JP2007242712A

JP2007242712A - 有機電界発光素子

Info

Publication number: JP2007242712A
Application number: JP2006059872A
Authority: JP
Inventors: Masamichi Ikai; 正道猪飼; Hisato Takeuchi; 久人竹内; Koji Noda; 浩司野田; Tomohiko Mori; 朋彦森; Hisayoshi Fujikawa; 久喜藤川
Original assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Current assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date: 2006-03-06
Filing date: 2006-03-06
Publication date: 2007-09-20

Abstract

【課題】発光効率が高くかつ耐熱性に優れる有機電界発光素子を提供する。
【解決手段】下記式（１）で示されるオクタフェニルキンケフェニル誘導体を有機層中に含む。

（式（１）中、Ｒ_１〜Ｒ_５４は、水素原子、アルキル基等。）
【選択図】なし

Description

本発明は、有機電界発光素子に関する。

有機発光素子、特に電界発光機能を備えた有機電界発光素子（以下、「有機ＥＬ素子」と呼ぶことがある）は、次世代平面ディスプレイとして注目されている。この有機電界発光素子を用いることにより、例えば、低消費電力、広視野角、自発光、高速応答性などの特徴を有するフルカラー高解像度ディスプレイの実現が可能である。

従来の有機電界発光素子の発光は、主に蛍光を利用したものであった。すなわち、発光層を挟んで電極を設け、両電極から電子及びホールを注入すると、それらが対電極に向かい、発光層においてある割合で再結合して励起子を生成し、その励起子の励起状態が基底状態に戻るときに発光が生じる。この励起状態には、電子スピンの向きが反平行である一重項励起状態と、電子スピンの向きが平行である三重項励起状態とがある。蛍光はこの一重項励起状態のみが関与する発光形態である。単純な量子力学的推論から、一重項励起状態と三重項励起状態の生成比率は１：３であるので、蛍光を利用した有機電界発光素子の場合には、内部量子効率の最大値は２５％となる。つまり、励起状態の７５％は発光に使用されないことになる。

さらに、有機電界発光素子に用いられる有機材料の屈折率（ｎ）は約１．６〜１．７であり、また、外部への取り出し効率（ηext）は、古典光学における反射と屈折の法則からηext＝１／（２ｎ^２）≒０．２、つまり２０％程度である。そのため、蛍光を利用した有機電界発光素子においては、その外部量子効率は、内部量子効率（２５％）×取り出し効率（２０％）となり、最大５％程度と見積もられる。

このため、外部量子効率をさらに向上させるためには、励起状態のうち７５％を占める三重項励起状態からの発光、すなわち燐光も利用する必要がある。燐光の利用が可能となれば、外部量子効率を最大２０％程度まで向上させることができる。

そこで、最近では、燐光型有機ＥＬ素子の開発が進められており、燐光型発光材料を用いることで従来の蛍光素子の外部量子効率における理論限界の５％を超え、緑色では外部量子効率が１９％にも達する高効率素子が報告されている。

燐光発光を利用した燐光型発光材料の開発は高効率発光の観点から活発に研究がされており、緑色、赤色燐光発光材料については、高い色純度を実現する材料が報告されている。また、青色燐光発光材料についても、これを用いた有機電界発光素子が、例えば、非特許文献１〜４などに報告されている。

さらに、高効率発光のために、燐光発光材料自体の開発だけではなく、発光材料と共に発光層に用いられる、燐光発光材料（ドーパント）のホスト材料の開発も行われている。例えば、特許文献１，２には、青色燐光発光材料（ドーパント）のホスト材料である青色燐光用ホスト材料について報告されている。

安達（Ａｄａｃｈｉ）ら、「ＡｐｐｌｉｅｄＰｈｙｓｉｃｓＬｅｔｔｅｒｓ（アプライド・フィジックス・レターズ）」、２００１年、７９巻、ｐｐ．２０８２−２０８４ホルムズ（Ｈｏｌｍｅｓ）ら、「ＡｐｐｌｉｅｄＰｈｙｓｉｃｓＬｅｔｔｅｒｓ（アプライド・フィジックス・レターズ）」、２００３年、８２巻、ｐｐ．２４２２−２４２４時任（Ｔｏｋｉｔｏ）ら、「ＡｐｐｌｉｅｄＰｈｙｓｉｃｓＬｅｔｔｅｒｓ（アプライド・フィジックス・レターズ）」、２００３年、８３巻、ｐｐ．５６９−５７１ホルムズ（Ｈｏｌｍｅｓ）ら、「ＡｐｐｌｉｅｄＰｈｙｓｉｃｓＬｅｔｔｅｒｓ（アプライド・フィジックス・レターズ）」、２００３年、８３巻、ｐｐ．３８１８−３８２０特開２００３−２７０４８号公報特開２００４−２４４４００号公報

しかしながら、上記非特許文献１〜４に記載されている青色有機電界発光素子の発光効率及び耐熱性は不十分であり、改善が必要であった。特に、上記非特許文献１〜３においてホスト材料として用いられているＣＢＰ等のカルバゾール基を含む化合物は、そのガラス転移温度（Ｔｇ）が非常に低く、有機電界発光素子の耐久性の低さの大きな原因となっている。

また、上記特許文献１に記載されている青色燐光発光用ホスト材料であるヘキサフェニルベンゼンの薄膜は結晶性が高く凝集し易いため、薄膜の安定性が低く発光効率が非常に低く、他に例示されている化合物も分子量が非常に大きくて真空蒸着が困難な材料を含んでおり、薄膜の安定性も十分ではない。また、上記特許文献２に記載されているホスト材料は、アントラセン環を含む構造上、青色燐光発光用ホスト材料としては十分に機能しない。

また、有機電界発光素子の耐久性を向上させるためには、青色燐光発光材料や青色燐光用ホスト材料だけではなく、有機層に使用される各材料について、薄膜の安定性及び耐熱性に優れることが求められている。

本発明は、発光効率が高くかつ耐熱性に優れる有機電界発光素子である。

本発明は、有機層を備える有機電界発光素子であって、下記式（１）で表されるオクタフェニルキンケフェニル誘導体を前記有機層中に含む。

（式（１）中、Ｒ_１〜Ｒ_５４はそれぞれ独立して、水素原子、アルキル基、ハロゲン化アルキル基、アルコキシ基、及びアリール基から選択される置換基を表す。）

また、前記有機電界発光素子において、前記Ｒ_１〜Ｒ_５４はそれぞれ独立して、水素原子、炭素数１〜４のアルキル基、炭素数１〜４のハロゲン化アルキル基、炭素数１〜４のアルコキシ基、及び炭素数６〜１３のアリール基から選択される置換基であることが好ましい。

また、前記有機電界発光素子において、前記Ｒ_１〜Ｒ_５４はそれぞれ独立して、水素原子、炭素数１〜４のアルキル基から選択される置換基であることが好ましい。

また、前記有機電界発光素子において、前記Ｒ_１，Ｒ_２，Ｒ_４，Ｒ_５，Ｒ_６，Ｒ_７，Ｒ_９，Ｒ_１０，Ｒ_１１，Ｒ_１２，Ｒ_１４，Ｒ_１５，Ｒ_１６，Ｒ_１７，Ｒ_１９，Ｒ_２０，Ｒ_２１，Ｒ_２２，Ｒ_２４，Ｒ_２５，Ｒ_２６，Ｒ_２７，Ｒ_２９，Ｒ_３０，Ｒ_３１，Ｒ_３２，Ｒ_３４，Ｒ_３５，Ｒ_３６，Ｒ_３７，Ｒ_３９，Ｒ_４０，Ｒ_４１，Ｒ_４２，Ｒ_４４，Ｒ_４５，Ｒ_４６、Ｒ_４７，Ｒ_４９，Ｒ_５０，Ｒ_５１，Ｒ_５２，Ｒ_５３，Ｒ_５４のうちの少なくとも１つが前記アルキル基、ハロゲン化アルキル基、アルコキシ基、及びアリール基から選択される置換基であることが好ましい。

また、前記有機電界発光素子において、前記Ｒ_１〜Ｒ_５４は水素原子であることが好ましい。

また、前記有機電界発光素子において、前記有機層が発光層を含有し、前記式（１）で表されるオクタフェニルキンケフェニル誘導体を前記発光層中に含むことが好ましい。

また、前記有機電界発光素子において、前記発光層は、ホスト材料及びドーパント材料を含有し、前記ホスト材料は、前記式（１）で表されるオクタフェニルキンケフェニル誘導体を含むことが好ましい。

また、前記有機電界発光素子において、前記発光層は、ホスト材料及び燐光発光性のドーパント材料を含有し、前記ホスト材料は、前記式（１）で表されるオクタフェニルキンケフェニル誘導体を含むことが好ましい。

さらに、前記有機電界発光素子において、前記発光層は、ホスト材料及び青色燐光発光性のドーパント材料を含有し、前記ホスト材料は、前記式（１）で表されるオクタフェニルキンケフェニル誘導体を含むことが好ましい。

本発明では、有機層を備える有機電界発光素子において、特定の構造を有するオクタフェニルキンケフェニル誘導体を有機層中に含むことにより、発光効率が高くかつ耐熱性に優れる有機電界発光素子を実現することができる。

本発明の実施形態について以下説明する。

本発明の実施形態に係る有機電界発光素子は、有機層を備え、下記式（１）で表されるオクタフェニルキンケフェニル誘導体を有機層中に含む。式（１）中、Ｒ_１〜Ｒ_５４はそれぞれ独立して、水素原子、アルキル基、ハロゲン化アルキル基、アルコキシ基、及びアリール基から選択される置換基を表す。また、前記Ｒ_１〜Ｒ_５４はそれぞれ独立して、水素原子、炭素数１〜４のアルキル基、炭素数１〜４のハロゲン化アルキル基、炭素数１〜４のアルコキシ基、及び炭素数６〜１３のアリール基から選択される置換基であることが好ましく、水素原子、炭素数１〜４のアルキル基から選択される置換基であることがより好ましい。炭素数が多すぎると融点あるいは昇華温度が高くなり真空蒸着しにくくなる、あるいは真空蒸着時に高温まで上げる必要があり分解する可能性があるため、好ましくない。

ここで、炭素数１〜４のアルキル基としては、メチル基、エチル基、直鎖、分岐または環状のプロピル基、直鎖、分岐または環状のブチル基等が挙げられる。炭素数が５以上であると、蒸着温度が高くなり真空蒸着しにくくなる、あるいは真空蒸着時に高温まで上げる必要があり分解する可能性がある、あるいは、アルキル鎖は絶縁性が高いので電子又はホールの伝導性が低くなるため、炭素数４以下であることが好ましい。

炭素数１〜４のアルコキシル基としては、メトキシ基、エトキシ基、直鎖、分岐または環状のプロポキシ基、直鎖、分岐または環状のブトキシ基等が挙げられる。炭素数が５以上であると、蒸着温度が高くなり真空蒸着しにくくなる、あるいは真空蒸着時に高温まで上げる必要があり分解する可能性がある、あるいは、電子又はホールの伝導性が低くなるため、炭素数４以下であることが好ましい。

炭素数１〜４のハロゲン化アルキル基としては、フッ素、塩素、臭素、ヨウ素等を含むアルキル基であり、化合物の安定性の点からフッ素を含むアルキル基であることが好ましい。具体的には、ハロゲン基を含むメチル基、エチル基、直鎖、分岐または環状のプロピル基、直鎖、分岐または環状のブチル基等であり、トリフルオロメチル基、ペンタフルオロエチル基、２，２，２−トリフルオロエチル基、ｎ−パーフルオロプロピル基、ｉ−パーフルオロプロピル基、ｎ−パーフルオロブチル基、等のフッ化アルキル基が挙げられる。炭素数が５以上であると、蒸着温度が高くなり真空蒸着しにくくなる、あるいは真空蒸着時に高温まで上げる必要があり分解する可能性がある、あるいは、電子又はホールの伝導性が低くなるため、炭素数４以下であることが好ましい。

炭素数６〜１３のアリール基としては、例えば、ベンゼン環、ナフタレン環等の下記式で示すいずれかの芳香族環が挙げられる。炭素数が１４以上であると、融点あるいは昇華温度が高くなり真空蒸着しにくくなる、あるいは真空蒸着時に高温まで上げる必要があり分解する可能性がある、あるいはホスト材料として用いた場合ドーパントへのエネルギー移動が起こりにくくなるため、炭素数１３以下であることが好ましい。

また、上記式（１）で表されるオクタフェニルキンケフェニル誘導体が、上記アルキル基、ハロゲン化アルキル基、アルコキシ基、及びアリール基から選択される置換基を有する場合、フェニル基のオルト位あるいはメタ位がそれらの置換基で置換されることが好ましい。すなわち、上記式（１）において、Ｒ_１，Ｒ_２，Ｒ_４，Ｒ_５，Ｒ_６，Ｒ_７，Ｒ_９，Ｒ_１０，Ｒ_１１，Ｒ_１２，Ｒ_１４，Ｒ_１５，Ｒ_１６，Ｒ_１７，Ｒ_１９，Ｒ_２０，Ｒ_２１，Ｒ_２２，Ｒ_２４，Ｒ_２５，Ｒ_２６，Ｒ_２７，Ｒ_２９，Ｒ_３０，Ｒ_３１，Ｒ_３２，Ｒ_３４，Ｒ_３５，Ｒ_３６，Ｒ_３７，Ｒ_３９，Ｒ_４０，Ｒ_４１，Ｒ_４２，Ｒ_４４，Ｒ_４５，Ｒ_４６、Ｒ_４７，Ｒ_４９，Ｒ_５０，Ｒ_５１，Ｒ_５２，Ｒ_５３，Ｒ_５４のうちの少なくとも１つが上記アルキル基、ハロゲン化アルキル基、アルコキシ基、及びアリール基から選択される置換基であることが好ましい。上記置換基がフェニル基のオルト位あるいはメタ位に置換されることにより、その立体障害により分子間のベンゼン環同士が近づくことを防ぎ、薄膜の安定性が増す傾向にある。

また、上記式（１）で表されるオクタフェニルキンケフェニル誘導体の分子量は９９０〜２０００の範囲であることが好ましく、９９０〜１５００の範囲であることがより好ましく、９９０〜１２００の範囲であることがさらに好ましい。分子量が２０００を超えると、蒸着膜を形成するときに昇華が困難になる傾向にあるので好ましくない。本実施形態において、有機層として用いるオクタフェニルキンケフェニル誘導体の分子量を特定の範囲内とすることにより、薄膜の形成のし易さ、薄膜安定性及び耐熱性を同時に実現することができるため、好ましい。

本実施形態におけるオクタフェニルキンケフェニル誘導体としては、具体的には、下記式（２）〜（８）で示される化合物が挙げられる。

下記式（９）で示されるヘキサフェニルベンゼンの場合、隣り合うベンゼン環同士がねじれた（回転した）構造をとる。その結果、隣り合うベンゼン環同士で非共役になり、バンドギャップが広い有機材料となると考えられる。しかし、置換基がないヘキサフェニルベンゼンの場合には、薄膜が凝集し易くアモルファス性に乏しい。本実施形態に係るオクタフェニルキンケフェニル誘導体の場合は、ヘキサフェニルベンゼンの２量体に近い構造を有し、薄膜のアモルファス性が高く、分子量がある程度大きいため、このオクタフェニルキンケフェニル誘導体を有機発光素子の有機層、特に発光層に用いることにより、高効率発光が可能で、耐熱性の高い有機発光素子を得ることができる。

また、オクタフェニルキンケフェニル構造において、分子同士の凝集を抑える観点から、オクタフェニルキンケフェニル骨格のフェニル基のオルト位あるいはメタ位に置換基を導入することにより、有機ＥＬ素子の有機層に用いるために薄膜化した場合にも、膜の安定性が向上すると考えられる。また、カルバゾール環を含まず、ベンゼン環で分子が構成されているため、バンドギャップが広く、純青色の燐光発光効率が高い有機材料となると考えられる。さらに、ヘキサフェニルベンゼンの２量体に近い構造を有することにより、従来知られている上記特許文献１，２に記載の化合物に比べて、アモルファス性が高く、耐久性が高いという利点がある。

なお、上記式（１）で表されるオクタフェニルキンケフェニル誘導体は、例えば、化合物（１０）と、２分子の化合物（１１）と、を、ジフェニルエーテル等を溶媒として加熱反応させることにより、以下のような経路で合成することができる。

本実施形態に係る有機電界発光素子において、有機層が発光層を含有し、上記式（１）で表されるオクタフェニルキンケフェニル誘導体を発光層中に含むことが好ましい。また、発光層がホスト材料及びドーパント材料を含有し、ホスト材料は、上記式（１）で表されるオクタフェニルキンケフェニル誘導体を含むことが好ましい。また、発光層がホスト材料及び燐光発光性のドーパント材料を含有し、ホスト材料は、上記式（１）で表されるオクタフェニルキンケフェニル誘導体を含むことが好ましい。さらに、発光層がホスト材料及び青色燐光発光性のドーパント材料を含有し、ホスト材料は、上記式（１）で表されるオクタフェニルキンケフェニル誘導体を含むことが好ましい。これにより、発光効率が高くかつ耐熱性に優れる有機電界発光素子、特に発光効率が高くかつ耐熱性に優れる青色有機電界発光素子を実現することができる。

次に、本実施形態に係るオクタフェニルキンケフェニル誘導体を使用した有機ＥＬ素子について説明する。

図１は、有機ＥＬ素子の概略断面構造を示す。ガラス、プラスチック等の透明基板１０には、ＩＴＯ（ＩｎｄｉｕｍＴｉｎＯｘｉｄｅ）等を用いて透明電極１２が形成される。透明電極１２は、ここでは陽極として機能する。透明電極１２上には少なくとも１層の有機層２０が形成されている。

有機層２０は、少なくとも発光層２４を備え、用いる有機化合物の機能等によって層構造が異なる。発光層の単層構造の他、正孔輸送層／発光層、発光層／電子輸送層、正孔輸送層／発光層／電子輸送層、等の多層構造を採用することが可能である。本実施形態では、透明電極１２側から順に、正孔輸送層２２／発光層２４／正孔ブロック層２６／電子輸送層２８が積層されている。

有機層２０上には、金属電極１４が形成されている。金属電極１４は、ここでは陰極として機能する。この金属電極１４は、例えば、図１に示すようにＬｉＦ層（電子注入層）とＡｌ電極等との積層体により構成することができる。また、Ａｌ電極の単独層により金属電極１４を構成することもできる。また、Ａｌの他にも、例えば、Ｍｇ−Ａｇ合金、Ａｌ−Ｌｉ合金等を使用することができる。また、図示しないが、透明電極１２と正孔輸送層２２との間には銅フタロシアニン（ＣｕＰｃ）、スターバーストアミン、バナジウム酸等を用いて正孔注入層を形成してもよい。

本実施形態では、以上のような構成の有機ＥＬ素子において上記式（１）で示されるオクタフェニルキンケフェニル誘導体を用いる。このオクタフェニルキンケフェニル誘導体は、正孔注入層、正孔輸送層、発光層、正孔ブロック層、電子輸送層、電子注入層等の有機薄膜用の材料として用いることができるが、発光層、正孔ブロック層、電子輸送層の材料として好ましく使用することができ、特に発光層の材料として好ましく使用することができる。ここで、前記オクタフェニルキンケフェニル誘導体は、高効率な蛍光発光または燐光発光が可能であり、この化合物を発光材料として用いることで高効率の蛍光発光型有機ＥＬ素子または高効率の燐光発光型有機ＥＬ素子を実現することができる。特に、燐光発光型有機ＥＬ素子の発光層の材料として用いると、高効率の素子を実現することができるのでより好ましい。前記オクタフェニルキンケフェニル誘導体は、単独で発光層２４の材料として用いることもできるが、発光効率、駆動電力の低減、発光色の色純度向上等の観点より、ホスト材料として用いて、ドーパント材料を所定量ドープして発光層２４とすることが好ましい。

次に、上記オクタフェニルキンケフェニル誘導体と共に有機ＥＬ素子の有機層２０に使用可能な材料の例を説明する。まず、発光層２４のホスト材料として、このオクタフェニルキンケフェニル誘導体を用いる場合に、ドーパント材料としては、青色燐光用としては例えば下記式（１２），（１３）に示されるような化合物が挙げられる。緑色燐光用としては例えば下記式（１４）に示されるような化合物が挙げられる。赤色燐光用としては例えば下記式（１５）に示されるような化合物が挙げられる。青色蛍光用としては例えば下記式（１６）に示されるような化合物が挙げられる。

ここで、上記式（１２）に示される化合物は、ＦＩｒｐｉｃ（Iridium(III)bis(2-(4,6-difluorophenyl)pyridinato-N,C^2')picolinate）、上記式（１３）に示される化合物は、ＦＩｒ６（Bis(4',6'-difluorophenylpyridinato)tetrakis(1-pyrazolyl)borate）、上記式（１４）に示される化合物は、Ｉｒ（ｐｐｙ）_３（tris(2-phenylpyridine) iridium(III)）、上記式（１５）に示される化合物は、Ｉｒ（ｐｉｑ）_３（tris(2-phenylisoquinoline) iridium (III)）、上記式（１６）に示される化合物は、Bis[4-(N,N-diphenylamino)styryl]-9,10-Anthraceneである。

また、正孔輸送層２２に用いる材料としては、正孔輸送機能を備えていれば特に限定されないが、例えば、トリフェニルアミンの多量体を使用することができ、一例としては、下記式（１７）に示すα−ＮＰＤ（4,4'-Bis[N-(1-naphthyl)-N-phenyl-amino]biphenyl）、下記式（１８）に示すＴＰＴＥ（triphenylamine tetramer）を使用することができる。

また、電子輸送層２８に用いる材料としては、電子輸送機能を備えていれば特に限定されないが、例えば、下記式（１９）に示すアルミキノリノール錯体（Ａｌｑ_３:Tris(8-hydroxyquinolinato)aluminum(III)））を使用することができる。

ところで、発光層２４のホスト材料として用いる上記オクタフェニルキンケフェニル誘導体は、ハイポーラ性を有することが多い。発光層２４のホスト材料としてハイポーラ性の化合物を用いる場合、発光層２４から電子輸送層２８に正孔が流れ出てしまうことを防止するために発光層２４と電子輸送層２８との間に正孔ブロック層２６を形成することが好適である。電子輸送層２８にＡｌｑ_３等を用いている場合に電位輸送層２８に正孔が流れ込むことでこのＡｌｑ_３等が発光したり、正孔を発光層に閉じ込めることができずに発光効率が低下するなどといった問題を防止することができる。正孔ブロック層２６に用いる材料としては、下記式（２０）に示すＴＰＢＩ（2,2',2''-(1,3,5-phenylene)tris[1-phenyl-1H-benzimidazole）や、下記式（２１）に示すバソクプロイン（ＢＣＰ）や、下記式（２２）に示すＢＡｌｑ（Aluminum(III)bis(2-methyl-8-quinolinato) 4-phenylphenolate）等を挙げることができる。

次に、上記オクタフェニルキンケフェニル誘導体を燐光発光のためのホスト材料として用いた有機ＥＬ素子の発光原理について説明する。

陽極として機能する透明電極１２と、陰極として機能する金属電極１４から、正孔及び電子を有機層２０に注入すると、正孔は正孔輸送層２２を介して、電子は電子輸送層２８及び正孔ブロック層２６を介して輸送され、発光層２４に到達し、正孔と電子は再結合する。この正孔と電子の再結合により、まず発光層２４中のホスト材料である前記オクタフェニルキンケフェニル誘導体が励起状態となる。前述したように、この励起状態は、一重項励起状態が２５％、三重項励起状態が７５％となっていると考えられる。このような割合のホスト材料の励起エネルギーは、ドーパント材料に移動し、ドーパント材料は、それぞれ一重項励起状態及び三重項励起状態となる。ドーパント材料の一重項励起状態は、さらに三重項励起状態に移動し、最終的に三重項励起状態からの燐光発光が主となる。これによって、発生した励起状態のエネルギーのほぼ全てが発光エネルギーとして使用されることになる。

本実施形態においては、上記オクタフェニルキンケフェニル誘導体をホスト材料として使用すると、併用する燐光発光用ドーパント材料、例えば式（１２）〜式（１５）として例示した材料、に応じて、青色、緑色、赤色の各燐光発光を高色純度、高効率で得ることができる。また、前記オクタフェニルキンケフェニル誘導体のオクタフェニルキンケフェニル骨格上の置換基を変更することによって、オクタフェニルキンケフェニル誘導体のバンドギャップの幅（吸収波長）を調整することができ、青色、緑色、赤色の各燐光発光用ドーパント材料に最適化したホスト材料を設計することができる。特に、このオクタフェニルキンケフェニル誘導体は従来十分な耐久性が得られていなかった青色燐光発光のホスト材料と比較して、極めて優れた青色燐光発光のホスト材料として使用することができる。

また、ここでは、前記オクタフェニルキンケフェニル誘導体を燐光発光のためのホスト材料として使用した例を説明したが、蛍光発光用のホスト材料として使用することもできる。併用する蛍光発光用ドーパント材料、例えば式（１６）として例示した材料、に応じて、青色、緑色、赤色の蛍光発光を高色純度、高効率で得ることができる。特に、このオクタフェニルキンケフェニル誘導体は青色の蛍光発光用のホスト材料として好適に使用することができる。

本実施形態に係る有機ＥＬ素子は、表示素子，コンピュータ，テレビ，携帯電話，デジタルカメラ，ＰＤＡ，カーナビゲーション等のディスプレイ、バックライト等の光源、照明、インテリア、標識、交通信号機、看板などに好適に使用することができる。

以下、実施例および比較例を挙げ、本発明をより具体的に詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。

（合成例１）
＜２’，３’，５’，６’，２’’’，３’’’，５’’’，６’’’−オクタフェニルキンケフェニル（Octaphenylquinquephenyl）の合成＞
下記式（２３）に示す１，４−ビス（フェニルエチニル）ベンゼン１．０ｇ（３．６ｍｍｏｌ）、下記式（２４）に示す２，３，４，５−テトラフェニルシクロペンタジエノン２．９ｇ（７．５ｍｍｏｌ）をジフェニルエーテル５ｍＬに添加し、窒素雰囲気下、２２０℃で４８時間撹拌し、反応させた。メタノール１００ｍＬを反応液中に加え、析出した沈殿物を吸引ろ過した。得られた固体をニトロベンゼンで再結晶することにより、下記式（２）に示す目的物２’，３’，５’，６’，２’’’，３’’’，５’’’，６’’’−オクタフェニルキンケフェニル（以下、単に「オクタフェニルキンケフェニル」と呼ぶ。）を乳白色結晶として３．２７ｇ（収率９１．９％）得た。構造はＮＭＲ及びＭＡＳＳスペクトルにより確認した。

〔化合物（２）〕
融点：＞３００℃
^１Ｈ−ＮＭＲ（ＣＤＣｌ_３）：６．９０−６．８９（ｍ，１２Ｈ），６．８３−６．８０（ｍ，１８Ｈ），６．７４−６．７２（ｍ，１２Ｈ）、６．６８−６．６６（ｍ，８Ｈ），６．２６（ｓ，４Ｈ）ｐｐｍ
ＭＡＬＤＩ−ＴＯＦＭＡＳＳ：Ｍ^＋＝９９０

（実施例１）
＜青色用燐光発光有機電界発光素子の作製及び評価＞
ガラス基板上にＩＴＯの透明電極を１５０ｎｍの膜厚で形成し、有機洗浄、純水洗浄、乾燥、ＵＶオゾン処理を行った。その基板を直ちに真空チャンバへ導入後、ＡｒとＯ_２のプラズマ処理を行った。

真空蒸着（真空度５×１０^−７Ｔｏｒｒ；１Ｔｏｒｒ≒１３３Ｐａ）により、上記式（１７）で示すα−ＮＰＤを３０ｎｍ堆積して、正孔輸送層を形成した。次に、発光層のホスト材料として上記式（２）で示したオクタフェニルキンケフェニルを用い、ドーパント材料（水色燐光材料）として上記式（１２）で示すイリジウム錯体（ＦＩｒｐｉｃ）が７．６重量％の割合となるように同時蒸着して発光層を５０ｎｍの厚さに形成した。

さらに、上記式（２０）で示すＴＰＢＩを用いて正孔ブロック層を２０ｎｍ堆積し、電子輸送層として上記式（１９）で示すＡｌｑ_３を３０ｎｍ堆積した。さらにこの後、電子注入層としてＬｉＦ層を０．５ｎｍ、金属電極としてＡｌを１５０ｎｍ蒸着した。以上により素子部を得た。

このような素子部の形成された基板を連続して（in-situ）高真空に排気したチャンバへ搬送し、そのチャンバを孤立系にした後、１気圧の高純度窒素で置換した。その後、紫外線硬化樹脂を用いて封止ガラスの端部を端子部は透明電極と、端子部以外はガラス基板の素子形成側表面に接着し、ＵＶランプを用いて紫外線をこの樹脂部に照射し、素子部を密封した。

このようにして得られた有機ＥＬ素子に直流電流を印加し、連続駆動させてその発光効率及び発光スペクトルの測定を行った。外部量子効率は最大８．８％に到達し、１，０００ｃｄ／ｍ^２の高輝度においても７．５％程度を維持した。この素子の発光スペクトルを図２に示す。４７２ｎｍの青色ピークがメインピークとなっており、水色燐光材料（ＦＩｒｐｉｃ）からの発光が得られていることがわかる。

＜蒸着膜の安定性評価＞
石英基板上に、真空蒸着（真空度５×１０^−７Ｔｏｒｒ；１Ｔｏｒｒ≒１３３Ｐａ）により、上記式（２）で示したオクタフェニルキンケフェニルの層を１００ｎｍの厚さに形成した。この薄膜を形成した基板を室温下、大気中で放置したが、３ヶ月経過後も膜質の変化はなく良好であった。また、ＩＴＯ付きガラス基板上でも同様の結果が得られた。

（比較例１）
＜青色用燐光発光有機電界発光素子の作製及び評価＞
ホスト材料を上記式（９）で示したヘキサフェニルベンゼン（融点：＞３００℃）に代えた以外は、実施例１と同様にして有機ＥＬ素子を構成した。しかし、電流が筒抜けになり、素子は発光せず、実施例１より劣るものであった。ヘキサフェニルベンゼンのＨＯＭＯレベル（６．０ｅＶ）、ＬＵＭＯレベルは、オクタフェニルキンケフェニルと大きく異ならないことから、ヘキサフェニルベンゼン薄膜のアモルファス性が悪いことが原因であると考えられる。

＜蒸着膜の安定性評価＞
また、上記式（９）で示したヘキサフェニルベンゼンに代えた以外は、実施例１と同様にして石英基板上に薄膜を形成した。この薄膜は、成膜直後は透明であったが１日経過後には白濁化が観察された。また、ＩＴＯ付きガラス基板上では、成膜直後から白濁化が観察された。

（比較例２）
＜青色用燐光発光有機電界発光素子の作製及び評価＞
ホスト材料を下記式（２５）で示したＣＢＰ（融点：２８１℃、ガラス転移温度：室温以上で観測されない）に代えた以外は、実施例１と同様にして有機ＥＬ素子を構成した。水色燐光材料（ＦＩｒｐｉｃ）からの青色発光が確認された。外部量子効率は最大７．４％、１，０００ｃｄ／ｍ^２の高輝度においては６．８％であり、実施例１より劣るものであった。

＜蒸着膜の安定性評価＞
また、上記式（２５）で示したＣＢＰに代えた以外は、実施例１と同様にして石英基板上に薄膜を形成した。この薄膜を形成した基板を室温下、大気中で放置したところ、１週間経過後に基板上で白濁する様子が観察された。

（実施例２）
＜青色用燐光発光有機電界発光素子の作製及び評価＞
ガラス基板上にＩＴＯの透明電極を１５０ｎｍの膜厚で形成し、有機洗浄、純水洗浄、乾燥、ＵＶオゾン処理を行った。その基板を直ちに真空チャンバへ導入後、ＡｒとＯ_２のプラズマ処理を行った。

真空蒸着（真空度５×１０^−７Ｔｏｒｒ；１Ｔｏｒｒ≒１３３Ｐａ）により、上記式（１７）で示すα−ＮＰＤを３０ｎｍ堆積して、正孔輸送層を形成した。次に、発光層のホスト材料として上記式（２）で示したオクタフェニルキンケフェニルを用い、ドーパント材料（純青色燐光材料）として上記式（１３）で示すイリジウム錯体（ＦＩｒ６）が７．２重量％の割合となるように同時蒸着して発光層を５０ｎｍの厚さに形成した。

このようにして得られた有機ＥＬ素子に直流電流を印加し、連続駆動させてその発光効率及び発光スペクトルの測定を行った。注入電流密度１１ｍＡ／ｃｍ^２において外部量子効率は最大１．３％に到達した（２４３．８ｃｄ／ｍ^２、１７．２７Ｖ）。この素子の発光スペクトルを図３に示す。４５７ｎｍの青色ピークがメインピークとなっており、青色燐光材料（ＦＩｒ６）からの純度の良い発光が得られていることがわかる。

（比較例３）
＜青色用燐光発光有機電界発光素子の作製及び評価＞
ホスト材料を上記式（９）で示したヘキサフェニルベンゼンに代えた以外は、実施例２と同様にして有機ＥＬ素子を構成した。青色燐光材料（ＦＩｒ６）からの青色発光が確認された。外部量子効率は最大０．１％であり、実施例２より劣るものであった。ヘキサフェニルベンゼンのＨＯＭＯレベル（６．０ｅＶ）、ＬＵＭＯレベルは、オクタフェニルキンケフェニルと大きく異ならないことから、ヘキサフェニルベンゼン薄膜のアモルファス性が悪いことが原因であると考えられる。

（比較例４）
＜青色用燐光発光有機電界発光素子の作製及び評価＞
ホスト材料を上記式（２５）で示したＣＢＰに代えた以外は、実施例２と同様にして有機ＥＬ素子を構成した。この素子の発光スペクトルを図４に示す。青色燐光材料（ＦＩｒ６）からの青色発光の他に、発光層以外（おそらくα−ＮＰＤ由来）の発光スペクトルも観察された。外部量子効率は最大０．５％（１０２．２ｃｄ／ｍ^２、１０．３６Ｖ）であり、実施例２より劣るものであった。

以上の結果をまとめて表１に示す。実施例１，２のオクタフェニルキンケフェニルは、比較例１，３のヘキサフェニルベンゼンに比べて、外部量子効率に優れ、蒸着膜の保存性も良好であった。これは、ヘキサフェニルベンゼンに比べ、蒸着膜の安定性が向上し、効率良くホスト材料のエネルギーがドーパント材料（ＦＩｒｐｉｃ、ＦＩｒ６）に移動するためと考えられる。

また、実施例１，２のオクタフェニルキンケフェニルは、比較例２，４のＣＢＰに比べて、外部量子効率に優れ、蒸着膜の保存性も良好であった。これは、ＣＢＰよりもＰＬスペクトルが短波長化しており、効率良くホスト材料のエネルギーがドーパント材料（ＦＩｒｐｉｃ、ＦＩｒ６）に移動するためと考えられる。具体的には、ＣＢＰは１ヶ月後には凝集する部分が観察されるが、オクタフェニルキンケフェニルは３ヶ月間以上薄膜がアモルファス性を保っていた。

このように、発光層の青色燐光発光用ホスト材料としてオクタフェニルキンケフェニル誘導体を用いることにより、ヘキサフェニルベンゼン、ＣＢＰに比べ、外部量子効率が向上した。特に、ドーパントである水色燐光材料との組み合わせにより、高効率の燐光発光が得られ、純青色燐光材料との組み合わせにより、純度の高い青色燐光発光が得られた。また、オクタフェニルキンケフェニル誘導体を用いることにより、形成した薄膜の安定性も向上した。

本発明の実施形態に係る有機電界発光素子の概略構成を示す図である。実施例１の素子の発光スペクトルを示す図である。実施例２の素子の発光スペクトルを示す図である。比較例４の素子の発光スペクトルを示す図である。

符号の説明

１０透明基板、１２透明電極（陽極）、１４金属電極（陰極）、２０有機層、２２正孔輸送層、２４発光層、２６正孔ブロック層、２８電子輸送層。

Claims

有機層を備える有機電界発光素子であって、
下記式（１）で表されるオクタフェニルキンケフェニル誘導体を前記有機層中に含むことを特徴とする有機電界発光素子。

（式（１）中、Ｒ_１〜Ｒ_５４はそれぞれ独立して、水素原子、アルキル基、ハロゲン化アルキル基、アルコキシ基、及びアリール基から選択される置換基を表す。）
請求項１に記載の有機電界発光素子であって、
前記Ｒ_１〜Ｒ_５４はそれぞれ独立して、水素原子、炭素数１〜４のアルキル基、炭素数１〜４のハロゲン化アルキル基、炭素数１〜４のアルコキシ基、及び炭素数６〜１３のアリール基から選択される置換基であることを特徴とする有機電界発光素子。
請求項１に記載の有機電界発光素子であって、
前記Ｒ_１〜Ｒ_５４はそれぞれ独立して、水素原子、炭素数１〜４のアルキル基から選択される置換基であることを特徴とする有機電界発光素子。
請求項１〜３のいずれか１項に記載の有機電界発光素子であって、
前記Ｒ_１，Ｒ_２，Ｒ_４，Ｒ_５，Ｒ_６，Ｒ_７，Ｒ_９，Ｒ_１０，Ｒ_１１，Ｒ_１２，Ｒ_１４，Ｒ_１５，Ｒ_１６，Ｒ_１７，Ｒ_１９，Ｒ_２０，Ｒ_２１，Ｒ_２２，Ｒ_２４，Ｒ_２５，Ｒ_２６，Ｒ_２７，Ｒ_２９，Ｒ_３０，Ｒ_３１，Ｒ_３２，Ｒ_３４，Ｒ_３５，Ｒ_３６，Ｒ_３７，Ｒ_３９，Ｒ_４０，Ｒ_４１，Ｒ_４２，Ｒ_４４，Ｒ_４５，Ｒ_４６、Ｒ_４７，Ｒ_４９，Ｒ_５０，Ｒ_５１，Ｒ_５２，Ｒ_５３，Ｒ_５４のうちの少なくとも１つが前記アルキル基、ハロゲン化アルキル基、アルコキシ基、及びアリール基から選択される置換基であることを特徴とする有機電界発光素子。
請求項１に記載の有機電界発光素子であって、
前記Ｒ_１〜Ｒ_５４は水素原子であることを特徴とする有機電界発光素子。
請求項１〜５のいずれか１項に記載の有機電界発光素子であって、
前記有機層が発光層を含有し、前記式（１）で表されるオクタフェニルキンケフェニル誘導体を前記発光層中に含むことを特徴とする有機電界発光素子。
請求項６に記載の有機電界発光素子であって、
前記発光層は、ホスト材料及びドーパント材料を含有し、
前記ホスト材料は、前記式（１）で表されるオクタフェニルキンケフェニル誘導体を含むことを特徴とする有機電界発光素子。
請求項６に記載の有機電界発光素子であって、
前記発光層は、ホスト材料及び燐光発光性のドーパント材料を含有し、
前記ホスト材料は、前記式（１）で表されるオクタフェニルキンケフェニル誘導体を含むことを特徴とする有機電界発光素子。
請求項６に記載の有機電界発光素子であって、
前記発光層は、ホスト材料及び青色燐光発光性のドーパント材料を含有し、
前記ホスト材料は、前記式（１）で表されるオクタフェニルキンケフェニル誘導体を含むことを特徴とする有機電界発光素子。