(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の電極とその間に挟まれた少なくとも二層以上の有機層を有し、有機層が、少なくとも発光層及び電子輸送層であり、電子輸送層の構成材料が下記化１で表される化合物からなることを特徴とする有機電界発光素子。
【化１】
0004607268.tif 000018
【発明の詳細な説明】
【発明の属する技術分野】
【０００１】
本発明は、各種の表示装置として広範囲に利用される発光素子であって、高効率かつ安定性に優れた有機電界発光素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電界発光素子は、自己発光のために液晶素子にくらべて明るく、鮮明な表示が可能であるため、古くから多くの研究者によって研究されてきた。現在実用レベルに達した電界発光素子としては、無機材料のＺｎＳを用いた素子がある。しかし、この様な無機の電界発光素子は、発光のための駆動電圧として２００Ｖ以上が必要であるため、広く使用されるには至っていない。
【０００３】
これに対して有機材料を用いた電界発光素子である有機電界発光素子は、従来実用的なレベルからはほど遠いものであったが、１９８７年にイーストマン・コダック社のＣ．Ｗ．Ｔａｎｇらによって開発された積層構造素子によりその特性が飛躍的に進歩した。彼らは蒸着膜の構造が安定で電子を輸送することのできる蛍光体からなる層（電子輸送性発光層）と、正孔を輸送することのできる有機物からなる層（正孔輸送層）とを積層し、両方のキャリヤーを蛍光体中に注入して発光させることに成功した。これによって有機電界発光素子の発光効率が向上し、１０Ｖ以下の電圧で１０００ｃｄ／ｍ2 以上の発光が得られる様になった。その後多くの研究者によってその特性向上のための研究が行われ、現在では１００００ｃｄ／ｍ2 以上の発光特性が得られている。
【０００４】
この様な有機電界発光素子においては、素子を構成する有機材料・電極材料によって特性が大きく変化する。特に有機材料は、電荷の輸送・再結合・発光といった重要な機能を果たしており、特性の優れた素子を実現するには、それぞれの機能に適した材料を選択することが重要である。有機電界発光素子は電荷注入型のデバイスであるため、電荷輸送材料の選択がとりわけ重要となる。
【０００５】
電荷輸送材料は、正孔輸送材料と電子輸送材料に大別される。正孔輸送材料としてはトリフェニルアミン誘導体が一般的に用いられている。一方、電子輸送材料としては、オキサジアゾール誘導体やトリアゾール誘導体の使用が検討されている。しかし、これらの材料を用いた膜は凝集を起こしやすく、素子に用いた場合耐久性が著しく悪くなるといった問題点がある。
【０００６】
これらの誘導体以外に電子輸送材料としての検討が行われている材料にキノリノール系金属錯体があげられる。これまでに検討されている代表的な材料としては、化３に示すトリス（８−ヒドロキシキノリン）アルミニウム（Ａｌｑ）がある。
【化３】
0004607268.tif 000002
【０００７】
また、特開平９−２７２８６５では、２位に置換基を有する８−ヒドロキシキノリノールを配位子とした金属錯体が電子輸送材料として優れた特性を示すとされている。
【０００８】
しかし、いずれの場合も発光効率・駆動耐久性ともに、実用化するためには不十分な特性しか得られていない。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、有機電界発光素子に用いる有機材料およびその使用法を改良することによって、発光効率が高く駆動耐久性に優れた有機電界発光素子を実現することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するため、有機電界発光素子を、一対の電極とその間に挟まれた少なくとも一層以上の有機層を有し、有機層の一つが電子輸送層であるか、または発光層であるように構成し、その構成材料に４価の中心金属を有する金属錯体を用いたことを要旨とする。このことにより、素子内での電荷、特に電子の輸送がスムーズになり分子の電子輸送能が向上し、或いは素子の発光効率が向上し、かつ安定性に優れ、駆動耐久性が向上するという作用を有する。
【００１１】
かかる本発明の一構成態様として、本発明は、一対の電極とその間に挟まれた少なくとも二層以上の有機層を有し、有機層が、少なくとも発光層及び電子輸送層であり、電子輸送層の構成材料が下記の化４で表される化合物からなることを特徴とする有機電界発光素子である。
【化４】
0004607268.tif 000003
【００１５】
本発明は、前記化合物において、Ｍで表される金属原子がジルコニウムであることを特徴とする、有機電界発光素子である。かかる構成の有機電界発光素子において、中心金属をジルコニウムにすることにより、より一層電子輸送能が向上し、優れた特性の有機電界発光素子を実現することができた。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態について、図面を用いて具体的に説明する。図１は本発明による有機電界発光素子の一実施の形態の概略構成を示す断面図である。この有機電界発光素子は、ガラス基板１上に陽極２を形成し、その上に正孔輸送層３、発光層４、電子輸送層５、陰極６をガラス基板１側から順に積層させて形成したものである。
【００１７】
このような構成において、陽極２としては有機層に正孔を注入できる材料が用いられる。具体的にはインジウム錫酸化物（ＩＴＯ）や金、導電性の高分子材料などがあげられる。
【００１８】
正孔輸送層３を形成する材料としては、正孔の移動度が大きいこと、ピンホールのない薄膜が形成できること、および発光層４の蛍光に対して透明であることが必要とされる。これらの要件を満たす代表的な材料としてはテトラフェニルベンジジン誘導体等があげられるが、これに限定されるものではない。また、正孔輸送層３は、通常、抵抗加熱による蒸着法で作製するが、ポリカーボネート等のポリマー中に前記の材料を分散したものをスピンコート法やキャスト法で製膜しても良いし、ポリビニルカルバゾールやポリパラフェニレンビニレンのように、正孔輸送能を有するポリマーの場合には、単独でスピンコート法等により製膜して用いても良い。
【００１９】
発光層４としては、蛍光を有していること、電子と正孔の再結合により励起子を生成することができることが求められる。通常、抵抗加熱による蒸着法で作製するが、ポリカーボネート等のポリマー中に前記の材料を分散したものをスピンコート法やキャスト法で製膜して用いても良い。
【００２０】
また、製膜性に優れた材料の中に蛍光性の色素を少量分散させた膜を発光層４として用いてもよい。この手法は、単独では結晶化しやすい、あるいは濃度消光を起こしやすい蛍光色素に対して非常に有効である。
【００２１】
電子輸送層５としては、電子の移動度が大きいことおよびピンホールのない薄膜が形成できることが求められる。電子輸送層５は、抵抗加熱による蒸着法で作製するが、ポリカーボネート等のポリマー中に前記の材料を分散したものをスピンコート法やキャスト法で製膜してもよく、ポリマー自身が電子輸送能を有する場合には、単独でスピンコート法等により製膜しても良い。また、２種類以上の材料を積層して電子輸送層５として用いてもよい。
【００２３】
陰極６としては、有機層に電子が注入できること、かつ対環境安定性に優れていることが必要である。これらの要件を満たす金属としては、アルミニウム、マグネシウム、あるいはアルミニウムとリチウムの合金、マグネシウムと銀の合金、銀とリチウムの合金などがあげられる。また、フッ化リチウムや金属酸化物の薄膜（５ｎｍ以下）と金属（アルミニウムなど）を積層したものでも同様な効果が得られる。
【００２４】
陰極６は、抵抗加熱法で製膜した。合金を用いる場合は、２種類の金属をそれぞれ独立な蒸着源から抵抗加熱法で同時に飛ばして製膜する共蒸着法によって形成する。合金の成分比は、それぞれの蒸着速度を調整することによって決定する。
【００２５】
また、陰極６は、あらかじめ所定の成分比で作製した合金を用いてもよい。抵抗加熱法以外に、電子ビーム蒸着法やスパッタリング法でも作製することができる。
【００２６】
以下、より詳細な本発明の実施の形態について代表的に説明する。これらによって本発明は限定されないことは言うまでもない。
【００２７】
（実施例１）
基材としてはガラス基板１上に透明な陽極２としてインジウム錫酸化膜（ＩＴＯ）をあらかじめ形成し、電極の形にパターニングしたもの用いた。この基材を充分に洗浄した後、蒸着する材料と一緒に真空装置内にセットし、１０-4Ｐａまで排気した。その後、正孔輸送層３としてN,N'-ビス[4'-(N,N-ジフェニルアミノ)-4-ビフェニリル]-N,N'-ジフェニルベンジジン（ＴＰＴ）を５０ｎｍ製膜した。その後、発光層４としてＡｌｑを２５ｎｍ製膜した。さらに、電子輸送層５として化６に示すキノリノール金属錯体（１）を２５ｎｍ製膜した。
【化６】
0004607268.tif 000004
【００２８】
その後、陰極６としてＡｌＬｉ合金を１５０ｎｍの厚さで製膜し、素子を作製した。これらの製膜は一度も真空を破ることなく、連続して行った。なお、膜厚は水晶振動子によってモニターした。素子作製後、直ちに乾燥窒素中で電極の取り出しを行い、引き続き特性測定を行った。得られた素子に電圧を印加したところ、５２０ｎｍにピークを有する、均一な黄緑色の発光が得られた。１００ｍＡ／ｃｍ2 の電流を印加した場合の駆動電圧ならびに発光輝度を測定したところ、駆動電圧５．５Ｖ、発光輝度は３２００ｃｄ／ｍ2 であった。この素子を乾燥窒素中において、初期輝度１０００ｃｄ／ｍ2 で連続駆動（定電流）したところ、輝度が初期の半分である５００ｃｄ／ｍ2 になるのに要する時間（輝度半減期）は１０００ｈであった。また、５００ｈ駆動後の電圧上昇分は０．４Ｖであった。
【００２９】
（実施例２）
実施例１と同様に、ガラス基板１上に透明な陽極２としてインジウム錫酸化膜（ＩＴＯ）をあらかじめ形成し、電極の形にパターニングしたもの用いた基材を充分に洗浄した後、蒸着する材料と一緒に真空装置内にセットし、１０-4Ｐａまで排気した。その後、正孔輸送層３としてＴＰＴを５０ｎｍ製膜し、続けて発光層４として、Ａｌｑと３−（２‘−ベンゾチアゾリル）−７−ジエチルアミノクマリン（クマリン６）を同時に蒸着し、混合膜を２５ｎｍ製膜した。Ａｌｑに対するクマリン６の割合を１ｍｏｌ％とした。次に電子輸送層５としてキノリノール金属錯体（１）を２５ｎｍ製膜した。その後、陰極６としてＡｌＬｉ合金を１５０ｎｍの厚さで製膜し、素子を作製した。
【００３０】
得られた素子に電圧を印加したところ、５２２ｎｍにピークを有する、均一な黄緑色の発光が得られた。１００ｍＡ／ｃｍ2 の電流を印加した場合の駆動電圧ならびに発光輝度を測定したところ、駆動電圧５．３Ｖ、発光輝度は７９１０ｃｄ／ｍ2 であった。この素子を乾燥窒素中において、初期輝度１０００ｃｄ／ｍ2 で連続駆動（定電流）したところ、輝度半減期は１５００ｈであった。また、５００ｈ駆動後の電圧上昇分は０．３Ｖであった。
【００３１】
（実施例３）
この実施例では、発光層４に用いる蛍光材料と、電子輸送層５に用いる材料を変えたこと以外は実施例１と同様にして有機電界発光素子を作製した。発光層４としては、下記の化７に示すジスチリルアリーレン誘導体（DPVBi）を用いた。
【化７】
0004607268.tif 000005
また、電子輸送層５としては、下記の化８に示すキノリノール金属錯体（２）を用いた。
【化８】
0004607268.tif 000006
【００３２】
（実施例４）
この実施例においても、発光層４に用いる蛍光材料と、電子輸送層５に用いる材料を変えたこと以外は実施例１と同様にして有機電界発光素子を作製した。発光層４としては、下記の化９に示すビス（８−ヒドロキシキノリン）亜鉛（Znq）を用いた。
【化９】
0004607268.tif 000007
また、電子輸送層５としては、下記の化１０に示すキノリノール金属錯体（３）を用いた。
【化１０】
0004607268.tif 000008
【００３３】
（実施例５）
この実施例においても、発光層４に用いる蛍光材料と、電子輸送層５に用いる材料を変えたこと以外は実施例１と同様にして有機電界発光素子を作製した。発光層４としては、上記実施例３の場合と同様に、化７に示すジスチリルアリーレン誘導体（DPVBi）、およびキノリノール金属錯体（１）である化合物を用いた。また、電子輸送層５としては、下記の化１１に示すキノリノール金属錯体（４）を用いた。
【化１１】
0004607268.tif 000009
【００３４】
（実施例６）
この実施例においても、発光層４に用いる蛍光材料と、電子輸送層５に用いる材料を変えたこと以外は実施例１と同様にして有機電界発光素子を作製した。発光層４としては、キノリノール金属錯体（１）を用いた。また、電子輸送層５としては、下記の化１２に示すキノリノール金属錯体（５）を用いた。
【化１２】
0004607268.tif 000010
【００３５】
これらの実施例３〜６で作製した素子に用いた発光層４および電子輸送層５の材料と、１００ｍＡ／ｃｍ2 印加時の駆動電圧と発光輝度、初期輝度１０００ｃｄ／ｍ2 で連続駆動（定電流）したときの輝度半減期および５００ｈ駆動後の電圧上昇分を、実施例１、２の結果とあわせて表１に示す。
【表１】
0004607268.tif 000011
【００３６】
（実施例７）
実施例１と同様に、ガラス基板１上に透明な陽極２としてインジウム錫酸化膜（ＩＴＯ）をあらかじめ形成し、電極の形にパターニングしたもの用いた基材を充分に洗浄した後、蒸着する材料と一緒に真空装置内にセットし、１０-4Ｐａまで排気した。その後、正孔輸送層３としてＴＰＴを５０ｎｍ製膜した。その後、発光層４としてキノリノール金属錯体（１）を５０ｎｍ製膜した。陰極６としてＡｌＬｉ合金を１５０ｎｍの厚さで製膜し、素子を作製した。
【００３７】
このようにして得られた素子に電圧を印加したところ、５３３ｎｍにピークを有する、均一な黄緑色の発光が得られた。１００ｍＡ／ｃｍ2 の電流を印加した場合の駆動電圧ならびに発光輝度を測定したところ、駆動電圧５．５Ｖ、発光輝度は２７１０ｃｄ／ｍ2 であった。この素子を乾燥窒素中において、初期輝度１０００ｃｄ／ｍ2 で連続駆動（定電流）したところ、輝度半減期は５２０ｈであった。また、５００ｈ駆動後の電圧上昇分は０．６Ｖであった
【００３８】
（実施例８〜１１）
発光層４に用いるキノリノール金属錯体の種類を変えたこと以外は実施例７と同様にして有機電界発光素子を作製した。これらの実施例において、発光層４に使用したキノリノール金属錯体の種類と作製した有機電界発光素子の１００ｍＡ／ｃｍ2 印加時の駆動電圧と発光輝度、初期輝度１０００ｃｄ／ｍ2 で連続駆動（定電流）したときの輝度半減期および５００ｈ駆動後の電圧上昇分を実施例７の結果と合わせて表２に示す。
【表２】
0004607268.tif 000012
【００３９】
（実施例１２）
実施例１と同様に、ガラス基板１上に透明な陽極２としてインジウム錫酸化膜（ＩＴＯ）をあらかじめ形成し、電極の形にパターニングしたもの用いた基材を充分に洗浄した後、蒸着する材料と一緒に真空装置内にセットし、１０-4Ｐａまで排気した。その後、正孔輸送層３としてＴＰＴを５０ｎｍ製膜した。その後、発光層４としてキノリノール金属錯体（１）を２５ｎｍ製膜した。さらに、電子輸送層５としてＡｌｑを２５ｎｍ製膜した後、陰極６としてＡｌＬｉ合金を１５０ｎｍの厚さで製膜し、素子を作製した。
【００４０】
このようにして得られた素子に電圧を印加したところ、５３２ｎｍにピークを有する、均一な黄緑色の発光が得られた。１００ｍＡ／ｃｍ2 の電流を印加した場合の駆動電圧ならびに発光輝度を測定したところ、駆動電圧５．６Ｖ、発光輝度は２７４０ｃｄ／ｍ2 であった。この素子を乾燥窒素中において、初期輝度１０００ｃｄ／ｍ2 で連続駆動（定電流）したところ、輝度半減期は５６０ｈであった。５００ｈ駆動後の電圧上昇分は０．４Ｖであった。
【００４１】
（実施例１３〜１６）
発光層４に用いるキノリノール金属錯体と電子輸送層５に用いる材料を変えたこと以外は実施例１と同様にして有機電界発光素子を作製した。発光層４には上記化５、化６、化８、化１０に示した物質を用いた。また、電子輸送材料にはＡｌｑのほかに、下記の化１３に示すｔＢｕ−ＰＢＤ、および下記の化１４に示すトリアゾール化合物（ＴＡＺ）を使用した。
【化１３】
0004607268.tif 000013
【化１４】
0004607268.tif 000014
【００４２】
このようにして作製した素子に用いた発光層４および電子輸送層５の材料と、１００ｍＡ／ｃｍ2 印加時の駆動電圧と発光輝度、初期輝度１０００ｃｄ／ｍ2 で連続駆動（定電流）したときの輝度半減期および５００ｈ駆動後の電圧上昇分を実施例１２の結果と合わせて表３に示す。
【表３】
0004607268.tif 000015
【００４３】
（比較例１〜６）
比較例１として、電子輸送層５に下記の化１５に示すキノリノール金属錯体（６）を用いたこと以外はそれぞれ実施例１と同様に素子を作製した。
【化１５】
0004607268.tif 000016
【００４４】
また、比較例２・３として、発光層４にＺｎｑ、DPVBiを、電子輸送層５にＡｌｑを用いたこと以外は、実施例１と同様に素子を作製した。さらに、比較例４として、電子輸送層５にＡｌｑを用いたこと以外は実施例２と同様に作製した。また、比較例５・６として、発光層にＡｌｑ、Ｚｎｑを用いたこと以外は実施例７と同様に素子を作製した。これらの素子の、１００ｍＡ／ｃｍ2 印加時の駆動電圧と発光輝度、初期輝度１０００ｃｄ／ｍ2 で連続駆動（定電流）したときの輝度半減期および５００ｈ駆動後の電圧上昇分を表４に示す。
【表４】
0004607268.tif 000017
【００４５】
表１から表４に示した結果より、本実施例で得られた素子は比較例で得られた素子よりも発光効率や駆動耐久性に優れていることが明らかになった。
【００４６】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、発光効率が高く、駆動耐久性に優れた有機電界発光素子が得られるという有利な効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における電界発光素子の構成を示す模式断面図
【符号の説明】
１  ガラス基板
２  陽極
３  正孔輸送層
４  発光層
５  電子輸送層
６  陰極
【図１】
0004607268.tif 000019