JP2023090310A - 有機化合物及び有機発光素子 - Google Patents

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博揮 大類
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Abstract

【課題】有機発光素子に用いた場合に、発光特性と耐久特性に優れる有機化合物を提供する。【解決手段】下記一般式[1]で表されることを特徴とする有機化合物。TIFF2023090310000051.tif57157R1乃至R21は、水素原子、重水素原子、ハロゲン原子及び置換基からそれぞれ独立に選ばれ、R9とR19は結合してもよい。R9とR19が結合する場合は、直接結合、酸素原子又は硫黄原子を介した結合、CR20R21を介した結合から選ばれる。【選択図】なし

Description

本発明は、有機化合物及びそれを用いた有機発光素子に関する。
有機発光素子(以下、「有機エレクトロルミネッセンス素子」或いは「有機EL素子」と称する場合がある)は、一対の電極とこれら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。これら一対の電極から電子及び正孔を注入することにより、有機化合物層中の発光性有機化合物の励起子を生成し、該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、低駆動電圧、多様な発光波長、高速応答性、発光デバイスの薄型化・軽量化が可能であることが挙げられる。
ところで、現在までに有機発光素子に適した化合物の創出が盛んに行われている。高性能の有機発光素子を提供するにあたり、素子の発光特性及び寿命特性の優れた化合物の創出が重要であるからである。これまでに創出された化合物として、キサントン部位を有する化合物の例としては、特許文献1に下記化合物1-Aの記載がある。また、特許文献2に下記化合物1-Bが記載されている。
Figure 2023090310000001
国際公開第2006/114966号パンフレット 国際公開第2015/002213号パンフレット
本発明者らが調べたところ、上記化合物1-A、1-Bは、後述するように、T1エネルギー(三重項エネルギー)が小さいため、有機発光素子に用いた場合、素子の発光効率が低く、また耐久特性に改善の余地があることがわかった。
本発明の目的は、有機発光素子に用いた場合に、発光特性と耐久特性に優れる有機化合物を提供し、該有機化合物を用いて有機発光素子を提供することである。
本発明の有機化合物は、下記一般式[1]で表されることを特徴とする。
Figure 2023090310000002
上記式[1]において、R1乃至R19は、それぞれ独立に、水素原子、重水素原子、ハロゲン原子、置換或いは無置換のアルキル基、置換或いは無置換のアルコキシ基、置換或いは無置換のアミノ基、置換或いは無置換のアリールオキシ基、置換或いは無置換のヘテロアリールオキシ基、置換或いは無置換のシリル基、置換或いは無置換の芳香族炭化水素基、置換或いは無置換の複素環基、シアノ基から選ばれ、R9とR19は結合してもよい。R9とR19が結合する場合は、直接結合、酸素原子を介した結合、硫黄原子を介した結合、CR2021を介した結合から選ばれる。R20、R21は、それぞれ独立に、前記R1乃至R19と同じである。
1、X2は、それぞれ独立に、酸素原子、硫黄原子、CR2021、単結合のいずれかを表す。
Arは、置換或いは無置換の芳香族炭化水素基、置換或いは無置換の複素環基のいずれかを表す。
nは、0以上2以下の整数を表し、nが0の場合、R1乃至R8のいずれかとR9乃至R19のいずれかが直接結合する。
mは、1以上4以下の整数を表す。
本発明によれば、T1エネルギーが高く、また、化合物としての安定性に優れる有機化合物を提供できる。よって、係る有機化合物を用いることにより、発光特性と寿命特性に優れる有機発光素子を提供することができる。
本発明の有機化合物と比較化合物の電子供与部位の平面性を比較する図である。 本発明の有機化合物と比較化合物のHOMOとLUMOの分布を比較する図である。 本発明の有機化合物の電子供与部位の平面性を比較する図である。 (a)本発明の一実施形態に係る表示装置の画素の一例を表す概略断面図である。(b)本発明の一実施形態に係る有機発光素子を用いた表示装置の一例の概略断面図である。 (a)本発明の一実施形態に係る画像形成装置の模式図である。(b)及び(c)露光光源の発光部が長尺状の基板に複数配置されている形態を示す模式図である。 本発明の一実施形態に係る表示装置の一例を表す模式図である。 (a)本発明の一実施形態に係る撮像装置の一例を表す模式図である。(b)本発明の一実施形態に係る電子機器の一例を表す模式図である。 (a)本発明の一実施形態に係る表示装置の一例を表す模式図である。(b)折り曲げ可能な表示装置の一例を表す模式図である。 (a)本発明の一実施形態に係る照明装置の一例を示す模式図である。(b) 本発明の一実施形態に係る車両用灯具を有する自動車の一例を示す模式図である。 (a)本発明の一実施形態に係るウェアラブルデバイスの一例を示す模式図である。(b)本発明の一実施形態に係るウェアラブルデバイスの一例で、撮像装置を有する形態を示す模式図である。
本発明の有機化合物は、下記一般式[1]で表される有機化合物である。
Figure 2023090310000003
上記式[1]において、R1乃至R19は、それぞれ独立に、水素原子、重水素原子、ハロゲン原子、置換或いは無置換のアルキル基、置換或いは無置換のアルコキシ基、置換或いは無置換のアミノ基、置換或いは無置換のアリールオキシ基、置換或いは無置換のヘテロアリールオキシ基、置換或いは無置換のシリル基、置換或いは無置換の芳香族炭化水素基、置換或いは無置換の複素環基、シアノ基から選ばれ、R9とR19は結合してもよい。R9とR19が結合する場合は、直接結合、酸素原子を介した結合、硫黄原子を介した結合、CR2021を介した結合から選ばれる。R20、R21は、それぞれ独立に、前記R1乃至R19と同じである。
1、X2は、それぞれ独立に、酸素原子、硫黄原子、CR2021、単結合のいずれかを表す。
Arは、置換或いは無置換の芳香族炭化水素基、置換或いは無置換の複素環基のいずれかを表す。
nは、0以上2以下の整数を表し、nが0の場合、R1乃至R8のいずれかとR9乃至R19のいずれかが直接結合する。
mは、1以上4以下の整数を表す。
1乃至R21で表されるハロゲン原子、アルキル基、アルコキシ基、アミノ基、アリールオキシ基、ヘテロアリールオキシ基、シリル基、芳香族炭化水素基、複素環基について具体的に説明する。
ハロゲン原子としては、例えば、フッ素、塩素、臭素、ヨウ素等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
アルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、ノルマルプロピル基、イソプロピル基、ノルマルブチル基、ターシャリーブチル基、セカンダリーブチル基、オクチル基、シクロヘキシル基、1-アダマンチル基、2-アダマンチル基等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
アルコキシ基としては、例えば、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、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、これらに限定されるものではない。
アミノ基としては、例えば、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-ターシャリブチルフェニル)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、N-ピペリジル基等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
アリールオキシ基、ヘテロアリールオキシ基として、フェノキシ基、チエニルオキシ基等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
シリル基としては、例えば、トリメチルシリル基、トリフェニルシリル基等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
芳香族炭化水素基としては、例えば、フェニル基、ナフチル基、インデニル基、ビフェニル基、ターフェニル基、フルオレニル基、フェナントリル基、フルオランテニル基、トリフェニレニル基等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
複素環基としては、例えば、ピリジル基、オキサゾリル基、オキサジアゾリル基、チアゾリル基、チアジアゾリル基、カルバゾリル基、アクリジニル基、フェナントロリル基、ジベンゾフラニル基、ジベンゾチオフェニル基等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
上記アルキル基、アルコキシ基、アミノ基、アリールオキシ基、ヘテロアリールオキシ基、シリル基、芳香族炭化水素基、複素環基がさらに有してもよい置換基としては、例えば、フッ素、塩素、臭素、ヨウ素等のハロゲン原子、メチル基、エチル基、ノルマルプロピル基、イソプロピル基、ノルマルブチル基、ターシャリーブチル基等のアルキル基、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基等のアルコキシ基、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、
フェノキシ基等のアリールオキシ基、フェニル基、ビフェニル基等の芳香族炭化水素基、
ピリジル基、ピロリル基等の複素環基、シアノ基、重水素原子等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
次に、本実施形態に係る有機化合物の合成方法を説明する。本実施形態に係る有機化合物は、例えば、下記に示す反応スキームに従って合成される。
Figure 2023090310000004
ここで上記(a)乃至(h)に示される化合物を適宜変更することにより、種々の化合物を得ることができる。本実施形態は、上記の合成スキームに限定されることなく、種々の合成スキーム及び試薬を用いることができる。尚、合成方法については実施例にて詳細に説明する。
次に、本実施形態に係る有機化合物の性質を説明する。本実施形態に係る有機化合物は、以下の(1)乃至(4)のような特徴を有するため、T1エネルギー(三重項エネルギー)が大きく、また、化合物としての安定性に優れる化合物となる。さらに、この有機化合物を用いることで、発光効率と素子耐久に優れる有機発光素子を提供することもできる。
(1)電子供与部位が、トリフェニルアミンが架橋した構造であり、電子求引部位であるキサントン骨格に対してN原子を介して結合しないため、T1エネルギーが高い。
(2)電子供与部位が、トリフェニルアミンのフェニル基が2か所以上で架橋した構造であるため、結合安定性が高い。
(3)電子供与部位が、トリフェニルアミンが架橋した構造であるため、電子供与部位の平面性が低い。
(4)電子供与部位と電子求引部位とで、HOMO(最高被占軌道)とLUMO(最低空軌道)が分離しているため、バイポーラ性のホストとして有用である。
以下、上記(1)乃至(4)の特徴について説明する。
(1)電子供与部位が、トリフェニルアミンが架橋した構造であり、電子求引部位であるキサントン骨格に対してN原子を介して結合しないため、T1エネルギーが高い。
本発明者らは、本実施形態の有機化合物を発明するにあたり、電子供与部位と電子求引部位との構造に注目した。具体的には、本実施形態の有機化合物は、電子供与部位としてトリフェニルアミンが架橋した構造を有しており、電子求引部位としてキサントン骨格を有している。このため、T1(三重項エネルギー)が高くなる。なぜなら、このように分子内に電子供与部位と電子求引部位を有することで、CT(電荷移動)遷移に伴う励起状態となるため、結果として、T1エネルギーは大きくなる。
ここで、本実施形態の有機化合物である例示化合物A4と、比較化合物1、2のT1(三重項エネルギー)を比較した結果を表1に示す。尚、比較化合物1は特許文献1に記載の化合物1-Aである。比較化合物2は特許文献2に記載の化合物1-Bの類似構造であり、化合物1-Bは、キサントンの3、6位にフェノキサジンが結合しているのに対して、比較化合物2は、キサントンの2、7位にフェノキサジンが結合した構造である。化合物1-Bと比較化合物2は同等のT1エネルギーを有すると考えられる。T1エネルギーの測定は、日立製「F-4500」を用い、77k下、励起波長350nmにおける希釈トルエン容器のフォトルミネッセンス(PL)測定により行い、発光スペクトルの短波長側のピーク波長から算出した。
Figure 2023090310000005
表1より、例示化合物A4のT1は457nmであった。一方、比較化合物1のT1は475nmであり、比較化合物2のT1は511nmであった。以上より、例示化合物A4の方が、T1エネルギーが高いことが分かる。このことについて次のように考察した。
比較化合物1、2の場合、キサントン骨格に対して、電子供与部位がN原子を介して結合しているため、電子供与部位と電子求引部位のCT性が高まり、T1エネルギーが低くなっていると考えられる。これに対して、一般式[1]で表される本実施形態の有機化合物は、電子供与部位が少なくとも1つのフェニル基を介して、キサントン骨格に結合する構造となるため、電子供与部位と電子求引部位のCT性を適度に維持することができ、高いT1エネルギーを有することができる。
ここで、T1エネルギーが高いことによる有機発光素子における効果について説明する。燐光発光素子は、T1エネルギーを発光に用いる有機発光素子である。有機発光素子の発光層ホスト材料や、その発光層に接する周辺層としては、燐光発光する燐光発光材料よりも大きなT1エネルギーを有する必要がある。このため、本実施形態の有機化合物を燐光発光素子に用いた場合、特に発光層のホスト材料に用いると、本実施形態の有機化合物は高いT1エネルギーを有するため、高効率の素子特性を提供することができる。
また、遅延蛍光素子では、逆項間交差によりS1エネルギーを発光に用いる有機発光素子である、逆項間交差を誘起するには、T1エネルギーが十分に高く、S1エネルギーとT1エネルギーとの差が小さい必要がある。このため、本実施形態の有機化合物を遅延蛍光素子に用いた場合、特に発光層の発光材料と用いた場合には、本実施形態の有機化合物は高いT1エネルギーを有するため、高効率の素子特性を示すことが期待できる。
(2)電子供与部位が、トリフェニルアミンが架橋した構造であるため、結合安定性が高い。
本発明者らは、本実施形態の有機化合物を発明するにあたり、電子供与部位の結合安定性に注目した。具体的には、本実施形態の有機化合物は、トリフェニルアミンのフェニル基同士が架橋構造を有している。このため、有機化合物としての結合安定性が高い。
ここで、本実施形態の有機化合物である例示化合物B4と、比較化合物1、2の結合距離を比較した結果を表2に示す。結合距離が短いほど、結合安定性が高いと言える。表2においてaで示す結合が分子内で最も結合距離が長い結合である。
Figure 2023090310000006
表2に示すように、比較化合物1、2は、電子供与部位と電子求引部位が結合するC-N結合が最も結合距離が長いことが分かる。これに対して、本実施形態の有機化合物は、トリフェニルアミンが架橋構造を有しているため、電子供与部位のC-N結合の結合距離が短いことが分かる。このため、結合安定性が高いと言える。
加えて、架橋構造を有していることは以下のような効果がある。比較化合物1、2の場合において、結合安定性が低いC-N結合に結合開裂が生じた場合、不均化により異なる構造に転移し、即ち、分解が進行する。一方、本実施形態の有機化合物の場合、C-N結合に結合開裂が生じた場合にも、架橋構造を有しているため、再結合する確率が高まり、分解を抑制することができる。
Figure 2023090310000007
Figure 2023090310000008
以上より、本実施形態の有機化合物は、分子構造を形成する結合の安定性が高いことが分かる。結合安定性が高いことにより、分子の分解が起こりにくいため、本実施形態の有機化合物を用いた有機発光素子は耐久特性に優れる。
尚、上記、結合距離の評価は、分子軌道計算を用いて算出した。分子軌道計算法の計算手法は、現在広く用いられている密度汎関数法(Density Functional Theory,DFT)を用いた。汎関数はB3LYP、基底関数は6-31G*を用いた。尚、分子軌道計算法は、現在広く用いられているGaussian09(Gaussian09,RevisionC.01,M.J.Frisch,G.W.Trucks,H.B.Schlegel,G.E.Scuseria,M.A.Robb,J.R.Cheeseman,G.Scalmani,V.Barone,B.Mennucci,G.A.Petersson,H.Nakatsuji,M.Caricato,X.Li,H.P.Hratchian,A.F.Izmaylov,J.Bloino,G.Zheng,J.L.Sonnenberg,M.Hada,M.Ehara,K.Toyota,R.Fukuda,J.Hasegawa,M.Ishida,T.Nakajima,Y.Honda,O.Kitao,H.Nakai,T.Vreven,J.A.Montgomery,Jr.,J.E.Peralta,F.Ogliaro,M.Bearpark,J.J.Heyd,E.Brothers,K.N.Kudin,V.N.Staroverov,T.Keith,R.Kobayashi,J.Normand,K.Raghavachari,A.Rendell,J.C.Burant,S.S.Iyengar,J.Tomasi,M.Cossi,N.Rega,J.M.Millam,M.Klene,J.E.Knox,J.B.Cross,V.Bakken,C.Adamo,J.Jaramillo,R.Gomperts,R.E.Stratmann,O.Yazyev,A.J.Austin,R.Cammi,C.Pomelli,J.W.Ochterski,R.L.Martin,K.Morokuma,V.G.Zakrzewski,G.A.Voth,P.Salvador,J.J.Dannenberg,S.Dapprich,A.D.Daniels,O.Farkas,J.B.Foresman,J.V.Ortiz,J.Cioslowski,and D.J.Fox,Gaussian,Inc.,Wallingford CT,2010.)により実施した。以降、本明細書に記載の分子軌道計算は、同手法を用いる。
(3)電子供与部位が、トリフェニルアミンが架橋した構造であるため、電子供与部位の平面性が低い。
本発明者らは、本実施形態の有機化合物を発明するにあたり、電子供与部位の平面性に注目した。具体的には、本実施形態の有機化合物は、電子求引部位であるキサントン骨格が平面性の高い構造を有しているため、電子供与部位としては、平面性が低いことが好ましい。なぜなら、電子供与部位と電子求引部位の両部位の平面性が高くなると、結晶性が高くなってしまうからである。言い換えれば、分子同士が重なり合う分子パッキングが促進され、膜性が悪化するため、好ましくない。本実施形態の有機化合物は、電子供与部位の平面性が低いため、分子パッキングを抑制することができるため、結晶化しにくく、アモルファス性が高くなる。
ここで、アモルファス性が高いこと、つまり、膜性が良いことは有機発光素子に用いる場合に好ましい。なぜならば、アモルファス性が高いことで、素子駆動中においても、微小な結晶化に伴う結晶粒界やトラップ準位、クエンチャーの生成が起こりにくく、良好なキャリア輸送性や高効率な発光特性を維持できるからである。結果として、耐久及び効率に優れる有機発光素子を提供することができる。
ここで、本実施形態の有機化合物である例示化合物B1と、比較化合物1の電子供与部位(表中の丸い点線部位)の平面性を比較した結果を図1に示す。図1に示すように、比較化合物1は、電子供与部位がカルバゾール骨格であり平面性が高い。これに対して、例示化合物B1の場合は、電子供与部位が架橋構造を有しているトリフェニルアミンであるため、フェニル基の立体反発により、平面性が低下することが分かる。
以上より、本実施形態の有機化合物は、膜性に優れるため、耐久及び効率に優れる有機発光素子を提供することができる。
(4)電子供与部位と電子求引部位とで、HOMOとLUMOが分離しているため、バイポーラ性のホストとして有用である。
本発明者らは、本実施形態の有機化合物を発明するにあたり、HOMOとLUMOの電荷分離に着目した。具体的には、本実施形態の有機化合物は、電子供与部位である架橋トリフェニルアミンにHOMOが局在し、電子求引部位であるキサントン骨格にLUMOが局在している。このためバイポーラ性ホストとして、有用である。なぜなら、トリフェニルアミンは、一般に、電子供与性であるため、酸化に対して安定であるが、還元に対して不安定である。言い換えれば、電子に対して不安定である。つまり、LUMOの分子軌道がトリフェニルアミンにまで分布していないことが好ましい。一方で、キサントン骨格は、電子求引性であるため、還元に対して、安定であるが、酸化に対して不安定である。言い換えれば、ホールに対して不安定である。つまり、HOMOの分子軌道がキサントン骨格に分布していないことが好ましい。要するに、電子供与部位にHOMOが局在し、電子求引部位にLUMOが局在していることが好ましい。
ここで、本実施形態の有機化合物と比較化合物の、HOMOとLUMOの分布を比較した結果を図2に示す。図2において、本実施形態の有機化合物は、HOMOが電子供与部位である架橋トリフェニルアミンに局在しており、LUMOが電子求引部位であるキサントンに局在している。このため、機能分離されたバイポーラ性ホストであると言える。一方で、比較化合物1の場合は、HOMOがキサントン部位まで分布しているため、バイポーラ性ホストとして好ましくない。
尚、本実施形態の有機化合物の特徴(1)乃至(4)に挙げた発光特性及び寿命特性の評価は、後述する実施例において、より詳細に述べる。
また、本実施形態の有機化合物は、以下のような特徴をさらに有する場合に、有機発光素子に特に好適に用いることができる。
(5)一般式[1]において、X1、X2の少なくとも1つはCR2021である化合物である。
(6)一般式[1]において、X1、X2の少なくとも1つは酸素原子、硫黄原子を含む化合物である。
(7)一般式[1]において、m=1であり、トリフェニルアミン骨格は、キサントン骨格のR2、R3、R6、R7のいずれかにおいて結合する。
以下、これらの特徴について説明する。
(5)X1、X2の少なくとも1つはCR2021である化合物である。
本実施形態の有機化合物は、X1、X2の少なくとも1つはCR2021であることが好ましい。なぜなら、電子供与部位の面内方向に対して垂直方向に置換基を有する構造となるため、電子供与部位同士が重なり合うことを、特に抑制することができるからである。ここで、図3において、本実施形態の有機化合物の電子供与部位の平面性について比較する。図3において、電子供与部位の平面性を、aとbで示すベンゼンの二面角で比較する。例示化合物A4は、二面角が41°であるのに対して、例示化合物B1の二面角は33°であった。以上より、例示化合物A4の方が、架橋トリフェニルアミンの平面性が、より低いことが分かる。加えて、CR2021(例示化合物A4の場合は、R20、R21はメチル基)を有するため、電子供与部位の面内方向に対して、垂直方向に置換基を有することとなる。結果として、平面分子パッキングをより効果的に抑制することができる。
(6)X1、X2の少なくとも1つは酸素原子、硫黄原子を含む化合物である。
本実施形態の有機化合物は、トリフェニルアミンの架橋部位に酸素原子、硫黄原子を含むことが好ましい。これらの原子が有する豊富な非共有電子対により電荷輸送性を高めることができるため、特に、キャリアバランスを調整しやすい化合物である。即ち、バイポーラ性ホストとして有用な化合物となるため、発光層のホスト材料として、特に好ましく用いることができる。
(7)一般式[1]において、m=1であり、トリフェニルアミン骨格は、キサントン骨格のR2、R3、R6、R7のいずれかにおいて結合する。
本実施形態の有機化合物は、一般式[1]において、m=1であることが好ましい。なぜなら、m=1であることで、バイポーラ性ホストとして有用となるからである。
ここで、表3に示すように例示化合物A4とA19のHOMOとLUMOの分布を比較する。例示化合物A4はm=1であるのに対して、例示化合物A19はm=2である。例示化合物A19の場合、LUMOがキサントン骨格に局在するため、隣接する分子へのLUMOを介しての電子の移動が困難になる。なぜなら、LUMOがキサントン骨格に局在し、このLUMOを覆うように両端の電子供与部位が存在するため、LUMO間のキャリア移動を阻害してしまうためである。結果として、電子輸送性能がやや低下するため、バイポーラ性ホストとして改善の余地がある。
一方、例示化合物A4の場合、電子供与部位が1つであり、キサントン骨格に局在されるLUMOを覆うようなことはないため、LUMO間の電子移動を阻害しない。このため、良好な電子輸送性を維持できるため、バイポーラ性ホストとして有用である。
Figure 2023090310000009
また、トリフェニルアミン骨格は、キサントン骨格のR2、R3、R6、R7のいずれかにおいて結合することが好ましい。なぜなら、これらの置換位置において結合する場合、結合距離が短くなるからである。結合距離が短いことは、結合安定性が高いことであり、化合物として安定であり、好ましい。
本実施形態の有機化合物の具体例を以下に示す。しかし、本実施形態はこれらに限られるものではない。
Figure 2023090310000010
Figure 2023090310000011
Figure 2023090310000012
Figure 2023090310000013
Figure 2023090310000014
Figure 2023090310000015
上記例示化合物のうち、A群に属する例示化合物は、X1、X2の少なくとも1つはCR2021である化合物である。これらの化合物は、CR2021に置換基を有するため、電子供与部位の面内方向に対して垂直方向に置換基を有するため電子供与部位同士が重なり合うことを、特に抑制することができる。このため、特にアモルファス性に優れる化合物である。
上記例示化合物のうち、B群に属する例示化合物は、X1、X2の少なくとも1つは酸素原子、硫黄原子を含む化合物である。これらの化合物は、電子供与部位に酸素原子、硫黄原子を含むため、これらの原子が有する豊富な非共有電子対により電荷輸送性を高めることができるため、特に、キャリアバランスを調整しやすい化合物である。
さらに本実施形態の化合物は、有機発光素子中の発光層で、以下のような条件で用いることが好ましい。
(6)本実施形態の化合物を、発光層中において50質量%以上99質量%以下の含有量にてホスト材料として使用する。
(7)本実施形態の化合物を、発光層中において10質量%以上49質量%以下の含有量にてアシスト材料として使用する。
(8)本実施形態の化合物と、発光層中で混合する発光材料は、少なくとも3環以上からなる縮合環を配位子に有する燐光発光材料である。
以下、上記の条件について説明する。
(6)本実施形態の化合物を、発光層中において50質量以上99質量%以下の含有量にてホスト材料として使用する。
本実施形態の有機化合物は、アモルファス性が高いため、発光層のホスト材料に適している材料であり、50質量%以上で用いることが好ましい。また99質量%で用いても、結晶化しにくい材料であることから、十分に特性に優れる機能を発現する化合物である。
これは、本実施形態の有機化合物の構造上の特徴によるものである。本実施形態の有機化合物の特徴として、電子供与部位の平面性が低下するように、トリフェニルアミンが架橋した構造を有している。このため、化合物が凝集しにくく、有機発光素子の駆動下においても、分子凝集に伴う結晶粒界が発生しにくく、特性に優れる発光素子を提供することができる。また、電子供与部位と電子求引部位からなるため、バイポーラ性を有する。このため、バイポーラ性ホストとして有用である。
(7)本実施形態の化合物を、発光層中において10質量%以上49質量%以下の含有量にてアシスト材料として使用する。
本実施形態の有機化合物を発光層に用いる際には、発光層の膜性を向上させる観点から、アシスト材料として用いてもよい。アシスト材料として用いる場合は10質量%以上49質量%以下で用いることができる。また本実施形態の有機化合物の特徴であるバイポーラ性を活かして、ホールトラップ性アシストや電子トラップ性アシストとして用いることもできる。
尚、上記(6)で述べたように、本実施形態の有機化合物を発光層中にホスト材料として用いる時は、50質量%以上99質量%以下で用いることが好ましい。よって、本実施形態の有機化合物は、発光層中にホスト材料或いはアシスト材料として10質量%以上99質量%以下の含有量で用いられることが好ましい、と言うことができる。
(8)本実施形態の化合物と、発光層中で混合する発光材料は、少なくとも3環以上からなる縮合環を配位子に有する燐光発光材料である。
本実施形態の有機化合物は、トリフェニルアミンが架橋した構造と、キサントン骨格を有する化合物である。このため、発光層として本実施形態の有機化合物と共に用いる燐光発光材料は、配位子のπ共役が拡張した構造であることが好ましい。より具体的には、配位子の構造に3環以上からなる縮合環を有することが好ましい。なぜなら、ホスト材料と同様に、平面性が高い構造を有することで、平面性の高い部位同士が相互作用にて接近することができるからである。より具体的には、ホスト材料の平面性部位と、有機金属錯体の配位子とが、接近しやすくなる。このため、ホスト材料と有機金属錯体との分子間距離が短くなることが期待できる。
ここで、燐光発光素子に用いられる三重項エネルギーは、デクスター機構によるエネルギー移動が行われることが知られている。デクスター機構は分子同士の接触により、エネルギー移動が行われる。即ち、ホスト材料とゲスト材料との分子間距離が短くなることで、効率よくホスト材料からゲスト材料へのエネルギー移動が行われることになる。
本実施形態において、配位子の構造に3環以上からなる縮合環を有する平面性の高い有機金属錯体を用いることで、本実施形態の有機化合物であるホスト材料の分子間距離が短くなり、より高効率にホストから有機金属錯体へのエネルギー移動を起こりやすくなる。結果として、高効率な有機発光素子を提供することができる。
ここで、配位子が有する平面性の高い3環以上からなる縮合環構造とは、トリフェニレン、フェナンスレン、フルオレン、ベンゾフルオレン、ジベンゾフラン、ジベンゾチオフェン、ベンゾイソキノリン、ナフトイソキノリンを指す。つまり、少なくともこれらの構造のいずれかを配位子に有する有機金属錯体を発光材料に用いることで、本実施形態の有機化合物は、より高効率の発光素子を提供することができる。より具体的には、以下の一般式[2]で表される化合物である。
Ir(L)m(L’)n(L”)r [2]
上記式[2]において、L、L’及びL”は、それぞれ異なる二座配位子を表す。
mは1以上3以下の整数から選ばれ、n、rは、それぞれ独立に、0以上2以下から選ばれる。但し、m+n+r=3である。
部分構造Ir(L)mは、下記一般式[Ir-1]乃至[Ir-11]で表される。
Figure 2023090310000016
Figure 2023090310000017
上記式[Ir-1]乃至[Ir-11]において、Ar1、Ar2は、それぞれ独立に、置換或いは無置換のアリール基、又は、置換或いは無置換の複素環基であり、p、qは0以上4以下の整数であり、Xは酸素原子、硫黄原子、置換或いは無置換の炭素原子、置換或いは無置換の窒素原子から選ばれる。
前記Lはさらに、重水素原子、フッ素原子、置換或いは無置換のアルキル基、重水素置換のアルキル基、アルコキシ基、置換或いは無置換のシリル基、シアノ基、置換或いは無置換のアリール基、置換或いは無置換の複素環基を有してもよい。
本実施形態の化合物と好適に用いることが出来る有機金属錯体の具体例以下に示す。しかし、本実施形態はこれらに限られるものではない。
Figure 2023090310000018
Figure 2023090310000019
Figure 2023090310000020
Figure 2023090310000021
Figure 2023090310000022
Figure 2023090310000023
Figure 2023090310000024
Figure 2023090310000025
Figure 2023090310000026
Figure 2023090310000027
Figure 2023090310000028
Figure 2023090310000029
Figure 2023090310000030
Figure 2023090310000031
Figure 2023090310000032
Figure 2023090310000033
上記有機金属錯体のうち、AA群、BB群に属する例示化合物は、Ir錯体の配位子に少なくともフェナンスレン環を有する化合物である。このため、配位子を構成する縮合環がSP2混成軌道からなるため、特に安定性に優れる化合物である。
上記有機金属錯体のうち、CC群に属する例示化合物は、Ir錯体の配位子に少なくともトリフェニレン環を有する化合物である。このため、配位子を構成する縮合環がSP2混成軌道からなるため、特に安定性に優れる化合物である。
上記有機金属錯体のうち、DD群に属する例示化合物は、Ir錯体の配位子に少なくともジベンゾフラン環又はジベンゾチオフェン環を有する化合物である。このため、これらの化合物は、配位子を構成する縮合環に、酸素原子、硫黄原子を含むため、これらの原子が有する豊富な非共有電子対により電荷輸送性を高めることができるため、特に、キャリアバランスを調整しやすい化合物である。
上記有機金属錯体のうち、EE群、GG群に属する例示化合物は、Ir錯体の配位子に少なくともベンゾフルオレン環を有する化合物である。このため、これらの化合物は、フルオレンの9位に置換基を有するため、フルオレン環の面内方向に対して垂直方向に置換基を有するため縮合環同士が重なり合うことを、特に抑制することができる。このため、とくに昇華性に優れる化合物である。
上記有機金属錯体のうち、HH群に属する例示化合物は、Ir錯体の配位子に少なくともベンゾイソキノリン環を有する化合物である。このため、これらの化合物は、配位子を構成する複素環のπ共役が拡張されており、ホストとの相互作用を促進する化合物である。
上記有機金属錯体のうち、II群に属する例示化合物は、Ir錯体の配位子に少なくともナフトイソキノリン環を有する化合物である。このため、これらの化合物は、配位子を構成する複素環のπ共役が拡張されており、ホストとの相互作用を促進する化合物である。
≪有機発光素子≫
次に、本実施形態の有機発光素子について説明する。本実施形態の有機発光素子は、一対の電極である陽極と陰極と、これら電極間に配置される有機化合物層と、を少なくとも有する。本実施形態の有機発光素子において、有機化合物層は発光層を有していれば単層であってもよいし複数層からなる積層体であってもよい。ここで有機化合物層が複数層からなる積層体である場合、有機化合物層は、発光層の他に、ホール注入層、ホール輸送層、電子ブロッキング層、ホール・エキシトンブロッキング層、電子輸送層、電子注入層等を有してもよい。また発光層は、単層であってもよいし、複数の層からなる積層体であってもよい。
本実施形態の有機発光素子において、有機化合物層の少なくとも一層が本実施形態に係る有機化合物を含有する。具体的には、本実施形態に係る有機化合物は、上述した発光層、ホール注入層、ホール輸送層、電子ブロッキング層、ホール・エキシトンブロッキング層、電子輸送層、電子注入層等のいずれかに含まれている。本実施形態に係る有機化合物は、好ましくは、発光層に含まれる。
本実施形態の有機発光素子において、本実施形態に係る有機化合物が発光層に含まれる場合、発光層は、本実施形態に係る有機化合物のみからなる層であってもよいし、本実施形態に係る有機化合物と他の化合物とからなる層であってもよい。ここで、発光層が本実施形態に係る有機化合物と他の化合物とからなる層である場合、本実施形態に係る有機化合物は、発光層のホストとして使用してもよいし、ゲストとして使用してもよい。また発光層に含まれ得るアシスト材料として使用してもよい。ここでホストとは、発光層を構成する化合物の中で質量比が最も大きい化合物である。またゲストとは、発光層を構成する化合物の中で質量比がホストよりも小さい化合物であって、主たる発光を担う化合物である。またアシスト材料とは、発光層を構成する化合物の中で質量比がホストよりも小さく、ゲストの発光を補助する化合物である。尚、アシスト材料は、第2のホストとも呼ばれている。
ここで、本実施形態に係る有機化合物を発光層のホストとして用いる場合、ホストの濃度は、発光層全体に対して50質量%以上99質量%以下であることが好ましく、70質量%以上99質量%以下であることがより好ましい。
また、本実施形態に係る有機化合物を発光層のアシスト材料として用いる場合、アシスト材料の濃度は、発光層全体に対して10質量%以上49質量%以下であることが好ましく、15質量%以上35質量%以下であることがより好ましい。
また、本実施形態に係る有機化合物を発光層のゲストとして用いる場合、ゲストの濃度は、発光層全体に対して1質量%以上20質量%以下であることが好ましく、5質量%以上15質量%以下であることがより好ましい。
本発明者らは種々の検討を行い、本実施形態に係る有機化合物を、発光層のホスト又はアシスト材料として、特に、発光層のホストとして用いると、高効率で高輝度な光出力を呈し、且つ極めて耐久性が高い素子が得られることを見出した。この発光層は単層でも複層でも良いし、本実施形態の発光色を緑発光とし、他の発光色を有する発光材料を含むことで、混色させることも可能である。複層とは第一の発光層と、該第一の発光層とは別の発光層とが積層している状態を意味する。第一の発光層と第二の発光層は異なる色を発光してもよい。また、有機発光素子の発光色は緑色に限られない。より具体的には白色発光でもよいし、中間色発光でもよい。白色発光の場合、第二の発光層が緑以外の色、即ち青色や赤色を発光する。また、製膜方法も蒸着もしくは塗布製膜で製膜を行う。この詳細については、後述する実施例で詳しく説明する。
本実施形態の有機化合物は、本実施形態の有機発光素子を構成する発光層以外の有機化合物層の構成材料として使用することができる。具体的には、電子輸送層、電子注入層、ホール輸送層、ホール注入層、ホールブロッキング層等の構成材料として用いてもよい。この場合、有機発光素子の発光色は緑に限られない。より具体的には白色でもよいし、中間色でもよい。
ここで、本実施形態の有機化合物以外にも、必要に応じて従来公知の低分子系及び高分子系のホール注入性化合物或いはホール輸送性化合物、ホストとなる化合物、発光性化合物、電子注入性化合物或いは電子輸送性化合物等を一緒に使用することができる。以下にこれらの化合物例を挙げる。
ホール注入輸送性材料としては、陽極からのホールの注入を容易にして、且つ注入されたホールを発光層へ輸送できるようにホール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低減するために、ガラス転移点温度が高い材料が好ましい。ホール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。さらに上記のホール注入輸送性材料は、電子ブロッキング層にも好適に使用される。以下に、ホール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。
以下に、ホール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 2023090310000034
主に発光機能に関わる発光材料としては、一般式[1r-1]乃至[Ir-11]で表わされる有機化合物の他に、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、イリジウム錯体、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 2023090310000035
Figure 2023090310000036
発光層に含まれる発光層ホスト或いは発光アシスト材料としては、一般式[1]で表される本実施形態の有機化合物以外にも、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。
特に、本実施形態の有機化合物及び前記燐光発光材料を含む発光層に、さらに第三の成分として、アシスト材料としての、カルバゾール骨格を有する材料や、アジン環を骨格に有する材料や、キサントンを骨格に有する材料が好ましい。なぜなら、これらの材料は、電子供与性や、電子求引性が高いためHOMO準位及びLUMO準位の調整を行いやすいからである。
本実施形態の有機化合物は、架橋されたトリフェニルアミンからなる電子供与部位と、キサントン骨格からなる電子求引部位が結合した化合物である。このため、バイポーラ性ホストとして有用であるが、素子全体のキャリアバランスに応じてアシスト材料を加えることが好ましい。そこで、HOMO準位やLUMO準位を調整できる上記骨格を有する材料が、特にアシスト材料としては好ましい。これらのアシスト材料と、本実施形態の有機化合物との組み合わせた場合には、良好なキャリアバランスを実現することができる。
以下に、発光層に含まれる発光層ホスト或いは発光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。
また、下記の具体例のうち、アシスト材料としては好ましいカルバゾール骨格を有する材料とは、EM32乃至EM38である。また、アシスト材料としては好ましいアジン環を骨格に有する材料とは、EM35乃至EM40である。また、アシスト材料としては好ましいキサントンを骨格に有する材料とは、EM28、EM30である。
Figure 2023090310000037
電子輸送性材料としては、陰極から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、ホール輸送性材料のホール移動度とのバランス等を考慮して選択される。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、縮環化合物(例えばフルオレン誘導体、ナフタレン誘導体、クリセン誘導体、アントラセン誘導体等)が挙げられる。さらに上記の電子輸送性材料は、ホールブロッキング層にも好適に使用される。
以下に、電子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 2023090310000038
[有機発光素子の構成]
有機発光素子は、基板の上に、絶縁層、第一電極、有機化合物層、第二電極を形成して設けられる。陰極の上には、保護層、カラーフィルタ、マイクロレンズ等を設けてよい。カラーフィルタを設ける場合は、保護層との間に平坦化層を設けてよい。平坦化層はアクリル樹脂等で構成することができる。カラーフィルタとマイクロレンズとの間において、平坦化層を設ける場合も同様である。
[基板]
基板は、石英、ガラス、シリコンウエハ、樹脂、金属等が挙げられる。また、基板上には、トランジスタなどのスイッチング素子や配線を備え、その上に絶縁層を備えてもよい。絶縁層としては、第一電極との間に配線が形成可能なように、コンタクトホールを形成可能で、且つ接続しない配線との絶縁を確保できれば、材料は問わない。例えば、ポリイミド等の樹脂、酸化シリコン、窒化シリコンなどを用いることができる。
[電極]
電極は、一対の電極を用いることができる。一対の電極は、陽極と陰極であってよい。有機発光素子が発光する方向に電界を印加する場合に、電位が高い電極が陽極であり、他方が陰極である。また、発光層にホールを供給する電極が陽極であり、電子を供給する電極が陰極であるということもできる。
陽極の構成材料としては仕事関数がなるべく大きいものが良い。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、等の金属単体やこれらを含む混合物、或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。
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。
反射電極として用いる場合には、例えばクロム、アルミニウム、銀、チタン、タングステン、モリブデン、又はこれらの合金、積層したものなどを用いることができる。上記の材料にて、電極としての役割を有さない、反射膜として機能することも可能である。また、透明電極として用いる場合には、酸化インジウム錫(ITO)、酸化インジウム亜鉛などの酸化物透明導電層などを用いることができるが、これらに限定されるものではない。電極の形成には、フォトリソグラフィ技術を用いることができる。
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又はこれらを含む混合物が挙げられる。或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、銀-銅、亜鉛-銀等が使用できる。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。中でも銀を用いることが好ましく、銀の凝集を低減するため、銀合金とすることがさらに好ましい。銀の凝集が低減できれば、合金の比率は問わない。例えば、銀:他の金属が、1:1、3:1等であってよい。
陰極は、ITOなどの酸化物導電層を使用してトップエミッション素子としてもよいし、アルミニウム(Al)などの反射電極を使用してボトムエミッション素子としてもよいし、特に限定されない。陰極の形成方法としては、特に限定されないが、直流及び交流スパッタリング法などを用いると、膜のカバレッジがよく、抵抗を下げやすいためより好ましい。
[有機化合物層]
有機化合物層は、単層で形成されても、複数層で形成されてもよい。複数層を有する場合には、その機能によって、ホール注入層、ホール輸送層、電子ブロッキング層、発光層、ホールブロッキング層、電子輸送層、電子注入層、と呼ばれてよい。有機化合物層は、主に有機化合物で構成されるが、無機原子、無機化合物を含んでいてもよい。例えば、銅、リチウム、マグネシウム、アルミニウム、イリジウム、白金、モリブデン、亜鉛等を有してよい。有機化合物層は、第一電極と第二電極との間に配置されてよく、第一電極及び第二電極に接して配されてよい。
[保護層]
陰極の上に、保護層を設けてもよい。例えば、陰極上に吸湿剤を設けたガラスを接着することで、有機化合物層に対する水等の浸入を低減し、表示不良の発生を低減することができる。また、別の実施形態としては、陰極上に窒化ケイ素等のパッシベーション膜を設け、有機化合物層に対する水等の浸入を低減してもよい。例えば、陰極を形成後に真空を破らずに別のチャンバーに搬送し、CVD法で厚さ2μmの窒化ケイ素膜を形成することで、保護層としてもよい。CVD法の成膜の後で原子堆積法(ALD法)を用いた保護層を設けてもよい。ALD法による膜の材料は限定されないが、窒化ケイ素、酸化ケイ素、酸化アルミニウム等であってよい。ALD法で形成した膜の上に、さらにCVD法で窒化ケイ素を形成してよい。ALD法による膜は、CVD法で形成した膜よりも小さい膜厚であってよい。具体的には、50%以下、さらには、10%以下であってよい。
[カラーフィルタ]
保護層の上にカラーフィルタを設けてもよい。例えば、有機発光素子のサイズを考慮したカラーフィルタを別の基板上に設け、それと有機発光素子を設けた基板と貼り合わせてもよいし、上記で示した保護層上にフォトリソグラフィ技術を用いて、カラーフィルタをパターニングしてもよい。カラーフィルタは、高分子で構成されてよい。
[平坦化層]
カラーフィルタと保護層との間に平坦化層を有してもよい。平坦化層は、下の層の凹凸を低減する目的で設けられる。目的を制限せずに、材質樹脂層と呼ばれる場合もある。平坦化層は有機化合物で構成されてよく、低分子であっても、高分子であってもよいが、高分子であることが好ましい。平坦化層は、カラーフィルタの上下に設けられてもよく、その構成材料は同じであっても異なってもよい。具体的には、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、シリコーン樹脂、尿素樹脂等が挙げられる。
[マイクロレンズ]
有機発光装置は、その光出射側にマイクロレンズ等の光学部材を有してよい。マイクロレンズは、アクリル樹脂、エポキシ樹脂等で構成されうる。マイクロレンズは、有機発光装置から取り出す光量の増加、取り出す光の方向の制御を目的としてよい。マイクロレンズは、半球の形状を有してよい。半球の形状を有する場合、当該半球に接する接線のうち、絶縁層と平行になる接線があり、その接線と半球との接点がマイクロレンズの頂点である。マイクロレンズの頂点は、任意の断面図においても同様に決定することができる。つまり、断面図におけるマイクロレンズの半円に接する接線のうち、絶縁層と平行になる接線があり、その接線と半円との接点がマイクロレンズの頂点である。
また、マイクロレンズの中点を定義することもできる。マイクロレンズの断面において、円弧の形状が終了する点から別の円弧の形状が終了する点までの線分を仮想し、当該線分の中点がマイクロレンズの中点と呼ぶことができる。頂点、中点を判別する断面は、絶縁層に垂直な断面であってよい。
[対向基板]
平坦化層の上には、対向基板を有してよい。対向基板は、前述の基板と対応する位置に設けられるため、対向基板と呼ばれる。対向基板の構成材料は、前述の基板と同じであってよい。対向基板は、前述の基板を第一基板とした場合、第二基板であってよい。
[有機化合物層]
本実施形態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、電子ブロッキング層、発光層、正孔ブロッキング層、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。
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、シリコーン樹脂、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。
[画素回路]
発光装置は、発光素子に接続されている画素回路を有してよい。画素回路は、第一の発光素子、第二の発光素子をそれぞれ独立に発光制御するアクティブマトリックス型であってよい。アクティブマトリックス型の回路は電圧プログラミングであっても、電流プログラミングであってもよい。駆動回路は、画素毎に画素回路を有する。画素回路は、発光素子、発光素子の発光輝度を制御するトランジスタ、発光タイミングを制御するトランジスタ、発光輝度を制御するトランジスタのゲート電圧を保持する容量、発光素子を介さずにGNDに接続するためのトランジスタを有してよい。
発光装置は、表示領域と、表示領域の周囲に配されている周辺領域とを有する。表示領域には画素回路を有し、周辺領域には表示制御回路を有する。画素回路を構成するトランジスタの移動度は、表示制御回路を構成するトランジスタの移動度よりも小さくてよい。画素回路を構成するトランジスタの電流電圧特性の傾きは、表示制御回路を構成するトランジスタの電流電圧特性の傾きよりも小さくてよい。電流電圧特性の傾きは、いわゆるVg-Ig特性により測定できる。画素回路を構成するトランジスタは、第一の発光素子など、発光素子に接続されているトランジスタである。
[画素]
有機発光素子を有する有機発光装置は、複数の画素を有してよい。画素は互いに他と異なる色を発光する副画素を有する。副画素は、例えば、それぞれRGBの発光色を有してよい。
画素は、画素開口とも呼ばれる領域が、発光する。この領域は第一領域と同じである。画素開口は15μm以下であってよく、5μm以上であってよい。より具体的には、11μm、9.5μm、7.4μm、6.4μm等であってよい。副画素間は、10μm以下であってよく、具体的には、8μm、7.4μm、6.4μmであってよい。
画素は、平面図において、公知の配置形態をとりうる。例えば、ストライプ配置、デルタ配置、ペンタイル配置、ベイヤー配置であってよい。副画素の平面図における形状は、公知のいずれの形状をとってもよい。例えば、長方形、ひし形等の四角形、六角形、等である。もちろん、正確な図形ではなく、長方形に近い形をしていれば、長方形に含まれる。副画素の形状と、画素配列と、を組み合わせて用いることができる。
<有機発光素子の用途>
本実施形態に係る有機発光素子は、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を有する発光装置等の用途がある。
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、入力された情報を処理する情報処理部を有し、入力された画像を表示部に表示する画像情報処理装置でもよい。表示装置は、複数の画素を有し、複数の画素の少なくとも一つが、本実施形態の有機発光素子と、有機発光素子に接続されたトランジスタと、を有してよい。
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、赤外線方式でも、静電容量方式でも、抵抗膜方式であっても、電磁誘導方式であってもよく、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。
次に、図面を参照しながら本実施形態に係る表示装置について説明する。図4は、有機発光素子とこの有機発光素子に接続されるトランジスタとを有する表示装置の例を示す断面模式図である。トランジスタは、能動素子の一例である。トランジスタは薄膜トランジスタ(TFT)であってもよい。
図4(a)は、本実施形態に係る表示装置の構成要素である画素の一例である。画素は、副画素10を有している。副画素はその発光により、10R、10G、10Bに分けられている。発光色は、発光層から発光される波長で区別されても、副画素から出射する光がカラーフィルタ等により、選択的透過又は色変換が行われてもよい。それぞれの副画素10は、層間絶縁層1の上に第一電極2である反射電極、第一電極2の端を覆う絶縁層3、第一電極2と絶縁層3とを覆う有機化合物層4、第二電極5である透明電極、保護層6、カラーフィルタ7を有している。
層間絶縁層1は、その下層又は内部にトランジスタ、容量素子を配されていてよい。トランジスタと第一電極は不図示のコンタクトホール等を介して電気的に接続されていてよい。
絶縁層3は、バンク、画素分離膜とも呼ばれる。第一電極2の端を覆っており、第一電極2を囲って配されている。絶縁層3の配されていない部分が、有機化合物層4と接し、発光領域となる。
有機化合物層4は、正孔注入層41、正孔輸送層42、第一発光層43、第二発光層44、電子輸送層45を有する。
第二電極5は、透明電極であっても、反射電極であっても、半透過電極であってもよい。
保護層6は、有機化合物層4に水分が浸透することを低減する。保護層6は、一層のように図示されているが、複数層であってよい。層ごとに無機化合物層、有機化合物層があってよい。
カラーフィルタ7は、その色により7R、7G、7Bに分けられる。カラーフィルタ7は、不図示の平坦化膜上に形成されてよい。また、カラーフィルタ7上に不図示の樹脂保護層を有してよい。また、カラーフィルタ7は、保護層6上に形成されてよい。又はガラス基板等の対向基板上に設けられた後に、貼り合わせられてよい。
図4(b)の表示装置100は、有機発光素子26とトランジスタの一例としてTFT18を有する。ガラス、シリコン等の基板11とその上部に絶縁層12が設けられている。絶縁層12の上には、TFT18等の能動素子が配されており、能動素子のゲート電極13、ゲート絶縁膜14、半導体層15が配置されている。TFT18は、他にもドレイン電極16とソース電極17とで構成されている。TFT18の上部には絶縁膜19が設けられている。絶縁膜19に設けられたコンタクトホール20を介して有機発光素子26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26に含まれる電極(陽極21、陰極23)とTFT18に含まれる電極(ソース電極17、ドレイン電極16)との電気接続の方式は、図4(b)に示される態様に限られるものではない。つまり陽極21又は陰極23のうちいずれか一方とTFT18のソース電極17又はドレイン電極16のいずれか一方とが電気接続されていればよい。TFTは、薄膜トランジスタを指す。
図4(b)の表示装置100では有機化合物層22を1つの層の如く図示をしているが、有機化合物層22は、複数層であってもよい。陰極23の上には有機発光素子26の劣化を低減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4(b)の表示装置100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、これに代えて他のスイッチング素子として用いてもよい。
また図4(b)の表示装置100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、アモルファスシリコン、微結晶シリコンなどの非単結晶シリコン、インジウム亜鉛酸化物、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が挙げられる。尚、薄膜トランジスタはTFT素子とも呼ばれる。
図4(b)の表示装置100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。
本実施形態に係る有機発光素子はスイッチング素子の一例であるTFTにより発光輝度が制御され、有機発光素子を複数面内に設けることでそれぞれの発光輝度により画像を表示することができる。尚、本実施形態に係るスイッチング素子は、TFTに限られず、低温ポリシリコンで形成されているトランジスタ、Si基板等の基板上に形成されたアクティブマトリクスドライバーであってもよい。基板上とは、その基板内ということもできる。基板内にトランジスタを設けるか、TFTを用いるかは、表示部の大きさによって選択され、例えば0.5インチ程度の大きさであれば、Si基板上に有機発光素子を設けることが好ましい。
図5(a)は、本発明の一実施形態に係る画像形成装置の一例を示す模式図である。画像形成装置40は電子写真方式の画像形成装置であり、感光体27、露光光源28、帯電部30、現像部31、転写器32、搬送ローラー33、定着器35を有する。露光光源28から光29が照射され、感光体27の表面(感光体上)に静電潜像が形成される。この露光光源28が本実施形態に係る有機発光素子を有する。現像部31はトナー等を有する。帯電部30は感光体27を帯電させる。転写器32は現像された画像を記録媒体34に転写する。搬送ローラー33は記録媒体34を搬送する。記録媒体34は例えば紙である。定着器35は記録媒体34に形成された画像を定着させる。
図5(b)及び図5(c)は、露光光源28を示す図であり、発光部36が本実施形態に係る有機発光素子であり、長尺状の基板に複数配置されている様子を示す模式図である。矢印37は、感光体27の軸に平行な方向であり、発光部36が配列されている列方向を表す。この列方向は、感光体27が回転する軸の方向と同じである。この方向は感光体27の長軸方向と呼ぶこともできる。図5(b)は発光部36を感光体27の長軸方向に沿って配置した形態である。図5(c)は、図5(b)とは異なる形態であり、第一の列と第二の列のそれぞれにおいて発光部36が列方向に交互に配置されている形態である。第一の列と第二の列は行方向に異なる位置に配置されている。第一の列は、複数の発光部36が間隔をあけて配置されている。第二の列は、第一の列の発光部36同士の間隔に対応する位置に発光部36を有する。即ち、行方向にも、複数の発光部36が間隔をあけて配置されている。図5(c)の配置は、例えば格子状に配置されている状態、千鳥格子に配置されている状態、或いは市松模様と言い換えることもできる。
図6は、本実施形態に係る表示装置の一例を表す模式図である。表示装置1000は、上部カバー1001と、下部カバー1009と、の間に、タッチパネル1003、表示パネル1005、フレーム1006、回路基板1007、バッテリー1008、を有してよい。タッチパネル1003及び表示パネル1005は、フレキシブルプリント回路FPC1002、1004が接続されている。回路基板1007には、トランジスタがプリントされている。バッテリー1008は、表示装置が携帯機器でなければ、設けなくてもよいし、携帯機器であっても、別の位置に設けてもよい。
本実施形態に係る表示装置は、赤色、緑色、青色を有するカラーフィルタを有してよい。カラーフィルタは、当該赤色、緑色、青色がデルタ配列で配置されてよい。
本実施形態に係る表示装置は、携帯端末の表示部に用いられてもよい。その際には、表示機能と操作機能との双方を有してもよい。携帯端末としては、スマートフォン等の携帯電話、タブレット、ヘッドマウントディスプレイ等が挙げられる。
本実施形態に係る表示装置は、複数のレンズを有する光学部と、当該光学部を通過した光を受光する撮像素子とを有する撮像装置の表示部に用いられてよい。撮像装置は、撮像素子が取得した情報を表示する表示部を有してよい。また、表示部は、撮像装置の外部に露出した表示部であっても、ファインダ内に配置された表示部であってもよい。撮像装置は、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラであってよい。
図7(a)は、本実施形態に係る撮像装置の一例を表す模式図である。撮像装置1100は、ビューファインダ1101、背面ディスプレイ1102、操作部1103、筐体1104を有してよい。ビューファインダ1101は、本実施形態に係る表示装置を有してよい。その場合、表示装置は、撮像する画像のみならず、環境情報、撮像指示等を表示してよい。環境情報には、外光の強度、外光の向き、被写体の動く速度、被写体が遮蔽物に遮蔽される可能性等であってよい。
撮像に好適なタイミングはわずかな時間なので、少しでも早く情報を表示した方がよい。従って、本実施形態の有機発光素子を用いた表示装置を用いるのが好ましい。有機発光素子は応答速度が速いからである。有機発光素子を用いた表示装置は、表示速度が求められる、これらの装置、液晶表示装置よりも好適に用いることができる。
撮像装置1100は、不図示の光学部を有する。光学部は複数のレンズを有し、筐体1104内に収容されている撮像素子に結像する。複数のレンズは、その相対位置を調整することで、焦点を調整することができる。この操作を自動で行うこともできる。撮像装置は光電変換装置と呼ばれてもよい。光電変換装置は逐次撮像するのではなく、前画像からの差分を検出する方法、常に記録されている画像から切り出す方法等を撮像の方法として含むことができる。
図7(b)は、本実施形態に係る電子機器の一例を表す模式図である。電子機器1200は、表示部1201と、操作部1202と、筐体1203を有する。筐体1203には、回路、当該回路を有するプリント基板、バッテリー、通信部、を有してよい。操作部1202は、ボタンであってもよいし、タッチパネル方式の反応部であってもよい。操作部1202は、指紋を認識してロックの解除等を行う、生体認識部であってもよい。通信部を有する電子機器は通信機器ということもできる。電子機器1200は、レンズと、撮像素子とを備えることでカメラ機能をさらに有してよい。カメラ機能により撮像された画像が表示部1201に映される。電子機器1200としては、スマートフォン、ノートパソコン等が挙げられる。
図8は、本実施形態に係る表示装置の一例を表す模式図である。図8(a)は、テレビモニタやPCモニタ等の表示装置である。表示装置1300は、額縁1301を有し表示部1302を有する。表示部1302には、本実施形態に係る発光素子が用いられてよい。額縁1301と、表示部1302を支える土台1303を有している。土台1303は、図8(a)の形態に限られない。額縁1301の下辺が土台を兼ねてもよい。また、額縁1301及び表示部1302は、曲がっていてもよい。その曲率半径は、5000mm以上6000mm以下であってよい。
図8(b)は本実施形態に係る表示装置の他の例を表す模式図である。図8(b)の表示装置1310は、折り曲げ可能に構成されており、いわゆるフォルダブルな表示装置である。表示装置1310は、第一表示部1311、第二表示部1312、筐体1313、屈曲点1314を有する。第一表示部1311と第二表示部1312とは、本実施形態に係る発光素子を有してよい。第一表示部1311と第二表示部1312とは、つなぎ目のない1枚の表示装置であってよい。第一表示部1311と第二表示部1312とは、屈曲点で分けることができる。第一表示部1311、第二表示部1312は、それぞれ異なる画像を表示してもよいし、第一及び第二表示部とで一つの画像を表示してもよい。
図9(a)は、本実施形態に係る照明装置の一例を表す模式図である。照明装置1400は、筐体1401と、光源1402と、回路基板1403と、光源1402が発する光を透過する光学フィルタ1404と光拡散部1405と、を有してよい。光源1402は、本実施形態に係る有機発光素子を有してよい。光学フィルタ1404は光源の演色性を向上させるフィルタであってよい。光拡散部1405は、ライトアップ等、光源の光を効果的に拡散し、広い範囲に光を届けることができる。光学フィルタ1404、光拡散部1405は、照明の光出射側に設けられてよい。必要に応じて、最外部にカバーを設けてもよい。
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、昼白色、その他青から赤のいずれの色を発光するものであってよい。それらを調光する調光回路を有してよい。照明装置は本実施形態の有機発光素子とそれに接続される電源回路を有してよい。電源回路は、交流電圧を直流電圧に変換する回路である。また、白とは色温度が4200Kで昼白色とは色温度が5000Kである。照明装置はカラーフィルタを有してもよい。
また、本実施形態に係る照明装置は、放熱部を有していてもよい。放熱部は装置内の熱を装置外へ放出するものであり、比熱の高い金属、液体シリコン等が挙げられる。
図9(b)は、本実施形態に係る移動体の一例である自動車の模式図である。当該自動車は灯具の一例であるテールランプを有する。自動車1500は、テールランプ1501を有し、ブレーキ操作等を行った際に、テールランプを点灯する形態であってよい。
テールランプ1501は、本実施形態に係る有機発光素子を有してよい。テールランプ1501は、有機発光素子を保護する保護部材を有してよい。保護部材はある程度高い強度を有し、透明であれば材料は問わないが、ポリカーボネート等で構成されることが好ましい。ポリカーボネートにフランジカルボン酸誘導体、アクリロニトリル誘導体等を混ぜてよい。
自動車1500は、車体1503、それに取り付けられている窓1502を有してよい。窓1502は、自動車の前後を確認するための窓でなければ、透明なディスプレイであってもよい。当該透明なディスプレイは、本実施形態に係る有機発光素子を有してよい。この場合、有機発光素子が有する電極等の構成材料は透明な部材で構成される。
本実施形態に係る移動体は、船舶、航空機、ドローン等であってよい。移動体は、機体と当該機体に設けられた灯具を有してよい。灯具は、機体の位置を知らせるための発光をしてよい。灯具は本実施形態に係る有機発光素子を有する。
図10を参照して、上述の各実施形態の表示装置の適用例について説明する。表示装置は、例えばスマートグラス、HMD、スマートコンタクトのようなウェアラブルデバイスとして装着可能なシステムに適用できる。このような適用例に使用される撮像表示装置は、可視光を光電変換可能な撮像装置と、可視光を発光可能な表示装置とを有する。
図10(a)は、本発明の一実施形態に係るウェアラブルデバイスの一例を示す模式図である。図10(a)を用いて、1つの適用例に係る眼鏡1600(スマートグラス)を説明する。眼鏡1600のレンズ1601の表面側に、CMOSセンサやSPADのような撮像装置1602が設けられている。また、レンズ1601の裏面側には、上述した各実施形態の表示装置が設けられている。
眼鏡1600は、制御装置1603をさらに備える。制御装置1603は、撮像装置1602と表示装置に電力を供給する電源として機能する。また、制御装置1603は、撮像装置1602と表示装置の動作を制御する。レンズ1601には、撮像装置1602に光を集光するための光学系が形成されている。
図10(b)は、本発明の一実施形態に係るウェアラブルデバイスの他の例を示す模式図である。図10(b)を用いて、1つの適用例に係る眼鏡1610(スマートグラス)を説明する。眼鏡1610は、制御装置1612を有しており、制御装置1612に、図10(a)の撮像装置1602に相当する撮像装置と、表示装置が搭載される。レンズ1611には、制御装置1612内の撮像装置と、表示装置からの発光を投影するための光学系が形成されており、レンズ1611には画像が投影される。制御装置1612は、撮像装置及び表示装置に電力を供給する電源として機能するとともに、撮像装置及び表示装置の動作を制御する。
制御装置1612は、装着者の視線を検知する視線検知部を有してもよい。視線の検知は赤外線を用いてよい。赤外発光部は、表示画像を注視しているユーザーの眼球に対して、赤外光を発する。発せられた赤外光の眼球からの反射光を、受光素子を有する撮像部が検出することで眼球の撮像画像が得られる。平面視における赤外発光部から表示部への光を低減する低減手段を有することで、画像品位の低下を低減する。赤外光の撮像により得られた眼球の撮像画像から表示画像に対するユーザーの視線を検出する。眼球の撮像画像を用いた視線検出には任意の公知の手法が適用できる。一例として、角膜での照射光の反射によるプルキニエ像に基づく視線検出方法を用いることができる。より具体的には、瞳孔角膜反射法に基づく視線検出処理が行われる。瞳孔角膜反射法を用いて、眼球の撮像画像に含まれる瞳孔の像とプルキニエ像とに基づいて、眼球の向き(回転角度)を表す視線ベクトルが算出されることにより、ユーザーの視線が検出される。
本発明の一実施形態に係る表示装置は、受光素子を有する撮像装置を有し、撮像装置からのユーザーの視線情報に基づいて表示装置の表示画像を制御してよい。具体的には、表示装置は、視線情報に基づいて、ユーザーが注視する第一の視界領域と、第一の視界領域以外の第二の視界領域とを決定する。第一の視界領域、第二の視界領域は、表示装置の制御装置が決定してもよいし、外部の制御装置が決定したものを受信してもよい。表示装置の表示領域において、第一の視界領域の表示解像度を第二の視界領域の表示解像度よりも高く制御してよい。つまり、第二の視界領域の解像度を第一の視界領域よりも低くしてよい。
また、表示領域は、第一の表示領域、第一の表示領域とは異なる第二の表示領域とを有し、視線情報に基づいて、第一の表示領域及び第二の表示領域から優先度が高い領域が決定される。第一の視界領域、第二の視界領域は、表示装置の制御装置が決定してもよいし、外部の制御装置が決定したものを受信してもよい。優先度の高い領域の解像度を、優先度が高い領域以外の領域の解像度よりも高く制御してよい。つまり優先度が相対的に低い領域の解像度を低くしてよい。
尚、第一の視界領域や優先度が高い領域の決定には、AIを用いてもよい。AIは、眼球の画像と当該画像の眼球が実際に視ていた方向とを教師データとして、眼球の画像から視線の角度、視線の先の目的物までの距離を推定するよう構成されたモデルであってよい。AIプログラムは、表示装置が有しても、撮像装置が有しても、外部装置が有してもよい。外部装置が有する場合は、通信を介して、表示装置に伝えられる。
視認検知に基づいて表示制御する場合、外部を撮像する撮像装置を更に有するスマートグラスに好ましく適用できる。スマートグラスは、撮像した外部情報をリアルタイムで表示することができる。
以上説明した通り、本実施形態に係る有機発光素子を用いた装置を用いることにより、良好な画質で、長時間表示にも安定な表示が可能になる。
以下、実施例により本発明を説明する。但し、本発明はこれらに限定されるものではない。
[実施例1(例示化合物A4の合成)]
Figure 2023090310000039
(1)化合物m-3の合成
200mlのナスフラスコに、以下に示す試薬、溶媒を仕込んだ。
化合物m-1:5.0g(27.3mmol)
化合物m-2:7.5g(30.0mmol)
銅:1.7g(27.3mmol)
炭酸カリウム:3.8g(27.3mmol)
硫酸ナトリウム:3.9g(27.3mmol)
ニトロベンゼン:100ml
次に、この反応溶液を、窒素下220℃で7時間加熱攪拌した。反応終了後、反応溶液を減圧濃縮して得られた残渣に酢酸エチルを加えた後、塩化アンモニウム水溶液による洗浄を行い、有機層を減圧濃縮することで粗生成物を得た。次に、この粗生成物をシリカゲルカラムクロマトグラフィー(クロロホルム)にて精製することにより、白色固体の化合物m-3を7.5g(収率:78%)得た。
(2)化合物m-5の合成
200mlのナスフラスコに、以下に示す試薬、溶媒を仕込んだ。
化合物m-3:5.0g(14.2mmol)
脱水テトラヒドロフラン:150ml
次に、この反応溶液に、窒素下内温0℃において、上記m-4で示す1.0Mのメチルマグネシウムブロミド溶液(テトラヒドロフラン)42.6ml(42.6mmol)を滴下した。次に、反応溶液を室温に昇温させ、この温度(室温)で5時間攪拌した。反応終了後、反応溶液にトルエンを加えて飽和食塩水により洗浄し、有機層を減圧濃縮して粗生成物を得た。次に、この粗生成物をシリカゲルカラムクロマトグラフィー(クロロホルム)にて精製することにより、化合物m-5を4.1g(収率82%)得た。
(3)化合物m-6の合成
200mlのナスフラスコに、以下に示す試薬、溶媒を仕込んだ。
化合物m-5:4.0g(11.4mmol)
ポリリン酸:35ml
次に、この反応溶液を、窒素下205℃で2時間加熱攪拌した。反応終了後、反応溶液を放冷した。次に、反応溶液にトルエンを加え、炭酸ナトリウム水溶液にて中和、洗浄した後、有機層を減圧濃縮して粗生成物を得た。次に、この粗生成物をカラムクロマトグラフィー(NHゲル)にて精製することにより、化合物m-6を1.0g得た(収率27%)。
(4)化合物m-7の合成
200mlのナスフラスコに、以下に示す試薬、溶媒を仕込んだ。
化合物m-6:1.0g(3.0mmol)
ビス(ピナコラート)ジボロン:0.9g(3.6mmol)
ビス(ジベンジリデンアセトン)パラジウム(0):0.3g(0.6mmol)
2-ジシクロヘキシルホスフィノ-2’,6’-ジメトキシビフェニル(S-Phos):0.5g(1.2mmol)
酢酸カリウム:0.9g(9.0mmol)
脱水1,4-ジオキサン:50ml
次に、この反応溶液を、窒素下125℃で7時間加熱攪拌した。反応終了後、反応溶液を放冷した。次に、反応溶液にトルエンを加え、飽和食塩水で洗浄した後、有機層を濃縮して粗生成物を得た。次に、この粗生成物をカラムクロマトグラフィー(クロロホルム)にて精製することにより、化合物m-7を0.9g得た(収率72%)。
(3)化合物A4の合成
200mlのナスフラスコに、以下に示す試薬、溶媒を仕込んだ。
化合物m-7:0.9g(2.1mmol)
化合物m-8:0.8g(2.5mmol)
ビス(ジベンジリデンアセトン)パラジウム(0):0.2g(0.4mmol)
2-ジシクロヘキシルホスフィノ-2’,6’-ジメトキシビフェニル(S-Phos):0.4g(0.8mmol)
リン酸カリウム:1.4g(6.3mmol)
トルエン:50ml
2O:5ml
次に、反応溶液を、窒素気流下にて加熱還流撹拌し、6時間攪拌を行った。反応終了後、水を加えて分液を行った後、クロロホルムに溶解した後、これをカラムクロマトグラフィー(クロロホルム:ヘプタン)にて精製後、トルエン/へプタンで再結晶を行うことにより、薄黄色固体の例示化合物A4を0.8g(収率:65%)得た。
得られた例示化合物A4について、MALDI-TOF-MS(Bruker社製Autoflex LRF)を用いて質量分析を行った。その結果、C4027NO3より求めた計算値が569であるのに対して、実測値(m/z)は569で一致した。
[実施例2乃至10(例示化合物の合成)]
実施例1の化合物m-1、m-2、m-8を表4に示す化合物に変えた他は実施例1と同様にして、表4に示す実施例2乃至10の例示化合物を合成した。また、実施例1と同様にして測定した質量分析結果の実測値(m/z)を示す。
Figure 2023090310000040
[実施例11(例示化合物B6の合成)]
Figure 2023090310000041
(1)化合物n-3の合成
500mlのナスフラスコに、以下に示す試薬、溶媒を仕込んだ。
化合物n-1:10.0g(61.1mmol)
化合物n-2:34.3g(183.4mmol)
銅:11.6g(183.4mmol)
炭酸カリウム:25.4g(183.4mmol)
硫酸ナトリウム:8.61g(183.4mmol)
ニトロベンゼン:200ml
次に、この反応溶液を、窒素下220℃で7時間加熱攪拌した。反応終了後、反応溶液を減圧濃縮して得られた残渣に酢酸エチルを加えた後、塩化アンモニウム水溶液による洗浄を行い、有機層を減圧濃縮することで粗生成物を得た。次に、この粗生成物をカラムクロマトグラフィー(クロロホルム)にて精製することにより、褐白色固体の化合物n-3を16.8g(収率:73%)得た。
(2)化合物n-4の合成
200mlのナスフラスコに、以下に示す試薬、溶媒を仕込んだ。
化合物n-3:15.0g(39.9mmol)
ピリジン塩酸:220g
次に、反応溶液を、窒素気流下にて加熱還流撹拌し、6時間攪拌を行った。反応終了後、水を加えて分液を行った後、クロロホルムに溶解した後、これをカラムクロマトグラフィー(クロロホルム:ヘプタン)にて精製後、トルエン/へプタンで再結晶を行うことにより、白色固体の化合物n-4を11.2g(収率:81%)得た。
(3)化合物n-5の合成
500mlのナスフラスコに、以下に示す試薬、溶媒を仕込んだ。
化合物n-4:10.0g(28.8mol)
炭酸カリウム:11.9g(86.3mmol)
N,N-ジメチルホルムアミド:300ml
次に、この反応溶液を、窒素下で7時間加熱還流攪拌した。反応終了後、反応溶液を減圧濃縮して得られた残渣に酢酸エチルを加えた後、塩化アンモニウム水溶液による洗浄を行い、有機層を減圧濃縮することで粗生成物を得た。次に、この粗生成物をカラムクロマトグラフィー(クロロホルム)にて精製することにより、白色固体の化合物n-5を6.0g(収率:68%)得た。
(4)化合物n-6の合成
500mlのナスフラスコに、以下に示す試薬、溶媒を仕込んだ。
化合物n-5:5.0g(16.2mmol)
ビス(ピナコラート)ジボロン:4.9g(19.5mmol)
ビス(ジベンジリデンアセトン)パラジウム(0):1.8g(3.2mmol)
2-ジシクロヘキシルホスフィノ-2’,6’-ジメトキシビフェニル(S-Phos):2.7g(6.5mmol)
酢酸カリウム:4.8g(48.7mmol)
脱水1,4-ジオキサン:250ml
次に、この反応溶液を、窒素下125℃で7時間加熱攪拌した。反応終了後、反応溶液を放冷した。次に、反応溶液にトルエンを加え、飽和食塩水で洗浄した後、有機層を濃縮して粗生成物を得た。次に、この粗生成物をカラムクロマトグラフィー(クロロホルム)にて精製することにより、化合物n-6を4.5g得た(収率65%)。
(5)化合物B4の合成
200mlのナスフラスコに、以下に示す試薬、溶媒を仕込んだ。
化合物n-6:1.0g(2.5mmol)
化合物n-7:1.0g(2.5mmol)
ビス(ジベンジリデンアセトン)パラジウム(0):0.3g(0.5mmol)
2-ジシクロヘキシルホスフィノ-2’,6’-ジメトキシビフェニル(S-Phos):0.4g(1.0mmol)
リン酸カリウム:1.6g(0.8mmol)
トルエン:50ml
2O:5ml
次に、反応溶液を、窒素気流下にて加熱還流撹拌し、6時間攪拌を行った。反応終了後、水を加えて分液を行った後、クロロホルムに溶解した後、これをカラムクロマトグラフィー(クロロホルム:ヘプタン)にて精製後、トルエン/へプタンで再結晶を行うことにより、薄黄色固体の例示化合物B4を0.7g(収率:61%)得た。
得られた例示化合物B6について、実施例1と同様にして質量分析を行った。その結果、C3117NO4より求めた計算値が467であるのに対して、実測値(m/z)は467で一致した。
[実施例12乃至20(例示化合物の合成)]
実施例11の化合物n-5、n-7を表5に示す化合物に変えた他は実施例11と同様にして、表5に示す実施例12乃至20の例示化合物を合成した。また、実施例11と同様にして測定した質量分析結果の実測値(m/z)を示す。
Figure 2023090310000042
[比較例1、2(比較化合物の合成)]
以下の合成スキームに従い、比較化合物1、2の有機化合物を合成した。比較化合物1は、特許文献1に記載の化合物であり、比較化合物2は、特許文献2に記載の化合物の類似化合物である。
Figure 2023090310000043
(1)比較化合物1の合成
200mlのナスフラスコに、以下に示す試薬、溶媒を仕込んだ。
化合物p-1:1.0g(2.8mmol)
化合物p-2:1.2g(7.1mmol)
Pd(dba)2:0.3g
xphos:0.5g
tBuONa:0.7g(7.1mmol)
キシレン:50ml
次に、反応溶液を、窒素気流下にて加熱還流撹拌し、6時間攪拌を行った。反応終了後、水を加えて分液を行った後、クロロホルムに溶解した後、これをカラムクロマトグラフィー(クロロホルム:ヘプタン)にて精製後、トルエン/へプタンで再結晶を行うことにより、白色固体の比較化合物1を0.7g(収率:45%)得た。
得られた比較化合物1について、実施例1と同様に質量分析を行ったところ、C372222より求めた計算値が526であったのに対して、実測値(m/z)は526で一致した。
(1)比較化合物2の合成
200mlのナスフラスコに、以下に示す試薬、溶媒を仕込んだ。
化合物p-3:1.0g(2.8mmol)
化合物p-2:1.3g(7.1mmol)
Pd(dba)2:0.3g
xphos:0.5g
tBuONa:0.7g(7.1mmol)
キシレン:50ml
次に、反応溶液を、窒素気流下にて加熱還流撹拌し、6時間攪拌を行った。反応終了後、水を加えて分液を行った後、クロロホルムに溶解した後、これをカラムクロマトグラフィー(クロロホルム:ヘプタン)にて精製後、トルエン/へプタンで再結晶を行うことにより、白色固体の比較化合物2を0.9g(収率:55%)得た。
得られた比較化合物2について、実施例1と同様にして質量分析を行ったところ、C372224より求めた計算値が558であったのに対して、実測値(m/z)は558で一致した。
[実施例21]
基板上に、陽極、正孔注入層、正孔輸送層、電子ブロッキング層、発光層、正孔ブロッキング層、電子輸送層、電子注入層、陰極が順次形成されたボトムエミッション型構造の有機発光素子を作製した。
先ずガラス基板上にITOを成膜し、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。この時、ITO電極の膜厚を100nmとした。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、1.33×10-4Paの真空チャンバー内における抵抗加熱による真空蒸着を行って、上記ITO基板上に、表6に示す有機化合物層及び電極層を連続成膜した。尚、この時、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 2023090310000044
得られた有機発光素子について、特性を測定・評価した。発光素子の最大発光波長は522nmであり、最大外部量子効率(E.Q.E.)は13%であった。さらに、電流密度100mA/cm2での連続駆動試験を行い、輝度劣化率が5%に達した時の時間(LT95)を測定した。比較例1のLT95を1.0とした時に、本実施例の輝度劣化率比(実施例21のLT95/比較例1のLT95)は1.4であった。尚、測定装置としては、電流電圧特性をヒューレッドパッカード社製・微小電流計「4140B」で測定し、発光輝度は、トプコン社製「BM7」で測定した。
[実施例22乃至38、比較例3乃至4]
表7に示される化合物に適宜変更する以外は、実施例21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21と同様に素子の特性を測定・評価した。測定の結果を表7に示す。
Figure 2023090310000045
表7より、比較例3、4の最大外部量子効率(E.Q.E.)は、それぞれ8%、5%であり、本実施形態の発光素子の方が高発光効率であった。これは、本実施形態の例示化合物の方が、よりT1エネルギーが小さいことに起因する。また、本実施形態の発光素子の方が長寿命であった。これは、本実施形態の例示化合物がより、膜性と結合安定性に優れることに起因する。以上より、本実施形態の例示化合物を用いることにより、高効率で耐久特性に優れる素子を提供することができる。
[実施例39]
表8に示す有機化合物層及び電極層を連続製膜した以外は、実施例21と同様の方法により、有機発光素子を作製した。
Figure 2023090310000046
得られた有機発光素子について、実施例21と同様に特性を測定・評価した。発光素子の発光色は緑色であり、最大外部量子効率(E.Q.E.)は18%であった。また、実施例21と同様に連続駆動試験を行ったところ、比較例3のLT95を1.0とすると、実施例39の輝度劣化率比は2.5であった。
[実施例40乃至63]
表9に示される化合物に適宜変更する以外は、実施例39と同様の方法により有機発光素子を作製した。得られた発光素子について実施例39と同様に特性を測定・評価した。測定の結果を表9に示す。
Figure 2023090310000047
2:第一電極、4,22:有機化合物層、5:第二電極、21:陽極、23:陰極、26:有機発光素子、28:露光光源、40:画像形成装置、100:表示装置、1201,1302,1311,1312:表示部、1404:光学フィルタ、1045:光拡散部、1601:レンズ

Claims (24)

  1. 下記一般式[1]で表されることを特徴とする有機化合物。
    Figure 2023090310000048
    上記式[1]において、R1乃至R19は、それぞれ独立に、水素原子、重水素原子、ハロゲン原子、置換或いは無置換のアルキル基、置換或いは無置換のアルコキシ基、置換或いは無置換のアミノ基、置換或いは無置換のアリールオキシ基、置換或いは無置換のヘテロアリールオキシ基、置換或いは無置換のシリル基、置換或いは無置換の芳香族炭化水素基、置換或いは無置換の複素環基、シアノ基から選ばれ、R9とR19は結合してもよい。R9とR19が結合する場合は、直接結合、酸素原子を介した結合、硫黄原子を介した結合、CR2021を介した結合から選ばれる。R20、R21は、それぞれ独立に、前記R1乃至R19と同じである。
    1、X2は、それぞれ独立に、酸素原子、硫黄原子、CR2021、単結合のいずれかを表す。
    Arは、置換或いは無置換の芳香族炭化水素基、置換或いは無置換の複素環基のいずれかを表す。
    nは、0以上2以下の整数を表し、nが0の場合、R1乃至R8のいずれかとR9乃至R19のいずれかが直接結合する。
    mは、1以上4以下の整数を表す。
  2. 前記mは1であり、前記nは1であり、前記Arを介して、前記R1乃至R19のいずれかと、前記R2、R3、R6、R7のいずれかが結合することを特徴とする請求項1に記載の有機化合物。
  3. 前記mは1であり、前記nは0であり、前記R1乃至R19のいずれかと、前記R2、R3、R6、R7のいずれかが直接結合することを特徴とする請求項1に記載の有機化合物。
  4. 前記X1、X2の少なくとも1つは、CR2021である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化合物。
  5. 前記X1、X2の少なくとも1つは、酸素原子、硫黄原子のいずれか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化合物。
  6. 陽極と陰極と、
    前記陽極と前記陰極との間に配置される有機化合物層と、を有する有機発光素子において、
    前記有機化合物層の少なくとも一層は、請求項1乃至5のいずれか一項に記載の有機化合物を含有することを特徴とする有機発光素子。
  7. 前記有機化合物層の少なくとも一層が発光層であることを特徴とする請求項6に記載の有機発光素子。
  8. 前記発光層には、燐光発光材料が含まれ、前記有機化合物が前記発光層に10質量%以上99質量%以下の含有量で含まれることを特徴とする請求項7に記載の有機発光素子。
  9. 前記有機化合物がホスト材料として前記発光層に50質量%以上99質量%以下の含有量で含まれることを特徴とする請求項8に記載の有機発光素子。
  10. 前記有機化合物がアシスト材料として前記発光層に10質量%以上49質量%以下の含有量で含まれることを特徴とする請求項8に記載の有機発光素子。
  11. 前記燐光発光材料は、有機金属錯体であり、少なくとも3環以上の縮合環を配位子に有することを特徴とする請求項8乃至10のいずれか一項に記載の有機発光素子。
  12. 前記有機金属錯体は、以下の一般式[2]で表されることを特徴とする請求項11に記載の有機発光素子。
    Ir(L)m(L’)n(L”)r [2]
    上記式[2]において、L、L’及びL”は、それぞれ異なる二座配位子を表す。
    mは1以上3以下の整数から選ばれ、n、rは、それぞれ独立に、0以上2以下の整数から選ばれる。但し、m+n+r=3である。
    前記Ir(L)mは、下記一般式[Ir-1]乃至[Ir-11]のいずれかで表される。
    Figure 2023090310000049
    Figure 2023090310000050
    上記式[Ir-1]乃至[Ir-11]において、Ar1、Ar2は、それぞれ独立に、置換或いは無置換のアリール基、又は、置換或いは無置換の複素環基であり、p、qは0以上4以下の整数であり、Xは酸素原子、硫黄原子、置換或いは無置換の炭素原子、置換或いは無置換の窒素原子から選ばれる。
    前記Lはさらに、重水素原子、フッ素原子、置換或いは無置換のアルキル基、重水素置換のアルキル基、アルコキシ基、シリル基、シアノ基、置換或いは無置換のアリール基、置換或いは無置換の複素環基を有してもよい。
  13. 前記発光層には、前記有機化合物と、前記燐光発光材料と、前記有機化合物と前記燐光発光材料と異なる第三の成分が含まれることを特徴とする、請求項8乃至12のいずれか一項に記載の有機発光素子。
  14. 前記第三の成分が、少なくともカルバゾール骨格を有することを特徴とする請求項13に記載の有機発光素子。
  15. 前記第三の成分が、少なくともアジン環を骨格に有することを特徴とする請求項13に記載の有機発光素子。
  16. 前記第三の成分が、少なくともキサントン骨格を有することを特徴とする請求項13に記載の有機発光素子。
  17. 前記発光層を第一の発光層として、前記第一の発光層と積層して配置される第二の発光層を更に有し、前記第二の発光層は前記第一の発光層が発する発光色とは異なる色を発光することを特徴とする請求項7乃至16のいずれか一項に記載の有機発光素子。
  18. 白色発光することを特徴とする請求項17に記載の有機発光素子。
  19. 複数の画素を有し、前記複数の画素の少なくとも一つが、請求項6乃至18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たトランジスタと、を有することを特徴とする表示装置。
  20. 感光体と、前記感光体を露光する光源と、前記光源により前記感光体上に形成された潜像を現像する現像部とを有する画像形成装置であって、前記光源は、請求項6乃至18のいずれか一項に記載の有機発光素子を用いた電子写真方式の画像形成装置の露光光源。
  21. 複数のレンズを有する光学部と、前記光学部を通過した光を受光する撮像素子と、前記撮像素子が撮像した画像を表示する表示部と、を有し、
    前記表示部は請求項6乃至18のいずれか一項に記載の有機発光素子を有することを特徴とする光電変換装置。
  22. 請求項6乃至18のいずれか一項に記載の有機発光素子を有する表示部と、前記表示部が設けられた筐体と、前記筐体に設けられ、外部と通信する通信部と、を有することを特徴とする電子機器。
  23. 請求項6乃至18のいずれか一項に記載の有機発光素子を有する光源と、前記光源が発する光を透過する光拡散部又は光学フィルタと、を有することを特徴とする照明装置。
  24. 請求項6乃至18のいずれか一項に記載の有機発光素子を有する灯具と、前記灯具が設けられた機体と、を有することを特徴とする移動体。
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