JP5057633B2 - 芳香族6員環がm−連結している有機化合物 - Google Patents
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Description
しかしながら、前述の文献に記載の燐光分子(T−2)を用いた有機電界発光素子は、高効率発光ではあるが、駆動安定性が実用には不十分であり(非特許文献4参照)、高効率な表示素子の実現は困難な状況である。
電極から注入された電荷はある確率で電子−正孔対(励起子)となる。また、一般に三重項励起子による発光(燐光)は一重項励起子による発光(蛍光)に比べその寿命が長く、逆に、熱的な安定性は一重項励起子の方が三重項励起子よりも高い。ここで素子に印加する電流が増えると発光層に注入される電荷は増え、それに伴い励起子とならない電荷の量も増加する。また励起子となったものの中でも発光層中で発光に寄与せず熱失活するものが増加する。そのため発光層の温度が上昇し、特に三重項励起子は一重項励起子と比較して熱的安定性に劣ることから、素子が劣化すると考えられる。このことは燐光分子(T−2)を用いた有機電界発光素子の発光効率が注入電流の上昇とともに大きく低下する事からも推定される(非特許文献3参照)。
しかし、上記(H−1)は非常に結晶化しやすく、Tgも低いため、膜の安定性が悪いことが知られている。また、素子としての発光効率も十分満足のいくものではなかった。
また、特許文献1には、ホスト材料として以下に示す化合物(H−2)が開示されている。
(bは(a/2)以上で(a+2)以下の整数)有し、該環状−NR1R2基がいずれも、芳香族6員環におけるm−連結部位に対して、m−位に結合していることを特徴とする有機化合物(但し、芳香族6員環は環状−NR1R2基以外にも、環状−NR1R2 基が有し
ていてもよいとして挙げた前記置換基を有していてもよいアルキル基、または前記置換基を有していてもよい芳香族炭化水素基を置換基として有していてもよく、1分子中に含まれる複数の芳香族6員環は、互いに同一であっても異なっていてもよい。また、1分子中に含まれる複数の環状−NR1R2 基は、互いに同一であっても異なっていてもよい。)。
る点でも、各種用途への応用がしやすく、優れた材料であると言える。
また、優れた耐熱性、製膜性、電荷輸送性、発光特性から、素子の層構成に合わせて、発光材料、正孔注入材、正孔輸送材、電子注入材、電子輸送材、正孔阻止材、電子阻止材などとしても適用可能である。
また、本発明の有機化合物は、本質的に優れた酸化還元安定性を有することから、電子写真感光体に利用することも有用である。
但し、芳香族6員環は−NR1R2基以外にも置換基を有していてもよく、1分子中に含まれる複数の芳香族6員環は、互いに同一であっても異なっていてもよい。また、1分子中に含まれる複数の−NR1R2基は、互いに同一であっても異なっていてもよい。以下、本発明の有機化合物における芳香族6員環を、「環A」と称すことがある。
環Aに特に制限はなく、1分子中に含まれる複数の環Aは、互いに同一であっても異なっていてもよい。以下に、環Aとして好ましい例を示すが、これらに限定されるものではない。
環Aとしては、前記例示したものの中でも、適度な酸化還元電位差を有する観点および電気的酸化還元に対する安定性の観点からA−1、A−2およびA−3がより好ましく、A−1およびA−2が更に好ましく、A−1が最も好ましい。
ニルユニットの持つ適度に広い酸化還元電位差と電気化学的安定性を維持しつつ、ガラス転移温度が高く、製膜性に優れた大型分子を構築することが可能となるのである。
例えば、[1,1';4',1'']ターフェニルユニットが存在してしまうと、共役構造が延び
すぎて著しく酸化還元電位差が小さくなる。
断されてしまい、酸化還元電位差が大きくはなるものの、電気化学的安定性が低下する。
本発明の有機化合物において、a個の環Aがm−連結して形成する基本骨格の例として、具体例を以下に示すが、これらに限定されるものではない。
・薄膜を形成したときの製膜性がとりわけ優れていること、
・溶解性に優れているため、湿式製膜法にも適していること、
・分子骨格を出来る限り単純なユニットによって形成することにより、電気的な酸化や還元を受けた際、分子内での電子や正孔の局在化現象、即ち、電気的応力集中を生じにくくし、繰返し電気化学的酸化還元に対する耐久性を飛躍的に向上させることができること、・ベンゼン環を環Aとしたことにより、適度に広い酸化還元電位差を持たせることができること
などの理由から、AS−1〜5,7,14〜17,19,20がより好ましく、AS−1〜5,7が更に好ましい。
環A一個当たりの−NR1R2基の数は、1個または0個が好ましい。−NR1R2基が2個(3個以上は本発明中では許容されないが)結合した環Aを有すると、電子や正孔がその部分(環Aと環A上の2つの−NR1R2基)に集中しやすくなる。環A一個あたりの−NR1R2基の数を、1個または0個とすることにより、耐久性が高く、酸化還元電位差が大きな化合物が得られるため好ましい。
−NR1R2基がm−連結部位に対してp−位にあると、共役構造が延びすぎて著しく酸化還元電位差が小さくなる。また、−NR1R2基がm−連結部位に対してo−位にあると、共役構造がその部分で完全に分断されてしまい、酸化還元電位差が大きくはなるものの、電気化学的安定性が低下する。
同様の基が挙げられ、これらのうち好ましい基も、環A0が有しうる基におけると同様で
ある。
本発明の有機化合物の分子量は、通常4000以下であり、好ましくは3000以下、より好ましくは2000以下である。また通常200以上であり、好ましくは300以上、より好ましくは400以上である。分子量が上限値を超えると昇華性が低下して、後述するように、例えば有機電界発光素子を作製する場合の蒸着操作において支障をきたす可能性があり、また分子量が下限値を下回ると、ガラス転移点や融点、機化温度などが低下し、各種用途に応用した場合の耐熱性が低下するおそれがある。
本発明の有機化合物として、特に好ましくは下記一般式(I)で表されるものである。
R1およびR2は任意の置換基を表し、nは1〜6の整数を表す。但し、1分子中に含まれる複数の環A0、R1およびR2は、各々同じものを表す。)
前記一般式(I)において、環A0としては、環Aとして前述したものと同様の構造が
挙げられ、好ましい構造も同様である。
置換基を有していてもよいアルキル基(好ましくは炭素数1から8の直鎖または分岐のアルキル基であり、例えばメチル、エチル、n-プロピル、2-プロピル、n-ブチル、イソブチル、tert-ブチル基などが挙げられる。)、
置換基を有していてもよいアルケニル基(好ましくは、炭素数2から9のアルケニル基であり、例えばビニル、アリル、1-ブテニル基などが挙げられる。)、
置換基を有していてもよいアルキニル基(好ましくは、炭素数2から9のアルキニル基であり、例えばエチニル、プロパルギル基などが挙げられる。)、
置換基を有していてもよいアラルキル基(好ましくは、炭素数7から15のアラルキル基であり、例えばベンジル基などが挙げられる。)、
置換基を有していてもよいアシル基(好ましくは、置換基を有していてもよい炭素数2〜10のアシル基であり、例えばホルミル、アセチル、ベンゾイル基などが含まれる)、
置換基を有していてもよいアルコキシカルボニル基(好ましくは置換基を有していてもよい炭素数2〜10のアルコキシカルボニル基であり、例えばメトキシカルボニル、エトキシカルボニル基などが含まれる)、
置換基を有していてもよいアリールオキシカルボニル基(好ましくは置換基を有していてもよい炭素数7〜13のアリールオキシカルボニル基であり、例えばフェノキシカルボニル基などが含まれる)、
置換基を有していてもよいアルキルカルボニルオキシ基(好ましくは置換基を有していてもよい炭素数2〜10のアルキルカルボニルオキシ基であり、例えばアセトキシ基などが含まれる。)、
ハロゲン原子(特に、フッ素原子または塩素原子)
カルボキシル基、
置換基を有していてもよい芳香族炭化水素基(例えばベンゼン環、ナフタレン環、アントラセン環、フェナントレン環、ペリレン環、テトラセン環、ピレン環、ベンズピレン環、クリセン環、トリフェニレン環、フルオランテン環などの、5または6員環の単環または2〜5縮合環由来の1価の基が含まれる)
または置換基を有していてもよい芳香族複素環基(例えばフラン環、ベンゾフラン環、チオフェン環、ベンゾチオフェン環、ピロール環、ピラゾール環、イミダゾール環、オキサジアゾール環、インドール環、カルバゾール環、ピロロイミダゾール環、ピロロピラゾール環、ピロロピロール環、チエノピロール環、チエノチオフェン環、フロピロール環、フロフラン環、チエノフラン環、ベンゾイソオキサゾール環、ベンゾイソチアゾール環、ベンゾイミダゾール環、ピリジン環、ピラジン環、ピリダジン環、ピリミジン環、トリアジン環、キノリン環、イソキノリン環、シノリン環、キノキサリン環、ベンゾイミダゾール環、ペリミジン環、キナゾリン環などの、5または6員環の単環または2〜4縮合環由来の1価の基が含まれる)などが挙げられる。
R1およびR2としては、電荷輸送性、電気化学的安定性、耐熱性等の観点から、より好ましくは置換基を有していてもよい芳香族炭化水素基または置換基を有していてもよい芳香族複素環基が挙げられ、最も好ましくは置換基を有していてもよい芳香族炭化水素基である。
基に代表される、任意の置換基を表す。好ましくは、後述の基に代表される任意の置換基である。なお、R1およびR2基は、L0以外にも後述する基に代表される任意の置換基を
有していても良い。)
中でも、より好ましくはR−1、R−2、R−3、およびR−8であり、R−1、R−3、およびR−8が更に好ましい。
ある。
中でも、前述の観点から、R−14,R−15,R−16,R−21,R−22,R−24,R−27,R−32,R−39,R−40がより好ましく、R−14,R−16,R−21,R−22,R−27,R−39,R−40が更に好ましく、R−14,R−27が一層好ましく、R−27が最も好ましい。
置換基を有していてもよいアルキル基(好ましくは炭素数1から8の直鎖または分岐のアルキル基であり、例えばメチル、エチル、n-プロピル、2-プロピル、n-ブチル、イソブチル、tert-ブチル基などが挙げられる。)、
置換基を有していてもよいアルケニル基(好ましくは、炭素数2から9のアルケニル基
であり、例えばビニル、アリル、1-ブテニル基などが挙げられる。)、
置換基を有していてもよいアルキニル基(好ましくは、炭素数2から9のアルキニル基であり、例えばエチニル、プロパルギル基などが挙げられる。)、
置換基を有していてもよいアラルキル基(好ましくは、炭素数7から15のアラルキル基であり、例えばベンジル基などが挙げられる。)、
置換基を有していてもよいアミノ基
[好ましくは、置換基を有していてもよい炭素数1から8のアルキル基を1つ以上有するアルキルアミノ基(例えばメチルアミノ、ジメチルアミノ、ジエチルアミノ、ジベンジルアミノ基などが挙げられる。)、
置換基を有していてもよい炭素数6〜12の芳香族炭化水素基を有するアリールアミノ基(例えばフェニルアミノ、ジフェニルアミノ、ジトリルアミノ基などが挙げられる。)、
置換基を有していてもよい、5または6員環の芳香族複素環を有するヘテロアリールアミノ基(例えばピリジルアミノ、チエニルアミノ、ジチエニルアミノ基などが含まれる。)、
置換基を有していてもよい、炭素数2〜10のアシル基を有するアシルアミノ基(例えばアセチルアミノ、ベンゾイルアミノ基などが含まれる。)]、
置換基を有していてもよいアルコキシ基(好ましくは置換基を有していてもよい炭素数1〜8のアルコキシ基であり、たとえばメトキシ、エトキシ、ブトキシ基などが含まれる)、
置換基を有していてもよいアリールオキシ基(好ましくは炭素数6〜12の芳香族炭化水素基を有するものであり、例えばフェニルオキシ、1−ナフチルオキシ、2−ナフチルオキシ基などが含まれる。)、
置換基を有していてもよいヘテロアリールオキシ基(好ましくは5または6員環の芳香族複素環基を有するものであり、例えばピリジルオキシ、チエニルオキシ基などが含まれる)、
置換基を有していてもよいアシル基(好ましくは、置換基を有していてもよい炭素数2〜10のアシル基であり、例えばホルミル、アセチル、ベンゾイル基などが含まれる)、
置換基を有していてもよいアルコキシカルボニル基(好ましくは置換基を有していてもよい炭素数2〜10のアルコキシカルボニル基であり、例えばメトキシカルボニル、エトキシカルボニル基などが含まれる)、
置換基を有していてもよいアリールオキシカルボニル基(好ましくは置換基を有していてもよい炭素数7〜13のアリールオキシカルボニル基であり、例えばフェノキシカルボニル基などが含まれる)、
置換基を有していてもよいアルキルカルボニルオキシ基(好ましくは置換基を有していてもよい炭素数2〜10のアルキルカルボニルオキシ基であり、例えばアセトキシ基などが含まれる。)、
ハロゲン原子(特に、フッ素原子または塩素原子)
カルボキシル基、
シアノ基、
水酸基、
メルカプト基、
置換基を有していてもよいアルキルチオ基(好ましくは炭素数1〜8までのアルキルチオ基であり、例えば、メチルチオ基、エチルチオ基などが含まれる。)、置換基を有していてもよいアリールチオ基(好ましくは炭素数6〜12までのアリールチオ基であり、例えば、フェニルチオ基、1―ナフチルチオ基などが含まれる。)、
置換基を有していてもよいスルホニル基(例えばメシル基、トシル基などが含まれる)、
置換基を有していてもよいシリル基(例えばトリメチルシリル基、トリフェニルシリル基などが含まれる)、
置換基を有していてもよいボリル基(例えばジメシチルボリル基などが含まれる)、
置換基を有していてもよいホスフィノ基(例えばジフェニルホスフィノ基などが含まれる)、
置換基を有していてもよい芳香族炭化水素基(例えばベンゼン環、ナフタレン環、アントラセン環、フェナントレン環、ペリレン環、テトラセン環、ピレン環、ベンズピレン環、クリセン環、トリフェニレン環、フルオランテン環などの、5または6員環の単環または2〜5縮合環由来の1価の基が含まれる)
または置換基を有していてもよい芳香族複素環基(例えばフラン環、ベンゾフラン環、チオフェン環、ベンゾチオフェン環、ピロール環、ピラゾール環、イミダゾール環、オキサジアゾール環、インドール環、カルバゾール環、ピロロイミダゾール環、ピロロピラゾール環、ピロロピロール環、チエノピロール環、チエノチオフェン環、フロピロール環、フロフラン環、チエノフラン環、ベンゾイソオキサゾール環、ベンゾイソチアゾール環、ベンゾイミダゾール環、ピリジン環、ピラジン環、ピリダジン環、ピリミジン環、トリアジン環、キノリン環、イソキノリン環、シノリン環、キノキサリン環、ベンゾイミダゾール環、ペリミジン環、キナゾリン環などの、5または6員環の単環または2〜4縮合環由来の1価の基が含まれる)などが挙げられる。
環Aには、前記−NR1R2基とは異なる基が置換していてもよい。このような置換基としては、環状−NR1R2基が有しうる基として前述した基と同様の基が挙げられ、好ましい基も同様である。環Aにおける、これら任意の基の結合位置に特に制限はないが、−NR1R2基と同様m−連結部位に対してm−位である場合が好ましい。
R2基を導入する方法と、2)−NH2基を有する芳香族6員環ユニットを出発物質として、−NR1R2基や−NH2基を有する芳香族6員環ユニットをカップリングさせる方法が
挙げられる。
(a)3−フルオロフェニルボロン酸、3,5−ジフルオロフェニルボロン酸、3−フルオロ−4−フェニルフェニルボロン酸などのハロゲン化芳香族ボロン酸の小過剰(後述されるハロゲン化物のハロゲン原子に対して1.1〜1.5倍当量程度)と、1,3−ジブロモ−5−フルオロベンゼン、1,3−ジヨードベンゼン、1,3,5−トリブロモベンゼン、トリクロロトリアジン、3,3‘−ジヨードビフェニルなどの芳香族2または3置換ハロゲン化物とを、テトラキス(トリフェニルフォスフィン)パラジウムなどのパラジウム触媒触媒(1〜5モル%程度)、炭酸セシウム、リン酸カリウム、炭酸ナトリウムなどの塩基(前記ハロゲン化物のハロゲン原子に対して1.5〜5倍当量程度)存在下、トルエン−エタノール、トルエン−水、テトラヒドロフラン、ジオキサン、ジメトキシエタン、N,N−ジメチルホルムアミドなど、あるいはそれらの混合溶媒系中(前記ボロン酸濃度で1〜100ミリモル%程度)、不活性ガス雰囲気下で5〜24時間程度、加熱還流させることにより、フッ素原子を置換基に有する基本骨格を形成する。
(b)3−ブロモフェニルボロン酸、3,5−ジブロモフェニルボロン酸、3,5−ジクロロフェニルボロン酸などのハロゲン化芳香族ボロン酸の小過剰(後述されるハロゲン化物のハロゲン原子に対して1.1〜1.5倍当量程度)と、1,3−ジヨードベンゼン、1−ブロモ−3,5−ジヨードベンゼン、1,3,5−トリヨードベンゼン、トリクロロトリアジン、3,3‘−ジヨードビフェニルなどの芳香族2または3置換ハロゲン化物とを、テトラキス(トリフェニルフォスフィン)パラジウムなどのパラジウム触媒(前記ハロゲン化物のハロゲン原子に対して0.01〜1当量程度)、炭酸セシウム、リン酸カリウム、炭酸ナトリウムなどの塩基(前記ハロゲン化物のハロゲン原子に対して1.5〜5当量程度)存在下、トルエン、エタノール、水、テトラヒドロフラン、ジオキサン、ジメトキシエタン、N,N−ジメチルホルムアミドなど、あるいはそれらの混合溶媒系中(前記ハロゲン化物濃度で1〜100ミリモル%程度)、不活性ガス雰囲気下で5〜24時間程度、加熱還流させることにより、臭素原子または/および塩素原子を置換基に有する基本骨格を形成する。
次に、臭素原子または/および塩素原子を置換基に有する基本骨格と、ジフェニルアミン、1−ナフタレニルフェニルアミン、2−ナフタレニルフェニルアミン、9−フェナン
トレニルフェニルアミン、9−フェナントレニル−p−トリルアミンなどのジアリールアミン化合物(前記臭素原子または/および塩素原子を置換基に有する基本骨格上の臭素原子または/および塩素原子に対して1.0〜100当量程度)とを、下記(i)または(ii)の方法で反応させることにより、本発明の有機化合物を得ることができる。
ンド類の組合せ、あるいはPd(PPh)4などの0価のパラジウム錯体、あるいはPdCl2(dppf)2などのパラジウム塩化物錯体などの触媒(通常、前記臭素原子または/および塩素原子を置換基に有する基本骨格上の臭素原子または/および塩素原子1当量に対して0.01〜1当量程度)と、必要に応じてtert-ブトキシカリウム、tert-ブトキシナトリウム、炭酸カリウム、トリエチルアミンなどの強塩基類(通常、反応で生成し得るハロゲン化水素1当量に対して、1.1〜10当量)存在下、必要に応じてヨウ化銅などの銅触媒(通常、反応で生成し得るハロゲン化水素1当量に対して、1〜10当量)共存下、テトラヒドロフラン、ジオキサン、ジメトキシエタン、N,N−ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、キシレン、トルエン、トリエチルアミンなどの溶媒(通常、前記臭素原子または/および塩素原子を置換基に有する基本骨格の濃度で0.1〜100ミリモル%程度)中、30〜200℃で1〜60時間かけて撹拌する。
H2基を有する芳香族6員環ユニットをカップリングさせる方法としては、例えば、
まず、3−アミノフェニルボロン酸などのアミノアリールボロン酸類の小過剰(後述されるハロゲン化物のハロゲン原子に対して1.1〜1.5倍当量程度)と、1,3−ジヨードベンゼン、1−アミノ−3,5−ジヨードベンゼン、1,3,5−トリヨードベンゼン、トリクロロトリアジン、3,3‘−ジヨードビフェニルなどの芳香族2または3置換ハロゲン化物とを、テトラキス(トリフェニルフォスフィン)パラジウムなどのパラジウム触媒(前記ハロゲン化物のハロゲン原子に対して0.01〜1当量程度)、炭酸セシウム、リン酸カリウム、炭酸ナトリウムなどの塩基(前記ハロゲン化物のハロゲン原子に対して1.5〜5当量程度)存在下、トルエン、エタノール、水、テトラヒドロフラン、ジオキサン、ジメトキシエタン、N,N−ジメチルホルムアミドなど、あるいはそれらの混合溶媒系中(前記ハロゲン化物濃度で1〜100ミリモル%程度)、不活性ガス雰囲気下で5〜24時間程度、加熱還流させることにより、アミノ基を置換基に有する基本骨格を形成する。
上記1)および2)で記載した以外にも、芳香族6員環同士のカップリングには、グリニヤ反応、亜鉛を用いた方法、スズを用いた方法など、公知の手法を適用可能であり、ア
ミノ基の導入には、「第4版実験化学講座20」(日本化学会編、丸善)、第6章(アミン)の項に記載の方法などが適用可能である。
また、結晶化し難く、ガラス転移温度が高いため薄膜形成性に優れるため、耐熱性に優れ、長期間安定に駆動(発光)する有機電界発光素子を提供することが可能であり、有機電界発光素子材料として好適である。
本発明の有機電界発光素子は、陽極、陰極、およびこれら両極間に設けられた発光層を有し、該発光層として、または該発光層と陽極又は陰極との間に有する層として、本発明の有機化合物を含有する層を有することを特徴とする。
本発明の有機化合物は、発光層と陽極との間に設けられた正孔輸送性の層に含有される場合、適度に低い酸化電位と適度に高い還元電位を有していることが望ましく、特に繰返し電気的酸化にも安定している必要があるため、前記−NR1R2基におけるR1とR2が連結されていないもの(例えばジアリールアミノ基など)が望ましい。より好ましい例としては、具体例として前掲した構造のうち、R−1,R−2,R−3,R−8が挙げられ、R−1,R−2,R−8が更に好ましい。
本発明の有機電界発光素子において、同一の層内に2種以上の本発明の有機化合物が含有されていても良い。また、2以上の層に本発明の有機化合物が含有されている場合、これらの層に含有される該化合物は同一のものであっても異なるものであってもよい。
2つ以上の場合は陰極に接している層を「電子注入層」、それ以外の層を総称して「電子輸送層」と称す。また、陰極−発光層間に設けられた層のうち、発光層に接している層を、特に「正孔阻止層」と称する場合がある。
以下に、添付図面を参照して、本発明の有機化合物を、発光層に含有する場合を例に、本発明の有機電界発光素子の実施の形態を詳細に説明する。
基板1は有機電界発光素子の支持体となるものであり、石英やガラスの板、金属板や金属箔、プラスチックフィルムやシートなどが用いられる。特にガラス板や、ポリエステル、ポリメタクリレート、ポリカーボネート、ポリスルホンなどの透明な合成樹脂の板またはフイルムが好ましい。合成樹脂基板を使用する場合にはガスバリア性に留意する必要がある。基板のガスバリア性が小さすぎると、基板を通過した外気により有機電界発光素子が劣化することがあるので好ましくない。このため、合成樹脂基板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確保する方法も好ましい方法の一つである。
陽極2の厚みは、必要とする透明性により異なる。透明性が必要とされる場合は、可視光の透過率を、通常60%以上、好ましくは80%以上とすることが望ましい。この場合、陽極の厚みは通常5nm以上、好ましくは10nm以上であり、また通常1000nm以下、好ましくは500nm以下程度である。不透明でよい場合は陽極2の厚みは任意であり、所望により金属で形成して基板1を兼ねてもよい。
N−フェニルアミノ]ビフェニルで代表される2個以上の3級アミンを含み2個以上の縮合芳香族環が窒素原子に置換した芳香族ジアミン(特開平5−234681号公報)、4,4′,4′−トリス(1−ナフチルフェニルアミノ)トリフェニルアミン等のスターバースト構造を有する芳香族アミン化合物(J. Lumin., 72−74巻、985頁、1997年)、トリフェニルアミンの四量体から成る芳香族アミン化合物(Chem. Commun., 2175頁、1996年)、2,2′,7,7′−テトラキス−(ジフェニルアミノ)−9,9′−スピロビフルオレン等のスピロ化合物(Synth.
Metals, 91巻、209頁、1997年)等が挙げられる。これらの化合物は、単独で用いてもよいし、必要に応じて、複数種混合して用いてもよい。
正孔輸送層4は、スプレー法、印刷法、スピンコート法、ディップコート法、ダイコート法などの通常の塗布法や、インクジェット法、スクリーン印刷法など各種印刷法等の湿式成膜法や、真空蒸着法などの乾式成膜法で形成することができる。
正孔輸送層4の膜厚は、通常5nm以上、好ましくは10nm以上であり、また通常300nm以下、好ましくは100nm以下である。この様に薄い膜を一様に形成するためには、一般に真空蒸着法がよく用いられる。
発光層5に用いられる該化合物としては、安定な薄膜形状を有し、固体状態で高い発光(蛍光または燐光)量子収率を示し、正孔および/または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。さらに電気化学的かつ化学的に安定であり、トラップとなる不純物が製造時や使用時に発生しにくい化合物であることが要求される。
素子の発光効率を向上させるとともに発光色を変える目的で、例えば、8−ヒドロキシキノリンのアルミニウム錯体をホスト材料として、クマリン等のレーザー用蛍光色素をドープすること(J. Appl. Phys., 65巻, 3610頁, 1989年)等が行われており、本発明の有機電界発光素子における発光層に対しても、蛍光色素を
ドープすることは好ましい。
ホスト材料に対して上記蛍光色素がドープされる量は、10-3重量%以上が好ましく、0.1重量%がより好ましい。また10重量%以下が好ましく、3重量%以下がより好ましい。下限値を下回ると、素子の発光効率向上に寄与できない場合があり、上限値を越えると濃度消光が起き、発光効率の低下に至る可能性がある。
、Tが炭素の場合はR14、R15は水素原子、ハロゲン原子、アルキル基、アラルキル基、アルケニル基、シアノ基、アミノ基、アシル基、アルコキシカルボニル基、カルボキシル基、アルコキシ基、アルキルアミノ基、アラルキルアミノ基、ハロアルキル基、水酸基、アリールオキシ基、置換基を有していてもよい芳香族炭化水素基または芳香族複素環基を表わす。
一般式(i)中の二座配位子LおよびL’はそれぞれ以下の部分構造を有する配位子を示す。
一般式(i)で表される化合物として、さらに好ましくは下記一般式(ia)、(ib)(ic)で表される化合物が挙げられる。
よび環A1’は各々独立に、置換基を有していてもよい芳香族炭化水素基または芳香族複
素環基を表わし、環A2および環A2’は各々独立に、置換基を有していてもよい含窒素芳香族複素環基を表わす。)
一般式(ia)、(ib)、(ic)で表される化合物の環A1および環A1として、好ましくは、フェニル基、ビフェニル基、ナフチル基、アントリル基、チエニル基、フリル基、ベンゾチエニル基、ベンゾフリル基、ピリジル基、キノリル基、イソキノリル基、またはカルバゾリル基が挙げられる。
一般式(ia)、(ib)および(ic)で表される化合物が有していてもよい置換基としては、フッ素原子等のハロゲン原子;メチル基、エチル基等の炭素数1〜6のアルキル基;ビニル基等の炭素数2〜6のアルケニル基;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2〜6のアルコキシカルボニル基;メトキシ基、エトキシ基等の炭素数1〜6のアルコキシ基;フェノキシ基、ベンジルオキシ基などのアリールオキシ基;ジメチルアミノ基、ジエチルアミノ基等のジアルキルアミノ基;ジフェニルアミノ基等のジアリールアミノ基;カルバゾリル基;アセチル基等のアシル基;トリフルオロメチル基等のハロアルキル基;シアノ基等が挙げられ、これらは互いに連結して環を形成しても良い。
基と環A2’が有する置換基が結合して、一つの縮合環を形成してもよく、このような縮
合環としては7,8−ベンゾキノリン基等が挙げられる。
環A1、環A1’、環A2および環A2’の置換基として、より好ましくはアルキル基、アルコキシ基、芳香族炭化水素基、シアノ基、ハロゲン原子、ハロアルキル基、ジアリールアミノ基、またはカルバゾリル基が挙げられる。
式(ii)におけるM7として好ましくは、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、銀、レ
ニウム、オスミウム、イリジウム、白金または金が挙げられ、特に好ましくは、白金、パラジウム等の2価の金属が挙げられる。
例を以下に示すが、下記の化合物に限定されるわけではない。
発光層中にドーパントとして含有される有機金属錯体の量は、0.1重量%以上が好ましく、また30重量%以下が好ましい。下限値を下回ると素子の発光効率向上に寄与できない場合があり、上限値を上回ると有機金属錯体同士が2量体を形成する等の理由で濃度消光が起き、発光効率の低下に至る可能性がある。
なお、発光層5は、本発明の性能を損なわない範囲で上記以外の成分を含んでいてもよい。
例えば、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(特開昭59−194393号公報)、10−ヒドロキシベンゾ[h]キノリンの金属錯体(特開平6−322362号公報)、ビススチリルベンゼン誘導体(特開平1−245087号公報、同2−222484号公報)、ビススチリルアリーレン誘導体(特開平2−247278号公報)、(2−ヒドロキシフェニル)ベンゾチアゾールの金属錯体(特開平8−315983号公報)、シロール誘導体、等の蛍光発光を生じる発光層材料、4,4'−N,N'−ジカルバゾールビフェニルなどのカルバゾール誘導体(WO 00/70655号公報)、トリス(8−ヒドロキシキノリン)アルミニウム(USP 6,303,238号公報)、2,2',2''−(1,3,5−ベンゼントリル)トリス[1−フェニル−1H−ベ
ンズイミダゾール](Appl. Phys. Lett., 78巻, 1622項, 2001)、ポリビニルカルバゾ
ール(特開2001−257076号公報)等の燐光発光を生じる発光層材料などを含有していても良い。
塗布の場合は、前記発光層ホスト材料と、ドープ用色素、さらに必要により、電子のトラップや発光の消光剤とならないバインダー樹脂や、レベリング剤等の塗布性改良剤などの添加剤を添加し溶解した塗布溶液を調整し、スピンコート法などの方法により正孔輸送層4上に塗布し、乾燥して発光層5を形成する。バインダー樹脂としては、ポリカーボネート、ポリアリレート、ポリエステル等が挙げられる。バインダー樹脂は添加量が多いと正孔/電子移動度を低下させるので、少ない方が望ましく、50重量%以下が好ましい。
発光層も正孔輸送層と同様の方法で形成することができるが、通常は真空蒸着法が用いられる。
正孔阻止層は、正孔輸送層から移動してくる正孔を陰極に到達するのを阻止する役割と、陰極から注入された電子を効率よく発光層の方向に輸送することができる化合物より形成されることが好ましい。正孔阻止層を構成する材料に求められる物性としては、電子移動度が高く正孔移動度が低いことが必要とされる。正孔阻止層6は正孔と電子を発光層内に閉じこめて、発光効率を向上させる機能を有する。
さらに、本発明で用いられる正孔阻止層の電子親和力(EA)は、発光層の電子親和力(発光層がホスト材料とドーパントを含んでいる場合にはホスト材料の電子親和力)と比較して同等以上であることが好ましい。電子親和力もイオン化ポテンシャルと同様に真空準位を基準として、真空準位にある電子が物質のLUMO(最低空分子軌道)レベルに落ちて安定化するエネルギーで定義される。電子親和力は、上述のイオン化ポテンシャルから光学的バンドギャップを差し引いて求められるか、電気化学的な還元電位から下記の式で同様に求められる。
(電子輸送材料の還元電位)≧(正孔阻止材料の還元電位)≧(発光材料の還元電位)
このような条件を満たす正孔阻止材料として、好ましくは、下記一般式(VII)で表わ
される混合配位子錯体が挙げられる。
ウム、インジウムから選ばれる金属原子を表す。L5は以下に示す一般式(VIIa)、(VIIb)、(VIIc)のいずれかで表される。
前記一般式(VII) において、R16〜R21は水素原子または任意の置換基を表すが、好ましくは水素原子;塩素、臭素等のハロゲン原子;メチル基、エチル基等の炭素数1〜6のアルキル基;ベンジル基等のアラルキル基;ビニル基等の炭素数2〜6のアルケニル基;シアノ基;アミノ基;アシル基;メトキシ基、エトキシ基等の炭素数1〜6のアルコキシ基;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2〜6のアルコキシカルボニル基;カルボキシル基;フェノキシ基、ベンジルオキシ基などのアリールオキシ基;ジエチルアミノ基、ジイソプロピルアミノ基等のジアルキルアミノ基;ジベンジルアミノ基、ジフェネチルアミノ基などのジアラルキルアミノ基;トリフルオロメチル基等のα−ハロアルキル基;水酸基;置換基を有していてもよいフェニル基、ナフチル基等の芳香族炭化水素基;置換基を有していてもよいチエニル基、ピリジル基等の芳香族複素環基を表わす。
ニル基、ビフェニル基、ナフチル基等の芳香族炭化水素基またはチエニル基、ピリジル基等の芳香族複素環基を表わす。
前記一般式(VII) で表わされる化合物の好ましい具体例を以下に示すが、これらに限定するものではない。
このような条件を満たす材料としては、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(特開昭59−194393号公報)、10−ヒドロキシベンゾ[h]キノリンの金属錯体、オキサジアゾール誘導体、ジスチリルビフェニル誘導体、シロール誘導体、3−または5−ヒドロキシフラボン金属錯体、ベンズオキサゾール金属錯体、ベンゾチアゾール金属錯体、トリスベンズイミダゾリルベンゼン(米国特許第 5,645,948号)、キノキサリン化合物(特開平6−207169号公報)、フェナントロリン誘導体(特開平5−331459号公報)、2−t−ブチル−9,10−N,N′−ジシアノアントラキノンジイミン、n型水素化非晶質炭化シリコン、n型硫化亜鉛、n型セレン化亜鉛などが挙げられる。
電子輸送層7は、正孔輸送層4と同様にして塗布法あるいは真空蒸着法により正孔阻止層6上に積層することにより形成される。通常は、真空蒸着法が用いられる。
正孔注入の効率をさらに向上させ、かつ、有機層全体の陽極への付着力を改善させる目的で、正孔輸送層4と陽極2との間に陽極バッファ層3を挿入することも行われている(図3参照)。陽極バッファ層3を挿入することで、初期の素子の駆動電圧が下がると同時に、素子を定電流で連続駆動した時の電圧上昇も抑制される効果がある。陽極バッファ層に用いられる材料に要求される条件としては、陽極とのコンタクトがよく均一な薄膜が形成でき、熱的に安定、すなわち、融点及びガラス転移温度が高く、融点としては 300℃以上、ガラス転移温度としては 100℃以上であることが好ましい。さらに、イオン化ポテンシャルが低く陽極からの正孔注入が容易なこと、正孔移動度が大きいことが挙げられる。
陽極バッファ層の場合も、正孔輸送層と同様にして薄膜形成可能であるが、無機物の場合には、さらに、スパッタ法や電子ビーム蒸着法、プラズマCVD法が用いられる。
以上の様にして形成される陽極バッファ層3の膜厚は、低分子化合物を用いて形成される場合、下限は通常3nm、好ましくは10nm程度であり、上限は通常100nm、好ましくは50nm程度である。また高分子化合物を用いて形成される陽極バッファ層3の、膜厚の下限は通常5nm、好ましくは10nm程度であり、上限は通常1000nm、好ましくは500nm程度である。
本発明によれば、本発明の有機化合物を用いることにより、駆動安定性に優れ、駆動寿命が長く、さらに高発光効率および低駆動電圧である有機電界発光素子を得ることができる。
(実施例1)
。
フェニル(0.9g)を滴下し、加熱還流下で24時間撹拌した。得られた溶液に水(30ml)、メタノール(30ml)を加えて、濾過し、メタノールで洗浄した。得られた固体をカラムクロマトグラフィーで精製し、目的物1(1.2g)を得た。このもののガラス転移温度は147℃、気化温度は528℃であった。
DEI-MS m/z = 725(M+)
(実施例2)
実施例1で得られた化合物の薄膜を真空蒸着法によりガラス基板上に作成した。真空蒸着装置内に設置されたセラミック製るつぼに、該化合物を入れて、るつぼの周囲をタンタル線ヒーターで加熱して、蒸着を行った。この時、るつぼの温度は260〜273℃に制御し、蒸着時の真空度は2.4×10-4Pa、蒸着速度は1.4nm/秒であり、膜厚は50nmであった。
(比較例1)
実施例2と同様にしてCBP(本文中に(H−1)として記載した化合物)の薄膜を作成した。この薄膜は24時間後に結晶化・白濁が観測された。
(実施例3)
図3に示す構造を有する有機電界発光素子を以下の方法で作製した。
(重量平均分子量25,300;ガラス転移温度171℃)およびこの(P-1)に対し10重量%の下記化合物(P-2)を下記の条件で、上記ガラス基板上にスピンコートした。
P−1濃度 20[mg/ml]
P−2濃度 2[mg/ml]
スピナ回転数 1500[rpm]
スピナ回転時間 30[秒]
乾燥条件 100℃1時間
上記のスピンコートにより膜厚30nmの均一な薄膜が形成された。
ライオポンプを用いて排気した。
上記装置内に配置されたセラミックるつぼに入れた、以下に示す、4,4'-ビス[N-(1-
フェナンチル)-N-フェニルアミノ]ビフェニル
制御し、イリジウム錯体(T−2)は307〜308℃の温度範囲に制御し、膜厚30nmでイリジウム錯体(T−2)が本発明化合物に5重量%含有された発光層5を正孔輸送層4の上に積層した。蒸着時の真空度は5.0x10-5Paであった。
正孔阻止層6の上に、電子輸送層7として以下の構造式(ET−1)に示すアルミニウムの8−ヒドロキシキノリン錯体、Al(C9H6NO)3
ここで、電子輸送層7までの蒸着を行った素子を一度前記真空蒸着装置内より大気中に取り出して、陰極蒸着用のマスクとして 2mm幅のストライプ状シャドーマスクを、陽極2のITOストライプとは直交するように素子に密着させて、別の真空蒸着装置内に設置して有機層と同様にして装置内の真空度が1x10-4Pa以下になるまで排気した。陰極8として、先ず、フッ化リチウム(LiF)をモリブデンボートを用いて、蒸着速度0.01nm/秒、真
空度1x10-4Paで、0.5nmの膜厚で電子輸送層7の上に成膜した。次に、アルミニウムを同
様にモリブデンボートにより加熱して、蒸着速度0.5nm/秒、真空度5x10-4Paで膜厚80nmのアルミニウム層を形成して陰極8を完成させた。以上の2層型陰極8の蒸着時の基板温度は室温に保持した。
、輝度/電流は輝度−電流密度特性の傾きを、電圧は 100cd/m2での値を各々示す。素子の発光スペクトルの極大波長は 512nmであり、イリジウム錯体(T−2)からのものと同定された。
(比較例2)
発光層のホスト材料である、実施例1で得られた化合物をCBP(比較例1で使用した化合物)に代えた他は、実施例3と同様にして素子を作製した。この素子の発光特性を表−1に示す。素子の発光スペクトルの極大波長は実施例3とほぼ同じ 512nmであり、イリジウム錯体(T−2)からのものと同定された。実施例3と比較して発光効率が低い。
2 陽極
3 陽極バッファ層
4 正孔輸送層
5 発光層
6 正孔阻止層
7 電子輸送層
8 陰極
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