JP6797586B2 - 電気化学発光セルの発光層用添加剤、電気化学発光セルの発光層形成用組成物及び電気化学発光セル - Google Patents

電気化学発光セルの発光層用添加剤、電気化学発光セルの発光層形成用組成物及び電気化学発光セル Download PDF

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Description

本発明は、電気化学発光セルにおける、発光層用の添加剤に関する。また本発明は、電気化学発光セルの発光層形成用組成物に関する。また本発明は発光層用添加剤を用いた電気化学発光セルに関する。
近年、電子と正孔をキャリアとして自発光する素子である有機電界発光(有機EL)素子の開発が急激に進展している。有機ELはバックライトが必要な自発光しない素子である液晶素子よりも、薄型化及び軽量化が図れ、視認性に優れる等の特徴を有する。
有機ELの素子は、一般に、各々の互いに対向する面に電極が形成された一対の基板と、一対の基板間に配された発光層とを備えている。このうち発光層は電圧が印加されることにより発光する発光材料を含む有機薄膜からなっている。このような有機ELの素子を発光させる場合、陽極と陰極から有機薄膜に電圧を印加して正孔と電子を注入する。このことにより、有機薄膜中で正孔と電子を再結合させ、再結合により生成された励起子が基底状態に戻ることにより発光が得られる。
有機ELの素子では、発光層の他に、該発光層と電極との間に、正孔や電子の注入効率を上げるための正孔注入層や電子注入層、並びに正孔と電子の再結合効率を向上させるための正孔輸送層や電子輸送層をそれぞれ設ける必要がある。このことにより、有機ELの素子は、多層構造となって構造が複雑になり、製造過程が多くなる。また有機ELでは、陽極と陰極に用いる電極材料の選択に仕事関数を考慮する必要があるため制限が多い。
これらの問題に対処する自発光素子として、電気化学発光セル(Light-emitting Electrochemical Cells:LEC)が近年注目されている(特許文献1及び2)。電気化学発光セルは、一般に、イオン性化合物と発光材料とを含む発光層を有する。イオン性化合物としては各種の無機塩又は有機塩が用いられ、発光材料としては有機高分子や金属錯体等が用いられる。電圧印加時には、発光層中でイオン性化合物に由来するカチオン及びアニオンがそれぞれ陰極及び陽極に向かって移動し、これは電極界面における大きな電場勾配(電気二重層)をもたらす。形成される電気二重層は、陰極及び陽極それぞれにおける電子及び正孔の注入を容易にするため、電気化学発光セルでは有機ELのような多層構造が必要ない。また、電気化学発光セルでは陰極及び陽極として用いる材料の仕事関数を考慮する必要がないことから材料の制限が少ない。これらの理由から、電気化学発光セルは、有機ELに比べて製造コストを大幅に低減できる自発光素子として期待されている。
特開2011−103234号公報 国際公開WO2010/085180号パンフレット
従来の電気化学発光セルの発光層に用いられてきた発光材料としては、有機ELで用いられてきた発光材料と同様の有機高分子発光材料、特にπ共役系ポリマーが多く用いられている。有機高分子は発光材料として機能する他、正孔や電子を輸送する機能も持ち合わせている。発光材料として有機高分子発光材料を用いた薄膜は、正孔や電子の移動性は高いものであったが、イオンの移動性(イオンの輸送性ともいう)が低いことが課題とされてきた。一方で、発光材料として、金属錯体、有機低分子又は量子ドット等の発光性物質と、これらに正孔や電子を輸送する有機高分子導電材料との組み合わせを用いる場合があり、この場合においてもイオンの移動性が低いことが課題とされている。
電気化学発光セルの発光層におけるイオンの移動性の低さは、極性の低い発光材料(詳細には、発光材料として有機高分子発光材料を用いた場合は該有機高分子発光材料、発光材料として金属錯体、有機低分子又は量子ドット等と有機高分子導電材料との組み合わせを用いた場合は、該有機高分子導電材料)と、極性の高いイオン性化合物との相溶性が低いことが一因とされている。イオンの移動性の低さ、特に発光材料とイオン性化合物との相溶性が低いことに起因したイオンの移動性の低さは、上述した電極界面における再配向速度を低下させる他、正孔と電子の注入効率を低下させてしまう。
発光材料とイオン性化合物との相溶性を高めることや発光層中のイオン移動性を高めることを目的として、特許文献1及び2にも、イオン性化合物として従来の無機塩に変えて、有機塩であるイオン液体を用いることや、ポリエチレンオキシド等の高分子化合物を添加すること等が記載されている。
しかしながら、発光材料とイオン性化合物との相溶性を更に向上させることのできる技術の開発が待たれていた。
前記の課題を解決すべく鋭意研究した結果、本発明者は発光材料及びイオン性化合物を含む発光層に、エステル結合を有する特定の化合物を添加することで、発光材料及びイオン性化合物の様々な組み合わせにおいて両者の相溶性を向上させることができ、発光層を形成する有機薄膜の膜質改善を図ることができることを見出し、本発明を完成するに至った。
すなわち本発明は、下記一般式(1)で表される化合物を含む電気化学発光セルの発光層用添加剤を提供することにより、前記課題を解決したものである。
Figure 0006797586
(式中、Xはリン原子、炭素原子又は硫黄原子であり、
Aは、水素原子、直接結合、芳香族炭化水素基、鎖状脂肪族炭化水素基、脂環式炭化水素基又は複素環基であり、
Rは水素原子、又は、分岐鎖状、直鎖状若しくは環状のアルキル基であり、複数存在するRは同一であってもよく異なっていてもよく、同じXにOを介して結合する複数のR同士は互いに連結して環を形成してもよく、該環が形成されていない場合、少なくとも1つのRはアルキル基であり、
mは0又は1であり、
rはXがリン原子又は炭素原子のときは1であり、Xが硫黄原子のときは2であり、
nは、Xがリン原子のときに3−mで表される数であり、Xが炭素原子又は硫黄原子の場合は2−mで表される数であり、
pは、mが0であるとき又はmが1でAが水素原子であるときに、1であり、mが1でAが直接結合であるときに、2であり、mが1でAが水素原子又は直接結合でないときに、Aにおいて置換可能な数である。ただし、Xがリン原子又は硫黄原子の場合はAは直接結合ではない。またXが硫黄原子の場合はAは水素原子ではない。)
また本発明は、前記一般式(1)で表される化合物、イオン性化合物、及び発光材料を含有する、電気化学発光セルの発光層形成用組成物を提供することにより、前記課題を解決したものである。
また本発明は、発光層と、その各面に配された電極とを有する電気化学発光セルにおいて、前記発光層が、発光材料、イオン性化合物及び、前記一般式(1)で表される化合物を含む、電気化学発光セルを提供することにより、前記課題を解決したものである。
本発明によれば、電気化学発光セルにおける発光層に添加した場合に発光効率が高く、発光輝度に優れた発光層が得られる添加剤が提供される。また、発光効率が高く、発光輝度に優れた発光層形成用組成物が提供される。また前記添加剤又は前記発光層形成用組成物を発光層に使用した電気化学発光セルが提供される。
図1は、本発明の一実施形態における電気化学発光セルの概略断面図である。 図2は、電気化学発光セルの発光機構を示す概念図である。図2(a)は電圧印加前の電気化学発光セルを示し、図2(b)は電圧印加後の電気化学発光セルを示す。
以下、本発明の好ましい実施形態について説明する。
まず、本発明の添加剤の添加対象である電気化学発光セルの一実施形態について図面に基づき説明する。図1に示す通り、本実施形態で用いる電気化学発光セル10は、発光層12と、その各面に配された電極13,14とを有する。電気化学発光セル10は、互いに対向する一対の電極である第1電極13及び第2電極14と、一対の電極13,14間に挟持された発光層12とを備えている。電気化学発光セル10は、電圧が印加されることにより発光層が発光するようになっている。電気化学発光セル10は、各種ディスプレイ等として使用されるものである。図1においては、電源として直流電源を用い、第1電極13を直流電源の陽極に接続し、第2電極14を陰極に接続している状態が示されている。しかしながら、図示とは反対に、第1電極13を陰極に接続し、第2電極14を陽極に接続してもよい。また、電源として直流電源の代わりに交流電源を用いることも可能である。
第1電極13及び第2電極14は、透光性を有する透明電極であってもよいし、半透明又は不透明な電極であってもよい。透光性を有する透明電極としては、インジウムドープ酸化錫(ITO)やフッ素ドープ酸化錫(FTO)などの金属酸化物からなるものが挙げられる。また、不純物を添加したポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)(PEDOT)等の透明性を有する高分子からなるものを挙げることができる。半透明又は不透明な電極としては、例えば、アルミニウム(Al)、銀(Ag)、金(Au)、白金(Pt)、錫(Sn)、ビスマス(Bi)、銅(Cu)、クロム(Cr)等の金属材料が挙げられる。
第1電極13及び第2電極14のうち少なくとも一方を透明電極とすると、発光層12から発せられた光を容易に外部に取り出せるため好ましい。また一方を透明電極とし、他方を不透明な金属電極とした場合には、発光層12から発せられた光を金属電極で反射させつつ外部に取り出せるので好ましい。また、第1電極13及び第2電極14の両方を透明電極としてシースルー発光体としてもよい。更に、第1電極13及び第2電極14の両方を高い反射率を有する材質であるAg等からなる金属電極とし、発光層12の膜厚を制御することで、電気化学発光セル10をレーザー発振素子とすることもできる。
第1電極13を透明電極とし、第2電極14を不透明又は半透明な金属電極とした場合、第1電極13は、適切な抵抗率及び光透過性を実現する観点から、例えば10nm以上500nm以下の厚さを有していることが好ましい。第2電極14は、第1電極13と同様に適切な抵抗率及び光透過性を実現する観点から、例えば10nm以上500nm以下の厚さを有していることが好ましい。
発光層12は、発光材料とイオン性化合物とが混合されてなるものである。発光層12は固体状及び液体状のいずれであってもよい。発光層12が固体状であると、一定の形状を維持して、外から加えられる力に対抗することができることや、フレキシブルな素材、例えば伸縮可能な電極を発光層12と組み合わせることで、伸縮可能な電気化学発光セルを作製することができるため好ましい。
本発明において、発光材料は、アニオン及びカチオンがドープされることにより電子及び正孔のキャリア体として働く(正孔及び電子の輸送機能を有する)とともに、電子及び正孔の結合により励起して発光する(発光機能を有する)ものをいう。従って、本発明において単に「発光材料」という場合、導電性発光材料を意味する。本発明において、発光材料は、正孔及び電子の輸送機能と発光機能とを併せ持つ材料であってもよいし、或は、正孔及び/又は電子の輸送機能を有する材料と、該材料から正孔及び電子を受け取って発光する材料との組み合わせであってもよい。
前者の場合、正孔及び電子の輸送機能と発光機能とを併せ持つ材料としては、後述する有機高分子発光材料が挙げられる。また後者の場合、正孔及び/又は電子を輸送する機能を有する材料としては、後述するポリビニルカルバゾール等の有機高分子導電材料が挙げられる。また正孔及び/又は電子を輸送する材料から正孔及び電子を受け取って発光する機能を有する材料としては、通常、有機高分子以外のものが用いられ、後述する金属錯体、有機低分子、量子ドット等を挙げることができる。このように、本明細書では、発光機能を有しない、或いは発光機能の低い有機高分子導電材料も、金属錯体、有機低分子、量子ドット等の有機高分子以外の発光材料と組み合わせて用いる場合、「発光材料」に含まれる。従って例えば、後述する「発光材料との相溶性」は、発光材料として前記有機高分子導電材料と前記金属錯体、有機低分子又は量子ドットとの組み合わせを用いる場合、発光材料のうちの該導電材料との相溶性を含む。
本実施形態では、この発光層12に、発光材料及びイオン性化合物に加えて、特定の添加剤を含有させる。本実施形態の添加剤は、下記の一般式(1)で示される化合物を含有する。
Figure 0006797586
(式中、Xはリン原子、炭素原子又は硫黄原子であり、
Aは、水素原子、直接結合、芳香族炭化水素基、鎖状脂肪族炭化水素基、脂環式炭化水素基又は複素環基であり、
Rは水素原子、又は、分岐鎖状、直鎖状若しくは環状のアルキル基であり、複数存在するRは同一であってもよく異なっていてもよく、同じXにOを介して結合する複数のR同士は互いに連結して環を形成してもよく、該環が形成されていない場合、少なくとも1つのRはアルキル基であり、
mは0又は1であり、
rはXがリン原子又は炭素原子のときは1であり、Xが硫黄原子のときは2であり、
nは、Xがリン原子のときに3−mで表される数であり、Xが炭素原子又は硫黄原子の場合は2−mで表される数であり、
pは、mが0であるとき又はmが1でAが水素原子であるときに、1であり、mが1でAが直接結合であるときに、2であり、mが1でAが水素原子又は直接結合でないときに、Aにおいて置換可能な数である。ただし、Xがリン原子又は硫黄原子の場合はAは直接結合ではない。またXが硫黄原子の場合はAは水素原子ではない。)
前記一般式(1)の通り、本発明で用いる添加剤は、[−X(=O)r(−O−)n]で示される基であるエステル結合を有する化合物を含む。エステル結合を有する特定構造の化合物を添加することで、意外にも、発光材料とイオン性化合物との相溶性(分散性ともいう)を高めることができることが、本発明者の検討の結果判明した。その結果、電気化学発光セルの発光輝度を低電圧で高めることができるため、消費電力を抑えつつ高輝度を達成することができる。
本発明者はこの理由として以下のように推定している。一般式(1)の前記特定構造は、[−X(=O)r(−O−)n]で示されるエステル結合部分が極性を有するとともに、Rで表されるアルキル基又は該アルキル基及びAで表される基が極性の低い部位となる。そして、一般式(1)の化合物を含む添加剤を発光材料及びイオン性化合物を有する発光層に添加すると、化合物中の極性の低い部位が発光材料に対して高い相溶性を有するため、発光層中に容易に分散する。更に、発光材料中に分散した一般式(1)の化合物の極性部分がイオン性化合物に対して高い相溶性を有するため、発光材料とイオン性化合物との相溶性、ないしは発光材料へのイオン性化合物の分散性を高めることができる。このように発光材料へのイオン性化合物の分散性が高まることでイオンの輸送性が向上することに加えて、発光材料中に分散した一般式(1)の化合物がイオン性化合物の移動点となることで、発光材料にイオンの輸送性を付与する。以上の理由から、本発明の添加剤を発光層に添加すると、発光層におけるイオンの輸送性が高まることで、電気化学発光セルの発光輝度を低電圧で高めることができると考えられる。
本明細書でエステル結合とは、リン酸エステル結合、ホスホン酸エステル結合、炭酸エステル結合、カルボン酸エステル結合、硫酸エステル結合のいずれをも含む。一般式(1)におけるエステル結合の数であるpは、mが0であるかmが1でありAが水素原子である場合は1であり、mが1でAが直接結合である場合は、Xが炭素原子であることを条件に2である。しかしながら、mが1であって、Aが芳香族炭化水素基、鎖状脂肪族炭化水素基、脂環式炭化水素基又は複素環基である場合は、Aで表されるこれらの基において置換可能な基であればよい。mが1であって、Aが芳香族炭化水素基、鎖状脂肪族炭化水素基、脂環式炭化水素基又は複素環基である場合における好ましいpの数の上限としては、例えば、一般式(1)で表される化合物の発光材料との相溶性の観点、及び、一般式(1)で表される化合物の入手容易性の観点から6以下であることが好ましく、4以下であることがより好ましい。また、mが1であって、Aが芳香族炭化水素基、鎖状脂肪族炭化水素基、脂環式炭化水素基又は複素環基である場合における好ましいpの数の下限としては、一般式(1)で表される化合物のイオン性化合物との相溶性の観点、及び、一般式(1)で表される化合物の入手容易性の観点から1以上であることが好ましい。
一般式(1)におけるAで表される芳香族炭化水素基の例としては、芳香族炭化水素化合物中の芳香族環上の水素原子を1つ除いた基つまりアリール基が挙げられる。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、アントラセニル基、並びに、これらの芳香族環に結合した水素原子の1又は2以上が鎖状脂肪族炭化水素基に置換された基、例えばトリル基、キシリル基等が挙げられる。芳香族炭化水素基は、一般式(1)で表される化合物の発光材料及びイオン性化合物との相溶性等を考慮して、炭素原子数が6以上22以下であることが好ましく、6以上14以下であることがより好ましい。ここでいう炭素原子数は、芳香族環が鎖状脂肪族炭化水素基に置換されている場合は、その鎖状脂肪族炭化水素基の炭素原子数を含む。前記の鎖状脂肪族炭化水素基の例としては、後述するAで表される鎖状脂肪族炭化水素基として例示される基が挙げられる。
一般式(1)におけるAで表される鎖状脂肪族炭化水素基としては鎖状飽和脂肪族炭化水素基及び鎖状不飽和脂肪族炭化水素基が挙げられる。鎖状飽和脂肪族炭化水素基としては、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、s−ブチル基、t−ブチル基、イソブチル基、n−アミル基、イソアミル基、t−アミル基、n−ヘキシル基、n−ヘプチル基、イソヘプチル基、t−ヘプチル基、n−オクチル基、イソオクチル基、2−エチルヘキシル基、t−オクチル基、ノニル基、イソノニル基、デシル基、イソデシル基、ウンデシル基、ドデシル基、トリデシル基、イソトリデシル基、テトラデシル基、ヘキサデシル基、オクタデシル基、イコシル基等の分岐鎖状又は直鎖状のアルキル基が挙げられる。鎖状不飽和脂肪族炭化水素基としては、鎖状飽和脂肪族炭化水素基における炭素-炭素一重結合の一つ以上が炭素-炭素二重結合又は三重結合に置き換えられた基が挙げられ、例えば、アルケニル基及びアルキニル基が挙げられる。アルケニル基としては、例えばビニル基、アリル基、イソプロペニル基、2−ブテニル基、2−メチルアリル基、1,1−ジメチルアリル基、3−メチル−2−ブテニル基、3−メチル−3−ブテニル基、4−ペンテニル基、ヘキセニル基、オクテニル基、ノネニル基、デセニル基等の直鎖状又は分岐鎖状のアルケニル基が挙げられる。アルキニル基としては、例えばエチニル基、プロパ−2−イン−1−イル基等が挙げられる。Aで表される鎖状脂肪族炭化水素基は、一般式(1)で表される化合物の発光材料及びイオン性化合物との相溶性等を考慮して、炭素原子数が2以上16以下であることが好ましく、4以上8以下であることがより好ましい。
一般式(1)におけるAで表される脂環式炭化水素基としては、飽和脂環式炭化水素基及び不飽和脂環式炭化水素基が挙げられる。飽和脂環式炭化水素基としては、シクロペンチル基、シクロヘキシル基及びこれらの水素原子の一以上が前記の鎖状脂肪族炭化水素基の何れかに置換された基が挙げられる。不飽和脂環式炭化水素基としては、シクロペンチニル基、シクロヘキシニル基、シクロヘキシジエニル基、及びこれらの基中の水素原子の一以上が前記の鎖状脂肪族炭化水素基の何れかに置換された基が挙げられる。これらAで表される脂環式炭化水素基は、一般式(1)で表される化合物の発光材料及びイオン性化合物との相溶性等を考慮して、炭素原子数が4以上20以下であることが好ましく、5以上18以下であることがより好ましい。ここでいう炭素原子数は、脂環が鎖状脂肪族炭化水素基に置換されている場合は、その鎖状脂肪族炭化水素基の炭素原子数を含む。
一般式(1)におけるAで表される複素環基としては、例えばピリジン、ピロール、フラン、イミダゾール、ピラゾール、オキサゾール、イミダゾリン、ピラジン等から誘導される一価の基が挙げられる。Aで表される複素環基は、一般式(1)で表される化合物の発光材料及びイオン性化合物との相溶性等を考慮して炭素原子数が3以上8以下であることが好ましく、4以上6以下であることがより好ましい。ここでいう炭素原子数は、複素環基が鎖状脂肪族炭化水素基に置換されている場合は、その鎖状脂肪族炭化水素基の炭素原子数を含まない。鎖状脂肪族炭化水素基の炭素原子数を含めた複素環基の炭素原子数としては、4以上20以下が好ましく、6以上16以下であることがより好ましい。
一般式(1)におけるAで表される基の例として前記で挙げた各基は、それに含まれる水素原子のうちの1個又は2個以上が官能基で置換されていてもよい。官能基としては、例えばアミノ基、ニトリル基、フェニル基、ベンジル基、カルボキシル基、炭素原子数が1以上12以下のアルコキシ基などが挙げられる。官能基が前述した芳香族炭化水素基、鎖状脂肪族炭化水素基、脂環式炭化水素基又は複素環基を置換している場合、芳香族炭化水素基、鎖状脂肪族炭化水素基、脂環式炭化水素基又は複素環基について前述した好ましい炭素原子数に官能基の炭素原子数は含まれない。
一般式(1)におけるRで表されるアルキル基としては、分岐鎖状、直鎖状、環状のいずれでもよいが、分岐鎖状、直鎖状であるものが好ましい。Rで表される分岐鎖状又は直鎖状のアルキル基としては、Aで表される鎖状飽和脂肪族炭化水素基の例として前記で挙げた基が挙げられる。またRで表される環式のアルキル基としては、Aで表される飽和脂環式炭化水素基の例として前記で挙げた基が挙げられる。
同じXにOを介して結合する複数のR同士は互いに連結して環を形成してもよい。例えばそのような2つのR同士が互いに連結して環を形成した一般式(1)の化合物としては、環状カーボネート、環状ホスフェートが挙げられる。一般式(1)の化合物は、前記複数のR同士が互いに連結して形成された環を有していない場合、一般式(1)中、n×p個存在するRのうち、少なくとも1つのRがアルキル基であることが必須である。一般式(1)のうち、アルキル基であるRの数は1以上であることが好ましく、2以上であることがより好ましい。従って、p=1の場合は1つのXに酸素原子Oを介して結合するn個のRのうち、1個以上のRがアルキル基であることが好ましく、2個以上のRがアルキル基であることがより好ましい。またp=2以上の場合は1つのXに酸素原子Oを介して結合するn個のRのうち少なくとも1個がアルキル基であることが好ましい。一般式(1)のうち、アルキル基であるRの数は3以上であることが特に好ましい。
Rで表されるアルキル基の炭素原子数は、本発明の添加剤のイオン性化合物との相溶性を高いものに維持して、本発明の効果をより確実に得る観点や、溶剤への溶解性の観点から、16以下であることが好ましく、14以下であることがより好ましく、10以下であることが更に好ましく、8以下であることが特に好ましい。またRで表されるアルキル基の炭素原子数は、1以上であれば本発明の効果を十分得ることができるが、発光層に添加剤を添加したときにより低い電圧で高い輝度が得やすい観点から、2以上であることが好ましく、3以上であることがより好ましく、4以上であることが特に好ましい。
Rで表されるアルキル基及び前記複数のRが連結して形成された環は、それに含まれる水素原子のうちの1個又は2個以上が官能基で置換されていてもよい。官能基としては、例えばアミノ基、ニトリル基などが挙げられる。
一般式(1)で表される化合物としては、Xがリン原子又は炭素原子であることが、化合物の入手しやすさ等の観点から好ましい。また、Xがリン原子である場合は、pが1であることが、入手のしやすさや取扱いのしやすさの観点から好ましい。
更に、Xが炭素原子である場合は、mが1であることが、低電圧で高い発光輝度が得られるという効果をより確実に得られる観点から好ましい。これらの観点から、一般式(1)で表される化合物としては、下記一般式(2)又は下記一般式(3)で表される化合物を用いることが好ましい。一般式(2)で表される化合物はリン酸エステルであり、一般式(1)において、Xがリン原子であり、mが0、pが1である化合物である。また下記一般式(3)で表される化合物はカルボン酸エステルであり、一般式(1)において、Xが炭素原子であり、mが1である化合物である。一般式(3)で表される化合物は、Aが芳香族炭化水素基、鎖状脂肪族炭化水素基、脂環式炭化水素基又は複素環基であることが好ましい。
Figure 0006797586
(式中、Rは前記一般式(1)と同じである。)
Figure 0006797586
(式中、A、R及びpは前記一般式(1)と同じである。)
更に、一般式(1)で表される化合物としては、Xが硫黄原子である場合、以下の一般式(イ)で表される化合物が、耐電圧性や発光材料との相溶性等の観点から好ましい。
Figure 0006797586
(式中、R及びpは前記一般式(1)と同じであり、Aは芳香族炭化水素基、鎖状脂肪族炭化水素基、脂環式炭化水素基又は複素環基である。)
更に、一般式(1)で表される化合物としては、Xが炭素原子であり、mが0である以下の一般式(ロ)で表される化合物も、耐電圧性や発光材料との相溶性等の観点から好ましい。
Figure 0006797586
(式中、Rは前記一般式(1)と同じである。)
上述する一般式(ロ)で表される化合物としては、2つのRがいずれもアルキル基である化合物や、同一のCにOを介して結合している2つのRが互いに連結して環を形成している以下の一般式(ハ)で表される化合物が、耐電圧性や発光材料との相溶性等の観点から好ましい。
Figure 0006797586
(式中、Ra、Rb、Rc及びRdは、水素原子又はアルキル基であり、互いに同一であっても異なってもよく、qは1以上3以下の数である)
Ra、Rb、Rc及びRdで表されるアルキル基は、直鎖状又は分岐鎖状であることが好ましく、Ra、Rb、Rc及びRdの炭素原子数は化合物の入手しやすさや取扱いの容易性を考慮してそれぞれ1以上8以下が好ましく、1以上4以下がより好ましい。qは1以上2以下の数が好ましい。一般式(ハ)で表される化合物として最も好ましいものは、qが1の化合物、或いは、Ra、Rb、Rc及びRdがすべて水素原子であるか、或いはRa、Rb、Rc及びRdのうち1の基がアルキル基であり、残りが水素原子である化合物である。
一般式(1)で表される化合物の分子量は好ましくは70以上1000以下、より好ましくは120以上1000以下、特に好ましくは150以上800以下、とりわけ好ましくは200以上500以下であることが、これを発光層に添加したときに電気化学発光セルの発光効率が一層高くなり、発光輝度が一層優れたものになる点から好ましい。一般式(1)で表される化合物及びこれを含む本発明の添加剤は常温(25℃)で固体であってもよく、液体であってもよい。
一般式(1)で表される化合物の製造方法は、特に限定されない。例えば、一般式(2)で表されるリン酸エステル化合物は、リン酸とアルコールの脱水縮合、或いは、リン酸塩化物とアルコールとを塩基の作用により縮合させることで得られる。また、一般式(3)で表されるカルボン酸エステル化合物はカルボン酸類と、アルコールとを脱水縮合させることにより製造できる。一般式(イ)で表されるスルホン酸エステル化合物は例えばスルホン酸の塩化物と、アルコールとを反応させることによりできる。一般式(ロ)で表される炭酸エステル化合物は例えばジメチルカーボネートとアルコールとをエステル交換反応させることにより製造できる。また一般式(1)で表される化合物として、市販の化合物を用いることもできる。
本発明の添加剤は、一般式(1)で表される化合物のみを含有してもよく、その他の成分を含有してもよい。その他の成分としては、溶剤や一般式(1)で表される化合物以外の界面活性剤が挙げられる。本発明の添加剤は、イオン性化合物及び発光材料に添加して用いる際の使用しやすさから、一般式(1)で表される化合物を90質量%以上含有することが好ましく、95質量%以上含有することがより好ましい。好ましい含有量の上限は100質量%である。
本発明では、一般式(1)で表される化合物を発光層中に1質量%以上の量で含有させることが、電気化学発光セルの発光効率及び発光輝度を向上させる効果をより確実に得ることができるため好ましい。また一般式(1)で表される化合物を発光層中に20質量%以下の量で含有させることが希釈による発光輝度の低下を抑制する観点から好ましい。これらの観点から一般式(1)で表される化合物を、発光層中に2質量%以上18質量%以下含有させることがより好ましく、3質量%以上15質量%以下含有させることが更に好ましく、5質量%以上10質量%以下含有させることが特に好ましい。発光層12中の一般式(1)で表される化合物の含有量は、発光材料100質量部に対し2質量部以上30質量部以下であることが好ましい。ここでいう発光材料の量とは、発光材料として有機高分子発光材料を用いる場合は、有機高分子発光材料の量であり、発光材料として、金属錯体、有機低分子又は量子ドット等の発光性物質と有機高分子導電材料との組み合わせを用いる場合は、金属錯体、有機低分子又は量子ドット等の発光性物質、及び有機高分子導電材料の合計量である。発光層12中の一般式(1)で表される化合物の含有量は、発光材料が後述する有機高分子発光材料の場合、有機高分子発光材料100質量部に対し、2質量部以上30質量部以下であることが特に好ましい。後述する発光材料が金属錯体、有機低分子又は量子ドット等の発光性物質、及び有機高分子導電材料の組み合わせである場合、発光層12中の一般式(1)で表される化合物の含有量は、金属錯体、有機低分子又は量子ドット等の発光性物質、及び有機高分子導電材料の合計量100質量部に対し、2質量部以上30質量部以下であることが特に好ましい。
次にイオン性化合物について説明する。イオン性化合物は、イオンの移動性が確保され電気二重層が形成されやすく、正孔や電子の注入を容易なものとするための物質である。イオン性化合物としては、カチオン及びアニオンを含む化合物であり、有機カチオンの塩及び無機カチオンの塩のいずれも採用できる。有機カチオンの塩としては、カチオンがホスホニウムカチオン、アンモニウムカチオン、ピリジニウムカチオン、イミダゾリウムカチオン又はピロリジニウムカチオンであるものなどを用いることができる。無機カチオンの塩としては、第1族又は第2族に属する金属カチオンの塩が好ましく挙げられる。またイオン性化合物は有機塩及び無機塩のいずれであってもよく、有機塩の場合は、上述した有機カチオンの塩や無機カチオン及び有機アニオンからなる塩が挙げられ、無機塩の場合カチオンが前述の金属カチオン、例えばリチウムイオン又はカリウムイオンであるものなどを用いることができる。中でも、カチオンがホスホニウムカチオン、アンモニウムカチオン及びイミダゾリウムカチオンから選ばれる少なくとも1種であるものを用いると、発光材料との相溶性の観点から好ましい。特に本発明の添加剤を添加した際に、低い電圧で高い輝度が得やすい観点から発光層に用いるイオン性化合物としては、カチオンがホスホニウムカチオン及びアンモニウムカチオンから選ばれる少なくとも1種を用いることが好ましい。
カチオンがホスホニウムカチオン又はアンモニウムカチオンであるイオン性化合物としては、例えば、下記一般式(4)で表される化合物が挙げられる。
Figure 0006797586

(式中、R1、R2、R3及びR4は、それぞれ官能基で置換されていてもよい、アルキル基、アルコキシアルキル基、トリアルキルシリルアルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アリール基又は複素環基を表す。R1、R2、R3及びR4は互いに同一でも異なっていてもよい。MはN又はPを表す。X-はアニオンを表す。)
またカチオンがイミダゾリウムカチオンであるイオン性化合物としては、例えば、下記一般式(5)で表される化合物が挙げられる。
Figure 0006797586
(式中、R5及びR6は、それぞれ官能基で置換されていてもよい、アルキル基、アルコキシアルキル基、トリアルキルシリルアルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アリール基又は複素環基を表す。R5及びR6は互いに同一でも異なっていてもよい。X-はアニオンを表す。)
1、R2、R3、R4、R5及びR6で表されるアルキル基は分岐鎖状、直鎖状、環状のいずれでもよいが、分岐鎖状、直鎖状であるものが好ましい。分岐鎖状又は直鎖状のアルキル基の例としては、前記の一般式(1)のAで表される鎖状飽和脂肪族炭化水素基の例として前記で挙げた基が挙げられる。環状アルキル基の例としては、Aで表される飽和脂環式炭化水素基の例として前記で上げた基が挙げられる。
1、R2、R3、R4、R5及びR6で表されるアルコキシアルキル基の例としては、上述したアルキル基のアルコキシドが挙げられる。アルコキシアルキル基におけるアルキル基の例としては、一般式(1)のAで表される鎖状飽和脂肪族炭化水素基の例として前記で上げた基が挙げられる。
1、R2、R3、R4、R5及びR6で表されるトリアルキルシリルアルキル基中のアルキル基の例としては、一般式(1)のAで表される鎖状飽和脂肪族炭化水素基の例として前記で上げた基が挙げられる。
1、R2、R3、R4、R5及びR6で表されるアルケニル基及びアルキニル基としては、一般式(1)のAで表されるアルケニル基及びアルキニル基の例として前記で挙げた基が挙げられる。
1、R2、R3、R4、R5及びR6で表されるアリール基の例としては、一般式(1)のAで表される芳香族炭化水素基の例として前記で挙げた基が挙げられる。また、R1、R2、R3、R4、R5及びR6で表される複素環基の例としては、一般式(1)のAで表される複素環基の例として前記で挙げた基が挙げられる。
1、R2、R3、R4、R5及びR6で表される基として前記で挙げた各基は、それに含まれる水素原子のうちの1個又は2個以上が官能基で置換されていてもよい。官能基としては、例えばハロゲン原子、アミノ基、ニトリル基、フェニル基、ベンジル基、カルボキシル基、炭素数が1以上12以下のアルコキシ基などが挙げられる。
1、R2、R3、R4、R5及びR6で表される基として前記で挙げた各基は、これらの基に含まれる水素原子が、一部フッ素原子で置換されていてもよい。フッ素原子を導入することにより耐電圧性が向上するため、電気化学発光セルの安定性、高寿命化につながる。
カチオンがホスホニウムカチオン又はアンモニウムカチオンであるイオン性化合物としては、一般式(1)の化合物との相溶性がよく、高い輝度が得られる観点、及び、発光材料との相溶性や耐電圧性の観点から、前記R1、R2、R3及びR14のうち、1又は2以上の基がアルキル基であることが好ましく、R1、R2、R3及びR4がいずれもアルキル基であることがより好ましい。またイオン性化合物と一般式(1)の化合物及び発光材料との相溶性を一層向上させることができる観点から、R1、R2、R3及びR4で表されるアルキル基の炭素原子数としては、2以上18以下であることが好ましく、4以上8以下であることがより好ましい。
特に、R1、R2、R3及びR4で表されるアルキル基のうち、2個、3個又は4個が炭素原子数が同じアルキル基である場合は、前記と同様の観点から、これら炭素原子数が同じアルキル基の炭素原子数が、2以上18以下であることが好ましく、4以上8以下であることがより好ましい。
また一般式(1)の化合物との相溶性を一層向上させることができる観点から、カチオンがホスホニウムカチオン又はアンモニウムカチオンであるイオン性化合物としては、R1、R2、R3及びR4のうちの1個以上、とりわけ3個以上の基が、一般式(1)で表される化合物中のRで表されるアルキル基に対する炭素原子数の差が5以下のアルキル基であることが好ましい。特に、R1、R2、R3及びR4のうちの1個以上、とりわけ3個以上の基が、一般式(1)で表される化合物中のRで表されるアルキル基との炭素原子数の差が3以下のアルキル基であることが好ましい。とりわけ、カチオンがホスホニウムカチオン又はアンモニウムカチオンであるイオン性化合物としては、R1、R2、R3及びR4のうちの1個又は2個以上の基が、一般式(1)中のRで表されるアルキル基と同数の炭素原子数のアルキル基であることが好ましい。
前記の関係は、発光層に、一般式(1)で表される複数種の化合物を添加する場合(或いは添加している場合)、いずれかの化合物中のRとの間で成立すればよい。また発光層に、一般式(1)で表される単一化合物を添加する場合(或いは添加している場合)であって、その化合物が複数種のRを有している場合は、該化合物中のいずれかのRとの間で成立すればよい。
一般式(4)におけるホスホニウムカチオン又はアンモニウムカチオンの分子量は、150以上750以下、特に200以上500以下、とりわけ250以上350以下であることが、電気化学発光セルの発光輝度が一層高くなり、発光輝度が一層優れたものになるため好ましい。
またカチオンがイミダゾリウムカチオンであるイオン性化合物としては、一般式(1)で表される化合物との相溶性がよく、高い輝度が得られる観点から、R5及び/又はR6がアルキル基であることが好ましい。また、一般式(1)で表される化合物及び発光材料との相溶性を一層向上させることができる観点から、R5で表されるアルキル基の炭素原子数としては、1以上8以下であることが好ましく、1以上4以下であることがより好ましい。また一般式(1)で表される化合物及び発光材料との相溶性を一層向上させることができる観点からR6で表されるアルキル基の炭素原子数としては、1以上8以下であることが好ましく、2以上6以下であることがより好ましい。
また一般式(1)で表される化合物との相溶性を一層向上させることができる観点から、カチオンがイミダゾリウムカチオンであるイオン性化合物としては、R6が、発光層に含まれる一般式(1)で表される化合物のRで表されるアルキル基に対する炭素原子数の差が5以下のアルキル基であることが好ましく、当該炭素原子数の差が3以下のアルキル基であることがより好ましい。とりわけ、カチオンがイミダゾリウムカチオンであるイオン性化合物としては、R6が、一般式(1)中のRで表されるアルキル基と同数の炭素原子数のアルキル基であることが好ましい。また、R5は、発光層に含まれる一般式(1)で表される化合物のRで表されるアルキル基に対する炭素原子数の差が8以下のアルキル基であることが好ましい。
前記の関係は、発光層に、一般式(1)で表される複数種の化合物を添加する場合(或いは添加している場合)、いずれかの化合物中のRとの間で成立すればよい。また発光層に、一般式(1)で表される単一化合物を添加する場合(或いは添加している場合)であって、その化合物が複数種のRを有している場合は、該化合物中のいずれかのRとの間で成立すればよい。
イミダゾリウムカチオンの分子量は、90以上300以下、特に100以上260以下、とりわけ120以上240以下であることが、電気化学発光セルの発光輝度が一層高くなり、発光輝度が一層優れたものになるため好ましい。
一般に、イオン性化合物として、カチオンが金属カチオンであるものを用いる場合、有機カチオンの塩に比べてイオンの輸送性が低い。このため従来は、金属カチオンを有するイオン性化合物を用いる電気化学発光セルをスムーズに発光させたり一定の輝度を得るためには、ポリエチレンオキシド等の高分子化合物を併用することが必要とされていた。しかしながら、驚くべきことに、本発明においては金属カチオンを有するイオン性化合物を用いる場合、本発明の添加剤との組み合わせにより、ポリエチレンオキシド等の高分子化合物を用いなくても、発光材料とイオン性化合物との相溶性を高めて一定の輝度を得ることができる。ポリエチレンオキシド等、イオン輸送性向上のために用いられる高分子化合物は通常本発明の添加剤に比べて耐電圧性に劣る。このため、本発明の添加剤をポリエチレンオキシド等の高分子化合物に加えて或いは代替として用いることで、発光層の耐電圧性を維持ないし向上させながら一定の輝度を得ることが可能である。本発明の添加剤が高分子でないにもかかわらずこのような作用を有する理由は明確ではないが、本発明者は、本発明の添加剤が、発光材料とイオン性化合物との相溶性、ないしは発光材料へのイオン性化合物の分散性を効率よく高めることができることがその一因とみている。上述したように金属イオンとしては、第1族又は第2族に属する金属のカチオンが好ましいところ、第1族に属する金属のカチオンとしてはLi、Na、K、Csのカチオンが好ましく挙げられ、第2族に属する金属カチオンとしてはMg、Caのカチオンが好ましく挙げられる。金属カチオンとしては、とりわけLi、Na、Kがイオンの輸送性の点から好ましい。
前記の有機カチオンの塩及び無機カチオンの塩、並びに有機塩及び無機塩におけるアニオン、及び、前記一般式(5)及び(6)におけるX-で表されるアニオンの例としては、例えばフッ素、臭素、ヨウ素、塩素等のハロゲンのイオン、テトラフルオロボレート(BF4)、ベンゾトリアゾレート(N3(C64))、テトラフェニルボレート(B(C654)、ヘキサフルオロホスフェート(PF6)、ビス(トリフルオロメチルスルホニル)イミド(N(CF3SO22)、ビス(フルオロスルホニル)イミド(N(SO2F)2)、トリフルオロメタンスルホネート(SO3CF3)、メタンスルホネート(SO3CH3)、トリス(ペンタフルオロエチル)トリフルオロホスフェート((C253PF3)、トリフルオロ酢酸(CF3COO)、アミノ酸、ビスオキサラトボレート(B(C242)、p-トルエンスルホネート(CH364SO3)、p-トルエンスルホニル(CH364SO2)、メシチレンスルホニル((CH3) 364SO2)、ジメチルベンゼンスルホニル((CH3) 264SO2)、チオシアネート(SCN)、ジシアナミド(N(CN)2)、ジ亜リン酸の他、下記一般式(7)で示されるリン酸エステル、下記一般式(8)で示される硫酸エステルアニオン、下記一般式(9)で表されジチオリン酸、下記一般式(10)で示される脂肪族カルボン酸等が挙げられる。
PO2(OR72 (7)
(式中、R7は炭素原子数1以上20以下のアルキル基であり、2つのR7は同一であってもよく異なっていてもよい。)
SO3(OR8) (8)
(式中、R8は炭素原子数1以上20以下のアルキル基である。)
(R9O)2PSS (9)
(式中、R9は炭素原子数1以上20以下のアルキル基であり、2つのR9は同一であってもよく異なっていてもよい。)
10CO2 (10)
(式中、R10は炭素原子数1以上20以下のアルキル基である。)
イオン性化合物におけるアニオンとしては、ハロゲン原子を非含有であるアニオンを用いることが、高い輝度を有する電気化学発光セルが得やすい点で好ましい。これは、ハロゲン原子を含有するアニオンに比べて、ハロゲン原子を非含有のアニオンは発光材料との相溶性が高いためである。しかしながら、後述する実施例13〜17の記載から明らかな通り、ハロゲン原子を含むアニオンを有するイオン性化合物を含む発光層に本発明の添加剤を添加した場合も、より低い電圧で高い発光輝度が得られるという効果を奏することができる。
特に、イオン性化合物におけるアニオンとして、リン酸エステル結合及び硫酸エステル結合等のエステル結合を有するアニオンを用いると、該アニオンを含むイオン性化合物が、多くの発光材料との相溶性に一層優れたものになるため、より高い輝度を有する電気化学発光セルが得やすい点で好ましい。
また本発明の添加剤との相溶性が高く、高い輝度を有する電気化学発光セルが得られる観点から、イオン性化合物におけるアニオンとして、発光層に添加する一般式(1)で表される化合物におけるRで表されるアルキル基との炭素原子数の差が5以下であるアルキル基を有するアニオンを用いることが好ましく、当該炭素原子数の差が3以下であるアルキル基を有するアニオンを用いることがより好ましい。とりわけ、発光層に添加する一般式(1)で表されるいずれかの化合物におけるいずれかのRで表されるアルキル基と炭素原子数が同一のアルキル基を有するアニオンを用いることが好ましい。従って、一般式(7)〜(10)のR7〜R10と一般式(1)のRとの炭素原子数の差が上記の範囲であることが好ましく、R7〜R10とRとの炭素原子数が同数であることが最も好ましい。
前記の関係は、発光層に、一般式(1)で表される複数種の化合物を添加する場合(或いは添加している場合)、いずれかの化合物中のRとの間で成立すればよい。また発光層に、一般式(1)で表される単一化合物を添加する場合(或いは添加している場合)であって、その化合物が複数種のRを有している場合は、該化合物中のいずれかのRとの間で成立すればよい。
イオン性化合物は、常温(25℃)において固体であってもよく、或いは液体であってもよい。イオン性化合物は、選択されるカチオン及びアニオンの組み合わせや、カチオンの構造により、固体又は液体の状態となるものである。本発明においては、イオン性化合物を1種又は2種以上組み合わせて用いることができる。
イオン性化合物は例えば、以下のように製造できる。カチオンがホスホニウムイオンである場合には、目的とするホスホニウムカチオンに対応した3級ホスフィン化合物とハロゲン化炭化水素化合物とを反応させて得られる4級ホスホニウムハライドを用い、アニオンがハロゲンであるイオン液体を得ることができる。アニオン成分がハロゲン以外のものは、前記の4級ホスホニウムハライドとアニオン成分の金属塩とを反応させアニオン交換することにより得ることができる。カチオンがアンモニウムイオンである場合も、3級アミン化合物とハロゲン化炭化水素化合物とを反応させて得られる4級アンモニウムハライドを用いて同様に、得ることができる。カチオンがイミダゾリウムイオンである場合は、目的とするイミダゾリウムカチオンに対応したイミダゾール化合物とハロゲン化炭化水素化合物とを反応させて得られるイミダゾリウムハライドを用いて同様にして得ることができる。
また、例えばカチオンがホスホニウム又はアンモニウムイオンであり、アニオンがリン酸エステル結合を有するもの又は硫酸エステル結合を有するイオン性化合物である場合には、三級ホスフィン化合物又は三級アミン化合物と、PO(ORX3又はSO2(ORX2で表される化合物で表される化合物とを反応させることで、ハロゲンフリーな製造方法によりイオン性化合物を得ることができる。ここでRxは炭素原子数1以上20以下のアルキル基である。
発光層12におけるイオン性化合物の含有割合は、イオン移動度を確保し、且つ発光層12の製膜性を高める観点から1質量%以上20質量%以下であることが好ましく、2質量%以上10質量%以下であることがより好ましい。発光層12中のイオン性化合物の含有量は、発光材料100質量部に対し、1質量部以上25質量部以下であることが好ましい。ここでいう発光材料の量とは、発光材料として有機高分子発光材料を用いる場合は、有機高分子発光材料の量であり、発光材料として、金属錯体、有機低分子又は量子ドット等の発光性物質と有機高分子導電材料との組み合わせを用いる場合は、金属錯体、有機低分子又は量子ドット等の発光性物質、及び有機高分子導電材料の合計量である。更に発光材料が後述する有機高分子発光材料の場合、発光層12中のイオン性化合物の含有量は、有機高分子発光材料100質量部に対し、1質量部以上25質量部以下であることが好ましく、発光材料が金属錯体、有機低分子又は量子ドットと有機高分子導電材料である場合、発光層12中のイオン性化合物の含有量は、これらの金属錯体、有機低分子又は量子ドット、及び有機高分子導電材料の合計量100質量部に対し、1質量部以上25質量部以下であることが好ましい。
上述したように発光層12に含まれる発光材料の具体例としては、有機高分子発光材料、或いは、金属錯体、有機低分子又は量子ドット等の発光性物質と、有機高分子導電材料との組み合わせが挙げられる。
有機高分子発光材料としては、各種のπ共役系ポリマーである有機高分子を挙げることができる。具体的には、パラフェニレンビニレン、フルオレン、1,4−フェニレン、チオフェン、ピロール、パラフェニレンスルフィド、ベンゾチアジアゾール、ビオチオフィン若しくはこれらに置換基を導入させた誘導体のポリマー又はこれらを含むコポリマー等を挙げることができる。そのような置換基としては、炭素数1以上20以下のアルキル基、炭素数1以上20以下のアルコキシ基、炭素数6以上18以下のアリール基、〔(−CH2CH2O−)nCH3〕で表される基(nは1以上10以下の整数である。)等を挙げることができる。またコポリマーとしては、前記で挙げたπ共役系ポリマーのうち2種類以上のポリマーの各繰り返し単位を結合させてなるものが挙げられる。コポリマーにおける各繰り返し単位の配列としては、ランダム配列、交互配列、ブロック配列、又はそれらを組み合わせた配列が挙げられる。特に、フルオレン若しくはパラフェニレンビニレン又はこれらに置換基を導入させた誘導体のポリマー又はこれらを含むコポリマーを用いることが好ましい。更に有機高分子発光材料として市販品を用いることもできる。そのような市販品としては、例えばSOL2412の名称でSolaris Chem社から入手可能な化合物であるPoly[(9,9-dioctylfluorenyl-2,7-diyl)-alt-co-(9,9'-spirobifluorene-2,7-diyl)]や、PDY-132の名称でメルク社から入手可能な化合物であるPhenylene substituted poly(para-phenylenevinylene)、アルドリッチ社から入手可能な化合物であるPoly[(9,9-di-n-octylfluorenyl-2,7-diyl)-alt-(benzo[2,1,3]thiadiazol-4,8-diyl)]などが挙げられる。
金属錯体としては従来有機ELで発光材料として用いられてきた公知のものを用いることができ、例えばトリス(8−キノリノラート)アルミニウム錯体、トリス(4−メチル−8−キノリノラート)アルミニウム錯体、ビス(8−キノリノラート)亜鉛錯体、トリス(4−メチル−5−トリフルオロメチル−8−キノリノラート)アルミニウム錯体、トリス(4−メチル−5−シアノ−8−キノリノラート)アルミニウム錯体、ビス(2−メチル−5−トリフルオロメチル−8−キノリノラート)[4−(4−シアノフェニル)フェノラート]アルミニウム錯体、ビス(2−メチル−5−シアノ−8−キノリノラート)[4−(4−シアノフェニル)フェノラート]アルミニウム錯体、トリス(8−キノリノラート)スカンジウム錯体、ビス〔8−(パラ−トシル)アミノキノリン〕亜鉛錯体及びカドミウム錯体、Ir錯体等の燐光性発光体、ビピリジル(bpy)若しくはその誘導体、フェナントロリン若しくはその誘導体を配位子とするルテニウム錯体等を挙げることができる。
有機低分子としては従来有機ELで発光材料として用いられてきた公知のものを用いることができ、9,10−ジアリールアントラセン誘導体、ピレン、コロネン、ペリレン、ルブレン、1,1,4,4−テトラフェニルブタジエン、1,2,3,4−テトラフェニルシクロペンタジエン、ペンタフェニルシクロペンタジエン、ポリ−2,5−ジヘプチルオキシ−パラ−フェニレンビニレン、クマリン系蛍光体、ペリレン系蛍光体、ピラン系蛍光体、アンスロン系蛍光体、ポルフィリン系蛍光体、キナクリドン系蛍光体、N,N’−ジアルキル置換キナクリドン系蛍光体、ナフタルイミド系蛍光体、N,N’−ジアリール置換ピロロピロール系蛍光体等の蛍光性発光体等が挙げられる。
また量子ドットとしては、例えば、Si、Ge、GaN、GaP、CdS、CdSe、CdTe、InP、InN、ZnS、In23、ZnO、CdO又はこれらの混合物が挙げられる。
電子及び/又はホールを輸送するための有機高分子導電材料としては、ポリビニルカルバゾール、ポリフェニレン、ポリフルオレン、ポリアニリン、ポリチオフェン、ポリピロール、ポリフェニレンビニレン、ポリチエニレンビニレン、ポリキノリン、ポリキノキサリンなどが挙げられる。また、上述した有機高分子発光材料も電子及び/又はホールの輸送機能を有するため使用可能である。
これらの発光材料は、その機能を十分に発揮させる観点から、発光層12における含有割合が、有機高分子発光材料を用いる場合は60質量%以上99質量%以下であることが好ましく、70質量%以上98質量%以下であることがより好ましい。また、金属錯体、有機低分子又は量子ドット等の発光性物質と、有機高分子導電材料との組み合わせを用いる場合には、発光層12における、これらの合計量の割合が、60質量%以上99質量%以下であることが好ましく、70質量%以上98質量%以下であることがより好ましい。
また、金属錯体、有機低分子又は量子ドット等の発光性物質と、有機高分子導電材料とを用いる場合には、金属錯体、有機低分子又は量子ドット等の発光性物質100質量部に対する有機高分子導電材料の割合が、5質量部以上25質量部以下であることが好ましい。
発光層12には、発光材料及びイオン性化合物以外の物質を含有させていてもよい。そのような物質としては、例えば界面活性剤、製膜性向上のためのポリマー成分(ポリスチレン、ポリメタクリル酸メチル(PMMA)等)等を挙げることができる。また、発光材料として有機高分子発光材料を用いる場合は、ポリビニルカルバゾール等の有機高分子導電材料も、その他の成分に含まれる。発光層12における発光材料、イオン性化合物及び一般式(1)で表される化合物以外の成分(ただし溶媒を除く)の量は、発光層12全体を100質量部としたときに、30質量部以下とすることが好ましく、20質量部以下とすることが更に好ましく、10質量部以下とすることが特に好ましい。
更に、本発明では、従来電荷輸送性を高めるために用いられてきた高分子化合物を用いてもよい。このような高分子化合物としては、ポリエチレンオキシド、ポリプロピレンオキシド等のポリエーテル骨格を有する化合物、ポリエチレンサクシネート、ポリ−β−プロピオラクトン等のポリエステル骨格を有する化合物、ポリエチレンイミン等のポリアミン骨格を有する化合物、ポリアルキレンスルフィド等のポリスルフィド骨格を有する化合物が挙げられる。発光層においてこれらの高分子化合物を用いる場合、発光層においてこれらの高分子化合物の量は、好ましくは50質量%以下であり、より好ましくは40質量%以下であり、特に好ましくは30質量%以下である。本発明においてはそれよりも少ない量であってもよく、ポリエチレンオキシド等の高分子化合物を用いなくてもよい。発光層においてこれらの高分子化合物を用いないとは、例えば発光層においてこれらの高分子化合物の量が0質量%であることをいう。
このようにして構成される発光層12の膜厚は、20nm以上300nm以下であることが好ましく、50nm以上150nm以下であることがより好ましい。発光層12の膜厚がこの範囲であると、発光層12から十分かつ効率よく発光を得ることができることや発光予定部分の欠陥を抑えることができ短絡防止になること等の観点から好ましい。
本実施形態の電気化学発光セル10は、例えば以下の製造方法により製造できる。まず、第1電極13が設けられた基板を準備する。第1電極13を例えばITOから形成する場合は、ガラス基板等の表面に、フォトリソグラフィー法又はフォトリソグラフィー法及びリフトオフ法を組み合わせて用いてITOの蒸着膜をパターン状に形成することによって、基板の表面にITOからなる第1電極13を形成することができる。
次に、有機溶媒に、イオン性化合物、発光材料及び一般式(1)で表される化合物を溶解又は分散して、電気化学発光セルの発光層形成用組成物を調製する。イオン性化合物、発光材料及び一般式(1)で表される化合物を効率よく混合する等の観点から、有機溶媒としてトルエン、ベンゼン、テトラヒドロフラン、ジメチルクロライド、シクロヘキサノン、クロロベンゼン及びクロロホルムからなる群から選ばれる少なくとも1種の有機溶媒を含有することが好ましい。この場合、有機溶媒として、これらの化合物の1種のみを、又は2種以上を組み合わせたもののみを用いることができる。或いは、これらの化合物の溶解性等の特性を損なわない範囲で、メタノールやエタノール等の他の有機溶媒と混合して用いることもできる。すなわち、イオン性化合物、発光材料及び一般式(1)で表される化合物を溶解ないし分散する有機溶媒は、トルエン、ベンゼン、テトラヒドロフラン、ジメチルクロライド、シクロヘキサノン、クロロベンゼン及びクロロホルムからなる群から選ばれる少なくとも1種の有機溶媒と、それ以外の有機溶媒とを含有することができる。
発光層形成用組成物中のイオン性化合物と発光材料との配合比率(質量比)は前者:後者が1:4〜100であることが好ましい。また発光層形成用組成物中の一般式(1)で表される化合物と発光材料との配合比率(質量比)は前者:後者が1:3〜50であることが好ましい。ここでいう発光材料の量とは、発光材料として有機高分子発光材料を用いる場合は、有機高分子発光材料の量であり、発光材料として、金属錯体、有機低分子又は量子ドット等の発光性物質と、有機高分子導電材料との組み合わせを用いる場合は、金属錯体、有機低分子又は量子ドット等の発光性物質及び有機高分子導電材料の合計量である。更に発光層形成用組成物中の一般式(1)で表される化合物の割合は、0.0001質量%以上10質量%以下、特に0.0005質量%以上5質量%以下であることが、本発明の効果がより確実に得られる発光層を形成しやすい観点から好ましい。この発光層形成用組成物を、基板の第1電極13上に、スピンコーティング法等により塗布する。その後、この塗布によって形成された塗膜を乾燥させて有機溶媒を蒸発させ、発光層12を形成する。発光層形成用組成物の調製及び発光層12の形成は、好ましくは水分率100ppm以下の不活性ガス雰囲気下で行うことが好ましい。この場合の不活性ガスとしては、アルゴン、窒素、ヘリウム等が挙げられる。
次に、形成された発光層12に第2電極14を形成する。この場合、発光層12上に、例えばマスクを介した真空蒸着法等によってアルミニウム(Al)を膜状に蒸着することにより、所定のパターンの電極を形成する。このようにして、発光層12上に第2電極14を形成する。これによって、図1に示す電気化学発光セル10が得られる。
本実施形態の電気化学発光セル10は、以下の発光機構により発光する。図2(a)及び(b)に示すように、第1電極13が陽極となり第2電極14が陰極となるように発光層12に電圧が印加される。このことにより、発光層12内のイオンが電界に沿って移動し、発光層12における第1電極13との界面近傍にアニオン種が集まった層が形成される。一方、発光層12における第2電極14との界面近傍にカチオン種が集まった層が形成される。このようにして、それぞれの電極の界面に電気二重層が形成される。これにより陽極である第1電極13近傍にpドープ領域16が自発形成され、陰極である第2電極14近傍にnドープ領域17が自発形成される。そして、これらのドープ領域が高キャリア密度のp−i−n接合を構成する。その後、陽極と陰極から発光層12の発光材料に正孔と電子がそれぞれ注入され、i層で再結合する。この再結合した正孔と電子とから励起子が生成され、この励起子が基底状態に戻ることにより光が発せられる。このようにして、発光層12から発光が得られる。所望の波長の光を得るためには、最高被占軌道(Highest Occupied Molecular Orbital)と最低空軌道(Lowest Unoccupied Molecular Orbital)のエネルギー差(バンドギャップ)が当該所望の波長に対応する発光材料を選択すればよい。
一般式(1)で表される化合物を用いた本発明の添加剤、発光層形成用組成物及び電気化学発光セルによれば、発光層中の発光材料にイオン性化合物と共に一般式(1)で表される化合物が分散することで、一般式(1)で表される化合物を添加しない場合に比べて、発光材料とイオン性化合物との相溶性が向上し、また発光材料中のイオン性化合物の移動性が大幅に向上する。このため、一般式(1)で表される化合物を添加しない場合に比べて、低い電圧で高い発光輝度を有し、低抵抗の状態で抵抗上昇の抑えられた電気化学発光セルを得ることができる。
以下に実施例を挙げて本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。以下の例中の特性は下記の方法によって測定した。
<発光特性>
電気化学発光セルの第1電極を直流電流の陽極に接続し、第2電極を陰極に接続して、掃引速度1V/secで15Vまで電圧を印加し、その間の輝度の最高値を発光輝度とした。また、そのときの電圧を測定した。測定はCS−2000(コニカミノルタ社製)により行った。
<実施例1>
市販のITO膜付きガラス基板(ジオマテック株式会社製、ITO膜厚200nm)を第1電極13として用いた。
有機高分子発光材料としてPFO-spiro((Poly[(9,9-dioctylfluorenyl-2,7-diyl)-alt-co-(9,9'-spirobifluorene-2,7-diyl)]、Solaris Chem社製、型番SOL2412)、イオン性化合物として表1に示すホスホニウムリン酸エステル塩、及び表1に示す化合物である添加剤を用いてこれらの混合溶液を調製した。具体的には、アルゴン雰囲気のグローブボックス中、室温下で有機高分子発光材料のトルエン溶液(濃度:9g/L)と、イオン性化合物のトルエン溶液(濃度:9g/L)と、添加剤のトルエン溶液(濃度:9g/L)とを体積比で有機高分子発光材料の溶液:イオン性化合物の溶液:添加剤の溶液=8:1:1で混合して発光層形成用組成物を調製した。
次に、アルゴン雰囲気のグローブボックス中、室温下でガラス基板の第1電極13上に、前記で調製された発光層形成用組成物をスピンコートにより塗布して製膜し、更に50℃のホットプレート上で30分間加熱して有機溶媒を蒸発させた。このようにして、100nmの膜厚からなる固体状の発光層12を形成した。更に、形成された発光層12上に、上述した方法により、50nm厚さのアルミニウム(Al)からなる第2電極14を形成した。このようにして、発光予定部分の面積2mm×2mm角からなる電気化学発光セル10を作製した。得られた電気化学発光セル10の発光特性を測定した結果を表1に示す。
<比較例1−1>
添加剤を無添加としたこと以外は実施例1と同じ方法で行った。得られた電気化学発光セル10の発光特性を測定した結果を表1に示す。
<比較例1−2〜1−4>
表1に示す添加剤を添加したこと以外は実施例1と同じ方法で行った。得られた電気化学発光セル10の発光特性を測定した結果を表1に示す。
Figure 0006797586
<実施例2−1〜2−5>
市販のITO膜付きガラス基板(ジオマテック株式会社製、ITO膜厚200nm)を第1電極13として用いた。
有機高分子発光材料Super Yellow(Phenylene substituted poly(para-phenylenevinylene)、メルク社製、製品名:PDY-132)、イオン性化合物として表2に示すホスホニウムリン酸エステル塩、及び表2に示す化合物である添加剤を用いてこれらの混合溶液を調製した。具体的には、アルゴン雰囲気のグローブボックス中、室温下で有機高分子発光材料のトルエン溶液(濃度:9g/L)と、イオン性化合物のトルエン溶液(濃度:9g/L)と、添加剤のトルエン溶液(濃度:9g/L)とを体積比で有機高分子発光材料の溶液:イオン性化合物の溶液:添加剤の溶液=8:1:1で混合して発光層形成用組成物を調製した。
次に、アルゴン雰囲気のグローブボックス中、室温下でガラス基板の第1電極13上に、前記で調製された発光層形成用組成物をスピンコートにより塗布して製膜し、更に50℃のホットプレート上で30分間加熱して有機溶媒を蒸発させた。このようにして、100nmの膜厚からなる固体状の発光層12を形成した。更に、形成された発光層12上に、上述した方法により、50nm厚さのアルミニウム(Al)からなる第2電極14を形成した。このようにして、発光予定部分の面積2mm×2mm角からなる電気化学発光セル10を作製した。得られた電気化学発光セル10の発光特性を測定した結果を表2に示す。
<比較例2−1>
添加剤を無添加としたこと以外は実施例2−1〜2−5と同じ方法で行った。得られた電気化学発光セル10の発光特性を測定した結果を表2に示す。
<比較例2−2〜2−4>
表2に示す添加剤を添加したこと以外は実施例2−1〜2−5と同じ方法で行った。得られた電気化学発光セル10の発光特性を測定した結果を表2に示す。
Figure 0006797586
<実施例3>
イオン性化合物として表3に示すアンモニウムリン酸エステル塩を用いたこと以外は実施例1と同じ方法で行った。得られた電気化学発光セル10の発光特性を測定した結果を表3に示す。
<比較例3>
添加剤を無添加としたこと以外は実施例3と同じ方法で行った。得られた電気化学発光セル10の発光特性を測定した結果を表3に示す。
Figure 0006797586
<実施例4−1〜4−4>
市販のITO膜付きガラス基板(ジオマテック株式会社製、ITO膜厚200nm)を第1電極13として用いた。
有機高分子発光材料としてSuper Yellow(Phenylene substituted poly(para-phenylenevinylene)、メルク社製、製品名:PDY-132)、イオン性化合物として表4に示すアンモニウムリン酸エステル塩、及び表4に示す化合物である添加剤を用いてこれらの混合溶液を調製した。具体的には、アルゴン雰囲気のグローブボックス中、室温下で有機高分子発光材料のトルエン溶液(濃度:9g/L)と、イオン性化合物のトルエン溶液(濃度:9g/L)と、添加剤のトルエン溶液(濃度:9g/L)とを体積比で有機高分子発光材料の溶液:イオン性化合物の溶液:添加剤の溶液=8:1:1で混合して発光層形成用組成物を調製した。
次に、アルゴン雰囲気のグローブボックス中、室温下でガラス基板の第1電極13上に、前記で調製された発光層形成用組成物をスピンコートにより塗布して製膜し、更に50℃のホットプレート上で30分間加熱して有機溶媒を蒸発させた。このようにして、100nmの膜厚からなる固体状の発光層12を形成した。更に、形成された発光層12上に、上述した方法により、50nm厚さのアルミニウム(Al)からなる第2電極14を形成した。このようにして、発光予定部分の面積2mm×2mm角からなる電気化学発光セル10を作製した。得られた電気化学発光セル10の発光特性を測定した結果を表4に示す。
<比較例4>
添加剤を無添加としたこと以外は実施例4−1〜4−4と同じ方法で行った。得られた電気化学発光セル10の発光特性を測定した結果を表4に示す。
Figure 0006797586
<実施例5−1〜5−7>
市販のITO膜付きガラス基板(ジオマテック株式会社製、ITO膜厚200nm)を第1電極13として用いた。
有機高分子発光材料としてPFO-spiro((Poly[(9,9-dioctylfluorenyl-2,7-diyl)-alt-co-(9,9'-spirobifluorene-2,7-diyl)]、Solaris Chem社製、型番SOL2412)、イオン性化合物として表5に示すイミダゾリウムリン酸エステル塩、及び表5に示す化合物である添加剤を用いてこれらの混合溶液を調製した。具体的には、アルゴン雰囲気のグローブボックス中、室温下で有機高分子発光材料のトルエン溶液(濃度:9g/L)と、イオン性化合物のトルエン溶液(濃度:9g/L)と、添加剤のトルエン溶液(濃度:9g/L)とを体積比で有機高分子発光材料の溶液:イオン性化合物の溶液:添加剤の溶液=8:1:1で混合して発光層形成用組成物を調製した。
次に、アルゴン雰囲気のグローブボックス中、室温下でガラス基板の第1電極13上に、前記で調製された発光層形成用組成物をスピンコートにより塗布して製膜し、更に50℃のホットプレート上で30分間加熱して有機溶媒を蒸発させた。このようにして、100nmの膜厚からなる固体状の発光層12を形成した。更に、形成された発光層12上に、上述した方法により、50nm厚さのアルミニウム(Al)からなる第2電極14を形成した。このようにして、発光予定部分の面積2mm×2mm角からなる電気化学発光セル10を作製した。得られた電気化学発光セル10の発光特性を測定した結果を表5に示す。
<比較例5>
添加剤を無添加としたこと以外は実施例5−1〜5−7と同じ方法で行った。得られた電気化学発光セル10の発光特性を測定した結果を表5に示す。
Figure 0006797586
<実施例6−1〜6−8>
市販のITO膜付きガラス基板(ジオマテック株式会社製、ITO膜厚200nm)を第1電極13として用いた。
有機高分子発光材料としてSuper Yellow(Phenylene substituted poly(para-phenylenevinylene)、メルク社製、製品名:PDY-132)、イオン性化合物として表6に示すイミダゾリウムリン酸エステル塩、及び表6に示す化合物である添加剤を用いてこれらの混合溶液を調製した。具体的には、アルゴン雰囲気のグローブボックス中、室温下で有機高分子発光材料のトルエン溶液(濃度:9g/L)と、イオン性化合物のトルエン溶液(濃度:9g/L)と、添加剤のトルエン溶液(濃度:9g/L)とを体積比で有機高分子発光材料の溶液:イオン性化合物の溶液:添加剤の溶液=8:1:1で混合して発光層形成用組成物を調製した。
次に、アルゴン雰囲気のグローブボックス中、室温下でガラス基板の第1電極13上に、前記で調製された発光層形成用組成物をスピンコートにより塗布して製膜し、更に50℃のホットプレート上で30分間加熱して有機溶媒を蒸発させた。このようにして、100nmの膜厚からなる固体状の発光層12を形成した。更に、形成された発光層12上に、上述した方法により、50nm厚さのアルミニウム(Al)からなる第2電極14を形成した。このようにして、発光予定部分の面積2mm×2mm角からなる電気化学発光セル10を作製した。得られた電気化学発光セル10の発光特性を測定した結果を表6に示す。
<比較例6>
添加剤を無添加としたこと以外は実施例6−1〜6−8と同じ方法で行った。得られた電気化学発光セル10の発光特性を測定した結果を表6に示す。
Figure 0006797586
<実施例7−1〜7−2>
市販のITO膜付きガラス基板(ジオマテック株式会社製、ITO膜厚200nm)を第1電極13として用いた。
有機高分子発光材料としてPFO-spiro((Poly[(9,9-dioctylfluorenyl-2,7-diyl)-alt-co-(9,9'-spirobifluorene-2,7-diyl)]、Solaris Chem社製、型番SOL2412)、イオン性化合物として表7に示すホスホニウム(p−トルエンスルホニル)塩、及び表7に示す化合物である添加剤を用いてこれらの混合溶液を調製した。具体的には、アルゴン雰囲気のグローブボックス中、室温下で有機高分子発光材料のトルエン溶液(濃度:9g/L)と、イオン性化合物のトルエン溶液(濃度:9g/L)と、添加剤のトルエン溶液(濃度:9g/L)とを体積比で有機高分子発光材料の溶液:イオン性化合物の溶液:添加剤の溶液=8:1:1で混合して発光層形成用組成物を調製した。
次に、アルゴン雰囲気のグローブボックス中、室温下でガラス基板の第1電極13上に、前記で調製された発光層形成用組成物をスピンコートにより塗布して製膜し、更に50℃のホットプレート上で30分間加熱して有機溶媒を蒸発させた。このようにして、100nmの膜厚からなる固体状の発光層12を形成した。更に、形成された発光層12上に、上述した方法により、50nm厚さのアルミニウム(Al)からなる第2電極14を形成した。このようにして、発光予定部分の面積2mm×2mm角からなる電気化学発光セル10を作製した。得られた電気化学発光セル10の発光特性を測定した結果を表7に示す。

<比較例7>
添加剤を無添加としたこと以外は実施例7−1〜7−2と同じ方法で行った。得られた電気化学発光セル10の発光特性を測定した結果を表7に示す。
Figure 0006797586
<実施例8−1〜8−2>
市販のITO膜付きガラス基板(ジオマテック株式会社製、ITO膜厚200nm)を第1電極13として用いた。
有機高分子発光材料としてSuper Yellow(Phenylene substituted poly(para-phenylenevinylene)、メルク社製、製品名:PDY-132)、イオン性化合物として表8に示すホスホニウム(p−トルエンスルホニル)塩、及び表8に示す化合物である添加剤を用いてこれらの混合溶液を調製した。具体的には、アルゴン雰囲気のグローブボックス中、室温下で有機高分子発光材料のトルエン溶液(濃度:9g/L)と、イオン性化合物のトルエン溶液(濃度:9g/L)と、添加剤のトルエン溶液(濃度:9g/L)とを体積比で有機高分子発光材料の溶液:イオン性化合物の溶液:添加剤の溶液=8:1:1で混合して発光層形成用組成物を調製した。
次に、アルゴン雰囲気のグローブボックス中、室温下でガラス基板の第1電極13上に、前記で調製された発光層形成用組成物をスピンコートにより塗布して製膜し、更に50℃のホットプレート上で30分間加熱して有機溶媒を蒸発させた。このようにして、100nmの膜厚からなる固体状の発光層12を形成した。更に、形成された発光層12上に、上述した方法により、50nm厚さのアルミニウム(Al)からなる第2電極14を形成した。このようにして、発光予定部分の面積2mm×2mm角からなる電気化学発光セル10を作製した。得られた電気化学発光セル10の発光特性を測定した結果を表8に示す。
<比較例8>
添加剤を無添加としたこと以外は実施例8−1〜8−2と同じ方法で行った。得られた電気化学発光セル10の発光特性を測定した結果を表8に示す。
Figure 0006797586
<実施例9>
市販のITO膜付きガラス基板(ジオマテック株式会社製、ITO膜厚200nm)を第1電極13として用いた。
有機高分子発光材料としてPFO-spiro((Poly[(9,9-dioctylfluorenyl-2,7-diyl)-alt-co-(9,9'-spirobifluorene-2,7-diyl)]、Solaris Chem社製、型番SOL2412)、イオン性化合物として表9に示すホスホニウム(ビス(オキサラト)ボレート)塩、及び表9に示す化合物である添加剤を用いてこれらの混合溶液を調製した。具体的には、アルゴン雰囲気のグローブボックス中、室温下で有機高分子発光材料のトルエン溶液(濃度:9g/L)と、イオン性化合物のトルエン溶液(濃度:9g/L)と、添加剤のトルエン溶液(濃度:9g/L)とを体積比で有機高分子発光材料の溶液:イオン性化合物の溶液:添加剤の溶液=8:1:1で混合して発光層形成用組成物を調製した。
次に、アルゴン雰囲気のグローブボックス中、室温下でガラス基板の第1電極13上に、前記で調製された発光層形成用組成物をスピンコートにより塗布して製膜し、更に50℃のホットプレート上で30分間加熱して有機溶媒を蒸発させた。このようにして、100nmの膜厚からなる固体状の発光層12を形成した。更に、形成された発光層12上に、上述した方法により、50nm厚さのアルミニウム(Al)からなる第2電極14を形成した。このようにして、発光予定部分の面積2mm×2mm角からなる電気化学発光セル10を作製した。得られた電気化学発光セル10の発光特性を測定した結果を表9に示す。
<比較例9>
添加剤を無添加としたこと以外は実施例9と同じ方法で行った。得られた電気化学発光セル10の発光特性を測定した結果を表9に示す。
Figure 0006797586
<実施例10>
市販のITO膜付きガラス基板(ジオマテック株式会社製、ITO膜厚200nm)を第1電極13として用いた。
有機高分子発光材料としてSuper Yellow(Phenylene substituted poly(para-phenylenevinylene)、メルク社製、製品名:PDY-132)、イオン性化合物として表10に示すホスホニウム(ビス(オキサラト)ボレート)塩、及び表10に示す化合物である添加剤を用いてこれらの混合溶液を調製した。具体的には、アルゴン雰囲気のグローブボックス中、室温下で有機高分子発光材料のトルエン溶液(濃度:9g/L)と、イオン性化合物のトルエン溶液(濃度:9g/L)と、添加剤のトルエン溶液(濃度:9g/L)とを体積比で有機高分子発光材料の溶液:イオン性化合物の溶液:添加剤の溶液=8:1:1で混合して発光層形成用組成物を調製した。
次に、アルゴン雰囲気のグローブボックス中、室温下でガラス基板の第1電極13上に、前記で調製された発光層形成用組成物をスピンコートにより塗布して製膜し、更に50℃のホットプレート上で30分間加熱して有機溶媒を蒸発させた。このようにして、100nmの膜厚からなる固体状の発光層12を形成した。更に、形成された発光層12上に、上述した方法により、50nm厚さのアルミニウム(Al)からなる第2電極14を形成した。このようにして、発光予定部分の面積2mm×2mm角からなる電気化学発光セル10を作製した。得られた電気化学発光セル10の発光特性を測定した結果を表10に示す。
<比較例10>
添加剤を無添加としたこと以外は実施例10と同じ方法で行った。得られた電気化学発光セル10の発光特性を測定した結果を表10に示す。
Figure 0006797586
<実施例11>
市販のITO膜付きガラス基板(ジオマテック株式会社製、ITO膜厚200nm)を第1電極13として用いた。
有機高分子発光材料としてPFO-spiro((Poly[(9,9-dioctylfluorenyl-2,7-diyl)-alt-co-(9,9'-spirobifluorene-2,7-diyl)]、Solaris Chem社製、型番SOL2412)、イオン性化合物として表11に示すホスホニウム(ビストリフルオロメチルスルホニルイミド)塩、及び表11に示す化合物である添加剤を用いてこれらの混合溶液を調製した。具体的には、アルゴン雰囲気のグローブボックス中、室温下で有機高分子発光材料のトルエン溶液(濃度:9g/L)と、イオン性化合物のトルエン溶液(濃度:9g/L)と、添加剤のトルエン溶液(濃度:9g/L)とを体積比で有機高分子発光材料の溶液:イオン性化合物の溶液:添加剤の溶液=8:1:1で混合して発光層形成用組成物を調製した。
次に、アルゴン雰囲気のグローブボックス中、室温下でガラス基板の第1電極13上に、前記で調製された発光層形成用組成物をスピンコートにより塗布して製膜し、更に50℃のホットプレート上で30分間加熱して有機溶媒を蒸発させた。このようにして、100nmの膜厚からなる固体状の発光層12を形成した。更に、形成された発光層12上に、上述した方法により、50nm厚さのアルミニウム(Al)からなる第2電極14を形成した。このようにして、発光予定部分の面積2mm×2mm角からなる電気化学発光セル10を作製した。得られた電気化学発光セル10の発光特性を測定した結果を表11に示す。
<比較例11>
添加剤を無添加としたこと以外は実施例11と同じ方法で行った。得られた電気化学発光セル10の発光特性を測定した結果を表11に示す。
Figure 0006797586
<実施例12−1〜12−2>
市販のITO膜付きガラス基板(ジオマテック株式会社製、ITO膜厚200nm)を第1電極13として用いた。
有機高分子発光材料としてSuper Yellow(Phenylene substituted poly(para-phenylenevinylene)、メルク社製、製品名:PDY-132)、イオン性化合物として表12に示すホスホニウム(ビストリフルオロメチルスルホニルイミド)塩、及び表12に示す化合物である添加剤を用いてこれらの混合溶液を調製した。具体的には、アルゴン雰囲気のグローブボックス中、室温下で有機高分子発光材料のトルエン溶液(濃度:9g/L)と、イオン性化合物のトルエン溶液(濃度:9g/L)と、添加剤のトルエン溶液(濃度:9g/L)とを体積比で有機高分子発光材料の溶液:イオン性化合物の溶液:添加剤の溶液=8:1:1で混合して発光層形成用組成物を調製した。
次に、アルゴン雰囲気のグローブボックス中、室温下でガラス基板の第1電極13上に、前記で調製された発光層形成用組成物をスピンコートにより塗布して製膜し、更に50℃のホットプレート上で30分間加熱して有機溶媒を蒸発させた。このようにして、100nmの膜厚からなる固体状の発光層12を形成した。更に、形成された発光層12上に、上述した方法により、50nm厚さのアルミニウム(Al)からなる第2電極14を形成した。このようにして、発光予定部分の面積2mm×2mm角からなる電気化学発光セル10を作製した。得られた電気化学発光セル10の発光特性を測定した結果を表12に示す。
<比較例12>
添加剤を無添加としたこと以外は実施例12−1〜12−2と同じ方法で行った。得られた電気化学発光セル10の発光特性を測定した結果を表12に示す。
Figure 0006797586
<実施例13−1〜13−2>
市販のITO膜付きガラス基板(ジオマテック株式会社製、ITO膜厚200nm)を第1電極13として用いた。
有機高分子発光材料としてPFO-spiro((Poly[(9,9-dioctylfluorenyl-2,7-diyl)-alt-co-(9,9'-spirobifluorene-2,7-diyl)]、Solaris Chem社製、型番SOL2412)、イオン性化合物として表13に示すホスホニウム(テトラフルオロボレート)塩、及び表13に示す化合物である添加剤を用いてこれらの混合溶液を調製した。具体的には、アルゴン雰囲気のグローブボックス中、室温下で有機高分子発光材料のトルエン溶液(濃度:9g/L)と、イオン性化合物のトルエン溶液(濃度:9g/L)と、添加剤のトルエン溶液(濃度:9g/L)とを体積比で有機高分子発光材料の溶液:イオン性化合物の溶液:添加剤の溶液=8:1:1で混合して発光層形成用組成物を調製した。
次に、アルゴン雰囲気のグローブボックス中、室温下でガラス基板の第1電極13上に、前記で調製された発光層形成用組成物をスピンコートにより塗布して製膜し、更に50℃のホットプレート上で30分間加熱して有機溶媒を蒸発させた。このようにして、100nmの膜厚からなる固体状の発光層12を形成した。更に、形成された発光層12上に、上述した方法により、50nm厚さのアルミニウム(Al)からなる第2電極14を形成した。このようにして、発光予定部分の面積2mm×2mm角からなる電気化学発光セル10を作製した。得られた電気化学発光セル10の発光特性を測定した結果を表13に示す。
<比較例13>
添加剤を無添加としたこと以外は実施例13−1〜13−2と同じ方法で行った。得られた電気化学発光セル10の発光特性を測定した結果を表13に示す。
Figure 0006797586
<実施例14−1〜14−2>
市販のITO膜付きガラス基板(ジオマテック株式会社製、ITO膜厚200nm)を第1電極13として用いた。
有機高分子発光材料としてSuper Yellow(Phenylene substituted poly(para-phenylenevinylene)、メルク社製、製品名:PDY-132)、イオン性化合物として表14に示すホスホニウム(テトラフルオロボレート)塩、及び表14に示す化合物である添加剤を用いてこれらの混合溶液を調製した。具体的には、アルゴン雰囲気のグローブボックス中、室温下で有機高分子発光材料のトルエン溶液(濃度:9g/L)と、イオン性化合物のトルエン溶液(濃度:9g/L)と、添加剤のトルエン溶液(濃度:9g/L)とを体積比で有機高分子発光材料の溶液:イオン性化合物の溶液:添加剤の溶液=8:1:1で混合して発光層形成用組成物を調製した。
次に、アルゴン雰囲気のグローブボックス中、室温下でガラス基板の第1電極13上に、前記で調製された発光層形成用組成物をスピンコートにより塗布して製膜し、更に50℃のホットプレート上で30分間加熱して有機溶媒を蒸発させた。このようにして、100nmの膜厚からなる固体状の発光層12を形成した。更に、形成された発光層12上に、上述した方法により、50nm厚さのアルミニウム(Al)からなる第2電極14を形成した。このようにして、発光予定部分の面積2mm×2mm角からなる電気化学発光セル10を作製した。得られた電気化学発光セル10の発光特性を測定した結果を表14に示す。
<比較例14>
添加剤を無添加としたこと以外は実施例14−1〜14−2と同じ方法で行った。得られた電気化学発光セル10の発光特性を測定した結果を表14に示す。
Figure 0006797586
表1〜表14に示す結果から明らかな通り、一般式(1)で表される化合物を発光層に添加した各実施例の電気化学発光セルでは、イオン性化合物と発光材料との相溶性が向上し、その結果、一般式(1)で表される化合物を添加していない、或いは一般式(1)以外の化合物を添加した各比較例に比べると電気化学発光セルの発光輝度が高く、そのときの電圧も低いことから低電圧駆動が可能であることが判る。
<実施例15−1〜15−6>
市販のITO膜付きガラス基板(ジオマテック株式会社製、ITO膜厚200nm)を第1電極13として用いた。
有機高分子発光材料としてSuper Yellow (Phenylene substituted poly(para-phenylenevinylene)、メルク社製、製品名:PDY-132)、表15に示すイオン性化合物(金属塩)、及び表15に示す化合物である添加剤を用いてこれらの混合溶液を調製した。具体的には、アルゴン雰囲気のグローブボックス中、室温下で有機高分子発光材料のシクロヘキサノン溶液(濃度:9g/L)と、金属塩のシクロヘキサノン溶液(濃度:9g/L)と、添加剤のシクロヘキサノン溶液(濃度:9g/L)とを体積比で有機高分子発光材料の溶液:金属塩の溶液:添加剤の溶液=80:5:10で混合して発光層形成用組成物を調製した。
次に、アルゴン雰囲気のグローブボックス中、室温下でガラス基板の第1電極13上に、前記で調製された発光層形成用組成物をスピンコートにより塗布して製膜し、更に80℃のホットプレート上で60分間加熱してシクロヘキサノンを蒸発させた。このようにして、100nmの膜厚からなる固体状の発光層12を形成した。更に、形成された発光層12上に、上述した方法により、50nm厚さのアルミニウム(Al)からなる第2電極14を形成した。このようにして、発光予定部分の面積2mm×2mm角からなる電気化学発光セル10を作製した。得られた電気化学発光セル10の発光特性を測定した結果を表15に示す。
<比較例15>
添加剤を無添加としたこと以外は実施例15−1〜15−6と同じ方法で行った。得られた電気化学発光セル10の発光特性を測定した結果を表15に示す。
Figure 0006797586
<実施例16>
市販のITO膜付きガラス基板(ジオマテック株式会社製、ITO膜厚200nm)を第1電極13として用いた。
有機高分子発光材料としてSuper Yellow (Phenylene substituted poly(para-phenylenevinylene)、メルク社製、製品名:PDY-132)、表16に示すイオン性化合物(金属塩)、及び表16に示す化合物である添加剤を用いてこれらの混合溶液を調製した。具体的には、アルゴン雰囲気のグローブボックス中、室温下で有機高分子発光材料のシクロヘキサノン溶液(濃度:9g/L)と、金属塩のシクロヘキサノン溶液(濃度:9g/L)と、添加剤のシクロヘキサノン溶液(濃度:9g/L)とを体積比で有機高分子発光材料の溶液:金属塩の溶液:添加剤の溶液=80:5:10で混合して発光層形成用組成物を調製した。
次に、アルゴン雰囲気のグローブボックス中、室温下でガラス基板の第1電極13上に、前記で調製された発光層形成用組成物をスピンコートにより塗布して製膜し、更に80℃のホットプレート上で60分間加熱してシクロヘキサノンを蒸発させた。このようにして、100nmの膜厚からなる固体状の発光層12を形成した。更に、形成された発光層12上に、上述した方法により、50nm厚さのアルミニウム(Al)からなる第2電極14を形成した。このようにして、発光予定部分の面積2mm×2mm角からなる電気化学発光セル10を作製した。得られた電気化学発光セル10の発光特性を測定した結果を表15に示す。
<比較例16>
添加剤を無添加としたこと以外は実施例16と同じ方法で行った。得られた電気化学発光セル10の発光特性を測定した結果を表16に示す。
Figure 0006797586
<実施例17−1〜17−2>
市販のITO膜付きガラス基板(ジオマテック株式会社製、ITO膜厚200nm)を第1電極13として用いた。
有機高分子発光材料としてPFO-spiro (Poly[(9,9-dioctylfluorenyl-2,7-diyl)-alt-co-(9, 9,9'-spirobifluorene-2,7-diyl)]、Solaris Chem社製、型番SOL2412)、表17に示すイオン性化合物(金属塩)、及び表17に示す化合物である添加剤を用いてこれらの混合溶液を調製した。具体的には、アルゴン雰囲気のグローブボックス中、室温下で有機高分子発光材料のシクロヘキサノン溶液(濃度:9g/L)と、金属塩のシクロヘキサノン溶液(濃度:9g/L)と、添加剤のシクロヘキサノン溶液(濃度:9g/L)とを体積比で有機高分子発光材料の溶液:金属塩の溶液:添加剤の溶液=80:5:10で混合して発光層形成用組成物を調製した。
次に、アルゴン雰囲気のグローブボックス中、室温下でガラス基板の第1電極13上に、前記で調製された発光層形成用組成物をスピンコートにより塗布して製膜し、更に80℃のホットプレート上で60分間加熱してシクロヘキサノンを蒸発させた。このようにして、100nmの膜厚からなる固体状の発光層12を形成した。更に、形成された発光層12上に、上述した方法により、50nm厚さのアルミニウム(Al)からなる第2電極14を形成した。このようにして、発光予定部分の面積2mm×2mm角からなる電気化学発光セル10を作製した。得られた電気化学発光セル10の発光特性を測定した結果を表15に示す。
<比較例17>
添加剤を無添加としたこと以外は実施例17−1〜17−2と同じ方法で行った。得られた電気化学発光セル10の発光特性を測定した結果を表17に示す。
Figure 0006797586
10 電気化学発光セル
12 発光層
13 第1電極
14 第2電極
16 pドープ領域
17 nドープ領域

Claims (12)

  1. 下記一般式(イ)で表される化合物を含む、電気化学発光セルの発光層用添加剤において、
    発光材料とイオン性化合物とを含有し、前記発光材料が、有機高分子発光材料、又は、金属錯体、有機低分子及び量子ドットから選ばれる発光性物質と有機高分子導電材料との組み合わせであり、前記イオン性化合物のカチオンが、ホスホニウムカチオン、アンモニウムカチオン及びイミダゾリウムカチオンから選ばれる少なくとも1種である発光層に用いる、添加剤。
    Figure 0006797586
    (式中、Rは水素原子、又は、分岐鎖状、直鎖状若しくは環状のアルキル基であり、複数存在するRは同一であってもよく異なっていてもよく、pは、Aにおいて置換可能な数であり、Aは芳香族炭化水素基、鎖状脂肪族炭化水素基、脂環式炭化水素基又は複素環基である。)
  2. 前記添加剤は、前記発光材料中への前記イオン性化合物の分散性を向上させるために用いられる、請求項1に記載の添加剤。
  3. 前記一般式(イ)で表される化合物が発光層中に1質量%以上20質量%以下の量で含有されるように用いられる、請求項1又は2に記載の添加剤。
  4. 下記一般式(ロ)で表される化合物を含む、電気化学発光セルの発光層用添加剤において、
    発光材料とイオン性化合物とを含有し、前記発光材料が、有機高分子発光材料、又は、金属錯体、有機低分子及び量子ドットから選ばれる発光性物質と有機高分子導電材料との組み合わせであり、前記イオン性化合物のカチオンが、ホスホニウムカチオン、アンモニウムカチオン及びイミダゾリウムカチオンから選ばれる少なくとも1種である発光層に用いる、添加剤。
    Figure 0006797586
    (式中、Rは水素原子、又は、分岐鎖状、直鎖状若しくは環状のアルキル基であり、複数存在するRは同一であってもよく異なっていてもよく、複数のR同士は互いに連結して環を形成してもよく、該環が形成されていない場合、少なくとも1つのRはアルキル基である。)
  5. 前記添加剤は、前記発光材料中への前記イオン性化合物の分散性を向上させるために用いられる、請求項4に記載の添加剤。
  6. 前記一般式(ロ)で表される化合物が発光層中に1質量%以上20質量%以下の量で含有されるように用いられる、請求項4又は5に記載の添加剤。
  7. 下記一般式(1)で表される化合物、イオン性化合物、及び発光材料を含有する、電気化学発光セルの発光層形成用組成物において、
    前記イオン性化合物のカチオンが、ホスホニウムカチオン、アンモニウムカチオン及びイミダゾリウムカチオンから選ばれる少なくとも1種であり、前記発光材料が、有機高分子発光材料、又は、金属錯体、有機低分子及び量子ドットから選ばれる発光性物質と有機高分子導電材料との組み合わせである、発光層形成用組成物。
    Figure 0006797586
    (式中、Xはリン原子、炭素原子又は硫黄原子であり、
    Aは、水素原子、直接結合、芳香族炭化水素基、鎖状脂肪族炭化水素基、脂環式炭化水素基又は複素環基であり、
    Rは水素原子、又は、分岐鎖状、直鎖状若しくは環状のアルキル基であり、複数存在するRは同一であってもよく異なっていてもよく、同じXにOを介して結合する複数のR同士は互いに連結して環を形成してもよく、該環が形成されていない場合、少なくとも1つのRはアルキル基であり、
    mは0又は1であり、
    rはXがリン原子又は炭素原子のときは1であり、Xが硫黄原子のときは2であり、
    nは、Xがリン原子のときに3−mで表される数であり、Xが炭素原子又は硫黄原子の場合は2−mで表される数であり、
    pは、mが0であるとき又はmが1でAが水素原子であるときに、1であり、mが1でAが直接結合であるときに、2であり、mが1でAが水素原子又は直接結合でないときに、Aにおいて置換可能な数である。ただし、Xがリン原子又は硫黄原子の場合はAは直接結合ではない。またXが硫黄原子の場合はAは水素原子ではない。)
  8. 前記一般式(1)で表される化合物を0.0001質量%以上10質量%以下の量で含有する、請求項7に記載の発光層形成用組成物。
  9. 前記発光材料が、パラフェニレンビニレン、フルオレン、1,4−フェニレン、チオフェン、ピロール、パラフェニレンスルフィド、ベンゾチアジアゾール、ビオチオフィン若しくはこれらの誘導体のポリマー又はこれらを含むコポリマーである有機高分子発光材料である請求項7又は8に記載の発光層形成用組成物。
  10. 発光層と、その各面に配された電極とを有する電気化学発光セルにおいて、
    前記発光層が、有機高分子発光材料、又は、金属錯体、有機低分子及び量子ドットから選ばれる発光性物質と有機高分子導電材料との組み合わせである発光材料、カチオンが、ホスホニウムカチオン、アンモニウムカチオン及びイミダゾリウムカチオンから選ばれる少なくとも1種であるイオン性化合物及び、下記一般式(1)で表される化合物を含む、電気化学発光セル。
    Figure 0006797586
    (式中、Xはリン原子、炭素原子又は硫黄原子であり、
    Aは、水素原子、直接結合、芳香族炭化水素基、鎖状脂肪族炭化水素基、脂環式炭化水素基又は複素環基であり、
    Rは水素原子、又は、分岐鎖状、直鎖状若しくは環状のアルキル基であり、複数存在するRは同一であってもよく異なっていてもよく、同じXにOを介して結合する複数のR同士は互いに連結して環を形成してもよく、該環が形成されていない場合、少なくとも1つのRはアルキル基であり、
    mは0又は1であり、
    rはXがリン原子又は炭素原子のときは1であり、Xが硫黄原子のときは2であり、
    nは、Xがリン原子のときに3−mで表される数であり、Xが炭素原子又は硫黄原子の場合は2−mで表される数であり、
    pは、mが0であるとき又はmが1でAが水素原子であるときに、1であり、mが1でAが直接結合であるときに、2であり、mが1でAが水素原子又は直接結合でないときに、Aにおいて置換可能な数である。ただし、Xがリン原子又は硫黄原子の場合はAは直接結合ではない。またXが硫黄原子の場合はAは水素原子ではない。)
  11. 前記一般式(1)で表される化合物を前記発光層中に1質量%以上20質量%以下含有する、請求項10に記載の電気化学発光セル。
  12. 前記発光材料が、パラフェニレンビニレン、フルオレン、1,4−フェニレン、チオフェン、ピロール、パラフェニレンスルフィド、ベンゾチアジアゾール、ビオチオフィン若しくはこれらの誘導体のポリマー又はこれらを含むコポリマーである有機高分子発光材料である請求項10又は11に記載の電気化学発光セル。
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