JP5911419B2 - 有機発光素子及び表示装置 - Google Patents

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Description

本発明は、有機発光素子及び表示装置に関する。
有機発光素子(有機エレクトロルミネッセンス素子、あるいは有機EL素子とも呼ぶ)は、一対の電極と、これら一対の電極間に配置される有機化合物層と、を有する電子素子である。これら一対の電極から電子及び正孔が注入され、当該電子及び正孔が有機化合物層内で再結合することで発光性有機化合物の励起子が生成され、当該励起子が基底状態に戻る際に、有機発光素子は光を放出する。
有機発光素子の最近の進歩は著しく、その特徴として、低駆動電圧、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等が挙げられる。
ところで、現在までに有機発光素子に適した化合物の創出が盛んに行われている。高性能の有機発光素子を提供するにあたり、素子寿命特性の優れた化合物の創出が重要であるからである。
これまでに創出された化合物の中に、燐光発光材料として用いられる有機金属錯体がある。この有機金属錯体の具体例として、例えば、特許文献1に示されるイリジウム錯体がある。また有機発光素子の構成材料として用いられる金属錯体の他の例としては、特許文献2に示されるような金属錯体の例がある。一方、ホストとしてイリジウム錯体と共に発光層に含まれる金属錯体として、特許文献3や特許文献4にて開示されている金属錯体がある。
特開2009−114137号公報 特許第3760508号公報 特開2009−152568号公報 特開2009−218571号公報 国際公開第2010/028151号
J.Org.Chem.(2001),Vol.66,8042−8051 Org.Lett.,Vol.7,No.1,pp.23−25(2005) Chimica Therapeutica,Vol.6,No.1,pp.48−49(1971) J.Org.Chem.,Vol.23,pp.268−271(1958)
ところで特許文献1には、燐光発光材料と共に発光層に含ませるホストとして亜鉛錯体が例示されているが、この亜鉛錯体自体は発光効率が低い。また特許文献2にて示されている金属錯体は、燐光発光材料と共に発光層に含ませるホストとして使用されていない。さらに特許文献3や特許文献4にて開示されている金属錯体をホストとして発光層に含ませた有機発光素子の発光効率も低い。
従って、特許文献1乃至4にて開示されている有機発光素子では、高い発光効率と寿命特性は得られなかった。
本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、その目的は、高発光効率かつ長寿命な有機発光素子を提供することにある。
本発明の有機発光素子は、一対の電極と、前記一対の電極の間に配置される有機化合物層と、を有し、
前記有機化合物層が、下記一般式[1]に示されるイリジウム錯体と、下記一般式[5]に示される金属錯体化合物と、を有することを特徴とする。
Figure 0005911419
〔式[1]において、R1乃至R8は、それぞれ水素原子、ハロゲン原子、アルキル基、アルコキシ基、置換アミノ基、置換あるいは無置換の芳香族炭化水素基又は置換あるいは無置換の複素芳香族基を表す。
mは、1乃至3の整数を表し、nは、0乃至2の整数を表す。但しm+nは3である。
環Aは、置換あるいは無置換の芳香族基であり、ベンゼン環、ナフタレン環、フェナンスレン環、フルオレン環、9,9−スピロビフルオレン環及びクリセン環から環状構造を表し、ベンゾ[f]イソキノリン骨格及びIr金属と共有結合している。尚、環Aは、さらに置換基を有してもよい。
Xは、二座配位子を表す。
部分構造IrXnは、下記一般式[2]乃至[4]に示される構造のいずれかである。
Figure 0005911419
(式[2]乃至[4]において、R10乃至R24は、それぞれ水素原子、ハロゲン原子、置換あるいは無置換のアルキル基、アルコキシ基、置換アミノ基、置換基あるいは無置換の芳香族炭化水素基又は置換あるいは無置換の複素芳香族基を表す。nが2の場合、R10乃至R24のいずれかで示される複数の置換基は、それぞれ同一であっても異なっていてもよい。)〕
Figure 0005911419
〔式[5]において、Mは、ベリリウム、マグネシウム及び亜鉛から選ばれる2価の金属原子である。
Lは、二座配位子を表す。
Mがベリリウムの場合、部分構造MLは、下記一般式[6]及び[8]乃至[11]に示される構造のいずれかである。またMがマグネシウムの場合、部分構造MLは、下記一般式[6]及び[8]乃至[11]に示される構造のいずれかである。さらにMが亜鉛の場合、部分構造MLは、下記一般式[6]、[8]及び[9]示される構造のいずれかである。
Figure 0005911419
(式[6]及び[8]乃至[11]において、R30 乃至R 35 及びR 44 乃至R57は、それぞれ水素原子、ハロゲン原子、置換基あるいは無置換のアルキル基、アルコキシ基、置換アミノ基、置換あるいは無置換の芳香族炭化水素基又は置換あるいは無置換の複素芳香族基を表す。
式[8]乃至[11]において、環Bは、下記一般式[12]乃至[14]に示される環状構造のうちのいずれかである。
*1は、酸素原子との結合位置を表し、*2は、複素5員環骨格内の炭素原子との結合位置を表す。
Figure 0005911419
(式[12]乃至[14]において、R60乃至R73は、それぞれ水素原子、ハロゲン原子、置換あるいは無置換のアルキル基、アルコキシ基、置換アミノ基、置換あるいは無置換の芳香族炭化水素基、置換あるいは無置換の複素芳香族基を表す。))〕
本発明によれば、高発光効率かつ長寿命な有機発光素子を提供することができる。
本実施形態に係る有機発光素子と、この有機発光素子に接続されている能動素子と、を有する表示装置の一例を示す断面模式図である。
以下、本発明について詳細に説明する。
(1)有機発光素子
本発明の有機発光素子は、互いに対向し合う一対の電極である陽極と陰極と、これら一対の電極の間に配置される有機化合物層とを少なくとも有する発光素子である。そして本発明の有機発光素子は、有機化合物層に、下記一般式[1]で示されるイリジウム錯体と下記一般式[5]で示される金属錯体化合物とを有する。
Figure 0005911419
尚、一般式[1]で示されるイリジウム錯体及び一般式[5]で示される金属錯体化合物の詳細については、後述する。
本発明の有機発光素子の素子構成としては、基板上に、下記(1)乃至(6)に示される電極層及び有機化合物層を順次積層した多層型の素子構成が挙げられる。尚、いずれの素子構成においても有機化合物層には発光材料を有する発光層が必ず含まれる。
(1)陽極/発光層/陰極
(2)陽極/正孔輸送層/発光層/電子輸送層/陰極
(3)陽極/正孔輸送層/発光層/電子輸送層/電子注入層/陰極
(4)陽極/正孔注入層/正孔輸送層/発光層/電子輸送層/陰極
(5)陽極/正孔注入層/正孔輸送層/発光層/電子輸送層/電子注入層/陰極
(6)陽極/正孔輸送層/電子阻止層/発光層/正孔阻止層/電子輸送層/陰極
ただしこれらの素子構成例はあくまでもごく基本的な素子構成であり、本発明の有機発光素子の素子構成はこれらに限定されるものではない。
例えば、電極と有機化合物層との界面に絶縁性層、接着層あるいは干渉層を設ける、電子輸送層もしくは正孔輸送層がイオン化ポテンシャルの異なる二つの層から構成される、発光層が発光材料の異なる二つの層から構成される等多様な層構成を採ることができる。
本発明において、発光層から出力される光の取り出し態様(素子形態)としては、基板側の電極から光を取り出すいわゆるボトムエミッション方式でもよいし、基板の反対側から光を取り出すいわゆるトップエミッション方式でもよい。また基板側及び基板の反対側から光を取り出す、両面取り出し方式も採用することができる。
上記(1)乃至(6)に示される素子構成において、(6)の構成は、電子阻止層及び正孔阻止層を共に有している構成であるので、好ましい。つまり、電子阻止層及び正孔阻止層を有する(6)では、正孔と電子の両キャリアを発光層内に確実に閉じ込めることができるので、キャリア漏れがなく発光効率が高い有機発光素子となる。
本発明の有機発光素子において、一般式[1]のイリジウム錯体及び一般式[5]の金属錯体化合物は、有機化合物層のうち、発光層に含まれることが好ましい。このとき発光層は、少なくとも一般式[1]のイリジウム錯体と、一般式[5]の金属錯体化合物と、を有している。このとき発光層に含まれる化合物は、発光層内の含有濃度によってその用途が異なる。具体的には、発光層内の含有濃度によって、主成分と副成分とに分かれる。
主成分となる化合物は、発光層に含まれる化合物群のうち重量比(含有濃度)が最大の化合物であり、ホストとも呼ばれる化合物である。またホストは、発光層内で発光材料の周囲にマトリックスとして存在する化合物であって、主に発光材料へのキャリアの輸送、発光材料への励起エネルギー供与を担う化合物である。
また副成分となる化合物は、主成分以外の化合物であり、その化合物の機能により、ゲスト(ドーパント)、発光アシスト材料又は電荷注入材料と呼ぶことができる。副成分の一種であるゲストは、発光層内で主たる発光を担う化合物(発光材料)である。副成分の一種である発光アシスト材料は、ゲストの発光を助ける化合物であって、発光層内での重量比(含有濃度)がホストよりも小さい化合物である。発光アシスト材料は、その機能から第2ホストとも呼ばれる。
ホストに対するゲストの濃度は、発光層の構成材料の全体量を基準として、0.01重量%以上50重量%以下であり、好ましくは、0.1重量%以上20重量%以下である。濃度消光を防ぐ観点から、ゲストの濃度は、10重量%以下であることが特に好ましい。
本発明において、ゲストは、ホストがマトリックスとなっている層の全体に均一に含ませてもよいし、濃度勾配を有して含ませてもよい。また層内の特定の領域にゲストを部分的に含ませて、発光層をゲストを含まないホストのみの領域を有する層としてもよい。
本発明において、一般式[1]に示されるイリジウム錯体をゲストとして、一般式[5]に示される金属錯体化合物をホストとして、共に発光層に含ませる態様が好ましい。このとき、励起子やキャリアの伝達を補助することを目的として、発光層内に、一般式[1]に示されるイリジウム錯体とは別に他の燐光発光材料をさらに含ませてもよい。
また励起子やキャリアの伝達の補助を目的として、一般式[5]で示される金属錯体化合物とは別の化合物を、第2ホストとして発光層にさらに含ませてもよい。本発明において、(発光)アシスト材料として、好ましくは、イリジウム錯体である。ただし、(発光)アシスト材料として用いられるイリジウム錯体は、一般式[1]のイリジウム錯体以外のイリジウム錯体である。
(2)イリジウム錯体
次に、本発明の有機発光素子の構成材料の一つであるイリジウム錯体について説明する。本発明の有機発光素子の構成材料の一つであるイリジウム錯体は、下記一般式[1]で示される化合物である。
Figure 0005911419
式[1]において、R1乃至R8は、それぞれ水素原子、ハロゲン原子、アルキル基、アルコキシ基、アリールオキシ基、トリフルオロメチル基、シアノ基、置換あるいは無置換の芳香族炭化水素基又は置換あるいは無置換の複素芳香族基を表す。
1乃至R8で表されるハロゲン原子の具体例としては、フッ素、塩素、臭素、ヨウ素がある。
1乃至R8で表されるアルキル基は、好ましくは、炭素原子数が1以上6以下のアルキル基である。炭素原子数1以上6以下のアルキル基の具体例としては、メチル基、エチル基、n−プロピル基、i−プロピル基、n−ブチル基、i−ブチル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基、n−ペンチル基、i−ペンチル基、tert−ペンチル基、ネオペンチル基、n−ヘキシル基、シクロヘキシル基等が挙げられる。尚、トリフルオロメチル基等のように、アルキル基に含まれる水素原子の一部又は全部がフッ素原子に置換されていてもよい。これらアルキル基の中でも、特に好ましくは、メチル基もしくはtert−ブチル基である。
1乃至R8で表されるアルコキシ基の具体例としては、メトキシ基、エトキシ基、i−プロポキシ基、n−ブトキシ基、tert−ブトキシ基、2−エチル−オクチルオキシ基、ベンジ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。これらのアルコキシ基の中でも、好ましくは、メトキシ基もしくはエトキシ基である。
1乃至R8で表される芳香族炭化水素基の具体例としては、フェニル基、ナフチル基、フェナントリル基、アントリル基、フルオレニル基、ビフェニレニル基、アセナフチレニル基、クリセニル基、ピレニル基、トリフェニレニル基、ピセニル基、フルオランテニル基、ペリレニル基、ナフタセニル基、ビフェニル基、ターフェ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。これらの芳香族炭化水素基の中でも、好ましくは、フェニル基、ナフチル基、フルオレニル基もしく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。
1乃至R8で表される複素芳香族基の具体例としては、チエニル基、ピロリル基、ピラジニル基、ピリジル基、インドリル基、キノリル基、イソキノリル基、ナフチリジニル基、アクリジニル基、フェナントロリニル等、カルバゾリル基、ベンゾ[a]カルバゾリル基、ベンゾ[b]カルバゾリル基、ベンゾ[c]カルバゾリル基、フェナジニル基、フェノキサジニル基、フェノチアジニル基、ベンゾチオフェニル基、ジベンゾチオフェニル基、ベンゾフラニル基、ジベンゾフラニル基、オキサゾリル基、オキサジアゾ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。
1乃至R8で表される芳香族炭化水素基及び複素芳香族基は、さらに置換基を有していてもよい。具体的には、メチル基、エチル基、プロピル基等のアルキル基、ベンジル基等のアラルキル基、フェニル基、ビフェニル基、テトラキス(9,9−ジメチルフルオレニル)基等のアリール基、ピリジル基、ピロリル基等の複素環基、ジメチルアミノ基、ジエチルアミノ基、ジベンジルアミノ基、ジフェニルアミノ基、ジトリルアミノ基等のアミノ基、メトキシル基、エトキシル基、プロポキシル基等のアルコキシル基、フェノキシル基等のアリールオキシル基、フッ素、塩素、臭素、ヨウ素等のハロゲン原子、シアノ基等が挙げられる。
式[1]において、mは、1乃至3の整数を表し、nは、0乃至2の整数を表す。ただし、m+nは、3である。
式[1]において、環Aは、ベンゼン環、ナフタレン環、フルオレン環、フェナンスレン環、9,9−スピロビフルオレン環及びクリセン環から選ばれる環状構造を表す。環Aは、ベンゾ[f]イソキノリン骨格及びIr金属と、それぞれ共有結合によって結合されている。
尚、環Aは、さらに置換基を有してもよい。具体的には、メチル基、エチル基、n−プロピル基、i−プロピル基、n−ブチル基、i−ブチル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基、n−ペンチル基、i−ペンチル基、tert−ペンチル基、ネオペンチル基、n−ヘキシル基、シクロヘキシル基等のアルキル基、フッ素、塩素、臭素及びヨウ素から選ばれるハロゲン原子、メトキシ基、エトキシ基、i−プロポキシ基、n−ブトキシ基、tert−ブトキシ基等のアルコキシ基、フェノキシ基、4−ターシャルブチルフェノキシ基、チエニルオキシ基等のアリールオキシ基、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,N−ジナフチルアミノ基、N,N−ジフルオレニルアミノ基,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)アミノ基等の置換アミノ基、フェニル基、ナフチル基、フェナントリル基、アントリル基、フルオレニル基、ビフェニレニル基、アセナフチレニル基、クリセニル基、ピレニル基、トリフェニレニル基、ピセニル基、フルオランテニル基、ペリレニル基、ナフタセニル基、ビフェニル基、ターフェニル基、ジメチルフェニル基、tert−ブチルフェニル基、シアノフェニル基、トリフルオロメチルフェニル基、メトキシフェニル基等の芳香族炭化水素基、チエニル基、ピロリル基、ピラジニル基、ピリジル基、インドリル基、キノリル基、イソキノリル基、ナフチリジニル基、アクリジニル基、フェナントロリニル等、カルバゾリル基、ベンゾ[a]カルバゾリル基、ベンゾ[b]カルバゾリル基、ベンゾ[c]カルバゾリル基、フェナジニル基、フェノキサジニル基、フェノチアジニル基、ベンゾチオフェニル基、ジベンゾチオフェニル基、ベンゾフラニル基、ジベンゾフラニル基、オキサゾリル基、オキサジアゾリル基、ジメチルピリジル基等の複素芳香族基、シアノ基、トリフルオロメチル基等が挙げられる。
式[1]において、R1乃至R8は、好ましくは、それぞれ水素原子、炭素数1乃至4のアルキル基又は炭素数1乃至4のアルキル基が置換されていてもよいフェニル基である。
式[1]において、Xは、二座配位子を表す。本発明において、Xを含む錯体の部分構造IrXnは、具体的には、下記一般式[2]乃至[4]に示される構造のいずれかである。
Figure 0005911419
式[2]乃至[4]において、R10乃至R24は、それぞれ、水素原子、ハロゲン原子、アルキル基、アルコキシ基、トリフルオロメチル基、シアノ基、置換あるいは無置換の芳香族炭化水素基又は置換あるいは無置換の複素芳香族基を表す。
10乃至R24で表されるハロゲン原子、アルキル基、アルコキシ基、トリフルオロメチル基、シアノ基、芳香族炭化水素基、複素芳香族基の具体例は、一般式[1]中のR1乃至R8における具体例と同様である。またR10乃至R24で表される置換基が芳香族炭化水素基又は複素芳香族基である場合において、当該置換基がさらに有してもよい置換基の具体例は、一般式[1]中のR1乃至R8における具体例と同様である。
式[2]乃至[4]のいずれかに示される置換基、即ち、R10乃至R24は、好ましくは、それぞれ水素原子、炭素数1乃至4のアルキル基又は炭素数1乃至4のアルキル基が置換されていてもよいフェニル基である。
一般式[1]のイリジウム錯体において、好ましくは、mが2であり、nが1である。
また一般式[1]のイリジウム錯体は、好ましくは、下記一般式[15]に示されるイリジウム錯体である。
Figure 0005911419
式[15]において、R80乃至R90は、それぞれ、水素原子、ハロゲン原子、アルキル基、アルコキシ基、トリフルオロメチル基、シアノ基、置換あるいは無置換の芳香族炭化水素基、又は置換あるいは無置換の複素芳香族基を表す。
80乃至R90で表されるハロゲン原子、アルキル基、アルコキシ基、トリフルオロメチル基、シアノ基、芳香族炭化水素基、複素芳香族基の具体例は、一般式[1]中のR1乃至R8の具体例と同様である。またR80乃至R90で表される置換基が芳香族炭化水素基又は複素芳香族基である場合において、芳香族炭化水素基及び複素芳香族基がさらに有してもよい置換基の具体例は、一般式[1]中のR1乃至R8の具体例と同様である。
式[15]に示される置換基、即ち、R80乃至R90は、好ましくは、それぞれ水素原子、炭素数1乃至4のアルキル基又は炭素数1乃至4のアルキル基が置換されていてもよいフェニル基である。
式[15]において、mは1乃至3の整数を表し、nは0乃至2の整数を表す。但しm+nは3である。
式[15]において、*3は、環AとIr金属との結合を表し、*4は、環Aとベンゾ[f]イソキノリン骨格内の1位の炭素原子との結合を表す。
式[15]において、環Aは置換あるいは無置換の芳香環であり、具体的には、下記一般式[16]乃至[20]のいずれかに示される部分構造である。好ましくは、一般式[16]に示される構造である。
Figure 0005911419
式[16]乃至[20]において、R91乃至R112は、それぞれ、水素原子、ハロゲン原子、アルキル基、アルコキシ基、トリフルオロメチル基、シアノ基、置換あるいは無置換の芳香族炭化水素基又は置換あるいは無置換の複素芳香族基を表す。
91乃至R112で表されるハロゲン原子、アルキル基、アルコキシ基、トリフルオロメチル基、シアノ基、芳香族炭化水素基及び複素芳香族基の具体例は、一般式[1]中のR1乃至R8の具体例と同様である。またR91乃至R112で表される置換基が芳香族炭化水素基又は複素芳香族基である場合において、当該置換基がさらに有してもよい置換基の具体例は、一般式[1]中のR1乃至R8の具体例と同様である。
式[16]乃至[20]のいずれかに示される置換基、即ち、R91乃至R112は、好ましくは、それぞれ水素原子、炭素数1乃至4のアルキル基又は炭素数1乃至4のアルキル基が置換されていてもよいフェニル基である。
式[16]乃至[20]において、*3は、Ir金属との結合位置を表し、*4は、ベンゾ[f]イソキノリン骨格内の1位の炭素原子との結合位置を表す。
また一般式[1]のイリジウム錯体において、特に好ましくは、下記一般式[21]に示されるイリジウム錯体である。
Figure 0005911419
式[21]において、Q1乃至Q9は、それぞれ水素原子、ハロゲン原子、アルキル基、アルコキシ基、トリフルオロメチル基又はシアノ基を表す。Q1乃至Q9で表されるハロゲン原子、アルキル基及びアルコキシ基の具体例は、一般式[1]中のR1乃至R8の具体例と同様である。
式[21]に示される置換基、即ち、Q1乃至Q9は、好ましくは、それぞれ水素原子、炭素数1乃至4のアルキル基又は炭素数1乃至4のアルキル基が置換されていてもよいフェニル基である。
式[21]において、Gは、水素原子、ハロゲン原子、アルキル基、アルコキシ基、トリフルオロメチル基、シアノ基又は置換あるいは無置換のフェニル基を表す。Gで表されるハロゲン原子、アルキル基、アルコキシ基及びフェニル基がさらに有してもよい置換基の具体例は、一般式[1]中のR1乃至R8の具体例と同様である。
ところで本発明の有機発光素子に少なくとも含まれる化合物、具体的には、イリジウム錯体及び後述する金属錯体は、共に、基本骨格に特定の置換基を設けることによって発光波長、バンドギャップ、HOMO−LUMOを適宜変えることができる。ただし、あまりにも多くの置換基を設けると昇華性が低下する。
この観点からすれば、特に、一般式[1]中のR1乃至R8に置換基を設ける際には、炭素数1乃至6のアルキル基、メトキシ基、エトキシ基、フェニル基、ピリジル基、フッ素基、シアノ基等といった分子量が100以下の置換基にすることが好ましい。
(3)ホストとなる金属錯体化合物
次に、本発明の有機発光素子に、発光層のホストとして用いられる金属錯体化合物について説明する。本発明の有機発光素子に含まれるホストとなる金属錯体化合物は、具体的には、下記一般式[5]で示される化合物である。
Figure 0005911419
式[5]において、Mは、ベリリウム、マグネシウム及び亜鉛から選ばれる2価の金属原子である。
Lは、二座配位子を表す。
Mがベリリウム又はマグネシウムの場合、部分構造MLは、下記一般式[6]乃至[11]に示される構造のいずれかである。またMが亜鉛の場合、部分構造MLは、下記一般式[6]乃至[9]の示される構造のいずれかである。
Figure 0005911419
式[6]乃至[11]において、R30乃至R57は、それぞれ水素原子、ハロゲン原子、置換基あるいは無置換のアルキル基、アルコキシ基、アリールオキシ基、アラルキル基、置換アミノ基、置換あるいは無置換の芳香族炭化水素基又は置換あるいは無置換の複素芳香族基を表す。
30乃至R57で表されるハロゲン原子の具体例としては、フッ素、塩素、臭素、ヨウ素がある。
30乃至R57で表されるアルキル基は、好ましくは、炭素原子数が1以上6以下のアルキル基である。炭素原子数1以上6以下のアルキル基の具体例としては、メチル基、エチル基、n−プロピル基、i−プロピル基、n−ブチル基、i−ブチル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基、n−ペンチル基、i−ペンチル基、tert−ペンチル基、ネオペンチル基、n−ヘキシル基、シクロヘキシル基等が挙げられる。これらアルキル基の中でも、特に好ましくは、メチル基もしくはtert−ブチル基である。
30乃至R57で表されるアルコキシ基の具体例としては、メトキシ基、エトキシ基、i−プロポキシ基、n−ブトキシ基、tert−ブトキシ基、2−エチル−オクチルオキシ基、ベンジ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。これらのアルコキシ基の中でも、好ましくは、メトキシ基もしくはエトキシ基である。
30乃至R57で表されるアリールオキシ基として、フェノキシ基、4−ターシャルブチルフェノキシ基、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。
30乃至R57で表されるアラルキル基として、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。
30乃至R57で表される置換アミノ基として、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,N−ジナフチルアミノ基、N,N−ジフルオレニルアミノ基,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。
30乃至R57で表される芳香族炭化水素基の具体例としては、フェニル基、ナフチル基、フェナントリル基、アントリル基、フルオレニル基、ビフェニレニル基、アセナフチレニル基、クリセニル基、ピレニル基、トリフェニレニル基、ピセニル基、フルオランテニル基、ペリレニル基、ナフタセニル基、ビフェニル基、ターフェ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。これらの芳香族炭化水素基の中でも、好ましくは、フェニル基、ナフチル基、フルオレニル基もしく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。
30乃至R57で表される複素芳香族基の具体例としては、チエニル基、ピロリル基、ピラジニル基、ピリジル基、インドリル基、キノリル基、イソキノリル基、ナフチリジニル基、アクリジニル基、フェナントロリニル等、カルバゾリル基、ベンゾ[a]カルバゾリル基、ベンゾ[b]カルバゾリル基、ベンゾ[c]カルバゾリル基、フェナジニル基、フェノキサジニル基、フェノチアジニル基、ベンゾチオフェニル基、ジベンゾチオフェニル基、ベンゾフラニル基、ジベンゾフラニル基、オキサゾリル基、オキサジアゾ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。
上記アルキル基、アリール基、複素環基がさらに有してもよい置換基として、メチル基、エチル基、プロピル基等のアルキル基、ベンジル基等のアラルキル基、フェニル基、ビフェニル基、テトラキス(9,9−ジメチルフルオレニル)基等のアリール基、ピリジル基、ピロリル基等の複素環基、ジメチルアミノ基、ジエチルアミノ基、ジベンジルアミノ基、ジフェニルアミノ基、ジトリルアミノ基等のアミノ基、メトキシル基、エトキシル基、プロポキシル基等のアルコキシル基、フェノキシル基等のアリールオキシル基、フッ素、塩素、臭素、ヨウ素等のハロゲン原子、シアノ基等が挙げられる。
式[6]乃至[11]のいずれかに示される置換基、即ち、R30乃至R57は、好ましくは、それぞれ水素原子、炭素数1乃至4のアルキル基又は炭素数1乃至4のアルキル基が置換されていてもよいフェニル基である。
式[8]乃至[11]において、*1は、酸素原子との結合位置を表し、*2は、下記に示される複素5員環骨格内のヘテロ原子に挟まれた炭素原子との結合位置を表す。
Figure 0005911419
式[8]乃至[11]において、環Bは、下記一般式[12]乃至[14]に示される環状構造のうちのいずれかである。
Figure 0005911419
式[12]乃至[14]において、R60乃至R73は、それぞれ水素原子、ハロゲン原子、置換あるいは無置換のアルキル基、アルコキシ基、アリールオキシ基、アラルキル基、置換アミノ基、置換あるいは無置換の芳香族炭化水素基、置換あるいは無置換の複素芳香族基を表す。
60乃至R73で表されるハロゲン原子、アルキル基、アルコキシ基、アリールオキシ基、アラルキル基、置換アミノ基、芳香族炭化水素基及び複素芳香族基、並びにアルキル基、芳香族炭化水素基及び複素芳香族基がさらに有してもよい置換基の具体例は、一般式[6]乃至[11]中のR30乃至R57の具体例と同様である。
式[12]乃至[14]のいずれかに示される置換基、即ち、R60乃至R73は、好ましくは、それぞれ水素原子、炭素数1乃至4のアルキル基又は炭素数1乃至4のアルキル基が置換されていてもよいフェニル基である。
(4)ホスト及びゲストがもたらす作用効果
本発明の有機発光素子を構成する有機化合物層(特に、発光層)は、一般式[1]のイリジウム錯体と、一般式[5]の金属錯体と、を少なくとも有している。式[1]のイリジウム錯体は、少なくとも1つのアリールベンゾ[f]イソキノリン配位子がイリジウム金属に配位している有機金属錯体、即ち、biq系Ir錯体である。ここでbiq系Ir錯体は、特許文献1に記載の通り、高い発光量子収率を有している赤色発光性の燐光発光材料である。ここで赤色発光とは、発光ピーク波長が580nm以上650nm以下、即ち、最低三重項励起準位(T1)が1.9eV以上2.1eV以下の範囲にある発光のことをいう。従って、biq系Ir錯体をゲストとして発光層に含ませることによって、有機発光素子の発光効率が非常に高くなる。
一方、有機発光素子において必要とされる性能は、発光効率の他に、発光色、駆動電圧、素子寿命等がある。これらの要件を満たすことで高性能な有機発光素子を作ることができる。
この高性能な有機発光素子を実現するためには、発光材料とホストとの組み合わせの最適化が重要となる。ここで室温にて燐光発光する材料を発光材料として用いた場合には、以下に挙げる項目が重要となる。
[項目1]発光材料とホストとの三重項状態の励起エネルギー(T1)の関係
[項目2]発光材料とホストとのバンドギャップ(S1)の関係
[項目3]発光材料とホストとのHOMO−LUMOの関係
[項目4]発光材料の発光効率
[項目1]が重要であるのは、燐光発光材料の発光がT1からの発光であることに起因する。仮に、ホストのT1と発光材料のT1とが近い値である場合、発光材料が燐光発光するのに必要なエネルギー(発光エネルギー)がホストに吸収されることになる。そうすると、発光効率が低下するので、ホストのT1と発光材料のT1とが近い値にならないようにする。また燐光の発光寿命は、発光材料よりもホストの方が長くなるように材料を選択するほうが好ましい。そうすると発光材料にエネルギーを渡すことができるからである。この点から、用いられるホストは、そのT1が波長にして発光材料より30nm以上短波長であって、燐光発光寿命が長く原子番号の小さい金属錯体にする。これにより高性能な有機発光素子を作ることができる。
[項目2]が重要であるのは、各材料のS1が素子の駆動電圧に大きく関わるからである。ここで素子の駆動電圧を下げるために、発光材料及びホストのS1はできるだけ近い値にすることが好ましい。この点から、ホストのS1とT1との関係を鑑みると、S1とT1の差は小さい方が好ましい。
[項目3]が重要であるのは、発光材料とホストとのそれぞれのHOMO−LUMOが駆動電圧に大いに関係するからである。ここで本発明の有機発光素子に用いられる発光材料(燐光発光材料)はHOMO−LUMOの準位が浅いので、発光層はホールをトラップすることになる。ただし、あまりトラップ性が高いと高電圧化してしまい、素子の消費電力が上がることになる。このためホストとしては、できるだけHOMOの浅い材料を用いる必要がある。
[項目4]が重要であるのは、発光効率が有機発光素子の性能に直接影響するからである。従って、高性能な有機発光素子を作るためには高効率な発光材料を用いることが必須となる。その点で、本発明で用いられている発光材料は、赤色発光する発光材料のうち、とても発光効率が高い発光材料である。
以上4項目を考慮した、高性能な有機発光素子を作り出すための発光材料とホストの組み合わせは、発光材料自体の発光効率を高くする(発光効率の高い発光材料を選択する)必要がある。そしてホストについては、S1及びT1が小さい材料を選択する必要がある。これらの条件を満たすホストとして、最適な材料は金属錯体である。なぜならば、金属錯体は、S1が小さく、また他の化合物と比較してHOMOも浅くすることができるからである。また発光材料の発光が610nm以上であるため、ホストとして用いられる金属錯体は、T1が580nm以下であって、燐光発光寿命が長い、原子番号の小さい金属を用いることが好ましい。
この点から、一般式[1]のイリジウム錯体と一般式[5]の金属錯体とを有する有機発光素しは、特に、発光効率という観点で従来の燐光発光素子よりもより高性能である。
(5)イリジウム錯体の具体例
以下に、一般式[1]で定義されるイリジウム錯体の具体的な構造式を例示する。
Figure 0005911419
Figure 0005911419
Figure 0005911419
Figure 0005911419
Figure 0005911419
Figure 0005911419
例示化合物のうち、Ir−101乃至Ir−123に示されるイリジウム錯体は、一般式[1]で示されるイリジウム錯体のうち、全ての配位子がベンゾ[f]イソキノリン骨格を含む配位子であるイリジウム錯体である。これら第1群のイリジウム錯体は、錯体が有する配位子(アリールベンゾ[f]イソキノリン配位子)の構造から、錯体自体の安定性が非常に高い。従って、ゲストとして発光層に含ませたときに、駆動耐久性が高くなるため、長寿命の有機発光素子が得られる。
例示化合物のうちIr−201乃至Ir−226に示されるイリジウム錯体は、一般式[17]で示されるイリジウム錯体のうち、Gが置換あるいは無置換のフェニル基ではないイリジウム錯体である。これら第2群のイリジウム錯体は、発光量子収率が非常に高い錯体であり、ゲストとして発光層に含ませたときに、発光効率の高い有機発光素子が得られる。さらに第2群のイリジウム錯体が有する3つの配位子のうち、分子量が小さいacac系の配位子(ジケトン系二座配位子)が1つ含まれている。そのため、錯体自体の分子量が比較的小さいので、昇華精製が容易であるという特長も有している。
例示化合物のうちIr−301乃至Ir−322に示されるイリジウム錯体は、一般式[17]で示されるイリジウム錯体のうち、Gが置換あるいは無置換のフェニル基であるイリジウム錯体である。これら第3群のイリジウム錯体は、第2群のイリジウム錯体と同様に、発光量子収率が非常に高い錯体である。このため、ゲストとして発光層に含ませたときに、有機発光素子の発光効率が高くなる。
例示化合物のうちIr−401乃至Ir−429に示されるイリジウム錯体は、一般式[11]で示されるイリジウム錯体であってmが2でnが1であるイリジウム錯体であるが、一般式[17]で示されるイリジウム錯体に該当しないイリジウム錯体である。これら第4群のイリジウム錯体も、第2及び第3群のイリジウム錯体と同様に発光量子収率が非常に高い錯体である。このため、ゲストとして発光層に含ませたときに、有機発光素子の発光効率が高くなる。
例示化合物のうちIr−501乃至Ir−508に示されるイリジウム錯体は、一般式[1]で示されるイリジウム錯体であって部分構造IrXnが式[3]で表されるイリジウム錯体ある。これら第5a群のイリジウム錯体は、分子中にピコリン酸誘導体が配位子として一つ含まれている。ここでピコリン酸誘導体を配位子として導入すると、acac系配位子を導入する場合と比較して、錯体自体の発光ピーク波長が短波長にシフトする。
例示化合物のうちIr−509乃至Ir−516に示されるイリジウム錯体は、一般式[1]で示されるイリジウム錯体であって部分構造IrXnが式[2]で表されるイリジウム錯体ある。これら第5b群のイリジウム錯体は、分子中に、フェニルピリジン(ppy)誘導体が1つ又は2つ含まれている。ここで配位子ppyは非発光性の配位子であるため、第5b群のイリジウム錯体からアリールベンゾ[f]イソキノリン配位子由来の赤色発光が得られる。また配位子ppyはアリールベンゾ[f]イソキノリン配位子よりも分子量が小さいため、上記第1群のイリジウム錯体と比較して、錯体の分子量が小さいので昇華精製が容易になる。従って、第5b群のイリジウム錯体は、第1群のイリジウム錯体と同様にゲストとして発光層に含ませることにより、長寿命の有機発光素子を得ることができる。
ところで、一般式[1]のイリジウム錯体は、立体的にfac体、mer体という構造異性体が存在する。本発明において、一般式[1]のイリジウム錯体の立体構造については、特に限定されないが、好ましくは、一般的に量子収率が高いとされているfac体である。しかし、イリジウム原子に対して構造が異なる二種類の配位子が配位しているイリジウム錯体の場合は、例えばIr(ppy)2acacのように、mer体であっても量子収率が高い場合もある。このため、必ずしもfac体の方が好ましいとは限らない。また、錯体を合成する時にいずれかの構造異性体を選択的に合成することは難しく、コストの面からも双方の異性体を混合して使用する場合もある。
(6)金属錯体の具体例
以下に、ホストとして用いられる金属錯体化合物の具体的な構造式を例示する。尚、以下に示される具体例のうち、H101乃至H136、H201乃至H206、H216乃至H236及びH301乃至H318は、本発明に含まれる。
Figure 0005911419
Figure 0005911419
Figure 0005911419
上記例示化合物は、金属錯体自体の安定性という観点から、配位子と金属との関係によっていくつかに分類することができる。
ここで下記I型乃至III型に示される配位子ついて、この配位子に含まれ金属原子に配位する役割を果たす窒素原子と酸素原子との間の距離を比較する。距離は分子力学計算であるMM2法を用いて配位子の安定構造を計算し、その構造から窒素原子、酸素原子間の距離を算出した。
Figure 0005911419
計算の結果、キノリノール配位子(I型)のdaは2.68Åであり、フェニルベンゾチアゾール配位子(II型)のdbは2.60Åであり、ベンゾキノリノール配位子(III型)のdcは2.52Åであった。
一方、Mg、Zn及びBeの各金属イオン半径は、それぞれ0.75Å、0.83Å、0.30Åである。そうすると、イオン半径が大きい金属であるMg、Znは、I型のキノリノール配位子、金属イオン半径の小さい金属であるBeは、III型のフェニルベンゾオキサゾール配位子が適している。同様の理由で、Beは、フェニルベンゾチアゾール配位子やベンゾキノリノール配位子にも適している。実際に、錯体に含まれる金属原子としてMgやZnを選択した場合、窒素原子−酸素原子間の距離が遠いベンゾキノリノール配位子を含む錯体を合成することは困難である。
例示化合物H101乃至H115に示される金属錯体は、中心金属がMgであって、配位子がキノリノール誘導体である錯体である。キノリノール誘導体はMgのイオン半径から安定な錯体を作り出すことができる配位子であり、分子量が小さい化合物である。このため、低い昇華温度で昇華することができる。H116乃至H118に示される金属錯体は、中心金属がMgであって、配位子がフェニルイミダゾール誘導体である錯体である。フェニルイミダゾール誘導体に含まれる窒素原子と酸素原子との間の距離は、計算によると2.56Åであり、Mgを錯化することができる配位子である。この配位子は配位子自身のバンドギャップが広く、高いT1エネルギーを得るのに適した配位子である。H119乃至H125に示される金属錯体は、中心金属がMgであって、配位子がフェニルベンゾオキサゾール誘導体である錯体である。ベンゾオキサゾール環は安定なヘテロ環であり、ベンゾオキサゾール誘導体に含まれる窒素原子と酸素原子との間の距離は、計算によると2.69Åであり、安定なMg錯体を作り出すことができる配位子である。またこの配位子は、バンドギャップが広いので高いT1エネルギーを利用するのに適した配位子である。従って、高発光効率の有機発光素子を得ることができる。H126乃至H136に示される金属錯体は、中心金属がMgであって、配位子がフェニルベンゾチアゾール誘導体である錯体である。ベンゾチアゾール環は安定なヘテロ環であり、最も安定な錯体を作り出すことができる配位子であるため、素子の安定性、素子寿命を向上させるのに適した配位子である。ところで、以上説明した配位子は、置換基を導入することで、スタッキングを抑えることができるので、昇華性を向上させたり、錯体のバンドギャップを変えたりすることができる。尚、窒素原子の隣りにある炭素原子は活性が高いため、メチル基やイソプロピル基で置換して当該炭素原子の活性を制御することもできる。
H201乃至H206は、中心金属がBeであって、配位子がキノリノール誘導体である錯体である。Be原子のイオン半径を考慮すると錯体としての安定性はあまり高くないが、分子量が小さいため、低い昇華温度で昇華できる。H207からH215は、中心金属がBeであって、配位子がベンゾキノリノール誘導体である錯体である。ベンゾキノリノール環は安定なヘテロ環である。またBeのイオン半径を考慮すると、ベンゾキノリノール配位子はBe錯体の中では安定な錯体であり、高効率で長寿命の有機発光素子を得ることができる。H216乃至H218は、中心金属がBeの金属錯体であって、バンドギャップが広く、高いT1エネルギーを利用する先に適した配位子である。従って、高効率の有機発光素子を得ることができる。H219乃至H225は、中心金属がBeであって、配位子がフェニルベンゾオキサゾール誘導体である錯体である。ベンゾオキサゾール配位子は、安定なヘテロ環であるため安定なBe錯体を作り出すことができる配位子である。またベンゾオキサゾール配位子は、高いT1エネルギーを利用するのに適しており、高効率の有機発光素子を得ることができる。H226乃至H236は、中心金属がBeであって、配位子がフェニルベンゾチアゾール誘導体である錯体である。ベンゾチアゾール配位子は、安定なヘテロ環であり、最も安定なBe錯体を作り出すことができる配位子である。またこの錯体は、赤色燐光に適したT1エネルギーを有しており、高効率で長寿命の有機発光素子を得ることができる。ところで、以上説明した配位子は、置換基を導入することで、スタッキングを抑えることができるので、昇華性を向上させたり、錯体のバンドギャップを変えたりすることができる。尚、窒素原子の隣りにある炭素原子は活性が高いため、メチル基やイソプロピル基で置換して当該炭素原子の活性を制御することもできる。
H301乃至H315は、Znが中心金属であり、配位子がキノリノール誘導体である錯体である。Zn錯体のイオン半径から非常に安定な錯体を作り出すことができる配位子であり、分子量が小さいため、低い昇華温度で昇華できる。また置換基を導入することで、スタッキングを抑え、昇華性を向上させたり、錯体のバンドギャップを変えたりすることができる。H316乃至H318は、Znが中心金属であり、配位子がフェニルイミダゾール誘導体である錯体である。この配位子に含まれる窒素原子と酸素原子との間の距離は2.56Åであり、Znを錯化できる配位子である。この配位子は配位子自身のバンドギャップが広く、高いT1エネルギーを利用する際に適した配位子である。以上説明した配位子は、置換基を導入することで、スタッキングを抑えることができるので、昇華性を向上させたり、錯体のバンドギャップを変えたりすることができる。尚、窒素原子の隣りにある炭素原子は活性が高いため、メチル基やイソプロピル基で置換して当該炭素原子の活性を制御することもできる。
(7)イリジウム錯体、金属錯体以外の構成材料
以上説明したように、本発明の有機発光素子は、有機化合物層(好ましくは、発光層)に、一般式[1]のイリジウム錯体及び一般式[5]の金属錯体化合物が少なくとも含まれている。ただし、本発明では、これら化合物以外にも、必要に応じて従来公知の低分子系及び高分子系の材料を使用することができる。より具体的には正孔注入輸送性材料、発光アシスト材料、あるいは電子注入輸送性材料等を上記イリジウム錯体及び上記金属錯体化合物と一緒に使用することができる。
以下にこれらの材料例を挙げる。
正孔注入輸送性材料としては、陽極からの正孔の注入を容易にして、かつ注入された正孔を発光層へ輸送できるように正孔移動度が高い材料が好ましい。また有機発光素子中において結晶化等の膜質の劣化を防ぐために、ガラス転移点温度が高い材料が好ましい。正孔注入輸送性能を有する低分子及び高分子系材料としては、トリアリールアミン誘導体、アリールカルバゾール誘導体、フェニレンジアミン誘導体、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、ポリ(ビニルカルバゾール)、ポリ(チオフェン)、その他導電性高分子が挙げられる。さらに上記の正孔注入輸送性材料は、電子阻止層にも好適に使用される。
以下に、正孔注入輸送性材料として用いられる化合物の具体例を示すが、もちろんこれらに限定されるものではない。
Figure 0005911419
主に発光機能に関わる発光材料としては、一般式[1]のイリジウム錯体もしくはその誘導体の他に、縮環化合物(例えばフルオレン誘導体、ナフタレン誘導体、ピレン誘導体、ペリレン誘導体、テトラセン誘導体、アントラセン誘導体、ルブレン等)、キナクリドン誘導体、クマリン誘導体、スチルベン誘導体、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、白金錯体、レニウム錯体、銅錯体、ユーロピウム錯体、ルテニウム錯体、及びポリ(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)誘導体等の高分子誘導体が挙げられる。
以下に、発光材料として用いられる化合物の具体例を示すが、もちろんこれらに限定されるものではない。
Figure 0005911419
発光層に含まれるホストあるいはアシスト材料としては、一般式[5]のヘテロ環含有化合物以外にも、芳香族炭化水素化合物もしくはその誘導体の他、カルバゾール誘導体、ジベンゾフラン誘導体、ジベンゾチオフェン誘導体、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等が挙げられる。
以下に、発光層に含まれるホストあるいはアシスト材料として用いられる化合物の具体例を示すが、もちろんこれらに限定されるものではない。
Figure 0005911419
電子注入輸送性材料としては、陰極からの電子の注入が容易で注入された電子を発光層へ輸送することができるものから任意に選ぶことができ、正孔輸送性材料の正孔移動度とのバランス等を考慮して選択される。電子注入性能及び電子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、ピラジン誘導体、トリアゾール誘導体、トリアジン誘導体、キノリン誘導体、キノキサリン誘導体、フェナントロリン誘導体、有機アルミニウム錯体等が挙げられる。さらに上記の電子注入輸送性材料は、正孔阻止層にも好適に使用される。
以下に、電子注入輸送性材料として用いられる化合物の具体例を示すが、もちろんこれらに限定されるものではない。
Figure 0005911419
陽極の構成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を組み合わせた合金、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、ポリチオフェン等の導電性ポリマーも使用できる。
これらの電極物質は一種類を単独で使用してもよいし、二種類以上を併用して使用してもよい。また、陽極は一層で構成されていてもよく、複数の層で構成されていてもよい。
一方、陰極の構成材料としては仕事関数の小さなものがよい。例えばリチウム等のアルカリ金属、カルシウム等のアルカリ土類金属、アルミニウム、チタニウム、マンガン、銀、鉛、クロム等の金属単体が挙げられる。あるいはこれら金属単体を組み合わせた合金も使用することができる。例えばマグネシウム−銀、アルミニウム−リチウム、アルミニウム−マグネシウム等が使用できる。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一種類を単独で使用してもよいし、二種類以上を併用して使用してもよい。また陰極は一層構成でもよく、多層構成でもよい。
本発明の有機発光素子を構成する有機化合物層(正孔注入層、正孔輸送層、電子ブロック層、発光層、正孔ブロック層、電子輸送層、電子注入層等)は、以下に示す方法により形成される。
発明の有機発光素子を構成する有機化合物層は、真空蒸着法、イオン化蒸着法、スパッタリング、プラズマ等のドライプロセスを用いることができる。またドライプロセスに代えて、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)により層を形成するウェットプロセスを用いることもできる。
ここで真空蒸着法や溶液塗布法等によって層を形成すると、結晶化等が起こりにくく経時安定性に優れる。また塗布法で成膜する場合は、適当なバインダー樹脂と組み合わせて膜を形成することもできる。
上記バインダー樹脂としては、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、ABS樹脂、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、シリコン樹脂、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、これらバインダー樹脂は、ホモポリマー又は共重合体として一種類を単独で使用してもよいし、二種類以上を混合して使用してもよい。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。
(8)本発明の有機発光素子の用途
本発明の有機発光素子は、表示装置や照明装置の構成部材として用いることができる。他にも、電子写真方式の画像形成装置の露光光源や液晶表示装置のバックライト、白色光源にカラーフィルターを有する発光装置等の用途がある。カラーフィルターは例えば赤、緑、青の3つの色が透過するフィルターが挙げられる。
本発明の表示装置は、本発明の有機発光素子を表示部に有する。尚、この表示部は複数の画素を有する。
そしてこの画素は、本発明の有機発光素子と、発光輝度を制御するための能動素子(スイッチング素子)又は増幅素子の一例であるトランジスタとを有し、この有機発光素子の陽極又は陰極とトランジスタのドレイン電極又はソース電極とが電気接続されている。ここで表示装置は、PC等の画像表示装置として用いることができる。上記トランジスタとして、例えば、TFT素子が挙げられ、このTFT素子は、例えば、基板の絶縁性表面に設けられている。またこのTFT素子は、透明酸化物半導体からなる電極を有するのが好ましい。
表示装置は、エリアCCD、リニアCCD、メモリーカード等からの画像情報を入力する画像入力部を有し、入力された画像を表示部に表示する情報処理装置でもよい。
また、撮像装置やインクジェットプリンタが有する表示部は、タッチパネル機能を有していてもよい。このタッチパネル機能の駆動方式は特に限定されない。
また表示装置はマルチファンクションプリンタの表示部に用いられてもよい。
照明装置は例えば室内を照明する装置である。照明装置は白色(色温度が4200K)、昼白色(色温度が5000K)、その他青から赤のいずれの色を発光するものであってもよい。
本発明の照明装置は、本発明の有機発光素子と、この有機発光素子と接続するAC/DCコンバーター回路(交流電圧を直流電圧に変換する回路)とを有している。尚、この照明装置は、カラーフィルターをさらに有してもよい。
本発明の画像形成装置は、感光体とこの感光体の表面を帯電させる帯電手段と、感光体を露光して靜電潜像を形成するための露光手段と、感光体の表面に形成された静電潜像を現像するための現像器とを有する画像形成装置である。ここで画像形成装置に備える露光手段は、本発明の有機発光素子を含んでいる。
また本発明の有機発光素子は、感光体を露光するための露光装置の構成部材として使用することができる。本発明の有機発光素子を有する露光装置は、例えば、本発明の有機発光素子を所定の方向に沿って列を形成して配置されている露光装置がある。
次に、図面を参照しながら本発明の表示装置につい説明する。図1は、有機発光素子とこの有機発光素子に接続されるTFT素子とを有する表示装置の例を示す断面模式図である。尚、図1の表示装置1を構成する有機発光素子として、本発明の有機発光素子が用いられている。
図1の表示装置1は、ガラス等の基板11とその上部にTFT素子又は有機化合物層を保護するための防湿膜12が設けられている。また符号13は金属のゲート電極13である。符号14はゲート絶縁膜14であり、15は半導体層である。
TFT素子18は、半導体層15とドレイン電極16とソース電極17とを有している。TFT素子18の上部には絶縁膜19が設けられている。コンタクトホール20を介して有機発光素子を構成する陽極21とソース電極17とが接続されている。
尚、有機発光素子に含まれる電極(陽極、陰極)とTFTに含まれる電極(ソース電極、ドレイン電極)との電気接続の方式は、図1に示される態様に限られるものではない。つまり陽極又は陰極のうちいずれか一方とTFT素子ソース電極又はドレイン電極のいずれか一方とが電気接続されていればよい。
図1の表示装置1では多層の有機化合物層を1つの層の如く図示をしているが、有機化合物層22は、複数層であってよい。陰極23の上には有機発光素子の劣化を抑制するための第一の保護層24や第二の保護層25が設けられている。
図1の表示装置1が白色を発する表示装置の場合、図1中の有機化合物層22に含まれる発光層は、赤色発光材料、緑色発光材料及び青色発光材料を混合してなる層としてもよい。また赤色発光材料からなる層、緑色発光材料からなる層、青色発光材料からなる層をそれぞれ積層させてなる積層型の発光層としてもよい。さらに別法として、赤色発光材料からなる層、緑色発光材料からなる層、青色発光材料からなる層を横並びにするなりして一の発光層の中にドメインを形成した態様であってもよい。
図1の表示装置1ではスイッチング素子としてトランジスタを使用しているが、これに代えてMIM素子をスイッチング素子として用いてもよい。
また図1の表示装置1に使用されるトランジスタは、単結晶シリコンウエハを用いたトランジスタに限らず、基板の絶縁性表面上に活性層を有する薄膜トランジスタでもよい。活性層として単結晶シリコンを用いた薄膜トランジスタ、活性層としてアモルファスシリコンや微結晶シリコン等の非単結晶シリコンを用いた薄膜トランジスタ、活性層としてインジウム亜鉛酸化物やインジウムガリウム亜鉛酸化物等の非単結晶酸化物半導体を用いた薄膜トランジスタであってもよい。尚、薄膜トランジスタはTFT素子とも呼ばれる。
図1の表示装置1に含まれるトランジスタは、Si基板等の基板内に形成されていてもよい。ここで基板内に形成されるとは、Si基板等の基板自体を加工してトランジスタを作製することを意味する。つまり、基板内にトランジスタを有することは、基板とトランジスタとが一体に形成されていると見ることもできる。
基板内にトランジスタを設けるかどうかについては、精細度によって選択される。例えば1インチでQVGA程度の精細度の場合はSi基板内に有機発光素子を設けることが好ましい。
以上の説明の通り、本発明の有機発光素子を用いた表示装置を駆動することにより、良好な画質で、長時間安定な表示が可能になる。
以下、実施例により、本発明を説明する。尚、後述する実施例のうち、実施例1乃至7、10乃至31が本発明に含まれる。
[合成例1及び2](例示化合物Ir−101、201の合成)
特許文献1及び非特許文献1乃至等を参考にして、Ir−101及びIr−201を下記に示す合成スキームにて合成した。
Figure 0005911419
具体的には、以下の工程を経て合成を行った。
(1)配位子L(ベンゾ[f]イソキノリン誘導体)の合成
(2)配位子Lを有するクロロ架橋錯体(Ir24Cl2)の合成
(3)補助配位子Xを有する錯体(IrL2X)の合成(Ir−201の合成、合成例1)
(4)配位子Lが3個配位されている錯体(IrL3)の合成(Ir−101の合成、合成例2)
得られたIr−101及びIr−201は、それぞれMALDI−TOF−MS(マトリックス支援イオン化−飛行時間型質量分析)にて同定を行った。さらに、得られたイリジウム錯体について、濃度1×10-5Mのトルエン希薄溶液におけるPLスペクトルの測定を、紫外可視分光光度計で行い、最大発光ピーク波長λmaxを測定した(励起波長:510nm)。結果を表1に示す。
[合成例3乃至16]
上記合成例1及び2の合成スキームにおいて、合成原料となる化合物(M1乃至M3)を適宜変更する以外は、合成例1及び2と同様の合成方法により表1に示すイリジウム錯体を合成した。得られたイリジウム錯体について、合成例1及び2で得たイリジウム錯体と同様に同定を行い構造を確認すると共に、PLスペクトル測定により最大発光ピーク波長測定を行った。結果を表1に示す。
[合成例17](例示化合物Ir−515の合成)
特許文献5等を参考にして、下記に示す合成スキームにてIr−515を合成した。
Figure 0005911419
得られたIr−515について、合成例1及び2で得たイリジウム錯体と同様に同定を行い構造を確認すると共に、PLスペクトル測定により最大発光ピーク波長測定を行った。結果を表1に示す。
[合成例18](例示化合物Ir−516の合成)
合成例17において、補助配位子(フェニルピリジン)の投入量を適宜調節すること以外は、合成例17と同様の合成方法でIr−516を合成した。得られたIr−516について、合成例1及び2で得たイリジウム錯体と同様に同定を行い構造を確認すると共に、PLスペクトル測定により最大発光ピーク波長測定を行った。結果を表1に示す。
Figure 0005911419
[合成例19乃至21](例示化合物H101、H201、H301の合成)
下記に示す合成スキーム、具体的には、キノリン−8−オールを出発原料とするメタノール中における錯化反応を行うことにより、例示化合物H101、H201及びH301をそれぞれ合成した。
Figure 0005911419
MALDI−TOF−MSにて得られた化合物(例示化合物H101、H201、H301)の同定行った。結果を表2に示す。
[合成例22乃至25]
合成例19において、合成原料を、キノリン−8−オールから下記表2に示す化合物に変更する以外は、合成例19と同様の合成方法により金属錯体を合成した。得られた金属錯体について、合成例19と同様の方法により構造確認を行った。結果を表6に示す。
Figure 0005911419
[合成例26乃至35]
合成例20において、合成原料を、キノリン−8−オールから下記表3に示す化合物に変更する以外は、合成例20と同様の合成方法により金属錯体を合成した。得られた金属錯体について、合成例20と同様の方法により構造確認を行った。結果を表6に示す。
Figure 0005911419
Figure 0005911419
[合成例36乃至38]
合成例21において、合成原料を、キノリン−8−オールから下記表4に示す化合物に変更する以外は、合成例21と同様の合成方法により金属錯体を合成した。得られた金属錯体について、合成例21と同様の方法により構造確認を行った。結果を表6に示す。
Figure 0005911419
Figure 0005911419
[実施例1]
本実施例では、基板上に、陽極/正孔輸送層/電子阻止層/発光層/正孔阻止層/電子輸送層/陰極がこの順に設けられた構成の有機発光素子を以下に示す方法で作製した。
まずガラス基板上に、ITOを成膜し、所望のパターニング加工を施すことによりITO電極(陽極)を形成した。このときITO電極の膜厚を100nmとした。このようにITO電極が形成された基板をITO基板として、以下の工程で使用した。
上記ITO基板上に、下記表7に示す有機化合物層及び電極層を連続成膜することにより有機発光素子を得た。尚、このとき対向する電極(金属電極層、陰極)の電極面積が3mm2となるようにした。
Figure 0005911419
得られた素子について、ヒューレッドパッカード社製・微小電流計4140Bを用いた電流電圧特性測定及びトプコン社製BM7を用いた発光輝度測定を行い、素子の特性を測定・評価した。本実施例において、発光素子の最大発光波長は619nmであり、色度は(x,y)=(0.66,0.34)であった。
その結果、輝度を2000cd/m2に設定して本実施例の有機発光素子を発光させた時の発光効率は23.0cd/Aであった。また電流値100mA/cm2における本実施例の有機発光素子の輝度半減寿命は300時間であった。
[実施例2乃至22、比較例1乃至5]
実施例1において、正孔輸送層(HTL)、電子阻止層(EBL)、発光層ホスト(HOST)、発光層ゲスト(GUEST)、正孔阻止層(HBL)及び電子輸送層(ETL)として用いた化合物を、下記表4に示される化合物に適宜変更した。これを除いては、実施例1と同様の方法により有機発光素子を作製した。得られた素子について実施例1と同様に素子の特性を測定・評価した。測定の結果を表8に示す。
Figure 0005911419
比較例1乃至4の有機発光素子は、実施例の有機発光素子と比較して、いずれも発光効率が低かった。これは、発光層に含まれるゲストが、一般式[1]のイリジウム錯体(biq系Ir錯体)でないことに起因している。また比較例5の有機発光素子も、実施例の有機発光素子と比較して、わずかであるが発光効率が低い。これはホストからゲストへのエネルギー移動の効率が実施例の有機発光素子よりも低いためであるといえる。
また実施例1乃至22の有機発光素子は、電流値100mA/cm2における輝度半減寿命が200時間乃至400時間程度であり、長寿命であった。
従って、本発明の有機発光素子、具体的には、発光層に長寿命化をもたらす金属錯体化合物(ホスト)と、高発光効率をもたらす一般式[1]のイリジウム錯体(ゲスト)と、を有する有機発光素子は、高発光効率でかつ長寿命であることがわかった。
[実施例23]
本実施例では、基板上に、陽極/正孔輸送層/電子阻止層/発光層/正孔阻止層/電子輸送層/陰極がこの順に設けられた構成の有機発光素子を作製した。尚、本実施例において、発光層にはアシスト材料が含まれている。
まず実施例1と同様の方法で作製したITO基板上に、下記表9に示す有機化合物層及び電極層を連続成膜した。尚、このとき対向する電極(金属電極層、陰極)の電極面積が3mm2となるようにした。
Figure 0005911419
得られた素子について実施例1と同様に素子の特性を測定・評価した。ここで本実施例の有機発光素子の最大発光波長は621nmであり、色度は(x,y)=(0.66,0.34)であった。また輝度1500cd/m2発光時の発光効率は35.2cd/Aであり、電流値100mA/cm2における輝度半減寿命は230時間であった。
[実施例24乃至31]
実施例23において、正孔輸送層(HTL)、電子阻止層(EBL)、発光層ホスト(HOST)、発光層アシスト(ASSIST)、発光層ゲスト(GUEST)、正孔阻止層(HBL)及び電子輸送層(ETL)に用いた化合物を、表6の通りに変更した。これを除いては、実施例23と同様の方法により有機発光素子を作製した。得られた素子について実施例23と同様に素子の特性を測定・評価した。測定の結果を表9に示す。
Figure 0005911419
以上より、長寿命化を奏する金属錯体化合物と、高発光効率をもたらすbiq系Ir錯体と、が発光層に含まれている本発明の有機発光素子は、高発光効率でかつ輝度半減寿命の長い有機発光素子であることがわかる。また実施例23乃至31の有機発光素子は、電流値100mA/cm2における輝度半減寿命が200時間乃至350時間程度であり、長寿命で高性能な発光素子であることがわかった。
18:TFT素子、21:陽極、22:有機化合物層、23:陰極

Claims (18)

  1. 一対の電極と、前記一対の電極の間に配置される有機化合物層と、を有し、
    前記有機化合物層が、下記一般式[1]に示されるイリジウム錯体と、下記一般式[5]に示される金属錯体化合物と、を有することを特徴とする、有機発光素子。
    Figure 0005911419
    〔式[1]において、R1乃至R8は、それぞれ水素原子、ハロゲン原子、アルキル基、アルコキシ基、置換アミノ基、置換あるいは無置換の芳香族炭化水素基又は置換あるいは無置換の複素芳香族基を表す。
    mは、1乃至3の整数を表し、nは、0乃至2の整数を表す。但しm+nは3である。
    環Aは、置換あるいは無置換の芳香族基であり、ベンゼン環、ナフタレン環、フェナンスレン環、フルオレン環、9,9−スピロビフルオレン環及びクリセン環から環状構造を表し、ベンゾ[f]イソキノリン骨格及びIr金属と共有結合している。尚、環Aは、さらに置換基を有してもよい。
    Xは、二座配位子を表す。
    部分構造IrXnは、下記一般式[2]乃至[4]に示される構造のいずれかである。
    Figure 0005911419
    (式[2]乃至[4]において、R10乃至R24は、それぞれ水素原子、ハロゲン原子、置換あるいは無置換のアルキル基、アルコキシ基、アリールオキシ基、アラルキル基、置換アミノ基、置換基あるいは無置換の芳香族炭化水素基又は置換あるいは無置換の複素芳香族基を表す。nが2の場合、R10乃至R24のいずれかで示される複数の置換基は、それぞれ同じであっても異なっていてもよい。)〕
    Figure 0005911419
    〔式[5]において、Mは、ベリリウム、マグネシウム及び亜鉛から選ばれる2価の金属原子である。
    Lは、二座配位子を表す。
    Mがベリリウムの場合、部分構造MLは、下記一般式[6]及び[8]乃至[11]に示される構造のいずれかである。またMがマグネシウムの場合、部分構造MLは、下記一般式[6]及び[8]乃至[11]に示される構造のいずれかである。さらにMが亜鉛の場合、部分構造MLは、下記一般式[6]、[8]及び[9]示される構造のいずれかである。
    Figure 0005911419
    (式[6]及び[8]乃至[11]において、R30 乃至R 35 及びR 44 乃至R57は、それぞれ水素原子、ハロゲン原子、置換基あるいは無置換のアルキル基、アルコキシ基、置換アミノ基、置換あるいは無置換の芳香族炭化水素基又は置換あるいは無置換の複素芳香族基を表す。
    式[8]乃至[11]において、環Bは、下記一般式[12]乃至[14]に示される環状構造のうちのいずれかである。
    *1は、酸素原子との結合位置を表し、*2は、複素5員環骨格内の炭素原子との結合位置を表す。
    Figure 0005911419
    (式[12]乃至[14]において、R60乃至R73は、それぞれ水素原子、ハロゲン原子、置換あるいは無置換のアルキル基、アルコキシ基、置換アミノ基、置換あるいは無置換の芳香族炭化水素基、置換あるいは無置換の複素芳香族基を表す。))〕
  2. 前記R1乃至R8、R10乃至R24、R30 乃至R 35 、R 44 乃至R57及びR60乃至R73が、それぞれ水素原子、炭素数1乃至4のアルキル基又は炭素数1乃至4のアルキル基が置換されていてもよいフェニル基であることを特徴とする、請求項1に記載の有機発光素子。
  3. 前記mが2であり、前記nが1であることを特徴とする、請求項1又は2に記載の有機発光素子。
  4. 前記一般式[1]に示されるイリジウム錯体が、下記一般式[15]に示される化合物であることを特徴とする、請求項1又は2に記載の有機発光素子。
    Figure 0005911419
    〔式[15]において、R80乃至R90は、それぞれ水素原子、ハロゲン原子、アルキル基、アルコキシ基、置換アミノ基、置換あるいは無置換の芳香族炭化水素基又は置換あるいは無置換の複素芳香族基を表す。
    mは、1乃至3の整数を表し、nは0乃至2の整数を表す。ただしm+nは3である。
    *3は、環AとIr金属との結合を表し、*4は、環Aとベンゾ[f]イソキノリン骨格内の1位の炭素原子との結合を表す。
    環Aは、下記一般式[16]乃至[20]に示される構造のいずれかである。
    Figure 0005911419
    (式[16]乃至[20]において、R91乃至R112は、それぞれ水素原子、ハロゲン原子、アルキル基、アルコキシ基、置換アミノ基、置換あるいは無置換の芳香族炭化水素基又は置換あるいは無置換の複素芳香族基を表す。
    *3は、Ir金属との結合位置を表し、*4は、ベンゾ[f]イソキノリン骨格内の1位の炭素原子との結合位置を表す。)
  5. 前記環Aが、前記一般式[16]に示される構造であることを特徴とする、請求項に記載の有機発光素子。
  6. 前記R80乃至R90及びR91乃至R112が、それぞれ水素原子、炭素数1乃至4のアルキル基又は炭素数1乃至4のアルキル基が置換されていてもよいフェニル基であることを特徴とする、請求項4又は5に記載の有機発光素子。
  7. 前記一般式[1]に示されるイリジウム錯体が、下記一般式[21]で示されるイリジウム錯体であることを特徴とする、請求項1乃至6のいずれか一項に記載の有機発光素子。
    Figure 0005911419
    〔式[21]において、Q1乃至Q9は、それぞれ水素原子、ハロゲン原子、アルキル基、アルコキシ基、トリフルオロメチル基又はシアノ基を表す。
    Gは、水素原子、ハロゲン原子、アルキル基、アルコキシ基、トリフルオロメチル基、シアノ基又は置換あるいは無置換のフェニル基を表す。〕
  8. 前記Q1乃至Q9が、それぞれ水素原子、炭素数1乃至4のアルキル基又は炭素数1乃至4のアルキル基が置換されていてもよいフェニル基を表すことを特徴とする、請求項7に記載の有機発光素子。
  9. 前記有機化合物層が、ホストとゲストとを有する発光層であり、
    前記ゲストが、前記一般式[1]に示されるイリジウム錯体であり、
    前記ホストが、前記一般式[5]に示される金属錯体化合物であることを特徴とする、請求項1乃至8のいずれか一項に記載の有機発光素子。
  10. 前記有機化合物層が、前記ホスト及び前記ゲストとは異なるアシスト材料をさらに有することを特徴とする、請求項9に記載の有機発光素子。
  11. 前記アシスト材料がイリジウム錯体であることを特徴とする、請求項10に記載の有機発光素子。
  12. 赤色発光することを特徴とする、請求項1乃至11のいずれか一項に記載の有機発光素子。
  13. 複数の画素を有し、
    前記画素が、請求項1乃至12の何れか一項に記載の有機発光素子と、前記有機発光素子に接続されている能動素子と、を有することを特徴とする、表示装置。
  14. 画像を表示するための表示部と、
    画像情報を入力するための入力部と、を有し、
    前記表示部が、請求項13に記載の表示装置であることを特徴とする、情報処理装置。
  15. 請求項1乃至12の何れか一項に記載の有機発光素子と、
    前記有機発光素子に接続されているAC/DCコンバーター回路と、を有することを特徴とする照明装置。
  16. 前記能動素子が有する電極が透明酸化物半導体からなることを特徴とする請求項13に記載の表示装置。
  17. 感光体と、
    前記感光体の表面を帯電させる帯電手段と、
    前記感光体を露光して静電潜像を形成するための露光手段と、
    前記感光体の表面に形成された静電潜像を現像するための現像手段と、を有する画像形成装置であって、
    前記露光手段が、請求項1乃至12の何れか一項に記載の有機発光素子を有することを
    特徴とする画像形成装置。
  18. 感光体を露光するための露光装置であって、
    前記露光装置が、請求項1乃至12のいずれか一項に記載の有機発光素子を有し、
    前記有機発光素子が、所定の方向に沿って列を形成して配置されていることを特徴とする、露光装置。
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