JP2010206191A - 有機電界発光素子材料、湿式成膜用有機電界発光素子用組成物および有機電界発光素子 - Google Patents
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Abstract
【課題】有機電界発光素子の湿式成膜法で形成される有機層に適用される材料であって、溶剤溶解性に優れ、湿式成膜法により、高効率、長寿命な有機電界発光素子を提供できる有機電界発光素子材料を提供する。
【解決手段】湿式成膜法に用いられる有機電界発光素子材料であって、非晶質であることを特徴とする有機電界発光素子材料。この有機電界発光素子材料は、溶剤に溶解する前の熱履歴等の調整により、溶液中により均一に、会合することなく溶解するように固体を制御したものであり、溶剤に対する溶解性が高く、湿式成膜法により、高効率、長寿命な有機電界発光素子を提供することができる。
【選択図】図1
【解決手段】湿式成膜法に用いられる有機電界発光素子材料であって、非晶質であることを特徴とする有機電界発光素子材料。この有機電界発光素子材料は、溶剤に溶解する前の熱履歴等の調整により、溶液中により均一に、会合することなく溶解するように固体を制御したものであり、溶剤に対する溶解性が高く、湿式成膜法により、高効率、長寿命な有機電界発光素子を提供することができる。
【選択図】図1
Description
本発明は、有機電界発光素子用材料と、この有機電界発光素子材料を用いた湿式成膜用有機電界発光素子用組成物および有機電界発光素子に関するものであり、詳しくは、溶剤に対する溶解性が優れており、成膜性、湿式プロセス適性に優れた非晶質の有機電界発光素子用材料と、この有機電界発光素子材料を含む湿式成膜用有機電界発光素子用組成物、さらには、それを用いた高効率、長寿命な有機電界発光素子と、この有機電界発光素子を用いた有機ELディスプレイおよび有機EL照明に関するものである。
近年、薄膜型の電界発光素子としては、無機材料を使用したものに代わり、有機薄膜を用いた有機電界発光素子の開発が行われるようになっている。有機電界発光素子は、通常、陽極と陰極との間に、正孔注入層、正孔輸送層、有機発光層、電子輸送層などを有し、この各層に適した赤、緑、青などの発光素子の開発が進んでいる。
また、有機電界発光素子の各層の形成方法としては、蒸着成膜法や湿式成膜法がある。蒸着成膜法では、テレビやモニタ用の中・大型フルカラーパネルなどを製作する場合、歩留まりの観点で課題を有する。そのため、中でもこれら大面積の用途には湿式成膜法が好適である。
しかしながら、湿式成膜法で有機電界発光素子の各層を形成するためには、各層を形成する材料が溶剤に溶解し、かつ湿式成膜後にも素子として高い性能を有する材料であることが望まれていた。
しかし、従来開発されている蒸着成膜法に使用されてきた材料であっても、膜内でのモルフォロジーおよび容易に結晶化しやすいなどの理由により、湿式成膜法には適さないものが多かった。
しかし、従来開発されている蒸着成膜法に使用されてきた材料であっても、膜内でのモルフォロジーおよび容易に結晶化しやすいなどの理由により、湿式成膜法には適さないものが多かった。
本出願人は先に、湿式成膜法に適した有機電界発光素子用化合物として、下記式(IA)および(IB)で表される化合物や、その他多くの化合物を提案している(特許文献1)。
これらの化合物を用いることにより、湿式成膜法による有機電界発光素子の発光効率の向上や長寿命化が達成されているが、更なる改良が望まれる。
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものである。
即ち、本発明は、有機電界発光素子の湿式成膜法で形成される有機層に適用される材料であって、溶剤溶解性に優れ、湿式成膜法により、高効率、長寿命な有機電界発光素子を提供できる湿式成膜用有機電界発光素子材料および湿式成膜用有機電界発光素子用組成物を提供することを課題とする。
本発明は、また、この有機電界発光素子材料を用いて、高効率、長寿命の有機電界発光素子と、この有機電界発光素子を用いた有機ELディスプレイおよび有機EL照明を提供することを課題とする。
即ち、本発明は、有機電界発光素子の湿式成膜法で形成される有機層に適用される材料であって、溶剤溶解性に優れ、湿式成膜法により、高効率、長寿命な有機電界発光素子を提供できる湿式成膜用有機電界発光素子材料および湿式成膜用有機電界発光素子用組成物を提供することを課題とする。
本発明は、また、この有機電界発光素子材料を用いて、高効率、長寿命の有機電界発光素子と、この有機電界発光素子を用いた有機ELディスプレイおよび有機EL照明を提供することを課題とする。
本発明者らが鋭意検討した結果、湿式成膜法で有機電界発光素子を作成する際、用いる材料を溶剤に溶解させる前の状態、詳しくは、熱履歴等による分子の結晶化状態により、得られる有機電界発光素子の性能が著しく変化すること、従って、材料を最適な非晶質の状態に調整することにより、長寿命、かつ高効率な有機電界発光素子を提供できることを見出し、本発明に到達した。
即ち、本発明(請求項1)の有機電界発光素子材料は、湿式成膜法に用いられる有機電界発光素子材料であって、非晶質であることを特徴とする。
請求項2の有機電界発光素子材料は、請求項1において、高真空下で該有機電界発光素子材料のガラス転移温度以上の温度で加熱して溶融させた後、冷却することにより得られることを特徴とする。
本発明(請求項3)の湿式成膜用有機電界発光素子用組成物は、湿式成膜法で形成される有機電界発光素子の有機層に用いられる組成物であって、請求項1又は2に記載の有機電界発光素子材料を1重量%以上含有することを特徴とする。
請求項4の湿式成膜用有機電界発光素子用組成物は、請求項3において、さらに溶剤を含有することを特徴とする。
請求項5の湿式成膜用有機電界発光素子用組成物は、請求項3または4において、さらに燐光発光材料を含有することを特徴とする。
請求項6の湿式成膜用有機電界発光素子用組成物は、請求項5において、異なる2種以上の非晶質有機電界発光素子材料を含有することを特徴とする。
請求項7の湿式成膜用有機電界発光素子用組成物は、請求項6において、異なる2種以上の非晶質有機電界発光素子材料のうち、少なくとも1種は請求項2に記載の非晶質有機電界発光素子材料であり、少なくとも1種は請求項2に記載の加熱溶融、冷却過程を経ることなく得られる非晶質有機電界発光素子材料であることを特徴とする。
本発明(請求項8)の有機電界発光素子は、陽極、陰極、およびこれら両極間に設けられた発光層を有する有機電界発光素子であって、請求項1又は2に記載の有機電界発光素子材料を含有する層を有することを特徴とする。
本発明(請求項9)の有機ELディスプレイおよび本発明(請求項10)の有機EL照明は、この有機電界発光素子を用いたものである。
本発明によれば、非晶質の有機電界発光素子材料を提供できる。該非晶質の有機電界発光素子材料は、溶剤に対する溶解性が高く、また、湿式成膜法で形成される有機電界発光素子の有機層に好適である。該非晶質の有機電界発光素子材料を含む湿式成膜用有機電界発光素子用組成物を用いて高効率、長寿命な有機電界発光素子を提供することができる。
従って、本発明の湿式成膜用有機電界発光素子用組成物を用いた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コンピューター用や壁掛けテレビ)、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、その技術的価値は高いものである。
以下に本発明の実施の形態を詳細に説明するが、以下に記載する構成要件の説明は本発明の実施態様の一例(代表例)であり、本発明はその要旨を超えない限り、これらの内容に特定されない。
本発明の有機電界発光素子材料は、湿式成膜法に用いられる有機電界発光素子材料であって、非晶質であることを特徴とする。
即ち、本発明においては、非晶質の状態に調整されて提供される有機電界発光素子材料を用いることを特徴とする。
即ち、本発明においては、非晶質の状態に調整されて提供される有機電界発光素子材料を用いることを特徴とする。
従来の蒸着成膜法に用いられる材料においては、原料固体を気化させて分子化して成膜する方法であるため、原料固体がいかなる状態で提供されても、膜性能に大きな差異はなかった。
しかるに、本発明が適用される湿式成膜法で形成される有機電界発光素子の場合、材料を溶剤に溶解し、湿式成膜するプロセスが含まれるため、蒸着とは異なる要素が多分に存在している。その一つとして材料の溶剤への溶解形態が挙げられる。
すなわち、材料が溶剤に溶解している場合、外観上、均一に透明に溶解しているように見えても、一般に、その溶解形態は異なることが知られており、固体になるまでの熱履歴等の影響を受け、溶液中でミクロ的には会合体を形成していることが多いことが知られている。
しかるに、本発明が適用される湿式成膜法で形成される有機電界発光素子の場合、材料を溶剤に溶解し、湿式成膜するプロセスが含まれるため、蒸着とは異なる要素が多分に存在している。その一つとして材料の溶剤への溶解形態が挙げられる。
すなわち、材料が溶剤に溶解している場合、外観上、均一に透明に溶解しているように見えても、一般に、その溶解形態は異なることが知られており、固体になるまでの熱履歴等の影響を受け、溶液中でミクロ的には会合体を形成していることが多いことが知られている。
本発明の有機電界発光素子材料は、そのような溶液中におけるミクロの状態を制御するため、溶剤に溶解する前の熱履歴等の調整により、溶液中により均一に、会合することなく溶解するように固体を制御したものである。
すなわち、溶液中において均一に溶解させるためには、固体においても結晶性を解除しなければならない。ここでの結晶性とは分子が規則正しく配列し、ある一定以上の大きさのかたまりを形成する傾向を持つことを意味しており、このような固体は、後述の実施例の合成例2と合成例3の結果からも明らかなように、粉末X線回折の測定を行うと、鋭い、明確な結晶性ピークを示す。また、DSC(示差熱分析)測定を行うと、最初の測定(1stラン)では融点のみを示す。引き続き、急冷後に2ndランの測定を行うとTg(ガラス転移温度)を示す。ただし、このようにDSCで判別するためには、Tgを明確に示す化合物でなければならない。
湿式成膜法による成膜に、このような結晶性をもつ化合物を用いた場合は、溶剤溶解時に完全に結晶性を失わせて均一に溶解させることが難しく、結晶核を残したままで外観上は溶解したように見える場合がある。
一方、結晶性を解除した化合物、結晶性のない化合物とは、いわゆる非晶質の化合物であり、粉末X線回折にて明確な鋭いピークを示さず、半値幅の大きい、ブロードなピークのみを示す。また、Tgを有する化合物ではDSCの測定において1stランにおいてもTgを示すことで判別することができる。
このような本発明の有機電界発光素子材料に適用される化合物は、特に、結晶状態を取り得る化合物を非晶質状態に調整した化合物であることが、溶剤に対する溶解性が高く、溶解状態での分子が均一に、より細分化されて分散されており、好ましい。
本発明においては、このような非晶質の化合物を、陽極、陰極間に設けられた有機発光層のうち湿式成膜法で形成される層に用いられることが好ましい。
尚、本発明において湿式成膜法とは、例えば、スピンコート法、ディップコート法、ダイコート法、バーコート法、ブレードコート法、ロールコート法、スプレーコート法、キャピラリーコート法、インクジェット法、スクリーン印刷法、グラビア印刷法、フレキソ印刷法等湿式で成膜される方法をいう。これらの成膜方法の中でも、スピンコート法、スプレーコート法、インクジェット法が好ましい。これは、有機電界発光素子に用いられる本発明の湿式成膜用有機電界発光素子用組成物に特有の液性に合うためである。
[有機電界発光素子材料]
上述の如く、本発明の有機電界発光素子材料は非晶質であることを特徴とするが、この有機電界発光素子材料を構成する化合物としては特に制限はなく、後述する有機電界発光素子の発光層用材料であっても、正孔注入層用材料であっても、正孔輸送層用材料であっても、その他の層の形成材料であってもよい。従って、正孔輸送性化合物であっても電子輸送性化合物であってもよく、発光材料であってもよい。好ましくは層中に多く存在することによる影響力の観点から正孔輸送性化合物または電子輸送性化合物である。
また、前述の如く、この化合物は、本来は結晶化するものであり、この結晶質の化合物を非晶質に調整して得られた化合物であることが好ましい。
上述の如く、本発明の有機電界発光素子材料は非晶質であることを特徴とするが、この有機電界発光素子材料を構成する化合物としては特に制限はなく、後述する有機電界発光素子の発光層用材料であっても、正孔注入層用材料であっても、正孔輸送層用材料であっても、その他の層の形成材料であってもよい。従って、正孔輸送性化合物であっても電子輸送性化合物であってもよく、発光材料であってもよい。好ましくは層中に多く存在することによる影響力の観点から正孔輸送性化合物または電子輸送性化合物である。
また、前述の如く、この化合物は、本来は結晶化するものであり、この結晶質の化合物を非晶質に調整して得られた化合物であることが好ましい。
結晶質の化合物を非晶質に調整する方法としては特に制限はないが、結晶質の化合物を1×10−3Pa以下の高真空下で当該化合物のガラス転移温度(Tg)以上の温度、例えばガラス転移温度より10〜100℃程度高い温度で加熱することにより当該化合物を溶融させ、好ましくはこの温度で0.5〜3時間保持した後、例えば3〜20℃/min程度で60℃以下、例えば20〜45℃まで急速冷却することにより非晶質化合物として得られたものが挙げられる。
本発明の有機電界発光素子材料は、非晶質化合物を当該化合物の全体に対して好ましくは、1重量%以上、より好ましくは10重量%以上含むものであり、特に好ましくは当該化合物の実質的全量が非晶質化合物であるものである。なお、ここで実質的全量とは全体の95〜100重量%であり、このようなものは、前述の如く、粉末X線回折において結晶質化合物に由来する結晶ピークを全く有さず、また、DSC測定の1stランおよび2ndランのいずれにおいてもTgが検出される。
本発明の有機電界発光素子材料を構成する化合物としては、例えば、前述の特許文献1で提案される有機化合物が挙げられるが、何らこの化合物に限定されず、その他、それぞれ以下に例示するような、ジナフチルアントラセン類、ジフェニルアントラセン類、ナフチルフェニルアントラセン類、複素環含有化合物、アミン系化合物、芳香族系化合物、蛍光性化合物、燐光性化合物などが挙げられる。
本発明の効果がより顕著な材料としては、再結晶法など公知の精製方法の組み合わせにて精製した後に、従来の昇華精製による精製を行った場合には結晶性を示し、本発明の処理、即ち、前述の加熱溶融、その後の急速冷却処理、を行った場合には非晶質性を示す化合物が挙げられる。言い換えれば、これらの材料は結晶状態の場合、DSCの測定を行った際に1stランにおいては融点が検出され、Tgが検出されにくいものであるが、非晶質状態の場合は、1stランにおいては融点が検出されず、Tgが検出されるものである。
このような化合物としては、例えば、ある程度対称性が高い材料が挙げられる。具体的には、例えば、トリアリールアミン化合物群において、トリアリール基のNに結合する部分構造がすべて同一のものや2つが同じで一つが異なるもの、すべて異なるがそれぞれが剛直な基を持つものなどが挙げられるが、これに限定したものではない。
このような化合物としては、例えば、ある程度対称性が高い材料が挙げられる。具体的には、例えば、トリアリールアミン化合物群において、トリアリール基のNに結合する部分構造がすべて同一のものや2つが同じで一つが異なるもの、すべて異なるがそれぞれが剛直な基を持つものなどが挙げられるが、これに限定したものではない。
なお、本発明の有機電界発光素子材料は、1種類の非晶質化合物よりなるものに限らず、2種類以上の非晶質化合物よりなるものであってもよい。
[湿式成膜用有機電界発光素子用組成物]
<有機電界発光素子材料>
本発明の湿式成膜用有機電界発光素子用組成物は、湿式成膜法で形成される有機電界発光素子の有機層に用いられる組成物であって、前述の本発明の有機電界発光素子材料の1種または2種以上を1重量%以上含有するものである。
<有機電界発光素子材料>
本発明の湿式成膜用有機電界発光素子用組成物は、湿式成膜法で形成される有機電界発光素子の有機層に用いられる組成物であって、前述の本発明の有機電界発光素子材料の1種または2種以上を1重量%以上含有するものである。
本発明の湿式成膜用有機電界発光素子用組成物中の本発明の有機電界発光素子材料含有量は、当該有機電界発光素子材料の種類、湿式成膜用有機電界発光素子用組成物の用途(この湿式成膜用有機電界発光素子用組成物を用いて湿式成膜法で形成する層の種類)によって異なり、特に制限はないが、通常1重量%以上、好ましくは10重量%以上で、通常50重量%以下、好ましくは70重量%以下である。
以下、主として、本発明の有機電界発光素子材料が電荷輸送材料であり、このような有機電界発光素子材料を含む本発明の湿式成膜用有機電界発光素子用組成物を発光層形成用組成物として用いる場合を例示して、本発明の湿式成膜用有機電界発光素子用組成物を説明するが、本発明は何らこの態様に限定されるものではない。
尚、後述するとおり、発光層形成用組成物の中でも燐光発光材料を含むものが好ましい。即ち、従来開発されてきた燐光ホスト材料は対象性が高く結晶質の化合物が多い為、湿式成膜用としてそのまま使用することは困難であるが、本発明の非晶質化された化合物、即ち本発明の有機電界発光素子材料であれば、従来蒸着用として開発された材料を湿式成膜用として容易に適用できる点で特に好ましい。
また、発光層形成用組成物としては、本発明の非晶質化された化合物を含め2種以上の材料をホスト材料とすると、得られた膜の結晶化が抑えられ安定性が向上する為、好ましい。2種以上の材料をホスト材料とする場合は、全て本発明の非晶質化された化合物であっても良いし、少なくとも1つが本発明の非晶質化プロセス、即ち、前述の加熱溶融、その後の急速冷却処理、を経なくとも安定な非晶質状態を有する化合物であっても良い。特に後者の方が膜の安定性がより向上する為、好ましい。
また、発光層形成用組成物としては、本発明の非晶質化された化合物を含め2種以上の材料をホスト材料とすると、得られた膜の結晶化が抑えられ安定性が向上する為、好ましい。2種以上の材料をホスト材料とする場合は、全て本発明の非晶質化された化合物であっても良いし、少なくとも1つが本発明の非晶質化プロセス、即ち、前述の加熱溶融、その後の急速冷却処理、を経なくとも安定な非晶質状態を有する化合物であっても良い。特に後者の方が膜の安定性がより向上する為、好ましい。
<溶剤>
本発明の有機電界発光素子用組成物は溶剤を含むことが好ましい。
本発明の有機電界発光素子用組成物に含まれる溶剤としては、上述の本発明の有機電界発光素子材料等の溶質が良好に溶解する溶剤であれば特に限定されず、例えば、トルエン、キシレン、メチシレン、シクロヘキシルベンゼン、テトラリン等の芳香族炭化水素;クロロベンゼン、ジクロロベンゼン、トリクロロベンゼン等のハロゲン化芳香族炭化水素;1,2−ジメトキシベンゼン、1,3−ジメトキシベンゼン、アニソール、フェネトール、2−メトキシトルエン、3−メトキシトルエン、4−メトキシトルエン、2,3−ジメチルアニソール、2,4−ジメチルアニソール等の芳香族エーテル;酢酸フェニル、プロピオン酸フェニル、安息香酸メチル、安息香酸エチル、安息香酸プロピル、安息香酸n−ブチル等の芳香族エステル;シクロヘキサノン、シクロオクタノン等の脂環を有するケトン;メチルエチルケトン、ジブチルケトン等の脂肪族ケトン;メチルエチルケトン、シクロヘキサノール、シクロオクタノール等の脂環を有するアルコール;ブタノール、ヘキサノール等の脂肪族アルコール;エチレングリコールジメチルエーテル、エチレングリコールジエチルエーテル、プロピレングリコール−1−モノメチルエーテルアセタート(PGMEA)等の脂肪族エーテル;酢酸エチル、酢酸n−ブチル、乳酸エチル、乳酸n−ブチル等の脂肪族エステル等が利用できる。これらのうち、水の溶解度が低い点、容易には変質しない点で、トルエン、キシレン、メチシレン、シクロヘキシルベンゼン、テトラリン等の芳香族炭化水素が好ましい。
本発明の有機電界発光素子用組成物は溶剤を含むことが好ましい。
本発明の有機電界発光素子用組成物に含まれる溶剤としては、上述の本発明の有機電界発光素子材料等の溶質が良好に溶解する溶剤であれば特に限定されず、例えば、トルエン、キシレン、メチシレン、シクロヘキシルベンゼン、テトラリン等の芳香族炭化水素;クロロベンゼン、ジクロロベンゼン、トリクロロベンゼン等のハロゲン化芳香族炭化水素;1,2−ジメトキシベンゼン、1,3−ジメトキシベンゼン、アニソール、フェネトール、2−メトキシトルエン、3−メトキシトルエン、4−メトキシトルエン、2,3−ジメチルアニソール、2,4−ジメチルアニソール等の芳香族エーテル;酢酸フェニル、プロピオン酸フェニル、安息香酸メチル、安息香酸エチル、安息香酸プロピル、安息香酸n−ブチル等の芳香族エステル;シクロヘキサノン、シクロオクタノン等の脂環を有するケトン;メチルエチルケトン、ジブチルケトン等の脂肪族ケトン;メチルエチルケトン、シクロヘキサノール、シクロオクタノール等の脂環を有するアルコール;ブタノール、ヘキサノール等の脂肪族アルコール;エチレングリコールジメチルエーテル、エチレングリコールジエチルエーテル、プロピレングリコール−1−モノメチルエーテルアセタート(PGMEA)等の脂肪族エーテル;酢酸エチル、酢酸n−ブチル、乳酸エチル、乳酸n−ブチル等の脂肪族エステル等が利用できる。これらのうち、水の溶解度が低い点、容易には変質しない点で、トルエン、キシレン、メチシレン、シクロヘキシルベンゼン、テトラリン等の芳香族炭化水素が好ましい。
有機電界発光素子には、陰極等の水分により著しく劣化する材料が多く使用されているため、組成物中の水分の存在は、乾燥後の膜中に水分が残留し、素子の特性を低下させる可能性が考えられ好ましくない。
組成物中の水分量を低減する方法としては、例えば、蒸留や乾燥剤の使用などにより溶剤を予め脱水する、窒素ガスシール、水の溶解度が低い溶剤を使用する等が挙げられる。なかでも、水の溶解度が低い溶剤を使用する場合は、湿式成膜工程中に、溶液膜が大気中の水分を吸収して白化する現象を防ぐことができるため好ましい。この様な観点からは、本実施の形態が適用される有機電界発光素子用組成物は、例えば、25℃における水の溶解度が1重量%以下、好ましくは0.1重量%以下である溶剤を、組成物中10重量%以上含有することが好ましい。
また、湿式成膜時における組成物からの溶剤蒸発による、成膜安定性の低下を低減するためには、有機電界発光素子用組成物の溶剤として、沸点が100℃以上、好ましくは沸点が150℃以上、より好ましくは沸点が200℃以上の溶剤を用いることが効果的である。また、より均一な膜を得るためには、成膜直後の液膜から溶剤が適当な速度で蒸発することが必要で、このためには通常沸点80℃以上、好ましくは沸点100℃以上、より好ましくは沸点120℃以上で、通常沸点270℃未満、好ましくは沸点250℃未満、より好ましくは沸点230℃未満の溶剤を用いることが有効である。
上述の条件、即ち溶質の溶解性、蒸発速度、水の溶解度の条件を満足する溶剤を単独で用いてもよいが、すべての条件を満たす溶剤が選定できない場合は、2種類以上の溶剤を混合して用いることもできる。
<発光材料>
本発明の有機電界発光素子用組成物を発光層形成用組成物とする場合、発光材料を含有することが好ましい。
発光材料とは、本発明の有機電界発光素子用組成物において、主として発光する成分を指し、有機ELデバイスにおけるドーパント成分に当たる。該有機電界発光素子用組成物から発せられる光量(単位:cd/m2)の内、通常10〜100%、好ましくは20〜100%、より好ましくは50〜100%、最も好ましくは80〜100%が、ある成分材料からの発光と同定される場合、それを発光材料と定義する。
本発明の有機電界発光素子用組成物を発光層形成用組成物とする場合、発光材料を含有することが好ましい。
発光材料とは、本発明の有機電界発光素子用組成物において、主として発光する成分を指し、有機ELデバイスにおけるドーパント成分に当たる。該有機電界発光素子用組成物から発せられる光量(単位:cd/m2)の内、通常10〜100%、好ましくは20〜100%、より好ましくは50〜100%、最も好ましくは80〜100%が、ある成分材料からの発光と同定される場合、それを発光材料と定義する。
発光材料としては、任意の公知材料を適用可能であり、蛍光発光材料あるいは燐光発光材料を単独若しくは複数を混合して使用できるが、内部量子効率の観点から、好ましくは、燐光発光材料である。
尚、溶剤への溶解性を向上させる目的で、発光材料分子の対称性や剛性を低下させたり、あるいはアルキル基などの親油性置換基を導入したりすることも、重要である。
青色発光を与える蛍光発光材料としては、ペリレン、ピレン、アントラセン、クマリン、p−ビス(2−フェニルエテニル)ベンゼンおよびそれらの誘導体等が挙げられる。緑色蛍光発光材料としては、キナクリドン誘導体、クマリン誘導体等が挙げられる。黄色蛍光発光材料としては、ルブレン、ペリミドン誘導体等が挙げられる。赤色蛍光発光材料としては、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。
燐光発光材料としては、例えば周期表7ないし11族から選ばれる金属を含む有機金属錯体が挙げられる。
周期表7ないし11族から選ばれる金属を含む燐光性有機金属錯体における金属として好ましくは、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、金等が挙げられる。これらの有機金属錯体として、好ましくは下記一般式(V)または下記一般式(VI)で表される化合物が挙げられる。
ML(q−j)L’j (V)
(一般式(V)中、Mは金属を表し、qは上記金属の価数を表す。また、LおよびL’は二座配位子を表す。jは0、1または2を表す。)
ML(q−j)L’j (V)
(一般式(V)中、Mは金属を表し、qは上記金属の価数を表す。また、LおよびL’は二座配位子を表す。jは0、1または2を表す。)
以下、まず、一般式(V)で表される化合物について説明する。
一般式(V)中、Mは任意の金属を表し、好ましいものの具体例としては、周期表7ないし11族から選ばれる金属として前述した金属が挙げられる。
一般式(V)中、Mは任意の金属を表し、好ましいものの具体例としては、周期表7ないし11族から選ばれる金属として前述した金属が挙げられる。
また、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。
L’として、錯体の安定性の観点から、特に好ましくは、下記のものが挙げられる。
上記L,L’の部分構造において、環A1は、芳香族炭化水素基または芳香族複素環基を表し、これらは置換基を有していてもよい。また、環A2は、含窒素芳香族複素環基を表し、これらは置換基を有していてもよい。
環A1,A2が置換基を有する場合、好ましい置換基としては、フッ素原子等のハロゲン原子;メチル基、エチル基等のアルキル基;ビニル基等のアルケニル基;メトキシカルボニル基、エトキシカルボニル基等のアルコキシカルボニル基;メトキシ基、エトキシ基等のアルコキシ基;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;フェニル基、ナフチル基、フェナンチル基等の芳香族炭化水素基等が挙げられる。
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。
(一般式(Va)中、MaはMと同様の金属を表し、wは上記金属の価数を表す。また、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。)
(一般式(Vb)中、MbはMと同様の金属を表し、wは上記金属の価数を表す。また、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置換基を有していてもよい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。)
(一般式(Vc)中、McはMと同様の金属を表し、wは上記金属の価数を表す。また、jは0、1または2を表す。さらに、環A1および環A1’は、それぞれ独立に、置換基を有していてもよい芳香族炭化水素基または置換基を有していてもよい芳香族複素環基を表す。また、環A2および環A2’は、それぞれ独立に、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。)
上記一般式(Va)、(Vb)、(Vc)において、環A1および環A1’の基としては、好ましくは、例えばフェニル基、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、カルバゾリル基等が挙げられる。
また、環A2、環A2’の基としては、好ましくは、例えばピリジル基、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、フェナントリジル基等が挙げられる。
さらに、一般式(Va)、(Vb)、(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、エチル基等のアルキル基;ビニル基等のアルケニル基;メトキシカルボニル基、エトキシカルボニル基等のアルコキシカルボニル基;メトキシ基、エトキシ基等のアルコキシ基;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る。
上記置換基がアルキル基である場合は、その炭素数は通常1以上6以下である。さらに、置換基がアルケニル基である場合は、その炭素数は通常2以上6以下である。また、置換基がアルコキシカルボニル基である場合は、その炭素数は通常2以上6以下である。さらに、置換基がアルコキシ基である場合は、その炭素数は通常1以上6以下である。また、置換基がアリールオキシ基である場合は、その炭素数は通常6以上14以下である。さらに、置換基がジアルキルアミノ基である場合は、その炭素数は通常2以上24以下である。また、置換基がジアリールアミノ基である場合は、その炭素数は通常12以上28以下である。さらに、置換基がアシル基である場合は、その炭素数は通常1以上14以下である。また、置換基がハロアルキル基である場合は、その炭素数は通常1以上12以下である。
なお、これら置換基は互いに連結して環を形成してもよい。具体例としては、環A1が有する置換基と環A2が有する置換基とが結合するか、または、環A1’が有する置換基と環A2’が有する置換基とが結合するかして、一つの縮合環を形成してもよい。このような縮合環基としては、7,8−ベンゾキノリン基等が挙げられる。
中でも、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、カルバゾリル基が挙げられる。
また、一般式(Va)、(Vb)、(Vc)におけるMa,Mb,Mc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。
上記一般式(V)、(Va)、(Vb)または(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ものではない(以下において、Phはフェニル基を表す。)。
上記一般式(V)、(Va)、(Vb)、(Vc)で表される有機金属錯体の中でも、特に、配位子Lおよび/またはL’として2−アリールピリジン系配位子、即ち、2−アリールピリジン、これに任意の置換基が結合したもの、および、これに任意の基が縮合してなるものを有する化合物が好ましい。
次に、前記一般式(VI)で表される化合物について説明する。
一般式(VI)中、Mdは金属を表し、具体例としては、周期表7ないし11族から選ばれる金属として前述した金属が挙げられる。中でも好ましくは、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。
一般式(VI)中、Mdは金属を表し、具体例としては、周期表7ないし11族から選ばれる金属として前述した金属が挙げられる。中でも好ましくは、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。
また、一般式(VI)において、R92およびR93は、それぞれ独立に、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、芳香族炭化水素基または芳香族複素環基を表す。
さらに、Tが炭素の場合、R94およびR95は、それぞれ独立に、R92およびR93と同様の例示物で表される置換基を表す。また、前述の如く、Tが窒素の場合はR94およびR95は無い。
また、R92〜R95はさらに置換基を有していてもよい。この場合のさらに有していてもよい置換基には特に制限はなく、任意の基を置換基とすることができる。
さらに、R92〜R95は互いに連結して環を形成してもよく、この環がさらに任意の置換基を有していてもよい。
さらに、R92〜R95は互いに連結して環を形成してもよく、この環がさらに任意の置換基を有していてもよい。
一般式(VI)で表される有機金属錯体の具体例(T−1,T−10〜T−15)を以下に示すが、下記の例示化合物に限定されるものではない。なお、以下において、Meはメチル基を表し、Etはエチル基を表す。
また、有機金属錯体としては、WO2005/019373号公報に記載の化合物も使用することができる。
<その他の成分>
本発明の有機電界発光素子用組成物中には、前述した溶剤および発光材料以外にも、必要に応じて、各種の他の溶剤を含んでいてもよい。このような他の溶剤としては、例えば、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド等のアミド類、ジメチルスルホキシド等が挙げられる。
また、レベリング剤や消泡剤等の各種添加剤を含んでいてもよい。
本発明の有機電界発光素子用組成物中には、前述した溶剤および発光材料以外にも、必要に応じて、各種の他の溶剤を含んでいてもよい。このような他の溶剤としては、例えば、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド等のアミド類、ジメチルスルホキシド等が挙げられる。
また、レベリング剤や消泡剤等の各種添加剤を含んでいてもよい。
また、2層以上の層を湿式成膜法により積層する際に、これらの層が相溶することを防ぐため、成膜後に硬化させて不溶化させる目的で光硬化性樹脂や、熱硬化性樹脂を含有させておくこともできる。
<有機電界発光素子用組成物中の材料濃度と配合比>
本発明の有機電界発光素子用組成物中の本発明の有機電界発光素子材料である電荷輸送材料、発光材料および必要に応じて添加可能な成分(レベリング剤など)などの固形分濃度は、通常0.01重量%以上、好ましくは0.05重量%以上、より好ましくは0.1重量%以上、さらに好ましくは0.5重量%以上、最も好ましくは1重量%以上であり、通常80重量%以下、好ましくは50重量%以下、より好ましくは40重量%以下、さらに好ましくは30重量%以下、最も好ましくは20重量%以下である。この濃度が下限を下回ると、薄膜を形成する場合、厚膜を形成するのが困難となり、上限を超えると、薄膜を形成するのが困難となる。
本発明の有機電界発光素子用組成物中の本発明の有機電界発光素子材料である電荷輸送材料、発光材料および必要に応じて添加可能な成分(レベリング剤など)などの固形分濃度は、通常0.01重量%以上、好ましくは0.05重量%以上、より好ましくは0.1重量%以上、さらに好ましくは0.5重量%以上、最も好ましくは1重量%以上であり、通常80重量%以下、好ましくは50重量%以下、より好ましくは40重量%以下、さらに好ましくは30重量%以下、最も好ましくは20重量%以下である。この濃度が下限を下回ると、薄膜を形成する場合、厚膜を形成するのが困難となり、上限を超えると、薄膜を形成するのが困難となる。
また、本発明の有機電界発光素子用組成物において、発光材料/電荷輸送材料の重量混合比は、通常、0.1/99.9以上であり、より好ましくは0.5/99.5以上であり、さらに好ましくは1/99以上であり、最も好ましくは2/98以上で、通常、50/50以下であり、より好ましくは40/60以下であり、さらに好ましくは30/70以下であり、最も好ましくは20/80以下である。この比が下限を下回ったり、上限を超えたりすると、著しく発光効率が低下するおそれがある。
<有機電界発光素子用組成物の調製方法>
本発明の有機電界発光素子用組成物は、本発明の有機電界発光素子材料、発光材料、および必要に応じて添加可能なレベリング剤や消泡剤等の各種添加剤よりなる溶質を、適当な溶剤に溶解させることにより調製される。溶解工程に要する時間を短縮するため、および組成物中の溶質濃度を均一に保つため、通常、液を撹拌しながら溶質を溶解させる。溶解工程は常温で行ってもよいが、溶解速度が遅い場合は加熱して溶解させることもできる。溶解工程終了後、必要に応じて、フィルタリング等の濾過工程を経由してもよい。
本発明の有機電界発光素子用組成物は、本発明の有機電界発光素子材料、発光材料、および必要に応じて添加可能なレベリング剤や消泡剤等の各種添加剤よりなる溶質を、適当な溶剤に溶解させることにより調製される。溶解工程に要する時間を短縮するため、および組成物中の溶質濃度を均一に保つため、通常、液を撹拌しながら溶質を溶解させる。溶解工程は常温で行ってもよいが、溶解速度が遅い場合は加熱して溶解させることもできる。溶解工程終了後、必要に応じて、フィルタリング等の濾過工程を経由してもよい。
[有機電界発光素子]
本発明の有機電界発光素子は、基板上に、陽極および該陽極と該陰極の間に、有機層を有し、該有機層が上記本発明の有機電界発光素子材料を含有することを特徴とする。該有機層としては、以下詳述の通り、正孔注入層、正孔輸送層、発光層、正孔阻止層、電子輸送層などいずれでもよいが、本発明の有機電界発光素子材料を含有する有機層は発光層であることが好ましい。
本発明の有機電界発光素子は、基板上に、陽極および該陽極と該陰極の間に、有機層を有し、該有機層が上記本発明の有機電界発光素子材料を含有することを特徴とする。該有機層としては、以下詳述の通り、正孔注入層、正孔輸送層、発光層、正孔阻止層、電子輸送層などいずれでもよいが、本発明の有機電界発光素子材料を含有する有機層は発光層であることが好ましい。
以下に、本発明の有機電界発光素子の層構成およびその一般的形成方法等について、図1を参照にして説明する。
図1は本発明の有機電界発光素子10の構造例を示す断面の模式図であり、図1において、1は基板、2は陽極、3は正孔注入層、4は正孔輸送層、5は発光層、6は正孔阻止層、7は電子輸送層、8は電子注入層、9は陰極を各々表す。
尚、本発明において湿式成膜法とは、前述の如く、例えば、スピンコート法、ディップコート法、ダイコート法、バーコート法、ブレードコート法、ロールコート法、スプレーコート法、キャピラリーコート法、インクジェット法、スクリーン印刷法、グラビア印刷法、フレキソ印刷法等湿式で成膜される方法をいう。これらの成膜方法の中でも、有機電界発光素子に用いられる有機電界発光素子用組成物特有の液性に合うため、スピンコート法、スプレーコート法、インクジェット法が好ましい。
尚、本発明の有機電界発光素子は、より駆動電圧が低減する点で、正孔注入層、正孔輸送層、及び発光層が湿式成膜法で形成されたものであることが好ましい。
{基板}
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等が用いられる。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、ポリスルホン等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。
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等が用いられる。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、ポリスルホン等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。
{陽極}
陽極2は発光層側の層への正孔注入の役割を果たすものである。
陽極2は発光層側の層への正孔注入の役割を果たすものである。
この陽極2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等の金属酸化物、ヨウ化銅等のハロゲン化金属、カーボンブラック、或いは、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等により構成される。
陽極2の形成は通常、スパッタリング法、真空蒸着法等により行われることが多い。また、銀等の金属微粒子、ヨウ化銅等の微粒子、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等を用いて陽極2を形成する場合には、適当なバインダー樹脂溶液に分散させて、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)。
陽極2は通常は単層構造であるが、所望により複数の材料からなる積層構造とすることも可能である。
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%以上とすることが好ましい。この場合、陽極2の厚みは通常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の厚みは任意であり、陽極2は基板1と同一でもよい。また、さらには、上記の陽極2の上に異なる導電材料を積層することも可能である。
陽極2に付着した不純物を除去し、イオン化ポテンシャルを調整して正孔注入性を向上させることを目的に、陽極2表面を紫外線(UV)/オゾン処理したり、酸素プラズマ、アルゴンプラズマ処理したりすることは好ましい。
{正孔注入層}
正孔注入層3は、陽極2から発光層5へ正孔を輸送する層であり、通常、陽極2上に形成される。
正孔注入層3は、陽極2から発光層5へ正孔を輸送する層であり、通常、陽極2上に形成される。
本発明に係る正孔注入層3の形成方法は真空蒸着法でも、湿式成膜法でもよく、特に制限はないが、ダークスポット低減の観点から正孔注入層3を湿式成膜法により形成することが好ましい。
正孔注入層3の膜厚は、通常5nm以上、好ましくは10nm以上、また、通常1000nm以下、好ましくは500nm以下の範囲である。
<湿式成膜法による正孔注入層の形成>
湿式成膜により正孔注入層3を形成する場合、通常は、正孔注入層3を構成する材料を適切な溶剤(正孔注入層用溶剤)と混合して成膜用の組成物(正孔注入層形成用組成物)を調製し、この正孔注入層形成用組成物を適切な手法により、正孔注入層3の下層に該当する層(通常は、陽極)上に塗布して成膜し、乾燥することにより正孔注入層3を形成する。
湿式成膜により正孔注入層3を形成する場合、通常は、正孔注入層3を構成する材料を適切な溶剤(正孔注入層用溶剤)と混合して成膜用の組成物(正孔注入層形成用組成物)を調製し、この正孔注入層形成用組成物を適切な手法により、正孔注入層3の下層に該当する層(通常は、陽極)上に塗布して成膜し、乾燥することにより正孔注入層3を形成する。
(正孔輸送性化合物)
正孔注入層形成用組成物は通常、正孔注入層の構成材料として正孔輸送性化合物および溶剤を含有する。
正孔注入層形成用組成物は通常、正孔注入層の構成材料として正孔輸送性化合物および溶剤を含有する。
正孔輸送性化合物は、通常、有機電界発光素子の正孔注入層に使用される、正孔輸送性を有する化合物であれば、重合体などの高分子化合物であっても、単量体などの低分子化合物であってもよいが、高分子化合物であることが好ましい。
正孔輸送性化合物としては、陽極2から正孔注入層3への電荷注入障壁の観点から4.5eV〜6.0eVのイオン化ポテンシャルを有する化合物が好ましい。正孔輸送性化合物の例としては、芳香族アミン誘導体、フタロシアニン誘導体、ポルフィリン誘導体、オリゴチオフェン誘導体、ポリチオフェン誘導体、ベンジルフェニル誘導体、フルオレン基で3級アミンを連結した化合物、ヒドラゾン誘導体、シラザン誘導体、シラナミン誘導体、ホスファミン誘導体、キナクリドン誘導体、ポリアニリン誘導体、ポリピロール誘導体、ポリフェニレンビニレン誘導体、ポリチエニレンビニレン誘導体、ポリキノリン誘導体、ポリキノキサリン誘導体、カーボン等が挙げられる。
尚、本発明において誘導体とは、例えば、芳香族アミン誘導体を例にするならば、芳香族アミンそのものおよび芳香族アミンを主骨格とする化合物を含むものであり、重合体であっても、単量体であってもよい。
正孔注入層3の材料として用いられる正孔輸送性化合物は、このような化合物のうち何れか1種を単独で含有していてもよく、2種以上を含有していてもよい。2種以上の正孔輸送性化合物を含有する場合、その組み合わせは任意であるが、芳香族三級アミン高分子化合物1種または2種以上と、その他の正孔輸送性化合物1種または2種以上とを併用することが好ましい。
上記例示した中でも非晶質性、可視光の透過率の点から、芳香族アミン化合物が好ましく、特に芳香族三級アミン化合物が好ましい。ここで、芳香族三級アミン化合物とは、芳香族三級アミン構造を有する化合物であって、芳香族三級アミン由来の基を有する化合物も含む。
芳香族三級アミン化合物の種類は特に制限されないが、表面平滑化効果による均一な発光の点から、重量平均分子量が1000以上、1000000以下の高分子化合物(繰り返し単位が連なる重合型化合物)がさらに好ましい。芳香族三級アミン高分子化合物の好ましい例として、下記式(I)で表される繰り返し単位を有する高分子化合物が挙げられる。
(式(I)中、Ar1およびAr2は、それぞれ独立して、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。Ar3〜Ar5は、それぞれ独立して、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。Yは、下記の連結基群の中から選ばれる連結基を表す。また、Ar1〜Ar5のうち、同一のN原子に結合する二つの基は互いに結合して環を形成してもよい。
(上記各式中、Ar6〜Ar16は、それぞれ独立して、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。R1およびR2は、それぞれ独立して、水素原子または任意の置換基を表す。))
Ar1〜Ar16の芳香族炭化水素基および芳香族複素環基としては、高分子化合物の溶解性、耐熱性、正孔注入・輸送性の点から、ベンゼン環、ナフタレン環、フェナントレン環、チオフェン環、ピリジン環由来の基が好ましく、ベンゼン環、ナフタレン環由来の基がさらに好ましい。
Ar1〜Ar16の芳香族炭化水素基および芳香族複素環基は、さらに置換基を有していてもよい。置換基の分子量としては、通常400以下、中でも250以下程度が好ましい。置換基としては、アルキル基、アルケニル基、アルコキシ基、芳香族炭化水素基、芳香族複素環基などが好ましい。
R1およびR2が任意の置換基である場合、該置換基としては、アルキル基、アルケニル基、アルコキシ基、シリル基、シロキシ基、芳香族炭化水素基、芳香族複素環基などが挙げられる。
式(I)で表される繰り返し単位を有する芳香族三級アミン高分子化合物の具体例としては、国際公開第2005/089024号パンフレットに記載のものが挙げられる。
また、正孔輸送性化合物としては、ポリチオフェンの誘導体である3,4-ethylenedioxythiophene(3,4−エチレンジオキシチオフェン)を高分子量ポリスチレンスルホン酸中で重合してなる導電性ポリマー(PEDOT/PSS)もまた好ましい。また、このポリマーの末端をメタクリレート等でキャップしたものであってもよい。
正孔注入層形成用組成物中の、正孔輸送性化合物の濃度は本発明の効果を著しく損なわない限り任意であるが、膜厚の均一性の点で通常0.01重量%以上、好ましくは0.1重量%以上、さらに好ましくは0.5重量%以上、また、通常70重量%以下、好ましくは60重量%以下、さらに好ましくは50重量%以下である。この濃度が大きすぎると膜厚ムラが生じる可能性があり、また、小さすぎると成膜された正孔注入層に欠陥が生じる可能性がある。
(電子受容性化合物)
正孔注入層形成用組成物は正孔注入層の構成材料として、電子受容性化合物を含有していることが好ましい。
正孔注入層形成用組成物は正孔注入層の構成材料として、電子受容性化合物を含有していることが好ましい。
電子受容性化合物とは、酸化力を有し、上述の正孔輸送性化合物から一電子受容する能力を有する化合物が好ましく、具体的には、電子親和力が4eV以上である化合物が好ましく、5eV以上の化合物である化合物がさらに好ましい。
このような電子受容性化合物としては、例えば、トリアリールホウ素化合物、ハロゲン化金属、ルイス酸、有機酸、オニウム塩、アリールアミンとハロゲン化金属との塩、アリールアミンとルイス酸との塩よりなる群から選ばれる1種または2種以上の化合物等が挙げられる。さらに具体的には、4−イソプロピル−4’−メチルジフェニルヨードニウムテトラキス(ペンダフルオロフェニル)ボラート、トリフェニルスルホニウムテトラフルオロボラート等の有機基の置換したオニウム塩(国際公開2005/089024号パンフレット);塩化鉄(III)(特開平11−251067号公報)、ペルオキソ二硫酸アンモニウム等の高原子価の無機化合物;テトラシアノエチレン等のシアノ化合物、トリス(ペンダフルオロフェニル)ボラン(特開2003−31365号公報)等の芳香族ホウ素化合物;フラーレン誘導体;ヨウ素;ポリスチレンスルホン酸イオン、アルキルベンゼンスルホン酸イオン、ショウノウスルホン酸イオン等のスルホン酸イオン等が挙げられる。
これらの電子受容性化合物は、正孔輸送性化合物を酸化することにより正孔注入層の導電率を向上させることができる。
正孔注入層或いは正孔注入層形成用組成物中の電子受容性化合物の正孔輸送性化合物に対する含有量は、通常0.1モル%以上、好ましくは1モル%以上である。但し、通常100モル%以下、好ましくは40モル%以下である。
(その他の構成材料)
正孔注入層の材料としては、本発明の効果を著しく損なわない限り、上述の正孔輸送性化合物や電子受容性化合物に加えて、さらに、その他の成分を含有させてもよい。その他の成分の例としては、各種の発光材料、電子輸送性化合物、バインダー樹脂、塗布性改良剤などが挙げられる。なお、その他の成分は、1種のみを用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせおよび比率で併用してもよい。
正孔注入層の材料としては、本発明の効果を著しく損なわない限り、上述の正孔輸送性化合物や電子受容性化合物に加えて、さらに、その他の成分を含有させてもよい。その他の成分の例としては、各種の発光材料、電子輸送性化合物、バインダー樹脂、塗布性改良剤などが挙げられる。なお、その他の成分は、1種のみを用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせおよび比率で併用してもよい。
(溶剤)
湿式成膜法に用いる正孔注入層形成用組成物の溶剤のうち少なくとも1種は、上述の正孔注入層の構成材料を溶解しうる化合物であることが好ましい。また、この溶剤の沸点は通常110℃以上、好ましくは140℃以上、中でも200℃以上、通常400℃以下、中でも300℃以下であることが好ましい。溶剤の沸点が低すぎると、乾燥速度が速すぎ、膜質が悪化する可能性がある。また、溶剤の沸点が高すぎると乾燥工程の温度を高くする必要があし、他の層や基板に悪影響を与える可能性がある。
湿式成膜法に用いる正孔注入層形成用組成物の溶剤のうち少なくとも1種は、上述の正孔注入層の構成材料を溶解しうる化合物であることが好ましい。また、この溶剤の沸点は通常110℃以上、好ましくは140℃以上、中でも200℃以上、通常400℃以下、中でも300℃以下であることが好ましい。溶剤の沸点が低すぎると、乾燥速度が速すぎ、膜質が悪化する可能性がある。また、溶剤の沸点が高すぎると乾燥工程の温度を高くする必要があし、他の層や基板に悪影響を与える可能性がある。
溶剤として例えば、エーテル系溶剤、エステル系溶剤、芳香族炭化水素系溶剤、アミド系溶剤などが挙げられる。
エーテル系溶剤としては、例えば、エチレングリコールジメチルエーテル、エチレングリコールジエチルエーテル、プロピレングリコール−1−モノメチルエーテルアセタート(PGMEA)等の脂肪族エーテル;1,2−ジメトキシベンゼン、1,3−ジメトキシベンゼン、アニソール、フェネトール、2−メトキシトルエン、3−メトキシトルエン、4−メトキシトルエン、2,3−ジメチルアニソール、2,4−ジメチルアニソール等の芳香族エーテル、等が挙げられる。
エステル系溶剤としては、例えば、酢酸フェニル、プロピオン酸フェニル、安息香酸メチル、安息香酸エチル、安息香酸プロピル、安息香酸n−ブチル等の芳香族エステル、等が挙げられる。
芳香族炭化水素系溶剤としては、例えば、トルエン、キシレン、シクロヘキシルベンゼン、3−イロプロピルビフェニル、1,2,3,4−テトラメチルベンゼン、1,4−ジイソプロピルベンゼン、シクロヘキシルベンゼン、メチルナフタレン等が挙げられる。
アミド系溶剤としては、例えば、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、等が挙げられる。
その他、ジメチルスルホキシド、等も用いることができる。
これらの溶剤は1種のみを用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせおよび比率で用いてもよい。
(成膜方法)
正孔注入層形成用組成物を調製後、この組成物を湿式成膜により、正孔注入層3の下層に該当する層(通常は、陽極2)上に塗布成膜し、乾燥することにより正孔注入層3を形成する。
正孔注入層形成用組成物を調製後、この組成物を湿式成膜により、正孔注入層3の下層に該当する層(通常は、陽極2)上に塗布成膜し、乾燥することにより正孔注入層3を形成する。
成膜工程における温度は、組成物中に結晶が生じることによる膜の欠損を防ぐため、10℃以上が好ましく、50℃以下が好ましくい。
成膜工程における相対湿度は、本発明の効果を著しく損なわない限り限定されないが、通常0.01ppm以上、通常80%以下である。
成膜後、通常加熱等により正孔注入層形成用組成物の膜を乾燥させる。加熱工程において使用する加熱手段の例を挙げると、クリーンオーブン、ホットプレート、赤外線、ハロゲンヒーター、マイクロ波照射などが挙げられる。中でも、膜全体に均等に熱を与えるためには、クリーンオーブンおよびホットプレートが好ましい。
加熱工程における加熱温度は、本発明の効果を著しく損なわない限り、正孔注入層形成用組成物に用いた溶剤の沸点以上の温度で加熱することが好ましい。また、正孔注入層に用いた溶剤が2種類以上含まれている混合溶剤の場合、少なくとも1種類がその溶剤の沸点以上の温度で加熱されるのが好ましい。溶剤の沸点上昇を考慮すると、加熱工程においては、好ましくは120℃以上、好ましくは410℃以下で加熱することが好ましい。
加熱工程において、加熱温度が正孔注入層形成用組成物の溶剤の沸点以上であり、かつ塗布膜の十分な不溶化が起こらなければ、加熱時間は限定されないが、好ましくは10秒以上、通常180分以下である。加熱時間が長すぎると他の層の成分が拡散する傾向があり、短すぎると正孔注入層が不均質になる傾向がある。加熱は2回に分けて行ってもよい。
<真空蒸着法による正孔注入層の形成>
真空蒸着により正孔注入層3を形成する場合には、正孔注入層3の構成材料(前述の正孔輸送性化合物、電子受容性化合物等)の1種または2種以上を真空容器内に設置されたるつぼに入れ(2種以上の材料を用いる場合は各々のるつぼに入れ)、真空容器内を適当な真空ポンプで10−4Pa程度まで排気した後、るつぼを加熱して(2種以上の材料を用いる場合は各々のるつぼを加熱して)、蒸発量を制御して蒸発させ(2種以上の材料を用いる場合はそれぞれ独立に蒸発量を制御して蒸発させ)、るつぼと向き合って置かれた基板の陽極2上に正孔注入層3を形成させる。なお、2種以上の材料を用いる場合は、それらの混合物をるつぼに入れ、加熱、蒸発させて正孔注入層3を形成することもできる。
真空蒸着により正孔注入層3を形成する場合には、正孔注入層3の構成材料(前述の正孔輸送性化合物、電子受容性化合物等)の1種または2種以上を真空容器内に設置されたるつぼに入れ(2種以上の材料を用いる場合は各々のるつぼに入れ)、真空容器内を適当な真空ポンプで10−4Pa程度まで排気した後、るつぼを加熱して(2種以上の材料を用いる場合は各々のるつぼを加熱して)、蒸発量を制御して蒸発させ(2種以上の材料を用いる場合はそれぞれ独立に蒸発量を制御して蒸発させ)、るつぼと向き合って置かれた基板の陽極2上に正孔注入層3を形成させる。なお、2種以上の材料を用いる場合は、それらの混合物をるつぼに入れ、加熱、蒸発させて正孔注入層3を形成することもできる。
蒸着時の真空度は、本発明の効果を著しく損なわない限り限定されないが、通常0.1×10−6Torr(0.13×10−4Pa)以上、通常9.0×10−6Torr(12.0×10−4Pa)以下である。蒸着速度は、本発明の効果を著しく損なわない限り限定されないが、通常0.1Å/秒以上、通常5.0Å/秒以下である。蒸着時の成膜温度は、本発明の効果を著しく損なわない限り限定されないが、好ましくは10℃以上で、好ましくは50℃以下で行われる。
{正孔輸送層}
正孔輸送層4は、正孔注入層がある場合には正孔注入層3の上に、正孔注入層3が無い場合には陽極2の上に形成することができる。また、本発明の有機電界発光素子は、正孔輸送層を省いた構成であってもよい。
正孔輸送層4は、正孔注入層がある場合には正孔注入層3の上に、正孔注入層3が無い場合には陽極2の上に形成することができる。また、本発明の有機電界発光素子は、正孔輸送層を省いた構成であってもよい。
本発明に係る正孔輸送層4の形成方法は真空蒸着法でも、湿式成膜法でもよく、特に制限はないが、ダークスポット低減の観点から正孔輸送層4を湿式成膜法により形成することが好ましい。
正孔輸送層4を形成する材料としては、正孔輸送性が高く、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好ましい。そのために、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、正孔移動度が大きく、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好ましい。また、多くの場合、発光層5に接するため、発光層5からの発光を消光したり、発光層5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たりしないことが好ましい。
このような正孔輸送層4の材料としては、従来、正孔輸送層の構成材料として用いられている材料であればよく、例えば、前述の正孔注入層3に使用される正孔輸送性化合物として例示したものが挙げられる。また、アリールアミン誘導体、フルオレン誘導体、スピロ誘導体、カルバゾール誘導体、ピリジン誘導体、ピラジン誘導体、ピリミジン誘導体、トリアジン誘導体、キノリン誘導体、フェナントロリン誘導体、フタロシアニン誘導体、ポルフィリン誘導体、シロール誘導体、オリゴチオフェン誘導体、縮合多環芳香族誘導体、金属錯体などが挙げられる。
また、例えば、ポリビニルカルバゾール誘導体、ポリアリールアミン誘導体、ポリビニルトリフェニルアミン誘導体、ポリフルオレン誘導体、ポリアリーレン誘導体、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誘導体、ポリアリーレンビニレン誘導体、ポリシロキサン誘導体、ポリチオフェン誘導体、ポリ(p−フェニレンビニレン)誘導体等が挙げられる。これらは、交互共重合体、ランダム重合体、ブロック重合体またはグラフト共重合体のいずれであってもよい。また、主鎖に枝分かれがあり末端部が3つ以上ある高分子や、所謂デンドリマーであってもよい。
中でも、ポリアリールアミン誘導体やポリアリーレン誘導体が好ましい。
中でも、ポリアリールアミン誘導体やポリアリーレン誘導体が好ましい。
ポリアリールアミン誘導体としては、下記式(II)で表される繰り返し単位を含む重合体であることが好ましい。特に、下記式(II)で表される繰り返し単位からなる重合体であることが好ましく、この場合、繰り返し単位それぞれにおいて、AraまたはArbが異なっているものであってもよい。
(式(II)中、AraおよびArbは、それぞれ独立して、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。)
置換基を有していてもよい芳香族炭化水素基としては、例えば、ベンゼン環、ナフタレン環、アントラセン環、フェナントレン環、ペリレン環、テトラセン環、ピレン環、ベンズピレン環、クリセン環、トリフェニレン環、アセナフテン環、フルオランテン環、フルオレン環などの、6員環の単環または2〜5縮合環由来の基およびこれらの環が2環以上直接結合で連結してなる基が挙げられる。
置換基を有していてもよい芳香族複素環基としては、例えばフラン環、ベンゾフラン環、チオフェン環、ベンゾチオフェン環、ピロール環、ピラゾール環、イミダゾール環、オキサジアゾール環、インドール環、カルバゾール環、ピロロイミダゾール環、ピロロピラゾール環、ピロロピロール環、チエノピロール環、チエノチオフェン環、フロピロール環、フロフラン環、チエノフラン環、ベンゾイソオキサゾール環、ベンゾイソチアゾール環、ベンゾイミダゾール環、ピリジン環、ピラジン環、ピリダジン環、ピリミジン環、トリアジン環、キノリン環、イソキノリン環、シノリン環、キノキサリン環、フェナントリジン環、ベンゾイミダゾール環、ペリミジン環、キナゾリン環、キナゾリノン環、アズレン環などの、5または6員環の単環または2〜4縮合環由来の基およびこれらの環が2環以上直接結合で連結してなる基が挙げられる。
溶解性、耐熱性の点から、AraおよびArbは、各々独立に、ベンゼン環、ナフタレン環、アントラセン環、フェナントレン環、トリフェニレン環、ピレン環、チオフェン環、ピリジン環、フルオレン環からなる群より選ばれる環由来の基やベンゼン環が2環以上連結してなる基(例えば、ビフェニル基やターフェニル基)が好ましい。
中でも、ベンゼン環由来の基(フェニル基)、ベンゼン環が2環連結してなる基(ビフェニル基)およびフルオレン環由来の基(フルオレニル基)が好ましい。
中でも、ベンゼン環由来の基(フェニル基)、ベンゼン環が2環連結してなる基(ビフェニル基)およびフルオレン環由来の基(フルオレニル基)が好ましい。
AraおよびArbにおける芳香族炭化水素基および芳香族複素環基が有していてもよい置換基としては、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アルコキシ基、アリールオキシ基、アルコキシカルボニル基、ジアルキルアミノ基、ジアリールアミノ基、アシル基、ハロゲン原子、ハロアルキル基、アルキルチオ基、アリールチオ基、シリル基、シロキシ基、シアノ基、芳香族炭化水素環基、芳香族複素環基などが挙げられる。
ポリアリーレン誘導体としては、前記式(II)におけるAraやArbとして例示した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などのアリーレン基をその繰り返し単位に有する重合体が挙げられる。
ポリアリーレン誘導体としては、下記式(III-1)および/または下記式(III-2)からなる繰り返し単位を有する重合体が好ましい。
ポリアリーレン誘導体としては、下記式(III-1)および/または下記式(III-2)からなる繰り返し単位を有する重合体が好ましい。
(式(III-1)中、Ra、Rb、RcおよびRdは、それぞれ独立に、アルキル基、アルコキシ基、フェニルアルキル基、フェニルアルコキシ基、フェニル基、フェノキシ基、アルキルフェニル基、アルコキシフェニル基、アルキルカルボニル基、アルコキシカルボニル基、またはカルボキシ基を表す。tおよびsは、それぞれ独立に、0〜3の整数を表す。tまたはsが2以上の場合、一分子中に含まれる複数のRaまたはRbは同一であっても異なっていてもよく、隣接するRaまたはRbどうしで環を形成していてもよい。)
(式(III-2)中、ReおよびRfは、それぞれ独立に、上記式(III-1)におけるRa、Rb、RcまたはRdと同義である。rおよびuは、それぞれ独立に、0〜3の整数を表す。rまたはuが2以上の場合、一分子中に含まれる複数のReおよびRfは同一であっても異なっていてもよく、隣接するReまたはRfどうしで環を形成していてもよい。Xは、5員環または6員環を構成する原子または原子群を表す。)
Xの具体例としては、酸素原子、置換基を有していてもよいホウ素原子、置換基を有していてもよい窒素原子、置換基を有していてもよいケイ素原子、置換基を有していてもよいリン原子、置換基を有していてもよいイオウ原子、置換基を有していてもよい炭素原子またはこれらが結合してなる基である。
また、ポリアリーレン誘導体としては、下記式(III-1)および/または下記式(III-2)からなる繰り返し単位に加えて、さらに下記式(III-3)で表される繰り返し単位を有することが好ましい。
(式(III-3)中、Arc〜Arjは、それぞれ独立に、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す。xおよびyは、それぞれ独立に0または1を表す。)
Arc〜Arjの具体例としては、前記式(II)における、AraおよびArbと同様である。
上記式(III-1)〜(III-3)の具体例およびポリアリーレン誘導体の具体例等は、特開2008−98619号公報に記載のものなどが挙げられる。
湿式成膜法で正孔輸送層4を形成する場合は、上記正孔注入層3の形成と同様にして、正孔輸送層形成用組成物を調製した後、湿式成膜後、加熱乾燥させる。
正孔輸送層形成用組成物には、上述の正孔輸送性化合物の他、溶剤を含有する。用いる溶剤は上記正孔注入層形成用組成物に用いたものと同様である。また、成膜条件、加熱乾燥条件等も正孔注入層3の形成の場合と同様である。
真空蒸着法により正孔輸送層を形成する場合もまた、その成膜条件等は上記正孔注入層3の形成の場合と同様である。
正孔輸送層4は、上記正孔輸送性化合物の他、各種の発光材料、電子輸送性化合物、バインダー樹脂、塗布性改良剤などを含有していてもよい。
正孔輸送層4はまた、架橋性化合物を架橋して形成される層であってもよい。架橋性化合物は、架橋性基を有する化合物であって、架橋することにより網目状高分子化合物を形成する。
この架橋性基の例を挙げると、オキセタン、エポキシなどの環状エーテル由来の基;ビニル基、トリフルオロビニル基、スチリル基、アクリル基、メタクリロイル、シンナモイル等の不飽和二重結合由来の基;ベンゾシクロブテン由来の基などが挙げられる。
架橋性化合物は、モノマー、オリゴマー、ポリマーのいずれであってもよい。 架橋性化合物は1種のみを有していてもよく、2種以上を任意の組み合わせおよび比率で有していてもよい。
架橋性化合物としては、架橋性基を有する正孔輸送性化合物を用いることが好ましい。正孔輸送性化合物としては、上記の例示したものが挙げられ、これら正孔輸送性化合物に対して、架橋性基が主鎖または側鎖に結合しているものが挙げられる。特に架橋性基は、アルキレン基等の連結基を介して、主鎖に結合していることが好ましい。また、特に正孔輸送性化合物としては、架橋性基を有する繰り返し単位を含む重合体であることが好ましく、上記式(II)や式(III-1)〜(III-3)に架橋性基が直接または連結基を介して結合した繰り返し単位を有する重合体であることが好ましい。
架橋性化合物としては、架橋性基を有する正孔輸送性化合物を用いることが好ましい。正孔輸送性化合物の例を挙げると、ピリジン誘導体、ピラジン誘導体、ピリミジン誘導体、トリアジン誘導体、キノリン誘導体、フェナントロリン誘導体、カルバゾール誘導体、フタロシアニン誘導体、ポルフィリン誘導体等の含窒素芳香族化合物誘導体;トリフェニルアミン誘導体;シロール誘導体;オリゴチオフェン誘導体、縮合多環芳香族誘導体、金属錯体などが挙げられる。その中でも、ピリジン誘導体、ピラジン誘導体、ピリミジン誘導体、トリアジン誘導体、キノリン誘導体、フェナントロリン誘導体、カルバゾール誘導体等の含窒素芳香族誘導体;トリフェニルアミン誘導体、シロール誘導体、縮合多環芳香族誘導体、金属錯体などが好ましく、特に、トリフェニルアミン誘導体がより好ましい。
架橋性化合物を架橋して正孔輸送層4を形成するには、通常、架橋性化合物を溶剤に溶解または分散した正孔輸送層形成用組成物を調製して、湿式成膜により成膜して架橋させる。
正孔輸送層形成用組成物には、架橋性化合物の他、架橋反応を促進する添加物を含んでいてもよい。架橋反応を促進する添加物の例を挙げると、アルキルフェノン化合物、アシルホスフィンオキサイド化合物、メタロセン化合物、オキシムエステル化合物、アゾ化合物、オニウム塩等の重合開始剤および重合促進剤;縮合多環炭化水素、ポルフィリン化合物、ジアリールケトン化合物等の光増感剤;などが挙げられる。
また、さらに、レベリング剤、消泡剤等の塗布性改良剤;電子受容性化合物;バインダー樹脂;などを含有していてもよい。
また、さらに、レベリング剤、消泡剤等の塗布性改良剤;電子受容性化合物;バインダー樹脂;などを含有していてもよい。
正孔輸送層形成用組成物は、架橋性化合物を通常0.01重量%以上、好ましくは0.05重量%以上、さらに好ましくは0.1重量%以上、通常50重量%以下、好ましくは20重量%以下、さらに好ましくは10重量%以下含有する。
このような濃度で架橋性化合物を含む正孔輸送層形成用組成物を下層(通常は正孔注入層3)上に成膜後、加熱および/または光などの電磁エネルギー照射により、架橋性化合物を架橋させて網目状高分子化合物を形成する。
成膜時の温度、湿度などの条件は、前記正孔注入層3の湿式成膜時と同様である。
成膜後の加熱の手法は特に限定されない。加熱温度条件としては、通常120℃以上、好ましくは400℃以下である。
加熱時間としては、通常1分以上、好ましくは24時間以下である。加熱手段としては特に限定されないが、成膜された層を有する積層体をホットプレート上に載せたり、オーブン内で加熱するなどの手段が用いられる。例えば、ホットプレート上で120℃以上、1分間以上加熱する等の条件を用いることができる。
成膜後の加熱の手法は特に限定されない。加熱温度条件としては、通常120℃以上、好ましくは400℃以下である。
加熱時間としては、通常1分以上、好ましくは24時間以下である。加熱手段としては特に限定されないが、成膜された層を有する積層体をホットプレート上に載せたり、オーブン内で加熱するなどの手段が用いられる。例えば、ホットプレート上で120℃以上、1分間以上加熱する等の条件を用いることができる。
光などの電磁エネルギー照射による場合には、超高圧水銀ランプ、高圧水銀ランプ、ハロゲンランプ、赤外ランプ等の紫外・可視・赤外光源を直接用いて照射する方法、あるいは前述の光源を内蔵するマスクアライナ、コンベア型光照射装置を用いて照射する方法などが挙げられる。光以外の電磁エネルギー照射では、例えばマグネトロンにより発生させたマイクロ波を照射する装置、いわゆる電子レンジを用いて照射する方法が挙げられる。照射時間としては、膜の溶解性を低下させるために必要な条件を設定することが好ましいが、通常、0.1秒以上、好ましくは10時間以下照射される。
加熱および光などの電磁エネルギー照射は、それぞれ単独、あるいは組み合わせて行ってもよい。組み合わせる場合、実施する順序は特に限定されない。
このようにして形成される正孔輸送層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。
{発光層}
正孔注入層3の上、または正孔輸送層4を設けた場合には正孔輸送層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2から注入された正孔と、陰極9から注入された電子との再結合により励起されて、主たる発光源となる層である。
正孔注入層3の上、または正孔輸送層4を設けた場合には正孔輸送層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2から注入された正孔と、陰極9から注入された電子との再結合により励起されて、主たる発光源となる層である。
<発光層の材料>
発光層5は、その構成材料として、少なくとも、発光の性質を有する材料(発光材料)を含有するとともに、好ましくは、正孔輸送の性質を有する化合物(正孔輸送性化合物)、あるいは、電子輸送の性質を有する化合物(電子輸送性化合物)を含有する。発光材料をドーパント材料として使用し、正孔輸送性化合物や電子輸送性化合物などをホスト材料として使用してもよい。発光材料としては、前述の本発明の湿式成膜用有機電界発光素子用組成物の説明の項で例示したものを用いることができる。
発光層5は、その構成材料として、少なくとも、発光の性質を有する材料(発光材料)を含有するとともに、好ましくは、正孔輸送の性質を有する化合物(正孔輸送性化合物)、あるいは、電子輸送の性質を有する化合物(電子輸送性化合物)を含有する。発光材料をドーパント材料として使用し、正孔輸送性化合物や電子輸送性化合物などをホスト材料として使用してもよい。発光材料としては、前述の本発明の湿式成膜用有機電界発光素子用組成物の説明の項で例示したものを用いることができる。
特に、本発明の有機電界発光素子は、その発光層が、本発明の有機電界発光素子用組成物を用いて湿式成膜法で形成されることが好ましい。
更に、発光層5は、本発明の効果を著しく損なわない範囲で、その他の成分を含有していてもよい。なお、湿式成膜法で発光層5を形成する場合は、低分子量の材料(分子量通常10000以下、好ましくは5000以下)を使用することが好ましい。
<発光層の形成>
湿式成膜法により発光層5を形成する場合は、発光層に用いる材料を適切な溶剤に溶解させて発光層形成用組成物(例えば、本発明の有機電界発光素子用組成物)を調製し、それを用いて成膜することにより形成する。
湿式成膜法により発光層5を形成する場合は、発光層に用いる材料を適切な溶剤に溶解させて発光層形成用組成物(例えば、本発明の有機電界発光素子用組成物)を調製し、それを用いて成膜することにより形成する。
発光層5を本発明に係る湿式成膜法で形成するための発光層形成用組成物に含有させる発光層用溶剤としては、上記本発明の有機電界発光素子用組成物に含有される溶剤として説明したものと同様である。
また、発光層形成用組成物中の発光材料、電荷輸送性化合物等の固形分濃度としては、通常0.01重量%以上、通常70重量%以下である。この濃度が大きすぎると膜厚ムラが生じる可能性があり、また、小さすぎると膜に欠陥が生じる可能性がある。
発光層形成用組成物を湿式成膜後、得られた塗膜を乾燥し、溶剤を除去することにより、発光層が形成される。具体的には、上記正孔注入層の形成において記載した方法と同様である。湿式成膜法の方式は、本発明の効果を著しく損なわない限り限定されず、前述のいかなる方式も用いることができる。
発光層5の膜厚は本発明の効果を著しく損なわない限り任意であるが、通常3nm以上、好ましくは5nm以上、また、通常200nm以下、好ましくは100nm以下の範囲である。発光層5の膜厚が、薄すぎると膜に欠陥が生じる可能性があり、厚すぎると駆動電圧が上昇する可能性がある。
{正孔阻止層}
発光層5と後述の電子注入層8との間に、正孔阻止層6を設けてもよい。正孔阻止層6は、発光層5の上に、発光層5の陰極9側の界面に接するように積層される層である。
発光層5と後述の電子注入層8との間に、正孔阻止層6を設けてもよい。正孔阻止層6は、発光層5の上に、発光層5の陰極9側の界面に接するように積層される層である。
この正孔阻止層6は、陽極2から移動してくる正孔を陰極9に到達するのを阻止する役割と、陰極9から注入された電子を効率よく発光層5の方向に輸送する役割とを有する。
正孔阻止層6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、エネルギーギャップ(HOMO、LUMOの差)が大きいこと、励起三重項準位(T1)が高いことが挙げられる。このような条件を満たす正孔阻止層の材料としては、例えば、ビス(2−メチル−8−キノリノラト)(フェノラト)アルミニウム、ビス(2−メチル−8−キノリノラト)(トリフェニルシラノラト)アルミニウム等の混合配位子錯体、ビス(2−メチル−8−キノラト)アルミニウム−μ−オキソ−ビス−(2−メチル−8−キノリラト)アルミニウム二核金属錯体等の金属錯体、ジスチリルビフェニル誘導体等のスチリル化合物(特開平11−242996号公報)、3−(4−ビフェニルイル)−4−フェニル−5(4−tert−ブチルフェニル)−1,2,4−トリアゾール等のトリアゾール誘導体(特開平7−41759号公報)、バソクプロイン等のフェナントロリン誘導体(特開平10−79297号公報)などが挙げられる。更に、国際公開第2005−022962号公報に記載の2,4,6位が置換されたピリジン環を少なくとも1個有する化合物も、正孔阻止層6の材料として好ましい。
なお、正孔阻止層6の材料は、1種のみを用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせおよび比率で併用してもよい。
正孔阻止層6の形成方法に制限はない。従って、湿式成膜法、蒸着法や、その他の方法で形成できる。
正孔阻止層6の膜厚は、本発明の効果を著しく損なわない限り任意であるが、通常0.3nm以上、好ましくは0.5nm以上、また、通常100nm以下、好ましくは50nm以下である。
正孔阻止層にかえて、正孔緩和層を設けてもよい。
{電子輸送層}
発光層5と後述の電子注入層8の間に、電子輸送層7を設けてもよい。
発光層5と後述の電子注入層8の間に、電子輸送層7を設けてもよい。
電子輸送層7は、素子の発光効率を更に向上させることを目的として設けられるもので、電界を与えられた電極間において陰極9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。
電子輸送層7に用いられる電子輸送性化合物としては、通常、陰極9または電子注入層8からの電子注入効率が高く、かつ、高い電子移動度を有し注入された電子を効率よく輸送することができる化合物を用いる。このような条件を満たす化合物としては、例えば、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−ヒドロキシフラボン金属錯体、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5645948号明細書)、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。
なお、電子輸送層7の材料は、1種のみを用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせおよび比率で併用してもよい。
電子輸送層7の形成方法に制限はない。従って、湿式成膜法、蒸着法や、その他の方法で形成することができる。
電子輸送層7の膜厚は、本発明の効果を著しく損なわない限り任意であるが、通常1nm以上、好ましくは5nm以上、また、通常300nm以下、好ましくは100nm以下の範囲である。
{電子注入層}
電子注入層8は、陰極9から注入された電子を効率よく発光層5へ注入する役割を果たす。電子注入を効率よく行うには、電子注入層8を形成する材料は、仕事関数の低い金属が好ましい。例としては、ナトリウムやセシウム等のアルカリ金属、バリウムやカルシウムなどのアルカリ土類金属等が用いられる。例えばフッ化リチウム(LiF)、フッ化マグネシウム(MgF2)、酸化リチウム(Li2O)、炭酸セシウム(II)(CsCO3)等が挙げられる(Applied Physics Letters, 1997年, Vol.70, pp.152;特開平10−74586号公報;I有機ELディスプレイおよび有機EL照明 Transactions on Electron Devices, 1997年,Vol.44, pp.1245;SID 04 Digest, pp.154等参照)。その膜厚は通常0.1nm以上、5nm以下が好ましい。
電子注入層8は、陰極9から注入された電子を効率よく発光層5へ注入する役割を果たす。電子注入を効率よく行うには、電子注入層8を形成する材料は、仕事関数の低い金属が好ましい。例としては、ナトリウムやセシウム等のアルカリ金属、バリウムやカルシウムなどのアルカリ土類金属等が用いられる。例えばフッ化リチウム(LiF)、フッ化マグネシウム(MgF2)、酸化リチウム(Li2O)、炭酸セシウム(II)(CsCO3)等が挙げられる(Applied Physics Letters, 1997年, Vol.70, pp.152;特開平10−74586号公報;I有機ELディスプレイおよび有機EL照明 Transactions on Electron Devices, 1997年,Vol.44, pp.1245;SID 04 Digest, pp.154等参照)。その膜厚は通常0.1nm以上、5nm以下が好ましい。
更に、バソフェナントロリン等の含窒素複素環化合物や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に代表される有機電子輸送化合物に、ナトリウム、カリウム、セシウム、リチウム、ルビジウム等のアルカリ金属をドープする(特開平10−270171号公報、特開2002−100478号公報、特開2002−100482号公報などに記載)ことにより、電子注入・輸送性が向上し優れた膜質を両立させることが可能となるため好ましい。この場合の膜厚は、通常5nm以上、中でも10nm以上が好ましく、また、通常200nm以下、中でも100nm以下が好ましい。
なお、電子注入層8の材料は、1種のみを用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせおよび比率で併用してもよい。
電子注入層8の形成方法に制限はない。従って、湿式成膜法、蒸着法や、その他の方法で形成することができる。
{陰極}
陰極9は、発光層5側の層(電子注入層8または発光層5など)に電子を注入する役割を果たすものである。
陰極9は、発光層5側の層(電子注入層8または発光層5など)に電子を注入する役割を果たすものである。
陰極9の材料としては、前記の陽極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、例えば、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。
なお、陰極9の材料は、1種のみを用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせおよび比率で併用してもよい。
陰極9の膜厚は、通常、陽極2と同様である。
さらに、低仕事関数金属から成る陰極9を保護する目的で、この上に更に、仕事関数が高く大気に対して安定な金属層を積層すると、素子の安定性が増すので好ましい。この目的のために、例えば、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。なお、これらの材料は、1種のみで用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせおよび比率で併用してもよい。
{その他の層}
本発明の有機電界発光素子は、その趣旨を逸脱しない範囲において、別の構成を有していてもよい。例えば、その性能を損なわない限り、陽極2と陰極9との間に、上記説明にある層の他に任意の層を有していてもよく、また、任意の層が省略されていてもよい。
本発明の有機電界発光素子は、その趣旨を逸脱しない範囲において、別の構成を有していてもよい。例えば、その性能を損なわない限り、陽極2と陰極9との間に、上記説明にある層の他に任意の層を有していてもよく、また、任意の層が省略されていてもよい。
有していてもよい層としては、例えば、電子阻止層が挙げられる。
電子阻止層は、正孔注入層3または正孔輸送層4と発光層5との間に設けられ、発光層5から移動してくる電子が正孔注入層3に到達するのを阻止することで、発光層5内で正孔と電子との再結合確率を増やし、生成した励起子を発光層5内に閉じこめる役割と、正孔注入層3から注入された正孔を効率よく発光層5の方向に輸送する役割とがある。特に、発光材料として燐光材料を用いたり、青色発光材料を用いたりする場合は電子阻止層を設けることが効果的である。
電子阻止層は、正孔注入層3または正孔輸送層4と発光層5との間に設けられ、発光層5から移動してくる電子が正孔注入層3に到達するのを阻止することで、発光層5内で正孔と電子との再結合確率を増やし、生成した励起子を発光層5内に閉じこめる役割と、正孔注入層3から注入された正孔を効率よく発光層5の方向に輸送する役割とがある。特に、発光材料として燐光材料を用いたり、青色発光材料を用いたりする場合は電子阻止層を設けることが効果的である。
電子阻止層に求められる特性としては、正孔輸送性が高く、エネルギーギャップ(HOMO、LUMOの差)が大きいこと、励起三重項準位(T1)が高いこと等が挙げられる。更に、本発明においては、発光層5を本発明に係る有機層として湿式成膜法で作製する場合には、電子阻止層にも湿式成膜の適合性が求められる。このような電子阻止層に用いられる材料としては、F8−TFBに代表されるジオクチルフルオレンとトリフェニルアミンの共重合体(国際公開第2004/084260号パンフレット)等が挙げられる。
なお、電子阻止層の材料は、1種のみを用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせおよび比率で併用してもよい。
電子阻止層の形成方法に制限はない。従って、湿式成膜法、蒸着法や、その他の方法で形成することができる。
また、以上説明した層構成において、基板以外の構成要素を逆の順に積層することも可能である。例えば、図1の層構成であれば、基板1上に他の構成要素を陰極9、電子注入層8、電子輸送層7、正孔阻止層6、発光層5、正孔輸送層4、正孔注入層3、陽極2の順に設けてもよい。
更には、少なくとも一方が透明性を有する2枚の基板の間に、基板以外の構成要素を積層することにより、本発明に係る有機電界発光素子を構成することも可能である。
また、基板以外の構成要素(発光ユニット)を複数段重ねた構造(発光ユニットを複数積層させた構造)とすることも可能である。その場合には、各段間(発光ユニット間)の界面層(陽極がITO、陰極がAlの場合は、それら2層)の代わりに、例えば五酸化バナジウム(V2O5)等からなる電荷発生層(Carrier Generation Layer:CGL)を設けると、段間の障壁が少なくなり、発光効率・駆動電圧の観点からより好ましい。
更には、本発明に係る有機電界発光素子は、単一の有機電界発光素子として構成してもよく、複数の有機電界発光素子がアレイ状に配置された構成に適用してもよく、陽極と陰極がX−Yマトリックス状に配置された構成に適用してもよい。
また、上述した各層には、本発明の効果を著しく損なわない限り、材料として説明した以外の成分が含まれていてもよい。
[有機ELディスプレイおよび有機EL照明]
本発明の有機電界発光素子は、有機ELディスプレイや有機EL照明に使用される。本発明により得られる有機電界発光素子は、例えば、「有機ELディスプレイ」(オーム社,平成16年8月20日発行,時任静士、安達千波矢、村田英幸著)に記載されているような方法で有機ELディスプレイや有機EL照明を形成することができる。
本発明の有機電界発光素子は、有機ELディスプレイや有機EL照明に使用される。本発明により得られる有機電界発光素子は、例えば、「有機ELディスプレイ」(オーム社,平成16年8月20日発行,時任静士、安達千波矢、村田英幸著)に記載されているような方法で有機ELディスプレイや有機EL照明を形成することができる。
次に、本発明を実施例によってさらに具体的に説明するが、本発明はその要旨を超えない限り、以下の実施例の記載に限定されるものではない。
なお、以下において、ガラス転移温度(Tg)はDSC測定により、気化温度はTG−DTA測定により、融点はDSC測定によりそれぞれ求めた。
DSCの測定方法は、以下の通りである。
1stラン;試料を数mg秤量し、アルミ製のパン中に封入し、窒素を50ml/minの流速で導入し、30℃〜300℃(気化温度以下まで)の範囲を10℃/minの昇温速度で昇温し、Tg(ガラス転移温度)、融点を測定した。
2ndラン;上記1stラン後、試料をアルミ製パンに封入した状態で取り出し、金属の放冷板の上にのせ、(30℃以下まで)急冷した後、1stランと同様にTg(ガラス転移温度)、融点を測定した。
1stラン;試料を数mg秤量し、アルミ製のパン中に封入し、窒素を50ml/minの流速で導入し、30℃〜300℃(気化温度以下まで)の範囲を10℃/minの昇温速度で昇温し、Tg(ガラス転移温度)、融点を測定した。
2ndラン;上記1stラン後、試料をアルミ製パンに封入した状態で取り出し、金属の放冷板の上にのせ、(30℃以下まで)急冷した後、1stランと同様にTg(ガラス転移温度)、融点を測定した。
窒素気流中、カルバゾール(12.0g)、m−ジブロモベンゼン(25.4g)、銅粉末(4.56g)、炭酸カリウム(11.9g)、およびテトラグライム(17ml)を、200℃に加熱下、8時間撹拌し、室温まで放冷した。反応終了後、反応液にクロロホルムを加え、不溶物を濾別した。濾液に含まれるクロロホルムを減圧留去し、シリカゲルカラムクロマトグラフィーで精製した。減圧乾燥することにより、目的物1(12.7g、収率55%)を無色粘調液体として得た。
窒素気流中、目的物1(12.7g)、ビス(ピナコラートジボロン)(13.0g)、酢酸カリウム(13.2g)、および無水ジメチルスルホキシド(200ml)を、60℃に加熱下、15分間撹拌し、[1,1’−ビス(ジフェニルホスフィノ)フェロセン]ジクロロパラジウム(II)ジクロロメタン錯体(0.965g)を加え、80℃に加熱下、8時間撹拌した。室温まで放冷した後、反応液に水(500ml)、およびトルエン(600ml)を加え、攪拌した。水層をトルエンで2回再抽出した後、有機層を合わせ、硫酸マグネシウムおよび活性白土を加えた。硫酸マグネシウムおよび活性白土を濾別し、トルエンを減圧留去した。析出した結晶を冷メタノールで洗浄し、減圧乾燥することにより、目的物2(12.4g、収率85%)を白色結晶として得た。
窒素気流中、トリス(4−ブロモフェニル)アミン(0.904g)、目的物2(2.91g)、炭酸ナトリウム(1.49g)、トルエン(45ml)、エタノール(5ml)、および水(15ml)の混合物に、テトラキス(トリフェニルフォスフィン)パラジウム(0.13g)を投入し、80℃に加熱下、10時間撹拌した。得られた溶液に水(100ml)を加えてから、トルエン(100ml)で抽出後、有機層に無水硫酸マグネシウム、活性白土を加えて、撹拌後、濾過、濃縮して得られた固形分を、シリカゲルカラムクロマトグラフィーで精製し、次いで酢酸エチルで洗浄し、減圧乾燥することにより、目的物3(有機電界発光素子材料(C−2))(1.12g)を得た。
DEI−MS m/z=968(M+)
HPLC(高速液体クロマトグラフィー)により測定した純度は99.5%であった。
このもののDSCの1stランでの気化温度は574℃、融点は260℃、ガラス転移温度は検出されなかった。
DEI−MS m/z=968(M+)
HPLC(高速液体クロマトグラフィー)により測定した純度は99.5%であった。
このもののDSCの1stランでの気化温度は574℃、融点は260℃、ガラス転移温度は検出されなかった。
[合成例2:本発明の非晶質有機電界発光素子材料(C−2−A)の合成]
昇華精製装置を用い、合成例1で得られた有機電界発光素子材料C−2を1×10−3Paの高真空下、250℃に加熱し、3時間保持し、揮発成分を除去するとともに固体を溶融させた後、7℃/minで25℃まで急冷して、本発明の非晶質有機電界発光素子材料C−2−Aを得た。
昇華精製装置を用い、合成例1で得られた有機電界発光素子材料C−2を1×10−3Paの高真空下、250℃に加熱し、3時間保持し、揮発成分を除去するとともに固体を溶融させた後、7℃/minで25℃まで急冷して、本発明の非晶質有機電界発光素子材料C−2−Aを得た。
[合成例3:比較例の結晶質有機電界発光素子材料(C−2−B)の合成]
合成例2と同様にして得られた本発明の非晶質有機電界発光素子材料C−2−Aをトルエンに溶解させた後濃縮し、CH2Cl2/MeOHで結晶化させ、酢酸エチルで洗浄して有機電界発光素子材料C−2の結晶を得た。得られた結晶を昇華精製装置を用いて、1×10−3Paの高真空下、200℃で加熱し、2時間保持した後7℃/minで25℃まで急冷することにより、比較例に係る結晶質有機電界発光素子材料C−2−Bを得た。この際、固体は溶融しなかった。
合成例2と同様にして得られた本発明の非晶質有機電界発光素子材料C−2−Aをトルエンに溶解させた後濃縮し、CH2Cl2/MeOHで結晶化させ、酢酸エチルで洗浄して有機電界発光素子材料C−2の結晶を得た。得られた結晶を昇華精製装置を用いて、1×10−3Paの高真空下、200℃で加熱し、2時間保持した後7℃/minで25℃まで急冷することにより、比較例に係る結晶質有機電界発光素子材料C−2−Bを得た。この際、固体は溶融しなかった。
有機電界発光素子材料(C−2−A)および(C−2−B)の固体の性状について、粉末X線回折およびDSC測定を行い、結果を表1に示した。また、各分析チャートを図2〜4に示した。
上記分析結果より、次のことがわかる。
C−2−Aにおいては、粉末X線回折の結果より、非晶質であり、それを証明するようにDSCの1stランにてTgを検出した。
C−2−Bにおいては粉末X線回折の結果より、結晶性ピークが多数みられ、さらにDSCの1stランにおいてTgを検出せず、融点を検出することにより、結晶性の状態で、非晶質ではない状態であると判断される。さらに、DSCの2ndランにおいてTgを検出することから、1stランにより結晶性状態が解消され、Tgを検出することがわかる。このことからも、C−2−Bでは結晶性の状態にあることがわかる。
C−2−Aにおいては、粉末X線回折の結果より、非晶質であり、それを証明するようにDSCの1stランにてTgを検出した。
C−2−Bにおいては粉末X線回折の結果より、結晶性ピークが多数みられ、さらにDSCの1stランにおいてTgを検出せず、融点を検出することにより、結晶性の状態で、非晶質ではない状態であると判断される。さらに、DSCの2ndランにおいてTgを検出することから、1stランにより結晶性状態が解消され、Tgを検出することがわかる。このことからも、C−2−Bでは結晶性の状態にあることがわかる。
窒素雰囲気下、トリス(4−ブロモフェニル)アミン(2.63g,6.15mmol)、m−カルバゾリルフェニルボロン酸(1.76g,6.15mmol)、トルエン(30ml)、およびエタノール(15ml)の溶液に、室温でテトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(0)(0.28g,0.246mmol)と2M炭酸ナトリウム水溶液(7.5ml)を加え、2時間半還流させた。室温まで放冷後、反応混合物をトルエンで抽出し、有機層を食塩水で洗浄した後、硫酸マグネシウムで乾燥し、減圧下で濃縮した。残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフィー(ヘキサン/塩化メチレン=5/1→3/1)にて精製し、塩化メチレン/メタノールで再沈殿することで中間体1(1.27g,収率32%)、及び中間体2(0.91g,収率18%)を得た。
窒素雰囲気下、中間体2(3.2g,4mmol)、4−ジベンゾフランボロン酸(1.2g,5.5mmol)、トルエン(110ml)、およびエタノール(80ml)の溶液に、2M炭酸ナトリウム水溶液(56ml)を加え、60℃で1時間窒素バブリングした。反応溶液にテトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(0)(0.32g,0.28mol)を加え、3時間還流させた。室温まで放冷後、反応混合物をトルエンで抽出し、有機層を食塩水で洗浄した後、硫酸マグネシウムで乾燥し、減圧下で濃縮した。残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフィー(ヘキサン/塩化メチレン=4/1)と、昇華精製にて精製し、化合物(R−1)(2.46g)を得た。
LDI−MS(m/z=894(M+))により化合物(R−1)であることを確認した。このもののガラス転移温度は148℃、窒素気流下での重量減少開始温度は570℃であった。
LDI−MS(m/z=894(M+))により化合物(R−1)であることを確認した。このもののガラス転移温度は148℃、窒素気流下での重量減少開始温度は570℃であった。
窒素雰囲気下、トリス(4−ブロモフェニル)アミン(6.70g,15.67mmol)、m−カルバゾリルフェニルボロン酸(3g,10.45mmol)、トルエン(52ml)、およびエタノール(26ml)の溶液に、室温でテトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(0)(0.60g,0.522mmol)と2M炭酸ナトリウム水溶液(13ml)を加え、2時間還流させた。室温まで放冷後、反応混合物をトルエンで抽出し、有機層を食塩水で洗浄した後、硫酸マグネシウムで乾燥し、減圧下で濃縮した。残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフィー(ヘキサン/塩化メチレン=5/1→3/1→2/1)にて精製し、トルエン/シクロヘキサンで再結晶することで中間体1(1.75g,収率26%)を得た。
窒素雰囲気下、3−ブロモ−1−ヨードベンゼン(22.0g,77.8mmol)、3−ビフェニルボロン酸(14.0g,70.8mmol)、トルエン(140ml)、およびエタノール(140ml)の溶液に、室温でテトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(0)(2.45g,2.12mmol)と2M炭酸ナトリウム水溶液(70ml)を加え、4時間還流させた。室温まで放冷後、反応混合物をトルエンで抽出し、有機層を飽和食塩水で洗浄した後、硫酸マグネシウムで乾燥し、減圧下で濃縮した。残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフィー(ヘキサン/塩化メチレンの混合溶剤)にて精製し、塩化メチレンに溶かし、メタノールに再沈殿することで中間体3(21.8g,収率98%)を得た。
窒素雰囲気下、中間体3(19.1g,61.9mmol)の無水テトラヒドロフラン(THF)(200mL)溶液に、−78℃でn−ブチルリチウム(1.65M、45mL)を滴下した。−78℃で3時間攪拌後、トリメトキシボラン(19.3g,186mmol)を30分かけて滴下した。滴下終了後、さらに1時間攪拌させ、温度を徐々に室温まで上昇させ、さらに3時間攪拌した。反応終了後、1N塩酸でpH=1とし、酢酸エチルで抽出後、硫酸マグネシウムで乾燥させ、減圧下で溶剤を留去して中間体4(12.4g,収率73%)を得た。
窒素雰囲気下、中間体1(3.72g,5.78mmol)、中間体4(3.80g,13.87mmol)、トルエン(57.6ml)、およびエタノール(28.8ml)の溶液に、室温でテトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(0)(0.33g,0.29mmol)と2M炭酸ナトリウム水溶液(14.4ml)を加え、4時間還流させた。室温まで放冷後、反応混合物をトルエンで抽出し、有機層を飽和食塩水で洗浄した後、硫酸マグネシウムで乾燥し、減圧下で濃縮した。残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフィー(ヘキサン/塩化メチレンの混合溶剤)にて精製し、塩化メチレンに溶かし、メタノールに再沈殿することで化合物(R−2)(4.63g,収率85%)を得た。
LDI−MS(m/z=942(M+))により化合物(R−2)であることを確認した。
LDI−MS(m/z=942(M+))により化合物(R−2)であることを確認した。
500mL四つ口フラスコに原料化合物(15.0g,37mmol)を加え、30分窒素置換した。反応器に無水THF200mLを加えた後、溶液を−80℃まで冷却した。液温が上がらないように注意しながらn−BuLiヘキサン溶液(1.65M,24.0mL)を30分かけて滴下し、4時間反応した。ここへ、トリメトキシボラン(11.8g,112mmol)を10分かけて滴下した後、2時間反応させた。反応溶液を室温まで昇温し、30分攪拌した。反応溶液に1N HCl水溶液を200mL加え、さらに30分攪拌した。反応溶液に酢酸エチル500mLを加え、目的物を有機層に抽出した後、有機相を食塩水で洗浄した。有機層を硫酸マグネシウムで乾燥した後、エバポレーターにて濃縮した。得られた黄色固体をヘキサンにて懸洗し、中間体5(15.2g)を得た。
窒素雰囲気下、m−カルバゾリルフェニルボロン酸(13.1g,45.9mmol)、およびビス(4−ブロモフェニル)アミン(15.0g,45.9mmol)に、トルエン(204mL)、2M炭酸ナトリウム水溶液(102mL)及びエタノール(102mL)を加え、10分間窒素を通して脱気を行った。混合物にテトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(0)(297mg,257mol)を添加し、還流させながら3時間攪拌した。反応終了後、反応溶液を水に注ぎ、トルエンで抽出した。有機層を精製水で洗浄し、硫酸マグネシウムで乾燥後、溶剤を減圧下に留去した。残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフィーにて精製し、中間体6(13.4g)を得た。この化合物の質量分析値は488(M+)であった。
500mL四つ口フラスコに、中間体6(3.5g,7.1mmol)、中間体5(5.2g,14.3mol,2MR)、トルエン122mL、エタノール88mL、及び2M炭酸ナトリウム水溶液62mLを加え、60℃で1時間窒素バブリングした。反応溶液にテトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(0)(580mg,7mol%)を加え、3時間還流した。反応終了後、反応溶液を水に注ぎ、トルエンで抽出した。有機層を精製水で洗浄し、硫酸マグネシウムで乾燥後、溶剤を減圧下に留去した。残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフィーにて精製し、中間体7(5.11g)を得た。
窒素雰囲気下、3−ビフェニルボロン酸(18.3g,92.5mmol)と4−ヨードブロモベンゼン(24.9g,87.9mmol)に、トルエン(176mL)、2M炭酸ナトリウム水溶液(88mL)、およびエタノール(88mL)を加え、10分間窒素を通して脱気を行った。混合物にテトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(0)(1.5g,1.29mmol)を添加し、還流させながら3時間攪拌した。反応終了後、反応溶液を水に注ぎ、トルエンで抽出した。有機層を精製水で洗浄し、硫酸マグネシウムで乾燥後、溶剤を減圧下に留去した。残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフィーにて精製し、中間体8(22.6g)を得た。このものの質量分析値は308(M+)であった。
300ml四つ口フラスコに、中間体7(5.11g,7.0mmol)、中間体8(2.82g,2.5mmol)、t−ブトキシナトリウム(1.35g,8.8mmol)、及びトルエン100mLを加え、30分窒素バブリングした(溶液A)。一方、トリス(ジベンジリデンアセトン)ジパラジウムクロロホルム錯体(181mg)のトルエン溶液(5mL)に、トリ−t−ブチルホスフィン(284mg)を加え、65℃まで加温した(溶液B)。窒素気流中、溶液Aに溶液Bを添加し、4時間加熱還流反応した。有機層を精製水で洗浄し、硫酸マグネシウムで乾燥後、溶剤を減圧下に留去した。残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフィーと、昇華精製にて精製し、化合物(R−3)(2.1g)を得た。
LDI−MS(m/z=955(M+))により化合物(R−3)であることを確認した。この化合物のガラス転移温度は127℃、窒素気流下での重量減少開始温度は570℃であった。
LDI−MS(m/z=955(M+))により化合物(R−3)であることを確認した。この化合物のガラス転移温度は127℃、窒素気流下での重量減少開始温度は570℃であった。
合成例4〜6にて得られた有機電界発光素子材料(R−1)、(R−2)及び(R−3)を、合成例2と同様に加熱溶融させた後急冷し、本発明の非晶質有機電界発光素子材料(R−1−A)、(R−2−A)及び(R−3−A)を得た(調製例1〜3)。これらにつきDSC測定を行ったが、1stランにおいて融点が検出されず、Tgが検出された。結果を図5ないし7に示す。
また、同様に合成された有機電界発光素子材料(R−1)、(R−2)及び(R−3)につき、合成例3と同様に合成後に再沈精製を行い、その後溶融しない状態で加熱した後に急冷し、有機電界発光素子材料(R−1−B)、(R−2−B)及び(R−3−B)を得た(調製例4〜6)。これらにつきDSCの測定を行ったが、1stランにおいて融点が検出され、Tgが検出されないことを確認した。
[実施例1:有機電界発光素子の作製]
図1に示す有機電界発光素子を作製した。
図1に示す有機電界発光素子を作製した。
ガラス基板1上に、インジウム・スズ酸化物(ITO)透明導電膜を120nmの厚さに堆積したもの(三容真空社製、スパッタ成膜品)を、通常のフォトリソグラフィー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2を形成した。パターン形成したITO基板を、界面活性剤水溶液による超音波洗浄、超純水による水洗、超純水による超音波洗浄、超純水による水洗の順で洗浄後、圧縮空気で乾燥させ、最後に紫外線オゾン洗浄を行った。
まず、下の構造式(P1)に示す繰り返し構造を有する正孔輸送性高分子化合物(重量平均分子量:87000,Mw/Mn:1.8)、構造式(A1)に示す4−イソプロピル−4’−メチルジフェニルヨードニウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボラートおよび安息香酸エチルを含有する正孔注入層用組成物を調製した。この組成物を下記条件で陽極上にスピンコートにより成膜して、膜厚30nmの正孔注入層3を得た。
<正孔注入層用組成物>
溶剤 安息香酸エチル
組成物濃度 (P1):2.0重量%
(A1):0.8重量%
溶剤 安息香酸エチル
組成物濃度 (P1):2.0重量%
(A1):0.8重量%
<正孔注入層の成膜条件>
スピナ回転数 1500rpm
スピナ回転時間 30秒
スピンコート雰囲気 大気中
加熱条件 大気中、230℃、3時間
スピナ回転数 1500rpm
スピナ回転時間 30秒
スピンコート雰囲気 大気中
加熱条件 大気中、230℃、3時間
引き続き、以下の構造式に示す、架橋性重合体(H3)(重量平均分子量:95000)を含有する架橋膜用組成物を調製し、下記の条件でスピンコート法により成膜して、加熱により架橋させて膜厚20nmの架橋膜(正孔輸送層4に相当)を形成した。
<架橋膜用組成物>
溶剤 トルエン
固形分濃度 0.4重量%
溶剤 トルエン
固形分濃度 0.4重量%
<正孔輸送層の成膜条件>
スピナ回転数 1500rpm
スピナ回転時間 30秒
スピンコート雰囲気 窒素中
加熱条件 窒素中、230℃、1時間
スピナ回転数 1500rpm
スピナ回転時間 30秒
スピンコート雰囲気 窒素中
加熱条件 窒素中、230℃、1時間
次に、発光層5を形成するにあたり、以下に示す有機化合物(C−1)、(C−2)(C−2としては合成例2で得られた本発明の非晶質有機電界発光素子材料(C−2−A)を用いた。)、およびイリジウム錯体(C−3)を用いて下記に示す発光層形成用組成物を調製し、以下に示す条件で正孔輸送層4上にスピンコートして膜厚60nmで発光層5を得た。
尚、有機化合物(C−1)は、DSCの1stランにて、ガラス転移温度(Tg)が125℃であった。これより、有機化合物(C−1)は、非晶質材料であることが分かる。
尚、有機化合物(C−1)は、DSCの1stランにて、ガラス転移温度(Tg)が125℃であった。これより、有機化合物(C−1)は、非晶質材料であることが分かる。
<発光層形成用組成物>
溶剤 シクロヘキシルベンゼン
塗布液濃度 C−1:2.5重量%
C−2:2.5重量%
C−3:0.25重量%
溶剤 シクロヘキシルベンゼン
塗布液濃度 C−1:2.5重量%
C−2:2.5重量%
C−3:0.25重量%
<発光層の成膜条件>
スピナ回転数 1500rpm
スピナ回転時間 30秒
スピンコート雰囲気 窒素中
加熱条件 減圧下(0.1MPa)、130℃、1時間
スピナ回転数 1500rpm
スピナ回転時間 30秒
スピンコート雰囲気 窒素中
加熱条件 減圧下(0.1MPa)、130℃、1時間
ここで、正孔注入層3、正孔輸送層4および発光層5を成膜した基板を真空蒸着装置内に移し、油回転ポンプにより装置の粗排気を行った後、装置内の真空度が5.1×10−4Pa以下になるまでクライオポンプを用いて排気した後、下記構造式(C−4)で表される化合物を真空蒸着法によって積層し正孔阻止層6を得た。このとき、蒸着速度は0.7〜1.0Å/秒の範囲で制御し、発光層5の上に積層して膜厚5nmの膜の正孔阻止層6を形成した。蒸着時の真空度は1.9〜2.0×10−4Paであった。
続いて、トリス(8−ヒドロキシキノリナート)アルミニウムを加熱して蒸着を行い、電子輸送層7を成膜した。蒸着時の真空度は1.3×10−4Pa、蒸着速度は0.6〜1.0Å/秒の範囲で制御し、膜厚30nmの膜を正孔阻止層6の上に積層して電子輸送層7を形成した。
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2.1×10−4Pa以下になるまで排気した。
電子注入層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0.07〜0.17Å/秒、真空度2.3〜2.4×10−4Paで制御し、0.5nmの膜厚で電子輸送層7の上に成膜した。次に、陰極9として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0.7〜6.1Å/秒、真空度2.3〜2.7×10−4Paで制御して膜厚80nmのアルミニウム層を形成した。以上の2層の蒸着時の基板温度は室温に保持した。
引き続き、素子が保管中に大気中の水分等で劣化することを防ぐため、以下に記載の方法で封止処理を行った。
真空蒸着装置に連結された窒素グローブボックス中で、23mm×23mmサイズのガラス板の外周部に、約1mmの幅で光硬化性樹脂(株式会社スリーボンド製30Y−437)を塗布し、中央部に水分ゲッターシート(ダイニック株式会社製)を設置した。この上に、陰極形成を終了した基板を、蒸着された面が乾燥剤シートと対向するように貼り合わせた。その後、光硬化性樹脂が塗布された領域のみに紫外光を照射し、樹脂を硬化させた。
真空蒸着装置に連結された窒素グローブボックス中で、23mm×23mmサイズのガラス板の外周部に、約1mmの幅で光硬化性樹脂(株式会社スリーボンド製30Y−437)を塗布し、中央部に水分ゲッターシート(ダイニック株式会社製)を設置した。この上に、陰極形成を終了した基板を、蒸着された面が乾燥剤シートと対向するように貼り合わせた。その後、光硬化性樹脂が塗布された領域のみに紫外光を照射し、樹脂を硬化させた。
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は以下の通りである。
輝度/電流:22[cd/A]@100cd/m2
電圧:5.4[V]@100cd/m2
発光効率:7.5[lm/W]@100cd/m2
輝度/電流:22[cd/A]@100cd/m2
電圧:5.4[V]@100cd/m2
発光効率:7.5[lm/W]@100cd/m2
素子の発光スペクトルの極大波長は521nmであり、イリジウム錯体(C−3)からのものと同定された。色度はCIE(x,y)=(0.34,0.61)であった。
4000cdで駆動した場合の、初期輝度が70%に減少するまでの時間(駆動寿命)を測定すると160時間であった。
4000cdで駆動した場合の、初期輝度が70%に減少するまでの時間(駆動寿命)を測定すると160時間であった。
[比較例1]
発光層を形成する化合物(C−2)として、合成例3で得られた比較例の結晶質有機電界発光素子材料(C−2−B)を用いる以外、実施例1と同様にして、有機電界発光素子を作製し、同様に駆動寿命の測定を行った。
発光層を形成する化合物(C−2)として、合成例3で得られた比較例の結晶質有機電界発光素子材料(C−2−B)を用いる以外、実施例1と同様にして、有機電界発光素子を作製し、同様に駆動寿命の測定を行った。
その結果、駆動寿命は表2に示す通り、実施例1よりも著しく短かった。
[実施例2〜4]
発光層形成用組成物として有機化合物(C−2)の代わりにそれぞれ調製例1〜3にて得られた本発明の非晶質有機電界発光素子材料(R−1−A)、(R−2−A)及び(R−3−A)を用いた以外は、実施例1と同様にして素子を作成した。
各素子の発光特性は表3に示す通りであった。(なお、表中の値は、いずれも100cd/m2時の測定結果である。)
発光層形成用組成物として有機化合物(C−2)の代わりにそれぞれ調製例1〜3にて得られた本発明の非晶質有機電界発光素子材料(R−1−A)、(R−2−A)及び(R−3−A)を用いた以外は、実施例1と同様にして素子を作成した。
各素子の発光特性は表3に示す通りであった。(なお、表中の値は、いずれも100cd/m2時の測定結果である。)
これら有機電界発光素子の発光スペクトルの極大波長はいずれも520nmであり、イリジウム錯体(C−3)からのものと同定された。
また色度は、実施例2がCIE(x,y)=(0.32,0.63)、実施例3及び4はCIE(x,y)=(0.33,0.62)であった。
また色度は、実施例2がCIE(x,y)=(0.32,0.63)、実施例3及び4はCIE(x,y)=(0.33,0.62)であった。
1 基板
2 陽極
3 正孔注入層
4 正孔輸送層
5 発光層
6 正孔阻止層
7 電子輸送層
8 電子注入層
9 陰極
10 有機電界発光素子
2 陽極
3 正孔注入層
4 正孔輸送層
5 発光層
6 正孔阻止層
7 電子輸送層
8 電子注入層
9 陰極
10 有機電界発光素子
Claims (10)
- 湿式成膜法に用いられる有機電界発光素子材料であって、非晶質であることを特徴とする有機電界発光素子材料。
- 高真空下で該有機電界発光素子材料のガラス転移温度以上の温度で加熱して溶融させた後、冷却することにより得られる請求項1に記載の有機電界発光素子材料。
- 湿式成膜法で形成される有機電界発光素子の有機層に用いられる組成物であって、
請求項1又は2に記載の有機電界発光素子材料を1重量%以上含有することを特徴とする、湿式成膜用有機電界発光素子用組成物。 - さらに溶剤を含有することを特徴とする、請求項3に記載の湿式成膜用有機電界発光素子用組成物。
- さらに燐光発光材料を含有することを特徴とする、請求項3または4に記載の湿式成膜用有機電界発光素子用組成物。
- 異なる2種以上の非晶質有機電界発光素子材料を含有することを特徴とする、請求項5に記載の湿式成膜用有機電界発光素子用組成物。
- 異なる2種以上の非晶質有機電界発光素子材料のうち、少なくとも1種は請求項2に記載の非晶質有機電界発光素子材料であり、少なくとも1種は請求項2に記載の加熱溶融、冷却過程を経ることなく得られる非晶質有機電界発光素子材料であることを特徴とする、請求項6に記載の湿式成膜用有機電界発光素子用組成物。
- 陽極、陰極、およびこれら両極間に設けられた発光層を有する有機電界発光素子であって、請求項1又は2に記載の有機電界発光素子材料を含有する層を有することを特徴とする、有機電界発光素子。
- 請求項8に記載の有機電界発光素子を用いた有機ELディスプレイ。
- 請求項8に記載の有機電界発光素子を用いた有機EL照明。
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