JP4871613B2 - 有機発光素子 - Google Patents

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Description

本発明は、少なくともシリル基及びアミノ基が直接アントラセン環に置換した化合物を使用した有機発光素子に関する。
有機発光素子は、陽極と陰極間に蛍光性有機化合物を含む薄膜を挟持させて、各電極から電子およびホール（正孔）を注入することにより、蛍光性化合物の励起子を生成させ、この励起子が基底状態にもどる際に放射される光を利用する素子である。
１９８７年コダック社の研究（非特許文献１）では、陽極にＩＴＯ、陰極にマグネシウム銀の合金を、電子輸送材料および発光材料としてアルミニウムキノリノール錯体を用いている。さらに、ホール輸送材料にトリフェニルアミン誘導体を用いた機能分離型２層構成の素子で、１０Ｖ程度の印加電圧において１０００ｃｄ／ｍ2程度の発光が報告されている。関連の特許としては，特許文献１乃至３等が挙げられる。
また、蛍光性有機化合物の種類を変えることにより、紫外から赤外までの発光が可能であり、最近では様々な化合物の研究が活発に行われている（特許文献４乃至１１）。
さらに、上記のような低分子材料を用いた有機発光素子の他にも、共役系高分子を用いた有機発光素子が、ケンブリッジ大学のグループ（非特許文献２）により報告されている。この報告ではポリフェニレンビニレン（ＰＰＶ）を塗工系で成膜することにより、単層で発光を確認している。共役系高分子を用いた有機発光素子の関連特許としては、特許文献１２乃至１６が挙げられる。
また、Ｉｒ（ｐｐｙ）3等のイリジウム錯体を発光材料として用いた燐光有機発光素子も注目され、高い発光効率が報告されている（非特許文献３）。
有機発光素子における最近の進歩は著しく、その特徴は低印加電圧で高輝度、発光波長の多様性、高速応答性、薄型、軽量の発光デバイス化が可能であることから、広汎な用途への可能性を示唆している。しかしながら、長時間の使用による経時変化や酸素を含む雰囲気気体や湿気などによる劣化等の耐久性の面で未だ多くの問題がある。フルカラーディスプレイ等への応用を考えた場合、現状では更なる長寿命の、高変換効率、高色純度の青、緑、赤色発光が必要であり、種々の提案がされている。
アントラセン環を含む材料および有機発光素子の例としては、特許文献１７にフェニルアントラセン誘導体が開示されている。特に青色発光材料や電子注入輸送材料として用いた場合に、結晶性が低いため良好な有機膜を形成できるとしているが、発光効率および耐久寿命は実用上十分ではなかった。
特許文献１８，１９には、それぞれ、アミノアントラセン誘導体とジアミノアントラセン誘導体が開示されている。発光材料として用いて緑色発光が得られるとしているが、素子の発光効率は低く、また、耐久寿命に関しても実用上十分ではなかった。
特許文献２０には、特定のビアントリル化合物を発光材料として用いた素子が開示されており高輝度発光が得られるとしているが、発光効率や耐久寿命に関しての記載がない。
特許文献２１にはオレフィン部位を含む特定のアントラセン化合物を発光材料として用いた素子が開示されており、黄色から赤色の発光が得られるとしているが、発光効率は実用上十分ではなかった。
特許文献２２には、発光媒体層に特定構造のアントラセン誘導体と電子輸送性化合物とさらにその他の蛍光性化合物を含む素子が開示されている。信頼性を改善した赤色発光素子が得られるとしているが、発光効率は実用上十分ではなかった。
特許文献２３には、電子写真感光体に於ける電荷輸送材としてジアリールアミノ基及びシリル基を有するアントラセン化合物が開示されているが、有機発光素子への応用に関しての記述はない。
米国特許４，５３９，５０７号明細書 米国特許４，７２０，４３２号明細書 米国特許４，８８５，２１１号明細書 米国特許５，１５１，６２９号明細書 米国特許５，４０９，７８３号明細書 米国特許５，３８２，４７７号明細書 特開平２−２４７２７８号公報 特開平３−２５５１９０号公報 特開平５−２０２３５６号公報 特開平９−２０２８７８号公報 特開平９−２２７５７６号公報 米国特許５，２４７，１９０号明細書 米国特許５，５１４，８７８号明細書 米国特許５，６７２，６７８号明細書 特開平４−１４５１９２号公報 特開平５−２４７４６０号公報 特開平８−１２６００号公報 特開平９−１５７６４３号公報 特開平１０−７２５７９号公報 特許第３００８８９７号公報 特開平１１−８０６８号公報 特開２００１−２８４０５０号公報 特開平３−２７１２９６号公報 Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．５１，９１３（１９８７） Ｎａｔｕｒｅ，３４７，５３９（１９９０） Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．７５，４（１９９９）
本発明は、このような従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、高効率で高輝度、高寿命の光出力を有する有機発光素子を提供することにある。また、製造が容易でかつ比較的安価に作成可能な有機発光素子を提供することにある。
本発明者等は、上述の課題を解決するために鋭意検討した結果、本発明を完成するに至った。
上記課題を解決するための有機発光素子は、少なくとも一方が透明または半透明な陽極および陰極からなる一対の電極と、該一対の電極間に挟持された有機化合物を含む１または複数の層を有する有機発光素子において、前記有機化合物を含む１または複数の層のうち少なくとも一層が発光層であり下記一般式［１］で示される化合物を少なくとも１種類含有することを特徴とすることを特徴とする。
Figure 0004871613
（式中、Ａｒ1およびＡｒ2は、置換あるいは未置換のアルキル基、アラルキル基、アリール基及び複素環基からなる群より選ばれた基であり、同じであっても異なっていてもよい。Ａｒ1およびＡｒ2は、互いに結合し環を形成していてもよい。Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3は、水素原子、ハロゲン原子、置換あるいは未置換のアルキル基、アラルキル基、アリール基及び複素環基からなる群より選ばれた基であり、同じであっても異なっていてもよい。Ｘは、ハロゲン原子、置換あるいは未置換のアルキル基、アラルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アルコキシ基、スルフィド基、シリル基、アミノ基、アリール基及び複素環基からなる群より選ばれた基であり、同じであっても異なっていてもよい。ａは０以上８以下の整数である。）
前記一般式［１］で示される化合物を少なくとも１種類含有する層が発光層であることが好ましい。
前記発光層が、一般式［１］で示される第１の化合物と，下記一般式［２］で示される第２の化合物を少なくとも１種類ずつ含有することが好ましい。
Figure 0004871613
（式中、Ｒ4およびＲ5は水素原子、置換あるいは未置換のアルキル基、アラルキル基、アリール基または複素環基を表し、Ｒ4およびＲ5は互いに同じであっても異なっていてもよい。Ｒ6およびＲ7は、置換あるいは未置換のアルキル基、アラルキル基、アリール基、複素環基、置換アミノ基、シアノ基またはハロゲン原子を表し、互いに同じであっても異なっていてもよい。Ｒ6同士、Ｒ7同士は同じであっても異なっていてもよい。Ａｒ3およびＡｒ4は、置換あるいは未置換のアリール基または複素環基を表し、Ａｒ3およびＡｒ4は互いに同じであっても異なっていてもよい。ｍは１以上１０以下の整数、ｂ、ｃは０以上３以下の整数である。）
前記発光層が、一般式［１］で示される第１の化合物と，下記一般式［３］で示される第２の化合物を少なくとも１種類ずつ含有することが好ましい。
Figure 0004871613
（式中、Ｒ8乃至Ｒ11は、置換あるいは未置換のアルキル基、アラルキル基、アリール基、複素環基、置換アミノ基、シアノ基、またはハロゲン原子を表し、互いに同じであっても異なっていてもよい。Ｒ8同士、Ｒ9同士、Ｒ10同士、Ｒ11同士は同じであっても異なっていてもよい。Ａｒ5乃至Ａｒ8は、置換あるいは未置換のアリール基または複素環基を表し、Ａｒ5乃至Ａｒ8は互いに同じであっても異なっていてもよい。ｄ、ｅ、ｆ、ｇは、それぞれ０以上３以下の整数である。）
前記発光層が、一般式［１］で示される第１の化合物と，下記一般式［４］で示される第２の化合物を少なくとも１種類ずつ含有することが好ましい。
Figure 0004871613
（式中、Ｒ12およびＲ13は水素原子、置換あるいは未置換のアルキル基、アラルキル基、アリール基または複素環基を表し、Ｒ12およびＲ13は、互いに同じであっても異なっていてもよい。Ｒ14およびＲ15は、置換あるいは未置換のアルキル基、アラルキル基、アリール基、複素環基、置換アミノ基、シアノ基またはハロゲン原子を表し、互いに同じであっても異なっていてもよい。Ｒ14同士、Ｒ15同士は同じであっても異なっていてもよい。Ｒ16は置換あるいは未置換のアルキル基、アラルキル基、アリール基または複素環基を表し、Ｒ16同士は互いに同じであっても異なっていてもよい。Ｚ1、Ｚ2は、直接単結合、置換あるいは未置換のアルキレン基、アルケニレン基、アルキニレン基、アラルキレン基、アリーレン基、二価の複素環基、シリル基、エーテル基、チオエーテル基、カルボニル基からなる群より選ばれた基であり、さらに連結基を有していてもよい。Ａｒ9、Ａｒ10は、置換あるいは未置換のアリール基または複素環基を表し、Ａｒ9、Ａｒ10は互いに同じであっても異なっていてもよい。また、Ａｒ9、Ａｒ10は環を形成していてもよい。ｎは１以上１０以下の整数、ｈ、ｉは０以上３以下の整数、ｊは０以上９以下のの整数である。）
前記発光層が、一般式［１］で示される第１の化合物と，下記一般式［５］で示される第２の化合物を少なくとも１種類ずつ含有することが好ましい。
Figure 0004871613
（式中、Ａｒ11は、置換あるいは未置換のアラルキル基、アリール基及び複素環基からなる群より選ばれた基であり、ｋが２以上の場合、互いに同じであっても異なっていてもよい。Ｚ3は、直接単結合、置換あるいは未置換のアルキレン基、アルケニレン基、アルキニレン基、アラルキレン基、アリーレン基、二価の複素環基、シリル基、エーテル基、チオエーテル基、カルボニル基からなる群より選ばれた基であり、さらに連結基を有していてもよい。ｋが２以上の場合互いに同じであっても異なっていてもよい。Ｒ17は、ハロゲン原子、置換あるいは未置換のアルキル基、アルコキシ基、スルフィド基、アミノ基及びシリル基からなる群より選ばれた基であり、ｐが２以上の場合互いに同じであっても異なっていてもよい。ｋは１以上６以下の整数、ｐは０以上５以下の整数である。ただしｋ＋ｐ≦６である。）
本発明の有機発光素子は、シリル基が直接アントラセン環に結合したシリル化合物を特に発光層に含有させることにより、高効率発光を得ることができる。本発明の有機発光素子は、低い印加電圧で高効率な発光を与えると共に、優れた耐久性も得られる。
以下、本発明に関して詳細に説明する。
本発明の有機発光素子は、少なくとも一方が透明または半透明な陽極および陰極からなる一対の電極と、該一対の電極間に挟持された有機化合物を含む１または複数の層を有する有機発光素子において、前記有機化合物を含む１または複数の層のうち少なくとも一層が発光層であり下記一般式［１］で示される化合物（シリル化合物と称する）を少なくとも１種類含有することを特徴とすることを特徴とする。
Figure 0004871613
（式中、Ａｒ1およびＡｒ2は、置換あるいは未置換のアルキル基、アラルキル基、アリール基及び複素環基からなる群より選ばれた基であり、同じであっても異なっていてもよい。Ａｒ1およびＡｒ2は、互いに結合し環を形成していてもよい。Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3は、水素原子、ハロゲン原子、置換あるいは未置換のアルキル基、アラルキル基、アリール基及び複素環基からなる群より選ばれた基であり、同じであっても異なっていてもよい。Ｘは、ハロゲン原子、置換あるいは未置換のアルキル基、アラルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アルコキシ基、スルフィド基、シリル基、アミノ基、アリール基及び複素環基からなる群より選ばれた基であり、同じであっても異なっていてもよい。ａは０以上８以下の整数である。）
まず、本発明の有機発光素子において、陽極および陰極からなる一対の電極間に侠持された有機化合物を含む１または複数の層に使用される、シリル基とアミノ基が直接アントラセンに置換したシリル化合物について説明する。
本発明において使用されるシリル化合物は有機発光素子用材料として使用できる。その中で、発光層用として使用する場合、発光層において単独で用いること、及びドーパント（ゲスト）材料、ホスト材料の目的で使用でき、高色純度、高発光効率、高寿命素子を得ることができる。
本発明において使用される化合物は、主に緑色発光を与えるアミノアントラセン化合物において、さらにシリル基を直接アントラセン環に結合した構造とすることにより、蛍光量子収率の向上すなわち有機発光素子における高効率発光を可能にした。シリル基をアントラセンへ導入することによる蛍光量子収率の向上に関する効果は、文献（Ｏｒｇａｎｏｍｅｔａｌｌｉｃｓ，１９９６，１５，ｐ．１０６７乃至１０７０）に記載されている。本発明は、陽極および陰極からなる一対の電極間に侠持された有機化合物を含む１または複数の層からなる有機発光素子用材料として、アミノアントラセン発光ユニットにシリル基を直接アントラセン環に導入し、該有機化合物を主に発光層に使用する素子設計を行った。そして、高効率、長寿命素子の有機発光素子が得られた。
本発明において使用される一般式［１］で示されるシリル化合物は、有機発光素子用材料として、有機化合物を含む１または複数の層に使用できる。シリル化合物は単独で用いてもよく、またはシリル化合物と一般式「２」乃至「５」で表される化合物と混合して用いてもよい。シリル化合物と一般式「２」乃至「５」で表される化合物と混合して用いる場合、シリル化合物の含有量は、シリル化合物と一般式「２」乃至「５」で表される化合物の合計に対して、０．０１重量％以上８０重量％以下、好ましくは１重量％以上４０重量％以下の範囲が望ましい。
例えば、本発明の有機発光素子においてアントラセン化合物をドーパント材料として使用する場合、ホスト材料に対するドーパント濃度は０．０１ｗｔ％以上８０ｗｔ％以下、好ましくは１ｗｔ％以上４０ｗｔ％以下である。ドーパント材料はホスト材料からなる層全体に均一あるいは濃度勾配を有して含まれるか、あるいはある領域に部分的に含まれてドーパント材料を含まないホスト材料層の領域があってもよい。
上記一般式［１］乃至［５］において、水素原子基及び下記置換基を構成する水素原子は、重水素原子で置き換わってもよい。
上記一般式［１］乃至［５］において、置換あるいは未置換のアルキル基としては、メチル基、メチル−ｄ１基、メチル−ｄ３基、エチル基、エチル−ｄ５基、ｎ−プロピル基、ｎ−ブチル基、ｎ−ペンチル基、ｎ−ヘキシル基、ｎ−ヘプチル基、ｎ−オクチル基、ｎ−デシル基、ｉｓｏ−プロピル基、ｉｓｏ−プロピル−ｄ７基、ｉｓｏ−ブチル基、ｓｅｃ−ブチル基、ｔｅｒｔ−ブチル基、ｔｅｒｔ−ブチル−ｄ９基、ｉｓｏ−ペンチル基、ネオペンチル基、ｔｅｒｔ−オクチル基、フルオロメチル基、ジフルオロメチル基、トリフルオロメチル基、２−フルオロエチル基、２，２，２−トリフルオロエチル基、パーフルオロエチル基、３−フルオロプロピル基、パーフルオロプロピル基、４−フルオロブチル基、パーフルオロブチル基、５−フルオロペンチル基、６−フルオロヘキシル基、クロロメチル基、トリクロロメチル基、２−クロロエチル基、２，２，２−トリクロロエチル基、４−クロロブチル基、５−クロロペンチル基、６−クロロヘキシル基、ブロモメチル基、２−ブロモエチル基、ヨードメチル基、２−ヨードエチル基、ヒドロキシメチル基、ヒドロキシエチル基、シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロペンチルメチル基、シクロヘキシルメチル基、シクロヘキシルエチル基、４−フルオロシクロヘキシル基、ノルボルニル基、アダマンチル基等が挙げられるが、もちろんこれらに限定されるものではない。なお、上記のメチル−ｄ１基のｄ１とはメチル基の水素原子のうち一つが重水素基一つで置換されていることを表す。
置換あるいは未置換のアラルキル基としては、ベンジル基、２−フェニルエチル基、２−フェニルイソプロピル基、１−ナフチルメチル基、２−ナフチルメチル基、２−（１−ナフチル）エチル基、２−（２−ナフチル）エチル基、９−アントリルメチル基、２−（９−アントリル）エチル基、２−フルオロベンジル基、３−フルオロベンジル基、４−フルオロベンジル基、２―クロロベンジル基、３−クロロベンジル基、４−クロロベンジル基、２―ブロモベンジル基、３−ブロモベンジル基、４−ブロモベンジル基等が挙げられるが、もちろんこれらに限定されるものではない。
置換あるいは未置換のアルケニル基としては、ビニル基、アリル基（２−プロペニル基）、１−プロペニル基、ｉｓｏ−プロペニル基、１−ブテニル基、２−ブテニル基、３−ブテニル基、スチリル基等が挙げられるが、もちろんこれらに限定されるものではない。
置換あるいは未置換のアルキニル基としては、アセチレニル基、フェニルアセチレニル基、１−プロピニル基等が挙げられるが、もちろんこれらに限定されるものではない。
置換あるいは未置換のアリール基としては、フェニル基、フェニル−ｄ５基、４−メチルフェニル基、４−メトキシフェニル基、４−エチルフェニル基、４−フルオロフェニル基、４−トリフルオロフェニル基、３，５−ジメチルフェニル基、２，６−ジエチルフェニル基、メシチル基、４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル基、ジトリルアミノフェニル基、ビフェニル基、ターフェニル基、ナフチル基、ナフチル−ｄ７基、アセナフチレニル基、アントリル基、アントリル−ｄ９基、フェナントリル基、フェナントリル−ｄ９基、ピレニル基、ピレニル−ｄ９基、アセフェナントリレニル基、アセアントリレニル基、クリセニル基、ジベンゾクリセニル基、ベンゾアントリル基、ベンゾアントリル−ｄ１１基、ジベンゾアントリル基、ナフタセニル基、ピセニル基、ペンタセニル基、フルオレニル基、トリフェニレニル基、ペリレニル基、ペリレニル−ｄ−１１等が挙げられるが、もちろんこれらに限定されるものではない。
置換あるいは未置換の複素環基としては、ピロリル基、ピリジル基、ピリジル−ｄ５基、ビピリジル基、メチルピリジル基、ピリミジニル基、ピラジニル基、ピリダジニル基、ターピロリル基、チエニル基、チエニル−ｄ４基、ターチエニル基、プロピルチエニル基、ベンゾチエニル基、ジベンゾチエニル基、ジベンゾチエニル−ｄ７基、フリル基、フリル−ｄ４基、ベンゾフリル基、イソベンゾフリル基、ジベンゾフリル基、ジベンゾフリル−ｄ７基、キノリル基、キノリル−ｄ６基、イソキノリル基、キノキサリニル基、ナフチリジニル基、キナゾリニル基、フェナントリジニル基、インドリジニル基、フェナジニル基、カルバゾリル基、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、アクリジニル基、フェナジニル基等が挙げられるが、もちろんこれらに限定されるものではない。
置換または未置換のアミノ基（―ＮＲ’Ｒ”）としては、Ｒ’およびＲ”が、水素原子、重水素原子、上記に示した置換または未置換のアルキル基、アラルキル基、アリール基、複素環基、置換あるいは未置換のアリーレン基あるいは二価の複素環基で連結されたアルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アラルキル基、アミノ基、シリル基、エーテル基、チオエーテル基、カルボニル基で表され、例えばアミノ基、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−フェニル−Ｎ−トリルアミノ基、Ｎ，Ｎ−ジトリルアミノ基、Ｎ−メチル−Ｎ−フェニルアミノ基、Ｎ，Ｎ−ジアニソリルアミノ基、Ｎ−メシチル−Ｎ−フェニルアミノ基、Ｎ，Ｎ−ジメシチルアミノ基、Ｎ−フェニル−Ｎ−（４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）アミノ基、Ｎ−フェニル−Ｎ−（４−トリフルオロメチルフェニル）アミノ基等が挙げられるが、もちろんこれらに限定されるものではない。
置換あるいは未置換のアルコキシ基としては、上記記載の置換あるいは未置換のアルキル基、アラルキル基を有するアルキルオキシ基、アラルキルオキシ基、上記記載の置換あるいは未置換のアリール基、複素環基を有するアリールオキシ基が挙げられ、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、フェノキシ基、４−ｔｅｒｔ−ブチルフェノキシ基、ベンジルオキシ基、チエニルオキシ基等が挙げられるが、もちろんこれらに限定されるものではない。
置換あるいは未置換のスルフィド基としては、上記記載の置換あるいは未置換のアルキル基、アラルキル基を有するアルキルスルフィド基、アラルキルスルフィド基、上記記載の置換あるいは未置換のアリール基、複素環基を有するアリールスルフィド基が挙げられ、例えばメチルスルフィド基、エチルスルフィド基、フェニルスルフィド基、４−メチルフェニルスルフィド基等が挙げられるが、もちろんこれらに限定されるものではない。
置換あるいは未置換のシリル基としては、トリメチルシリル基、トリエチルシリル基、ｔｅｒｔ−ブチルジメチルシリル基、ｉｓｏ−プロピルジメチルシリル基、トリフェニルシリル基、フェニルジメチルシリル基、メシチルジメチルシリル基、ジメシチルメチルシリル基等が挙げられるが、もちろんこれらに限定されるものではない。
置換あるいは未置換のアルキレン基としては、メチレン基、エチレン基、プロピレン基、２−メチルプロピレン基、フルオロメチレン基、ジフルオロメチレン基、ブロモメチレン基、ブロモエチレン基等が挙げられるが、もちろんこれらに限定されるものではない。
置換あるいは未置換のアラルキレン基としては、ベンジレン基、２−フェニルエチレン基、２−フェニルイソプロピレン基、１−ナフチルメチレン基、２−ナフチルメチレン基、９−アントリルメチレン基、２−フルオロベンジレン基、３−フルオロベンジレン基、４−フルオロベンジレン基、４−クロロベンジル基、４−ブロモベンジレン基等が挙げられるが、もちろんこれらに限定されるものではない。
置換あるいは未置換のアルケニレン基としては、ビニレン基、ｉｓｏ−プロペニレン基、スチリレン基、１，２−ジフェニルビニレン基等が挙げられるが、もちろんこれらに限定されるものではない。
置換あるいは未置換のアルキニレン基としては、アセチレニレン基、フェニルアセチレニレン基等が挙げられるが、もちろんこれらに限定されるものではない。
置換あるいは未置換のアリーレン基としては、フェニレン基、ビフェニレン基、テトラフルオロフェニレン基、ジメチルフェニレン基、ナフチレン基、フェナントリレン基、ピレニレン基、テトラセニレン基、ペンタセニレン基、ペリレニレン基等が挙げられるが、もちろんこれらに限定されるものではない。
置換あるいは未置換の二価の複素環基としては、フリレン基、ピロリレン基、ピリジレン基、ターピリジレン基、チエニレン基、ターチエニレン基、オキサゾリレン基、チアゾリレン基、カルバゾリレン等が挙げられるが、もちろんこれらに限定されるものではない。
連結基としては、上記置換あるいは未置換のアルキレン基、アルケニレン基、アルキニレン基、アラルキレン基、アリーレン基および二価の複素環基等が挙げられるが、もちろんこれらに限定されるものではない。
上記置換基がさらに有しても良い置換基としては、重水素原子、メチル基、エチル基、ｎ−プロピル基、ｎ−ブチル基、ｎ−ペンチル基、ｎ−ヘキシル基、ｎ−ヘプチル基、ｎ−オクチル基、ｎ−デシル基、ｉｓｏ−プロピル基、ｉｓｏ−ブチル基、ｓｅｃ−ブチル基、ｔｅｒｔ−ブチル基、ｉｓｏ−ペンチル基、ネオペンチル基、ｔｅｒｔ−オクチル基、ベンジル基、２−フェニルエチル基等のアルキル基、アラルキル基、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、フェノキシ基、４−ｔｅｒｔ−ブチルフェノキシ基、ベンジルオキシ基等のアルコキシ基、フェニル基、４−メチルフェニル基、４−エチルフェニル基、３−クロロフェニル基、３，５−ジメチルフェニル基、トリフェニルアミノ基、ビフェニル基、ターフェニル基、ナフチル基、アントリル基、フェナントリル基、ピレニル基等のアリール基、ピリジル基、ビピリジル基、メチルピリジル基、チエニル基、ターチエニル基、プロピルチエニル基、フリル基、キノリル基、カルバゾリル基、Ｎ−エチルカルバゾリル基等の複素環基、ハロゲン基、水酸基、シアノ基、ニトロ基が挙げられるが、もちろんこれらに限定されるものではない。
本発明において使用される化合物を以下に挙げるが、もちろんこれらに限定されるものではない。
なお、Ｍｅはメチル基、ｔＢｕはｔｅｒｔ−ブチル基、Ｄは重水素基、Ｐｈはフェニル基、Ｅｔはエチル基を示す。
一般式［１］
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一般式［２］
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一般式［３］
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一般式［４］
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一般式［５］
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次に、本発明の有機発光素子について詳細に説明する。
本発明の有機発光素子は、陽極及び陰極からなる一対の電極と、該一対の電極間に狭持された一または複数の有機化合物を含む層を少なくとも有する有機発光素子において、前記有機化合物を含む層の少なくとも一層、好ましくは発光層が、上記シリル化合物の少なくとも一種を含有する。
図１乃至図５に本発明の有機発光素子の好ましい例を示す。
図１は、本発明の有機発光素子の一例を示す断面図である。図１は、基板１上に、陽極２、発光層３及び陰極４を順次設けた構成のものである。ここで使用する発光素子は、それ自体でホール輸送能、エレクトロン輸送能及び発光性の性能を単一で有している場合や、それぞれの特性を有する化合物を混ぜて使う場合に有用である。
図２は、本発明の有機発光素子における他の例を示す断面図である。図２は、基板１上に、陽極２、ホール輸送層５、電子輸送層６及び陰極４を順次設けた構成のものである。この場合は、発光物質はホール輸送性かあるいは電子輸送性のいずれか、あるいは両方の機能を有している材料をそれぞれの層に用い、発光性の無い単なるホール輸送物質あるいは電子輸送物質と組み合わせて用いる場合に有用である。また、この場合、発光層は、ホール輸送層５あるいは電子輸送層６のいずれかから成る。
図３は、本発明の有機発光素子における他の例を示す断面図である。図３は、基板１上に、陽極２、ホール輸送層５、発光層３，電子輸送層６及び陰極４を順次設けた構成のものである。これは、キャリヤ輸送と発光の機能を分離したものであり、ホール輸送性、電子輸送性、発光性の各特性を有した化合物と適時組み合わせて用いられる。そのために、極めて材料選択の自由度が増すとともに、発光波長を異にする種々の化合物が使用できるため、発光色相の多様化が可能になる。さらに、中央の発光層３に各キャリヤあるいは励起子を有効に閉じこめて、発光効率の向上を図ることも可能になる。
図４は、本発明の有機発光素子における他の例を示す断面図である。図４は、図３に対して、ホール注入層７を陽極２側に挿入した構成であり、陽極２とホール輸送層５の密着性改善あるいはホールの注入性改善に効果があり、低電圧化に効果的である。
図５は本発明の有機発光素子における他の例を示す断面図である。図５は、図３に対してホールあるいは励起子（エキシトン）が陰極４側に抜けることを阻害する層（ホール／エキシトンブロッキング層８）を、発光層３、電子輸送層６間に挿入した構成である。イオン化ポテンシャルの非常に高い化合物をホール／エキシトンブロッキング層８として用いる事により、発光効率の向上に効果的な構成である。
ただし、図１乃至図５は基本的な素子構成であり、本発明のシリル化合物を用いた有機発光素子の構成はこれらに限定されるものではない。例えば、電極と有機層界面に絶縁性層を設ける、接着層あるいは干渉層を設ける、ホール輸送層がイオン化ポテンシャルの異なる２層から構成されるなど多様な層構成をとることができる。
本発明の有機発光素子は、図１乃至図５のいずれの形態でも使用することができる。
特に、本発明のシリル化合物を用いた有機層は、発光層、電子輸送層あるいはホール輸送層として有用であり、また真空蒸着法や溶液塗布法などによって形成した層は結晶化などが起こりにくく経時安定性に優れている。
本発明は、特に発光層の構成成分として、上記シリル化合物を用いるが、必要に応じてこれまで知られている低分子系およびポリマー系のホール輸送性化合物、発光性化合物あるいは電子輸送性化合物などの添加化合物を一緒に使用することもできる。これらの化合物をホスト材料あるいは補助ドーパントとして使用する際の配合量は、発光層の構成成分の合計に対して０．０１重量％以上１００％未満の範囲で使用できる。。
以下にこれらの化合物例を挙げる。
正孔（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、また注入されたホールを発光層に輸送する優れたモビリティを有することが好ましい。正孔注入輸送性能を有する低分子および高分子系材料としては、トリアリールアミン誘導体、フェニレンジアミン誘導体、トリアゾール誘導体、オキサジアゾール誘導体、イミダゾール誘導体、ピラゾリン誘導体、ピラゾロン誘導体、オキサゾール誘導体、フルオレノン誘導体、ヒドラゾン誘導体、スチルベン誘導体、フタロシアニン誘導体、ポルフィリン誘導体、およびポリ（ビニルカルバゾール）、ポリ（シリレン）、ポリ（チオフェン）、その他導電性高分子が挙げられるが、もちろんこれらに限定されるものではない。
本発明の有機発光素子において使用されるシリル化合物以外に使用できる、主に発光機能に関わる材料としては、以下に示す化合物が挙げられる。多環縮合芳香族化合物（例えばナフタレン誘導体、フェナントレン誘導体、フルオレン誘導体、ピレン誘導体、テトラセン誘導体、コロネン誘導体、クリセン誘導体、ペリレン誘導体、９，１０−ジフェニルアントラセン誘導体、ルブレンなど）、キナクリドン誘導体、アクリドン誘導体、クマリン誘導体、ピラン誘導体、ナイルレッド、ピラジン誘導体、ベンゾイミダゾール誘導体、ベンゾチアゾール誘導体、ベンゾオキサゾール誘導体、スチルベン誘導体、有機金属錯体（例えば、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）およびポリ（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、ポリ（チエニレンビニレン）誘導体、ポリ（アセチレン）誘導体等の高分子誘導体が挙げられるが、もちろんこれらに限定されるものではない。
電子注入輸送性材料としては、陰極からの電子の注入を容易にし、注入された電子を発光層に輸送する機能を有するものから任意に選ぶことができ、ホール輸送材料のキャリア移動度とのバランス等を考慮し選択される。電子注入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、チアゾール誘導体、チアジアゾール誘導体、ピラジン誘導体、トリアゾール誘導体、トリアジン誘導体、ペリレン誘導体、キノリン誘導体、キノキサリン誘導体、フルオレノン誘導体、アントロン誘導体、フェナントロリン誘導体、有機金属錯体等が挙げられるが、もちろんこれらに限定されるものではない。
本発明の有機発光素子において、本発明のシリル化合物を含有する層およびその他の有機化合物からなる層は、以下に示す方法により形成される。一般には真空蒸着法、イオン化蒸着法、スパッタリング、プラズマあるいは、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）により薄膜を形成する。特に塗布法で成膜する場合は、適当な結着樹脂と組み合わせて膜を形成することもできる。
上記結着樹脂としては、広範囲な結着性樹脂より選択できる。例えば、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、ポリアリレート樹脂、ポリスチレン樹脂、ＡＢＳ樹脂、ポリブタジエン樹脂、ポリウレタン樹脂、アクリル樹脂、メタクリル樹脂、ブチラール樹脂、ポリビニルアセタール樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂、ジアリルフタレート樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、ポリスルホン樹脂、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、これらは単独または共重合体ポリマーとして１種または２種以上混合してもよい。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。
陽極材料としては、仕事関数がなるべく大きなものがよい。例えば、金、白金、銀、銅、ニッケル、パラジウム、コバルト、セレン、バナジウム、タングステン等の金属単体あるいはこれらの合金、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、ポリフェニレンスルフィド等の導電性ポリマーも使用できる。これらの電極物質は単独で用いるか、あるいは複数併用することもできる。また、陽極は一層構成でもよく、多層構成をとることもできる。
一方、陰極材料としては、仕事関数の小さなものがよい。例えば、リチウム、ナトリウム、カリウム、カルシウム、マグネシウム、アルミニウム、インジウム、ルテニウム、チタニウム、マンガン、イットリウム、銀、鉛、錫、クロム等の金属単体が挙げられる。あるいはリチウム−インジウム、ナトリウム−カリウム、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、マグネシウム−インジウム等、複数の合金として用いることができる。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単独で用いるか、あるいは複数併用することもできる。また、陰極は一層構成でもよく、多層構成をとることもできる。
本発明で用いる基板としては、特に限定するものではないが、金属製基板、セラミックス製基板等の不透明性基板、ガラス、石英、プラスチックシート等の透明性基板が用いられる。また、基板にカラーフィルター膜、蛍光色変換フィルター膜、誘電体反射膜などを用いて発色光をコントロールする事も可能である。
なお、作成した素子に対して、酸素や水分等との接触を防止する目的で保護層あるいは封止層を設けることもできる。保護層としては、ダイヤモンド薄膜、金属酸化物、金属窒化物等の無機材料膜、フッ素樹脂、ポリパラキシレン、ポリエチレン、シリコーン樹脂、ポリスチレン樹脂等の高分子膜、さらには、光硬化性樹脂等が挙げられる。また、ガラス、気体不透過性フィルム、金属などをカバーし、適当な封止樹脂により素子自体をパッケージングすることもできる。
本発明の素子は、基板上に薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を作成し、それに接続して作成することも可能である。
また、素子の光取り出し方向に関しては、ボトムエミッション構成（基板側から光を取り出す構成）および、トップエミッション（基板の反対側から光を取り出す構成）のいずれも可能である。
以下、実施例により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
実施例１
図３に示す構造の有機発光素子を以下に示す方法で作成した。
基板１としてのガラス基板上に、陽極２としての酸化錫インジウム（ＩＴＯ）をスパッタ法にて１２０ｎｍの膜厚で成膜したものを透明導電性支持基板として用いた。これをアセトン、イソプロピルアルコール（ＩＰＡ）で順次超音波洗浄し、次いでＩＰＡで煮沸洗浄後乾燥した。さらに、ＵＶ／オゾン洗浄したものを透明導電性支持基板として使用した。
正孔輸送材料として下記構造式で示される化合物を用いて、濃度が０．２ｗｔ％となるようにクロロホルム溶液を調整した。
Figure 0004871613
この溶液を上記のＩＴＯ電極上に滴下し、最初に５００ＲＰＭの回転で１０秒、次に１０００ＲＰＭの回転で１分間スピンコートを行い膜形成した。この後１０分間、８０℃の真空オーブンで乾燥し、薄膜中の溶剤を完全に除去した。形成されたホール輸送層５の厚みは２５ｎｍであった。
次に、ホール輸送層５の上に発光層３として前記例示化合物Ｎｏ．１０６を蒸着して２０ｎｍの発光層３を設けた。蒸着時の真空度は１．０×１０-4Ｐａ、成膜速度は０．２乃至０．３ｎｍ／ｓｅｃの条件で成膜した。
更に電子輸送層６として２、９−［２−（９，９‘−ジメチルフルオレニル）］−１、１０−フェナントロリンを真空蒸着法にて５０ｎｍの膜厚に形成した。蒸着時の真空度は１．０×１０-4Ｐａ、成膜速度は０．２乃至０．３ｎｍ／ｓｅｃの条件であった。
次に、フッ化リチウム（ＬｉＦ）を電子輸送層６の上に、真空蒸着法により厚さ０．５ｎｍ形成し、更に真空蒸着法により厚さ１５０ｎｍのアルミニウム膜を設け電子注入電極（陰極４）とする有機発光素子を作成した。蒸着時の真空度は１．０×１０-4Ｐａ、成膜速度は、フッ化リチウムは０．０５ｎｍ／ｓｅｃ、アルミニウムは１．０乃至１．２ｎｍ／ｓｅｃの条件で成膜した。
得られた有機発光素子は、水分の吸着によって素子劣化が起こらないように、乾燥空気雰囲気中で保護用ガラス板をかぶせ、アクリル樹脂系接着材で封止した。
この様にして得られた素子に、ＩＴＯ電極（陽極２）を正極、Ａｌ電極（陰極４）を負極にして、４Ｖの印加電圧で、発光輝度３８０ｃｄ／ｍ2、発光効率６．０ｌｍ／Ｗの緑色の発光が観測された。
さらに、窒素雰囲気下で電流密度を３０ｍＡ／ｃｍ2に保ち１００時間電圧を印加したところ、初期輝度５８０ｃｄ／ｍ2から１００時間後に５００ｃｄ／ｍ2と輝度劣化は小さかった。
実施例２乃至５
例示化合物Ｎｏ．１０６に代えて、表１に示す化合物を用いた他は実施例１と同様に素子を作成し、同様な評価を行った。その結果を表１に示す。
Figure 0004871613
比較例１
例示化合物Ｎｏ．１０６に代えて、下記に示す比較化合物−１を用いた他は実施例１と同様に素子を作成し、同様な評価を行った。
Figure 0004871613
４Ｖの印加電圧で、発光輝度３２０ｃｄ／ｍ2、発光効率１．９ｌｍ／Ｗの緑色の発光が観測された。さらに、窒素雰囲気下で電流密度を３０ｍＡ／ｃｍ2に保ち１００時間電圧を印加したところ、初期輝度４９０ｃｄ／ｍ2から１００時間後に２３０ｃｄ／ｍ2と輝度変化を観測した。
実施例６乃至１６
次に、発光層３として、表２に示す第１の化合物をドーパント材料、第２の化合物をホスト材料として共蒸着して２０ｎｍの発光層を設けた他は、実施例１と同様に素子を作成し、同様な評価を行った。その結果を表２に示す。
また、実施例７で作成した素子に、窒素雰囲気下で電流密度を３０ｍＡ／ｃｍ2に保ち１００時間電圧を印加したところ、初期輝度２２９０ｃｄ／ｍ2から１００時間後に１９９０ｃｄ／ｍ2と輝度劣化は小さかった。
Figure 0004871613
比較例２
例示化合物Ｎｏ．１０７に代えて、第１の化合物として比較化合物−１を用い、共蒸着比を２０：８０（重量比）とした他は実施例９と同様に素子を作成し、同様な評価を行った。
４Ｖの印加電圧で、発光輝度５８０ｃｄ／ｍ2、発光効率２．５ｌｍ／Ｗの緑色の発光が観測された。さらに、窒素雰囲気下で電流密度を３０ｍＡ／ｃｍ2に保ち１００時間電圧を印加したところ、初期輝度８９０ｃｄ／ｍ2から１００時間後に４２０ｃｄ／ｍ2と輝度変化を観測した。
本発明のシリル基が直接アントラセン環に結合したシリル化合物は、特に発光層に含有させることにより、高効率発光を得ることができるので、有機発光素子に利用することができる。
本発明における有機発光素子の一例を示す断面図である。 本発明における有機発光素子の他の例を示す断面図である。 本発明における有機発光素子の他の例を示す断面図である。 本発明における有機発光素子の他の例を示す断面図である。 本発明における有機発光素子の他の例を示す断面図である。
符号の説明
１ 基板
２ 陽極
３ 発光層
４ 陰極
５ ホール輸送層
６ 電子輸送層
７ ホール注入層
８ ホール／エキシトンブロッキング層

Claims (5)

  1. 少なくとも一方が透明または半透明な陽極および陰極からなる一対の電極と、該一対の電極間に挟持された有機化合物を含む１または複数の層を有する有機発光素子において、前記有機化合物を含む１または複数の層のうち少なくとも一層が発光層であり、下記一般式［１］で示される化合物を少なくとも１種類含有することを特徴とすることを特徴とする有機発光素子。
    Figure 0004871613
    （式中、Ａｒ１およびＡｒ２は、置換あるいは未置換のアルキル基、アラルキル基、アリール基及び複素環基からなる群より選ばれた基であり、同じであっても異なっていてもよい。Ａｒ１およびＡｒ２は、互いに結合し環を形成していてもよい。Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３は、水素原子、ハロゲン原子、置換あるいは未置換のアルキル基、アラルキル基、アリール基及び複素環基からなる群より選ばれた基であり、同じであっても異なっていてもよい。Ｘは、ハロゲン原子、置換あるいは未置換のアルキル基、アラルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アルコキシ基、スルフィド基、シリル基、アミノ基、アリール基及び複素環基からなる群より選ばれた基であり、同じであっても異なっていてもよい。ａは０以上８以下の整数である。）
  2. 前記発光層が、一般式［１］で示される第１の前記化合物と，下記一般式［２］で示される第２の化合物を少なくとも１種類ずつ含有することを特徴とする請求項１に記載の有機発光素子。
    Figure 0004871613
    （式中、Ｒ４およびＲ５は水素原子、置換あるいは未置換のアルキル基、アラルキル基、アリール基または複素環基を表し、Ｒ４およびＲ５は互いに同じであっても異なっていてもよい。Ｒ６およびＲ７は、置換あるいは未置換のアルキル基、アラルキル基、アリール基、複素環基、置換アミノ基、シアノ基またはハロゲン原子を表し、互いに同じであっても異なっていてもよい。Ｒ６同士、Ｒ７同士は同じであっても異なっていてもよい。Ａｒ３およびＡｒ４は、置換あるいは未置換のアリール基または複素環基を表し、Ａｒ３およびＡｒ４は互いに同じであっても異なっていてもよい。ｍは１以上１０以下の整数、ｂ、ｃは０以上３以下の整数である。）
  3. 前記発光層が、一般式［１］で示される第１の前記化合物と，下記一般式［３］で示される第２の化合物を少なくとも１種類ずつ含有することを特徴とする請求項１に記載の有機発光素子。
    Figure 0004871613
    （式中、Ｒ８乃至Ｒ１１は、置換あるいは未置換のアルキル基、アラルキル基、アリール基、複素環基、置換アミノ基、シアノ基、またはハロゲン原子を表し、互いに同じであっても異なっていてもよい。Ｒ８同士、Ｒ９同士、Ｒ１０同士、Ｒ１１同士は同じであっても異なっていてもよい。Ａｒ５乃至Ａｒ８は、置換あるいは未置換のアリール基または複素環基を表し、Ａｒ５乃至Ａｒ８は互いに同じであっても異なっていてもよい。ｄ、ｅ、ｆ、ｇは、それぞれ０以上３以下の整数である。）
  4. 前記発光層が、一般式［１］で示される第１の前記化合物と，下記一般式［４］で示される第２の化合物を少なくとも１種類ずつ含有することを特徴とする請求項１に記載の有機発光素子。
    Figure 0004871613
    （式中、Ｒ１２およびＲ１３は水素原子、置換あるいは未置換のアルキル基、アラルキル基、アリール基または複素環基を表し、Ｒ１２およびＲ１３は、互いに同じであっても異なっていてもよい。Ｒ１４およびＲ１５は、置換あるいは未置換のアルキル基、アラルキル基、アリール基、複素環基、置換アミノ基、シアノ基またはハロゲン原子を表し、互いに同じであっても異なっていてもよい。Ｒ１４同士、Ｒ１５同士は同じであっても異なっていてもよい。Ｒ１６は置換あるいは未置換のアルキル基、アラルキル基、アリール基または複素環基を表し、Ｒ１６同士は互いに同じであっても異なっていてもよい。Ｚ１、Ｚ２は、直接単結合、置換あるいは未置換のアルキレン基、アルケニレン基、アルキニレン基、アラルキレン基、アリーレン基、二価の複素環基、シリル基、エーテル基、チオエーテル基、カルボニル基からなる群より選ばれた基であり、さらに連結基を有していてもよい。Ａｒ９、Ａｒ１０は、置換あるいは未置換のアリール基または複素環基を表し、Ａｒ９、Ａｒ１０は互いに同じであっても異なっていてもよい。また、Ａｒ９、Ａｒ１０は環を形成していてもよい。ｎは１以上１０以下の整数、ｈ、ｉは０以上３以下の整数、ｊは０以上９以下の整数である。）
  5. 前記発光層が、一般式［１］で示される第１の前記化合物と，下記一般式［５］で示される第２の化合物を少なくとも１種類ずつ含有することを特徴とする請求項１に記載の有機発光素子。
    Figure 0004871613
    （式中、Ａｒ１１は、置換あるいは未置換のアラルキル基、アリール基及び複素環基からなる群より選ばれた基であり、ｋが２以上の場合、互いに同じであっても異なっていてもよい。Ｚ３は、直接単結合、置換あるいは未置換のアルキレン基、アルケニレン基、アルキニレン基、アラルキレン基、アリーレン基、二価の複素環基、シリル基、エーテル基、チオエーテル基、カルボニル基からなる群より選ばれた基であり、さらに連結基を有していてもよい。ｋが２以上の場合互いに同じであっても異なっていてもよい。Ｒ１７は、ハロゲン原子、置換あるいは未置換のアルキル基、アルコキシ基、スルフィド基、アミノ基及びシリル基からなる群より選ばれた基であり、ｐが２以上の場合互いに同じであっても異なっていてもよい。ｋは１以上６以下の整数、ｐは０以上５以下の整数である。ただしｋ＋ｐ≦６である。）
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