JP5012998B2 - 発光素子材料および発光素子 - Google Patents
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Description
有機薄膜発光素子には、発光効率の向上、駆動電圧の低下、耐久性の向上を満たす必要がある。中でも、発光効率が低いと高輝度を要する画像の出力ができなくなり、所望の輝度を出力するための消費電力量が多くなる。例えば、発光効率を向上させるために、様々な発光材料が開発されている(例えば、特許文献1〜4参照)。また、ピレンを基本骨格とした電子輸送材料が開発されている(例えば、特許文献5〜7参照)。また、電子輸送層として用いられる材料にアルカリ金属をドープする技術が開示されている(例えば、特許文献8〜12参照)。
化合物[1]の合成
ピレン4.1g、t−ブチルクロリド2gとジクロロメタン33mlの混合溶液を窒素気流下、0℃に冷やし、塩化アルミニウム2.7gを加えた。この混合溶液を室温で3時間撹拌した後、水30mlを注入し、ジクロロメタン30mlで抽出した。有機層を水20mlで2回洗浄し、硫酸マグネシウムで乾燥後、エバポレートした。シリカゲルカラムクロマトグラフィーにより精製し、真空乾燥した後、2−t−ブチルピレン3g(含有率65%)を得た。
1H−NMR(CDCl3(d=ppm)):1.61(s, 9H), 7.30-8.81(m, 16H)。
化合物[10]の合成
ピレン150g、t−ブチルクロリド75.52gとジクロロメタン742mlの混合溶液を窒素気流下、0℃に冷やし、塩化アルミニウム98.9gを加えた。この混合溶液を室温で3時間撹拌した後、水1100mlを注入し、ジクロロメタン1100mlで抽出した。有機層を水750mlで3回洗浄し、硫酸マグネシウムで乾燥、エバポレートした後、メタノール洗浄により精製し、ろ過した。真空乾燥した後、2−t−ブチルピレン272g(含有率79.2%)を得た。
1H−NMR(CDCl3(d=ppm)):1.61 (9H, s), 7.43 (2H, dd, J = 4.6 Hz, 7.8 Hz), 7.77-7.85 (8H, m), 7.99-8.02 (3H, m), 8.07 (2H, d, J = 9.5Hz), 8.24 (2H, d, J = 9.5 Hz), 8.24 (2H, s), 8.65 (2H, dd, J = 1.1 Hz, 4.9 Hz), 9.00 (2H, d, J = 1.9 Hz)。
化合物[107]の合成
2−t−ブチルピレン120g(含有率79.2%)、テトラヒドロフラン3000mlの混合溶液に、窒素気流下、N−ブロモスクシンイミド69.66gを加えた。この混合溶液を30℃で約3時間撹拌した後、濃縮し、メタノールを500ml加え、約1時間攪拌したのち、ろ過した。得られた固体にヘキサン500mlを加え、約1時間加熱撹拌した後、ろ過した。真空乾燥した後、1−ブロモ−7−t−ブチルピレン106.9gを得た。
1H−NMR(CDCl3(d=ppm)):1.60 (9H, s), 7.23-7.31 (1H, m), 7.43 (1H, ddd, J = 1.1 Hz, 4.9 Hz, 7.8 Hz), 7.77-7.90 (8H, m), 7.98-8.11 (4H, m), 8.16-8.29 (6H, m), 8.65 (1H, dd, J = 1.6 Hz, 4.6 Hz), 8.76 (1H, dt, J = 0.5 Hz, 4.6 Hz), 9.00 (1H, dd, J = 0.5 Hz, 2.2 Hz)。
化合物[91]の合成
1−ブロモ−7−t−ブチル−3−(4−クロロフェニル)ピレン9.4g、4−ビフェニルボロン酸4.58g、ビス(トリフェニルホスフィン)パラジウムジクロリド0.015g、2M−炭酸ナトリウム水溶液23mlと1,2−ジメトキシエタン105mlの混合溶液を窒素気流下、還流下で約4時間加熱攪拌した。室温に冷却した後、水141mlを注入し、トルエン164mlで抽出した。有機層を塩化ナトリウム水溶液141mlで2回洗浄し、硫酸マグネシウムで乾燥、エバポレートした後、トルエン33ml、ヘキサン132mlを加え、約2時間攪拌した後、ろ過した。真空乾燥した後、1−(4−ビフェニル)−3−(4−クロロフェニル)−7−t−ブチルピレン10.5gを得た。
1H−NMR(CDCl3(d=ppm)):1.60 (9H, s), 7.35-7.46 (2H, m), 7.51 (2H, t, J = 7.0 Hz), 7.70-7.85 (8H, m), 7.98-8.08 (4H, m), 8.22-8.30 (6H, m), 8.65 (1H, dd, J = 1.6 Hz, 4.6 Hz), 9.00 (1H, d, J = 1.9 Hz)。
化合物[63]の合成
1−ブロモ−7−t−ブチルピレン7.08g、4−ビフェニルボロン酸4.57g、ビス(ジベンジリデンアセトン)パラジウム0.075g、2M−炭酸ナトリウム水溶液23mlと1,2−ジメトキシエタン105mlの混合溶液を窒素気流下、還流下で約6時間加熱攪拌した。室温に冷却した後、水177mlを注入し、トルエン200mlで抽出した。有機層を塩化ナトリウム水溶液177mlで2回洗浄し、硫酸マグネシウムで乾燥、エバポレートした後、メタノール52mlを加え、約2時間攪拌した後、ろ過した。真空乾燥した後、1−(4−ビフェニル)−7−t−ブチルピレン8.65gを得た。
1H−NMR(CDCl3(d=ppm)):1.60 (9H, s), 7.22-7.31 (1H, m), 7.36-7.44 (1H, m), 7.51 (2H, t, J = 6.7 Hz), 7.70-7.90 (10H, m), 8.04 (2H, t, J = 2.4 Hz), 8.07 (1H, d, J = 2.2 Hz), 8.16-8.30 (6H, m), 8.76 (1H, d, J = 4.9 Hz)。
化合物[106]の合成
1,3−ジブロモ−7−t−ブチルピレン15.0g、4−(2−ピリジルフェニル)ボロン酸ピナコラートエステル22.3g、ビス(トリフェニルホスフィン)パラジウムジクロリド0.25g、1.5M−炭酸ナトリウム水溶液107mlと1,2−ジメトキシエタン180mlの混合溶液を窒素気流下、還流下で約6時間加熱攪拌した。室温に冷却した後、水151mlを注入し、トルエン204mlで抽出した。有機層を水で3回洗浄し、硫酸マグネシウムで乾燥、エバポレートした後、トルエン30ml、ヘキサン120mlを加え、約2時間攪拌した後、ろ過した。シリカゲルカラムクロマトグラフィーにより精製した後、エバポレートして得られた淡黄色固体をトルエン57mlに溶解させ、メタノール171mlを加え、約2時間攪拌した後、ろ過した。得られた固体を真空乾燥した後、白色結晶18.25gを得た。
1H−NMR(CDCl3(d=ppm)):1.59 (9H, s), 7.17-7.31 (2H, m), 7.68-7.89 (8H, m), 8.05 (2H, d, J = 9.2 Hz), 8.05 (1H, s), 8.13-8.28 (8H, m), 8.76 (2H, d, J = 5.1 Hz)。
尚、この化合物[106]は、油拡散ポンプを用いて1×10−3Paの圧力下、約290℃で昇華精製を行ってから発光素子材料として使用した。HPLC純度(測定波長254nmにおける面積%)は昇華精製前が99.8%、昇華精製後が99.9%であった。
化合物[144]の合成
1,3−ジブロモ−7−t−ブチルピレン2.0g、4−(2−キノリニルフェニル)ボロン酸ピナコールエステル3.5g、ビス(トリフェニルホスフィン)ジクロロパラジウム34mg、2M炭酸ナトリウム水溶液11mLと1,2−ジメトキシエタン24mLの混合溶液を窒素気流下、還流下で5時間加熱撹拌した。室温に冷却した後、水50mLを注入し、室温下で1時間撹拌した。析出した固体をろ過し、メタノール70mLで洗浄した。得られた固体をシリカゲルクロマトグラフィーにより精製した後、トルエン30mLで再結晶し、ろ過した。得られた固体を真空乾燥した後、淡黄色粉末2.2gを得た。
1H−NMR(CDCl3(d=ppm)):1.60 (9H, s), 7.57 (2H, t, J = 6.8 Hz), 7.77 (2H, dt, J= 1.4 Hz, 8.4 Hz), 7.88 (6H, d, J = 8.4 Hz), 7.99-8.11 (5H, m), 8.21-8.33 (7H, m), 8.25 (1H, s), 8.39 (4H, d, J = 8.4 Hz)。
化合物[93]の合成
4−ビフェニルボロン酸の代わりに9,9−ジメチルフルオレン−2−イルボロン酸を用いた以外は合成例4と同様の方法で合成し、淡黄白色結晶を得た。得られた粉末の1H−NMR分析結果は次の通りであり、上記で得られた淡黄白色結晶が化合物[93]であることが確認された。
1H−NMR(CDCl3(d=ppm)): 1.58 (3H, s), 1.59 (3H, s), 1.60 (9H, s), 7.35-7.51 (4H, m), 7.66 (1H, dd, J = 1.6 Hz, 7.8 Hz), 7.73-7.92 (7H, m), 7.98-8.08 (4H, m), 8.20-8.30 (4H, m), 8.65 (1H, dd, J = 1.6 Hz, 4.9 Hz), 9.00 (1H, d, J = 1.9 Hz)。
化合物[67]の合成
1−ブロモ−7−t−ブチル−3−(4−クロロフェニル)ピレン10.0g、9,9−ジメチルフルオレン−2−イルボロン酸5.86g、ビス(トリフェニルホスフィン)パラジウムジクロリド0.016g、1.5M−炭酸ナトリウム水溶液33mlと1,2−ジメトキシエタン112mlの混合溶液を窒素気流下、還流下で3時間加熱攪拌した。室温に冷却した後、水223mlを注入し、トルエン236mlで抽出した。有機層を塩化ナトリウム水溶液640mlで2回洗浄し、硫酸マグネシウムで乾燥、エバポレートした後、2−プロパノール50mlを加え、2時間攪拌した後、ろ過した。真空乾燥した後、1−(4−クロロフェニル)−3−(9,9−ジメチルフルオレン−2−イル)−7−t−ブチルピレン9.5gを得た。
1H−NMR(CDCl3(d=ppm)):1.58 (6H, s), 1.60 (9H, s), 7.26-7.31 (1H, m), 7.31-7.43 (2H, m), 7.46-7.51 (1H, m), 7.67 (1H, dd, J= 1.4 Hz, 7.6 Hz), 7.72-7.92 (7H, m), 8.01-8.08 (3H, m), 8.17-8.30 (6H, m), 8.76 (1H, d, J = 4.6 Hz)。
化合物[86]の合成
3−ピリジンボロン酸の代わりに3−キノリンボロン酸を用いた以外は合成例4と同様の方法で合成し、淡黄白色結晶を得た。得られた粉末の1H−NMR分析結果は次の通りであり、上記で得られた淡黄白色結晶が化合物[86]であることが確認された。
1H−NMR(CDCl3(d=ppm)):1.60 (9H, s), 7.38-7.72 (1H, m), 7.51 (2H, t, J = 6.2 Hz), 7.61 (1H, t, J = 8.4 Hz), 7.69-7.90 (7H, m), 7.91-7.96 (4H, m), 8.02-8.09 (4H, m), 8.18 (1H, d, J = 8.6 Hz), 8.21-8.32 (4H, m), 8.44 (1H, d, J =1.6 Hz), 9.33 (1H, d, J= 2.2 Hz)。
化合物[120]の合成
3−ピリジンボロン酸の代わりに3−キノリンボロン酸を用いた以外は合成例2と同様の方法で合成し、白色結晶を得た。得られた粉末の1H−NMR分析結果は次の通りであり、上記で得られた白色結晶が化合物[120]であることが確認された。
1H−NMR(CDCl3(d=ppm)):1.60 (9H, s), 7.61 (2H, dt, J = 0.8 Hz, 7.0 Hz), 7.75 (2H, t, J = 6.8 Hz), 7.82-7.96 (10H, m), 8.07 (1H, s), 8.08 (2H, d, J = 9.5 Hz), 8.19 (2H, d, J = 7.8 Hz), 8.22-8.30 (4H, m), 8.44 (2H, d, J = 4.9 Hz), 9.33 (2H, d, J = 2.4 Hz)。
化合物[177]の合成
4−(2−ピリジルフェニル)ボロン酸ピナコラートエステルの代わりに3−(2−ピリジルフェニル)ボロン酸ピナコラートエステルを用いた以外は合成例6と同様の方法で合成し、淡黄白色結晶を得た。得られた粉末の1H−NMR分析結果は次の通りであり、上記で得られた淡黄白色結晶が化合物[177]であることが確認された。
1H−NMR(CDCl3(d=ppm)):1.59 (9H, s), 7.21-7.28 (2H, m), 7.63-7.85 (8H, m), 8.07 (4H, dd, J = 9.5Hz, 18.6 Hz), 8.12 (1H, dt, J = 1.6 Hz, 7.6 Hz), 8.20-8.30 (6H, m), 8.71 (2H, d, J=4.9 Hz)。
化合物[111]の合成
1−(4−(2−ピリジル)フェニル)−3−(4−クロロフェニル)−7−t−ブチルピレン3.0g、4−(2−ピリジルフェニル)ボロン酸ピナコラートエステル1.78g、ビス(ジベンジリデンアセトン)パラジウム66mg、トリシクロヘキシルホスフィン・テトラフルオロボレート50mg、1.27M−リン酸三カリウム水溶液7.6mlと1,4−ジオキサン20mlの混合溶液を窒素気流下、還流下で3時間加熱攪拌した。室温に冷却した後、メタノール40mlを注入し、ろ過した。得られた固体をトルエン40mlで再結晶を行い、ろ過して得られた固体を真空乾燥した後、淡黄白色結晶3.2gを得た。
1H−NMR(CDCl3(d=ppm)):1.60 (9H, s), 7.22-7.31 (2H, m), 7.73-7.92 (12H, m), 8.02-8.10 (3H, m), 8.11-8.30 (8H, m), 8.75 (2H, t, J = 5.9 Hz)。
ITO透明導電膜を150nm堆積させたガラス基板(ジオマテック(株)製、11Ω/□、スパッタ品)を38×46mmに切断し、エッチングを行った。得られた基板を “セミコクリーン56”(商品名、フルウチ化学(株)製)で15分間超音波洗浄してから、超純水で洗浄した。この基板を素子を作製する直前に1時間UV−オゾン処理し、真空蒸着装置内に設置して、装置内の真空度が5×10−4Pa以下になるまで排気した。抵抗加熱法によって、まず正孔注入材料として、銅フタロシアニンを10nm、正孔輸送材料として、4,4’−ビス(N−(1−ナフチル)−N−フェニルアミノ)ビフェニルを50nm蒸着した。次に、発光材料に、ホスト材料として化合物(H−1)を、ドーパント材料として化合物(D−1)をドープ濃度が5重量%になるようにして40nmの厚さに蒸着した。次に、化合物[1]とドナー性化合物(フッ化リチウム)を混合した層を、電子輸送層として蒸着速度比1:1(=0.05nm/s:0.05nm/s)で20nmの厚さに蒸着して積層した。
ホスト材料、ドーパント材料、電子輸送層として表1に記載した材料を用いた以外は、参考例1と同様にして発光素子を作製した。結果は表1に示した。なお、表1中、2E−1は下記に示す化合物である。
ホスト材料、ドーパント材料、電子輸送材料として表1に記載した材料を用いた以外は、参考例1と同様にして発光素子を作製した。結果は表1に示した。なお、表1中、E−1、E−2は下記に示す化合物である。
ホスト材料、ドーパント材料、電子輸送層として表2に記載した材料を用いた以外は、参考例1と同様にして発光素子を作製した。結果は表2に示した。なお、表2中、H−2〜H−8、D−2〜D−10は下記に示す化合物である。
ITO透明導電膜を165nm堆積させたガラス基板(ジオマテック(株)製、11Ω/□、スパッタ品)を38×46mmに切断し、エッチングを行った。得られた基板を “セミコクリーン56”(商品名、フルウチ化学(株)製)で15分間超音波洗浄してから、超純水で洗浄した。この基板を素子を作製する直前に1時間UV−オゾン処理し、真空蒸着装置内に設置して、装置内の真空度が5×10−4Pa以下になるまで排気した。抵抗加熱法によって、まず正孔注入材料として、1,4,5,8,9,12−ヘキサアザトリフェニレンヘキサカルボニトリルを10nm、正孔輸送材料として、4,4’−ビス(N−(1−ナフチル)−N−フェニルアミノ)ビフェニルを50nm蒸着した。次に、発光材料に、ホスト材料として化合物(H−1)を、ドーパント材料として化合物(D−2)をドープ濃度が5重量%になるようにして40nmの厚さに蒸着した。次に、化合物[1]とドナー性化合物(2E−1:リチウムキノリノール)を蒸着速度比1:1(=0.05nm/s:0.05nm/s)で混合した層を、電子輸送層として10nmの厚さに積層した。
ホスト材料、ドーパント材料、電子輸送層として表3に記載した材料を用いた以外は、参考例18と同様にして発光素子を作製した。結果は表3に示した。
電子輸送層として表3に記載した材料を用いた以外は、参考例18と同様にして発光素子を作製した。結果は表3に示した。なお、表3中、E−3〜E−8は下記に示す化合物である。
ホスト材料として化合物[1]、電子輸送層としてトリス(8−キノリノラート)アルミニウム(III)を用いた以外は、参考例1と同様にして発光素子を作製した。この発光素子を10mA/cm2で直流駆動したところ、駆動電圧5.0V、外部量子効率4.8%の高効率青色発光が得られた。
ホスト材料として化合物[91]を用いた以外は、参考例20と同様にして発光素子を作製した。この発光素子を10mA/cm2で直流駆動したところ、駆動電圧4.9V、外部量子効率4.9%の高効率青色発光が得られた。
ホスト材料として化合物[106]を用いた以外は、参考例20と同様にして発光素子を作製した。この発光素子を10mA/cm2で直流駆動したところ、駆動電圧5.1V、外部量子効率4.6%の高効率青色発光が得られた。
ITO透明導電膜を165nm堆積させたガラス基板(ジオマテック(株)製、11Ω/□、スパッタ品)を38×46mmに切断し、エッチングを行った。得られた基板を “セミコクリーン56”(商品名、フルウチ化学(株)製)で15分間超音波洗浄してから、超純水で洗浄した。この基板を素子を作製する直前に1時間UV−オゾン処理し、真空蒸着装置内に設置して、装置内の真空度が5×10−4Pa以下になるまで排気した。抵抗加熱法によって、まず正孔注入材料として、銅フタロシアニンを10nm、正孔輸送材料として化合物(HT−1)を50nm蒸着した。次に、発光材料に、ホスト材料として化合物(H−1)を、ドーパント材料として化合物(D−1)をドープ濃度が5重量%になるようにして40nmの厚さに蒸着した。次に、電子輸送層として化合物[10]を20nm蒸着した。次に、フッ化リチウムを0.5nm蒸着した後、アルミニウムを1000nm蒸着して陰極とし、5×5mm角の素子を作製した。ここで言う膜厚は、水晶発振式膜厚モニター表示値である。この発光素子を10mA/cm2で直流駆動したところ、駆動電圧4.9V、外部量子効率4.6%の高効率青色発光が得られた。
電子輸送層として表4に記載した材料を用いた以外は、実施例27と同様にして発光素子を作製した。結果は表4に示した。
電子輸送層として化合物[10]と化合物[106]を混合した層を、蒸着速度比1:1(=0.05nm/s:0.05nm/s)で20nmの厚さに蒸着して積層した。それ以外は、実施例7と同様にして発光素子を作製した。結果は表4に示した。
電子輸送層として化合物[10]と化合物(E−9)を混合した層を、蒸着速度比1:1(=0.05nm/s:0.05nm/s)で20nmの厚さに蒸着して積層した以外は、実施例13と同様にして発光素子を作製した。結果は表4に示した。なお、表4中のE−9は下記に示す化合物である。
電子輸送層として表4に記載した材料を用いた以外は、実施例7と同様にして発光素子を作製した。結果は表4に示した。
化合物[10]とドナー性化合物(フッ化リチウム)を混合した層を、電子輸送層として蒸着速度比1:1(=0.05nm/s:0.05nm/s)で20nmの厚さに蒸着して積層した。それ以外は、実施例7と同様にして発光素子を作製した。結果は表5に示した。
電子輸送層として表5に記載した材料を用いた以外は、実施例15と同様にして発光素子を作製した。結果は表5に示した。
化合物[10]とドナー性化合物(2E−1)を混合した層を、電子輸送層として蒸着速度比1:1(=0.05nm/s:0.05nm/s)で20nmの厚さに蒸着して積層した。それ以外は、実施例15と同様にして発光素子を作製した。結果は表5に示した。
電子輸送層として表5に記載した材料を用いた以外は、実施例21と同様にして発光素子を作製した。結果は表5に示した。
化合物[10]とドナー性化合物(2E−1)を混合した層を、電子輸送層として蒸着速度比7:3(=0.07nm/s:0.03nm/s)で20nmの厚さに蒸着して積層した。それ以外は、実施例21と同様にして発光素子を作製した。結果は表5に示した。
電子輸送層として表5に記載した材料を用いた以外は、実施例27と同様にして発光素子を作製した。結果は表5に示した。
化合物[10]とドナー性化合物(2E−1)を混合した層を、電子輸送層として蒸着速度比3:7(=0.03nm/s:0.07nm/s)で20nmの厚さに蒸着して積層した。それ以外は、実施例21と同様にして発光素子を作製した。結果は表5に示した。
電子輸送層として表5に記載した材料を用いた以外は、実施例33と同様にして発光素子を作製した。結果は表5に示した。
ホスト材料、ドーパント材料として表6に記載した材料を用いた以外は、実施例15と同様にして発光素子を作製した。結果は表6に示した。なお、表6中、D−11、H−9〜H−12は下記に示す化合物である。
ITO透明導電膜を165nm堆積させたガラス基板(ジオマテック(株)製、11Ω/□、スパッタ品)を38×46mmに切断し、エッチングを行った。得られた基板を “セミコクリーン56”(商品名、フルウチ化学(株)製)で15分間超音波洗浄してから、超純水で洗浄した。この基板を素子を作製する直前に1時間UV−オゾン処理し、真空蒸着装置内に設置して、装置内の真空度が5×10−4Pa以下になるまで排気した。抵抗加熱法によって、まず正孔注入材料として、化合物(HT−2)を65nm、1,4,5,8,9,12−ヘキサアザトリフェニレンヘキサカルボニトリルを5nm、順に積層した。正孔輸送材料として、化合物(HT−3)を60nm蒸着した。次に、発光材料に、ホスト材料として化合物(H−1)を、ドーパント材料として化合物(D−3)をドープ濃度が5重量%になるようにして20nmの厚さに蒸着した。次に、化合物[10]とドナー性化合物(2E−1:リチウムキノリノール)を蒸着速度比1:1(=0.05nm/s:0.05nm/s)で混合した層を、電子輸送層として30nmの厚さに積層した。
電子輸送層として表7〜8に記載した材料を用いた以外は、実施例87と同様にして発光素子を作製した。結果は表7〜8に示した。なお、表7〜8中、D−12〜D−14、H−13〜H−14は下記に示す化合物である。
Claims (8)
- 下記一般式(1)で表されるピレン化合物を含有することを特徴とする発光素子材料。
- 陽極と陰極の間に少なくとも発光層および電子輸送層が存在し、電気エネルギーにより発光する発光素子であって、前記陽極と陰極の間のいずれかの層に下記一般式(1)で表されるピレン化合物を含有することを特徴とする発光素子。
- 電子輸送層に一般式(1)で表されるピレン化合物を含む請求項2記載の発光素子。
- 電子輸送層にドナー性化合物を含む請求項3記載の発光素子。
- ドナー性化合物がアルカリ金属、アルカリ金属を含有する無機塩、アルカリ金属と有機物との錯体、アルカリ土類金属、アルカリ土類金属を含有する無機塩またはアルカリ土類金属と有機物との錯体であることを特徴とする請求項4記載の発光素子。
- ドナー性化合物がアルカリ金属と有機物との錯体またはアルカリ土類金属と有機物との錯体であることを特徴とする請求項4記載の発光素子。
- 発光層に一般式(1)で表されるピレン化合物を含有することを特徴とする請求項2記載の発光素子。
- 陰極がマグネシウムと銀で構成されることを特徴とする請求項2〜7のいずれか記載の発光素子。
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