説明

新規有機化合物およびそれを有する有機発光素子

【課題】 赤色発光に適した新規有機化合物とそれを有する有機発光素子を提供する。
【解決手段】 下記一般式(1)に示される構造の有機化合物を提供する。
式(1)において、R乃至R16は水素原子、ハロゲン原子、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コキシ基、置換あるいは無置換のアミノ基、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からそれぞれ独立に選ばれる。
【化1】

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は新規有機化合物およびそれ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、陽極と陰極と、それらの間に配置される有機化合物層とを有する素子である。前記各電極から電子および正孔を注入することにより、前記有機化合物層中の発光性有機化合物の励起子を生成させ、該励起子が基底状態にもどる際に光を放出する。
【0003】
有機発光素子は有機エレクトロルミネッセンス素子、あるいは有機EL素子とも呼ばれる。
【0004】
有機発光素子の最近の進歩は著しく、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。
【0005】
これまでに新規な発光性有機化合物の創出が盛んに行われている。高性能の有機発光素子を提供するにあたり、前記化合物の創出が重要であるからである。
【0006】
例えば、特許文献1乃至3、非特許文献1には、下記の1−A、1−B、1−Cの有機化合物の記載があり、これらの有機化合物は橙色発光を示す。
【0007】
【化1】

【先行技術文献】
【特許文献】
【0008】
【特許文献1】特開平10−340785号公報
【特許文献2】特開2000−252068号公報
【特許文献3】特開2008−288247号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
特許文献1乃至3の基本骨格は橙色で発光し、赤色で発光する化合物とならない。
【0010】
有機化合物に置換基を設けることで発光波長を調節することが知られている。しかし、置換基を設けることで化合物の安定性を損なう可能性がある。
【0011】
そこで、本発明ではこれらの構造と異なり、基本骨格自体で赤色の発光色を実現する新規な有機化合物を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0012】
よって、本発明は、下記一般式(1)に示されることを特徴とする有機化合物を提供する。
【0013】
【化2】

【0014】
式(1)において、R乃至R16は水素原子、ハロゲン原子、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コキシ基、置換あるいは無置換のアミノ基、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からそれぞれ独立に選ばれる。
【発明の効果】
【0015】
本発明によれば、基本骨格自体で赤色の発光が可能な有機化合物を提供することができる。本発明に係る有機化合物は基本骨格自体でバンドギャップが狭く、LUMOが深い新規な有機化合物である。また基本骨格に置換基を導入することによって濃度消光を抑制可能な新規有機化合物を提供できる。そして、これら新規有機化合物を有する有機発光素子を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【0016】
【図1】有機発光素子と有機発光素子に接続されたTFT素子とを示す断面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【0017】
本発明に係る新規有機化合物は、下記一般式(1)で示される化合物である。
【0018】
【化3】

【0019】
式(1)において、R乃至R16は水素原子、ハロゲン原子、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コキシ基、置換あるいは無置換のアミノ基、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からそれぞれ独立に選ばれる。
【0020】
ここで式(1)において、置換あるいは無置換のアルキル基のアルキル基として、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、イソブチル基、セカンダリブチル基、ターシャリブチル基、オクチル基、1−アダマンチル基、2−アダマンチル基などが挙げられるが、もちろんこれらに限定されるものではない。
【0021】
ここで式(1)において、置換あるいは無置換のアルコキシ基の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、2−エチル−オクチルオキシ基、フェノキシ基、4−ターシャルブチルフェノキシ基、ベンジルオキシ基、チエニルオキシ基等が挙げられるが、もちろんこれらに限定されるものではない。
【0022】
ここで式(1)において、置換あるいは無置換のアミノ基のアミノ基として、 N−メチルアミノ基、N−エチルアミノ基、N,N−ジメチルアミノ基、N,N−ジエチルアミノ基、N−メチル−N−エチルアミノ基、N−ベンジルアミノ基、N−メチル−N−ベンジルアミノ基、N,N−ジベンジルアミノ基、アニリノ基、N,N−ジフェニルアミノ基、N,N−ジナフチルアミノ基、N,N−ジフルオレニルアミノ基、N−フェニル−N−トリルアミノ基、N,N−ジトリルアミノ基、N−メチル−N−フェニルアミノ基、N,N−ジアニソリルアミノ基、N−メシチル−N−フェニルアミノ基、N,N−ジメシチルアミノ基、N−フェニル−N−(4−ターシャリブチルフェニル)アミノ基、N−フェニル−N−(4−トリフルオロメチルフェニル)アミノ基等が挙げられるが、もちろんこれらに限定されるものではない。
【0023】
ここで式(1)において、置換あるいは無置換のアリール基のアリール基として、フェニル基、ナフチル基、インデニル基、ビフェニル基、ターフェニル基、フルオレニル基などが挙げられるが、もちろんこれらに限定されるものではない。
【0024】
ここで式(1)において、置換あるいは無置換の複素環基の複素環基として、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、カルバゾリル基、アクリジニル基、フェナントロリル基などが挙げられるが、もちろんこれらに限定されるものではない。
【0025】
式(1)において上記置換基、即ちアルキル基、アルコキシ基、アミノ基、アリール基、複素環基が有する置換基として、メチル基、エチル基、プロピル基、ターシャルブチル基などのアルキル基、ベンジル基などのアラルキル基、フェニル基、ビフェニル基などのアリール基、ピリジル基、ピロリル基などの複素環基、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、ジトリルアミノ基などのアミノ基、メトキシル基、エトキシル基、プロポキシル基、フェノキシル基などのアルコキシル基、シアノ基、フッ素、塩素、臭素、ヨウ素などのハロゲン原子などが挙げられるが、もちろんこれらに限定されるものではない。
【0026】
式(1)で示される有機化合物は平面性が高い構造である。式(1)におけるR乃至R16に置換基としてアルキル基やアリール基を導入することで、立体障害により平面性を抑制することができる。
【0027】
これにより、真空蒸着時の昇華性や、薄膜状態でのアモルファス性を向上することができる。
【0028】
アモルファス性を向上させるために設ける置換基はフェニル基が好ましい。立体障害の効果を有しかつ分子量が小さいからである。
【0029】
特に式(1)におけるR1、2、7、8、11、14の位置に置換基を導入すると置換基の立体障害の効果が大きくなる。
【0030】
従って、式(1)におけるR1、2、7、8、11、14の位置に置換基を導入することが好ましい。
【0031】
アモルファス性を向上させるために置換基を設ける位置はR1、R2、R7、R8がさらに好ましい。
【0032】
すなわち、下記一般式(A)で示される有機化合物がさらに好ましい。
【0033】
【化4】

【0034】
一般式(A)において、R乃至RおよびR乃至Rはそれぞれ独立に水素原子またはフェニル基から選ばれる。
【0035】
本発明に係る有機化合物は、基本骨格のみの分子が持つ発光波長が所望の発光波長領域に収まるものである。本発明において所望の発光波長領域とは赤色領域のことであり、具体的には580nm以上650nm以下である。ここで、基本骨格とは、共役を有する縮環構造を指し、本発明に係る有機化合物の基本骨格は一般式(1)のR1乃至R16が全て水素原子である構造である。
【0036】
所望の発光波長を得るために、基本骨格に置換基を設けることが知られている。一般に有機化合物の分子量が大きくなるほどに昇華温度が高くなるので、昇華精製時に高温が必要となる。すると高温による化合物の熱分解が生じやすくなる。
【0037】
すなわち、基本骨格に置換基を設けることで分子量が大きくなると、精製時に化合物の安定性を損なう場合がある。昇華精製時の過度な加熱を防ぐため、本発明に係る有機化合物の分子量は1000以下であることが好ましい。
【0038】
本発明に係る有機化合物と(2)、(3)、(4)に示す化合物とを比較する。
【0039】
比較対象の(2)、(3)、(4)は以下の構造式で示される。
【0040】
【化5】

【0041】
また本発明に係る有機化合物の基本骨格は以下の構造式(5)で示される。
【0042】
【化6】

【0043】
本発明に係る有機化合物と(2)、(3)、(4)のそれぞれの有機化合物との発光波長、分子量の比較を行い、表1に示した。発光波長は、日立製F−4500を用いて、有機化合物のトルエン溶液中でのフォトルミネッセンス測定から算出した。
【0044】
【表1】

【0045】
表1のaで示される有機化合物はルビセンである。表1のbで示される有機化合物は、表1のaの有機化合物にベンゼン環が1個連結して分子量が50増えた構造である。表1のcで示される有機化合物は、表1のbの有機化合物にベンゼン環がさらに1個連結して分子量が50増えた構造である。表1のdで示される有機化合物は、表1のcの有機化合物と同様に表1のbの有機化合物にベンゼン環が1個加わって分子量が50増えた構造であるが、ベンゼン環の連結箇所が異なっている。dで示される化合物が本発明に係る有機化合物である。
【0046】
表1のa乃至dで示される4種類の有機化合物を比較すると、ベンゼン環の連結箇所の違いにより、発光波長変化が異なる。
【0047】
表1のbで示される有機化合物は、表1のaで示される有機化合物よりも発光波長は15nm長波長化しており、ベンゼン環が1個連結することによる発光波長の変化は+15nmである。同様に表1のcで示される有機化合物と表1のbで示される有機化合物の比較より、ベンゼン環が1個連結することによる発光波長の変化は+10nmである。同様に表1のdで示される有機化合物と表1のbで示される有機化合物の比較より、ベンゼン環が1個連結することによる発光波長の変化は+30nmである。表1のa、b、cで示される有機化合物は、ベンゼン環を1つ増やすことで+10〜15nm程度の長波長化の効果しか得られなかったが、本発明の表1のdで示される有機化合物では、+30nmと大きく長波長化している。
【0048】
すなわち、本発明の表1のdで示される有機化合物は、ベンゼン環の連結箇所の違いにより、同じ分子量の変化であっても、長波長化の効果が大きい。
【0049】
従って、本発明の表1のdの構造を用いると、分子量の小さい基本骨格において発光波長の長波長化できる。
【0050】
基本骨格の分子量が小さいと、置換基導入の際の置換基選択の自由度が高くなる。
【0051】
有機化合物に置換基を導入することで、発光波長や結晶性を調節することができる。しかし、有機化合物の分子量が大きくなるにつれて昇華性は低下するため、置換基を導入すると分子量は増大して、昇華精製時の高温による熱分解が問題となる。
【0052】
従って、基本骨格の分子量が小さいと、利用できる置換基の分子量の幅が広がり、置換基選択の自由度が高くなる。
【0053】
さらに本発明に係る有機化合物は、骨格内に2つの5員環構造を有するためHOMOエネルギーレベルが低い。つまり酸化電位が低い。すなわち本発明に係る有機化合物は酸化に対して安定である。また本発明に係る有機化合物の基本骨格はHOMOエネルギーレベルが低いため、LUMOエネルギーレベルも低い。
【0054】
また本発明に係る有機化合物は基本骨格に窒素原子等のヘテロ原子を有していない。このことも酸化電位が低いことに寄与する。すなわち有機化合物が酸化に対して安定であることに寄与する。
【0055】
本発明に係る有機化合物は、有機発光素子の発光層のゲスト材料またはホスト材料として用いられる。さらに発光層以外の各層、即ちホール注入層、ホール輸送層、ホール・エキシトンブロッキング層、電子輸送層、あるいは電子注入層等のいずれの層に用いても良い。
【0056】
本発明に係る有機化合物は、有機発光素子の発光層のゲスト材料として好ましく用いることができる。特に赤色発光素子のゲスト材料として用いられることが好ましい。
【0057】
本発明に係る有機化合物を発光層のゲスト材料として用い、この有機化合物よりもLUMOエネルギーレベルが高い材料、言い換えれば真空順位により近いホスト材料を用いることが好ましい。
【0058】
本発明に係る有機化合物はHOMOエネルギーレベルが低くLUMOエネルギーが低いため、発光層内のホスト材料に供給される電子をホスト材料からゲスト材料に、より良好に受領することができるからである。電子がホスト材料からゲスト材料へ良好に受領されることは、高い発光効率を実現するために好ましい。
【0059】
ここでホスト材料とゲスト材料とは、発光層を構成する化合物の中で、重量比が最も大きいものがホスト材料であり、発光層を構成する化合物の中でホスト材料よりも重量比が小さく主たる発光を担うものがゲスト材料である。
【0060】
発光層の中で、重量比がホスト材料よりも小さく、ゲスト材料の発光を助けるものはアシスト材料または第2ホスト材料と呼ばれる。
【0061】
本発明に係る有機化合物は有機発光素子の発光層のゲスト材料に好ましく用いることができる。その結果本発明に係る有機化合物を発光させることで赤色発光する有機発光素子を提供することができる。
【0062】
(本発明に係る有機化合物の例示)
本発明に係る有機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。
【0063】
【化7】

【0064】
【化8】

【0065】
【化9】

【0066】
【化10】

【0067】
【化11】

【0068】
【化12】

【0069】
(例示した化合物群のそれぞれの性質)
例示した化合物のうちA群に示すものは分子全体が炭化水素のみで構成されている。炭化水素のみで構成される化合物は、HOMOエネルギーレベルが低い。従って酸化電位が低くなり、すなわち有機化合物が酸化に対して安定であることを意味する。
【0070】
従って本発明に係る有機化合物のうち、炭化水素のみで構成されているA群に示す化合物は、分子の安定性が高いので好ましい。
【0071】
また、B群のような置換基がヘテロ原子を含む場合、分子は大きく酸化電位が変化する。あるいは分子間相互作用が変化する。また、置換基がヘテロ原子を含む場合電子輸送性やホール輸送性、ホールトラップ型発光材料として使用した際に100%の高濃度で使用するといった用途に用いることができる。
【0072】
以上のように例示化合物をA乃至B群として挙げた。例示された化合物は有機発光素子の発光層に用いられることが好ましい。
【0073】
その場合、有機発光素子の発光色は赤に限らずより具体的には白色でも良いし、中間色でもよい。
【0074】
(合成ルートの説明)
本発明に係る有機化合物の合成ルートの一例を説明する。以下に反応式を記す。
【0075】
このうち下記式において置換基を導入する場合には、導入する位置の水素原子を他の置換基に置き換えて合成することができる。置き換える置換基としては、アルキル基、ハロゲン原子、フェニル基などが挙げられる。
【0076】
【化13】

【0077】
(その他有機化合物と原料)
上記反応式1のうち、D1乃至D3をそれぞれ変えることで種々の有機化合物を合成することができる。その具体例を表2に合成化合物として示す。下記表は、合成化合物を得るための原料であるD1乃至D3も示す。
【0078】
【表2】

【0079】
上記反応式2のうち、D4乃至D5をかえることで種々の有機化合物を合成することができる。その具体例を表3に合成化合物として示す。下記表は、合成化合物を得るための原料であるD4乃至D5も示す。
【0080】
【表3】

【0081】
(有機発光素子の説明)
次に本発明に係る有機発光素子を説明する。
【0082】
本発明に係る有機発光素子は一対の電極である陽極と陰極とそれらの間に配置される有機化合物層とを少なくとも有する。この有機化合物層が一般式(1)で表される有機化合物を有する。有機発光素子とは、前記陽極および前記陰極からキャリアを注入することで前記有機化合物層中の発光性有機化合物の励起子を生成させ、該励起子が基底状態にもどる際に光を放出する素子である。
【0083】
この有機化合物層が発光層である場合、発光層は本発明に係る有機化合物のみから構成されていても良いし、発光層には他の成分が存在しても良い。
【0084】
発光層が本発明に係る有機化合物を一部有しても良い場合とは、本発明に係る有機化合物が発光層の主成分であってもよく、あるいは副成分であってもよい。
【0085】
ここで主成分と副成分とは、発光層を構成する化合物の中で重量比が最も大きいものを主成分と呼び、主成分よりも重量比が小さいものを副成分と呼ぶ。
【0086】
主成分である材料は、ホスト材料と呼ぶこともできる。
【0087】
副成分である材料は、ドーパント(ゲスト)材料である。他にも発光アシスト材料、電荷注入材料を副成分として挙げることができる。
【0088】
なお、本発明に係る有機化合物をゲスト材料として用いる場合、ホスト材料に対するゲスト材料の濃度は0.01wt%以上20wt%以下であることが好ましく、0.2wt%以上5wt%以下であることがより好ましい。
【0089】
本発明者らは種々の検討を行い、本発明の前記一般式(1)で表される有機化合物を発光層のホスト材料またはゲスト材料、特にゲスト材料として用いた素子が高効率で高輝度な光出力を有し、極めて耐久性が高いことを見出した。
【0090】
以下に、本発明に係る有機化合物を用いた有機発光素子の例を示す。
【0091】
本発明に係る有機化合物を用いて作製され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、ホール輸送層、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、ホール輸送層、発光層、電子輸送層、陰極を設けたものや順次陽極、ホール注入層、ホール輸送層、発光層、電子輸送層、陰極を設けたものや順次、陽極、ホール輸送層、発光層、ホール・エキシトンブロッキング層、電子輸送層、陰極を設けたものが挙げられる。
【0092】
本実施形態に係る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2層から構成されるなど多様な層構成をとることができる。
【0093】
本発明に係る一般式(1)で表される有機化合物は、該発光素子の有機化合物層としていずれの層構成でも使用することができる。
【0094】
ここで、本発明の有機化合物以外にも、必要に応じて従来公知の低分子系及び高分子系のホール注入性化合物あるいは輸送性化合物あるいはホスト材料であるホスト化合物あるいは発光性化合物あるいは電子注入性化合物あるいは電子輸送性化合物等を一緒に使用することができる。
【0095】
以下にこれらの化合物例を挙げる。
【0096】
ホール注入性化合物あるいはホール輸送性化合物としては、ホール移動度が高い材料であることが好ましい。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。
【0097】
ホスト化合物としては、具体的な構造式を表4に示す。ホスト化合物は表4に示す構造式を有する誘導体である化合物であってもよい。またそれ以外に、縮環化合物(例えばフルオレン誘導体、ナフタレン誘導体、アントラセン誘導体、ピレン誘導体、カルバゾール誘導体、キノキサリン誘導体、キノリン誘導体等)、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、有機亜鉛錯体、及びトリフェニルアミン誘導体、ポリ(フルオレン)誘導体、ポリ(フェニレン)誘導体等の高分子誘導体が挙げられるが、もちろんこれらに限定されるものではない。
【0098】
【表4】

【0099】
電子注入性化合物あるいは電子輸送性化合物としては、ホール注入性化合物あるいはホール輸送性化合物のホール移動度とのバランス等を考慮し選択される。電子注入性能あるいは電子輸送性能を有する化合物としては、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。
【0100】
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。
【0101】
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、チタニウム、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。
【0102】
本発明に係る有機発光素子において、本発明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、以下に示す方法により形成される。一般には真空蒸着法、イオン化蒸着法、スパッタリング、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)により薄膜を形成する。ここで真空蒸着法や溶液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。また塗布法で成膜する場合は、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。
【0103】
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。
【0104】
(有機発光素子の用途)
以下本発明に係る有機発光素子の用途について説明する。
【0105】
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がある。
【0106】
表示装置は本発明に係る有機発光素子を表示部に有する。この表示部とは複数の画素を有しており、この画素は本発明に係る有機発光素子とスイッチング素子の一例であるTFT素子とを有し、この有機発光素子の陽極または陰極とTFT素子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等の表示装置として用いることができる。表示装置は画像入力部をさらに有する画像入力装置でもよい。
【0107】
画像入力装置は、エリアCCD、リニアCCD、メモリーカード等からの画像情報を入力する画像入力部と、入力された情報を表示する表示部とを有する。これに撮像光学系をさらに有すればデジタルカメラ等の撮像装置となる。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。
【0108】
次に、本発明に係る有機発光素子を使用した表示装置について説明する。
【0109】
図1は、本発明に係る有機発光素子と有機発光素子の発光非発光あるいは発光輝度を制御するスイッチング素子の1例であるTFT素子とを有する表示装置の断面模式図である。本図では有機発光素子とTFT素子との組が2組図示されている。不図示ではあるが発光輝度を制御するトランジスタをさらに有してもよい。表示装置は、情報に応じてスイッチング素子を駆動することで、有機発光素子を点灯あるいは消灯することによって表示を行い、情報を伝える。構造の詳細を以下に説明する。
【0110】
図1の表示装置は、ガラス等の基板1とその上部にTFT素子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3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。
【0111】
TFT素子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。TFT素子8の上部には絶縁膜9が設けられている。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TFT素子の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。
【0112】
有機化合物層12は本図では多層の有機化合物層を1つの層の如き図示をしている。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。
【0113】
本実施形態に係る有機発光素子はTFT素子により発光輝度が制御される。有機発光素子を複数面内に設けることでそれぞれの発光輝度により画像を表示することができる。またTFTの代わりにSi基板上にアクティブマトリクスドライバーを作成し、その上に有機発光素子を設けて制御することも可能である。これは精細度によって選択され、たとえば1インチでQVGA程度の精細度の場合はSi基板上に有機発光素子を設ける方が好ましい。
【0114】
本実施形態に係る有機発光素子を用いた表示装置を駆動することにより、良好な画質で、長時間表示にも安定な表示が可能になる。
【実施例】
【0115】
以下、実施例を説明する。なお本発明はこれらに限定されるものではない。
【0116】
(実施例1)
[例示化合物A37の合成]
【0117】
【化14】

【0118】
E1 11.6g(50mmol)、E2 10.5g(50mmol)をエタノール200ml中に入れ、60度まで加熱した後、5M水酸化ナトリウム水溶液20mlを滴下した。滴下終了後80度に加熱して2時間攪拌した後冷却後、析出物の濾過を行い、水、エタノールで洗浄した後、80℃で減圧加熱乾燥を行い濃緑色の固体E3を15.2g(収率:75%)得た。
【0119】
次に、E3 4.06g(10mmol)、E4 2.25g(12mmol)をトルエン50ml中に入れ、80℃まで加熱した後、亜硝酸イソアミル 1.40g(12mmol)をゆっくり滴下した後、110℃で3時間攪拌を行った。冷却後、水100ml×2回で洗浄した。この有機層を飽和食塩水で洗浄し、硫酸マグネシウムで乾燥した後、この溶液を濾過後、ろ液を濃縮して茶褐色液体を得た。これをカラムクロマトグラフィー(クロロホルム/ヘプタン=1:5)にて精製後、クロロホルム/メタノールで再結晶を行い、異性体の混合物である黄結晶のE5を3.28g(収率:65%)得た。
【0120】
【化15】

【0121】
E5 2.70g(5mmol)を塩化メチレン20mlに溶解させ、塩化メチレン5mlに溶解させた臭素8.0g(5mmol)を水浴下滴下する。室温に戻したのち、4時間攪拌を行った。反応終了後、水50ml×2回で洗浄した。この有機層を飽和食塩水で洗浄し、硫酸マグネシウムで乾燥した後、この溶液を濾過後、ろ液を濃縮して茶褐色液体を得た。クロロベンゼン/メタノールで再結晶を2回行い、濃赤色結晶のE6を2.6g(収率:90%)得た。
【0122】
【化16】

【0123】
E6 1.75g(3mmol)、(E7) 516mg(3.3mmol)、Pd(PPh3)4 0.05g、トルエン20ml、エタノール10ml、2M―炭酸ナトリウム水溶液20mlを100mlナスフラスコに仕込み、窒素気流下、80℃で8時間攪拌を行った。反応終了後、冷却後、水100ml×2回で洗浄した。この有機層を飽和食塩水で洗浄し、硫酸マグネシウムで乾燥した後、濃縮した。これをカラムクロマトグラフィー(トルエン/ヘプタン=1:5)にて精製後、クロロホルム/メタノールで再結晶を行い、濃赤色結晶のE8を1.4g(収率:76%)得た。
【0124】
次に、E8 1.23g(2mmol)をDMF10ml中に入れ、トリス(ジベンジリデンアセトン)ジパラジウム0.46g(0.5mmol)、トリシクロヘキシルホスフィン0.28g(1mmol)と1,8―ジアザビシクロ[5.4.0]ウンデセ−7−エン 2.28g(15mmol)を入れた後に150度に加熱して4時間攪拌を行った。これを冷却した後、メタノール30mlを加えて沈殿を析出させた後に濾過を行い、黒色固体を得た。この固体をカラムクロマトグラフィー(クロロホルム/ヘプタン=1:4)にて精製後、クロロホルム/メタノールで再結晶を2回行い、濃赤色結晶の例示化合物A37を0.62g(収率:54%)得た。
【0125】
この化合物の純度はHPLCを用いて純度99%以上であることを確認した。
【0126】
例示化合物A37の1×10−5mol/Lにおけるトルエン溶液の発光スペクトルは、日立製F−4500を用いて、480nmの励起波長においてフォトルミネッセンスの測定を行った結果、597nmに最大強度を有するスペクトルを得た。
【0127】
日本電子(JEOL)社製 JMS−T100TD(DART−TOF−MASS)を用いて分子量を測定することで同定した。
DART−TOF−MASS:M579.2
【0128】
(実施例2)
[例示化合物A54の合成]
実施例1で用いられる有機化合物E7をE9に変更する以外は実施例1と同様の反応、精製で例示化合物A54を得た。
【0129】
【化17】

【0130】
この化合物の純度はHPLCを用いて純度99.5%以上であることを確認した。
【0131】
例示化合物A54の1×10−5mol/Lにおけるトルエン溶液の発光スペクトルは、日立製F−4500を用いて、480nmの励起波長においてフォトルミネッセンスの測定を行った結果、602nmに最大強度を有するスペクトルを得た。
【0132】
日本電子(JEOL)社製 JMS−T100TD(DART−TOF−MASS)を用いて分子量を測定することで同定した。
DART−TOF−MASS:M731.3
【0133】
(実施例3)
[例示化合物A50の合成]
実施例1で用いられる有機化合物E7をE10に変更する以外は実施例1と同様の反応、精製で例示化合物A50を得た。
【0134】
【化18】

【0135】
この化合物の純度はHPLCを用いて純度99.5%以上であることを確認した。
【0136】
例示化合物A50の1×10−5mol/Lにおけるトルエン溶液の発光スペクトルは、日立製F−4500を用いて、480nmの励起波長においてフォトルミネッセンスの測定を行った結果、609nmに最大強度を有するスペクトルを得た。
【0137】
日本電子(JEOL)社製 JMS−T100TD(DART−TOF−MASS)を用いて分子量を測定することで同定した。
DART−TOF−MASS:M731.3
【0138】
(実施例4)
[例示化合物A73の合成]
実施例1で用いられる有機化合物E4をE11に変更する以外は実施例1と同様の反応、精製で例示化合物A73を得た。
【0139】
【化19】

【0140】
この化合物の純度はHPLCを用いて純度99.5%以上であることを確認した。
【0141】
例示化合物A73の1×10−5mol/Lにおけるトルエン溶液の発光スペクトルは、日立製F−4500を用いて、480nmの励起波長においてフォトルミネッセンスの測定を行った結果、612nmに最大強度を有するスペクトルを得た。
日本電子(JEOL)社製 JMS−T100TD(DART−TOF−MASS)を用いて分子量を測定することで同定した。
DART−TOF−MASS:M731.3
【0142】
(実施例5)
[例示化合物A44の合成]
実施例1で用いられる有機化合物E2をE12に変更する以外は実施例1と同様の反応、精製で例示化合物A44を得た。
【0143】
【化20】

【0144】
この化合物の純度はHPLCを用いて純度99.5%以上であることを確認した。
【0145】
例示化合物A44の1×10−5mol/Lにおけるトルエン溶液の発光スペクトルは、日立製F−4500を用いて、480nmの励起波長においてフォトルミネッセンスの測定を行った結果、610nmに最大強度を有するスペクトルを得た。
【0146】
日本電子(JEOL)社製 JMS−T100TD(DART−TOF−MASS)を用いて分子量を測定することで同定した。
DART−TOF−MASS:M731.3
【0147】
(実施例6)
[例示化合物A2の合成]
【0148】
【化21】

【0149】
E13 1.89g(5mmol)、E14 2.0g(5mmol)、トリス(ジベンジリデンアセトン)ジパラジウム0.46g(0.5mmol)、2−ジシクロヘキシルフォスフィノ2’,6’−ジメトキシビフェニル0.41g(1.0mmol)、トルエン5ml、蒸留水0.1ml、燐酸カリウム1.27gを30mlナスフラスコに仕込み、窒素気流下、100℃で8時間攪拌を行った。反応終了後、冷却後、トルエン100mlを加え、水100ml×2回で洗浄した。この有機層を飽和食塩水で洗浄し、硫酸マグネシウムで乾燥した後、濃縮した。これをカラムクロマトグラフィー(トルエン/ヘプタン=1:5)にて精製後、クロロホルム/メタノールで再結晶を行い、濃赤色結晶のE10を2.6g(収率:85%)得た。次に、E15 1.23g(2mmol)をDMF10ml中に入れ、トリス(ジベンジリデンアセトン)ジパラジウム0.46g(0.5mmol)、トリシクロヘキシルホスフィン0.28g(1mmol)と1,8―ジアザビシクロ[5.4.0]ウンデセ−7−エン 2.28g(15mmol)を入れた後に150度に加熱して4時間攪拌を行った。これを冷却した後、メタノール30mlを加えて沈殿を析出させた後に濾過を行い、黒色固体を得た。この固体をカラムクロマトグラフィー(クロロホルム/ヘプタン=1:4)にて精製後、クロロホルム/メタノールで再結晶を2回行い、濃赤色結晶の例示化合物A2を0.76g(収率:66%)得た。
【0150】
この化合物の純度はHPLCを用いて純度99%以上であることを確認した。
【0151】
例示化合物A2の1×10−5mol/Lにおけるトルエン溶液の発光スペクトルは、日立製F−4500を用いて、480nmの励起波長においてフォトルミネッセンスの測定を行った結果、598nmに最大強度を有するスペクトルを得た。
【0152】
日本電子(JEOL)社製 JMS−T100TD(DART−TOF−MASS)を用いて分子量を測定することで同定した。
DART−TOF−MASS:M579.7
【0153】
(実施例7)
[例示化合物A1の合成]
実施例1で用いられる有機化合物E14をE16に変更する以外は実施例4と同様の反応、精製で例示化合物A1を得た。
【0154】
【化22】

【0155】
この化合物の純度はHPLCを用いて純度99.5%以上であることを確認した。
【0156】
例示化合物A1の1×10−5mol/Lにおけるトルエン溶液の発光スペクトルは、日立製F−4500を用いて、480nmの励起波長においてフォトルミネッセンスの測定を行った結果、600nmに最大強度を有するスペクトルを得た。
【0157】
日本電子(JEOL)社製 JMS−T100TD(DART−TOF−MASS)を用いて分子量を測定することで同定した。
DART−TOF−MASS:M427.5
【0158】
(実施例8)
[例示化合物A15の合成]
実施例1で用いられる有機化合物E13をE17に変更する以外は実施例4と同様の反応、精製で例示化合物A15を得た。
【0159】
【化23】

【0160】
この化合物の純度はHPLCを用いて純度99.5%以上であることを確認した。
【0161】
例示化合物A15の1×10−5mol/Lにおけるトルエン溶液の発光スペクトルは、日立製F−4500を用いて、480nmの励起波長においてフォトルミネッセンスの測定を行った結果、606nmに最大強度を有するスペクトルを得た。
【0162】
日本電子(JEOL)社製 JMS−T100TD(DART−TOF−MASS)を用いて分子量を測定することで同定した。
DART−TOF−MASS:M731.9
【0163】
(実施例9)
[例示化合物A86の合成]
実施例1で用いられる有機化合物E14をE18に変更する以外は実施例4と同様の反応、精製で例示化合物A86を得た。
【0164】
【化24】

【0165】
この化合物の純度はHPLCを用いて純度99.5%以上であることを確認した。
【0166】
例示化合物A86の1×10−5mol/Lにおけるトルエン溶液の発光スペクトルは、日立製F−4500を用いて、480nmの励起波長においてフォトルミネッセンスの測定を行った結果、607nmに最大強度を有するスペクトルを得た。
【0167】
日本電子(JEOL)社製 JMS−T100TD(DART−TOF−MASS)を用いて分子量を測定することで同定した。
DART−TOF−MASS:M731.9
【0168】
(実施例10乃至20)
本実施例では、(陽極/ホール輸送層/発光層/ホール・エキシトンブロッキング層/電子輸送層/陰極)の構成の素子を作製した。ガラス基板上に100nmのITOをパターニングした。そのITO基板上に、以下の有機層と電極層を10−5Paの真空チャンバー内で抵抗加熱による真空蒸着して連続製膜し、対向する電極面積が3mmになるようにした。
ホール輸送層(40nm) G−1
発光層(30nm) ホスト:G−2(重量比 60%)、G−3(重量比 39%) ゲスト:例示化合物(重量比 1%)
ホール・エキシトンブロッキング層(10nm) G−4
電子輸送層(30nm) G−5
金属電極層1(0.5nm) LiF
金属電極層2(100nm) Al
【0169】
【化25】

【0170】
EL素子の特性は、電流電圧特性をヒューレッドパッカード社製・微小電流計4140Bで測定し、発光輝度は、トプコン社製BM7で測定した。
輝度1000cd・m−2における実施例10乃至実施例20の発光効率と電圧を表5に示す。
【0171】
【表5】

【0172】
(実施例21乃至25)
本実施例では、(陽極/ホール注入層/ホール輸送層/発光層/電子輸送層/電子注入層/陰極)の構成の素子を作製した。
【0173】
共振構造を有するこの有機発光素子を以下に示す方法で作製した。
支持体としてのガラス基板上に反射性陽極としてのアルミニウム合金(AlNd)を100nmの膜厚でスパッタリング法にて成膜する。さらに、透明性陽極としてITOをスパッタリング法にて80nmの膜厚で形成する。
【0174】
次に、この陽極周辺部にアクリル製の素子分離膜を厚さ1.5μmで形成し、半径3mmの開口部を設けた。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た後、IPAで煮沸洗浄して乾燥する。さらに、この基板表面に対してUV/オゾン洗浄を施す。
【0175】
更に、以下の有機層を10−5Paの真空チャンバー内で抵抗加熱による真空蒸着して連続製膜した後に、陰極としてIZOをスパッタリング法にて成膜して膜厚30nmの透明性電極を形成する。形成した後に、窒素雰囲気中において、封止する。
以上により、有機発光素子を形成する。
ホール注入層(135nm) G−11
ホール輸送層(10nm) G−12
発光層(35nm) ホストG−13(重量比 70%)、G−14(重量比 29%)、ゲスト:例示化合物(重量比 1%)
電子輸送層(10nm) G−14
電子注入層(70nm) G−15(重量比 80%)、Li(重量比 20%)
【0176】
【化26】

【0177】
G−13およびG−14は表6に示した例示化合物を用いた。
【0178】
EL素子の特性は、電流電圧特性をヒューレッドパッカード社製・微小電流計4140Bで測定し、発光輝度は、トプコン社製BM7で測定した。
輝度1000cd・m−2における実施例21乃至実施例25の発光効率と電圧を表6に示す。
【0179】
【表6】

【0180】
(実施例26乃至28)
本実施例では、(陽極/ホール輸送層/発光層/ホール・エキシトンブロッキング層/電子輸送層/陰極)の構成の素子を作製した。ただし、発光層を多層にすることで2種類以上の発光材料を発光させている。
【0181】
ガラス基板上に100nmのITOをパターニングした。そのITO基板上に、以下の有機層と電極層を10−5Paの真空チャンバー内で抵抗加熱による真空蒸着して連続製膜し、対向する電極面積が3mmになるようにした。
ホール輸送層(40nm) Gー21
発光層1(30nm) ホストG−22(重量比 60%)、G−23(重量比 39%) ゲスト:例示化合物 (重量比 1%)
発光層2(10nm) ホストG−24(重量比 98%) ゲスト:G−25(重量比 2%)
ホール・エキシトンブロッキング層(10nm) G−26
電子輸送層(30nm) G−27
金属電極層1(1nm) LiF
金属電極層2(100nm) Al
【0182】
【化27】

【0183】
G−24およびG−25は表7に示す例示化合物を用いた。
【0184】
EL素子の特性は、電流電圧特性をヒューレッドパッカード社製・微小電流計4140Bで測定し、発光輝度は、トプコン社製BM7で測定した。
輝度1000cd・m−2における実施例26乃至実施例28の発光効率と電圧を表7に示す。
【0185】
【表7】

【0186】
(結果と考察)
本発明に係る有機化合物は高い量子収率と赤に適した発光を有する新規化合物であり、有機発光素子に用いた場合、良好な発光特性を有する発光素子を作ることができる。
【符号の説明】
【0187】
8 TFT素子
11 陽極
12 有機化合物層
13 陰極

【特許請求の範囲】
【請求項1】
下記一般式(1)で示されることを特徴とする有機化合物。
【化1】


式(1)において、R乃至R16は水素原子、ハロゲン原子、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コキシ基、置換あるいは無置換のアミノ基、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からそれぞれ独立に選ばれる。
【請求項2】
乃至R16はそれぞれ独立に前記水素原子、前記置換あるいは無置換のアルキル基、前記置換あるいは無置換のアリール基から選ばれることを特徴とする請求項1に記載の有機化合物。
【請求項3】
1、2、7、8、11、14はそれぞれ独立に前記水素原子、前記置換あるいは無置換のアルキル基、前記置換あるいは無置換のアリール基から選ばれ、
乃至RおよびR乃至R10およびR12乃至R13およびR15乃至R16は全て水素原子であることを特徴とする請求項1に記載の有機化合物。
【請求項4】
、R、R、Rはそれぞれ独立に水素原子またはフェニル基から選ばれ、
乃至RおよびR乃至R16は全て水素原子であることを特徴とする請求項1に記載の有機化合物。
【請求項5】
一対の電極と前記一対の電極の間に配置された有機化合物層とを有する有機発光素子であって、
前記有機化合物層は請求項1乃至4のいずれか一項に記載の有機化合物を有することを特徴とする有機発光素子。
【請求項6】
前記有機化合物層は発光層であることを特徴とする請求項5に記載の有機発光素子。
【請求項7】
赤色発光することを特徴とする請求項6に記載の有機発光素子。
【請求項8】
複数の画素を有し、前記複数の画素は請求項5乃至7記載のいずれか一項に記載の有機発光素子と前記有機発光素子の発光輝度を制御するTFT素子をそれぞれ有することを特徴とする表示装置。
【請求項9】
画像情報を入力するための入力部と画像を表示するための表示部とを有し、前記表示部は複数の画素を有し、前記複数の画素は請求項5乃至7記載のいずれか一項に記載の有機発光素子と前記有機発光素子の発光輝度を制御するTFT素子をそれぞれ有することを特徴とする画像入力装置。

【図1】
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【公開番号】特開2012−188355(P2012−188355A)
【公開日】平成24年10月4日(2012.10.4)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−50496(P2011−50496)
【出願日】平成23年3月8日(2011.3.8)
【出願人】(000001007)キヤノン株式会社 (59,756)
【Fターム(参考)】