化合物、发光材料及有机发光元件
技术领域
本发明涉及一种作为发光材料有用的化合物与使用其的有机发光元件。
背景技术
业界正盛行提高有机电致发光元件(有机EL元件)等有机发光元件的发光效率的研究。特别是正设法通过新开发出构成有机电致发光元件的电子传输材料、空穴传输材料、发光材料等并加以组合而提高发光效率。其中,也有关于利用含有联咔唑结构的化合物的有机电致发光元件的研究,至今已提出有若干提案。
例如专利文献1中记载了使用如下所述的具有联咔唑结构的化合物作为空穴传输材料。此处,据称通过使用此种化合物作为空穴传输材料,可获得实现低电压驱动且长寿命的有机电致发光元件。专利文献1中虽然记载了含有联咔唑结构的化合物,但对于3,3'-联咔唑骨架的2个氮原子上取代有氰基苯的结构完全无记载。另外,所述化合物是用作空穴传输材料,对于将此种化合物用作发光材料的情况、或其有用性均无记载。
[化1]
专利文献2中记载了将下述通式所表示的化合物用作发光层的主体材料。设为通式中,A1及A2表示芳香族烃基或杂环基,A3表示单环烃基或单环杂环基,m表示0~3的整数,X1~X8及Y1~Y8表示N或CRa,Ra表示氢原子、芳香族烃基、杂环基、烷基、硅烷基或卤素原子。在通式所包含的化合物例中,也记载了具有3,3'-联咔唑骨架的化合物,但对于显示通式所表示的化合物作为发光材料的有用性的资料并无任何记载。
[化2]
[现有技术文献]
[专利文献]
[专利文献1]国际公开2012/165256号公报
[专利文献2]国际公开2013/084881号公报
发明内容
[发明所要解决的问题]
关于如此含有联咔唑结构的化合物,至今提出有关于应用于有机电致发光元件的提案。然而,关于具有3,3'-联咔唑骨架的2个氮原子上取代有氰基苯的结构的化合物,并未显示具体的研究结果。因此,极难准确地预测具有该等结构的化合物会表现出何种性质。
另外,对于有机电致发光元件,业界正设法提高发光效率。为了提高有机电致发光元件的发光效率,正研究开发可用作发光材料的新化合物,但尚未明确采用何种结构能够改善发光效率。关于该方面,专利文献1中提出有将含有联咔唑结构的化合物用作有机电致发光元件的空穴传输材料,专利文献2中提出有用作主体材料,但尚未对将此种化合物用作发光材料的情况进行研究,也未提示其有用性。
本发明者等人考虑该等现有技术的问题,研究将含有联咔唑结构的化合物用作发光材料。此外,以提供含有联咔唑结构的化合物中发光效率高的化合物为目的而进行了研究。
[解决问题的技术手段]
为了达成所述目的而进行努力研究,结果本发明者等人成功地合成出具有3,3'-联咔唑骨架的2个氮原子上取代有氰基苯的结构的化合物,并且首次明确该等化合物作为发光材料有用。另外,发现此种化合物作为迟滞荧光材料有用,明确可廉价地提供发光效率高的有机发光元件。本发明者等人基于该等见解,而提供以下的本发明作为解决所述问题的技术手段。
[1]一种化合物,其以下述通式(1)表示,
通式(1)
A-D-A
[通式(1)中,D是含有下述式:
[化3]
所表示的结构(其中,结构中的氢原子可经取代基取代)的2价基,2个A表示下述式:
[化4]
所表示的结构(其中,结构中的氢原子可经氰基以外的取代基取代,n表示1~5的整数)的基]。
[2]根据[1]所述的化合物,其特征在于:通式(1)的2个A具有相同结构。
[3]根据[1]或[2]所述的化合物,其特征在于:其以下述通式(2)表示,
[化5]
通式(2)
[通式(2)中,R1~R5各自独立地表示氢原子或取代基,至少1个表示氰基;另外,R6~R10各自独立地表示氢原子或取代基,至少1个表示氰基;R11~R17及R21~R27各自独立地表示氢原子或取代基]。
[4]根据[3]所述的化合物,其特征在于:通式(2)中,R1~R5中的至少2个表示氰基,R6~R10中的至少2个表示氰基。
[5]根据[3]或[4]所述的化合物,其特征在于:通式(2)中,R1、R5、R6及R10表示氰基。
[6]根据[3]至[5]中任一项所述的化合物,其特征在于:通式(2)中,R2、R4、R7及R9表示氰基。
[7]根据[3]至[6]中任一项所述的化合物,其特征在于:通式(2)中,R1~R5及R6~R10中除表示氰基者以外,其他表示氢原子或碳数1~10的经取代或未经取代的烷基,R11~R17及R21~R27表示氢原子或碳数1~10的经取代或未经取代的烷基。
[8]根据[3]至[7]中任一项所述的化合物,其特征在于:通式(2)中,R1~R5及R6~R10中除表示氰基者以外,其他表示氢原子,R11~R17及R21~R27表示氢原子。
[9]一种发光材料,其包含[1]至[8]中任一项所述的化合物。
[10]一种迟滞荧光体,其具有下述通式(1)所表示的结构,
通式(1)
A-D-A
[通式(1)中,D是含有下述式:
[化6]
所表示的结构(其中,结构中的氢原子可经取代基取代)的2价基,2个A表示下述式:
[化7]
所表示的结构(其中,结构中的氢原子可经氰基以外的取代基取代,n表示1~5的整数)的基]。
[11]一种有机发光元件,其特征在于:其在基板上具有包含如[9]所述的发光材料的发光层。
[12]根据[11]所述的有机发光元件,其特征在于:其放射迟滞荧光。
[13]根据[11]或[12]所述的有机发光元件,其特征在于:其是有机电致发光元件。
[发明的效果]
本发明的含有联咔唑结构的化合物作为发光材料有用。另外,本发明的化合物中包含放射迟滞荧光的化合物。将本发明的化合物用作发光材料的有机发光元件可实现高发光效率。
附图说明
图1是表示有机电致发光元件的层构成例的概略剖视图。
图2是实施例1的薄膜型有机光致发光元件的发光光谱。
图3是实施例1的薄膜型有机光致发光元件的瞬态衰减曲线。
图4是实施例2的有机电致发光元件的发光光谱。
图5是实施例2的有机电致发光元件的电流密度-外量子效率特性。
具体实施方式
以下,对本发明的内容进行详细说明。以下所记载的构成要件的说明有时是基于本发明的代表性实施方式或具体例而进行,但本发明并不限定于此种实施方式或具体例。再者,本说明书中使用“~”所表示的数值范围是指包含“~”的前后所记载的数值作为下限值及上限值的范围。另外,本发明所使用的化合物的分子内所存在的氢原子的同位素种类并无特别限定,例如分子内的氢原子可全部为1H,也可一部分或全部为2H(氘D)。
[通式(1)所表示的化合物]
本发明的化合物的特征在于具有下述通式(1)所表示的结构。
通式(1)
A-D-A
通式(1)中,D表示含有下述式所表示的结构的2价基。
[化8]
所述结构中所存在的氢原子可经取代基取代。取代基的个数并无特别限制,也可不存在取代基。另外,当存在2个以上取代基时,该等取代基互相可相同也可不同。
作为取代基,例如可列举羟基、卤素原子、碳数1~20的烷基、碳数1~20的烷氧基、碳数1~20的烷硫基、碳数6~40的芳基、碳数3~40的杂芳基、碳数2~10的烯基、碳数2~10的炔基、碳数1~10的卤化烷基、碳数3~20的三烷基硅烷基、碳数4~20的三烷基硅烷基烷基、碳数5~20的三烷基硅烷基烯基、碳数5~20的三烷基硅烷基炔基等。该等具体例中,可进一步经取代基取代者也可经取代。更优选的取代基为碳数1~20的经取代或未经取代的烷基、碳数1~20的烷氧基、碳数6~40的经取代或未经取代的芳基、碳数3~40的经取代或未经取代的杂芳基。进一步优选的取代基为碳数1~10的经取代或未经取代的烷基、碳数1~10的经取代或未经取代的烷氧基、碳数6~15的经取代或未经取代的芳基、碳数3~12的经取代或未经取代的杂芳基。
烷基可为直链状、支链状、环状中的任一种,更优选碳数1~6,作为具体例,可列举甲基、乙基、丙基、丁基、叔丁基、戊基、己基、异丙基。烷氧基可为直链状、支链状、环状中的任一种,更优选碳数1~6,作为具体例,可列举甲氧基、乙氧基、丙氧基、丁氧基、叔丁氧基、戊氧基、己氧基、异丙氧基。可作为取代基而采用的芳基可为单环也可为缩合环,作为具体例,可列举苯基、萘基。杂芳基可为单环也可为缩合环,作为具体例,可列举吡啶基、哒嗪基(pyridazyl)、嘧啶基、三嗪基、三唑基、苯并三唑基。该等杂芳基可为经由杂原子而键合的基,也可为经由构成杂芳基环的碳原子而键合的基。
通式(1)中,A表示下述式所表示的结构的基。
[化9]
所述结构中所存在的氢原子可经氰基以外的取代基取代。取代基的个数并无特别限制,也可不存在取代基。另外,当存在2个以上的取代基时,该等取代基互相可相同也可不同。
作为可取代所述结构中所存在的氢原子的取代基,例如可列举:羟基、卤素原子、碳数1~20的烷基、碳数1~20的烷氧基、碳数1~20的烷硫基、碳数1~20的烷基取代氨基、碳数12~40的芳基取代氨基、碳数2~20的酰基、碳数6~40的芳基、碳数3~40的杂芳基、碳数12~40的经取代或未经取代的咔唑基、碳数2~10的烯基、碳数2~10的炔基、碳数2~10的烷氧基羰基、碳数1~10的烷基磺酰基、碳数1~10的卤化烷基、酰胺基、碳数2~10的烷基酰胺基、碳数3~20的三烷基硅烷基、碳数4~20的三烷基硅烷基烷基、碳数5~20的三烷基硅烷基烯基、碳数5~20的三烷基硅烷基炔基及硝基等。该等具体例中,可进一步经取代基取代者也可经取代。更优选的取代基为卤素原子、碳数1~20的经取代或未经取代的烷基、碳数1~20的烷氧基、碳数6~40的经取代或未经取代的芳基、碳数3~40的经取代或未经取代的杂芳基、碳数1~10的经取代或未经取代的二烷基氨基、碳数12~40的经取代或未经取代的二芳基氨基、碳数12~40的经取代或未经取代的咔唑基。进一步优选的取代基为氟原子、氯原子、碳数1~10的经取代或未经取代的烷基、碳数1~10的经取代或未经取代的烷氧基、碳数1~10的经取代或未经取代的二烷基氨基、碳数12~40的经取代或未经取代的二芳基氨基、碳数6~15的经取代或未经取代的芳基、碳数3~12的经取代或未经取代的杂芳基。
通式(1)中的2个A互相可相同也可不同,优选相同。当2个A互相相同时,优选分子整体为线对称或点对称。
通常的发光材料具有由作为受体而发挥作用的A与作为供体而发挥作用的D键合而成的A-D结构。相对于此,通式(1)所表示的化合物具有A-D-A的结构,相对于作为供体而发挥作用的D,键合有2个作为受体而发挥作用的A。如果键合有2个以上A,则作为受体的功能互相抵消,通常担忧会产生分子未作为发光材料而有效地发挥功能的危险。然而,依据本发明判明,通过分别挑选A与D并互相组合,可提供发光效率高且具有优异效果的发光材料。认为其原因在于:以分子级对HOMO(HighestOccupiedMolecularOrbital,最高占有分子轨道)与LUMO(LowerUnoccupiedMolecularOrbital,最低未占分子轨道)的扩宽进行控制,使其满足作为发光材料而优选的条件。
通式(1)所表示的化合物优选具有下述通式(2)所表示的结构的化合物。
[化10]
通式(2)
通式(2)中,R1~R5各自独立地表示氢原子或取代基,至少1个表示氰基。另外,R6~R10各自独立地表示氢原子或取代基,至少1个表示氰基。R11~R17及R21~R27各自独立地表示氢原子或取代基。
作为R1~R5及R6~R10中各有1处经氰基取代的位置的组合,例如可列举R5与R6为氰基的情形、R4与R7为氰基的情形、R3与R8为氰基的情形。
通式(2)中,优选R1~R5中的至少2个表示氰基,R6~R10中的至少2个表示氰基。尤其优选R1~R5中的2个或3个表示氰基,R6~R10中的2个或3个表示氰基。
作为R1~R5及R6~R10中各有2处经氰基取代的位置的组合,例如可列举:R4、R5、R6及R7为氰基的情形,R3、R4、R7及R8为氰基的情形,R1、R3、R6及R8为氰基的情形,R1、R5、R6及R10为氰基的情形,R2、R4、R7及R9为氰基的情形,R2、R5、R7及R10为氰基的情形。
另外,作为R1~R5及R6~R10中各有3处经氰基取代的位置的组合,例如可列举:R1、R3、R5、R6、R8及R10为氰基的情形,R3、R4、R5、R6、R7及R8为氰基的情形,R2、R3、R4、R7、R8及R9为氰基的情形。
尤其优选通式(2)中R1、R5、R6及R10表示氰基,或者R2、R4、R7及R9表示氰基。相对于3,3'-联咔唑骨架的2个氮原子与氰基苯的键合位,使氰基位于邻位,由此可进一步提高发光效率。
通式(2)中,优选R1~R5及R6~R10中除表示氰基者以外,其他表示氢原子或碳数1~10的经取代或未经取代的烷基,且优选R11~R17及R21~R27表示氢原子或碳数1~10的经取代或未经取代的烷基。其中,更优选R1~R5及R6~R10中除表示氰基者以外,其他表示氢原子,且更优选R11~R17及R21~R27表示氢原子。通过使通式(2)成为此种结构,可进一步提高发光效率。
以下,例示通式(1)所表示的化合物的具体例。但本发明中可使用的通式(1)所表示的化合物并不由该等具体例限定性地解释。
[化11]
[化12]
通式(1)所表示的化合物的分子量在意图通过蒸镀法而制成含有例如通式(1)所表示的化合物的有机层并利用的情况下,优选1500以下,更优选1200以下,进而优选1000以下,进而更优选800以下。分子量的下限值是通式(1)所表示的最小化合物的分子量。
通式(1)所表示的化合物不论分子量如何,均可通过涂布法而成膜。如果使用涂布法,则即便为分子量相对较大的化合物也可成膜。
也可考虑应用本发明,将分子内含有多个通式(1)所表示的结构的化合物用作发光材料。
例如,可考虑使通式(1)所表示的结构中预先存在聚合性基,将通过使该聚合性基聚合而获得的聚合物用作发光材料。具体而言,可考虑准备通式(1)的A或D的任一个中含有聚合性官能基的单体,通过使其均聚合或与其他单体一并共聚合而获得具有重复单元的聚合物,并将该聚合物用作发光材料。或者,也可考虑通过使含有通式(1)所表示的结构的化合物彼此反应而获得二聚物或三聚物,并将该等用作发光材料。
作为含有具有通式(1)所表示的结构的重复单元的聚合物的例子,可列举含有下述通式(4)或(5)所表示的结构的聚合物。
[化13]
通式(4)及(5)中,Q表示含有通式(1)所表示的结构的基,L1及L2表示连结基。连结基的碳数优选0~20,更优选1~15,进而优选2~10。连结基优选含有-X11-L11-所表示的结构的连结基。此处,X11表示氧原子或硫原子,优选氧原子。L11表示连结基,优选经取代或未经取代的烷撑、或者经取代或未经取代的芳撑,更优选碳数1~10的经取代或未经取代的烷撑、或者经取代或未经取代的苯撑。
通式(4)及(5)中,R101、R102、R103及R104各自独立地表示取代基。优选碳数1~6的经取代或未经取代的烷基、碳数1~6的经取代或未经取代的烷氧基、卤素原子,更优选碳数1~3的未经取代的烷基、碳数1~3的未经取代的烷氧基、氟原子、氯原子,进而优选碳数1~3的未经取代的烷基、碳数1~3的未经取代的烷氧基。
L1及L2所表示的连结基除可键合于构成Q的通式(1)的结构的A或D、通式(2)的结构的R1~R5及R6~R10中表示氰基者以外者、或R11~R17及R21~R27中的任一者上。相对于1个Q,可连结2个以上的连结基而形成交联结构或网状结构。
作为重复单元的具体的结构例,可列举下述式(6)~(9)所表示的结构。
[化14]
具有含有该等式(6)~(9)的重复单元的聚合物可通过下述方法合成:对通式(1)的结构的A或D的任一个导入羟基,以其作为连接基而与下述化合物反应从而导入聚合性基,并使该聚合性基聚合。
[化15]
分子内含有通式(1)所表示的结构的聚合物可为仅由含有通式(1)所表示的结构的重复单元所构成的聚合物,也可为含有具有通式(1)所表示的结构以外的结构的重复单元的聚合物。另外,聚合物中所含的含有通式(1)所表示的结构的重复单元可为单一种类,也可为2种以上。作为不含通式(1)所表示的结构的重复单元,可列举由通常用于共聚合的单体衍生而成的重复单元。例如可列举由乙烯、苯乙烯等具有乙烯性不饱和键的单体衍生而成的重复单元。并不限定于例示的重复单元。
[通式(1)所表示的化合物的合成方法]
通式(1)所表示的化合物可通过组合已知的反应而合成。例如可依据以下的流程而合成。
[化16]
H-D-H+X-A→A-D-A
关于上式中的D及A的说明,可参照通式(1)中对应的记载。上式中的X表示卤素原子,可列举氟原子、氯原子、溴原子、碘原子,优选氯原子、溴原子、碘原子。
通式(1)所表示的化合物中,例如通式(2)所表示的化合物可通过以下流程而合成。其中,以下所记载的流程是表示R1与R6、R2与R7、R3与R8、R4与R9、R5与R10相同的情况下的合成法。
[化17]
关于上式中的R1~R5、R6~R10、R11~R17及R21~R27的说明,可参照通式(2)中对应的记载。上式中的X表示卤素原子。
所述的2个流程中的反应是应用公知反应,可适当选择公知的反应条件而使用。关于所述反应的详细内容,可参考下文所述的合成例。另外,通式(1)所表示的化合物也可通过组合其他公知合成反应而合成。
[有机发光元件]
本发明的通式(1)所表示的化合物作为有机发光元件的发光材料有用。因此,本发明的通式(1)所表示的化合物可作为发光材料而有效地用于有机发光元件的发光层。通式(1)所表示的化合物中包含放射迟滞荧光的迟滞荧光材料(迟滞荧光体)。即,本发明也提供包含通式(1)所表示的结构的迟滞荧光体的发明、将通式(1)所表示的化合物用作迟滞荧光体的发明、及使用通式(1)所表示的化合物而发出迟滞荧光的方法的发明。将此种化合物用作发光材料的有机发光元件具有放射迟滞荧光、发光效率高的特征。如果以有机电致发光元件为例说明其原理,则如下所述。
在有机电致发光元件中,从正负两电极向发光材料注入载流子,生成激发态的发光材料而使其发光。通常,在为载流子注入型的有机电致发光元件的情况下,所生成的激子中,25%被激发为激发单重态,其余75%被激发为激发三重态。因此,利用来自激发三重态的发光即磷光时,能量的利用效率高。然而,激发三重态由于寿命长,所以会因激发态的饱和或与激发三重态的激子的相互作用而引起能量的失活,一般而言磷光的量子产率不高的情况居多。另一方面,迟滞荧光材料通过系间窜越(intersystemcrossing)等而使能量跃迁至激发三重态后,因三重态-三重态湮灭或热能的吸收而被反向系间窜越(reverseintersystemcrossing)至激发单重态并放射荧光。在有机电致发光元件中,认为其中利用热能吸收的热活性化型的迟滞荧光材料尤其有用。在将迟滞荧光材料用于有机电致发光元件的情况下,激发单重态的激子如通常般放射荧光。另一方面,激发三重态的激子吸收装置所释放的热向激发单重态系间窜越并放射荧光。此时,由于为来自激发单重态的发光,所以为与荧光相同波长的发光,但是由于从激发三重态向激发单重态的反向系间窜越,所产生的光的寿命(发光寿命)长于通常的荧光或磷光,所以以比该等迟滞的荧光的形式被观察到。可将其定义为迟滞荧光。如果使用此种热活性化型的激子跃迁机制,则通过在注入载流子后经过热能的吸收,可将通常仅生产25%的激发单重态的化合物的比率提高至25%以上。如果使用即便在小于100℃的低温度下也发出强荧光及迟滞荧光的化合物,则会因装置的热而充分产生从激发三重态向激发单重态的系间窜越并放射迟滞荧光,所以可使发光效率飞跃性地提高。
通过将本发明的通式(1)所表示的化合物用作发光层的发光材料,可提供有机光致发光元件(有机PL元件)或有机电致发光元件(有机EL元件)等优异的有机发光元件。此时,本发明的通式(1)所表示的化合物也可作为所谓辅助掺杂剂而具有辅助发光层中所含的其他发光材料的发光的功能。即,发光层所含的本发明的通式(1)所表示的化合物可为具有发光层所含的主体材料的最低激发单重态能级与发光层所含的其他发光材料的最低激发单重态能级之间的最低激发单重态能级的化合物。
有机光致发光元件具有在基板上至少形成发光层的结构。另外,有机电致发光元件具有至少形成阳极、阴极及位于阳极与阴极之间的有机层的结构。有机层至少含有发光层,可仅由发光层构成,也可除发光层以外还含有1层以上的有机层。作为此种其他有机层,可列举空穴传输层、空穴注入层、电子阻挡层、空穴阻挡层、电子注入层、电子传输层、激子阻挡层等。空穴传输层可为具有空穴注入功能的空穴注入传输层,电子传输层可为具有电子注入功能的电子注入传输层。将具体的有机电致发光元件的结构例示于图1。在图1中,1表示基板,2表示阳极,3表示空穴注入层,4表示空穴传输层,5表示发光层,6表示电子传输层,7表示阴极。
以下,对有机电致发光元件的各构件及各层进行说明。再者,基板与发光层的说明也适用于有机光致发光元件的基板与发光层。
(基板)
本发明的有机电致发光元件优选由基板所支撑。对于该基板,并无特别限制,为从先前起惯用于有机电致发光元件的基板即可,例如可使用包含玻璃、透明塑料、石英、硅等的基板。
(阳极)
作为有机电致发光元件中的阳极,可优选使用以功函数大(4eV以上)的金属、合金、导电性化合物及该等的混合物作为电极材料的阳极。作为此种电极材料的具体例,可列举金(Au)等金属、碘化亚铜(CuI)、氧化铟锡(ITO,indiumtinoxide)、二氧化锡(SnO2)、氧化锌(ZnO)等导电性透明材料。另外,也可使用IDIXO(氧化铟(In2O3)-氧化锌(ZnO))等非晶质且可制作透明导电膜的材料。阳极可通过蒸镀或溅镀等方法将该等电极材料形成薄膜,并以光微影法形成所需形状的图案,或在不太要求图案精度的情况(100μm以上的程度)下,也可在所述电极材料的蒸镀或溅镀时隔着所需形状的遮罩而形成图案。或者,在使用如有机导电性化合物般可涂布的材料的情况下,也可使用印刷方式、涂布方式等湿式成膜法。在从该阳极提取发光的情况下,理想的是使透过率大于10%,另外,作为阳极的薄片电阻优选数百Ω/□以下。此外,膜厚虽然也取决于材料,但通常在10~1000nm、优选10~200nm的范围内选择。
(阴极)
另一方面,作为阴极,可使用以功函数小(4eV以下)的金属(称为电子注入性金属)、合金、导电性化合物及该等的混合物作为电极材料的阴极。作为此种电极材料的具体例,可列举钠、钠-钾合金、镁、锂、镁/铜混合物、镁/银混合物、镁/铝混合物、镁/铟混合物、铝/氧化铝(Al2O3)混合物、铟、锂/铝混合物、稀土金属等。该等中,就电子注入性及对氧化等的耐久性的方面而言,优选电子注入性金属与功函数的值比其更大而稳定的金属即第二金属的混合物,例如镁/银混合物、镁/铝混合物、镁/铟混合物、铝/氧化铝(Al2O3)混合物、锂/铝混合物、铝等。阴极可通过利用蒸镀或溅镀等方法将该等电极材料形成薄膜而制作。另外,作为阴极的薄片电阻优选数百Ω/□以下,膜厚通常在10nm~5μm、优选50~200nm的范围内选择。再者,为了使所发出的光透过,只要有机电致发光元件的阳极或阴极中的任一种为透明或半透明,则发光亮度提高而适宜。
另外,通过将阳极的说明中所列举的导电性透明材料用于阴极,可制作透明或半透明的阴极,通过应用此情况,可制作阳极与阴极两者具有透过性的元件。
(发光层)
发光层是通过从阳极及阴极分别注入的空穴及电子再结合而产生激子后发光的层,可将发光材料单独用于发光层,优选含有发光材料与主体材料。作为发光材料,可使用选自通式(1)所表示的本发明的化合物群中的1种或2种以上。为了使本发明的有机电致发光元件及有机光致发光元件表现出高发光效率,重要的是将发光材料所产生的单重态激子及三重态激子封入发光材料中。因此,优选发光层中除使用发光材料以外,还使用主体材料。作为主体材料,可使用激发单重态能量、激发三重态能量的至少任一者具有高于本发明的发光材料的值的有机化合物。其结果为,可将本发明的发光材料所产生的单重态激子及三重态激子封入本发明的发光材料的分子中,而可充分地诱导其发光效率。但是,由于有即便无法充分地封入单重态激子及三重态激子,也可获得高发光效率的情况,因此只要为可实现高发光效率的主体材料,则可无特别限制地用于本发明。在本发明的有机发光元件或有机电致发光元件中,发光是从发光层所含的本发明的发光材料所产生。该发光包括荧光发光及迟滞荧光发光两者。其中,也可为发光的一部分或部分来自主体材料的发光。
在使用主体材料的情况下,作为发光材料的本发明的化合物在发光层中所含的量优选0.1重量%以上,更优选1重量%以上,另外,优选50重量%以下,更优选20重量%以下,进而优选10重量%以下。
作为发光层中的主体材料,优选具有空穴传输能力、电子传输能力,且防止发光的长波长化,并且具有高玻璃转移温度的有机化合物。
(注入层)
所谓注入层,是为了降低驱动电压或提高发光亮度而设置在电极与有机层间的层,有空穴注入层与电子注入层,可使之存在于阳极与发光层或空穴传输层之间、及阴极与发光层或电子传输层之间。注入层可根据需要而设置。
(阻挡层)
阻挡层是可阻挡发光层中所存在的电荷(电子或空穴)及/或激子向发光层外扩散的层。电子阻挡层可配置在发光层及空穴传输层之间,阻挡电子朝向空穴传输层而通过发光层。同样地,空穴阻挡层可配置在发光层及电子传输层之间,阻挡空穴朝向电子传输层而通过发光层。另外,阻挡层也可用以阻挡激子向发光层的外侧扩散。即,电子阻挡层、空穴阻挡层也可各自兼具作为激子阻挡层的功能。本说明书提及的电子阻挡层或激子阻挡层的含义是凭借一层而具有电子阻挡层及激子阻挡层的功能的层。
(空穴阻挡层)
所谓空穴阻挡层,广义上具有电子传输层的功能。空穴阻挡层具有传输电子并且阻挡空穴到达电子传输层的作用,由此可提高发光层中的电子与空穴的再结合几率。作为空穴阻挡层的材料,可根据需要使用下文所述的电子传输层的材料。
(电子阻挡层)
所谓电子阻挡层,广义上具有传输空穴的功能。电子阻挡层具有传输空穴并且阻挡电子到达空穴传输层的作用,由此可提高发光层中的电子与空穴再结合的几率。
(激子阻挡层)
所谓激子阻挡层,是用以阻挡在发光层内空穴与电子再结合所产生的激子扩散至电荷传输层的层,通过插入本层,可将激子有效地封入发光层内,从而可提高元件的发光效率。激子阻挡层可与发光层邻接而插入至阳极侧、阴极侧中的任一侧,也可同时插入至两侧。即,在阳极侧具有激子阻挡层的情况下,可在空穴传输层与发光层之间与发光层邻接地插入该层,在插入至阴极侧的情况下,可在发光层与阴极之间与发光层邻接地插入该层。另外,阳极及与发光层的阳极侧邻接的激子阻挡层之间可具有空穴注入层或电子阻挡层等,阴极及与发光层的阴极侧邻接的激子阻挡层之间可具有电子注入层、电子传输层、空穴阻挡层等。在配置阻挡层的情况下,优选用作阻挡层的材料的激发单重态能量及激发三重态能量的至少任一者高于发光材料的激发单重态能量及激发三重态能量。
(空穴传输层)
所谓空穴传输层,包含具有传输空穴的功能的空穴传输材料,空穴传输层可设置单层或多层。
作为空穴传输材料,是具有空穴的注入或传输、电子的障壁性中的任一种的材料,可为有机物、无机物中的任一种。作为可使用的公知的空穴传输材料,例如可列举三唑衍生物、恶二唑衍生物、咪唑衍生物、咔唑衍生物、吲哚并咔唑衍生物、聚芳基烷烃衍生物、吡唑啉衍生物及吡唑啉酮衍生物、苯二胺衍生物、芳基胺衍生物、氨基取代查耳酮衍生物、恶唑衍生物、苯乙烯基蒽衍生物、芴酮衍生物、腙衍生物、茋衍生物、硅氮烷衍生物、苯胺系共聚物、或导电性高分子低聚物、尤其是噻吩低聚物等,优选使用卟啉化合物、芳香族三级胺化合物及苯乙烯基胺化合物,更优选使用芳香族三级胺化合物。
(电子传输层)
所谓电子传输层,包含具有传输电子的功能的材料,电子传输层可设置单层或多层。
作为电子传输材料(也有兼作空穴阻挡材料的情况),只要具有将从阴极注入的电子传递至发光层的功能即可。作为可使用的电子传输层,例如可列举硝基取代芴衍生物、二苯基苯醌衍生物、噻喃二氧化物衍生物、碳二酰亚胺、亚芴基甲烷衍生物、蒽醌二甲烷及蒽酮衍生物、恶二唑衍生物等。此外,在所述恶二唑衍生物中,将恶二唑环的氧原子取代为硫原子而成的噻二唑衍生物、具有作为吸电子基而已知的喹恶啉环的喹恶啉衍生物也可用作电子传输材料。此外,也可使用在高分子链中导入有该等材料、或以该等材料作为高分子的主链的高分子材料。
当制作有机电致发光元件时,不仅可将通式(1)所表示的化合物用于发光层,而且也可用于发光层以外的层。此时,用于发光层的通式(1)所表示的化合物、及用于发光层以外的层的通式(1)所表示的化合物可相同也可不同。例如,所述注入层、阻挡层、空穴阻挡层、电子阻挡层、激子阻挡层、空穴传输层、电子传输层等也可使用通式(1)所表示的化合物。该等层的制膜方法并无特别限定,可以干式制程、湿式制程中的任一制程而制作。
以下,具体例示可用于有机电致发光元件的优选材料。但可用于本发明的材料并不由以下的例示化合物而限定性地解释。另外,即便为作为具有特定功能的材料而例示的化合物,也可转用作具有其他功能的材料。再者,以下的例示化合物的结构式中的R、R2~R7各自独立地表示氢原子或取代基。n表示3~5的整数。
首先,列举也可用作发光层的主体材料的优选化合物。
[化18]
[化19]
[化20]
[化21]
[化22]
其次,列举可用作空穴注入材料的优选的化合物例。
[化23]
其次,列举可用作空穴传输材料的优选的化合物例。
[化24]
[化25]
[化26]
[化27]
[化28]
[化29]
其次,列举可用作电子阻挡材料的优选的化合物例。
[化30]
其次,列举可用作空穴阻挡材料的优选的化合物例。
[化31]
其次,列举可用作电子传输材料的优选的化合物例。
[化32]
[化33]
[化34]
其次,列举可用作电子注入材料的优选的化合物例。
[化35]
进一步列举作为可添加的材料而优选的化合物例。例如,可考虑作为稳定化材料而添加等。
[化36]
通过所述方法所制作的有机电致发光元件是通过对所获得的元件的阳极与阴极之间施加电场而发光。此时,如果为利用激发单重态能量的发光,则以荧光发光及迟滞荧光发光的形式确认到与其能级相应的波长的光。另外,如果为利用激发三重态能量的发光,则以磷光的形式确认到与其能级相应的波长。由于通常的荧光与迟滞荧光发光相比荧光寿命短,所以发光寿命可根据荧光与迟滞荧光加以区别。
另一方面,关于磷光,对于本发明的化合物之类的通常有机化合物而言,由于激发三重态能量不稳定而转换为热等,寿命短而立即失活,所以在室温下几乎无法观测。为了测定通常有机化合物的激发三重态能量,可通过观测极低温条件下的发光而测定。
本发明的有机电致发光元件可应用于单一元件、包含配置为阵列状的结构的元件、阳极与阴极配置为X-Y矩阵状的结构中的任一结构。根据本发明,通过使发光层含有通式(1)所表示的化合物,可获得发光效率得到大幅改善的有机发光元件。本发明的有机电致发光元件等有机发光元件进一步可应用于各种用途。例如,可使用本发明的有机电致发光元件而制造有机电致发光显示装置,关于详细情况,可参照时任静士、安达千波矢、村田英幸合著的“有机EL显示器”(OHM社)。另外,尤其是本发明的有机电致发光元件也可应用于需求大的有机电致发光照明或背光。
[实施例]
以下,列举合成例及实施例更具体地说明本发明的特征。以下所示的材料、处理内容、处理顺序等只要不脱离本发明的主旨则可进行适当变更。因此,本发明的范围不应由以下所示的具体例而限定性地解释。再者,发光特性的评价是使用电源电表(Keithley公司制造:2400系列)、半导体参数分析器(安捷伦科技(AgilentTechnology)公司制造:E5273A)、光功率测定装置(纽博特(Newport)公司制造:1930C)、光学分光器(海洋光学(OceanOptics)公司制造:USB2000)、分光放射计(拓普康(Topcon)公司制造:SR-3)及快速照相机(滨松光子(HamamatsuPhotonics)(股份)制造的C4334型)而进行。
(合成例1)化合物1的合成
[化37]
将3,3'-联-9H-咔唑3.00g(9.03mmol)、碳酸钾4.98g(36.0mmol)加入至200mL三口烧瓶中,并对烧瓶内进行氮气置换。向该混合物中加入N,N-二甲基甲酰胺78.0mL,在氮气流下、室温下搅拌2小时。向该混合物中加入5-氟间苯二甲腈2.93g(18.0mmol)后,在氮气环境下、70℃下搅拌20小时。搅拌后,通过减压蒸馏除去该混合物中的溶剂。除去后,向该混合物中加入氯仿100mL与水50mL并进行搅拌。搅拌后,将该混合物抽气过滤而获得滤液。将所得的滤液的水层与有机层分离,利用水清洗有机层。清洗后,向有机层中加入硫酸镁进行干燥。干燥后,将该混合物抽气过滤而获得滤液。将所得的滤液浓缩,通过硅胶柱色谱法进行精制。展开溶剂先使用氯仿:乙酸乙酯=10:1的混合溶剂。将所得组分浓缩而获得固体,再将该固体在氯仿与甲醇的混合溶剂中再结晶,而以产量0.700g、产率13.3%获得目标物的淡橙色粉末状固体。
1HNMR(500MHz,CDCl3,δ):8.45(d,J=1.5Hz,2H),8.26(d,J=7.8Hz,2H),8.22(d,1.5Hz,4H),8.02(t,1.4Hz,2H),7.83(dd,J=8.5Hz,1.8Hz,2H),7.54-7.51(m,4H),7.45-7.42(m,4H)
元素分析:计算值(C40H20N6):C82.18%;H3.45%;N14.37%;
实测值:C82.07%;H3.51%;N14.34%
(合成例2)化合物2的合成
[化38]
将3,3'-联-9H-咔唑1.00g(3.01mmol)、碳酸钾1.66g(12.0mmol)加入至100mL三口烧瓶中,并对烧瓶内进行氮气置换。向该混合物中加入N,N-二甲基甲酰胺24.0mL,在氮气流下、室温下搅拌2小时。向该混合物中加入2-氯间苯二甲腈1.80g(11.1mmol)后,在氮气环境下、150℃下搅拌20小时。搅拌后,通过减压蒸馏除去该混合物中的溶剂。除去后,向该混合物中加入乙酸乙酯100mL与水50mL并进行搅拌。搅拌后,将该混合物抽气过滤而获得滤液。将所得的滤液的水层与有机层分离,利用水清洗有机层。清洗后,向有机层中加入硫酸镁进行干燥。干燥后,将该混合物抽气过滤而获得滤液。将所得的滤液浓缩,通过硅胶柱色谱法进行精制。展开溶剂先使用丙酮:乙酸乙酯:己烷=1:5:5的混合溶剂。将所得组分浓缩而获得固体,再将该固体利用氯仿与甲醇的混合溶剂加以清洗,而以产量0.902g、产率51.3%获得目标物的淡橙色粉末状固体。
1HNMR(500MHz,丙酮-d6,δ):8.70(d,J=1.4Hz,2H),8.53(d,J=8.0Hz,4H),8.42(d,7.7Hz,2H),8.14(t,8.0Hz,2H),7.93(dd,J=8.5Hz,1.8Hz,2H),7.52(t,J=7.5Hz,2H),7.44-7.41(m,4H),7.30(d,8.2Hz,2H)
13CNMR(125MHz,丙酮-d6,δ):143.30,142.06,140.83,139.97,136.28,131.75,127.70,127.27,125.60,125.11,122.33,121.90,120.41,116.46,115.26,110.97,110.75.
元素分析:计算值(C40H20N6):C82.18%;H3.45%;N14.37%
实测值:C82.23%;H3.52%;N14.39%
(实施例1)薄膜型有机光致发光元件的制作与评价
在石英基板上,通过真空蒸镀法在真空度10-4Pa以下的条件下,从不同的蒸镀源蒸镀化合物1与DPEPO(bis(2-(diphenylphosphino)phenyl)etheroxide,双[2-((氧代)二苯基膦基)苯基]醚),以100nm的厚度形成化合物1的浓度为10重量%的薄膜而制成薄膜型有机光致发光元件。
也制作使用化合物2代替化合物1的薄膜型有机光致发光元件。
将该等各薄膜型有机光致发光元件的发光光谱示于图2。
另外,将使用化合物1的薄膜型有机光致发光元件与使用化合物2的薄膜型有机光致发光元件的瞬态衰减曲线示于图3。该瞬态衰减曲线表示测定对化合物照射激发光而发光强度逐渐失活的过程而获得的发光寿命测定结果。通常的单成分发光(荧光或磷光)中发光强度根据单指数函数衰减。其是指在图表的纵轴为半对数的情况下进行线性衰减。如图3所示的化合物1的瞬态衰减曲线中,在观测初期可观测到此种线性成分(荧光),数微秒以后出现偏离线性的成分。这是迟滞成分的发光,与初期的成分相加的信号成为在长时间侧具有麓部的平缓曲线。通过所述方式测定发光寿命,确认化合物1是除荧光成分以外还含有迟滞成分的发光体。
(实施例2)有机电致发光元件的制作与评价
通过真空蒸镀法,以真空度5.0×10-4Pa将各薄膜积层于形成有包含膜厚100nm的铟-锡氧化物(ITO)的阳极的玻璃基板上。首先,在ITO上形成厚度30nm的α-NPD,继而形成厚度10nm的mCP(1,3-bis(carbazol-9-yl)benzene,1,3-双(咔唑-9-基)苯)。其次,从不同的蒸镀源共蒸镀化合物1与DPEPO,形成厚度20nm的层而制成发光层。此时,化合物1的浓度设为10重量%。其次,形成厚度10nm的DPEPO,形成厚度30nm的TPBi(1,3,5-Tris(1-phenyl-1H-benzimidazol-2-yl)benzene,1,3,5-三(1-苯基-1H-苯并咪唑-2-基)苯),进一步真空蒸镀0.5nm的氟化锂(LiF),继而蒸镀厚度100nm的铝(Al),由此形成阴极,而制成有机电致发光元件。
也制作使用化合物2代替化合物1的有机电致发光元件。
将该等各有机电致发光元件的发光光谱示于图4。
另外,将使用化合物1的有机电致发光元件与使用化合物2的有机电致发光元件的电流密度-外量子效率特性示于图5。使用假设发光量子效率为100%的荧光材料而试制取得平衡的理想有机电致发光元件,如果光提取效率为20~30%,则荧光发光的外量子效率成为5~7.5%。一般认为该值是使用荧光材料的有机电致发光元件的外量子效率的理论极限值。由图5明确,使用化合物1的本发明的有机电致发光元件实现超过理论极限值的高外量子效率,就该方面而言极优异。
[化39]
[产业上的可利用性]
本发明的化合物作为发光材料有用。因此,本发明的化合物可有效地用作有机电致发光元件等有机发光元件用的发光材料。由于本发明的化合物中也包含放射迟滞荧光的化合物,所以也可提供发光效率高的有机发光元件。因此,本发明在产业上的可利用性高。
[符号的说明]
1基板
2阳极
3空穴注入层
4空穴传输层
5发光层
6电子传输层
7阴极