JP4848193B2 - 有機電界発光素子及び該素子に用いる化合物 - Google Patents
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Description
で決まる。有機化合物からの蛍光発光を利用する有機EL素子においては、内部量子効率の限界値が25%であり、光取り出し効率が約20%であることから、外部量子効率の限界値は約5%とされている。
<1>
一対の電極間に有機化合物層として少なくとも発光層を有し、少なくともひとつの有機化合物層が、下記一般式(Z)で表される化合物を含有することを特徴とする有機電界発光素子。
(R 21 はアルキル基、アリール基又はシリル基を表し、R 22 〜R 24 はアルキル基、アリール基若しくはシリル基、又は水素原子を表し、R 25 〜R 28 はアルキル基、アリール基、ヘテロアリール基又はシリル基を表し、n 21 〜n 24 は0〜4の整数を表す。)
<2>
前記一般式(Z)中、R 21 はアルキル基又はシリル基を表すことを特徴とする上記<1>に記載の有機電界発光素子。
<3>
前記発光層に三重項励起状態からの発光を示す化合物を含有することを特徴とする上記<1>又は<2>に記載の有機電界発光素子。
<4>
前記一般式(Z)で表される化合物が、前記発光層に含まれることを特徴とする上記<1>〜<3>のいずれか一項に記載の有機電界発光素子。
<5>
前記一般式(Z)で表される化合物が、前記発光層に隣接する有機化合物層に含まれることを特徴とする上記<1>〜<3>のいずれか一項に記載の有機電界発光素子。
<6>
前記一般式(Z)で表される化合物の最低三重項エネルギー準位が65kcal/mol以上であることを特徴とする上記<1>〜<5>のいずれか一項に記載の有機電界発光素子。
<7>
下記一般式(Z)で表されることを特徴とする化合物。
(R 21 はアルキル基、アリール基又はシリル基を表し、R 22 〜R 24 はアルキル基、アリール基若しくはシリル基、又は水素原子を表し、R 25 〜R 28 はアルキル基、アリール基、ヘテロアリール基又はシリル基を表し、n 21 〜n 24 は0〜4の整数を表す。)
<8>
前記一般式(Z)中、R 21 はアルキル基又はシリル基を表すことを特徴とする上記<7>に記載の化合物。
なお、本発明は、上記<1>〜<8>に関するものであるが、参考のため、その他の事項(例えば下記〔1〕〜〔6〕に記載の事項等)についても記載した。
〔3〕前記一般式(Z)で表される化合物が、前記発光層に含まれることを特徴とする上記〔1〕または〔2〕に記載の有機電界発光素子。
〔4〕前記一般式(Z)で表される化合物が、前記発光層に隣接する有機化合物層に含まれることを特徴とする上記〔1〕または〔2〕に記載の有機電界発光素子。
〔6〕上記一般式(Z)で表される化合物。
該化合物は、発光層又は発光層に隣接する有機化合物層のいずれか又は両方に含有することが好ましく、発光層又は電子輸送層のいずれか又は両方に含有することがより好ましく、発光層に含まれることがさらに好ましい。
各層における式(X)で表される化合物の量は発光層に関しては、好ましくは1〜100質量%であり、より好ましくは10〜90質量%であり、さらに好ましくは10〜70質量%であり、特に好ましくは15〜50質量%である。発光層以外の層に関しては、好ましくは1〜100質量%であり、より好ましくは10〜100質量%であり、さらに好ましくは30〜100質量%であり、特に好ましくは50〜100質量%である。
置換基群A:アルキル基(好ましくは炭素数1〜30、より好ましくは炭素数1〜20、特に好ましくは炭素数1〜10であり、例えばメチル、エチル、iso−プロピル、tert−ブチル、n−オクチル、n−デシル、n−ヘキサデシル、シクロプロピル、シクロペンチル、シクロヘキシルなどが挙げられる。)、アルケニル基(好ましくは炭素数2〜30、より好ましくは炭素数2〜20、特に好ましくは炭素数2〜10であり、例えばビニル、アリル、2−ブテニル、3−ペンテニルなどが挙げられる。)、アルキニル基(好ましくは炭素数2〜30、より好ましくは炭素数2〜20、特に好ましくは炭素数2〜10であり、例えばプロパルギル、3−ペンチニルなどが挙げられる。)、アリール基(好ましくは炭素数6〜30、より好ましくは炭素数6〜20、特に好ましくは炭素数6〜12であり、例えばフェニル、p−メチルフェニル、ナフチル、アントラニルなどが挙げられる。)、アミノ基(好ましくは炭素数0〜30、より好ましくは炭素数0〜20、特に好ましくは炭素数0〜10であり、例えばアミノ、メチルアミノ、ジメチルアミノ、ジエチルアミノ、ジベンジルアミノ、ジフェニルアミノ、ジトリルアミノなどが挙げられる。)、アルコキシ基(好ましくは炭素数1〜30、より好ましくは炭素数1〜20、特に好ましくは炭素数1〜10であり、例えばメトキシ、エトキシ、ブトキシ、2−エチルヘキシロキシなどが挙げられる。)、アリールオキシ基(好ましくは炭素数6〜30、より好ましくは炭素数6〜20、特に好ましくは炭素数6〜12であり、例えばフェニルオキシ、1−ナフチルオキシ、2−ナフチルオキシなどが挙げられる。)、ヘテロ環オキシ基(好ましくは炭素数1〜30、より好ましくは炭素数1〜20、特に好ましくは炭素数1〜12であり、例えばピリジルオキシ、ピラジルオキシ、ピリミジルオキシ、キノリルオキシなどが挙げられる。)、アシル基(好ましくは炭素数1〜30、より好ましくは炭素数1〜20、特に好ましくは炭素数1〜12であり、例えばアセチル、ベンゾイル、ホルミル、ピバロイルなどが挙げられる。)、アルコキシカルボニル基(好ましくは炭素数2〜30、より好ましくは炭素数2〜20、特に好ましくは炭素数2〜12であり、例えばメトキシカルボニル、エトキシカルボニルなどが挙げられる。)、アリールオキシカルボニル基(好ましくは炭素数7〜30、より好ましくは炭素数7〜20、特に好ましくは炭素数7〜12であり、例えばフェニルオキシカルボニルなどが挙げられる。)、アシルオキシ基(好ましくは炭素数2〜30、より好ましくは炭素数2〜20、特に好ましくは炭
素数2〜10であり、例えばアセトキシ、ベンゾイルオキシなどが挙げられる。)、アシルアミノ基(好ましくは炭素数2〜30、より好ましくは炭素数2〜20、特に好ましくは炭素数2〜10であり、例えばアセチルアミノ、ベンゾイルアミノなどが挙げられる。)、アルコキシカルボニルアミノ基(好ましくは炭素数2〜30、より好ましくは炭素数2〜20、特に好ましくは炭素数2〜12であり、例えばメトキシカルボニルアミノなどが挙げられる。)、アリールオキシカルボニルアミノ基(好ましくは炭素数7〜30、より好ましくは炭素数7〜20、特に好ましくは炭素数7〜12であり、例えばフェニルオキシカルボニルアミノなどが挙げられる。)、スルホニルアミノ基(好ましくは炭素数1〜30、より好ましくは炭素数1〜20、特に好ましくは炭素数1〜12であり、例えばメタンスルホニルアミノ、ベンゼンスルホニルアミノなどが挙げられる。)、スルファモイル基(好ましくは炭素数0〜30、より好ましくは炭素数0〜20、特に好ましくは炭素数0〜12であり、例えばスルファモイル、メチルスルファモイル、ジメチルスルファモイル、フェニルスルファモイルなどが挙げられる。)、カルバモイル基(好ましくは炭素数1〜30、より好ましくは炭素数1〜20、特に好ましくは炭素数1〜12であり、例えばカルバモイル、メチルカルバモイル、ジエチルカルバモイル、フェニルカルバモイルなどが挙げられる。)、アルキルチオ基(好ましくは炭素数1〜30、より好ましくは炭素数1〜20、特に好ましくは炭素数1〜12であり、例えばメチルチオ、エチルチオなどが挙げられる。)、アリールチオ基(好ましくは炭素数6〜30、より好ましくは炭素数6〜20、特に好ましくは炭素数6〜12であり、例えばフェニルチオなどが挙げられる。)、ヘテロ環チオ基(好ましくは炭素数1〜30、より好ましくは炭素数1〜20、特に好ましくは炭素数1〜12であり、例えばピリジルチオ、2−ベンズイミゾリルチオ、2−ベンズオキサゾリルチオ、2−ベンズチアゾリルチオなどが挙げられる。)、スルホニル基(好ましくは炭素数1〜30、より好ましくは炭素数1〜20、特に好ましくは炭素数1〜12であり、例えばメシル、トシルなどが挙げられる。)、スルフィニル基(好ましくは炭素数1〜30、より好ましくは炭素数1〜20、特に好ましくは炭素数1〜12であり、例えばメタンスルフィニル、ベンゼンスルフィニルなどが挙げられる。)、ウレイド基(好ましくは炭素数1〜30、より好ましくは炭素数1〜20、特に好ましくは炭素数1〜12であり、例えばウレイド、メチルウレイド、フェニルウレイドなどが挙げられる。)、リン酸アミド基(好ましくは炭素数1〜30、より好ましくは炭素数1〜20、特に好ましくは炭素数1〜12であり、例えばジエチルリン酸アミド、フェニルリン酸アミドなどが挙げられる。)、ヒドロキシ基、メルカプト基、ハロゲン原子(例えばフッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子)、シアノ基、スルホ基、カルボキシル基、ニトロ基、ヒドロキサム酸基、スルフィノ基、ヒドラジノ基、イミノ基、ヘテロアリール基(好ましくは炭素数1〜30、より好ましくは炭素数1〜12であり、ヘテロ原子としては、例えば窒素原子、酸素原子、硫黄原子、具体的には例えばイミダゾリル、ピリジル、キノリル、フリル、チエニル、ピペリジル、モルホリノ、ベンズオキサゾリル、ベンズイミダゾリル、ベンズチアゾリル、カルバゾリル基、アゼピニル基などが挙げられる。)、シリル基(好ましくは炭素数3〜40、より好ましくは炭素数3〜30、特に好ましくは炭素数3〜24であり、例えばトリメチルシリル、トリフェニルシリルなどが挙げられる。)、シリルオキシ基(好ましくは炭素数3〜40、より好ましくは炭素数3〜30、特に好ましくは炭素数3〜24であり、例えばトリメチルシリルオキシ、トリフェニルシリルオキシなどが挙げられる。)
n13〜n16は0〜4の整数を表す。n13〜n16はそれぞれ同じであっても異なっていてもよい。
含ケイ素ヘテロ環を形成する基、シリル基、ヒドロキシ基、メルカプト基、ハロゲン原子が好ましく、アルキル基、アリール基、ヘテロアリール基、アルコキシ基、アリールオキシ基、アリールアミノ基、シリル基がより好ましく、アルキル基、アリール基、ヘテロアリール基、シリル基がさらに好ましい。また、隣接する置換基同士は、可能な限り結合して環を形成してもよい。
特に発光層が三重項励起状態からの発光を示す化合物を含有するとき、一般式(X)で表される化合物の膜状態でのT1レベルが上記範囲であることが好ましい。
式(Z)で表される化合物は、種々の公知の手法を用いて合成することが出来る。例えば、アリールハライド、アリールトリフラート、ヘテロアリールハライド、ヘテロアリールトリフラートと、カルバゾール誘導体を、触媒(Pd,Cuなど)、塩基(炭酸塩、アルコキサイド、アミン誘導体など)、溶媒(炭化水素系溶媒、ハロゲン系用媒、エーテル系用媒、アルコール系溶媒、水など)の存在下、もしくは、非存在下で反応させ、合成することが出来る。
2,6−ジニトロトルエン25g(0.137モル)、含水率55%のPd−C10g、エタノール200mLを丸底フラスコに入れ、窒素雰囲気下にて70℃で撹拌した。これにギ酸アンモニウム34.6g(0.549モル)をゆっくりと加えた。1時間加熱還流した後、反応液をセライトを通してろ過した。ろ液の濃度を2倍に濃縮し、氷水で冷却することで化合物2a11.9g(0.097モル)を肌色の結晶として得た。収率54%。
化合物2a2.44g(20ミリモル)、2,2’−ジブロモビフェニル14.98g(48ミリモル)、Pd2(dba)31.83g(2ミリモル)、2−ジシクロヘキシルフォスフィノ−2’,4’,6’−トリイソプロピルビフェニル3.81g(8ミリモル)、t−ブトキシナトリウム9.23g(96ミリモル)、キシレン100mLを500mLの丸底フラスコに入れ、窒素雰囲気下にて撹拌した。1.5時間加熱還流した後、反応液をろ過した。ろ液を2倍に濃縮した後、冷却することで粗結晶を得た。これをシリカゲルカラムクロマトグラフィー(展開溶媒:ジクロロメタン)にて精製し、例示化合物(2)5.5g(13ミリモル)を得た。NMR測定、MS測定により、目的の化合物である事を確認した。収率65%。
発煙硝酸75mLを丸底フラスコ中、−10℃で撹拌しているところへ、4−t−ブチルブロモベンゼン30g(0.14モル)を30分かけてゆっくりと加えた。室温にて1時間、さらに60℃にて20分撹拌した。室温に放冷した後、反応液を氷水に注ぎ込み、30分撹拌した。沈殿をろ過し、得られた固体を飽和炭酸水素ナトリウム溶液、蒸留水で洗浄した。これを2−プロパノールで再結晶を行い、化合物4a21.9g(0.072モル)を得た。収率52%。
化合物4a9.09g(30ミリモル)、ヨードベンゼン15.3g(75ミリモル)、銅粉36g、メシチレン30mLを300mLの丸底フラスコに入れて撹拌した。4時間加熱還流した後、室温まで放冷し、ろ過した。ろ紙残を酢酸エチルで洗浄し、ろ液を濃縮した。これをシリカゲルカラムクロマトグラフィー(展開溶媒:ヘキサン/酢酸エチル=20/1)にて精製した後、2−プロパノールで再結晶し、化合物4bを淡黄色針状結晶として6.1g(20.3ミリモル)得た。収率68%。
化合物4b6.0g(20ミリモル)、エタノール150mLを500mL丸底フラスコに入れ、窒素雰囲気下中60℃にて撹拌した。含水率55%のPd−C5gを加えた後、ギ酸アンモニウム10g(160ミリモル)をゆっくりと加えた。1時間加熱還流した後、反応液をセライトを通してろ過した。ろ液を濃縮し、化合物4c4.5g(18.7ミリモル)得た。収率94%。
化合物4c4.33g(18ミリモル)、2,2’−ジブロモビフェニル12.36g(39.6ミリモル)、Pd2(dba)31.65g(1.8ミリモル)、2−ジシクロヘキシルフォスフィノ−2’,4’,6’−トリイソプロピルビフェニル3.43g(7.2ミリモル)、t−ブトキシナトリウム7.84g(81.6ミリモル)、トルエン70mLを300mLの丸底フラスコに入れ、窒素雰囲気下にて撹拌した。2時間加熱還流した後、反応液をろ過した。ろ液をシリカゲルカラムクロマトグラフィー(展開溶媒:ヘキサン/酢酸エチル=50/1)にて精製し、さらに得られた固体をメタノールで煮沸洗浄することで、白色粉末の例示化合物(4)6.0g(11.1ミリモル)を得た。NMR測定、MS測定により、目的の化合物である事を確認した。収率62%。
ここで、Tgは示差走査熱量測定(DSC)、示差熱分析(DTA)などの熱測定や、X線回折(XRD)、偏光顕微鏡観察などにより確認できる。
本発明の有機電界発光素子は、発光層が蛍光発光化合物を含有せず、りん光発光化合物が実質的に発光する素子であることがより好ましい。
2 kJ/mol 以下)が特に好ましい。
スコート法、ロールブラッシュ法、エアーナイフコート法、カーテンコート法、スピンコート法、フローコート法、バーコート法、マイクログラビアコート法、エアードクターコート、ブレードコート法、スクイズコート法、トランスファーロールコート法、キスコート法、キャストコート法、エクストルージョンコート法、ワイヤーバーコート法、スクリーンコート法等)、インクジェット法、印刷法、転写法などの方法が用いられ、特性面、製造面で抵抗加熱蒸着、コーティング法、転写法が好ましい。
陽極の作製には材料によって種々の方法が用いられるが、例えばITOの場合、電子ビーム法、スパッタリング法、抵抗加熱蒸着法、化学反応法(ゾルーゲル法など)、酸化インジウムスズ分散物の塗布などの方法で膜形成される。
陽極は洗浄その他の処理により、素子の駆動電圧を下げることや、発光効率を高めることも可能である。例えばITOの場合、UV−オゾン処理、プラズマ処理などが効果的である。
陰極の膜厚は材料により適宜選択可能であるが、通常10nm〜5μmの範囲のものが好ましく、より好ましくは50nm〜1μmであり、更に好ましくは100nm〜1μmである。
陰極の作製には電子ビーム法、スパッタリング法、抵抗加熱蒸着法、コーティング法、転写法などの方法が用いられ、金属を単体で蒸着することも、二成分以上を同時に蒸着することもできる。さらに、複数の金属を同時に蒸着して合金電極を形成することも可能であり、またあらかじめ調整した合金を蒸着させてもよい。
陽極及び陰極のシート抵抗は低い方が好ましく、数百Ω/□以下が好ましい。
発光層の形成方法は、特に限定されるものではないが、抵抗加熱蒸着、電子ビーム、スパッタリング、分子積層法、コーティング法、インクジェット法、印刷法、LB法、転写法などの方法が用いられ、好ましくは抵抗加熱蒸着、コーティング法である。
正孔注入層、正孔輸送層の形成方法としては、真空蒸着法やLB法、前記正孔注入輸送材料を溶媒に溶解または分散させてコーティングする方法、インクジェット法、印刷法、転写法が用いられる。コーティング法の場合、樹脂成分と共に溶解または分散することができ、樹脂成分としては例えば、ポリ塩化ビニル、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリメチルメタクリレート、ポリブチルメタクリレート、ポリエステル、ポリスルホン、ポ
リフェニレンオキシド、ポリブタジエン、ポリ(N−ビニルカルバゾール)、炭化水素樹脂、ケトン樹脂、フェノキシ樹脂、ポリアミド、エチルセルロース、酢酸ビニル、ABS樹脂、ポリウレタン、メラミン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、アルキド樹脂、エポキシ樹脂、シリコン樹脂などが挙げられる。
電子注入層、電子輸送層の形成方法としては、真空蒸着法やLB法、前記電子注入輸送材料を溶媒に溶解または分散させてコーティングする方法、インクジェット法、印刷法、転写法などが用いられる。コーティング法の場合、樹脂成分と共に溶解または分散することができ、樹脂成分としては例えば、正孔注入輸送層の場合に例示したものが適用できる。
保護層の形成方法についても特に限定はなく、例えば真空蒸着法、スパッタリング法、反応性スパッタリング法、MBE(分子線エピタキシ)法、クラスターイオンビーム法、イオンプレーティング法、プラズマ重合法(高周波励起イオンプレーティング法)、プラズマCVD法、レーザーCVD法、熱CVD法、ガスソースCVD法、コーティング法、印刷法、転写法を適用できる。
洗浄したITO基板を蒸着装置に入れ、α―NPDを40nm蒸着した。この上に、F
Irpic(りん光発光化合物)と本発明の化合物(2)を6:94の比率(質量比)で30nm蒸着し、この上に、Balqを6nm蒸着し、この上に、Alqを20nm蒸着した。この上に、マグネシウムと銀を10:1の比率(モル比)で100nm共蒸着し、EL素子を作製した。なお、化合物(2)の膜状態での最低三重項エネルギーは、66kcal/molである。
東陽テクニカ製ソースメジャーユニット2400型を用いて、直流定電圧をEL素子に印加して発光させると、485nm付近に極大発光波長を有する発光が得られた。
素子の駆動耐久性は初期輝度300cd/m2にて測定すると輝度半減期は比較例1の素子の約2倍である。
実施例1の発光素子の作製において、化合物(2)の代わりに化合物(4)を用いた以外は、実施例1と同様にして発光素子を作成した。実施例1と同様の手法で素子を発光させると、485nm付近に極大発光波長を有する発光が得られた。なお、化合物(4)の膜状態での最低三重項エネルギーは、65kcal/molである。
素子の駆動耐久性は初期輝度300cd/m2にて測定すると輝度半減期は比較例1の素子の約10倍である。
実施例1の発光素子の作製において、α−NPDの代わりに、α−NPD:化合物(2)=30:70(質量比)を用いた以外は、実施例1と同様にして発光素子を作成した。実施例1と同様の手法で素子を発光させると、485nm付近に極大発光波長を有する発光が得られた。
素子の外部量子効率は実施例1の素子の約1.5倍である。
実施例1の発光素子の作成において、化合物(2)の代わりにCBPを用いた以外は、実施例1と同様にして発光素子を作成した。実施例1と同様の手法で素子を発光させると、485nm付近に極大発光波長を有する発光が得られた。
Claims (8)
- 前記一般式(Z)中、R 21 はアルキル基又はシリル基を表すことを特徴とする請求項1に記載の有機電界発光素子。
- 前記発光層に三重項励起状態からの発光を示す化合物を含有することを特徴とする請求項1又は2に記載の有機電界発光素子。
- 前記一般式(Z)で表される化合物が、前記発光層に含まれることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の有機電界発光素子。
- 前記一般式(Z)で表される化合物が、前記発光層に隣接する有機化合物層に含まれることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の有機電界発光素子。
- 前記一般式(Z)で表される化合物の最低三重項エネルギー準位が65kcal/mol以上であることを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載の有機電界発光素子。
- 前記一般式(Z)中、R 21 はアルキル基又はシリル基を表すことを特徴とする請求項7に記載の化合物。
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