JP2006265172A - New carbazole derivative and organic electroluminescent element and organic semiconductor laser element - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は新規カルバゾール誘導体並びにそれを用いた有機エレクトロルミネッセンス素子および有機半導体レーザー素子に関し、詳しくは、三重項レベルが高く熱的安定性に富む新規カルバゾール誘導体並びにそれを用いた有機エレクトロルミネッセンス素子および有機半導体レーザー素子に関する。 The present invention relates to a novel carbazole derivative, and an organic electroluminescence device and an organic semiconductor laser device using the same, and more specifically, a novel carbazole derivative having a high triplet level and high thermal stability, and an organic electroluminescence device and an organic material using the same. The present invention relates to a semiconductor laser element.
ディスプレイは、テレビ、パソコンのモニタ、携帯電話の表示部等、現代社会において欠かすことができない電子デバイスとなっている。更には、「ユビキタス社会」へ進化するにつれてますますその重要性は増している。現在、ディスプレイは、省スペース化、利便性、携帯性を重要視するフラットなディスプレイへの移行が着実に進んでいる。そうした中、ここ数年、液晶ディスプレイとプラズマディスプレイが急激に市場を拡大している。 The display is an electronic device that is indispensable in modern society, such as a television, a monitor of a personal computer, and a display unit of a mobile phone. Furthermore, its importance is increasing as it evolves into a “ubiquitous society”. Currently, the transition of displays to flat displays that place importance on space saving, convenience, and portability is steadily progressing. Under these circumstances, liquid crystal displays and plasma displays have expanded rapidly in recent years.
更に、省スペース、利便性を求める人間の欲求は更に進化し、より薄く軽くそして曲げられるフレキシブルディスプレイへと進化すると予想される。その有力候補の一つとして、有機エレクトロルミネッセンス(以下、「有機EL」ともいう。)ディスプレイが挙げられる。有機EL素子の発光現象は、ナノ秒からマイクロ秒と非常に速く、液晶ディスプレイと比較した場合、自発光であることと速い応答性が最も大きな優位性である。有機EL素子は、ディスプレイや屋内照明など様々な用途への応用が期待されている素子であり、有機半導体レーザー素子も含め、近年、特に開発が活発に行われている。 Furthermore, human desires for space saving and convenience are expected to evolve further, and to evolve into a thinner, lighter and more flexible display that can be bent. One potential candidate is an organic electroluminescence (hereinafter also referred to as “organic EL”) display. The light-emitting phenomenon of organic EL elements is very fast, from nanoseconds to microseconds. Compared with a liquid crystal display, self-luminescence and fast response are the most significant advantages. The organic EL element is an element expected to be applied to various uses such as a display and indoor lighting, and has been actively developed in recent years including an organic semiconductor laser element.
有機EL素子は、一般に、陽極および陰極の一対の電極の間に有機固体薄膜(以下、「有機層」ともいう)を有する構造をもち、直流電圧印加により陽極から正孔が、陰極から電子がそれぞれ有機層に注入され、有機層中で再結合することにより励起子を生じる。励起子は、放射失活プロセスを経て基底状態に戻ることにより発光が得られる。 In general, an organic EL element has a structure having an organic solid thin film (hereinafter also referred to as “organic layer”) between a pair of electrodes of an anode and a cathode. Each is injected into the organic layer and recombined in the organic layer to generate excitons. The exciton emits light by returning to the ground state through a radiation deactivation process.
電流により生成される励起子には一重項励起子と三重項励起子が存在し、通常の蛍光材料を用いた場合では、一重項励起子が発光に寄与し、リン光材料を用いた場合には、三重項励起子が発光に寄与する。有機EL素子用発光材料として蛍光性物質を用いた場合、電子と正孔との再結合により生じる励起一重項状態と励起三重項状態の比は1:3であり、励起一重項状態からの発光、即ち、蛍光を用いることになり、励起三重項状態のエネルギーを無駄にしてしまうため発光効率が良好とは言えず、有機EL素子に対しリン光発光性物質を用いることは、発光効率向上において有効である。 The excitons generated by the current include singlet excitons and triplet excitons. When ordinary fluorescent materials are used, singlet excitons contribute to light emission, and phosphorescent materials are used. , Triplet excitons contribute to light emission. When a fluorescent substance is used as the light-emitting material for the organic EL element, the ratio of the excited singlet state to the excited triplet state caused by recombination of electrons and holes is 1: 3, and light emission from the excited singlet state In other words, since the fluorescence is used and the energy of the excited triplet state is wasted, it cannot be said that the luminous efficiency is good, and the use of a phosphorescent substance for the organic EL element is effective in improving the luminous efficiency. It is valid.
低分子蒸着膜や高分子からなる固体媒体(ホスト)中に蛍光色素を微量ドーピングすると、ホストの蛍光が完全に消失し、代わってドーピングした色素の蛍光スペクトルと一致する強い発光が観測される。これはホスト分子の励起エネルギーがゲスト分子に移動し、蛍光量子効率の高いゲストから発光が生じていることに起因する。 When a small amount of a fluorescent dye is doped in a low molecular vapor deposition film or a solid medium (host) made of a polymer, the fluorescence of the host disappears completely, and instead, strong light emission that matches the fluorescence spectrum of the doped dye is observed. This is because the excitation energy of the host molecule is transferred to the guest molecule, and light is emitted from the guest having high fluorescence quantum efficiency.
また、リン光においても高効率なリン光発光を得るためにホスト材料の選択は重要であり、ゲスト分子よりも大きな三重項エネルギーを有することがエネルギー閉込めの観点から必須である。現在、三重項励起子の閉込め効果、耐久性、バイポーラキャリア輸送性の観点から下記式(2)、
で表わされるCBP(4,4’-dicarbazolyl-1,1’-biphenyl)がホスト材料として多用されている。CBPは三重項レベルが比較的高く、熱安定性にも優れているが、分子骨格の検討により、更なる高機能な光電子、熱物性の発現が期待されている。
Further, in phosphorescence, selection of a host material is important in order to obtain highly efficient phosphorescence, and it is essential from the viewpoint of energy confinement to have a triplet energy larger than that of a guest molecule. Currently, from the viewpoint of the confinement effect of triplet excitons, durability, and bipolar carrier transportability,
CBP (4,4′-dicarbazolyl-1,1′-biphenyl) represented by the formula is often used as a host material. Although CBP has a relatively high triplet level and is excellent in thermal stability, it is expected that more highly functional photoelectrons and thermophysical properties will be developed by studying the molecular skeleton.
それに対し、本発明者らは、CBPのジフェノル骨格をm-フェニレン基に置換した下記式(3)、
で表わされるm-CPが高い三重項レベル(T=2.91eV)を有し、さらにガラス状態を示すことを報告した(非特許文献1参照)。
It has been reported that m-CP represented by the formula has a high triplet level (T = 2.91 eV) and further exhibits a glass state (see Non-Patent Document 1).
発光効率および熱的安定性に優れた有機EL素子、有機半導体レーザー素子を得るうえで、熱的安定性に富む有機材料が求められているが、熱的安定性に富む有機材料は少なく、非特許文献1記載の技術により、熱的安定性に富む有機材料は開発されてきているが、更なる向上が望まれている。
In order to obtain organic EL devices and organic semiconductor laser devices with excellent luminous efficiency and thermal stability, organic materials with high thermal stability are required, but there are few organic materials with high thermal stability. Although organic materials rich in thermal stability have been developed by the technique described in
そこで、本発明の目的は熱的安定性に富む有機材料、すなわち、新規カルバゾール誘導体ならびにそれを用いた発光効率および熱的安定性に優れた有機EL素子、有機半導体レーザー素子を提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to provide an organic material having a high thermal stability, that is, a novel carbazole derivative, and an organic EL device and an organic semiconductor laser device excellent in light emission efficiency and thermal stability using the same. .
本発明者らは上記課題を解決すべく鋭意検討した結果、剛直なアセチレン分子骨格を含有するアセチレン連結形のCBP(Ace-CBP: 4,4’-bis(carbazol-9-yl)diphenylacetylene)を新規基本骨格として合成し、有機材料とすることより本発明を完成するに至った。 As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventors have determined that acetylene-linked CBP (Ace-CBP: 4,4'-bis (carbazol-9-yl) diphenylacetylene) containing a rigid acetylene molecular skeleton. The present invention was completed by synthesizing it as a new basic skeleton and using it as an organic material.
即ち、本発明のカルバゾール誘導体は、下記一般式(1)、
(上記式中、R1、R2、R3、R4、R5およびR6は、互いにそれぞれ同一または異なっていてもよいアルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アルコキシ基、アリール基であり、m、n、p、q、rおよびsは0〜4の整数を表す。但し、m、n、p、q、rおよびsがそれぞれ2〜4の整数である場合、R1、R2、R3、R4、R5およびR6は、それぞれにおいて同一でも異なっていてもよい。)で表されることを特徴とするものである。
That is, the carbazole derivative of the present invention has the following general formula (1),
(In the above formula, R 1 , R 2 , R 3 , R 4 , R 5 and R 6 are each an alkyl group, an alkenyl group, an alkynyl group, an alkoxy group or an aryl group, which may be the same or different from each other; m, n, p, q, r and s represent an integer of 0 to 4, provided that when m, n, p, q, r and s are each an integer of 2 to 4, R 1 , R 2 , R 3 , R 4 , R 5 and R 6 may be the same or different from each other).
また、R1、R2、R3、R4、R5およびR6が互いにそれぞれ同一または異なっていてもよい炭素数1〜12のアルキル基またはフェニル基であるものを好適に用いることができる。 In addition, R 1 , R 2 , R 3 , R 4 , R 5, and R 6 can be preferably used wherein each is an alkyl group having 1 to 12 carbon atoms or a phenyl group, which may be the same or different from each other. .
本発明の有機エレクトロルミネッセンス素子は、一対の電極間に少なくとも一層の有機層を含む有機エレクトロルミネッセンス素子において、前記有機層のうち少なくとも一層がゲスト材料として蛍光またはリン光材料を、ホスト材料として上記本発明のカルバゾール誘導体を含有することを特徴とするものである。 The organic electroluminescent element of the present invention is an organic electroluminescent element including at least one organic layer between a pair of electrodes, wherein at least one of the organic layers is a fluorescent or phosphorescent material as a guest material and the above-mentioned book as a host material. It contains the carbazole derivative of the invention.
また、本発明の他の有機エレクトロルミネッセンス素子は、一対の電極間に少なくとも一層の有機層を含む有機エレクトロルミネッセンス素子において、前記有機層のうち少なくとも一層にキャリア輸送・注入材料として上記本発明のカルバゾール誘導体を含有することを特徴とするものである。 Another organic electroluminescent device of the present invention is an organic electroluminescent device including at least one organic layer between a pair of electrodes. It is characterized by containing a derivative.
本発明の有機半導体レーザー素子は、一対の電極間に少なくとも一層の有機層を含む有機半導体レーザー素子において、前記有機層のうち少なくとも一層がゲスト材料として蛍光またはリン光材料を、ホスト材料として上記本発明のカルバゾール誘導体を含有することを特徴とするものである。 The organic semiconductor laser element of the present invention is an organic semiconductor laser element including at least one organic layer between a pair of electrodes, wherein at least one of the organic layers is a fluorescent or phosphorescent material as a guest material and the above-mentioned book as a host material. It contains the carbazole derivative of the invention.
また、本発明の他の有機半導体レーザー素子は一対の電極間に少なくとも一層の有機層を含む有機半導体レーザー素子において、前記有機層のうち少なくとも一層にキャリア輸送・注入材料として上記本発明のカルバゾール誘導体を含有することを特徴とするものである。 Another organic semiconductor laser element of the present invention is an organic semiconductor laser element comprising at least one organic layer between a pair of electrodes, wherein the carbazole derivative of the present invention is used as a carrier transport / injection material in at least one of the organic layers. It is characterized by containing.
本発明のカルバゾール誘導体は熱安定性に優れた有機材料である。また、本発明のカルバゾール誘導体を使用することにより、発光効率および熱的安定性に優れた有機EL素子、有機半導体レーザー素子を得ることができる。 The carbazole derivative of the present invention is an organic material having excellent thermal stability. Moreover, by using the carbazole derivative of the present invention, an organic EL element and an organic semiconductor laser element excellent in luminous efficiency and thermal stability can be obtained.
本発明のカルバゾール誘導体は、下記一般式(1)、
で表されることを特徴とするものである。上記式中、R1、R2、R3、R4、R5およびR6は、互いにそれぞれ同一または異なっていてもよいアルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アルコキシ基またはアリール基であり、アルキル基、アルケニル基またはアルキニル基およびアルコキシ基のアルキル部は、直鎖状であっても、分岐していてもよい。R1、R2、R3、R4、R5およびR6は、好ましくは炭素数1〜12のアルキル基またはフェニル基である。アルキル基、アルコキシ基のアルキル部の具体例として、メチル基、エチル基、n−プロピル基、sec−プロピル基、n−ブチル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基、デシル基、ドデシル基等を挙げることができる。
The carbazole derivative of the present invention has the following general formula (1),
It is characterized by being represented by. In the above formula, R 1 , R 2 , R 3 , R 4 , R 5 and R 6 are each an alkyl group, alkenyl group, alkynyl group, alkoxy group or aryl group, which may be the same or different from each other, and alkyl The alkyl part of the group, alkenyl group or alkynyl group and alkoxy group may be linear or branched. R 1 , R 2 , R 3 , R 4 , R 5 and R 6 are preferably an alkyl group having 1 to 12 carbon atoms or a phenyl group. Specific examples of alkyl group and alkyl part of alkoxy group include methyl group, ethyl group, n-propyl group, sec-propyl group, n-butyl group, sec-butyl group, tert-butyl group, decyl group, dodecyl group, etc. Can be mentioned.
また、m、n、p、q、rおよびsは0〜4の整数を表す。但し、m、n、p、q、rおよびsがそれぞれ2〜4の整数である場合、R1、R2、R3、R4、R5およびR6は、それぞれにおいて同一でも異なっていてもよい。即ち、それぞれのベンゼン環において、種類の異なる置換基を有していてもよい。 Moreover, m, n, p, q, r, and s represent the integer of 0-4. However, when m, n, p, q, r and s are each an integer of 2 to 4, R 1 , R 2 , R 3 , R 4 , R 5 and R 6 are the same or different in each. Also good. That is, each benzene ring may have different types of substituents.
本発明のカルバゾール誘導体としては、例えば、m、n、p、q、rおよびsが0、即ち、置換基を有していないものや、m、n、pおよびqが1、rおよびsが0であるものを好適に使用することができる。本発明のカルバゾール誘導体の好適な具体例を以下に示す。
As the carbazole derivative of the present invention, for example, m, n, p, q, r and s are 0, that is, those having no substituent, m, n, p and q are 1, and r and s are What is 0 can be used conveniently. Preferred specific examples of the carbazole derivative of the present invention are shown below.
本発明のカルバゾール誘導体は、公知の合成方法を組み合わせることにより得ることができ、合成方法は特に限定されるものではない。本発明のカルバゾール誘導体の合成を、上記化合物(1−1)を例にとり下記の反応スキーム1に従い説明する。まず、アセチレンガスを、スキーム1中に記載されている(Ph3P)2PdCl2のような標準的なパラジウム触媒下で、1-ブロモ-4-ヨードベンゼン(a)と反応させることにより、ビス(4-ブロモフェニル)アセチレン(b)を得る(Journal of the American Chemical Society (2002), 124(29), 8661-8666参照)。次に得られたビス(4-ブロモフェニル)アセチレン(b)、カルバゾール(c)、炭酸カリウム、酢酸パラジウム、およびトリ-tert-ブチルホスフィンのトルエン懸濁液を窒素雰囲気下で還流することによりAce-CBP(d)を得ることができる。
The carbazole derivative of the present invention can be obtained by combining known synthesis methods, and the synthesis method is not particularly limited. The synthesis of the carbazole derivative of the present invention will be described according to the following
反応スキーム1
また、上記反応スキーム1は本発明のカルバゾール誘導体のうち、置換基を有していないものの合成方法であるが、置換基を有するカルバゾール誘導体を合成する場合には、目的のカルバゾール誘導体に応じて、化合物(a)、化合物(b)、化合物(c)に適宜、置換基を導入し、同様の操作を行うことにより得ることができる。置換基の導入は公知の合成方法に従い行うことができ、特に制限されるものではない。例えば、化合物(c)への置換基の導入は、置換基がtert-ブチル基である場合を下記反応スキーム2、メチル基である場合を下記反応スキーム3に従い行うことができる(Dalton Transactions (2003), (13), 2718-2727参照)。
Further, the
置換基がtert-ブチル基である場合は、まず、塩化アルミニウム(AlCl3)とカルバゾール(c)をジクロロメタン等の溶媒中に混濁させ撹拌する。撹拌後、2-クロロ-2-メチルプロパンを加え反応させ、常法に従い、精製することによりtert-ブチル基が置換された化合物(c−1)を得ることができる。 When the substituent is a tert-butyl group, aluminum chloride (AlCl 3 ) and carbazole (c) are first turbid in a solvent such as dichloromethane and stirred. After stirring, 2-chloro-2-methylpropane is added and reacted, followed by purification according to a conventional method, whereby the compound (c-1) in which the tert-butyl group is substituted can be obtained.
反応スキーム2
置換基がメチル基である場合は、下記反応スキーム3に従い、まず、カルバゾール(c)を臭素化し、化合物(c−2)を得た後、得られた化合物(c−2)の臭素をメチル基に置換することにより、目的の化合物(c−3)を得ることができる。
When the substituent is a methyl group, according to the following
反応スキーム3
なお、上記のようにして得られた本発明のカルバゾール誘導体は、有機ELに用いる際に高純度とする必要がある。例えば、化学的精製方法として、カラムクロマトグラフィー、再結晶法などが挙げられ、これらを繰り返し、高純度化する。これらの手法で取り除けない不純物や残留溶媒の影響がある場合には、昇華精製法を用いてもよい。 The carbazole derivative of the present invention obtained as described above needs to have high purity when used in organic EL. For example, as a chemical purification method, column chromatography, a recrystallization method, etc. are mentioned, These are repeated and highly purified. If there is an influence of impurities or residual solvent that cannot be removed by these methods, a sublimation purification method may be used.
本発明の有機EL素子は、一対の電極間に少なくとも一層の有機層を含む有機エレクトロルミネッセンス素子において、前記有機層のうち少なくとも一層がゲスト材料として蛍光またはリン光材料を、ホスト材料として上記本発明のカルバゾール誘導体を含有することを特徴とするものであるが、有機EL素子の形態は特に限定されるものではなく、図1に本発明の有機EL素子における積層構造の好適実施形態の模式図を示す。 The organic EL device of the present invention is an organic electroluminescence device comprising at least one organic layer between a pair of electrodes, wherein at least one of the organic layers is a fluorescent or phosphorescent material as a guest material and the present invention as a host material. However, the form of the organic EL element is not particularly limited, and FIG. 1 is a schematic diagram of a preferred embodiment of the laminated structure in the organic EL element of the present invention. Show.
図1(a)に示す有機EL素子10は、基板1の上に、陽極2、発光層4および陰極7が積層されている。陽極2および陰極7には、それぞれ導線(図示せず)が接続されており、導線の他端は電源(図示せず)に接続されている。
In the
図1(b)に示す有機EL素子10は、陽極2と発光層4の間に正孔輸送層3が積層されている以外は図1(a)と同様である。
The
図1(c)に示す有機EL素子10は、発光層4と陰極7の間に電子輸送層6が積層されている以外は図1と同様である。
The
図1(d)に示す有機EL素子10は、基板1の上に、陽極2、正孔輸送層3、発光層4、電子輸送層6および陰極7が積層されている。
In an
図1(e)に示す有機EL素子10は、基板1の上に、陽極2、正孔輸送層3、発光層4、励起子阻止層5、電子輸送層6および陰極7が積層されている。
In the
図1に示した有機EL素子の基板は、有機EL素子に一般的に使用されるものを使用することができ、特に制限されるものではないが、透明性、表面平滑性、防水性等に優れたガラス基板およびプラスチック基板が好ましい。 The substrate of the organic EL element shown in FIG. 1 can be one generally used for the organic EL element, and is not particularly limited, but has transparency, surface smoothness, waterproofness, etc. Excellent glass and plastic substrates are preferred.
陽極2は特に限定されないが、陽極の役割は正孔を正孔輸送層などの有機層に注入することであり、仕事関数が大きいものが好ましい。陽極2に用いることができる透明導電材料としては、例えば、導電性、光透過性、エッチング加工性等を考慮し、インジウムスズ酸化物(ITO:Indium Tin Oxide)により形成された透明電極等を好適に使用することができる。その他、インジウム亜鉛酸化物(IZO:In2O3-ZnO)等もあげることができる。また、陰極7も特に限定されないが、陰極7の役割は有機層への電子注入にあり、仕事関数が小さいものが好ましい。例えば、マグネシウム−銀合金電極、マグネシウム−インジウム合金電極、アルミニウム電極、薄い界面層とアルミニウム電極を組み合わせたものを好適に使用することができる。
The
本発明の有機EL素子は、陽極2および陰極7に挟まれた各層のうち、少なくとも一層に、蛍光またはリン光材料と、ホスト材料としての本発明のカルバゾール誘導体とを含むものであり、蛍光またはリン光材料と本発明のカルバゾール誘導体を含む層が発光層4であることが好ましいが、特に限定されるものではなく、それ以外の層が蛍光またはリン光材料と本発明のカルバゾール誘導体を含み、蛍光またはリン光材料に由来する発光を示しても良い。
The organic EL device of the present invention includes at least one of the layers sandwiched between the
ゲスト材料として使用する蛍光またはリン光材料は特に制限されるものではなく、例えば、蛍光材料としては、BSB−CN等を挙げることができる。また、リン光材料としては、イリジウム錯体を好適に使用することができる。イリジウム錯体としては、例えば、緑色の発光色を得ることができるIr(ppy)3、赤色の発光色を得ることができるBtp2Ir(acac)、青色の発光色を得ることができるFIrpicを挙げることができる。具体例としては、本発明のカルバゾール誘導体(1−1)はBSB−CNまたはBtp2Ir(acac)のホスト材料として好適に用いることができ、カルバゾール誘導体(1−2)はIr(ppy)3のホスト材料として好適に用いることができる。このように本発明のカルバゾール誘導体は、カルバゾール誘導体(1−1)を基本骨格とし、導入する置換基を変更することにより、様々な蛍光およびリン光材料のホスト材料として好適に使用することができる。 The fluorescent or phosphorescent material used as the guest material is not particularly limited, and examples of the fluorescent material include BSB-CN. As the phosphorescent material, an iridium complex can be suitably used. Examples of the iridium complex include Ir (ppy) 3 capable of obtaining a green emission color, Btp 2 Ir (acac) capable of obtaining a red emission color, and FIrpic capable of obtaining a blue emission color. be able to. As a specific example, the carbazole derivative (1-1) of the present invention can be suitably used as a host material for BSB-CN or Btp 2 Ir (acac), and the carbazole derivative (1-2) is Ir (ppy) 3. It can be suitably used as a host material. Thus, the carbazole derivative of the present invention can be suitably used as a host material for various fluorescent and phosphorescent materials by changing the substituent to be introduced using the carbazole derivative (1-1) as a basic skeleton. .
電子輸送材料は有機EL素子に一般的に使用されるものを使用することができ、特に制限されるものではない。電子輸送材料として例えば、Alq3を挙げることができる。ただし、Alq3を電子輸送層として用いる場合、Alq3が接する発光材料によっては発光層4の励起子がAlq3の一重項や三重項へエネルギー移動してしまうことがあるので、図1(e)に示すように励起子阻止層5を発光層4と電子輸送層6の間に挿入して用いることが好ましい。励起子阻止層5には、例えば、BCP(Bathocuproine)等の1,10-フェナンスロリン誘導体を用いることにより励起子の移動を防止することができる。また、励起子阻止層5には、その他、TAZ(3-phenyl-4-(1’-naphthyl)-5-phenyl-1,2,4-triazole)等のトリアゾール誘導体等も使用することができる。更に、電子輸送材料として、Alq3の他に、オキサジアゾール誘導体(tBu-PBD)、二量化、スターバースト化されたオキサジアゾール誘導体を挙げることができる。
As the electron transport material, those generally used for organic EL elements can be used, and are not particularly limited. For example, as an electron-transporting materials include Alq 3. However, when using Alq 3 as the electron-transporting layer, since the light emitting material is Alq 3 contact may excitons in the
正孔輸送材料は有機EL素子に一般的に使用されるものを使用することができ、特に制限されるものではない。例えば、芳香族アミン、特にトリアリールアミン誘導体を好適に挙げることができる。具体的には、α-NPD、m-MTDATA、2-TNATA、TCTA、スピロ-TAD、DPPD等を挙げることできる。 As the hole transport material, those generally used for organic EL elements can be used, and are not particularly limited. For example, aromatic amines, particularly triarylamine derivatives can be preferably mentioned. Specific examples include α-NPD, m-MTDATA, 2-TNATA, TCTA, spiro-TAD, DPPD, and the like.
また、CBPはバイポーラキャリア輸送性を有し、正孔輸送性のみならず、電子輸送性を示すことが知られており、本発明のカルバゾール誘導体も同様に正孔輸送性のみならず、電子輸送性を示す。これにより、本発明のカルバゾール誘導体はキャリア輸送・注入材料としても使用し得る。 CBP has a bipolar carrier transport property and is known to exhibit not only a hole transport property but also an electron transport property. The carbazole derivative of the present invention similarly has not only a hole transport property but also an electron transport property. Showing gender. Thereby, the carbazole derivative of the present invention can also be used as a carrier transport / injection material.
なお、発光層のみならず、キャリア輸送層、注入層にもドーピングを行ってもよい。例えば、正孔輸送層にルブレンをドーピングすることによってルブレンから発光が観測され、素子の発光効率が向上する。また、キャリア輸送層、注入層へのドーピングにより、素子の長寿命化、耐久性の向上等の効果を得ることができる。 In addition to the light emitting layer, the carrier transport layer and the injection layer may be doped. For example, by doping rubrene in the hole transport layer, light emission is observed from rubrene, and the light emission efficiency of the device is improved. Further, by doping the carrier transport layer and the injection layer, it is possible to obtain effects such as an increase in device life and an improvement in durability.
図1に模式的に示した有機EL素子は公知の製造方法により製造することができ特に製造方法は限定されない。正孔輸送層3、発光層4、励起子阻止層5および電子輸送層6は、例えば、真空蒸着法(熱蒸着法)、スピンキャスト法によるコーティング(スピンコート法)、ソルベントキャスト法等を好適に用いることができる。本発明のカルバゾール誘導体は熱安定性に優れているため、真空蒸着法またはスピンコート法を好適に使用することができる。
The organic EL device schematically shown in FIG. 1 can be manufactured by a known manufacturing method, and the manufacturing method is not particularly limited. For the
また、本発明の有機EL素子の使用方法も特に限定されないが、発光効率が高いため、ディスプレイ、屋内照明等に好適に使用でき、更には、本発明のカルバゾール誘導体は有機半導体レーザー素子にも好適に使用することができる。その他、様々な用途への応用が期待できる。 Also, the method of using the organic EL device of the present invention is not particularly limited. However, because of its high luminous efficiency, it can be suitably used for displays, indoor lighting, etc. Furthermore, the carbazole derivative of the present invention is also suitable for organic semiconductor laser devices. Can be used for In addition, application to various uses can be expected.
以下、本発明を実施例に基づき詳細に説明する。
合成例1
ビス(4-カルバゾイルフェニル)アセチレン(1−1)
まず、ビス(4-ブロモフェニル)アセチレン(3.32g、10mmol)、カルバゾール(3.5g、21mmol:メルク社製)、炭酸カリウム(8.3g、60mmol:和光純薬工業(株)製)、酢酸パラジウム(0.11g、0.5mmol:和光純薬工業(株)製)およびトリ-tert-ブチルホスフィン(0.4 g、2mmol:関東化学(株)製)のトルエン懸濁液(100mL:関東化学(株)製)を窒素雰囲気下で48時間還流した。次に、室温まで放冷後、トルエンをエバポレーターで留去し、残渣にクロロホルム(500mL)と水(500mL)を加えて分液した。有機層を無水硫酸ナトリウムで乾燥後、溶媒をエバポレーターで留去し、残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフィー(150g、クロロホルム100%)で精製した。さらに、トルエンから再結晶を2度行い、ビス(4-カルバゾイルフェニル)アセチレン(1−1)を無色結晶として得た(3.53g、収率69%)。
Hereinafter, the present invention will be described in detail based on examples.
Synthesis example 1
Bis (4-carbazoylphenyl) acetylene (1-1)
First, bis (4-bromophenyl) acetylene (3.32 g, 10 mmol), carbazole (3.5 g, 21 mmol: manufactured by Merck & Co.), potassium carbonate (8.3 g, 60 mmol: manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.), palladium acetate ( 0.11 g, 0.5 mmol: Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) and tri-tert-butylphosphine (0.4 g, 2 mmol: Kanto Chemical Co., Ltd.) in toluene suspension (100 mL: Kanto Chemical Co., Ltd.) Was refluxed for 48 hours under a nitrogen atmosphere. Next, after allowing to cool to room temperature, toluene was distilled off with an evaporator, and chloroform (500 mL) and water (500 mL) were added to the residue for liquid separation. The organic layer was dried over anhydrous sodium sulfate, the solvent was distilled off with an evaporator, and the residue was purified by silica gel column chromatography (150 g, chloroform 100%). Further, recrystallization from toluene was performed twice to obtain bis (4-carbazoylphenyl) acetylene (1-1) as colorless crystals (3.53 g, yield 69%).
合成例2
ビス{4-(3,6-ジ-tert-ブチルカルバゾイル)フェニル}アセチレン(1−2)
カルバゾールに代えて、3,6-ジ-tert-ブチルカルバゾールを使用した以外は合成例1と同様の操作を行った。なお、使用した試薬の量はビス(4-ブロモフェニル)アセチレン(0.61g、1.82mmol)、3,6-ジ-tert-ブチルカルバゾール(1.02 g、3.65mmol)、炭酸カリウム(1.47 g、10.6mmol)、酢酸パラジウム(20mg、0.09mmol)、トリ-tert-ブチルホスフィン(69 mg、0.34mmol)、トルエン(25mL)である。反応時間20時間であり、ビス{4-(3,6-ジ-tert-ブチルカルバゾイル)フェニル}アセチレン(1−2)を無色結晶として得た(収量0.93g、収率69%)。
Synthesis example 2
Bis {4- (3,6-di-tert-butylcarbazoyl) phenyl} acetylene (1-2)
The same operation as in Synthesis Example 1 was performed except that 3,6-di-tert-butylcarbazole was used in place of carbazole. The amounts of reagents used were bis (4-bromophenyl) acetylene (0.61 g, 1.82 mmol), 3,6-di-tert-butylcarbazole (1.02 g, 3.65 mmol), potassium carbonate (1.47 g, 10.6 mmol). ), Palladium acetate (20 mg, 0.09 mmol), tri-tert-butylphosphine (69 mg, 0.34 mmol), toluene (25 mL). The reaction time was 20 hours, and bis {4- (3,6-di-tert-butylcarbazoyl) phenyl} acetylene (1-2) was obtained as colorless crystals (yield 0.93 g, yield 69%).
光物性およびOLED特性の評価
(光物性の評価方法)
基板として、縦4.0cm横2.0cmまたは縦1.0cm横1.6cmの石英基板(吸収・蛍光スペクトル測定用) 、縦3.0cm横3.0cmのガラス基板 (イオン化ポテンシャル測定用)、縦1.3cm横1.3cmのシリコン基板(ストリークカメラ測定用)、縦1.0cm横1.6cmの石英基板(PL量子効率測定用)、縦2.6cm横2.0cmのガラス基板 (ASE測定用)を用いた。基板は以下の方法により洗浄した。まず、中性洗剤 (クリーンエース、井内盛栄堂(株)製)を用いて指洗いを行った。次に、中性洗剤と蒸留水を用いて超音波洗浄を5分間行い蒸留水で濯ぎ、蒸留水で再度、超音波洗浄を5分間行った。次に、超音波洗浄をアセトンにより2回、イソプロパノールにより1回、それぞれ5分間行った。次に、イソプロパノ−ルを用いて煮沸洗浄を行い、基板にドライエアーを吹きかけ乾燥させ、基板ホルダーに基板を取り付けた。
Evaluation of optical properties and OLED characteristics (Evaluation method of optical properties)
As a substrate, a quartz substrate of 4.0 cm in length and 2.0 cm in width or 1.6 cm in length and 1.6 cm in width (for measuring absorption and fluorescence spectra), a glass substrate of 3.0 cm in length and 3.0 cm in width (for measuring ionization potential), 1.3 cm in length and 1.3 cm in width A silicon substrate (for streak camera measurement), a quartz substrate 1.0 cm long and 1.6 cm wide (for PL quantum efficiency measurement), and a glass substrate 2.6 cm long and 2.0 cm wide (for ASE measurement) were used. The substrate was cleaned by the following method. First, finger washing was performed using a neutral detergent (Clean Ace, manufactured by Iuchi Seieido Co., Ltd.). Next, ultrasonic cleaning was performed for 5 minutes using neutral detergent and distilled water, rinsed with distilled water, and ultrasonic cleaning was again performed for 5 minutes with distilled water. Next, ultrasonic cleaning was performed twice with acetone and once with isopropanol for 5 minutes each. Next, boiling cleaning was performed using isopropanol, the substrate was dried by blowing dry air, and the substrate was attached to the substrate holder.
有機層成膜は真空蒸着機 (Advanced Lab System)を使用し、タングステンボートの中に有機物を入れ蒸着機にセットし、真空度3×10-3Paの条件下において基板回転速度は20rpmに設定し、蒸着物質を約10nm捨てた後シャッターを開き基板上に100nm成膜した。
For organic layer deposition, use a vacuum deposition machine (Advanced Lab System), place an organic substance in a tungsten boat, set it in the deposition machine, and set the substrate rotation speed to 20 rpm under the condition of
基礎物性の測定は下記の手順により行った。
(1)吸収スペクトルの測定
吸収スペクトルは、UV-VIS-NIR Recording Spectrophotometer UV-3100 (島津製作所製)を用いて測定を行った。
(2)蛍光スペクトルの測定
蛍光スペクトルは、FP-6500-A-ST (ジャスコ社製)を用いて測定を行った。
(3)リン光スペクトルの測定
リン光スペクトルは、337nmの窒素ガスレーザ、材料の吸収が少ない場合には266nmのNd:YAGレーザを励起光として使用し、クライオスタット(PS23SS,ダイキン工業(株)製)を用い5Kの温度に冷却し、Streak camera (C4334, 浜松ホトニクス社製)を用いリン光スペクトルの測定を行った。
(4)溶液中におけるリン光スペクトル測定
EPA(diethyl ether:Isopentane:ethanol= 5:5:2)溶液中に本発明のホスト材料を1×10-4mol/lで溶解させ、液体窒素 (T=77K)で冷却しFP-6500-A-ST (ジャスコ社製)を用いて測定した。
(5)イオン化ポテンシャル(IP)の測定
IPは表面分析装置AC-1 (理研計器(株)製)を用いて測定を行った。また、6.3eV以上のIPにおいてはAC-3 (理研計器(株)製)を用いた。
(6)内部量子効率測定
内部量子効率は、積分球(IS-060,Labsphere Co.)を用い、窒素雰囲気下において石英基板上に100nm蒸着したサンプルを用いた。励起光として波長325nmのHe-Cdレーザ(IK5651R-G, Kimmon Electric Co. Ltd.)を用いて測定を行った。
(7)ASE測定
波長337nmの窒素ガスレーザ(MNL200, Laser Technik Berlin, pulse width:〜500ps、repetition rate:20Hz)を励起光源として用いサンプルを光励起した。励起光はシリンドリカルレンズによって0.1cm×0.5cmの大きさに集光し、サンプルへストライプ状に集光して照射した。そしてサンプルからの発光はMulti-channel photodiode(PMA-11, 浜松ホトニクス社製)によって端面からASEを観測した。湿気と酸素による有機層の劣化を防ぐために、真空チャンバを用い、窒素雰囲気下で測定を行った。NDフィルターを用いて、入射光強度を0.01%〜100%の間で変化させ、上記の要領でスペクトルを測定し、それぞれのスペクトルのピーク強度を求め、入射光強度vsピーク強度のグラフを作成し,ピーク強度の急激な変化に対して2本の近似線を引き、その交点からASE閾値を算出した。入射光強度は、下記の式から求めた。単層膜は有機層側から光を照射した。
入射光強度(μJ/cm2)=レーザー出力(μJ/pulse)×石英板透過率×有機層層吸収率×面積補正
(8)ストリーク測定
サンプルをクライオスタット(PS23SS, ダイキン工業(株)製)にセットし、ストリークカメラ(C4334, 浜松ホトニクス社製)を用い、波長337nmの窒素ガスレーザ(MNL200, Laser Technik Berlin, pulse width〜500ps, repetition rate: 20Hz)を励起光とし、300Kで真空度〜10-1Pa下にて測定を行った。
The basic physical properties were measured according to the following procedure.
(1) Measurement of absorption spectrum The absorption spectrum was measured using UV-VIS-NIR Recording Spectrophotometer UV-3100 (manufactured by Shimadzu Corporation).
(2) Measurement of fluorescence spectrum The fluorescence spectrum was measured using FP-6500-A-ST (manufactured by Jusco).
(3) Measurement of phosphorescence spectrum The phosphorescence spectrum is a cryostat (PS23SS, manufactured by Daikin Industries, Ltd.) using a 337 nm nitrogen gas laser, or a 266 nm Nd: YAG laser as the excitation light when the material absorption is low. Was cooled to a temperature of 5K, and phosphorescence spectrum was measured using a Streak camera (C4334, manufactured by Hamamatsu Photonics).
(4) Phosphorescence spectrum measurement in solution
The host material of the present invention is dissolved in EPA (diethyl ether: Isopentane: ethanol = 5: 5: 2) solution at 1 × 10 -4 mol / l, cooled with liquid nitrogen (T = 77K) and FP-6500- Measurement was performed using A-ST (manufactured by Jusco).
(5) Measurement of ionization potential (IP)
IP was measured using a surface analyzer AC-1 (manufactured by Riken Keiki Co., Ltd.). AC-3 (manufactured by Riken Keiki Co., Ltd.) was used for IP of 6.3 eV or higher.
(6) Measurement of internal quantum efficiency The internal quantum efficiency was measured using a sample deposited on a quartz substrate in a nitrogen atmosphere using an integrating sphere (IS-060, Labsphere Co.). Measurement was performed using a He—Cd laser (IK5651R-G, Kimmon Electric Co. Ltd.) having a wavelength of 325 nm as excitation light.
(7) ASE measurement A sample was photoexcited using a nitrogen gas laser with a wavelength of 337 nm (MNL200, Laser Technik Berlin, pulse width: ~ 500 ps, repetition rate: 20 Hz) as an excitation light source. The excitation light was condensed to a size of 0.1 cm × 0.5 cm by a cylindrical lens, and the sample was condensed and irradiated in a stripe shape. The light emission from the sample was observed from the end face by a multi-channel photodiode (PMA-11, manufactured by Hamamatsu Photonics). In order to prevent deterioration of the organic layer due to moisture and oxygen, measurements were performed in a nitrogen atmosphere using a vacuum chamber. Using an ND filter, change the incident light intensity between 0.01% and 100%, measure the spectrum as described above, determine the peak intensity of each spectrum, and create a graph of incident light intensity vs. peak intensity. , Two approximate lines were drawn for a sudden change in peak intensity, and the ASE threshold was calculated from the intersection. The incident light intensity was obtained from the following equation. The single layer film was irradiated with light from the organic layer side.
Incident light intensity (μJ / cm 2 ) = Laser output (μJ / pulse) × Quartz plate transmittance × Organic layer absorption rate × Area correction (8) Streak measurement Sample is cryostat (PS23SS, manufactured by Daikin Industries, Ltd.) set, a streak camera (C4334, Hamamatsu Photonics Co., Ltd.) using a nitrogen gas laser having a wavelength of 337nm (MNL200, Laser Technik Berlin, pulse width~500ps, repetition rate: 20Hz) to an excitation light, the degree of vacuum to 10 by 300K - Measurement was performed under 1 Pa.
(OLED特性の評価方法)
まず、ITO基板(ITOの膜厚110nm)をガラスカッターにより縦1.3cm横1.3cmにカットした。基板の洗浄は、基板にドライエアーを吹きかけ乾燥させる工程までは光物性の評価に用いた基板と同様の操作を行った。次に、UV-オゾンクリーナー(Nippon Laser and Electric Lab.社製)を用いてUV-オゾン処理を14分30秒行い、基板ホルダーに基板を取り付けた。有機層成膜も光物性の評価と同様の操作により、所定の膜厚に成膜した。デバイス構造はITO/ホール注入(輸送)層(HIL and HTL)/発光層(EML)/電子注入(輸送)層(EIL and ETL)/陰極のダブルへテロ構造を用いた。
(OLED characteristics evaluation method)
First, an ITO substrate (ITO film thickness 110 nm) was cut into a length of 1.3 cm and a width of 1.3 cm using a glass cutter. The substrate was washed by the same operation as that of the substrate used for the evaluation of the optical properties up to the step of drying the substrate by blowing dry air. Next, UV-ozone treatment was performed for 14 minutes 30 seconds using a UV-ozone cleaner (Nippon Laser and Electric Lab.), And the substrate was attached to the substrate holder. The organic layer was also formed to a predetermined thickness by the same operation as the evaluation of optical properties. The device structure was ITO / hole injection (transport) layer (HIL and HTL) / light emitting layer (EML) / electron injection (transport) layer (EIL and ETL) / cathode double heterostructure.
材料は、ホール輸送層としてα-NPD(4,4’-bis[N-(1-naphthyl)-N-phenyl-amino]biphenyl)またはTPD、電子輸送層としてAlq3(Tris-(8-hydroxyquinoline)aluminum)を用いた。さらに発光材料としては、蛍光材料のBSB-CN(1,4-dini-trile-2,5-bis(4-(bis(4-methoxyphenyl)amino)styryl)benzene)、緑色リン光材料のIr(ppy)3または赤色リン光材料のBtp2Ir(acac)をゲスト分子として使用し、そのホスト材料として本発明のカルバゾール誘導体を用いた。また、電子輸送性とホールブロッキング性を有するBCP(2,9-dimethy-4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline)を用いた。 The materials are α-NPD (4,4'-bis [N- (1-naphthyl) -N-phenyl-amino] biphenyl) or TPD as the hole transport layer, and Alq 3 (Tris- (8-hydroxyquinoline) as the electron transport layer. ) aluminum). Furthermore, as a luminescent material, fluorescent material BSB-CN (1,4-dini-trile-2,5-bis (4- (bis (4-methoxyphenyl) amino) styryl) benzene), green phosphorescent material Ir ( ppy) 3 or red phosphorescent material Btp 2 Ir (acac) was used as a guest molecule, and the carbazole derivative of the present invention was used as its host material. Further, BCP (2,9-dimethy-4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline) having an electron transporting property and a hole blocking property was used.
電極製膜は、有機物を蒸着した後、直径1mmの穴の開いたシャドウマスクを基板上に取り付け、真空蒸着機内の基板ホルダーに固定した。その際、陰極であるMgとAgをステンレスボートとタングステンボートにそれぞれセットし、蒸着機内に固定した。3×10-3 Paに到達した後、Agに電流を流して0.03nm/secの蒸着速度に安定させた。次に、Mgに電流を流してAgの蒸着速度との合計0.33nm/secの蒸着速度にした。その後、シャッターを開き基板上にMg:Agの合金を100nm蒸着し、更に保護層としてAgを0.1nm/secで10nm蒸着した。 Electrode deposition was performed by depositing an organic substance, and then attaching a shadow mask having a hole with a diameter of 1 mm on the substrate and fixing it to a substrate holder in a vacuum deposition apparatus. At that time, the cathodes Mg and Ag were set in a stainless steel boat and a tungsten boat, respectively, and fixed in the vapor deposition machine. After reaching 3 × 10 −3 Pa, a current was passed through Ag to stabilize the deposition rate at 0.03 nm / sec. Next, a current was passed through Mg to obtain a deposition rate of 0.33 nm / sec in total with the deposition rate of Ag. Thereafter, the shutter was opened, and an Mg: Ag alloy was deposited on the substrate to a thickness of 100 nm. Further, Ag was deposited to a thickness of 10 nm at a thickness of 0.1 nm / sec as a protective layer.
OLED特性の測定は下記の手順により行った。
(1)発光スペクトル測定方法
OLEDを10mA/cm2で発光させ、発光スペクトルをOcean Optics社製USB2000を用いて測定を行った。
(2)電流・電圧・輝度の測定方法
電流(I)-電圧(V)はAgilent社製4155C Semiconductor Analyzerで測定し、輝度(L)はシリコンフォトダイオードを用い4155C Semiconductor Analyzerに出力した。発光波長によるディテクターの補正値としてELスペクトルの最大発光波長をNewport社製Multi-Function Optical Meter model 1835-Cに入力して補正を行った。
The OLED characteristics were measured according to the following procedure.
(1) Emission spectrum measurement method
The OLED was made to emit light at 10 mA / cm 2 and the emission spectrum was measured using a USB2000 manufactured by Ocean Optics.
(2) Current / Voltage / Luminance Measurement Method Current (I) -voltage (V) was measured with Agilent 4155C Semiconductor Analyzer, and luminance (L) was output to 4155C Semiconductor Analyzer using a silicon photodiode. Correction was performed by inputting the maximum emission wavelength of the EL spectrum as a correction value of the detector based on the emission wavelength into a Multi-Function Optical Meter model 1835-C manufactured by Newport.
合成例1にて合成したビス(4-カルバゾイルフェニル)アセチレン(1−1)(以下、「Ace-CBP」と称する)を上記方法により測定した結果、イオン化ポテンシャル(IP)は、HOMO=5.8eV、LUMO=2.8eV、内部量子効率(ηPL)=61%、蛍光寿命(τ1)=0.494ns、リン光寿命(τ2)=1.274nsであった。また、図2にAce-CBPの吸収スペクトルおよび蛍光スペクトルを示し、図3にm-CP、CBPと共にリン光スペクトルを示す。なお、Ace-CBPのリン光スペクトルをT=5Kにおいて測定したところ、単層膜ではリン光は測定できなかったため、Ir(ppy)3の三重項増感作用を利用し、25wt%-Ir(ppy)3:Ace-CBPで共蒸着膜のPLスペクトルを測定した結果を示している。T=5Kにおいてリン光発光(λphos.=620nm)を観測することができた。また、図4に、図2または3にて示したスペクトルと共にEPA溶液中における蛍光スペクトルおよびリン光スペクトルを示す。なお、図4(a)は蛍光スペクトルを、図4(b)はリン光スペクトルを示している。 As a result of measuring bis (4-carbazoylphenyl) acetylene (1-1) (hereinafter referred to as “Ace-CBP”) synthesized in Synthesis Example 1 by the above method, the ionization potential (IP) was HOMO = 5.8. eV, LUMO = 2.8 eV, internal quantum efficiency (η PL ) = 61%, fluorescence lifetime (τ 1 ) = 0.494 ns, phosphorescence lifetime (τ 2 ) = 1.274 ns. FIG. 2 shows the absorption spectrum and fluorescence spectrum of Ace-CBP, and FIG. 3 shows the phosphorescence spectrum together with m-CP and CBP. In addition, when the phosphorescence spectrum of Ace-CBP was measured at T = 5K, phosphorescence could not be measured with a single layer film, so the triplet sensitizing action of Ir (ppy) 3 was used, and 25 wt% -Ir ( ppy) 3 : shows the result of measuring the PL spectrum of the co-deposited film with Ace-CBP. Phosphorescence emission (λphos. = 620nm) could be observed at T = 5K. FIG. 4 shows the fluorescence spectrum and phosphorescence spectrum in the EPA solution together with the spectrum shown in FIG. 4A shows the fluorescence spectrum, and FIG. 4B shows the phosphorescence spectrum.
次にホストとして本発明のAce-CBPを、ゲストとして緑色リン光材料のIr(ppy)3を使用した本発明の有機EL素子(ITO(110nm)/TPD(50nm)/Ir(ppy)3[10wt%]:Ace-CBP(20nm)/BCP(10nm)/Alq3(30nm)/MgAg(100nm)/Ag(10nm))の測定結果を示す。図5には電流密度と外部量子効率の関係を、図6には電圧と電流密度の関係を、図7には波長と発光強度の関係を示す。その結果、最大外部量子効率(ηext)は0.15%に留まった。そこで、6wt%-Ir(ppy)3:Ace-CBPのPLスペクトルを測定したところIr(ppy)3の発光は観察されず、Ir(ppy)3の三重項励起子がAce-CBPの三重項レベルへエネルギー移動し、消失されていることが示唆された。 Next, the organic EL device of the present invention (ITO (110 nm) / TPD (50 nm) / Ir (ppy) 3 [[Ace-CBP] of the present invention as a host and Ir (ppy) 3 of a green phosphorescent material as a guest) 10 wt%]: Ace-CBP (20 nm) / BCP (10 nm) / Alq 3 (30 nm) / MgAg (100 nm) / Ag (10 nm)). FIG. 5 shows the relationship between current density and external quantum efficiency, FIG. 6 shows the relationship between voltage and current density, and FIG. 7 shows the relationship between wavelength and emission intensity. As a result, the maximum external quantum efficiency (η ext ) remained at 0.15%. Therefore, when PL spectrum of 6wt% -Ir (ppy) 3 : Ace-CBP was measured, Ir (ppy) 3 emission was not observed, and Ir (ppy) 3 triplet exciton was triplet of Ace-CBP. It was suggested that energy was transferred to the level and disappeared.
次にホストとして本発明のAce-CBPを、ゲストとして赤色リン光材料のBtp2Ir(acac)を使用した本発明の有機EL素子(ITO(110nm)/TPD(50nm)/Btp2Ir(acac)[10wt%]:Ace-CBP(20nm)/ BCP(10nm)/Alq3(30nm)/MgAg(100nm)/Ag(10nm))の測定結果を示す。図8には電流密度と外部量子効率の関係を、図9には電圧と電流密度の関係を、図10には波長と発光強度の関係を示す。その結果、ηextは4.5%であった。また、6wt%-Btp2Ir(acac):Ace-CBPのPLスペクトルを測定したところ、ηPLは30%であった。これらの結果よりAce-CBPは、赤色リン光材料のホストとしては有用であることが確認された。 Next, the organic EL device of the present invention (ITO (110 nm) / TPD (50 nm) / Btp 2 Ir (acac)) using Ace-CBP of the present invention as a host and Btp 2 Ir (acac) of a red phosphorescent material as a guest. ) [10 wt%]: Ace-CBP (20 nm) / BCP (10 nm) / Alq 3 (30 nm) / MgAg (100 nm) / Ag (10 nm)). FIG. 8 shows the relationship between current density and external quantum efficiency, FIG. 9 shows the relationship between voltage and current density, and FIG. 10 shows the relationship between wavelength and emission intensity. As a result, η ext was 4.5%. Further, when the PL spectrum of 6 wt% -Btp 2 Ir (acac): Ace-CBP was measured, η PL was 30%. From these results, it was confirmed that Ace-CBP is useful as a host of a red phosphorescent material.
合成例2にて合成したビス{4-(3,6-ジ-tert-ブチルカルバゾイル)フェニル}アセチレン(1−2)(以下、「tBu-Ace-CBP」と称する)を上記方法と同様に測定した結果、イオン化ポテンシャル(IP)は、HOMO>6.2eV、ηPL=37.5%、τ1=0.378ns、τ2=1.040nsであった。また、図11にtBu-Ace-CBPの吸収スペクトル、蛍光スペクトルおよびリン光スペクトルを、図12に、図11にて示したスペクトルと共にEPA溶液中における蛍光スペクトルおよびリン光スペクトルを示す。なお、図12(a)は蛍光スペクトルを、図12(b)はリン光スペクトルを示している。 Bis {4- (3,6-di-tert-butylcarbazoyl) phenyl} acetylene (1-2) (hereinafter referred to as “tBu-Ace-CBP”) synthesized in Synthesis Example 2 is the same as the above method. As a result, the ionization potential (IP) was HOMO> 6.2 eV, η PL = 37.5%, τ 1 = 0.378 ns, and τ 2 = 1.040 ns. FIG. 11 shows the absorption spectrum, fluorescence spectrum and phosphorescence spectrum of tBu-Ace-CBP, and FIG. 12 shows the fluorescence spectrum and phosphorescence spectrum in the EPA solution together with the spectrum shown in FIG. 12A shows a fluorescence spectrum, and FIG. 12B shows a phosphorescence spectrum.
次にホストとして本発明のtBu-Ace-CBPを、ゲストとして緑色リン光材料のIr(ppy)3を使用した本発明の有機EL素子(ITO(110nm)/TPD(50nm)/Ir(ppy)3[6wt%]:t-buAce-CBP(20nm)/ BCP(10nm)/Alq3(30nm)/MgAg(100nm)/Ag(10nm))の測定結果を示す。図13には電流密度と外部量子効率の関係を、図14には電圧と電流密度の関係を、図15には波長と発光強度の関係を示す。また、Ir(ppy)3[6wt%]:tBu-Ace-CBPのPLスペクトルを測定したところ、ηPLは72%であった。これらの結果よりtBu-Ace-CBPは、緑色リン光材料のホストとしては有用であることが確認された。 Next, the organic EL device of the present invention (ITO (110 nm) / TPD (50 nm) / Ir (ppy)) using tBu-Ace-CBP of the present invention as a host and Ir (ppy) 3 of a green phosphorescent material as a guest 3 [6 wt%]: t-buAce-CBP (20 nm) / BCP (10 nm) / Alq 3 (30 nm) / MgAg (100 nm) / Ag (10 nm)) is shown. FIG. 13 shows the relationship between current density and external quantum efficiency, FIG. 14 shows the relationship between voltage and current density, and FIG. 15 shows the relationship between wavelength and emission intensity. Further, when the PL spectrum of Ir (ppy) 3 [6 wt%]: tBu-Ace-CBP was measured, η PL was 72%. These results confirm that tBu-Ace-CBP is useful as a host for green phosphorescent materials.
次にホストとして本発明のAce-CBPを、ゲストとして蛍光材料のBSB-CNを使用した本発明の有機EL素子(ITO(110nm)/α-NPD(30nm)/BSB-CN:Ace-CBP:(20nm)/BCP(20nm)/Alq3(30nm)/MgAg(100nm)/Ag(10nm))の測定結果を示す。図16には電流密度と外部量子効率の関係を、図17には電圧と電流密度の関係を、図18には波長と発光強度の関係を示す。その結果、ηextは3.0%と高効率であった。このことからアセチレン連結基の導入された本発明のカルバゾール誘導体は、蛍光材料のホスト材料としても有用であることが分かる。 Next, the organic EL element of the present invention (ITO (110 nm) / α-NPD (30 nm) / BSB-CN: Ace-CBP :) using Ace-CBP of the present invention as a host and the fluorescent material BSB-CN as a guest (20 nm) / BCP (20 nm) / Alq 3 (30 nm) / MgAg (100 nm) / Ag (10 nm)) is shown. FIG. 16 shows the relationship between current density and external quantum efficiency, FIG. 17 shows the relationship between voltage and current density, and FIG. 18 shows the relationship between wavelength and emission intensity. As a result, η ext was as high as 3.0%. This shows that the carbazole derivative of the present invention into which an acetylene linking group has been introduced is also useful as a host material for a fluorescent material.
次に有機半導体レーザーの活性層としてAce-CBPを用いた場合の特性について示す。図19にガラス基板上に100nmの6wt%-BSB-CN:Ace-CBP共蒸着膜のPLスペクトルを示す。約570nmをピークとしたBSB-CNに基づく蛍光発光が観測され、ηPLは65±2%であった。一方、窒素ガスレーザーにより励起強度を増していった場合、図20に示すように発光スペクトルの急激な先鋭化が見られ、ASE発振が観測された。また、図21に示す励起強度−発光強度特性の関係からASE発振の閾値は約3.5μJ/cm2に存在することがわかった。この値は従来の材料に比べ低い値であり、Ace-CBPが有機半導体レーザーの活性層として有効であることが示された。
Next, the characteristics when Ace-CBP is used as the active layer of an organic semiconductor laser are shown. FIG. 19 shows a PL spectrum of a 100
1 基板
2 陽極
3 正孔輸送層
4 発光層
5 励起子阻止層
6 電子輸送層
7 陰極
10 有機EL素子
DESCRIPTION OF
Claims (6)
(上記式中、R1、R2、R3、R4、R5およびR6は、互いにそれぞれ同一または異なっていてもよいアルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アルコキシ基、アリール基であり、m、n、p、q、rおよびsは0〜4の整数を表す。但し、m、n、p、q、rおよびsがそれぞれ2〜4の整数である場合、R1、R2、R3、R4、R5およびR6は、それぞれにおいて同一でも異なっていてもよい。)で表されることを特徴とするカルバゾール誘導体。 The following general formula (1),
(In the above formula, R 1 , R 2 , R 3 , R 4 , R 5 and R 6 are each an alkyl group, an alkenyl group, an alkynyl group, an alkoxy group or an aryl group, which may be the same or different from each other; m, n, p, q, r and s represent an integer of 0 to 4, provided that when m, n, p, q, r and s are each an integer of 2 to 4, R 1 , R 2 , R 3 , R 4 , R 5 and R 6 may be the same or different from each other.)
An organic semiconductor laser element comprising at least one organic layer between a pair of electrodes, wherein the carbazole derivative according to claim 1 or 2 is contained in at least one of the organic layers as a carrier transport / injection material. Semiconductor laser element.
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