JP2014138100A - 有機発光素子 - Google Patents

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Abstract

【課題】発光効率が高く素子寿命が長い有機発光素子を提供する。
【解決手段】陽極21と陰極23と、前記陽極21と前記陰極23との間に配置されている有機化合物層22と、を有し、前記有機化合物層22が、下記一般式[1]に示されるイリジウム錯体と、下記一般式[9]に示される金属錯体と、を有することを特徴とする、有機発光素子1。Ir(L1)(L2)(L3)[1]、MLL’[9]
【選択図】図1

Description

本発明は、有機発光素子に関する。
有機発光素子(有機エレクトロルミネッセント素子、有機EL素子)は、陽極と陰極と、これら両電極間に配置される有機化合物層と、を有する電子素子である。両電極から注入される正孔(ホール)及び電子が有機化合物層内で再結合することで励起子が生成し、この励起子が基底状態に戻る際に、有機発光素子は光を放出する。有機発光素子の最近の進歩は著しく、その特徴として、低駆動電圧、発光波長の多様化、高速応答性、発光デバイスの薄型・軽量化が可能であることが挙げられる。
有機発光素子の中でも燐光発光素子は、有機化合物層内に燐光発光する材料を有し、この燐光発光する材料の三重項励起子由来の発光が得られる有機発光素子である。近年では高性能の燐光発光素子を提供するにあたり、新規な燐光発光材料の創出が盛んに行われている。
例えば、金属−炭素結合を有する三価のイリジウム錯体は燐光量子収率が高いため、燐光発光素子用ゲスト材料として多く用いられている。特許文献1では、ゲストとして用いられるイリジウム錯体の具体例として、イリジウムに対して3種類の異なる二座配位子が配位した下記に示されるイリジウム錯体が記載されている。
Figure 2014138100
また、ホストとしてイリジウム錯体と共に発光層に含める金属錯体も知られており、例えば、特許文献2や特許文献3にて開示されている金属錯体がある。
国際公開第2007/143201号 特開2009−152568号公報 特開2009−218571号公報 国際公開第2010/028151号 国際公開第2009/060995号
Bull.Chem.Soc.Jpn.(1999),Vol.72,2345−2350
しかし、特許文献1にて提案された錯体は、昇華性や熱安定性について言及されておらず、昇華精製や真空蒸着を行うことができるか否かが明らかではない。また特許文献2や特許文献3にて開示されている金属錯体をホストとして発光層に含ませた有機発光素子については、得られた有機発光素子の発光効率は低かった。
本発明は、上述した課題を解決するためになされるものであり、その目的は、発光効率が高く素子寿命が長い有機発光素子を提供することにある。
陽極と陰極と、前記陽極と前記陰極との間に配置されている有機化合物層と、を有し、
前記有機化合物層が、下記一般式[1]に示されるイリジウム錯体と、下記一般式[9]に示される金属錯体と、を有することを特徴とする、有機発光素子。
Ir(L1)(L2)(L3) [1]
(式[1]において、部分構造IrL1は、下記一般式[2]で示される部分構造である。
Figure 2014138100
(式[2]において、環A1は、芳香族環又は芳香族複素環を表す。尚、前記環A1で表される芳香族環及び芳香族複素環基は、炭素数1以上4以下のアルキル基、アラルキル基、アリール基、複素環基、置換アミノ基、アルコキシ基、アリールオキシ基、ハロゲン原子及びシアノ基から選ばれる置換基をさらに有してもよい。
1乃至R8は、それぞれ水素原子、炭素数1以上4以下のアルキル基、アラルキル基、アリール基、複素環基、置換アミノ基、アルコキシ基、アリールオキシ基、ハロゲン原子又はシアノ基を表し、それぞれ同じであっても異なっていてもよい。尚、前記R1乃至R8で表わされる置換基のいずれかが、炭素数1以上4以下のアルキル基、アラルキル基、アリール基、複素環基、置換アミノ基、アルコキシ基又はアリールオキシ基である場合、当該置換基は、炭素数1以上4以下のアルキル基、アラルキル基、アリール基、複素環基、置換アミノ基、アルコキシ基、アリールオキシ基、ハロゲン原子及びシアノ基から選ばれる置換基のいずれかをさらに有してもよい。)
式[1]において、部分構造IrL2は、下記一般式[3]で示される部分構造である。
Figure 2014138100
(式[3]において、環A2は、芳香族環又は芳香族複素環を表す。尚、前記環A2で表される芳香族環及び芳香族複素環基は、炭素数1以上4以下のアルキル基、アラルキル基、アリール基、複素環基、置換アミノ基、アルコキシ基、アリールオキシ基、ハロゲン原子及びシアノ基から選ばれる置換基のいずれかをさらに有してもよい。
環Bは、含窒素芳香族複素環を表す。尚、前記環Bで表される含窒素芳香族複素環は、炭素数1以上4以下のアルキル基、アラルキル基、アリール基、複素環基、置換アミノ基、アルコキシ基、アリールオキシ基、ハロゲン原子及びシアノ基から選ばれる置換基のいずれかをさらに有してもよい。)
1及びL2は、互いに異なり、同一ではない配位子である。
式[1]において、L3は、イリジウムと共有結合を形成し、N、O、S及びPから選択される原子と、イリジウムと配位結合を形成し、N、O、S及びPから選択される原子と、を有する一価の二座配位子である。イリジウムと共有結合を形成する原子及びイリジウムと配位結合を形成する原子は、それぞれ同じであっても異なっていてもよい。)
MLL’ [9]
(式[9]において、Mは、Zn、Be、Mg、Ca、Co及びNiから選ばれる2価の金属原子である。L及びL’は、それぞれ二座配位子を表す。L及びL’は、同じであってもよいし異なっていてもよい。ML及びML’は、それぞれ下記一般式[10]乃至[15]に示される部分構造のいずれかである。
Figure 2014138100
(式[10]乃至[15]において、R30乃至R57は、それぞれ水素原子、ハロゲン原子、置換基あるいは無置換のアルキル基、アルコキシ基、置換アミノ基、置換あるいは無置換の芳香族炭化水素基又は置換あるいは無置換の複素芳香族基を表す。
式[12]乃至[15]において、環Bは、下記一般式[16]乃至[18]に示される環状構造のうちのいずれかである。
*1は、酸素原子との結合位置を表し、*2は、複素5員環骨格内の炭素原子との結合位置を表す。
Figure 2014138100
(式[16]乃至[18]において、R60乃至R73は、それぞれ水素原子、ハロゲン原子、置換あるいは無置換のアルキル基、アルコキシ基、置換アミノ基、置換あるいは無置換の芳香族炭化水素基、置換あるいは無置換の複素芳香族基を表す。)))
本発明によれば発光効率が高く素子寿命が長い優れた有機発光素子を提供することができる。
有機発光素子とこの有機発光素子に接続するスイッチング素子とを示す断面模式図である。
以下、本発明について詳細に説明する。
(1)有機発光素子
本発明の有機発光素子は、陽極と陰極と、陽極と陰極との間に配置される有機化合物層とを少なくとも有する発光素子である。そして本発明の有機発光素子は、有機化合物層に、下記一般式[1]で示されるイリジウム錯体と下記一般式[9]で示される金属錯体化合物とを有する。
Ir(L1)(L2)(L3) [1]
MLL’ [9]
尚、一般式[1]に示されるイリジウム錯体及び一般式[9]に示される金属錯体の詳細については、後述する。
本発明の有機発光素子の素子構成としては、基板上に、下記(1)乃至(6)に示される電極層及び有機化合物層を順次積層した多層型の素子構成が挙げられる。尚、いずれの素子構成においても有機化合物層には発光材料を有する発光層が必ず含まれる。
(1)陽極/発光層/陰極
(2)陽極/正孔輸送層/発光層/電子輸送層/陰極
(3)陽極/正孔輸送層/発光層/電子輸送層/電子注入層/陰極
(4)陽極/正孔注入層/正孔輸送層/発光層/電子輸送層/陰極
(5)陽極/正孔注入層/正孔輸送層/発光層/電子輸送層/電子注入層/陰極
(6)陽極/正孔輸送層/電子阻止層/発光層/正孔阻止層/電子輸送層/陰極
ただしこれらの素子構成例はあくまでもごく基本的な素子構成であり、本発明の有機発光素子の素子構成はこれらに限定されるものではない。
例えば、電極と有機化合物層との界面に絶縁性層、接着層あるいは干渉層を設ける、電子輸送層もしくは正孔輸送層がイオン化ポテンシャルの異なる二つの層から構成される、発光層が発光材料の異なる二つの層から構成される等多様な層構成を採ることができる。
本発明において、発光層から出力される光の取り出し態様(素子形態)としては、基板側の電極から光を取り出すいわゆるボトムエミッション方式でもよいし、基板の反対側から光を取り出すいわゆるトップエミッション方式でもよい。また基板側及び基板の反対側から光を取り出す、両面取り出し方式も採用することができる。
上記(1)乃至(6)に示される素子構成において、(6)の構成は、電子阻止層及び正孔阻止層を共に有している構成であるので、好ましい。つまり、電子阻止層及び正孔阻止層を有する(6)では、正孔と電子の両キャリアを発光層内に確実に閉じ込めることができるので、キャリア漏れがなく発光効率が高い有機発光素子となる。
本発明の有機発光素子において、一般式[1]のイリジウム錯体及び一般式[9]の金属錯体化合物は、有機化合物層のうち、発光層に含まれることが好ましい。このとき発光層は、少なくとも一般式[1]のイリジウム錯体と、一般式[9]の金属錯体化合物と、を有している。このとき発光層に含まれる化合物は、発光層内の含有濃度によってその用途が異なる。具体的には、発光層内の含有濃度によって、主成分と副成分とに分かれる。
主成分となる化合物は、発光層に含まれる化合物群のうち重量比(含有濃度)が最大の化合物であり、ホストとも呼ばれる化合物である。またホストは、発光層内で発光材料の周囲にマトリックスとして存在する化合物であって、主に発光材料へのキャリアの輸送、発光材料への励起エネルギー供与を担う化合物である。
また副成分となる化合物は、主成分以外の化合物であり、その化合物の機能により、ゲスト(ドーパント)、発光アシスト材料又は電荷注入材料と呼ぶことができる。副成分の一種であるゲストは、発光層内で主たる発光を担う化合物(発光材料)である。副成分の一種である発光アシスト材料は、ゲストの発光を助ける化合物であって、発光層内での重量比(含有濃度)がホストよりも小さい化合物である。発光アシスト材料は、その機能から第2ホストとも呼ばれる。
ホストに対するゲストの濃度は、発光層の構成材料の全体量を基準として、0.01重量%以上50重量%以下であり、好ましくは、0.1重量%以上20重量%以下である。濃度消光を防ぐ観点から、ゲストの濃度は、1重量%以上15重量%以下であることが特に好ましい。
本発明において、ゲストは、ホストがマトリックスとなっている層の全体に均一に含ませてもよいし、濃度勾配を有して含ませてもよい。また層内の特定の領域にゲストを部分的に含ませて、発光層をゲストを含まないホストのみの領域を有する層としてもよい。
本発明において、一般式[1]に示されるイリジウム錯体をゲストとして、一般式[9]に示される金属錯体化合物をホストとして、共に発光層に含ませる態様が好ましい。このとき、励起子やキャリアの伝達を補助することを目的として、発光層内に、一般式[1]に示されるイリジウム錯体とは別に他の燐光発光材料をさらに含ませてもよい。
また励起子やキャリアの伝達の補助を目的として、一般式[9]で示される金属錯体化合物とは別の化合物を、第2ホスト(又は発光アシスト材料)として発光層にさらに含ませてもよい。発光層に第2ホスト(又は発光アシスト材料)を含ませる場合、第2ホスト(又は発光アシスト材料)は、発光層の構成材料の全体量を基準として、50重量%未満含まれていることが望ましい。
(2)イリジウム錯体
本発明の有機発光素子において、ゲストとして発光層に含まれるイリジウム錯体は、下記一般式[1]に示される化合物である。
Ir(L1)(L2)(L3) [1]
一般式[1]において、L1、L2及びL3は、互いに異なる二座配位子である。ここで部分構造IrL1は、具体的には、下記一般式[2]に示される部分構造である。
Figure 2014138100
一般式[2]において、環A1は、芳香族環又は芳香族複素環を表す。
環A1で表される芳香族環として、ベンゼン環、ナフタレン環、フルオレン環、フェナントレン環、アントラセン環、クリセン環、トリフェニレン環、ピレン環等が挙げられるが、もちろんこれらに限定されるものではない。一般式[1]のイリジウム錯体の燐光を橙色から赤色の範囲に制御するという観点から、好ましくは、ベンゼン環、ナフタレン環、フルオレン環又はフェナントレン環である。
環A1で表される芳香族複素環として、チオフェン環、フラン環、イミダゾール環、ピリジン環、ベンゾチオフェン環、ベンゾフラン環、キノリン環、カルバゾール環、ジベンゾフラン環、ジベンゾチオフェン環等が挙げられるが、もちろんこれらに限定されるものではない。一般式[1]のイリジウム錯体の燐光を橙色から赤色の範囲に制御するという観点から、好ましくは、カルバゾール環、ジベンゾフラン環又はジベンゾチオフェン環である。
尚、本発明において、環A1で表される芳香族環及び芳香族複素環は、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、1−メチルプロピル基、2−メチルプロピル基及びtert−ブチル基から選択される炭素数1以上4以下のアルキル基、ベンジル基、フェネチル基等のアラルキル基、フェニル基、ビフェニル基、ターフェニル基、ナフチル基、フルオレニル基、フェナントレニル基、アントラセニル基、クリセニル基、トリフェニレニル基、ピレニル基、ジメチルフェニル基、ジフロロフェニル基等のアリール基、チエニル基、フラニル基、イミダゾリル基、1−ピロリジニル基、ピリジル基、ベンゾチエニル基、ベンゾフラニル基、キノリル基、カルバゾリル基、ジベンゾフラニル基、ジベンゾチエニル基、ジメチルピリジル基等の複素環基、ジメチルアミノ基、ジエチルアミノ基、ジベンジルアミノ基、ジフェニルアミノ基、ジトリルアミノ基等の置換アミノ基、メトキシ基、エトキシ基、イソプロポキシ基、tert−ブトキシ基等のアルコキシ基、フェノキシ基等のアリールオキシ基、フッ素、塩素、臭素、ヨウ素等のハロゲン原子、トリフルオロメチル基並びにシアノ基から選択される置換基をさらに有してもよい。ここで環A1に表される芳香族環及び芳香族複素環がさらに有してもよいアルキル基には、置換基に含まれる水素原子がフッ素原子に置換されたものも含まれる。
一般式[2]において、R1乃至R8は、それぞれ水素原子、炭素数1以上4以下のアルキル基、アラルキル基、アリール基、複素環基、置換アミノ基、アルコキシ基、アリールオキシ基、ハロゲン原子又はシアノ基を表す。
1乃至R8で表されるアルキル基として、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、1−メチルプロピル基、2−メチルプロピル基及びtert−ブチル基が挙げられる。
1乃至R8で表されるアラルキル基として、ベンジル基、フェネチル基等が挙げられる。
1乃至R8で表されるアリール基として、フェニル基、ビフェニル基、ターフェニル基、ナフチル基、フルオレニル基、フェナントレニル基、アントラセニル基、クリセニル基、トリフェニレニル基、ピレニル基等が挙げられる。
1乃至R8で表される複素環基として、チエニル基、フラニル基、イミダゾリル基、1−ピロリジニル基、ピリジル基、ベンゾチエニル基、ベンゾフラニル基、キノリル基、カルバゾリル基、ジベンゾフラニル基、ジベンゾチエニル基等が挙げられる。
1乃至R8で表される置換アミノ基として、ジメチルアミノ基、ジエチルアミノ基、ジベンジルアミノ基、ジフェニルアミノ基、ジトリルアミノ基等が挙げられる。
1乃至R8で表されるアルコキシ基として、メトキシ基、エトキシ基、イソプロポキシ基、tert−ブトキシ基等が挙げられる。
1乃至R8で表されるアリールオキシ基として、フェノキシ基等が挙げられる。
1乃至R8で表されるハロゲン原子として、フッ素、塩素、臭素、ヨウ素等が挙げられる。
1乃至R8で表される置換基、特に、R5乃至R8で表される置換基のうち、好ましくは、アルキル基又はフェニル基である。なぜならば、アルキル基及びフェニル基は、π−πスタッキング等の錯体分子間における分子間相互作用を弱める効果を奏するからである。またアルキル基やフェニル基同士が近接したときの分子間相互作用は弱いので、錯体分子間における分子間相互作用を強める効果を奏することはない。尚、フェニル基は環平面が小さく、π−πスタッキングを生じるよりも疎外基として働く。
尚、R1乃至R8で表される置換基としてアルキル基を導入する際は、炭素数が多すぎると錯体自体の昇華性が低下するので、導入されるアルキル基として、好ましくは、炭素数1以上4以下のアルキル基である。これは、配位子L2やL3に含まれ得るアルキル基においても同様である。
一般式[2]において、R1乃至R8は、それぞれ同じであっても異なっていてもよい。
尚、R1乃至R8で表される置換基のいずれかが、炭素数1以上4以下のアルキル基、アラルキル基、アリール基、複素環基、置換アミノ基、アルコキシ基又はアリールオキシ基である場合、対象となる置換基は、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、1−メチルプロピル基、2−メチルプロピル基及びtert−ブチル基から選択される炭素数1以上4以下のアルキル基、ベンジル基、フェネチル基等のアラルキル基、フェニル基、ビフェニル基、ターフェニル基、ナフチル基、フルオレニル基、フェナントレニル基、アントラセニル基、クリセニル基、トリフェニレニル基、ピレニル基等のアリール基、チエニル基、フラニル基、イミダゾリル基、1−ピロリジニル基、ピリジル基、ベンゾチエニル基、ベンゾフラニル基、キノリル基、カルバゾリル基、ジベンゾフラニル基、ジベンゾチエニル基等の複素環基、ジメチルアミノ基、ジエチルアミノ基、ジベンジルアミノ基、ジフェニルアミノ基、ジトリルアミノ基等の置換アミノ基、メトキシ基、エトキシ基、イソプロポキシ基、tert−ブトキシ基等のアルコキシ基、フェノキシ基等のアリールオキシ基、フッ素、塩素、臭素、ヨウ素等のハロゲン原子、並びにシアノ基から選択される置換基をさらに有してもよい。ここでR1乃至R8で表される置換基がさらに有してもよいアルキル基には、置換基に含まれる水素原子がフッ素原子に置換されたものも含まれる。
一般式[2]に示される部分構造は、好ましくは、下記一般式[4]に示される部分構造である。
Figure 2014138100
一般式[4]において、環A3は、ベンゼン環、ナフタレン環、フルオレン環、フェナントレン環、カルバゾール環、ジベンゾフラン環及びジベンゾチオフェン環から選択される環構造である。
尚、環A3は、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、1−メチルプロピル基、2−メチルプロピル基及びtert−ブチル基から選択される炭素数1以上4以下のアルキル基、ベンジル基、フェネチル基等のアラルキル基、フェニル基、ビフェニル基、ターフェニル基、ナフチル基、フルオレニル基、フェナントレニル基、アントラセニル基、クリセニル基、トリフェニレニル基、ピレニル基等のアリール基、チエニル基、フラニル基、イミダゾリル基、1−ピロリジニル基、ピリジル基、ベンゾチエニル基、ベンゾフラニル基、キノリル基、カルバゾリル基、ジベンゾフラニル基、ジベンゾチエニル基等の複素環基、ジメチルアミノ基、ジエチルアミノ基、ジベンジルアミノ基、ジフェニルアミノ基、ジトリルアミノ基等の置換アミノ基、メトキシ基、エトキシ基、イソプロポキシ基、tert−ブトキシ基等のアルコキシ基、フェノキシ基等のアリールオキシ基、フッ素、塩素、臭素、ヨウ素等のハロゲン原子、並びにシアノ基から選択される置換基をさらに有してもよい。
一般式[4]において、R9乃至R12は、それぞれ水素原子、炭素数1以上4以下のアルキル基又はフェニル基を表し、それぞれ同じであっても異なっていてもよい。
9乃至R12のいずれかで表される炭素数1以上4以下のアルキル基及びフェニル基の具体例は、一般式[2]中のR1乃至R8の具体例と同様である。
尚、R9乃至R12で表される置換基のいずれかが、炭素数1以上4以下のアルキル基又はフェニル基である場合、該当する置換基は、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、1−メチルプロピル基、2−メチルプロピル基及びtert−ブチル基から選択される炭素数1以上4以下のアルキル基、ベンジル基、フェネチル基等のアラルキル基、フェニル基、ビフェニル基、ターフェニル基、ナフチル基、フルオレニル基、フェナントレニル基、アントラセニル基、クリセニル基、トリフェニレニル基、ピレニル基等のアリール基、チエニル基、フラニル基、イミダゾリル基、1−ピロリジニル基、ピリジル基、ベンゾチエニル基、ベンゾフラニル基、キノリル基、カルバゾリル基、ジベンゾフラニル基、ジベンゾチエニル基等の複素環基、ジメチルアミノ基、ジエチルアミノ基、ジベンジルアミノ基、ジフェニルアミノ基、ジトリルアミノ基等の置換アミノ基、メトキシ基、エトキシ基、イソプロポキシ基、tert−ブトキシ基等のアルコキシ基、フェノキシ基等のアリールオキシ基、フッ素、塩素、臭素、ヨウ素等のハロゲン原子、並びにシアノ基から選択される置換基をさらに有してもよい。
一般式[1]において、部分構造IrL2は、下記一般式[3]に示される部分構造である。
Figure 2014138100
一般式[3]において、環A2は、芳香族環又は芳香族複素環を表す。環A2で表される芳香族環の具体例は、式[2]中の環A1の具体例と同様である。三価のイリジウムと安定な錯体を形成することが可能であるという理由から、好ましくは、ベンゼン環、ナフタレン環、フルオレン環又はフェナントレン環である。
また環A2で表される芳香族複素環の具体例は、式[2]中の環A1の具体例と同様である。三価のイリジウムと安定な錯体を形成することが可能であるという理由から、好ましくは、カルバゾール環、ジベンゾフラン環又はジベンゾチオフェン環である。
尚、環A2は、炭素数1以上4以下のアルキル基、アラルキル基、アリール基、複素環基、置換アミノ基、アルコキシ基、アリールオキシ基、ハロゲン原子及びシアノ基から選択される置換基をさらに有してもよい。ここで環A2がさらに有してもよい置換基である炭素数1以上4以下のアルキル基、アラルキル基、アリール基、複素環基、置換アミノ基、アルコキシ基、アリールオキシ基及びハロゲン原子の具体例は、式[2]中の環A1における具体例と同様である。
一般式[3]において、環Bは、含窒素芳香族複素環を表す。
環Bで表される含窒素芳香族芳香環として、ピリジン環、ピリミジン環、ピラジン環、トリアジン環、キノリン環、イソキノリン環、ベンゾ[f]キノリン環、ベンゾ[h]キノリン環、ベンゾ[f]イソキノリン環、ベンゾ[h]イソキノリン環、オキサゾール環、ベンゾ[d]オキサゾール環、ベンゾ[d]チアゾール環、イミダゾール環、ピラゾール環等が挙げられるが、もちろんこれらに限定されるものではない。三価のイリジウムと安定な錯体を形成することが可能であるという理由から、好ましくは、ピリジン環、キノリン環、ベンゾ[f]キノリン環、ベンゾ[h]キノリン環、ベンゾ[f]イソキノリン環、ベンゾ[h]イソキノリン環、オキサゾール環、ベンゾ[d]オキサゾール環、ベンゾ[d]チアゾール環又はイミダゾール環である。
尚、一般式[3]において、環Bは、炭素数1以上4以下のアルキル基、アラルキル基、アリール基、複素環基、置換アミノ基、アルコキシ基、アリールオキシ基、ハロゲン原子及びシアノ基から選択される置換基をさらに有してもよい。ここで環Bがさらに有してもよい置換基である炭素数1以上4以下のアルキル基、アラルキル基、アリール基、複素環基、置換アミノ基、アルコキシ基、アリールオキシ基及びハロゲン原子の具体例は、式[2]中の環A1における具体例と同様である。
一般式[3]に示される部分構造は、好ましくは、下記一般式[5]に示される部分構造である。
Figure 2014138100
一般式[5]において、R13乃至R20は、それぞれ水素原子、炭素数1以上4以下のアルキル基、アラルキル基、アリール基、複素環基、置換アミノ基、アルコキシ基、アリールオキシ基、ハロゲン原子又はシアノ基を表す。R13乃至R20で表わされる置換基は、それぞれ同じであっても異なっていてもよい。
尚、R13乃至R20で表される炭素数1以上4以下のアルキル基、アラルキル基、アリール基、複素環基、置換アミノ基、アルコキシ基、アリールオキシ基及びハロゲン原子の具体例は、一般式[2]中のR1乃至R8の具体例と同様である。またR13乃至R20で表される置換基のいずれかが、炭素数1以上4以下のアルキル基、アラルキル基、アリール基、複素環基、置換アミノ基、アルコキシ基及びアリールオキシ基のいずれかである場合、該当する置換基は、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、1−メチルプロピル基、2−メチルプロピル基及びtert−ブチル基から選択される炭素数1以上4以下のアルキル基、ベンジル基、フェネチル基等のアラルキル基、フェニル基、ビフェニル基、ターフェニル基、ナフチル基、フルオレニル基、フェナントレニル基、アントラセニル基、クリセニル基、トリフェニレニル基、ピレニル基等のアリール基、チエニル基、フラニル基、イミダゾリル基、1−ピロリジニル基、ピリジル基、ベンゾチエニル基、ベンゾフラニル基、キノリル基、カルバゾリル基、ジベンゾフラニル基、ジベンゾチエニル基等の複素環基、ジメチルアミノ基、ジエチルアミノ基、ジベンジルアミノ基、ジフェニルアミノ基、ジトリルアミノ基等の置換アミノ基、メトキシ基、エトキシ基、イソプロポキシ基、tert−ブトキシ基等のアルコキシ基、フェノキシ基等のアリールオキシ基、フッ素、塩素、臭素、ヨウ素等のハロゲン原子、並びにシアノ基から選択される置換基をさらに有してもよい。
一般式[5]において、R13乃至R20は、好ましくは、水素原子、炭素数1以上4以下のアルキル基又はフェニル基である。炭素数1以上4以下のアルキル基及びフェニル基は、錯体間の分子間相互作用を低下させる置換基であるからである。尚、R13乃至R20のいずれか炭素数1以上4以下のアルキル基又はフェニル基である場合、該当する置換基は、炭素数1以上4以下のアルキル基、アラルキル基、アリール基、複素環基、置換アミノ基、アルコキシ基、アリールオキシ基、ハロゲン原子又はシアノ基をさらに有してもよい。
本発明において、配位子L1及び配位子L2は、互いに異なり同一ではない。
一般式[1]において、L3は、イリジウムと共有結合を形成し、N、O、S及びPから選択される原子と、イリジウムと配位結合を形成し、N、O、S及びPから選択される原子と、を有する一価の二座配位子である。本発明において、L3に含まれるイリジウムと共有結合を形成する原子及びイリジウムと配位結合を形成する原子は、それぞれ同じであっても異なっていてもよい。
3で表される配位子として、β−ジケトナート、ピコリナート、2−アミノエタンチオラート、2−アミノベンゼンチオラート、2−(ジフェニルホスフィノ)フェノラート等が挙げられる。ただし、三価のイリジウムと安定な錯体を形成し、かつ錯体自体の発光量子収率を大きく下げない配位子であれば、上述した化合物群に限定されるものではない。
本発明において、部分構造IrL3は、好ましくは、下記一般式[6]に示される構造である。
Figure 2014138100
一般式[6]において、R21乃至R23は、それぞれ水素原子、炭素数1以上4以下のアルキル基、アラルキル基、アリール基、複素環基、置換アミノ基、アルコキシ基、アリールオキシ基、ハロゲン原子、シアノ基を表し、それぞれ同じであっても異なっていてもよい。
尚、R21乃至R22で表される炭素数1以上4以下のアルキル基、アラルキル基、アリール基、複素環基、置換アミノ基、アルコキシ基及びアリールオキシ基の具体例は、一般式[2]中のR1乃至R8の具体例と同様である。またR21乃至R23で表される置換基のいずれかが炭素数1以上4以下のアルキル基、アラルキル基、アリール基、複素環基、置換アミノ基、アルコキシ基又はアリールオキシ基である場合、該当する置換基は、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、1−メチルプロピル基、2−メチルプロピル基及びtert−ブチル基から選択される炭素数1以上4以下のアルキル基、ベンジル基、フェネチル基等のアラルキル基、フェニル基、ビフェニル基、ターフェニル基、ナフチル基、フルオレニル基、フェナントレニル基、アントラセニル基、クリセニル基、トリフェニレニル基、ピレニル基等のアリール基、チエニル基、フラニル基、イミダゾリル基、1−ピロリジニル基、ピリジル基、ベンゾチエニル基、ベンゾフラニル基、キノリル基、カルバゾリル基、ジベンゾフラニル基、ジベンゾチエニル基等の複素環基、ジメチルアミノ基、ジエチルアミノ基、ジベンジルアミノ基、ジフェニルアミノ基、ジトリルアミノ基等の置換アミノ基、メトキシ基、エトキシ基、イソプロポキシ基、tert−ブトキシ基等のアルコキシ基、フェノキシ基等のアリールオキシ基、フッ素、塩素、臭素、ヨウ素等のハロゲン原子、並びにシアノ基から選択される置換基をさらに有してもよい。
一般式[6]において、R21乃至R23は、好ましくは、水素原子又は炭素数1以上4以下のアルキル基である。尚、R21乃至R23で表される置換基のいずれかが炭素数1以上4以下のアルキル基である場合、該当する置換基は、炭素数1以上4以下のアルキル基、アラルキル基、アリール基、複素環基、置換アミノ基、アルコキシ基、アリールオキシ基、ハロゲン原子又はシアノ基をさらに有してもよい。R21乃至R23は、より好ましくは、水素原子又は炭素数1以上4以下のアルキル基である。R21乃至R23を水素原子にすると分子量が小さくなり錯体自体の昇華性を向上させることができる。またR21乃至R23を炭素数1以上4以下のアルキル基にすると錯体同士の相互作用が低下し錯体自体の昇華性を向上させることができる。
(イリジウム錯体の合成方法)
次に、本発明のイリジウム錯体の合成方法について説明する。本発明のイリジウム錯体は、例えば、下記に示す合成スキーム1により合成される。
Figure 2014138100
(Lxは、L1又はL2を表す。Solは、溶媒分子を表す。nは、整数であり、溶媒分子が単座配位子の場合nは2であり、溶媒分子が二座以上の配位子の場合nは1である。LxがL1の場合、LyはL2である。LxがL2の場合、LyはL1である。)
以下、上記合成スキーム1に含まれる合成プロセスを説明する。
まず特許文献4に記載の方法に従ってL1又はL2を2つ有するイリジウム錯体のトリフラート体を合成する。
次に、イリジウム錯体のトリフラート体と配位子を含む化合物HL2又はHL1とを溶液中で加熱する。これにより配位子の交換が行われる。ただし配位子交換反応を行う際に、溶液の濃度が濃いと発光性配位子の三配位体が生じるので、濃度を適切に調整した上で反応を行う。尚、配位子交換反応を行う際に、溶液の一部を取り出してHL3と反応させることで反応チェックを適宜行うのが望ましい。またこの反応チェックを適宜行いながら生成物の濃度に変化がみられなくなるまで加熱を続ける。
次に、反応溶液にHL3と塩基を加えることで、本発明のイリジウム錯体を合成することができる。尚、副生成物として、Ir(L12(L3)やIr(L22(L3)が含まれる場合があるので、適宜カラム精製によって副生成物を除いておく必要がある。
一方、非特許文献1に記載の方法に従って本発明のイリジウム錯体を合成することもできる。具体的には、下記に示す合成スキーム2により錯体を合成する方法である。
Figure 2014138100
以下、上記合成スキーム2に含まれる合成プロセスを説明する。
まずイリジウム錯体である[Ir(COD)(μ−Cl)]2(COD:1,5−シクロオクタジエン)を出発原料として、このイリジウム錯体にHL1及びHL2を同時に反応させる。すると、配位子L1及びL2を有するクロロ架橋二量体([Ir(L1)(L2)(μ−Cl)]2)を含む混合物という形で得られる。
次に、上記混合物とHL3とを、塩基条件下にて反応させる。この反応によって生じた粗生成物をカラム精製することで本発明のイリジウム錯体が得られる。
ここで2番目の製造法を用いると、通常は、L1及びL2に含まれる窒素原子とイリジウムとが、N−Ir−Nのように同軸上に配置される錯体が主成分として得られる。このとき構造異性体が副生成物として生じることもあるが、コストの面から副生成物である異性体をも混合して使用する場合もある。
また鏡像異性体の混合物として得られた場合、利用目的によってはそのまま使用してもよいし、光学分割してもよい。
(3)ホストとなる金属錯体化合物
次に、本発明の有機発光素子に、発光層のホストとして用いられる金属錯体化合物について説明する。本発明の有機発光素子に含まれるホストとなる金属錯体化合物は、具体的には、下記一般式[9]で示される化合物である。
MLL’ [9]
式[9]において、Mは、Zn、Be、Mg、Ca、Co及びNiのいずれかから選ばれる2価の金属原子である。好ましくは、Zn、Be又はMgである。
式[9]において、L及びL’は、それぞれ二座配位子を表す。尚、L及びL’は、同じであってもよいし異なっていてもよい。
式[9]において、ML及びML’は、それぞれ下記一般式[10]乃至[15]に示される部分構造のいずれかである。
Figure 2014138100
式[10]乃至[15]において、R30乃至R57は、それぞれ水素原子、ハロゲン原子、置換基あるいは無置換のアルキル基、アルコキシ基、アリールオキシ基、アラルキル基、置換アミノ基、置換あるいは無置換の芳香族炭化水素基又は置換あるいは無置換の複素芳香族基を表す。
30乃至R57で表されるハロゲン原子の具体例としては、フッ素、塩素、臭素、ヨウ素がある。
30乃至R57で表されるアルキル基は、好ましくは、炭素原子数が1以上6以下のアルキル基である。炭素原子数1以上6以下のアルキル基の具体例としては、メチル基、エチル基、n−プロピル基、i−プロピル基、n−ブチル基、i−ブチル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基、n−ペンチル基、i−ペンチル基、tert−ペンチル基、ネオペンチル基、n−ヘキシル基、シクロヘキシル基等が挙げられる。これらアルキル基の中でも、特に好ましくは、メチル基もしくはtert−ブチル基である。
30乃至R57で表されるアルコキシ基の具体例としては、メトキシ基、エトキシ基、i−プロポキシ基、n−ブトキシ基、tert−ブトキシ基、2−エチル−オクチルオキシ基、ベンジルオキシ基等が挙げられるが、もちろんこれらに限定されるものではない。これらのアルコキシ基の中でも、好ましくは、メトキシ基もしくはエトキシ基である。
30乃至R57で表されるアリールオキシ基として、フェノキシ基、4−ターシャルブチルフェノキシ基、チエニルオキシ基等が挙げられるが、もちろんこれらに限定されるものではない。
30乃至R57で表されるアラルキル基として、ベンジル基等が挙げられるが、もちろんこれらに限定されるものではない。
30乃至R57で表される置換アミノ基として、N−メチルアミノ基、N−エチルアミノ基、N,N−ジメチルアミノ基、N,N−ジエチルアミノ基、N−メチル−N−エチルアミノ基、N−ベンジルアミノ基、N−メチル−N−ベンジルアミノ基、N,N−ジベンジルアミノ基、アニリノ基、N,N−ジフェニルアミノ基、N,N−ジナフチルアミノ基、N,N−ジフルオレニルアミノ基,N−フェニル−N−トリルアミノ基、N,N−ジトリルアミノ基、N−メチル−N−フェニルアミノ基、N,N−ジアニソリルアミノ基、N−メシチル−N−フェニルアミノ基、N,N−ジメシチルアミノ基、N−フェニル−N−(4−tert−ブチルフェニル)アミノ基、N−フェニル−N−(4−トリフルオロメチルフェニル)アミノ基等が挙げられる。
30乃至R57で表される芳香族炭化水素基の具体例としては、フェニル基、ナフチル基、フェナントリル基、アントリル基、フルオレニル基、ビフェニレニル基、アセナフチレニル基、クリセニル基、ピレニル基、トリフェニレニル基、ピセニル基、フルオランテニル基、ペリレニル基、ナフタセニル基、ビフェニル基、ターフェニル基等が挙げられるが、もちろんこれらに限定されるものではない。これらの芳香族炭化水素基の中でも、好ましくは、フェニル基、ナフチル基、フルオレニル基もしくはビフェニル基であり、より好ましくは、フェニル基である。
30乃至R57で表される複素芳香族基の具体例としては、チエニル基、ピロリル基、ピラジニル基、ピリジル基、インドリル基、キノリル基、イソキノリル基、ナフチリジニル基、アクリジニル基、フェナントロリニル等、カルバゾリル基、ベンゾ[a]カルバゾリル基、ベンゾ[b]カルバゾリル基、ベンゾ[c]カルバゾリル基、フェナジニル基、フェノキサジニル基、フェノチアジニル基、ベンゾチオフェニル基、ジベンゾチオフェニル基、ベンゾフラニル基、ジベンゾフラニル基、オキサゾリル基、オキサジアゾリル基等が挙げられるが、もちろんこれらに限定されるものではない。
上記アルキル基、アリール基及び複素環基がさらに有してもよい置換基として、メチル基、エチル基、プロピル基等のアルキル基、ベンジル基等のアラルキル基、フェニル基、ビフェニル基、テトラキス(9,9−ジメチルフルオレニル)基等のアリール基、ピリジル基、ピロリル基等の複素環基、ジメチルアミノ基、ジエチルアミノ基、ジベンジルアミノ基、ジフェニルアミノ基、ジトリルアミノ基等のアミノ基、メトキシル基、エトキシル基、プロポキシル基等のアルコキシル基、フェノキシル基等のアリールオキシル基、フッ素、塩素、臭素、ヨウ素等のハロゲン原子、シアノ基等が挙げられる。
式[10]乃至[15]のいずれかに示される置換基、即ち、R30乃至R57は、好ましくは、それぞれ水素原子、炭素数1乃至4のアルキル基又は炭素数1乃至4のアルキル基が置換されていてもよいフェニル基である。
式[11]乃至[15]において、*1は、酸素原子との結合位置を表し、*2は、下記に示される複素5員環骨格内のヘテロ原子に挟まれた炭素原子との結合位置を表す。
Figure 2014138100
式[12]乃至[15]において、環Bは、下記一般式[16]乃至[18]に示される環状構造のうちのいずれかである。
Figure 2014138100
式[16]乃至[18]において、R60乃至R73は、それぞれ水素原子、ハロゲン原子、置換あるいは無置換のアルキル基、アルコキシ基、置換アミノ基、置換あるいは無置換の芳香族炭化水素基、置換あるいは無置換の複素芳香族基を表す。
60乃至R73で表されるハロゲン原子、アルキル基、アルコキシ基、アリールオキシ基、アラルキル基、置換アミノ基、芳香族炭化水素基及び複素芳香族基、並びにアルキル基、芳香族炭化水素基及び複素芳香族基がさらに有してもよい置換基の具体例は、一般式[10]乃至[15]中のR30乃至R57の具体例と同様である。
式[16]乃至[18]のいずれかに示される置換基、即ち、R60乃至R73は、好ましくは、それぞれ水素原子、炭素数1乃至4のアルキル基又は炭素数1乃至4のアルキル基が置換されていてもよいフェニル基である。
ところで本実施形態に係る有機発光素子において、一般式[1]のイリジウム錯体及び一般式[9]の金属錯体は、共に、基本骨格に適宜置換基を設けることが可能であり、これによって発光波長、バンドギャップ、HOMO−LUMO等を変えることができる。ただし、当該基本骨格に置換基を多く設けすぎると、錯体自体の昇華性が低下することがある。
この観点からすれば、一般式[1]中のR1乃至R8は、炭素数1乃至4のアルキル基、フェメトキシ基、エトキシ基、フェニル基、ピリジル基、フッ素基、シアノ基等といった分子量が100以下の置換基が好ましい。
(4)ホスト及びゲストがもたらす作用効果
次に、本発明の有機発光素子において、発光層に含まれるホストとゲストとによってもたらされる作用効果について説明する。
(4−1)ゲストがもたらす作用効果
ゲストである一般式[1]のイリジウム錯体は、三価のイリジウムと、構造がそれぞれ同一ではない3種類の配位子(L1,L2,L3)と、からなる錯体化合物である。一般式[1]のイリジウム錯体において、この錯体に含まれる三種類の配位子は、特に、構造的観点で全て異なるため、一般式[1]のイリジウム錯体は、対称性を持たない錯体となる。従って、一般式[1]のイリジウム錯体は、固体状態における結晶性が低く、錯体同士を結び付けるエネルギーが小さい。その結果、一般式[1]のイリジウム錯体は、高い昇華性を有する。尚、錯体の昇華性の詳細については、後述する。
まずイリジウム錯体が有する三種類の配位子について説明する。
三種類の配位子のうち、L1及びL2は、イリジウムと共有結合を形成する炭素原子と、イリジウムと配位結合を形成する窒素原子と、を有する。そしてL1及びL2は、イリジウムと配位して、イリジウムと部分骨格N−C−C−Cとからなる五員環を形成し、錯体の燐光特性を大きく特徴づける配位子となる。即ち、配位子L1及びL2は、発光性配位子と呼ばれる配位子である。一方、L3は、L1及びL2と同様に一価の二座配位子であるが、燐光特性への寄与が小さいため補助配位子と呼ばれている。
まず発光性配位子であるL1について述べる。L1は、基本骨格としてベンゾ[f]キノリン骨格と、芳香族環または芳香族複素環である環A1と、を有する配位子である。環A1として所定の芳香族環又は芳香族複素環を選択することで、L1を含む部分構造IrL1は橙色から長波長の燐光を生じる三重項エネルギー準位を形成する。本実発明において、橙色から長波長の燐光とは、燐光スペクトルの最大ピーク波長が580nm以上の光をいう。
ここで、環A1を適切に選択すると、部分構造IrL1は橙色から赤色の燐光を生じる三重項エネルギー準位を形成する。本実発明において、橙色から赤色の燐光とは、燐光スペクトルの最大ピーク波長が580nm以上650nm以下の光をいう。この波長領域の燐光は、表示装置や照明装置、電子写真方式の画像形成装置の露光光源へ好適に応用できる。
ところで、配位子L1に含まれるベンゾ[f]キノリン骨格は、隣接する錯体に含まれるベンゾ[f]キノリン骨格と相互作用を起こしやすい。即ち、ベンゾ[f]キノリン骨格に含まれる環平面同士が重なってπ−πスタッキングが生じ得る。その結果、錯体同士を相互に結び付けるエネルギーが増加して昇華性が低下する。
π−πスタッキングを抑制するには、ベンゾ[f]キノリン骨格に置換基を適宜設けて環平面の接近を妨げようにしておくことが好ましい。特に、ベンゾ[f]キノリン骨格に含まれる炭素原子のうちイリジウムとの距離が遠い炭素原子に結合する置換基、具体的には、一般式[2]中のR5乃至R8に置換基(好ましくは、炭素数1乃至4のアルキル基又はフェニル基)を導入する。そうすると、環平面の接近を妨げる効果がより高くなる。
次に、配位子L2について述べる。L2は、L1と同様に発光性の配位子であって、二種類の環構造、即ち、環A2と環Bとからなる配位子である。所望の目的によって環A2は、芳香族環又は芳香族複素環基から、環Bは、含窒素芳香環から適宜選択される。その中でも、三価のイリジウムと安定な錯体を形成することが可能である骨格が好ましい。
本発明のイリジウム錯体は、部分構造IrL1及びIrL2のうち、三重項エネルギー準位がより低い部分構造に由来する燐光のみが生じる。これは三重項エネルギー準位が高い部分構造から三重項エネルギー準位が低い部分構造の方へエネルギー移動が起こるためである。どこの部分構造から燐光を発光させるかは、所望の目的に従って適宜選択できる。
ここで、発光色を橙色から赤色にする場合、ベンゾ[f]キノリン骨格を含む部分構造(IrL1)から燐光が生じるように分子設計することが好ましい。なぜならば、特許文献5に記載されているように、部分構造IrL1を有する錯体の燐光量子収率が高いからである。一方、部分構造IrL2から燐光を取り出す場合、配位子L2の化学的安定性を考慮すると、環A2及び環Bの各基本骨格に含まれるヘテロ原子の数が少ないことが好ましい。なぜならば、炭素原子とヘテロ原子との電気陰性度が異なるため、両者の結合には電荷の偏りが生じて化学反応による分解が起きやすくなるためである。また一般式[1]のイリジウム錯体の昇華性を考慮すると、環A2及び環Bの各基本骨格の分子量を小さくすることが好ましい。従って、環A2及び環Bの各基本骨格におけるヘテロ原子の数及び分子量を考慮すると、部分構造IrL2の好ましい態様は、環A2をベンゼン環とし、環Bをピリジン環とする構造、具体的には、一般式[5]に示される部分構造である。
次に、配位子L3について述べる。配位子L3は、三価のイリジウムと安定な錯体を形成し、発光量子収率を大きく低下させない配位子であれば、特に制限はない。好ましくは、発光性配位子(L1、L2)よりも分子量の小さな骨格からなり、錯体の昇華性を向上させる配位子である。この要件を満たす配位子L3として、好ましくは、β−ジケトナートであり、より好ましくは、一般式[6]で示される部分構造を構成する配位子である。
次に、イリジウム錯体の昇華性について説明する。
従来技術では、部分構造IrL1を有する錯体を得る場合、下記一般式[7]で示される1種類の発光性配位子を含む錯体又は下記一般式[8]で示される発光性配位子と補助配位子とをそれぞれ少なくとも1個含む錯体が一般的である。
Ir(L13 [7]
Ir(L12(L3) [8]
(式[7]及び式[8]に示されるL1、並びに式[8]に示されるL3は、一般式[1]中のL1、L3と同様である。)
ここで一般式[8]のイリジウム錯体は、補助配位子(L3)を用いることで、一般式[7]のイリジウム錯体よりも昇華性が向上する。そこで、本発明のイリジウム錯体及び一般式[8]のイリジウム錯体について、昇華性及び熱安定性の観点から両者を比較した。
ここで本発明のイリジウム錯体及び一般式[8]のイリジウム錯体の分子量、昇華温度(Tsub)、分解温度(Td)及び分解温度と昇華温度との差(ΔT=Td−Tsub)を、それぞれ示す。
Figure 2014138100
ここで、Tdは、錯体自身の熱安定性の指標であり、ΔT(=Td−Tsub)は、昇華を伴う工程における熱安定性の指標である。従って、昇華精製や真空蒸着の際にはTdよりも、ΔTがより重要となる。なぜならばΔTが小さいと、Td以下の温度においても昇華の際に熱分解が徐々に進行して不純物を生じるからである。またΔTが小さいと、昇華速度の調節幅が小さい、即ち、工程許容度が小さいため工業的に不利である。
表1より、例示化合物Ir−113のTsubは錯体2に比べて70℃低く、昇華性が大きく向上している。
この要因として、第一に結晶性の低下が挙げられる。錯体2は、C2対称構造を有するのに対して、例示化合物Ir−113は非対称性である。従って例示化合物Ir−113は錯体2に比べて、隣接する錯体間においてL1同士の接近によって生じるπ−πスタッキングが起こりにくい。
第二に、錯体2の分子量に比べて例示化合物Ir−113の分子量が176.2小さいことが挙げられる。錯体2よりの分子量が小さいことにより、例示化合物Ir−113のTdが、錯体2よりも45℃低い一方で、ΔT(Td−Tsub)が、錯体2よりも25℃大きかった。つまり例示化合物Ir−113は、昇華性だけでなく、昇華操作時における熱安定性も向上しているといえる。
一方、例示化合物Ir−106の分子量は錯体3に比べて18.1大きいにもかかわらず、Tsubが55℃低い。これは錯体間での分子間相互作用が著しく低下したことを意味する。その要因として錯体自体の非対称性以外に配位子L2特有の効果、即ち、2−フェニルピリジンに導入したフェニル基とtert−ブチル基が錯体間の分子間相互作用を妨げていることが挙げられる。
またTdは双方とも同じ値だったので、例示化合物Ir−106のΔT(Td−Tsub)は錯体3と比べて55℃大きかったため、例示化合物Ir−106は熱安定性が大きく向上された配位子である。
以上のように、本発明のイリジウム錯体は、構造的に異なる三種類の配位子を有することで非対称性な錯体になったため、結晶性が低下して昇華性が向上している。さらに、所定の部分構造を有していれば本発明の作用・効果を奏するため、錯体の分子設計の自由度を高めることもできる。具体的には、分子量を低下させたり、置換基を導入したりすることで従来のイリジウム錯体と比べて昇華性及び熱安定性を一層向上させることが可能である。
(5−2)ホストがもたらす作用効果
本発明の有機発光素子において、ゲストとして含まれる一般式[1]のイリジウム錯体は、フェニルベンゾ[f]イソキノリン骨格を有している。このフェニルベンゾ[f]イソキノリン骨格は、従来の代表的な赤発光材料の配位子の基本骨格であるフェニルキノリン骨格やフェニルイソキノリン骨格と比較して、キノリンにベンゼン環が縮合することによりπ軌道の共役面が拡大するという特徴を有する。その結果、発光材料の近傍にある材料(特に、ホスト)と相互作用が起こりやすくなり、結果として発光材料がホストの電荷を捕獲することでラジカル状態を形成したり、又はホストとエキサイプレックスを形成したりする。これにより有機発光素子自体の発光効率や耐久性が低下しやすくなっていると考えられる。
従って、発光材料が過度にラジカル状態になることを回避するためには、ホストのHOMO及びLUMOを、発光材料のHOMO及びLUMOよりもエネルギーレベルを近くすることが好ましい。即ち、ΔS−T(最低一重項エネルギー準位と最低三重項エネルギー準位の差)が小さく、かつバンドギャップが小さいホストが好ましい。
また、ゲストとして用いられる一般式[1]のイリジウム錯体は、主に発光ピーク波長が580nm乃至650nm(最低三重項エネルギー準位(T1)換算で1.9eV乃至2.1eV)の範囲にある。従って、ホストはゲストよりもT1エネルギーを高くする必要がある。
一般的に、金属錯体は、スピン−軌道相互作用の影響により、ΔS−Tが小さい。以上のことから、本発明の有機発光素子の構成材料として用いられる発光材料は、ホストとして、一般式[9]の金属錯体を用いることが好ましい。
(6)イリジウム錯体の具体例
以下に、ゲストとなるイリジウム錯体の具体例を示す。
Figure 2014138100
Figure 2014138100
Figure 2014138100
Figure 2014138100
例示されたイリジウム錯体のうち、Ir−101乃至Ir−136は、以下に列挙する構造的特徴を有する。
・配位子L1を含む部分構造が、一般式[4]に示される構造である。
・配位子L2を含む部分構造が、一般式[5]に示される構造であって、式[5]中のR13乃至R20が、それぞれ水素原子、炭素数1以上4以下のアルキル基又はフェニル基である。
・配位子L3を含む部分構造が、一般式[6]に示される構造であって、式[6]中のR21乃至R23が、それぞれ水素原子又は炭素数1以上4以下のアルキル基である。
従って、Ir−101乃至Ir−136は、本発明のイリジウム錯体に含まれる三種類の配位子の好ましい様態を組み合わせたものであるから、昇華性が特に優れている。また部分構造IrL1に起因する橙色から赤色の燐光を生じる。
例示されたイリジウム錯体のうち、Ir−201乃至Ir−206は、配位子L3として、特定の置換基を有するβ−ジケトナート又はその他の二座配位子が用いられている。補助配位子であるL3を変更すると、イリジウム錯体の発光ピーク波長や発光スペクトルの波形といった燐光特性を適宜調節することが可能にある。
例示されたイリジウム錯体のうち、Ir−301乃至312は、配位子L2が一般式[3]又は[5]で表される配位子である。本発明では、一般式[3]に示される基本構造の範囲内であれば配位子L2の選択肢を広げることができる。ここで配位子L2と適宜選択することで、イリジウム錯体のHOMO又はLUMO(のエネルギー準位)を変化させたり、部分構造IrL2を主体とする燐光を生じさせたりすることが可能である。
例示されたイリジウム錯体のうち、Ir−401乃至Ir−406は、以下に列挙する構造的特徴を有する。
・配位子L1を含む部分構造が、一般式[2]に示される構造である。
・配位子L2を含む部分構造が、一般式[3]に示される構造である。
またIr−401乃至Ir−406にてそれぞれ示されるL1により橙色から赤色だけでなく、より長波長の燐光を生じさせることが可能である。またIr−401乃至Ir−406にてそれぞれ示されるL1とL2とを適宜組み合わせることで多様な物性を有する錯体を設計することができる。
(6)金属錯体の具体例
以下に、ホストとして用いられる金属錯体化合物の具体的な構造式を例示する。
Figure 2014138100
Figure 2014138100
Figure 2014138100
上記例示化合物は、金属錯体自体の安定性という観点から、配位子と金属との関係によっていくつかに分類することができる。
ここで下記I型乃至III型に示される配位子ついて、この配位子に含まれ金属原子に配位する役割を果たす窒素原子と酸素原子との間の距離を比較する。距離は分子力学計算であるMM2法を用いて配位子の安定構造を計算し、その構造から窒素原子、酸素原子間の距離を算出した。
Figure 2014138100
計算の結果、キノリノール配位子(I型)のdaは2.68Åであり、フェニルベンゾチアゾール配位子(II型)のdbは2.60Åであり、ベンゾキノリノール配位子(III型)のdcは2.52Åであった。
一方、Mg、Zn及びBeの各金属イオン半径は、それぞれ0.75Å、0.83Å、0.30Åである。そうすると、イオン半径が大きい金属であるMg、Znは、I型のキノリノール配位子、金属イオン半径の小さい金属であるBeは、III型のフェニルベンゾオキサゾール配位子が適している。同様の理由で、Beは、フェニルベンゾチアゾール配位子やベンゾキノリノール配位子にも適している。実際に、錯体に含まれる金属原子としてMgやZnを選択した場合、窒素原子−酸素原子間の距離が遠いベンゾキノリノール配位子を含む錯体を合成することは困難である。
例示化合物H101乃至H115に示される金属錯体は、中心金属がMgであって、配位子がキノリノール誘導体である錯体である。キノリノール誘導体はMgのイオン半径から安定な錯体を作り出すことができる配位子であり、分子量が小さい化合物である。このため、低い昇華温度で昇華することができる。H116乃至H118に示される金属錯体は、中心金属がMgであって、配位子がフェニルイミダゾール誘導体である錯体である。フェニルイミダゾール誘導体に含まれる窒素原子と酸素原子との間の距離は、計算によると2.56Åであり、Mgを錯化することができる配位子である。この配位子は配位子自身のバンドギャップが広く、高いT1エネルギーを得るのに適した配位子である。H119乃至H125に示される金属錯体は、中心金属がMgであって、配位子がフェニルベンゾオキサゾール誘導体である錯体である。ベンゾオキサゾール環は安定なヘテロ環であり、ベンゾオキサゾール誘導体に含まれる窒素原子と酸素原子との間の距離は、計算によると2.69Åであり、安定なMg錯体を作り出すことができる配位子である。またこの配位子は、バンドギャップが広いので高いT1エネルギーを利用するのに適した配位子である。従って、高発光効率の有機発光素子を得ることができる。H126乃至H136に示される金属錯体は、中心金属がMgであって、配位子がフェニルベンゾチアゾール誘導体である錯体である。ベンゾチアゾール環は安定なヘテロ環であり、最も安定な錯体を作り出すことができる配位子であるため、素子の安定性、素子寿命を向上させるのに適した配位子である。ところで、以上説明した配位子は、置換基を導入することで、スタッキングを抑えることができるので、昇華性を向上させたり、錯体のバンドギャップを変えたりすることができる。尚、窒素原子の隣りにある炭素原子は活性が高いため、メチル基やイソプロピル基で置換して当該炭素原子の活性を制御することもできる。
H201乃至H206は、中心金属がBeであって、配位子がキノリノール誘導体である錯体である。Be原子のイオン半径を考慮すると錯体としての安定性はあまり高くないが、分子量が小さいため、低い昇華温度で昇華できる。H207からH215は、中心金属がBeであって、配位子がベンゾキノリノール誘導体である錯体である。ベンゾキノリノール環は安定なヘテロ環である。またBeのイオン半径を考慮すると、ベンゾキノリノール配位子はBe錯体の中では安定な錯体であり、高効率で長寿命の有機発光素子を得ることができる。H216乃至H218は、中心金属がBeの金属錯体であって、バンドギャップが広く、高いT1エネルギーを利用する先に適した配位子である。従って、高効率の有機発光素子を得ることができる。H219乃至H225は、中心金属がBeであって、配位子がフェニルベンゾオキサゾール誘導体である錯体である。ベンゾオキサゾール配位子は、安定なヘテロ環であるため安定なBe錯体を作り出すことができる配位子である。またベンゾオキサゾール配位子は、高いT1エネルギーを利用するのに適しており、高効率の有機発光素子を得ることができる。H226乃至H236は、中心金属がBeであって、配位子がフェニルベンゾチアゾール誘導体である錯体である。ベンゾチアゾール配位子は、安定なヘテロ環であり、最も安定なBe錯体を作り出すことができる配位子である。またこの錯体は、赤色燐光に適したT1エネルギーを有しており、高効率で長寿命の有機発光素子を得ることができる。ところで、以上説明した配位子は、置換基を導入することで、スタッキングを抑えることができるので、昇華性を向上させたり、錯体のバンドギャップを変えたりすることができる。尚、窒素原子の隣りにある炭素原子は活性が高いため、メチル基やイソプロピル基で置換して当該炭素原子の活性を制御することもできる。
H301乃至H315は、Znが中心金属であり、配位子がキノリノール誘導体である錯体である。Zn錯体のイオン半径から非常に安定な錯体を作り出すことができる配位子であり、分子量が小さいため、低い昇華温度で昇華できる。また置換基を導入することで、スタッキングを抑え、昇華性を向上させたり、錯体のバンドギャップを変えたりすることができる。H316乃至H318は、Znが中心金属であり、配位子がフェニルイミダゾール誘導体である錯体である。この配位子に含まれる窒素原子と酸素原子との間の距離は2.56Åであり、Znを錯化できる配位子である。この配位子は配位子自身のバンドギャップが広く、高いT1エネルギーを利用する際に適した配位子である。以上説明した配位子は、置換基を導入することで、スタッキングを抑えることができるので、昇華性を向上させたり、錯体のバンドギャップを変えたりすることができる。尚、窒素原子の隣りにある炭素原子は活性が高いため、メチル基やイソプロピル基で置換して当該炭素原子の活性を制御することもできる。
(7)その他の材料
以上説明したように、本発明の有機発光素子は、発光層に、ゲストである一般式[1]のイリジウム錯体及びホストであるヘテロ環含有化合物が少なくとも含まれている。ただし、本発明では、これら化合物以外にも、必要に応じて従来公知の低分子系及び高分子系の材料を使用することができる。より具体的には正孔注入輸送性材料、ホスト、発光アシスト材料、あるいは電子注入輸送性材料等を上記イリジウム錯体及び上記へテロ環含有化合物と一緒に使用することができる。
以下にこれらの材料例を挙げる。
正孔注入輸送性材料としては、陽極からの正孔の注入を容易にして、かつ注入された正孔を発光層へ輸送できるように正孔移動度が高い材料が好ましい。また有機発光素子中において結晶化等の膜質の劣化を防ぐために、ガラス転移点温度が高い材料が好ましい。正孔注入輸送性能を有する低分子及び高分子系材料としては、トリアリールアミン誘導体、アリールカルバゾール誘導体、フェニレンジアミン誘導体、スチルベン誘導体、フタロシアニン誘導体、ポルフィリン誘導体、ポリ(ビニルカルバゾール)、ポリ(チオフェン)、その他導電性高分子が挙げられる。さらに上記の正孔注入輸送性材料は、電子阻止層にも好適に使用される。
以下に、正孔注入輸送性材料として用いられる化合物の具体例を示すが、もちろんこれらに限定されるものではない。
Figure 2014138100
主に発光機能に関わる発光材料としては、一般式[1]のイリジウム錯体もしくはその誘導体の他に、縮環化合物(例えばフルオレン誘導体、ナフタレン誘導体、ピレン誘導体、ペリレン誘導体、テトラセン誘導体、アントラセン誘導体、ルブレン等)、キナクリドン誘導体、クマリン誘導体、スチルベン誘導体、トリス(8−キノリノラート)アルミニウム等の有機アルミニウム錯体、白金錯体、レニウム錯体、銅錯体、ユーロピウム錯体、ルテニウム錯体、及びポリ(フェニレンビニレン)誘導体、ポリ(フルオレン)誘導体、ポリ(フェニレン)誘導体等の高分子誘導体が挙げられる。
以下に、発光材料として用いられる化合物の具体例を示すが、もちろんこれらに限定されるものではない。
Figure 2014138100
発光層に含まれるホストあるいはアシスト材料としては、上記へテロ環含有化合物以外にも、芳香族炭化水素化合物もしくはその誘導体の他、カルバゾール誘導体、ジベンゾフラン誘導体、ジベンゾチオフェン誘導体、トリス(8−キノリノラート)アルミニウム等の有機アルミニウム錯体、有機ベリリウム錯体等が挙げられる。
以下に、発光層に含まれるホストあるいはアシスト材料として用いられる化合物の具体例を示すが、もちろんこれらに限定されるものではない。
Figure 2014138100
電子注入輸送性材料としては、陰極からの電子の注入が容易で注入された電子を発光層へ輸送することができるものから任意に選ぶことができ、正孔輸送性材料の正孔移動度とのバランス等を考慮して選択される。電子注入性能および電子輸送性能を有する材料としては、オキサジアゾール誘導体、オキサゾール誘導体、ピラジン誘導体、トリアゾール誘導体、トリアジン誘導体、キノリン誘導体、キノキサリン誘導体、フェナントロリン誘導体、有機アルミニウム錯体等が挙げられる。さらに上記の電子注入輸送性材料は、正孔阻止層にも好適に使用される。
以下に、電子注入輸送性材料として用いられる化合物の具体例を示すが、もちろんこれらに限定されるものではない。
Figure 2014138100
また電子注入輸送性材料として、上記電子注入輸送性材料とアルカリ金属やアルカリ土類金属の化合物とを混合してなる混合物を使用してもよい。上記電子注入輸送性材料と混合する金属化合物として、例えば、LiF、KF、Cs2CO3、CsF等が挙げられる。
陽極の構成材料としては仕事関数がなるべく大きなものがよい。例えば、金、白金、銀、銅、ニッケル、パラジウム、コバルト、セレン、バナジウム、タングステン等の金属単体あるいはこれらを組み合わせた合金、酸化錫、酸化亜鉛、酸化インジウム、酸化錫インジウム(ITO)、酸化亜鉛インジウム、酸化亜鉛ガリウム、酸化ガリウム亜鉛インジウム等の金属酸化物が使用できる。またポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン等の導電性ポリマーも使用できる。特に、透明酸化物半導体(酸化錫インジウム(ITO)、酸化亜鉛インジウム、酸化ガリウム亜鉛インジウム等)は、移動度が高く電極材料に好適である。
これらの電極物質は一種類を単独で使用してもよいし、二種類以上を併用して使用してもよい。また、陽極は一層で構成されていてもよく、複数の層で構成されていてもよい。
一方、陰極の構成材料としては仕事関数の小さなものがよい。例えばリチウム等のアルカリ金属、カルシウム等のアルカリ土類金属、アルミニウム、チタニウム、マンガン、銀、鉛、クロム等の金属単体が挙げられる。あるいはこれら金属単体を組み合わせた合金も使用することができる。例えばマグネシウム−銀、アルミニウム−リチウム、アルミニウム−マグネシウム等が使用できる。酸化錫インジウム(ITO)等の金属酸化物の利用も可能である。これらの電極物質は一種類を単独で使用してもよいし、二種類以上を併用して使用してもよい。また陰極は一層構成でもよく、多層構成でもよい。
本発明の有機発光素子を構成する有機化合物層(正孔注入層、正孔輸送層、電子ブロック層、発光層、正孔ブロック層、電子輸送層、電子注入層等)は、以下に示す方法により形成される。
本発明の有機発光素子を構成する有機化合物層は、真空蒸着法、イオン化蒸着法、スパッタリング、プラズマ等のドライプロセスを用いることができる。またドライプロセスに代えて、適当な溶媒に溶解させて公知の塗布法(例えば、スピンコーティング、ディッピング、キャスト法、LB法、インクジェット法等)により層を形成するウェットプロセスを用いることもできる。
ここで真空蒸着法や溶液塗布法等によって層を形成すると、結晶化等が起こりにくく経時安定性に優れる。また塗布法で成膜する場合は、適当なバインダー樹脂と組み合わせて膜を形成することもできる。
上記バインダー樹脂としては、ポリビニルカルバゾール樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエステル樹脂、ABS樹脂、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、シリコン樹脂、尿素樹脂等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
また、これらバインダー樹脂は、ホモポリマー又は共重合体として一種類を単独で使用してもよいし、二種類以上を混合して使用してもよい。さらに必要に応じて、公知の可塑剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤等の添加剤を併用してもよい。
(10)本発明の有機発光素子の用途
本発明の有機発光素子は、表示装置や照明装置の構成部材として用いることができる。他にも、電子写真方式の画像形成装置の露光光源や液晶表示装置のバックライト、白色光源にカラーフィルターを有する発光装置等の用途がある。カラーフィルターは例えば赤、緑、青の3つの色が透過するフィルターが挙げられる。
本発明の表示装置は、本発明の有機発光素子を表示部に有する。尚、この表示部は複数の画素を有する。
そしてこの画素は、本発明の有機発光素子と、発光輝度を制御するための能動素子(スイッチング素子)又は増幅素子の一例であるトランジスタとを有し、この有機発光素子の陽極又は陰極とトランジスタのドレイン電極又はソース電極とが電気接続されている。ここで表示装置は、PC等の画像表示装置として用いることができる。上記トランジスタとして、例えば、TFT素子が挙げられ、このTFT素子は、例えば、透明酸化物半導体からなる素子であって基板の絶縁性表面に設けられている。
表示装置は、エリアCCD、リニアCCD、メモリーカード等からの画像情報を入力する画像入力部を有し、入力された画像を表示部に表示する情報処理装置でもよい。
また、撮像装置やインクジェットプリンタが有する表示部は、タッチパネル機能を有していてもよい。このタッチパネル機能の駆動方式は特に限定されない。
また表示装置はマルチファンクションプリンタの表示部に用いられてもよい。
照明装置は例えば室内を照明する装置である。照明装置は白色(色温度が4200K)、昼白色(色温度が5000K)、その他青から赤のいずれの色を発光するものであってもよい。
本発明の照明装置は、本発明の有機発光素子と、この有機発光素子と接続するインバーター回路と、を有している。尚、この照明装置は、カラーフィルターをさらに有してもよい。
本発明の画像形成装置は、感光体とこの感光体の表面を帯電させる帯電手段と、感光体を露光して静電潜像を形成するための露光手段と、感光体の表面に形成された静電潜像を現像するための現像器とを有する画像形成装置である。ここで画像形成装置に備える露光手段は、本発明の有機発光素子を含んでいる。
また本発明の有機発光素子は、感光体を露光するための露光装置の構成部材として使用することができる。本発明の有機発光素子を有する露光装置は、例えば、本発明の有機発光素子を所定の方向に沿って列を形成して配置されている露光装置がある。
次に、図面を参照しながら本発明の表示装置につい説明する。図1は、有機発光素子とこの有機発光素子に接続されるTFT素子とを有する表示装置の例を示す断面模式図である。尚、図1の表示装置1を構成する有機発光素子として、本発明の有機発光素子が用いられている。
図1の表示装置1は、ガラス等の基板11とその上部にTFT素子又は有機化合物層を保護するための防湿膜12が設けられている。また符号13は金属のゲート電極13である。符号14はゲート絶縁膜14であり、15は半導体層である。
TFT素子18は、半導体層15とドレイン電極16とソース電極17とを有している。TFT素子18の上部には絶縁膜19が設けられている。コンタクトホール20を介して有機発光素子を構成する陽極21とソース電極17とが接続されている。
尚、有機発光素子に含まれる電極(陽極、陰極)とTFTに含まれる電極(ソース電極、ドレイン電極)との電気接続の方式は、図1に示される態様に限られるものではない。つまり陽極又は陰極のうちいずれか一方とTFT素子ソース電極またはドレイン電極のいずれか一方とが電気接続されていればよい。
図1の表示装置1では多層の有機化合物層を1つの層の如く図示をしているが、有機化合物層22は、複数層であってよい。陰極23の上には有機発光素子の劣化を抑制するための第一の保護層24や第二の保護層25が設けられている。
図1の表示装置1が白色を発する表示装置の場合、図1中の有機化合物層22に含まれる発光層は、赤色発光材料、緑色発光材料及び青色発光材料を混合してなる層としてもよい。また赤色発光材料からなる層、緑色発光材料からなる層、青色発光材料からなる層をそれぞれ積層させてなる積層型の発光層としてもよい。さらに別法として、赤色発光材料からなる層、緑色発光材料からなる層、青色発光材料からなる層を横並びにするなりして一の発光層の中にドメインを形成した態様であってもよい。
図1の表示装置1ではスイッチング素子としてトランジスタを使用しているが、これに代えてMIM素子をスイッチング素子として用いてもよい。
また図1の表示装置1に使用されるトランジスタは、単結晶シリコンウエハを用いたトランジスタに限らず、基板の絶縁性表面上に活性層を有する薄膜トランジスタでもよい。活性層として単結晶シリコンを用いた薄膜トランジスタ、活性層としてアモルファスシリコンや微結晶シリコンなどの非単結晶シリコンを用いた薄膜トランジスタ、活性層としてインジウム亜鉛酸化物やインジウムガリウム亜鉛酸化物等の非単結晶酸化物半導体を用いた薄膜トランジスタであってもよい。尚、薄膜トランジスタはTFT素子とも呼ばれる。
図1の表示装置1に含まれるトランジスタは、Si基板等の基板内に形成されていてもよい。ここで基板内に形成されるとは、Si基板等の基板自体を加工してトランジスタを作製することを意味する。つまり、基板内にトランジスタを有することは、基板とトランジスタとが一体に形成されていると見ることもできる。
基板内にトランジスタを設けるかどうかについては、精細度によって選択される。例えば1インチでQVGA程度の精細度の場合はSi基板内に有機発光素子を設けることが好ましい。
以上の説明の通り、本発明の有機発光素子を用いた表示装置を駆動することにより、良好な画質で、長時間安定な表示が可能になる。
以下、実施例にて本発明を詳細に説明する。ただし本発明は、これら実施例に限定されるものではない。
[合成例1]例示化合物Ir−113の合成
Figure 2014138100
(1)中間体1及び配位子1の合成
特許文献4に記載の方法に従って中間体1を合成した。また特許文献5に記載の方法に従って配位子1を合成した。
(2)例示化合物Ir−113の合成
以下に示す試薬、溶媒を100mlナスフラスコに投入した。
中間体1:0.864g(1.21mmol)
配位子1:0.802g(2.42mmol)
ジエチレングリコールジメチルエーテル:50ml
次に、窒素下で反応溶液を160℃に加熱した後、この温度(160℃)で、6時間撹拌した。この際、反応溶液が黄色から濃赤色に変化した。次に、反応溶液の温度を120℃に下げてから、以下に示す試薬を加えた。
アセチルアセトン(東京化成工業株式会社製):0.606g(6.05mmol)
炭酸ナトリウム:0.641g(6.05mmol)
次に、窒素下で反応溶液を120℃に加熱した後、この温度(120℃)で2時間撹拌した。次に、反応溶液の溶媒を減圧留去して生じた粘体に水を加えて固体を析出させた。次に、この固体をろ過して真空乾燥した後、中性アルミナゲルカラム(トルエン:酢酸エチル=10:1)によって精製することにより、例示化合物Ir−113を0.160g(収率17%)得た。
MALDI−TOF MS(マトリックス支援イオン化−飛行時間型質量分析、Bruker社製Autoflex LRF)により、この化合物のM+である776.2を確認した。
さらに、1H−NMR測定によりこの化合物の構造を確認した。
1H−NMR{(CD32S=O,500MHz} δ(ppm):8.98−8.96(1H,m),8.86(1H,d),8.73(1H,d),8.60(1H,d),8.51(1H,d),8.26(1H,d),8.20−8.17(3H,m),7.99(1H,t),7.89−7.85(2H,m),7.70(1H,d),7.45(1H,t),7.36−7.33(2H,m),7.28−7.24(3H,m),7.20(1H,dd),6.74(1H,t),6.54(1H,t),6.48(1H,d),5.99(1H,d),5.30(1H,s),1.77(3H,s),1.70(3H,s)
例示化合物Ir−113の希薄トルエン溶液(1×10-5M)の燐光スペクトルを、日立製F−4500を用いて測定した。尚、測定条件を、窒素雰囲気下及び室温とし、励起波長を450nmに設定した。測定の結果、燐光スペクトルのピーク波長は609nmであった。
Bruker製TG−DTA2410SAを用いて、例示化合物Ir−113の真空熱重量分析を行い、以下の手順で昇華温度(Tsub)を求めた。まず1×10-3Paの真空下において試料の熱重量変化を測定した。次に、得られた測定結果を下記計算式(i)に当てはめ、飽和蒸気圧P[Pa]の温度変化を求めた。
P=m/{4.38×10-3・(M/T)1/2} (i)
(m:単位面積あたりの蒸発速度[kg/m2・s]、M:錯体の分子量、T:蒸発面の温度[K])
尚、mは、下記式(ii)で求められる。
m=(1/U)・(dΔW/dt) (ii)
(U:試料皿の面積[m2]、dΔW/dt:熱重量曲線の時間に関する1次微分)
ここではdΔW/dtとして、20秒間における重量変化速度{(重量変化量)/(20秒)}を用いた。また温度Tとして、20秒経過した時の温度を用いた。
計算によって得られたPをTに対してプロットすると飽和蒸気圧曲線が得られる。この飽和蒸気圧曲線において、Pは、錯体の昇華開始と共に上昇する。ここで5×10-4Paを超えた温度をTsubとしたところ、例示化合物Ir−113におけるTsubは300℃であった。
Bruker製TG−DTA2000SAを用いて、例示化合物Ir−113の大気圧熱重量−示差熱分析を行った。得られた示差熱曲線において、発熱ピークを生じ始める温度を分解温度(Td)とした。尚、Tdでは重量減少も同時に起こっており分解反応であることを確認した。その結果、例示化合物Ir−113ではTdは355℃であった。
[合成例2]例示化合物Ir−114の合成
Figure 2014138100
合成例1(2)において、アセチルアセトンの代わりにジピバロイルメタン(東京化成工業株式会社製)を用いた以外は合成例1と同様の方法により例示化合物Ir−114を得た。
MALDI−TOF MSによりこの化合物のM+である860.3を確認した。
さらに、1H−NMR測定によりこの化合物の構造を確認した。
1H−NMR{(CD32S=O,500MHz} δ(ppm):8.99−8.97(1H,m),8.86(1H,d),8.70(1H,d),8.50(1H,d),8.37(1H,d),8.26(1H,d),8.19−8.15(3H,m),7.96(1H,t),7.86−7.83(2H,m),7.73(1H,d),7.40(1H,t),7.36−7.28(4H,m),7.25(1H,t),7.20(1H,dd),6.75(1H,t),6.58−6.55(2H,m),6.20(1H,d),5.50(1H,s),0.89(9H,s),0.77(9H,s)
また、合成例1と同様にして希薄トルエン溶液状体における例示化合物Ir−114の燐光スペクトル測定を行ったところ、ピーク波長は612nmであった。さらに実施例1と同様に例示化合物Ir−114のTsubを求めたところ、270℃であった。
[合成例3]例示化合物Ir−125の合成
Figure 2014138100
合成例1において、配位子1に代えて配位子2を用いたこと以外は、合成例1と同様の方法により例示化合物Ir−125を得た。尚、配位子2は、特許文献5を参照して合成した配位子である。
MALDI−TOF MSによりこの化合物のM+である816.2を確認した。
また、合成例1と同様にして希薄トルエン溶液状態における例示化合物Ir−125の燐光スペクトル測定を行ったところ、ピーク波長は613nmであった。
[合成例4]例示化合物Ir−106の合成
Figure 2014138100
(1)中間体2及び配位子3の合成
特許文献6に記載の方法に従って中間体2(2−(ビフェニル−3−イル)−4−tert−ブチルピリジン)を合成した。また特許文献5に記載の方法に従って配位子3を合成した。
(2)例示化合物Ir−106の合成
合成例1(2)において、中間体1の代わりに中間体2を、配位子1の代わりに配位子3をそれぞれ用いたことを除いては、合成例1と同様の方法により例示化合物Ir−106を得た。
MALDI−TOF MSによりこの化合物のM+である846.3を確認した。
さらに、1H−NMR測定によりこの化合物の構造を確認した。
1H−NMR{(CD32S=O,500MHz} δ(ppm):8.96−8.94(1H,m),8.85(1H,d),8.69(1H,d),8.58(1H,d),8.35(1H,d),8.28(1H,d),8.18−8.15(2H,m),8.06(1H,d),7.99(1H,s),7.87−7.85(2H,m),7.59(2H,d),7.48(1H,dd),7.36(2H,t),7.23(1H,t),6.82(1H,dd),6.53(1H,d),6.18(1H,d),6.03(1H,d),5.27(1H,s),2.23(3H,s),1.75(3H,s),1.68(3H,s),1.47(9H,s)
また、合成例1と同様にして希薄トルエン溶液状態における例示化合物Ir−106の燐光スペクトル測定を行ったところ、ピーク波長は606nmであった。
合成例1と同様にして例示化合物Ir−106のTsub及びTdを求めたところ、それぞれ290℃、375℃であった。
[合成例5]例示化合物Ir−136の合成
Figure 2014138100
合成例1において、配位子1に代えて配位子4を用いる以外は、合成例1と同様の方法により例示化合物Ir−136を得た。尚、配位子4は、特許文献3に記載の方法に従って合成した。
MALDI−TOF MSによりこの化合物のM+である806.2を確認した。
また、合成例1と同様にして希薄トルエン溶液状態における例示化合物Ir−136の燐光スペクトル測定を行ったところ、ピーク波長は610nmであった。
[合成例6]例示化合物Ir−108の合成
Figure 2014138100
(1)中間体3の合成
2−クロロ−4−ヨードニコチンアルデヒド(Shanghai P&T Fine Chemical社製)と、4−tert−ブチルフェニルボロン酸(東京化成工業株式会社製)と、を出発原料として、上記合成スキームに従って中間体3を合成した。
(2)配位子5の合成
中間体3及び3−メチルフェニルボロン酸(東京化成工業株式会社製)を用いて、上記スキームに従って配位子5を合成した。
(3)例示化合物Ir−108の合成
合成例1(2)において、配位子1に代えて配位子5を用いること以外は、合成例1と同様の方法により例示化合物Ir−108を得た。
MALDI−TOF MSによりこの化合物のM+である770.3を確認した。
また、合成例1と同様にして希薄トルエン溶液状態における例示化合物Ir−108の燐光スペクトル測定を行ったところ、ピーク波長は605nmであった。
[合成例7]例示化合物Ir−134の合成
Figure 2014138100
(1)配位子6の合成
合成例6(2)において、3−メチルフェニルボロン酸に代えて4−(ジベンゾフラニル)ボロン酸(シグマアルドリッチ製)を用いる以外は、合成例6(2)と同様の方法により配位子6を得た。
(2)例示化合物Ir−134の合成
合成例1(2)において、配位子1に代えて配位子6を用いること以外は、合成例1と同様の方法により例示化合物Ir−134を得た。
MALDI−TOF MSによりこの化合物のM+である846.2を確認した。
また、合成例1と同様にして希薄トルエン溶液状態における例示化合物Ir−134の燐光スペクトル測定を行ったところ、ピーク波長は608nmであった。
[合成例8]例示化合物Ir−116の合成
Figure 2014138100
(1)配位子7の合成
合成例6(1)において、4−tert−ブチルフェニルボロン酸に代えて3−tert−ブチルフェニルボロン酸(和光純薬工業株式会社製)を用いる以外は、合成例6(1)と同様の方法により中間体4を得た。
次に、合成例6(2)において、中間体3に代えて中間体4を、3−メチルフェニルボロン酸に代えて4−ビフェニルボロン酸(東京化成工業株式会社製)を、それぞれ用いる以外は合成例6(2)と同様の方法により配位子7を得た。
(2)例示化合物Ir−116の合成
合成例1において、配位子1に代えて配位子7を用いる以外は、合成例1と同様の方法により例示化合物Ir−116を得た。
MALDI−TOF MSによりこの化合物のM+である832.3を確認した。
また、合成例1と同様にして希薄トルエン溶液状態における例示化合物Ir−116の燐光スペクトル測定を行ったところ、ピーク波長は609nmであった。
[合成例9]例示化合物Ir−201の合成
Figure 2014138100
(1)配位子8の合成
非特許文献1に記載の方法により合成した2−クロロ−4−tert−ブチルピリジンと、フェニルボロン酸(東京化成工業株式会社)を出発原料として、上記スキームに従って配位子8を合成した。
(2)例示化合物Ir−201の合成
合成例1(1)において、2−フェニルピリジンに代えて2−フェニル−4−tert−ブチルピリジンを用いる以外は、実施例1(1)と同様の方法により中間体5を得た。
次に、合成例1(2)において、中間体1に代えて中間体5を、アセチルアセトンに変えて1−フェニル−1,3−ブタンジオン(東京化成工業株式会社製)を、それぞれ用いること以外は、合成例1と同様の方法により例示化合物Ir−201を得た。
MALDI−TOF MSによりこの化合物のM+である894.3を確認した。
また、合成例1と同様にして希薄トルエン溶液状態における例示化合物Ir−201の燐光スペクトル測定を行ったところ、ピーク波長は610nmであった。
[合成例10]例示化合物Ir−204の合成
Figure 2014138100
合成例1(2)において、配位子1に代えて配位子3を、アセチルアセトンに代えてピリジン−2−カルボン酸(東京化成工業株式会社製)を、それぞれ用いる以外は、合成例1と同様の方法により例示化合物Ir−204を得た。
MALDI−TOF MSによりこの化合物のM+である737.2を確認した。
また、合成例1と同様にして例示化合物Ir−204の希薄トルエン溶液の燐光スペクトル測定を行ったところ、ピーク波長は597nmであった。
[合成例11]例示化合物H201の合成
下記に示す合成スキーム、具体的には、キノリン−8−オールを出発原料とするメタノール中における錯化反応を行うことにより、例示化合物H201を合成した。
Figure 2014138100
[合成例12]ホストとなる金属錯体の合成
合成例11において、出発原料(配位子となる化合物)を適宜変更することにより、下記に示される例示化合物を合成することができる。
Figure 2014138100
また、上記の化合物群において、H219、H226又はH229を合成する際に、使用する金属化合物試薬を、BeSO4からMg(NO32に変更することで、下記に示される例示化合物をそれぞれ合成することができる。
Figure 2014138100
一方、H203を合成する際に、使用する金属化合物試薬を、BeSO4からZn(CH3COO)2/2H2Oに変更することで、下記に示される例示化合物H303を合成することができる。また例示化合物H303を合成する際に、出発原料(配位子となる化合物)を適宜変更することにより、下記に示される例示化合物H316を合成することができる。
Figure 2014138100
[実施例1]
本実施例では、基板上に、陽極/正孔輸送層/電子阻止層/発光層/正孔阻止層/電子輸送層/陰極が順次設けられた構成の有機発光素子を、以下に示す方法で作製した。
まずガラス基板上に、ITOを成膜してITO膜を形成した。このときITO膜の膜厚を100nmとした。次に、ITO膜を所望のパターニング加工を施すことによりITO電極(陽極)を形成した。このようにITO電極が形成された基板をITO基板として、以下の工程で使用した。
次に、真空蒸着法により、ITO基板上に、下記表2に示す有機化合物層及び電極層を連続成膜した。尚、このとき対向する電極(金属電極層、陰極)の電極面積が3mm2となるようにした。
Figure 2014138100
最後に、吸湿材付ガラスキャップを用いて、作製した素子を不活性雰囲気中にて封止することにより、有機発光素子を得た。
得られた素子について、素子の特性を測定・評価した。発光素子の最大発光波長は619nmであり、色度は(x,y)=(0.66、0.34)であった。
またヒューレッドパッカード社製・微小電流計4140Bを用いて、有機発光素子の電流電圧特性を測定し、トプコン社製BM7を用いて発光輝度を測定した。
その結果、輝度2000cd/m2発光時の発光効率は25cd/Aであった。また、電流値100mA/cm2における輝度半減寿命は300時間であった。
[実施例2乃至15及び比較例1]
正孔輸送層(HTL)、電子阻止層(EBL)、発光層ホスト(HOST)、発光層ゲスト(GUEST)、正孔阻止層(HBL)、及び電子輸送層(ETL)に用いた化合物を、表2に示される化合物に適宜変更した。これを除いては、実施例1と同様の方法により有機発光素子を作製した。得られた素子について実施例1と同様に素子の特性を測定・評価した。測定の結果を表3に示す。
Figure 2014138100
比較例1の有機発光素子は、実施例と比較して発光効率が低い。これは、発光層のゲストがbiq系Ir錯体ではないことに加えてホストである金属錯体からゲストへのエネルギー移動が効率よく行われていないことに起因している。以上より、本発明の有機発光素子は、熱安定性に強くかつ高効率な有機発光素子であるといえる。
18:TFT素子、21:陽極、22:有機化合物層、23:陰極

Claims (13)

  1. 陽極と陰極と、前記陽極と前記陰極との間に配置されている有機化合物層と、を有し、
    前記有機化合物層が、下記一般式[1]に示されるイリジウム錯体と、下記一般式[9]に示される金属錯体と、を有することを特徴とする、有機発光素子。
    Ir(L1)(L2)(L3) [1]
    (式[1]において、部分構造IrL1は、下記一般式[2]で示される部分構造である。
    Figure 2014138100
    (式[2]において、環A1は、芳香族環又は芳香族複素環を表す。尚、前記環A1で表される芳香族環及び芳香族複素環基は、炭素数1以上4以下のアルキル基、アラルキル基、アリール基、複素環基、置換アミノ基、アルコキシ基、アリールオキシ基、ハロゲン原子及びシアノ基から選ばれる置換基をさらに有してもよい。
    1乃至R8は、それぞれ水素原子、炭素数1以上4以下のアルキル基、アラルキル基、アリール基、複素環基、置換アミノ基、アルコキシ基、アリールオキシ基、ハロゲン原子又はシアノ基を表し、それぞれ同じであっても異なっていてもよい。尚、前記R1乃至R8で表わされる置換基のいずれかが、炭素数1以上4以下のアルキル基、アラルキル基、アリール基、複素環基、置換アミノ基、アルコキシ基又はアリールオキシ基である場合、当該置換基は、炭素数1以上4以下のアルキル基、アラルキル基、アリール基、複素環基、置換アミノ基、アルコキシ基、アリールオキシ基、ハロゲン原子及びシアノ基から選ばれる置換基のいずれかをさらに有してもよい。)
    式[1]において、部分構造IrL2は、下記一般式[3]で示される部分構造である。
    Figure 2014138100
    (式[3]において、環A2は、芳香族環又は芳香族複素環を表す。尚、前記環A2で表される芳香族環及び芳香族複素環基は、炭素数1以上4以下のアルキル基、アラルキル基、アリール基、複素環基、置換アミノ基、アルコキシ基、アリールオキシ基、ハロゲン原子及びシアノ基から選ばれる置換基のいずれかをさらに有してもよい。
    環Bは、含窒素芳香族複素環を表す。尚、前記環Bで表される含窒素芳香族複素環は、炭素数1以上4以下のアルキル基、アラルキル基、アリール基、複素環基、置換アミノ基、アルコキシ基、アリールオキシ基、ハロゲン原子及びシアノ基から選ばれる置換基のいずれかをさらに有してもよい。)
    1及びL2は、互いに異なり、同一ではない配位子である。
    式[1]において、L3は、イリジウムと共有結合を形成し、N、O、S及びPから選択される原子と、イリジウムと配位結合を形成し、N、O、S及びPから選択される原子と、を有する一価の二座配位子である。イリジウムと共有結合を形成する原子及びイリジウムと配位結合を形成する原子は、それぞれ同じであっても異なっていてもよい。)
    MLL’ [9]
    (式[9]において、Mは、Zn、Be、Mg、Ca、Co及びNiから選ばれる2価の金属原子である。L及びL’は、それぞれ二座配位子を表す。L及びL’は、同じであってもよいし異なっていてもよい。ML及びML’は、それぞれ下記一般式[10]乃至[15]に示される部分構造のいずれかである。
    Figure 2014138100
    (式[10]乃至[15]において、R30乃至R57は、それぞれ水素原子、ハロゲン原子、置換基あるいは無置換のアルキル基、アルコキシ基、置換アミノ基、置換あるいは無置換の芳香族炭化水素基又は置換あるいは無置換の複素芳香族基を表す。
    式[12]乃至[15]において、環Bは、下記一般式[16]乃至[18]に示される環状構造のうちのいずれかである。
    *1は、酸素原子との結合位置を表し、*2は、複素5員環骨格内の炭素原子との結合位置を表す。
    Figure 2014138100
    (式[16]乃至[18]において、R60乃至R73は、それぞれ水素原子、ハロゲン原子、置換あるいは無置換のアルキル基、アルコキシ基、置換アミノ基、置換あるいは無置換の芳香族炭化水素基、置換あるいは無置換の複素芳香族基を表す。)))
  2. 前記環A1が、ベンゼン環、ナフタレン環、フルオレン環、フェナントレン環、カルバゾール環、ジベンゾフラン環又はジベンゾチオフェン環であり、
    前記環A1が、炭素数1以上4以下のアルキル基、アラルキル基、アリール基、複素環基、置換アミノ基、アルコキシ基、アリールオキシ基、ハロゲン原子及びシアノ基から選ばれる置換基のいずれかをさらに有してもよいことを特徴とする、請求項1に記載の有機発光素子。
  3. 前記一般式[2]に表される部分構造が、下記一般式[4]に表される部分構造であることを特徴とする、請求項1又は2に記載のイリジウム錯体。
    Figure 2014138100
    (一般式[4]において、環A3は、ベンゼン環、ナフタレン環、フルオレン環、フェナントレン環、カルバゾール環、ジベンゾフラン環又はジベンゾチオフェン環である。尚、
    環A3は、炭素数1以上4以下のアルキル基、アラルキル基、アリール基、複素環基、置換アミノ基、アルコキシ基、アリールオキシ基、ハロゲン原子及びシアノ基から選択される置換基のいずれかをさらに有してもよい。
    9乃至R12は、それぞれ水素原子、炭素数1以上4以下のアルキル基又はフェニル基を表す。尚、R9乃至R12で表わされる置換基のいずれかが炭素数1以上4以下のアルキル基又はフェニル基である場合、当該置換基は、炭素数1以上4以下のアルキル基、アラルキル基、アリール基、複素環基、置換アミノ基、アルコキシ基、アリールオキシ基、ハロゲン原子及びシアノ基から選択される置換基のいずれかをさらに有してもよい。R9乃至R12は、それぞれ同じであっても異なっていてもよい。)
  4. 前記環A2が、ベンゼン環、ナフタレン環、フルオレン環、フェナントレン環、カルバゾール環、ジベンゾフラン環又はジベンゾチオフェン環であり、
    前記環A2が、炭素数1以上4以下のアルキル基、アラルキル基、アリール基、複素環基、置換アミノ基、アルコキシ基、アリールオキシ基、ハロゲン原子及びシアノ基から選択される置換基のいずれかをさらに有してもよく、
    前記環Bが、ピリジン環、キノリン環、イソキノリン環、ベンゾ[f]キノリン環、ベンゾ[h]キノリン環、ベンゾ[f]イソキノリン環、ベンゾ[h]イソキノリン環、オキサゾール環、ベンゾ[d]オキサゾール環、ベンゾ[d]チアゾール環又はイミダゾール環であり、
    前記環Bが、炭素数1以上4以下のアルキル基、アラルキル基、アリール基、複素環基、置換アミノ基、アルコキシ基、アリールオキシ基、ハロゲン原子及びシアノ基から選択される置換基のいずれかをさらに有してもよいことを特徴とする、請求項1乃至3のいずれか一項に記載の有機発光素子。
  5. 前記一般式[3]で示される部分構造が、下記一般式[5]に示される部分構造であることを特徴とする、請求項1乃至4のいずれか一項に記載の有機発光素子。
    Figure 2014138100
    (式[5]において、R13乃至R20は、それぞれ水素原子、炭素数1以上4以下のアルキル基、アラルキル基、アリール基、複素環基、置換アミノ基、アルコキシ基、アリールオキシ基、ハロゲン原子又はシアノ基を表し、それぞれ同じであっても異なっていてもよい。尚、R13乃至R20で表される置換基のいずれかが、炭素数1以上4以下のアルキル基、アラルキル基、アリール基、複素環基、置換アミノ基、アルコキシ基又はアリールオキシ基である場合、当該置換基は、炭素数1以上4以下のアルキル基、アラルキル基、アリール基、複素環基、置換アミノ基、アルコキシ基、アリールオキシ基、ハロゲン原子及びシアノ基から選択される置換基のいずれかをさらに有してもよい。)
  6. 前記R13乃至R20が、それぞれ水素原子、炭素数1以上4以下のアルキル基又はフェニル基であり、
    前記R13乃至R20が、それぞれ同じであっても異なっていてもよく、
    前記R13乃至R20で表わされる置換基のいずれかが、炭素数1以上4以下のアルキル基又はフェニル基である場合、当該置換基が、炭素数1以上4以下のアルキル基、アラルキル基、アリール基、複素環基、置換アミノ基、アルコキシ基、アリールオキシ基、ハロゲン原子及びシアノ基から選択される置換基のいずれかをさらに有してもよいことを特徴とする、請求項5に記載の有機発光素子。
  7. 前記一般式[1]において、部分構造IrL3が、下記一般式[6]に示される部分構造であることを特徴とする、請求項1乃至6のいずれか一項に記載の有機発光素子。
    Figure 2014138100
    (式[6]において、R21乃至R23は、それぞれ水素原子、炭素数1以上4以下のアルキル基、アラルキル基、アリール基、複素環基、置換アミノ基、アルコキシ基、アリールオキシ基、ハロゲン原子、シアノ基を表し、それぞれ同じであっても異なっていてもよい。尚、R21乃至R23で表される置換基のいずれかが炭素数1以上4以下のアルキル基、アラルキル基、アリール基、複素環基、置換アミノ基、アルコキシ基又はアリールオキシ基である場合、当該置換基は、炭素数1以上4以下のアルキル基、アラルキル基、アリール基、複素環基、置換アミノ基、アルコキシ基、アリールオキシ基、ハロゲン原子及びシアノ基から選択される置換基のいずれかをさらに有してもよい。)
  8. 前記R21乃至R23が、それぞれ水素原子又は炭素数1以上4以下のアルキル基であり、
    前記R21乃至R23で表わされる置換基のいずれかが、炭素数1以上4以下のアルキル基である場合、前記置換基が、炭素数1以上4以下のアルキル基、アラルキル基、アリール基、複素環基、置換アミノ基、アルコキシ基、アリールオキシ基、ハロゲン原子及びシアノ基から選ばれる置換基のいずれかをさらに有してもよいことを特徴とする、請求項7に記載の有機発光素子。
  9. 複数の画素を有し、
    前記画素が、請求項1乃至8のいずれか一項に記載の有機発光素子と、前記有機発光素子に接続されている能動素子と、を有することを特徴とする、表示装置。
  10. 前記能動素子が有する電極が透明酸化物半導体からなることを特徴とする、請求項9に記載の表示装置。
  11. さらにカラーフィルターを有することを特徴とする、請求項9又は10に記載の表示装置。
  12. 請求項1乃至8のいずれか一項に記載の有機発光素子を積層し、全体として白色を呈することを特徴とする、表示装置。
  13. 請求項1乃至8のいずれか一項に記載の有機発光素子と、
    前記有機発光素子に接続されるインバーター回路と、を有することを特徴とする、照明装置。
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