JP5294650B2 - ナフタレン化合物及びこれを用いた有機発光素子 - Google Patents

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Description

本発明は、ナフタレン化合物及びこれを用いた発光素子に関するものである。
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、発光デバイスの薄型・軽量化が可能であることが挙げられる。このことから、有機発光素子は広汎な用途への可能性を示唆している。
しかしながら、現状では更なる高輝度の光出力あるいは高変換効率が必要である。また、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等による劣化等の耐久性の面で未だ多くの問題がある。さらにはフルカラーディスプレイ等への応用を考えた場合の色純度のよい青、緑、赤の発光が必要となるが、これらの問題に関してもまだ十分に解決されたとは言えない。
また、電子輸送層や発光層等に用いる蛍光性有機化合物として、芳香族化合物や縮合環芳香族化合物が数多く研究されているが、発光輝度や耐久性が十分に満足できるものは得られているとは言い難い。
このような芳香族化合物や縮合環芳香族化合物を有機発光素子の構成材料として使用した例として特許文献１乃至５が挙げられる。特許文献１乃至４には、有機発光素子の構成材料として、２，７位に縮合環芳香族基を持つナフタレン骨格を含む化合物が開示されている。特許文献１には、３環の縮合環複素環基を持つ材料の有機発光への応用が開示されている。特許文献２には、２，７位に置換基をもつナフタレン骨格をコアとした材料の有機発光素子への応用の開示が見られる。また、特許文献３乃至５には、ナフタレン環上の、１，５位又は２，６位に４環の縮合環芳香族炭化水素基を２つ有する化合物の有機発光素子への応用が開示されている。
特開２００４−２８１３９０号公報 特開２００６−４５５０３号公報 特開２００４−１３９９５７号公報 特開２００４−２０４２３８号公報 ＷＯ２００４／０７８８７２パンフレット
有機発光素子をディスプレイ等の表示装置に応用するためには、高効率で高輝度な光出力を有すると同時に高耐久性を十分に確保する必要がある。しかしながら、特許文献１乃至５の技術では、これらの問題に関して、まだ十分解決できるものとは言えない。
そこで、本発明の目的は、高効率で高輝度な光出力を有し、かつ耐久性のよい有機発光素子を提供することである。また、本発明の他の目的は、製造が容易でかつ比較的安価に作製可能な発光素子を提供することである。
本発明のナフタレン化合物は、下記一般式［１］で示されることを特徴とする。
Figure 0005294650
 （式［１］において、Ａｒ1は置換基を有してもよい４環以上の縮合環芳香族炭化水素基を表す。Ｒ1乃至Ｒ6は、それぞれ水素原子、ハロゲン原子、炭素原子数１乃至２０のアルキル基、置換基を有してもよいアリール基又は置換基を有してもよい複素環基を表す。）
本発明によれば、高効率で高輝度な光出力を有し、かつ耐久性のよい有機発光素子を提供することができる。また、本発明の発光素子は表示素子としても優れている。
以下、本発明について詳細に説明する。まず本発明のナフタレン化合物について説明する。本発明のナフタレン化合物は、下記一般式［１］で示されることを特徴とする。
Figure 0005294650
式［１］において、Ａｒ1は、置換基を有してもよい４環以上の縮合環芳香族炭化水素基を表す。
Ａｒ1は、キヤリア輸送能力と、エネルギーギャップの観点から、好ましくは、４乃至７環の縮合環芳香族炭化水素からなる。より好ましくは、４又は５環の縮合環芳香族炭化水素基からなる。特に好ましくは、４環の縮合環芳香族炭化水素基からなる。
Ａｒ1で表される４環以上の縮合環芳香族炭化水素基として、ピレニル基、フルオランテニル基、ベンゾフルオランテニル基、テトラセニル基、ペンタセニル基、トリフェニレニル基、ペリレニル基、クリセニル基、ベンゾアンスリル基、ベンゾフェナンスリル基、ペンタフェニル基、ピセニル基、ベンゾピレニル基、ヘキサセニル基、ジベンゾクリセニル基、テトラベンゾアンスリル基、コロニル基、コランニュレニル基等が挙げられる。但し、これらは代表例を例示しただけで、本発明は、これに限定されるものではない。
これらの置換基の中で、導電性とエネルギーギャップの観点から、好ましくは、ピレニル基、フルオランテニル基、ベンゾフルオランテニル基、トリフェニレニル基である。特に好ましくは、フルオランテニル基、ピレニル基である。
これら４環以上の縮合環芳香族炭化水素基が有してもよい置換基として、ハロゲン原子、炭素原子数１乃至２０のアルキル基、置換アミノ基、置換基を有してもよいアリール基、置換基を有してもよい複素環基が挙げられる。但し、これらは代表例を例示しただけで、本発明はこれに限定されるものではない。
ハロゲン原子として、好ましくは、フッ素原子、塩素原子、臭素原子である。真空蒸着法で有機発光素子を作製する場合は、特に好ましくは、フッ素原子である。
炭素原子数１乃至２０のアルキル基としては、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、オクチル基、シクロヘキシル基等が挙げられる。また、炭素数が２以上の場合、アルキル基中の１つ又は隣接しない２つ以上のメチレン基が−Ｏ−で置換されて、例えば、メトキシ基、エトキシ基等となっていてもよい。さらに、アルキル基中の水素原子がフッ素原子に置換されて、例えば、トリフルオロメチル基等となっていてもよい。
これらのアルキル基のうち、導電性やガラス転移温度の観点から、好ましくは、メチル基、ターシャリーブチル基、シクロヘキシル基、トリフルオロメチル基である。より好ましくは、メチル基、ターシャリーブチル基、トリフルオロメチル基である。さらに好ましくは、メチル基、ターシャリーブチル基である。
置換アミノ基は、導電性やガラス転移温度の観点から、好ましくは、ジメチルアミノ基、ジフェニルアミノ基、ジトリルアミノ基である。特に好ましくは、ジフェニルアミノ基である。
置換基を有してもよいアリール基として、フェニル基、ビフェニル基、ターフェニル基、フルオレニル基、ナフチル基、フルオランテニル基、アンスリル基、フェナンスリル基、ピレニル基、テトラセニル基、ペンタセニル基、トリフェニレニル基、ペリレニル基等が挙げられる。
昇華性の観点から、好ましくは、フェニル基、フルオレニル基、ナフチル基である。より好ましくは、フェニル基である。
置換基を有してもよい複素環基として、チエニル基、ピロリル基、ピリジル基、ピラジル基、ピリミジル基、ピリダジニル基、キノリニル基、イソキノリニル基、フェナントリジニル基、アクリジニル基、ナフチリジニル基、キノキサリニル基、キナゾリニル基、シンノリニル基、フタラジニル基、フェナントロリル基、フェナジニル基、ジベンゾフラニル基、ジベンゾチオフェニル基、カルバゾリル基、ベンゾフラニル基、ベンゾチオフェニル基、インドリル基、シクロアジル基、ベンゾイミダゾリル基、ベンゾチアゾリル基、ベンゾチアジアゾリル基等が挙げられる。
昇華性の観点から、好ましくは、ビリジル基である。
上記のアリール基及び複素環基が有してもよい置換基としては特に限定は無いが、好ましくは、ハロゲン原子、炭素原子数１乃至２０のアルキル基、置換アミノ基である。アルキル基は、炭素数が２以上のとき、アルキル基中の１つ又は隣接しない２つ以上のメチレン基が−Ｏ−で置換されていてもよい。またアルキル基は、水素原子がフッ素原子に置換されていてもよい。ハロゲン原子、アルキル基及び置換アミノ基の具体例は、上述したＡｒ１に導入される置換基であるハロゲン原子、アルキル基及び置換アミノ基の具体例と同様である。
これらの置換基のうち、ガラス転移温度と昇華性の観点から、好ましくは、フッ素原子、トリフルオロメチル基、メチル基、エチル基、ターシャリーブチル基、メトキシ基、ジメチルアミノ基、ジターシャリーブチルアミノ基である。より好ましくは、フッ素、トリフルオロメチル基、メチル基、ターシャリーブチル基である。特に好ましくは、メチル基、ターシャリーブチル基である。
式［１］中の２箇所のＡｒ1に導入される置換基は同一である。これは、異なる置換基をそれぞれのＡｒ1に導入する場合と比べて、化合物の製造工程を簡便にすることができるという利点がある。このことから、本発明のナフタレン化合物は安価に製造することができる。
式［１］において、Ｒ1乃至Ｒ6は、水素原子、ハロゲン原子、炭素原子数１乃至２０のアルキル基、置換基を有してもよいアリール基又は置換基を有してもよい複素環基を表す。
Ｒ1乃至Ｒ6で表されるハロゲン原子として、フッ素原子、塩素原子、臭素原子が挙げられる。真空蒸着法で有機発光素子を作製する場合は、好ましくは、フッ素原子である。
Ｒ1乃至Ｒ6で表される炭素原子数１乃至２０のアルキル基として、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、オクチル基、シクロヘキシル基等が挙げられる。炭素数が２以上のとき、アルキル基中の１つもしくは隣接しない２つ以上のメチレン基は−Ｏ−で置き換えられて、例えば、メトキシ基、エトキシ基となっていてもよい。また、アルキル基中の水素原子がフッ素原子に置換されて、例えば、トリフルオロメチル基となっていてもよい。
これらアルキル基のうち、導電性や、ガラス転移温度の観点から、好ましくは、メチル基、ターシャリーブチル基、シクロヘキシル基、トリフルオロメチル基である。より好ましくは、メチル基、ターシャリーブチル基、トリフルオロメチル基である。さらに好ましくは、メチル基、ターシャリーブチル基である。
Ｒ1乃至Ｒ6で表されるアリール基として、フェニル基、ビフェニル基、ターフェニル基、フルオレニル基、ナフチル基、フルオランテニル基、アンスリル基、フェナンスリル基、ピレニル基、テトラセニル基、ペンタセニル基、トリフェニレニル基、ペリレニル基等が挙げられる。昇華性の観点から、好ましくはフェニル基、フルオレニル基、ナフチル基であり、より好ましくは、フェニル基である。
Ｒ1乃至Ｒ6で表される複素環基として、チエニル基、ピロリル基、ピリジル基、ピラジル基、ピリミジル基、ピリダジニル基、キノリニル基、イソキノリニル基、フェナントリジニル基、アクリジニル基、ナフチリジニル基、キノキサリニル基、キナゾリニル基、シンノリニル基、フタラジニル基、フェナントロリル基、フェナジニル基、ジベンゾフラニル基、ジベンゾチオフェニル基、カルバゾリル基、ベンゾフラニル基、ベンゾチオフェニル基、インドリル基、シクロアジル基、ベンゾイミダゾリル基、ベンゾチアゾリル基、ベンゾチアジアゾリル基等が挙げられる。昇華性の観点から、好ましくは、ビリジル基である。
尚、化合物の分子量が大きすぎる場合、昇華温度が上昇して真空蒸着時に熱分解する確率が大きくなる。このため大きい置換基を導入することが好ましくはない場合がある。
上記のアリール基及び複素環基が有してもよい置換基としては、ハロゲン原子、置換アミノ基、炭素数１乃至２０のアルキル基である。これら置換基のうち、ガラス転移温度と昇華性の観点から、好ましくは、フッ素、トリフルオロメチル基、メチル基、エチル基、ターシャリーブチル基、メトキシ基、ジメチルアミノ基、ジターシャリーブチルアミノ基である。より好ましくは、フッ素、トリフルオロメチル基、メチル基、ターシャリーブチル基である。さらに好ましくは、メチル基、ターシャリーブチル基である。
本発明のナフタレン化合物は、導電性の観点から、ナフタレン環を含む平面とＡｒ１を含む平面とからなる二面角が最も小さくなることが特に好ましい。従って、Ｒ１乃至Ｒ６は、好ましくは、原子半径の小さい水素原子及びフッ素原子である。特に好ましくは、原子半径の最も小さい水素原子である。
これまでに、本発明のナフタレン化合物において、式［１］中のＡｒ1が有してもよい置換基及び式［１］中の置換基Ｒ1乃至Ｒ6について述べてきた。本発明のナフタレン化合物は、これら置換基によって作られる具体的構造のうち、炭素原子と水素原子のみから構成される構造が特に好ましい。炭素原子と水素原子のみから構成された分子は、孤立電子対を持つヘテロ原子が含まれた化合物に比べ、有機発光素子の通電劣化の原因の一つと考えられるイオン性の不純物等の取り込みがより低減されると考えられるからである。イオン性の不純物の混入を低減することにより、有機発光素子の寿命が向上する。
本発明のナフタレン化合物は、例えば、以下のようなルートで合成することができる。
Figure 0005294650
本発明のナフタレン化合物は、十分に精製を行い不純物を除去するのが望ましい。通電による発光劣化の原因として、不純物の混入が挙げられる。高分子化合物を素子の構成材料として使用する場合は、高分子中の不純物の除去が難しいため、素子に不純物が混入しやすく、素子の短寿命化を引き起こす。一方、本発明のナフタレン化合物は、単一化合物であるため、再結晶法、カラムクロマトグラフィー法、昇華精製法等の精製法を適宜用いることにより不純物の除去が容易である。このことから、本発明のナフタレン化合物を有機発光素子の構成材料として使用すると、有機発光素子の耐久性が向上する。
本発明のナフタレン化合物は、ナフタレン骨格の２位及び７位に同一の４環以上の縮合環芳香族炭化水素基を持つことを特徴としている。また、本発明のナフタレン化合物は、さらに以下に挙げる３つの特徴を併せ持つことを特徴としている。
第一の特徴として、リジットなコアであるナフタレンに、４環以上の縮合環芳香族炭化水素基を２つ持つことで、大きな分子量を有することが挙げられる。その効果として、本発明のナフタレン化合物は高いガラス転移温度を有する。
有機発光素子の通電による発光劣化は今のところ原因は明らかではないが、少なくとも発光中心材料そのもの又はその周辺分子による発光材料の熱等の環境変化に関連したものと想定される。ここで、有機薄膜のガラス状態の熱安定性が高い場合、即ち、有機薄膜を構成する有機化合物のガラス転移点が高い場合は、上記の環境変化が起こりにくくなり有機発光素子の長寿命化に繋がると考えられる。本発明のナフタレン化合物は、ナフタレン環に４環以上の縮合環芳香族炭化水素基を２つ導入している。こうすることで、分子量が増加し、分子自体のガラス転移温度が上昇する。
第二の特徴として、２つの縮合環芳香族炭化水素基が、ナフタレン環のペリ位の存在しない位置に置換していることが挙げられる。この場合、ナフタレン環にペリ位が存在する位置に置換基を導入した場合に比べ、分子の平面性を高くなると考えられる。その効果として、高いキャリア輸送能が期待できる。
有機発光素子の駆動電圧を低く抑えるためには、素子を構成する材料のキャリア移動度が高い方が望ましい。本発明のナフタレン化合物は、比較的広いπ電子面を持ちかつリジットな骨格であるナフタレン環に４環以上の縮合環芳香族炭化水素基を２つ導入することで、広いπ電子面を持つ分子が形成できる。大きなπ電子面を持つ化合物は、有機膜中で近接分子とのπ電子の重なりが大きくなることが期待でき、キヤリア輸送に有利に働くと考えられる。従って、本発明のナフタレン化合物を有機発光素子に使用すると、キャリア輸送の観点でも有利であると考えられる。
また、ナフタレン環の２位及び７位に導入された縮合環芳香族炭化水素基は、１位、４位、５位、８位に導入された場合とは異なりナフタレン環上にペリ位が存在しない。ペリ位の存在しない２位及び７位に縮合環芳香族炭化水素基を導入すると、１位、４位、５位、８位に縮合環芳香族炭化水素基を導入した場合と比べて、ナフタレン環を含む平面と縮合環芳香族炭化水素基を含む平面とからなる２面角が小さくなる。これにより、分子の平面性が高くなる。この結果、分子全体に広いπ電子面を持つことが期待され、キャリア輸送に有利に働くと考えられる。ここで、分子の平面性をさらに向上させるという観点から、一般式［１］中のＲ1，Ｒ2，Ｒ5，Ｒ6は、好ましくは、Ａｒ1との立体障害の小さい置換基である水素原子、フッ素原子である。特に好ましくは、最も原子半径の小さい水素原子である。
第三の特徴として、２つの４環以上の縮合環芳香族炭化水素基を、ナフタレン環を介してπ共役系が繋がらない位置に導入することが挙げられる。その効果として、２つの縮合環芳香族炭化水素基がナフタレン環を介してπ共役系が繋がる位置に導入した場合と比べて、エネルギーギャップを広くすることができる。
ナフタレン環上にペリ位の存在しない２位，６位に縮合環芳香族炭化水素基を導入した場合は、縮合環芳香族炭化水素基同士のπ共役系が、ナフタレン環を介して繋がることができる。一方、２位，７位に縮合環芳香族炭化水素基を導入した場合は、ナフタレン環を介してπ共役系が繋がらない。このため、π共役系が繋がらない置換位置（２位、７位）に、大きなπ共役系を導入した本発明のナフタレン化合物は、π共役系が繋がる置換位置（２位、６位）に大きなπ共役系を導入した場合よりも、エネルギーギャップが広くなる。（ここで言うエネルギーギャップとは、分子軌道のＨＯＭＯ軌道とＬＵＭＯ軌道のエネルギーギャップのことを指す。以下、注意なくエネルギーギャップと記した場合は、この場合と同じ意味を示す。）
以下に本発明のナフタレン化合物の具体例を示す。但し、これらは代表例を例示しただけで、本発明のナフタレン化合物はこれに限定されるものではない。
Figure 0005294650
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Figure 0005294650
Figure 0005294650
Figure 0005294650
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、陽極と陰極と、陽極と陰極との間に挟持される有機化合物からなる層とから構成される。この有機化合物からなる層のうち少なくとも一層は本発明のナフタレン化合物を含有する。本発明の有機発光素子は、好ましくは、陽極と陰極との間に電圧を印加することにより発光する電界発光素子である。
以下、図面を参照しながら、本発明の有機発光素子を詳細に説明する。
図１は、本発明の有機発光素子における第一の実施形態を示す断面図である。図１の有機発光素子１０は、基板１上に、陽極２、発光層３及び陰極４が順次設けられている。この有機発光素子１０は、発光層３が、ホール輸送能、エレクトロン輸送能及び発光性の性能を全て有する有機化合物で構成されている場合に有用である。また、発光層３がホール輸送能、エレクトロン輸送能及び発光性の性能のいずれかの特性を有する有機化合物を混合して構成される場合にも有用である。
図２は、本発明の有機発光素子における第二の実施形態を示す断面図である。図２の有機発光素子２０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が順次設けられている。この有機発光素子２０は、ホール輸送性及び電子輸送性のいずれかを備える発光性の有機化合物と電子輸送性のみ又はホール輸送性のみを備える有機化合物とを組み合わせて用いる場合に有用である。また、有機発光素子２０は、ホール輸送層５又は電子輸送層６が発光層を兼ねている。
図３は、本発明の有機発光素子における第三の実施形態を示す断面図である。図３の有機発光素子３０は、図２の有機発光素子２０において、ホール輸送層５と電子輸送層６との間に発光層３を挿入したものである。この有機発光素子３０は、キャリア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有機化合物を適宜組み合わせて用いることができる。このため、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有機化合物が使用できるので、発光色相の多様化が可能になる。さらに、中央の発光層３にキャリアあるいは励起子を有効に閉じこめて有機発光素子３０の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第四の実施形態を示す断面図である。図４の有機発光素子４０は、図３の有機発光素子３０において、陽極２とホール輸送層５との間にホール注入層７を設けたものである。この有機発光素子４０は、ホール注入層７を設けたことにより、陽極２とホール輸送層５との間の密着性又はホールの注入性が改善されるので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第五の実施形態を示す断面図である。図５の有機発光素子５０は、図３の有機発光素子３０において、ホール又は励起子（エキシトン）を陰極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と電子輸送層６との間に挿入したものである。イオン化ポテンシャルの非常に高い有機化合物をホール／エキシトンブロッキング層８として用いることにより、有機発光素子５０の発光効率が向上する。
図６は、本発明の有機発光素子における第六の実施形態を示す断面図である。図６の有機発光素子６０は、図４の有機発光素子４０において、ホール／エキシトンブロッキング層８を発光層３と電子輸送層６との間に挿入したものである。イオン化ポテンシャルの非常に高い有機化合物をホール／エキシトンブロッキング層８として用いることにより、有機発光素子６０の発光効率が向上する。
ただし、図１乃至図６はあくまでごく基本的な素子構成であり、本発明のナフタレン化合物を含有する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、電極と有機層の界面に絶縁性層、接着層又は干渉層を設けてもよい。また、ホール輸送層５がイオン化ポテンシャルの異なる２層から構成されてもよい。
本発明のナフタレン化合物は、分子量が大きく高いガラス転移温度を有する。この特徴は、本発明のナフタレン化合物を有機薄膜にしたときに、その有機薄膜の熱安定性が高いことを示している。このため、本発明のナフタレン化合物は有機発光素子材料として有用であると考えられる。
本発明のナフタレン化合物は、図１乃至図６のいずれの実施形態でも使用することができる。このとき、本発明のナフタレン化合物は、単独で使用してもよいし、複数の化合物を組み合わせて使用してもよい。
本発明のナフタレン化合物は、有機化合物からなる層、例えば、図１乃至図６で示されている発光層３、ホール輸送層５、電子輸送層６、ホール注入層７及びホール／エキシトンブロッキング層８のいずれかの層を構成する材料として使用することができる。このとき１種類のナフタレン化合物で層を構成してもよいし、２種類以上のナフタレン化合物を組み合わせて層を構成してもよい。
キャリア輸送能を最大限に発揮したり、適度なエネルギーギャップを確保したりする場合は、本発明のナフタレン化合物は、キャリア輸送層であるホール輸送層５及び電子輸送層６、並びに発光層３を構成する材料として使用することが好ましい。
また、本発明のナフタレン化合物は、広いエネルギーギャップを有することから、ホールブロック性が高い。このため電子輸送層６（及び電子注入層のいずれか）を構成する材料として有用である。この場合の電子輸送層６（及び電子注入層のいずれかの層）の構成としては有機材料のみからなる層と、有機材料にアルカリ金属やそのイオン、又はアルカリ金属塩等をドーピングした層との多層からなっていてもよい。
本発明のナフタレン化合物は、大きなπ電子系を持ち、かつエネルギーギャップが広いことを特徴としている。このため、本発明のナフタレン化合物は、好ましくはキャリア輸送層を構成する材料として使用する。より好ましくは、電子輸送層６（及び電子注入層のいずれか）を構成する材料及び発光層３のホストのいずれかとして使用する。特に好ましくは、電子注入層を構成する材料及び発光層３のホストのいずれかとして使用する。
本発明のナフタレン化合物を、発光層３のホストとして使用する場合、少なくとも発光材料であるゲストよりエネルギーギャップが広い場合が好ましい。従って、本発明のナフタレン化合物のように、共役系がつながらない置換位置（２位と７位）に４環以上の縮合環芳香族炭化水素基を導入することにより、広いエネルギーギャップが必要とされるホスト材料として使用することができる。中でも広いエネルギーギャップが必要とされる、青色発光材料のホストとして使用するのが特に好ましい。
また、本発明のナフタレン化合物を発光層３のホストとして使用する場合、ゲストである発光材料は、特に限定されないが、蛍光発光材料であることが好ましい。また、本発明のナフタレン化合物を発光層３のホストのとして用いる場合、その含有量は、発光層３を構成する材料全体に対して、好ましくは５０重量％以上９９．９重量％以下、より好ましくは８０重量％以上９９．９重量％以下である。
本発明のナフタレン化合物を発光層３のゲスト（発光材料）として使用する場合、その含有量は、発光層３を構成する材料全体に対して、好ましくは０．１重量％以上５０％重量以下、より好ましくは０．１重量％以上２０重量％以下である。
本発明のナフタレン化合物は、有機発光素子中のどの層にも使用することができるが、これまで知られているホール輸送性材料、マトリックス材料、発光性材料あるいは電子輸送性材料等を必要に応じて一緒に使用することもできる。
以下にこれらの化合物例を挙げる。但し、本発明はこれらに限定されるものではない。
Figure 0005294650
Figure 0005294650
Figure 0005294650
Figure 0005294650
Figure 0005294650
本発明の有機発光素子に使用される陽極材料としては、仕事関数がなるべく大きなものがよい。例えば、金、白金、ニッケル、パラジウム、コバルト、セレン、バナジウム等の金属単体あるいはこれらを組み合わせてなる合金、酸化錫、酸化亜鉛、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使用してもよく、複数併用して使用することもできる。
一方、本発明の有機発光素子に使用される陰極材料としては、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、セシウム、カルシウム、マグネシウム、アルミニウム、インジウム、銀、鉛、錫、クロム等の金属単体あるいはこれらを組み合わせてなる合金を使用することができる。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。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。
本発明の有機発光素子に使用される基板としては、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使用される。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、誘電体反射膜等を用いて発色光をコントロールすることも可能である。
尚、作製した有機発光素子に対して、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、フッソ樹脂、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、金属等をカバーし、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。
本発明のナフタレン化合物を含有する有機化合物からなる層は、真空蒸着法、キャスト法、塗布法、スピンコート法、インクジェット法等により製膜することができる。
以下に実施例を挙げて本発明を具体的に説明する。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Ａ−Ｇ−１の合成＞
Figure 0005294650
１００ｍｌ反応容器に以下に示す試薬及び溶媒を仕込み、この溶液を９０℃に加熱し同温で１０時間攪拌した。
ＸＸ−２：１ｇ（４．０６ｍｍｏｌ）
ＸＸ−１：７８０ｍｇ（１．８４ｍｍｏｌ）
トルエン：２０ｍＬ
２Ｎ−炭酸セシウム水溶液：２０ｍＬ
エタノール：１０ｍＬ
テトラキストリフェニルフォスフィンパラジウム［０］：２３４ｍｇ（０．２０３ｍｍｏｌ）
次に、この溶液を室温まで冷却し、析出した結晶をろ取することで粗結晶を得た。この粗結晶を、オルトジクロロベンゼンから再結晶することにより、例示化合物Ａ−Ｇ−１を６５０ｍｇ（収率６７％）得た。
電子イオン化マススペクトル（ＥＩ−ＭＳ）測定によりこの化合物のＭ+である５２８を確認した。
1Ｈ−ＮＭＲ（ＣＤＣｌ3，５００ＭＨｚ）σ（ｐｐｍ）：８．１７（ｍ，２Ｈ），８．１０（ｄ，２Ｈ），８．０４（ｄ，２Ｈ），８．０３（ｄ，２Ｈ），７．９９（ｄ，２Ｈ），７．９５（ｍ，４Ｈ），７．８３（ｄｄ，２Ｈ），７．７６（ｄ，２Ｈ），７．６５（ｄｄ，２Ｈ），７．４１（ｍ，４Ｈ）
また、例示化合物Ａ−Ｇ−１のガラス転移温度を、パーキンエルマ−社製，ＰＹＲＩＳ−１ ＤＳＣにて測定した結果、１３０℃であった。
＜実施例２＞
＜例示化合物Ｂ−Ｆ−１の合成＞
Figure 0005294650
１００ｍｌ反応容器に以下の試薬及び溶媒を仕込み、この溶液を９０℃に加熱し同温で１０時間攪拌した。
ＸＸ−１：２ｇ（４．７２ｍｍｏｌ）
ＸＸ−３：４ｇ（１０．４ｍｍｏｌ）
トルエン：３０ｍＬ
２Ｎ−炭酸セシウム水溶液：３０ｍＬ
エタノール：１５ｍＬ
テトラキストリフェニルフォスフィンパラジウム［０］：６２０ｍｇ（０．５４ｍｍｏｌ）
次に、この溶液を室温まで冷却した後、飽和食塩水５０ｍｌを加えてからトルエンで有機層を抽出（５０ｍＬ×３回）した。次に、この有機層を飽和食塩水で洗浄後、硫酸ナトリウムで乾燥した。次に、乾燥剤をろ過し、ろ液を濃縮した後、シリカゲルカラムクロマトグラフィー（移動相：トルエン）で分離精製することで、無色の粗結晶を得た。この粗結晶を、トルエン：ヘキサンから再結晶することにより、例示化合物Ｂ−Ｆ−１を２ｇ（収率＝６６％）得た。
ＥＩ−ＭＳ測定によりこの化合物のＭ+である６４０を確認した。
1Ｈ−ＮＭＲ（ＣＤＣｌ3，５００ＭＨｚ）σ（ｐｐｍ）：８．２５（ｍ，６Ｈ），８．２１（ｍ，４Ｈ），８．１６（ｄ，２Ｈ），８．１０（ｍ，６Ｈ），８．０４（ｄ，２Ｈ），７．８７（ｄｄ，２Ｈ），１．５９（ｓ，１８Ｈ）
また、この化合物のガラス転移温度は、１６７℃であった。
実施例２において、ＸＸ−３の代わりに下記に示すＸＸ−４を使用する以外は、実施例２と同様の方法で例示化合物Ａ−Ｅ−１を合成することができる。
Figure 0005294650
実施例２において、ＸＸ−３の代わりに下記に示すＸＸ−５を使用する以外は、実施例２と同様の方法で例示化合物Ａ−Ｆ−１を合成することができる。
Figure 0005294650
実施例２において、ＸＸ−３の代わりに下記に示すＸＸ−６を使用する以外は、実施例２と同様の方法で例示化合物Ａ−Ｆ−２を合成することができる。
Figure 0005294650
実施例２において、ＸＸ−３の代わりに下記に示すＸＸ−７を使用する以外は、実施例２と同様の方法で例示化合物Ａ−Ｋ−１を合成することができる。
Figure 0005294650
実施例２において、ＸＸ−３の代わりに下記に示すＸＸ−８を使用する以外は、実施例２と同様の方法で例示化合物Ａ−Ｑ−１を合成することができる。
Figure 0005294650
実施例２において、ＸＸ−３の代わりに下記に示すＸＸ−９を使用する以外は、実施例２と同様の方法で例示化合物Ｂ−Ｃ−１を合成することができる。
Figure 0005294650
実施例２において、ＸＸ−３の代わりに下記に示すＸＸ−１０を使用する以外は、実施例２と同様の方法で例示化合物Ｂ−Ｆ−２を合成することができる。
Figure 0005294650
実施例２において、ＸＸ−３の代わりに下記に示すＸＸ−１１を使用する以外は、実施例２と同様の方法で例示化合物Ｂ−Ｆ−３を合成することができる。
Figure 0005294650
実施例２において、ＸＸ−３の代わりに下記に示すＸＸ−１２を使用する以外は、実施例２と同様の方法で例示化合物Ｂ−Ｇ−５を合成することができる。
Figure 0005294650
実施例２において、ＸＸ−３の代わりに下記に示すＸＸ−１３を使用する以外は、実施例２と同様の方法で例示化合物Ｂ−Ｎ−１を合成することができる。
Figure 0005294650
実施例２において、ＸＸ−１の代わりに下記に示すＸＸ−１４を、ＸＸ−３の代わりにＸＸ−５をそれぞれ使用する以外は、実施例２と同様の方法で例示化合物Ｃ−Ｆ−１を合成することができる。
Figure 0005294650
実施例２において、ＸＸ−１の代わりにＸＸ−１４を使用する以外は、実施例２と同様の方法で例示化合物Ｄ−Ｆ−１を合成することができる。
実施例２において、ＸＸ−１の代わりに下記に示すＸＸ−１５を、ＸＸ−３の代わりに下記に示すＸＸ−１６をそれぞれ使用する以外は、実施例２と同様の方法で例示化合物Ｄ−Ｆ−２を合成することができる。
Figure 0005294650
＜実施例３＞
＜例示化合物Ａ−Ｆ−１の合成＞
Figure 0005294650
１００ｍｌ反応容器に以下の試薬及び溶媒を仕込み、この溶液を９０℃に加熱し同温で１０時間攪拌した。
ＸＸ−１：２ｇ（４．７２ｍｍｏｌ）
ＸＸ−１７：３．４ｇ（１０．４ｍｍｏｌ）
トルエン：３０ｍＬ
２Ｎ−炭酸セシウム水溶液：３０ｍＬ
エタノール：１５ｍＬ
テトラキストリフェニルフォスフィンパラジウム［０］：６２０ｍｇ（０．５４ｍｍｏｌ）
次に、この溶液を室温まで冷却した後、生成した沈殿物をろ取した。次に、この沈殿物を水、エタノール、トルエンの順番で洗浄することで無色の粗結晶を得た。次に、この粗結晶を、クロロベンゼンから再結晶することにより、例示化合物Ａ−Ｆ−１を１．５ｇ（収率＝６０％）得た。
ＥＩ−ＭＳ測定によりこの化合物のＭ＋である５２８を確認した。
1Ｈ−ＮＭＲ（ＣＤＣｌ3，５００ＭＨｚ）σ（ｐｐｍ）：８．２９（ｄ，２Ｈ），８．２８（ｄ，２Ｈ），８．２２−８．１１（ｍ，１４Ｈ），８．０７−８．０１（ｍ，４Ｈ），７．８７（ｄｄ，２Ｈ）．
また、この化合物のガラス転移温度は、１３０℃であった。
＜実施例４＞
図３に示す有機層が３層の有機発光素子を製造した。
ガラス基板（基板１）上に、陽極２として、酸化錫インジウム（ＩＴＯ）を膜厚１００ｎｍでパターニングすることにより、ＩＴＯ電極付透明基板を作製した。このＩＴＯ電極付透明基板上に、有機化合物からなる層と陰極を抵抗加熱による真空蒸着にて連続製膜した。具体的には、まずホール輸送層５として、下記に示すα−ＮＰＤを膜厚４０ｎｍで蒸着した。次に発光層３として、ホストであるＨＯＳＴ−１とゲストである例示化合物Ａ−Ｇ−１を、例示化合物Ａ−Ｇ−１の含有量が発光層全体の１０重量％となるように共蒸着した。このとき発光層の膜厚を３０ｎｍとした。次に、電子輸送層６として、下記に示すＢｐｈｅｎ（同仁化学研究所製）を膜厚３０ｎｍで蒸着した。次に第一の金属電極層としてＫＦを膜厚１ｎｍで蒸着した。最後に第二の金属電極層として、Ａｌを膜厚１３０ｎｍで蒸着した。ＫＦ膜及びＡｌ膜は共に陰極４として機能する。
Figure 0005294650
このとき、真空チャンバー内の気圧を１０-5Ｐａとし、対向する電極面積が３ｍｍ2になるようにした。以上のようにして、有機発光素子を得た。
有機発光素子の特性は、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。
本実施例の素子に窒素雰囲気下、１００時間電圧を印加したところ、良好な発光の継続が確認された。Ａ−Ｇ−１を発光材料は、青色発光材料として有用であることが確認された。
＜実施例５＞
ガラス基板（基板１）上に、陽極２として、酸化錫インジウム（ＩＴＯ）を膜厚１００ｎｍでパターニングすることにより、ＩＴＯ電極付透明基板を作製した。このＩＴＯ電極付透明基板上に、有機化合物からなる層と陰極を抵抗加熱による真空蒸着にて連続製膜した。具体的には、まずホール輸送層５として、下記に示すＨＴＬ−１を膜厚２５ｎｍで蒸着した。次に発光層３として、ホストである例示化合物Ｂ−Ｆ−１とゲストである下記に示すＧＵＥＳＴ−２を、ＧＵＥＳＴ−２の含有量が発光層全体の５重量％となるように共蒸着した。このとき発光層の膜厚を３０ｎｍとした。次に、電子輸送層６として、下記に示すＢｐｈｅｎ（同仁化学研究所製）を膜厚３０ｎｍで蒸着した。次に第一の金属電極層としてＫＦを膜厚１ｎｍで蒸着した。最後に第二の金属電極層として、Ａｌを膜厚１３０ｎｍで蒸着した。ＫＦ膜及びＡｌ膜は共に陰極４として機能する。
Figure 0005294650
このとき、真空チャンバー内の気圧を１０-5Ｐａとし、対向する電極面積が３ｍｍ2になるようにした。以上のようにして、有機発光素子を得た。
得られた素子について、実施例４と同様に評価した。その結果、発光効率は５．３ｃｄ／Ａ（４００ｃｄ／ｍ2）であった。また、この素子に３０ｍＡ／ｃｍ2の連続通電を行ったところ輝度半減までの時間は、６００時間であった。
この結果により、本発明のナフタレン化合物がホスト材料として有用であることが確認された。
＜実施例６＞
実施例４において、発光層３のゲストとして例示化合物Ａ−Ｇ−１の代わりにＧＵＥＳＴ−１を、電子輸送層６としてＢＰｈｅｎの代わりに例示化合物Ｂ−Ｆ−１を用いる以外は、実施例２と同様の方法により素子を作製した。
Figure 0005294650
得られた素子について窒素雰囲気下、１００時間電圧を印加したところ、良好な発光の継続が確認された。Ｂ−Ｆ−１のガラス転移温度は１６７℃であり、ＢＰｈｅｎのガラス転移温度（６０℃）に比べ高いため、薄膜の熱安定性が高い。このため、有機薄膜の結晶化が原因と考えられる有機発光素子の劣化に対し、優位な材料であるといえる。また、高温駆動に対しても有用な材料である。
本発明の有機発光素子における第一の実施形態を示す断面図である。 本発明の有機発光素子における第二の実施形態を示す断面図である。 本発明の有機発光素子における第三の実施形態を示す断面図である。 本発明の有機発光素子における第四の実施形態を示す断面図である。 本発明の有機発光素子における第五の実施形態を示す断面図である。 本発明の有機発光素子における第六の実施形態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
１０，２０，３０，４０，５０，６０ 有機発光素子

Claims (7)

  1. 下記一般式［１］で示されることを特徴とする、ナフタレン化合物。
    Figure 0005294650
     （式［１］において、Ａｒ1は置換基を有してもよい４環以上の縮合環芳香族炭化水素基を表す。Ｒ1乃至Ｒ6は、それぞれ水素原子、ハロゲン原子、炭素原子数１乃至２０のアルキル基、置換基を有してもよいアリール基又は置換基を有してもよい複素環基を示す。）
  2. 前記Ｒ1乃至Ｒ6が水素原子であることを特徴とする、請求項１に記載のナフタレン化合物。
  3. 前記Ａｒ1がフルオランテニル基又はピレニル基であることを特徴とする、請求項１又は２に記載のナフタレン化合物。
  4. 陽極と陰極と、
    前記陽極と該陰極との間に挟持され、少なくとも発光層と、電子輸送層と、を有する有機化合物からなる層と、から構成され、
    前記電子輸送層が、請求項１乃至３のいずれか１項に記載のナフタレン化合物を含有することを特徴とする、有機発光素子。
  5. 陽極と陰極と、
    前記陽極と該陰極との間に挟持され、少なくとも発光層を有する有機化合物からなる層と、から構成され、
    前記発光層が、ホストとゲストとから構成され、
    前記ゲストが、請求項１乃至３のいずれか１項に記載のナフタレン化合物であることを特徴とする、有機発光素子。
  6. 青色発光することを特徴とする、請求項５に記載の有機発光素子。
  7. 前記有機発光素子が、前記陽極と前記陰極との間に電圧を印加することにより発光する電界発光素子であることを特徴とする、請求項４乃至６のいずれか１項に記載の有機発光素子。
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