JP2002249469A5

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Publication number: JP2002249469A5
Application number: JP2001045144A
Authority: JP
Filing date: 2001-02-21
Publication date: 2007-03-01
Anticipated expiration: 2021-02-21

Description

【特許請求の範囲】
【請求項１】下記一般式（I）で表される有機化合物。
ただし、一般式（I）においてＲ₁、Ｒ₂、Ｒ₃、Ｒ₄、Ｒ₅、Ｒ₆、Ｒ₇、Ｒ₈はそれぞれ水素原子、または、置換基を表し、Ｒ₁、Ｒ₂、Ｒ₃、Ｒ₄の少なくとも一つは置換基を表す。但しＲ₁、Ｒ₂、Ｒ₃、Ｒ₄の一つのみが置換基で、且つその置換基がアルキル基の場合、該アルキル基の炭素原子数は２以上とする。Ｒ₉、Ｒ₁₀、Ｒ₁₁、Ｒ₁₂、Ｒ₁₃はそれぞれ水素原子、または、置換基を表す。Ｒ₁₄、Ｒ₁₅、Ｒ₁₆、Ｒ₁₇、Ｒ₁₈、Ｒ₁₉、Ｒ₂₀、Ｒ₂₁、Ｒ₂₂、Ｒ₂₃、Ｒ₂₄、Ｒ₂₅、Ｒ₂₆、Ｒ₂₇、Ｒ₂₈はそれぞれ水素原子、ハロゲン原子、アルキル基、アルコキシ基、シクロアルキル基、アルケニル基、カルボキシル基、水酸基、アミド基、または、アルコキシカルボニル基を表す。
【化１】

【請求項２】下記一般式（II）で表される有機化合物。
ただし、一般式（II）においてＲ₃₁、Ｒ₃₂、Ｒ₃₃、Ｒ₃₄、Ｒ₃₅、Ｒ₃₆、Ｒ₃₇、Ｒ₃₈はそれぞれ水素原子、または、置換基を表し、Ｒ₃₁、Ｒ₃₂、Ｒ₃₃、Ｒ₃₄の少なくとも一つは置換基を表す。但しＲ₃₁、Ｒ₃₂、Ｒ₃₃、Ｒ₃₄の一つのみが置換基で、且つその置換基がアルキル基の場合、該アルキル基の炭素原子数は２以上とする。Ｒ₃₉、Ｒ₄₀、Ｒ₄₁、Ｒ₄₂、Ｒ₄₃はそれぞれ水素原子、アリール基、または、置換アリール基を表す。Ｒ₄₄、Ｒ₄₅、Ｒ₄₆、Ｒ₄₇、Ｒ₄₈、Ｒ₄₉、Ｒ₅₀、Ｒ₅₁、Ｒ₅₂、Ｒ₅₃、Ｒ₅₄、Ｒ₅₅、Ｒ₅₆、Ｒ₅₇、Ｒ₅₈はそれぞれ水素原子、ハロゲン原子、アルキル基、アルコキシ基、シクロアルキル基、アルケニル基、カルボキシル基、水酸基、アミド基、または、アルコキシカルボニル基を表す。
【化２】

【請求項３】上記一般式（I）、または、（II）で表されることを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子材料。
【請求項４】上記一般式（I）、または、（II）で表される化合物を含有することを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項５】上記一般式（I）、または、（II）で表される化合物を発光層に使用することを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項６】上記一般式（I）、または、（II）で表される化合物を正孔輸送層に使用することを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項７】ＣＩＥ色度座標のPurplish Blue（紫青）、Bluish Purple（青紫）、または、Purple（紫）の領域で発光することを特徴とする、上記請求項４、５、または、６に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項８】前記化合物のエレクトロルミネッセンス発光を吸収して４００〜５００ｎｍの範囲内に極大発光波長を有する無機化合物を少なくとも１種含有する変換層と、前記化合物のエレクトロルミネッセンス発光を吸収して５０１〜６００ｎｍの範囲内に極大発光波長を有する無機化合物を少なくとも１種含有する変換層と、前記化合物のエレクトロルミネッセンス発光を吸収して６０１〜７００ｎｍの範囲内に極大発光波長を有する無機化合物を少なくとも１種含有する変換層の少なくともいずれか一つ、を有することを特徴とする上記請求項４、５、６、または、７に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。

図２を用いて、有機ＥＬ素子の構造を説明する。
有機ＥＬ素子は、発光層１と、陽極２と陰極３より構成される電極とで構成される。発光層１は陽極２および陰極３に狭持された構造をとっている。電極に電流を流すことにより、発光層１に含有される有機化合物が発光する。これは、陰極３と陽極２から正負のキャリアが注入され、有機層内で、キャリアが移動し再結合することにより、化合物の一重項励起状態が形成され、この一重項励起状態から基底状態に失活する過程で、化合物が発光するものと考えられている。有機ＥＬ素子は、さらに、色変換層４を設け、この色変換層４により、発光層に含有される化合物の光を波長の異なる光に変換することができる。図２に示すように、波長領域の異なる色変換層を３層設けることによってフルカラーを可能にすることができる。
本発明の有機ＥＬ素子のフルカラー化方式は、例えば青紫〜近紫外光の発光材料を用いて、その青紫〜近紫外光の光を吸収してBGRに発光する色変換層を塗設する方式を想定している。本発明のように青紫色〜近紫外光の発光であれば、Eu³⁺錯体やEu³⁺を含有する無機蛍光体のようなストークスシフトの大きい無機化合物を使用できる可能性があるため、一回の変換で赤色が出せ、赤色の色純度や発光効率を高くすることができる。
我々は、青紫〜近紫外光に蛍光発光を有する材料としてTPDに注目し、そのテトラフェニルベンジジンのビフェニル部位をねじることによる短波化について鋭意検討を行った。その結果，本発明の化合物を使用することにより、青紫〜近紫外に高輝度かつ長寿命に発光する有機エレクトロルミネッセンス素子を作成することができた。
本発明のように青紫色〜近紫外光に蛍光発光を有する材料を正孔輸送材料として有機ＥＬ素子に使用すると、発光層の材料の蛍光発光が青紫色〜近紫外光であれば、そのまま青紫色〜近紫外光の発光を得ることができる。
本明細書でいう発光層は、広義の意味では、陰極と陽極からなる電極電極に電流を流した際に発光する層のことを指す。具体的には、陰極と陽極からなる電極に電流を流した際に発光する有機化合物を含有する層のことを指す。通常、発光層は一対の電極の間に発光層を挾持される構造をとる。本発明の有機ＥＬ素子は、必要に応じ発光層の他に、正孔注入層、電子注入層、正孔輸送層および電子輸送層を有し、陰極と陽極で狭持された構造をとる。

次に、脱気後、窒素雰囲気下で、酢酸パラジウム0.23gとトリ-tert-ブチルホスフィン1ccを脱水キシレン50ccに溶解した。その後、化合物（1-1）を３．０g、３−メチルジフェニルアミン4.0g、ナトリウム-tert-ブトキシド2.2ｇを添加し、１２０度で４時間加温攪拌した。その後、反応液に、テトラヒドロフラン、酢酸エチル、水を加えてけいそう土で濾過した後、有機層を抽出した。硫酸マグネシウムで乾燥後、溶媒を減圧留去し、トルエンとヘキサンの比が１：７のカラムクロマトグラフィーで精製した後、トルエンで再結晶し、目的の化合物（１）を2.5g得た。（収率５２％）。融点は、２３３〜２３５℃であった。ＮＭＲおよびマススペクトルにより、目的化合物（１）であることを確認した。ＮＭＲによれば、芳香環のプロトンのピークが化学シフト６．８〜７．２、メチル基のプロトンのピークが化学シフト１．９９と２．６２に出ています。プロトン比が１：２（１２Ｈ：２４Ｈ）となっています。測定溶媒はＣＤＣｌ₃であった。
実施例１−2 化合物（１０）の合成
脱気後、窒素雰囲気下で、酢酸パラジウム0.23gとトリ-tert-ブチルホスフィン1ccを脱水キシレン50ccに溶解した。その後、化合物（1-1）を３．０g、
ｐ,ｐ'ジトルイルアミン4.3g、ナトリウム-tert-ブトキシド2.2ｇを添加し、１２０度で４時間加温攪拌した。その後、反応液に、テトラヒドロフラン、酢酸エチル、水を加えてけいそう土で濾過した後、有機層を抽出した。硫酸マグネシウムで乾燥後、溶媒を減圧留去し、トルエンとヘキサンの比が１：７のカラムクロマトグラフィーで精製した後、トルエンで再結晶し、目的の化合物（１０）を3.6g得た。（収率７２％）。ＮＭＲおよびマススペクトルにより、目的化合物（１０）であることを確認した。
化合物（３）の合成
３、５-ジメチルニトロベンゼン２０ｇ、亜鉛粉末５０ｇを、１００ｍｌのエタノール中で加熱し、還流したところで加熱を止めてから３０％ＮａＯＨ水溶液１００ｍｌを滴下した。沸騰がおさまったら加熱を再開し、そのまま５時間還流を行った。不溶物を濾過したあと、不溶物にはもう１度エタノール５０ｍｌを加えて還流し、濾過した濾液をまとめてエタノールを留去した。残査に酢酸エチル１００ｍｌ、３０％酢酸０．５Ｍ重亜硫酸ナトリウム水溶液５０ｍｌを加えて分液し、水５０ｍｌで３回洗浄後、酢酸エチルを留去して１４．０ｇの橙色の粗製物を得た。さらにヘキサン中で再結晶を行うことにより、１１．０ｇの化合物（３−１）を得た。
化合物（３−１）１１．０ｇを、脱気した１０％塩酸５００ｍｌに溶解し、６時間還流した。放冷後、浮遊物を濾過し、２０％水酸化ナトリウム溶液を白濁するまで加え、中和した。酢酸エチル２００ｍｌを加えて抽出し、硫酸マグネシウムで有機相を脱水後、酢酸エチルを留去し、１０．０ｇの赤紫色の粗製物を得た。ヘキサン：トルエン＝２：１溶液で再結晶を行い、暗赤色の粉末７．１ｇを得た（収率６５％）。ＮＭＲ、マススペクトルおよびアミン発色試薬により化合物（３−２）であることを確認した。
化合物（３−２）３．４ｇを、３０ｍｌの１０％塩酸に溶解し、氷浴中で亜硝酸ナトリウム２．１４ｇを水２１ｍｌに溶解した溶液を撹拌しながら滴下した。滴下後１時間撹拌した後、１０％臭化銅（Ｉ）４８％臭化水素溶液２１４ｍｌ中に注いだ。さらに５０℃に加熱して４時間撹拌した。放冷後、酢酸エチル１５０ｍｌで抽出し、硫酸マグネシウムで乾燥後、溶媒を留去し、酢酸エチルとヘキサンの比が１：５のカラムクロマトグラフィーで精製して化合物（３−３）を２．4g得た。（収率５３％）。
脱気後、窒素雰囲気下で、酢酸パラジウム0.23gとトリ-tert-ブチルホスフィン1.0ccを脱水キシレン20ccに溶解した。その後、化合物（３−３）を2g、３−メチルジフェニルアミンを２．４g、ナトリウム-tert-ブトキシド1.2ｇを添加し、１２０度で４時間加温攪拌した。その後、反応液に、テトラヒドロフラン、酢酸エチル、水を加えてけいそう土で濾過した後、有機層を抽出した。硫酸マグネシウムで乾燥後、溶媒を減圧留去し、トルエンとシクロヘキサンの比が１：４のカラムクロマトグラフィーで精製した後、トルエンで再結晶し、目的の化合物（３）を１．５ｇ得た。（収率4８％）。
ＮＭＲおよびマススペクトルにより、目的化合物（３）であることを確認した。
実施例１−3 化合物（１１）の合成
脱気後、窒素雰囲気下で、ビスジベンジリデンアセトンパラジウム0.20gとトリ-tert-ブチルホスフィン0.1ccを脱水トルエン40ccに溶解した。その後、ｍ-トルイジン３．６g、ブロモビフェニル8.4g、ナトリウム-tert-ブトキシド４．８ｇを添加し、室温で４時間加温攪拌した。その後、反応液に、テトラヒドロフラン、酢酸エチル、水を加えてけいそう土で濾過した後、有機層を抽出した。硫酸マグネシウムで乾燥後、溶媒を減圧留去し、酢酸エチルとヘキサンの比が１：１５のカラムクロマトグラフィーで精製した後、アセトニトリルで再結晶し、化合物（１１-１）を2.4g得た。（収率３０％）。
脱気後、窒素雰囲気下で、酢酸パラジウム0.23gとトリ-tert-ブチルホスフィン1ccを脱水キシレン50ccに溶解した。その後、化合物（11-2）を４．０g、
化合物（１１-１）を2.4g、ナトリウム-tert-ブトキシド2.2ｇを添加し、１２０度で４時間加温攪拌した。その後、反応液に、テトラヒドロフラン、酢酸エチル、水を加えてけいそう土で濾過した後、有機層を抽出した。硫酸マグネシウムで乾燥後、溶媒を減圧留去し、トルエンとヘキサンの比が１：７のカラムクロマトグラフィーで精製した後、トルエンで再結晶し、目的の化合物（１１）を3.8g得た。（収率６７％）。ＮＭＲおよびマススペクトルにより、目的化合物（１１）であることを確認した。

実施例２−１エレクトロルミネッセンス素子Ｎｏ．２−１〜２−１２の作製
＜有機ＥＬ素子の作製＞
陽極として100mm×100mm×1.1mmのガラス基板上にＩＴＯ（インジウムチンオキシド）を１５０ｎｍ成膜した基板（ＮＨテクノグラス社製ＮＡ−４５）にパターニングを行った後、このＩＴＯ透明電極を設けた透明支持基板をイソプロピルアルコールで超音波洗浄し、乾燥窒素ガスで乾燥し、ＵＶオゾン洗浄を５分間行なった。
この透明支持基板を、市販の真空蒸着装置の基板ホルダーに固定し、一方、モリブデン製抵抗加熱ボートに、ｍ−ＭＴＤＡＴＸＡ２００ｍｇを入れ、別のモリブデン製抵抗加熱ボートに比較化合物（１）を２００ｍｇ入れ、さらに別のモリブデン製抵抗加熱ボートにバスキュプロイン（BC）を２００ｍｇ入れ、真空蒸着装置に取付けた。次いで、真空槽を４×１０−４Ｐａまで減圧した後、ｍ−ＭＴＤＡＴＸＡの入った前記加熱ボートに通電して、２２０℃まで加熱し、蒸着速度０．１〜０．３ｎｍ／ｓｅｃで透明支持基板に蒸着し、膜厚３３ｎｍの正孔輸送層を設けた。さらに、比較化合物（１）の入った前記加熱ボートに通電して２２０℃まで加熱し、蒸着速度０．１〜０．３ｎｍ／ｓｅｃで前記正孔輸送層上に蒸着して膜厚３３ｎｍの発光層を設けた。なお、蒸着時の基板温度は室温であった。さらに、BCの入った前記加熱ボートに通電して２５０℃まで加熱し、蒸着速度０．１ｎｍ／ｓｅｃで前記発光層の上に蒸着して膜厚３３ｎｍの電子注入層を設けた。なお、蒸着時の基板温度は室温であった。
次に、真空槽をあけ、電子注入層の上にステンレス鋼製の長方形穴あきマスクを設置し、一方、モリブデン製抵抗加熱ボートにマグネシウム３ｇを入れ、タングステン製の蒸着用バスケットに銀を０．５ｇ入れ、再び真空槽を２×１０−４Ｐａまで減圧した後、マグネシウム入りのボートに通電して蒸着速度１．５〜２．０ｎｍ／ｓｅｃでマグネシウムを蒸着し、この際、同時に銀のバスケットを加熱し、蒸着速度０．１ｎｍ／ｓｅｃで銀を蒸着し、前記マグネシウムと銀との混合物からなる対向電極とすることにより、比較用の有機ＥＬ素子２−１を作製した。
上記で使用したｍ−ＭＴＤＡＴＸＡ、BC、比較化合物（１）の構造を以下に示す。
上記において、発光層の比較化合物（１）を表１にしめす化合物に置き換えた以外は全く同じ方法で、比較の有機ＥＬ素子２−２〜２−５、２−５−２を、本発明の有機ＥＬ素子２−６〜２−１２を作製した。
有機ＥＬ素子２−１〜２−１２に、素子のＩＴＯ電極を陽極、マグネシウムと銀からなる対向電極を陰極として発光輝度を測定評価した。
実施例２−２有機エレクトロルミネッセンス素子Ｎｏ．２−１〜２−１２の最高放射エネルギー、および、発光寿命の評価
比較の有機ＥＬ素子２−１〜２−５、２−５−２では、発光層の化合物からの青色、または、紫青の発光が観測された。
本発明の有機ＥＬ素子２−６では、初期駆動電圧５Vで電流が流れ始め、発光層の化合物からの青紫色の発光を示した。最高放射エネルギーが９Vにおいて、６W/Sr・m2であった。２−６の最高放射エネルギーを100としたときの有機ＥＬ素子試料それぞれの最高放射エネルギーの比の値（相対値）を表１に示す。
また、２−６の素子を窒素ガス雰囲気中にて寿命試験を行った結果、初期放射エネルギー１W/Sr・m2の半減期は１２８０時間であった。
有機ＥＬ素子Ｎｏ．２−６の発光寿命を１００とした時の有機ＥＬ素子試料それぞれの発光寿命の比の値（相対値）を表１に示す。

表１から明らかなように、本発明の化合物を発光層に用いたエレクトロルミネッセンス素子は、最高到達輝度が高く、発光寿命が長いことから、有機ＥＬ素子として非常に有用であることが判明した。
なお、発光色によって、視感度が大きく異なるため、輝度ではなく放射エネルギーで比較を行った。
実施例３
実施例２において、発光層に使用する化合物をＤＭＰｈｅｎとし、正孔輸送層に使用する化合物を表２に記載の化合物とした以外は、実施例２と同様にして、有機エレクトロルミネッセンス素子Ｎｏ．３−１〜３−12を作成した。
本発明の有機ＥＬ素子３−６では、初期駆動電圧５Vで電流が流れ始め、青紫色の発光を示した。最高放射エネルギーが１１Vにおいて、１７W/Sr・m2であった。３−６の最高放射エネルギーを100としたときの有機ＥＬ素子試料それぞれの最高放射エネルギーの比の値（相対値）を表２に示す。
また、３−６の素子を窒素ガス雰囲気中にて寿命試験を行った結果、初期放射エネルギー１W/Sr・m2の半減期は３８０時間であった。
最高放射エネルギー、発光寿命は有機ＥＬ素子Ｎｏ．３−６の値を１００とした時の相対値で表した。結果を表２に示す。

表２から明らかなように、本発明の化合物を正孔輸送層に用いたエレクトロルミネッセンス素子は、最高到達輝度が高く、発光寿命が長いことから、有機ＥＬ素子として非常に有用であることが判明した。
実施例４−１有機エレクトロルミネッセンス素子Ｎｏ．４−１〜４−24の最高到達輝度および連続発光後の輝度半減時間の評価
＜無機系蛍光体を用いた色変換フィルターの作製＞
平均粒径５ｎｍのエアロジル０．１６ｇにエタノール１５ｇおよびγ―グリシドキシプロピルトリエトキシシラン０．２２ｇを加えて開放系室温下１時間攪拌した。この混合物と（ＲＬ―１０）２０ｇとを乳鉢に移し、よくすり混ぜた後、７０℃のオーブンで２時間、さらに１２０℃のオーブンで２時間加熱し、表面改質した（ＲＬ―１０）を得た。
同様にして、（ＧＬ−１３）、（ＢＬ−３）の表面改質も行った。
上記の表面改質を施した（ＲＬ―１０）１０ｇに、トルエン／エタノール＝１／１の混合溶液（３００ｇ）で溶解されたブチラール（ＢＸ―１）３０ｇを加え、攪拌した後、Ｗｅｔ膜厚２００μｍでガラス上に塗布した。得られた塗布済みガラスを１００℃のオーブンで４時間加熱乾燥して、本発明の色変換フィルター（Ｆ―Ｒ）を作成した。
また、これと同じ方法で（ＧＬ−１３）、（ＢＬ−３）を塗設した色変換フィルター（Ｆ―Ｇ）、（Ｆ―Ｂ）を作成した。
実施例２−１、実施例３で作成した有機ＥＬ素子のＮｏ．２−１〜２−12、Ｎｏ．3−１〜3−12の基板上に、青色変換層として、色変換フィルター（F-B）、緑色変換層として色変換フィルター（F-G）、赤色変換層として色変換フィルター（F-R）をそれぞれ1.5mm間隔で塗設して、有機ＥＬ素子Ｎｏ．４−１〜４−24を作製した。
有機ＥＬ素子Ｎｏ．４−１〜４−24の各々に、温度２３℃、乾燥窒素ガス雰囲気下で９Ｖ直流電圧を印加し、各青、緑、赤の発光輝度、色度座標、および輝度の半減する時間をミノルタ製ＣＳ−１０００を用いて測定した。最高到達輝度、発光寿命は有機ＥＬ素子Ｎｏ．４−６の最高到達輝度，発光寿命を１００とした時の相対値で表した。結果を表３、表４に示す。

表４より明らかなように、本発明のエレクトロルミネッセンス素子は、最高到達輝度，発光寿命が高いことから、有機ＥＬ素子として非常に有用であることが判明した。