JP2009292806A - 新規な9,10−ジフェニルアントラセン誘導体、それよりなるホール輸送材料、発光材料およびそれを用いた有機エレクトロルミネッセンス素子 - Google Patents
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Abstract
Description
このことに関して、有機エレクトロルミネッセンス素子を効率よく、また高信頼性を保つためにこれまで多くの材料が研究されてきた。
しかしこの化合物はガラス転移温度が63℃と低く、再結晶化しやすいためその後の研究においては、下記式
たとえば下記式
しかしながらこのNPTE−1と電子輸送系発光材料Alq3〔Tris(8−hydroxyquinolate)aluminum〕を用いた素子は、α−NPDとAlq3を用いた素子に比べ信頼性に劣る。これは単にホール輸送材料はガラス転移温度が高いというだけでは有能ではないことの証明であり、陽極からのホール注入障壁の問題や、ホールの移動度による素子のキャリアバランスの問題が関与していることが考えられる。一般的にこれらを解消するには剛直置換基の導入で熱安定性をあげ、かつ広いπ共役でホールの移動度を改善することが必要である。
また、青色蛍光材料については、従来から発光色度の問題などから多くの材料について検討がなされ提案がされている。研究初期において下記式
これらの化合物はいずれも実績ある化合物ではあるが、青色ドーパントとしてはまだまだ絶対数が不足しておりさらなる新規青色ドーパントの開発が必要であった。
で示されることを特徴とする9,10−ジフェニルアントラセン誘導体に関する。
本発明の第2は、請求項1記載の9,10−ジフェニルアントラセン誘導体よりなるホール輸送材料に関する。
本発明の第3は、請求項1記載の9,10−ジフェニルアントラセン誘導体よりなる発光材料に関する。
本発明の第4は、請求項1記載の9,10−ジフェニルアントラセン誘導体を用いた有機エレクトロルミネッセンス素子に関する。
また、R37〜R63、R66〜R100におけるアルコキシ基やアルキルアミノ基を構成しているアルキル基についても、上記のアルキル基を例示することができる。
Ar2に付くハロゲンは、クロロ体、ブロモ体あるいはヨード体のいずれでも構わないがより好ましくは、ブロモ体またはヨード体である。
触媒のアルコキシドについては、使用する芳香族炭化水素系の溶媒にとけるものであれば、特に限定されるものではない。アルコキシドに付加するアルカリ金属については、周期律表に掲げられているIA族のものであれば特に限定されるものではない。ナトリウム、カリウム、ストロンチウムあるいはセシウムのいずれでも構わないが、より好ましくはナトリウムである。またアルキル基についてもメチル基、エチル基、プロピル基あるいはブチル基など特に限定されるものではない。反応性を考慮すればブチル基が好ましく、より好ましくはtert−ブチル基である。
助触媒のホスフィン化合物については、第3アルキルホスフィンであれば特にアルキル基については限定されるものではない。反応性を考慮すれば、トリ−tert−ブチルホスフィンがより好ましい。またホスフィン化合物と同時に使われるパラジウム化合物については、0価のパラジウムであれば特に限定されるものではない。反応性を考慮すればトリス(ジベンジリデンアセトン)ジパラジウム〔Pd2(dba)3〕が好ましい。
本発明の9,10−ジフェニルアントラセン誘導体をホール輸送層(正孔輸送層)に用いる場合、本発明の化合物はホール輸送材料として使用できる。また他のホール輸送材料と組み合わせて使用することができる。
本発明の有機EL素子は、陽極と陰極間に複数層の有機化合物を積層した素子であり、該有機化合物層の少なくとも一層が本発明の9,10−ジフェニルアントラセン誘導体を含有することができる。とくに、発光層は、発光材料を含有し、それに加えて陽極から注入したホールもしくは陰極から注入した電子を発光材料まで輸送するのが目的で、本発明の化合物もしくは本発明の化合物と既存のホール輸送材料もしくは電子輸送材料とを含有させることができる。多層型の有機EL素子の構成例としては、例えば陽極(例えばITO)/ホール輸送層/発光層/電子輸送層/陰極、ITO/ホール輸送層/発光層/電子輸送層/電子注入層/陰極、ITO/ホール輸送層/発光層/ホールブロック層(正孔ブロック層)/電子輸送層/陰極、ITO/ホール輸送層/発光層/ホールブロック層/電子輸送層/電子注入層/陰極、ITO/ホール注入層(正孔注入層)/ホール輸送層/発光層/ホールブロック層/電子輸送層/電子注入層/陰極等の多層構成で積層したものが挙げられる。また、必要に応じて陰極上に封止層を有していても良い。
電子注入材料としては、下記化学式に示されるフッ化リチウム(LiF)や8−ヒドロキシキノリノラトリチウム錯体(Liq)などを挙げることができるが、本出願人の特願2006−292032号にかかげるフェナントロリン誘導体のリチウム錯体(LiPB)や特願2007−29695号に掲げるフェノキシピリジンのリチウム錯体(LiPP)を用いることもできる。
よって本発明の化合物は、素子を高効率化させるために必要なものであり、工業的に極めて重要なものである。
4,4′−(9,10−アントラセンジイル)ビス〔N−フェニル−N−(ピレン−1−イル)〕ベンゼンアミン(DPADP)の合成
DPADPを製造するための反応条件と収率を表1に示す。また昇華精製して得られたDPADPの元素分析値を表2に示す。
また、この化合物の溶液状(10−5mol/l クロロホルム溶媒)と薄膜状(500Å)での紫外−可視吸収曲線の結果を図4に、図5に励起スペクトル(Ex)と発光スペクトル(Em)の結果を示す。
表3にDPADPのイオン化ポテンシャル(Ip)、電子親和力(Ea)とエネルギーギャップ(Eg)の測定結果を示す。また図6に理研計器AC−3で測定したイオン化ポテンシャルの結果を示す。
b:Ea=Ip − energy gap
c:Energy gap was estimate from the
absorption
Ip:イオン化ポテンシャル
Eg:エネルギーギャップ
Ea:エネルギーアフィニティ(電子親和力)
エネルギーギャップ(Eg)については、蒸着機で作成した薄膜を紫外−可視吸光度計で薄膜の吸収曲線を測定する。その薄膜の短波長側の立ち上がりのところに接線を引き、求まった交点の波長W(nm)を次の式に代入し目的の値を求める。それによって得た値がEgになる。
Eg=1240÷W
例えば接線を引いて求めた値W(nm)が470nmだったとしたらこの時のEgの値は
Eg=1240÷470=2.63(eV)
と言うことになる。
IP(イオン化ポテンシャル)はイオン化ポテンシャル測定装置(例えば理研計器AC−3)を使用して測定し、測定するサンプルがイオン化を開始したところの電圧(eV)の値を読む。
Ea(電子親和力)は、IpからEgを引いた値である。
4,4′−(9,10−アントラセンジイル)ビス〔N−フェニル−N−(フェナントレン−1−イル)〕ベンゼンアミド(DPADPH)の合成
DPADPHを製造するための反応条件と収率を表4に示す。また昇華精製して得られたDPADPHの元素分析値を表5に示す。
また、この化合物の溶液状(10−5mol/l クロロホルム溶媒)と薄膜状(500Å)での紫外−可視吸収曲線の結果を図10に、図11に励起スペクトルと発光スペクトルの結果を示す。
表6にDPADPHのイオン化ポテンシャル(Ip)、電子親和力(Ea)とエネルギーギャップ(Eg)の測定結果を示す。また図12に理研計器AC−3で測定したイオン化ポテンシャルの結果を示す。
4,4′−(9,10−アントラセンジイル)ビス〔N−フェニル−N−(9,9−ジエチル−フルオレン−2−イル)〕ベンゼンアミド(DPADF)の合成
DPADFを製造するための反応条件と収率を表7に示す。
得られたDPADFの1H−NMRスペクトル(重クロロホルム溶媒中、内部標準テトラメチルシラン使用、400MNz)を図13に、質量分析の結果を図14に示す。またこの化合物の熱分解測定(TGA)のグラフを図15に示す。ガラス転移温度の測定結果と熱分解測定(TGA)の結果を表8に示す。
表9にDPADFのイオン化ポテンシャル(Ip)、電子親和力(Ea)とエネルギーギャップ(Eg)の測定結果を示す。また図18に理研計器AC−3で測定したイオン化ポテンシャルの結果を示す。
実施例1で合成したホール輸送材料DPADPを用いた素子を作成した。またこの素子と比較するためα−NPDをホール輸送材料に用いた素子を比較例1として作成した。
素子の構成
実施例4
Device1.[ITO(陽極)/DPADP(40nm)(ホール輸送層)/Alq3(60nm)(発光層・この層は電子輸送層も兼ねる)/LiF(0.5nm)(電子注入層)/Al(100nm)(陰極)]
比較例1
Ref1..[ITO/α―NPD(40nm)/Alq3(60nm)/LiF(0.5nm)/Al(100nm)]
これらの素子の
エレクトロルミネッセンス(EL)スペクトルは図19に、
輝 度 −電圧特性は図20に、
電流密度−電圧特性は図21に、
電流効率−電圧特性は図22に、
輝 度 −電流密度特性は図23に、
電力効率−電圧特性は図24に、
それぞれ示す。
実施例2で合成したホール輸送材料DPADPHを用いた素子を作成した。またこの素子と比較するためα−NPDをホール輸送材料に用いた素子を比較例2として作成した。
素子の構成
実施例5
Device2.[ITO/DPADPH(40nm)/Alq3(60nm)/LiF(0.5nm)/Al(100nm)]
比較例2
Ref2..[ITO/α―NPD(40nm)/Alq3(60nm)/LiF(0.5nm)/Al(100nm)]
これらの素子の
エレクトロルミネッセンス(EL)スペクトルは図25に、
輝 度 −電圧特性は図26に、
電流密度−電圧特性は図27に、
電流効率−電圧特性は図28に、
輝 度 −電流密度特性は図29に、
電力効率−電圧特性は図30に、
それぞれ示す。
実施例3で合成したホール輸送材料DPADFを用いた素子を作成した。またこの素子と比較するためα−NPDをホール輸送材料に用いた素子を比較例3として作成した。
素子の構成
実施例6
Device3.[ITO/DPADF(40nm)/Alq3(60nm)/LiF(0.5nm)/Al(100nm)]
比較例3
Ref3..[ITO/α―NPD(40nm)/Alq3(60nm)/LiF(0.5nm)/Al(100nm)]
これらの素子の
エレクトロルミネッセンス(EL)スペクトルは図31に、
輝度−電圧特性は図32に、
電流密度−電圧特性は図33に、
電流効率−電圧特性は図34に、
輝度−電流密度特性は図35に、
電力効率−電圧特性は図36に、
それぞれ示す。
4,4′−(9,10−アントラセンジイル)ビス〔N−フェニル−N−(ジベンゾフラン−4−イル)〕ベンゼンアミド(DPADFU)の合成
DPADFUを製造するための反応条件と収率を表10に示す。
得られたDPADFUの1H−NMRスペクトル(重クロロホルム溶媒中、内部標準テトラメチルシラン使用、400MNz)を図37に、質量分析の結果を図38に示す。またこの化合物の示差熱量分析(DSC)の結果を図39に、熱分解測定(TGA)の結果を図40に示す。図39の示差熱量分析は、加熱−冷却を3回繰り返し行っているが、1回目が一番下のライン、2回目がその上のライン、3回目が一番上のラインである。
またこの化合物の溶液状(10−5mol/l クロロホルム溶媒)と薄膜状(500Å)での紫外−可視吸収曲線の結果を図41に、図42に励起スペクトルと発光スペクトルの結果を示す。
表11にDPADFUのイオン化ポテンシャル(Ip)、電子親和力(Ea)とエネルギーギャップ(Eg)の測定結果を示す。また図43に理研計器AC−3で測定したイオン化ポテンシャルの結果を示す。
4,4′−(9,10−アントラセンジイル)ビス〔N−フェニル−N−(ジベンゾチオフェン−4−イル)〕ベンゼンアミド(DPADT)の合成
反応終了後、吸引濾過した。精製はカラム(展開溶媒クロロホルム:n−ヘキサン=2:3)、高真空昇華精製(高温側:340℃、低温側:324℃)にて行なった。
DPADTを製造するための反応条件と収率を表12に示す。
得られたDPADTの1H−NMRスペクトル(重クロロホルム溶媒中、内部標準テトラメチルシラン使用、400MNz)を図45に、質量分析の結果を図46に示す。またこの化合物の示差熱量分析(DSC)の結果を図47に、熱分解測定(TGA)の結果を図48に示す。図47の3つのラインは、図39のケースと同様である。
またこの化合物の溶液状(10−5mol/l クロロホルム溶媒)と薄膜状(500Å)での紫外−可視吸収曲線の結果を図49に、図50に励起スペクトルと発光スペクトルの結果を示す。
表13にDPADTのイオン化ポテンシャル(Ip)、電子親和力(Ea)とエネルギーギャップ(Eg)の測定結果を示す。また図51に理研計器AC−3で測定したイオン化ポテンシャルの結果を示す。
実施例7で合成したホール輸送材料DPADFUを用いた素子を作成した。またこの素子と比較するためα−NPDをホール輸送材料に用いた素子を比較例4として作成した。
素子の構成
実施例9
Device4.[ITO(陽極)/DPADFU(40nm)(ホール輸送層)/Alq3(60nm)(発光層兼電子輸送層)/LiF(0.5nm)(電子注入層)/Al(100nm)(陰極)]
比較例4
Ref.4.[ITO(陽極)/α−NPD(40nm)(ホール輸送層)/Alq3(60nm)(発光層兼電子輸送層)/LiF(0.5nm)(電子注入層)/Al(100nm)(陰極)]
これらの素子の
エレクトロルミネッセンス(EL)スペクトルは図53に、
輝 度 −電圧特性は図54に、
電流密度−電圧特性は図55に、
電流効率−電圧特性は図56に、
輝 度 −電流密度特性は図57に、
電力効率−電圧特性は図58に、
それぞれ示す。
実施例7で合成したDPADFUのポリメチルメタクリレート(PMMA)溶液中でのいろいろの分散濃度における蛍光量子収率を測定した。分散濃度は、1wt%、3wt%、5wt%とした。また比較例としてポリメチルメタクリレートを使用しない(Neat)で測定した。実施例10のNeatでの測定は、真空蒸着を用いて薄膜を形成し、蛍光量子収率を測定している。
ここではPMMAへの分散膜を作成し、分散濃度と蛍光量子収率の関係を求めている。発光材料は濃度が濃くなると分子凝集を起こし発光しなくなる。発光材料をホストに混ぜて使用する理由の1つは分子凝集を防ぐためである。
ゆえに分子凝集を抑えてやれば蛍光量子収率は向上することになる。Neatの蛍光量子収率が1wt%よりも悪いのは分子凝集をしているからである。
PMMA分散膜は、PMMAと用いているPMMAのそれぞれの重量%に対応するドーパントとが混合しているものを均一溶液になるのに必要最小限度のクロロホルム量で溶かしたクロロホルム溶液をスピンコートして作成している。
Neatについては、真空蒸着で薄膜を作成している。故にDPADFU以外に含まれているものはない。
図59は、吸収エネルギーがDPADFUの発光エネルギーにどれだけ置き換わっているかを表す図である。よって右の山が高いものほど吸収エネルギーが発光エネルギーに多く置き換わっていることを表す。
図59中のAbsについては、PMMA単独での蛍光量子収率を表すものである。
ここでは、DPADFUの蛍光量子収率の測定を行っているが、PMMAに分散しない比較例5(Neat)では、分子凝集をおこし、45%のエネルギーだけが蛍光に用いられたことを示している。これに対して、PMMAに分散させた実施例のものは87〜91%のエネルギーが蛍光に用いられたことを示しており、量子効率が向上していることを示している。したがって、分子凝集をおこさない状態で使用することは大変重要なことである。
実施例7で合成したDPADFUを2−メチル−9,10−ジ(ナフタレン−2−イル)アントラセン(MADN)にドープした膜での蛍光量子収率を測定した。ドープ濃度は1重量%、3重量%、5重量%、10重量%、15重量%および20重量%とした。
測定結果を表15および図60に示す。
実施例7で合成したDPADFUをホール輸送層および青色ドーパントとして発光層で用いた素子を作成した。比較のためにホール輸送層にα−NPDを用いた素子を比較例6として作成した。
素子の構成
実施例12
Device5.[ITO(陽極)/DPADFU(50nm)(ホール輸送層)/MADN:DPADFU(10wt%)(30nm)(発光層)/DPB(20nm)(電子輸送層)/LiF(0.5nm)(電子注入層)/Al(100nm)(陰極)]
比較例6
Ref.5.[ITO(陽極)/α−NPD(50nm)(ホール輸送層)/MADN:DPADFU(10wt%)(30nm)(発光層)/DPB(20nm)(電子輸送層)/LiF(0.5nm)(電子注入層)/Al(100nm)(陰極)]
これらの素子の
実施例12のエレクトロルミネッセンス(EL)スペクトルは図61に、
比較例6のエレクトロルミネッセンス(EL)スペクトルは図62に、
輝 度 −電圧特性は図63に、
電流密度−電圧特性は図64に、
電流効率−電圧特性は図65に、
電力効率−電圧特性は図66に、
それぞれ示す。
また、ここではDPADFUは、ホール輸送材料としてだけではなく、青色ドーパントとしても機能しており、そのため、α−NPDを用いた素子より明るく光る結果を示していることが図63からも明らかである。
図61〜66はDPADFUをホール輸送材料に使用した素子を作成し、ホール輸送性を評価したものである。図64の電流密度−電圧特性が高いことからホールを輸送する能力がα−NPDよりも高いことを意味している。図65、図66のデータが劣るのは、ホールがα−NPDを用いた素子よりも過剰に素子に入りすぎてホール過多な素子になっている可能性を示す。このため電流効率−電圧特性、電力効率−電圧特性が劣ってしまっている。いずれにしてもDPADFUのホール輸送性はα−NPDよりも高いものと考えられる。
実施例8で合成したホール輸送材料DPADTを用いた素子を作成した。またこの素子と比較するためα−NPDをホール輸送材料に用いた素子を比較例7として作成した。
素子の構成
実施例13
Device6.[ITO(陽極)/DPADT(40nm)(ホール輸送層)/Alq3(60nm)(発光層兼電子輸送層)/LiF(0.5nm)(電子注入層)/Al(100nm)(陰極)]
比較例7
Ref.6.[ITO(陽極)/α−NPD(40nm)(ホール輸送層)/Alq3(60nm)(発光層兼電子輸送層)/LiF(0.5nm)(電子注入層)/Al(100nm)(陰極)]
これらの素子の
エレクトロルミネッセンス(EL)スペクトルは図67に、
輝 度 −電圧特性は図68に、
電流密度−電圧特性は図69に、
電流効率−電圧特性は図70に、
輝 度 −電流密度特性は図71に、
電力効率−電圧特性は図72に、
それぞれ示す。
図67〜71はDPADTをホール輸送材料に用いた素子を作成し、ホール輸送性を評価している。図69で電流密度−電圧特性が高いことからホールを輸送する能力がα−NPDよりも高いことを示す。図70の電流効率−電圧特性もα−NPDに比べて良い特性を示しているのは、ホールと電子のバランスがとれているからである。図71のデータでα−NPDの方が高い値を示してるのは、一部のホールが再結合せず漏れてしまっている可能性を示す。
これらのデータから、DPADTをホール輸送層に用いた素子は、輝度、電流密度の点で極めて高い特性を発揮していることがわかる。
実施例8で合成したDPADTのポリメチルメタクリレート溶液中での蛍光量子効率を測定した。分散濃度は、1wt%、3wt%、5wt%とした。また比較例8としてポリメチルメタクリレートを使用しない(Neat)で測定した。
測定結果を表16および図73に示す。
これらのケースは、実施例10と比較例5のケースと同様に、DPADTをPMMA溶液中に分散させて蛍光量子収率を測定している。PMMA溶液中に分散させていないNeatの場合は、60%だけのエネルギーが蛍光発生に用いられているが、DPADTをPMMA溶液中に分散させた場合は、DPADTの分子凝集がおさえられ、84〜86%のエネルギーが蛍光発生に貢献している。
実施例14ではPMMAからの励起エネルギーがDPADTの発光エネルギーにうまく重なってDPADTを発光させていると考えられる。ここではポリマーに分散させてDPADTの発光効率を調べている。EDPADTはPMMA中での濃度を考慮すれば効率よく青色に発光するドーパントになる。
2 陽極(ITO)
3 発光層
4 陰極
5 ホール(正孔)輸送層
6 電子輸送層
7 ホール(正孔)注入層
8 電子注入層
9 ホール(正孔)ブロック層
Claims (4)
- 下記一般式(1)
で示されることを特徴とする9,10−ジフェニルアントラセン誘導体。 - 請求項1記載の9,10−ジフェニルアントラセン誘導体よりなるホール輸送材料。
- 請求項1記載の9,10−ジフェニルアントラセン誘導体よりなるよりなる発光材料。
- 請求項1記載の9,10−ジフェニルアントラセン誘導体を用いた有機エレクトロルミネッセンス素子。
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