JP2005255889A - 有機エレクトロルミネッセンス素子用材料およびそれを用いた有機エレクトロルミネッセンス素子 - Google Patents

有機エレクトロルミネッセンス素子用材料およびそれを用いた有機エレクトロルミネッセンス素子 Download PDF

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Abstract

【課題】本発明は、高い発光輝度、発光効率を持ち、繰り返し使用時での安定性に優れた有機エレクトロルミネッセンス素子用材料およびそれを用いた有機エレクトロルミネッセンス素子の提供にある。
【解決手段】下記一般式[1]で示される部分構造を少なくとも2つ有し、かつ、それぞれの部分構造同士は一般式[1]中の点線部を介してπ共役で連なっている電子受容性化合物(A)、および燐光発光材料(B)を含んでなる有機エレクトロルミネッセンス素子用材料。
一般式[1]
【化1】
Figure 2005255889

[式中、Eは、二重結合と一体で電子求引性基を構成する構造の一部である。
1〜R4は、互いにそれぞれ独立に、水素原子などである。]

Description

本発明は平面光源や表示に使用される有機燐光発光素子用材料および高輝度・高効率の発光素子に関するものである。
有機物質を使用した有機エレクトロルミネッセンス(EL)素子は、固体発光型の安価な大面積フルカラー表示素子としての用途が有望視され、多くの開発が行われている。一般に有機EL素子は、発光層および該層をはさんだ一対の対向電極から構成されている。発光は、両電極間に電界が印加されると、陰極側から電子が注入され、陽極側から正孔が注入され、電子が発光層において正孔と再結合し、エネルギー準位が伝導帯から価電子帯に戻る際にエネルギーを光として放出する現象である。
従来の有機EL素子は、無機EL素子に比べて駆動電圧が高く、発光輝度や発光効率も低かった。また、特性劣化も著しく実用化には至っていなかった。
近年、10V以下の低電圧で発光する高い蛍光量子効率を持った有機化合物を含有した薄膜を積層した有機EL素子が報告され、関心を集めている(非特許文献1参照)。この方法は、金属キレート錯体を発光層、アミン系化合物を正孔注入層に使用して、高輝度の緑色発光を得ており、6〜7Vの直流電圧で輝度は数1000cd/m2、最大発光効率は1.5lm/Wを達成して、実用領域に近い性能を持っている(非特許文献1参照)。
さらには、従来の一重項励起状態を利用した有機EL素子に比べ、効率が大幅に改善された三重項励起状態からの発光を利用した有機EL素子(以下、有機燐光発光素子と略す)が報告され、注目を集めている(非特許文献2、3参照)。
これまでの有機燐光発光素子の多くは下記化合物(以下、CBPと省略する)に示されるようなカルバゾール骨格を有する化合物を含んでいる。しかし、これらの化合物は非常に結晶性が高く、安定した膜を得ることが困難である。よって、これらの材料を使った有機燐光発光素子は、寿命が短いといった問題を抱えている。また、これらの化合物は正孔輸送性を有しているが、イオン化ポテンシャルが高いために、注入された正孔が陰極側に抜けやすいという傾向があった。これを改良するために正孔ブロッキング層を陰極側に挿入することが行われるが、よく使用されるバソフェナントロリン、バソクプロインなども非常に結晶性が高く、不安定な膜になることが多かった。また、その他のブロッキング材料では充分な特性がなかなか得られなかった。そのため少なくともどちらかの材料の改良により寿命または初期の特性の大幅な改良が期待できる。
CBP
Figure 2005255889
一方、電子求引性基を末端に有し、キノノイド結合で構造が拡張されたジフェノキノンおよびその誘導体は電子輸送性を有するため、有機EL素子の電子注入・輸送層や電子輸送性発光層に好適に使用できることが期待され、実際に有機EL素子へ応用した例はすでに知られている(特許文献1〜4参照)。しかし、蛍光発光を利用した有機EL素子についてのみ記述がなされていて、有機燐光発光素子への応用例は見られない。
さらに、カルボニル基などの二重結合を有する電子求引性基は、三重項励起状態を安定化させる効果が想定できるため、一重項励起状態のみを利用する蛍光型の有機EL素子では発光を弱めてしまうという悪影響が考慮され、あまり顧みられない材料となっていた。
アプライド・フィジクス・レターズ、51巻、913ページ、1987年 ネイチャー、395巻、151ページ、1998年 アプライド・フィジクス・レターズ、75巻、4ページ、1999年 特開平5−78655号公報 特開平6−220440号公報 特開平6−220441号公報 特開平6−220442号公報
本発明の目的は、高い発光輝度、発光効率を持ち、繰り返し使用時での安定性に優れた有機エレクトロルミネッセンス素子用材料およびそれを用いた有機エレクトロルミネッセンス素子を提供することである。
本発明は、下記一般式[1]で示される部分構造を少なくとも2つ有し、かつ、それぞれの部分構造同士は一般式[1]中の点線部を介してπ共役で連なっている電子受容性化合物(A)、および燐光発光材料(B)を含んでなる有機エレクトロルミネッセンス素子用材料に関する。
一般式[1]
Figure 2005255889
[式中、Eは、二重結合と一体で電子求引性基を構成する構造の一部である。
1〜R4は、互いにそれぞれ独立に、水素原子、ハロゲン原子、シアノ基、ニトロ基、置換もしくは未置換のアルキル基、置換もしくは未置換のアルコキシ基、置換もしくは未置換のアリールオキシ基、置換もしくは未置換のアルキルチオ基、置換もしくは未置換のアリールチオ基、置換もしくは未置換のアミノ基、置換もしくは未置換のアシル基、置換もしくは未置換のアリール基、置換もしくは未置換の複素環基であり、置換基同士で一体となって環を形成していても良い。]
また、本発明は、電子受容性化合物(A)が、下記一般式[2]で示される化合物である上記有機エレクトロルミネッセンス素子用材料に関する。
一般式[2]
Figure 2005255889
[式中、E1、E2は、それぞれ独立に、二重結合と一体で電子求引性基を構成する構造の一部である。
Aは、直接結合、またはキノノイド結合もしくはπ共役で連なる構造を持つ連結基である。R11〜R18は互いにそれぞれ独立に、水素原子、ハロゲン原子、シアノ基、ニトロ基、置換もしくは未置換のアルキル基、置換もしくは未置換のアルコキシ基、置換もしくは未置換のアリールオキシ基、置換もしくは未置換のアルキルチオ基、置換もしくは未置換のアリールチオ基、置換もしくは未置換のアミノ基、置換もしくは未置換のアシル基、置換もしくは未置換の炭素環基、置換もしくは未置換の複素環基であり、置換基同士または連結基Aと一体となって環を形成していても良い。]
また、本発明は、電子受容性化合物(A)の電子求引性基が、カルボニル基、チオカルボニル基、シアノイミノ基、ジシアノメチレン基のいずれかである上記有機エレクトロルミネッセンス素子用材料に関する。
また、本発明は、電子受容性化合物(A)の連結基が、直接結合である上記有機エレクトロルミネッセンス素子用材料に関する。
また、本発明は、燐光発光材料(B)が、有機化合物もしくは有機残基の配位子からなるイリジウムもしくは白金錯体を含んでなる上記有機エレクトロルミネッセンス素子用材料に関する。
また、本発明は、一対の電極間に発光層または発光層を含む複数層の有機化合物薄膜を形成してなる有機エレクトロルミネッセンス素子において、前記層のいずれかが、下記一般式[1]で示される部分構造を少なくとも2つ有し、かつ、それぞれの部分構造同士は一般式[1]中の点線部を介してπ共役で連なっている電子受容性化合物(A)を含んでなり、
発光層が、燐光発光材料(B)を含んでなる有機エレクトロルミネッセンス素子に関する。
一般式[1]
Figure 2005255889
[式中、R1〜R4は互いにそれぞれ独立に、水素原子、ハロゲン原子、シアノ基、ニトロ基、置換もしくは未置換のアルキル基、置換もしくは未置換のアルコキシ基、置換もしくは未置換のアリールオキシ基、置換もしくは未置換のアルキルチオ基、置換もしくは未置換のアリールチオ基、置換もしくは未置換のアミノ基、置換もしくは未置換のアシル基、置換もしくは未置換の炭素環基、置換もしくは未置換の複素環基であり、置換基同士で一体となって環を形成していても良い。]
また、本発明は、電子受容性化合物(A)が、下記一般式[2]で示される化合物である上記有機エレクトロルミネッセンス素子に関する。
Figure 2005255889
[式中、E1、E2は、それぞれ独立に、二重結合と一体で電子求引性基を構成する構造の一部である。Aは直接結合、またはキノノイド結合もしくはπ共役で連なる構造を持つ連結基である。R11〜R18は互いにそれぞれ独立に、水素原子、ハロゲン原子、シアノ基、ニトロ基、置換もしくは未置換のアルキル基、置換もしくは未置換のアルコキシ基、置換もしくは未置換のアリールオキシ基、置換もしくは未置換のアルキルチオ基、置換もしくは未置換のアリールチオ基、置換もしくは未置換のアミノ基、置換もしくは未置換のアシル基、置換もしくは未置換の炭素環基、置換もしくは未置換の複素環基であり、置換基同士または連結基Aと一体となって環を形成していても良い。]
また、本発明は、電子受容性化合物(A)の電子求引性基が、カルボニル基、チオカルボニル基、シアノイミノ基、ジシアノメチレン基のいずれかである上記有機エレクトロルミネッセンス素子。
また、本発明は、電子受容性化合物(A)の連結基が直接結合である上記有機エレクトロルミネッセンス素子。
また、本発明は、燐光発光材料(B)が、有機化合物もしくは有機残基の配位子からなるイリジウムもしくは白金錯体を含んでなる上記有機エレクトロルミネッセンス素子。
また、本発明は、一対の電極間に発光層または発光層を含む複数層の有機化合物薄膜を形成してなる有機エレクトロルミネッセンス素子において、発光層が上記有機エレクトロルミネッセンス素子用材料を含有する有機エレクトロルミネッセンス素子。
また、本発明は、さらに、陰極と発光層との間に電子注入層を形成することを特徴とする上記有機エレクトロルミネッセンス素子。
また、本発明は、さらに、電子注入層と発光層との間に正孔ブロッキング層を形成することを特徴とする上記有機エレクトロルミネッセンス素子。
また、本発明は、正孔ブロッキング層が、電子受容性化合物(A)を含んでなる上記有機エレクトロルミネッセンス素子。
また、本発明は、さらに、陽極と発光層との間に正孔注入層を形成することを特徴とする上記有機エレクトロルミネッセンス素子に関する。
本発明の有機エレクトロルミネッセンス素子用材料は、特に安定性に優れ、それを使用した有機エレクトロルミネッセンス素子は、輝度、発光効率等の初期特性に優れるとともに、長い発光寿命と良好な対環境特性を持つ有機エレクトロルミネッセンス素子である。
即ち、本発明は、発光領域を有する有機層が陽極と陰極との間に設けられ、電流の注入により三重項励起状態から発光する有機物質を構成要素として含む有機燐光発光素子において、前記有機層に本発明で示される化合物が含まれることにより、その電気的物性と化学的安定性によって、素子の性能と耐久性に優れることを特徴とする。
以下、本発明の電子受容性化合物(A)について具体的に説明する。
本発明の電子受容性化合物(A)の構造的な特徴は、二重結合を有する電子求引性基(一般式[1]のEまたは一般式[2]のE1、E2)を持つ2個以上の環状の部分構造を末端に有し、かつ、前記部分構造が、キノノイド結合などのπ共役結合を介して連結(例えば、一般式[2]のA)していることである。
なお、電子求引性基は文献によっては電子吸引性基と表現されることもある。通常は同じ概念を指すものと思われるが、語彙的には電子求引性基と書くのが正しい。また、キノノイド結合は、文献によってはキノイド結合とも表現され、ベンゼン環が酸化されたキノンと同様の電子的構造を持つ結合である。
また、本発明でいうπ共役結合は、二重結合と単結合が交互に連なっている形態の他、二重結合−単結合−不対電子を有する原子(例えば窒素原子、炭素原子)−単結合−二重結合などの実質的にπ共役できる形態をも含む。
また、一般式[1]の部分構造は、環を構成する5つの炭素原子を含んでなるが、さらに、炭素原子、窒素原子など(一般式[1]では点線部に相当する。)と結合して環構造となる。部分構造中の電子求引基は、前記一般式[1]の点線部に相当する原子または原子群を経て、その他の部分構造中の電子求引基とπ共役する。従って、環構造は、6員環以上であり、特に限定されないが6員環が好ましい。
本発明における二重結合を有する電子求引性基は、二重結合があり電子求引性のヘテロ原子を含む官能基である。当該電子求引性基が有する二重結合は、好ましくは、炭素−炭素二重結合ないしは炭素−ヘテロ原子二重結合である。具体的にはカルボニル基、チオカルボニル基、シアノイミノ基、ジシアノメチレン基、シアノメチレン基、カルボニル(シアノ)メチレン基、オキシカルボニル(シアノ)メチレン基、スルホニル基、スルフィニル基などである。このうち特に好ましい基としては、カルボニル基、チオカルボニル基、シアノイミノ基、ジシアノメチレン基が挙げられる。
本発明の二重結合を有する電子求引性基においては、当該二重結合は、環に共役して結合する。つまり、二重結合を構成する原子の一方、多くの場合、炭素原子が環を構成する原子の1つとなり、二重結合が環から外へ出る構造になる。また、シアノメチレン基、カルボニル(シアノ)メチレン基、オキシカルボニル(シアノ)メチレン基は、さらに、水素原子もしくは下記に挙げる一般的な置換基が結合することになる。特に、シアノメチレン基の場合は、さらに、共役可能な、電子求引性を有する窒素原子などを含んでいる置換基と結合していることが好ましい。また、必要に応じて、カルボニルメチレン基などのように、ビニレン基、ブタジエニレン基などの二重結合を含んでいてもよい。
また、本発明の電子受容性化合物(A)において、一般式[1]で示される、電子求引性基を有する環状の部分構造の個数は2個以上であるが、1分子中の個数が多いと、同一構造の高純度のものを安定的に合成することが難しかったり、高分子量になるために蒸着が難しくなったりするので、6個以下であることがさらに好ましい。1つの環構造にある電子求引性基は2個以上であっても構わないが、その場合も、環はキノノイド構造を維持し、さらに連結基とキノノイド結合することが条件である。なお、電子受容性化合物(A)においては、2個以上の環状の部分構造を有するが、それぞれは、同じであっても異なっていても良い。
本発明の化合物(A)において、一般式[1]のR1〜R4および一般式[2]のR11〜R18は水素原子または下記に挙げる一般的な置換基である。これらの置換基は近接する置換基同士や、一般式[2]のA部上の置換基と環を形成しても良い。より具体的な例としては、環形成によって分子全体が1つの縮合環となっていても構わない。また、本発明の化合物(A)の要件を満たす2個以上の単位構造が、通常のπ共役結合や非共役結合を介して連結していても良い。
本発明の化合物(A)において、さらに好ましいのは、一般式[2]のAが直接結合である場合である。つまり2個のキノノイド構造を持つ環がキノノイド二重結合で直接結ばれ、分子全体にキノノイド構造が拡張されている化合物である。
本発明における特に限定のない一般的な置換基の種類の具体例としては、ハロゲン原子、シアノ基、ニトロ基、置換もしくは未置換のアルキル基、置換もしくは未置換のアルコキシ基、置換もしくは未置換のアリールオキシ基、置換もしくは未置換のアルキルチオ基、置換もしくは未置換のアリールチオ基、置換もしくは未置換のアミノ基、置換もしくは未置換のアシル基、または置換もしくは未置換の炭素環基または複素環基などが挙げられる。以下にそれぞれの置換基についてさらに詳細な代表例を示すが、これらに限定されるものではなく、またこれらの置換基にはさらに置換基が結合していても良い。
本発明における置換基となるハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子があげられる。
本発明における置換もしくは未置換のアルキル基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ステアリル基、2−フェニルイソプロピル基、トリクロロメチル基、トリフルオロメチル基、ベンジル基、α−フェノキシベンジル基、α,α−ジメチルベンジル基、α,α−メチルフェニルベンジル基、α,α−ジトリフルオロメチルベンジル基、トリフェニルメチル基、α−ベンジルオキシベンジル基等がある。
本発明における置換もしくは未置換のアルコキシ基としては、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、ブトキシ基、tert−ブトキシ基、オクチルオキシ基、tert−オクチルオキシ基といった未置換のアルコキシ基や、3,3,3−トリフルオロエトキシ基、ベンジルオキシ基といった置換アルコキシ基があげられる。
本発明における置換もしくは未置換のアリールオキシ基としては、フェノキシ基、4−tert−ブチルフェノキシ基、1−ナフチルオキシ基、2−ナフチルオキシ基、9−アンスリルオキシ基といった未置換のアリールオキシ基や、4−ニトロフェノキシ基、3−フルオロフェノキシ基、ペンタフルオロフェノキシ基、3−トリフルオロメチルフェノキシ基等の置換アリールオキシ基があげられる。
本発明における置換もしくは未置換のアルキルチオ基としては、メチルチオ基、エチルチオ基、tert−ブチルチオ基、ヘキシルチオ基、オクチルチオ基といった未置換のアルキルチオ基や、1,1,1−テトラフルオロエチルチオ基、べンジルチオ基、トリフルオロメチルチオ基といった置換アルキルチオ基があげられる。
本発明における置換もしくは未置換のアリールチオ基としては、フェニルチオ基、2−メチルフェニルチオ基、4−tert−ブチルフェニルチオ基といった未置換のアリールチオ基や、3−フルオロフェニルチオ基、ペンタフルオロフェニルチオ基、3−トリフルオロメチルフェニルチオ基等の置換アリールチオ基があげられる。
本発明における置換もしくは未置換のアミノ基としては、アミノ基、モノまたはジアルキルアミノ基、モノまたはジアリールアミノ基、アルキルアリールアミノ基などがある。アルキルアミノ基の具体例としてはエチルアミノ基、ジエチルアミノ基、ジプロピルアミノ基、ジブチルアミノ基、ベンジルアミノ基、ジベンジルアミノ基等があり、アリールアミノ基の具体例としては、フェニルアミノ基、(3−メチルフェニル)アミノ基、(4−メチルフェニル)アミノ基等があり、アリールアミノ基の具体例としては、フェニルアミノ基、フェニルメチルアミノ基、ジフェニルアミノ基、ジトリルアミノ基、ジビフェニリルアミノ基、ジ(4−メチルビフェニル)アミノ基、ジ(3−メチルフェニル)アミノ基、ジ(4−メチルフェニル)アミノ基、ナフチルフェニルアミノ基、ビス[4−(α,α’−ジメチルベンジル)フェニル]アミノ基等がある。アルキルアリールアミノ基の具体例としては、N−エチル−N−フェニルアミノ基、N−メチル−N−ナフチルアミノ基等がある。また、ビス(メトキシフェニル)アミノ基、ビス(アセトキシエチル)アミノ基等のアミノ基への置換基がさらに置換された構造も含む。
本発明における置換もしくは未置換のアシル基としては、ホルミル基、アセチル基、プロピオニル基、ブチリル基、イソブチリル基、バレリル基、イソバレリル基、ピバロイル基、ヘキサノイル基、オクタノイル基、アクリロイル基、メタクリロイル基などのアルキル基置換のアシル基、ベンゾイル基、トルオイル基、ナフトイル基などのアリール置換のアシル基や、その他シクロヘキシルカルボニル基、クロロホルミル基、アルコキシカルボニル基、アリールオキシカルボニル基、(N−置換)カルバモイル基などがある。
本発明における置換もしくは未置換の炭素環基としては、単環基もしくは縮合多環基がある。
単環基の具体例としては、単環シクロアルキル基、単環アリール基がある。
単環シクロアルキル基としては、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロヘプチル基、シクロオクチル基等のシクロアルキル基がある。
単環アリール基としては、フェニル基がある。
置換もしくは未置換の縮合多環基としては、縮合多環アリール基、縮合多環シクロアルキル基等がある。
縮合多環アリール基としては、ナフチル基、アンスリル基、フェナンスリル基、フルオレニル基、アセナフチル基、アズレニル基、ヘプタレニル基、ピレニル基、ペリレニル基、トリフェニレニル基等がある。
本発明における置換もしくは未置換の複素環基としては、単環複素環基もしくは縮合多環複素環基がある。
単環複素環基としては、チエニル基、フリル基、ピロリル基、イミダゾリル基、ピラゾリル基、ピリジニル基、ピラジニル基、ピリミジニル基、ピリダジニル基、トリアジニル基、トリアゾリル基、オキサゾリル基、チアゾリル基、オキサジアゾリル基、チアジアゾリル基、イミダジアゾリル基等がある。
縮合多環複素環基としては、インドリル基、キノリル基、イソキノリル基、フタラジニル基、キノキサリニル基、キナゾリニル基、カルバゾリル基、アクリジニル基、フェナジニル基、ベンゾフリル基、イソチアゾリル基、イソキサゾリル基、フラザニル基、フェノキサジニル基、ベンゾチアゾリル基、ベンゾオキサゾリル基、ベンゾイミダゾリル基、ベンゾトリアゾリル基、ピラニル基等がある。その他の縮合多環基として、1−テトラリル基、2−テトラリル基、テトラヒドロキノリル基等がある。
本発明の一般式[1]および[2]の化合物の一例であるジフェノキノン化合物は、フェノール化合物を酸化的カップリングさせることにより得られる。酸化剤として過マンガン酸カリウム、二酸化マンガン、二酸化鉛、フェリシアン化カリウムなどを用い、クロロホルム等の溶媒中で反応させる方法と、アルコールなどの極性溶媒中において、銅塩−三級アミン錯体触媒の存在下で、酸化剤となる分子状酸素と反応させる方法がある。後者において、銅塩としてはハロゲン化銅、三級アミンとしてはテトラアルキルエチレンジアミンがよく用いられる。また、分子状酸素として酸素ガスを使用する場合には、不活性ガスとの混合物であってもよく、空気でもよい。また、パーオキサイドを用いて反応系中で発生させても良い。パーオキサイドの例としては、過酸化水素、t−ブチルヒドロパーオキサイド、ジ−t−ブチルパーオキサイド、クメンヒドロパーオキサイド、ジクミルパーオキサイド、過酢酸、過安息香酸等が挙げられる。
以下に、本発明の化合物(A)の代表例を、具体的に例示するが、本発明は、この代表例に限定されるものではない。なお、表中のtBuはtert−ブチル基を表す。また、構造式中の二重結合位置などにおける結合の向きは、シス−トランス異性などの異性体までを表現したものではなく、立体的に配位し得ない構造でない限り、全ての立体異性体が本発明における化合物(A)となり得る。
Figure 2005255889
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本発明における化合物(A)は、電子求引性基を持つため、概ね電子輸送性が良好である。また、カルボニル基などの二重結合を有する電子求引性基は、三重項励起状態を安定化させる効果が期待できる。この電子求引性基を持つ2個以上の環構造を末端として、それぞれの電子求引基が、キノノイド結合などのπ共役で連なることによって、キノン類似の電子的構造が分子全体あるいは大部分に拡張されることにより、電子求引性基同士の相互作用や、電子的影響の分子全体への波及がなされ、電子輸送性と三重項励起状態の安定性に対してより強い効果を発揮することになる。また、キノノイド構造の拡張により、分子の剛直性が増し、構造的に高い安定性を有し、ガラス転移点や融点が高くなっている。このため、電界発光時における有機層中、有機層間もしくは、有機層と金属電極間で発生するジュール熱に対する耐性(耐熱性)が向上するので、有機燐光発光素子材料として使用した場合、高い発光輝度を示し、長時間発光させる際にも有利である。
また、カルボニル基などの二重結合を有する電子求引性基は、三重項励起状態を安定化させる効果が想定できるため、一重項励起状態のみを利用する従来の蛍光型の有機EL素子では発光を弱めてしまうという悪影響が懸念される。本発明の化合物(A)は、前記の先行特許(特許文献1〜4)出願当時においては、有機EL素子に関する技術全体が未熟だったこともあり、蛍光型素子に使用できると思われたが、その後の改良材料の出現と技術レベル全体の向上により、上記懸念を考慮され、あまり顧みられない材料となっていた。しかし、有機燐光発光素子において燐光発光材料(B)と同時に用いる場合には、逆に発光を増強する効果が期待できるため、発光層や正孔ブロッキング層等に好適に使用できる。
有機燐光発光素子は、陽極と陰極間に一層もしくは多層の有機薄膜を形成した素子である。基本構成は従来の有機EL素子と同様であるが、三重項励起状態のエネルギーを発光に利用できるよう材料の選択と層構成の工夫を施したところが特徴となる。なお、本発明において、「燐光発光素子」とは、発光材料またはドーピング材料が三重項状態から直接的に光を放出する場合だけでなく、両極から注入された電荷の再結合によって生じた三重項励起状態を光以外のエネルギー放出に回すことなく、素子中で有効に発光に利用するような機構、過程を有するように設計された構成の素子全般を含む。この意味において、本発明の化合物(A)は、構造的、物性的に三重項励起状態を生成、保持しやすいため、各層を構成する材料として好適である。特に素子駆動中に三重項励起状態が最も多く存在する発光層の一成分に使用すると最大の効果を発揮する。
有機EL素子または有機燐光発光素子は、一層型の場合、陽極と陰極との間に発光層を設けている。発光層は、発光材料を含有し、それに加えて陽極から注入した正孔もしくは陰極から注入した電子を発光材料まで輸送させるために正孔注入材料もしくは電子注入材料を含有しても良い。電子注入材料とは陰極から電子を注入されうる能力を持つ材料であり、電子輸送材料とは注入された電子を発光層へ輸送する能力を持つ材料である。正孔注入材料とは、陽極から正孔を注入されうる能力を持つ材料であり、正孔輸送材料とは、注入された正孔を発光層へ輸送する能力を持つ材料である。多層型は、(陽極/正孔注入層/発光層/陰極)、(陽極/正孔注入層/正孔輸送層/発光層/陰極)、(陽極/発光層/電子注入層/陰極)、(陽極/発光層/電子輸送層/電子注入層/陰極)、(陽極/正孔注入層/発光層/電子注入層/陰極)、(陽極/正孔注入層/正孔輸送層/発光層/電子輸送層/電子注入層/陰極)、の多層構成で積層した有機燐光発光素子がある。多層型の正孔輸送層および電子輸送層は複数の層からなってもよい。ここで、正孔注入層と正孔輸送層、場合によっては正孔輸送性の強い発光層までを正孔注入帯域、電子注入層と電子輸送層、場合によっては電子輸送性の強い発光層までを電子注入帯域とそれぞれ呼ぶことがあり、各帯域に使用する材料を一括りで正孔注入材料(または正孔輸送材料)もしくは電子注入材料(または電子輸送材料)と呼ぶこともある。また、有機燐光発光素子の場合は、素子の特性や使用材料の点で、電子輸送層に要求される特性として、電子の輸送性より正孔が発光層から陰極側へ抜けてしまうことを阻止するブロック性をより重視するため、正孔ブロッキング層または正孔ブロック層と呼ばれることが多く、この層に用いられる材料を特に正孔ブロッキング材料と呼ぶことがある。これらの呼称は目的とする素子に対する材料の必要特性の一面を強調するために付けられているので、呼び方の違いにより材料の本質が異なることはない。これらの各層の材料とその構成は、材料のエネルギー準位、耐熱性、有機層もしくは金属電極との密着性等の各要因により選択され、決定される。
発光層には、必要があれば、本発明の材料に加えて、さらなる既存の有機蛍光色素を含む公知の発光材料、ドーピング材料および正孔注入材料や電子注入材料を使用することもできる。有機燐光発光素子は、多層構造にすることにより、クエンチングによる輝度や寿命の低下を防ぐことができる。必要があれば、発光材料、ドーピング材料、正孔注入材料や電子注入材料を組み合わせて使用することが出来る。また、ドーピング材料により、発光輝度や発光効率の向上、青色から赤色にわたる発光を得ることもできる。
本発明の化合物(A)と共に発光層に使用できる燐光発光材料(B)またはドーピング材料としては、有機化合物もしくは有機残基の配位子からなる金属錯体がある。金属原子は通常、遷移金属であり、好ましくは周期では第5周期または第6周期、族では6族から11族、さらに好ましくは8族から10族の元素が対象となる。具体的にはイリジウムや白金などである。また、配位子としては2−フェニルピリジンや2−(2’―ベンゾチエニル)ピリジンなどがあり、これらの配位子上の炭素原子が金属と直接結合しているのが特徴である。別の例としてはポルフィリンまたはテトラアザポルフィリン環錯体などがある。中心金属としては白金などが挙げられる。燐光発光材料の代表例を以下に具体的に例示するが、本発明はこの代表例に限定されるものではない。なお、本例は三重項励起状態から直接発光するとの知見が得られている材料の例であり、素子内で三重項励起エネルギーが失われずに有効に発光に利用できる何らかの機構が別に存在する場合には、さらに多くの材料を発光材料またはドーピング材料として用いることができ、既存の有機蛍光色素、有機EL発光材料、ドーピング材料をも有機燐光発光素子に利用できる可能性を否定するものではない。
Figure 2005255889
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共に発光層に使用できる上記の材料および本発明の化合物の発光層中での存在比はどれが主成分であってもよいが、好ましくは、上記、燐光発光材料(B)またはドーピング材料に対して本発明の化合物(A)の存在比が50%以上であるホスト材料として使用することである。
正孔注入材料としては、正孔を輸送する能力を持ち、陽極からの正孔注入効果、発光層または発光材料に対して優れた正孔注入効果を有し、発光層で生成した励起子の電子注入帯域または電子注入材料への移動を防止し、かつ薄膜形成能力の優れた化合物が挙げられる。具体的には、フタロシアニン誘導体、ナフタロシアニン誘導体、ポルフィリン誘導体、オキサゾール、オキサジアゾール、トリアゾール、イミダゾール、イミダゾロン、イミダゾールチオン、ピラゾリン、ピラゾロン、テトラヒドロイミダゾール、オキサゾール、オキサジアゾール、ヒドラゾン、アシルヒドラゾン、ポリアリールアルカン、スチルベン、ブタジエン、ベンジジン型トリフェニルアミン、スチリルアミン型トリフェニルアミン、ジアミン型トリフェニルアミン等と、それらの誘導体、およびポリビニルカルバゾール、ポリシラン、導電性高分子等の高分子材料等があるが、これらに限定されるものではない。
本発明の有機燐光発光素子において使用できる正孔注入材料の中で、さらに効果的な正孔注入材料は、アリールアミン誘導体、フタロシアニン化合物ないしはトリフェニレン誘導体である。アリールアミン誘導体の具体例としては、トリフェニルアミン、トリトリルアミン、トリルジフェニルアミン、N,N’−ジフェニル−N,N’−ジ−m−トリル−4,4’−ビフェニルジアミン、N,N,N’,N’−テトラ(p−トリル)−p−フェニレンジアミン、N,N,N’,N’−テトラ−p−トリル−4,4’−ビフェニルジアミン、N,N’−ジフェニル−N,N’−ジ(1−ナフチル)−4,4’−ビフェニルジアミン、N,N’−ジ(4−n−ブチルフェニル)−N,N’−ジ−p−トリル−9,10−フェナントレンジアミン、4,4’,4”−トリス(N−フェニル−N−m−トリルアミノ)トリフェニルアミン、1,1−ビス[4−(ジ−p−トリルアミノ)フェニル]シクロヘキサン等、もしくはこれらの芳香族三級アミン骨格を有したオリゴマーもしくはポリマー等があるが、これらに限定されるものではない。
フタロシアニン(Pc)化合物の具体例としては、H2Pc、CuPc、C oPc、NiPc、ZnPc、PdPc、FePc、MnPc、ClAlPc、ClGaPc、ClInPc、ClSnPc、Cl2SiPc、(HO)A lPc、(HO)GaPc、VOPc、TiOPc、MoOPc、GaPc−O−GaPc等のフタロシアニン誘導体およびナフタロシアニン誘導体等があるが、これらに限定されるものではない。
トリフェニレン誘導体の具体例としては、ヘキサメトキシトリフェニレン、ヘキサエトキシトリフェニレン、ヘキサヘキシルオキシトリフェニレン、ヘキサベンジルオキシトリフェニレン、トリメチレンジオキシトリフェニレン、トリエチレンジオキシトリフェニレンなどのヘキサアルコキシトリフェニレン類、ヘキサフェノキシトリフェニレン、ヘキサナフチルオキシトリフェニレン、ヘキサビフェニリルオキシトリフェニレン、トリフェニレンジオキシトリフェニレンなどのヘキサアリールオキシトリフェニレン類、ヘキサアセトキシトリフェニレン、ヘキサベンゾイルオキシトリフェニレンなどのヘキサアシロキシトリフェニレン類等があるが、これらに限定されるものではない。
電子注入材料としては、電子を輸送する能力を持ち、陰極からの正孔注入効果、発光層または発光材料に対して優れた電子注入効果を有し、発光層で生成した励起子の正孔注入帯域への移動を防止し、かつ薄膜形成能力の優れた化合物が挙げられる。例えば、フルオレノン、アントラキノジメタン、ジフェノキノン、チオピランジオキシド、オキサゾール、オキサジアゾール、トリアゾール、イミダゾール、ペリレンテトラカルボン酸、フレオレニリデンメタン、アントラキノジメタン、アントロン等とそれらの誘導体があるが、これらに限定されるものではない。また、正孔注入材料に電子受容物質を、電子注入材料に電子供与性物質を添加することにより増感させることもできる。
本発明の有機燐光発光素子において、さらに効果的な電子注入材料は、金属錯体化合物もしくは含窒素五員環誘導体である。具体的には、金属錯体化合物としては、8−ヒドロキシキノリナートリチウム、ビス(8−ヒドロキシキノリナート)亜鉛、ビス(8−ヒドロキシキノリナート)銅、ビス(8−ヒドロキシキノリナート)マンガン、トリス(8−ヒドロキシキノリナート)アルミニウム、トリス(2−メチル−8−ヒドロキシキノリナート)アルミニウム、トリス(8−ヒドロキシキノリナート)ガリウム、ビス(10−ヒドロキシベンゾ[h]キノリナート)ベリリウム、ビス(10−ヒドロキシベンゾ[h]キノリナート)亜鉛、ビス(2−メチル−8−ヒドロキシキノリナート)クロロガリウム、ビス(2−メチル−8−ヒドロキシキノリナート)(o−クレゾラート)ガリウム、ビス(2−メチル−8−ヒドロキシキノリナート)(1−ナフトラート)アルミニウム、ビス(2−メチル−8−ヒドロキシキノリナート)(2−ナフトラート)ガリウム、ビス(2−メチル−8−ヒドロキシキノリナート)フェノラートガリウム、ビス(o−(2−ベンゾオキサゾリル)フェノラート)亜鉛、ビス(o−(2−ベンゾチアゾリル)フェノラート)亜鉛、ビス(o−(2−ベンゾトリアゾリル)フェノラート)亜鉛等があるが、これらに限定されるものではない。
また、含窒素五員環誘導体としては、オキサゾール、チアゾール、オキサジアゾール、チアジアゾールもしくはトリアゾール誘導体が好ましい。具体的には、2,5−ビス(1−フェニル)−1,3,4−オキサゾール、ジメチルPOPOP、2,5−ビス(1−フェニル)−1,3,4−チアゾール、2,5−ビス(1−フェニル)−1,3,4−オキサジアゾール、2−(4’−tert−ブチルフェニル)−5−(4”−ビフェニル)−1,3,4−オキサジアゾール、2,5−ビス(1−ナフチル)−1,3,4−オキサジアゾール、1,4−ビス[2−(5−フェニルオキサジアゾリル)]ベンゼン、1,4−ビス[2−(5−フェニルオキサジアゾリル)−4−tert−ブチルベンゼン]、2−(4’−tert−ブチルフェニル)−5−(4”−ビフェニル)−1,3,4−チアジアゾール、2,5−ビス(1−ナフチル)−1,3,4−チアジアゾール、1,4−ビス[2−(5−フェニルチアジアゾリル)]ベンゼン、2−(4’−tert−ブチルフェニル)−5−(4”−ビフェニル)−1,3,4−トリアゾール、2,5−ビス(1−ナフチル)−1,3,4−トリアゾール、1,4−ビス[2−(5−フェニルトリアゾリル)]ベンゼン等があるが、これらに限定されるものではない。
正孔ブロッキング材料としては、正孔が陰極へ輸送されるのを阻止する能力を持ち、発光層で生成した励起子の電子注入帯域への移動を防止する効果を兼ね備え、かつ薄膜形成能力の優れた化合物が挙げられる。前記の電子注入材料の多くは正孔ブロッキング材料として使用できるが、例えば、2−(4−ビフェニル)−5−(4−tert−ブチルフェニル)−1,3,4−トリアゾールや2,5−ビス(1−フェニル)−1,3,4−オキサジアゾールに代表されるアゾール(含窒素五員環)類、バソクプロインに代表されるフェナントロリン誘導体、ビス(2−メチル−8−ヒドロキシキノリナート)(4−ビフェニルオキソラート)アルミニウム(III)、ビス(2−メチル−8−ヒドロキシキノリナート)フェノラートガリウムに代表される金属錯体などの含窒素六員環類とそれらを配位子に有する金属錯体、シラシクロブテン(シロール)誘導体等があるが、これらに限定されるものではない。
また、本発明の化合物(A)は、電子求引性基を有するため、電子輸送性の方が正孔輸送性より高く、上記の正孔ブロッキング材料または電子注入材料の一種として好適に使用することが可能である。
本発明により得られた有機燐光発光素子の、温度、湿度、雰囲気等に対する安定性の向上のために、素子の表面に保護層を設けたり、シリコンオイル、樹脂等により素子全体を保護することも可能である。
有機燐光発光素子の陽極に使用される導電性材料としては、4eVより大きな仕事関数を持つものが適しており、炭素、アルミニウム、バナジウム、鉄、コバルト、ニッケル、タングステン、銀、金、白金、パラジウム等およびそれらの合金、ITO基板、NESA基板に使用される酸化スズ、酸化インジウム等の酸化金属、さらにはポリチオフェンやポリピロール等の有機導電性樹脂が用いられる。
陰極に使用される導電性物質としては、4eVより小さな仕事関数を持つものが適しており、マグネシウム、カルシウム、錫、鉛、チタニウム、イットリウム、リチウム、ルテニウム、マンガン、アルミニウム等およびそれらの合金が用いられるが、これらに限定されるものではない。合金としては、マグネシウム/銀、マグネシウム/インジウム、リチウム/アルミニウム等が代表例として挙げられるが、これらに限定されるものではない。合金の比率は、蒸着源の温度、雰囲気、真空度等により制御され、適切な比率に選択される。また、陰極としてフッ化リチウム、フッ化マグネシウム、酸化リチウムなどのアルカリ金属、アルカリ土類金属のフッ化物、酸化物を有機層上に1nm以下の膜厚で成膜し、その上にアルミニウム、銀などの比較的導電性の高い金属を成膜してもよい。また、陽極および陰極は、必要があれば二層以上の層構成により形成されていても良い。
有機燐光発光素子では、効率良く発光させるために、少なくとも一方は素子の発光波長領域において充分透明にすることが望ましい。また、基板も透明であることが望ましい。透明電極は、上記の導電性材料を使用して、蒸着やスパッタリング等の方法で所定の透光性が確保するように設定する。発光面の電極は、光透過率を10%以上にすることが望ましい。基板は、機械的、熱的強度を有し、透明性を有するものであれば限定されるものではないが、例示すると、ガラス基板、ポリエチレン板、ポリエチレンテレフテレート板、ポリエーテルサルフォン板、ポリプロピレン板等の透明樹脂があげられる。
本発明に係わる有機燐光発光素子の各層の形成は、真空蒸着、スパッタリング、プラズマ、イオンプレーティング等の乾式成膜法やスピンコーティング、ディッピング、フローコーティング等の湿式成膜法のいずれの方法を適用することができる。膜厚は特に限定されるものではないが、適切な膜厚に設定する必要がある。膜厚が厚すぎると、一定の光出力を得るために大きな印加電圧が必要になり効率が悪くなる。膜厚が薄すぎるとピンホール等が発生して、電界を印加しても充分な発光輝度が得られない。通常の膜厚は5nmから10μmの範囲が適しているが、10nmから0.2μmの範囲がさらに好ましい。
湿式成膜法の場合、各層を形成する材料を、エタノール、クロロホルム、テトラヒドロフラン、ジオキサン等の適切な溶媒に溶解または分散させて薄膜を形成するが、その溶媒はいずれであっても良い。また、いずれの有機薄膜層においても、成膜性向上、膜のピンホール防止等のため適切な樹脂や添加剤を使用しても良い。使用の可能な樹脂としては、ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリアリレート、ポリエステル、ポリアミド、ポリウレタン、ポリスルフォン、ポリメチルメタクリレート、ポリメチルアクリレート、セルロース等の絶縁性樹脂およびそれらの共重合体、ポリ−N−ビニルカルバゾール、ポリシラン等の光導電性樹脂、ポリチオフェン、ポリピロール等の導電性樹脂を挙げることができる。また、添加剤としては、酸化防止剤、紫外線吸収剤、可塑剤等を挙げることができる。
以上のように、有機燐光発光素子の発光層に本発明の化合物を用いることにより、発光効率、最大発光輝度等の有機燐光発光素子特性を改良することができた。また、この素子は熱や電流に対して非常に安定であり、さらには低い駆動電圧で実用的に使用可能な発光輝度が得られるため、従来まで大きな問題であった劣化も大幅に低下させることができた。
以下、本発明を実施例に基づきさらに詳細に説明する。
化合物(3)の合成方法
フラスコ中に、クロロホルム200ml、2,6−ジ−tert−ブチルフェノール30g、過マンガン酸カリウム95gを仕込み、還流下5時間反応を行った。反応終了後、メタノールを加えて沈殿物を形成させてから、この沈殿物を濾別した後、さらに水洗を行った。さらに、メチルエチルケトンとエタノールの混合溶媒で再結晶することにより、18gの目的化合物(3)を得た。さらに昇華精製を行った。
以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明は下記実施例に限定されるものではない。実施例においては、特に断りのない限り、混合比は全て重量比を示す。蒸着(真空蒸着)は10-6Torrの真空中で、基板加熱、冷却等の温度制御なしの条件下で行った。また、素子の発光特性評価においては、電極面積2mm×2mmの有機EL素子の特性を測定した。測定は1Vずつ上昇しながら各電圧で電流、輝度、色度を記録した。最大発光輝度および効率は各電圧ごとの測定値の最大値であり、その時の電圧は素子により異なる。
実施例1
洗浄したITO電極付きガラス板上に、化合物(6)、化合物(D2)、N,N’―(3―メチルフェニル)―N,N’―ジフェニル―1,1’―ビフェニル-4,4’―ジアミン(TPD)、2,5−ビス(1−ナフチル)−1,3,4−オキサジアゾール、ポリカーボネート樹脂(帝人化成:パンライトK−1300)を20:5:15:10:50の重量比でテトラヒドロフランに溶解させ、スピンコーティング法により膜厚100nmの発光層を得た。このとき得られた膜は非常に安定で、凝集し結晶化をおこすといった現象は観察されなかった。その上に、マグネシウムと銀を10:1で混合した合金で膜厚150nmの電極を形成して有機燐光発光素子を得た。この素子の発光特性は、直流電圧10Vでの発光輝度140(cd/m2)、最大発光輝度8100(cd/m2)、発光効率3.9(cd/A)の緑色発光が得られた。
実施例2
洗浄したITO電極付きガラス板上に、N,N’―(1―ナフチル)―N,N’―ジフェニル―1,1’―ビフェニル-4,4’―ジアミン(NPD)を真空蒸着して膜厚20nmの正孔注入層を得た。次いで、化合物(17)と化合物(D1)を93:7の比率で共蒸着し膜厚40nmの発光層を作成し、次いでビス(2−メチル−5−フェニル−8−ヒドロキシキノリナート)フェノラートガリウム錯体を蒸着して膜厚30nmの電子注入層を得た。その上に、マグネシウムと銀を10:1で混合した合金で膜厚100nmの電極を形成して有機燐光発光素子を得た。この素子は直流電圧10Vでの発光輝度2900(cd/m2)、最大発光輝度68200(cd/m2)、発光効率38(cd/A)の緑色発光が得られた。
実施例3
化合物(17)の代わりに化合物(33)を用いた他は実施例2と同様にして素子を作製した。この素子は直流電圧10Vでの発光輝度6900(cd/m2)、最大発光輝度54400(cd/m2)、発光効率35(cd/A)の緑色発光が得られた。
実施例4
洗浄したITO電極付きガラス板上に、NPDを真空蒸着して膜厚30nmの正孔注入層を得た。次いで、化合物(54)と化合物(D5)を95:5の比率で共蒸着し膜厚40nmの発光層を作成し、次いでビス(2−メチル−8−ヒドロキシキノリナート)(p−フェニルフェノラート)アルミニウム錯体を蒸着して膜厚10nmの正孔ブロッキング層、さらにトリス(8−ヒドロキシキノリナート)アルミニウム錯体(Alq3)を蒸着して膜厚30nmの電子注入層を得た。その上に、まずフッ化リチウムを1nm、次いでアルミニウムを200nm蒸着して電極を形成して有機燐光発光素子を得た。この素子は直流電圧10Vでの発光輝度770(cd/m2)、最大発光輝度22400(cd/m2)、発光効率9.2(cd/A)の赤色発光が得られた。
実施例5
洗浄したITO電極付きガラス板上に、化合物(88)と化合物(D6)を98:2の比率で塩化メチレンに溶解させ、スピンコーティング法により膜厚50nmの正孔注入型発光層を得た。次いでバソクプロインを蒸着して膜厚5nmの正孔ブロッキング層、さらにAlq3を蒸着して膜厚30nmの電子注入層を得た。その上に、まずフッ化リチウムを0.5nm、次いでアルミニウムを200nm蒸着して電極を形成して有機燐光発光素子を得た。この素子は、直流電圧10Vでの発光輝度320(cd/m2)、最大発光輝度9400(cd/m2)、発光効率4.9(cd/A)の赤色発光が得られた。
実施例6
洗浄したITO電極付きガラス板上に、NPDを真空蒸着して膜厚30nmの正孔注入層を得た。次いで化合物(42)と化合物(D3)を94:6の比率で共蒸着して膜厚50nmの発光層を得た。次いで、ビス(2−メチル−8−ヒドロキシキノリナート)(p−シアノフェノラート)ガリウム錯体を真空蒸着して膜厚20nmの正孔ブロッキング層、さらにAlq3を蒸着して膜厚20nmの電子注入層を得た。その上に、マグネシウムと銀を10:1(重量比)で混合した合金で膜厚250nmの電極を形成して有機燐光発光素子を得た。この素子は、直流電圧10Vでの発光輝度5500(cd/m2)、最大発光輝度28900(cd/m2)、発光効率8.8(cd/A)の青色発光が得られた。
実施例7
洗浄したITO電極付きガラス板上に、銅フタロシアニンを真空蒸着して、膜厚20nmの正孔注入層を得た。次いで、化合物(8)を真空蒸着して、膜厚30nmの正孔輸送層を得た。さらに、化合物(61)と化合物(D1)を93:7の比率で共蒸着して、膜厚40nmの発光層を作成し、次いでバソクプロインを蒸着して膜厚10nmの正孔ブロッキング層、さらにAlq3を真空蒸着して膜厚30nmの電子注入層を作成した。その上に、フッ化リチウム(LiF)を0.7nm、次いでアルミニウム(Al)を150nm真空蒸着することで電極を形成して、有機燐光発光素子を得た。この素子は、直流電圧10Vでの発光輝度2800(cd/m2)、最大発光輝度96500(cd/m2)、発光効率47(cd/A)の緑色発光が得られた。また、発光輝度500(cd/m2)で定電流駆動したときの半減寿命は6800時間であった。
実施例8
洗浄したITO電極付きガラス板上に、銅フタロシアニンを真空蒸着して、膜厚10nmの正孔注入層を得た。次いで、4,4’−ビス[N−(9−フェナントリル)−N−フェニルアミノ]ビフェニルを真空蒸着して膜厚40nmの正孔輸送層を得た。次いで、化合物(7)と化合物(D4)を92:8の比率で共蒸着して膜厚50nmの発光層を作成し、さらに3−(4−ビフェニリル)−4−フェニル−5−(4−tert−ブチルフェニル)−1,2,4−トリアゾールを蒸着して膜厚5nmの正孔ブロッキング層を作成し、次に、ビス(2−メチル−8−ヒドロキシキノリナート)(p−シアノフェノラート)ガリウム錯体を蒸着して膜厚30nmの電子注入層を得た。さらにその上に、マグネシウムと銀を10:1(重量比)で混合した合金で膜厚250nmの電極を形成して有機燐光発光素子を得た。この素子は直流電圧10Vで発光輝度2040(cd/m2)、最大発光輝度21100(cd/m2)、発光効率12(cd/A)の発光が得られた。また、発光輝度500(cd/m2)で定電流駆動したときの半減寿命は4600時間であった。
実施例9
洗浄したITO電極付きガラス板上に、NPDを真空蒸着して膜厚30nmの正孔注入層を得た。次いで、化合物(86)と化合物(D7)を97:3の比率で共蒸着して膜厚40nmの発光層を作成し、次いで、化合物(86)のみを単独で蒸着して膜厚30nmの正孔ブロッキング層、さらにAlq3を真空蒸着して膜厚20nmの電子注入層を作成した。その上にまず、フッ化リチウムを0.5nm、さらにアルミニウムを200nm真空蒸着によって電極を形成して有機燐光発光素子を得た。この素子は直流電圧10Vでの発光輝度1480(cd/m2)、最大発光輝度19200(cd/m2)、発光効率9.0(cd/A)の赤色発光が得られた。また、発光輝度500(cd/m2)で定電流駆動したときの半減寿命は4300時間であった。
実施例10
洗浄したITO電極付きガラス板上に、NPDを真空蒸着して膜厚50nmの正孔注入層を得た。次いで、化合物(5)と化合物(D3)を85:15の重量比で共蒸着して膜厚40nmの発光層を作成し、次いで、ビス(2−メチル−8−ヒドロキシキノリナート)(p−フェニルフェノラート)アルミニウム錯体を蒸着して膜厚10nmの正孔ブロッキング層、さらにAlq3を蒸着して膜厚30nmの電子注入層を得た。さらにその上に、まず、フッ化マグネシウムを0.5nm、さらにアルミニウムを200nm真空蒸着によって電極を形成して有機燐光発光素子を得た。この素子は直流電圧10Vでの発光輝度2460(cd/m2)、最大発光輝度48600(cd/m2)、発光効率5.9(cd/A)の発光が得られた。また、発光輝度500(cd/m2)で定電流駆動したときの半減寿命は2500時間であった。
比較例1
化合物(6)に代わりに下記化合物(C1)を用いた他は実施例1と同様にして素子を作成した。そのスピンコート膜は容易に凝集し結晶化を起こしてしまうといった欠点を持っていた。この素子の発光特性は、直流電圧10Vでの発光輝度60(cd/m2)、最大発光輝度1800(cd/m2)、発光効率1.7(cd/A)の発光は得られたが、均一の発光ではなく明るい部分と暗い部分が混在していた。また発光輝度500(cd/m2)で定電流駆動すると1時間ほどで短絡してしまった。
化合物(C1)
Figure 2005255889
比較例2
化合物(17)に代わりにCBPを用いた他は実施例2と同様にして素子を作成した。この素子の発光特性は、直流電圧10Vでの発光輝度1700(cd/m2)、最大発光輝度48000(cd/m2)、発光効率25(cd/A)の発光は得られた。しかし、発光輝度500(cd/m2)で定電流駆動したときの半減寿命は820時間であった。
比較例3
化合物(33)に代わりに下記化合物(C2)を用いた他は実施例10と同様にして素子を作成した。この素子の発光特性は、直流電圧10Vでの発光輝度2560(cd/m2)、最大発光輝度30100(cd/m2)、発光効率4.5(cd/A)の発光は得られた。しかし、発光輝度500(cd/m2)で定電流駆動したときの半減寿命は180時間であった。
化合物(C2)
Figure 2005255889
実施例11
化合物(54)の代わりに化合物(83)を用いた他は実施例4と同様にして素子を作成した。この素子は直流電圧10Vでの発光輝度710(cd/m2)、最大発光輝度12100(cd/m2)、発光効率12.3(cd/A)の赤色発光が得られた。また発光輝度500(cd/m2)で定電流駆動したときの半減寿命は9300時間であった。
実施例12
洗浄したITO電極付きガラス板上に、銅フタロシアニンを真空蒸着して、膜厚20nmの正孔注入層を得た。次いで、NPDを真空蒸着して、膜厚30nmの正孔輸送層を得た。さらに、化合物(3)と化合物(D2)を90:10の比率で共蒸着して、膜厚40nmの発光層を作成し、次いでビス(2−メチル−8−ヒドロキシキノリナート)(p−シアノフェノラート)アルミニウム錯体を蒸着して膜厚10nmの正孔ブロッキング層、さらにAlq3を真空蒸着して膜厚30nmの電子注入層を作成した。その上に、フッ化リチウムを0.7nm、次いでアルミニウムを200nm真空蒸着することで電極を形成して、有機燐光発光素子を得た。この素子は、直流電圧10Vでの発光輝度8610(cd/m2)、最大発光輝度89400(cd/m2)、発光効率41(cd/A)の発光が得られた。また、発光輝度500(cd/m2)で定電流駆動したときの半減寿命は4900時間であった。
実施例13
洗浄したITO電極付きガラス板上に、4,4’−ビス[N−(9−フェナントリル)−N−フェニルアミノ]ビフェニルを真空蒸着して膜厚30nmの正孔注入層を得た。次いで化合物(18)と化合物(D3)を95:5の比率で共蒸着して膜厚50nmの発光層を得た。次いで、ビス(2−メチル−8−ヒドロキシキノリナート)(p−フェニルフェノラート)アルミニウム錯体を真空蒸着して膜厚10nmの正孔ブロッキング層、さらにビス(2−メチル−5−フェニル−8−ヒドロキシキノリナート)フェノラートガリウム錯体を蒸着して膜厚30nmの電子注入層を得た。その上に、マグネシウムと銀を10:1(重量比)で混合した合金で膜厚250nmの電極を形成して有機燐光発光素子を得た。この素子は、直流電圧10Vでの発光輝度6500(cd/m2)、最大発光輝度61900(cd/m2)、発光効率7.9(cd/A)の青色発光が得られた。
実施例14
発光層において、化合物(61)の代わりに化合物(79)を用いた他は実施例7と同様にして素子を作成した。この素子は直流電圧10Vでの発光輝度6450(cd/m2)、最大発光輝度55500(cd/m2)、発光効率44(cd/A)の緑色発光が得られた。また、発光輝度500(cd/m2)で定電流駆動したときの半減寿命は7700時間であった。
実施例15
洗浄したITO電極付きガラス板上に、4,4’,4”−トリス[N−(1−ナフチル)−N−フェニルアミノ]トリフェニルアミンを真空蒸着して膜厚20nmの正孔注入層を得た。次いで、NPDを真空蒸着して、膜厚30nmの正孔輸送層を得た。さらに、化合物(28)と化合物(D6)を97:3の比率で共蒸着して、膜厚40nmの発光層を作成し、次いでバソフェナントロリンを蒸着して膜厚5nmの正孔ブロッキング層、さらにAlq3を真空蒸着して膜厚30nmの電子注入層を作成した。その上に、フッ化リチウムを0.7nm、次いでアルミニウムを200nm真空蒸着することで電極を形成して、有機燐光発光素子を得た。この素子は、直流電圧10Vでの発光輝度4980(cd/m2)、最大発光輝度12000(cd/m2)、発光効率5.4(cd/A)の発光が得られた。また、発光輝度500(cd/m2)で定電流駆動したときの半減寿命は8500時間であった。
実施例16
洗浄したITO電極付きガラス板上に、NPDを真空蒸着して膜厚30nmの正孔注入層を得た。次いで、化合物(64)と化合物(D5)を98:2の比率で共蒸着し膜厚40nmの発光層を作成し、次いでビス(2−メチル−8−ヒドロキシキノリナート)(p−フェニルフェノラート)アルミニウム錯体を蒸着して膜厚10nmの正孔ブロッキング層、さらにAlq3を蒸着して膜厚30nmの電子注入層を得た。その上に、まずフッ化リチウムを1nm、次いでアルミニウムを200nm蒸着して電極を形成して有機燐光発光素子を得た。この素子は直流電圧10Vでの発光輝度1620(cd/m2)、最大発光輝度18400(cd/m2)、発光効率6.8(cd/A)の赤色発光が得られた。
実施例17
洗浄したITO電極付きガラス板上に、NPDを真空蒸着して膜厚30nmの正孔注入層を得た。次いで、化合物(70)と化合物(D1)を95:5の比率で共蒸着し膜厚40nmの発光層を作成し、次いでビス(2−メチル−8−ヒドロキシキノリナート)フェノラートアルミニウム錯体を蒸着して膜厚10nmの正孔ブロッキング層、さらにAlq3を蒸着して膜厚30nmの電子注入層を得た。その上に、まずフッ化リチウムを1nm、次いでアルミニウムを200nm蒸着して電極を形成して有機燐光発光素子を得た。この素子は直流電圧10Vでの発光輝度3780(cd/m2)、最大発光輝度86200(cd/m2)、発光効率45(cd/A)の緑色発光が得られた。
実施例18
洗浄したITO電極付きガラス板上に、4,4’−ビス[N−(9−フェナントリル)−N−フェニルアミノ]ビフェニルを真空蒸着して膜厚30nmの正孔注入層を得た。次いで、化合物(24)と化合物(D1)を93:7の比率で共蒸着し膜厚40nmの発光層を作成し、次いでビス(2−メチル−5−フェニル−8−ヒドロキシキノリナート)フェノラートアルミニウム錯体を蒸着して膜厚10nmの正孔ブロッキング層、さらにAlq3を蒸着して膜厚30nmの電子注入層を得た。その上に、まずフッ化リチウムを1nm、次いでアルミニウムを200nm蒸着して電極を形成して有機燐光発光素子を得た。この素子は直流電圧10Vでの発光輝度3520(cd/m2)、最大発光輝度99500(cd/m2)、発光効率53(cd/A)の緑色発光が得られた。また、発光輝度500(cd/m2)で定電流駆動したときの半減寿命は9100時間であった。
比較例4
化合物(24)の代わりに下記化合物(C3)を用いた他は実施例18と同様にして素子を作成した。この素子は直流電圧10Vでの発光輝度920(cd/m2)、最大発光輝度9500(cd/m2)、発光効率11(cd/A)であり、また、発光輝度500(cd/m2)で定電流駆動したときの半減寿命は520時間であった。
化合物(C3)
Figure 2005255889
実施例19
洗浄したITO電極付きガラス板上に、NPDを真空蒸着して膜厚40nmの正孔注入層を得た。次いで、CBPと化合物(D1)を93:7の比率で共蒸着して、膜厚40nmの発光層を作成し、次いで化合物(3)を真空蒸着して膜厚10nmの正孔ブロッキング層、さらにAlq3を真空蒸着して膜厚30nmの電子注入層を作成した。その上に、フッ化リチウムを0.7nm、次いでアルミニウムを200nm真空蒸着することで電極を形成して、有機燐光発光素子を得た。この素子は、直流電圧10Vでの発光輝度12500(cd/m2)、最大発光輝度95400(cd/m2)、発光効率58(cd/A)の発光が得られた。また、発光輝度500(cd/m2)で定電流駆動したときの半減寿命は5400時間であった。
比較例5
化合物(3)の代わりにビス(2−メチル−8−ヒドロキシキノリナート)(p−フェニルフェノラート)アルミニウム錯体を用いた他は実施例19と同様にして素子を作成した。この素子は、直流電圧10Vでの発光輝度6450(cd/m2)、最大発光輝度80200(cd/m2)、発光効率34(cd/A)の発光が得られたが、発光輝度500(cd/m2)で定電流駆動したときの半減寿命は1600時間であった。
実施例20
洗浄したITO電極付きガラス板上に、銅フタロシアニンを真空蒸着して、膜厚30nmの正孔注入層を得た。次に、NPDを真空蒸着して、膜厚20nmの正孔輸送層を得た。さらに、CBPと化合物(D3)を90:10の比率で共蒸着して、膜厚40nmの発光層を作成し、次いで化合物(44)を蒸着して膜厚10nmの正孔ブロッキング層、さらにAlq3を真空蒸着して膜厚30nmの電子注入層を作成した。その上に、フッ化リチウムを1nm、次いでアルミニウムを200nm真空蒸着することで電極を形成して、有機燐光発光素子を得た。この素子は、直流電圧10Vでの発光輝度8890(cd/m2)、最大発光輝度72100(cd/m2)、発光効率12(cd/A)の発光が得られた。また、発光輝度500(cd/m2)で定電流駆動したときの半減寿命は3500時間であった。
実施例21
洗浄したITO電極付きガラス板上に、4,4’−ビス[N−(9−フェナントリル)−N−フェニルアミノ]ビフェニルを真空蒸着して膜厚30nmの正孔注入層を得た。次に、化合物(C4)と化合物(D5)を95:5の比率で共蒸着して、膜厚40nmの発光層を作成し、次いで化合物(49)を蒸着して膜厚10nmの正孔ブロッキング層、さらにビス(2−メチル−5−フェニル−8−ヒドロキシキノリナート)フェノラートガリウム錯体を真空蒸着して膜厚30nmの電子注入層を作成した。その上に、フッ化マグネシウムを1nm、次いでアルミニウムを200nm真空蒸着することで電極を形成して、有機燐光発光素子を得た。この素子は、直流電圧10Vでの発光輝度7600(cd/m2)、最大発光輝度24500(cd/m2)、発光効率7.8(cd/A)の発光が得られた。また、発光輝度500(cd/m2)で定電流駆動したときの半減寿命は6700時間であった。
化合物(C4)
Figure 2005255889
比較例6
化合物(49)の代わりにバソクプロインを用いた他は実施例21と同様にして素子を作成した。この素子は、直流電圧10Vでの発光輝度3220(cd/m2)、最大発光輝度18200(cd/m2)、発光効率4.2(cd/A)の発光が得られたが、発光輝度500(cd/m2)で定電流駆動したときの半減寿命は1900時間であった。
実施例22
洗浄したITO電極付きガラス板上に、TPDを塩化メチレンに溶解させ、スピンコーティング法により膜厚40nmの正孔注入層を得た。さらに、化合物(C5)と化合物(D2)を92:8の比率で共蒸着して、膜厚40nmの発光層を作成し、次いで化合物(86)を蒸着して膜厚50nmの電子注入層を作成した。その上に、マグネシウムと銀を10:1(重量比)で混合した合金で膜厚250nmの電極を共蒸着で形成して有機燐光発光素子を得た。この素子は、直流電圧10Vでの発光輝度7860(cd/m2)、最大発光輝度89200(cd/m2)、発光効率41(cd/A)の発光が得られた。
化合物(C5)
Figure 2005255889
実施例23
洗浄したITO電極付きガラス板上に、4,4’,4”−トリス[N−(1−ナフチル)−N−フェニルアミノ]トリフェニルアミンを真空蒸着して膜厚40nmの正孔注入層を得た。次いで、NPDを真空蒸着して膜厚10nmの正孔輸送層を得た。さらに、化合物(C6)と化合物(D1)を94:6の比率で共蒸着して、膜厚40nmの発光層を作成し、次いで化合物(55)を蒸着して膜厚10nmの正孔ブロッキング層、さらにAlq3を真空蒸着して膜厚30nmの電子注入層を作成した。その上に、フッ化リチウムを1nm、次いでアルミニウムを200nm真空蒸着することで電極を形成して、有機燐光発光素子を得た。この素子は、直流電圧10Vでの発光輝度10500(cd/m2)、最大発光輝度112000(cd/m2)、発光効率52(cd/A)の発光が得られた。
化合物(C6)
Figure 2005255889
実施例24
洗浄したITO電極付きガラス板上に、NPDを真空蒸着して膜厚40nmの正孔注入層を得た。さらに、CBPと化合物(D1)を93:7の比率で共蒸着して、膜厚40nmの発光層を作成し、次いで化合物(80)を蒸着して膜厚10nmの正孔ブロッキング層、さらに化合物(C4)を真空蒸着して膜厚30nmの電子注入層を作成した。その上に、フッ化リチウムを1nm、次いでアルミニウムを200nm真空蒸着することで電極を形成して、有機燐光発光素子を得た。この素子は、直流電圧10Vでの発光輝度12100(cd/m2)、最大発光輝度79000(cd/m2)、発光効率43(cd/A)の発光が得られた。
実施例25
洗浄したITO電極付きガラス板上に、2,3,6,7,10,11−ヘキサメトキシトリフェニレンを真空蒸着して膜厚50nmの正孔注入層を得た。さらに、化合物(C5)と化合物(D2)を88:12の比率で共蒸着して、膜厚50nmの発光層を作成し、次いで化合物(77)を蒸着して膜厚10nmの正孔ブロッキング層、さらにビス(2−メチル−8−ヒドロキシキノリナート)シアノフェノラートガリウム錯体を真空蒸着して膜厚30nmの電子注入層を作成した。その上に、フッ化リチウムを1nm、次いでアルミニウムを200nm真空蒸着することで電極を形成して、有機燐光発光素子を得た。この素子は、直流電圧10Vでの発光輝度8900(cd/m2)、最大発光輝度94500(cd/m2)、発光効率51(cd/A)の発光が得られた。
本実施例で半減寿命を明記した例以外の素子において、発光輝度500(cd/m2)で定電流駆動したところ、全ての実施例の素子において1000時間の時点で初期輝度の8割より低下したものはなかった。
本発明の有機燐光発光素子は、壁掛けテレビ等のフラットパネルディスプレイや、平面発光体として、複写機やプリンター等の光源、液晶ディスプレイや計器類等の光源、表示板、標識灯等へ応用が考えられ、その工業的価値は非常に大きい。また、本発明の材料は、従来型の有機EL素子、電子写真感光体、光電変換素子、太陽電池、イメージセンサー等の分野においても使用できる。

Claims (15)

  1. 下記一般式[1]で示される部分構造を少なくとも2つ有し、かつ、それぞれの部分構造同士は一般式[1]中の点線部を介してπ共役で連なっている電子受容性化合物(A)、および燐光発光材料(B)を含んでなる有機エレクトロルミネッセンス素子用材料。
    一般式[1]
    Figure 2005255889
    [式中、Eは、二重結合と一体で電子求引性基を構成する構造の一部である。
    1〜R4は、互いにそれぞれ独立に、水素原子、ハロゲン原子、シアノ基、ニトロ基、置換もしくは未置換のアルキル基、置換もしくは未置換のアルコキシ基、置換もしくは未置換のアリールオキシ基、置換もしくは未置換のアルキルチオ基、置換もしくは未置換のアリールチオ基、置換もしくは未置換のアミノ基、置換もしくは未置換のアシル基、置換もしくは未置換のアリール基、置換もしくは未置換の複素環基であり、置換基同士で一体となって環を形成していても良い。]
  2. 電子受容性化合物(A)が、下記一般式[2]で示される化合物である請求項1記載の有機エレクトロルミネッセンス素子用材料。
    一般式[2]
    Figure 2005255889
    [式中、E1、E2は、それぞれ独立に、二重結合と一体で電子求引性基を構成する構造の一部である。
    Aは、直接結合、またはキノノイド結合もしくはπ共役で連なる構造を持つ連結基である。R11〜R18は互いにそれぞれ独立に、水素原子、ハロゲン原子、シアノ基、ニトロ基、置換もしくは未置換のアルキル基、置換もしくは未置換のアルコキシ基、置換もしくは未置換のアリールオキシ基、置換もしくは未置換のアルキルチオ基、置換もしくは未置換のアリールチオ基、置換もしくは未置換のアミノ基、置換もしくは未置換のアシル基、置換もしくは未置換の炭素環基、置換もしくは未置換の複素環基であり、置換基同士または連結基Aと一体となって環を形成していても良い。]
  3. 電子受容性化合物(A)の電子求引性基が、カルボニル基、チオカルボニル基、シアノイミノ基、ジシアノメチレン基のいずれかである請求項1または2記載の有機エレクトロルミネッセンス素子用材料。
  4. 電子受容性化合物(A)の連結基が、直接結合である請求項2または3記載の有機エレクトロルミネッセンス素子用材料。
  5. 燐光発光材料(B)が、有機化合物もしくは有機残基の配位子からなるイリジウムもしくは白金錯体を含んでなる請求項1〜4いずれか記載の有機エレクトロルミネッセンス素子用材料。
  6. 一対の電極間に発光層または発光層を含む複数層の有機化合物薄膜を形成してなる有機エレクトロルミネッセンス素子において、前記層のいずれかが、下記一般式[1]で示される部分構造を少なくとも2つ有し、かつ、それぞれの部分構造同士は一般式[1]中の点線部を介してπ共役で連なっている電子受容性化合物(A)を含んでなり、
    発光層が、燐光発光材料(B)を含んでなる有機エレクトロルミネッセンス素子。
    一般式[1]
    Figure 2005255889
    [式中、R1〜R4は互いにそれぞれ独立に、水素原子、ハロゲン原子、シアノ基、ニトロ基、置換もしくは未置換のアルキル基、置換もしくは未置換のアルコキシ基、置換もしくは未置換のアリールオキシ基、置換もしくは未置換のアルキルチオ基、置換もしくは未置換のアリールチオ基、置換もしくは未置換のアミノ基、置換もしくは未置換のアシル基、置換もしくは未置換のアリール基、置換もしくは未置換の複素環基であり、置換基同士で一体となって環を形成していても良い。]
  7. 電子受容性化合物(A)が、下記一般式[2]で示される化合物である請求項6記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
    一般式[2]
    Figure 2005255889
    [式中、E1、E2は、それぞれ独立に、二重結合と一体で電子求引性基を構成する構造の一部である。Aは直接結合、またはキノノイド結合もしくはπ共役で連なる構造を持つ連結基である。R11〜R18は互いにそれぞれ独立に、水素原子、ハロゲン原子、シアノ基、ニトロ基、置換もしくは未置換のアルキル基、置換もしくは未置換のアルコキシ基、置換もしくは未置換のアリールオキシ基、置換もしくは未置換のアルキルチオ基、置換もしくは未置換のアリールチオ基、置換もしくは未置換のアミノ基、置換もしくは未置換のアシル基、置換もしくは未置換の炭素環基、置換もしくは未置換の複素環基であり、置換基同士または連結基Aと一体となって環を形成していても良い。]
  8. 電子受容性化合物(A)の電子求引性基が、カルボニル基、チオカルボニル基、シアノイミノ基、ジシアノメチレン基のいずれかである請求項6または7記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
  9. 電子受容性化合物(A)の連結基が直接結合である請求項7または8記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
  10. 燐光発光材料(B)が、有機化合物もしくは有機残基の配位子からなるイリジウムもしくは白金錯体を含んでなる請求項6〜9いずれか記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
  11. 一対の電極間に発光層または発光層を含む複数層の有機化合物薄膜を形成してなる有機エレクトロルミネッセンス素子において、発光層が請求項1〜5いずれか記載の有機エレクトロルミネッセンス素子用材料を含有する有機エレクトロルミネッセンス素子。
  12. さらに、陰極と発光層との間に電子注入層を形成することを特徴とする請求項6〜11いずれか記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
  13. さらに、電子注入層と発光層との間に正孔ブロッキング層を形成することを特徴とする請求項12記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
  14. 正孔ブロッキング層が、電子受容性化合物(A)を含んでなる請求項13記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
  15. さらに、陽極と発光層との間に正孔注入層を形成することを特徴とする請求項6〜14いずれか記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。

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