JPWO2015146418A1 - 有機電界発光素子用材料及びこれを用いた有機電界発光素子 - Google Patents
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Abstract
Description
Xは、N、CH又はCを表し、Xのうち1〜4個はNである。
Rは、炭素数1〜12のアルキル基、炭素数1〜12のアルコキシ基、置換若しくは未置換の炭素数6〜30の芳香族炭化水素基、置換若しくは未置換の炭素数3〜30の芳香族複素環基、又は該置換若しくは未置換の芳香族環が2〜6つ連結して構成される連結芳香族基を表す。
L1は単結合、又はm+1価の置換若しくは未置換の炭素数6〜30の芳香族炭化水素基、置換若しくは未置換の炭素数3〜30の芳香族複素環基、又は該置換若しくは未置換の芳香族環が2〜6つ連結して構成される連結芳香族基を表す。m=1の場合、少なくとも1つの芳香族複素環基を含む基又は単結合である。
L2は単結合、又は2価の置換若しくは未置換の炭素数6〜30の芳香族炭化水素基、置換若しくは未置換の炭素数3〜30の芳香族複素環基、又は該置換若しくは未置換の芳香族環が2〜6つ連結して構成される連結芳香族基を表す。また、末端のL2−Hは炭素数1〜12のアルキル基又は炭素数1〜12のアルコキシ基であってもよく、分子内にL2が複数存在する場合は、同一であっても異なっていてもよい。
ここで、連結芳香族基の場合は直鎖状であっても分岐状であってもよく、連結する芳香環は同一であっても異なっていてもよい。
一般式(1)において、mが0又は1である。
1)環Aが、式(1a)で表されるC2B10H10の2価のカルボラン基であること。
2)L1及びL2が各々独立に、単結合、又は置換若しくは未置換の炭素数6〜18の芳香族炭化水素基、置換若しくは未置換の炭素数3〜17の芳香族複素環基、又は該芳香族炭化水素基及び該芳香族複素環から選ばれる芳香族基が2〜6つ連結して構成される連結芳香族基であること。
3)L1及びL2が各々独立に、単結合、又は置換若しくは未置換の炭素数3〜30の芳香族複素環基、又は該芳香族複素環基から選ばれる芳香族基が2〜6つ連結して構成されている連結芳香族基であること。
4)mが0の整数であること。
また、本発明の有機電界発光素子用材料は、良好なアモルファス特性と高い熱安定性を示すと同時に励起状態で極めて安定であることから、これを用いた有機EL素子は駆動寿命が長く実用レベルの耐久性を有する。
本発明の有機EL素子は、基板に支持されていることが好ましい。この基板については、特に制限はなく、従来から有機EL素子に慣用されているものであればよく、例えば、ガラス、透明プラスチック、石英などからなるものを用いることができる。
有機EL素子における陽極としては、仕事関数の大きい(4eV以上)金属、合金、電気伝導性化合物及びこれらの混合物を電極物質とするものが好ましく用いられる。このような電極物質の具体例としてはAu等の金属、CuI、インジウムチンオキシド(ITO)、SnO2、ZnO等の導電性透明材料が挙げられる。また、IDIXO(In2O3−ZnO)等非晶質で透明導電膜を作製可能な材料を用いてもよい。陽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により、薄膜を形成させ、フォトリソグラフィー法で所望の形状のパターンを形成してもよく、あるいはパターン精度をあまり必要としない場合は(100μm以上程度)、上記電極物質の蒸着やスパッタリング時に所望の形状のマスクを介してパターンを形成してもよい。あるいは、有機導電性化合物のように塗布可能な物質を用いる場合には、印刷方式、コーティング方式等湿式成膜法を用いることもできる。この陽極より発光を取り出す場合には、透過率を10%より大きくすることが望ましく、また陽極としてのシート抵抗は数百Ω/□以下が好ましい。更に膜厚は材料にもよるが、通常10〜1000nm、好ましくは10〜200nmの範囲で選ばれる。
一方、陰極としては、仕事関数の小さい(4eV以下)金属(電子注入性金属)、合金、電気伝導性化合物及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/銅混合物、マグネシウム/銀混合物、マグネシウム/アルミニウム混合物、マグネシウム/インジウム混合物、アルミニウム/酸化アルミニウム(Al2O3)混合物、インジウム、リチウム/アルミニウム混合物、希土類金属等が挙げられる。これらの中で、電子注入性及び酸化等に対する耐久性の点から、電子注入性金属とこれより仕事関数の値が大きく安定な金属である第二金属との混合物、例えば、マグネシウム/銀混合物、マグネシウム/アルミニウム混合物、マグネシウム/インジウム混合物、アルミニウム/酸化アルミニウム(Al2O3)混合物、リチウム/アルミニウム混合物、アルミニウム等が好適である。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により薄膜を形成させることにより、作製することができる。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〜5μm、好ましくは50〜200nmの範囲で選ばれる。なお、発光した光を透過させるため、有機EL素子の陽極又は陰極のいずれか一方が、透明又は半透明であれば発光輝度が向上し好都合である。
発光層は、陽極及び陰極のそれぞれから注入された正孔及び電子が再結合することにより励起子が生成した後、発光する層であり、発光層には有機発光材料とホスト材料を含む。
発光層が蛍光発光層である場合、蛍光発光材料は少なくとも1種の蛍光発光材料を単独で使用しても構わないが、蛍光発光材料を蛍光発光ドーパントとして使用し、ホスト材料を含むことが好ましい。
注入層とは、駆動電圧低下や発光輝度向上のために電極と有機層間に設けられる層のことで、正孔注入層と電子注入層があり、陽極と発光層又は正孔輸送層の間、及び陰極と発光層又は電子輸送層との間に存在させてもよい。注入層は必要に応じて設けることができる。
正孔阻止層とは広い意味では電子輸送層の機能を有し、電子を輸送する機能を有しつつ正孔を輸送する能力が著しく小さい正孔阻止材料からなり、電子を輸送しつつ正孔を阻止することで電子と正孔の再結合確率を向上させることができる。
電子阻止層とは、正孔を輸送する機能を有しつつ電子を輸送する能力が著しく小さい材料から成り、正孔を輸送しつつ電子を阻止することで電子と正孔が再結合する確率を向上させることができる。
励起子阻止層とは、発光層内で正孔と電子が再結合することにより生じた励起子が電荷輸送層に拡散することを阻止するための層であり、本層の挿入により励起子を効率的に発光層内に閉じ込めることが可能となり、素子の発光効率を向上させることができる。励起子阻止層は発光層に隣接して陽極側、陰極側のいずれにも挿入することができ、両方同時に挿入することも可能である。
正孔輸送層とは正孔を輸送する機能を有する正孔輸送材料からなり、正孔輸送層は単層又は複数層設けることができる。
電子輸送層とは電子を輸送する機能を有する材料からなり、電子輸送層は単層又は複数層設けることができる。
膜厚 110nm の 酸化インジウムスズ(ITO)からなる陽極が形成されたガラス基板上に、各薄膜を真空蒸着法にて、真空度2.0×10-5 Pa で積層させた。まず、ITO 上に銅フタロシアニン(CuPC)を 25 nm の厚さに形成した。次に、正孔輸送層として4,4'-ビス[N-(1-ナフチル)−N−フェニルアミノ]ビフェニル(NPB)を55nmの厚さに形成した。次に、正孔輸送層上に、ホスト材料としての合成例1で得た化合物11と、燐光発光ドーパントとしてのビス(2-(2'-ベンゾ[4,5-a]チエニル)ピリジナート-N,C3)イリジウム(アセチルアセトネート)〔(Btp)2Iracac〕とを異なる蒸着源から、共蒸着し、47.5 nmの厚さに発光層を形成した。発光層中の(Btp)2Iracacの濃度は5.0 wt%であった。次に、電子輸送層としてトリス(8-ヒドロキシキノリナト)アルミニウム(III)(Alq3)を30 nmの厚さに形成した。更に、電子輸送層上に、電子注入層としてフッ化リチウム(LiF)を1.0 nmの厚さに形成した。最後に、電子注入層上に、電極としてアルミニウム(Al)を170 nmの厚さに形成し、有機EL素子を作成した。
発光層のホスト材料として、化合物11に代えて、化合物6、25、32、48、58を用いた以外は実施例1と同様にして有機EL素子を作成した。
発光層のホスト材料としてフェニルフェノラトアルミニウム(III)(BALq)を用いた以外は実施例1と同様にして有機EL素子を作成した。
発光層のホスト材料として化合物H−1、H−2を用いた以外は実施例1と同様にして有機EL素子を作成した。
膜厚 70nm の 酸化インジウムスズ(ITO)からなる陽極が形成されたガラス基板上に、各薄膜を真空蒸着法にて、真空度2.0×10-5 Pa で積層させた。まず、ITO 上に正孔注入層として、銅フタロシアニン(CuPC)を 30 nm の厚さに形成した。次に、正孔輸送層としてジフェニルナフチルジアミン(NPD)を 15 nm の厚さに形成した。次に、正孔輸送層上に、発光層のホスト材料としての化合物11とドーパントとしてのIr(ppy)3とを異なる蒸着源から、共蒸着し、30 nm の厚さに発光層を形成した。Ir(ppy)3の濃度は 10 %であった。次に、電子輸送層としてAlq3を25 nmの厚さに形成した。更に、電子輸送層上に、電子注入層としてフッ化リチウム(LiF)を1 nmの厚さに形成した。最後に、電子注入層上に、電極としてアルミニウム(Al)を70 nmの厚さに形成し、有機EL素子を作製した。
発光層のホスト材料として、化合物11に代えて、化合物6、32、48、58を用いた以外は実施例7と同様にして有機EL素子を作成した。
発光層のホスト材料としてCBP、H−1、H−2を用いた以外は実施例7と同様にして有機EL素子を作成した。
膜厚 70nm の 酸化インジウムスズ(ITO)からなる陽極が形成されたガラス基板上に、各薄膜を真空蒸着法にて、真空度2.0×10-5 Pa で積層させた。まず、ITO 上に正孔注入層として、銅フタロシアニン(CuPC)を 30 nm の厚さに形成した。次に、正孔輸送層としてジフェニルナフチルジアミン(NPD)を 15 nm の厚さに形成した。次に、正孔輸送層上に、発光層のホスト材料としてのCBPとドーパントとしてのIr(ppy)3とを異なる蒸着源から、共蒸着し、30 nm の厚さに発光層を形成した。Ir(ppy)3の濃度は10 %であった。次に、発光層上に正孔阻止層として化合物11を5 nmの厚さに形成した。次に電子輸送層として Alq3 を 20 nm厚さに形成した。更に、電子輸送層上に、電子注入層としてフッ化リチウム(LiF)を 1.0 nm厚さに形成した。最後に、電子注入層上に、電極としてアルミニウム(Al)を70 nm厚さに形成した。得られた有機EL素子は、図1に示す有機EL素子において、陰極と電子輸送層の間に電子注入層、及び発光層と電子輸送層の間に、正孔阻止層が追加された層構成を有する。
正孔阻止材料として、化合物11に代えて、化合物6、25、32、48、58を用いた以外は実施例12と同様にして有機EL素子を作成した。
電子輸送層としてのAlq3の膜厚を25 nmとし、正孔阻止層を設けないこと以外は、実施例12と同様にして有機EL素子を作成した。
正孔阻止材料として化合物H−1、H−2を用いた以外は、実施例12と同様にして有機EL素子を作成した。
Claims (9)
- 一般式(1)で表されるカルボラン化合物からなることを特徴とする有機電界発光素子用材料。
Xは独立に、N、CH又はCを表し、Xのうち1〜4個はNである。
Rは、炭素数1〜12のアルキル基、炭素数1〜12のアルコキシ基、置換若しくは未置換の炭素数6〜30の芳香族炭化水素基、置換若しくは未置換の炭素数3〜30の芳香族複素環基、又は該置換若しくは未置換の芳香族環が2〜6つ連結して構成される連結芳香族基を表し、連結芳香族基の場合は直鎖状であっても分岐状であってもよく、連結する芳香環は同一であっても異なっていてもよい。
L1は単結合、又はm+1価の置換若しくは未置換の炭素数6〜30の芳香族炭化水素基、置換若しくは未置換の炭素数3〜30の芳香族複素環基、又は該置換若しくは未置換の芳香族環が2〜6つ連結して構成される連結芳香族基を表し、連結芳香族基の場合は直鎖状であっても分岐状であってもよく、連結する芳香環は同一であっても異なっていてもよい。m=1の場合、少なくとも1つの芳香族複素環基を含む基又は単結合である。
L2は独立に、単結合、又は2価の置換若しくは未置換の炭素数6〜30の芳香族炭化水素基、置換若しくは未置換の炭素数3〜30の芳香族複素環基、又は該置換若しくは未置換の芳香族環が2〜6つ連結して構成される連結芳香族基を表し、連結芳香族基の場合は直鎖状であっても分岐状であってもよく、連結する芳香環は同一であっても異なっていてもよい。また、末端のL2−Hは炭素数1〜12のアルキル基又は炭素数1〜12のアルコキシ基であってもよい。 - 一般式(1)において、mが0又は1である請求項1に記載の有機電界発光素子用材料。
- 環Aが、式(1a)で表されるC2B10H10の2価のカルボラン基である請求項1に記載の有機電界発光素子用材料。
- 一般式(1)中、L1及びL2が各々独立に、単結合、又は置換若しくは未置換の炭素数6〜18の芳香族炭化水素基、置換若しくは未置換の炭素数3〜17の芳香族複素環基、又は該芳香族炭化水素基及び該芳香族複素環基から選ばれる芳香族基が2〜6つ連結して構成されている連結芳香族基である請求項1に記載の有機電界発光素子用材料。
- 一般式(1)中、L1及びL2が各々独立に、単結合、又は置換若しくは未置換の炭素数3〜30の芳香族複素環基、又は該芳香族複素環基から選ばれる芳香族基が2〜6つ連結して構成されている連結芳香族基である請求項1に記載の有機電界発光素子用材料。
- 一般式(1)中、mが0の整数である請求項1に記載の有機電界発光素子用材料。
- 基板上に、陽極、有機層及び陰極が積層されてなる有機電界発光素子において、請求項1〜6のいずれかに記載の有機電界発光素子用材料を含む有機層を有することを特徴とする有機電界発光素子。
- 有機電界発光素子用材料を含む有機層が、発光層、電子輸送層、および正孔阻止層からなる群れから選ばれる少なくとも一つの層である請求項7に記載の有機電界発光素子。
- 有機電界発光素子用材料を含む有機層が、燐光発光ドーパントを含有する発光層であることを特徴とする請求項8に記載の有機電界発光素子。
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