JP2004335415A - Charge transfer material, organic electroluminescent device material, and organic electroluminescent device - Google Patents

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an electroluminescent device high in light emitting efficiency and excellent in driving stability. <P>SOLUTION: This charge transfer material includes a compound expressed by a general formula (1). In the formula (1), X is an n-valent linking group and bonded with a carbon atom or a nitrogen atom composing one of benzene rings in a lactam structure in the formula (1), and n is 2 or 3. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００９】
（式中、Ｅｔはエチル基を表し、Ｐｈはフェニル基を表す。）で表される色素が記載されている。この化合物は、一般的な色材、有機顔料、蛍光増白材等として使用できる旨記載されているが、この化合物の電荷輸送性やそれを利用することについては全く言及されていない。また、この化合物はＮ−Ｎ連結部位が熱安定性に欠けるため、有機電界発光素子に用いるために、仮に後述するように有機電界発光素子の層形成時に昇華による蒸着を行った場合には、分解するおそれがある。
【００１０】
また、特許文献１では、染料の中間体として下記化合物が記載されている。
【００１１】
【化９】

【００１２】
しかし、この文献にはこれらの化合物の電荷輸送性やそれを利用することについては全く記載されていない。また、これらの化合物は、２つのラクタム骨格を結合するメチレン基における水素原子、または３級炭素原子に結合した水素原子が熱安定性に欠けるため、化合物が酸化されやすい。そのため、有機電界発光素子などに使用した場合には素子の駆動寿命が短くなることが予想され、電荷輸送材料として利用する上では更なる改良が必要であると考えられる。
【００１３】
さらに、特許文献２では、下記化合物が染料中間体として有用である旨記載されている。
【００１４】
【化１０】

【００１５】
しかし、この化合物についても電荷輸送性およびそれを利用することについては全く記載されていない。
【００１６】
【非特許文献１】
Ｊ． Ｈｅｔｅｒｏｃｙｃｌ． Ｃｈｅｍ．， ２４（５）巻， １３８１−９０頁， １９８７年
【特許文献１】
特開昭５８−１０３５６１号公報
【特許文献２】
特開昭６１−１０５５５号公報
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
上述の理由から、陰極から注入された電子を効率よく発光層に輸送することが必要であり、発光効率が高くかつ安定な素子を作製するための素子構造および材料に対して、更なる改良検討が望まれている。
【００１８】
【課題が解決するための手段】
本発明者は上記実情に鑑み、発光効率および駆動安定性に優れた有機電界発光素子を提供することを目的として鋭意検討した結果、特定の化合物を用いることにより上記課題が解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１９】
すなわち、本発明は、請求項１に記載するように、一般式（Ｉ）
【００２０】
【化１１】

【００２１】
（式中、Ｘはｎ価の連結基を表し、式中のラクタム骨格におけるいずれかのベンゼン環を構成する炭素原子または窒素原子と結合している。また、ｎは２または３を表す。なお、ラクタム骨格におけるＸと結合していない炭素原子および窒素原子は、いずれも任意の基で置換されていてもよく、該置換基同士が互いに結合して環を形成していてもよい。また、１分子中に含まれるｎ個のラクタム骨格単位は、その置換基を含め、同一であっても異なっていてもよい。）で表される化合物を含有することを特徴とする電荷輸送材料を提供するものである。
【００２２】
電荷輸送材料に用いるためには、電子を効率よく輸送できる化合物であることが必要であり、またこれを有機電界発光素子材料として用いるためには、安定な薄膜形状を与え、高いガラス転移温度（Ｔｇ）を有することが必要である。さらに、電気化学的かつ化学的に安定であり、トラップとなったり発光を消光したりする不純物が製造時や使用時に発生しにくい化合物であることが要求される。
【００２３】
上記一般式（Ｉ）で表されるラクタム骨格を有する化合物は、これらの要求特性をすべて満たすことができるため、目的とする発光色を高い純度で高効率に発光することが可能であり、更には駆動安定性にも優れた有機電界発光素子を実現することができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の電荷輸送材料、有機電界発光素子材料および有機電界発光素子について詳細に説明する。
【００２５】
［１］電荷輸送材料
本発明の電荷輸送材料は、一般式（Ｉ）
【００２６】
【化１２】

【００２７】
（式中、Ｘはｎ価の連結基を表し、式中のラクタム骨格におけるいずれかのベンゼン環を構成する炭素原子または窒素原子と結合している。また、ｎは２または３を表す。なお、ラクタム骨格におけるＸと結合していない炭素原子および窒素原子は、いずれも任意の基で置換されていてもよく、該置換基同士が互いに結合して環を形成していてもよい。また、１分子中に含まれるｎ個のラクタム骨格単位は、その置換基を含め、同一であっても異なっていてもよい。）で表される化合物を含有することを特徴としている。
【００２８】
上記一般式（Ｉ）で表される化合物は、電子吸引性のラクタム骨格において、カルボニル基に隣接する窒素原子上の塩基性度を低くするように設計されているので、酸化電位が上昇し、上記化合物の耐酸化性を向上させることにより酸化電位を安定化することができる。また、このように通常２０００以下程度の分子量をもつ化合物の１分子中に特定のラクタム骨格を複数個有することにより、上記一般式（Ｉ）で表される化合物は、十分に高いガラス転移温度（Ｔｇ）を有しつつ、高い電子輸送能を実現することができるのである。このような一般式（Ｉ）で表される化合物を含有していることにより、本発明の電荷輸送材料を用いてなる素子は、発光効率が高く、かつ、駆動安定性に優れた素子となるのである。
【００２９】
以下、一般式（Ｉ）で表される化合物について詳しく説明する。
【００３０】
一般式（Ｉ）において、２個または３個のラクタム骨格は連結基Ｘを介して結合しているが、連結基Ｘは、ラクタム骨格におけるベンゼン環を構成する炭素原子または窒素原子のうちいずれの原子と結合していてもよい。
【００３１】
また、１分子中に含まれる複数個のラクタム骨格単位における連結基Ｘとの結合位置は、同一であっても異なっていてもよく、ラクタム骨格の有する置換基もまた、同一であっても異なっていてもよい。
【００３２】
なお、本発明において、ラクタム骨格（ラクタム骨格単位という場合もある。）とは、
【００３３】
【化１３】

【００３４】
の構造全体をいい、このラクタム骨格を構成する炭素原子または窒素原子のうちいずれが連結基Ｘと結合しているかを問わない。
【００３５】
上記一般式（Ｉ）において、１分子中に含まれるラクタム骨格単位の数ｎは、２または３である。
【００３６】
分子の平面性が高いため、高い電荷輸送能が得られると考えられる点、および原料の種類が豊富であるため合成上の自由度が高い点では、ｎは２であることが好ましい。
【００３７】
一方、アモルファス性が高く、ガラス転移点（Ｔｇ）も高いため、後述するように有機電界発光素子に使用した場合に、駆動安定性の高い素子が得られる点では、ｎは３であることが好ましい。
【００３８】
一般式（Ｉ）において、Ｘはｎ価の連結基を表す。連結基Ｘは、上記複数のラクタム骨格単位を結合するものであれば特に限定されるものではないが、芳香族炭化水素、芳香族複素環または脂肪族環式炭化水素由来のｎ価の基を含む構造を有していることが好ましい。
【００３９】
これらの芳香族炭化水素、芳香族複素環および脂肪族環式炭化水素は、いずれも置換基を有していてもよい。このような置換基としては、一般式（Ｉ）において、ラクタム骨格が有しうるものとして後述する基等が挙げられる。
【００４０】
芳香族炭化水素としては、例えば、ベンゼン環、ナフタレン環、アントラセン環等の６員環の単環または２〜４縮合環が挙げられる。
【００４１】
芳香族複素環としては、例えば、チオフェン環、フラン環、ピリジン環、ピリミジン環、キノリン環、トリアジン環、オキサジアゾール環等の５〜６員環の単環または２〜４縮合環が挙げられる。
【００４２】
また、脂肪族環式炭化水素としては、シクロプロパン環、シクロブタン環、シクロヘキサン環、シクロペンタン環、シクロデカン環等の炭素数３〜１０の環が挙げられる。
【００４３】
連結基Ｘは、上述した環由来のｎ価の基そのものであっても、これらを複数組み合わせてなる基であっても、あるいは上述のｎ価の基に上記以外の２価または３価の基を組み合わせてなる基であってもよい。
【００４４】
このような連結基Ｘの具体例としては、下記の基を挙げることができる。なお、連結基Ｘはこれらの基に限定されるものではない。また、下記の基は、置換可能な部位に、Ｒ^３、Ｒ^６またはラクタム骨格が有しうる任意の置換基として後述する各基を置換基として有していてもよく、また、これらの置換基は互いに結合して置換基を有していてもよい環を形成していてもよい。
【００４５】
さらに、構造式中の芳香族炭化水素、芳香族複素環または脂肪族環式炭化水素由来の基の多くは、パラ位に結合手を有するものとして記載してあるが、本発明においてはメタ位やオルト位である基も採用することができる。
【００４６】
【化１４】

【００４７】
【化１５】

【００４８】
【化１６】

【００４９】
【化１７】

【００５０】
これらの連結基Ｘの中でも、置換基を有していてもよい芳香族炭化水素環を含む基が好ましく、特にナフタレン環、ビナフチル環またはアントラセン環由来の基が好ましい。
【００５１】
一般式（Ｉ）において、ラクタム骨格におけるＸと結合していない炭素原子および窒素原子は、いずれも任意の基で置換されていてもよい。
【００５２】
このような置換基としては、本発明の化合物の性能を損なわない限り特に限定されるものではないが、好ましくは、フッ素原子、塩素原子などのハロゲン原子；メチル基、エチル基などの炭素数１〜６のアルキル基；ベンジル基、フェネチル基などの炭素数７〜３０のアラルキル基；ビニル基などの炭素数２〜６のアルケニル基；シアノ基；メトキシ基、エトキシ基などの炭素数１〜６のアルコキシ基；フェノキシ基などの炭素数６〜３０のアリールオキシ基；ベンジルオキシ基などの炭素数７〜３０のアラルキルオキシ基；ジエチルアミノ基、ジイソプロピルアミノ基などの炭素数１〜６のアルキル鎖を有するジアルキルアミノ基；ジフェニルアミノ基、ジナフチルアミノ基などの炭素数６〜３０の芳香族炭化水素基部分を有するジアリールアミノ基；ジベンジルアミノ基、ジフェネチルアミノ基などの炭素数７〜３０のアラルキル基部分を有するジアラルキルアミノ基；トリフルオロメチル基などの炭素数１〜６のハロアルキル基；置換基を有していてもよいフェニル基、ナフチル基などの炭素数６〜３０の芳香族炭化水素基；置換基を有していてもよいチエニル基、ピリジル基などの５または６員環の、単環または２〜４縮合環からなる芳香族複素環基等が挙げられる。
【００５３】
上記芳香族炭化水素基および芳香族複素環基が有する置換基としては、アルキル基、芳香族炭化水素基、芳香族複素環基、ハロアルキル基、アラルキル基等が挙げられ、個々の基に関する具体例としては、任意の置換基として上述したものと同様の基が挙げられる。
【００５４】
なお、一般式（Ｉ）におけるこれらの任意の置換基は、各々隣接する置換基同士が互いに結合して、置換基を有していてもよい環を形成していてもよい。このように形成される環としては、例えば、ベンゼン環、シクロヘキサン環等の５〜７員環を挙げることができる。
【００５５】
一般式（Ｉ）において、ラクタム骨格におけるＸと結合していない炭素原子が有する置換基として特に好ましいのは、アルコキシ基、アリールオキシ基、ハロアルキル基、ハロゲン原子である。
【００５６】
また、一般式（Ｉ）において、ラクタム骨格におけるＸと結合していない窒素原子が有する置換基として特に好ましいのは、無置換またはアルキル基もしくは芳香族炭化水素基で置換された芳香族炭化水素基、あるいはアルキル基であり、最も好ましいのは、フェニル基、ビフェニル基、トリル基、メチル基またはエチル基等である。
【００５７】
本発明においては、上記一般式（Ｉ）で表される化合物の中でも、一般式（ＩＩ）〜（ＩＶ）で表される化合物であることが好ましい。以下、各化合物について説明する。
【００５８】
（１） 一般式（ＩＩ）
【００５９】
【化１８】

【００６０】
（式中、Ｘはｎ価の連結基を表し、ｎは２または３を表す。なお、ラクタム骨格におけるベンゼン環を構成する炭素原子は、いずれも任意の基で置換されていてもよく、該置換基同士が互いに結合して環を形成していてもよい。また、１分子中に含まれるｎ個の下記構造
【００６１】
【化１９】

【００６２】
は、その置換基を含め、同一であっても異なっていてもよい。）で表される化合物。
【００６３】
一般式（ＩＩ）で表される化合物は、連結基Ｘが、ラクタム骨格における窒素原子と結合していることを特徴としている。このように複数のラクタム骨格単位が、ラクタム骨格における窒素原子を介して結合していることにより、一般式（ＩＩ）で表される化合物は、対称性が高く、光学的バンドギャップが広く、合成が比較的容易で化合物の設計上の自由度が高い。特に、一般式（Ｉ）で表される化合物の中でも、一般式（ＩＩ）で表される化合物は、平面性が比較的高く、電荷輸送能が高い分子構造が得られる点で好ましい。
【００６４】
一般式（ＩＩ）におけるＸ、ｎは、一般式（Ｉ）で述べたものと同じである。また、ラクタム骨格におけるベンゼン環を構成する炭素原子が任意に有する置換基も一般式（Ｉ）で述べたものと同じである。これらの好ましい態様についても上述したとおりである。
【００６５】
一般式（ＩＩ）で表される化合物は、上記一般式（Ｉ）で表される化合物の中でも、電荷輸送能が最も高いと考えられるため、電荷輸送材料として好ましく用いられる。特に、ラクタム骨格が同一平面内に存在するように、連結基Ｘとして、ナフタレン骨格、ビナフチル骨格、ジフェニルアントラセン骨格を有することが好ましい。
【００６６】
（２） 一般式（ＩＩＩ）
【００６７】
【化２０】

【００６８】
（式中、Ｘはｎ価の連結基を表し、ｎは２または３を表し、Ｒ^３はアルキル基、アラルキル基、ハロアルキル基、置換基を有していてもよい芳香族炭化水素基、または置換基を有していてもよい芳香族複素環基を表す。なお、ラクタム骨格におけるベンゼン環を構成する炭素原子は、いずれも任意の基で置換されていてもよく、該置換基同士が互いに結合して環を形成していてもよい。また、１分子中に含まれるｎ個の下記構造
【００６９】
【化２１】

【００７０】
は、その置換基を含め、同一であっても異なっていてもよい。）で表される化合物。
【００７１】
一般式（ＩＩＩ）で表される化合物は、連結基Ｘが、ラクタム骨格におけるベンゼン環を構成する炭素原子の一つと結合しており、窒素原子上に置換基Ｒ^３を有することを特徴としている。このように複数のラクタム骨格単位が、ラクタム骨格におけるベンゼン環を構成する炭素原子を介して結合していることにより、上記一般式（ＩＩ）と同様に、対称性が高く、光学的バンドギャップが広く、合成が比較的容易で化合物の設計上の自由度が高い。特に、一般式（Ｉ）で表される化合物の中でも、一般式（ＩＩＩ）で表される化合物は、分子内に若干の非共役性を持たせて、分子の光学的バンドギャップの大きさを微調整することができる点で好ましい。
【００７２】
一般式（ＩＩＩ）におけるＸ、ｎは、一般式（Ｉ）で述べたものと同じである。また、ラクタム骨格におけるベンゼン環を構成する炭素原子が任意に有する置換基も一般式（Ｉ）で述べたものと同じである。これらの好ましい態様についても上述したとおりである。
【００７３】
一般式（ＩＩＩ）におけるＲ^３としては、例えば、メチル基、エチル基などの炭素数１〜６程度のアルキル基；置換基を有していてもよいフェニル基、ナフチル基などの炭素数６〜３０程度の芳香族炭化水素基；置換基を有していてもよいチエニル基、ピリジル基などの５または６員環の、単環または２〜４縮合環からなる芳香族複素環基；トリフルオロメチル基、ペンタフルオロエチル基などの炭素数１〜６程度のハロアルキル基；ベンジル基などの炭素数７〜３０程度のアラルキル基等が挙げられる。
【００７４】
上記芳香族炭化水素基および芳香族複素環基が有する置換基としては、フッ素原子、塩素原子などのハロゲン原子；メチル基、エチル基などの炭素数１〜６程度のアルキル基；ビニル基などの炭素数２〜６程度のアルケニル基；メトキシカルボニル基、エトキシカルボニル基などの炭素数２〜６程度のアルコキシカルボニル基；メトキシ基、エトキシ基などの炭素数１〜６程度のアルコキシ基；フェノキシ基などの炭素数６〜３０程度のアリールオキシ基；ベンジルオキシ基などの炭素数７〜３０程度のアラルキルオキシ基；ジメチルアミノ基、ジエチルアミノ基などの炭素数１〜６程度のアルキル鎖を有するジアルキルアミノ基；アセチル基などの炭素数１〜６程度のアシル基；トリフルオロメチル基などの炭素数１〜６程度のハロアルキル基；シアノ基等が挙げられる。
【００７５】
Ｒ^３として特に好ましいのは、無置換またはアルキル基もしくは芳香族炭化水素基で置換された芳香族炭化水素基、あるいはアルキル基であり、最も好ましくはフェニル基、ビフェニル基、トリル基、メチル基またはエチル基等である。
【００７６】
（３） 一般式（ＩＶ）
【００７７】
【化２２】

【００７８】
（式中、Ｘ’はｎ価の連結基を表し、ラクタム骨格におけるいずれかのベンゼン環を構成する炭素原子または窒素原子と結合している。ｌおよびｍは各々１または２であり、ｌ＋ｍ＝ｎ（但し、ｎは２または３である。）である。Ｒ^６はアルキル基、アラルキル基、ハロアルキル基、置換基を有していてもよい芳香族炭化水素基、または置換基を有していてもよい芳香族複素環基を表す。なお、ラクタム骨格におけるベンゼン環を構成する炭素原子は、いずれも任意の基で置換されていてもよく、該置換基同士が互いに結合して環を形成していてもよい。また、１分子中に複数個存在する下記構造
【００７９】
【化２３】

【００８０】
は、その置換基を含め、同一であっても異なっていてもよい。）で表される化合物。
【００８１】
一般式（ＩＶ）で表される化合物は、連結基Ｘ’を介して、連結基Ｘ’との結合位置の異なる２種類のラクタム骨格単位が結合しており、そのうち一方のラクタム骨格における窒素原子が置換基Ｒ^６を有していることを特徴としている。一般式（ＩＶ）で表される化合物は、このような構造を有することにより、一般式（Ｉ）で表される化合物の中で最もアモルファス性が高い点で好ましい。
【００８２】
一般式（ＩＶ）におけるＸ’としては、一般式（Ｉ）における連結基Ｘと同じ基が例示できる。好ましい基についても、上記Ｘで述べたものと同じものを挙げることができる。
【００８３】
また、ラクタム骨格におけるベンゼン環を構成する炭素原子が任意に有する置換基も一般式（Ｉ）で述べたものと同じである。これらの好ましい態様についても上述したとおりである。
【００８４】
一般式（ＩＶ）において、ｌ＋ｍ＝ｎであり、ｎは２または３であるから、ｌ＋ｍ＝２または３である。好ましくはｌ＝１であり、ｍ＝１または２であり、より好ましくはｌ＝ｍ＝１である。上述した条件を満たすことにより、合成上の原料の選択性が高くなり、さらに化合物設計の自由度が高くなるからである。
【００８５】
一般式（ＩＶ）におけるＲ^６としては、上記Ｒ^３で例示した基と同様の基を挙げることができる。Ｒ^６として特に好ましい基も上記Ｒ^３と同様であり、Ｒ^６として特に好ましいのは、無置換またはアルキル基もしくは芳香族炭化水素基で置換された芳香族炭化水素基、あるいはアルキル基であり、最も好ましくはフェニル基、ビフェニル基、トリル基、メチル基またはエチル基等である。
【００８６】
以下に一般式（Ｉ）で表される化合物の好ましい具体例を表１〜表３に示すが、これらに限定されるものではない。なお、表中のＲ^１、Ｒ^２、Ｒ^４およびＲ^５は、ラクタム骨格が有する任意の置換基を表し、ｐ、ｑはその任意の数を表している。
【００８７】
【表１】

【００８８】
【表２】

【００８９】
【表３】

【００９０】
【表４】

【００９１】
【表５】

【００９２】
【表６】

【００９３】
【表７】

【００９４】
【表８】

【００９５】
【表９】

【００９６】
【表１０】

【００９７】
【表１１】

【００９８】
【表１２】

【００９９】
このような一般式（Ｉ）で表される化合物は、公知の方法により製造することができる。例えば、ジヨード体とラクタムとをＵｌｌｍａｎｎ反応により合成する。あるいは、ラクタム環の窒素原子のパラ位にモノブロモ化を行った後、リチオ化、ホウ素化を行い、ホウ酸誘導体を合成する。ジヨード体とこうして得られたホウ酸誘導体とをＳｕｚｕｋｉ−Ｍｉｙａｕｒａ反応によりカップリングを行う等、種々の方法により製造することができる。
【０１００】
一般式（Ｉ）で表される化合物の分子量は、通常、下限が４００、好ましくは６５０であり、上限は通常２０００、好ましくは１５００である。下限値を下回るとＴｇの低下により熱安定性が低下したり、アモルファス性の低下により結晶性が向上し、膜安定性が低下する場合がある。一方、上限を超えると蒸着による成膜が困難になる場合がある。
【０１０１】
本発明の電荷輸送材料は、このような一般式（Ｉ）で表される化合物を含有することを特徴とするものであり、一般式（Ｉ）で表される化合物としては上記一般式（ＩＩ）ないし（ＩＶ）で表される化合物が好ましく挙げられるが、これらの一般式（Ｉ）で表される化合物の中でも、本発明の電荷輸送材料として最も好ましく用いられるのは、電荷輸送能が最も高いと考えられる一般式（ＩＩ）で表される化合物である。特に、ラクタム骨格が略同一平面内に位置する、あるいはラクタム骨格が形成する平面が分子間で重なることにより電荷輸送能が高くなるビナフチル環や、アントラセン環（とりわけジフェニルアントラセン）に代表される芳香族多環由来の連結基Ｘを有する化合物が好ましい。
【０１０２】
また、本発明の電荷輸送材料において含有される一般式（Ｉ）で表される化合物は、１種単独でもよく２種以上を組み合わせて用いることもできる。
【０１０３】
このような本発明の電荷輸送材料は、電子写真感光体、有機電界発光素子、光電変換素子、有機太陽電池、有機整流素子等に好適に使用できる。
【０１０４】
［２］有機電界発光素子材料
本発明の有機電界発光素子材料は、上記一般式（Ｉ）ないし（ＩＶ）までのいずれかの式で表される化合物（以下、本発明のラクタム系化合物という。）を含有することを特徴としている。このように本発明のラクタム系化合物を用いることにより、耐熱性に優れ、長期間安定に駆動（発光）する有機電界発光素子を得ることができる。
【０１０５】
本発明の有機電界発光素子材料は、高い電荷輸送能が要求される用途であれば有機電界発光素子におけるいずれの構成材料として使用することもできるが、それらの中でも発光層または電子輸送層の材料として使用するのが好ましい。
【０１０６】
このような電荷輸送材料または有機電界発光素子材料における本発明のラクタム系化合物の含有量や他の成分の種類等は特に限定されるものではなく、それぞれの用途に応じて適宜選択することができる。本発明の電荷輸送材料または有機電界発光素子材料を有機電界発光素子の発光層または電子輸送層に用いる場合については、後述する有機電界発光素子において詳しく説明する。
【０１０７】
［３］有機電界発光素子
次に、本発明の有機電界発光素子について説明する。
【０１０８】
本発明の有機電界発光素子は、基板上に、陽極、発光層および陰極が順次積層されてなり、本発明のラクタム系化合物を含有する層を有することを特徴としている。中でも、本発明のラクタム系化合物を含有する層を、発光層として、または陰極と発光層との間の電子輸送性の層として有する場合が好ましく、電子輸送性の層として有する場合が特に好ましい。
【０１０９】
本発明の有機電界発光素子においては、同一の層内に本発明のラクタム系化合物が２種以上含有されていてもよい。また、２以上の層に本発明のラクタム系化合物が含有されている場合、これらの層に含有される該化合物は同一のものであっても異なるものであってもよい。
【０１１０】
なお、本発明の有機電界発光素子において、陰極−発光層間に設けられた層が２つ以上の場合は、陰極に接している層を「電子注入層」、それ以外の層を総称して「電子輸送層」と称す。また、陰極−発光層間に設けられた層のうち、発光層の陰極側界面に接する層を指して、特に「正孔阻止層」と称する場合がある。
【０１１１】
以下に、図面を参照して、本発明のラクタム系化合物を電子輸送層に含有する場合を例に、本発明の有機電界発光素子の実施の形態を詳細に説明する。
【０１１２】
図１は本発明に用いられる一般的な有機電界発光素子の構造例を模式的に示す断面図であり、１は基板、２は陽極、４は正孔輸送層、５は発光層、７は電子輸送層、８は陰極を各々表す。
【０１１３】
基板１は有機電界発光素子の支持体となるものであり、石英やガラスの板、金属板や金属箔、プラスチックフィルムやシートなどが用いられる。特にガラス板や、ポリエステル、ポリメタクリレート、ポリカーボネート、ポリスルホンなどの透明な合成樹脂の板が好ましい。合成樹脂基板を使用する場合にはガスバリア性に留意する必要がある。基板のガスバリア性が小さすぎると、基板を通過した外気により有機電界発光素子が劣化することがあるので好ましくない。このため、合成樹脂基板の少なくとも片面に緻密なシリコン酸化膜等を設けてガスバリア性を確保する方法も好ましい方法の一つである。
【０１１４】
基板１上には陽極２が設けられるが、陽極２は正孔輸送層への正孔注入の役割を果たすものである。この陽極は、通常、アルミニウム、金、銀、ニッケル、パラジウム、白金等の金属、インジウムおよび／またはスズの酸化物などの金属酸化物、ヨウ化銅などのハロゲン化金属、カーボンブラック、あるいは、ポリ（３−メチルチオフェン）、ポリピロール、ポリアニリン等の導電性高分子などにより構成される。陽極２の形成は通常、スパッタリング法、真空蒸着法などにより行われることが多い。また、銀などの金属微粒子、ヨウ化銅などの微粒子、カーボンブラック、導電性の金属酸化物微粒子、導電性高分子微粉末などの場合には、適当なバインダー樹脂溶液に分散し、基板１上に塗布することにより陽極２を形成することもできる。さらに、導電性高分子の場合は電解重合により直接基板１上に薄膜を形成したり、基板１上に導電性高分子を塗布して陽極２を形成することもできる（Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，６０巻，２７１１頁，１９９２年）。
【０１１５】
陽極２は異なる材料からなる層を積層して形成された積層構造であってもよい。
【０１１６】
陽極２の厚みは、必要とする透明性により異なる。透明性が必要とされる場合は、可視光の透過率を、通常、６０％以上、好ましくは８０％以上とすることが望ましく、この場合厚みは、通常５ｎｍ以上、好ましくは１０ｎｍ以上であり、また通常１０００ｎｍ以下、好ましくは５００ｎｍ以下程度である。不透明でよい場合は陽極２は基板１と同一でもよい。
【０１１７】
図１に示す構成の素子において、陽極２の上には正孔輸送層４が設けられる。正孔輸送層の材料に要求される条件としては、陽極からの正孔注入効率が高く、かつ、注入された正孔を効率よく輸送することができる材料であることが必要である。そのためには、イオン化ポテンシャルが小さく、可視光の光に対して透明性が高く、しかも正孔移動度が大きく、さらに安定性に優れ、トラップとなる不純物が製造時や使用時に発生しにくいことが要求される。また、発光層５に接するために発光層からの発光を消光したり、発光層との間でエキサイプレックスを形成して効率を低下させないことが求められる。上記の一般的要求以外に、車載表示用の応用を考えた場合、素子にはさらに耐熱性が要求される。従って、Ｔｇとして８５℃以上の値を有する材料が望ましい。
【０１１８】
このような正孔輸送材料としては、例えば、４，４’−ビス［Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニルで代表される２個以上の３級アミンを含み２個以上の縮合芳香族環が窒素原子に置換した芳香族ジアミン（特開平５−２３４６８１号公報）、４，４’，４’’−トリス（１−ナフチルフェニルアミノ）トリフェニルアミン等のスターバースト構造を有する芳香族アミン化合物（Ｊ． Ｌｕｍｉｎ．，７２−７４巻、９８５頁、１９９７年）、トリフェニルアミンの四量体からなる芳香族アミン化合物（Ｃｈｅｍ．Ｃｏｍｍｕｎ．，２１７５頁、１９９６年）、２，２’，７，７’−テトラキス−（ジフェニルアミノ）−９，９’−スピロビフルオレン等のスピロ化合物（Ｓｙｎｔｈ．Ｍｅｔａｌｓ，９１巻、２０９頁、１９９７年）等が挙げられる。これらの化合物は、単独で用いてもよいし、必要に応じて、複数種混合して用いてもよい。
【０１１９】
上記の化合物以外に、正孔輸送層４の材料として、ポリビニルカルバゾール、ポリビニルトリフェニルアミン（特開平７−５３９５３号公報）、テトラフェニルベンジジンを含有するポリアリーレンエーテルサルホン（Ｐｏｌｙｍ．Ａｄｖ．Ｔｅｃｈ．，７巻、３３頁、１９９６年）等の高分子材料が挙げられる。
【０１２０】
正孔輸送層４は、スプレー法、印刷法、スピンコート法、ディップコート法、ダイコート法などの通常の塗布法や、インクジェット法、スクリーン印刷法など各種印刷法等の湿式成膜法や、真空蒸着法などの乾式成膜法で形成することができる。
【０１２１】
塗布法の場合は、正孔輸送材料の１種または２種以上を、必要により正孔のトラップにならないバインダー樹脂や塗布性改良剤などの添加剤を添加し、適当な溶剤に溶解して塗布溶液を調製し、スピンコート法などの方法により陽極２上に塗布し、乾燥して正孔輸送層４を形成する。バインダー樹脂としては、ポリカーボネート、ポリアリレート、ポリエステル等が挙げられる。バインダー樹脂は添加量が多いと正孔移動度を低下させるので、少ない方が望ましく、通常、５０重量％以下が好ましい。
【０１２２】
真空蒸着法の場合には、正孔輸送材料を真空容器内に設置されたるつぼに入れ、真空容器内を適当な真空ポンプで１０^−４Ｐａ程度にまで排気した後、るつぼを加熱して、正孔輸送材料を蒸発させ、るつぼと向かい合って置かれた、陽極２が形成された基板１上に正孔輸送層４を形成させる。
【０１２３】
正孔輸送層４の膜厚は、通常５ｎｍ以上、好ましくは１０ｎｍ以上であり、また通常３００ｎｍ以下、好ましくは１００ｎｍ以下である。この様に薄い膜を一様に形成するためには、一般に真空蒸着法がよく用いられる。
【０１２４】
図１に示す素子において、正孔輸送層４の上には発光層５が設けられる。発光層５は、電界を与えられた電極間において、陽極から注入されて正孔輸送層を移動する正孔と、陰極から注入されて電子輸送層７を移動する電子との再結合により励起されて強い発光を示す発光性化合物より形成される。
【０１２５】
発光層５に用いられる発光性化合物としては、安定な薄膜形状を有し、固体状態で高い発光（蛍光または燐光）量子収率を示し、正孔および／または電子を効率よく輸送することができる化合物であることが必要である。さらに電気化学的かつ化学的に安定であり、トラップとなる不純物が製造時や使用時に発生しにくい化合物であることが要求される。
【０１２６】
このような条件を満たし、蛍光を発する発光層を形成する材料としては、８−ヒドロキシキノリンのアルミニウム錯体などの金属錯体（特開昭５９−１９４３９３号公報）、１０−ヒドロキシベンゾ［ｈ］キノリンの金属錯体（特開平６−３２２３６２号公報）、ビススチリルベンゼン誘導体（特開平１−２４５０８７号公報、特開平２−２２２４８４号公報）、ビススチリルアリーレン誘導体（特開平２−２４７２７８号公報）、（２−ヒドロキシフェニル）ベンゾチアゾールの金属錯体（特開平８−３１５９８３号公報）、シロール誘導体、等が挙げられる。これらの発光層材料は、通常は真空蒸着法により正孔輸送層上に積層される。また、前述の正孔輸送層材料のうち、発光性を有する芳香族アミン系化合物も発光層材料として用いることができる。
【０１２７】
本発明のラクタム系化合物は、電荷輸送能に加えてこのような発光性が要求される発光層材料（ホスト材料）として使用することもできる。発光層に、後述するように蛍光発光性や燐光発光性を示す化合物（ドーパント）を含有させる場合、ドーパントのＨＯＭＯ−ＬＵＭＯレベルが、ホストのＨＯＭＯ−ＬＵＭＯレベル内に入っているときに、効率よくドーパントを発光させることができる。本発明のラクタム系化合物は、優れた電子輸送性、発光性と広いバンドギャップを有するため、ドーパントの選択肢が広い点からも、発光層材料として好適である。本発明のラクタム系化合物を発光層材料として使用する場合、該化合物のみからなる発光層としてもよく、該化合物をホスト材料として使用することもできる。ホスト材料として使用する場合、具体的には、本発明のラクタム系化合物をホスト材料とし、蛍光色素または燐光材料をドープ材料として含有させることにより発光層を形成する。この際にドープ材料を適宜選択することにより、青色から赤色への波長変換の実現や発光効率の向上を図ることができる。本発明のラクタム系化合物は、高い電子輸送能を有することから、特に正孔輸送性のドーパントと組み合わせることにより、両極性の発光層とすることができる。
【０１２８】
素子の発光効率を向上させるとともに発光色を変える目的で、例えば、８−ヒドロキシキノリンのアルミニウム錯体をホスト材料として、クマリン等のレーザー用蛍光色素をドープすること（Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，６５巻，３６１０頁，１９８９年）等が行われている。このドーピング手法は、発光層５にも適用でき、ドープ用材料としては、クマリン以外にも各種の蛍光色素が使用できる。青色発光を与える蛍光色素としては、ペリレン、ピレン、アントラセン、クマリンおよびそれらの誘導体等が挙げられる。緑色蛍光色素としては、キナクリドン誘導体、クマリン誘導体等が挙げられる。黄色蛍光色素としては、ルブレン、ペリミドン誘導体等が挙げられる。赤色蛍光色素としては、ＤＣＭ系化合物、ベンゾピラン誘導体、ローダミン誘導体、ベンゾチオキサンテン誘導体、アザベンゾチオキサンテン等が挙げられる。
【０１２９】
上記のドープ用蛍光色素以外にも、ホスト材料に応じて、レーザー研究，８巻，６９４頁，８０３頁，９５８頁（１９８０年）；同９巻，８５頁（１９８１年）、に列挙されている蛍光色素などが発光層用のドープ材料として使用することができる。
【０１３０】
ホスト材料に対して上記蛍光色素がドープされる量は、１０^−３重量％以上が好ましく、０．１重量％以上がより好ましい。また１０重量％以下が好ましく、３重量％以下がより好ましい。下限値を下回ると素子の発光効率向上に寄与できない場合があり、上限値を超えると濃度消光が起き、発光効率の低下に至る可能性がある。
【０１３１】
一方、燐光発光を示す発光層は、通常、燐光性ドーパントとホスト材料を含んで形成される。燐光性ドーパントとしては、例えば周期表７ないし１１族から選ばれる少なくとも一つの金属を含む有機金属錯体が挙げられ、該金属錯体のＴ１（最低励起三重項準位）より高いＴ１を有する電荷輸送性有機化合物をホスト材料として使用することが好ましい。
【０１３２】
周期表７ないし１１族から選ばれる少なくとも一つの金属を含む燐光性有機金属錯体における該金属としては、好ましくは、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、銀、レニウム、オスミウム、イリジウム、白金、および金が挙げられる。これらの有機金属錯体として、好ましくは下記一般式（Ｖ）または一般式（ＶＩ）で表される化合物が挙げられる。
【０１３３】
ＭＬ_ｎ−ｊＬ’_ｊ（Ｖ）
（式中、Ｍは金属、ｎは該金属の価数を表す。ＬおよびＬ’は二座配位子を表す。ｊは０または１または２を表す。）
【０１３４】
【化２４】

【０１３５】
（式中、Ｍ^７は金属、Ｔは炭素原子または窒素原子を表す。Ｔが窒素原子の場合はＲ^１４、Ｒ^１５はなく、Ｔが炭素原子の場合はＲ^１４、Ｒ^１５は水素原子、ハロゲン原子、アルキル基、アラルキル基、アルケニル基、シアノ基、アミノ基、アシル基、アルコキシカルボニル基、カルボキシル基、アルコキシ基、アルキルアミノ基、アラルキルアミノ基、ハロアルキル基、水酸基、アリールオキシ基、置換基を有していてもよい芳香族炭化水素基または芳香族複素環基を表す。Ｒ^１２、Ｒ^１３は水素原子、ハロゲン原子、アルキル基、アラルキル基、アルケニル基、シアノ基、アミノ基、アシル基、アルコキシカルボニル基、カルボキシル基、アルコキシ基、アルキルアミノ基、アラルキルアミノ基、ハロアルキル基、水酸基、アリールオキシ基、置換基を有していてもよい芳香族炭化水素基または芳香族複素環基を表し、互いに連結して環を形成してもよい。）
一般式（Ｖ）中の二座配位子ＬおよびＬ’はそれぞれ以下の部分構造を有する配位子を示す。
【０１３６】
【化２５】

【０１３７】
（環Ａ１および環Ａ１’は各々独立に、芳香族炭化水素基または芳香族複素環基を表し、置換基を有していてもよい。環Ａ２および環Ａ２’は含窒素芳香族複素環基を表し、置換基を有していてもよい。Ｒ’、Ｒ’’およびＲ’’’は各々ハロゲン原子；アルキル基；アルケニル基；アルコキシカルボニル基；メトキシ基；アルコキシ基；アリールオキシ基；ジアルキルアミノ基；ジアリールアミノ基；カルバゾリル基；アシル基；ハロアルキル基またはシアノ基を表す。）
一般式（Ｖ）で表される化合物として、さらに好ましくは下記一般式（Ｖａ）、（Ｖｂ）、（Ｖｃ）で表される化合物が挙げられる。
【０１３８】
【化２６】

【０１３９】
（式中、Ｍ^４は金属、ｎは該金属の価数を表す。環Ａ１は置換基を有していてもよい芳香族炭化水素基を表し、環Ａ２は置換基を有していてもよい含窒素芳香族複素環基を表す。）
【０１４０】
【化２７】

【０１４１】
（式中、Ｍ^５は金属、ｎは該金属の価数を表す。環Ａ１は置換基を有していてもよい芳香族炭化水素基または芳香族複素環基を表し、環Ａ２は置換基を有していてもよい含窒素芳香族複素環基を表す。）
【０１４２】
【化２８】

【０１４３】
（式中、Ｍ^６は金属、ｎは該金属の価数を表し、ｊは０または１または２を表す。環Ａ１および環Ａ１’は各々独立に、置換基を有していてもよい芳香族炭化水素基または芳香族複素環基を表し、環Ａ２および環Ａ２’は各々独立に、置換基を有していてもよい含窒素芳香族複素環基を表す。）
一般式（Ｖａ）、（Ｖｂ）、（Ｖｃ）で表される化合物の環Ａ１および環Ａ１’として、好ましくは、フェニル基、ビフェニル基、ナフチル基、アントリル基、チエニル基、フリル基、ベンゾチエニル基、ベンゾフリル基、ピリジル基、キノリル基、イソキノリル基、またはカルバゾリル基が挙げられる。
【０１４４】
環Ａ２および環Ａ２’として、好ましくは、ピリジル基、ピリミジル基、ピラジル基、トリアジル基、ベンゾチアゾール基、ベンゾオキサゾール基、ベンゾイミダゾール基、キノリル基、イソキノリル基、キノキサリル基、またはフェナントリジル基が挙げられる。
【０１４５】
一般式（Ｖａ）、（Ｖｂ）および（Ｖｃ）で表される化合物が有していてもよい置換基としては、フッ素原子等のハロゲン原子；メチル基、エチル基等の炭素数１〜６のアルキル基；ビニル基等の炭素数２〜６のアルケニル基；メトキシカルボニル基、エトキシカルボニル基等の炭素数２〜６のアルコキシカルボニル基；メトキシ基、エトキシ基等の炭素数１〜６のアルコキシ基；フェノキシ基、ベンジルオキシ基などのアリールオキシ基；ジメチルアミノ基、ジエチルアミノ基等のジアルキルアミノ基；ジフェニルアミノ基等のジアリールアミノ基；カルバゾリル基；アセチル基等のアシル基；トリフルオロメチル基等のハロアルキル基；シアノ基等が挙げられ、これらは互いに連結して環を形成してもよい。
【０１４６】
なお、環Ａ１が有する置換基と環Ａ２が有する置換基が結合、または環Ａ１’が有する置換基と環Ａ２’が有する置換基が結合して、一つの縮合環を形成してもよく、このような縮合環としては７，８−ベンゾキノリン基等が挙げられる。
【０１４７】
環Ａ１、環Ａ１’、環Ａ２および環Ａ２’の置換基として、より好ましくはアルキル基、アルコキシ基、芳香族炭化水素基、シアノ基、ハロゲン原子、ハロアルキル基、ジアリールアミノ基、またはカルバゾリル基が挙げられる。
【０１４８】
式（Ｖａ）、（Ｖｂ）におけるＭ^４ないしＭ^５として好ましくは、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、銀、レニウム、オスミウム、イリジウム、白金または金が挙げられる。
【０１４９】
式（ＶＩ）におけるＭ^７として好ましくは、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、銀、レニウム、オスミウム、イリジウム、白金または金が挙げられ、特に好ましくは、白金、パラジウム等の２価の金属が挙げられる。
【０１５０】
上記一般式（Ｖ）、（Ｖａ）、（Ｖｂ）および（Ｖｃ）で示される有機金属錯体の具体例を以下に示すが、下記の化合物に限定されるわけではない。
【０１５１】
【化２９】

【０１５２】
【化３０】

【０１５３】
上記一般式（ＶＩ）で表される有機金属錯体の具体例を以下に示すが、下記の化合物に限定されるわけではない。
【０１５４】
【化３１】

【０１５５】
燐光発光を示す発光層に使用されるホスト材料としては、蛍光発光を示す発光層に使用されるホスト材料として前述した材料の他に、４，４’−Ｎ，Ｎ’−ジカルバゾールビフェニルなどのカルバゾール誘導体（ＷＯ ００／７０６５５号公報）、トリス（８−ヒドロキシキノリン）アルミニウム（ＵＳＰ ６，３０３，２３８号公報）、２，２’，２’’−（１，３，５−ベンゼントリル）トリス［１−フェニル−１Ｈ−ベンズイミダゾール］（Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，７８巻，１６２２頁、２００１年）、ポリビニルカルバゾール（特開２００１−２５７０７６号公報）等が挙げられる。
【０１５６】
さらに本発明の有機電界発光素子における発光層は、ホスト材料および燐光性ドーパントと共に、前述の蛍光色素を含有していてもよい。
【０１５７】
発光層中にドーパントとして含有される有機金属錯体の量は、０．１重量％以上が好ましく、また３０重量％以下が好ましい。０．１重量％以下では素子の発光効率の向上に寄与できない場合があり、３０重量％を超えると有機金属錯体同士が２量体を形成する等の理由で濃度消光が起き、発光効率の低下に至る可能性がある。
【０１５８】
燐光発光を示す発光層における燐光性ドーパントの量は、従来の蛍光（１重項）を用いた素子において、発光層に含有される蛍光性色素（ドーパント）の量より、若干多い方が好ましい傾向がある。また燐光性ドーパントと共に蛍光色素が発光層中に含有される場合、該蛍光色素の量は、０．０５重量％以上が好ましく、０．１重量％以上がより好ましい。また１０重量％以下が好ましく、３重量％以下がより好ましい。
【０１５９】
発光層５の膜厚は、通常３ｎｍ以上、好ましくは５ｎｍ以上であり、また通常２００ｎｍ以下、好ましくは１００ｎｍ以下である。
【０１６０】
発光層も正孔輸送層と同様の方法で形成することができる。上述の蛍光色素および／または燐光色素（燐光性ドーパント）を発光層のホスト材料にドープする方法を以下に説明する。
【０１６１】
塗布の場合は、前記発光層ホスト材料と、ドープ用色素、さらに必要により、電子のトラップや発光の消光剤とならないバインダー樹脂や、レベリング剤等の塗布性改良剤などの添加剤を添加し溶解した塗布溶液を調整し、スピンコート法などの方法により正孔輸送層４上に塗布し、乾燥して発光層５を形成する。バインダー樹脂としては、ポリカーボネート、ポリアリレート、ポリエステル等が挙げられる。バインダー樹脂は添加量が多いと正孔／電子移動度を低下させるので、少ない方が望ましく、５０重量％以下が好ましい。
【０１６２】
真空蒸着法の場合には、前記ホスト材料を真空容器内に設置されたるつぼに入れ、ドープする色素を別のるつぼに入れ、真空容器内を適当な真空ポンプで１０^−６Ｔｏｒｒ程度にまで排気した後、各々のるつぼを同時に加熱して蒸発させ、るつぼと向かい合って置かれた基板上に層を形成する。また、他の方法として、上記の材料を予め所定比で混合したものを同一のるつぼを用いて蒸発させてもよい。
【０１６３】
上記各ドーパントが発光層中にドープされる場合、発光層の膜厚方向において均一にドープされるが、膜厚方向において濃度分布があっても構わない。例えば、正孔輸送層との界面近傍にのみドープしたり、逆に、電子輸送層または正孔阻止層界面近傍にドープしてもよい。
【０１６４】
発光層も正孔輸送層と同様の方法で形成することができるが、通常は真空蒸着法が用いられる。
【０１６５】
なお発光層５は、本発明の性能を損なわない範囲で上記以外の成分を含んでいてもよい。
【０１６６】
図１に示す素子において、発光層５の上には電子輸送層７が設けられる。電子輸送層７は、電界を与えられた電極間において陰極から注入された電子を効率よく発光層５の方向に輸送することができる化合物より形成される。
【０１６７】
このような条件を満たす材料としては、８−ヒドロキシキノリンのアルミニウム錯体などの金属錯体（特開昭５９−１９４３９３号公報）、１０−ヒドロキシベンゾ［ｈ］キノリンの金属錯体、オキサジアゾール誘導体、ジスチリルビフェニル誘導体、シロール誘導体、３−または５−ヒドロキシフラボン金属錯体、ベンズオキサゾール金属錯体、ベンゾチアゾール金属錯体、トリスベンズイミダゾリルベンゼン（米国特許第 ５，６４５，９４８号）、キノキサリン化合物（特開平６−２０７１６９号公報）、フェナントロリン誘導体（特開平５−３３１４５９号公報）、２−ｔ−ブチル−９，１０−Ｎ，Ｎ’−ジシアノアントラキノンジイミン、ｎ型水素化非晶質炭化シリコン、ｎ型硫化亜鉛、ｎ型セレン化亜鉛などが挙げられる。
【０１６８】
本発明のラクタム系化合物は、この電子輸送層７の材料として使用することが好ましい。その場合、本発明のラクタム系化合物のみを使用して電子輸送層７を形成してもよいし、該化合物の優れた効果を損なわない範囲で、前述した各種公知の材料を併用してもよい。
【０１６９】
電子輸送層７の膜厚は、通常５ｎｍ以上、好ましくは１０ｎｍ以上であり、また通常２００ｎｍ以下、好ましくは１００ｎｍ以下である。
【０１７０】
電子輸送層７は、正孔輸送層４と同様にして塗布法あるいは真空蒸着法により発光層５または正孔阻止層６上に積層することにより形成される。通常は、真空蒸着法が用いられる。
【０１７１】
陰極８は、電子輸送層７を介して発光層５に電子を注入する役割を果たす。陰極８として用いられる材料は、前記陽極２に使用される材料を用いることが可能であるが、効率よく電子注入を行うには、仕事関数の低い金属が好ましく、スズ、マグネシウム、インジウム、カルシウム、アルミニウム、銀等の適当な金属またはそれらの合金が用いられる。具体例としては、マグネシウム−銀合金、マグネシウム−インジウム合金、アルミニウム−リチウム合金等の低仕事関数合金電極が挙げられる。さらに、陰極と発光層または電子輸送層の界面にＬｉＦ、ＭｇＦ_２、Ｌｉ_２Ｏ等の極薄絶縁膜（０．１〜５ｎｍ）を挿入することも、素子の効率を向上させる有効な方法である（Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，７０巻，１５２頁，１９９７年；特開平１０−７４５８６号公報；ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ．Ｅｌｅｃｔｒｏｎ．Ｄｅｖｉｃｅｓ，４４巻，１２４５頁，１９９７年）。陰極８の膜厚は通常、陽極２と同様である。低仕事関数金属から成る陰極を保護する目的で、この上にさらに、仕事関数が高く大気に対して安定な金属層を積層することは素子の安定性を増す。この目的のために、アルミニウム、銀、銅、ニッケル、クロム、金、白金等の金属が使われる。
【０１７２】
素子の発光効率をさらに向上させることを目的として、図３に示すように、発光層５の陰極側界面に接するように、正孔阻止層６が設けられていてもよい。
【０１７３】
正孔阻止層は、正孔輸送層から移動してくる正孔を陰極に到達するのを阻止する役割と、陰極から注入された電子を効率よく発光層の方向に輸送する役割を果たすことができる化合物より形成されることが好ましい。正孔阻止層を構成する材料に求められる物性としては、電子移動度が高く正孔移動度が低いことが必要とされる。正孔阻止層６は正孔と電子を発光層内に閉じこめて、発光効率を向上させる機能を有する。
【０１７４】
この様な正孔阻止層に使用される材料としては、例えばトリス（５，７−ジクロルー８−ヒドロキシキノリノ）アルミニウム（特開平２−１９５６８３号公報）、２，２’，２”−（１，３，５−フェニレン）トリス（１−フェニル−１Ｈ−ベンズイミダゾール）ＴＰＢＩ（特開平１０−１０６７４９号公報）、２，９−ジエチル−４，７−ジフェニル−１，１０−フェナントロリン（ＢＣＰ）等が挙げられる。
【０１７５】
本発明の素子において、この正孔阻止層の材料として、本発明のラクタム系化合物を用いてもよい。該化合物は正孔阻止層中に、単独で用いてもよいし、複数種併用してもよい。更に、上述したものに代表される、各種公知の正孔阻止機能を有する化合物を併用してもよい。
【０１７６】
正孔阻止層６に本発明のラクタム系化合物を使用した場合、前述の電子輸送層７にも本発明の化合物を使用してもよいし、また正孔阻止層６または電子輸送層７のいずれか一方にのみに本発明の化合物を使用し、他方はそれ以外の、公知の電子輸送材料や正孔阻止材料を使用して形成してもよい。
【０１７７】
本発明の素子において、正孔阻止層６または電子輸送層７に本発明のラクタム系化合物を使用した場合、これらの本発明のラクタム系化合物を含有する層のイオン化ポテンシャルは発光層のイオン化ポテンシャル（発光層がホスト材料とドーパントを含んでいる場合にはホスト材料のイオン化ポテンシャルを表す。以下同じ。）より０．１ｅＶ以上大きいことが好ましい。
【０１７８】
また、本発明のラクタム系化合物は発光層材料として使用することも可能である。その場合には、正孔阻止層６または電子輸送層７に使用できる材料として上述した公知材料に代表される、その他の電子輸送性材料や正孔阻止材料の中から、該ラクタム系化合物よりも０．１ｅＶ以上大きなイオン化ポテンシャルを有する材料を選択して使用することが好ましい。
【０１７９】
さらに、本発明の有機電界発光素子において、発光層とこれに接して設けられる正孔阻止層の両方に、本発明のラクタム系化合物を使用しても良い。この場合、上記一般式（Ｉ）ないし（ＩＶ）のいずれかで表される化合物よりなる群から、イオン化ポテンシャルの差が０．１ｅＶ以上である化合物を選択し、発光層と正孔阻止層に各々使用すればよい。
【０１８０】
本発明における正孔阻止層のイオン化ポテンシャルは発光層のイオン化ポテンシャルより０．１ｅＶ以上大きいことが好ましい。イオン化ポテンシャルは物質のＨＯＭＯ（最高被占分子軌道）レベルにある電子を真空準位に放出するのに必要なエネルギーで定義される。イオン化ポテンシャルは光電子分光法で直接定義されるか、電気化学的に測定した酸化電位を基準電極に対して補正しても求められる。後者の方法の場合、例えば飽和甘コウ電極（ＳＣＥ）を基準電極として用いたとき、
イオン化ポテンシャル＝酸化電位（ｖｓ．ＳＣＥ）＋４．３ｅＶ
で定義される。（“Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ”，Ｓｐｒｉｎｇｅｒ−Ｖｅｒｌａｇ，１９８５年、９８頁）。
【０１８１】
さらに、本発明で用いられる正孔阻止層の電子親和力（ＥＡ）は、発光層の電子親和力（発光層がホスト材料とドーパントを含んでいる場合にはホスト材料の電子親和力）と比較して同等以上であることが好ましい。電子親和力もイオン化ポテンシャルと同様に真空準位を基準として、真空準位にある電子が物質のＬＵＭＯ（最低空分子軌道）レベルに落ちて安定化するエネルギーで定義される。電子親和力は、上述のイオン化ポテンシャルから光学的バンドギャップを差し引いて求められるか、電気化学的な還元電位から下記の式で同様に求められる。
【０１８２】
電子親和力＝還元電位（ｖｓ．ＳＣＥ）＋４．３ｅＶ
従って、本発明で用いられる正孔阻止層は、酸化電位と還元電位を用いて、
（正孔阻止材料の酸化電位）−（発光材料の酸化電位）≧０．１Ｖ
（正孔阻止材料の還元電位）≧（発光材料の還元電位）
と表現することもできる。
【０１８３】
さらに後述の電子輸送層を有する素子の場合には、正孔阻止層の電子親和力は電子輸送層の電子親和力と比較して同等以下であることが好ましい。
（電子輸送材料の還元電位）≧（正孔阻止材料の還元電位）≧（発光材料の還元電位）
正孔阻止層６の膜厚は、通常０．３以上、好ましくは０．５ｎｍ以上であり、また通常１００ｎｍ以下、好ましくは５０ｎｍ以下である。正孔阻止層も正孔輸送層と同様の方法で形成することができるが、通常は真空蒸着法が用いられる。
【０１８４】
正孔注入の効率をさらに向上させ、かつ、有機層全体の陽極への付着力を改善させる目的で、正孔輸送層４と陽極２との間に陽極バッファ層３を挿入することも行われている（図２および図３参照）。陽極バッファ層３を挿入することで、初期の素子の駆動電圧が下がると同時に、素子を定電流で連続駆動した時の電圧上昇も抑制される効果がある。陽極バッファ層に用いられる材料に要求される条件としては、陽極とのコンタクトがよく均一な薄膜が形成でき、熱的に安定、すなわち、融点及びガラス転移温度が高く、融点としては３００℃以上、ガラス転移温度としては１００℃以上であることが好ましい。さらに、イオン化ポテンシャルが低く陽極からの正孔注入が容易なこと、正孔移動度が大きいことが挙げられる。
【０１８５】
この目的のために、これまでに銅フタロシアニン等のフタロシアニン化合物（特開昭６３−２９５６９５号公報）、ポリアニリン（Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，６４巻、１２４５頁，１９９４年）、ポリチオフェン（ＯｐｔｉｃａｌＭａｔｅｒｉａｌｓ，９巻、１２５頁、１９９８年）等の有機化合物や、スパッタ・カーボン膜（Ｓｙｎｔｈ．Ｍｅｔ．，９１巻、７３頁、１９９７年）や、バナジウム酸化物、ルテニウム酸化物、モリブデン酸化物等の金属酸化物（Ｊ．Ｐｈｙｓ．Ｄ，２９巻、２７５０頁、１９９６年）が報告されている。
【０１８６】
また、正孔注入・輸送性の低分子有機化合物と電子受容性化合物を含有する層（特開平１１−２５１０６７号公報、特開２０００−１５９２２１号公報等に記載）や、芳香族アミノ基等を含有する非共役系高分子化合物に、必要に応じて電子受容性化合物をドープしてなる層（特開平１１−１３５２６２号公報、特開平１１−２８３７５０号公報、特開２０００−３６３９０号公報、特開２０００−１５０１６８号公報、特開平２００１−２２３０８４号公報、およびＷＯ９７／３３１９３号公報など）、またはポリチオフェン等の導電性ポリマーを含む層（特開平１０−９２５８４号公報）なども挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【０１８７】
上記陽極バッファ層材料としては、低分子・高分子いずれの化合物を用いることも可能である。
【０１８８】
陽極バッファ層の場合も、正孔輸送層と同様にして薄膜形成可能であるが、無機物の場合には、さらに、スパッタリング法や電子ビーム蒸着法、プラズマＣＶＤ法が用いられる。
【０１８９】
以上の様にして形成される陽極バッファ層３の膜厚は、低分子化合物を用いて形成される場合、下限は通常３ｎｍ、好ましくは１０ｎｍ程度であり、上限は通常１００ｎｍ、好ましくは５０ｎｍ程度である。また高分子化合物を用いて形成される陽極バッファ層３の、膜厚の下限は通常５ｎｍ、好ましくは１０ｎｍ程度であり、上限は通常１０００ｎｍ、好ましくは５００ｎｍ程度である。
【０１９０】
本発明の有機電界発光素子は、図１とは逆の構造、すなわち、基板上に陰極８、電子輸送層７、発光層５、正孔輸送層４、陽極２の順に積層することも可能であり、既述したように少なくとも一方が透明性の高い２枚の基板の間に本発明の有機電界発光素子を設けることも可能である。同様に、図２または図３に示した前記各層構成とは逆の順に積層することも可能である。
【０１９１】
本発明は、有機電界発光素子が、単一の素子、アレイ状に配置された構造からなる素子、陽極と陰極がＸ−Ｙマトリックス状に配置された構造のいずれにおいても適用することができる。
【０１９２】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
【０１９３】
【実施例】
以下に実施例を示して、本発明をさらに具体的に説明する。ただし、本発明はその要旨を超えない限り、以下の実施例に限定されるものではない。
【０１９４】
（実施例１）例示化合物（４５）の合成
ラクタム誘導体（Ａ）６．０ｇ、ピナコラートジボロン６．０ｇをジメチルスルホキシド１００ｍＬに溶解し、酢酸カリウム６．４ｇ、触媒としてＰｄＣｌ_２（ｄｐｐｆ）ＣＨ_２Ｃｌ_２の０．５３ｇを添加し加熱攪拌した。反応物を水に添加し、トルエン、メタノール等で精製し、２．７ｇのラクタム誘導体ボロン体化合物（Ｂ）を得た。
【０１９５】
得られたラクタム誘導体のボロン体（Ｂ）２．５ｇ、２，２’−ジメチル−４，４’−ジブロモビナフチル１．４８ｇをジメチルホルムアミド１２ｍＬに加熱溶解し、ポリリン酸カリウム２．１ｇ、Ｐｄ（ＰＰｈ）_４０．１６７ｇを添加し加熱攪拌した。反応後得られた固体を濾別しメタノール、アセトンで精製し、目的物を黄色固体で１．２６ｇ得た。さらに昇華精製を実施し４３０ｍｇを回収した。この化合物の質量分析を行ったところ、分子量が６７２で目的物であることを確認した。
【０１９６】
また、セイコー電子社製ＤＳＣ−２０により示差熱分析測定したところ、Ｔｇは１７４℃と高い値を示した。
【０１９７】
【化３２】

【０１９８】
（実施例２）
次に、上記実施例１で得られた化合物の酸化・還元電位を下記の条件により測定した。
【０１９９】
参照電極：銀線（内部標準物質としてフェロセンを使用）
作用電極：グラッシーカーボン
対極：白金線
測定溶媒：０．１ｍｏｌ／Ｌ 過塩素酸テトラ（ノルマルブチル）アンモニウム 塩化メチレン溶液（アセトニトリル溶液）
掃引速度：１００ｍＶ／ｓｅｃ
試料濃度：１ｍｍｏｌ／Ｌ
得られた電位を飽和甘コウ電極（ＳＣＥ）を基準電極として換算した結果を表４に示す。
【０２００】
【表１３】

【０２０１】
なお、表４には、一般的に使用されている電子輸送材料について、その酸化・還元電位を合わせて示す。
【０２０２】
【化３３】

【０２０３】
以下に、表４中に示した「可逆」「非可逆」について、化合物（４５）およびＡｌｑ_３の還元側のサイクリックボルタモグラムを例に説明する。
【０２０４】
化合物（４５）およびＡｌｑ_３のサイクリックボルタモグラムを図４および図５に示す。
【０２０５】
図４中、化合物（４５）では、還元波が観測された後に掃引を反転させると対応する酸化波が観測されるが、Ａｌｑ_３では観測されない。このことから、化合物（４５）の還元は可逆であるということができるのに対し、Ａｌｑ_３の還元は非可逆であるといえる。
【０２０６】
一般に、生成したアニオンラジカルが安定であれば可逆な還元ボルタモグラムが観測されるが、不安定であれば非可逆となる。同様に、カチオンラジカルが安定であれば可逆な酸化ボルタモグラムが観測されるが、不安定であれば非可逆となる。
【０２０７】
以上のことから、化合物（４５）はカチオンラジカル、アニオンラジカルともに安定であり、電荷輸送材料として好適に用いることができることがわかる。
【０２０８】
表４から、実施例１の例示化合物（４５）に代表される本発明のラクタム系化合物は、Ａｌｑ_３やＴＰＢＩ等の一般的な電子輸送材料であり、また発光層材料（ホスト材料）でもある化合物と同等な還元電位を有することがわかる。さらに、酸化・還元ともに可逆であることから、本発明のラクタム系化合物を電荷輸送層もしくは発光材料・ホスト材料に用いることにより、電流耐久性に優れた有機電界発光素子を作製することが可能であることがわかる。
【０２０９】
（実施例３）
実施例１で得られた例示化合物（４５）の薄膜を真空蒸着法により作製した。得られた薄膜は透明なアモルファス膜であり、５０℃のホットプレート上で１０分間加熱しても結晶化は見られなかった。このことから、本発明のラクタム系化合物は、安定性・耐熱性に優れた有機電界発光素子の材料として好適であることがわかる。
【０２１０】
また上記の薄膜は、紫外光（波長３００ｎｍ）の励起により、５２０ｎｍに極大を持つ緑色の発光を与える。従って、本発明の化合物は有機電界発光素子の発光材料としても用いることができる。
【０２１１】
（実施例４）
図２に示す構造を有する有機電界発光素子を以下の方法で作製した。
【０２１２】
ガラス基板１の上にインジウム・スズ酸化物（ＩＴＯ）透明導電膜（陽極）２を１６０ｎｍ堆積したもの（スパッター成膜品；シート抵抗１５Ω）を通常のフォトリソグラフィ技術と塩酸エッチングを用いて２ｍｍ幅のストライプにパターニングして陽極を形成した。パターン形成したＩＴＯ基板を、アセトンによる超音波洗浄、純水による水洗、イソプロピルアルコールによる超音波洗浄の順で洗浄後、窒素ブローで乾燥させ、最後に紫外線オゾン洗浄を行った。
【０２１３】
次に、基板を真空蒸着装置内に設置した。上記装置の粗排気を油回転ポンプにより行った後、装置内の真空度が２．０×１０^−６Ｔｏｒｒ（２．６×１０^−４Ｐａ）以下になるまで油拡散ポンプを用いて排気した。
【０２１４】
陽極バッファ層３の材料として、上記装置内に配置されたモリブデンボートに入れた銅フタロシアニンを、電流加熱により蒸着した。蒸着時の真空度２．０×１０^−６Ｔｏｒｒ（約２．６×１０^−４Ｐａ）、蒸着速度は０．１５ｎｍ／秒で膜厚１０ｎｍの陽極バッファ層３を得た。
【０２１５】
次に，上記装置内に配置されたセラミックるつぼに入れた、下記に示すアリールアミン化合物（ＰＰＤ）
【０２１６】
【化３４】

【０２１７】
をるつぼの周囲のタンタル線ヒーターで加熱して蒸着を行った。この時のるつぼの温度は、２１０〜２３０℃の範囲で制御した。蒸着時の真空度１．５×１０^−６Ｔｏｒｒ（約２．０×１０^−４Ｐａ）、蒸着速度は０．１５ｎｍ／秒で膜厚６０ｎｍの正孔輸送層４を得た。
【０２１８】
引き続き、発光層５として下記に示すアルミニウムの８−ヒドロキシキノリン錯体（Ａｌｑ_３）を同様にして成膜した。
【０２１９】
【化３５】

【０２２０】
この時のるつぼの温度は、２７０〜２８０℃の範囲で制御した。蒸着時の真空度１．２×１０^−６Ｔｏｒｒ（約１．６×１０^−４Ｐａ）、蒸着速度は０．２ｎｍ／秒で膜厚３０ｎｍの発光層５を得た。
【０２２１】
さらに、電子輸送層７として実施例１で合成された例示化合物（４５）を、るつぼ温度を３６７〜３６８℃として、蒸着速度０．１５ｎｍ／秒で４５ｎｍの膜厚で積層した。蒸着時の真空度は１．２×１０^−６Ｔｏｒｒ（約１．６×１０^−４Ｐａ）であった。
【０２２２】
上記の正孔輸送層、発光層及び電子輸送層を真空蒸着する時の基板温度は室温に保持した。
【０２２３】
ここで、電子輸送層７までの蒸着を行った素子を一度前記真空蒸着装置内より大気中に取り出して、陰極蒸着用のマスクとして２ｍｍ幅のストライプ状シャドーマスクを、陽極２のＩＴＯストライプとは直交するように素子に密着させて、別の真空蒸着装置内に設置して有機層と同様にして装置内の真空度が２．７×１０^−４Ｐａ以下になるまで排気した。陰極８として、先ず、フッ化リチウム（ＬｉＦ）をモリブデンボートを用いて、蒸着速度０．０１ｎｍ／秒、真空度５．０×１０^−４Ｐａで、０．３ｎｍの膜厚で電子輸送層７の上に成膜した。
【０２２４】
次に、アルミニウムを同様にモリブデンボートにより加熱して、蒸着速度０．４ｎｍ／秒、真空度１．２×１０^−３Ｐａで膜厚８０ｎｍのアルミニウム層を形成して陰極８を完成させた。以上の２層型陰極８の蒸着時の基板温度は室温に保持した。
【０２２５】
以上の様にして、２ｍｍ×２ｍｍのサイズの発光面積部分を有する有機電界発光素子が得られた。この素子の発光特性を表５に示す。表５において、最大発光輝度は電流密度０．２５Ａ／ｃｍ^２での値、輝度／電流は輝度１００ｃｄ／ｍ^２での値を示す。素子の発光スペクトルの極大波長は５２３ｎｍであり、Ａｌｑ_３の発光であると同定された。
【０２２６】
【表１４】

【０２２７】
（比較例１）
電子輸送層の例示化合物（４５）の代わりにＡｌｑ_３を用いた他は実施例４と同様にして素子を作製した。この素子の発光特性を表５に示す。実施例４と比較して最大発光輝度、輝度／電流ともに低い。
【０２２８】
（比較例２）
電子輸送層の例示化合物（４５）の代わりにＴＰＢＩを用いた他は実施例４と同様にして素子を作製した。この素子の発光特性を表５に示す。実施例４と比較して最大発光輝度、輝度／電流ともに低い。
【０２２９】
（実施例５）
発光層５として例示化合物（４５）を用い、かつ、電子輸送層７を有しないこと以外は実施例４と同様にして素子を作製した。この素子の発光特性を表６に示す。素子の発光スペクトルの極大波長は５１３ｎｍ、色度座標はＣＩＥ（ｘ，ｙ）＝（０．３２，０．５１）であり、例示化合物（４５）の発光であると同定された。
【０２３０】
【表１５】

【０２３１】
（比較例３）
発光層５としてＡｌｑ_３を用いたこと以外は実施例５と同様にして素子を作製した。この素子の発光特性を表６に示す。実施例４と比較して最大発光輝度、輝度／電流ともに低い。
【０２３２】
（実施例６）
発光層５として、下記に示す黄色発光色素であるルブレンを体積比２．５％ドープした例示化合物（４５）を用いたこと以外は実施例４と同様にして素子を作製した。素子の発光スペクトルの極大波長は５６２ｎｍ、色度座標はＣＩＥ（ｘ，ｙ）＝（０．４８，０．５１）であり、ルブレンの発光であると同定された。このことから、本発明のラクタム系化合物は、ホスト化合物としても好適に用いることができる。
【０２３３】
【化３６】

【０２３４】
【発明の効果】
本発明のラクタム系化合物は、通常２０００以下の分子量をもつ化合物の一分子中に特定のラクタム骨格を複数個有することにより、高い電子輸送能を実現するものである。このような化合物を含有する電荷輸送材料または有機電界発光素子材料を用いた本発明の有機電界発光素子によれば、発光効率が高くかつ駆動安定性に優れており、色純度の良好で駆動安定性においても大きく改善された素子が得られる。特に、従来困難であった青色発光素子で安定性に優れた素子が得られることから、フルカラーあるいはマルチカラーのパネルへの応用において優れた性能を発揮できる。
【０２３５】
従って、本発明の有機電界発光素子はフラットパネル・ディスプレイ（例えばＯＡコンピュータ用や壁掛けテレビ）、車載表示素子、携帯電話表示や面発光体としての特徴を生かした光源（例えば、複写機の光源、液晶ディスプレイや計器類のバックライト光源）、表示板、標識灯への応用が考えられ、その技術的価値は大きいものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】有機電界発光素子の一例を示した模式断面図である。
【図２】有機電界発光素子の別の例を示した模式断面図である。
【図３】有機電界発光素子の別の例を示した模式断面図である。
【図４】化合物（４５）のサイクリックボルタモグラムである。
【図５】Ａｌｑ_３のサイクリックボルタモグラムである。
【符号の説明】
１ 基板
２ 陽極
３ 陽極バッファ層
４ 正孔輸送層
５ 発光層
６ 正孔阻止層
７ 電子輸送層
８ 陰極[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an organic electroluminescent device, and more particularly, to a thin film device that emits light by applying an electric field to a light emitting layer made of an organic compound.
[0002]
[Prior art]
BACKGROUND ART Electroluminescent elements have characteristics such as high visibility because they have self-luminous properties, and excellent impact resistance because they are completely solid, and thus have attracted attention for use as light emitting elements in various display devices. Among them, an organic electroluminescent device using an organic compound can significantly reduce the applied voltage, and can easily reduce the size of the device, reduce power consumption, and emit light. Is possible, and (4) light emission of three primary colors is easy. Therefore, research for practical use as a next-generation light-emitting element has been actively conducted.
[0003]
The organic electroluminescent devices reported so far basically emit light by a combination of a hole transport layer and an electron transport layer. In other words, holes injected from the anode move through the hole transport layer, recombine with electrons injected from the cathode and move through the electron transport layer near the interface between the two layers, and the hole transport layer and the electron move. The principle is to emit light by exciting at least one of the transport layers.
[0004]
One of the major issues when applying such an organic electroluminescent device to the field of flat panel displays is to improve luminous efficiency. In particular, in application to a display device of a portable device, low power consumption is important. In the application to a small character display element, a simple matrix driving method is mainly adopted. In this method, the element needs to be illuminated with a high duty ratio at a high luminance in an extremely short time, and therefore, a high voltage is required. Therefore, there is a problem that the power emission efficiency is reduced.
[0005]
Conventionally, as an electron transporting material having a high electron transporting ability, an aluminum complex of 8-hydroxyquinoline and the like have been reported. Although these materials have good sublimability and excellent film quality after vacuum deposition, their electron mobilities are about two orders of magnitude lower than the hole mobilities of general hole transporting materials, and are not sufficient. I couldn't say it.
[0006]
Further, among oxadiazole derivatives, quinoxaline derivatives, phenanthroline derivatives, and the like, particularly low-molecular-weight compounds having a molecular weight of less than 400 exhibit high electron mobility, but have a low glass transition point (Tg) and are easily crystallized. It was difficult to use it alone as an electron transport material.
[0007]
By the way, Non-Patent Document 1 describes the following equation:
[0008]
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[0009]
(Where Et represents an ethyl group and Ph represents a phenyl group). Although it is described that this compound can be used as a general coloring material, organic pigment, fluorescent whitening material, etc., there is no mention of the charge transporting property of this compound or its use. In addition, since this compound lacks thermal stability at the N—N linking site, in order to use the organic electroluminescent device, if vapor deposition is performed by sublimation at the time of forming a layer of the organic electroluminescent device as described later, There is a risk of decomposition.
[0010]
Patent Document 1 discloses the following compound as an intermediate of a dye.
[0011]
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[0012]
However, this document does not describe at all the charge transporting properties of these compounds and their use. Further, in these compounds, a hydrogen atom in a methylene group connecting two lactam skeletons or a hydrogen atom bonded to a tertiary carbon atom lacks thermal stability, so that the compound is easily oxidized. Therefore, when used for an organic electroluminescent device or the like, it is expected that the driving life of the device will be shortened, and it is considered that further improvement is required for use as a charge transport material.
[0013]
Further, Patent Document 2 describes that the following compounds are useful as dye intermediates.
[0014]
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[0015]
However, there is no description about the charge transporting property of this compound and its utilization.
[0016]
[Non-patent document 1]
J. Heterocycl. Chem. , 24 (5), pp. 1381-90, 1987
[Patent Document 1]
JP-A-58-103561
[Patent Document 2]
JP-A-61-10555
[0017]
[Problems to be solved by the invention]
For the above reasons, it is necessary to efficiently transport electrons injected from the cathode to the light-emitting layer, and further study on improvement of the device structure and materials for producing a device with high luminous efficiency and stability. Is desired.
[0018]
[Means for Solving the Problems]
In view of the above circumstances, the present inventors have conducted intensive studies with the aim of providing an organic electroluminescent device having excellent luminous efficiency and driving stability, and as a result, have found that the above problem can be solved by using a specific compound. The invention has been completed.
[0019]
That is, the present invention provides a compound represented by the general formula (I):
[0020]
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[0021]
(In the formula, X represents an n-valent linking group, and is bonded to a carbon atom or a nitrogen atom constituting any benzene ring in the lactam skeleton in the formula. In addition, n represents 2 or 3. In the lactam skeleton, any carbon atom and nitrogen atom not bonded to X may be substituted with any group, and the substituents may be bonded to each other to form a ring. The n lactam skeleton units contained in one molecule may be the same or different, including the substituents thereof.) Is what you do.
[0022]
In order to use the compound as a charge transport material, it is necessary that the compound be capable of efficiently transporting electrons. In order to use the compound as an organic electroluminescent device material, a compound having a stable thin film shape and a high glass transition temperature ( Tg). Further, the compound is required to be a compound which is electrochemically and chemically stable, and hardly generates impurities which become traps or quench light emission during production or use.
[0023]
Since the compound having a lactam skeleton represented by the above general formula (I) can satisfy all of these required characteristics, it can emit a desired emission color with high purity and high efficiency. Can realize an organic electroluminescent device having excellent driving stability.
[0024]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, the charge transporting material, the organic electroluminescent device material, and the organic electroluminescent device of the present invention will be described in detail.
[0025]
[1] Charge transport material
The charge transport material of the present invention has the general formula (I)
[0026]
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[0027]
(In the formula, X represents an n-valent linking group, and is bonded to a carbon atom or a nitrogen atom constituting any benzene ring in the lactam skeleton in the formula. In addition, n represents 2 or 3. In the lactam skeleton, any carbon atom and nitrogen atom not bonded to X may be substituted with any group, and the substituents may be bonded to each other to form a ring. The n lactam skeleton units contained in one molecule may be the same or different, including the substituents thereof, and are characterized by containing a compound represented by the following formula:
[0028]
Since the compound represented by the general formula (I) is designed to reduce the basicity on the nitrogen atom adjacent to the carbonyl group in the electron-withdrawing lactam skeleton, the oxidation potential increases, The oxidation potential can be stabilized by improving the oxidation resistance of the compound. Further, by having a plurality of specific lactam skeletons in one molecule of a compound having a molecular weight of about 2000 or less, the compound represented by the general formula (I) can have a sufficiently high glass transition temperature ( Tg) and high electron transporting ability can be realized. By containing such a compound represented by the general formula (I), a device using the charge transporting material of the present invention has high luminous efficiency and excellent driving stability. It is.
[0029]
Hereinafter, the compound represented by formula (I) will be described in detail.
[0030]
In the general formula (I), two or three lactam skeletons are bonded via a linking group X, and the linking group X is any one of a carbon atom or a nitrogen atom constituting a benzene ring in the lactam skeleton. It may be bonded to an atom.
[0031]
The bonding positions of the lactam skeleton units contained in one molecule with the linking group X may be the same or different, and the substituents of the lactam skeleton may be the same or different. May be.
[0032]
In the present invention, the lactam skeleton (also referred to as a lactam skeleton unit) means
[0033]
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[0034]
Irrespective of which of the carbon atoms or nitrogen atoms constituting the lactam skeleton is bonded to the linking group X.
[0035]
In the above general formula (I), the number n of the lactam skeleton units contained in one molecule is 2 or 3.
[0036]
N is preferably 2 from the viewpoint that high charge transport ability can be obtained due to the high planarity of the molecule and the high degree of freedom in synthesis due to the variety of raw materials.
[0037]
On the other hand, since it has a high amorphous property and a high glass transition point (Tg), n is preferably 3 in order to obtain an element having high driving stability when used in an organic electroluminescent element as described later. preferable.
[0038]
In the general formula (I), X represents an n-valent linking group. The linking group X is not particularly limited as long as it binds the plurality of lactam skeleton units, and may be an n-valent group derived from an aromatic hydrocarbon, an aromatic heterocycle or an aliphatic cyclic hydrocarbon. It is preferable to have a structure including the same.
[0039]
Any of these aromatic hydrocarbons, aromatic heterocycles and aliphatic cyclic hydrocarbons may have a substituent. Examples of such a substituent include groups described below as those that the lactam skeleton may have in the general formula (I).
[0040]
Examples of the aromatic hydrocarbon include a 6-membered monocyclic ring or a 2 to 4 condensed ring such as a benzene ring, a naphthalene ring, and an anthracene ring.
[0041]
Examples of the aromatic heterocycle include a 5- to 6-membered monocyclic or 2 to 4 condensed ring such as a thiophene ring, a furan ring, a pyridine ring, a pyrimidine ring, a quinoline ring, a triazine ring, and an oxadiazole ring. .
[0042]
Examples of the aliphatic cyclic hydrocarbon include a ring having 3 to 10 carbon atoms such as a cyclopropane ring, a cyclobutane ring, a cyclohexane ring, a cyclopentane ring, and a cyclodecane ring.
[0043]
The linking group X may be the above-described ring-derived n-valent group itself, a group obtained by combining a plurality of these, or a divalent or trivalent group other than the above-described n-valent group. May be used in combination.
[0044]
Specific examples of such a linking group X include the following groups. The linking group X is not limited to these groups. In addition, the following groups have R ³ , R ⁶ Alternatively, the lactam skeleton may have, as a substituent, any of the following substituents as substituents, and these substituents may be bonded to each other to form a ring which may have a substituent. It may be.
[0045]
Furthermore, most of the groups derived from aromatic hydrocarbons, aromatic heterocycles or aliphatic cyclic hydrocarbons in the structural formulas are described as having a bond at the para position, but in the present invention, the meta position And groups at the ortho position can also be employed.
[0046]
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[0047]
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[0048]
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[0049]
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[0050]
Among these linking groups X, a group containing an aromatic hydrocarbon ring which may have a substituent is preferable, and a group derived from a naphthalene ring, a binaphthyl ring or an anthracene ring is particularly preferable.
[0051]
In the general formula (I), any carbon atom and nitrogen atom not bonded to X in the lactam skeleton may be substituted with any group.
[0052]
Such a substituent is not particularly limited as long as the performance of the compound of the present invention is not impaired, but is preferably a halogen atom such as a fluorine atom or a chlorine atom; An alkyl group having 6 to 6 carbon atoms; an aralkyl group having 7 to 30 carbon atoms such as a benzyl group and a phenethyl group; an alkenyl group having 2 to 6 carbon atoms such as a vinyl group; a cyano group; An alkoxy group having 6 to 30 carbon atoms such as a phenoxy group; an aralkyloxy group having 7 to 30 carbon atoms such as a benzyloxy group; and an alkyl chain having 1 to 6 carbon atoms such as a diethylamino group and a diisopropylamino group. Having an aromatic hydrocarbon group having 6 to 30 carbon atoms, such as a diphenylamino group and a dinaphthylamino group An amino group; a diaralkylamino group having an aralkyl group portion having 7 to 30 carbon atoms such as a dibenzylamino group or a diphenethylamino group; a haloalkyl group having 1 to 6 carbon atoms such as a trifluoromethyl group; An aromatic hydrocarbon group having 6 to 30 carbon atoms such as a phenyl group or a naphthyl group which may be substituted; a 5- or 6-membered ring such as a thienyl group or a pyridyl group which may have a substituent; And an aromatic heterocyclic group having 4 to 4 condensed rings.
[0053]
Examples of the substituents of the aromatic hydrocarbon group and the aromatic heterocyclic group include an alkyl group, an aromatic hydrocarbon group, an aromatic heterocyclic group, a haloalkyl group, and an aralkyl group. Specific examples of the individual groups As the optional substituent, the same groups as those described above can be mentioned.
[0054]
In addition, as for these arbitrary substituents in General formula (I), the adjacent substituents may mutually couple | bond together and may form the ring which may have a substituent. Examples of the ring thus formed include a 5- to 7-membered ring such as a benzene ring and a cyclohexane ring.
[0055]
In the general formula (I), an alkoxy group, an aryloxy group, a haloalkyl group, and a halogen atom are particularly preferred as the substituents on the carbon atom not bonded to X in the lactam skeleton.
[0056]
In the general formula (I), a particularly preferable substituent as a substituent on a nitrogen atom not bonded to X in the lactam skeleton is an unsubstituted or aromatic hydrocarbon group substituted with an alkyl group or an aromatic hydrocarbon group. Or an alkyl group, most preferably a phenyl group, a biphenyl group, a tolyl group, a methyl group or an ethyl group.
[0057]
In the present invention, among the compounds represented by the general formula (I), the compounds represented by the general formulas (II) to (IV) are preferable. Hereinafter, each compound will be described.
[0058]
(1) General formula (II)
[0059]
Embedded image

[0060]
(In the formula, X represents an n-valent linking group, and n represents 2 or 3. Note that any carbon atom constituting the benzene ring in the lactam skeleton may be substituted with any group. The substituents may be bonded to each other to form a ring, and the following n structures contained in one molecule
[0061]
Embedded image

[0062]
May be the same or different, including their substituents. ).
[0063]
The compound represented by the general formula (II) is characterized in that the linking group X is bonded to a nitrogen atom in a lactam skeleton. Since a plurality of lactam skeleton units are bonded via a nitrogen atom in the lactam skeleton as described above, the compound represented by the general formula (II) has high symmetry, a wide optical band gap, and Is relatively easy and the degree of freedom in compound design is high. In particular, among the compounds represented by the general formula (I), the compound represented by the general formula (II) is preferable in that a molecular structure having relatively high planarity and high charge transport ability can be obtained.
[0064]
X and n in the general formula (II) are the same as those described in the general formula (I). Further, the substituents arbitrarily possessed by the carbon atoms constituting the benzene ring in the lactam skeleton are the same as those described in the general formula (I). These preferred embodiments are also as described above.
[0065]
The compound represented by the general formula (II) is considered to have the highest charge transporting ability among the compounds represented by the general formula (I), and thus is preferably used as a charge transport material. In particular, it is preferable that the linking group X has a naphthalene skeleton, a binaphthyl skeleton, or a diphenylanthracene skeleton so that the lactam skeleton exists in the same plane.
[0066]
(2) General formula (III)
[0067]
Embedded image

[0068]
(Wherein, X represents an n-valent linking group, n represents 2 or 3; ³ Represents an alkyl group, an aralkyl group, a haloalkyl group, an aromatic hydrocarbon group which may have a substituent, or an aromatic heterocyclic group which may have a substituent. In addition, any carbon atom constituting the benzene ring in the lactam skeleton may be substituted with an arbitrary group, and the substituents may be bonded to each other to form a ring. In addition, n following structures contained in one molecule
[0069]
Embedded image

[0070]
May be the same or different, including their substituents. ).
[0071]
In the compound represented by the general formula (III), the linking group X is bonded to one of the carbon atoms constituting the benzene ring in the lactam skeleton, and the substituent R ³ It is characterized by having. Since a plurality of lactam skeleton units are bonded via the carbon atom constituting the benzene ring in the lactam skeleton in this manner, the lactam skeleton has high symmetry and an optical band gap as in the general formula (II). It is wide, relatively easy to synthesize, and has a high degree of freedom in compound design. In particular, among the compounds represented by the general formula (I), the compound represented by the general formula (III) has a certain degree of non-conjugation in the molecule to increase the optical band gap of the molecule. This is preferable because it can be finely adjusted.
[0072]
X and n in the general formula (III) are the same as those described in the general formula (I). Further, the substituents arbitrarily possessed by the carbon atoms constituting the benzene ring in the lactam skeleton are the same as those described in the general formula (I). These preferred embodiments are also as described above.
[0073]
R in the general formula (III) ³ Examples thereof include an alkyl group having about 1 to 6 carbon atoms such as a methyl group and an ethyl group; and an aromatic hydrocarbon group having about 6 to 30 carbon atoms such as a phenyl group and a naphthyl group which may have a substituent. An aromatic heterocyclic group consisting of a 5- or 6-membered monocyclic or 2-4 condensed ring such as an optionally substituted thienyl group or pyridyl group; a trifluoromethyl group, a pentafluoroethyl group, etc. And an aralkyl group having about 7 to 30 carbon atoms such as a benzyl group.
[0074]
Examples of the substituents of the aromatic hydrocarbon group and the aromatic heterocyclic group include a halogen atom such as a fluorine atom and a chlorine atom; an alkyl group having about 1 to 6 carbon atoms such as a methyl group and an ethyl group; An alkenyl group having about 2 to 6 carbon atoms; an alkoxycarbonyl group having about 2 to 6 carbon atoms such as a methoxycarbonyl group and an ethoxycarbonyl group; an alkoxy group having about 1 to 6 carbon atoms such as a methoxy group and an ethoxy group; a phenoxy group; An aryloxy group having about 6 to 30 carbon atoms; an aralkyloxy group having about 7 to 30 carbon atoms such as a benzyloxy group; a dialkylamino group having an alkyl chain having about 1 to 6 carbon atoms such as a dimethylamino group and a diethylamino group An acyl group having about 1 to 6 carbon atoms such as an acetyl group; a haloalkyl having about 1 to 6 carbon atoms such as a trifluoromethyl group; Group; a cyano group and the like.
[0075]
R ³ Particularly preferred as an aromatic hydrocarbon group which is unsubstituted or substituted with an alkyl group or an aromatic hydrocarbon group, or an alkyl group, most preferably a phenyl group, a biphenyl group, a tolyl group, a methyl group or an ethyl group And so on.
[0076]
(3) General formula (IV)
[0077]
Embedded image

[0078]
(In the formula, X ′ represents an n-valent linking group, and is bonded to a carbon atom or a nitrogen atom constituting any benzene ring in the lactam skeleton. L and m are each 1 or 2, and l + m = n (where n is 2 or 3) R ⁶ Represents an alkyl group, an aralkyl group, a haloalkyl group, an aromatic hydrocarbon group which may have a substituent, or an aromatic heterocyclic group which may have a substituent. In addition, any carbon atom constituting the benzene ring in the lactam skeleton may be substituted with an arbitrary group, and the substituents may be bonded to each other to form a ring. In addition, the following structures exist in a molecule
[0079]
Embedded image

[0080]
May be the same or different, including their substituents. ).
[0081]
In the compound represented by the general formula (IV), two types of lactam skeleton units having different bonding positions to the linking group X ′ are bonded via the linking group X ′, and a nitrogen atom in one of the lactam skeletons is bonded. Is a substituent R ⁶ It is characterized by having. The compound represented by the general formula (IV) is preferable in that it has such a structure and has the highest amorphous property among the compounds represented by the general formula (I).
[0082]
Examples of X ′ in the general formula (IV) include the same groups as the linking group X in the general formula (I). Preferred groups can be the same as those described for X above.
[0083]
Further, the substituents arbitrarily possessed by the carbon atoms constituting the benzene ring in the lactam skeleton are the same as those described in the general formula (I). These preferred embodiments are also as described above.
[0084]
In the general formula (IV), l + m = n, and n is 2 or 3, so 1 + m = 2 or 3. Preferably, l = 1, m = 1 or 2, and more preferably, l = m = 1. By satisfying the above-mentioned conditions, the selectivity of the starting materials for synthesis is increased, and the degree of freedom in compound design is increased.
[0085]
R in the general formula (IV) ⁶ As the above R ³ And the same groups as those exemplified above. R ⁶ A group particularly preferred as ³ And R ⁶ Particularly preferred as an aromatic hydrocarbon group which is unsubstituted or substituted with an alkyl group or an aromatic hydrocarbon group, or an alkyl group, most preferably a phenyl group, a biphenyl group, a tolyl group, a methyl group or an ethyl group And so on.
[0086]
Preferred specific examples of the compound represented by the formula (I) are shown in Tables 1 to 3 below, but are not limited thereto. Note that R in the table ¹ , R ² , R ⁴ And R ⁵ Represents an arbitrary substituent of the lactam skeleton, and p and q represent arbitrary numbers thereof.
[0087]
[Table 1]

[0088]
[Table 2]

[0089]
[Table 3]

[0090]
[Table 4]

[0091]
[Table 5]

[0092]
[Table 6]

[0093]
[Table 7]

[0094]
[Table 8]

[0095]
[Table 9]

[0096]
[Table 10]

[0097]
[Table 11]

[0098]
[Table 12]

[0099]
Such a compound represented by the general formula (I) can be produced by a known method. For example, a diiodo compound and a lactam are synthesized by the Ullmann reaction. Alternatively, after performing monobromination on the para position of the nitrogen atom of the lactam ring, lithiation and boration are performed to synthesize a boric acid derivative. It can be produced by various methods such as coupling of the diiodo compound with the boric acid derivative thus obtained by a Suzuki-Miyaura reaction.
[0100]
The lower limit of the molecular weight of the compound represented by the general formula (I) is usually 400, preferably 650, and the upper limit is usually 2,000, preferably 1500. Below the lower limit, the thermal stability may decrease due to a decrease in Tg, or the crystallinity may improve due to the decrease in amorphousness, and the film stability may decrease. On the other hand, if it exceeds the upper limit, it may be difficult to form a film by vapor deposition.
[0101]
The charge transport material of the present invention is characterized by containing such a compound represented by the general formula (I), and the compound represented by the general formula (I) is represented by the general formula (II) The compounds represented by formulas (I) to (IV) are preferred. Among the compounds represented by formula (I), the compound most preferably used as the charge transporting material of the present invention has the most charge transporting ability. It is a compound represented by the general formula (II) which is considered to be expensive. In particular, aromatic typified by a binaphthyl ring or anthracene ring (particularly diphenylanthracene), in which the lactam skeleton is located in substantially the same plane or the plane formed by the lactam skeleton overlaps between molecules to increase the charge transport ability, Compounds having a connecting group X derived from a polycyclic ring are preferred.
[0102]
Further, the compound represented by the general formula (I) contained in the charge transporting material of the present invention may be used alone or in combination of two or more.
[0103]
Such a charge transport material of the present invention can be suitably used for an electrophotographic photoreceptor, an organic electroluminescent device, a photoelectric conversion device, an organic solar cell, an organic rectifier, and the like.
[0104]
[2] Organic electroluminescent device material
The organic electroluminescent device material of the present invention is characterized by containing a compound represented by any one of the above general formulas (I) to (IV) (hereinafter, referred to as a lactam compound of the present invention). I have. As described above, by using the lactam compound of the present invention, an organic electroluminescent device having excellent heat resistance and capable of being driven (emitted) stably for a long period of time can be obtained.
[0105]
The organic electroluminescent device material of the present invention can be used as any constituent material in the organic electroluminescent device as long as the use requires a high charge transporting ability, and among them, the material of the light emitting layer or the electron transport layer It is preferably used as
[0106]
The content of the lactam compound of the present invention and the types of other components in such a charge transporting material or organic electroluminescent device material are not particularly limited, and can be appropriately selected according to each use. . The case where the charge transport material or the organic electroluminescent device material of the present invention is used for the light emitting layer or the electron transport layer of the organic electroluminescent device will be described in detail in the organic electroluminescent device described later.
[0107]
[3] Organic electroluminescent device
Next, the organic electroluminescent device of the present invention will be described.
[0108]
The organic electroluminescent device of the present invention is characterized in that an anode, a light emitting layer and a cathode are sequentially laminated on a substrate, and has a layer containing the lactam compound of the present invention. Among them, a layer containing the lactam compound of the present invention is preferably provided as a light emitting layer or as an electron transporting layer between a cathode and a light emitting layer, and particularly preferably provided as an electron transporting layer.
[0109]
In the organic electroluminescent device of the present invention, two or more lactam compounds of the present invention may be contained in the same layer. When two or more layers contain the lactam compound of the present invention, the compounds contained in these layers may be the same or different.
[0110]
In the organic electroluminescent device of the present invention, when the number of layers provided between the cathode and the light emitting layer is two or more, a layer in contact with the cathode is referred to as an “electron injection layer”, and other layers are collectively referred to as “electron injection layer”. Electron transport layer. " In addition, among the layers provided between the cathode and the light emitting layer, a layer in contact with the cathode side interface of the light emitting layer may be particularly referred to as a “hole blocking layer”.
[0111]
Hereinafter, an embodiment of an organic electroluminescent device of the present invention will be described in detail with reference to the drawings, taking as an example a case where the lactam-based compound of the present invention is contained in an electron transport layer.
[0112]
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing an example of the structure of a general organic electroluminescent device used in the present invention, wherein 1 is a substrate, 2 is an anode, 4 is a hole transport layer, 5 is a light emitting layer, and 7 is The electron transport layer 8 represents a cathode.
[0113]
The substrate 1 serves as a support for the organic electroluminescent device, and a quartz or glass plate, a metal plate or a metal foil, a plastic film or a sheet, or the like is used. Particularly, a glass plate or a plate of a transparent synthetic resin such as polyester, polymethacrylate, polycarbonate, and polysulfone is preferable. When using a synthetic resin substrate, it is necessary to pay attention to gas barrier properties. If the gas barrier property of the substrate is too small, the organic electroluminescent element may be deteriorated by the outside air passing through the substrate, which is not preferable. Therefore, a method of providing a dense silicon oxide film or the like on at least one surface of the synthetic resin substrate to secure gas barrier properties is also one of the preferable methods.
[0114]
An anode 2 is provided on the substrate 1 and plays a role of injecting holes into the hole transport layer. This anode is generally made of a metal such as aluminum, gold, silver, nickel, palladium, platinum, a metal oxide such as an oxide of indium and / or tin, a metal halide such as copper iodide, carbon black, or (3-methylthiophene), conductive polymers such as polypyrrole and polyaniline. Usually, the formation of the anode 2 is often performed by a sputtering method, a vacuum evaporation method, or the like. In the case of fine particles of metal such as silver, fine particles of copper iodide or the like, carbon black, fine particles of conductive metal oxide, fine particles of conductive polymer, and the like, they are dispersed in an appropriate binder resin solution and To form the anode 2. Further, in the case of a conductive polymer, a thin film can be formed directly on the substrate 1 by electrolytic polymerization, or the conductive polymer can be applied on the substrate 1 to form the anode 2 (Appl. Phys. Lett. 60, 2711, 1992).
[0115]
The anode 2 may have a laminated structure formed by laminating layers made of different materials.
[0116]
The thickness of the anode 2 depends on the required transparency. When transparency is required, the transmittance of visible light is usually at least 60%, preferably at least 80%, in which case the thickness is usually at least 5 nm, preferably at least 10 nm, Further, it is usually not more than 1000 nm, preferably not more than about 500 nm. If opaque, the anode 2 may be the same as the substrate 1.
[0117]
In the device having the configuration shown in FIG. 1, a hole transport layer 4 is provided on the anode 2. As a condition required for the material of the hole transport layer, it is necessary that the material has a high hole injection efficiency from the anode and can efficiently transport the injected holes. For that purpose, the ionization potential is small, the transparency to visible light is high, the hole mobility is large, the stability is excellent, and impurities serving as traps are unlikely to be generated during production or use. Required. Further, it is required that the light emitted from the light emitting layer is not quenched in order to come into contact with the light emitting layer 5 or that exciplex is formed between the light emitting layer and the light emitting layer so as not to lower the efficiency. In addition to the above general requirements, when considering applications for in-vehicle display, the element is required to have further heat resistance. Therefore, a material having a value of 85 ° C. or more as Tg is desirable.
[0118]
Examples of such a hole transport material include two or more tertiary amines represented by 4,4′-bis [N- (1-naphthyl) -N-phenylamino] biphenyl. It has a starburst structure such as an aromatic diamine in which a condensed aromatic ring is substituted with a nitrogen atom (JP-A-5-234681) and 4,4 ′, 4 ″ -tris (1-naphthylphenylamino) triphenylamine. Aromatic amine compounds (J. Lumin., Vol. 72-74, p. 985, 1997), aromatic amine compounds composed of tetramers of triphenylamine (Chem. Commun., P. 2175, 1996), 2, Spiro compounds such as 2 ', 7,7'-tetrakis- (diphenylamino) -9,9'-spirobifluorene (Synth. Metals, 91, 209, 1997) Etc. The. These compounds may be used alone or, if necessary, in combination of two or more.
[0119]
In addition to the above compounds, as the material of the hole transport layer 4, polyarylene ether sulfone containing polyvinyl carbazole, polyvinyl triphenylamine (Japanese Patent Laid-Open No. 7-35953), and tetraphenylbenzidine (Polym. Adv. Tech. , 7, 33, 1996).
[0120]
The hole transport layer 4 is formed by a normal coating method such as a spray method, a printing method, a spin coating method, a dip coating method, a die coating method, a wet film forming method such as various printing methods such as an inkjet method and a screen printing method, or a vacuum method. It can be formed by a dry film formation method such as an evaporation method.
[0121]
In the case of the coating method, one or more of the hole transporting materials are added, if necessary, with additives such as a binder resin or a coating improver which does not trap holes, and dissolved in an appropriate solvent to be coated. A solution is prepared, applied on the anode 2 by a method such as spin coating, and dried to form the hole transport layer 4. Examples of the binder resin include polycarbonate, polyarylate, and polyester. If the amount of the binder resin is large, the hole mobility is reduced. Therefore, a small amount is desirable, and usually 50% by weight or less is preferable.
[0122]
In the case of the vacuum evaporation method, the hole transporting material is placed in a crucible provided in a vacuum vessel, and the inside of the vacuum vessel is pumped by a suitable vacuum pump. ^-4 After evacuation to about Pa, the crucible is heated to evaporate the hole transport material, and the hole transport layer 4 is formed on the substrate 1 on which the anode 2 is formed, which is placed opposite to the crucible.
[0123]
The thickness of the hole transport layer 4 is usually 5 nm or more, preferably 10 nm or more, and is usually 300 nm or less, preferably 100 nm or less. In order to uniformly form such a thin film, generally, a vacuum deposition method is often used.
[0124]
In the device shown in FIG. 1, a light emitting layer 5 is provided on the hole transport layer 4. The light-emitting layer 5 is excited by recombination between holes injected from the anode and moving through the hole transport layer and electrons injected from the cathode and moving through the electron transport layer 7 between the electrodes to which an electric field is applied. Formed from a luminescent compound that exhibits strong emission.
[0125]
The luminescent compound used in the luminescent layer 5 has a stable thin film shape, exhibits a high luminescence (fluorescence or phosphorescence) quantum yield in a solid state, and can efficiently transport holes and / or electrons. It must be a compound. Further, the compound is required to be electrochemically and chemically stable, and to be a compound in which impurities serving as traps are hardly generated at the time of production or use.
[0126]
As a material that satisfies such conditions and forms a light emitting layer that emits fluorescence, a metal complex such as an aluminum complex of 8-hydroxyquinoline (JP-A-59-194393) and 10-hydroxybenzo [h] quinoline can be used. Metal complexes (JP-A-6-322362), bisstyrylbenzene derivatives (JP-A-1-245087, JP-A-2-222484), bisstyrylarylene derivatives (JP-A-2-247278), (2) -Hydroxyphenyl) benzothiazole metal complex (JP-A-8-315983), silole derivatives, and the like. These light emitting layer materials are usually laminated on the hole transport layer by a vacuum evaporation method. In addition, among the above-described hole transport layer materials, an aromatic amine compound having a light emitting property can also be used as the light emitting layer material.
[0127]
The lactam compound of the present invention can also be used as a light emitting layer material (host material) that requires such light emitting properties in addition to charge transporting ability. When the light-emitting layer contains a compound (dopant) exhibiting a fluorescent or phosphorescent property as described later, when the HOMO-LUMO level of the dopant is within the HOMO-LUMO level of the host, it is efficiently used. The dopant can emit light. The lactam-based compound of the present invention has excellent electron transporting properties and light emitting properties and a wide band gap, and thus is suitable as a light emitting layer material from the viewpoint of a wide choice of dopants. When the lactam-based compound of the present invention is used as a material for a light-emitting layer, the compound may be used as a light-emitting layer composed of the compound alone, or the compound may be used as a host material. When used as a host material, specifically, a luminescent layer is formed by using the lactam compound of the present invention as a host material and incorporating a fluorescent dye or a phosphorescent material as a doping material. At this time, by appropriately selecting the dope material, it is possible to realize the wavelength conversion from blue to red and to improve the luminous efficiency. Since the lactam-based compound of the present invention has a high electron-transporting ability, it can be used as a bipolar light-emitting layer, particularly when combined with a hole-transporting dopant.
[0128]
For the purpose of improving the luminous efficiency of the device and changing the luminescent color, for example, doping a fluorescent dye for laser such as coumarin using an 8-hydroxyquinoline aluminum complex as a host material (J. Appl. Phys., Vol. 65) , P. 3610, 1989). This doping method can be applied to the light emitting layer 5, and as the doping material, various fluorescent dyes other than coumarin can be used. Examples of the fluorescent dye that emits blue light include perylene, pyrene, anthracene, coumarin, and derivatives thereof. Examples of the green fluorescent dye include quinacridone derivatives, coumarin derivatives and the like. Examples of the yellow fluorescent dye include rubrene and perimidone derivatives. Examples of the red fluorescent dye include a DCM compound, a benzopyran derivative, a rhodamine derivative, a benzothioxanthene derivative, and azabenzothioxanthene.
[0129]
In addition to the above-mentioned fluorescent dyes for doping, listed in Laser Research, 8, 694, 803, 958 (1980); and 9, 85, 1981, according to the host material. Some fluorescent dyes and the like can be used as a doping material for the light emitting layer.
[0130]
The amount of the fluorescent dye doped with respect to the host material is 10 ^-3 % By weight or more, more preferably 0.1% by weight or more. It is preferably at most 10% by weight, more preferably at most 3% by weight. If the value is below the lower limit, the luminous efficiency of the device may not be improved. If the value exceeds the upper limit, concentration quenching may occur and the luminous efficiency may be reduced.
[0131]
On the other hand, a light-emitting layer that emits phosphorescence is usually formed containing a phosphorescent dopant and a host material. Examples of the phosphorescent dopant include an organometallic complex containing at least one metal selected from Groups 7 to 11 of the periodic table. The metal complex has a charge transporting property having T1 higher than T1 (minimum excited triplet level). It is preferable to use an organic compound as the host material.
[0132]
The metal in the phosphorescent organometallic complex containing at least one metal selected from Groups 7 to 11 of the periodic table preferably includes ruthenium, rhodium, palladium, silver, rhenium, osmium, iridium, platinum, and gold. . As these organometallic complexes, compounds represented by the following general formula (V) or general formula (VI) are preferred.
[0133]
ML _n-j L ' _j (V)
(In the formula, M represents a metal, n represents a valence of the metal, L and L ′ represent a bidentate ligand, and j represents 0 or 1 or 2.)
[0134]
Embedded image

[0135]
(Where M ⁷ Represents a metal, and T represents a carbon atom or a nitrogen atom. R when T is a nitrogen atom ¹⁴ , R ^Fifteen And when T is a carbon atom, R ¹⁴ , R ^Fifteen Is a hydrogen atom, halogen atom, alkyl group, aralkyl group, alkenyl group, cyano group, amino group, acyl group, alkoxycarbonyl group, carboxyl group, alkoxy group, alkylamino group, aralkylamino group, haloalkyl group, hydroxyl group, aryloxy Represents an aromatic hydrocarbon group or an aromatic heterocyclic group which may have a group or a substituent. R ¹² , R ^Thirteen Is a hydrogen atom, halogen atom, alkyl group, aralkyl group, alkenyl group, cyano group, amino group, acyl group, alkoxycarbonyl group, carboxyl group, alkoxy group, alkylamino group, aralkylamino group, haloalkyl group, hydroxyl group, aryloxy Represents an aromatic hydrocarbon group or an aromatic heterocyclic group which may have a group or a substituent, and may be connected to each other to form a ring. )
The bidentate ligands L and L ′ in the general formula (V) each represent a ligand having the following partial structure.
[0136]
Embedded image

[0137]
(Ring A1 and ring A1 ′ each independently represent an aromatic hydrocarbon group or an aromatic heterocyclic group, and may have a substituent. Ring A2 and ring A2 ′ each represent a nitrogen-containing aromatic heterocyclic group. R ′, R ″ and R ′ ″ each represent a halogen atom; an alkyl group; an alkenyl group; an alkoxycarbonyl group; a methoxy group; an alkoxy group; an aryloxy group; An amino group; a diarylamino group; a carbazolyl group; an acyl group; a haloalkyl group or a cyano group.)
More preferably, the compound represented by the general formula (V) includes compounds represented by the following general formulas (Va), (Vb), and (Vc).
[0138]
Embedded image

[0139]
(Where M ⁴ Represents a metal, and n represents a valence of the metal. Ring A1 represents an aromatic hydrocarbon group which may have a substituent, and ring A2 represents a nitrogen-containing aromatic heterocyclic group which may have a substituent. )
[0140]
Embedded image

[0141]
(Where M ⁵ Represents a metal, and n represents a valence of the metal. Ring A1 represents an aromatic hydrocarbon group or an aromatic heterocyclic group which may have a substituent, and ring A2 represents a nitrogen-containing aromatic heterocyclic group which may have a substituent. )
[0142]
Embedded image

[0143]
(Where M ⁶ Represents a metal, n represents a valence of the metal, and j represents 0, 1 or 2. Ring A1 and ring A1 ′ each independently represent an aromatic hydrocarbon group or an aromatic heterocyclic group which may have a substituent, and ring A2 and ring A2 ′ each independently have a substituent Represents a nitrogen-containing aromatic heterocyclic group which may be substituted. )
As the ring A1 and the ring A1 ′ of the compounds represented by the general formulas (Va), (Vb) and (Vc), phenyl, biphenyl, naphthyl, anthryl, anthryl, thienyl, furyl and benzothienyl are preferred. Group, benzofuryl group, pyridyl group, quinolyl group, isoquinolyl group, or carbazolyl group.
[0144]
As the ring A2 and the ring A2 ′, a pyridyl group, a pyrimidyl group, a pyrazyl group, a triazyl group, a benzothiazole group, a benzoxazole group, a benzimidazole group, a quinolyl group, an isoquinolyl group, a quinoxalyl group, or a phenanthridyl group are preferable. No.
[0145]
Examples of the substituent which the compounds represented by the general formulas (Va), (Vb) and (Vc) may have include a halogen atom such as a fluorine atom; Alkyl group; alkenyl group having 2 to 6 carbon atoms such as vinyl group; alkoxycarbonyl group having 2 to 6 carbon atoms such as methoxycarbonyl group and ethoxycarbonyl group; alkoxy group having 1 to 6 carbon atoms such as methoxy group and ethoxy group Aryloxy groups such as phenoxy group and benzyloxy group; dialkylamino groups such as dimethylamino group and diethylamino group; diarylamino groups such as diphenylamino group; carbazolyl group; acyl groups such as acetyl group; A haloalkyl group; a cyano group and the like, which may be linked to each other to form a ring.
[0146]
Note that the substituent of the ring A1 may be bonded to the substituent of the ring A2, or the substituent of the ring A1 ′ may be bonded to the substituent of the ring A2 ′ to form one fused ring, Examples of such a condensed ring include a 7,8-benzoquinoline group.
[0147]
As a substituent of ring A1, ring A1 ′, ring A2 and ring A2 ′, more preferably an alkyl group, an alkoxy group, an aromatic hydrocarbon group, a cyano group, a halogen atom, a haloalkyl group, a diarylamino group, or a carbazolyl group No.
[0148]
M in equations (Va) and (Vb) ⁴ Or M ⁵ Preferred examples include ruthenium, rhodium, palladium, silver, rhenium, osmium, iridium, platinum and gold.
[0149]
M in formula (VI) ⁷ Preferred are ruthenium, rhodium, palladium, silver, rhenium, osmium, iridium, platinum and gold, and particularly preferred are divalent metals such as platinum and palladium.
[0150]
Specific examples of the organometallic complexes represented by the general formulas (V), (Va), (Vb) and (Vc) are shown below, but are not limited to the following compounds.
[0151]
Embedded image

[0152]
Embedded image

[0153]
Specific examples of the organometallic complex represented by the general formula (VI) are shown below, but are not limited to the following compounds.
[0154]
Embedded image

[0155]
Examples of the host material used for the light emitting layer that emits phosphorescent light include the above-described materials used as the host material used for the light emitting layer that emits fluorescent light, and 4,4′-N, N′-dicarbazole biphenyl. Carbazole derivatives (WO 00/70655), tris (8-hydroxyquinoline) aluminum (USP 6,303,238), 2,2 ′, 2 ″-(1,3,5-benzenetolyl) tris [1-phenyl-1H-benzimidazole] (Appl. Phys. Lett., Vol. 78, p. 1622, 2001), polyvinyl carbazole (JP-A-2001-257076) and the like.
[0156]
Further, the light emitting layer in the organic electroluminescent device of the present invention may contain the above-mentioned fluorescent dye together with the host material and the phosphorescent dopant.
[0157]
The amount of the organometallic complex contained as a dopant in the light emitting layer is preferably 0.1% by weight or more, and more preferably 30% by weight or less. If the content is less than 0.1% by weight, the luminous efficiency of the device may not be improved. If the content is more than 30% by weight, concentration quenching occurs due to formation of a dimer between the organometallic complexes and the luminous efficiency is reduced. Could lead to
[0158]
The amount of the phosphorescent dopant in the phosphorescent light-emitting layer is preferably slightly larger than the amount of the fluorescent dye (dopant) contained in the light-emitting layer in a conventional device using fluorescence (singlet). There is. When a fluorescent dye is contained in the light emitting layer together with the phosphorescent dopant, the amount of the fluorescent dye is preferably 0.05% by weight or more, more preferably 0.1% by weight or more. It is preferably at most 10% by weight, more preferably at most 3% by weight.
[0159]
The thickness of the light emitting layer 5 is usually at least 3 nm, preferably at least 5 nm, and usually at most 200 nm, preferably at most 100 nm.
[0160]
The light emitting layer can be formed in the same manner as the hole transport layer. A method of doping the above-described fluorescent dye and / or phosphorescent dye (phosphorescent dopant) into the host material of the light emitting layer will be described below.
[0161]
In the case of coating, the light emitting layer host material, a doping dye, and, if necessary, additives such as a binder resin that does not act as an electron trap or a quencher of light emission, and additives such as a coating property improving agent such as a leveling agent are added and dissolved. The prepared coating solution is adjusted, applied on the hole transport layer 4 by a method such as spin coating, and dried to form the light emitting layer 5. Examples of the binder resin include polycarbonate, polyarylate, and polyester. If the amount of the binder resin is large, the hole / electron mobility is reduced. Therefore, it is desirable that the amount of the binder resin is small, and it is preferably 50% by weight or less.
[0162]
In the case of the vacuum deposition method, the host material is placed in a crucible placed in a vacuum vessel, the dye to be doped is placed in another crucible, and the inside of the vacuum vessel is placed in an appropriate vacuum pump for 10 minutes. ^-6 After evacuation to about Torr, each crucible is simultaneously heated and evaporated, forming a layer on the substrate placed opposite the crucible. As another method, a mixture of the above materials at a predetermined ratio may be evaporated using the same crucible.
[0163]
When each of the above dopants is doped in the light emitting layer, the dopant is uniformly doped in the thickness direction of the light emitting layer, but may have a concentration distribution in the film thickness direction. For example, doping may be performed only in the vicinity of the interface with the hole transport layer, or conversely, in the vicinity of the interface with the electron transport layer or the hole blocking layer.
[0164]
The light emitting layer can be formed in the same manner as the hole transport layer, but usually, a vacuum evaporation method is used.
[0165]
The light-emitting layer 5 may contain components other than those described above as long as the performance of the present invention is not impaired.
[0166]
In the device shown in FIG. 1, an electron transport layer 7 is provided on the light emitting layer 5. The electron transport layer 7 is formed of a compound capable of efficiently transporting electrons injected from the cathode between the electrodes to which an electric field is applied in the direction of the light emitting layer 5.
[0167]
Materials satisfying such conditions include metal complexes such as an aluminum complex of 8-hydroxyquinoline (JP-A-59-194393), metal complexes of 10-hydroxybenzo [h] quinoline, oxadiazole derivatives, Styrylbiphenyl derivatives, silole derivatives, 3- or 5-hydroxyflavone metal complexes, benzoxazole metal complexes, benzothiazole metal complexes, trisbenzimidazolylbenzene (US Pat. No. 5,645,948), quinoxaline compounds (Japanese Unexamined Patent Publication No. 207169), a phenanthroline derivative (Japanese Patent Laid-Open No. 5-331559), 2-t-butyl-9,10-N, N'-dicyanoanthraquinone diimine, n-type hydrogenated amorphous silicon carbide, n-type sulfide Zinc and n-type zinc selenide are exemplified.
[0168]
The lactam compound of the present invention is preferably used as a material for the electron transport layer 7. In that case, the electron transport layer 7 may be formed using only the lactam compound of the present invention, or various known materials described above may be used in combination as long as the excellent effects of the compound are not impaired. .
[0169]
The thickness of the electron transport layer 7 is usually 5 nm or more, preferably 10 nm or more, and is usually 200 nm or less, preferably 100 nm or less.
[0170]
The electron transport layer 7 is formed by laminating on the light emitting layer 5 or the hole blocking layer 6 by a coating method or a vacuum deposition method in the same manner as the hole transport layer 4. Usually, a vacuum evaporation method is used.
[0171]
The cathode 8 plays a role of injecting electrons into the light emitting layer 5 via the electron transport layer 7. As the material used for the cathode 8, the material used for the anode 2 can be used, but for efficient electron injection, a metal having a low work function is preferable, and tin, magnesium, indium, calcium, A suitable metal such as aluminum or silver or an alloy thereof is used. Specific examples include a low work function alloy electrode such as a magnesium-silver alloy, a magnesium-indium alloy, and an aluminum-lithium alloy. In addition, LiF, MgF ₂ , Li ₂ Inserting an ultra-thin insulating film (0.1 to 5 nm) of O or the like is also an effective method for improving the efficiency of the device (Appl. Phys. Lett., 70, 152, 1997; No. 10-74586; IEEE Trans. Electron. Devices, 44, 1245, 1997). The thickness of the cathode 8 is usually the same as that of the anode 2. In order to protect the cathode made of a low work function metal, further laminating a metal layer having a high work function and being stable to the atmosphere increases the stability of the device. For this purpose, metals such as aluminum, silver, copper, nickel, chromium, gold, platinum and the like are used.
[0172]
For the purpose of further improving the luminous efficiency of the device, as shown in FIG. 3, a hole blocking layer 6 may be provided so as to be in contact with the cathode-side interface of the luminescent layer 5.
[0173]
The hole blocking layer has a role of preventing holes moving from the hole transport layer from reaching the cathode and a role of efficiently transporting electrons injected from the cathode toward the light emitting layer. It is preferably formed from a compound that can be formed. The physical properties required for the material constituting the hole blocking layer require high electron mobility and low hole mobility. The hole blocking layer 6 has a function of confining holes and electrons in the light emitting layer and improving luminous efficiency.
[0174]
Materials used for such a hole blocking layer include, for example, tris (5,7-dichloro-8-hydroxyquinolino) aluminum (JP-A-2-195683), 2,2 ′, 2 ″-(1 , 3,5-phenylene) tris (1-phenyl-1H-benzimidazole) TPBI (Japanese Patent Laid-Open No. 10-106749), 2,9-diethyl-4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline (BCP) and the like Is mentioned.
[0175]
In the device of the present invention, the lactam compound of the present invention may be used as a material of the hole blocking layer. These compounds may be used alone or in combination of two or more in the hole blocking layer. Further, various known compounds having a hole blocking function, such as those described above, may be used in combination.
[0176]
When the lactam compound of the present invention is used for the hole blocking layer 6, the compound of the present invention may be used for the above-mentioned electron transporting layer 7. The compound of the present invention may be used for only one of them, and the other may be formed using other known electron transporting materials or hole blocking materials.
[0177]
In the device of the present invention, when the lactam compound of the present invention is used for the hole blocking layer 6 or the electron transporting layer 7, the ionization potential of the layer containing the lactam compound of the present invention is the ionization potential of the light emitting layer ( In the case where the light-emitting layer contains a host material and a dopant, the light-emitting layer preferably has an ionization potential higher than that of the host material by 0.1 eV or more.
[0178]
Further, the lactam compound of the present invention can be used as a light emitting layer material. In such a case, among the other electron transporting materials and hole blocking materials typified by the above-mentioned known materials as materials that can be used for the hole blocking layer 6 or the electron transporting layer 7, It is preferable to select and use a material having an ionization potential greater than 0.1 eV.
[0179]
Further, in the organic electroluminescent device of the present invention, the lactam compound of the present invention may be used for both the light emitting layer and the hole blocking layer provided in contact with the light emitting layer. In this case, a compound having a difference in ionization potential of 0.1 eV or more is selected from the group consisting of the compounds represented by any one of the above general formulas (I) to (IV), and the light emitting layer and the hole blocking layer are used. Each may be used.
[0180]
It is preferable that the ionization potential of the hole blocking layer in the present invention is 0.1 eV or more higher than the ionization potential of the light emitting layer. The ionization potential is defined as the energy required to emit an electron at the HOMO (highest occupied molecular orbital) level of a substance to a vacuum level. The ionization potential is directly defined by photoelectron spectroscopy, or can be obtained by correcting an electrochemically measured oxidation potential with respect to a reference electrode. In the case of the latter method, for example, when a saturated sweet pepper electrode (SCE) is used as a reference electrode,
Ionization potential = oxidation potential (vs. SCE) +4.3 eV
Is defined by ("Molecular Semiconductors", Springer-Verlag, 1985, p. 98).
[0181]
Further, the electron affinity (EA) of the hole blocking layer used in the present invention is equivalent to the electron affinity of the light emitting layer (when the light emitting layer contains a host material and a dopant, the electron affinity of the host material). It is preferable that it is above. Similarly to the ionization potential, the electron affinity is defined based on the vacuum level as the energy at which electrons at the vacuum level fall to the LUMO (lowest unoccupied molecular orbital) level of the substance and are stabilized. The electron affinity is obtained by subtracting the optical band gap from the above-mentioned ionization potential, or is similarly obtained from the electrochemical reduction potential by the following equation.
[0182]
Electron affinity = reduction potential (vs. SCE) +4.3 eV
Therefore, the hole blocking layer used in the present invention, using the oxidation potential and the reduction potential,
(Oxidation potential of hole blocking material) − (oxidation potential of light emitting material) ≧ 0.1V
(Reduction potential of hole blocking material) ≧ (reduction potential of light emitting material)
It can also be expressed as
[0183]
Further, in the case of an element having an electron transport layer described later, the electron affinity of the hole blocking layer is preferably equal to or less than the electron affinity of the electron transport layer.
(Reduction potential of electron transport material) ≧ (reduction potential of hole blocking material) ≧ (reduction potential of light emitting material)
The thickness of the hole blocking layer 6 is usually 0.3 or more, preferably 0.5 nm or more, and is usually 100 nm or less, preferably 50 nm or less. The hole blocking layer can be formed by the same method as the hole transporting layer, but usually, a vacuum evaporation method is used.
[0184]
An anode buffer layer 3 may be inserted between the hole transport layer 4 and the anode 2 for the purpose of further improving the efficiency of hole injection and improving the adhesion of the entire organic layer to the anode. (See FIGS. 2 and 3). The insertion of the anode buffer layer 3 has the effect of reducing the initial drive voltage of the device and suppressing the voltage rise when the device is continuously driven with a constant current. The condition required for the material used for the anode buffer layer is that a uniform thin film can be formed with good contact with the anode and is thermally stable, that is, the melting point and the glass transition temperature are high, and the melting point is 300 ° C. or higher, The glass transition temperature is preferably 100 ° C. or higher. In addition, the ionization potential is low, holes can be easily injected from the anode, and the hole mobility is high.
[0185]
For this purpose, phthalocyanine compounds such as copper phthalocyanine (JP-A-63-29569), polyaniline (Appl. Phys. Lett., Vol. 64, p. 1245, 1994), polythiophene (Optical Materials, 9) have been used. Vol. 125, 1998), sputtered carbon films (Synth. Met., Vol. 91, p. 73, 1997), and metal oxides such as vanadium oxide, ruthenium oxide and molybdenum oxide. (J. Phys. D, vol. 29, p. 2750, 1996).
[0186]
Further, a layer containing a low molecular weight organic compound having a hole injecting / transporting property and an electron accepting compound (described in JP-A-11-251067, JP-A-2000-159221, etc.), an aromatic amino group, etc. A layer formed by doping a non-conjugated polymer compound contained with an electron-accepting compound as necessary (Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 11-135262, 11-283750, 2000-36390, JP-A-2000-150168, JP-A-2001-223084, WO97 / 33193, etc.) or a layer containing a conductive polymer such as polythiophene (JP-A-10-92584). However, the present invention is not limited to this.
[0187]
As the material of the anode buffer layer, it is possible to use both low molecular weight and high molecular weight compounds.
[0188]
In the case of the anode buffer layer, a thin film can be formed in the same manner as the hole transport layer. However, in the case of an inorganic substance, a sputtering method, an electron beam evaporation method, or a plasma CVD method is used.
[0189]
When the anode buffer layer 3 formed as described above is formed using a low molecular compound, the lower limit is usually about 3 nm, preferably about 10 nm, and the upper limit is usually about 100 nm, preferably about 50 nm. is there. The lower limit of the thickness of the anode buffer layer 3 formed using a polymer compound is usually about 5 nm, preferably about 10 nm, and the upper limit is usually about 1000 nm, preferably about 500 nm.
[0190]
The organic electroluminescent device of the present invention can have a structure opposite to that of FIG. 1, that is, a cathode 8, an electron transport layer 7, a light emitting layer 5, a hole transport layer 4, and an anode 2 stacked on a substrate in this order. In addition, as described above, it is possible to provide the organic electroluminescent device of the present invention between two substrates, at least one of which has high transparency. Similarly, the layers may be stacked in the reverse order of the above-described respective layer configurations shown in FIG. 2 or FIG.
[0191]
The present invention can be applied to any of a single element, an element having a structure arranged in an array, and a structure in which an anode and a cathode are arranged in an XY matrix.
[0192]
Note that the present invention is not limited to the above embodiment. The above-described embodiment is an exemplification, and has substantially the same configuration as the technical idea described in the claims of the present invention, and any device having the same operation and effect can be realized by the present invention. It is included in the technical scope of the invention.
[0193]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples. However, the present invention is not limited to the following examples unless it exceeds the gist.
[0194]
Example 1 Synthesis of Exemplified Compound (45)
A lactam derivative (A) (6.0 g) and pinacolato diboron (6.0 g) were dissolved in dimethyl sulfoxide (100 mL), potassium acetate (6.4 g), and PdCl as a catalyst. ₂ (Dppf) CH ₂ Cl ₂ Was added and the mixture was stirred with heating. The reaction product was added to water and purified with toluene, methanol or the like to obtain 2.7 g of the lactam derivative boron compound (B).
[0195]
2.5 g of the boron compound (B) of the obtained lactam derivative and 1.48 g of 2,2′-dimethyl-4,4′-dibromobinaphthyl were dissolved by heating in 12 mL of dimethylformamide, and 2.1 g of potassium polyphosphate and Pd ( PPh) ₄ 0.167 g was added and the mixture was heated and stirred. The solid obtained after the reaction was filtered off and purified with methanol and acetone to obtain 1.26 g of the desired product as a yellow solid. Further, sublimation purification was carried out to recover 430 mg. The compound was subjected to mass spectrometry, and was confirmed to be the desired product with a molecular weight of 672.
[0196]
In addition, as a result of differential thermal analysis measurement using DSC-20 manufactured by Seiko Denshi, Tg showed a high value of 174 ° C.
[0197]
Embedded image

[0198]
(Example 2)
Next, the oxidation / reduction potential of the compound obtained in Example 1 was measured under the following conditions.
[0199]
Reference electrode: Silver wire (uses ferrocene as internal standard)
Working electrode: glassy carbon
Counter electrode: platinum wire
Measurement solvent: 0.1 mol / L tetra (n-butyl) ammonium perchlorate methylene chloride solution (acetonitrile solution)
Sweep speed: 100 mV / sec
Sample concentration: 1 mmol / L
Table 4 shows the results obtained by converting the obtained potential using a saturated sweet potato electrode (SCE) as a reference electrode.
[0200]
[Table 13]

[0201]
Table 4 also shows the oxidation and reduction potentials of commonly used electron transporting materials.
[0202]
Embedded image

[0203]
Hereinafter, regarding “reversible” and “irreversible” shown in Table 4, the compound (45) and Alq ₃ The cyclic voltammogram on the reduction side of the above will be described as an example.
[0204]
Compound (45) and Alq ₃ The cyclic voltammogram of is shown in FIGS.
[0205]
In FIG. 4, in compound (45), when the sweep is reversed after the reduction wave is observed, the corresponding oxidation wave is observed. ₃ Is not observed. From this, it can be said that the reduction of compound (45) is reversible, whereas Alq ₃ Can be said to be irreversible.
[0206]
Generally, a reversible reduction voltammogram is observed when the generated anion radical is stable, but irreversible when unstable. Similarly, a reversible oxidation voltammogram is observed if the cation radical is stable, but irreversible if the cation radical is unstable.
[0207]
From the above, it can be seen that the compound (45) is stable for both a cation radical and an anion radical and can be suitably used as a charge transport material.
[0208]
From Table 4, the lactam compound of the present invention represented by the exemplary compound (45) of Example 1 is represented by Alq ₃ It can be seen that the compound has a reduction potential equivalent to that of a compound that is a general electron transport material such as TPBI or TPBI, and is also a light emitting layer material (host material). Further, since both oxidation and reduction are reversible, it is possible to produce an organic electroluminescent device having excellent current durability by using the lactam-based compound of the present invention for the charge transport layer or the luminescent material / host material. You can see that there is.
[0209]
(Example 3)
A thin film of the exemplary compound (45) obtained in Example 1 was produced by a vacuum evaporation method. The obtained thin film was a transparent amorphous film, and no crystallization was observed even after heating on a hot plate at 50 ° C. for 10 minutes. This indicates that the lactam compound of the present invention is suitable as a material for an organic electroluminescent device having excellent stability and heat resistance.
[0210]
The thin film emits green light having a maximum at 520 nm when excited by ultraviolet light (wavelength: 300 nm). Therefore, the compound of the present invention can also be used as a light emitting material of an organic electroluminescent device.
[0211]
(Example 4)
An organic electroluminescent device having the structure shown in FIG. 2 was manufactured by the following method.
[0212]
A transparent conductive film (anode) 2 of indium tin oxide (ITO) 2 deposited on a glass substrate 1 with a thickness of 160 nm (sputtered film product; sheet resistance of 15Ω) is 2 mm wide using a normal photolithography technique and hydrochloric acid etching. Was patterned to form an anode. The patterned ITO substrate was cleaned in the order of ultrasonic cleaning with acetone, water cleaning with pure water, and ultrasonic cleaning with isopropyl alcohol, dried with nitrogen blow, and finally cleaned with ultraviolet and ozone.
[0213]
Next, the substrate was set in a vacuum evaporation apparatus. After rough exhaust of the above device was performed by an oil rotary pump, the degree of vacuum in the device was 2.0 × 10 ^-6 Torr (2.6 × 10 ^-4 It was evacuated using an oil diffusion pump until Pa) or less.
[0214]
As a material of the anode buffer layer 3, copper phthalocyanine put in a molybdenum boat arranged in the above-mentioned device was deposited by current heating. Degree of vacuum 2.0 × 10 during evaporation ^-6 Torr (about 2.6 × 10 ^-4 Pa), the anode buffer layer 3 having a thickness of 10 nm was obtained at a deposition rate of 0.15 nm / sec.
[0215]
Next, the following arylamine compound (PPD) was placed in a ceramic crucible placed in the above device.
[0216]
Embedded image

[0219]
Was heated by a tantalum wire heater around the crucible to perform vapor deposition. At this time, the temperature of the crucible was controlled in the range of 210 to 230 ° C. 1.5 × 10 vacuum during evaporation ^-6 Torr (about 2.0 × 10 ^-4 Pa), the hole transport layer 4 having a thickness of 60 nm was obtained at a deposition rate of 0.15 nm / sec.
[0218]
Subsequently, an 8-hydroxyquinoline complex of aluminum shown below (Alq ₃ ) Was formed in the same manner.
[0219]
Embedded image

[0220]
The temperature of the crucible at this time was controlled in the range of 270 to 280 ° C. Vacuum degree at the time of evaporation 1.2 × 10 ^-6 Torr (about 1.6 × 10 ^-4 Pa), the light emitting layer 5 having a thickness of 30 nm was obtained at a deposition rate of 0.2 nm / sec.
[0221]
Further, the exemplary compound (45) synthesized in Example 1 was laminated as the electron transport layer 7 at a crucible temperature of 367 to 368 ° C. at a deposition rate of 0.15 nm / sec and a film thickness of 45 nm. The degree of vacuum during evaporation is 1.2 × 10 ^-6 Torr (about 1.6 × 10 ^-4 Pa).
[0222]
The substrate temperature during vacuum deposition of the above-described hole transport layer, light-emitting layer and electron transport layer was kept at room temperature.
[0223]
Here, the element on which the vapor deposition up to the electron transporting layer 7 has been performed is once taken out of the vacuum vapor deposition apparatus into the atmosphere, and a 2 mm wide stripe-shaped shadow mask is used as a cathode vapor deposition mask. It is closely attached to the element so as to be orthogonal to each other, and is installed in another vacuum evaporation apparatus, and the degree of vacuum in the apparatus is 2.7 × 10 as in the case of the organic layer. ^-4 It exhausted until it became Pa or less. First, as a cathode 8, lithium fluoride (LiF) was deposited using a molybdenum boat at a deposition rate of 0.01 nm / sec and a degree of vacuum of 5.0 × 10 4. ^-4 A film was formed on the electron transport layer 7 with a thickness of 0.3 nm at Pa.
[0224]
Next, the aluminum was similarly heated by a molybdenum boat, and the deposition rate was 0.4 nm / sec and the degree of vacuum was 1.2 × 10 6 ^-3 An aluminum layer having a thickness of 80 nm was formed at Pa to complete the cathode 8. The substrate temperature during the deposition of the two-layer cathode 8 was kept at room temperature.
[0225]
As described above, an organic electroluminescent device having a light emitting area of 2 mm × 2 mm was obtained. Table 5 shows the emission characteristics of this device. In Table 5, the maximum light emission luminance is a current density of 0.25 A / cm. ² , Brightness / current is brightness 100 cd / m ² The value at is shown. The maximum wavelength of the emission spectrum of the device is 523 nm, and Alq ₃ It was identified as luminescence.
[0226]
[Table 14]

[0227]
(Comparative Example 1)
Alq instead of the exemplary compound (45) for the electron transport layer ₃ A device was produced in the same manner as in Example 4 except that を was used. Table 5 shows the emission characteristics of this device. Both the maximum emission luminance and the luminance / current are lower than those of the fourth embodiment.
[0228]
(Comparative Example 2)
A device was produced in the same manner as in Example 4, except that TPBI was used instead of the exemplary compound (45) for the electron transport layer. Table 5 shows the emission characteristics of this device. Both the maximum emission luminance and the luminance / current are lower than those of the fourth embodiment.
[0229]
(Example 5)
A device was produced in the same manner as in Example 4, except that Exemplified Compound (45) was used as the light emitting layer 5 and that the electron transport layer 7 was not provided. Table 6 shows the emission characteristics of this device. The maximum wavelength of the emission spectrum of the device was 513 nm, and the chromaticity coordinates were CIE (x, y) = (0.32, 0.51). Thus, the device was identified as emitting the compound (45).
[0230]
[Table 15]

[0231]
(Comparative Example 3)
Alq as the light emitting layer 5 ₃ A device was produced in the same manner as in Example 5 except that was used. Table 6 shows the emission characteristics of this device. Both the maximum light emission luminance and the luminance / current are lower than in the fourth embodiment.
[0232]
(Example 6)
A device was produced in the same manner as in Example 4, except that the exemplary compound (45) doped with rubrene, which is a yellow luminescent dye shown below, at a volume ratio of 2.5% was used as the luminescent layer 5. The maximum wavelength of the emission spectrum of the device was 562 nm, and the chromaticity coordinates were CIE (x, y) = (0.48, 0.51), and it was identified that the device was emitting rubrene. For this reason, the lactam compound of the present invention can be suitably used as a host compound.
[0233]
Embedded image

[0234]
【The invention's effect】
The lactam-based compound of the present invention achieves high electron-transporting ability by having a plurality of specific lactam skeletons in one molecule of a compound having a molecular weight of usually 2,000 or less. According to the organic electroluminescent device of the present invention using a charge transporting material or an organic electroluminescent device material containing such a compound, the luminous efficiency is high, the driving stability is excellent, the color purity is good, and the driving stability is good. A device with greatly improved properties can be obtained. In particular, since a device having excellent stability can be obtained from a blue light emitting device, which has been difficult in the past, excellent performance can be exhibited in application to a full-color or multi-color panel.
[0235]
Accordingly, the organic electroluminescent device of the present invention is a light source (for example, a light source of a copier, a light source of a copier, It can be applied to liquid crystal displays and back light sources for instruments, display boards, and sign lights, and its technical value is great.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic sectional view showing an example of an organic electroluminescent device.
FIG. 2 is a schematic sectional view showing another example of the organic electroluminescent device.
FIG. 3 is a schematic sectional view showing another example of the organic electroluminescent device.
FIG. 4 is a cyclic voltammogram of compound (45).
FIG. 5: Alq ₃ It is a cyclic voltammogram.
[Explanation of symbols]
1 substrate
2 Anode
3 Anode buffer layer
4 Hole transport layer
5 Light-emitting layer
6 hole blocking layer
7 Electron transport layer
8 Cathode

Claims (11)

General formula (I)

(In the formula, X represents an n-valent linking group, which is bonded to a carbon atom or a nitrogen atom constituting any benzene ring in the lactam skeleton in the formula. Also, n represents 2 or 3.
Note that any carbon atom and nitrogen atom not bonded to X in the lactam skeleton may be substituted with any group, and the substituents may be bonded to each other to form a ring. The n lactam skeleton units contained in one molecule may be the same or different, including the substituents. A charge transport material comprising a compound represented by the formula (1): The compound represented by the general formula (I) is represented by the general formula (II)

(Wherein, X represents an n-valent linking group, and n represents 2 or 3).
In addition, any carbon atom constituting the benzene ring in the lactam skeleton may be substituted with an arbitrary group, and the substituents may be bonded to each other to form a ring.
In addition, n following structures contained in one molecule

May be the same or different, including their substituents. 2. The charge transport material according to claim 1, which is a compound represented by the formula: The compound represented by the general formula (I) is represented by the general formula (III)

(Wherein, X represents an n-valent linking group, n represents 2 or 3, R ³ is an alkyl group, an aralkyl group, a haloalkyl group, an aromatic hydrocarbon group which may have a substituent, or Represents an aromatic heterocyclic group which may have a substituent.
In addition, any carbon atom constituting the benzene ring in the lactam skeleton may be substituted with an arbitrary group, and the substituents may be bonded to each other to form a ring.
In addition, n following structures contained in one molecule

May be the same or different, including their substituents. 2. The charge transport material according to claim 1, which is a compound represented by the formula: The compound represented by the general formula (I) is represented by the general formula (IV)

(In the formula, X ′ represents an n-valent linking group, and is bonded to a carbon atom or a nitrogen atom constituting any benzene ring in the lactam skeleton. L and m are each 1 or 2, and l + m = n (where n is 2 or 3.) R ⁶ represents an alkyl group, an aralkyl group, a haloalkyl group, an aromatic hydrocarbon group which may have a substituent, or a substituent. Represents an aromatic heterocyclic group which may be substituted.
In addition, any carbon atom constituting the benzene ring in the lactam skeleton may be substituted with an arbitrary group, and the substituents may be bonded to each other to form a ring.
In addition, the following structures exist in a molecule

May be the same or different, including their substituents. 2. The charge transport material according to claim 1, which is a compound represented by the formula: The charge transport material according to any one of claims 1 to 4, wherein the compound represented by the general formula (I) has a molecular weight in a range of 400 to 2,000. An organic electroluminescent device material comprising a compound represented by any one of the general formulas (I) to (IV). An organic electroluminescent device in which an anode, a light emitting layer and a cathode are sequentially laminated on a substrate, having a layer containing a compound represented by any one of the above general formulas (I) to (IV) An organic electroluminescent device, comprising: The organic electroluminescence according to claim 7, wherein a layer containing a compound represented by any one of the general formulas (I) to (IV) is provided between the light emitting layer and the cathode. element. 8. The ionization potential of the layer containing the compound represented by any one of the general formulas (I) to (IV) is 0.1 eV or more higher than the ionization potential of the light emitting layer. An organic electroluminescent device according to claim 8. 10. A light-emitting layer comprising a layer containing a compound represented by any one of the general formulas (I) to (IV) as a light-emitting layer. 3. The organic electroluminescent device according to claim 1. The organic electroluminescence according to any one of claims 7 to 10, wherein the light emitting layer contains an organometallic complex containing at least one metal selected from Groups 7 to 11 of the periodic table. element.

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