JP2012148987A

JP2012148987A - 有機化合物、有機発光素子及び表示装置

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Publication number: JP2012148987A
Application number: JP2011006995A
Authority: JP
Inventors: Chiaki Nishiura; 千晶西浦; Atsushi Kamatani; 淳鎌谷; Masashi Hashimoto; 雅司橋本
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2011-01-17
Filing date: 2011-01-17
Publication date: 2012-08-09

Abstract

【課題】基本骨格自体で赤色領域の発光を可能にする有機化合物を提供する。
【解決手段】下記一般式（１）に示されることを特徴とする、有機化合物。

（式（１）において、Ｒ₁乃至Ｒ₂₂は、それぞれ水素原子、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、カルボニル基及びシアノ基から選ばれる置換基である。）
【選択図】なし

Description

本発明は、有機化合物、並びにこれを用いた有機発光素子及び表示装置に関する。

有機発光素子（有機エレクトロルミネッセンス素子、有機ＥＬ素子）は、陽極と陰極とからなる一対の電極と、これら電極間に配置される有機化合物層とを有する電子素子である。これら一対の電極から電子及び正孔を注入することにより、有機化合物層中の発光性有機化合物の励起子を生成し、該励起子が基底状態に戻る際に、有機発光素子は光を放出する。

有機発光素子の最近の進歩は著しく、その特徴として、低駆動電圧、多様な発光波長、高速応答性、発光デバイスの薄型化・軽量化が可能であることが挙げられる。

ところで、現在までに発光性の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、発光特性の優れた化合物の創出が重要であるからである。

これまでに創出された化合物として、例えば、特許文献１にて提案されている下記化合物Ｃ１及び特許文献２にて提案されている下記化合物Ｃ２がある。

ここで化合物Ｃ０１は、フルオランテノ［８’，９’：５，６］インデノ［１，２，３−ｃｄ］ピレンを基本骨格として有する化合物である。そしてこの基本骨格自体の発光は緑色発光である。また化合物Ｃ０２は、フルオランテノ［８，９−ｋ］フルオランテンを基本骨格として有する化合物である。そしてこの基本骨格自体の発光は青色発光である。

特開２００９−３０２４７０号公報特開平１１−０４０３６０号公報

ところで上記化合物Ｃ１及びＣ２は、発光波長が赤色領域よりも短波長であるので、分子全体の共役長を長くする置換基を導入することにより赤色領域の発光を実現することは可能である。しかし置換基を導入すると、導入した分だけ化合物の分子量が増加する。そうすると化合物の昇華性が悪くなり、化合物の精製手段の一つである昇華精製を利用することが困難になる。また、電子吸引性の芳香族五員環を２つ持つが、これ以上に吸引性を持たせるには置換基の導入が必要であり、前述の通り、置換基を導入した問題が生じる。

本発明は、上記課題を解決するためになされるものであり、その目的は、基本骨格自体で赤色領域の発光を可能にする有機化合物を提供することである。

本発明に係る有機化合物は、下記一般式（１）に示されることを特徴とする。

（式（１）において、Ｒ₁乃至Ｒ₂₂は、それぞれ水素原子、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、カルボニル基及びシアノ基から選ばれる置換基である。）

本発明によれば、基本骨格自体で赤色領域の発光を可能にする有機化合物を提供することができる。このため、本発明に係る有機化合物は、基本骨格に共役長を長くする置換基を導入しなくても赤色領域の発光を実現できる。

本発明の有機発光素子と、この有機発光素子に電気接続するスイッチング素子の一例であるＴＦＴ素子と、を有する表示装置の例を示す断面模式図である。

始めに本発明に係る有機化合物について説明する。本発明に係る有機化合物は、下記一般式（１）にて示される化合物である。

式（１）において、Ｒ₁乃至Ｒ₂₂は、それぞれ水素原子、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リール基、置換あるいは無置換の複素環基、置換あるいは無置換のアリールオキシ基、置換あるいは無置換のアミノ基、シリル基、シアノ基及びカルボニル基から選ばれる置換基である。本発明において、Ｒ₁乃至Ｒ₂₂が、それぞれ水素原子、置換あるいは無置換のアルキル基及び置換あるいは無置換のアリール基から選ばれる置換基である態様が好ましい。また本発明において、Ｒ₁乃至Ｒ₄、Ｒ₈、Ｒ₉、Ｒ₁₅、Ｒ₁₈及びＲ₁₉が、それぞれ水素原子、置換あるいは無置換のアルキル基及び置換あるいは無置換のアリール基から選ばれる置換基であり、Ｒ₅乃至Ｒ₇、Ｒ₁₀乃至Ｒ₁₄、Ｒ₁₆、Ｒ₁₇及びＲ₂₀乃至Ｒ₂₂が水素原子である態様が特に好ましい。

Ｒ₁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。

Ｒ₁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、セカンダリーブチル基、シクロヘキシル基、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が、もちろんこれらに限定されるものではない。

Ｒ₁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、２−エチル−オクチルオキシ基、ベンジ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。

Ｒ₁乃至Ｒ₂₂で表されるアリール基として、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。

Ｒ₁乃至Ｒ₂₂で表される複素環基として、ピロリル基、ピリジル基、トリアジル基、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。

Ｒ₁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−ターシャリーブチルフェノキシ基、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。

Ｒ₁乃至Ｒ₂₂で表されるアミノ基として、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。

Ｒ₁乃至Ｒ₂₂で表されるシリル基として、トリメチルシリル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。

Ｒ₁乃至Ｒ₂₂で表されるカルボニル基として、ベンゾイル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。

上記アルキル基、アルコキシ基、アリール基、複素環基、アリールオキシ基及びアミノ基がさらに有してもよい置換基として、メチル基、エチル基、イソプロピル基、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、ピリジル基、ピロリル基等の複素環基、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、臭素、ヨウ素等のハロゲン原子、シア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。

次に、本発明に係る有機化合物の合成方法について説明する。本発明に係る有機化合物は、以下に示される合成スキーム１又は合成スキーム２に基づいて合成される。

ここで、合成スキーム１は、シクロペンタ［ｃｄ］ピレン−３，４−ジオン（あるいはその誘導体）を出発原料とする合成スキームである。一方、合成スキーム２は、ベンゾ［ａ］シクロペンタ［ｈｉ］アセアンスリレン−４，５−ジオン（あるいはその誘導体）を出発原料とする合成スキームである。

ただし、上記合成スキーム１及び２は、あくまでも具体例であり、本発明に係る有機化合物の合成方法はこれらに限定されるものではない。

ここで合成スキーム１に示される合成ルートを利用する場合、化合物Ｄ１、Ｄ２及びＤ３に適宜置換基を導入することにより、式（１）中のＲ₁乃至Ｒ₂₂のいずれかが水素原子から所定の置換基に置換されることになる。ここで導入する置換基としては、アルキル基、ハロゲン原子、フェニル基等が挙げられる。また合成スキーム２に示される合成ルートを利用する場合、化合物Ｄ４、Ｄ５及びＤ６に適宜置換基を導入することにより、式（１）中のＲ₁乃至Ｒ₂₂のいずれかが水素原子から所定の置換基に置換されることになる。

合成スキーム１を利用して本発明に係る有機化合物を合成する際には、合成スキーム１で示される化合物Ｄ１、Ｄ２及び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。その具体例を原料である化合物Ｄ１、Ｄ２及びＤ３と共に下記表１に示す。

一方、合成スキーム２を利用して本発明に係る有機化合物を合成する際には、合成スキーム２で示される化合物Ｄ４、Ｄ５及びＤ６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。その具体例を原料である化合物Ｄ４、Ｄ５及びＤ６と共に下記表２に示す。

次に、本発明に係る有機化合物の特徴を説明する。

本発明者は、本発明に係る有機化合物、即ち、式（１）に示される有機化合物を発明するにあたり、基本骨格それ自体に注目した。具体的には、基本骨格のみの分子が有する発光波長が所望の発光波長領域に収まるものを提供することを試みた。

ところで所望の発光波長を得るために、基本骨格に特定の置換基を設けて化合物自体の発光波長を調節する方法が知られている。ただしこの方法では、化合物自体の安定性が損なわれる場合がある。

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。

次に、本発明の有機化合物に類似する構造を有する比較化合物と比較しながら、本発明に係る有機化合物の特徴を説明する。具体的には、下記式（２）、（３）にそれぞれ示される化合物と比較しながら説明する。

ここで本発明に係る有機化合物は、下記式（４）に示される基本骨格を有する化合物である。

ここで発明者らは、式（４）で示される有機化合物にフェニル基が置換された有機化合物と、式（２）、（３）の有機化合物にフェニル基が置換された化合物とを対象として、極大発光波長、ＨＯＭＯエネルギー、バンドギャップの測定を行った。また、ＨＯＭＯエネルギーの値、バンドギャップから、ＬＵＭＯエネルギーを算出した。結果を下記表３に示す。

表３より、化合物１（後述する例示化合物Ａ１６）は赤色発光を示す。尚、化合物１は、式（４）で示される化合物を基本骨格とし、この基本骨格にフェニル基が導入されている化合物である。ここで置換基として導入されているフェニル基は、当該基本骨格に対してほぼ直交しているため、発光波長にはあまり影響を及ぼさない。つまり、当該基本骨格のみで赤色発光を示していることになる。

一方、表３より化合物２は緑色発光を示しており、化合物３は青色発光を示している。このように化合物２及び化合物３は赤色よりも短い波長の光を発するので、化合物２及び化合物３が赤色発光を示すためには、共役長が長い置換基をさらに導入する必要がある。ただし、置換基を導入すればその分化合物自体の分子量は大きくなり、有機発光素子の長寿命化に有効な精製手段である昇華が困難になる可能性がある。また、置換基を導入することによって、分子の回転振動が増大するため、発光量子収率の減少を招く原因となる。これに対して、本発明に係る有機化合物に属する化合物１は、これ以上の置換基を導入しなくても赤色発光し、かつ昇華精製が可能である。

また表３に示されるように、化合物１は、電子吸引性の芳香族五員環を３つ有しており、化合物２及び化合物３よりその数が多いため、ＨＯＭＯ準位もＬＵＭＯ準位も深くすることが可能である。

表３より、化合物１のバンドギャップは、化合物２、化合物３よりも小さいことが示されている（化合物１：２．１ｅＶ、化合物２：２．５ｅＶ、化合物３：２．７ｅＶ）。それにも係わらず、化合物１のＨＯＭＯ準位は、化合物２、化合物３とさほど差がない（化合物１：５．６ｅＶ、化合物２：５．７ｅＶ、化合物３：５．８ｅＶ）。つまり、相対的にみて本発明の化合物１のＨＯＭＯ準位は化合物２、化合物３よりも深いと言える。ここでＨＯＭＯ準位が深いということは、酸化電位が深いことを意味している。このため化合物１は酸化に対して強い材料ともいえる。

このようにＨＯＭＯが深く、バンドギャップが小さいということは、ＬＵＭＯ準位が深いことを意味する。その証拠として表３より、ＬＵＭＯ準位は化合物１の方が深いことが示されている（化合物１：３．５ｅＶ、化合物２：３．２ｅＶ、化合物３：３．１ｅＶ）。

ところで本発明に係る有機化合物の基本骨格に、発光波長を長波長化する置換基を設けることで、より色純度の高い赤色発光材料とすることもできる。ここで長波長化した材料は、先に述べた本発明に係る有機化合物が有する基本骨格の性質を持つため、ＨＯＭＯ準位が深く、酸化に対して安定である。また、ＬＵＭＯ準位が深い材料でもある。

また本発明に係る有機化合物の基本骨格にターシャリーブチル基等の嵩高い置換基を導入することによって濃度消光を抑制した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。

例示した化合物のうち、Ａ群に属する化合物は分子全体が炭化水素のみで構成されている。ここで炭化水素のみで構成される化合物は、強固な共有結合を持ち電気化学的に安定である。つまり通電に強い材料であり、有機発光素子の構成材料として使用する際に好ましい物性を持つ化合物である。

例示した化合物のうち、Ｂ群に属する化合物がヘテロ原子を含んでいる。このため置換基の種類によって、ＨＯＭＯ準位やＬＵＭＯ準位を適宜変えることができるので、所望の物性を得ることができる。また、分子間相互作用を変えることができ、昇華による精製の際の温度を低くすることができる。さらに、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する際に、１００％の高濃度で使用することが可能となる化合物である。

以上に列挙されている例示化合物は、基本骨格自体で赤色発光するものである。また本発明に係る有機化合物は、例示化合物に限らず有機発光素子の構成材料としての用途がある。具体的には、発光層に含まれるホスト、電子輸送層や電子注入層に含まれる電子注入輸送性材料、ホール輸送層やホール注入層に含まれるホール注入輸送性材料、ホールブロッキング層の構成材料等の用途がある。

次に、本発明の有機発光素子について説明する。本発明の有機発光素子は、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。尚、有機発光素子は、下記に示されるプロセス（ａ）乃至（ｃ）によって光を放出する電子素子である。
（ａ）陽極及び陰極からキャリア（ホール、電子）を注入するプロセス
（ｂ）上記キャリアが有機化合物層中に含まれる発光性有機化合物において再結合するプロセス
（ｃ）上記再結合によって生成した発光性有機化合物の励起子が基底状態に戻るプロセス

本発明の有機発光素子において、本発明に係る有機化合物は有機化合物層に含まれている。ここで有機化合物層は、少なくとも発光層を有する単層あるいは複数層からなる積層体である。有機化合物層が複数層から構成される積層体である場合、有機化合物層は、発光層の他に、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、電子注入層等のうちいずれかを有している積層体である。

以下に本発明の有機発光素子の具体例を示す。
（ｉ）（基板／）陽極／発光層／陰極
（ｉｉ）（基板／）陽極／ホール輸送層／電子輸送層／陰極
（ｉｉｉ）（基板／）陽極／ホール輸送層／発光層／電子輸送層／陰極
（ｉｖ）（基板／）陽極／ホール注入層／ホール輸送層／発光層／電子輸送層／陰極
（ｖ）（基板／）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

ただし以上に列挙している５種類の類型は、あくまでごく基本的な素子構成の具体例であり、本発明に係る有機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との界面に、絶縁性層、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層から構成される等多様な層構成をとることができる。また発光層は、１層であってもよいし、構成材料がそれぞれ異なる複数の層が積層されてなる積層体であってもよい。

本発明の有機発光素子において、本発明に係る有機化合物は、上述した有機化合物層（ホール注入層、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、電子注入層等）のいずれかに含まれている。本発明に係る有機化合物は、好ましくは、発光層に含まれる。

本発明に係る有機化合物が発光層に含まれる場合、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よいし、複数の成分から構成されていてもよい。

発光層が複数の成分から構成される場合、発光層には主成分となる化合物と、副成分となる化合物とから構成されることとなる。ここで主成分とは、発光層を構成する化合物のうち重量比が最も大きいものをいい、主成分に該当する材料はホスト（材料）と呼ばれている。一方、副成分とは、主成分よりも重量比が小さいものをいい、その材料が有する機能からドーパント（ゲスト）材料、発光アシスト材料、電荷注入材料等に分類される。本発明の有機発光素子において、本発明に係る有機化合物は発光層の主成分として使用してもよいし、発光層の副成分として使用してもよい。

ここで発明者らは種々の検討を行い、本発明に係る有機化合物を発光層のホスト又はゲストとして用いた有機発光素子が、発光効率、輝度および耐久性に優れていることを見出した。特に、本発明に係る有機化合物を発光層のゲストとして用いた有機発光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。

このように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として用いるのが好ましい。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。

尚、本発明に係る有機化合物を発光層のゲストとして用いる場合、ホストに対するゲストの濃度は、発光層全体を基準として、０．０１重量％以上２０重量％以下であることが好ましく、０．２重量％以上５重量％以下であることがより好ましい。

本発明に係る有機化合物を発光層のゲストとして用いる場合、本発明に係る有機化合物よりもＬＵＭＯが高い材料をホストとして用いることが好ましい。というのも本発明に係る有機化合物はＬＵＭＯが深いため、発光層のホストに供給される電子をホストからより良好に受領することができるからである。

以上説明したように、本発明に係る有機化合物は、発光層のゲスト又はホストとして用いるのが好ましい。ただし本発明に係る有機化合物を、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のいずれの層の構成材料として用いてもよい。このように本発明に係る有機化合物を、発光層以外の層の構成材料として用いる場合、有機発光素子の発光色は赤に限られない。より具体的には白色でもよいし、中間色でもよい。

ここで、本発明に係る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・輸送性化合物、ホスト、発光性化合物あるいは電子注入・輸送性化合物等を一緒に使用することができる。

以下にこれらの化合物例を挙げる。

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。

発光層に含まれるホストとしては、例えば、下記表８に示される化合物が挙げられる。

また表８に示される化合物の誘導体をホストとして使用してもよい。また表８に示される化合物以外の化合物をホストとして使用してもよい。例えば、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、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。

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。

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あるいはこれら金属単体を複数組み合わせた合金、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一種類を単独で使用してもよいし複数種類を併用して使用してもよい。また、陽極は一層構成でもよいし多層構成でもよい。

一方、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複数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一種類を単独で使用してもよいし、複数種類を併用して使用してもよい。また、陰極は一層構成でもよいし、多層構成でもよい。

本発明の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。

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。

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。

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等の画像表示装置として用いることができる。

表示装置は、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入力部を有し、入力された画像を表示部に出力する画像入力装置でもよい。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。

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。

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ＴＦＴ素子とを示した表示装置３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。構造の詳細を以下に説明する。

この表示装置は、ガラス等の基板３１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３２が設けられている。また符号３３は金属のゲート電極である。符号３４はゲート絶縁膜であり、３５は半導体層である。

ＴＦＴ素子３８は半導体層３５とドレイン電極３６とソース電極３７とを有している。ＴＦＴ素子３８の上部には絶縁膜３９が設けられている。コンタクトホール３１０を介して有機発光素子の陽極３１１とソース電極３７とが接続されている。表示装置３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。

有機化合物層３１２は本図では多層の有機化合物層を１つの層の如く図示をしている。陰極３１３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３１４や第二の保護層３１５が設けられている。

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、単結晶シリコン基板やＭＩＭ素子、ａ−Ｓｉ型の素子等を用いてもよい。

以下、実施例により本発明を説明する。ただし本発明はこれらに限定されるものではない。

［実施例１］例示化合物Ａ１６の合成

（１）化合物０１の合成
反応容器に、以下に示す試薬、溶媒を仕込んだ。
化合物Ｘ１（シクロペンタ［ｃｄ］ピレン−３，４−ジオン）：１．００ｇ（３．９０ｍｍｏｌ）
化合物Ｘ２（１，３−ジフェニルプロパノン）：１．６４ｍｇ（７．８０ｍｍｏｌ）
３Ｍ水酸化カリウム水溶液：３０ｍｌ
エタノール：７０ｍｌ

次に、反応溶液を、窒素雰囲気下、８０℃で８時間加熱撹拌した。薄層クロマトグラフィーにより、原料が消失し、新たな化合物の生成を確認してから反応溶液を室温に戻した。次に、反応溶液をろ過することで得られたろ物を水で洗浄することにより、化合物０１を１．４６ｇ得た（収率８７．０％）。ＬＣ−ＭＳ（液体クロマトグラフィー直結質量分析計）による測定の結果、ｍ／ｚ＝４３０のピークが得られ、目的物（化合物０１）であることを確認した。

（２）化合物０２の合成
反応容器に、以下に示す試薬、溶媒を仕込んだ。
トルエン：５０ｍｌ
化合物０１：１．００ｇ（２．３２ｍｍｏｌ）
硝酸イソアミル：２９０ｍｇ（３．４９ｍｍｏｌ）
４，５−ジブロモアントラニル酸：１．０３ｇ（３．４９ｍｍｏｌ）

次に、反応溶液を、窒素雰囲気下、８０℃で８時間加熱撹拌した。薄層クロマトグラフィーにより、原料が消失し、新たな化合物の生成を確認してから反応溶液を室温に戻した。次に、１Ｍ塩酸水溶液１００ｍｌ、飽和炭酸水素ナトリウム水溶液１００ｍｌ、飽和食塩水１００ｍｌの順で分液操作を行い、有機層を回収した。次に、回収した有機層を無水硫酸ナトリウムで乾燥させた後、減圧濃縮することで粗生成物を得た。次に、この粗生成物を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＝１：１）により精製した。次に、目的のフラクションを減圧濃縮した後、メタノールを加えて結晶を析出させることにより、化合物０２を１．０９ｇ（１．７２ｍｍｏｌ）得た（収率７４．１％）。ＭＡＬＤＩ−ＴＯＦＭＳ（マトリックス支援イオン化−飛行時間型質量分析）による測定の結果、ｍ／ｚ＝６３４のピークが得られ、目的物であることを確認した。

（３）例示化合物Ａ１６の合成
反応容器に、以下に示す試薬、溶媒を仕込んだ。
ＤＭＦ：８ｍｌ
化合物０２：８００ｍｇ（１．２６ｍｍｏｌ）
化合物Ｘ３（２−（ベンゾ［ａ］アセアンスリレン−８−イル）４，４，５，５，−テトラメチル−１，３，２−ジオキサボロラン）：４７６ｍｇ（１．２６ｍｍｏｌ）
ジアザビシクロウンデセン：１．９２ｇ（１２．６ｍｍｏｌ）
ビスジベンジリデンアセトンパラジウム：１４５ｍｇ（０．２５１ｍｍｏｌ）
トリシクロヘキシルホスフィン：１４１ｍｇ（０．５０３ｍｍｏｌ）

次に、反応溶液を、窒素雰囲気下、１５０℃で１２時間加熱撹拌した。薄層クロマトグラフィーより、原料が消失し、新たな化合物の生成を確認してから反応溶液を室温に戻した。次に、反応溶液を減圧濃縮して得られた粗生成物を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＝１：１）により精製した。次に、目的のフラクションを減圧濃縮した後、トルエンで再結晶を行った。次に、析出した沈殿をろ過することにより、例示化合物Ａ１６を５５７ｍｇ（０．７６７ｍｍｏｌ）得た（収率６１．２％）。ＭＡＬＤＩ−ＴＯＦＭＳ（マトリックス支援イオン化−飛行時間型質量分析）による測定の結果、ｍ／ｚ＝７２６のピークが得られ、目的物であることを確認した。

また得られた例示化合物Ａ１６のうち、２５０ｍｇをアルバック機構社製の昇華精製装置にて下記に示す条件下で昇華精製を行った。その結果、精製された例示化合物Ａ１６を１５７ｍｇ得た。
真空度：７．０×１０^-1Ｐａ
アルゴンガス流量：１０ｍｌ／ｍｉｎ
昇華温度：４００℃

昇華精製によって得られた例示化合物Ａ１６について、ＨＰＬＣ（高速液体クロマトグラフィー）による測定を行った結果、吸収波長２５４ｎｍにおける純度が９９．９％以上であることを確認した。

例示化合物Ａ１６のトルエン溶液（１×１０^-5ｍｏｌ／Ｌ）を調製し、このトルエン溶液について、日立製Ｆ−４５００を用いて発光スペクトルの測定を行った（励起波長：４００ｎｍ）。その結果、極大発光波長は５８４ｎｍであった。

またこのトルエン溶液について、日本分光社製Ｖ５６０（紫外可視分光光度計）を用いて紫外可視吸収スペクトルを測定した。測定によって得られたスペクトルの吸収端よりバンドギャップを算出したところ、２．１ｅＶであった。

例示化合物Ａ１６の０．１ｖｏｌ％のクロロホルム溶液を調製した後、このクロロホルム溶液をガラス板上に０．１ｍｌ滴下し、スピンコーターで毎分１０００回転の早さでスピンコートして薄膜を得た。そして得られた薄膜を８０℃のホットプレートで１０分間乾燥させることで、乾燥した例示化合物Ａ１６の薄膜を得た。

次に、得られた薄膜を、理研計器社製ＡＣ３（大気中光電子分光装置）を用いてＨＯＭＯエネルギー（ＨＯＭＯ準位）を測定したところ、５．６ｅＶであった。

以上により求まったＨＯＭＯエネルギーとバンドギャップとを使用しＬＵＭＯエネルギー（ＬＵＭＯ準位）を算出したところ、３．５ｅＶであった。

［実施例２］例示化合物Ａ１９の合成
実施例１（１）において、化合物Ｘ２の代わりに下記に示す化合物Ｘ４を使用する以外は、実施例１と同様の方法により合成を行い、例示化合物Ａ１９を得た。

また実施例１と同様の方法により、純度、物性の測定を行ったところ、以下に示される結果が得られた。
純度：９９．８％以上
極大発光波長：５８３ｎｍ
ＨＯＭＯ準位：５．４ｅＶ
バンドギャップ：２．１ｅＶ
ＬＵＭＯ準位：３．３ｅＶ

［実施例３］例示化合物Ａ２０の合成
実施例１（１）において、化合物Ｘ２の代わりに下記に示す化合物Ｘ５を使用する以外は、実施例１と同様の方法により合成を行い、例示化合物Ａ２０を得た。

また実施例１と同様の方法により、純度、物性の測定を行ったところ、以下に示される結果が得られた。
純度：９９．９％以上
極大発光波長：５８４ｎｍ
ＨＯＭＯ準位：５．５ｅＶ
バンドギャップ：２．１ｅＶ
ＬＵＭＯ準位：３．４ｅＶ

［実施例４］例示化合物Ａ２７の合成
実施例１（１）において、化合物Ｘ１の代わりに下記に示す化合物Ｘ６を使用する以外は、実施例１と同様の方法により合成を行い、例示化合物Ａ２７を得た。

また実施例１と同様の方法により、純度、物性の測定を行ったところ、以下に示される結果が得られた。
純度：９９．６％以上
極大発光波長：５８３ｎｍ
ＨＯＭＯ準位：５．５ｅＶ
バンドギャップ：２．１ｅＶ
ＬＵＭＯ準位：３．４ｅＶ

［実施例５］例示化合物Ａ２８の合成
実施例１（３）において、化合物Ｘ３の代わりに下記に示す化合物Ｘ７を使用する以外は、実施例１と同様の方法により合成を行い、例示化合物Ａ２８を得た。

また実施例１と同様の方法により、純度、物性の測定を行ったところ、以下に示される結果が得られた。
純度：９９．８％以上
極大発光波長：５９２ｎｍ
ＨＯＭＯ準位：５．５ｅＶ
バンドギャップ：２．０ｅＶ
ＬＵＭＯ準位：３．５ｅＶ

［実施例６］
本実施例では、基板上に、陽極、ホール注入層、ホール輸送層、発光層、ホール・エキシトンブロッキング層、電子輸送層及び陰極がこの順で形成されている有機発光素子を作製した。以下に、本実施例で使用した材料の一部を示す。

まずガラス基板（基板）上に、ＩＴＯ膜を成膜した。このときＩＴＯ膜の膜厚を１００ｎｍとした。次に、このＩＴＯ膜を所望の形状にパターニング成形してＩＴＯ電極（陽極）を形成した。このようにＩＴＯ電極が形成された基板をＩＴＯ基板として、以下の工程で使用した。

次に、１×１０^-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を行って、上記ＩＴＯ基板上に、下記表９に示す有機化合物層及び電極層を連続成膜した。尚、このとき対向する電極（金属電極層、陰極）の電極面積が３ｍｍ²となるようにした。

尚、本実施例において、Ｇ−２及びＧ−３は、いずれも表８に示されるＨ１０である。即ち、本実施例の有機発光素子において、発光層は、表８中のＨ１０をホストとし、例示化合物Ａ１６をゲストとする２成分系の層とも解釈することができる。

得られた素子について、素子の特性を測定・評価した。具体的には、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。測定の結果を表１０に示す。

［実施例７乃至１７］
実施例６において、Ｇ−２、Ｇ−３及びゲストを、表１０に示される化合物に適宜変更する以外は、実施例６と同様の方法により有機発光素子を作製した。得られた素子について実施例６と同様に素子の特性を測定・評価した。測定の結果を表１０に示す。尚、表１０において、Ｇ−２として使用したＨ１０及びＨ１１、並びにＧ−３として使用したＨ１０、Ｈ１１及びＨ２１は、それぞれ表８に示されるホストである。

［実施例１８］
本実施例では、基板上に、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、陰極が順次形成された有機発光素子を作製した。尚、本実施例で作製される有機発光素子は共振構造を有している。以下に、本実施例で使用した材料の一部を示す。

まずスパッタリング法により、ガラス基板（支持体）上に、アルミニウム合金（ＡｌＮｄ）を成膜し反射性陽極を形成した。このとき反射性陽極の膜厚を１００ｎｍとした。次に、スパッタリング法により、反射性陽極上にＩＴＯを成膜し透明性陽極を形成した。このとき透明性陽極の膜厚を８０ｎｍとした。次に、この陽極の周辺にアクリル製の素子分離膜を膜厚１．５μｍで形成した後、所望のパターニング成形を行い、半径３ｍｍの開口部を設けた。次に、陽極が形成されている基板を、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。次に、ＩＰＡで煮沸洗浄してから乾燥させた。次に、この基板表面に対してＵＶ／オゾン洗浄を施した。

次に、１×１０^-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を行って、上記ＩＴＯ基板上に、下記表１１に示す有機化合物層を連続成膜した。

尚、本実施例において、Ｇ−１３及びＧ−１４は、いずれも表８に示されるＨ１１である。即ち、本実施例の有機発光素子において、発光層は、表８中のＨ１１をホストとし、例示化合物Ａ１６をゲストとする２成分系の層とも解釈することができる。

次に、スパッタリング法により、電子注入層上に、ＩＺＯを成膜して陰極を形成した。このとき陰極の膜厚を３０ｎｍとした。最後に、窒素雰囲気下において封止を行った。
以上により、有機発光素子を作製した。

得られた素子について、素子の特性を測定・評価した。具体的には、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。測定の結果を表１２に示す。

［実施例１９乃至２３］
実施例１８において、Ｇ−１３、Ｇ−１４及びゲストを、表１２に示される化合物に適宜変更する以外は、実施例１８と同様の方法により有機発光素子を作製した。得られた素子について実施例１８と同様に素子の特性を測定・評価した。測定の結果を表１２に示す。尚、表１２において、Ｇ−１３として使用したＨ１０及びＨ１１、並びにＧ−１４として使用したＨ１０、Ｈ１１及びＨ２２は、それぞれ表８に示されるホストである。

［実施例２４］
本実施例では、基板上に、陽極、ホール輸送層、第１発光層、第２発光層、ホール・エキシトンブロッキング層、電子輸送層、陰極が順次形成された有機発光素子を作製した。尚、本実施例の有機発光素子は発光層が複数あるので、各発光層に含まれるゲストが個別あるいは同時に発光する態様である。以下に、本実施例で使用した材料の一部を示す。

まずガラス基板上に、ＩＴＯを成膜し、所望のパターニング加工を施すことによりＩＴＯ電極を形成した。このときＩＴＯ電極の膜厚を１００ｎｍとした。このようにＩＴＯ電極が形成された基板をＩＴＯ基板として、以下の工程で使用した。

次に、１×１０^-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を行って、上記ＩＴＯ基板上に、下記表１３に示す有機化合物層及び電極層を連続成膜した。尚、このとき対向する電極（金属電極層、陰極）の電極面積が３ｍｍ²となるようにした。

尚、本実施例において、Ｇ−２２、Ｇ−２３及びＧ−２４は、それぞれ表８に示されるＨ１１、Ｈ２２、Ｈ１７である。

得られた素子について、素子の特性を測定・評価した。具体的には、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。測定の結果を表１４に示す。

［実施例２５乃至２９］
実施例２４において、Ｇ−２２、Ｇ−２３、Ｇ−２４及びゲストを、表１４に示される化合物に適宜変更する以外は、実施例２４と同様の方法により有機発光素子を作製した。得られた素子について実施例２４と同様に素子の特性を測定・評価した。測定の結果を表１４に示す。尚、表１４において、Ｇ−２２として使用したＨ１０及びＨ１１、Ｇ−２３として使用したＨ１０及びＨ２２、並びにＧ−２４として使用したＨ１７及びＨ１８は、それぞれ表８に示されるホストである。

本発明に係る有機化合物は、赤色発光に適した発光を有し、かつ量子収率が高い化合物である。このため本発明に係る有機化合物を、有機発光素子の構成材料として用いると、良好な発光特性を有し、赤色発光する有機発光素子を得ることができる。

３１１：陽極、３１２：有機化合物層、３１３：陰極、３８：ＴＦＴ素子

Claims

下記一般式（１）に示されることを特徴とする、有機化合物。

（式（１）において、Ｒ₁乃至Ｒ₂₂は、それぞれ水素原子、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、カルボニル基及びシアノ基から選ばれる置換基である。）
Ｒ₁乃至Ｒ₂₂が、それぞれ水素原子、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リール基及び置換あるいは無置換のアルキル基から選ばれる置換基であることを特徴とする、請求項１に記載の有機化合物。
Ｒ₁乃至Ｒ₄、Ｒ₈、Ｒ₉、Ｒ₁₅、Ｒ₁₈及びＲ₁₉が、それぞれ水素原子、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アルキル基から選ばれる置換基であり、Ｒ₅乃至Ｒ₇、Ｒ₁₀乃至Ｒ₁₄、Ｒ₁₆、Ｒ₁₇及びＲ₂₀乃至Ｒ₂₂が水素原子でことを特徴とする、請求項１又は２に記載の有機化合物。
陰極と陽極と、
前記陽極と前記陰極との間に配置される有機化合物層と、を有する有機発光素子において、
前記有機化合物層のうち少なくとも１層に請求項１乃至３のいずれか一項に記載の有機化合物が含まれることを特徴とする、有機発光素子。
前記有機化合物が発光層に含まれることを特徴とする、請求項４に記載の有機発光素子。
赤色発光することを特徴とする、請求項４又は５に記載の有機発光素子。
複数の画素を有し、
前記複数の画素が、請求項４乃至６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素子と、をそれぞれ有することを特徴とする、表示装置。
画像を表示するための表示部と画像情報を入力するため入力部とを有し、
前記表示部が複数の画素を有し、
前記複数の画素が、請求項４乃至６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素子と、をそれぞれ有することを特徴とする、画像入力装置。