JP2017197482A - π共役系化合物、有機エレクトロルミネッセンス素子材料、発光材料、電荷輸送材料、発光性薄膜、有機エレクトロルミネッセンス素子、表示装置及び照明装置 - Google Patents

π共役系化合物、有機エレクトロルミネッセンス素子材料、発光材料、電荷輸送材料、発光性薄膜、有機エレクトロルミネッセンス素子、表示装置及び照明装置 Download PDF

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Abstract

【課題】例えば有機エレクトロルミネッセンス素子の発光効率を改良しうる新たなπ共役系化合物を提供する。
【解決手段】下記一般式(1)で表される、π共役系化合物。
【化1】
Figure 2017197482

(一般式(1)中、Q〜Qは、それぞれ−CH又は窒素原子を表し、L、L及びMは、それぞれ電子供与性基D又は電子求引性基Aを表し、L及びLが電子供与性基Dであり、且つMが電子求引性基Aであるか、又はL及びLが電子求引性基Aであり、且つMが前記電子供与性基Dであり、電子供与性基Dは、置換されていてもよい特定の電子供与性の複素環基又は置換されたアミノ基である)
【選択図】なし

Description

本発明は、π共役系化合物、有機エレクトロルミネッセンス素子材料、発光材料、電荷輸送材料、発光性薄膜、有機エレクトロルミネッセンス素子、表示装置及び照明装置に関する。
有機材料のエレクトロルミネッセンス(Electro Luminescence:以下「EL」と略記する。)を利用した有機エレクトロルミネッセンス素子(「有機電界発光素子」、「有機EL素子」ともいう。)は、平面発光を可能とする新しい発光システムとして既に実用化されている技術である。有機EL素子は、電子ディスプレイはもとより、最近では照明機器にも適用され、その発展が期待されている。
有機EL素子の発光方式としては、三重項励起状態から基底状態に戻る際に光を発する「リン光発光」と、一重項励起状態から基底状態に戻る際に光を発する「蛍光発光」の二通りがある。
有機EL素子に電界をかけると、陽極と陰極からそれぞれ正孔と電子が注入され、発光層において再結合し励起子を生じる。このとき一重項励起子と三重項励起子とが25%:75%の割合で生成するため、三重項励起子を利用するリン光発光の方が、蛍光発光に比べ、理論的に高い内部量子効率が得られることが知られている。しかしながら、リン光発光方式において実際に高い量子効率を得るためには、中心金属にイリジウムや白金等の希少金属を用いた錯体を用いる必要があり、将来的に希少金属の埋蔵量や金属自体の値段が産業上大きな問題となることが懸念される。
一方で、蛍光発光型においても発光効率を向上させるために様々な開発がなされており、近年新しい動きが出てきた。例えば、特許文献1には、二つの三重項励起子の衝突により一重項励起子が生成する現象(Triplet−Triplet Annihilation:以下、適宜「TTA」と略記する。また、Triplet−Triplet Fusion:「TTF」ともいう。)に着目し、TTAを効率的に起こして蛍光素子の高効率化を図る技術が開示されている。この技術により蛍光発光材料の発光効率は従来の蛍光発光材料の2〜3倍まで向上しているが、TTAにおける理論的な一重項励起子生成効率は40%程度にとどまるため、依然としてリン光発光に比べ高発光効率化の問題を有している。
さらに近年では、三重項励起子から一重項励起子への逆項間交差(Reverse Intersystem Crossing:以下、適宜「RISC」と略記する。)が生じる現象を利用した現象(熱活性型遅延蛍光(「熱励起型遅延蛍光」ともいう:Thermally Activated Delayed Fluorescence:以下、適宜「TADF」と略記する。)を利用した蛍光発光材料と、有機EL素子への利用の可能性が報告されている(例えば、特許文献2、非特許文献1、非特許文献2参照)。このTADF機構による遅延蛍光を利用すると、電界励起による蛍光発光においても、理論的にはリン光発光と同等の100%の内部量子効率が可能となる。
TADF現象を発現させるためには、室温又は発光素子中の発光層温度で電界励起により生じた75%の三重項励起子から一重項励起子への逆項間交差が起こる必要がある。さらに、逆項間交差により生じた一重項励起子が、直接励起により生じた25%の一重項励起子と同様に蛍光発光することにより、100%の内部量子効率が理論上可能となる。この逆項間交差が起こるためには、最低励起一重項エネルギー準位(S1)と最低三重項励起エネルギー準位(T1)の差の絶対値(ΔEST)が小さいことが求められる。
さらに、ホスト材料と発光材料からなる発光層に、TADF性を示す材料を第三成分(アシストドーパント材料)として発光層に含めると、高発光効率の発現に有効であることが知られている(非特許文献3参照)。アシストドーパント材料上に25%の一重項励起子と75%の三重項励起子を電界励起により発生させることによって、三重項励起子は逆項間交差(RISC)を伴って一重項励起子を生成することができる。一重項励起子のエネルギーは、発光材料へ蛍光共鳴エネルギー移動(Fluorescence resonance energy transfer:以下、適宜、「FRET」と略記する。)し、発光材料が移動してきたエネルギーにより発光することが可能となる。従って、理論上100%の励起子エネルギーを利用して、発光材料を発光させることが可能となり、高発光効率が発現する。
例えばTADF現象を発現させるためには、有機化合物のΔESTを小さくすることが有効であり;ΔESTを小さくするためには、分子内の最高被占分子軌道(HOMO)と最低空分子軌道(LUMO)を混在させずに局在化させること(明確に分離すること)が有効である。
図1及び図2は、TADF現象を発現する化合物(TADF化合物)と一般的な蛍光発光材料のエネルギーダイヤグラム示した模式図である。例えば、図1に示す構造を有する2CzPNでは、ベンゼン環上の1位と2位のカルバゾリル基にHOMOが局在し、4位と5位のシアノ基にLUMOが局在している。そのため、2CzPNのHOMOとLUMOを分離することができ、ΔESTが極めて小さくなってTADF現象を発現する。一方、2CzPNの4位と5位のシアノ基をメチル基に置き換えた2CzXy(図2)では、構造は類似しているが、2CzPNでみられるHOMOとLUMOの明確な分離ができないために、ΔESTを小さくすることはできず、TADF現象を発現させるには至らない。
このように、2CzPN等の従来の化合物でもTADF現象を発現し得るが、ΔESTを一層小さくして、有機EL素子の発光効率を一層高めることが求められている。
国際公開第2010/134350号 特開2013−116975号公報
H.Uoyama,et al.,Nature,2012,492,234−238 Q.Zhang et al.,Nature,Photonics,2014,8,326−332 H.Nakanоtani,et al.,Nature Communicaion,2014,5,4016−4022.
本発明は、上記問題・状況に鑑みてなされたものであり、その解決課題は、例えば有機エレクトロルミネッセンス素子の発光効率を改良しうる新たなπ共役系化合物を提供することである。また、当該π共役系化合物を用いた、有機エレクトロルミネッセンス素子材料、発光材料、電荷輸送材料、発光性薄膜、有機エレクトロルミネッセンス素子、並びに当該有機エレクトロルミネッセンス素子が具備された表示装置及び照明装置を提供することである。
[1] 下記一般式(1)で表される、π共役系化合物。
Figure 2017197482
(一般式(1)中、Q〜Qは、それぞれ−CH又は窒素原子を表し、L、L及びMは、それぞれ電子供与性基D又は電子求引性基Aを表し、前記L及びLが前記電子供与性基Dであり、且つ前記Mが前記電子求引性基Aであるか、又は前記L及びLが前記電子求引性基Aであり、且つ前記Mが前記電子供与性基Dであり、前記電子供与性基Dは、置換されていてもよい10,11−ジヒドロジベンゾアゼピン環、置換されていてもよい9,10−ジヒドロアクリジン環、置換されていてもよい5,10−ジヒドロフェナジン環、置換されていてもよい5,10−ジヒドロフェナザシリン環、置換されていてもよいフェノキサジン環、置換されていてもよいフェノチアジン環、置換されていてもよいベンゾフリルインドール環、置換されていてもよいベンゾチエノインドール環、置換されていてもよいベンゾチエノベンゾチオフェン環、置換されていてもよいベンゾカルバゾール環、置換されていてもよいジベンゾカルバゾール環、置換されていてもよいアザカルバゾール環、及び置換されていてもよいジアザカルバゾール環からなる群より選ばれる置換されていてもよい電子供与性の複素環基、又は置換されたアミノ基であり、前記電子求引性基Aは、フッ素原子、シアノ基、フッ素原子で置換されたアルキル基、置換されたカルボニル基、置換されたスルホニル基、置換されたホスフィンオキサイド基、置換されたボリル基、電子求引性基で置換されていてもよいアリール基、及び置換されていてもよい電子求引性の複素環基からなる群より選ばれる基である)
[2] 前記L及びLが前記電子供与性基Dであり、且つ前記Mが前記電子求引性基Aである、[1]に記載のπ共役系化合物。
[3] 前記L及びLが前記電子求引性基Aであり、且つ前記Mが前記電子供与性基Dであり、前記LとLが同時にシアノ基ではない、[1]に記載のπ共役系化合物。
[4] 前記Q〜Qは、いずれも−CHである、[1]〜[3]のいずれか一項に記載のπ共役系化合物。
[5] 前記Q〜Qは、いずれも窒素原子である、[1]〜[3]のいずれか一項に記載のπ共役系化合物。
[6] 前記電子供与性基Dは、置換されていてもよい9,10−ジヒドロアクリジン環、置換されていてもよい5,10−ジヒドロフェナザシリン環、及び置換されていてもよいフェノキサジン環からなる群より選ばれる置換されていてもよい電子供与性の含窒素芳香族複素環基であり、且つ該含窒素芳香族複素環基の窒素原子が前記Q〜Qを含む環と結合しているか、又は前記置換されたアミノ基である、[1]〜[5]のいずれかに記載のπ共役系化合物。
[7] 前記電子供与性基Dは、置換されていてもよいアザカルバゾリル基、又は置換されていてもよいジアザカルバゾリル基である、[1]〜[5]のいずれか一項に記載のπ共役系化合物。
[8] 前記電子求引性基Aは、シアノ基、シアノ基で置換されたアリール基、無置換の含窒素芳香族六員環基、フッ素原子で置換された含窒素芳香族六員環基、シアノ基で置換された含窒素芳香族六員環基、フッ素置換アルキル基で置換された含窒素芳香族六員環基、及び置換されていてもよいアリール基で置換された含窒素芳香族六員環基、アザジベンゾフリル基、及びジアザジベンゾフリル基からなる群より選ばれる基である、[1]〜[7]のいずれか一項に記載のπ共役系化合物。
[9] 前記電子求引性基Aは、無置換のアリール基である、[1]〜[7]のいずれか一項に記載のπ共役系化合物。
[10] 最低励起一重項準位と最低励起三重項準位とのエネルギー差の絶対値ΔESTが0.50eV以下である、[1]〜[9]のいずれか一項に記載のπ共役系化合物。
[11][1]〜[10]のいずれか一項に記載のπ共役系化合物を含む、有機エレクトロルミネッセンス素子材料。
[12] [1]〜[10]のいずれか一項に記載のπ共役系化合物を含み、前記π共役系化合物が蛍光を放射する、発光材料。
[13] 前記π共役系化合物が、遅延蛍光を放射する、[12]に記載の発光材料。
[14][1]〜[10]のいずれか一項に記載のπ共役系化合物を含み、前記π共役系化合物が蛍光を放射する、電荷輸送材料。
[15] 前記π共役系化合物が、遅延蛍光を放射する、[14]に記載の電荷輸送材料。
[16] [1]〜[10]のいずれか一項に記載のπ共役系化合物を含む、発光性薄膜。
[17] 陽極と、陰極と、前記陽極と前記陰極との間に設けられた発光層とを含み、前記発光層の少なくとも一層が、[1]〜[10]のいずれか一項に記載のπ共役系化合物を含む、有機エレクトロルミネッセンス素子。
[18] 前記発光層が、ホスト化合物をさらに含む、[17]に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
[19] 前記発光層は、蛍光発光性化合物及びリン光発光性化合物の少なくとも一方をさらに含む、[17]に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
[20] 前記発光層は、蛍光発光性化合物及びリン光発光性化合物の少なくとも一方と、ホスト化合物とをさらに含む、[17]に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
[21] 前記ホスト化合物が、下記一般式(I)で表される構造を有する、[18]又は[20]に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
Figure 2017197482
(一般式(I)中、X101は、NR101、酸素原子、硫黄原子、スルフィニル基、スルホニル基、CR102103又はSiR104105を表し、y〜yは、それぞれ独立に、CR106又は窒素原子を表し、R101〜R106は、それぞれ独立に、水素原子又は置換基を表し、互いに結合して環を形成してもよく、Ar101及びAr102は、それぞれ独立に、置換されていてもよいアリール基、又は置換されていてもよいヘテロアリール基を表し、n101及びn102は、各々0〜4の整数を表す。ただし、R101が水素原子の場合は、n101は1〜4の整数を表す。)
[22] 前記一般式(I)で表される構造を有するホスト化合物が、下記一般式(II)で表される構造を有する、[21]に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
Figure 2017197482
(一般式(II)中、X101は、NR101、酸素原子、硫黄原子、スルフィニル基、スルホニル基、CR102103又はSiR104105を表し、R101〜R105は、各々水素原子又は置換基を表し、互いに結合して環を形成してもよく、Ar101及びAr102は、それぞれ独立に、置換されていてもよいアリール基、又は置換されていてもよいヘテロアリール基を表し、n102は0〜4の整数を表す。)
[23] [17]〜[22]のいずれかに記載の有機エレクトロルミネッセンス素子を含む、表示装置。
[24] [17]〜[22]のいずれか一項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子を含む、照明装置。
本発明の上記手段により、例えば有機エレクトロルミネッセンス素子の発光効率を改良しうる新たなπ共役系化合物を提供することができる。さらに、本発明の上記手段により、発光効率の改良を実現した新たな有機エレクトロルミネッセンス素子を提供することができる。また、当該π共役系化合物を用いた有機エレクトロルミネッセンス素子材料、発光性薄膜、発光材料、並びに当該有機エレクトロルミネッセンス素子が具備された表示装置及び照明装置を提供することができる。
TADF化合物のエネルギーダイヤグラム示した模式図である。 一般的な蛍光発光性化合物のエネルギーダイヤグラム示した模式図である。 π共役系化合物がアシストドーパント材料として機能する場合のエネルギーダイヤグラムを示した模式図である。 π共役系化合物がホスト材料として機能する場合のエネルギーダイヤグラムを示した模式図である。 有機EL素子から構成される表示装置の一例を示した模式図である。 アクティブマトリクス方式による表示装置の模式図である。 画素の回路を示した概略図である。 パッシブマトリクス方式による表示装置の模式図である。 照明装置の概略図である。 照明装置の模式図である。 実施例で作製した本発明のπ共役系化合物を用いた共蒸着膜6−1について、蛍光減衰測定を行った際の励起光照射からの時間と光子数との関係を示すグラフである。
以下、本発明とその構成要素、及び本発明を実施するための形態・態様について詳細な説明をする。なお、本願において、「〜」は、その前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む意味で使用する。
本発明者らは、1)環構成原子として炭素原子又は窒素原子を含む芳香族6員環において、1つの電子求引性基Aと2つの電子供与性基D(又は2つの電子求引性基Aと1つの電子供与性基D)を互いにメタ位に配置し、且つ2)電子供与性基Dを「置換されていてもよい特定の電子供与性の複素環基」又は「置換されたアミノ基」とすることで、有機EL素子の発光効率を顕著に高めうることを見出した。
この理由は明らかではないが、以下のように考えられる。即ち、芳香族6員環において、電子求引性基Aと電子供与性基Dが互いにメタ位にあると、パラ位やオルト位にあるよりも、電子求引性基Aや電子供与性基Dの連結部のHOMOやLUMOの軌道のそれぞれの分布が小さく、HOMOとLUMOを分離しやすい。さらに、電子供与性基Dである「(アザカルバゾリル基とジアザカルバゾリル基以外の)特定の電子供与性の複素環基」及び「置換されたアミノ基」は、「カルバゾリル基」よりも適度に高い電子供与性を有する。これらの結果、ΔESTを小さくすることができ、有機EL素子の発光効率を高め得ると考えられる。
一方で、上記特定の電子供与性基の複素環基のうち、「アザカルバゾリル基とジアザカルバゾリル基」は、「カルバゾリル基」よりも電子供与性は若干低い。しかしながら、その分、「アザカルバゾリル基とジアザカルバゾリル基」は、「カルバゾリル基」よりも吸収スペクトルや発光スペクトルの長波長化を高度に抑制できる。さらに、「アザカルバゾリル基とジアザカルバゾリル基」は、「カルバゾリル基」と比べてHOMOが高くなり過ぎない。従って、電子供与性基Dとして「アザカルバゾリル基やジアザカルバゾリル基」を有するπ共役系化合物をホスト化合物又はアシストドーパント化合物として機能させることで、高い発光効率を得ることができる。本発明はこのような知見に基づきなされたものである。
<π共役系化合物>
本発明のπ共役系化合物は、下記一般式(1)で表される化合物であることが好ましい。
Figure 2017197482
一般式(1)のQ〜Qは、それぞれ−CH又は窒素原子を表す。分子の対称性が高いほうが量子収率を高めやすい観点から、Q〜Qの全てが−CHであるか、又はQ〜Qの全てが窒素原子であることが好ましい。
一般式(1)のL、L及びMは、それぞれ電子供与性基D又は電子求引性基Aを表す。具体的には、L及びLが電子供与性基Dであり、且つMが電子求引性基Aであるか、又はL及びLが電子求引性基Aであり、且つMが電子供与性基Dである。L及びLは、互いに同一であっても異なってもよいが、合成が容易であり、発光効率も良好である点から、同一であることが好ましい。
(電子供与性基D)
電子供与性基Dは、「置換されていてもよい特定の電子供与性の複素環基」又は「置換されたアミノ基」である。
Dで表される「置換されていてもよい電子供与性の特定の複素環基」における「電子供与性の特定の複素環基」は、カルバゾール環以外の炭素原子数4〜24の電子供与性の芳香族複素環から誘導される基であることが好ましい。そのような電子供与性の芳香族複素環の例には、10,11−ジヒドロジベンゾアゼピン、9,10−ジヒドロアクリジン環、5,10−ジヒドロフェナジン環、5,10−ジヒドロフェナザシリン環、フェノキサジン環、フェノチアジン環、ベンゾフリルインドール環、ベンゾチエノインドール環、ベンゾチエノベンゾチオフェン環、ベンゾカルバゾール環、ジベンゾカルバゾール環、アザカルバゾール環、及びジアザカルバゾール環等が含まれる。
中でも、9,10−ジヒドロアクリジン環、5,10−ジヒドロフェナザシリン環、フェノキサジン環、アザカルバゾール環、ジアザカルバゾール環、5,10−ジヒドロフェナジン環、フェノキサジン環、フェノチアジン環、及びベンゾフリルインドール環が好ましく、9,10−ジヒドロアクリジン環、5,10−ジヒドロフェナザシリン環、フェノキサジン環、アザカルバゾール環、ジアザカルバゾール環等の含窒素芳香族複素環がより好ましい。電子供与性の芳香族複素環は、同一の又は異なる2以上の上記芳香族複素環が単結合を介して結合したものであってもよい。また、これらの複素環基のQ〜Qを含む環との結合位置は、特に制限されないが、例えば複素環基が電子供与性の含窒素芳香族複素環基である場合、Q〜Qを含む環に電子を遷移しやすくできる点から、該電子供与性の含窒素芳香族複素環基は、その窒素原子を介して、Q〜Qを含む環と結合していることが好ましい。
当該特定の複素環基が有しうる置換基の例には、アルキル基、アルコキシ基、アルキル基で置換されていてもよいアリール基、置換されていてもよい複素環基、及び置換されていてもよいアミノ基が含まれる。
アルキル基は、直鎖、分岐又は環状のいずれであってもよく、例えば炭素原子数1〜20の直鎖又は分岐のアルキル基、或いは炭素原子数5〜20の環状のアルキル基でありうる。アルキル基の例には、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、s−ブチル基、t−ブチル基、n−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、2−エチルヘキシル基、n−ヘプチル基、n−オクチル基、2−ヘキシルオクチル基、n−ノニル基、n−デシル基、n−ウンデシル基、n−ドデシル基、n−トリデシル基、n−テトラデシル基、n−ペンタデシル基、n−ヘキサデシル基、n−ヘプタデシル基、n−オクタデシル基、n−ノナデシル基、及びn−イコシル基等が含まれ;好ましくはメチル基、エチル基、イソプロピル基、t−ブチル基、シクロヘキシル基、n−オクチル基、2−エチルヘキシル基及び2−ヘキシルオクチル基である。
アルコキシ基は、直鎖、分岐又は環状のいずれであってもよく、例えば炭素原子数1〜20の直鎖又は分岐のアルコキシ基、或いは炭素原子数6〜20の環状のアルコキシ基でありうる。アルコキシ基の例には、メトキシ基、エトキシ基、n−プロポキシ基、イソプロポキシ基、n−ブトキシ基、イソブトキシ基、t−ブトキシ基、n−ペンチルオキシ基、ネオペンチルオキシ基、n−ヘキシルオキシ基、シクロヘキシルオキシ基、n−ヘプチルオキシ基、n−オクチルオキシ基、2−エチルヘキシルオキシ基、ノニルオキシ基、デシルオキシ基、3,7−ジメチルオクチルオキシ基、n−ウンデシルオキシ基、n−ドデシルオキシ基、n−トリデシルオキシ基、n−テトラデシルオキシ基、2−n−ヘキシル−n−オクチルオキシ基、n−ペンタデシルオキシ基、n−ヘキサデシルオキシ基、n−ヘプタデシルオキシ基、n−オクタデシルオキシ基、n−ノナデシルオキシ基、n−イコシルオキシ基等が含まれ、好ましくはメトキシ基、エトキシ基、イソプロポキシ基、t−ブトキシ基、シクロヘキシルオキシ基、n−オクチルオキシ基、2−エチルヘキシルオキシ基、2−ヘキシルオクチルオキシ基である。
「アルキル基で置換されていてもよいアリール基」におけるアリール基は、炭素原子数6〜24の芳香族炭化水素環から誘導される基であることが好ましい。そのような芳香族炭化水素環の例には、ベンゼン環、インデン環、ナフタレン環、アズレン環、フルオレン環、フェナントレン環、アントラセン環、アセナフチレン環、ビフェニレン環、ナフタセン環、ピレン環、ペンタレン環、アセアントリレン環、ヘプタレン環、トリフェニレン環、as−インダセン環、クリセン環、s−インダセン環、プレイアデン環、フェナレン環、フルオランテン環、ペリレン環、アセフェナントリレン環、ビフェニル環、ターフェニル環、及びテトラフェニル環等が含まれる。
中でも、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、ビフェニレン環、クリセン環、ピレン環、トリフェニレン環、クリセン環、フルオランテン環、ペリレン環、ビフェニル環、及びターフェニル環が好ましく、ベンゼン環がより好ましい。
該アリール基は、上述のアルキル基やアルコキシ基で置換されていてもよい。
「置換されていてもよい複素環基」における複素環基は、炭素原子数4〜24の芳香族複素環から誘導される基、好ましくは電子供与性の芳香族複素環から誘導される基である。そのような電子供与性の芳香族複素環の例には、ピロール環、インドール環、インドロインドール環、10,11−ジヒドロジベンゾアゼピン、9,10−ジヒドロアクリジン環、5,10−ジヒドロフェナジン環、5,10−ジヒドロフェナザシリン環、フェノキサジン環、フェノチアジン環、ジベンゾチオフェン環、ベンゾフリルインドール環、ベンゾチエノインドール環、ベンゾフリルカルバゾール環、ベンゾチエノカルバゾール環、ベンゾチエノベンゾチオフェン環、ベンゾカルバゾール環、ジベンゾカルバゾール環、アザカルバゾール環、ジアザカルバゾール環、カルバゾール環、ジベンゾチオフェンオキシド環、ジベンゾチオフェンジオキシド環、ピリジン環、ピリダジン環、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、キナゾリン環、シンノリン環、キノキサリン環、フタラジン環、プテリジン環、フェナントリジン環、フェナントロリン環、ジベンゾフラン環、アザジベンゾフラン環、ジアザジベンゾフラン環、ジベンゾシロール環、ジベンゾボロール環、ジベンゾホスホールオキシド環等が含まれる。
「置換されていてもよい複素環基」における置換基の例としては、前述のアルキル基、アルコキシ基、アルキル基で置換されていてもよいアリール基が挙げられる。
「置換されていてもよいアミノ基」における置換基の例には、アルキル基、アルキル基で置換されていてもよいアリール基、置換されていてもよい複素環基が含まれる。アルキル基、アリール基、及び置換されていてもよい複素環基は、前述のアルキル基、アリール基及び置換されていてもよい複素環基とそれぞれ同義である。
Dで表される「置換されたアミノ基」における置換基は、前述の「置換されていてもよいアミノ基」における置換基と同義である。
中でも、発光波長の制御の観点から、電子供与性基Dは、「置換されていてもよい電子供与性の複素環基」であることが好ましく、「置換されていてもよい電子供与性の含窒素芳香族複素環基」であることがより好ましい。高い電子供与性を有し、ΔESTを小さくし得る点では、置換されていてもよい9,10−ジヒドロアクリジン環、置換されていてもよい5,10−ジヒドロフェナザシリン環、置換されていてもよいフェノキサジン環から誘導される基がさらに好ましく;適度に高い電子供与性を有し、吸収スペクトルや発光スペクトルの長波長化を高度に抑制できる点では、置換されていてもよいアザカルバゾール環、置換されていてもよいジアザカルバゾール環から誘導される基であることがさらに好ましい。置換されていてもよい電子供与性の含窒素芳香族複素環基は、その窒素原子を介して、Q〜Qを含む環と結合していることが好ましい。
電子供与性基Dの分子量は、100以上であることが好ましく、150以上であることがより好ましい。分子量が150以上である電子供与性基Dは、電子供与性基Dや窒素原子上の不対電子の電子供与性を高めるような置換基が導入されていることにより電子を放出しやすく、高い電子供与性を有し得る。電子供与性基Dの分子量の上限値は、例えば1000である。電子供与性基Dの分子量は、組成式に基づいて式量として求めることができる。
(電子求引性基A)
電子求引性基Aは、「フッ素原子」、「シアノ基」、「フッ素原子で置換されたアルキル基」、「置換されたカルボニル基」、「置換されたスルホニル基」、「置換されたホスフィンオキサイド基」、「置換されたボリル基」、「電子求引性基で置換されていてもよいアリール基」、又は「置換されていてもよい電子求引性の複素環基」である。但し、電子吸引性能が強すぎると発光波長等の制御が困難になる虞がある観点から、LとLの両方が、電子求引性基Aとして同時にシアノ基ではないことが好ましい。
Aで表される「フッ素原子で置換されたアルキル基」におけるアルキル基は、前述のアルキル基と同義である。フッ素で置換されたアルキル基の例には、−CF、−CFH、−CHF、−CFCF等が含まれる。
Aで表される「置換されたカルボニル基」、「置換されたスルホニル基」、「置換されたホスフィンオキサイド基」及び「置換されたボリル基」における置換基の例には、重水素原子、フッ素原子、シアノ基、フッ素原子で置換されていてもよいアルキル基、置換されていてもよいアリール基、置換されていてもよい電子求引性の複素環基が含まれる。
Aで表される「置換されていてもよいアリール基」におけるアリール基は、前述のDで表される「置換されていてもよい電子供与性の複素環基」が有し得る置換基としてのアリール基と同義である。
当該アリール基が有しうる置換基の例には、重水素原子、フッ素原子、シアノ基、フッ素で置換されていてもよいアルキル基、置換されていてもよいカルボニル基、置換されていてもよいスルホニル基、置換されていてもよいホスフィンオキサイド基、置換されていてもよいボリル基、置換されていてもよい電子求引性の複素環基、置換されていてもよいアミノ基が含まれる。
中でも、当該アリール基が有しうる置換基は、電子求引性基であることが好ましく、フッ素原子、シアノ基、フッ素で置換されていてもよいアルキル基、置換されていてもよいカルボニル基、置換されていてもよいスルホニル基、置換されていてもよいホスフィンオキサイド基、置換されていてもよいボリル基、及び置換されていてもよい電子求引性の複素環基が好ましく;フッ素原子、シアノ基、フッ素で置換されていてもよいアルキル基、及び置換されていてもよい電子求引性の複素環基がより好ましい。
Aで表される「置換されていてもよい電子求引性の複素環基」は、炭素原子数3〜24の電子求引性の芳香族複素環から誘導される基であることが好ましい。そのような電子求引性の芳香族複素環の例には、ジベンゾチオフェンオキシド環、ジベンゾチオフェンジオキシド環、ピリジン環、ピリダジン環、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、キナゾリン環、シンノリン環、キノキサリン環、フタラジン環、プテリジン環、フェナントリジン環、フェナントロリン環、ジベンゾフラン環、アザジベンゾフラン環、ジアザジベンゾフラン環、ジベンゾシロール環、ジベンゾボロール環、ジベンゾホスホールオキシド環等が含まれる。中でも、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、キナゾリン環、キノキサリン環、フェナントリジン環、フェナントロリン環、ジベンゾフラン環、アザジベンゾフラン環、ジアザジベンゾフラン環が好ましく、含窒素芳香族複素環がより好ましく、含窒素芳香族六員環、アザジベンゾフラン環、及びジアザジベンゾフラン環がさらに好ましい。なお、電子求引性の芳香族複素環は、同一の又は異なる2以上の上記芳香族複素環を連結したものであってもよい。
当該電子求引性の複素環基が有しうる置換基の例には、重水素原子、フッ素原子、シアノ基、フッ素で置換されていてもよいアルキル基、フッ素で置換されていてもよいアルキル基で置換されていてもよいアリール基、フッ素で置換されていてもよいアリール基が含まれ、好ましくはフッ素原子、シアノ基、フッ素で置換されていてもよいアルキル基、及びフッ素で置換されていてもよいアリール基である。
中でも、Q〜Qの2以上、好ましくは全てが−CHである場合、電子求引性基Aは、高い電子求引性を有する基であることが好ましい。高い電子求引性を有する電子求引性基Aの例には、シアノ基、シアノ基で置換されたアリール基、無置換の含窒素芳香族六員環基、フッ素原子で置換された含窒素芳香族六員環基、シアノ基で置換された含窒素芳香族六員環基、フッ素置換アルキル基で置換された含窒素芳香族六員環基、置換されていてもよいアリール基で置換された含窒素芳香族六員環基、アザジベンゾフリル基、又はジアザジベンゾフリル基であることが好ましく、シアノ基、シアノ基で置換されたアリール基、無置換の含窒素芳香族六員環基、置換されていてもよいアリール基で置換された含窒素芳香族六員環基、アザジベンゾフリル基、又はジアザジベンゾフリル基であることがより好ましい。さらに好ましくは、シアノ基、シアノ基で置換されたフェニル基、シアノ基で置換されたピリジル基、置換されてもよいピラジル基、置換されていてもよいピリミジル基、置換されていてもよいトリアジル基、アザジベンゾフリル基、又はジアザジベンゾフリル基が挙げられ、より好ましくはシアノフェニル基、m−ジシアノフェニル基、2−シアノピリジル基、3−シアノピリジル基、2,6−ジシアノピリジル基、2−シアノピラジル基、2−シアノピリミジル基、5−シアノピリミジル基、置換されていてもよい2,4−ジフェニルピリミジル基、置換されていてもよいジフェニルトリアジル基、アザジベンゾフリル基、又はジアザジベンゾフリル基である。
一方、Q〜Qの2以上、好ましくは全てが窒素原子である場合、電子求引性基Aは、適度な電子求引性を有する基であることが好ましい。Q〜Qを含む環自体が、一定以上の電子求引性を有するからである。適度な電子求引性を有する電子求引性基Aの例には、無置換のアリール基が含まれる。
電子求引性基Aの分子量は、19〜900程度とし得る。電子求引性基Aの分子量は、電子供与性基Dの分子量と同様の方法で求めることができる。
前記一般式(1)で表されるπ共役系化合物は、該π共役系化合物を含む有機エレクトロルミネッセンス素子材料、及び該π共役系化合物を含む発光性薄膜、及び該π共役系化合物を含む有機エレクトロルミネッセンス素子として用いることができる。
前記一般式(1)で表されるπ共役系化合物は、電界励起によって励起状態となり、励起子を生成することができる。したがって、前記一般式(1)で表されるπ共役系化合物は、有機エレクトロルミネッセンス素子の発光層に好ましく含まれる。即ち、発光層は、高発光性の観点から、前記一般式(1)で表されるπ共役系化合物を単独で用いるか;前記一般式(1)で表されるπ共役系化合物と後述のホスト化合物とを含むか;前記一般式(1)で表されるπ共役系化合物と、後述の蛍光発光性化合物及びリン光発光性化合物のうち少なくとも1種とを含むか;或いは前記一般式(1)で表されるπ共役系化合物と、後述の蛍光発光性化合物及びリン光発光性化合物のうち少なくとも1種と、後述のホスト化合物とを含むことが好ましい。
前記一般式(1)で表されるπ共役系化合物において、該π共役系化合物の最低励起一重項準位と最低励起三重項準位とのエネルギー差の絶対値(ΔEST)が0.50eV以下であることが好ましく、前記有機エレクトロルミネッセンス素子、前記素子材料、又は前記発光性薄膜に含有されることが好ましい。
本発明の有機エレクトロルミネッセンス素子は、照明装置及び表示装置に好適に具備され得る。
以下に、本発明に係るπ共役系化合物の好ましい具体例を挙げるが、これらの化合物はさらに置換基を有していたり、構造異性体などが存在していたりする場合もあり、本記述に限定されない。
Figure 2017197482
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これらの化合物のうちΔESTの絶対値が0.50eV以下の材料については、TADF性(遅延蛍光性)を示す、つまり、遅延蛍光を放射してもよい。遅延蛍光性を示すとは、蛍光減衰測定を行ったときに、放射される蛍光の減衰速度の異なる成分が2種類以上あることをいう。なお、減衰が遅い成分は、一般的には減衰時間がサブマイクロ秒以上であることが多いが、材料によって減衰時間が異なるため、減衰時間は限定されない。
蛍光減衰測定は、一般的には以下のように行うことができる。π共役系化合物(発光性化合物)の溶液又は薄膜、又はπ共役系化合物と第二成分との共蒸着膜に、窒素雰囲気下で励起光を照射し、ある発光波長の光子数を計測する。そしてこのとき、放射される蛍光の減衰速度の異なる成分が2種類以上ある場合に、π共役系化合物が遅延蛍光性を示すものとする。測定サンプルの作製条件や測定条件は、後述する実施例と同様とし得る。
なお、これらの化合物は、バイポーラー性を有し、様々なエネルギー準位に対応できることから、発光材料又はホスト材料としても使用できるのみならず、正孔輸送、電子輸送にも適した化合物、即ち、電荷輸送材料として使用することができるため、発光層での使用に限定されず、上述の正孔注入層、正孔輸送層、電子阻止層、正孔阻止層、電子輸送層、電子注入層、中間層などに用いてもよい。
<合成方法>
上記π共役系化合物は、例えば、国際公開第2010/113755号に記載の方法、又は、これらの文献に記載の参照文献に記載の方法を参照することにより合成することができる。
次に、本発明の技術思想と関連する、有機ELの発光方式及び発光材料について述べる。
<有機ELの発光方式>
有機ELの発光方式としては三重項励起状態から基底状態に戻る際に光を発する「リン光発光」と、一重項励起状態から基底状態に戻る際に光を発する「蛍光発光」の二通りがある。
有機ELのような電界で励起する場合には、三重項励起子が75%の確率で、一重項励起子が25%の確率で生成するため、リン光発光の方が蛍光発光に比べ発光効率を高くすることが可能で、低消費電力化を実現するには優れた方式である。
一方、蛍光発光においても、75%の確率で生成してしまう、通常では、励起子のエネルギーが、無輻射失活により、熱にしかならない三重項励起子を、高密度で存在させることによって、二つの三重項励起子から一つの一重項励起子を発生させて発光効率を向上させるTTA(Triplet−Triplet Annihilation、また、Triplet−Triplet Fusion:「TTF」と略記する。)機構を利用した方式が見つかっている。
さらに、近年では、安達らの発見により一重項励起状態と三重項励起状態のエネルギーギャップを小さくすることで、発光中のジュール熱及び/又は発光素子が置かれる環境温度によりエネルギー準位の低い三重項励起状態から一重項励起状態に逆項間交差がおこり、結果としてほぼ100%に近い蛍光発光を可能とする現象(熱励起型遅延蛍光又は熱励起型遅延蛍光ともいう:「TADF」)とそれを可能にする蛍光物質が見いだされている(例えば、非特許文献1等参照。)。
<リン光発光性化合物>
前述のとおり、リン光発光は発光効率的には蛍光発光よりも理論的には3倍有利であるが、三重項励起状態から一重項基底状態へのエネルギー失活(=リン光発光)は禁制遷移であり、また同様に一重項励起状態から三重項励起状態への項間交差も禁制遷移であるため、通常その速度定数は小さい。すなわち、遷移が起こりにくいため、励起子寿命はミリ秒から秒オーダーと長くなり、所望の発光を得ることが困難である。
ただし、イリジウムや白金などの重金属を用いた錯体が発光する場合には、中心金属の重原子効果によって、前記の禁制遷移の速度定数が3桁以上増大し、配位子の選択によっては、100%のリン光量子収率を得ることも可能となる。
しかしながら、このような理想的な発光を得るためには、希少金属であるイリジウムやパラジウム、白金などのいわゆる白金属と呼ばれる貴金属を用いる必要があり、大量に使用されることになるとその埋蔵量や金属自体の値段が産業上大きな問題となってくる。
<蛍光発光性化合物>
一般的な蛍光発光性化合物は、リン光発光性化合物のような重金属錯体である必要性は特になく、炭素、酸素、窒素及び水素などの一般的な元素の組み合わせから構成される、いわゆる有機化合物が適用でき、さらに、リンや硫黄、ケイ素などその他の非金属元素を用いることも可能で、また、アルミニウムや亜鉛などの典型金属の錯体も活用できるなど、その多様性はほぼ無限と言える。
ただし、従来の蛍光化合物では前記のように励起子の25%しか発光に適用できないために、リン光発光のような高効率発光は望めない。
<遅延蛍光化合物>
[励起三重項−三重項消滅(TTA)遅延蛍光化合物]
蛍光発光性化合物の問題点を解決すべく登場したのが遅延蛍光を利用した発光方式である。三重項励起子同士の衝突を起源とするTTA方式は、下記のような一般式で記述できる。すなわち、従来、励起子のエネルギーが、無輻射失活により、熱にしか変換されなかった三重項励起子の一部が、発光に寄与しうる一重項励起子に逆項間交差できるメリットがあり、実際の有機EL素子においても従来の蛍光発光素子の約2倍の外部取り出し量子効率を得ることができている。
一般式: T + T → S + S
(式中、Tは三重項励起子、Sは一重項励起子、Sは基底状態分子を表す。)
しかしながら、上式からもわかるように、二つの三重項励起子から発光に利用できる一重項励起子は一つしか生成しないため、この方式で100%の内部量子効率を得ることは原理上できない。
[熱活性型遅延蛍光(TADF)化合物]
もう一つの高効率蛍光発光であるTADF方式は、TTAの問題点を解決できる方式である。
蛍光発光性化合物は前記のごとく無限に分子設計できる利点を持っている。すなわち、分子設計された化合物の中で、特異的に三重項励起状態と一重項励起状態のエネルギー準位差が極めて近接する化合物が存在する。
このような化合物は、分子内に重原子を持っていないにもかかわらず、ΔESTが小さいために通常では起こりえない三重項励起状態から一重項励起状態への逆項間交差が起こる。さらに、一重項励起状態から基底状態への失活(=蛍光発光)の速度定数が極めて大きいことから、三重項励起子はそれ自体が基底状態に熱的に失活(無輻射失活)するよりも、一重項励起状態経由で蛍光を発しながら基底状態に戻る方が速度論的に有利である。そのため、TADFでは理論的には100%の蛍光発光が可能となる。
<ΔESTに関する分子設計思想>
上記ΔESTを小さくするための分子設計について説明する。
ΔESTを小さくするためには、原理上分子内の最高被占軌道(Highest Occupied Molecular Orbital:HOMO)と最低空軌道(Lowest Unoccupied Molecular Orbital:LUMO)の空間的な重なりを小さくすることが最も効果的である。
一般に分子の電子軌道において、HOMOは電子供与性部位に、LUMOは電子求引性部位に分布することが知られており、分子内に電子供与性と電子求引性の骨格を導入することによって、HOMOとLUMOが存在する位置を遠ざけることが可能である。
例えば、「実用化ステージを迎えた有機光エレクトロニクス」応用物理 第82巻、第6号、2013年においては、シアノ基やトリアジンなどの電子求引性の骨格と、カルバゾールやジフェニルアミノ基等の電子供与性の骨格とを導入することで、LUMOとHOMOとをそれぞれ局在化させている。
また、化合物の基底状態と三重項励起状態との分子構造変化を小さくすることも効果的である。構造変化を小さくするための方法としては、例えば、化合物を剛直にすることなどが効果的である。ここで述べる剛直とは、例えば、分子内の環と環との結合における自由回転を抑制することや、π共役面の大きい縮合環を導入するなど、分子内において自由に動ける部位が少ないことを意味する。特に、発光に関与する部位を剛直にすることによって、励起状態における構造変化を小さくすることが可能である。
以下に、本発明に係るπ共役系化合物に関する種々の測定方法について記載する。
[電子密度分布]
本発明に係るπ共役系化合物は、ΔESTを小さくするという観点から、分子内においてHOMOとLUMOが実質的に分離していることが好ましい。これらHOMO及びLUMOの分布状態については、分子軌道計算により得られる構造最適化した際の電子密度分布から求めることができる。
本発明におけるπ共役系化合物の分子軌道計算による構造最適化及び電子密度分布の算出は、計算手法として、汎関数としてB3LYP、基底関数として6−31G(d)を用いた分子軌道計算用ソフトウェアを用いて算出することができ、ソフトウェアに特に限定はなく、いずれを用いても同様に求めることができる。
本発明においては、分子軌道計算用ソフトウェアとして、米国Gaussian社製のGaussian09(Revision C.01,M.J.Frisch,et al,Gaussian,Inc.,2010.)を用いた。
また、「HOMOとLUMOが実質的に分離している」とは、上記分子計算により算出されたHOMO軌道分布及びLUMO軌道分布の中心部位が離れており、より好ましくはHOMO軌道の分布とLUMO軌道の分布がほぼ重なっていないことを意味する。
また、HOMOとLUMOの分離状態については、前述の汎関数としてB3LYP、基底関数として6−31G(d)を用いた構造最適化計算から、さらに時間依存密度汎関数法(Time−Dependent DFT)による励起状態計算を実施してS、Tのエネルギー準位(それぞれE(S)、E(T))を求めてΔEST=|E(S)−E(T)|として算出することも可能である。算出されたΔESTが小さいほど、HOMOとLUMOがより分離していることを示す。本発明においては、前述と同様の計算手法を用いて算出されたΔESTが0.50eV以下であり、好ましくは0.30eV以下であり、より好ましくは0.10eV以下である。
[最低励起一重項エネルギー準位S
本発明におけるπ共役系化合物の最低励起一重項エネルギー準位Sについては、本発明においても通常の手法と同様にして算出されるもので定義される。すなわち、測定対象となる化合物を石英基板上に蒸着して試料を作製し、常温(300K)でこの試料の吸収スペクトル(縦軸:吸光度、横軸:波長とする。)を測定する。この吸収スペクトルの長波長側の立ち上がりに対して接線を引き、その接線と横軸との交点の波長値に基づいて、所定の換算式から算出される。
ただし、本発明において使用するπ共役系化合物の分子自体の凝集性が比較的高い場合、薄膜の測定においては凝集による誤差を生じる可能性がある。本発明におけるπ共役系化合物はストークスシフトが比較的小さいこと、さらに励起状態と基底状態の構造変化が小さいことを考慮し、本発明における最低励起一重項エネルギー準位Sは、室温(25℃)におけるπ共役系化合物の溶液状態の最大発光波長のピーク値を近似値として用いた。
ここで、使用する溶媒は、π共役系化合物の凝集状態に影響を与えない、すなわち溶媒効果の影響が小さい溶媒、例えばシクロヘキサンやトルエン等の非極性溶媒等を用いることができる。
[最低励起三重項エネルギー準位T
本発明で用いられるπ共役系化合物の最低励起三重項エネルギー準位(T)については、溶液若しくは薄膜のフォトルミネッセンス(PL)特性により算出した。例えば、薄膜における算出方法としては、希薄状態のπ共役系化合物の分散物を薄膜にした後に、ストリークカメラを用い、過渡PL特性を測定することで、蛍光成分とリン光成分の分離を行い、そのエネルギー差の絶対値をΔESTとして最低励起一重項エネルギー準位から最低励起三重項エネルギー準位を求めることができる。
測定・評価にあたって、絶対PL量子収率の測定については、絶対PL量子収率測定装置C9920−02(浜松ホトニクス社製)を用いた。発光寿命は、ストリークカメラC4334(浜松ホトニクス社製)を用いて、サンプルをレーザー光で励起させながら測定した。
《有機EL素子の構成層》
本発明の有機EL素子は、陽極と陰極の間に少なくとも発光層を有する有機エレクトロルミネッセンス素子であって、該発光層の少なくとも1層が、前記一般式(1)で表される構造を有するπ共役系化合物を含有することを特徴とする。
本発明の有機EL素子における代表的な素子構成としては、以下の構成を挙げることができるが、これらに限定されるものではない。
(1)陽極/発光層/陰極
(2)陽極/発光層/電子輸送層/陰極
(3)陽極/正孔輸送層/発光層/陰極
(4)陽極/正孔輸送層/発光層/電子輸送層/陰極
(5)陽極/正孔輸送層/発光層/電子輸送層/電子注入層/陰極
(6)陽極/正孔注入層/正孔輸送層/発光層/電子輸送層/陰極
(7)陽極/正孔注入層/正孔輸送層/(電子阻止層/)発光層/(正孔阻止層/)電子輸送層/電子注入層/陰極
上記の中で(7)の構成が好ましく用いられるが、これに限定されるものではない。
本発明に用いられる発光層は、単層又は複数層で構成されており、発光層が複数の場合は各発光層の間に非発光性の中間層を設けてもよい。
必要に応じて、発光層と陰極との間に正孔阻止層(正孔障壁層ともいう)や電子注入層(陰極バッファー層ともいう)を設けてもよく、また、発光層と陽極との間に電子阻止層(電子障壁層ともいう)や正孔注入層(陽極バッファー層ともいう)を設けてもよい。
本発明に用いられる電子輸送層とは、電子を輸送する機能を有する層であり、広い意味で電子注入層、正孔阻止層も電子輸送層に含まれる。また、複数層で構成されていてもよい。
本発明に用いられる正孔輸送層とは、正孔を輸送する機能を有する層であり、広い意味で正孔注入層、電子阻止層も正孔輸送層に含まれる。また、複数層で構成されていてもよい。
上記の代表的な素子構成において、陽極と陰極を除いた層を「有機層」ともいう。
(タンデム構造)
また、本発明の有機EL素子は、少なくとも1層の発光層を含む発光ユニットを複数積層した、いわゆるタンデム構造の素子であってもよい。
タンデム構造の代表的な素子構成としては、例えば以下の構成を挙げることができる。
陽極/第1発光ユニット/中間層/第2発光ユニット/中間層/第3発光ユニット/陰極
ここで、上記第1発光ユニット、第2発光ユニット及び第3発光ユニットは全て同じであっても、異なっていてもよい。また二つの発光ユニットが同じであり、残る一つが異なっていてもよい。
複数の発光ユニットは直接積層されていても、中間層を介して積層されていてもよく、中間層は、一般的に中間電極、中間導電層、電荷発生層、電子引抜層、接続層、中間絶縁層とも呼ばれ、陽極側の隣接層に電子を、陰極側の隣接層に正孔を供給する機能を持った層であれば、公知の材料構成を用いることができる。
中間層に用いられる材料としては、例えば、ITO(インジウムスズ酸化物)、IZO(インジウム・亜鉛酸化物)、ZnO、TiN、ZrN、HfN、TiOx、VOx、CuI、InN、GaN、CuAlO、CuGaO、SrCu、LaB、RuO、Al等の導電性無機化合物層や、Au/Bi等の2層膜や、SnO/Ag/SnO、ZnO/Ag/ZnO、Bi/Au/Bi、TiO/TiN/TiO、TiO/ZrN/TiO等の多層膜、またC60等のフラーレン類、オリゴチオフェン等の導電性有機物層、金属フタロシアニン類、無金属フタロシアニン類、金属ポルフィリン類、無金属ポルフィリン類等の導電性有機化合物層等が挙げられるが、本発明はこれらに限定されない。
発光ユニット内の好ましい構成としては、例えば、上記の代表的な素子構成で挙げた(1)〜(7)の構成から、陽極と陰極を除いたもの等が挙げられるが、本発明はこれらに限定されない。
タンデム型有機EL素子の具体例としては、例えば、米国特許第6337492号、米国特許第7420203号、米国特許第7473923号、米国特許第6872472号、米国特許第6107734号、米国特許第6337492号、国際公開第2005/009087号、特開2006−228712号公報、特開2006−24791号公報、特開2006−49393号公報、特開2006−49394号公報、特開2006−49396号公報、特開2011−96679号公報、特開2005−340187号公報、特許第4711424号、特許第3496681号、特許第3884564号、特許第4213169号、特開2010−192719号公報、特開2009−076929号公報、特開2008−078414号公報、特開2007−059848号公報、特開2003−272860号公報、特開2003−045676号公報、国際公開第2005/094130号等に記載の素子構成や構成材料等が挙げられるが、本発明はこれらに限定されない。
以下、本発明の有機EL素子を構成する各層について説明する。
《発光層》
本発明に用いられる発光層は、電極又は隣接層から注入されてくる電子及び正孔が再結合し、励起子を経由して発光する場を提供する層であり、発光する部分は発光層の層内であっても、発光層と隣接層との界面であってもよい。本発明に用いられる発光層は、本発明で規定する要件を満たしていれば、その構成に特に制限はない。
発光層の層厚の総和は、特に制限はないが、形成する膜の均質性や、発光時に不必要な高電圧を印加するのを防止し、かつ、駆動電流に対する発光色の安定性向上の観点から、2nm〜5μmの範囲に調整することが好ましく、より好ましくは2〜500nmの範囲に調整され、更に好ましくは5〜200nmの範囲に調整される。
また、本発明に用いられる個々の発光層の層厚としては、2nm〜1μmの範囲に調整することが好ましく、より好ましくは2〜200nmの範囲に調整され、更に好ましくは3〜150nmの範囲に調整される。
本発明に用いられる発光層に一層でもよいし、複数の層から構成されてもよい。本願のπ共役系化合物を発光層に用いる場合、単独で用いてもよいし、後述のホスト材料、蛍光発光材料、りん光発光材料などと混合して用いてもよい。発光層の少なくとも一層が、発光ドーパント(発光性化合物、発光性ドーパント、単にドーパントともいう。)を含有し、さらにホスト化合物(マトリックス材料、発光ホスト化合物、単にホストともいう。)を含有することが好ましい。本願のπ共役系化合物は、発光層の少なくとも一層が、本願π共役系化合物と、ホスト化合物とを含有すると、発光効率が向上するため好ましい。発光層の少なくとも一層が、本願π共役系化合物と、蛍光発光性化合物及びリン光発光性化合物のうち少なくとも1種類とを含有すると、発光効率が向上するため好ましい。発光層の少なくとも一層が、本願π共役系化合物と、蛍光発光性化合物及びリン光発光性化合物のうち少なくとも1種類と、ホスト化合物とを含有すると、発光効率が向上するため好ましい。
(1)発光ドーパント
発光ドーパントとしては、蛍光発光性ドーパント(蛍光発光性化合物、蛍光ドーパントともいう。)と、リン光発光性ドーパント(リン光発光性化合物、リン光ドーパントともいう。)が好ましく用いられる。本発明においては、発光層が、本発明に係るπ共役系化合物を蛍光発光性化合物又はアシストドーパアントとして、0.1〜50質量%の範囲内で含有し、特に、1〜30質量%の範囲内で含有することが好ましい。
本発明においては、発光層が発光性化合物を0.1〜50質量%の範囲内で含有し、特に、1〜30質量%の範囲内で含有することが好ましい。
発光層中の発光性化合物の濃度については、使用される特定の発光性化合物及びデバイスの必要条件に基づいて、任意に決定することができ、発光層の層厚方向に対し、均一な濃度で含有されていてもよく、また任意の濃度分布を有していてもよい。
また、本発明で用いられる発光性化合物は、複数種を併用して用いてもよく、構造の異なる蛍光発光性化合物同士の組み合わせや、蛍光発光性化合物とリン光発光性化合物とを組み合わせて用いてもよい。これにより、任意の発光色を得ることができる。
最低励起一重項エネルギー準位と最低励起三重項エネルギー準位の差の絶対値(ΔEST)が、0.50eV以下である本発明に係るπ共役系化合物と、発光性化合物と、ホスト化合物を発光層に含有する場合、本発明に係るπ共役系化合物はアシストドーパントとして作用する。一方、発光層が、本発明に係るπ共役系化合物と発光性化合物を含有し、ホスト化合物を含有しない場合、本発明に係るπ共役系化合物はホスト化合物として作用する。発光層が、本発明に係るπ共役系化合物のみを含有する場合、本発明に係るπ共役系化合物はホスト化合物兼発光性化合物として作用する。
効果が発現する機構としては、いずれの場合も同様であり、本発明に係るπ共役系化合物上に生成した三重項励起子を逆項間交差(RISC)で一重項励起子へと変換する点にある。
これにより、本発明に係るπ共役系化合物上に生成した理論上すべての励起子エネルギーを発光性化合物に蛍光共鳴エネルギー移動(FRET)することができ、高発光効率の発現を可能にする。
したがって、発光層が、本発明に係るπ共役系化合物、発光性化合物及びホスト化合物の3成分を含有する場合は、π共役系化合物のSとTのエネルギー準位は、ホスト化合物のSとTのエネルギー準位よりも低く、発光性化合物のSとTのエネルギー準位よりも高い方が好ましい。
同様に、発光層が、本発明に係るπ共役系化合物と発光性化合物の2成分を含有する場合は、π共役系化合物のSとTのエネルギー準位は、発光性化合物のSとTのエネルギー準位よりも高い方が好ましい。
図3及び図4に、本発明のπ共役系化合物がそれぞれアシストドーパント及びホスト化合物として作用する場合の模式図を示す。図3及び図4は一例であって、本発明に係るπ共役系化合物上に生成する三重項励起子の生成過程は電界励起のみに限定されず、発光層内又は周辺層界面からのエネルギー移動や電子移動等も含まれる。
さらに、図3及び図4では、発光材料として蛍光発光性化合物を用いて示しているが、これに限定されず、リン光発光性化合物を用いてもよいし、蛍光発光性化合物とリン光発光性化合物の両者を用いてもよい。
本発明に係るπ共役系化合物をアシストドーパントとして用いる場合、発光層は、π共役系化合物に対し質量比で100%以上のホスト化合物を含有し、蛍光発光性化合物及び/又はリン光発光性化合物がπ共役系化合物に対して質量比0.1〜50%の範囲内で含有していることが好ましい。
本発明に係るπ共役系化合物をホスト化合物として用いる場合、発光層は、蛍光発光性化合物及び/又はリン光発光性化合物をπ共役系化合物に対して質量比0.1〜50%の範囲内で含有することが好ましい。
本発明に係るπ共役系化合物をアシスタドーパント又はホスト化合物として用いる場合、本発明に係るπ共役系化合物の発光スペクトルと発光性化合物の吸収スペクトルが重なることが好ましい。
本発明の有機EL素子や本発明に用いられる化合物の発光する色は、「新編色彩科学ハンドブック」(日本色彩学会編、東京大学出版会、1985)の108頁の図3.16において、分光放射輝度計CS−1000(コニカミノルタ(株)製)で測定した結果をCIE色度座標に当てはめたときの色で決定される。
本発明においては、1層又は複数層の発光層が、発光色の異なる複数の発光ドーパントを含有し、白色発光を示すことも好ましい。
白色を示す発光ドーパントの組み合わせについては特に限定はないが、例えば青と橙や、青と緑と赤の組合わせ等が挙げられる。
本発明の有機EL素子における白色とは、2度視野角正面輝度を前述の方法により測定した際に、1000cd/mでのCIE1931表色系における色度がx=0.39±0.09、y=0.38±0.08の領域内にあることが好ましい。
(1.2)蛍光発光性ドーパント
蛍光発光性ドーパント(蛍光ドーパント)は、本発明のπ共役系化合物を用いてもよいし、有機EL素子の発光層に使用される公知の蛍光ドーパントや遅延蛍光性ドーパントの中から適宜選択して用いてもよい。
本発明に使用できる公知の蛍光ドーパントの具体例としては、例えば、アントラセン誘導体、ピレン誘導体、クリセン誘導体、フルオランテン誘導体、ペリレン誘導体、フルオレン誘導体、アリールアセチレン誘導体、スチリルアリーレン誘導体、スチリルアミン誘導体、アリールアミン誘導体、ホウ素錯体、クマリン誘導体、ピラン誘導体、シアニン誘導体、クロコニウム誘導体、スクアリウム誘導体、オキソベンツアントラセン誘導体、フルオレセイン誘導体、ローダミン誘導体、ピリリウム誘導体、ペリレン誘導体、ポリチオフェン誘導体、又は希土類錯体系化合物等が挙げられる。また、近年では遅延蛍光を利用した発光ドーパントも開発されており、これらを用いてもよい。遅延蛍光を利用した発光ドーパントの具体例としては、例えば、国際公開第2011/156793号、特開2011−213643号公報、特開2010−93181号公報、特許5366106号等に記載の化合物が挙げられるが、本発明はこれらに限定されない。
(1.3)リン光発光性ドーパント
本発明に用いられるリン光発光性ドーパントについて説明する。
本発明に用いられるリン光発光性ドーパントは、励起三重項からの発光が観測される化合物であり、具体的には、室温(25℃)にてリン光発光する化合物であり、リン光量子収率が、25℃において0.01以上の化合物であると定義されるが、好ましいリン光量子収率は0.1以上である。
上記リン光量子収率は、第4版実験化学講座7の分光IIの398頁(1992年版、丸善)に記載の方法により測定できる。溶液中でのリン光量子収率は種々の溶媒を用いて測定できるが、本発明に用いられるリン光ドーパントは、任意の溶媒のいずれかにおいて上記リン光量子収率(0.01以上)が達成されればよい。
リン光ドーパントは、有機EL素子の発光層に使用される公知のものの中から適宜選択して用いることができる。本発明に使用できる公知のリン光ドーパントの具体例としては、以下の文献に記載されている化合物等が挙げられる。
Nature 395,151(1998)、Appl.Phys.Lett.78,1622(2001)、Adv.Mater.19,739(2007)、Chem.Mater.17,3532(2005)、Adv.Mater.17,1059(2005)、国際公開第2009/100991号、国際公開第2008/101842号、国際公開第2003/040257号、米国特許出願公開第2006/835469号明細書、米国特許出願公開第2006/0202194号明細書、米国特許出願公開第2007/0087321号明細書、米国特許出願公開第2005/0244673号明細書、Inorg.Chem.40,1704(2001)、Chem.Mater.16,2480(2004)、Adv.Mater.16,2003(2004)、Angew.Chem.lnt.Ed.2006,45,7800、Appl.Phys.Lett.86,153505(2005)、Chem.Lett.34,592(2005)、Chem.Commun.2906(2005)、Inorg.Chem.42,1248(2003)、国際公開第2009/050290号、国際公開第2002/015645号、国際公開第2009/000673号、米国特許出願公開第2002/0034656号明細書、米国特許第7332232号、米国特許出願公開第2009/0108737号明細書、米国特許出願公開第2009/0039776号明細書、米国特許第6921915号、米国特許第6687266号、米国特許出願公開第2007/0190359号明細書、米国特許出願公開第2006/0008670号明細書、米国特許出願公開第2009/0165846号明細書、米国特許出願公開第2008/0015355号明細書、米国特許第7250226号、米国特許第7396598号、米国特許出願公開第2006/0263635号明細書、米国特許出願公開第2003/0138657号明細書、米国特許出願公開第2003/0152802号明細書、米国特許第7090928号、Angew.Chem.lnt.Ed.47,1(2008)、Chem.Mater.18,5119(2006)、Inorg.Chem.46,4308(2007)、Organometallics 23,3745(2004)、Appl.Phys.Lett.74,1361(1999)、国際公開第2002/002714号、国際公開第2006/009024号、国際公開第2006/056418号、国際公開第2005/019373号、国際公開第2005/123873号、国際公開第2005/123873号、国際公開第2007/004380号、国際公開第2006/082742号、米国特許出願公開第2006/0251923号明細書、米国特許出願公開第2005/0260441号明細書、米国特許第7393599号、米国特許第7534505号、米国特許第7445855号、米国特許出願公開第2007/0190359号明細書、米国特許出願公開第2008/0297033号明細書、米国特許第7338722号、米国特許出願公開第2002/0134984号明細書、米国特許第7279704号、米国特許出願公開第2006/098120号明細書、米国特許出願公開第2006/103874号明細書、国際公開第2005/076380号、国際公開第2010/032663号、国際公開第2008140115号、国際公開第2007/052431号、国際公開第2011/134013号、国際公開第2011/157339号、国際公開第2010/086089号、国際公開第2009/113646号、国際公開第2012/020327号、国際公開第2011/051404号、国際公開第2011/004639号、国際公開第2011/073149号、米国特許出願公開第2012/228583号明細書、米国特許出願公開第2012/212126号明細書、特開2012−069737号公報、特願2011−181303号公報、特開2009−114086号公報、特開2003−81988号公報、特開2002−302671号公報、特開2002−363552号公報等である。
中でも、好ましいリン光ドーパントとしてはIrを中心金属に有する有機金属錯体が挙げられる。さらに好ましくは、金属−炭素結合、金属−窒素結合、金属−酸素結合、金属−硫黄結合の少なくとも一つの配位様式を含む錯体が好ましい。
(2)ホスト化合物
本発明に用いられるホスト化合物は、発光層において主に電荷の注入及び輸送を担う化合物であり、有機EL素子においてそれ自体の発光は実質的に観測されない。
ホスト化合物は、発光層に含有される化合物の内で、その層中での質量比が20%以上であることが好ましい。
ホスト化合物は、単独で用いてもよく、又は複数種併用して用いてもよい。ホスト化合物を複数種用いることで、電荷の移動を調整することが可能であり、有機エレクトロルミネッセンス素子を高効率化することができる。
以下に、本発明において好ましく用いられるホスト化合物について述べる。
ホスト化合物としては、上述のように本発明で用いられるπ共役系化合物を用いてもよいが、特に制限はない。逆エネルギー移動の観点から、ドーパントの励起一重項エネルギーより大きな励起エネルギーをもつものが好ましく、さらにドーパントの励起三重項エネルギーより大きな励起三重項エネルギーをもつものがより好ましい。
ホスト化合物は、発光層内においてキャリアの輸送及び励起子の生成を担う。そのため、カチオンラジカル状態、アニオンラジカル状態、及び励起状態の全ての活性種の状態において安定に存在でき、分解や付加反応などの化学変化を起こさないこと、さらに、層中において通電経時でホスト分子がオングストロームレベルで移動しないことが好ましい。
また、特に併用する発光ドーパントがTADF発光を示す場合には、TADF化合物の三重項励起状態の存在時間が長いことから、ホスト化合物自体のTエネルギー準位が高いこと、さらにホスト化合物同士が会合した状態で低T状態を作らないこと、TADF化合物とホスト化合物とがエキサイプレックスを形成しないこと、ホスト化合物が電界によりエレクトロマーを形成しないことなど、ホスト化合物が低T化しないような分子構造の適切な設計が必要となる。
このような要件を満たすためには、ホスト化合物自体が電子のホッピング移動性が高いこと、かつ、正孔のホッピング移動が高いこと、三重項励起状態となったときの構造変化が小さいことが必要である。このような要件を満たすホスト化合物の代表格としてカルバゾール骨格、アザカルバゾール骨格、ジベンゾフラン骨格、ジベンゾチオフェン骨格又はアザジベンゾフラン骨格などの、高Tエネルギー準位を有するものが好ましく挙げられる。
また、ホスト化合物は、正孔輸送能又は電子輸送能を有しつつ、かつ、発光の長波長化を防ぎ、さらに、有機エレクトロルミネッセンス素子を高温駆動時や素子駆動中の発熱に対して安定して動作させる観点から、高いガラス転移温度(Tg)を有することが好ましい。好ましくはTgが90℃以上であり、より好ましくは120℃以上である。
ここで、ガラス転移点(Tg)とは、DSC(Differential Scanning Colorimetry:示差走査熱量法)を用いて、JIS K 7121−2012に準拠した方法により求められる値である。
また、本発明に用いられるホスト化合物としては、上述のように本発明に係るπ共役系化合物を用いることも好適である。本発明に係るπ共役系化合物は、高いTを有しており、発光波長の短い(すなわちT及びSのエネルギー準位が高い)発光材料に対しても好適に用いることができるためである。
本発明の有機EL素子に公知のホスト化合物を用いる場合、その具体例としては、以下の文献に記載の化合物等が挙げられるが、本発明はこれらに限定されない。
特開2001−257076号公報、同2002−308855号公報、同2001−313179号公報、同2002−319491号公報、同2001−357977号公報、同2002−334786号公報、同2002−8860号公報、同2002−334787号公報、同2002−15871号公報、同2002−334788号公報、同2002−43056号公報、同2002−334789号公報、同2002−75645号公報、同2002−338579号公報、同2002−105445号公報、同2002−343568号公報、同2002−141173号公報、同2002−352957号公報、同2002−203683号公報、同2002−363227号公報、同2002−231453号公報、同2003−3165号公報、同2002−234888号公報、同2003−27048号公報、同2002−255934号公報、同2002−260861号公報、同2002−280183号公報、同2002−299060号公報、同2002−302516号公報、同2002−305083号公報、同2002−305084号公報、同2002−308837号公報、米国特許出願公開第2003/0175553号、米国特許出願公開第2006/0280965号、米国特許出願公開第2005/0112407号、米国特許出願公開第2009/0017330号、米国特許出願公開第2009/0030202号、米国特許出願公開第2005/0238919号、国際公開第2001/039234号、国際公開第2009/021126号、国際公開第2008/056746号、国際公開第2004/093207号、国際公開第2005/089025号、国際公開第2007/063796号、国際公開第2007/063754号、国際公開第2004/107822号、国際公開第2005/030900号、国際公開第2006/114966号、国際公開第2009/086028号、国際公開第2009/003898号、国際公開第2012/023947号、特開2008−074939号公報、特開2007−254297号公報、欧州特許第2034538号明細書、国際公開第2011/055933号、国際公開第2012/035853号、特開2015−38941号公報等である。特開2015−38941号公報に記載のホスト化合物の例には、明細書の[0255]〜[0293]に記載の化合物H−1〜H−230が含まれる。
以下に、本発明に用いられるホスト化合物として、具体的な化合物例を示すが、これらに限定されるものではない。
Figure 2017197482
さらに、本発明に用いられるホスト化合物は、下記一般式(I)で表される化合物であることが好ましい。下記一般式(I)で表される化合物はバイポーラー性を有し、かつ非常に安定である。したがってホスト化合物が下記一般式(I)で表される化合物であると、有機EL素子の寿命が長くなりやすい。
Figure 2017197482
上記一般式(I)中、X101は、NR101、酸素原子、硫黄原子、スルフィニル基、スルホニル基、CR102103又はSiR104105を表す。また、y〜yは、それぞれ独立に、CR106、又は窒素原子を表す。ここで、R101〜R106は、それぞれ独立に、水素原子又は置換基を表し、互いに結合して環を形成してもよい。R101〜R106でありうる置換基の例には、以下の基が含まれる。
直鎖状又は分岐状のアルキル基(例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、t−ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、オクチル基、ドデシル基、トリデシル基、テトラデシル基、ペンタデシル基等);
アルケニル基(例えば、ビニル基、アリル基等);
アルキニル基(例えば、エチニル基、プロパルギル基等);
芳香族炭化水素環基(芳香族炭素環基やアリール基等とも称される。例えば、ベンゼン環、ビフェニル、ナフタレン環、アズレン環、アントラセン環、フェナントレン環、ピレン環、クリセン環、ナフタセン環、トリフェニレン環、o−ターフェニル環、m−ターフェニル環、p−ターフェニル環、アセナフテン環、コロネン環、インデン環、フルオレン環、フルオラントレン環、ナフタセン環、ペンタセン環、ペリレン環、ペンタフェン環、ピセン環、ピレン環、ピラントレン環、アンスラアントレン環、テトラリン等から導出される基);
芳香族複素環基(例えば、フラン環、ジベンゾフラン環、チオフェン環、ジベンゾチオフェン環、オキサゾール環、ピロール環、ピリジン環、ピリダジン環、ピリミジン環、ピラジン環、トリアジン環、ベンゾイミダゾール環、オキサジアゾール環、トリアゾール環、イミダゾール環、ピラゾール環、チアゾール環、インドール環、インダゾール環、ベンゾイミダゾール環、ベンゾチアゾール環、ベンゾオキサゾール環、キノキサリン環、キナゾリン環、シンノリン環、キノリン環、イソキノリン環、フタラジン環、ナフチリジン環、カルバゾール環、カルボリン環、ジアザカルバゾール環(カルボリン環を構成する炭化水素環の炭素原子の一つが更に窒素原子で置換された環等から導出される基。また、カルボリン環とジアザカルバゾール環を合わせて「アザカルバゾール環」と称される場合もある。);
非芳香族炭化水素環基(例えば、シクロペンチル基、シクロヘキシル基等);
非芳香族複素環基(例えば、ピロリジル基、イミダゾリジル基、モルホリル基、オキサゾリジル基等);
アルコキシ基(例えば、メトキシ基、エトキシ基、プロピルオキシ基、ペンチルオキシ基、ヘキシルオキシ基、オクチルオキシ基、ドデシルオキシ基等);
シクロアルコキシ基(例えば、シクロペンチルオキシ基、シクロヘキシルオキシ基等);
アリールオキシ基(例えば、フェノキシ基、ナフチルオキシ基等);
アルキルチオ基(例えば、メチルチオ基、エチルチオ基、プロピルチオ基、ペンチルチオ基、ヘキシルチオ基、オクチルチオ基、ドデシルチオ基等);
シクロアルキルチオ基(例えば、シクロペンチルチオ基、シクロヘキシルチオ基等);
アリールチオ基(例えば、フェニルチオ基、ナフチルチオ基等);
アルコキシカルボニル基(例えば、メチルオキシカルボニル基、エチルオキシカルボニル基、ブチルオキシカルボニル基、オクチルオキシカルボニル基、ドデシルオキシカルボニル基等);
アリールオキシカルボニル基(例えば、フェニルオキシカルボニル基、ナフチルオキシカルボニル基等);
スルファモイル基(例えば、アミノスルホニル基、メチルアミノスルホニル基、ジメチルアミノスルホニル基、ブチルアミノスルホニル基、ヘキシルアミノスルホニル基、シクロヘキシルアミノスルホニル基、オクチルアミノスルホニル基、ドデシルアミノスルホニル基、フェニルアミノスルホニル基、ナフチルアミノスルホニル基、2−ピリジルアミノスルホニル基等);
アシル基(例えば、アセチル基、エチルカルボニル基、プロピルカルボニル基、ペンチルカルボニル基、シクロヘキシルカルボニル基、オクチルカルボニル基、2−エチルヘキシルカルボニル基、ドデシルカルボニル基、フェニルカルボニル基、ナフチルカルボニル基、ピリジルカルボニル基等);
アシルオキシ基(例えば、アセチルオキシ基、エチルカルボニルオキシ基、ブチルカルボニルオキシ基、オクチルカルボニルオキシ基、ドデシルカルボニルオキシ基、フェニルカルボニルオキシ基等);
アミド基(例えば、メチルカルボニルアミノ基、エチルカルボニルアミノ基、ジメチルカルボニルアミノ基、プロピルカルボニルアミノ基、ペンチルカルボニルアミノ基、シクロヘキシルカルボニルアミノ基、2−エチルヘキシルカルボニルアミノ基、オクチルカルボニルアミノ基、ドデシルカルボニルアミノ基、フェニルカルボニルアミノ基、ナフチルカルボニルアミノ基等);
カルバモイル基(例えば、アミノカルボニル基、メチルアミノカルボニル基、ジメチルアミノカルボニル基、プロピルアミノカルボニル基、ペンチルアミノカルボニル基、シクロヘキシルアミノカルボニル基、オクチルアミノカルボニル基、2−エチルヘキシルアミノカルボニル基、ドデシルアミノカルボニル基、フェニルアミノカルボニル基、ナフチルアミノカルボニル基、2−ピリジルアミノカルボニル基等);
ウレイド基(例えば、メチルウレイド基、エチルウレイド基、ペンチルウレイド基、シクロヘキシルウレイド基、オクチルウレイド基、ドデシルウレイド基、フェニルウレイド基ナフチルウレイド基、2−ピリジルアミノウレイド基等);
スルフィニル基(例えば、メチルスルフィニル基、エチルスルフィニル基、ブチルスルフィニル基、シクロヘキシルスルフィニル基、2−エチルヘキシルスルフィニル基、ドデシルスルフィニル基、フェニルスルフィニル基、ナフチルスルフィニル基、2−ピリジルスルフィニル基等);
アルキルスルホニル基(例えば、メチルスルホニル基、エチルスルホニル基、ブチルスルホニル基、シクロヘキシルスルホニル基、2−エチルヘキシルスルホニル基、ドデシルスルホニル基等);
アリールスルホニル基又はヘテロアリールスルホニル基(例えば、フェニルスルホニル基、ナフチルスルホニル基、2−ピリジルスルホニル基等);
アミノ基(例えば、アミノ基、エチルアミノ基、ジメチルアミノ基、ブチルアミノ基、シクロペンチルアミノ基、2−エチルヘキシルアミノ基、ドデシルアミノ基、アニリノ基、ナフチルアミノ基、2−ピリジルアミノ基、ジフェニルアミノ基等);
ハロゲン原子(例えば、フッ素原子、塩素原子、臭素原子等);
フッ化炭化水素基(例えば、フルオロメチル基、トリフルオロメチル基、ペンタフルオロエチル基、ペンタフルオロフェニル基等);
シアノ基;
ニトロ基;
ヒドロキシ基;
チオール基;
シリル基(例えば、トリメチルシリル基、トリイソプロピルシリル基、トリフェニルシリル基、フェニルジエチルシリル基等);
重水素原子
上記の中でも好ましい基として、直鎖又は分岐アルキル基、芳香族炭化水素環基、芳香族複素環基、アミノ基、フッ素原子、フッ化炭化水素基、シアノ基、及びシリル基が挙げられる。
また、Ar101及びAr102は、それぞれ独立に、置換されていてもよいアリール基、又は置換されていてもよいヘテロアリール基を表す。「置換されていてもよいアリール基」におけるアリール基は、炭素原子数6〜24の芳香族炭化水素環から誘導される基であることが好ましい。そのような芳香族炭化水素環の例には、ベンゼン環、インデン環、ナフタレン環、アズレン環、フルオレン環、フェナントレン環、アントラセン環、アセナフチレン環、ビフェニレン環、ナフタセン環、ピレン環、ペンタレン環、アセアントリレン環、ヘプタレン環、トリフェニレン環、as−インダセン環、クリセン環、s−インダセン環、プレイアデン環、フェナレン環、フルオランテン環、ペリレン環、アセフェナントリレン環、ビフェニル環、ターフェニル環、及びテトラフェニル環等が含まれる。好ましくは、ベンゼン環、ビフェニル環、ターフェニル環である。
また、「置換されていてもよいヘテロアリール基」におけるヘテロアリール基は、各種芳香族複素環から誘導される基であることが好ましい。そのような芳香族複素環の例にはピロール環、インドール環、カルバゾール環、インドロインドール環、9,10−ジヒドロアクリジン環、5,10−ジヒドロフェナジン環、フェノキサジン環、フェノチアジン環、ジベンゾチオフェン環、ベンゾフリルインドール環、ベンゾチエノインドール環、インドロカルバゾール環、ベンゾフリルカルバゾール環、ベンゾチエノカルバゾール環、ベンゾチエノベンゾチオフェン環、ベンゾカルバゾール環、ジベンゾカルバゾール環、アザカルバゾール環、アザジベンゾフラン環、ジアザカルバゾール環、ジアザジベンゾフラン環、ジベンゾチオフェンオキシド環、ジベンゾチオフェンジオキシド環、ピリジン環、ピリダジン環、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、キナゾリン環、シンノリン環、キノキサリン環、フタラジン環、プテリジン環、フェナントリジン環、フェナントロリン環、ジベンゾフラン環、ジベンゾシロール環、ジベンゾボロール環、ジベンゾホスホールオキシド環等が含まれる。好ましくは、カルバゾール環、ベンゾカルバゾール環、アザカルバゾール環、アザジベンゾフラン環、ジアザカルバゾール環、ジアザジベンゾフラン環、ピリジン環、ピリミジン環、トリアジン環である。
アリール基やヘテロアリール基が有しうる置換基の例には、アルキル基で置換されていてもよいアリール基、フッ素原子、シアノ基、フッ素で置換されていてもよいアルキル基、置換されていてもよいカルボニル基、置換されていてもよいスルホニル基、置換されていてもよいホスフィンオキサイド基、置換されていてもよいボリル基、置換されていてもよい複素環基、置換されていてもよいアミノ基、置換されていてもよいシリル基等が含まれる。
上記「アルキル基」は、直鎖、分岐又は環状のいずれであってもよく、例えば炭素原子数1〜20の直鎖又は分岐のアルキル基、或いは炭素原子数5〜20の環状のアルキル基でありうる。アルキル基の例には、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、s−ブチル基、t−ブチル基、n−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、2−エチルヘキシル基、n−ヘプチル基、n−オクチル基、2−ヘキシルオクチル基、n−ノニル基、n−デシル基、n−ウンデシル基、n−ドデシル基、n−トリデシル基、n−テトラデシル基、n−ペンタデシル基、n−ヘキサデシル基、n−ヘプタデシル基、n−オクタデシル基、n−ノナデシル基、及びn−イコシル基等が含まれる。また、「アリール基」及び「複素環基」は、Ar101及びAr102で表されるアリール基やヘテロアリール基と同様でありうる。
また、上記一般式(I)において、n101及びn102は、各々0〜4の整数を表すが、R101が水素原子の場合は、n101は1〜4の整数を表す。
上記一般式(I)で表される構造を有するホスト化合物は、下記一般式(II)で表される構造を有することがより好ましい。
Figure 2017197482
一般式(II)において、X101は、NR101、酸素原子、硫黄原子、スルフィニル基、スルホニル基、CR102103又はSiR104105を表す。R101〜R105は、それぞれ独立して水素原子又は置換基を表し、互いに結合して環を形成してもよい。なお、R101〜R105は、一般式(I)のR101〜R105と同義である。
Ar101及びAr102は、それぞれ独立に、置換されていてもよいアリール基、置換されていてもよいヘテロアリール基を表し、Ar101及びAr102は、一般式(I)のAr101及びAr102と同義である。
また、n102は0〜4の整数を表す。
さらに、一般式(II)で表される化合物は、下記一般式(III−1)、(III−2)又は(III−3)で表される化合物であることが好ましい。
Figure 2017197482
一般式(III−1)〜(III−3)において、X101、Ar102、n102は、前記一般式(II)におけるX101、Ar102、n102と同義である。また、一般式(III−2)において、R104は、前記一般式(I)におけるR104と同義である。
一般式(III−1)〜(III−3)において、X101を含んで形成される縮合環、カルバゾール環及びベンゼン環は、ホスト化合物の機能を阻害しない範囲でさらに置換基を有してもよい。
上記一般式(I)、(II)、又は(III−1)〜(III−3)で表されるホスト化合物の好ましい具体例を挙げるが、これらの化合物はさらに置換基を有していたり、構造異性体などが存在していたりする場合もあり、本記述に限定されない。
Figure 2017197482
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《電子輸送層》
本発明において電子輸送層とは、電子を輸送する機能を有する材料からなり、陰極より注入された電子を発光層に伝達する機能を有していればよい。
本発明に係る電子輸送層の総層厚については特に制限はないが、通常は2nm〜5μmの範囲であり、より好ましくは2〜500nmであり、さらに好ましくは5〜200nmである。
また、有機EL素子においては発光層で生じた光を電極から取り出す際、発光層から直接取り出される光と、光を取り出す電極と対極に位置する電極によって反射されてから取り出される光とが干渉を起こすことが知られている。光が陰極で反射される場合は、電子輸送層の総層厚を数nm〜数μmの間で適宜調整することにより、この干渉効果を効率的に利用することが可能である。
一方で、電子輸送層の層厚を厚くすると電圧が上昇しやすくなるため、特に層厚が厚い場合においては、電子輸送層の電子移動度は10−5cm/Vs以上であることが好ましい。
電子輸送層に用いられる材料(以下、電子輸送材料という)としては、電子の注入性又は輸送性、正孔の障壁性のいずれかを有していればよく、従来公知の化合物の中から任意のものを選択して用いることができる。
例えば、含窒素芳香族複素環誘導体(カルバゾール誘導体、アザカルバゾール誘導体(カルバゾール環を構成する炭素原子の一つ以上が窒素原子に置換されたもの)、ピリジン誘導体、ピリミジン誘導体、ピラジン誘導体、ピリダジン誘導体、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、アザトリフェニレン誘導体、オキサゾール誘導体、チアゾール誘導体、オキサジアゾール誘導体、チアジアゾール誘導体、トリアゾール誘導体、ベンズイミダゾール誘導体、ベンズオキサゾール誘導体、ベンズチアゾール誘導体等)、ジベンゾフラン誘導体、ジベンゾチオフェン誘導体、シロール誘導体、芳香族炭化水素環誘導体(ナフタレン誘導体、アントラセン誘導体、トリフェニレン誘導体等)等が挙げられる。
また、配位子にキノリノール骨格やジベンゾキノリノール骨格を有する金属錯体、例えば、トリス(8−キノリノール)アルミニウム(Alq)、トリス(5,7−ジクロロ−8−キノリノール)アルミニウム、トリス(5,7−ジブロモ−8−キノリノール)アルミニウム、トリス(2−メチル−8−キノリノール)アルミニウム、トリス(5−メチル−8−キノリノール)アルミニウム、ビス(8−キノリノール)亜鉛(Znq)等、及びこれらの金属錯体の中心金属がIn、Mg、Cu、Ca、Sn、Ga又はPbに置き替わった金属錯体も、電子輸送材料として用いることができる。
その他、メタルフリー若しくはメタルフタロシアニン、又はそれらの末端がアルキル基やスルホン酸基等で置換されたものも、電子輸送材料として好ましく用いることができる。また、発光層の材料として例示したジスチリルピラジン誘導体も、電子輸送材料として用いることができるし、正孔注入層、正孔輸送層と同様にn型−Si、n型−SiC等の無機半導体も電子輸送材料として用いることができる。
また、これらの材料を高分子鎖に導入した、又はこれらの材料を高分子の主鎖とした高分子材料を用いることもできる。
本発明に係る電子輸送層においては、電子輸送層にドープ材をゲスト材料としてドープして、n性の高い(電子リッチ)電子輸送層を形成してもよい。ドープ材としては、金属錯体やハロゲン化金属など金属化合物等のn型ドーパントが挙げられる。このような構成の電子輸送層の具体例としては、例えば、特開平4−297076号公報、同10−270172号公報、特開2000−196140号公報、同2001−102175号公報、J.Appl.Phys.,95,5773(2004)等の文献に記載されたものが挙げられる。
本発明の有機EL素子に用いられる、公知の好ましい電子輸送材料の具体例としては、以下の文献に記載の化合物等が挙げられるが、本発明はこれらに限定されない。
米国特許第6528187号、米国特許第7230107号、米国特許出願公開第2005/0025993号明細書、米国特許出願公開第2004/0036077号明細書、米国特許出願公開第2009/0115316号明細書、米国特許出願公開第2009/0101870号明細書、米国特許出願公開第2009/0179554号明細書、国際公開第2003/060956号、国際公開第2008/132085号、Appl.Phys.Lett.75,4(1999)、Appl.Phys.Lett.79,449(2001)、Appl.Phys.Lett.81,162(2002)、Appl.Phys.Lett.81,162(2002)、Appl.Phys.Lett.79,156(2001)、米国特許第7964293号、米国特許出願公開第2009/030202号明細書、国際公開第2004/080975号、国際公開第2004/063159号、国際公開第2005/085387号、国際公開第2006/067931号、国際公開第2007/086552号、国際公開第2008/114690号、国際公開第2009/069442号、国際公開第2009/066779号、国際公開第2009/054253号、国際公開第2011/086935号、国際公開第2010/150593号、国際公開第2010/047707号、欧州特許第2311826号明細書、特開2010−251675号公報、特開2009−209133号公報、特開2009−124114号公報、特開2008−277810号公報、特開2006−156445号公報、特開2005−340122号公報、特開2003−45662号公報、特開2003−31367号公報、特開2003−282270号公報、国際公開第2012/115034号等である。
本発明におけるより好ましい公知の電子輸送材料としては、少なくとも一つの窒素原子を含む芳香族複素環化合物や、リン原子を含む化合物が挙げられ、例えばピリジン誘導体、ピリミジン誘導体、ピラジン誘導体、トリアジン誘導体、ジベンゾフラン誘導体、ジベンゾチオフェン誘導体、アザジベンゾフラン誘導体、アザジベンゾチオフェン誘導体、カルバゾール誘導体、アザカルバゾール誘導体、ベンズイミダゾール誘導体、アリールホスフィンオキサイド誘導体などが挙げられる。
電子輸送材料は単独で用いてもよく、また複数種を併用して用いてもよい。
《正孔阻止層》
正孔阻止層とは広い意味では電子輸送層の機能を有する層であり、好ましくは電子を輸送する機能を有しつつ正孔を輸送する能力が小さい材料からなり、電子を輸送しつつ正孔を阻止することで電子と正孔の再結合確率を向上させることができる。
また、前述する電子輸送層の構成を必要に応じて、本発明に係る正孔阻止層として用いることができる。
本発明の有機EL素子に設ける正孔阻止層は、発光層の陰極側に隣接して設けられることが好ましい。
本発明に係る正孔阻止層の層厚としては、好ましくは3〜100nmの範囲であり、更に好ましくは5〜30nmの範囲である。
正孔阻止層に用いられる材料としては、前述の電子輸送層に用いられる材料が好ましく用いられ、また、前述のホスト化合物として用いられる材料も正孔阻止層に好ましく用いられる。
《電子注入層》
本発明に係る電子注入層(「陰極バッファー層」ともいう)とは、駆動電圧低下や発光輝度向上のために陰極と発光層との間に設けられる層のことで、「有機EL素子とその工業化最前線(1998年11月30日エヌ・ティー・エス社発行)」の第2編第2章「電極材料」(123〜166頁)に詳細に記載されている。
本発明において電子注入層は必要に応じて設け、上記のごとく陰極と発光層との間、又は陰極と電子輸送層との間に存在させてもよい。
電子注入層はごく薄い膜であることが好ましく、素材にもよるがその層厚は0.1〜5nmの範囲が好ましい。また構成材料が断続的に存在する不均一な層(膜)であってもよい。
電子注入層は、特開平6−325871号公報、同9−17574号公報、同10−74586号公報等にもその詳細が記載されており、電子注入層に好ましく用いられる材料の具体例としては、ストロンチウムやアルミニウム等に代表される金属、フッ化リチウム、フッ化ナトリウム、フッ化カリウム等に代表されるアルカリ金属化合物、フッ化マグネシウム、フッ化カルシウム等に代表されるアルカリ土類金属化合物、酸化アルミニウムに代表される金属酸化物、8−ヒドロキシキノリネートリチウム(Liq)等に代表される金属錯体等が挙げられる。また、前述の電子輸送材料を用いることも可能である。
また、上記の電子注入層に用いられる材料は単独で用いてもよく、複数種を併用して用いてもよい。
《正孔輸送層》
本発明において正孔輸送層とは、正孔を輸送する機能を有する材料からなり、陽極より注入された正孔を発光層に伝達する機能を有していればよい。
本発明に係る正孔輸送層の総層厚については特に制限はないが、通常は5nm〜5μmの範囲であり、より好ましくは2〜500nmであり、さらに好ましくは5〜200nmである。
正孔輸送層に用いられる材料(以下、正孔輸送材料という)としては、正孔の注入性又は輸送性、電子の障壁性のいずれかを有していればよく、従来公知の化合物の中から任意のものを選択して用いることができる。
例えば、ポルフィリン誘導体、フタロシアニン誘導体、オキサゾール誘導体、オキサジアゾール誘導体、トリアゾール誘導体、イミダゾール誘導体、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、ヒドラゾン誘導体、スチルベン誘導体、ポリアリールアルカン誘導体、トリアリールアミン誘導体、カルバゾール誘導体、インドロカルバゾール誘導体、イソインドール誘導体、アントラセンやナフタレン等のアセン系誘導体、フルオレン誘導体、フルオレノン誘導体、及びポリビニルカルバゾール、芳香族アミンを主鎖又は側鎖に導入した高分子材料又はオリゴマー、ポリシラン、導電性ポリマー又はオリゴマー(例えばPEDOT/PSS、アニリン系共重合体、ポリアニリン、ポリチオフェン等)等が挙げられる。
トリアリールアミン誘導体としては、α−NPD(4,4′−ビス〔N−(1−ナフチル)−N−フェニルアミノ〕ビフェニル)に代表されるベンジジン型や、MTDATAに代表されるスターバースト型、トリアリールアミン連結コア部にフルオレンやアントラセンを有する化合物等が挙げられる。
また、特表2003−519432号公報や特開2006−135145号公報等に記載されているようなヘキサアザトリフェニレン誘導体も同様に正孔輸送材料として用いることができる。
さらに不純物をドープしたp性の高い正孔輸送層を用いることもできる。その例としては、特開平4−297076号公報、特開2000−196140号公報、同2001−102175号公報の各公報、J.Appl.Phys.,95,5773(2004)等に記載されたものが挙げられる。
また、特開平11−251067号公報、J.Huang et.al.著文献(Applied Physics Letters 80(2002),p.139)に記載されているような、いわゆるp型正孔輸送材料やp型−Si、p型−SiC等の無機化合物を用いることもできる。さらにIr(ppy)3に代表されるような中心金属にIrやPtを有するオルトメタル化有機金属錯体も好ましく用いられる。
正孔輸送材料としては、上記のものを使用することができるが、トリアリールアミン誘導体、カルバゾール誘導体、インドロカルバゾール誘導体、アザトリフェニレン誘導体、有機金属錯体、芳香族アミンを主鎖又は側鎖に導入した高分子材料又はオリゴマー等が好ましく用いられる。
本発明の有機EL素子に用いられる、公知の好ましい正孔輸送材料の具体例としては、上記で挙げた文献の他、以下の文献に記載の化合物等が挙げられるが、本発明はこれらに限定されない。
例えば、Appl.Phys.Lett.69,2160(1996)、J.Lumin.72−74,985(1997)、Appl.Phys.Lett.78,673(2001)、Appl.Phys.Lett.90,183503(2007)、Appl.Phys.Lett.90,183503(2007)、Appl.Phys.Lett.51,913(1987)、Synth.Met.87,171(1997)、Synth.Met.91,209(1997)、Synth.Met.111,421(2000)、SID Symposium Digest,37,923(2006)、J.Mater.Chem.3,319(1993)、Adv.Mater.6,677(1994)、Chem.Mater.15,3148(2003)、米国特許出願公開第2003/0162053号明細書、米国特許出願公開第2002/0158242号明細書、米国特許出願公開第2006/0240279号明細書、米国特許出願公開第2008/0220265号明細書、米国特許第5061569号、国際公開第2007/002683号、国際公開第2009/018009号、EP650955、米国特許出願公開第2008/0124572号明細書、米国特許出願公開第2007/0278938号明細書、米国特許出願公開第2008/0106190号明細書、米国特許出願公開第2008/0018221号明細書、国際公開第2012/115034号、特表2003−519432号公報、特開2006−135145号公報、米国特許出願番号13/585981号等である。
正孔輸送材料は単独で用いてもよく、また複数種を併用して用いてもよい。
《電子阻止層》
電子阻止層とは、広い意味では正孔輸送層の機能を有する層であり、好ましくは正孔を輸送する機能を有しつつ電子を輸送する能力が小さい材料からなり、正孔を輸送しつつ電子を阻止することで電子と正孔の再結合確率を向上させることができる。
また、前述する正孔輸送層の構成を必要に応じて、本発明に係る電子阻止層として用いることができる。
本発明の有機EL素子に設ける電子阻止層は、発光層の陽極側に隣接して設けられることが好ましい。
本発明に係る電子阻止層の層厚としては、好ましくは3〜100nmの範囲内であり、更に好ましくは5〜30nmの範囲内である。
電子阻止層に用いられる材料としては、前述の正孔輸送層に用いられる材料が好ましく用いられ、また、前述のホスト化合物も電子阻止層に好ましく用いられる。
《正孔注入層》
本発明に係る正孔注入層(「陽極バッファー層」ともいう)とは、駆動電圧低下や発光輝度向上のために陽極と発光層との間に設けられる層のことで、「有機EL素子とその工業化最前線(1998年11月30日エヌ・ティー・エス社発行)」の第2編第2章「電極材料」(123〜166頁)に詳細に記載されている。
本発明において正孔注入層は必要に応じて設け、上記のごとく陽極と発光層又は陽極と正孔輸送層との間に存在させてもよい。
正孔注入層は、特開平9−45479号公報、同9−260062号公報、同8−288069号公報等にもその詳細が記載されており、正孔注入層に用いられる材料としては、例えば前述の正孔輸送層に用いられる材料等が挙げられる。
中でも銅フタロシアニンに代表されるフタロシアニン誘導体、特表2003−519432号公報や特開2006−135145号公報等に記載されているようなヘキサアザトリフェニレン誘導体、酸化バナジウムに代表される金属酸化物、アモルファスカーボン、ポリアニリン(エメラルディン)やポリチオフェン等の導電性高分子、トリス(2−フェニルピリジン)イリジウム錯体等に代表されるオルトメタル化錯体、トリアリールアミン誘導体等が好ましい。
前述の正孔注入層に用いられる材料は単独で用いてもよく、また複数種を併用して用いてもよい。
《添加物》
前述した本発明における有機層は、更に他の添加物が含まれていてもよい。
添加物としては、例えば臭素、ヨウ素及び塩素等のハロゲン元素やハロゲン化化合物、Pd、Ca、Na等のアルカリ金属やアルカリ土類金属、遷移金属の化合物や錯体、塩等が挙げられる。
添加物の含有量は、任意に決定することができるが、含有される層の全質量%に対して1000ppm以下であることが好ましく、より好ましくは500ppm以下であり、さらに好ましくは50ppm以下である。
ただし、電子や正孔の輸送性を向上させる目的や、励起子のエネルギー移動を有利にするための目的などによってはこの範囲内ではない。
《有機層の形成方法》
本発明に係る有機層(正孔注入層、正孔輸送層、発光層、正孔阻止層、電子輸送層、電子注入層、中間層等)の形成方法について説明する。
本発明に係る有機層の形成方法は、特に制限はなく、従来公知の例えば真空蒸着法、湿式法(ウェットプロセスともいう)等による形成方法を用いることができる。
湿式法としては、スピンコート法、キャスト法、インクジェット法、印刷法、ダイコート法、ブレードコート法、ロールコート法、スプレーコート法、カーテンコート法、LB法(ラングミュア−ブロジェット法)等があるが、均質な薄膜が得られやすく、かつ高生産性の点から、ダイコート法、ロールコート法、インクジェット法、スプレーコート法などのロール・ツー・ロール方式適性の高い方法が好ましい。
本発明に用いられる有機EL材料を溶解又は分散する液媒体としては、例えば、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン等のケトン類、酢酸エチル等の脂肪酸エステル類、ジクロロベンゼン等のハロゲン化炭化水素類、トルエン、キシレン、メシチレン、シクロヘキシルベンゼン等の芳香族炭化水素類、シクロヘキサン、デカリン、ドデカン等の脂肪族炭化水素類、DMF、DMSO等の有機溶媒を用いることができる。
また、分散方法としては、超音波、高剪断力分散やメディア分散等の分散方法により分散することができる。
更に層ごとに異なる成膜法を適用してもよい。成膜に蒸着法を採用する場合、その蒸着条件は使用する化合物の種類等により異なるが、一般にボート加熱温度50〜450℃、真空度10−6〜10−2Pa、蒸着速度0.01〜50nm/秒、基板温度−50〜300℃、層(膜)厚0.1nm〜5μm、好ましくは5〜200nmの範囲内で適宜選ぶことが望ましい。
本発明に係る有機層の形成は、一回の真空引きで一貫して正孔注入層から陰極まで作製するのが好ましいが、途中で取り出して異なる成膜法を施しても構わない。その際は作業を乾燥不活性ガス雰囲気下で行うことが好ましい。
《陽極》
有機EL素子における陽極としては、仕事関数の大きい(4eV以上、好ましくは4.5eV以上)金属、合金、電気伝導性化合物及びこれらの混合物を電極物質とするものが好ましく用いられる。このような電極物質の具体例としては、Au等の金属、CuI、インジウムスズ酸化物(ITO)、SnO、ZnO等の導電性透明材料が挙げられる。また、IDIXO(In−ZnO)等非晶質で透明導電膜を作製可能な材料を用いてもよい。
陽極はこれらの電極物質を蒸着やスパッタリング等の方法により薄膜を形成させ、フォトリソグラフィー法で所望の形状のパターンを形成してもよく、あるいはパターン精度を余り必要としない場合は(100μm以上程度)、上記電極物質の蒸着やスパッタリング時に所望の形状のマスクを介してパターンを形成してもよい。
あるいは、有機導電性化合物のように塗布可能な物質を用いる場合には、印刷方式、コーティング方式等湿式成膜法を用いることもできる。この陽極より発光を取り出す場合には、透過率を10%より大きくすることが望ましく、また陽極としてのシート抵抗は数百Ω/□以下が好ましい。
陽極の膜厚は材料にもよるが、通常10nm〜1μm、好ましくは10〜200nmの範囲内で選ばれる。
《陰極》
陰極としては、仕事関数の小さい(4eV以下)金属(電子注入性金属と称する)、合金、電気伝導性化合物及びこれらの混合物を電極物質とするものが用いられる。このような電極物質の具体例としては、ナトリウム、ナトリウム−カリウム合金、マグネシウム、リチウム、マグネシウム/銅混合物、マグネシウム/銀混合物、マグネシウム/アルミニウム混合物、マグネシウム/インジウム混合物、アルミニウム/酸化アルミニウム(Al)混合物、インジウム、リチウム/アルミニウム混合物、アルミニウム、希土類金属等が挙げられる。これらの中で、電子注入性及び酸化等に対する耐久性の点から、電子注入性金属とこれより仕事関数の値が大きく安定な金属である第二金属との混合物、例えば、マグネシウム/銀混合物、マグネシウム/アルミニウム混合物、マグネシウム/インジウム混合物、アルミニウム/酸化アルミニウム(Al)混合物、リチウム/アルミニウム混合物、アルミニウム等が好適である。
陰極はこれらの電極物質を蒸着やスパッタリング等の方法により、薄膜を形成させることで作製することができる。また、陰極としてのシート抵抗は数百Ω/□以下が好ましく、膜厚は通常10nm〜5μm、好ましくは50〜200nmの範囲で選ばれる。
なお、発光した光を透過させるため、有機EL素子の陽極又は陰極のいずれか一方が透明又は半透明であれば発光輝度が向上し好都合である。
また、陰極に上記金属を1〜20nmの膜厚で作製した後に、陽極の説明で挙げる導電性透明材料をその上に作製することで、透明又は半透明の陰極を作製することができ、これを応用することで陽極と陰極の両方が透過性を有する素子を作製することができる。
[支持基板]
本発明の有機EL素子に用いることのできる支持基板(以下、基板、基材等ともいう。)としては、ガラス、プラスチック等の種類には特に限定はなく、また透明であっても不透明であってもよい。支持基板側から光を取り出す場合には、支持基板は透明であることが好ましい。好ましく用いられる透明な支持基板としては、ガラス、石英、透明樹脂フィルムを挙げることができる。特に好ましい支持基板は、有機EL素子にフレキシブル性を与えることが可能な樹脂フィルムである。
樹脂フィルムとしては、例えば、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート(PEN)等のポリエステル、ポリエチレン、ポリプロピレン、セロファン、セルロースジアセテート、セルローストリアセテート(TAC)、セルロースアセテートブチレート、セルロースアセテートプロピオネート(CAP)、セルロースアセテートフタレート、セルロースナイトレート等のセルロースエステル類又はそれらの誘導体、ポリ塩化ビニリデン、ポリビニルアルコール、ポリエチレンビニルアルコール、シンジオタクティックポリスチレン、ポリカーボネート、ノルボルネン樹脂、ポリメチルペンテン、ポリエーテルケトン、ポリイミド、ポリエーテルスルホン(PES)、ポリフェニレンスルフィド、ポリスルホン類、ポリエーテルイミド、ポリエーテルケトンイミド、ポリアミド、フッ素樹脂、ナイロン、ポリメチルメタクリレート、アクリルあるいはポリアリレート類、アートン(商品名JSR社製)あるいはアペル(商品名三井化学社製)といったシクロオレフィン系樹脂等を挙げられる。
樹脂フィルムの表面には、無機物、有機物の被膜又はその両者のハイブリッド被膜が形成されていてもよく、JIS K 7129−1992に準拠した方法で測定された、水蒸気透過度(25±0.5℃、相対湿度(90±2)%RH)が0.01g/m・24h以下のバリア性フィルムであることが好ましく、更には、JIS K 7126−1987に準拠した方法で測定された酸素透過度が、1×10−3ml/m・24h・atm以下、水蒸気透過度が、1×10−5g/m・24h以下の高バリア性フィルムであることが好ましい。
バリア膜を形成する材料としては、水分や酸素等素子の劣化をもたらすものの浸入を抑制する機能を有する材料であればよく、例えば、酸化ケイ素、二酸化ケイ素、窒化ケイ素等を用いることができる。更に該膜の脆弱性を改良するために、これら無機層と有機材料からなる層の積層構造を持たせることがより好ましい。無機層と有機層の積層順については特に制限はないが、両者を交互に複数回積層させることが好ましい。
バリア膜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、分子線エピタキシー法、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、大気圧プラズマ重合法、プラズマCVD法、レーザーCVD法、熱CVD法、コーティング法等を用いることができるが、特開2004−68143号公報に記載されているような大気圧プラズマ重合法によるものが特に好ましい。
不透明な支持基板としては、例えば、アルミ、ステンレス等の金属板、フィルムや不透明樹脂基板、セラミック製の基板等が挙げられる。
本発明の有機EL素子の発光の室温(25℃)における外部取り出し量子効率は、1%以上であることが好ましく、5%以上であるとより好ましい。
ここで、外部取り出し量子効率(%)=有機EL素子外部に発光した光子数/有機EL素子に流した電子数×100である。
また、カラーフィルター等の色相改良フィルター等を併用しても、有機EL素子からの発光色を、蛍光体を用いて多色へ変換する色変換フィルターを併用してもよい。
[封止]
本発明の有機EL素子の封止に用いられる封止手段としては、例えば、封止部材と、電極、支持基板とを接着剤で接着する方法を挙げることができる。封止部材としては、有機EL素子の表示領域を覆うように配置されていればよく、凹板状でも、平板状でもよい。また、透明性、電気絶縁性は特に限定されない。
具体的には、ガラス板、ポリマー板・フィルム、金属板・フィルム等が挙げられる。ガラス板としては、特にソーダ石灰ガラス、バリウム・ストロンチウム含有ガラス、鉛ガラス、アルミノケイ酸ガラス、ホウケイ酸ガラス、バリウムホウケイ酸ガラス、石英等を挙げることができる。また、ポリマー板としては、ポリカーボネート、アクリル、ポリエチレンテレフタレート、ポリエーテルサルファイド、ポリサルフォン等を挙げることができる。金属板としては、ステンレス、鉄、銅、アルミニウム、マグネシウム、ニッケル、亜鉛、クロム、チタン、モリブテン、シリコン、ゲルマニウム及びタンタルからなる群から選ばれる1種以上の金属又は合金からなるものが挙げられる。
本発明においては、有機EL素子を薄膜化できるということからポリマーフィルム、金属フィルムを好ましく使用することができる。さらには、ポリマーフィルムはJIS K 7126−1987に準拠した方法で測定された酸素透過度が1×10−3ml/m・24h以下、JIS K 7129−1992に準拠した方法で測定された、水蒸気透過度(25±0.5℃、相対湿度90±2%)が、1×10−3g/m・24h以下のものであることが好ましい。
封止部材を凹状に加工するのは、サンドブラスト加工、化学エッチング加工等が使われる。
接着剤として具体的には、アクリル酸系オリゴマー、メタクリル酸系オリゴマーの反応性ビニル基を有する光硬化及び熱硬化型接着剤、2−シアノアクリル酸エステル等の湿気硬化型等の接着剤を挙げることができる。また、エポキシ系等の熱及び化学硬化型(二液混合)を挙げることができる。また、ホットメルト型のポリアミド、ポリエステル、ポリオレフィンを挙げることができる。また、カチオン硬化タイプの紫外線硬化型エポキシ樹脂接着剤を挙げることができる。
なお、有機EL素子が熱処理により劣化する場合があるので、室温から80℃までに接着硬化できるものが好ましい。また、前記接着剤中に乾燥剤を分散させておいてもよい。封止部分への接着剤の塗布は市販のディスペンサーを使ってもよいし、スクリーン印刷のように印刷してもよい。
また、有機層を挟み支持基板と対向する側の電極の外側に該電極と有機層を被覆し、支持基板と接する形で無機物、有機物の層を形成し封止膜とすることも好適にできる。この場合、該膜を形成する材料としては、水分や酸素等素子の劣化をもたらすものの浸入を抑制する機能を有する材料であればよく、例えば、酸化ケイ素、二酸化ケイ素、窒化ケイ素等を用いることができる。
さらに該膜の脆弱性を改良するために、これら無機層と有機材料からなる層の積層構造を持たせることが好ましい。これらの膜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、分子線エピタキシー法、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、大気圧プラズマ重合法、プラズマCVD法、レーザーCVD法、熱CVD法、コーティング法等を用いることができる。
封止部材と有機EL素子の表示領域との間隙には、気相及び液相では、窒素、アルゴン等の不活性気体やフッ化炭化水素、シリコンオイルのような不活性液体を注入することが好ましい。また、真空とすることも可能である。また、内部に吸湿性化合物を封入することもできる。
吸湿性化合物としては、例えば、金属酸化物(例えば、酸化ナトリウム、酸化カリウム、酸化カルシウム、酸化バリウム、酸化マグネシウム、酸化アルミニウム等)、硫酸塩(例えば、硫酸ナトリウム、硫酸カルシウム、硫酸マグネシウム、硫酸コバルト等)、金属ハロゲン化物(例えば、塩化カルシウム、塩化マグネシウム、フッ化セシウム、フッ化タンタル、臭化セリウム、臭化マグネシウム、ヨウ化バリウム、ヨウ化マグネシウム等)、過塩素酸類(例えば、過塩素酸バリウム、過塩素酸マグネシウム等)等が挙げられ、硫酸塩、金属ハロゲン化物及び過塩素酸類においては無水塩が好適に用いられる。
[保護膜、保護板]
有機層を挟み支持基板と対向する側の前記封止膜あるいは前記封止用フィルムの外側に、素子の機械的強度を高めるために、保護膜あるいは保護板を設けてもよい。特に、封止が前記封止膜により行われている場合には、その機械的強度は必ずしも高くないため、このような保護膜、保護板を設けることが好ましい。これに使用することができる材料としては、前記封止に用いたのと同様なガラス板、ポリマー板・フィルム、金属板・フィルム等を用いることができるが、軽量かつ薄膜化ということからポリマーフィルムを用いることが好ましい。
[光取り出し向上技術]
有機EL素子は、空気よりも屈折率の高い(屈折率1.6〜2.1程度の範囲内)層の内部で発光し、発光層で発生した光のうち15%から20%程度の光しか取り出せないことが一般的に言われている。これは、臨界角以上の角度θで界面(透明基板と空気との界面)に入射する光は、全反射を起こし素子外部に取り出すことができないことや、透明電極ないし発光層と透明基板との間で光が全反射を起こし、光が透明電極ないし発光層を導波し、結果として、光が素子側面方向に逃げるためである。
この光の取り出しの効率を向上させる手法としては、例えば、透明基板表面に凹凸を形成し、透明基板と空気界面での全反射を防ぐ方法(例えば、米国特許第4774435号明細書)、基板に集光性を持たせることにより効率を向上させる方法(例えば、特開昭63−314795号公報)、素子の側面等に反射面を形成する方法(例えば、特開平1−220394号公報)、基板と発光体の間に中間の屈折率を持つ平坦層を導入し、反射防止膜を形成する方法(例えば、特開昭62−172691号公報)、基板と発光体の間に基板よりも低屈折率を持つ平坦層を導入する方法(例えば、特開2001−202827号公報)、基板、透明電極層や発光層のいずれかの層間(含む、基板と外界間)に回折格子を形成する方法(特開平11−283751号公報)などが挙げられる。
本発明においては、これらの方法を本発明の有機EL素子と組み合わせて用いることができるが、基板と発光体の間に基板よりも低屈折率を持つ平坦層を導入する方法、あるいは基板、透明電極層や発光層のいずれかの層間(含む、基板と外界間)に回折格子を形成する方法を好適に用いることができる。
本発明は、これらの手段を組み合わせることにより、更に高輝度あるいは耐久性に優れた素子を得ることができる。
透明電極と透明基板の間に低屈折率の媒質を光の波長よりも長い厚さで形成すると、透明電極から出てきた光は、媒質の屈折率が低いほど、外部への取り出し効率が高くなる。
低屈折率層としては、例えば、エアロゲル、多孔質シリカ、フッ化マグネシウム、フッ素系ポリマーなどが挙げられる。透明基板の屈折率は一般に1.5〜1.7程度の範囲内であるので、低屈折率層は、屈折率がおよそ1.5以下であることが好ましい。またさらに1.35以下であることが好ましい。
また、低屈折率媒質の厚さは、媒質中の波長の2倍以上となるのが望ましい。これは、低屈折率媒質の厚さが、光の波長程度になってエバネッセントで染み出した電磁波が基板内に入り込む膜厚になると、低屈折率層の効果が薄れるからである。
全反射を起こす界面又は、いずれかの媒質中に回折格子を導入する方法は、光取り出し効率の向上効果が高いという特徴がある。この方法は、回折格子が1次の回折や、2次の回折といった、いわゆるブラッグ回折により、光の向きを屈折とは異なる特定の向きに変えることができる性質を利用して、発光層から発生した光のうち、層間での全反射等により外に出ることができない光を、いずれかの層間若しくは、媒質中(透明基板内や透明電極内)に回折格子を導入することで光を回折させ、光を外に取り出そうとするものである。
導入する回折格子は、二次元的な周期屈折率を持っていることが望ましい。これは、発光層で発光する光はあらゆる方向にランダムに発生するので、ある方向にのみ周期的な屈折率分布を持っている一般的な一次元回折格子では、特定の方向に進む光しか回折されず、光の取り出し効率がさほど上がらない。
しかしながら、屈折率分布を二次元的な分布にすることにより、あらゆる方向に進む光が回折され、光の取り出し効率が上がる。
回折格子を導入する位置としては、いずれかの層間、若しくは媒質中(透明基板内や透明電極内)でもよいが、光が発生する場所である有機発光層の近傍が望ましい。このとき、回折格子の周期は、媒質中の光の波長の約1/2〜3倍程度の範囲内が好ましい。回折格子の配列は、正方形のラチス状、三角形のラチス状、ハニカムラチス状など、二次元的に配列が繰り返されることが好ましい。
[集光シート]
本発明の有機EL素子は、支持基板(基板)の光取出し側に、例えばマイクロレンズアレイ上の構造を設ける加工や、いわゆる集光シートと組み合わせることにより、特定方向、例えば素子発光面に対し正面方向に集光することにより、特定方向上の輝度を高めることができる。
マイクロレンズアレイの例としては、基板の光取り出し側に一辺が30μmでその頂角が90度となるような四角錐を二次元に配列する。一辺は10〜100μmの範囲内が好ましい。これより小さくなると回折の効果が発生して色付く、大きすぎると厚さが厚くなり好ましくない。
集光シートとしては、例えば液晶表示装置のLEDバックライトで実用化されているものを用いることが可能である。このようなシートとして例えば、住友スリーエム社製輝度上昇フィルム(BEF)などを用いることができる。プリズムシートの形状としては、例えば、基材に頂角90度、ピッチ50μmの△状のストライプが形成されたものであってもよいし、頂角が丸みを帯びた形状、ピッチをランダムに変化させた形状、その他の形状であってもよい。
また、有機EL素子からの光放射角を制御するために光拡散板・フィルムを、集光シートと併用してもよい。例えば、(株)きもと製拡散フィルム(ライトアップ)などを用いることができる。
[用途]
本発明の有機EL素子は、電子機器、例えば、表示装置、ディスプレイ、各種発光装置として用いることができる。
発光装置として、例えば、照明装置(家庭用照明、車内照明)、時計や液晶用バックライト、看板広告、信号機、光記憶媒体の光源、電子写真複写機の光源、光通信処理機の光源、光センサーの光源等が挙げられるがこれに限定するものではないが、特に液晶表示装置のバックライト、照明用光源としての用途に有効に用いることができる。
本発明の有機EL素子においては、必要に応じ成膜時にメタルマスクやインクジェットプリンティング法等でパターニングを施してもよい。パターニングする場合は、電極のみをパターニングしてもよいし、電極と発光層をパターニングしてもよいし、素子全層をパターニングしてもよく、素子の作製においては、従来公知の方法を用いることができる。
<表示装置>
本発明の有機EL素子を具備する表示装置は単色でも多色でもよいが、ここでは多色表示装置について説明する。
多色表示装置の場合は発光層形成時のみシャドーマスクを設け、一面に蒸着法、キャスト法、スピンコート法、インクジェット法又は印刷法等で膜を形成できる。
発光層のみパターニングを行う場合、その方法に限定はないが、好ましくは蒸着法、インクジェット法、スピンコート法及び印刷法である。
表示装置に具備される有機EL素子の構成は、必要に応じて上記の有機EL素子の構成例の中から選択される。
また、有機EL素子の製造方法は、上記の本発明の有機EL素子の製造の一態様に示したとおりである。
このようにして得られた多色表示装置に直流電圧を印加する場合には、陽極を+、陰極を−の極性として電圧2〜40V程度を印加すると発光が観測できる。また、逆の極性で電圧を印加しても電流は流れずに発光は全く生じない。更に交流電圧を印加する場合には、陽極が+、陰極が−の状態になったときのみ発光する。なお、印加する交流の波形は任意でよい。
多色表示装置は、表示デバイス、ディスプレイ又は各種発光光源として用いることができる。表示デバイス又はディスプレイにおいて、青、赤及び緑発光の3種の有機EL素子を用いることによりフルカラーの表示が可能となる。
表示デバイス又はディスプレイとしては、テレビ、パソコン、モバイル機器、AV機器、文字放送表示及び自動車内の情報表示等が挙げられる。特に静止画像や動画像を再生する表示装置として使用してもよく、動画再生用の表示装置として使用する場合の駆動方式は単純マトリクス(パッシブマトリクス)方式でもアクティブマトリクス方式でもどちらでもよい。
発光装置としては、家庭用照明、車内照明、時計や液晶用のバックライト、看板広告、信号機、光記憶媒体の光源、電子写真複写機の光源、光通信処理機の光源、光センサーの光源等が挙げられるが、本発明はこれらに限定されない。
以下、本発明の有機EL素子を有する表示装置の一例を図面に基づいて説明する。
図5は有機EL素子から構成される表示装置の一例を示した模式図である。有機EL素子の発光により画像情報の表示を行う、例えば、携帯電話等のディスプレイの模式図である。
ディスプレイ1は複数の画素を有する表示部A、画像情報に基づいて表示部Aの画像走査を行う制御部B、表示部Aと制御部Bとを電気的に接続する配線部C等を有する。
制御部Bは表示部Aと配線部Cを介して電気的に接続され、複数の画素それぞれに外部からの画像情報に基づいて走査信号と画像データ信号を送り、走査信号により走査線ごとの画素が画像データ信号に応じて順次発光して画像走査を行って画像情報を表示部Aに表示する。
図6はアクティブマトリクス方式による表示装置の模式図である。
表示部Aは基板上に、複数の走査線5及びデータ線6を含む配線部Cと複数の画素3等とを有する。表示部Aの主要な部材の説明を以下に行う。
図6においては、画素3の発光した光が白矢印方向(下方向)へ取り出される場合を示している。
配線部の走査線5及び複数のデータ線6はそれぞれ導電材料からなり、走査線5とデータ線6は格子状に直交して、直交する位置で画素3に接続している(詳細は図示していない)。
画素3は走査線5から走査信号が印加されると、データ線6から画像データ信号を受け取り、受け取った画像データに応じて発光する。
発光の色が赤領域の画素、緑領域の画素、青領域の画素を適宜同一基板上に並置することによって、フルカラー表示が可能となる。
次に、画素の発光プロセスを説明する。図7は画素の回路を示した概略図である。
画素は、有機EL素子10、スイッチングトランジスタ11、駆動トランジスタ12、コンデンサー13等を備えている。複数の画素に有機EL素子10として、赤色、緑色及び青色発光の有機EL素子を用い、これらを同一基板上に並置することでフルカラー表示を行うことができる。
図7において、制御部Bからデータ線6を介してスイッチングトランジスタ11のドレインに画像データ信号が印加される。そして、制御部Bから走査線5を介してスイッチングトランジスタ11のゲートに走査信号が印加されると、スイッチングトランジスタ11の駆動がオンし、ドレインに印加された画像データ信号がコンデンサー13と駆動トランジスタ12のゲートに伝達される。
画像データ信号の伝達により、コンデンサー13が画像データ信号の電位に応じて充電されるとともに、駆動トランジスタ12の駆動がオンする。駆動トランジスタ12は、ドレインが電源ライン7に接続され、ソースが有機EL素子10の電極に接続されており、ゲートに印加された画像データ信号の電位に応じて電源ライン7から有機EL素子10に電流が供給される。
制御部Bの順次走査により走査信号が次の走査線5に移ると、スイッチングトランジスタ11の駆動がオフする。しかし、スイッチングトランジスタ11の駆動がオフしてもコンデンサー13は充電された画像データ信号の電位を保持するので、駆動トランジスタ12の駆動はオン状態が保たれて、次の走査信号の印加が行われるまで有機EL素子10の発光が継続する。順次走査により次に走査信号が印加されたとき、走査信号に同期した次の画像データ信号の電位に応じて駆動トランジスタ12が駆動して有機EL素子10が発光する。
すなわち、有機EL素子10の発光は、複数の画素それぞれの有機EL素子10に対して、アクティブ素子であるスイッチングトランジスタ11と駆動トランジスタ12を設けて、複数の画素3それぞれの有機EL素子10の発光を行っている。このような発光方法をアクティブマトリクス方式と呼んでいる。
ここで、有機EL素子10の発光は複数の階調電位を持つ多値の画像データ信号による複数の階調の発光でもよいし、2値の画像データ信号による所定の発光量のオン、オフでもよい。また、コンデンサー13の電位の保持は次の走査信号の印加まで継続して保持してもよいし、次の走査信号が印加される直前に放電させてもよい。
本発明においては、上述したアクティブマトリクス方式に限らず、走査信号が走査されたときのみデータ信号に応じて有機EL素子を発光させるパッシブマトリクス方式の発光駆動でもよい。
図8は、パッシブマトリクス方式による表示装置の模式図である。図8において、複数の走査線5と複数の画像データ線6が画素3を挟んで対向して格子状に設けられている。
順次走査により走査線5の走査信号が印加されたとき、印加された走査線5に接続している画素3が画像データ信号に応じて発光する。
パッシブマトリクス方式では画素3にアクティブ素子が無く、製造コストの低減が計れる。
本発明の有機EL素子を用いることにより、発光効率が向上した表示装置が得られた。
<照明装置>
本発明の有機EL素子は、照明装置に用いることもできる。
本発明の有機EL素子は、共振器構造を持たせた有機EL素子として用いてもよい。このような共振器構造を有した有機EL素子の使用目的としては、光記憶媒体の光源、電子写真複写機の光源、光通信処理機の光源、光センサーの光源等が挙げられるが、これらに限定されない。また、レーザー発振をさせることにより上記用途に使用してもよい。
また、本発明の有機EL素子は、照明用や露光光源のような一種のランプとして使用してもよいし、画像を投影するタイプのプロジェクション装置や、静止画像や動画像を直接視認するタイプの表示装置(ディスプレイ)として使用してもよい。
動画再生用の表示装置として使用する場合の駆動方式は、パッシブマトリクス方式でもアクティブマトリクス方式でもどちらでもよい。又は、異なる発光色を有する本発明の有機EL素子を2種以上使用することにより、フルカラー表示装置を作製することが可能である。
また、本発明に用いられるπ共役系化合物は、実質的に白色の発光を生じる有機EL素子を具備する照明装置に適用できる。例えば、複数の発光材料を用いる場合、複数の発光色を同時に発光させて、混色することで白色発光を得ることができる。複数の発光色の組み合わせとしては、赤色、緑色及び青色の3原色の三つの発光極大波長を含有させたものでもよいし、青色と黄色、青緑と橙色等の補色の関係を利用した二つの発光極大波長を含有したものでもよい。
また、本発明の有機EL素子の形成方法は、発光層、正孔輸送層あるいは電子輸送層等の形成時のみマスクを設け、マスクにより塗り分ける等単純に配置するだけでよい。他層は共通であるのでマスク等のパターニングは不要であり、一面に蒸着法、キャスト法、スピンコート法、インクジェット法及び印刷法等で、例えば、電極膜を形成でき、生産性も向上する。
この方法によれば、複数色の発光素子をアレー状に並列配置した白色有機EL装置と異なり、素子自体が白色発光である。
[本発明の照明装置の一態様]
本発明の有機EL素子を具備した、本発明の照明装置の一態様について説明する。
本発明の有機EL素子の非発光面をガラスケースで覆い、厚さ300μmのガラス基板を封止用基板として用いて、周囲にシール材として、エポキシ系光硬化型接着剤(東亞合成社製ラックストラックLC0629B)を適用し、これを陰極上に重ねて透明支持基板と密着させ、ガラス基板側からUV光を照射して、硬化させて、封止し、図9及び図10に示すような照明装置を形成することができる。
図9は、照明装置の概略図を示し、本発明の有機EL素子(照明装置内の有機EL素子101)はガラスカバー102で覆われている(なお、ガラスカバーでの封止作業は、照明装置内の有機EL素子101を大気に接触させることなく窒素雰囲気下のグローブボックス(純度99.999%以上の高純度窒素ガスの雰囲気下)で行った。)。
図10は、照明装置の断面図を示し、105は陰極、106は有機層、107は透明電極付きガラス基板を示す。なお、ガラスカバー102内には窒素ガス108が充填され、捕水剤109が設けられている。
本発明の有機EL素子を用いることにより、発光効率が向上した照明装置が得られる。
<発光材料>
本発明のπ共役系化合物は、電界励起等により、蛍光を放射することができる。したがって、各種発光材料として使用することができる。発光材料には、π共役系化合物以外に、必要に応じて他の成分が含まれてもよい。また、発光材料は、粉体状で用いられてもよく、所望の形状に加工されて用いられてもよい。発光材料は、例えば後述の発光性薄膜を形成するための材料や、蛍光塗料、バイオイメージング蛍光色素に適用することができる。
また、π共役系化合物のΔESTの絶対値が0.50eV以下である場合、π共役系化合物が、遅延蛍光を放射することがあり、このような化合物は、バイオイメージング蛍光色素に適用することができる。さらに遅延蛍光は、酸素により消光されることが知られているため、酸素センシング材料にも適用することができる。
<発光性薄膜>
本発明に係る発光性薄膜は、上述の本発明に係るπ共役系化合物を含有することを特徴とし、前記有機層の形成方法と同様に作製することができる。
本発明の発光性薄膜及は、前記有機層の形成方法と同様に作製することができる。
本発明の発光性薄膜の形成方法は、特に制限はなく、従来公知の例えば真空蒸着法、湿式法(ウェットプロセスともいう)等による形成方法を用いることができる。
湿式法としては、スピンコート法、キャスト法、インクジェット法、印刷法、ダイコート法、ブレードコート法、ロールコート法、スプレーコート法、カーテンコート法、LB法(ラングミュア−ブロジェット法)等があるが、均質な薄膜が得られやすく、かつ高生産性の点から、ダイコート法、ロールコート法、インクジェット法、スプレーコート法などのロール・ツー・ロール方式適性の高い方法が好ましい。
本発明に用いられる発光材料を溶解又は分散する液媒体としては、例えば、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン等のケトン類、酢酸エチル等の脂肪酸エステル類、ジクロロベンゼン等のハロゲン化炭化水素類、トルエン、キシレン、メシチレン、シクロヘキシルベンゼン等の芳香族炭化水素類、シクロヘキサン、デカリン、ドデカン等の脂肪族炭化水素類、DMF、DMSO等の有機溶媒を用いることができる。
また、分散方法としては、超音波、高剪断力分散やメディア分散等の分散方法により分散することができる。
更に層毎に異なる成膜法を適用してもよい。成膜に蒸着法を採用する場合、その蒸着条件は使用する化合物の種類等により異なるが、一般にボート加熱温度を50〜450℃の範囲内、真空度を10−6〜10−2Paの範囲内、蒸着速度0.01〜50nm/秒の範囲内、基板温度−50〜300℃の範囲内、層厚0.1nm〜5μmの範囲内、好ましくは5〜200nmの範囲内で適宜選ぶことが望ましい。
また、成膜にスピンコート法を採用する場合、スピンコーターを100〜1000rpmの範囲内、10〜120秒の範囲内で、乾燥不活性ガス雰囲気下で行うことが好ましい。
以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれにより限定されるものではない。なお、実施例において「%」の表示を用いるが、特に断りがない限り「質量%」を表す。
実施例及び比較例で用いた化合物を以下に示す。
Figure 2017197482
Figure 2017197482
Figure 2017197482
Figure 2017197482
(π共役系化合物T−25の合成)
(3,5−ジブロモフェニル)ボラン酸と2−クロロ−4,6−ジフェニル−1,3,5−トリアジンを、テトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウムと炭酸カリウムの存在下、トルエン、エタノール、及び水中、100℃で加熱撹拌し、2−(3,5−ジブロモ)−4,6−ジフェニル−1,3,5−トリアジンを得た。次に、2−(3,5−ジブロモ)−4,6−ジフェニル−1,3,5−トリアジンとジフェニルアミンを、トリス(ジベンジリデンアセトン)ジパラジウム、トリ(t−ブチル)ホスフィン、t−ブトキシナトリウムの存在下、キシレン中、140℃で加熱撹拌し、π共役系化合物T−25の粗精製物を得た。その後、カラムクロマトグラフィー、再結晶、昇華精製を行って、π共役系化合物T−25の高純度品を取得した。
(その他のπ共役系化合物の合成)
主に原材料を変更した以外は前述と同様にして、化合物T−1、T−8、T−13、T−15、T−16、T−22、T−26、T−33、T−34、T−35、T−36、T−37、T−40、T−48、T−49、T−52、T−53、及びT−56を合成した。
得られた化合物及び比較化合物1〜4のΔESTを、以下の方法で計算して求めた。
(ΔESTの算出)
化合物の分子軌道計算による構造最適化及び電子密度分布の算出は、計算手法として、汎関数としてB3LYP、基底関数として6−31G(d)を用いた分子軌道計算用ソフトウェアを用いて算出した。分子軌道計算用ソフトウェアとして、米国Gaussian社製のGaussian09(Revision C.01,M.J.Frisch,et al,Gaussian,Inc.,2010.)を用いた。
この汎関数としてB3LYP、基底関数として6−31G(d)を用いた構造最適化計算から、さらに時間依存密度汎関数法(Time−Dependent DFT)による励起状態計算を実施してS、Tのエネルギー準位(それぞれE(S)、E(T))を求めてΔEST=|E(S)−E(T)|として算出した。
[実施例1]
(有機EL素子1−1の作製)
50mm×50mm、厚さ0.7mmのガラス基板上に、陽極としてITO(インジウム・スズ酸化物)を150nmの厚さで成膜し、パターニングを行った。その後、このITO透明電極を付けた透明基板をイソプロピルアルコールで超音波洗浄し、乾燥窒素ガスで乾燥し、UVオゾン洗浄を5分間行った。その後、この透明基板を市販の真空蒸着装置の基板ホルダーに固定した。
真空蒸着装置内の蒸着用るつぼの各々に、各層の構成材料を、各々素子作製に最適の量を充填した。蒸着用るつぼはモリブデン製またはタングステン製の抵抗加熱用材料で作製されたものを用いた。
真空度1×10−4Paまで減圧した後、HI−1の入った蒸着用るつぼに通電して加熱し、蒸着速度0.1nm/秒でITO透明電極上に蒸着し、層厚10nmの正孔注入輸送層を形成した。
次いで、α−NPD(4,4′−ビス〔N−(1−ナフチル)−N−フェニルアミノ〕ビフェニル)を蒸着速度0.1nm/秒で前記正孔注入層上に蒸着し、層厚40nmの正孔輸送層を形成した。ホスト化合物としてH−232、発光性化合物として比較化合物1を、それぞれ94%、6%の体積%になるように蒸着速度0.1nm/秒で共蒸着し、層厚30nmの発光層を形成した。
その後、BCP(2,9−ジメチル−4,7−ジフェニル−1,10−フェナントロリン)を蒸着速度0.1nm/秒で蒸着し、層厚30nmの電子輸送層を形成した。
さらに、フッ化リチウムを膜厚0.5nmで形成した後に、アルミニウム100nmを蒸着して陰極を形成した。
上記素子の非発光面側を、純度99.999%以上の高純度窒素ガスの雰囲気下で、缶状ガラスケースで覆い、電極取り出し配線を設置して、有機EL素子1−1を作製した。
(有機EL素子1−2〜1−23の作製)
発光性化合物を表1に示すように変えた以外は有機EL素子1−1と同様の方法で有機EL素子1−2〜1−23を作製した。
(相対発光効率の測定)
上記作製した各有機EL素子を、室温(約25℃)で、2.5mA/cmの定電流条件下で発光させ、発光開始直後の発光輝度を、分光放射輝度計CS−2000(コニカミノルタ社製)を用いて測定した。表1に、得られた発光輝度の相対値(実施例1では有機EL素子1−1の発光輝度に対する相対値)を示した。
Figure 2017197482
[実施例2]
(有機EL素子2−1の作製)
陽極として100mm×100mm×1.1mmのガラス基板上にITO(インジウムチンオキシド)を100nm成膜した基板(NHテクノグラス社製NA45)にパターニングを行った。その後、このITO透明電極を設けた透明支持基板をイソプロピルアルコールで超音波洗浄し、乾燥窒素ガスで乾燥し、UVオゾン洗浄を5分間行った。
この透明支持基板上に、ポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)−ポリスチレンスルホネート(PEDOT/PSS、Bayer社製、Baytron P Al 4083)を純水で70%に希釈した溶液を用いて3000rpm、30秒の条件下、スピンコート法により薄膜を形成した後、200℃にて1時間乾燥し、層厚20nmの正孔注入層を設けた。この透明支持基板を市販の真空蒸着装置の基板ホルダーに固定した。
真空蒸着装置内の蒸着用るつぼの各々に、各層の構成材料を、各々素子作製に最適の量を充填した。蒸着用るつぼはモリブデン製またはタングステン製の抵抗加熱用材料で作製されたものを用いた。
真空度1×10−4Paまで減圧した後、α−NPDを蒸着速度0.1nm/秒で前記正孔注入層上に蒸着し、層厚40nmの正孔輸送層を形成した。ホスト化合物としてH−234、発光性化合物としてTBPe(2,5,8,11−テトラ−tert−ブチルペリレン)が、それぞれ97%、3%の体積%になるように蒸着速度0.1nm/秒で共蒸着し、層厚30nmの発光層を形成した。
その後、TPBi(1,3,5−トリス(N−フェニルベンゾイミダゾール−2−イル)を蒸着速度0.1nm/秒で蒸着し、層厚30nmの電子輸送層を形成した。
さらに、フッ化ナトリウムを膜厚1nmで形成した後に、アルミニウム100nmを蒸着して陰極を形成した。
上記素子の非発光面側を、純度99.999%以上の高純度窒素ガスの雰囲気下で、缶状ガラスケースで覆い、電極取り出し配線を設置して、有機EL素子2−1を作製した。
(有機EL素子2−2の作製)
ホスト化合物としてH−234、発光性化合物としてTBPe(2,5,8,11−テトラ−tert−ブチルペリレン)、第三成分として比較化合物1を用い、それぞれの比率が82%、3%、15%の体積%となるように発光層を形成した以外は有機EL素子2−1の作製と同様にして、有機EL素子2−2を作製した。
(有機EL素子2−3〜2−8の作製)
表2に示すように、第三成分を変えた以外は有機EL素子2−2と同様の方法で有機EL素子2−3〜2−8を作製した。
上記作製した各有機EL素子の駆動時の相対発光効率を、実施例1と同様にして測定した。表2に、得られた発光輝度の相対値(実施例2では有機EL素子2−1の発光輝度に対する相対値)を示した。
Figure 2017197482
[実施例3]
(有機EL素子3−1の作製)
50mm×50mm、厚さ0.7mmのガラス基板上に、陽極としてITO(インジウム・スズ酸化物)を150nmの厚さで製膜し、パターニングを行った。その後、このITO透明電極を付けた透明基板をイソプロピルアルコールで超音波洗浄し、乾燥窒素ガスで乾燥し、UVオゾン洗浄を5分間行った後、この透明基板を市販の真空蒸着装置の基板ホルダーに固定した。
真空蒸着装置内の蒸着用の抵抗加熱ボートの各々に、各層の構成材料を、各々素子作製に最適の量を充填した。前記抵抗加熱ボートはモリブデン製又はタングステン製を用いた。
真空度1×10−4Paまで減圧した後、HI−1の入った抵抗加熱ボートに通電して加熱し、蒸着速度0.1nm/秒でITO透明電極上に蒸着し、層厚15nmの正孔注入層を形成した。
次いで、α−NPD(4,4’−ビス〔N−(1−ナフチル)−N−フェニルアミノ〕ビフェニル)を蒸着速度0.1nm/秒で蒸着し、層厚30nmの正孔輸送層を形成した。
次いで、ホスト化合物として比較化合物1と発光性化合物としてGD−1の入った抵抗加熱ボートに通電して加熱し、それぞれ蒸着速度0.1nm/秒、0.010nm/秒で前記正孔輸送層上に共蒸着し、層厚40nmの発光層を形成した。
次いで、HB−1を蒸着速度0.1nm/秒で蒸着し、層厚5nmの第一電子輸送層を形成した。
さらにその上に、ET―1を蒸着速度0.1nm/秒で蒸着し、層厚45nmの第二電子輸送層を形成した。
その後、フッ化リチウムを厚さ0.5nmになるよう蒸着した後に、アルミニウム100nmを蒸着して陰極を形成し、有機EL素子3−1を作製した。
(有機EL素子3−2〜3−8の作製)
ホスト化合物を表3に示すように変えた以外は有機EL素子3−1と同様の方法で有機EL素子3−2〜3−8を作製した。
上記作製した各有機EL素子の相対発光効率を、実施例1と同様にして測定した。
表3に、得られた発光輝度の相対値(実施例3では有機EL素子3−1の発光輝度に対する相対値)を示した。
Figure 2017197482
[実施例4]
(有機EL素子4−1の作製)
50mm×50mm、厚さ0.7mmのガラス基板上に、陽極としてITO(インジウム・スズ酸化物)を150nmの厚さで製膜し、パターニングを行った。その後、このITO透明電極を付けた透明基板をイソプロピルアルコールで超音波洗浄し、乾燥窒素ガスで乾燥し、UVオゾン洗浄を5分間行った後、この透明基板を市販の真空蒸着装置の基板ホルダーに固定した。
真空蒸着装置内の蒸着用の抵抗加熱ボートの各々に、各層の構成材料を、各々素子作製に最適の量を充填した。前記抵抗加熱ボートはモリブデン製又はタングステン製を用いた。
真空度1×10−4Paまで減圧した後、α−NPD(4,4’−ビス〔N−(1−ナフチル)−N−フェニルアミノ〕ビフェニル)の入った抵抗加熱ボートに通電して加熱し、蒸着速度0.1nm/秒でITO透明電極上に蒸着し、層厚30nmの正孔注入層を形成した。
次いで、TCTA(トリス(4−カルバゾイル−9−イルフェニル)アミン)を蒸着速度0.1nm/秒で蒸着し、層厚20nmの第一正孔輸送層を形成した。
さらに、H−233を蒸着速度0.1nm/秒で蒸着し、層厚10nmの第二正孔輸送層を形成した。
次いで、ホスト化合物として比較化合物1と発光性化合物としてTBPe(2,5,8,11−テトラ−tert−ブチルペリレン)の入った抵抗加熱ボートに通電して加熱し、それぞれ蒸着速度0.1nm/秒、0.010nm/秒で前記正孔輸送層上に共蒸着し、層厚20nmの発光層を形成した。
次いで、H−232を蒸着速度0.1nm/秒で蒸着し、層厚10nmの第一電子輸送層を形成した。
さらにその上に、TBPiを蒸着速度0.1nm/秒で蒸着し、層厚30mの第二電子輸送層を形成した。
その後、フッ化リチウムを厚さ0.5nmになるよう蒸着した後に、アルミニウム100nmを蒸着して陰極を形成し、有機EL素子4−1を作製した。
(有機EL素子4−2〜4−6の作製)
ホスト化合物を表4に示すように変えた以外は有機EL素子4−1と同様の方法で有機EL素子4−2〜4−6を作製した。
上記作製した各有機EL素子の相対発光効率を、実施例1と同様にして測定した。
表4に、得られた発光輝度の相対値(実施例4では有機EL素子4−1の発光輝度に対する相対値)を示した。
Figure 2017197482
素子1〜4において、いずれの場合も、比較例化合物より本発明の化合物の方が高い発光効率を示した。
表1では、有機EL素子1−3、1−7及び1−8の対比から、発光性化合物として電子供与性基Dが「ジヒドロアクリジニル基」である化合物T−13を用いた有機EL素子1−7及び「フェノキサジニル基」である化合物T−15を用いた有機EL素子1−8は、電子供与性基Dが「カルバゾリル基」である比較化合物3を用いた有機EL素子1−3よりもΔEstが小さく、相対発光効率が高いことが示される。
表1では、有機EL素子1−7と1−23の対比から、発光性化合物としてLとLがいずれもアザジベンゾフラニル基である化合物T−56を用いた有機EL素子1−23は、LとLがいずれもシアノ基である化合物T−13を用いた有機EL素子1−7よりもΔEstが小さく、相対発光効率が高いことが示される。
表1では、有機EL素子1−10と1−22の対比から、発光性化合物としてQ〜Qが全て炭素原子である化合物T−22を用いた有機EL素子1−10のほうが、Q〜Qの一部が窒素原子である化合物T−53を用いた有機EL素子1−22よりもΔEstが小さく、相対発光効率が高いことが示される。
表1では、有機EL素子1−5と1−21の対比から、発光性化合物としてQ〜Qが全て窒素原子である化合物T−1を用いた有機EL素子1−5のほうが、Q〜Qの一部が窒素原子である化合物T−52を用いた有機EL素子1−21よりも相対発光効率が高いことが示される。
表1では、有機EL素子1−7と1−9の対比から、発光性化合物として電子供与性基Dが「ジヒドロアクリジニル基」である化合物T−13を用いた有機EL素子1−7のほうが、電子供与性基Dが「フェノチアジニル基」である化合物T−16を用いた有機EL素子1−9よりも相対発光効率が高いことが示される。
表2では、有機EL素子2−3、2−4及び2−8の対比から、第三成分として電子供与性基Dが「ジアザカルバゾリル基」である化合物T−8やT−49を用いた有機EL素子2−4や2−8は、電子供与性基Dが「ジヒドロアクリジニル基」である化合物T−1を用いた有機EL素子2−3よりもΔEstが小さく、相対発光効率が高いことが示される。
表4では、有機EL素子4−2と4−6の対比から、ホスト化合物として電子供与性基Dが「ジアザカルバゾリル基」である化合物T−49を用いた有機EL素子4−6は、電子供与性基Dが「ジヒドロアクリジニル基」である化合物T−1を用いた有機EL素子4−2よりもΔEstが小さく、相対発光効率が高いことが示される。
[実施例5]
(有機EL素子5−1〜5−6の作製)
実施例1の素子1−5から、ホスト化合物及び発光性化合物を表5に示すようにそれぞれ変えた以外は有機EL素子1−5と同様の方法で有機EL素子5−1〜5−6を作製した。
また、前述の有機EL素子1−5、1−6、1−11、1−15、1−18及び1−19を準備した。
(相対輝度半減時間の測定)
上記準備した各素子を、初期輝度300cd/mで点灯したときの輝度半減時間(輝度が300cd/mから150cd/mまで低下するのに要する時間)をそれぞれ測定した。
そして、表5に各素子の輝度半減時間の、有機EL素子1−19の輝度半減時間に対する相対値)を示した。
Figure 2017197482
素子5において、ホスト化合物として一般式(I)で表される化合物を用いた素子のほうが、H−232を用いた素子よりも、相対輝度半減時間が長いことが示される。
[実施例6]
(共蒸着膜6−1の作製)
50mm×50mm、厚さ0.7mmの石英基板をイソプロピルアルコールで超音波洗浄し、乾燥窒素ガスで乾燥し、UVオゾン洗浄を5分間行った後、この透明基板を市販の真空蒸着装置の基板ホルダーに固定した。
真空蒸着装置内の蒸着用るつぼの各々に、1,3−ビス(N−カルバゾリル)ベンゼン(mCP)および化合物T−25を充填した。蒸着用るつぼはモリブデン製またはタングステン製の抵抗加熱用材料で作製されたものを用いた。
真空度1×10−4Paまで減圧した後、ホスト化合物として1,3−ビス(N−カルバゾリル)ベンゼン(mCP)、発光性化合物として化合物T−25を、それぞれ94%、6%の体積%になるように蒸着速度0.1nm/秒で共蒸着し、層厚40nmの共蒸着膜6−1を形成した。
(共蒸着膜6−1の遅延蛍光の測定)
窒素雰囲気下で、共蒸着膜6−1に、波長355nmの励起光を照射し、各々の極大発光波長での蛍光減衰測定を行った。各共蒸着膜6−1について、時間と光子数との関係を示すグラフを図11に示す。図11に示すように、本発明のπ共役系化合物(T−25)は、蛍光の減衰速度の異なる成分が2種以上確認され、遅延蛍光を放射することが確認された。
本発明によれば、例えば有機エレクトロルミネッセンス素子の発光効率を改良しうる新たなπ共役系化合物を提供することができる。また、当該π共役系化合物を用いた有機エレクトロルミネッセンス素子材料、発光性薄膜、発光材料、有機エレクトロルミネッセンス素子、並びに当該有機エレクトロルミネッセンス素子が具備された表示装置及び照明装置を提供することができる。
1 ディスプレイ
3 画素
5 走査線
6 データ線
7 電源ライン
10 有機EL素子
11 スイッチングトランジスタ
12 駆動トランジスタ
13 コンデンサー
101 照明装置内の有機EL素子
102 ガラスカバー
105 陰極
106 有機層
107 透明電極付きガラス基板
108 窒素ガス
109 捕水剤
A 表示部
B 制御部
C 配線部

Claims (24)

  1. 下記一般式(1)で表される、π共役系化合物。
    Figure 2017197482
    (一般式(1)中、
    〜Qは、それぞれ−CH又は窒素原子を表し、
    、L及びMは、それぞれ電子供与性基D又は電子求引性基Aを表し、
    前記L及びLが前記電子供与性基Dであり、且つ前記Mが前記電子求引性基Aであるか、又は前記L及びLが前記電子求引性基Aであり、且つ前記Mが前記電子供与性基Dであり、
    前記電子供与性基Dは、置換されていてもよい10,11−ジヒドロジベンゾアゼピン環、置換されていてもよい9,10−ジヒドロアクリジン環、置換されていてもよい5,10−ジヒドロフェナジン環、置換されていてもよい5,10−ジヒドロフェナザシリン環、置換されていてもよいフェノキサジン環、置換されていてもよいフェノチアジン環、置換されていてもよいベンゾフリルインドール環、置換されていてもよいベンゾチエノインドール環、置換されていてもよいベンゾチエノベンゾチオフェン環、置換されていてもよいベンゾカルバゾール環、置換されていてもよいジベンゾカルバゾール環、置換されていてもよいアザカルバゾール環、及び置換されていてもよいジアザカルバゾール環からなる群より選ばれる置換されていてもよい電子供与性の複素環基、又は置換されたアミノ基であり、
    前記電子求引性基Aは、フッ素原子、シアノ基、フッ素原子で置換されたアルキル基、置換されたカルボニル基、置換されたスルホニル基、置換されたホスフィンオキサイド基、置換されたボリル基、電子求引性基で置換されていてもよいアリール基、及び置換されていてもよい電子求引性の複素環基からなる群より選ばれる基である)
  2. 前記L及びLが前記電子供与性基Dであり、且つ前記Mが前記電子求引性基Aである、請求項1に記載のπ共役系化合物。
  3. 前記L及びLが前記電子求引性基Aであり、且つ前記Mが前記電子供与性基Dであり、
    前記LとLが同時にシアノ基ではない、請求項1に記載のπ共役系化合物。
  4. 前記Q〜Qは、いずれも−CHである、請求項1〜3のいずれか一項に記載のπ共役系化合物。
  5. 前記Q〜Qは、いずれも窒素原子である、請求項1〜3のいずれか一項に記載のπ共役系化合物。
  6. 前記電子供与性基Dは、置換されていてもよい9,10−ジヒドロアクリジン環、置換されていてもよい5,10−ジヒドロフェナザシリン環、及び置換されていてもよいフェノキサジン環からなる群より選ばれる置換されていてもよい電子供与性の含窒素芳香族複素環基であり、且つ該含窒素芳香族複素環基の窒素原子が前記Q〜Qを含む環と結合しているか、又は
    前記置換されたアミノ基である、請求項1〜5のいずれか一項に記載のπ共役系化合物。
  7. 前記電子供与性基Dは、置換されていてもよいアザカルバゾリル基、又は置換されていてもよいジアザカルバゾリル基である、請求項1〜5のいずれか一項に記載のπ共役系化合物。
  8. 前記電子求引性基Aは、シアノ基、シアノ基で置換されたアリール基、無置換の含窒素芳香族六員環基、フッ素原子で置換された含窒素芳香族六員環基、シアノ基で置換された含窒素芳香族六員環基、フッ素置換アルキル基で置換された含窒素芳香族六員環基、及び置換されていてもよいアリール基で置換された含窒素芳香族六員環基、アザジベンゾフリル基、及びジアザジベンゾフリル基からなる群より選ばれる基である、請求項1〜7のいずれか一項に記載のπ共役系化合物。
  9. 前記電子求引性基Aは、無置換のアリール基である、請求項1〜7のいずれか一項に記載のπ共役系化合物。
  10. 最低励起一重項準位と最低励起三重項準位とのエネルギー差の絶対値ΔESTが0.50eV以下である、請求項1〜9のいずれか一項に記載のπ共役系化合物。
  11. 請求項1〜10のいずれか一項に記載のπ共役系化合物を含む、有機エレクトロルミネッセンス素子材料。
  12. 請求項1〜10のいずれか一項に記載のπ共役系化合物を含み、前記π共役系化合物が蛍光を放射する、発光材料。
  13. 前記π共役系化合物が、遅延蛍光を放射する、請求項12に記載の発光材料。
  14. 請求項1〜10のいずれか一項に記載のπ共役系化合物を含み、前記π共役系化合物が蛍光を放射する、電荷輸送材料。
  15. 前記π共役系化合物が、遅延蛍光を放射する、請求項14に記載の電荷輸送材料。
  16. 請求項1〜10のいずれか一項に記載のπ共役系化合物を含む、発光性薄膜。
  17. 陽極と、陰極と、前記陽極と前記陰極との間に設けられた発光層とを含み、
    前記発光層の少なくとも一層が、請求項1〜10のいずれか一項に記載のπ共役系化合物を含む、有機エレクトロルミネッセンス素子。
  18. 前記発光層が、ホスト化合物をさらに含む、請求項17に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
  19. 前記発光層は、蛍光発光性化合物及びリン光発光性化合物の少なくとも一方をさらに含む、請求項17に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
  20. 前記発光層は、蛍光発光性化合物及びリン光発光性化合物の少なくとも一方と、ホスト化合物とをさらに含む、請求項17に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
  21. 前記ホスト化合物が、下記一般式(I)で表される構造を有する、請求項18又は20に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
    Figure 2017197482
    (一般式(I)中、
    101は、NR101、酸素原子、硫黄原子、スルフィニル基、スルホニル基、CR102103又はSiR104105を表し、
    〜yは、それぞれ独立に、CR106又は窒素原子を表し、
    101〜R106は、それぞれ独立に、水素原子又は置換基を表し、互いに結合して環を形成してもよく、
    Ar101及びAr102は、それぞれ独立に、置換されていてもよいアリール基、又は置換されていてもよいヘテロアリール基を表し、
    n101及びn102は、各々0〜4の整数を表す。
    ただし、R101が水素原子の場合は、n101は1〜4の整数を表す。)
  22. 前記一般式(I)で表される構造を有するホスト化合物が、下記一般式(II)で表される構造を有する、請求項21に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
    Figure 2017197482
    (一般式(II)中、
    101は、NR101、酸素原子、硫黄原子、スルフィニル基、スルホニル基、CR102103又はSiR104105を表し、
    101〜R105は、各々水素原子又は置換基を表し、互いに結合して環を形成してもよく、
    Ar101及びAr102は、それぞれ独立に、置換されていてもよいアリール基、又は置換されていてもよいヘテロアリール基を表し、
    n102は0〜4の整数を表す。)
  23. 請求項17〜22のいずれか一項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子を含む、表示装置。
  24. 請求項17〜22のいずれか一項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子を含む、照明装置。
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