CN102668160A - 有机电致发光器件 - Google Patents
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Abstract
一种有机电致发光器件(1)依序包括阳极(10)、发光层(20)、阻挡层(30)、电子注入层(40)、和阴极(50)。所述发光层(20)包括基质和掺杂剂。所述阻挡层(30)包含芳族杂环衍生物。阻挡层(30)的三重态能量ET b(eV)大于基质的三重态能量ET h(eV)。阻挡层(30)的亲合势Ab(eV)和电子注入层的亲合势Ae(eV)满足以下Ae-Ab＜0.2的关系。
Description
技术领域
本发明涉及一种有机电致发光器件。
背景技术
有机电致发光器件(在下文中，称为有机EL器件)可根据发光原理分为两类：荧光EL器件和磷光EL器件。当向有机EL器件施加电压时，从阳极注入空穴，并从阴极注入电子。空穴和电子在发光层中复合从而形成激子。根据电子自旋统计原理，单重态激子和三重态激子以25％∶75％的比率产生。在使用由单重态激子引发发光的荧光EL器件中，内量子效率的极限值被认为是25％。其外量子效率为约5％。即使考虑为了获得发光效率的技术改进，在呈现出CIEy＝约0.1的蓝色荧光发光器件中，外量子效率的极限值也仅为8％。在最大效率处施加的电压为约4～6V。
关于提高荧光EL器件效率的技术，公开了其中从三重态激子获得发光的几种技术，但迄今为止还没有有效地应用这些技术。例如，在非专利文献1中，分析了其中将蒽化合物用作基质的无掺杂器件(non-doped device)。发现了如下机理：通过两个三重态激子的碰撞和融合(fusion)可产生单重态激子，由此增加荧光发光。通过两个三重态激子的碰撞和融合来产生单重态激子的这种现象在下文中简称为TTF(Triplet-Triplet Fusion，三重态-三重态融合)现象。
在非专利文献2中公开了蓝色发光荧光OLED，其中将芳族化合物层(效率提高层，简称为EEL)插入在包含基质和掺杂剂的发光层与电子传输层之间。据报道，与其中BPhen或BCP用作EEL的OLED相比，其中化合物EEL-1用作EEL的OLED通过低电压驱动，可呈现出较高的外量子效率并具有较长的寿命。该EEL可用作引起TTF现象的阻挡层。在非专利文献2中所公开的BPhen和BCP中，TTF比率非常低，并且在10mA/cm2处的电压为4.5V以上。
[参考文献列表]
[非专利文献]
[非专利文献1]Journal of Applied Physics，102，114504(2007)
[非专利文献2]SID10 DIGEST，560(2010)
发明内容
[本发明要解决的问题]
然而，非专利文献1仅公开了荧光发光通过在仅使用基质的未掺杂器件中的三重态激子的碰撞和融合来增加。在该技术中，通过三重态激子引起的效率提高较低，为3％～6％。
非专利文献2公开了使用BCP作为EEL的器件的外量子效率(EQE)比使用EEL-1作为EEL的器件的外量子效率低数十个百分点。人们认为难以满足三重态能量的预定关系、并且难以通过在阻挡层中使用包含杂原子的化合物(例如，BCP)来有效地产生TTF现象，从而制备高效器件。
本发明的目的在于提供具有高效率的荧光发光的有机EL器件。
[解决问题的方法]
作为研究的结果，发明人发现了如下方案。
在阻挡层插入发光层和电子注入层之间的有机EL器件中，在电子注入层的亲合势和阻挡层的亲合势之间存在差值。当亲合势差值较大时，从阴极注入的电子不足以提供给发光层，由此空穴和电子在发光层中没有充分复合。因此，已经发现亲合势差值的存在妨碍了有助于TTF现象的激子的充分产生。
有助于TTF现象的激子未能在典型的电子传输材料中观察到。然而，通过在具有预定的阻挡层和电子注入层之间的亲合势差异的层状结构(阻挡层/电子注入层)中提供电子传输区域，已经发现即使在典型的电子传输材料例如BCP中，TTF现象的观察和发光效率的提高也是可能的。
最初，发明人已经发现：将通过电子注入层的亲合势Ae减去阻挡层的亲合势Ab所获得的值设置为小于0.2eV，从阴极提供的电子可以被充分地提供到发光层中。
基于这些发现，本发明人实现了如下有机EL器件的发明。
根据本发明的一方面，有机电致发光器件依序包括：阳极、发光层、阻挡层、电子注入层、阴极，其中所述发光层包括基质和掺杂剂，所述阻挡层包括芳族杂环衍生物，所述芳族杂环衍生物的三重态能量ET b(eV)大于所述基质的三重态能量ET h(eV)，并且所述阻挡层的亲合势Ab(eV)和所述电子注入层的亲合势Ae(eV)满足关系Ae-Ab＜0.2。
在根据发明上述方面中的有机EL器件中，优选所述芳族杂环衍生物的三重态能量ET b(eV)和所述基质的三重态能量(ET h)(eV)满足关系ET h+0.2＜ET b。
在根据发明上述方面中的有机EL器件中，优选所述芳族杂环衍生物的三重态能量ET b(eV)和三(8-羟基喹啉)铝络合物的三重态能量(ET Alq)(eV)满足关系ET h＞ET Alq。
在根据发明上述方面中的有机EL器件中，优选在0.04MV/cm～0.5MV/cm的电场强度中，所述芳族杂环衍生物的电子迁移率为至少10-6cm2/Vs。
在根据发明上述方面中的有机EL器件中，优选所述电子注入层包含一种材料，该材料在0.04MV/cm～0.5MV/cm的电场强度中的电子迁移率为至少10-6cm2/Vs。
在根据本发明上述方面的有机EL器件中，优选所述掺杂剂呈现出荧光发光的主峰波长为小于或等于550nm，并且所述掺杂剂的三重态能量ET d(eV)大于所述基质的三重态能量ET h(eV)。
在根据本发明上述方面的有机EL器件中，优选阳极和发光层之间设置有空穴传输区，所述空穴传输区中的空穴传输层与所述发光层相邻，并且空穴传输层的三重态能量ET ho(eV)大于基质的三重态能量ET h(eV)。
在根据本发明的上述方面的有机EL器件中，优选所述电子注入层和阻挡层以同样材料形成，并且所述电子注入层掺杂有供体。
在根据本发明的上述方面的有机EL器件，优选所述掺杂剂是选自下组的至少一种化合物：芘衍生物、氨基蒽衍生物、氨基屈(aminochrysene)衍生物、氨基芘衍生物、荧蒽衍生物和硼络合物。
在根据本发明的上述方面的有机EL器件，优选所述基质是仅在环状结构中含双键的化合物。
在根据本发明的上述方面的有机EL器件，优选所述掺杂剂是在仅环状结构中含双键的化合物。
在根据本发明的所述方面的有机EL器件，优选在最大电流效率(cd/A)处外加电压时，源自通过在发光层中产生的三重态激子碰撞所产生的单重态激子的发光强度占整个发光强度的30％以上。
根据本发明的上述方面，所述TTF现象可有效地发生，由此提供具有高效率的荧光发光的有机EL器件。
附图说明
[图1]图1是显示根据本发明的第一实施方式的有机EL器件的一个实施例的视图。
[图2]图2是显示本发明的各层之间的能隙关系的视图。
[图3]图3是显示基于本发明的各层之间的能隙关系的作用的视图。
[图4]图4是显示其中满足基质的亲合势(Ah)＞掺杂剂的亲合势(Ad)的情况的能带图。
[图5]图5是显示其中满足Ah＜Ad并且Ah与Ad之间的差值小于0.2eV的情况的能带图。
[图6]图6为显示其中满足Ah＜Ad并且Ah与Ad之间的差值大于0.2eV的情况的能带图。
[图7]图7是显示其中满足Ah＜Ad的掺杂剂以及满足Ah＞Ad的掺杂剂共存的情况的能带图。
[图8]图8是显示根据本发明的第二实施方式的有机EL器件的一个例子的视图。
[图9]图9为显示根据本发明的第三实施方式的有机EL器件的一个例子的视图。
[图10]图10是显示根据本发明的第四实施方式的有机EL器件的一个例子的视图。
[图11]图11显示了跃迁EL波的测定系统。
[图12A]图12A显示了源自TTF的发光强度的比率的测定方法，并且是显示EL器件随时间变化的发光强度的图。
[图12B]图12B显示了源自TTF的发光强度的比率的测定方法，并且是显示发光强度的平方根的倒数随时间变化的图。
[附图标记说明]
1、2、4 有机EL器件
10 阳极
20、22、24 发光层
30、32 阻挡层
40 电子注入层
50 阴极
60 空穴传输区
70 电子传输区
具体实施方式
第一实施方式
本发明利用TTF现象。下面开始描述TTF现象。
分别从阳极和阴极注入的空穴和电子在发光层中复合从而产生激子。至于自旋态，众所周知，单重态激子占25％，三重态激子占75％。在传统的已知荧光器件中，当25％的单重态激子弛豫(relaxed)到基态时，发射光线。其余的75％的三重态激子经由热失活过程返回到基态而不发光。因此，传统荧光器件的内量子效率的理论极限值被认为是25％。
人们已经对有机物内产生的三重态激子的行为进行了理论研究。根据S.M.Bachilo等(J.Phys.Chem.A，104，7711(2000))，假如高次激子比如五线态激子迅速返回为三重态激子，那么三重态激子(以下简写为3A*)由于其密度的增加而彼此碰撞，由此发生如下式所示的反应。在式中，1A表示基态，并且1A*表示最低单重态激子。
3A*+3A*-＞(4/9)1A+(1/9)1A*+(13/9)3A*
换言之，53A*-＞41A+1A*，预期在占初始产生的75％的三重态激子中，其五分之一(即，20％)变为单重态。因此，可实现发光的单重态激子的量为40％，这是通过将15％(75％×(1/5)＝15％)与25％相加所获得的值，这是初始产生的单重态激子的含量比。在此时，源自TTF的发光强度相对于整个发光强度的比率(TTF比率)为15/40，即，37.5％。假如单重态激子通过占初始产生的75％的三重态激子的碰撞(即，一个单重态激子由两个三重态激子产生)，获得了显著较高的62.5％的内量子效率，这是通过将37.5％(75％×(1/2)＝37.5％)与25％(这是初始产生的单重态激子的含量比)相加所获得的值。此时，TTF比率为60％(37.5/62.5)。
图1是显示根据本发明的第一实施方式的有机EL器件的一个例子的视图。图2为显示根据第一实施方式的有机EL器件中的发光层的三重态能量与电子传输区的三重态能量之间关系的示意图。在本发明中，三重态能量是指最低三重态的能量与基态能量之间的差值。单重态能量(经常称为能隙)是指最低的单重态能量与基态能量之间的差值。
图1中所示的有机EL器件1依序包括阳极10、空穴传输区60、发光层20、阻挡层30、电子注入层40、和阴极50。在本发明的有机EL器件中，这些部件彼此相邻。电子传输区70包括阻挡层30和电子注入层40。优选空穴传输区60插入阳极10和发光层20之间。所述空穴传输区包括空穴注入层和空穴传输层中的至少一个。在本发明中，简称的阻挡层是指具有阻挡三重态能量功能的层。因此，该阻挡层的作用不同于空穴阻挡层和电荷阻挡层(charge blocking layer)。
所述发光层包括基质和掺杂剂。至于掺杂剂，优选可发射主峰波长为550nm以下的荧光的掺杂剂(在下文中，有时称为具有550nm以下主峰波长的荧光掺杂剂)。主峰波长是指在10-5mol/L至10-6mol/L浓度的甲苯溶液中测定的荧光光谱中显示出最大发光强度的荧光光谱的峰值波长。550nm的主峰波长基本对应于绿光发光。在该波长区，期望利用TTF现象来提高荧光器件的发光效率。在480nm以下的发蓝光的荧光器件中，可预期发光效率有进一步的提高。在550nm以上的发红光的荧光器件中，呈现出较高内量子效率的磷光器件已达到实用水平。因此，并不期望提高荧光器件的发光效率。
在图2中，从阳极注入的空穴经由空穴传输区被注入到发光层中。从阴极注入的电子经由电子注入层和阻挡层被注入到发光层中。随后，空穴与电子在发光层中复合从而产生单重态激子和三重态激子。复合的发生存在如下两种方式：复合在基质分子上或者在掺杂剂分子上发生。
在实施方式中，如图2所示，当基质的三重态能量和掺杂剂的三重态能量分别表示为ET h和ET d时，满足关系ET h＜ET d。当满足上述关系时，如图3所示，通过在基质上复合产生的三重态激子没有转移到具有更高三重态能量的掺杂剂上。通过在掺杂剂分子上复合产生的三重态激子向基质分子快速地进行能量转移。换句话说，基质上的三重态激子没有向掺杂剂转移，而是在基质上彼此高效碰撞从而通过TTF现象产生单重态激子。此外，因为所述掺杂剂的单重态能量ES d小于基质的单重态能量ES h从而满足以下关系：
ES d＜ES h
所以通过TTF现象产生的单重态激子的能量转移有助于掺杂剂的荧光发光。在通常用于荧光器件的掺杂剂中，应当阻止由三重态跃迁到基态。在该跃迁中，三重态激子不是光学的能量失活，而是热的能量失活。通过使得基质的三重态能量与掺杂剂的三重态能量满足上述关系，可在三重态激子发生热失活之前，通过三重态激子的碰撞而有效地产生单重态激子。因此，提高了发光效率。
在本发明中，阻挡层与发光层相邻。所述阻挡层具有如下功能：防止发光层中产生的三重态激子向电子传输区扩散、以及将三重态激子局限在发光层中，从而增加其三重态激子的密度，由此高效地产生TTF现象。
所述阻挡层也用于将电子有效地注入到发光层中。当向发光层的电子注入性能下降时，由于发光层中的电子-空穴复合降低，所以三重态激子的密度会降低。当三重态激子的密度降低时，三重态激子的碰撞频率降低，从而不能有效地产生TTF现象。
在本发明中，阻挡层包含芳族杂环衍生物。
在该实施方式中，为了防止发光层中产生的三重态激子向电子传输区扩散、并将电子高效地地注入到发光层中，所述阻挡层的亲合势(Ab)和电子注入层的亲合势(Ae)满足以下式(1)的关系。
Ae-Ab＜0.2...(1)
当不满足该关系时，电子注入层向阻挡层的电子注入变得困难。
优选阻挡层的亲合势(Ab)和电子注入层的亲合势(Ae)满足以下式(2)的关系。
-3＜Ae-Ab＜0.2...(2)
用于形成电子注入层的材料可以与用于形成阻挡层的材料相同。在该情况下，电子注入层优选掺杂有供体。具有供体的掺杂剂有利于接收来自阴极的电子。特别是，优选在电子注入层邻近阴极的界面处掺杂有碱金属所代表的供体。作为供体，可使用选自下组的至少一种供体：供体金属、供体金属化合物、和供体金属络合物。具体供体将在下文中进行描述。
在本发明中，为了抑制三重态激子的扩散，包含在阻挡层中的芳族杂环衍生物的三重态能量ET b大于基质的三重态能量ET h。换言之，满足关系ET h＜ET b。
优选芳族杂环衍生物的三重态能量ET b大于掺杂剂的三重态能量ET d。换言之，满足关系ET d＜ET b。
因为所述阻挡层可防止三重态激子扩散到电子注入层，所以在发光层中，基质的三重态可高效地变为单重态激子，并且单重态激子传输到掺杂剂，并且被光学地能量失活。
优选芳族杂环衍生物的三重态能量ET b和基质的三重态能量ET h满足关系ET h+0.2＜ET b。
更优选芳族杂环衍生物的三重态能量ET b和基质的三重态能量ET h满足关系ET h+0.3＜ET b。
进一步优选芳族杂环衍生物的三重态能量ET b和基质的三重态能量ET h满足关系ET h+0.4＜ET b。
如上所述，由于三重态能量的能垒变大，特别是当超过0.2时，由于热能，三重态能量难以在发光层和阻挡层之间取得能量平衡。在该情况下，除了扩散到阻挡层之外，相信可防止由热去活模式导致的效率下降。因此，优选满足上述关系。
优选所述阻挡层的三重态能量ET b和三(8-羟基喹啉)铝络合物的三重态能量ET Alq满足关系ET b＞ET Alq。
通过满足该关系，可以增强将三重态激子限制在发光层中的优势。
所述阻挡层优选包含具有六个以上环的环状结构的芳族杂环衍生物。所以，可认为存在如下情形：通过使得没有形成缔合(association)的电子注入层提供足够的电子，来增加发光层内的激子密度，由此通过TTF现象来提高发光效率。
当所述阻挡层包含具有五个以下环的环状结构时，由于其分子尺寸较小，所以在较的膜形成时，膜稳定性较低。这意味着，当使用这些化合物作为阻挡层时，所述阻挡层与电子注入层之间的界面条件易于改变，导致分子的局部缔合。由于界面条件通过这种缔合被改变，所以认为阻碍了从电子注入层提供电子。
下面将描述如何计算芳族杂环衍生物的环状结构。在本发明中，一个环状结构是指具有通过分子中非金属原子的共价键形成的一个环形的环结构。特别地，在稠环基团的情况下，经稠合的环状结构的数目被定义为稠环基团中的环状结构的数目。例如，萘环具有二个环状结构，二苯并呋喃环具有三个环状结构。如下述化学式(1)所示的芳族杂环衍生物具有十个环状结构。
[化学式1]
至于如下述化学式(2)所示的络合物比如BAlq，与金属直接键合或经由原子与金属间接键合的芳族环状结构和杂环结构也作为环状结构被计入。因此，BAlq具有六个环状结构。
[化学式2]
如下述化学式(3)所示的Bphen具有五个环状结构。
[化学式3]
包含在阻挡层中包含的具有六个以上环状结构的芳族杂环衍生物的具体例子是通过以下通式(BL-1)～(BL-6)所示的结构。然而，所述芳族杂环衍生物并不仅限于如下化合物。
[化学式4]
下面，将对式(BL-1)中的符号进行描述。
A表示单环杂环基。R表示选自下组的基团：经取代的或未经取代的烷基、经取代的或未经取代的芳基、以及经取代的或未经取代的杂芳基、或者它们中两个以上组合的残基。当n是1的时候，R′表示与R相同的基团。当n是2～6时，R′表示选自下组的连接基团：经取代的或未经取代的亚烷基、经取代的或未经取代的亚芳基、经取代的或未经取代的杂环亚芳基、以及它们中两个以上组合的残基。
m是0至4的整数。n是1至6的整数。当存在多个A和R时，多个A和R各自可以相同或不同。在式(BL-1)中，包括在分子中的A、R和R′的总数为6个以上，其中A、R和R′表示通过非金属原子的共价键形成的环。
A所示的单环杂环基的例子优选吡啶、嘧啶、吡嗪、哒嗪、三嗪、四嗪、吡咯、咪唑、吡唑、噁唑、异噁唑(isooxazole)、呋喃、噻吩、噻唑、异噻唑、三唑、噁二唑、噻二唑、呋吖和四唑。
所述烷基的例子优选甲基、乙基、丙基、异丙基、丁基、仲丁基、叔丁基、异丁基、环丁基、环戊基和环己基。
所述芳基的例子优选为苯基、萘基、芴基、联苯基、三联苯基、菲基、荧蒽基、苯并荧蒽基、苯并蒽基、芘基、苯并菲基、苯并屈基、屈基(chrysenyl)、三亚苯基和苯并三烯基烯基(benzotrienylenyl)。
所述杂芳基的例子优选吡啶、嘧啶、吡嗪、哒嗪、三嗪、四嗪、吡咯、咪唑、吡唑、噁唑、异噁唑、呋喃、噻吩、噻唑、异噻唑、三唑、噁二唑、噻二唑、呋吖和四唑。
亚烷基优选为如上所列烷基所对应的n价残基。
亚芳基优选为如上所列芳基所对应的n价残基。
杂环亚芳基优选为如上所列杂芳基所对应的n价残基。
式(BL-1)所示结构也包括如下化合物。
[化学式5]
下面，将描述如式(BL-2)所示结构。
[化学式6]
下面，将对式(BL-2)中的符号进行描述。
B1和B2都表示环状结构。相邻的B稠合形成一个环。B1和B2中的至少一个是具有杂原子的结构。这种通过B1和B2形成的经稠合的环状结构被称为B1-B2环。
R表示选自下组的基团：经取代的或未经取代的烷基、经取代的或未经取代的芳基、以及经取代的或未经取代的杂芳基、或者它们中两个以上组合的残基。
当n是1的时候，R′表示与R相同的基团。当n是2～6时，R′表示选自下组的连接基团：经取代的或未经取代的亚烷基、经取代的或未经取代的亚芳基、经取代的或未经取代的杂环亚芳基、以及它们中两个以上组合的残基，或者R′直接以单键与两个B1-B2环键合。
m是0至6的整数。n是1至6的整数。
当存在多个B1-B2环和R时，多个B1-B2环和R各自可以相同或不同。在式(BL-2)中，包括在分子中B1、B2、R和R′的总数为六个以上，其中B1、B2、R和R′表示通过非金属原子的共价键形成的环。
烷基和芳基的例子优选与关于式(BL-1)中所述的那些烷基和芳基相同。所述杂芳基的例子优选吡啶、嘧啶、吡嗪、哒嗪、三嗪、四嗪、吡咯、咪唑、吡唑、噁唑、异噁唑、呋喃、噻吩、噻唑、异噻唑、三唑、噁二唑、噻二唑、呋吖、四唑、苯并咪唑、咪唑并吡啶、吲唑、喹啉、异喹啉、喹喔啉、萘啶、苯并唑、和苯并噻唑。
亚烷基、亚芳基、杂环亚芳基优选为如上所列烷基、芳基、杂芳基所对应的n价残基。
B1-B2环的结构的例子优选列于如下通式(BL-2-1)中的经稠合的环状结构。
[化学式7]
下面，将对式(BL-2-1)中的符号进行描述。
X表示CR″或N。
Y表示O、S、NR″或C(R″)2。在单个结构中Y中的至少一个是O、S、或NR″。
R″中的一个用作与R′的键合部分。其余R″各自是氢原子或与R相同的取代基。
C表示碳原子。O表示氧原子。S表示硫原子。N表示氮原子。
式(BL-2)所示结构也包括如下化合物。
[化学式8]
下面，将描述如式(BL-3)所示结构。
[化学式9]
下面，将描述式(BL-3)中的符号。
C1～C3各自表示环状结构。相邻的C稠合形成环。C1～C3的至少一个是具有杂原子的结构。另一个稠环可能以这种方式形成：与相邻的C交叉结合(cross-couple)。这种通过C1和C3形成的经稠合的环状结构被称为C1-C3环。
R表示选自下组的基团：经取代的或未经取代的烷基、经取代的或未经取代的芳基、以及经取代的或未经取代的杂芳基、或者它们中两个以上组合的残基。
当n是1的时候，R′表示与R相同的基团。当n是2～6时，R′表示选自下组的连接基团：经取代的或未经取代的亚烷基、经取代的或未经取代的亚芳基、经取代的或未经取代的杂环亚芳基、以及它们中两个以上组合的残基，或者R′直接以单键与两个C1-C3环键合。
m是0至9的整数。n是1至6的整数。
当存在多个C1-C3环和R时，多个C1-C3环和R各自可以相同或不同。在式(BL-3)中，包括在分子中C1～C3、R和R′的总数为6个以上，其中B1～B2、R和R′表示通过非金属原子的共价键形成的环。
烷基和芳基的例子优选与关于式(BL-1)中所述的那些烷基和芳基相同。所述杂芳基的例子优选吡啶、嘧啶、吡嗪、哒嗪、三嗪、四嗪、吡咯、咪唑、吡唑、噁唑、异噁唑、呋喃、噻吩、噻唑、异噻唑、三唑、噁二唑、噻二唑、呋吖、四唑、苯并咪唑、咪唑并吡啶、吲唑、喹啉、异喹啉、喹喔啉、萘啶、苯并唑、苯并噻唑、咔唑、二苯并呋喃、二苯并噻吩、和菲咯啉。
亚烷基、亚芳基、杂环亚芳基优选为如上所列烷基、芳基、杂芳基所对应的n价残基。
C1-C3环的结构的例子优选列于如下通式(BL-3-1)中的经稠合的环状结构。
[化学式10]
下面，将对式(BL-3-1)中的符号进行描述。
X、Y和R″是与关于式(BL-2-1)中所述的相同。
Z表示CR″或N。Z中的至少一个是N。
式(BL-3)所示结构也包括如下化合物。
[化学式11]
下面，将描述如式(BL-4)所示结构。
[化学式12]
式(BL-4)中的符号如下所述。
D1～D4各自表示环状结构。相邻的D稠合形成环。D1～D4的至少一个是具有杂原子的结构。另一个稠环可能以这种方式形成：与相邻的D交叉结合。这种通过D1～D4形成的经稠合的环状结构被称为D1-D4环。
R表示选自下组的基团：经取代的或未经取代的烷基、经取代的或未经取代的芳基、以及经取代的或未经取代的杂芳基、或者它们中两个以上组合的残基。
当n是1的时候，R′表示与R相同的基团。当n是2～6时，R′表示选自下组的连接基团：经取代的或未经取代的亚烷基、经取代的或未经取代的亚芳基、经取代的或未经取代的杂环亚芳基、以及它们中两个以上组合的残基，或者R′直接以单键与两个D1-D4环键合。
m是0至11的整数。n是1至6的整数。
当存在多个D1-D4环和R时，多个D1-D4环和R各自可以相同或不同。在式(BL-4)中，包括在分子中D1-D4、R和R′的总数为6个以上，其中D1-D4、R和R′表示通过非金属原子的共价键形成的环。
烷基和芳基的例子优选与关于式(BL-1)中所述的那些烷基和芳基相同。所述杂芳基的例子优选吡啶、嘧啶、吡嗪、哒嗪、三嗪、四嗪、吡咯、咪唑、吡唑、噁唑、异噁唑、呋喃、噻吩、噻唑、异噻唑、三唑、噁二唑、噻二唑、呋吖、四唑、苯并咪唑、咪唑并吡啶、吲唑、喹啉、异喹啉、喹喔啉、萘啶、苯并唑、苯并噻唑、咔唑、二苯并呋喃、二苯并噻吩、和菲咯啉。
亚烷基、亚芳基、杂环亚芳基优选为如上所列烷基、芳基、杂芳基所对应的n价残基。
D1-D4环的结构的例子优选列于如下式(BL-4-1)中的经稠合的环状结构。
[化学式13]
下面，将对式(BL-4-1)中的符号进行描述。
X、Y、Z和R″是与关于式(BL-3-1)中所述的相同。
式(BL-4)所示结构也包括如下化合物。
[化学式14]
下面，将描述如式(BL-5)所示结构。
[化学式15]
下面，将对式(BL-5)中的符号进行描述。
E1～E4都表示环状结构。相邻的E稠合形成一个环。E1～E4的至少一个是具有杂原子的结构。另一个稠环可能以这种方式形成：与E2～E4上的相邻取代基的交叉结合(cross-couple)。这种通过E1～E4形成的经稠合的环状结构被称为E1-E4环。
R表示选自下组的基团：经取代的或未经取代的烷基、经取代的或未经取代的芳基、以及经取代的或未经取代的杂芳基、或者它们中两个以上组合的残基。
当n是1的时候，R′表示与R相同的基团。当n是2～6时，R′表示选自下组的连接基团：经取代的或未经取代的亚烷基、经取代的或未经取代的亚芳基、经取代的或未经取代的杂环亚芳基、以及它们中两个以上组合的残基，或者R′直接以单键与两个E1-E4环键合。
(m+1)是0至11的整数。n是1至6的整数。
当存在多个E1-E4环和R时，多个E1-E4环和R各自可以相同或不同。在式(BL-5)中，包括在分子中E1～E4、R和R′的总数为6个以上，其中E1～E4、R和R′表示通过非金属原子的共价键形成的环。
烷基和芳基的例子优选与关于式(BL-1)中所述的那些烷基和芳基相同。所述杂芳基的例子优选吡啶、嘧啶、吡嗪、哒嗪、三嗪、四嗪、吡咯、咪唑、吡唑、噁唑、异噁唑、呋喃、噻吩、噻唑、异噻唑、三唑、噁二唑、噻二唑、呋吖、四唑、苯并咪唑、咪唑并吡啶、吲唑、喹啉、异喹啉、喹喔啉、萘啶、苯并唑、苯并噻唑、咔唑、二苯并呋喃、二苯并噻吩、和菲咯啉。
亚烷基、亚芳基、杂环亚芳基优选为如上所列烷基、芳基、杂芳基所对应的n价残基。
E1-E4环的结构的例子优选列于如下式(BL-5-1)中的经稠合的环状结构。
[化学式16]
下面，将对式(BL-5-1)中的符号进行描述。
X、Y、Z和R″是与关于式(BL-3-1)中所述的相同。
下面，将描述如式(BL-6)所示结构。
[化学式17]
下面，将对式(BL-6)中的符号进行描述。
F1～F5各自表示环状结构。相邻的F稠合形成环。F1～F5的至少一个是具有杂原子的结构。一个稠环可能以这种方式形成：与各个F上的相邻取代基交叉结合。可选地，一个稠环可能以这种方式形成：与相邻的F交叉结合。这种通过F1～F5形成的经稠合的环状结构被称为F1-F5环。
R表示选自下组的基团：经取代的或未经取代的烷基、经取代的或未经取代的芳基、以及经取代的或未经取代的杂芳基、或者它们中两个以上组合的残基。
当n是1的时候，R′表示与R相同的基团。当n是2～6时，R′表示选自下组的连接基团：经取代的或未经取代的亚烷基、经取代的或未经取代的亚芳基、经取代的或未经取代的杂环亚芳基、以及它们中两个以上组合的残基，或者R′直接以单键与两个F1-F5环键合。
m是0至13的整数。n是1至6的整数。
当存在多个F1-F5环和R时，多个F1-F5环和R各自可以相同或不同。在式(BL-6)中，包括在分子中F1～F5、R和R′的总数，其中F1～F5、R和R′表示通过非金属原子的共价键形成的环。
烷基和芳基的例子优选与关于式(BL-1)中所述的那些烷基和芳基相同。所述杂芳基的例子优选吡啶、嘧啶、吡嗪、哒嗪、三嗪、四嗪、吡咯、咪唑、吡唑、噁唑、异噁唑、呋喃、噻吩、噻唑、异噻唑、三唑、噁二唑、噻二唑、呋吖、四唑、苯并咪唑、咪唑并吡啶、吲唑、喹啉、异喹啉、喹喔啉、萘啶、苯并唑、苯并噻唑、咔唑、二苯并呋喃、二苯并噻吩、和菲咯啉。
亚烷基、亚芳基、杂环亚芳基优选为如上所列烷基、芳基、杂芳基所对应的n价残基。
F1-F5环的结构的例子优选列于如下通式(BL-6-1)中的经稠合的环状结构。
[化学式18]
下面，将对式(BL-6-1)中的符号进行描述。
X、Y、Z和R″是与关于式(BL-3-1)中所述的相同。
式(BL-6)所示结构也包括如下化合物。
[化学式19]
在阻挡层中的具有六个以上环状结构的芳族杂环衍生物的例子是通过以下式(BL-7)所示结构。然而，所述芳族杂环衍生物并不仅限于如下化合物。
[化学式20]
下面，将对式(BL-7)中的符号进行描述。
Ar是经取代的或未经取代的亚芳基或杂环亚芳基。
X独立地表示CR或N。R中的一个与Ar以单键键合。其余的R独立地是氢原子、氟原子、经取代的或未经取代的烷基、环烷基、芳基、杂芳基、烷氧基、芳氧基、烷氨基、芳氨基、烷基甲硅烷基、芳基甲硅烷基、硝基、氰基、或由芳基和杂芳基中的两个或三个形成的连接基团。
n是2、或3的整数。
芳基的例子优选为苯基、联苯基、邻三联苯基、间三联苯基、对三联苯基、萘基、菲基、屈基、苯并菲基、苯并屈基、苯并蒽基、三苯基、荧蒽基、苯并荧蒽基和芴基。杂芳基的例子优选吡啶基、嘧啶基、吡嗪基、哒嗪基(pyridazynyl)、喹啉基、异喹啉基、喹喔啉基、萘啶基、咪唑吡啶基、吲哚基、吲唑基、菲咯啉基(phenanthrolyl)、咪唑基、吡唑基、吡咯基、呋喃基、噻吩基、噁唑基、噻唑基、苯并噁唑基、苯并噻唑基、噁二唑基、噻二唑基、三唑基、四唑基、二苯并呋喃基、二苯并噻吩基、和咔唑基。亚芳基是芳基的二价或三价残基。杂环亚芳基是杂芳基的二价或三价残基。
式(BL-7)所示结构也包括如下化合物。
[化学式21]
在阻挡层中的具有六个以上环状结构的芳族杂环衍生物的例子是通过以下式(BL-8)所示结构。然而，所述芳族杂环衍生物并不仅限于如下化合物。
[化学式22]
下面，将对式(BL-8)中的符号进行描述。
Ar1是四个以上环的稠环基，所述稠环基具有一个以上选自呋喃环和吡喃环的环。
HAr是以下式(BL-8-2)～(BL-8-5)所示的含氮杂环基。
n和m各自是0～5的整数。
L是单键或者由两个或三个选自下组的基团以单键形成的(n+m)价连接基团：经取代的或未经取代的具有6～30个成环碳原子的(n+m)价芳基、和经取代的或未经取代的具有5～30个成环原子的(n+m)价杂环基。
[化学式23]
下面，将对式(BL-8-2)～(BL-8-5)中的符号进行描述。
R11、R12、R21、R22、R31～R40、和R41～R46独立地是氢原子、卤素原子、经取代的或未经取代的具有1～10个碳原子的烷基、经取代的或未经取代的具有3～8个成环碳原子的环烷基、经取代的具有3～30个碳原子的甲硅烷基、经取代的或未经取代的具有1～20个碳原子的烷氧基、经取代的或未经取代的具有6～20个成环碳原子的芳氧基、经取代的或未经取代的具有1～20个碳原子的烷硫基、氨基、经取代的或未经取代的具有1～20个碳原子的单烷氨基或二烷氨基、经取代的或未经取代的具有6～30个成环碳原子的芳基、经取代的或未经取代的具有5～30个成环原子的杂环基。
R31～R35中的一个、和R36～R40中的一个是单键，从而与式(BL-8-4)所示的两个吡啶环成键。
X选自N或CR13。
R13是氢原子、卤素原子、经取代的或未经取代的具有1～10个碳原子的烷基、经取代的或未经取代的具有3～8个成环碳原子的环烷基、经取代的具有3～30个碳原子的甲硅烷基、经取代的或未经取代的具有1～20个碳原子的烷氧基、经取代的或未经取代的具有6～20个成环碳原子的芳氧基、经取代的或未经取代的具有1～20个碳原子的烷硫基、氨基、经取代的或未经取代的具有1～20个碳原子的单烷氨基或二烷氨基、经取代的或未经取代的具有6～30个成环碳原子的芳基、经取代的或未经取代的具有5～30个成环原子的杂环基。
当存在多个R13时，R13可以相同或不同。
Y选自N或CR23。
R23是氢原子、卤素原子、经取代的或未经取代的具有1～10个碳原子的烷基、经取代的或未经取代的具有3～8个成环碳原子的环烷基、经取代的具有3～30个碳原子的甲硅烷基、经取代的或未经取代的具有1～20个碳原子的烷氧基、经取代的或未经取代的具有6～20个成环碳原子的芳氧基、经取代的或未经取代的具有1～20个碳原子的烷硫基、氨基、经取代的或未经取代的具有1～20个碳原子的单烷氨基或二烷氨基、经取代的或未经取代的具有6～30个成环碳原子的芳基、经取代的或未经取代的具有5～30个成环原子的杂环基。
当存在多个R23时，R23可以相同或不同。
Z是交联基团：经取代的或未经取代的亚烷基或者亚烯基。
R11～R13中的一个、R21～R23中的一个、R31～R40中的一个、以及R41～R46中的一个是与L成键的单键。
在阻挡层中的芳族杂环衍生物的优选例子为以下式(BL-9)或(BL-10)所示的化合物(咔唑吖嗪化合物)。
[化学式24]
在式(BL-9)中，Cz是经取代的或未经取代的咔唑基、或者经取代的或未经取代的氮杂咔唑基。A是被芳基取代的含氮环基、被二芳基取代的含氮环基、被三芳基取代的含氮环基。m是1～3的整数。
[化学式25]
在式(BL-10)中，Cz是经取代的或未经取代的咔唑基、或者经取代的或未经取代的氮杂咔唑基。A是被芳基取代的含氮环基、被二芳基取代的含氮环基、被三芳基取代的含氮环基。n是1～3的整数。
A的例子是经取代的或未经取代的吡啶、喹啉、吡嗪、嘧啶、喹喔啉、三嗪、咪唑、咪唑并吡啶、哒嗪、和苯并咪唑。
在阻挡层中的芳族杂环衍生物的优选例子为以下式(BL-11)或(BL-12)所示的化合物(梯形化合物(ladder compound))。
[化学式26]
下面，将对式(BL-11)和(BL-12)中的符号进行描述。
Ar1、Ar2、和Ar3独立地是经取代的或未经取代的具有6个成环碳原子的芳烃基、或者经取代的或未经取代的具有6个成环原子的芳族杂环基。
Ar1、Ar2、和Ar3可以具有一个以上的取代基Y。多个的Y可以彼此不同。
Y表示具有1～20个碳原子的烷基、经取代的或未经取代的具有3～20个成环碳原子的环烷基、具有1～20个碳原子的烷氧基、具有7～24个碳原子的芳烷基、具有3～20个碳原子的甲硅烷基或经取代的甲硅烷基、经取代的或未经取代的具有6～24个成环碳原子的芳烃基或稠合芳烃基、或者经取代的或未经取代的具有3～24个成环碳原子的芳族杂环基或稠合芳族杂环基。
在式(BL-11)和(BL-12)中，X1、X2、X3和X4独立地表示氧(O)、硫(S)、H-R1或CR2R3。CR2R3表示R2和R3与碳原子(C)成键。
R1、R2和R3各自独立表示具有1～20个碳原子的烷基、经取代的或未经取代的具有3～20个成环碳原子的环烷基、具有7～24个碳原子的芳烷基、经取代的具有3～20个碳原子的甲硅烷基或经取代的甲硅烷基、经取代的或未经取代的具有6～24个碳原子的芳烃基或稠合芳烃基、或者经取代的或未经取代的具有3～24个碳原子的芳族杂环基或稠合芳族杂环基。
然而，当X1和X2都表示N-R1时，o和p是0，并且q是1；或者当X1和X3表示N-R1时，p和q是0，并且o是1；至少一个R1表示经取代的或未经取代的具有8～24个成环原子的一价稠合杂芳基。
在式(BL-11)和(BL-12)中，o、p、q表示0～1。
s表示1、2、3、或4，这各自表示单体、二聚物、三聚物、和四聚物，各自使用L4作为连接基团。
r表示1、2、3或4。在式(BL-11)和(BL-12)中，L2表示单键、具有1～20个碳原子的亚烷基、经取代的或未经取代的具有3～20个成环碳原子的环亚烷基、具有2～20个碳原子的二价甲硅烷基或二价经取代的甲硅烷基、经取代的或未经取代的具有6～24个成环碳原子的二价芳烃基或者稠合芳烃基、或者经取代的或未经取代的具有3～24个成环碳原子的一价或二价芳族杂环基或稠合芳族杂环基。
在式(BL-11)中，L3表示单键、具有1～20个碳原子的亚烷基，具有3～20个成环碳原子的环亚烷基、具有2～20个碳原子的二价甲硅烷基或二价经取代的甲硅烷基、经取代的或未经取代的具有6～24个成环碳原子的二价芳烃基或稠合芳烃基、或者经取代的或未经取代的具有3～24个成环碳原子的二价芳族杂环基或稠合芳族杂环基。
在式(BL-12)中，当s是2时，L4表示单键、具有1～20个碳原子的亚烷基，具有3～20个成环碳原子的环亚烷基、具有2～20个碳原子的二价甲硅烷基或二价经取代的甲硅烷基、经取代的或未经取代的具有6～24个成环碳原子的二价芳烃基或稠合芳烃基、或者经取代的或未经取代的具有3～24个成环碳原子的二价芳族杂环基或稠合芳族杂环基。
当s是3时，L4表示具有1～20个碳原子的三价饱和烃基、经取代的或未经取代的具有3～20个成环碳原子的三价饱和环状烃基、具有3～20个碳原子的三价甲硅烷基或三价经取代的甲硅烷基、经取代的或未经取代的具有6～24个成环碳原子的三价芳烃基或稠合芳烃基、或者经取代的或未经取代的具有3～24个成环碳原子的三价芳族杂环基或稠合芳族杂环基。
当s是4时，L4表示具有1～20个碳原子的四价饱和烃基、经取代的或未经取代的具有3～20个成环碳原子的四价饱和环状烃基、硅原子、经取代的或未经取代的具有6～24个成环碳原子的四价芳烃基或稠合芳烃基、或者经取代的或未经取代的具有3～24个成环碳原子的四价芳族杂环基或稠合芳族杂环基。
在式(BL-11)和(BL-12)中，A1表示氢原子、经取代的或未经取代的具有3～20个成环碳原子的环烷基、具有3～20个碳原子的甲硅烷基或经取代的甲硅烷基、经取代的或未经取代的具有6～24个成环碳原子的芳烃基或稠合芳烃基、或者经取代的或未经取代的具有3～24个成环碳原子的芳族杂环基或稠合芳族杂环基。
在式(BL-11)中，A2表示氢原子、经取代的或未经取代的具有3～20个成环碳原子的环烷基、具有3～20个碳原子的甲硅烷基或经取代的甲硅烷基、经取代的或未经取代的具有6～24个成环碳原子的芳烃基或稠合芳烃基、经取代的或未经取代的具有3～24个成环碳原子的芳族杂环基或稠合芳族杂环基。
在本发明中，优选式(BL-11)和(BL-12)中X1和X4中的一个、或者X2和X3中的一个是氧原子，并且式(BL-11)和(BL-12)所示化合物在分子中具有二苯并呋喃结构。
在本发明中，优选式(BL-11)和(BL-12)中X1和X4中的一个、以及X2和X3中的一个都是氧原子，并且式(BL-11)和(BL-12)所示化合物在分子中具有苯并呋喃二苯并呋喃(benzofurano dibenzofuran)结构。
在阻挡层中的芳族杂环衍生物的优选例子为以下式(BL-13)或(BL-14)所示的化合物。
[化学式27]
在式(BL-13)中，其数量表示为a的选自R1～R12的任一基团是与L1键合的单键。数量表示为12-a的R1～R12的其余的基团各自是氢原子、氟原子、经取代的或未经取代的具有6～30个成环碳原子的芳基、或者经取代的或未经取代的具有5～30个成环原子的杂环。
L1是单键、经取代的或未经取代的具有6～30个成环碳原子的(b+1)价环烃基(hydrocarbon cyclic group)、或者经取代的或未经取代的具有5～30个成环原子的(b+1)价杂环基。
HAr是经取代的或未经取代的含氮杂环基。
a和b各自是1～4的整数，其中a和b中的至少一个是1。
[化学式28]
在式(BL-14)中，其数量表示为a的选自R201～R214的任一基团是与L1键合的单键。数量表示为14-a的其余的R201～R214各自是氢原子、氟原子、经取代的或未经取代的具有1～10个碳原子的烷基、经取代的或未经取代的具有3～8个碳原子的环烷基、经取代的或未经取代的具有3～30个碳原子的烷基甲硅烷基、经取代的或未经取代的具有8～30个成环碳原子的芳基甲硅烷基、经取代的或未经取代的具有1～20个碳原子的烷氧基、经取代的或未经取代的具有6～20个碳原子的芳氧基、经取代的或未经取代的具有6～30个成环碳原子的芳基、或者经取代的或未经取代的具有5～30个碳原子的杂环基。
L1是单键、经取代的或未经取代的具有6～30个成环碳原子的(b+1)价环烃基、或者经取代的或未经取代的具有5～30个成环原子的(b+1)价杂环基。
HAr是经取代的或未经取代的含氮杂环基。
a和b各自是1～4的整数，其中a和b中的一个是1。
在上述式(BL-13)和(BL-14)中的HAr列举为以下式(BL-13-1)至(BL-13-5)。
[化学式29]
在式(BL-13-1)至(BL-13-5)中，R111～R130是氢原子或取代基，在R111～R130中，相邻的取代基可以彼此键合从而形成饱和环或不饱和环。
R111～R115中的一个、R116～R119中的一个、R120～R122中的一个、R123～R126中的一个、以及R127～R130中的一个是与L1键合的单键。
作为阻挡层材料，可使用以下式(BL-15)所示的含氮杂环衍生物。
[化学式30]
在式(BL-15)中，R401～R416各自是氢原子、氟原子、经取代的或未经取代的具有1～10个碳原子的烷基、经取代的或未经取代的具有3～10个碳原子的环烷基、经取代的或未经取代的具有3～30个碳原子的烷基甲硅烷基、经取代的或未经取代的具有8～30个成环碳原子的芳基甲硅烷基、经取代的或未经取代的具有1～20个碳原子的烷氧基、经取代的或未经取代的具有6～20个成环碳原子的芳氧基、经取代的或未经取代的烷氨基、经取代的或未经取代的芳氨基、经取代的或未经取代的具有6～30个成环碳原子的芳基、或者经取代的或未经取代的具有5～30个成环原子的杂环基。R401～R410中的一个、以及R411～R416中的一个是与L1键合的单键。在R411～R416中，相邻的取代基可以形成饱和环或不饱和环。
L1是单键、经取代的或未经取代的具有6～30个成环碳原子的(c+d)价烃基、或者经取代的或未经取代的具有5～30个成环原子的(c+d)价杂环基。
c和d各自表示1～3的整数，
条件是L1和R401～R416不是含有蒽的基团。
在阻挡层的中芳族杂环衍生物的优选例子为以下式(BL-18)所示的化合物。
[化学式31]
在式(BL-18)中，R独立地表示氢原子、氟原子、经取代的或未经取代的烷基、环烷基、芳基、杂芳基、烷氧基、芳氧基、烷氨基、芳氨基、烷基甲硅烷基、芳基甲硅烷基、硝基、氰基、或由芳基和杂芳基中的两个或三个形成的连接基团。
芳基的例子优选为苯基、联苯基、邻三联苯基、间三联苯基、对三联苯基、萘基、菲基、屈基、苯并菲基、苯并屈基、苯并蒽基、三苯基、荧蒽基、苯并荧蒽基和芴基。杂芳基的例子优选吡啶基、嘧啶基、吡嗪基、哒嗪基(pyridazynyl)、喹啉基、异喹啉基、喹喔啉基、萘啶基、咪唑吡啶基、吲哚基、吲唑基、菲罗啉基(phenanthrolyl)、咪唑基、吡唑基、吡咯基、呋喃基、噻吩基、噁唑基、噻唑基、苯并噁唑基、苯并噻唑基、噁二唑基、噻二唑基、三唑基、四唑基、二苯并呋喃基、二苯并噻吩基、和咔唑基。
例如，列举出以下化合物作为例子。
[化学式32]
在阻挡层中的芳族杂环衍生物的优选例子为以下式(BL-19)所示的化合物。
[化学式33]
在式(BL-19)中，R中的一个是与B键合的单键。其余的R独立地表示为氢原子、氟原子、经取代的或未经取代的烷基、环烷基、芳基、杂芳基、烷氧基、芳氧基、烷氨基、芳氨基、烷基甲硅烷基、芳基甲硅烷基、硝基、氰基、或由芳基和杂芳基中的两个或三个形成的连接基团。m是2以上的整数。B是单键或连接基团。具体来说，B是经取代的或未经取代的m价亚烷基、经取代的或未经取代的亚烯基、经取代的或未经取代的m价亚芳基、经取代的或未经取代的m价杂环亚芳基、由2～4个芳基和杂芳基形成的m价连接基团、或者通过以下式(BL-20)所示的m价基团。
[化学式34]
在式(BL-20)中，Ar′独立地是经取代的或未经取代的亚芳基或者杂环亚芳基。a表示与式(BL-19)中所示菲咯啉结构的键合位置。Y是O、S或CR′2。R′独立地是经取代的或未经取代的烷基、经取代的或未经取代的芳基、经取代的或未经取代的杂芳基。R′可以彼此键合从而彼此形成饱和环或不饱和环。j和k独立地是1以上的整数，满足j+k＝m。
芳基的例子优选为苯基、联苯基、邻三联苯基、间三联苯基、对三联苯基、萘基、菲基、屈基、苯并菲基、苯并屈基、苯并蒽基、三苯基、荧蒽基、苯并荧蒽基和芴基。杂芳基的例子优选吡啶基、嘧啶基、吡嗪基、哒嗪基、喹啉基、异喹啉基、喹喔啉基、萘啶基、咪唑吡啶基、吲哚基、吲唑基、菲罗啉基、咪唑基、吡唑基、吡咯基、呋喃基、噻吩基、噁唑基、噻唑基、苯并噁唑基、苯并噻唑基、噁二唑基、噻二唑基、三唑基、四唑基、二苯并呋喃基、二苯并噻吩基、和咔唑基
例如，列举出以下化合物作为例子。
[化学式35]
电子注入层被插入在阻挡层和阴极之间。电子注入层可促进来自阴极的电子注入。具体地，例如，电子注入层可以具有在典型的电子传输材料上碱金属化合物、碱金属、或碱金属络合物的层叠结构。用于形成阻挡层的材料可以掺杂有碱金属化合物、碱金属、或碱金属络合物所代表的供体。
在本发明中，阻挡层中的芳族杂环衍生物在0.04MV/cm～0.5MV/cm的电场强度中的电子迁移率优选为10-6cm2/Vs以上。
这一电子迁移率的目的在于促进电子注入到发光层、并提高发光层中的激子密度，从而有效地引发TTF现象。
在本发明中阻挡层的膜厚度优选为10nm以下。这一膜厚度的目的在于即使在低的阻挡层的电子迁移率下也可防止三重态激子扩散，并且降低对于电子向发光层注入的抑制作用，从而有效地引发TTF现象。
在本发明中，阻挡层中的芳族杂环衍生物在0.04MV/cm～0.5MV/cm的电场强度中的电子迁移率在1×10-8cm2/Vs以下是有效的。
在本发明的电子注入层中，在0.04MV/cm～0.5MV/cm的电场强度中的电子迁移率优选为10-6cm2/Vs以上。
这一电子迁移率的目的在于促进电子注入到发光层中，并提高发光层中的激子密度，从而有效地引发TTF现象。
在上述电子注入层中掺杂的供体的例子如下所述。
供体金属是指具有3.8eV以下逸出功的金属。供体金属优选碱金属、碱土金属、和稀土金属，更优选Cs、Li、Na、Sr、K、Mg、Ca、Ba、Yb、Eu、和Ce。
供体金属化合物是包括上述供体金属的化合物，优选包括碱金属、碱土金属和稀土金属的配混物(compounding)，更优选这些金属的卤化物、氧化物、碳酸盐和硼酸盐。列举的是表示为MOx(M：供体金属，x：0.5～1.5)、MFx(x：1～3)和M(CO3)x(x：0.5～1.5)的化合物。
供体金属络合物是上述供体金属的络合物，优选碱金属、碱土金属、或稀土金属的有机金属络合物。优选通过以下式(I)所示的有机金属络合物。
[化学式36]
在式(I)中，M是供体金属；Q是配体，优选羧酸衍生物、二酮衍生物、或喹啉衍生物；并且n是1～4的整数。
所述供体金属络合物列举为JP-A-2005-72012中所公开的钨水轮(tungstenwaterwheel)。可选的是，在JP-A-11-345687中公开的具有碱金属或碱土金属的中心金属的酞菁化合物等可用作供体金属络合物。
可以单独使用上述供体中的一种、或者两种以上组合使用。
用于电子注入层的化合物可列举为以下式(EIL-1)所示的化合物。
[化学式37]
在式(EIL-1)中，HAr1是经取代的或未经取代的含氮杂环基，优选具有以下结构。
[化学式38]
用于式(EIL-1)中的HAr1的取代基的例子包括：氟原子、氰基、经取代的或未经取代的具有1～20个碳原子的烷基、经取代的或未经取代的具有3～20个碳原子的环烷基、经取代的或未经取代的具有3～20个碳原子的烷基甲硅烷基、经取代的或未经取代的具有8～30个碳原子的芳基甲硅烷基、经取代的或未经取代的具有1～20个碳原子的烷氧基、经取代的或未经取代的具有6～30个碳原子的芳氧基、经取代的或未经取代的具有6～30个成环碳原子的芳基、和经取代的或未经取代的具有5～30个成环原子的杂环基。
在式(EIL-1)中，Ar1是经取代的或未经取代的具有10～30个成环碳原子的稠环基团，优选具有以下稠合环状结构。
[化学式39]
式(EIL-1)中的Ar1的取代基的例子包括：氟原子、氰基、经取代的或未经取代的具有1～20个碳原子的烷基、经取代的或未经取代的具有3～20个碳原子的环烷基、经取代的或未经取代的具有3～20个碳原子的烷基甲硅烷基、经取代的或未经取代的具有8～30个碳原子的芳基甲硅烷基、经取代的或未经取代的具有1～20个碳原子的烷氧基、经取代的或未经取代的具有6～30个碳原子的芳氧基、具有经取代的或未经取代的6～30个成环碳原子的芳基、和经取代的或未经取代的具有5～30个成环原子的杂环基。
在式(EIL-1)中，L1表示单键、经取代的或未经取代的具有6～30个成环碳原子的(a+b)价环烃基、经取代的或未经取代的具有5～30个成环原子的(a+b)价杂环基、经取代的或未经取代的具有6～30个成环碳原子的环烃基、或者通过多个经取代的或未经取代的各自具有5～30个成环原子的杂环基连接所形成的(a+b)价基团。
式(EIL-1)中的L1的取代基的例子包括氟原子、氰基、经取代的或未经取代的具有3～20个碳原子的烷基甲硅烷基、经取代的或未经取代的具有8～30个碳原子的芳基甲硅烷基、经取代的或未经取代的具有6～30个成环碳原子的芳基、和经取代的或未经取代的具有5～30个成环原子的杂环基。
在式(EIL-1)中，a是1至3的整数，并且更优选a＝1。
在式(EIL-1)中，b是1至3的整数，并且更优选b＝1。
用于电子注入层的化合物可列举为以下式(EIL-2)所示的化合物。
[化学式40]
在式(EIL-1)中，R101～R108中的一个以单键与L2键合。其余的R101～R108是氢原子或取代基。
式(EIL-2)中用于R101～R108的取代基的例子与在式(EIL-1)中所列的相同。优选的例子是具有1～20个碳原子的烷基、或具有6～30个成环碳原子的芳基。
在式(EIL-2)中，L2代表单键或连接基团，其中所述连接基团是c价芳族烃基、或者具有如下式(EIL-2-1)所示结构的c价基团。
[化学式41]
在式(EIL-2-1)中，R109～R110是氢原子或取代基。
在式(EIL-2-1)中，d和e独立地是1～5的整数。
在式(EIL-2-1)中，X是选自如下的结构。
[化学式42]
在式(EIL-2)中，c是2至4的整数，并且优选c是2。
在式(EIL-2)所示化合物中，以R101与L2键合且表示为如下式(EIL-2-2)的化合物是优选的。
[化学式43]
在式(EIL-2-2)中，R102～R107是氢原子或取代基、优选氢原子。
在式(EIL-2-2)中，c和L2与式(EIL-2)中所述的相同。
在式(EIL-2-2)中，c优选2。
在式(EIL-2-2)中，L2优选是经取代的或未经取代的亚苯基、或者经取代的或未经取代的亚萘基。
在式(EIL-2-2)中，Ar108表示氢原子、具有1～20个碳原子的烷基、或者经取代的或未经取代的具有6～30个成环碳原子的芳基，更优选甲基、叔丁基、经取代的或未经取代的苯基、或者经取代的或未经取代的萘基。
下面通过基质的亲合势与掺杂剂的亲合势之间的关系来描述高效地产生TTF现象的条件。在下文中，将基质的亲合力描述为Ah，将掺杂剂的亲合力描述为Ad，将基质的电离电位描述为Ih，并将掺杂剂的电离电位描述为Id。
现在，将根据以下情况来描述这些条件。
[1]Ah＞Ad的情况
[2]Ah＜Ad的情况
[3]满足Ah＜Ad的掺杂剂和满足Ah＞Ad的掺杂剂共存的情况
[1]Ah＞Ad的情况
下面将描述满足Ah＞Ad的情况。该实施方式中使用的掺杂剂是发射主峰波长为550nm以下的发荧光的掺杂剂(在下文中，有时称为具有550nm以下主峰波长的荧光掺杂剂)。所述掺杂剂呈现出相对较大的能隙。因此，当满足Ah＞Ad的关系时，可同时满足Ih＞Id的关系。因此，掺杂剂易于用作空穴陷阱。
例如，图4显示出在上述情况下发光层中基质和掺杂剂的Ip-Af关系。在图4中，发光层中的阴影面积显示了激子密度分布。上述情况也适用于图5～图7。图4显示出Ah＞Ab＞Ae情况下的关系。
当基质与掺杂剂之间的电离电位的带隙(gap)变大时，掺杂剂可能具有空穴捕获性能，由此不仅在基质分子上产生了三重态激子，而且还在掺杂剂分子上直接产生了三重态激子。因此，增加了在掺杂剂上直接产生的三重态激子。当满足关系ET h＜ET d的时候，在掺杂剂分子上的三重态激子能量通过Dexter能量转移来转移到基质分子上，导致所有三重态激子在基质聚集。因此，TTF现象高效地发生。
在本发明中，优选空穴传输区中的空穴传输层与发光层邻接，并且空穴传输层的三重态能量ET ho大于基质的三重态能量ET h。
当掺杂剂具有空穴捕获性能时，从空穴传输区注入到发光层的空穴被掺杂剂捕获。因此，复合经常发生在发光层靠近阳极处。用于空穴传输区的典型的已知空穴捕获材料经常呈现出大于基质的三重态能量。因此，在空穴侧(holes-side)的三重态激子的扩散不存在问题。
然而，即使复合经常发生在阳极附近，也不能忽略电子传输区界面处的三重态激子密度。即使在这样的条件下，通过增加阻挡层的三重态能量也能够实现高效率的复合。
用于确定复合区域的其它要素是载流子迁移率、电离电位、亲合势、以及各个空穴传输区和电子传输区的膜厚度。例如，当空穴传输区的膜厚度比电子传输区的膜厚度更厚的时候，注入到发光层的电子量相对降低。因此，复合区域迁移到靠近电子传输区。在这种情况下，当使用具有本发明中具有较大三重态能量的阻挡层时，可以有效地引发TTF现象。
满足上述亲合势关系的基质和掺杂剂可以选自例如以下化合物(参见JP-A-2010-50227(日本专利申请No.2008-212102)等)。
基质是蒽衍生物、以及包含多环的芳族骨架的化合物，优选蒽衍生物。
掺杂剂是选自下组的至少一种化合物：芘衍生物、氨基蒽衍生物、氨基屈衍生物和氨基芘衍生物。
基质和掺杂剂的优选组合的例子是：蒽衍生物作为基质、并且选自下组的至少一种化合物作为掺杂剂：芘衍生物、氨基蒽衍生物、氨基屈衍生物和氨基芘衍生物。
氨基蒽衍生物列举为通过下式(4)所示的化合物。
[化学式44]
在式(4)中，A1和A2独立地表示经取代的或未经取代的具有1～6个碳原子的脂肪烃基、经取代的或未经取代的具有6～20个成环碳原子的芳烃基、或者经取代的或未经取代的具有5～19个成环原子并包含氮、硫或氧原子的杂环芳烃基。
A3独立地表示经取代的或未经取代的具有1～6个碳原子的脂肪烃基、经取代的或未经取代的具有6～20个成环碳原子的芳烃基、经取代的或未经取代的具有5～19个成环原子的杂环芳烃基、或者氢原子。所述杂环芳烃基包含氮原子、硫原子或氧原子。
氨基屈衍生物列举为通过下式(5)所示的化合物。
[化学式45]
在式(5)中，X1～X10各自表示氢原子、或取代基。Y1和Y2各自表示取代基。
X1～X10优选氢原子。Y1和Y2优选经取代的或未经取代的具有6～30个成环碳原子的芳香环。该芳香环上的取代基优选是具有1～6个碳原子的烷基。该芳香环优选是具有6～10个成环碳原子的芳香环、或者苯基。
氨基芘衍生物列举为通过下式(6)所示的化合物。
[化学式46]
在式(6)中，X1～X10各自表示氢原子、或取代基。X3和X8、或X2和X7各自表示-NY1Y2(Y1和Y2：取代基)。当X3和X8各自表示-NY1Y2时，优选X2，4，5，7，9，10表示氢原子，X1和X6表示氢原子、烷基、或环烷基。当X2和X7各自表示-NY1Y2时，优选X1，3-6，8-10是氢原子。其中Y1和Y2优选经取代的或未经取代的芳香环，例如，苯基和萘基。该芳香环上的取代基列举为具有1～6个碳原子的烷基。
蒽衍生物优选以下式(7)所示的化合物。
[化学式47]
在式(7)中，Ar11和Ar12独立地表示经取代的或未经取代的具有6～50个成环碳原子的芳基、或者经取代的或未经取代的具有5～50个成环原子的杂环基。R1～R8独立地表示选自下组的基团：氢原子、经取代的或未经取代的具有6～50个成环碳原子的芳基、经取代的或未经取代的具有5～50个成环原子的杂环基、经取代的或未经取代的具有1～50个碳原子的烷基、经取代的或未经取代的具有3～50个成环碳原子的环烷基、经取代的或未经取代的具有1～50个碳原子的烷氧基、经取代的或未经取代的具有7～50个碳原子的芳烷基、经取代的或未经取代的具有6～50个成环碳原子的芳氧基、经取代的或未经取代的具有6～50个成环碳原子的芳硫基、经取代的或未经取代的具有2～50个成环碳原子的烷氧羰基、经取代的或未经取代的甲硅烷基、羧基、卤素原子、氰基、硝基、和羟基。
在这些蒽衍生物中，优选根据待应用的有机EL器件的构成(arrangement)和预期性能来选择如下蒽衍生物(A)、(B)和(C)中的一个。
蒽衍生物(A)
在蒽衍生物中，式(7)中的Ar11和Ar12独立地表示经取代的或未经取代的具有10～50个成环碳原子的经稠合的芳基。蒽衍生物可以归类为以下两种情况：Ar11和Ar12所表示的经取代的或未经取代的经稠合的芳基相同的情况；以及Ar11和Ar12所表示的经取代的或未经取代的经稠合的芳基不相同的情况。
具体来说，蒽衍生物的例子是通过以下式(7-1)～(7-3)所示的蒽衍生物、以及其中Ar11和Ar12是彼此不同的经取代的或未经取代的经稠合的芳基的蒽衍生物。
在以下式(7-1)所示的蒽衍生物中，Ar11和Ar12是经取代的或未经取代的9-菲基。
[化学式48]
在式(7-1)中，R1～R8表示与如上所述相同的基团。
R11独立地表示选自下组的基团：氢原子、经取代的或未经取代的具有6～50个成环碳原子的芳基、经取代的或未经取代的具有5～50个成环原子的杂环基、经取代的或未经取代的具有1～50个碳原子的烷基、经取代的或未经取代的具有3～50个成环碳原子的环烷基、经取代的或未经取代的具有1～50个碳原子的烷氧基、经取代的或未经取代的具有7～50个碳原子的芳烷基、经取代的或未经取代的具有6～50个成环碳原子的芳氧基、经取代的或未经取代的具有6～50个成环碳原子的芳硫基、经取代的或未经取代的具有2～50个碳原子的烷氧羰基、经取代的或未经取代的甲硅烷基、羧基、卤素原子、氰基、硝基、和羟基。
a是0～9的整数。当a是2以上的整数时，在两个经取代的或未经取代的菲基是相同的情况下，多个R11可以彼此相同或不同。
在以下式(7-2)所示的蒽衍生物中，式(7)中的Ar11和Ar12是经取代的或未经取代的2-萘基。
[化学式49]
在式(7-2)中，R1～R8和R11表示与如上所述相同的基团。
b是1～7的整数。当a是2以上的整数时，如果两个经取代的或未经取代的2-萘基相同，那么多个R11可以彼此相同或不同。
在以下式(7-3)所示的蒽衍生物中，式(7)中的Ar11和Ar12是经取代的或未经取代的1-萘基。
[化学式50]
在式(7-3)中，R1～R8和R11表示与如上所述相同的基团。当b是2以上的整数时，如果两个经取代的或未经取代的1-萘基相同，那么多个R11可以彼此相同或不同。
在其中式(7)中的Ar11和Ar12是不同的经取代的或未经取代的经稠合的芳基的蒽衍生物中，Ar11和Ar12优选为下组基团的一种：经取代的或未经取代的9-菲基、经取代的或未经取代的1-萘基、和经取代的或未经取代的2-萘基。
具体来说，优选当Ar11是1-萘基并且Ar12是2-萘基的时候、当Ar11是1-萘基并且Ar12是9-菲基的时候、以及当Ar11是2-萘基并且Ar12是9-菲基的时候。
蒽衍生物(B)
在该蒽衍生物中，式(7)中Ar11和Ar12中的一个是经取代的或未经取代苯基，并且Ar11和Ar12中的另一个是经取代的或未经取代的具有10～50个成环碳原子的经稠合的芳基。所述蒽衍生物的例子是通过下式(7-4)～(7-5)所示的蒽衍生物。
在以下式(7-4)所示的蒽衍生物中，式(7)中的Ar11是经取代的或未经取代的1-萘基，Ar12是经取代的或未经取代的苯基。
[化学式51]
在式(7-4)中，R1～R8和R11表示与如上所述相同的基团。
Ar6代表经取代的或未经取代的具有6～50个成环碳原子的芳基、经取代的或未经取代的具有1～50个碳原子的烷基、经取代的或未经取代的具有3～50个成环碳原子的环烷基、经取代的或未经取代的具有7～50个碳原子的芳烷基、经取代的或未经取代的具有5～50个成环原子的杂环基、9，9-二甲基芴-1-基、9，9-二甲基芴-2-基、9，9-二甲基芴-3-基、9，9-二甲基芴-4-基、二苯并呋喃-1-基、二苯并呋喃-2-基、二苯并呋喃-3-基、或二苯并呋喃-4-基。借助于与Ar6键合的苯环，Ar6可以形成环例如经取代的或未经取代的芴基、和经取代的或未经取代的二苯并呋喃基。当b是2以上的整数时，多个R11可以彼此相同或不同。
在以下式(7-5)所示的蒽衍生物中，式(7)中的Ar11是经取代的或未经取代的2-萘基，Ar12是经取代的或未经取代的苯基。
[化学式52]
在式(7-5)中，R1～R8和R11表示与如上所述相同的基团。Ar7代表经取代的或未经取代的具有6～50个成环碳原子的芳基、经取代的或未经取代的具有5～50个成环原子的杂环基、经取代的或未经取代的具有1～50个碳原子的烷基、经取代的或未经取代的具有3～50个成环碳原子的环烷基、经取代的或未经取代的具有7～50个碳原子的芳烷基、二苯并呋喃-1-基、二苯并呋喃-2-基、二苯并呋喃-3-基、或二苯并呋喃-4-基。借助于与Ar7键合的苯环，Ar7可以形成环例如经取代的或未经取代的芴基、和经取代的或未经取代的二苯并呋喃基。当b是2以上的整数时，多个R11可以彼此相同或不同。
蒽衍生物(C)
蒽衍生物通过下式(7-6)表示。具体来说，所述蒽衍生物优选是通过下式(7-6-1)、(7-6-2)、和(7-6-3)中的一个所示的衍生物。
[化学式53]
在式(7-6)中，R1～R8和Ar6表示与如上所述相同的基团。Ar5代表经取代的或未经取代的具有6～50个成环碳原子的芳基、经取代的或未经取代的具有1～50个碳原子的烷基、经取代的或未经取代的具有3～50个成环碳原子的环烷基、经取代的或未经取代的具有7～50个碳原子的芳烷基、或经取代的或未经取代的具有5～50个成环原子的杂环基。独立地选择Ar5和Ar6。
[化学式54]
在式(7-6-1)中，R1～R8表示与如上所述相同的基团。
[化学式55]
在式(7-6-2)中，R1～R8表示与如上所述相同的基团。Ar8是经取代的或未经取代的具有10～20个成环碳原子的经稠合的芳基。
[化学式56]
在式(7-6-3)中，R1～R8表示与式(7)中相同的基团。
Ar5a和Ar6a独立地是经取代的或未经取代的具有10～20个成环碳原子的经稠合的芳基。用于R1～R8、R11、Ar5～Ar7和Ar12的经取代的或未经取代的具有6～50个成环碳原子的芳基的例子包括：苯基、1-萘基、2-萘基、1-蒽基、2-蒽基、9-蒽基、1-菲基、2-菲基、3-菲基、4-菲基、9-菲基、1-并四苯基(naphthacenyl)、2-并四苯基、9-并四苯基、1-芘基、2-芘基、6-屈基、1-苯并[c]菲基、2-苯并[c]菲基、3-苯并[c]菲基、4-苯并[c]菲基、5-苯并[c]菲基、6-苯并[c]菲基、1-苯并[g]屈基、2-苯并[g]屈基、3-苯并[g]屈基、4-苯并[g]屈基、5-苯并[g]屈基、6-苯并[g]屈基、7-苯并[g]屈基、8-苯并[g]屈基、9-苯并[g]屈基、10-苯并[g]屈基、11-苯并[g]屈基、12-苯并[g]屈基、13-苯并[g]屈基、14-苯并[g]屈基、1-三苯基、2-三苯基、2-芴基、9，9-二甲基芴-2-基、苯并芴基、二苯并芴基、2-联苯基、3-联苯基、4-联苯基、对三联苯-4-基、对三联苯-3-基、对三联苯-2-基、间三联苯-4-基、间三联苯-3-基、间三联苯-2-基、邻甲苯基、间甲苯基、对甲苯基、对叔丁基苯基、对(2-苯丙基)苯基、3-甲基-2-萘基、4-甲基-1-萘基、4-甲基-1-蒽基、4′-甲基联苯基、和4″-叔丁基-对三联苯-4-基。优选未经取代的苯基、经取代的苯基、经取代的或未经取代的具有10～14个成环碳原子的芳基(例如，1-萘基、2-萘基、和9-菲基)、经取代的或未经取代的芴基(2-芴基)、和经取代的或未经取代的芘基(1-芘基、2-芘基、和4-芘基)。
用于Ar5a、Ar6a和Ar8的经取代的或未经取代的具有10～10个成环碳原子的经稠合芳基的例子包括：1-萘基、2-萘基、1-蒽基、2-蒽基、9-蒽基、1-菲基、2-菲基、3-菲基、4-菲基、9-菲基、1-并四苯基、2-并四苯基、9-并四苯基、1-芘基、2-芘基、4-芘基、和2-芴基。特别是，优选1-萘基、2-萘基、9-菲基、和芴基(2-芴基)。
用于R1～R8、R11、Ar5～Ar7、Ar11和Ar12的经取代的或未经取代的具有5～50个成环原子的杂环基的例子包括：1-吡咯基、2-吡咯基、3-吡咯基、吡嗪基、2-吡啶基、3-吡啶基、4-吡啶基、1-吲哚基、2-吲哚基、3-吲哚基、4-吲哚基、5-吲哚基、6-吲哚基、7-吲哚基、1-异吲哚基、2-异吲哚基、3-异吲哚基、4-异吲哚基、5-异吲哚基、6-异吲哚基、7-异吲哚基、2-呋喃基、3-呋喃基、2-苯并呋喃基、3-苯并呋喃基、4-苯并呋喃基、5-苯并呋喃基、6-苯并呋喃基、7-苯并呋喃基、1-异苯并呋喃基、3-异苯并呋喃基、4-异苯并呋喃基、5-异苯并呋喃基、6-异苯并呋喃基、7-异苯并呋喃基、1-二苯并呋喃基、2-二苯并呋喃基、3-二苯并呋喃基、4-二苯并呋喃基、1-二苯并噻吩基、2-二苯并噻吩基、3-二苯并噻吩基、4-二苯并噻吩基、喹啉基、3-喹啉基、4-喹啉基、5-喹啉基、6-喹啉基、7-喹啉基、8-喹啉基、1-异喹啉基、3-异喹啉基、4-异喹啉基、5-异喹啉基、6-异喹啉基、7-异喹啉基、8-异喹啉基、2-喹喔啉、5-喹喔啉、6-喹喔啉、1-咔唑基、2-咔唑基、3-咔唑基、4-咔唑基、9-咔唑基、1-菲啶基、2-菲啶基、3-菲啶基、4-菲啶基、6-菲啶基、7-菲啶基、8-菲啶基、9-菲啶基、10-菲啶基、1-吖啶基、2-吖啶基、3-吖啶基、4-吖啶基、9-吖啶基、1，7-菲咯啉-2-基、1，7-菲咯啉-3-基、1，7-菲咯啉-4-基、1，7-菲咯啉-5-基、1，7-菲咯啉-6-基、1，7-菲咯啉-8-基、1，7-菲咯啉-9-基、1，7-菲咯啉-10-基、1，8-菲咯啉-2-基、1，8-菲咯啉-3-基、1，8-菲咯啉-4-基、1，8-菲咯啉-5-基、1，8-菲咯啉-6-基、1，8-菲咯啉-7-基、1，8-菲咯啉-9-基、1，8-菲咯啉-10-基、1，9-菲咯啉-2-基、1，9-菲咯啉-3-基、1，9-菲咯啉-4-基、1，9-菲咯啉-5-基、1，9-菲咯啉-6-基、1，9-菲咯啉-7-基、1，9-菲咯啉-8-基、1，9-菲咯啉-10-基、1，10-菲咯啉-2-基、1，10-菲咯啉-3-基、1，10-菲咯啉-4-基、1，10-菲咯啉-5-基、2，9-菲咯啉-1-基、2，9-菲咯啉-3-基、2，9-菲咯啉-4-基、2，9-菲咯啉-5-基、2，9-菲咯啉-6-基、2，9-菲咯啉-7-基、2，9-菲咯啉-8-基、2，9-菲咯啉-10-基、2，8-菲咯啉-1-基、2，8-菲咯啉-3-基、2，8-菲咯啉-4-基、2，8-菲咯啉-5-基、2，8-菲咯啉-6-基、2，8-菲咯啉-7-基、2，8-菲咯啉-9-基、2，8-菲咯啉-10-基、2，7-菲咯啉-1-基、2，7-菲咯啉-3-基、2，7-菲咯啉-4-基、2，7-菲咯啉-5-基、2，7-菲咯啉-6-基、2，7-菲咯啉-8-基、2，7-菲咯啉-9-基、2，7-菲咯啉-10-基、1-吩嗪基、2-吩嗪基、1-吩噻嗪基、2-吩噻嗪基、3-吩噻嗪基、4-吩噻嗪基、10-吩噻嗪基、1-吩噁嗪基(phenoxazinyl)、2-吩噁嗪基、3-吩噁嗪基、4-吩噁嗪基、10-吩噁嗪基、2-噁唑基、4-噁唑基、5-噁唑基、2-噁二唑、5-噁二唑、3-呋吖基(furazanyl)、2-噻吩基、3-噻吩基、2-甲基吡咯-1-基、2-甲基吡咯-3-基、2-甲基吡咯-4-基、2-甲基吡咯-5-基、3-甲基吡咯-1-基、3-甲基吡咯-2-基、3-甲基吡咯-4-基、3-甲基吡咯-5-基、2-叔丁基吡咯-4-基、3-(2-苯基丙基)吡咯-1-基、2-甲基-1-吲哚基、4-甲基-1-吲哚基、2-甲基-3-吲哚基、4-甲基-3-吲哚基、2-叔丁基-1-吲哚基、4-叔丁基-1-吲哚基、2-叔丁基-3-吲哚基、和4-叔丁基-3-吲哚基。在这些基团中，优选1-二苯并呋喃基、2-二苯并呋喃基、3-二苯并呋喃基、4-二苯并呋喃基、1-二苯并噻吩基、2-二苯并噻吩基、3-二苯并噻吩基、4-二苯并噻吩基、1-咔唑基、2-咔唑基、3-咔唑基、4-咔唑基、和9-咔唑基。
用于R1～R8、R11、Ar5～Ar7的经取代的或未经取代的具有1～50个碳原子的烷基的例子包括：甲基、乙基、丙基、异丙基、正丁基、仲丁基、异丁基、叔丁基、正戊基、正己基、正庚基、正辛基、羟甲基、1-羟乙基、2-羟乙基、2-羟基异丁基、1，2-二羟乙基、1，3-二羟基异丙基、2，3-二羟基叔丁基、1，2，3-三羟丙基、氯甲基、1-氯乙基、2-氯乙基、2-氯异丁基、1，2-二氯乙基、1，3-二氯异丙基、2，3-二氯叔丁基、1，2，3-三氯丙基、溴甲基、1-溴乙基、2-溴乙基、溴异丁基、1，2-二溴乙基、1，3-二溴异丙基、2，3-二溴-叔丁基、1，2，3-三溴丙基、碘甲基、1-碘乙基、2-碘乙基、2-碘异丁基、1，2-二碘乙基、1，3-二碘异丙基、2，3-二碘叔丁基、1，2，3-三碘丙基、氨甲基、1-氨乙基、2-氨乙基、2-氨基异丁基、1，2-二氨乙基、1，3-二氨基异丙基、2，3-二氨基叔丁基、1，2，3-三氨丙基、氰甲基、1-氰乙基、2-氰乙基、2-氰异丁基、1，2-二氰乙基、1，3-二氰异丙基、2，3-二氰基-叔丁基、1，2，3-三氰丙基、硝基甲基、1-硝基乙基、2-硝基乙基、2-硝基异丁基、1，2-二硝基乙基、1，3-二硝基异丙基、2，3-二硝基叔丁基、和1，2，3-三硝基丙基。在这些基团中，优选甲基、乙基、丙基、异丙基、正丁基、仲丁基、异丁基、和叔丁基。
用于R1～R8、R11、和Ar5～Ar7的经取代的或未经取代的具有3～50个成环碳原子的环烷基的例子包括：环丙基、环丁基、环戊基、环己基、4-甲基环己基、1-金刚烷基、2-金刚烷基、1-降冰片基、和2-降冰片基。在这些基团中，优选环戊基和环己基。
用于R1～R8和R11的经取代的或未经取代的具有1～50个碳原子的烷氧基是-OZ所示的基团。Z选自用于R1～R8的经取代的或未经取代的具有1～50个碳原子的烷基。
用于R1～R8、R11、和Ar5～Ar7的经取代的或未经取代的具有7～50个碳原子的芳烷基(其中，芳基部分具有6～49个碳原子，烷基部分具有1～44个碳原子)的例子包括：苯甲基、1-苯基乙基、2-苯基乙基、1-苯基异丙基、2-苯基异丙基、苯基叔丁基、α-萘基甲基、1-α-萘基乙基、2-α-萘基乙基、1-α-萘基异丙基、2-α-萘基异丙基、β-萘基甲基、1-β-萘基乙基、2-β-萘基乙基、1-β-萘基异丙基、2-β-萘基异丙基、1-吡咯基甲基、2-(1-吡咯基)乙基、对甲基苯甲基、间甲基苯甲基、邻甲基苯甲基、对氯苯甲基、间氯苯甲基、邻氯苯甲基、对溴苯甲基、间溴苯甲基、邻溴苯甲基、对碘苯甲基、间碘苯甲基、邻碘苯甲基、对羟基苯甲基、间羟基苯甲基、邻羟基苯甲基、对氨基苯甲基、间氨基苯甲基、邻氨基苯甲基、对硝基苯甲基、间硝基苯甲基、邻硝基苯甲基、对氰基苯甲基、间氰基苯甲基、邻氰基苯甲基、1-羟基-2-苯基异丙基、和1-氯-2-苯基异丙基。
用于R1～R8和R11的经取代的或未经取代的具有6～50个碳原子的芳氧基、和经取代的或未经取代的具有6～50个碳原子的芳硫基分别表示为-OY和-SY。Y选自用于R1～R8的经取代的或未经取代的具有6～50个成环碳原子的芳基。
用于R1～R8、和R11的经取代的或未经取代的具有2～50个碳原子的烷氧羰基(其中烷基部分具有1～49个碳原子)表示为-COOZ。Z选自用于R1～R8的经取代的或未经取代的具有1～50个碳原子的烷基。
用于R1～R8、和R11的经取代的甲硅烷基的例子包括：三甲基甲硅烷基、三乙基甲硅烷基、叔丁基二甲基甲硅烷基、乙烯基二甲基甲硅烷基、丙基二甲基甲硅烷基、和三苯基甲硅烷基。
用于R1至R8和R11的卤素原子的例子包括氟、氯、溴、和碘。
[2]Ah＜Ad的情况
当将基质和掺杂剂组合得满足关系Ah＜Ad时，设置在电子传输区内的阻挡层可以呈现出显著的优势，导致由TTF现象所产生的高效率。下面通过[2-1]和[2-2]的情况进行说明。通常，有机材料的最低未占据轨道能级(LUMO level)的宽度在比测定的亲合势能级要大大约0.2eV的范围内。
[2-1]Ad和Ah的差值小于0.2eV的情况。
图5显示在该情况下能带图的一个例子。在发光层中的点线显示了掺杂剂的能级。如图5所示，当Ad与Ah之间的差值小于0.2eV时，掺杂剂的LUMO能级被包括在基质的LUMO能级的增宽范围内，以致在发光层内携载的电子不大可能被掺杂剂捕获。换言之，掺杂剂大不可能呈现出电子捕获性能。此外，本发明的掺杂剂是主峰波长为550nm以下的宽带隙荧光掺杂剂。当满足关系Ah＜Ad时，由于Ah与Ad之间的差值为约0.2eV，故基质的电离电位与掺杂剂的电离电位之间的差值下降。结果是，掺杂剂并不趋向于呈现出显著的空穴捕获性能。图5显示了在Ah＞Ab＞Ae情况下的关系。
换言之，该情况中的掺杂剂并未趋于呈现出对电子和空穴的显著的捕获性能。通过该设置，如图5中发光层中的阴影面积所示，电子-空穴复合主要发生在发光层中较宽的全部面积中的基质分子上，由此主要在基质分子上产生25％的单重态激子和75％的三重态激子。在基质上产生的单重态激子的能量通过Foerster能量转移而转移到掺杂剂上，从而有助于掺杂剂分子的荧光发光。另一方面，三重态激子能量的转移方向取决于基质和掺杂剂的三重态能量关系。当该关系为ET h＞ET d时，在基质上产生的三重态激子通过Dexter能量转移被转移到附近的掺杂剂。荧光器件的发光层中的掺杂剂的浓度典型地低至数个质量％至20质量％。因此，已转移到掺杂剂上的三重态激子彼此几乎不碰撞，导致几乎不可能发生TTF现象。然而，当在该实施方式中满足关系ET h＜ET d时，因为三重态激子存在于基质分子上，所以碰撞频率增加，以致TTF现象容易且高效地发生。
在本发明中，阻挡层与发光层邻接。因为阻挡层的三重态能量ET b被设置得大于基质的三重态能量ET h，所以防止了三重态激子在电子传输区中扩散，以致TTF现象在发光层中可以高效地发生。
[2-2]Ad和Ah的差值大于0.2eV的情况。
图6显示了在该情况下能带图的一个例子。掺杂剂与基质之间的亲合势的差值增加，以致掺杂剂的LUMO能级位于比基质的LUMO能级区更高的位置。因此，掺杂剂更可能呈现出显著的电子捕获性能。在空穴由基质转移到掺杂剂之后，掺杂剂所捕获的电子与空穴发生复合。换句话说，与图5所示的条件不同，电子与空穴不仅在基质分子上复合而且在掺杂剂分子上也会成对地复合。因此，三重态激子不仅在基质分子上产生而且直接在掺杂剂分子上产生。在该条件下，当在该实施方式中满足关系ET h＜ET d时，因为直接在掺杂剂上产生的三重态激子通过Dexter能量转移而聚集到基质上，以致TTF现象高效发生。
当亲合势满足上述关系时，掺杂剂的电子捕获可能性向着发光层与阻挡层之间的界面增加。结果是，在邻近发光层与阻挡层之间的界面处频繁发生复合。在该情况下，与[2-1]中所述的情况相比，提高了阻挡层限制三重态激子的效果，这导致在发光层与阻挡层之间的界面处三重态激子的密度增加。图6显示在Ah＞Ab＞Ae情况下的关系。
满足Ah＜Ad中的上述关系的基质和掺杂剂可以选自例如以下化合物(参见JP-A-2010-50227(日本专利申请No.2008-212102)等)。
基质的例子为蒽衍生物和包含多环芳族骨架的化合物，优选蒽衍生物。
掺杂剂的例子为荧蒽衍生物、芘衍生物、芳基乙炔衍生物、芴衍生物、硼络合物、二萘嵌苯衍生物、噁二唑衍生物和蒽衍生物，优选为荧蒽衍生物、芘衍生物、和硼络合物，更优选为荧蒽衍生物和硼络合物。至于基质和掺杂剂的组合，优选基质是蒽衍生物并且掺杂剂是荧蒽衍生物或硼络合物。
荧蒽衍生物的例子为如下化合物。
[化学式57]
在式(8)中，X1～X12各自表示氢原子或取代基。优选在化合物中，X1～X2、X4～X6和X8～X11是氢原子，并且X3、X7和X12是经取代的或未经取代的具有5～50个成环原子的芳基。更优选，在化合物中，X1～X2、X4～X6和X8～X11是氢原子，X7和X12是经取代的或未经取代的具有5～50个成环原子的芳基，并且X3是-Ar1-Ar2-Ar3，其中Ar1和Ar3各自是经取代的或未经取代的具有5～50个成环原子的亚芳基，Ar2是经取代的或未经取代的具有5～50个成环原子的芳基。
优选，在化合物中，X1～X2、X4～X6和X8～X11是氢原子，X7和X12是经取代的或未经取代的具有5～50个成环原子的芳基，并且X3是-Ar1-Ar2，其中Ar1是经取代的或未经取代的具有5～50个成环原子的亚芳基，Ar2是经取代的或未经取代的具有5～50个成环原子的芳基。
硼络合物的例子为如下化合物。
[化学式58]
在式(9)中，A和A′表示相当于包含一个以上氮的六元芳香环的独立的吖嗪环系。Xa和Xb各自表示独立选取的取代基，其与环A或环A′键合在一起从而形成稠环。该稠环包含芳基或杂芳基取代基。m和n各自独立表示0～4。Za和Zb各自表示独立选取的卤素。1、2、3、4、1′、2′、3′和4′各自表示独立选取的碳原子或氮原子。
理想的是，吖嗪环优选为喹啉基环或异喹啉基环，其中所有的1、2、3、4、1′、2′、3′和4′均为碳原子，m和n各自为2以上，并且Xa和Xb为具有2个以上碳原子的取代基，它们彼此结合而形成芳香环。Za和Zb优选为氟原子。
在[2]情况中作为基质的蒽衍生物与上述“[1]Ah＞Ad的情况”中描述的那些相同。
[3]满足Ah＜Ad的掺杂剂和满足Ah＞Ad的掺杂剂共存的情况
图7是显示了当满足Ah＜Ad的掺杂剂以及满足Ah＞Ad的掺杂剂同时包含在发光层中的时候的能带图的一个例子。在该情况下，电子和空穴都可被适当捕获，由此在发光层的整个区域中发光复合。因此，复合也经常可出现在阴极一侧。当提供具有较大三重态能量的阻挡层时，可高效地发生TTF现象。图7显示了在Ah＞Ab＞Ae的情况。
在本发明中，激子的密度在发光层和阻挡层之间的界面上较大。在该情况下，在发光层中没有参与复合的空穴以高可能性注入阻挡层中。因此，在上述芳族杂环衍生物中，优选具有出色抗氧化性的芳族杂环衍生物作为用于阻挡层的材料。
阻挡层材料优选在循环伏安法测定中呈现出可逆的氧化过程。
下面将描述通过阻抗光谱法测定迁移率。优选在阳极与阴极之间设置厚度为约100nm至200nm的阻挡层材料。在施加直流偏置电压的同时，施加100mV以下的较小的交流电压。测定此时通过的交流电流的值(绝对值和相位)。在改变交流电压频率的同时进行该测定，并且根据电流值和电压值计算复阻抗(Z)。获得模数M＝iwZ(i：虚数单位，w：角频率)中的虚数部分(ImM)的频率依赖性。将ImM变为最大值处的频率w的倒数定义为阻挡层中携载的电子的响应时间。根据下式进行计算电子迁移率。
电子迁移率＝(阻挡层材料的膜厚度)2/(电压响应时间(response time voltage))
发光层可以包含其主峰波长为550nm以下的两种以上荧光掺杂剂。当发光层包含两种以上荧光掺杂剂时，至少一种掺杂剂的亲合势Ad等于或大于基质的亲合势Ah，并且该掺杂剂的三重态能量ET d大于基质的三重态能量ET h。例如，其余掺杂剂中至少一种掺杂剂的亲合势Ad可能小于基质的亲合势Ah。含有这样两种掺杂剂意味着同时含有如上所述满足Ah＜Ad的掺杂剂以及满足Ah＞Ad的掺杂剂。通过提供具有较大三重态能量的阻挡层可以显著提高效率。
具有小于基质亲合势Ah的亲合势Ad的掺杂剂的例子包括：芘衍生物、氨基蒽衍生物、氨基屈衍生物、和氨基芘衍生物。
除了上述基质之外，可使用WO 05/113531和JP 2005-314239中公开的二苯并呋喃化合物、WO 02/14244中公开的芴化合物、以及WO 08/145,239中公开的苯并蒽化合物。
除了上述掺杂剂之外，可使用JP 2004-204238、WO 05/108348、WO 04/83162、WO09/84512、KR 10-2008-79956、KR 10-2007-115588和KR 10-2010-24894中公开的芘化合物、WO 04/44088中公开的屈化合物、和WO 07/21117中公开的蒽化合物。
优选基质和掺杂剂各自是通过环结构或单个原子键合(包含环结构和单个原子的成键)所形成的化合物，其中该键合为单键。在除环结构之外的部分中具有碳-碳双键的化合物是不优选的。其原因是，基质和掺杂剂上产生的三重态能量被用于双键的结构改变，而不是用于TTF现象。
第二实施方式
本发明的器件可以具有串联器件结构，其中设置有至少两个包含发光层的有机层单元。将中间层(也称为中间导电层、电荷产生层或CGL)插入在这两个发光层之间。在各个单元中可设置电子传输区。至少一个发光层是荧光发光层，并且包括发光层的单元满足上述要求。层叠次序的具体例子如下所述。如下发光层可以是发光层的多层层叠或者包括如下第三实施方式所述的电荷阻挡层的一个有机层单元。
阳极/荧光发光层/中间层/荧光发光层/阻挡层/电子注入层/阴极。
阳极/荧光发光层/阻挡层/电子注入层/中间层/荧光发光层/阴极。
阳极/荧光发光层/阻挡层/电子注入层/中间层/荧光发光层/阻挡层/阴极。
阳极/荧光发光层/阻挡层/中间层/荧光发光层/阻挡层/电子注入层/阴极。
阳极/磷光发光层/中间层/荧光发光层/阻挡层/电子注入层/阴极。
阳极/荧光发光层/阻挡层/电子注入层/中间层/磷光发光层/阴极。
图8显示了根据第二实施方式的有机EL器件的一个例子。有机EL器件2依序包括：阳极10、发光层22和24、以及阴极50。将中间层80插入发光层22和发光层24之间。阻挡层32与发光层24相邻。电子注入层40插入阻挡层32和阴极50之间。该阻挡层32、电子注入层40、和发光层24分别是满足本发明要求的阻挡层、电子注入层、和荧光发光层。另一个发光层可以是荧光发光层或磷光发光层。可将另一阻挡层和另一电子注入层依序设置在邻近发光层22处。这些阻挡层和电子注入层和发光层22可以分别用作满足本发明要求的阻挡层、电子注入层、和荧光发光层。
可以将电子传输区和空穴传输区中的至少一个插入到这两个发光层22和24之间。可以设置三个以上的发光层，并且可以设置两个以上的中间层。当存在三个以上的发光层时，在所有的发光层之间可以设置或者不设置中间层。
中间层是包含中间导电层和电荷产生层中的至少一个、或者中间导电层和电荷产生层中的至少一个的层。中间层用作用于提供待注入到发光单元中的电子或空穴的来源。除了由一对电极注入的电荷之外，由中间层供给的电荷可被注入到发光单元中。因此，通过设置中间层，提高了相对于注入电流的发光效率(电流效率)。
中间层的例子包括金属、金属氧化物、金属氧化物的混合物、复合氧化物、和可接受电子的有机化合物。金属的例子优选为Mg、Al、以及通过共蒸发Mg和Al所形成的膜。金属氧化物的例子包括ZnO、WO3、MoO3和MoO2。金属氧化物的混合物的例子包括ITO、IZO(注册商标)、和ZnO:Al。可接受电子的有机化合物的例子包括具有CN基团作为取代基的有机化合物。优选具有CN基团的有机化合物的例子包括苯并[9，10]菲衍生物、四氰喹啉基二甲烷衍生物和茚并芴衍生物。苯并[9，10]菲衍生物优选为六氰基六氮杂基苯并[9，10]菲。四氰喹啉基二甲烷衍生物优选为四氟喹啉基二甲烷和二氰喹啉基二甲烷。茚并芴衍生物优选为国际公开号WO 2009/011327、WO 2009/069717、或WO 2010/064655中公开的化合物。可接受电子的物质可以是单一物质、或者是与其它有机化合物的混合物。
为了易于接受来自电荷产生层的电子，适合在电子传输层中邻近电荷产生层的界面中掺杂碱金属所代表的供体。作为供体，可使用选自于下组中的至少一种物质：供体金属、供体金属化合物和供体金属络合物。
用于供体金属、供体金属化合物和供体金属络合物的化合物的具体例子为日本专利申请号PCT/JP2010/003434(供给公开号WO 2010/134352)中公开的化合物。
第三实施方式
在第三实施方式中，依序设置阳极、多个发光层、包含与发光层中的一个相邻的阻挡层以及与该阻挡层相邻的电子注入层的电子传输区、和阴极。将电荷阻挡层设置在多个发光层中的两个发光层之间。与电荷阻挡层接触的发光层为荧光发光层。荧光发光层、以及电子传输区中的阻挡层和电子注入层都满足上述要求。
至于根据第三实施方式的合适的有机EL器件的结构，可以使用日本专利号4134280、美国专利公开US 2007/0273270A1和国际公开WO 2008/023623A1中公开的结构。具体地说，该结构的例子为：其中依序层叠阳极、第一发光层、电荷阻挡层、第二发光层和阴极，并且在第二发光层与阴极之间进一步设置用于抑制三重态激子扩散的具有阻挡层和电子注入层的电子传输区。此处，电荷阻挡层是指通过在相邻的发光层之间设置最高已占据轨道(HOMO)能级或LUMO能级的能垒来控制向发光层的载流子注入、以及注入到发光层中的电子与空穴之间的载流子平衡的层。
该结构的具体例子如下所述。
阳极/第一发光层/电荷阻挡层/第二发光层/电子传输区/阴极。
阳极/第一发光层/电荷阻挡层/第二发光层/第三发光层/电子传输区/阴极。
优选空穴传输区以与其它实施方式所述相同的方式设置在阳极与第一发光层之间。
图9显示了根据该实施方式的有机EL器件的一个例子。图9中的上部视图显示了器件结构、以及各层的HOMO能级和LUMO能级。图9中的下部视图显示了第三发光层与阻挡层的能隙之间的关系。图9的上部视图显示了Ah＞Ab＞Ae情况下的关系。有机EL器件依序包括阳极、第一发光层、第二发光层、第三发光层、电子传输区、和阴极。将电荷阻挡层插入到第一发光层与第二发光层之间。电子传输区由阻挡层形成。该阻挡层和第三发光层是满足本发明要求的阻挡层和荧光发光层。第一发光层和第二发光层可以是荧光发光层或者磷光发光层。
该实施方式中的器件适合用作白色发光器件。该器件可通过调节第一发光层、第二发光层和第三发光层的发光颜色来用作白色发光器件。此外，该器件可通过仅设置第一发光层和第二发光层并调节这两个发光层的发光颜色来成为白色发光器件。在该情况中，第二发光层是满足本发明要求的荧光发光层。
特别是，通过使用空穴传输材料作为第一发光层的基质、通过添加其主峰波长为大于550nm的荧光发光掺杂剂、通过使用电子传输材料作为第二发光层(以及第二发光层)中的基质、并通过添加其主峰波长为等于或小于550nm的荧光发光掺杂剂，即使所有这些都是全部由荧光物质形成，也可获得与常规白色发光器件相比呈现更高发光效率的白色发光器件。
特别提及与发光层相邻的空穴传输层。为了使本发明的TTF现象高效地发生，当比较空穴传输区的三重态能量与基质的三重态能量时，优选空穴传输材料的三重态能量大于基质的三重态能量。
第四实施方式
在第四实施方式中，在基质上同时设置蓝像素、绿像素和红像素。在这三种像素中，蓝像素和绿像素中的至少一种具有第一实施方式的结构。
图10显示了根据该实施方式的有机EL器件的一个例子。
在图10所示的顶部发光型有机EL器件4中，将蓝像素B、绿像素G和红像素R并列设置在共有基片100上。
蓝像素B依序包括在基片100上的阳极10、空穴传输区60、蓝色发光层20B、阻挡层32、电子注入层40、阴极50、以及保护层90。
绿像素G依序包括在基片100上的阳极10、空穴传输区60、绿色发光层20G、阻挡层32、电子注入层40、阴极50、以及保护层90。
红像素R依序包括在基片100上的阳极10、空穴传输区60、红色发光层20R、阻挡层32、电子注入层40、阴极50、以及保护层90。
在相邻像素的阳极之间形成绝缘膜200以保持像素之间的绝缘。电子传输区由阻挡层32和电子注入层40形成。
在有机EL器件4中，将阻挡层设置成用于蓝像素B、红像素R和绿像素G的共有阻挡层。
与蓝色荧光器件中通常获得的发光效率相比，该阻挡层所带来的有益效果是显著的。在绿色荧光器件和红色荧光器件中，可获得类似的有利效果，比如限制发光层中的三重态能量，从而也可预期提高发光效率。
另一方面，在磷光发光层中，可以获得限制发光层中三重态能量的有利效果，因此，可抑制三重态能量的扩散，从而有助于提高磷光掺杂剂的发光效率。
例如，空穴传输区由空穴传输层形成、或者由空穴传输层和空穴注入层的组合形成。对于蓝像素B、红像素R和绿像素G，可以设置共有空穴传输区、或者设置不同的空穴传输区。典型地，该空穴传输区分别具有适于发光颜色的结构。
由发光层20B、发光层20G和发光层20R以及阻挡层形成的有机层的结构不限于图中显示的结构，并且可适当地改变。
可用于本发明的基质和掺杂剂如上所述。特别地，各种颜色的发光层如下所述。
绿色发光层优选由如下基质材料和掺杂材料形成：
基质材料优选是稠合芳香环衍生物。作为稠合芳香环衍生物，考虑到发光效率和发光寿命，更优选蒽衍生物、芘衍生物等。
基质材料的例子为包含杂环的化合物。含杂环的化合物的例子为咔唑衍生物、二苯并呋喃衍生物、梯形呋喃化合物和嘧啶衍生物。
掺杂材料没有特别限制，只要其具有掺杂剂的功能即可，但考虑到发光效率等，优选芳族胺衍生物。作为芳族胺衍生物，优选具有经取代的或未经取代的芳氨基的稠合芳香环衍生物。这样的化合物的例子是具有芳氨基的芘、蒽和屈。
苯乙烯胺化合物也优选作为掺杂材料。苯乙烯胺化合物的例子为苯乙烯胺、苯乙烯二胺、苯乙烯三胺和苯乙烯四胺。此处，苯乙烯胺是指其中经取代的或未经取代的芳基胺被至少一个芳基乙烯基取代的化合物。该芳基乙烯基可用如下取代基取代：芳基、甲硅烷基、烷基、环烷基、或芳氨基，其可以具有其他取代基。
此外，作为掺杂材料，优选硼络合物和荧蒽化合物。作为掺杂材料，还优选金属络合物。金属络合物的例子为铱络合物或铂络合物。
红色发光层优选由如下基质材料和掺杂材料形成：基质材料优选为稠合芳香环衍生物。至于稠合芳香环衍生物，考虑到发光效率和发光寿命，更优选并四苯衍生物、并五苯(pentacene)衍生物等。
基质材料可列举为包含经稠合的多环芳族化合物。经稠合的多环芳族化合物的例子是萘化合物、菲化合物和荧蒽化合物。
掺杂材料优选芳族胺衍生物。至于芳族胺衍生物，优选具有经取代的或未经取代的芳氨基的经稠合的芳香环衍生物。该化合物可列举出具有芳氨基的二茚并芘(periflanthene)。
金属络合物也优选作为掺杂材料。所述金属络合物可列举出铱络合物或铂络合物。
第四具体实施方式中的有机EL器件通过如下方式制备。
在基质上，依序形成APC(Ag-Pd-Cu)层作为银合金层(反射层)、以及透明的导电层例如氧化锌(IZO)膜和氧化锡膜。接着，通过典型的平版印刷技术，通过使用具有光致抗蚀图的掩模进行刻蚀来图案化该导电材料层。然后，通过旋涂法，通过涂覆阳极来形成由感光树脂例如聚酰亚胺形成的绝缘膜。之后，对获得的膜进行曝光、显影和固化，从而使得阳极曝光，由此使得用于蓝色发光区、绿色发光区和红色发光区的阳极图形化。
有三种电极，即，用于红像素的电极、用于绿像素的电极、和用于蓝像素的电极。它们分别对应于蓝色发光区、绿色发光区、和红色发光区，并且分别相当于阳极。在异丙醇中进行5分钟清洗后，进行30分钟UV臭氧清洗。当此后形成空穴注入层和空穴传输层的时候，空穴注入层被层叠在基质的整个表面上，并且将空穴传输层层叠在其上。形成发光层，将其设置得与用于红像素的阳极、用于绿像素的阳极以及用于蓝像素的阳极的位置相对应。当使用真空蒸发时，通过使用遮光板(shadow mask)来精细地图形化蓝色发光层、绿色发光层和红色发光层。
接着，将阻挡层层叠在整个表面上。随后，将电子注入层层叠在整个表面上。随后，通过蒸发由Mg和Ag形成膜，由此形成由Mg-Ag合金形成的半透明阴极。
至于在本发明中使用的其他部件，可选择并使用例如基质、阳极、阴极、空穴注入层、和空穴传输层、在PCT/JP2009/053247(国际公布号：WO2009/107596)、PCT/JP2008/073180(国际公布号：WO 2009/081857)、美国专利申请12/376,236(美国专利申请公布号2009/251886)、美国专利申请11/766,281(美国专利申请公布号2008/014464)、美国专利申请12/280,364(美国专利申请公布号2009/0021160)中公开的已知部件。
优选空穴传输层包括如下式(a-1)至(a-5)中的任一个所示的芳族胺衍生物。
[化学式59]
在式(a-1)～(a-5)中，Ar1～Ar24独立地是经取代的或未经取代的具有6～50个成环碳原子的芳基、或者经取代的或未经取代的具有5～50个成环原子的杂芳基。
L1～L9独立地是经取代的或未经取代的具有6～50个成环碳原子的亚芳基、或经取代的或未经取代的具有5～50个成环原子的杂亚芳基。
可包含于Ar1～Ar24和L1～L9中的取代基的例子包括：直链的或支链的具有1～15个碳原子的烷基、具有3～15个成环碳原子的环烷基、具有直链的或支链的碳原子数为1～15的烷基的三烷基甲硅烷基、具有成环碳原子数为6～14的芳基的三芳基甲硅烷基、具有直链的或支链的碳原子数为1～15的烷基以及成环碳原子数为6～14的芳基的烷基芳基甲硅烷基、具有6～50个成环碳原子的芳基、具有5～50个成环原子的杂芳基、卤素原子、以及氰基。相邻的取代基可彼此键合从而形成用于形成环的饱和或不饱和的二价基团。)
上述Ar1～Ar24中的至少一个优选是通过下式(a-6)～(a-7)所示的取代基。
[化学式60]
在式(a-6)中，X是氧原子、硫原子、或N-Ra。Ra是直链的或支链的具有1～15个碳原子的烷基、具有3～15个成环碳原子的环烷基、具有6～50个成环碳原子的芳基、或具有5～50个成环原子的杂芳基。
L10是单键、经取代的或未经取代的具有6～50个成环碳原子的亚芳基、或经取代的或未经取代的具有5～50个成环原子的杂亚芳基。
在式(a-7)中，L11是经取代的或未经取代的具有6～50个成环碳原子的亚芳基、或经取代的或未经取代的具有5～50个成环原子的杂亚芳基。
在式(a-6)和(a-7)中，R1～R4独立地是直链的或支链的具有1～15个碳原子的烷基、具有3～15个成环碳原子的环烷基、具有直链的或支链的碳原子数为1～15的烷基的三烷基甲硅烷基、具有成环碳原子数为6～14的芳基的三芳基甲硅烷基、具有直链的或支链的碳原子数为1～15的烷基以及成环碳原子数为6～14的芳基的烷基芳基甲硅烷基、具有6～14个成环碳原子的芳基、具有5～50个成环原子的杂芳基、卤素原子、以及氰基。R1～R4的相邻基团可以彼此键合从而形成环。
a、c和d各自是0～4的整数。
b是0～3的整数。
式(a-1)所示的化合物优选为下式(a-8)所示的化合物。
[化学式61]
在式(a-8)中，Cz是经取代的或未经取代的咔唑基。
L12是经取代的或未经取代的具有6～50个成环碳原子的亚芳基、或经取代的或未经取代的具有5～50个成环原子的杂亚芳基。
Ar25和Ar26独立地是经取代的或未经取代的具有6～50个成环碳原子的芳基、或经取代的或未经取代的具有5～50个成环原子的杂芳基。
式(a-8)所示的化合物优选为下式(a-9)所示的化合物。
[化学式62]
在式(a-9)中，R5和R6独立地是直链的或支链的具有1～15个碳原子的烷基、具有3～15个成环碳原子的环烷基、具有直链的或支链的碳原子数为1～15的烷基的三烷基甲硅烷基、具有成环碳原子数为6～14的芳基的三芳基甲硅烷基、具有直链的或支链的碳原子数为1～15的烷基以及成环碳原子数为6～14的芳基的烷基芳基甲硅烷基、具有6～14个成环碳原子的芳基、具有5～50个成环原子的杂芳基、卤素原子、以及氰基。R5～R6的相邻基团可以彼此键合从而形成环。
e和f各自是0～4的整数。
L12、Ar25和Ar26与式(a-8)中的L12、Ar25和Ar26相同。
式(a-9)所示的化合物优选为下式(a-10)所示的化合物。
[化学式63]
在式(a-10)中，R7和R8独立地是直链的或支链的具有1～15个碳原子的烷基、具有3～15个成环碳原子的环烷基、具有直链的或支链的碳原子数为1～15的烷基的三烷基甲硅烷基、具有成环碳原子数为6～14的芳基的三芳基甲硅烷基、具有直链的或支链的碳原子数为1～15的烷基以及成环碳原子数为6～14的芳基的烷基芳基甲硅烷基、具有6～14个成环碳原子的芳基、具有5～50个成环原子的杂芳基、卤素原子、以及氰基。R5～R6的相邻基团可以彼此键合从而形成环。
g和h各自是0～4的整数。
R5、R6、e、f、Ar25和Ar26与式(a-9)中的R5、R6、e、f、Ar25和Ar26相同。
实施例
下面将描述本发明的实施例。然而，本发明并不仅限于这些实施例。
在实施例和比较例中所用的材料列于如下。
[化学式64]
[化学式65]
[化学式66]
[化学式67]
如上所示的化合物BH-1、BD-1和BD-2所示化合物的三重态能量为如下所述。在下文将描述测定方法。
BH-1 EgT：1.83eV
BD-1 EgT：1.94eV
BD-2 EgT：2.13eV
[化学式68]
这些材料的上述物理性能的测定方法如下所示。
(1)三重态能量(ET)
将市售的测量机F-4500(日立株式会社制造)用于该测定。ET换算公式如下所示。
换算公式：ET(eV)＝1239.85/Lph
当其中纵轴表示磷光强度并且横轴表示波长的坐标被用于表达磷光光谱、以及绘制在短波长一侧上升的磷光光谱的切线，“Lph”是该切线与横轴的交叉点处的波长值。单位：nm。
将各种化合物溶于溶剂(试样10(微摩尔/升)、EPA(二乙醚∶异戊烷∶乙醇＝5∶5∶5(体积比)、光谱级溶剂)中以便提供用于磷光测定的试样。将用于磷光测定的试样放入石英室中，冷却到77(K)并用激发光照射，以便在改变波长的同时测定磷光强度。使用其中纵轴表示磷光强度并且横轴表示波长的坐标来表达磷光光谱。
绘制在短波长一侧上升的磷光光谱的切线，并且获得在该切线与横轴的交叉点处的波长值Lph(nm)。
在短波长一侧上升的磷光光谱的切线按如下方式绘制。
当在磷光光谱的曲线上从短波长一侧向其最大谱值中靠近短波长一侧的最大谱值移动时，朝向磷光光谱的长波长一侧，检查在该曲线上的各个点处的切线。切线的倾角随该曲线上升(即，增加纵轴中的值)而增加。将在最大倾斜角的点处绘制的切线定义为在短波长一侧上升的磷光光谱的切线。
峰强度为该光谱的最大峰强度的10％以下的最大值未被包括在上述最接近该光谱的短波长一侧的最大值中。将在最靠近短波长一侧的最大光谱值的点处绘制并具有最大倾斜角的切线被定义为在短波长一侧上升的磷光光谱的切线。
(2)电子迁移率
使用阻抗光谱法评估电子迁移率。在基质上依序层叠作为阳极的Al、阻挡层材料、电子注入材料、LiF、以及作为阴极的Al，制备出单载子电子器件(electron-only device)。在其上施加直流(DC)电压，该直流电压上叠加了100mV的交流(AC)电压，并且测定它们的复数模量值。当将该复数模量的虚数部分为最大值处的频率设定为f最大(Hz)时，基于式T＝1/2/Pi/f最大计算响应时间T(秒)。使用该值，确定电子迁移率对电场强度的依赖性。
电子迁移率Mu换算公式如下所示。
[数1]
在式中：V表示DC电压的数值；d表示单载子电子器件中的阻挡层材料、电子注入材料和LiF的总的膜厚度；tIS表示通过阻抗谱测定的响应时间T。
(3)电离电位(Ip)
单独地，通过真空气相沉积法在玻璃基片上制备用于形成有机EL器件的各层中的单个层。使用在玻璃基片上较薄的膜和光电子光谱法(AC-3，理研计器株式会社制造)在空气环境下测定电离电位。具体地说，用光线照射材料，然后测定通过电荷分离所产生的电子的量，从而测定电离电位。响应于照射光线能量的被释放的光电子的平方根被绘图。将光电子释放能(ejection energy)的临界值(threshold)定义为电离电位(Ip)。
(4)亲合势
根据电离电位Ip和能隙Eg的测定值来计算亲合势。计算公式如下所示。
Af＝Ip-Eg
基于甲苯溶液中的吸收光谱的吸收限(absorption edge)来测定能隙Eg。具体地说，用市售的紫外-可见光分光光度计测定吸收光谱。由在长波长一侧下降的吸收光谱的波长来计算能隙。
换算公式如下所示。
Eg(eV)＝1239.85/Lab
使用其中纵轴表示吸光度并且横轴表示波长的坐标来表达吸收光谱。在关于能隙Eg的换算式中，Lab是指切线与横轴的交叉点处的波长值，将该切线绘制成在长波长一侧下降的吸收光谱的切线。单位：nm
将各个化合物溶解在甲苯溶剂(2×10-5mol/L的样品)中，制备1cm光程长度的样品。在改变波长的通式测定吸光度。
在长波长一侧下降的吸收光谱的切线按如下方式绘制。
当在该吸收光谱的曲线上从最接近长波长一侧的最大谱值开始沿长波长方向移动时，检查该曲线上各个点处的切线。
以重复方式降低和增加切线的倾斜角随该曲线的下降(即降低纵轴上的值)。将在最接近长波长一侧的最小倾斜角的点处绘制的切线(除了当吸光度为0.1以下时)定义为在长波长一侧下降的吸收光谱的切线。
0.2以下的最大吸光度不包括在上述在长波长一侧的最大吸光度中。
(5)TTF比率的测定
当基质、掺杂剂和阻挡层材料的三重态能量满足预定关系时，来源于TTF的发光强度相对于整体发光的比率较高，以便荧光器件可达到通常已知的荧光器件所不可获得的高效率。
来源于TTF的发光强度的比率通过跃迁EL法测定(transitional EL method)。跃迁EL方法是用于测定在将器件移去后施加在DC电压之后EL发光的衰减特征(reductionbehavior)(跃迁性能)。EL发光强度归类为：来自第一次复合中产生的单重态激子的发光部分，和来自经由TTF现象产生的单重态激子的发光部分。因为的单重态激子的寿命在纳秒级，非常短，故EL发光在DC电压移除后骤降。
另一方面，由于TTF现象提供了来自通过长寿命的三重态激子产生的单重态激子的发光，故EL发光逐渐降低。因此，由于来自单重态激子的发光与来自三重态激子的发光在时间上存在较大的差异，故可获得来源于TTF的发光强度。具体地说，该发光强度可通过如下方法确定。
跃迁EL波形按如下方法测定(参见图11)。将从电压脉冲发生器(PG)中输出的脉冲电压波形施加到EL器件上。所施加的电压波形被加载到示波器(OSC)中。当将脉冲电压施加在EL器件上时，该EL器件产生脉冲发光。该发光经由光电倍增器(PMT)被加载到示波器(OSC)中。在个人电脑(PC)中同步加载该电压波形和脉冲发光。
根据跃迁EL的波形分析，按如下所述确定发光强度的比率。
解出用于三重态激子的衰减性能的速率方程，并且将基于TTF现象的发光强度的衰减特征引入模型中。在发光层内三重态激子的密度nT随时间的衰减变化被表示为下述速率方程式，该方程式采用与三重态激子的寿命相关的衰减速度vA、与三重态激子碰撞相关的的衰减速度vC。
[数2]
当近似解出该微分公式时，获得了如下公式。此处，ITTF表示源自TTF的发光强度。A是常数。因此，当跃迁EL发光是基于TTF时，跃迁EL发光的强度的平方根的倒数呈现出近似直线。所测定的跃迁EL波形数据被代入以下近似式，从而获得常数A。此时，将当移除DC电压时即t＝0的时间处的发光强度1/A2定义为源自TTF的发光强度的比率。
[数3]
图12(A)的曲线显示了其中将预定DC电流施加到EL器件上、然后移除DC电压的测定例子，并显示EL器件随时间变化的发光强度。在图12(A)的曲线图中，在大约3×10-8秒处移除DC电压。在曲线图中，将当电压移除时候的发光强度定义为1。在经过2×10-7之前的急剧衰减之后，出现逐步衰减(gradual reduction)部分。在图12(B)的曲线图中，电压移除时间是起始点，并且将在电压移除后经过10-5秒之前发光强度的平方根的倒数绘制为近似直线。纵轴与被延伸到起始点的该直线的交叉点A处的值为2.41。因此，通过跃迁EL波形获得的源自TTF的发光强度的比率为1/2.412＝0.17，这意味着整个发光强度的17％来自于TTF。
发光强度优选通过最小二乘法拟合成直线。在该情况下，优选在经过10-5秒之前的发光强度被拟合。
用于阻挡层的化合物的三重态能量显示为表1中的T1TB。
用于阻挡层和电子注入层的化合物的亲合势分别显示为表1中的AfBT和AfET。通过用于电子注入层的化合物的亲合势减去用于阻挡层的化合物的亲合势所获得的值显示为表1中的D(AfET-AfTB)。
有机EL器件按以下方法进行制备并评估。
实施例1
将具有ITO透明电极(阳极)的玻璃基片(尺寸：25mm×75mm×1.1mm厚，Geomatec有限公司制造)在异丙醇中超声清洗5分钟，然后用UV/臭氧清洗30分钟。
在清洗具有透明电极线的玻璃基片之后，将玻璃基片安装在真空蒸发设备的基片座上。起初，以覆盖透明电极的方式将化合物HT-1蒸发在其中设置有透明电极线的玻璃基片的表面上，由此形成50nm厚的化合物HT-1的膜。该HT-1膜用作空穴注入层。
在HT-1膜形成后，将化合物HT-2沉积到HT-1膜上，从而在HT-1膜上形成45nm厚的HT-2膜。该HT-2膜用作空穴传输层。
然后，将化合物BH-1(基质材料)和化合物(BD-1)(掺杂剂材料)(BH-1对BD-1的质量比为20∶1)在HT-2膜上进行共蒸发，从而形成25nm厚的发光层。
将TB-1沉积到该发光层上，从而形成5nm厚的阻挡层。
将ET-1(电子传输材料)沉积到该阻挡层上，从而形成20nm厚的电子注入层。
将LiF沉积到该电子注入层上，从而形成1nm厚的LiF层。
将金属Al沉积到该LiF层上，从而形成150nm厚的金属阴极。
由此，制备出实施例1的有机EL器件。
实施例2～7和比较例1～6
以与实施例1相同的方法制备有机EL器件，不同的是：将表1中所示的化合物用作发光层的掺杂剂、以及阻挡层和电子注入层的化合物。
有机EL器件的评估
对所制备的有机EL器件进行如下评估。结果如表1所示。
初始性能
将电压施加在有机EL器件上，使得电流密度为1mA/cm2，这时测定电压值(V)。在此时的EL发射光谱用光谱辐射测量计(CS-1000，KONICAMINOLTA公司制造)进行测定。由所获得的光谱-辐射谱来计算色度CIEx、CIEy、电流效率L/J(cd/A)、外量子效率EQE(％)、和主峰波长Lp(nm)。
TTF比率
施加从脉冲发生器(8114A，Agilent Technologies公司制造)输出的电压脉冲波形(脉冲宽度：500微秒，频率：20Hz，电压：相当于0.1～100mA/cm2)。将EL发光输入到光电倍增器(R928：Hamamatsu Photonics株式会社制造)。将脉冲电压波形和EL发光同步加载在示波器(2440：Tektronix制造)中，从而获得跃迁EL波形。分析跃迁EL波形，从而确定TTF比率。
在室温下将电压施加到实施例1的有机EL器件上。在大约3×10-8秒时移除脉冲电压。
基于其中电压移除时间是起始点、并且在电压移除后经过10-5秒之前的发光强度的平方根的倒数被制的曲线图，获得TTF比率。而且，在实施例2～7和比较例1～6中，以与实施例1相同的方法进行测定。
[表1]
在实施例1～7的有机EL器件中，阻挡层的三重态能量大于基质的三重态能量，并且通过电子注入层的亲合势减去阻挡层的亲合势所获得的值为0.15eV以下。结果是，电子可由阴极顺利地提供，并且改进了载流子平衡，从而获得了很高的外量子效率。
另一方面，在比较例1～6的有机EL器件中，通过电子注入层的亲合势减去阻挡层的亲合势所获得的值为0.2eV以上。结果是，由阴极提供的电子不足，并且不能达到载流子平衡，以致所获得的外量子效率低于实施例1～7的外量子效率。
工业实用性
本发明的有机EL器件适用于显示器和照明器材。
Claims (12)
1.有机电致发光器件，其依序包含：阳极、发光层、阻挡层、电子注入层、和阴极，其中，
所述发光层包含基质和掺杂剂，
所述阻挡层包含芳族杂环衍生物，
所述芳族杂环衍生物的三重态能量ET b(eV)大于所述基质的三重态能量ET h(eV)，并且
所述阻挡层的亲合势Ab(eV)和电子注入层的亲合势Ae(eV)满足关系Ae-Ab＜0.2。
2.如权利要求1所述的有机电致发光器件，其特征在于，
所述芳族杂环衍生物的三重态能量ET b(eV)和所述基质的三重态能量ET h(eV)满足关系ET h+0.2＜ET b。
3.如权利要求1或2所述的有机电致发光器件，其特征在于，
所述芳族杂环衍生物的三重态能量ET b(eV)和三(8-羟基喹啉)铝络合物的三重态能量ET Alq(eV)满足关系ET b＞ET Alq。
4.如权利要求1～3中任一项所述的有机电致发光器件，其特征在于，
在0.04MV/cm～0.5MV/cm的电场强度中，所述芳族杂环衍生物的电子迁移率为至少10-6cm2/Vs。
5.如权利要求1～4中任一项所述的有机电致发光器件，其特征在于，
所述电子注入层包含一种材料，该材料在0.04MV/cm～0.5MV/cm的电场强度中的电子迁移率为至少10-6cm2/Vs。
6.如权利要求1～5中任一项所述的有机电致发光器件，其特征在于，
所述掺杂剂呈现出主峰波长小于或等于550nm的荧光发光，并且
所述掺杂剂的三重态能量ET d(eV)大于所述基质的三重态能量ET h(eV)。
7.如权利要求1～6中任一项所述的有机电致发光器件，其特征在于，
在所述阳极和所述发光层之间设置有空穴传输区，
所述空穴传输区中的空穴传输层邻近所述发光层，并且
所述空穴传输层的三重态能量ET ho(eV)大于所述基质的三重态能量ET h(eV)。
8.如权利要求1～7中任一项所述的有机电致发光器件，其特征在于，
所述电子注入层和所述阻挡层是由相同的材料形成的，并且
所述电子注入层掺杂有供体。
9.如权利要求1～8中任一项所述的有机电致发光器件，其特征在于，
所述掺杂剂为选自下组的至少一种化合物：芘衍生物、氨基蒽衍生物、氨基屈衍生物、氨基芘衍生物、荧蒽衍生物和硼络合物。
10.如权利要求1～9中任一项所述的有机电致发光器件，其特征在于，
所述基质是仅在环状结构中包含双键的化合物。
11.如权利要求1～10中任一项所述的有机电致发光器件，其特征在于，
所述掺杂剂是仅在环状结构中包含双键的化合物。
12.如权利要求1～11中任一项所述的有机电致发光器件，其特征在于，
在最大电流效率(cd/A)处的外加电压中，源自通过发光层中产生的三重态激子的碰撞所产生的单重态激子的发光强度占整个发光强度的30％以上。
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