JP2007254687A - 有機el用化合物および有機elデバイス - Google Patents

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Abstract

【課題】特に発光の高効率化、長寿命化を可能にする発光層として、ホスト材料と発光ドーパントとを有してなる有機EL化合物を提供するとともに、これを用いた有機ELデバイスを提供する。
【解決手段】下記式(1)〜式(5)で示される分子を構成ユニットとして有するポリマー分子で表される有機EL用化合物。
[化1]
Figure 2007254687

[化2]
Figure 2007254687

[化3]
Figure 2007254687

(ただし、Rはアルキル基、アリール基、又はアルキルアリール基を表す。)
[化4]
Figure 2007254687

[化5]
Figure 2007254687

(ただし、R’は水素、アルキル基、又はアルキルアリール基を表す。)
【選択図】なし

Description

本発明は、ディスプレイ、表示光源等に用いられる有機ELデバイスに係り、詳しくは塗布型の有機ELデバイスに好適に用いられる有機EL用化合物と、これを用いてなる有機ELデバイスに関する。
近年、液晶ディスプレイに替わる自発発光型ディスプレイとして、有機エレクトロルミネッセンス素子(有機EL素子)を用いた有機エレクトロルミネッセンスデバイス(有機ELデバイス)の開発が加速している。このような有機ELデバイス及びその製造方法としては、例えば特許文献1、特許文献2のような技術が知られている。
ところで、従来、有機ELデバイス(有機EL装置)においては、発光の高効率化、発光色の変化、長寿命化をなさせるために発光層の材料構成として、ホスト材料および発光ドーパントを用いる技術が知られている。このような技術は、有機ELデバイス中の有機材料を蒸着法で配するようにしたデバイスにおいて、特に頻繁に用いられているが、インクジェット法(液滴吐出法)またはスピンコート法を用いて成膜する高分子材料の塗布型有機ELデバイスにおいては、あまり用いられていない。
ここで、上記の「ホスト材料および発光ドーパント」の意味/特徴を、以下に記す。
(1)ホスト材料は、ホールと電子の両方を流すことができる材料。
(2)発光層中に発光ドーパントを併用しない有機ELデバイスにおいては、ホスト材料からの発光が観察されるが、発光ドーパントとホスト材料とを併用した場合には、ホスト材料からの発光はほとんど観察されなくなり、発光ドーパントが主として発光するようになる。
(3)ホスト材料と発光ドーパントとを併用したEL素子において観察されるEL発光のスペクトルは発光ドーパント中の発光中心の蛍光または燐光である。ここで言う発光中心とは、発光ドーパントの一部分を指し、強い蛍光/燐光を発することが可能な有機分子骨格を意味する。
特開2000−323276号公報 特表2002−536492号公報
上記の高分子材料塗布型の有機ELデバイスにおいて、ホスト材料と発光ドーパントとを併用する技術があまり用いられていなかった理由は、以下のような原因(課題)にあると考えられる。
(1)ホストと発光ドーパントの混合溶液を塗布した際に、発光ドーパントがブリーディングしてくる現象が見られる。これは一般的に、ポリマー中に低分子材料の混合溶液を塗布/乾燥すると、乾燥する際に低分子材料が表層に出てくる現象が見られることに起因する。
(2)発光ドーパント材料のホール、電子をトラップする機能が低い。これは、ホストが共役系ポリマーの場合に顕著である。共役系ポリマーの場合にはホストポリマー分子内をホールと電子が優先的に流れてしまうため、発光ドーパントがホールおよび電子をトラップし難いと予想される。
(3)発光ドーパント材料の開発が遅れていた。これは、高分子塗布型有機ELデバイスの世界においては、ホスト+発光ドーパントの系が蒸着型EL(低分子EL)に比べて、効果が薄かったためである。
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、特に発光の高効率化、長寿命化を可能にする発光層として、ホスト材料と発光ドーパントとを有してなる有機EL化合物を提供するとともに、これを用いた有機ELデバイスを提供することを目的としている。
本発明者は上記目的を達成するため鋭意研究した結果、以下の知見を得た。
上記(1)に示した課題に対しては、以下のような解決策を採ることができる。
・発光ドーパントを高分子量化することにより、塗布/乾燥時に発光ドーパントがブリーディングしないようにすることができる。ドーパント全体がπ共役(一般的なπ共役に加え、N原子を介在とした共役も含める)であることが望ましいが、塗布型有機ELにおいては適当な溶剤に対して溶解することが必要であるため、設計によっては適当な分子量にて非共役系の連結基で高分子量化することもできる。
また、上記(2)に示した課題に対しては、以下のような解決策を採ることができる。
・上記(1)の解決策において高分子量化する際に、分子設計の方針として、ホールまたは電子を優先的にトラップし得る官能基を発光ドーパント分子内に組み込むことにより、ドーパントの機能を向上させる。特に、ホールトラップ機能を有する官能基を分子内に組み込むことにより、ドーパントとしての機能を向上させる。
・ドーパント中の発光中心とホールトラップ機能を有する官能基とは、π共役系で連結していることが好ましい。これは、π共役させることにより、発光中心が直接ホールトラップしたことと同じ効果が得られるためである。
・ホールトラップ性を向上させる目安としては、ホスト材料のIP(イオン化ポテンシャル)値であり、ホスト材料と同等以上に酸化され易いことが必要である。
そして、本発明者はこのような知見の基にさらに研究を重ねた結果、本発明を完成させた。
すなわち、本発明の有機EL用化合物は、下記式(1)〜(式5)で示される分子を構成ユニットとして有するポリマー分子で表される。
Figure 2007254687
Figure 2007254687
Figure 2007254687
(ただし、Rはアルキル基、アリール基、又はアルキルアリール基を表す。)
Figure 2007254687
Figure 2007254687
(ただし、R’は水素、アルキル基、又はアルキルアリール基を表す。)
上記ポリマー分子において、式(1)に示すものは有機ELデバイスにおいて赤色発光する分子ユニットとして機能し、式(2)に示すものはホールトラップユニットとして機能し、式(3)および式(4)に示すものは高分子量化のための連結ユニットとして機能するものである。また、式(3)に示すものは電子トラップユニットとしても機能し、発光層中を流れる電子の量を微小ながらコントロールする機能をも有している。式(5)に示すものは分子末端がハロゲン元素にならないための官能基である。
上記ポリマー分子はホールトラップすることが可能であるため、これを有機ELデバイスの発光層に用いることにより、該ポリマー分子が発光層中を流れているホールをトラップすることで該ポリマー分子がカチオンを生成する。すると、このカチオンが発光層中を流れている電子をトラップすることにより、該ポリマー分子内で再結合が起こり、発光ユニットである上記式(1)の分子ユニットがEL発光するようになる。
ここで、上記の「再結合」とは、ポリマー分子がトラップしたホールと電子とにより、発光中心の分子が励起状態になることを意味している。
すなわち、上記の「励起状態」から「基底状態」への緩和する過程において放出されるエネルギーが、EL発光として観測されるのである。
このような構成のもとに、該ポリマー分子を有機ELデバイスに使用することにより、特に高効率で長寿命な赤色発光を得ることができる。
また、上記有機EL化合物においては、ポリマー分子が下記式(6)で示されるものであるのが好ましい。
Figure 2007254687
(ただし、Rはアルキル基、アリール基、又はアルキルアリール基を表し、R’は水素、アルキル基、又はアルキルアリール基を表す。また、m,n,pはそれぞれ1以上の整数を表し、q,bは0以上の整数を表す。rは1以上の整数を表す。)
上記したように、該ポリマー分子を有機ELデバイスに使用することにより、高効率で長寿命な赤色発光を得ることができる。
なお、上記式(6)中のrは、該ポリマー分子を構成するオリゴマーユニット(式(1)〜式(4)および式(5)で構成される最低ユニットを意味する)の重合度を表す整数である。
また、上記式(6)中においてはq=0が望ましいが、塗布用インクの溶媒種によっては溶解性が落ちたり、q、rの値によっても溶解性が悪くなるため、q=1〜4の整数となることもある。
また、上記有機EL化合物においては、上記式(6)で示されるオリゴマーユニットにおいて、発光ユニットである上記式(1)で示されるユニットの数を表す整数mが1または2であるのが好ましい。
このように構成された上記オリゴマーは、上記式(6)においてr=1を意味するようになる。したがって、このようなオリゴマーの分子設計により、十分なEL発光輝度を得ることができる。
また、上記有機EL化合物においては、上記式(6)で示されるオリゴマーユニットにおいて、ホールトラップ機能を有するユニットである上記式(2)で示されるユニットの数を表す整数nが2以上であるのが好ましい。
このようなオリゴマーユニットの分子設計により、十分なEL発光輝度を得ることができる。
また、上記有機EL化合物においては、上記式(6)で示されるオリゴマーユニットにおいて、高分子量化のための連結ユニットとして機能するとともに電子トラップとしての機能を有するユニットである上記式(3)で示されるユニットの数を表す整数pが1ないし4であるのが好ましい。
このようなオリゴマーユニットの分子設計により、溶媒に対する溶解性を向上させることが可能になる。また、電子の流れをコントロールすることが可能になり、発光効率の最適化を図ることが可能になる。
また、上記有機EL化合物においては、上記式(6)で示されるオリゴマーユニットの構成において、上記式(1)で示されるユニットと上記式(2)で示されるユニットとが最低1箇所直接連結しているのが好ましい。
このようなオリゴマーユニットの分子設計により、ホールのトラップ性が向上し、発光効率、輝度半減寿命の向上を図ることが可能になる。
また、本発明の有機ELデバイスは、上記の有機EL用化合物を使用したものである。
上記の有機EL用化合物を使用することにより、良好な有機ELデバイスが得られる。
また、上記有機ELデバイスにおいては、上記の有機EL用化合物を発光層に使用しているのが好ましい。
上記の有機EL用化合物を発光層に使用することにより、材料の特性を引き出すことが可能となり、発光効率、輝度半減寿命特性が良好なデバイスを得ることが可能になる。
また、上記有機ELデバイスにおいては、上記の有機EL用化合物を発光層中において発光ドーパント材料として使用しているのが好ましい。
ここで、上記の発光層とは、有機ELデバイスに電圧を印加し、電流が流れた際にEL発光する部位(層)を意味している。塗布型有機ELの場合、該発光層を構成する材料は通常1種類のみの場合が多い。役割としては、電子、ホールの注入/輸送に加え、EL発光の3つの機能を持ち合わせている。
また、上記の発光ドーパントとは、該発光層中に使用され、上記3つの機能のうち、発光機能を主たる目的として使用される場合に使われる名称である。その際には、ホール、電子の注入/輸送の機能を主たる目的とする有機材料も同時に使用され、その材料をホスト材料と呼ぶ。
上記の有機EL用化合物を発光層中において発光ドーパント材料として使用することにより材料の特性を引き出すことが可能となり、赤色発光の機能を有し、発光効率、輝度半減寿命特性が良好なデバイスを得ることが可能になる。
また、上記有機ELデバイスにおいては、上記発光層は、上記発光ドーパント材料とホスト材料とによって形成されてなり、
上記発光層中における上記発光ドーパントと上記ホスト材料とは、下記式(7)で示される重量%表示のk値が、0.5重量%以上、10.0重量%以下となるような割合で含有されているのが好ましい。
k=(a/(b+c))×100 …式(7)
(ただし、上記式(7)中のaは、上記発光ドーパント材料中での、上記式(1)で示されるユニットが占める重量であり、bは使用された発光ドーパント材料の重量であり、cは使用されたホスト材料の重量である。)
一般的に発光ドーパント中の発光部位(上記発光ドーパント材料においては上記式(1))は蛍光強度が強いため、デバイス(素子)において発光ドーパントが効率良く電子およびホールをトラップすることができれば、上記のk値が0.1重量%程度でもEL発光させることが可能であると言われている。しかし、あまりにも少なすぎると、エネルギー移動の不足や、電子およびホールのトラップ不足によりホスト材料が発光してしまうなどの弊害が生ずることから、上記k値についての下限値を、0.5重量%とするのが好ましい。また、上限値に関しては規定する事が難しく、発光ドーパントの発光機能を発現させるためだけであれば上限値を20重量%ないし30重量%としてもよいが、添加量が多過ぎると濃度消光により十分なEL発光が得られなくなってくる。したがって、発光効率を加味した実現的な上限値としては、10重量%とするのが好ましい。
また、上記有機ELデバイスにおいては、上記発光層が、上記発光ドーパント材料とホスト材料とによって形成されてなり、上記ホスト材料が、フルオレン、アリールアミン、アントラセンより選ばれた少なくとも1種の材料からなるホモポリマーまたは共重合ポリマーであるのが好ましい。
上記ホスト材料には、その性能として、ホールと電子とを良好に輸送する特性が望まれている。また、分子軌道におけるHOMO (最高占有分子軌道)とLUMO(最低非占有分子軌道)とのエネルギーギャップが、上記ポリマー分子中の上記式(1)に示すユニットよりも大きいことも望まれている。さらには、LUMO(最低非占有分子軌道)の真空準位が、上記式(6)に示されるポリマーよりも高いことが望まれている。
このような性能を満たすことにより、ホールと電子との両方がホスト材料から発光ドーパントに良好に注入され、発光効率、寿命が向上するようになる。
また、上記有機ELデバイスにおいては、上記発光層と陽極との間に少なくとも1層のホール注入層またはホール輸送層を設けているのが好ましい。
このようにすれば、発光層中へのホールの注入性がより向上し、発光効率の向上が図られる。
なお、上記HOMO(最高占有分子軌道)の測定については、理研計器株式会社の光電子分光装置(AC−1)などを利用して求めることができる。
また、HOMO(最高占有分子軌道)とLUMO(最低非占有分子軌道)とのエネルギーギャップについては、使用するホスト材料の薄膜吸収スペクトルを用いて測定することができ、一般的には吸収スペクトルの最大長波長での吸収端をエネルギーギャップとして用いている。さらに、LUMOの真空準位については、上記HOMOの真空準位とHOMO−LUMOのギャップより簡単に求めることができる。
また、上記有機ELデバイスにおいては、上記発光層が、スピンコート法もしくは液滴吐出法により塗布されて作製されているのが好ましい。
このように、上記の有機EL用化合物がスピンコート法もしくは液滴吐出法により塗布されて発光層が作製されていることにより、この有機ELデバイスは良好な発光効率、輝度半減寿命特性を有するものとなる。
ここで、上記の有機EL用化合物はオリゴマーまたはポリマー分子であるため、ホスト材料のポリマーとの相溶性が良好である。したがって、発光層中において、ホスト材料と発光ドーパント材料とを均一に分散させることが可能になる。
なお、上記の有機EL用化合物は分子量が大きいため、蒸着成膜法では一部または全部が蒸着時に分解してしまい、得られる有機ELデバイスの特性を損なってしまう。
以下、本発明を詳細に説明する。
まず、本発明の有機EL用化合物の実施形態について、その合成例に基づき説明する。
(有機EL用化合物)
本発明の有機EL化合物の第1実施形態として、下記式(8)に示すポリマー分子を、以下の合成例に基づく合成法によって作製した。
Figure 2007254687
(ただし、合成反応上での理論値として、m=1,n=2,p=4,q=0,b=2,r=1である。)
<合成例1>
1-ブロモフェニル-3-フェニルイソベンゾフランを、図1に示す合成方法で以下のようにして合成した。
まず、Ar置換した200cmのシュレンク管に、1,4−ジブロモベンゼン5.0g (2.12E−2mol)を計量投入した。そこへ、無水THF(テトラヒドロフラン)100cmを投入し、溶液とした。この溶液を−50℃に冷却した後、n−BuLiヘキサン溶液(1.5mol/l)12.7cm(1.9E−2mol)を投入し、冷却状態を保持したまま1.5時間攪拌放置した。次に、冷却状態を保持して3-フェニルフタリド4g(1.9E−2mol)を加えた。2時間後室温に戻し、35%の塩酸水溶液30cmを添加した。1時間後に分液ロートにてトルエン抽出を行い、蒸留水にて十分に洗浄した。このトルエン溶液を濃縮後、シリカゲルクロマトグラフィーにて、目的物を分取した(展開溶媒はトルエン:ヘキサン=1:4)。
これにより、黄色固体4.65gを得た(収率70%)。なお、MS:348、350が確認された。
<合成例2>
ジシクロペンタ[cd,lm]ペリレン(中間体)を、図2に示す合成方法で以下のようにして合成した。
まず、Ar置換した200cmのシュレンク管に、5,6−ジブロモアセナフチレン5g(1.61E−2mol)、溶媒として乾燥させたジメチルホルムアミド(DMF)70cmを投入し、90℃で加熱溶解させた。そこへ、Ni(COD)を4.5g(1.61E−2mol)、2,2’ −ビピリジン2.52g(1.61E−2mol)、およびシクロオクタジエン(1cm)を加えて、5時間90℃で反応させた。
反応後、反応溶液を室温まで冷却し、そこへメタノール50cmと45%塩酸水を15cm添加した。沈殿物をろ過にて回収後、十分な水、メタノールで洗浄を行った。
次いで、ろ物を300cmのクロロホルムに溶解させ、シリカゲルを通して不純物を除去した。
その後、ジクロロメタン、ヘキサンを用いた再沈殿法により、精製を行った。
これにより、黒紫色結晶0.9gを得た(収率38%)。また、MS:300が確認された。
<合成例3>
ジブロモ−ジベンゾ[f,f’]ジインデノ[1,2,3,−cd:1’,2’,3’−lm]ペリレンを、図3に示す合成方法で以下のようにして合成した。
まず、Ar置換した200cmのシュレンク管に、合成例1で得た1-ブロモフェニル-3-フェニルイソベンゾフラン3g(8.6E−3mol)、合成例2で得たジシクロペンタ[cd,lm]ペリレン1g(3.43E−3mol)、および蒸留乾燥させたキシレン100cmを加え、130℃にて20時間反応させた。
反応後、目的中間体の沈殿物をろ過した。
次いで、ろ物を300cmの加熱クロロホルムにて洗浄を行った後、目的中間体を回収した。
これにより、中間体として、黄色固体2g(収率61%)を得た。
次に、上記中間体2gを500cmのフラスコに投入し、そこへ酢酸200cmを投入し、130℃で1時間加熱した。加熱後、100℃まで温度を下げた後、48%HBr水溶液を30cm添加した。30分加熱後、水を投入して固形分を回収した。固形分を蒸留水、メタノールで十分洗浄した後、シリカゲルクロマトグラフィーおよび再沈殿法によって目的物を分離精製した。
これにより、黒紫色固体0.9g(収率40%)を得た。また、(MS+1):963が確認された。
<合成例4>
2−ブロモ−9,9−ジ−n−オクチルフルオレニル−7−ボロン酸を、図4に示す合成方法で以下のようにして合成した。
まず、Ar置換した200cmのシュレンク管に、2,7−ジブロモ−9,9−ジ−n−オクチルフルオレン4g(7.3E−3mol)、およびナトリウム乾燥させたTHF100cmを加えて溶液とした。この溶液を−70℃に冷却した。そこへ1.5mol/lのn−ブチルリチウムヘキサン溶液4.9cmを添加し、1時間放置した。冷却を保持したままボロン酸トリエチル1.1g(7.5E−3mol)を添加し1.5時間反応させた。反応後、反応液を5℃において40%HCl水溶液5cmを添加した。1時間後、飽和炭酸ナトリウム水溶液を用いてpHが7になるように中和した。
次に、分液ロートを使用して有機層(THF層)を分離した。分離したTHF溶液に硫酸マグネシウムを適量加えて水分を除去した。ろ紙を用いて硫酸マグネシウムを除いた後、ヘキサンを加えて目的物を析出させた。精製は再沈殿法にて行った。溶媒としてはTHFとヘキサンとを使用した。
<合成例5>
4−ブロモ−トリフェニルアミノボロン酸を、図5に示す合成方法で以下のようにして合成した。
まず、Ar置換した200cmのシュレンク管に、市販の4,4’−ジブロモ−トリフェニルアミン4g(9.9E−3mol)、およびナトリウム乾燥させたTHF100cmを加えて溶液とした。次に、この溶液を−70℃に冷却した。そこへ、1.5mol/lのn−ブチルリチウムヘキサン溶液9.9cm(1.48E−2mol)を添加し、1時間放置した。次いで、冷却状態を保持したままボロン酸トリエチル1.9g(1.3E−2mol)を添加し、1.5時間反応させた。反応後、反応液を5℃において40%HCl水溶液5cmを添加した。1時間後、飽和炭酸ナトリウム水溶液を用いてpHが7になるように中和した。
次に、分液ロートを使用して有機層(THF層)を分離した。続いて、分離したTHF溶液に硫酸マグネシウムを適量加えて水分を除去した。ろ紙を用いて硫酸マグネシウムを除いた後、ヘキサンを加えて目的物を析出させた。精製は再沈殿法にて行った。また、溶媒としてはTHFとヘキサンとを使用した。
これにより、白色(薄緑色に着色)固体1.4g(収率40%)を得た。
<合成例6>
1−(4−ブロモベンジル)−4−フェニルボロン酸を、図6に示す合成方法で以下のようにして合成した。
まず、Ar置換した200cmのシュレンク管に、4,4’−ビスブロモフェニルメタン5g(1.5E−2mol)、およびナトリウム乾燥させたTHF50cmを加えて溶液とした。次に、この溶液を−70℃に冷却した。そこへ、1.5mol/lのn−ブチルリチウムヘキサン溶液10.2cm(1.5E−2mol)を添加し、1時間放置した。次いで、冷却状態を保持したままボロン酸トリエチル2.2g(1.5E−2mol)を添加し1.5時間反応させた。反応後、反応液を5℃において40%HCl水溶液5cmを添加した。1時間後、飽和炭酸ナトリウム水溶液を用いてpHが7になるように中和した。
次に、分液ロートを使用して有機層(THF層)を分離した。続いて、分離したTHF溶液に硫酸マグネシウムを適量加えて水分を除去した。ろ紙を用いて硫酸マグネシウムを除いた後、エバポレーターを使用して溶媒を除去した。
これにより、透明粘稠体4gを得た。また、この状態で次反応に使用するようにした。
<合成例7>
合成例3〜6で得た合成物を用い、図7に示す合成ルートによって上記式(8)に示すEL材料(EL材料1)、すなわち本発明の有機EL化合物の第1実施形態を合成した。
まず、Ar置換した200cmのシュレンク管に、先に合成したジブロモ−ジベンゾ[f,f’]ジインデノ[1,2,3,−cd:1’,2’,3’−lm]ペリレン0.5g(5.2E−4mol)、4−ブロモ−トリフェニルアミノボロン酸0.38g(1.04E−3mol)を投入し、そこへ蒸留エタノール50cm、蒸留トルエン100cmを加えて溶液とした。さらに、そこへテトラキストリフェニルホスフィンパラジウム錯体(Pd(PPh )0.06gおよび炭酸ナトリウムの飽和水溶液を30cm添加し、80℃にて加熱した。1時間後、2−ブロモ−9,9−ジ−n−オクチルフルオレニル−7−ボロン酸1.1g(2.1E−3mol)、テトラキストリフェニルホスフィンパラジウム錯体(Pd(PPh )0.06gを加えて5時間反応させた。
次いで、市販のフェニルボロン酸0.12g(1.04E−3mol)を加えてさらに5時間反応させた。反応後、加熱下で空気を反応液にバブリングにて30分間送入した。
次に、反応液を室温まで冷却した後、1リットルの分液ロートに移しトルエン抽出をすると共に、蒸留水で十分に洗浄を行った。分液ロート中のトルエン層を硫酸マグネシウムで十分に乾燥後、シリカゲルクロマトグラフィーおよび再沈殿を用いて精製を行った。
再沈殿精製に用いた溶媒は、ジクロロメタン/ヘキサンを用いた系、およびジクロロメタン/メタノールを用いた系である。
これにより、赤色蛍光体0.5g(収率32%)を得た。(ただし、分子量を2998として計算した。)
本発明の有機EL化合物の第2実施形態として、下記式(9)に示すポリマー分子を、以下の合成例に基づく合成法によって作製した。
Figure 2007254687
(ただし、合成反応上での理論値として、m=1,n=2,p=4,q=2,b=2,r=1である。)
<合成例8>
合成例3〜6で得た合成物を用い、図8に示す合成ルートによって上記式(9)に示すEL材料(EL材料2)を合成した。
まず、Ar置換した200cmのシュレンク管に、先に合成したジブロモ−ジベンゾ[f,f’]ジインデノ[1,2,3,−cd:1’,2’,3’−lm]ペリレン0.5g(5.2E−4mol)、4−ブロモ−トリフェニルアミノボロン酸0.38g(1.04E−3mol)を投入し、そこへ蒸留エタノール50cm、蒸留トルエン100cmを加えて溶液とした。そこへ、テトラキストリフェニルホスフィンパラジウム錯体(Pd(PPh)0.06gおよび炭酸ナトリウムの飽和水溶液を30cm添加し、80℃にて加熱した。
1時間後、1−(4−ブロモベンジル)−4−フェニルボロン酸0.3g(1.04E−3mol)、テトラキストリフェニルホスフィンパラジウム錯体(Pd(PPh)0.06gを加えて反応させた。2時間後、さらに2−ブロモ−9,9−ジ−n−オクチルフルオレニル−7−ボロン酸1.1g(2.1E−3mol)、へテトラキストリフェニルホスフィンパラジウム錯体(Pd(PPh)0.06gを加えて5時間反応させた。次いで、市販のフェニルボロン酸0.12g(1.04E−3mol)を加えてさらに5時間反応させた。反応後、加熱下で空気を反応液にバブリングにて30分間送入した。
次に、反応液を室温まで冷却した後、1リットルの分液ロートに移しトルエン抽出をすると共に、蒸留水で十分に洗浄を行った。分液ロート中のトルエン層を硫酸マグネシウムで十分に乾燥後、シリカゲルクロマトグラフィーおよび再沈殿を用いて精製を行った。
再沈殿精製に用いた溶媒は、ジクロロメタン/ヘキサンを用いた系、およびジクロロメタン/メタノールを用いた系である。
これにより、赤色蛍光体0.5g(収率29%)を得た。(ただし、分子量を3331として計算した。)
次に、EL用のホスト材料を以下のようにして合成し、作製した。
まず、ホスト1として、下記式(10)に示すポリマー分子を、以下の合成例に基づく合成法によって作製した。
Figure 2007254687
(ただし、合成反応上での理論値として、p=150である。)
<合成例9>
EL用ホスト材料(ホスト1)として、上記式(10)に示すポリフルオレンを、図9に示す合成方法に基づき、以下のようにして合成した。
まず、Ar置換した200cmのシュレンク管に、先に示した合成方法により合成した、2−ブロモ−9,9−ジ−n−オクチルフルオレニル−7−ボロン酸5g(9.7E−3mol)および市販のフェニルボロン酸を0.008g(6.6E−5mol)、ブロモベンゼン0.01g(6.6E−5mol)を計量した。そこへ、蒸留エタノール50cm、蒸留トルエン100cmを加えて溶液とした。そこへテトラキストリフェニルホスフィンパラジウム錯体(Pd(PPh)0.56gおよび炭酸ナトリウムの飽和水溶液を30cm添加し、80℃にて10時間反応させた。
反応後、反応液を室温まで冷却させ1リットルの分液ロートに移しトルエン抽出をすると共に、蒸留水で十分に洗浄を行った。分液ロート中のトルエン層を硫酸マグネシウムで十分に乾燥後、シリカゲルクロマトグラフィーおよび再沈殿を用いて精製を行った。
再沈殿精製に用いた溶媒は、ジクロロメタン/ヘキサンを用いた系、およびジクロロメタン/メタノールを用いた系である。
これにより、白色固体2g(回収量として、収率52%)を得た。
次に、ホスト2として、下記式(11)に示すポリマー分子を、以下の合成例に基づく合成法によって作製した。
Figure 2007254687
(ただし、合成反応上での理論値として、p=3,n=1,r=50である。)
<合成例10>
EL用ホスト材料(ホスト2)として、上記式(11)に示すフルオレンとトリフェニルアミンの共重合体を、図10に示す合成方法に基づき、以下のようにして合成した。
まず、Ar置換した200cmのシュレンク管に、先に示した合成方法により合成した、2−ブロモ−9,9−ジ−n−オクチルフルオレニル−7−ボロン酸5g(9.7E−3mol)および4−ブロモ-トリフェニルアミノボロン酸1.2g(3.2E−3mol)および市販のフェニルボロン酸を0.008g(6.6E−5mol)、ブロモベンゼン0.01g(6.6E−5mol)を計量した。そこへ、蒸留エタノール50cm、蒸留トルエン100cmを加えて溶液とした。そこへテトラキストリフェニルホスフィンパラジウム錯体(Pd(PPh)0.56gおよび炭酸ナトリウムの飽和水溶液を30cm添加し、80℃にて5時間反応させた。
反応後、反応液を室温まで冷却させ1リットルの分液ロートに移しトルエン抽出をすると共に、蒸留水で十分に洗浄を行った。分液ロート中のトルエン層を硫酸マグネシウムで十分に乾燥後、シリカゲルクロマトグラフィーおよび再沈殿を用いて精製を行った。
再沈殿精製に用いた溶媒は、ジクロロメタン/ヘキサンを用いた系、およびジクロロメタン/メタノールを用いた系である。
これにより、白色固体1.5g(回収量として、収率33%)を得た。
次に、ホスト3として、下記式(12)に示すポリマー分子を、以下の合成例に基づく合成法によって作製した。
Figure 2007254687
(ただし、合成反応上での理論値として、p=3,n=1,a=1,r=50である。)
<合成例11>
EL用ホスト材料(ホスト3)として、上記式(12)に示すフルオレンとトリフェニルアミンとアントラセンとの共重合体を、図11に示す原料合成方法、図12に示すホスト材料の合成方法に基づき、以下のようにして合成した。
(原料合成:9−ブロモアントラセ−10イル−ボロン酸の合成)
まず、Ar置換した200cmのシュレンク管に9,10−ジブロモアントラセン2g(5.9E−3mol)およびナトリウム乾燥させたTHF50cmを加えて分散溶液とした。次に、この溶液を−70℃に冷却した。そこへ1.5mol/lのn−ブチルリチウムヘキサン溶液4cm(5.9E−3mol)を添加し、1時間放置した。冷却を保持したままボロン酸トリエチル0.87g(5.9E−3mol)を添加し1.5時間反応させた。反応後、反応液を5℃において40%HCl水溶液5cmを添加した。1時間後、THFを100cm添加し、完全に溶解させた後、飽和炭酸ナトリウム水溶液を用いてpHが7になるように中和した。
次に、分液ロートを使用して有機層(THF層)を分離した。分離したTHF溶液に硫酸マグネシウムを適量加えて水分を除去した。ろ紙を用いて硫酸マグネシウムを除いた後、エバポレーターを使用して溶媒を除去し、ヘキサンを加えて目的物を析出させた。
精製は再沈殿法にて行った。また、溶媒としてはTHFとヘキサンとを使用した。
これにより、淡黄白色(薄緑色に着色)固体1g(収率56%)を得た。
(ホスト材料の合成)
まず、Ar置換した200cmのシュレンク管に、先に示した合成方法により合成した、2−ブロモ−9,9−ジ−n−オクチルフルオレニル−7−ボロン酸5g(9.7E−3mol)および4−ブロモ-トリフェニルアミノボロン酸1.2g(3.2E−3mol)、9−ブロモアントラセ−10イル-ボロン酸0.96g(3.2E−3mol)、および市販のフェニルボロン酸を0.008g(6.6E−5mol)、ブロモベンゼン0.01g(6.6E−5mol)を計量した。そこへ蒸留エタノール50cm、蒸留トルエン100cmを加えて溶液とした。そこへテトラキストリフェニルホスフィンパラジウム錯体(Pd(PPh)0.7gおよび炭酸ナトリウムの飽和水溶液を30cm添加し、80℃にて5時間反応させた。
5時間後、フェニルボロン酸を0.2g(1.65E−3mol)を加えさらに1時間反応させた。1時間後、反応液を室温まで冷却させ1リットルの分液ロートに移しトルエン抽出をすると共に蒸留水で十分に洗浄を行った。分液ロート中のトルエン層を硫酸マグネシウムで十分に乾燥後、シリカゲルクロマトグラフィーおよび再沈殿を用いて精製を行った。
再沈殿精製に用いた溶媒はジクロロメタン/ヘキサンを用いた系およびジクロロメタン/メタノールを用いた系である。
これにより、淡黄白色固体2.1g(回収量として、収率41%)を得た。
このようにして合成され、作製されたEL材料1,2(本発明の有機EL用化合物)を発光ドーパント材料とし、これとEL用ホスト材料(ホスト1、2、3)とを後述するように適宜比で混合することにより、有機ELデバイスにおける発光層の形成材料が得られる。
なお、上記の各合成に関しては、下記の文献を参考にした
(合成参考文献)
J.Am.Chem.Soc.118,2374-2379 (1996)
Polymers for Advanced Technologies, 15(5), 266-269; 2004
Eur. Pat. Appl., 1298117, 02 Apr 2003
Helvetica Chimica Acta, 85(7), 2195-2213; 2002
Organometallics, 20(24), 5162-5170; 2001
Journal of Organic Chemistry, 69(3), 987-990; 2004
Advanced Functional Materials, 13(12), 967-973; 2003
Journal of Chemistry (1992), 70(4), 1015-21.
(有機ELデバイス)
次に、本発明の有機ELデバイスの一実施形態について、図13を参照して説明する。
図13において符号100は有機ELデバイスであり、この有機ELデバイス100は、透光性基板101上に透光性の陽極(第1電極)102と、陰極(第2電極)105とを有し、これら陽極102と陰極105との間に、機能層を備えたものである。機能層は、正孔注入/輸送層103と、発光層104とが積層されて構成されている。このような構成からなる有機ELデバイス100は、発光層104で発光した光を透光性基板101側から出射するボトムエミッション方式となっている。
基板101は、ガラス基板等の透明基板上にTFT素子からなる駆動素子や各種配線等を形成して構成されたもので、これら駆動素子や各種配線の上には、絶縁層や平坦化膜を介して陽極102が形成されている。陽極102は、基板101上に形成される画素領域毎にパターニングされて形成され、かつTFT素子からなる駆動素子や上記各種配線等に接続されたもので、本実施形態ではITOによって構成されている。
正孔注入/輸送層103は、陽極102から注入された正孔を発光層104に輸送するもので、3,4−ポリエチレンジオキシチオフェン/ポリスチレンスルフォン酸(PEDOT/PSS)によって形成されたものである。また、発光層104は、上記した本発明の有機EL用化合物を含有してなる発光層の形成材料により形成されたもので、発光波長帯域が赤色に対応した赤色発光層となっている。このような構成のもとに有機ELデバイス100は、全体として赤色表示をなすようになっている。
陰極105は、全ての画素領域を覆うようにして形成されたもので、発光層104側から順にLiF層とCa層とAl層とが積層されて形成されたものである。また、陰極105上には、封止用基板201を接合するための封止材200が形成されている。封止材200は、熱硬化樹脂または紫外線硬化樹脂からなっている。
次に、このような構成の有機ELデバイス100の製造方法の一例を説明する。この製造方法は、陽極形成工程と、基板処理工程(プラズマ処理工程)と、正孔注入/輸送層形成工程と、発光層形成工程と、陰極形成工程と、封止工程とを備えている。
[陽極形成工程]
ガラス等からなる透明基板(図示せず)を用意し、該透明基板上に図示しない薄膜トランジスタ(TFT)素子や各種配線等を公知の方法により形成した。さらに、層間絶縁層や平坦化膜を形成した後、蒸着法によりインジウム錫酸化物(ITO)を全面成膜し、これをフォトリソグラフィ法により画素毎にパターニングすることで画素電極(陽極)102を得た。なお、画素電極102としては、透光性の導電材料であれば良く、ITO以外にもインジウム亜鉛酸化物等を用いて形成することもできる。
[基板処理工程]
上記の陽極(画素電極)102を形成したガラス基板を、中性洗剤、アセトン、エタノールを用いて超音波洗浄し、煮沸エタノール中から引き上げて乾燥した。次に、この透明電極表面を大気圧において酸素プラズマ処理を行い、基板表面を親水性に改質した後、大気下において基板をスピンコートホルダーにセットした。
[正孔注入/輸送層形成工程]
次に、陽極(画素電極)102が形成された基板に、正孔注入/輸送層の形成材料として、H.C.Starck社製品のPEDOT/PSS(重量比で1:2.5)(BAYTRON(登録商標)P)の水分散液を大気下にてスピンコーティングし、その後、窒素下にて100℃で30分の乾燥を行い、ホール注入/輸送層103を形成した。乾燥後の膜厚は50nmであった。
[発光層形成工程]
発光層104の形成材料として、上記実施形態1で作製した本発明の有機EL用化合物であるEL材料1,2(発光ドーパント材料)と、EL用ホスト材料1、2、3(ホスト材料)とからなる材料を作製した。これらEL材料1,2(発光ドーパント材料)とEL用ホスト材料1、2、3(ホスト材料)との組み合わせによって得られた形成材料を、以下の表に示すように実施例1〜実施例6とする。また、比較のため、EL用ホスト材料1、2、3(ホスト材料)のみからなる形成材料を比較例1〜3とする。
そして、上記EL材料1,2(発光ドーパント材料)とEL用ホスト材料1、2、3(ホスト材料)とを適宜比で混合し、さらに溶媒に溶解させて溶液(インク)を形成し、この溶液をスピンコート法で上記正孔注入/輸送層103の表面上に例えば100nmの膜厚で成膜し、発光層104を形成した。この際、塗布成膜後、窒素下にて100℃で30分間乾燥を行った。また、上記溶液を成膜した際、正孔注入/輸送層103は相溶することがなかった。
なお、上記の溶液を用い、スピンコート法に代えて液滴吐出法(インクジェット法)で成膜することもできる。
[陰極形成工程]
発光層104形成後、真空蒸着装置にて、その真空到達度を10−7〜10−8Torrとして、LiFを4nm、Caを10nm、Alを200nmと順に積層し、陰極105を形成した。
[封止工程]
最後に封止工程では、陰極105上の全面に熱硬化樹脂または紫外線硬化樹脂からなる封止材200を塗布し、封止層を形成した。さらに、封止層(封止材200)上に封止基板201を貼設した。この封止工程は、窒素、アルゴン、ヘリウム等の不活性ガス雰囲気で行うことが好ましい。
このようにして、図13に示した有機ELデバイス100が得られる。
この有機ELデバイス100において、上記した本発明の有機EL用化合物を用いて発光層104を形成したものでは、後述する実験結果より発光特性(輝度)及び信頼性(輝度半減寿命)に優れたものとなり、したがって、従来に比べ発光の高効率化、長寿命化が図られたものとなる。
(実施例1〜6、比較例1〜3)
上記したように発光層104の形成材料について、以下の表1に示す材料を用いた。
Figure 2007254687
ここで、実施例1においては、上記式(8)で示す(EL材料1)と上記式(10)で示す(ホスト1)とを1:17の混合比(重量比)で使用し、これをクロロホルムに溶解させて固形分が1.5wt%の溶液(インク)を得た。そして、この溶液(インク)を用いて上記したように発光層104を形成し、実施例品としての有機ELデバイスを得た。
実施例2おいては、上記式(9)で示す(EL材料2)と上記式(10)で示す(ホスト1)とを1:17の混合比(重量比)で使用し、これをクロロホルムに溶解させて固形分が1.5wt%の溶液(インク)を得た。そして、この溶液(インク)を用いて上記したように発光層104を形成し、実施例品としての有機ELデバイスを得た。
実施例3おいては、上記式(8)で示す(EL材料1)と上記式(11)で示す(ホスト2)とを1:17の混合比(重量比)で使用し、これをクロロホルムに溶解させて固形分が1.5wt%の溶液(インク)を得た。そして、この溶液(インク)を用いて上記したように発光層104を形成し、実施例品としての有機ELデバイスを得た。
実施例4おいては、上記式(9)で示す(EL材料2)と上記式(11)で示す(ホスト2)とを1:17の混合比(重量比)で使用し、これをクロロホルムに溶解させて固形分が1.5wt%の溶液(インク)を得た。そして、この溶液(インク)を用いて上記したように発光層104を形成し、実施例品としての有機ELデバイスを得た。
実施例5おいては、上記式(8)で示す(EL材料1)と上記式(12)で示す(ホスト3)とを1:17の混合比(重量比)で使用し、これをクロロホルムに溶解させて固形分が1.5wt%の溶液(インク)を得た。そして、この溶液(インク)を用いて上記したように発光層104を形成し、実施例品としての有機ELデバイスを得た。
実施例6おいては、上記式(9)で示す(EL材料2)と上記式(12)で示す(ホスト3)とを1:17の混合比(重量比)で使用し、これをクロロホルムに溶解させて固形分が1.5wt%の溶液(インク)を得た。そして、この溶液(インク)を用いて上記したように発光層104を形成し、実施例品としての有機ELデバイスを得た。
また、比較例1においては、上記式(10)で示す(ホスト1)のみを使用し、これをクロロホルムに溶解させて固形分が1.5wt%の溶液(インク)を得た。そして、この溶液(インク)を用いて上記したように発光層104を形成し、比較例品としての有機ELデバイスを得た。
また、比較例2においては、上記式(11)で示す(ホスト2)のみを使用し、これをクロロホルムに溶解させて固形分が1.5wt%の溶液(インク)を得た。そして、この溶液(インク)を用いて上記したように発光層104を形成し、比較例品としての有機ELデバイスを得た。
また、比較例3においては、上記式(12)で示す(ホスト3)のみを使用し、これをクロロホルムに溶解させて固形分が1.5wt%の溶液(インク)を得た。そして、この溶液(インク)を用いて上記したように発光層104を形成し、比較例品としての有機ELデバイスを得た。
(デバイス評価)
上記の各有機ELデバイスに対し、その発光層104に直流100mA/cmの電流が流れるように電圧を印加し、発光させた。
得られたEL波形を図14〜図18に示す。なお、図14には実施例1、実施例3、実施例5のEL波形を示し、図15には実施例2、実施例4、実施例6のEL波形を示し、図16には比較例1のEL波形を示し、図17には比較例2のEL波形を示し、図18には比較例3のEL波形を示す。
また、得られた発光光の色度、輝度、及び輝度半減寿命(初期輝度に対して輝度が半分になるまでの時間)をそれぞれ測定し、結果を上記の表に併記した。
なお、実施例1において、上記電流を得るための印加電圧は6.0Vであった。
同様に、実施例2においては印加電圧は6.0V、実施例3においては印加電圧は5.8V、実施例4においては印加電圧は5.8V、実施例5においては印加電圧は5.5V、実施例6においては印加電圧は5.5V、比較例1においては印加電圧は6.0V、比較例2においては印加電圧は5.8V、比較例3においては印加電圧は5.5Vであった。
以上の結果より、本発明の有機EL化合物を用いて発光層104を形成してなる有機ELデバイスは、比較例品に比べ、輝度、輝度半減寿命のいずれにも優れたものとなり、したがって発光特性(輝度)及び信頼性(輝度半減寿命)に優れていることが確認された。よって、本発明の有機ELでバイスは、従来に比べ発光の高効率化、長寿命化が図られたものとなる。
合成例1の合成方法を示す図である。 合成例2の合成方法を示す図である。 合成例3の合成方法を示す図である。 合成例4の合成方法を示す図である。 合成例5の合成方法を示す図である。 合成例6の合成方法を示す図である。 合成例7の合成方法を示す図である。 合成例8の合成方法を示す図である。 合成例9の合成方法を示す図である。 合成例10の合成方法を示す図である。 合成例11の合成方法を示す図である。 合成例11の合成方法を示す図である。 本発明の有機ELデバイスの一実施形態の概略構成図である。 有機ELデバイスを発光させて得られたEL波形を示すグラフである。 有機ELデバイスを発光させて得られたEL波形を示すグラフである。 有機ELデバイスを発光させて得られたEL波形を示すグラフである。 有機ELデバイスを発光させて得られたEL波形を示すグラフである。 有機ELデバイスを発光させて得られたEL波形を示すグラフである。
符号の説明
100…有機ELデバイス、101…透光性基板、102…陽極(画素電極)、103…正孔注入/輸送層、104…発光層、105…陰極、200…封止材、201…封止基板

Claims (13)

  1. 下記式(1)〜式(5)で示される分子を構成ユニットとして有するポリマー分子で表される有機EL用化合物。
    Figure 2007254687
    Figure 2007254687
    Figure 2007254687
    (ただし、Rはアルキル基、アリール基、又はアルキルアリール基を表す。)
    Figure 2007254687
    Figure 2007254687
    (ただし、R’は水素、アルキル基、又はアルキルアリール基を表す。)
  2. ポリマー分子が下記式(6)で示される請求項1記載の有機EL用化合物。
    Figure 2007254687
    (ただし、Rはアルキル基、アリール基、又はアルキルアリール基を表し、R’は水素、アルキル基、又はアルキルアリール基を表す。また、m,n,pはそれぞれ1以上の整数を表し、q,bは0以上の整数を表す。rは1以上の整数を表す。)
  3. 上記式(6)で示されるオリゴマーユニットにおいて、発光ユニットである上記式(1)で示されるユニットの数を表す整数mが1または2であることを特徴とする請求項2記載の有機EL用化合物。
  4. 上記式(6)で示されるオリゴマーユニットにおいて、ホールトラップ機能を有するユニットである上記式(2)で示されるユニットの数を表す整数nが2以上であることを特徴とする請求項2又は3に記載の有機EL用化合物。
  5. 上記式(6)で示されるオリゴマーユニットにおいて、高分子量化のための連結ユニットとして機能するとともに電子トラップとしての機能を有するユニットである上記式(3)で示されるユニットの数を表す整数pが1ないし4であることを特徴とする請求項2〜4のいずれか一項に記載の有機EL用化合物。
  6. 上記式(6)で示されるオリゴマーユニットの構成において上記式(1)で示されるユニットと上記式(2)で示されるユニットとが最低1箇所直接連結していることを特徴とする請求項2〜5のいずれか一項に記載の有機EL用化合物。
  7. 請求項1〜6のいずれか一項に記載の有機EL用化合物を使用した有機ELデバイス。
  8. 請求項1〜6のいずれか一項に記載の有機EL用化合物を発光層に使用した有機ELデバイス。
  9. 請求項1〜6のいずれか一項に記載の有機EL用化合物を発光層中において発光ドーパント材料として使用した有機ELデバイス。
  10. 上記発光層は、上記発光ドーパント材料とホスト材料とによって形成されてなり、
    上記発光層中における上記発光ドーパントと上記ホスト材料とは、下記式(7)で示される重量%表示のk値が、0.5重量%以上、10.0重量%以下となるような割合で含有されていることを特徴とする請求項9記載の有機ELデバイス。
    k=(a/(b+c))×100 …式(7)
    (ただし、上記式(7)中のaは、上記発光ドーパント材料中での、上記式(1)で示されるユニットが占める重量であり、bは使用された発光ドーパント材料の重量であり、cは使用されたホスト材料の重量である。)
  11. 上記発光層は、上記発光ドーパント材料とホスト材料とによって形成されてなり、
    上記ホスト材料が、フルオレン、アリールアミン、アントラセンより選ばれた少なくとも1種の材料からなるホモポリマーまたは共重合ポリマーであることを特徴とする請求項9又は10に記載の有機ELデバイス。
  12. 上記発光層と陽極との間に少なくとも1層のホール注入層またはホール輸送層を設けたことを特徴とする請求項8〜11のいずれか一項に記載の有機ELデバイス。
  13. 上記発光層が、スピンコート法もしくは液滴吐出法により塗布されて作製されたことを特徴とする請求項8〜12のいずれか一項に記載の有機ELデバイス。
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