JP3577510B2 - エレクトロルミネッセンス素子用材料、アモルファス膜、及びエレクトロルミネッセンス素子 - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エレクトロルミネセンス素子用材料、この材料を用いるアモルファス膜、及びエレクトロルミネッセンス素子に関する。
【0002】
【従来の技術】
有機エレクトロルミネッセンス素子(以下、略して「EL素子」という場合がある)の実用化のためには、高輝度、高効率の発光を実現することが要求される。そのためには、優れた発光特性を有する有機発光材料の開発が重要な課題となっている。一方で、上述したような有機EL素子には、高耐熱性及び高耐久性が要求される。例えば、カーナビゲーションシステムへの応用に関しては、100℃以上の耐熱性が求められている。
【0003】
このため、従来より、発光特性のみならず耐久性などに優れた有機発光材料の開発が盛んに行われてきた。しかしながら、有機発光材料としては、これまでにいくつかの有機金属錯体並びにπ共役系分子が報告されているにすぎない。
【0004】
例えば、J. Appl. Phys. Vol.31(1992) pp. 1812-1816には、新規な有機発光材料として1,3−ビス(N、N―ジメチルアミノフェニル)−1,3,4―オキサジアゾールが記載されている。また、Chemistry Letters (1996)pp.47-48には、新規な有機発光材料として3−(4−ビフェニルイル)−4−(4−エチルフェニル)―5−(4−ジメチルアミノフェニル)−1,2,4−トリアゾールなる有機化合物材料が記載されている。さらに、Appl. Phys. Lett. 67 (1995) 3853には、4,4’−ビス(2,2’−ジフェニルエテニル)ビフェニルなる有機化合物材料が新規な有機発光材料として報告されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、これらの有機化合物材料は、モルフォルジー安定性や耐熱性に乏しいものであった。したがって、発光輝度及び発光効率が高く、耐熱性並びに耐久性に優れる有機発光材料を得ることができないのが現状であった。このため、発光輝度及び発光効率のみならず、耐熱性及び耐久性において実用に足る有機EL素子を提供することができないでいた。
【0006】
本発明は、優れた発光特性並びに耐熱性及び耐久性を有する新規なエレクトロルミネッセンス素子用材料、及びこれを用いたアモルファス膜を提供することを目的とする。また、前記アモルファス膜から発光層を構成することによって、発光特性及び耐久性などの点において実用に供することのできるエレクトロルミネッセンス素子を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成すべく、本発明は、
一般式【化1】
(nは自然数を表す)
で示されることを特徴とする、エレクトロルミネッセンス素子用材料(第1のエレクトロルミネッセンス素子用材料)に関する。
【0008】
また、本発明は、
一般式【化2】
(nは自然数を表す)
で示されることを特徴とする、エレクトロルミネッセンス素子用材料(第2のエレクトロルミネッセンス素子用材料)に関する。
【0009】
さらに、本発明は、
一般式【化1】
(nは自然数を表す)
で示される材料からなり、室温以上においてアモルファス状を呈することを特徴とする、アモルファス膜(第1のアモルファス膜)に関する。
【0010】
また、本発明は、
一般式【化2】
(nは自然数を表す)
で示される材料からなり、室温以上においてアモルファス状を呈することを特徴とする、アモルファス膜(第2のアモルファス膜)に関する。
【0011】
本発明者らは、発光強度及び発光効率に優れ、さらには耐熱性や耐久性にも優れた新規な有機発光材料を開発すべく鋭意検討した。その結果、上述した新規なエレクトロルミネッセンス素子用材料の合成に成功し、これをスピンコート法又は蒸着法などで所定の基板又は下地層上に成膜することにより、容易にアモルファス化させることができ、有機EL素子の発光層として使用することのできる、本発明のアモルファス膜が得られることを見出した。
【0012】
そして、このようなアモルファス膜は、前記発光層として用いることにより、12、000cdm−2程度の高い発光輝度を示すとともに、1.1lmW−1程度の高い発光効率を示すことが判明した。また、約170℃に加熱した場合においても、室温における発光輝度に対して約95%以上の値を維持するだけでなく、加熱後室温に冷却した場合においても、元の発光強度を維持し、耐熱性及び耐久性に優れることが判明した。
【0013】
したがって、本発明のアモルファス膜、すなわちエレクトロルミネッセンス素子用材料から発光層を構成することにより、発光輝度及び発光効率、並びに耐熱性及び耐久性に優れた有機EL素子を提供することができる。
【0014】
【発明の実施の形態】
本発明を発明の実施の形態に基づいて詳細に説明する。
本発明のエレクトロルミネッセンス素子用材料、及び本発明のアモルファス膜を構成するエレクトロルミネッセンス素子用材料は、上述したように化学式1(第1のエレクトロルミネッセンス素子用材料)及び化学式2(第2のエレクトロルミネッセンス素子用材料)で示される。
【0015】
化学式1で示される第1のエレクトロルミネッセンス素子用材料の具体例としては、2,5-ビス{4-[N,N-ビス(9,9-ジメチル-2-フルオレニル)アミノ]フェニル}チオフェン(以下、「化合物1」という場合がある)、5,5’-ビス{4-[N,N-ビス(9,9-ジメチル-2-フルオレニル)アミノ]フェニル}-2,2’-ビチオフェン(以下、「化合物2」という場合がある)、5,5’’-ビス{4-[N,N-ビス(9,9-ジメチル-2-フルオレニル)アミノ]フェニル}-2,2’:5’,2’’-ターチオフェン(以下、「化合物3」という場合がある)、5,5’’’-ビス{4-[N,N-ビス(9,9-ジメチル-2-フルオレニル)アミノ]フェニル}-2,2’:5’,2’’:5’’,2’’’-クオーターチオフェン(以下、「化合物4」という場合がある)、5,5’’’’-ビス{4-[N,N-ビス(9,9-ジメチル-2-フルオレニル)アミノ]フェニル}-2,2’:5’,2’’:5’’,2’’’:5’’’,2’’’’-キンクチオフェン(以下、「化合物5」という場合がある)、及び5,5’’’’’-ビス{4-[N,N-ビス(9,9-ジメチル-2-フルオレニル)アミノ]フェニル}-2,2’:5’,2’’:5’’,2’’’:5’’’,2’’’’-5’’’’,2’’’’’-セキシチオフェン(以下、「化合物6」という場合がある)を例示することができる。これらエレクトロルミネッセンス素子用材料の一般式は、化学式3〜8で示される。
【0016】
【化3】
【0017】
【化4】
【0018】
【化5】
【0019】
【化6】
【0020】
【化7】
【0021】
【化8】
【0022】
上記化合物1は、4-[N,N-ビス(9,9-ジメチル-2-フルオレニル)アミノ]フェニルボロン酸、2,5-ジブロモチオフェン、2規定の炭酸カリウム水溶液及びテトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(0)触媒を、テトラヒドロフランを溶媒として混合し、窒素雰囲気下、70℃で8時間加熱撹拌する。次いで、溶媒を留去した後、シリカゲルカラムクロマトグラフィー、並びにトルエン及びヘキサンの混合溶媒から再結晶させることによって製造する。
【0023】
上記化合物2〜6についても、基本的には上記同様にして製造する。但し、2,5-ジブロモチオフェンに代えて、それぞれ2,5’-ジブロモ-2,2’-ビチオフェン、2,5’’-ジブロモ-2,2’:5’,2’’-ターチオフェン、2,5’’’-ジブロモ-2,2’:5’,2’’:5’’,2’’’-クオーターチオフェン、2,5’’’’-ジブロモ-2,2’:5’,2’’:5’’,2’’’:5’’’,2’’’’-キンクチオフェン、及び2,5’’’’’-ジブロモ-2,2’:5’,2’’:5’’,2’’’:5’’’,2’’’’:5’’’’:2’’’’’-セキシチオフェンを使用する。
【0024】
化学式2で示される第2のエレクトロルミネッセンス素子用材料の具体例としては、2,5-ビス{4-[N,N-ジ(9-フェナントリル)アミノ]フェニル}チオフェン(以下、「化合物7」という場合がある)、2,5’-ビス{4-[N,N-ジ(9-フェナントリル)アミノ]フェニル}-2,2’-ビチオフェン(以下、「化合物8」という場合がある)、2,5’’-ビス{4-[N,N-ジ(9-フェナントリル)アミノ]フェニル}-2,2’:5’,2’’-ターチオフェン(以下、「化合物9」という場合がある)、2,5’’’-ビス{4-[N,N-ジ(9-フェナントリル)アミノ]フェニル}-2,2’:5’,2’’:5’’,2’’’-クオーターチオフェン(以下、「化合物10」という場合がある)、2,5’’’’-ビス{4-[N,N-ジ(9-フェナントリル)アミノ]フェニル}-2,2’:5’,2’’:5’’,2’’’:5’’’,2’’’’-キンクチオフェン(以下、「化合物11」という場合がある)、及び2,5’’’’’-ビス{4-[N,N-ジ(9-フェナントリル)アミノ]フェニル}-2,2’:5’,2’’:5’’,2’’’:5’’’,2’’’’-5’’’’,2’’’’’-セキシチオフェン(以下、「化合物12」という場合がある)を例示することができる。これらエレクトロルミネッセンス素子用材料の一般式は、化学式9〜14で表される。
【0025】
【化9】
【0026】
【化10】
【0027】
【化11】
【0028】
【化12】
【0029】
【化13】
【0030】
【化14】
【0031】
上記化合物7は、ビス{4-[N,N-ジ(9-フェナントリル)アミノ]フェニル}ボロン酸、2,5-ジブロモチオフェン、2規定の炭酸カリウム水溶液及びテトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(0)触媒を、テトラヒドロフランを溶媒として混合し、窒素雰囲気下、70℃で8時間加熱撹拌する。次いで、溶媒を留去した後、シリカゲルカラムクロマトグラフィー、並びにトルエン及びヘキサンの混合溶媒から再結晶させることによって製造する。
【0032】
上記化合物8〜12も、基本的には上記同様に製造するが、2,5-ジブロモチオフェンに代えて、2,5’-ジブロモ-2,2’-ビチオフェン、2,5’’-ジブロモ-2,2’:5’,2’’-ターチオフェン、2,5’’’-ジブロモ-2,2’:5’,2’’:5’’,2’’’-クオーターチオフェン、2,5’’’’-ジブロモ-2,2’:5’,2’’:5’’,2’’’:5’’’,2’’’’-キンクチオフェン、及び2,5’’’’’-ジブロモ-2,2’:5’,2’’:5’’,2’’’:5’’’,2’’’’:5’’’’:2’’’’’-セキシチオフェンを使用する。
【0033】
なお、本発明においては、上述した第1及び第2のエレクトロルミネッセンス素子用材料の、フルオレニル基及び9−フェナントリル基をビフェニル基、1−ナフチル基又は2−ナフチル基で置換したものを用いることができる。これらは以下に示すように化学式15〜17で示すことができる。
【0034】
【化15】
【0035】
【化16】
【0036】
【化17】
【0037】
化学式15で示されるエレクトロルミネッセンス素子用材料の具体例としては、2,5-ビス{4-[N,N-ジ(ビフェニル-4-イル)アミノ]フェニル}チオフェン(以下、「化合物13」という場合がある)、5,5’’-ビス{4-[N,N-ジ(ビフェニル-4-イル)アミノ]フェニル}−2,2’−ビチオフェン(以下、「化合物14」という場合がある)、5,5’’-ビス{4-[N,N-ジ(ビフェニル-4-イル)アミノ]フェニル}−2,2’:5’,2’’−ターチオフェン(以下、「化合物15」という場合がある)、2,5’’’-ビス{4-[N,N-ジ(ビフェニル-4-イル)アミノ]フェニル}−2,2’:5’,2’’:5’’,2’’’−クオーターチオフェン(以下、「化合物16」という場合がある)、2,5’’’’-ビス{4-[N,N-ジ(ビフェニル-4-イル)アミノ]フェニル}−2,2’:5’,2’’:5’’,2’’’:5’’’,2’’’’−キンクチオフェン(以下、「化合物17」という場合がある)、及び2,5’’’’’-ビス{4-[N,N-ジ(ビフェニル-4-イル)アミノ]フェニル}−2,2’:5’,2’’:5’’,2’’’:5’’’,2’’’’-5’’’’,2’’’’’−セキシチオフェン(以下、「化合物18」という場合がある)を例示することができる。これらエレクトロルミネッセンス素子用材料の一般式は、化学式18〜23で表される。
【0038】
【化18】
【0039】
【化19】
【0040】
【化20】
【0041】
【化21】
【0042】
【化22】
【0043】
【化23】
【0044】
上記化合物13は、4-[N,N-ジ(ビフェニル-4-イル)アミノ]フェニルボロン酸、2,5-ジブロモチオフェン、2規定の炭酸カリウム水溶液及びテトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(0)触媒を、テトラヒドロフランを溶媒として混合し、窒素雰囲気下、70℃で8時間加熱撹拌する。次いで、溶媒を留去した後、シリカゲルカラムクロマトグラフィー、並びにトルエン及びヘキサンの混合溶媒から再結晶させることによって製造する。
【0045】
上記化合物14〜18も、基本的は上記同様にして製造する。但し、2,5-ジブロモチオフェンに代えて、2,5’-ジブロモ-2,2’-ビチオフェン、2,5’’-ジブロモ-2,2’:5’,2’’-ターチオフェン、2,5’’’-ジブロモ-2,2’:5’,2’’:5’’,2’’’-クオーターチオフェン、2,5’’’’-ジブロモ-2,2’:5’,2’’:5’’,2’’’:5’’’,2’’’’-キンクチオフェン、及び2,5’’’’’-ジブロモ-2,2’:5’,2’’:5’’,2’’’:5’’’,2’’’’:5’’’’:2’’’’’-セキシチオフェンを使用する。
【0046】
化学式16で示されるエレクトロルミネッセンス素子用材料の具体例としては、2,5-ビス{4-[N,N-ジ(1-ナフチル)アミノ]フェニル}チオフェン(以下、「化合物19」という場合がある)、2,5’-ビス{4-[N,N-ジ(1-ナフチル)アミノ]フェニル}-2,2’-ビチオフェン(以下、「化合物20」という場合がある)、2,5’’-ビス{4-[N,N-ジ(1-ナフチル)アミノ]フェニル}-2,2’:5’,2’’-ターチオフェン(以下、「化合物21」という場合がある)、2,5’’’-ビス{4-[N,N-ジ(1-ナフチル)アミノ]フェニル}-2,2’:5’,2’’:5’’,2’’’-クオーターチオフェン(以下、「化合物22」という場合がある)、2,5’’’’-ビス{4-[N,N-ジ(1-ナフチル)アミノ]フェニル}-2,2’:5’,2’’:5’’,2’’’:5’’’,2’’’’-キンクチオフェン(以下、「化合物23」という場合がある)、及び2,5’’’’’-ビス{4-[N,N-ジ(1-ナフチル)アミノ]フェニル}-2,2’:5’,2’’:5’’,2’’’:5’’’,2’’’’-5’’’’,2’’’’’-セキシチオフェン(以下、「化合物24」という場合がある)を例示することができる。これらエレクトロルミネッセンス素子用材料の一般式は、化学式24〜29で表される。
【0047】
【化24】
【0048】
【化25】
【0049】
【化26】
【0050】
【化27】
【0051】
【化28】
【0052】
【化29】
【0053】
上記化合物19は、ビス{4-[N,N-ジ(1-ナフチル)アミノ]フェニル}ボロン酸、2,5-ジブロモチオフェン、2規定の炭酸カリウム水溶液及びテトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(0)触媒を、テトラヒドロフランを溶媒として混合し、窒素雰囲気下、70℃で8時間加熱撹拌する。次いで、溶媒を留去した後、シリカゲルカラムクロマトグラフィー、並びにトルエン及びヘキサンの混合溶媒から再結晶させることによって製造する。
【0054】
上記化合物20〜24も、基本的には上記同様に製造するが、2,5-ジブロモチオフェンに代えて、2,5’-ジブロモ-2,2’-ビチオフェン、2,5’’-ジブロモ-2,2’:5’,2’’-ターチオフェン、2,5’’’-ジブロモ-2,2’:5’,2’’:5’’,2’’’-クオーターチオフェン、2,5’’’’-ジブロモ-2,2’:5’,2’’:5’’,2’’’:5’’’,2’’’’-キンクチオフェン、及び2,5’’’’’-ジブロモ-2,2’:5’,2’’:5’’,2’’’:5’’’,2’’’’:5’’’’:2’’’’’-セキシチオフェンを使用する。
【0055】
化学式17で示されるエレクトロルミネッセンス素子用材料の具体例としては、2,5-ビス{4-[N,N-ジ(2-ナフチル)アミノ]フェニル}チオフェン(以下、「化合物25」という場合がある)、2,5’-ビス{4-[N,N-ジ(2-ナフチル)アミノ]フェニル}-2,2’-ビチオフェン(以下、「化合物26」という場合がある)、2,5’’-ビス{4-[N,N-ジ(2-ナフチル)アミノ]フェニル}-2,2’:5’,2’’-ターチオフェン(以下、「化合物27」という場合がある)、2,5’’’-ビス{4-[N,N-ジ(2-ナフチル)アミノ]フェニル}-2,2’:5’,2’’:5’’,2’’’-クオーターチオフェン(以下、「化合物28」という場合がある)、2,5’’’’-ビス{4-[N,N-ジ(1-ナフチル)アミノ]フェニル}-2,2’:5’,2’’:5’’,2’’’:5’’’,2’’’’-キンクチオフェン(以下、「化合物29」という場合がある)、及び2,5’’’’’-ビス{4-[N,N-ジ(1-ナフチル)アミノ]フェニル}-2,2’:5’,2’’:5’’,2’’’:5’’’,2’’’’-5’’’’,2’’’’’-セキシチオフェン(以下、「化合物30」という場合がある)を例示することができる。これらエレクトロルミネッセンス素子用材料の一般式は、化学式30〜35で表される。
【0056】
【化30】
【0057】
【化31】
【0058】
【化32】
【0059】
【化33】
【0060】
【化34】
【0061】
【化35】
【0062】
上記化合物25は、ビス{4-[N,N-ジ(2-ナフチル)アミノ]フェニル}ボロン酸、2,5-ジブロモチオフェン、2規定の炭酸カリウム水溶液及びテトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(0)触媒を、テトラヒドロフランを溶媒として混合し、窒素雰囲気下、70℃で8時間加熱撹拌する。次いで、溶媒を留去した後、シリカゲルカラムクロマトグラフィー、並びにトルエン及びヘキサンの混合溶媒から再結晶させることによって製造する。
【0063】
上記化合物26〜30も、基本的には上記同様に製造するが、2,5-ジブロモチオフェンに代えて、2,5’-ジブロモ-2,2’-ビチオフェン、2,5’’-ジブロモ-2,2’:5’,2’’-ターチオフェン、2,5’’’-ジブロモ-2,2’:5’,2’’:5’’,2’’’-クオーターチオフェン、2,5’’’’-ジブロモ-2,2’:5’,2’’:5’’,2’’’:5’’’,2’’’’-キンクチオフェン、及び2,5’’’’’-ジブロモ-2,2’:5’,2’’:5’’,2’’’:5’’’,2’’’’:5’’’’:2’’’’’-セキシチオフェンを使用する。
【0064】
上述した本発明のエレクトロルミネッセンス素子用材料は、加熱融解して得た融液を2枚の基板で挟んで冷却(放冷)する、溶液からのスピンコート法などによって所定の基板あるいは下地層上に塗布する、又は蒸着法などの成膜手法を用いることによって、本発明のアモルファス膜を簡易に形成することができる。
【0065】
したがって、このアモルファス膜をエレクトロルミネッセンス素子の発光層と用いることにより、上述したような発光特性及び耐熱性などに優れたエレクトロルミネッセンス素子を提供することができる。
【0066】
以下の実施例において、本発明のエレクトロルミネッセンス素子用材料である上記化合物1からアモルファス膜を作製し、これを発光層に用いてなるエレクトロルミネッセンス素子を作製し、その特性評価を実施した。
【0067】
【実施例】
図1は、本発明の有機EL素子構成の一例を示す概略図である。図1に示す有機EL素子10は、ガラス基板1と、透明電極としてのITO電極2と、正孔注入層3と、発光層4、電子輸送層5、及び背面電極としてのMgAg電極6とがこの順に積層されて構成されている。
【0068】
ITO電極2及びMgAg電極7は蒸着法により形成した。また、正孔注入層3は4,4’,4’’-トリス[9,9-ジメチル-2-フルオレニル(フェニル)アミノ]トリフェニルアミンなる化合物から構成され、蒸着法によって厚さ300Åに形成した。電子輸送層5はトリス(8-キノリノラト)アルミニウムなる化合物から構成され、蒸着法によって厚さ350Åに形成した。
【0069】
発光層4は、化合物1からなるアモルファス膜より構成されている。具体的には以下のようにして形成した。最初に、4-[N,N-ビス(9,9-ジメチル-2-フルオレニル)アミノ]フェニルボロン酸6.10g、2,5-ジブロモチオフェン0.70g、2規定の炭酸カリウム水溶液60ml及びテトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(0)触媒1.0gを、上述したようにテトラヒドロフランを溶媒として混合し、窒素雰囲気下、70℃で8時間加熱撹拌した。
【0070】
次いで、溶媒を留去した後、シリカゲルカラムクロマトグラフィー、並びにトルエン及びヘキサンの混合溶媒から再結晶させることにより、黄色固体の化合物1に相当する2,5-ビス{4-[N,N-ビス(9,9-ジメチル-2-フルオレニル)アミノ]フェニル}チオフェンを得た。このときの収量は686mgであり、収率は24%であった。
【0071】
次いで、このようにして得た化合物1を蒸着法によって正孔注入層3上に厚さ350Åに形成し、化合物1のアモルファス膜から構成される発光層4を形成した。
【0072】
図2は、上記のようにして作製した有機EL素子10の発光スペクトルを示すグラフである。図2から明らかなように、本実施例において得た有機EL素子10は、緑青色の蛍光を発することが分かる。
【0073】
図3は、有機EL素子10の電圧−電流特性並びに電圧−輝度特性を示すグラフである。図3から明らかなように、印加電圧値2.5V以上で発光が開始され、印加電圧値11Vで12,350cdm−2の発光輝度が得られた。また、300cdm−2の発光輝度における発光効率は1.1 lmW−1であった。すなわち、本実施例における有機EL素子10は、極めて大きな発光輝度を呈するとともに、良好な発光効率を有することが分かる。
【0074】
図4は、本実施例における有機EL素子10における発光輝度の温度依存性を示すグラフである。測定に際しては、18mA/cm2の定電流を流して発光させ、この状態において室温から約200℃まで加熱した。その結果、図4からも明らかなように、約170℃まで加熱した状態においても室温時の発光輝度の95%程度の輝度で発光することが確認された。また、加熱後室温まで冷却して再度発光輝度を測定した結果、素子加熱前の輝度と同等の値を示し、加熱後においても発光特性が劣化しないことが確認された。
【0075】
この結果、本実施例において作製した有機EL素子10は、耐熱性及び耐久性ともに優れることが判明した。
【0076】
以上、具体例を挙げながら発明の実施の形態に基づいて本発明を詳細に説明してきたが、本発明は上記内容に限定されるものではなく、本発明の範疇を逸脱しない限りにおいて、あらゆる変形や変更が可能である。
【0077】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、優れた発光特性並びに耐熱性及び耐久性を有する新規なエレクトロルミネッセンス素子用材料を提供することができる。したがって、このエレクトロルミネッセンス素子用材料からアモルファス膜を作製し、これを有機EL素子の発光層として用いることにより、発光特性及び発光効率、並びに耐熱性及び耐久性に優れた有機EL素子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のEL素子構成の一例を示す概略図である。
【図2】本発明のEL素子の発光スペクトルの一例を示すグラフである。
【図3】本発明のEL素子の電圧−電流特性並びに電圧−輝度特性を示すグラフである。
【図4】本発明のEL素子における発光輝度の温度依存性を示すグラフである。
【符号の説明】
1 ガラス基板
2 ITO電極
3 正孔注入層
4 発光層
5 電子輸送層
6 MgAg電極
10 EL素子
【発明の属する技術分野】
本発明は、エレクトロルミネセンス素子用材料、この材料を用いるアモルファス膜、及びエレクトロルミネッセンス素子に関する。
【0002】
【従来の技術】
有機エレクトロルミネッセンス素子(以下、略して「EL素子」という場合がある)の実用化のためには、高輝度、高効率の発光を実現することが要求される。そのためには、優れた発光特性を有する有機発光材料の開発が重要な課題となっている。一方で、上述したような有機EL素子には、高耐熱性及び高耐久性が要求される。例えば、カーナビゲーションシステムへの応用に関しては、100℃以上の耐熱性が求められている。
【0003】
このため、従来より、発光特性のみならず耐久性などに優れた有機発光材料の開発が盛んに行われてきた。しかしながら、有機発光材料としては、これまでにいくつかの有機金属錯体並びにπ共役系分子が報告されているにすぎない。
【0004】
例えば、J. Appl. Phys. Vol.31(1992) pp. 1812-1816には、新規な有機発光材料として1,3−ビス(N、N―ジメチルアミノフェニル)−1,3,4―オキサジアゾールが記載されている。また、Chemistry Letters (1996)pp.47-48には、新規な有機発光材料として3−(4−ビフェニルイル)−4−(4−エチルフェニル)―5−(4−ジメチルアミノフェニル)−1,2,4−トリアゾールなる有機化合物材料が記載されている。さらに、Appl. Phys. Lett. 67 (1995) 3853には、4,4’−ビス(2,2’−ジフェニルエテニル)ビフェニルなる有機化合物材料が新規な有機発光材料として報告されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、これらの有機化合物材料は、モルフォルジー安定性や耐熱性に乏しいものであった。したがって、発光輝度及び発光効率が高く、耐熱性並びに耐久性に優れる有機発光材料を得ることができないのが現状であった。このため、発光輝度及び発光効率のみならず、耐熱性及び耐久性において実用に足る有機EL素子を提供することができないでいた。
【0006】
本発明は、優れた発光特性並びに耐熱性及び耐久性を有する新規なエレクトロルミネッセンス素子用材料、及びこれを用いたアモルファス膜を提供することを目的とする。また、前記アモルファス膜から発光層を構成することによって、発光特性及び耐久性などの点において実用に供することのできるエレクトロルミネッセンス素子を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成すべく、本発明は、
一般式【化1】
(nは自然数を表す)
で示されることを特徴とする、エレクトロルミネッセンス素子用材料(第1のエレクトロルミネッセンス素子用材料)に関する。
【0008】
また、本発明は、
一般式【化2】
(nは自然数を表す)
で示されることを特徴とする、エレクトロルミネッセンス素子用材料(第2のエレクトロルミネッセンス素子用材料)に関する。
【0009】
さらに、本発明は、
一般式【化1】
(nは自然数を表す)
で示される材料からなり、室温以上においてアモルファス状を呈することを特徴とする、アモルファス膜(第1のアモルファス膜)に関する。
【0010】
また、本発明は、
一般式【化2】
(nは自然数を表す)
で示される材料からなり、室温以上においてアモルファス状を呈することを特徴とする、アモルファス膜(第2のアモルファス膜)に関する。
【0011】
本発明者らは、発光強度及び発光効率に優れ、さらには耐熱性や耐久性にも優れた新規な有機発光材料を開発すべく鋭意検討した。その結果、上述した新規なエレクトロルミネッセンス素子用材料の合成に成功し、これをスピンコート法又は蒸着法などで所定の基板又は下地層上に成膜することにより、容易にアモルファス化させることができ、有機EL素子の発光層として使用することのできる、本発明のアモルファス膜が得られることを見出した。
【0012】
そして、このようなアモルファス膜は、前記発光層として用いることにより、12、000cdm−2程度の高い発光輝度を示すとともに、1.1lmW−1程度の高い発光効率を示すことが判明した。また、約170℃に加熱した場合においても、室温における発光輝度に対して約95%以上の値を維持するだけでなく、加熱後室温に冷却した場合においても、元の発光強度を維持し、耐熱性及び耐久性に優れることが判明した。
【0013】
したがって、本発明のアモルファス膜、すなわちエレクトロルミネッセンス素子用材料から発光層を構成することにより、発光輝度及び発光効率、並びに耐熱性及び耐久性に優れた有機EL素子を提供することができる。
【0014】
【発明の実施の形態】
本発明を発明の実施の形態に基づいて詳細に説明する。
本発明のエレクトロルミネッセンス素子用材料、及び本発明のアモルファス膜を構成するエレクトロルミネッセンス素子用材料は、上述したように化学式1(第1のエレクトロルミネッセンス素子用材料)及び化学式2(第2のエレクトロルミネッセンス素子用材料)で示される。
【0015】
化学式1で示される第1のエレクトロルミネッセンス素子用材料の具体例としては、2,5-ビス{4-[N,N-ビス(9,9-ジメチル-2-フルオレニル)アミノ]フェニル}チオフェン(以下、「化合物1」という場合がある)、5,5’-ビス{4-[N,N-ビス(9,9-ジメチル-2-フルオレニル)アミノ]フェニル}-2,2’-ビチオフェン(以下、「化合物2」という場合がある)、5,5’’-ビス{4-[N,N-ビス(9,9-ジメチル-2-フルオレニル)アミノ]フェニル}-2,2’:5’,2’’-ターチオフェン(以下、「化合物3」という場合がある)、5,5’’’-ビス{4-[N,N-ビス(9,9-ジメチル-2-フルオレニル)アミノ]フェニル}-2,2’:5’,2’’:5’’,2’’’-クオーターチオフェン(以下、「化合物4」という場合がある)、5,5’’’’-ビス{4-[N,N-ビス(9,9-ジメチル-2-フルオレニル)アミノ]フェニル}-2,2’:5’,2’’:5’’,2’’’:5’’’,2’’’’-キンクチオフェン(以下、「化合物5」という場合がある)、及び5,5’’’’’-ビス{4-[N,N-ビス(9,9-ジメチル-2-フルオレニル)アミノ]フェニル}-2,2’:5’,2’’:5’’,2’’’:5’’’,2’’’’-5’’’’,2’’’’’-セキシチオフェン(以下、「化合物6」という場合がある)を例示することができる。これらエレクトロルミネッセンス素子用材料の一般式は、化学式3〜8で示される。
【0016】
【化3】
【0017】
【化4】
【0018】
【化5】
【0019】
【化6】
【0020】
【化7】
【0021】
【化8】
【0022】
上記化合物1は、4-[N,N-ビス(9,9-ジメチル-2-フルオレニル)アミノ]フェニルボロン酸、2,5-ジブロモチオフェン、2規定の炭酸カリウム水溶液及びテトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(0)触媒を、テトラヒドロフランを溶媒として混合し、窒素雰囲気下、70℃で8時間加熱撹拌する。次いで、溶媒を留去した後、シリカゲルカラムクロマトグラフィー、並びにトルエン及びヘキサンの混合溶媒から再結晶させることによって製造する。
【0023】
上記化合物2〜6についても、基本的には上記同様にして製造する。但し、2,5-ジブロモチオフェンに代えて、それぞれ2,5’-ジブロモ-2,2’-ビチオフェン、2,5’’-ジブロモ-2,2’:5’,2’’-ターチオフェン、2,5’’’-ジブロモ-2,2’:5’,2’’:5’’,2’’’-クオーターチオフェン、2,5’’’’-ジブロモ-2,2’:5’,2’’:5’’,2’’’:5’’’,2’’’’-キンクチオフェン、及び2,5’’’’’-ジブロモ-2,2’:5’,2’’:5’’,2’’’:5’’’,2’’’’:5’’’’:2’’’’’-セキシチオフェンを使用する。
【0024】
化学式2で示される第2のエレクトロルミネッセンス素子用材料の具体例としては、2,5-ビス{4-[N,N-ジ(9-フェナントリル)アミノ]フェニル}チオフェン(以下、「化合物7」という場合がある)、2,5’-ビス{4-[N,N-ジ(9-フェナントリル)アミノ]フェニル}-2,2’-ビチオフェン(以下、「化合物8」という場合がある)、2,5’’-ビス{4-[N,N-ジ(9-フェナントリル)アミノ]フェニル}-2,2’:5’,2’’-ターチオフェン(以下、「化合物9」という場合がある)、2,5’’’-ビス{4-[N,N-ジ(9-フェナントリル)アミノ]フェニル}-2,2’:5’,2’’:5’’,2’’’-クオーターチオフェン(以下、「化合物10」という場合がある)、2,5’’’’-ビス{4-[N,N-ジ(9-フェナントリル)アミノ]フェニル}-2,2’:5’,2’’:5’’,2’’’:5’’’,2’’’’-キンクチオフェン(以下、「化合物11」という場合がある)、及び2,5’’’’’-ビス{4-[N,N-ジ(9-フェナントリル)アミノ]フェニル}-2,2’:5’,2’’:5’’,2’’’:5’’’,2’’’’-5’’’’,2’’’’’-セキシチオフェン(以下、「化合物12」という場合がある)を例示することができる。これらエレクトロルミネッセンス素子用材料の一般式は、化学式9〜14で表される。
【0025】
【化9】
【0026】
【化10】
【0027】
【化11】
【0028】
【化12】
【0029】
【化13】
【0030】
【化14】
【0031】
上記化合物7は、ビス{4-[N,N-ジ(9-フェナントリル)アミノ]フェニル}ボロン酸、2,5-ジブロモチオフェン、2規定の炭酸カリウム水溶液及びテトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(0)触媒を、テトラヒドロフランを溶媒として混合し、窒素雰囲気下、70℃で8時間加熱撹拌する。次いで、溶媒を留去した後、シリカゲルカラムクロマトグラフィー、並びにトルエン及びヘキサンの混合溶媒から再結晶させることによって製造する。
【0032】
上記化合物8〜12も、基本的には上記同様に製造するが、2,5-ジブロモチオフェンに代えて、2,5’-ジブロモ-2,2’-ビチオフェン、2,5’’-ジブロモ-2,2’:5’,2’’-ターチオフェン、2,5’’’-ジブロモ-2,2’:5’,2’’:5’’,2’’’-クオーターチオフェン、2,5’’’’-ジブロモ-2,2’:5’,2’’:5’’,2’’’:5’’’,2’’’’-キンクチオフェン、及び2,5’’’’’-ジブロモ-2,2’:5’,2’’:5’’,2’’’:5’’’,2’’’’:5’’’’:2’’’’’-セキシチオフェンを使用する。
【0033】
なお、本発明においては、上述した第1及び第2のエレクトロルミネッセンス素子用材料の、フルオレニル基及び9−フェナントリル基をビフェニル基、1−ナフチル基又は2−ナフチル基で置換したものを用いることができる。これらは以下に示すように化学式15〜17で示すことができる。
【0034】
【化15】
【0035】
【化16】
【0036】
【化17】
【0037】
化学式15で示されるエレクトロルミネッセンス素子用材料の具体例としては、2,5-ビス{4-[N,N-ジ(ビフェニル-4-イル)アミノ]フェニル}チオフェン(以下、「化合物13」という場合がある)、5,5’’-ビス{4-[N,N-ジ(ビフェニル-4-イル)アミノ]フェニル}−2,2’−ビチオフェン(以下、「化合物14」という場合がある)、5,5’’-ビス{4-[N,N-ジ(ビフェニル-4-イル)アミノ]フェニル}−2,2’:5’,2’’−ターチオフェン(以下、「化合物15」という場合がある)、2,5’’’-ビス{4-[N,N-ジ(ビフェニル-4-イル)アミノ]フェニル}−2,2’:5’,2’’:5’’,2’’’−クオーターチオフェン(以下、「化合物16」という場合がある)、2,5’’’’-ビス{4-[N,N-ジ(ビフェニル-4-イル)アミノ]フェニル}−2,2’:5’,2’’:5’’,2’’’:5’’’,2’’’’−キンクチオフェン(以下、「化合物17」という場合がある)、及び2,5’’’’’-ビス{4-[N,N-ジ(ビフェニル-4-イル)アミノ]フェニル}−2,2’:5’,2’’:5’’,2’’’:5’’’,2’’’’-5’’’’,2’’’’’−セキシチオフェン(以下、「化合物18」という場合がある)を例示することができる。これらエレクトロルミネッセンス素子用材料の一般式は、化学式18〜23で表される。
【0038】
【化18】
【0039】
【化19】
【0040】
【化20】
【0041】
【化21】
【0042】
【化22】
【0043】
【化23】
【0044】
上記化合物13は、4-[N,N-ジ(ビフェニル-4-イル)アミノ]フェニルボロン酸、2,5-ジブロモチオフェン、2規定の炭酸カリウム水溶液及びテトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(0)触媒を、テトラヒドロフランを溶媒として混合し、窒素雰囲気下、70℃で8時間加熱撹拌する。次いで、溶媒を留去した後、シリカゲルカラムクロマトグラフィー、並びにトルエン及びヘキサンの混合溶媒から再結晶させることによって製造する。
【0045】
上記化合物14〜18も、基本的は上記同様にして製造する。但し、2,5-ジブロモチオフェンに代えて、2,5’-ジブロモ-2,2’-ビチオフェン、2,5’’-ジブロモ-2,2’:5’,2’’-ターチオフェン、2,5’’’-ジブロモ-2,2’:5’,2’’:5’’,2’’’-クオーターチオフェン、2,5’’’’-ジブロモ-2,2’:5’,2’’:5’’,2’’’:5’’’,2’’’’-キンクチオフェン、及び2,5’’’’’-ジブロモ-2,2’:5’,2’’:5’’,2’’’:5’’’,2’’’’:5’’’’:2’’’’’-セキシチオフェンを使用する。
【0046】
化学式16で示されるエレクトロルミネッセンス素子用材料の具体例としては、2,5-ビス{4-[N,N-ジ(1-ナフチル)アミノ]フェニル}チオフェン(以下、「化合物19」という場合がある)、2,5’-ビス{4-[N,N-ジ(1-ナフチル)アミノ]フェニル}-2,2’-ビチオフェン(以下、「化合物20」という場合がある)、2,5’’-ビス{4-[N,N-ジ(1-ナフチル)アミノ]フェニル}-2,2’:5’,2’’-ターチオフェン(以下、「化合物21」という場合がある)、2,5’’’-ビス{4-[N,N-ジ(1-ナフチル)アミノ]フェニル}-2,2’:5’,2’’:5’’,2’’’-クオーターチオフェン(以下、「化合物22」という場合がある)、2,5’’’’-ビス{4-[N,N-ジ(1-ナフチル)アミノ]フェニル}-2,2’:5’,2’’:5’’,2’’’:5’’’,2’’’’-キンクチオフェン(以下、「化合物23」という場合がある)、及び2,5’’’’’-ビス{4-[N,N-ジ(1-ナフチル)アミノ]フェニル}-2,2’:5’,2’’:5’’,2’’’:5’’’,2’’’’-5’’’’,2’’’’’-セキシチオフェン(以下、「化合物24」という場合がある)を例示することができる。これらエレクトロルミネッセンス素子用材料の一般式は、化学式24〜29で表される。
【0047】
【化24】
【0048】
【化25】
【0049】
【化26】
【0050】
【化27】
【0051】
【化28】
【0052】
【化29】
【0053】
上記化合物19は、ビス{4-[N,N-ジ(1-ナフチル)アミノ]フェニル}ボロン酸、2,5-ジブロモチオフェン、2規定の炭酸カリウム水溶液及びテトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(0)触媒を、テトラヒドロフランを溶媒として混合し、窒素雰囲気下、70℃で8時間加熱撹拌する。次いで、溶媒を留去した後、シリカゲルカラムクロマトグラフィー、並びにトルエン及びヘキサンの混合溶媒から再結晶させることによって製造する。
【0054】
上記化合物20〜24も、基本的には上記同様に製造するが、2,5-ジブロモチオフェンに代えて、2,5’-ジブロモ-2,2’-ビチオフェン、2,5’’-ジブロモ-2,2’:5’,2’’-ターチオフェン、2,5’’’-ジブロモ-2,2’:5’,2’’:5’’,2’’’-クオーターチオフェン、2,5’’’’-ジブロモ-2,2’:5’,2’’:5’’,2’’’:5’’’,2’’’’-キンクチオフェン、及び2,5’’’’’-ジブロモ-2,2’:5’,2’’:5’’,2’’’:5’’’,2’’’’:5’’’’:2’’’’’-セキシチオフェンを使用する。
【0055】
化学式17で示されるエレクトロルミネッセンス素子用材料の具体例としては、2,5-ビス{4-[N,N-ジ(2-ナフチル)アミノ]フェニル}チオフェン(以下、「化合物25」という場合がある)、2,5’-ビス{4-[N,N-ジ(2-ナフチル)アミノ]フェニル}-2,2’-ビチオフェン(以下、「化合物26」という場合がある)、2,5’’-ビス{4-[N,N-ジ(2-ナフチル)アミノ]フェニル}-2,2’:5’,2’’-ターチオフェン(以下、「化合物27」という場合がある)、2,5’’’-ビス{4-[N,N-ジ(2-ナフチル)アミノ]フェニル}-2,2’:5’,2’’:5’’,2’’’-クオーターチオフェン(以下、「化合物28」という場合がある)、2,5’’’’-ビス{4-[N,N-ジ(1-ナフチル)アミノ]フェニル}-2,2’:5’,2’’:5’’,2’’’:5’’’,2’’’’-キンクチオフェン(以下、「化合物29」という場合がある)、及び2,5’’’’’-ビス{4-[N,N-ジ(1-ナフチル)アミノ]フェニル}-2,2’:5’,2’’:5’’,2’’’:5’’’,2’’’’-5’’’’,2’’’’’-セキシチオフェン(以下、「化合物30」という場合がある)を例示することができる。これらエレクトロルミネッセンス素子用材料の一般式は、化学式30〜35で表される。
【0056】
【化30】
【0057】
【化31】
【0058】
【化32】
【0059】
【化33】
【0060】
【化34】
【0061】
【化35】
【0062】
上記化合物25は、ビス{4-[N,N-ジ(2-ナフチル)アミノ]フェニル}ボロン酸、2,5-ジブロモチオフェン、2規定の炭酸カリウム水溶液及びテトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(0)触媒を、テトラヒドロフランを溶媒として混合し、窒素雰囲気下、70℃で8時間加熱撹拌する。次いで、溶媒を留去した後、シリカゲルカラムクロマトグラフィー、並びにトルエン及びヘキサンの混合溶媒から再結晶させることによって製造する。
【0063】
上記化合物26〜30も、基本的には上記同様に製造するが、2,5-ジブロモチオフェンに代えて、2,5’-ジブロモ-2,2’-ビチオフェン、2,5’’-ジブロモ-2,2’:5’,2’’-ターチオフェン、2,5’’’-ジブロモ-2,2’:5’,2’’:5’’,2’’’-クオーターチオフェン、2,5’’’’-ジブロモ-2,2’:5’,2’’:5’’,2’’’:5’’’,2’’’’-キンクチオフェン、及び2,5’’’’’-ジブロモ-2,2’:5’,2’’:5’’,2’’’:5’’’,2’’’’:5’’’’:2’’’’’-セキシチオフェンを使用する。
【0064】
上述した本発明のエレクトロルミネッセンス素子用材料は、加熱融解して得た融液を2枚の基板で挟んで冷却(放冷)する、溶液からのスピンコート法などによって所定の基板あるいは下地層上に塗布する、又は蒸着法などの成膜手法を用いることによって、本発明のアモルファス膜を簡易に形成することができる。
【0065】
したがって、このアモルファス膜をエレクトロルミネッセンス素子の発光層と用いることにより、上述したような発光特性及び耐熱性などに優れたエレクトロルミネッセンス素子を提供することができる。
【0066】
以下の実施例において、本発明のエレクトロルミネッセンス素子用材料である上記化合物1からアモルファス膜を作製し、これを発光層に用いてなるエレクトロルミネッセンス素子を作製し、その特性評価を実施した。
【0067】
【実施例】
図1は、本発明の有機EL素子構成の一例を示す概略図である。図1に示す有機EL素子10は、ガラス基板1と、透明電極としてのITO電極2と、正孔注入層3と、発光層4、電子輸送層5、及び背面電極としてのMgAg電極6とがこの順に積層されて構成されている。
【0068】
ITO電極2及びMgAg電極7は蒸着法により形成した。また、正孔注入層3は4,4’,4’’-トリス[9,9-ジメチル-2-フルオレニル(フェニル)アミノ]トリフェニルアミンなる化合物から構成され、蒸着法によって厚さ300Åに形成した。電子輸送層5はトリス(8-キノリノラト)アルミニウムなる化合物から構成され、蒸着法によって厚さ350Åに形成した。
【0069】
発光層4は、化合物1からなるアモルファス膜より構成されている。具体的には以下のようにして形成した。最初に、4-[N,N-ビス(9,9-ジメチル-2-フルオレニル)アミノ]フェニルボロン酸6.10g、2,5-ジブロモチオフェン0.70g、2規定の炭酸カリウム水溶液60ml及びテトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(0)触媒1.0gを、上述したようにテトラヒドロフランを溶媒として混合し、窒素雰囲気下、70℃で8時間加熱撹拌した。
【0070】
次いで、溶媒を留去した後、シリカゲルカラムクロマトグラフィー、並びにトルエン及びヘキサンの混合溶媒から再結晶させることにより、黄色固体の化合物1に相当する2,5-ビス{4-[N,N-ビス(9,9-ジメチル-2-フルオレニル)アミノ]フェニル}チオフェンを得た。このときの収量は686mgであり、収率は24%であった。
【0071】
次いで、このようにして得た化合物1を蒸着法によって正孔注入層3上に厚さ350Åに形成し、化合物1のアモルファス膜から構成される発光層4を形成した。
【0072】
図2は、上記のようにして作製した有機EL素子10の発光スペクトルを示すグラフである。図2から明らかなように、本実施例において得た有機EL素子10は、緑青色の蛍光を発することが分かる。
【0073】
図3は、有機EL素子10の電圧−電流特性並びに電圧−輝度特性を示すグラフである。図3から明らかなように、印加電圧値2.5V以上で発光が開始され、印加電圧値11Vで12,350cdm−2の発光輝度が得られた。また、300cdm−2の発光輝度における発光効率は1.1 lmW−1であった。すなわち、本実施例における有機EL素子10は、極めて大きな発光輝度を呈するとともに、良好な発光効率を有することが分かる。
【0074】
図4は、本実施例における有機EL素子10における発光輝度の温度依存性を示すグラフである。測定に際しては、18mA/cm2の定電流を流して発光させ、この状態において室温から約200℃まで加熱した。その結果、図4からも明らかなように、約170℃まで加熱した状態においても室温時の発光輝度の95%程度の輝度で発光することが確認された。また、加熱後室温まで冷却して再度発光輝度を測定した結果、素子加熱前の輝度と同等の値を示し、加熱後においても発光特性が劣化しないことが確認された。
【0075】
この結果、本実施例において作製した有機EL素子10は、耐熱性及び耐久性ともに優れることが判明した。
【0076】
以上、具体例を挙げながら発明の実施の形態に基づいて本発明を詳細に説明してきたが、本発明は上記内容に限定されるものではなく、本発明の範疇を逸脱しない限りにおいて、あらゆる変形や変更が可能である。
【0077】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、優れた発光特性並びに耐熱性及び耐久性を有する新規なエレクトロルミネッセンス素子用材料を提供することができる。したがって、このエレクトロルミネッセンス素子用材料からアモルファス膜を作製し、これを有機EL素子の発光層として用いることにより、発光特性及び発光効率、並びに耐熱性及び耐久性に優れた有機EL素子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のEL素子構成の一例を示す概略図である。
【図2】本発明のEL素子の発光スペクトルの一例を示すグラフである。
【図3】本発明のEL素子の電圧−電流特性並びに電圧−輝度特性を示すグラフである。
【図4】本発明のEL素子における発光輝度の温度依存性を示すグラフである。
【符号の説明】
1 ガラス基板
2 ITO電極
3 正孔注入層
4 発光層
5 電子輸送層
6 MgAg電極
10 EL素子
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