新規有機化合物およびそれを有する有機発光素子
【課題】 化学的に安定で、燐光発光のホスト材料として好ましく用いることができる新規有機化合物を提供する。
【解決手段】 一般式［１］で示されるベンズイミダゾリルカルバゾール化合物を提供する。
【化１】
式中、Ｒ１およびＲ２は、それぞれ独立に無置換フェニル基、あるいは炭素数が１乃至６のアルキル基が置換された置換フェニル基を表す。また、Ｒ３は炭素数が１乃至６のアルキル基を表す。
【解決手段】 一般式［１］で示されるベンズイミダゾリルカルバゾール化合物を提供する。
【化１】
式中、Ｒ１およびＲ２は、それぞれ独立に無置換フェニル基、あるいは炭素数が１乃至６のアルキル基が置換された置換フェニル基を表す。また、Ｒ３は炭素数が１乃至６のアルキル基を表す。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、新規有機化合物であるベンズイミダゾリルカルバゾール化合物に関する。また、該新規化合物を有する有機発光素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
有機発光素子は、透明基板上に、上下２層の電極と、これらの電極の間に発光層を含む有機化合物を積層した構造を有している。該電極に電圧を印加すると、電極から供給された正孔と電子が発光層で再結合して励起子を生じ、該励起子から発光が得られる。
【０００３】
有機発光素子は、高速応答性、高い発光効率、フレキシブル性を有する次世代のフルカラーディスプレイ技術の一つとして注目されており、材料技術開発および素子技術開発が精力的に行われている。有機発光素子のうち特に電界発光を利用するものを、有機電界発光素子、有機ＥＬ素子、または有機エレクトロルミネッセンス素子と呼ぶ場合がある。
【０００４】
近年、発光効率を高めることを目的に、三重項励起子を経由した燐光発光を利用する形式の有機発光素子（以下、燐光発光素子と称する）の開発が盛んに行われている。
【０００５】
一重項励起子を経由した蛍光発光を利用する形式も用いられるが、原理的に正孔と電子が結合して生ずる励起子の２５％しか発光に利用できない。一方で、三重項励起子を経由する発光は、励起子の１００％を発光に利用することが可能であり、発光効率が高い。
【０００６】
発光材料としては、材料安定性と発光効率の観点から、（２−Ｃａｒｂｏｘｙｐｙｒｉｄｙｌ）ｂｉｓ（３，５−ｄｉｆｌｕｏｒｏ−２−（２−ｐｙｒｉｄｙｌ）ｐｈｅｎｙｌ）ｉｒｉｄｉｕｍ（ＦＩｒｐｉｃ）のようなＩｒ（イリジウム）を用いた金属錯体が多用されている。
【０００７】
最近では、発光効率の他に、環境保全、省エネルギーの観点から、特にディスプレイの低消費電力化のニーズが高まっており、ディスプレイの低電圧駆動を実現するための、有機発光素子の低電圧化を狙った開発が行われている。
【０００８】
また、燐光発光素子では、発光層において、発光材料（ゲスト材料）と共に用いられるホスト材料の性能が素子性能に大きく反映されることから、ホスト材料開発が活発に行われている。
【０００９】
燐光発光素子の高発光効率化と低電圧化を同時に達成するには、使用されるホスト材料が、発光材料に比べて三重項エネルギーが高く、且つ、発光を生ずる励起子の元となる、正孔と電子の輸送性が共に大きい事が必要となる。しかし、現状では十分な実用レベルに到達していない。
【００１０】
特に、青色の燐光発光素子では発光材料の発光ピーク波長が４５０〜４７０ｎｍと短波長であるため、ホスト材料にはそれよりも高い三重項エネルギーが求められる。このような厳しい要件を満たし、且つ実用レベルに達している材料は、未だ見いだされていない。
【００１１】
特許文献１では、カルバゾールの窒素にフェニル基を置換した化合物が開示されている。このようなカルバゾール化合物は、高い三重項エネルギー、及び高い正孔輸送性を示すが、電子輸送性は正孔輸送性ほど大きくなく、低電圧化には不十分であった。
【００１２】
特許文献２では、ベンズイミダゾール化合物を発光層に用いる素子が開示されている。しかし、ここで開示される化合物は、高い三重項エネルギーを示す化合物ではなく、燐光発光素子として使用した場合に、発光効率の向上と低電圧化を達成するものではなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２００５−１５４４１２号公報
【特許文献２】特開２００４−２８８４３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明は、新規な有機化合物を提供することを目的とする。また、発光効率が高く、且つ低電圧駆動を実現できる有機発光素子を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明に係る新規有機化合物は、下記一般式［１］に示されるベンズイミダゾリルカルバゾール化合物である。
【００１６】
【化１】
【００１７】
但し、式中、Ｒ１およびＲ２は、それぞれ独立に無置換フェニル基、あるいは炭素数が１乃至６のアルキル基が置換された置換フェニル基を表す。また、Ｒ３は炭素数が１乃至６のアルキル基を表す。
【００１８】
また、本発明の有機発光素子は、互いに対向する一対の電極間に配置された少なくとも一層の有機層を有する有機発光素子において、有機層の少なくとも一層が、上記一般式［１］で示されるベンズイミダゾリルカルバゾール化合物からなる発光層であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、燐光発光素子のホスト材料として有用な新規化合物を提供できる。また、発光効率が高く、低電圧駆動を実現する有機発光素子を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】有機発光素子とこれに接続するスイッチング素子とを示す断面構造の模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明に係る新規有機化合物は、下記一般式［１］に示されるベンズイミダゾリルカルバゾール化合物である。
【００２２】
【化２】
【００２３】
但し、式中、Ｒ１およびＲ２は、それぞれ独立に無置換フェニル基、あるいは炭素数が１乃至６のアルキル基が置換された置換フェニル基を表す。また、Ｒ３は炭素数が１乃至６のアルキル基を表す。
【００２４】
Ｒ１およびＲ２が、それぞれ独立に無置換のフェニル基、あるいは炭素数が１乃至６のアルキル基が置換された置換フェニル基であることで、最低三重項エネルギーを高く保つことができる。特にトリル基、キシリル基、メシチル基であることがさらに好ましい。
【００２５】
本発明の、一般式［１］で示される化合物は、カルバゾールの窒素に、一般式［１］で示される位置でベンズイミダゾールを置換させていることで、高い三重項エネルギーと、電子輸送性の改善とが同時に達成されている。
【００２６】
このため、本発明に係るベンズイミダゾリルカルバゾール化合物は、発光ピーク波長が短い青色発光のＩｒ金属錯体のホスト材料として利用できる。
【００２７】
本発明によるベンズイミダゾリルカルバゾール化合物の具体例を以下に示すが、本発明は以下の化合物に何ら限定されるものではない。
【００２８】
【化３】
【００２９】
【化４】
【００３０】
【化５】
【００３１】
【化６】
【００３２】
【化７】
【００３３】
【化８】
【００３４】
（有機化合物の合成）
本発明に係る有機化合物は、後述の実施例１で詳細に記載されるように、以下のような２段階の合成経路で合成できる。
（第１段階）
【００３５】
【化９】
【００３６】
（第２段階）
【００３７】
【化１０】
【００３８】
第１段階における出発物質Ａ−２、あるいは第２段階における中間体Ｃ−２を変更することで、上記に示すような本発明のベンズイミダゾリルカルバゾール化合物をそれぞれ合成できる。
【００３９】
（有機発光素子の説明）
次に本実施形態に係る有機発光素子を説明する。
本実施形態に係る有機発光素子は、対向する一対の電極間に配置された少なくとも一層の有機層を有する有機発光素子であって、前記有機層のうち少なくとも一層が上記の一般式［１］に示されるベンズイミダゾリルカルバゾール化合物を有する発光層であることを特徴とする。
【００４０】
本発明者らは種々の検討を行い、本発明のベンズイミダゾリルカルバゾール化合物を発光層のホスト材料として用いた素子が、発光効率が高く、低電圧で駆動することが可能であることを見出した。
【００４１】
燐光発光性Ｉｒ錯体などの燐光発光を利用する有機発光素子では、ホスト材料の創出をするにあたり、ホスト材料の最低三重項エネルギーが発光材料より高くなるように分子設計を行う。これにより、発光層内で三重項励起エネルギーが発光材料に閉じ込められるため、高効率化を達成できる。
【００４２】
しかし、青色の燐光発光素子では発光波長のピーク波長が４５０ｎｍ〜４７０ｎｍと短波長であり、このような高い最低三重項エネルギーに対応できる公知のホスト材料は限られていた。このような最低三重項エネルギーの高い材料として、カルバゾール化合物が知られている。
【００４３】
ところで、正孔、電子、励起子などの高エネルギー化学種が高密度で存在する発光層では、使用する材料が化学的に安定であることが極めて重要である。
【００４４】
しかし、カルバゾールは、化学的に活性の高い窒素−水素結合を持つため、そのままではホスト材料として利用できない。
【００４５】
また、カルバゾールは高い正孔輸送性を示すが、電子輸送性は正孔輸送性ほど大きくなかった。
【００４６】
すなわち、三重項エネルギーを高く保ちながら、化学的安定性と電子輸送性を両立する新規な化合物が求められていた。
【００４７】
上記の課題を解決すべく、鋭意検討した結果、本発明のベンズイミダゾリルカルバゾール化合物が燐光発光素子のホスト材料として有用であることを見出した。本発明の化合物は、カルバゾール化合物として三重項エネルギーを高く保ちながら、且つ化学的安定性と電子輸送性の改善が達成されている。
【００４８】
本発明のベンズイミダゾリルカルバゾール化合物は、カルバゾールにベンズイミダゾールが導入されていることで、従来のフェニル基置換カルバゾール化合物よりも電子輸送性が向上されている。
【００４９】
さらに、本発明に係るベンズイミダゾリルカルバゾール化合物は、ベンズイミダゾールとカルバゾールとの結合位置に工夫が施されている。
【００５０】
ベンズイミダゾールの２つの窒素に挟まれた炭素−水素結合は、化学的に活性であることが知られている。
【００５１】
そこで、一般式［１］で示されるような、カルバゾールの該窒素とベンズイミダゾールの該炭素とを結合させた新規な分子構造により、化学的に活性な箇所を互いに塞ぐことで、化合物の化学的な安定性が得られる。
【００５２】
一般式［１］以外の箇所でベンズイミダゾールとカルバゾールとを結合した場合、前記活性の高い箇所を別途塞ぐために、新たな置換基を追加導入する必要がある。しかし、置換基数の増加は一般に三重項エネルギーの低下を招くため、好ましくない。
【００５３】
また、ベンズイミダゾールのＲ３が結合する窒素とカルバゾールの窒素とを結合させることも考えられるが、窒素−窒素結合は、窒素−炭素結合と比較して化学的に不安定であるため、好ましくない。
【００５４】
カルバゾールは、３位及び６位も化学的に活性であり、通電による素子劣化の原因となり得る電気化学反応を起こすことが知られている。本発明のベンズイミダゾリルカルバゾール化合物は、電気化学的に活性な部位である３位と６位にＲ１とＲ２の置換基を有するので、電気化学的な安定性が得られる。
【００５５】
また、置換基Ｒ３も、前記の化学的な安定性を得るために必須である。高い三重項エネルギーを得るために、Ｒ３は１乃至６のアルキル基であることが好ましく、メチル基であることがさらに好ましい。
【００５６】
さらに、Ｒ３を導入することにより、Ｒ３とカルバゾール骨格との間に立体反発が生じ、ベンズイミダゾール骨格はカルバゾール骨格に対して捩れ、分子全体の平面性が低下する。このことにより、分子内の共役が広がるのを抑え、三重項エネルギーをより高くする効果がある。さらに、分子全体の平面性が低下する効果により、発光波長の長波長化や発光効率の低下の原因となる、分子の平面性に起因するスタッキング、及び燐光発光材料との分子間相互作用を抑えることができる。
【００５７】
Ｒ３ではなく、ベンズイミダゾールの六員環側の水素原子に置換基を導入することも可能であるが、カルバゾール環との立体反発が生じない。すなわち、前記した効果は期待できない上に、置換基数の増加による三重項エネルギーの低下を招く。
【００５８】
上記作用により、本発明のベンズイミダゾリルカルバゾール化合物は、高い三重項エネルギー、及び優れた電子輸送性を有している。これにより、ホスト材料としてホールと電子の良好な再結合の場を提供でき、三重項エネルギーをゲスト材料に効率良く移動させることができるので、発光効率が高く、且つ低電圧駆動を実現できる有機発光素子が得られる。
【００５９】
発光層に用いられる発光材料としては、既知のものが利用できるが、燐光発光材料をゲスト材料として発光層に有することが好ましい。ゲスト材料としては、例えば、ＦＩｒｐｉｃ、Ｉｒｉｄｉｕｍ，ｂｉｓ（３，５−ｄｉｆｌｕｏｒｏ−２−（２−ｐｙｒｉｄｉｎｙｌ）ｐｈｅｎｙｌ）ｔｅｔｒａｋｉｓ（１Ｈ−ｐｙｒａｚｏｌｙｌ）ｂｏｒａｔｅ（ＦＩｒ６）、後述する構造式［化１６］で示される燐光発光性Ｉｒ錯体が挙げられる。
また、他のゲスト材料としては、ｆａｃ−Ｔｒｉｓ（２−（２−ｐｙｒｉｄｉｎｙｌ）ｐｈｅｎｙｌ）ｉｒｉｄｉｕｍ（Ｉｒ（ｐｐｙ）３）、ｆａｃ−Ｔｒｉｓ（１−ｐｈｅｎｙｌｉｓｏｑｕｉｎｏｌｉｎｅ）ｉｒｉｄｉｕｍ（Ｉｒ（ｐｉｑ）３）等が挙げられる。
本発明の有機発光素子において、ホール輸送層に使用する正孔輸送性材料としては、例えば、トリアリールアミン誘導体、フェニレンジアミン誘導体、トリアゾール誘導体、オキサジアゾール誘導体、イミダゾール誘導体、ピラゾリン誘導体、ピラゾロン誘導体、オキサゾール誘導体、フルオレノン誘導体、ヒドラゾン誘導体、スチルベン誘導体、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）等が挙げられる。
【００６０】
また、電子輸送層に使用する電子輸送性材料としては、例えば、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、キノリノールアルミニウム錯体等の有機金属錯体等が挙げられる。
【００６１】
本発明に係る有機発光素子としては、基板上に、順次陽極／発光層／陰極を設けた構成のものが挙げられる。他にも順次陽極／正孔輸送層／電子輸送層／陰極を設けた構成のものが挙げられる。また順次陽極／正孔輸送層／発光層／電子輸送層／陰極を設けたものや順次陽極／正孔注入層／正孔輸送層／発光層／電子輸送層／陰極を設けたものを挙げることができる。あるいは順次陽極／正孔輸送層／発光層／正孔・エキシトンブロッキング層／電子輸送層／陰極を設けたものを挙げることができる。ただしこれら５種の多層型有機発光素子の例はあくまでごく基本的な素子構成であり、本発明に係る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、電極と有機化合物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、電子輸送層もしくは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などの多様な層構成をとることができる。
【００６２】
ホール注入性材料あるいはホール輸送性材料は、ホール移動度が高いことが好ましい。正孔注入性能あるいは正孔輸送性能を有する低分子及び高分子系材料としては、トリアリールアミン誘導体、フェニレンジアミン誘導体、スチルベン誘導体、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（チオフェン）、その他導電性高分子が挙げられるが、もちろんこれらに限定されるものではない。
【００６３】
電子注入性材料あるいは電子輸送性材料は、ホール注入性材料あるいはホール輸送性材料のホール移動度とのバランス等を考慮して選択される。電子注入性能あるいは電子輸送性能を有する材料としては、オキサジアゾール誘導体、オキサゾール誘導体、ピラジン誘導体、トリアゾール誘導体、トリアジン誘導体、キノリン誘導体、キノキサリン誘導体、フェナントロリン誘導体、有機アルミニウム錯体等が挙げられるが、もちろんこれらに限定されるものではない。
【００６４】
陽極材料としては、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あるいはこれらの合金、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である。また、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン等の導電性ポリマーでもよい。これらの電極物質は単独で使用してもよいし複数併用して使用してもよい。また、陽極は一層構成でもよく、多層構成でもよい。
【００６５】
一方、陰極材料としては、仕事関数の小さなものがよい。例えば、リチウム等のアルカリ金属、カルシウム等のアルカリ土類金属、アルミニウム、チタン、マンガン、銀、鉛、クロム等の金属単体が挙げられる。あるいはこれら金属単体を組み合わせた合金も使用することができる。例えば、マグネシウム−銀、アルミニウム−リチウム、アルミニウム−マグネシウム等が使用できる。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使用してもよいし、複数併用して使用してもよい。また、陰極は一層構成でもよく、多層構成でもよい。
【００６６】
本実施形態に係る有機発光素子において、本実施形態に係る有機化合物を含有する層及びその他の有機化合物からなる層は、様々な既知の方法により形成できる。一般には真空蒸着法、イオン化蒸着法、スパッタリング法、プラズマ、あるいは適当な溶媒に溶解させて公知の塗布法（例えば、スピンコーティング、ディッピング、キャスト法、ＬＢ法、インクジェット法等）により層を形成できる。ここで真空蒸着法や塗布法等によって層を形成すると、結晶化等が起こりにくく経時安定性に優れる。また塗布法で形成する場合は、適当なバインダー樹脂と組み合わせて膜を形成することもできる。
【００６７】
上記バインダー樹脂としては、ポリビニルカルバゾール樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエステル樹脂、ＡＢＳ樹脂、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、尿素樹脂等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。また、これらバインダー樹脂は、ホモポリマー又は共重合体として１種単独で使用してもよいし、２種以上を混合して使用してもよい。さらに必要に応じて、公知の可塑剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤等の添加剤を併用してもよい。
【００６８】
（有機発光素子の用途）
本発明に係る有機発光素子は、表示装置や照明装置に用いることができる。他にも電子写真方式の画像形成装置の露光光源や液晶表示装置のバックライトなどに用いることができる。
【００６９】
表示装置は本実施形態に係る有機発光素子を表示部に有する。この表示部は複数の画素を有する。この画素は本実施形態に係る有機発光素子と発光輝度を制御するためのスイッチング素子の一例として薄膜トランジスタを有し、この有機発光素子の陽極または陰極と薄膜トランジスタのドレイン電極またはソース電極とが接続されている。表示装置はＰＣ等の画像表示装置として用いることができる。
【００７０】
表示装置は、エリアＣＣＤ、リニアＣＣＤ、メモリーカード等からの情報を入力する画像入力部を有し、入力された画像を表示部に出力する画像出力装置でもよい。また、撮像装置やインクジェットプリンタが有する表示部として、外部から入力された画像情報に基づいて画像を表示する画像出力機能と操作パネルとして画像への加工情報を入力する入力機能との両方を有していてもよい。また表示装置はマルチファンクションプリンタの表示部に用いられてもよい。
【００７１】
次に、本実施形態に係る有機発光素子を使用した表示装置について図１を用いて説明する。
【００７２】
図１は、本実施形態に係る有機発光素子と、有機発光素子に接続するスイッチング素子の一例である薄膜トランジスタとを示した断面模式図である。本図では有機発光素子と薄膜トランジスタとの組が２組図示されている。構造の詳細を以下に説明する。
【００７３】
図１の表示装置は、ガラス等の基板１とその上部に薄膜トランジスタ又は有機化合物層を保護するための防湿膜２が設けられている。また符号３は金属のゲート電極である。符号４はゲート絶縁膜であり、符号５は半導体層である。
【００７４】
薄膜トランジスタ８は、半導体層５とドレイン電極６とソース電極７とを有している。薄膜トランジスタ８の上部には絶縁膜９が設けられ、コンタクトホール１０を介して有機発光素子の陽極１１とソース電極７とが接続されている。表示装置はこの構成に限られず、陽極または陰極のうちいずれか一方と薄膜トランジスタソース電極またはドレイン電極のいずれか一方とが接続されていればよい。
【００７５】
有機化合物層１２は本図では簡略化して１つの層として図示しているが、実際には多層の有機化合物層からなる。陰極１３の上には有機発光素子の劣化を抑制するための第一の保護層１４や第二の保護層１５が設けられている。
【００７６】
本実施形態に係る表示装置においてスイッチング素子に特に制限はなく、単結晶シリコンを用いた薄膜トランジスタ、ＭＩＭ素子、アモルファスシリコン型の素子等を用いてもよい。
【実施例】
【００７７】
以下、本発明について実施例を用いて詳細に説明する。なお本発明はこれらに限定されるものではない。
【００７８】
（実施例１）［例示化合物Ｈ−０８の合成］
【００７９】
【化１１】
【００８０】
［（１）中間体（Ｂ）の合成］
Ａ−１（商品名；３，６−Ｄｉｂｒｏｍｏｃａｒｂａｚｏｌｅ、和光純薬工業）を１３．２ｇ（４１ｍｍｏｌ）、Ａ−２（商品名；２，４，６−Ｔｒｉｍｅｔｈｙｌｐｈｅｎｙｌｂｏｒｏｎｉｃ Ａｃｉｄ、和光純薬工業）を２０ｇ（１２２ｍｍｏｌ）、Ｐｄ（ＰＰｈ３）４を０．９３８ｇ（０．８ｍｍｏｌ）、Ｃｓ２ＣＯ３を４０ｇ（１２３ｍｍｏｌ）、トルエンを１５０ｍｌ、エタノールを１００ｍｌ、水を１００ｍｌ、それぞれ用意し、容量５００ｍｌのフラスコに入れ、１００℃で８時間攪拌した。反応溶液を室温に戻し、有機層を抽出、濃縮し、得られた残留物を、カラム精製（展開溶媒；酢酸エチル／ヘプタン＝１／４）し、中間体（Ｂ）を９．８ｇ（２４ｍｍｏｌ）得た。収率は６０％であった。
【００８１】
［（２）中間体（Ｃ−２）の合成］
【００８２】
【化１２】
【００８３】
５００ｍｌ三ツ口フラスコに、２−クロロ−ベンズイミダゾール２０ｇ（１３１ｍｍｏｌ、商品名；２−Ｃｈｌｏｒｏｂｅｎｚｉｍｉｄａｚｏｌｅ、Ａｌｄｒｉｃｈ社製）およびＴＨＦ１５０ｍｌを入れた。氷冷下でｔ−ブトキシナトリウム１３．８ｇ（１４４ｍｍｏｌ）を添加した。室温で１時間撹拌した後、氷冷下、ヨウ化メチル２４．２ｇ（１７０ｍｍｏｌ）およびＴＨＦ３０ｍｌの溶液を滴下し、室温で５時間攪拌した。反応液をクロロホルムで抽出、次いで無水硫酸ナトリウムで乾燥後、溶媒を留去し、中間体（Ｃ−２）（２−クロロ−１−メチル−１Ｈ−ベンズイミダゾール、白色結晶）１８．６ｇ（収率８５％）を得た。
【００８４】
［（３）例示化合物Ｈ−０８の合成］
【００８５】
【化１３】
【００８６】
容量１００ｍｌのフラスコに、中間体（Ｂ），１．３２ｇ（３．３ｍｍｏｌ）、ＤＭＦ５０ｍｌ、ＮａＨ（６０重量％）０．１３０ｇ（３．３ｍｍｏｌ）の順に投入した。室温で２０分攪拌した後、上記中間体（Ｃ−２）０．５４ｇ（３．３ｍｍｏｌ）を更に投入した。その後、１２０℃で８時間攪拌し、水５０ｍｌを加え、反応を終了させ、水で洗浄吸引ろ過した。得られた残渣を、カラム精製（展開溶媒；クロロホルム／ヘプタン＝１／１）した後、メタノールで分散洗浄した。更に、得られた粉末を乾燥させ、昇華精製（１０−４Ｐａ，３００℃）し、例示化合物（Ｈ−０８）を０．２６ｇ（０．５ｍｍｏｌ）得た。収率は１５％であった。
【００８７】
ＮＭＲ（ＣＤＣｌ３）；δ７．９（１Ｈ）、δ７．８（２Ｈ）、δ７．５（１Ｈ）、δ７．４−７．５（４Ｈ）、δ７．２（２Ｈ）、δ７．０（４Ｈ）、δ３．８（３Ｈ）、δ２．４（６Ｈ）、δ２．０（６Ｈ）、δ２．０（６Ｈ）。
ＭＡＬＤＩ−ＭＳ；５３３．３。
【００８８】
（実施例２）
合成により得られた本発明の例示化合物Ｈ−０８の、トルエン溶液（濃度；１０−３ｍｏｌ／ｌ）の７７Ｋにおける燐光の０−０バンド（三重項エネルギー準位）を分光蛍光光度計（日立製作所製、品名Ｆ−４５００）で測定したところ、４１７ｎｍであった。
【００８９】
（実施例３）
［有機発光素子の作成］
［化合物Ｅ−０１の合成］
【００９０】
【化１４】
【００９１】
３００ｍｌ三ツ口フラスコに、２−ヨード−９，９−ジメチルフルオレン［中間体（Ｄ）］５．８ｇ（１８．１ｍｍｏｌ）およびジエチルエーテル８０ｍｌを入れ、窒素雰囲気中、−７８℃で撹拌下、ｎ−ブチルリチウム（１５重量％ヘキサン溶液）１１．７ｍｌ（１８．１ｍｍｏｌ）を滴下した。室温まで昇温し１時間撹拌した後、−２０℃に冷却しフェナントロリン［中間体（Ｅ）］０．８１ｇ（４．５１ｍｍｏｌ）のトルエン１００ｍｌ分散液を滴下した。室温で１２時間撹拌後、水を加え有機層をクロロホルムで抽出し無水硫酸ナトリウムで乾燥後、アルミナカラム（ヘキサン＋クロロホルム混合展開溶媒）で精製し、化合物Ｅ−０１（白色結晶）２．０４ｇ（収率８０％）を得た。
【００９２】
［素子作成］
ガラス基板上に、陽極としての酸化錫インジウム（ＩＴＯ）をスパッタ法にて１２０ｎｍの膜厚で成膜した。成膜されたＩＴＯ膜をパターニングして、対向する電極面積が４ｍｍ２になるようにした。これを超純水、イソプロピルアルコール（ＩＰＡ）で順次超音波洗浄した。さらに、ＵＶ／オゾン洗浄を行い、透明且つ導電性を有する支持基板として使用した。
【００９３】
次に、正孔注入材料として、下記式で示される下記構造式［化１５］で示される既知正孔輸送材料（商品名；４，４’，４”−Ｔｒｉｓ（ｃａｒｂａｚｏｌ−９−ｙｌ）ｔｒｉｐｈｅｎｙｌａｍｉｎｅ（ＴＣＴＡ）、Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ社（台湾））の、濃度が０．１重量％であるクロロホルム溶液を調製した。この溶液を上記のＩＴＯ電極上に滴下し、１０００ｒｐｍの回転で６０秒スピンコートを行い、膜を３０ｎｍ形成した。この後、８０℃の真空オーブンで１０分間乾燥し、薄膜中の溶剤を完全に除去することで、正孔注入層を製膜した。
【００９４】
次に、上記正孔注入層の上に、前記ＴＣＴＡを蒸着し、正孔輸送層を２０ｎｍの厚さで形成し、正孔注入・輸送層を形成した。
【００９５】
【化１５】
【００９６】
次に、上記正孔輸送層の上に、本発明のベンズイミダゾリルカルバゾール化合物の例示化合物Ｈ−０８に対して、下記構造式［化１６］で示される燐光発光性Ｉｒ錯体が１０重量％濃度になるように蒸着レートを変えて共蒸着し、４０ｎｍの発光層を設けた。蒸着時の真空度が２．０×１０−５Ｐａの条件で成膜した。
【００９７】
【化１６】
【００９８】
更に、発光層の上に、化合物Ｅ−０１を蒸着して、３０ｎｍの電子注入・輸送層を設けた。蒸着時の真空度は２．０×１０−５Ｐａ、成膜速度は０．１ｎｍ／ｓｅｃの条件であった。
【００９９】
次に、陰極としてフッ化リチウム（ＬｉＦ）を０．５ｎｍの膜厚で蒸着し、更にアルミニウム（Ａｌ）を１２０ｎｍ蒸着した。蒸着時の真空度は４．０×１０−５Ｐａ、成膜速度はフッ化リチウム（ＬｉＦ）では０．０１５ｎｍ／ｓｅｃ、アルミニウム（Ａｌ）では０．４〜０．５ｎｍ／ｓｅｃの条件で成膜した。
【０１００】
得られた有機発光素子は、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、エポキシ樹脂系接着材で封止した。
【０１０１】
［素子評価］
この様にして得られた素子に、ＩＴＯ電極を正極、ＬｉＦ／Ａｌ電極を負極にして電圧を印加したところ、発光輝度５００ｃｄ／ｍ２時の印加電圧は１１．２Ｖとなり、発光効率４．２ｌｍ／Ｗの青色発光が観測された。
【０１０２】
（比較例）
実施例１の化合物Ｈ−０８に代えて、特許文献１に記載されている下記構造式［化１７］で示される比較化合物Ｒ−０１を使用する以外は、実施例３と同様に素子を作成し、同様な評価を行った。発光輝度５００ｃｄ／ｍ２時の印加電圧は１３．８Ｖであり、Ｈ−０８と比較して高電圧化した。さらに、Ｈ−０８と同様に青色発光が観測されたが、発光効率は３．０ｌｍ／Ｗと低下した。
【０１０３】
【化１７】
【０１０４】
以上の結果から、本発明のベンズイミダゾリルカルバゾール化合物を、有機発光素子用材料として用いることによって、発光効率が高く、且つ低電圧駆動を実現することが可能であることが示された。
【産業上の利用可能性】
【０１０５】
本発明の技術は、フルカラーディスプレイ等の表示装置だけでなく、照明機器、光電変換素子を使用した機器または電子写真機器等にも応用できる可能性がある。
【符号の説明】
【０１０６】
１ 基板
２ 防湿膜
３ ゲート電極
４ ゲート絶縁膜
５ 半導体層
６ ドレイン電極
７ ソース電極
８ 薄膜トランジスタ
９ 絶縁膜
１０ コンタクトホール
１１ 陽極
１２ 有機化合物層
１３ 陰極
１４ 第一の保護層
１５ 第二の保護層
【技術分野】
【０００１】
本発明は、新規有機化合物であるベンズイミダゾリルカルバゾール化合物に関する。また、該新規化合物を有する有機発光素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
有機発光素子は、透明基板上に、上下２層の電極と、これらの電極の間に発光層を含む有機化合物を積層した構造を有している。該電極に電圧を印加すると、電極から供給された正孔と電子が発光層で再結合して励起子を生じ、該励起子から発光が得られる。
【０００３】
有機発光素子は、高速応答性、高い発光効率、フレキシブル性を有する次世代のフルカラーディスプレイ技術の一つとして注目されており、材料技術開発および素子技術開発が精力的に行われている。有機発光素子のうち特に電界発光を利用するものを、有機電界発光素子、有機ＥＬ素子、または有機エレクトロルミネッセンス素子と呼ぶ場合がある。
【０００４】
近年、発光効率を高めることを目的に、三重項励起子を経由した燐光発光を利用する形式の有機発光素子（以下、燐光発光素子と称する）の開発が盛んに行われている。
【０００５】
一重項励起子を経由した蛍光発光を利用する形式も用いられるが、原理的に正孔と電子が結合して生ずる励起子の２５％しか発光に利用できない。一方で、三重項励起子を経由する発光は、励起子の１００％を発光に利用することが可能であり、発光効率が高い。
【０００６】
発光材料としては、材料安定性と発光効率の観点から、（２−Ｃａｒｂｏｘｙｐｙｒｉｄｙｌ）ｂｉｓ（３，５−ｄｉｆｌｕｏｒｏ−２−（２−ｐｙｒｉｄｙｌ）ｐｈｅｎｙｌ）ｉｒｉｄｉｕｍ（ＦＩｒｐｉｃ）のようなＩｒ（イリジウム）を用いた金属錯体が多用されている。
【０００７】
最近では、発光効率の他に、環境保全、省エネルギーの観点から、特にディスプレイの低消費電力化のニーズが高まっており、ディスプレイの低電圧駆動を実現するための、有機発光素子の低電圧化を狙った開発が行われている。
【０００８】
また、燐光発光素子では、発光層において、発光材料（ゲスト材料）と共に用いられるホスト材料の性能が素子性能に大きく反映されることから、ホスト材料開発が活発に行われている。
【０００９】
燐光発光素子の高発光効率化と低電圧化を同時に達成するには、使用されるホスト材料が、発光材料に比べて三重項エネルギーが高く、且つ、発光を生ずる励起子の元となる、正孔と電子の輸送性が共に大きい事が必要となる。しかし、現状では十分な実用レベルに到達していない。
【００１０】
特に、青色の燐光発光素子では発光材料の発光ピーク波長が４５０〜４７０ｎｍと短波長であるため、ホスト材料にはそれよりも高い三重項エネルギーが求められる。このような厳しい要件を満たし、且つ実用レベルに達している材料は、未だ見いだされていない。
【００１１】
特許文献１では、カルバゾールの窒素にフェニル基を置換した化合物が開示されている。このようなカルバゾール化合物は、高い三重項エネルギー、及び高い正孔輸送性を示すが、電子輸送性は正孔輸送性ほど大きくなく、低電圧化には不十分であった。
【００１２】
特許文献２では、ベンズイミダゾール化合物を発光層に用いる素子が開示されている。しかし、ここで開示される化合物は、高い三重項エネルギーを示す化合物ではなく、燐光発光素子として使用した場合に、発光効率の向上と低電圧化を達成するものではなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２００５−１５４４１２号公報
【特許文献２】特開２００４−２８８４３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明は、新規な有機化合物を提供することを目的とする。また、発光効率が高く、且つ低電圧駆動を実現できる有機発光素子を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明に係る新規有機化合物は、下記一般式［１］に示されるベンズイミダゾリルカルバゾール化合物である。
【００１６】
【化１】
【００１７】
但し、式中、Ｒ１およびＲ２は、それぞれ独立に無置換フェニル基、あるいは炭素数が１乃至６のアルキル基が置換された置換フェニル基を表す。また、Ｒ３は炭素数が１乃至６のアルキル基を表す。
【００１８】
また、本発明の有機発光素子は、互いに対向する一対の電極間に配置された少なくとも一層の有機層を有する有機発光素子において、有機層の少なくとも一層が、上記一般式［１］で示されるベンズイミダゾリルカルバゾール化合物からなる発光層であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、燐光発光素子のホスト材料として有用な新規化合物を提供できる。また、発光効率が高く、低電圧駆動を実現する有機発光素子を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】有機発光素子とこれに接続するスイッチング素子とを示す断面構造の模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明に係る新規有機化合物は、下記一般式［１］に示されるベンズイミダゾリルカルバゾール化合物である。
【００２２】
【化２】
【００２３】
但し、式中、Ｒ１およびＲ２は、それぞれ独立に無置換フェニル基、あるいは炭素数が１乃至６のアルキル基が置換された置換フェニル基を表す。また、Ｒ３は炭素数が１乃至６のアルキル基を表す。
【００２４】
Ｒ１およびＲ２が、それぞれ独立に無置換のフェニル基、あるいは炭素数が１乃至６のアルキル基が置換された置換フェニル基であることで、最低三重項エネルギーを高く保つことができる。特にトリル基、キシリル基、メシチル基であることがさらに好ましい。
【００２５】
本発明の、一般式［１］で示される化合物は、カルバゾールの窒素に、一般式［１］で示される位置でベンズイミダゾールを置換させていることで、高い三重項エネルギーと、電子輸送性の改善とが同時に達成されている。
【００２６】
このため、本発明に係るベンズイミダゾリルカルバゾール化合物は、発光ピーク波長が短い青色発光のＩｒ金属錯体のホスト材料として利用できる。
【００２７】
本発明によるベンズイミダゾリルカルバゾール化合物の具体例を以下に示すが、本発明は以下の化合物に何ら限定されるものではない。
【００２８】
【化３】
【００２９】
【化４】
【００３０】
【化５】
【００３１】
【化６】
【００３２】
【化７】
【００３３】
【化８】
【００３４】
（有機化合物の合成）
本発明に係る有機化合物は、後述の実施例１で詳細に記載されるように、以下のような２段階の合成経路で合成できる。
（第１段階）
【００３５】
【化９】
【００３６】
（第２段階）
【００３７】
【化１０】
【００３８】
第１段階における出発物質Ａ−２、あるいは第２段階における中間体Ｃ−２を変更することで、上記に示すような本発明のベンズイミダゾリルカルバゾール化合物をそれぞれ合成できる。
【００３９】
（有機発光素子の説明）
次に本実施形態に係る有機発光素子を説明する。
本実施形態に係る有機発光素子は、対向する一対の電極間に配置された少なくとも一層の有機層を有する有機発光素子であって、前記有機層のうち少なくとも一層が上記の一般式［１］に示されるベンズイミダゾリルカルバゾール化合物を有する発光層であることを特徴とする。
【００４０】
本発明者らは種々の検討を行い、本発明のベンズイミダゾリルカルバゾール化合物を発光層のホスト材料として用いた素子が、発光効率が高く、低電圧で駆動することが可能であることを見出した。
【００４１】
燐光発光性Ｉｒ錯体などの燐光発光を利用する有機発光素子では、ホスト材料の創出をするにあたり、ホスト材料の最低三重項エネルギーが発光材料より高くなるように分子設計を行う。これにより、発光層内で三重項励起エネルギーが発光材料に閉じ込められるため、高効率化を達成できる。
【００４２】
しかし、青色の燐光発光素子では発光波長のピーク波長が４５０ｎｍ〜４７０ｎｍと短波長であり、このような高い最低三重項エネルギーに対応できる公知のホスト材料は限られていた。このような最低三重項エネルギーの高い材料として、カルバゾール化合物が知られている。
【００４３】
ところで、正孔、電子、励起子などの高エネルギー化学種が高密度で存在する発光層では、使用する材料が化学的に安定であることが極めて重要である。
【００４４】
しかし、カルバゾールは、化学的に活性の高い窒素−水素結合を持つため、そのままではホスト材料として利用できない。
【００４５】
また、カルバゾールは高い正孔輸送性を示すが、電子輸送性は正孔輸送性ほど大きくなかった。
【００４６】
すなわち、三重項エネルギーを高く保ちながら、化学的安定性と電子輸送性を両立する新規な化合物が求められていた。
【００４７】
上記の課題を解決すべく、鋭意検討した結果、本発明のベンズイミダゾリルカルバゾール化合物が燐光発光素子のホスト材料として有用であることを見出した。本発明の化合物は、カルバゾール化合物として三重項エネルギーを高く保ちながら、且つ化学的安定性と電子輸送性の改善が達成されている。
【００４８】
本発明のベンズイミダゾリルカルバゾール化合物は、カルバゾールにベンズイミダゾールが導入されていることで、従来のフェニル基置換カルバゾール化合物よりも電子輸送性が向上されている。
【００４９】
さらに、本発明に係るベンズイミダゾリルカルバゾール化合物は、ベンズイミダゾールとカルバゾールとの結合位置に工夫が施されている。
【００５０】
ベンズイミダゾールの２つの窒素に挟まれた炭素−水素結合は、化学的に活性であることが知られている。
【００５１】
そこで、一般式［１］で示されるような、カルバゾールの該窒素とベンズイミダゾールの該炭素とを結合させた新規な分子構造により、化学的に活性な箇所を互いに塞ぐことで、化合物の化学的な安定性が得られる。
【００５２】
一般式［１］以外の箇所でベンズイミダゾールとカルバゾールとを結合した場合、前記活性の高い箇所を別途塞ぐために、新たな置換基を追加導入する必要がある。しかし、置換基数の増加は一般に三重項エネルギーの低下を招くため、好ましくない。
【００５３】
また、ベンズイミダゾールのＲ３が結合する窒素とカルバゾールの窒素とを結合させることも考えられるが、窒素−窒素結合は、窒素−炭素結合と比較して化学的に不安定であるため、好ましくない。
【００５４】
カルバゾールは、３位及び６位も化学的に活性であり、通電による素子劣化の原因となり得る電気化学反応を起こすことが知られている。本発明のベンズイミダゾリルカルバゾール化合物は、電気化学的に活性な部位である３位と６位にＲ１とＲ２の置換基を有するので、電気化学的な安定性が得られる。
【００５５】
また、置換基Ｒ３も、前記の化学的な安定性を得るために必須である。高い三重項エネルギーを得るために、Ｒ３は１乃至６のアルキル基であることが好ましく、メチル基であることがさらに好ましい。
【００５６】
さらに、Ｒ３を導入することにより、Ｒ３とカルバゾール骨格との間に立体反発が生じ、ベンズイミダゾール骨格はカルバゾール骨格に対して捩れ、分子全体の平面性が低下する。このことにより、分子内の共役が広がるのを抑え、三重項エネルギーをより高くする効果がある。さらに、分子全体の平面性が低下する効果により、発光波長の長波長化や発光効率の低下の原因となる、分子の平面性に起因するスタッキング、及び燐光発光材料との分子間相互作用を抑えることができる。
【００５７】
Ｒ３ではなく、ベンズイミダゾールの六員環側の水素原子に置換基を導入することも可能であるが、カルバゾール環との立体反発が生じない。すなわち、前記した効果は期待できない上に、置換基数の増加による三重項エネルギーの低下を招く。
【００５８】
上記作用により、本発明のベンズイミダゾリルカルバゾール化合物は、高い三重項エネルギー、及び優れた電子輸送性を有している。これにより、ホスト材料としてホールと電子の良好な再結合の場を提供でき、三重項エネルギーをゲスト材料に効率良く移動させることができるので、発光効率が高く、且つ低電圧駆動を実現できる有機発光素子が得られる。
【００５９】
発光層に用いられる発光材料としては、既知のものが利用できるが、燐光発光材料をゲスト材料として発光層に有することが好ましい。ゲスト材料としては、例えば、ＦＩｒｐｉｃ、Ｉｒｉｄｉｕｍ，ｂｉｓ（３，５−ｄｉｆｌｕｏｒｏ−２−（２−ｐｙｒｉｄｉｎｙｌ）ｐｈｅｎｙｌ）ｔｅｔｒａｋｉｓ（１Ｈ−ｐｙｒａｚｏｌｙｌ）ｂｏｒａｔｅ（ＦＩｒ６）、後述する構造式［化１６］で示される燐光発光性Ｉｒ錯体が挙げられる。
また、他のゲスト材料としては、ｆａｃ−Ｔｒｉｓ（２−（２−ｐｙｒｉｄｉｎｙｌ）ｐｈｅｎｙｌ）ｉｒｉｄｉｕｍ（Ｉｒ（ｐｐｙ）３）、ｆａｃ−Ｔｒｉｓ（１−ｐｈｅｎｙｌｉｓｏｑｕｉｎｏｌｉｎｅ）ｉｒｉｄｉｕｍ（Ｉｒ（ｐｉｑ）３）等が挙げられる。
本発明の有機発光素子において、ホール輸送層に使用する正孔輸送性材料としては、例えば、トリアリールアミン誘導体、フェニレンジアミン誘導体、トリアゾール誘導体、オキサジアゾール誘導体、イミダゾール誘導体、ピラゾリン誘導体、ピラゾロン誘導体、オキサゾール誘導体、フルオレノン誘導体、ヒドラゾン誘導体、スチルベン誘導体、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）等が挙げられる。
【００６０】
また、電子輸送層に使用する電子輸送性材料としては、例えば、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、キノリノールアルミニウム錯体等の有機金属錯体等が挙げられる。
【００６１】
本発明に係る有機発光素子としては、基板上に、順次陽極／発光層／陰極を設けた構成のものが挙げられる。他にも順次陽極／正孔輸送層／電子輸送層／陰極を設けた構成のものが挙げられる。また順次陽極／正孔輸送層／発光層／電子輸送層／陰極を設けたものや順次陽極／正孔注入層／正孔輸送層／発光層／電子輸送層／陰極を設けたものを挙げることができる。あるいは順次陽極／正孔輸送層／発光層／正孔・エキシトンブロッキング層／電子輸送層／陰極を設けたものを挙げることができる。ただしこれら５種の多層型有機発光素子の例はあくまでごく基本的な素子構成であり、本発明に係る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、電極と有機化合物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、電子輸送層もしくは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などの多様な層構成をとることができる。
【００６２】
ホール注入性材料あるいはホール輸送性材料は、ホール移動度が高いことが好ましい。正孔注入性能あるいは正孔輸送性能を有する低分子及び高分子系材料としては、トリアリールアミン誘導体、フェニレンジアミン誘導体、スチルベン誘導体、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（チオフェン）、その他導電性高分子が挙げられるが、もちろんこれらに限定されるものではない。
【００６３】
電子注入性材料あるいは電子輸送性材料は、ホール注入性材料あるいはホール輸送性材料のホール移動度とのバランス等を考慮して選択される。電子注入性能あるいは電子輸送性能を有する材料としては、オキサジアゾール誘導体、オキサゾール誘導体、ピラジン誘導体、トリアゾール誘導体、トリアジン誘導体、キノリン誘導体、キノキサリン誘導体、フェナントロリン誘導体、有機アルミニウム錯体等が挙げられるが、もちろんこれらに限定されるものではない。
【００６４】
陽極材料としては、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あるいはこれらの合金、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である。また、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン等の導電性ポリマーでもよい。これらの電極物質は単独で使用してもよいし複数併用して使用してもよい。また、陽極は一層構成でもよく、多層構成でもよい。
【００６５】
一方、陰極材料としては、仕事関数の小さなものがよい。例えば、リチウム等のアルカリ金属、カルシウム等のアルカリ土類金属、アルミニウム、チタン、マンガン、銀、鉛、クロム等の金属単体が挙げられる。あるいはこれら金属単体を組み合わせた合金も使用することができる。例えば、マグネシウム−銀、アルミニウム−リチウム、アルミニウム−マグネシウム等が使用できる。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使用してもよいし、複数併用して使用してもよい。また、陰極は一層構成でもよく、多層構成でもよい。
【００６６】
本実施形態に係る有機発光素子において、本実施形態に係る有機化合物を含有する層及びその他の有機化合物からなる層は、様々な既知の方法により形成できる。一般には真空蒸着法、イオン化蒸着法、スパッタリング法、プラズマ、あるいは適当な溶媒に溶解させて公知の塗布法（例えば、スピンコーティング、ディッピング、キャスト法、ＬＢ法、インクジェット法等）により層を形成できる。ここで真空蒸着法や塗布法等によって層を形成すると、結晶化等が起こりにくく経時安定性に優れる。また塗布法で形成する場合は、適当なバインダー樹脂と組み合わせて膜を形成することもできる。
【００６７】
上記バインダー樹脂としては、ポリビニルカルバゾール樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエステル樹脂、ＡＢＳ樹脂、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、尿素樹脂等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。また、これらバインダー樹脂は、ホモポリマー又は共重合体として１種単独で使用してもよいし、２種以上を混合して使用してもよい。さらに必要に応じて、公知の可塑剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤等の添加剤を併用してもよい。
【００６８】
（有機発光素子の用途）
本発明に係る有機発光素子は、表示装置や照明装置に用いることができる。他にも電子写真方式の画像形成装置の露光光源や液晶表示装置のバックライトなどに用いることができる。
【００６９】
表示装置は本実施形態に係る有機発光素子を表示部に有する。この表示部は複数の画素を有する。この画素は本実施形態に係る有機発光素子と発光輝度を制御するためのスイッチング素子の一例として薄膜トランジスタを有し、この有機発光素子の陽極または陰極と薄膜トランジスタのドレイン電極またはソース電極とが接続されている。表示装置はＰＣ等の画像表示装置として用いることができる。
【００７０】
表示装置は、エリアＣＣＤ、リニアＣＣＤ、メモリーカード等からの情報を入力する画像入力部を有し、入力された画像を表示部に出力する画像出力装置でもよい。また、撮像装置やインクジェットプリンタが有する表示部として、外部から入力された画像情報に基づいて画像を表示する画像出力機能と操作パネルとして画像への加工情報を入力する入力機能との両方を有していてもよい。また表示装置はマルチファンクションプリンタの表示部に用いられてもよい。
【００７１】
次に、本実施形態に係る有機発光素子を使用した表示装置について図１を用いて説明する。
【００７２】
図１は、本実施形態に係る有機発光素子と、有機発光素子に接続するスイッチング素子の一例である薄膜トランジスタとを示した断面模式図である。本図では有機発光素子と薄膜トランジスタとの組が２組図示されている。構造の詳細を以下に説明する。
【００７３】
図１の表示装置は、ガラス等の基板１とその上部に薄膜トランジスタ又は有機化合物層を保護するための防湿膜２が設けられている。また符号３は金属のゲート電極である。符号４はゲート絶縁膜であり、符号５は半導体層である。
【００７４】
薄膜トランジスタ８は、半導体層５とドレイン電極６とソース電極７とを有している。薄膜トランジスタ８の上部には絶縁膜９が設けられ、コンタクトホール１０を介して有機発光素子の陽極１１とソース電極７とが接続されている。表示装置はこの構成に限られず、陽極または陰極のうちいずれか一方と薄膜トランジスタソース電極またはドレイン電極のいずれか一方とが接続されていればよい。
【００７５】
有機化合物層１２は本図では簡略化して１つの層として図示しているが、実際には多層の有機化合物層からなる。陰極１３の上には有機発光素子の劣化を抑制するための第一の保護層１４や第二の保護層１５が設けられている。
【００７６】
本実施形態に係る表示装置においてスイッチング素子に特に制限はなく、単結晶シリコンを用いた薄膜トランジスタ、ＭＩＭ素子、アモルファスシリコン型の素子等を用いてもよい。
【実施例】
【００７７】
以下、本発明について実施例を用いて詳細に説明する。なお本発明はこれらに限定されるものではない。
【００７８】
（実施例１）［例示化合物Ｈ−０８の合成］
【００７９】
【化１１】
【００８０】
［（１）中間体（Ｂ）の合成］
Ａ−１（商品名；３，６−Ｄｉｂｒｏｍｏｃａｒｂａｚｏｌｅ、和光純薬工業）を１３．２ｇ（４１ｍｍｏｌ）、Ａ−２（商品名；２，４，６−Ｔｒｉｍｅｔｈｙｌｐｈｅｎｙｌｂｏｒｏｎｉｃ Ａｃｉｄ、和光純薬工業）を２０ｇ（１２２ｍｍｏｌ）、Ｐｄ（ＰＰｈ３）４を０．９３８ｇ（０．８ｍｍｏｌ）、Ｃｓ２ＣＯ３を４０ｇ（１２３ｍｍｏｌ）、トルエンを１５０ｍｌ、エタノールを１００ｍｌ、水を１００ｍｌ、それぞれ用意し、容量５００ｍｌのフラスコに入れ、１００℃で８時間攪拌した。反応溶液を室温に戻し、有機層を抽出、濃縮し、得られた残留物を、カラム精製（展開溶媒；酢酸エチル／ヘプタン＝１／４）し、中間体（Ｂ）を９．８ｇ（２４ｍｍｏｌ）得た。収率は６０％であった。
【００８１】
［（２）中間体（Ｃ−２）の合成］
【００８２】
【化１２】
【００８３】
５００ｍｌ三ツ口フラスコに、２−クロロ−ベンズイミダゾール２０ｇ（１３１ｍｍｏｌ、商品名；２−Ｃｈｌｏｒｏｂｅｎｚｉｍｉｄａｚｏｌｅ、Ａｌｄｒｉｃｈ社製）およびＴＨＦ１５０ｍｌを入れた。氷冷下でｔ−ブトキシナトリウム１３．８ｇ（１４４ｍｍｏｌ）を添加した。室温で１時間撹拌した後、氷冷下、ヨウ化メチル２４．２ｇ（１７０ｍｍｏｌ）およびＴＨＦ３０ｍｌの溶液を滴下し、室温で５時間攪拌した。反応液をクロロホルムで抽出、次いで無水硫酸ナトリウムで乾燥後、溶媒を留去し、中間体（Ｃ−２）（２−クロロ−１−メチル−１Ｈ−ベンズイミダゾール、白色結晶）１８．６ｇ（収率８５％）を得た。
【００８４】
［（３）例示化合物Ｈ−０８の合成］
【００８５】
【化１３】
【００８６】
容量１００ｍｌのフラスコに、中間体（Ｂ），１．３２ｇ（３．３ｍｍｏｌ）、ＤＭＦ５０ｍｌ、ＮａＨ（６０重量％）０．１３０ｇ（３．３ｍｍｏｌ）の順に投入した。室温で２０分攪拌した後、上記中間体（Ｃ−２）０．５４ｇ（３．３ｍｍｏｌ）を更に投入した。その後、１２０℃で８時間攪拌し、水５０ｍｌを加え、反応を終了させ、水で洗浄吸引ろ過した。得られた残渣を、カラム精製（展開溶媒；クロロホルム／ヘプタン＝１／１）した後、メタノールで分散洗浄した。更に、得られた粉末を乾燥させ、昇華精製（１０−４Ｐａ，３００℃）し、例示化合物（Ｈ−０８）を０．２６ｇ（０．５ｍｍｏｌ）得た。収率は１５％であった。
【００８７】
ＮＭＲ（ＣＤＣｌ３）；δ７．９（１Ｈ）、δ７．８（２Ｈ）、δ７．５（１Ｈ）、δ７．４−７．５（４Ｈ）、δ７．２（２Ｈ）、δ７．０（４Ｈ）、δ３．８（３Ｈ）、δ２．４（６Ｈ）、δ２．０（６Ｈ）、δ２．０（６Ｈ）。
ＭＡＬＤＩ−ＭＳ；５３３．３。
【００８８】
（実施例２）
合成により得られた本発明の例示化合物Ｈ−０８の、トルエン溶液（濃度；１０−３ｍｏｌ／ｌ）の７７Ｋにおける燐光の０−０バンド（三重項エネルギー準位）を分光蛍光光度計（日立製作所製、品名Ｆ−４５００）で測定したところ、４１７ｎｍであった。
【００８９】
（実施例３）
［有機発光素子の作成］
［化合物Ｅ−０１の合成］
【００９０】
【化１４】
【００９１】
３００ｍｌ三ツ口フラスコに、２−ヨード−９，９−ジメチルフルオレン［中間体（Ｄ）］５．８ｇ（１８．１ｍｍｏｌ）およびジエチルエーテル８０ｍｌを入れ、窒素雰囲気中、−７８℃で撹拌下、ｎ−ブチルリチウム（１５重量％ヘキサン溶液）１１．７ｍｌ（１８．１ｍｍｏｌ）を滴下した。室温まで昇温し１時間撹拌した後、−２０℃に冷却しフェナントロリン［中間体（Ｅ）］０．８１ｇ（４．５１ｍｍｏｌ）のトルエン１００ｍｌ分散液を滴下した。室温で１２時間撹拌後、水を加え有機層をクロロホルムで抽出し無水硫酸ナトリウムで乾燥後、アルミナカラム（ヘキサン＋クロロホルム混合展開溶媒）で精製し、化合物Ｅ−０１（白色結晶）２．０４ｇ（収率８０％）を得た。
【００９２】
［素子作成］
ガラス基板上に、陽極としての酸化錫インジウム（ＩＴＯ）をスパッタ法にて１２０ｎｍの膜厚で成膜した。成膜されたＩＴＯ膜をパターニングして、対向する電極面積が４ｍｍ２になるようにした。これを超純水、イソプロピルアルコール（ＩＰＡ）で順次超音波洗浄した。さらに、ＵＶ／オゾン洗浄を行い、透明且つ導電性を有する支持基板として使用した。
【００９３】
次に、正孔注入材料として、下記式で示される下記構造式［化１５］で示される既知正孔輸送材料（商品名；４，４’，４”−Ｔｒｉｓ（ｃａｒｂａｚｏｌ−９−ｙｌ）ｔｒｉｐｈｅｎｙｌａｍｉｎｅ（ＴＣＴＡ）、Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ社（台湾））の、濃度が０．１重量％であるクロロホルム溶液を調製した。この溶液を上記のＩＴＯ電極上に滴下し、１０００ｒｐｍの回転で６０秒スピンコートを行い、膜を３０ｎｍ形成した。この後、８０℃の真空オーブンで１０分間乾燥し、薄膜中の溶剤を完全に除去することで、正孔注入層を製膜した。
【００９４】
次に、上記正孔注入層の上に、前記ＴＣＴＡを蒸着し、正孔輸送層を２０ｎｍの厚さで形成し、正孔注入・輸送層を形成した。
【００９５】
【化１５】
【００９６】
次に、上記正孔輸送層の上に、本発明のベンズイミダゾリルカルバゾール化合物の例示化合物Ｈ−０８に対して、下記構造式［化１６］で示される燐光発光性Ｉｒ錯体が１０重量％濃度になるように蒸着レートを変えて共蒸着し、４０ｎｍの発光層を設けた。蒸着時の真空度が２．０×１０−５Ｐａの条件で成膜した。
【００９７】
【化１６】
【００９８】
更に、発光層の上に、化合物Ｅ−０１を蒸着して、３０ｎｍの電子注入・輸送層を設けた。蒸着時の真空度は２．０×１０−５Ｐａ、成膜速度は０．１ｎｍ／ｓｅｃの条件であった。
【００９９】
次に、陰極としてフッ化リチウム（ＬｉＦ）を０．５ｎｍの膜厚で蒸着し、更にアルミニウム（Ａｌ）を１２０ｎｍ蒸着した。蒸着時の真空度は４．０×１０−５Ｐａ、成膜速度はフッ化リチウム（ＬｉＦ）では０．０１５ｎｍ／ｓｅｃ、アルミニウム（Ａｌ）では０．４〜０．５ｎｍ／ｓｅｃの条件で成膜した。
【０１００】
得られた有機発光素子は、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、エポキシ樹脂系接着材で封止した。
【０１０１】
［素子評価］
この様にして得られた素子に、ＩＴＯ電極を正極、ＬｉＦ／Ａｌ電極を負極にして電圧を印加したところ、発光輝度５００ｃｄ／ｍ２時の印加電圧は１１．２Ｖとなり、発光効率４．２ｌｍ／Ｗの青色発光が観測された。
【０１０２】
（比較例）
実施例１の化合物Ｈ−０８に代えて、特許文献１に記載されている下記構造式［化１７］で示される比較化合物Ｒ−０１を使用する以外は、実施例３と同様に素子を作成し、同様な評価を行った。発光輝度５００ｃｄ／ｍ２時の印加電圧は１３．８Ｖであり、Ｈ−０８と比較して高電圧化した。さらに、Ｈ−０８と同様に青色発光が観測されたが、発光効率は３．０ｌｍ／Ｗと低下した。
【０１０３】
【化１７】
【０１０４】
以上の結果から、本発明のベンズイミダゾリルカルバゾール化合物を、有機発光素子用材料として用いることによって、発光効率が高く、且つ低電圧駆動を実現することが可能であることが示された。
【産業上の利用可能性】
【０１０５】
本発明の技術は、フルカラーディスプレイ等の表示装置だけでなく、照明機器、光電変換素子を使用した機器または電子写真機器等にも応用できる可能性がある。
【符号の説明】
【０１０６】
１ 基板
２ 防湿膜
３ ゲート電極
４ ゲート絶縁膜
５ 半導体層
６ ドレイン電極
７ ソース電極
８ 薄膜トランジスタ
９ 絶縁膜
１０ コンタクトホール
１１ 陽極
１２ 有機化合物層
１３ 陰極
１４ 第一の保護層
１５ 第二の保護層
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下記一般式［１］で示されるベンズイミダゾリルカルバゾール化合物。
【化１】
但し、式中、Ｒ１およびＲ２は、それぞれ独立に無置換フェニル基、あるいは炭素数が１乃至６のアルキル基が置換された置換フェニル基を表す。また、Ｒ３は炭素数が１乃至６のアルキル基を表す。
【請求項２】
前記Ｒ１およびＲ２が、トリル基、キシリル基、メシチル基のいずれかであることを特徴とする請求項１に記載の化合物。
【請求項３】
対向する一対の電極間に配置された少なくとも一層の有機層を有する有機発光素子であって、前記有機層のうち少なくとも一層が、請求項１に記載の化合物を有する発光層であることを特徴とする有機発光素子。
【請求項４】
前記発光層は、ゲスト材料として燐光発光性Ｉｒ錯体を有する発光層である請求項３に記載の有機発光素子。
【請求項５】
請求項３乃至請求項４に記載の有機発光素子と、薄膜トランジスタとを組み合わせて成る画像表示装置。
【請求項１】
下記一般式［１］で示されるベンズイミダゾリルカルバゾール化合物。
【化１】
但し、式中、Ｒ１およびＲ２は、それぞれ独立に無置換フェニル基、あるいは炭素数が１乃至６のアルキル基が置換された置換フェニル基を表す。また、Ｒ３は炭素数が１乃至６のアルキル基を表す。
【請求項２】
前記Ｒ１およびＲ２が、トリル基、キシリル基、メシチル基のいずれかであることを特徴とする請求項１に記載の化合物。
【請求項３】
対向する一対の電極間に配置された少なくとも一層の有機層を有する有機発光素子であって、前記有機層のうち少なくとも一層が、請求項１に記載の化合物を有する発光層であることを特徴とする有機発光素子。
【請求項４】
前記発光層は、ゲスト材料として燐光発光性Ｉｒ錯体を有する発光層である請求項３に記載の有機発光素子。
【請求項５】
請求項３乃至請求項４に記載の有機発光素子と、薄膜トランジスタとを組み合わせて成る画像表示装置。
【図１】
【公開番号】特開２０１１−２１３６５０（Ｐ２０１１−２１３６５０Ａ）
【公開日】平成２３年１０月２７日（２０１１．１０．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−８２８２８（Ｐ２０１０−８２８２８）
【出願日】平成２２年３月３１日（２０１０．３．３１）
【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２３年１０月２７日（２０１１．１０．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月３１日（２０１０．３．３１）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
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