JP6110099B2 - 有機電界発光素子及びその製造方法 - Google Patents

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本発明は、有機電界発光素子及びその製造方法に関する。より詳しくは、電子機器の表示部等の表示装置や照明装置等としての利用可能な有機電界発光素子及びその製造方法に関する。
有機電界発光素子は、薄く、柔軟でフレキシブルであるという特徴を有し、また、表示装置として用いた場合には、現在主流となっている液晶やプラズマの表示装置に比べ、高輝度、高精細な表示が可能となり、液晶表示装置に比べて視野角も広い等の優れた特徴を有することから、今後テレビや携帯電話のディスプレイ等としての利用の拡大や、照明装置としての利用が期待されている素子である。
有機電界発光素子は、陰極と陽極との間に、電子輸送層、発光層、正孔輸送層等の複数の層が積層された構造を有しており、各層を構成するのに適した材料について、研究、開発が行われている。例えば、ホウ素原子を有する特定の構造を有する化合物を含む発光材料が開示されている(特許文献1参照。)。また、ホウ素原子を有する特定の構造を有する化合物が有機電界発光素子の正孔阻止層として好適であることが開示されている(特許文献2参照。)。
また、このような有機電界発光素子としては、有機電界発光素子を構成する各層が全て有機物で構成されたものの他、有機電界発光素子を構成する層の一部に無機物で構成された層を有する有機無機ハイブリッド型のものについても研究が行われている。
従来の有機無機ハイブリッド型の有機電界発光素子としては、陽極および陰極と、前記陽極と前記陰極とに挟まれた1層または複数層の有機化合物層と、前記陽極と前記有機化合物層との間及び前記陰極と前記有機化合物層との間に、少なくとも1種類以上の金属酸化物薄膜を有する有機薄膜発光素子が開示されている(特許文献3参照。)。また、陽極、陰極と、陽極と陰極とに挟まれた1層または複数層の有機化合物層と、陽極と有機化合物層との間または陰極と有機化合物層との間に、少なくとも1種類以上の金属酸化物薄膜を有し、それら各層間に1層または複数層の、主たるキャリアにとってエネルギー障壁となり、逆のキャリアにとってエネルギー障壁とならない自己組織化単分子膜を有する有機薄膜電界発光素子が開示されている(特許文献4参照。)。更に、ポリビニルカルバゾールポリマーにドーパントとしてイリジウム化合物を添加したものを金属酸化物層の上に積層した構造を有する有機無機ハイブリッド型の有機電界発光素子(非特許文献1参照。)や、ポリ(9,9−ジオクチルフルオレニル−2,7−ジイル)にイリジウム化合物を添加したものを発光層とする有機無機ハイブリッド型の有機電界発光素子(非特許文献2参照。)が開示されている。
特開2011−184430号公報 国際公開2005/062676号 特開2007−53286号公報 特開2012−4492号公報
ヘンク J.ボリンク(Henk J.Bolink)外3名「アドバンスト マテリアルズ(Advanced Materials)」、2010年、第22巻、p2198−2201 ヘンク J.ボリンク(Henk J.Bolink)外2名「ケミストリー オブ マテリアルズ(Chemistry of Materials)」、2009年、第21巻、p439−441
上記のように、有機電界発光素子を構成する各層が全て有機物で構成された有機電界発光素子とともに有機無機ハイブリッド型の有機電界発光素子についても研究、開発が行われている。
有機無機ハイブリッド型の有機電界発光素子は、有機成分が有する柔軟性や成形性と、無機成分が有する強度や耐久性とを併せ持つことが可能であると考えられ、また、有機化合物のみで各層が構成された有機電界発光素子に比べて酸素や水に対する耐性が高いため素子内部の各層を厳密に密閉する必要性が低減され、製造時の手間も少ない等の利点を有しており、実用化が期待されるものである。しかしながら、発光特性等の各種特性にまだ改善の余地があり、より優れた特性を有する素子の開発が求められている。
一般に、有機電界発光素子を構成する各層が全て有機物で構成された有機電界発光素子においては、真空蒸着等の方法によって複数種類の低分子化合物層を積層する方法や、ホスト分子中にゲスト分子をドーピングさせる方法などによって、高い発光特性を持つ素子が得られることが知られている。一方、従来から研究されている有機無機ハイブリッド型の有機電界発光素子の構成は、発光層として高分子化合物を塗布成膜したものが主流であった。これに対し、本発明者は、有機無機ハイブリッド型の有機電界発光素子の発光特性を改善するため、発光層や正孔輸送層等を形成する材料としてとして低分子化合物を用い、真空蒸着等の方法によって複数種類の低分子化合物層を積層する形態や、ホスト分子中にゲスト分子をドーピングさせる形態について種々検討した。そうしたところ、陰極上に形成される酸化物層と低分子化合物層とが接するような構成とすると、酸化物層に接する低分子化合物層の結晶化が起こることによってリーク電流が増大して電流効率が低下し、顕著な場合では結晶化により均一な面発光が得られないという不具合が発生するという、新たな課題が生じることを見出した。
本発明は、上記現状に鑑みてなされたものであり、有機電界発光素子を構成する層として低分子化合物層を用いた場合でも低分子化合物の結晶化が抑制され、発光特性に優れた有機無機ハイブリッド型の有機電界発光素子を提供することを目的とする。
本発明者は、有機無機ハイブリッド型の有機電界発光素子の発光特性を改善する方法について種々検討する中で見出された低分子化合物層の結晶化という新たな課題の解決手段について検討したところ、陰極上に形成される酸化物層と、発光層等の低分子化合物層との間に有機化合物を塗布することで形成した所定の膜厚のバッファ層を配置し、このバッファ層の上に発光層等の低分子化合物層を積層した構成にすると、低分子化合物層における低分子化合物の結晶化が抑制され、これによって、有機無機ハイブリッド型の有機電界発光素子が発光層等として低分子化合物から形成される層を有する場合でもリーク電流の抑制と、均一な面発光を得ることができることを見出した。更に本発明者は、バッファ層を形成する有機化合物として、特定の構造を有するホウ素含有化合物又はホウ素含有重合体を用いると、当該有機化合物から形成されるバッファ層が電子輸送層としての優れた機能も発揮することを見出し、上記課題をみごとに解決することができることに想到し、本発明に到達したものである。
すなわち本発明は、複数の層が積層された構造を有する有機電界発光素子であって、上記有機電界発光素子は、第1の電極と第2の電極との間に、第1の金属酸化物層、バッファ層、上記バッファ層上に積層された発光層を含む低分子化合物層、及び、第2の金属酸化物層をこの順に有し、上記バッファ層は有機化合物を含む溶液を塗布することで形成される平均厚さが5〜50nmの層であることを特徴とする有機電界発光素子である。
以下に本発明を詳述する。
なお、以下において記載する本発明の個々の好ましい形態を2つ以上組み合わせたものもまた、本発明の好ましい形態である。
本発明の有機電界発光素子は、第1の電極と第2の電極との間に、第1の金属酸化物層、有機化合物から形成される平均厚さが5〜50nmのバッファ層、該バッファ層上に積層された発光層を含む低分子化合物層、及び、第2の金属酸化物層をこの順に有するものである。
本発明の有機電界発光素子は、このような構成を有することにより、発光層等の有機電界発光素子を構成する層を低分子化合物層とした場合でも、低分子化合物層の結晶化を抑制することができ、リーク電流を抑制し、均一な面発光を得ることができる。
有機無機ハイブリッド型の有機電界発光素子において、低分子化合物層が結晶化する原因は以下のように考えられる。
有機無機ハイブリッド型の有機電界発光素子では、ガラス等の基板上に配置された第1の電極と、第1の金属酸化物層が存在し、その上に発光層を含む低分子化合物層を成膜することになる。ここで、従来の方法によれば第1の金属酸化物層はスプレー熱分解法、ゾルゲル法、スパッタ法等の方法で成膜され、表面は平滑ではなく凹凸を持つ。この第1の金属酸化物層の上に、真空蒸着等の方法で発光層を含む低分子化合物層を成膜した場合、第1の金属酸化物層の表面の凹凸が結晶核となり、第1の金属酸化物層に接する低分子化合物層の結晶化が促進される。このため、有機電界発光素子を完成させたとしても、大きなリーク電流が流れ、発光面が不均一化して、実用に耐える素子は得られないことになる。
一方で、第1の電極上に第1の金属酸化物層を有さない、いわゆる通常構造の有機電界発光素子においては、第1の電極表面が十分平滑に研磨されたものが入手可能であり、たとえ第1の電極表面上に発光層を含む低分子化合物層を直接成膜したとしても、結晶化という問題は起こりにくい。したがって、このような結晶化は、有機無機ハイブリッド型の有機電界発光素子に特有の課題であり、本発明の有機電界発光素子は、上記のような構成を有することで、このような有機無機ハイブリッド型の有機電界発光素子に特有の課題を解決することができるものである。
本発明の有機電界発光素子は、第1の電極と第2の電極との間に、第1の金属酸化物層、有機化合物から形成される平均厚さが5〜50nmのバッファ層、該バッファ層上に積層された発光層を含む低分子化合物層、及び、第2の金属酸化物層をこの順に有するものである限り、これら以外の他の層を有していてもよい。
なお、本発明において低分子化合物とは、高分子化合物(重合体)ではない化合物を意味し、分子量が低い化合物を必ずしも意味するものではない。
上記発光層を含む低分子化合物層とは、低分子化合物によって形成される1つの層又は低分子化合物によって形成される複数の層が積層されたものであって、その中の1つの層が発光層であるものである。すなわち、発光層を含む低分子化合物層とは、低分子化合物によって形成される発光層、又は、低分子化合物によって形成される発光層と低分子化合物によって形成されるその他の層とが積層されたもの、のいずれかである。低分子化合物によって形成されるその他の層は、1層であってもよく2層以上であってもよい。また、発光層とその他の層の積層される順番は特に制限されない。
上記低分子化合物によって形成されるその他の層は、正孔輸送層又は電子輸送層であることが好ましい。すなわち、低分子化合物層が複数の層からなるものである場合、発光層以外のその他の層として、正孔輸送層及び/又は電子輸送層を有することが好ましい。このように、有機電界発光素子が、発光層とは異なる独立した層として正孔輸送層及び/又は電子輸送層を有することは、本発明の有機電界発光素子の好適な実施形態の1つである。
本発明の有機電界発光素子が正孔輸送層を独立した層として有する場合、発光層と第2の金属酸化物層との間に正孔輸送層を有することが好ましい。本発明の有機電界発光素子が電子輸送層を独立した層として有する場合、有機化合物から形成されるバッファ層と発光層との間に電子輸送層を有することが好ましい。
本発明の有機電界発光素子が独立した層として正孔輸送層や電子輸送層を有さない場合、本発明の有機電界発光素子の必須の構成として有する層のいずれかが、これらの層の機能を兼ねることになる。
本発明の有機電界発光素子の好ましい形態の1つは、有機電界発光素子が、第1の電極、第1の金属酸化物層、有機化合物から形成されるバッファ層、発光層、正孔輸送層、第2の金属酸化物層、第2の電極のみからなり、これらの層のいずれかが電子輸送層の機能を兼ねる形態である。
また、有機電界発光素子が、第1の電極、第1の金属酸化物層、有機化合物から形成されるバッファ層、発光層、第2の金属酸化物層、第2の電極のみからなり、これらの層のいずれかが正孔輸送層及び電子輸送層の機能を兼ねる形態もまた、本発明の有機電界発光素子の好ましい形態の1つである。
本発明の有機電界発光素子において、第1の電極は陰極であり、第2の電極は陽極である。第1の電極としては、ITO(インジウム酸化錫)、IZO(インジウム酸化亜鉛)、FTO(フッ素酸化錫)、In、SnO、Sb含有SnO、Al含有ZnO等の酸化物等が挙げられる。この中でも、ITO、IZO、FTOが好ましい。
第2の電極としては、Au、Pt、Ag、Cu、Alまたはこれらを含む合金等が挙げられる。この中でも、Au、Ag、Alが好ましい。
上記第1の電極の平均厚さは、特に制限されないが、10〜500nmであることが好ましい。より好ましくは、100〜200nmである。第1の電極の平均厚さは、触針式段差計、分光エリプソメトリーにより測定することができる。
上記第2の電極の平均厚さは、特に限定されないが、10〜1000nmであることが好ましい。より好ましくは、30〜150nmである。また、不透過な材料を用いる場合でも、例えば平均厚さを10〜30nm程度にすることで、トップエミッション型及び透明型の陽極として使用することができる。
第2の電極の平均厚さは、水晶振動子膜厚計により成膜時に測定することができる。
上記第1の金属酸化物層は、電子注入層として機能し、第2の金属酸化物層は、正孔注入層として機能する層である。
第1の金属酸化物層としては、特に制限されないが、酸化チタン(TiO)、酸化亜鉛(ZnO)、酸化タングステン(WO)、酸化二オブ(Nb)、酸化鉄(Fe)、酸化錫(SnO)、酸化マグネシウム(MgO)、酸化ハフニウム(HfO)、酸化ジルコニウム(ZrO)等の1種又は2種以上を用いることができる。
上記第2の金属酸化物層としては、特に制限されないが、酸化バナジウム(V)、酸化モリブテン(MoO)、酸化ルテニウム(RuO)等の1種又は2種以上を用いることができる。これらの中でも、酸化バナジウム又は酸化モリブテンを主成分とするものが好ましい。第2の金属酸化物層が酸化バナジウム又は酸化モリブテンを主成分とするものにより構成されると、第2の金属酸化物層が第2の電極から正孔を注入して発光層又は正孔輸送層へ輸送するという正孔注入層としての機能により優れたものとなる。また、酸化バナジウム又は酸化モリブテンは、それ自体の正孔輸送性が高いため、第2の電極から発光層又は正孔輸送層への正孔の注入効率が低下するのを好適に防止することもできるという利点がある。より好ましくは、酸化バナジウム及び/又は酸化モリブテンから構成されるものである。
上記第1の金属酸化物層の平均厚さは、特に限定されないが、1〜1000nmであることが好ましい。より好ましくは、2〜100nmである。
上記第2の金属酸化物層の平均厚さは、特に限定されないが、1〜1000nmであることが好ましい。より好ましくは、5〜50nmである。
第1の金属酸化物層の平均厚さは、触針式段差計、分光エリプソメトリーにより測定することができる。
第2の金属酸化物層の平均厚さは、水晶振動子膜厚計により成膜時に測定することができる。
発光層の材料としては、発光層の材料として通常用いることができるいずれの低分子化合物も用いることができ、これらを混合して用いてもよい。
低分子系のものとしては、配位子に2,2’−ビピリジン−4,4’−ジカルボン酸を持つ3配位のイリジウム錯体、ファクトリス(2−フェニルピリジン)イリジウム(Ir(ppy))、8−ヒドロキシキノリン アルミニウム(Alq)、トリス(4−メチル−8キノリノレート) アルミニウム(III)(Almq)、8−ヒドロキシキノリン 亜鉛(Znq)、(1,10−フェナントロリン)−トリス−(4,4,4−トリフルオロ−1−(2−チエニル)−ブタン−1,3−ジオネート)ユーロピウム(III)(Eu(TTA)(phen))、2,3,7,8,12,13,17,18−オクタエチル−21H,23H−ポルフィン プラチナム(II)のような各種金属錯体;ジスチリルベンゼン(DSB)、ジアミノジスチリルベンゼン(DADSB)のようなベンゼン系化合物、ナフタレン、ナイルレッドのようなナフタレン系化合物、フェナントレンのようなフェナントレン系化合物、クリセン、6−ニトロクリセンのようなクリセン系化合物、ペリレン、N,N’−ビス(2,5−ジ−t−ブチルフェニル)−3,4,9,10−ペリレン−ジ−カルボキシイミド(BPPC)のようなペリレン系化合物、コロネンのようなコロネン系化合物、アントラセン、ビススチリルアントラセンのようなアントラセン系化合物、ピレンのようなピレン系化合物、4−(ジ−シアノメチレン)−2−メチル−6−(パラ−ジメチルアミノスチリル)−4H−ピラン(DCM)のようなピラン系化合物、アクリジンのようなアクリジン系化合物、スチルベンのようなスチルベン系化合物、4,4’−ビス[9−ジカルバゾリル]−2,2’−ビフェニル(CBP)のようなカルバゾール系化合物、2,5−ジベンゾオキサゾールチオフェンのようなチオフェン系化合物、ベンゾオキサゾールのようなベンゾオキサゾール系化合物、ベンゾイミダゾールのようなベンゾイミダゾール系化合物、2,2’−(パラ−フェニレンジビニレン)−ビスベンゾチアゾールのようなベンゾチアゾール系化合物、ビスチリル(1,4−ジフェニル−1,3−ブタジエン)、テトラフェニルブタジエンのようなブタジエン系化合物、ナフタルイミドのようなナフタルイミド系化合物、クマリンのようなクマリン系化合物、ペリノンのようなペリノン系化合物、オキサジアゾールのようなオキサジアゾール系化合物、アルダジン系化合物、1,2,3,4,5−ペンタフェニル−1,3−シクロペンタジエン(PPCP)のようなシクロペンタジエン系化合物、キナクリドン、キナクリドンレッドのようなキナクリドン系化合物、ピロロピリジン、チアジアゾロピリジンのようなピリジン系化合物、2,2’,7,7’−テトラフェニル−9,9’−スピロビフルオレンのようなスピロ化合物、フタロシアニン(HPc)、銅フタロシアニンのような金属または無金属のフタロシアニン系化合物、さらには特開2009−155325号公報および特願2010−28273号公報に記載のホウ素化合物材料等が挙げられ、これらの1種又は2種以上を用いることができる。
上記発光層は、ドーパントを含んでいてもよい。ドーパントとしては、ドーパントとして通常用いることができるいずれの化合物も用いることができる。ドーパントとして用いることができる化合物の例としては、イリジウム トリス(1−フェニルイソキノリン)(Ir(piq))、イリジウム トリス(2−フェニルピリジン)(Ir(ppy))、イリジウム トリス[2−(トリル)ピリジン](Ir(mppy))、イリジウム ビス(2−メチルジベンゾ−[f,h]キノキサリン)(アセチルアセトナート)(Ir(MDQ)(acac))等のイリジウム化合物;4、4’−ビス(9−エチルー3−カルバゾビニレン)−1,1’−ビフェニル(BCzVBi)等の低分子有機化合物等が挙げられ、これらの1種又は2種以上を用いることができる。
上記発光層がドーパントを含む場合、ドーパントの含有量は、発光層を形成する材料100質量%に対して、0.5〜20質量%であることが好ましい。このような含有量であると、発光特性をより良好なものとすることができる。より好ましくは、0.5〜10質量%であり、更に好ましくは、1〜6質量%である。
上記発光層の平均厚さは、特に限定されないが、10〜150nmであることが好ましい。より好ましくは、20〜100nmである。
発光層の平均厚さは、水晶振動子膜厚計により成膜時に測定することができる。
上記正孔輸送層の材料としては、正孔輸送層の材料として通常用いることができるいずれの低分子化合物も用いることができ、これらを混合して用いてもよい。
低分子化合物としては、1,1−ビス(4−ジ−パラ−トリアミノフェニル)シクロへキサン、1,1’−ビス(4−ジ−パラ−トリルアミノフェニル)−4−フェニル−シクロヘキサンのようなアリールシクロアルカン系化合物、4,4’,4’’−トリメチルトリフェニルアミン、N,N,N’,N’−テトラフェニル−1,1’−ビフェニル−4,4’−ジアミン、N,N’−ジフェニル−N,N’−ビス(3−メチルフェニル)−1,1’−ビフェニル−4,4’−ジアミン(TPD1)、N,N’−ジフェニル−N,N’−ビス(4−メトキシフェニル)−1,1’−ビフェニル−4,4’−ジアミン(TPD2)、N,N,N’,N’−テトラキス(4−メトキシフェニル)−1,1’−ビフェニル−4,4’−ジアミン(TPD3)、N,N’−ジ(1−ナフチル)−N,N’−ジフェニル−1,1’−ビフェニル−4,4’−ジアミン(α−NPD)、TPTEのようなアリールアミン系化合物、N,N,N’,N’−テトラフェニル−パラ−フェニレンジアミン、N,N,N’,N’−テトラ(パラ−トリル)−パラ−フェニレンジアミン、N,N,N’,N’−テトラ(メタ−トリル)−メタ−フェニレンジアミン(PDA)のようなフェニレンジアミン系化合物、カルバゾール、N−イソプロピルカルバゾール、N−フェニルカルバゾールのようなカルバゾール系化合物、スチルベン、4−ジ−パラ−トリルアミノスチルベンのようなスチルベン系化合物、OxZのようなオキサゾール系化合物、トリフェニルメタン、m−MTDATAのようなトリフェニルメタン系化合物、1−フェニル−3−(パラ−ジメチルアミノフェニル)ピラゾリンのようなピラゾリン系化合物、ベンジン(シクロヘキサジエン)系化合物、トリアゾールのようなトリアゾール系化合物、イミダゾールのようなイミダゾール系化合物、1,3,4−オキサジアゾール、2,5−ジ(4−ジメチルアミノフェニル)−1,3,4,−オキサジアゾールのようなオキサジアゾール系化合物、アントラセン、9−(4−ジエチルアミノスチリル)アントラセンのようなアントラセン系化合物、フルオレノン、2,4,7,−トリニトロ−9−フルオレノン、2,7−ビス(2−ヒドロキシ−3−(2−クロロフェニルカルバモイル)−1−ナフチルアゾ)フルオレノンのようなフルオレノン系化合物、ポリアニリンのようなアニリン系化合物、シラン系化合物、1,4−ジチオケト−3,6−ジフェニル−ピロロ−(3,4−c)ピロロピロールのようなピロール系化合物、フローレンのようなフローレン系化合物、ポルフィリン、金属テトラフェニルポルフィリンのようなポルフィリン系化合物、キナクリドンのようなキナクリドン系化合物、フタロシアニン、銅フタロシアニン、テトラ(t−ブチル)銅フタロシアニン、鉄フタロシアニンのような金属または無金属のフタロシアニン系化合物、銅ナフタロシアニン、バナジルナフタロシアニン、モノクロロガリウムナフタロシアニンのような金属または無金属のナフタロシアニン系化合物、N,N’−ジ(ナフタレン−1−イル)−N,N’−ジフェニル−ベンジジン、N,N,N’,N’−テトラフェニルベンジジンのようなベンジジン系化合物等が挙げられ、これらの1種又は2種以上を用いることができる。
これらの中でも、α−NPD、TPTEのようなアリールアミン系化合物が好ましい。
本発明の有機電界発光素子が独立した層として正孔輸送層を有する場合、正孔輸送層の平均厚さは、特に限定されないが、10〜150nmであることが好ましい。より好ましくは、40〜100nmである。
正孔輸送層の平均厚さは、水晶振動子膜厚計により成膜時に測定することができる。
上記電子輸送層の材料としては、電子輸送層の材料として通常用いることができるいずれの低分子化合物も用いることができ、これらを混合して用いてもよい。
電子輸送層の材料として用いることができる低分子化合物の例としては、後述する式(1)で表されるホウ素含有化合物の他、トリス−1,3,5−(3’−(ピリジン−3’’−イル)フェニル)ベンゼン(TmPyPhB)のようなピリジン誘導体、(2−(3−(9−カルバゾリル)フェニル)キノリン(mCQ))のようなキノリン誘導体、2−フェニル−4,6−ビス(3,5−ジピリジルフェニル)ピリミジン(BPyPPM)のようなピリミジン誘導体、ピラジン誘導体、バソフェナントロリン(BPhen)のようなフェナントロリン誘導体、2,4−ビス(4−ビフェニル)−6−(4’−(2−ピリジニル)−4−ビフェニル)−[1,3,5]トリアジン(MPT)のようなトリアジン誘導体、3−フェニル−4−(1’−ナフチル)−5−フェニル−1,2,4−トリアゾール(TAZ)のようなトリアゾール誘導体、オキサゾール誘導体、2−(4−ビフェニリル)−5−(4−tert−ブチルフェニル−1,3,4−オキサジアゾール)(PBD)のようなオキサジアゾール誘導体、2,2’,2’’−(1,3,5−ベントリイル)−トリス(1−フェニル−1−H−ベンズイミダゾール)(TPBI)のようなイミダゾール誘導体、ナフタレン、ペリレン等の芳香環テトラカルボン酸無水物、ビス[2−(2−ヒドロキシフェニル)ベンゾチアゾラト]亜鉛(Zn(BTZ))、トリス(8−ヒドロキシキノリナト)アルミニウム(Alq)などに代表される各種金属錯体、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)等のシロール誘導体に代表される有機シラン誘導体等が挙げられ、これらの1種又は2種以上を用いることができる。
これらの中でも、Alqのような金属錯体、TmPyPhBのようなピリジン誘導体が好ましい。
本発明の有機電界発光素子が独立した層として電子輸送層を有する場合、電子輸送層の平均厚さは、特に限定されないが、10〜150nmであることが好ましい。より好ましくは、40〜100nmである。
電子輸送層の平均厚さは、水晶振動子膜厚計により成膜時に測定することができる。
本発明の有機電界発光素子において、第1、第2の金属酸化物層、第2の電極、発光層、正孔輸送層、電子輸送層を形成する方法は特に制限されず、気相成膜法であるプラズマCVD、熱CVD、レーザーCVD等の化学蒸着法(CVD)、真空蒸着、スパッタリング、イオンプレーティング等の乾式メッキ法、溶射法、そして液相成膜法である電解メッキ、浸漬メッキ、無電解メッキ等の湿式メッキ法、ゾル・ゲル法、MOD法、スプレー熱分解法、微粒子分散液を用いたドクターブレード法、スピンコート法、インクジェット法、スクリーンプリンティング法等の印刷技術等を用いることができ、材料に応じた適切な方法を選択して用いることができる。
本発明の有機電界発光素子が含むバッファ層は、有機化合物を含む溶液を塗布することで形成される層である。塗布により所定の厚みのバッファ層を形成することでバッファ層上に成膜する低分子化合物の結晶化を効果的に抑制することが可能となる。
上記有機化合物を含む溶液を塗布する方法は特に制限されず、スピンコート法、キャスティング法、グラビアコート法、バーコート法、ロールコート法、ディップコート法、スプレーコート法、スクリーン印刷法、オフセット印刷法、インクジェット印刷法等の各種塗布方法を用いることができる。この中でも、スピンコート法が好ましい。
バッファ層を塗布成膜することで、第1の金属酸化物層表面に存在する凹凸が平滑化されるため、次にバッファ層上に成膜する低分子化合物の結晶化が抑制される。
上記有機化合物を含む溶液を調製するために使用する溶媒としては、有機化合物を溶解することができるものである限り特に制限されないが、テトラヒドロフラン(THF)、トルエン、キシレン、クロロホルム、ジクロロメタン、ジクロロエタン、クロロベンゼン等の1種又は2種以上を用いることができる。これらの中でも、THF、トルエン、クロロホルムが好ましい。
上記有機化合物を含む溶液は、溶媒中の有機化合物の濃度が0.05〜10質量%であることが好ましい。このような濃度であると、塗布した時の塗りムラや凹凸の発生を抑えることができる。溶媒中の有機化合物の濃度はより好ましくは、0.1〜5質量%であり、更に好ましくは0.1〜3質量%である。
上記バッファ層は、平均厚さが5〜50nmである。平均厚さがこのような範囲であることで、発光層を含む低分子化合物層の結晶化を抑制する効果を充分に発揮することができる。バッファ層の平均厚さが5nmより薄いと、第1の金属酸化物表面に存在する凹凸を十分に平滑化できず、リーク電流が大きくなって本発明の効果を充分に発揮することができないおそれがある。また、バッファ層の平均厚さが50nmより厚いと、駆動電圧が上昇し実用上好ましくない。また、有機化合物として、後述する本発明における好ましい構造の化合物を用いた場合には、バッファ層は電子輸送層としての機能も充分に発揮することができる。上記バッファ層の平均厚さは、より好ましくは、10〜30nmである。
バッファ層の平均厚さは触針式段差計、分光エリプソメトリーにより測定することができる。
ところで、上述した特開2012−4492号公報(特許文献4)には、陽極、陰極と、陽極と陰極とに挟まれた1層または複数層の有機化合物層と、陽極と有機化合物層との間または陰極と有機化合物層との間に、少なくとも1種類以上の金属酸化物薄膜を有し、それら各層間に1層または複数層の、主たるキャリアにとってエネルギー障壁となり、逆のキャリアにとってエネルギー障壁とならない自己組織化単分子膜を有する有機薄膜電界発光素子が開示されている。該特許文献は有機無機ハイブリッド型電界発光素子において、特定のエネルギー準位を持った自己組織化単分子膜を酸化物基板上に(塗布を含む成膜方法によって)成膜することで主たるキャリアとは逆のキャリアがトンネリングによってキャリア注入されるという素子構成について記載されている。さらに、トンネリングによるキャリア注入は該自己組織化単分子膜が2nm以下の薄膜である場合に好ましく機能すると記載されている(特許文献4の記載から、有機化合物層の平均厚さは2nm以下であると推定される)。一方で、後述の実施例にあるように、本発明で解決しようとしている課題に対しては充分な効果を得るためには、有機化合物層の平均厚さが5nm以上であることが必要である。
このように、本発明と特許文献4に開示されている発明とは解決すべき課題、解決の手段が本質的に異なるものであり、明確に区別されるべきものである。
本発明の有機電界発光素子は、基板上に有機電界発光素子を構成する各層が積層されたものであってもよい。基板上に各層が積層されたものである場合、基板上に形成された第1の電極上に、各層が形成されたものであることが好ましい。この場合、本発明の有機電界発光素子は、基板がある側とは反対側に光を取り出すトップエミッション型のものであってもよく、基板がある側に光を取り出すボトムエミッション型のものであってもよい。
上記基板の材料としては、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリプロピレン、シクロオレフィンポリマー、ポリアミド、ポリエーテルサルフォン、ポリメチルメタクリレート、ポリカーボネート、ポリアリレートのような樹脂材料や、石英ガラス、ソーダガラスのようなガラス材料等が挙げられ、これらの1種又は2種以上を用いることができる。
また、トップエミッション型の場合には、不透明基板も用いることができ、例えば、アルミナのようなセラミックス材料で構成された基板、ステンレス鋼のような金属基板の表面に酸化膜(絶縁膜)を形成したもの、樹脂材料で構成された基板等も用いることができる。
上記基板の平均厚さは、0.1〜30mmであることが好ましい。より好ましくは、0.1〜10mmである。
基板の平均厚さはデジタルマルチメーター、ノギスにより測定することができる。
本発明の有機電界発光素子は、有機化合物を含む溶液を塗布してバッファ層を形成し、その上に発光層等の低分子化合物層を積層した構成を有し、これにより低分子化合物の結晶化という有機無機ハイブリッド型の有機電界発光素子に特有の課題を解決することができるものである。このような有機無機ハイブリッド型の有機電界発光素子の製造方法、すなわち、複数の層を積層した構造を有する有機電界発光素子の製造方法であって、該製造方法は、有機電界発光素子が、第1の電極と第2の電極との間に、第1の金属酸化物層、バッファ層、該バッファ層上に積層された発光層を含む低分子化合物層、及び、第2の金属酸化物層をこの順に有するものとなるように有機電界発光素子を構成する各層を積層する工程を含み、該積層工程は、有機化合物を含む溶液を塗布して平均厚さが5〜50nmのバッファ層を形成する工程を含むことを特徴とする有機電界発光素子の製造方法もまた、本発明の1つである。
上記本発明の有機電界発光素子の製造方法は、上記工程を含むものである限り、その他の工程を含んでいてもよく、第1、第2の金属酸化物層、バッファ層、発光層を含む低分子化合物層以外の層を形成する工程を含んでいてもよい。また、有機電界発光素子の各層を形成する材料、形成方法、有機化合物、有機化合物を含む溶液を調製するために用いる溶媒、及び、各層の厚みは、本発明の有機電界発光素子と同様であり、好ましいものも同様である。
本発明の有機電界発光素子において、バッファ層を形成する有機化合物は、塗布により有機化合物の層の形成が可能なものであれば特に制限されないが、有機化合物の例としては、トランス型ポリアセチレン、シス型ポリアセチレン、ポリ(ジ−フェニルアセチレン)(PDPA)、ポリ(アルキル,フェニルアセチレン)(PAPA)のようなポリアセチレン系化合物;ポリ(パラ−フェンビニレン)(PPV)、ポリ(2,5−ジアルコキシ−パラ−フェニレンビニレン)(RO−PPV)、シアノ−置換−ポリ(パラ−フェンビニレン)(CN−PPV)、ポリ(2−ジメチルオクチルシリル−パラ−フェニレンビニレン)(DMOS−PPV)、ポリ(2−メトキシ,5−(2’−エチルヘキソキシ)−パラ−フェニレンビニレン)(MEH−PPV)のようなポリパラフェニレンビニレン系化合物;ポリ(3−アルキルチオフェン)(PAT)、ポリ(オキシプロピレン)トリオール(POPT)のようなポリチオフェン系化合物;ポリ(9,9−ジオクチルフルオレンのようなポリ(9,9−ジアルキルフルオレン)(PDAF)、ポリ(ジオクチルフルオレン−アルト−ベンゾチアジアゾール)(F8BT)、α,ω−ビス[N,N’−ジ(メチルフェニル)アミノフェニル]−ポリ[9,9−ビス(2−エチルヘキシル)フルオレン−2,7−ジル](PF2/6am4)、ポリ(9,9−ジオクチル−2,7−ジビニレンフルオレニル−オルト−コ(アントラセン−9,10−ジイル)のようなポリフルオレン系化合物;ポリ(パラ−フェニレン)(PPP)、ポリ(1,5−ジアルコキシ−パラ−フェニレン)(RO−PPP)のようなポリパラフェニレン系化合物;ポリ(N−ビニルカルバゾール)(PVK)のようなポリカルバゾール系化合物;ポリ(メチルフェニルシラン)(PMPS)、ポリ(ナフチルフェニルシラン)(PNPS)、ポリ(ビフェニリルフェニルシラン)(PBPS)のようなポリシラン系化合物、ポリエチレンイミン(PEI)や、下記式(1)で表されるホウ素含有化合物、下記式(2)で表されるホウ素含有化合物を含む単量体成分を重合して得られるホウ素含有重合体等のホウ素含有化合物が挙げられる。これらは1種を用いてもよく、2種以上を用いてもよい。
本発明の有機電界発光素子において、バッファ層を形成する有機化合物は、ホウ素原子を有する有機化合物であることが好ましい。より好ましくは、ホウ素原子を有する有機化合物が下記式(1)で表される構造の化合物であるか、又は、下記式(2)で表されるホウ素含有化合物を含む単量体成分を重合して得られるホウ素含有重合体である。
すなわち、本発明の有機電界発光素子において、バッファ層を形成するホウ素原子を有する有機化合物は、下記式(1);
(式中、点線の円弧は、実線で表される骨格部分と共に環構造が形成されていることを表す。実線で表される骨格部分における点線部分は、点線で結ばれる1対の原子が二重結合で結ばれていてもよいことを表す。窒素原子からホウ素原子への矢印は、窒素原子がホウ素原子へ配位していることを表す。Q及びQは、同一又は異なって、実線で表される骨格部分における連結基であり、少なくとも一部が点線の円弧部分と共に環構造を形成しており、置換基を有していてもよい。X、X、X及びXは、同一又は異なって、水素原子、又は、環構造の置換基となる1価の置換基を表し、点線の円弧部分を形成する環構造に複数個結合していてもよい。nは2〜10の整数を表す。Yは直接結合又はn価の連結基であり、n個存在するY以外の構造部分とそれぞれ独立に、点線の円弧部分を形成する環構造、Q、Q、X、X、X、Xにおけるいずれか1箇所で結合していることを表す。)で表されるホウ素含有化合物であるか、又は、下記式(2);
(式中、点線の円弧は、ホウ素原子と窒素原子とを繋ぐ骨格部分の一部と共に環構造が形成されていることを表す。ホウ素原子と窒素原子とを繋ぐ骨格部分における点線部分は、少なくとも1対の原子が二重結合で結ばれることを表し、該二重結合が環構造と共役していてもよい。窒素原子からホウ素原子への矢印は、窒素原子がホウ素原子へ配位していることを表す。X及びXは、同一若しくは異なって、水素原子又は環構造の置換基となる1価の置換基を表し、点線の円弧部分を形成する環構造に複数個結合していてもよい。R及びRは、同一若しくは異なって、水素原子又は1価の置換基を表す。X、X、R及びRのうち少なくとも1つは、反応性基を有する置換基である。)で表されるホウ素含有化合物を含む単量体成分を重合して得られるホウ素含有重合体であることが好ましい。
有機無機ハイブリッド型電界発光素子は、陽極からのホール注入が陰極からの電子注入よりも効率よく起こり、発光位置は陰極側酸化物(本発明における第1の金属酸化物に相当)界面近傍に存在することが知られている。第1の金属酸化物層に接するバッファ層からの発光を避けるため、バッファ層を形成する有機化合物としては、発光層に含まれる発光性化合物のHOMO準位よりも深いHOMO準位を持つ化合物を選択することが好ましい。さらに、発光層で生成したエキシトンのエネルギーがバッファ層の化合物に移動して発光することを避けるため、発光層に含まれる発光性化合物のHOMO−LUMOエネルギーギャップよりも広いHOMO−LUMOエネルギーギャップを持つ化合物を選択することがより好ましい。上記式(1)で表されるホウ素含有化合物や、式(2)で表されるホウ素含有化合物を含む単量体成分を重合して得られるホウ素含有重合体は非常に深いHOMOと、広いHOMO−LUMOエネルギーギャップを併せ持ち、塗布可能な化合物であるため様々な種類の発光層に対して有効に機能することができる。
また、ホウ素原子を有する有機化合物がこのような構造を有する化合物であると、有機化合物から形成されるバッファ層が電子輸送層としての機能にも優れたものとなり、バッファ層と別に電子輸送層を設ける必要がなくなる。
以下においては、まず、上記式(1)で表されるホウ素含有化合物について記載し、次に、上記式(2)で表されるホウ素含有化合物含む単量体成分を重合して得られるホウ素含有重合体について記載する。
上記式(1)で表されるホウ素含有化合物は、(i)熱的に安定な化合物である、(ii)HOMO、LUMOのエネルギー準位が低い、(iii)良好な塗布膜を作製することが可能である等の種々の特性を有するものであり、本発明の有機電界発光素子の材料として好適に用いることができるものである。
上記式(1)において、点線の円弧は、実線で表される骨格部分、すなわちホウ素原子とQと窒素原子とを繋ぐ骨格部分の一部又はホウ素原子とQとを繋ぐ骨格部分の一部、と共に環構造が形成されていることを表している。これは、上記式(1)で表される化合物が構造中に少なくとも4つ環構造を有し、上記式(1)において、ホウ素原子とQと窒素原子とを繋ぐ骨格部分及びホウ素原子とQとを繋ぐ骨格部分が、該環構造の一部として含まれていることを表している。なお、Xの結合する環構造は、その環構造骨格が炭素原子以外の原子を含まず、炭素原子からなるものである。
上記式(1)において、実線で表される骨格部分、すなわちホウ素原子とQと窒素原子とを繋ぐ骨格部分及びホウ素原子とQとを繋ぐ骨格部分、における点線部分は、それぞれの骨格部分において点線で結ばれる1対の原子が二重結合で結ばれていてもよいことを表す。
上記式(1)において、窒素原子からホウ素原子への矢印は、窒素原子がホウ素原子へ配位していることを表す。ここで、配位しているとは、窒素原子がホウ素原子に対して配位子と同様に作用して化学的に影響していることを意味し、配位結合(共有結合)となっていてもよく、配位結合を形成していなくてもよい。好ましくは、配位結合となっていることである。
上記式(1)において、Q及びQは、同一又は異なって、実線で表される骨格部分における連結基であり、少なくとも一部が点線の円弧部分と共に環構造を形成しているものであって、置換基を有していてもよい。これは、Q及びQがそれぞれ、該環構造の一部として組み込まれていることを表している。
上記式(1)において、X、X、X及びXは、同一又は異なって、水素原子、又は、環構造の置換基となる1価の置換基を表し、点線の円弧部分を形成する環構造に複数個結合していてもよい。すなわち、X、X、X及びXが水素原子である場合には、上記式(1)で表される化合物の構造中、X、X、X及びXを有する4つの環構造は置換基を有していないことを示し、X、X、X及びXのいずれか、又は、全てが、1価の置換基である場合には、該4つの環構造のいずれか、又は、いずれもが置換基を有することとなる。その場合には、1つの環構造の有する置換基の数は1つであってもよいし、2つ以上であってもよい。
なお、本明細書中において置換基とは、炭素を含む有機基と、ハロゲン原子、ヒドロキシ基等の炭素を含まない基とを含めた基を意味している。
上記式(1)において、nは2〜10の整数を表し、Yは、直接結合又はn価の連結基である。すなわち、上記式(1)で表される化合物においては、Yが、直接結合であり、2個存在するY以外の構造部分どうしがそれぞれ独立に、点線の円弧部分を形成する環構造、Q、Q、X、X、X、Xにおけるいずれか1箇所で結合しているか、又は、Yがn価の連結基であり、上記式(1)におけるY以外の構造部分が複数存在し、それらが連結基であるYを介して結合することとなる。
上記式(1)において、Yが、直接結合である場合、上記式(1)は、2個存在するY以外の構造部分の一方の、点線の円弧部分を形成する環構造、Q、Q、X、X、X、Xにおけるいずれか1箇所と、もう一方の、点線の円弧部分を形成する環構造、Q、Q、X、X、X、Xにおけるいずれか1箇所とが直接結合していることを表す。当該結合位置は特に制限されないが、Y以外の構造部分の一方のXが結合している環又はXが結合している環と、もう一方のXが結合している環又はXが結合している環とが直接結合していることが好ましい。より好ましくは、Y以外の構造部分の一方のXが結合している環と、もう一方のXが結合している環とが直接結合していることである。
この場合、2個存在するY以外の構造部分の構造は、同一であってもよいし、異なっていてもよい。
上記式(1)において、Yが、n価の連結基であり、上記式(1)におけるY以外の構造部分が複数存在し、それらが連結基であるYを介して結合している場合、このように複数存在する上記式(1)におけるY以外の構造部分が連結基であるYを介して結合する構造は、Y以外の構造部分が直接結合している構造よりも、更に酸化に強くなり製膜性も向上することから、より好ましい。
なお、Yが、n価の連結基である場合、Yは、n個存在するY以外の構造部分とそれぞれ独立に、点線の円弧部分を形成する環構造、Q、Q、X、X、X、Xにおけるいずれか1箇所で結合しているものであるが、これは、Y以外の構造部分が、点線の円弧部分を形成する環構造、Q、Q、X、X、X、Xにおけるいずれか1箇所でYと結合していればよく、Y以外の構造部分のYとの結合部位は、n個存在するY以外の構造部分それぞれに独立であって、全て同一部位であってもよいし、一部が同一部位であってもよいし、全て異なる部位であってもよい、ということを意味している。当該結合位置は特に制限されないが、n個存在するY以外の構造部分の全てが、Xが結合している環又はXが結合している環でYと結合していることが好ましい。より好ましくは、n個存在するY以外の構造部分の全てが、Xが結合している環でYと結合していることである。
また、n個存在するY以外の構造部分の構造は、全て同一であってもよいし、一部が同一であってもよいし、全て異なっていてもよい。
上記式(1)におけるYがn価の連結基である場合、該連結基としては、例えば、置換基を有していてもよい鎖状、分岐鎖状又は環状の炭化水素基、置換基を有していてもよいヘテロ元素を含む基、置換基を有していてもよいアリール基、置換基を有していてもよい複素環基が挙げられる。これらの中でも、置換基を有していてもよいアリール基、置換基を有していてもよい複素環基といった芳香環を有する基であることが好ましい。すなわち、上記式(1)におけるYは、芳香環を有する基であることもまた、本発明の好適な実施形態の1つである。
更に、Yは、上述した連結基が複数組み合わさった構造を有する連結基であってもよい。
上記鎖状、分岐鎖状又は環状の炭化水素基としては、下記式(3−1)〜(3−8)のいずれかで表される基であることが好ましい。これらの中でも、下記式(3−1)、(3−7)がより好ましい。
上記へテロ元素を含む基としては、下記式(3−9)〜(3−13)のいずれかで表される基であることが好ましい。これらの中でも、下記式(3−12)、(3−13)がより好ましい。
上記アリール基としては、下記式(3−14)〜(3−20)のいずれかで表される基であることが好ましい。これらの中でも、下記式(3−14)、(3−20)がより好ましい。
上記複素環基としては、下記式(3−21)〜(3−27)のいずれかで表される基であることが好ましい。これらの中でも、下記式(3−23)、(3−24)がより好ましい。
上記鎖状、分岐鎖状又は環状の炭化水素基、ヘテロ元素を含む基、アリール基、複素環基が有する置換基としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子のハロゲン原子;フルオロメチル基、ジフルオロメチル基、トリフルオロメチル基等のハロアルキル基;メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、tert−ブチル基等の炭素数1〜20の直鎖状又は分岐鎖状アルキル基;シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロヘプチル基等の炭素数5〜7の環状アルキル基;メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、イソプロポキシ基、ブトキシ基、イソブトキシ基、tert−ブトキシ基、ペンチルオキシ基、ヘキシルオキシ基、ヘプチルオキシ基、オクチルオキシ基等の炭素数1〜20の直鎖状又は分岐鎖状アルコキシ基;ニトロ基;シアノ基;メチルアミノ基、エチルアミノ基、ジメチルアミノ基、ジエチルアミノ基等の炭素数1〜10のアルキル基を有するジアルキルアミノ基;ジフェニルアミノ基、カルバゾリル基等のジアリールアミノ基;アセチル基、プロピオニル基、ブチリル基等のアシル基;ビニル基、1−プロペニル基、アリル基、スチリル基等の炭素数2〜30のアルケニル基;エチニル基、1−プロピニル基、プロパルギル基等の炭素数2〜30のアルキニル基;ハロゲン原子やアルキル基、アルコキシ基、アルケニル基、アルキニル基等で置換されていてもよいアリール基;ハロゲン原子やアルキル基、アルコキシ基、アルケニル基、アルキニル基で置換されていてもよい複素環基;N,N−ジメチルカルバモイル基、N,N−ジエチルカルバモイル基等のN,N−ジアルキルカルバモイル基;ジオキサボロラニル基、スタニル基、シリル基、エステル基、ホルミル基、チオエーテル基、エポキシ基、イソシアネート基等が挙げられる。なお、これらの基は、ハロゲン原子やヘテロ元素、アルキル基、芳香環等で置換されていてもよい。
これらの中でも、Yにおける鎖状、分岐鎖状又は環状の炭化水素基、ヘテロ元素を含む基、アリール基、複素環基が有する置換基としては、ハロゲン原子、炭素数1〜20の直鎖状又は分岐鎖状アルキル基、炭素数1〜20の直鎖状又は分岐鎖状アルコキシ基、アリール基、複素環基、ジアリールアミノ基が好ましい。より好ましくは、アルキル基、アリール基、アルコキシ基、ジアリールアミノ基である。
上記Yにおける鎖状、分岐鎖状又は環状の炭化水素基、ヘテロ元素を含む基、アリール基、複素環基が置換基を有する場合、置換基が結合する位置や数は特に制限されない。
上記式(1)におけるnは、2〜10の整数を表すが、好ましくは、2〜6である。より好ましくは、2〜5であり、更に好ましくは、2〜4であり、特に好ましくは、溶媒への溶解性の観点から、2又は3である。最も好ましくは2である。すなわち、上記式(1)で表されるホウ素含有化合物は、二量体であることが最も好ましい。
上記式(1)におけるQ及びQとしては、下記式(4−1)〜(4−8);
で表される構造が挙げられる。なお、上記式(4−2)は、炭素原子に水素原子が2つ結合し、更に3つの原子が結合する構造であるが、当該水素原子以外の、炭素原子に結合する3つの原子は、いずれも水素原子以外の原子である。上記式(4−1)〜(4−8)の中でも、(4−1)、(4−7)、(4−8)のいずれかが好ましい。より好ましくは、(4−1)である。すなわち、Q及びQが、同一又は異なって、炭素数1の連結基を表すこともまた、本発明の好適な実施形態の1つである。
上記式(1)において、点線の円弧と、実線で表される骨格部分の一部とによって形成される環構造は、Xの結合する環構造の骨格が炭素原子からなる限り、環状構造であれば特に制限されない。
上記式(1)において、Yが直接結合であって、nが2である場合、Xが結合している環としては、例えば、ベンゼン環、ナフタレン環、アントラセン環、テトラセン環、ペンタセン環、トリフェニレン環、ピレン環、フルオレン環、インデン環、チオフェン環、フラン環、ピロール環、ベンゾチオフェン環、ベンゾフラン環、インドール環、ジベンゾチオフェン環、ジベンゾフラン環、カルバゾール環、チアゾール環、ベンゾチアゾール環、オキサゾール環、ベンゾオキサゾール環、イミダゾール環、ピラゾール環、ベンゾイミダゾール環、ピリジン環、ピリミジン環、ピラジン環、ピリダジン環、キノリン環、イソキノリン環、キノキサリン環、ベンゾチアジアゾール環が挙げられ、これらはそれぞれ、下記式(5−1)〜(5−33)で表される。
これらの中でも、環構造骨格が炭素原子のみからなるものが好ましく、ベンゼン環、ナフタレン環、アントラセン環、テトラセン環、ペンタセン環、トリフェニレン環、ピレン環、フルオレン環、インデン環が好ましい。より好ましくは、ベンゼン環、ナフタレン環、フルオレン環であり、更に好ましくは、ベンゼン環である。
上記式(1)において、Yが直接結合であって、nが2である場合、Xが結合している環としては、例えば、イミダゾール環、ベンゾイミダゾール環、ピリジン環、ピリダジン環、ピラジン環、ピリミジン環、キノリン環、イソキノリン環、フェナントリジン環、キノキサリン環、ベンゾチアジアゾール環、チアゾール環、ベンゾチアゾール環、オキサゾール環、ベンゾオキサゾール環、オキサジアゾール環、チアジアゾール環が挙げられる。これらはそれぞれ、下記式(6−1)〜(6−17)で表される。なお、下記式(6−1)〜(6−17)中の*印は、Xが結合している環を構成し、かつ、上記式(1)におけるホウ素原子とQと窒素原子とを繋ぐ骨格部分を構成する炭素原子が、*印の付された炭素原子のいずれか1つと結合することを表している。また、*印の付された炭素原子を除く位置で他の環構造と縮環していてもよい。これらの中でも、ピリジン環、ピリミジン環、キノリン環、フェナントリジン環が好ましい。より好ましくは、ピリジン環、ピリミジン環、キノリン環である。更に好ましくは、ピリジン環である。
また、上記式(1)において、Yが直接結合であって、nが2である場合、Xが結合している環及びXが結合している環としては、上記式(5−1)〜(5−33)で表される環が挙げられる。これらの中でも、ベンゼン環、ナフタレン環、ベンゾチオフェン環が好ましい。より好ましくは、ベンゼン環である。
上記式(1)において、X、X、X及びXは、同一又は異なって、水素原子、又は、環構造の置換基となる1価の置換基を表す。該1価の置換基としては特に制限されないが、X、X、X及びXとしては、例えば、水素原子、置換基を有していてもよいアリール基、複素環基、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アルコキシ基、アリールオキシ基、アリールアルコキシ基、シリル基、ヒドロキシ基、アミノ基、ハロゲン原子、カルボキシル基、チオール基、エポキシ基、アシル基、置換基を有していてもよいオリゴアリール基、1価のオリゴ複素環基、アルキルチオ基、アリールチオ基、アリールアルキル基、アリールアルコキシ基、アリールアルキルチオ基、アゾ基、スタニル基、ホスフィノ基、シリルオキシ基、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、置換基を有していてもよいアルコキシカルボニル基、置換基を有していてもよいカルバモイル基、置換基を有していてもよいアリールカルボニル基、置換基を有していてもよいアルキルカルボニル基、置換基を有していてもよいアリールスルホニル基、置換基を有していてもよいアルキルスルホニル基、置換基を有していてもよいアリールスルフィニル基、置換基を有していてもよいアルキルスルフィニル基、ホルミル基、シアノ基、ニトロ基、アリールスルホニルオキシ基、アルキルスルホニルオキシ基;メタンスルホネート基、エタンスルホネート基、トリフルオロメタンスルホネート基等のアルキルスルホネート基;ベンゼンスルホネート基、p−トルエンスルホネート基等のアリールスルホネート基;ベンジルスルホネート基等のアリールアルキルスルホネート基、ボリル基、スルホニウムメチル基、ホスホニウムメチル基、ホスホネートメチル基、アリールスルホネート基、アルデヒド基、アセトニトリル基等が挙げられる。
上記X、X、X及びXにおける置換基としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子のハロゲン原子;塩化メチル基、臭化メチル基、ヨウ化メチル基、フルオロメチル基、ジフルオロメチル基、トリフルオロメチル基等のハロアルキル基;メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基等の炭素数1〜20の直鎖状又は分岐鎖状アルキル基;シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロヘプチル基等の炭素数5〜7の環状アルキル基;メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、イソプロポキシ基、ブトキシ基、イソブトキシ基、tert−ブトキシ基、ペンチルオキシ基、ヘキシルオキシ基、ヘプチルオキシ基、オクチルオキシ基等の炭素数1〜20の直鎖状又は分岐鎖状アルコキシ基;ヒドロキシ基;チオール基;ニトロ基;シアノ基;アミノ基;アゾ基;メチルアミノ基、エチルアミノ基、ジメチルアミノ基、ジエチルアミノ基等の炭素数1〜40のアルキル基を有するモノ又はジアルキルアミノ基;ジフェニルアミノ基、カルバゾリル基などのアミノ基;アセチル基、プロピオニル基、ブチリル基等のアシル基;ビニル基、1−プロペニル基、アリル基、ブテニル基、スチリル基等の炭素数2〜20のアルケニル基;エチニル基、1−プロピニル基、プロパルギル基、フェニルアセチニル等の炭素数2〜20のアルキニル基;ビニルオキシ基、アリルオキシ基等のアルケニルオキシ基;エチニルオキシ基、フェニルアセチルオキシ基等のアルキニルオキシ基;フェノキシ基、ナフトキシ基、ビフェニルオキシ基、ピレニルオキシ基等のアリールオキシ基;トリフルオロメチル基、トリフルオロメトキシ基、ペンタフルオロエトキシ基、パーフルオロフェニル基等のパーフルオロ基及び更に長鎖のパーフルオロ基;ジフェニルボリル基、ジメシチルボリル基、ビス(パーフルオロフェニル)ボリル基等のボリル基;アセチル基、ベンゾイル基等のカルボニル基;アセトキシ基、ベンゾイルオキシ基等のカルボニルオキシ基;メトキシカルボニル基、エトキシカルボニル基、フェノキシカルボニル基等のアルコキシカルボニル基;メチルスルフィニル基、フェニルスルフィニル基等のスルフィニル基;アルキルスルホニルオキシ基;アリールスルホニルオキシ基;ホスフィノ基;トリメチルシリル基、トリイソプロピルシリル基、ジメチル−tert−ブチルシリル基、トリメトキシシリル基、トリフェニルシリル基等のシリル基;シリルオキシ基;スタニル基;ハロゲン原子やアルキル基、アルコキシ基等で置換されていてもよいフェニル基、2,6−キシリル基、メシチル基、デュリル基、ビフェニル基、ターフェニル基、ナフチル基、アントリル基、ピレニル基、トルイル基、アニシル基、フルオロフェニル基、ジフェニルアミノフェニル基、ジメチルアミノフェニル基、ジエチルアミノフェニル基、フェナンスレニル基等のアリール基;チエニル基、フリル基、シラシクロペンタジエニル基、オキサゾリル基、オキサジアゾリル基、チアゾリル基、チアジアゾリル基、アクリジニル基、キノリル基、キノキサロイル基、フェナンスロリル基、ベンゾチエニル基、ベンゾチアゾリル基、インドリル基、カルバゾリル基、ピリジル基、ピロリル基、ベンゾオキサゾリル基、ピリミジル基、イミダゾリル基等のヘテロ環基;カルボキシル基;カルボン酸エステル;エポキシ基;イソシアノ基;シアネート基;イソシアネート基;チオシアネート基;イソチオシアネート基;カルバモイル基;N,N−ジメチルカルバモイル基、N,N−ジエチルカルバモイル基等のN,N−ジアルキルカルバモイル基;ホルミル基;ニトロソ基;ホルミルオキシ基;等が挙げられる。なお、これらの基は、ハロゲン原子やアルキル基、アリール基等で置換されていてもよく、更に、これらの基がお互いに任意の場所で結合して環を形成していてもよい。
これらの中でも、X、X、X及びXとしては、水素原子;ハロゲン原子、カルボキシル基、ヒドロキシ基、チオール基、エポキシ基、アミノ基、アゾ基、アシル基、アリル基、ニトロ基、アルコキシカルボニル基、ホルミル基、シアノ基、シリル基、スタニル基、ボリル基、ホスフィノ基、シリルオキシ基、アリールスルホニルオキシ基、アルキルスルホニルオキシ基等の反応性基;炭素数1〜20の直鎖状若しくは分岐鎖状アルキル基;炭素数1〜8の直鎖状若しくは分岐鎖状アルキル基、炭素数1〜8の直鎖状若しくは分岐鎖状アルコキシ基、アリール基、炭素数2〜8のアルケニル基、炭素数2〜8のアルキニル基又は該反応性基で置換された、炭素数1〜20の直鎖状若しくは分岐鎖状アルキル基;炭素数1〜20の直鎖状若しくは分岐鎖状アルコキシ基;炭素数1〜8の直鎖状若しくは分岐鎖状アルキル基、炭素数1〜8の直鎖状若しくは分岐鎖状アルコキシ基、アリール基、炭素数2〜8のアルケニル基、炭素数2〜8のアルキニル基又は該反応性基で置換された、炭素数1〜20の直鎖状若しくは分岐鎖状アルコキシ基;アリール基;炭素数1〜8の直鎖状若しくは分岐鎖状アルキル基、炭素数1〜8の直鎖状若しくは分岐鎖状アルコキシ基、アリール基、炭素数2〜8のアルケニル基、炭素数2〜8のアルキニル基又は該反応性基で置換された、アリール基;オリゴアリール基;炭素数1〜8の直鎖状若しくは分岐鎖状アルキル基、炭素数1〜8の直鎖状若しくは分岐鎖状アルコキシ基、アリール基、炭素数2〜8のアルケニル基、炭素数2〜8のアルキニル基又は該反応性基で置換された、オリゴアリール基;1価の複素環基;炭素数1〜8の直鎖状若しくは分岐鎖状アルキル基、炭素数1〜8の直鎖状若しくは分岐鎖状アルコキシ基、アリール基、炭素数2〜8のアルケニル基、炭素数2〜8のアルキニル基又は該反応性基で置換された、1価の複素環基;1価のオリゴ複素環基;炭素数1〜8の直鎖状若しくは分岐鎖状アルキル基、炭素数1〜8の直鎖状若しくは分岐鎖状アルコキシ基、アリール基、炭素数2〜8のアルケニル基、炭素数2〜8のアルキニル基又は該反応性基で置換された、1価のオリゴ複素環基;アルキルチオ基;アリールオキシ基;アリールチオ基;アリールアルキル基;アリールアルコキシ基;アリールアルキルチオ基;アルケニル基;炭素数1〜8の直鎖状若しくは分岐鎖状アルキル基、炭素数1〜8の直鎖状若しくは分岐鎖状アルコキシ基、アリール基、炭素数2〜8のアルケニル基、炭素数2〜8のアルキニル基又は該反応性基で置換された、アルケニル基;アルキニル基;炭素数1〜8の直鎖状若しくは分岐鎖状アルキル基、炭素数1〜8の直鎖状若しくは分岐鎖状アルコキシ基、アリール基、炭素数2〜8のアルケニル基、炭素数2〜8のアルキニル基又は該反応性基で置換された、アルキニル基が好ましい。
より好ましくは、水素原子、臭素原子、ヨウ素原子、アミノ基、ボリル基、アルキニル基、アルケニル基、ホルミル基、シリル基、スタニル基、ホスフィノ基、該反応性基で置換されたアリール基、該反応性基で置換されたオリゴアリール基、1価の複素環基又は該反応性基で置換された1価の複素環基、該反応性基で置換された1価のオリゴ複素環基、アルケニル基又は該反応性基で置換されたアルケニル基、アルキニル基又は該反応性基で置換されたアルキニル基である。中でも、X及びXとして更に好ましくは、水素原子、アルキル基、アリール基、含窒素複素芳香族基、アルケニル基、アルコキシ基、アリールオキシ基、シリル基等の還元に強い官能基である。特に好ましくは、水素原子、アリール基、含窒素複素芳香族基である。また、X及びXとして更に好ましくは、水素原子、カルバゾリル基、トリフェニルアミノ基、チエニル基、フラニル基、アルキル基、アリール基、インドリル基等の酸化に強い官能基である。特に好ましくは、水素原子、カルバゾリル基、トリフェニルアミノ基、チエニル基である。このように、X及びXとして還元に強い官能基を有し、X及びXとして酸化に強い官能基を有するものとすると、ホウ素含有化合物全体として更に還元にも酸化にも強い化合物となるものと考えられる。
なお、上記式(1)において、X、X、X及びXが1価の置換基である場合、環構造に対するX、X、X及びXの結合位置や結合する数は、特に制限されない。
上記式(1)において、Yがn価の連結基であり、nが2〜10である場合、Xが結合している環としては、上記式(1)において、Yが直接結合であり、nが2である場合にXが結合している環と同様である。それらの環の中でも、ベンゼン環、ナフタレン環、ベンゾチオフェン環が好ましい。より好ましくは、ベンゼン環である。
上記式(1)において、Yがn価の連結基であり、nが2〜10である場合、Xが結合している環、Xが結合している環、及び、Xが結合している環としては、それぞれ、上記式(1)においてYが直接結合であり、nが2である場合にXが結合している環、Xが結合している環、及びXが結合している環として挙げられた環と同様であり、好ましい構造も同様である。
すなわち、上記式(1)におけるYが直接結合であって、nが2である場合、及び、Yがn価の連結基であり、nが2〜10である場合のいずれの場合においても、上記式(1)で表されるホウ素含有化合物が、下記式(7);
(式中、窒素原子からホウ素原子への矢印、X、X、X、X、n及びYは式(1)と同様である。)で表されるホウ素含有化合物であることもまた、本発明の好適な実施形態の1つである。
上記式(1)で表されるホウ素含有化合物は、Suzukiカップリング反応等の通常用いられる種々の反応を用いることにより合成することができる。また、ジャーナル・オブ・ザ・アメリカン・ケミカル・ソサイエティー(Journal of the American Chemical Society)、2009年、第131巻、第40号、14549−14559頁に記載の手法によっても合成可能である。
上記式(1)で表されるホウ素含有化合物の合成スキームの一例を挙げると下記反応式のように表される。下記反応式(I)は、上記式(1)で表されるホウ素含有化合物であって、Yが直接結合であり、nが2であるものの合成スキームの一例を表し、下記反応式(II)は、上記式(1)で表されるホウ素含有化合物であって、Yがn価の連結基であり、nが2〜10であるものの合成スキームの一例を表している。ただし、上記式(1)で表されるホウ素含有化合物の製造方法は、これに制限されない。
なお、下記スキームにおいて、原料となる(a)の化合物は、例えば、ジャーナル・オブ・オーガニック・ケミストリー(Journal of Organic Chemistry)、2010年、第75巻、第24号、8709−8712頁に記載の手法により合成可能である。また、原料となる(b)の化合物は、(a)の化合物に対して下記反応式(III)で表されるホウ素化反応により合成することができる。
次に上記式(2)で表されるホウ素含有化合物を含む単量体成分を重合して得られるホウ素含有重合体について記載する。
上記式(2)において、点線の円弧は、ホウ素原子と窒素原子とを繋ぐ骨格部分の一部と共に環構造が形成されていることを表す。すなわち、上記式(2)で表されるホウ素含有化合物が構造中に少なくとも2つ環構造を有し、上記式(2)において、ホウ素原子と窒素原子とを繋ぐ骨格部分が、該環構造の一部として含まれていることを表している。
上記式(2)において、ホウ素原子と窒素原子とを繋ぐ骨格部分における点線部分は、少なくとも1対の原子が二重結合で結ばれることを表し、該二重結合が環構造と共役していてもよいことを表す。式(1)で表される化合物のうち、二重結合が環構造と共役するものとしては、例えば、下記式(8−1)〜(8−4)のような構造のものが挙げられる。
上記式(2)において、窒素原子からホウ素原子への矢印は、窒素原子がホウ素原子へ配位していることを表す。配位しているとは、上記式(1)における窒素原子のホウ素原子への配位と同様の意味である。
上記式(2)において、X及びXは、同一若しくは異なって、水素原子又は環構造の置換基となる1価の置換基を表し、点線の円弧部分を形成する環構造に複数個結合していてもよい。すなわち、X及びXが水素原子である場合には、式(2)で表されるホウ素含有化合物の構造中、X及びXを有する2つの環構造は置換基を有していないことを示し、X及び/又はXが1価の置換基である場合には、該2つの環構造のいずれか、又は、いずれも置換基を有することとなる。その場合には、1つの環構造の有する置換基の数は1つであってもよいし、2つ以上であってもよい。
上記式(2)において、R及びRは、同一若しくは異なって、水素原子又は1価の置換基を表す。該R及びRは、同一であっても異なっていてもよいが、同一であることが好適である。該R及びRとしては、特に制限されないが、例えば、水素原子、置換基を有していてもよいアリール基、複素環基、アルキル基、アルコキシ基、アリールアルコキシ基、シリル基、ヒドロキシ基、ボリルオキシ基、アミノ基、ハロゲン原子、RとRとが結合してなる2,2’−ビフェニル基、置換基を有していてもよいオリゴアリール基、1価のオリゴ複素環基、アルキルチオ基、アリールチオ基、アリールアルキル基、アリールアルコキシ基、アリールアルキルチオ基、アゾ基、スタニル基、ホスフィノ基、シリルオキシ基、アリールスルホニルオキシ基、アルキルスルホニルオキシ基;メタンスルホネート基、エタンスルホネート基、トリフルオロメタンスルホネート基等のアルキルスルホネート基;ベンゼンスルホネート基、p−トルエンスルホネート基等のアリールスルホネート基;ベンジルスルホネート基等のアリールアルキルスルホネート基;下記式(9−1)〜(9−4)で表される基等のボリル基;下記式(9−5)〜(9−6)で表される基等のスルホニウムメチル基;下記式(9−7)で表される基等のホスホニウムメチル基;下記式(9−8)で表される基等のホスホネートメチル基;アリールスルホネート基;アルデヒド基;アセトニトリル基;下記式(9−9)で表されるハロゲン化マグネシウム等が挙げられる。
なお、式中、Meは、メチル基を表す。Etは、エチル基を表す。Xは、ハロゲン原子を表す。R´は、アルキル基、アリール基、又は、アリールアルキル基を表す。
上記アリール基としては、フェニル基、ビフェニル基、ナフチル基、テトラヒドロナフチル基、インデニル基、インダニル基等が挙げられる。これらの中でも、フェニル基、ビフェニル基、ナフチル基が好ましい。
上記複素環基としては、ピロリル基、ピリジル基、キノリル基、ピペリジニル基、ピペリジノ基、フリル基、チエニル基等が挙げられる。これらの中でも、ピリジル基、チエニル基が好ましい。
上記ハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子が挙げられ、これらの中でも臭素原子、ヨウ素原子が好ましい。
上記アルキル基としては、炭素数1〜30の直鎖状又は分岐状炭化水素基、炭素数3〜30の脂環式炭化水素基が挙げられる。すなわち、本発明の有機電界発光素子において、バッファ層が上記式(2)で表されるホウ素含有化合物を含む単量体成分を重合して得られるホウ素含有重合体から形成され、式(2)で表されるホウ素含有化合物におけるR及びRが、同一若しくは異なって、炭素数1〜30の直鎖状若しくは分岐状炭化水素基、又は、炭素数3〜30の脂環式炭化水素基であることもまた、本発明の好適な実施形態の1つである。
上記炭素数1〜30の直鎖状炭化水素基としては具体的には、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基等が挙げられる。
上記炭素数1〜30の分岐状炭化水素基としては具体的には、イソプロピル基、イソブチル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基、イソペンチル基等が挙げられる。
上記炭素数3〜30の脂環式炭化水素基としては具体的には、シクロプロピル、シクロペンチル、シクロヘキシル、シクロへプチル基等が挙げられる。
上記アルキル基としては、これらの中でもメチル基、エチル基、イソプロピル基、イソブチル基、オクチル基が好ましい。より好ましくは、メチル基、エチル基、イソブチル基、オクチル基である。
上記R及びRにおける置換基としては、上記式(1)のX〜Xにおける置換基と同様の置換基が挙げられる。
これらの中でも、上記R及びRにおける1価の置換基の有する置換基としては、ハロゲン原子、炭素数1〜4の直鎖状又は分岐鎖状アルキル基、炭素数1〜8の直鎖状又は分岐鎖状アルコキシ基、アリール基、ハロアルキル基が好ましい。より好ましくは、エチル基、イソプロピル基、オクチル基、フッ素原子、臭素原子、ビニル基、エチニル基、ジフェニルアミノ基、ジフェニルアミノフェニル基、トリフルオロメチル基である。
上記R及びRとしては、上述したものの中でも、水素原子、臭素原子、メチル基、エチル基、イソプロピル基、イソブチル基、n−オクチル基、フェニル基、4−メトキシフェニル基、4−トリフルオロメチルフェニル基、ペンタフルオロフェニル基、4−ブロモフェニル基、2,2’−ビフェニル基、スチリル基、ジフェニルアミノフェニル基がより好ましい。更に好ましくは、臭素原子、メチル基、エチル基、イソプロピル基、イソブチル基、n−オクチル基、フェニル基、4−メトキシフェニル基、4−トリフルオロメチルフェニル基、ペンタフルオロフェニル基、4−ブロモフェニル基、2,2’−ビフェニル基、スチリル基、ジフェニルアミノフェニル基であり、特に好ましくは、臭素原子、イソプロピル基、イソブチル基、n−オクチル基、フェニル基、4−トリフルオロメチルフェニル基、ペンタフルオロフェニル基、4−ブロモフェニル基、2,2’−ビフェニル基、スチリル基、ジフェニルアミノフェニル基である。
上記式(2)において、X及びXは、同一若しくは異なって、水素原子又は環構造の置換基となる1価の置換基を表す。該1価の置換基としては特に制限されないが、上記R及びRと同様のものが挙げられる。
これらの中でも、X及びXとしては、水素原子;ハロゲン原子、カルボキシル基、ヒドロキシル基、チオール基、エポキシ基、イソシアネート基、アミノ基、アゾ基、アシル基、アリル基、ニトロ基、アルコキシカルボニル基、ホルミル基、シアノ基、シリル基、スタニル基、ボリル基、ホスフィノ基、シリルオキシ基、アリールスルホニルオキシ基、アルキルスルホニルオキシ基等の反応性基;炭素数1〜4の直鎖状若しくは分岐鎖状アルキル基又は該反応性基で置換された炭素数1〜4の直鎖状若しくは分岐鎖状アルキル基;炭素数1〜8の直鎖状若しくは分岐鎖状アルコキシ基又は該反応性基で置換された炭素数1〜8の直鎖状若しくは分岐鎖状アルコキシ基;アリール基又は該反応性基で置換されたアリール基;オリゴアリール基又は該反応性基で置換されたオリゴアリール基;1価の複素環基又は該反応性基で置換された1価の複素環基;1価のオリゴ複素環基又は該反応性基で置換された1価のオリゴ複素環基;アルキルチオ基;アリールオキシ基;アリールチオ基;アリールアルキル基;アリールアルコキシ基;アリールアルキルチオ基;アルケニル基又は該反応性基で置換されたアルケニル基;アルキニル基又は該反応性基で置換されたアルキニル基が好ましい。より好ましくは、水素原子、臭素原子、ヨウ素原子、ボリル基、アルキニル基、アルケニル基、ホルミル基、スタニル基、ホスフィノ基、アリール基又は該反応性基で置換されたアリール基、該反応性基で置換されたオリゴアリール基、ジフェニルアミノ基等のアミノ基、下記式(9−10)で表される基等の1価の複素環基又は該反応性基で置換された1価の複素環基、該反応性基で置換された1価のオリゴ複素環基、アルケニル基又は該反応性基で置換されたアルケニル基、アルキニル基又は該反応性基で置換されたアルキニル基である。
上記式(2)におけるX、X、R及びRのうち少なくとも1つは、反応性基を有する置換基である。反応性基を有する置換基としては、ハロゲン原子、カルボキシル基、ヒドロキシル基、チオール基、エポキシ基、イソシアネート基、アミノ基、アゾ基、アシル基、アリル基、ニトロ基、アルコキシカルボニル基、ホルミル基、シアノ基、シリル基、スタニル基、ボリル基、ホスフィノ基、シリルオキシ基、アリールスルホニルオキシ基、アルキルスルホニルオキシ基等の反応性基;該反応性基で置換された炭素数1〜4の直鎖状若しくは分岐鎖状アルキル基;該反応性基で置換された炭素数1〜8の直鎖状若しくは分岐鎖状アルコキシ基;該反応性基で置換されたアリール基;該反応性基で置換されたオリゴアリール基;該反応性基で置換された1価の複素環基;該反応性基で置換された1価のオリゴ複素環基;アルケニル基又は該反応性基で置換されたアルケニル基;アルキニル基又は該反応性基で置換されたアルキニル基が好ましい。より好ましくは、臭素原子、ヨウ素原子、ボリル基、ホルミル基、スタニル基、ホスフィノ基、該反応性基で置換されたアリール基、該反応性基で置換されたオリゴアリール基、該反応性基で置換された1価の複素環基、該反応性基で置換された1価のオリゴ複素環基、アルケニル基又は該反応性基で置換されたアルケニル基、アルキニル基又は該反応性基で置換されたアルキニル基である。更に好ましくは、臭素原子、ボリル基、ホルミル基、スタニル基、ホスフィノ基、該反応性基で置換されたアリール基、該反応性基で置換されたオリゴアリール基、該反応性基で置換された1価の複素環基、該反応性基で置換された1価のオリゴ複素環基、アルケニル基又は該反応性基で置換されたアルケニル基、アルキニル基又は該反応性基で置換されたアルキニル基である。
上記X、X、R及びRのうち2つが反応性基を有する置換基である場合には、これら2つの置換基の有する反応性基を異なるものとし、1種のホウ素含有化合物が単独で重縮合し得る反応性基の組み合わせとなるようにするか、式(2)で表されるホウ素含有化合物を2種以上含み、これらのホウ素含有化合物が共重合し得るような反応性基の組み合わせを有するものとなるようにするか、又は、式(2)で表されるホウ素含有化合物を1種又は2種以上と反応性基を少なくとも1つ有する他の化合物とが共重合し得るような反応性基の組み合わせを有するものとなるようにすることにより、重合体の原料として好適に用いることができる。
上記式(2)においてXが結合している環としては、例えば、ベンゼン環、チオフェン環、ベンゾチオフェン環、チアゾール環、オキサゾール環、ナフタレン環、アントラセン環、テトラセン環、ペンタセン環、イミダゾール環、ピラゾール環、ピリジン環、ピリダジン環、ピラジン環、ピリミジン環、キノリン環、イソキノリン環が挙げられ、これらはそれぞれ、下記式(10−1)〜(10−17)で表される。これらの中でも、ベンゼン環、ナフタレン環、ベンゾチオフェン環が好ましい。
また、上記式(2)においてXが結合している環としては、例えば、ピロール環、ピラゾール環、イミダゾール環、ピリジン環、ピリダジン環、ピラジン環、ピリミジン環、インドール環、イソインドール環、キノリン環、イソキノリン環、フェナントリジン環、チアゾール環、オキサゾール環が挙げられる。これらはそれぞれ、下記式(11−1)〜(11−14)で表される。これらの中でも、ピリジン環、ピリミジン環、キノリン環、フェナントリジン環が好ましい。より好ましくは、ピリジン環、ピリミジン環、キノリン環である。
上記式(2)で表されるホウ素含有化合物において、X及び/又はXが1価の置換基である場合、環構造に対するX及び/又はXの結合位置や結合する数は、特に制限されない。
また、Xとして環構造に少なくとも2つの1価の置換基が結合しており、該1価の置換基のうちの1つが置換基を有していてもよいボリル基であり、該1価の置換基のうちの他の1つが置換基を有していてもよいピリジル基であって、該ピリジル基の窒素原子が該ボリル基のホウ素原子に配位している形態もまた本発明の好適な実施形態の1つである。すなわち、上記式(2)で表されるホウ素含有化合物は、窒素原子がホウ素原子に配位している部分が構造中に2つ以上あることもまた、本発明の好適な実施形態の1つである。
本発明においては、上記式(2)において、X及びXの少なくとも一方が、末端部に2つの原子が二重結合で結ばれた構造を有し、該2つの原子のうちの一方の原子で点線の円弧部分を形成する環構造と結合した構造を有するような置換基であることもまた、本発明の好適な実施形態の1つである。すなわち、有機電界発光素子のバッファ層を形成するホウ素原子を有する有機化合物がホウ素含有重合体であって、該ホウ素含有重合体の原料となる単量体成分が含むホウ素含有化合物が、ホウ素原子及び二重結合を有するホウ素含有化合物であって、該ホウ素含有化合物は、下記式(2);
(式中、点線の円弧は、ホウ素原子と窒素原子とを繋ぐ骨格部分の一部と共に環構造が形成されていることを表す。ホウ素原子と窒素原子とを繋ぐ骨格部分における点線部分は、少なくとも1対の原子が二重結合で結ばれることを表し、該二重結合が環構造と共役していてもよい。窒素原子からホウ素原子への矢印は、窒素原子がホウ素原子へ配位していることを表す。X及びXは、同一又は異なって、水素原子又は環構造の置換基となる1価の置換基を表し、点線の円弧部分を形成する環構造に複数個結合していてもよい。R及びRは、同一若しくは異なって、水素原子又は1価の置換基を表す。)で表され、上記X及びXの少なくとも一方は、末端部に2つの原子が二重結合で結ばれた構造を有し、該2つの原子のうちの一方の原子で点線の円弧部分を形成する環構造と結合した構造を有することを特徴とするホウ素含有化合物であることもまた本発明の好適な実施形態の1つである。
上記末端部に2つの原子が二重結合で結ばれた構造を有し、該2つの原子のうちの一方の原子で点線の円弧部分を形成する環構造と結合した構造とは、すなわち、X及び/又はXを構成する原子団において、それぞれ構造の末端部は少なくとも2つ存在するが、該末端部のうち、上記式(2)において点線の円弧部分を形成する環構造と結合する末端部が、点線の円弧部分を形成する環構造と結合する原子と、該原子の隣の原子とが二重結合で結ばれた構造を有していることを意味している。そのような置換基としては、下記式(12−1)〜(12−2)で表されるような構造が挙げられる。
なお、式(12−1)〜(12−2)中、*は、式(2)において点線の円弧部分を形成する環構造と結合している原子を表している。r、r、r及びrは、同一又は異なって、rとrとの間、及び、rとrとの間で、それぞれ二重結合を形成することが出来る原子を表している。式(12−1)中、qは、水素原子又は1価の有機基を表し、rの原子価に応じてrに複数個結合していてもよいことを表している。式(12−2)中、点線の円弧は、r及びrにより形成される二重結合部分と共に環構造が形成されていることを表している。qは、水素原子又は環構造の置換基となる1価の置換基を表し、式(12−2)における点線の円弧部分を形成する環構造に複数個結合していてもよいことを表している。
上記式(12−1)〜(12−2)において、r、r、r及びrは、同一又は異なって、rとrとの間、及び、rとrとの間で、それぞれ二重結合を形成することが出来る原子を表しているが、炭素原子、窒素原子、リン原子、硫黄原子であることが好ましい。より好ましくは、炭素原子、窒素原子である。
上記式(12−1)において、qは、水素原子又は1価の有機基を表し、rの原子価に応じてrに複数個結合していてもよいことを表しているが、これは、例えば、rが窒素原子である場合には、qはrに1つ結合することとなり、rが炭素原子である場合には、qはrに2つ結合することとなる、ということを示している。qが、rに複数個結合している場合には、qは、全て同一であってもよいし、それぞれ異なっていてもよい。上記1価の有機基としては特に制限されず、上記式(2)における、R及びRと同様のものが挙げられる。
これらの中でも、qとしては、水素原子;ハロゲン原子、カルボキシル基、ヒドロキシル基、チオール基、エポキシ基、イソシアネート基、アミノ基、アゾ基、アシル基、アリル基、ニトロ基、アルコキシカルボニル基、ホルミル基、シアノ基、シリル基、スタニル基、ボリル基、ホスフィノ基、シリルオキシ基、アリールスルホニルオキシ基、アルキルスルホニルオキシ基等の反応性基;炭素数1〜4の直鎖状若しくは分岐鎖状アルキル基又は該反応性基で置換された炭素数1〜4の直鎖状若しくは分岐鎖状アルキル基;炭素数1〜8の直鎖状若しくは分岐鎖状アルコキシ基又は該反応性基で置換された炭素数1〜8の直鎖状若しくは分岐鎖状アルコキシ基;アリール基又は該反応性基で置換されたアリール基;オリゴアリール基又は該反応性基で置換されたオリゴアリール基;1価の複素環基又は該反応性基で置換された1価の複素環基;1価のオリゴ複素環基又は該反応性基で置換された1価のオリゴ複素環基;アルキルチオ基;アリールオキシ基;アリールチオ基;アリールアルキル基;アリールアルコキシ基;アリールアルキルチオ基;アルケニル基又は該反応性基で置換されたアルケニル基;アルキニル基又は該反応性基で置換されたアルキニル基が好ましい。より好ましくは、水素原子、臭素原子、ヨウ素原子、ボリル基、アルキニル基、アルケニル基、ホルミル基、スタニル基、ホスフィノ基、アリール基又は該反応性基で置換されたアリール基、該反応性基で置換されたオリゴアリール基、該反応性基で置換された1価の複素環基、該反応性基で置換された1価のオリゴ複素環基、アルケニル基又は該反応性基で置換されたアルケニル基、アルキニル基又は該反応性基で置換されたアルキニル基である。
上記式(12−2)において、qは、水素原子又は環構造の置換基となる1価の置換基を表し、式(12−2)における点線の円弧部分を形成する環構造に複数個結合していてもよいことを表している。
すなわち、qが水素原子である場合には、式(12−2)で表される構造中、qを有する環構造は置換基を有していないことを示し、qが1価の置換基である場合には、該環構造は置換基を有することとなる。その場合には、該環構造の有する置換基の数は1つであってもよいし、2つ以上であってもよい。
上記1価の置換基としては上記式(2)における、X及びXと同様のものが挙げられるが、これらの中でも、上記式(9−10)で表される基、ナフチル基、フェニル基であることが特に好ましい。
本発明においては更には、上記式(2)におけるX及びXのいずれもが、末端部に2つの原子が二重結合で結ばれた構造を有し、該2つの原子のうちの一方の原子で点線の円弧部分を形成する環構造と結合した構造を有するような置換基であることもまた、本発明の好適な実施形態の1つである。すなわち、有機電界発光素子のバッファ層を形成するホウ素原子を有する有機化合物が、ホウ素含有重合体であり、該ホウ素含有重合体の原料となる単量体成分が含むホウ素含有化合物が、ホウ素原子及び二重結合を有するホウ素含有化合物であって、該ホウ素含有化合物は、下記式(2);
(式中、点線の円弧は、ホウ素原子と窒素原子とを繋ぐ骨格部分の一部と共に環構造が形成されていることを表す。ホウ素原子と窒素原子とを繋ぐ骨格部分における点線部分は、少なくとも1対の原子が二重結合で結ばれることを表し、該二重結合が環構造と共役していてもよい。窒素原子からホウ素原子への矢印は、窒素原子がホウ素原子へ配位していることを表す。X及びXは、同一又は異なって、環構造の置換基となる1価の置換基を表し、点線の円弧部分を形成する環構造に複数個結合していてもよい。R及びRは、同一若しくは異なって、水素原子又は1価の置換基を表す。)で表され、上記X及びXはいずれも、末端部に2つの原子が二重結合で結ばれた構造を有し、該2つの原子のうちの一方の原子で点線の円弧部分を形成する環構造と結合した構造を有することを特徴とするホウ素含有化合物であることもまた本発明の好適な実施形態の1つである。
上記式(2)においてX及びXがいずれも、末端部に2つの原子が二重結合で結ばれた構造を有し、該2つの原子のうちの一方の原子で点線の円弧部分を形成する環構造と結合した構造を有するホウ素含有化合物としては、大きくは、上記式(2)において点線の円弧部分を形成する環構造と結合している原子が構成している上記二重結合部分が、環構造を構成しない形態と、環構造の一部分を構成する形態とが挙げられ、具体的には、下記式(2´−1)〜(2´−4)の形態が挙げられる。
なお、式(2´−1)〜(2´−4)中、ホウ素原子と窒素原子とを繋ぐ骨格部分における点線部分、窒素原子からホウ素原子への矢印、及び、R及びRは、式(1)と同様である。式(2´−1)中、点線の円弧は、式(2)と同様である。式(2´−2)〜(2´−4)中、ホウ素原子と窒素原子とを繋ぐ骨格部分の一部と接している点線の円弧は、式(2)と同様にホウ素原子と窒素原子とを繋ぐ骨格部分の一部と共に環構造が形成されていることを表し、また、r及びrが形成する二重結合部分並びに/又はr7及びr8が形成する二重結合部分と接している点線の円弧は、該当する二重結合部分と共に環構造が形成されていることを表す。r〜rは、同一又は異なって、上記式(12−1)〜(12−2)における、r〜rと同様である。q及びqは、同一又は異なって、上記式(12−1)における、qと同様である。q及びqは、同一又は異なって、上記式(12−2)における、qと同様である。ただし、ホウ素含有化合物が式(2´−4)の形態のものである場合、q、qの少なくとも一方は、反応性基を有する置換基である。
これらの形態の中でも、上記式(2)において点線の円弧部分を形成する環構造と結合している原子が構成している二重結合部分が共に、環構造を構成しない形態のものであるか、又は、環構造の一部分を構成する形態のものであるか、のいずれかであるものが好ましい。すなわち、上記式(2´−1)、(2´−4)の形態であることが好ましい。
このような、有機電界発光素子のバッファ層を形成するホウ素原子を有する有機化合物が、上記式(2´−1)で表されるホウ素含有化合物、又は、上記式(2´−4)で表されるホウ素含有化合物を含む単量体成分を重合して得られるホウ素含有重合体であることもまた本発明の好適な実施形態の1つである。
上記式(2´−1)において、点線の円弧は、式(1)と同様に、ホウ素原子と窒素原子とを繋ぐ骨格部分の一部と共に環構造が形成されていることを表すが、上記式(2´−1)において、点線の円弧と、ホウ素原子と窒素原子とを繋ぐ骨格部分の一部とによって形成される環構造は、環状構造であれば特に制限されず、式(2´−1)においてqを有する基が結合している環としては、式(2)におけるXが結合している環と同様のものが挙げられる。また、式(2´−1)においてqを有する基が結合している環としては、式(2)におけるXが結合している環と同様のものが挙げられる。
上記式(2´−2)〜(2´−4)において、ホウ素原子と窒素原子とを繋ぐ骨格部分の一部と接している点線の円弧は、式(2)と同様にホウ素原子と窒素原子とを繋ぐ骨格部分の一部と共に環構造が形成されていることを表し、また、r及びrが形成する二重結合部分並びに/又はr及びrが形成する二重結合部分と接している点線の円弧は、該当する二重結合部分と共に環構造が形成されていることを表す。すなわち、上記式(2´−2)〜(2´−3)で表されるホウ素含有化合物は、構造中に少なくとも3つ環構造を有し、ホウ素原子と窒素原子とを繋ぐ骨格部分、及び、1つの二重結合部分が、該環構造の一部として含まれていることを表している。また、上記式(2´−4)で表されるホウ素含有化合物は、構造中に少なくとも4つ環構造を有し、ホウ素原子と窒素原子とを繋ぐ骨格部分、及び、2つの二重結合部分が、該環構造の一部として含まれていることを表している。
上記式(2´−2)〜(2´−4)において、ホウ素原子と窒素原子とを繋ぐ骨格部分の一部と接している点線の円弧と、ホウ素原子と窒素原子とを繋ぐ骨格部分の一部とによって形成される環構造は、環状構造であれば特に制限されないが、r及びrが形成する二重結合部分を含む基が結合している環としては、式(2)におけるXが結合している環と同様のものが挙げられる。また、r及びrが形成する二重結合部分を含む基が結合している環としては、式(2)におけるXが結合している環と同様のものが挙げられる。
また、上記式(2´−2)〜(2´−4)において、r及びrが形成する二重結合部分並びに/又はr及びrが形成する二重結合部分と接している点線の円弧と、該当する二重結合部分とによって形成される環構造としては、例えば、式(2)におけるXが結合している環、及び、式(2)におけるXが結合している環と同様のものが挙げられる。なお、上記式(2´−4)においては、r及びrが形成する二重結合部分並びにr及びrが形成する二重結合部分と接している点線の円弧と、該二重結合部分とによって形成される環構造が少なくとも2つ存在するが、それらは同一であってもよいし、異なっていてもよい。
上記式(2)で表されるホウ素含有化合物の製造方法は特に制限されないが、例えば、特開2011−184430号公報に記載の方法により製造することができる。
上記式(2)で表されるホウ素含有化合物を含む単量体成分を重合して得られるホウ素含有重合体は、式(2)中のX、X、R及びRの少なくとも2つの基が重縮合するか、又は、少なくとも1つの基が重合して形成される繰り返し単位を有するものである。すなわち、下記式(13);
(式中、点線の円弧、ホウ素原子と窒素原子とを繋ぐ骨格部分における点線部分、窒素原子からホウ素原子への矢印は、式(2)と同様である。X´、X´、R´及びR´は、それぞれ、式(2)のX、X、R及びRと同様の基、2価の基、3価の基、又は、直接結合を表す。)で表される繰り返し単位の構造を有するホウ素含有重合体である。上記式(13)は、X´、X´、R´及びR´のうち、いずれか1つ以上が、重合体の主鎖の一部として結合を形成することを意味する。上記式(2)中のX、X、R及びRの少なくとも2つの基が重縮合してホウ素含有重合体が形成された場合、上記式(13)におけるX´、X´、R´及びR´のうち少なくとも2つが2価の基、又は、直接結合である。上記式(2)中のX、X、R及びRの少なくとも1つの基が単独で重合してホウ素含有重合体が形成された場合、上記式(13)におけるX´、X´、R´及びR´のうち少なくとも1つが3価の基、又は、直接結合である。
上記式(13)で表される繰り返し単位を有するホウ素含有重合体は、上記式(13)で表される構造の1種からなるものであってもよく、上記式(13)で表される2種以上の構造を含むものであってもよい。上記式(13)で表される2種以上の構造を含むものである場合、当該2種以上の構造は、ランダム重合体であっても、ブロック重合体でも、グラフト重合体等であってもよい。また、高分子主鎖に枝分かれがあり末端部が3つ以上ある場合やデンドリマーでもよい。
上記式(13)で表される繰り返し単位の構造を有するホウ素含有重合体の中でも、上記式(13)中のR´及びR´が、それぞれ式(2)中のR及びRと同様の基であることが好ましい。そして、上記式(13)中のR´及びR´が、炭素数1〜30の直鎖状又は分岐状炭化水素基、炭素数3〜30の脂環式炭化水素基であることが更に好ましい。
すなわち、有機電界発光素子のバッファ層を形成するホウ素原子を有する有機化合物が、式(2)で表されるホウ素含有化合物を含む単量体成分を重合して得られるホウ素含有重合体であって、式(2)におけるR及びRが、同一若しくは異なって、炭素数1〜30の直鎖状若しくは分岐状炭化水素基、又は、炭素数3〜30の脂環式炭化水素基であることもまた、本発明の好適な実施形態の1つである。
上記式(13)で表される繰り返し単位の構造の具体例のうち、重縮合によって得られる構造としては、例えば、以下の式(14−1)〜(14−6)のような構造がある。これらの中でも、(14−1)、(14−6)の構造であることが好ましい。より好ましくは、(14−1)の構造である。すなわち、式(2)で表される構造を有し、式(2)におけるX及びXが、反応性基を有する置換基であるホウ素含有化合物から得られるホウ素含有重合体もまた、本発明の1つである。
上記重縮合し得る反応性基の組み合わせとしては、重合し得るものであれば特に制限されないが、例えば、カルボキシル基とヒドロキシ基、カルボキシル基とチオール基、カルボキシル基とアミノ基、カルボン酸エステルとアミノ基、カルボキシル基とエポキシ基、ヒドロキシ基とエポキシ基、チオール基とエポキシ基、アミノ基とエポキシ基、イソシアネート基とヒドロキシ基、イソシアネート基とチオール基、イソシアネート基とアミノ基、ヒドロキシ基とハロゲン原子、チオール基とハロゲン原子、ボリル基とハロゲン原子、スタニル基とハロゲン原子、アルデヒド基とホスホニウムメチル基、ビニル基とハロゲン原子、アルデヒド基とホスホネートメチル基、ハロアルキル基とハロアルキル基、スルホニウムメチル基とスルホニウムメチル基、アルデヒド基とアセトニトリル基、アルデヒド基とアルデヒド基、ハロゲン原子とボリル基、ハロゲン原子とハロゲン化マグネシウム、ハロゲン原子とハロゲン原子等が挙げられる。
これらの中でも、ハロゲン原子とボリル基との組み合わせ、ハロゲン原子とハロゲン原子との組み合わせが好ましい。
上記式(2)中のX、X、R及びRの少なくとも2つの基が重縮合してホウ素含有重合体が形成される場合、上記式(13)におけるX´、X´、R´及びR´のうち少なくとも2つが2価の基、又は、直接結合を表すが、該2価の基は、反応性基を有する置換基間の重縮合反応により脱離しない残基を表すこととなる。上記重縮合し得る反応性基の組み合わせとなるような反応性基を有する置換基が重縮合反応した場合には、残基が重合体中に残る場合と、残らない場合とがあり、前者の場合には、X´、X´、R´及びR´のうち少なくとも1つは、反応性基を有する置換基間の重縮合反応により脱離しない残基を表し、後者の場合には、X´、X´、R´及びR´のうち少なくとも1つは、直接結合を表すこととなる。
また、上記式(13)で表される繰り返し単位が2つ以上続く場合には、2つの繰り返し単位の間に、例えば、−X´−X´−のように、X´、X´、R´及びR´のうちの2つが連続する結合が形成されることになるが、この場合、当該2つのうちいずれか一方は、直接結合である。
上記重縮合し得る反応性基の組み合わせとなるような反応性基を有する置換基が重縮合反応して残基が重合体中に残る場合の具体的としては、カルボキシル基を有する置換基とヒドロキシ基を有する置換基との組み合わせが挙げられる。例えば、−CHCOOH基と−CHCHOH基とが重縮合反応した場合、重合体中に残る残基は−CH(CO)−O−CHCH−基となる。また、例えば、−COOH基と−OH基との反応のように、反応性基を有する置換基が反応性基のみから構成される場合、重合体中に残る残基は−(CO)−O−基となる。
また、上記重縮合し得る反応性基の組み合わせが重縮合反応して残基が重合体中に残らない場合の具体例としては、ボリル基とハロゲン原子、ハロゲン原子とハロゲン原子との組み合わせが挙げられる。
上記式(13)で表される繰り返し単位の構造の具体例のうち、上記式(2)中のX、X、R及びRの少なくとも1つの基が単独で重合して得られる構造として、例えば、Xが重合して得られる構造は、下記式(15)のような構造である。このように、式(2)中のXが、構造中に単独で重合し得る反応性基を有する置換基である場合、X´が3価の基又は直接結合である構造の繰り返し単位となる。同様に、式(2)中のX、X、R又はRのいずれかが、構造中に単独で重合し得る反応性基を有する置換基である場合、それぞれ、X´、X´、R´、R´が3価の基又は直接結合である構造の繰り返し単位となる。
上記単独で重合し得る反応性基としては、3,5−ジブロモフェニル基、アルケニル基、アルキニル基、エポキシ基、ハロゲン原子等が挙げられる。上記式(2)のホウ素含有化合物がこれらの基のいずれかを少なくとも1つ有することで、上記式(2)のホウ素含有化合物は単独で重合することができる。これらの中でも、アルケニル基、エポキシ基、3,5−ジブロモフェニル基が好ましい。
上記式(2)中のX、X、R及びRの中で、重縮合する基は、上記重縮合し得る反応性基を構造中に有する置換基であればよい。同様に、単独重合する基は、上記単独で重合し得る反応性基を構造中に有する置換基であればよい。このような置換基としては、炭素数1〜4の直鎖状又は分岐状アルキル基、炭素数3〜7の環状アルキル基、炭素数1〜8の直鎖状又は分岐状アルコキシ基、アリール基や複素環基等のいずれかの基の水素原子が上記重縮合し得る反応性基や単独で重合し得る反応性基で置換された基が挙げられる。これらの中でも、スチリル基、3,5−ジブロモフェニル基が好ましい。
本発明のホウ素含有重合体は、上記式(2)で表されるホウ素含有化合物を含む単量体成分から得られるものである限り、単量体成分にその他の単量体が含まれていてもよい。
すなわち、式(2)で表されるホウ素含有化合物と、下記式(16);
(式中、Aは、2価の基を表す。X及びXは、同一若しくは異なって、水素原子又は1価の置換基を表し、X及びXの少なくとも1つの基は、反応性基を有する置換基である。)で表されるその他の単量体とを重合して形成されるホウ素含有重合体もまた、本発明におけるホウ素含有重合体に含まれる。
上記式(16)におけるAは、2価の基であれば、特に制限されないが、その構造を相当する化合物名として挙げると例えば、ベンゼン、ナフタレン、アントラセン、フェナントレン、クリセン、ルブレン、ピレン、ペリレン、インデン、アズレン、アダマンタン、フルオレン、フルオレノン、ジベンゾフラン、カルバゾール、ジベンゾチオフェン、フラン、ピロール、ピロリン、ピロリジン、チオフェン、ジオキソラン、ピラゾール、ピラゾリン、ピラゾリジン、イミダゾール、オキサゾール、チアゾール、オキサジアゾール、トリアゾール、チアジアゾール、ピラン、ピリジン、ピペリジン、ジオキサン、モルホリン、ピリダジン、ピリミジン、ピラジン、ピペラジン、トリアジン、トリチアン、ノルボルネン、ベンゾフラン、インドール、ベンゾチオフェン、ベンズイミダゾール、ベンゾオキサゾール、ベンゾチアゾール、ベンゾチアジアゾール、ベンゾオキサジアゾール、プリン、キノリン、イソキノリン、クマリン、シノリン、キノキサリン、アクリジン、フェナントロリン、フェノチアジン、フラボン、トリフェニルアミン、アセチルアセトン、ジベンゾイルメタン、ピコリン酸、シロール、ポルフィリン、イリジウム等の金属配位化合物、又は、それらが置換基を有している誘導体、それら誘導体の構造を含むポリマー若しくはオリゴマー等が挙げられる。
なお、上記置換基としては、上記R及びRにおける置換基と同様のものを用いることができる。
上記Aとしては、上述したものに加えて、例えば、下記式(17−1)〜(17−4)の構造が挙げられる。
(式中、Ar1、Ar2、Ar3は、同一若しくは異なって、アリーレン基、2価の複素環基又は金属錯体構造を有する2価の基を表す。Z1は、−C≡C−、−N(Q3)−、−(SiQ4Q5)b−、又は、直接結合を示す。Z2は、−CQ1=CQ2−、−C≡C−、−N(Q3)−、−(SiQ4Q5)b−、又は、直接結合を表す。Q1及びQ2は、同一若しくは異なって、水素原子、アルキル基、アリール基、1価の複素環基、カルボキシル基、アルキルオキシカルボニル基、アリールオキシカルボニル基、アリールアルキルオキシカルボニル基、ヘテロアリールオキシカルボニル基、又は、シアノ基を表す。Q3、Q4及びQ5は、同一若しくは異なって、水素原子、アルキル基、アリール基、1価の複素環基、又は、アリールアルキル基を示す。aは0〜1の整数を表す。bは1〜12の整数を表す。)
上記アリーレン基とは、芳香族炭化水素から、水素原子2個を除いた原子団であり、環を構成する炭素数は通常6〜60程度であり、好ましくは6〜20である。該芳香族炭化水素としては、縮合環をもつもの、独立したベンゼン環または縮合環2個以上が直接又はビニレン等の基を介して結合したものも含まれる。
上記アリーレン基としては、例えば、下記式(18−1)で表されるフェニレン基、下記式(18−2)〜(18−3)で表されるナフタレンジイル基、下記式(18−4)〜(18−7)で表されるアントラセンジイル基、下記式(18−8)で表されるビフェニル−ジイル基、下記式(18−9)で表されるフルオレン−ジイル基、下記式(18−10)で表されるターフェニル−ジイル基、下記式(18−11)〜(18−12)で表されるスチルベン−ジイル基,下記式(18−13)〜(18−14)で表されるジスチルベン−ジイル基、下記式(18−15)〜(18−20)で表される縮合環化合物基、下記式(18−21)〜(18−23)で表される基等が挙げられる。これらの中でもフェニレン基、ビフェニレン基、フルオレン−ジイル基、スチルベン−ジイル基が好ましい。
なお、式(18−1)〜(18−23)において、Rは、同一若しくは異なって、水素原子、ハロゲン原子、アルキル基、アルキルオキシ基、アルキルチオ基、アリール基、アリールオキシ基、アリールチオ基、アリールアルキル基、アリールアルキルオキシ基、アリールアルキルチオ基、アシル基、アシルオキシ基、アミド基、イミド基、イミン残基、アミノ基、置換アミノ基、置換シリル基、置換シリルオキシ基、置換シリルチオ基、置換シリルアミノ基、1価の複素環基、ヘテロアリールオキシ基、ヘテロアリールチオ基、アリールアルケニル基、アリールエチニル基、カルボキシル基、アルキルオキシカルボニル基、アリールオキシカルボニル基、アリールアルキルオキシカルボニル基、ヘテロアリールオキシカルボニル基またはシアノ基を表す。式(18−1)中においてx−yで示した線のように、環構造に交差して付された線は、環構造が被結合部分における原子と直接結合していることを意味する。すなわち、式(18−1)においては、x−yで示される線が付された環を構成する炭素原子のいずれかと直接結合することを意味し、その環構造における結合位置は限定されない。式(18−10)中においてz−で示した線のように、環構造の頂点に付された線は、その位置において環構造が被結合部分における原子と直接結合していることを意味する。また、環構造に交差して付されたRの付いた線は、Rが、その環構造に対して1つ結合していてもよく、複数結合していてもよいことを意味し、その結合位置も限定されない。
また、式(18−1)〜(18−10)及び(18−15)〜(18−20)において、炭素原子は、窒素原子、酸素原子又は硫黄原子と置き換えられていてもよく、水素原子はフッ素原子に置換されていてもよい。
上記2価の複素環基とは、複素環化合物から水素原子2個を除いた残りの原子団をいい、環を構成する炭素数は通常3〜60程度である。該複素環化合物としては、環式構造をもつ有機化合物のうち、環を構成する元素が炭素原子だけでなく、酸素、硫黄、窒素、リン、ホウ素、ヒ素などのヘテロ原子を環内に含むものも含まれる。
上記2価の複素環基としては、例えば、下記式(19−1)で表されるピリジン−ジイル基、下記式(19−2)〜(19−3)で表されるジアザフェニレン基、下記式(19−4)〜(19−6)で表されるキノリンジイル基、下記式(19−7)〜(19−9)で表されるキノキサリンジイル基、下記式(19−10)〜(19−12)で表されるアクリジンジイル基、下記式(19−13)で表されるビピリジルジイル基、下記式(19−14)で表されるフェナントロリンジイル基等のヘテロ原子として、窒素を含む2価の複素環基;
下記式(19−15)〜(19−17)で表されるヘテロ原子としてけい素、窒素、硫黄、セレンなどを含みフルオレン構造を有する基;
下記式(19−18)〜(19−20)で表されるヘテロ原子としてけい素、窒素、硫黄、セレンなどを含む5員環複素環基;
下記式(19−21)〜(19−26)で表されるヘテロ原子としてけい素、窒素、硫黄、セレンなどを含む5員環縮合複素基;
下記式(19−27)〜(19−29)で表される、ヘテロ原子としてけい素、窒素、硫黄、セレンなどを含む5員環複素環基でそのヘテロ原子のα位で結合し2量体やオリゴマーになっている基;
下記式(19−30)〜(19−35)で表される、ヘテロ原子としてけい素、窒素、硫黄、セレンなどを含む5員環複素環基でそのヘテロ原子のα位でフェニル基に結合している基;
下記式(19−36)〜(19−38)で表される、ヘテロ原子として酸素、窒素、硫黄、などを含む5員環縮合複素環基にフェニル基やフリル基、チエニル基が置換した基;等が挙げられる。
なお、式(19−1)〜(19−38)において、Rは、上記アリーレン基の有するRと同様である。Yは、O、S、SO、SO、Se、又は、Teを表す。環構造に交差して付された線、環構造の頂点に付された線、環構造に交差して付されたRの付いた線については、式(18−1)〜(18−23)と同様である。
また、式(19−1)〜(19−38)において、炭素原子は、窒素原子、酸素原子又は硫黄原子と置き換えられていてもよく、水素原子はフッ素原子に置換されていてもよい。
上記金属錯体構造を有する2価の基とは、有機配位子を有する金属錯体の有機配位子から水素原子を2個除いた残りの2価の基である。該有機配位子の炭素数は、通常4〜60程度であり、例えば、8−キノリノール及びその誘導体、ベンゾキノリノール及びその誘導体、2−フェニル−ピリジン及びその誘導体、2−フェニル−ベンゾチアゾール及びその誘導体、2−フェニル−ベンゾキサゾール及びその誘導体、ポルフィリン及びその誘導体等が挙げられる。
上記金属錯体の中心金属としては、例えば、アルミニウム、亜鉛、ベリリウム、イリジウム、白金、金、ユーロピウム、テルビウムなどが挙げられ、上記有機配位子を有する金属錯体としては、低分子の蛍光材料、燐光材料として公知の金属錯体、三重項発光錯体などが挙げられる。
上記金属錯体構造を有する2価の基としては、具体的には、例えば下記式(20−1)〜(20−7)で表される基が挙げられる。
なお、式(20−1)〜(20−7)において、Rは、上記アリーレン基の有するRと同様である。環構造の頂点に付された線については、式(18−1)〜(18−23)と同様、直接結合を意味する。
また、式(20−1)〜(20−7)において、炭素原子は、窒素原子、酸素原子又は硫黄原子と置き換えられていてもよく、水素原子はフッ素原子に置換されていてもよい。
また、Aの構造としては、下記式(17−5)のような構造も挙げられる。
(式中、Ar4、Ar5、Ar6及びAr7は、同一又は異なって、アリーレン基又は2価の複素環基を表す。Ar8、Ar9及びAr10は、同一又は異なって、アリール基又は1価の複素環基を表す。o及びpは、同一又は異なって、0又は1を表し、0≦o+p≦1である。)
上記式(17−5)で表される構造の具体例としては、下記式(21−1)〜(21−8)で表される構造が挙げられる。
なお、式(21−1)〜(21−8)において、Rは、上記アリーレン基の有するRと同様である。環構造の頂点に付された線については、式(18−1)〜(18−23)と同様、直接結合を意味する。上記式(21−1)〜(21−8)において、1つの構造式中に複数のRを有しているが、それらは同一であってもよいし、異なる基であってもよい。溶媒への溶解性を高めるためには、水素原子以外を1つ以上有していることが好ましく、また置換基を含めた構造の形状の対称性が少ないことが好ましい。更に、上記式(21−1)〜(21−8)において、Rがアリール基や複素環基をその一部に含む場合は、それらが更に1つ以上の置換基を有していてもよい。また、Rがアルキル鎖を含む置換基においては、それらは直鎖、分岐若しくは環状のいずれか又はそれらの組み合わせであってもよく、直鎖でない場合としては、例えば、イソアミル基、2−エチルヘキシル基、3,7−ジメチルオクチル基、シクロヘキシル基、4−C1〜C12アルキルシクロヘキシル基等
が挙げられる。本発明のホウ素含有共重合体の溶媒への溶解性を高めるためには、1つ以上に環状または分岐のあるアルキル鎖が含まれることが好ましい。
また、複数のRが連結して環を形成していてもよい。更に、Rがアルキル鎖を含む基の場合は、該アルキル鎖は、ヘテロ原子を含む基で中断されていてもよい。該ヘテロ原子としては、酸素原子、硫黄原子、窒素原子等が挙げられる。
上記Aの構造としては、上述したものの中でも、式(17−5)、式(18−9)式(19−16)、式(19−28)であることが好ましい。
上記ホウ素含有重合体は、式(2)中のX、X、R及びRの少なくとも1つの基と式(16)中のX及びXの少なくとも1つの基とが重合して形成される繰り返し単位を有するものである。すなわち、下記式(22);
(式中、点線の円弧、ホウ素原子と窒素原子とを繋ぐ骨格部分における点線部分、窒素原子からホウ素原子への矢印は、式(2)と同様である。X´、X´、R´及びR´は、式(13)と同様である。Aは、同一若しくは異なって、2価の基を表す。X´及びX´は、それぞれ式(16)のX及びXと同様の基、2価の基、3価の基、又は、直接結合を表す。)で表される繰り返し単位の構造を有するホウ素含有重合体もまた本発明におけるホウ素含有重合体に含まれる。
上記式(22)は、X´、X´、R´及びR´のうち、いずれか1つ以上、かつ、X´及びX´のうち、いずれか1つ以上が、重合体の主鎖の一部として結合を形成することを意味する。
上記式(22)で表される繰り返し単位を有するホウ素含有重合体において、上記式(2)由来の繰り返し単位、上記式(16)由来の繰り返し単位は、ランダム重合体であっても、ブロック重合体でも、グラフト重合体あってもよい。また、高分子主鎖に枝分かれがあり末端部が3つ以上ある場合やデンドリマーでも良い。また、上記式(2)で表されるホウ素含有化合物と上記式(16)で表される化合物とが重縮合して形成される重合体であってもよい。
また、上記式(22)で表される繰り返し単位を有するホウ素含有重合体は、上記式(2)由来の繰り返し単位、上記式(16)由来の繰り返し単位をそれぞれ1種含むものであってもよく、2種以上含むものであってもよい。繰り返し単位を2種以上含むものである場合、当該2種以上の構造は、ランダム重合体であっても、ブロック重合体でも、グラフト重合体あってもよい。また、高分子主鎖に枝分かれがあり末端部が3つ以上ある場合やデンドリマーでも良い。
上記式(22)で表されるホウ素含有重合体としては、(i)上記式(2)中のX、X、R及びRのうち、いずれか2つと、上記式(16)中のX及びXとが、重合体の主鎖の一部として結合を形成する場合、(ii)上記式(2)中のX、X、R及びRのうち、いずれか1つと、上記式(16)中のX及びXのいずれか1つの基とが、重合体の主鎖の一部として結合を形成する場合がある。これらの場合の繰り返し単位の構造の具体例として、例えば、下記式(23)、(24)のような構造がある。
(i)上記式(2)中のX、X、R及びRのうち、いずれか2つと、上記式(16)中のX及びXとが、重合体の主鎖の一部として結合を形成する場合、上記式(2)由来の繰り返し単位、上記式(16)由来の繰り返し単位がランダム付加したものであってもよく、ブロック付加したものであってもよく、上記式(2)中のX、X、R及びRのいずれかの基と上記式(16)中のX及び/又はXとが重縮合したものであってもよいが、これらの中でも、上記式(2)中のX、X、R及びRのいずれか2つの基と上記式(16)中のX及び/又はXとが重縮合した重合体の一例として上記式(2)中のX、Xと上記式(16)中のX及びXとが重縮合したものは、下記式(25)で表される構造を繰り返し単位とする重合体となる。
上記(i)の構造の場合、上記式(22)で表される繰り返し単位のうち、上記式(2)由来の構造部分の具体例としては、上記式(14−1)〜(14−6)のような構造がある。これらの中でも、(14−1)、(14−6)の構造であることが好ましい。より好ましくは、(14−1)の構造である。
上記式(2)中のX、X、R及びRのいずれかの基と、上記式(16)中のX及びXのいずれかの基とが重縮合する場合の反応性基の組み合わせとしては、上述したものと同様のものが挙げられる。すなわち、上記式(2)中のX、X、R及びRのいずれかの基と、上記式(16)中のX及びXのいずれかの基とが重縮合する場合、上記式(16)中のX及びXのうち、当該重縮合する基としては、上述した重縮合し得る反応性基を構造中に有する置換基のいずれかであることが好ましい。
また、上記式(16)中のX及びXのいずれかが、単独で重合し得る反応性基を構造中に有する置換基である場合、当該置換基は、上述した単独で重合し得る反応性基を構造中に有する置換基のいずれかであることが好ましい。
本発明のホウ素含有重合体の両末端に結合している基は、特に制限されず、また、同一であっても良く、異なっていてもよい。上記両末端に結合している基としては、例えば、水素原子、ハロゲン原子、置換基を有していてもよいアリール基、オリゴアリール基、1価の複素環基、1価のオリゴ複素環基、アルキル基、アルコキシ基、アルキルチオ基、アリールオキシ基、アリールチオ基、アリールアルキル基、アリールアルコキシ基、アリールアルキルチオ基、アルケニル基、アルキニル基、アリル基、アミノ基、アゾ基、カルボキシル基、アシル基、アルコキシカルボニル基、ホルミル基、ニトロ基、シアノ基、シリル基、スタニル基、ボリル基、ホスフィノ基、シリルオキシ基、アリールスルホニルオキシ基、アルキルスルホニルオキシ基等が挙げられる。
本発明におけるホウ素含有重合体は、重量平均分子量が10〜10であることが好ましい。重量平均分子量がこのような範囲であると、良好に薄膜化できる。より好ましくは、10〜10であり、更に好ましくは10〜10である。
上記重量平均分子量は、ポリスチレン換算によるゲルパーミエーションクロマトグラフィ(GPC装置、展開溶媒;クロロホルム)によって以下の装置、及び、測定条件で測定することができる。
高速GPC装置:HLC−8220GPC(東ソー社製)を用いて測定した。
展開溶媒 クロロホルム
カラム TSK−gel GMHXL ×2本
溶離液流量 1ml/min
カラム温度 40℃
本発明におけるホウ素含有重合体は、上記式(2)で表されるホウ素含有化合物を含む単量体成分を重合することにより製造される。該単量体成分は、上記式(2)で表されるホウ素含有化合物を含む限り、その他の単量体を含んでいてもよいが、単量体成分全体100質量%に対して、上記式(2)で表されるホウ素含有化合物を0.1〜99.9質量%含んでいることが好ましい。より好ましくは、10〜90質量%である。
また、重合反応の際には、単量体成分の固形分濃度は、0.01質量%〜溶解する最大濃度の範囲で適宜設定することができるが、希薄すぎると反応の効率が悪く、濃すぎると反応の制御が難しくなる恐れがあることから、好ましくは、0.1〜20質量%である。
上記その他の単量体としては、上記式(16)で表される構造を有するものであることが好ましい。なお、上記単量体成分は、上記式(2)で表されるホウ素含有化合物、式(16)で表される化合物とも、1種含んでいてもよく、2種以上含んでいてもよい。
上記その他の単量体としては、上記式(16)で表される構造を有する化合物を含む場合、単量体成分に含まれる上記式(2)で表されるホウ素含有化合物1モルに対して、上記式(16)で表される構造を有する化合物を0.3〜3モルの割合で含むことが好ましい。より好ましくは、上記式(2)で表されるホウ素含有化合物1モルに対して、0.2〜2モルの割合である。
上記式(16)で表される化合物において、X及びXは、上述したX及びXにおける反応性基を有する置換基と同様のものを用いることができる。
本発明におけるホウ素含有重合体が重縮合反応により形成される場合、ホウ素含有重合体の製造方法は特に制限されないが、例えば、特開2011−184430号公報に記載の製造方法により製造することができる。
上記式(1)で表されるホウ素含有化合物や、上記式(2)で表されるホウ素含有化合物を含む単量体成分を重合して得られるホウ素含有重合体は、いずれも塗布による均一な成膜が可能であり、低いHOMO、LUMO準位を持つため、本発明の有機電界発光素子の材料として好適に用いることができるものである。
本発明の有機電界発光素子は、有機無機ハイブリッド型の素子でありながら、有機無機ハイブリッド型の素子に特有の低分子化合物の結晶化が抑制され、リーク電流の抑制と、均一な面発光を達成することができるものであって、表示装置や照明装置の材料として好適に用いることができるものである。
このような、本発明の有機電界発光素子を用いて形成される表示装置もまた、本発明の1つである。更に本発明の有機電界発光素子を用いて形成される照明装置もまた、本発明の1つである。
本発明の有機電界発光素子は、上述の構成よりなり、リーク電流の抑制と、均一な面発光を達成することができるものであって、表示装置や照明装置の材料等に好適に用いることができる。
図1は、ホウ素含有化合物1をTHFに溶解させた溶液を、ITO付き透明ガラス基板に塗布した際のSEM写真である。 実施例1及び比較例1で作製した有機電界発光素子の、電圧−電流効率特性を示すグラフである。 実施例2〜4及び比較例2で作製した有機電界発光素子の、電圧−電流効率特性を示すグラフである。 実施例5及び比較例2で作製した有機電界発光素子の、電圧−電流効率特性を示すグラフである。 実施例6及び比較例3で作製した有機電界発光素子の、電圧−電流効率特性を示すグラフである。
以下に実施例を掲げて本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。なお、特に断りのない限り、「部」は「重量部」を、「%」は「質量%」を意味するものとする。
以下の実施例において、各種物性は以下のようにして測定した。
H−NMR>
得られたホウ素含有化合物を、重水素化クロロホルムの溶液とし、高分解能核磁気共鳴装置(製品名「Gemini 2000」;300MHz、Varian,Inc.社製)を用いて測定した。化学シフトは、テトラメチルシランから低磁場側における100万分の1(ppm;δスケール)として記録し、テトラメチルシランの水素核(δ0.00)を参照とした。
13C−NMR>
得られたホウ素含有化合物を、重水素化クロロホルムの溶液とし、高分解能核磁気共鳴装置(製品名「Gemini 2000」;75MHz、Varian,Inc.社製)を用いて測定した。化学シフトは、テトラメチルシランから低磁場側における100万分の1(ppm;δスケール)として記録し、NMR溶媒中の炭素核(CDCl3:δ=77.0、CDCl:δ=53.1、CDCN:δ=1.32、DMSO−d:δ=39.52)を参照とした。
11B−NMR>
得られたホウ素含有化合物を、重水素化クロロホルムの溶液とし、高分解能核磁気共鳴装置(製品名「Mercury−400」;128MHz、Varian,Inc.社製)を用いて測定した。化学シフトは、三フッ化ホウ素・ジエチルエーテル錯体のホウ素核(δ=0.00)を基準とする100万分の1(ppm;δスケール)として記録した。
<高分解能質量分析スペクトル>
高分解能質量分析計(製品名「JMS−SX101A」、「JMS−MS700」、「JMS−BU250」、日本電子社製)を用いて、電子イオン化法(EI)又は高速電子衝撃法(FAB)により測定した。
<重量平均分子量>
重量平均分子量は、ポリスチレン換算によるゲルパーミエーションクロマトグラフィ(GPC装置、展開溶媒;クロロホルム)によって以下の装置、及び、測定条件で測定した。
高速GPC装置:HLC−8220GPC(東ソー社製)
測定条件:
展開溶媒 クロロホルム
カラム TSK−gel GMHXL ×2本
溶離液流量 1ml/min
カラム温度 40℃
(合成例1)
(2,7−ビス(3−ジベンゾボロリル−4−ピリジルフェニル)−9,9’−スピロフルオレンの合成)
100mL二口ナスフラスコに、2−(ジベンゾボロリルフェニル)−5−ブロモピリジン(2.6g、6.5mmol)、2,7−ビス(4,4,5,5−テトラメチル−1,3,2−ジオキサボロラニル)−9,9’−スピロフルオレン(1.5g、2.7mmol)、Pd(PBu(170mg、0.32mmol)を入れた。フラスコ内を窒素雰囲気下にし、THF(65mL)を加え、攪拌した。
これに、2M リン酸三カリウム水溶液(11mL、22mmol)を加え、70℃で還流させながら加熱攪拌した。12時間後、室温まで冷却し、反応溶液を分液ロートに移して水を加え、酢酸エチルで抽出した。有機層を3N塩酸、水、飽和食塩水で洗浄した後、硫酸マグネシウムで乾燥した。濾過した濾液を濃縮して、得られた固体をメタノールで洗浄し、2,7−ビス(3−ジベンゾボロリル−4−ピリジルフェニル)−9,9’−スピロフルオレン(ホウ素含有化合物1)を収率47%で得た(1.2g、1.3mmol)。
その物性値は以下の通りであった。
H−NMR(CDCl) : δ6.67(d,J=7.6Hz,2H),6.75(d,J=1.2Hz,2H),6.82(d,J=7.2Hz,4H),6.97(dt,J=7.2,1.2Hz,4H),7.09(dt,J=7.2,0.8Hz,2H),7.24−7.40(m,14H),7.74−7.77(m,6H),7.84−7.95(m,10H)
また、合成例1の反応は、下記反応式のように表される。
合成例1において合成されたホウ素含有化合物1について、以下に示す素子物性を評価した。
<塗布製膜性>
ホウ素含有化合物1をTHFに溶解させた溶液をITO付き透明ガラス基板に塗布すると、平滑な薄膜を得ることができた。そのSEM(走査型電子顕微鏡)写真(倍率:10000倍)を図1に示す。この結果から、ホウ素含有化合物1は、低分子でありながら、溶液からの塗布製膜が可能な化合物であることが実証された。
(合成例2)
アルゴン雰囲気下、5−ブロモ−2−(4−ブロモフェニル)ピリジン(94mg、0.30mmol)を含むジクロロメタン溶液(0.3ml)に、エチルジイソプロピルアミン(39mg、0.30mmol)を加えた後、0℃で三臭化ホウ素(1.0M、0.9ml、0.9mmol)を加え、室温で9時間攪拌した。反応溶液を0℃まで冷却した後、飽和炭酸カリウム水溶液を加え、クロロホルムで抽出した。有機層を飽和食塩水で洗浄し、硫酸マグネシウムで乾燥させ濾過した。濾液をロータリーエバポレーターで濃縮した後、生成した白色固体を濾取し、ヘキサンで洗浄することにより、下記式(26);
で表されるホウ素含有化合物2(40mg、0.082mmol)を収率28%で得た。
その物性値は以下の通りであった。
H−NMR(CDCl):7.57−7.59(m,2H),7.80(dd,J=8.4,0.6Hz,1H),7.99(s,1H),8.27(dd,J=8.4,2.1Hz,1H),9.01(d,J=1.5Hz,1H);
(合成例3)
窒素雰囲気下、ペンタフルオロフェニルマグネシウムブロミドのジエチルエーテル溶液(1M、61.2ml、70.4mmol)を0℃まで冷却し、ここへ塩化亜鉛のジエチルエーテル溶液(1M、17ml、17mmol)を攪拌しながら滴下していく。滴下終了後、室温で1時間攪拌する。そこへ上記式(26)で表される5−ブロモ−2−(4−ブロモ−2−ジブロモボリルフェニル)ピリジン(3.8g、8mmol)を含むトルエン溶液(80ml)を加え、80℃で15時間加熱攪拌した。室温まで冷却し、反応溶液を氷水に加え、クロロホルムで抽出した。有機層を飽和食塩水で洗浄し、硫酸ナトリウムで乾燥させ濾過した。濾液をロータリーエバポレーターで濃縮した後、シリカゲルクロマトグラフィー(ヘキサン:ジクロロメタン=1:1)で精製することにより、下記式(27);
で表されるホウ素含有化合物3(2.2g、4.61mmol)を収率58%で得た。
その物性値は以下の通りであった。
H−NMR(CDCl):δ7.16−7.26(m,10H),7.45−7.48(m,1H),7.69−7.71(m,1H),7.81(d,J=2.0Hz,1H),7.90(d,J=8.0Hz,1H),8.15−8.18(m,1H),8.56(d,J=2.0Hz,1H)
(合成例4)
上記式(27)で表されるBC6F5ジブロミド(ホウ素含有化合物3)(337mg、0.51mmol)、下記式(28)で表されるF8ボロン酸ジエステル(292mg、0.52mmol)をトルエン(3ml)とTHF(3ml)に溶解させ、アルゴン雰囲気下、室温で10分間攪拌した。ここへ、Aliquat336(21mg)、25質量%EtNOH水溶液(0.86ml)と蒸留水(0.75ml)との混合水溶液を加え、アルゴン雰囲気下、室温でさらに20分間攪拌し脱気を完了させた。ここにテトラキストリフェニルホスフィンパラジウム(8.9mg、0.007mmol)を加えた後、115℃で還流させながら48時間加熱攪拌した。末端封止のため、ブロモベンゼン(105mg、0.67mmol)を加え5時間攪拌し、さらにフェニルボロン酸(294mg、2.41mmol)を加え5時間攪拌した。室温まで放冷し、トルエンで希釈した反応溶液を塩酸で1回、純水で2回分液洗浄し、有機層を数ml程度まで濃縮した。濃縮液を300mlのメタノール中へ滴下させそのまま10分攪拌し、得られた沈殿を濾取した。同様の精製過程を合計3回繰り返し、固体を減圧乾燥させることで、下記式(29)で表されるホウ素含有重合体F8BC6F5を得た。ホウ素含有重合体F8BC6F5の重量平均分子量は、126000であった。
(有機電界発光素子の作製)
以下の実施例において、バッファ層の平均厚さは触針式段差計(製品名「アルファステップIQ」、KLAテンコール社製)を用いて測定した。
(実施例1)
[1]市販されている平均厚さ0.7mmのITO電極層付き透明ガラス基板を用意した。この時、基板のITO電極(第1の電極)は幅2mmにパターニングされているものを用いた。この基板をアセトン中、イソプロパノール中でそれぞれ10分間超音波洗浄後、イソプロパノール中で5分間煮沸した。この基板をイソプロパノール中から取り出し、窒素ブローにより乾燥させ、UVオゾン洗浄を20分行った。
[2]この基板を、亜鉛金属ターゲットを持つミラトロンスパッタ装置の基板ホルダーに固定した。約1×10−4Paまで減圧した後、アルゴンと酸素を導入した状態でスパッタし、膜厚約2nmの酸化亜鉛層を作成した。この時にメタルマスクを併用して、電極取り出しのためITO電極の一部は酸化亜鉛が成膜されないようにした。
[3]酢酸マグネシウムの1%水−エタノール(体積比で1:3)混合溶液を作成した。工程[2]で作成した基板を、工程[1]と同様にして再度洗浄した。洗浄した酸化亜鉛薄膜付き基板をスピンコーターにセットした。この基板上に酢酸マグネシウム溶液を滴下し、毎分1300回転で60秒間回転させた。これを大気中、400℃にセットしたホットプレートで2時間焼成することにより、酸化亜鉛/酸化マグネシウム層(第1の金属酸化物層)を形成した。
[4]ホウ素含有化合物1の0.2%テトラヒドロフラン溶液を作成した。工程[3]で作成した酸化亜鉛/酸化マグネシウム薄膜付き基板をスピンコーターにセットした。この基板上にホウ素含有化合物1溶液を滴下し、毎分2000回転で30秒間回転させ、ホウ素含有有機化合物からなるバッファ層を形成した。バッファ層の平均厚さは5nmであった。
[5]ホウ素含有有機化合物の層まで形成した基板を真空蒸着装置の基板ホルダーに固定した。4,4’−ビス[9−ジカルバゾリル]−2,2’−ビフェニル(CBP)、イリジウムトリス(1−フェニルイソキノリン)(Ir(piq))、N,N’−ジ(1−ナフチル)−N,N’−ジフェニル−1,1’−ビフェニル−4,4’−ジアミン(α−NPD)をそれぞれアルミナルツボに入れて蒸着源にセットした。真空蒸着装置内を約1×10−5Paまで減圧し、CBPをホスト、Ir(piq)をドーパントとして35nm共蒸着し、発光層を成膜した。この時、ドープ濃度はIr(piq)が発光層全体に対して6重量%となるようにした。次に、α−NPDを60nm蒸着し、正孔輸送層を成膜した。次に、一度窒素パージした後、三酸化モリブデン、金をアルミナルツボに入れて蒸着源にセットした。真空蒸着装置内を約1×10−5Paまで減圧し、三酸化モリブデン(第2の金属酸化物層)を膜厚10nmになるように蒸着した。次に、金(第2の電極)を膜厚50nmになるように蒸着し、有機電界発光素子1を作製した。第2の電極を蒸着する時、ステンレス製の蒸着マスクを用いて蒸着面が幅2mmの帯状になるようにした。すなわち、作製した有機電界発光素子の発光面積は、4mmとした。
(比較例1)
工程[4]を省略した以外は実施例1と同様にして、有機電界発光素子2を作製した。
(実施例2)
[1]市販されている平均厚さ0.7mmのITO電極層付き透明ガラス基板を用意した。この時、基板のITO電極(第1の電極)は幅2mmにパターニングされているものを用いた。この基板をアセトン中、イソプロパノール中でそれぞれ10分間超音波洗浄後、イソプロパノール中で5分間煮沸した。この基板をイソプロパノール中から取り出し、窒素ブローにより乾燥させ、UVオゾン洗浄を20分行った。
[2]この基板を、亜鉛金属ターゲットを持つミラトロンスパッタ装置の基板ホルダーに固定した。約1×10−4Paまで減圧した後、アルゴンと酸素を導入した状態でスパッタし、膜厚約2nmの酸化亜鉛層(第1の金属酸化物層)を作成した。この時にメタルマスクを併用して、電極取り出しのためITO電極の一部は酸化亜鉛が成膜されないようにした。
[3]ホウ素含有重合体F8BC6F5の0.2%テトラヒドロフラン溶液を作成した。工程[2]で作成した酸化亜鉛薄膜付き基板をスピンコーターにセットした。この基板上にホウ素含有重合体F8BC6F5溶液を滴下し、毎分2000回転で30秒間回転させ、ホウ素含有有機化合物からなるバッファ層を形成した。バッファ層の平均厚さは10nmであった。
[4]ホウ素含有有機化合物の層まで形成した基板を真空蒸着装置の基板ホルダーに固定した。トリス(8−ヒドロキシキノリナト)アルミニウム(Alq)、N,N’−ジ(1−ナフチル)−N,N’−ジフェニル−1,1’−ビフェニル−4,4’−ジアミン(α−NPD)をそれぞれアルミナルツボに入れて蒸着源にセットした。真空蒸着装置内を約1×10−4Paまで減圧し、Alqを65nm共蒸着し、発光層を成膜した。次に、α−NPDを60nm蒸着し、正孔輸送層を成膜した。次に、一度窒素パージした後、三酸化モリブデン、金をアルミナルツボに入れて蒸着源にセットした。真空蒸着装置内を約1×10−4Paまで減圧し、三酸化モリブデン(第2の金属酸化物層)を膜厚10nmになるように蒸着した。次に、金(第2の電極)を膜厚30nmになるように蒸着し、有機電界発光素子3を作製した。第2の電極を蒸着する時、ステンレス製の蒸着マスクを用いて蒸着面が幅2mmの帯状になるようにした。すなわち、作製した有機電界発光素子の発光面積は、4mmとした。
(実施例3)
実施例2での工程[3]で使用したホウ素含有重合体F8BC6F5の0.2%テトラヒドロフラン溶液を、市販されているポリ(ジオクチルフルオレン−アルト−ベンゾチアジアゾール)(F8BT)の0.2%キシレン溶液に変更した以外は同様にして有機電界発光素子4を作製した。バッファ層の平均厚さは10nmであった。
(実施例4)
実施例2での工程[3]で使用したホウ素含有重合体F8BC6F5の0.2%テトラヒドロフラン溶液を、市販されているポリ(ジオクチルフルオレン)(PFO)の0.2%キシレン溶液に変更した以外は同様にして有機電界発光素子5を作製した。バッファ層の平均厚さは10nmであった。
(比較例2)
工程[3]を省略した以外は実施例2と同様にして、有機電界発光素子6を作製した。
(実施例5)
実施例2での工程[3]で使用したホウ素含有重合体F8BC6F5の0.2%テトラヒドロフラン溶液を、日本触媒製ポリエチレンイミン SP−200の1%エタノール溶液に変更した以外は同様にして有機電界発光素子7を作製した。バッファ層の平均厚さは10nmであった。
(実施例6)
[1]市販されている平均厚さ0.7mmのITO電極層付き透明ガラス基板を用意した。この時、基板のITO電極(第1の電極)は幅2mmにパターニングされているものを用いた。この基板をアセトン中、イソプロパノール中でそれぞれ10分間超音波洗浄後、イソプロパノール中で5分間煮沸した。この基板をイソプロパノール中から取り出し、窒素ブローにより乾燥させ、UVオゾン洗浄を20分行った。
[2]この基板を、チタン金属ターゲットを持つミラトロンスパッタ装置の基板ホルダーに固定した。約1×10−4Paまで減圧した後、アルゴンと酸素を導入した状態でスパッタし、膜厚約2nmの酸化チタン層(第1の金属酸化物層)を作成した。この時にメタルマスクを併用して、電極取り出しのためITO電極の一部は酸化チタンが成膜されないようにした。
[3]ホウ素含有重合体F8BC6F5の0.2%テトラヒドロフラン溶液を作成した。工程[2]で作成した酸化チタン薄膜付き基板をスピンコーターにセットした。この基板上にホウ素含有重合体F8BC6F5溶液を滴下し、毎分2000回転で30秒間回転させ、ホウ素含有有機化合物からなるバッファ層を形成した。バッファ層の平均厚さは10nmであった。
[4]ホウ素含有有機化合物の層まで形成した基板を真空蒸着装置の基板ホルダーに固定した。トリス(8−ヒドロキシキノリナト)アルミニウム(Alq)、N,N’−ジ(1−ナフチル)−N,N’−ジフェニル−1,1’−ビフェニル−4,4’−ジアミン(α−NPD)をそれぞれアルミナルツボに入れて蒸着源にセットした。真空蒸着装置内を約1×10−4Paまで減圧し、Alqを65nm共蒸着し、発光層を成膜した。次に、α−NPDを60nm蒸着し、正孔輸送層を成膜した。次に、一度窒素パージした後、三酸化モリブデン、金をアルミナルツボに入れて蒸着源にセットした。真空蒸着装置内を約1×10−4Paまで減圧し、三酸化モリブデン(第2の金属酸化物層)を膜厚10nmになるように蒸着した。次に、金(第2の電極)を膜厚30nmになるように蒸着し、有機電界発光素子8を作製した。第2の電極を蒸着する時、ステンレス製の蒸着マスクを用いて蒸着面が幅2mmの帯状になるようにした。すなわち、作製した有機電界発光素子の発光面積は、4mmとした。
(比較例3)
工程[3]に代えて工程[3b]を行った以外は実施例6と同様にして、有機電界発光素子9を作製した。
[3b]特開2012−4492号公報(特許文献4)の段落〔0064〕〜〔0066〕に記載の自己組織化単分子膜用材料F8TESをエタノールで1%に希釈した溶液を作製した。工程[2]で作成した酸化チタン薄膜付き基板をスピンコーターにセットした。この基板上に自己組織化単分子膜用材料F8TES溶液を滴下し、毎分2000回転で30秒間回転させた。直後に、エタノールによりリンスを行い、さらに10分間エタノールによる超音波洗浄を行った。リンス後、ホットプレートにより90℃10分で固定化を行い、自己組織化単分子膜層を形成した。バッファ層の平均厚さは2nmであった。F8TESは、下記式(30)の化合物である。
(有機電界発光素子の発光特性測定)
ケースレー社製の「2400型ソースメーター」により、素子への電圧印加と、電流測定を行った。コニカミノルタ社製の「LS−100」により、発光輝度を測定した。また、目視により発光面の均一性を確認した。
実施例1および比較例1で作製した有機電界発光素子を、アルゴン雰囲気下で4V〜10Vまでの直流電圧を印加した時の電圧−電流効率特性を図2に示す。比較例1で作製した素子は電流効率が低く、リーク電流が大きいことが分かる。一方、実施例1で作製した素子は電流効率が高く、リーク電流が抑制されていることが分かる。また、目視観察では実施例1で作製した素子は非常に均一な発光が確認できた。
実施例2〜4及び比較例2で作製した有機電界発光素子を、アルゴン雰囲気下で4V〜15Vまでの直流電圧を印加した時の電圧−電流効率特性を図3に示す。また、実施例5及び比較例2で作製した有機電界発光素子を、アルゴン雰囲気下で4V〜15Vまでの直流電圧を印加した時の電圧−電流効率特性を図4に示す。比較例2で作製した素子はリーク電流が非常に大きく全く発光しなかった。一方、実施例2〜5で作製した素子は電流効率が高く、リーク電流が抑制されていることが分かる。また、目視観察では実施例2〜5で作製した素子は非常に均一な発光が確認できた。
実施例6及び比較例3で作製した有機電界発光素子を、アルゴン雰囲気下で4V〜15Vまでの直流電圧を印加した時の電圧−電流効率特性を図5に示す。比較例3で作製した素子はリーク電流が非常に大きく、一瞬発光した後すぐさま全く発光しなくなった。一方、実施例6で作製した素子は電流効率が高く、リーク電流が抑制されていることが分かる。また、目視観察では実施例6で作製した素子は非常に均一な発光が確認できた。
以上より、有機無機ハイブリッド型の有機電界発光素子において、有機化合物を塗布成膜する層によってリーク電流の抑制と均一な面発光が達成できることが確認された。

Claims (6)

  1. 複数の層が積層された構造を有する有機電界発光素子であって、
    該有機電界発光素子は、第1の電極と第2の電極との間に、第1の金属酸化物層、該第1の金属酸化物層表面に存在する凹凸を平滑化するバッファ層、該バッファ層上に積層された発光層を含む低分子化合物層、及び、第2の金属酸化物層をこの順に有し、
    該バッファ層は、有機化合物を含む溶液を塗布することで形成される平均厚さが5〜50nmの層であることを特徴とする有機電界発光素子。
  2. 前記有機化合物は、ホウ素原子を有する有機化合物であることを特徴とする請求項1に記載の有機電界発光素子。
  3. 前記ホウ素原子を有する有機化合物は、下記式(1);
    (式中、点線の円弧は、実線で表される骨格部分と共に環構造が形成されていることを表す。実線で表される骨格部分における点線部分は、点線で結ばれる1対の原子が二重結合で結ばれていてもよいことを表す。窒素原子からホウ素原子への矢印は、窒素原子がホウ素原子へ配位していることを表す。Q及びQは、同一又は異なって、実線で表される骨格部分における連結基であり、少なくとも一部が点線の円弧部分と共に環構造を形成しており、置換基を有していてもよい。X、X、X及びXは、同一又は異なって、水素原子、又は、環構造の置換基となる1価の置換基を表し、点線の円弧部分を形成する環構造に複数個結合していてもよい。nは2〜10の整数を表す。Yは直接結合又はn価の連結基であり、n個存在するY以外の構造部分とそれぞれ独立に、点線の円弧部分を形成する環構造、Q、Q、X、X、X、Xにおけるいずれか1箇所で結合していることを表す。)で表されるホウ素含有化合物であるか、又は、下記式(2);
    (式中、点線の円弧は、ホウ素原子と窒素原子とを繋ぐ骨格部分の一部と共に環構造が形成されていることを表す。ホウ素原子と窒素原子とを繋ぐ骨格部分における点線部分は、少なくとも1対の原子が二重結合で結ばれることを表し、該二重結合が環構造と共役していてもよい。窒素原子からホウ素原子への矢印は、窒素原子がホウ素原子へ配位していることを表す。X及びXは、同一若しくは異なって、水素原子又は環構造の置換基となる1価の置換基を表し、点線の円弧部分を形成する環構造に複数個結合していてもよい。R及びRは、同一若しくは異なって、水素原子又は1価の置換基を表す。X、X、R及びRのうち少なくとも1つは、反応性基を有する置換基である。)で表されるホウ素含有化合物を含む単量体成分を重合して得られるホウ素含有重合体であることを特徴とする請求項2に記載の有機電界発光素子。
  4. 請求項1〜3のいずれかに記載の有機電界発光素子を用いて形成されることを特徴とする表示装置。
  5. 請求項1〜3のいずれかに記載の有機電界発光素子を用いて形成されることを特徴とする照明装置。
  6. 複数の層を積層した構造を有する有機電界発光素子の製造方法であって、
    該製造方法は、有機電界発光素子が、第1の電極と第2の電極との間に、第1の金属酸化物層、該第1の金属酸化物層表面に存在する凹凸を平滑化するバッファ層、該バッファ層上に積層された発光層を含む低分子化合物層、及び、第2の金属酸化物層をこの順に有するものとなるように有機電界発光素子を構成する各層を積層する工程を含み、
    該積層工程は、有機化合物を含む溶液を塗布して平均厚さが5〜50nmのバッファ層を形成する工程を含むことを特徴とする有機電界発光素子の製造方法。
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