JP2020094050A - 有機化合物と、それを含む有機発光ダイオードおよび有機発光表示装置 - Google Patents

有機化合物と、それを含む有機発光ダイオードおよび有機発光表示装置 Download PDF

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Abstract

【課題】有機発光ダイオードおよび有機発光表示装置の色純度と発光効率を向上させる。【解決手段】ベンゾインデノフルオランテンコアと、これに連結されたカルバゾール部分（ｍｏｉｅｔｙ）、またはジフェニルアミン部分とを含む有機化合物、それを含む有機発光ダイオードおよび有機発光表示装置。ベンゾインデノフルオランテンコアと、これに連結されたカルバゾール部分（ｍｏｉｅｔｙ）、またはジフェニルアミン部分とを含むことにより、半値幅が狭く、発光効率が高い緑色光を発光することができる。【選択図】図２

Description

本発明は、有機化合物に関するものである。さらに具体的には高い発光効率と色純度を有する有機化合物と、それを含む有機発光ダイオードおよび有機発光表示装置に関するものである。
最近、表示装置が大型化するに伴い、スペース占有の少ない平面表示素子に対する要求が増大している。このような平面表示素子のうちの１つであって、有機発光ダイオード（Ｏｒｇａｎｉｃ Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ；ＯＬＥＤ）に関する技術が急速に発展している。
有機発光ダイオードは、電子注入電極（陰極）と正孔注入電極（陽極）との間に形成された発光物質層に、陰極および陽極から、電子および正孔が注入されると、電子と正孔が一対となった後、消滅しながら光を出す素子である。プラスチックのようなフレキシブルな透明基板上にも素子を形成することができる上に、低電圧駆動（１０Ｖ以下）が可能であり、また、電力消耗が割と少なくて色感がいいというメリットがある。
陽極および陰極からの正孔と電子は発光物質層で結合し、励起子を形成して不安定なエネルギー状態へ励起し、また安定なエネルギー状態へ戻る際に光を放出する。
発光物質層に用いられる発光物質は、蛍光物質、燐光物質、遅延蛍光物質に区分することができる。
蛍光物質は一重項励起子のみが発光に寄与するため、発光効率（量子効率）が低い。
一方、燐光物質は、一重項励起子と三重項励起子が共に発光に寄与するため、高い発光効率を有する。しかしながら、燐光物質の場合、イリジウム（Ｉｒ）のようなレアメタル元素を含むため、コストが高く、青色発光には依然として限界がある。
また、遅延蛍光物質は、電界または熱により、三重項励起子が活性化されて一重項励起子にアップコンバージョンすることによって、一重項励起子と三重項励起子が共に発光に寄与する。しかしながら、遅延蛍光物質は、半値幅が広いので、遅延蛍光物質を用いた表示装置の色純度が低下するという問題が生じる。
本発明は、蛍光物質の低い発光効率の問題と共に、遅延蛍光物質の狭い半値幅の問題を解決することを目的とする。
上記のような課題を解決するため、本発明は、下記の化学式１で表され、化学式１中、Ｒ１は、化学式２‐１または２‐２で表されて、化学式１、化学式２‐１および化学式２‐２中、Ｒ２ないしＲ９のそれぞれは、独立して、水素、Ｃ１ないしＣ２０のアルキル基、Ｃ６ないしＣ３０のアリール基、Ｃ５ないしＣ３０のヘテロアリール基から選択される、有機化合物を提供する。
Figure 2020094050
Figure 2020094050
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本発明に係る有機化合物において、Ｒ２とＲ３のそれぞれは、独立して、メチル基またはフェニル基であり、Ｒ４ないしＲ７のそれぞれは、独立して、水素、メチル基、フェニル基のうち、１つであって、Ｒ８ないしＲ９のそれぞれは、独立して、水素、メチル基、カルバゾイル基のうち、１つであることを特徴とする。
本発明に係る有機化合物は、下記の化学式３の化合物のうち、いずれか１つであることを特徴とする。
Figure 2020094050
Figure 2020094050
Figure 2020094050
Figure 2020094050
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他の観点から、本発明は、第１電極と、前記第１電極と対向する第２電極と、前記第１電極と前記第２電極の間に位置する第１発光物質層とを備え、前記第１発光物質層は、前述した有機化合物を含む有機発光ダイオードを提供する。
本発明に係る有機発光ダイオードにおいて、前記有機化合物は、第１蛍光ドーパントとして用いられ、前記第１発光物質層は、第１ホストをさらに含むことを特徴とする。
本発明に係る有機発光ダイオードにおいて、前記第１発光物質層は、遅延蛍光ドーパントをさらに含むことを特徴とする。
本発明に係る有機発光ダイオードにおいて、前記第１ホストは、下記の化学式４から選択されることを特徴とする。
Figure 2020094050
本発明に係る有機発光ダイオードにおいて、前記遅延蛍光ドーパントは、下記の化学式５から選択されることを特徴とする。
Figure 2020094050
本発明に係る有機発光ダイオードは、第２ホストと遅延蛍光ドーパントとを含み、前記第１電極と前記第１発光物質層との間に位置する第２発光物質層をさらに含むことを特徴とする。
本発明に係る有機発光ダイオードは、前記第２電極と前記第１発光物質層との間に位置する正孔遮断層をさらに含み、前記第１ホストは、前記正孔遮断層の物質と同じであることを特徴とする。
本発明に係る有機発光ダイオードは、第３ホストと第２蛍光ドーパントとを含み、前記第２発光物質層と前記第１電極との間に位置する第３発光物質層をさらに含むことを特徴とする。
本発明に係る有機発光ダイオードは、前記第１電極と前記第３発光物質層との間に位置する電子遮断層と、前記第２電極と前記第１発光物質層との間に位置する正孔遮断層とをさらに含み、前記第１ホストは、前記正孔遮断層の物質と同じであり、前記第３ホストは、前記電子遮断層の物質と同じであることを特徴とする。
本発明に係る有機発光ダイオードにおいて、前記第２蛍光ドーパントは、前述した有機化合物であることを特徴とする。
本発明に係る有機発光ダイオードは、第２ホストと遅延蛍光ドーパントとを含み、前記第１発光物質層と前記第２電極との間に位置する第２発光物質層をさらに含むことを特徴とする。
本発明に係る有機発光ダイオードは、前記第１電極と前記第１発光物質層との間に位置する電子遮断層をさらに含み、前記第１ホストは、前記電子遮断層の物質と同じであることを特徴とする。
本発明に係る有機発光ダイオードにおいて、前記有機化合物は、下記の化合物のうち、いずれか１つであることを特徴とする。
Figure 2020094050
Figure 2020094050
Figure 2020094050
Figure 2020094050
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また、別の観点から、本発明は、基板と、前記基板の上に位置する前述した有機発光ダイオードとを備える有機発光表示装置を提供する。
本発明に係る有機化合物は、ベンゾインデノフルオランテンコアと、これに連結されたカルバゾール部分（ｍｏｉｅｔｙ）、またはジフェニルアミン部分とを含むことにより、半値幅が狭く、発光効率が高い緑色光を発光することができる。
また、本発明に係る有機化合物は、遅延蛍光ドーパントと共に発光物質層のドーパントとして用いられ、遅延蛍光ドーパントの発光波長を吸収して発光することで、半値幅と発光効率、両方の面においてメリットを有する。
したがって、有機発光ダイオードおよび有機発光表示装置の色純度と発光効率が向上する。
本発明に係る有機発光表示装置の概略的な断面図である。 本発明の第１実施例に係る有機発光ダイオードの概略的な断面図である。 化合物「４ＣｚＩＰＮ」の最大発光波長を示すグラフである。 比較化合物の最大吸収波長を示すグラフである。 本発明に係る化合物の最大吸収波長を示すグラフである。 本発明の第２実施例に係る有機発光ダイオードの概略的な断面図である。 本発明の第３実施例に係る有機発光ダイオードの概略的な断面図である。
以下、図面を参照し、本発明に係る好適な実施例について説明する。
図１は、本発明に係る有機発光表示装置の概略的な断面図である。
図１に示すように、有機発光表示装置１００は、基板１１０上に位置する薄膜トランジスタＴｒと、薄膜トランジスタＴｒに接続される有機発光ダイオードＤとを備える。
基板１１０は、ガラス基板であってもよく、プラスチック基板であってもよい。例えば、基板１１０は、ポリイミドからなり得る。
基板１１０上にはバッファー層１２０が形成され、バッファー層１２０上に薄膜トランジスタＴｒが形成される。バッファー層１２０は省略してもよい。
バッファー層１２０の上部には半導体層１２２が形成される。半導体層１２２は、酸化物半導体物質からなってもよく、多結晶シリコンからなってもよい。
半導体層１２２が酸化物半導体物質からなる場合、半導体層１２２の下部には遮光パターン（図示せず）を形成することができる。遮光パターンは、半導体層１２２へ光が入射することを防止し、半導体層１２２が光によって劣化することを防止する。これとは異なって、半導体層１２２は多結晶シリコンから形成することもできるが、この場合、半導体層１２２の両端部に不純物をドープすることもある。
半導体層１２２の上部には、絶縁物質からなるゲート絶縁膜１２４が形成される。ゲート絶縁膜１２４は、酸化シリコン、または窒化シリコンのような無機絶縁物質から形成することができる。
ゲート絶縁膜１２４の上部には、金属のような導電性物質からなるゲート電極１３０が半導体層１２２の中央に対応して形成される。
図１において、ゲート絶縁膜１２４は、基板１１０の全面に形成されているが、ゲート絶縁膜１２４は、ゲート電極１３０と同じ形にパターニングしてもよい。
ゲート電極１３０の上部には、絶縁物質からなる層間絶縁膜１３２が形成される。層間絶縁膜１３２は、酸化シリコンや窒化シリコンのような無機絶縁物質で形成してもよく、ベンゾシクロブテンやフォトアクリルのような有機絶縁物質で形成してもよい。
層間絶縁膜１３２は、半導体層１２２の両側を露出する第１および第２コンタクトホール１３４、１３６を有する。第１および第２コンタクトホール１３４、１３６は、ゲート電極１３０の両側において、ゲート電極１３０と離隔して位置する。
ここで、第１および第２コンタクトホール１３４、１３６は、ゲート絶縁膜１２４内にも形成される。これとは異なって、ゲート絶縁膜１２４がゲート電極１３０と同じ形にパターニングされる場合、第１および第２コンタクトホール１３４、１３６は、層間絶縁膜１３２内にのみ形成されてもよい。
層間絶縁膜１３２の上部には、金属のような導電性物質からなるソース電極１４０とドレイン電極１４２が形成される。
ソース電極１４０とドレイン電極１４２は、ゲート電極１３０を中心に離隔して位置し、それぞれ第１および第２コンタクトホール１３４、１３６を介して、半導体層１２２の両側に接触する。
半導体層１２２、ゲート電極１３０、ソース電極１４０、およびドレイン電極１４２は、薄膜トランジスタＴｒを構成し、薄膜トランジスタＴｒは、駆動素子として働く。
薄膜トランジスタＴｒは、半導体層１２０の上部にゲート電極１３０、ソース電極１４２およびドレイン電極１４４が位置するコプラナ構造を有する。
これとは異なって、薄膜トランジスタＴｒは、半導体層の下部にゲート電極が位置し、半導体層の上部にソース電極とドレイン電極が位置する逆スタッガード（Ｉｎｖｅｒｔｅｄ ｓｔａｇｇｅｒｅｄ）構造を有することができる。この場合、半導体層は、非晶質シリコンからなってもよい。
図面に示していないが、ゲート配線とデータ配線が互いに交差して画素領域を定義し、ゲート配線とデータ配線に接続されるスイッチング素子がさらに形成される。スイッチング素子は、駆動素子である薄膜トランジスタＴｒに接続される。
また、パワー配線がゲート配線またはデータ配線と平行に離隔して形成され、１フレームの間に、駆動素子である薄膜トランジスタＴｒのゲート電極の電圧を一定に維持するためのストレージキャパシタがさらに構成されてもよい。
薄膜トランジスタＴｒのドレイン電極１４２を露出するドレインコンタクトホール１５２を有する保護層１５０が、薄膜トランジスタＴｒを覆って形成される。
保護層１５０上には、ドレインコンタクトホール１５２を介して薄膜トランジスタＴｒのドレイン電極１４２に接続される第１電極１６０が、画素領域毎に分離して形成される。第１電極１６０は、アノードであり得る。また、仕事関数値が比較的に大きい導電性物質からなり得る。例えば、第１電極１６０は、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、または酸化インジウム酸化亜鉛（ＩＺＯ）のような透明導電性物質からなり得る。
一方、本発明の有機発光表示装置１００がトップエミッションタイプである場合、第１電極１６０の下部には反射電極、または反射層をさらに形成することができる。例えば、反射電極、または反射層は、アルミニウム・パラジウム・銅（Ａｌｕｍｉｎｕｍ-Ｐａｌａｄｉｕｍ-Ｃｏｐｐｅｒ：ＡＰＣ）合金からなり得る。
また、保護層１５０上には、第１電極１６０の端部を覆うバンク層１６６が形成される。バンク層１６６は、画素領域に対応し、第１電極１６０の中央を露出する。
第１電極１６０上には、有機発光層１６２が形成される。有機発光層１６２は、本発明の有機化合物を含む。有機化合物は、ドーパントとして用いられ、有機発光層１６２は、ホストをさらに含むことができる。例えば、ホストに対してドーパントは、約１重量％ないし３０重量％でドープすることができる。また、有機発光層１６２は、遅延蛍光化合物をドーパントとしてさらに含むことができる。この場合、有機化合物と遅延蛍光化合物の量は併せて、ホストに対し約１重量％ないし５０重量％であり得る。また、有機発光層１６２から緑色が発光する。
有機発光表示装置１００が赤色の画素領域、緑色の画素領域および青色の画素領域を含む場合、有機発光層１６２は、赤色の画素領域、緑色の画素領域および青色の画素領域のそれぞれに対応し、赤色の発光パターン、緑色の発光パターンおよび青色の発光パターンを含むことができる。この場合、本発明の有機化合物は、緑色の画素領域の有機発光層１６２、すなわち、緑色の発光パターンに含まれる。
有機発光層１６２は、有機化合物を含む発光物質層の単層構造であり得る。また、発光効率を高めるため、有機発光層１６２は、多層構造であってもよい。
有機発光層１６２が形成された基板１１０の上部に、第２電極１６４が形成される。第２電極１６４は、表示領域の全面に位置し、仕事関数値が比較的に小さい導電性物質からなり、カソードとして用いることができる。例えば、第２電極１６４は、アルミニウム（Ａｌ）、マグネシウム（Ｍｇ）、アルミニウム・マグネシウム合金（ＡｌＭｇ）のうち、いずれか１つからなり得る。
第１電極１６０、有機発光層１６２および第２電極１６４は、有機発光ダイオードＤを構成する。
第２電極１６４上には、外部の水分が有機発光ダイオードＤへ浸透することを防ぐため、封止フィルム１７０（Ｅｎｃａｐｓｕｌａｔｉｏｎ Ｆｉｌｍ）が形成される。封止フィルム１７０は、第１無機絶縁層１７２と、有機絶縁層１７４と、第２無機絶縁層１７４の積層構造を有することができるが、これに限定されるものではない。また、封止フィルム１７０は省略することができる。
また、封止フィルム１７０の上部には、外部光の反射を減らすための偏光板（図示せず）を取り付けることができる。例えば、偏光板は円形偏光板であり得る。
また、封止フィルム１７０、または偏光板の上部にカバーウィンドウ（図示せず）を取り付けることができる。このとき、基板およびカバーウィンドウがフレキシブルな特性を有するので、フレキシブルな表示装置を構成することができる。
図２は、本発明の第１実施例に係る有機発光ダイオードの概略的な断面図である。
図２に示すように、有機発光ダイオードＤは、互いに対向する第１電極１６０および第２電極１６４と、これら両電極間に位置する有機発光層１６２とを備え、有機発光層１６２は、第１電極１６０と第２電極１６４との間に位置する発光物質層２４０と、第１電極１６０と発光物質層２４０との間に位置する正孔輸送層２２０（Ｈｏｌｅ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔｉｎｇ Ｌａｙｅｒ）と、第２電極１６４と発光物質層２４０との間に位置する電子輸送層２６０（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔｉｎｇ Ｌａｙｅｒ）とを含むことができる。
また、有機発光層１６２は、第１電極１６０と正孔輸送層２２０との間に位置する正孔注入層２１０（Ｈｏｌｅ Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ Ｌａｙｅｒ）と、第２電極１６４と電子輸送層２６０との間に位置する電子注入層２７０（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ Ｌａｙｅｒ）とをさらに含むことができる。
また、有機発光層１６２は、正孔輸送層２２０と発光物質層２４０との間に位置する電子遮断層２３０（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｂｌｏｃｋｉｎｇ Ｌａｙｅｒ）と、発光物質層２４０と電子輸送層２６０との間に位置する正孔遮断層２５０（Ｈｏｌｅ Ｂｌｏｃｋｉｎｇ Ｌａｙｅｒ）とをさらに含むことができる。
このとき、発光物質層２４０は、下記の化学式１で表され、化学式１中、Ｒ１は、化学式２‐１または化学式２‐２の有機化合物を含む。
Figure 2020094050
Figure 2020094050
Figure 2020094050
化学式１、化学式２‐１および化学式２‐２中、Ｒ２ないしＲ９のそれぞれは、独立して、水素、Ｃ１ないしＣ２０のアルキル基、Ｃ６ないしＣ３０のアリール基、Ｃ５ないしＣ３０のヘテロアリール基から選択することができる。例えば、Ｒ２とＲ３のそれぞれは、独立して、メチル基またはフェニル基であり、Ｒ４ないしＲ７のそれぞれは、独立して、水素、メチル基、フェニル基のうち、１つであって、Ｒ８ないしＲ９のそれぞれは、独立して、水素、メチル基、カルバゾイル基のうち、１つであり得る。
すなわち、本発明に係る有機化合物は、ベンゾインデノフルオランテンコアと、これに連結されたアリールアミン、またはカルバゾール部分とを含む。
かかる有機化合物は、蛍光特性を持ち、狭い半値幅が具現化されて、高い発光効率を有する。
例えば、本発明に係る有機化合物は、下記の化学式３の化合物のうち、いずれか１つであり得る。
Figure 2020094050
Figure 2020094050
Figure 2020094050
Figure 2020094050
Figure 2020094050
＜合成例＞
１．化合物１‐１の合成
（１）化合物Ａ‐１
［反応式１‐１］
Figure 2020094050
５００ｍｌの二口フラスコに、３‐ブロモ‐７，１２‐ジフェニルベンゾ［ｋ］フルオランテン（１０．０ｇ、２０．６９ｍｍｏｌ）、ビス（ピナコラート）ジボラン（１５．７６ｇ、６２．０６ｍｍｏｌ）、Ｐｄ２（ｄｂａ）３（０．５７ｇ、０．６２ｍｍｏｌ）、ＸＰｈｏｓ（０．５９ｇ、１．２４ｍｍｏｌ）、ＫＯＡｃ（７．１１ｇ、７２．４０ｍｍｏｌ）を入れ、１，４‐ジオキサン（３００ｍｌ）で溶かした後、１２時間還流攪拌した。反応終了後、ヘキサンと酢酸エチル（体積比＝１０：１）を用いたカラムで化合物Ａ‐１（５．９０ｇ、歩留まり：５３．７７％）を得た。
（２）化合物Ａ‐２
［反応式１‐２］
Figure 2020094050
５００ｍｌの二口フラスコに、化合物Ａ‐１（４．０５ｇ、７．６３ｍｍｏｌ）、５‐ブロモ‐２‐ヨード安息香酸メチル（３．１２ｇ、９．１６ｍｍｏｌ）、Ｋ２ＣＯ３（５．２８ｇ、３８．１７ｍｍｏｌ）、Ｐｄ（ＰＰｈ３）４（０．２６ｇ、０．２３ｍｍｏｌ）を入れ、テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）と水の混合溶媒（体積比＝３：１、２００ｍｌ）に溶かした後、１２時間還流攪拌した。反応終了後、ジクロロメタン（ＭＣ）とヘキサン（体積比＝３：７）を用いたカラムで化合物Ａ‐２（２．９０ｇ、歩留まり：６１．５１％）を得た。
（３）化合物Ａ‐３
［反応式１‐３］
Figure 2020094050
２５０ｍｌの二口フラスコに、化合物Ａ‐２（２．９０ｇ、４．７０ｍｍｏｌ）を入れ、エーテル（７０ｍｌ）に溶かした後、０℃に冷却した。ＣＨ３ＭｇＢｒ（３Ｍ）（１．６８ｇ、１４．０９ｍｍｏｌ）を滴加した後、ゆっくりと常温まで上昇させた。反応終了後、水を入れ、生成された個体をフィルターし、化合物Ａ‐３（２．８０ｇ、歩留まり：９６．１４％）を得た。
（４）化合物Ａ‐４
［反応式１‐４］
Figure 2020094050
２５０ｍｌの二口フラスコに、化合物Ａ‐３（３．００ｇ、４．８６ｍｍｏｌ）を入れ、ＭＣ（７０ｍｌ）に溶かした後、０℃に冷却した。ＢＦ３Ｅｔ２Ｏ（１．０３ｇ、７．２９ｍｍｏｌ）を滴加した後、ゆっくりと常温まで上昇させた。常温で６時間攪拌し、反応終了後、ＭＣとヘキサン（体積比＝３：７）を用いたカラムで化合物Ａ‐４（２．８０ｇ、歩留まり：９６．１４％）を得た。
（５）化合物１‐１
［反応式１‐５］
Figure 2020094050
２５０ｍｌの二口フラスコに、化合物Ａ‐４（１．６０ｇ、２．６７ｍｍｏｌ）、ジフェニルアミン（０．５４ｇ、３．２０ｍｍｏｌ）、Ｐｄ２（ｄｂａ）３（０．０７ｇ、０．０８ｍｍｏｌ）、Ｐ（ｔ‐Ｂｕ）３（０．０２ｇ、０．０８ｍｍｏｌ）、ＮａｔＢｕＯ（０．７７ｇ、８．０１ｍｍｏｌ）を入れ、トルエン（１００ｍｌ）に溶かした後、１２時間還流攪拌した。反応終了後、ＭＣとヘキサン（体積比＝３：７）を用いたカラムで化合物１‐１（１．５ｇ、歩留まり：８１．７１％）を得た。
２．化合物１‐２の合成
［反応式２］
Figure 2020094050
２５０ｍｌの二口フラスコに、化合物Ａ‐４（１．５０ｇ、２．５０ｍｍｏｌ）、ジ‐Ｏ‐トリルアミン（０．５９ｇ、３．００ｍｍｏｌ）、Ｐｄ２（ｄｂａ）３（０．０７ｇ、０．０８ｍｍｏｌ）、Ｐ（ｔ‐Ｂｕ）３（０．０２ｇ、０．０８ｍｍｏｌ）、ＮａｔＢｕＯ（０．７２ｇ、７．５１ｍｍｏｌ）を入れ、トルエン（１００ｍｌ）に溶かした後、１２時間還流攪拌した。反応終了後、ＭＣとヘキサン（体積比＝３：７）を用いたカラムで化合物１‐２（１．３ｇ、歩留まり：７５．５８％）を得た。
３．化合物１‐９の合成
［反応式３］
Figure 2020094050
２５０ｍｌの二口フラスコに、化合物Ａ‐４（１．７０ｇ、２．８４ｍｍｏｌ）、カルバゾール（０．５７ｇ、３．４０ｍｍｏｌ）、Ｐｄ２（ｄｂａ）３（０．０８ｇ、０．０９ｍｍｏｌ）、Ｐ（ｔ‐Ｂｕ）３（０．０２ｇ、０．０９ｍｍｏｌ）、ＮａｔＢｕＯ（０．８２ｇ、８．５１ｍｍｏｌ）を入れ、トルエン（１００ｍｌ）に溶かした後、１２時間還流攪拌した。反応終了後、ＭＣとヘキサン（体積比＝３：７）を用いたカラムで化合物１‐９（１．６ｇ、歩留まり：８２．２８％）を得た。
４．化合物２‐１の合成
［反応式４］
Figure 2020094050
２５０ｍｌの二口フラスコに、化合物Ｂ‐１（１．４０ｇ、１．９３ｍｍｏｌ）、ジフェニルアミン（０．３９ｇ、２．３２ｍｍｏｌ）、Ｐｄ２（ｄｂａ）３（０．０５ｇ、０．０６ｍｍｏｌ）、Ｐ（ｔ‐Ｂｕ）３（０．０１ｇ、０．０６ｍｍｏｌ）、ＮａｔＢｕＯ（０．５６ｇ、５．８０ｍｍｏｌ）を入れ、トルエン（１００ｍｌ）に溶かした後、１２時間還流攪拌した。反応終了後、ＭＣとヘキサン（体積比＝３：７）を用いたカラムで化合物２‐１（１．２５ｇ、歩留まり：７９．５８％）を得た。
発光物質層２４０は、ホストをさらに含むことができる。すなわち、本発明の有機化合物はドーパントとして用いられ、発光物質層２４０において約０．０１％ないし１０％の重量比を有することができる。
例えば、ホストは、下記の化学式４のうち、いずれか１つを用いることができる。
Figure 2020094050
また、発光物質層２４０は、遅延蛍光化合物をさらに含むことができる。すなわち、発光物質層２４０において、本発明の有機化合物は第１ドーパント（蛍光ドーパント）として、遅延蛍光化合物は第２ドーパント（遅延蛍光ドーパント）として用いることができる。発光物質層２４０において、本発明の有機化合物と遅延蛍光化合物は、併せて約２０％ないし４０％の重量比を有することができる。
例えば、第２ドーパントである遅延蛍光化合物は、下記の化学式５のうち、いずれか１つであり得る。
Figure 2020094050
このとき、遅延蛍光ドーパントの重量比は、蛍光ドーパントの重量比より大きくてもよい。
遅延蛍光化合物において、ドーパントの一重項エネルギーと三重項エネルギーの差（ΔＥＳＴ）は０．３ｅＶ以下である。その結果、三重項エネルギーが一重項エネルギーへ変換される逆系間交差（Ｒｅｖｅｒｓｅ Ｉｎｔｅｒ Ｓｙｓｔｅｍ Ｃｒｏｓｓｉｎｇ；ＲＩＳＣ）が起こる。
すなわち、遅延蛍光化合物は、電界または熱により、三重項励起子が活性化されて一重項励起子にアップコンバージョンし、それによって一重項励起子と三重項励起子が共に発光に寄与する。
このように、発光物質層２４０が、蛍光ドーパントである本発明の有機化合物および遅延蛍光ドーパントを含む場合、ホストの励起子が遅延蛍光ドーパントへ伝達されて遅延蛍光ドーパントで発光し、遅延蛍光ドーパントで発光した光が蛍光ドーパントに吸収される。その結果、最終的に蛍光ドーパントで発光が起こる。
すなわち、遅延蛍光ドーパントにおいて一重項励起子と三重項励起子が共に発光に寄与するため、発光効率が向上し、遅延蛍光ドーパントで発光した光を蛍光ドーパントが吸収して発光するため、発光物質層２４０から発光する光の色純度が向上する。
遅延蛍光ドーパントの一重項エネルギーは、蛍光ドーパントの一重項エネルギーより大きい。また、ホストの一重項エネルギーは、遅延蛍光ドーパントの一重項エネルギーより大きい。そして、遅延蛍光ドーパントの三重項エネルギーは、ホストの三重項エネルギーより小さく、蛍光ドーパントの三重項エネルギーより大きい。また、ホストの一重項エネルギーは、蛍光ドーパントの一重項エネルギーより大きい。
＜有機発光ダイオードの製作＞
陽極（ＩＴＯ）上に、正孔注入層（ＨＡＴＣＮ、化学式６、７ｎｍ）、正孔輸送層（ＮＰＢ、化学式７、５５ｎｍ）、電子遮断層（ｍ‐ＣＢＰ、化学式８、１０ｎｍ）、発光物質層（３５ｎｍ）、正孔遮断層（Ｂ３ＰＹＭＰＭ、化学式９、１０ｎｍ）、電子輸送層（ＴＰＢｉ、化学式１０、２０ｎｍ）、電子注入層（ＬｉＦ）、陰極（Ａｌ）を順次積層した。
Figure 2020094050
Figure 2020094050
Figure 2020094050
Figure 2020094050
Figure 2020094050
（１）比較例１
ホストに化学式４の化合物Ｈ‐１（６５重量％）を用いて、遅延蛍光ドーパントに化学式５の「４ＣｚＩＰＮ」化合物（３５重量％）を用いて発光物質層を形成した。
（２）比較例２
ホストに化学式４の化合物Ｈ‐１（６４．５重量％）を用いて、遅延蛍光ドーパントと蛍光ドーパントに、化学式５の「４ＣｚＩＰＮ」化合物（３５重量％）と化学式１１の化合物（０．５重量％）をそれぞれ用いて発光物質層を形成した。
（３）実験例１
ホストに化学式４の化合物Ｈ‐１（６４．５重量％）を用いて、遅延蛍光ドーパントと蛍光ドーパントに、化学式５の「４ＣｚＩＰＮ」化合物（３５重量％）と化学式３の化合物１‐１（０．５重量％）をそれぞれ用いて発光物質層を形成した。
（４）実験例２
ホストに化学式４の化合物Ｈ‐１（６４．５重量％）を用いて、遅延蛍光ドーパントと蛍光ドーパントに、化学式５の「４ＣｚＩＰＮ」化合物（３５重量％）と化学式３の化合物１‐２（０．５重量％）をそれぞれ用いて発光物質層を形成した。
（５）実験例３
ホストに化学式４の化合物Ｈ‐１（６４．５重量％）を用いて、遅延蛍光ドーパントと蛍光ドーパントに、化学式５の「４ＣｚＩＰＮ」化合物（３５重量％）と化学式３の化合物１‐９（０．５重量％）をそれぞれ用いて発光物質層を形成した。
（６）実験例４
ホストに化学式４の化合物Ｈ‐１（６４．５重量％）を用いて、遅延蛍光ドーパントと蛍光ドーパントに、化学式５の「４ＣｚＩＰＮ」化合物（３５重量％）と化学式３の化合物２‐１（０．５重量％）をそれぞれ用いて発光物質層を形成した。
Figure 2020094050
化学式５の「４ＣｚＩＰＮ」化合物の最大発光波長、化学式３の化合物１‐１、化学式３の化合物１‐２、化学式３の化合物１‐９、化学式３の化合物２‐１、化学式１１の化合物、それぞれの最大発光波長および最大吸収波長を測定して表１に記載した。また、化学式５の「４ＣｚＩＰＮ」化合物の最大発光波長を図３に、化学式１１の化合物（比較化合物）の最大吸収波長を図４に、化学式３の化合物１‐１、化学式３の化合物１‐２の最大吸収波長を図５に示す。
Figure 2020094050
表１および図３ないし図５を参照すると、遅延蛍光ドーパント（４ＣｚＩＰＮ）の発光波長と、比較化合物の吸収波長は、重なる確率が低い。しかしながら、本発明の有機化合物の吸収波長と、遅延蛍光ドーパント（４ＣｚＩＰＮ）の発光波長は、重なる確率が増加する。
比較例１および比較例２、実験例１ないし実験例４で製作された有機発光ダイオードの特性（電圧（Ｖ）、電流効率（ｃｄ／Ａ）、電力効率（１ｍ／Ｗ）、外部量子効率（ＥＱＥ）、色座標、最大発光波長（ＥＬλｍaｘ）、半値幅（ＦＷＨＭ））を測定し、表２に記載した。
Figure 2020094050
表２で分かるように、本発明の有機化合物を蛍光ドーパントとして用いて、遅延蛍光ドーパントをさらに含む実験例１ないし実験例４の有機発光ダイオードは、発光効率が向上し、半値幅が狭い。
例えば、蛍光ドーパントを用いることなく、遅延蛍光ドーパントのみを用いる比較例１の有機発光ダイオードは、比較的に高い発光効率を有するものの、半値幅が広いため、色純度が低下する。一方、比較例２の有機発光ダイオードは、遅延蛍光ドーパントと共に化学式１１の蛍光ドーパントを含むが、遅延蛍光ドーパントの励起子は消光し、蛍光ドーパントで直接発光が起こるため、非常に低い効率を有する。
すなわち、表１に示すように、化学式１１の蛍光ドーパントの最大吸収波長（約４４５ｎｍ）は、比較的に短いため、遅延蛍光ドーパントの発光波長と重なる確率が減少する。
しかしながら、本発明の有機化合物では、フルオランテンにフルオレンが縮合したベンゾインデノフルオランテンコアを含み、共役長が増加する。したがって、有機化合物の吸収波長範囲と発光波長範囲が増加し（長波長シフト）、有機化合物の吸収波長が遅延蛍光ドーパントの発光波長と重なる。
本発明の有機化合物と共に遅延蛍光ドーパントを含む実験例１ないし実験例４の有機発光ダイオードでは、遅延蛍光ドーパントの発光波長（５３６ｎｍ）が有機化合物に吸収され、有機化合物で発光するため、高い発光効率および狭い半値幅が具現化される。
図６は、本発明の第２実施例に係る有機発光ダイオードの概略的な断面図である。
図６に示すように、有機発光ダイオードＤは、互いに対向する第１電極１６０および第２電極１６４と、これら両電極間に位置する有機発光層１６２とを備え、有機発光層１６２は、第１電極１６０と第２電極１６４との間に位置し、第１層３４２および第２層３４４を含む発光物質層３４０と、第１電極１６０と発光物質層３４０との間に位置する正孔輸送層３２０と、第２電極１６４と発光物質層３４０との間に位置する電子輸送層３６０とを含むことができる。
また、有機発光層１６２は、第１電極１６０と正孔輸送層３２０との間に位置する正孔注入層３１０と、第２電極１６４と電子輸送層３６０との間に位置する電子注入層３７０とをさらに含むこともできる。
また、有機発光層１６２は、正孔輸送層３２０と発光物質層３４０との間に位置する電子遮断層３３０と、発光物質層３４０と電子輸送層３６０との間に位置する正孔遮断層３５０とをさらに含むこともできる。
発光物質層３４０において、第１層３４２（第１発光物質層）と第２層３４４（第２発光物質層）のうち、いずれか一方は、本発明の有機化合物である第１ドーパント（蛍光ドーパント）と第１ホストを含み、第１層３４２と第２層３４４のうち、いずれか他方は、遅延蛍光化合物である第２ドーパント（遅延蛍光ドーパント）と第２ホストを含む。また、第１層３４２と第２層３４４のうち、本発明の有機化合物である蛍光ドーパントを含む層は、遅延蛍光化合物である第３ドーパントをさらに含むことができる。
遅延蛍光化合物である第２ドーパントと第３ドーパントのそれぞれは、化学式５から選択することができる。第２ドーパントと第３ドーパントは、同じであってもよく、異なってもよい。
また、第１ホストと第２ホストのそれぞれは、化学式４から選択することができるが、これに限定されるものではない。第１ホストと第２ホストは、同じであってもよく、異なってもよい。
以下、第１層３４２が蛍光ドーパントおよび第１ホストを含む場合について説明する。
第１層３４２における蛍光ドーパントは、約０．１％ないし１０％の重量比を有することができ、第２層３４４における遅延蛍光ドーパントは、約１０％ないし４０％の重量比を有することができる。
前述した通り、このように発光物質層３４０の第１層３４２が、本発明の有機化合物である蛍光ドーパントを含み、第２層３４４が、遅延蛍光ドーパントを含む場合、量子効率の高い遅延蛍光ドーパントで発光した光が、蛍光ドーパントに吸収され、最終的に蛍光ドーパントで発光する。
したがって、有機発光ダイオードＤの量子効率が増加し、半値幅が狭くなる。
第１層３４２のホストは、電子遮断層３３０の物質と同一物質であり得る。このとき、第１層３４２は、発光機能と共に電子遮断機能を有する。すなわち、第１層３４２は、電子遮断のためのバッファー層の機能を有する。一方、電子遮断層３３０は省略してもよく、この場合、第１層３４２が発光物質層および電子遮断層として働く。
一方、第１層３４２が遅延蛍光ドーパントを含み、第２層３４４が本発明の有機化合物である蛍光ドーパントを含む場合、第２層３４４のホストは、正孔遮断層３５０の物質と同一物質であり得る。このとき、第２層３４４は、発光機能と共に正孔遮断機能を有する。すなわち、第２層３４４は、正孔遮断のためのバッファー層の機能を有する。一方、正孔遮断層３５０は省略してもよく、この場合、第２層３４４が発光物質層および正孔遮断層として働く。
図７は、本発明の第３実施例に係る有機発光ダイオードの概略的な断面図である。
図７に示すように、有機発光ダイオードＤは、互いに対向する第１電極１６０および第２電極１６４と、これら両電極間に位置する有機発光層１６２とを備え、有機発光層１６２は、第１電極１６０と第２電極１６４との間に位置し、第１ないし第３層４４２、４４４、４４６を含む発光物質層４４０と、第１電極１６０と発光物質層４４０との間に位置する正孔輸送層４２０と、第２電極１６４と発光物質層４４０との間に位置する電子輸送層４６０とを含むことができる。
また、有機発光層１６２は、第１電極１６０と正孔輸送層４２０との間に位置する正孔注入層４１０と、第２電極１６４と電子輸送層４６０との間に位置する電子注入層４７０とをさらに含むこともできる。
また、有機発光層１６２は、正孔輸送層４２０と発光物質層４４０との間に位置する電子遮断層４３０と、発光物質層４４０と電子輸送層４６０との間に位置する正孔遮断層４５０とをさらに含むこともできる。
発光物質層４４０において、第１層４４２は、第２層４４４と第３層４４６との間に位置する。すなわち、第２層４４４は、電子遮断層４３０と第１層４４２との間に位置し、第３層４４６は、第１層４４２と正孔遮断層４５０との間に位置する。
第１層４４２（第１発光物質層）は、遅延蛍光化合物である第１ドーパント（遅延蛍光ドーパント）と第１ホストを含み、第２層４４４（第２発光物質層）は、本発明の有機化合物である第２ドーパント（第１蛍光ドーパント）と第２ホストを含み、第３層４４６（第３発光物質層）は、本発明の有機化合物である第３ドーパント（第２蛍光ドーパント）と第３ホストを含む。すなわち、第１層４４２は遅延蛍光ドーパントを含み、第１層４４２の両側に位置する第２層４４４および第３層４４６のそれぞれは、蛍光ドーパントを含む。
また、第２層４４４と第３層４４６のそれぞれは、遅延蛍光化合物である第４および第５ドーパントをさらに含むことができる。
蛍光ドーパントである第２および第３ドーパントは、同じであってもよく、異なってもよい。また、遅延蛍光ドーパントである第１、第４および第５ドーパントのそれぞれは、化学式５から選択することができ、互いに同じであってもよく、異なってもよい。
また、第１ないし第３ホストのそれぞれは、化学式４から選択することができるが、これに限定されるものではない。第１ないし第３ホストは、互いに同じであってもよく、異なってもよい。
第１層４４２における遅延蛍光ドーパントは、約１０％ないし４０％の重量比を有することができ、第２層４４４および第３層４４６のそれぞれにおける第１および第２蛍光ドーパントは、約０．１％ないし１０％の重量比を有することができる。
前述した通り、このように発光物質層４４０の第１層４４２が、遅延蛍光ドーパントを含み、第２層４４４および第３層４４６のそれぞれが、本発明の有機化合物である蛍光ドーパントを含む場合、量子効率の高い遅延蛍光ドーパントで発光した光が、蛍光ドーパントに吸収され、最終的に蛍光ドーパントで発光する。
したがって、有機発光ダイオードＤの量子効率が増加し、半値幅が狭くなる。
第２層４４４のホストは、電子遮断層４３０の物質と同一物質であり得る。このとき、第２層４４４は、発光機能と共に電子遮断機能を有する。すなわち、第２層４４４は、電子遮断のためのバッファー層の機能を有する。一方、電子遮断層４３０は省略してもよく、この場合、第２層４４４が発光物質層および電子遮断層として働く。
また、第３層４４６のホストは、正孔遮断層４５０の物質と同一物質であり得る。このとき、第３層４４６は、発光機能と共に正孔遮断機能を有する。すなわち、第３層４４６は、正孔遮断のためのバッファー層の機能を有する。一方、正孔遮断層４５０は省略してもよく、この場合、第３層４４６が発光物質層および正孔遮断層として働く。
さらに、第２層４４４を構成するホストは、電子遮断層４３０の物質と同一物質であり、第３層４４６のホストは、正孔遮断層４５０の物質と同一物質であり得る。このとき、第２層４４４は、発光機能と共に電子遮断機能を有し、第３層４４６は、発光機能と共に正孔遮断機能を有する。すなわち。第２層４４４と第３層４４６のそれぞれは、電子遮断のためのバッファー層の機能、正孔遮断のためのバッファー層の機能を有する。一方、電子遮断層４３０と正孔遮断層４５０は省略してもよく、この場合、第２層４４４は発光物質層および電子遮断層として働き、第３層４４６は発光物質層および正孔遮断層として働く。
以上、本発明の好適な実施例を参照して説明したが、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された本発明の技術的思想および領域から逸脱しない範囲において、本発明を種々に修正および変更できることを理解できるであろう。
１００…有機発光表示装置、１６０…第１電極、１６２…有機発光層、２１０、３１０、４１０…正孔注入層、２２０、３２０、４２０…正孔輸送層、２３０、３３０、４３０…電子遮断層、２４０、３４０、４４０…発光物質層、２５０、３５０、４５０…正孔遮断層、２６０、３６０、４６０…電子輸送層、２７０、３７０、４７０…電子注入層、１６４…第２電極、Ｄ…有機発光ダイオード

Claims (17)

  1. 下記の化学式１で表され、化学式１中、Ｒ１は、化学式２‐１または２‐２で表されて、化学式１、化学式２‐１および化学式２‐２中、Ｒ２ないしＲ９のそれぞれは、独立して、水素、Ｃ１ないしＣ２０のアルキル基、Ｃ６ないしＣ３０のアリール基、Ｃ５ないしＣ３０のヘテロアリール基から選択される、有機化合物。
    Figure 2020094050
    Figure 2020094050
    Figure 2020094050
  2. Ｒ２とＲ３のそれぞれは、独立して、メチル基またはフェニル基であり、Ｒ４ないしＲ７のそれぞれは、独立して、水素、メチル基、フェニル基のうち、１つであって、Ｒ８ないしＲ９のそれぞれは、独立して、水素、メチル基、カルバゾイル基のうち、１つであることを特徴とする、請求項１に記載の有機化合物。
  3. 前記有機化合物は、下記の化学式３の化合物のうち、いずれか１つであることを特徴とする、請求項１に記載の有機化合物。
    Figure 2020094050
    Figure 2020094050
    Figure 2020094050
    Figure 2020094050
    Figure 2020094050
  4. 第１電極と、
    前記第１電極と対向する第２電極と、
    前記第１電極と前記第２電極の間に位置する第１発光物質層とを備え、
    前記第１発光物質層は、請求項１に記載の有機化合物を含む有機発光ダイオード。
  5. 前記有機化合物は、第１蛍光ドーパントとして用いられ、前記第１発光物質層は、第１ホストをさらに含むことを特徴とする、請求項４に記載の有機発光ダイオード。
  6. 前記第１発光物質層は、遅延蛍光ドーパントをさらに含むことを特徴とする、請求項５に記載の有機発光ダイオード。
  7. 前記第１ホストは、下記の化学式４から選択されることを特徴とする、請求項６に記載の有機発光ダイオード。
    Figure 2020094050
  8. 前記遅延蛍光ドーパントは、下記の化学式５から選択されることを特徴とする、請求項６に記載の有機発光ダイオード。
    Figure 2020094050
  9. 第２ホストと遅延蛍光ドーパントとを含み、前記第１発光物質層と前記第１電極との間に位置する第２発光物質層をさらに含むことを特徴とする、請求項５に記載の有機発光ダイオード。
  10. 前記第２電極と前記第１発光物質層との間に位置する正孔遮断層をさらに含み、前記第１ホストは、前記正孔遮断層の物質と同じであることを特徴とする、請求項９に記載の有機発光ダイオード。
  11. 第３ホストと第２蛍光ドーパントとを含み、前記第２発光物質層と前記第１電極との間に位置する第３発光物質層をさらに含むことを特徴とする、請求項９に記載の有機発光ダイオード。
  12. 前記第１電極と前記第３発光物質層との間に位置する電子遮断層と、
    前記第２電極と前記第１発光物質層との間に位置する正孔遮断層とをさらに含み、
    前記第１ホストは、前記正孔遮断層の物質と同じであり、前記第３ホストは、前記電子遮断層の物質と同じであることを特徴とする、請求項１１に記載の有機発光ダイオード。
  13. 前記第２蛍光ドーパントは、請求項１に記載の有機化合物であることを特徴とする、請求項１１に記載の有機発光ダイオード。
  14. 第２ホストと遅延蛍光ドーパントとを含み、前記第１発光物質層と前記第２電極との間に位置する第２発光物質層をさらに含むことを特徴とする、請求項５に記載の有機発光ダイオード。
  15. 前記第１電極と前記第１発光物質層との間に位置する電子遮断層をさらに含み、前記第１ホストは、前記電子遮断層の物質と同じであることを特徴とする、請求項１４に記載の有機発光ダイオード。
  16. 前記有機化合物は、下記の化合物のうち、いずれか１つであることを特徴とする、請求項４に記載の有機発光ダイオード。
    Figure 2020094050
    Figure 2020094050
    Figure 2020094050
    Figure 2020094050
    Figure 2020094050
  17. 基板と、
    前記基板の上に位置する請求項４ないし請求項１６のうち、いずれか１項に記載の有機発光ダイオードとを備える有機発光表示装置。
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