JP2006219393A - 化合物、発光素子及び画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 有機ＥＬ素子用に好適に使用し得る新規な化合物を提供する。
【解決手段】 分子中に置換基を有していてもよいインデノインドール環を含む部分構造を少なくとも一つ有する化合物。
【選択図】 なし

Description

本発明は、発光素子用の新規な有機化合物と平面光源や平面状ディスプレイ等に使用される有機発光素子（有機エレクトロルミネッセンス素子、あるいは有機ＥＬ素子とも言う）に関する。

有機発光素子は、古くはアントラセン蒸着膜に電圧を印加して発光させた例（非特許文献１）等がある。しかし近年、無機発光素子に比べて大面積化が容易であることや、各種新材料の開発によって所望の発色が得られることや、また低電圧で駆動可能であるなどの利点や、さらには高速応答性や高効率の発光素子として、材料開発を含めて、デバイス化のための応用研究が精力的に行われている。

例えば、非特許文献２に詳述されているように、一般に有機ＥＬ素子は透明基板上に形成された、上下２層の電極と、この間に発光層を含む有機物層が形成された構成を持つ。

また最近では、従来の１重項励起子から基底状態に遷移するときの蛍光を利用した発光だけでなく、非特許文献３，４に代表される三重項励起子を経由した燐光発光を利用する素子の検討もなされている。これらの文献では４層構成の有機層が主に用いられている。それは、陽極側からホール輸送層、発光層、励起子拡散防止層、電子輸送層からなる。用いられている材料は、キャリア輸送材料とりん光発光性材料Ｉｒ（ｐｐｙ）₃である。

また、蛍光性有機化合物の種類を変えることにより、紫外から赤外までの発光が可能であり、最近では様々な化合物の研究が活発に行われている。

さらに、上記のような低分子材料を用いた有機発光素子の他にも、共役系高分子を用いた有機発光素子が、ケンブリッジ大学のグループにより報告されている（非特許文献５）。この報告ではポリフェニレンビニレン（ＰＰＶ）を塗工系で成膜することにより、単層で発光を確認している。

このように有機発光素子における最近の進歩は著しく、その特徴は低印加電圧で高輝度、発光波長の多様性、高速応答性、薄型、軽量の発光デバイス化が可能であることから、広汎な用途への可能性を示唆している。

しかしながら、現状では更なる高輝度の光出力あるいは高変換効率が必要である。また、長時間の使用による経時変化や酸素を含む雰囲気気体や湿気などによる劣化等の耐久性の面で未だ多くの問題がある。さらにはフルカラーディスプレイ等への応用を考えた場合の色純度の良い青、緑、赤の発光が必要となるが、これらの問題に関してもまだ十分でない。

また、電子輸送層や発光層などに用いる蛍光性有機化合物として、芳香族化合物や縮合多環芳香族化合物が数多く研究されているが、発光輝度や耐久性が十分に満足できるものは得られているとは言いがたい。

また、本発明に関連するインドール化合物の特許文献として特許文献１，２，３が挙げられるが、分子構造式にインデノインドール環を含む部分構造を有することを特徴とする本発明の有機化合物の開示はない。

特許第３２２９６５４号公報 特開２００２−３０５０８４号公報 特開２００３−２７７７４３号公報 Ｔｈｉｎ Ｓｏｌｉｄ Ｆｉｌｍｓ，９４（１９８２）１７１ Ｍａｃｒｏｍｏｌ．Ｓｙｍｐ．１２５，１〜４８（１９９７） Ｉｍｐｒｏｖｅｄ ｅｎｅｒｇｙ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｉｎ ｅｌｅｃｔｒｏｐｈｏｓｐｈｏｒｅｓｃｅｎｔ ｄｅｖｉｃｅ（Ｄ．Ｆ．Ｏ’Ｂｒｉｅｎ他，Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ Ｖｏｌ７４，Ｎｏ３ ｐ４２２（１９９９）） Ｖｅｒｙ ｈｉｇｈ−ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｇｒｅｅｎ ｏｒｇａｎｉｃ ｌｉｇｈｔ−ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｄｅｖｉｃｅｓ ｂａｓｄ ｏｎ ｅｌｅｃｔｒｏｐｈｏｓｐｈｏｒｅｓｃｅｎｃｅ（Ｍ．Ａ．Ｂａｌｄｏ他，Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ Ｖｏｌ ７５，Ｎｏ１ ｐ４（１９９９）） Ｎａｔｕｒｅ，３４７，５３９（１９９０）

本発明は、有機ＥＬ素子用に好適に使用し得る新規な化合物を提供することを目的とする。

また、本発明は、該化合物を用いた、高効率で高輝度な光出力を有し、高耐久性で、製造が容易でかつ比較的安価に作成可能な有機発光素子を提供することを目的とする。

本発明の化合物は、分子中に置換基を有していてもよいインデノインドール環を含む部分構造を少なくとも一つ有することを特徴とする。

また、本発明の発光素子は、一または複数の有機化合物を含む層を有する発光素子であって、該有機化合物層を含む層の少なくとも一層が上記化合物を含有することを特徴とする。

また、本発明の画像表示装置は、上記発光素子と、該発光素子に電気信号を供給する手段とを具備することを特徴とする。

本発明の化合物は、安定なガラス状態を持ち、蒸着などにより安定なアモルファス膜を形成することができる。また、有機溶媒に対する溶解度が大きく、再結晶やカラムクロマトによる精製が容易である。

本発明の化合物を用いた有機発光素子、特に発光層のホスト材料として用いた有機発光素子は、高効率で高輝度な光出力を有し、また、高耐久性を有し、さらには製造が容易でかつ比較的安価に作成可能である。また、本発明の発光素子は表示素子としても優れている。

まず、本発明の化合物について説明する。

本発明の化合物は、インデノインドール環を含む部分構造が下記一般式（１）または（２）で示されることが好ましい。

［Ａ₁およびＡ₂はそれぞれ独立して単結合または置換基を有していてもよいアリーレン基または置換基を有していてもよい２価の複素環基を示す。

Ｒ₁〜Ｒ₂₀はそれぞれ独立して水素原子、ハロゲン原子、炭素原子数１から２０の直鎖状または分岐状のアルキル基（該アルキル基の１つもしくは隣接しない２つ以上のメチレン基は−Ｏ−、−Ｓ−、−ＣＯ−、−ＣＯ−Ｏ−、−Ｏ−ＣＯ−、−ＣＨ＝ＣＨ−、−Ｃ≡Ｃ−で置き換えられていてもよく、また、１つもしくは２つ以上のメチレン基は置換基を有していてもよいアリーレン基または置換基を有していてもよい２価の複素環基で置き換えられていてもよく、該アルキル基中の水素原子はフッ素原子に置換されていてもよい。）、置換基を有していてもよいアリール基または置換基を有していてもよい複素環基から選ばれ、隣接するものは結合して環構造を形成してもよい。］

下記一般式（３）または（４）で示されることがより好ましい。

［ｍおよびｎはそれぞれ１〜６の整数である。

Ｘ₁、Ｘ₂はそれぞれ、単結合、置換基を有していてもよい芳香属炭化水素基、置換基を有していてもよい複素環基、または、置換基を有していてもよいアミノ基を示す。］

ここで、Ｘ₁、Ｘ₂の具体的な構造としては、例えば、芳香属炭化水素基の環としては、ベンゼン、ナフタレン、アントラセン、フェナントレン、フルオレン等が挙げられ、複素環基の環としては、インデノインドール、インドール、カルバゾール、ピリジン、ピリミジン、トリアジン、イミダゾール、ピロール、ピラゾール、フェナントロリン、チオフェン、キノリン、イソキノリン等が挙げられ、アミノ基としては、窒素原子、フェニルアミン、ジフェニルアミン、トリルアミン等が挙げられる。

以下、本発明の化合物の具体的な例を以下に示す。但し、これらは、代表例を例示しただけで、本発明は、これに限定されるものではない。

本発明の化合物は、Ｔｅｔｒａｈｅｄｒｏｎ、４７（１９９１）４３８３を参考にして合成する事が出来る。

次に、本発明の発光素子及び画像表示装置について説明する。

本発明の発光素子は、一または複数の有機化合物を含む層を有する発光素子であって、該有機化合物層を含む層の少なくとも一層、好ましくは発光層が、上記本発明の化合物を含有し、好ましくは、有機化合物を含む層が、対向する２つの電極に狭持され、該電極間に電圧を印加することにより発光するものである。

本発明の有機化合物を含有する発光層には、更にゲスト材料として、一又は複数の燐光発光材料、好ましくは金属配位化合物、より好ましくはイリジウム配位化合物を含有させることが好ましい。ゲスト材料の含有割合は、特に制限されないが、１ｗｔ％〜２０ｗｔ％であることが好ましい。

本発明の基本的な素子構成を図１に示した。

図１に示したように、一般に有機ＥＬ素子は透明基板１５上に、５０〜２００ｎｍの膜厚を持つ透明電極１４と、複数層の有機膜層と、及びこれを挟持するように金属電極１１が形成される。

図１（ａ）では、有機層が発光層１２とホール輸送層１３からなる例を示した。透明電極１４としては、仕事関数が大きなＩＴＯなどが用いられ、透明電極１４からホール輸送層１３へホール注入しやすくしている。金属電極１１には、アルミニウム、マグネシウムあるいはそれらを用いた合金など、仕事関数の小さな金属材料を用い、有機層への電子注入をしやすくしている。

発光層１２には、本発明の化合物を用いることが好ましいが、ホール輸送層１３には、例えばトリフェニルジアミン誘導体、代表例としては以下に示すα−ＮＰＤなど、電子供与性を有する材料も適宜用いることができる。

以上の構成した素子は電気的整流性を示し、金属電極１１を陰極に透明電極１４を陽極になるように電界を印加すると、金属電極１１から電子が発光層１２に注入され、透明電極１５からはホールが注入される。注入されたホールと電子は、発光層１２内で再結合して励起子が生じ、発光する。この時、ホール輸送層１３は電子のブロッキング層の役割を果たし、発光層１２とホール輸送層１３の間の界面における再結合効率が上がり、発光効率が上がる。

さらに図１（ｂ）では、図１（ａ）の金属電極１１と発光層１２の間に、電子輸送層１６が設けられている。発光機能と電子及びホール輸送機能を分離して、より効果的なキャリアブロッキング構成にすることで、発光効率を上げている。電子輸送層１６としては、例えばオキサジアゾール誘導体などを用いることができる。

また図１（ｃ）に示すように、陽極である透明電極１４側から、ホール輸送層１３、発光層１２、励起子拡散防止層１７、及び電子輸送層１６からなる４層構成とすることも望ましい形態である。

本発明に係る高効率な発光素子は、省エネルギーや高輝度が必要な製品に応用が可能である。応用例としては表示装置・照明装置やプリンターの光源、液晶表示装置のバックライトなどが考えられる。表示装置としては、省エネルギーや高視認性・軽量なフラットパネルディスプレイが可能となる。また、プリンターの光源としては、現在広く用いられているレーザビームプリンタのレーザー光源部を、本発明の発光素子に置き換えることができる。具体的には、独立にアドレスできる発光素子をアレイ上に配置し、感光ドラムに所望の露光を行うことで、画像形成する。本発明の発光素子を用いることで、装置体積を大幅に減少することができる。照明装置やバックライトに関しては、本発明による省エネルギー効果が期待できる。

ディスプレイへの応用では、アクティブマトリクス方式であるＴＦＴ駆動回路を用いて駆動する方式が考えられる。以下、図２〜４を参照して、本発明の素子において、アクティブマトリクス基板を用いた例について説明する。

図２は、ＥＬ素子と駆動手段を備えたパネルの構成の一例を模式的に示したものである。パネルには、走査信号ドライバー、情報信号ドライバー、電流供給源が配置され、それぞれゲート選択線、情報信号線、電流供給線に接続される。ゲート選択線と情報信号線の交点には図３に示す画素回路が配置される。走査信号ドライバーは、ゲート選択線Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３．．．Ｇｎを順次選択し、これに同期して情報信号ドライバーから画像信号が印加される。

次に画素回路の動作について説明する。この画素回路においては、ゲート選択線に選択信号が印加されると、ＴＦＴ１がＯＮとなり、Ｃａｄｄに画像信号が供給され、ＴＦＴ２のゲート電位を決定する。ＥＬ素子には、ＴＦＴ２のゲート電位に応じて、電流供給線より電流が供給される。ＴＦＴ２のゲート電位は、ＴＦＴ１が次に走査選択されるまでＣａｄｄに保持されるため、ＥＬ素子には次の走査が行われるまで流れつづける。これにより１フレーム期間常に発光させることが可能となる。

図４は、本発明で用いられるＴＦＴ基板の断面構造の一例を示した模式図である。ガラス基板上にｐ−Ｓｉ層が設けられ、チャネル、ドレイン、ソース領域にはそれぞれ必要な不純物がドープされる。この上にゲート絶縁膜を介してゲート電極が設けられると共に、上記ドレイン領域、ソース領域に接続するドレイン電極、ソース電極が形成されている。これらの上に絶縁層、及び画素電極としてＩＴＯ電極を積層し、コンタクトホールにより、ＩＴＯとドレイン電極が接続される。

本発明は、スイッチング素子に特に限定はなく、単結晶シリコン基板やＭＩＭ素子、ａ−Ｓｉ型等でも容易に応用することができる。

上記ＩＴＯ電極の上に多層あるいは単層の有機ＥＬ層／陰極層を順次積層し有機ＥＬ表示パネルを得ることができる。本発明の有機化合物を用いた表示パネルを駆動することにより、良好な画質で、長時間表示にも安定な表示が可能になる。

以下に実施例を挙げて本発明を具体的に説明する。但し、本発明はこれらに限定されるものではない。

＜実施例１（例示化合物Ｎｏ．Ｉ−４の合成）＞

３−フェニルインダン−１−オン２．８５ｇ（１３．７ｍｍｏｌｅ）、フェニルヒドラジン１．３８ｍｌ（１４．０ｍｍｏｌｅ）、酢酸８０ｍｌ、濃塩酸４．０ｍｌを３００ｍｌの３つ口フラスコに入れ、窒素気流下８時間室温で攪拌を行った。反応溶液を冷水１５０ｍｌに注ぎ、濾過を行い、得られた結晶をメタノールで洗浄した。結晶をトルエンに溶解し、シリカゲルカラムクロマト（溶離液：トルエン／酢酸エチル：２０／１）で精製し、トルエンで再結晶して１０−フェニル−４ｂ，５，９ｂ，１０−テトラヒドロ−インデノ［１，２−ｂ］インドールの結晶１．２４ｇ（収率３２．２％）を得た。

窒素気流下、１０−フェニル−４ｂ，５，９ｂ，１０−テトラヒドロ−インデノ［１，２−ｂ］インドール０．４０ｇ（１．４２ｍｍｏｌｅ）、４，４’−ジヨードビフェニル０．２７ｇ（０．６７ｍｍｏｌｅ）、ｔ−ブトキシナトリウム０．１５ｇ（１．５６ｍｍｏｌｅ）、ｏ−キシレン７．５ｍｌを１００ｍｌの３つ口フラスコに入れ、ｏ−キシレン７．５ｍｌに酢酸パラジウム１７ｍｇとｔ−ブチルホスフィン４０ｍｇを溶解した溶液をゆっくり滴下した後、加熱還流下、４時間攪拌した。反応終了後、反応液に水を加ええ、酢酸エチルで２回抽出した。有機層を水洗し、硫酸マグネシウムで乾燥後に減圧乾固し、シリカゲルカラムクロマト（溶離液：トルエン）で精製後、アセトンで再結晶して例示化合物Ｎｏ．Ｉ−４の結晶０．２８ｇ（収率５９．１％）を得た。

ＭＡＬＤＩ−ＴＯＦ ＭＳ（マトリックス支援イオン化−飛行時間型質量分析）によりこの化合物のＭ⁺である７１２．３を確認した。

また、ＮＭＲ測定によりこの化合物の構造を確認した。
¹Ｈ ＮＭＲ（ＣＤＣｌ₃，４００ＭＨｚ）σ（ｐｐｍ）８．００（ｄ，４Ｈ，Ｊ＝８．３Ｈｚ），７．８０（ｄ，４Ｈ，Ｊ＝８．３Ｈｚ），７．５０（ｄ，２Ｈ，Ｊ＝８．２Ｈｚ），７．４０（ｄ，２Ｈ，Ｊ＝８．２Ｈｚ），７．３３（ｄ，２Ｈ，Ｊ＝８．２Ｈｚ），７．１２−７．３２（ｍ，２０Ｈ），５．０９（ｓ，２Ｈ）

＜実施例２＞
図５に示す有機層が３層の素子を作製した。

ガラス基板（透明基板１５）上に厚み１００ｎｍのＩＴＯ（透明電極１４）を電極面積が３．１４ｍｍ²になるようにパターニングした。そのＩＴＯ基板上に、以下の有機層と電極層を１０^-4Ｐａの真空チャンバー内で抵抗加熱による真空蒸着し、連続製膜することによって、素子を作製した。
ホール輸送層１３（４０ｎｍ）：化合物Ａ
発光層１２（４０ｎｍ）：［ホスト］例示化合物Ｎｏ．Ｉ−４、［ゲスト（１０重量％）］化合物Ｂ
電子輸送層１６（３０ｎｍ）：Ｂｐｈｅｎ
金属電極層１１−２（１５ｎｍ）：ＫＦ
金属電極層１１−１（１００ｎｍ）：Ａｌ

この素子において輝度が６００ｃｄ／ｍ²における電流効率は１．８Ｃｄ／Ａ、電力効率では１．２ｌｍ／Ｗを得ることができた。このときの発光スペクトルのピークは６２０ｎｍであり、ＣＩＥ色度座標は（０．６８，０．３２）であった。

また、この素子に８Ｖの電圧を１００時間連続して通電しても、安定した効率の高い発光が得られた。

＜実施例３＞
発光層１２のゲストとして、化合物Ｂの代わりに、化合物Ｃを４重量％と化合物Ｄを８重量％ダブルドーピングした以外は、実施例２と同様にして素子を作製した。

この素子において輝度が６００ｃｄ／ｍ²における電流効率は５．２Ｃｄ／Ａ、電力効率では４．３ｌｍ／Ｗを得ることができた。このときの発光スペクトルのピークは６０８ｎｍであり、ＣＩＥ色度座標は（０．６５，０．３６）であった。

また、この素子に８Ｖの電圧を１００時間連続して通電しても、安定した効率の高い発光が得られた。

本発明の発光素子の一例を示す図である。 ＥＬ素子と駆動手段を備えたパネルの構成の一例を模式的に示した図である。 画素回路の一例を示す図である。 ＴＦＴ基板の断面構造の一例を示した模式図である。 実施例で製造した発光素子の概略断面図である。

Claims (11)

1. 分子中に置換基を有していてもよいインデノインドール環を含む部分構造を少なくとも一つ有することを特徴とする化合物。
2. 前記インデノインドール環を含む部分構造が下記一般式（１）または（２）で示されることを特徴とする請求項１に記載の化合物。
   

   

   ［Ａ₁およびＡ₂はそれぞれ独立して単結合または置換基を有していてもよいアリーレン基または置換基を有していてもよい２価の複素環基を示す。
   Ｒ₁〜Ｒ₂₀はそれぞれ独立して水素原子、ハロゲン原子、炭素原子数１から２０の直鎖状または分岐状のアルキル基（該アルキル基の１つもしくは隣接しない２つ以上のメチレン基は−Ｏ−、−Ｓ−、−ＣＯ−、−ＣＯ−Ｏ−、−Ｏ−ＣＯ−、−ＣＨ＝ＣＨ−、−Ｃ≡Ｃ−で置き換えられていてもよく、また、１つもしくは２つ以上のメチレン基は置換基を有していてもよいアリーレン基または置換基を有していてもよい２価の複素環基で置き換えられていてもよく、該アルキル基中の水素原子はフッ素原子に置換されていてもよい。）、置換基を有していてもよいアリール基または置換基を有していてもよい複素環基から選ばれ、隣接するものは結合して環構造を形成してもよい。］
3. 下記一般式（３）または（４）で示されることを特徴とする請求項２記載の化合物。
   

   

   ［ｍおよびｎはそれぞれ１〜６の整数である。
   Ｘ₁、Ｘ₂はそれぞれ、単結合、置換基を有していてもよい芳香属炭化水素基、置換基を有していてもよい複素環基、または、置換基を有していてもよいアミノ基を示す。］
4. 一または複数の有機化合物を含む層を有する発光素子であって、該有機化合物層を含む層の少なくとも一層が請求項１〜３のいずれかに記載の化合物を含有することを特徴とする発光素子。
5. 前記化合物を含有する層が発光層であることを特徴とする請求項４に記載の発光素子。
6. 前記発光層が、更に燐光発光材料を含有することを特徴とする請求項５に記載の発光素子。
7. 前記発光層が、複数の燐光発光材料を含有することを特徴とする請求項６に記載の発光素子。
8. 前記燐光発光材料が金属配位化合物であることを特徴とする請求項５または６に記載の発光素子。
9. 前記金属配位化合物がイリジウム配位化合物であることを特徴とする請求項７に記載の発光素子。
10. 前記有機化合物を含む層が、対向する２つの電極に狭持され、該電極間に電圧を印加することにより発光することを特徴とする請求項４〜９のいずれかに記載の発光素子。
11. 請求項４〜１０のいずれかに記載の発光素子と、該発光素子に電気信号を供給する手段とを具備したことを特徴とする画像表示装置。

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