JP5298524B2 - 架橋基を有する有機化合物、有機電界発光素子材料、有機電界発光素子用組成物および有機電界発光素子 - Google Patents

架橋基を有する有機化合物、有機電界発光素子材料、有機電界発光素子用組成物および有機電界発光素子 Download PDF

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Description

本発明は、湿式成膜法による成膜が可能な、架橋基を有する有機化合物と、該有機化合物を含有する有機電界発光素子用組成物と、該有機化合物を架橋させて得られる高分子化合物と、該有機化合物を含有する有機層を有する、発光効率が高く、駆動安定性に優れた有機電界発光素子に関するものである。
近年、有機薄膜を用いた電界発光素子(有機電界発光素子)の開発が行われている。有機電界発光素子における有機薄膜の形成方法としては、真空蒸着法と湿式成膜法が挙げられる。
真空蒸着法は積層化が可能であるため、陽極および/または陰極からの電荷注入の改善、励起子の発光層封じ込めが容易であるという利点を有する。湿式成膜法は真空プロセスが要らず、大面積化が容易で、1つの層(塗布液)に様々な機能をもった複数の材料を混合して入れることが容易である等の利点がある。
しかしながら、湿式成膜法は積層化が困難であるため、真空蒸着法による素子に比べて駆動安定性に劣り、一部を除いて実用レベルに至っていないのが現状である。特に、湿式成膜法での積層化は、有機溶媒と水系溶媒を使用するなどして二層の積層は可能であるが、三層以上の積層化は困難であった。
このような積層化における問題点を解決するために、特許文献1及び非特許文献1では、下記の様な架橋基を有する化合物が提案され、有機溶媒を使用した積層化が開示されている。
Figure 0005298524
しかしながら、上記の化合物は、芳香族アミン部位の対称性が高いために、結晶化しやすく、平坦な膜になりにくく、さらには、不溶化しにくいという問題があった。
また、特許文献2には、電子写真感光体の表面を形成する層に用いる化合物として、下記の様な対称性の低い化合物が記載されている。
Figure 0005298524
しかしながら、上記の化合物は、芳香族アミン部位に架橋基が直接結合しているため、架橋基の動きが制限され、不溶化しにくいと考えられる。
WO2005−083812号公報 特開2005−062301号公報 Applied Physics Letters 2005年,86巻,221102頁
本発明は、穏和な条件で不溶化が可能で、非晶質性に優れるため平坦な薄膜を形成することができ、正孔輸送性に優れ、保存安定性に優れる有機化合物を提供することを課題とする。
本発明はまた、発光効率が高く、駆動安定性が高い有機電界発光素子を提供することを課題とする。
本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意検討した結果、下記の特定構造を有する架橋基を有する有機化合物が、高い正孔輸送能、高い非晶質性を有し、穏和な条件で不溶化が可能で、保存安定性にも優れる、湿式成膜法に適した化合物であることを見出した。
本発明はこのような知見に基いて達成されたものであり、以下を要旨とする。
[1] 下記式(I)で表される有機化合物。
Figure 0005298524
〔式(I)中、nは0、1または2を表す。
およびTは、各々独立に架橋基を表す。
〜Gは、各々独立に、フェニレン基、−O−基、−C(=O)−基および−CH−基からなる群から選ばれる基を1〜30個連結してなる2価の基を表す。尚、フェニレン基および−CH−基は、置換基を有していてもよい。ただし、GおよびGは、各々独立に、少なくとも1個の該−CH−基を含む基である。
、Aは、各々独立に、下記式(I−1)で表される2価の基を表す。
Figure 0005298524
(式(I−1)中、mは0または1を表す。
Ar〜Ar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置換基を有していてもよい芳香族複素環基を表す。ただし、Aにおける式(I−1)において、ArとAr、互いに異なる環構造を有する、芳香族炭化水素基または芳香族複素環基である。また、一分子中に複数Ar〜Arがそれぞれ存在する場合にはAr〜Arは同一であっても異なっていてもよい。)
n=2のとき、2個のGおよびAは、それぞれ同一であっても異なっていてもよい。〕
[2] 上記式(I)において、nが0である、[1]に記載の有機化合物。
[3] 上記式(I)において、nが1または2であり、Gが−O−基である、[1]に記載の有機化合物。
[4] 上記式(I−1)において、mが0である、[1]ないし[3]のいずれかに記載の有機化合物。
[5] 上記式(I)において、TおよびTが、各々独立に、下記架橋基群Tの中から選ばれる架橋基である、[1]ないし[4]のいずれかに記載の有機化合物。
<架橋基群T>
Figure 0005298524
(式中、R〜Rは、各々独立に、水素原子またはアルキル基を表す。
Ar11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を表す。)
[6] [1]ないし[5]のいずれかに記載の有機化合物からなる有機電界発光素子材料。
[7] [1]ないし[5]のいずれかに記載の有機化合物を含有する有機電界発光素子用組成物。
[8] [1]ないし[5]のいずれかに記載の有機化合物を重合させて得られる高分子化合物。
[9] 基板上に、陽極、陰極、および該陽極と該陰極に挟持された1層または2層以上の有機層を有する有機電界発光素子において、該有機層の少なくとも1層が、[1]ないし[5]のいずれかに記載の有機化合物及び/または[8]に記載の高分子化合物を含有する有機電界発光素子。
[10] 該有機化合物及び/または高分子化合物を含有する層が、正孔輸送層である[9]に記載の有機電界発光素子。
[11] 該正孔輸送層上に、発光層を有する[10]に記載の有機電界発光素子。
[12] 前記有機層が、正孔注入層、正孔輸送層および発光層を有し、正孔注入層、正孔輸送層及び発光層の全てが湿式成膜法により形成される[9]ないし[11]のいずれかに記載の有機電界発光素子。
本発明の有機化合物は、高い正孔輸送能、高い非晶質性を有し、穏和な条件で不溶化が可能で、保存安定性にも優れる。また、この有機化合物は湿式成膜法に適しており、この有機化合物を用いて有機電界発光素子の有機層を湿式成膜法で形成することが可能となる。
また、この有機化合物を含む有機電界発光素子用組成物を用いて、湿式成膜法により形成される有機電界発光素子は、大面積化が可能である。
また、この有機化合物を含む有機電界発光素子用組成物を用いて、有機溶剤に不溶な有機薄膜を形成することも可能であり、有機電界発光素子の湿式成膜法による積層化が容易となる。
このような本発明の有機化合物を含む有機電界発光素子によれば、高い効率で発光させることが可能となり、かつ素子の安定性、特に駆動安定性が向上する。
本発明の有機化合物は、優れた製膜性、電荷輸送性、発光特性、耐熱性から、素子の層構成に合わせて、正孔注入材料、正孔輸送材料、発光材料、ホスト材料、電子注入材料、電子輸送材料などとしても適用可能である。
本発明の有機化合物を含む有機電界発光素子は、フラットパネル・ディスプレイ(例えばOAコンピュータ用や壁掛けテレビ)、車載表示素子、携帯電話表示や面発光体としての特徴を生かした光源(例えば、複写機の光源、液晶ディスプレイや計器類のバックライト光源)、表示板、標識灯への応用が考えられ、その技術的価値は大きいものである。
なお、本発明の有機化合物は、本質的に優れた耐酸化還元安定性を有することから、有機電界発光素子に限らず、電子写真感光体にも有用である。
以下に本発明の有機化合物、有機電界発光素子材料、有機電界発光素子用組成物、高分子化合物および有機電界発光素子の実施の形態を詳細に説明するが、以下に記載する構成要件の説明は、本発明の実施態様の一例(代表例)であり、本発明はその要旨を超えない限り、これらの内容に特定されない。
[有機化合物]
本発明の有機化合物は、下記式(I)で表される。
Figure 0005298524
〔式(I)中、nは0、1または2を表す。
およびTは、各々独立に架橋基を表す。
〜Gは、各々独立に、フェニレン基、−O−基、−C(=O)−基および−CH−基からなる群から選ばれる基を1〜30個連結してなる2価の基を表す。尚、フェニレン基および−CH−基は、置換基を有していてもよい。ただし、GおよびGは、各々独立に、少なくとも1個の該−CH−基を含む基である。
、Aは、各々独立に、下記式(I−1)で表される2価の基を表す。
Figure 0005298524
(式(I−1)中、mは0または1を表す。
Ar〜Ar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置換基を有していてもよい芳香族複素環基を表す。ただし、Aにおける式(I−1)において、ArとArは同一ではない。また、一分子中に複数Ar〜Arがそれぞれ存在する場合にはAr〜Arは同一であっても異なっていてもよい。)
n=2のとき、2個のGおよびAは、それぞれ同一であっても異なっていてもよい。〕
[1]構造上の特徴
本発明の有機化合物は、非対称の芳香族アミン部位を有し、芳香族アミン部位と架橋基との間にスペーサ基を有するため、保存安定性に優れ、高い正孔輸送能を有し、高い非晶質性を有し、湿式成膜法により形成した膜を穏和な条件で有機溶媒に不溶とすることが可能である。
[2]分子量範囲
本発明の有機化合物の分子量は、通常5000以下、好ましくは2000以下であり、また通常400以上、好ましくは500以上である。分子量がこの上限値を超えると、不純物の高分子量化によって精製が困難となる場合があり、また分子量がこの下限値を下回ると、ガラス転移温度および、融点、気化温度などが低下するため、耐熱性が著しく損なわれるおそれがある。
[3]n
上記式(I)におけるnは0、1又は2を表す。
n=0であることが、有機化合物が動きやすく、架橋反応が促進され、不溶化しやすいため好ましい。
n=1または2であることが、正孔輸送性がさらに高められるため好ましい。
[4]T、T
上記式(I)におけるT,Tは、それぞれ独立に、架橋基を表す。
,Tは、熱や光などの電磁エネルギーにより、互いに結合を形成し得る基であれば特に制限されないが、不飽和二重結合、環状エーテル、ベンゾシクロブタンなどを含む基が好ましい。
特に、架橋基が下記架橋基群Tから選ばれる基であることが、不溶化しやすいため、好ましい。
<架橋基群T>
Figure 0005298524
(式中、R〜Rは、各々独立に、水素原子又はアルキル基を表す。
Ar11は置換基を有してもよい芳香族炭化水素基または置換基を有してもよい芳香族複素環基を表す。)
〜Rのアルキル基として好ましくは、炭素数1〜20のアルキル基が挙げられ、さらに好ましくは炭素数1〜10、特に好ましくは炭素数1〜3のアルキル基である。
Ar11の芳香族炭化水素基および芳香族複素環基としては、後述のAr〜Arが芳香族炭化水素基または芳香族複素環基である場合の具体例と同様である。また、その置換基としては、後述のAr〜Arの置換基の具体例に記載の基が挙げられる。
とりわけ、架橋基が下記架橋基群T’から選ばれる基であることが、電気化学的耐久性に優れるため、好ましい。
<架橋基群T’>
Figure 0005298524
[5]G〜G
上記式(I)におけるG〜Gは、各々独立に、フェニレン基、−O−基、−C(=O)−基および−CH−基からなる群から選ばれる基を1〜30個連結してなる2価の基を表す。尚、フェニレン基および−CH−基は、置換基を有していてもよい。ただし、GおよびGは、各々独立に、少なくとも1個の該−CH−基を含む基である。
フェニレン基および−CH−基が有していてもよい置換基の具体例は、下記のAr〜Arの置換基の具体例が挙げられるが、直鎖または分岐の炭素数1〜20のアルキル基が好ましい。
、Gは、不溶化を促進する点、電気化学的安定性に優れる点から、−CH−基を2〜15個連結してなる2価の基、−CH−基を2〜12個と、連続しない−O−基を1〜3個連結してなる2価の基が好ましい。特に、電気化学的安定性に優れる点、正孔輸送性に優れる点から、芳香族アミン部位(A、A)に連結する基は−O−基であることが好ましい。
また、不溶化しやすいことから、G、Gは、−O−基、−C(=O)−基または(置換基を有していてもよい)−CH−基から選ばれる基を任意の順番で4〜10個連結してなる2価の基であることが好ましい。
またはGに(置換基を有していてもよい)−CH−基が存在しない場合や、GまたはG自体が存在しない場合、架橋基の動きが制限され、架橋反応が進行しにくく、不溶化しにくい。
また、GまたはGが長すぎる場合、架橋反応が進行した後も、Gが溶媒和されて有機溶媒に溶解するおそれがある。
は、電気化学的安定性に優れる点から、−O−基、置換基を有してもよい−O−(CH−O−基、置換基を有してもよい−(CH−基が好ましい(rは2〜6の整数を表す)。−O−(CH−O−基、−(CH−基の置換基としては直鎖または分岐の炭素数1〜20のアルキル基が好ましい。
は、正孔輸送能がさらに向上する点、耐熱性に優れる点から、−O−基であることが特に好ましい。
なお、r=2であるとき、2つのGは、互いに同一であっても異なってもよいが、製造が容易であることから、同一であることが好ましい。
[6]A、A
上記式(I)におけるA,Aは、それぞれ独立に、下記式(I−1)で表される2価の基(芳香族アミン部位)を表す。
Figure 0005298524
(式(I−1)中、mは0または1を表す。
Ar〜Ar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置換基を有していてもよい芳香族複素環基を表す。ただし、Aにおける式(I−1)において、ArとArは同一ではない。また、一分子中に複数Ar〜Arがそれぞれ存在する場合にはAr〜Arは同一であっても異なっていてもよい。)
式(I−1)において、n=1であるとき、Aは、Aと同一であっても異なってもよい。対称性がさらに低下し、非晶質で平坦な薄膜が得られることから、Aは、Aと異なることが好ましい。製造が容易であること、正孔輸送能がさらに向上することから、Aは、Aと同一であることが好ましい。
また、n=2であるとき、2つのAは、互いに同一であっても異なってもよい。製造が容易であることから、Gに結合するAは、Aと同一であることが好ましい。
また、Aにおいて、上記式(I−1)のArとArは同一ではない。
ここで、ArとArとが同一ではないとは、ArとArとで芳香族炭化水素基または芳香族複素環基が異なることのみを意味するのではなく、ArとArの芳香族炭化水素基または芳香族複素環基が同一であっても、異なる置換基を有している場合や、また置換基が同一であってもその置換位置が異なる場合、即ち、他の置換基との結合手の位置が異なる場合は、ArとArとは同一ではないと定義される。即ち、ArとArとで、芳香族炭化水素基または芳香族複素環基が同一であり、また同一の置換基が置換している場合であって、例えば、Arの置換基の置換位置が式(I−1)における窒素原子(N−Ar)との置換位置に対してパラ位であり、Arの置換基の置換位置が窒素原子(N−ArまたはN−Ar)との置換位置に対してメタ位またはオルト位であれば、ArとArとは同一ではない。従って、例えば、式(I),(I−1)において、n=0,m=0で、本発明の有機化合物が
−G−Ar−N(−Ar)−Ar−G−T
で表される場合、ArとArとが共にフェニレン基であっても、Arに置換する−G−T基が−N(−Ar)に対してパラ位であり、Arに置換する−G−T基が−(N−Ar)に対してメタ位であれば、ArとArとは異なる。
において、ArとArとが同一でないことにより、本発明の有機化合物の対称性が低下し、非晶質で平坦な薄膜が得られるようになる。
におけるArとArは同一であっても異なってもよいが、AにおけるArとArは、Aにおけると同様に同一ではないことが、対称性がさらに低下し、非晶質で平坦な薄膜が得られることから好ましい。
式(I−1)において、Ar〜Ar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置換基を有していてもよい芳香族複素環基を表す。
Ar〜Arの置換基を有していてもよい芳香族炭化水素基としては、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価または2価の基が挙げられる。
置換基を有していてもよい芳香族複素環基としては、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価または2価の基が挙げられる。
電気化学的安定性の点から、Ar〜Arは、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、チオフェン環、ピリジン環からなる群より選ばれる環由来の1価または2価の基、および、前記群から選ばれる1種または2種以上の環を直接結合により連結した2価の基が好ましく、フェニレン基、ビフェニレン基、ターフェニレン基、ナフチレン基がさらに好ましい。特に、置換基を有していてもよいフェニレン基または置換基を有していてもよいフェニレン基が複数個連結された基(例えば、ビフェニレン基、ターフェニレン基等)であること、すなわち、下記式(IV)で表されるフェニレン基、又は、フェニレン基を直接結合により連結した2価の基、またはこの2価基に対応する1価の基であることが特に好ましい。
Figure 0005298524
(式(IV)中、pは自然数を表し、1〜3が好ましい。式(II)中のベンゼン環は任意の置換基を有していてもよいが、置換基を有していないことが好ましい。〕
Ar〜Arの芳香族炭化水素基または芳香族複素環基が有していてもよい置換基としては以下のものが挙げられる。
<Ar〜Arの置換基の具体例>
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、ブトキシ基などが挙げられる。)
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挙げられる。)
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挙げられる。)
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挙げられる。)
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挙げられる。)
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挙げられる。)
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挙げられる。)
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挙げられる。)
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、トシル基などが挙げられる。)
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挙げられる。)
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挙げられる。)
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挙げられる。)
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価の基が挙げられる。)
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。)
また、上記置換基がさらに置換基を有する場合、その置換基としては、上記例示置換基が挙げられる。
[7]例示
以下に、本発明の有機化合物として好ましい具体的な例を示すが、本発明はこれらに限定されるものではない。
まず、−A−(G−A−の具体例を示す。
Figure 0005298524
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これらのうち、−A−(G−A−として好ましくは次のものが挙げられる。
Figure 0005298524
Figure 0005298524
Figure 0005298524
次に、T−G−、T−G−の具体例を示す。
Figure 0005298524
Figure 0005298524
Figure 0005298524
Figure 0005298524
これらのうち、T−G−、T−G−として好ましくは次のものが挙げられる。
Figure 0005298524
前記式(I)で表される本発明の有機化合物の具体例としては、次のようなものが挙げられる。
Figure 0005298524
Figure 0005298524
[8]合成法
本発明の有機化合物は、目的とする化合物の構造に応じて原料を選択し、公知の手法を用いて合成することができる。
例えば、下記反応式に示すように、芳香族1級アミンまたは芳香族2級アミンと芳香族ハロゲン化物とを反応させることを繰り返すことにより本発明の有機化合物が得られる。芳香族1級アミンまたは芳香族2級アミンと芳香族ハロゲン化物との反応は、例えば、塩基存在下、パラジウム触媒または銅触媒を用いることで進行する。
Figure 0005298524
(上記反応式において、T11,T12はT,Tに、G11〜G13はG〜Gに、Ar21〜Ar26はAr〜Arにそれぞれ対応する。Xはハロゲン原子である。)
上記反応式では、連結基及び架橋基(−G11−T11など)を、芳香族1級アミンまたは芳香族2級アミンと芳香族ハロゲン化物に結合させた後、芳香族3級アミン部位を形成しているが、もちろん、芳香族3級アミン部位を形成した後に、連結基及び架橋基(−G11−T11など)を結合させてもよい。
その他、公知のカップリング反応が使用可能である。公知のカップリング手法としては、具体的には、「PalladIum In HeterocyclIc ChemIstry:A guIde for the SynthetIc ChemIst」(第二版、2002、JIe Jack LI and Gordon W.GrIbble、Pergamon社)、「遷移金属が拓く有機合成 その多彩な反応形式と最新の成果」(1997年、辻二郎、化学同人社)、「ボルハルト・ショアー現代有機化学 下」(2004年、K.P.C.Vollhardt、化学同人社))などに記載または引用されている、ハロゲン化アリールとアリールボレートとのカップリング反応などの、環同士の結合(カップリング)反応)を用いることができる。
化合物の精製方法としては、「分離精製技術ハンドブック」(1993年、(財)日本化学会編)、「化学変換法による微量成分および難精製物質の高度分離」(1988年、(株)アイ ピー シー発行)、あるいは「実験化学講座(第4版)1」(1990年、(財)日本化学会編)の「分離と精製」の項に記載の方法をはじめとし、公知の技術を利用可能である。具体的には、抽出(懸濁洗浄、煮沸洗浄、超音波洗浄、酸塩基洗浄を含む)、吸着、吸蔵、融解、晶析(溶媒からの再結晶、再沈殿を含む)、蒸留(常圧蒸留、減圧蒸留)、蒸発、昇華(常圧昇華、減圧昇華)、イオン交換、透析、濾過、限外濾過、逆浸透、圧浸透、帯域溶解、電気泳動、遠心分離、浮上分離、沈降分離、磁気分離、各種クロマトグラフィー(形状分類:カラム、ペーパー、薄層、キャピラリー、移動相分類:ガス、液体、ミセル、超臨界流体。分離機構:吸着、分配、イオン交換、分子ふるい、キレート、ゲル濾過、排除、アフィニティー)などが挙げられる。
生成物の確認や純度の分析方法としては、ガスクロマトグラフ(GC)、高速液体クロマトグラフ(HPLC)、高速アミノ酸分析計(有機化合物)、キャピラリー電気泳動測定(CE)、サイズ排除クロマトグラフ(SEC)、ゲル浸透クロマトグラフ(GPC)、交差分別クロマトグラフ(CFC)、質量分析(MS、LC/MS,GC/MS,MS/MS)、核磁気共鳴装置(NMR(1HNMR,13CNMR))、フーリエ変換赤外分光高度計(FT−IR)、紫外可視近赤外分光高度計(UV.VIS,NIR)、電子スピン共鳴装置(ESR)、透過型電子顕微鏡(TEM−EDX)電子線マイクロアナライザー(EPMA)、金属元素分析(イオンクロマトグラフ、誘導結合プラズマ−発光分光(ICP−AES)原子吸光分析(AAS)、蛍光X線分析装置(XRF))、非金属元素分析、微量成分分析(ICP−MS,GF−AAS,GD−MS)等を必要に応じ、適用可能である。
[有機電界発光素子材料]
本発明の有機電界発光素子材料は、本発明の有機化合物からなるものであり、主に後述の有機電界発光素子用組成物に用いられる。
[高分子化合物]
本発明の高分子化合物は、本発明の有機化合物を重合させて得られるものであり、例えば、後述の本発明の有機電界発光素子の製造において、本発明の有機電界発光素子用組成物を用いて形成される。
[有機電界発光素子用組成物]
本発明の有機電界発光素子用組成物は、陽極と陰極とに挟持された有機層を有する有機電界発光素子において、通常、該有機層を湿式成膜法により形成する際の塗布液として用いられる。本発明の有機電界発光素子用組成物は、該有機層のうち、正孔輸送層を形成するために用いられることが好ましい。
なお、ここでは、有機電界発光素子における陽極−発光層間の層が1つの場合には、これを「正孔輸送層」と称し、2つ以上の場合は、陽極に接している層を「正孔注入層」、それ以外の層を総称して「正孔輸送層」と称す。また、陽極−発光層間に設けられた層を総称して「正孔注入・輸送層」と称する場合がある。
本発明の有機電界発光素子用組成物は、前記本発明の有機化合物を含有することを特徴とするが、通常、さらに溶媒を含有する。
該溶媒は、本発明の有機化合物を溶解するものが好ましく、通常、有機化合物を0.05重量%以上、好ましくは0.5重量%以上、さらに好ましくは1重量%以上溶解する溶媒である。
なお、本発明の有機電界発光素子用組成物は、本発明の有機化合物の1種のみを含むものであってもよく、2種以上を含むものであってもよい。
本発明の有機電界発光素子用組成物は、本発明の有機化合物を通常0.01〜50重量%含有し、好ましくは0.05〜20重量%含有し、さらに好ましくは0.1〜10重量%含有する。
また、本発明の有機電界発光素子用組成物は、必要に応じ、電子受容性化合物や、後述の正孔輸送層の溶解性を低下させ、正孔輸送層上へ他の層を塗布することを可能とする架橋反応を促進するための添加物等の添加剤を含んでいてもよい。この場合は、溶媒としては、本発明の有機化合物と添加剤の双方を0.05重量%以上、好ましくは0.5重量%以上、さらに好ましくは1重量%以上溶解する溶媒を使用することが好ましい。
本発明の有機電界発光素子用組成物に含まれる、本発明の有機化合物の架橋反応を促進する添加物としては、アルキルフェノン化合物、アシルホスフィンオキサイド化合物、メタロセン化合物、オキシムエステル化合物、アゾ化合物、オニウム塩などの重合開始剤や重合促進剤、縮合多環炭化水素、ポルフィリン化合物、ジアリールケトン化合物などの光増感剤等が挙げられる。これらは1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
また、本発明の有機電界発光素子用組成物に含まれる電子受容性化合物としては、本発明の有機電界発光素子の正孔注入層に含有される電子受容性化合物として後述したものの1種または2種以上を使用することができる。
本発明の有機電界発光素子用組成物に含有される溶媒としては、特に制限されるものではないが、本発明の有機化合物を溶解させる必要があることから、好ましくは、トルエン、キシレン、メチシレン、シクロヘキシルベンゼン等の芳香族化合物;1,2−ジクロロエタン、クロロベンゼン、o−ジクロロベンゼン等の含ハロゲン溶媒;エチレングリコールジメチルエーテル、エチレングリコールジエチルエーテル、プロピレングリコール−1−モノメチルエーテルアセタート(PGMEA)等の脂肪族エーテル、1,2−ジメトキシベンゼン、1,3−ジメトキシベンゼン、アニソール、フェネトール、2−メトキシトルエン、3−メトキシトルエン、4−メトキシトルエン、2,3−ジメチルアニソール、2,4−ジメチルアニソール等の芳香族エーテル等のエーテル系溶媒;酢酸エチル、酢酸n−ブチル、乳酸エチル、乳酸n−ブチル等の脂肪族エステル;酢酸フェニル、プロピオン酸フェニル、安息香酸メチル、安息香酸エチル、安息香酸イソプロピル、安息香酸プロピル、安息香酸n−ブチル等のエステル系溶媒等の有機溶媒が挙げられる。これらは1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
本発明の有機電界発光素子用組成物に含有される溶媒の組成物中の濃度は、通常10重量%以上、好ましくは50重量%以上、より好ましくは80重量%以上である。
なお、水分は有機電界発光素子の性能劣化、中でも特に連続駆動時の輝度低下を促進する可能性があることが広く知られており、塗膜中に残留する水分をできる限り低減するために、これらの溶媒の中でも、25℃における水の溶解度が1重量%以下であるものが好ましく、0.1重量%以下である溶媒がより好ましい。
本発明の有機電界発光素子用組成物に含有される溶媒として、20℃における表面張力が40dyn/cm未満、好ましくは36dyn/cm以下、より好ましくは33dyn/cm以下である溶媒が挙げられる。
即ち、本発明の有機化合物を含有する層を湿式成膜法により形成する場合、下地との親和性が重要である。膜質の均一性は有機電界発光素子の発光の均一性、安定性に大きく影響するため、湿式成膜法に用いる塗布液には、よりレベリング性が高く均一な塗膜を形成しうるように表面張力が低いことが求められる。このような溶媒を使用することにより、本発明の有機化合物を含有する均一な層を形成することができる。
このような低表面張力の溶媒の具体例としては、前述したトルエン、キシレン、メチシレン、シクロヘキシルベンゼン等の芳香族系溶媒、安息香酸エチル等のエステル系溶媒、アニソール等のエーテル系溶媒、トリフルオロメトキシアニソール、ペンタフルオロメトキシベンゼン、3−(トリフルオロメチル)アニソール、エチル(ペンタフルオロベンゾエート)等が挙げられる。
これらの溶媒の組成物中の濃度は、通常10重量%以上、好ましくは30重量%以上、より好ましくは50重量%以上である。
本発明の有機電界発光素子用組成物に含有される溶媒としてはまた、25℃における蒸気圧が10mmHg以下、好ましくは5mmHg以下で、通常0.1mmHg以上の溶媒が挙げられる。このような溶媒を使用することにより、有機電界発光素子を湿式成膜法により製造するプロセスに好適な、また、本発明の有機化合物の性質に適した組成物を調製することができる。このような溶媒の具体例としては、前述したトルエン、キシレン、メチシレン等の芳香族系溶媒、エーテル系溶媒およびエステル系溶媒が挙げられる。これらの溶媒の組成物中の濃度は、通常10重量%以上、好ましくは30重量%以上、より好ましくは50重量%以上である。
本発明の有機電界発光素子用組成物に含有される溶媒として、25℃における蒸気圧が2mmHg以上、好ましくは3mmHg以上、より好ましくは4mmHg以上(但し、上限は好ましくは10mmHg以下である。)である溶媒と、25℃における蒸気圧が2mmHg未満、好ましくは1mmHg以下、より好ましくは0.5mmHg以下である溶媒との混合溶媒が挙げられる。このような混合溶媒を使用することにより、湿式製膜法により本発明の有機化合物、更には電子受容性化合物を含む均質な層を形成することができる。このような混合溶媒の組成物中の濃度は、通常10重量%以上、好ましくは30重量%以上、より好ましくは50重量%以上である。
有機電界発光素子は、多数の有機化合物からなる層を積層して形成するため、膜質が均一であることが非常に重要である。湿式成膜法で層形成する場合、その材料や、下地の性質によって、スピンコート法、スプレー法などの塗布法や、インクジェット法、スクリーン法などの印刷法等、公知の成膜方法が採用できる。例えばスプレー法は、凹凸のある面への均一な膜形成に有効であるため、パターニングされた電極や画素間の隔壁による凹凸が残る面に、有機化合物からなる層を設ける場合に、好ましい。スプレー法による塗布の場合、ノズルから塗布面へ噴射された塗布液の液滴はできる限り小さい方が 、均一な膜質が得られるため好ましい。そのためには、塗布液に蒸気圧の高い溶剤を混合し、塗布雰囲気中において噴射後の塗布液滴から溶剤の一部が揮発することにより、基板に付着する直前に細かい液滴が生成する状態が好ましい。また、より均一な膜質を得るためには、塗布直後に基板上に生成した液膜がレベリングする時間を確保することが必要で、この目的を達成するためにはより乾燥の遅い溶剤、すなわち蒸気圧の低い溶剤をある程度含有させる手法が用いられる。
具体例としては、25℃における蒸気圧が2mmHg以上10mmHg以下である溶媒としては、例えば、キシレン、アニソール、シクロヘキサノン、トルエン等の有機溶媒が挙げられる。25℃における蒸気圧が2mmHg未満である溶媒としては、安息香酸エチル、安息香酸メチル、テトラリン、フェネトール等が挙げられる。
混合溶媒の比率は、25℃における蒸気圧が2mmHg以上である溶媒が、混合溶媒総量中、5重量%以上、好ましくは25重量%以上、但し50重量%未満であり、25℃における蒸気圧が2mmHg未満である溶媒が、混合溶媒総量中、30重量%以上、好ましくは50重量%以上、特に好ましくは75重量%以上、但し、95重量%未満である。
なお、有機電界発光素子は、多数の有機化合物からなる層を積層して形成するため、各層がいずれも均一な層であることが要求される。湿式成膜法で層形成する場合、層形成用の溶液(組成物)に水分が混入することにより、塗膜に水分が混入して膜の均一性が損なわれるおそれがあるため、溶液中の水分含有量はできるだけ少ない方が好ましい。具体的には、有機電界発光素子組成物中に含まれる水分量は、好ましくは1重量%以下、より好ましくは0.1重量%以下、さらに好ましくは0.05重量%以下である。
また、一般に、有機電界発光素子は、陰極等の水分により著しく劣化する材料が多く使用されているため、素子の劣化の観点からも、水分の存在は好ましくない。溶液中の水分量を低減する方法としては、例えば、窒素ガスシール、乾燥剤の使用、溶媒を予め脱水する、水の溶解度が低い溶媒を使用する等が挙げられる。なかでも、水の溶解度が低い溶媒を使用する場合は、塗布工程中に、溶液塗膜が大気中の水分を吸収して白化する現象を防ぐことができるため好ましい。
この様な観点からは、本発明の有機電界発光素子用組成物は、例えば25℃における水の溶解度が1重量%以下(好ましくは0.1重量%以下)である溶媒を、該組成物中10重量%以上含有することが好ましい。なお、上記溶解度条件を満たす溶媒が30重量%以上であればより好ましく、50重量%以上であれば特に好ましい。
なお、本実施の形態が適用される有機電界発光素子用組成物に含有される溶媒として、前述した溶媒以外にも、必要に応じて、各種の他の溶媒を含んでいてもよい。このような他の溶媒としては、例えば、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド等のアミド類;ジメチルスルホキシド等がある。
また、本発明の有機電界発光素子用組成物は、レベリング剤や消泡剤等の塗布性改良剤などの各種添加剤を含んでいてもよい。
[成膜方法]
前述の如く、有機電界発光素子は、多数の有機化合物からなる層を積層して形成するため、膜質が均一であることが非常に重要である。湿式成膜法で層形成する場合、その材料や、下地の性質によって、スピンコート法、スプレー法などの塗布法や、インクジェット法、スクリーン法などの印刷法等、公知の成膜方法が採用できる。
湿式成膜法を用いる場合、本発明の有機化合物および必要に応じて用いられるその他の成分(電子受容性化合物、架橋反応を促進する添加物や塗布性改良剤等)を、適切な溶媒に溶解させ、上記有機電界発光素子用組成物を調製する。この組成物を、スピンコート法やディップコート法等の手法により、形成する層の下層に該当する層上に塗布し、乾燥することにより、本発明の有機化合物を含有する層を形成する。
通常、本発明の有機電界発光素子用組成物を用いて形成される層は、正孔輸送層として用いられる。そのため、通常は、この層は正孔注入層上に形成されるか、陽極上に形成される。
また、本発明の有機電界発光素子用組成物を用いて形成された層に引き続き発光層を形成するためには、発光層成膜用の塗布組成物に、形成された正孔輸送層が溶解しないことが好ましい。このため、本発明の有機電界発光素子用組成物を成膜後、加熱および/または光などの電磁エネルギー照射により、本発明の有機化合物が架橋反応を起こし、反応後の膜の溶解性を低下させることが好ましい。
加熱の手法は特に限定されないが、例としては加熱乾燥、減圧乾燥等が挙げられる。加熱乾燥の場合の条件としては、通常120℃以上、好ましくは400℃以下に本発明の有機電界発光素子用組成物を用いて形成された層を加熱する。加熱時間としては、通常1分以上、好ましくは24時間以下である。加熱手段としては特に限定されないが、形成された層を有する積層体をホットプレート上に載せたり、オーブン内で加熱するなどの手段が用いられる。例えば、ホットプレート上で120℃以上、1分間以上加熱する等の条件を用いることができる。
光などの電磁エネルギー照射による場合には、超高圧水銀ランプ、高圧水銀ランプ、ハロゲンランプ、赤外ランプ等の紫外・可視・赤外光源を直接用いて照射する方法、あるいは前述の光源を内蔵するマスクアライナ、コンベア型光照射装置を用いて照射する方法などが挙げられる。光以外の電磁エネルギー照射では、例えばマグネトロンにより発生させたマイクロ波を照射する装置、いわゆる電子レンジを用いて照射する方法が挙げられる。
照射時間としては、膜の溶解性を低下させるために必要な条件を設定することが好ましいが、通常、0.1秒以上、好ましくは10時間以下照射される。
加熱および光などの電磁エネルギー照射は、それぞれ単独、あるいは組み合わせて行ってもよい。組み合わせる場合、実施する順序は特に限定されない。
加熱および光を含む電磁エネルギー照射は、実施後に層に含有する水分および/または表面に吸着する水分の量を低減するために、窒素ガス雰囲気等の水分を含まない雰囲気で行うことが好ましい。同様の目的で、加熱および/または光などの電磁エネルギー照射を組み合わせて行う場合には、少なくとも有機発光層の形成直前の工程を窒素ガス雰囲気等の水分を含まない雰囲気で行うことが特に好ましい。
[有機電界発光素子]
本発明の有機電界発光素子は、基板上に陽極および陰極を有するとともに、陽極と陰極との間に有機層を有し、好ましくは有機層が複数の有機層を積層してなる積層型の構造である。そして、複数の有機層のうちの何れかの有機層、好ましくは正孔輸送層が、上述の本発明の有機化合物を含有する層であるか、または本発明の高分子化合物を含有する層であるか、或いは本発明の有機化合物を含有する有機電界発光素子用組成物を用いて形成される。
図1は、本発明の有機電界発光素子の構造の一例を模式的に示す断面図である。図1に示す有機電界発光素子は、基板1の上に、陽極2、正孔注入層3、正孔輸送層4、有機発光層5、正孔阻止層6,電子注入層7および陰極8を、この順に積層して構成される。この構成の場合、通常は正孔輸送層4が上述の本発明の有機化合物含有層に該当することになる。
[1]基板
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。
[2]陽極
陽極2は、後述する有機発光層側の層(正孔注入層3または有機発光層5など)への正孔注入の役割を果たすものである。この陽極2は、通常、アルミニウム、金、銀、ニッケル、パラジウム、白金等の金属、インジウムおよび/またはスズの酸化物などの金属酸化物、ヨウ化銅などのハロゲン化金属、カーボンブラック、或いは、ポリ(3−メチルチオフェン)、ポリピロール、ポリアニリン等の導電性高分子などにより構成される。陽極2の形成は通常、スパッタリング法、真空蒸着法などにより行われることが多い。また、銀などの金属微粒子、ヨウ化銅などの微粒子、カーボンブラック、導電性の金属酸化物微粒子、導電性高分子微粉末などの場合には、適当なバインダー樹脂溶液に分散し、基板1上に塗布することにより陽極2を形成することもできる。更に、導電性高分子の場合は、電解重合により直接基板1上に薄膜を形成したり、基板1上に導電性高分子を塗布して陽極2を形成することもできる(Applied Physics Letters,1992年,Vol.60,pp.2711参照)。陽極2は異なる物質で積層して形成することも可能である。
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く、この場合、厚みは、通常5nm以上、好ましくは10nm以上、また、通常1000nm以下、好ましくは500nm以下の範囲である。不透明で良い場合、陽極2は基板1と同一でもよい。また、更には上記の陽極2の上に異なる導電材料を積層することも可能である。
なお、陽極に付着した不純物を除去し、イオン化ポテンシャルを調整して正孔注入性を向上させることを目的として、陽極表面を紫外線(UV)/オゾン処理したり、酸素プラズマ、アルゴンプラズマ処理することが好ましい。また、正孔注入の効率を更に向上させ、かつ、有機層全体の陽極への付着力を改善させる目的で、正孔注入層3と陽極2との間に公知の陽極バッファ層を挿入してもよい。
[3]正孔注入層
正孔注入層3は、陽極2から有機発光層5へ正孔を輸送する層である。通常はこの正孔注入層3が、陽極2上に形成される。よって、正孔注入層3は、好ましくは正孔注入性化合物および電子受容性化合物を含有して構成されることになる。更に、正孔注入層3は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、その他の成分を含有していてもよい。
正孔注入層3を陽極2上に形成する手法としては、湿式成膜法、真空蒸着法が挙げられるが、上述したように、均質で欠陥がない薄膜を容易に得られる点や、形成のための時間が短くて済む点から、湿式成膜法が好ましい。また、陽極2として一般的に用いられるITO(インジウム・スズ酸化物)は、その表面が10nm程度の表面粗さ(Ra)を有するのに加えて、局所的に突起を有することが多く、短絡欠陥を生じ易いという課題があった。陽極2の上の正孔注入層3を湿式成膜法により形成することは、真空蒸着法で形成する場合と比較して、陽極2表面の凹凸に起因する素子の欠陥の発生を低減するという利点をも有する。
正孔注入性化合物としての芳香族アミン化合物としては、トリアリールアミン構造を含む化合物が好ましく、従来有機電界発光素子における正孔注入層の形成材料として利用されてきた化合物の中から適宜選択してもよい。芳香族アミン化合物として、例えば、下記一般式(1)で表されるビナフチル系化合物が挙げられる。
Figure 0005298524
一般式(1)中、Ar〜Arは各々独立に、置換基を有していてもよい5または6員環の芳香族炭化水素環または芳香族複素環の単環基または縮合環基であり、ArとAr、ArとArは、各々結合して環を形成していてもよい。W1およびW2は各々0〜4の整数を表し、W1+W2≧1である。XおよびXは各々独立に、直接結合または2価の連結基を表す。また、一般式(1)中のナフタレン環は、−(XNArAr)および−(XNArAr)に加えて、任意の置換基を有していてもよい。
一般式(1)中、Ar〜Arの置換基を有していてもよい5または6員環の芳香族炭化水素環または芳香族複素環の単環基または縮合環基としては、各々独立に、例えば5または6員環の単環または2〜3縮合環であり、具体的には、フェニル基、ナフチル基、アントリル基等の芳香族炭化水素環由来の基;ピリジル基、チエニル基等の芳香族複素環由来の基が挙げられる。これらはいずれも置換基を有していてもよい。
Ar〜Arの有することがある置換基としては、Ar〜Arが有することがある置換基として後述するもの、および、アリールアミノ基(即ち、後述の−(NArAr),−(NArAr)に相当する)が挙げられる。
また、ArとAr、および/または、ArとArは、各々結合して環を形成していてもよい。この場合、形成する環の具体例としては、それぞれ、置換基を有することがあるカルバゾール環、フェノキサジン環、イミノスチルベン環、フェノチアジン環、アクリドン環、アクリジン環、イミノジベンジル環等が挙げられる。中でもカルバゾール環が好ましい。
一般式(1)において、W1およびW2は各々0〜4の整数を表し、W1+W2≧1である。特に好ましいものは、W1=1かつW2=1である。なお、W1および/またはW2が2以上の場合のアリールアミノ基は、各々同一であっても異なっていても良い。
およびXは各々独立に直接結合または2価の連結基を表す。2価の連結基としては特に制限はないが、例えば、下記に示すもの等が挙げられる。XおよびXとして、直接結合が特に好ましい。
Figure 0005298524
一般式(1)におけるナフタレン環は、−(XNArAr)および−(XNArAr)に加えて、任意の位置に任意の置換基を1個または2個以上有していてもよい。このような置換基として好ましいものは、ハロゲン原子、水酸基、置換基を有していてもよいアルキル基、置換基を有していてもよいアルコキシ基、置換基を有していてもよいアルケニル基、置換基を有していてもよいアルコキシカルボニル基よりなる群から選ばれる1種または2種以上の置換基である。これらのうち、アルキル基が特に好ましい。
一般式(1)で表されるビナフチル系化合物として、下記一般式(1−1)で表されるように、ArおよびArが、更にそれぞれアリールアミノ基で置換されたビナフチル系化合物が好ましい。
Figure 0005298524
(一般式(1−1)中、Ar〜Arは各々独立に、置換基を有していてもよい5または6員環の芳香族炭化水素環または芳香族複素環の単環基または縮合環基を表し、ArとAr、ArとArは各々結合して環を形成していてもよい。W1およびW2は一般式(1)におけるのと同義である。XおよびXは一般式(1)におけるのと同義である。)
一般式(1−1)中のナフタレン環は、ナフタレン環にそれぞれ結合したアリールアミノ基を含む置換基−(XNArArNArAr)および−(XNArArNArAr)に加えて、任意の置換基を有していてもよい。また、これらの置換基−(XNArArNArAr)および−(XNArArNArAr)は、ナフタレン環のいずれの置換位置に置換基を有していてもよい。中でも、一般式(1−1)におけるナフタレン環の、各々4−位、4’−位に置換したビナフチル系化合物がより好ましい。
また、正孔注入性化合物として使用する、分子中に正孔輸送部位を有する高分子化合物としては、例えば芳香族三級アミノ基を構成単位として主骨格に含む高分子化合物が挙げられる。具体例として、以下の一般式(2)で表される構造を繰り返し単位として有する正孔注入性化合物が挙げられる。
Figure 0005298524
(式(2)中、Ar44〜Ar48は、各々独立して置換基を有していてもよい2価の芳香族環基を示し、R31〜R32は、各々独立して置換基を有していてもよい1価の芳香族環基を示し、Qは直接結合、または下記の連結基から選ばれる。なお、「芳香族環基」とは、「芳香族炭化水素環由来の基」および「芳香族複素環由来の基」の両方を含む。)
Figure 0005298524
(式(3)中、Ar49は置換基を有していてもよい2価の芳香族環基を示し、Ar50は置換基を有していてもよい1価の芳香族環基を示す。)
一般式(2)において、Ar44〜Ar48は、好ましくは、各々独立して置換基を有していてもよい2価のベンゼン環、ナフタレン環、アントラセン環由来の基またはビフェニル基であり、好ましくはベンゼン環由来の基である。前記置換基としてはハロゲン原子;メチル基、エチル基等の炭素数1〜6の直鎖または分岐のアルキル基;ビニル基等のアルケニル基;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2〜7の直鎖または分岐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の直鎖または分岐のアルコキシ基;フェノキシ基、ベンジルオキシ基などの炭素数6〜12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、炭素数1〜6のアルキル鎖を有するジアルキルアミノ基、などが挙げられる。これらのうち、好ましくは炭素数1〜3のアルキル基が挙げられ、特に好ましくはメチル基が挙げられる。Ar44〜Ar48がいずれも無置換の芳香族環基である場合が、最も好ましい。
31およびR32として好ましくは、各々独立して、置換基を有することがあるフェニル基、ナフチル基、アントリル基、ピリジル基、トリアジル基、ピラジル基、キノキサリル基、チエニル基、またはビフェニル基であり、好ましくはフェニル基、ナフチル基またはビフェニル基であり、より好ましくはフェニル基である。該置換基としては、Ar44〜Ar48における芳香族環が有しうる基として、前述した基と同様の基が挙げられる。
一般式(3)において、Ar49は、置換基を有していてもよい2価の芳香族環基、好ましくは正孔輸送性の面からは芳香族炭化水素環基であり、具体的には置換基を有していてもよい2価のベンゼン環、ナフタレン環、アントラセン環由来の基、ビフェニレン基、およびターフェニレン基等が挙げられる。また、該置換基としては、Ar44〜Ar48における芳香族環が有しうる基として、前述した基と同様の基が挙げられる。これらのうち、好ましくは炭素数1〜3のアルキル基が挙げられ、特に好ましくはメチル基が挙げられる。
Ar50は、置換基を有していてもよい芳香族環基、好ましくは正孔輸送性の面からは芳香族炭化水素環基であり、具体的には、置換基を有することがあるフェニル基、ナフチル基、アントリル基、ピリジル基、トリアジル基、ピラジル基、キノキサリル基、チエニル基、およびビフェニル基等が挙げられる。該置換基としては、一般式(2)のAr44〜Ar48における芳香族環が有しうる基として、前述した基と同様の基が挙げられる。
一般式(3)において、Ar49およびAr50がいずれも無置換の芳香族環基である場合が、最も好ましい。
芳香族三級アミノ基を側鎖として含む正孔注入性化合物としては、例えば、以下の一般式(4)および(5)で表される構造を有する繰り返し単位として有する化合物が挙げられる。
Figure 0005298524
(式(4)中、Ar51は置換基を有していてもよい2価の芳香族環基を示し、Ar52〜Ar53は、各々独立して置換基を有していてもよい1価の芳香族環基を示し、R33〜R35は、各々独立して水素原子、ハロゲン原子、アルキル基、アルコキシ基、置換基を有していてもよい1価の芳香族環基を示す。)
Figure 0005298524
(式(5)中、Ar54〜Ar58は、各々独立して置換基を有していてもよい2価の芳香族環基を示し、R36およびR37は、各々独立して置換基を有していてもよい芳香族環基を示し、Yは直接結合、または下記の連結基から選ばれる。)
Figure 0005298524
一般式(4)において、Ar51は、好ましくは、各々置換基を有していてもよい2価のベンゼン環、ナフタレン環、アントラセン環由来の基、ビフェニレン基であり、また、置換基としては、例えば、前述した一般式(2)のAr44〜Ar48における芳香族環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。
Ar52およびAr53として、好ましくは、各々独立してフェニル基、ナフチル基、アントリル基、ピリジル基、トリアジル基、ピラジル基、キノキサリル基、チエニル基、およびビフェニル基が挙げられ、これらは置換基を有することがある。該置換基としては例えば、一般式(2)のAr44〜Ar48における芳香族環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。
33〜R35は、好ましくは、各々独立して、水素原子;ハロゲン原子;メチル基、エチル基等の炭素数1〜6の直鎖または分岐のアルキル基;メトキシ基、エトキシ基等の炭素数1〜6の直鎖または分岐のアルコキシ基;フェニル基;またはトリル基である。
一般式(5)において、Ar54〜Ar58は、好ましくは、各々独立して置換基を有することがある2価のベンゼン環、ナフタレン環、アントラセン環由来の基、ビフェニレン基であり、好ましくはベンゼン環由来の基である。該置換基としては、一般式(2)のAr44〜Ar48における芳香族環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。
36およびR37は、好ましくは、各々独立して置換基を有することがあるフェニル基、ナフチル基、アントリル基、ピリジル基、トリアジル基、ピラジル基、キノキサリル基、チエニル基、またはビフェニル基である。該置換基としては、一般式(2)のAr44〜Ar48における芳香族環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。
一般式(2)〜(5)で示される構造のうち好ましい例を以下に示すが、何らこれらに限定されない。
Figure 0005298524
分子中に正孔輸送部位を有する高分子化合物である正孔注入性化合物は、一般式(2)〜(5)のいずれかで表される構造のホモポリマーであることが最も好ましいが、他の任意のモノマーとの共重合体(コポリマー)であってもよい。共重合体である場合、一般式(2)〜(5)で表される構成単位を50モル%以上、特に70モル%以上含有することが好ましい。なお、高分子化合物である正孔注入性材料は、一化合物中に、一般式(2)〜(5)で表される構造を複数種含有していてもよい。また、一般式(2)〜(5)で表される構造を含む化合物を、複数種併用して用いてもよい。一般式(2)〜(5)のうち、特に好ましくは、一般式(2)で表される繰り返し単位からなるホモポリマーである。
高分子化合物からなる正孔注入性材料としては、さらに、共役系高分子が挙げられる。この目的のために、ポリフルオレン、ポリピロール、ポリアニリン、ポリチオフェン、ポリパラフェニレンビニレンが好適である。
次に、電子受容性化合物について説明する。
正孔注入層に含有される電子受容性化合物としては、例えば、トリアリールホウ素化合物、ハロゲン化金属、ルイス酸、有機酸、オニウム塩、アリールアミンとハロゲン化金属との塩、アリールアミンとルイス酸との塩よりなる群から選ばれる1種または2種以上の化合物等が挙げられる。これらの電子受容性化合物は、正孔注入性材料と混合して用いられ、正孔注入性材料を酸化することにより正孔注入層の導電率を向上させることができる。
電子受容性化合物として、トリアリールホウ素化合物としては、下記一般式(6)に示したホウ素化合物が挙げられる。一般式(6)で表されるホウ素化合物は、ルイス酸であることが好ましい。また、このホウ素化合物の電子親和力は、通常4eV以上、好ましく、5eV以上である。
Figure 0005298524
一般式(6)において、好ましくは、Ar101〜Ar103は、各々独立に、置換基を有することがあるフェニル基、ナフチル基、アントリル基、ビフェニル基等の5または6員環の単環、またはこれらが2〜3個縮合および/または直接結合してなる芳香族炭化水素環基;或いは置換基を有することがあるチエニル基、ピリジル基、トリアジル基、ピラジル基、キノキサリル基等の5または6員環の単環、またはこれらが2〜3個縮合および/または直接結合してなる芳香族複素環基を表す。
Ar101〜Ar103が有することがある置換基としては、例えば、ハロゲン原子;アルキル基;アルケニル基;アルコキシカルボニル基;アルコキシ基;アリールオキシ基;アシル基;ハロアルキル基;シアノ基等が挙げられる。
特に、Ar101〜Ar103の少なくとも1つが、ハメット定数(σおよび/またはσ)が正の値を示す置換基であることが好ましく、Ar101〜Ar103が、いずれもハメット定数(σおよび/またはσ)が正の値を示す置換基であることが特に好ましい。このような、電子吸引性の置換基を有することにより、これらの化合物の電子受容性が向上する。また、Ar101〜Ar103がいずれも、ハロゲン原子で置換された芳香族炭化水素基または芳香族複素環基であることがさらに好ましい。
一般式(6)で表されるホウ素化合物の好ましい具体例を以下の6−1〜6−17に示すが、これらに限定するものではない。
Figure 0005298524
Figure 0005298524
これらの中、以下に示す化合物が特に好ましい。
Figure 0005298524
電子受容性化合物として、オニウム塩としては、WO2005/089024号公報に記載のものが挙げられ、その好適例も同様であるが、特に好ましくは以下の化合物である。
Figure 0005298524
正孔注入層3の膜厚は、通常5nm以上、好ましくは10nm以上、また、通常1000nm以下、好ましくは500nm以下の範囲である。
なお、正孔注入層3における電子受容性化合物の正孔注入性化合物に対する含有量は、通常0.1モル%以上、好ましくは1モル%以上である。但し、通常100モル%以下、好ましくは40モル%以下である。
[4]正孔輸送層
正孔輸送層4は、陽極2、正孔注入層3の順に注入された正孔を有機発光層5に注入する機能を有すると共に、発光層5から電子が陽極2側に注入されることによる発光効率の低下を抑制する機能を有する。
この機能を発現するため、正孔輸送層4は、本発明の有機化合物または本発明の高分子化合物を含むこと或いは本発明の有機化合物を含有する有機電界発光素子用組成物を用いて形成された層であることが好ましい。すなわち、本発明の有機化合物は正孔輸送性化合物として使用されることが好ましい。
正孔輸送層は、前記[成膜方法]に記載の方法で形成される。
その膜厚は、通常5nm以上、好ましくは10nm以上、また、通常1000nm以下、好ましくは500nm以下の範囲である。
[5]有機発光層
正孔輸送層4の上には、通常有機発光層5が設けられる。有機発光層5は、電界を与えられた電極間において、陽極2から正孔注入層3および正孔輸送層4を通じて注入された正孔と、陰極8から電子注入層7,正孔阻止層6を通じて注入された電子との再結合により励起されて、主たる発光源となる層である。
有機発光層5は、少なくとも、発光の性質を有する材料(発光材料)を含有するとともに、好ましくは、正孔輸送の性質を有する材料(正孔輸送性化合物)、或いは、電子輸送の性質を有する材料(電子輸送性化合物)とを含有する。更に、有機発光層5は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、その他の成分を含有していてもよい。これらの材料としては、後述のように湿式成膜法で有機発光層5を形成する観点から、何れも低分子系の材料を使用することが好ましい。
発光材料としては、任意の公知の材料を適用可能である。例えば、蛍光発光材料であってもよく、燐光発光材料であってもよいが、内部量子効率の観点から、好ましくは燐光発光材料である。
なお、溶剤への溶解性を向上させる目的で、発光材料の分子の対称性や剛性を低下させたり、或いはアルキル基などの親油性置換基を導入したりすることも、重要である。
青色発光を与える蛍光色素としては、ペリレン、ピレン、アントラセン、クマリン、p−ビス(2−フェニルエテニル)ベンゼンおよびそれらの誘導体等が挙げられる。緑色蛍光色素としては、キナクリドン誘導体、クマリン誘導体等が挙げられる。黄色蛍光色素としては、ルブレン、ペリミドン誘導体等が挙げられる。赤色蛍光色素としては、DCM(4-(dicyanomethylene)-2-methyl-6-(p-dimethylaminostyryl)-4H-pyran)系化合物、ベンゾピラン誘導体、ローダミン誘導体、ベンゾチオキサンテン誘導体、アザベンゾチオキサンテン等が挙げられる。
燐光発光材料としては、例えば、長周期型周期表(以下、特に断り書きの無い限り「周期表」という場合には、長周期型周期表を指すものとする。)第7〜11族から選ばれる金属を含む有機金属錯体が挙げられる。
燐光性有機金属錯体に含まれる、周期表第7〜11族から選ばれる金属として、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、金等が挙げられる。これらの有機金属錯体として、好ましくは下記式(III)または式(IV)で表される化合物が挙げられる。
ML(q−j)L′ (III)
(式(III)中、Mは金属を表し、qは上記金属の価数を表す。また、LおよびL′は二座配位子を表す。jは0、1または2の数を表す。)
Figure 0005298524
(式(IV)中、Mは金属を表し、Tは炭素原子または窒素原子を表す。R92〜R95は、それぞれ独立に置換基を表す。但し、Tが窒素原子の場合は、R94およびR95は無い。)
以下、まず、式(III)で表される化合物について説明する。
式(III)中、Mは任意の金属を表し、好ましいものの具体例としては、周期表第7〜11族から選ばれる金属として前述した金属が挙げられる。
また、式(III)中、二座配位子Lは、以下の部分構造を有する配位子を示す。
Figure 0005298524
(上記Lの部分構造において、環A1は、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す。)
該芳香族炭化水素基としては、5または6員環の単環または2〜5縮合環が挙げられる。具体例としては、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、アセナフテン環、フルオランテン環、フルオレン環由来の1価の基などが挙げられる。
該芳香族複素環基としては、5または6員環の単環または2〜4縮合環が挙げられる。具体例としては、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、フェナントリジン環、ベンゾイミダゾール環、ペリミジン環、キナゾリン環、キナゾリノン環、アズレン環由来の1価の基などが挙げられる。
また、上記Lの部分構造において、環A2は、置換基を有していてもよい、含窒素芳香族複素環基を表す。
該含窒素芳香族複素環基としては、5または6員環の単環または2〜4縮合環由来の基が挙げられる。具体例としては、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、フロピロール環、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、キノキサリン環、フェナントリジン環、ベンゾイミダゾール環、ペリミジン環、キナゾリン環、キナゾリノン環由来の1価の基などが挙げられる。
環A1または環A2がそれぞれ有していてもよい置換基の例としては、ハロゲン原子;アルキル基;アルケニル基;アルコキシカルボニル基;アルコキシ基;アリールオキシ基;ジアルキルアミノ基;ジアリールアミノ基;カルバゾリル基;アシル基;ハロアルキル基;シアノ基;芳香族炭化水素基等が挙げられる。
また、式(III)中、二座配位子L′は、以下の部分構造を有する配位子を示す。但し、以下の式において、「Ph」はフェニル基を表す。
Figure 0005298524
中でも、L′としては、錯体の安定性の観点から、以下に挙げる配位子が好ましい。
Figure 0005298524
式(III)で表される化合物として、更に好ましくは、下記式(IIIa),(IIIb),(IIIc)で表される化合物が挙げられる。
Figure 0005298524
(式(IIIa)中、Mは、Mと同様の金属を表し、wは、上記金属の価数を表し、環A1は、置換基を有していてもよい芳香族炭化水素基を表し、環A2は、置換基を有していてもよい含窒素芳香族複素環基を表す。)
Figure 0005298524
(式(IIIb)中、Mは、Mと同様の金属を表し、wは、上記金属の価数を表し、環A1は、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し、環A2は、置換基を有していてもよい含窒素芳香族複素環基を表す。)
Figure 0005298524
(式(IIIc)中、Mは、Mと同様の金属を表し、wは、上記金属の価数を表し、jは、0、1または2を表し、環A1および環A1′は、それぞれ独立に、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し、環A2および環A2′は、それぞれ独立に、置換基を有していてもよい含窒素芳香族複素環基を表す。)
上記式(IIIa),(IIIb),(IIIc)において、環A1および環A1′の好ましい
例としては、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、カルバゾリル基等が挙げられる。
上記式(IIIa)〜(IIIc)において、環A2および環A2′の好ましい例としては、ピリジル基、ピリミジル基、ピラジル基、トリアジル基、ベンゾチアゾール基、ベンゾオキサゾール基、ベンゾイミダゾール基、キノリル基、イソキノリル基、キノキサリル基、フェナントリジル基等が挙げられる。
上記式(IIIa)〜(IIIc)で表される化合物が有していてもよい置換基としては、ハロゲン原子;アルキル基;アルケニル基;アルコキシカルボニル基;アルコキシ基;アリールオキシ基;ジアルキルアミノ基;ジアリールアミノ基;カルバゾリル基;アシル基;ハロアルキル基;シアノ基等が挙げられる。
なお、これら置換基は互いに連結して環を形成してもよい。具体例としては、環A1が有する置換基と環A2が有する置換基とが結合するか、または、環A1′が有する置換基と環A2′が有する置換基とが結合するかして、一つの縮合環を形成してもよい。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。
中でも、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、カルバゾリル基が挙げられる。
また、式(IIIa)〜(IIIc)におけるM〜Mの好ましい例としては、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る。
上記式(III)および(IIIa)〜(IIIc)で示される有機金属錯体の具体例を以下に示すが、下記の化合物に限定されるものではない。
Figure 0005298524
Figure 0005298524
Figure 0005298524
上記式(III)で表される有機金属錯体の中でも、特に、配位子Lおよび/またはL′として2−アリールピリジン系配位子、即ち、2−アリールピリジン、これに任意の置換基が結合したもの、および、これに任意の基が縮合してなるものを有する化合物が好ましい。
また、国際特許公開第2005/019373号明細書に記載の化合物も、発光材料として使用することが可能である。
次に、式(IV)で表される化合物について説明する。
式(IV)中、Mは金属を表す。具体例としては、周期表第7〜11族から選ばれる金属として前述した金属が挙げられる。中でも好ましくは、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。
また、式(IV)において、R92およびR93は、それぞれ独立に、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、芳香族炭化水素基または芳香族複素環基を表す。
更に、Tが炭素原子の場合、R94およびR95は、それぞれ独立に、R92およびR93と同様の例示物で表される置換基を表す。また、Tが窒素原子の場合は、R94およびR95は無い。
また、R92〜R95は、更に置換基を有していてもよい。置換基を有する場合、その種類に特に制限はなく、任意の基を置換基とすることができる。
更に、R92〜R95のうち任意の2つ以上の基が互いに連結して環を形成してもよい。
式(IV)で表される有機金属錯体の具体例(T−1、T−10〜T−15)を以下に示すが、下記の例示物に限定されるものではない。また、以下の化学式において、Meはメチル基を表し、Etはエチル基を表す。
Figure 0005298524
本発明において、発光材料として用いる化合物の分子量は、通常10000以下、好ましくは5000以下、より好ましくは4000以下、更に好ましくは3000以下、また、通常100以上、好ましくは200以上、より好ましくは300以上、更に好ましくは400以上の範囲である。分子量が100未満であると、耐熱性が著しく低下したり、ガス発生の原因となったり、膜を形成した際の膜質の低下を招いたり、或いはマイグレーションなどによる有機電界発光素子のモルフォロジー変化を来したりするため、好ましくない。分子量が10000を超えると、有機化合物の精製が困難となったり、溶媒に溶解させる際に時間を要する可能性が高いため、好ましくない。
なお、発光層は、上に説明した各種の発光材料のうち、何れか一種を単独で含有していてもよく、二種以上を任意の組み合わせおよび比率で併有していてもよい。
低分子系の正孔輸送性化合物の例としては、前述の正孔輸送層の正孔輸送性化合物として例示した各種の化合物の他、4,4’−ビス[N−(1−ナフチル)−N−フェニルアミノ]ビフェニルに代表される、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(Journal of Luminescence,1997年,Vol.72-74,pp.985)、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(Chemical Communications,1996年,pp.2175)、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(Synthetic Metals,1997年,Vol.91,pp.209)等が挙げられる。
低分子系の電子輸送性化合物の例としては、2,5−ビス(1−ナフチル)−1,3,4−オキサジアゾール(BND)や、2,5−ビス(6’−(2’,2”−ビピリジル))−1,1−ジメチル−3,4−ジフェニルシロール(PyPySPyPy)や、バソフェナントロリン(BPhen)や、2,9−ジメチル−4,7−ジフェニル−1,10−フェナントロリン(BCP、バソクプロイン)、2−(4−ビフェニリル)−5−(p−ターシャルブチルフェニル)−1,3,4−オキサジアゾール(tBu−PBD)や、4,4’−ビス(9−カルバゾール)−ビフェニル(CBP)等がある。
これら正孔輸送性化合物や電子輸送性化合物は発光層においてホスト材料として使用されることが好ましいが、ホスト材料として具体的には以下のような化合物を使用することができる。
Figure 0005298524
有機発光層5の形成法としては、湿式成膜法、真空蒸着法が挙げられるが、上述したように、均質で欠陥がない薄膜を容易に得られる点や、形成のための時間が短くて済む点、更には、本発明の有機化合物による正孔輸送層4の不溶化の効果を享受できる点から、湿式成膜法が好ましい。湿式成膜法により有機発光層5を形成する場合、上述の材料を適切な溶剤に溶解させて塗布溶液を調製し、それを上述の形成後の正孔輸送層4の上に塗布・成膜し、乾燥して溶剤を除去することにより形成する。その形成方法としては、前記正孔輸送層の形成方法と同様である。
有機発光層5の膜厚は、通常3nm以上、好ましくは5nm以上、また、通常200nm以下、好ましくは100nm以下の範囲である。
[6]正孔阻止層
図1では、有機発光層5と電子輸送層7の間に、正孔阻止層6が設けられているが、正孔阻止層6はこれを省略してもよい。
正孔阻止層6は、有機発光層5の上に、有機発光層5の陰極8側の界面に接するように積層されるが、陽極2から移動してくる正孔が陰極8に到達するのを阻止する役割と、陰極8から注入された電子を効率よく有機発光層5の方向に輸送することができる化合物より形成される。
正孔阻止層6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、エネルギーギャップ(HOMO、LUMOの差)が大きいこと、励起三重項準位(T1)が高いことが挙げられる。
このような条件を満たす正孔阻止材料としては、ビス(2−メチル−8−キノリノラト),(フェノラト)アルミニウム、ビス(2−メチル−8−キノリノラト),(トリフェニルシラノラト)アルミニウム等の混合配位子錯体、ビス(2−メチル−8−キノラト)アルミニウム−μ−オキソ−ビス−(2−メチル−8−キノリラト)アルミニウム二核金属錯体等の金属錯体、ジスチリルビフェニル誘導体等のスチリル化合物(特開平11−242996号公報)、3−(4−ビフェニルイル)−4−フェニル−5(4−tert−ブチルフェニル)−1,2,4−トリアゾール等のトリアゾール誘導体(特開平7−41759号公報)、バソクプロイン等のフェナントロリン誘導体(特開平10−79297号公報)が挙げられる。更に、国際公開第2005−022962号公報に記載の2,4,6位が置換されたピリジン環を少なくとも1個有する化合物も、正孔阻止材料として好ましい。
具体的には以下に記載の化合物が挙げられる。
Figure 0005298524
正孔阻止層6も、正孔注入層3や有機発光層5と同様、湿式成膜法を用いて形成することもできるが、通常は真空蒸着法により形成される。真空蒸着法の手順の詳細は、後述の電子注入層7の場合と同様である。
正孔阻止層6の膜厚は、通常0.5nm以上、好ましくは1nm以上、また、通常100nm以下、好ましくは50nm以下である。
[7]電子注入層
電子注入層7は、陰極8から注入された電子を効率良く有機発光層5へ注入する役割を果たす。
電子注入を効率よく行うには、電子注入層7を形成する材料は、仕事関数の低い金属が好ましい。例としては、ナトリウムやセシウム等のアルカリ金属、バリウムやカルシウムなどのアルカリ土類金属等が用いられる。その膜厚は通常0.1nm以上、5nm以下が好ましい。
更に、後述するバソフェナントロリン等の含窒素複素環化合物や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に代表される有機電子輸送材料に、ナトリウム、カリウム、セシウム、リチウム、ルビジウム等のアルカリ金属をドープする(特開平10−270171号公報、特開2002−100478号公報、特開2002−100482号公報などに記載)ことにより、電子注入・輸送性が向上し優れた膜質を両立させることが可能となるため好ましい。この場合の膜厚は通常、5nm以上、好ましくは10nm以上、また、通常200nm以下、好ましくは100nm以下の範囲である。
電子注入層7は、湿式成膜法或いは真空蒸着法により、有機発光層5またはその上の正孔阻止層6上に積層することにより形成される。
湿式成膜法の場合の詳細は、正孔注入層3および有機発光層5の場合と同様である。
一方、真空蒸着法の場合には、真空容器内に設置されたるつぼまたは金属ボートに蒸着源を入れ、真空容器内を適当な真空ポンプで10−4Pa程度にまで排気した後、るつぼまたは金属ボートを加熱して蒸発させ、るつぼまたは金属ボートと向き合って置かれた基板上の有機発光層5または正孔阻止層6上に電子注入層7を形成する。
電子注入層としてのアルカリ金属の蒸着は、クロム酸アルカリ金属と還元剤をニクロムに充填したアルカリ金属ディスペンサーを用いて行う。このディスペンサーを真空容器内で加熱することにより、クロム酸アルカリ金属が還元されてアルカリ金属が蒸発される。有機電子輸送材料とアルカリ金属とを共蒸着する場合は、有機電子輸送材料を真空容器内に設置されたるつぼに入れ、真空容器内を適当な真空ポンプで10−4Pa程度にまで排気した後、各々のるつぼおよびディスペンサーを同時に加熱して蒸発させ、るつぼおよびディスペンサーと向き合って置かれた基板上に電子注入層7を形成する。
このとき、電子注入層7の膜厚方向において均一に共蒸着されるが、膜厚方向において濃度分布があっても構わない。
[8]陰極
陰極8は、有機発光層5側の層(電子注入層7または有機発光層5など)に電子を注入する役割を果たす。陰極8の材料としては、前記の陽極2に使用される材料を用いることが可能であるが、効率良く電子注入を行うには、仕事関数の低い金属が好ましく、スズ、マグネシウム、インジウム、カルシウム、アルミニウム、銀等の適当な金属またはそれらの合金が用いられる。具体例としては、マグネシウム−銀合金、マグネシウム−インジウム合金、アルミニウム−リチウム合金等の低仕事関数合金電極が挙げられる。
陰極8の膜厚は通常、陽極2と同様である。
低仕事関数金属から成る陰極を保護する目的で、この上に更に、仕事関数が高く大気に対して安定な金属層を積層すると、素子の安定性が増すので好ましい。この目的のために、アルミニウム、銀、銅、ニッケル、クロム、金、白金等の金属が使われる。
[9]その他
以上、図1に示す層構成の有機電界発光素子を中心に説明してきたが、本発明の有機電界発光素子は、その趣旨を逸脱しない範囲において、別の構成を有していてもよい。例えば、その性能を損なわない限り、陽極2と陰極6との間に、上記説明にある層の他に任意の層を有していてもよく、また、任意の層が省略されていてもよい。
なお、本発明においては、正孔輸送層4に本発明の有機化合物を使用することにより、正孔注入層3、正孔輸送層4および有機発光層5を全て湿式成膜法により積層形成することができる。これにより、大面積のディスプレイを製造することが可能となる。
次に、本発明を実施例によって更に具体的に説明するが、本発明はその要旨を超えない限り、以下の実施例の記載に限定されるものではない。
[合成例]
以下に本発明の有機化合物の合成例を示す。
(合成例1)
<目的物1の合成>
Figure 0005298524
窒素気流中、p−アニシジン(5.42g)、4−ブロモビフェニル(9.32g)、tert−ブトキシナトリウム(5.38g)、およびトルエン(80ml)の溶液に、トリス(ジベンジリデンアセトン)ジパラジウム(0)クロロホルム錯体(0.104g)、ビス(トリフェニルフォスフィノ)フェロセン(0.222g)、およびトルエン(5ml)を窒素雰囲気下、60℃で15分間攪拌して調製した溶液を加えて、加熱還流下、10時間攪拌した。放冷後、活性白土およびトルエン(100ml)を加え、加熱還流下、15分間攪拌した。放冷後、不溶物を濾別し、濾液に活性白土を加え、加熱還流下、15分間攪拌した。放冷後、不溶物を濾別、濃縮し、得られた析出物をトルエンで再結晶することにより、目的物1(6.59g)を得た。
<目的物2の合成>
Figure 0005298524
窒素気流中、4−ブロモ−4’−メトキシビフェニル(10.0g)、よう化カリウム(63.1g)、よう化銅(I)(36.2g)、およびジメチルホルムアミド(64ml)を、加熱還流下、8時間撹拌した。反応混合物を0.1N塩酸(360ml)に加えて、攪拌した後、沈殿を濾別、エタノールで洗浄した。得られた固形分に、クロロホルム(150ml)を加え、加熱還流下、1時間撹拌し、可溶成分を溶解させた後、溶液成分を濾別し、濾液を濃縮した。得られた固形分をメタノールでからの再結晶により精製し、目的物2(9.56g)を得た。
<目的物3の合成>
Figure 0005298524
窒素気流中、目的物1(5.78g)、目的物2(7.16g)、銅(1.87g)、炭酸カリウム(5.80g)、およびテトラグライム(15ml)を、200℃に加熱下、10時間撹拌した。放冷後、クロロホルム(200ml)を加えて、攪拌した後、不溶物を濾別し、濾液を濃縮した。得られた固形分をエタノールで懸濁洗浄し、目的物3(7.10g)を得た。
<目的物4の合成>
Figure 0005298524
窒素気流中、目的物3(6.86g)、およびジクロロメタン(100ml)を、0℃に冷却し、三臭化ホウ素の1M塩化メチレン溶液(35ml)を滴下した。室温まで昇温し、2時間攪拌した。重曹水を加えた後、酢酸エチルで抽出して、有機層を濃縮し、シリカゲルカラムクロマトフラフィー(ヘキサン/酢酸エチル=1/1)によって精製し、目的物4(3.68g)を得た。DEI−MS(m/z=429(M))により、目的物4であることを確認した。
<目的物5の合成>
Figure 0005298524
窒素気流中、水酸化カリウム(3.25g)とジメチルスルホキシド(100ml)を、室温で15分撹拌し、目的物4(5.00g)を加え、室温で15分攪拌し、3−(4−ブロモブトキシメチル)−3−メチルオキセタン(6.90g)を加え、室温で8時間攪拌した。塩化メチレン(200ml)及び水(200ml)を加えて、攪拌した後、有機層を硫酸マグネシウムで乾燥後、濃縮し、シリカゲルクロマトグラフィー(ヘキサン/酢酸エチル混合液)で精製することにより、目的物5(4.2g)を得た。
DEI−MS(m/z=741(M))により目的物5であることを確認した。
(合成例2)
<目的物6の合成>
Figure 0005298524
窒素気流中、4,4’−ジアミノジフェニルエーテル(6.44g)、4−ブロモビフェニル(15.0g)、tert−ブトキシナトリウム(8.66g)、およびトルエン(120ml)の溶液に、トリス(ジベンジリデンアセトン)ジパラジウム(0)クロロホルム錯体(0.166g)、ビス(トリフェニルフォスフィノ)フェロセン(0.356g)、およびトルエン(5ml)を窒素雰囲気下、60℃で15分間攪拌して調製した溶液を加えて、加熱還流下、4時間攪拌した。放冷後、トルエン及び活性白土を加え15分間攪拌した後、不溶物を濾別、濾液を濃縮し、エタノールを加えた。析出物を濾取した後、エタノール、メタノール、トルエン、メタノールの順で懸濁洗浄することにより、目的物6(7.48g)を得た。
<目的物7の合成>
Figure 0005298524
DCスターラー、滴下漏斗、および冷却管を装備した4口フラスコに、50重量%水酸化ナトリウム水溶液(300g)とヘキサン(250mL)の混合溶液を加え、テトラn−ブチルアンモニウムブロマイド(TBABr)(4.98g,15.5mmol)を添加した。混合物を5℃まで冷却後、メチルオキセタンメタノール(31g)と1,4−ジブロモブタン(200g)の混合物を激しく攪拌しながら滴下した。滴下終了後、室温で15分間攪拌し、さらに還流下、15分間攪拌し、室温まで放冷しながら15分間攪拌した。有機層を分離し、有機層を水洗して硫酸マグネシウムで乾燥させ、溶媒を減圧下に除去し、減圧蒸留(0.42mmHg、72℃)にて3−(4−ブロモブトキシメチル)−3−メチルオキセタン(52.2g)を得た。
窒素気流中、ジメチルスルホキシド(50ml)の溶液に粉砕した水酸化カリウム(8.98g)を加え、次いでm−ブロモフェノール(6.92g)を加えて30分間撹拌後、3−(4−ブロモブトキシメチル)−3−メチルオキセタン(12.33g)を加えて室温で6時間撹拌した。析出物を濾取した後、塩化メチレンで抽出してオイル層を濃縮し、シリカゲルクロマトグラフィー(ヘキサン/塩化メチレン混合液)で精製することにより、目的物7(11.4g)を得た。
<目的物8の合成>
Figure 0005298524
窒素気流中、目的物6(2.52g)、目的物7(3.95g)、tert−ブトキシナトリウム(1.15g)、およびトルエン(50ml)の溶液に、トリス(ジベンジリデンアセトン)ジパラジウム(0)クロロホルム錯体(0.207g)、トリ−tert−ブチルホスフィン(0.243g)、およびトルエン(20ml)を窒素雰囲気下、60℃で15分間攪拌して調製した溶液を加えて、80℃で4時間攪拌した。放冷後、塩化メチレン(50ml)を加え30分間攪拌した後、不溶物を濾別、濾液を濃縮した。シリカゲルクロマトグラフィー(塩化メチレン/酢酸エチル混合液)で精製し、トルエン溶媒で活性白土処理を行うことにより、目的物8(1.74g)を得た。
DEI−MS(m/z=1000(M))により目的物8であることを確認した。
(合成例3)
<目的物9の合成>
Figure 0005298524
窒素気流下、ジフェニルホスフィノフェロセン(166mg,0.30mmol)とトリスジベンジリデンアセトンジパラジウムクロロホルム付加物(155mg、0.15mmol)の脱水トルエン溶液(50mL)を30℃で10分間攪拌し、4−ブロモ−4’−ジフェニルアミノビフェニル(6.0g、14.99mmol)、4、4’−ジアミノジフェニルエーテル(1.5g、7.49mmol)、tert−ブトキシナトリウム(1.73g、18mmol)を添加した。温度を100℃まで上昇させ、8時間攪拌した。反応混合物を水にあけ、有機層を分離し、飽和塩化ナトリウム水溶液で洗浄後、硫酸マグネシウムで乾燥させた。溶媒を減圧下に留去し、残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフィーに処し、目的物9(4.24g)を得た。
<目的物10の合成>
Figure 0005298524
窒素気流下、トリ−tert−ブチルホスフィン(174mg,0.86mmol)とトリスジベンジリデンアセトンジパラジウムクロロホルム付加物(148mg、0.14mmol)の脱水トルエン溶液(20mL)を30℃で10分間攪拌し、触媒を調製した。ここへ、目的物9(4.0g、4.77mmol)、目的物7(3.45g、10.5mmol)、およびtert−ブトキシナトリウム(1.21g、12.6mmol)を添加した。温度を90℃まで上昇させ、8時間攪拌した。反応混合物を水にあけ、有機層を分離し、飽和塩化ナトリウム水溶液で洗浄後、硫酸マグネシウムで乾燥させた。溶媒を減圧下に留去し、残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフィーに処し、目的物10(2.47g%)を得た。
DEI−MS(m/z=1334(M))により目的物10であることを確認した。
(合成例4)
<目的物11の合成>
Figure 0005298524
3,4’−ジフェニルアミノエーテル(24.03g)、ブロモベンゼン(37.68g)、およびtert−ブトキシナトリウム(25.37g)とトルエン(190ml)を仕込み、系内を十分に窒素置換して、50℃まで加温した(溶液A)。トリス(ジベンジリデンアセトン)ジパラジウムクロロホルム錯体(0.62g)のトルエン10mL溶液に、ビス(トリフェニルフォスフィノ)フェロセン(1.35g)を加え、50℃まで加温した(溶液B)。窒素気流中、溶液Aに溶液Bを添加し、100℃で6時間半、加熱反応した。放冷後、吸引濾過をして濾液を濃縮した。シリカゲルカラムクロマトグラフィー(ヘキサン/塩化メチレン=1/1)にて精製し、目的物11(23.60g)を得た。
<目的物12の合成>
Figure 0005298524
目的物11(7.8g)、1−ベンジロキシ−3−ブロモベンゼン(12.88g)、tert−ブトキシナトリウム(9.36g)、およびトルエン(190mL)を仕込み、系内を十分に窒素置換して、60℃まで加温した(溶液C)。トリス(ジベンジリデンアセトン)ジパラジウムクロロホルム錯体(0.92g)のトルエン15mL溶液に、トリ−tert−ブチルホスフィン(1.1g)を加え、60℃まで加温した(溶液D)。窒素気流中、溶液Cに溶液Dを添加し、5時間、加熱還流した。室温まで放冷し、セライト濾過し、濾液を濃縮した。得られた粗生成物を、シリカゲルカラムクロマトグラフィー(ヘキサン/塩化メチレン=1/1)にて精製し、目的物12(14.8g)を得た。
<目的物13の合成>
Figure 0005298524
目的物12(14.8g)をテトラヒドロフラン(100mL)に溶解し、5重量%パラジウム担持カーボン(2.20g)を加え、系内を水素置換した。60℃で7時間還元反応を行った。反応終了後、系を窒素置換し、触媒を濾別し、さらに濾液にセライトを通し、濾液を濃縮した。シリカゲルカラムクロマトグラフィー(ヘキサン/塩化メチレン=1/1)にて精製し、目的物13(10.00g)を得た。
<目的物14の合成>
Figure 0005298524
目的物13(3.05g)、2−クロロエチルビニルエーテル(2.42g)、炭酸カリウム(3.53g)、およびN,N−ジメチルホルムアミド(25mL)を仕込み、少量のヨウ化カリムを加え、80℃で5時間、さらに100℃で2.5時間、加熱反応した。反応終了後、反応液に水を加え、酢酸エチルで抽出した。得られた有機層を2回水洗し、さらに飽和食塩水で洗浄した。有機層に硫酸ナトリウムを加え脱水乾燥し、濃縮した。粗生成物をシリカゲルカラムクロマトグラフィー(ヘキサン/塩化メチレン=1/1、2回目はヘキサン/酢酸エチル=1/1)にて精製し、目的物14(1.91g)を得た。
DEI−MS(m/z=676(M))により、目的物14であることを確認した。このもののガラス転移温度は9℃であった。
(合成例5)
<目的物15の合成>
Figure 0005298524
目的物13(13.1g)、6−ブロモ−1−ヘキサン(7.42g)、炭酸カリウム(11.44g)、およびN,N−ジメチルホルムアミド(110mL)を仕込み、70℃で7.5時間加熱反応した。原料となる目的物13がほぼ消失したので、反応液に水を加え、塩化メチレンで抽出した。得られた有機層を3回水洗し、濃縮した。粗生成物をシリカゲルカラムクロマトグラフィー(ヘキサン/塩化メチレン=1/1)にて精製し、目的物15(10.80g)を得た。
DEI−MS(m/z=700(M))により、目的物15であることを確認した。このもののガラス転移温度は−11℃であった。
(合成例6)
<目的物16の合成>
Figure 0005298524
窒素雰囲気下、3−ブロモフェノール(16.9g)、炭酸カリウム(53.8g)、N,N−ジメチルホルムアミド(97.4mL)、および1,4−ジブロモブタン(63.1g)を加え、室温で5時間半撹拌した。反応混合物をトルエンで抽出し、有機層を食塩水で洗浄して、硫酸マグネシウムで乾燥し、減圧下で濃縮した。残渣を蒸留(4.8mmHg/60℃)し、1,4−ジブロモブタンを除去した後に、シリカゲルカラムクロマトグラフィー(ヘキサン/塩化メチレン=3/1)にて精製することで目的物16(9.7g)を得た。
<目的物17の合成>
Figure 0005298524
窒素雰囲気下、m−ヒドロキシベンズアルデヒド(4.06g)、炭酸カリウム(17.5g)、N,N−ジメチルホルムアミド(38.5mL)、および目的物16(9.77g)を加え、60℃で5時間半撹拌した。室温まで放冷後、反応混合物をトルエンで抽出し、有機層を食塩水で洗浄して、硫酸マグネシウムで乾燥し、減圧下で濃縮した。残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフィー(ヘキサン/塩化メチレン=5/1)にて精製することで目的物17(10.3g)を得た。
<目的物18の合成>
Figure 0005298524
窒素気流中、目的物11(3g)、目的物17(5.94g)、炭酸セシウム(13.8g)、およびトルエン(38mL)を加え60℃で撹拌した。そこへパラジウム(II)アセテート(0.304g)のトルエン溶液(20mL)にトリ−tert−ブチルホスフィン(1.1g)を添加し、50℃まで加温した溶液を加え、7時間還流した。室温まで放冷後、反応混合物を濾過し、濾液を減圧下で濃縮した。残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフィー(塩化メチレン/酢酸エチル=70/1)にて精製することで目的物18(2.99g)を得た。
<目的物19の合成>
Figure 0005298524
窒素気流中、目的物18(2.52g)、メチルトリフェニルホスホニウムヨージド(2.41g)、および脱水テトラヒドロフラン(50mL)を加え、0℃で撹拌しているところへt−ブトキシカリウム(0.67g)を加え、4時間撹拌後、室温で1時間撹拌した。氷冷しながら、反応混合物に水を加え、酢酸エチルで抽出し、有機層を水で洗浄して、硫酸マグネシウムで乾燥し、減圧下で濃縮した。残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフィー(ヘキサン/塩化メチレン=1/2)にて精製することで目的物19(1.7g)を得た。
DEI−MS(m/z=884(M))により目的物19であることを確認した。このもののガラス転移温度は73℃で、窒素気流下での重量減少開始温度は447℃であった。
[正孔注入層上の不溶化試験]
(参考例1)
25mm×37.5mmサイズのガラス基板を超純水で洗浄し、乾燥窒素で乾燥して、UV/オゾン洗浄を行った。下記組成物調製条件に記載の濃度で、下記構造式(P1)の正孔輸送性高分子(単独重合体。Mw=27,000、Mn=13,000)、下記構造式(B1)の4−イソプロピル−4’−メチルジフェニルヨードニウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボラート(添加剤:電子受容性化合物)、および安息香酸エチル(溶媒)を含む組成物を調製し、該組成物を洗浄したガラス基板にスピンコートして膜を形成した。
Figure 0005298524
<組成物調製条件>
溶媒:安息香酸エチル
正孔輸送性高分子(P1)濃度:2重量%
電子受容性化合物(B1)濃度:0.80重量%
スピンコートは気温23℃、相対湿度60%の大気中で行い、スピナ回転数は1500rpm、スピナ回転時間は30秒とした。成膜後、大気中、ホットプレート上で下記の加熱条件で加熱した後、約1mm幅で膜を掻き取り、膜厚計(テンコールP−15)で膜厚L1(nm)を測定した。
<加熱条件>
ホットプレート上で80℃にて、1分間加熱乾燥の後、オーブン内で230℃にて、180分間加熱乾燥
その後、この基板をスピナにセットし、キシレンを膜厚測定した箇所に垂らし、10秒後にスピナ回転数1500rpm、スピナ時間30秒でスピン処理し、再び同じ箇所の膜厚L2(nm)を測定し、キシレンのスピン処理後の減少膜厚L1−L2(nm)を算出し、不溶化の程度を評価した。
その結果、キシレンスピン処理前の膜厚L1は34nmで、キシレンスピン処理後の減少膜厚L1−L2は2nm以下であり、このことから、塗布乾燥後の膜はキシレンに対し不溶化していることが確認された。
(参考例2)
成膜、乾燥後のキシレンスピン処理に変えて、トルエンスピン処理を行った以外は、参考例1と同様に成膜および膜厚の測定を行って不溶化の程度の評価を行ったところ、塗布乾燥後の膜は、トルエンに対しても不溶化していることが確認された。
(実施例1)
参考例1と同様にして形成された正孔輸送性高分子(P1)と電子受容性化合物(B1)の混合物の薄膜上に、下記構造の本発明の有機化合物(H1)(合成例1で合成された目的化合物5)をキシレン(溶媒)に、2.0重量%の濃度で、溶解させて調製した有機電界発光素子組成物をスピンコートして成膜した。スピンコートは気温23℃、相対湿度60%の大気中で行い、スピナ回転数は1500rpm、スピナ回転時間は30秒とした。成膜後、減圧下、ホットプレート上で、130℃にて、1時間加熱乾燥を行った。
Figure 0005298524
成膜された膜について、参考例1と同様にして、キシレンスピン処理前後の膜厚を測定し、同様に不溶化の程度の評価を行った。
その結果、キシレンスピン処理前の有機化合物(H1)を用いて形成された正孔輸送材料膜の膜厚L3に対する、キシレンスピン処理後の当該正孔輸送材料膜の膜厚L4の減少率(L3−L4/L3)は1%以下であり、この有機化合物(H1)を用いて形成された正孔輸送材料膜はキシレンに対し不溶化していることが確認された。
なお、正孔輸送材料膜の膜厚L3、L4は正孔輸送材料の製膜後、キシレン溶媒によって約1mm幅で正孔輸送材料膜を拭き取り、膜厚計(テンコールP−15)で膜厚L3、L4(nm)を測定して求めた。
(実施例2)
本発明の有機化合物(H1)を含む有機電界発光素子組成物をスピンコーとして成膜した後の加熱乾燥温度を150℃とし、加熱乾燥雰囲気を大気中とした以外は実施例1と同様にして成膜および膜厚の測定を行って不溶化の程度の評価を行った。
その結果、キシレンスピン処理前後の膜厚の減少率は2%以下であり、有機化合物(H1)を用いて形成された膜はキシレンに対し不溶化していることが確認された。
(実施例3)
有機化合物(H1)の代わりに、下記構造の本発明の有機化合物(H2)(合成例1で合成された目的化合物8)を用いた以外は、実施例2と同様にして、不溶化の程度の評価を行った。
Figure 0005298524
その結果、キシレンスピン処理前後の膜厚の減少率は1%以下であり、有機化合物(H2)を用いて形成された膜はキシレンに対し不溶化していることが確認された。
(比較例1)
有機化合物(H1)の2.0重量%キシレン溶液の代わりに、下記の構造の比較化合物(J1)の1.5重量%トルエンを用いた以外は、実施例2と同様にして、不溶化の程度の評価を行った。
Figure 0005298524
その結果、キシレンスピン処理前後の膜厚の減少率は9%以上であり、比較化合物(J1)を用いて形成された膜はキシレンに対して十分に不溶化していなかった。
(参考例3)
比較化合物(J1)を含む有機電界発光素子組成物を加熱乾燥温度を200℃とした以外は、比較例1と同様にして、不溶化の程度の評価を行った。
その結果、キシレンスピン処理前後の膜厚の減少率は2%以下であり、加熱乾燥温度が高い場合には比較化合物(J1)を用いて形成された膜はキシレンに対し不溶化していることが確認された。
以上の正孔注入層上の不溶化試験の結果を表1に示す。
Figure 0005298524
表1に示す如く、本発明の有機化合物は、比較化合物(J1)に比べ、穏和な条件で不溶化させることが可能であった。
[有機電界発光素子の作製]
(実施例4)
図1に示す有機電界発光素子を作製した。
ガラス基板1上に、インジウム・スズ酸化物(ITO)透明導電膜を120nmの厚さに堆積したもの(三容真空社製、スパッタ成膜品)を、通常のフォトリソグラフィー技術と塩酸エッチングを用いて2mm幅のストライプにパターニングして陽極2を形成した。パターン形成したITO基板を、界面活性剤水溶液による超音波洗浄、超純水による水洗、超純水による超音波洗浄、超純水による水洗の順で洗浄後、圧縮空気で乾燥させ、最後に紫外線オゾン洗浄を行った。
まず、先の構造式(P1)に示す繰り返し構造を有する正孔輸送性高分子2重量%と、構造式(B1)に示す4−イソプロピル−4’−メチルジフェニルヨードニウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボラート0.8重量%を、溶媒としての安息香酸エチルに溶解した後、孔径0.2μmのPTFE(ポリテトラフルオロエチレン)製メンブレンフィルターを用いて濾過し、塗布組成物を作製した。この塗布組成物を上記ガラス基板上にスピンコートした。スピンコートは気温23℃、相対湿度60%の大気中で行い、スピナ回転数は1500rpm、スピナ時間は30秒とした。スピンコート後、ホットプレート上で80℃、1分間加熱乾燥した後、オーブンにて常圧大気雰囲気中、230℃で180分間加熱した。このようにして、膜厚34nmの正孔注入層3を形成した。
引き続き、以下に示す条件で本発明の有機化合物(H1)を含む有機電界発光素子組成物を調製し、孔径0.2μmPTFE製メンブレンフィルターを用いて濾過し、上記正孔注入層3上にスピンコートした。スピンコートは窒素雰囲気グローブボックス中にて行い、スピナ回転数は1500rpm、スピナ時間は30秒とした。
<組成物調製条件>
溶媒:キシレン
本発明の有機化合物(H1)濃度:0.80重量%
スピンコート後、以下の条件で加熱乾燥を行った。このようにして、膜厚18nmの正孔輸送層4を形成した。
<加熱乾燥条件>
雰囲気:減圧下(真空度0.01MPa)
加熱温度:130℃
加熱時間:1時間
次に、下記構造式(C−1)で表される化合物20mg、下記構造式(C−2)で表される化合物20mg、および、下記構造式(C−3)で表される化合物2mgを、キシレン2.0gに溶解させ、発光層溶液を調製した。この発光層溶液を、先の正孔輸送層4の上にスピンコートにて40nmの厚さに塗布し、発光層5を形成した。スピンコートは窒素雰囲気グローブボックス中で行い、スピナ回転数は1500rpm、スピナ時間は30秒とした。塗布後、真空度0.01MPa、130℃で1時間加熱乾燥した。
Figure 0005298524
次に、正孔注入層3と正孔輸送層4と発光層5を塗布成膜した基板をグローブボックスに連結されたマルチチャンバー型真空蒸着装置内に大気に曝すことなく搬入し、油回転ポンプにより装置の粗排気を行った後、装置内の真空度が3.8×10−5Paになるまでクライオポンプを用いて排気し、下記構造式(C−4)で表される化合物を真空蒸着法によって積層し正孔阻止層6を得た。蒸着時の真空度は2.8×10−5〜3.6×10−5Pa、蒸着速度は0.8〜1.2Å/秒の範囲で制御し、膜厚5nmの膜を発光層の上に積層して正孔阻止層6を形成した。
Figure 0005298524
次いで同装置内に配置されたセラミック製ルツボに入れた、トリス(8−ヒドロキシキノリナート)アルミニウムを加熱して蒸着を行った。蒸着時の真空度は2.7×10−5〜3.4×10−5Pa、蒸着速度は0.8〜1.2Å/秒の範囲で制御し、膜厚30nmの膜を正孔阻止層6の上に積層して電子輸送層7を形成した。
ここで、電子輸送層7までの蒸着を行った素子を、電子輸送層までを蒸着した有機層蒸着チャンバーから金属蒸着チャンバーへと真空中で搬送し、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、有機層蒸着時と同様にして装置内の真空度が6.3×10−5Pa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0.09〜0.15Å/秒、真空度4.1×10−5〜7.8×10−5Paで制御して、0.5nmの膜厚で電子輸送層の上に成膜した。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0.6〜7.0Å/秒、真空度2.4×10−5〜12×10−5Paで制御して、膜厚80nmのアルミニウム層を形成して陰極8を形成した。以上の2層型陰極の蒸着時の基板温度は室温に保持した。
引き続き、素子が保管中に大気中の水分等で劣化することを防ぐため、以下に記載の方法で封止処理を行った。
真空蒸着装置に連結された窒素グローブボックス中で、23mm×23mmサイズのガラス板の外周部に、約1mmの幅で光硬化性樹脂(株式会社スリーボンド製30Y−437)を塗布し、中央部に水分ゲッターシート(ダイニック株式会社製)を設置した。この上に、陰極形成を終了した基板を、蒸着された面が乾燥剤シートと対向するように貼り合わせた。その後、光硬化性樹脂が塗布された領域のみに紫外光を照射し、樹脂を硬化させた。
以上の様にして、2mm×2mmのサイズの発光面積部分を有する有機電界発光素子が得られた。
得られた有機電界発光素子の発光特性を表2に示す。
また、得られた有機電界発光素子の以下の条件で駆動寿命試験を行った結果を表3に示す。
<駆動条件>
温度 室温
駆動方式 直流駆動(DC駆動)
初期輝度 2,500cd/m
(実施例5)
有機化合物(H1)の代わりに本発明の有機化合物(H2)を使用し、正孔輸送層4を形成する有機電界発光素子組成物を以下のように調製してスピンコート後、以下の条件で加熱乾燥して膜厚19nmの正孔輸送層を形成した他は、実施例4と同様にして有機電界発光素子を作製し、同様に発光特性の評価と駆動寿命試験を行って、結果を表2,表3に示した。
<組成物調製条件>
溶媒:キシレン
本発明の有機化合物(H2)濃度:0.90重量%
<加熱乾燥条件>
雰囲気:窒素中
加熱温度:150℃
加熱時間:1時間
(比較例2)
有機化合物(H1)の代わりに比較化合物(J1)を使用し、正孔輸送層4を形成する有機電界発光素子組成物を以下のように調製してスピンコート後、以下の条件で加熱乾燥して膜厚21nmの正孔輸送層を形成した他は、実施例4と同様にして有機電界発光素子を作製し、同様に発光特性の評価と駆動寿命試験を行って、結果を表2,表3に示した。
<組成物調製条件>
溶媒:トルエン
比較化合物(J1)濃度:0.5重量%
<加熱乾燥条件>
雰囲気:窒素中
加熱温度:200℃
加熱時間:1時間
Figure 0005298524
Figure 0005298524
表2,3に示す如く、本発明の有機化合物(H1),(H2)を用いることで、高輝度、高効率の素子が得られ、また、素子の長寿命化が達成されたことが明らかである。
本発明は、有機電界発光素子が使用される各種の分野、例えば、フラットパネル・ディスプレイ(例えばOAコンピュータ用や壁掛けテレビ)や面発光体としての特徴を生かした光源(例えば、複写機の光源、液晶ディスプレイや計器類のバックライト光源)、表示板、標識灯等の分野において、好適に使用することが出来る。
本発明の有機電界発光素子の構造の一例を模式的に示す断面図である。
符号の説明
1 基板
2 陽極
3 正孔注入層
4 正孔輸送層
5 有機発光層
6 正孔阻止層
7 電子注入層
8 陰極

Claims (12)

  1. 下記式(I)で表される有機化合物。
    Figure 0005298524
    〔式(I)中、nは0、1または2を表す。
    およびTは、各々独立に架橋基を表す。
    〜Gは、各々独立に、フェニレン基、−O−基、−C(=O)−基および−CH−基からなる群から選ばれる基を1〜30個連結してなる2価の基を表す。尚、フェニレン基および−CH−基は、置換基を有していてもよい。ただし、GおよびGは、各々独立に、少なくとも1個の該−CH−基を含む基である。
    、Aは、各々独立に、下記式(I−1)で表される2価の基を表す。
    Figure 0005298524
    (式(I−1)中、mは0または1を表す。
    Ar〜Ar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置換基を有していてもよい芳香族複素環基を表す。ただし、Aにおける式(I−1)において、ArとAr、互いに異なる環構造を有する、芳香族炭化水素基または芳香族複素環基である。また、一分子中に複数Ar〜Arがそれぞれ存在する場合にはAr〜Arは同一であっても異なっていてもよい。)
    n=2のとき、2個のGおよびAは、それぞれ同一であっても異なっていてもよい。〕
  2. 上記式(I)において、nが0である、請求項1に記載の有機化合物。
  3. 上記式(I)において、nが1または2であり、Gが−O−基である、請求項1に記載の有機化合物。
  4. 上記式(I−1)において、mが0である、請求項1ないし3のいずれか1項に記載の有機化合物。
  5. 上記式(I)において、TおよびTが、各々独立に、下記架橋基群Tの中から選ばれる架橋基である、請求項1ないし4のいずれか1項に記載の有機化合物。
    <架橋基群T>
    Figure 0005298524
    (式中、R〜Rは、各々独立に、水素原子またはアルキル基を表す。
    Ar11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を表す。)
  6. 請求項1ないし5のいずれか1項に記載の有機化合物からなる有機電界発光素子材料。
  7. 請求項1ないし5のいずれか1項に記載の有機化合物を含有する有機電界発光素子用組成物。
  8. 請求項1ないし5のいずれか1項に記載の有機化合物を重合させて得られる高分子化合物。
  9. 基板上に、陽極、陰極、および該陽極と該陰極に挟持された1層または2層以上の有機層を有する有機電界発光素子において、該有機層の少なくとも1層が、請求項1ないし5のいずれか1項に記載の有機化合物及び/または請求項8に記載の高分子化合物を含有する有機電界発光素子。
  10. 該有機化合物及び/または高分子化合物を含有する層が、正孔輸送層である請求項9に記載の有機電界発光素子。
  11. 該正孔輸送層上に、発光層を有する請求項10に記載の有機電界発光素子。
  12. 前記有機層が、正孔注入層、正孔輸送層および発光層を有し、正孔注入層、正孔輸送層及び発光層の全てが湿式成膜法により形成される請求項9ないし11のいずれか1項に記載の有機電界発光素子。
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