JP4888508B2 - 有機電界発光素子 - Google Patents
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請求項1にかかる発明は、
少なくとも一方が透明または半透明であり陽極および陰極よりなる一対の電極と、
前記一対の電極に挟まれ、且つ下記一般式(I)で表されるジベンゾチオフェン誘導体を含有する一層以上の有機化合物層と、
を有する有機電界発光素子である。
前記一般式(I)で表されるジベンゾチオフェン誘導体が、下記一般式(II)で表されるジベンゾチオフェン誘導体である請求項1に記載の有機電界発光素子である。
前記一般式(I)で表されるジベンゾチオフェン誘導体が、下記一般式(III)で表されるジベンゾチオフェン誘導体である請求項1に記載の有機電界発光素子である。
前記有機化合物層が、少なくとも、発光層と、正孔輸送層および正孔注入層の少なくとも1層と、を含み、
該正孔輸送層および該正孔注入層から選択された少なくとも1層が、前記一般式(I)、前記一般式(II)および前記一般式(III)から選択された少なくとも1種のジベンゾチオフェン誘導体を含有する請求項1から請求項3の何れか1項に記載の有機電界発光素子である。
前記有機化合物層が、少なくとも、発光層と、正孔輸送層および正孔注入層の少なくとも1層と、電子輸送層および電子注入層の少なくとも1層と、を含み、
該正孔輸送層および該正孔注入層から選択された少なくとも1層が、前記一般式(I)、前記一般式(II)および前記一般式(III)から選択された少なくとも1種のジベンゾチオフェン誘導体を含有する請求項1から請求項3の何れか1項に記載の有機電界発光素子である。
前記有機化合物層が、電荷輸送機能を持つ発光層のみから構成され、
該電荷輸送機能を持つ発光層が、前記一般式(I)、前記一般式(II)および前記一般式(III)から選択された少なくとも1種のジベンゾチオフェン誘導体を含有する請求項1から請求項3の何れか1項に記載の有機電界発光素子。
本実施形態に係る有機電界発光素子は、少なくとも一方が透明または半透明であり陽極および陰極よりなる一対の電極と、前記一対の電極に挟まれ、且つ下記一般式(I)で表されるジベンゾチオフェン誘導体を含有する一層以上の有機化合物層と、を有することを特徴とする。
前記一般式(I)で表されるジベンゾチオフェン誘導体は、ジベンゾチオフェンを中心として、その両端にチオフェン環が配置されている。チオフェン環が両端に導入された結果、π共役系が広く延びて電荷が移動し易くなり、電荷移動度が向上しているものと推測される。また、イオン半径の大きい硫黄原子が多く導入された結果、電荷を受け取り易くなり電荷注入性も向上しているものと推測される。しかしながら、本実施形態に係る有機電界発光素子はこのような推測によって限定されることはない。
またチオフェン環の導入により分子量が増加した結果、耐熱性も推測される。
なお、本明細書において、「チオフェン環」とは、チオフェン環基または複数のチオフェン環がつながっているものを意味する。
以下、一般式(I)について詳細に説明する。
Rで表されるアルキル基は、炭素数1以上20以下のアルキル基が好ましく、炭素数1以上12以下のアルキル基がより好ましく、炭素数3以上8以下のアルキル基が更に好ましい。
nとmとは同一でも異なっていてもよいが、製造上の観点からは同一であることが好ましい。
特に、結晶性を高める観点からは、2と7の位置にチオフェン環を有する下記一般式(II)で表されるジベンゾチオフェン化合物が好適である。
例えば下記の合成方法を提示するが、これに限定するものではない。
を表す。
前記金属触媒としては、例えば、Pd、Cu、Ti,Sn,NiまたはPt等が用いられる。
前記金属錯体触媒としては、例えば、テトラ(トリフェニルホスフィン)パラジウム(Pd(P(C6H5)3)4)、ジアセトキシパラジウム(Pd(OCOCH3)2)、トリス(ジベンジリデンアセトン)ジパラジウム(Pd2(dba)3)、ジ(トリフェニルホスフィン)ジクロロパラジウム(Pd(P(C6H5)3)2Cl2)、ジクロロ(1,2−ビス(ジフェニルホスフィノ)フェロセニルパラジウム(Pd(dppf)2Cl2)、Pd/C、またはニッケルアセチルアセトネート(Ni(acac)2)等が用いられる。
前記塩基としては、例えば、炭酸ナトリウム(Na2CO3)、炭酸カリウム(K2CO3)、炭酸セシウム(Cs2CO3)、または水酸化バリウム(Ba(OH)2)などの無機塩基や、トリエチルアミン(N(C2H5)3)、ジイソプロピルアミン(NH((CH3)2CH)2)、ジエチルアミン(NH(C2H5)2、)、ジメチルアミン(NH(CH3)2)、トリメチルアミン(N(CH3)3)、1,8−ジアザビシクロ[5.4.0]−7−ウンデセン(DBU)、N,N−ジメチル−4−アミノピリジン(DMAP)、またはピリジンなどの有機塩基が用いられる。
有機ホスフィン配位子などの助触媒としては、例えば、トリフェニルホスフィン(PPh3)、トリ−o−トリルホスフィン(P(o−CH3C6H4)3)、トリブチルホスフィン(P(C(CH3)3)3)、トリエチルホスフィン(P(C2H5)3)等が用いられる。
反応温度は、20℃以上300℃以下の範囲で実施され、好ましくは50℃以上180℃以下の範囲である。反応時間は反応条件により異なるが、数分以上20時間以下の範囲から選択すればよい。
塩基の使用量は、一般式(IV)で表される化合物に対して、0.5モル%以上4.0モル%以下の範囲であり、より好ましくは1.0モル%以上2.5モル%以下の範囲である。
本実施形態に係る有機電界発光素子は、少なくとも一方が透明または半透明であり陽極および陰極よりなる一対の電極と、前記一対の電極に挟まれた一層以上の有機化合物層と、を有して構成され、該有機化合物層の少なくとも一層に上記に説明した前記一般式(I)で表されるジベンゾチオフェン誘導体を少なくとも1種含有してなるものであればその層構成は特に限定されない。
ここで、発光層と、電子輸送層および/または電子注入層と、を含む構成では、他の層構成に比べ、製造容易性と発光効率との両立が図られる。これは、全て機能分離した層構成に比べ層数が少ない一方で、一般に正孔に比較して移動度が低い電子の注入効率を補い、発光層での電荷の均衡が図られるためであると考えられる。
ここで、正孔輸送層および/または正孔注入層と、発光層と、電子輸送層および/または電子注入層と、を含む構成では、他の層構成に比べ、発光効率に優れ、低電圧駆動が可能となる。これは、全て機能分離することで、他の層構成に比べ、電荷の注入効率が最も高くなり、発光層で電荷が再結合可能であるためであると考えられる。
ここで、正孔輸送層および/または正孔注入層と、発光層と、を含む構成では、他の層構成に比べ、製造容易性と耐久性との両立が図れる。これは、全て機能分離した層構成に比べ層数が少ない一方で、発光層への正孔の注入効率が向上し、発光層で過剰な電子の注入が抑制されるためであると考えられる。
図1から図4は、本実施形態に係る有機電界発光素子の層構成を説明するための模式的断面図であって、図1、図2、図3の場合は、有機化合物層が複数の場合の一例であり、図4の場合は、有機化合物層が1つの場合の例を示す。なお、図1から図4において、同等の機能を有するものは同じ符号を付して説明する。
以下、各々を詳しく説明する。
例えば、前記ジベンゾチオフェン誘導体は、図1に示される有機電界発光素子の層構成の場合、発光層4および電子輸送層5のいずれに含有されてもよく、発光層4および電子輸送層5としていずれも作用し得る。また、図2に示される有機電界発光素子の層構成の場合、正孔輸送層3、発光層4および電子輸送層5のいずれに含有されてもよく、正孔輸送層3、発光層4および電子輸送層5としていずれも作用し得る。さらに、図3に示される有機電界発光素子の層構成の場合、正孔輸送層3および発光層4のいずれに含有されてもよく、正孔輸送層3および発光層4としていずれも作用し得る。また更には、図4に示される有機電界発光素子の層構成の場合、電荷輸送能を持つ発光層6に含有し、電荷輸送能を持つ発光層6として作用し得る。
ここで、当該透明とは、可視領域の光の透過率が10%以上であることを意味し、更に透過率が75%以上であることが望ましい(以下において同義である)。
具体例としては、酸化スズインジウム(ITO)、酸化スズ(NESA)、酸化インジウム、酸化亜鉛等の酸化膜、アルミニウム、ニッケル、金、銀、白金、パラジウム等の金属、ヨウ化銅などのハロゲン化金属、およびカーボンブラック、ポリ(3−メチルチオフェン)、ポリピロ−ル、ポリアニリン等の導電性高分子が用いられる。電極のシート抵抗は低いほど望ましく、数百Ω/□以下が望ましく、さらには100Ω/□以下がより望ましい。また、透明絶縁体基板のごとく、可視領域の光の透過率が10%以上で、更に透過
本実施の形態の表示装置は、上記本実施形態の有機電界発光素子と、有機電界発光素子を駆動するための駆動手段と、を有する。
−ジベンゾチオフェン誘導体の合成−
窒素雰囲気下において、テトラ(トリフェニルホスフィン)パラジウム(0.069g)、2,7−ジブロモジベンゾチオフェン(0.325g)、2−ヘキシルビチオフェンボロン酸エステル(0.725g)、トルエン(6ml)、1M炭酸水素ナトリウム水溶液(4ml)、エタノール(2ml)の混合液を3時間還流攪拌し、トルエン(20ml)を加えてさらに2時間還流した。
沈殿物を吸引濾過して分け取り、トルエンでソックスレー抽出して、例示化合物(II−15)を0.346g得た。
また、得られた例示化合物(II−15)の赤外吸収スペクトルを図5に、1H−NMRスペクトル(1H−NMR、溶媒:CDCl3、以下に示すNMRスペクトルも同様。)を図6に示す。
例示化合物(II−15)のイオン化ポテンシャルは、5.20eVであった。
IR(cm−1);792、863、1072、1400、1444、1469、1592、2854、2921
NMR(1H、CDCl3):0.81−0.94(6H)、1.25−1.43(12H)、1.68−1.75(4H)、2.78−2.85(4H)、6.71(2H)、7.05(2H)、7.12(2H)、7.35(2H)、7.68(2H)、7.85(2H)、8.08(2H)
2mm幅の短冊型ITO電極をエッチングにより形成したガラス基板を、窒素雰囲気下で、中性洗剤、純水、アセトン(電子工業用、関東化学製)、および2−プロパノール(電子工業用、関東化学製)で各々5分間、超音波洗浄し、乾燥後、電荷輸送材料として、上記の例示化合物(II−15)を真空蒸着して、厚さ0.05μmの電荷輸送層を形成した。続いて、この上に発光材料として前記例示化合物(VI−1)を蒸着して、厚さ0.05μmの発光層を形成した。続いて短冊状の穴が設けられている金属性マスクを用いて、最後にこのマスクを設置してMg−Ag合金を共蒸着により蒸着して、2mm幅、0.15μm厚の背面電極をITO電極と交差するように形成した。形成された有機電界発光素子の有効面積は0.04cm2であった。
−ジベンゾチオフェン誘導体の合成−
窒素雰囲気下において、テトラ(トリフェニルホスフィン)パラジウム(0.069g)、2,7−ジブロモジベンゾチオフェン(0.342g)、2−ヘキシルチオフェンボロン酸エステル(0.725g)、トルエン(4ml)、1M炭酸水素ナトリウム水溶液(4ml)、エタノール(2ml)の混合液を5時間還流撹拌した。
沈殿物を吸引濾過して分け取り、ヘキサンとテトラヒドロフラン(THF)の混合溶媒(ヘキサン:THF=1:1(体積比))で再結晶して、例示化合物(II−6)を0.387g得た。
また、得られた例示化合物(II−6)の赤外吸収スペクトルを図7に、1H−NMRスペクトル(1H−NMR、溶媒:CDCl3、以下に示すNMRスペクトルも同様。)を図8に示す。
例示化合物(II−6)のイオン化ポテンシャルは、5.49eVであった。
IR(cm−1);806、966、1214、1465、1484、1594、2846、2917、2952
NMR(1H、CDCl3):0.88−0.93(6H)、1.30−1.44(12H)、1.69−1.72(4H)、2.81−2.88(4H)、6.78(2H)、7.22(2H)、7.63(2H)、7.99(2H)、8.04(2H)
実施例1で用いた例示化合物(II−15)の代わりに、例示化合物(II−6)を用いた以外は、実施例1に記載の方法により有機電界発光素子を作製した。
−有機電界発光素子の製造−
実施例1で用いた例示化合物(II−15)の代わりに、例示化合物(III−5)を用いた以外は、実施例1に記載の方法により有機電界発光素子を作製した。
−有機電界発光素子の製造−
実施例1で用いた例示化合物(II−15)の代わりに、例示化合物(II−10)を用いた以外は、実施例1に記載の方法により有機電界発光素子を作製した。
窒素雰囲気下において、テトラ(トリフェニルホスフィン)パラジウム(0.104g)、3,6−ジブロモジベンゾチオフェン(0.502g)、2−ヘキシルビチオフェンボロン酸エステル(1.20g)、トルエン(6ml)、1M炭酸水素ナトリウム水溶液(6ml)、エタノール(4ml)の混合液を7時間還流撹拌した。
沈殿物を吸引濾過して分け取り、トルエンとエタノールとの混合溶媒(トルエン:エタノール=2:1(体積比))で再結晶して、例示化合物(III−12)を0.787g得た。
また、得られた例示化合物(III−12)の赤外吸収スペクトルを図9に、1H−NMRスペクトル(1H−NMR、溶媒:CDCl3、以下に示すNMRスペクトルも同様。)を図10に示す。
例示化合物(III−12)のイオン化ポテンシャルは、5.37eVであった。
IR(cm‐1);783、860、1421、1467、1482、2856、2927、2952
NMR(1H、CDCl3):0.88−0.93(6H)、1.30−1.43(12H)、1.68−1.71(4H)、2.79−2.84(4H)、6.71(2H)、7.05(2H)、7.11(2H)、7.32(2H)、7.68(2H)、7.82(2H)、8.34(2H)
実施例1で用いた例示化合物(II−6)の代わりに、例示化合物(III−12)を用いた以外は、実施例1に記載の方法により有機電界発光素子を作製した。
実施例1で用いた例示化合物(II−6)の代わりに、下記化合物(VIII)を用いた以外は、実施例1に記載の方法により有機電界発光素子を作製した。
実施例1で用いた例示化合物(II−6)の代わりに、下記化合物(IX)を用いた以外は、実施例1に記載の方法により有機電界発光素子を作製した。
実施例1で用いた例示化合物(II−6)の代わりに、下記化合物(X)を用いた以外は、実施例1に記載の方法により有機電界発光素子を作製した。
以上のごとく作製した有機電界発光素子(EL素子)を、乾燥窒素中で接着剤によりガラスで封止し、ITO電極側をプラス、Mg−Ag背面電極をマイナスとして測定を行なった。
発光寿命の評価は、室温(20℃)において、比較例1の素子の輝度(初期輝度L0:400cd/m2)が輝度L/初期輝度L0=0.5となった時点の駆動時間を1.0とした場合の相対時間、および、素子の輝度が輝度L/初期輝度L0=0.5となった時点での電圧上昇分(=電圧/初期駆動電圧)により評価した。結果を表1に示す。
2 透明電極
3 正孔輸送層および/または正孔注入層
4 発光層
5 電子輸送層および/または電子注入層
6 電荷輸送能を有する発光層
7 背面電極
8 電圧印加装置
10 有機電界発光素子
Claims (6)
- 少なくとも一方が透明または半透明であり陽極および陰極よりなる一対の電極と、
前記一対の電極に挟まれ、且つ下記一般式(I)で表されるジベンゾチオフェン誘導体を含有する一層以上の有機化合物層と、
を有する有機電界発光素子。
〔一般式(I)中、Rは、各々独立に、水素原子、置換若しくは未置換のアルキル基または置換若しくは未置換のアリール基を表し、nおよびmは各々独立に1以上3以下の整数を表す。〕 - 前記一般式(I)で表されるジベンゾチオフェン誘導体が、下記一般式(II)で表されるジベンゾチオフェン誘導体である請求項1に記載の有機電界発光素子。
〔一般式(II)中、Rは、各々独立に、水素原子、置換若しくは未置換のアルキル基または置換若しくは未置換のアリール基を表し、nおよびmは各々独立に1以上3以下の整数を表す。〕 - 前記一般式(I)で表されるジベンゾチオフェン誘導体が、下記一般式(III)で表されるジベンゾチオフェン誘導体である請求項1に記載の有機電界発光素子。
〔一般式(III)中、Rは、各々独立に、水素原子、置換若しくは未置換のアルキル基または置換若しくは未置換のアリール基を表し、nおよびmは各々独立に1以上3以下の整数を表す。〕 - 前記有機化合物層が、少なくとも、発光層と、正孔輸送層および正孔注入層の少なくとも1層と、を含み、
該正孔輸送層および該正孔注入層から選択された少なくとも1層が、前記一般式(I)、前記一般式(II)および前記一般式(III)から選択された少なくとも1種のジベンゾチオフェン誘導体を含有する請求項1から請求項3の何れか1項に記載の有機電界発光素子。 - 前記有機化合物層が、少なくとも、発光層と、正孔輸送層および正孔注入層の少なくとも1層と、電子輸送層および電子注入層の少なくとも1層と、を含み、
該正孔輸送層および該正孔注入層から選択された少なくとも1層が、前記一般式(I)、前記一般式(II)および前記一般式(III)から選択された少なくとも1種のジベンゾチオフェン誘導体を含有する請求項1から請求項3の何れか1項に記載の有機電界発光素子。 - 前記有機化合物層が、電荷輸送機能を持つ発光層のみから構成され、
該電荷輸送機能を持つ発光層が、前記一般式(I)、前記一般式(II)および前記一般式(III)から選択された少なくとも1種のジベンゾチオフェン誘導体を含有する請求項1から請求項3の何れか1項に記載の有機電界発光素子。
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