JP2021061316A - 有機電界発光素子用組成物、有機電界発光素子、表示装置及び照明装置 - Google Patents
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Abstract
Description
非特許文献1には、ビスカルバゾールを含むポリマーを発光層に用いた有機発光素子を開示されている。
特許文献4にはアリールアミンを含むポリマーおよびカルバゾールを有する化合物を発光層に含む有機発光素子を開示されている。
特許文献5には、共役繰り返しユニットおよび非共役繰り返しユニットを含むホストポリマーおよび発光ドーパントを含むインクを用いた発光組成物が開示されている。
特許文献6には、トリアジンユニットを含むポリマーホスト、ジベンゾフランなどのカルバゾール誘導体を含むインクを用いた有機発光素子を開示されている。
特に、高分子化合物を電荷輸送材として発光層に用いた場合、駆動電圧が高くなる場合があることが分かった。
このような効果が奏されるメカニズムとしては、高分子化合物だけでなく低分子化合物を併用することで、高分子化合物間の電荷輸送能力を補強することができ、さらにこれらが共にビスカルバゾール環を含む特定の同一の部分構造を有することで層内の電荷輸送がより容易となり、従来よりも低い電圧での駆動が可能となっていることによると考えられる。さらに電荷輸送能の向上により、層内の電荷量が増えるため、従来よりも有機電界発光素子の性能が向上すると考えられる。
R31〜R44は、それぞれ独立して、水素原子、炭素数1〜20のアルキル基、炭素数7〜40のアラルキル基、炭素数4〜40のヘテロアラルキル基、炭素数1〜20のアルコキシ基、炭素数6〜20のアリールオキシ基、炭素数3〜20のヘテロアリールオキシ基、炭素数1〜20のアルキルシリル基、炭素数6〜20のアリールシリル基、炭素数2〜20のアルキルカルボニル基、炭素数7〜20のアリールカルボニル基、炭素数2〜20のジアルキルアミノ基、炭素数12〜48のジアリールアミノ基、炭素数6〜30のアリール基、炭素数3〜30のヘテロアリール基又は、炭素数6〜30のアリール基と炭素数3〜30のヘテロアリール基の組み合わせである。これらの基はさらに置換基を有していてもよい。
Eは、直接連結、又は下記式(2−a)で表される基である。]
aは0〜4の整数であり、bは0〜3の整数である。
nは0〜2の整数であり、mは0〜20の整数である。
環Aは、ピリジン環、ピラジン環、ピリミジン環、イミダゾール環、オキサゾール環、チアゾール環、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、アザトリフェニレン環、カルボリン環のいずれかである。
環Aは、置換基を有していてもよく、該置換基は、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、炭素数1〜20のアルキル基、炭素数7〜40のアラルキル基、炭素数4〜40のヘテロアラルキル基、炭素数1〜20のアルコキシ基、炭素数6〜20のアリールオキシ基、炭素数3〜20のヘテロアリールオキシ基、炭素数1〜20のアルキルシリル基、炭素数6〜20のアリールシリル基、炭素数2〜20のアルキルカルボニル基、炭素数7〜20のアリールカルボニル基、炭素数2〜20のジアルキルアミノ基、炭素数12〜48のジアリールアミノ基、炭素数6〜20のアリール基、炭素数3〜20のヘテロアリール基又は、炭素数6〜20のアリール基と炭素数3〜20のヘテロアリール基の組み合わせである。また、環Aに結合する隣り合う置換基どうしが結合してさらに環を形成してもよい。
Z1は、直接連結またはm+1価の芳香族基を表す。
L1は補助配位子を表し、lは1〜3の整数である。補助配位子が複数ある場合は、それぞれ異なっていてもよく、同一であってもよい。]
3つのX2は、同時にCまたはNを表す。
Z2は、直接連結またはp+1価の芳香族連結基を表す。
Z3は、直接連結またはq+1価の芳香族連結基を表す。
p、qは1〜10の整数である。
R1、R2、a、b、n、環A、L1、lは、式(3)におけるR1、R2、a、b、n、環A、L1、lと同義である。]
また、ヘテロアラルキル基、ヘテロアリールオキシ基、ヘテロアリール基とは、それぞれヘテロ環を有するアラルキル基、ヘテロ環を有するアリールオキシ基、ヘテロ環を有するアリール基を表す。「ヘテロ環を有する」とは、アリール基、アラルキル基又はアリールオキシ基の芳香環を形成する炭素原子のうち1又は2以上の炭素原子がヘテロ原子に置換されていることを表し、ヘテロ原子としては窒素原子、酸素原子、硫黄原子、リン原子、ケイ素原子等が挙げられ、中でも耐久性の観点から窒素原子が好ましい。ヘテロアリーレン基についても同様である。
また、本明細書において、「芳香族連結基」とは、芳香族炭化水素連結基、即ち、芳香族炭化水素環を有する連結基のみならず、複素芳香族連結基、即ち、複素芳香族環を有する連結基を含む広義の芳香族連結基を表す。
本発明の有機電界発光素子用組成物は、下記式(1)で表される低分子化合物(以下、「低分子化合物(1)」と称す場合がある。)と、下記式(2)で表される構造を含む繰り返し単位(以下、「繰り返し単位(2)」と称す場合がある。)を有する高分子化合物(以下、「高分子化合物(2)」と称す場合がある。)と、発光材とを含むことを特徴とする。
R31〜R44は、それぞれ独立して、水素原子、炭素数1〜20のアルキル基、炭素数7〜40のアラルキル基、炭素数4〜40のヘテロアラルキル基、炭素数1〜20のアルコキシ基、炭素数6〜20のアリールオキシ基、炭素数3〜20のヘテロアリールオキシ基、炭素数1〜20のアルキルシリル基、炭素数6〜20のアリールシリル基、炭素数2〜20のアルキルカルボニル基、炭素数7〜20のアリールカルボニル基、炭素数2〜20のジアルキルアミノ基、炭素数12〜48のジアリールアミノ基、炭素数6〜30のアリール基、炭素数3〜30のヘテロアリール基又は、炭素数6〜30のアリール基と炭素数3〜30のヘテロアリール基の組み合わせである。これらの基はさらに置換基を有していてもよい。
Eは、直接連結、又は下記式(2−a)で表される基である。]
本発明に係る低分子化合物(1)は、前記式(1)で表される化合物であり、本発明の有機電界発光素子用組成物中に電荷輸送材料として含有される。
(R10〜R13)
R10〜R13は、それぞれ独立して、水素原子、炭素数1〜20のアルキル基、炭素数7〜40のアラルキル基、炭素数4〜40のヘテロアラルキル基、炭素数1〜20のアルコキシ基、炭素数6〜20のアリールオキシ基、炭素数3〜20のヘテロアリールオキシ基、炭素数1〜20のアルキルシリル基、炭素数6〜20のアリールシリル基、炭素数2〜20のアルキルカルボニル基、炭素数7〜20のアリールカルボニル基、炭素数2〜20のジアルキルアミノ基、炭素数12〜48のジアリールアミノ基、炭素数6〜30のアリール基、炭素数3〜30のヘテロアリール基又は、炭素数6〜30のアリール基と炭素数3〜30のヘテロアリール基の組み合わせである。これらの基はさらに置換基を有していてもよい。
また、電荷輸送性の点では、R10〜R13は、炭素数6〜20のアリール基か炭素数4〜20のヘテロアリール基であることが好ましく、フェニル基、ナフチル基、フルオレニル基、カルバゾリル基、インドロカルバゾリル基、インデノカルバゾリル基、インデノフルオレニル基であることがさらに好ましい。
例えば、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−ヘキシル基、シクロヘキシル基、ドデシル基等の、炭素数が通常1以上であり、好ましくは4以上であり、通常24以下、好ましくは12以下である、直鎖、分岐、又は環状のアルキル基;
例えば、ビニル基等の、炭素数が通常2以上であり、通常24以下、好ましくは12以下であるアルケニル基;
例えば、エチニル基等の、炭素数が通常2以上であり、通常24以下、好ましくは12以下であるアルキニル基;
例えば、メトキシ基、エトキシ基等の、炭素数が通常1以上であり、通常24以下、好ましくは12以下であるアルコキシ基;
例えば、フェノキシ基、ナフトキシ基、ピリジルオキシ基等の、炭素数が通常4以上、好ましくは5以上であり、通常36以下、好ましくは24であるアリールオキシ基若しくはヘテロアリールオキシ基;
例えば、メトキシカルボニル基、エトキシカルボニル基等の、炭素数が通常2以上であり、通常24以下、好ましくは12以下であるアルコキシカルボニル基;
例えば、ジメチルアミノ基、ジエチルアミノ基等の、炭素数が通常2以上であり、通常24以下、好ましくは12以下であるジアルキルアミノ基;
例えば、ジフェニルアミノ基、ジトリルアミノ基、N−カルバゾリル基等の、炭素数が通常10以上、好ましくは12以上であり、通常36以下、好ましくは24以下のジアリールアミノ基;
例えば、フェニルメチルアミノ基等の、炭素数が通常7以上であり、通常36以下、好ましくは24以下であるアリールアルキルアミノ基;
例えば、アセチル基、ベンゾイル基等の、炭素数が通常2以上であり、通常24以下、好ましくは12以下であるアシル基;
例えば、フッ素原子、塩素原子等のハロゲン原子;
例えば、トリフルオロメチル基等の、炭素数が通常1以上であり、通常12以下、好ましくは6以下のハロアルキル基;
例えば、メチルチオ基、エチルチオ基等の、炭素数が通常1以上であり、通常24以下、好ましくは12以下のアルキルチオ基;
例えば、フェニルチオ基、ナフチルチオ基、ピリジルチオ基等の、炭素数が通常4以上、好ましくは5以上であり、通常36以下、好ましくは24以下であるアリールチオ基;
例えば、トリメチルシリル基、トリフェニルシリル基等の、炭素数が通常2以上、好ましくは3以上であり、通常36以下、好ましくは24以下であるシリル基;
例えば、トリメチルシロキシ基、トリフェニルシロキシ基等の、炭素数が通常2以上、好ましくは3以上であり、通常36以下、好ましくは24以下であるシロキシ基;
シアノ基;
例えば、フェニル基、ナフチル基等の、炭素数が通常6以上であり、通常36以下、好ましくは24以下であるアリール基;
例えば、チエニル基、ピリジル基等の、炭素数が通常3以上、好ましくは4以上であり、通常36以下、好ましくは24以下であるヘテロアリール基。
上記の置換基群Zの中でも、好ましくは、前記アルキル基、アルコキシ基、アリール基、ヘテロアリール基である。電荷輸送性の観点からは、アリール基又はヘテロアリール基がさらに好ましい。若しくは置換基を有さないことがさらに好ましい。耐熱性および電子耐久性の観点からは、ビフェニル基、ターフェニル基、フルオレニル基、9位及び9’位の少なくとも一方がフェニル基で置換されたフルオレニル基が特に好ましい。
低分子化合物(1)の分子量は、通常5,000以下、好ましくは3,000以下、より好ましくは2,000以下、さらに好ましくは1,000以下であり、また通常400以上、好ましくは500以上、さらに好ましくは600以上である。
低分子化合物(1)の分子量が上記上限値を超えると、純度向上のための精製プロセスが困難となる傾向がある。また、低分子化合物(1)の分子量が上記下限値を下回ると、低分子化合物のガラス転移温度、融点及び気化温度が低下するため、耐熱性が低下する場合がある。
以下に、本発明の有機電界発光素子用組成物に電荷輸送性材料として含まれる低分子化合物(1)の好ましい具体例を示すが、本発明はこれらに限定されるものではない。
高分子化合物(2)は、前記式(2)で表される構造を含む繰り返し単位(2)を有する高分子化合物である。なお、高分子化合物(2)は、1種類の繰り返し単位(2)を有するものであってもよく、2種以上の繰り返し単位(2)を有するものであってもよい。
Ar21及びAr22は、それぞれ独立に、置換基を有していてもよい炭素数6〜30のアリーレン基、置換基を有していてもよい炭素数3〜30のヘテロアリーレン基、又はこれらの組み合わせである。炭素数6〜30のアリーレン基、炭素数3〜30のヘテロアリーレン基は、R10〜R13の「炭素数6〜30のアリール基、炭素数3〜30のヘテロアリール基」について述べた1個の遊離原子価を有するものを、2個の遊離原子価を有するものと読み替えたものが好ましい。
R31〜R44は、それぞれ独立して、前記R10〜R13と同様の基である。
これらの基のそれぞれの具体例、好ましい構造、さらに有していてもよい置換基も、R10〜R13と同様である。
Eは、直接連結、又は前記式(2−a)で表される基である。
低分子化合物(1)、高分子化合物(2)は、架橋性基を有していてもよい。特に高分子化合物(2)は、架橋性基を架橋して膜を不溶化することで、湿式成膜法による積層体を形成し易い点で、架橋性基を含むことが好ましい。
ここで、架橋性基とは、熱及び/又は活性エネルギー線の照射により近傍に位置するほかの分子の同一又は異なる基と反応して、新規な化学結合を生成する基のことをいう。
また、例えばシンナモイル基などのアリールビニルカルボニル基、ベンゾシクロブテン環由来の基等の環化付加反応する基は、電気化学的安定性をさらに向上させる点では好ましい。
中でも、架橋性基としては、下記<架橋性基群T>のいずれかが好ましい。
従って、繰り返し単位(2)中に架橋性基が含まれる場合、成膜した後の未反応架橋性基が少なく、得られる素子の駆動寿命に影響を及ぼし難いという点で、式(2)におけるR15、R16、R32およびR43に置換基として架橋性基を含むことが好ましい。
架橋性基はR15、R16、R32およびR43に直接連結していてもよく、適切な2価の基を介して結合していてもよい。この2価の基としては、−O−基、−C(=O)−基又は置換基を有していてもよい−CH2−基からなる群より選ばれる基を、任意の組み合わせ、比率及び順番で1〜12個連結してなる2価の基が好ましい。
高分子化合物(2)が有する架橋性基の数を、分子量1000あたりの数で表した場合、分子量1000あたり、通常3.0個以下、好ましくは2.0個以下、さらに好ましくは1.0以下、また通常0.01以上、好ましくは0.05以上である。
架橋基の数が上記範囲内であると、クラックによって平坦な膜を形成しにくくなることがなく、また架橋した後の膜中に残る未反応架橋性基が少なく、得られる素子の駆動寿命に影響を及ぼし難い。
更に、架橋した後の膜において、溶剤に対する溶解性の低下が十分で、湿式成膜による多層積層構造の形成がし易い点で好ましい。
例えば、後述の実施例に使用した構造式(H−5)で表される高分子化合物の場合については以下に説明する通りである。
高分子化合物(2)は、繰り返し単位(2)以外の繰り返し単位(以下、「その他の繰り返し単位」と称する。)を含んでいてもよい。
高分子化合物(2)において、その他の繰り返し単位に対する繰り返し単位(2)の割合(繰り返し単位(2)/その他の繰り返し単位)は、仕込みモル比で、通常0.01倍モル以上、好ましくは50モル倍以上、さらに好ましくは80モル倍以上である。
繰り返し単位(2)の含有割合が上記下限以上であれば、本発明の効果が良好に得られる点で好ましい。
尚、高分子化合物(2)は、三重項レベルが高く、電荷輸送能及び電気化学的安定性に優れ、積層化が可能の観点からから、繰り返し単位(2)のみからなる重合体であることが特に好ましい。
高分子化合物(2)の重量平均分子量(Mw)は、通常2,000,000以下、好ましくは500,000以下、より好ましくは100,000以下、さらに好ましくは50,000以下であり、また通常5,000以上、好ましくは7,000以上、より好ましくは10,000以上、さらに好ましくは15,000以上である。
重量平均分子量が上記上限値を超えると、溶媒に対する溶解性が低下するため、成膜性が損なわれるおそれがある。また、重量平均分子量が上記下限値を下回ると、高分子化合物のガラス転移温度、融点及び気化温度が低下するため、耐熱性が低下する場合がある。
以下に、高分子化合物(2)の具体例を示すが、本発明はこれらに限定されるものではない。
高分子化合物(2)の製造方法は特には制限されず、繰り返し単位(2)を有する高分子化合物(2)が得られる限り任意である。例えば、Suzuki反応による重合方法、Grignard反応による重合方法、Yamamoto反応による重合方法、Ullmann反応による重合方法、Buchwald−Hartwig反応による重合方法等などによって製造することができる。
本発明の有機電界発光素子用組成物は、発光材として例えば下記式(3)で表される化合物を発光ドーパントとして含むことができる。
下記式(3)で表される化合物における環Aに電子輸送性置換基である後述の式(3−2B)で表される基が結合する場合、式(3)で表される錯体化合物の電子輸送性が強くなり、発光層に電荷が不足することが問題になるが、この化合物と共に、ビスカルバゾール構造を共に含む低分子化合物(1)及び高分子化合物(2)を含むことにより電荷輸送能力を向上させて上記の問題を解決することができる。
aは0〜4の整数であり、bは0〜3の整数である。
nは0〜2の整数であり、mは0〜20の整数である。
環Aは、ピリジン環、ピラジン環、ピリミジン環、イミダゾール環、オキサゾール環、チアゾール環、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、アザトリフェニレン環、カルボリン環のいずれかである。
環Aは、置換基を有していてもよく、該置換基は、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、炭素数1〜20のアルキル基、炭素数7〜40のアラルキル基、炭素数4〜40のヘテロアラルキル基、炭素数1〜20のアルコキシ基、炭素数6〜20のアリールオキシ基、炭素数3〜20のヘテロアリールオキシ基、炭素数1〜20のアルキルシリル基、炭素数6〜20のアリールシリル基、炭素数2〜20のアルキルカルボニル基、炭素数7〜20のアリールカルボニル基、炭素数2〜20のジアルキルアミノ基、炭素数12〜48のジアリールアミノ基、炭素数6〜20のアリール基、炭素数3〜20のヘテロアリール基又は、炭素数6〜20のアリール基と炭素数3〜20のヘテロアリール基の組み合わせである。また、環Aに結合する隣り合う置換基どうしが結合してさらに環を形成してもよい。
Z1は、直接連結またはm+1価の芳香族基を表す。
L1は補助配位子を表し、lは1〜3の整数である。補助配位子が複数ある場合は、それぞれ異なっていてもよく、同一であってもよい。]
(R1、R2)
R1、R2の具体例及び好ましい構造は、R10〜R13にて記載のものと同様のものを用いることができる。R1、R2は、耐久性の点から、それぞれ独立して、炭素数1〜20のアルキル基、炭素数7〜40のアラルキル基、炭素数4〜40のヘテロアラルキル基、炭素数6〜20のアリールアミノ基、炭素数6〜30のアリール基、又は、炭素数3〜30のヘテロアリール基であることが好ましく、炭素数1〜20のアルキル基、炭素数7〜40のアラルキル基、炭素数4〜40のヘテロアラルキル基、炭素数6〜20のアリール基、又は、炭素数3〜20のヘテロアリール基であることがより好ましい。
bは製造が容易な点で0であることが好ましく、耐久性及び溶解性が高められる点で1又は2であることが好ましく、1であることがさらに好ましい。
式(3)で表される化合物は、このような末端t−ブチル基を、化合物全体として4以上、特に6以上で、48以下、特に24以下有することが、溶解性と低駆動電圧、高い発光効率との両立の面で好ましい。
環Aは、耐久性の点から、ピリジン環、ピリミジン環、イミダゾール環であることが好ましく、ピリジン環であることがさらに好ましい。
それぞれの置換基の具体例としては、R10〜R13にて記載したものと同様のものを用いることができる。
環Aが有する置換基がさらに有していてもよい置換基としては、前述の置換基群Zのいずれか、またはこれらの組み合わせを用いることができる。
Z1は、製造が容易な点で、直接連結であることが好ましい。
Z1は、駆動電圧が高くなる懸念が小さい点で、m+1価の芳香族連結基であることが好ましい。
mが1である場合、Z1は、耐久性の点で、フェニレン基、ビフェニレン基、テルフェニレン基、フルオレンジイル基が好ましく、特に、p−フェニレン基が好ましい。
すなわち、この場合、式(3)で表される化合物は、下記式(3−1)で表される化合物であることが好ましい。
3つのX2は、同時にCまたはNを表す。
Z2は、直接連結またはp+1価の芳香族連結基を表す。
Z3は、直接連結またはq+1価の芳香族連結基を表す。
p、qは1〜10の整数である。
R1、R2、a、b、n、環A、L1、lは、式(3)におけるR1、R2、a、b、n、環A、L1、lと同義である。]
L1は補助配位子であり、特に制限は無いが、好ましくは1価の2座配位子であり、より好ましくは下記式(3A),(3B),(3C)で表される配位子の中から選ばれる。なお、下記式(3A)〜(3C)中の破線は配位結合を表す。lが1で2つの補助配位子L1が存在する場合は、補助配位子L1は互いに同一であってもよく、異なる構造であってもよい。なお、lが3のときは、L1は存在しない。
gは0〜4の整数である。hは0〜4の整数である。g、hは製造が容易な点で0であることが好ましく、溶解性が高められる点で1又は2であることが好ましく、1であることがさらに好ましい。
環Bは、ピリジン環、ピリミジン環、イミダゾール環、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、アザトリフェニレン環、カルボリン環、ベンゾチアゾール環、ベンゾオキサゾール環のいずれかであり、これらは置換基を有していてもよい。
環Bは、耐久性の点から、ピリジン環、ピリミジン環、イミダゾール環であることが好ましく、ピリジン環であることがさらに好ましい。
以下に、本発明の有機電界発光素子用組成物に含まれる発光ドーパントである式(3)で表される化合物の好ましい具体例を示すが、本発明はこれらに限定されるものではない。
本発明の有機電界発光素子用組成物に発光ドーパントとして含まれる式(3)で表される化合物は、イリジウム錯体である。このイリジウム錯体の合成方法を以下に示す。
イリジウム錯体は、配位子と塩化イリジウムn水和物などを原料として、既知の方法の組み合わせにより合成できる。以下に説明する。
第一段階として、第一の配位子2当量と塩化イリジウムn水和物1当量の反応により塩素架橋イリジウム二核錯体を合成する。溶媒は通常2−エトキシエタノールと水の混合溶媒が用いられるが、無溶媒あるいは他の溶媒を用いてもよい。配位子を過剰量用いたり、塩基等の添加剤を用いたりして反応を促進することもできる。塩素に代えて臭素など他の架橋性陰イオン配位子を使用することもできる。
反応温度に特に制限はないが、通常は0℃以上が好ましく、50℃以上がより好ましい。また、250℃以下が好ましく、150℃以下がより好ましい。反応温度がこの範囲であることで副生物や分解反応を伴うことなく目的の反応のみが進行し、高い選択性が得られる傾向にある。
第一段階の二核錯体は式[A]と同様に合成できる。
第二段階は、該二核錯体にアセチルアセトンのような1,3−ジオン化合物を1当量以上、及び、炭酸ナトリウムのような該1,3−ジオン化合物の活性水素を引き抜き得る塩基性化合物を1当量以上反応させることにより、1,3−ジオナト配位子が配位する単核錯体へと変換する。通常原料の二核錯体を溶解しうるエトキシエタノールやジクロロメタンなどの溶媒が使用されるが、配位子が液状である場合無溶媒で実施することも可能である。反応温度に特に制限はないが、通常は0℃〜200℃の範囲内で行われる。
本発明の有機電界発光素子用組成物は、低分子化合物(1)、高分子化合物(2)、式(3)で表される発光材以外の電荷輸送性化合物(以下、「電荷輸送性化合物(4)」と称す場合がある。)を含んでいてもよい。電荷輸送性を向上させる観点から、本発明の組成物は電荷輸送性化合物(4)を含むことが好ましい。電荷輸送性化合物(4)としては、電子輸送性化合物、正孔輸送性化合物、両極性化合物のいずれを用いてもよい。低分子化合物(1)と高分子化合物(2)の両方が有する共通構造である前記式(BisCzP)は正孔輸送性に優れるため、電荷輸送性化合物(4)としては電子輸送性を有する化合物であることが好ましい。特に好ましくは、下記式(4)で表される化合物である。
R5〜R7は、前記R10〜R13と同様の基を表し、有していてもよい置換基、好ましい基も同様である。R5が複数存在する場合、複数のR5は同一でも良く、異なっていても良い。また、ベンゼン環に結合する隣り合うR5は、互いに結合して当該ベンゼン環に縮合する環を形成していても良い。
cは0〜5の整数である。
cは耐久性の点から0〜2の整数であることが好ましい。
本発明の有機電界発光素子用組成物は通常溶媒を含む。
本発明の有機電界発光素子用組成物に含有される溶媒は、湿式成膜により発光層を形成するために用いる、揮発性を有する液体成分である。
本発明の有機電界発光素子用組成物は、通常、湿式成膜法で層や膜を形成するために用いられ、特に有機電界発光素子の発光層を形成するために用いられることが好ましい。
また、本発明の有機電界発光素子用組成物は、高分子化合物(2)の1種のみを含むものであってもよく、2種以上を含むものであってもよい。
前記式(3)で表される化合物についても同様に、本発明の有機電界発光素子用組成物に1種のみが含まれていてもよく、2種以上が含まれていてもよい。
また、電荷輸送性化合物(4)についても同様に、本発明の有機電界発光素子用組成物に1種のみが含まれていてもよく、2種以上が含まれていてもよい。
また、本発明の有機電界発光素子用組成物は、低分子化合物(1)と高分子化合物(2)との合計100質量部中に、高分子化合物(2)を10〜98質量部、特に50〜90質量部含有することが、電荷バランスが適切で、効率が高められる観点から好ましい。
また、本発明の有機電界発光素子用組成物が電荷輸送性化合物(4)を含有する場合、低分子化合物(1)、高分子化合物(2)及び電荷輸送性化合物(4)との合計100質量部中に、高分子化合物(2)を10〜98質量部、特に50〜90質量部含有することが、電荷バランスが適切で、効率が高められる観点から好ましい。
後述の通り、通常発光層の厚みは3〜200nm程度であるが、溶媒の含有量がこの下限を下回ると、組成物の粘性が高くなりすぎ、成膜作業性が低下する可能性がある。一方、溶媒の含有量がこの上限を上回ると、成膜後、溶媒を除去して得られる膜の厚みが稼げなくなるため、成膜が困難となる傾向がある。
本発明の有機電界発光素子は、本発明の有機電界発光素子用組成物を用いて湿式成膜法により形成した発光層を含むものである。
基板1は、有機電界発光素子の支持体となるものであり、通常、石英やガラスの板、金属板又は金属箔、プラスチックフィルム又はシート等が用いられる。これらのうち、ガラス板や、ポリエステル、ポリメタクリレート、ポリカーボネート、ポリスルホン等の透明な合成樹脂の板が好ましい。基板1は、外気による有機電界発光素子の劣化が起こり難いことからガスバリア性の高い材質とするのが好ましい。特に合成樹脂製の基板等のようにガスバリア性の低い材質を用いる場合は、基板1の少なくとも片面に緻密なシリコン酸化膜等を設けてガスバリア性を上げるのが好ましい。
陽極2は、発光層側の層に正孔を注入する機能を担う。陽極2は、通常、アルミニウム、金、銀、ニッケル、パラジウム、白金等の金属;インジウム及び/又はスズの酸化物等の金属酸化物;ヨウ化銅等のハロゲン化金属;カーボンブラック或いはポリ(3−メチルチオフェン)、ポリピロール、ポリアニリン等の導電性高分子等により構成される。
透明性が不要な場合は、陽極2の厚みは必要な強度等に応じて任意に厚みとすればよく、この場合、陽極2は基板1と同一の厚みでもよい。
陽極2側から発光層5側に正孔を輸送する機能を担う層は、通常、正孔注入輸送層又は正孔輸送層と呼ばれる。陽極2側から発光層5側に正孔を輸送する機能を担う層が2層以上ある場合に、より陽極2側に近い方の層を正孔注入層3と呼ぶことがある。正孔注入層3は、陽極2から発光層5側に正孔を輸送する機能を強化する点で、用いることが好ましい。正孔注入層3を用いる場合、通常、正孔注入層3は、陽極2上に形成される。
正孔注入層形成用組成物は、通常、正孔注入層3となる正孔輸送性化合物を含有する。
湿式成膜法の場合は、通常、更に溶媒も含有する。正孔注入層形成用組成物は、正孔輸送性が高く、注入された正孔を効率よく輸送できるのが好ましい。このため、正孔移動度が大きく、トラップとなる不純物が製造時や使用時等に発生し難いのが好ましい。また、安定性に優れ、イオン化ポテンシャルが小さく、可視光に対する透明性が高いことが好ましい。特に、正孔注入層3が発光層5と接する場合は、発光層5からの発光を消光しないものや発光層5とエキサイプレックスを形成して、発光効率を低下させないものが好ましい。
芳香族三級アミン化合物の種類は、特に制限されないが、表面平滑化効果により均一な発光を得やすい点から、重量平均分子量が1000以上1000000以下の高分子化合物(繰り返し単位が連なる重合型化合物)を用いるのが好ましい。芳香族三級アミン高分子化合物の好ましい例としては、下記式(I)で表される繰り返し単位を有する高分子化合物等が挙げられる。
正孔注入層3には、正孔輸送性化合物の酸化により、正孔注入層3の導電率を向上させることができるため、電子受容性化合物を含有していることが好ましい。
カチオンラジカル化合物としては、正孔輸送性化合物から一電子取り除いた化学種であるカチオンラジカルと、対アニオンとからなるイオン化合物が好ましい。但し、カチオンラジカルが正孔輸送性の高分子化合物由来である場合、カチオンラジカルは高分子化合物の繰り返し単位から一電子取り除いた構造となる。
カチオンラジカル化合物は、前述の正孔輸送性化合物と電子受容性化合物を混合することにより生成させることができる。前述の正孔輸送性化合物と電子受容性化合物とを混合することにより、正孔輸送性化合物から電子受容性化合物へと電子移動が起こり、正孔輸送性化合物のカチオンラジカルと対アニオンとからなるカチオンイオン化合物が生成する。
ここでいう酸化重合は、モノマーを酸性溶液中で、ペルオキソ二硫酸塩等を用いて化学的に、又は、電気化学的に酸化するものである。この酸化重合(脱水素重合)の場合、モノマーが酸化されることにより高分子化されるとともに、酸性溶液由来のアニオンを対アニオンとする、高分子の繰り返し単位から一電子取り除かれたカチオンラジカルが生成する。
湿式成膜法により正孔注入層3を形成する場合、通常、正孔注入層3となる材料を可溶な溶媒(正孔注入層用溶媒)と混合して成膜用の組成物(正孔注入層形成用組成物)を調製し、この正孔注入層形成用組成物を正孔注入層3の下層に該当する層(通常は、陽極2)上に湿式成膜法により成膜し、乾燥させることにより形成させる。成膜した膜の乾燥は、湿式成膜法による発光層5の形成における乾燥方法と同様に行うことができる。
芳香族炭化水素系溶媒としては、例えば、トルエン、キシレン、シクロヘキシルベンゼン、3−イソプロピルビフェニル、1,2,3,4−テトラメチルベンゼン、1,4−ジイソプロピルベンゼン、メチルナフタレン等が挙げられる。
アミド系溶媒としては、例えば、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド等が挙げられる。
これらの他、ジメチルスルホキシド等も用いることができる。
真空蒸着法により正孔注入層3を形成する場合には、通常、正孔注入層3の構成材料(前述の正孔輸送性化合物、電子受容性化合物等)の1種類又は2種類以上を真空容器内に設置された坩堝に入れ(2種類以上の材料を用いる場合は、通常各々を別々の坩堝に入れ)、真空容器内を真空ポンプで10−4Pa程度まで排気した後、坩堝を加熱して(2種類以上の材料を用いる場合は、通常各々の坩堝を加熱して)、坩堝内の材料の蒸発量を制御しながら蒸発させ(2種類以上の材料を用いる場合は、通常各々独立に蒸発量を制御しながら蒸発させ)、坩堝に向き合って置かれた基板上の陽極2上に正孔注入層3を形成させる。2種類以上の材料を用いる場合は、それらの混合物を坩堝に入れ、加熱、蒸発させて正孔注入層3を形成することもできる。
正孔輸送層4は、陽極2側から発光層5側に正孔を輸送する機能を担う層である。正孔輸送層4は、本発明の有機電界発光素子では、必須の層では無いが、陽極2から発光層5に正孔を輸送する機能を強化する点では、この層を設けることが好ましい。正孔輸送層4を設ける場合、通常、正孔輸送層4は、陽極2と発光層5の間に形成される。正孔注入層3がある場合、正孔輸送層4は正孔注入層3と発光層5の間に形成される。
湿式成膜法で正孔輸送層4を形成する場合は、通常、上述の正孔注入層3を湿式成膜法で形成する場合と同様にして、正孔注入層形成用組成物の代わりに正孔輸送層形成用組成物を用いて形成させる。
正孔輸送層形成用組成物中の正孔輸送性化合物の濃度は、正孔注入層形成用組成物中の正孔輸送性化合物の濃度と同様の範囲とすることができる。
真空蒸着法で正孔輸送層4を形成する場合も、通常、上述の正孔注入層3を真空蒸着法で形成する場合と同様にして、正孔注入層3の構成材料の代わりに正孔輸送層4の構成材料を用いて形成させることができる。蒸着時の真空度、蒸着速度及び温度などの成膜条件などは、正孔注入層3の真空蒸着時と同様の条件で成膜することができる。
発光層5は、一対の電極間に電界が与えられた時に、陽極2から注入される正孔と陰極9から注入される電子が再結合することにより励起され、発光する機能を担う層である。
発光層5は、陽極2と陰極9の間に形成される層である。発光層5は、陽極2の上に正孔注入層3がある場合は、正孔注入層3と陰極9の間に形成され、陽極2の上に正孔輸送層4がある場合は、正孔輸送層4と陰極9との間に形成される。
特に好ましくは、この発光層に低分子化合物(1)と高分子化合物(2)に由来して繰り返し単位(2)の同じ構造のジカルバゾール体を5質量%以上有することである。発光層がこの様なジカルバゾール体を5質量%以上含むことにより、この発光層を有する有機電界発光素子をより低電圧駆動化することができ、長寿命化することが期待される。
以下に他の発光材料及び電荷輸送性材料について詳述する。
式(3)で表される化合物以外の発光材料は、所望の発光波長で発光し、本発明の効果を損なわない限り特に制限はなく、公知の発光材料を適用可能である。発光材料は、蛍光発光材料でも、燐光発光材料でもよいが、発光効率が良好である材料が好ましく、内部量子効率の観点から燐光発光材料が好ましい。
青色発光を与える蛍光発光材料(青色蛍光発光材料)としては、例えば、ナフタレン、ペリレン、ピレン、アントラセン、クマリン、クリセン、p−ビス(2−フェニルエテニル)ベンゼン及びそれらの誘導体等が挙げられる。
緑色発光を与える蛍光発光材料(緑色蛍光発光材料)としては、例えば、キナクリドン誘導体、クマリン誘導体、Al(C9H6NO)3などのアルミニウム錯体等が挙げられる。
黄色発光を与える蛍光発光材料(黄色蛍光発光材料)としては、例えば、ルブレン、ペリミドン誘導体等が挙げられる。
赤色発光を与える蛍光発光材料(赤色蛍光発光材料)としては、例えば、DCM(4−(dicyanomethylene)−2−methyl−6−(p−dimethylaminostyryl)−4H−pyran)系化合物、ベンゾピラン誘導体、ローダミン誘導体、ベンゾチオキサンテン誘導体、アザベンゾチオキサンテン等が挙げられる。
電荷輸送性材料は、正電荷(正孔)又は負電荷(電子)輸送性を有する材料であり、低分子化合物(1)以外の電荷輸送性材料としては、本発明の効果を損なわない限り、特に制限はなく、公知の材料を適用可能である。
本発明の有機電界発光素子は、本発明の有機電界発光素子用組成物を用いて、湿式成膜法により形成した発光層を有するが、本発明の有機電界発光素子は、発光層5として、本発明の有機電界発光素子用組成物を用いて湿式成膜法により形成した発光層以外の発光層を有しても良い。この発光層の形成方法は、真空蒸着法でも、湿式成膜法でもよいが、成膜性に優れることから、湿式成膜法が好ましい。
真空蒸着法により発光層5を形成する場合には、通常、発光層5の構成材料(前述の発光材料、電荷輸送性化合物等)の1種類又は2種類以上を真空容器内に設置された坩堝に入れ(2種類以上の材料を用いる場合は、通常各々を別々の坩堝に入れ)、真空容器内を真空ポンプで10−4Pa程度まで排気した後、坩堝を加熱して(2種類以上の材料を用いる場合は、通常各々の坩堝を加熱して)、坩堝内の材料の蒸発量を制御しながら蒸発させ(2種類以上の材料を用いる場合は、通常各々独立に蒸発量を制御しながら蒸発させ)、坩堝に向き合って置かれた正孔注入層3又は正孔輸送層4の上に発光層5を形成させる。2種類以上の材料を用いる場合は、それらの混合物を坩堝に入れ、加熱、蒸発させて発光層5を形成することもできる。
発光層5と後述の電子注入層8との間に、正孔阻止層6を設けてもよい。正孔阻止層6は、発光層5の上に、発光層5の陰極9側の界面に接するように積層される層である。
電子輸送層7は素子の電流効率をさらに向上させることを目的として、発光層5又は正孔素子層6と電子注入層8との間に設けられる。
電子輸送層7は、電界を与えられた電極間において陰極9から注入された電子を効率よく発光層5の方向に輸送することができる化合物より形成される。電子輸送層7に用いられる電子輸送性化合物としては、陰極9又は電子注入層8からの電子注入効率が高く、かつ、高い電子移動度を有し注入された電子を効率よく輸送することができる化合物であることが必要である。
電子注入層8は、陰極9から注入された電子を効率よく、電子輸送層7又は発光層5へ注入する役割を果たす。
電子注入を効率よく行うには、電子注入層8を形成する材料は、仕事関数の低い金属が好ましい。例としては、ナトリウムやセシウム等のアルカリ金属、バリウムやカルシウムなどのアルカリ土類金属等が用いられる。
電子注入層8の膜厚は、0.1〜5nmが好ましい。
さらに、バソフェナントロリン等の含窒素複素環化合物や8−ヒドロキシキノリンのアルミニウム錯体などの金属錯体に代表される有機電子輸送材料に、ナトリウム、カリウム、セシウム、リチウム、ルビジウム等のアルカリ金属をドープする(特開平10−270171号公報、特開2002−100478号公報、特開2002−100482号公報などに記載)ことにより、電子注入・輸送性が向上し優れた膜質を両立させることが可能となるため好ましい。この場合の膜厚は通常5nm以上、好ましくは10nm以上で、通常200nm以下、好ましくは100nm以下である。
湿式成膜法の場合の詳細は、前述の発光層5の場合と同様である。
陰極9は、発光層5側の層(電子注入層8又は発光層5など)に電子を注入する役割を果たす。陰極9の材料としては、前記の陽極2に使用される材料を用いることが可能であるが、効率よく電子注入を行なう上では、仕事関数の低い金属を用いることが好ましく、例えば、スズ、マグネシウム、インジウム、カルシウム、アルミニウム、銀等の金属又はそれらの合金などが用いられる。陰極9の材料としては、例えば、マグネシウム−銀合金、マグネシウム−インジウム合金、アルミニウム−リチウム合金等の低仕事関数の合金電極などが挙げられる。
陰極の膜厚は通常、陽極2と同様である。
以上、図1に示す層構成の素子を中心に説明したが、本発明の有機電界発光素子における陽極2及び陰極9と発光層5との間には、その性能を損なわない限り、上記説明にある層の他にも、任意の層を有していてもよく、また発光層5以外の任意の層を省略してもよい。
発光層5を湿式成膜法で形成する場合、電子阻止層も湿式成膜法で形成することが、素子製造が容易となるため、好ましい。
このため、電子阻止層も湿式成膜適合性を有することが好ましく、このような電子阻止層に用いられる材料としては、F8−TFBに代表されるジオクチルフルオレンとトリフェニルアミンの共重合体(国際公開第2004/084260号)等が挙げられる。
図1に示す層構成を複数段重ねた構造(発光ユニットを複数積層させた構造)とすることも可能である。その際には段間(発光ユニット間)の界面層(陽極がITO、陰極がAlの場合はその2層)の代わりに、例えばV2O5等を電荷発生層として用いると段間の障壁が少なくなり、発光効率・駆動電圧の観点からより好ましい。
本発明の表示装置及び照明装置は、上述のような本発明の有機電界発光素子を用いたものである。本発明の表示装置及び照明装置の形式や構造については特に制限はなく、本発明の有機電界発光素子を用いて常法に従って組み立てることができる。
例えば、「有機ELディスプレイ」(オーム社、平成16年8月20日発刊、時任静士、安達千波矢、村田英幸著)に記載されているような方法で、本発明の表示装置を形成することができる。
本発明は以下の実施例に限定されるものではなく、本発明はその要旨を逸脱しない限り任意に変更して実施できる。
以下の方法で有機電界発光素子を作製した。
発光層形成用組成物に含まれる材料組成(質量部)を、(H−1):(H−2):(D−1)=50:50:30としたこと以外は、実施例1と同様にして素子を作製した。
発光層形成用組成物に含まれる材料組成(質量部)を、(H−4):(H−5):(H−3):(D−2)=60:10:30:20としたこと以外は、実施例1と同様にして素子を作製した。(H−4)、(H−5)(重量平均分子量(Mw):161000、分散度(Mw/Mn):3.06)、および(D−2)は、下記構造式で表される化合物である。
発光層形成用組成物に含まれる材料組成(質量部)を、(H−4):(H−5):(D−2)=60:40:20としたこと以外は、実施例1と同様にして素子を作製した。
実施例1,2および比較例1,2で作製した有機電界発光素子を、輝度1000cd/m2で発光させたときの電流効率(cd/A)を測定し、各々比較例1,2の電流効率を100としたときの相対値を求め、結果を下記の表1に記した。また、輝度1000cd/m2で発光させたときの電圧(V)を測定し、比較例1,2の電圧との差(実施例1又は2の電圧−比較例1又は2の電圧)を求め、結果を下記の表1に記した。
表1の結果に表すが如く、本発明の有機電界発光素子は比較例の有機電界発光素子より、効率が向上し、電圧が低下することが分かった。
2 陽極
3 正孔注入層
4 正孔輸送層
5 発光層
6 正孔阻止層
7 電子輸送層
8 電子注入層
9 陰極
10 有機電界発光素子
Claims (8)
- 下記式(1)で表される低分子化合物と、
下記式(2)で表される構造を含む繰り返し単位を有する高分子化合物と、
発光材とを含む有機電界発光素子用組成物。
R31〜R44は、それぞれ独立して、水素原子、炭素数1〜20のアルキル基、炭素数7〜40のアラルキル基、炭素数4〜40のヘテロアラルキル基、炭素数1〜20のアルコキシ基、炭素数6〜20のアリールオキシ基、炭素数3〜20のヘテロアリールオキシ基、炭素数1〜20のアルキルシリル基、炭素数6〜20のアリールシリル基、炭素数2〜20のアルキルカルボニル基、炭素数7〜20のアリールカルボニル基、炭素数2〜20のジアルキルアミノ基、炭素数12〜48のジアリールアミノ基、炭素数6〜30のアリール基、炭素数3〜30のヘテロアリール基又は、炭素数6〜30のアリール基と炭素数3〜30のヘテロアリール基の組み合わせである。これらの基はさらに置換基を有していてもよい。
Eは、直接連結、又は下記式(2−a)で表される基である。]
- 前記発光材として、下記式(3)で表される化合物を含む請求項1に記載の有機電界発光素子用組成物。
aは0〜4の整数であり、bは0〜3の整数である。
nは0〜2の整数であり、mは0〜20の整数である。
環Aは、ピリジン環、ピラジン環、ピリミジン環、イミダゾール環、オキサゾール環、チアゾール環、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、アザトリフェニレン環、カルボリン環のいずれかである。
環Aは、置換基を有していてもよく、該置換基は、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、炭素数1〜20のアルキル基、炭素数7〜40のアラルキル基、炭素数4〜40のヘテロアラルキル基、炭素数1〜20のアルコキシ基、炭素数6〜20のアリールオキシ基、炭素数3〜20のヘテロアリールオキシ基、炭素数1〜20のアルキルシリル基、炭素数6〜20のアリールシリル基、炭素数2〜20のアルキルカルボニル基、炭素数7〜20のアリールカルボニル基、炭素数2〜20のジアルキルアミノ基、炭素数12〜48のジアリールアミノ基、炭素数6〜20のアリール基、炭素数3〜20のヘテロアリール基又は、炭素数6〜20のアリール基と炭素数3〜20のヘテロアリール基の組み合わせである。また、環Aに結合する隣り合う置換基どうしが結合してさらに環を形成してもよい。
Z1は、直接連結またはm+1価の芳香族基を表す。
L1は補助配位子を表し、lは1〜3の整数である。補助配位子が複数ある場合は、それぞれ異なっていてもよく、同一であってもよい。] - 前記式(3)または前記式(3−1)中のlが3である請求項2または請求項3に記載の有機電界発光素子用組成物。
- 前記式(3)中のZ1、または、前記式(3−1)中のZ2及びZ3が直接連結である請求項2ないし請求項4のいずれかに記載の有機電界発光素子用組成物。
- 請求項1ないし請求項5のいずれかに記載の有機電界発光素子組成物を用いて形成された発光層を含む有機電界発光素子。
- 請求項6に記載の有機電界発光素子を有する表示装置。
- 請求項6に記載の有機電界発光素子を有する照明装置。
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