JP5617398B2 - ベンゾフルオレン化合物、該化合物を用いた発光層用材料および有機電界発光素子 - Google Patents

ベンゾフルオレン化合物、該化合物を用いた発光層用材料および有機電界発光素子 Download PDF

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Description

本発明は、ベンゾフルオレン化合物、該化合物を用いた発光層用材料および有機電界発光素子に関する。
有機電界発光素子は、自己発光型の発光素子であり、表示用または照明用の発光素子として期待されている。従来、電界発光する発光素子を用いた表示装置は、省電力化や薄型化が可能なことから、種々研究され、さらに、有機材料からなる有機電界発光素子は、軽量化や大型化が容易なことから活発に検討されてきた。特に、光の三原色の一つである青色をはじめとする発光特性を有する有機材料の開発、および正孔、電子などの電荷輸送能(半導体や超電導体となる可能性を有する)を備えた有機材料の開発については、高分子化合物、低分子化合物を問わずこれまで活発に研究されてきた。
有機電界発光素子は、陽極および陰極からなる一対の電極と、当該一対の電極間に配置され、有機化合物を含む一層または複数の層とからなる構造を有する。有機化合物を含む層には、発光層や、正孔、電子などの電荷を輸送または注入する電荷輸送/注入層があるが、当該有機化合物としては種々の有機材料が開発されている(例えば、国際公開第2004/061047号パンフレット、国際公開第2004/061048号パンフレット(特表2006-512395号公報)、国際公開第2005/056633号パンフレット:特許文献1、2および3を参照)。しかし、これらの特許文献の実施例には、ベンゾフルオレンの高分子化合物しか開示されてない。また、例えば、国際公開第2003/051092号パンフレット(特表2005-513713号公報)には、アリール置換アミノを有するジベンゾフルオレン化合物が示されている(特許文献4を参照)。しかしながら、当該文献にはその構造式のみが開示されていて、その具体的な特性は報告されていない。また、国際公開第2007/108666号パンフレットには、ジフェニルアミノ基を有するピレンやクリセンなどのアリールの誘導体においてフェニルにトリメチルシリル基が置換した化合物が示されている(特許文献5を参照)。しかしながら、当該文献にはトリメチルシリル基を導入した具体的な実施例や効果については報告されていない。
国際公開第2004/061047号パンフレット 国際公開第2004/061048号パンフレット(特表2006-512395号公報) 国際公開第2005/056633号パンフレット 国際公開第2003/051092号パンフレット(特表2005-513713号公報) 国際公開第2007/108666号パンフレット
しかしながら、上述する有機材料を用いても素子寿命などに関して十分な性能を有する有機電界発光素子は、未だ得られていない。このような状況下、素子寿命などにおいて、さらに性能のよい有機電界発光素子、すなわち、該素子を得ることができる化合物の開発が望まれている。
本発明者は、上記課題を解決するため鋭意検討した結果、下記一般式(1)で表されるベンゾフルオレン化合物を見出し、その製造に成功した。また、このベンゾフルオレン化合物を含有する層を一対の電極間に配置して有機電界発光素子を構成することにより、素子寿命などにおいて改善された有機電界発光素子が得られることを見出し、本発明を完成させた。
すなわち本発明は、以下のようなベンゾフルオレン化合物を提供する。
[1] 下記一般式(1)で表されるベンゾフルオレン化合物。
(式中、
およびRは、それぞれ独立して、水素、置換されていてもよいアルキル、置換シリル、置換されていてもよいアリール、置換されていてもよいヘテロアリール、置換されていてもよいシクロアルキル、またはフッ素であり、
mおよびnは、それぞれ独立して1〜5の整数であり、
は、それぞれ独立して、水素、置換されていてもよいアルキル、置換されていてもよいアリールまたは置換されていてもよいヘテロアリールであり、2つのRが結合して環を形成していてもよく、
ただし、最大20のRおよびRのうちの少なくとも1つはパラ置換の置換シリルであり、また、式(1)で表されるベンゾフルオレン化合物における少なくとも1つの水素が重水素で置換されていてもよい。)
[2] 下記一般式(1’)で表される、上記[1]に記載するベンゾフルオレン化合物。
(式中、
およびRは、それぞれ独立して、水素、置換されていてもよいアルキルまたは置換シリルであり、
nは、それぞれ独立して1〜5の整数であり、
は、それぞれ独立して、水素、置換されていてもよいアルキル、置換されていてもよいアリールまたは置換されていてもよいヘテロアリールであり、
ただし、最大12のRおよびRのうちの少なくとも1つはパラ置換の置換シリルであり、また、式(1’)で表されるベンゾフルオレン化合物における少なくとも1つの水素が重水素で置換されていてもよい。)
[3] Rは、それぞれ独立して、置換シリルであり、
は、それぞれ独立して、水素、置換されていてもよいアルキルまたは置換シリルであり、
nは、それぞれ独立して1〜5の整数であり、そして、
は、それぞれ独立して、水素、置換されていてもよいアルキルまたは置換されていてもよいアリールであり、
ベンゾフルオレン化合物の2つの窒素に結合する4つのフェニル基における少なくとも1つの水素が重水素で置換されていてもよい、
上記[2]に記載するベンゾフルオレン化合物。
[4] RおよびRは、それぞれ独立して、置換シリルであり、
nは1であり、
は、それぞれ独立して、水素、置換されていてもよい炭素数1〜24のアルキルまたは置換されていてもよい炭素数6〜30のアリールであり、そして、
、RおよびRにおける置換基は、それぞれ独立して、炭素数1〜24のアルキル、炭素数3〜12のシクロアルキルまたは炭素数6〜16のアリールであり、
ベンゾフルオレン化合物の2つの窒素に結合する4つのフェニル基における少なくとも1つの水素が重水素で置換されていてもよい、
上記[2]に記載するベンゾフルオレン化合物。
[5] Rは、それぞれ独立して、置換シリルであり、
は、それぞれ独立して、置換されていてもよい炭素数1〜24のアルキルであり、
nは1または2であり、
は、それぞれ独立して、水素、置換されていてもよい炭素数1〜24のアルキルまたは置換されていてもよい炭素数6〜30のアリールであり、
における置換基は、それぞれ独立して、炭素数1〜24のアルキル、炭素数3〜12のシクロアルキルまたは炭素数6〜16のアリールであり、
における置換基は、それぞれ独立して、炭素数1〜24のアルキル、炭素数3〜12のシクロアルキル、炭素数6〜16のアリールまたはフッ素であり、そして、
における置換基は、それぞれ独立して、炭素数1〜24のアルキル、炭素数3〜12のシクロアルキルまたは炭素数6〜16のアリールであり、
ベンゾフルオレン化合物の2つの窒素に結合する4つのフェニル基における少なくとも1つの水素が重水素で置換されていてもよい、
上記[2]に記載するベンゾフルオレン化合物。
[6] Rは、それぞれ独立して、置換シリルであり、
は水素であり、
は、それぞれ独立して、水素、置換されていてもよい炭素数1〜24のアルキルまたは置換されていてもよい炭素数6〜30のアリールであり、
における置換基は、それぞれ独立して、炭素数1〜24のアルキル、炭素数3〜12のシクロアルキルまたは炭素数6〜16のアリールであり、そして、
における置換基は、それぞれ独立して、炭素数1〜24のアルキル、炭素数3〜12のシクロアルキルまたは炭素数6〜16のアリールであり、
ベンゾフルオレン化合物の2つの窒素に結合する4つのフェニル基における少なくとも1つの水素が重水素で置換されていてもよい、
上記[2]に記載するベンゾフルオレン化合物。
[7] Rは、それぞれ独立して、置換シリルであり、
は、それぞれ独立して、パラ置換の置換シリルであり、nは1であり、
は、それぞれ独立して、水素、置換されていてもよい炭素数1〜12のアルキルまたは置換されていてもよい炭素数6〜16のアリールであり、そして、
、RおよびRにおける置換基は、それぞれ独立して、メチル、エチル、プロピル、i−プロピル、ブチル、sec−ブチル、t−ブチル、シクロブチル、シクロペンチル、シクロヘキシル、フェニル、ビフェニリルまたはナフチルである、
上記[4]に記載するベンゾフルオレン化合物。
[8] Rは、それぞれ独立して、置換シリルであり、
は、それぞれ独立して、メタ置換の置換シリルであり、nは1であり、
は、それぞれ独立して、水素、置換されていてもよい炭素数1〜12のアルキルまたは置換されていてもよい炭素数6〜16のアリールであり、そして、
、RおよびRにおける置換基は、それぞれ独立して、メチル、エチル、プロピル、i−プロピル、ブチル、sec−ブチル、t−ブチル、シクロブチル、シクロペンチル、シクロヘキシル、フェニル、ビフェニリルまたはナフチルである、
上記[4]に記載するベンゾフルオレン化合物。
[9] Rは、それぞれ独立して、置換シリルであり、
は、それぞれ独立して、パラ置換またはメタ置換の、置換されていてもよい炭素数1〜12のアルキルであり、nは1または2であり、
は、それぞれ独立して、水素、置換されていてもよい炭素数1〜12のアルキルまたは置換されていてもよい炭素数6〜16のアリールであり、
における置換基は、それぞれ独立して、メチル、エチル、プロピル、i−プロピル、ブチル、sec−ブチル、t−ブチル、シクロブチル、シクロペンチル、シクロヘキシル、フェニル、ビフェニリルまたはナフチルであり、
における置換基は、それぞれ独立して、メチル、エチル、プロピル、i−プロピル、ブチル、sec−ブチル、t−ブチル、シクロブチル、シクロペンチル、シクロヘキシル、フェニル、ビフェニリル、ナフチルまたはフッ素であり、そして、
における置換基は、それぞれ独立して、メチル、エチル、プロピル、i−プロピル、ブチル、sec−ブチル、t−ブチル、シクロブチル、シクロペンチル、シクロヘキシル、フェニル、ビフェニリルまたはナフチルである、
上記[5]に記載するベンゾフルオレン化合物。
[10] Rは、それぞれ独立して、置換シリルであり、
は水素であり、該水素の少なくとも1つが重水素で置換されていてもよく、
は、それぞれ独立して、水素、置換されていてもよい炭素数1〜12のアルキルまたは置換されていてもよい炭素数6〜16のアリールであり、
における置換基は、それぞれ独立して、メチル、エチル、プロピル、i−プロピル、ブチル、sec−ブチル、t−ブチル、シクロブチル、シクロペンチル、シクロヘキシル、フェニル、ビフェニリルまたはナフチルであり、そして、
における置換基は、それぞれ独立して、メチル、エチル、プロピル、i−プロピル、ブチル、sec−ブチル、t−ブチル、シクロブチル、シクロペンチル、シクロヘキシル、フェニル、ビフェニリルまたはナフチルである、
上記[6]に記載するベンゾフルオレン化合物。
[11] Rは、それぞれ独立して、トリメチルシリル、トリエチルシリルまたはジメチルモノt−ブチルシリルであり、
は、それぞれ独立して、パラ置換の、トリメチルシリル、トリエチルシリルまたはジメチルモノt−ブチルシリルであり、nは1であり、そして、
は、それぞれ独立して、メチル、エチル、プロピル、フェニル、ビフェニリルまたはナフチルである、
上記[4]に記載するベンゾフルオレン化合物。
[12] Rは、それぞれ独立して、トリメチルシリル、トリエチルシリルまたはジメチルモノt−ブチルシリルであり、
は、それぞれ独立して、メタ置換の、トリメチルシリル、トリエチルシリルまたはジメチルモノt−ブチルシリルであり、nは1であり、そして、
は、それぞれ独立して、メチル、エチル、プロピル、フェニル、ビフェニリルまたはナフチルである、
上記[4]に記載するベンゾフルオレン化合物。
[13] Rは、それぞれ独立して、トリメチルシリル、トリエチルシリルまたはジメチルモノt−ブチルシリルであり、
は、パラ置換またはメタ置換の、メチル、エチル、i−プロピルまたはt−ブチルであり、nは1または2であり、そして、
は、それぞれ独立して、メチル、エチル、プロピル、フェニル、ビフェニリルまたはナフチルである、
上記[5]に記載するベンゾフルオレン化合物。
[14] Rは、それぞれ独立して、トリメチルシリル、トリエチルシリルまたはジメチルモノt−ブチルシリルであり、
は水素であり、そして、
は、それぞれ独立して、メチル、エチル、プロピル、フェニル、ビフェニリルまたはナフチルである、
上記[6]に記載するベンゾフルオレン化合物。
[15] 発光素子の発光層用材料であって、上記[1]ないし[14]のいずれかに記載するベンゾフルオレン化合物を含有する発光層用材料。
[16] 陽極および陰極からなる一対の電極と、該一対の電極間に配置され、上記[15]に記載する発光層用材料を含有する発光層とを有する、有機電界発光素子。
[17] さらに、前記陰極と該発光層との間に配置される電子輸送層および/または電子注入層を有し、該電子輸送層および電子注入層の少なくとも1つは、キノリノール系金属錯体、ピリジン誘導体、フェナントロリン誘導体、ボラン誘導体およびベンゾイミダゾール誘導体からなる群から選択される少なくとも1つを含有する、上記[16]に記載する有機電界発光素子。
[18] 前記電子輸送層および/または電子注入層が、さらに、アルカリ金属、アルカリ土類金属、希土類金属、アルカリ金属の酸化物、アルカリ金属のハロゲン化物、アルカリ土類金属の酸化物、アルカリ土類金属のハロゲン化物、希土類金属の酸化物、希土類金属のハロゲン化物、アルカリ金属の有機錯体、アルカリ土類金属の有機錯体および希土類金属の有機錯体からなる群から選択される少なくとも1つを含有する、上記[17]に記載の有機電界発光素子。
[19] 上記[16]ないし[18]のいずれかに記載する有機電界発光素子を備えた表示装置。
[20] 上記[16]ないし[18]のいずれかに記載する有機電界発光素子を備えた照明装置。
本発明の好ましい態様によれば、例えば、発光層用材料として優れた特性を有するベンゾフルオレン化合物を提供することができる。また、素子寿命などの特性について改善された有機電界発光素子を提供することができる。
本発明のベンゾフルオレン化合物について詳細に説明する。本発明に係るベンゾフルオレン化合物は、上記一般式(1)で表されるベンゾフルオレン化合物である。
1.一般式(1)で表されるベンゾフルオレン化合物
まず、上記一般式(1)で表されるベンゾフルオレン化合物について説明する。
一般式(1)のR、RおよびRにおける「置換されていてもよいアルキル」の「アルキル」としては、直鎖および分枝鎖のいずれでもよく、例えば、炭素数1〜24の直鎖アルキルまたは炭素数3〜24の分枝鎖アルキルがあげられる。好ましい「アルキル」は、炭素数1〜18のアルキル(炭素数3〜18の分枝鎖アルキル)である。より好ましい「アルキル」は、炭素数1〜12のアルキル(炭素数3〜12の分枝鎖アルキル)である。さらに好ましい「アルキル」は、炭素数1〜6のアルキル(炭素数3〜6の分枝鎖アルキル)である。特に好ましい「アルキル」は、炭素数1〜4のアルキル(炭素数3〜4の分枝鎖アルキル)である。
具体的な「アルキル」としては、メチル、エチル、n−プロピル、イソプロピル、n−ブチル、イソブチル、s−ブチル、t−ブチル、n−ペンチル、イソペンチル、ネオペンチル、t−ペンチル、n−ヘキシル、1−メチルペンチル、4−メチル−2−ペンチル、3,3−ジメチルブチル、2−エチルブチル、n−ヘプチル、1−メチルヘキシル、n−オクチル、t−オクチル、1−メチルヘプチル、2−エチルヘキシル、2−プロピルペンチル、n−ノニル、2,2−ジメチルヘプチル、2,6−ジメチル−4−ヘプチル、3,5,5−トリメチルヘキシル、n−デシル、n−ウンデシル、1−メチルデシル、n−ドデシル、n−トリデシル、1−ヘキシルヘプチル、n−テトラデシル、n−ペンタデシル、n−ヘキサデシル、n−ヘプタデシル、n−オクタデシル、n−エイコシルなどがあげられる。
一般式(1)のR、RおよびRにおける「置換されていてもよいアリール」の「アリール」としては、例えば、炭素数6〜30のアリールがあげられる。好ましい「アリール」は炭素数6〜16のアリールであり、より好ましくは炭素数6〜12のアリールである。
具体的な「アリール」としては、単環系アリールであるフェニル、(o−,m−,p−)トリル、(2,3−,2,4−,2,5−,2,6−,3,4−,3,5−)キシリル、メシチル、(o−,m−,p−)クメニル、二環系アリールである(2−,3−,4−)ビフェニリル、縮合二環系アリールである(1−,2−)ナフチル、三環系アリールであるテルフェニリル(m−テルフェニル−2’−イル、m−テルフェニル−4’−イル、m−テルフェニル−5’−イル、o−テルフェニル−3’−イル、o−テルフェニル−4’−イル、p−テルフェニル−2’−イル、m−テルフェニル−2−イル、m−テルフェニル−3−イル、m−テルフェニル−4−イル、o−テルフェニル−2−イル、o−テルフェニル−3−イル、o−テルフェニル−4−イル、p−テルフェニル−2−イル、p−テルフェニル−3−イル、p−テルフェニル−4−イル)、縮合三環系アリールである、アセナフチレン−(1−,3−,4−,5−)イル、フルオレン−(1−,2−,3−,4−,9−)イル、フェナレン−(1−,2−)イル、(1−,2−,3−,4−,9−)フェナントリル、四環系アリールであるクアテルフェニリル(5’−フェニル−m−テルフェニル−2−イル、5’−フェニル−m−テルフェニル−3−イル、5’−フェニル−m−テルフェニル−4−イル、m−クアテルフェニル)、縮合四環系アリールであるトリフェニレン−(1−,2−)イル、ピレン−(1−,2−,4−)イル、ナフタセン−(1−,2−,5−)イル、縮合五環系アリールであるペリレン−(1−,2−,3−)イル、ペンタセン−(1−,2−,5−,6−)イルなどがあげられる。
、RおよびRにおける、特に好ましい「アリール」は、フェニル、ビフェニリル、テルフェニリル、クアテルフェニリル、ナフチルおよびフェナントリルであり、これらの中でも、フェニル、4−ビフェニリル、1−ナフチル、2−ナフチルが好ましい。
一般式(1)のR、RおよびRにおける「置換されていてもよいヘテロアリール」の「ヘテロアリール」としては、例えば、炭素数2〜30のヘテロアリールがあげられる。好ましい「ヘテロアリール」は、炭素数2〜25のヘテロアリールであり、より好ましくは炭素数2〜20のヘテロアリールであり、さらに好ましくは炭素数2〜15のヘテロアリールであり、特に好ましくは炭素数2〜10のヘテロアリールである。
また、「ヘテロアリール」としては、例えば環構成原子として炭素以外に酸素、硫黄および窒素から選ばれるヘテロ原子を1ないし5個含有する複素環基などがあげられ、例えば、芳香族複素環基などがあげられる。
「複素環基」としては、例えば、ピロリル、オキサゾリル、イソオキサゾリル、チアゾリル、イソチアゾリル、イミダゾリル、オキサジアゾリル、チアジアゾリル、トリアゾリル、テトラゾリル、ピラゾリル、ピリジル、ピリミジニル、ピリダジニル、ピラジニル、トリアジニル、インドリル、イソインドリル、1H−インダゾリル、ベンゾイミダゾリル、ベンゾオキサゾリル、ベンゾチアゾリル、1H−ベンゾトリアゾリル、キノリル、イソキノリル、シンノリル、キナゾリル、キノキサリニル、フタラジニル、ナフチリジニル、プリニル、プテリジニル、カルバゾリル、アクリジニル、フェノキサジニル、フェノチアジニル、フェナジニル、インドリジニルなどがあげられ、イミダゾリル、ピリジル、カルバゾリルなどが好ましい。
「芳香族複素環基」としては、例えば、フリル、チエニル、ピロリル、オキサゾリル、イソオキサゾリル、チアゾリル、イソチアゾリル、イミダゾリル、ピラゾリル、オキサジアゾリル、フラザニル、チアジアゾリル、トリアゾリル、テトラゾリル、ピリジル、ピリミジニル、ピリダジニル、ピラジニル、トリアジニル、ベンゾフラニル、イソベンゾフラニル、ベンゾ[b]チエニル、インドリル、イソインドリル、1H−インダゾリル、ベンゾイミダゾリル、ベンゾオキサゾリル、ベンゾチアゾリル、1H−ベンゾトリアゾリル、キノリル、イソキノリル、シンノリル、キナゾリル、キノキサリニル、フタラジニル、ナフチリジニル、プリニル、プテリジニル、カルバゾリル、アクリジニル、フェノキサジニル、フェノチアジニル、フェナジニル、フェノキサチイニル、チアントレニル、インドリジニルなどがあげられ、チエニル、イミダゾリル、ピリジル、カルバゾリルなどが好ましい。
一般式(1)のRおよびRにおける「置換されていてもよいシクロアルキル」の「シクロアルキル」としては、例えば、炭素数3〜12のシクロアルキルがあげられる。好ましい「シクロアルキル」は、炭素数3〜10のシクロアルキルである。より好ましい「シクロアルキル」は、炭素数3〜8のシクロアルキルである。さらに好ましい「シクロアルキル」は、炭素数3〜6のシクロアルキルである。
具体的な「シクロアルキル」としては、シクロプロピル、シクロブチル、シクロペンチル、シクロヘキシル、メチルシクロペンチル、シクロヘプチル、メチルシクロヘキシル、シクロオクチルまたはジメチルシクロヘキシルなどがあげられる。
一般式(1)のRおよびRにおける「置換シリル」としては、シリル基における3つの水素が、それぞれ独立して、メチル、エチル、プロピル、i−プロピル、ブチル、sec−ブチル、t−ブチル、シクロブチル、シクロペンチル、シクロヘキシル、フェニル、ビフェニリルまたはナフチルなどで置換されているものが挙げられる。
具体的な「置換シリル」としては、トリメチルシリル、トリエチルシリル、トリプロピルシリル、トリi−プロピルシリル、トリブチルシリル、トリsec−ブチルシリル、トリt−ブチルシリル、エチルジメチルシリル、プロピルジメチルシリル、i−プロピルジメチルシリル、ブチルジメチルシリル、sec−ブチルジメチルシリル、t−ブチルジメチルシリル、メチルジエチルシリル、プロピルジエチルシリル、i−プロピルジエチルシリル、ブチルジエチルシリル、sec−ブチルジエチルシリル、t−ブチルジエチルシリル、メチルジプロピルシリル、エチルジプロピルシリル、ブチルジプロピルシリル、sec−ブチルジプロピルシリル、t−ブチルジプロピルシリル、メチルジi−プロピルシリル、エチルジi−プロピルシリル、ブチルジi−プロピルシリル、sec−ブチルジi−プロピルシリル、t−ブチルジi−プロピルシリルなどのトリアルキルシリルが挙げられる。また、フェニルジメチルシリル、フェニルジエチルシリル、フェニルジt−ブチルシリル、メチルジフェニルシリル、エチルジフェニルシリル、プロピルジフェニルシリル、i−プロピルジフェニルシリル、ブチルジフェニルシリル、sec−ブチルジフェニルシリル、t−ブチルジフェニルシリル、トリフェニルシリルなどが挙げられる。
一般式(1)のR、RおよびRにおける「置換されていてもよい〜」の置換基としては、アルキル、シクロアルキル、アリール、フッ素があげられるが、これらの好ましいものとしては、それぞれ、R、RおよびRにおける「アルキル」の欄で説明したもの、RおよびRにおける「シクロアルキル」の欄で説明したもの、R、RおよびRにおける「アリール」の欄で説明したものがあげられる。
、RおよびRには「置換基」がないのが好ましいが、置換基を有する場合には、具体的には、メチル、エチル、n−プロピル、イソプロピル、n−ブチル、イソブチル、s−ブチル、t−ブチル、n−ペンチル、イソペンチル、ネオペンチル、t−ペンチル、n−ヘキシル、n−ヘプチル、n−オクチル、t−オクチル、n−ノニル、n−デシル、n−ウンデシル、n−ドデシル、n−トリデシル、n−テトラデシル、n−ペンタデシル、n−ヘキサデシル、n−ヘプタデシル、n−オクタデシルなどのアルキル;シクロプロピル、シクロブチル、シクロペンチル、シクロヘキシル、シクロヘプチル、シクロオクチルなどのシクロアルキル;フェニル、ビフェニリル、ナフチル、テルフェニリル、フェナントリルなどのアリール;メチルフェニル、エチルフェニル、s−ブチルフェニル、t−ブチルフェニル、1−メチルナフチル、2−メチルナフチル、1,6−ジメチルナフチル、2,6−ジメチルナフチル、4−t−ブチルナフチルなどのアルキルアリール;フッ素などがあげられる。置換基の数は、例えば、最大置換可能な数であり、好ましくは1〜3個、より好ましくは1〜2個、さらに好ましくは1個である。
また、R、RおよびRにおける水素原子は、全てまたは一部が重水素であってもよい。
なお、RおよびRは同じであっても異なっていてもよいが、RおよびRは同じであることが好ましい。また、2つのRは同じであっても異なっていてもよいが、2つのRは同じであることが好ましい。また、2つのRは結合して環を形成していてもよく、この結果、フルオレン骨格の5員環には、シクロブタン、シクロペンタン、シクロペンテン、シクロペンタジエン、シクロヘキサン、フルオレンまたはインデンなどがスピロ縮合していてもよい。
本発明において重要なことは、一般式(1)における最大20個のRおよびRのうちの少なくとも1つはパラ置換の置換シリル基が選択されることである。パラ置換とは、一般式(1)中のジフェニルアミノ基のフェニル基において窒素結合位置を基準としたパラ位に置換することである。またメタ置換とは同様にフェニル基において窒素結合位置を基準としたメタ位に置換することである。
好ましくは、ベンゾフルオレン化合物中の2つのジフェニルアミノ基のそれぞれに置換シリル基が2つずつパラ置換することである(化合物中に合計4つのパラ置換のシリル基)。また、好ましくは、ベンゾフルオレン化合物中の2つのジフェニルアミノ基のそれぞれに置換シリル基が1つずつパラ置換することである(化合物中に合計2つのパラ置換のシリル基)。なお、ベンゾフルオレン化合物中の2つのジフェニルアミノ基のそれぞれに置換シリル基が1つずつパラ置換した場合、この置換シリル基が結合していない残りの2つのフェニル基には、例えば、それぞれアルキル基が置換する場合や、それぞれ無置換の場合や、それぞれ置換シリル基がメタ置換する場合などがありえる。
また、一般式(1)で表されるベンゾフルオレン化合物を構成する、ベンゾフルオレン骨格における水素原子やジフェニルアミノ基のフェニル基における水素原子の、全てまたは一部が重水素であってもよい。重水素化されている場合、ジフェニルアミノ基のフェニル基における水素原子が重水素化されていることが好ましく、ジフェニルアミノ基のフェニル基のうちRまたはRが全て水素であるフェニル基(すなわち無置換のフェニル基)における水素原子が重水素化されていることがさらに好ましい。
上記一般式(1)で表される化合物の具体例としては、上記一般式(1’)で表される化合物があげられ、さらなる具体例としては、例えば、下記式(1−1)〜(1−96)で表される化合物があげられる。下記化合物の中でも、特に、下記式(1−1)、式(1−3)、式(1−5)、式(1−6)、式(1−20)、式(1−25)、式(1−26)、式(1−29)、式(1−30)、式(1−32)、式(1−40)、式(1−60)、式(1−62)、式(1−80)、式(1−88)、式(1−91)、式(1−94)、式(1−100)、式(1−101)、式(1−102)、式(1−103)、式(1−110)で表される化合物が好ましい。
2.ベンゾフルオレン化合物の製造方法
一般式(1)で表されるように、ベンゾフロオレン骨格に2つのジフェニルアミノ基が結合した化合物は、Buchwald−Hartwig反応またはUllmann反応などの既存の反応を利用して製造することができる。
Buchwald−Hartwig反応は、塩基の存在下、パラジウム触媒または銅触媒を用いて、芳香族ハライドと、一級芳香族アミンもしくは二級芳香族アミンとをカップリングする方法である。この方法により一般式(1)で表される化合物を得る反応経路の具体例は下記の通りである(スキーム1〜3)。なお、スキーム1で説明する芳香族ハライドの合成方法に関しては、例えば国際公開第2005/056633号パンフレットが参考になる。また、スキーム1の第一段目に示した反応は鈴木カップリングであり、反応させる2つの化合物におけるX基とY基とを交互に入れ替えても反応させることができる。さらに、この第一段目の反応において、鈴木カップリングではなく根岸カップリングを用いることもでき、この場合には、Y基を有する化合物としてボロン酸やボロン酸エステルの代わりに塩化亜鉛錯体を用いる。また、この根岸カップリングの場合も上記と同様に、X基とY基とを交互に入れ替えても(すなわち、ナフタレンの塩化亜鉛錯体を用いる)反応させることができる。さらには、スキーム1ではカップリング反応の後に五員環を形成するために、ベンゼン環のカップリングさせる炭素の隣に予め−COORを置換させた原料を用いているが、ナフタレン環の2位(カップリングさせる炭素の隣)に−COORを置換させた原料を用いることもできる。各スキーム中のR、RおよびRは、それぞれ一般式(1)中で用いられるものに対応する。
この反応で用いられるパラジウム触媒の具体例は、テトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(0):Pd(PPh、ビス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(II)ジクロリド:PdCl(PPh、酢酸パラジウム(II):Pd(OAc)、トリス(ジベンジリデンアセトン)二パラジウム(0):Pd(dba)、トリス(ジベンジリデンアセトン)二パラジウム(0)クロロホルム錯体:Pd(dba)・CHCl、ビス(ジベンジリデンアセトン)パラジウム(0):Pd(dba)などである。
反応を促進させるため、場合によりこれらのパラジウム化合物にホスフィン化合物を加えてもよい。そのホスフィン化合物の具体例は、トリ(t−ブチル)ホスフィン、トリシクロヘキシルホスフィン、1−(N,N−ジメチルアミノメチル)−2−(ジt−ブチルホスフィノ)フェロセン、1−(N,N−ジブチルアミノメチル)−2−(ジt−ブチルホスフィノ)フェロセン、1−(メトキシメチル)−2−(ジt−ブチルホスフィノ)フェロセン、1,1’−ビス(ジt−ブチルホスフィノ)フェロセン、2,2’−ビス(ジt−ブチルホスフィノ)−1,1’−ビナフチル、2−メトキシ−2’−(ジt−ブチルホスフィノ)−1,1’−ビナフチル、1,1’−ビス(ジフェニルホスフィノ)フェロセン、ビス(ジフェニルホスフィノ)ビナフチル、4−ジメチルアミノフェニルジt−ブチルホスフィン、フェニルジt−ブチルホスフィンなどである。
この反応で用いられる塩基の具体例は、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸セシウム、炭酸水素ナトリウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化バリウム、ナトリウムエトキシド、ナトリウムt−ブトキシド、酢酸ナトリウム、リン酸三カリウム、フッ化カリウムなどである。
さらに、この反応で用いられる溶媒の具体例は、ベンゼン、トルエン、キシレン、N,N−ジメチルホルムアミド、テトラヒドロフラン、ジエチルエ−テル、t−ブチルメチルエ−テル、1,4−ジオキサン、メタノ−ル、エタノール、イソプロピルアルコ−ルなどである。これらの溶媒は、反応させる芳香族ハライド、トリフラート、芳香族ボロン酸エステルおよび芳香族ボロン酸の構造に応じて適宜選択できる。溶媒は単独で用いてもよく、混合溶媒として用いてもよい。
またUllman反応は、塩基の存在下、銅触媒を用いて、芳香族ハライドと一級芳香族アミンもしくは二級芳香族アミンとをカップリングする方法である。Ullman反応で用いられる銅触媒の具体例は、銅粉、塩化銅、臭化銅またはヨウ化銅などである。また、この反応で用いられる塩基の具体例は、Buchwald−Hartwig反応と同じものから選択することができる。さらに、Ullman反応で用いられる溶媒の具体例は、ニトロベンゼン、ジクロロベンゼン、N,N−ジメチルホルムアミドなどである。
また、一般式(1)で表されるように、ベンゾフロオレン骨格に2つのジフェニルアミノ基が結合した化合物は、以下の反応を利用しても製造することができる(スキーム4、5)。なお、スキーム4及びスキーム5の第一段目に示した反応は鈴木カップリングであり、反応させる2つの化合物におけるX基とY基とを交互に入れ替えても反応させることができる。さらに、この第一段目の反応において、鈴木カップリングではなく根岸カップリングを用いることもでき、この場合には、Y基を有する化合物としてボロン酸やボロン酸エステルの代わりに塩化亜鉛錯体を用いる。また、この根岸カップリングの場合も上記と同様に、X基とY基とを交互に入れ替えても(すなわち、ジフェニルアミノ置換ナフタレンの塩化亜鉛錯体を用いる)反応させることができる。なお、各スキーム中のR、RおよびRは、それぞれ一般式(1)中で用いられるものに対応する。
また、本発明に係るベンゾフルオレン化合物には、少なくとも一部の水素が重水素で置換されているものも含まれるが、このような化合物は所望の箇所が重水素化された原料を用いることで、上記と同様に合成することができる。
3.有機電界発光素子
本発明に係るベンゾフルオレン化合物は、例えば、有機電界発光素子の材料として用いることができる。
この実施形態に係る有機電界発光素子について図面に基づいて詳細に説明する。図1は、本実施形態に係る有機電界発光素子を示す概略断面図である。
<有機電界発光素子の構造>
図1に示された有機電界発光素子100は、基板101と、基板101上に設けられた陽極102と、陽極102の上に設けられた正孔注入層103と、正孔注入層103の上に設けられた正孔輸送層104と、正孔輸送層104の上に設けられた発光層105と、発光層105の上に設けられた電子輸送層106と、電子輸送層106の上に設けられた電子注入層107と、電子注入層107の上に設けられた陰極108とを有する。
なお、有機電界発光素子100は、作製順序を逆にして、例えば、基板101と、基板101上に設けられた陰極108と、陰極108の上に設けられた電子注入層107と、電子注入層107の上に設けられた電子輸送層106と、電子輸送層106の上に設けられた発光層105と、発光層105の上に設けられた正孔輸送層104と、正孔輸送層104の上に設けられた正孔注入層103と、正孔注入層103の上に設けられた陽極102とを有する構成としてもよい。
上記各層すべてがなくてはならないわけではなく、最小構成単位を陽極102と発光層105と陰極108とからなる構成として、正孔注入層103、正孔輸送層104、電子輸送層106および電子注入層107は任意に設けられる層である。また、上記各層は、それぞれ単一層からなってもよいし、複数層からなってもよい。
有機電界発光素子を構成する層の態様としては、上述する「基板/陽極/正孔注入層/正孔輸送層/発光層/電子輸送層/電子注入層/陰極」の構成態様の他に、「基板/陽極/正孔輸送層/発光層/電子輸送層/電子注入層/陰極」、「基板/陽極/正孔注入層/発光層/電子輸送層/電子注入層/陰極」、「基板/陽極/正孔注入層/正孔輸送層/発光層/電子注入層/陰極」、「基板/陽極/正孔注入層/正孔輸送層/発光層/電子輸送層/陰極」、「基板/陽極/発光層/電子輸送層/電子注入層/陰極」、「基板/陽極/正孔輸送層/発光層/電子注入層/陰極」、「基板/陽極/正孔輸送層/発光層/電子輸送層/陰極」、「基板/陽極/正孔注入層/発光層/電子注入層/陰極」、「基板/陽極/正孔注入層/発光層/電子輸送層/陰極」、「基板/陽極/正孔注入層/正孔輸送層/発光層/陰極」、「基板/陽極/正孔注入層/発光層/陰極」、「基板/陽極/正孔輸送層/発光層/陰極」、「基板/陽極/発光層/電子輸送層/陰極」、「基板/陽極/発光層/電子注入層/陰極」、「基板/陽極/発光層/陰極」の構成態様であってもよい。
<有機電界発光素子における基板>
基板101は、有機電界発光素子100の支持体となるものであり、通常、石英、ガラス、金属、プラスチックなどが用いられる。基板101は、目的に応じて板状、フィルム状またはシート状に形成され、例えば、ガラス板、金属板、金属箔、プラスチックフィルムまたはプラスチックシートなどが用いられる。なかでも、ガラス板、およびポリエステル、ポリメタクリレート、ポリカーボネート、ポリスルホンなどの透明な合成樹脂製の板が好ましい。ガラス基板であれば、ソーダライムガラスや無アルカリガラスなどが用いられ、また、厚みも機械的強度を保つのに十分な厚みがあればよいので、例えば、0.2mm以上あればよい。厚さの上限値としては、例えば、2mm以下、好ましくは1mm以下である。ガラスの材質については、ガラスからの溶出イオンが少ない方がよいので無アルカリガラスの方が好ましいが、SiOなどのバリアコートを施したソーダライムガラスも市販されているのでこれを使用することができる。また、基板101には、ガスバリア性を高めるために、少なくとも片面に緻密なシリコン酸化膜などのガスバリア膜を設けてもよく、特にガスバリア性が低い合成樹脂製の板、フィルムまたはシートを基板101として用いる場合にはガスバリア膜を設けるのが好ましい。
<有機電界発光素子における陽極>
陽極102は、発光層105へ正孔を注入する役割を果たすものである。なお、陽極102と発光層105との間に正孔注入層103および/または正孔輸送層104が設けられている場合には、これらを介して発光層105へ正孔を注入することになる。
陽極102を形成する材料としては、無機化合物および有機化合物があげられる。無機化合物としては、例えば、金属(アルミニウム、金、銀、ニッケル、パラジウム、クロムなど)、金属酸化物(インジウムの酸化物、スズの酸化物、インジウム−スズ酸化物(ITO)など)、ハロゲン化金属(ヨウ化銅など)、硫化銅、カーボンブラック、ITOガラスやネサガラスなどがあげられる。有機化合物としては、例えば、ポリ(3−メチルチオフェン)などのポリチオフェン、ポリピロール、ポリアニリンなどの導電性ポリマーなどがあげられる。その他、有機電界発光素子の陽極として用いられている物質の中から適宜選択して用いることができる。
透明電極の抵抗は、発光素子の発光に十分な電流が供給できさえすれば特に限定されないが、発光素子の消費電力の観点からは低抵抗であることが望ましい。例えば、300Ω/□以下のITO基板であれば素子電極として機能するが、現在では10Ω/□程度の基板の供給も可能になっていることから、例えば100〜5Ω/□、好ましくは50〜5Ω/□の低抵抗品を使用することが特に望ましい。ITOの厚みは抵抗値に合わせて任意に選ぶ事ができるが、通常100〜300nmの間で用いられることが多い。
<有機電界発光素子における正孔注入層、正孔輸送層>
正孔注入層103は、陽極102から移動してくる正孔を、効率よく発光層105内または正孔輸送層104内に注入する役割を果たすものである。正孔輸送層104は、陽極102から注入された正孔または陽極102から正孔注入層103を介して注入された正孔を、効率よく発光層105に輸送する役割を果たすものである。正孔注入層103および正孔輸送層104は、それぞれ、正孔注入・輸送材料の一種または二種以上を積層、混合するか、正孔注入・輸送材料と高分子結着剤の混合物により形成される。また、正孔注入・輸送材料に塩化鉄(III)のような無機塩を添加して層を形成してもよい。
正孔注入・輸送性物質としては電界を与えられた電極間において正極からの正孔を効率よく注入・輸送することが必要で、正孔注入効率が高く、注入された正孔を効率よく輸送することが望ましい。そのためにはイオン化ポテンシャルが小さく、しかも正孔移動度が大きく、さらに安定性に優れ、トラップとなる不純物が製造時および使用時に発生しにくい物質であることが好ましい。
正孔注入層103および正孔輸送層104を形成する材料としては、光導電材料において、正孔の電荷輸送材料として従来から慣用されている化合物、p型半導体、有機電界発光素子の正孔注入層および正孔輸送層に使用されている公知のものの中から任意のものを選択して用いることができる。それらの具体例は、カルバゾール誘導体(N−フェニルカルバゾール、ポリビニルカルバゾールなど)、ビス(N−アリルカルバゾール)またはビス(N−アルキルカルバゾール)などのビスカルバゾール誘導体、トリアリールアミン誘導体(芳香族第3級アミノを主鎖あるいは側鎖に持つポリマー、1,1−ビス(4−ジ−p−トリルアミノフェニル)シクロヘキサン、N,N’−ジフェニル−N,N’−ジ(3−メチルフェニル)−4,4’−ジアミノビフェニル、N,N’−ジフェニル−N,N’−ジナフチル−4,4’−ジアミノビフェニル(以下、NPDと略記する。)、N,N’−ジフェニル−N,N’−ジ(3−メチルフェニル)−4,4’−ジフェニル−1,1’−ジアミン、N,N’−ジナフチル−N,N’−ジフェニル−4,4’−ジフェニル−1,1’−ジアミン、4,4’,4”−トリス(3−メチルフェニル(フェニル)アミノ)トリフェニルアミンなどのトリフェニルアミン誘導体、スターバーストアミン誘導体など、スチルベン誘導体、フタロシアニン誘導体(無金属、銅フタロシアニンなど)、ピラゾリン誘導体、ヒドラゾン系化合物、ベンゾフラン誘導体やチオフェン誘導体、オキサジアゾール誘導体、ポルフィリン誘導体などの複素環化合物、ポリシランなどである。ポリマー系では上記単量体を側鎖に有するポリカーボネートやスチレン誘導体、ポリビニルカルバゾールおよびポリシランなどが好ましいが、発光素子の作製に必要な薄膜を形成し、陽極から正孔が注入できて、さらに正孔を輸送できる化合物であれば特に限定されるものではない。
また、有機半導体の導電性は、そのドーピングにより、強い影響を受けることも知られている。このような有機半導体マトリックス物質は、電子供与性の良好な化合物、または電子受容性の良好な化合物から構成されている。電子供与物質のドーピングのために、テトラシアノキノンジメタン(TCNQ)または2,3,5,6−テトラフルオロテトラシアノ−1,4−ベンゾキノンジメタン(F4TCNQ)などの強い電子受容体が知られている(例えば、文献「M.Pfeiffer,A.Beyer,T.Fritz,K.Leo,Appl.Phys.Lett.,73(22),3202-3204(1998)」および文献「J.Blochwitz,M.Pheiffer,T.Fritz,K.Leo,Appl.Phys.Lett.,73(6),729-731(1998)」を参照)。これらは、電子供与型ベース物質(正孔輸送物質)における電子移動プロセスによって、いわゆる正孔を生成する。正孔の数および移動度によって、ベース物質の伝導性が、かなり大きく変化する。正孔輸送特性を有するマトリックス物質としては、例えばベンジジン誘導体(TPDなど)またはスターバーストアミン誘導体(TDATAなど)、あるいは、特定の金属フタロシアニン(特に、亜鉛フタロシアニンZnPcなど)が知られている(特開2005−167175号公報)。
<有機電界発光素子における発光層>
発光層105は、電界を与えられた電極間において、陽極102から注入された正孔と、陰極108から注入された電子とを再結合させることにより発光するものである。発光層105を形成する材料としては、正孔と電子との再結合によって励起されて発光する化合物(発光性化合物)であればよく、安定な薄膜形状を形成することができ、かつ、固体状態で強い発光(蛍光および/または燐光)効率を示す化合物であるのが好ましい。
発光層は単一層でも複数層からなってもどちらでもよく、それぞれ発光材料(ホスト材料、ドーパント材料)により形成され、これはホスト材料とドーパント材料との混合物であっても、ホスト材料単独であっても、いずれでもよい。すなわち、発光層の各層において、ホスト材料もしくはドーパント材料のみが発光してもよいし、ホスト材料とドーパント材料がともに発光してもよい。ホスト材料とドーパント材料は、それぞれ一種類であっても、複数の組み合わせであっても、いずれでもよい。ドーパント材料はホスト材料の全体に含まれていても、部分的に含まれていても、いずれであってもよい。ドーパントの使用量はドーパントによって異なり、そのドーパントの特性に合わせて決めれば良い。ドーパントの使用量の目安は、好ましくは発光材料全体の0.001〜50重量%であり、より好ましくは0.1〜10重量%であり、さらに好ましくは1〜5重量%である。ドーピング方法としては、ホスト材料との共蒸着法によって形成することができるが、ホスト材料と予め混合してから同時に蒸着してもよい。
ホスト材料としては、特に限定されるものではないが、以前から発光体として知られていたアントラセンやピレンなどの縮合環誘導体、トリス(8−キノリノラト)アルミニウムをはじめとする金属キレート化オキシノイド化合物、ビススチリルアントラセン誘導体やジスチリルベンゼン誘導体などのビススチリル誘導体、テトラフェニルブタジエン誘導体、クマリン誘導体、オキサジアゾール誘導体、ピロロピリジン誘導体、ペリノン誘導体、シクロペンタジエン誘導体、オキサジアゾール誘導体、チアジアゾロピリジン誘導体、ピロロピロール誘導体、ポリマー系では、ポリフェニレンビニレン誘導体、ポリパラフェニレン誘導体、そして、ポリチオフェン誘導体が好適に用いられる。
その他、ホスト材料としては、化学工業2004年6月号13頁、および、それにあげられた参考文献などに記載された化合物などの中から適宜選択して用いることができる。
ホスト材料の使用量は、好ましくは発光材料全体の50〜99.999重量%であり、より好ましくは80〜99.95重量%であり、さらに好ましくは90〜99.9重量%である。
また、ドーパント材料としては、上記一般式(1)のベンゾフルオレン化合物を用いることができ、特に、下記式(1−1)、式(1−3)、式(1−5)、式(1−6)、式(1−20)、式(1−25)、式(1−26)、式(1−29)、式(1−30)、式(1−32)、式(1−40)、式(1−60)、式(1−62)、式(1−80)、式(1−88)、式(1−91)、式(1−94)、式(1−100)、式(1−101)、式(1−102)、式(1−103)、式(1−110)で表される化合物を用いることが好ましい。上記一般式(1)で表されるベンゾフルオレン化合物のドーパント材料としての使用量は、好ましくは発光材料全体の0.001〜50重量%であり、より好ましくは0.05〜20重量%であり、さらに好ましくは0.1〜10重量%である。ドーピング方法としては、ホスト材料との共蒸着法によって形成することができるが、ホスト材料と予め混合してから同時に蒸着してもよい。
また、その他のドーパント材料も同時に使用できる。その他のドーパント材料としては、特に限定されるものではなく、既知の化合物を用いることができ、所望の発光色に応じて様々な材料の中から選択することができる。具体的には、例えば、フェナンスレン、アントラセン、ピレン、テトラセン、ペンタセン、ペリレン、ナフトピレン、ジベンゾピレンおよびルブレンなどの縮合環誘導体、ベンゾオキサゾール誘導体、ベンゾチアゾール誘導体、ベンゾイミダゾール誘導体、ベンゾトリアゾール誘導体、オキサゾール誘導体、オキサジアゾール誘導体、チアゾール誘導体、イミダゾール誘導体、チアジアゾール誘導体、トリアゾール誘導体、ピラゾリン誘導体、スチルベン誘導体、チオフェン誘導体、テトラフェニルブタジエン誘導体、シクロペンタジエン誘導体、ビススチリルアントラセン誘導体やジスチリルベンゼン誘導体などのビススチリル誘導体(特開平1−245087号公報)、ビススチリルアリーレン誘導体(特開平2−247278号公報)、ジアザインダセン誘導体、フラン誘導体、ベンゾフラン誘導体、フェニルイソベンゾフラン、ジメシチルイソベンゾフラン、ジ(2−メチルフェニル)イソベンゾフラン、ジ(2−トリフルオロメチルフェニル)イソベンゾフラン、フェニルイソベンゾフランなどのイソベンゾフラン誘導体、ジベンゾフラン誘導体、7−ジアルキルアミノクマリン誘導体、7−ピペリジノクマリン誘導体、7−ヒドロキシクマリン誘導体、7−メトキシクマリン誘導体、7−アセトキシクマリン誘導体、3−ベンゾチアゾリルクマリン誘導体、3−ベンゾイミダゾリルクマリン誘導体、3−ベンゾオキサゾリルクマリン誘導体などのクマリン誘導体、ジシアノメチレンピラン誘導体、ジシアノメチレンチオピラン誘導体、ポリメチン誘導体、シアニン誘導体、オキソベンゾアンスラセン誘導体、キサンテン誘導体、ローダミン誘導体、フルオレセイン誘導体、ピリリウム誘導体、カルボスチリル誘導体、アクリジン誘導体、オキサジン誘導体、フェニレンオキサイド誘導体、キナクリドン誘導体、キナゾリン誘導体、ピロロピリジン誘導体、フロピリジン誘導体、1,2,5−チアジアゾロピレン誘導体、ピロメテン誘導体、ペリノン誘導体、ピロロピロール誘導体、スクアリリウム誘導体、ビオラントロン誘導体、フェナジン誘導体、アクリドン誘導体およびデアザフラビン誘導体などがあげられる。
発色光ごとに例示すると、青〜青緑色ドーパント材料としては、ナフタレン、アントラセン、フェナンスレン、ピレン、トリフェニレン、ペリレン、フルオレン、インデンなどの芳香族炭化水素化合物やその誘導体、フラン、ピロール、チオフェン、シロール、9−シラフルオレン、9,9’−スピロビシラフルオレン、ベンゾチオフェン、ベンゾフラン、インドール、ジベンゾチオフェン、ジベンゾフラン、イミダゾピリジン、フェナントロリン、ピラジン、ナフチリジン、キノキサリン、ピロロピリジン、チオキサンテンなどの芳香族複素環化合物やその誘導体、ジスチリルベンゼン誘導体、テトラフェニルブタジエン誘導体、スチルベン誘導体、アルダジン誘導体、クマリン誘導体、イミダゾール、チアゾール、チアジアゾール、カルバゾール、オキサゾール、オキサジアゾール、トリアゾールなどのアゾール誘導体およびその金属錯体およびN,N’−ジフェニル−N,N’−ジ(3−メチルフェニル)−4,4’−ジフェニル−1,1’−ジアミンに代表される芳香族アミン誘導体などがあげられる。
また、緑〜黄色ドーパント材料としては、クマリン誘導体、フタルイミド誘導体、ナフタルイミド誘導体、ペリノン誘導体、ピロロピロール誘導体、シクロペンタジエン誘導体、アクリドン誘導体、キナクリドン誘導体およびルブレンなどのナフタセン誘導体などがあげられ、さらに上記青〜青緑色ドーパント材料として例示した化合物に、アリール、ヘテロアリール、アリールビニル、アミノ、シアノなど長波長化を可能とする置換基を導入した化合物も好適な例としてあげられる。
さらに、橙〜赤色ドーパント材料としては、ビス(ジイソプロピルフェニル)ペリレンテトラカルボン酸イミドなどのナフタルイミド誘導体、ペリノン誘導体、アセチルアセトンやベンゾイルアセトンとフェナントロリンなどを配位子とするEu錯体などの希土類錯体、4−(ジシアノメチレン)−2−メチル−6−(p−ジメチルアミノスチリル)−4H−ピランやその類縁体、マグネシウムフタロシアニン、アルミニウムクロロフタロシアニンなどの金属フタロシアニン誘導体、ローダミン化合物、デアザフラビン誘導体、クマリン誘導体、キナクリドン誘導体、フェノキサジン誘導体、オキサジン誘導体、キナゾリン誘導体、ピロロピリジン誘導体、スクアリリウム誘導体、ビオラントロン誘導体、フェナジン誘導体、フェノキサゾン誘導体およびチアジアゾロピレン誘導体などあげられ、さらに上記青〜青緑色および緑〜黄色ドーパント材料として例示した化合物に、アリール、ヘテロアリール、アリールビニル、アミノ、シアノなど長波長化を可能とする置換基を導入した化合物も好適な例としてあげられる。さらに、トリス(2−フェニルピリジン)イリジウム(III)に代表されるイリジウムや白金を中心金属とした燐光性金属錯体も好適な例としてあげられる。
本発明の発光層用材料に適したドーパント材料としては、上述するドーパント材料の中でも、上記一般式(1)で表されるベンゾフルオレン化合物が最適であり、同時に使用できるドーパント材料としては、ペリレン誘導体、ボラン誘導体、アミン含有スチリル誘導体、芳香族アミン誘導体、クマリン誘導体、ピラン誘導体、イリジウム錯体または白金錯体が好ましい。
ペリレン誘導体としては、例えば、3,10−ビス(2,6−ジメチルフェニル)ペリレン、3,10−ビス(2,4,6−トリメチルフェニル)ペリレン、3,10−ジフェニルペリレン、3,4−ジフェニルペリレン、2,5,8,11−テトラ−t−ブチルペリレン、3,4,9,10−テトラフェニルペリレン、3−(1’−ピレニル)−8,11−ジ(t−ブチル)ペリレン、3−(9’−アントリル)−8,11−ジ(t−ブチル)ペリレン、3,3’−ビス(8,11−ジ(t−ブチル)ペリレニル)などがあげられる。
また、特開平11-97178号公報、特開2000-133457号公報、特開2000-26324号公報、特開2001-267079号公報、特開2001-267078号公報、特開2001-267076号公報、特開2000-34234号公報、特開2001-267075号公報、および特開2001-217077号公報などに記載されたペリレン誘導体を用いてもよい。
ボラン誘導体としては、例えば、1,8−ジフェニル−10−(ジメシチルボリル)アントラセン、9−フェニル−10−(ジメシチルボリル)アントラセン、4−(9’−アントリル)ジメシチルボリルナフタレン、4−(10’−フェニル−9’−アントリル)ジメシチルボリルナフタレン、9−(ジメシチルボリル)アントラセン、9−(4’−ビフェニリル)−10−(ジメシチルボリル)アントラセン、9−(4’−(N−カルバゾリル)フェニル)−10−(ジメシチルボリル)アントラセンなどがあげられる。
また、国際公開第2000/40586号パンフレットなどに記載されたボラン誘導体を用いてもよい。
アミン含有スチリル誘導体としては、例えば、N,N,N’,N’−テトラ(4−ビフェニリル)−4、4’−ジアミノスチルベン、N,N,N’,N’−テトラ(1−ナフチル)−4、4’−ジアミノスチルベン、N,N,N’,N’−テトラ(2−ナフチル)−4、4’−ジアミノスチルベン、N,N’−ジ(2−ナフチル)−N,N’−ジフェニル−4、4’−ジアミノスチルベン、N,N’−ジ(9−フェナントリル)−N,N’−ジフェニル−4、4’−ジアミノスチルベン、4,4’−ビス[4”−ビス(ジフェニルアミノ)スチリル]−ビフェニル、1,4−ビス[4’−ビス(ジフェニルアミノ)スチリル]−ベンゼン、2,7−ビス[4’−ビス(ジフェニルアミノ)スチリル]−9,9−ジメチルフルオレン、4,4’−ビス(9−エチル−3−カルバゾビニレン)−ビフェニル、4,4’−ビス(9−フェニル−3−カルバゾビニレン)−ビフェニルなどがあげられる。 また、特開2003-347056号公報、および特開2001-307884号公報などに記載されたアミン含有スチリル誘導体を用いてもよい。
芳香族アミン誘導体としては、例えば、N,N,N,N−テトラフェニルアントラセン−9,10−ジアミン、9,10−ビス(4−ジフェニルアミノ−フェニル)アントラセン、9,10−ビス(4−ジ(1−ナフチルアミノ)フェニル)アントラセン、9,10−ビス(4−ジ(2−ナフチルアミノ)フェニル)アントラセン、10−ジ−p−トリルアミノ−9−(4−ジ−p−トリルアミノ−1−ナフチル)アントラセン、10−ジフェニルアミノ−9−(4−ジフェニルアミノ−1−ナフチル)アントラセン、10−ジフェニルアミノ−9−(6−ジフェニルアミノ−2−ナフチル)アントラセン、[4−(4−ジフェニルアミノ−フェニル)ナフタレン−1−イル]−ジフェニルアミン、[4−(4−ジフェニルアミノ−フェニル)ナフタレン−1−イル]−ジフェニルアミン、[6−(4−ジフェニルアミノ−フェニル)ナフタレン−2−イル]−ジフェニルアミン、4,4’−ビス[4−ジフェニルアミノナフタレン−1−イル]ビフェニル、4,4’−ビス[6−ジフェニルアミノナフタレン−2−イル]ビフェニル、4,4”−ビス[4−ジフェニルアミノナフタレン−1−イル]−p−テルフェニル、4,4”−ビス[6−ジフェニルアミノナフタレン−2−イル]−p−テルフェニルなどがあげられる。
また、特開2006-156888号公報などに記載された芳香族アミン誘導体を用いてもよい。
クマリン誘導体としては、クマリン−6、クマリン−334などがあげられる。
また、特開2004-43646号公報、特開2001-76876号公報、および特開平6-298758号公報などに記載されたクマリン誘導体を用いてもよい。
ピラン誘導体としては、下記のDCM、DCJTBなどがあげられる。
また、特開2005-126399号公報、特開2005-097283号公報、特開2002-234892号公報、特開2001-220577号公報、特開2001-081090号公報、および特開2001-052869号公報などに記載されたピラン誘導体を用いてもよい。
イリジウム錯体としては、下記のIr(ppy)などがあげられる。
また、特開2006-089398号公報、特開2006-080419号公報、特開2005-298483号公報、特開2005-097263号公報、および特開2004-111379号公報などに記載されたイリジウム錯体を用いてもよい。
白金錯体としては、下記のPtOEPなどがあげられる。
また、特開2006-190718号公報、特開2006-128634号公報、特開2006-093542号公報、特開2004-335122号公報、および特開2004-331508号公報などに記載された白金錯体を用いてもよい。
その他、ドーパントとしては、化学工業2004年6月号13頁、および、それにあげられた参考文献などに記載された化合物などの中から適宜選択して用いることができる。
<有機電界発光素子における電子注入層、電子輸送層>
電子注入層107は、陰極108から移動してくる電子を、効率よく発光層105内または電子輸送層106内に注入する役割を果たすものである。電子輸送層106は、陰極108から注入された電子または陰極108から電子注入層107を介して注入された電子を、効率よく発光層105に輸送する役割を果たすものである。電子輸送層106および電子注入層107は、それぞれ、電子輸送・注入材料の一種または二種以上を積層、混合するか、電子輸送・注入材料と高分子結着剤の混合物により形成される。
電子注入・輸送層とは、陰極から電子が注入され、さらに電子を輸送することを司る層であり、電子注入効率が高く、注入された電子を効率よく輸送することが望ましい。そのためには電子親和力が大きく、しかも電子移動度が大きく、さらに安定性に優れ、トラップとなる不純物が製造時および使用時に発生しにくい物質であることが好ましい。しかしながら、正孔と電子の輸送バランスを考えた場合に、陽極からの正孔が再結合せずに陰極側へ流れるのを効率よく阻止できる役割を主に果たす場合には、電子輸送能力がそれ程高くなくても、発光効率を向上させる効果は電子輸送能力が高い材料と同等に有する。したがって、本実施形態における電子注入・輸送層は、正孔の移動を効率よく阻止できる層の機能も含まれてもよい。
電子輸送層および電子注入層に用いられる材料としては、光導電材料において電子伝達化合物として従来から慣用されている化合物、有機電界発光素子の電子注入層および電子輸送層に使用されている公知の化合物の中から任意に選択して用いることができる。
具体的には、ピリジン誘導体、ナフタレン誘導体、アントラセン誘導体、フェナントロリン誘導体、ペリノン誘導体、クマリン誘導体、ナフタルイミド誘導体、アントラキノン誘導体、ジフェノキノン誘導体、ジフェニルキノン誘導体、ペリレン誘導体、チオフェン誘導体、チアジアゾール誘導体、キノキサリン誘導体、キノキサリン誘導体のポリマー、ベンザゾール類化合物、ピラゾール誘導体、パーフルオロ化フェニレン誘導体、トリアジン誘導体、ピラジン誘導体、イミダゾピリジン誘導体、ボラン誘導体、ベンゾオキサゾール誘導体、ベンゾチアゾール誘導体、キノリン誘導体、アルダジン誘導体、カルバゾール誘導体、インドール誘導体、リンオキサイド誘導体、ビススチリル誘導体などがあげられる。また、オキサジアゾール誘導体(1,3−ビス[(4−t−ブチルフェニル)1,3,4−オキサジアゾリル]フェニレンなど)、トリアゾール誘導体(N−ナフチル−2,5−ジフェニル−1,3,4−トリアゾールなど)、ベンゾキノリン誘導体(2,2’−ビス(ベンゾ[h]キノリン−2−イル)−9,9’−スピロビフルオレンなど)、ベンゾイミダゾール誘導体(トリス(N−フェニルベンゾイミダゾール−2−イル)ベンゼンなど)、ビピリジン誘導体、テルピリジン誘導体(1,3−ビス(4’−(2,2’:6’2”−テルピリジニル))ベンゼンなど)、ナフチリジン誘導体(ビス(1−ナフチル)−4−(1,8−ナフチリジン−2−イル)フェニルホスフィンオキサイドなど)などがあげられる。これらの材料は単独でも用いられるが、異なる材料と混合して使用しても構わない。
また、電子受容性窒素を有する金属錯体を用いることもでき、例えば、キノリノール系金属錯体やヒドロキシフェニルオキサゾール錯体などのヒドロキシアゾール錯体、アゾメチン錯体、トロポロン金属錯体、フラボノール金属錯体およびベンゾキノリン金属錯体などがあげられる。これらの材料は単独でも用いられるが、異なる材料と混合して使用しても構わない。
上述した材料の中でも、キノリノール系金属錯体、ビピリジン誘導体、フェナントロリン誘導体、ボラン誘導体またはベンゾイミダゾール誘導体が好ましい。
キノリノール系金属錯体は、下記一般式(E-1)で表される化合物である。
式中、R〜Rは水素または置換基であり、MはAl、Ga、BeまたはZnであり、nは2または3の整数である。
キノリノール系金属錯体の具体例としては、トリス(8−キノリノラート)アルミニウム、トリス(4−メチル−8−キノリノラート)アルミニウム、トリス(5−メチル−8−キノリノラート)アルミニウム、トリス(3,4−ジメチル−8−キノリノラート)アルミニウム、トリス(4,5−ジメチル−8−キノリノラート)アルミニウム、トリス(4,6−ジメチル−8−キノリノラート)アルミニウム、ビス(2−メチル−8−キノリノラート)(フェノラート)アルミニウム、ビス(2−メチル−8−キノリノラート)(2−メチルフェノラート)アルミニウム、ビス(2−メチル−8−キノリノラート)(3−メチルフェノラート)アルミニウム、ビス(2−メチル−8−キノリノラート)(4−メチルフェノラート)アルミニウム、ビス(2−メチル−8−キノリノラート)(2−フェニルフェノラート)アルミニウム、ビス(2−メチル−8−キノリノラート)(3−フェニルフェノラート)アルミニウム、ビス(2−メチル−8−キノリノラート)(4−フェニルフェノラート)アルミニウム、ビス(2−メチル−8−キノリノラート)(2,3−ジメチルフェノラート)アルミニウム、ビス(2−メチル−8−キノリノラート)(2,6−ジメチルフェノラート)アルミニウム、ビス(2−メチル−8−キノリノラート)(3,4−ジメチルフェノラート)アルミニウム、ビス(2−メチル−8−キノリノラート)(3,5−ジメチルフェノラート)アルミニウム、ビス(2−メチル−8−キノリノラート)(3,5−ジ−t−ブチルフェノラート)アルミニウム、ビス(2−メチル−8−キノリノラート)(2,6−ジフェニルフェノラート)アルミニウム、ビス(2−メチル−8−キノリノラート)(2,4,6−トリフェニルフェノラート)アルミニウム、ビス(2−メチル−8−キノリノラート)(2,4,6−トリメチルフェノラート)アルミニウム、ビス(2−メチル−8−キノリノラート)(2,4,5,6−テトラメチルフェノラート)アルミニウム、ビス(2−メチル−8−キノリノラート)(1−ナフトラート)アルミニウム、ビス(2−メチル−8−キノリノラート)(2−ナフトラート)アルミニウム、ビス(2,4−ジメチル−8−キノリノラート)(2−フェニルフェノラート)アルミニウム、ビス(2,4−ジメチル−8−キノリノラート)(3−フェニルフェノラート)アルミニウム、ビス(2,4−ジメチル−8−キノリノラート)(4−フェニルフェノラート)アルミニウム、ビス(2,4−ジメチル−8−キノリノラート)(3,5−ジメチルフェノラート)アルミニウム、ビス(2,4−ジメチル−8−キノリノラート)(3,5−ジ−t−ブチルフェノラート)アルミニウム、ビス(2−メチル−8−キノリノラート)アルミニウム−μ−オキソ−ビス(2−メチル−8−キノリノラート)アルミニウム、ビス(2,4−ジメチル−8−キノリノラート)アルミニウム−μ−オキソ−ビス(2,4−ジメチル−8−キノリノラート)アルミニウム、ビス(2−メチル−4−エチル−8−キノリノラート)アルミニウム−μ−オキソ−ビス(2−メチル−4−エチル−8−キノリノラート)アルミニウム、ビス(2−メチル−4−メトキシ−8−キノリノラート)アルミニウム−μ−オキソ−ビス(2−メチル−4−メトキシ−8−キノリノラート)アルミニウム、ビス(2−メチル−5−シアノ−8−キノリノラート)アルミニウム−μ−オキソ−ビス(2−メチル−5−シアノ−8−キノリノラート)アルミニウム、ビス(2−メチル−5−トリフルオロメチル−8−キノリノラート)アルミニウム−μ−オキソ−ビス(2−メチル−5−トリフルオロメチル−8−キノリノラート)アルミニウム、ビス(10−ヒドロキシベンゾ[h]キノリン)ベリリウムなどがあげられる。
ビピリジン誘導体は、下記一般式(E-2)で表される化合物である。
式中、Gは単なる結合手またはn価の連結基を表し、nは2〜8の整数である。また、ピリジン−ピリジンまたはピリジン−Gの結合に用いられない炭素原子は置換されていてもよい。
一般式(E-2)のGとしては、例えば、以下の構造式のものがあげられる。なお、下記構造式中のRは、それぞれ独立して、水素、メチル、エチル、イソプロピル、シクロヘキシル、フェニル、1−ナフチル、2−ナフチル、ビフェニリルまたはテルフェニリルである。
ピリジン誘導体の具体例としては、2,5−ビス(2,2’−ビピリジル−6−イル)−1,1−ジメチル−3,4−ジフェニルシロール、2,5−ビス(2,2’−ビピリジル−6−イル)−1,1−ジメチル−3,4−ジメシチルシロール、2,5−ビス(2,2’−ビピリジル−5−イル)−1,1−ジメチル−3,4−ジフェニルシロール、2,5−ビス(2,2’−ビピリジル−5−イル)−1,1−ジメチル−3,4−ジメシチルシロール9,10−ジ(2,2’−ビピリジル−6−イル)アントラセン、9,10−ジ(2,2’−ビピリジル−5−イル)アントラセン、9,10−ジ(2,3’−ビピリジル−6−イル)アントラセン、9,10−ジ(2,3’−ビピリジル−5−イル)アントラセン、9,10−ジ(2,3’−ビピリジル−6−イル)−2−フェニルアントラセン、9,10−ジ(2,3’−ビピリジル−5−イル)−2−フェニルアントラセン、9,10−ジ(2,2’−ビピリジル−6−イル)−2−フェニルアントラセン、9,10−ジ(2,2’−ビピリジル−5−イル)−2−フェニルアントラセン、9,10−ジ(2,4’−ビピリジル−6−イル)−2−フェニルアントラセン、9,10−ジ(2,4’−ビピリジル−5−イル)−2−フェニルアントラセン、9,10−ジ(3,4’−ビピリジル−6−イル)−2−フェニルアントラセン、9,10−ジ(3,4’−ビピリジル−5−イル)−2−フェニルアントラセン、3,4−ジフェニル−2,5−ジ(2,2’−ビピリジル−6−イル)チオフェン、3,4−ジフェニル−2,5−ジ(2,3’−ビピリジル−5−イル)チオフェン、6’6”−ジ(2−ピリジル)2,2’:4’,4”:2”,2”’−クアテルピリジンなどがあげられる。
フェナントロリン誘導体は、下記一般式(E-3-1)または(E-3-2)で表される化合物である。
式中、R〜Rは水素または置換基であり、隣接する基は互いに結合して縮合環を形成してもよく、Gは単なる結合手またはn価の連結基を表し、nは2〜8の整数である。また、一般式(E-3-2)のGとしては、例えば、ビピリジン誘導体の欄で説明したものと同じものがあげられる。
フェナントロリン誘導体の具体例としては、4,7−ジフェニル−1,10−フェナントロリン、2,9−ジメチル−4,7−ジフェニル−1,10−フェナントロリン、9,10−ジ(1,10−フェナントロリン−2−イル)アントラセン、2,6−ジ(1,10−フェナントロリン−5−イル)ピリジン、1,3,5−トリ(1,10−フェナントロリン−5−イル)ベンゼン、9,9’−ジフルオル−ビス(1,10−フェナントロリン−5−イル)、バソクプロインや1,3−ビス(2−フェニル−1,10−フェナントロリン−9−イル)ベンゼンなどがあげられる。
特に、フェナントロリン誘導体を電子輸送層、電子注入層に用いた場合について説明する。長時間にわたって安定な発光を得るには、熱的安定性や薄膜形成性に優れた材料が望まれ、フェナントロリン誘導体の中でも、置換基自身が三次元的立体構造を有するか、フェナントロリン骨格とのあるいは隣接置換基との立体反発により三次元的立体構造を有するもの、あるいは複数のフェナントロリン骨格を連結したものが好ましい。さらに、複数のフェナントロリン骨格を連結する場合、連結ユニット中に共役結合、置換もしくは無置換の芳香族炭化水素、置換もしくは無置換の芳香複素環を含んでいる化合物がより好ましい。
ボラン誘導体は、下記一般式(E-4)で表される化合物であり、詳細には特開2007-27587号公報に開示されている。
式中、R11およびR12は、それぞれ独立して、水素、アルキル、置換されていてもよいアリール、置換シリル、置換されていてもよい窒素含有複素環、またはシアノの少なくとも一つであり、R13〜R16は、それぞれ独立して、置換されていてもよいアルキル、または置換されていてもよいアリールであり、Xは、置換されていてもよいアリーレンであり、Yは、置換されていてもよい炭素数16以下のアリール、置換ボリル、または置換されていてもよいカルバゾールであり、そして、nはそれぞれ独立して0〜3の整数である。
上記一般式(E-4)で表される化合物の中でも、下記一般式(E-4-1)で表される化合物、さらに下記一般式(E-4-1-1)〜(E-4-1-4)で表される化合物が好ましい。具体例としては、9−[4−(4−ジメシチルボリルナフタレン−1−イル)フェニル]カルバゾール、9−[4−(4−ジメシチルボリルナフタレン−1−イル)ナフタレン−1−イル]カルバゾールなどがあげられる。
式中、R11およびR12は、それぞれ独立して、水素、アルキル、置換されていてもよいアリール、置換シリル、置換されていてもよい窒素含有複素環、またはシアノの少なくとも一つであり、R13〜R16は、それぞれ独立して、置換されていてもよいアルキル、または置換されていてもよいアリールであり、R21およびR22は、それぞれ独立して、それぞれ独立して、水素、アルキル、置換されていてもよいアリール、置換シリル、置換されていてもよい窒素含有複素環、またはシアノの少なくとも一つであり、Xは、置換されていてもよい炭素数20以下のアリーレンであり、nはそれぞれ独立して0〜3の整数であり、そして、mはそれぞれ独立して0〜4の整数である。
各式中、R31〜R34は、それぞれ独立して、メチル、イソプロピルまたはフェニルのいずれかであり、そして、R35およびR36は、それぞれ独立して、水素、メチル、イソプロピルまたはフェニルのいずれかである。
上記一般式(E-4)で表される化合物の中でも、下記一般式(E-4-2)で表される化合物、さらに下記一般式(E-4-2-1)で表される化合物が好ましい。
式中、R11およびR12は、それぞれ独立して、水素、アルキル、置換されていてもよいアリール、置換シリル、置換されていてもよい窒素含有複素環、またはシアノの少なくとも一つであり、R13〜R16は、それぞれ独立して、置換されていてもよいアルキル、または置換されていてもよいアリールであり、Xは、置換されていてもよい炭素数20以下のアリーレンであり、そして、nはそれぞれ独立して0〜3の整数である。
式中、R31〜R34は、それぞれ独立して、メチル、イソプロピルまたはフェニルのいずれかであり、そして、R35およびR36は、それぞれ独立して、水素、メチル、イソプロピルまたはフェニルのいずれかである。
上記一般式(E-4)で表される化合物の中でも、下記一般式(E-4-3)で表される化合物、さらに下記一般式(E-4-3-1)または(E-4-3-2)で表される化合物が好ましい。
式中、R11およびR12は、それぞれ独立して、水素、アルキル、置換されていてもよいアリール、置換シリル、置換されていてもよい窒素含有複素環、またはシアノの少なくとも一つであり、R13〜R16は、それぞれ独立して、置換されていてもよいアルキル、または置換されていてもよいアリールであり、Xは、置換されていてもよい炭素数10以下のアリーレンであり、Yは、置換されていてもよい炭素数14以下のアリールであり、そして、nはそれぞれ独立して0〜3の整数である。
各式中、R31〜R34は、それぞれ独立して、メチル、イソプロピルまたはフェニルのいずれかであり、そして、R35およびR36は、それぞれ独立して、水素、メチル、イソプロピルまたはフェニルのいずれかである。
ベンゾイミダゾール誘導体は、下記一般式(E-5)で表される化合物である。
式中、Ar〜Arはそれぞれ独立に水素または置換されてもよい炭素数6〜30のアリールである。特に、Arが置換されてもよいアントリルであるベンゾイミダゾール誘導体が好ましい。
炭素数6〜30のアリールの具体例は、フェニル、1−ナフチル、2−ナフチル、アセナフチレン−1−イル、アセナフチレン−3−イル、アセナフチレン−4−イル、アセナフチレン−5−イル、フルオレン−1−イル、フルオレン−2−イル、フルオレン−3−イル、フルオレン−4−イル、フルオレン−9−イル、フェナレン−1−イル、フェナレン−2−イル、1−フェナントリル、2−フェナントリル、3−フェナントリル、4−フェナントリル,9−フェナントリル、1−アントリル、2−アントリル、9−アントリル、フルオランテン−1−イル、フルオランテン−2−イル、フルオランテン−3−イル、フルオランテン−7−イル、フルオランテン−8−イル、トリフェニレン−1−イル、トリフェニレン−2−イル、ピレン−1−イル、ピレン−2−イル、ピレン−4−イル、クリセン−1−イル、クリセン−2−イル、クリセン−3−イル、クリセン−4−イル、クリセン−5−イル、クリセン−6−イル、ナフタセン−1−イル、ナフタセン−2−イル、ナフタセン−5−イル、ペリレン−1−イル、ペリレン−2−イル、ペリレン−3−イル、ペンタセン−1−イル、ペンタセン−2−イル、ペンタセン−5−イル、ペンタセン−6−イルである。
ベンゾイミダゾール誘導体の具体例は、1−フェニル−2−(4−(10−フェニルアントラセン−9−イル)フェニル)−1H−ベンゾ[d]イミダゾール、2−(4−(10−(ナフタレン−2−イル)アントラセン−9−イル)フェニル)−1−フェニル−1H−ベンゾ[d]イミダゾール、2−(3−(10−(ナフタレン−2−イル)アントラセン−9−イル)フェニル)−1−フェニル−1H−ベンゾ[d]イミダゾール、5−(10−(ナフタレン−2−イル)アントラセン−9−イル)−1,2−ジフェニル−1H−ベンゾ[d]イミダゾール、1−(4−(10−(ナフタレン−2−イル)アントラセン−9−イル)フェニル)−2−フェニル−1H−ベンゾ[d]イミダゾール、2−(4−(9,10−ジ(ナフタレン−2−イル)アントラセン−2−イル)フェニル)−1−フェニル−1H−ベンゾ[d]イミダゾール、1−(4−(9,10−ジ(ナフタレン−2−イル)アントラセン−2−イル)フェニル)−2−フェニル−1H−ベンゾ[d]イミダゾール、5−(9,10−ジ(ナフタレン−2−イル)アントラセン−2−イル)−1,2−ジフェニル−1H−ベンゾ[d]イミダゾールである。
電子輸送層または電子注入層には、さらに、電子輸送層または電子注入層を形成する材料を還元できる物質を含んでいてもよい。この還元性物質は、一定の還元性を有するものであれば、様々なものが用いられ、例えば、アルカリ金属、アルカリ土類金属、希土類金属、アルカリ金属の酸化物、アルカリ金属のハロゲン化物、アルカリ土類金属の酸化物、アルカリ土類金属のハロゲン化物、希土類金属の酸化物、希土類金属のハロゲン化物、アルカリ金属の有機錯体、アルカリ土類金属の有機錯体および希土類金属の有機錯体からなる群から選択される少なくとも1つを好適に使用することができる。
好ましい還元性物質としては、Na(仕事関数2.36eV)、K(同2.28eV)、Rb(同2.16eV)またはCs(同1.95eV)などのアルカリ金属や、Ca(同2.9eV)、Sr(同2.0〜2.5eV)またはBa(同2.52eV)などのアルカリ土類金属が挙げられ、仕事関数が2.9eV以下のものが特に好ましい。これらのうち、より好ましい還元性物質は、K、RbまたはCsのアルカリ金属であり、さらに好ましくはRbまたはCsであり、最も好ましいのはCsである。これらのアルカリ金属は、特に還元能力が高く、電子輸送層または電子注入層を形成する材料への比較的少量の添加により、有機EL素子における発光輝度の向上や長寿命化が図られる。また、仕事関数が2.9eV以下の還元性物質として、これら2種以上のアルカリ金属の組み合わせも好ましく、特に、Csを含んだ組み合わせ、例えば、CsとNa、CsとK、CsとRb、またはCsとNaとKとの組み合わせが好ましい。Csを含むことにより、還元能力を効率的に発揮することができ、電子輸送層または電子注入層を形成する材料への添加により、有機EL素子における発光輝度の向上や長寿命化が図られる。
<有機電界発光素子における陰極>
陰極108は、電子注入層107および電子輸送層106を介して、発光層105に電子を注入する役割を果たすものである。
陰極108を形成する材料としては、電子を有機層に効率よく注入できる物質であれば特に限定されないが、陽極102を形成する材料と同様のものを用いることができる。なかでも、スズ、マグネシウム、インジウム、カルシウム、アルミニウム、銀、銅、ニッケル、クロム、金、白金、鉄、亜鉛、リチウム、ナトリウム、カリウム、セシウムおよびマグネシウムなどの金属またはそれらの合金(マグネシウム−銀合金、マグネシウム−インジウム合金、フッ化リチウム/アルミニウムなどのアルミニウム−リチウム合金など)などが好ましい。電子注入効率をあげて素子特性を向上させるためには、リチウム、ナトリウム、カリウム、セシウム、カルシウム、マグネシウムまたはこれら低仕事関数金属を含む合金が有効である。しかしながら、これらの低仕事関数金属は一般に大気中で不安定であることが多い。この点を改善するために、例えば、有機層に微量のリチウム、セシウムやマグネシウムをドーピングして、安定性の高い電極を使用する方法が知られている。その他のドーパントとしては、フッ化リチウム、フッ化セシウム、酸化リチウムおよび酸化セシウムのような無機塩も使用することができる。ただし、これらに限定されるものではない。
さらに、電極保護のために白金、金、銀、銅、鉄、錫、アルミニウムおよびインジウムなどの金属、またはこれら金属を用いた合金、そしてシリカ、チタニアおよび窒化ケイ素などの無機物、ポリビニルアルコール、塩化ビニル、炭化水素系高分子化合物などを積層することが、好ましい例としてあげられる。これらの電極の作製法も、抵抗加熱、電子線ビーム、スパッタリング、イオンプレーティングおよびコーティングなど、導通を取ることができれば特に制限されない。
<各層で用いてもよい結着剤>
以上の正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電子輸送層および電子注入層に用いられる材料は単独で各層を形成することができるが、高分子結着剤としてポリ塩化ビニル、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリ(N−ビニルカルバゾール)、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、ポリスルフォン、ポリフェニレンオキサイド、ポリブタジエン、炭化水素樹脂、ケトン樹脂、フェノキシ樹脂、ポリサルフォン、ポリアミド、エチルセルロース、酢酸ビニル樹脂、ABS樹脂、ポリウレタン樹脂などの溶剤可溶性樹脂や、フェノール樹脂、キシレン樹脂、石油樹脂、ユリア樹脂、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、シリコーン樹脂などの硬化性樹脂などに分散させて用いることも可能である。
<有機電界発光素子の作製方法>
有機電界発光素子を構成する各層は、各層を構成すべき材料を蒸着法、抵抗加熱蒸着、電子ビーム蒸着、スパッタリング、分子積層法、印刷法、スピンコート法またはキャスト法、コーティング法などの方法で薄膜とすることにより、形成することができる。このようにして形成された各層の膜厚については特に限定はなく、材料の性質に応じて適宜設定することができるが、通常2nm〜5000nmの範囲である。膜厚は通常、水晶発振式膜厚測定装置などで測定できる。蒸着法を用いて薄膜化する場合、その蒸着条件は、材料の種類、膜の目的とする結晶構造および会合構造などにより異なる。蒸着条件は一般的に、ボート加熱温度+50〜+400℃、真空度10−6〜10−3Pa、蒸着速度0.01〜50nm/秒、基板温度−150〜+300℃、膜厚2nm〜5μmの範囲で適宜設定することが好ましい。
次に、有機電界発光素子を作製する方法の一例として、陽極/正孔注入層/正孔輸送層/ホスト材料とドーパント材料からなる発光層/電子輸送層/電子注入層/陰極からなる有機電界発光素子の作製法について説明する。適当な基板上に、陽極材料の薄膜を蒸着法などにより形成させて陽極を作製した後、この陽極上に正孔注入層および正孔輸送層の薄膜を形成させる。この上にホスト材料とドーパント材料を共蒸着し薄膜を形成させて発光層とし、この発光層の上に電子輸送層、電子注入層を形成させ、さらに陰極用物質からなる薄膜を蒸着法などにより形成させて陰極とすることにより、目的の有機電界発光素子が得られる。なお、上述の有機電界発光素子の作製においては、作製順序を逆にして、陰極、電子注入層、電子輸送層、発光層、正孔輸送層、正孔注入層、陽極の順に作製することも可能である。
このようにして得られた有機電界発光素子に直流電圧を印加する場合には、陽極を+、陰極を−の極性として印加すればよく、電圧2〜40V程度を印加すると、透明または半透明の電極側(陽極または陰極、および両方)より発光が観測できる。また、この有機電界発光素子は、パルス電流や交流電流を印加した場合にも発光する。なお、印加する交流の波形は任意でよい。
<有機電界発光素子の応用例>
また、本発明は、有機電界発光素子を備えた表示装置または有機電界発光素子を備えた照明装置などにも応用することができる。
有機電界発光素子を備えた表示装置または照明装置は、本実施形態にかかる有機電界発光素子と公知の駆動装置とを接続するなど公知の方法によって製造することができ、直流駆動、パルス駆動、交流駆動など公知の駆動方法を適宜用いて駆動することができる。
表示装置としては、例えば、カラーフラットパネルディスプレイなどのパネルディスプレイ、フレキシブルカラー有機電界発光(EL)ディスプレイなどのフレキシブルディスプレイなどがあげられる(例えば、特開平10−335066号公報、特開2003−321546号公報、特開2004−281086号公報など参照)。また、ディスプレイの表示方式としては、例えば、マトリクスおよび/またはセグメント方式などがあげられる。なお、マトリクス表示とセグメント表示は同じパネルの中に共存していてもよい。
マトリクスとは、表示のための画素が格子状やモザイク状など二次元的に配置されたものをいい、画素の集合で文字や画像を表示する。画素の形状やサイズは用途によって決まる。例えば、パソコン、モニター、テレビの画像および文字表示には、通常一辺が300μm以下の四角形の画素が用いられ、また、表示パネルのような大型ディスプレイの場合は、一辺がmmオーダーの画素を用いることになる。モノクロ表示の場合は、同じ色の画素を配列すればよいが、カラー表示の場合には、赤、緑、青の画素を並べて表示させる。この場合、典型的にはデルタタイプとストライプタイプがある。そして、このマトリクスの駆動方法としては、線順次駆動方法やアクティブマトリックスのどちらでもよい。線順次駆動の方が構造が簡単であるという利点があるが、動作特性を考慮した場合、アクティブマトリックスの方が優れる場合があるので、これも用途によって使い分けることが必要である。
セグメント方式(タイプ)では、予め決められた情報を表示するようにパターンを形成し、決められた領域を発光させることになる。例えば、デジタル時計や温度計における時刻や温度表示、オーディオ機器や電磁調理器などの動作状態表示および自動車のパネル表示などがあげられる。
照明装置としては、例えば、室内照明などの照明装置、液晶表示装置のバックライトなどがあげられる(例えば、特開2003−257621号公報、特開2003−277741号公報、特開2004−119211号公報など参照)。バックライトは、主に自発光しない表示装置の視認性を向上させる目的に使用され、液晶表示装置、時計、オーディオ装置、自動車パネル、表示板および標識などに使用される。特に、液晶表示装置、中でも薄型化が課題となっているパソコン用途のバックライトとしては、従来方式のものが蛍光灯や導光板からなっているため薄型化が困難であることを考えると、本実施形態に係る発光素子を用いたバックライトは薄型で軽量が特徴になる。
<ベンゾフルオレン化合物の合成例>
以下、式(1−20)、式(1−25)、式(1−26)、式(1−60)、式(1−62)で表される化合物および比較例で用いた化合物(A)、(B)の合成例について説明する。
<式(1−20)で表される化合物の合成例>
窒素雰囲気下、1−ブロモ−4−(トリメチルシリル)ベンゼン22.9gとp−トルイジン10.7gを脱水トルエン150mlに溶解させ、酢酸パラジウム45mg、ナトリウム t−ブトキシド12.5g、そしてトリス(t−ブチル)ホスフィン1.2gを加えて100℃で8時間加熱した。反応後、水を添加し、分液ロートにて有機層と水層を分離し、有機層を濃縮した。その粗製品をシリカゲルショートカラムで精製(溶媒:トルエン)した後、加熱真空乾燥(90℃、0.01kPa)して以下の化合物を20.7g(収率81%)得た。
窒素雰囲気下、5,9−ジブロモ−7,7−ジフェニル−7H−ベンゾ[C]フルオレン5.3gと上記で合成した化合物5.7gを脱水トルエン30mlに溶解させ、酢酸パラジウム22mg、ナトリウム t−ブトキシド2.4g、そしてトリス(t−ブチル)ホスフィン0.060gを加えて80℃で1時間加熱した。反応後、シリカゲルショートカラムで精製(溶媒:トルエン)することにより触媒を除去した。その後、粗製品をシリカゲルでカラム精製(溶媒:へプタン/トルエン=7/3(容積比))を行った後、昇華精製をして、目的の式(1−20)で表される化合物を5.0g(収率57%)得た。
MSスペクトルおよびNMR測定により式(1−20)で表される化合物の構造を確認した。
APCI−MS:m/z 876 [M+2H]
H−NMR(CDCl)σ8.70(d,1H)、8.11(d,1H)、7.99(d,1H)、7.52(t,1H,J=8Hz)、7.33−6.84(m,30H)、2.31(s,3H)、2.24(s,3H)、0.24(s,9H)、0.20(s,9H).
<式(1−25)で表される化合物の合成例>
窒素雰囲気下、5,9−ジブロモ−7,7−ジフェニル−7H−ベンゾ[c]フルオレン4.7gと4−イソプロピルアニリン2.4gを脱水トルエン30mlに溶解させ、ビス(ジベンジリデンアセトン)パラジウム52mg、ナトリウム t−ブトキシド2.3g、およびトリス(t−ブチル)ホスフィン0.055gを加えて50℃で2時間加熱した。その後、1−ブロモ−4−(トリメチルシリル)ベンゼン4.1g、酢酸パラジウム10mg、およびナトリウム t−ブトキシド2.3gを添加して、80℃で4時間加熱を行った。
反応後、水を100ml添加して、分液ロートを用いて、有機層を水洗した。水層を除去した後、有機層を集めて、ロータリーエバポレーターにて、濃縮を行い粗製品を得た。その粗製品をシリカゲルでカラム精製(溶媒:へプタン/トルエン=5/1(容積比))を行った後、昇華精製して、目的の式(1−25)で表される化合物を2.5g(収率30%)得た。
MSスペクトルおよびNMR測定により式(1−25)で表される化合物の構造を確認した。
H−NMR(CDCl)σ8.70(d,1H)、8.15(d,1H)、8.03(d,1H)、7.56(t,1H,J=8Hz)、7.37−6.88(m,30H)、2.87(m,2H)、1.22(d,6H)、1.23(d,6H)0.25(s,9H)、0.21(s,9H).
<式(1−26)で表される化合物の合成例>
窒素雰囲気下、1−ブロモ−4−(トリメチルシリル)ベンゼン22.9gとp−t−ブチルアニリン14.9gを脱水トルエン150mlに溶解させ、酢酸パラジウム67mg、ナトリウム t−ブトキシド12.5g、そしてトリス(t−ブチル)ホスフィン1.8gを加えて100℃で4時間過加熱した。反応後、水を添加し、分液ロートにて有機層と水層を分離した。有機層を集めて、シリカゲルショートカラムで精製(溶媒:トルエン)した後、加熱真空乾燥(100℃、0.01kPa)して以下の化合物を23.4g(収率79%)得た。
窒素雰囲気下、5,9−ジブロモ−7,7−ジフェニル−7H−ベンゾ[C]フルオレン5.3gと上記で合成した化合物6.5gを脱水トルエン30mlに溶解させ、酢酸パラジウム22mg、ナトリウム t−ブトキシド2.4g、そしてトリス(t−ブチル)ホスフィン0.060gを加えて60℃で4時間加熱した。室温冷却後、沈殿物をろ過し、メタノールと水で洗浄した。その後、粗製品をシリカゲルでカラム精製(溶媒:へプタン/トルエン=4/1(容積比))を行った後、昇華精製をして、目的の式(1−26)で表される化合物を5.4g(収率56%)得た。
MSスペクトルおよびNMR測定により式(1−26)で表される化合物の構造を確認した。
H−NMR(CDCl)σ8.70(d,1H)、8.15(d,1H)、8.02(d,1H)、7.50(t,1H,J=8Hz)、7.37−6.90(m,30H)、1.30(d,6H)、1.26(d,6H)、0.24(s,9H)、0.20(s,9H).
<式(1−60)で表される化合物の合成例>
窒素雰囲気下、5,9−ジブロモ−7,7−ジフェニル−7H−ベンゾ[c]フルオレン5.0gとアニリン1.7gを脱水トルエン30mlに溶解させ、ビス(ジベンジリデンアセトン)パラジウム52mg、ナトリウム t−ブトキシド2.3g、そしてトリス(t−ブチル)ホスフィン0.055gを加えて50℃で2時間加熱した。その後、1−ブロモ−4−(トリメチルシリル)ベンゼン4.1g、酢酸パラジウム10mg、ナトリウム t−ブトキシド2.3gを添加して、80℃で4時間加熱を行った。
反応後、水を100ml添加して、分液ロートを用いて、有機層を水洗した。水層を除去した後、有機層を集めて、ロータリーエバポレーターにて、濃縮を行い粗製品を得た。その粗製品をシリカゲルでカラム精製(溶媒:へプタン/トルエン=5/1(容積比))を行った後、昇華精製して、目的の式(1−60)で表される化合物を2.5g(収率32%)得た。
MSスペクトルおよびNMR測定により式(1−60)で表される化合物の構造を確認した。
H−NMR(CDCl)σ8.70(d,1H)、8.18(d,1H)、8.02(d,1H)、7.56(t,1H,J=8Hz)、7.37−6.92(m,31H)、0.25(s,9H)、0.21(s,9H).
<式(1−62)で表される化合物の合成例>
窒素雰囲気下、5,9−ジブロモ−7,7−ジメチル−7H−ベンゾ[C]フルオレン9.5gとアニリン4.5gを脱水トルエン80mlに溶解させ、ビス(ジベンジリデンアセトン)パラジウム140mg、ナトリウム t−ブトキシド7.0g、そしてトリス(t−ブチル)ホスフィン0.15gを加えて50℃で2時間加熱した。反応後、1−ブロモ−4−(トリメチルシリル)ベンゼン11g、酢酸パラジウム27mg、ナトリウム t−ブトキシド7.0gを添加して、80℃で4時間加熱を行った。
水を100ml添加して、分液ロートを用いて、有機層を水洗した。水層を除去した後、有機層を集めて、ロータリーエバポレーターにて、濃縮を行い粗製品を得た。その粗製品をシリカゲルでカラム精製(溶媒:へプタン/トルエン=5/1(容積比))を行った後、昇華精製して、目的の式(1−62)で表される化合物を3.1g(収率18%)得た。
MSスペクトルおよびNMR測定により式(1−62)で表される化合物の構造を確認した。
H−NMR(CDCl)σ8.68(d,1H)、8.15(d,1H)、8.05(d,1H)、7.56(t,1H,J=8Hz)、7.45−6.94(m,32H)、1.41(s,6H)、0.27(s,9H)、0.22(s,9H).
<比較例化合物(A)の合成例>
窒素雰囲気下、5,9−ジブロモ−7,7−ジフェニル−7H−ベンゾ[c]フルオレン2.5gとジフェニルアミン1.6gを脱水キシレン100mlに溶解させ、酢酸パラジウム1.5mg、ナトリウムt−ブトキシド0.98g、そしてトリ(t−ブチル)ホスフィン14mgを加えて4時間還流した。
反応後、水を100ml添加して、分液ロートを用いて、有機層を水洗した。水層を除去した後、有機層を集めて、ロータリーエバポレーターにて濃縮し、粗製品を得た。その粗製品をシリカゲルでカラム精製(溶媒:へプタン/トルエン=3/1(容積比))を行った後、昇華精製して、目的の比較例化合物(A)を450mg(収率:13%)得た。
MSスペクトルおよびNMR測定により比較例化合物(A)の構造を確認した。
H−NMR(CDCl)σ=8.70(d,1H)、8.16(d,1H)、8.02(d,1H)、7.56(t,1H)、7.37〜7.34(m,2H)、7.58〜6.86(m,32H).
<比較例化合物(B)の合成例>
窒素雰囲気下、5,9−ジブロモ−7,7−ジフェニル−7H−ベンゾ[C]フルオレン5.0gとアニリン1.7gを脱水トルエン30mlに溶解させ、ビス(ジベンジリデンアセトン)パラジウム52mg、ナトリウム t−ブトキシド2.3g、およびトリス(t−ブチル)ホスフィン0.055gを加えて50℃で2時間加熱した。反応後、1−ブロモ−3−(トリメチルシリル)ベンゼン4.1g、酢酸パラジウム10mg、ナトリウム t−ブトキシド2.3gを添加して、80℃で4時間加熱を行った。
反応後、水を100ml添加して、分液ロートを用いて、有機層を水洗した。水層を除去した後、有機層を集めて、ロータリーエバポレーターにて、濃縮を行い粗製品を得た。その粗製品をシリカゲルでカラム精製(溶媒:へプタン/トルエン=5/1(容積比))を行った後、昇華精製して、目的の比較例化合物(B)を0.3g(収率4%)得た。
MSスペクトルおよびNMR測定により比較例化合物(B)の構造を確認した。
H−NMR(CDCl)σ8.70(d,1H)、8.18(d,1H)、8.04(d,1H)、7.57(t,1H,J=8Hz)、7.38−6.85(m,31H)、0.17(s,9H)、0.10(s,9H).
<式(1−100)で表される化合物の合成例>
窒素雰囲気下、5,9−ジブロモ−7,7−ジメチル−7H−ベンゾ[C]フルオレン8.0gとp−メチルアニリン塩酸塩5.7gを脱水トルエン200mlに溶解させ、ビス(ジベンジリデンアセトン)パラジウム115mg、ナトリウムt−ブトキシド15g、そして4−(ジメチルアミノ)フェニル)ビスt−ブチルホスフィン0.160gを加えて80℃で2時間加熱した。反応後、1−ブロモ−4−(トリメチルシリル)ベンゼン10gを添加して、80℃で4時間加熱を行った。これに、水を100ml添加して、分液ロートを用いて、有機層を水洗した。水層を除去した後、有機層を集めて、ロータリーエバポレーターにて、濃縮を行い粗製品を得た。その粗製品をアルミナでカラム精製(溶媒:へプタン/トルエン=5/1(容量比))を行った後、昇華精製して、式(1−100)で表される化合物6.9g(収率46%)を得た。
NMR測定により式(1−100)で表される化合物の構造を確認した。
H−NMR(Toluene−d8)σ8.67(d,1H)、8.30(d,1H)、8.00(d,1H)、7.52(t,1H,J=8Hz)、7.42−6.83(m,20H)、2.13(s,3H)、2.06(s,3H)、1.16(s,6H)、0.24(s,9H)、0.20(s,9H).
<式(1−101)で表される化合物の合成例>
窒素雰囲気下、5,9−ジブロモ−7,7−ジメチル−7H−ベンゾ[C]フルオレン8.9gとp−t−ブチルアニリン6.7gを脱水トルエン60mlに溶解させ、ビス(ジベンジリデンアセトン)パラジウム140mg、ナトリウムt−ブトキシド8.5g、そしてトリス(t−ブチル)ホスフィン0.155gを加えて50℃で2時間加熱した。反応後、1−ブロモ−4−(トリメチルシリル)ベンゼン10g、酢酸パラジウム27mg、ナトリウムt−ブトキシド8.5gそしてトリス(t−ブチル)ホスフィン0.073gを添加して、80℃で4時間加熱を行った。これに、水を100ml添加して、分液ロートを用いて、有機層を水洗した。水層を除去した後、有機層を集めて、ロータリーエバポレーターにて、濃縮を行い粗製品を得た。その粗製品をアルミナでカラム精製(溶媒:へプタン/トルエン=5/1(容量比))を行った後、昇華精製して、式(1−101)で表される化合物8.7g(収率44%)を得た。
NMR測定により式(1−101)で表される化合物の構造を確認した。
H−NMR(CDCl)σ8.67(d,1H)、8.15(d,1H)、8.07(d,1H)、7.54(t,1H,J=8Hz)、7.46−6.96(m,20H)、1.42(s,6H)、1.33(s,9H)、1.28(s,9H)0.26(s,9H)、0.21(s,9H).
<式(1−102)で表される化合物の合成例>
窒素雰囲気下、5,9−ジブロモ−7,7−ジメチル−7H−ベンゾ[C]フルオレン4.8gと2,5−ジメチルアニリン2.9gを脱水トルエン100mlに溶解させ、ビス(ジベンジリデンアセトン)パラジウム140mg、ナトリウムt−ブトキシド4.6g、そして4−(ジメチルアミノ)フェニル)ビスt−ブチルホスフィン0.190gを加えて60℃で2時間加熱した。反応後、1−ブロモ−4−(トリメチルシリル)ベンゼン5.5g、ビス(ジベンジリデンアセトン)パラジウム70mg、ナトリウムt−ブトキシド2.3g、そして4−(ジメチルアミノ)フェニル)ビスt−ブチルホスフィン0.10gを添加して、80℃で4時間加熱を行った。これに、水を100ml添加して、分液ロートを用いて、有機層を水洗した。水層を除去した後、有機層を集めて、ロータリーエバポレーターにて、濃縮を行い粗製品を得た。その粗製品をシリカゲルでカラム精製(溶媒:へプタン/トルエン=5/1(容量比))を行った後、昇華精製して、式(1−102)で表される化合物3.1g(収率18%)を得た。
NMR測定により式(1−102)で表される化合物の構造を確認した。
H−NMR(CDCl)σ8.68(d,1H)、8.15(d,1H)、8.05(d,1H)、7.56(t,1H,J=8Hz)、7.44−6.60(m,18H)、2.24(s,3H)、2.18(s,3H)、1.42(s,6H)、0.27(s,9H)、0.22(s,9H).
<式(1−5)で表される化合物の合成例>
まず、窒素雰囲気下、1−ブロモ−4−(トリエチルシリル)ベンゼン27.1gとベンジルアミン4.8gを脱水トルエン150mlに溶解させ、酢酸パラジウム100mg、ナトリウムt−ブトキシド11.2g、そしてトリス(t−ブチル)ホスフィン0.27gを加えて90℃で4時間加熱した。反応後、酢酸エチルと水を添加した。これを分液ロートにて有機層と水層を分離し、有機層を濃縮した。その粗製品をシリカゲルカラム(溶媒:へプタン/トルエン=9/1(容量比))で精製し、下記構造を有する化合物17.2g(収率78%)を得た。
次に、この化合物16.9gを、ギ酸1.6gとトリエチルアミン3.4gを氷冷したエタノール中で混合したものに加えて、窒素置換した後、パラジウム炭素Pd/C(10重量%)を加え、加熱還流した。反応溶液が塩基性にならないように少量ずつ、ギ酸のエタノール溶液を追加し、反応が進行しなくなったらPd/C(10重量%)を追加した。反応終了後、塩基性アルミナカラム(溶媒:トルエン/ヘプタン=1:4から1:2へ容量比率を徐々に変化させた)で精製し、下記構造を有する化合物9.0g(収率69%)を得た。
最後に、窒素雰囲気下、この化合物0.9gと5,9−ジブロモ−7,7−ジフェニル−7H−ベンゾ[C]フルオレン0.5gとを脱水トルエン10mlに溶解させ、酢酸パラジウム2mg、ナトリウムt−ブトキシド0.25g、そしてトリス(t−ブチル)ホスフィン6mgを加えて60℃で1時間加熱した。トルエン100mlおよび水100ml添加して、分液ロートを用いて、有機層を水洗した。水層を除去した後、有機層を集めて、ロータリーエバポレーターにて、濃縮を行い粗製品を得た。その粗製品をアルミナカラム精製(溶媒:ヘプタン単独からへプタン/トルエン=9/1(容量比)へ徐々に変化させた)を行った後、昇華精製して、式(1−5)で表される化合物0.7g(収率70%)を得た。
NMR測定により式(1−5)で表される化合物の構造を確認した。
H−NMR(CDCl)σ8.71(d,1H)、8.19(d,1H)、8.00(d,1H)、7.56(t,1H,J=8Hz)、7.37−6.95(m,30H)、0.97(t,18H,J=8Hz)、0.93(t,18H,J=8Hz)、0.77(q,12H,J=8Hz)、0.73(q,12H,J=8Hz).
<式(1−6)で表される化合物の合成例>
まず、窒素雰囲気下、4,4’−ジヨードジフェニルアミン10g、t−ブチルジメチルシラン10g、エチルジイソプロピルアミン18.4g、酢酸パラジウム0.26g、および2−(ジ−t−ブチルホスフィノ)ビフェニル0.71gに、脱水N−メチルピロリドン50mlを加えて室温で4時間攪拌した。反応後、トルエンと水を添加した。これを分液ロートにて有機層と水層を分離し、有機層を濃縮した。その粗製品をアルミナカラム(溶媒:へプタン/トルエン=9/1(容量比))で精製し、下記左の構造を有するジシリル体(ビス(4−(t−ブチルジメチルシリル)フェニル)アミン)5.5g(収率58%)と、下記右の構造を有するモノシリル体(4−(t−ブチルジメチルシリル)−N−フェニルアニリン)2.8g(収率41%)とを得た。
次に、窒素雰囲気下、上記ジシリル体3.0gと5,9−ジブロモ−7,7−ジメチル−7H−ベンゾ[C]フルオレン1.4gとを脱水トルエン20mlに溶解させ、酢酸パラジウム11mg、ナトリウムt−ブトキシド860mg、そしてトリス(t−ブチル)ホスフィン30mgを加えて60℃で1時間加熱した。トルエン100mlおよび水100ml添加して、分液ロートを用いて、有機層を水洗した。水層を除去した後、有機層を集めて、ロータリーエバポレーターにて、濃縮を行い粗製品を得た。その粗製品をアルミナカラム精製(溶媒:ヘプタン単独からへプタン/トルエン=95/5(容量比)へ徐々に変化させた)を行った後、昇華精製して、式(1−6)で表される化合物2g(収率56%)を得た。
NMR測定により式(1−6)で表される化合物の構造を確認した。
H−NMR(CDCl)σ8.69(d,1H)、8.15(d,1H)、8.04(d,1H)、7.56(t,1H,J=8Hz)、7.47−7.05(m,20H)、1.41(s,6H)、0.90(s,18H)、0.86(s,18H)、0.26(s,12H)、0.22(s,12H).
<式(1−103)で表される化合物の合成例>
まず、窒素雰囲気下、4,4’−ジヨードジフェニルアミン10g、t−ブチルジメチルシラン10g、エチルジイソプロピルアミン18.4g、酢酸パラジウム0.26g、および2−(ジ−t−ブチルホスフィノ)ビフェニル0.71gに、脱水N−メチルピロリドン50mlを加えて室温で4時間攪拌した。反応後、トルエンと水を添加した。これを分液ロートにて有機層と水層を分離し、有機層を濃縮した。その粗製品をアルミナカラム(溶媒:へプタン/トルエン=9/1(容量比))で精製し、下記左の構造を有するジシリル体5.5g(収率58%)と、下記右の構造を有するモノシリル体2.8g(収率41%)とを得た。
次に、窒素雰囲気下、上記モノシリル体2.8gと5,9−ジブロモ−7,7−ジフェニル−7H−ベンゾ[C]フルオレン2.0gとを脱水トルエン20mlに溶解させ、ビス(ジベンジリデンアセトン)パラジウム25mg、ナトリウムt−ブトキシド1.9g、そして4−(ジメチルアミノ)フェニル)ビスt−ブチルホスフィン35mgを加えて80℃で5時間加熱した。水を20ml添加して、分液ロートを用いて、有機層を水洗した。水層を除去した後、有機層を集めて、ロータリーエバポレーターにて、濃縮を行い粗製品を得た。その粗製品をアルミナでカラム精製(溶媒:へプタン/トルエン=4/1(容量比))を行った後、昇華精製して、式(1−103)で表される化合物1.7g(収率42%)を得た。
NMR測定により式(1−103)で表される化合物の構造を確認した。
H−NMR(CDCl)σ8.69(d,1H)、8.15(d,1H)、8.04(d,1H)、7.55(t,1H,J=8Hz)、7.44−6.74(m,22H)、1.40(s,6H)、0.90(s,9H)、0.86(s,9H)、0.26(s,6H)、0.21(s,6H).
<式(1−110)で表される化合物の合成例>
窒素雰囲気下、5,9−ジヨード−7,7−ジメチル−7H−ベンゾ[C]フルオレン12gとアニリン−2,3,4,5,6−d5(5.0g)を脱水トルエン200mlに溶解させ、ビス(ジベンジリデンアセトン)パラジウム290mg、ナトリウムt−ブトキシド15g、そして4−(ジメチルアミノ)フェニル)ビスt−ブチルホスフィン350mgを加えて60℃で1時間加熱した。反応後、1−ブロモ−4−(トリメチルシリル)ベンゼン12gを添加して、90℃で2時間加熱を行った。これに、水を100ml添加して、分液ロートを用いて、有機層を水洗した。水層を除去した後、有機層を集めて、ロータリーエバポレーターにて、濃縮を行い粗製品を得た。その粗製品をアルミナでカラム精製(溶媒:へプタン/トルエン=4/1(容量比))を行った後、ヘプタンから再結晶し、これをさらに昇華精製して、式(1−110)で表される化合物8.1g(収率46%)を得た。
NMR測定により式(1−110)で表される化合物の構造を確認した。
H−NMR(CHCl)σ8.88(d,1H)、8.16(d,1H)、8.05(d,1H)、7.56(t,1H,J=8Hz)、7.45(s,1H)、7.41−7.01(m,12H)、1.41(s,6H)、0.27(s,9H)、0.22(s,9H).
原料の化合物を適宜選択することにより、上記の合成例に準じた方法で、他のベンゾフルオレン化合物を合成することができる。
<電界発光素子に用いた場合の特性>
実施例1〜4および比較例1、2と、実施例5および比較例3に係る電界発光素子を作製し、それぞれ1000cd/m発光時の特性である電圧(V)、電流密度(mA/cm)、発光効率(lm/W)、電流効率(cd/A)の測定、EL発光波長(nm)、外部量子効率(%)を測定し、次に2000cd/mの輝度が得られる電流密度で定電流駆動した際に輝度が初期輝度の50%以上を維持する時間(時間)を測定した。以下、実施例1〜4および比較例1、2と、実施例5および比較例3について詳細に説明する。
作製した実施例1〜4および比較例1、2と、実施例5および比較例3に係る電界発光素子における、各層の材料構成を下記表1に示す。なお、すべてにおいて陰極をフッ化リチウム/アルミニウムで構成した。
表1において、化合物(1−20)、化合物(1−25)、化合物(1−26)、化合物(1−62)または化合物(1−60)は、それぞれ上記式(1−20)、式(1−25)、式(1−26)、式(1−62)または式(1−60)で表される化合物である。また、表1において、「CuPc」は銅フタロシアニン、「NPD」はN,N’−ジ(1−ナフチル)−N,N’−ジフェニルベンジジン、化合物(A)はN,N,N,N,7,7−ヘキサフェニル−7H−ベンゾ[C]フルオレン−5,9−ジアミン、化合物(B)はN,N−ビス(3−トリメチルシリルフェニル)−N,N,7,7−テトラフェニル−7H−ベンゾ[C]フルオレン−5,9−ジアミン、化合物(C)は9−フェニル−10−〔6−(1,1’;3,1’’)テルフェニル−5’−イル〕ナフタレン−2−イル〕アントラセン、化合物(D)は5,5’−(2−フェニルアントラセン−9,10−ジイル)ジ−2,2’−ビピリジンであり、それぞれ、下記化学構造を有する。
<実施例1>
ITOを150nmの厚さに蒸着した26mm×28mm×0.7mmのガラス基板を透明支持基板とした。この透明支持基板を市販の蒸着装置の基板ホルダ−に固定し、CuPcを入れたモリブデン製蒸着用ボート、NPDを入れたモリブデン製蒸着用ボート、化合物(C)を入れたモリブデン製蒸着用ボート、化合物(1−20)を入れたモリブデン製蒸着用ボート、化合物(D)を入れたモリブデン製蒸着用ボート、フッ化リチウムを入れたモリブデン製蒸着用ボート、およびアルミニウムを入れたタングステン製蒸着用ボートを装着した。
真空槽を5×10−4Paまで減圧し、CuPcが入った蒸着用ボートを加熱して、膜厚70nmになるようにCuPcを蒸着して正孔注入層を形成し、次いで、NPD入りの蒸着用ボートを加熱して、膜厚30nmになるようにNPDを蒸着して正孔輸送層を形成した。次に、化合物(C)を入れたモリブデン製蒸着用ボートおよび化合物(1−20)を入れたモリブデン製蒸着用ボートを加熱して、膜厚35nmになるように両化合物を共蒸着して発光層を形成した。このとき、化合物(1−20)のドープ濃度は約5重量%であった。次に化合物(D)を入れた蒸着用ボートを加熱して、膜厚15nmになるように化合物(D)を蒸着して電子輸送層を形成した。以上の蒸着速度は0.01〜1nm/秒であった。
その後、フッ化リチウム入りの蒸着用ボートを加熱して、膜厚0.5nmになるように0.003〜0.1nm/秒の蒸着速度でフッ化リチウムを蒸着し、次いで、アルミニウム入りの蒸着用ボートを加熱して、膜厚100nmになるように0.01〜10nm/秒の蒸着速度でアルミニウムを蒸着することにより、有機EL素子を得た。
ITO電極を陽極、フッ化リチウム/アルミニウム電極を陰極として、1000cd/m発光時の特性を測定すると、電圧4.39V、電流密度11mA/cm、発光効率6.45(lm/W)、電流効率9.02cd/A、外部量子効率7.02%(発光波長465nm)であり、2000cd/mの輝度が得られる電流密度で定電流駆動した際に輝度が初期輝度の50%以上を維持する時間は550時間であった。
<実施例2>
実施例1で発光層のドーパントに用いた化合物(1−20)を化合物(1−25)に替えた以外は、実施例1に準じた方法で有機EL素子を得た。ITO電極を陽極、フッ化リチウム/アルミニウム電極を陰極として、1000cd/m発光時の特性を測定すると、電圧4.15V、電流密度11mA/cm、発光効率7.14(lm/W)、電流効率9.44cd/A、外部量子効率7.24%(発光波長465nm)であり、2000cd/mの輝度が得られる電流密度で定電流駆動した際に輝度が初期輝度の50%以上を維持する時間は550時間であった。
<実施例3>
実施例1で発光層のドーパントに用いた化合物(1−20)を化合物(1−26)に替えた以外は、実施例1に準じた方法で有機EL素子を得た。ITO電極を陽極、フッ化リチウム/アルミニウム電極を陰極として、1000cd/m発光時の特性を測定すると、電圧4.20V、電流密度11mA/cm、発光効率7.10(lm/W)、電流効率9.50cd/A、外部量子効率7.58%(発光波長465nm)であり、2000cd/mの輝度が得られる電流密度で定電流駆動した際に輝度が初期輝度の50%以上を維持する時間は650時間であった。
<実施例4>
実施例1で発光層のドーパントに用いた化合物(1−20)を化合物(1−62)に替えた以外は、実施例1に準じた方法で有機EL素子を得た。ITO電極を陽極、フッ化リチウム/アルミニウム電極を陰極として、1000cd/m発光時の特性を測定すると、電圧4.31V、電流密度14mA/cm、発光効率5.08(lm/W)、電流効率6.97cd/A、外部量子効率7.25%(発光波長460nm)であり、2000cd/mの輝度が得られる電流密度で定電流駆動した際に輝度が初期輝度の50%以上を維持する時間は290時間であった。
<比較例1>
実施例1で発光層のドーパントに用いた化合物(1−20)を化合物(A)に替えた以外は、実施例1に準じた方法で有機EL素子を得た。ITO電極を陽極、フッ化リチウム/アルミニウム電極を陰極として、1000cd/m発光時の特性を測定すると、電圧4.41V、電流密度13mA/cm、発光効率5.43(lm/W)、電流効率7.61cd/A、外部量子効率7.03%(発光波長460nm)であり、2000cd/mの輝度が得られる電流密度で定電流駆動した際に輝度が初期輝度の50%以上を維持する時間は250時間であった。
<比較例2>
実施例1で発光層のドーパントに用いた化合物(1−20)を化合物(B)に替えた以外は、実施例1に準じた方法で有機EL素子を得た。ITO電極を陽極、フッ化リチウム/アルミニウム電極を陰極として、1000cd/m発光時の特性を測定すると、電圧4.55V、電流密度14mA/cm、発光効率5.02(lm/W)、電流効率7.27cd/A、外部量子効率6.48%(発光波長460nm)であり、2000cd/mの輝度が得られる電流密度で定電流駆動した際に輝度が初期輝度の50%以上を維持する時間は220時間であった。
<実施例5>
ITOを150nmの厚さに蒸着した26mm×28mm×0.7mmのガラス基板を透明支持基板とした。この透明支持基板を市販の蒸着装置の基板ホルダ−に固定し、CuPcを入れたモリブデン製蒸着用ボート、NPDを入れたモリブデン製蒸着用ボート、化合物(C)を入れたモリブデン製蒸着用ボート、化合物(1−60)を入れたモリブデン製蒸着用ボート、化合物(D)を入れたモリブデン製蒸着用ボート、フッ化リチウムを入れたモリブデン製蒸着用ボート、およびアルミニウムを入れたタングステン製蒸着用ボートを装着した。
真空槽を5×10−4Paまで減圧し、CuPcが入った蒸着用ボートを加熱して、膜厚100nmになるようにCuPcを蒸着して正孔注入層を形成し、次いで、NPD入りの蒸着用ボートを加熱して、膜厚30nmになるようにNPDを蒸着して正孔輸送層を形成した。次に、化合物(C)を入れたモリブデン製蒸着用ボートおよび化合物(1−60)を入れたモリブデン製蒸着用ボートを加熱して、膜厚35nmになるように両化合物を共蒸着して発光層を形成した。このとき、化合物(1−60)のドープ濃度は約5重量%であった。次に化合物(D)を入れた蒸着用ボートを加熱して、膜厚15nmになるように化合物(D)を蒸着して電子輸送層を形成した。以上の蒸着速度は0.01〜1nm/秒であった。
その後、フッ化リチウム入りの蒸着用ボートを加熱して、膜厚0.5nmになるように0.003〜0.1nm/秒の蒸着速度でフッ化リチウムを蒸着し、次いで、アルミニウム入りの蒸着用ボートを加熱して、膜厚100nmになるように0.01〜10nm/秒の蒸着速度でアルミニウムを蒸着することにより、有機EL素子を得た。
ITO電極を陽極、フッ化リチウム/アルミニウム電極を陰極として、1000cd/m発光時の特性を測定すると、電圧4.34V、電流密度12mA/cm、発光効率5.95(lm/W)、電流効率8.22cd/A、外部量子効率7.24%(発光波長460nm)であり、2000cd/mの輝度が得られる電流密度で定電流駆動した際に輝度が初期輝度の50%以上を維持する時間は350時間であった。
<比較例3>
実施例3で発光層のドーパントに用いた化合物(1−60)を化合物(A)に替えた以外は、実施例3に準じた方法で有機EL素子を得た。ITO電極を陽極、フッ化リチウム/アルミニウム電極を陰極として、1000cd/m発光時の特性を測定すると、電圧4.35V、電流密度13mA/cm、発光効率5.53m/W、電流効率7.66cd/A、外部量子効率7.24%(発光波長460nm)であり、2000cd/mの輝度が得られる電流密度で定電流駆動した際に輝度が初期輝度の50%以上を維持する時間は230時間であった。
下記表2は、上述した実施例1〜4および比較例1、2と、実施例5および比較例3に係る電界発光素子の性能評価をまとめたものである。
また、実施例6〜9に係る電界発光素子を作製し、それぞれ1000cd/m発光時の特性である電圧(V)、電流密度(mA/cm)、発光効率(lm/W)、電流効率(cd/A)の測定、EL発光波長(nm)、外部量子効率(%)を測定し、次に2000cd/mの輝度が得られる電流密度で定電流駆動した際に輝度が初期輝度の50%以上を維持する時間(時間)を測定した。以下、実施例6〜9について詳細に説明する。
作製した実施例6〜9に係る電界発光素子における、各層の材料構成を下記表3に示す。なお、すべてにおいて陰極をフッ化リチウム/アルミニウムで構成した。
表3において、化合物(1−100)、化合物(1−101)、化合物(1−102)または化合物(1−5)は、それぞれ上記式(1−100)、式(1−101)、式(1−102)または式(1−5)で表される化合物である。また、表3における「CuPc」、「NPD」、化合物(C)および化合物(D)は、それぞれ表1に示したものと同じである。
<実施例6>
ITOを150nmの厚さに蒸着した26mm×28mm×0.7mmのガラス基板を透明支持基板とした。この透明支持基板を市販の蒸着装置の基板ホルダ−に固定し、CuPcを入れたモリブデン製蒸着用ボート、NPDを入れたモリブデン製蒸着用ボート、化合物(C)を入れたモリブデン製蒸着用ボート、化合物(1−100)を入れたモリブデン製蒸着用ボート、化合物(D)を入れたモリブデン製蒸着用ボート、フッ化リチウムを入れたモリブデン製蒸着用ボート、およびアルミニウムを入れたタングステン製蒸着用ボートを装着した。
真空槽を5×10−4Paまで減圧し、CuPcが入った蒸着用ボートを加熱して、膜厚70nmになるようにCuPcを蒸着して正孔注入層を形成し、次いで、NPD入りの蒸着用ボートを加熱して、膜厚30nmになるようにNPDを蒸着して正孔輸送層を形成した。次に、化合物(C)を入れたモリブデン製蒸着用ボートおよび化合物(1−100)を入れたモリブデン製蒸着用ボートを加熱して、膜厚35nmになるように両化合物を共蒸着して発光層を形成した。このとき、化合物(1−100)のドープ濃度は約5重量%であった。次に化合物(D)を入れた蒸着用ボートを加熱して、膜厚15nmになるように化合物(D)を蒸着して電子輸送層を形成した。以上の蒸着速度は0.01〜1nm/秒であった。
その後、フッ化リチウム入りの蒸着用ボートを加熱して、膜厚1nmになるように0.003〜0.1nm/秒の蒸着速度でフッ化リチウムを蒸着し、次いで、アルミニウム入りの蒸着用ボートを加熱して、膜厚100nmになるように0.01〜10nm/秒の蒸着速度でアルミニウムを蒸着することにより、有機EL素子を得た。
ITO電極を陽極、フッ化リチウム/アルミニウム電極を陰極として、1000cd/m発光時の特性を測定すると、電圧4.40V、電流密度13mA/cm、発光効率5.50(lm/W)、電流効率7.70cd/A、外部量子効率6.81%(発光波長463nm)であり、2000cd/mの輝度が得られる電流密度で定電流駆動した際に輝度が初期輝度の50%以上を維持する時間は305時間であった。
<実施例7>
実施例6で発光層のドーパントに用いた化合物(1−100)を化合物(1−101)に替えた以外は、実施例6に準じた方法で有機EL素子を得た。ITO電極を陽極、フッ化リチウム/アルミニウム電極を陰極として、1000cd/m発光時の特性を測定すると、電圧4.62V、電流密度13mA/cm、発光効率5.21(lm/W)、電流効率7.65cd/A、外部量子効率7.31%(発光波長462nm)であり、2000cd/mの輝度が得られる電流密度で定電流駆動した際に輝度が初期輝度の50%以上を維持する時間は510時間であった。
<実施例8>
実施例6で発光層のドーパントに用いた化合物(1−100)を化合物(1−102)に替えた以外は、実施例6に準じた方法で有機EL素子を得た。ITO電極を陽極、フッ化リチウム/アルミニウム電極を陰極として、1000cd/m発光時の特性を測定すると、電圧4.31V、電流密度12mA/cm、発光効率5.90(lm/W)、電流効率8.10cd/A、外部量子効率7.45%(発光波長462nm)であり、2000cd/mの輝度が得られる電流密度で定電流駆動した際に輝度が初期輝度の50%以上を維持する時間は310時間であった。
<実施例9>
実施例6で発光層のドーパントに用いた化合物(1−100)を化合物(1−5)に替えた以外は、実施例6に準じた方法で有機EL素子を得た。ITO電極を陽極、フッ化リチウム/アルミニウム電極を陰極として、1000cd/m発光時の特性を測定すると、電圧4.25V、電流密度12mA/cm、発光効率6.22(lm/W)、電流効率8.41cd/A、外部量子効率8.15%(発光波長463nm)であり、2000cd/mの輝度が得られる電流密度で定電流駆動した際に輝度が初期輝度の50%以上を維持する時間は240時間であった。
下記表4は、上述した実施例6〜9に係る電界発光素子の性能評価をまとめたものである。
また、実施例10および比較例4に係る電界発光素子を作製し、それぞれ1000cd/m発光時の特性である電圧(V)、電流密度(mA/cm)、発光効率(lm/W)、電流効率(cd/A)の測定、EL発光波長(nm)、外部量子効率(%)を測定し、次に2000cd/mの輝度が得られる電流密度で定電流駆動した際に輝度が初期輝度の80%以上を維持する時間(時間)を測定した。以下、実施例10および比較例4について詳細に説明する。
作製した実施例10、11および比較例4に係る電界発光素子における、各層の材料構成を下記表5に示す。なお、すべてにおいて陰極をキノリノラトリチウム/マグネシウム−銀合金で構成した。
表5において、化合物(1−110)および化合物(1−62)はそれぞれ上記式(1−110)、上記式(1−62)で表される化合物である。また、表5における「NPD」、化合物(A)および化合物(D)は、それぞれ表1に示したものと同じである。また、表5における化合物(E)はN4,N4’−ジフェニル−N4,N4’−ビス(9−フェニル−9H−カルバゾール−3−イル)−[1,1’−ビフェニル]−4,4’−ジアミンであり、化合物(F)は9,10−ジ(ナフタレン−1−イル)アントラセンであり、それぞれ、下記化学構造を有する。
<実施例10>
ITOを150nmの厚さに蒸着した26mm×28mm×0.7mmのガラス基板を透明支持基板とした。この透明支持基板を市販の蒸着装置の基板ホルダ−に固定し、化合物(E)を入れたモリブデン製蒸着用ボート、NPDを入れたモリブデン製蒸着用ボート、化合物(F)を入れたモリブデン製蒸着用ボート、化合物(1−110)を入れたモリブデン製蒸着用ボート、化合物(D)を入れたモリブデン製蒸着用ボート、8−キノリノラトリチウムを入れたモリブデン製蒸着用ボート、およびマグネシウム−銀合金を入れたタングステン製蒸着用ボートを装着した。
真空槽を5×10−4Paまで減圧し、化合物(E)が入った蒸着用ボートを加熱して、膜厚40nmになるように化合物(E)を蒸着して正孔注入層を形成し、次いで、NPD入りの蒸着用ボートを加熱して、膜厚30nmになるようにNPDを蒸着して正孔輸送層を形成した。次に、化合物(F)を入れたモリブデン製蒸着用ボートおよび化合物(1−110)を入れたモリブデン製蒸着用ボートを加熱して、膜厚35nmになるように両化合物を共蒸着して発光層を形成した。このとき、化合物(1−110)のドープ濃度は約5重量%であった。次に化合物(D)を入れた蒸着用ボートを加熱して、膜厚15nmになるように化合物(D)を蒸着して電子輸送層を形成した。以上の蒸着速度は0.01〜1nm/秒であった。
その後、8−キノリノラトリチウム入りの蒸着用ボートを加熱して、膜厚1nmになるように0.003〜0.1nm/秒の蒸着速度で8−キノリノラトリチウムを蒸着し、次いで、マグネシウム−銀合金入りの蒸着用ボートを加熱して、膜厚100nmになるように0.01〜10nm/秒の蒸着速度でMgAg合金を蒸着することにより、有機EL素子を得た。
ITO電極を陽極、8−キノリノラトリチウム/マグネシウム−銀合金電極を陰極として、1000cd/m発光時の特性を測定すると、電圧5.10V、電流密度15mA/cm、発光効率4.06(lm/W)、電流効率6.58cd/A、外部量子効率6.89%(発光波長458nm)であり、2000cd/mの輝度が得られる電流密度で定電流駆動した際に輝度が初期輝度の80%以上を維持する時間は200時間であった。
<実施例11>
実施例10で発光層のドーパントに用いた化合物(1−110)を化合物(1−62)に替えた以外は、実施例10に準じた方法で有機EL素子を得た。ITO電極を陽極、8−キノリノラトリチウム/マグネシウム−銀合金電極を陰極として、1000cd/m発光時の特性を測定すると、電圧5.09V、電流密度15mA/cm、発光効率4.19(lm/W)、電流効率6.49cd/A、外部量子効率6.68%(発光波長458nm)であり、2000cd/mの輝度が得られる電流密度で定電流駆動した際に輝度が初期輝度の80%以上を維持する時間は160時間であった。
<比較例4>
実施例10で発光層のドーパントに用いた化合物(1−110)を化合物(A)に替えた以外は、実施例10に準じた方法で有機EL素子を得た。ITO電極を陽極、8−キノリノラトリチウム/マグネシウム−銀合金電極を陰極として、1000cd/m発光時の特性を測定すると、電圧5.05V、電流密度14mA/cm、発光効率4.48(lm/W)、電流効率7.20cd/A、外部量子効率6.44%(発光波長460nm)であり、2000cd/mの輝度が得られる電流密度で定電流駆動した際に輝度が初期輝度の80%以上を維持する時間は130時間であった。
下記表6は、上述した実施例10、11および比較例4に係る電界発光素子の性能評価をまとめたものである。
本発明の好ましい態様によれば、素子寿命が優れた有機電界発光素子、それを備えた表示装置およびそれを備えた照明装置などを提供することができる。
本実施形態に係る有機電界発光素子を示す概略断面図である。
100 有機電界発光素子
101 基板
102 陽極
103 正孔注入層
104 正孔輸送層
105 発光層
106 電子輸送層
107 電子注入層
108 陰極

Claims (20)

  1. 下記一般式(1)で表されるベンゾフルオレン化合物。
    (式中、
    およびRは、それぞれ独立して、水素、炭素数1〜6のアルキル、または置換シリルであり、該置換シリルにおける置換基は、それぞれ独立して、メチル、エチル、プロピル、i−プロピル、ブチル、sec−ブチル、またはt−ブチルであり、
    mおよびnはそれぞれ独立して1〜5の整数であり、
    は、それぞれ独立して、炭素数1〜6のアルキル、または炭素数6〜12のアリールであり
    ただし、最大20のRおよびRのうちの少なくとも1つはパラ置換の前記置換シリルであり、また、式(1)で表されるベンゾフルオレン化合物における少なくとも1つの水素が重水素で置換されていてもよい。)
  2. 下記一般式(1’)で表される、請求項1に記載するベンゾフルオレン化合物。
    (式中、
    およびRは、それぞれ独立して、水素、炭素数1〜6のアルキル、または置換シリルであり、該置換シリルにおける置換基は、それぞれ独立して、メチル、エチル、プロピル、i−プロピル、ブチル、sec−ブチル、またはt−ブチルであり、
    nはそれぞれ独立して1〜5の整数であり、
    は、それぞれ独立して、炭素数1〜6のアルキル、または炭素数6〜12のアリールであり、
    ただし、最大12のRおよびRのうちの少なくとも1つはパラ置換の前記置換シリルであり、また、式(1’)で表されるベンゾフルオレン化合物における少なくとも1つの水素が重水素で置換されていてもよい。)
  3. はそれぞれ独立して置換シリルであり、
    は、それぞれ独立して、水素、炭素数1〜6のアルキル、または置換シリルであり、
    nは、それぞれ独立して1〜5の整数であり、
    は、それぞれ独立して、炭素数1〜6のアルキル、または炭素数6〜12のアリールであり、
    前記置換シリルにおける置換基は、それぞれ独立して、メチル、エチル、プロピル、i−プロピル、ブチル、sec−ブチル、またはt−ブチルであり、そして、
    ベンゾフルオレン化合物の2つの窒素に結合する4つのフェニル基における少なくとも1つの水素が重水素で置換されていてもよい、
    請求項2に記載するベンゾフルオレン化合物。
  4. およびRはそれぞれ独立して置換シリルであり、該置換シリルにおける置換基は、それぞれ独立して、メチル、エチル、プロピル、i−プロピル、ブチル、sec−ブチル、またはt−ブチルであり、
    nは1であり、
    は、それぞれ独立して、炭素数1〜6のアルキル、または炭素数6〜12のアリールであり、そして、
    ベンゾフルオレン化合物の2つの窒素に結合する4つのフェニル基における少なくとも1つの水素が重水素で置換されていてもよい、
    請求項2に記載するベンゾフルオレン化合物。
  5. はそれぞれ独立して置換シリルであり、該置換シリルにおける置換基は、それぞれ独立して、メチル、エチル、プロピル、i−プロピル、ブチル、sec−ブチル、またはt−ブチルであり、
    はそれぞれ独立して炭素数1〜6のアルキルであり、
    nは1または2であり、
    は、それぞれ独立して、炭素数1〜6のアルキル、または炭素数6〜12のアリールであり、そして、
    ベンゾフルオレン化合物の2つの窒素に結合する4つのフェニル基における少なくとも1つの水素が重水素で置換されていてもよい、
    請求項2に記載するベンゾフルオレン化合物。
  6. はそれぞれ独立して置換シリルであり、該置換シリルにおける置換基は、それぞれ独立して、メチル、エチル、プロピル、i−プロピル、ブチル、sec−ブチル、またはt−ブチルであり、
    は水素であり、
    は、それぞれ独立して、炭素数1〜6のアルキル、または炭素数6〜12のアリールであり、そして、
    ベンゾフルオレン化合物の2つの窒素に結合する4つのフェニル基における少なくとも1つの水素が重水素で置換されていてもよい、
    請求項2に記載するベンゾフルオレン化合物。
  7. はそれぞれ独立して置換シリルであり、
    はそれぞれ独立してパラ置換の置換シリルであり、nは1であり、
    は、それぞれ独立して、炭素数1〜6のアルキル、または炭素数6〜12のアリールであり、そして、
    前記置換シリルにおける置換基は、それぞれ独立して、メチル、エチル、プロピル、i−プロピル、ブチル、sec−ブチル、またはt−ブチルである、
    請求項4に記載するベンゾフルオレン化合物。
  8. はそれぞれ独立して置換シリルであり、
    はそれぞれ独立してメタ置換の置換シリルであり、nは1であり、
    は、それぞれ独立して、炭素数1〜6のアルキル、または炭素数6〜12のアリールであり、そして、
    前記置換シリルにおける置換基は、それぞれ独立して、メチル、エチル、プロピル、i−プロピル、ブチル、sec−ブチル、またはt−ブチルである、
    請求項4に記載するベンゾフルオレン化合物。
  9. はそれぞれ独立して置換シリルであり、
    はそれぞれ独立してパラ置換またはメタ置換の炭素数1〜6のアルキルであり、nは1または2であり、
    は、それぞれ独立して、炭素数1〜6のアルキル、または炭素数6〜12のアリールであり、そして、
    前記置換シリルにおける置換基は、それぞれ独立して、メチル、エチル、プロピル、i−プロピル、ブチル、sec−ブチル、またはt−ブチルである
    請求項5に記載するベンゾフルオレン化合物。
  10. はそれぞれ独立して置換シリルであり、
    は水素であり、該水素の少なくとも1つが重水素で置換されていてもよく、
    は、それぞれ独立して、炭素数1〜6のアルキル、または炭素数6〜12のアリールであり、そして、
    前記置換シリルにおける置換基は、それぞれ独立して、メチル、エチル、プロピル、i−プロピル、ブチル、sec−ブチル、またはt−ブチルである
    請求項6に記載するベンゾフルオレン化合物。
  11. は、それぞれ独立して、トリメチルシリル、トリエチルシリルまたはジメチルモノt−ブチルシリルであり、
    は、それぞれ独立して、パラ置換の、トリメチルシリル、トリエチルシリルまたはジメチルモノt−ブチルシリルであり、nは1であり、そして、
    は、それぞれ独立して、メチル、エチル、プロピル、フェニル、ビフェニリルまたはナフチルである、
    請求項4に記載するベンゾフルオレン化合物。
  12. は、それぞれ独立して、トリメチルシリル、トリエチルシリルまたはジメチルモノt−ブチルシリルであり、
    は、それぞれ独立して、メタ置換の、トリメチルシリル、トリエチルシリルまたはジメチルモノt−ブチルシリルであり、nは1であり、そして、
    は、それぞれ独立して、メチル、エチル、プロピル、フェニル、ビフェニリルまたはナフチルである、
    請求項4に記載するベンゾフルオレン化合物。
  13. は、それぞれ独立して、トリメチルシリル、トリエチルシリルまたはジメチルモノt−ブチルシリルであり、
    は、パラ置換またはメタ置換の、メチル、エチル、i−プロピルまたはt−ブチルであり、nは1または2であり、そして、
    は、それぞれ独立して、メチル、エチル、プロピル、フェニル、ビフェニリルまたはナフチルである、
    請求項5に記載するベンゾフルオレン化合物。
  14. は、それぞれ独立して、トリメチルシリル、トリエチルシリルまたはジメチルモノt−ブチルシリルであり、
    は水素であり、そして、
    は、それぞれ独立して、メチル、エチル、プロピル、フェニル、ビフェニリルまたはナフチルである、
    請求項6に記載するベンゾフルオレン化合物。
  15. 発光素子の発光層用材料であって、請求項1ないし14のいずれかに記載するベンゾフルオレン化合物を含有する発光層用材料。
  16. 陽極および陰極からなる一対の電極と、該一対の電極間に配置され、請求項15に記載する発光層用材料を含有する発光層とを有する、有機電界発光素子。
  17. さらに、前記陰極と該発光層との間に配置される電子輸送層および/または電子注入層を有し、該電子輸送層および電子注入層の少なくとも1つは、キノリノール系金属錯体、ピリジン誘導体、フェナントロリン誘導体、ボラン誘導体およびベンゾイミダゾール誘導体からなる群から選択される少なくとも1つを含有する、請求項16に記載する有機電界発光素子。
  18. 前記電子輸送層および/または電子注入層が、さらに、アルカリ金属、アルカリ土類金属、希土類金属、アルカリ金属の酸化物、アルカリ金属のハロゲン化物、アルカリ土類金属の酸化物、アルカリ土類金属のハロゲン化物、希土類金属の酸化物、希土類金属のハロゲン化物、アルカリ金属の有機錯体、アルカリ土類金属の有機錯体および希土類金属の有機錯体からなる群から選択される少なくとも1つを含有する、請求項17に記載の有機電界発光素子。
  19. 請求項16ないし18のいずれかに記載する有機電界発光素子を備えた表示装置。
  20. 請求項16ないし18のいずれかに記載する有機電界発光素子を備えた照明装置。
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