ベンゾ［ａ］フルオランテン化合物及びそれを用いた有機発光素子
【課題】極めて発光効率及び輝度が良好で、かつ耐久性のある有機発光素子を提供する。
【解決手段】陽極と陰極と、該陽極と該陰極との間に挟持される有機化合物層と、から構成され、該有機化合物層に、下記式［Ｉ］で示されるベンゾ［ａ］フルオランテン化合物が少なくとも１種類含まれることを特徴とする、有機発光素子。
【解決手段】陽極と陰極と、該陽極と該陰極との間に挟持される有機化合物層と、から構成され、該有機化合物層に、下記式［Ｉ］で示されるベンゾ［ａ］フルオランテン化合物が少なくとも１種類含まれることを特徴とする、有機発光素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ベンゾ［ａ］フルオランテン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、陽極と陰極との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する素子である。また、各電極からホール（正孔）及び電子を注入することで蛍光性化合物又は燐光性化合物の励起子を生成させることにより、この励起子が基底状態に戻る際に、有機発光素子は光を放射する。
【０００３】
有機発光素子における最近の進歩は著しく、その特徴は、低印加電圧で高輝度、発光波長の多様性、高速応答性、発光デバイスの薄型・軽量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】
さらにはフルカラーディスプレイ等への応用を考慮すると、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に解決したとは言えない。
【０００６】
上述した解決する方法として、ベンゾフルオランテン化合物を有機発光素子の構成材料として使用することが提案されている。ベンゾフルオランテン化合物を、有機発光素子の構成材料として使用した例として、特許文献１、特許文献２及び非特許文献１が挙げられる。
【０００７】
【特許文献１】特開平１０−１８９２４７号広報
【特許文献２】特開２００２−８８６７号公報
【非特許文献１】Ｃｈｅｍ．Ｍａｔｅｒ．２００３，１５，４８５４−４８６２
【非特許文献２】Ｓｔｅａｖｅｎ Ｌ．Ｍｕｒｏｖ，Ｉａｎ Ｃａｒｍｉｃｈａｅｌ，Ｇｏｒｄｏｎ Ｌ．Ｈｕｇ，Ｈａｎｄｏｂｏｏｋ ｏｆ Ｐｈｏｔｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ，１９９３年
【非特許文献３】Ｊ．Ｐｈｙｓ．Ｃｈｅｍ．１９９４，９８，５６３９−５６４３
【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、新規なベンゾ［ａ］フルオランテン化合物を提供することにある。また本発明の他の目的は、極めて発光効率及び輝度が良好で、かつ耐久性のある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】
本発明のベンゾ［ａ］フルオランテン化合物は、下記一般式［Ｉ］で示されることを特徴とする。
【００１０】
【化１】
（式［Ｉ］において、Ｒ11乃至Ｒ22のうち少なくとも一つは、下記一般式（ｉ）で示されるＲmを表す。
【００１１】
【化２】
（式（ｉ）において、Ａｒ1は、以下の（ｉａ）乃至（ｉｃ）のうちのいずれかを表す。
（ｉａ）置換あるいは無置換のフェニレン基
（ｉｂ）置換あるいは無置換の単環複素環基
（ｉｃ）上記（ｉａ）及び上記（ｉｂ）で表される置換基から２つを選択して形成される複合置換基
Ｘ1は、炭素数２以上の置換あるいは無置換のアルキル基、置換あるいは無置換のアルケニル基又は置換あるいは無置換のアルキニル基を表す。）
Ｒ11乃至Ｒ22のうちＲmではない置換基は、それぞれ水素原子、ハロゲン原子、シアノ基、ニトロ基、置換あるいは無置換のアルキル基、アルコキシ基、アルケニル基、アルキニル基、アラルキル基又は置換アミノ基を表し、それぞれ同じであっても異なっていてもよい。）
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、新規なベンゾ［ａ］フルオランテン化合物を提供することができる。また本発明によれば、極めて発光効率及び輝度が良好で、かつ耐久性のある有機発光素子を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
まず、本発明のベンゾ［ａ］フルオランテン化合物について説明する。
【００１４】
ここで、本発明のベンゾ［ａ］フルオランテン化合物とは、下記一般式［Ｉ］で示される化合物である。
【００１５】
【化３】
【００１６】
一般式［Ｉ］において、Ｒ11乃至Ｒ22のうち少なくとも一つは、下記一般式（ｉ）で示されるＲmである。
【００１７】
【化４】
【００１８】
尚、Ｒmの詳細については後述する。
【００１９】
一般式［Ｉ］において、Ｒ11乃至Ｒ22のうちＲmではない置換基は、それぞれ水素原子、ハロゲン原子、シアノ基、ニトロ基、置換あるいは無置換のアルキル基、アルコキシ基、アリールオキシ基、アルケニル基、アルキニル基、アラルキル基又は置換アミノ基を表す。
【００２０】
Ｒ11乃至Ｒ22で表されるハロゲン原子として、フッ素、塩素、臭素、ヨウ素等が挙げられる。
【００２１】
Ｒ11乃至Ｒ22で表されるアルキル基として、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、ターシャリーブチル基、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。
【００２２】
Ｒ11乃至Ｒ22で表されるアルコキシ基として、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基等が挙げられる。
【００２３】
Ｒ11乃至Ｒ22で表されるアリールオキシ基として、フェノキシ基、４−メチルフェノキシ基、ナフトキシ基等が挙げられる。
【００２４】
Ｒ11乃至Ｒ22で表されるアルケニル基として、ビニル基、プロペニル基、ブテニル基、フェニルビニル基、ジフェニルビニル基等が挙げられる。
【００２５】
Ｒ11乃至Ｒ22で表されるアルキニル基として、エチニル基、プロピニル基、ブチニル基、フェネチニル基等が挙げられる。
【００２６】
Ｒ11乃至Ｒ22で表されるアラルキル基として、ベンジル基、フェネチル基等が挙げられる。
【００２７】
Ｒ11乃至Ｒ22で表される置換アミノ基として、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、ジターシャルブチルアミノ基、ジアニソリルアミノ基、カルバゾイル基等が挙げられる。
【００２８】
上記アルキル基が有してもよい置換基として、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置換アミノ基、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基等のアルコキシ基、フェノキシ基等のアリールオキシ基、フッ素、塩素等のハロゲン原子、シアノ基、ニトロ基等が挙げられる。
【００２９】
Ｒ11乃至Ｒ22のうちＲmではない置換基は、それぞれ同じであっても異なっていてもよい。
【００３０】
次に、下記一般式（ｉ）で示されるＲmについて説明する。
【００３１】
【化５】
【００３２】
一般式（ｉ）において、Ａｒ1は、以下の（ｉａ）乃至（ｉｃ）のうちのいずれかを表す。
（ｉａ）置換あるいは無置換のフェニレン基
（ｉｂ）置換あるいは無置換の単環複素環基
（ｉｃ）上記（ｉａ）及び上記（ｉｂ）で表される置換基から２つを選択して形成される複合置換基
【００３３】
Ａｒ1で表され（ｉｂ）に該当する単環複素環基として、チオフェン、ピロール、ピリジン、ピラジン、ピリミジン、オキサゾール、オキサジアゾール、チアゾール、チアジアゾール等が挙げられる。
【００３４】
Ａｒ1で表され（ｉｃ）に該当する複合置換基として、ビフェニル基、フェニルピリジル基、フェニルオキサゾール基、ビピリジル基、フェニルピリミジル基、フェニルピリジル基等が挙げられる。
【００３５】
上記（ｉａ）乃至（ｉｃ）で表される置換基が有してもよい置換基として、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、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、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基等のアルコキシ基、フェノキシ基等のアリールオキシ基、フッ素、塩素等のハロゲン原子、シアノ基、ニトロ基等が挙げられる。
【００３６】
一般式（ｉ）において、Ｘ1は、炭素数２以上の置換あるいは無置換のアルキル基、置換あるいは無置換のアルケニル基又は置換あるいは無置換のアルキニル基を表す。
【００３７】
Ｘ1で表されるアルキル基として、エチル基、イソプロピル基、ターシャリーブチル基、アダマンチル基等が挙げられる。好ましくは、ターシャリーブチル基又はアダマンチル基である。
【００３８】
Ｘ1で表されるアルケニル基として、ビニル基、ブテニル基等が挙げられる。
【００３９】
Ｘ1で表されるアルキニル基として、エチニル基、ブチニル基等が挙げられる。
【００４０】
上記アルキル基、アルケニル基及びアルキニル基が有してもよい置換基として、メチル基、エチル基、プロピル基、ターシャリーブチ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、２，４，６−トリメチルフェニル基、４−ターシャリーブチルフェニル基、３，５−ジターシャリーブチル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置換アミノ基、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基等のアルコキシ基、フェノキシ基等のアリールオキシ基、シアノ基、ニトロ基、フッ素、塩素等のハロゲン原子等が挙げられる。
【００４１】
無置換のベンゾ［ａ］フルオランテンは、平面性が高い構造であるため、発光層内での濃度消光による有機発光素子の輝度の低下を引き起こしやすい。そこで、一般式［Ｉ］のように、式［Ｉ］中のＲ11乃至Ｒ22のうち少なくとも一つが、立体障害が大きいＲmとすることにより、発光層内における濃度消光が抑制されるので、有機発光素子の輝度の低下を抑えることができる。
【００４２】
また、炭素鎖からなるＸ1を導入することにより、分子間におけるπ共役平面の重なりを回避することが可能となる。その結果、ベンゾ［ａ］フルオランテン化合物の昇華性、蒸着安定性及び結晶性の低下や高いガラス転移温度による膜の安定性が向上する。
【００４３】
本発明のベンゾ［ａ］フルオランテン化合物は、有機発光素子を構成する材料として使用することができる。また、本発明のベンゾ［ａ］フルオランテン化合物を有機発光素子の構成材料として含有させることにより有機発光素子の発光効率、色純度及び耐久性が向上する。これらの性能が向上する理由を以下に説明する。
【００４４】
本発明のベンゾ［ａ］フルオランテン化合物は、５員環構造を含むものである。ここで５員環構造に起因する電子吸引性により、本発明のベンゾ［ａ］フルオランテン化合物は電子注入性を備える。このため本発明のベンゾ［ａ］フルオランテン化合物を、有機発光素子を構成する材料として使用すると、陰極から発生した電子を効率よく輸送できるので、素子の駆動電圧を低下させることができる。この結果、有機発光素子の発光効率を向上させることができる。また、有機発光素子の長寿命化にも寄与する。
【００４５】
また本発明のベンゾ［ａ］フルオランテン化合物は、置換基を導入することで、ＨＯＭＯとＬＵＭＯのレベルを適宜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。
【００４６】
有機発光素子の耐久性は、素子を構成する材料の化学的安定性が重要な要素となる。
【００４７】
本発明のベンゾ［ａ］フルオランテン化合物は、５員環構造に由来する電子吸引効果により、一重項酸素分子等の求電子反応による反応性は低いので、化学的に安定であるという特徴を有する。
【００４８】
また、本発明のベンゾ［ａ］フルオランテン化合物は、ベンゾ［ａ］フルオランテン骨格に置換基を有することで化学的安定性はさらに向上する。置換基として、好ましくは、炭素原子及び水素原子から構成される置換基である。具体的には、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アラルキル基又はアリール基が好ましい。アルキル基又はアリール基がより好ましい。
【００４９】
逆に、アミノ基といった含窒素原子置換基は化学反応性が高い置換基であり、ベンゾ［ａ］フルオランテン化合物の化学的安定性を低下させるので、好ましくない。
【００５０】
ここで式［Ｉ］のベンゾ［ａ］フルオランテン化合物において、好ましくは、Ｒ１５の位置に、炭素原子及び水素原子から構成される置換基を導入する。この位置では、ベンゾ［ａ］フルオランテン骨格の中でも求電子反応性が一番高い置換位置であるので、この位置に水素原子よりも脱離能が低く化学反応性が低い置換基を導入すると、ベンゾ［ａ］フルオランテン化合物の化学的安定性がより高くなる。また、この位置においては、炭素原子及び水素原子から構成される置換基（アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アラルキル基、アリール基）の他に、アルコキシ基や複素環基が導入されていてもよい。
【００５１】
以下、一般式［Ｉ］で示される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。
【００５２】
【化６】
【００５３】
次に、本発明の有機発光素子について詳細に説明する。
【００５４】
本発明の有機発光素子は、陽極と陰極と、この陽極と陰極との間に挟持される有機化合物からなる層と、から構成される。また、この有機化合物からなる層に、本発明のベンゾ［ａ］フルオランテン化合物を少なくとも１種類含有することを特徴とする。
【００５５】
以下、図面を参照しながら本発明の有機発光素子について詳細に説明する。
【００５６】
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が順次設けられている。この有機発光素子１０は、発光層３が、ホール輸送能、電子輸送能及び発光性の性能を全て有する有機化合物で構成されている場合に有用である。また、ホール輸送能、電子輸送能及び発光性のいずれかの特性を有する有機化合物を混合して構成される場合にも有用である。
【００５７】
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が順次設けられている。この有機発光素子２０は、ホール輸送性及び電子輸送性のいずれかを備える発光性の有機化合物と、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使用す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。
【００５８】
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２０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使用することができる。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することができるので、発光色相の多様化が可能になる。さらに、中央の発光層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。
【００５９】
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を挿入したものである。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。
【００６０】
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）が陰極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化合物をホール／エキシトンブロッキング層８の構成材料として使用することにより、有機発光素子５０の発光効率が向上する。
【００６１】
ただし、上記の第一乃至第五の実施形態はあくまでごく基本的な素子構成であり、本発明のベンゾ［ａ］フルオランテン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、接着層又は干渉層を設ける、ホール輸送層がイオン化ポテンシャルの異なる二層から構成される等の多様な構成をとることができる。
【００６２】
本発明のベンゾ［ａ］フルオランテン化合物は、上記の第一乃至第五のいずれの実施形態でも使用することができる。
【００６３】
本発明のベンゾ［ａ］フルオランテン化合物は、有機発光素子用材料として使用できる。具体的には、ホール輸送層、電子輸送層及び発光層を構成する材料として使用することができる。このとき使用されるベンゾ［ａ］フルオランテン化合物は、１つであってもよいし、複数であってもよい。また、ベンゾ［ａ］フルオランテン化合物は複数の層に含まれていてもよい。本発明のベンゾ［ａ］フルオランテン化合物を使用すると、有機発光素子の発光効率及び寿命が向上する。
【００６４】
特に、本発明のベンゾ［ａ］フルオランテン化合物を、発光層を構成する材料として使用すると、種々の態様で使用できるほか、色純度、発光効率及び寿命の点で有機発光素子の性能を向上させることができるので好ましい。
【００６５】
発光層は、本発明のベンゾ［ａ］フルオランテン化合物のみで構成されていてもよい。また、発光層はホストとゲストとから構成されてもよい。ここで本発明のベンゾ［ａ］フルオランテン化合物は、ゲストであるドーパント材料、並びにホストである蛍光材料及び燐光材料のいずれの態様でも使用することができる。本発明のベンゾ［ａ］フルオランテン化合物を発光層中のホスト又はゲストとして使用すると、色純度、発光効率及び寿命の点で有機発光素子の性能を向上させることができる。
【００６６】
本発明のベンゾ［ａ］フルオランテン化合物を、発光層のゲストとして使用する場合、対応するホストは、特に限定されないが、安定なアモルファス膜から構成される有機発光素子を提供するという観点から、好ましくは、縮合多環誘導体である。ここで、高効率で耐久性のある有機発光素子を提供するためには、ホスト自身の発光量子収率が高いことやホスト自体の化学的安定性が必要とされる。これらの要件を満たす縮合多環誘導体として、好ましくは、フルオレン誘導体、ピレン誘導体、フルオランテン誘導体、ベンゾフルオランテン誘導体等が挙げられる。これらの誘導体は、蛍光量子収率が高く化学的に安定である。
【００６７】
ここで、本発明のベンゾ［ａ］フルオランテン化合物を、発光層のゲストとして使用する場合、その含有量は、発光層を構成する材料の全重量に対して、好ましくは、０．１重量％以上３０重量％以下である。濃度消光抑制の観点から、さらに好ましくは、０．１重量％以上１５重量％以下である。
【００６８】
一方、本発明のベンゾ［ａ］フルオランテン化合物を、発光層のホストとして使用する場合、対応するゲストは特に制限はなく所望する発光色等によって適宜選択することができる。また、必要に応じてゲスト以外に、正孔輸送性化合物、電子輸送性化合物等を一緒ドープして使用することもできる。
【００６９】
本発明の有機発光素子は、特に、発光層を構成する材料として、本発明のベンゾ［ａ］フルオランテン化合物を使用するものである。また、本発明の有機発光素子は、本発明のベンゾ［ａ］フルオランテン化合物の他に、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、電子輸送性化合物等を一緒に使用することもできる。
【００７０】
ホール輸送性化合物として、トリアリールアミン誘導体、アリールジアミン誘導体、フタロシアニン誘導体、ポルフィリン誘導体、ポリ（ビニルカルバゾール）、ポリ（シリレン）、ポリ（チオフェン）、その他導電性高分子等が挙げられる。
【００７１】
発光性化合物として、本発明のベンゾ［ａ］フルオランテン化合物の他に、縮合環芳香族化合物（例えばナフタレン誘導体、フェナントレン誘導体、フルオレン誘導体、ピレン誘導体、テトラセン誘導体、コロネン誘導体、クリセン誘導体、ペリレン誘導体、９，１０−ジフェニルアントラセン誘導体、ルブレン等）、キナクリドン誘導体、アクリドン誘導体、クマリン誘導体、ピラン誘導体、ナイルレッド、ピラジン誘導体、ベンゾイミダゾール誘導体、ベンゾチアゾール誘導体、ベンゾオキサゾール誘導体、スチルベン誘導体、有機金属錯体（例えば、トリス（８−キノリノラート）アルミニウム等の有機アルミニウム錯体、有機ベリリウム錯体）及びポリ（フェニレンビニレン）誘導体、ポリ（フルオレン）誘導体、ポリ（フェニレン）誘導体、ポリ（チエニレンビニレン）誘導体、ポリ（アセチレン）誘導体等の高分子誘導体等が挙げられる。
【００７２】
電子輸送性化合物として、オキサジアゾール誘導体、オキサゾール誘導体、チアゾール誘導体、チアジアゾール誘導体、ピラジン誘導体、トリアゾール誘導体、トリアジン誘導体、ペリレン誘導体、キノリン誘導体、キノキサリン誘導体、フルオレノン誘導体、アントロン誘導体、フェナントロリン誘導体、有機金属錯体等が挙げられる。
【００７３】
陽極の構成材料としては仕事関数がなるべく大きなものがよい。例えば、金、白金、銀、銅、ニッケル、パラジウム、コバルト、セレン、バナジウム、タングステン等の金属単体又はこれらを組み合わせた合金、酸化錫、酸化亜鉛、酸化インジウム、酸化錫インジウム（ＩＴＯ），酸化亜鉛インジウム等の金属酸化物が使用できる。また、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリフェニレンスルフィド等の導電性ポリマーも使用できる。これらの電極物質は単独で用いてもよいし、複数併用してもよい。また、陽極は一層構成でもよく、多層構成でもよい。
【００７４】
陰極の構成材料としては、仕事関数の小さなものがよい。例えば、リチウム、ナトリウム、カリウム、カルシウム、マグネシウム、アルミニウム、インジウム、ルテニウム、チタニウム、マンガン、イットリウム、銀、鉛、錫、クロム等の金属単体が挙げられる。また、これらの金属を組み合わせて合金にしてもよい。例えば、リチウム−インジウム、ナトリウム−カリウム、マグネシウム−銀、アルミニウム−リチウム、アルミニウム−マグネシウム、マグネシウム−インジウム等の合金が使用できる。また、酸化錫インジウム（ＩＴＯ）等の金属酸化物の利用も可能である。これらの電極物質は単独で用いてもよいし、複数併用してもよい。また、陰極は一層構造でもよく、多層構造でもよい。
【００７５】
本発明で使用する基板としては、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使用される。
【００７６】
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、誘電体反射膜等を使用して発色光をコントロールすることも可能である。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製することも可能である。
【００７７】
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。
【００７８】
本発明の有機発光素子は、真空蒸着法、溶液塗布法、レーザー等を用いた転写法、スプレー法等の方法で作製される。ここで本発明のベンゾ［ａ］フルオランテン化合物が含まれる有機層は、真空蒸着法や溶液塗布法等によって形成すると、形成される層自体の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】
【００７９】
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。
【００８０】
＜実施例１＞［例示化合物Ａ−１の合成］
【００８１】
【化７】
【００８２】
（ａ）中間体化合物１−２の合成
２００ｍｌの三ツ口フラスコに、下記の試薬、溶媒を仕込んだ。
化合物１−１：１．０ｇ（３．９６ｍｍｏｌ）
ジクロロメタン：５０ｍｌ
【００８３】
次に、反応溶液を窒素雰囲気下氷冷下の条件で攪拌しながら、臭素０．２０ｍｌとジクロロメタン１０ｍｌとを混合した溶液を滴下した後、このままの温度条件にて反応溶液を５時間攪拌した。反応終了後、反応溶液をろ過し、得られた結晶をメタノールで洗浄することにより、中間体１−２を黄色結晶として１．２４ｇ（収率９５％）得た。
【００８４】
（ｂ）例示化合物Ａ−１の合成
２００ｍｌの三ツ口フラスコに、以下の試薬、溶媒を仕込んだ。
化合物１−２：０．５００ｇ（１．５１ｍｍｏｌ）
化合物１−３：０．４３２ｇ（１．６６ｍｍｏｌ）
トルエン：５０ｍｌ
エタノ−ル：２０ｍｌ
【００８５】
次に、反応溶液を窒素雰囲気下室温で攪拌しながら、炭酸セシウム１．３５ｇと水５０ｍｌとを混合した水溶液を滴下した後、テトラキス（トリフェニルホスフィン）パラジウム（０）０．１７４ｇをさらに添加した。次に、反応溶液を７７℃に昇温した後、この温度条件で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、溶媒を減圧留去した。次に、シリカゲルカラムクロマトグラフィー（展開溶媒：トルエン−ヘプタン混合溶媒）で精製することにより、例示化合物Ａ−１を黄色結晶として０．４７６ｇ（収率８２％）得た。
【００８６】
質量分析法により、例示化合物Ａ−１のＭ+である３８４を確認した。
【００８７】
また、1Ｈ−ＮＭＲ測定により、例示化合物Ａ−１の構造を確認した。
【００８８】
1Ｈ−ＮＭＲ（ＣＤＣｌ3，４００ＭＨｚ） σ（ｐｐｍ）：８．８４（ｄ，１Ｈ），８．４４（ｄ，１Ｈ），８．０５−７．９９（ｍ，３Ｈ），７．７３（ｄ，１Ｈ），７．６９−７．６５（ｍ，１Ｈ），７．６０（ｄ，２Ｈ），７．５７（ｄｄ，１Ｈ），７．５０（ｔ，１Ｈ），７．４５（ｄ，２Ｈ），７．４４−７．４０（ｍ，２Ｈ），１．４８（ｓ，９Ｈ），
また、例示化合物Ａ−１について、濃度１０-6ｍｏｌ／ｌの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、発光ピークが５０５ｎｍである良好な緑色を示した。尚、発光スペクトル測定は、蛍光分光光度（Ｆ−４５００、（株）日立製作所社製）を用い、励起波長を３４０ｎｍとした。
【００８９】
実施例１（ｂ）において、化合物１−３の代わりに、下記の表１に示すピナコールボラン誘導体を使用することで、下記の表１に示す例示化合物Ａ−３、Ａ−５、Ａ−６、Ａ−９、Ａ−１０、Ａ−１１、Ａ−１２をそれぞれ合成することができる。
【００９０】
【表１】
【００９１】
＜実施例２＞［有機発光素子の作製］
ガラス基板上に、陽極として酸化錫インジウム（ＩＴＯ）をスパッタ法にて１２０ｎｍの膜厚で成膜した。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ＩＰＡで煮沸洗浄後乾燥した。次に、ＵＶ／オゾン洗浄した。このようにして処理を行った基板を透明導電性支持基板として使用した。
【００９２】
次に、この透明導電性支持基板上に下記に示される化合物２−１のクロロホルム溶液（濃度：０．１重量％）をスピンコート法により成膜して正孔輸送層を形成した。このとき正孔輸送層の膜厚を２０ｎｍとした。
【００９３】
【化８】
【００９４】
次に、他の有機化合物層及び陰極を構成する層を、１０-5Ｐａの真空チャンバー内における抵抗加熱による真空蒸着法で連続的に成膜した。具体的には、まずゲストである例示化合物Ａ−１と下記に示す化合物２−２とを、重量濃度比にして５：９５となるように共蒸着することで発光層を形成した。このとき発光層の膜厚を２０ｎｍとした。次に、下記に示す化合物２−３を成膜して電子輸送層を形成した。このとき、電子輸送層の膜厚を４０ｎｍとした。次に、ＬｉＦを成膜し第一金属電極層を形成した。このとき第一金属電極層の膜厚を０．５ｎｍとした。次に、Ａｌを成膜し第二金属電極層を形成した。このとき第二金属電極層の膜厚を１５０ｎｍとした。ここで、第一金属電極層及び第二金属電極層は陰極として機能する。
【００９５】
【化９】
【００９６】
以上のようにして、有機発光素子を作製した。
【００９７】
本実施例で作製した有機発光素子について、６．１Ｖの印加電圧をかけたところ、電流密度は１７ｍＡ／ｃｍ2であり、発光輝度１５６０ｃｄ／ｍ2の緑色発光が観測された。
【００９８】
さらに、本実施例の有機発光素子について、窒素雰囲気下で電流密度を１６５ｍＡ／ｃｍ2に保ちながら、１００時間連続して素子を駆動させた。その結果、初期輝度に対する１００時間駆動後の輝度劣化率は５％以下と小さいものであった。
【図面の簡単な説明】
【００９９】
【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】
【０１００】
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
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ベンゾ［ａ］フルオランテン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、陽極と陰極との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する素子である。また、各電極からホール（正孔）及び電子を注入することで蛍光性化合物又は燐光性化合物の励起子を生成させることにより、この励起子が基底状態に戻る際に、有機発光素子は光を放射する。
【０００３】
有機発光素子における最近の進歩は著しく、その特徴は、低印加電圧で高輝度、発光波長の多様性、高速応答性、発光デバイスの薄型・軽量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】
さらにはフルカラーディスプレイ等への応用を考慮すると、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に解決したとは言えない。
【０００６】
上述した解決する方法として、ベンゾフルオランテン化合物を有機発光素子の構成材料として使用することが提案されている。ベンゾフルオランテン化合物を、有機発光素子の構成材料として使用した例として、特許文献１、特許文献２及び非特許文献１が挙げられる。
【０００７】
【特許文献１】特開平１０−１８９２４７号広報
【特許文献２】特開２００２−８８６７号公報
【非特許文献１】Ｃｈｅｍ．Ｍａｔｅｒ．２００３，１５，４８５４−４８６２
【非特許文献２】Ｓｔｅａｖｅｎ Ｌ．Ｍｕｒｏｖ，Ｉａｎ Ｃａｒｍｉｃｈａｅｌ，Ｇｏｒｄｏｎ Ｌ．Ｈｕｇ，Ｈａｎｄｏｂｏｏｋ ｏｆ Ｐｈｏｔｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ，１９９３年
【非特許文献３】Ｊ．Ｐｈｙｓ．Ｃｈｅｍ．１９９４，９８，５６３９−５６４３
【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、新規なベンゾ［ａ］フルオランテン化合物を提供することにある。また本発明の他の目的は、極めて発光効率及び輝度が良好で、かつ耐久性のある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】
本発明のベンゾ［ａ］フルオランテン化合物は、下記一般式［Ｉ］で示されることを特徴とする。
【００１０】
【化１】
（式［Ｉ］において、Ｒ11乃至Ｒ22のうち少なくとも一つは、下記一般式（ｉ）で示されるＲmを表す。
【００１１】
【化２】
（式（ｉ）において、Ａｒ1は、以下の（ｉａ）乃至（ｉｃ）のうちのいずれかを表す。
（ｉａ）置換あるいは無置換のフェニレン基
（ｉｂ）置換あるいは無置換の単環複素環基
（ｉｃ）上記（ｉａ）及び上記（ｉｂ）で表される置換基から２つを選択して形成される複合置換基
Ｘ1は、炭素数２以上の置換あるいは無置換のアルキル基、置換あるいは無置換のアルケニル基又は置換あるいは無置換のアルキニル基を表す。）
Ｒ11乃至Ｒ22のうちＲmではない置換基は、それぞれ水素原子、ハロゲン原子、シアノ基、ニトロ基、置換あるいは無置換のアルキル基、アルコキシ基、アルケニル基、アルキニル基、アラルキル基又は置換アミノ基を表し、それぞれ同じであっても異なっていてもよい。）
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、新規なベンゾ［ａ］フルオランテン化合物を提供することができる。また本発明によれば、極めて発光効率及び輝度が良好で、かつ耐久性のある有機発光素子を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
まず、本発明のベンゾ［ａ］フルオランテン化合物について説明する。
【００１４】
ここで、本発明のベンゾ［ａ］フルオランテン化合物とは、下記一般式［Ｉ］で示される化合物である。
【００１５】
【化３】
【００１６】
一般式［Ｉ］において、Ｒ11乃至Ｒ22のうち少なくとも一つは、下記一般式（ｉ）で示されるＲmである。
【００１７】
【化４】
【００１８】
尚、Ｒmの詳細については後述する。
【００１９】
一般式［Ｉ］において、Ｒ11乃至Ｒ22のうちＲmではない置換基は、それぞれ水素原子、ハロゲン原子、シアノ基、ニトロ基、置換あるいは無置換のアルキル基、アルコキシ基、アリールオキシ基、アルケニル基、アルキニル基、アラルキル基又は置換アミノ基を表す。
【００２０】
Ｒ11乃至Ｒ22で表されるハロゲン原子として、フッ素、塩素、臭素、ヨウ素等が挙げられる。
【００２１】
Ｒ11乃至Ｒ22で表されるアルキル基として、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、ターシャリーブチル基、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。
【００２２】
Ｒ11乃至Ｒ22で表されるアルコキシ基として、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基等が挙げられる。
【００２３】
Ｒ11乃至Ｒ22で表されるアリールオキシ基として、フェノキシ基、４−メチルフェノキシ基、ナフトキシ基等が挙げられる。
【００２４】
Ｒ11乃至Ｒ22で表されるアルケニル基として、ビニル基、プロペニル基、ブテニル基、フェニルビニル基、ジフェニルビニル基等が挙げられる。
【００２５】
Ｒ11乃至Ｒ22で表されるアルキニル基として、エチニル基、プロピニル基、ブチニル基、フェネチニル基等が挙げられる。
【００２６】
Ｒ11乃至Ｒ22で表されるアラルキル基として、ベンジル基、フェネチル基等が挙げられる。
【００２７】
Ｒ11乃至Ｒ22で表される置換アミノ基として、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、ジターシャルブチルアミノ基、ジアニソリルアミノ基、カルバゾイル基等が挙げられる。
【００２８】
上記アルキル基が有してもよい置換基として、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置換アミノ基、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基等のアルコキシ基、フェノキシ基等のアリールオキシ基、フッ素、塩素等のハロゲン原子、シアノ基、ニトロ基等が挙げられる。
【００２９】
Ｒ11乃至Ｒ22のうちＲmではない置換基は、それぞれ同じであっても異なっていてもよい。
【００３０】
次に、下記一般式（ｉ）で示されるＲmについて説明する。
【００３１】
【化５】
【００３２】
一般式（ｉ）において、Ａｒ1は、以下の（ｉａ）乃至（ｉｃ）のうちのいずれかを表す。
（ｉａ）置換あるいは無置換のフェニレン基
（ｉｂ）置換あるいは無置換の単環複素環基
（ｉｃ）上記（ｉａ）及び上記（ｉｂ）で表される置換基から２つを選択して形成される複合置換基
【００３３】
Ａｒ1で表され（ｉｂ）に該当する単環複素環基として、チオフェン、ピロール、ピリジン、ピラジン、ピリミジン、オキサゾール、オキサジアゾール、チアゾール、チアジアゾール等が挙げられる。
【００３４】
Ａｒ1で表され（ｉｃ）に該当する複合置換基として、ビフェニル基、フェニルピリジル基、フェニルオキサゾール基、ビピリジル基、フェニルピリミジル基、フェニルピリジル基等が挙げられる。
【００３５】
上記（ｉａ）乃至（ｉｃ）で表される置換基が有してもよい置換基として、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、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、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基等のアルコキシ基、フェノキシ基等のアリールオキシ基、フッ素、塩素等のハロゲン原子、シアノ基、ニトロ基等が挙げられる。
【００３６】
一般式（ｉ）において、Ｘ1は、炭素数２以上の置換あるいは無置換のアルキル基、置換あるいは無置換のアルケニル基又は置換あるいは無置換のアルキニル基を表す。
【００３７】
Ｘ1で表されるアルキル基として、エチル基、イソプロピル基、ターシャリーブチル基、アダマンチル基等が挙げられる。好ましくは、ターシャリーブチル基又はアダマンチル基である。
【００３８】
Ｘ1で表されるアルケニル基として、ビニル基、ブテニル基等が挙げられる。
【００３９】
Ｘ1で表されるアルキニル基として、エチニル基、ブチニル基等が挙げられる。
【００４０】
上記アルキル基、アルケニル基及びアルキニル基が有してもよい置換基として、メチル基、エチル基、プロピル基、ターシャリーブチ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、２，４，６−トリメチルフェニル基、４−ターシャリーブチルフェニル基、３，５−ジターシャリーブチル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置換アミノ基、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基等のアルコキシ基、フェノキシ基等のアリールオキシ基、シアノ基、ニトロ基、フッ素、塩素等のハロゲン原子等が挙げられる。
【００４１】
無置換のベンゾ［ａ］フルオランテンは、平面性が高い構造であるため、発光層内での濃度消光による有機発光素子の輝度の低下を引き起こしやすい。そこで、一般式［Ｉ］のように、式［Ｉ］中のＲ11乃至Ｒ22のうち少なくとも一つが、立体障害が大きいＲmとすることにより、発光層内における濃度消光が抑制されるので、有機発光素子の輝度の低下を抑えることができる。
【００４２】
また、炭素鎖からなるＸ1を導入することにより、分子間におけるπ共役平面の重なりを回避することが可能となる。その結果、ベンゾ［ａ］フルオランテン化合物の昇華性、蒸着安定性及び結晶性の低下や高いガラス転移温度による膜の安定性が向上する。
【００４３】
本発明のベンゾ［ａ］フルオランテン化合物は、有機発光素子を構成する材料として使用することができる。また、本発明のベンゾ［ａ］フルオランテン化合物を有機発光素子の構成材料として含有させることにより有機発光素子の発光効率、色純度及び耐久性が向上する。これらの性能が向上する理由を以下に説明する。
【００４４】
本発明のベンゾ［ａ］フルオランテン化合物は、５員環構造を含むものである。ここで５員環構造に起因する電子吸引性により、本発明のベンゾ［ａ］フルオランテン化合物は電子注入性を備える。このため本発明のベンゾ［ａ］フルオランテン化合物を、有機発光素子を構成する材料として使用すると、陰極から発生した電子を効率よく輸送できるので、素子の駆動電圧を低下させることができる。この結果、有機発光素子の発光効率を向上させることができる。また、有機発光素子の長寿命化にも寄与する。
【００４５】
また本発明のベンゾ［ａ］フルオランテン化合物は、置換基を導入することで、ＨＯＭＯとＬＵＭＯのレベルを適宜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。
【００４６】
有機発光素子の耐久性は、素子を構成する材料の化学的安定性が重要な要素となる。
【００４７】
本発明のベンゾ［ａ］フルオランテン化合物は、５員環構造に由来する電子吸引効果により、一重項酸素分子等の求電子反応による反応性は低いので、化学的に安定であるという特徴を有する。
【００４８】
また、本発明のベンゾ［ａ］フルオランテン化合物は、ベンゾ［ａ］フルオランテン骨格に置換基を有することで化学的安定性はさらに向上する。置換基として、好ましくは、炭素原子及び水素原子から構成される置換基である。具体的には、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アラルキル基又はアリール基が好ましい。アルキル基又はアリール基がより好ましい。
【００４９】
逆に、アミノ基といった含窒素原子置換基は化学反応性が高い置換基であり、ベンゾ［ａ］フルオランテン化合物の化学的安定性を低下させるので、好ましくない。
【００５０】
ここで式［Ｉ］のベンゾ［ａ］フルオランテン化合物において、好ましくは、Ｒ１５の位置に、炭素原子及び水素原子から構成される置換基を導入する。この位置では、ベンゾ［ａ］フルオランテン骨格の中でも求電子反応性が一番高い置換位置であるので、この位置に水素原子よりも脱離能が低く化学反応性が低い置換基を導入すると、ベンゾ［ａ］フルオランテン化合物の化学的安定性がより高くなる。また、この位置においては、炭素原子及び水素原子から構成される置換基（アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アラルキル基、アリール基）の他に、アルコキシ基や複素環基が導入されていてもよい。
【００５１】
以下、一般式［Ｉ］で示される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。
【００５２】
【化６】
【００５３】
次に、本発明の有機発光素子について詳細に説明する。
【００５４】
本発明の有機発光素子は、陽極と陰極と、この陽極と陰極との間に挟持される有機化合物からなる層と、から構成される。また、この有機化合物からなる層に、本発明のベンゾ［ａ］フルオランテン化合物を少なくとも１種類含有することを特徴とする。
【００５５】
以下、図面を参照しながら本発明の有機発光素子について詳細に説明する。
【００５６】
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が順次設けられている。この有機発光素子１０は、発光層３が、ホール輸送能、電子輸送能及び発光性の性能を全て有する有機化合物で構成されている場合に有用である。また、ホール輸送能、電子輸送能及び発光性のいずれかの特性を有する有機化合物を混合して構成される場合にも有用である。
【００５７】
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が順次設けられている。この有機発光素子２０は、ホール輸送性及び電子輸送性のいずれかを備える発光性の有機化合物と、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使用す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。
【００５８】
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２０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使用することができる。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することができるので、発光色相の多様化が可能になる。さらに、中央の発光層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。
【００５９】
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を挿入したものである。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。
【００６０】
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）が陰極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化合物をホール／エキシトンブロッキング層８の構成材料として使用することにより、有機発光素子５０の発光効率が向上する。
【００６１】
ただし、上記の第一乃至第五の実施形態はあくまでごく基本的な素子構成であり、本発明のベンゾ［ａ］フルオランテン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、接着層又は干渉層を設ける、ホール輸送層がイオン化ポテンシャルの異なる二層から構成される等の多様な構成をとることができる。
【００６２】
本発明のベンゾ［ａ］フルオランテン化合物は、上記の第一乃至第五のいずれの実施形態でも使用することができる。
【００６３】
本発明のベンゾ［ａ］フルオランテン化合物は、有機発光素子用材料として使用できる。具体的には、ホール輸送層、電子輸送層及び発光層を構成する材料として使用することができる。このとき使用されるベンゾ［ａ］フルオランテン化合物は、１つであってもよいし、複数であってもよい。また、ベンゾ［ａ］フルオランテン化合物は複数の層に含まれていてもよい。本発明のベンゾ［ａ］フルオランテン化合物を使用すると、有機発光素子の発光効率及び寿命が向上する。
【００６４】
特に、本発明のベンゾ［ａ］フルオランテン化合物を、発光層を構成する材料として使用すると、種々の態様で使用できるほか、色純度、発光効率及び寿命の点で有機発光素子の性能を向上させることができるので好ましい。
【００６５】
発光層は、本発明のベンゾ［ａ］フルオランテン化合物のみで構成されていてもよい。また、発光層はホストとゲストとから構成されてもよい。ここで本発明のベンゾ［ａ］フルオランテン化合物は、ゲストであるドーパント材料、並びにホストである蛍光材料及び燐光材料のいずれの態様でも使用することができる。本発明のベンゾ［ａ］フルオランテン化合物を発光層中のホスト又はゲストとして使用すると、色純度、発光効率及び寿命の点で有機発光素子の性能を向上させることができる。
【００６６】
本発明のベンゾ［ａ］フルオランテン化合物を、発光層のゲストとして使用する場合、対応するホストは、特に限定されないが、安定なアモルファス膜から構成される有機発光素子を提供するという観点から、好ましくは、縮合多環誘導体である。ここで、高効率で耐久性のある有機発光素子を提供するためには、ホスト自身の発光量子収率が高いことやホスト自体の化学的安定性が必要とされる。これらの要件を満たす縮合多環誘導体として、好ましくは、フルオレン誘導体、ピレン誘導体、フルオランテン誘導体、ベンゾフルオランテン誘導体等が挙げられる。これらの誘導体は、蛍光量子収率が高く化学的に安定である。
【００６７】
ここで、本発明のベンゾ［ａ］フルオランテン化合物を、発光層のゲストとして使用する場合、その含有量は、発光層を構成する材料の全重量に対して、好ましくは、０．１重量％以上３０重量％以下である。濃度消光抑制の観点から、さらに好ましくは、０．１重量％以上１５重量％以下である。
【００６８】
一方、本発明のベンゾ［ａ］フルオランテン化合物を、発光層のホストとして使用する場合、対応するゲストは特に制限はなく所望する発光色等によって適宜選択することができる。また、必要に応じてゲスト以外に、正孔輸送性化合物、電子輸送性化合物等を一緒ドープして使用することもできる。
【００６９】
本発明の有機発光素子は、特に、発光層を構成する材料として、本発明のベンゾ［ａ］フルオランテン化合物を使用するものである。また、本発明の有機発光素子は、本発明のベンゾ［ａ］フルオランテン化合物の他に、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、電子輸送性化合物等を一緒に使用することもできる。
【００７０】
ホール輸送性化合物として、トリアリールアミン誘導体、アリールジアミン誘導体、フタロシアニン誘導体、ポルフィリン誘導体、ポリ（ビニルカルバゾール）、ポリ（シリレン）、ポリ（チオフェン）、その他導電性高分子等が挙げられる。
【００７１】
発光性化合物として、本発明のベンゾ［ａ］フルオランテン化合物の他に、縮合環芳香族化合物（例えばナフタレン誘導体、フェナントレン誘導体、フルオレン誘導体、ピレン誘導体、テトラセン誘導体、コロネン誘導体、クリセン誘導体、ペリレン誘導体、９，１０−ジフェニルアントラセン誘導体、ルブレン等）、キナクリドン誘導体、アクリドン誘導体、クマリン誘導体、ピラン誘導体、ナイルレッド、ピラジン誘導体、ベンゾイミダゾール誘導体、ベンゾチアゾール誘導体、ベンゾオキサゾール誘導体、スチルベン誘導体、有機金属錯体（例えば、トリス（８−キノリノラート）アルミニウム等の有機アルミニウム錯体、有機ベリリウム錯体）及びポリ（フェニレンビニレン）誘導体、ポリ（フルオレン）誘導体、ポリ（フェニレン）誘導体、ポリ（チエニレンビニレン）誘導体、ポリ（アセチレン）誘導体等の高分子誘導体等が挙げられる。
【００７２】
電子輸送性化合物として、オキサジアゾール誘導体、オキサゾール誘導体、チアゾール誘導体、チアジアゾール誘導体、ピラジン誘導体、トリアゾール誘導体、トリアジン誘導体、ペリレン誘導体、キノリン誘導体、キノキサリン誘導体、フルオレノン誘導体、アントロン誘導体、フェナントロリン誘導体、有機金属錯体等が挙げられる。
【００７３】
陽極の構成材料としては仕事関数がなるべく大きなものがよい。例えば、金、白金、銀、銅、ニッケル、パラジウム、コバルト、セレン、バナジウム、タングステン等の金属単体又はこれらを組み合わせた合金、酸化錫、酸化亜鉛、酸化インジウム、酸化錫インジウム（ＩＴＯ），酸化亜鉛インジウム等の金属酸化物が使用できる。また、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリフェニレンスルフィド等の導電性ポリマーも使用できる。これらの電極物質は単独で用いてもよいし、複数併用してもよい。また、陽極は一層構成でもよく、多層構成でもよい。
【００７４】
陰極の構成材料としては、仕事関数の小さなものがよい。例えば、リチウム、ナトリウム、カリウム、カルシウム、マグネシウム、アルミニウム、インジウム、ルテニウム、チタニウム、マンガン、イットリウム、銀、鉛、錫、クロム等の金属単体が挙げられる。また、これらの金属を組み合わせて合金にしてもよい。例えば、リチウム−インジウム、ナトリウム−カリウム、マグネシウム−銀、アルミニウム−リチウム、アルミニウム−マグネシウム、マグネシウム−インジウム等の合金が使用できる。また、酸化錫インジウム（ＩＴＯ）等の金属酸化物の利用も可能である。これらの電極物質は単独で用いてもよいし、複数併用してもよい。また、陰極は一層構造でもよく、多層構造でもよい。
【００７５】
本発明で使用する基板としては、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使用される。
【００７６】
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、誘電体反射膜等を使用して発色光をコントロールすることも可能である。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製することも可能である。
【００７７】
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。
【００７８】
本発明の有機発光素子は、真空蒸着法、溶液塗布法、レーザー等を用いた転写法、スプレー法等の方法で作製される。ここで本発明のベンゾ［ａ］フルオランテン化合物が含まれる有機層は、真空蒸着法や溶液塗布法等によって形成すると、形成される層自体の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】
【００７９】
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。
【００８０】
＜実施例１＞［例示化合物Ａ−１の合成］
【００８１】
【化７】
【００８２】
（ａ）中間体化合物１−２の合成
２００ｍｌの三ツ口フラスコに、下記の試薬、溶媒を仕込んだ。
化合物１−１：１．０ｇ（３．９６ｍｍｏｌ）
ジクロロメタン：５０ｍｌ
【００８３】
次に、反応溶液を窒素雰囲気下氷冷下の条件で攪拌しながら、臭素０．２０ｍｌとジクロロメタン１０ｍｌとを混合した溶液を滴下した後、このままの温度条件にて反応溶液を５時間攪拌した。反応終了後、反応溶液をろ過し、得られた結晶をメタノールで洗浄することにより、中間体１−２を黄色結晶として１．２４ｇ（収率９５％）得た。
【００８４】
（ｂ）例示化合物Ａ−１の合成
２００ｍｌの三ツ口フラスコに、以下の試薬、溶媒を仕込んだ。
化合物１−２：０．５００ｇ（１．５１ｍｍｏｌ）
化合物１−３：０．４３２ｇ（１．６６ｍｍｏｌ）
トルエン：５０ｍｌ
エタノ−ル：２０ｍｌ
【００８５】
次に、反応溶液を窒素雰囲気下室温で攪拌しながら、炭酸セシウム１．３５ｇと水５０ｍｌとを混合した水溶液を滴下した後、テトラキス（トリフェニルホスフィン）パラジウム（０）０．１７４ｇをさらに添加した。次に、反応溶液を７７℃に昇温した後、この温度条件で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、溶媒を減圧留去した。次に、シリカゲルカラムクロマトグラフィー（展開溶媒：トルエン−ヘプタン混合溶媒）で精製することにより、例示化合物Ａ−１を黄色結晶として０．４７６ｇ（収率８２％）得た。
【００８６】
質量分析法により、例示化合物Ａ−１のＭ+である３８４を確認した。
【００８７】
また、1Ｈ−ＮＭＲ測定により、例示化合物Ａ−１の構造を確認した。
【００８８】
1Ｈ−ＮＭＲ（ＣＤＣｌ3，４００ＭＨｚ） σ（ｐｐｍ）：８．８４（ｄ，１Ｈ），８．４４（ｄ，１Ｈ），８．０５−７．９９（ｍ，３Ｈ），７．７３（ｄ，１Ｈ），７．６９−７．６５（ｍ，１Ｈ），７．６０（ｄ，２Ｈ），７．５７（ｄｄ，１Ｈ），７．５０（ｔ，１Ｈ），７．４５（ｄ，２Ｈ），７．４４−７．４０（ｍ，２Ｈ），１．４８（ｓ，９Ｈ），
また、例示化合物Ａ−１について、濃度１０-6ｍｏｌ／ｌの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、発光ピークが５０５ｎｍである良好な緑色を示した。尚、発光スペクトル測定は、蛍光分光光度（Ｆ−４５００、（株）日立製作所社製）を用い、励起波長を３４０ｎｍとした。
【００８９】
実施例１（ｂ）において、化合物１−３の代わりに、下記の表１に示すピナコールボラン誘導体を使用することで、下記の表１に示す例示化合物Ａ−３、Ａ−５、Ａ−６、Ａ−９、Ａ−１０、Ａ−１１、Ａ−１２をそれぞれ合成することができる。
【００９０】
【表１】
【００９１】
＜実施例２＞［有機発光素子の作製］
ガラス基板上に、陽極として酸化錫インジウム（ＩＴＯ）をスパッタ法にて１２０ｎｍの膜厚で成膜した。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ＩＰＡで煮沸洗浄後乾燥した。次に、ＵＶ／オゾン洗浄した。このようにして処理を行った基板を透明導電性支持基板として使用した。
【００９２】
次に、この透明導電性支持基板上に下記に示される化合物２−１のクロロホルム溶液（濃度：０．１重量％）をスピンコート法により成膜して正孔輸送層を形成した。このとき正孔輸送層の膜厚を２０ｎｍとした。
【００９３】
【化８】
【００９４】
次に、他の有機化合物層及び陰極を構成する層を、１０-5Ｐａの真空チャンバー内における抵抗加熱による真空蒸着法で連続的に成膜した。具体的には、まずゲストである例示化合物Ａ−１と下記に示す化合物２−２とを、重量濃度比にして５：９５となるように共蒸着することで発光層を形成した。このとき発光層の膜厚を２０ｎｍとした。次に、下記に示す化合物２−３を成膜して電子輸送層を形成した。このとき、電子輸送層の膜厚を４０ｎｍとした。次に、ＬｉＦを成膜し第一金属電極層を形成した。このとき第一金属電極層の膜厚を０．５ｎｍとした。次に、Ａｌを成膜し第二金属電極層を形成した。このとき第二金属電極層の膜厚を１５０ｎｍとした。ここで、第一金属電極層及び第二金属電極層は陰極として機能する。
【００９５】
【化９】
【００９６】
以上のようにして、有機発光素子を作製した。
【００９７】
本実施例で作製した有機発光素子について、６．１Ｖの印加電圧をかけたところ、電流密度は１７ｍＡ／ｃｍ2であり、発光輝度１５６０ｃｄ／ｍ2の緑色発光が観測された。
【００９８】
さらに、本実施例の有機発光素子について、窒素雰囲気下で電流密度を１６５ｍＡ／ｃｍ2に保ちながら、１００時間連続して素子を駆動させた。その結果、初期輝度に対する１００時間駆動後の輝度劣化率は５％以下と小さいものであった。
【図面の簡単な説明】
【００９９】
【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】
【０１００】
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、ベンゾ［ａ］フルオランテン化合物。
【化１】
（式［Ｉ］において、Ｒ11乃至Ｒ22のうち少なくとも一つは、下記一般式（ｉ）で示されるＲmを表す。
【化２】
（式（ｉ）において、Ａｒ1は、以下の（ｉａ）乃至（ｉｃ）のうちのいずれかを表す。
（ｉａ）置換あるいは無置換のフェニレン基
（ｉｂ）置換あるいは無置換の単環複素環基
（ｉｃ）上記（ｉａ）及び上記（ｉｂ）で表される置換基から２つを選択して形成される複合置換基
Ｘ1は、炭素数２以上の置換あるいは無置換のアルキル基、置換あるいは無置換のアルケニル基又は置換あるいは無置換のアルキニル基を表す。）
Ｒ11乃至Ｒ22のうちＲmではない置換基は、それぞれ水素原子、ハロゲン原子、シアノ基、ニトロ基、置換あるいは無置換のアルキル基、アルコキシ基、アルケニル基、アルキニル基、アラルキル基又は置換アミノ基を表し、それぞれ同じであっても異なっていてもよい。
【請求項２】
前記Ｘ1が、エチル基、イソプロピル基、ターシャリーブチル基又はアダマンチル基であることを特徴とする、請求項１に記載のベンゾ［ａ］フルオランテン化合物。
【請求項３】
陽極と陰極と、
該陽極と該陰極との間に挟持される有機化合物層と、から構成され、
該有機化合物層に、請求項１又は２に記載のベンゾ［ａ］フルオランテン化合物が少なくとも１種類含まれることを特徴とする、有機発光素子。
【請求項４】
前記ベンゾ［ａ］フルオランテン化合物が発光層に含まれることを特徴とする、請求項３に記載の有機発光素子。
【請求項１】
下記一般式［Ｉ］で示されることを特徴とする、ベンゾ［ａ］フルオランテン化合物。
【化１】
（式［Ｉ］において、Ｒ11乃至Ｒ22のうち少なくとも一つは、下記一般式（ｉ）で示されるＲmを表す。
【化２】
（式（ｉ）において、Ａｒ1は、以下の（ｉａ）乃至（ｉｃ）のうちのいずれかを表す。
（ｉａ）置換あるいは無置換のフェニレン基
（ｉｂ）置換あるいは無置換の単環複素環基
（ｉｃ）上記（ｉａ）及び上記（ｉｂ）で表される置換基から２つを選択して形成される複合置換基
Ｘ1は、炭素数２以上の置換あるいは無置換のアルキル基、置換あるいは無置換のアルケニル基又は置換あるいは無置換のアルキニル基を表す。）
Ｒ11乃至Ｒ22のうちＲmではない置換基は、それぞれ水素原子、ハロゲン原子、シアノ基、ニトロ基、置換あるいは無置換のアルキル基、アルコキシ基、アルケニル基、アルキニル基、アラルキル基又は置換アミノ基を表し、それぞれ同じであっても異なっていてもよい。
【請求項２】
前記Ｘ1が、エチル基、イソプロピル基、ターシャリーブチル基又はアダマンチル基であることを特徴とする、請求項１に記載のベンゾ［ａ］フルオランテン化合物。
【請求項３】
陽極と陰極と、
該陽極と該陰極との間に挟持される有機化合物層と、から構成され、
該有機化合物層に、請求項１又は２に記載のベンゾ［ａ］フルオランテン化合物が少なくとも１種類含まれることを特徴とする、有機発光素子。
【請求項４】
前記ベンゾ［ａ］フルオランテン化合物が発光層に含まれ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】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００８−３０８４８７（Ｐ２００８−３０８４８７Ａ）
【公開日】平成２０年１２月２５日（２００８．１２．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−９５６７５（Ｐ２００８−９５６７５）
【出願日】平成２０年４月２日（２００８．４．２）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１２月２５日（２００８．１２．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年４月２日（２００８．４．２）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
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