JP2017031084A - 新規有機リチウム錯体化合物、それよりなる電子注入材料及びそれを用いた有機el素子 - Google Patents

新規有機リチウム錯体化合物、それよりなる電子注入材料及びそれを用いた有機el素子 Download PDF

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Abstract

【課題】低電圧駆動を実現することができる新規有機リチウム錯体化合物、それを用いた電子注入材料及び有機EL素子の提供。【解決手段】式(1)で表される有機リチウム錯体化合物。Li2BPPの外縁部のピリジン環部分を、電子吸引性の低い、3−ピリジル基や4−ピリジル基に置き換えることで、LUMOが低くなり、電子注入性が向上した有機リチウム錯体化合物からなる電子注入材料。(Arは芳香族炭化水素基)【選択図】なし

Description

本発明は、新規な有機リチウム錯体化合物、それよりなる電子注入材料およびそれを用いた有機EL素子に関する。
有機ELデバイスの実用性を向上させる手段の一つとして、駆動電圧を下げることが挙げられる。一方、有機ELデバイスの電極から有機層へのエネルギー障壁は高電圧化、低効率化に繋がる。このエネルギー障壁を下げる手法として、電子注入層に用いられる電子注入材料の改良が挙げられる。具体的には、電子輸送層などの有機膜とアルミニウム陰極との界面に仕事関数の低いリチウム(Φ=2.9eV)や、膜厚1nm以下のフッ化リチウム(LiF)の極薄膜層を挿入することで、素子の低駆動電圧化と、従来の有機ELデバイスに比べて1.4倍という発光効率の向上を実現してきた。また、発光層(Alq3)と、アルミニウム陰極との界面に金属リチウムやリチウム化合物を挿入することで、セルフドーピングと呼ばれるメカニズムに基づき、電子注入性が向上することが見出されている。
一方で、金属リチウムは取り扱いが難しく、またフッ化リチウムは沸点が1680℃と非常に高く、デバイス作製にコストがかかること、フッ化リチウムは絶縁体であるために、0.5nmほどの極薄膜でなければ機能せず、膜厚制御がシビアであるといった問題があった。また、フッ化リチウムは溶媒への溶解性に乏しいため、塗布型有機ELデバイスには用いることができないという問題もある。
電子注入材料として、Liq、Naq、Liacac、Lidpmを有機層と金属陰極の界面に挿入した素子が報告された(非特許文献1〜3)。これらのアルカリ金属錯体は、大気下での安定性や導電性を兼ね備えた材料である。これらのうち、LiqやNaqは、発光層(Alq3)及びアルミニウム陰極の間に挿入されると、中心金属イオン(Li+、Na+)が、熱的に活性化されたアルミニウムによって還元され、ラジカルアニオンを形成し、アルミニウム陰極からの電子注入を促進すると考えられている。
Figure 2017031084
また、Liqと構造の似た配位子を持つアルカリ金属錯体として、Liqにメチル基を導入したLiMeqが開発され、Liq、LiMeqを電子注入層とした有機EL素子が報告されている(非特許文献4)。
Figure 2017031084
また、電子注入層として膜厚2nmのLiOXDを導入した、ITO(酸化インジウムスズ)/NPB(N,N’−ジフェニル−(1,1’−ビフェニル)−4,4’−ジアミン)/Alq3(トリス(8−キノリノラト)アルミニウム)/LiOXD/Alからなる有機EL素子も報告されている(非特許文献5)。
Figure 2017031084
その後、すでに報告されていたLiqからπ共役長を伸ばした構造を有するLiPP、Li2BPP、LiIQPが開発され、これらを導入した有機EL素子の電子輸送性が向上することが報告されている。特にLiPPでは、膜厚を3nmから40nmにすると、3V以上も駆動電圧が増加したのに対して、Li2BPP、LiIQPでは、厚膜でも低電圧駆動を示し、加えてπ共役が広いために、高い電子輸送性を発揮し、LiPPよりも駆動電圧が低減することが報告されている(非特許文献6)。
Figure 2017031084
これらのうち、Li2BPPを用いた高効率緑色リン光素子が開発され、電子注入層にLiq、Li2BPP、電子輸送層にB4PyPPM、B4PyMPMを使用し、Ir(ppy)3(トリス(2−フェニルピリジナト)イリジウム(III))をドープしたCBP(4,4’−ビス(カルバゾル−9−イル)ビフェニル)を発光層に使用して作製した緑色リン光素子において、駆動電圧を大幅に低減化することに成功している(非特許文献7)。
J.Endo,T. Matsumoto and J. Kido, Ext. Abstr. (59th Autumn Meet. 1998); Japan Societyof Applied Physics, p. 1086 J.Endo, T. Matsumoto and J. Kido: Ext. Abstr. 9th Int. Workshop on Inorganic& Organic Electroluminescence (1998) p. 57 J.Endo,T. Matsumoto and J. Kido, Jpn. J. Appl. Phys. 41, L800 (2002) C.Schmitz,H-W Schmidt and M. Thelakkat, Chem. Mater., 12, 3012-3019 (2000) F.Liang, J. Chen, L. Wang, D. Ma, X. Jing and F. Wang, J. Mater. Chem., 13,2922-2926 (2003) Y.-J.Pu, M. Miyamoto, K. Nakayama, T. Oyama, M. Yokoyama and J. Kido, Org.Electron., 10, 228 (2009) H.Sasabe, H. Nakanishi, Y. Watanabe, S. Yano, M. Hirasawa, Y.-J. Pu and J. Kido,Adv. Funct. Mater., 10.1002 (2013)
本発明は、新たな電子注入材料を開発して、さらなる低電圧駆動を実現することを目的としており、新規有機リチウム錯体化合物、それを用いた電子注入材料及び有機EL素子を提供することを目的とする。
本発明の有機リチウム錯体化合物は、下記式(1)で表されることを特徴とする。
Figure 2017031084
上記式(1)中、Arは芳香族炭化水素基を表す。
本発明の電子注入材料は、上記有機リチウム錯体化合物からなることを特徴とする。
本発明の有機EL素子は、上記有機リチウム錯体化合物からなることを特徴とする。
本発明によれば、有機EL素子の電子注入材料として好適な有機リチウム錯体化合物を高い収率で合成することができる。具体的には、2,6−ジブロモピリジンと2−ヒドロキシフェニルボロン酸との鈴木・宮浦カップリングにより、ブロモ体2BrPPを高収率で合成し、該ブロモ体2BrPPと対応するピリジンボロン酸エステルとの鈴木・宮浦カップリングにより3BPP、4BPPを高収率で合成し、さらに該3BPP、4BPPと水酸化リチウムとの反応により、ほぼ定量的にLi3BPP、Li4BPPを合成することができる。
本発明の有機リチウム錯体化合物は、電子注入層として、電子輸送層と陰極金属との間に数ナノメートル程度、挿入することで、デバイスの大幅な低電圧化が可能となる。特にLi3BPP、Li4BPPでは、電子吸引性の高い3−ピリジル基や4−ピリジル基を有するため、HOMO及びLUMOがともに深くすることができ、電子注入障壁を低減化できることが期待できる。
さらに、本発明の有機リチウム錯体化合物は、高い熱安定性及び昇華性を持ち、蒸着温度も300℃程度と低く、比較的厚膜でも素子として機能する。また、空気中で安定であるため、取り扱いが容易である。
本発明の有機リチウム錯体化合物は、有機化合物からなる配位子を有するため、一般的な有機溶媒に可溶であり、溶液法による塗布製膜が可能である。
図1はLi3BPPの1HNMRスペクトルを表す図である。 図2はLi4BPPの1HNMRスペクトルを表す図である。 図3はLi2BPP、Li3BPP、Li4BPPのUV−visスペクトルを表す図である。 図4はLi2BPP、Li3BPP、Li4BPPのPLスペクトルを表す図である。 図5はLi3BPPのPYS測定結果を表す図である。 図6はLi4BPPのPYS測定結果を表す図である。 図7は素子構造を表す図である。 図8は塗布型黄緑色素子のELスペクトルを表す図である。 図9(a)は電流密度−電圧特性(線形)の関係を表す図であり、図9(b)は電流密度−電圧特性(対数)の関係を表す図である。 図10は輝度−電圧特性の関係を表す図である。 図11は電力効率−輝度特性の関係を表す図である。 図12は電流効率−輝度特性の関係を表す図である。 図13は外部量子効率−輝度特性の関係を表す図である。 図14はポリマーバインダーを用いた素子のELスペクトルを表す図である。 図15(a)は電流密度−電圧特性(線形)の関係を表す図であり、図15(b)は電流密度−電圧特性(対数)の関係を表す図である。 図16は輝度−電圧特性の関係を表す図である。 図17は電力効率−輝度特性の関係を表す図である。 図18は電流効率−輝度特性の関係を表す図である。 図19は外部量子効率−輝度特性の関係を表す図である。
以下、本発明について、詳細に説明する。
[有機リチウム錯体化合物]
本発明の有機リチウム錯体化合物は、下記一般式(1)で表される:
Figure 2017031084
上記式(1)中、Arは芳香族炭化水素基を表す。
芳香族炭化水素基としては、例えば、フェニル基、ピリミジン(ピリミジニル基)、トリアジン(トリアジニル基)、ピリジン(3−ピリジル基、4−ピリジル基)などが挙げられる。これらのうち、合成化学的観点及び電子物性の理由から、ピリミジン、トリアジン、3−ピリジル基及び4−ピリジル基が好ましく、3−ピリジル基及び4−ピリジル基がより好ましい。
一般式(1)で表される化合物は、具体的には、下記構造式を有する化合物が好ましい。
Figure 2017031084
上記一般式(1)で表される化合物は、種々の公知の方法により製造することができる。例えば、Li3BPPは、以下に示すように、鈴木・宮浦カップリング反応を用いて合成することができる。
Figure 2017031084
すなわち、三口フラスコに2,6−ジブロモピリジン及び2−ヒドロキシフェニルボロン酸を入れて、Pd(0)触媒の存在下、炭酸カリウムなどの塩基とともに攪拌することにより、収率80%で2BrPPを得る。次いで、三口フラスコに、得られた2BrPPと、3−ピリジンボロン酸エステルとを入れて、Pd(0)触媒及び配位子の存在下、リン酸三カリウムなどの塩基とともに加熱還流することにより、収率96%で3BPPを得る。得られた3BPPを水酸化リチウムと反応させることにより、ほぼ定量的にLi3BPPを得る。
ただし、本発明の一般式(1)で表される化合物は、上記方法に限られることなく、公知の種々の方法を組み合わせて製造することができる。
上記のようにして得られる本発明の有機リチウム錯体化合物は、融点(Tm)及び分解点(Td5)のいずれも十分に高く、熱安定性に優れる。特に、L3BPP、L4BPPは、従来技術の項において説明したL2BPPと同じ分子量であるにもかかわらず、L2BPPよりも融点(Tm)及び分解点(Td5)が高い。これは、ピリジルフェノレート部位から離れた位置に窒素が存在することから、分子間で水素結合や配位結合が形成され、分子間相互作用が強くなるためと考えられる。
上記有機リチウム錯体化合物は、HOMO(Highest OccupiedMolecular Orbital)、LUMO(Lowest Unoccupied Molecular Orbital)が深くなる傾向がみられる。特にL3BPP及びL4BPPは、L2BPPに比べて、電子吸引性の高い3−ピリジル基や4−ピリジル基を有することで、ピリジルフェノレート側の電子密度が下がるためと考察される。なお、L2BPPはピリジン環上の窒素がピリジルフェノレート側に存在する場合、バンドギャップが狭まり、LUMOが大幅に深くなることが知られている。
[電子注入材料、有機EL素子]
本発明の電子注入材料又は有機EL素子は、上記した有機リチウム錯体化合物よりなる。
有機EL素子は、機能の異なる複数の有機材料を積層した1μm以下の極薄膜層(以下「有機層」ともいう。)を、透明電極であるITO(酸化インジウムスズ)を成膜したガラス基板と金属陰極とで挟んだ構造をしており、典型的には、陰極、電子注入層、電子輸送層、発光層、正孔輸送層、正孔注入層、陽極が順次積層された素子構造を有する。なお、前記素子構造において、電子輸送層は発光層を兼ねたものであってもよいし、正孔輸送層が発光層の機能を兼ねたものであってもよい。また、発光層を電子輸送層と正孔輸送層で挟んだ三層型構造(ダブルへテロ構造)であってもよい。
有機EL素子に電圧を印加すると、有機層中に陽極側からホールが、陰極からは電子が注入される。ホール及び電子の移動は、ホールではHOMO、電子ではLUMOの電子雲の重なりを利用している。これらのキャリアを化学的に分類すると、ホールはラジカルカチオン、電子はラジカルアニオンに相当する。電極から有機層へキャリアが注入されると、有機分子がイオンラジカル状態となり、隣接する分子へπ電子の授受を行いながら片側の電極へと移動する。そして発光性の有機材料においてラジカルカチオンとラジカルアニオンとが再結合することで、ホール・電子対を成し励起子を生成する。この励起子が失活する際に光が観測される。
有機EL素子の発光効率を維持又は向上させるためには、電極から有機層へのエネルギー障壁を下げることが有効である。
本発明では、上記有機リチウム錯体化合物を電子注入材料として、有機EL素子中の有機層に導入することにより、外部量子効率−輝度特性及び電力効率−輝度特性において高効率を示し、深いLUMOを有することがわかった。特にL3BPP及びL4BPPは、L2BPPに比べて、分子内での水素結合や配位結合が形成されるため、エネルギーギャップが小さく、LUMOがより深くなり、高い電子注入性をもつと考えられることから、有機EL材料における電子注入材料として好適である。
以下、本発明を実施例に基づいてさらに具体的に説明するが、本発明は下記実施例により制限されるものではない。
合成物の同定に使用した機器及び測定条件は以下のとおりである。
(1)1H核磁気共鳴(NMR)法:
日本電子(株)製(400MHz)JNM−EX270FT−NMR型
(2)質量分析法(MS)
日本電子(株)製JMS−K9[卓上GCQMS]及びWaters(株)製Zspray(SQ検出器2))
(3)元素分析
Perkin Elmer 2400II CHNS/O アナライザー
測定モード:CHNモード
[合成例1]2BrPPの合成
三口フラスコに、2,6−ジブロモピリジン、2−ヒドロキシフェニルボロン酸、トルエン、エタノール及び2M炭酸カリウム水溶液を入れた後、1〜2時間窒素バブリングし、テトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(0)(Pd(PPh)4)を加えて2〜3時間加熱撹拌した。薄層クロマトグラフィー(TLC;thinlayer chromatography)及びMSにて、これらの原料の消費を確認し、反応混合物を室温に戻した。反応混合物を飽和食塩水で洗浄し、トルエンで抽出し、無水硫酸マグネシウムで乾燥した。硫酸マグネシウムを濾別後、濃縮することで黄色結晶固体を得た。この黄色固体をヘキサン/クロロホルム=3/2(vol/vol)(約100mL)に溶解し、シリカゲルを充填したカラムに乗せた。シリカゲルカラムクロマトグラフィー(シリカゲル:500cc、展開溶媒:約5L(ヘキサン/クロロホルム=3/2(vol/vol))により精製し、収率80%で白色固体である2BrPPを得た。
2BrPPの1H−NMR及びMSの結果を以下に示す。
1H NMR (400 MHz, CDCl3):δ = 12.71 (s, 1H), 7.84 (d, 1H, J=7.6 Hz), 7.67~7.75 (m, 2H), 7.32~7.46 (m,2H), 7.04 (dd, 1H, J=8.2, 1.2 Hz), 6.93 (dt, 1H, J=7.6, 1.6 Hz) ppm
MS:m/z 250 [M]+
Figure 2017031084
[合成例2]3BPPの合成
三口フラスコに、合成例1で得られた2BrPP、3−ピリジンボロン酸エステル、トルエン、エタノール及び1.25Mリン酸三カリウム水溶液を入れ、1〜2時間窒素バブリングした。その後、Pd2(dba)3及びトリシクロヘキシルホスフィン(PCy3)を加え、19〜21時間加熱撹拌した。TLC及びMSにて原料の消費を確認し、反応混合物を室温に戻した後、吸引濾過しつつ水、エタノールで洗浄した。濾液を飽和食塩水で洗浄、トルエンで抽出し、無水硫酸マグネシウムで乾燥した。硫酸マグネシウムを濾別後、濃縮することで黄色粘性液体を得た。この橙色粘体をクロロホルムに溶解し、シリカゲルを充填したカラムに乗せた。シリカゲルカラムクロマトグラフィー(シリカゲル:500cc、展開溶媒:約1L(クロロホルム/酢酸エチル=19/1(vol/vol))⇒約3L(9:1(vol/vol))により精製し、収率96%で橙色飴状固体である3BPPを得た。
3BPPの1H−NMR及びMSの結果を以下に示す。
1H-NMR (400 MHz,DMSO-d6): δ = 9.22 (d, 1H, J=1.6 Hz), 8.73 (dd, 1H, J=4.8, 1.6 Hz), 8.38 (td,1H, J=8.0, 2.0 Hz), 8.26 (d, 1H, J=7.6 Hz), 8.04~8.17 (m, 3H), 7.63 (q, 1H,J=4.0 Hz), 7.36 (dt, 1H, J=8.0, 1.6 Hz), 6.96~7.00 (m, 2H) ppm
MS:m/z 249 [M]+
Figure 2017031084
[合成例3]4BPPの合成
三口フラスコに、合成例1で得られた2BrPP、4−ピリジンボロン酸エステル、トルエン、エタノール及び1.25Mリン酸三カリウム水溶液を入れ、1〜2時間窒素バブリングした。その後、Pd2(dba)3及びトリシクロヘキシルホスフィン(PCy3)を加え、19〜21時間加熱撹拌した。TLCとMSにて原料の消費を確認し、反応混合物を室温に戻した後、吸引濾過しつつ水、エタノールで洗浄した。濾液を飽和食塩水で洗浄、トルエンで抽出し、無水硫酸マグネシウムで乾燥した。硫酸マグネシウムを濾別後、濃縮することで黄色粘性液体を得た。この黄色粘性液体をクロロホルムに溶解し、シリカゲルを充填したカラムに乗せた。そのままシリカゲルカラムクロマトグラフィー(シリカゲル=500cc,展開溶媒:クロロホルム/酢酸エチル=19/1(1L)⇒9:1(3L))により精製することで、収率89%で橙色粘体である4BPPを得た。
4BPPの1H−NMR及びMSの結果を以下に示す。
1H-NMR (400 MHz,DMSO-d6): δ = 8.78 (d, 2H, J=4.8 Hz), 8.30 (d, 1H, J=8.4 Hz),8.08~8.19 (m, 3H), 7.97 (d, 2H, J=4.4 Hz), 7.35 (t, 1H, J=8.0Hz), 6.95~6.99 (m, 2H) ppm
MS:m/z 249 [M]+
Figure 2017031084
[実施例1]Li3BPPの合成
ナスフラスコ内で水酸化リチウム水和物をメタノールに完全に溶解し、そこに合成例2で得られた3BPPをメタノールに溶解した溶液を1ml/minの速度で滴下した。滴下後13時間撹拌した後、反応溶液を濃縮することで、檸檬色粉末固体をほぼ定量的に得た。
Li3BPPの1H−NMR及び元素分析の結果を以下に示す。
1H-NMR (400 MHz,DMSO-d6): δ = 9.28 (d, 1H, J=2.4 Hz), 9.12~9.17 (m, 1H), 8.57 (dd, 1H, J=4.8,1.6 Hz), 8.46 (td, 1H, J=8.0, 2.0 Hz), 8.01 (dd, 1H, J=8.2, 2.0Hz), 7.57~7.66 (m, 2H), 7.48 (dd, 1H, J=8.0, 4.4 Hz), 6.77~6.82 (m, 1H),6.32~6.37 (m, 1H), 6.07 (t, 1H, J=7.2 Hz) ppm (図1参照)
Anal.Calcd for C16H11LiN2O; C, 75.59; H, 4.36; N,11.02 %. Found: C, 75.64; H, 4.24; N, 10.98%
Figure 2017031084
[実施例2]Li4BPPの合成
ナスフラスコ内で水酸化リチウム水和物をメタノールに完全に溶解し、そこに4BPPをメタノールに溶解した溶液を1ml/minの速度で滴下した。滴下後12時間撹拌した後、反応溶液を濃縮することで、黄色粉末固体をほぼ定量的に得た。
Li4BPPの1H−NMR及び元素分析の結果を以下に示す。
1H-NMR (400 MHz,DMSO-d6): δ = 9.20 (br, 1H), 8.69 (d, 2H, J­=6.4 Hz), 8.07~8.11 (m, 3H),7.74 (d, 2H, J­=4.4 Hz), 6.86 (t, 1H, J­=8.0 Hz), 6.41 (d, 1H, J­=8.8Hz), 6.17 (t, 1H, J­=5.6 Hz) ppm (図2参照)
Anal.Calcd for C16H11LiN2O; C, 75.59; H, 4.36; N,11.02 %. Found: C, 75.43; H, 4.25; N, 11.00%
Figure 2017031084
[参考例]
参考例として、下記構造式で表されるLi2BPPを使用した。
Figure 2017031084
[熱物性評価]
(1)分解点(Td5
実施例1、2で得られた試料(Li3BPP、Li4BPP)、及び参考例の試料(Li2BPP)をそれぞれアルミパンにのせ、示差熱重量計((株)パーキンエルマージャパン製;TGAダイアモンド)を用いて、窒素ガス中で昇温速度10℃/minで5%重量減少温度(Td5)の測定を行った。
(2)融点(Tm
各試料をそれぞれアルミパンに封入し、示差走査熱量計((株)パーキンエルマージャパン製;DSCDTA)を用いて窒素ガス中で昇温速度10℃/minで融点(Tm)の測定を行った。
(3)昇華点(Ts
各試料をそれぞれ白金製のパンにのせ、有機色素材熱挙動測定装置((株)アルバック製;VAP−9000特型)を用いて真空中(10-4Pa)で昇温速度10℃/minで昇華点(Ts)の測定を行った。
結果を表1に示す。
Figure 2017031084
Li2BPP、Li3BPP、Li4BPPはいずれも同じ分子量であり、ピリジンの置換位置のみの違いであるにもかかわらず、物性値に明確な差異がみられた。すなわち、Td5はLi2BPP<Li3BPP<Li4BPPの順に上昇する結果が得られた。この理由として、Li2BPPはピリジルフェノレート部位に最も近い位置に窒素が存在するため、分子内水素結合やリチウムとの分子内での配位結合を形成しやすいが、Li3BPP及びLi4BPPでは、ピリジルフェノレート部位から離れた位置に窒素が存在するために、分子間での水素結合や配位結合が形成され、分子間の相互作用が強くなるためと考えられる。
[光学特性評価]
(1)UV−vis吸収スペクトル
石英基板上に真空蒸着したLi2BPP、Li3BPP、Li4BPPの薄膜、及びLi2BPP、Li3BPP、Li4BPPをテトラヒドロフランに溶解させた1×10-5Mテトラヒドロフラン溶液を1cm×1cm×1cmの石英セル中に入れたサンプルについて測定を行った。測定には、(株)島津製作所UV−3150を使用した。測定条件としては、スキャンスピードを中速、測定範囲を200〜800nm、サンプリングピッチを0.5nm、スリット幅を0.5nmとした。
(2)電気化学特性の評価
ITOガラス基板上に真空蒸着したLi2BPP、Li3BPP、Li4BPPの薄膜を、住友重機械工業(株)製イオン化ポテンシャル測定装置(PYS)を使用して真空中でイオン化ポテンシャル(Ip)の測定を行った。また、UV−vis吸収スペクトルの吸収端よりエネルギーギャップ(Eg)を見積もり、電子親和力(Ea)を算出した。
(3)蛍光スペクトル
石英基板上に真空蒸着したLi2BPP、Li3BPP、Li4BPPの薄膜について蛍光スペクトルの測定を行った。測定には、インスツルメンツS.A.社製Fluoro MAX−2を使用した。
結果を表2、3及び図3〜6に示す。
Figure 2017031084
Figure 2017031084
Li3BPP及びLi4BPPでは、Li2BPPに対してピリジン環の窒素位置が異なることで、計算値と同様にHOMO、LUMOが深くなる傾向が見られた。Li2BPP及びLi3BPPのLUMOにおいては、計算値に差が見られなかったのに対して、実測値では0.3eVという大きな開きがあった。この結果から、電子求引性の高い3−ピリジル基や4−ピリジル基を導入することで、LUMOを深くすることができると考えられる。しかし、HOMO、LUMOが深くなった一方で、エネルギーギャップには大きな差が見られなかった。これは、Li2BPP、Li3BPP及びLi4BPPでは、エネルギーギャップに差異が生じるほど、分子構造を大きく相違しないためと考えられる。
[素子特性評価1]
(i)塗布型黄緑色素子の作製
図7に示すように、ITOガラス基板上に、正孔注入層として、ポリスチレンスルホン酸(PEDOT:PSS)をスピンコートし、ベイクし、成膜した。同様に、正孔輸送層に、インターレイヤーHT12(住友化学(株)製、熱架橋性ポリマー材料)、発光層にF8BT、電子注入層(EIL)の各層を重ねて成膜した。電子注入層にはLi3BPP、Li4BPP、及びLi2BPPのそれぞれを用いた。
前記層上に重ねて、陰極としてアルミニウムを真空蒸着により成膜した。
すなわち、素子構造を[ITO/PEDOT:PSS(30nm)/IL(20nm)/F8BT(80nm)/EIL(1nm)/Al(100nm)](EIL=Li3BPP、Li4BPP、Li2BPP)とした。
また、比較として、電子注入層を用いない素子(NonEIL)を作製した。
(ii)発光評価
素子特性の評価は、フォトニックマルチチャンネル分光器((株)浜松ホトニクス製;PMA−1)を用いたELスペクトルの測定により行った。
発光面を見ると、電子注入層を挿入したすべての素子において黄緑色の発光が観察できたのに対し、電子注入材料を用いなかった素子は発光面の淵のみが発光した。そのため、電子注入材料を用いなかった素子では、各素子特性に必要な輝度が得られず、特性を測ることができなかった。
Li2BPP、Li3BPP及びLi4BPPを各々の電子注入層に用いた場合のそれぞれの素子のELスペクトル、電流密度−電圧特性の関係、輝度−電圧特性の関係、電力効率−輝度特性の関係、電流効率−輝度特性の関係、外部量子効率−輝度特性の関係を図8〜15、及びこれらの結果を表4に示す。
Figure 2017031084
ELスペクトルでは、F8BT由来の発光が観測された。電流密度−電圧特性から、電子注入層を挿入しない素子と比較し、挿入することで大幅に低電圧化する結果が得られた。よって、Li3BPP及びLi4BPPは電子注入層として機能していることがわかる。
[素子特性評価2]
(i)ポリマーバインダーを用いた素子の作製
成膜性の向上を図るべく、電子注入層として、ポリビニルピリジン(PV4Py)をLi2BPP、Li3BPP、Li4BPPのそれぞれに30wt%混合したものを用いて、素子特性評価1と同様にして素子を作製した。
また、比較として、PV4Pyのみを電子注入層に用いた素子を作製した。
(ii)発光評価
素子特性評価1と同様にして発光評価を行った。
それぞれの素子のELスペクトル、電流密度−電圧特性の関係、輝度−電圧特性の関係、電力効率−輝度特性の関係、電流効率−輝度特性の関係、外部量子効率−輝度特性の関係を図16〜21、及びこれらの結果を表5に示す。
Figure 2017031084
図14より、ELスペクトルでは、F8BT由来のスペクトルが観察された。
このポリマーバインダーを用いた素子系においても、ポリマーバインダーを用いない素子と同様にLi2BPP<Li3BPP<Li4BPPの順に高電圧化していた(図15)。電力効率、電流効率、外部量子効率においては、Li2BPP>Li3BPP>Li4BPPの順に効率が低下していた(図17、18、19)。一方、ポリマーバインダーを用いない素子と発光開始電圧及び駆動電圧を比較すると、Li2BPPは0.05〜0.34Vの電圧の低減化していた。これに対し、Li3BPP及びLi4BPPは0.02〜0.19V高電圧化していた。

Claims (3)

  1. 下記式(1)で表される有機リチウム錯体化合物
    Figure 2017031084
    (式(1)中、Arは芳香族炭化水素基を表す。)。
  2. 請求項1に記載の有機リチウム錯体化合物からなる電子注入材料。
  3. 請求項1に記載の有機リチウム錯体化合物を用いた有機EL素子。
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