JP2012256904A - 有機電界発光素子 - Google Patents

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Abstract

【課題】発光効率が高く、かつ耐久性に優れる発光素子の提供、及びその発光素子に好適な化合物の提供。
【解決手段】一対の電極間に発光層を含む少なくとも一層の有機層を有する有機電界発光素子であって、特定のカルバゾール構造を有する化合物の少なくとも一種と、4座配位子を有する錯体系燐光発光材料を少なくとも一種とを有機層に含有することを特徴とする有機電界発光素子。
【選択図】なし

Description

本発明は、電気エネルギーを光に変換して発光できる有機電界発光素子(以下、「有機EL素子」、「発光素子」又は「素子」ともいう。)に関するものであり、特に発光特性および耐久性に優れる有機電界発光素子に関するものである。
今日、有機発光材料を用いる種々の表示素子(有機発光素子)に関する研究開発が活発であり、中でも有機EL素子は、低電圧で高輝度の発光を得ることができ、有望な表示素子として注目されている。例えば、有機化合物の蒸着により有機薄膜を形成するEL素子が知られている(例えば、非特許文献1参照)。この文献に記載の有機EL素子は電子輸送材料と正孔輸送材料の積層構造を有し、従来の単層型素子に比べてその発光特性が大幅に向上している。
また、近年、燐光発光材料を用いることにより、素子の高効率化が進んでいる。燐光発光材料としてはイリジウム錯体や白金錯体などが知られている(例えば、特許文献1、2、3等参照)。
前記特許文献3の発光層では、ドーパントとしてIr(ppy)(イリジウムトリス(フェニルピリジン))を用い、ホスト材料としてはCBP(4,4’-ジカルバゾールビフェニル)を組み合わせている。
また、特許文献4、5、6では、ホスト材料としてMCP(メタ−ジカルバゾ−9―リルベンゼン)を用いているが、発光効率と耐久性の点で、ホスト材料に改良が求められている。
米国特許第6303238号明細書 国際公開第00/57676号パンフレット 国際公開第00/70655号パンフレット 国際特許公開公報WO04/016711 国際特許公開公報WO03/059015 米国特許公開公報US2003/0175553
アプライド フィジックス レターズ(Applied Physics Letters)、51巻、913頁、1987年
本発明の目的は、発光効率が高く、かつ耐久性に優れる発光素子の提供にある。また、その発光素子に好適な化合物を提供することも目的とする。
この課題は下記手段によって達成された。
<1>
一対の電極間に発光層を含む少なくとも一層の有機層を有する有機電界発光素子であって、下記一般式(I)で表される化合物の少なくとも一種と、下記一般式(III)で表される4座配位子を有する錯体系燐光発光材料の少なくとも一種とを発光層に含有することを特徴とする有機電界発光素子。
Figure 2012256904

(一般式(I)中、Q1〜Qはそれぞれ独立に炭素原子またはケイ素原子であり、R0は水素原子、置換もしくは無置換の、炭素数1〜10のアルキル基を表し、R1は水素原子を表す。R2〜R15はそれぞれ独立に水素原子もしくは置換基を表す。Z1〜Z12はそれぞれ独立に、置換もしくは無置換の、アルキル基、アリール基、ヘテロアリール基を表す。Z1〜Z、Z〜Z、Z〜Z、Z10〜Z12は、それぞれ結合して環を形成しても良い。)
Figure 2012256904

(一般式(III)中、M21は白金イオンを表す。Q23、Q24はそれぞれM21に炭素原子で配位するアリール基、又は炭素原子で配位するヘテロアリール基を表し、更に置換基を有していても良い。L22はアルキレン連結基を表す。R21、R22はそれぞれアルキル基、アルコキシ基、又は置換アミノ基を表す。m21、m22はそれぞれ0又は1を表す。M21−N間の結合(点線部)は、配位結合を示す。M21−Q23間の結合及びM21−Q24間の結合は、共有結合である。)
<2>
前記一般式(I)におけるR0、及びR〜R15が水素原子を表すことを特徴とする<1>に記載の有機電界発光素子。
<3>
前記一般式(III)におけるm21及びm22が0を表すことを特徴とする<1>又は<2>に記載の有機電界発光素子。
<4>
一対の電極間に発光層を含む少なくとも一層の有機層を有する有機電界発光素子であって、発光層と陰極の間の層に金属錯体を含有することを特徴とする<1>〜<3>のいずれか一項に記載の有機電界発光素子。
<5>
一対の電極間に発光層を含む少なくとも一層の有機層を有する有機電界発光素子であって、発光層に隣接する層の少なくとも一層にカルバゾール骨格を少なくとも二つ含む化合物の少なくとも一種を含有することを特徴とする<1>〜<4>のいずれか一項に記載の有機電界発光素子。
本発明は<1>〜<5>に関するものであるが、参考のためその他の事項(例えば下記(1)〜(3)に記載した事項など)についても記載した。
(1)一対の電極間に発光層を含む少なくとも一層の有機層を有する有機電界発光素子であって、下記一般式(I)で表される化合物の少なくとも一種と、4座配位子を有する錯体系燐光発光材料の少なくとも一種とを発光層に含有することを特徴とする有機電界発光素子。
Figure 2012256904
(一般式(I)中、Q1〜Qはそれぞれ独立に炭素原子またはケイ素原子であり、R0は水素原子、置換もしくは無置換の、アルキル基、アリール基、炭素原子で結合したヘテロアリール基を表し、R1は水素原子を表す。R2〜R15はそれぞれ独立に水素原子もしくは置換基を表す。Z1〜Z12はそれぞれ独立に、置換もしくは無置換の、アルキル基、アリール基、ヘテロアリール基を表す。Z1〜Z、Z〜Z、Z〜Z、Z10〜Z12は、それぞれ結合して環を形成しても良い。)
(2)一対の電極間に発光層を含む少なくとも一層の有機層を有する有機電界発光素子であって、発光層と陰極の間の層に金属錯体を含有することを特徴とする上記(1)に記載の有機電界発光素子。
(3)一対の電極間に発光層を含む少なくとも一層の有機層を有する有機電界発光素子であって、発光層に隣接する層の少なくとも一層にカルバゾール骨格を少なくとも二つ含む化合物の少なくとも一種を含有することを特徴とする上記(1)または(2)に記載の有機電界発光素子。
本発明によれば、発光効率及び耐久性に優れた有機電界発光素子を提供することができる。
本発明の有機電界発光素子(以下、「本発明の素子」と呼ぶことがある。)は、一対の電極間に、発光層を含む少なくとも一層の有機層(有機化合物のみからなる層であっても良いし、無機化合物を含有する有機層であっても良い)を有する有機電界発光素子であって、発光層中に、下記一般式(I)で表される化合物と、4座配位子を有する錯体系燐光発光材料とが含まれる。
以下、一般式(I)で表される化合物について説明する。
Figure 2012256904
(一般式(I)中、Q1〜Qはそれぞれ独立に炭素原子またはケイ素原子であり、R0は水素原子、置換もしくは無置換の、アルキル基、アリール基、炭素原子で結合したヘテロアリール基を表し、R1は水素原子を表す。R2〜R15はそれぞれ独立に水素原子もしくは置換基を表す。Z1〜Z12はそれぞれ独立に、置換もしくは無置換の、アルキル基、アリール基、ヘテロアリール基を表す。Z1〜Z、Z〜Z、Z〜Z、Z10〜Z12は、それぞれ結合して環を形成しても良い。)
0は水素原子、アルキル基、アリール基、ヘテロアリール基(即ち、ヘテロアリール基中の炭素原子でベンゼン環と結合した基である)を表し、水素原子、アルキル基であることが好ましく、水素原子であることが特に好ましい。
0のアルキル基、アリール基、ヘテロアリール基の好ましい範囲は、後述のR4〜R15の置換基と同じである。これらの置換基は、更に他の置換基によって置換されてもよく、また、これらの置換基がR2、R3とそれぞれ結合して、環を形成していてもよい。
1〜Qはそれぞれ独立に炭素原子またはケイ素原子であり、Q1〜Qのすべてが炭素原子またはQ1〜Qのすべてがケイ素原子であることが好ましく、Q1〜Qのすべてが炭素原子であることが特に好ましい。
1〜Z12はそれぞれ独立にアルキル基、アリール基、ヘテロアリール基を表し、アルキル基、アリール基であることが好ましく、アルキル基であることが特に好ましい。Z1〜Z、Z〜Z、Z〜Z、Z10〜Z12は、それぞれ結合して環を形成しても良い。
1〜Z12のアルキル基、アリール基、ヘテロアリール基の好ましい範囲は、後述のR4〜R15の置換基と同じである。これらの置換基は、更に他の置換基によって置換されてもよい。
2〜R15はそれぞれ独立に水素原子または置換基を表す。置換基としては特に限定されないが、例えば、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アリール基、ヘテロアリール基、アミノ基、アルコキシ基、アリールオキシ基、ヘテロ環オキシ基、アシル基、アルコキシカルボニル基、アリールオキシカルボニル基、アシルオキシ基、アシルアミノ基、アルコキシカルボニルアミノ基、アリールオキシカルボニルアミノ基、スルホニルアミノ基、スルファモイル基、カルバモイル基、アルキルチオ基、アリールチオ基、ヘテロ環チオ基、スルホニル基、スルフィニル基、ウレイド基、リン酸アミド基、ヒドロキシ基、メルカプト基、ハロゲン基、シアノ基、スルホ基、カルボキシル基、ニトロ基、ヒドロキサム酸基、スルフィノ基、ヒドラジノ基、イミノ基、ヘテロ環基、シリル基、シリルオキシ基などが挙げられる。
2、R3の置換基として好ましくはアルキル基、アリール基、ヘテロアリール基、アシル基、アミノ基、ハロゲン基であり、より好ましくはアルキル基、アリール基、ヘテロアリール基であり、特に好ましくはt−ブチル基、フェニル基である。これらの置換基は、更に他の置換基によって置換されてもよい。
4〜R15の置換基として好ましくはアルキル基、アリール基、ヘテロアリール基、アシル基、アミノ基、ハロゲン基であり、より好ましくはアルキル基、アリール基、ヘテロアリール基であり、特に好ましくはt−ブチル基、フェニル基である。これらの置換基は、更に他の置換基によって置換されてもよく、また、これらの置換基同士が結合し、環を形成していてもよい。
ここで、アルキル基としては、好ましくは炭素数1〜30、より好ましくは炭素数1〜20、特に好ましくは炭素数1〜10であり、例えばメチル、エチル、n−プロピル、iso−プロピル、n−ブチル、tert−ブチル、n−オクチル、n−ノニル、n−デシル、n−ドデシル、n−オクタデシル、n−ヘキサデシル、シクロプロピル、シクロブチル、シクロペンチル、シクロヘキシル、シクロオクチル、1−アダマンチル、などが挙げられる。
また、アルケニル基としては、好ましくは炭素数2〜30、より好ましくは炭素数2〜20、特に好ましくは炭素数2〜10であり、例えばビニル、アリル、1−プロペニル、1−イソプロペニル、1−ブテニル、2−ブテニル、3−ペンテニルなどが挙げられる。
また、アルキニル基としては、好ましくは炭素数2〜30、より好ましくは炭素数2〜20、特に好ましくは炭素数2〜10であり、例えばエチニル、プロパルギル、1−プロピニル、3−ペンチニルなどが挙げられる。
また、アリール基としては、好ましくは炭素数6〜30、より好ましくは炭素数6〜20、特に好ましくは炭素数6〜12であり、例えばフェニル、o−メチルフェニル、m−メチルフェニル、p−メチルフェニル、2,4−キシリル、p−クメニル、メシチル、ナフチル、アントラニルなどが挙げられる。
また、ヘテロアリール基としては、好ましくは炭素数1〜30、より好ましくは炭素数1〜12であり、ヘテロ原子としては、例えば窒素原子、酸素原子、硫黄原子、具体的には例えばイミダゾリル、ピラゾリル、ピリジル、ピラジル、ピリミジル、トリアジニル、キノリル、イソキノリニル、ピロリル、インドリル、フリル、チエニル、ベンズオキサゾリル、ベンズイミダゾリル、ベンズチアゾリル、カルバゾリル、アゼピニルなどが挙げられる。
また、アミノ基としては、好ましくは炭素数0〜30、より好ましくは炭素数0〜20、特に好ましくは炭素数0〜10であり、例えばアミノ、メチルアミノ、ジメチルアミノ、ジエチルアミノ、ジベンジルアミノ、ジフェニルアミノ、ジトリルアミノなどが挙げられる。
また、アルコキシ基としては、好ましくは炭素数1〜30、より好ましくは炭素数1〜20、特に好ましくは炭素数1〜10であり、例えばメトキシ、エトキシ、ブトキシ、2−エチルヘキシロキシなどが挙げられる。
また、アリールオキシ基としては、好ましくは炭素数6〜30、より好ましくは炭素数6〜20、特に好ましくは炭素数6〜12であり、例えばフェニルオキシ、1−ナフチルオキシ、2−ナフチルオキシなどが挙げられる。
また、ヘテロ環オキシ基としては、好ましくは炭素数1〜30、より好ましくは炭素数1〜20、特に好ましくは炭素数1〜12であり、例えばピリジルオキシ、ピラジルオキシ、ピリミジルオキシ、キノリルオキシなどが挙げられる。
また、アシル基としては、好ましくは炭素数1〜30、より好ましくは炭素数1〜20、特に好ましくは炭素数1〜12であり、例えばアセチル、ベンゾイル、ホルミル、ピバロイルなどが挙げられる。
また、アルコキシカルボニル基としては、好ましくは炭素数2〜30、より好ましくは炭素数2〜20、特に好ましくは炭素数2〜12であり、例えばメトキシカルボニル、エトキシカルボニルなどが挙げられる。
また、アリールオキシカルボニル基としては、好ましくは炭素数7〜30、より好ましくは炭素数7〜20、特に好ましくは炭素数7〜12であり、例えばフェニルオキシカルボニルなどが挙げられる。
また、アシルオキシ基としては、好ましくは炭素数2〜30、より好ましくは炭素数2〜20、特に好ましくは炭素数2〜10であり、例えばアセトキシ、ベンゾイルオキシなどが挙げられる。
また、アシルアミノ基としては、好ましくは炭素数2〜30、より好ましくは炭素数2〜20、特に好ましくは炭素数2〜10であり、例えばアセチルアミノ、ベンゾイルアミノなどが挙げられる。
また、アルコキシカルボニルアミノ基としては、好ましくは炭素数2〜30、より好ましくは炭素数2〜20、特に好ましくは炭素数2〜12であり、例えばメトキシカルボニルアミノなどが挙げられる。
また、アリールオキシカルボニルアミノ基としては、好ましくは炭素数7〜30、より好ましくは炭素数7〜20、特に好ましくは炭素数7〜12であり、例えばフェニルオキシカルボニルアミノなどが挙げられる。
また、スルホニルアミノ基としては、好ましくは炭素数1〜30、より好ましくは炭素数1〜20、特に好ましくは炭素数1〜12であり、例えばメタンスルホニルアミノ、ベンゼンスルホニルアミノなどが挙げられる。
また、スルファモイル基としては、好ましくは炭素数0〜30、より好ましくは炭素数0〜20、特に好ましくは炭素数0〜12であり、例えばスルファモイル、メチルスルファモイル、ジメチルスルファモイル、フェニルスルファモイルなどが挙げられる。
また、カルバモイル基としては、好ましくは炭素数1〜30、より好ましくは炭素数1〜20、特に好ましくは炭素数1〜12であり、例えばカルバモイル、メチルカルバモイル、ジエチルカルバモイル、フェニルカルバモイルなどが挙げられる。
また、アルキルチオ基としては、好ましくは炭素数1〜30、より好ましくは炭素数1〜20、特に好ましくは炭素数1〜12であり、例えばメチルチオ、エチルチオなどが挙げられる。
また、アリールチオ基としては、好ましくは炭素数6〜30、より好ましくは炭素数6〜20、特に好ましくは炭素数6〜12であり、例えばフェニルチオなどが挙げられる。
また、ヘテロ環チオ基としては、好ましくは炭素数1〜30、より好ましくは炭素数1〜20、特に好ましくは炭素数1〜12であり、例えばピリジルチオ、2−ベンズイミゾリルチオ、2−ベンズオキサゾリルチオ、2−ベンズチアゾリルチオなどが挙げられる。
また、スルホニル基としては、好ましくは炭素数1〜30、より好ましくは炭素数1〜20、特に好ましくは炭素数1〜12であり、例えばメシル、トシル、トリフルオロメタンスルホニルなどが挙げられる。
また、スルフィニル基としては、好ましくは炭素数1〜30、より好ましくは炭素数1〜20、特に好ましくは炭素数1〜12であり、例えばメタンスルフィニル、ベンゼンスルフィニルなどが挙げられる。
また、ウレイド基としては、好ましくは炭素数1〜30、より好ましくは炭素数1〜20、特に好ましくは炭素数1〜12であり、例えばウレイド、メチルウレイド、フェニルウレイドなどが挙げられる。
また、リン酸アミド基としては、好ましくは炭素数1〜30、より好ましくは炭素数1〜20、特に好ましくは炭素数1〜12であり、例えばジエチルリン酸アミド、フェニルリン酸アミドなどが挙げられる。
また、ハロゲン原子としては、例えばフッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子などが挙げられる。
また、ヘテロ環基としては、好ましくは炭素数1〜30、より好ましくは炭素数1〜12であり、ヘテロ原子としては、例えば窒素原子、酸素原子、硫黄原子、具体的には例えば、ピペリジル、モルホリノ、ピロリジルなどが挙げられる。
また、シリル基としては、好ましくは炭素数3〜40、より好ましくは炭素数3〜30、特に好ましくは炭素数3〜24であり、例えばトリメチルシリル、トリフェニルシリルなどが挙げられる。
また、シリルオキシ基としては、好ましくは炭素数3〜40、より好ましくは炭素数3〜30、特に好ましくは炭素数3〜24であり、例えばトリメチルシリルオキシ、トリフェニルシリルオキシなどが挙げられる。
本発明の一般式(I)で表される化合物は低分子化合物であっても良く、また、オリゴマー化合物、一般式(I)で表される構造を主鎖または側鎖に有するポリマー化合物(重量平均分子量(ポリスチレン換算)は好ましくは1000〜5000000、より好ましくは2000〜1000000、さらに好ましくは3000〜100000である。)であっても良い。本発明の一般式(I)で表される化合物は低分子化合物が好ましい。
本発明の一般式(I)で表される化合物が、オリゴマー化合物または一般式(I)で表される構造を主鎖または側鎖に有するポリマー化合物の場合、主鎖または側鎖として、R0〜R15のいずれか、もしくは複数が含まれ、より好ましくはR0〜R3のいずれが含まれ、特に好ましくはR0が含まれる。
本発明において本発明の一般式(I)で表される化合物は発光層に含まれるが、その用途が限定されることはなく、有機層内の発光層以外のいずれの層に含有されてもよい。発光層以外の導入層としては、正孔注入層、正孔輸送層、電子輸送層、電子注入層、励起子ブロック層、電荷ブロック層のいずれか、もしくは複数に含有されるのが好ましく、正孔輸送層、電子輸送層に含有されるのがより好ましい。
発光層中において、本発明の一般式(I)で表される化合物は1〜100質量%含まれることが好ましく、50〜100質量%含まれることがより好ましく、80〜100質量%含まれることがより好ましい。
また、本発明の一般式(I)で表される化合物を発光層以外の層に含有する場合は、1〜100質量%含まれることが好ましく、50〜100質量%含まれることがより好ましく、80〜100質量%含まれることがより好ましい。
一般式(I)で表される化合物の具体例を以下に列挙するが、本発明はこれらの化合物に限定されることはない。
Figure 2012256904
Figure 2012256904
Figure 2012256904
Figure 2012256904
Figure 2012256904
Figure 2012256904
Figure 2012256904
Figure 2012256904
Figure 2012256904
Figure 2012256904
一般式(I)で表される化合物を含むポリマー化合物、オリゴマー化合物の具体例を以下に挙げるが、本発明はこれらの化合物に限定されることはない。ポリマー化合物の場合、ホモポリマー化合物であっても良く、共重合体であっても良く、共重合体はランダム共重合体、交互共重合体、ブロック共重合体のいずれでもよい。図中、m:nはポリマーに含まれる各モノマーのモル比を表し、mは1〜100、nは0〜99の数値を表し、mとnの和は100である。
Figure 2012256904
以下、前記一般式(I)で表される化合物と共に発光層に含有される発光材料について説明する。
本発明では、発光材料として、四座配位子を有する錯体系燐光発光材料を用いる。該錯体系燐光発光材料としては、イリジウムや白金を含む金属錯体が好ましく、具体的には国際公開第04-108857号に記載の化合物が挙げられる。
4座配位子を有する錯体系燐光材料を用いることにより、発光効率の向上、および耐久性向上の効果がある。
4座配位子を有する錯体系燐光発光材料としては、下記一般式(II)で表される金属錯体が好ましく、下記一般式(III)で表される金属錯体がより好ましい。
Figure 2012256904
(一般式(II)中、M11は金属イオン、もしくは金属イオンを含む原子群を表す。Q11、Q12、Q13、Q14はそれぞれM11に配位する原子群を表す。L11、L12、L13、L14はそれぞれ単結合または連結基を表す。n11は0または1を表す。n11が0の時は、Q13とQ14の間のL14を介した結合は存在しない。M11−Q11間の結合、M11−Q12間の結合、M11−Q13間の結合、M11−Q14間の結合は、共有結合であっても良いし、配位結合であっても良いし、イオン結合であっても良い。)
Figure 2012256904
(一般式(III)中、M21は金属イオン、もしくは金属イオンを含む原子群を表す。Q23、Q24はそれぞれM21に配位する原子群を表す。L22は単結合または連結基を表す。R21、R22は置換基を表す。m21、m22はそれぞれ0〜3の整数を表す。M21−N間の結合(点線部)は、配位結合を示す。M21−Q23間の結合及びM21−Q24間の結合は、共有結合であっても良いし、配位結合であっても良いし、イオン結合であっても良い。)
一般式(II)について説明する。M11は金属イオン、もしくは金属イオンを含む原子群を表し、遷移金属イオンであることが好ましく、ルテニウムイオン、ロジウムイオン、パラジウムイオン、銀イオン、タングステンイオン、レニウムイオン、オスミウムイオン、イリジウムイオン、白金イオン、金イオンが好ましく、ロジウムイオン、パラジウムイオン、レニウムイオン、イリジウムイオン、白金イオンがより好ましく、白金イオン、イリジウムイオン、パラジウムイオンがさらに好ましく、白金イオンが特に好ましい。
11の価数は、0〜4価が好ましく、2〜3価がより好ましく、2価が特に好ましい。
11、Q12、Q13、Q14はそれぞれM11に配位する(配位により形成される結合としては、例えば配位結合、共有結合、イオン結合 がある)原子群を表す。Q11、Q12、Q13、Q14はM11に配位する原子群であれば、特に限定されないが、炭素原子で配位する原子群、窒素原子で配位する原子群、酸素原子で配位する原子群、硫黄原子で配位する原子群、りん原子で配位する原子群が好ましい。
炭素原子で配位する原子群としては、例えばイミノ基、芳香族炭化水素環基(ベンゼン、ナフタレンなど)、ヘテロ環基(チオフェン、ピリジン、ピラジン、ピリミジン、ピリダジン、トリアジン、チアゾール、オキサゾール、ピロール、イミダゾール、ピラゾール、トリアゾールなど)およびこれらを含む縮合環、およびこれらの互変異性体が挙げられる。これらの基は、さらに置換基を有していても良い。置換基の例としては、後述のR21で説明する基が挙げられる。
窒素原子で配位する原子群としては、例えば含窒素ヘテロ環基(ピリジン、ピラジン、ピリミジン、ピリダジン、トリアジン、チアゾール、オキサゾール、ピロール、イミダゾール、ピラゾール、トリアゾールなど)、アミノ基(アルキルアミノ基(好ましくは炭素数2〜30、より好ましくは炭素数2〜20、特に好ましくは炭素数2〜10であり、例えばメチルアミノ)、アリールアミノ基(例えばフェニルアミノ)などが挙げられる。)、アシルアミノ基(好ましくは炭素数2〜30、より好ましくは炭素数2〜20、特に好ましくは炭素数2〜10であり、例えばアセチルアミノ、ベンゾイルアミノなどが挙げられる。)、アルコキシカルボニルアミノ基(好ましくは炭素数2〜30、より好ましくは炭素数2〜20、特に好ましくは炭素数2〜12であり、例えばメトキシカルボニルアミノなどが挙げられる。)、アリールオキシカルボニルアミノ基(好ましくは炭素数7〜30、より好ましくは炭素数7〜20、特に好ましくは炭素数7〜12であり、例えばフェニルオキシカルボニルアミノなどが挙げられる。)、スルホニルアミノ基(好ましくは炭素数1〜30、より好ましくは炭素数1〜20、特に好ましくは炭素数1〜12であり、例えばメタンスルホニルアミノ、ベンゼンスルホニルアミノなどが挙げられる。)、イミノ基などが挙げられる。これらの基はさらに置換されていても良い。置換基の例としては、後述のR21で説明する基が挙げられる。
酸素原子で配位する原子群としては、アルコキシ基(好ましくは炭素数1〜30、より好ましくは炭素数1〜20、特に好ましくは炭素数1〜10であり、例えばメトキシ、エトキシ、ブトキシ、2−エチルヘキシロキシなどが挙げられる。)、アリールオキシ基(好ましくは炭素数6〜30、より好ましくは炭素数6〜20、特に好ましくは炭素数6〜12であり、例えばフェニルオキシ、1−ナフチルオキシ、2−ナフチルオキシなどが挙げられる。)、ヘテロ環オキシ基(好ましくは炭素数1〜30、より好ましくは炭素数1〜20、特に好ましくは炭素数1〜12であり、例えばピリジルオキシ、ピラジルオキシ、ピリミジルオキシ、キノリルオキシなどが挙げられる。)、アシルオキシ基(好ましくは炭素数2〜30、より好ましくは炭素数2〜20、特に好ましくは炭素数2〜10であり、例えばアセトキシ、ベンゾイルオキシなどが挙げられる。)、シリルオキシ基(好ましくは炭素数3〜40、より好ましくは炭素数3〜30、特に好ましくは炭素数3〜24であり、例えばトリメチルシリルオキシ、トリフェニルシリルオキシなどが挙げられる。)、カルボニル基(例えばケトン基、エステル基、アミド基など)、エーテル基(例えばジアルキルエーテル基、ジアリールエーテル基、フリル基など)などが挙げられる。これらの基はさらに置換されていても良い。置換基の例としては、後述のR21で説明する基が挙げられる。
硫黄原子で配位する原子群としては、アルキルチオ基(好ましくは炭素数1〜30、より好ましくは炭素数1〜20、特に好ましくは炭素数1〜12であり、例えばメチルチオ、エチルチオなどが挙げられる。)、アリールチオ基(好ましくは炭素数6〜30、より好ましくは炭素数6〜20、特に好ましくは炭素数6〜12であり、例えばフェニルチオなどが挙げられる。)、ヘテロ環チオ基(好ましくは炭素数1〜30、より好ましくは炭素数1〜20、特に好ましくは炭素数1〜12であり、例えばピリジルチオ、2−ベンズイミゾリルチオ、2−ベンズオキサゾリルチオ、2−ベンズチアゾリルチオなどが挙げられる。)、チオカルボニル基(例えばチオケトン基、チオエステル基など)、チオエーテル基(例えばジアルキルチオエーテル基、ジアリールチオエーテル基、チオフリル基など)などが挙げられる。これらの基はさらに置換されていても良い。置換基の例としては、後述のR21で説明する基が挙げられる。
りん原子で配位する原子群としては、ジアルキルホスフィノ基、ジアリールホスフィノ基、トリアルキルホスフィン、トリアリールホスフィン、ホスフィニン基等があげられる。これらの基はさらに置換されていても良い。置換基の例としては、後述のR21で説明する基が挙げられる。
11、Q12は窒素原子で配位する原子群、酸素原子で配位する原子群、りん原子で配位する原子群が好ましく、窒素原子で配位する原子群がより好ましく、窒素原子で配位する含窒素へテロ環基がさらに好ましく、窒素原子で配位する単環の含窒素へテロ環基が特に好ましい。
13、Q14は炭素原子で配位する原子群、窒素原子で配位する原子群、酸素原子で配位する原子群が好ましく、炭素原子で配位するアリール基、炭素原子で配位するヘテロアリール基、窒素原子で配位するヘテロアリール基、酸素原子で配位するカルボキシル基、酸素原子で配位するアリールオキシ基、酸素原子で配位するヘテロアリールオキシ基がより好ましく、炭素原子で配位するアリール基、炭素原子で配位するヘテロアリール基、窒素原子で配位するヘテロアリール基、酸素原子で配位するカルボキシル基がさらに好ましく、炭素原子で配位するアリール基、炭素原子で配位するヘテロアリール基が特に好ましい。
11、L12、L13、L14はそれぞれ単結合または連結基を表す。連結基としては、特に限定されないが、アルキレン基(例えばメチレン基、ジメチルメチレン基、ジイソプロピルメチレン基、ジフェニルメチレン基、エチレン基、テトラメチルエチレン基など)、アルケニレン基(ビニレン基、ジメチルビニレン基など)、アルキニレン基(エチニレン基など)、アリーレン基(フェニレン基、ナフチレン基など)、ヘテロアリーレン基(ピリジレン基、ピラジレン基、キノリレン基など)、酸素連結基、硫黄連結基、窒素連結基(メチルアミノ連結基、フェニルアミノ連結基、tブチルアミノ連結基など)、ケイ素連結基、及び、これらを組み合わせた連結基(例えばオキシレンメチレン基など)などが挙げられる。
11、L13は単結合、アルキレン基、酸素連結基が好ましく、単結合、アルキレン基がより好ましく、単結合がさらに好ましい。
12、L14は、単結合、アルキレン基、酸素連結基、窒素連結基が好ましく、アルキレン基、窒素連結基がより好ましく、アルキレン連結基が特に好ましい。
11は0または1を表す。n11が0の時は、Q13とQ14の間のL14を介した結合は存在しない。
11−Q11間の結合、M11−Q12間の結合、M11−Q13間の結合、M11−Q14間の結合は、共有結合であっても良いし、配位結合であっても良いし、イオン結合であっても良い。
11−Q11間の結合、M11−Q12間の結合は、配位結合(点線で表される結合)であることが好ましく、M11−Q13間の結合、M11−Q14間の結合は、共有結合(実線で表される結合)、または、イオン結合(実線で表される結合)であることが好ましく、共有結合であることがより好ましい。
以下、一般式(III)について説明する。
21は前記M11と同義であり、好ましい範囲も同じである。Q23、Q24はそれぞれM21に配位する原子群を表す。
23、Q24は炭素原子で配位する原子群、窒素原子で配位する原子群、酸素原子で配位する原子群が好ましく、炭素原子で配位するアリール基、炭素原子で配位するヘテロアリール基、窒素原子で配位するヘテロアリール基、酸素原子で配位するカルボキシル基、酸素原子で配位するアリールオキシ基、酸素原子で配位するヘテロアリールオキシ基がより好ましく、炭素原子で配位するアリール基、炭素原子で配位するヘテロアリール基、窒素原子で配位するヘテロアリール基、酸素原子で配位するカルボキシル基がさらに好ましく、炭素原子で配位するアリール基、炭素原子で配位するヘテロアリール基が特に好ましい。その中でも、炭素原子で配位する5員環のヘテロアリール基が特に好ましい。
特に、炭素原子で配位する5員環のヘテロアリール基の中でも、Q23、Q24は、窒素原子でピリジン環に連結する5員環のヘテロアリール基(ピロール、ピラゾール、トリアゾール)が好ましい。
21、R22はそれぞれ置換基を表す。置換基としては、例えば、アルキル基(好ましくは炭素数1〜30、より好ましくは炭素数1〜20、特に好ましくは炭素数1〜10であり、例えばメチル、エチル、iso−プロピル、tert−ブチル、n−オクチル、n−デシル、n−ヘキサデシル、シクロプロピル、シクロペンチル、シクロヘキシルなどが挙げられる。)、アルケニル基(好ましくは炭素数2〜30、より好ましくは炭素数2〜20、特に好ましくは炭素数2〜10であり、例えばビニル、アリル、2−ブテニル、3−ペンテニルなどが挙げられる。)、アルキニル基(好ましくは炭素数2〜30、より好ましくは炭素数2〜20、特に好ましくは炭素数2〜10であり、例えばプロパルギル、3−ペンチニルなどが挙げられる。)、アリール基(好ましくは炭素数6〜30、より好ましくは炭素数6〜20、特に好ましくは炭素数6〜12であり、例えばフェニル、p−メチルフェニル、ナフチル、アントラニルなどが挙げられる。)、アミノ基(好ましくは炭素数0〜30、より好ましくは炭素数0〜20、特に好ましくは炭素数0〜10であり、例えばアミノ、メチルアミノ、ジメチルアミノ、ジエチルアミノ、ジベンジルアミノ、ジフェニルアミノ、ジトリルアミノなどが挙げられる。)、アルコキシ基(好ましくは炭素数1〜30、より好ましくは炭素数1〜20、特に好ましくは炭素数1〜10であり、例えばメトキシ、エトキシ、ブトキシ、2−エチルヘキシロキシなどが挙げられる。)、アリールオキシ基(好ましくは炭素数6〜30、より好ましくは炭素数6〜20、特に好ましくは炭素数6〜12であり、例えばフェニルオキシ、1−ナフチルオキシ、2−ナフチルオキシなどが挙げられる。)、ヘテロ環オキシ基(好ましくは炭素数1〜30、より好ましくは炭素数1〜20、特に好ましくは炭素数1〜12であり、例えばピリジルオキシ、ピラジルオキシ、ピリミジルオキシ、キノリルオキシなどが挙げられる。)、アシル基(好ましくは炭素数1〜30、より好ましくは炭素数1〜20、特に好ましくは炭素数1〜12であり、例えばアセチル、ベンゾイル、ホルミル、ピバロイルなどが挙げられる。)、アルコキシカルボニル基(好ましくは炭素数2〜30、より好ましくは炭素数2〜20、特に好ましくは炭素数2〜12であり、例えばメトキシカルボニル、エトキシカルボニルなどが挙げられる。)、アリールオキシカルボニル基(好ましくは炭素数7〜30、より好ましくは炭素数7〜20、特に好ましくは炭素数7〜12であり、例えばフェニルオキシカルボニルなどが挙げられる。)、アシルオキシ基(好ましくは炭素数2〜30、より好ましくは炭素数2〜20、特に好ましくは炭素数2〜10であり、例えばアセトキシ、ベンゾイルオキシなどが挙げられる。)、アシルアミノ基(好ましくは炭素数2〜30、より好ましくは炭素数2〜20、特に好ましくは炭素数2〜10であり、例えばアセチルアミノ、ベンゾイルアミノなどが挙げられる。)、アルコキシカルボニルアミノ基(好ましくは炭素数2〜30、より好ましくは炭素数2〜20、特に好ましくは炭素数2〜12であり、例えばメトキシカルボニルアミノなどが挙げられる。)、アリールオキシカルボニルアミノ基(好ましくは炭素数7〜30、より好ましくは炭素数7〜20、特に好ましくは炭素数7〜12であり、例えばフェニルオキシカルボニルアミノなどが挙げられる。)、スルホニルアミノ基(好ましくは炭素数1〜30、より好ましくは炭素数1〜20、特に好ましくは炭素数1〜12であり、例えばメタンスルホニルアミノ、ベンゼンスルホニルアミノなどが挙げられる。)、スルファモイル基(好ましくは炭素数0〜30、より好ましくは炭素数0〜20、特に好ましくは炭素数0〜12であり、例えばスルファモイル、メチルスルファモイル、ジメチルスルファモイル、フェニルスルファモイルなどが挙げられる。)、カルバモイル基(好ましくは炭素数1〜30、より好ましくは炭素数1〜20、特に好ましくは炭素数1〜12であり、例えばカルバモイル、メチルカルバモイル、ジエチルカルバモイル、フェニルカルバモイルなどが挙げられる。)、アルキルチオ基(好ましくは炭素数1〜30、より好ましくは炭素数1〜20、特に好ましくは炭素数1〜12であり、例えばメチルチオ、エチルチオなどが挙げられる。)、アリールチオ基(好ましくは炭素数6〜30、より好ましくは炭素数6〜20、特に好ましくは炭素数6〜12であり、例えばフェニルチオなどが挙げられる。)、ヘテロ環チオ基(好ましくは炭素数1〜30、より好ましくは炭素数1〜20、特に好ましくは炭素数1〜12であり、例えばピリジルチオ、2−ベンズイミゾリルチオ、2−ベンズオキサゾリルチオ、2−ベンズチアゾリルチオなどが挙げられる。)、スルホニル基(好ましくは炭素数1〜30、より好ましくは炭素数1〜20、特に好ましくは炭素数1〜12であり、例えばメシル、トシルなどが挙げられる。)、スルフィニル基(好ましくは炭素数1〜30、より好ましくは炭素数1〜20、特に好ましくは炭素数1〜12であり、例えばメタンスルフィニル、ベンゼンスルフィニルなどが挙げられる。)、ウレイド基(好ましくは炭素数1〜30、より好ましくは炭素数1〜20、特に好ましくは炭素数1〜12であり、例えばウレイド、メチルウレイド、フェニルウレイドなどが挙げられる。)、リン酸アミド基(好ましくは炭素数1〜30、より好ましくは炭素数1〜20、特に好ましくは炭素数1〜12であり、例えばジエチルリン酸アミド、フェニルリン酸アミドなどが挙げられる。)、ヒドロキシ基、メルカプト基、ハロゲン原子(例えばフッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子)、シアノ基、スルホ基、カルボキシル基、ニトロ基、ヒドロキサム酸基、スルフィノ基、ヒドラジノ基、イミノ基、ヘテロ環基(好ましくは炭素数1〜30、より好ましくは炭素数1〜12であり、ヘテロ原子としては、例えば窒素原子、酸素原子、硫黄原子、具体的には例えばイミダゾリル、ピリジル、キノリル、フリル、チエニル、ピペリジル、モルホリノ、ベンズオキサゾリル、ベンズイミダゾリル、ベンズチアゾリル、カルバゾリル基、アゼピニル基などが挙げられる。)、シリル基(好ましくは炭素数3〜40、より好ましくは炭素数3〜30、特に好ましくは炭素数3〜24であり、例えばトリメチルシリル、トリフェニルシリルなどが挙げられる。)、シリルオキシ基(好ましくは炭素数3〜40、より好ましくは炭素数3〜30、特に好ましくは炭素数3〜24であり、例えばトリメチルシリルオキシ、トリフェニルシリルオキシなどが挙げられる。)などが挙げられる。これらの置換基は更に置換されてもよい。
21、R22はアルキル基、アルコキシ基、置換アミノ基が好ましく、アルキル基、置換アミノ基がより好ましく、アルキル基がさらに好ましい。
22は前記L12と同義であり、好ましい範囲も同じである。
21、m22はそれぞれ0〜3の整数を表し、0、1が好ましく、0がより好ましい。m21、m22が複数の場合、複数のR21、R22はそれぞれ同じであっても異なっても良い。
発光層と陰極の間の層に含まれる金属錯体について説明する。金属錯体を構成する金属イオンとしては特に限定されないが、2価または3価の金属イオンが好ましく、3価のアルミニウムイオン、2価の亜鉛イオン、3価のガリウムイオン、2価のベリリウムイオン、2価のマグネシウムイオンがより好ましく、3価のアルミニウムイオン、3価のガリウムイオン、2価の亜鉛イオンがさらに好ましく、3価のアルミニウムイオンが特に好ましい。
発光層と陰極の間の層、好ましくは電子注入層や電子輸送層に金属錯体を含むことにより、効率の向上や耐久性の向上の効果が得られる。該金属錯体は、添加する層中、1〜100質量%含まれることが好ましく、50〜100質量%含まれることがより好ましく、80〜100質量%含まれることが特に好ましい。
また、本発明では、発光層に隣接する層の少なくとも一方、好ましくは、発光層に陽極側で隣接する層にカルバゾール骨格を含む材料を含むことが好ましい。該カルバゾール骨格を含む材料としては、カルバゾール骨格を二つ以上含むものが好ましく、カルバゾール骨格を2〜8個含むものがより好ましく、カルバゾール骨格を2〜3個含むものが特に好ましい。カルバゾール骨格を含む材料として、本発明の一般式(I)で表される化合物も用いることができる。
発光層に隣接する層の少なくとも一方に、カルバゾール骨格を含む材料を含むことにより、発光効率、耐久性を向上させることができる。カルバゾール骨格を含む材料は、添加層中、1〜100質量%含まれることが好ましく、50〜100質量%含まれることが好ましく、80〜100質量%含まれることが特に好ましい。
本発明の素子を構成する各要素について詳細に説明する。
[有機電界発光素子]
以下、本発明の素子について詳細に説明する。
本発明の発光素子は基板上に陰極と陽極を有し、両電極の間に有機発光層(以下、単に「発光層」と称する場合がある。)を含む有機層(有機化合物のみからなる層であっても良いし、無機化合物を含有する有機層であっても良い)を有する。発光素子の性質上、陽極及び陰極のうち少なくとも一方の電極は、透明であることが好ましい。
本発明における有機層の積層の態様としては、陽極側から、正孔輸送層、発光層、電子輸送層の順に積層されている態様が好ましい。更に、正孔輸送層と発光層との間、又は、発光層と電子輸送層との間には、電荷ブロック層等を有していてもよい。陽極と正孔輸送層との間に、正孔注入層を有してもよく、陰極と電子輸送層との間には、電子注入層を有してもよい。尚、各層は複数の二次層に分かれていてもよい。
次に、本発明の発光材料を構成する要素について、詳細に説明する。
<基板>
本発明で使用する基板としては、有機層から発せられる光を散乱又は減衰させない基板であることが好ましい。その具体例としては、ジルコニア安定化イットリウム(YSZ)、ガラス等の無機材料、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンフタレート、ポリエチレンナフタレート等のポリエステル、ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリエーテルスルホン、ポリアリレート、ポリイミド、ポリシクロオレフィン、ノルボルネン樹脂、ポリ(クロロトリフルオロエチレン)等の有機材料が挙げられる。
例えば、基板としてガラスを用いる場合、その材質については、ガラスからの溶出イオンを少なくするため、無アルカリガラスを用いることが好ましい。また、ソーダライムガラスを用いる場合には、シリカなどのバリアコートを施したものを使用することが好ましい。有機材料の場合には、耐熱性、寸法安定性、耐溶剤性、電気絶縁性、及び加工性に優れていることが好ましい。
基板の形状、構造、大きさ等については、特に制限はなく、発光素子の用途、目的等に応じて適宜選択することができる。一般的には、基板の形状としては、板状であることが好ましい。基板の構造としては、単層構造であってもよいし、積層構造であってもよく、また、単一部材で形成されていてもよいし、2以上の部材で形成されていてもよい。
基板は、無色透明であっても、有色透明であってもよいが、有機発光層から発せられる光を散乱又は減衰等させることがない点で、無色透明であることが好ましい。
基板には、その表面又は裏面に透湿防止層(ガスバリア層)を設けることができる。
透湿防止層(ガスバリア層)の材料としては、窒化珪素、酸化珪素などの無機物が好適に用いられる。透湿防止層(ガスバリア層)は、例えば、高周波スパッタリング法などにより形成することができる。
熱可塑性基板を用いる場合には、更に必要に応じて、ハードコート層、アンダーコート層などを設けてもよい。
<陽極>
陽極は、通常、有機層に正孔を供給する電極としての機能を有していればよく、その形状、構造、大きさ等については特に制限はなく、発光素子の用途、目的に応じて、公知の電極材料の中から適宜選択することができる。前述のごとく、陽極は、通常透明陽極として設けられる。
陽極の材料としては、例えば、金属、合金、金属酸化物、導電性化合物、又はこれらの混合物が好適に挙げられる。陽極材料の具体例としては、アンチモンやフッ素等をドープした酸化錫(ATO、FTO)、酸化錫、酸化亜鉛、酸化インジウム、酸化インジウム錫(ITO)、酸化亜鉛インジウム(IZO)等の導電性金属酸化物、金、銀、クロム、ニッケル等の金属、さらにこれらの金属と導電性金属酸化物との混合物又は積層物、ヨウ化銅、硫化銅などの無機導電性物質、ポリアニリン、ポリチオフェン、ポリピロールなどの有機導電性材料、及びこれらとITOとの積層物などが挙げられる。この中で好ましいのは、導電性金属酸化物であり、特に、生産性、高導電性、透明性等の点からはITOが好ましい。
陽極は、例えば、印刷方式、コーティング方式等の湿式方式、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法等の物理的方式、CVD、プラズマCVD法等の化学的方式などの中から、陽極を構成する材料との適性を考慮して適宜選択した方法に従って、前記基板上に形成することができる。例えば、陽極の材料として、ITOを選択する場合には、陽極の形成は、直流又は高周波スパッタ法、真空蒸着法、イオンプレーティング法等に従って行うことができる。
本発明の素子において、陽極の形成位置としては特に制限はなく、発光素子の用途、目的に応じて適宜選択することができる。が、前記基板上に形成されるのが好ましい。この場合、陽極は、基板における一方の表面の全部に形成されていてもよく、その一部に形成されていてもよい。
なお、陽極を形成する際のパターニングとしては、フォトリソグラフィーなどによる化学的エッチングによって行ってもよいし、レーザーなどによる物理的エッチングによって行ってもよく、また、マスクを重ねて真空蒸着やスパッタ等をして行ってもよいし、リフトオフ法や印刷法によって行ってもよい。
陽極の厚みとしては、陽極を構成する材料により適宜選択することができ、一概に規定することはできないが、通常、10nm〜50μm程度であり、50nm〜20μmが好ましい。
陽極の抵抗値としては、103Ω/□以下が好ましく、102Ω/□以下がより好ましい。陽極が透明である場合は、無色透明であっても、有色透明であってもよい。透明陽極側から発光を取り出すためには、その透過率としては、60%以上が好ましく、70%以上がより好ましい。
なお、透明陽極については、沢田豊監修「透明電極膜の新展開」シーエムシー刊(1999)に詳述があり、ここに記載される事項を本発明に適用することができる。耐熱性の低いプラスティック基材を用いる場合は、ITO又はIZOを使用し、150℃以下の低温で成膜した透明陽極が好ましい。
<陰極>
陰極は、通常、有機層に電子を注入する電極としての機能を有していればよく、その形状、構造、大きさ等については特に制限はなく、発光素子の用途、目的に応じて、公知の電極材料の中から適宜選択することができる。
陰極を構成する材料としては、例えば、金属、合金、金属酸化物、電気伝導性化合物、これらの混合物などが挙げられる。具体例としてはアルカリ金属(たとえば、Li、Na、K、Cs等)、アルカリ土類金属(たとえばMg、Ca等)、金、銀、鉛、アルミニウム、ナトリウム−カリウム合金、リチウム−アルミニウム合金、マグネシウム−銀合金、インジウム、イッテルビウム等の希土類金属、などが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいが、安定性と電子注入性とを両立させる観点からは、2種以上を好適に併用することができる。
これらの中でも、陰極を構成する材料としては、電子注入性の点で、アルカリ金属やアルカリ土類金属が好ましく、保存安定性に優れる点で、アルミニウムを主体とする材料が好ましい。
アルミニウムを主体とする材料とは、アルミニウム単独、アルミニウムと0.01〜10質量%のアルカリ金属又はアルカリ土類金属との合金若しくはこれらの混合物(例えば、リチウム−アルミニウム合金、マグネシウム−アルミニウム合金など)をいう。
なお、陰極の材料については、特開平2−15595号公報、特開平5−121172号公報に詳述されており、これらの広報に記載の材料は、本発明においても適用することができる。
陰極の形成方法については、特に制限はなく、公知の方法に従って行うことができる。例えば、印刷方式、コーティング方式等の湿式方式、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法等の物理的方式、CVD、プラズマCVD法等の化学的方式などの中から、前記した陰極を構成する材料との適性を考慮して適宜選択した方法に従って形成することができる。例えば、陰極の材料として、金属等を選択する場合には、その1種又は2種以上を同時又は順次にスパッタ法等に従って行うことができる。
陰極を形成するに際してのパターニングは、フォトリソグラフィーなどによる化学的エッチングによって行ってもよいし、レーザーなどによる物理的エッチングによって行ってもよく、マスクを重ねて真空蒸着やスパッタ等をして行ってもよいし、リフトオフ法や印刷法によって行ってもよい。
本発明において、陰極形成位置は特に制限はなく、有機層上の全部に形成されていてもよく、その一部に形成されていてもよい。
また、陰極と前記有機層との間に、アルカリ金属又はアルカリ土類金属のフッ化物、酸化物等による誘電体層を0.1〜5nmの厚みで挿入してもよい。この誘電体層は、一種の電子注入層と見ることもできる。誘電体層は、例えば、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法等により形成することができる。
陰極の厚みは、陰極を構成する材料により適宜選択することができ、一概に規定することはできないが、通常10nm〜5μm程度であり、50nm〜1μmが好ましい。
また、陰極は、透明であってもよいし、不透明であってもよい。なお、透明な陰極は、陰極の材料を1〜10nmの厚さに薄く成膜し、更にITOやIZO等の透明な導電性材料を積層することにより形成することができる。
<有機層>
本発明における有機層について説明する。
本発明の素子は、発光層を含む少なくとも一層の有機層を有しており、有機発光層以外の他の有機層としては、前述したごとく、正孔輸送層、電子輸送層、電荷ブロック層、正孔注入層、電子注入層等の各層が挙げられる。
−有機層の形成−
本発明の素子において、有機層を構成する各層は、蒸着法やスパッタ法等の乾式製膜法、転写法、印刷法等いずれによっても好適に形成することができる。
−有機発光層−
有機発光層は、電界印加時に、陽極、正孔注入層、又は正孔輸送層から正孔を受け取り、陰極、電子注入層、又は電子輸送層から電子を受け取り、正孔と電子の再結合の場を提供して発光させる機能を有する層である。
本発明における発光層は、発光材料のみで構成されていても良く、ホスト材料と発光材料の混合層とした構成でも良い。発光材料は蛍光発光材料でも燐光発光材料であっても良く、ドーパントは1種であっても2種以上であっても良い。ホスト材料は電荷輸送材料であることが好ましい。ホスト材料は1種であっても2種以上であっても良く、例えば、電子輸送性のホスト材料とホール輸送性のホスト材料を混合した構成が挙げられる。さらに、発光層中に電荷輸送性を有さず、発光しない材料を含んでいても良い。
また、発光層は1層であっても2層以上であってもよく、それぞれの層が異なる発光色で発光してもよい。
本発明に使用できる蛍光発光材料の例としては、例えば、ベンゾオキサゾール誘導体、ベンゾイミダゾール誘導体、ベンゾチアゾール誘導体、スチリルベンゼン誘導体、ポリフェニル誘導体、ジフェニルブタジエン誘導体、テトラフェニルブタジエン誘導体、ナフタルイミド誘導体、クマリン誘導体、縮合芳香族化合物、ペリノン誘導体、オキサジアゾール誘導体、オキサジン誘導体、アルダジン誘導体、ピラリジン誘導体、シクロペンタジエン誘導体、ビススチリルアントラセン誘導体、キナクリドン誘導体、ピロロピリジン誘導体、チアジアゾロピリジン誘導体、シクロペンタジエン誘導体、スチリルアミン誘導体、ジケトピロロピロール誘導体、芳香族ジメチリディン化合物、8−キノリノール誘導体の金属錯体やピロメテン誘導体の金属錯体に代表される各種金属錯体等、ポリチオフェン、ポリフェニレン、ポリフェニレンビニレン等のポリマー化合物、有機シラン誘導体などの化合物等が挙げられる。
また、本発明に使用できる燐光発光材料は、例えば、遷移金属原子又はランタノイド原子を含む錯体が挙げられる。
遷移金属原子としては、特に限定されないが、好ましくは、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、タングステン、レニウム、オスミウム、イリジウム、及び白金が挙げられ、より好ましくは、レニウム、イリジウム、及び白金である。
ランタノイド原子としては、ランタン、セリウム、プラセオジム、ネオジム、サマリウム、ユーロピウム、ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウム、ツリウム、イッテルビウム、ルテシウムが挙げられる。これらのランタノイド原子の中でも、ネオジム、ユーロピウム、及びガドリニウムが好ましい。
錯体の配位子としては、例えば、G.Wilkinson等著,Comprehensive Coordination Chemistry, Pergamon Press社1987年発行、H.Yersin著,「Photochemistry and Photophysics of Coordination Compounds」 Springer-Verlag社1987年発行、山本明夫著「有機金属化学−基礎と応用−」裳華房社1982年発行等に記載の配位子などが挙げられる。
具体的な配位子としては、好ましくは、ハロゲン配位子(好ましくは塩素配位子)、含窒素ヘテロ環配位子(例えば、フェニルピリジン、ベンゾキノリン、キノリノール、ビピリジル、フェナントロリンなど)、ジケトン配位子(例えば、アセチルアセトンなど)、カルボン酸配位子(例えば、酢酸配位子など)、一酸化炭素配位子、イソニトリル配位子、シアノ配位子であり、より好ましくは、含窒素ヘテロ環配位子である。上記錯体は、化合物中に遷移金属原子を一つ有してもよいし、また、2つ以上有するいわゆる複核錯体であってもよい。異種の金属原子を同時に含有していてもよい。
燐光発光材料は、発光層中に、0.1〜40質量%含有されることが好ましく、0.5〜20質量%含有されることがより好ましい。
また、本発明における発光層に含有されるホスト材料としては、例えば、カルバゾール骨格を有するもの、ジアリールアミン骨格を有するもの、ピリジン骨格を有するもの、ピラジン骨格を有するもの、トリアジン骨格を有するもの及びアリールシラン骨格を有するものや、後述の正孔注入層、正孔輸送層、電子注入層、電子輸送層の項で例示されている材料が挙げられる。
発光層の厚さは、特に限定されるものではないが、通常、1nm〜500nmであるのが好ましく、5nm〜200nmであるのがより好ましく、10nm〜100nmであるのが更に好ましい。
−正孔注入層、正孔輸送層−
正孔注入層、正孔輸送層は、陽極又は陽極側から正孔を受け取り陰極側に輸送する機能を有する層である。正孔注入層、正孔輸送層は、具体的には、カルバゾール誘導体、トリアゾール誘導体、オキサゾール誘導体、オキサジアゾール誘導体、イミダゾール誘導体、ポリアリールアルカン誘導体、ピラゾリン誘導体、ピラゾロン誘導体、フェニレンジアミン誘導体、アリールアミン誘導体、アミノ置換カルコン誘導体、スチリルアントラセン誘導体、フルオレノン誘導体、ヒドラゾン誘導体、スチルベン誘導体、シラザン誘導体、芳香族第三級アミン化合物、スチリルアミン化合物、芳香族ジメチリディン系化合物、ポルフィリン系化合物、有機シラン誘導体、カーボン、フェニルアゾールやフェニルアジンを配位子に有するIr錯体に代表される各種金属錯体等を含有する層であることが好ましい。
正孔注入層、正孔輸送層の厚さは、駆動電圧を下げるという観点から、各々500nm以下であることが好ましい。
正孔輸送層の厚さとしては、1nm〜500nmであるのが好ましく、5nm〜200nmであるのがより好ましく、10nm〜100nmであるのが更に好ましい。また、正孔注入層の厚さとしては、0.1nm〜200nmであるのが好ましく、0.5nm〜100nmであるのがより好ましく、1nm〜100nmであるのが更に好ましい。
正孔注入層、正孔輸送層は、上述した材料の1種又は2種以上からなる単層構造であってもよいし、同一組成又は異種組成の複数層からなる多層構造であってもよい。
−電子注入層、電子輸送層−
電子注入層、電子輸送層は、陰極又は陰極側から電子を受け取り陽極側に輸送する機能を有する層である。電子注入層、電子輸送層は、具体的には、トリアゾール誘導体、オキサゾール誘導体、オキサジアゾール誘導体、イミダゾール誘導体、フルオレノン誘導体、アントラキノジメタン誘導体、アントロン誘導体、ジフェニルキノン誘導体、チオピランジオキシド誘導体、カルボジイミド誘導体、フルオレニリデンメタン誘導体、ジスチリルピラジン誘導体、ナフタレン、ペリレン等の芳香環テトラカルボン酸無水物、フタロシアニン誘導体、8−キノリノール誘導体の金属錯体やメタルフタロシアニン、ベンゾオキサゾールやベンゾチアゾールを配位子とする金属錯体に代表される各種金属錯体、有機シラン誘導体、等を含有する層であることが好ましい。
電子注入層、電子輸送層の厚さは、駆動電圧を下げるという観点から、各々500nm以下であることが好ましい。
電子輸送層の厚さとしては、1nm〜500nmであるのが好ましく、5nm〜200nmであるのがより好ましく、10nm〜100nmであるのが更に好ましい。また、電子注入層の厚さとしては、0.1nm〜200nmであるのが好ましく、0.2nm〜100nmであるのがより好ましく、0.5nm〜50nmであるのが更に好ましい。
電子注入層、電子輸送層は、上述した材料の1種又は2種以上からなる単層構造であってもよいし、同一組成又は異種組成の複数層からなる多層構造であってもよい。
−正孔ブロック層−
正孔ブロック層は、陽極側から発光層に輸送された正孔が、陰極側に通りぬけることを防止する機能を有する層である。本発明において、発光層と陰極側で隣接する有機層として、正孔ブロック層を設けることができる。
正孔ブロック層を構成する有機化合物の例としては、BAlq等のアルミニウム錯体、トリアゾール誘導体、BCP等のフェナントロリン誘導体、等が挙げられる。正孔ブロック層の厚さとしては、1nm〜500nmであるのが好ましく、5nm〜200nmであるのがより好ましく、10nm〜100nmであるのが更に好ましい。
正孔ブロック層は、上述した材料の1種又は2種以上からなる単層構造であってもよいし、同一組成又は異種組成の複数層からなる多層構造であってもよい。
<保護層>
本発明において、有機EL素子全体は、保護層によって保護されていてもよい。
保護層に含まれる材料としては、水分や酸素等の素子劣化を促進するものが素子内に入ることを抑止する機能を有しているものであればよい。
その具体例としては、In、Sn、Pb、Au、Cu、Ag、Al、Ti、Ni等の金属、MgO、SiO、SiO2、Al23、GeO、NiO、CaO、BaO、Fe23、Y23、TiO2等の金属酸化物、SiNx、SiNxy等の金属窒化物、MgF2、LiF、AlF3、CaF2等の金属フッ化物、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリメチルメタクリレート、ポリイミド、ポリウレア、ポリテトラフルオロエチレン、ポリクロロトリフルオロエチレン、ポリジクロロジフルオロエチレン、クロロトリフルオロエチレンとジクロロジフルオロエチレンとの共重合体、テトラフルオロエチレンと少なくとも1種のコモノマーとを含むモノマー混合物を共重合させて得られる共重合体、共重合主鎖に環状構造を有する含フッ素共重合体、吸水率1%以上の吸水性物質、吸水率0.1%以下の防湿性物質等が挙げられる。
保護層の形成方法については、特に限定はなく、例えば、真空蒸着法、スパッタリング法、反応性スパッタリング法、MBE(分子線エピタキシ)法、クラスターイオンビーム法、イオンプレーティング法、プラズマ重合法(高周波励起イオンプレーティング法)、プラズマCVD法、レーザーCVD法、熱CVD法、ガスソースCVD法、コーティング法、印刷法、転写法を適用できる。
<封止>
さらに、本発明の素子は、封止容器を用いて素子全体を封止してもよい。
また、封止容器と発光素子の間の空間に水分吸収剤又は不活性液体を封入してもよい。水分吸収剤としては、特に限定されることはないが、例えば、酸化バリウム、酸化ナトリウム、酸化カリウム、酸化カルシウム、硫酸ナトリウム、硫酸カルシウム、硫酸マグネシウム、五酸化燐、塩化カルシウム、塩化マグネシウム、塩化銅、フッ化セシウム、フッ化ニオブ、臭化カルシウム、臭化バナジウム、モレキュラーシーブ、ゼオライト、酸化マグネシウム等を挙げることができる。不活性液体としては、特に限定されることはないが、例えば、パラフィン類、流動パラフィン類、パーフルオロアルカンやパーフルオロアミン、パーフルオロエーテル等のフッ素系溶剤、塩素系溶剤、シリコーンオイル類が挙げられる。
本発明の素子は、陽極と陰極との間に直流(必要に応じて交流成分を含んでもよい)電圧(通常2ボルト〜15ボルト)、又は直流電流を印加することにより、発光を得ることができる。
本発明の素子の駆動方法については、特開平2−148687号、同6−301355号、同5−29080号、同7−134558号、同8−234685号、同8−241047号の各公報、特許第2784615号、米国特許5828429号、同6023308号の各明細書、等に記載の駆動方法を適用することができる。
本発明の素子は、表示素子、ディスプレイ、バックライト、電子写真、照明光源、記録光源、露光光源、読み取り光源、標識、看板、インテリア、光通信等に好適に利用できる。
以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
<合成例:例示化合物の合成>
前述の一般式(I)で表される化合物の合成は、J. Org. Chem. 43巻、1413項、1978年、および、Adv. Mater. 18巻、1216項、2006年を参考に以下に示す工程により製造することができる。例えば、例示化合物1は、ニトロメタン中でMCP(メタ‐ジカルバゾ−9−リルベンゼン)とBHT(2,6‐ジ−tert−ブチル−4−メチルフェノール)を塩化アルミで処理することにより得られる。また、例示化合物27は、ケイ素置換基の位置が臭素で置換された前駆体を、有機金属試薬による金属ハロゲン交換反応後、トリメチルクロロシランで処理することにより得られる。
Figure 2012256904
なお、上記に示した製造方法において、定義された置換基が、ある合成方法の条件下で変化するか、または該方法を実施するのに不適切な場合、官能基の保護、脱保護(例えば、プロテクティブ・グループス・イン・オーガニック・シンセシス(Protective Groups in Organic Synthesis)、グリーン(T. W. Greene)著、ジョン・ワイリー・アンド・サンズ・インコーポレイテッド(John Wiley & Sons Inc.)(1981年)等)等の手段により容易に製造が可能である。また、必要に応じて適宜置換基導入等の反応工程の順序を変化させることも可能である。
例示化合物1の合成
窒素気流下、MCP(2.0g)、BHT(2.9g)、ニトロメタン(20mL)の混合物に、塩化アルミ(2.7g)のニトロメタン(10mL)溶液を滴下し、室温で30分間攪拌後、水を加えて酢酸エチルで抽出した。酢酸エチル溶液を1mol/Lの水酸化ナトリウム水溶液、水、飽和食塩水で洗浄し、硫酸マグネシウムで乾燥後、酢酸エチルを留去して0.99g(収率30%)の例示化合物1を得た。重クロロホルム中でのH NMRのケミカルシフトは、 δ8.14(s,4H), 7.82−7.76(m,2H), 7.64(dd,2H), 7.50−7.44(m,8H), 1.46(s,36H)であった。
例示化合物27の合成
窒素気流下、3,6−ジブロモカルバゾール(6.5g)、クロロトリメチルシラン(10mL)、テトラヒドロフラン(100mL)の混合物を氷浴で冷却し、n−ブチルリチウム(1.6Mヘキサン溶液、50mL)を30分掛けて滴下した。反応混合物を室温まで昇温し、水を加えて攪拌したのち、酢酸エチルを用いて抽出し、有機相を水と飽和食塩水で洗浄した後、無水硫酸マグネシウムで乾燥した。乾燥剤を濾過後、得られた有機相を濃縮して得られた固体を、ヘキサンを用いて再結晶することにより、3,6−ビス(トリメチルシリル)カルバゾールを1.6g(収率27%)得た。
得られた、3,6−ビス(トリメチルシリル)カルバゾール(1.6g)を、1,3−ジブロモベンゼン(0.3mL)、酢酸パラジウム(28mg)、トリ(tert−ブチル)ホスフィン(0.1mL)、炭酸ルビジウム(3.5g)とともにキシレン(40mL)中で3時間過熱還流した。室温まで冷却後、水を加えて、酢酸エチルで抽出し、有機相を飽和食塩水で洗浄し、無水硫酸ナトリウムで乾燥し、シリカゲルを用いて濾過した。有機相を濃縮して得られた固体を、過熱したメタノールで洗浄し、テトラヒドロフランとメタノールを用いて再結晶し、例示化合物27を1,5g(収率88%)得た。重クロロホルム中でのH NMRのケミカルシフトは、 δ8.33(s,4H), 7.84(t,1H), 7.77(s,1H), 7.67(d,2H), 7.58(d,4H), 7.52(d,4H), 0.38(s,36H)であった。
<有機電界発光素子の作製と評価>
(1)比較例の有機電界発光素子(TC−1)の作製
0.5mm厚み、2.5cm角のITO膜を有するガラス基板(ジオマテック社製、表面抵抗10Ω/□)を洗浄容器に入れ、2−プロパノール中で超音波洗浄した後、30分間UV−オゾン処理を行った。この透明陽極(ITO膜)上に真空蒸着法にて以下の有機層を順次蒸着した。
本発明の実施例における蒸着速度は、特に断りのない場合は0.2nm/秒である。蒸着速度はULVAC社製水晶振動子成膜コントローラーCRTM-9000を用いて測定した。以下に記載の膜厚も、CRTM−9000の数値と、Dektak型触針式膜厚計で測定した膜厚をもとに作成した検量線から算出したものである。
<1>化合物A+化合物B(0.3重量%)の共蒸着 :膜厚160nm
<2>化合物C:膜厚10nm
<3>MCP+発光材料A(15重量%)の共蒸着:膜厚60nm
<4>化合物E:膜厚40nm
最後にフッ化リチウム0.1nmおよび金属アルミニウムをこの順に100nm蒸着し陰極とした。これを大気に触れさせること無く、アルゴンガスで置換したグローブボックス内に入れ、ステンレス製の封止缶及び紫外線硬化型の接着剤(XNR5516HV、長瀬チバ(株)製)を用いて封止し、比較例の有機電界発光素子(TC−1)を得た。
(2)比較例の有機電界発光素子(TC−2)の作製
MCPを下記構造の例示化合物1に変更する以外は、TC−1と同様の方法で比較例の有機電界発光素子(TC−2)を作製した。
(3)比較例の有機電界発光素子(TC−3)の作製
発光材料Aを下記構造の発光材料Bに変更する以外は、TC−1と同様の方法で比較例の有機電界発光素子(TC−3)を作製した。
(4)本発明の実施例の有機電界発光素子(TC−4)の作製
MCPを下記構造の例示化合物1に変更する以外は、TC−3と同様の方法で本発明の有機電界発光素子(TC−4)を作製した。
(5)本発明の実施例の有機電界発光素子(TC−5)の作製
発光材料Bを下記構造の発光材料Cに変更する以外は、TC−4と同様の方法で本発明の有機電界発光素子(TC−5)を作製した。
(6)本発明の実施例の有機電界発光素子(TC−6)の作製
化合物Cの層と、例示化合物1と発光材料Cの共蒸着層の間に、化合物Dの膜厚3nmの層を挿入すること以外は、TC−5と同様の方法で本発明の有機電界発光素子(TC−6)を作製した。
(7)本発明の実施例の有機電界発光素子(TC−7)の作製
例示化合物1を下記構造の例示化合物27に変更する以外は、TC−6と同様の方法で本発明の有機電界発光素子(TC−7)を作製した。
上記、化合物A〜化合物Eの化学構造は下記の通りである。
Figure 2012256904
上記、発光材料A〜発光材料Cの化学構造は下記の通りである。
Figure 2012256904
上記、例示化合物1、例示化合物27、およびMCPの化学構造は下記の通りである。
Figure 2012256904
上記で得られた有機電界発光素子(TC−1〜7)を以下の方法により評価した。
(1)EL外部量子収率の評価
得られた有機電界発光素子(TC−1〜7)を、東陽テクニカ製ソースメジャーユニット2400型を用いて、直流定電圧をEL素子に印加して発光させた。100cd/m時の正面輝度からEL外部量子収率を算出した。
(2)駆動耐久性の評価
得られた有機電界発光素子(TC−1〜7)を、東京システム開発(株)製のOLEDテストシステムST−D型にセットし、定電流モードにて正方向定電流0.4mAの条件で駆動し、輝度半減時間(輝度が初期輝度の50%に低下するまでの時間)を求めた。
上記比較例の有機電界発光素子TC−2は、比較例のTC−1に対して、発光効率が1.1倍、輝度半減時間1.1倍であった。
上記比較例の有機電界発光素子TC−3は、比較例のTC−1に対して、発光効率が1.5倍、輝度半減時間1.1倍であった。
上記有機電界発光素子TC−4は、比較例のTC−1に対して、発光効率が2.0倍、輝度半減時間1.5倍であった。
上記有機電界発光素子TC−5は、比較例のTC−1に対して、発光効率が1.7倍、輝度半減時間1.4倍であった。
上記有機電界発光素子TC−6は、比較例のTC−1に対して、発光効率が2.1倍、輝度半減時間1.5倍であった。
上記有機電界発光素子TC−7は、比較例のTC−1に対して、発光効率が2.3倍、輝度半減時間1.2倍であった。
この課題は下記手段によって達成された。
<1>
記一般式(I)で表される化合物
Figure 2012256904


(一般式(I)中、Q1〜Qはそれぞれ独立に炭素原子またはケイ素原子であり、R0は水素原子、置換もしくは無置換の、炭素数1〜10のアルキル基を表し、R1は水素原子を表す。R2〜R15はそれぞれ独立に水素原子もしくは置換基を表す。Z1〜Z12はそれぞれ独立に、置換もしくは無置換の、アルキル基、アリール基、ヘテロアリール基を表す。Z1〜Z、Z〜Z、Z〜Z、Z10〜Z12は、それぞれ結合して環を形成しても良い。
2>
前記一般式(I)におけるR0、及びR〜R15が水素原子を表すことを特徴とする<1>に記載の化合物。
発明は<1>及び<2>に関するものであるが、参考のためその他の事項(例えば下記(1)〜(3)に記載した事項など)についても記載した。
(1)一対の電極間に発光層を含む少なくとも一層の有機層を有する有機電界発光素子であって、下記一般式(I)で表される化合物の少なくとも一種と、4座配位子を有する錯体系燐光発光材料の少なくとも一種とを発光層に含有することを特徴とする有機電界発光素子。

Claims (5)

  1. 一対の電極間に発光層を含む少なくとも一層の有機層を有する有機電界発光素子であって、下記一般式(I)で表される化合物の少なくとも一種と、下記一般式(III)で表される4座配位子を有する錯体系燐光発光材料の少なくとも一種とを発光層に含有することを特徴とする有機電界発光素子。
    Figure 2012256904

    (一般式(I)中、Q1〜Qはそれぞれ独立に炭素原子またはケイ素原子であり、R0は水素原子、置換もしくは無置換の、炭素数1〜10のアルキル基を表し、R1は水素原子を表す。R2〜R15はそれぞれ独立に水素原子もしくは置換基を表す。Z1〜Z12はそれぞれ独立に、置換もしくは無置換の、アルキル基、アリール基、ヘテロアリール基を表す。Z1〜Z、Z〜Z、Z〜Z、Z10〜Z12は、それぞれ結合して環を形成しても良い。)
    Figure 2012256904

    (一般式(III)中、M21は白金イオンを表す。Q23、Q24はそれぞれM21に炭素原子で配位するアリール基、又は炭素原子で配位するヘテロアリール基を表し、更に置換基を有していても良い。L22はアルキレン連結基を表す。R21、R22はそれぞれアルキル基、アルコキシ基、又は置換アミノ基を表す。m21、m22はそれぞれ0又は1を表す。M21−N間の結合(点線部)は、配位結合を示す。M21−Q23間の結合及びM21−Q24間の結合は、共有結合である。)
  2. 前記一般式(I)におけるR0、及びR〜R15が水素原子を表すことを特徴とする請求項1に記載の有機電界発光素子。
  3. 前記一般式(III)におけるm21及びm22が0を表すことを特徴とする請求項1又は2に記載の有機電界発光素子。
  4. 一対の電極間に発光層を含む少なくとも一層の有機層を有する有機電界発光素子であって、発光層と陰極の間の層に金属錯体を含有することを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の有機電界発光素子。
  5. 一対の電極間に発光層を含む少なくとも一層の有機層を有する有機電界発光素子であって、発光層に隣接する層の少なくとも一層にカルバゾール骨格を少なくとも二つ含む化合物の少なくとも一種を含有することを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の有機電界発光素子。
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AHMED HAMEURLAINE ET AL.: "Synthesis of soluble oligocarbazole derivatives", TETRAHEDRON LETTERS, vol. Volume 44, Issue 5, JPN6014016491, 27 January 2003 (2003-01-27), pages 957 - 959, ISSN: 0002796683 *

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