JP2016150920A - 有機電界発光素子用化合物およびこれを用いた有機電界発光素子 - Google Patents
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Abstract
【課題】有機電界発光素子の構成材料として用いた場合に、十分に長い駆動寿命が得られる有機電界発光素子用化合物及びこの化合物を用いた有機電界発光素子の提供。【解決手段】下記で表される置換基を少なくとも1つ有するアントラセン化合物。及び該化合物を用いた有機電界発光素子。(Lは連結基であり、単結合、置換/無置換のアリーレン基、置換/無置換の複素環骨格を有する2価の基等;R1及びR2は各々独立にH、置換/無置換のアルキル基等)【選択図】なし
Description
本発明は、有機電界発光素子用化合物およびこれを用いた有機電界発光素子に関する。
有機電界発光素子は、数V〜数十V程度の低電圧で発光が可能であり、また、蛍光性有機化合物の種類を選択することにより種々の色の発光が可能なことから、様々な発光素子、表示素子等への応用が期待されており、活発に開発、研究が進められている。一般に、有機電界発光素子は、発光層および該層をはさんだ一対の対向電極から構成されている。両電極間に電界が印加されると、ホール注入電極(陽極)側からホール(正孔)が注入され、電子注入電極(陰極)側から電子が注入される。更に、発光層においてホール(正孔)と電子が再結合し、励起状態を生成し、励起状態が基底状態に戻る際にエネルギーを光として放出する。
従来の有機電界発光素子は、無機発光ダイオードに比べて駆動電圧が高く、発光輝度や発光効率も低く、また、特性劣化も著しく実用化には至っていなかったが、有機電界発光素子用材料の改良により有機電界発光素子の性能は徐々に改善されてきている。有機電界発光素子の発光効率の向上および長寿命化は発光素子、表示素子の消費電力の低下、耐久性の向上につながる重要な課題である。
これらの問題を解決すべく、有機電界発光素子用材料の様々な改良が行われ、種々の構造の化合物が提案されてきた。中でもアントラセン構造を有する化合物は長寿命、高効率な有機電界発光素子用材料として優れていることが知られている。特許文献1には、ダイアントラセン構造を有する信頼性の高い有機電界発光素子用化合物が記載されている。長寿命、高効率な有機電界発光素子用化合物として、特許文献2および3には、フェナントレンやピレンを有する非対称なアントラセン誘導体、また、特許文献4には、フルオレンを有するアントラセン誘導体が記載されている。
しかしながら、これらの材料を用いた場合でも、有機電界発光素子の駆動寿命は未だ不十分であり、より一層の長寿命化が求められている。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、有機電界発光素子の構成材料として用いた場合に、十分に長い駆動寿命が得られる有機電界発光素子用化合物およびこの化合物を用いた有機電界発光素子を提供することを目的とする。
本発明者らは、鋭意研究を重ねた結果、下記一般式(1)で表される化合物を有機電界発光素子用材料として用いることにより、上記課題を解決することを見出した。本発明は、下記一般式(1)で表される有機電界発光素子用化合物を提供する。
本発明は、下記一般式(1)で表される有機電界発光素子用化合物を提供する。
本発明にかかる有機電界発光素子用化合物によれば、有機電界発光素子の構成材料として用いた場合に、十分長い駆動寿命を得ることが可能となる。本発明にかかる有機電界発光素子用化合物によりこのような効果が得られる理由は必ずしも明らかでないが、本発明者らは次のように考えている。
対称性の高い分子は、駆動に伴う発熱や時間経過により容易に分子が配列し、薄膜の結晶化が生じるため、有機電界発光素子の材料として用いた場合に、十分に長い駆動寿命を得ることができない。本発明にかかる有機電界発光素子用化合物は、アントラセン上に少なくとも1つの一般式(2)で表される立体障害の大きな置換基を有している。これにより、分子全体の対称性が低下し、結晶性が低下するために、安定な非晶質膜を作製することができ、十分に長い駆動寿命が得られると考えられる。
また、本発明にかかる有機電界発光素子は、陽極と陰極からなる一対の電極の間に、発光層を含む少なくとも1層の有機層が挟持された有機電界発光素子において、前記有機層の少なくとも1層が、一般式(1)で表される化合物を単独もしくは混合物の成分として含有することが好ましい。
かかる有機電界発光素子によれば、上記有機電界発光素子用化合物を含むので、十分に長い駆動寿命を得ることが可能となる。
また、本発明にかかる有機電界発光素子は、陽極と陰極からなる一対の電極の間に、発光層を含む少なくとも1層の有機層が挟持された有機電界発光素子において、前記発光層が一般式(1)で表される化合物とトリアリールアミン誘導体との混合層からなることが好ましい。
かかる有機電界発光素子によれば、上記有機電界発光素子用化合物の結晶性が低いために、トリアリールアミン誘導体との安定な非晶質の混合層を形成することができ、十分に長い駆動寿命を得ることが可能となる。
また、本発明にかかる有機電界発光素子は、陽極と陰極からなる一対の電極の間に、ホール注入層を含む複数の有機層が挟持された有機電界発光素子において、前記ホール注入層が一般式(1)で表される化合物と電子アクセプター化合物との混合層からなることが好ましい。
かかる有機電界発光素子によれば、上記有機電界発光素子用化合物の結晶性が低いために、電子アクセプター化合物との安定な非晶質の混合層を形成することができ、十分に長い駆動寿命を得ることが可能となる。
また、本発明にかかる有機電界発光素子は、発光層およびホール注入層を含む複数の有機層が挟持された有機電界発光素子において発光層が一般式(1)で表される化合物からなり、前記ホール注入層が一般式(1)で表される化合物および電子アクセプター化合物との混合層からなることが好ましい。
かかる有機電界発光素子によれば、上記有機電界発光素子用化合物の結晶性が低いために、安定な非晶質の発光層およびホール注入層を形成することができ、十分に長い駆動寿命を得ることが可能となる。
以下、必要に応じて図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面中、同一要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。また、上下左右等の位置関係は、特に断らない限り、図面に示す位置関係に基づくものとする。更に、図面の寸法比率は図示の比率に限られるものではない。
(有機電界発光素子用化合物)
本発明の好適な実施形態にかかる有機電界発光素子用化合物は、下記一般式(1)で表される特定の構造を有するアントラセン化合物である。
本発明の好適な実施形態にかかる有機電界発光素子用化合物は、下記一般式(1)で表される特定の構造を有するアントラセン化合物である。
一般式(1)中のアルキル基としては、直鎖状もしくは分岐を有する炭素数1〜10のアルキル基が好ましく、具体例としては、メチル基、エチル基、n−またはi−プロピル基、n−、i−、s−またはt−ブチル基等が挙げられる。
また、前記アルキル基は置換基を有していてもよく、このような置換基としては、アルキル基、アルコキシ基、アリール基、アリールオキシ基、ハロゲノ基、シリル基等が挙げられる。
また、前記アルキル基は置換基を有していてもよく、このような置換基としては、アルキル基、アルコキシ基、アリール基、アリールオキシ基、ハロゲノ基、シリル基等が挙げられる。
一般式(1)中のアリール基としては、単環もしくは多環のものであってよく、縮合環や環集合も含まれる。このようなアリール基としては、総炭素数6〜20のものが好ましく、具体的には、フェニル基、ナフチル基、アントリル基、フェナントリル基、ピレニル基、ペリレニル基、フルオレニル基、o−,m−またはp−ビフェニリル基等が挙げられ、特に好ましくはフェニル基、ナフチル基、ビフェニリル基が挙げられる。
また、前記アリール基はさらに置換されていてもよく、このような置換基としては、アルキル基、アルコキシ基、アリール基、複素環基、アリールオキシ基、ハロゲノ基、シリル基等が挙げられる。
また、前記アリール基はさらに置換されていてもよく、このような置換基としては、アルキル基、アルコキシ基、アリール基、複素環基、アリールオキシ基、ハロゲノ基、シリル基等が挙げられる。
一般式(1)中の複素環基としては、ヘテロ原子としてO,N,Sを含有する5員または6員環の芳香族複素環基、および炭素数2〜20の縮合多環芳香複素環基等が挙げられる。芳香族複素環基および縮合多環芳香複素環基としては、例えば、チエニル基、フリル基、ピロリル基、ピリジル基、キノリル基、キノキサリル基等が挙げられる。これらの複素環基はさらに置換されていてもよく、このような置換基としては、アルキル基、アルコキシ基、アリール基、複素環基、アリールオキシ基、ハロゲノ基等が挙げられる。
本実施形態にかかる有機電界発光素子用化合物においては、化合物の化学的安定性および発光効率を向上させることができる点から、一般式(1)中、X9、X10が、それぞれ独立に、置換もしくは無置換のアリール基または、置換もしくは無置換の芳香族複素環基であることが好ましい。
一般式(1)中、X1〜X10のうち少なくとも1つは一般式(2)で表される基を示すが、昇華精製および蒸着プロセス時の熱安定性の点から、X1〜X10のうち1〜3個が一般式(2)で表される基であることが好ましい。
一般式(1)中、X2、X3、X6、X7、X9、X10うち少なくとも1つ以上が一般式(2)で表される基を示すことが好ましい。
一般式(1)中、X2、X9が一般式(2)で表される基を示すことが好ましい。
一般式(1)中、X9、X10が一般式(2)で表される基を示すことが好ましい。
一般式(1)中、X9が一般式(2)で表される基を示すことが好ましい。
これらの位置に一般式(2)で表される基が置換していることで、一般式(1)の化合物の化学的安定性を向上させることができ、また、分子の結晶性を低下させ、安定な非晶質膜を形成することができるためである。この結果、有機電界発光素子用化合物として用いた場合に、十分に長い駆動寿命を実現することが可能となる。
一般式(1)中、X2、X9が一般式(2)で表される基を示すことが好ましい。
一般式(1)中、X9、X10が一般式(2)で表される基を示すことが好ましい。
一般式(1)中、X9が一般式(2)で表される基を示すことが好ましい。
これらの位置に一般式(2)で表される基が置換していることで、一般式(1)の化合物の化学的安定性を向上させることができ、また、分子の結晶性を低下させ、安定な非晶質膜を形成することができるためである。この結果、有機電界発光素子用化合物として用いた場合に、十分に長い駆動寿命を実現することが可能となる。
有機電界発光素子の安定性の点から、一般式(1)中、X1〜X10のうち一般式(2)でないものは、それぞれ独立に、水素原子、アルキル基、置換基もしくは無置換のアリール基、置換もしくは無置換の芳香族複素環基であることが好ましい。
合成の容易さの点から、一般式(1)中、X1、X4、X5、X8は水素原子であることが好ましい。
一般式(2)中、Lは置換もしくは無置換のアルキリレン基であってよい。このようなアルキリレン期の具体例としては、メチレン基、エチレン基等が挙げられる。
一般式(2)中、Lは置換もしくは無置換のアリーレン基であってよい。このようなアリーレン基の具体例としては、フェニレン基、ビフェニレン基、アントリレン基等の通常のアリーレン基の他、2個ないしそれ以上のアリーレン基が直接連結したものが挙げられる。また、連結基Lのアリーレン基は、2個ないしそれ以上のアリーレン基が、アルキレン基、−O−または−S−が介在して連結するものであってもよい。
また、前記アリーレン基はさらに置換されていてもよく、このような置換基としては、アルキル基、アルコキシ基、アリール基、アリールオキシ基、ハロゲノ基、シリル基等が挙げられる。
また、前記アリーレン基はさらに置換されていてもよく、このような置換基としては、アルキル基、アルコキシ基、アリール基、アリールオキシ基、ハロゲノ基、シリル基等が挙げられる。
一般式(2)中、Lは置換もしくは無置換の複素環骨格を有する二価の基であってよい。このような複素環骨格を有する二価の基としては、ヘテロ原子としてO,N,Sを含有する5員または6員環の芳香族複素環基、および炭素数2〜20の縮合多環芳香複素環基等が挙げられ、具体的には、チエニル基、フリル基、ピロリル基、ピリジル基、キノリル基、キノキサリル基等が挙げられる。
また、これらの複素環基はさらに置換されていてもよく、このような置換基としては、アルキル基、アルコキシ基、アリール基、アリールオキシ基、ハロゲノ基等が挙げられる。
また、これらの複素環基はさらに置換されていてもよく、このような置換基としては、アルキル基、アルコキシ基、アリール基、アリールオキシ基、ハロゲノ基等が挙げられる。
化合物および有機電界発光素子の安定性の点から、一般式(2)中、連結基Lは、単結合または、置換もしくは無置換のアリーレン基であることが好ましい。
合成の容易さの点から、一般式(2)中、連結基Lは、位置1、2、4のいずれかの位置と置換することが好ましく、Lと連結されなかった位置1〜14は、水素原子で置換されることが好ましい。
合成の容易さおよび化合物の安定性の点から、一般式(2)中、R1、R2は、それぞれ独立に、置換もしくは無置換のアルキル基、置換もしくは無置換のアリール基のいずれかであることが好ましい。
本実施形態の化合物の分子量については特に限定は無いが、素子作成プロセスを考慮すると、分子量が1300以下であることが好ましい。分子量が1300以上の化合物は、溶解性が低下することで合成が困難になる他、塗布プロセスによる有機電界発光素子の作成が困難になるためである。また、蒸着プロセスによって有機電界発光素子を作成する場合においても、蒸着温度が450度以上の高温になり、材料の分解を生じる可能性があるためである。
(有機電界発光素子用化合物の具体例)
本実施形態の有機電界発光素子用化合物の好適な例としては、下記式(I−1)〜(I−20)、(II−1)〜(II−20)、(III−1)〜(III−13)で表される化合物が挙げられる。
本実施形態の有機電界発光素子用化合物の好適な例としては、下記式(I−1)〜(I−20)、(II−1)〜(II−20)、(III−1)〜(III−13)で表される化合物が挙げられる。
(有機電界発光素子)
図1は、本実施形態にかかる有機電界発光素子の一例を示す模式断面図である。図1に示す有機電界発光素子1は互いに対向して配置されている2つの電極(第1の電極3および第2の電極9)により、ホール注入層4、ホール輸送層5、発光層6、電子輸送層7、電子注入層8が挟持された構造を有している。ホール注入層4、ホール輸送層5、発光層6、電子輸送層7、電子注入層8は、いずれも有機層であり、第1の電極3側からこの順に積層されている。なお、電子注入層8は無機層(金属層、金属化合物層等)とすることもできる。
図1は、本実施形態にかかる有機電界発光素子の一例を示す模式断面図である。図1に示す有機電界発光素子1は互いに対向して配置されている2つの電極(第1の電極3および第2の電極9)により、ホール注入層4、ホール輸送層5、発光層6、電子輸送層7、電子注入層8が挟持された構造を有している。ホール注入層4、ホール輸送層5、発光層6、電子輸送層7、電子注入層8は、いずれも有機層であり、第1の電極3側からこの順に積層されている。なお、電子注入層8は無機層(金属層、金属化合物層等)とすることもできる。
なお、本実施形態において、第1の電極3は基板2上に形成されているが、基板2側からの積層の順番を逆にしてもよい。つまり、基板2側から、第2の電極9、電子注入層8、電子輸送層7、発光層6、ホール輸送層5、ホール注入層4、第1の電極3の順で積層されていてもよい。
また、本実施形態の有機電界発光素子用化合物は、上述したどの層に含まれていてもよいが、発光層、ホール注入層および電子輸送層に含まれていることが望ましい。
本実施形態においては、第1の電極3および第2の電極9が、それぞれホール注入電極(陽極)および電子注入電極(陰極)として機能し、電源Pによる電界の印加により、第1の電極3からホール(正孔)が注入されるとともに、第2の電極9から電子が注入され、これらの再結合に基づいて発光層中の有機電界発光素子用化合物が発光する。
また、ホール注入層4、ホール輸送層5、発光層6、電子輸送層7、電子注入層8の好適な厚さは、いずれも1〜200nmである。
(基板)
基板2としては、従来の有機電界発光素子が備えているものであれば、特に限定されることなく用いることができ、ガラス、石英等の非晶質基板、Si、GaAs、ZnSe、ZnS、GaP、InP等の結晶基板、Mo、Al、Pt、Ir、Au、Pd、SUS等の金属基板等を用いることができる。また、結晶質または非晶質のセラミック、金属、有機物等の薄膜を所定基板上に形成したものを用いてもよい。
基板2としては、従来の有機電界発光素子が備えているものであれば、特に限定されることなく用いることができ、ガラス、石英等の非晶質基板、Si、GaAs、ZnSe、ZnS、GaP、InP等の結晶基板、Mo、Al、Pt、Ir、Au、Pd、SUS等の金属基板等を用いることができる。また、結晶質または非晶質のセラミック、金属、有機物等の薄膜を所定基板上に形成したものを用いてもよい。
基板2の側を光取り出し側とする場合には、基板2としてガラスや石英等の透明基板を用いることが好ましく、特に、安価なガラスの透明基板を用いることが好ましい。透明基板には、発光色の調整のために、色フィルター膜や蛍光物質を含む色変換膜、あるいは誘電体反射膜等を設けてもよい。
(第1の電極)
第1の電極3はホール注入電極(陽極)として機能する。そのため、第1の電極3の材料としては、従来の有機電界発光素子が備えているものであれば、特に限定されることなく用いることができるが、その第1の電極3に効率よく且つ均一に電界を印加できる材料が好ましい。
第1の電極3はホール注入電極(陽極)として機能する。そのため、第1の電極3の材料としては、従来の有機電界発光素子が備えているものであれば、特に限定されることなく用いることができるが、その第1の電極3に効率よく且つ均一に電界を印加できる材料が好ましい。
また、基板2の側を光取り出し側とする場合、有機電界発光素子の発光波長領域である波長400nm〜700nmにおける透過率、特にRGB各色の波長における第1の電極3の透過率は、50%以上であることが好ましく、80%以上であることがより好ましく、90%以上であることが更に好ましい。第1の電極3の透過率が50%未満であると、発光層6からの発光が減衰されて、画像表示に必要な輝度が得られなくなる。
光透過率の高い第1の電極3は、各種酸化物で構成される透明導電膜を用いて構成することができる。かかる材料としては、酸化インジウム(In2O3)、酸化スズ(SnO2)、酸化亜鉛(ZnO)、錫ドープ酸化インジウム(ITO)、亜鉛ドープ酸化インジウム(IZO)等が好ましく、中でも、ITOは、面内の比抵抗が均一な薄膜を容易に得ることができる点で特に好ましい。
第1の電極3の膜厚は、上述の光透過率を考慮して決定することが好ましい。例えば、酸化物透明電極を用いる場合、その膜厚は、好ましくは10〜500nm、より好ましくは30〜300nmである。第1の電極3の膜厚が500nmを超えると、光透過率が不十分になるとともに、基板2からの第1の電極3の剥離が発生する場合がある。また、膜厚の減少に伴い光透過率は向上するが、膜厚が10nm未満の場合、抵抗が大きくなり、有機電界発光素子の駆動電圧を上昇させる傾向がある。
(第2の電極)
第2の電極9は電子注入電極(陰極)として機能する。第2の電極9の材料としては、従来の有機電界発光素子が備えているものであれば、特に限定されることなく用いることができるが、金属材料、有機金属錯体もしくは金属化合物等が挙げられ、発光層6に効率的且つ確実に電子を注入できるように、仕事関数が比較的低い材料を用いると好ましく、また透明であってもよい。
第2の電極9は電子注入電極(陰極)として機能する。第2の電極9の材料としては、従来の有機電界発光素子が備えているものであれば、特に限定されることなく用いることができるが、金属材料、有機金属錯体もしくは金属化合物等が挙げられ、発光層6に効率的且つ確実に電子を注入できるように、仕事関数が比較的低い材料を用いると好ましく、また透明であってもよい。
第2の電極9を構成する金属材料の具体例としては、Li、Na、KもしくはCs等のアルカリ金属、Mg、Ca、SrもしくはBa等のアルカリ土類金属、あるいはAl(アルミニウム)が挙げられる。また、La、Ce、Sn、ZnもしくはZr等のアルカリ金属またはアルカリ土類金属と特性が近い金属を用いることもできる。更には、上記金属材料の酸化物もしくはハロゲン化物を用いることもできる。更に、上記材料を含む混合物もしくは合金であってもよく、これらを複数積層してもよい。
第2の電極9の膜厚は、電子を均一に注入できる程度であればよく、0.1nm以上とすればよい。
なお、第2の電極9上には補助電極を設けてもよい。これにより、発光層6への電子注入効率を向上させることができ、また、電子注入層8や電子輸送層7、発光層6への水分または有機溶媒の浸入を防止することができる。補助電極の材料としては、仕事関数および電荷注入能力に関する制限がないため、一般的な金属を用いることができるが、導電率が高く、取り扱いが容易な金属を用いることが好ましい。また、特に第2の電極9が有機材料を含む場合には、有機材料の種類や密着性に応じて、適宜選択することが好ましい。
補助電極に用いられる材料としては、Al、Ag、In、Ti、Cu、Au、Mo、W、Pt、Pd、Ni等が挙げられるが、中でもAlおよびAg等の低抵抗の金属を用いることにより電子注入効率を更に高めることができる。また、TiN等の金属化合物を用いることにより、一層高い封止性を得ることができる。これらの材料は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせてもよい。また、2種以上の金属を用いる場合は合金として用いてもよい。このような補助電極は、例えば、真空蒸着法等によって形成可能である。
(ホール注入層)
ホール注入層4は、第1の電極3からのホール(正孔)の注入を容易にする機能を有する化合物を含有する層である。具体的には、アリールアミン、フタロシアニン、ポリアニリン/有機酸、ポリチオフェン/ポリマー酸等を少なくとも1種用いて形成することができる。本実施形態にかかる一般式(1)で表される化合物は仕事関数が第1の電極3に比べて大きいため、通常はホール注入層4には適さない材料である。しかしながら、塩化アンチモンや塩化鉄、酸化モリブデン等の電子アクセプターを用いて強制的にホール(正孔)を発生させた場合には、第1の電極3からのホール注入が容易になるため、本実施形態にかかる一般式(1)で表される化合物をホール注入層4として用いることができる。特に、一般式(1)で表される化合物は結晶性が低いために、電子アクセプター化合物との安定な非晶質の混合層を形成することができ、十分に長い輝度半減寿命を得ることが可能となる。
ホール注入層4は、第1の電極3からのホール(正孔)の注入を容易にする機能を有する化合物を含有する層である。具体的には、アリールアミン、フタロシアニン、ポリアニリン/有機酸、ポリチオフェン/ポリマー酸等を少なくとも1種用いて形成することができる。本実施形態にかかる一般式(1)で表される化合物は仕事関数が第1の電極3に比べて大きいため、通常はホール注入層4には適さない材料である。しかしながら、塩化アンチモンや塩化鉄、酸化モリブデン等の電子アクセプターを用いて強制的にホール(正孔)を発生させた場合には、第1の電極3からのホール注入が容易になるため、本実施形態にかかる一般式(1)で表される化合物をホール注入層4として用いることができる。特に、一般式(1)で表される化合物は結晶性が低いために、電子アクセプター化合物との安定な非晶質の混合層を形成することができ、十分に長い輝度半減寿命を得ることが可能となる。
(ホール輸送層)
ホール輸送層5は、注入されたホール(正孔)を発光層6に輸送する機能、および発光層6中の電子がホール輸送層5に注入されるのを妨げる機能を有する化合物を含有する層である。ホール輸送層5は、トリアリールメタン誘導体、トリアリールアミン誘導体、スチルベン誘導体、ポリシラン誘導体、ポリフェニレンビニレンおよびその誘導体、ポリチオフェンおよびその誘導体、カルバゾール誘導体、もしくはアントラセン誘導体等の炭化水素化合物などを少なくとも1種用いて形成することができる。また本実施形態にかかる一般式(1)で表される化合物もホール輸送層5として用いることができる。
ホール輸送層5は、注入されたホール(正孔)を発光層6に輸送する機能、および発光層6中の電子がホール輸送層5に注入されるのを妨げる機能を有する化合物を含有する層である。ホール輸送層5は、トリアリールメタン誘導体、トリアリールアミン誘導体、スチルベン誘導体、ポリシラン誘導体、ポリフェニレンビニレンおよびその誘導体、ポリチオフェンおよびその誘導体、カルバゾール誘導体、もしくはアントラセン誘導体等の炭化水素化合物などを少なくとも1種用いて形成することができる。また本実施形態にかかる一般式(1)で表される化合物もホール輸送層5として用いることができる。
なお、ホール注入層4とホール輸送層5の機能を併せ持つ材料であれば、ホール注入輸送層として、単層で二層分の機能を果たす事が可能である。一方で、ホール注入層4やホール輸送層5を、更に複数の層に機能分離して使用することも可能である。
(発光層)
発光層6は、注入されたホール(正孔)および電子の輸送機能とホール(正孔)と電子の再結合により励起子を生成させる機能を有する化合物を含有する層である。ナフタレン誘導体、アントラセン誘導体、フェナントレン誘導体、ピレン誘導体、フルオランテン誘導体、ナフタセン誘導体等の炭化水素系の化合物が好ましく用いられる。本実施形態にかかる一般式(1)で表される化合物は発光層6に用いられることが好ましく、通常はホスト材料として用いられる。一般式(1)で表される化合物は結晶性が低く、安定な非晶質膜を形成することができるために、従来の有機電界発光素子と比較して、十分に長い輝度半減寿命を得ることが可能となる。
発光層6は、注入されたホール(正孔)および電子の輸送機能とホール(正孔)と電子の再結合により励起子を生成させる機能を有する化合物を含有する層である。ナフタレン誘導体、アントラセン誘導体、フェナントレン誘導体、ピレン誘導体、フルオランテン誘導体、ナフタセン誘導体等の炭化水素系の化合物が好ましく用いられる。本実施形態にかかる一般式(1)で表される化合物は発光層6に用いられることが好ましく、通常はホスト材料として用いられる。一般式(1)で表される化合物は結晶性が低く、安定な非晶質膜を形成することができるために、従来の有機電界発光素子と比較して、十分に長い輝度半減寿命を得ることが可能となる。
発光層6にはホスト材料の他に、発光ドーピング材料として、他の蛍光性物質を含有させてもよい。蛍光性物質としては、例えば、キナクリドン、ルブレン、スチリル系色素等の化合物、トリス(8−キノリノラト)アルミニウム等の8−キノリノールないしその誘導体を配位子とする金属錯体化合物、テトラフェニルブタジエン、アントラセン、フルオランテン、ピレン、ペリレン、コロネン、12−フタロペリノン誘導体、フェニルアントラセン誘導体、テトラアリールエテン誘導体、芳香族アミン誘導体等が挙げられる。特に、アミノナフタレン誘導体、アミノピレン誘導体、アミノフェナントレン誘導体、アミノフルオレン誘導体、アミノクリセン誘導体、アミノアントラセン誘導体、アミノペリレン誘導体等の芳香族アミン誘導体は非常に好ましい材料である。ドーパント材料の好適な含有量は、ホスト材料とドーパント材料の組み合わせにより異なるが、発光層の構成材料全体を基準として0.1〜30質量%であることが好ましく、1〜10質量%であることがより好ましい。
発光層6にはホスト材料、発光ドーピング材料の他の化合物を含有させても良い。他の化合物を混合することによりキャリアの輸送を調整することができ、蛍光色素を混合することにより発光色を変換させて使用することができる。キャリアの輸送を調整する化合物としては、例えば、トリス(8−キノリノラト)アルミニウム等の8−キノリノールないしその誘導体を配位子とする金属錯体化合物、キノキサリン誘導体、ピリジン誘導体、ピリミジン誘導体、イミダゾピリジン誘導体、イミダゾピリミジン誘導体、フェナントロリン誘導体等の電子輸送性化合物、またはトリアリールアミン誘導体等のホール輸送性化合物等を好ましく用いることができる。本実施形態にかかる一般式(1)で表される化合物は、結晶性が低いために、電子輸送性化合物やホール輸送性化合物と安定な非晶質の混合層を形成することができ、十分に長い駆動寿命を得ることが可能となる。
(電子輸送層)
電子輸送層7は、注入された電子を輸送する機能および発光層6から電子輸送層7中にホールが注入されるのを妨げる機能を有するものである。本実施形態の一般式(1)で表される化合物は電子輸送層7として用いることができ、特に発光層に一般式(1)で表される化合物を用いた場合には、発光層への電子注入効率が良いことから、発光層と同一の材料を電子輸送層に用いることが好ましい。
電子輸送層7は、注入された電子を輸送する機能および発光層6から電子輸送層7中にホールが注入されるのを妨げる機能を有するものである。本実施形態の一般式(1)で表される化合物は電子輸送層7として用いることができ、特に発光層に一般式(1)で表される化合物を用いた場合には、発光層への電子注入効率が良いことから、発光層と同一の材料を電子輸送層に用いることが好ましい。
(電子注入層)
電子注入層8は、第2の電極9からの電子の注入を容易にする機能の他、第2の電極9との密着性を高める機能を有するものである。電子注入層8は、トリス(8−キノリノラト)アルミニウム等の8−キノリノールなしいその誘導体を配位子とする金属錯体、オキサジアゾール誘導体、トリアゾール誘導体、トリアジン誘導体、キノリン誘導体、キノキサリン誘導体、ジフェニルキノン誘導体、ニトロ置換フルオレノン誘導体、チオピランジオキサイド誘導体、ピリジン誘導体、ピリミジン誘導体、イミダゾピリジン誘導体、イミダゾピリミジン誘導体、フェナントロリン誘導体等を少なくとも1種用いて形成することができる。
電子注入層8は、第2の電極9からの電子の注入を容易にする機能の他、第2の電極9との密着性を高める機能を有するものである。電子注入層8は、トリス(8−キノリノラト)アルミニウム等の8−キノリノールなしいその誘導体を配位子とする金属錯体、オキサジアゾール誘導体、トリアゾール誘導体、トリアジン誘導体、キノリン誘導体、キノキサリン誘導体、ジフェニルキノン誘導体、ニトロ置換フルオレノン誘導体、チオピランジオキサイド誘導体、ピリジン誘導体、ピリミジン誘導体、イミダゾピリジン誘導体、イミダゾピリミジン誘導体、フェナントロリン誘導体等を少なくとも1種用いて形成することができる。
本実施形態にかかる有機電界発光素子1は、発光層6、ホール注入層4、ホール輸送層5、電子輸送層7に本実施形態にかかる有機電界発光素子用化合物を含有させること以外は、公知の方法で製造できる。そのような発光層6、ホール注入層4、ホール輸送層5、電子輸送層7を含めて各有機層を形成する方法としては、真空蒸着法、イオン化蒸着法、塗布法等を、有機層を構成する材料に応じて、適宜選択して採用することができる。
塗布法の具体例としては、スピンコート法や、グラビア印刷等の各種印刷方法、インクジェット法等が挙げられる。この塗布法に用いられる溶媒としては、例えば、トルエン、キシレンなどの炭化水素系の溶媒や、ジクロロエタン等のハロゲン系の溶媒が挙げられる。本実施形態にかかる一般式(1)で表される化合物は、対称性が低いことから溶解性が高く、塗布プロセスによっても十分に成膜が可能である。スピンコート法であれば、通常は1〜3%程度の濃度の溶液とすることで、50nmから200nm程度の薄膜が形成可能である。
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に何ら限定されるものではない。
以下、実施例及び比較例を挙げて本発明の内容をより具体的に説明する。なお、本発明は下記実施例に限定されるものではない。
<合成例1>
下記化合物(11)を以下の方法で合成した。その反応式を以下に示す。
下記化合物(11)を以下の方法で合成した。その反応式を以下に示す。
(化合物(1−1)の合成)
アルゴン気流下、1−ブロモナフタレン−2−カルボン酸メチル16.28g(61.4mmol)、9−フェナントレンボロン酸15.00g(67.5mmol)、テトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(0)1.42g(1.23mmol)をトルエン110mlとエタノール40mlに溶解させた。次いで、炭酸ナトリウム184.0mmolを含む水溶液92mlを加え、加熱還流下で19時間攪拌した。室温まで冷却後、反応溶液に水を加え、トルエンで抽出した。有機層を硫酸マグネシウムで乾燥後、減圧下で濃縮した。得られた粗生成物をカラムクロマトグラフィーで精製し、目的の化合物(1−1)の白色固体(収量22.03g、収率99%)を得た。
アルゴン気流下、1−ブロモナフタレン−2−カルボン酸メチル16.28g(61.4mmol)、9−フェナントレンボロン酸15.00g(67.5mmol)、テトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(0)1.42g(1.23mmol)をトルエン110mlとエタノール40mlに溶解させた。次いで、炭酸ナトリウム184.0mmolを含む水溶液92mlを加え、加熱還流下で19時間攪拌した。室温まで冷却後、反応溶液に水を加え、トルエンで抽出した。有機層を硫酸マグネシウムで乾燥後、減圧下で濃縮した。得られた粗生成物をカラムクロマトグラフィーで精製し、目的の化合物(1−1)の白色固体(収量22.03g、収率99%)を得た。
(化合物(1−2)の合成)
アルゴン気流下、メチルヨウ化マグネシウム180.0mmolを含む脱水ジエチルエーテル溶液90mlに、上記の反応により合成した化合物(1−1)22.03g(61.0mmol)を含む脱水テトラヒドロフラン溶液180mlを30分かけて滴下し、室温で22時間攪拌した。反応溶液に飽和塩化アンモニウム水溶液を加え、ジエチルエーテルで抽出した。有機層を飽和食塩水で洗浄後、硫酸マグネシウムで乾燥し、減圧下で濃縮した。得られた粗生成物をカラムクロマトグラフィーで精製し、目的の化合物(1−2)の白色固体(収量17.25g、収率78%)を得た。
アルゴン気流下、メチルヨウ化マグネシウム180.0mmolを含む脱水ジエチルエーテル溶液90mlに、上記の反応により合成した化合物(1−1)22.03g(61.0mmol)を含む脱水テトラヒドロフラン溶液180mlを30分かけて滴下し、室温で22時間攪拌した。反応溶液に飽和塩化アンモニウム水溶液を加え、ジエチルエーテルで抽出した。有機層を飽和食塩水で洗浄後、硫酸マグネシウムで乾燥し、減圧下で濃縮した。得られた粗生成物をカラムクロマトグラフィーで精製し、目的の化合物(1−2)の白色固体(収量17.25g、収率78%)を得た。
(化合物(1−3)の合成)
アルゴン気流下、上記の反応により合成した化合物(1−2)17.25g(50.0mmol)を脱水ジクロロメタン150mlに溶解し、氷浴にて冷却した。三フッ化ホウ素ジエチルエーテル錯体9.3ml(75.0mmol)を10分かけて滴下し、その後室温で17時間攪拌した。反応溶液に水を加え、ジクロロメタンで抽出した。有機層を硫酸マグネシウムで乾燥し、減圧下で濃縮した。得られた粗生成物をカラムクロマトグラフィーで精製し、目的の化合物(1−3)の白色固体(収量16.71g、収率97%)を得た。
アルゴン気流下、上記の反応により合成した化合物(1−2)17.25g(50.0mmol)を脱水ジクロロメタン150mlに溶解し、氷浴にて冷却した。三フッ化ホウ素ジエチルエーテル錯体9.3ml(75.0mmol)を10分かけて滴下し、その後室温で17時間攪拌した。反応溶液に水を加え、ジクロロメタンで抽出した。有機層を硫酸マグネシウムで乾燥し、減圧下で濃縮した。得られた粗生成物をカラムクロマトグラフィーで精製し、目的の化合物(1−3)の白色固体(収量16.71g、収率97%)を得た。
(化合物(1−4)の合成)
アルゴン気流下、上記の反応により合成した化合物(1−3)16.71g(48.5mmol)を脱水ジクロロメタン300mlに溶解し、氷浴にて冷却した。N−ブロモスクシンイミド8.63g(48.5mmol)をゆっくり加え、その後室温で16時間攪拌した。反応溶液に水を加え、ジクロロメタンで抽出した。有機層を硫酸マグネシウムで乾燥し、減圧下で濃縮した。得られた粗生成物をカラムクロマトグラフィーで精製し、目的の化合物(1−4)の白色粉末(収量18.48g、収率90%)を得た。
アルゴン気流下、上記の反応により合成した化合物(1−3)16.71g(48.5mmol)を脱水ジクロロメタン300mlに溶解し、氷浴にて冷却した。N−ブロモスクシンイミド8.63g(48.5mmol)をゆっくり加え、その後室温で16時間攪拌した。反応溶液に水を加え、ジクロロメタンで抽出した。有機層を硫酸マグネシウムで乾燥し、減圧下で濃縮した。得られた粗生成物をカラムクロマトグラフィーで精製し、目的の化合物(1−4)の白色粉末(収量18.48g、収率90%)を得た。
(化合物(1−5)の合成)
アルゴン気流下、上記の反応により合成した化合物(1−4)4.23g(10.0mmol)、ビス(ピナコラト)ジボロン3.81g(15.0mmol)、トリス(ジベンジリデンアセトン)ジパラジウム(0)0.092g(0.10mmol)、2−ジシクロヘキシルホスフィノ−2’,4’,6’−トリイソプロピルビフェニル0.095g(0.20mmol)、酢酸カリウム2.94g(30.0mmol)を脱水1,4−ジオキサン30mlに溶解させ、加熱還流下で21時間攪拌した。室温まで冷却後、減圧下で濃縮し、水を加えた後、クロロホルムで抽出した。有機層を飽和食塩水で洗浄後、硫酸マグネシウムで乾燥し、減圧下で濃縮した。得られた粗生成物をカラムクロマトグラフィーで精製後、ジクロロメタン−ヘキサンで再結晶し、目的の化合物(1−5)の白色粉末(収量4.33g、収率92%)を得た。
アルゴン気流下、上記の反応により合成した化合物(1−4)4.23g(10.0mmol)、ビス(ピナコラト)ジボロン3.81g(15.0mmol)、トリス(ジベンジリデンアセトン)ジパラジウム(0)0.092g(0.10mmol)、2−ジシクロヘキシルホスフィノ−2’,4’,6’−トリイソプロピルビフェニル0.095g(0.20mmol)、酢酸カリウム2.94g(30.0mmol)を脱水1,4−ジオキサン30mlに溶解させ、加熱還流下で21時間攪拌した。室温まで冷却後、減圧下で濃縮し、水を加えた後、クロロホルムで抽出した。有機層を飽和食塩水で洗浄後、硫酸マグネシウムで乾燥し、減圧下で濃縮した。得られた粗生成物をカラムクロマトグラフィーで精製後、ジクロロメタン−ヘキサンで再結晶し、目的の化合物(1−5)の白色粉末(収量4.33g、収率92%)を得た。
(化合物(1−6)の合成)
アルゴン気流下、9−ブロモアントラセン5.43g(21.0mmol)、4−ビフェニルボロン酸4.75g(24.0mmol)、酢酸パラジウム(0)0.090g(0.40mmol)、トリフェニルホスフィン0.21g(0.80mmol)をエチレングリコールジメチルエーテル80mlに溶解させた。次いで、炭酸カリウム60.0mmolを含む水溶液30mlを加え、加熱還流下で17時間攪拌した。室温まで冷却後、減圧下で濃縮し、メタノールと水を加え、析出した固体をろ過した。得られた固体をカラムクロマトグラフィーで精製後、ジクロロメタン−メタノールで再結晶し、目的の化合物(1−6)の白色固体(収量7.00g、収率99%)を得た。
アルゴン気流下、9−ブロモアントラセン5.43g(21.0mmol)、4−ビフェニルボロン酸4.75g(24.0mmol)、酢酸パラジウム(0)0.090g(0.40mmol)、トリフェニルホスフィン0.21g(0.80mmol)をエチレングリコールジメチルエーテル80mlに溶解させた。次いで、炭酸カリウム60.0mmolを含む水溶液30mlを加え、加熱還流下で17時間攪拌した。室温まで冷却後、減圧下で濃縮し、メタノールと水を加え、析出した固体をろ過した。得られた固体をカラムクロマトグラフィーで精製後、ジクロロメタン−メタノールで再結晶し、目的の化合物(1−6)の白色固体(収量7.00g、収率99%)を得た。
(化合物(1−7)の合成)
アルゴン気流下、上記の反応により合成した化合物(1−6)7.00g(21.0mmol)を脱水ジメチルホルムアミド150mlに溶解し、氷浴にて冷却した。N−ブロモスクシンイミド25.4mmolを含む脱水ジメチルホルムアミド溶液20mlを10分かけて滴下し、その後室温で16時間攪拌した。反応溶液に水とメタノールを加え、析出した固体をろ過し、メタノールで洗浄した。得られた固体を減圧乾燥し、目的の化合物(1−7)の白色粉末(収量8.25g、収率95%)を得た。
アルゴン気流下、上記の反応により合成した化合物(1−6)7.00g(21.0mmol)を脱水ジメチルホルムアミド150mlに溶解し、氷浴にて冷却した。N−ブロモスクシンイミド25.4mmolを含む脱水ジメチルホルムアミド溶液20mlを10分かけて滴下し、その後室温で16時間攪拌した。反応溶液に水とメタノールを加え、析出した固体をろ過し、メタノールで洗浄した。得られた固体を減圧乾燥し、目的の化合物(1−7)の白色粉末(収量8.25g、収率95%)を得た。
(化合物(11)の合成)
アルゴン気流下、上記の反応により合成した化合物(1−5)1.110g(2.36mmol)、化合物(1−7)0.819g(2.00mmol)、酢酸パラジウム(0)0.009g(0.04mmol)、2−ジシクロヘキシルホスフィノ−2’,6’−ジメトキシビフェニル0.033g(0.08mmol)、リン酸カリウム三塩基酸0.849g(4.00mmol)をトルエン20mlと水0.5mlに溶解させ、加熱還流下で22時間攪拌した。室温まで冷却後、減圧下で濃縮し、水を加えた後、クロロホルムで抽出した。有機層を硫酸マグネシウムで乾燥し、減圧下で濃縮した。得られた粗生成物をカラムクロマトグラフィーで精製後、ジクロロメタン−メタノールで再結晶し、目的の化合物(11)の白色粉末(収量1.00g、収率74%)を得た。更に、昇華精製を行い、純度99.8%品(高速液体クロマトグラフィー(HPLC)により純度確認)を得た。
アルゴン気流下、上記の反応により合成した化合物(1−5)1.110g(2.36mmol)、化合物(1−7)0.819g(2.00mmol)、酢酸パラジウム(0)0.009g(0.04mmol)、2−ジシクロヘキシルホスフィノ−2’,6’−ジメトキシビフェニル0.033g(0.08mmol)、リン酸カリウム三塩基酸0.849g(4.00mmol)をトルエン20mlと水0.5mlに溶解させ、加熱還流下で22時間攪拌した。室温まで冷却後、減圧下で濃縮し、水を加えた後、クロロホルムで抽出した。有機層を硫酸マグネシウムで乾燥し、減圧下で濃縮した。得られた粗生成物をカラムクロマトグラフィーで精製後、ジクロロメタン−メタノールで再結晶し、目的の化合物(11)の白色粉末(収量1.00g、収率74%)を得た。更に、昇華精製を行い、純度99.8%品(高速液体クロマトグラフィー(HPLC)により純度確認)を得た。
なお、得られた化合物の質量分析を行ったところ、化合物(11)の分子量672に対し、m/z=672(M+)にピークが確認され、合成例1で得られた化合物が化合物(11)であることが同定された。
<合成例2>
下記化合物(12)を以下の方法で合成した。その反応式を以下に示す。
下記化合物(12)を以下の方法で合成した。その反応式を以下に示す。
(化合物(1−8)の合成)
アルゴン気流下、9−ブロモアントラセン25.53g(99.3mmol)、フェニルボロン酸14.51g(119.0mmol)、酢酸パラジウム(0)0.45g(2.0mmol)、トリフェニルホスフィン1.05g(4.0mmol)をエチレングリコールジメチルエーテル400mlに溶解させた。次いで、炭酸カリウム300.0mmolを含む水溶液150mlを加え、加熱還流下で17時間攪拌した。室温まで冷却後、減圧下で濃縮し、メタノールと水を加え、析出した固体をろ過した。得られた固体をカラムクロマトグラフィーで精製後、ジクロロメタン−メタノールで再結晶し、目的の化合物(1−8)の白色固体(収量24.58g、収率97%)を得た。
アルゴン気流下、9−ブロモアントラセン25.53g(99.3mmol)、フェニルボロン酸14.51g(119.0mmol)、酢酸パラジウム(0)0.45g(2.0mmol)、トリフェニルホスフィン1.05g(4.0mmol)をエチレングリコールジメチルエーテル400mlに溶解させた。次いで、炭酸カリウム300.0mmolを含む水溶液150mlを加え、加熱還流下で17時間攪拌した。室温まで冷却後、減圧下で濃縮し、メタノールと水を加え、析出した固体をろ過した。得られた固体をカラムクロマトグラフィーで精製後、ジクロロメタン−メタノールで再結晶し、目的の化合物(1−8)の白色固体(収量24.58g、収率97%)を得た。
(化合物(1−9)の合成)
アルゴン気流下、上記の反応により合成した化合物(1−8)24.58g(96.7mmol)を脱水ジメチルホルムアミド500mlに溶解し、氷浴にて冷却した。N−ブロモスクシンイミド106.4mmolを含む脱水ジメチルホルムアミド溶液100mlを1時間かけて滴下し、その後室温で18時間攪拌した。反応溶液に水とメタノールを加え、析出した固体をろ過し、メタノールで洗浄した。得られた固体を減圧乾燥し、目的の化合物(1−9)の白色粉末(収量30.26g、収率94%)を得た。
アルゴン気流下、上記の反応により合成した化合物(1−8)24.58g(96.7mmol)を脱水ジメチルホルムアミド500mlに溶解し、氷浴にて冷却した。N−ブロモスクシンイミド106.4mmolを含む脱水ジメチルホルムアミド溶液100mlを1時間かけて滴下し、その後室温で18時間攪拌した。反応溶液に水とメタノールを加え、析出した固体をろ過し、メタノールで洗浄した。得られた固体を減圧乾燥し、目的の化合物(1−9)の白色粉末(収量30.26g、収率94%)を得た。
(化合物(1−10)の合成)
アルゴン気流下、上記の反応により合成した化合物(1−9)9.99g(30.0mmol)を脱水テトラヒドロフラン200mlに溶解し、−78℃に冷却した。n−ブチルリチウム33.0mmolを含む脱水ヘキサン溶液21mlを20分間かけて滴下し、その後−78℃で1時間攪拌した。ホウ酸トリイソプロピル9.0ml(39.0mmol)を5分間かけて滴下し、−78℃で1時間攪拌後、室温で2時間攪拌した。反応溶液を氷浴で冷却し、希塩酸を加え、30分間攪拌後、ジエチルエーテルで抽出した。有機層を飽和食塩水で洗浄後、硫酸マグネシウムで乾燥し、減圧下で濃縮した。得られた組成生物をジエチルエーテルで洗浄し、目的の化合物(1−10)の白色粉末(収量7.04g、収率79%)を得た。
アルゴン気流下、上記の反応により合成した化合物(1−9)9.99g(30.0mmol)を脱水テトラヒドロフラン200mlに溶解し、−78℃に冷却した。n−ブチルリチウム33.0mmolを含む脱水ヘキサン溶液21mlを20分間かけて滴下し、その後−78℃で1時間攪拌した。ホウ酸トリイソプロピル9.0ml(39.0mmol)を5分間かけて滴下し、−78℃で1時間攪拌後、室温で2時間攪拌した。反応溶液を氷浴で冷却し、希塩酸を加え、30分間攪拌後、ジエチルエーテルで抽出した。有機層を飽和食塩水で洗浄後、硫酸マグネシウムで乾燥し、減圧下で濃縮した。得られた組成生物をジエチルエーテルで洗浄し、目的の化合物(1−10)の白色粉末(収量7.04g、収率79%)を得た。
(化合物(1−11)の合成)
アルゴン気流下、上記の反応により合成した化合物(1−10)3.58g(12.0mmol)、1,4−ジブロモベンゼン11.32g(48.0mmol)、テトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(0)0.28g(0.24mmol)をトルエン80mlとエタノール10mlに溶解させた。次いで、炭酸ナトリウム36.0mmolを含む水溶液18mlを加え、加熱還流下で18時間攪拌した。室温まで冷却後、反応溶液に水を加え、トルエンで抽出した。有機層を硫酸マグネシウムで乾燥後、減圧下で濃縮した。得られた粗生成物をカラムクロマトグラフィーで精製し、目的の化合物(1−11)の白色固体(収量2.50g、収率51%)を得た。
アルゴン気流下、上記の反応により合成した化合物(1−10)3.58g(12.0mmol)、1,4−ジブロモベンゼン11.32g(48.0mmol)、テトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(0)0.28g(0.24mmol)をトルエン80mlとエタノール10mlに溶解させた。次いで、炭酸ナトリウム36.0mmolを含む水溶液18mlを加え、加熱還流下で18時間攪拌した。室温まで冷却後、反応溶液に水を加え、トルエンで抽出した。有機層を硫酸マグネシウムで乾燥後、減圧下で濃縮した。得られた粗生成物をカラムクロマトグラフィーで精製し、目的の化合物(1−11)の白色固体(収量2.50g、収率51%)を得た。
(化合物(12)の合成)
アルゴン気流下、上記の反応により合成した化合物(1−5)1.087g(2.31mmol)、化合物(1−11)0.818g(2.00mmol)、酢酸パラジウム(0)0.009g(0.04mmol)、2−ジシクロヘキシルホスフィノ−2’,6’−ジメトキシビフェニル0.033g(0.08mmol)、リン酸カリウム三塩基酸0.849g(4.00mmol)をトルエン15mlと水0.5mlに溶解させ、加熱還流下で16時間攪拌した。室温まで冷却後、減圧下で濃縮し、水を加えた後、クロロホルムで抽出した。有機層を硫酸マグネシウムで乾燥し、減圧下で濃縮した。得られた粗生成物をカラムクロマトグラフィーで精製後、ジクロロメタン−メタノールおよびトルエンで再結晶し、目的の化合物(12)の白色粉末(収量1.21g、収率90%)を得た。更に、昇華精製を行い、純度99.8%品(高速液体クロマトグラフィー(HPLC)により純度確認)を得た。
アルゴン気流下、上記の反応により合成した化合物(1−5)1.087g(2.31mmol)、化合物(1−11)0.818g(2.00mmol)、酢酸パラジウム(0)0.009g(0.04mmol)、2−ジシクロヘキシルホスフィノ−2’,6’−ジメトキシビフェニル0.033g(0.08mmol)、リン酸カリウム三塩基酸0.849g(4.00mmol)をトルエン15mlと水0.5mlに溶解させ、加熱還流下で16時間攪拌した。室温まで冷却後、減圧下で濃縮し、水を加えた後、クロロホルムで抽出した。有機層を硫酸マグネシウムで乾燥し、減圧下で濃縮した。得られた粗生成物をカラムクロマトグラフィーで精製後、ジクロロメタン−メタノールおよびトルエンで再結晶し、目的の化合物(12)の白色粉末(収量1.21g、収率90%)を得た。更に、昇華精製を行い、純度99.8%品(高速液体クロマトグラフィー(HPLC)により純度確認)を得た。
なお、得られた化合物の質量分析を行ったところ、化合物(12)の分子量672に対し、m/z=672(M+)にピークが確認され、合成例2で得られた化合物が化合物(12)であることが同定された。
<合成例3>
下記化合物(13)を以下の方法で合成した。その反応式を以下に示す。
下記化合物(13)を以下の方法で合成した。その反応式を以下に示す。
(化合物(1−12)の合成)
アルゴン気流下、上記の反応により合成した化合物(1−10)3.26g(10.9mmol)、1,3−ジブロモベンゼン6.6ml(54.8mmol)、テトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(0)0.25g(0.22mmol)をトルエン60mlとエタノール8mlに溶解させた。次いで、炭酸ナトリウム34.0mmolを含む水溶液17mlを加え、加熱還流下で16時間攪拌した。室温まで冷却後、反応溶液に水を加え、トルエンで抽出した。有機層を硫酸マグネシウムで乾燥後、減圧下で濃縮した。得られた粗生成物をカラムクロマトグラフィーで精製し、目的の化合物(1−12)の白色固体(収量2.92g、収率65%)を得た。
アルゴン気流下、上記の反応により合成した化合物(1−10)3.26g(10.9mmol)、1,3−ジブロモベンゼン6.6ml(54.8mmol)、テトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(0)0.25g(0.22mmol)をトルエン60mlとエタノール8mlに溶解させた。次いで、炭酸ナトリウム34.0mmolを含む水溶液17mlを加え、加熱還流下で16時間攪拌した。室温まで冷却後、反応溶液に水を加え、トルエンで抽出した。有機層を硫酸マグネシウムで乾燥後、減圧下で濃縮した。得られた粗生成物をカラムクロマトグラフィーで精製し、目的の化合物(1−12)の白色固体(収量2.92g、収率65%)を得た。
(化合物(13)の合成)
アルゴン気流下、上記の反応により合成した化合物(1−5)1.76g(3.75mmol)、化合物(1−12)1.28g(3.13mmol)、酢酸パラジウム(0)0.014g(0.06mmol)、2−ジシクロヘキシルホスフィノ−2’,6’−ジメトキシビフェニル0.049g(0.12mmol)、リン酸カリウム三塩基酸1.32g(6.26mmol)をトルエン15mlと水0.5mlに溶解させ、加熱還流下で16時間攪拌した。室温まで冷却後、減圧下で濃縮し、水を加えた後、クロロホルムで抽出した。有機層を硫酸マグネシウムで乾燥し、減圧下で濃縮した。得られた粗生成物をカラムクロマトグラフィーで精製後、ジクロロメタン−メタノールおよびトルエン−メタノールで再結晶し、目的の化合物(13)の白色粉末(収量1.56g、収率74%)を得た。更に、昇華精製を行い、純度99.9%品(高速液体クロマトグラフィー(HPLC)により純度確認)を得た。
アルゴン気流下、上記の反応により合成した化合物(1−5)1.76g(3.75mmol)、化合物(1−12)1.28g(3.13mmol)、酢酸パラジウム(0)0.014g(0.06mmol)、2−ジシクロヘキシルホスフィノ−2’,6’−ジメトキシビフェニル0.049g(0.12mmol)、リン酸カリウム三塩基酸1.32g(6.26mmol)をトルエン15mlと水0.5mlに溶解させ、加熱還流下で16時間攪拌した。室温まで冷却後、減圧下で濃縮し、水を加えた後、クロロホルムで抽出した。有機層を硫酸マグネシウムで乾燥し、減圧下で濃縮した。得られた粗生成物をカラムクロマトグラフィーで精製後、ジクロロメタン−メタノールおよびトルエン−メタノールで再結晶し、目的の化合物(13)の白色粉末(収量1.56g、収率74%)を得た。更に、昇華精製を行い、純度99.9%品(高速液体クロマトグラフィー(HPLC)により純度確認)を得た。
なお、得られた化合物の質量分析を行ったところ、化合物(13)の分子量672に対し、m/z=672(M+)にピークが確認され、合成例3で得られた化合物が化合物(13)であることが同定された。
<合成例4>
下記化合物(14)を以下の方法で合成した。その反応式を以下に示す。
下記化合物(14)を以下の方法で合成した。その反応式を以下に示す。
(化合物(14)の合成)
アルゴン気流下、上記の反応により合成した化合物(1−5)2.07g(4.40mmol)、9,10−ジブロモアントラセン0.67g(2.00mmol)、酢酸パラジウム(0)0.018g(0.08mmol)、2−ジシクロヘキシルホスフィノ−2’,6’−ジメトキシビフェニル0.066g(0.16mmol)、リン酸カリウム三塩基酸1.69g(8.00mmol)をトルエン20mlと水0.5mlに溶解させ、加熱還流下で53時間攪拌した。室温まで冷却後、ソックスレー抽出器を用いて、クロロホルムで抽出した。得られた粗生成物をクロロホルムで洗浄し、目的の化合物(14)の白色粉末(収量0.83g、収率48%)を得た。更に、昇華精製を行い、純度99.6%品(高速液体クロマトグラフィー(HPLC)により純度確認)を得た。
アルゴン気流下、上記の反応により合成した化合物(1−5)2.07g(4.40mmol)、9,10−ジブロモアントラセン0.67g(2.00mmol)、酢酸パラジウム(0)0.018g(0.08mmol)、2−ジシクロヘキシルホスフィノ−2’,6’−ジメトキシビフェニル0.066g(0.16mmol)、リン酸カリウム三塩基酸1.69g(8.00mmol)をトルエン20mlと水0.5mlに溶解させ、加熱還流下で53時間攪拌した。室温まで冷却後、ソックスレー抽出器を用いて、クロロホルムで抽出した。得られた粗生成物をクロロホルムで洗浄し、目的の化合物(14)の白色粉末(収量0.83g、収率48%)を得た。更に、昇華精製を行い、純度99.6%品(高速液体クロマトグラフィー(HPLC)により純度確認)を得た。
なお、得られた化合物の質量分析を行ったところ、化合物(14)の分子量863に対し、m/z=863(M+)にピークが確認され、合成例4で得られた化合物が化合物(14)であることが同定された。
<実施例1>
ガラス基板上にRFスパッタ法で、ITO透明電極を100nmの厚さに成膜し、パターニングした。このITO透明電極付きガラス基板を、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。透明電極表面をUV/O3洗浄した後、真空蒸着装置の基板ホルダーに固定して、層内を1×10−4Pa以下まで減圧した。
ガラス基板上にRFスパッタ法で、ITO透明電極を100nmの厚さに成膜し、パターニングした。このITO透明電極付きガラス基板を、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。透明電極表面をUV/O3洗浄した後、真空蒸着装置の基板ホルダーに固定して、層内を1×10−4Pa以下まで減圧した。
次いで減圧状態を保ったまま、下記の構造を有するN,N’−ジフェニル−N,N’−
ビス[N−(4−メチルフェニル)−N−フェニル−(4−アミノフェニル)]−1,1
’−ビフェニル−4,4’−ジアミン(21)を蒸着速度0.1nm/secで50nm
の厚さに蒸着し、ホール注入層とした。
ビス[N−(4−メチルフェニル)−N−フェニル−(4−アミノフェニル)]−1,1
’−ビフェニル−4,4’−ジアミン(21)を蒸着速度0.1nm/secで50nm
の厚さに蒸着し、ホール注入層とした。
次いで、減圧状態を保ったまま、下記の構造を有するN,N,N’,N’−テトラキス(3−ビフェニリル)−1,1’−ビフェニル−4,4’−ジアミン(22)を蒸着速度0.1nm/secで80nmの厚さに蒸着し、ホール輸送層とした。
更に、減圧状態を保ったまま、ホスト材料として本実施形態の化合物(11)と、ドーパントとして下記の構造の化合物(23)とを、質量比97:3で、全体の蒸着速度0.1nm/secとして40nmの厚さに蒸着し発光層とした。
更に、減圧状態を保ったまま、本実施形態の化合物(11)を蒸着速度0.1nm/secで20nmの厚さに、Alq3を蒸着速度0.1nm/secで10nmの厚さに相次いで蒸着し、電子注入輸送層とした。
次いで、LiFを蒸着速度0.1nm/secで0.5nmの厚さに蒸着し、電子注入電極とし、保護電極としてAlを100nmの厚さに蒸着し、最後にガラス封止して有機電界発光素子を得た。なお、化合物(11)の昇華精製は、蒸着前であれば、任意の段階で行うことができる。
この有機電界発光素子に直流電圧を印加したところ、10mA/cm2の電流密度で、初期輝度が680cd/m2、輝度半減寿命が5000時間の発光ドーパント由来の青色発光が得られた。
<実施例2〜28、比較例1〜3>
化合物(11)の代わりに表1に記載した化合物を用いた以外は実施例1と同様に有機電界発光素子を作製した。これらの素子の輝度半減時間と初期輝度を表1に示す。比較例に用いる化合物は下記に示す構造である。
化合物(11)の代わりに表1に記載した化合物を用いた以外は実施例1と同様に有機電界発光素子を作製した。これらの素子の輝度半減時間と初期輝度を表1に示す。比較例に用いる化合物は下記に示す構造である。
実施例1〜28および比較例1〜3により、実施例1〜28で用いられた化合物が有機層に含まれた有機電界発光素子は、比較化合物(31)、(32)、(33)が含まれた有機電界発光素子と比較して、十分に長い駆動寿命を得ることが可能であることが示された。
<実施例29>
ガラス基板上にRFスパッタ法で、ITO透明電極を100nmの厚さに成膜し、パターニングした。このITO透明電極付きガラス基板を、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。透明電極表面をUV/O3洗浄した後、真空蒸着装置の基板ホルダーに固定して、層内を1×10−4Pa以下まで減圧した。
ガラス基板上にRFスパッタ法で、ITO透明電極を100nmの厚さに成膜し、パターニングした。このITO透明電極付きガラス基板を、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。透明電極表面をUV/O3洗浄した後、真空蒸着装置の基板ホルダーに固定して、層内を1×10−4Pa以下まで減圧した。
次いで減圧状態を保ったまま、化合物(21)を蒸着速度0.1nm/secで50nmの厚さに蒸着し、ホール注入層とした。
次いで、減圧状態を保ったまま、化合物(22)を蒸着速度0.1nm/secで80nmの厚さに蒸着し、ホール輸送層とした。
更に、減圧状態を保ったまま、ホスト材料として本実施形態の化合物(11)と、化合物(22)と、ドーパントとして化合物(23)を体積比87:10:3で、全体の蒸着速度0.1nm/secで40nmの厚さに蒸着し、発光層とした。
更に、減圧状態を保ったまま、本実施形態の化合物(11)を蒸着速度0.1nm/secで20nmの厚さに、Alq3を蒸着速度0.1nm/secで10nmの厚さに相次いで蒸着し、電子注入輸送層とした。
次いで、LiFを蒸着速度0.1nm/secで0.5nmの厚さに蒸着し、電子注入電極とし、保護電極としてAlを100nmの厚さに蒸着し、最後にガラス封止して有機電界発光素子を得た。
この電界発光素子に直流電圧を印加したところ、10mA/cm2の電流密度で、初期輝度が640cd/m2、輝度半減寿命が5400時間の発光ドーパント由来の青色発光が得られた。
<実施例30〜36、比較例4〜6>
化合物(11)の代わりに表2に記載した化合物を用いた以外は実施例29と同様に電界発光素子を作製した。これらの素子の輝度半減時間と初期輝度を表2に示す。
化合物(11)の代わりに表2に記載した化合物を用いた以外は実施例29と同様に電界発光素子を作製した。これらの素子の輝度半減時間と初期輝度を表2に示す。
実施例29〜36および比較例4〜6により、実施例29〜36で用いられた化合物が有機層に含まれた有機電界発光素子は、比較化合物(31)、(32)、(33)が含まれた有機電界発光素子と比較して、十分に長い駆動寿命を得ることが可能であることが示された。
<実施例37>
ガラス基板上にRFスパッタ法で、ITO透明電極を100nmの厚さに成膜し、パターニングした。このITO透明電極付きガラス基板を、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。透明電極表面をUV/O3洗浄した後、真空蒸着装置の基板ホルダーに固定して、層内を1×10−4Pa以下まで減圧した。
ガラス基板上にRFスパッタ法で、ITO透明電極を100nmの厚さに成膜し、パターニングした。このITO透明電極付きガラス基板を、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。透明電極表面をUV/O3洗浄した後、真空蒸着装置の基板ホルダーに固定して、層内を1×10−4Pa以下まで減圧した。
次いで、減圧状態を保ったまま、本実施形態の化合物(11)と、酸化モリブデンを体積比95:5で、全体の蒸着速度0.1nm/secで50nmの膜厚に蒸着し、ホール注入層とした。
次いで、減圧状態を保ったまま、本実施形態の化合物(11)を蒸着速度0.1nm/secで80nmの厚さに蒸着し、ホール輸送層とした。
更に、減圧状態を保ったまま、ホスト材料として本実施形態の化合物(11)と、ドーパントとして化合物(23)を体積比97:3で、全体の蒸着速度0.1nm/secで40nmの厚さに蒸着し、発光層とした。
更に、減圧状態を保ったまま、本実施形態の化合物(11)を蒸着速度0.1nm/secで20nmの厚さに、Alq3を蒸着速度0.1nm/secで10nmの厚さに相次いで蒸着し、電子注入輸送層とした。
次いで、LiFを蒸着速度0.1nm/secで0.5nmの厚さに蒸着し、電子注入電極とし、保護電極としてAlを100nmの厚さに蒸着し、最後にガラス封止して有機電界発光素6子を得た。
この電界発光素子に直流電圧を印加したところ、10mA/cm2の電流密度で、初期輝度が550cd/m2、輝度半減寿命が4500時間の発光ドーパント由来の青色発光が得られた。
<実施例38〜44、比較例7〜9>
化合物(11)の代わりに表3に記載した化合物を用いた以外は実施例37と同様に電界発光素子を作製した。これらの素子の輝度半減時間と初期輝度を表3に示す。
化合物(11)の代わりに表3に記載した化合物を用いた以外は実施例37と同様に電界発光素子を作製した。これらの素子の輝度半減時間と初期輝度を表3に示す。
実施例37〜44および比較例7〜9により、実施例37〜44で用いられた化合物が有機層に含まれた有機電界発光素子は、比較化合物(31)、(32)、(33)が含まれた有機電界発光素子と比較して、十分に長い駆動寿命を得ることが可能であることが示された。
<実施例45>
実施例1で作製した有機電界発光素子を85℃にて保存し、300時間後の発光状態を確認したところ、青緑色均一発光を示し、加熱前後で発光面の均一性に変化は見られなかった。
実施例1で作製した有機電界発光素子を85℃にて保存し、300時間後の発光状態を確認したところ、青緑色均一発光を示し、加熱前後で発光面の均一性に変化は見られなかった。
<実施例46>
実施例2で作製した有機電界発光素子を85℃にて保存し、300時間後の発光状態を確認したところ、青緑色均一発光を示し、加熱前後で発光面の均一性に変化は見られなかった。
実施例2で作製した有機電界発光素子を85℃にて保存し、300時間後の発光状態を確認したところ、青緑色均一発光を示し、加熱前後で発光面の均一性に変化は見られなかった。
<実施例47>
実施例3で作製した有機電界発光素子を85℃にて保存し、300時間後の発光状態を確認したところ、青緑色均一発光を示し、加熱前後で発光面の均一性に変化は見られなかった。
実施例3で作製した有機電界発光素子を85℃にて保存し、300時間後の発光状態を確認したところ、青緑色均一発光を示し、加熱前後で発光面の均一性に変化は見られなかった。
<実施例48>
実施例4で作製した有機電界発光素子を85℃にて保存し、300時間後の発光状態を確認したところ、青緑色均一発光を示し、加熱前後で発光面の均一性に変化は見られなかった。
実施例4で作製した有機電界発光素子を85℃にて保存し、300時間後の発光状態を確認したところ、青緑色均一発光を示し、加熱前後で発光面の均一性に変化は見られなかった。
<実施例49>
実施例37で作製した有機電界発光素子を85℃にて保存し、300時間後の発光状態を確認したところ、青緑色均一発光を示し、加熱前後で発光面の均一性に変化は見られなかった。
実施例37で作製した有機電界発光素子を85℃にて保存し、300時間後の発光状態を確認したところ、青緑色均一発光を示し、加熱前後で発光面の均一性に変化は見られなかった。
<実施例50>
実施例38で作製した有機電界発光素子を85℃にて保存し、300時間後の発光状態を確認したところ、青緑色均一発光を示し、加熱前後で発光面の均一性に変化は見られなかった。
実施例38で作製した有機電界発光素子を85℃にて保存し、300時間後の発光状態を確認したところ、青緑色均一発光を示し、加熱前後で発光面の均一性に変化は見られなかった。
<実施例51>
実施例39で作製した有機電界発光素子を85℃にて保存し、300時間後の発光状態を確認したところ、青緑色均一発光を示し、加熱前後で発光面の均一性に変化は見られなかった。
実施例39で作製した有機電界発光素子を85℃にて保存し、300時間後の発光状態を確認したところ、青緑色均一発光を示し、加熱前後で発光面の均一性に変化は見られなかった。
<実施例52>
実施例40で作製した有機電界発光素子を85℃にて保存し、300時間後の発光状態を確認したところ、青緑色均一発光を示し、加熱前後で発光面の均一性に変化は見られなかった。
実施例40で作製した有機電界発光素子を85℃にて保存し、300時間後の発光状態を確認したところ、青緑色均一発光を示し、加熱前後で発光面の均一性に変化は見られなかった。
<比較例10>
比較例1で作製した有機電界発光素子を85℃にて保存し、300時間後の発光状態を確認したところ、不均一な発光面が観察された。
比較例1で作製した有機電界発光素子を85℃にて保存し、300時間後の発光状態を確認したところ、不均一な発光面が観察された。
<比較例11>
比較例2で作製した有機電界発光素子を85℃にて保存し、300時間後の発光状態を確認したところ、不均一な発光面が観察された。
比較例2で作製した有機電界発光素子を85℃にて保存し、300時間後の発光状態を確認したところ、不均一な発光面が観察された。
<比較例12>
比較例3で作製した有機電界発光素子を85℃にて保存し、300時間後の発光状態を確認したところ、不均一な発光面が観察された。
比較例3で作製した有機電界発光素子を85℃にて保存し、300時間後の発光状態を確認したところ、不均一な発光面が観察された。
<比較例13>
比較例7で作製した有機電界発光素子を85℃にて保存し、300時間後の発光状態を確認したところ、不均一な発光面が観察された。
比較例7で作製した有機電界発光素子を85℃にて保存し、300時間後の発光状態を確認したところ、不均一な発光面が観察された。
<比較例14>
比較例8で作製した有機電界発光素子を85℃にて保存し、300時間後の発光状態を確認したところ、不均一な発光面が観察された。
比較例8で作製した有機電界発光素子を85℃にて保存し、300時間後の発光状態を確認したところ、不均一な発光面が観察された。
<比較例15>
比較例9で作製した有機電界発光素子を85℃にて保存し、300時間後の発光状態を確認したところ、不均一な発光面が観察された。
比較例9で作製した有機電界発光素子を85℃にて保存し、300時間後の発光状態を確認したところ、不均一な発光面が観察された。
実施例45〜52および比較例11〜15により、実施例45〜52で用いられた化合物は、比較化合物(31)、(32)、(33)と比較して、結晶性が低いために、安定な非晶質膜を形成し、有機電界発光素子用材料として用いた場合に、高温保存下においても安定で均一な発光面を維持することができることが示された。すなわち、実施例45〜52で用いられた化合物を有機層に含む有機電界発光素子は、駆動による発熱や時間経過に伴う有機層の結晶化を抑制することができるために、十分に長い駆動寿命が得られる。
以上詳細に説明したように、本発明の有機電界発光素子用化合物は、これを有機層に含有させることによって、十分に長い駆動寿命が得られる有機電界発光素子を実現することができる。
1…本実施形態にかかる有機電界発光素子、2…基板、3…第1の電極、4…ホール注入層、5…ホール輸送層、6…発光層、7…電子輸送層、8…電子注入層、9…第2の電極、P…電源。
Claims (5)
- 下記一般式(1)で表される有機電界発光素子用化合物。
- 陽極と陰極からなる一対の電極の間に、発光層を含む少なくとも1層の有機層が挟持された有機電界発光素子において、前記有機層の少なくとも1層が、請求項1に記載の化合物を単独もしくは混合物の成分として含有することを特徴とする有機電界発光素子。
- 陽極と陰極からなる一対の電極の間に、発光層を含む少なくとも1層の有機層が挟持された有機電界発光素子において、前記発光層が請求項1に記載の化合物とトリアリールアミン誘導体との混合層からなることを特徴とする有機電界発光素子。
- 陽極と陰極からなる一対の電極の間に、ホール注入層を含む複数の有機層が挟持された有機電界発光素子において、前記ホール注入層が請求項1に記載の化合物と電子アクセプター化合物との混合層からなることを特徴とする有機電界発光素子。
- 陽極と陰極からなる一対の電極の間に、発光層およびホール注入層を含む複数の有機層が挟持された有機電界発光素子において、前記発光層は請求項1に記載の化合物からなり、前記ホール注入層は請求項1に記載の化合物および電子アクセプター化合物との混合層からなることを特徴とする有機電界発光素子。
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