説明

カルバゾール化合物及びそれを用いた有機発光素子

【課題】新規なカルバゾール化合物、及び極めて高効率で高輝度な光出力を有しかつ極めて耐久性のある有機発光素子を提供する。
【解決手段】陽極及び陰極からなる一対の電極と、該一対の電極間に挟持された少なくとも一層の有機化合物を含む層とから構成される有機発光素子において、該有機化合物を含む層のうち少なくとも一層が、下記式[I]で示されるカルバゾール化合物を少なくとも1種含有することを特徴とする有機発光素子。


(式中、Arは置換あるいは無置換のピリジン基、置換あるいは無置換のビピリジン基、置換あるいは無置換のターピリジン基又は置換あるいは無置換の4,5−ジアザフルオレン基を表し、R1乃至R8のいずれかに結合する。)

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、新規カルバゾール化合物及びそれを用いた有機発光素子に関する。
【背景技術】
【0002】
有機発光素子は、陽極と陰極間に蛍光性有機化合物又は燐光性有機化合物を含む薄膜を挟持させた素子である。また、有機発光素子は、各電極からホール(正孔)及び電子を注入することにより、蛍光性化合物又は燐光性化合物の励起子を生成させ、この励起子が基底状態に戻る際に光を放射する。
【0003】
有機発光素子における最近の進歩は著しく、その特徴として、低印加電圧で高輝度、発光波長の多様性、高速応答性、薄型、軽量の発光デバイス化が可能であることが挙げられる。このことから有機発光素子は、広汎な用途への可能性を示唆している。
【0004】
しかしながら、現状では更なる高輝度の光出力あるいは高変換効率が必要である。また、長時間の使用による経時変化や酸素を含む雰囲気気体や湿気等による劣化等の耐久性の面で未だ多くの問題がある。
【0005】
さらに、フルカラーディスプレイ等への応用を考えた場合、色純度のよい青、緑、赤の発光が必要となるが、これらの問題に関してもまだ十分でない。
【0006】
ここで、有機発光素子の発光の色純度をよくする有機発光素子用材料として、カルバゾール化合物が提案されている。カルバゾール化合物を用いた材料及び有機発光素子の例として、特許文献1、2等が挙げられている。しかし、素子の発光効率は低く、耐久寿命は十分でない。
【0007】
【特許文献1】特開2004−079265号公報
【特許文献2】特開2003−226870号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
本発明の目的は、新規なカルバゾール化合物を提供することにある。本発明の他の目的は、極めて高効率で高輝度な光出力を有し、かつ極めて耐久性のある有機発光素子を提供することにある。また、本発明の他の目的は、製造が容易でかつ比較的安価に作成可能な有機発光素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0009】
本発明のカルバゾール化合物は、下記一般式[I]で示されることを特徴とする。
【0010】
【化1】

(式中、Arは置換あるいは無置換のピリジン基、置換あるいは無置換のビピリジン基、置換あるいは無置換のターピリジン基又は置換あるいは無置換の4,5−ジアザフルオレン基を表し、R1乃至R8のいずれかの位置に結合する。Arとの結合のないR1乃至R9は水素原子、置換あるいは無置換のアルキル基、アラルキル基、アルコキシ基、置換あるいは無置換のアリール基、置換あるいは無置換の複素環基、アミノ基、シアノ基又はハロゲン基を表わし、それぞれ同じであっても異なっていてもよく、隣り合う置換基は互いに結合し環を形成してもよい。nは1乃至4の整数を表す。)
【発明の効果】
【0011】
本発明によれば、膜性が良好で優れた発光特性を有する新規のカルバゾール化合物が提供できる。また、本発明によれば、印加電圧が低く発光効率が高い有機発光素子が提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0012】
以下、本発明について詳細に説明する。
【0013】
始めに、本発明のカルバゾール化合物について説明する。
【0014】
本発明のカルバゾール化合物は、下記一般式[I]で示される化合物である。
【0015】
【化2】

式[I]において、Arは置換あるいは無置換のピリジン基、置換あるいは無置換のビピリジン基、置換あるいは無置換のターピリジン基又は置換あるいは無置換の4,5−ジアザフルオレン基を表す。好ましくは、置換あるいは無置換の4,5−ジアザフルオレン基である。
【0016】
Arを表すピリジン基としては、ピリジン−2,6−ジイル基、ピリジン−2,3−ジイル基、ピリジン−2,4−ジイル基、ピリジン−2,4,6−トリイル基、ピリジン−2,3,6−トリイル基、ピリジン−2,3,4−トリイル基、ピリジン−3,4,6−トリイル基等が挙げられる。好ましくは、ピリジン−2,6−ジイル基である。
【0017】
Arを表すビピリジン基としては、2,2’−ビピリジン−6,6’−ジイル基、2,2’−ビピリジン−5,5’−ジイル基、2,2’−ビピリジン−4,4’−ジイル基、2,2’−ビピリジン−3,3’−ジイル基、4,4’−ビピリジン−2,2’−ジイル基、3,3’−ビピリジン−2,2’−ジイル基、2,2’−ビピリジン−6,4,6’−トリイル基、2,2’−ビピリジン−5,6,6’−トリイル基、2,2’−ビピリジン−4,6,4’,6’−テトライル基、2,2’−ビピリジン−4,5,5’,6’−テトライル基、4,4’−ビピリジン−2,6,2’,6’−テトライル基等が挙げられる。好ましくは、2,2’−ビピリジン−6,6’−ジイル基である。
【0018】
Arを表すターピリジン基としては、2,2’,6’,2”−ターピリジン−6,6”−ジイル基、2,2’,6’,2”−ターピリジン−5,5”−ジイル基、2,2’,6’,2”−ターピリジン−4,4”−ジイル基、2,2’,6’,2”−ターピリジン−6,4’,6”−トリイル基等が挙げられる。
【0019】
Arを表す4,5−ジアザフルオレン基としては、4,5−ジアザフルオレン−2,7−ジイル基、4,5−ジアザフルオレン−3,6−ジイル基等が挙げられる。好ましくは、4,5−ジアザフルオレン−3,6−ジイル基である。
【0020】
上記のピリジン基、ビピリジン基、ターピリジン基、4,5−ジアザフルオレン基に置換してもよい置換基としては、メチル基、エチル基、プロピル基等のアルキル基、ベンジル基、フェネチル基等のアラルキル基、フェニル基、ビフェニル基等のアリール基、チエニル基、ピロリル基、ピリジル基等の複素環基、ジメチルアミノ基、ジエチルアミノ基、ジベンジルアミノ基、ジフェニルアミノ基、ジトリルアミノ基、ジアニソリルアミノ基等のアミノ基、メトキシル基、エトキシル基、プロポキシル基、フェノキシル基等のアルコキシル基、シアノ基、フッ素、塩素等のハロゲン原子等が挙げられる。
【0021】
式[I]において、上記のArは、R1乃至R8のいずれかの位置に結合する。
【0022】
一方、Arとの結合のないR1乃至R9は水素原子、置換あるいは無置換のアルキル基、アラルキル基、アルコキシ基、置換あるいは無置換のアリール基、置換あるいは無置換の複素環基、置換アミノ基、シアノ基又はハロゲン基を表わす。
【0023】
1乃至R8を表すアルキル基としては、メチル基、エチル基、ノルマルプロピル基、イソプロピル基、ノルマルブチル基、ターシャリブチル基、セカンダリブチル基、オクチル基、1−アダマンチル基、2−アダマンチル基等が挙げられる。
【0024】
1乃至R8を表すアラルキル基としては、ベンジル基、フェネチル基等が挙げられる。
【0025】
1乃至R8を表すアルコキシ基としては、メトキシル基、エトキシル基、プロポキシル基、フェノキシル基等が挙げられる。
【0026】
1乃至R8を表すアリール基としては、フェニル基、ナフチル基、ペンタレニル基、インデニル基、アズレニル基、アントリル基、ピレニル基、インダセニル基、アセナフテニル基、フェナントリル基、フェナレニル基、フルオランテニル基、アセフェナントリル基、アセアントリル基、トリフェニレニル基、クリセニル基、ナフタセニル基、ペリレニル基、ペンタセニル基、ビフェニル基、ターフェニル基、フルオレニル基等が挙げられる。
【0027】
1乃至R8を表す複素環基としては、チエニル基、ピロリル基、ピリジル基、オキサゾリル基、オキサジアゾリル基、チアゾリル基、チアジアゾリル基、ターチエニル基、カルバゾリル基、アクリジニル基、フェナントロリル基等が挙げられる。
【0028】
1乃至R8を表すハロゲン原子としては、フッ素、塩素、臭素、ヨウ素が挙げられる。
【0029】
1乃至R8を表す置換アミノ基としては、ジメチルアミノ基、ジエチルアミノ基、ジベンジルアミノ基、ジフェニルアミノ基、ジトリルアミノ基、ジアニソリルアミノ基等が挙げられる。
【0030】
上記アルキル基、アリール基及び複素環基が有してもよい置換基としては、メチル基、エチル基、プロピル基等のアルキル基、ベンジル基、フェネチル基等のアラルキル基、フェニル基、ビフェニル基等のアリール基、チエニル基、ピロリル基、ピリジル基等の複素環基、ジメチルアミノ基、ジエチルアミノ基、ジベンジルアミノ基、ジフェニルアミノ基、ジトリルアミノ基、ジアニソリルアミノ基等のアミノ基、メトキシル基、エトキシル基、プロポキシル基、フェノキシル基等のアルコキシル基、シアノ基、フッ素、塩素等のハロゲン原子等が挙げられる。
【0031】
1乃至R9の置換基はそれぞれ同じであっても異なっていてもよい。また、隣り合う置換基が互いに結合し環を形成してもよい。
【0032】
nは1乃至4の整数を表す。
【0033】
本発明のカルバゾール化合物は有機発光素子用材料として使用できる。
【0034】
本発明のカルバゾール化合物は、カルバゾール基にピリジン基等のピリジン骨格を有する置換基が導入されている。このため本発明のカルバゾール化合物は、カルバゾール基由来の正孔注入性と、ピリジン骨格由来の電子注入性を兼ね備える。従って、両キャリアの注入性がよく、有機発光素子用材料として使用した場合、駆動電圧を低下することができる。
【0035】
また、本発明のカルバゾール化合物はカルバゾール基又はピリジン骨格に置換基を導入することで、HOMO/LUMOレベルを容易に調節することが可能である。このため、ホールや電子のキャリア注入のバランスを考慮した分子設計が可能であるとともに、青色、緑色、赤色としての発光材料の分子設計が可能である。
【0036】
さらに、本発明のカルバゾール化合物は、アモルファス性が高く熱安定性も高いので、有機発光素子に導入すると素子の寿命が長くなる。特にカルバゾール基に4,5−ジアザフルオレン基を置換した化合物は、ピリジン基等の他のピリジン骨格を有する化合物と比べて極めてアモルファス性が高く、かつ熱安定性もより高くなる。
【0037】
本発明のカルバゾール化合物の具体例を以下に示す。しかし、本発明はこれらに限られるものではない。
【0038】
【化3】

【0039】
【化4】

【0040】
【化5】

【0041】
次に、本発明の有機発光素子について詳細に説明する。
【0042】
本発明の有機発光素子は、陽極及び陰極からなる一対の電極と、この一対の電極間に挟持された少なくとも一層の有機化合物を含有する層とから構成される。また、本発明の有機発光素子は、この有機化合物を含む層に本発明のカルバゾール化合物を少なくとも一種含有する。
【0043】
以下、図を参照しながら本発明の有機発光素子を詳細に説明する。
【0044】
図1は、本発明の有機発光素子における第一の実施形態を示す断面図である。図1の有機発光素子10は、基板1上に、陽極2、発光層3及び陰極4を順次設けている。この有機発光素子10は、発光層3が、ホール輸送能、エレクトロン輸送能及び発光性の性能を全て有する化合物で構成されている場合や、ホール輸送能、エレクトロン輸送能及び発光性の性能を有する化合物を混合して構成される場合に有用である。
【0045】
図2は、本発明の有機発光素子における第二の実施形態を示す断面図である。図2の有機発光素子20は、基板1上に、陽極2、ホール輸送層5、電子輸送層6及び陰極4を順次設けている。この有機発光素子20は、ホール輸送性及び/又は電子輸送性を備える発光性の化合物と電子輸送性のみ又はホール輸送性のみを備える有機化合物とを組み合わせて用いる場合に有用である。また、有機発光素子20は、ホール輸送層5又は電子輸送層6が発光層を兼ねている。
【0046】
図3は、本発明の有機発光素子における第三の実施形態を示す断面図である。図3の有機発光素子30は、図2の有機発光素子において、ホール輸送層5と電子輸送層6との間に発光層3を挿入したものである。この有機発光素子30は、キャリア輸送と発光の機能を分離したものであり、ホール輸送性、電子輸送性、発光性の各特性を有した有機化合物を適宜組み合わせて用いることができる。このため、極めて材料選択の自由度が増すとともに、発光波長を異にする種々の有機化合物が使用できるので、発光色相の多様化が可能になる。さらに、発光層3にキャリアあるいは励起子を有効に閉じこめて有機発光素子30の発光効率の向上を図ることも可能になる。
【0047】
図4は、本発明の有機発光素子における第四の実施形態を示す断面図である。図4の有機発光素子40は、図3の有機発光素子30において陽極2とホール輸送層5との間にホール注入層7を設けたものである。この有機発光素子40は、ホール注入層7を設けたことにより、陽極2とホール輸送層5との間の密着性が改善され、又はホールの注入性が改善されるので低電圧化に効果的である。
【0048】
図5は、本発明の有機発光素子における第五の実施形態を示す断面図である。図5の有機発光素子50は、図3の有機発光素子30において、ホール又は励起子(エキシトン)を陰極4側に抜けることを阻害する層(ホール/エキシトンブロッキング層8)を発光層3と電子輸送層6との間に挿入したものである。イオン化ポテンシャルの非常に高い有機化合物をホール/エキシトンブロッキング層8として用いることにより、有機発光素子50の発光効率が向上する。
【0049】
ただし、図1乃至図5はあくまでごく基本的な素子構成であり、本発明のカルバゾール化合物を用いた有機発光素子の構成はこれらに限定されるものではない。例えば、電極と有機層界面に絶縁性層を設ける、接着層あるいは干渉層を設ける、ホール輸送層がイオン化ポテンシャルの異なる2層から構成される等多様な層構成をとることができる。
【0050】
本発明のカルバゾール化合物は、有機化合物を含む層、例えば図1乃至図5に示される発光層3、ホール輸送層5、電子輸送層6、ホール注入層7、ホール/エキシトンブロック層8を構成する材料として用いることができる。上記の層を構成する材料として本発明のカルバゾール化合物を使用した有機発光素子は、発光効率が高く、素子の寿命が長くなる。
【0051】
本発明のカルバゾール化合物は、好ましくは、発光層3を構成する材料として用いる。本発明のカルバゾール化合物を、発光層3を構成する材料として使用すると、様々な態様で利用できる。利用態様として、例えば、単独で使用したり、ドーパント(ゲスト)材料としてホスト材料と組み合わせて使用したり、ホスト材料として蛍光材料及び燐光材料といったゲスト材料とともに使用したりすることができる。また、本発明のカルバゾール化合物を発光層3に導入することにより、他の層に導入するときと比べて、色純度、発光効率及び寿命がより向上する。
【0052】
本発明の有機発光素子は、発光層を構成する材料として、本発明のカルバゾール化合物の他に、必要に応じてこれまで知られている低分子系及びポリマー系のホール輸送性化合物、発光性化合物又は電子輸送性化合物等を一緒に使用することもできる。
【0053】
本発明の有機発光素子で用いる基板としては、特に限定するものではないが、金属製基板、セラミックス製基板等の不透明性基板、ガラス、石英、プラスチックシート等の透明性基板が用いられる。
【0054】
また、基板にカラーフィルター膜、蛍光色変換フィルター膜、誘電体反射膜等を用いて発色光をコントロールする事も可能である。また、基板上に薄膜トランジスタ(TFT)を作成し、それに接続して素子を作成することも可能である。
【0055】
また、素子の光取り出し方向に関しては、ボトムエミッション構成(基板側から光を取り出す構成)及び、トップエミッション(基板の反対側から光を取り出す構成)のいずれも可能である。
【0056】
特に、本発明のカルバゾール化合物で構成される有機化合物の層は、真空蒸着法や溶液塗布法等によって形成すると、結晶化等が起こりにくく経時安定性に優れているので好ましい。
【実施例】
【0057】
以下、実施例により本発明をさらに具体的に説明していくが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【0058】
<実施例1>例示化合物30の合成
【0059】
【化6】

【0060】
(1)中間体化合物1−3の合成
200ml三ツ口フラスコに、以下の試薬及び溶媒を入れた。
化合物1−1:0.87g(3.35mmol)
化合物1−2:2.93g(10.00mmol)
トルエン:120ml
エタノ−ル:20ml
【0061】
次に、窒素雰囲気中、室温で上記の溶液を攪拌しながら、炭酸ナトリウム10g/水100mlの水溶液を滴下し、次いでテトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(0)0.387g(0.335mmol)を添加した。続いて溶液を77℃に昇温し5時間攪拌した。反応後、有機層をトルエンで抽出し無水硫酸ナトリウムで乾燥後、シリカゲルカラムクロマトグラフィー(展開溶媒:クロロホルム)で精製し、黄白色結晶の中間体1−3を1.57g(収率85%)得た。
【0062】
質量分析法により、この化合物のM+である522を確認した。
【0063】
(2)例示化合物30の合成
200ml三ツ口フラスコに、以下の試薬及び溶媒を入れた。
化合物1−3:1.04g(2.00mmol)
化合物1−4:3.42g(20.00mmol)
ナトリウムターシャリブトキシド:0.768g(8.00mmol)
キシレン:100ml
【0064】
次に、窒素雰囲気中、室温で上記の溶液を攪拌しながら、トリターシャリブチルフォスフィン80.7mg(0.40mmol)、次いでパラジウムジベンジリデンアセトン115mg(0.20mmol)を添加した。次にこの溶液を125℃に昇温し5時間攪拌した。反応終了後有機層をトルエンで抽出し無水硫酸ナトリウムで乾燥後、シリカゲルカラムクロマトグラフィー(展開溶媒:クロロホルム)で精製し、例示化合物30(白色結晶)1.23g(収率87%)を得た。
【0065】
質量分析法により、この化合物のM+である707.9を確認した。また、DSC示差走査熱量分析法により、ガラス転移温度172℃を確認した。
【0066】
また、日立分光蛍光光度計(F4500)にて、トルエン希薄溶液における発光スペクトルを測定したところ、良好な青色を示した。
【0067】
<実施例2>
図4に示す構造の有機発光素子を以下に示す方法で作成した。
ガラス基板(基板1)上に、陽極2として、酸化錫インジウム(ITO)を膜厚120nmでスパッタ法により成膜したものを透明導電性支持基板として用いた。これをアセトン、イソプロピルアルコール(IPA)で順次超音波洗浄し、次いで純水で洗浄し、真空オーブンにより120℃で乾燥した。さらに、UV/オゾン洗浄したものを透明導電性支持基板として使用した。
【0068】
次に、下記構造式2−1で示される化合物からなるホール注入材料のクロロホルム溶液(濃度:0.1wt%)を調製した。
【0069】
【化7】

【0070】
この溶液を上記の透明導電性支持基板上に滴下し、最初に500RPMの回転で10秒、次に1000RPMの回転で40秒間スピンコートを行い膜形成した。この後真空オーブンにより、10分間、80℃の条件で乾燥し、薄膜中の溶剤を完全に除去した。このようにしてホール注入層7を形成した。形成されたホール注入層7の膜厚は15nmであった。
【0071】
次に、ホール注入層7の上に、下記構造式2−2で示される化合物を蒸着し、膜厚20nmのホール輸送層5を設けた。
【0072】
【化8】

【0073】
次に、その上に発光層3として第1の化合物としてIr(ppy)3と、第2の化合物として例示化合物30を共蒸着(重量比は、[Ir(ppy)3]:[例示化合物30]=5:95)して25nmの発光層3を設けた。蒸着時の真空度は1.0×10-4Pa、成膜速度は0.1nm/sec以上0.2nm/sec以下の条件で成膜した。
【0074】
次に、電子輸送層6として1,10−ジフェニルフェナントロリンを真空蒸着法にて膜厚50nmで形成した。蒸着時の真空度は0.1nm/sec以上0.2nm/sec以下の条件であった。
【0075】
次に、フッ化カリウム(KF)を、真空蒸着法により膜厚0.5nmで形成した。このとき蒸着の条件として、真空度を1.0×10-4Pa、成膜速度を0.01nm/secとした。最後に、真空蒸着法によりアルミニウム膜を膜厚150nmで形成した。このとき蒸着の条件として、真空度を1.0×10-4Pa、成膜速度を1.0nm/sec以上1.2nm/sec以下とした。フッ化カリウム膜及びアルミニウム膜は電子注入電極(陰極4)として機能する。
【0076】
次に、水分の吸着によって素子劣化が起こらないように、乾燥空気雰囲気中で保護用ガラス板をかぶせ、アクリル樹脂系接着材で封止した。このようにして有機発光素子を得た。
【0077】
得られた素子に、ITO電極(陽極2)を正極、Al電極(陰極4)を負極にして、4Vの印加電圧で、発光輝度2400cd/m2で緑色の発光が観測された。
【図面の簡単な説明】
【0078】
【図1】本発明の有機発光素子における第一の実施形態を示す断面図である。
【図2】本発明の有機発光素子における第二の実施形態を示す断面図である。
【図3】本発明の有機発光素子における第三の実施形態を示す断面図である。
【図4】本発明の有機発光素子における第四の実施形態を示す断面図である。
【図5】本発明の有機発光素子における第五の実施形態を示す断面図である。
【符号の説明】
【0079】
1 基板
2 陽極
3 発光層
4 陰極
5 ホール輸送層
6 電子輸送層
7 ホール注入層
8 ホール/エキシトンブロッキング層
10,20,30,40,50 有機発光素子

【特許請求の範囲】
【請求項1】
下記一般式[I]で示されることを特徴とするカルバゾール化合物。
【化1】

(式中、Arは置換あるいは無置換のピリジン基、置換あるいは無置換のビピリジン基、置換あるいは無置換のターピリジン基又は置換あるいは無置換の4,5−ジアザフルオレン基を表し、R1乃至R8のいずれかの位置に結合する。Arとの結合のないR1乃至R9は水素原子、置換あるいは無置換のアルキル基、アラルキル基、アルコキシ基、置換あるいは無置換のアリール基、置換あるいは無置換の複素環基、置換アミノ基、シアノ基又はハロゲン基を表わし、それぞれ同じであっても異なっていてもよく、隣り合う置換基は互いに結合し環を形成してもよい。nは1乃至4の整数を表す。)
【請求項2】
前記Arが置換あるいは無置換の4,5−ジアザフルオレンであることを特徴とする請求項1に記載のカルバゾール化合物。
【請求項3】
陽極及び陰極からなる一対の電極と、該一対の電極間に挟持された少なくとも一層の有機化合物を含む層とから構成される有機発光素子において、該有機化合物を含む層のうち少なくとも一層が、請求項1又は2に記載のカルバゾール化合物を少なくとも1種含有することを特徴とする有機発光素子。
【請求項4】
前記カルバゾール化合物を含む層が発光層であることを特徴とする請求項3に記載の有機発光素子。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【公開番号】特開2008−162910(P2008−162910A)
【公開日】平成20年7月17日(2008.7.17)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2006−351757(P2006−351757)
【出願日】平成18年12月27日(2006.12.27)
【出願人】(000001007)キヤノン株式会社 (59,756)
【Fターム(参考)】