JP6338374B2 - 有機エレクトロルミネッセンス素子 - Google Patents

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Description

本発明は、各種の表示装置に好適な自発光素子である有機エレクトロルミネッセンス素子（以下、有機ＥＬ素子と略称する）に関するものであリ、詳しくは特定のアリールアミン誘導体を用いた有機ＥＬ素子に関するものであり、特に、光の取出し効率が大幅に改善された有機ＥＬ素子に関するものである。
有機ＥＬ素子は自己発光性素子であるため、液晶素子にくらべて明るく視認性に優れ、鮮明な表示が可能であることから、活発な研究がなされてきた。
１９８７年にイーストマン・コダック社のＣ．Ｗ．Ｔａｎｇらは各種の役割を各材料に分担した積層構造素子を開発することにより有機材料を用いた有機ＥＬ素子を実用的なものにした。彼らは電子を輸送することのできる蛍光体と正孔を輸送することのできる有機物とを積層し、両方の電荷を蛍光体の層の中に注入して発光させることにより、１０Ｖ以下の電圧で１０００ｃｄ／ｍ２以上の高輝度が得られるようになった（例えば、特許文献１および特許文献２参照）。
現在まで、有機ＥＬ素子の実用化のために多くの改良がなされ、積層構造の各種の役割をさらに細分化して、基板上に順次に、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、陰極を設けた電界発光素子において、高効率と耐久性が、底部から発光するボトムエミッション構造の発光素子によって達成されるようになってきた（例えば、非特許文献1参照）。
近年、高い仕事関数を持った金属を陽極に用い、上部から発光するトップエミッション構造の発光素子が用いられるようになってきた。画素回路によって発光部の面積が制限されてしまうボトムエミッション構造の発光素子とは違い、トップエミッション構造の発光素子では、発光部を広くとれるという利点がある。トップエミッション構造の発光素子では、陰極にＬｉＦ／Ａｌ／Ａｇ（例えば、非特許文献２参照）、Ｃａ／Ｍｇ（例えば、非特許文献３参照）、ＬｉＦ／ＭｇＡｇなどの半透明電極が用いられる。
このような発光素子では、発光層で発光した光が他の膜に入射する場合に、ある角度以上で入射すると、発光層と他の膜との界面で全反射されてしまう。このため、発光した光の一部しか利用できていなかった。近年、光の取出し効率を向上させるために、屈折率の低い半透明電極の外側に、屈折率の高い「キャッピング層」を設けた発光素子が提案されている（例えば、非特許文献２および３参照）。
トップエミッション構造の発光素子におけるキャッピング層の効果は、Ｉｒ（ｐｐｙ）３を発光材料に用いた発光素子において、キャッピング層がない場合は電流効率が３８ｃｄ／Ａであったものが、キャッピング層として膜厚６０ｎｍのＺｎＳｅを使用した発光素子では、６４ｃｄ／Ａと約１．７倍の効率向上が認められた。また、半透明電極とキャッピング層の透過率の極大点と効率の極大点とが必ずしも一致しないことが示されており、光の取出し効率の最大点は干渉効果によって決められることが示されている（例えば、非特許文献３参照）。
キャッピング層の形成には、精細度の高いメタルマスクを用いることが提案されているが、かかるメタルマスクでは、熱による歪みによって位置合わせ精度が悪くなるという問題点があった。すなわち、ＺｎＳｅは、融点が１１００℃以上と高く（例えば、非特許文献３参照）、精細度の高いマスクでは正確な位置に蒸着することができない。無機物の多くは蒸着温度が高く、精細度の高いマスクの使用には適さず、発光素子そのものにもダメージを与える可能性がある。さらに、スパッタ法による成膜では、発光素子にダメージを与えてしまうため、無機物を構成材料とするキャッピング層は使用することができない。
屈折率を調整するキャッピング層として、トリス（８−ヒドロキシキノリン）アルミニウム（以後、Ａｌｑ３と略称する）を使用する場合（例えば、非特許文献２参照）、Ａｌｑ３は緑の発光材料または電子輸送材料として一般的に使用される有機ＥＬ材料として知られているが、青色発光素子に使用される４５０ｎｍ付近に弱い吸収を持つ。そのために、青色発光素子の場合、色純度の低下と、光の取出し効率が共に低下するという問題点もあった。
有機ＥＬ素子の素子特性を改善させるために、特に、光の取出し効率を大幅に改善させるために、キャッピング層の材料として、屈折率が高く、薄膜の安定性や耐久性に優れた材料が求められている。
特開平８−０４８６５６号公報 特許第３１９４６５７号公報 特開平７−１２６６１５号公報 特開平８−０４８６５６号公報 特開２００５−１０８８０４号公報
応用物理学会第９回講習会予稿集５５〜６１ページ（２００１） Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，７８，５４４（２００１） Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，８２，４６６（２００３）
本発明の目的は、有機ＥＬ素子の素子特性を改善させるために、特に、光の取出し効率を大幅に改善させるために、屈折率が高く、薄膜の安定性や耐久性に優れていると共に、青、緑および赤それぞれの波長領域において吸収を持たない材料から構成されるキャッピング層を備えた有機ＥＬ素子を提供することにある。
本発明に適したキャッピング層の材料における物理的な特性としては、（１）屈折率が高いこと、（２）蒸着が可能で熱分解しないこと、（３）薄膜状態が安定であること、（４）ガラス転移温度が高いことをあげることができる。また、本発明に適した素子の物理的な特性としては、（１）光の取出し効率が高いこと、（２）色純度の低下がないこと、（３）経時変化することなく光を透過すること、（４）長寿命であることをあげることができる。
本発明者らは上記の目的を達成するために、アリールアミン系材料が薄膜の安定性や耐久性に優れていることに着目して、屈折率が高い特定のアリールアミン化合物を選別し、キャッピング層を構成する材料として用いた有機ＥＬ素子を作製し、素子の特性評価を鋭意行なった結果、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明によれば、以下の有機ＥＬ素子が提供される。
１）少なくとも陽極電極、正孔輸送層、発光層、電子輸送層、陰極電極およびキャッピング層をこの順に有する有機ＥＬ素子において、前記キャッピング層が分子中にトリフェニルアミン構造を２個、単結合またはヘテロ原子を含まない２価基で連結した構造を有するアリールアミン化合物（Ｘ）を含む、有機ＥＬ素子。
２）前記分子中にトリフェニルアミン構造を２個、単結合またはヘテロ原子を含まない２価基で連結した構造を有するアリールアミン化合物（Ｘ）が、下記一般式（１）で表されるアリールアミン化合物（Ｘ’）である上記１）に記載の有機ＥＬ素子。
Figure 0006338374
 （１）
（式中、Ｒ１〜Ｒ２８は同一でも異なってもよく水素原子、重水素原子、フッ素原子、塩素原子、シアノ基、トリフルオロメチル基、ニトロ基、置換基を有していてもよい炭素原子数１ないし６の直鎖状もしくは分岐状のアルキル基、置換基を有していてもよい炭素原子数２ないし６の直鎖状もしくは分岐状のアルケニル基、置換基を有していてもよい炭素原子数５ないし１０のシクロアルキル基、置換基を有していてもよい炭素原子数１ないし６の直鎖状もしくは分岐状のアルキルオキシ基、置換基を有していてもよい炭素原子数５ないし１０のシクロアルキルオキシ基、置換もしくは無置換の芳香族炭化水素基、置換もしくは無置換の芳香族複素環基、置換もしくは無置換の縮合多環芳香族基または置換もしくは無置換のアリールオキシ基であって、これらの置換基が同一のベンゼン環に複数個結合している場合は互いに結合して環を形成していてもよく、Ｒ１〜Ｒ１０、Ｒ１９〜Ｒ２８は、それぞれの基が結合しているベンゼン環と結合して環を形成してもよい。Ａは下記構造式（Ｂ）〜（Ｆ）で示される２価基、または単結合を表す。但し、Ａが単結合である場合、Ｒ１〜Ｒ２８のいずれか１以上が置換もしくは無置換の芳香族炭化水素基であるものとする。）
Figure 0006338374
 （Ｂ）
（式中、Ｒ２９〜Ｒ３２は同一でも異なってもよく水素原子、重水素原子、フッ素原子、塩素原子、シアノ基、トリフルオロメチル基、炭素原子数１ないし６の直鎖状もしくは分岐状のアルキル基、炭素原子数２ないし６の直鎖状もしくは分岐状のアルケニル基、置換もしくは無置換の芳香族炭化水素基、置換もしくは無置換の芳香族複素環基または置換もしくは無置換の縮合多環芳香族基であって、これらの置換基が同一のベンゼン環に複数個結合している場合は互いに結合して環を形成していてもよい。ｎは１〜３の整数を表す。ここで、Ｒ２９〜Ｒ３２がそれぞれ複数個存在している場合（ｎが２または３の場合）は、互いに同一でも異なってもよいものとする。）
Figure 0006338374
 （Ｃ）
（式中、Ｒ３３〜Ｒ４２は同一でも異なってもよく水素原子、重水素原子、フッ素原子、塩素原子、シアノ基、トリフルオロメチル基、炭素原子数１ないし６の直鎖状もしくは分岐状のアルキル基、炭素原子数２ないし６の直鎖状もしくは分岐状のアルケニル基、置換もしくは無置換の芳香族炭化水素基、置換もしくは無置換の芳香族複素環基または置換もしくは無置換の縮合多環芳香族基であって、これらの置換基は互いに結合して環を形成していてもよい。）
Figure 0006338374
 （Ｄ）
（式中、Ｒ４３〜Ｒ５０は同一でも異なってもよく水素原子、重水素原子、フッ素原子、塩素原子、シアノ基、トリフルオロメチル基、炭素原子数１ないし６の直鎖状もしくは分岐状のアルキル基、炭素原子数２ないし６の直鎖状もしくは分岐状のアルケニル基、置換もしくは無置換の芳香族炭化水素基、置換もしくは無置換の芳香族複素環基または置換もしくは無置換の縮合多環芳香族基であって、これらの置換基は互いに結合して環を形成していてもよい。）
Figure 0006338374
 （Ｅ）
Figure 0006338374
 （Ｆ）
（式中、Ｒ５１〜Ｒ５５は同一でも異なってもよく水素原子、重水素原子、フッ素原子、塩素原子、シアノ基、トリフルオロメチル基、炭素原子数１ないし６の直鎖状もしくは分岐状のアルキル基、炭素原子数２ないし６の直鎖状もしくは分岐状のアルケニル基、置換もしくは無置換の芳香族炭化水素基、置換もしくは無置換の芳香族複素環基または置換もしくは無置換の縮合多環芳香族基であって、これらの置換基は互いに結合して環を形成していてもよい。）
３）前記Ａが前記構造式（Ｂ）で示される２価基である、上記２）に記載の有機ＥＬ素子。
４）前記Ａが前記構造式（Ｂ）で示される２価基であって、ｎが１である、上記３）に記載の有機ＥＬ素子。
５）前記Ａが単結合である、上記２）に記載の有機ＥＬ素子。
６）前記Ａが前記構造式（Ｄ）で示される２価基である、上記２）に記載の有機ＥＬ素子。
７）前記キャッピング層の厚さが、３０ｎｍ〜１２０ｎｍの範囲内である、上記１）〜６）に記載の有機ＥＬ素子。
８）前記キャッピング層の屈折率が、該キャッピング層を透過する光の波長が５３０ｎｍ〜７５０ｎｍの範囲内において、１．７５以上である、上記１）〜７）のいずれか１つに記載の有機ＥＬ素子。
一般式（１）中のＲ１〜Ｒ２８で表される、「置換基を有していてもよい炭素原子数１ないし６の直鎖状もしくは分岐状のアルキル基」、「置換基を有していてもよい炭素原子数５ないし１０のシクロアルキル基」または「置換基を有していてもよい炭素原子数２ないし６の直鎖状もしくは分岐状のアルケニル基」における「炭素原子数１ないし６の直鎖状もしくは分岐状のアルキル基」、「炭素原子数５ないし１０のシクロアルキル基」または「炭素原子数２ないし６の直鎖状もしくは分岐状のアルケニル基」としては、具体的に、メチル基、エチル基、ｎ−プロピル基、イソプロピル基、ｎ−ブチル基、イソブチル基、ｔｅｒｔ−ブチル基、ｎ−ペンチル基、イソペンチル基、ネオペンチル基、ｎ−ヘキシル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、１−アダマンチル基、２−アダマンチル基、ビニル基、アリル基、イソプロペニル基および２−ブテニル基などをあげることができ、これらの置換基同士が互いに結合し、環を形成していてもよい。また、Ｒ１〜Ｒ１０、Ｒ１９〜Ｒ２８は、それぞれの基が結合しているベンゼン環と単結合、置換もしくは無置換のメチレン基、酸素原子、硫黄原子またはＮ−Ａｒを介して結合して環を形成してもよいものとする。ここで、「Ｎ−Ａｒ」の「Ｎ」は窒素原子を表し、「Ａｒ」は「置換もしくは無置換の芳香族炭化水素基」、「置換もしくは無置換の芳香族複素環基」または「置換もしくは無置換の縮合多環芳香族基」であって、下記Ｒ１〜Ｒ２８における同種の基に関して示すものと同様の基があげられ、これらの基が有していてよい置換基も、下記Ｒ１〜Ｒ２８における同種の基に関して示すものと同様の置換基があげられる。
一般式（１）中のＲ１〜Ｒ２８で表される、「置換基を有する炭素原子数１ないし６の直鎖状もしくは分岐状のアルキル基」、「置換基を有する炭素原子数５ないし１０のシクロアルキル基」または「置換基を有する炭素原子数２ないし６の直鎖状もしくは分岐状のアルケニル基」における「置換基」としては、具体的に、重水素原子、トリフルオロメチル基、シアノ基、ニトロ基；フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子などのハロゲン原子；メチル基、エチル基、ｎ−プロピル基、イソプロピル基、ｎ−ブチル基、イソブチル基、ｔｅｒｔ−ブチル基、ｎ−ペンチル基、イソペンチル基、ネオペンチル基、ｎ−ヘキシル基などの炭素原子数１ないし６の直鎖状もしくは分岐状のアルキル基；メチルオキシ基、エチルオキシ基、プロピルオキシ基などの炭素原子数１ないし６の直鎖状もしくは分岐状のアルキルオキシ基；アリル基などのアルケニル基；ベンジル基、ナフチルメチル基、フェネチル基などのアラルキル基；フェニルオキシ基、トリルオキシ基などのアリールオキシ基；ベンジルオキシ基、フェネチルオキシ基などのアリールアルキルオキシ基；フェニル基、ビフェニリル基、ターフェニリル基、ナフチル基、アントラセニル基、フェナントリル基、フルオレニル基、インデニル基、ピレニル基、ペリレニル基、フルオランテニル基、トリフェニレニル基などの芳香族炭化水素基もしくは縮合多環芳香族基；ピリジル基、フラニル基、ピラニル基、チエニル基、ピロリル基、キノリル基、イソキノリル基、ベンゾフラニル基、ベンゾチエニル基、インドリル基、カルバゾリル基、ベンゾオキサゾリル基、ベンゾチアゾリル基、キノキサリル基、ベンゾイミダゾリル基、ピラゾリル基、ジベンゾフラニル基、ジベンゾチエニル基、カルボリニル基などの芳香族複素環基；スチリル基、ナフチルビニル基などのアリールビニル基；アセチル基、ベンゾイル基などのアシル基；ジメチルアミノ基、ジエチルアミノ基などのジアルキルアミノ基；ジフェニルアミノ基、ジナフチルアミノ基などの芳香族炭化水素基もしくは縮合多環芳香族基で置換されたジ置換アミノ基；ジベンジルアミノ基、ジフェネチルアミノ基などのジアラルキルアミノ基；ジピリジルアミノ基、ジチエニルアミノ基などの芳香族複素環基で置換されたジ置換アミノ基；ジアリルアミノ基などのジアルケニルアミノ基；アルキル基、芳香族炭化水素基、縮合多環芳香族基、アラルキル基、芳香族複素環基またはアルケニル基から選択される置換基で置換されたジ置換アミノ基のような基をあげることができ、これらの置換基は、さらに他の置換基によって置換されていてもよい。
一般式（１）中のＲ１〜Ｒ２８で表される、「置換基を有していてもよい炭素原子数１ないし６の直鎖状もしくは分岐状のアルキルオキシ基」または「置換基を有していてもよい炭素原子数５ないし１０のシクロアルキルオキシ基」における「炭素原子数１ないし６の直鎖状もしくは分岐状のアルキルオキシ基」または「炭素原子数５ないし１０のシクロアルキルオキシ基」としては、具体的に、メチルオキシ基、エチルオキシ基、ｎ−プロピルオキシ基、イソプロピルオキシ基、ｎ−ブチルオキシ基、ｔｅｒｔ−ブチルオキシ基、ｎ−ペンチルオキシ基、ｎ−ヘキシルオキシ基、シクロペンチルオキシ基、シクロヘキシルオキシ基、シクロヘプチルオキシ基、シクロオクチルオキシ基、１−アダマンチルオキシ基および２−アダマンチルオキシ基などをあげることができ、これらの置換基同士が互いに結合し、環を形成していてもよい。また、Ｒ１〜Ｒ１０、Ｒ１９〜Ｒ２８は、それぞれの基が結合しているベンゼン環と単結合、置換もしくは無置換のメチレン基、酸素原子、硫黄原子またはＮ−Ａｒを介して結合して環を形成してもよいものとする。ここで、「Ｎ−Ａｒ」の「Ｎ」は窒素原子を表し、「Ａｒ」は「置換もしくは無置換の芳香族炭化水素基」、「置換もしくは無置換の芳香族複素環基」または「置換もしくは無置換の縮合多環芳香族基」であって、下記Ｒ１〜Ｒ２８における同種の基に関して示すものと同様の基があげられ、これらの基が有していてよい置換基も、下記Ｒ１〜Ｒ２８における同種の基に関して示すものと同様の置換基があげられる。
一般式（１）中のＲ１〜Ｒ２８で表される、「置換基を有する炭素原子数１ないし６の直鎖状もしくは分岐状のアルキルオキシ基」または「置換基を有する炭素原子数５ないし１０のシクロアルキルオキシ基」における「置換基」としては、具体的に、重水素原子、トリフルオロメチル基、シアノ基、ニトロ基；フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子などのハロゲン原子；メチル基、エチル基、ｎ−プロピル基、イソプロピル基、ｎ−ブチル基、イソブチル基、ｔｅｒｔ−ブチル基、ｎ−ペンチル基、イソペンチル基、ネオペンチル基、ｎ−ヘキシル基などの炭素原子数１ないし６の直鎖状もしくは分岐状のアルキル基；メチルオキシ基、エチルオキシ基、プロピルオキシ基などの炭素原子数１ないし６の直鎖状もしくは分岐状のアルキルオキシ基；アリル基などのアルケニル基；ベンジル基、ナフチルメチル基、フェネチル基などのアラルキル基；フェニルオキシ基、トリルオキシ基などのアリールオキシ基；ベンジルオキシ基、フェネチルオキシ基などのアリールアルキルオキシ基；フェニル基、ビフェニリル基、ターフェニリル基、ナフチル基、アントラセニル基、フェナントリル基、フルオレニル基、インデニル基、ピレニル基、ペリレニル基、フルオランテニル基、トリフェニレニル基などの芳香族炭化水素基もしくは縮合多環芳香族基；ピリジル基、フラニル基、ピラニル基、チエニル基、ピロリル基、キノリル基、イソキノリル基、ベンゾフラニル基、ベンゾチエニル基、インドリル基、カルバゾリル基、ベンゾオキサゾリル基、ベンゾチアゾリル基、キノキサリル基、ベンゾイミダゾリル基、ピラゾリル基、ジベンゾフラニル基、ジベンゾチエニル基、カルボリニル基などの芳香族複素環基；スチリル基、ナフチルビニル基などのアリールビニル基；アセチル基、ベンゾイル基などのアシル基；ジメチルアミノ基、ジエチルアミノ基などのジアルキルアミノ基；ジフェニルアミノ基、ジナフチルアミノ基などの芳香族炭化水素基もしくは縮合多環芳香族基で置換されたジ置換アミノ基；ジベンジルアミノ基、ジフェネチルアミノ基などのジアラルキルアミノ基；ジピリジルアミノ基、ジチエニルアミノ基などの芳香族複素環基で置換されたジ置換アミノ基；ジアリルアミノ基などのジアルケニルアミノ基；アルキル基、芳香族炭化水素基、縮合多環芳香族基、アラルキル基、芳香族複素環基またはアルケニル基から選択される置換基で置換されたジ置換アミノ基のような基をあげることができ、これらの置換基は、さらに他の置換基によって置換されていてもよい。
一般式（１）中のＲ１〜Ｒ２８で表される、「置換もしくは無置換の芳香族炭化水素基」、「置換もしくは無置換の芳香族複素環基」または「置換もしくは無置換の縮合多環芳香族基」における「芳香族炭化水素基」、「芳香族複素環基」または「縮合多環芳香族基」としては、具体的に、フェニル基、ビフェニリル基、ターフェニリル基、ナフチル基、アントリル基、フェナントリル基、フルオレニル基、インデニル基、ピレニル基、ペリレニル基、フルオランテニル基、トリフェニレニル基、ピリジル基、フラニル基、ピラニル基、チエニル基、キノリル基、イソキノリル基、ベンゾフラニル基、ベンゾチエニル基、インドリル基、カルバゾリル基、ベンゾオキサゾリル基、ベンゾチアゾリル基、キノキサリル基、ベンゾイミダゾリル基、ピラゾリル基、ジベンゾフラニル基、ジベンゾチエニル基、およびカルボリニル基などをあげることができ、これらの置換基同士が互いに結合し、環を形成していてもよい。また、Ｒ１〜Ｒ１０、Ｒ１９〜Ｒ２８は、それぞれの基が結合しているベンゼン環と単結合、置換もしくは無置換のメチレン基、酸素原子、硫黄原子またはＮ−Ａｒを介して結合して環を形成してもよいものとする。ここで、「Ｎ−Ａｒ」の「Ｎ」は窒素原子を表し、「Ａｒ」は「置換もしくは無置換の芳香族炭化水素基」、「置換もしくは無置換の芳香族複素環基」または「置換もしくは無置換の縮合多環芳香族基」であって、上記記載と同様の基があげられ、これらの基が有していてよい置換基も、下記記載と同様の置換基に関して示すものと同様の置換基があげられる。
一般式（１）中のＲ１〜Ｒ２８で表される、「置換芳香族炭化水素基」、「置換芳香族複素環基」または「置換縮合多環芳香族基」における「置換基」としては、具体的に、重水素原子、シアノ基、トリフルオロメチル基、ニトロ基；フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子などのハロゲン原子；メチル基、エチル基、ｎ−プロピル基、イソプロピル基、ｎ−ブチル基、イソブチル基、ｔｅｒｔ−ブチル基、ｎ−ペンチル基、イソペンチル基、ネオペンチル基、ｎ−ヘキシル基などの炭素原子数１ないし６の直鎖状もしくは分岐状のアルキル基；シクロペンチル基、シクロヘキシル基などの炭素原子数５ないし１０のシクロアルキル基；ビニル基、アリル基、２−ブテニル基、１−ヘキセニル基などの炭素原子数２ないし６の直鎖状もしくは分岐状のアルケニル基；メチルオキシ基、エチルオキシ基、プロピルオキシ基などの炭素原子数１ないし６の直鎖状もしくは分岐状のアルキルオキシ基；シクロペンチルオキシ基、シクロヘキシルオキシ基などの炭素原子数５ないし１０のシクロアルキルオキシ基；ベンジル基、ナフチルメチル基、フェネチル基などのアラルキル基；フェニルオキシ基、トリルオキシ基、ビフェニリルオキシ基、ターフェニリルオキシ基、ナフチルオキシ基、アントリルオキシ基、フェナントリルオキシ基、フルオレニルオキシ基、インデニルオキシ基、ピレニルオキシ基、ペリレニルオキシ基などのアリールオキシ基；ベンジルオキシ基、フェネチルオキシ基などのアリールアルキルオキシ基；フェニル基、ビフェニリル基、ターフェニリル基、ナフチル基、アントラセニル基、フェナントリル基、フルオレニル基、インデニル基、ピレニル基、ペリレニル基、フルオランテニル基、トリフェニレニル基などの芳香族炭化水素基もしくは縮合多環芳香族基；ピリジル基、フラニル基、ピラニル基、チエニル基、ピロリル基、キノリル基、イソキノリル基、ベンゾフラニル基、ベンゾチエニル基、インドリル基、カルバゾリル基、ベンゾオキサゾリル基、ベンゾチアゾリル基、キノキサリル基、ベンゾイミダゾリル基、ピラゾリル基、ジベンゾフラニル基、ジベンゾチエニル基、カルボリニル基などの芳香族複素環基；スチリル基、ナフチルビニル基などのアリールビニル基；アセチル基、ベンゾイル基などのアシル基；ジメチルアミノ基、ジエチルアミノ基などのジアルキルアミノ基；ジフェニルアミノ基、ジナフチルアミノ基などの芳香族炭化水素基もしくは縮合多環芳香族基で置換されたジ置換アミノ基；ジベンジルアミノ基、ジフェネチルアミノ基などのジアラルキルアミノ基；ジピリジルアミノ基、ジチエニルアミノ基などの芳香族複素環基で置換されたジ置換アミノ基；ジアリルアミノ基などのジアルケニルアミノ基；アルキル基、芳香族炭化水素基、縮合多環芳香族基、アラルキル基、芳香族複素環基またはアルケニル基から選択される置換基で置換されたジ置換アミノ基のような基をあげることができ、これらの置換基は、さらに他の置換基によって置換されていてもよい。
一般式（１）中のＲ１〜Ｒ２８で表される、「置換もしくは無置換のアリールオキシ基」における「アリールオキシ基」としては、具体的に、フェニルオキシ基、トリルオキシ基、ビフェニリルオキシ基、ターフェニリルオキシ基、ナフチルオキシ基、アントリルオキシ基、フェナントリルオキシ基、フルオレニルオキシ基、インデニルオキシ基、ピレニルオキシ基、ペリレニルオキシ基などをあげることができ、これらの置換基同士が互いに結合し、環を形成していてもよい。また、Ｒ１〜Ｒ１０、Ｒ１９〜Ｒ２８は、それぞれの基が結合しているベンゼン環と単結合、置換もしくは無置換のメチレン基、酸素原子、硫黄原子またはＮ−Ａｒを介して結合して環を形成してもよいものとする。ここで、「Ｎ−Ａｒ」の「Ｎ」は窒素原子を表し、「Ａｒ」は「置換もしくは無置換の芳香族炭化水素基」、「置換もしくは無置換の芳香族複素環基」または「置換もしくは無置換の縮合多環芳香族基」であって、上記Ｒ１〜Ｒ２８における同種の基に関して示すものと同様の基があげられ、これらの基が有していてよい置換基も、上記Ｒ１〜Ｒ２８における同種の基に関して示すものと同様の置換基があげられる。
一般式（１）中のＲ１〜Ｒ２８で表される、「置換アリールオキシ基」における「置換基」としては、具体的に、重水素原子、シアノ基、トリフルオロメチル基、ニトロ基；フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子などのハロゲン原子；メチル基、エチル基、ｎ−プロピル基、イソプロピル基、ｎ−ブチル基、イソブチル基、ｔｅｒｔ−ブチル基、ｎ−ペンチル基、イソペンチル基、ネオペンチル基、ｎ−ヘキシル基などの炭素原子数１ないし６の直鎖状もしくは分岐状のアルキル基；シクロペンチル基、シクロヘキシル基などの炭素原子数５ないし１０のシクロアルキル基；ビニル基、アリル基、２−ブテニル基、１−ヘキセニル基などの炭素原子数２ないし６の直鎖状もしくは分岐状のアルケニル基；メチルオキシ基、エチルオキシ基、プロピルオキシ基などの炭素原子数１ないし６の直鎖状もしくは分岐状のアルキルオキシ基；シクロペンチルオキシ基、シクロヘキシルオキシ基などの炭素原子数５ないし１０のシクロアルキルオキシ基；ベンジル基、ナフチルメチル基、フェネチル基などのアラルキル基；フェニルオキシ基、トリルオキシ基、ビフェニリルオキシ基、ターフェニリルオキシ基、ナフチルオキシ基、アントリルオキシ基、フェナントリルオキシ基、フルオレニルオキシ基、インデニルオキシ基、ピレニルオキシ基、ペリレニルオキシ基などのアリールオキシ基；ベンジルオキシ基、フェネチルオキシ基などのアリールアルキルオキシ基；フェニル基、ビフェニリル基、ターフェニリル基、ナフチル基、アントラセニル基、フェナントリル基、フルオレニル基、インデニル基、ピレニル基、ペリレニル基、フルオランテニル基、トリフェニレニル基などの芳香族炭化水素基もしくは縮合多環芳香族基；ピリジル基、フラニル基、ピラニル基、チエニル基、ピロリル基、キノリル基、イソキノリル基、ベンゾフラニル基、ベンゾチエニル基、インドリル基、カルバゾリル基、ベンゾオキサゾリル基、ベンゾチアゾリル基、キノキサリル基、ベンゾイミダゾリル基、ピラゾリル基、ジベンゾフラニル基、ジベンゾチエニル基、カルボリニル基などの芳香族複素環基；スチリル基、ナフチルビニル基などのアリールビニル基；アセチル基、ベンゾイル基などのアシル基；ジメチルアミノ基、ジエチルアミノ基などのジアルキルアミノ基；ジフェニルアミノ基、ジナフチルアミノ基などの芳香族炭化水素基もしくは縮合多環芳香族基で置換されたジ置換アミノ基；ジベンジルアミノ基、ジフェネチルアミノ基などのジアラルキルアミノ基；ジピリジルアミノ基、ジチエニルアミノ基などの芳香族複素環基で置換されたジ置換アミノ基；ジアリルアミノ基などのジアルケニルアミノ基；アルキル基、芳香族炭化水素基、縮合多環芳香族基、アラルキル基、芳香族複素環基またはアルケニル基から選択される置換基で置換されたジ置換アミノ基のような基をあげることができ、これらの置換基は、さらに他の置換基によって置換されていてもよい。
一般式（１）中のＡに相当する、構造式（Ｂ）〜（Ｄ）および（Ｆ）におけるＲ２９〜Ｒ５５で表される、「炭素原子数１ないし６の直鎖状もしくは分岐状のアルキル基」または「炭素原子数２ないし６の直鎖状もしくは分岐状のアルケニル基」としては、具体的に、メチル基、エチル基、ｎ−プロピル基、イソプロピル基、ｎ−ブチル基、イソブチル基、ｔｅｒｔ−ブチル基、ｎ−ペンチル基、イソペンチル基、ネオペンチル基、ｎ−ヘキシル基、ビニル基、アリル基、イソプロペニル基、２−ブテニル基、などをあげることができる。また、これらの置換基同士が単結合、置換もしくは無置換のメチレン基、酸素原子または硫黄原子を介して互いに結合して環を形成していてもよい。ここで環を形成する場合、置換基同士が単結合、もしくは、ジメチルメチレン基を介して互いに結合して環を形成するのが好ましい。
一般式（１）中のＡに相当する、構造式（Ｂ）〜（Ｄ）および（Ｆ）におけるＲ２９〜Ｒ５５で表される、「置換もしくは無置換の芳香族炭化水素基」、「置換もしくは無置換の芳香族複素環基」または「置換もしくは無置換の縮合多環芳香族基」における「芳香族炭化水素基」、「芳香族複素環基」または「縮合多環芳香族基」としては、具体的に、フェニル基、ビフェニリル基、ターフェニリル基、テトラキスフェニル基、スチリル基、ナフチル基、アントリル基、アセナフテニル基、フルオレニル基、フェナントリル基、インデニル基、ピレニル基、ピリジル基、ピリミジル基、フラニル基、ピロリル基、チエニル基、キノリル基、イソキノリル基、ベンゾフラニル基、ベンゾチエニル基、インドリル基、カルバゾリル基、ベンゾオキサゾリル基、ベンゾチアゾリル基、キノキサリル基、ベンゾイミダゾリル基、ピラゾリル基、ジベンゾフラニル基、ジベンゾチエニル基、ナフチリジニル基、フェナントロリニル基、アクリジニル基をあげることができる。また、これらの置換基が同一のベンゼン環に複数個結合している場合は、これらの置換基同士が単結合、置換もしくは無置換のメチレン基、酸素原子または硫黄原子を介して互いに結合して環を形成していてもよい。ここで環を形成する場合、置換基同士が単結合、もしくは、ジメチルメチレン基を介して互いに結合して環を形成するのが好ましい。
一般式（１）中のＡに相当する、構造式（Ｂ）〜（Ｄ）および（Ｆ）におけるＲ２９〜Ｒ５５で表される、「置換芳香族炭化水素基」、「置換芳香族複素環基」または「置換縮合多環芳香族基」における「置換基」としては、具体的に、重水素原子、フッ素原子、塩素原子、トリフルオロメチル基、炭素原子数１ないし６の直鎖状もしくは分岐状のアルキル基、フェニル基、ビフェニリル基、ターフェニリル基、テトラキスフェニル基、スチリル基、ナフチル基、フルオレニル基、フェナントリル基、インデニル基、ピレニル基をあげることができ、さらに置換されていてもよい。また、これらの置換基が単結合、置換もしくは無置換のメチレン基、酸素原子または硫黄原子を介して互いに結合して環を形成していてもよい。ここで環を形成する場合、置換基同士が単結合、もしくは、ジメチルメチレン基を介して互いに結合して環を形成するのが好ましい。
本発明の有機ＥＬ素子に用いられる、分子中にトリフェニルアミン構造を２個、単結合またはヘテロ原子を含まない２価基で連結した構造を有するアリールアミン化合物（Ｘ）は、有機ＥＬ素子の正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電子阻止層またはキャッピング層の構成材料として使用することができる。
また、本発明の有機ＥＬ素子において、前記キャッピング層の厚さは、３０ｎｍ〜１２０ｎｍの範囲であることが好ましく、４０ｎｍ〜８０ｎｍの範囲であることがより好ましい。
また、本発明の有機ＥＬ素子において、前記キャッピング層を透過する光の波長が５３０ｎｍ〜７５０ｎｍの範囲内における、該キャッピング層の屈折率が１．７５以上であることが好ましく、１．８０以上であることがより好ましい。
また、本発明の有機ＥＬ素子において、前記キャッピング層を２種以上の異なる構成材料を積層することによって作製してもよい。
本発明の有機ＥＬ素子は、透明または半透明電極の外側に設けた、半透明電極よりも屈折率の高いキャッピング層を有するため、光の取出し効率を大幅に向上することができる有機ＥＬ素子が得られる。また、キャッピング層に、分子中にトリフェニルアミン構造を２個、単結合またはヘテロ原子を含まない２価基で連結した構造を有する特定のアリールアミン化合物を使用することによって、４００℃以下の温度で成膜することができるので、発光素子にダメージを与えることなく、また高精細マスクを用いて各色の光の取出し効率を最適化することができると共に、フルカラーディスプレイに好適に適用でき、色純度がよく鮮明で明るい画像を表示することができる。
本発明の有機ＥＬ素子は、キャッピング層の材料として、屈折率が高く、薄膜の安定性や耐久性に優れた有機ＥＬ素子用の材料を用いているため、従来の有機ＥＬ素子に比べて、光の取出し効率を大幅に向上することができる。さらに、高効率、長寿命の有機ＥＬ素子を実現することが可能となった。
実施例３〜１０、比較例１の有機ＥＬ素子構成を示した図である。
本発明の有機ＥＬ素子に好適に用いられる、前記一般式（１）で表される、分子中にトリフェニルアミン構造を２個、単結合またはヘテロ原子を含まない２価基で連結した構造を有するアリールアミン化合物は、既知の方法によって合成することができる（例えば、特許文献３〜５参照）。
本発明の有機ＥＬ素子に好適に用いられる、前記一般式（１）で表される、分子中にトリフェニルアミン構造を２個、単結合またはヘテロ原子を含まない２価基で連結した構造を有するアリールアミン化合物(Ｘ’)の中で、特に好ましい化合物の具体例を以下に示すが、これらの化合物に限定されるものではない。
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 （１−１）
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 （１−２）
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 （１−３）
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 （１−４）
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 （１−５）
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 （１−６）
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 （１−７）
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 （１−８）
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 （１−９）
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 （１−１０）
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 （１−１１）
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 （１−１２）
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 （１−１３）
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 （１−１４）
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 （１−１５）
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 （１−１６）
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 （１−１７）
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 （１−１８）
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 （１−１９）
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 （１−２０）
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 （１−２１）
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 （１−２２）
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 （１−２３）
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 （１−２４）
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 （１−２５）
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 （１−２６）
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 （１−２７）
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 （１−２８）
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 （１−２９）
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 （１−３０）
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 （１−３１）
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 （１−３２）
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 （１−３３）
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 （１−３４）
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 （１−３５）
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 （１−３６）
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 （１−３７）
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 （１−３８）
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 （１−３９）
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 （１−４０）
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 （１−４１）
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 （１−４２）
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 （１−４３）
Figure 0006338374
 （１−４４）
Figure 0006338374
 （１−４５）
Figure 0006338374
 （１−４６）
Figure 0006338374
 （１−４７）
これらの化合物の精製はカラムクロマトグラフによる精製、シリカゲル、活性炭、活性白土などによる吸着精製、溶媒による再結晶や晶析法などによって行い、最終的には、昇華精製などによる精製を行った。物性値として、融点、ガラス転移点（Ｔｇ）と屈折率の測定を行った。融点は蒸着性の指標となるものであり、ガラス転移点（Ｔｇ）は薄膜状態の安定性の指標となるものであり、屈折率は光の取出し効率の向上に関する指標となるものである。
融点とガラス転移点（Ｔｇ）は、粉体を用いて高感度示差走査熱量計（ブルカー・エイエックスエス製、ＤＳＣ３１００Ｓ）によって測定した。
屈折率は、シリコン基板の上に６０ｎｍの薄膜を作製して、小型高速分光エリプソメータ装置（アルバック製、ＵＮＥＣＳ−２０００型）を用いて測定した。
本発明の有機ＥＬ素子の構造としては、トップエミッション構造の発光素子であって、ガラス基板上に順次に、金属からなる陽極、正孔輸送層、発光層、電子輸送層、半透明陰極およびキャッピング層からなるもの、また、陽極と正孔輸送層の間に正孔注入層を有するもの、正孔輸送層と発光層の間に電子阻止層を有するもの、発光層と電子輸送層の間に正孔阻止層を有するもの、電子輸送層と陰極の間に電子注入層を有するものがあげられる。これらの多層構造においては有機層を何層か省略あるいは兼ねることが可能であり、例えば正孔輸送層と電子阻止層を兼ねた構成、電子輸送層と正孔阻止層を兼ねた構成とすることもできる。有機ＥＬ素子の各層の膜厚の合計は、２００ｎｍ〜７５０ｎｍ程度が好ましく、３５０ｎｍ〜６００ｎｍ程度がより好ましい。また、キャッピング層の膜厚は、例えば、３０ｎｍ〜１２０ｎｍが好ましく、４０ｎｍ〜８０ｎｍがより好ましい。この場合、良好な光の取出し効率が得られる。なお、キャッピング層の膜厚は、発光素子に使用する発光材料の種類、キャッピング層以外の有機ＥＬ素子の厚さなどに応じて、適宜変更することができる。
本発明の有機ＥＬ素子の陽極としては、ＩＴＯや金のような仕事関数の大きな電極材料が用いられる。
本発明の有機ＥＬ素子の正孔注入層として、分子中にトリフェニルアミン構造を３個以上、単結合またはヘテロ原子を含まない２価基で連結した構造を有するアリールアミン化合物、例えば、スターバースト型のトリフェニルアミン誘導体、種々のトリフェニルアミン４量体などの材料や銅フタロシアニンに代表されるポルフィリン化合物、ヘキサシアノアザトリフェニレンのようなアクセプター性の複素環化合物や塗布型の高分子材料、などを用いることができる。これらは、単独で成膜してもよいが、他の材料とともに混合して成膜した単層として使用してもよく、単独で成膜した層同士、混合して成膜した層同士、または単独で成膜した層と混合して成膜した層の積層構造としてもよい。これらの材料は蒸着法の他、スピンコート法やインクジェット法などの公知の方法によって薄膜形成を行うことができる。
本発明の有機ＥＬ素子の正孔輸送層として、例えば、Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−Ｎ，Ｎ’−ジ（ｍ−トリル）ベンジジン（以後、ＴＰＤと略称する）、Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−Ｎ，Ｎ’−ジ（α−ナフチル）ベンジジン（以後、ＮＰＤと略称する）や１，１−ビス［４−(ジ−４−トリルアミノ)フェニル］シクロヘキサン（以後、ＴＡＰＣと略称する）、特に、前記一般式（１）で表される分子中にトリフェニルアミン構造を２個、単結合またはヘテロ原子を含まない２価基で連結した構造を有するアリールアミン化合物、例えば、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラビフェニリルベンジジン、などを用いるのが好ましい。また、分子中にトリフェニルアミン構造を３個以上、単結合またはヘテロ原子を含まない２価基で連結した構造を有するアリールアミン化合物、例えば、種々のトリフェニルアミン３量体および４量体、などを用いるのが好ましい。これらは、単独で成膜してもよいが、他の材料とともに混合して成膜した単層として使用してもよく、単独で成膜した層同士、混合して成膜した層同士、または単独で成膜した層と混合して成膜した層の積層構造としてもよい。これらの材料は蒸着法の他、スピンコート法やインクジェット法などの公知の方法によって薄膜形成を行うことができる。
また、正孔注入層あるいは正孔輸送層において、該層に通常使用される材料に対し、さらにトリスブロモフェニルアミンヘキサクロルアンチモンなどをＰドーピングしたものや、ＴＰＤの構造をその部分構造に有する高分子化合物などを用いることができる。
本発明の有機ＥＬ素子の電子阻止層として、４，４’,４’’−トリ（Ｎ−カルバゾリル）トリフェニルアミン（以後、ＴＣＴＡと略称する）、９，９−ビス［４−（カルバゾール−９−イル）フェニル］フルオレン、１，３−ビス（カルバゾール−９−イル）ベンゼン（以後、ｍＣＰと略称する）、２，２−ビス（４−カルバゾール−９−イルフェニル）アダマンタン(以後、Ａｄ−Ｃｚと略称する)などのカルバゾール誘導体、９−［４−（カルバゾール−９−イル）フェニル］−９−［４−（トリフェニルシリル）フェニル］−９Ｈ−フルオレンに代表されるトリフェニルシリル基とトリアリールアミン構造を有する化合物などの電子阻止作用を有する化合物を用いることができる。これらは、単独で成膜してもよいが、他の材料とともに混合して成膜した単層として使用してもよく、単独で成膜した層同士、混合して成膜した層同士、または単独で成膜した層と混合して成膜した層の積層構造としてもよい。これらの材料は蒸着法の他、スピンコート法やインクジェット法などの公知の方法によって薄膜形成を行うことができる。
本発明の有機ＥＬ素子の発光層として、Ａｌｑ３をはじめとするキノリノール誘導体の金属錯体、各種の金属錯体、アントラセン誘導体、ビススチリルベンゼン誘導体、ピレン誘導体、オキサゾール誘導体、ポリパラフェニレンビニレン誘導体などを用いることができる。また、発光層をホスト材料とドーパント材料とで構成してもよく、ホスト材料として、前記発光材料に加え、チアゾール誘導体、ベンズイミダゾール誘導体、ポリジアルキルフルオレン誘導体などを用いることができる。またドーパント材料としては、キナクリドン、クマリン、ルブレン、ペリレンおよびそれらの誘導体、ベンゾピラン誘導体、ローダミン誘導体、アミノスチリル誘導体などを用いることができる。これらは、単独で成膜してもよいが、他の材料とともに混合して成膜した単層として使用してもよく、単独で成膜した層同士、混合して成膜した層同士、または単独で成膜した層と混合して成膜した層の積層構造としてもよい。
また、発光材料として燐光発光材料を使用することも可能である。燐光発光体としては、イリジウムや白金などの金属錯体の燐光発光体を使用することができる。Ｉｒ（ｐｐｙ）３などの緑色の燐光発光体、ＦＩｒｐｉｃ、ＦＩｒ６などの青色の燐光発光体、Ｂｔｐ２Ｉｒ（ａｃａｃ）などの赤色の燐光発光体などが用いられ、このときのホスト材料としては正孔注入・輸送性のホスト材料として４，４’−ジ（Ｎ−カルバゾリル）ビフェニル（以後、ＣＢＰと略称する）やＴＣＴＡ、ｍＣＰなどのカルバゾール誘導体などを用いることができる。電子輸送性のホスト材料として、ｐ−ビス（トリフェニルシリル）ベンゼン(以後、ＵＧＨ２と略称する)や２，２’,２’’−(１，３，５−フェニレン)−トリス（１−フェニル−１Ｈ−ベンズイミダゾール）（以後、ＴＰＢIと略称する）などを用いることができ、高性能の有機ＥＬ素子を作製することができる。
燐光性の発光材料のホスト材料へのドープは濃度消光を避けるため、発光層全体に対して1〜３０重量パーセントの範囲で、共蒸着によってドープすることが好ましい。
これらの材料は蒸着法の他、スピンコート法やインクジェット法などの公知の方法によって薄膜形成を行うことができる。
本発明の有機ＥＬ素子の正孔阻止層として、バソクプロイン（以後、ＢＣＰと略称する）などのフェナントロリン誘導体や、アルミニウム（III）ビス（２−メチル−８−キノリナート）−４−フェニルフェノレート（以後、ＢＡｌｑと略称する）などのキノリノール誘導体の金属錯体、各種の希土類錯体、トリアゾール誘導体、トリアジン誘導体、オキサジアゾール誘導体など、正孔阻止作用を有する化合物を用いることができる。これらの材料は電子輸送層の材料を兼ねてもよい。これらは、単独で成膜してもよいが、他の材料とともに混合して成膜した単層として使用してもよく、単独で成膜した層同士、混合して成膜した層同士、または単独で成膜した層と混合して成膜した層の積層構造としてもよい。これらの材料は蒸着法の他、スピンコート法やインクジェット法などの公知の方法によって薄膜形成を行うことができる。
本発明の有機ＥＬ素子の電子輸送層として、Ａｌｑ３、ＢＡｌｑをはじめとするキノリノール誘導体の金属錯体、各種金属錯体、トリアゾール誘導体、トリアジン誘導体、オキサジアゾール誘導体、チアジアゾール誘導体、ピリドインドール誘導体、カルボジイミド誘導体、キノキサリン誘導体、フェナントロリン誘導体、シロール誘導体などを用いることができる。これらは、単独で成膜してもよいが、他の材料とともに混合して成膜した単層として使用してもよく、単独で成膜した層同士、混合して成膜した層同士、または単独で成膜した層と混合して成膜した層の積層構造としてもよい。これらの材料は蒸着法の他、スピンコート法やインクジェット法などの公知の方法によって薄膜形成を行うことができる。
本発明の有機ＥＬ素子の電子注入層として、フッ化リチウム、フッ化セシウムなどのアルカリ金属塩、フッ化マグネシウムなどのアルカリ土類金属塩、酸化アルミニウムなどの金属酸化物などを用いることができるが、電子輸送層と陰極の好ましい選択においては、これを省略することができる。
さらに、電子注入層あるいは電子輸送層において、該層に通常使用される材料に対し、さらにセシウムなどの金属をＮドーピングしたものを用いることができる。
本発明の有機ＥＬ素子の半透明陰極として、アルミニウムのような仕事関数の低い電極材料や、マグネシウム銀合金、マグネシウムカルシウム合金、マグネシウムインジウム合金、アルミニウムマグネシウム合金のような、より仕事関数の低い合金やＩＴＯ、ＩＺＯ等が電極材料として用いられる。
本発明の有機ＥＬ素子のキャッピング層として、前記一般式（１）で表される分子中にトリフェニルアミン構造を２個、単結合またはヘテロ原子を含まない２価基で連結した構造を有するアリールアミン化合物、例えば、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラビフェニリルベンジジン、などを用いるのが好ましい。これらは、単独で成膜してもよいが、他の材料とともに混合して成膜した単層として使用してもよく、単独で成膜した層同士、混合して成膜した層同士、または単独で成膜した層と混合して成膜した層の積層構造としてもよい。これらの材料は蒸着法の他、スピンコート法やインクジェット法などの公知の方法によって薄膜形成を行うことができる。
なお、図１では、トップエミッション構造の有機ＥＬ素子について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、ボトムエミッション構造の有機ＥＬ素子や、上部および底部の両方向から発光するデュアルエミッション構造の有機ＥＬ素子についても、同様に適用することができる。これらの場合、光が発光素子から外部に取出される方向にある電極は、透明又は半透明である必要がある。
キャッピング層を構成する材料の屈折率は、隣接する電極の屈折率よりも大きいことが好ましい。すなわち、キャッピング層によって、有機ＥＬ素子における光の取出し効率は向上するが、その効果は、キャッピング層と、キャッピング層に接している材料との界面での反射率が大きい方が、光干渉の効果が大きいために有効である。そのため、キャッピング層を構成する材料の屈折率は、隣接する電極の屈折率よりも大きい方が好ましく、屈折率が１．７０以上であればよいが、１．７５以上がより好ましく、１．８０以上であることが特に好ましい。
以下、本発明の実施の形態について、実施例により具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
本発明の化合物について、高感度示差走査熱量計（ブルカー・エイエックスエス製、ＤＳＣ３１００Ｓ）によって融点とガラス転移点を求めた。
融点 ガラス転移点
例示化合物（１−１） ２６５℃ １３２℃
例示化合物（１−１３） ２１６℃ １０３℃
例示化合物（１−１４） ２１８℃ １６０℃
例示化合物（１−１７） ２７３℃ １０８℃
例示化合物（１−１８） ２６６℃ １０６℃
例示化合物（１−２７） ２５８℃ １２６℃
例示化合物（１−３２） １５３℃ １０７℃
例示化合物（１−３３） ２１０℃ １１３℃
例示化合物（１−３６） １６０℃ １２５℃
例示化合物（１−３７） １６８℃ １４４℃
例示化合物（１−４６） ２５１℃ １２８℃
本発明の化合物は１００℃以上のガラス転移点を有している。このことは、本発明の化合物において薄膜状態が安定であることを示すものである。
本発明の化合物を用いて、シリコン基板の上に膜厚６０ｎｍの蒸着膜を作製して、小型高速分光エリプソメータ装置（アルバック製、ＵＮＥＣＳ−２０００型）を用いて６３３ｎｍの屈折率を測定した。
屈折率
例示化合物（１−１） １．８１
例示化合物（１−１３） １．７８
例示化合物（１−１４） １．７６
例示化合物（１−１７） １．７９
例示化合物（１−１８） １．８８
例示化合物（１−２７） １．８２
例示化合物（１−３２） １．８０
例示化合物（１−３３） １．８９
例示化合物（１−３６） １．７６
例示化合物（１−３７） １．８５
例示化合物（１−４２） １．７６
例示化合物（１−４６） １．７８
比較化合物（Ａｌｑ３） １．７０
このように本発明の化合物は比較化合物（Ａｌｑ３）の屈折率１．７０より大きい値を有しており、大きな有機ＥＬ素子における光の取出し効率の向上が期待できる。
有機ＥＬ素子は、図１に示すように、ガラス基板１上に金属陽極２として反射ＩＴＯ電極をあらかじめ形成したものの上に、正孔注入層３、正孔輸送層４、発光層５、電子輸送層６、電子注入層７、陰極８、キャッピング層９の順に蒸着して作製した。
具体的には、膜厚１５０ｎｍのＩＴＯを成膜したガラス基板１をイソプロピルアルコール中にて超音波洗浄を２０分間行った後、２５０℃に加熱したホットプレート上にて１０分間乾燥を行った。その後、ＵＶオゾン処理を２分間行った後、このＩＴＯ付きガラス基板を真空蒸着機内に取り付け、０．００１Ｐａ以下まで減圧した。続いて、金属陽極２を覆うように正孔注入層３として、下記構造式の化合物２を蒸着速度６ｎｍ／ｍｉｎで膜厚６０ｎｍとなるように形成した。この正孔注入層３の上に、正孔輸送層４として前記構造式の例示化合物（１−１３）を蒸着速度６ｎｍ／ｍｉｎで膜厚４０ｎｍとなるように形成した。この正孔輸送層４の上に、発光層５として下記構造式の化合物３と下記構造式の化合物４を、蒸着速度比が化合物３：化合物４＝５：９５となる蒸着速度で二元蒸着を行い、膜厚３０ｎｍとなるように形成した。この発光層５の上に、電子輸送層６として下記構造式の化合物５を蒸着速度６ｎｍ／ｍｉｎで膜厚３０ｎｍとなるように形成した。この電子輸送層６の上に、電子注入層７としてフッ化リチウムを蒸着速度０．６ｎｍ／ｍｉｎで膜厚０．５ｎｍとなるように形成した。この電子注入層７の上に、陰極８としてマグネシウム銀合金を膜厚１０ｎｍとなるように形成した。最後に、キャッピング層９として例示化合物（１−１３）を蒸着速度６ｎｍ／ｍｉｎで膜厚６０ｎｍとなるように形成した。作製した有機ＥＬ素子について、大気中、常温で特性測定を行なった。
作製した有機ＥＬ素子に直流電圧を印加した発光特性の測定結果を表１にまとめて示した。
Figure 0006338374
 （化合物２）
Figure 0006338374
 （化合物３）
Figure 0006338374
 （化合物４）
Figure 0006338374
 （化合物５）
実施例３において、キャッピング層９として例示化合物（１−１３）に代えて例示化合物（１−１７）を膜厚６０ｎｍとなるように形成した以外は、同様の条件で有機ＥＬ素子を作製した。作製した有機ＥＬ素子について、大気中、常温で特性測定を行なった。作製した有機ＥＬ素子に直流電圧を印加した発光特性の測定結果を表１にまとめて示した。
実施例３において、キャッピング層９として例示化合物（１−１３）に代えて例示化合物（１−１８）を膜厚６０ｎｍとなるように形成した以外は、同様の条件で有機ＥＬ素子を作製した。作製した有機ＥＬ素子について、大気中、常温で特性測定を行なった。作製した有機ＥＬ素子に直流電圧を印加した発光特性の測定結果を表１にまとめて示した。
実施例３において、キャッピング層９として例示化合物（１−１３）に代えて例示化合物（１−２７）を膜厚６０ｎｍとなるように形成した以外は、同様の条件で有機ＥＬ素子を作製した。作製した有機ＥＬ素子について、大気中、常温で特性測定を行なった。作製した有機ＥＬ素子に直流電圧を印加した発光特性の測定結果を表１にまとめて示した。
実施例３において、キャッピング層９として例示化合物（１−１３）に代えて例示化合物（１−３２）を膜厚６０ｎｍとなるように形成した以外は、同様の条件で有機ＥＬ素子を作製した。作製した有機ＥＬ素子について、大気中、常温で特性測定を行なった。作製した有機ＥＬ素子に直流電圧を印加した発光特性の測定結果を表１にまとめて示した。
実施例３において、キャッピング層９として例示化合物（１−１３）に代えて例示化合物（１−３３）を膜厚６０ｎｍとなるように形成した以外は、同様の条件で有機ＥＬ素子を作製した。作製した有機ＥＬ素子について、大気中、常温で特性測定を行なった。作製した有機ＥＬ素子に直流電圧を印加した発光特性の測定結果を表１にまとめて示した。
実施例３において、キャッピング層９として例示化合物（１−１３）に代えて例示化合物（１−３６）を膜厚６０ｎｍとなるように形成した以外は、同様の条件で有機ＥＬ素子を作製した。作製した有機ＥＬ素子について、大気中、常温で特性測定を行なった。作製した有機ＥＬ素子に直流電圧を印加した発光特性の測定結果を表１にまとめて示した。
実施例３において、キャッピング層９として例示化合物（１−１３）に代えて例示化合物（１−３７）を膜厚６０ｎｍとなるように形成した以外は、同様の条件で有機ＥＬ素子を作製した。作製した有機ＥＬ素子について、大気中、常温で特性測定を行なった。作製した有機ＥＬ素子に直流電圧を印加した発光特性の測定結果を表１にまとめて示した。
［比較例１］
実施例３において、キャッピング層９として例示化合物（１−１３）に代えてＡｌｑ３を膜厚６０ｎｍとなるように形成した以外は、同様の条件で有機ＥＬ素子を作製した。作製した有機ＥＬ素子について、大気中、常温で特性測定を行なった。作製した有機ＥＬ素子に直流電圧を印加した発光特性の測定結果を表１にまとめて示した。
Figure 0006338374
表１に示すように、電流密度１０ｍＡ／ｃｍ２時における駆動電圧は、Ａｌｑ３を用いた比較例１に対して実施例３〜１０ではほぼ同等であるのに対し、輝度、発光効率、電力効率のいずれも向上した。さらに、外部量子効率の大幅な向上が確認できた。このことは、キャッピング層に屈折率の高い、本発明の有機ＥＬ素子に好適に用いられる材料を含むことにより、光の取出し効率を大幅に改善できることを示している。
以上のように、本発明の有機ＥＬ素子に好適に用いられる、分子中にトリフェニルアミン構造を２個、単結合またはヘテロ原子を含まない２価基で連結した構造を有するアリールアミン化合物は、屈折率が高く、光の取出し効率を大幅に改善でき、薄膜状態が安定であるため、有機ＥＬ素子用の化合物として優れている。該化合物を用いて有機ＥＬ素子を作製することにより、高い効率を得ることができると共に、耐久性を改善させることができる。また、青、緑および赤それぞれの波長領域において吸収を持たない該化合物を用いることにより、色純度がよく鮮明で明るい画像を表示したい場合に、特に好適である。例えば、家庭電化製品や照明の用途への展開が可能となった。
１ ガラス基板
２ 金属陽極
３ 正孔注入層
４ 正孔輸送層
５ 発光層
６ 電子輸送層
７ 電子注入層
８ 陰極
９ キャッピング層

Claims (5)

  1. 少なくとも陽極電極、正孔輸送層、発光層、電子輸送層、陰極電極およびキャッピング層をこの順に有する有機エレクトロルミネッセンス素子において、前記キャッピング層が下記一般式（１）で表される分子中にトリフェニルアミン構造を２個、単結合またはヘテロ原子を含まない２価基で連結した構造を有するアリールアミン化合物（Ｘ'）を含む、有機エレクトロルミネッセンス素子。
    Figure 0006338374
     （１）
    （式中、Ｒ １ ，Ｒ ２ ，Ｒ ４ ，Ｒ ５ ，Ｒ １９， Ｒ ２０ ，Ｒ ２２ 及びＲ ２３ は同一でも異なってもよく水素原子、重水素原子または炭素原子数１ないし６の直鎖状もしくは分岐状のアルキル基であって、Ｒ 3 及びＲ ２１ は共に水素原子，重水素原子または炭素原子数１ないし６の直鎖状もしくは分岐状のアルキル基であるものとし、式中、Ｒ６、Ｒ７、Ｒ９〜Ｒ１８、Ｒ２４、Ｒ２５、Ｒ２７及びＲ２８は同一でも異なってもよく水素原子または重水素原子であって、Ｒ８及びＲ２６は無置換のフェニル基であって、Ａは下記構造式（Ｂ）で示される２価基、または単結合を表す。
    Figure 0006338374
     （Ｂ）
    （式中、Ｒ２９〜Ｒ３２は同一でも異なってもよく水素原子、重水素原子、フッ素原子、塩素原子、シアノ基、トリフルオロメチル基、炭素原子数１ないし６の直鎖状もしくは分岐状のアルキル基であって、ｎは１〜３の整数を表す。ここで、Ｒ２９〜Ｒ３２がそれぞれ複数個存在している場合（ｎが２または３の場合）は、互いに同一でも異なってもよいものとする。）
  2. 前記一般式（１）において、ｎが１である、請求項１に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
  3. 前記一般式（１）において、Ａが単結合である、請求項１に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
  4. 前記キャッピング層の厚さが、３０ｎｍ〜１２０ｎｍの範囲内である、請求項１〜３のいずれか１項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
  5. 前記キャッピング層の屈折率が、該キャッピング層を透過する光の波長が５３０ｎｍ〜７５０ｎｍの範囲内において、１．７５以上である、請求項１〜４のいずれか１項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
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