JP6626047B2 - ホウ素含有化合物、有機発光ダイオードの発光層及び有機発光ダイオード装置 - Google Patents

ホウ素含有化合物、有機発光ダイオードの発光層及び有機発光ダイオード装置 Download PDF

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Description

本発明は、有機発光ダイオード発光層のドーパント(dopant)とすることができるホウ素含有化合物、有機発光ダイオードの発光層及び有機発光ダイオード装置に関する。
有機発光ダイオード(Organic Light Emitting Diode;OLED)とは、有機分子を発光層材料とし電圧により駆動される発光素子である。液晶ディスプレイと比べて、OLEDは、軽量、広視野角、ハイコントラスト、低消費電力、高応答速度、高発光効率を有し、光色を調整しやすく、フレキシブル基板に適用されることができるので、注目されている。
最も初期のOLEDは、蛍光(fluorescence)材料を使用し、即ち励起子によって一重項励起状態(singlet excited state)から一重項基底状態(singletground state)に戻し、且つ蛍光の形でエネルギーを放出するが、蛍光材料の内部量子効率(internal quantum efficiency;IQE)が最高まで25%しか達しなく、残りの75%が熱の非放射性(non−radiative)の形で放出されるので、効率が良くない。
また、一部の当業者により、リン光材料を使用するOLEDが発展された。それは、例えば、イリジウム(Ir)、プラチナ(Pt)、オスミウム(Os)、ルテニウム(Ru)のような貴金属を発光層の有機分子に導入して錯体を形成することで、スピン−軌道カップリング(spin−orbital coupling)効果を生成すると共に、励起子が一重項励起状態から一重項基底状態に戻す蛍光形式、及び電子が三重項励起状態(triplet excited state)から一重項基底状態に戻すリン光形式を得て、内部量子効率が100%に達するものである。貴金属を導入すると、OLEDの効率を大幅に向上させることができるが、貴金属の価格が高いので、リン光材料のコストが高くなる。なお、現在、まだリン光材料によって青色光OLEDを順調に製造することができない。
熱活性化遅延蛍光(Thermal Activated Delayed Fluorescence;TADF)材料は、蛍光材料とリン光材料に続く第三世代の有機発光材料として発展し、このような材料の一重項励起状態と三重項励起状態とのエネルギー差(ΔEST)が小さいので、三重項励起状態にある電子が逆系間交差(Reverse Intersystem Crossing;RISC)によって一重項励起状態に変換されることができるため、一重項励起状態と三重項励起状態の励起子を十分に利用して放射するように蛍光及び遅延蛍光であるエネルギーを放出して、内部量子効率を100%にすることができる。TADF材料は、高効率を有し、貴金属を使用する必要はないのでコストが低く、かつ、青色光OLEDを製造可能であるから広い光調色性能を提供することができる。
しかしながら、現在、リン光材料と十分に合わせる外部量子効率(external quantum efficiency;EQE)を提供可能なTADF材料製のOLEDは、めったにない。研究によると、TADF材料に使用される化合物は、その分子構造がOLEDの性能に関わっている。例えば、現在、最高被占軌道(Highest Occupied Molecular Orbital;HOMO)を電子供与性基(donor)に配置し、最低空軌道(Lowest UnOccupied Molecular Orbital;LUMO)を電子吸引性基(acceptor)に配置し、且つTADF性質の強化に寄与するためにHOMOとLUMOとを部分的に重なりあわせて、且つΔESTを低下させるために電子供与性基平面と電子吸引性基平面とのねじれ角(twist angle)を大きくすることで、RISCの確率を向上させることが知られている。しかし、大きすぎるねじれ角により、更に、励起子が一重項励起状態から一重項基底状態に戻す放射減衰を抑制して、発光効率を減損する可能性がある。
なお、数多くの化合物において、ホウ素含有化合物は、ホウ素が空P軌道を有し、周囲のπ電子雲と相互作用が発生することができるので、有機発光材料を適用する可能性があると認められる。しかし、現在、既知のホウ素含有化合物は、その内部の量子効率が30%を超えたものがほとんどなく、且つ空気及び水気に敏感である不足を有するので、有機発光材料へ適用しにくい。
このため、如何にホウ素含有化合物の構造を改良して、その電子供与性基と電子吸引性基との配置を適切にし、TADF材料特性(即ち、内部量子効率が100%である)を持たせ、ホウ素含有化合物の有機発光材料への適用上の制限を突破し、OLEDに高効率を持たせるかが、関連業界及び学界の目標となっている。
本発明の目的は、分子構造によりTADF特性を有し、OLED発光層のドーパント(dopant)とすることに有利であり、OLEDが高効率、低コストであると共に広い光調色性能を有するようになるホウ素含有化合物を提供することにある。
本発明の別の目的は、ドーパントとして上記のホウ素含有化合物を使用することで、OLEDが高効率、低コストであると共に広い光調色性能を有するようなるOLEDの発光層を提供することである。
本発明のまた別の一目的は、高効率、低コストであると共に広い光調色性能を有するOLED装置を提供することである。
本発明の一態様によれば、式(I)に示す構造を有し、
Figure 0006626047
R1はそれぞれ独立に化学式(i)又は化学式(ii)に示す構造であるホウ素含有化合物であって、mとqはそれぞれ独立に04の整数であり、RとRはそれぞれ独立にメトキシ基またはtert−ブチル基であり、熱活性化遅延蛍光(TADF)特性を有するホウ素含有化合物を提供する。
Figure 0006626047
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ホウ素含有化合物によれば、mとqはそれぞれ独立に0又は1の整数であってよく、R1はそれぞれ独立に式(i−1−1)、式(i−2−1)、式(ii−1−1)又は式(ii−2−1)に示す構造であってよい。
Figure 0006626047
Figure 0006626047
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本発明の別の一態様によれば、有機発光ダイオード(OLED)である発光層は、式(I)に示す構造を有するホウ素含有化合物であるドーパントを含み、
Figure 0006626047
1はそれぞれ独立に化学式(i)又は化学式(ii)に示す構造であり、前記ホウ素含有化合物はmとqはそれぞれ独立に04の整数であり、RとRはそれぞれ独立にメトキシ基またはtert−ブチル基であり、熱活性化遅延蛍光(TADF)特性を有する有機発光ダイオードの発光層を提供する。
Figure 0006626047
Figure 0006626047
有機発光ダイオードの発光層によれば、mとqはそれぞれ独立に0又は1の整数であってよく、R1はそれぞれ独立に式(i−1−1)、式(i−2−1)、式(ii−1−1)又は式(ii−2−1)に示す構造であってよい。
Figure 0006626047
Figure 0006626047
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有機発光ダイオードの発光層によれば、式(1)〜式(9)の何れかに示す構造を有する本体材料(host material)を更に含む。
Figure 0006626047
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有機発光ダイオードの発光層によれば、ドーパントの発光層におけるドーピング濃度は、5%〜30%である。
本発明の別の一態様によれば、有機発光ダイオードの発光層を含む有機発光ダイオード装置を提供する。
本発明の一実施形態による有機発光ダイオードの発光層を示す断面模式図である。 本発明の別の実施形態による有機発光ダイオード装置を示す断面模式図である。 実施例1の1H−NMRスペクトログラムである。 実施例1の13C−NMRスペクトログラムである。 実施例1の高分解能質量分析計(High resolution mass spectrometry;HRMS)の結果図である。 実施例1の別の1H−NMRスペクトログラムである。 実施例2の1H−NMRスペクトログラムである。 実施例2の13C−NMRスペクトログラムである。 実施例2のHRMSの結果図である。 実施例2の別の1H−NMRスペクトログラムである。 実施例3の1H−NMRスペクトログラムである。 実施例3の13C−NMRスペクトログラムである。 実施例3のHRMSの結果図である。 実施例3の別の1H−NMRスペクトログラムである。 実施例4の1H−NMRスペクトログラムである。 実施例4の13C−NMRスペクトログラムである。 実施例4のHRMSの結果図である。 実施例4の別の1H−NMRスペクトログラムである。 実施例1の瞬間光ルミネセンス(transient photoluminescence)図である。 実施例2の瞬間光ルミネセンス図である。 実施例3の瞬間光ルミネセンス図である。 実施例4の瞬間光ルミネセンス図である。 実施例1〜4の吸収スペクトログラム(absorption spectra)である。 実施例1〜4の光ルミネセンススペクトログラム(photoluminescence spectra)である。 OLED装置A、B、C、Dの外部量子効率、電流効率(Current efficiency)及び輝度(Luminance)の関係図である。 OLED装置A、B、C、Dの外部量子効率と電流密度(Current density)の関係図である。 OLED装置A、B、C、Dのエレクトロルミネセントスペクトログラム(electroluminescent spectra)である。
(ホウ素含有化合物について)
式(I)に示す構造を有し、
Figure 0006626047
1はそれぞれ独立に電子供与性基であるホウ素含有化合物である。
上記構造によれば、ホウ素含有化合物は、9,10−二ホウ素化アントラセン(9,10−diboraanthracence;DBA)を電子吸引性基とし、R1を電子供与性基とすることで、ホウ素含有化合物にTADF特性を持たせる。電圧により駆動されると、蛍光及び遅延蛍光の形でエネルギーを放出することができ、OLED発光層のドーパントとすることに有利であり、OLEDに高効率、低コストであると共に広い光調色性能を提供することができる等の利点を持たせることができる。
具体的には、式(I)において、2つのR1は同じでも異なっていてもよい。R1はそれぞれ独立に式(i)又は式(ii)に示す構造であってよい。
Figure 0006626047
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式(i)において、mはそれぞれ独立に0〜4の整数である。mが0であることは、式(i)の上方の2つのベンゼン環の水素が何れも置換されていないことを指す。mが1〜4の整数であることは、(i)の上方2つのベンゼン環の水素がR3で置換されてよく、R3はメトキシ基又はtert−ブチル基であってよいが、これらに限定されない。式(i)におけるR3の数が1よりも大きい時、複数のR3は同じでも異なっていてもよい。
式(ii)において、qはそれぞれ独立に0〜4の整数である。qが0であることは、式(ii)の上方の2つのベンゼン環の水素が何れも置換されないことを指す。qが1〜4の整数であることは、(ii)の上方の2つのベンゼン環の水素はR5で置換されてよく、R5はメトキシ基又はtert−ブチル基であってよいが、これらに限定されない。式(ii)におけるR5の数が1よりも大きい時、複数のR5は同じでも異なっていてもよい。
ホウ素含有化合物によれば、mとqはそれぞれ独立に0又は1の整数であってよい。この場合、R1はそれぞれ独立に式(i−1−1)、式(i−2−1)、式(ii−1−1)又は式(ii−2−1)に示す構造であってよい。
Figure 0006626047
Figure 0006626047
Figure 0006626047
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(有機発光ダイオードの発光層について)
図1を参照する。図1は、本発明の一実施形態による有機発光ダイオードの発光層140を示す断面模式図である。図1において、発光層140は、本体材料141及びドーパント142を含む。ドーパント142は、式(I)に示す構造を有するホウ素含有化合物である。これにより、この発光層140を含むOLEDに、高効率、低コストであると共に広い光調色性能を提供する等の利点を持たせることができる。式(I)に示す構造を有するホウ素含有化合物について上記を参照し、ここで繰り返して説明しない。
ドーパント142の該発光層140におけるドーピング濃度は、5%〜30%であってよい。ドーピング濃度は、ドーパント142の蒸着速度と本体材料141の蒸着速度との比率に基づいて定義される。例えば、ドーパント142の蒸着速度が本体材料141の蒸着速度の1/20である場合、ドーピング濃度は、5%である。また、例えば、ドーパント142の蒸着速度が本体材料141の蒸着速度の3/10である場合、ドーピング濃度は、30%である。
発光層140にドーパント142をドーピングすることで、本体材料141のエネルギーをドーパント142に転移させることができ、本体材料141の光色及び発光効率を改変することができ、OLEDの適用範囲を拡大することができる。
本体材料141は、高トリプレットエネルギーの本体材料(high triplet energy host material)であってよい。本体材料141は、正孔輸送型(hole transport type)、電子輸送型(electron transport type)又はバイポーラ型(bi−polar type)であってよい。実際に適用する時、OLEDに必要な光色に基づいて選択してよい。例えば、本体材料は、式(1)〜式(9)の何れかに示す構造を有してよい。
Figure 0006626047
Figure 0006626047
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式(1)の化学名はCzPS(9,9’−(sulfonylbis(4,1−phenylene))bis(9H−carbazole))と略称する。式(2)の化学名はCBP(4,4’− di(9H−carbazol−9−yl)−1,1’−biphenyl)と略称する。式(3)の化学名はmCBP(3,3’−di(9H−carbazol−9−yl)−1,1’−biphenyl)と略称する。式(4)の化学名はmCP(1,3−di(9H−carbazol−9−yl)benzene)と略称する。式(5)の化学名はBCPO(bis(4−(9H−carbazol−9−yl)phenyl)(phenyl)phosphine oxide)と略称する。式(6)の化学名はTCTA(tris(4−(9H−carbazol−9−yl)phenyl)amine)と略称する。式(7)の化学名はDPEPO(oxybis(2,1−phenylene))bis(diphenylphosphine oxide)と略称する。式(8)の化学名はPPT(dibenzo[b,d]thiophene−2,8−diylbis(diphenylphosphine oxide)と略称する。式(9)の化学名はTCB(1,3,5−tri(9H−carbazol−9−yl)benzene)と略称する。上記式(1)、式(3)〜式(9)は青色光、緑色光又は赤色光を発光するOLEDに用いられることができる。式(2)は緑色光又は赤色光を発光するOLEDに用いられることができる。
(有機発光ダイオードについて)
有機発光ダイオードの発光層を含む有機発光ダイオード装置である。これにより、この発光層を含むOLED装置に、高効率、低コストであると共に広い光調色性能を提供する等の利点を持たせることができる。
図2を参照する。図2は、本発明の他の実施形態による有機発光ダイオード装置100を示す断面模式図である。図2において、有機発光ダイオード装置100は、陽極110、正孔注入層120、正孔輸送層130、発光層140、電子輸送層150、電子注入層160及び陰極170を含む。発光層140について上記を参照し、ここで繰り返して説明しない。
具体的には、陽極110の材料は、透明導電性金属酸化物又は金属であってよい。透明導電性金属酸化物は、インジウム錫酸化物(ITO、SnO2:In23)、酸化亜鉛(ZnO)又はアルミ亜鉛酸化物(AZO、Al:ZnO)であってよい。金属は、ニッケル(Ni)、金(Au)、プラチナ(Pt)であってよい。金属を使用する時、陽極110の厚さは、好ましくは15nmよりも小さい。
正孔注入層120材料としては、陽極110と正孔輸送層130との間の正孔の伝達を増加することに有利であるように、そのHOMOエネルギー準位を考えて選択することが好ましい。正孔注入層120の材料としては、HATCN(2,3,6,7,10,11−hexacyano−1,4,5,8,9,12−hexaazatriphenylene)、MoO3、NPB(4,4’−bis(N−(1−naphthyl)−N−phenylamino)biphenyl)又はNPNPB(N,N’−di−phenyl−N,N’−di−(4−(N,N−di−phenyl−amino)pheny)benzidine)であってよいが、それらに限定されない。
正孔輸送層130の材料としては、NPB又はTCTAであってよいが、それらに限定されない。
電子輸送層150の材料としては、TPBI(1,3,5−tris(1−phenyl−1H−benzimidazol−2−yl)benzene)、TmPyPb(3,3’−[5’−[3−(3−pyridinyl)phenyl][1,1’:3’,1’’−terphenyl]−3,3’’−diyl]bispyridine)、BCP(bathocuproine)、BAlq(bis(2−methyl−8−quinolinolato−N1,O8)−(1,1’−biphenyl−4−olato)aluminum)、TAZ(3−(biphenyl−4−yl)−5−(4−tert−butylphenyl)−4−phenyl−4H−1,2,4−triazole)であってよいが、それらに限定されない。
電子注入層160の材料としては、LiFであってよいが、それらに限定されない。
陰極170の材料としては、マグネシウム銀混合物、フッ化リチウム/アルミ混合物又はアルミであってよいが、それらに限定されない。
有機発光ダイオード装置100は、基板(未図示)を更に含んでよもよい。有機発光ダイオード装置100を製造する時、陽極110、正孔注入層120、正孔輸送層130、発光層140、電子輸送層150、電子注入層160及び陰極170を順に基板に堆積してよい。基板は、透明ガラス基板又はプラスチック基板であってよい。
(合成の実施例について)
実施例1(EX1):実施例1のホウ素含有化合物は、式(I−1−1)に示す構造を有する。
Figure 0006626047
実施例1の合成方法は、以下のとおりである。まず、n−ブチルリチウム(nBuLi)溶液、9−(4−ブロモ−3,5−ジメチルフェニル)−9H−カルバゾール(9−(4−bromo−3,5−dimethylphenyl)−9H−carbazole)溶液及び9,10−ジブロモ−9,10−二ホウ素化アントラセン(9,10−dibromo−9,10−diboraanthracene)溶液を調製した。n−ブチルリチウム溶液として、2.5mmolのn−ブチルリチウムを1.0mLのn−ヘキサン (hexane)に溶解することで、2.5Mのn−ブチルリチウム溶液を形成した。9−(4−ブロモ−3,5−ジメチルフェニル)−9H−カルバゾール溶液として、567mg(1.62mmol)の9−(4−ブロモ−3,5−ジメチルフェニル)−9H−カルバゾールを40mLのエーテル(Et2O)に溶解して形成した。9,10−ジブロモ−9,10−二ホウ素化アントラセン溶液として、270mg(0.809mmol)の9,10−ジブロモ−9,10−二ホウ素化アントラセンを25mLのトルエン(toluene)に溶解して形成した。
n−ブチルリチウム溶液を10分間内に−78℃、攪拌状態での9−(4−ブロモ−3,5−ジメチルフェニル)−9H−カルバゾール溶液にゆっくりドロップして反応溶液を形成し、反応溶液を0℃まで回復して30分間維持し、その後、反応溶液を再び−78℃まで降温し、9,10−ジブロモ−9,10−二ホウ素化アントラセン溶液を反応溶液にゆっくりドロップすると共に、攪拌し、滴定完成した後反応溶液を室温までゆっくり回復すると共に8時間攪拌した。反応溶液を減圧するように揮発物を除去して粗生成物を取得した。粗生成物を30mLの塩化アンモニウム水溶液(NH4Cl(aq))及び30mLのジクロロメタン(dichloromethane)で抽出した後濃縮し、続いて更にシリカゲルカラムで分離し(溶出液:n−ヘキサン/ジクロロメタン=10:1)精製を行い、最後に黄色の固体生成物439mgを得て、収量は76%であった。
図3A〜図3Cを参照する。図3Aは、実施例1の1H−NMRスペクトログラムである。図3Bは、実施例1の13C−NMRスペクトログラムである。図3Cは、実施例1のHRMSの結果図である。
1H NMR、13C NMR及びHRMSの測定結果から分かるように、実施例1の生成物は、確実に式(I−1−1)に示すホウ素含有化合物であった。
1H NMR(400MHz,CDCl3):δ 8.18(d,J=7.6 Hz,4H),7.77(dd,J=3.6,5.2 Hz,4H),7.63−7.59(m,8H),7.49−7.45(m,4H),7.33−7.29(m,8H),2.22(s,12H);
13C NMR(100MHz,CDCl3):δ141.1,139.7,139.0,134.0,125.8,124.5,124.5,123.3,120.3,119.7. 110.1,22.8;
HRMS Calcd for C524022:714.3378. Found:714.3386)
実施例2(EX2):実施例2のホウ素含有化合物は、式(I−1−2)に示す構造を有する。
Figure 0006626047
実施例2の合成方法は、以下のとおりである。まず、n−ブチルリチウム溶液、9−(4−ブロモ−3,5−ジメチルフェニル)−3,6−ジ−tert−ブチル基−9H−カルバゾール(9−(4−bromo−3,5−dimethylphenyl)−3,6−di−tert−butyl−9H−carbazole)溶液及び9,10−ジブロモ−9,10−二ホウ素化アントラセン溶液を調製した。n−ブチルリチウム溶液として、3.30mmolのn−ブチルリチウムを1.32mLのn−ヘキサンに溶解することで、2.5Mのn−ブチルリチウム溶液を形成した。9−(4−ブロモ−3,5−ジメチルフェニル)−3,6−ジ−tert−ブチル基−9H−カルバゾール溶液として、1.02g(2.20mmol)の9−(4−ブロモ−3,5−ジメチルフェニル)−3,6−ジ−tert−ブチル基−9H−カルバゾールを40mLのエーテルに溶解して形成した。9,10−ジブロモ−9,10−二ホウ素化アントラセン溶液として、367mg(1.10mmol)の9,10−ジブロモ−9,10−二ホウ素化アントラセンを25mLのトルエンに溶解して形成した。
n−ブチルリチウム溶液を10分間内に−78℃、攪拌状態での9−(4−ブロモ−3,5−ジメチルフェニル)−3,6−ジ−tert−ブチル基−9H−カルバゾール溶液にゆっくりドロップすることにより反応溶液を形成し、反応溶液を0℃に回復すると共に30分間維持し、その後、反応溶液を再び−78℃まで降温し、9,10−ジブロモ−9,10−二ホウ素化アントラセン溶液を反応溶液にゆっくりドロップすると共に、攪拌し、滴定完成した後反応溶液を室温までゆっくり回復すると共に8時間攪拌した。反応溶液を減圧するように揮発物を除去して粗生成物を取得した。粗生成物を30mLの塩化アンモニウム水溶液及び30mLのジクロロメタンで抽出した後濃縮し、続いて更にシリカゲルカラムで分離し(溶出液:n−ヘキサン/ジクロロメタン=10:1)精製を行い、最後にオレンジ固体生成物723mgを得て、収量が70%であった。
図4A〜図4Cを参照する。図4Aは、実施例2の1H−NMRスペクトログラムである。図4Bは、実施例2の13C−NMRスペクトログラムである。図4Cは、実施例2のHRMSの結果図である。1H NMR、13C NMR及びHRMSの測定結果から分かるように、実施例2の生成物は、確実に式(I−1−2)に示すホウ素含有化合物であった。
1H NMR(400MHz,CDCl3):δ 8.16(d,J=1.4 Hz,4H),7.76(dd,J=3.2,5.2 Hz,4H),7.60−7.50(m,12H),7.29(s,4H),2.20(s,12H),1.48(s,36H);
13C NMR(100MHz,CDCl3):δ142.6,139.5,139.5,139.5,139.0,133.9,124.1,123.4,123.3,116.2,109.5,34.7,32.1,22.7;
HRMS Calcd for C687222:938.5882. Found:938.5884)。
実施例3(EX3):実施例3のホウ素含有化合物は、式(I−1−3)に示す構造を有する。
Figure 0006626047
実施例3の合成方法は、以下のとおりである。まず、n−ブチルリチウム溶液、9−(4−ブロモ−3,5−ジメチルフェニル)−3,6−二メトキシ基−9H−カルバゾール(9−(4−bromo−3,5−dimethylphenyl)−3,6−dimethoxy−9H−carbazole)溶液及び9,10−ジブロモ−9,10−二ホウ素化アントラセン溶液を調製した。n−ブチルリチウム溶液として、4.56mmolのn−ブチルリチウムを1.82mLのn−ヘキサンに溶解することで、2.5Mのn−ブチルリチウム溶液を形成した。9−(4−ブロモ−3,5−ジメチルフェニル)−3,6−二メトキシ基−9H−カルバゾール溶液として、1.25g(3.04mmol)の9−(4−ブロモ−3,5−ジメチルフェニル)−3,6−二メトキシ基−9H−カルバゾールを40mLのエーテルに溶解して形成した。9,10−ジブロモ−9,10−二ホウ素化アントラセン溶液として、507mg(1.52mmol)の9,10−ジブロモ−9,10−二ホウ素化アントラセンを25mLのトルエンに溶解して形成した。
n−ブチルリチウム溶液を10分間内に−78℃、攪拌状態での9−(4−ブロモ−3,5−ジメチルフェニル)−3,6−二メトキシ基−9H−カルバゾール溶液にゆっくりドロップすることで、反応溶液を形成し、反応溶液を0℃に回復すると共に30分間維持し、その後、反応溶液を再び−78℃まで降温し、9,10−ジブロモ−9,10−二ホウ素化アントラセン溶液を反応溶液にゆっくりドロップすると共に、攪拌し、滴定完成した後反応溶液を室温までゆっくり回復すると共に8時間静置した。反応溶液を減圧するように揮発物を除去して粗生成物を取得した。粗生成物を30mLの塩化アンモニウム水溶液及び30mLのジクロロメタンで抽出した後濃縮し、続いて更にシリカゲルカラムで分離し(溶出液:n−ヘキサン/ジクロロメタン=10:1)精製を行い、最後にオレンジ固体生成物837mgを得て、収量が66%であった。
図5A〜図5Cを参照する。図5Aは、実施例3の1H−NMRスペクトログラムである。図5Bは、実施例3の13C−NMRスペクトログラムである。図5Cは、実施例3のHRMSの結果図である。1H NMR、13C NMR及びHRMSの測定結果から分かるように、実施例3の生成物は、確実に式(I−1−3)に示すホウ素含有化合物であった。
1H NMR(400MHz,CDCl3):δ 7.75(dd,J=3.2,5.2 Hz,4H),7.60−7.58(m,8H),7.52(d,J=8.8,4H),7.27(s,4H),7.10(dd,J=2.4,8.8 Hz,4H),3.97(s,12H),2.20(s,12H);
13C NMR(100MHz,CDCl3):δ153.9,139.6,139.0,137.4,136.5,133.9,124.1,123.5,115.2,111.1,102.8,56.2,22.8;
HRMS Calcd for C5648224:834.3800. Found:834.3778)
実施例4(EX4):実施例4のホウ素含有化合物は、式(I−1−4)に示す構造を有する。
Figure 0006626047
実施例4の合成方法は、以下のとおりである。まず、n−ブチルリチウム溶液、4−ブロモ−3,5−ジメチル−N,N−ジフェニルアニリン(4−bromo−3,5−dimethyl−N,N−diphenylaniline)溶液及び9,10−ジブロモ−9,10−二ホウ素化アントラセン溶液を調製した。n−ブチルリチウム溶液として、3.78mmolのn−ブチルリチウムを1.51mLのn−ヘキサンに溶解することで、2.5Mのn−ブチルリチウム溶液を形成した。4−ブロモ−3,5−ジメチル−N,N−ジフェニルアニリン溶液として、888mg(2.52mmol)の4−ブロモ−3,5−ジメチル−N,N−ジフェニルアニリンを40mLのエーテルに溶解して形成した。9,10−ジブロモ−9,10−二ホウ素化アントラセン溶液として、420mg(1.26mmol)の9,10−ジブロモ−9,10−二ホウ素化アントラセンを25mLのトルエンに溶解して形成した。
n−ブチルリチウム溶液を10分間内に−78℃、攪拌状態での4−ブロモ−3,5−ジメチル−N,N−ジフェニルアニリン溶液にゆっくりドロップすることで、反応溶液を形成し、反応溶液を0℃まで回復すると共に30分間維持し、その後、反応溶液を再び−78℃まで降温し、9,10−ジブロモ−9,10−二ホウ素化アントラセン溶液を反応溶液にゆっくりドロップすると共に、攪拌し、滴定完成した後反応溶液を室温までゆっくり回復すると共に8時間静置した。反応溶液を減圧するように揮発物を除去して粗生成物を取得した。粗生成物を30mLの塩化アンモニウム水溶液及び30mLのジクロロメタンで抽出した後濃縮し、続いて更にシリカゲルカラムで分離し(溶出液:n−ヘキサン/ジクロロメタン=10:1)精製を行い、最後に赤色固体生成物534mgを得て、収量が59%であった。
図6A〜図6Cを参照する。図6Aは、実施例4の1H−NMRスペクトログラムである。図6Bは、実施例4の13C−NMRスペクトログラムである。図6Cは、実施例4のHRMSの結果図である。1H NMR、13C NMR及びHRMSの測定結果から分かるように、実施例4の生成物は、確実に式(I−1−4)に示すホウ素含有化合物であった。
1H NMR(400MHz,CDCl3):δ7.68(dd,J=3.2,5.6 Hz,4H),7.51(dd,J=3.2,5.2 Hz,4H),7.30−7.26(m,8H),7.19−7.16(m,8H),7.02−6.98(m,4H),6.81(s,4H),1.97(s,12H);
13C NMR(100MHz,CDCl3):δ 148.2,139.0,138.8,133.5,129.1,124.1,124.1,122.3,122.1,22.7;
HRMS Calcd for C524422:718.3691. Found:718.3687)。
(光学的性質について)
図7A〜図7Dを参照する。図7Aは、実施例1の瞬間光ルミネセンス図である。図7Bは、実施例2の瞬間光ルミネセンス図である。図7Cは、実施例3の瞬間光ルミネセンス図である。図7Dは、実施例4の瞬間光ルミネセンス図である。図7A〜図7Dは、実施例1〜4のホウ素含有化合物をトルエンに溶解し、10-5Mの溶液に調製して、300K、真空条件で測定を行う結果であった。図7Aから分かるように、実施例1の蛍光ライフサイクル(τ1)は91.84nsであり、遅延蛍光ライフサイクル(τ2)は3.66・sであった。図7Bから分かるように、実施例2の蛍光ライフサイクルは108.75nsであり、遅延蛍光ライフサイクルは2.68・sであった。図7Cから分かるように、実施例3の蛍光ライフサイクルは103.37nsであり、遅延蛍光ライフサイクルは1.15・sであった。図7Dから分かるように、実施例4の蛍光ライフサイクルは35.04nsであり、遅延蛍光ライフサイクルは1.29・sであった。図7A〜図7Dの測定結果から分かるように、実施例1〜4のホウ素含有化合物は、TADF材料特性を有する。
図8及び図9を参照する。図8は、実施例1〜4の吸収スペクトログラムである。図9は、実施例1〜4の光ルミネセンススペクトログラムである。図8と図9は、実施例1〜4のホウ素含有化合物をジクロロメタンに溶解し、10-5Mの溶液に調製し、300Kの温度で測定を行う結果である。図8と図9から、実施例1〜4の最大吸収波長(λAbsmax)、最大放射波長(λPLmax)を観察することができ、表1に記録される。また、表1におけるEHOMOは、HOMOエネルギー準位であり、低エネルギー表面パワー関数測定器(AC2)によって取得される。ELUMOは、LUMOエネルギー準位であり、EHOMO−Eband gapによって取得される。Eband gapは、吸収スペクトルによりエネルギーギャップの推定を行うことにより取得され、Eband gap=1241/λonset(nm)である。
Figure 0006626047
(実施例の空気/水気安定性に係る性質について)
実施例1〜実施例4のホウ素含有化合物を、合成した後大気環境に置いて、ほぼ5ヶ月以上経過し、更にその1H−NMRスペクトログラムをそれぞれ測定し、実施例1〜実施例4のホウ素含有化合物は大気環境で構造が改変するかどうかを観察した。同時に図3Aと図3Dを参照する。図3Aは、実施例1の1H−NMRスペクトログラムであり、2016年1月3日の測定結果である。図3Dは、実施例1の別の1H−NMRスペクトログラムであり、2016年6月20日の測定結果である。図3Aと図3Dから分かるように、実施例1のホウ素含有化合物を大気環境で5ヶ月以上置いて、その構造が改変しないので、空気/水気安定性を有する。
図4Aと図4Dを同時に参照する。図4Aは、実施例2の1H−NMRスペクトログラムであり、2015年12月22日の測定結果である。図4Dは、実施例2の別の1H−NMRスペクトログラムであり、2016年6月20日の測定結果である。図4Aと図4Dから分かるように、実施例2のホウ素含有化合物を大気環境で5ヶ月以上置いて、その構造は改変しないので、空気/水気安定性を有する。
図5Aと図5Dを同時に参照する。図5Aは、実施例3の1H−NMRスペクトログラムであり、2016年1月31日の測定結果である。図5Dは、実施例3の別の1H−NMRスペクトログラムであり、2016年6月20日の測定結果である。図5Aと図5Dから分かるように、実施例3のホウ素含有化合物を大気環境でほぼ5ヶ月置いて、その構造は改変しないので、空気/水気安定性を有する。
図6Aと図6Dを同時に参照する。図6Aは、実施例4の1H−NMRスペクトログラムであり、2015年12月19日の測定結果である。図6Dは、実施例4の別の1H−NMRスペクトログラムであり、2016年6月20日の測定結果である。図6Aと図6Dから分かるように、実施例4のホウ素含有化合物を大気環境で6ヵ月以上置いて、その構造は改変しないので、空気/水気安定性を有する。
(実施例で製造されたOLED装置について)
OLED装置A:実施例1のホウ素含有化合物(I−1−1)を発光層のドーパントとし、ドーピング濃度は10%(重量%)であった。OLED装置Aは、順に陽極、正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電子輸送層、電子注入層及び陰極を含み、OLED装置Aの構造について図2を参照する。OLED装置Aの材質組成及び厚さは、以下のとおりである。ITO(130nm)/NPB(40nm)/TCTA(10nm)/CBP:ホウ素含有化合物(I−1−1)(10%)(30nm)/TmPyPb(60nm)/LiF(1nm)/Al(100nm)。
OLED装置B:実施例2のホウ素含有化合物(I−1−2)を発光層のドーパントとし、ドーピング濃度は10%(重量%)であった。OLED装置Bは、順に陽極、正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電子輸送層、電子注入層及び陰極を含み、OLED装置Bの構造について図2を参照する。OLED装置Bの材質組成及び厚さは、以下のとおりである。ITO(130nm)/NPB(40nm)/TCTA(10nm)/CBP:ホウ素含有化合物(I−1−2)(10%)(30nm)/TmPyPb(60nm)/LiF(1nm)/Al(100nm)。
OLED装置C:実施例3のホウ素含有化合物(I−1−3)を発光層のドーパントとし、ドーピング濃度は10%(重量%)であった。OLED装置Cは、順に陽極、正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電子輸送層、電子注入層及び陰極を含み、OLED装置Cの構造について図2を参照する。OLED装置Cの材質組成及び厚さは、下記のとおりである。ITO(130nm)/NPB(40nm)/TCTA(10nm)/CBP:ホウ素含有化合物(I−1−3)(10%)(30nm)/TmPyPb(60nm)/LiF(1nm)/Al(100nm)。
OLED装置D:実施例4のホウ素含有化合物(I−1−4)を発光層のドーパントとし、ドーピング濃度は10%(重量%)であった。OLED装置Dは、順に陽極、正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電子輸送層、電子注入層及び陰極を含み、OLED装置Cの構造について図2を参照する。OLED装置Dの材質組成及び厚さは、下記のとおりである。ITO(130nm)/NPB(40nm)/TCTA(10nm)/CBP:ホウ素含有化合物(I−1−4)(10%)(30nm)/TmPyPb(60nm)/LiF(1nm)/Al(100nm)。OLED装置A〜Dに使用された化学物質構造は、下記のとおりである。
Figure 0006626047
Figure 0006626047
Figure 0006626047
Figure 0006626047
図10〜図12を参照する。図10は、OLED装置A、B、C、Dの外部量子効率(EQE)、電流効率及び輝度の関係図である。図11は、OLED装置A、B、C、Dの外部量子効率と電流密度の関係図である。図12は、OLED装置A、B、C、Dのエレクトロルミネセントスペクトログラムである。且つ、OLED装置A、B、C、Dの開始電圧(Vd)、最大輝度(L)及びその対応電圧、最大外部量子効率(ηext)及びその対応電圧、最大電流効率(ηc)及びその対応電圧、最大パワー効率(ηp)及びその対応電圧を表2に示し、且つOLED装置A、B、C、Dを8Vの最大放射波長λ及び色度座標(CIE)で表3に示す。開始電圧は、起動電圧とも言われ、輝度が1Cd/m2である場合の電圧である。なお、表2、表3における各数値は、シリコンフォトダイオード(silicon photodiode)と電源測定ユニット機器(Keithley 2400 SourceMeter)との組み合わせによって測定される。得られた実験データは、更に、OLED素子効率公式によって計算して得られる。測定方式と計算公式については、従来のものであるので、ここで繰り返して説明しない。
Figure 0006626047
Figure 0006626047
表2から分かるように、OLED装置A、B、C、Dの外部量子効率が何れも21.1%の以上であり、OLED装置A、Bが更にそれぞれ41.5%及び35.1%に達するので、本発明によるホウ素含有化合物は、OLED発光層のドーパントとすることに有利であり、それにより製造されたOLED装置が高効率の利点を有することが判明される。なお、本発明のホウ素含有化合物によれば、リン光材料のように貴金属と組み合わせる必要がないので、コストを低下させることができる。なお、表3から分かるように、OLED装置A、B、C、Dの最大放射波長λ及び色度座標が何れも異なるので、OLED装置A、B、C、Dが異なる光色を有することが判明されるので、本発明によるホウ素含有化合物は、広い光調色性能を提供することができる。
本発明の実施形態を前述の通りに開示したが、これは、本発明を限定するものではなく、当業者であれば、本発明の精神と範囲から逸脱しない限り、多様の変更や修正を加えてもよく、したがって、本発明の保護範囲は、特許請求の範囲で指定した内容を基準とする。
100:有機発光ダイオード装置
110:陽極
120:正孔注入層
130:正孔輸送層
140:発光層
141:本体材料
142:ドーパント
150:電子輸送層
160:電子注入層
170:陰極

Claims (7)

  1. 式(I)に示す構造を有し、
    Figure 0006626047
    前記R1はそれぞれ独立に化学式(i)又は化学式(ii)に示す構造であるホウ素含有化合物であって、mとqはそれぞれ独立に04の整数であり、RとRはそれぞれ独立にメトキシ基またはtert−ブチル基であり、熱活性化遅延蛍光(TADF)特性を有するホウ素含有化合物。
    Figure 0006626047
    Figure 0006626047
  2. 前記mと前記qはそれぞれ独立に0又は1の整数であり、前記R1はそれぞれ独立に式(i−1−1)、式(i−2−1)、式(ii−1−1)又は式(ii−2−1)に示す構造である請求項1に記載のホウ素含有化合物。
    Figure 0006626047
    Figure 0006626047
    Figure 0006626047
    Figure 0006626047
  3. 有機発光ダイオード(OLED)である発光層であって、前記発光層は式(I)に示す構造を有するホウ素含有化合物であるドーパントを含み、
    Figure 0006626047
    各前記R1はそれぞれ独立に化学式(i)又は化学式(ii)に示す構造であり、前記ホウ素含有化合物はmとqはそれぞれ独立に04の整数であり、RとRはそれぞれ独立にメトキシ基またはtert−ブチル基であり、熱活性化遅延蛍光(TADF)特性を有する有機発光ダイオードの発光層。
    Figure 0006626047
    Figure 0006626047
  4. 前記mと前記qはそれぞれ独立に0又は1の整数であり、前記R1はそれぞれ独立に式(i−1−1)、式(i−2−1)、式(ii−1−1)又は式(ii−2−1)に示す構造である請求項3に記載の有機発光ダイオードの発光層。
    Figure 0006626047
    Figure 0006626047
    Figure 0006626047
    Figure 0006626047
  5. 式(1)〜式(9)の何れかに示す構造を有する本体材料を更に含む請求項3に記載の有機発光ダイオードの発光層。
    Figure 0006626047
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  6. 前記ドーパントの前記発光層におけるドーピング濃度は、5%〜30%である請求項3に記載の有機発光ダイオードの発光層。
  7. 請求項3〜6のいずれか一項に記載の有機発光ダイオードの発光層を含む有機発光ダイオード装置。
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