JP2007016237A - 有機el装置とそれに用いる材料 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、有機EL装置に関する。特に、有機EL装置の発光層と正孔ブロッキング層に用いる材料に関する。
有機EL装置の開発が進められている。有機EL装置は、有機発光材料の発光性質を利用する。有機EL装置は、主に、一対の電極と、有機発光層を備えている。有機発光層は、発光材料を含む。透明陽極と金属陰極との間に通電すると、発光材料の電子と正孔が結合して励起子を発生し、発光材料が発光する。
しかしながら、今日、いくつかの問題が、大部分の有機EL装置に見つかっている。その問題は、特に、発光材料の安定性と効率に関する。有機EL装置に使用される発光材料として、トリス(8−キノリノール)アルミニウム(AlQ3)のホスト材料と、蛍光材料がドープされたゲスト材料を含むものが知られている。あるいは、4,4’−N,N’−ジカルバゾール−ビフェニル(CBP)のホスト材料と、燐光材料がドープされたゲスト材料を含むものが知られている。発光効率は、一般的に、蛍光材料を利用する場合よりも、燐光材料のドープされたゲスト材料を利用する場合の方が高い。しかしながら、利用されるCBPは、容易に結晶化現象を誘導するという問題がある。結晶化現象は、有機EL装置の明るさを低下させるだけでなく、デバイスの寿命を顕著に縮めてしまう。
本発明は、有機EL装置の発光層に用いるホスト材料であって、容易に結晶化しないホスト材料を提供することを目的とする。
本発明は、有機EL装置の正孔ブロッキング層に用いる正孔ブロッキング材料であって、フルカラー表示に適した正孔ブロッキング材料を提供することを目的とする。
本発明は、より長寿命の有機EL装置を提供することを目的とする。
本発明は、上記した目的の少なくとも一つを達成する。
本発明は、有機EL装置の正孔ブロッキング層に用いる正孔ブロッキング材料であって、フルカラー表示に適した正孔ブロッキング材料を提供することを目的とする。
本発明は、より長寿命の有機EL装置を提供することを目的とする。
本発明は、上記した目的の少なくとも一つを達成する。
本発明は、有機EL装置の発光層に用いるホスト材料を提供する。このホスト材料は、下記式(1)で表現されるフルオレン化合物を含有する。
上式(1)において、Ar1とAr2は、各々6〜12個の炭素原子を有する置換可能なアリール基を含んでおり、G1とG2は、各々6〜24個の炭素原子を有する置換可能なアリール基、置換可能なアミノ基、置換可能なホウ素基、又は3〜18個の炭素原子を有するシリル基を含んでおり、nは1〜4の整数を示している。
好適には、上記したAr1とAr2の置換可能なアリール基は、フェニル、ビフェニル、トリル、ナフチル、アントラニル、およびフェナントリルからなる群から選択される。
好適には、上記した置換可能なアミノ基は、6〜24個の炭素原子を有する置換可能なアリール基を含んでいる。
好適には、上記した置換可能なホウ素基は、6〜12個の炭素原子を有する置換可能なアリール基を含んでいる。
発光層は、さらにドーパントを含むことが好ましい。ドーパントは、下記の化1から化8に示す化学式によって表現されるFIr(pic)3、Ir(ppy)3、Ir(m−ppy)3、Ir(btp)2(acac)、Ir(btp)3、Ir(DBQ)2(acac)、PtOEP、Ir(tpy)2(pz2BEt2)、Ir(tpy)2(pz2BPh2)、Ir(piq)2(acac)、Ir(piq−F)2(acac)、Ir(pbq−F)2(acac)、Ir(piq−F)3、Ir(piq)3、Ir(pbq−F)3の少なくとも2種を含むことが好ましい。
本発明は、有機EL装置に適用できる正孔ブロッキング材料を提供する。この正孔ブロッキング材料は、上記した式(1)で表現されるフルオレン化合物を含んでいる。
ここでも同様に、Ar1とAr2は、各々6〜12個の炭素原子を有する置換可能なアリール基を含んでおり、G1とG2は、各々6〜24個の炭素原子を有する置換可能なアリール基、置換可能なアミノ基、置換可能なホウ素基、又は3〜18個の炭素原子を有するシリル基を含んでおり、式中のnは、1〜4の整数であることが好ましい。
ここでも同様に、Ar1とAr2は、各々6〜12個の炭素原子を有する置換可能なアリール基を含んでおり、G1とG2は、各々6〜24個の炭素原子を有する置換可能なアリール基、置換可能なアミノ基、置換可能なホウ素基、又は3〜18個の炭素原子を有するシリル基を含んでおり、式中のnは、1〜4の整数であることが好ましい。
好適には、上記したAr1とAr2の置換可能なアリール基は、フェニル、ビフェニル、トリル、ナフチル、アントラニル、およびフェナントリル(phenanthryl)からなる群から選択される。
好適には、上記した置換可能なアミノ基は、6〜24個の炭素原子を有する置換可能なアリール基を含んでいる。
好適には、上記した置換可能なホウ素基は、6〜12個の原子を有する置換可能なアリール基を含んでいる。
本発明は、有機EL装置を提供する。この有機EL装置は、基板と、基板上に配置された陽極と、陽極上に配置された有機発光層と、有機発光層上に配置された陰極を備えている。そして、有機発光層は、先に示した式(1)で表現されるフルオレン化合物を含んでいる。
この有機EL装置は、さらに、陰極と有機発光層との間に配置された正孔ブロッキング層を備えることが好ましい。そして、正孔ブロッキング層は、上記した式(1)で表現されるフルオレン化合物を含むことが好ましい。
この有機EL装置は、さらに、正孔ブロッキング層と陰極との間に配置された電子輸送層を備えることが好ましい。
この有機EL装置は、さらに、電子輸送層と陰極との間に配置された電子注入層を備えることが好ましい。
この有機EL装置は、さらに、陽極と有機発光層との間に配置された正孔輸送層を備えることが好ましい。
この有機EL装置は、さらに、陽極と正孔輸送層との間に配置された正孔注入層を備えることが好ましい。
この有機EL装置は、さらに、電子輸送層と陰極との間に配置された電子注入層を備えることが好ましい。
この有機EL装置は、さらに、陽極と有機発光層との間に配置された正孔輸送層を備えることが好ましい。
この有機EL装置は、さらに、陽極と正孔輸送層との間に配置された正孔注入層を備えることが好ましい。
この有機EL装置では、有機発光層が、ドーパントを含むことが好ましい。このドーパントは、先に示した化2から化8の化学式によって表現されるFIr(pic)3、Ir(ppy)3、Ir(m−ppy)3、Ir(btp)2(acac)、Ir(btp)3、Ir(DBQ)2(acac)、PtOEP、Ir(tpy)2(pz2BEt2)、Ir(tpy)2(pz2BPh2)、Ir(piq)2(acac)、Ir(piq−F)2(acac)、Ir(pbq−F)2(acac)、Ir(piq−F)3、Ir(piq)3、およびIr(pbq−F)3の少なくとも2種を含むことが好ましい。
本発明に係る材料は、容易に結晶化しないことから、有機EL装置の発光層に用いることによって、装置の発光性能と寿命を有意に高めることができる。さらに、本発明に係る材料は、正孔ブロッキング層に用いることによっても、その発光性能を有意に向上することができる。
本発明に係る材料を使用することにより、有機EL装置等の熱安定性と発光性能を顕著に向上させることができる。
図1は、本発明の一実施形態である有機EL装置の断面図である。
図1に示すように、有機EL装置は、単層の有機構造を有する発光ダイオード装置であり、透明基板100と、陽極102と、有機発光層104と、陰極106と、パッシベーション層108を備えている。透明基板100には、ガラス基板やプラスチック基板を用いることができ、可撓性基板を用いることもできる。
図1に示すように、有機EL装置は、単層の有機構造を有する発光ダイオード装置であり、透明基板100と、陽極102と、有機発光層104と、陰極106と、パッシベーション層108を備えている。透明基板100には、ガラス基板やプラスチック基板を用いることができ、可撓性基板を用いることもできる。
陽極102は、透明基板100上に配置される。陽極102は、有機発光層104に注入する正孔を提供する。陽極102は、4.5eV以上の仕事関数を有することが好ましい。具体的には、陽極102は、酸化インジウムスズ(ITO)、酸化スズ、金、銀、白金、銅であることが好ましい。
有機発光層104は、陽極102上に配置される。有機発光層104の材料は、技術的な特徴を有している。有機発光層の材料の化学式や製造については、後段において説明する。
陰極106は、有機発光層104上に配置される。陰極106は、有機発光層104に注入する電子を提供する。陰極106は、比較的に低い仕事関数を有していることが好ましい。具体的には、陰極106は、インジウム、アルミニウム、マグネシウムインジウム合金、マグネシウムアルミニウム合金、マグネシウムリチウム合金、マグネシウム銀合金であることが好ましい。
パッシベーション層108は、有機EL装置をカバーしている。パッシベーション層108は、密封膜として機能し、外部の水蒸気が有機EL装置に入るのを防止する。
有機EL装置には、直流、パルス電流、交流等の電流を通電することができる。有機EL装置の発光は、透過型(光が陽極102を透過する)としてもよいし、反射型(光が陰極106を透過する)としてもよい。
図2、図3は、本発明を実施した別の有機EL装置を示している。図2、図3に示すように、これらの有機EL装置は、二重層の有機構造を有する有機発光ダイオードである。図2に示す有機発光ダイオードは、有機発光層104と陰極106との間に配置された電子輸送層110をさらに備えている。他方、図3に示す発光ダイオードは、有機発光層104と陽極102との間に正孔輸送層112をさらに備えている。
図4は、本発明を実施した別の有機EL装置を示している。図4に示すように、この有機EL装置は、三重層の有機構造を有する有機発光ダイオードである。図4に示す有機発光ダイオードは、有機発光層104と陰極106との間に配置された電子輸送層110と有機発光層104と陽極102との間に配置された正孔輸送層112をさらに備えている。
図5は、本発明を実施した別の有機EL装置を示している。図5に示すように、この有機EL装置は、5重層の有機構造を有する有機発光ダイオードである。図5に示す有機発光ダイオードは、有機発光層104と陰極106との間に配置された電子輸送層110と、陰極106と電子輸送層110との間に電子注入層110aと、有機発光層104と陽極102との間に配置された正孔輸送層112と、陽極102と正孔輸送層112との間に配置された正孔注入層112aをさらに備えている。
図6は、本発明を実施した別の有機EL装置を示している。図6に示すように、この有機EL装置は、6重層の有機構造を有する有機発光ダイオードである。図6に示す有機発光ダイオードは、有機発光層104と陰極106との間に配置された電子輸送層110と、陰極106と電子輸送層110との間に配置された電子注入層110aと、有機発光層104と陽極102との間に配置された正孔輸送層112と、陽極102と正孔輸送層112との間に配置された正孔注入層112aと、電子注入層110aと有機発光層104との間に配置された正孔ブロッキング層114とをさらに備えている。正孔ブロッキング層114は、有機発光層104の正孔を塞ぐ役割を果たす。それにより、装置の発光効率が高められる。さらに、有機発光層104のホスト材料は、正孔ブロッキング材料として、正孔ブロッキング層114に適用される。上記ホスト材料の化学構造および製造方法は、以下に説明される。
有機発光層104のホスト材料は、本発明の第一の特徴である。有機発光層104のホスト材料は、先に示した式(1)によって表現される。また、有機発光層104のホスト材料は、正孔ブロッキング材料としての役割も果たす。このホスト材料は、正孔ブロッキング層114にも利用されている。
式(1)において、Ar1とAr2は、各々6〜12個の炭素原子を有する置換可能なアリール基を示している。G1とG2は、各々6〜24個の炭素原子を有する置換可能なアリール基、置換可能なアミノ基、置換可能なホウ素基、又は3〜18個の炭素原子を有するシリル基を示している。式(1)のnは、1〜4の整数を示している。
式(1)において、Ar1とAr2は、各々6〜12個の炭素原子を有する置換可能なアリール基を示している。G1とG2は、各々6〜24個の炭素原子を有する置換可能なアリール基、置換可能なアミノ基、置換可能なホウ素基、又は3〜18個の炭素原子を有するシリル基を示している。式(1)のnは、1〜4の整数を示している。
Ar1とAr2の置換可能なアリール基は、フェニル、ビフェニル、トリル、ナフチル、アントラニル、およびフェナントリルからなる群から選択することができる。
置換可能なアミノ基は、6〜24個の炭素原子を有する置換可能なアリール基を含んでいる。置換可能なホウ素基は、6〜12個の炭素原子を有する置換可能なアリール基を含んでいる。
置換可能なアミノ基は、6〜24個の炭素原子を有する置換可能なアリール基を含んでいる。置換可能なホウ素基は、6〜12個の炭素原子を有する置換可能なアリール基を含んでいる。
式(1)で表現される化合物に関する実施形態を列挙する。これらの化合物は、本発明の有機EL装置に適用できる。しかしながら、これらの化合物は、式(1)から提供される構造体を限定するものではない。
(i)図11から図19に、Ar1とAr2が各々6〜12個の炭素原子を有する置換可能なアリール基であり、G1とG2が各々6〜24個の炭素原子を有する置換可能なアリール基である化合物の化学式(2−1)〜(2−30)を示す。
(ii)図20から図29に、Ar1とAr2が各々6〜12個の炭素原子を有する置換可能なアリール基であり、G1とG2が各々置換可能なアミノ基である化合物の化学式(3−1)〜(3−55)を示す。
(iii)図30から図32に、Ar1とAr2が各々6〜12個の炭素原子を有する置換可能なアリール基とし、G1とG2が各々置換可能なホウ素基である化合物の化学式(4−1)〜(4−16)を示す。
(iv)図33と図34に、Ar1とAr2が各々6〜12個の炭素原子を有する置換可能なアリール基であり、G1とG2が各々3〜18個の原子を有する置換可能なシリル基である化合物の化学式(5−1)〜(5−6)を示す。
(i)図11から図19に、Ar1とAr2が各々6〜12個の炭素原子を有する置換可能なアリール基であり、G1とG2が各々6〜24個の炭素原子を有する置換可能なアリール基である化合物の化学式(2−1)〜(2−30)を示す。
(ii)図20から図29に、Ar1とAr2が各々6〜12個の炭素原子を有する置換可能なアリール基であり、G1とG2が各々置換可能なアミノ基である化合物の化学式(3−1)〜(3−55)を示す。
(iii)図30から図32に、Ar1とAr2が各々6〜12個の炭素原子を有する置換可能なアリール基とし、G1とG2が各々置換可能なホウ素基である化合物の化学式(4−1)〜(4−16)を示す。
(iv)図33と図34に、Ar1とAr2が各々6〜12個の炭素原子を有する置換可能なアリール基であり、G1とG2が各々3〜18個の原子を有する置換可能なシリル基である化合物の化学式(5−1)〜(5−6)を示す。
有機発光層104のホスト材料は、先に示した式(1)のnを1とした化合物を含むことが好ましい。なお、nは2、3、4であってもよい。nが4よりも大きいと、式(1)で表現される化合物において、電子や正孔の共鳴および照射(illuminate)が困難となることがある。また、式(1)で表現される化合物は、正孔ブロッキング材料としても利用できる。
式(1)で表現される化合物を有機発光層104に利用する場合、有機発光層104にはドーパントを含有させることが好ましい。この場合、ドーパントは、
「イリジウム(III)ビス(2−(4,6−ジフルオレフェニル)ピリジナト−N,C2)ピコリネート,(Iridium(III) Bis(2-(4,6-difluorephenyl)pyridinato-N,C2) picolinate: FIr(pic)3)」と、「トリス(2−フェニルピリジン)イリジウム(III),(Tris(2-phenyl pyridine) iridium(III): Ir(ppy)3 )」と、「イリジウム(III)トリス(2−(4−トチル)ピリジナト−N,C2,(Iridium (III) Tris(2-(4-totyl) pyridinato-N,C2: Ir(M-ppy)3 )」と、「イリジウム(III)ビス(2−(2’−ベンゾチエニル)ピリジナト−N,C3’))(アセチルアセトネート), (Iridium(III) Bis(2-(2’-benzothienyl) pyridinato-N,C3’)) (acetyl acetonate): Ir(btp)2 acac)」と、「イリジウム(III)トリス(2−(2’−ベンゾチエニル)ピリジナト−N,C3’,( Iridium (III) Tris(2-(2’-benzothienyl) pyridinato-N,C3’: Ir(btp)3)」と、「ビス(ジベンゾ[f,h]キノキサリン)イリジウム(III), (Bis (dibenzo [f,h] quinoxaline) iridium(III): Ir(DBQ)2 acac)」と、「白金(II)オクタエチルプロフィリン, (Platinum (II) Octaethylprophyrin: PtOEP)」と、「イリジウム(III)ビス(2’−パラ−トール−イルピリドネート−N,C2’)ジエチルビス(1−ピラゾリル)ボラート, (Iridium(III) bis (2’-para-tol-ylpyridnato-N,C2’) diethyl bis (1-pyrazoly) borate: Ir(tpy)2(pz2BEt2))」と、「イリジウム(III)ビス(2’−パラ−トール−イルピリドネート−N,C2’)ジフェニルビス(1−ピラゾリル)ボラート, (Iridium(III) bis (2’-para-tol-ylpyridnato-N,C2’) dihenyl bis (1-pyrazolyl) borate: Ir(tpy)2(pz2BPh2))」と、ビス(1−フェニルイソキノリン)(アセチルアセトネート)イリジウム(III),( Bis (1-phenylisoquinoline) (acetyl acetonate) iridium(III): Ir(piq)2(acac))」と、「ビス(2−[4’−フルオロフェニル)イソキノリン)(アセチルアセトネート)イリジウム(III),( Bis (2-(4’-fluorophenyl) isoquinoline) (acetyl acetonate) iridium(III): Ir(piq-F)2(acac))」と、「ビス(5−(4’−フルオロフェニル)−(3,4−ベンゾキノリン)(アセチルアセトネート)イリジウム(III),( Bis (5-(4’-fluorophenyl)-(3,4-benzoquinoline)) (acetyl acetonate) iridium(III): Ir(pbq-F)2(acac))」と、「トリス(2−(4’−フルオロフェニル)イソキノリン)イリジウム(III), (Tris (2-(4’-fluorophenyl) isoquinoline) iridium(III): Ir(piq-F)3)」と、「トリス(1−フェニルイソキノリン)イリジウム(III), Tris (1-phenylisoquinoline) iridium(III): Ir(piq)3)」と、「トリス(5−(4’−フルオロフェニル)−(3,4−ベンゾキノリン))イリジウム(III), Tris (5-(4’-fluorophenyl)-(3,4-benzoquinoline)) iridium(III): Ir(pbq-F)3)」の少なくとも2種を含む蛍光材料から選択されることが好ましい。実験の要件に応じて、様々な波長(色)を有する有機EL装置を製造するために、ドーパントを種々に組み合わせることができる。上記したドーパントの化学式は、前出の化2〜化8に示すとおりである。
式(1)で表現される化合物を有機発光層104に利用する場合、有機発光層104にはドーパントを含有させることが好ましい。この場合、ドーパントは、
「イリジウム(III)ビス(2−(4,6−ジフルオレフェニル)ピリジナト−N,C2)ピコリネート,(Iridium(III) Bis(2-(4,6-difluorephenyl)pyridinato-N,C2) picolinate: FIr(pic)3)」と、「トリス(2−フェニルピリジン)イリジウム(III),(Tris(2-phenyl pyridine) iridium(III): Ir(ppy)3 )」と、「イリジウム(III)トリス(2−(4−トチル)ピリジナト−N,C2,(Iridium (III) Tris(2-(4-totyl) pyridinato-N,C2: Ir(M-ppy)3 )」と、「イリジウム(III)ビス(2−(2’−ベンゾチエニル)ピリジナト−N,C3’))(アセチルアセトネート), (Iridium(III) Bis(2-(2’-benzothienyl) pyridinato-N,C3’)) (acetyl acetonate): Ir(btp)2 acac)」と、「イリジウム(III)トリス(2−(2’−ベンゾチエニル)ピリジナト−N,C3’,( Iridium (III) Tris(2-(2’-benzothienyl) pyridinato-N,C3’: Ir(btp)3)」と、「ビス(ジベンゾ[f,h]キノキサリン)イリジウム(III), (Bis (dibenzo [f,h] quinoxaline) iridium(III): Ir(DBQ)2 acac)」と、「白金(II)オクタエチルプロフィリン, (Platinum (II) Octaethylprophyrin: PtOEP)」と、「イリジウム(III)ビス(2’−パラ−トール−イルピリドネート−N,C2’)ジエチルビス(1−ピラゾリル)ボラート, (Iridium(III) bis (2’-para-tol-ylpyridnato-N,C2’) diethyl bis (1-pyrazoly) borate: Ir(tpy)2(pz2BEt2))」と、「イリジウム(III)ビス(2’−パラ−トール−イルピリドネート−N,C2’)ジフェニルビス(1−ピラゾリル)ボラート, (Iridium(III) bis (2’-para-tol-ylpyridnato-N,C2’) dihenyl bis (1-pyrazolyl) borate: Ir(tpy)2(pz2BPh2))」と、ビス(1−フェニルイソキノリン)(アセチルアセトネート)イリジウム(III),( Bis (1-phenylisoquinoline) (acetyl acetonate) iridium(III): Ir(piq)2(acac))」と、「ビス(2−[4’−フルオロフェニル)イソキノリン)(アセチルアセトネート)イリジウム(III),( Bis (2-(4’-fluorophenyl) isoquinoline) (acetyl acetonate) iridium(III): Ir(piq-F)2(acac))」と、「ビス(5−(4’−フルオロフェニル)−(3,4−ベンゾキノリン)(アセチルアセトネート)イリジウム(III),( Bis (5-(4’-fluorophenyl)-(3,4-benzoquinoline)) (acetyl acetonate) iridium(III): Ir(pbq-F)2(acac))」と、「トリス(2−(4’−フルオロフェニル)イソキノリン)イリジウム(III), (Tris (2-(4’-fluorophenyl) isoquinoline) iridium(III): Ir(piq-F)3)」と、「トリス(1−フェニルイソキノリン)イリジウム(III), Tris (1-phenylisoquinoline) iridium(III): Ir(piq)3)」と、「トリス(5−(4’−フルオロフェニル)−(3,4−ベンゾキノリン))イリジウム(III), Tris (5-(4’-fluorophenyl)-(3,4-benzoquinoline)) iridium(III): Ir(pbq-F)3)」の少なくとも2種を含む蛍光材料から選択されることが好ましい。実験の要件に応じて、様々な波長(色)を有する有機EL装置を製造するために、ドーパントを種々に組み合わせることができる。上記したドーパントの化学式は、前出の化2〜化8に示すとおりである。
本発明の材料に関する合成実施例1〜5を以下に詳細に記載する。しかしながら、前記材料群の合成はそれらの実施例に限定されない。
(合成実施例1)
本実施例は、図11の式(2−3)で表現される化合物の合成に関する。
最初に、1.46グラム(60mMol)のマグネシウムを、窒素リッチの環境において、テトラヒドロフラン(THF)溶液とヨウ化物(I2)に加える。次に、14.0グラム(60mM)の4−ブロモビフェニルと混合した50mlのTHFを、滴下漏斗を用いて、あらかじめ提供された溶液にゆっくり添加した後、その溶液を1時間加熱還流させる。その温度を冷却した後、3.43グラム(30mM)のB(OME3)と30グラムのTHFを含有する反応瓶に混合液を入れ、−78℃の温度に冷却する。次に、グリニャール試薬をゆっくり反応瓶に添加し、5時間反応させた後、溶液を冷却し、連続的に攪拌する。続いて、回転濃縮機を用いて溶液中の溶媒を除去し、エチレングリコールとトルエンを溶液中に加えた後、その溶液を加熱還流させる。トルエン層から溶媒を抽出した後、9.1グラムの2−ビフェニル−4−イル−[1,3,2]ジオキサボロランを得る。抽出物の収率は、約82%である。
本実施例は、図11の式(2−3)で表現される化合物の合成に関する。
最初に、1.46グラム(60mMol)のマグネシウムを、窒素リッチの環境において、テトラヒドロフラン(THF)溶液とヨウ化物(I2)に加える。次に、14.0グラム(60mM)の4−ブロモビフェニルと混合した50mlのTHFを、滴下漏斗を用いて、あらかじめ提供された溶液にゆっくり添加した後、その溶液を1時間加熱還流させる。その温度を冷却した後、3.43グラム(30mM)のB(OME3)と30グラムのTHFを含有する反応瓶に混合液を入れ、−78℃の温度に冷却する。次に、グリニャール試薬をゆっくり反応瓶に添加し、5時間反応させた後、溶液を冷却し、連続的に攪拌する。続いて、回転濃縮機を用いて溶液中の溶媒を除去し、エチレングリコールとトルエンを溶液中に加えた後、その溶液を加熱還流させる。トルエン層から溶媒を抽出した後、9.1グラムの2−ビフェニル−4−イル−[1,3,2]ジオキサボロランを得る。抽出物の収率は、約82%である。
次に、0.57グラム(1mM)の9−ビフェニル−4−イル−2,7−ジブロモ−9−p−トイル−9H−フルオレン、0.54グラム(24mM)の2−ビフェニル−4−イル−[1,3,2]ジオキサボロラン、2mlの2MのK2CO3、3.4グラム(0.03mM)のPd(PPh3)4、および0.6mlのP(tBu3)を含有する混合液を調達し、2mlのトルエンをその混合液に加え、少なくとも12時間加熱する。混合液を冷却後、クロロホルム抽出を用いて溶媒を除去し、有機層を水で洗浄し、硫酸マグネシウムで乾燥させる。回転濃縮機を用いて溶媒を除去した後、白色固体を得る。次に、白色固体をカラム精製して、例えば20%のクロロホルムとヘキサンにより分離させ、化合物式(2−3)を得る。式(2−3)の化合物の化学反応式を以下の化9に示す。
(合成実施例2)
本実施例は、図29に示す式(3−55)で表現される化合物の合成に関する。
最初に、0.91グラム(3.75mM)のマグネシウムを、窒素リッチの環境において、テトラヒドロフラン(THF)溶液とヨウ化物(I2)に加える。次に、8.7グラム(37.5mM)の4−ブロモビフェニルと混合した35mlのTHFを、滴下漏斗を用いて、あらかじめ提供された溶液にゆっくり添加し、その溶液を1時間加熱還流させる。次に、8.4グラム(25mM)の2,7−ジブロモ−フルオレノンと混合した60mlのTHFを先の溶液に加え、グリニャール試薬を添加後、溶液を加熱還流させる。次に、水を反応混合液に加え、クロロホルム抽出を行い、有機層を水で2回洗浄し、硫酸マグネシウムで乾燥させる。次に、回転濃縮機を用いて溶液中の溶媒を除去し、エチルアセタートを用いて再結晶反応を生じさせ、9−ビフェニル−4−2,7−ジブロモ−9H−フルオレン−9−オールを生成させる。
本実施例は、図29に示す式(3−55)で表現される化合物の合成に関する。
最初に、0.91グラム(3.75mM)のマグネシウムを、窒素リッチの環境において、テトラヒドロフラン(THF)溶液とヨウ化物(I2)に加える。次に、8.7グラム(37.5mM)の4−ブロモビフェニルと混合した35mlのTHFを、滴下漏斗を用いて、あらかじめ提供された溶液にゆっくり添加し、その溶液を1時間加熱還流させる。次に、8.4グラム(25mM)の2,7−ジブロモ−フルオレノンと混合した60mlのTHFを先の溶液に加え、グリニャール試薬を添加後、溶液を加熱還流させる。次に、水を反応混合液に加え、クロロホルム抽出を行い、有機層を水で2回洗浄し、硫酸マグネシウムで乾燥させる。次に、回転濃縮機を用いて溶液中の溶媒を除去し、エチルアセタートを用いて再結晶反応を生じさせ、9−ビフェニル−4−2,7−ジブロモ−9H−フルオレン−9−オールを生成させる。
次に、9−ビフェニル−4−2,7−ジブロモ−9H−フルオレン−9−オールをトルエン中に溶かし、濃縮した硫酸を含有するトルエン溶媒をその溶液に加え、1時間反応させる。溶液を冷却後、炭酸ナトリウムをその溶液に加える。次に、クロロホルム抽出を行い、有機層を水で2回洗浄し、硫酸マグネシウムで乾燥させる。次に、回転濃縮機を用いて溶液中の溶媒を除去し、クロロホルムとメタノールを用いて再結晶反応を生じさせ、9−ビフェニル−4−イル−2,7−ジブロモ−9−p−トイル−9H−フルオレンを生成させる。
次に、1.5グラム(9mM)のカルバゾール、1.7グラム(3mM)の9−ビフェニル−4−イル−2,7−ジブロモ−9−p−トイル−9H−フルオレン、0.8グラム(8.3mM)のナトリウムtert−ブトキシド、および1.3グラムのPd(OAc)2を30mlのキシレン中に溶かし、2ml(0.24mM)のトリ−tert−ブチルホスフィンをその溶液に加える。次に、窒素ガスを注入し、先の溶液を24時間加熱還流させる。溶液を冷却後、エタノールを加えて結晶を沈殿させた後、生成物を濾過する。次に、アセトンを加えて再結晶反応を生じさせ、1.86グラムの白色結晶を得る。続いて、白色結晶をカラム精製して、式(3−55)に示す化合物を得る。式(3−55)の化合物の化学反応式を下記の化10に示す。
(合成実施例3)
本実施例は、図29の式(3−54)で表現される化合物の合成に関する。
最初に、0.91グラム(3.75mM)のマグネシウムを、窒素リッチの環境において、テトラヒドロフラン(THF)溶液とヨウ化物(I2)に加える。次に、5.9グラム(37.5mM)の4−ブロモビフェニルと混合した35mlのTHFを、滴下漏斗を用いてあらかじめ提供された溶液にゆっくり添加し、その溶液を1時間加熱還流させる。次に、8.4グラム(25mM)の2,7−ジブロモ−フルオレノンと混合した60mlのTHFを先の溶液に加え、グリニャール試薬を添加後、溶液を加熱還流させる。次に、水を反応混合液に加え、クロロホルム抽出を行い、有機層を水で2回洗浄し、硫酸マグネシウムで乾燥させる。次に、回転濃縮機を用いて溶液中の溶媒を除去し、エチルアセタートを用いて再結晶反応を生じさせ、2,7−ジブロモ−9−フェニル−9H−フルオレン−9−オールを生成させる。
本実施例は、図29の式(3−54)で表現される化合物の合成に関する。
最初に、0.91グラム(3.75mM)のマグネシウムを、窒素リッチの環境において、テトラヒドロフラン(THF)溶液とヨウ化物(I2)に加える。次に、5.9グラム(37.5mM)の4−ブロモビフェニルと混合した35mlのTHFを、滴下漏斗を用いてあらかじめ提供された溶液にゆっくり添加し、その溶液を1時間加熱還流させる。次に、8.4グラム(25mM)の2,7−ジブロモ−フルオレノンと混合した60mlのTHFを先の溶液に加え、グリニャール試薬を添加後、溶液を加熱還流させる。次に、水を反応混合液に加え、クロロホルム抽出を行い、有機層を水で2回洗浄し、硫酸マグネシウムで乾燥させる。次に、回転濃縮機を用いて溶液中の溶媒を除去し、エチルアセタートを用いて再結晶反応を生じさせ、2,7−ジブロモ−9−フェニル−9H−フルオレン−9−オールを生成させる。
次に、2,7−ジブロモ−9−フェニル−9H−フルオレン−9−オールをベンゼン中に溶かし、濃縮した硫酸を含有するベンゼンをその溶液に加え、1時間反応させる。溶液を冷却後、炭酸ナトリウムをその溶液に加える。次に、クロロホルム抽出を行い、有機層を水で2回洗浄し、硫酸マグネシウムで乾燥させる。次に、回転濃縮機を用いて溶液中の溶媒を除去した後、クロロホルムとメタノールを用いて再結晶反応を生じさせ、2,7−ジブロモ−9,9−ジフェニルフルオレンを生成させる。
次に、1.5グラム(9mM)のカルバゾール、1.4グラム(3mM)の2,7−ジブロモ−9,9−ジフェニルフルオレン、0.8グラム(8.3mM)のナトリウムtert−ブトキシド、および1.3グラムのPd(OAc)2を30mlのキシレン中に溶かし、2ml(0.24mM)のトリ−tert−ブチルホスフィンをその溶液に加える。次に、窒素ガスを注入し、先の溶液を24時間加熱還流させる。溶液を冷却後、エタノールを加えて結晶を沈殿させた後、生成物を濾過する。次に、アセトンを加えて再結晶反応を生じさせ、1.42グラムの白色結晶を得る。続いて、白色結晶をカラム精製して、式(3−54)に示す化合物を得る。式(3−54)の化合物の化学反応式を以下の化11に示す。
(合成実施例4)
本実施例は、図30の式(4−1)で表現される化合物、2,7−ビス−[ビス−(2,4,6−トリメチル−フェニル)−ボラニル]−9,9−ジフェニル−9H−フルオレンの合成に関する。
最初に、窒素リッチの環境下で、4.76グラム(0.01M)の2,7−ジブロモ−9,9−ジフェニルフルオレンを攪拌し、60mlの無水THF中に溶かし、その溶液を−78℃まで冷却する。次に、12.5mlのn−ブチルリチウム(ヘキサン中に1.6M)を反応瓶の中にゆっくり滴下し、溶液の温度が−68℃よりも上昇するのを回避し、その溶液を−78℃の温度で1時間攪拌する。次に、5.6グラム(0.021ml)のジメシチルボルンフルオリド(dimesityborn fluoride)を30グラムの無水THF中に溶かした後、その溶液を反応液中にゆっくり滴下する。溶液を冷却後、溶液の温度を自然に室温まで上昇させ(つまり、外部の熱源や冷却源を使用しない)、少なくとも12時間攪拌する。続いて、水を加えてクエンチング効果を生じさせ、100mlのジクロロメタンを加えて有機層の分離を誘導する。2回抽出した後、硫酸マグネシウムを加えて有機溶液中の水を除去する。次に、その溶液を濃縮して溶媒を除去し、エタノールを加えて沈殿させて、白色結晶を得る。白色結晶を濾過し、真空乾燥させた後、白色固体を得る。次に、2グラムの白色固体を真空精製して1.1グラムの白色結晶を得る。その白色結晶は、図30に示す式(4−1)で表現される化合物である。式(4−1)の化合物の化学反応式を以下の化12に示す。
本実施例は、図30の式(4−1)で表現される化合物、2,7−ビス−[ビス−(2,4,6−トリメチル−フェニル)−ボラニル]−9,9−ジフェニル−9H−フルオレンの合成に関する。
最初に、窒素リッチの環境下で、4.76グラム(0.01M)の2,7−ジブロモ−9,9−ジフェニルフルオレンを攪拌し、60mlの無水THF中に溶かし、その溶液を−78℃まで冷却する。次に、12.5mlのn−ブチルリチウム(ヘキサン中に1.6M)を反応瓶の中にゆっくり滴下し、溶液の温度が−68℃よりも上昇するのを回避し、その溶液を−78℃の温度で1時間攪拌する。次に、5.6グラム(0.021ml)のジメシチルボルンフルオリド(dimesityborn fluoride)を30グラムの無水THF中に溶かした後、その溶液を反応液中にゆっくり滴下する。溶液を冷却後、溶液の温度を自然に室温まで上昇させ(つまり、外部の熱源や冷却源を使用しない)、少なくとも12時間攪拌する。続いて、水を加えてクエンチング効果を生じさせ、100mlのジクロロメタンを加えて有機層の分離を誘導する。2回抽出した後、硫酸マグネシウムを加えて有機溶液中の水を除去する。次に、その溶液を濃縮して溶媒を除去し、エタノールを加えて沈殿させて、白色結晶を得る。白色結晶を濾過し、真空乾燥させた後、白色固体を得る。次に、2グラムの白色固体を真空精製して1.1グラムの白色結晶を得る。その白色結晶は、図30に示す式(4−1)で表現される化合物である。式(4−1)の化合物の化学反応式を以下の化12に示す。
(合成実施例5)
本実施例は、図33の式(5−1)で表現される化合物、9−9−ジフェニル−2,7−ビス−トリフェニルシラニル−9H−フルオレンの合成に関する。
最初に、窒素リッチの環境下で、4.76グラム(0.01M)の2,7−ジブロモ−9,9−ジフェニルフルオレンを攪拌し、60mlの無水THF中に溶かし、その溶液を−78℃まで冷却する。次に、12.5mlのn−ブチルリチウム(ヘキサン中に1.6M)を反応瓶の中にゆっくり滴下し、溶液の温度が−68℃よりも上昇するのを回避し、その溶液を−78℃の温度で1時間攪拌する。次に、6.2グラム(0.021ml)のクロロトリフェニルシランを30グラムの無水THF中に溶かした後、その溶液を反応液中にゆっくり滴下する。溶液を冷却後、溶液の温度を自然に室温まで上昇させ、少なくとも12時間攪拌する。続いて、水を加えてクエンチング効果を生じさせ、100mlのジクロロメタンを加えて有機層の分離を誘導する。2回抽出した後、硫酸マグネシウムを加えて有機溶液中の水を除去する。次に、その溶液を濃縮して溶媒を除去し、エタノールを加えて沈殿させて、白色結晶を得る。白色結晶を濾過し、真空乾燥させた後、白色固体を得る。次に、2グラムの白色固体を真空精製して1.2グラムの白色結晶を得る。その白色結晶は、9−9−ジフェニル−2,7−ビス−トリフェニルシラニル−9H−フルオレンである。式(5−1)の化合物の化学反応式を以下の化13に示す。
本実施例は、図33の式(5−1)で表現される化合物、9−9−ジフェニル−2,7−ビス−トリフェニルシラニル−9H−フルオレンの合成に関する。
最初に、窒素リッチの環境下で、4.76グラム(0.01M)の2,7−ジブロモ−9,9−ジフェニルフルオレンを攪拌し、60mlの無水THF中に溶かし、その溶液を−78℃まで冷却する。次に、12.5mlのn−ブチルリチウム(ヘキサン中に1.6M)を反応瓶の中にゆっくり滴下し、溶液の温度が−68℃よりも上昇するのを回避し、その溶液を−78℃の温度で1時間攪拌する。次に、6.2グラム(0.021ml)のクロロトリフェニルシランを30グラムの無水THF中に溶かした後、その溶液を反応液中にゆっくり滴下する。溶液を冷却後、溶液の温度を自然に室温まで上昇させ、少なくとも12時間攪拌する。続いて、水を加えてクエンチング効果を生じさせ、100mlのジクロロメタンを加えて有機層の分離を誘導する。2回抽出した後、硫酸マグネシウムを加えて有機溶液中の水を除去する。次に、その溶液を濃縮して溶媒を除去し、エタノールを加えて沈殿させて、白色結晶を得る。白色結晶を濾過し、真空乾燥させた後、白色固体を得る。次に、2グラムの白色固体を真空精製して1.2グラムの白色結晶を得る。その白色結晶は、9−9−ジフェニル−2,7−ビス−トリフェニルシラニル−9H−フルオレンである。式(5−1)の化合物の化学反応式を以下の化13に示す。
(比較例)
ここでは比較例として、従来の6層有機構造を有する有機発光デバイスを製造する方法を説明する。図6に示すように、先ず、45mm×45mmの寸法を有するガラス基板100を用意する。次に、ガラス基板100上に、50〜200nmの厚みを有する酸化インジウムスズ(ITO)層を被覆する。次に、フォトリソグラフィーおよびエッチングプロセスを実施して、酸化インジウムスズ層を複数の発光パターンに形成する。発光パターンの各々は、3mm×3mmの寸法を有する。そのパターンを陽極102として利用する。次に、真空蒸着プロセスを10−6Paの真空度で実施して、陽極102の表面に50nmの正孔注入層112aを被覆する。正孔注入層112aは、4,4’,4’’−トリス(N−(2−ナフチル)−N−フェニル−アミノ)−トリフェニルアミン(2−NTNATA)からなる。次に、真空蒸着プロセスを実施して、正孔注入層112aの表面に20nmの正孔輸送層112を被覆する。正孔輸送層112は、N4,N4’−ジ−ナフタレン−1−イル−N4,N4’−ジフェニル-ビフェニル−4,4’−ジアミン(NPB)からなる。
ここでは比較例として、従来の6層有機構造を有する有機発光デバイスを製造する方法を説明する。図6に示すように、先ず、45mm×45mmの寸法を有するガラス基板100を用意する。次に、ガラス基板100上に、50〜200nmの厚みを有する酸化インジウムスズ(ITO)層を被覆する。次に、フォトリソグラフィーおよびエッチングプロセスを実施して、酸化インジウムスズ層を複数の発光パターンに形成する。発光パターンの各々は、3mm×3mmの寸法を有する。そのパターンを陽極102として利用する。次に、真空蒸着プロセスを10−6Paの真空度で実施して、陽極102の表面に50nmの正孔注入層112aを被覆する。正孔注入層112aは、4,4’,4’’−トリス(N−(2−ナフチル)−N−フェニル−アミノ)−トリフェニルアミン(2−NTNATA)からなる。次に、真空蒸着プロセスを実施して、正孔注入層112aの表面に20nmの正孔輸送層112を被覆する。正孔輸送層112は、N4,N4’−ジ−ナフタレン−1−イル−N4,N4’−ジフェニル-ビフェニル−4,4’−ジアミン(NPB)からなる。
次に、蒸発皿に、Ir(btp)2acacと共にCBPの材料を置く。CBPとIr(btp)2acacの割合は、10:1である。蒸着プロセスを0.2nm/秒の速度で実施し、正孔輸送層112上に30nmの有機発光層104を形成する。有機発光層104内のドーパントは、Ir(btp)2acacである。
次に、10nmの正孔ブロッキング層114を有機発光層104上に被覆する。正孔ブロッキング層114は、2,9−ジメチル−4,7−ジフェニル−1,10−フェナントロリン(BCP)からなる。正孔ブロッキング層114は、また式(1)の材料からなり、それによって正孔を有機発光層104に保持し、上記デバイスの照度変化効率(transformation efficiency for illumination)を向上させうる。
次に、AlQ3層を正孔ブロッキング層114上に被覆し、AlQ3層を電子輸送層110として利用する。電子輸送層110の厚みは、30nmであり、実施する蒸着プロセスを0.2nm/秒に維持する。次に、0.5nmのリチウムフルオリドを電子輸送層110上に被覆する。そのリチウムフルオリドを電子注入層110aとして利用する。
続いて、120nmのアルミニウム層は、陰極106として機能し、電子注入層110a上に形成されて有機EL装置の製造が完了する。
一方、本発明を実施する場合、以下の実験B1、B2、およびB3に示されるように、式(1)に示されるフルオレン化合物を、EL装置の有機発光層にだけでなく、正孔ブロッキング層にも適用することが好ましい。フルオレン化合物は、熱的および化学的に安定であるので、その材料は、以下の実験B3、H1、H2、H3、およびH4に記載する通り、EL装置の発光層のホスト材料としての利用に適切である。本発明に係るフルオレン化合物は、均一でかつ非結晶の薄膜を形成しうるので、従来型の有機EL装置の問題を改善することができる。
CBPを用いる上記の従来型の発光材料に対比して、式(2−3)、(3−54)、および(4−1)の化合物を用いる実施例を以下の実験に従って実施する。
(実験B1およびB2)
実験B1およびB2は、6層有機構造を有する有機発光デバイスを製造する方法を開示する。比較例と同様に、45mm×45mmの寸法を有するガラス基板100を最初に提供する。次に、50〜200nmの厚みを有する酸化インジウムスズ(ITO)層をガラス基板100上に被覆する。次に、フォトリソグラフィーおよびエッチングプロセスを実施して、酸化インジウムスズ層を複数の発光パターンに形成する。発光パターンの各々は、3mm×3mmの寸法を有する。そのパターンを陽極102として利用する。次に、真空蒸着プロセスを10−6Paの真空度で実施して、陽極102の表面に50nmの正孔注入層112aを被覆する。正孔注入層112aは、4,4’,4’’−トリス(N−(2−ナフチル)−N−フェニル−アミノ)−トリフェニルアミン(2−NTNATA)からなる。次に、真空蒸着プロセスを実施して、正孔注入層112aの表面に20nmの正孔輸送層112を被覆する。正孔輸送層112は、N4,N4’−ジ−ナフタレン−1−イル−N4,N4’−ジフェニル-ビフェニル−4,4’−ジアミン(NPB)からなる。
実験B1およびB2は、6層有機構造を有する有機発光デバイスを製造する方法を開示する。比較例と同様に、45mm×45mmの寸法を有するガラス基板100を最初に提供する。次に、50〜200nmの厚みを有する酸化インジウムスズ(ITO)層をガラス基板100上に被覆する。次に、フォトリソグラフィーおよびエッチングプロセスを実施して、酸化インジウムスズ層を複数の発光パターンに形成する。発光パターンの各々は、3mm×3mmの寸法を有する。そのパターンを陽極102として利用する。次に、真空蒸着プロセスを10−6Paの真空度で実施して、陽極102の表面に50nmの正孔注入層112aを被覆する。正孔注入層112aは、4,4’,4’’−トリス(N−(2−ナフチル)−N−フェニル−アミノ)−トリフェニルアミン(2−NTNATA)からなる。次に、真空蒸着プロセスを実施して、正孔注入層112aの表面に20nmの正孔輸送層112を被覆する。正孔輸送層112は、N4,N4’−ジ−ナフタレン−1−イル−N4,N4’−ジフェニル-ビフェニル−4,4’−ジアミン(NPB)からなる。
次に、蒸発皿に、Ir(btp)2acacと共にCBPの材料を置く。CBPとIr(btp)2acacの割合は、10:1である。蒸着プロセスを0.2nm/秒の速度で実施し、正孔輸送層112上に30nmの有機発光層104を形成する。有機発光層104内のドーパントは、Ir(btp)2acacであり、有機発光層104のホスト材料は、CBPである。
次に、10nmの正孔ブロッキング層114を有機発光層104上に被覆する。本実施例の実験B1によれば、正孔ブロッキング層114は、式(2−3)の化合物からなり、実験B2によれば、正孔ブロッキング層114は、式(4−1)の化合物からなる。選択された材料を利用することにより、本発明は、有機発光層104に正孔を保持して上記デバイスの照度変化効率を向上させうる。
次に、正孔ブロッキング層114にAlQ3層を被覆する。そのAlQ3層を電子輸送層110として利用する。電子輸送層110の厚みは、30nmであり、実施する蒸着プロセスを0.2nm/秒に維持する。次に、0.5nmのリチウムフルオリドを電子輸送層110上に被覆する。そのリチウムフルオリドを電子注入層110aとして利用する。
続いて、120nmのアルミニウム層は、陰極106として機能し、電子注入層110a上に形成されて有機EL装置の製造が完了する。
続いて、120nmのアルミニウム層は、陰極106として機能し、電子注入層110a上に形成されて有機EL装置の製造が完了する。
(実験B3)
実験B3は、6層有機構造を有する有機発光デバイスを製造する方法を開示する。比較例と同様に、45mm×45mmの寸法を有するガラス基板100を最初に提供する。次に、50〜200nmの厚みを有する酸化インジウムスズ(ITO)層をガラス基板100上に被覆する。次に、フォトリソグラフィーおよびエッチングプロセスを実施して、酸化インジウムスズ層を複数の発光パターンに形成する。発光パターンの各々は、3mm × 3mmの寸法を有する。そのパターンを陽極102として利用する。次に、真空蒸着プロセスを10−6Paの真空度で実施して、陽極102の表面に50nmの正孔注入層112aを被覆する。正孔注入層112aは、4,4’,4’’−トリス(N−(2−ナフチル)−N−フェニル−アミノ)−トリフェニルアミン(2−NTNATA)からなる。次に、真空蒸着プロセスを実施して、正孔注入層112aの表面に20nmの正孔輸送層112を被覆する。正孔輸送層112は、N4,N4’−ジ−ナフタレン−1−イル−N4,N4’−ジフェニル-ビフェニル−4,4’−ジアミン(NPB)からなる。
実験B3は、6層有機構造を有する有機発光デバイスを製造する方法を開示する。比較例と同様に、45mm×45mmの寸法を有するガラス基板100を最初に提供する。次に、50〜200nmの厚みを有する酸化インジウムスズ(ITO)層をガラス基板100上に被覆する。次に、フォトリソグラフィーおよびエッチングプロセスを実施して、酸化インジウムスズ層を複数の発光パターンに形成する。発光パターンの各々は、3mm × 3mmの寸法を有する。そのパターンを陽極102として利用する。次に、真空蒸着プロセスを10−6Paの真空度で実施して、陽極102の表面に50nmの正孔注入層112aを被覆する。正孔注入層112aは、4,4’,4’’−トリス(N−(2−ナフチル)−N−フェニル−アミノ)−トリフェニルアミン(2−NTNATA)からなる。次に、真空蒸着プロセスを実施して、正孔注入層112aの表面に20nmの正孔輸送層112を被覆する。正孔輸送層112は、N4,N4’−ジ−ナフタレン−1−イル−N4,N4’−ジフェニル-ビフェニル−4,4’−ジアミン(NPB)からなる。
次に、Ir(btp)2acacと共に、蒸発皿に、式(2−3)の材料を置く。式(2−3)の材料とIr(btp)2acacの割合は、10:1である。蒸着プロセスを0.2nm/秒の速度で実施し、正孔輸送層112上に30nmの有機発光層104を形成する。有機発光層104内のドーパントは、Ir(btp)2acacであり、有機発光層104のホスト材料は、式(2−3)の化合物である。
次に、10nmの正孔ブロッキング層114を有機発光層104上に被覆する。本実施例の実験B3によれば、正孔ブロッキング層114は、式(2−3)の化合物からなる。選択された材料を利用することにより、本発明は、有機発光層104に正孔を保持し、上記デバイスの照度を向上させうる。従って、本実施例において、正孔ブロッキング層114と有機発光層の両方のホスト材料は、式(2−3)の化合物である。
次に、正孔ブロッキング層114にAlQ3層を被覆する。そのAlQ3層を電子輸送層110として利用する。電子輸送層110の厚みは、30nmであり、実施する蒸着プロセスを0.2nm/秒に維持する。次に、0.5nmのリチウムフルオリドを電子輸送層110上に被覆する。そのリチウムフルオリドを電子注入層110aとして利用する。
続いて、120nmのアルミニウム層は、陰極106として機能し、電子注入層110a上に形成されて有機EL装置の製造が完了する。
(実験H1)
実験H1は、6層有機構造を有する有機発光デバイスを製造する方法を開示する。比較例と同様に、45mm×45mmの寸法を有するガラス基板100を最初に提供する。次に、50〜200nmの厚みを有する酸化インジウムスズ(ITO)層をガラス基板100上に被覆する。次に、フォトリソグラフィーおよびエッチングプロセスを実施して、酸化インジウムスズ層を複数の発光パターンに形成する。発光パターンの各々は、3mm×3mmの寸法を有する。そのパターンを陽極102として利用する。次に、真空蒸着プロセスを10−6Paの真空度で実施して、陽極102の表面に50nmの正孔注入層112aを被覆する。正孔注入層112aは、4,4’,4’’−トリス(N−(2−ナフチル)−N−フェニル−アミノ)−トリフェニルアミン(2−NTNATA)からなる。次に、真空蒸着プロセスを実施して、正孔注入層112aの表面に20nmの正孔輸送層112を被覆する。正孔輸送層112は、N4,N4’−ジ−ナフタレン−1−イル−N4,N4’−ジフェニル-ビフェニル−4,4’−ジアミン(NPB)からなる。
実験H1は、6層有機構造を有する有機発光デバイスを製造する方法を開示する。比較例と同様に、45mm×45mmの寸法を有するガラス基板100を最初に提供する。次に、50〜200nmの厚みを有する酸化インジウムスズ(ITO)層をガラス基板100上に被覆する。次に、フォトリソグラフィーおよびエッチングプロセスを実施して、酸化インジウムスズ層を複数の発光パターンに形成する。発光パターンの各々は、3mm×3mmの寸法を有する。そのパターンを陽極102として利用する。次に、真空蒸着プロセスを10−6Paの真空度で実施して、陽極102の表面に50nmの正孔注入層112aを被覆する。正孔注入層112aは、4,4’,4’’−トリス(N−(2−ナフチル)−N−フェニル−アミノ)−トリフェニルアミン(2−NTNATA)からなる。次に、真空蒸着プロセスを実施して、正孔注入層112aの表面に20nmの正孔輸送層112を被覆する。正孔輸送層112は、N4,N4’−ジ−ナフタレン−1−イル−N4,N4’−ジフェニル-ビフェニル−4,4’−ジアミン(NPB)からなる。
次に、蒸発皿に、Ir(btp)2acacと共に式(2−3)の材料を置く。式(2−3)の材料とIr(btp)2acacの割合は、10:1である。蒸着プロセスを0.2nm/秒の速度で実施して正孔輸送層112上に30nmの有機発光層104を形成する。有機発光層104内のドーパントは、Ir(btp)2acacであり、有機発光層104のホスト材料は、式(2−3)の化合物である。
次に、10nmの正孔ブロッキング層114を有機発光層104上に被覆する。正孔ブロッキング層114は、2,9−ジメチル−4,7−ジフェニル−1,10−フェナントロリン(BCP)からなる。
次に、正孔ブロッキング層114上にAlQ3層を被覆する。そのAlQ3層を電子輸送層110として利用する。電子輸送層110の厚みは、30nmであり、実施する蒸着プロセスを0.2nm/秒に維持する。次に、0.5nmのリチウムフルオリドを電子輸送層110上に被覆する。そのリチウムフルオリドを電子注入層110aとして利用する。
続いて、120nmのアルミニウム層は、陰極106として機能し、電子注入層110a上に形成されて有機EL装置の製造が完了する。
(実験H2)
実験H2は、6層有機構造を有する有機発光デバイスを製造する方法を開示する。本実施例に従い、蒸発皿にIr(btp)2acacと共に式(3−54)の材料を最初に置く。式(3−54)の材料とIr(btp)2acacの割合は、10:1である。次に、蒸着プロセスを0.2nm/秒の速度で実施して正孔輸送層112上に30nmの有機発光層104を形成する。有機発光層104内のドーパントは、Ir(btp)2acacであり、有機発光層104のホスト材料は、式(3−54)の化合物である。本実施例の製造プロセスの他の工程は、実験H1に記載した工程と同一である。
実験H2は、6層有機構造を有する有機発光デバイスを製造する方法を開示する。本実施例に従い、蒸発皿にIr(btp)2acacと共に式(3−54)の材料を最初に置く。式(3−54)の材料とIr(btp)2acacの割合は、10:1である。次に、蒸着プロセスを0.2nm/秒の速度で実施して正孔輸送層112上に30nmの有機発光層104を形成する。有機発光層104内のドーパントは、Ir(btp)2acacであり、有機発光層104のホスト材料は、式(3−54)の化合物である。本実施例の製造プロセスの他の工程は、実験H1に記載した工程と同一である。
(実験H3)
実験H3は、6層有機構造を有する有機発光デバイスを製造する方法を開示する。本実施例に従い、蒸発皿に、Ir(btp)2acacと共に式(3−55)の材料を最初に置く。式(3−55)の材料とIr(btp)2acacの割合は、10:1である。次に、蒸着プロセスを0.2nm/秒の速度で実施して正孔輸送層112上に30nmの有機発光層104を形成する。有機発光層104内のドーパントは、Ir(btp)2acacであり、有機発光層104のホスト材料は、式(3−55)の化合物である。本実施例の製造プロセスの他の工程は、実験1に記載した工程と同一である。
実験H3は、6層有機構造を有する有機発光デバイスを製造する方法を開示する。本実施例に従い、蒸発皿に、Ir(btp)2acacと共に式(3−55)の材料を最初に置く。式(3−55)の材料とIr(btp)2acacの割合は、10:1である。次に、蒸着プロセスを0.2nm/秒の速度で実施して正孔輸送層112上に30nmの有機発光層104を形成する。有機発光層104内のドーパントは、Ir(btp)2acacであり、有機発光層104のホスト材料は、式(3−55)の化合物である。本実施例の製造プロセスの他の工程は、実験1に記載した工程と同一である。
(実験H4)
実験H4は、6層有機構造を有する有機発光デバイスを製造する方法を開示する。本実施例に従って、蒸発皿に、Ir(btp)2acacと共に式(4−1)の材料を最初に置く。式(4−1)の材料とIr(btp)2acacの割合は、10:1である。次に、蒸着プロセスを0.2nm/秒の速度で実施して、正孔輸送層112上に30nmの有機発光層104を形成する。有機発光層104内のドーパントは、Ir(btp)2acacであり、有機発光層104のホスト材料は、式(4−1)の化合物である。本実施例の作製プロセスの他の工程は、実験H1に記載した工程と同一である。
実験H4は、6層有機構造を有する有機発光デバイスを製造する方法を開示する。本実施例に従って、蒸発皿に、Ir(btp)2acacと共に式(4−1)の材料を最初に置く。式(4−1)の材料とIr(btp)2acacの割合は、10:1である。次に、蒸着プロセスを0.2nm/秒の速度で実施して、正孔輸送層112上に30nmの有機発光層104を形成する。有機発光層104内のドーパントは、Ir(btp)2acacであり、有機発光層104のホスト材料は、式(4−1)の化合物である。本実施例の作製プロセスの他の工程は、実験H1に記載した工程と同一である。
本発明の材料の効果を立証するために、従来型発光材料と本発明の発光材料の燐光性、光特性、および熱安定性に関する試験を以下に検討する。
(1)燐光性
図7を参照されたい。図7は、従来型発光材料と本発明の発光材料の燐光性を例証する比較図である。図7に示される通り、式(2−3)、(3−54)、(3−55)の化合物の波長は、380nm〜410nmであり(各々曲線2、3、および4により示される)、一方CBPの波長は、約390nmである(曲線1により示される)。つまり、有機発光層に本発明の材料を適用することにより、有機EL装置の燐光強度は、従来型のCBP材料を利用する装置に匹敵する。
図7を参照されたい。図7は、従来型発光材料と本発明の発光材料の燐光性を例証する比較図である。図7に示される通り、式(2−3)、(3−54)、(3−55)の化合物の波長は、380nm〜410nmであり(各々曲線2、3、および4により示される)、一方CBPの波長は、約390nmである(曲線1により示される)。つまり、有機発光層に本発明の材料を適用することにより、有機EL装置の燐光強度は、従来型のCBP材料を利用する装置に匹敵する。
(2)光特性
図8A、8B、9Aおよび9Bを参照されたい。図8A、8B、9Aおよび9Bは、従来型発光材料と本発明に係る発光材料の電圧と電流密度との関係、および電圧と輝度との関係を例証する比較図である。図8A、8B、9Aおよび9Bに示す通り、本発明の電流密度と輝度の成果は、電圧が大きくなるに従って、CBP材料を利用する従来技術の電流密度と輝度の成果に匹敵する。この結果から、本発明の材料を利用するEL装置の有機発光層または正孔ブロッキング層の発光性能が、従来型のCBP材料を用いるデバイスの発光性能に匹敵することがわかる。
図8A、8B、9Aおよび9Bを参照されたい。図8A、8B、9Aおよび9Bは、従来型発光材料と本発明に係る発光材料の電圧と電流密度との関係、および電圧と輝度との関係を例証する比較図である。図8A、8B、9Aおよび9Bに示す通り、本発明の電流密度と輝度の成果は、電圧が大きくなるに従って、CBP材料を利用する従来技術の電流密度と輝度の成果に匹敵する。この結果から、本発明の材料を利用するEL装置の有機発光層または正孔ブロッキング層の発光性能が、従来型のCBP材料を用いるデバイスの発光性能に匹敵することがわかる。
(3)熱安定性
外部電圧の印加に伴う有機EL装置の温度上昇時に、装置の内部材料、特に発光層の材料の熱安定性が十分でないと、材料の分解または分子膜の変形等の問題が生じる。これらの問題は、最終的に、放熱力を低下させ、色歪を生じ、装置の寿命を低下させる。ここでは、熱重量測定を実施し、従来の発光材料と本発明に係る発光材料の熱安定性を測定する。熱安定性を測定は、熱重量測定装置(TGA)(パーキンエルマー(Perkin Elmer)社製、モデル番号S−II)を用い、2〜3グラムの試料を測定することが好ましい。
図10を参照されたい。図10は、従来の発光材料と本発明に係る発光材料の熱安定性を示す図である。試験試料の5%重量損失が、熱分解(Td)温度の指標として設定されるならば、式(2−3)、(3−54)、(3−55)、および(4−1)の化合物に関して測定される熱分解温度は、図の曲線6、7、および8によって示されるように、各々508℃、473℃、503℃、および411℃となる。一方、CBPに関する熱分解温度は、曲線5によって示されるように、447℃となる。式(2−3)、(3−54)、(3−55)、および(4−1)の化合物の熱分解温度は、CBPの熱分解温度よりも高いことから、式(2−3)、(3−54)、(3−55)、および(4−1)の化合物の熱安定性が、CBPの熱安定性よりもかなり優れていることが確認される。従って、従来のCBP材料を用いる有機EL装置と比較すると、本発明に係る材料を用いる有機EL装置では、容易に結晶化が生じず、装置の発光性能および寿命を顕著に向上させることが可能といえる。
外部電圧の印加に伴う有機EL装置の温度上昇時に、装置の内部材料、特に発光層の材料の熱安定性が十分でないと、材料の分解または分子膜の変形等の問題が生じる。これらの問題は、最終的に、放熱力を低下させ、色歪を生じ、装置の寿命を低下させる。ここでは、熱重量測定を実施し、従来の発光材料と本発明に係る発光材料の熱安定性を測定する。熱安定性を測定は、熱重量測定装置(TGA)(パーキンエルマー(Perkin Elmer)社製、モデル番号S−II)を用い、2〜3グラムの試料を測定することが好ましい。
図10を参照されたい。図10は、従来の発光材料と本発明に係る発光材料の熱安定性を示す図である。試験試料の5%重量損失が、熱分解(Td)温度の指標として設定されるならば、式(2−3)、(3−54)、(3−55)、および(4−1)の化合物に関して測定される熱分解温度は、図の曲線6、7、および8によって示されるように、各々508℃、473℃、503℃、および411℃となる。一方、CBPに関する熱分解温度は、曲線5によって示されるように、447℃となる。式(2−3)、(3−54)、(3−55)、および(4−1)の化合物の熱分解温度は、CBPの熱分解温度よりも高いことから、式(2−3)、(3−54)、(3−55)、および(4−1)の化合物の熱安定性が、CBPの熱安定性よりもかなり優れていることが確認される。従って、従来のCBP材料を用いる有機EL装置と比較すると、本発明に係る材料を用いる有機EL装置では、容易に結晶化が生じず、装置の発光性能および寿命を顕著に向上させることが可能といえる。
本発明に係る材料を有機EL装置の有機発光層に用いることにより、有機EL装置は、優れた熱安定性の利点を有するだけでなく、優れた発光性能を具備することとなる。本明細書によって開示された材料は、有機発光ダイオードディスプレイにも適用することができる。特に、これらの材料の薄膜特性は、これらの材料が容易に結晶化されないので、装置の発光性能および寿命を有意に高めることができる。本発明に係る材料を有機EL装置の正孔ブロッキング層にさらに用いることにより、その発光性能をより向上させることができる。
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時の請求項に記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時の請求項に記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
100:透明基板
102:陽極
104:有機発光層
106:陰極
108:パッシベーション層
110:電子輸送層
110a:電子注入層
112:正孔輸送層
112a:正孔注入層
114:正孔ブロッキング層
102:陽極
104:有機発光層
106:陰極
108:パッシベーション層
110:電子輸送層
110a:電子注入層
112:正孔輸送層
112a:正孔注入層
114:正孔ブロッキング層
Claims (22)
- 前記Ar1とAr2の置換可能なアリール基が、フェニル、ビフェニル、トリル、ナフチル、アントラニル、フェナントリルからなる群から選択されることを特徴とする請求項1の発光層用ホスト材料。
- 前記置換可能なアミノ基が、6〜24個の炭素原子を有する置換可能なアリール基を含んでいることを特徴とする請求項1の発光層用ホスト材料。
- 前記置換可能なホウ素基が、6〜12個の炭素原子を有する置換可能なアリール基を含んでいることを特徴とする請求項1の発光層用ホスト材料。
- 前記発光層にドーパントとともに使用されることを特徴とする請求項1から4のいずれかの発光層用ホスト材料。
- 前記Ar1とAr2の置換可能なアリール基が、フェニル、ビフェニル、トリル、ナフチル、アントラニル、フェナントリルからなる群から選択されることを特徴とする請求項7の正孔ブロッキング材料。
- 前記置換可能なアミノ基が、6〜24個の炭素原子を有する置換可能なアリール基を含んでいることを特徴とする請求項7の正孔ブロッキング材料。
- 前記置換可能なホウ素基が、6〜12個の炭素原子を有する置換可能なアリール基を含んでいることを特徴とする請求項7の正孔ブロッキング材料。
- 前記Ar1とAr2の置換可能なアリール基が、フェニル、ビフェニル、トリル、ナフチル、アントラニル、フェナントリルからなる群から選択されることを特徴とする請求項11の有機EL装置。
- 前記置換可能なアミノ基が、6〜24個の炭素原子を有する置換可能なアリール基を含んでいることを特徴とする請求項11の有機EL装置。
- 前記置換可能なホウ素基が、6〜12個の炭素原子を有する置換可能なアリール基を含んでいることを特徴とする請求項11の有機EL装置。
- 前記陰極と前記有機発光層との間に配置された正孔ブロッキング層をさらに備えることを特徴とする請求項11から14のいずれかの有機EL装置。
- 前記正孔ブロッキング層が、前記式(1)で表現される化合物を含んでいることを特徴とする請求項15の有機EL装置。
- 前記正孔ブロッキング層と前記陰極との間に配置された電子輸送層をさらに備えることを特徴とする請求項15又は16の有機EL装置。
- 前記電子輸送層と前記陰極との間に配置された電子注入層をさらに備えることを特徴とする請求項17の有機EL装置。
- 前記陽極と前記有機発光層との間に配置された正孔輸送層をさらに備えることを特徴とする請求項11から18のいずかの有機EL装置。
- 前記陽極と前記正孔輸送層との間に配置された正孔注入層をさらに備えることを特徴とする請求項19の有機EL装置。
- 前記有機発光層が、さらにドーパントを含んでいることを特徴とする請求項11の有機EL装置。
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