JPWO2008111553A1 - 有機el素子及び表示装置 - Google Patents
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Abstract
陰極と陽極と、陰極と陽極の間に、少なくとも発光層と電子輸送層を含み、発光層が、下記式(1)に記載のナフタセン誘導体からなるホスト材料と、下記式(2)に記載のジケトピロロピロール誘導体からなるドーパント材料を含有する有機エレクトロルミネッセンス素子。電子輸送層は、ベンゾイミダゾール誘導体であることが好ましい。
Description
本発明は、ナフタセン誘導体とジケトピロロピロール誘導体を組み合わせて用いた有機エレクトロルミネッセンス素子(有機EL素子)及び表示装置に関する。
有機EL(Electro-Luminescence)素子が知られ、イーストマン・コダック社のC.W.Tangらによる積層型素子による低電圧駆動有機EL素子の報告(非特許文献1)がなされて以来、有機材料を構成材料とする有機EL素子に関する研究が盛んに行われている。
有機EL素子に用いる発光材料としては、トリス(8−キノリノール)アルミニウム(Alq)錯体等のキレート錯体、クマリン錯体、テトラフェニルブタジエン誘導体、ビススチリルアリーレン誘導体、オキサジアゾール誘導体等の発光材料が知られており、それらは青色から赤色までの可視領域の発光が得られることが報告されており、カラー表示素子の実現が期待されている(例えば特許文献1〜3等)。しかし、その発光効率や寿命は実用可能なレベルにまで到達せず不十分であった。また、フルカラーディスプレイには色の3原色(青色、緑色、赤色)が求められるが、中でも高効率な赤色素子が求められている。
最近では、例えば、特許文献4には、ナフタセン又はペンタセン誘導体を発光層に添加した赤色発光素子が開示されている。しかし、この発光素子は、赤色純度は優れているものの、印加電圧が11Vと高く、輝度の半減時間は約150時間と不十分であった。特許文献5には、ジシアノメチレン(DCM)系化合物を発光層に添加した素子が開示されているが、赤色の純度が不十分であった。特許文献6には、アミン系芳香族化合物を発光層に添加した赤色発光素子が開示されているが、この発光素子はCIE(Commission Internationale d'Eclairage)色度(0.64、0.33)と色純度はよいものの、駆動電圧が高かった。特許文献7、8に、アミン系芳香族化合物とAlq錯体を発光層に用いた素子が開示されている。しかしながら、この素子は、赤色発光するものの、低効率かつ短寿命であった。
また特許文献9には、アミン系芳香族化合物とDPVDPANを発光層に用いた素子が開示されているが、高効率な素子は発光色が橙色であり、赤色発光する素子は低効率であった。
特許文献10には、ジシアノアントラセン誘導体とインデノペリレン誘導体を発光層に、金属錯体を電子輸送層に用いた素子が開示されているが、発光色が赤橙色であった。
特許文献11には、フルオランテン誘導体とインデノペリレン誘導体を発光層に、電子輸送層にフルオランテン誘導体を用いた素子が公開されているものの、実用的な効率を伴っていなかった。
本発明の主な目的は、実用的な、高効率で長寿命、かつ色純度に優れた有機EL素子及び表示装置を提供することである。
本発明者らは、上記目的を達成するために、鋭意研究を重ねた結果、ナフタセン誘導体とジケトピロロピロール誘導体を、有機EL素子の有機化合物層の少なくとも一層に用いることにより、有機EL素子の長寿命化と高効率化を達成できることを見出し、本発明を完成するに至った。
本発明の有機エレクトロルミネッセンス素子は、陰極と、陽極と、前記陰極と前記陽極との間に設けられた発光層と、を備え、前記発光層は、ホストとドーパントとを含み、前記ホストは、下記式(1)で表されるナフタセン誘導体であり、前記ドーパントは、下記式(2)で表されるジケトピロロピロール誘導体であることを特徴とする。
前記式(1)中、Q10、Q20、Q30、Q40、Q50、Q60、Q70、Q80、Q110、Q120、Q130およびQ140は、それぞれ水素、置換もしくは無置換の炭素数1〜20のアルキル基、置換もしくは無置換の炭素数6〜30のアリール基、置換もしくは無置換のアミノ基、置換もしくは無置換の炭素数1〜20のアルコキシ基、置換もしくは無置換の炭素数1〜20のアルキルチオ基、置換もしくは無置換の炭素数6〜30のアリールオキシ基、置換もしくは無置換の炭素数6〜30のアリールチオ基、置換もしくは無置換の炭素数1〜20のアルケニル基、置換もしくは無置換の炭素数7〜30のアラルキル基または置換もしくは無置換の複素環基を表し、これらは同一でも異なるものであってもよい。
前記式(2)中、R1およびR2は、それぞれ独立に酸素原子、またはシアノ基で置換された窒素原子を表す。また、R3およびR4は、それぞれ独立に水素原子、アルキル基、アルケニル基、アリール基、複素環基、あるいはCOOR7を表す。ここでR7は、アルキル基、アルケニル基、アリール基あるいは複素環基を表す。R5およびR6は、それぞれ独立にアリール基あるいは複素環基を表す。R3およびR4は同一でも異なるものでもよく、置換基を有していてもよい。R5およびR6は同一でも異なるものでもよく、置換基を有してもよい。R7は置換基を有してもよい。
前記式(2)中、R1およびR2は、それぞれ独立に酸素原子、またはシアノ基で置換された窒素原子を表す。また、R3およびR4は、それぞれ独立に水素原子、アルキル基、アルケニル基、アリール基、複素環基、あるいはCOOR7を表す。ここでR7は、アルキル基、アルケニル基、アリール基あるいは複素環基を表す。R5およびR6は、それぞれ独立にアリール基あるいは複素環基を表す。R3およびR4は同一でも異なるものでもよく、置換基を有していてもよい。R5およびR6は同一でも異なるものでもよく、置換基を有してもよい。R7は置換基を有してもよい。
本発明によれば、発光層がナフタセン誘導体により構成されたホストとジケトピロロピロール誘導体により構成されたドーパントとを含むので、有機EL素子の実用的な効率と寿命を実現することができる。
本発明では、前記式(2)が下記式(2−1)で表されるジケトピロロピロール誘導体であることが好ましい。
前記式(2−1)中、R1およびR2は、それぞれ独立に、置換もしくは未置換のアルキレン基を表し、R3およびR4は、それぞれ独立に、置換もしくは未置換の脂肪族複素環基または下記式(2−2)で表される置換基を表す。R5〜R14は、それぞれ独立に、水素原子、または、置換基を表すが、R5〜R14の少なくとも1つは下記式(2−3)で表されるアミノ基である。
前記式(2−2)中、Xは酸素原子または硫黄原子を表し、R15は、置換もしくは未置換の1価の脂肪族炭化水素、置換もしくは未置換の1価の芳香族炭化水素、置換もしくは未置換の1価の芳香族複素環基を表す。
前記式(2−3)中、R16およびR17はそれぞれ独立に、水素原子、置換もしくは未置換の1価の脂肪族炭化水素、置換もしくは未置換の1価の芳香族炭化水素、置換もしくは未置換の1価の芳香族複素環基を表す。
本発明では、前記式(2)が下記式(2−4)で表されるジケトピロロピロール誘導体であることが好ましい。
前記式(2−4)中、R1〜R6は、それぞれ独立に未置換もしくは置換基を有する、アルキル基、アリール基あるいは複素環基を表す。
前記式(2−4)中、R1及びR2は、それぞれ独立に置換もしくは無置換のアルキレン基を表し、R3及びR4は、それぞれ独立に、置換もしくは無置換の脂肪族複素環基または下記式(2−5)で表される置換基を表す。R5〜R12は、それぞれ独立に、水素原子、または置換基を表す。R18〜R21は、それぞれ独立に、水素原子、置換もしくは無置換の1価の脂肪族炭化水素基、置換もしくは無置換の1価の芳香族炭化水素基、置換もしくは無置換の1価の芳香族複素環基を表す。
前記式(2−5)中、Xは酸素原子または硫黄原子を表し、R15は、置換もしくは無置換の1価の脂肪族炭化水素、置換もしくは無置換の1価の芳香族炭化水素、置換もしくは無置換の1価の芳香族複素環基を表す。
本発明では、前記式(2)が下記式(2−6)で表されるジケトピロロピロール誘導体であることが好ましい。
前記式(2−6)中、R1及びR2は、それぞれ独立に置換もしくは無置換のアルキレン基を表し、R3及びR4は、それぞれ独立に、置換もしくは無置換の脂肪族複素環基または下記式(2−7)で表される置換基を表す。R5〜R12は、それぞれ独立に、水素原子、または置換基を表す。R5〜R12及びR22〜R41は、それぞれ独立に、水素原子、または、置換基を表す。
前記式(2−7)中、Xは酸素原子または硫黄原子を表し、R15は、置換もしくは無置換の1価の脂肪族炭化水素、置換もしくは無置換の1価の芳香族炭化水素、置換もしくは無置換の1価の芳香族複素環基を表す。
本発明では、前記式(1)で表されるナフタセン誘導体におけるQ10、Q20、Q30およびQ40の1つ以上が置換もしくは無置換の炭素数6〜30のアリール基であることが好ましい。
本発明では、前記式(1)で表されるナフタセン誘導体が下記式(3)で表されることが好ましい。
前記式(3)中、Q10、Q21〜Q25、Q31〜Q35、Q40〜Q80、Q110〜Q140は、それぞれ水素、置換もしくは無置換のアルキル基、置換もしくは無置換のアリール基、置換もしくは無置換のアミノ基、置換もしくは無置換のアルコキシ基、置換もしくは無置換のアルキルチオ基、置換もしくは無置換のアリールオキシ基、置換もしくは無置換のアリールチオ基、置換もしくは無置換のアルケニル基、置換もしくは無置換のアラルキル基または置換もしくは無置換の複素環基を表し、これらは同一でも異なるものであってもよい。Q21〜Q25、Q31〜Q35は、隣接する2個以上が互いに結合して環を形成してもよい。
なお、本発明では、前記式(3)で表されるナフタセン誘導体におけるQ21、Q25、Q31、Q35の少なくとも1つ以上は、置換もしくは無置換のアルキル基、置換もしくは無置換のアリール基、置換もしくは無置換のアミノ基、置換もしくは無置換のアルコキシ基、置換もしくは無置換のアルキルチオ基、置換もしくは無置換のアリールオキシ基、置換もしくは無置換のアリールチオ基、置換もしくは無置換のアルケニル基、置換もしくは無置換のアラルキル基または複素環基であることが好ましい。
このような構成によれば、前記式(3)で表されるナフタセン誘導体は、ナフタセンに結合する二つのベンゼン環のオルト位のうち、少なくとも一つに置換基を有する。
ナフタセンに結合する二つのベンゼン環のオルト位に置換基を導入すると、導入された置換基とナフタセン骨格との間に立体障害が生じる。この立体障害により、導入された置換基は、ナフタセン骨格の平面に対して面外方向を向くようになる。そして、面外方向に突き出た置換基により、ナフタセン誘導体同士の会合が防止される。
なお、Q21、Q25、Q31、Q35の二つ以上が置換基である場合には、これらは同一でも異なるものであってもよい。また、これら隣接する2個以上が互いに結合して環を形成してもよい。
置換基としては、置換もしくは無置換のフェニル基が一例として挙げられる。
また、ナフタセンに結合する二つのベンゼン環のオルト位のうち、二つ以上が置換されていることが好ましい。
なお、Q21、Q25、Q31、Q35の二つ以上が置換基である場合には、これらは同一でも異なるものであってもよい。また、これら隣接する2個以上が互いに結合して環を形成してもよい。
置換基としては、置換もしくは無置換のフェニル基が一例として挙げられる。
また、ナフタセンに結合する二つのベンゼン環のオルト位のうち、二つ以上が置換されていることが好ましい。
本発明では、前記発光層が含有する前記ドーパントのドープ濃度が0.1〜10質量%であることが好ましい。前記発光層が含有する前記ドーパントのドープ濃度が0.5〜2質量%であることがより好ましい。
本発明の有機エレクトロルミネッセンス素子は、前記陰極と前記発光層との間に電子輸送層を備え、前記電子輸送層が、下記式(4)で表される化合物を含有することが好ましい。
ここで、Aは3環以上が縮合した置換基を有してもよい縮合芳香族炭化水素基であり、Bは置換されてもよい複素環基である。m、nは1〜6の整数である。
本発明では、前記式(4)で表される化合物における縮合芳香族炭化水素基が、アントラセン、フェナントレン、ナフタセン、ピレン、クリセン、ベンゾアントラセン、ペンタセン、ジベンゾアントラセン、ベンゾピレン、フルオレン、ベンゾフルオレン、フルオランテン、ベンゾフルオランテン、ナフトフルオランテン、ジベンゾフルオレン、ジベンゾピレンおよびジベンゾフルオランテンから選択される骨格を分子中に有することが好ましい。
本発明では、前記式(4)で表される化合物におけるBが、置換基を有してもよい含窒素複素環基であることが好ましい。
本発明では、前記式(4)で表される化合物における含窒素複素環基が、ピリジン、ピリミジン、ピラジン、ピリダジン、トリアジン、キノリン、キノキサリン、アクリジン、イミダゾピリジン、イミダゾピリミジン、フェナントロリン、ピラゾール、イミダゾールおよびベンゾイミダゾールから選択される骨格を分子中に有することが好ましい。
本発明では、前記式(4)で表される化合物が、下記式(5)又は下記式(6)で表されるベンゾイミダゾール誘導体であることが好ましい。
Rは、水素原子、置換もしくは無置換の炭素数6〜60のアリール基、置換もしくは無置換のピリジル基、置換もしくは無置換のキノリル基、置換もしくは無置換の炭素数1〜20のアルキル基、または置換もしくは無置換の炭素数1〜20のアルコキシ基であり、pは1〜4の整数であり、R11は、置換もしくは無置換の炭素数6〜60のアリール基、置換もしくは無置換のピリジル基、置換もしくは無置換のキノリル基、置換もしくは無置換の炭素数1〜20のアルキル基、又は炭素数1〜20のアルコキシ基であり、R12は、水素原子、置換もしくは無置換の炭素数6〜60のアリール基、置換もしくは無置換のピリジル基、置換もしくは無置換のキノリル基、置換もしくは無置換の炭素数1〜20のアルキル基、又は置換もしくは無置換の炭素数1〜20のアルコキシ基であり、Lは、置換もしくは無置換の炭素数6〜60のアリーレン基、置換もしくは無置換のピリジニレン基、置換もしくは無置換のキノリニレン基、または置換もしくは無置換のフルオレニレン基であり、Ar1は、置換もしくは無置換の炭素数6〜60のアリール基、置換もしくは無置換のピリジル基、または置換もしくは無置換のキノリル基である。
なお、前記R、R11、R12、L、Ar1のうち少なくとも一つが前記式(4)で表される化合物における、3環以上が縮合した置換基を有してもよい縮合芳香族炭化水素基である。
本発明では、前記発光層の発光色が橙色〜赤色であることが好ましい。
本発明の表示装置は、上述の有機エレクトロルミネッセンス素子を有することを特徴とする。
このような構成によれば、上述の有機エレクトロルミネッセンス素子により表示装置を構成するので、高効率で長寿命、かつ色純度に優れた高性能の表示装置を得ることができる。
このような構成によれば、上述の有機エレクトロルミネッセンス素子により表示装置を構成するので、高効率で長寿命、かつ色純度に優れた高性能の表示装置を得ることができる。
本発明によれば、実用的な、高効率で長寿命、かつ色純度に優れた有機EL素子が提供できる。
さらに、本発明によれば、電子輸送層用および発光層用の材料として好適な化合物を選択することにより、さらに高効率な有機EL素子を得ることができる。即ち、本発明の構成により、電子輸送層での励起子生成が抑えられ、電子輸送層からの微少な発光をさらに低レベルにまで抑制した高色純度な有機EL素子が得られる。また、同様の理由により、素子の長寿命化が図られる。
さらに、本発明によれば、電子輸送層用および発光層用の材料として好適な化合物を選択することにより、さらに高効率な有機EL素子を得ることができる。即ち、本発明の構成により、電子輸送層での励起子生成が抑えられ、電子輸送層からの微少な発光をさらに低レベルにまで抑制した高色純度な有機EL素子が得られる。また、同様の理由により、素子の長寿命化が図られる。
1 有機EL素子
10 基板
20 陽極
30 正孔注入層
40 正孔輸送層
50 発光層
60 電子輸送層
70 電子注入層
80 陰極
10 基板
20 陽極
30 正孔注入層
40 正孔輸送層
50 発光層
60 電子輸送層
70 電子注入層
80 陰極
[有機EL素子の構成]
以下に本発明に用いられる有機EL素子の代表的な構成例を示す。もちろん、本発明はこれに限定されるものではない。
(1)陽極/発光層/電子輸送層/陰極
(2)陽極/正孔輸送層/発光層/電子輸送層/陰極
(3)陽極/正孔注入層/正孔輸送層/発光層/電子輸送層/陰極
(4)陽極/正孔輸送層/発光層/電子輸送層/電子注入層/陰極
(5)陽極/正孔注入層/正孔輸送層/発光層/電子輸送層/電子注入層/陰極(図1)
(6)陽極/絶縁層/正孔輸送層/発光層/電子輸送層/陰極
(7)陽極/正孔輸送層/発光層/電子輸送層/絶縁層/陰極
(8)陽極/絶縁層/正孔輸送層/発光層/電子輸送層/絶縁層/陰極
(9)陽極/正孔注入層/正孔輸送層/発光層/電子輸送層/絶縁層/陰極
(10)陽極/絶縁層/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
(11)陽極/絶縁層/正孔注入層/正孔輸送層/発光層/電子輸送層/電子注入層/絶縁層/陰極
等の構造を挙げることができる。
これらの中で通常(2)(3)(4)(5)(8)(9)(11)の構成が好ましく用いられる。
以下に本発明に用いられる有機EL素子の代表的な構成例を示す。もちろん、本発明はこれに限定されるものではない。
(1)陽極/発光層/電子輸送層/陰極
(2)陽極/正孔輸送層/発光層/電子輸送層/陰極
(3)陽極/正孔注入層/正孔輸送層/発光層/電子輸送層/陰極
(4)陽極/正孔輸送層/発光層/電子輸送層/電子注入層/陰極
(5)陽極/正孔注入層/正孔輸送層/発光層/電子輸送層/電子注入層/陰極(図1)
(6)陽極/絶縁層/正孔輸送層/発光層/電子輸送層/陰極
(7)陽極/正孔輸送層/発光層/電子輸送層/絶縁層/陰極
(8)陽極/絶縁層/正孔輸送層/発光層/電子輸送層/絶縁層/陰極
(9)陽極/正孔注入層/正孔輸送層/発光層/電子輸送層/絶縁層/陰極
(10)陽極/絶縁層/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
(11)陽極/絶縁層/正孔注入層/正孔輸送層/発光層/電子輸送層/電子注入層/絶縁層/陰極
等の構造を挙げることができる。
これらの中で通常(2)(3)(4)(5)(8)(9)(11)の構成が好ましく用いられる。
本発明の有機EL素子は、陽極と、陰極と、発光層を含む1層又は複数層の有機層を備え、有機層のうち少なくとも1層が、ナフタセン誘導体からなるホストとジケトピロロピロール誘導体からなるドーパントを含有する。
本発明の有機EL素子の一例を図1に示す。この図において、有機EL素子1は、基板10上に、陽極20、正孔注入層30、正孔輸送層40、発光層50、電子輸送層60、電子注入層70および陰極80を、この順に積層した構成を有する。正孔注入層30、正孔輸送層40、発光層50、電子輸送層60および電子注入層70が、陰極80と陽極20の間に挟示される有機層に該当し、これらの層の少なくとも一層が、ナフタセン誘導体からなるホスト材料とジケトピロロピロール誘導体からなるドーパント材料を含有する。好ましくは、発光層が、ナフタセン誘導体とジケトピロロピロール誘導体とを含有する。
本発明の有機EL素子の一例を図1に示す。この図において、有機EL素子1は、基板10上に、陽極20、正孔注入層30、正孔輸送層40、発光層50、電子輸送層60、電子注入層70および陰極80を、この順に積層した構成を有する。正孔注入層30、正孔輸送層40、発光層50、電子輸送層60および電子注入層70が、陰極80と陽極20の間に挟示される有機層に該当し、これらの層の少なくとも一層が、ナフタセン誘導体からなるホスト材料とジケトピロロピロール誘導体からなるドーパント材料を含有する。好ましくは、発光層が、ナフタセン誘導体とジケトピロロピロール誘導体とを含有する。
以下、有機EL素子における各層の機能等について説明する。
[透光性基板]
発光が基板側から出射される下面発光型又はボトムエミッション型の有機EL素子とする場合、本発明の有機EL素子は透光性の基板上に作製する。ここでいう透光性基板は有機EL素子を支持する基板であり、400〜700nmの可視領域の光の透過率が50%以上で、平滑な基板が好ましい。
具体的には、ガラス板、ポリマー板等が挙げられる。ガラス板としては、特にソーダ石灰ガラス、バリウム・ストロンチウム含有ガラス、鉛ガラス、アルミノケイ酸ガラス、ホウケイ酸ガラス、バリウムホウケイ酸ガラス、石英等が挙げられる。またポリマー板としては、ポリカーボネート、アクリル、ポリエチレンテレフタレート、ポリエーテルサルファイド、ポリサルフォン等を挙げることができる。また、駆動用のTFT(Thin Film Transistor)が形成されているTFT基板であってもよい。
[透光性基板]
発光が基板側から出射される下面発光型又はボトムエミッション型の有機EL素子とする場合、本発明の有機EL素子は透光性の基板上に作製する。ここでいう透光性基板は有機EL素子を支持する基板であり、400〜700nmの可視領域の光の透過率が50%以上で、平滑な基板が好ましい。
具体的には、ガラス板、ポリマー板等が挙げられる。ガラス板としては、特にソーダ石灰ガラス、バリウム・ストロンチウム含有ガラス、鉛ガラス、アルミノケイ酸ガラス、ホウケイ酸ガラス、バリウムホウケイ酸ガラス、石英等が挙げられる。またポリマー板としては、ポリカーボネート、アクリル、ポリエチレンテレフタレート、ポリエーテルサルファイド、ポリサルフォン等を挙げることができる。また、駆動用のTFT(Thin Film Transistor)が形成されているTFT基板であってもよい。
また、発光が素子の上部から出射される上面発光型又はトップエミッション型の有機EL素子とする場合、上述の基板上にアルミニウム等の適当な金属の反射光を設ける必要がある。
[陽極]
本発明の有機EL素子の陽極は、正孔を正孔輸送層又は発光層に注入する役割を担うものであり、4.5eV以上の仕事関数を有することが効果的である。本発明に用いられる陽極材料の具体例としては、酸化インジウム錫合金(ITO)、酸化錫(NESA)、酸化インジウム亜鉛合金(IZO)、金、銀、白金、銅等が適用できる。
これら材料は単独で用いることもできるが、これら材料同士の合金や、その他の元素を添加した材料も適宜選択して用いることができる。
陽極はこれらの電極物質を蒸着法やスパッタリング法等の方法で薄膜を形成させることにより作製することができる。
本発明の有機EL素子の陽極は、正孔を正孔輸送層又は発光層に注入する役割を担うものであり、4.5eV以上の仕事関数を有することが効果的である。本発明に用いられる陽極材料の具体例としては、酸化インジウム錫合金(ITO)、酸化錫(NESA)、酸化インジウム亜鉛合金(IZO)、金、銀、白金、銅等が適用できる。
これら材料は単独で用いることもできるが、これら材料同士の合金や、その他の元素を添加した材料も適宜選択して用いることができる。
陽極はこれらの電極物質を蒸着法やスパッタリング法等の方法で薄膜を形成させることにより作製することができる。
下面発光型又はボトムエミッション型の有機EL素子の場合、陽極の発光に対する透過率は10%より大きくすることが好ましい。また陽極のシート抵抗は、数百Ω/□以下が好ましい。陽極の膜厚は材料にもよるが、通常10nm〜1μm、好ましくは10〜200nmの範囲で選択される。
[発光層]
有機EL素子の発光層は以下の機能を併せ持つものである。即ち、
(i)注入機能:電界印加時に陽極又は正孔注入・輸送層より正孔を注入することができ、陰極又は電子注入・輸送層より電子を注入することができる機能
(ii)輸送機能:注入した電荷(電子と正孔)を電界の力で移動させる機能
(iii)発光機能:電子と正孔の再結合の場を提供し、これを発光につなげる機能
がある。
ただし、正孔の注入されやすさと電子の注入されやすさに違いがあってもよく、また正孔と電子の移動度で表される輸送能に大小があってもよいが、少なくともどちらか一方の電荷を輸送することが好ましい。
有機EL素子の発光層は以下の機能を併せ持つものである。即ち、
(i)注入機能:電界印加時に陽極又は正孔注入・輸送層より正孔を注入することができ、陰極又は電子注入・輸送層より電子を注入することができる機能
(ii)輸送機能:注入した電荷(電子と正孔)を電界の力で移動させる機能
(iii)発光機能:電子と正孔の再結合の場を提供し、これを発光につなげる機能
がある。
ただし、正孔の注入されやすさと電子の注入されやすさに違いがあってもよく、また正孔と電子の移動度で表される輸送能に大小があってもよいが、少なくともどちらか一方の電荷を輸送することが好ましい。
この発光層を形成する方法としては、例えば蒸着法、スピンコート法、LB(Langmuir Blodgett)法等の公知の方法を適用することができる。発光層は、特に分子堆積膜であることが好ましい。
ここで分子堆積膜とは、気相状態の材料化合物から沈着され形成された薄膜や、溶液状態又は液相状態の材料化合物から固体化され形成された膜のことであり、通常この分子堆積膜は、LB法により形成された薄膜(分子累積膜)とは凝集構造、高次構造の相違や、それに起因する機能的な相違により区分することができる。
また、特開昭57−51781号公報に開示されているように、樹脂等の結着剤と材料化合物とを溶剤に溶かして溶液とした後、これをスピンコート法等により薄膜化することによっても、発光層を形成することができる。
ここで分子堆積膜とは、気相状態の材料化合物から沈着され形成された薄膜や、溶液状態又は液相状態の材料化合物から固体化され形成された膜のことであり、通常この分子堆積膜は、LB法により形成された薄膜(分子累積膜)とは凝集構造、高次構造の相違や、それに起因する機能的な相違により区分することができる。
また、特開昭57−51781号公報に開示されているように、樹脂等の結着剤と材料化合物とを溶剤に溶かして溶液とした後、これをスピンコート法等により薄膜化することによっても、発光層を形成することができる。
本発明の発光層は、ホストとドーパントとを含む。
発光層において、ドーパント材料のドープ濃度は、0.1〜10質量%であることが好ましく、0.5〜2.0質量%であることがより好ましい。
また、発光層の発光色は、橙色〜赤色であることが好ましい。
発光層において、ドーパント材料のドープ濃度は、0.1〜10質量%であることが好ましく、0.5〜2.0質量%であることがより好ましい。
また、発光層の発光色は、橙色〜赤色であることが好ましい。
ホストは、前記式(1)で表されるナフタセン誘導体である。
前記式(1)中、Q10、Q20、Q30、Q40、Q50、Q60、Q70、Q80、Q110、Q120、Q130及びQ140は、それぞれ水素、置換もしくは無置換の炭素数1〜20のアルキル基、置換もしくは無置換の炭素数6〜30のアリール基、置換もしくは無置換のアミノ基、置換もしくは無置換の炭素数1〜20のアルコキシ基、置換もしくは無置換の炭素数1〜20のアルキルチオ基、置換もしくは無置換の炭素数6〜30のアリールオキシ基、置換もしくは無置換の炭素数6〜30のアリールチオ基、置換もしくは無置換の炭素数1〜20のアルケニル基、置換もしくは無置換の炭素数7〜30のアラルキル基または置換もしくは無置換の複素環基を表し、これらは同一でも異なるものであってもよい。
前記式(1)中、Q10、Q20、Q30及びQ40(まとめてQ10〜Q40と表す)は、水素、または置換もしくは無置換の炭素数1〜20のアルキル基、置換もしくは無置換の炭素数6〜30のアリール基、置換もしくは無置換のアミノ基、置換もしくは無置換の複素環基及び置換もしくは無置換の炭素数1〜20のアルケニル基のいずれかであることが好ましい。また、より好ましくはアリール基である。また、特に、Q10、Q40が水素かつQ20、Q30が上記置換基であるものも好ましい。
また、Q10とQ40、Q20とQ30はそれぞれ同じものであることが好ましいが、異なっていてもよい。
Q50、Q60、Q70及びQ80(まとめてQ50〜Q80と表す)は、水素、置換もしくは無置換の炭素数1〜20のアルキル基、置換もしくは無置換の炭素数6〜30のアリール基、置換もしくは無置換のアミノ基、置換もしくは無置換の炭素数1〜20のアルケニル基及び置換もしくは無置換の複素環基のいずれかが好ましく、特に好ましくは水素または置換もしくは無置換の炭素数6〜30のアリール基である。また、Q50とQ60、Q70とQ80は、それぞれ同じものであることが好ましいが、異なっていてもよい。また、Q110、Q120、Q130及びQ140(まとめてQ110〜Q140と表す)は水素が好ましい。
Q10〜Q40、Q50〜Q80、Q110〜Q140で表されるアルキル基としては、置換基を有していてもよく、直鎖状であっても分岐を有していてもよい。アルキル基の好ましい具体例としては、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、sec−ブチル基、tert−ブチル基、(n−ペンチル基,イソペンチル基,neo−ペンチル基,tert−ペンチル基等が挙げられる。
Q10〜Q40、Q50〜Q80、Q110〜Q140で表されるアリール基は、単環もしくは多環のものであってよく、縮合環や環集合も含まれる。置換基を有していてもよい。Q10〜Q40、Q50〜Q80、Q110〜Q140で表されるアリール基としては、好ましくはフェニル基、o−トリル基、m−トリル基、p−トリル基、ピレニル基、ペリレニル基、コロネニル基、1−ナフチル基、2−ナフチル基、アントリル基、o−ビフェニル基、m−ビフェニル基、p−ビフェニリル基、ターフェニル基、フェナントリル基等である。
Q10〜Q40、Q50〜Q80、Q110〜Q140で表されるアミノ基としては、無置換であってもよいが、置換基を有するほうが好ましく、アルキルアミノ基、アリールアミノ基、アラルキルアミノ基等いずれでもよい。これらは、総炭素数1〜6の脂肪族、及び/または1〜4環芳香族炭素環を有することが好ましい。具体的には、ジメチルアミノ基、ジエチルアミノ基、アブチルアミノ基、ジフェニルアミノ基、ジトリルアミノ基、ビスジフェニルアミノ基、ビスナフチルアミノ基等が挙げられる。
Q10〜Q40、Q50〜Q80、Q110〜Q140で表される複素環基としては、置換基を有していてもよく、ヘテロ原子として、O,N,Sを含有する5員または6員環の好ましくは芳香族複素環基、及び炭素数2〜20の縮合多環芳香族基等が挙げられる。芳香族複素環基及び縮合多環芳香族複素環基としては、例えばチエニル基、フリル基、ピロニル基、ピリジル基、キノリル基、キノキサリル基等が挙げられる。
Q10〜Q40、Q50〜Q80、Q110〜Q140で表される置換もしくは無置換の炭素数1〜20のアルケニル基としては、少なくとも置換基の1つにフェニル基を有する1−フェニルアルケニル基、2−フェニルアルケニル基、(1,2−ジフェニルアルケニル基、2,2−ジフェニルアルケニル基、1,2,2,−トリフェニルアルケニル基等が好ましいが、無置換のものであってもよい。
Q10〜Q40、Q50〜Q80、Q110〜Q140で表されるアルコキシ基、アルキルチオ基としては、置換基を有していてもよく、前述のアルキル基を有するものが好ましい。
Q10〜Q40、Q50〜Q80、Q110〜Q140で表されるアリールオキシ基、アリールチオ基としては、置換基を有していてもよく、アリール基を有しているものが好ましく、具体的には、アリールオキシ基としてはo−フェノキシ基、m−フェノキシ基、p−フェノキシ基等であり、アリールチオ基としては、o−フェニルチオ基、m−フェニルチオ基、p−フェニルチオ基等である。
Q10〜Q40、Q50〜Q80、Q110〜Q140で表されるアラルキル基としては、置換基を有していてもよく、具体的にはベンジル基、フェネチル基等である。
Q10〜Q40、Q50〜Q80、Q110〜Q140が置換基を有する場合、特にQ10〜Q40ではこれらの置換基のうち少なくとも2つがアリール基、アミノ基、複素環基、アルケニル基及びアリールオキシ基のいずれかであることが好ましく、特に好ましくはアリール基である。アリール基、アミノ基、複素環基及びアルケニル基については前述のQ10〜Q40と同様である。
これら置換基の2種以上が縮合環を形成していてもよい。また、さらに置換されていてもよく、その場合の好ましい置換基としては前述と同様である。
Q10〜Q40、Q50〜Q80、Q110〜Q140が置換基を有する場合、特にQ10〜Q40のうち少なくともその2種以上が上記置換基を有することが好ましい。その置換位置としては特に限定されるものではなく、Q10〜Q40がフェニルを有するものであるとき、メタ、パラ、オルト位のいずれでもよい。
前記式(1)においては、Q10〜Q80の少なくとも1つ以上、さらにはQ10〜Q40の少なくとも1つ以上が置換または無置換のアリール基であることが好ましい。
特にナフタセン誘導体としては、前記式(3)で表されるものがより好ましい。
前記式(3)中、Q10、Q21〜Q25、Q31〜Q35、Q40〜Q80、Q110〜Q140は、それぞれ水素、置換もしくは無置換のアルキル基、置換もしくは無置換のアリール基、置換もしくは無置換のアミノ基、置換もしくは無置換のアルコキシ基、置換もしくは無置換のアルキルチオ基、置換もしくは無置換のアリールオキシ基、置換もしくは無置換のアリールチオ基、置換もしくは無置換のアルケニル基、置換もしくは無置換のアラルキル基または置換もしくは無置換の複素環基を表し、これらは同一でも異なるものであってもよい。Q21〜Q25、Q31〜Q35は、隣接する2個以上が互いに結合して環を形成してもよい。
これらの基の具体例は前記式(1)中のQ10等と同様である。
前記式(3)中、Q21〜Q25及びQ31〜Q35は、水素、アリール基、アミノ基、複素環基、アリールオキシ基及びアルケニル基のいずれかが好ましく、特に好ましくはアリール基である、また、これらのうちの少なくとも1群中にはアリール基、アミノ基、複素環基及びアリールオキシ基のいずれか、特に好ましくはアリール基を置換基として有することが好ましい。これらの隣接する2個以上が縮合環を形成してもよい。アリール基、アミノ基、複素環基及びアリールオキシ基の好ましい態様としては、前述のQ10〜Q40と同様である。
また、Q21〜Q25とQ31〜Q35は、それぞれ同じであることが好ましいが、異なっていてもよい。Q21〜Q25及びQ31〜Q35の置換基となるアミノ基としては、アルキルアミノ基、アリールアミノ基、アラルキルアミノ基等いずれでもよい。総炭素数1〜6の脂肪族、及び/または1〜4環芳香族炭素環を有することが好ましい。具体的には、ジメチルアミノ基、ジエチルアミノ基、アブチルアミノ基、ジフェニルアミノ基、ジトリルアミノ基、ビスジフェニルアミノ基、ビスナフチルアミノ基等が挙げられる。
形成される縮合環としては、例えばインデン、ナフタレン、アントラセン、フェナントレン、キノリン、イソキノリン、キノキリン、フェナジン、アクリジン、インドール、カルバゾール、フェノキサジン、フェノチアジン、ベンゾチアゾール、ベンゾチオフェン、ベンゾフラン、アクリドン、ベンゾイミダゾール、クマリン、フラボン等をあげることができる。
Q10、Q40、Q110〜Q140としては、特に水素が好ましい。
また、置換基の置換基としては、アルキル基、アリール基、アルコキシ基が好ましい。アルキル基は炭素数1〜20のアルキル基が好ましい。より好ましくは、炭素数1〜10のアルキル基。さらに好ましくは炭素数1〜5のアルキル基。アルキル基は、直鎖でも分岐していてもよい。一級アルキル基、二級アルキル基、三級アルキル基のいずれでもよい。具体的には、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、sec-ブチル基、tert−ブチル基、n−ペンチル基、n-ヘキシル基、n−ヘプチル基、n−オクチル基、n−ノニル基、n−デシル基があげられる。アリール基は、炭素数6〜30のアリール基が好ましく、より好ましくは、炭素数6〜20のアリール基が好ましい。具体的には、フェニル基、トリル基、キシリル基、フェニルフェニル基(4−フェニルフェニル基、3-フェニルフェニル基、2-フェニルフェニル基)、ナフチルフェニル基(4−(1−ナフチル)フェニル基、4−(2−ナフチル)フェニル基)、ナフチル基(1−ナフチル基、2−ナフチル基)、フェニルナフチル基(6−フェニル−2−ナフチル基、4−フェニル−1−ナフチル基)、ナフチルナフチル基(6−ナフチル−2−ナフチル基、4−ナフチル−1−ナフチル基)、アントラニル基、ファナンチル基、ピレニル基、クリセニル基があげられる。
本発明の一般式(1)で表される芳香族化合物の具体例を以下に示すが、本発明はこれら例示化合物に限定されるものではない。
ドーパントは、前記式(2)で表されるジケトピロロピロール誘導体である。
前記式(2)で表されるアルキル基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基、ペンチル基、イソペンチル基、ネオペンチル基、tert−ペンチル基、へキシル基、イソヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基、デシル基、ウンデシル基、ドデシル基、トリデシル基、テトラデシル基、ペンタデシル基、ヘキサデシル基、ヘプタデシル基、オクタデシル基、ノナデシル基、ベンジル基等がある。
アルケニル基としては、ビニル基、1−プロペニル基、2−プロペニル基、イソプロペニル基、1−ブテニル基、2−ブテニル基、3−ブテニル基、1,3−ブタジエニル基、1−ペンテニル基、2−ペンテニル基、3−ペンテニル基、4−ペンテニル基、シンナミル基等がある。
アリール基としては、フェニル基、ビフェニル基、ターフェニル基、クオーターフェニル基、o−、m−、及びp−トリル基、キシリル基、o−、m−、及びp−クメニル基、メシチル基、ペンタレニル基、インデニル基、ナフチル基、ビナフタレニル基、ターナフタレニル基、クオーターナフタレニル基、アズレニル基、ヘプタレニル基、ビフェニレニル基、インダセニル基、フルオランテニル基、アセナフチニル基、アセアントニレニル基、フェナレニル基、フルオレニル基、アントリル基、ビアントラセニル基、ターアントラセニル基、クオーターアントラセニル基、アントラキノリル基、フェナントリル基、トリフェニレニル基、ピレニル基、クリセニル基、ナフタセニル基、プレイアデニル基、ピセニル基、ペリレニル基、ペンタフェニル基、ペンタセニル基、テトラフェニレニル基、ヘキサフェニル基、ヘキサセニル基、ルビセニル基、コロネニル基、トリナフチレニル基、ヘプタフェニル基、ヘプタセニル基、ピラントレニル基、オバレニル基等がある。
複素環基としては、チエニル基、ベンゾ[b]チエニル基、ナフト[2,3,−b]チエニル基、チアントレニル基、フリル基、ピラニル基、イゾベンゾフラニル基、クロメニル基、キサンテニル基、フェノキサチイニル基、2H−ピロリル基、ピロリル基、イミダゾリル基、ピラゾリル基、ピリジル基、ピラジニル基、ピロミジル基、ピリダジニル基、インドリジニル基、イソインドリル基、3H−インドリル基、インドリル基、1H−インダゾリル基、プリニル基、4H−キノリジニル基、イソキノリル基、キノリル基、フタラジニル基、ナフチリジニル基、キノキサニリル基、キナゾリニル基、シンノリニル基、プテリジニル基、4aH−カルバゾリル基、カルバゾリル基、β−カルバゾリル基、フェナントリジニル基、アクリジニル基、ペリミジジニル基、フェナントロリニル基、フェナジニル基、フェナルサジニル基、イソチアゾリル基、フェノチアジニル基、イソキサゾリル基、フラザニル基、フェノキサジニル基、イソクロマニル基、クロマニル基、ピロリジニル基、ピロリニル基、イミダゾリジニル基、イミダゾリニル基、ピラゾリジニル基、ピラゾリニル基、ピペリジル基、ピペラジニル基、インドリニル基、イソインドリニル基、キヌクリジニル基、モルホリニル基等がある。
これらのアルキル基、アルケニル基、アリール基、複素環基は、さらに、アルキル基、アルケニル基、アリール基、複素環基などで置換されていてもよく、アルキル基、アリール基が好ましい。
アルキル基は炭素数1〜20のアルキル基が好ましい。より好ましくは、炭素数1〜10のアルキル基。さらに好ましくは炭素数1〜5のアルキル基。アルキル基は、直鎖でも分岐していてもよい。一級アルキル基、二級アルキル基、三級アルキル基のいずれでもよい。
具体的には、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、sec-ブチル基、tert−ブチル基、n−ペンチル基、n-ヘキシル基、n−ヘプチル基、n−オクチル基、n−ノニル基、n−デシル基があげられる。アリール基は、炭素数6〜30のアリール基が好ましく、より好ましくは、炭素数6〜20のアリール基が好ましい。具体的には、フェニル基、フェニルフェニル基(4−フェニルフェニル基、3-フェニルフェニル基、2-フェニルフェニル基)、ナフチルフェニル基(4−(1−ナフチル)フェニル基、4−(2−ナフチル)フェニル基)、ナフチル基(1−ナフチル基、2−ナフチル基)、フェニルナフチル基(6−フェニル−2−ナフチル基、4−フェニル−1−ナフチル基)、ナフチルナフチル基(6−ナフチル−2−ナフチル基、4−ナフチル−1−ナフチル基)、アントラニル基、ファナンチル基、ピレニル基、クリセニル基があげられる。
また、R5及びR6のアリール基、複素環基としては、前記のものが使用できるが、さらに、具体的に化学構造式を挙げるならば、下記のものが例示できる。
式中、R8、R9及びR10はそれぞれ独立に水素原子、ハロゲン原子、アルキル基、アルコキシ基、アルキルチオ基、アルキルアミノ基、アリールアミノ基、シアノ基、トリフルオロメチル基、アルケニル基、アリール基、あるいは複素環基を表す。
前記式(2)で表されるジケトピロロピロール誘導体は、下記式(2−1)で表されることが好ましい。
前記式(2−1)中、R1およびR2は、それぞれ独立に、置換もしくは未置換のアルキレン基を表し、R3およびR4は、それぞれ独立に、置換もしくは未置換の脂肪族複素環基または下記式(2−2)で表される置換基を表す。R5〜R14は、それぞれ独立に、水素原子、または、置換基を表すが、R5〜R14の少なくとも1つは下記式(2−3)で表されるアミノ基である。
前記式(2−2)中、Xは酸素原子または硫黄原子を表し、R15は、置換もしくは未置換の1価の脂肪族炭化水素、置換もしくは未置換の1価の芳香族炭化水素、置換もしくは未置換の1価の芳香族複素環基を表す。
前記式(2−3)中、R16およびR17はそれぞれ独立に、水素原子、置換もしくは未置換の1価の脂肪族炭化水素、置換もしくは未置換の1価の芳香族炭化水素、置換もしくは未置換の1価の芳香族複素環基を表す。
また、前記式(2)で表されるジケトピロロピロール誘導体は、下記式(2−4)で表されることが好ましい。
前記式(2−4)中、R1〜R6は、それぞれ独立に未置換もしくは置換基を有する、アルキル基、アリール基あるいは複素環基を表す。
前記式(2−4)中、R1及びR2は、それぞれ独立に置換もしくは無置換のアルキレン基を表し、R3及びR4は、それぞれ独立に、置換もしくは無置換の脂肪族複素環基または下記式(2−5)で表される置換基を表す。R5〜R12は、それぞれ独立に、水素原子、または置換基を表す。R18〜R21は、それぞれ独立に、水素原子、置換もしくは無置換の1価の脂肪族炭化水素基、置換もしくは無置換の1価の芳香族炭化水素基、置換もしくは無置換の1価の芳香族複素環基を表す。
前記式(2−5)中、Xは酸素原子または硫黄原子を表し、R15は、置換もしくは無置換の1価の脂肪族炭化水素、置換もしくは無置換の1価の芳香族炭化水素、置換もしくは無置換の1価の芳香族複素環基を表す。
また、前記式(2)で表されるジケトピロロピロール誘導体は、下記式(2−6)で表されることが好ましい。
前記式(2−6)中、R1及びR2は、それぞれ独立に置換もしくは無置換のアルキレン基を表し、R3及びR4は、それぞれ独立に、置換もしくは無置換の脂肪族複素環基または下記式(2−7)で表される置換基を表す。R5〜R12は、それぞれ独立に、水素原子、または置換基を表す。R5〜R12及びR22〜R41は、それぞれ独立に、水素原子、または、置換基を表す。
前記式(2−7)中、Xは酸素原子または硫黄原子を表し、R15は、置換もしくは無置換の1価の脂肪族炭化水素、置換もしくは無置換の1価の芳香族炭化水素、置換もしくは無置換の1価の芳香族複素環基を表す。
前記式(2−1)で表されるジケトピロロピロール化合物において、R1及びR2は、置換もしくは無置換のアルキレン基を表す。R3及びR4は、置換もしくは無置換の脂肪族複素環基または前記式(2−2)で表される置換基を表す。R5〜R14は、水素原子、または置換基を表すが、R5〜R14の少なくとも1つは前記式(2−2)で表されるアミノ基である。
置換基としては、1価の脂肪族炭化水素基、1価の芳香族炭化水素基、ハロゲン原子、アルコキシル基、アリールオキシ基、アルキルチオ基、アリールチオ基、アシル基、アルコキシカルボニル基、アリールオキシカルボニル基、アルキルスルホニル基、アリールスルホニル基、トリアルキルシリル基、シアノ基、アミノ基等が挙げられる。
アルキレン基としては、メチレン基、エチレン基、プロピレン基、ブチレン基、sec−ブチレン基、tert−ブチレン基、ペンチレン基、ヘキシレン基、ヘプチレン基、オクチレン基等の炭素数1〜10のアルキレン基が挙げられる。
脂肪族複素環基としては、1,3−ジオキソラニル基、1,3−ジオキサニル基、1,4−ジオキサニル基、2−テトラヒドロフリル基、2−モノホリノ基、4−モノホリノ基、ピペリジノ基等の炭素数3〜18の1価の脂肪族複素環基が挙げられる。
1価の脂肪族炭化水素基としては炭素数1〜18の1価の脂肪族炭化水素基を指し、そのようなものとしては、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、シクロアルキル基が挙げられる。
アルキル基としては、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、ペンチル基、イソペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、デシル基、トデシル基、ペンタデシル基、オクタデシル基、といった炭素数1〜18のアルキル基が挙げられる。
アルケニル基としては、ビニル基、1−プロペニル基、2−プロペニル基、イソプロペニル基、1−ブテニル基、2−ブテニル基、3−ブテニル基、1−オクテニル基、1−デセニル基、1−オクタデセニル基といった炭素数2〜18のアルケニル基が挙げられる。
アルキニル基としては、エチニル基、1−プロピニル基、2−プロピニル基、1−ブチニル基、2−ブチニル基、3−ブチニル基、1−オクチニル基、1−デシニル基、1−オクタデシニル基といった炭素数2〜18のアルキニル基が挙げられる。
シクロアルキル基としては、シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロヘプチル基、シクロオクチル基、シクロオクタデシル基、2−ボロニル基、2−イソボルニル基、1−アダマンチル基といった炭素数3〜18のシクロアルキル基が挙げられる。
1価の芳香族炭化水素基としては、炭素数6〜30の1価の単環、縮合環、環集合芳香族炭化水素基が挙げられる。炭素数6〜30の1価の単環芳香族炭化水素基としては、フェニル基、o−トリル基、m−トリル基、p−トリル基、2,4−キシリル基、p−クメニル基、メシチル基等の炭素数6〜30の1価の単環芳香族炭化水素基が挙げられる。
1価の縮合環芳香族炭化水素基としては、1−ナフチル基、2−ナフチル基、1−アンスリル基、2−アンスリル基、5−アンスリル基、1−フェナンスリル基、9−フェナンスリル基、1−アセナフチル基、2−アズレニル基、1−ピレニル基、2−トリフェニレル基、1−ピレニル基、2−ピレニル基、1−ペリレニル基、2−ペリレニル基、3−ペリレニル基、2−トレフェニレニル基、2−インデニル基、1−アセナフチレニル基、2−ナフタセニル基、2−ペンタセニル基等の炭素数10〜30の1価の縮合環炭化水素基が挙げられる。
1価の環集合芳香族炭化水素基としては、o−ビフェニリル基、m−ビフェニリル基、p−ビフェニリル基、テルフェニリル基、7−(2−ナフチル)−2−ナフチル基等の炭素数12〜30の1価の環集合炭化水素基が挙げられる。
1価の芳香族複素環基としては、2−フリル基、3−フリル基、2−チエニル基、3−チエニル基、N−ピロリル基、2−ベンゾフリル基、2−ベンゾチエニル基、2−ピロジル基、3−ピリジル基、4−ピリジル基、2−キノリル基、5−イソキノリル基等の炭素数3〜30の1価の芳香族複素環基が挙げられる。
ハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子が挙げられる。
アルコキシル基としては、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、ブトキシ基、tert−ブトキシ基、オクチルオキシ基、tert−オクチルオキシ基、2−ボルニルオキシ基、2−イソボルニルオキシ基、1−アダマンチルオキシ基等の炭素数1〜18のアルコキシ基が挙げられる。
アリールオキシ基としては、フェノキシ基、4−tert−ブチルフェノキシ基、1−ナフチルオキシ基、2−ナフチルオキシ基、9−アンスリルオキシ基といった炭素数6〜30のアリールオキシ基が挙げられる。
アルキルチオ基としては、メチルチオ基、エチルチオ基、tert−ブチルチオ基、ヘキシルチオ基、オクチルチオ基といった炭素数1〜18のアルキルチオ基が挙げられる。
アリールチオ基としては、フェニルチオ基、2−メチルフェニルチオ基、4−tert−ブチルフェニルチオ基といった炭素数6〜30のアリールチオ基が挙げられる。
アシル基としては、アセチル基、プロピオニル基、ピバロイル基、シクロヘキシルカルボニル基、ベンゾイル基、トルオイル基、アニソイル基、シンナモイル基等の炭素数2〜18のアシル基が挙げられる。
アルコキシカルボニル基としては、メトキシカルボニル基、エトキシカルボニル基、ベンジルオキシカルボニル基等の炭素数2〜18のアルコキシカルボニル基が挙げられる。
アリールオキシカルボニル基としては、フェノキシカルボニル基、ナフチルオキシカルボニル基等の炭素数7〜30のアリールオキシカルボニル基が挙げられる。
アルキルスルホニル基としては、メシル基、エチルスルホニル基、プロピルスルホニル基等の炭素数1〜18のアルキルスルホニル基が挙げられる。
アリールスルホニル基としては、ベンゼンスルホニル基、p−トルエンスルホニル基等の炭素数6〜30のアリールスルホニル基が挙げられる。
トリアルキルシリル基としては、トリメチルシリル基、トリエチルシリル基、ジメチルエチルシリル基、トリイソプロピルシリル基、トリブチルシリル基等の炭素数6〜18のトリアルキルシリル基が挙げられる。
アミノ基としては、ジエチルアミノ基、ジブチルアミノ基、ジフェニルアミノ基、ジトリルアミノ基、エチルフェニルアミノ基等の炭素数6〜30のアミノ基が挙げられる。
これら置換基は、さらに他の置換基によって置換されていても良く、また、これら置換基同士が結合し、環を形成していても良い。
前記式(2−2)において、R15は置換もしくは無置換の1価の脂肪族炭化水素基、置換もしくは無置換の1価の芳香族炭化水素基、置換もしくは無置換の1価の芳香族複素環基を表す。ここで、1価の脂肪族炭化水素基、1価の芳香族炭化水素基、1価の芳香族複素環基としては、前記式(2−1)における1価の脂肪族炭化水素基、1価の芳香族炭化水素基、1価の芳香族複素環基と同義である。
前記式(2−3)において、R16及びR17は、水素原子、1価の脂肪族炭化水素基、1価の芳香族炭化水素基、1価の芳香族複素環基を表す。ここで、1価の脂肪族炭化水素基、1価の芳香族炭化水素基、1価の芳香族複素環基としては、前記式(2−1)における1価の脂肪族炭化水素基、1価の芳香族炭化水素基、1価の芳香族複素環基と同義である。
前記式(2−4)において、R18〜R21は、水素原子、1価の脂肪族炭化水素基、1価の芳香族炭化水素基、1価の芳香族複素環基を表す。ここで、1価の脂肪族炭化水素基、1価の芳香族炭化水素基、1価の芳香族複素環基としては、前記式(2−1)における1価の脂肪族炭化水素基、1価の芳香族炭化水素基、1価の芳香族複素環基と同義である。
前記式(2−6)において、R22〜R41は、水素原子、または置換基を表す。ここで置換基としては前記式(2−1)における置換基と同義であり、1価の脂肪族炭化水素基、1価の芳香族炭化水素基、1価の脂肪族複素環基、1価の芳香族複素環基、ハロゲン原子、アルコキシル基、アリールオキシ基、アルキルチオ基、アリールチオ基、アシル基、アルコキシカルボニル基、アリールオキシカルボニル基、アルキルスルホニル基、アリールスルホニル基、トリアルキルシリル基、シアノ基、アミノ基等が挙げられる。
また、R1〜R41の置換基における炭素数としては、1〜18が好ましく、1〜12がより好ましい。この理由として、これら置換基の炭素数が多くなると、蒸着によって素子を作製する場合の蒸着性が悪くなるといった懸念があるためである。
ジケトピロロピロール化合物の分子量としては、2000以下が好ましく、1500以下がより好ましく、1000以下が特に好ましい。この理由として、分子量が大きいと、蒸着によって素子を作製する場合の蒸着性が悪くなるといった懸念があるためである。
本発明の一般式(2)で表されるジケトピロロピロール化合物の具体例を以下に示すが、本発明はこれら例示化合物に限定されるものではない。
[正孔輸送層および正孔注入層]
正孔輸送層は発光層への正孔注入を助け、発光領域まで輸送する層であって、正孔移動度が大きく、イオン化エネルギーが通常5.5eV以下と小さい。このような正孔輸送層としてはより低い電界強度で正孔を発光層に輸送する材料が好ましく、さらに正孔の移動度が、例えば104〜106V/cmの電界印加時に、少なくとも10−4cm2/V・秒であれば好ましい。
正孔輸送層を形成する材料としては、前記の好ましい性質を有するものであれば特に制限はなく、従来、光導伝材料において正孔の電荷輸送材料として慣用されているものや、EL素子の正孔輸送層に使用される公知のものの中から任意のものを選択して用いることができる。
正孔輸送層は発光層への正孔注入を助け、発光領域まで輸送する層であって、正孔移動度が大きく、イオン化エネルギーが通常5.5eV以下と小さい。このような正孔輸送層としてはより低い電界強度で正孔を発光層に輸送する材料が好ましく、さらに正孔の移動度が、例えば104〜106V/cmの電界印加時に、少なくとも10−4cm2/V・秒であれば好ましい。
正孔輸送層を形成する材料としては、前記の好ましい性質を有するものであれば特に制限はなく、従来、光導伝材料において正孔の電荷輸送材料として慣用されているものや、EL素子の正孔輸送層に使用される公知のものの中から任意のものを選択して用いることができる。
具体例として例えば、トリアゾール誘導体(米国特許3,112,197号明細書等参照)、オキサジアゾール誘導体(米国特許3,189,447号明細書等参照)、イミダゾール誘導体(特公昭37−16096号公報等参照)、ポリアリールアルカン誘導体(米国特許3,615,402号明細書、同第3,820,989号明細書、同第3,542,544号明細書、特公昭45−555号公報、同51−10983号公報、特開昭51−93224号公報、同55−17105号公報、同56−4148号公報、同55−108667号公報、同55−156953号公報、同56−36656号公報等参照)、ピラゾリン誘導体およびピラゾロン誘導体(米国特許第3,180,729号明細書、同第4,278,746号明細書、特開昭55−88064号公報、同55−88065号公報、同49−105537号公報、同55−51086号公報、同56−80051号公報、同56−88141号公報、同57−45545号公報、同54−112637号公報、同55−74546号公報等参照)、フェニレンジアミン誘導体(米国特許第3,615,404号明細書、特公昭51−10105号公報、同46−3712号公報、同47−25336号公報、同54−119925号公報等参照)、アリールアミン誘導体(米国特許第3,567,450号明細書、同第3,240,597号明細書、同第3,658,520号明細書、同第4,232,103号明細書、同第4,175,961号明細書、同第4,012,376号明細書、特公昭49−35702号公報、同39−27577号公報、特開昭55−144250号公報、同56−119132号公報、同56−22437号公報、西独特許第1,110,518号明細書等参照)、アミノ置換カルコン誘導体(米国特許第3,526,501号明細書等参照)、オキサゾール誘導体(米国特許第3,257,203号明細書等に開示のもの)、スチリルアントラセン誘導体(特開昭56−46234号公報等参照)、フルオレノン誘導体(特開昭54−110837号公報等参照)、ヒドラゾン誘導体(米国特許第3,717,462号明細書、特開昭54−59143号公報、同55−52063号公報、同55−52064号公報、同55−46760号公報、同57−11350号公報、同57−148749号公報、特開平2−311591号公報等参照)、スチルベン誘導体(特開昭61−210363号公報、同第61−228451号公報、同61−14642号公報、同61−72255号公報、同62−47646号公報、同62−36674号公報、同62−10652号公報、同62−30255号公報、同60−93455号公報、同60−94462号公報、同60−174749号公報、同60−175052号公報等参照)、シラザン誘導体(米国特許第4,950,950号明細書)、ポリシラン系(特開平2−204996号公報)、アニリン系共重合体(特開平2−282263号公報)、導電性高分子オリゴマー(特にチオフェンオリゴマー)等を挙げることができる。
好ましくは下記式(7)で示す材料が用いられる。
前記式(7)中、Q1およびQ2は少なくとも1個の三級アミンを有する部位であり、Gは連結基である。
さらに好ましくは下記式(8)で示すアミン誘導体である。
前記式(8)において、Ar21〜Ar24は置換もしくは無置換の核炭素数6〜50の芳香族環、又は置換もしくは無置換の核原子数5〜50の複素芳香族環である。R21、R22は置換基であり、s、tはそれぞれ0〜4の整数である。Ar21およびAr22、Ar23およびAr24はそれぞれ互いに連結して環状構造を形成してもよい。R21およびR22もそれぞれ互いに連結して環状構造を形成してもよい。
Ar21〜Ar24の置換基、およびR21、R22は、置換もしくは無置換の核炭素数6〜50の芳香族環、置換もしくは無置換の核原子数5〜50の複素芳香族環、炭素数1〜50のアルキル基、炭素数1〜50のアルコキシ基、炭素数1〜50のアルキルアリール基、炭素数1〜50のアラルキル基、スチリル基、核炭素数6〜50の芳香族環もしくは核原子数5〜50の複素芳香族環で置換されたアミノ基、核炭素数6〜50の芳香族環もしくは核原子数5〜50の複素芳香族環で置換されたアミノ基で置換された核炭素数6〜50の芳香族環もしくは核原子数5〜50の複素芳香族環である。
Ar21〜Ar24の置換基、およびR21、R22は、置換もしくは無置換の核炭素数6〜50の芳香族環、置換もしくは無置換の核原子数5〜50の複素芳香族環、炭素数1〜50のアルキル基、炭素数1〜50のアルコキシ基、炭素数1〜50のアルキルアリール基、炭素数1〜50のアラルキル基、スチリル基、核炭素数6〜50の芳香族環もしくは核原子数5〜50の複素芳香族環で置換されたアミノ基、核炭素数6〜50の芳香族環もしくは核原子数5〜50の複素芳香族環で置換されたアミノ基で置換された核炭素数6〜50の芳香族環もしくは核原子数5〜50の複素芳香族環である。
さらに正孔の注入を助けるために、正孔輸送層の他に別途、正孔注入層を設けることもできる。正孔注入層の材料としては正孔輸送層と同様の材料を使用することができるが、ポルフィリン化合物(特開昭63−295665号公報等に開示のもの)、芳香族第三級アミン化合物およびスチリルアミン化合物(米国特許第4,127,412号明細書、特開昭53−27033号公報、同54−58445号公報、同55−79450号公報、同55−144250号公報、同56−119132号公報、同61−295558号公報、同61−98353号公報、同63−295695号公報等参照)、特に芳香族第三級アミン化合物を用いることが好ましい。
また、米国特許第5,061,569号に記載されている2個の縮合芳香族環を分子内に有する、例えば4,4’−ビス(N−(1−ナフチル)−N−フェニルアミノ)ビフェニル(以下NPDと略記する)、また特開平4−308688号公報に記載されているトリフェニルアミンユニットが3つスターバースト型に連結された4,4’,4”−トリス(N−(3−メチルフェニル)−N−フェニルアミノ)トリフェニルアミン(以下MTDATAと略記する)等を挙げることができる。
この他に特許第03571977号で開示されている下記式(9)で表される含窒素複素環誘導体も用いることができる。
前記式(9)中、R1〜R6は置換または無置換のアルキル基、置換または無置換のアリール基、置換または無置換のアラルキル基、置換または無置換の複素環基のいずれかを示す。但し、R1〜R6は同じでも異なっていてもよい。また、R1とR2,R3とR4、R5とR6またはR1とR6,R2とR3、R4とR5が縮合環を形成していてもよい。
さらに、US2004/113547 A1で開示されている下記式(10)の化合物も用いることができる。
前記式(10)中、R1〜R6は置換基であり、好ましくはシアノ基、ニトロ基、スルホニル基、カルボニル基、トリフルオロメチル基、ハロゲンなどの電子吸引基である。
また、芳香族ジメチリディン系化合物の他、p型Si、p型SiC等の無機化合物も正孔注入層の材料として使用することができる。
正孔注入層、正孔輸送層は上述した化合物を、例えば真空蒸着法、スピンコート法、キャスト法、LB法等の公知の方法により薄膜化することにより形成することができる。正孔注入層、正孔輸送層の膜厚は特に制限はないが、通常は5nm〜5μmである。この正孔注入層、正孔輸送層は正孔輸送帯域に上記化合物を含有していれば、上述した材料の一種又は二種以上からなる一層で構成されてもよいし、又は前記正孔注入層、正孔輸送層とは別種の化合物からなる正孔注入層、正孔輸送層を積層したものであってもよい。
また、有機半導体層も正孔輸送層の一部であるが、これは発光層への正孔注入又は電子注入を助ける層であって、10−10S/cm以上の導電率を有するものが好適である。このような有機半導体層の材料としては、含チオフェンオリゴマーや特開平8−193191号公報に開示してある含アリールアミンオリゴマー等の導電性オリゴマー、含アリールアミンデンドリマー等の導電性デンドリマー等を用いることができる。
[電子注入・輸送層(電子輸送帯域)]
電子輸送層は発光層への電子の注入を助ける層であって、電子移動度が大きい。電子輸送層は数nm〜数μmの膜厚で適宜選ばれるが、特に膜厚が厚いとき、電圧上昇を避けるために、104〜106V/cmの電界印加時に電子移動度が少なくとも10−5cm2/Vs以上であることが望ましい。
電子輸送層としては、前記式(4)、(5)、(6)に表される化合物が好ましい。
電子輸送層は発光層への電子の注入を助ける層であって、電子移動度が大きい。電子輸送層は数nm〜数μmの膜厚で適宜選ばれるが、特に膜厚が厚いとき、電圧上昇を避けるために、104〜106V/cmの電界印加時に電子移動度が少なくとも10−5cm2/Vs以上であることが望ましい。
電子輸送層としては、前記式(4)、(5)、(6)に表される化合物が好ましい。
前記式(5)、(6)中、Rは、水素原子、置換もしくは無置換の炭素数6〜60のアリール基、置換もしくは無置換のピリジル基、置換もしくは無置換のキノリル基、置換もしくは無置換の炭素数1〜20のアルキル基、または置換もしくは無置換の炭素数1〜20のアルコキシ基であり、pは1〜4の整数である。
炭素数6〜60のアリール基としては、フェニル基、1−ナフチル基、2−ナフチル基、1−アントリル基、2−アントリル基、9−アントリル基、1−フェナントリル基、2−フェナントリル基、3−フェナントリル基、4−フェナントリル基、9−フェナントリル基、1−ナフタセニル基、2−ナフタセニル基、9−ナフタセニル基、1−ピレニル基、2−ピレニル基、4−ピレニル基、2−ビフェニルイル基、3−ビフェニルイル基、4−ビフェニルイル基、p−ターフェニル−4−イル基、p−ターフェニル−3−イル基、p−ターフェニル−2−イル基、m−ターフェニル−4−イル基、m−ターフェニル−3−イル基、m−ターフェニル−2−イル基、o−トリル基、m−トリル基、p−トリル基、p−t−ブチルフェニル基、p−(2−フェニルプロピル)フェニル基、3−メチル−2−ナフチル基、4−メチル−1−ナフチル基、4−メチル−1−アントリル基、4’−メチルビフェニルイル基、4”−t−ブチル−p−ターフェニル−4−イル基、フルオランテニル基、フルオレニル基等が好ましく、フェニル基、ナフチル基、ビフェニル基、アントラセニル基、フェナントリル基、ピレニル基、クリセニル基、フルオランテニル基、フルオレニル基等がより好ましい。
炭素数1〜20のアルキル基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、s−ブチル基、イソブチル基、t−ブチル基、n−ペンチル基、n−ヘキシル基、n−ヘプチル基、n−オクチル基、ヒドロキシメチル基、1−ヒドロキシエチル基、2−ヒドロキシエチル基、2−ヒドロキシイソブチル基、1,2−ジヒドロキシエチル基、1,3−ジヒドロキシイソプロピル基、2,3−ジヒドロキシ−t−ブチル基、1,2,3−トリヒドロキシプロピル基、クロロメチル基、1−クロロエチル基、2−クロロエチル基、2−クロロイソブチル基、1,2−ジクロロエチル基、1,3−ジクロロイソプロピル基、2,3−ジクロロ−t−ブチル基、1,2,3−トリクロロプロピル基、ブロモメチル基、1−ブロモエチル基、2−ブロモエチル基、2−ブロモイソブチル基、1,2−ジブロモエチル基、1,3−ジブロモイソプロピル基、2,3−ジブロモ−t−ブチル基、1,2,3−トリブロモプロピル基、ヨードメチル基、1−ヨードエチル基、2−ヨードエチル基、2−ヨードイソブチル基、1,2−ジヨードエチル基、1,3−ジヨードイソプロピル基、2,3−ジヨード−t−ブチル基、1,2,3−トリヨードプロピル基、アミノメチル基、1−アミノエチル基、2−アミノエチル基、2−アミノイソブチル基、1,2−ジアミノエチル基、1,3−ジアミノイソプロピル基、2,3−ジアミノ−t−ブチル基、1,2,3−トリアミノプロピル基、シアノメチル基、1−シアノエチル基、2−シアノエチル基、2−シアノイソブチル基、1,2−ジシアノエチル基、1,3−ジシアノイソプロピル基、2,3−ジシアノ−t−ブチル基、1,2,3−トリシアノプロピル基、ニトロメチル基、1−ニトロエチル基、2−ニトロエチル基、2−ニトロイソブチル基、1,2−ジニトロエチル基、1,3−ジニトロイソプロピル基、2,3−ジニトロ−t−ブチル基、1,2,3−トリニトロプロピル基、シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、4−メチルシクロヘキシル基、1−アダマンチル基、2−アダマンチル基、1−ノルボルニル基、2−ノルボルニル基等が好ましく、等がより好ましい。
炭素数1〜20のアルコキシ基は−OY”’で表される基であり、Y”’の例としては、前記アルキル基で説明したものと同様の例が挙げられる。
炭素数1〜20のアルコキシ基は−OY”’で表される基であり、Y”’の例としては、前記アルキル基で説明したものと同様の例が挙げられる。
上記アリール基、ピリジル基、キノリル基、アルキル基又はアルコキシ基の置換基としては、置換もしくは無置換の核炭素数6〜50のアリール基、置換もしくは無置換の核原子数5〜50の芳香族複素環基、置換もしくは無置換の炭素数1〜50のアルキル基、置換もしくは無置換の炭素数1〜50のアルコキシ基、置換もしくは無置換の炭素数1〜50のアラルキル基、置換もしくは無置換の核原子数5〜50のアリールオキシ基、置換もしくは無置換の核原子数5〜50のアリールチオ基、置換もしくは無置換の炭素数1〜50のカルボキシル基、ハロゲン基、シアノ基、ニトロ基、ヒドロキシル基等が挙げられる。
pは1〜4の整数であり、1〜3であることが好ましく、1または2であることがより好ましい。
なお、Rは水素であることが好ましい。
なお、Rは水素であることが好ましい。
R11は、置換もしくは無置換の炭素数6〜60のアリール基、置換もしくは無置換のピリジル基、置換基を有していてもよいキノリル基、置換もしくは無置換の炭素数1〜20のアルキル基又は炭素数1〜20のアルコキシ基であり、各基および置換基の例としては、上記Rと同様である。
R12は、水素原子、置換もしくは無置換の炭素数6〜60のアリール基、置換もしくは無置換のピリジル基、置換もしくは無置換のキノリル基、置換もしくは無置換の炭素数1〜20のアルキル基又は置換もしくは無置換の炭素数1〜20のアルコキシ基であり、各基および置換基の例としては、上記Rと同様である。
Lは、置換もしくは無置換の炭素数6〜60のアリーレン基、置換もしくは無置換のピリジニレン基、置換もしくは無置換のキノリニレン基又は置換もしくは無置換のフルオレニレン基である。
炭素数6〜60のアリーレン基としては、炭素数6〜60のアリール基で説明した置換基から、さらに1つの水素原子を除くことによりできる2価の置換基等が好ましく、フェニレン基、ナフチレン基、ビフェニレン基、アントラセニレン基、フェナントリレン基、ピレニレン基、クリセニレン基、フルオランテニレン基、フルオレニレン基がより好ましい。
炭素数6〜60のアリーレン基としては、炭素数6〜60のアリール基で説明した置換基から、さらに1つの水素原子を除くことによりできる2価の置換基等が好ましく、フェニレン基、ナフチレン基、ビフェニレン基、アントラセニレン基、フェナントリレン基、ピレニレン基、クリセニレン基、フルオランテニレン基、フルオレニレン基がより好ましい。
上記アリーレン基、ピリジニレン基、キノリニレン基又はフルオレニレン基の置換基の例としては、上記Rと同様である。
Ar1は、置換もしくは無置換の炭素数6〜60(好ましくは炭素数6〜30)のアリール基、置換もしくは無置換のピリジル基又は置換基を有していてもよいキノリル基である。
炭素数6〜60のアリール基、およびアリール基、ピリジル基およびキノリル基の置換基としては、上記Rと同様である。
炭素数6〜60のアリール基、およびアリール基、ピリジル基およびキノリル基の置換基としては、上記Rと同様である。
前記式(5)で表されるベンゾイミダゾール誘導体は、好ましくは、Rが水素、R11がアリール基、Lが炭素数6〜30(より好ましくは炭素数6〜20)のアリーレン基およびAr1が炭素数6〜30のアリール基である。
前記式(6)で表されるベンゾイミダゾール誘導体は、好ましくは、Rが水素、R12がアリール基、Lが炭素数6〜30(より好ましくは炭素数6〜20)のアリーレン基およびAr1が炭素数6〜30のアリール基である。
電子輸送層としては、前記式(4)、(5)、(6)に表される化合物が好ましいが、これに限らず以下の8−ヒドロキシキノリン、及びその誘導体の金属錯体又は含窒素複素環を有する化合物等も好適に用いられる。
上記8−ヒドロキシキノリン又はその誘導体の金属錯体の具体例としては、オキシン(一般に8−キノリノール又は8−ヒドロキシキノリン)のキレートを含む金属キレートオキシノイド化合物が挙げられる。例えば中心金属としてAlを有するAlq錯体を電子輸送層として用いることができる。
一方オキサジアゾール誘導体としては、以下の一般式で表される電子伝達化合物が挙げられる。
一方オキサジアゾール誘導体としては、以下の一般式で表される電子伝達化合物が挙げられる。
上記式中Ar321,Ar322,Ar323,Ar325,Ar326,Ar329はそれぞれ置換もしくは無置換のアリール基を示し、それぞれ互いに同一であっても異なっていてもよい。またAr324,Ar327,Ar328は置換もしくは無置換のアリーレン基を示し、それぞれ同一であっても異なっていてもよい。
ここでアリール基としてはフェニル基、ビフェニル基、アントラニル基、ペリレニル基、ピレニル基が挙げられる。またアリーレン基としてはフェニレン基、ナフチレン基、ビフェニレン基、アントラニレン基、ペリレニレン基、ピレニレン基等が挙げられる。また置換基としては炭素数1〜10のアルキル基、炭素数1〜10のアルコキシ基又はシアノ基等が挙げられる。この電子伝達化合物は薄膜形成性のものが好ましい。
上記電子伝達性化合物の具体例としては下記のものを挙げることができる。
上記電子伝達性化合物の具体例としては下記のものを挙げることができる。
Meはメチル基、Buはブチル基を表す。
特開平09−087616に示されている下記式で表されるシラシクロペンタジエン誘導体もまた、電子輸送層として好適に用いられる。
上記式中、X351及びY351は、それぞれ独立に炭素数1から6までの飽和若しくは不飽和の炭化水素基、アルコキシ基、アルケニルオキシ基、アルキニルオキシ基、ヒドロキシ基、置換若しくは無置換のアリール基、置換若しくは無置換のヘテロ環又はX351とY351が結合して飽和又は不飽和の環を形成した構造であり、R351〜R354は、それぞれ独立に水素、ハロゲン、置換もしくは無置換の炭素数1から6までのアルキル基、アルコキシ基、アリールオキシ基、パーフルオロアルキル基、パーフルオロアルコキシ基、アミノ基、アルキルカルボニル基、アリールカルボニル基、アルコキシカルボニル基、アリールオキシカルボニル基、アゾ基、アルキルカルボニルオキシ基、アリールカルボニルオキシ基、アルコキシカルボニルオキシ基、アリールオキシカルボニルオキシ基、スルフィニル基、スルフォニル基、スルファニル基、シリル基、カルバモイル基、アリール基、ヘテロ環基、アルケニル基、アルキニル基、ニトロ基、ホルミル基、ニトロソ基、ホルミルオキシ基、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もしくはシアノ基又は隣接した場合には置換若しくは無置換の環が縮合した構造である。
特開平09−194487に示されている下記式で表されるシラシクロペンタジエン誘導体もまた、電子輸送層として好適に用いられる。
上記式中、X361及びY361は、それぞれ独立に炭素数1から6までの飽和もしくは不飽和の炭化水素基、アルコキシ基、アルケニルオキシ基、アルキニルオキシ基、置換もしくは無置換のアリール基、置換もしくは無置換のヘテロ環又はX361とY361が結合して飽和もしくは不飽和の環を形成した構造であり、R361〜R364は、それぞれ独立に水素、ハロゲン、置換もしくは無置換の炭素数1から6までのアルキル基、アルコキシ基、アリールオキシ基、パーフルオロアルキル基、パーフルオロアルコキシ基、アミノ基、アルキルカルボニル基、アリールカルボニル基、アルコキシカルボニル基、アリールオキシカルボニル基、アゾ基、アルキルカルボニルオキシ基、アリールカルボニルオキシ基、アルコキシカルボニルオキシ基、アリールオキシカルボニルオキシ基、スルフィニル基、スルフォニル基、スルファニル基、シリル基、カルバモイル基、アリール基、ヘテロ環基、アルケニル基、アルキニル基、ニトロ基、ホルミル基、ニトロソ基、ホルミルオキシ基、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、もしくはシアノ基又は隣接した場合には置換もしくは無置換の環が縮合した構造である(但し、R361及びR364がフェニル基の場合、X361及びY361は、アルキル基及びフェニル基ではなく、R361及びR364がチエニル基の場合、X361及びY361は、一価炭化水素基を、R362及びR363は、アルキル基、アリール基、アルケニル基又はR362とR363が結合して環を形成する脂肪族基を同時に満たさない構造であり、R361及びR364がシリル基の場合、R362、R363、X361及びY361は、それぞれ独立に、炭素数1から6の一価炭化水素基又は水素原子でなく、R361及びR362でベンゼン環が縮合した構造の場合、X361及びY361は、アルキル基及びフェニル基ではない)。
特再第2000−040586号公報に示されているに示されている下記式で表されるボラン誘導体もまた、電子輸送層として好適に用いられる。
上記式中、R371〜R378及びZ372は、それぞれ独立に、水素原子、飽和もしくは不飽和の炭化水素基、芳香族基、ヘテロ環基、置換アミノ基、置換ボリル基、アルコキシ基又はアリールオキシ基を示し、X371、Y371及びZ371は、それぞれ独立に、飽和もしくは不飽和の炭化水素基、芳香族基、ヘテロ環基、置換アミノ基、アルコキシ基又はアリールオキシ基を示し、Z371とZ372の置換基は相互に結合して縮合環を形成してもよく、nは1〜3の整数を示し、nが2以上の場合、Z371は異なってもよい。但し、nが1、X371、Y371及びR372がメチル基であって、R378が水素原子又は置換ボリル基の場合、及びnが3でZ371がメチル基の場合を含まない。
特開平10−088121に示されている下記式で示される化合物もまた、電子輸送層として好適に用いられる。
上記式中、Q381及びQ382は、それぞれ独立に、下記式で示される配位子を表し、L381は、ハロゲン原子、置換もしくは未置換のアルキル基、置換もしくは未置換のシクロアルキル基、置換もしくは未置換のアリール基、置換もしくは未置換の複素環基、−OR391(R391は水素原子、置換もしくは未置換のアルキル基、置換もしくは未置換のシクロアルキル基、置換もしくは未置換のアリール基又は置換もしくは未置換の複素環基である。)又は−O−Ga−Q391(Q392)(Q391及びQ392は、Q381及びQ382と同じ意味を表す。)で示される配位子を表す。
上記式中、環A401及びA402は、互いに結合した置換もしくは未置換のアリール環又は複素環構造である。
上記式の配位子を形成する環A401及びA402の置換基の具体的な例を挙げると、塩素、臭素、ヨウ素、フッ素のハロゲン原子、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ステアリル基、トリクロロメチル基等の置換もしくは未置換のアルキル基、フェニル基、ナフチル基、3−メチルフェニル基、3−メトキシフェニル基、3−フルオロフェニル基、3−トリクロロメチルフェニル基、3−トリフルオロメチルフェニル基、3−ニトロフェニル基等の置換もしくは未置換のアリール基、メトキシ基、n−ブトキシ基、tert−ブトキシ基、トリクロロメトキシ基、トリフルオロエトキシ基、ペンタフルオロプロポキシ基、2,2,3,3−テトラフルオロプロポキシ基、1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロ−2−プロポキシ基、6−(パーフルオロエチル)ヘキシルオキシ基等の置換もしくは未置換のアルコキシ基、フェノキシ基、p−ニトロフェノキシ基、p−tert−ブチルフェノキシ基、3−フルオロフェノキシ基、ペンタフルオロフェニル基、3−トリフルオロメチルフェノキシ基等の置換もしくは未置換のアリールオキシ基、メチルチオ基、エチルチオ基、tert−ブチルチオ基、ヘキシルチオ基、オクチルチオ基、トリフルオロメチルチオ基等の置換もしくは未置換のアルキルチオ基、フェニルチオ基、p−ニトロフェニルチオ基、ptert−ブチルフェニルチオ基、3−フルオロフェニルチオ基、ペンタフルオロフェニルチオ基、3−トリフルオロメチルフェニルチオ基等の置換もしくは未置換のアリールチオ基、シアノ基、ニトロ基、アミノ基、メチルアミノ基、ジエチルアミノ基、エチルアミノ基、ジエチルアミノ基、ジプロピルアミノ基、ジブチルアミノ基、ジフェニルアミノ基等のモノ又はジ置換アミノ基、ビス(アセトキシメチル)アミノ基、ビス(アセトキシエチル)アミノ基、ビスアセトキシプロピル)アミノ基、ビス(アセトキシブチル)アミノ基等のアシルアミノ基、水酸基、シロキシ基、アシル基、メチルカルバモイル基、ジメチルカルバモイル基、エチルカルバモイル基、ジエチルカルバモイル基、プロイピルカルバモイル基、ブチルカルバモイル基、フェニルカルバモイル基等のカルバモイル基、カルボン酸基、スルフォン酸基、イミド基、シクロペンタン基、シクロヘキシル基等のシクロアルキル基、フェニル基、ナフチル基、ビフェニル基、アントラニル基、フェナントリル基、フルオレニル基、ピレニル基等のアリール基、ピリジル基、ピラジニル基、ピリミジニル基、ピリダジニル基、トリアジニル基、インドリニル基、キノリル基、アクリジニル基、ピロリジニル基、ジオキサニル基、ピペリジニル基、モルフォリジニル基、ピペラジニル基、カルバゾリル基、フラニル基、チオフェニル基、オキサゾリル基、オキサジアゾリル基、ベンゾオキサゾリル基、チアゾリル基、チアジアゾリル基、ベンゾチアゾリル基、トリアゾリル基、イミダゾリル基、ベンゾイミダゾリル基等の複素環基等がある。また、以上の置換基同士が結合してさらなる6員アリール環もしくは複素環を形成してもよい。
本発明の好ましい形態に、電子を輸送する領域又は陰極と有機層の界面領域に、還元性ドーパントを含有する素子がある。ここで、還元性ドーパントとは、電子輸送性化合物を還元する物質と定義される。従って、一定の還元性を有するものであれば、様々なものが用いられ、例えば、アルカリ金属、アルカリ土類金属、希土類金属、アルカリ金属の酸化物、アルカリ金属のハロゲン化物、アルカリ土類金属の酸化物、アルカリ土類金属のハロゲン化物、希土類金属の酸化物又は希土類金属のハロゲン化物、アルカリ金属の有機錯体、アルカリ土類金属の有機錯体、希土類金属の有機錯体からなる群から選択される少なくとも一つの物質を好適に使用することができる。
また、より具体的に、好ましい還元性ドーパントとしては、仕事関数が2.9eV以下のものが好ましく、Na(仕事関数:2.36eV)、K(仕事関数:2.28eV)、Rb(仕事関数:2.16eV)およびCs(仕事関数:1.95eV)からなる群から選択される少なくとも一つのアルカリ金属や、Ca(仕事関数:2.9eV)、Sr(仕事関数:2.0〜2.5eV)、およびBa(仕事関数:2.52eV)からなる群より選択される少なくとも一つのアルカリ土類金属が挙げられる。これらのうち、より好ましい還元性ドーパントは、K、RbおよびCsからなる群より選択される少なくとも一つのアルカリ金属であり、さらに好ましくは、Rb又はCsであり、最も好ましいのは、Csである。これらのアルカリ金属は、特に還元能力が高く、電子注入域への比較的少量の添加により、有機EL素子における発光輝度の向上や長寿命化が図られる。また、仕事関数が2.9eV以下の還元性ドーパントとして、これら2種以上のアルカリ金属の組み合わせも好ましく、特に、Csを含んだ組み合わせ、例えば、CsとNa、CsとK、CsとRb又はCsとNaとKとの組み合わせであることが好ましい。Csを組み合わせて含むことにより、還元能力を効率的に発揮することができ、電子注入域への添加により、有機EL素子における発光輝度の向上や長寿命化が図られる。
本発明においては陰極と有機層の間に絶縁体や半導体で構成される電子注入層をさらに設けてもよい。この時、電流のリークを有効に防止して、電子注入性を向上させることができる。このような絶縁体としては、アルカリ金属カルコゲナイド、アルカリ土類金属カルコゲナイド、アルカリ金属のハロゲン化物およびアルカリ土類金属のハロゲン化物からなる群より選択される少なくとも一つの金属化合物を使用するのが好ましい。電子注入層がこれらのアルカリ金属カルコゲナイド等で構成されていれば、電子注入性をさらに向上させることができる点で好ましい。具体的に、好ましいアルカリ金属カルコゲナイドとしては、例えば、Li2O、LiO、Na2S、Na2SeおよびNaOが挙げられ、好ましいアルカリ土類金属カルコゲナイドとしては、例えば、CaO、BaO、SrO、BeO、BaS、およびCaSeが挙げられる。また、好ましいアルカリ金属のハロゲン化物としては、例えば、LiF、NaF、KF、LiCl、KClおよびNaCl等が挙げられる。また、好ましいアルカリ土類金属のハロゲン化物としては、例えば、CaF2、BaF2、SrF2、MgF2およびBeF2といったフッ化物や、フッ化物以外のハロゲン化物が挙げられる。
また、電子注入層を構成する半導体としては、Ba、Ca、Sr、Yb、Al、Ga、In、Li、Na、Cd、Mg、Si、Ta、SbおよびZnの少なくとも一つの元素を含む酸化物、窒化物又は酸化窒化物等の一種単独又は二種以上の組み合わせが挙げられる。また、電子注入層を構成する無機化合物が、微結晶又は非晶質の絶縁性薄膜であることが好ましい。電子注入層がこれらの絶縁性薄膜で構成されていれば、より均質な薄膜が形成されるために、ダークスポット等の画素欠陥を減少させることができる。尚、このような無機化合物としては、上述したアルカリ金属カルコゲナイド、アルカリ土類金属カルコゲナイド、アルカリ金属のハロゲン化物およびアルカリ土類金属のハロゲン化物等が挙げられる。
[陰極]
陰極としては、電子注入・輸送層又は発光層に電子を注入するため、仕事関数の小さい(4eV以下)金属、合金、電気伝導性化合物およびこれらの混合物を電極物質とするものが用いられる。このような電極物質の具体例としては、ナトリウム、ナトリウム−カリウム合金、マグネシウム、リチウム、マグネシウム・銀合金、アルミニウム/酸化アルミニウム、アルミニウム・リチウム合金、インジウム、希土類金属等が挙げられる。
陰極としては、電子注入・輸送層又は発光層に電子を注入するため、仕事関数の小さい(4eV以下)金属、合金、電気伝導性化合物およびこれらの混合物を電極物質とするものが用いられる。このような電極物質の具体例としては、ナトリウム、ナトリウム−カリウム合金、マグネシウム、リチウム、マグネシウム・銀合金、アルミニウム/酸化アルミニウム、アルミニウム・リチウム合金、インジウム、希土類金属等が挙げられる。
陰極は、これらの電極物質を蒸着やスパッタリング等の方法で薄膜形成することにより作製される。
ここで上面発光型又はトップエミッション型の有機EL素子の場合、陰極の光透過率は発光層からの発光に対して10%より大きいことが好ましい。
また、陰極としてのシート抵抗は数百Ω/□以下が好ましく、膜厚は通常10nm〜1μm、好ましくは50〜200nmである。
ここで上面発光型又はトップエミッション型の有機EL素子の場合、陰極の光透過率は発光層からの発光に対して10%より大きいことが好ましい。
また、陰極としてのシート抵抗は数百Ω/□以下が好ましく、膜厚は通常10nm〜1μm、好ましくは50〜200nmである。
[絶縁層]
有機EL素子は超薄膜に電界を印可するために、リークやショートによる画素欠陥が生じやすい。これを防止するために、一対の電極間に絶縁性の薄膜層を挿入することが好ましい。
有機EL素子は超薄膜に電界を印可するために、リークやショートによる画素欠陥が生じやすい。これを防止するために、一対の電極間に絶縁性の薄膜層を挿入することが好ましい。
絶縁層に用いられる材料としては例えば酸化アルミニウム、弗化リチウム、酸化リチウム、弗化セシウム、酸化セシウム、酸化マグネシウム、弗化マグネシウム、酸化カルシウム、弗化カルシウム、弗化セシウム、炭酸セシウム、窒化アルミニウム、酸化チタン、酸化珪素、酸化ゲルマニウム、窒化珪素、窒化ホウ素、酸化モリブデン、酸化ルテニウム、酸化バナジウム等が挙げられる。
これらの混合物や積層物を用いてもよい。
これらの混合物や積層物を用いてもよい。
[有機EL素子の作製例]
以上例示した材料および方法により陽極、発光層、必要に応じて正孔注入層、正孔輸送層、電子注入層および電子輸送層を形成し、さらに陰極を形成することにより有機EL素子を作製することができる。また陰極から陽極へ、前記と逆の順序で有機EL素子を作製することもできる。
以上例示した材料および方法により陽極、発光層、必要に応じて正孔注入層、正孔輸送層、電子注入層および電子輸送層を形成し、さらに陰極を形成することにより有機EL素子を作製することができる。また陰極から陽極へ、前記と逆の順序で有機EL素子を作製することもできる。
以下、透光性基板上に陽極/正孔輸送層/発光層/電子輸送層/陰極が順次設けられた構成の有機EL素子の作製例を記載する。
まず、適当な透光性基板上に陽極材料からなる薄膜を1μm以下、好ましくは10〜200nmの範囲の膜厚になるように蒸着やスパッタリング等の方法により形成して陽極を作製する。次にこの陽極上に正孔輸送層を設ける。正孔輸送層の形成は、前述したように真空蒸着法、スピンコート法、キャスト法、LB法等の方法により行うことができるが、均質な膜が得られやすく、かつピンホールが発生しにくい等の点から真空蒸着法により形成することが好ましい。真空蒸着法により正孔輸送層を形成する場合、その蒸着条件は使用する化合物(正孔輸送層の材料)、目的とする正孔輸送層の結晶構造や再結合構造等により異なるが、一般に蒸着源温度50〜450℃、真空度10−7〜10−3torr、蒸着速度0.01〜50nm/秒、基板温度−50〜300℃、膜厚5nm〜5μmの範囲で適宜選択することが好ましい。
まず、適当な透光性基板上に陽極材料からなる薄膜を1μm以下、好ましくは10〜200nmの範囲の膜厚になるように蒸着やスパッタリング等の方法により形成して陽極を作製する。次にこの陽極上に正孔輸送層を設ける。正孔輸送層の形成は、前述したように真空蒸着法、スピンコート法、キャスト法、LB法等の方法により行うことができるが、均質な膜が得られやすく、かつピンホールが発生しにくい等の点から真空蒸着法により形成することが好ましい。真空蒸着法により正孔輸送層を形成する場合、その蒸着条件は使用する化合物(正孔輸送層の材料)、目的とする正孔輸送層の結晶構造や再結合構造等により異なるが、一般に蒸着源温度50〜450℃、真空度10−7〜10−3torr、蒸着速度0.01〜50nm/秒、基板温度−50〜300℃、膜厚5nm〜5μmの範囲で適宜選択することが好ましい。
次に、正孔輸送層上に発光層を設ける。発光層の形成も、所望の有機発光材料を用いて真空蒸着法、スパッタリング、スピンコート法、キャスト法等の方法により有機発光材料を薄膜化することにより形成できるが、均質な膜が得られやすく、かつピンホールが発生しにくい等の点から真空蒸着法により形成することが好ましい。真空蒸着法により発光層を形成する場合、その蒸着条件は使用する化合物により異なるが、一般的に正孔輸送層と同じような条件範囲の中から選択することができる。
次に、この発光層上に電子輸送層を設ける。正孔輸送層、発光層と同様、均質な膜を得る必要から真空蒸着法により形成することが好ましい。蒸着条件は正孔輸送層、発光層と同様の条件範囲から選択することができる。
最後に陰極を積層する。
最後に陰極を積層する。
陰極は金属から構成されるもので、蒸着法、スパッタリングを用いることができる。しかし、下地の有機物層を製膜時の損傷から守るためには真空蒸着法が好ましい。
これまで記載してきた有機EL素子の作製は一回の真空引きで一貫して陽極から陰極まで作製することが好ましい。
これまで記載してきた有機EL素子の作製は一回の真空引きで一貫して陽極から陰極まで作製することが好ましい。
なお、本発明の有機EL素子の各層の形成方法は特に限定されるものではない。従来公知の真空蒸着法、分子線蒸着法、スピンコーティング法、ディッピング法、キャスティング法、バーコート法、ロールコート法等による形成方法を用いることができる。
本発明の有機EL素子の各有機層の膜厚は特に制限されないが、一般に膜厚が薄すぎるとピンホール等の欠陥が生じやすく、逆に厚すぎると高い印加電圧が必要となり効率が悪くなるため、通常は数nmから1μmの範囲が好ましい。なお有機EL素子に電圧を印加する場合、陽極を+、陰極を−の極性にして、3〜40Vの電圧を印可すると発光が観測される。また、逆の極性で電圧を印可しても電流は流れず、発光は全く生じない。さらに交流電圧を印可した場合には陽極が+、陰極が−の極性になった時のみ均一な発光が観測される。印加する交流の波形は任意でよい。
次に、実施例を挙げて本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
[実施例1]
25mm×75mm×0.7mmサイズのガラス基板上に、膜厚130nmのインジウムスズ酸化物からなる透明電極を設けた。このガラス基板をイソプロピルアルコール中で超音波洗浄を5分間行なった後、UV(Ultraviolet)オゾン洗浄を30分間行ない、真空蒸着装置にこの基板を設置した。
25mm×75mm×0.7mmサイズのガラス基板上に、膜厚130nmのインジウムスズ酸化物からなる透明電極を設けた。このガラス基板をイソプロピルアルコール中で超音波洗浄を5分間行なった後、UV(Ultraviolet)オゾン洗浄を30分間行ない、真空蒸着装置にこの基板を設置した。
その基板に、まず、正孔注入層として、N,N’−ビス[4−(N,N-ジフェニルアミノ)フェニル−1−イル]−N,N’−ジフェニル−4,4’−ベンジジンを60nmの厚さに蒸着した後、その上に正孔輸送層として、N、N’−ビス[4’−{N−(ナフチル−1−イル)−N−フェニル}アミノビフェニル−4−イル]−N−フェニルアミンを10nmの厚さに蒸着した。次いで、発光層として、ナフタセン誘導体である下記化合物(A−1)とジケトピロロピロール誘導体である下記化合物(B−1)を重量比40:0.4(=0.99質量%)で同時蒸着し、40nmの厚さに蒸着した。
次に、電子輸送層として、化合物(C−1)を30nmの厚さに蒸着した。
次に弗化リチウムを0.5nmの厚さに蒸着し、次いでアルミニウムを150nmの厚さに蒸着した。このアルミニウム/弗化リチウムは陰極として働く。このようにして有機EL素子を作製した。
得られた素子に通電試験を行なったところ、電流密度10mA/cm2にて、駆動電圧4.6V、発光輝度623cd/m2の赤色発光が得られ、色度座標は(0.66、0.33)、効率は6.23cd/Aであった。また、初期輝度5000cd/m2での直流の連続通電試験を行なったところ、輝度半減寿命は2200時間であった。
[実施例2]
実施例1において、発光層を形成する際に、化合物(A−1)の代わりに下記化合物(A−2)を用いたこと以外は同様にして有機EL素子を作製した。
実施例1において、発光層を形成する際に、化合物(A−1)の代わりに下記化合物(A−2)を用いたこと以外は同様にして有機EL素子を作製した。
得られた素子に通電試験を行なったところ、電流密度10mA/cm2にて、駆動電圧4.6V、発光輝度640cd/m2の赤色発光が得られ、色度座標は(0.66、0.33)、効率は6.40cd/Aであった。また、初期輝度5000cd/m2での直流の連続通電試験を行なったところ、半減寿命は2300時間であった。
[実施例3]
実施例1において、発光層を形成する際に、化合物(A−1)の代わりに下記化合物(A−3)を用いたこと以外は同様にして有機EL素子を作製した。
実施例1において、発光層を形成する際に、化合物(A−1)の代わりに下記化合物(A−3)を用いたこと以外は同様にして有機EL素子を作製した。
得られた素子に通電試験を行なったところ、電流密度10mA/cm2にて、駆動電圧4.5V、発光輝度653cd/m2の赤色発光が得られ、色度座標は(0.66、0.33)、効率は6.53cd/Aであった。また、初期輝度5000cd/m2での直流の連続通電試験を行なったところ、半減寿命は3500時間であった。
[実施例4]
実施例1において、発光層を形成する際に、化合物(B−1)の代わりに下記化合物(B−2)を用いたこと以外は同様にして有機EL素子を作製した。
実施例1において、発光層を形成する際に、化合物(B−1)の代わりに下記化合物(B−2)を用いたこと以外は同様にして有機EL素子を作製した。
得られた素子に通電試験を行なったところ、電流密度10mA/cm2にて、駆動電圧4.6V、発光輝度611cd/m2の赤色発光が得られ、色度座標は(0.66、0.33)、効率は6.11cd/Aであった。また、初期輝度5000cd/m2での直流の連続通電試験を行なったところ、半減寿命は2200時間であった。
[実施例5]
実施例1において、発光層を形成する際に、化合物(B−1)の代わりに下記化合物(B−3)を用いたこと以外は同様にして有機EL素子を作製した。
実施例1において、発光層を形成する際に、化合物(B−1)の代わりに下記化合物(B−3)を用いたこと以外は同様にして有機EL素子を作製した。
得られた素子に通電試験を行なったところ、電流密度10mA/cm2にて、駆動電圧4.5V、発光輝度598cd/m2の赤色発光が得られ、色度座標は(0.66、0.33)、効率は5.98cd/Aであった。また、初期輝度5000cd/m2での直流の連続通電試験を行なったところ、半減寿命は1500時間であった。
[実施例6]
実施例1において、発光層を形成する際に、化合物(B−1)の代わりに下記化合物(B−4)を用いたこと以外は同様にして有機EL素子を作製した。
実施例1において、発光層を形成する際に、化合物(B−1)の代わりに下記化合物(B−4)を用いたこと以外は同様にして有機EL素子を作製した。
得られた素子に通電試験を行なったところ、電流密度10mA/cm2にて、駆動電圧4.6V、発光輝度606cd/m2の赤色発光が得られ、色度座標は(0.66、0.33)、効率は6.06cd/Aであった。また、初期輝度5000cd/m2での直流の連続通電試験を行なったところ、半減寿命は1300時間であった。
[実施例7]
実施例1において、電子輸送層を形成する際に、化合物(C−1)の代わりに下記化合物(C−2)を用いたこと以外は同様にして有機EL素子を作製した。
実施例1において、電子輸送層を形成する際に、化合物(C−1)の代わりに下記化合物(C−2)を用いたこと以外は同様にして有機EL素子を作製した。
得られた素子に通電試験を行なったところ、電流密度10mA/cm2にて、駆動電圧5.3V、発光輝度512cd/m2の赤色発光が得られ、色度座標は(0.64、0.35)、効率は5.12cd/Aであった。また、初期輝度5000cd/m2での直流の連続通電試験を行なったところ、半減寿命は1000時間であった。
[比較例1]
実施例7において、発光層を形成する際に、化合物(A−1)の代わりに化合物(C−2)を用いたこと以外は同様にして有機EL素子を作製した。
実施例7において、発光層を形成する際に、化合物(A−1)の代わりに化合物(C−2)を用いたこと以外は同様にして有機EL素子を作製した。
得られた素子に通電試験を行なったところ、電流密度10mA/cm2にて、駆動電圧6.0V、発光輝度411cd/m2の赤色発光が得られ、色度座標は(0.63、0.35)、効率は4.11cd/Aであった。また、初期輝度5000cd/m2での直流の連続通電試験を行なったところ、半減寿命は600時間であった。
[比較例2]
実施例1において、発光層を形成する際に、化合物(B−1)の代わりに化合物(B−5)を用いたこと以外は同様にして有機EL素子を作製した。
実施例1において、発光層を形成する際に、化合物(B−1)の代わりに化合物(B−5)を用いたこと以外は同様にして有機EL素子を作製した。
得られた素子に通電試験を行なったところ、電流密度10mA/cm2にて、駆動電圧4.7V、発光輝度385cd/m2の赤色発光が得られ、色度座標は(0.64、0.37)、効率は3.85cd/Aであった。また、初期輝度5000cd/m2での直流の連続通電試験を行なったところ、半減寿命は700時間であった。
[比較例3]
実施例1において、発光層を形成する際に、化合物(A−1)の代わりに化合物(C−2)を用いたこと以外は同様にして有機EL素子を作製した。
実施例1において、発光層を形成する際に、化合物(A−1)の代わりに化合物(C−2)を用いたこと以外は同様にして有機EL素子を作製した。
得られた素子に通電試験を行なったところ、電流密度10mA/cm2にて、駆動電圧5.0V、発光輝度432cd/m2の赤色発光が得られ、色度座標は(0.64、0.35)、効率は4.32cd/Aであった。また、初期輝度5000cd/m2での直流の連続通電試験を行なったところ、半減寿命は600時間であった。
実施例7と比較例1とを対比すると、化合物(A−1)をホストとした実施例7のほうが、駆動電圧、発光輝度、色度、発光効率、半減寿命に優れることがわかる。
すなわち、ホストとドーパントとして、化合物(A−1)と化合物(B−1)との組み合わせは、一般的なホスト材料である化合物(C−2)と化合物(B−1)との組み合わせよりも優れる。
すなわち、ホストとドーパントとして、化合物(A−1)と化合物(B−1)との組み合わせは、一般的なホスト材料である化合物(C−2)と化合物(B−1)との組み合わせよりも優れる。
実施例1から実施例6と比較例2、3は、電子輸送層を化合物(C−1)とした場合である。比較例2では、ドーパントを化合物(B−5)とし、比較例3では、ホストを化合物(C−2)としている。これに対し、実施例1から実施例6は、本発明のホストとドーパントの組み合わせである。
その結果、駆動電圧、発光輝度、色度、発光効率、半減寿命の点において、本発明のホストとドーパントの組み合わせが優れている。
その結果、駆動電圧、発光輝度、色度、発光効率、半減寿命の点において、本発明のホストとドーパントの組み合わせが優れている。
すなわち、電子輸送層を構成する化合物によらず、本願発明におけるホスト材料とドーパント材料の組み合わせは、駆動電圧、発光輝度、色度、効率、半減寿命などの性能面で優れている。
さらに、実施例1から実施例6と実施例7とを対比すると、電子輸送材料として化合物(C−1)に代表される本願発明における電子輸送材料を用いることにより、駆動電圧、発光輝度、色度、効率、半減寿命などの性能面で優れた素子を構成できることがわかる。
通常、有機EL素子において、発光領域は発光層内に位置することが好ましい。一方、赤色発光を示す発光材料は、ドーパントのエネルギーギャップが狭いので、電子トラップになりやすい。このため、電子輸送層から発光層に注入された電子は、電子輸送層に近い位置にあるドーパントにトラップされ、発光領域は電子輸送層側に寄りやすい。
実施例7では、色度が緑にシフトしており、化合物(C−2)が発光している。このことから、実施例7では、電子の注入よりも正孔の注入のほうが強く、多くの正孔が発光層を突き抜けて電子輸送層まで達し、電子輸送層を構成する化合物(C−2)で励起子が生成している。また、化合物(C−2)が発光しているため、有機EL素子の半減寿命が短い。
この点、化合物(C−1)に代表される本願発明における電子輸送材料は、電子輸送性が高い。このような電子輸送材料により形成した電子輸送層は、電子を発光層に強く注入することができ、正孔が発光層を突き抜けて電子輸送層まで達することはない。
すなわち、本発明の有機EL素子は、電子輸送層において励起子生成および発光が起こる可能性が低く、高い色純度の発光を高効率で得ることができ、素子全体としての寿命も長い。
また、本発明の電子輸送材料は、ナフタセン誘導体により構成されるホスト、ジケトピロロピロール誘導体により構成されるドーパントと組み合わせた場合において、このような優れた作用効果を得ることができる。
すなわち、本発明の有機EL素子は、電子輸送層において励起子生成および発光が起こる可能性が低く、高い色純度の発光を高効率で得ることができ、素子全体としての寿命も長い。
また、本発明の電子輸送材料は、ナフタセン誘導体により構成されるホスト、ジケトピロロピロール誘導体により構成されるドーパントと組み合わせた場合において、このような優れた作用効果を得ることができる。
また、実施例1、2と実施例3とでは、実施例3の方が寿命が格段に長い。これは実施例3においてホストを化合物A−3としたことによる。このことから、ナフタセン骨格に結合したベンゼン環のオルト位に置換基を有することにより分子会合が防止されて寿命が長くなることが示された。
本発明は、実施例に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲内での改変、改良等は本発明に含まれる。
例えば、実施例1では、ホスト材料としてルブレンを示したが、無置換のルブレンのみならず、置換基を有していてもよい。また、他の実施例で挙げた化合物についても置換基を有していてもよい。
例えば、実施例1では、ホスト材料としてルブレンを示したが、無置換のルブレンのみならず、置換基を有していてもよい。また、他の実施例で挙げた化合物についても置換基を有していてもよい。
本発明の有機EL素子は、各種表示装置、ディスプレイ、バックライト、照明光源、標識、看板、インテリア等の分野に適用でき、特にカラーディスプレイの表示素子として適している。
Claims (16)
- 陰極と、陽極と、前記陰極と前記陽極との間に設けられた発光層と、を備え、
前記発光層は、ホストとドーパントとを含み、
前記ホストは、下記式(1)で表されるナフタセン誘導体であり、
前記ドーパントは、下記式(2)で表されるジケトピロロピロール誘導体である
ことを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子。
式(1)中、Q10、Q20、Q30、Q40、Q50、Q60、Q70、Q80、Q110、Q120、Q130およびQ140は、それぞれ水素、置換もしくは無置換の炭素数1〜20のアルキル基、置換もしくは無置換の炭素数6〜30のアリール基、置換もしくは無置換のアミノ基、置換もしくは無置換の炭素数1〜20のアルコキシ基、置換もしくは無置換の炭素数1〜20のアルキルチオ基、置換もしくは無置換の炭素数6〜30のアリールオキシ基、置換もしくは無置換の炭素数6〜30のアリールチオ基、置換もしくは無置換の炭素数1〜20のアルケニル基、置換もしくは無置換の炭素数7〜30のアラルキル基または置換もしくは無置換の複素環基を表し、これらは同一でも異なるものであってもよい。
式(2)中、R1およびR2は、それぞれ独立に酸素原子、またはシアノ基で置換された窒素原子を表す。また、R3およびR4は、それぞれ独立に水素原子、ハロゲン原子、アルキル基、アルケニル基、アリール基、複素環基、あるいはCOOR7を表す。ここでR7は、アルキル基、アルケニル基、アリール基あるいは複素環基を表す。R5およびR6は、それぞれ独立にアリール基あるいは複素環基を表す。 - 請求項1に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子において、
前記式(2)が下記式(2−1)で表されるジケトピロロピロール誘導体である
ことを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子。
式(2−1)中、R1およびR2は、それぞれ独立に、置換もしくは未置換のアルキレン基を表し、R3およびR4は、それぞれ独立に、置換もしくは未置換の脂肪族複素環基または下記式(2−2)で表される置換基を表す。R5〜R14は、それぞれ独立に、水素原子、または、置換基を表すが、R5〜R14の少なくとも1つは下記式(2−3)で表されるアミノ基である。
式(2−2)中、Xは酸素原子または硫黄原子を表し、R15は、置換もしくは未置換の1価の脂肪族炭化水素、置換もしくは未置換の1価の芳香族炭化水素、置換もしくは未置換の1価の芳香族複素環基を表す。
式(2−3)中、R16およびR17はそれぞれ独立に、水素原子、置換もしくは未置換の1価の脂肪族炭化水素、置換もしくは未置換の1価の芳香族炭化水素、置換もしくは未置換の1価の芳香族複素環基を表す。 - 請求項1に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子において、
前記式(2)が下記式(2−4)で表されるジケトピロロピロール誘導体である
ことを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子。
式(2−4)中、R1〜R6は、それぞれ独立に未置換もしくは置換基を有する、アルキル基、アリール基あるいは複素環基を表す。
式(2−4)中、R1及びR2は、それぞれ独立に置換もしくは無置換のアルキレン基を表し、R3及びR4は、それぞれ独立に、置換もしくは無置換の脂肪族複素環基または下記式(2−5)で表される置換基を表す。R5〜R12は、それぞれ独立に、水素原子、または置換基を表す。R18〜R21は、それぞれ独立に、水素原子、置換もしくは無置換の1価の脂肪族炭化水素基、置換もしくは無置換の1価の芳香族炭化水素基、置換もしくは無置換の1価の芳香族複素環基を表す。
- 請求項1に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子において、
前記式(2)が下記式(2−6)で表されるジケトピロロピロール誘導体である
ことを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子。
- 請求項1に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子において、
前記式(1)で表されるナフタセン誘導体におけるQ10、Q20、Q30およびQ40の1つ以上が置換もしくは無置換の炭素数6〜30のアリール基である
ことを特徴とした有機エレクトロルミネッセンス素子。 - 請求項1または請求項5に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子において、
前記式(1)で表されるナフタセン誘導体が下記式(3)で表される
ことを特徴とした有機エレクトロルミネッセンス素子。
式(3)中、Q10、Q21〜Q25、Q31〜Q35、Q40〜Q80、Q110〜Q140は、それぞれ水素、置換もしくは無置換のアルキル基、置換もしくは無置換のアリール基、置換もしくは無置換のアミノ基、置換もしくは無置換のアルコキシ基、置換もしくは無置換のアルキルチオ基、置換もしくは無置換のアリールオキシ基、置換もしくは無置換のアリールチオ基、置換もしくは無置換のアルケニル基、置換もしくは無置換のアラルキル基または置換もしくは無置換の複素環基を表し、これらは同一でも異なるものであってもよい。Q21〜Q25、Q31〜Q35は、隣接する2個以上が互いに結合して環を形成してもよい。 - 請求項6に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子において、
前記式(3)で表されるナフタセン誘導体におけるQ21、Q25、Q31、Q35の少なくとも1つ以上は、置換もしくは無置換のアルキル基、置換もしくは無置換のアリール基、置換もしくは無置換のアミノ基、置換もしくは無置換のアルコキシ基、置換もしくは無置換のアルキルチオ基、置換もしくは無置換のアリールオキシ基、置換もしくは無置換のアリールチオ基、置換もしくは無置換のアルケニル基、置換もしくは無置換のアラルキル基または複素環基である
ことを特徴とした有機エレクトロルミネッセンス素子。 - 請求項1から請求項7のいずれかに記載の有機エレクトロルミネッセンス素子において、
前記発光層が含有する前記ドーパントのドープ濃度が0.1〜10質量%である
ことを特徴とした有機エレクトロルミネッセンス素子。 - 請求項8に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子において、
前記発光層が含有する前記ドーパントのドープ濃度が0.5〜2.0質量%である
ことを特徴とした有機エレクトロルミネッセンス素子。 - 請求項10に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子において、
前記式(4)で表される化合物におけるAが、アントラセン、フェナントレン、ナフタセン、ピレン、クリセン、ベンゾアントラセン、ペンタセン、ジベンゾアントラセン、ベンゾピレン、フルオレン、ベンゾフルオレン、フルオランテン、ベンゾフルオランテン、ナフトフルオランテン、ジベンゾフルオレン、ジベンゾピレンおよびジベンゾフルオランテンから選択される骨格を分子中に有する
ことを特徴とした有機エレクトロルミネッセンス素子。 - 請求項10または請求項11に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子において、
前記式(4)で表される化合物におけるBが、含窒素複素環基である
ことを特徴とした有機エレクトロルミネッセンス素子。 - 請求項12に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子において、
前記式(4)で表される化合物におけるBが、ピリジン、ピリミジン、ピラジン、ピリダジン、トリアジン、キノリン、キノキサリン、アクリジン、イミダゾピリジン、イミダゾピリミジン、フェナントロリン、ピラゾール、イミダゾールおよびベンゾイミダゾールから選択される骨格を分子中に有する
ことを特徴とした有機エレクトロルミネッセンス素子。 - 請求項13に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子において、
前記式(4)で表される化合物が、下記式(5)又は下記式(6)で表されるベンゾイミダゾール誘導体である
ことを特徴とした有機エレクトロルミネッセンス素子。
(Rは、水素原子、置換もしくは無置換の炭素数6〜60のアリール基、置換もしくは無置換のピリジル基、置換もしくは無置換のキノリル基、置換もしくは無置換の炭素数1〜20のアルキル基、または置換もしくは無置換の炭素数1〜20のアルコキシ基であり、pは1〜4の整数であり、R11は、置換もしくは無置換の炭素数6〜60のアリール基、置換もしくは無置換のピリジル基、置換もしくは無置換のキノリル基、置換もしくは無置換の炭素数1〜20のアルキル基、又は炭素数1〜20のアルコキシ基であり、R12は、水素原子、置換もしくは無置換の炭素数6〜60のアリール基、置換もしくは無置換のピリジル基、置換もしくは無置換のキノリル基、置換もしくは無置換の炭素数1〜20のアルキル基、又は置換もしくは無置換の炭素数1〜20のアルコキシ基であり、Lは、置換もしくは無置換の炭素数6〜60のアリーレン基、置換もしくは無置換のピリジニレン基、置換もしくは無置換のキノリニレン基、または置換もしくは無置換のフルオレニレン基であり、Ar1は、置換もしくは無置換の炭素数6〜60のアリール基、置換もしくは無置換のピリジル基、または、置換もしくは無置換のキノリル基である。
なお、前記R、R11、R12、L、Ar1のうち少なくとも一つが前記式(4)で表される化合物におけるAに相当し、3環以上が縮合した縮合芳香族炭化水素基である。) - 請求項1から請求項14のいずれかに記載の有機エレクトロルミネッセンス素子において、
前記発光層の発光色が橙色〜赤色である
ことを特徴とした有機エレクトロルミネッセンス素子。 - 請求項1から請求項15のいずれかに記載の有機エレクトロルミネッセンス素子を有する
ことを特徴とした表示装置。
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