JP4050633B2 - 有機発光ダイオードデバイス - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、ホスト及びドーパントを含有する発光層を含んで成り、該ドーパントが、脱プロトン化したビス(アジニル)アミン配位子の二つの環窒素が配位したホウ素化合物を含む有機電場発光(EL)デバイスに関する。
【0002】
【従来の技術】
有機電場発光(EL)デバイスが知られるようになってから20年以上が過ぎているが、その性能上の制限が、望ましい用途の多くに対し障害となっている。最も簡易な形態の有機ELデバイスは、正孔注入のためのアノードと、電子注入のためのカソードと、これらの電極に挟まれ、発光のための電荷再結合を支援する有機媒体とを含んで成る。これらのデバイスは、通常、有機発光ダイオード又はOLEDとも称される。初期の有機ELデバイスの代表例として、1965年3月9日発行の米国特許第3,172,862号(Gurneeら)、1965年3月9日発行の米国特許第3,173,050号(Gurneeら)、Dresner,「Double Injection Electroluminescence in Anthracene」、RCA Review、第30巻, 第322-334頁、1969年、及び1973年1月9日発行の米国特許第3,710,167号(Dresner)が挙げられる。これらのデバイスにおける有機層は、通常は多環式芳香族炭化水素を含み、非常に厚い(1μmをはるかに上回る)ものであった。その結果、動作電圧が非常に高くなり、100Vを超える場合が多かった。
【0003】
最近の有機ELデバイスは、アノードとカソードの間に、極めて薄い層(例、<1.0μm)からなる有機EL要素を含む。本明細書中の用語「有機EL要素」には、アノードとカソードの間の層が包含される。有機層を薄くすることによりその抵抗が小さくなり、はるかに低い電圧でデバイスを動作させることができる。米国特許第4,356,429号明細書に記載された基本的な2層形ELデバイス構造では、EL要素のアノードに隣接した一つの有機層が特に正孔を輸送するように選ばれており、そのためこれを正孔輸送層と称している。他方の有機層は特に電子を輸送するように選ばれており、そのためこれを電子輸送層と称している。これら2つの層の界面が、注入された正孔/電子対の再結合と、その結果生じる電場発光のための効率的部位を提供する。
【0004】
Tangら[J. Applied Physics, Vol. 65, pp. 3610-3616, 1989]に記載されているもののように、正孔輸送層と電子輸送層との間に有機発光層(LEL)を含有する3層形有機EL要素が提案されている。発光層は、通常、ホスト材料にゲスト材料(ドーパント)をドープしたものからなり、この構成により効率が向上し、色の調整も可能となる。
【0005】
これらの初期の発明以来、デバイス材料のさらなる改良により、色、安定性、輝度効率及び製造適性のような属性におけるデバイス性能が向上している。この点については、とりわけ米国特許第5,061,569号、同第5,409,783号、同第5,554,450号、同第5,593,788号、同第5,683,823号、同第5,908,581号、同第5,928,802号、同第6,020,078号及び同第6,208,077号明細書に開示されている。
【0006】
こうした開発にも関わらず、ドーパントのような有機ELデバイス成分に対して、高い輝度効率に高い色純度及び長い寿命を兼ね備えたものが求められている。
【0007】
有用な種類のドーパントが、5,6,5-三環式ピロメテン-BF2錯体から誘導されており、米国特許第5,683,823号、特開平9−289081号及び特開平11−097180号公報に記載されている。これらの材料は、典型的に狭い放出スペクトルを特徴とし、魅力的に高い色純度をもたらすことができる。しかしながら、5,6,5-三環式ピロメテン-BF2系の場合に知られている最短発光波長は緑色域にある。さらに、5,6,5-三環式ピロメテン-BF2錯体から得られる緑色電場発光は、効率が比較的低い。高効率OLEDを達成するために、置換基として縮合フェニル環を使用することにより共役π系を拡張する試みも可能ではある。しかしながら、その結果、発光波長は赤色シフトし、赤味がかった琥珀色を生じる。これは、5,6,5-三環式ピロメテン-BF2錯体が良好な効率で放出し得る最短の波長である。置換基を導入することにより効率的な緑色又は青色の発光体が得られたことはない。例えば、5,6,5-三環式ホウ素錯体の橋かけ位にNを導入すると([N-(2H-ピロロ-2-イリデン-κN)-1H-ピロル-2-アミナト-κN1]ジフルオロボロン錯体)、Sathyamoorthiら[Heteroatom Chem. Vol.4 (6), pp. 603-608, 1993]が報告しているように、さらに赤色へシフトすることになる。このように、窒素で橋かけされた5,6,5-三環式系がOLEDデバイスにおいて使用されたことはない。いかなる5,6,5-三環式ホウ素系からも、青色発光体を誘導し得ることは、実施可能ではない。
【0008】
【特許文献1】
米国特許第5683823号明細書
【特許文献2】
特開平9−289081号公報
【特許文献3】
特開平11−097180号公報
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
本発明が解決しようとする課題は、青色域で発光し、かつ、望ましい輝度効率を示すOLEDデバイスの発光層のための錯体化ホウ素系発光ドーパントを提供することである。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ホスト及びドーパントを含有する発光層を含んで成り、該ドーパントが、脱プロトン化したビス(アジニル)アミン配位子の二つの環窒素が配位したホウ素化合物を含むことを特徴とする有機発光ダイオードデバイスを提供する。本発明はまた、化合物、及びこのようなOLEDデバイスを含む画像形成装置をも提供する。
【0011】
【発明の実施の形態】
本発明は、一般には上述したとおりである。
本発明のOLEDデバイスは、カソード、アノード、電荷注入層(必要に応じて)、電荷輸送層、並びにホスト及び、少なくとも1種のドーパントである脱プロトン化したビス(アジニル)アミン配位子の二つの環窒素が配位したホウ素化合物、を含む発光層(LEL)を含んで成る多層型電場発光デバイスである。用語「アジン」又は「アジニル」は、少なくとも1つの窒素を含有する6員芳香族環系をさす。その定義については、Hantzsch-Widman stems [The Naming and Indexing of Chemical Substances for Chemical Abstracts-A Reprint of Index IV (Chemical Substance Index Names) from the Chemical Abstracts - 1992 Index Guide; American Chemical Society: Columbus, OH, 1992; paragraph 146]を参照のこと。
【0012】
好適には、デバイスの発光層は、ホストとドーパントを含み、該ドーパントが該ホストの10質量%以下の量、より典型的には0.1〜5.0質量%の範囲内の量で存在する。該ホストは、初期エネルギー吸収体として作用し、そのエネルギーを、主要発光体としてのドーパント又はゲスト材料へ伝達する。該化合物は、好適には、脱プロトン化したビス(アジニル)アミン配位子の二つの環窒素が配位したホウ素化合物であり、ビス(2-ピリジニル)アミンホウ素錯体基であることが有用である。該ピリジル基の少なくとも一方又は両方が置換されている時、とりわけ該ピリジル基の少なくとも一方又は両方が、連結して縮合環を形成する置換基を有する場合に、良好な結果が得られる。
【0013】
該ドーパントにより付与される利益は、ホスト特異的ではないようである。望ましいホストには、アントラセン系化合物又はジカルバゾール-ビフェニル系化合物をベースにしたものが包含される。ホストの具体例として、2-t-ブチル-9,10-ジ-(2-ナフチル)アントラセン及び4,4’-N,N’-ジカルバゾール-1,1’-ビフェニル(CBP)が挙げられる。
【0014】
本発明において有用なドーパントの実施態様は、青色相を有する発光を提供する。実施態様が、請求項1に記載のホウ素化合物を含まないデバイスと比較して初期輝度の損失量が少なくなるように、当該置換基を選定する。
本発明のELデバイスは、後述する一般構成と一致し、かつ、下式(1)で表わされるものと一致するドーパントを含有する発光層を含む。
【0015】
【化7】
【0016】
上式中、
A及びA’は、少なくとも1つの窒素を含有する6員芳香族環系に相当する独立したアジン環系を表わし、
Xa及びXbは、各々独立に選ばれた置換基であって、その2つが連結することによりA又はA’に対して縮合環を形成し得るものを表わし、
m及びnは、各々独立に0〜4を表わし、
Za及びZbは、各々独立に選ばれた置換基を表わし、そして
1、2、3、4、1’、2’、3’及び4’は、各々独立に選ばれた炭素原子又は窒素原子を表わす。
【0017】
望ましくは、該アジン環は、1、2、3、4、1’、2’、3’及び4’がすべて炭素原子であり、m及びnが2以上であり、そしてXa及びXbが連結して芳香族環を形成する炭素原子数2以上の置換基を表わすような、キノリニル又はイソキノリニル環である。Za及びZbはフッ素原子であることが望ましい。
【0018】
本発明のELデバイスは、テレビ、携帯電話、DVDプレーヤー又はコンピュータモニターのような静的又は動的画像形成装置に含まれる部品として使用されることが望ましい。
以下、本発明において有用な、脱プロトン化したビス(アジニル)アミン配位子の二つの環窒素が配位したホウ素化合物の具体例を示す。
【0019】
【化8】
【0020】
【化9】
【0021】
【化10】
【0022】
【化11】
【0023】
【化12】
【0024】
本発明の望ましい実施態様は、後述する一般構成と一致し、かつ、該二つの環窒素が異なる6,6縮合環系の部員であって、該環系の少なくとも一方がアリール又はヘテロアリール置換基を含有する、そのような脱プロトン化したビス(アジニル)アミン配位子の二つの環窒素が配位したホウ素化合物を含有する発光層を含む。
【0025】
本発明の好ましい実施態様は、後述する一般構成と一致し、かつ、上式(1)において、
A及びA’が、少なくとも1つの窒素を含有する6員芳香族環系に相当する独立したアジン環系を表わし、
Xa及びXbが、各々独立に選ばれた置換基であって、その各々の2つが連結することによりそれぞれ環A及び環A’に対する縮合環としての環B及び環B’を形成するものを表わし、その際、環A、A’、B又はB’はアリール又はヘテロアリール置換基を含み、
m及びnが、各々独立に2〜4を表わし、
Za及びZbが、各々独立に選ばれた置換基を表わし、そして
1、2、3、4、1’、2’、3’及び4’が、各々独立に選ばれた炭素原子又は窒素原子を表わす、ものと一致するドーパントを含有する発光層を含む。
【0026】
好ましい実施態様は、さらに、該二つの縮合環系がキノリン又はイソキノリン系であるデバイス;該アリール又はヘテロアリール置換基がフェニル基であるデバイス;連結して6−6縮合環を形成する2個以上のXa基及び2個以上のXb基が存在し、その縮合環系がそれぞれ1−2位、3−4位、1’−2’位又は3’−4’位において縮合しているデバイス;該縮合環の一方又は両方がフェニル基で置換されているデバイス;並びに該ドーパントが下式(2)、(3)又は(4)で表わされるデバイスを包含する。
【0027】
【化13】
【0028】
上式中、
各Xc、Xd、Xe、Xf、Xg及びXhは、水素又は独立に選ばれた置換基であって、その1つはアリール又はヘテロアリール基でなければならない。
【0029】
望ましくは、該アジン環は、1、2、3、4、1’、2’、3’及び4’がすべて炭素原子であり、m及びnが2以上であり、そしてXa及びXbが連結して芳香族環を形成する炭素原子数2以上の置換基を表わし、一方がアリール又は置換アリール基であるような、キノリニル又はイソキノリニル環である。Za及びZbはフッ素原子であることが望ましい。
【0030】
以下、本発明において有用な、該二つの環窒素が異なる6,6縮合環系の部員であって、該環系の少なくとも一方がアリール又はヘテロアリール置換基を含有する、そのような脱プロトン化したビス(アジニル)アミン配位子の二つの環窒素が配位したホウ素化合物の具体例を示す。
【0031】
【化14】
【0032】
【化15】
【0033】
本発明による化合物の1つは下式(1)で表わされる。
【化16】
【0034】
上式中、
A及びA’は、少なくとも1つの窒素を含有する6員芳香族環系に相当する独立したアジン環系を表わし、
Xa及びXbは、各々独立に選ばれた置換基であって、その2つが連結することによりそれぞれ環A又は環A’に対して縮合環を形成するものを表わし、その際、該縮合環はアリール又はヘテロアリール置換基を含み、
m及びnは、各々独立に0〜4を表わし、
Za及びZbは、各々独立に選ばれたハロゲン化物を表わし、そして
1、2、3、4、1’、2’、3’及び4’は、各々独立に選ばれた炭素原子又は窒素原子を表わす。
【0035】
本発明の化合物は、分光光度計で測定したときに、400〜500nmの領域において発光極大を提供することが望ましい。試料を適当な溶剤、例えば、酢酸エチルや塩化メチレンに溶解し、次いでその吸収極大における光で励起する。試料が放出する光の検出は、当該化合物が発光性であることを示し、そしてその発光の色相を極大発光波長について測定することができる。置換基を選定することにより、極大を変更することが可能である。
【0036】
本発明による第2の化合物も、上式(1)において、
A及びA’が、少なくとも1つの窒素を含有する6員芳香族環系に相当する独立したアジン環系を表わし、
Xa及びXbが、各々独立に選ばれた置換基であって、その少なくとも一対が連結することにより環A又は環A’の3−4位又は3’−4’位に対して縮合環を形成するものを表わし、
m及びnが、各々独立に0〜4を表わし、
Za及びZbが、各々独立に選ばれたハロゲン化物を表わし、そして
1、2、3、4、1’、2’、3’及び4’が、各々独立に選ばれた炭素原子又は窒素原子を表わす、もので表わされる。
【0037】
同様に、本発明の化合物は、上述したように測定したときに、400〜500nmの領域において発光極大を提供することが望ましい。
【0038】
本発明の実施態様は、改良された色相を示し、より高い輝度収率を提供し、しかも負荷条件下での輝度損失量が一般に低い。
【0039】
特に断らない限り、用語「置換型」又は「置換基」は、水素以外の基又は原子のすべてを意味する。さらに、用語「基」を使用する場合、ある置換基が置換可能な水素を含有するときには、それは当該無置換形のみならず、本明細書に記載した何らかの置換基(1個又は複数個)でさらに置換されている形のものも、当該置換基がデバイスの効用に必要な特性を損なわない限り、包含されることが意図されている。好適には、置換基は、ハロゲンであること、或いは当該分子の残部に対して炭素、ケイ素、酸素、窒素、リン又は硫黄の原子によって結合されていることが可能である。置換基は、例えば、ハロゲン(例、塩素、臭素又はフッ素)、ニトロ、ヒドロキシル、シアノ、カルボキシル、又はさらに置換されていてもよい基、例えば、直鎖もしくは分岐鎖の又は環状のアルキルをはじめとするアルキル〔例、メチル、トリフルオロメチル、エチル、t−ブチル、3−(2,4−ジ−t−ペンチルフェノキシ)プロピル、シクロヘキシル及びテトラデシル〕、アルケニル(例、エチレン、2−ブテン)、アルコキシ〔例、メトキシ、エトキシ、プロポキシ、ブトキシ、2−メトキシエトキシ、sec−ブトキシ、ヘキシルオキシ、2−エチルヘキシルオキシ、テトラデシルオキシ、2−(2,4−ジ−t−ペンチルフェノキシ)エトキシ及び2−ドデシルオキシエトキシ〕、アリール(例、フェニル、4−t−ブチルフェニル、2,4,6−トリメチルフェニル、ナフチル)、アリールオキシ(例、フェノキシ、2−メチルフェノキシ、α−又はβ−ナフチルオキシ及び4−トリルオキシ)、カルボンアミド〔例、アセトアミド、ベンズアミド、ブチルアミド、テトラデカンアミド、α−(2,4−ジ−t−ペンチルフェノキシ)アセトアミド、α−(2,4−ジ−t−ペンチルフェノキシ)ブチルアミド、α−(3−ペンタデシルフェノキシ)ヘキサンアミド、α−(4−ヒドロキシ−3−t−ブチルフェノキシ)テトラデカンアミド、2−オキソ−ピロリジン−1−イル、2−オキソ−5−テトラデシルピロリン−1−イル、N−メチルテトラデカンアミド、N−スクシンイミド、N−フタルイミド、2,5−ジオキソ−1−オキサゾリジニル、3−ドデシル−2,5−ジオキソ−1−イミダゾリル、N−アセチル−N−ドデシルアミノ、エトキシカルボニルアミノ、フェノキシカルボニルアミノ、ベンジルオキシカルボニルアミノ、ヘキサデシルオキシカルボニルアミノ、2,4−ジ−t−ブチルフェノキシカルボニルアミノ、フェニルカルボニルアミノ、2,5−(ジ−t−ペンチルフェニル)カルボニルアミノ、p−ドデシルフェニルカルボニルアミノ、p−トリルカルボニルアミノ、N−メチルウレイド、N,N−ジメチルウレイド、N−メチル−N−ドデシルウレイド、N−ヘキサデシルウレイド、N,N−ジオクタデシルウレイド、N,N−ジオクチル−N’−エチルウレイド、N−フェニルウレイド、N,N−ジフェニルウレイド、N−フェニル−N−p−トリルウレイド、N−(m−ヘキサデシルフェニル)ウレイド、N,N−(2,5−ジ−t−ペンチルフェニル)−N’−エチルウレイド及びt−ブチルカルボンアミド〕、スルホンアミド(例、メチルスルホンアミド、ベンゼンスルホンアミド、p−トリルスルホンアミド、p−ドデシルベンゼンスルホンアミド、N−メチルテトラデシルスルホンアミド、N,N−ジプロピル−スルファモイルアミノ及びヘキサデシルスルホンアミド)、スルファモイル{例、N−メチルスルファモイル、N−エチルスルファモイル、N,N−ジプロピルスルファモイル、N−ヘキサデシルスルファモイル、N,N−ジメチルスルファモイル、N−〔3−(ドデシルオキシ)プロピル〕スルファモイル、N−〔4−(2,4−ジ−t−ペンチルフェノキシ)ブチル〕スルファモイル、N−メチル−N−テトラデシルスルファモイル及びN−ドデシルスルファモイル}、カルバモイル{例、N−メチルカルバモイル、N,N−ジブチルカルバモイル、N−オクタデシルカルバモイル、N−〔4−(2,4−ジ−t−ペンチルフェノキシ)ブチル〕カルバモイル、N−メチル−N−テトラデシルカルバモイル及びN,N−ジオクチルカルバモイル}、アシル〔例、アセチル、(2,4−ジ−t−アミルフェノキシ)アセチル、フェノキシカルボニル、p−ドデシルオキシフェノキシカルボニル、メトキシカルボニル、ブトキシカルボニル、テトラデシルオキシカルボニル、エトキシカルボニル、ベンジルオキシカルボニル、3−ペンタデシルオキシカルボニル及びドデシルオキシカルボニル〕、スルホニル(例、メトキシスルホニル、オクチルオキシスルホニル、テトラデシルオキシスルホニル、2−エチルヘキシルオキシスルホニル、フェノキシスルホニル、2,4−ジ−t−ペンチルフェノキシスルホニル、メチルスルホニル、オクチルスルホニル、2−エチルヘキシルスルホニル、ドデシルスルホニル、ヘキサデシルスルホニル、フェニルスルホニル、4−ノニルフェニルスルホニル及びp−トリルスルホニル)、スルホニルオキシ(例、ドデシルスルホニルオキシ及びヘキサデシルスルホニルオキシ)、スルフィニル(例、メチルスルフィニル、オクチルスルフィニル、2−エチルヘキシルスルフィニル、ドデシルスルフィニル、ヘキサデシルスルフィニル、フェニルスルフィニル、4−ノニルフェニルスルフィニル及びp−トルイルスルフィニル)、チオ〔例、エチルチオ、オクチルチオ、ベンジルチオ、テトラデシルチオ、2−(2,4−ジ−t−ペンチルフェノキシ)エチルチオ、フェニルチオ、2−ブトキシ−5−t−オクチルフェニルチオ及びp−トリルチオ〕、アシルオキシ(例、アセチルオキシ、ベンゾイルオキシ、オクタデカノイルオキシ、p−ドデシルアミドベンゾイルオキシ、N−フェニルカルバモイルオキシ、N−エチルカルバモイルオキシ及びシクロヘキシルカルボニルオキシ)、アミン(例、フェニルアニリノ、2−クロロアニリノ、ジエチルアミン、ドデシルアミン)、イミノ〔例、1−(N−フェニルイミド)エチル、N−スクシンイミド又は3−ベンジルヒダントイニル〕、ホスフェート(例、ジメチルホスフェート及びエチルブチルホスフェート)、ホスフィット(例、ジエチルホスフィット及びジヘキシルホスフィット)、酸素、窒素及び硫黄から成る群より選択された少なくとも1種の異種原子と炭素原子とを含む3〜7員複素環を含有し、また置換されていてもよいそれぞれ複素環式基、複素環式オキシ基又は複素環式チオ基(例、2−フリル、2−チエニル、2−ベンズイミダゾリルオキシ又は2−ベンゾチアゾリル)、第四アンモニウム(例、トリエチルアンモニウム)、並びにシリルオキシ(例、トリメチルシリルオキシ)、であることができる。
【0040】
所望であれば、これらの置換基自体が上記の置換基でさらに1回以上置換されていてもよい。用いられる特定の置換基は、特定の用途に望まれる特性が得られるよう当業者であれば選ぶことができ、例えば、電子求引性基、電子供与性基及び立体基を含み得る。ある分子が2以上の置換基を有する可能性がある場合には、特に断らない限り、当該置換基同士が結合して縮合環のような環を形成してもよい。一般に、上記の基及びその置換基は、48個以下の炭素原子、典型的には1〜36個の炭素原子、通常は24個未満の炭素原子を有するものを含むことができるが、選ばれた具体的置換基に応じて、より多くの炭素原子数も可能である。
【0041】
一般的デバイス構造
本発明は、ほとんどのOLEDデバイス構成に採用することができる。これらには、単一アノードと単一カソードを含む非常に簡素な構造から、より一層複雑なデバイス、例えば、複数のアノードとカソードを直交配列させて画素を形成してなる単純マトリックス式表示装置や、各画素を、例えば薄膜トランジスタ(TFT)で独立制御する、アクティブマトリックス式表示装置が含まれる。
【0042】
本発明を成功裏に実施することができる有機層の構成はいくつかある。重要な構成要件は、カソード、アノード、HTL及びLELである。典型的な構造は、図1に示したように、基板101、アノード層103、任意の正孔注入層105、正孔輸送層107、発光層109、電子輸送層111及びカソード層113を含む。これらの層については、以下に詳述する。別法として基板をカソードに隣接するように配置できること、また基板が実際にアノード又はカソードを構成し得ることに、留意されたい。また、これら有機層の全体厚は500nm未満であることが好ましい。
【0043】
基板
基板101は、意図される発光方向に依存して、透光性又は不透明のいずれかであることができる。基板を介してEL発光を観察する場合には透光性が望まれる。このような場合、透明なガラス又はプラスチックが通常用いられる。上部電極を介してEL発光を観察する用途の場合には、底部支持体の透過性は問題とならないため、透光性、吸光性又は光反射性のいずれであってもよい。この場合の用途向け支持体には、ガラス、プラスチック、半導体材料、セラミックス及び回路基板材料が含まれるが、これらに限定はされない。もちろん、このようなデバイス構成には、透光性の上部電極を提供する必要はある。
【0044】
アノード
導電性アノード層103は、通常は基板上に形成され、そしてEL発光を当該アノードを介して観察する場合には、当該発光に対して透明又は実質的に透明であることが必要である。本発明に用いられる一般的な透明アノード材料はインジウム錫酸化物(ITO)及び酸化錫であるが、例示としてアルミニウム又はインジウムをドープした酸化亜鉛(IZO)、マグネシウムインジウム酸化物及びニッケルタングステン酸化物をはじめとする他の金属酸化物でも使用することができる。これらの酸化物の他、窒化ガリウムのような金属窒化物、セレン化亜鉛のような金属セレン化物、及び硫化亜鉛のような金属硫化物を層103に使用することもできる。上部電極を介してEL発光を観察する用途の場合には、層103の透過性は問題とならず、透明、不透明又は反射性を問わずいずれの導電性材料でも使用することができる。このような用途向けの導体の例として、金、イリジウム、モリブデン、パラジウム及び白金が挙げられるが、これらに限定はされない。典型的なアノード材料は、透過性であってもそうでなくても、4.1 eV以上の仕事関数を有する。望ましいアノード材料は、一般に、蒸発法、スパッタ法、化学的気相成長(CVD)法又は電気化学法のような適当な手段のいずれかによって付着される。アノードは、周知のフォトリソグラフ法によってパターン化することもできる。
【0045】
正孔注入層 (HIL)
常に必要であるわけではないが、アノード103と正孔輸送層107との間に正孔注入層105を設けることがしばしば有用となる。正孔注入性材料は、後続の有機層のフィルム形成性を改良し、かつ、正孔輸送層への正孔注入を促進するのに役立つことができる。正孔注入層に用いるのに好適な材料として、米国特許第4720432号明細書に記載されているポルフィリン系化合物や、米国特許第6208075号明細書に記載されているプラズマ蒸着フルオロカーボンポリマーが挙げられる。有機ELデバイスに有用であることが報告されている別の代わりの正孔注入性材料が、欧州特許出願公開第0891121号及び同第1029909号明細書に記載されている。
【0046】
正孔輸送層 (HTL)
有機ELデバイスの正孔輸送層107は、芳香族第三アミンのような正孔輸送性化合物を少なくとも一種含有する。芳香族第三アミン類は、少なくとも一つが芳香環の員である炭素原子にのみ結合されている3価窒素原子を少なくとも1個含有する化合物であると理解されている。一態様として、芳香族第三アミンはアリールアミン、例えば、モノアリールアミン、ジアリールアミン、トリアリールアミン又は高分子アリールアミン基であることができる。単量体トリアリールアミンの例がKlupfelらの米国特許第3180730号明細書に記載されている。Brantleyらの米国特許第3567450号及び同第3658520号明細書には、1個以上の活性水素含有基を含み、かつ/又は、1個以上のビニル基で置換されている、他の適当なトリアリールアミンが開示されている。
【0047】
より好ましい種類の芳香族第三アミンは、米国特許第4720432号及び同第5061569号に記載されているような芳香族第三アミン部分を2個以上含有するものである。このような化合物には、下記構造式(A)で表わされるものが含まれる。
【0048】
【化17】
【0049】
上式中、Q1及びQ2は各々独立に選ばれた芳香族第三アミン部分であり、そしてGは、アリーレン、シクロアルキレン又は炭素-炭素結合のアルキレン基のような結合基である。一つの実施態様において、Q1及びQ2の少なくとも一方は、多環式縮合環構造(例、ナフタレン)を含有する。Gがアリール基である場合、それはフェニレン、ビフェニレン又はナフタレン部分であることが便利である。構造式(A)を満たし、かつ、2つのトリアリールアミン部分を含有する有用な種類のトリアリールアミンは、下記構造式(B)で表わされる。
【0050】
【化18】
【0051】
上式中、R1及びR2は、各々独立に、水素原子、アリール基もしくはアルキル基を表わすか、又は、R1及びR2は一緒にシクロアルキル基を完成する原子群を表わし、そして
R3及びR4は、各々独立に、アリール基であってそれ自体が下記構造式(C)で示されるようなジアリール置換型アミノ基で置換されているものを表わす。
【0052】
【化19】
【0053】
上式中、R5及びR6は各々独立に選ばれたアリール基である。一つの実施態様において、R5及びR6の少なくとも一方は、多環式縮合環構造(例、ナフタレン)を含有する。
別の種類の芳香族第三アミンはテトラアリールジアミンである。望ましいテトラアリールジアミンは、アリーレン基を介して結合された、構造式(C)で示したようなジアリールアミノ基を2個含む。有用なテトラアリールジアミンには、下記構造式(D)で表わされるものが含まれる。
【0054】
【化20】
【0055】
上式中、Areは各々独立に選ばれたアリーレン基、例えば、フェニレン又はアントラセン部分であり、
nは1〜4の整数であり、そして
Ar、R7、R8及びR9は各々独立に選ばれたアリール基である。
典型的な実施態様では、Ar、R7、R8及びR9の少なくとも一つが多環式縮合環構造(例、ナフタレン)である。
【0056】
上記構造式(A)、(B)、(C)、(D)の各種アルキル、アルキレン、アリール及びアリーレン部分は、各々それ自体が置換されていてもよい。典型的な置換基として、アルキル基、アルコキシ基、アリール基、アリールオキシ基、並びにフッ化物、塩化物及び臭化物のようなハロゲンが挙げられる。各種アルキル及びアルキレン部分は、典型的には1〜6個の炭素原子を含有する。シクロアルキル部分は3〜10個の炭素原子を含有し得るが、典型的には、シクロペンチル、シクロヘキシル及びシクロヘプチルの環構造体のように、5個、6個又は7個の環炭素原子を含有する。アリール及びアリーレン部分は、通常はフェニル及びフェニレン部分である。
【0057】
正孔輸送層は、芳香族第三アミン化合物の単体又は混合物で形成することができる。具体的には、構造式(B)を満たすトリアリールアミンのようなトリアリールアミンを、構造式(D)が示すようなテトラアリールジアミンと組み合わせて使用することができる。トリアリールアミンをテトラアリールジアミンと組み合わせて使用する場合、後者を、トリアリールアミンと電子注入及び輸送層との間に挿入された層として配置する。以下、有用な芳香族第三アミンを例示する。
1,1-ビス(4-ジ-p-トリルアミノフェニル)シクロヘキサン
1,1-ビス(4-ジ-p-トリルアミノフェニル)-4-フェニルシクロヘキサン
4,4’-ビス(ジフェニルアミノ)クアドリフェニル
ビス(4-ジメチルアミノ-2-メチルフェニル)-フェニルメタン
N,N,N-トリ(p-トリル)アミン
4-(ジ-p-トリルアミノ)-4’-[4(ジ-p-トリルアミノ)-スチリル]スチルベン
N,N,N’,N’-テトラ-p-トリル-4,4’-ジアミノビフェニル
N,N,N’,N’-テトラフェニル-4,4’-ジアミノビフェニル
N,N,N’,N’-テトラ-1-ナフチル-4,4’-ジアミノビフェニル
N,N,N’,N’-テトラ-2-ナフチル-4,4’-ジアミノビフェニル
N-フェニルカルバゾール
4,4’-ビス[N-(1-ナフチル)-N-フェニルアミノ]ビフェニル(NPB)
4,4’-ビス[N-(1-ナフチル)-N-(2-ナフチル)アミノ]ビフェニル
4,4”-ビス[N-(1-ナフチル)-N-フェニルアミノ]-p-ターフェニル
4,4’-ビス[N-(2-ナフチル)-N-フェニルアミノ]ビフェニル
4,4’-ビス[N-(3-アセナフテニル)-N-フェニルアミノ]ビフェニル
1,5-ビス[N-(1-ナフチル)-N-フェニルアミノ]ナフタレン
4,4’-ビス[N-(9-アントリル)-N-フェニルアミノ]ビフェニル
4,4”-ビス[N-(1-アントリル)-N-フェニルアミノ]-p-ターフェニル
4,4’-ビス[N-(2-フェナントリル)-N-フェニルアミノ]ビフェニル
4,4’-ビス[N-(8-フルオルアンテニル)-N-フェニルアミノ]ビフェニル
4,4’-ビス[N-(2-ピレニル)-N-フェニルアミノ]ビフェニル
4,4’-ビス[N-(2-ナフタセニル)-N-フェニルアミノ]ビフェニル
4,4’-ビス[N-(2-ペリレニル)-N-フェニルアミノ]ビフェニル
4,4’-ビス[N-(1-コロネニル)-N-フェニルアミノ]ビフェニル
2,6-ビス(ジ-p-トリルアミノ)ナフタレン
2,6-ビス[ジ-(1-ナフチル)アミノ]ナフタレン
2,6-ビス[N-(1-ナフチル)-N-(2-ナフチル)アミノ]ナフタレン
N,N,N’,N’-テトラ(2-ナフチル)-4,4”-ジアミノ-p-ターフェニル
4,4’-ビス{N-フェニル-N-[4-(1-ナフチル)-フェニル]アミノ}ビフェニル
4,4’-ビス[N-フェニル-N-(2-ピレニル)アミノ]ビフェニル
2,6-ビス[N,N-ジ(2-ナフチル)アミン]フルオレン
1,5-ビス[N-(1-ナフチル)-N-フェニルアミノ]ナフタレン
【0058】
別の種類の有用な正孔輸送性材料として、係属中の米国特許出願第09/207703号に記載されているような多環式芳香族化合物が挙げられる。さらに、ポリ(N-ビニルカルバゾール)(PVK)、ポリチオフェン、ポリピロール、ポリアニリン及びPEDOT/PSSとも呼ばれているポリ(3,4-エチレンジオキシチオフェン)/ポリ(4-スチレンスルホネート)のようなコポリマー、といった高分子正孔輸送性材料を使用することもできる。
【0059】
発光層( LEL )
米国特許第4769292号及び同第5935721号に詳述されているように、有機EL要素の発光層(LEL)109は発光材料又は蛍光材料を含み、その領域において電子-正孔対が再結合する結果として電場発光が生じる。発光層は、単一材料で構成することもできるが、より一般的には、ホスト材料に単一又は複数種のゲスト化合物をドーピングしてなり、そこで主として当該ドーパントから発光が生じ、その発光色にも制限はない。発光層に含まれるホスト材料は、後述する電子輸送性材料、上述した正孔輸送性材料、又は正孔-電子再結合を支援する別の材料もしくはその組合せ、であることができる。ドーパントは、通常は高蛍光性色素の中から選ばれるが、リン光性化合物、例えば、国際公開第98/55561号、同第00/18851号、同第00/57676号及び同第00/70655号に記載されているような遷移金属錯体も有用である。ドーパントは、ホスト材料中、0.01〜10質量%の範囲内で塗布されることが典型的である。
【0060】
ドーパントとしての色素を選定するための重要な関係は、当該分子の最高被占軌道と最低空軌道との間のエネルギー差として定義されるバンドギャップポテンシャルの対比である。ホストからドーパント分子へのエネルギー伝達の効率化を図るためには、当該ドーパントのバンドギャップがホスト材料のそれよりも小さいことが必須条件となる。
【0061】
有用性が知られているホスト及び発光性分子として、米国特許第4769292号、同第5141671号、同第5150006号、同第5151629号、同第5405709号、同第5484922号、同第5593788号、同第5645948号、同第5683823号、同第5755999号、同第5928802号、同第5935720号、同第5935721号及び同第6020078号に記載されているものが挙げられるが、これらに限定はされない。
【0062】
8-ヒドロキシキノリン及び類似の誘導体の金属錯体(下記構造式E)は、電場発光を支援することができる有用なホスト化合物の一種であり、特に、500 nmよりも長い波長の光(例、緑色、黄色、橙色及び赤色)を放出させるのに適している。
【0063】
【化21】
【0064】
上式中、Mは金属を表わし、nは1〜4の整数であり、そしてZは、各々独立に、縮合芳香族環を2個以上有する核を完成する原子群を表わす。
上記より、当該金属は1価、2価、3価又は4価になり得ることが明白である。当該金属は、例えば、リチウム、ナトリウムもしくはカリウムのようなアルカリ金属、マグネシウムもしくはカルシウムのようなアルカリ土類金属、アルミニウムもしくはガリウムのような土類金属、又は亜鉛もしくはジルコニウムのような遷移金属であることができる。一般に、有用なキレート化金属であることが知られているものであれば、1価、2価、3価又は4価のいずれの金属でも使用することができる。
【0065】
Zは、その少なくとも一つがアゾール環又はアジン環である2個以上の縮合芳香族環を含有する複素環式核を完成する。必要であれば、当該2個の必須環に、脂肪族環及び芳香族環の双方を含む追加の環を縮合させてもよい。分子の嵩高さが機能向上を伴うことなく増大することを避けるため、通常は環原子の数を18以下に維持する。
【0066】
以下、有用なキレート化オキシノイド系化合物の例を示す。
CO-1:アルミニウムトリスオキシン〔別名、トリス(8-キノリノラト)アルミニウム(III)〕
CO-2:マグネシウムビスオキシン〔別名、ビス(8-キノリノラト)マグネシウム(II)〕
CO-3:ビス[ベンゾ{f}-8-キノリノラト]亜鉛(II)
CO-4:ビス(2-メチル-8-キノリノラト)アルミニウム(III)-μ-オキソ-ビス(2-メチル-8-キノリノラト)アルミニウム(III)
CO-5:インジウムトリスオキシン〔別名、トリス(8-キノリノラト)インジウム〕
CO-6:アルミニウムトリス(5-メチルオキシン)〔別名、トリス(5-メチル-8-キノリノラト)アルミニウム(III)〕
CO-7:リチウムオキシン〔別名、(8-キノリノラト)リチウム(I)〕
CO-8:ガリウムオキシン〔別名、トリス(8-キノリノラト)ガリウム(III)〕
CO-9:ジルコニウムオキシン〔別名、テトラ(8-キノリノラト)ジルコニウム(IV)〕
CO-10:ビス(2-メチル-8-キノリノラト)-4-フェニルフェノラトアルミニウム(III)
【0067】
9,10-ジ-(2-ナフチル)アントラセンの誘導体(下記構造式F)は、電場発光を支援することができる有用なホスト化合物の一種であり、特に、400 nmよりも長い波長の光(例、青色、緑色、黄色、橙色及び赤色)を放出させるのに適している。
【0068】
【化22】
【0069】
上式中、R1、R2、R3、R4、R5及びR6は、各環上の1又は2以上の置換基を表わし、各置換基は下記のグループから独立に選ばれる。
第1グループ:水素、又は炭素原子数1〜24のアルキル基;
第2グループ:炭素原子数5〜20のアリール又は置換アリール;
第3グループ:アントラセニル、ピレニル又はペリレニルの縮合芳香族環の完成に必要な原子数4〜24の炭素原子群;
第4グループ:フリル、チエニル、ピリジル、キノリニルその他の複素環式系の縮合複素芳香族環の完成に必要な、炭素原子数5〜24のヘテロアリール又は置換ヘテロアリール;
第5グループ:炭素原子数1〜24のアルコキシルアミノ、アルキルアミノ及びアリールアミノ;並びに
第6グループ:フッ素、塩素、臭素及びシアノ基
【0070】
代表例として、9,10-ジ-(2-ナフチル)アントラセン及び2-t-ブチル-9,10-ジ-(2-ナフチル)アントラセンが挙げられる。LELのホストとして、9,10-ビス[4-(2,2-ジフェニルエテニル)フェニル]アントラセンの誘導体や、欧州特許第681019号に記載されているフェニルアントラセン誘導体をはじめとする、他のアントラセン誘導体も有用となり得る。
【0071】
ベンズアゾール誘導体(下記構造式G)は、電場発光を支援することができる有用なホスト化合物の一種であり、特に、400 nmよりも長い波長の光(例、青色、緑色、黄色、橙色及び赤色)を放出させるのに適している。
【0072】
【化23】
【0073】
上式中、nは3〜8の整数であり、
ZはO、NR又はSであり、
R及びR’は、独立に、水素;炭素原子数1〜24のアルキル基(例えば、プロピル、t-ブチル、ヘプチル、等)、炭素原子数5〜20のアリール又はヘテロ原子置換型アリール(例えば、フェニル及びナフチル、フリル、チエニル、ピリジル、キノリニルその他の複素環式基)、ハロ(例、クロロ、フルオロ)、又は縮合芳香族環の完成に必要な原子群であり、
Lは、アルキル、アリール、置換アルキル又は置換アリールを含む結合ユニットであって、当該複数のベンズアゾール同士を共役的又は非共役的に連結させるものである。
有用なベンズアゾールの一例として2,2’,2”-(1,3,5-フェニレン)トリス[1-フェニル-1H-ベンズイミダゾール]が挙げられる。米国特許第5121029号に記載されているジスチリルアリーレン誘導体もまた、LELにおける有用なホスト材料である。
【0074】
式(1)で表わされるドーパントは、異なる色(すなわち、白色)を達成し、効率を高め、又は安定性を向上させるため、他の発光性ドーパントと組み合わせて使用することもできる。式(1)で表わされるドーパントと併用される蛍光性ドーパントには、アントラセン、テトラセン、キサンテン、ペリレン、ルブレン、クマリン、ローダミン、キナクリドン、ジシアノメチレンピラン化合物、チオピラン化合物、ポリメチン化合物、ピリリウム及びチアピリリウム化合物並びにカルボスチリル化合物の誘導体が包含される。以下、有用なドーパントの具体例を挙げるが、これらに限定はされない。
【0075】
【化24】
【0076】
【化25】
【0077】
【化26】
【0078】
【化27】
【0079】
【化28】
【0080】
電子輸送層 (ETL)
本発明の有機ELデバイスの電子輸送層111を形成するのに用いられる好適な薄膜形成性材料は、オキシン(通称8-キノリノール又は8-ヒドロキシキノリン)自体のキレートをはじめとする、金属キレート化オキシノイド系化合物である。当該化合物は、電子の注入・輸送を助長し、高い性能レベルを発揮すると共に、薄膜加工が容易である。企図されるオキシノイド系化合物の例として、前記構造式(E)を満たす化合物が挙げられる。
【0081】
他の電子輸送性材料として、米国特許第4356429号明細書に記載されている各種ブタジエン誘導体、及び米国特許第4539507号明細書に記載されている各種複素環式蛍光増白剤が挙げられる。構造式(G)を満たすベンズアゾールもまた有用な電子輸送性材料である。
【0082】
場合によっては、必要に応じて、層109及び層111を、発光と電子輸送の両方を支援する機能を発揮する単一層にすることが可能である。
【0083】
カソード
アノードを介して発光させる場合には、本発明に用いられるカソード層113は、ほとんどすべての導電性材料を含んでなることができる。望ましい材料は、下部の有機層との良好な接触が確保されるよう良好なフィルム形成性を示し、低電圧での電子注入を促進し、かつ、良好な安定性を有する。有用なカソード材料は、低仕事関数金属(<4.0eV)又は合金を含むことが多い。好適なカソード材料の1種に、米国特許第4885221号明細書に記載されているMg:Ag合金(銀含有率1〜20%)を含むものがある。別の好適な種類のカソード材料として、低仕事関数金属又は金属塩の薄層に、これより厚い導電性金属の層をキャップしてなる二層形が挙げられる。このようなカソードの一つに、米国特許第5677572号明細書に記載されている、LiF薄層にこれより厚いAl層を載せてなるものがある。その他の有用なカソード材料として、米国特許第5059861号、同第5059862号及び同第6140763号明細書に記載されているものが挙げられるが、これらに限定はされない。
【0084】
カソードを介して発光を観察する場合には、当該カソードは透明又はほぼ透明でなければならない。このような用途の場合、金属が薄くなければならないか、又は透明導電性酸化物もしくはこれら材料の組合せを使用しなければならない。米国特許第5776623号明細書に透光性カソードが詳述されている。カソード材料は、蒸発法、スパッタ法又は化学的気相成長法により付着させることができる。必要な場合には、例えば、マスク介在蒸着法、米国特許第5276380号及び欧州特許出願公開第0732868号明細書に記載の一体型シャドーマスク法、レーザーアブレーション法及び選択的化学的気相成長法をはじめとする多くの周知の方法により、パターンを形成させてもよい。
【0085】
有機層の付着
上述した有機材料は昇華法により適宜付着されるが、フィルム形成性を高める任意のバインダーと共に溶剤から付着させてもよい。当該材料がポリマーである場合には、通常、溶剤付着法が好適である。昇華法により付着すべき材料は、例えば、米国特許第6237529号明細書に記載されているように、タンタル材料を含むことが多い昇華体「ボート」から気化させてもよいし、当該材料をまずドナーシート上にコーティングし、その後基板に接近させて昇華させてもよい。複数材料の混合物を含む層は、独立した複数の昇華体ボートを利用してもよいし、予め混合した後単一のボート又はドナーシートからコーティングしてもよい。パターン化付着は、シャドーマスク、一体型シャドーマスク(米国特許第5294870号明細書)、ドナーシートからの空間画定型感熱色素転写(米国特許第5851709号及び同第6066357号明細書)及びインクジェット法(米国特許第6066357号明細書)を利用して達成することができる。
【0086】
封入
ほとんどのOLEDデバイスは湿分及び/又は酸素に対して感受性を示すため、窒素又はアルゴンのような不活性雰囲気において、アルミナ、ボーキサイト、硫酸カルシウム、クレー、シリカゲル、ゼオライト、アルカリ金属酸化物、アルカリ土類金属酸化物、スルフェート、金属ハロゲン化物及び金属過塩素酸塩のような乾燥剤と一緒に、封止されることが一般的である。封入法及び乾燥法として、米国特許第6226890号明細書に記載されている方法が挙げられるが、これらに限定はされない。
【0087】
【実施例】
本発明とその有利な効果を、以下の具体例によってさらに説明する。
合成例
例1
ビス(1-イソキノリニル)アミンの合成:
100mLの丸底フラスコに、1-クロロイソキノリン(2.84g、17.3ミリモル)、1-アミノイソキノリン(2.5g、17.3ミリモル)、ナトリウムt-ブトキシド(2.33g、24.3ミリモル)、酢酸パラジウム(II)(0.16g、0.69ミリモル)、ビス(2-ジフェニルホスフィノフェニル)エーテル(0.35g、0.65ミリモル)及びトルエン(40mL、N2スパージ済)を加えた。反応混合物を1気圧N2下で105℃において18時間加熱した。反応混合物をエーテル及びTHFで希釈し、そして水で洗浄した。この溶液をセライトパッドに通して不溶性粒状物を除去した。有機層をMgSO4で乾燥した後、SiO2ゲルのプラグに通してCH2Cl2:CH3CN(90:10)で溶離した。ロータリーエバポレータで揮発成分を除去したところ、オリーブ粉末状のビス(1-イソキノリル)アミンが4.46g(94.9%)得られた。1H NMR分光分析及びエレクトロスプレー質量分析の結果は、当該生成物と一致する。1H NMR(300 MHz、CDCl3):δ6.93(d、J=6.4Hz、2H)、7.63(m、7H)、7.71(d、J=6.4Hz、2H)、9.11(d、J=7.9Hz、2H)
【0088】
ジフルオロ[N-(2(1H)-イソキノリニリデン-κN)-2-イソキノリナミナト-κN1]ボロン(Inv-2)の合成:
250mLの丸底フラスコに、ビス(1-イソキノリニル)アミン、トルエン及びBF3エーテレート(etherate)を加えた。反応混合物を還流状態で18時間加熱した後、室温にまで冷却した。反応混合物をTHF及び酢酸エチルで希釈し、H2Oで洗浄し、続いて5%NaOH溶液及びブラインで洗浄した。有機層をMgSO4で乾燥した。最終生成物をカラムクロマトグラフィ(100%CH2Cl2)で単離して黄色粉末(4.10g、80.9%)を得た。さらに、このドーパントをN2キャリヤガスによる昇華法(800ミリトルにおいて170℃)で精製した。1H NMR分光分析の結果は、当該生成物と一致する。1H NMR(300 MHz、CDCl3):δ7.18(d、J=7.0Hz、2H)、7.69(m、4H)、7.79(m、2H)、7.89(m、2H)、9.16(d、J=7.6Hz、2H)
【0089】
例2
2-ピリジニル-2-キノリニルアミンの合成:
250mLの丸底フラスコに、2-アミノピリジン(2.30g、24.4ミリモル)、2-クロロキノリン(4.0g、24.4ミリモル)、ナトリウムt-ブトキシド(3.29g、34.2ミリモル)、酢酸パラジウム(II)(0.22g、0.98ミリモル)、ビス(2-ジフェニルホスフィノフェニル)エーテル(0.49g、0.91ミリモル)及びトルエン(100mL、N2スパージ済)を加えた。反応混合物を1気圧N2下で105℃において18時間加熱した。反応混合物をエーテル及びTHFで希釈し、そして水で洗浄した。この溶液をセライトパッドに通して不溶性粒状物を除去した。有機層をMgSO4で乾燥した。その粗生成物を、CH2Cl2/CH3CN(90:10)で溶離するカラムクロマトグラフィで精製した。オリーブ粉末状の2-ピリジル-2-キノリルアミン(4.66g、86%)が単離された。1H NMR分光分析の結果は、当該生成物と一致する。1H NMR(300 MHz、CDCl3):δ6.93(m、1H)、7.30(d、J=8.8Hz、1H)、7.35(t、J=7.4Hz、1H)、7.62(m、1H)、7.70(m、2H)、7.86(d、J=8.4Hz、1H)、8.0(m、2H)、8.31(m、1H)、8.38(d、J=8.5Hz、1H)
【0090】
ジフルオロ[N-(2(1H)-ピリジニリデン-κN)-2-キノリナミナト-κN1]ボロン(Inv-4)の合成:
100mLの丸底フラスコに、2-ピリジニル-2-キノリニルアミン、トルエン及びBF3エーテレートを加えた。反応混合物を還流状態で24時間加熱した後、室温にまで冷却した。反応混合物をTHF及び酢酸エチルで希釈し、H2Oで洗浄し、続いて5%NaOH溶液及びブラインで洗浄した。有機層をMgSO4で乾燥した。最終生成物をカラムクロマトグラフィ(95:5CH2Cl2/CH3CN)で単離して黄色粉末(4.10g、70%)を得た。1H NMR分光分析の結果は、当該生成物と一致する。1H NMR(300 MHz、CDCl3):δ7.01(m、1H)、7.10(d、J=9.1Hz、1H)、7.23(d、J=8.6Hz、1H)、7.39(m、1H)、7.66(m、2H)、7.79(m、1H)、7.91(d、J=9.0Hz、1H)、8.21(m、1H)、8.42(m、1H)
【0091】
例3:ELデバイスの製造(発明例)
本発明の要件を満たす一連のELデバイスを以下のように構築した。
アノードとして厚さ42 nmのインジウム錫酸化物(ITO)の層が被覆されたガラス基板を、順に、市販洗剤中で超音波処理し、脱イオン水中でリンスし、トルエン蒸気中で脱脂し、その後酸素プラズマに約1分間曝した。
a)該ITOアノードの上に、CHF3をプラズマ蒸着して厚さ1nmのフルオロカーボン (CFx) 系正孔注入層を付着させた。
b)次いで、N,N’-ジ-1-ナフタレニル-N,N’-ジフェニル-4,4’-ジアミノビフェニル(NPB)の厚さ75 nmの正孔輸送層を、タンタルボートから蒸発させた。
c)次いで、該正孔輸送層の上に、2-t-ブチル-9,10-ジ-(2-ナフチル)アントラセン(TBADN)及びInv-1(ドープ量については表1参照)の厚さ30 nmの発光層を付着させた。これらの材料も、同様にタンタルボートから蒸発させた。
d)次いで、該発光層の上に、トリス(8-キノリノラト)アルミニウム(III)(AlQ3)の厚さ45 nmの電子輸送層を付着させた。この材料もタンタルボートから蒸発させた。
e)該AlQ3層の上に、容積比10:1のMgとAgとから形成された厚さ220 nmのカソードを付着させた。
【0092】
上記工程により、ELデバイスの蒸着が完了した。次いで、周囲環境から保護するために、デバイスをドライグローブボックス内で気密封止した。
比較用デバイスを、発光層からInv-1を省いたことを除き他の例と同一のデバイス構造を維持することにより製造した。
【0093】
このようにして形成されたセルの輝度収率及び色を試験し、その結果を表1に記す。波長444nmにおいて狭い青色発光スペクトルピークが存在し、かつ、例3−2〜3−6は、例3−1に対して、輝度収率が10〜20%向上している。さらに、ドープしたデバイスの大部分が、ドープしていないデバイスよりも高い安定性を実証した。例3−2は、例3−1よりも有利な安定性を提供しないように見える唯一のデバイスであるが、その安定性は同等である。最良のOLEDデバイス安定性は、275時間後の初期輝度損率が37%しかない例3−6によって実証された。
【0094】
表1:TBADNにInv-1を含めた場合の評価結果a
【表1】
a. 電流密度20 mA/cm2におけるデータ
1. ホスト中の質量%
2. 安定性試験は70℃で実施
【0095】
例4:ELデバイスの製造及び性能
本発明の要件を満たす一連のELデバイスを以下のように構築した。
アノードとして厚さ42 nmのインジウム錫酸化物(ITO)の層が被覆されたガラス基板を、順に、市販洗剤中で超音波処理し、脱イオン水中でリンスし、トルエン蒸気中で脱脂し、その後酸素プラズマに約1分間曝した。
a)該ITOアノードの上に、CHF3をプラズマ蒸着して厚さ1nmのフルオロカーボン (CFx) 系正孔注入層を付着させた。
b)次いで、N,N’-ジ-1-ナフタレニル-N,N’-ジフェニル-4,4’-ジアミノビフェニル(NPB)の厚さ75 nmの正孔輸送層を、タンタルボートから蒸発させた。
c)次いで、該正孔輸送層の上に、2-t-ブチル-9,10-ジ-(2-ナフチル)アントラセン(TBADN)及びInv-5(ドープ量については表2参照)の厚さ30 nmの発光層を付着させた。これらの材料も、同様にタンタルボートから蒸発させた。
d)次いで、該発光層の上に、トリス(8-キノリノラト)アルミニウム(III)(AlQ3)の厚さ45 nmの電子輸送層を付着させた。この材料もタンタルボートから蒸発させた。
e)該AlQ3層の上に、容積比10:1のMgとAgとから形成された厚さ220 nmのカソードを付着させた。
【0096】
上記工程により、ELデバイスの蒸着が完了した。次いで、周囲環境から保護するために、デバイスをドライグローブボックス内で気密封止した。
比較用デバイスを、発光層からInv-5を省いたことを除き他の例と同一のデバイス構造を維持することにより製造した。
【0097】
このようにして形成されたセルの輝度収率及び色を試験し、その結果を表2に記す。波長448nmにおいて狭い青色発光プロフィールが観測され、かつ、輝度収率が、ドープしていない種に対して13〜24%向上した。例3の場合と同様に、ドープしたデバイスの大部分が、ドープしていないデバイスよりも高い安定性を実証した。Inv-5の内蔵濃度が少ないOLEDデバイスは、寿命に関する有利な効果を提供しない。しかしながら、ドーパント濃度が0.5%を超えると、寿命に関して顕著に有利な効果が観測された。最良のOLEDデバイス安定性は、200時間後の初期輝度損率が43%しかない発明例4−6によって実証された。
【0098】
表2:TBADNにInv-5を含めた場合の評価結果a
【表2】
a. 電流密度20 mA/cm2におけるデータ
1. ホスト中の質量%
2. 安定性試験は70℃で実施
【0099】
例5:ELデバイスの製造及び性能
本発明の要件を満たす一連のELデバイスを以下のように構築した。
アノードとして厚さ42 nmのインジウム錫酸化物(ITO)の層が被覆されたガラス基板を、順に、市販洗剤中で超音波処理し、脱イオン水中でリンスし、トルエン蒸気中で脱脂し、その後酸素プラズマに約1分間曝した。
a)該ITOアノードの上に、CHF3をプラズマ蒸着して厚さ1nmのフルオロカーボン (CFx) 系正孔注入層を付着させた。
b)次いで、N,N’-ジ-1-ナフタレニル-N,N’-ジフェニル-4,4’-ジアミノビフェニル(NPB)の厚さ75 nmの正孔輸送層を、タンタルボートから蒸発させた。
c)次いで、該正孔輸送層の上に、4,4’-N,N’-ジカルバゾール-1,1’-ビフェニル(CBP)及びInv-1(ドープ量については表3参照)の厚さ30 nmの発光層を付着させた。これらの材料も、同様にタンタルボートから蒸発させた。
d)次いで、該発光層の上に、ビス(2-メチル-8-キノリナト)-4-フェニルフェノラトアルミニウム(III)の厚さ15 nmの正孔阻止層を付着させた。この材料もタンタルボートから蒸発させた。
e)次いで、該正孔阻止層の上に、トリス(8-キノリノラト)アルミニウム(III)(AlQ3)の厚さ30 nmの電子輸送層を付着させた。この材料もタンタルボートから蒸発させた。
f)該AlQ3層の上に、容積比10:1のMgとAgとから形成された厚さ220 nmのカソードを付着させた。
【0100】
上記工程により、ELデバイスの蒸着が完了した。次いで、周囲環境から保護するために、デバイスをドライグローブボックス内で気密封止した。
比較用デバイスを、発光層からInv-1を省いたことを除き他の例と同一のデバイス構造を維持することにより製造した。
【0101】
この一連の電場発光デバイスは、本発明のホウ素錯体が種々のホストにおいて青色ドーパントとして作用し得ることを実証するために製造したものである。ホストであるCBPからドーパントのInv-1へのエネルギー伝達は有効である。発光波長は472nm(ビス(2-メチル-8-キノリナト)-4-フェニルフェノラトアルミニウム(III)による発光)から444nm(Inv-1による発光)へシフトし、そしてまた、その狭い発光プロフィールは、溶液におけるInv-1の発光プロフィールと同様である。輝度収率についても、Inv-1の添加により、15〜40%向上する。
【0102】
表3:CBPにInv-1を含めた場合の評価結果a
【表3】
a. 電流密度20 mA/cm2におけるデータ
1. ホスト中の質量%
【0103】
例6:ELデバイスの製造及び性能
本発明の要件を満たす一連のELデバイスを以下のように構築した。
アノードとして厚さ42 nmのインジウム錫酸化物(ITO)の層が被覆されたガラス基板を、順に、市販洗剤中で超音波処理し、脱イオン水中でリンスし、トルエン蒸気中で脱脂し、その後酸素プラズマに約1分間曝した。
a)該ITOアノードの上に、CHF3をプラズマ蒸着して厚さ1nmのフルオロカーボン (CFx) 系正孔注入層を付着させた。
b)次いで、N,N’-ジ-1-ナフタレニル-N,N’-ジフェニル-4,4’-ジアミノビフェニル(NPB)の厚さ75 nmの正孔輸送層を、タンタルボートから蒸発させた。
c)次いで、該正孔輸送層の上に、2-t-ブチル-9,10-ジ-(2-ナフチル)アントラセン(TBADN)及びInv-2(ドープ量については表4参照)の厚さ30 nmの発光層を付着させた。これらの材料も、同様にタンタルボートから蒸発させた。
d)次いで、該発光層の上に、トリス(8-キノリノラト)アルミニウム(III)(AlQ3)の厚さ45 nmの電子輸送層を付着させた。この材料もタンタルボートから蒸発させた。
e)該AlQ3層の上に、容積比10:1のMgとAgとから形成された厚さ220 nmのカソードを付着させた。
【0104】
上記工程により、ELデバイスの蒸着が完了した。次いで、周囲環境から保護するために、デバイスをドライグローブボックス内で気密封止した。
比較用デバイスを、発光層からInv-2を省いたことを除き他の例と同一のデバイス構造を維持することにより製造した。
【0105】
このようにして形成されたセルの輝度収率及び色を試験し、その結果を表4に記す。波長464nmにおいて狭い青色発光プロフィールが観測され、かつ、輝度収率が、ドープしていない種に対して7〜15%向上した。ドープしたデバイスのすべてが、200時間後の輝度損率が比較的小さく、ドープしていないデバイスよりも高い安定性を実証した。
【0106】
表4:TBADNにInv-2を含めた場合の評価結果a
【表4】
a. 電流密度20 mA/cm2におけるデータ
1. ホスト中の質量%
2. 安定性試験は70℃で実施
【0107】
例7:ELデバイスの製造及び性能
本発明の要件を満たす一連のELデバイスを以下のように構築した。
アノードとして厚さ42 nmのインジウム錫酸化物(ITO)の層が被覆されたガラス基板を、順に、市販洗剤中で超音波処理し、脱イオン水中でリンスし、トルエン蒸気中で脱脂し、その後酸素プラズマに約1分間曝した。
a)該ITOアノードの上に、CHF3をプラズマ蒸着して厚さ1nmのフルオロカーボン (CFx) 系正孔注入層を付着させた。
b)次いで、N,N’-ジ-1-ナフタレニル-N,N’-ジフェニル-4,4’-ジアミノビフェニル(NPB)の厚さ75 nmの正孔輸送層を、タンタルボートから蒸発させた。
c)次いで、該正孔輸送層の上に、2-t-ブチル-9,10-ジ-(2-ナフチル)アントラセン(TBADN)及びInv-3(ドープ量については表5参照)の厚さ30 nmの発光層を付着させた。これらの材料も、同様にタンタルボートから蒸発させた。
d)次いで、該発光層の上に、トリス(8-キノリノラト)アルミニウム(III)(AlQ3)の厚さ45 nmの電子輸送層を付着させた。この材料もタンタルボートから蒸発させた。
e)該AlQ3層の上に、容積比10:1のMgとAgとから形成された厚さ220 nmのカソードを付着させた。
【0108】
上記工程により、ELデバイスの蒸着が完了した。次いで、周囲環境から保護するために、デバイスをドライグローブボックス内で気密封止した。
比較用デバイスを、発光層からInv-3を省いたことを除き他の例と同一のデバイス構造を維持することにより製造した。
【0109】
このようにして形成されたセルの輝度収率及び色を試験し、その結果を表5に記す。波長472nmにおいて狭い青色発光プロフィールが観測され、かつ、輝度収率が、ドープしていない種に対して13〜21%向上した。ドープしたデバイスのすべてが、ドープしていないデバイスよりも高い安定性を実証した。最良のOLEDデバイス安定性は、200時間後の初期輝度損率が20%しかない発明例7−6によって実証された。
【0110】
表5:TBADNにInv-3を含めた場合の評価結果a
【表5】
a. 電流密度20 mA/cm2におけるデータ
1. ホスト中の質量%
2. 安定性試験は70℃で実施
【0111】
例8
4-フェニル-2-アミノキノリンの合成:
水酸化カリウム(14.2g、254ミリモル)の存在下でアセトニトリル(150mL)を還流状態で30分間加熱した。2-アミノ-ベンゾフェノン(10.0g、50.7ミリモル)をアセトニトリル(165mL)に含めて上記反応混合物に添加した。一晩加熱還流させた後、その混合物を室温にまで冷却し、得られた固形分を濾別した。その溶液にHCl(1.0M、100mL)を添加し、得られた固形分を濾別した。固形分を一緒にし、酢酸エチルに溶かし、硫酸マグネシウムで乾燥し、そして濾過した。ロータリーエバポレータで揮発成分を除去し、その固形分を酢酸エチル及びヘプタンから再結晶化した。
【0112】
4-フェニル-2-キノリニル-2’-キノリニルアミンの合成:
丸底フラスコに、4-フェニル-2-アミノキノリン(2.0g、9.1ミリモル)、2-クロロキノリン(1.5g、9.1ミリモル)、酢酸パラジウム(II)(0.08g、0.36ミリモル)、ビス(2-ジフェニルホスフィノフェニル)エーテル(0.18g、0.34ミリモル)、ナトリウムt-ブトキシド(1.0g、10.9ミリモル)及びトルエン(18mL、N2スパージ済)を加えた。反応混合物を1気圧N2下で90℃において5時間加熱した。反応混合物を濾過して固形分を集めた。ロータリーエバポレータで揮発成分を除去し、その混合物を酢酸エチル及び塩化メチレンに溶かした。その混合物に、固体が生じるまでHCl(3M、数滴)を添加した。その混合物を濾過して固形分を集めた。
【0113】
Inv-27の合成:
丸底フラスコに、4-フェニル-2-キノリニル-2’-キノリニルアミン(1.2g、3.4ミリモル)、トルエン(35mL)及びBF3-エーテレート(0.88mL、6.9ミリモル)を加えた。反応混合物を還流状態で18時間加熱し、その後室温にまで冷却した。反応混合物をH2Oで希釈し、塩化メチレンで抽出した。その混合物を硫酸マグネシウムで乾燥し、濾過した。ロータリーエバポレータで揮発成分を除去し、そして固形分を酢酸エチル及びヘプタンから再結晶化した。そのドーパントを昇華法によりさらに精製した。
【0114】
例9
本発明の要件を満たす一連のELデバイスを、表6に示したドーパントを使用したことを除き、例3に記載した方法で構築した。このようにして形成されたセルの輝度収率、色、及び負荷条件下での輝度損率を試験し、その結果を表6に記す。本発明の望ましい実施態様として、種々のドーパントについての結果は、高い輝度収率、良好な色、及び良好な安定性を示す。
【0115】
表6:TBADNに各種ドーパントを含めた場合の評価結果a
【表6】
a. 電流密度20 mA/cm2におけるデータ
1. ホスト中の質量%
2. 安定性試験は70℃で実施
【0116】
例10
本発明の要件を満たす一連のELデバイスを、トリス(8-キノリノラト)アルミニウム(III)(AlQ3)電子輸送層の厚さを35 nmとし、2-t-ブチル-9,10-ジ-(2-ナフチル)アントラセン(TBADN)発光層の厚さを20 nmとし、かつ、表7に示したドーパントを使用したことを除き、例3に記載した方法で構築した。このようにして形成されたセルの輝度収率、色、及び負荷条件下での輝度損率を試験し、その結果を表7に記す。本発明の望ましい実施態様として、種々のドーパントについての結果は、高い輝度収率、良好な色、及び良好な安定性を示す。
【0117】
表7:TBADNに各種ドーパントを含めた場合の評価結果a
【表7】
a. 電流密度20 mA/cm2におけるデータ
1. ホスト中の質量%
2. 安定性試験は70℃で実施
【0118】
例11
本発明の要件を満たす一連のELデバイスを、トリス(8-キノリノラト)アルミニウム(III)(AlQ3)電子輸送層の厚さを40 nmとし、2-t-ブチル-9,10-ジ-(2-ナフチル)アントラセン(TBADN)発光層の厚さを20 nmとし、かつ、表8に示したドーパントを使用したことを除き、例3に記載した方法で構築した。このようにして形成されたセルの輝度収率、色、及び負荷条件下での輝度損率を試験し、その結果を表8に記す。本発明の望ましい実施態様として、種々のドーパントについての結果は、高い輝度収率、良好な色、及び良好な安定性を示す。
【0119】
表8:TBADNに各種ドーパントを含めた場合の評価結果a
【表8】
a. 電流密度20 mA/cm2におけるデータ
1. ホスト中の質量%
2. 安定性試験は70℃で実施
* デバイスの早期短絡のため試験未完了
【0120】
上述の実施例は、先に説明したビス(アジニル)アミンがその環窒素を介して配位したホウ素錯体の種類が、高効率青色電場発光を可能にする有機ドーパントとして作用し得ることを実証するものである。一方、この種のドーパントを、5員環を採用する構造的に類似の三環式ホウ素錯体及び緑色相を生じるものとは区別することが重要である。表9に比較例を示す。置換基の相違からは発光λmaxの変動は小さいことが予想されるが、発光極大の大きな差(>75nm)は、当該発色団の中央の環構造体の相違に起因する。二つのキノリン複素環の間の橋かけ部分としての-CHをNに置換すると、90nmもの浅色シフトが起こる(8−1対8−2)。類似の5,6,5-三環式ホウ素錯体では、Sathyamoorthiら[Heteroatom Chem. Vol. 4 (6), pp. 603-608, 1993]が報告しているように、その反対の効果が見られる。すなわち、二つのピロール環の間の橋かけ部分としてNに置換すると、およそ100nmもの深色シフトが起こる(8−4対8−3)。このように発光極大の範囲が広いことは、見掛け上類似しているこれらの構造体の電子特性が極めて異なることを例示するものである。特に留意すべきことは、これらの比較例には、青色光を発生し得るものがないということである。本発明の例8−1だけが「青色発光」を可能にし、したがって、本発明において有用な特定のホウ素錯体の意義及びそのELデバイスにとっての重要性を例証するものである。
【0121】
【化29】
1 溶液蛍光
【0122】
本発明を、その特定の好適な実施態様を特に参照しながら詳細に説明したが、本発明の範囲内に含まれるバリエーションや変型が可能であることを理解されたい。
本発明の実施態様には、下記のようなデバイスが包含される。
・該ピリジル基の少なくとも1つが、連結して縮合環を形成する複数の置換基で置換されているデバイス;
・該ホストがキレート化オキシノイド系化合物を含むデバイス;
・該ホストがジカルバゾール-ビフェニル系化合物を含むデバイス;
・該ホストがアントラセン系化合物を含むデバイス;
・該ホストが4,4’-N,N’-ジカルバゾール-1,1’-ビフェニル(CBP)又は2-t-ブチル-9,10-ジ-(2-ナフチル)アントラセンを含むデバイス;
・該ホウ素化合物を含まない同一デバイスによる損失量と比較して負荷下での経時輝度損失量が少なくなるように当該置換基が選定されているデバイス;
・式(1)において、1、2、3、4、1’、2’、3’及び4’がすべて炭素原子であり、環A又は環A’の少なくとも一方又は両方が、連結して縮合環を形成する複数の置換基を含有し、ハロゲン化物並びにアルキル、アリール、アルコキシ及びアリールオキシ基からなる群より選ばれた少なくとも1つのXa基又はXb基が存在し、Za及びZbが、フルオロ並びにアルキル、アリール、アルコキシ及びアリールオキシ基からなる群より独立に選ばれ、特にフルオロである、デバイス;
・二つの6−6縮合環系がキノリン又はイソキノリン系であるデバイス;
・式(1)において、Za及びZbがフッ素であるデバイス;並びに
・該ドーパントが下記式(2)、(3)又は(4)で表わされるデバイス。
【0123】
【化30】
【化31】
【0124】
上式中、
各Xc、Xd、Xe、Xf、Xg及びXhは、水素又は独立に選ばれた置換基であって、その1つはアリール又はヘテロアリール基でなければならない。
本明細書において参照した特許明細書その他の刊行物の全内容を本明細書の一部とする。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を使用することができる典型的なOLEDデバイスを示す略横断面図である。
【符号の説明】
101…基板
103…アノード
105…正孔注入層
107…正孔輸送層
109…発光層
111…電子輸送層
113…カソード
Claims (8)
- 該ドーパントが該ホストの10質量%以下の量で存在する、請求項1に記載のデバイス。
- 該ドーパントが該ホストの0.1〜5.0質量%の量で存在する、請求項1に記載のデバイス。
- 該ホストがキレート化オキシノイド系化合物、ジカルバゾール-ビフェニル系化合物又はアントラセン系化合物を含む、請求項1〜3のいずれか1項に記載のデバイス。
- 該ドーパントからの発光が青色相を示すように当該置換基を選定した、請求項1〜4のいずれか1項に記載のデバイス。
- 該二つの環窒素が異なる6−6縮合環系の部員であって、該環系の少なくとも一方がアリール又はヘテロアリール置換基を含有する、請求項1〜6のいずれか1項に記載のデバイス。
- A及びA’が、少なくとも1つの窒素を含有する6員芳香族環系に相当する独立したアジン環系を表わし、
Xa及びXbが、各々独立に選ばれた置換基であって、その各々の2つが連結することによりそれぞれ環A及び環A’に対する縮合環としての環B及び環B’を形成するものを表わし、その際、環A、A’、B又はB’はアリール又はヘテロアリール置換基を含み、
m及びnが、各々独立に2〜4を表わし、
Za及びZbが、各々独立に選ばれた置換基を表わし、そして
1、2、3、4、1’、2’、3’及び4’が、すべて炭素原子を表わす、請求項1に記載のデバイス。
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