JP5706555B2 - 有機el素子用化合物及び有機el素子 - Google Patents
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但し、X3,X4,X8,X12,X13及びX17は、下記(i)及び(ii)のうち少なくともいずれかの条件を満たす。
(i)X8及びX17は、それぞれ独立に、炭素数12〜20のアリール基である。
(ii)X3,X4,X12及びX13のうち少なくとも1つは、置換基を有していてもよいアリール基、又は、置換基を有していてもよい複素環基である。
本発明の好適な実施形態に係る有機EL素子に用いられる化合物(有機EL素子用化合物)は、上記一般式(1)で表されるベンゾジフルオランテン誘導体(以下、場合により「化合物(1)」ともいう。)である。
これらの化合物のうち、濃度消光の防止効果に優れ、且つ有機EL素子を製造する際の化合物(1)の蒸着を容易にできる点で、化合物番号(C−1)〜(C−20)、(D−1)〜(D−100)、(G−1)〜(G−16)の化合物が好ましく、化合物番号(C−1)〜(C−20)、(G−1)〜(G−16)の化合物がより好ましく、化合物番号(C−1)〜(C−20)の化合物が特に好ましい。
また、これらの化合物のうち、濃度消光の防止効果に優れ、且つ化合物の電気化学的安定性を向上させることができる点で、化合物番号(M−1)〜(M−12)、(N−1)〜(N−60)、(Q−1)〜(Q−7)の化合物が好ましく、化合物番号(M−1)〜(M−12)の化合物が特に好ましい。
なお、表中、Meはメチル基、tBuはt−ブチル基、nBuはn−ブチル基をそれぞれ表す。
図1は、本発明に係る有機EL素子の第1実施形態を示す模式断面図である。図1に示す有機EL素子100は、互いに対向して配置されている2つの電極(第1の電極1及び第2の電極2)により、発光層10が挟持された構造を有している。
基板4としては、従来の有機EL素子が備えているものであれば、特に限定されることなく用いることができ、ガラス、石英等の非晶質基板、Si、GaAs、ZnSe、ZnS、GaP、InP等の結晶基板、Mo、Al、Pt、Ir、Au、Pd、SUS等の金属基板、プラスチック基板、フィルム基板等を用いることができる。また、結晶質又は非晶質のセラミック、金属、有機物等の薄膜を所定基板上に形成したものを用いてもよい。
第1の電極1はホール注入電極(陽極)として機能する。そのため、第1の電極1の材料としては、従来の有機EL素子が備えているものであれば、特に限定されることなく用いられるが、その第1の電極1に隣接する層に効率よく且つ均一に電界を印可できる材料が好ましい。
第2の電極2は電子注入電極(陰極)として機能する。第2の電極2の材料としては、従来の有機EL素子が備えているものであれば、特に限定されることなく用いられるが、金属材料、有機金属錯体もしくは金属化合物等が挙げられ、発光層10へ効率的且つ確実に電子を注入できるように、仕事関数が比較的低い材料を用いると好ましく、また透明であってもよい。
ホール注入層には、アリールアミン、フタロシアニン、ポリアニリン/有機酸、ポリチオフェン/ポリマー酸等を用いることができる。
ホール輸送層には、低分子材料、高分子材料のいずれのホール輸送性材料も使用可能である。ホール輸送性低分子材料としては、例えば、ピラゾリン誘導体、アリールアミン誘導体、スチルベン誘導体、トリフェニルジアミン誘導体等が挙げられる。また、ホール輸送性高分子材料としては、ポリビニルカルバゾール(PVK)、ポリエチレンジオキシチオフェン(PEDOT)、ポリエチレンジオキシチオフェン/ポリスチレンスルホン酸共重合体(PEDOT/PSS)、ポリアニリン/ポリスチレンスルホン酸共重合体(Pani/PSS)等が挙げられる。これらのホール輸送性材料は、1種を単独で用いてもよく、また、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
発光層10には、上述した本発明の有機EL素子用化合物を構成材料として用いる。このような発光層10を備える有機EL素子によれば、十分に高い発光効率が得られる。
電子注入輸送層13の構成材料は、従来の有機EL素子において電子注入輸送層に用いられているものであれば特に限定されることはなく、リチウム等のアルカリ金属、フッ化リチウム、酸化リチウム等を用いることができる。この電子注入輸送層13を備えることにより、有機EL素子は、第2の電極(電子注入電極)2からの電子の注入を容易にし、電子を安定に輸送し、更には発光層10からのホールの移動を妨げる機能を有するものとなる。それにより、有機EL素子の発光効率が向上するとともに駆動電圧が全体的に低下する傾向にある。
化合物(1A)を下記の方法で合成した。その反応式を以下に示す。
アセナフテンキノン25g(121mmol)をトルエン、ジエチルエーテルの1:1混合溶媒に分散した。この分散液に、メチルマグネシウムブロミド3mol/lジエチルエーテル溶液100ml(300mmol)を−20℃にて滴下し、12時間反応させた。
蒸留水を加えた後、分液ロートを用いて有機層を抽出し、アセトン/トルエン混合溶媒にて再結晶を2回行い、中間体(A)を白色の結晶として22g(103mmol)得た。
11.8g(55.6mmol)の中間体(A)と48g(444mmol)のベンゾキノンとを無水酢酸中で24時間還流し、室温まで冷却した後に沈殿物をろ取した。
この沈殿物をカラムクロマトグラフィーにて精製し、中間体(B)をオレンジ色の結晶として3.5g(12.4mmol)得た。
2.1g(7.45mmol)の中間体(B)と3.16g(14.9mmol)の中間体(A)とを無水酢酸中で24時間還流した。室温まで冷却した後に沈殿物をろ取し、中間体(C)を茶色の固体として1.77g(3.88mmol)得た。
2.7g(11.6mmol)の2−ブロモビフェニルをトルエン、ジエチルエーテルの1:1混合溶媒に溶解した。この溶液に、1.57mmol/lのn−ブチルリチウム溶液7.4ml(11.6mmol)を滴下しリチオ化した。
−20℃に冷却した後、1.77g(3.88mmol)の中間体(C)を加え12時間反応した。蒸留水を加えて析出した固体をろ取することにより中間体(D)を得た。
中間体(D)を酢酸500mlに分散した。この分散液に、塩酸に溶解したSnCl2溶液を触媒量滴下して12時間還流した。室温まで冷却した後に析出した固体をろ取した。この析出物をカラムクロマトグラフィーにて精製し、化合物(1A)をオレンジ色の結晶として510mg(0.7mmol)得た。
中間体(B)から中間体(C)を合成する際に用いられた中間体(A)に代えて、下記式(X)で表される化合物を、中間体(D)の合成の際に用いられた2−ブロモビフェニルに代えてブロモベンゼンを用いた点以外は合成例1と同様の反応を行い、上記式(2A)で表される化合物を合成した。
中間体(A)の製造の際に用いられたアセナフテンキノンに代えて、下記式(Y)で表される化合物を用いた点以外は合成例2と同様の反応を行い、上記式(2B)及び(2C)で表される化合物の混合物を合成した。
まず、ガラス基板上にRFスパッタ法で、ITO透明電極薄膜を100nmの厚さに成膜し、パターニングした。次に、このITO透明電極薄膜付きガラス基板を、中性洗剤、アセトン及びエタノールの混合液を用いて超音波洗浄した。続いて、そのガラス基板を混合液から引き上げて乾燥した後、酸素置換されたチャンバー内で、紫外線照射を行うことにより、酸素をオゾン化し、基板表面をオゾン洗浄した。そして洗浄後のガラス基板を蒸着装置(アルバック製)の基板ホルダーに固定して、蒸着装置内を1×10−4Pa以下まで減圧した。
化合物(1A)に代えて、化合物(2A)を用いたこと以外は、参考例1と同様にして、実施例2の有機EL素子を得た。
得られた有機EL素子に直流電圧を印加したところ、初期には10mA/cm2の電流密度で、電流効率が16.1cd/A、量子効率で5.2%の緑色発光が確認できた。
化合物(1A)に代えて、化合物(2B)及び(2C)の混合物を用いたこと以外は、参考例1と同様にして、実施例3の有機EL素子を得た。
得られた有機EL素子に直流電圧を印加したところ、初期には10mA/cm2の電流密度で、電流効率が16.7cd/A、量子効率で5.0%の緑色発光が確認できた。
化合物(1A)に代えて、化合物(11)を用いたこと以外は、参考例1と同様にして、比較例1の有機EL素子を得た。
得られた有機EL素子に直流電圧を印加したところ、初期には10mA/cm2の電流密度で、電流効率が11.9cd/A、量子効率で4.1%の緑色発光が確認できた。
実施例2,3及び比較例1で得られた有機EL素子について、分光蛍光光度計(日立F−4010)を用いて、発光波長を測定した。その結果を図4に示す。
上述の合成例1〜3で得られた化合物(1A)、化合物(2A)、化合物(2B)及び(2C)の混合物と、下記化合物(11)との濃度消光性を、以下に示す方法により比較した。
得られた2種の薄膜について、それぞれ蛍光測定を行った。化合物(23)の極大吸収波長で励起し、化合物(1A)からの蛍光強度を測定した。化合物(23)と化合物(1A)との質量比が99:1の薄膜では蛍光強度が4554(任意値)であったのに対し、質量比が98:2の薄膜では蛍光強度が4082であり、濃度消光により蛍光強度が10%低下した。
得られた薄膜について蛍光強度を測定したところ、化合物(23)と化合物(2A)との質量比が99:1の薄膜では蛍光強度が4759(任意値)であったのに対し、質量比が98:2の薄膜では蛍光強度が4668であり、濃度消光作用による蛍光強度の低下は1.9%であった。
また、化合物(23)と化合物(2B)及び(2C)の混合物との質量比が99:1の薄膜では蛍光強度が4586(任意値)であったのに対し、質量比が98:2の薄膜では蛍光強度が4343であり、濃度消光作用による蛍光強度の低下は5.3%であった。
また、化合物(23)と化合物(11)との質量比が99:1の薄膜では蛍光強度が4671(任意値)であったのに対し、質量比が98:2の薄膜では蛍光強度が3521であり、濃度消光により蛍光強度が24.6%低下した。
Claims (12)
- 一般式(1)で表される有機EL素子用化合物。
[式(1)中、X3,X4,X7,X8,X9,X12,X13,X16,X17及びX18は、それぞれ独立に、水素原子、置換基を有していてもよいアルキル基、置換基を有していてもよいアリール基、置換基を有していてもよいアラルキル基、置換基を有していてもよいアルコキシ基、置換基を有していてもよいアリールオキシ基、又は、置換基を有していてもよい複素環基を示し、X1,X2,X5,X6,X10,X11,X14及びX15は全て水素原子である。
但し、X3,X4,X8,X12,X13及びX17は、下記(ii)の条件を満たす。
(ii)X8及びX17はそれぞれ独立に、置換基を有していてもよいアリール基であり、かつX3,X4,X12及びX13のうち少なくとも1つは、オルト位に置換基を有し、且つ他の位置に置換基を有していてもよいアリール基、又は、オルト位に置換基を有し、且つ他の位置に置換基を有していてもよい複素環基である。] - X3,X4,X12及びX13のうち少なくとも1つは、オルト位にアリール基を有し、且つ他の位置に置換基を有していてもよいアリール基、又は、オルト位にアリール基を有し、且つ他の位置に置換基を有していてもよい複素環基である、請求項1に記載の有機EL素子用化合物。
- X3,X4,X12及びX13のうち少なくとも1つは、オルト位にフェニル基を有し、且つ他の位置に置換基を有していてもよいアリール基、又は、オルト位にフェニル基を有し、且つ他の位置に置換基を有していてもよい複素環基である、請求項1に記載の有機EL素子用化合物。
- X3,X4,X12及びX13のうち少なくとも1つは、オルト位にメチル基を有し、且つ他の位置に置換基を有していてもよいアリール基、又は、オルト位にメチル基を有し、且つ他の位置に置換基を有していてもよい複素環基である、請求項1に記載の有機EL素子用化合物。
- X3,X4,X12及びX13のうち少なくとも1つは、オルト位に置換基を有し、且つ他の位置に置換基を有していてもよいアリール基である、請求項1に記載の有機EL素子用化合物。
- X3,X4,X12及びX13のうち少なくとも1つは、オルト位にアリール基を有し、且つ他の位置に置換基を有していてもよいアリール基である、請求項1に記載の有機EL素子用化合物。
- X3,X4,X12及びX13のうち少なくとも1つは、オルト位にフェニル基を有し、且つ他の位置に置換基を有していてもよいアリール基である、請求項1に記載の有機EL素子用化合物。
- X3,X4,X12及びX13のうち少なくとも1つは、オルト位にメチル基を有し、且つ他の位置に置換基を有していてもよいアリール基である、請求項1に記載の有機EL素子用化合物。
- X3,X4,X12及びX13のうち少なくとも1つは、置換基を有していてもよい2−ビフェニル基である、請求項1に記載の有機EL素子用化合物。
- X3,X4,X12及びX13のうち少なくとも1つは、2−ビフェニル基である、請求項1に記載の有機EL素子用化合物。
- X7,X9,X16及びX18は全て水素原子である、請求項1〜10のいずれか一項に記載の有機EL素子用化合物。
- 互いに対向して配置されている2つの電極間に、1又は2以上の有機層を備える有機EL素子であって、
前記有機層のうち少なくとも1層は、請求項1〜11のいずれか一項に記載の有機EL素子用化合物を含む、有機EL素子。
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