TWI466980B - Organic electroluminescent elements - Google Patents

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Description

有機電致發光元件
本發明係關於一種含有膦氧化物衍生物之有機電致發光元件者，詳細而言，係關於一種對由有機化合物所構成之發光層施加電場而發出光之薄膜型裝置者。
一般而言，有機電致發光元件(以下稱為有機EL元件)其最簡單的構造為由發光層及挾持該層之一對對向電極所構成。亦即，有機EL元件為利用將電場施加於該二電極間時，注入來自陰極之電子、來自陽極之電洞，該等於發光層中再結合放出光之現象。
近幾年來，對使用有機薄膜之有機EL元件已進行開發。尤其，為了提高發光效率，而進行以提高來自電極之載子注入效率為目的之電極種類最適化，藉由於電極間設置由芳香族二胺所成之電洞輸送層及由8-羥基喹啉鋁錯合物(以下稱為Alq3 )所成之發光層作為薄膜之元件的開發，與以往使用蒽等單結晶之元件相較已大幅改善發光效率，故而以朝具有自發光‧高應答性之特徵之高性能平面面板之實用化為目標進展。
又，嘗試提高元件之發光效率亦探討有不使用螢光而使用磷光者。上述設有由芳香族二胺所成之電洞輸送層及由Alq3 所成之發光層之元件為代表之大多元件係利用螢光發光者，但藉由使用磷光發光，亦即利用由三重線激發狀態之發光，可期待比以往使用螢光(單重線)之元件提高3至4倍左右之效率。為此目的以探討有以香豆素衍生物或二苯甲酮衍生物作為發光層，但僅得到極低亮度。又，作為嘗試利用三重線狀態，雖已探討利用銪錯合物，但其亦無法到達高效率的發光。近幾年，多數進行有如於專利文獻1中所舉例之以發光高效率化及長壽命化為目的而以銥錯合物等之有機金屬錯合物為中心的硏究。
[專利文獻1]特表2003-515897號公報
[專利文獻2]特開2001-313178號公報
[專利文獻3]特開2003-317965號公報
[專利文獻4]特開2007-129206號公報
[專利文獻5]特開2002-063989號公報
[專利文獻6]特開2004-095221號公報
[專利文獻7]特開2004-204140號公報
[專利文獻8]WO2007137725號公報
[專利文獻9]特開2008-244012號公報
[非專利文獻1]Applied Physics Letters,2003,83,569-571
[非專利文獻2]Applied Physics Letters,2003,82,2422-2424
就獲得高發光效率而言，與前述摻雜物材料同時使用之主體材料成為具重要性。至於已提出作為主體材料之代表者，列舉有於專利文獻2所介紹之咔唑化合物之4,4’-二(9-咔唑基)聯苯(以下稱為CBP)。CBP在使用作為以參(2-苯基吡啶)銥錯合物(以下稱為Ir(ppy)3 )為代表之綠色磷光發光材料之主體材料時顯示較佳之發光特性。另一方面，作為藍色磷光發光材料之主體材料使用時無法獲得充分之發光效率。此係因為CBP之最低激發三重線狀態之能量位準低於一般藍色磷光發光材料之能量位準，因此藍色磷光發光材料之三重線激發能量成為向CBP移動之原因。亦即，藉由使磷光主體材料具有比磷光發光材料高之三重線激發能量，可有效地封鎖磷光發光材料之三重線激發能量，其結果可達成高的發光效率。以改善該能量封鎖效果為目的，於非專利文獻1中藉由改變CBP之構造而提高三重線激發能量，藉此提高雙[2-(4,6-二氟苯基)吡啶酸(pyridinato)-N,C2’](吡啶甲酸)銥錯合物(以下稱為FIrpic)之發光效率。又，非專利文獻2中，藉由使用1,3-二(9-咔唑基)苯(以下稱為mCP)作為主體材料，利用同樣效果改善發光效率。然而，該等材料，尤其就耐久性之觀點而言實用上尚無法滿足。
又，為了獲得高的發光效率，均衡性良好之二電荷(電洞‧電子)之注入輸送特性成為必要。CBP由於電子輸送能相對於電洞輸送能差，因此破壞發光層中之電荷均衡性，過量之電洞流出至陰極側，因於發光層中再結合概率下降導致發光效率下降。另外，該情況下，由於發光層之再結合區域限制於陰極側之介面附近之狹小區域中，因此使用如Alq3 之對於Ir(ppy)3 之最低激發三重線狀態之能量位準低之電子輸送材料時，亦因三重線激發能量自摻雜物朝電子輸送材料移動而引起發光效率降低。
由前述之例，就獲得有機EL元件之高發光效率而言，已知要求具有高的三重線激發能量且採取兩電荷(電洞‧電子)注入輸送特性均衡之主體材料。進而，期望具備有電化學安定性、高的耐熱性均優異之無定型安定性之材料，但現況為尚未有可以實用水準滿足該等特性之材料。
另外，專利文獻3~9中揭示有數個具有特定之膦氧化物骨架之有機EL元件用化合物。
專利文獻3中揭示使用以下之膦氧化物化合物(化合物3)作為磷光主體材料使用之例。
如該化合物之具有大幅擴展共軛之構造時，三重線激發能量下降，無法有效封鎖磷光發光材料之三重線激發能量。又，由於不具有具備電洞輸送材料之取代基，因此沒有足夠之電洞輸送能，而引起發光層中電荷均衡性破壞，導致再結合概率下降。因此，利用該等化合物做為磷光主體材料亦無法獲得高的發光效率。
專利文獻4中揭示具有咔唑基作為具備電洞輸送性之取代基之以下膦氧化物化合物(化合物4)作為有機EL元件用材料。
然而，該化合物之負責電子輸送能之膦氧化物基其週邊被體積高的三個咔唑基所包圍，藉此無法發揮充分之電子輸送能。因此，發光層中之電荷均衡受到破壞，導致再結合概率降低。
專利文獻5~8中揭示以芳香族連結基連結作為具有電洞輸送性之取代基的二芳胺基或咔唑基而成之膦氧化物化合物作為螢光主體材料、與發光層鄰接之有機薄膜層用材料或電子輸送材料。上述膦氧化物化合物為以式(5)~(8)表示之化合物5至化合物8。
使用該等化合物作為磷光發光層之主體材料時，藉由以芳香族連結基連結具有電洞輸送性之二芳胺基或咔唑基與負責電子輸送能之膦氧化物基，藉此雖可改善發光層中之電荷平衡，但其發光效率在實用化上仍不足。
又，專利文獻9中揭示以具有雜環作為取代基之以下膦氧化物化合物(化合物9)作為主體材料。
然而，上述化合物雖然具有高的電子輸送性但缺乏電洞輸送性，由於沒有足夠之電洞輸送能故發光層中電荷之平衡受到破壞，導致再結合概率降低。因此，即使利用該等化合物作為磷光主體材料仍無法獲得高的發光效率。
如上述，雖揭示嘗試利用膦氧化物化合物作為有機EL元件用材料之報告，但現狀為顯示實用位準之發光效率與耐久性之磷光主體材料仍未知。
為了將有機EL元件應用於可撓面板顯示器等顯示元件中，有必要改善元件之發光效率同時充分確保驅動時之安定性。本發明係鑑於上述現狀，其目的為提供一種具有高效率及高的驅動安定性之實用上有用之有機EL元件及適於其之化合物。
本發明人等積極檢討之結果，發現於有機EL元件中使用特定構造之膦氧化物化合物可解決上述之課題，因而完成本發明。
換言之，發現帶有具有電洞輸送性之二芳胺部位與含氮雜環連結基直接鍵結之膦氧化物之化合物顯示均衡良好之良好二電荷(電洞‧電子)注入輸送特性，明瞭具有該化合物之有機EL元件顯示優異特性。
除此之外，發現具有良好之薄膜安定性與熱安定性，明瞭包含該化合物之有機EL元件為顯示優異驅動安定性之耐久性高的元件，因而完成本發明。
本發明係關於一種有機電致發光元件，其特徵為於基板上層合陽極、包含磷光發光層之有機層及陰極之有機電致發光元件，其中選自由磷光發光層、電子輸送層、電洞阻止層或激子阻止層所組成群組之至少一層中含有以通式(1)表示之膦氧化物衍生物：
式中，L1 獨立表示直接鍵或由以下式(1a)、(1b)或(1c)表示之芳香族化合物去除1~3個氫所得之1~3價之芳香族基，但至少一個L1 不為直接鍵，Ar1 獨立為碳數6~20之芳香族烴基或碳數3~20之芳香族雜環基，但結合於同一個氮原子之兩個Ar1 可直接或透過其他原子鍵結形成包含該氮之含氮雜環，亦可與該含氮雜環一起縮合形成縮合環，且前述芳香族烴或芳香族雜環基可具有取代基，m、n及p獨立為0~2之整數，m+n+p為1~6，
且，式(1a)、(1b)或(1c)中，X獨立表示經取代或未經取代之次甲基或氮，二價或三價之情況下，至少一個為氮；X為經取代之次甲基時，取代基各獨立表示碳數1~6之烷基、碳數1~6之烷氧基、碳數3~20之芳氧基、碳數6~20之芳香族烴基或碳數3~20之芳香族雜環基，以通式(1)表示之膦氧化物衍生物中，列舉最佳者為下述通式(2)之化合物：
式中，Y各獨立表示經取代或未經取代之次甲基或氮 ，Y為經取代之次甲基時，取代基各獨立表示以碳數1~6之烷基、碳數1~6之烷氧基、碳數3~20之芳氧基、碳數6~20之芳香族烴基、碳數3~20之芳香族雜環基、或經碳數6~14之芳香族烴基或碳數3~14之芳香族雜環基取代之胺基，其中，鍵結於該胺基之氮原子上之芳香族烴基或芳香族雜環基可直接或透過其他原子鍵結，形成含有該氮之含氮雜環，亦可與該含氮雜環一起縮合形成縮合環，又，與L1 鍵結之取代於氮上之兩個六員環芳香族烴基或含氮六員環芳香族雜環基可直接或透過其他原子鍵結，形成包含與該L1 鍵結之氮之含氮雜環，亦可與該含氮雜環一起縮合形成縮合環，L1 、m、n及p與通式(1)之L1 、m、n及p相同意義。
進而，本發明係關於有機電致發光元件，其中上述含有膦氧化物衍生物之有機層為含有磷光發光摻雜物之發光層。
本發明之有機EL元件為於有機層中含有以前述通式(1)表示之膦氧化物衍生物。有機層為設置於陽極與陰極之間之層，及包含發光層作為必要層，及依據需要包含其他層。
以通式(1)表示之膦氧化物衍生物帶有具有電子之注入輸送能之含氮雜環所直接鍵結之膦氧化物(L1 -P=O) ，及具有電洞注入輸送能之至少一個NAr1 Ar1 。
上述通式(1)中，L1 獨立表示直接鍵或由以上述式(1a)、(1b)或(1c)表示之芳香族化合物去除1~3個氫所得之1~3價之芳香族基，但至少一個L1 不為直接鍵。著眼於上述式(1a)、(1b)或(1c)之式(1b)，若1個6員環以A表示，則該芳香族化合物成為A1 -A2 。上述芳香族基為1價芳香族基時成為-A1 -A2 ，且表示通式(1)之NAr1 Ar2 基之數m、n或p成為0。為2價芳香族基時成為-A1 -A2 -且m、n或p成為1，為3價芳香族基時，成為-A1-A2<之m、n或p為2。為2價或3價時，A1 、A2 之至少任一方為含氮芳香環。
L1 表示自以上述式(1a)、(1b)或(1c)表示之芳香族化合物去除1~3個氫之1~3價芳香族基，但較好L1 係藉由說明上述之芳香族化合物加以理解。因此，若以上述式(1a)、(1b)或(1c)表示之芳香族化合物(芳香族烴化合物或芳香族雜環化合物)所說明，L1 例示有下述芳香族化化合物。又，式(1a)、(1b)或(1c)中，X為次甲基或氮，次甲基亦可為經取代之次甲基，2價或3價時，至少一個X為氮。
較佳之芳香族烴化合物之具體例列舉為可具有取代基之苯、聯苯或三聯苯。更好為可具有取代基之苯。
較佳之含氮芳香族烴化合物之具體例列舉為可具有取代基之吡啶、哌啶、嘧啶、嗒嗪、三嗪或該等之雜環、或該等之雜環與苯環以合計兩個或三個鏈狀連結而成之化合 物。更好為可具有取代基之吡啶、哌啶、嘧啶、嗒嗪、三嗪、聯吡啶、聯嘧啶、聯三嗪、或苯基吡啶。
又，式(1a)、(1b)或(1c)中，X為經取代之次甲基時，取代基分別獨立表示碳數1~6之烷基、碳數1~6之烷氧基、碳數3~20之芳基烷基、碳數6~20之芳香族烴基或碳數3~20之芳香族雜環基。
碳數1~6之烷基之具體例列舉較好為甲基、乙基、丙基、異丙基、丁基、異丁基、第二丁基、第三丁基、戊基、己基、環己基等。碳數1~6之烷氧基之具體例列舉較好為甲氧基、乙氧基、丙氧基、異丙氧基、丁氧基、異丁氧基、第二丁氧基、第三丁氧基等。碳數3~20之芳氧基之具體例列舉較好為苯氧基、吡啶氧基、哌啶氧基、嘧啶氧基、嗒嗪氧基、三嗪氧基等。
碳數6~20之芳香族烴基之具體例列舉較佳者為苯基、聯苯基、四聯苯基等。碳數3~20之芳香族雜環基之具體例列舉較佳者為可自噻吩、噻唑、呋喃、噁唑、吡喃、吡咯、咪唑、吡唑、異噻唑、異噁唑、呋咱、三唑、吡啶、哌嗪、嘧啶、嗒嗪、三嗪、或該等之雜環、或該等之雜環與苯環以2~4個鏈狀連結之化合物去除一個氫原子之1價基等。
通式(1)中，Ar1 為碳數6~20之芳香族烴基或碳數3~20之芳香族雜環基，可具有取代基，亦可無取代基。Ar1 較佳之具體例列舉為自苯、吡啶、嘧啶、三嗪、萘、喹啉、異喹啉、喹噁啉或萘啶產生之1價基。更好為苯。 鍵結於同一個氮原子上之兩個Ar2 為直接或透過其他原子鍵結，形成包含該氮之含氮雜環，亦可與該含氮雜環一起縮合形成縮合環。例如，形成該含有氮之含氮雜環，亦可使該含氮雜環中之兩個Ar1 縮合形成3環以上之縮合環。兩個Ar1 透過其他原子鍵結時，該原子之具體例列舉為碳、氮、氧、硫等，較好為碳、氧。又，兩個Ar1 直接或透過其他原子與氮一起形成含氮雜環時，該含氮雜環較好為5~6員環，為於該環縮合有2個源自Ar1 之芳香族環之構造。亦即，鍵結於同一個氮原子之兩個芳香族烴基或芳香族雜環基，一起形成該含有氮原子之含氮雜環，較好成為具有與其縮合之芳香族烴環或芳香族雜環之3環以上之縮合環。較佳之縮合環為咔唑環、氮丙啶環、吩噁嗪環、苯并咔唑環等，更好為咔唑環。
上述芳香族烴基或芳香族雜環基具有取代基時，較佳之取代基為碳數1~6之烷基、碳數1~6之烷氧基、碳數3~20之芳氧基、碳數6~20之芳香族烴基、碳數3~20之芳香族雜環基、或經碳數6~14之芳香族烴基或碳數3~14之芳香族雜環基取代之胺基。鍵結於該胺基之氮原子之芳香族烴基或芳香族雜環基係直接或透過其他原子鍵結形成該含氮之含氮雜環，亦可與該含氮雜環一起縮合形成縮合環。
上述Ar1 之取代基之說明中，芳香族烴基及芳香族雜環基例示較佳者為L1 之X為經取代之次甲基時之取代基之說明中所述之芳香族烴基及芳香族雜環基。
通式(1)中，m、n及p獨立為0~2之整數，m+n+p為1~6。
以上述通式(2)表示之化合物由於包含於以通式(1)表示之化合物中，因此理解為較佳之化合物。通式(2)係於通式(1)中之Ar1 限定為6員環芳香環之構造方面不同，而L1 、m、n及p分別與通式(1)之L1 、m、n及p之意義相同。
上述通式(2)中，Y各獨立表示經取代或未經取代之次甲基或氮，Y為經取代之次甲基時，取代基各獨立表示以碳數1~6之烷基、碳數1~6之烷氧基、碳數3~20之芳氧基、碳數6~20之芳香族烴基、碳數3~20之芳香族雜環基、或經碳數6~14之芳香族烴基或碳數3~14之芳香族雜環基取代之胺基。此處，鍵結於該胺基之氮原子上之芳香族烴基或芳香族雜環基可直接或透過其他原子鍵結，形成含有該氮之含氮雜環，亦可與該含氮雜環一起縮合形成縮合環。又，取代於與L1 鍵結之氮上之兩個6員環可直接或透過其他原子鍵結，形成包含與該L1 鍵結之氮之含氮雜環，亦可與該含氮雜環一起縮合形成縮合環。該縮合環係與通式(1)中兩個Ar1與含氮之含氮雜環一起縮合形成3環以上之縮合環之情況相同。
以通式(1)表示之膦氧化物衍生物之具體例示於下列，但本發明之有機EL元件中使用之材料並不限於此等。又，化學式中附加之編號為化合物編號。
本發明之有機EL元件為在層合於基板上之陽極與陰極之間具有包含發光層之有機層。其中，發光層為磷光發光層。本發明之有機EL元件係在發光層、電子輸送層、電洞阻止層或激子阻止層中包含上述之膦氧化物衍生物。膦氧化物衍生物較好包含於發光層中。更好，含有含磷光發光摻雜物作為發光層之主體材料。發光層中不含上述膦氧化物衍生物時，係於電子輸送層、電洞阻止層或激子阻止層中包含上述膦氧化物衍生物。然而，由於該等層並非必要之層，故具有至少一層，於其一層中包含上述膦氧化物衍生物即可。
接著，對本發明之有機EL元件之構造，參照圖式加以說明，但本發明之有機EL元件之構造並不限定於此。
圖1為模式地顯示本發明所用之一般有機EL元件之構造例之剖面圖。1表示基板，2表示陽極，3表示電洞注入層，4表示電洞輸送層，5表示發光層，6表示電子輸送層，7表示陰極。本發明之有機EL元件中亦可具有與發光層鄰接之激子阻止層，又，發光層與電洞注入層之間亦可具有電子阻止層。激子阻止層亦可插入於發光層之陽極側、陰極側之任一側，亦可同時插入於兩側。本發明之有機EL元件具有基板、陽極、發光層及陰極作為必要之層，但亦可在必要層以外之層上具有電洞注入輸送層、電子注入輸送層，進而亦可於發光層與電子注入層之間具有電洞阻止層。又，電洞注入輸送層意指電洞注入層與電洞輸送層之任一者或二者，且電子注入輸送層意指電子注入層與電子輸送層之任一者或二者。
又，亦可為與圖1相反之構造，亦即於基板上依序層合陰極7、電子輸送層6、發光層5、電洞輸送層4、陽極2，該情況亦可依據需要追加層，亦可省略。
-基板-
本發明之有機EL元件較好支撐於基板上。該基板並無特別限制，只要是過去以來慣用於有機EL元件者即可，例如，可使用由玻璃、透明塑膠、石英等所構成者。
-陽極-
有機EL元件中之陽極，較好使用功函數較大(4eV以上)之金屬、合金、導電性化合物及該等之混合物作為電極物質者。該等電極物質之具體例列舉為Au等金屬、CuI、銦錫氧化物(ITO)、SnO2 、ZnO等導電性透明材料。又，亦可使用可以IDIXO(In2 O3 -ZnO)等非晶質製作透明導電膜之材料。陽極係利用蒸鍍或濺鍍該等電極物質等方法形成薄膜，亦可以微影法形成期望形狀之圖型，或者稍不需要圖形精度之情況下(100μm以上左右)，於上述電極物質之蒸鍍或濺鍍時亦可透過期望形狀之光罩形成圖型。或者，使用如有機導電性化合物之可塗佈物質時，亦可使用印刷方式、塗佈方式等濕式成膜法。自該陽極取出發光時，較好使透過率大於10%，又作為陽極之薄片阻抗較好為數百Ω/□以下。另外，膜厚係依材料而定，但通常在10~1000nm，較好在10~200nm之範圍內選擇。
-陰極-
另一方面，陰極為使用功函數較小(4eV以下)之金屬(稱為電子注入性金屬)、合金、導電性化合物及該等之混合物作為電極物質者。該等電極物質之具體例列舉為鈉、鈉-鉀合金、鎂、鋰、鎂/銅混合物、鎂/銀混合物、鎂/鋁混合物、鎂/銦混合物、鋁/氧化鋁(Al2 O3 )混合物、銦、鋰/鋁混合物、稀土類金屬等。該等中，就電子注入性及對於氧化等之耐久性之觀點而言，較好為電子注入性金屬與功函數之值比其大的安定金屬之第二金屬之混合物，例如，鎂/銀混合物、鎂/鋁混合物、鎂/銦混合物、鋁/氧化鋁(Al2 O3 )混合物、鋰/鋁混合物、鋁等。陰極可藉由將該等電極物質以蒸鍍或濺鍍等方法形成薄膜而製作。又作為陰極之薄片阻抗較好為數百Ω/□以下，膜厚通常在10nm~5μm，較好50~200nm之範圍內選擇。又，為了使發光之光透過，有機EL元件之陽極或陰極之任一方若為透明或半透明則可提高發光亮度而較適合。
又，藉由使用陽極之說明中所列舉之導電性透明材料作為陰極，可製作透明或半透明之陰極，藉由利用該等可製作陽極與陰極二者均具有透過性之元件。
-發光層-
發光層為磷光發光層，包含磷光發光摻雜物與主體材料。磷光摻雜物材料以含有含選自釕、銠、鈀、銀、錸、鋨、銦、鉑及金之至少一種金屬之有機金屬錯合物者。該有機金屬錯合物為前述先前技術文獻等所習知，且可選自該等使用。
較佳之磷光發光摻雜物為具有Ir等貴金屬元素作為中心金屬之Ir(ppy)3 等之錯合物類，Ir(bt)2 -acac3 等之錯合物類、PtOEt3 等之錯合物類。該等錯合物類之具體例列示於下，但並不限於下述之化合物。
磷光發光摻雜物於發光層中之含量較好在5~10重量%之範圍。
發光層中之主體材料較好使用以通式(1)表示之膦氧化物衍生物。然而，該膦氧化物衍生物使用於除發光層以外之其他任何有機層之中時，發光層中使用之材料亦可為膦氧化物衍生物以外之其他主體材料。又，亦可併用膦氧化物衍生物與其他主體材料。再者，亦可併用複數種之習知主體材料而使用。
至於上述其他主體材料較好為具有電洞輸送能、電子輸送能，且可防止發光之長波長化，以及具有高的玻璃轉移溫度之化合物。
該等其他主體材料由於可由多數專利文獻等悉知，因此可自該等加以選擇。主體材料之具體例並無特別限制，列舉為吲哚衍生物、咔唑衍生物、吲哚咔唑衍生物、三唑衍生物、噁唑衍生物、噁二唑衍生物、咪唑衍生物、聚芳基烷衍生物、吡唑啉衍生物、吡唑酮衍生物、苯二胺衍生物、芳基胺衍生物、胺基取代之查爾酮(chalcone)衍生物、苯乙烯蒽衍生物、茀酮衍生物、腙衍生物、二苯乙烯衍生物、矽胺烷衍生物、芳香族三級胺化合物、苯乙烯基胺化合物、芳香族二次甲基系化合物、卟啉系化合物、蒽醌二甲烷衍生物、蒽酮衍生物、二苯基醌衍生物、噻喃二氧化物衍生物、萘、二萘嵌苯等之雜環四羧酸酐、酞菁衍生物、8-羥基喹啉衍生物之金屬錯合物或金屬酞菁、苯并噁唑或苯并噻唑衍生物之金屬錯合物為代表之各種金屬錯合物、聚矽烷系化合物、聚(N-乙烯基咔唑)衍生物、苯胺系共聚物、噻吩寡聚物、聚噻吩衍生物、聚伸苯衍生物、聚伸苯伸乙烯衍生物、聚茀衍生物等之高分子化合物等。
-注入層-
所謂注入層為設置於電極與有機層之間以降低驅動電壓或提高發光亮度之層，有電洞注入層與電子注入層，亦可存在於陽極與發光層或與電洞輸送層之間，及陰極與發光層或與電子輸送層之間。注入層可依據需要設置。
-電洞阻止層-
所謂電洞阻止層廣泛意指具有電子輸送層之功能。電洞阻止層扮演一方面輸送電子，另一方面阻止電洞到達電子輸送層之角色，藉此可提高發光層中之電子與電洞之再結合概率。
電洞阻止層較好使用以通式(1)表示之膦氧化物衍生物，但膦氧化物衍生物使用於其他任何有機層中時，亦可使用習知之電洞阻止層材料。又，電洞阻止層之材料可依據需要使用後述之電子輸送層之材料。
-電子阻止層-
所謂電子阻止層廣泛意指具有輸送電洞之功能。電子阻止層扮演一方面輸送電洞，另一方面阻止電子到達電洞輸送層之角色，藉此可提高發光層中之電子與電洞再結合概率。電子阻止層之材料可依據需要使用後述之電洞輸送層之材料。本發明之電子阻止層之膜厚較好為3~100nm，更好為5~30nm。
-激子阻止層-
所謂激子阻止層為阻止在發光層內之電洞與電子再結合產生之激子擴散至電荷輸送層之層，藉由插入該層可有效地將激子封鎖在發光層內，可提高元件之發光效率。激子阻止層可插入於與發光層鄰接之陽極側、陰極側之任一側，亦可同時插入於兩側。
激子阻止層較好使用以通式(1)表示之膦氧化物衍生物，但膦氧化物衍生物使用於其他任何有機層中時，亦可使用習知之材料。
習知之激子阻止材料列舉為例如1,3-二(9-咔唑基)苯(mCP)或雙(2-甲基-8-羥基喹啉)-4-苯基酚酸鋁(III)(BAlq)。
-電洞輸送層-
所謂電洞輸送層為由具有輸送電洞之功能之電洞輸送材料所構成，且電動輸送層可為單層或複數層設置。
電洞輸送材料為具有電洞之注入或輸送、電子之障壁性之任一種者，亦可為有機物、無機物之任一種。可使用之電洞輸送材料列舉為例如三唑衍生物、噁二唑衍生物、咪唑衍生物、聚芳基烷衍生物、吡唑啉衍生物及吡唑酮衍生物、苯二胺衍生物、芳基胺衍生物、胺基取代之查爾酮(chalcone)衍生物、噁唑衍生物、苯乙烯蒽衍生物、茀酮衍生物、腙衍生物、二苯乙烯衍生物、矽胺烷衍生物、苯胺系共聚物或導電性高分子寡聚物，尤其是噻吩寡聚物等，但較好使用卟啉化合物、芳香族三級胺化合物及苯乙烯基胺化合物，更好使用芳香族三級胺化合物。
-電子輸送層-
所謂電子輸送層係由具有輸送電子之功能之材料所構成，電子輸送層可設置單層或複數層。
電子輸送材料(亦有兼具電洞阻止材料之情況)較好具有將由陰極注入之電子傳送到發光層之功能。電子輸送層較好使用以本發明之通式(1)表示之膦氧化物衍生物，但亦可使用選擇使用由過去已知之化合中選擇任意者，例如，硝基取代之茀衍生物、二苯基醌衍生物、噻喃二氧化物衍生物、碳二醯亞胺、亞茀甲烷衍生物、蒽醌二甲烷及蒽醌衍生物、噁二唑衍生物等。再者，上述噁二唑衍生物中，亦可使用將噁二唑環之氧原子取代成硫原子而成之噻二唑衍生物、已知作為電子吸引基之具有喹噁啉環之喹噁啉衍生物作為電子輸送材料。進而亦可使用將該等材料導入於高分子鏈中，或者使用以該等材料作為高分子之主鏈而成之高分子材料。
以通式(1)表示之膦氧化物衍生物由於作為電子輸送性之材料優異，故宜包含於發光層、電子輸送層、電洞阻止層或激子阻止層中。
本發明之有機EL元件為單一元件、配置成陣列狀之構造所構成之元件、將陽極與陰極配置成X-Y矩陣狀之構造之任一者。本發明之有機EL元件由於利用磷光發光，因此可獲得比使用過去之自一重線狀態之發光之元件之發光效率更高且驅動安定性亦大幅改善之元件，在全彩或多彩之面板之應用中可發揮優異之性能。
[實施例]
以下以實施例更詳細說明本發明，但本發明無論如何不受該等實施例之限制，且只要在不逾越其主旨，可以各種形態實施。
合成例1
參(6-(9-咔唑基)-2-吡啶基)膦氧化物(化合物18)之合成
於氮氣氛圍下，一邊在室溫攪拌14.2g(0.060mol)2,6-二溴吡啶、5.0g(0.036mol)咔唑、0.17g(0.0019mol)碘化銅(I)、31.8g(0.15mol)磷酸三鉀及300ml之脫水1,4-二噁烷，一邊添加1.0g(0.0088mol)之反-1,2-環己二胺後，在100℃加熱回流並攪拌6小時。反應溶液冷卻至室溫後，濾除無機鹽，減壓餾除溶劑。使殘留物溶解於200ml之二氯甲烷中，以蒸餾水(2×100ml)洗淨。有機層以無水硫酸鎂乾燥後，濾除硫酸鎂，減壓餾除溶劑。使用甲醇使所得殘留物加熱再漿料化進行純化，獲得8.2g之9-(6-溴-2-吡啶基)咔唑。
在氮氣氛圍下，於-60℃將4.5ml(0.0075mol)之含正丁基鋰之正己烷溶液(1.66mol/l)添加於含2.0g(0.0062mol)9-(6-溴-2-吡啶基)咔唑之10ml脫水THF溶液中。在-60℃攪拌1小時後，於-60℃下滴加含0.317g(0.0021mol)磷酸三氯之5ml脫水THF溶液。使反應溶液在室溫攪拌3小時後，添加20ml之飽和氯化銨水溶液。濃縮該溶液後，以二氯甲烷(2×50ml)萃取。有機層以無水硫酸鎂乾燥後，濾除硫酸鎂，減壓餾除溶劑。所得殘留物以矽膠管柱層析儀(己烷/乙酸乙酯=1)純化。進而，使用甲醇加熱再漿料化進行純化，獲得(化合物18)0.93g。
熔點299℃，APCI-TOFMS,m/z 777[M+H]+ 。
合成例2
參(6-(N,N-二苯基胺基)-2-吡啶基)膦氧化物(化合物10)之合成
與合成例1同樣，自2,6-二溴吡啶與二苯基胺合成化合物10。
合成例3
(6-(9-咔唑基)-2-吡啶基)二苯基膦氧化物(化合物58)之合成
與合成例1同樣，自9-(6-溴-2-吡啶基)咔唑與二苯基磷醯氯合成化合物58。
比較例1
在形成膜厚110nm之由氧化銦錫(ITO)所構成之陽極之玻璃基板上，以真空蒸鍍法，以真空度4.0×10-4 Pa層合各薄膜。首先，於ITO上以30nm厚形成作為電洞注入層之銅酞菁(CuPC)。接著，形成80nm厚之作為電洞輸送層之4,4’-雙[N-(1-萘基)-N-苯基胺基]聯苯(NPD)。接著，於電洞輸送層上，自不同之蒸鍍源共蒸鍍作為發光層之主體材料之1,3-二(9-咔唑基)苯(mCP)與為藍色磷光材料之銥錯合物[銥(III)雙[2-(4,6-二氟苯基)吡啶酸-N,C2’]吡啶甲酸酯](FIrpic)，形成厚度35nm之發光層。FIrpic之濃度為8.0%。接著，形成厚25nm之作為電子輸送層之參(8-羥基喹啉酸)鋁(III)(Alq3)。進而，於電子輸送層上形成厚0.5nm之氟化鋰(LiF)作為電子注入層。最後，於電子注入層上形成厚170nm之作為電極之鋁(Al)，製作於圖1所示之元件構成例之陰極與電子輸送層之間追加電子注入層之構成之有機EL元件。
將外部電源連接於所得之有機EL元件上且施加直流電壓後，確認具有如表1之發光特性。表1中，亮度、電壓及視感發光效率係顯示於2.5mA/cm2 之值，亮度半衰壽命顯示於5.0mA/cm2 之值。又，元件發光光譜之極大波長為470nm，可了解獲得自FIrpic之發光。
實施例1
除使用(化合物18)作為比較例1中之發光層之主體材料以外，餘如比較例1般製備有機EL元件。元件發光光譜之極大波長為470nm，鑑定獲得來自FIrpic之發光。發光特性示於表1。
實施例2
除使用(化合物10)作為比較例1中之發光層之主體材料以外，餘如比較例1般製備有機EL元件。元件發光光譜之極大波長為470nm，鑑定獲得來自FIrpic之發光。發光特性示於表1。
實施例3
除使用(化合物58)作為比較例1中之發光層之主體材料以外，餘如比較例1般製備有機EL元件。元件發光光譜之極大波長為470nm，鑑定獲得來自FIrpic之發光。發光特性示於表1。
比較例2
除使用(化合物8)作為比較例1中之發光層之主體材料以外，餘如比較例1般製備有機EL元件。元件發光光譜之極大波長為470nm，鑑定獲得來自FIrpic之發光。發光特性示於表1。
比較例3
除使用(化合物9)作為比較例1中之發光層之主體材料以外，餘如比較例1般製備有機EL元件。元件發光光譜之極大波長為470nm，鑑定獲得來自FIrpic之發光。發光特性示於表1。
實施例4
除使用(化合物18)作為比較例1中之電子輸送層之材料以外，餘如比較例1般製備有機EL元件。元件發光光譜之極大波長為470nm，鑑定獲得來自FIrpic之發光。發光特性示於表2。
實施例5
比較例1中，除於形成發光層後作為激子阻止層材料之化合物18形成為10nm厚，作為電子輸送層材料之Alq3 形成為15nm厚以外，餘如比較例1般製備有機EL元件。所得有機EL元件為具有在圖1所示之有機EL元件中，在發光層與電子輸送層之間追加激子阻止層而成之層構成。元件發光光譜之極大波長為470nm，鑑定獲得來自FIrpic之發光。發光特性示於表3。
[產業上利用之可能性]
若著眼於本發明之有機EL元件所用之膦氧化物衍生物之前沿軌域，最低空軌域(LUMO)為含氮雜環所直接鍵結之膦氧化物基，亦即以L1 -P=O表示之部位大幅擴展。因此分子間之電子授受變得容易，具有高的電子輸送性。另一方面，最高被佔據軌域(HOMO)存在於處於分子外側之NAr1 Ar1 上，於分子間之電洞授受變容易。其結果，該化合物顯示平衡良好之優異兩電荷注入輸送特性。
兼具有二芳基胺與膦氧化物之化合物，由於藉由具有與膦氧化物直接鍵結之含氮雜環而改善電子注入輸送性且維持良好之電洞注入輸送特性，故於有機EL元件中使用該化合物作為磷光主體材料時，由於可減低元件之驅動電壓，使發光層中之電荷平衡成為良好，故電洞與電子再結合區域變廣，可提高發光效率。再者，由於此磷光主體材料可封鎖摻雜物之最低激發三重線狀態之能量但卻具有充分高的最低激發三重線狀態之能量，故可有效地抑制三重線激發能量從摻雜物朝主體分子之移動。由以上方面，本發明之有機EL元件可達成低電壓驅動及高發光效率。
使用該化合物作為電子輸送層或電洞阻止層之材料時，由於其良好的電子注入輸送特性，亦可降低元件之驅動電壓以及提高發光效率。
又，由於此膦氧化物衍生物可封鎖摻雜物之最低激發三重線狀態之能量但卻具有充分高的最低激發三重線狀態之能量，故使用作為激子阻止層之材料時，可有效抑制三重線激發能量自摻雜物朝鄰接之含有該化合物之層移動，可獲得高的發光效率。
此外，膦氧化物衍生物顯示良好的非晶型特性及高的熱安定性，且係電化學安定，故得以實現驅動壽命長、耐久性高的有機EL元件。
本發明之有機EL元件於發光特性、驅動壽命以及耐久性成為實用上可滿足之位準，於平面面板顯示器(行動電話顯示元件、車用顯示元件、辦公設備(OA)電腦顯示元件或電視等)、產生作為面發光體特徵之光源(照明、影印機之光源、液晶顯示器或儀表類之背光光源)、顯示板或標示燈等之應用中，其技術價值大。
1．．．基板
2．．．陽極
3．．．電洞注入層
4．．．電洞輸送層
5．．．發光層
6．．．電子輸送層
7．．．陰極
圖1顯示有機EL元件之一例之剖面圖。
1．．．基板
2．．．陽極
3．．．電洞注入層
4．．．電洞輸送層
5．．．發光層
6．．．電子輸送層
7．．．陰極

Claims (4)

  1. 一種有機電致發光元件，其特徵為於基板上層合陽極、包含磷光發光層之有機層及陰極之有機電致發光元件，其中選自由磷光發光層、電子輸送層、電洞阻止層及激子阻止層所組成群組之至少一層中含有以通式(1)表示之膦氧化物衍生物： 式中，L1 獨立表示直接鍵或由以下式(1a)、(1b)或(1c)表示之芳香族化合物去除1~3個氫所得之1~3價之芳香族基，但至少一個L1 不為直接鍵，Ar1 獨立為碳數6~20之芳香族烴基或碳數3~20之芳香族雜環基，但結合於同一個氮原子之兩個Ar1 可直接或透過其他原子鍵結形成包含該氮之含氮雜環，亦可與該含氮雜環一起縮合形成縮合環，且前述芳香族烴或芳香族雜環基可具有取代基，m、n及p獨立為0~2之整數，m+n+p為1~6，且，式(1a)、(1b)或(1c)中，X各獨立表示經取代或未經取代之次甲基或氮，於L1 為二價或三價芳香 族基之情況下，至少一個X為氮；X為經取代之次甲基時，取代基各獨立表示碳數1~6之烷基、碳數1~6之烷氧基、碳數3~20之芳氧基、碳數6~20之芳香族烴基或碳數3~20之芳香族雜環基，
  2. 如申請專利範圍第1項之有機電致發光元件，其中以通式(1)表示之膦氧化物衍生物為以通式(2)表示之膦氧化物衍生物： 式中，Y各獨立表示經取代或未經取代之次甲基或 氮，Y為經取代之次甲基時，取代基各獨立表示以碳數1~6之烷基、碳數1~6之烷氧基、碳數3~20之芳氧基、碳數6~20之芳香族烴基、碳數3~20之芳香族雜環基、或經碳數6~14之芳香族烴基或碳數3~14之芳香族雜環基取代之胺基，其中，鍵結於該胺基之氮原子上之芳香族烴基或芳香族雜環基可直接或透過其他原子鍵結，形成含有該氮之含氮雜環，亦可與該含氮雜環一起縮合形成縮合環，又，與L1 鍵結之取代於氮上之兩個六員環芳香族烴基或含氮六員環芳香族雜環基可直接或透過其他原子鍵結，形成包含與該L1 鍵結之氮之含氮雜環，亦可與該含氮雜環一起縮合形成縮合環，L1 、m、n及p與通式(1)相同意義。
  3. 如申請專利範圍第1項之有機電致發光元件，其中含有膦氧化物衍生物之層為含有磷光發光摻雜物之發光層。
  4. 如申請專利範圍第2項之有機電致發光元件，其中含有膦氧化物衍生物之層為含有磷光發光摻雜物之發光層。
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