JP6716138B2 - Terpyridine derivative, light emitting material comprising the same, and organic EL device using the same - Google Patents
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Description
本発明は、発光効率の高い新規ターピリジン誘導体、それを用いた発光材料及び有機EL素子に関する。 The present invention relates to a novel terpyridine derivative having high luminous efficiency, a light emitting material using the same, and an organic EL device.
有機EL(エレクトロルミネッセンス)素子では、一対の電極間に電圧を印加することにより、陽極から正孔が、陰極から電子が、発光材料として有機化合物を含む発光層にそれぞれ注入され、注入された電子及び正孔が再結合することによって、発光性の有機化合物中に励起子が形成され、励起された有機化合物から発光を得ることができる。 In an organic EL ( electroluminescence ) element, by applying a voltage between a pair of electrodes, holes are injected from the anode, electrons are injected from the cathode, and electrons are injected into a light emitting layer containing an organic compound as a light emitting material. When the holes recombine with each other, excitons are formed in the light-emitting organic compound, and light emission can be obtained from the excited organic compound.
このような有機EL素子の実用性を向上させる手段の一つは、発光効率を上げることにある。有機化合物が形成する励起子には、一重項励起子(ES)及び三重項励起子(ET)があり、一重項励起子(ES)からの蛍光発光と、三重項励起子(ET)からのリン光発光とがあるが、素子におけるこれらの統計的な生成比率は、ES:ET=1:3であり、蛍光発光を用いる有機EL素子では内部量子効率25%が限界といわれていた。そのため、電子からフォトンへの変換効率(内部量子効率)を向上させるべく、三重項励起状態を発光に変換することが可能なリン光材料を用いた発光素子の開発が近年盛んに行われてきた。リン光材料ではイリジウムや白金のような重原子による重原子効果から、項間交差が促進され、すべての励起子を発光に利用することができる。しかしながら、リン光材料に用いられるイリジウムや白金などの貴金属を中心金属とした錯体は高コストであること、また、高電流密度下での励起子失活や青色発光素子の安定性の面で課題があった。 One of the means for improving the practicality of such an organic EL element is to increase the luminous efficiency. The excitons organic compound forms, there are singlet excitons (E S) and triplet exciton (E T), and the fluorescence emission from singlet excitons (E S), triplet excitons (E Although there are a phosphorescence from T), these statistical generation ratio in elements, E S: E T = 1 : 3, and limit the internal quantum efficiency of 25% on an organic EL element using the fluorescent emission It was said that. Therefore, in order to improve the conversion efficiency (internal quantum efficiency) of electrons to photons, a light-emitting element using a phosphorescent material capable of converting a triplet excited state into light emission has been actively developed in recent years. .. In a phosphorescent material, interatomic crossing is promoted by the heavy atom effect of heavy atoms such as iridium and platinum, and all excitons can be used for light emission. However, the complex of a noble metal such as iridium or platinum, which is used as a phosphorescent material, as a central metal is high in cost, and in addition, exciton deactivation under high current density and stability of a blue light emitting element are problems. was there.
最近、このようなリン光性化合物を用いずに、三重項励起状態の一部を発光に変換可能な材料として、遅延蛍光を発する材料の研究が行われている。具体的には、三重項励起子(ET1)を一重項励起子(ES1)へアップコンバージョンさせる、熱活性化遅延蛍光(thermally activated delayed fluorescence;TADF)材料を利用した有機EL素子が開発されている。このTADF材料を用いれば、一重項励起子(ES)は蛍光を発光する一方で、三重項励起子(ET)は、素子や周囲の熱を吸収して励起一重項へ逆項間交差されて蛍光を発光するため、電流励起によって生成するすべての励起子を光エネルギーとして取り出すことができ、同時に内部量子効率100%を実現することができる。 Recently, studies have been conducted on a material that emits delayed fluorescence as a material capable of converting a part of the triplet excited state into light emission without using such a phosphorescent compound. Specifically, the triplet exciton (E T1) of singlet excitons (E S1) to be up-conversion, heat activated delayed fluorescence (thermally activated delayed fluorescence; TADF) organic EL element using a material have been developed ing. When this TADF material is used, the singlet excitons (E S ) emit fluorescence, while the triplet excitons (E T ) absorb heat of the device and the surroundings to cause an inverse singlet crossing to an excited singlet. As a result, the excitons generated by current excitation can be extracted as light energy, and at the same time, an internal quantum efficiency of 100% can be realized.
例えば、非特許文献1では、金属を含まないリン光性化合物として、カルバゾリルジシアノベンゼン(CDCB)誘導体が報告され、該CDCB誘導体が、一重項励起状態と三重項励起状態との間のエネルギー差(ΔEST)が小さく、高い発光量子収率を維持しながら、励起三重項状態から励起一重項励起子への高効率なアップコンバージョンを促進することが報告されている。
For example, Non-Patent
さらに、TADF材料は、上記した発光機構ゆえに、高い内部量子収率だけでなく、外部量子収率の向上も期待できる。外部量子効率に関しては、従来の蛍光材料では7.5%程度であったのが、緑色TADF材料ではリン光発光材料に匹敵する30%に迫る外部量子効率が実現されている。 Further, the TADF material can be expected not only to have a high internal quantum yield but also to improve an external quantum yield because of the above-described light emission mechanism. The external quantum efficiency of the conventional fluorescent material was about 7.5%, but the external quantum efficiency of the green TADF material is as high as 30%, which is comparable to that of the phosphorescent material.
非特許文献2では、TADFを示す青色発光有機分子のデザインルールのひとつが示され、該デザインルールに基づく有機分子は、広範囲で電子が非局在化したHOMO(Highest Occupied Molecular Orbital;最高被占軌道)及びLUMO(Lowest Unoccupied Molecular Orbital;最低空軌道)を有し、2つの波動関数の重なりが小さい場合でも、高い振動子強度が誘導されて発光量子収率が高くなることが報告されている。そして、前記有機分子は、高い発光量子収率、及び三重項励起子から一重項励起子への効率的なアップコンバージョンを示し、発光効率及び内部量子効率ともに100%に近い状態を実現する旨の開示がある。
遅延蛍光発光材料を発光層に用いた有機EL素子は、高い外部量子効率を示すと考えられる。遅延蛍光を高効率で得るためには、三重項準位から励起一重項準位へ逆項間交差するだけでなく、励起一重項から効率良く発光が得られることが必要である。このような発光材料を得るためには、例えば、一重項励起状態と三重項励起状態との間のエネルギー差(ΔEST)を小さくするため、有機化合物において、ドナー性を持つ電子供与基と、アクセプター性を持つ電子求引基とを適切に選択して組み合わせる、といった精密な分子設計が必要である。 It is considered that the organic EL device using the delayed fluorescent light emitting material in the light emitting layer exhibits high external quantum efficiency. In order to obtain the delayed fluorescence with high efficiency, it is necessary that not only the triplet level to the excited singlet level undergo intersystem reciprocal crossing, but also the excited singlet can efficiently emit light. In order to obtain such a light emitting material, for example, in order to reduce the energy difference (ΔE ST ) between the singlet excited state and the triplet excited state, an electron donating group having a donor property in an organic compound, Precise molecular design is needed, such as selecting and combining an electron-withdrawing group having an acceptor property appropriately.
特許文献1では、有機EL素子に用いる発光材料として、カルバゾール構造を含むトリアジン化合物やカルバゾール構造を含むターピリジン化合物がTADF材料になりうることが報告されている。
さらに、非特許文献3では、TADF材料として9,10−ジヒドロアクリジン/ジフェニルスルホン誘導体を用いた青色の有機EL素子が記載され、既存のリン光有機EL素子に匹敵する性能を有し、該TADF材料を含む素子は外部量子効率19.5%を示し、高輝度時の発光効率低下を抑制することが報告されている。
Furthermore, Non-Patent
上記文献はいずれもTADF材料の分子設計を行っている。しかしながら、現在のところ、例えば、より高い発光エネルギーを必要とする青色TADF材料では、要求される発光効率が充分に達成できておらず、低い値にとどまっている。よって、TADF材料へのさらなる検討が望まれている。 All of the above documents design molecules of TADF materials. However, at present, for example, in a blue TADF material that requires higher emission energy, the required emission efficiency has not been sufficiently achieved and remains at a low value. Therefore, further studies on TADF materials are desired.
本発明では、HOMO−LUMO間のエネルギー差(ΔEH-L)、及び、一重項励起状態と三重項励起状態との間のエネルギー差(ΔEST)に着目し、三重項励起子(ET)を一重項励起子(ES)へ効率良くアップコンバージョンさせることができる熱活性化遅延蛍光(TADF)材料としての新規ターピリジン誘導体、及びこれを用いた発光材料及び有機EL素子を提供することを課題としている。 In the present invention, the energy difference between the HOMO-LUMO (ΔE HL), and focuses on energy difference between the singlet excited state and a triplet excited state (Delta] E ST), triplet excitons of (E T) as object to provide a light-emitting material and organic EL device using the singlet exciton (E S) efficiently novel terpyridine derivatives as a heat activated delayed fluorescence (TADF) material capable of up-conversion, and this There is.
本発明者らは、発光部位であるターピリジン骨格に、特定の電子供与部位を導入した特定のターピリジン誘導体が、熱活性化遅延蛍光(TADF)材料として有効であることを見出し、本発明を完成させた。
すなわち、本発明は以下の事項からなる。
The present inventors have found that a specific terpyridine derivative in which a specific electron-donating site is introduced into a terpyridine skeleton that is a light-emitting site is effective as a thermally activated delayed fluorescence (TADF) material, and completed the present invention. It was
That is, the present invention comprises the following matters.
本発明のターピリジン誘導体は、下記一般式(1)で表されることを特徴とする。
前記一般式(1)で表されるターピリジン誘導体は、下記構造式で表されることが好ましい。
本発明の発光材料は、上記ターピリジン誘導体よりなる。
本発明の有機EL素子は、上記ターピリジン誘導体を用いたものである。
The light emitting material of the present invention comprises the above terpyridine derivative.
The organic EL device of the present invention uses the above terpyridine derivative.
本発明のターピリジン誘導体によれば、発光部位であるターピリジン骨格に、特定の電子供与部位を導入することにより、一重項と三重項とのエネルギー差(ΔEST)が0.2eVに近い値を示すため、三重項励起子から一重項励起子への逆項間交差を介した効率的なアップコンバージョンが実現される。具体的には、一般式(1)で表されるターピリジン誘導体において、発光部位であるターピリジン骨格に、置換基Bとしてカルバゾール部位、アクリジン部位、ジアルキルアクリジン誘導体部位、又はインドール部位といった電子供与性部位を導入することにより、アップコンバージョン発光を観測することができる。すなわち、上記ターピリジン誘導体は、量子化学計算の結果から、励起一重項エネルギー(ES)−三重項エネルギー(ET)間のエネルギー差(ΔEST)が0.2eVに近い値を示し、高い発光量子効率を有する。よって、上記ターピリジン誘導体は、熱活性化遅延蛍光(TADF)材料として好適である。 According to the terpyridine derivative of the present invention, by introducing a specific electron-donating site into the terpyridine skeleton, which is a light-emitting site, the energy difference (ΔE ST ) between singlet and triplet shows a value close to 0.2 eV. Therefore, efficient up-conversion from triplet excitons to singlet excitons via inverse intersystem crossing is realized. Specifically, in the terpyridine derivative represented by the general formula (1), an electron donating moiety such as a carbazole moiety, an acridine moiety, a dialkylacridine derivative moiety, or an indole moiety is provided as the substituent B in the terpyridine skeleton which is a light emitting moiety. By introducing it, upconversion emission can be observed. That is, the terpyridine derivatives, from the result of quantum chemical calculation, excited singlet energy (E S) - the energy difference between the triplet energy (E T) (ΔE ST) indicates a value close to 0.2 eV, a high emission Has quantum efficiency. Therefore, the terpyridine derivative is suitable as a thermally activated delayed fluorescence (TADF) material.
さらに、上記ターピリジン誘導体において、ターピリジン骨格、並びに、置換基Dであるカルバゾール部位、ジメチルアクリジン部位、ジアルキルアクリジン誘導体部位、又はインドール部位は、それぞれ高い三重項エネルギー(ET)を有する。よって、上記ターピリジン誘導体は、量子化学計算の結果、HOMO(最高被占軌道)−LUMO(最低空軌道)間のエネルギー差(ΔEH-L)が3.3eV以上と大きく、青色の発光色が期待される。 Further, in the terpyridine derivative, the terpyridine skeleton, and the carbazole moiety, dimethylacridine moiety, dialkylacridine derivative moiety, or indole moiety that is the substituent D each have a high triplet energy (E T ). Therefore, as a result of quantum chemical calculation, the terpyridine derivative has a large energy difference (ΔE HL ) between HOMO (highest occupied molecular orbital) and LUMO (lowest unoccupied molecular orbital) of 3.3 eV or more, and is expected to emit blue light. It
上記ターピリジン誘導体は、比較的に簡便な方法で、良好な収率で合成することができる。また、IrやPtなどの貴金属を含まないため、発光材料の低コスト化が実現できる。 The terpyridine derivative can be synthesized in a good yield by a relatively simple method. Further, since no precious metal such as Ir or Pt is contained, cost reduction of the light emitting material can be realized.
本発明の熱活性化遅延蛍光型有機ELデバイスは、上記ターピリジン誘導体を用いることで、理論上限で最大外部量子効率30%以上を実現する。このような外部量子効率は、従来の蛍光材料と比べて4倍以上である。 The thermally activated delayed fluorescence organic EL device of the present invention achieves a maximum external quantum efficiency of 30% or more at the theoretical upper limit by using the terpyridine derivative. Such external quantum efficiency is 4 times or more as compared with the conventional fluorescent material.
以下、本発明について、詳細に説明する。
[ターピリジン誘導体]
本発明のターピリジン誘導体は、下記一般式(1)で表される。
[Terpyridine derivative]
The terpyridine derivative of the present invention is represented by the following general formula (1).
上記一般式(1)中、R1〜R6はそれぞれ独立に、水素原子、アルキル基又はアリール基を表す。
R1〜R6において、具体的には、アルキル基には、メチル基、エチル基、1−プロピル基、2−プロピル基及びt-ブチル基が挙げられ、アリール基には、フェニル基、ビフェニル基、ターフェニル基、ピリジル基、ターピリジル基、ジフェニルアミノ基、アルキルアミノ基、カルバゾリル基、ナフチル基及びアントラセニル基が挙げられる。
In the general formula (1), R 1 to R 6 each independently represent a hydrogen atom, an alkyl group or an aryl group.
In R 1 to R 6 , specifically, the alkyl group includes a methyl group, an ethyl group, a 1-propyl group, a 2-propyl group and a t-butyl group, and the aryl group includes a phenyl group and a biphenyl group. Group, terphenyl group, pyridyl group, terpyridyl group, diphenylamino group, alkylamino group, carbazolyl group, naphthyl group and anthracenyl group.
上記一般式(1)中、Xはジアルキルメチレン(−CRaRb−)基、エーテル結合(−O−)、チオエーテル結合(−S−)又はスルホニル基(−SO2−)を表す。Xにおいて、−CRaRb−の具体例には、ジメチルメチレン基、ジフェニルメチレン基、ジトリルメチレン基及びジピリジルメチレン基等が挙げられる。また、Ra及びRbは、互いに連結して、例えば、シクロペンテン、シクロヘキサン及びシクロヘプタン等の5〜7員環を形成してもよく、またこれらの環は、本発明の効果を損なわない範囲で、例えば、アルコキシ基、チオアルコキシ基、カルボニル基及びエステル基等の置換基を有していてもよい。 In the general formula (1), X represents a dialkylmethylene (—CR a R b —) group, an ether bond (—O—), a thioether bond (—S—) or a sulfonyl group (—SO 2 —). Specific examples of —CR a R b — in X include a dimethylmethylene group, a diphenylmethylene group, a ditolylmethylene group, and a dipyridylmethylene group. R a and R b may be linked to each other to form a 5- to 7-membered ring such as cyclopentene, cyclohexane and cycloheptane, and these rings are within a range not impairing the effects of the present invention. Thus, for example, it may have a substituent such as an alkoxy group, a thioalkoxy group, a carbonyl group and an ester group.
上記一般式(1)中、2つの置換基Aはピリジン環を介して、下記式で表されるターピリジル基を形成していることが好ましい。これらのうち、環構造の内側に窒素原子を有する2,2’:6’,2’’−ターピリジル基が、発光色のワイドギャップ化(青色化)の点から特に好ましい。
置換基Bは電子供与性部位であることが好ましい。一般式(1)中に、置換基Bを有することにより、一般式(1)で表されるターピリジン誘導体において、発光部位であるターピリジン骨格に適度に電子を供給することができ、一重項と三重項とのエネルギー差(ΔEST)を小さくすることができる。置換基Bは、いずれも高い三重項エネルギーを有するという観点から、ジメチルアクリジン誘導体(Ra及びRbがメチル基)、又はカルバゾール骨格を含む置換基であることが好ましい。 Substituent B is preferably an electron donating site. By having the substituent B in the general formula (1), in the terpyridine derivative represented by the general formula (1), electrons can be appropriately supplied to the terpyridine skeleton that is a light emitting site, and singlet and triplet The energy difference (ΔE ST ) from the term can be reduced. Substituent B is preferably a dimethylacridine derivative (R a and R b are methyl groups) or a carbazole skeleton-containing substituent from the viewpoint of having a high triplet energy.
上記一般式(1)で表されるターピリジン誘導体は、より具体的には、下記構造式で表される。
一般式(1)で表されるターピリジン誘導体は、種々の公知の方法により製造することができる。例えば、Ac−2TPは、公知のクロスカップリング反応を用いて製造することができる。
すなわち、四つ口フラスコに4’−(4−ブロモフェニル)−2,2’:6’,2’’−ターピリジンと9,10−ジヒドロ−9,9−ジメチルアクリジンとを入れて、Pd(II)触媒及びホスフィンの存在下、ナトリウムt−ブトキシドなどの塩基とともに加熱還流することにより、81.8%の収率で合成することができる。 That is, 4′-(4-bromophenyl)-2,2′:6′,2″-terpyridine and 9,10-dihydro-9,9-dimethylacridine were placed in a four-necked flask, and Pd( II) The compound can be synthesized in a yield of 81.8% by heating under reflux with a base such as sodium t-butoxide in the presence of a catalyst and phosphine.
ただし、一般式(1)で表されるターピリジン誘導体は、上記方法に限られることなく、公知の種々の方法を組み合わせて製造することができる。 However, the terpyridine derivative represented by the general formula (1) is not limited to the above method, and can be produced by combining various known methods.
上記のようにして得られる本発明の一般式(1)で表されるターピリジン誘導体は、励起一重項エネルギー(ES)と三重項励起エネルギー(ET)との間のエネルギー差(ΔEST)が0.38eV以下であり、高い発光量子効率を有する。このような励起一重項エネルギー(ES)と三重項励起エネルギー(ET)との間のエネルギー差(ΔEST)は、例えば、低温(5K)及び常温(300K)においてPLスペクトルを測定し、低温(5K)において観測されるりん光スペクトルの立ち上がりと、常温(300K)において観測される蛍光発光スペクトルの立ち上がりから、それぞれ励起一重項エネルギー(ES1)及び三重項励起エネルギー(ET1)を見積もり、三重項励起エネルギー(ET1)から励起一重項エネルギー(ES1)を引いて求めることができる。また、上記ターピリジン誘導体では、発光部位であるターピリジン骨格に、カルバゾール部位、アクリジン部位、ジメチルアクリジン誘導体部位、又はインドール部位を有する電子供与性部位を導入することにより、三重項励起子から一重項励起子への逆項間交差が生じ、アップコンバージョン発光を観測することができる。よって、上記ターピリジン誘導体は、熱活性化遅延蛍光(TADF)材料として期待できる。 Terpyridine derivative represented by the general formula (1) of the present invention obtained as described above, the energy difference between the excited singlet energy (E S) and triplet excitation energy (E T) (Delta] E ST) Is 0.38 eV or less and has high emission quantum efficiency. The energy difference (ΔE ST ) between the excitation singlet energy (E S ) and the triplet excitation energy (E T ) is, for example, a PL spectrum measured at low temperature (5 K) and room temperature (300 K), The excitation singlet energy (E S1 ) and triplet excitation energy (E T1 ) are estimated from the rise of the phosphorescence spectrum observed at low temperature (5K) and the rise of the fluorescence emission spectrum observed at room temperature (300K), respectively. , Triplet excitation energy ( ET1 ) minus excitation singlet energy ( ES1 ). Further, in the terpyridine derivative, an electron-donating site having a carbazole moiety, an acridine moiety, a dimethylacridine derivative moiety, or an indole moiety is introduced into the terpyridine skeleton that is a light-emitting site, whereby triplet excitons are converted to singlet excitons. The up-conversion emission can be observed due to the reciprocal intersystem crossing. Therefore, the above terpyridine derivative can be expected as a thermally activated delayed fluorescence (TADF) material.
さらに、上記ターピリジン誘導体において、ターピリジン骨格、並びに、置換基Bであるカルバゾール部位、ジメチルアクリジン部位、ジメチルアクリジン誘導体部位、又はインドール部位は、それぞれ高い三重項エネルギー(ET1)を有し、HOMOとLUMOとのエネルギー差(ΔEH-L)が大きくなる傾向が見られる。このため、上記ターピリジン誘導体には、短波長領域の発光色である青色の発光が期待できる。 Further, in the terpyridine derivative, the terpyridine skeleton, and the carbazole moiety, dimethylacridine moiety, dimethylacridine derivative moiety, or indole moiety, which are the substituents B, each have a high triplet energy (E T1 ), and HOMO and LUMO. The energy difference (ΔE HL ) with and tends to increase. Therefore, the terpyridine derivative can be expected to emit blue light, which is the emission color in the short wavelength region.
[発光材料・有機EL素子]
本発明の発光材料は、上記ターピリジン誘導体よりなる。
本発明の有機EL素子は、上記ターピリジン誘導体を用いたものである。
ここで、図14に上記有機EL素子の典型的な層構造を示す。
上記有機EL素子は、典型的には、基板1上に陽極2として、例えば、ITO等を成膜し、その上に正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電子輸送層、電子注入層及び陰極がこの順に積層されてなる。
[Light emitting materials/organic EL devices]
The light emitting material of the present invention comprises the above terpyridine derivative.
The organic EL device of the present invention uses the above terpyridine derivative.
Here, FIG. 14 shows a typical layer structure of the organic EL element.
In the organic EL device, typically, as the
基板1には、透明かつ平滑であって、少なくとも70%以上の全光線透過率を有するものが用いられ、具体的には、フレキシブルな透明基板である、数μm厚のガラス基板や特殊な透明プラスチック等が用いられる。
As the
基板上に形成される、陽極2、正孔注入層3、正孔輸送層4、発光層5、電子輸送層6、電子注入層7、陰極8といった薄膜は、真空蒸着法又は塗布法で積層される。真空蒸着法を用いる場合、通常10-3Pa以下に減圧した雰囲気で、蒸着物を加熱して行う。各層の膜厚は、層の種類や使用する材料によって異なるが、通常、陽極2及び陰極8は100nm程度、発光層5を含む他の層は50nm未満である。なお、電子注入層7等は、例えば1nm以下の厚みで形成されることもある。
Thin films such as the
陽極2には、仕事関数が大きく、また全光線透過率は通常80%以上であるものが用いられる。具体的には、陽極2から発光した光を透過させるため、正孔注入層3には、ITOやZnO等の透明導電性セラミックス、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(PEDOT/PSS)やポリアニリン等の透明導電性高分子、その他の透明導電性材料が用いられる。陽極2の膜厚は、通常10〜200nmである。
As the
発光層5には、有機EL素子で用いられる他の発光層と同様に、本発明の発光材料であるターピリジン誘導体と共にホスト化合物を併用することが好ましい。ホスト化合物としては、蛍光及びTADFに基づく発光特性を損なわないものであれば、特に制限されないが、例えば、DPEPO、PO9、4,4’−ビス(N−カルバゾリル)−1,1’−ビフェニル(CBP)、2,8−ビス(ジフェニルホスホリル)ジベンゾチオフェン(PPT)、アダマンタン・アントラセン(Ad−Ant)、ルブレン、及び2,2’−ビ(9,10−ジフェニルアントラセン)(TPBA)等が挙げられる。発光層5を構成する成分中、本発明の発光材料(すなわち、ターピリジン誘導体)及びホスト化合物の含有率は、通常1〜50wt%、好ましくは5〜10wt%である。
In the
陽極2から正孔を効率良く発光層に輸送するために陽極2と発光層5の間に正孔輸送層4が設けられる。正孔輸送層4を形成する正孔輸送材料には、例えば、TAPC、N,N’−ジフェニル−N,N’−ジ(m−トリル)ベンジジン(TPD)、N,N’−ジ(1−ナフチル)−N,N’−ジフェニルベンジジン(α−NPD)、(4,4’,4’’トリ−9−カルバゾリルトリフェニルアミン(TCTA))及び(4,4’,4’’トリス[フェニル(m−トリル)アミノ]トリフェニルアミン))等が挙げられる。
また、陽極2と正孔輸送層4との間に、バッファとしての正孔注入層3が設けられる。正孔注入層3を形成する正孔注入材料には、上記したPEDOT/PSSやポリアニリンの他に、例えば、KLHIP:PPBi、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(HATCN)及び銅フタロシアニン(CuPc)等が挙げられる。
A
Further, a
陰極から電子を効率良く発光層に輸送するために陰極8と発光層5の間に電子輸送層6が設けられる。電子輸送層6を形成する電子輸送材料には、例えば、B3PymPm、2−(4−ビフェニリル)−5−(p−t−ブチルフェニル)−1,3,4−オキサジアゾール(tBu−PBD)、1,3−ビス[5−(4−t−ブチルフェニル)−2−[1,3,4]オキサジアゾリル]ベンゼン(OXD−7)、3−(ビフェニル−4−イル)−5−(4−t−ブチルフェニル)−4−フェニル−4H−1,2,4−トリアゾール(TAZ)、バソクプロイン(BCP)、1,3,5−トリス(1−フェニル−1H−ベンズイミダゾール−2−イル)ベンゼン(TPBi)等が挙げられる。
また、陰極にはAlなどの金属を使用することが多いため、電子輸送層6と発光層5との間に、電子注入層7が設けられる。電子注入層7を形成する電子注入材料には、例えば、フッ化リチウム(LiF)、8−ヒドロキシキノリノラト−リチウム(Liq)及びリチウム2−(2’,2’’−ビピリジン−6’−イル)フェノラート(Libpp)等が挙げられる。
An
Since a metal such as Al is often used for the cathode, the
電子注入材料に、電子の輸送性に向いた材料を選択することで、より速く電子を移動させたり、電子注入性のよい材料を選択することで、より電子の注入効率を上げる役割を果たす。 By selecting a material having an electron-transporting property as the electron-injecting material, electrons can be moved more quickly, or a material having a good electron-injecting property can be selected to play a role of further increasing the electron-injecting efficiency.
上記各層の他に、さらに、正孔阻止層、電子阻止層及び励起子阻止層等の層が必要に応じて形成される。 In addition to the above layers, layers such as a hole blocking layer, an electron blocking layer, and an exciton blocking layer are further formed as needed.
以下、本発明を実施例に基づいてさらに具体的に説明するが、本発明は下記実施例により制限されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described more specifically based on Examples, but the present invention is not limited to the following Examples.
[合成物の同定]
合成物の同定に使用した機器及び測定条件は以下のとおりである。
(1)1H核磁気共鳴(NMR)装置
日本電子(株)製(400MHz)JNM−EX270FT−NMR型
(2)質量分析(MS)装置
日本電子(株)製JMS−K9[卓上GCQMS]及びWaters(株)製Zspray(SQ検出器2))
(3)元素分析装置
Perkin Elmer 2400II CHNS/O アナライザー
測定モード:CHNモード
[Identification of compound]
The equipment and measurement conditions used for identifying the compound are as follows.
(1) 1 H Nuclear Magnetic Resonance (NMR) Apparatus JNM-EX270FT-NMR type (400 MHz) JNM-K9 [desktop GCQMS] manufactured by JEOL Ltd. and Waters Co., Ltd. Zspray (SQ detector 2))
(3) Elemental analyzer Perkin Elmer 2400II CHNS/O analyzer Measurement mode: CHN mode
[光学特性評価]
光学特性評価に用いた機器及び測定条件は以下のとおりである。
(1)紫外・可視(UV−vis)分光光度計
(株)島津製作所製 UV−3150
測定条件;スキャンスピード 中速、測定範囲 200〜800nm サンプリングピッチ 0.5nm、スリット幅 0.5nm
(2)フォトルミネッセンス(PL)測定装置
(株)堀場製作所製 Fluoro MAX−2
常温及び低温において、PLスペクトル、及び、ストリークカメラ(浜松ホトニクス(株)製 C4334)を用いた時間分解PLスペクトル(過渡PLスペクトル)を測定した。
(3)光電子収量分光(PYS)装置
住友重機械工業(株)製イオン化ポテンシャル測定装置
イオン化ポテンシャル測定装置を用いて、真空中でイオン化ポテンシャル(Ip)の測定を行った。
(4)発光量子収率(PLQY)測定装置
浜松ホトニクス(株)製 絶対PL量子収率測定装置
[Optical property evaluation]
The equipment and measurement conditions used for optical property evaluation are as follows.
(1) Ultraviolet/visible (UV-vis) spectrophotometer UV-3150 manufactured by Shimadzu Corporation
Measurement conditions; scan speed medium speed,
(2) Photoluminescence (PL) measuring device Fluoro MAX-2 manufactured by Horiba, Ltd.
The PL spectrum and the time-resolved PL spectrum (transient PL spectrum) using a streak camera (C4334 manufactured by Hamamatsu Photonics KK) were measured at room temperature and low temperature.
(3) Photoelectron Yield Spectroscopy (PYS) Device Sumitomo Heavy Industries, Ltd. Ionization Potential Measuring Device Ionization potential (Ip) was measured in vacuum using an ionization potential measuring device.
(4) Luminescent quantum yield (PLQY) measuring device Absolute PL quantum yield measuring device manufactured by Hamamatsu Photonics KK
[素子性能評価]
有機EL素子の評価に用いた機器は以下のとおりである。
EL(エレクトロルミネッセンス)測定装置
(株)浜松ホトニクス製 PHOTONIC MULTI−CHANNEL ANALYZER PMA−1
[Device performance evaluation]
The equipment used for the evaluation of the organic EL element is as follows.
EL (electroluminescence) measuring device PHOTONIC MULTI-CHANNEL ANALYZER PMA-1 manufactured by Hamamatsu Photonics KK
〔参考例1〕
[Ac−2TPの合成]
[Synthesis of Ac-2TP]
50ml四つ口フラスコに9,10−ジヒドロ−9,9−ジメチルアクリジン(DMAC)0.627g(3.00mmol)、4’−(4−ブロモフェニル)−2,2’:6,2’’−ターピリジン(Br2TP)1.16g(3.00mmol)、ナトリウムt-ブトキシド(t−BuONa)0.865g(9.00mmol)を加えて15分間窒素フローを行った。窒素フロー後、キシレン30mlを加えて窒素バブリングを1時間行った。窒素バブリング後、酢酸パラジウム(II)(Pd(OAc)2)0.0337g(0.150mmol)、トリ(t−ブチルホスフィン)(P(t−Bu)3)0.106ml(0.450mmol)を加えて130℃で21時間還流させた。薄層クロマトグラフィー(TLC)により原料の消失を確認し、反応を終了した(赤黒色溶液)。室温まで冷却し、吸引濾過し、分液ロートで抽出した。抽出後、シリカゲルカラムクロマトグラフィーにて精製を行った(シリカゲル;500cc、展開溶媒;クロロホルム:メタノール=10:1)。目的物と思われるフラクションを回収し、赤黒色粘体を得、60℃で減圧下に乾燥後、赤色固体1.48gを得た。少しゴミが混ざっていたので、ヘキサンで分散洗浄を行い、60℃で減圧下乾燥後、赤色固体1.26g(収率81.8%)を得た。 0.627 g (3.00 mmol) of 9,10-dihydro-9,9-dimethylacridine (DMAC) in a 50 ml four-necked flask, 4'-(4-bromophenyl)-2,2':6,2'' -Terpyridine (Br2TP) 1.16 g (3.00 mmol) and sodium t-butoxide (t-BuONa) 0.865 g (9.00 mmol) were added, and nitrogen flow was performed for 15 minutes. After the nitrogen flow, 30 ml of xylene was added and nitrogen bubbling was performed for 1 hour. After bubbling with nitrogen, palladium (II) acetate (Pd(OAc) 2 ) 0.0337 g (0.150 mmol) and tri(t-butylphosphine) (P(t-Bu) 3 ) 0.106 ml (0.450 mmol) were added. In addition, the mixture was refluxed at 130° C. for 21 hours. The disappearance of the raw materials was confirmed by thin layer chromatography (TLC), and the reaction was completed (red-black solution). It was cooled to room temperature, suction filtered, and extracted with a separating funnel. After extraction, purification was performed by silica gel column chromatography (silica gel; 500 cc, developing solvent; chloroform:methanol=10:1). The fraction considered to be the target was collected to obtain a reddish black viscous body, which was dried at 60° C. under reduced pressure to obtain 1.48 g of a red solid. Since a small amount of dust was mixed, dispersion washing was performed with hexane, and after drying under reduced pressure at 60° C., 1.26 g (yield 81.8%) of a red solid was obtained.
目的物の同定は1H−NMR(図1)及びMSにて行った。
1H−NMR(400MHz、DMSO−d6):8.85(s,2H)、8.79(d,2H,J=3.6Hz)、8.72(d,2H,J=8.4Hz)、8.26(d,2H,J=8.4Hz)、8.09−8.05(m,2H)、7.60−7.51(m,6H)、7.08−6.92(m,4H)、6.27(d,2H,7.2Hz)、1.65(s,6H)
EIMS:m/z=517[M+]
The target product was identified by 1 H-NMR (FIG. 1) and MS.
1 H-NMR (400 MHz, DMSO-d 6 ): 8.85 (s, 2H), 8.79 (d, 2H, J=3.6 Hz), 8.72 (d, 2H, J=8.4 Hz). ), 8.26 (d, 2H, J=8.4 Hz), 8.09-8.05 (m, 2H), 7.60-7.51 (m, 6H), 7.08-6.92. (M, 4H), 6.27 (d, 2H, 7.2Hz), 1.65 (s, 6H)
EIMS: m/z=517 [M + ]
さらに、Ac−2TPの赤色固体600mgを、昇華分析装置を用いて、窒素ガス100cc/min、高温部300℃、低温部150℃の条件下に昇華精製を行い、透明黄色結晶278mg(収率46.3%)を得た。
Further, 600 mg of a red solid of Ac-2TP was subjected to sublimation purification under the conditions of
精製後のAc−2TPの元素分析を行った。
Anal.Calcd for C36H28N4;C,83.69%;H,5.46%;N,10.84%.Found:C,83.70%;H,5.35%;N,10.84%
理論値と測定値との誤差がすべての元素において0.3%以内であり、目的物を充分に精製できたことが確認された。
Elemental analysis of the purified Ac-2TP was performed.
Anal. Calcd for C 36 H 28 N 4 ; C, 83.69%; H, 5.46%; N, 10.84%. Found: C, 83.70%; H, 5.35%; N, 10.84%
The error between the theoretical value and the measured value was within 0.3% for all the elements, and it was confirmed that the target product could be sufficiently purified.
[熱特性評価]
昇華精製後のAc−2TPの熱特性評価をTGA及びDSCにて行った。
図3に示すように、Ac−2TPの5%分解温度は401℃であり、吸熱ピークが238℃に観察された。
[Thermal property evaluation]
The thermal characteristics of Ac-2TP after sublimation purification were evaluated by TGA and DSC.
As shown in FIG. 3, the 5% decomposition temperature of Ac-2TP was 401° C., and an endothermic peak was observed at 238° C.
[光学特性評価]
真空蒸着機を用いた抵抗加熱蒸着法にて、Ac−2TP単膜を作製し、UV−vis吸収スペクトル(図6a)、PLスペクトル(図6a)、PYS(図6b)、及びPLQYの測定を行った。
また、ドープ膜(Ac−2TP:DPEPO(10wt%)共蒸着膜)を作製し、UV−vis吸収スペクトル(図7a)、PLスペクトル(図7a)、ストリークカメラによる過渡減衰PLスペクトル(図7b)、低温リン光スぺクトル(@5K)(図7c)、及びPLQYの測定を行った。
An Ac-2TP single film was prepared by a resistance heating vapor deposition method using a vacuum vapor deposition machine, and UV-vis absorption spectrum (Fig. 6a), PL spectrum (Fig. 6a), PYS (Fig. 6b), and PLQY were measured. went.
In addition, a doped film (Ac-2TP:DPEPO (10 wt%) co-deposited film) was prepared, and a UV-vis absorption spectrum (Fig. 7a), a PL spectrum (Fig. 7a), and a transient attenuation PL spectrum by a streak camera (Fig. 7b). , Low temperature phosphorescence spectrum (@5K) (Fig. 7c), and PLQY were measured.
図6a、7a及び8では、UV−vis吸収スペクトルの吸収端及びPLスペクトルの立ち上がりから、光学バンドギャップ(Eg)を3.48eVと求め、図6bからイオン化ポテンシャル(Ip)を5.55eVと求めた。
図7bから、温度が5Kのときよりも300Kのときのほうが、強度が増大しており、熱により効率が上がることがわかる。これにより、素子においてTADFが起こることが示唆される。
図7cでは、各グラフの立ち上がりから、励起一重項エネルギー(Es1)が3.09eV、励起三重項エネルギー(ET1)が2.71eVと求められ、一重項励起状態と三重項励起状態との間のエネルギー差(ΔEST)が0.38eVと小さいことがわかる。
In FIGS. 6a, 7a and 8, the optical bandgap (E g ) was determined to be 3.48 eV from the absorption edge of the UV-vis absorption spectrum and the rise of the PL spectrum, and the ionization potential (I p ) was 5.55 eV from FIG. 6b. I asked.
From FIG. 7b, it can be seen that the strength is increased and the efficiency is increased by heat when the temperature is 300 K rather than when the temperature is 5 K. This suggests that TADF occurs in the device.
In FIG. 7c, the excited singlet energy (E s1 ) is 3.09 eV and the excited triplet energy (E T1 ) is 2.71 eV from the rising of each graph, and the singlet excited state and the triplet excited state are It can be seen that the energy difference (ΔE ST ) between them is as small as 0.38 eV.
〔実施例2〕
[AcCz−2TPの合成]
(1)AcClの合成
[Synthesis of AcCz-2TP]
(1) Synthesis of AcCl
温度計、滴下ロートを付した200ml四つ口フラスコに9,10−ジヒドロ−9,9−ジメチルアクリジン4.18g(20mmol)を加えて15分間窒素フローを行った。窒素フロー後、ジクロロメタン170mlを加えた。この系をアルミホイルで覆い、水浴(氷、水、食塩)で0℃に冷やした。冷やしている間にN−クロロスクシンイミド(NCS)5.34g(40mmol)をジクロロメタン230mlに溶かし、NCS溶液を90分かけて滴下させた。滴下終了後、0℃で3時間撹拌させた。TLCにより原料の消失を確認し、反応を終了した。反応終了後、分液操作により洗浄し、エバポレーターで濃縮し黒緑粘体を得、シリカゲルカラムクロマトグラフィーにて精製した(シリカゲル;450cc、展開溶媒;酢酸エチル:ヘキサン=1:20)。目的物とゴミが一緒に出てきたため、シリカゲルカラムクロマトグラフィーにて再精製した(シリカゲル;350cc、展開溶媒;酢酸エチル:ヘキサン=1:20)。目的物と思われるフラクションを回収し、黄色粘体を得、減圧下乾燥後、黄茶固体1.05g(収率19.0%)得た。 4.18 g (20 mmol) of 9,10-dihydro-9,9-dimethylacridine was added to a 200 ml four-necked flask equipped with a thermometer and a dropping funnel, and nitrogen flow was performed for 15 minutes. After the nitrogen flow, 170 ml of dichloromethane was added. The system was covered with aluminum foil and cooled in a water bath (ice, water, salt) to 0°C. While cooling, 5.34 g (40 mmol) of N-chlorosuccinimide (NCS) was dissolved in 230 ml of dichloromethane, and the NCS solution was added dropwise over 90 minutes. After the completion of dropping, the mixture was stirred at 0° C. for 3 hours. The disappearance of the raw materials was confirmed by TLC, and the reaction was completed. After completion of the reaction, the mixture was washed by liquid separation operation, concentrated by an evaporator to obtain a black-green viscous substance, and purified by silica gel column chromatography (silica gel; 450 cc, developing solvent; ethyl acetate:hexane=1:20). Since the target product and dust came out together, the product was re-purified by silica gel column chromatography (silica gel; 350 cc, developing solvent; ethyl acetate:hexane=1:20). The fraction considered to be the target was collected to obtain a yellow viscous substance, which was dried under reduced pressure to obtain 1.05 g (yield 19.0%) of yellow tea solid.
目的物の同定は1H−NMR及びMSにて行った。
1H−NMR(400 MHz、DMSO−d6):9.13(s,1H)、7.32(d,2H,J=2.8Hz)、7.07(q,2H,J=8.6Hz)、6.75(d,2H,J=8.8Hz)、1.44(s,6H)
EIMS:m/z=278[M+]
The target product was identified by 1 H-NMR and MS.
1 H-NMR (400 MHz, DMSO-d 6 ): 9.13 (s, 1H), 7.32 (d, 2H, J=2.8 Hz), 7.07 (q, 2H, J=8. 6 Hz), 6.75 (d, 2H, J=8.8 Hz), 1.44 (s, 6H)
EIMS: m/z=278 [M + ]
(2)AcCl−2TPの合成
還流管、温度計を付した50ml四つ口フラスコに4’−(4−ブロモフェニル)−2,2’:6’,2’’−ターピリジン(Br2TP)1.16g(3mmol)、AcCl0.834g(3mmol)、炭酸カリウム(K2CO3)1.24g(9mmol)を加えて15分間窒素フローを行った。窒素フロー後、キシレン50mlを加えて2時間窒素バブリングを行った。窒素バブリング後、Pd(OAc)2 0.0337g(0.15mmol)、P(t−Bu)3 0.106ml(0.45mmol)を加えて120℃で4時間還流させた。TLCにより原料の消失を確認し、反応を終了した。反応終了後、吸引濾過により不要物を取り除き、分液操作により洗浄し、得られた橙色溶液を濃縮し、赤色粘体を得、シリカゲルカラムクロマトグラフィーにて精製を行った(シリカゲル;350cc、展開溶媒;酢酸エチル:ヘキサン=1:5)。目的物と思われるフラクションを回収し、黄色粘体を得、減圧下乾燥後、黄色固体1.34g(収率76.5%)を得た。 In a 50 ml four-necked flask equipped with a reflux tube and a thermometer, 4'-(4-bromophenyl)-2,2':6',2"-terpyridine (Br2TP) 1.16 g (3 mmol), AcCl 0.834 g. (3 mmol) and 1.24 g (9 mmol) of potassium carbonate (K 2 CO 3 ) were added, and a nitrogen flow was performed for 15 minutes. After nitrogen flow, 50 ml of xylene was added and nitrogen bubbling was carried out for 2 hours. After bubbling nitrogen, 0.0337 g (0.15 mmol) of Pd(OAc) 2 and 0.106 ml (0.45 mmol) of P(t-Bu) 3 were added and the mixture was refluxed at 120° C. for 4 hours. The disappearance of the raw materials was confirmed by TLC, and the reaction was completed. After completion of the reaction, unnecessary substances were removed by suction filtration and washed by a liquid separation operation, the obtained orange solution was concentrated to obtain a red viscous substance, which was purified by silica gel column chromatography (silica gel; 350 cc, developing solvent). Ethyl acetate:hexane=1:5). The fraction considered to be the target was collected to obtain a yellow viscous substance, which was dried under reduced pressure to obtain 1.34 g (yield 76.5%) of a yellow solid.
目的物の同定は1H−NMR及びMSにて行った。
1H−NMR(400MHz,DMSO−d6):8.77(m,6H)、8.25(d,2H,J=8.4Hz)、8.06(t,2H,J=8Hz)、7.55(m,6H)、7.07(d,2H,J=8.8Hz)、6.26(d,2H,J=8.8Hz)、1.65(s,6H)
EIMS:m/z=584[M+]
The target product was identified by 1 H-NMR and MS.
1 H-NMR (400 MHz, DMSO-d 6 ): 8.77 (m, 6H), 8.25 (d, 2H, J=8.4 Hz), 8.06 (t, 2H, J=8 Hz), 7.55 (m, 6H), 7.07 (d, 2H, J = 8.8Hz), 6.26 (d, 2H, J = 8.8Hz), 1.65 (s, 6H)
EIMS: m/z=584 [M + ]
(3)AcCz−2TPの合成
目的物の同定は1H−NMR(図2)及びMSにて行った。
1H−NMR(400MHz,DMSO−d6):8.79(m,6H)、8.34(s,2H)、8.24(d,4H,J=7.6Hz)、8.06(s,2H)、7.80(m,4H)、7.55(s,2H)、7.50(m,14H)、6.61(d,2H,J=8.4Hz)、1.80(s,6H)
EIMS:m/z=846[M+]
The target product was identified by 1 H-NMR (FIG. 2) and MS.
1 H-NMR (400 MHz, DMSO-d 6 ): 8.79 (m, 6H), 8.34 (s, 2H), 8.24 (d, 4H, J=7.6 Hz), 8.06 ( s, 2H), 7.80 (m, 4H), 7.55 (s, 2H), 7.50 (m, 14H), 6.61 (d, 2H, J=8.4Hz), 1.80. (S, 6H)
EIMS: m/z=846 [M + ]
(4)AcCz−2TPの精製
AcCz−2TPの黄色固体519mgを、高真空昇華精製装置を用いて、高温部390℃、低温部260℃の条件下に昇華精製を行い、透明黄色結晶178mg(収率34.3%)を得た。
(4) Purification of AcCz-2TP 519 mg of a yellow solid of AcCz-2TP was subjected to sublimation purification using a high vacuum sublimation purification device under conditions of a high temperature part of 390° C. and a low temperature part of 260° C. Rate 34.3%).
精製後のAcCz−2TPの元素分析を行った。
Anal.Calcd for C60H42N6;C,85.08%;H,5.00%;N,9.92%.Found:C,85.15%;H,4.88%;N,9.88%
理論値と測定値との誤差がすべての元素において0.3%以内であり、目的物を充分に精製できたことが確認された。
Elemental analysis of the purified AcCz-2TP was performed.
Anal. Calcd for C 60 H 42 N 6 ; C, 85.08%; H, 5.00%; N, 9.92%. Found: C, 85.15%; H, 4.88%; N, 9.88%
The error between the theoretical value and the measured value was within 0.3% for all the elements, and it was confirmed that the target product could be sufficiently purified.
[熱特性評価]
昇華精製後のAcCz−2TPの熱特性評価をTGA及びDSCにて行った。
図5に示すように、AcCz−2TPの5%分解温度は456℃であり、吸熱ピークが367℃に観察された。
[Thermal property evaluation]
The thermal characteristics of AcCz-2TP after sublimation purification were evaluated by TGA and DSC.
As shown in FIG. 5, the 5% decomposition temperature of AcCz-2TP was 456° C., and an endothermic peak was observed at 367° C.
[光学特性評価]
ガラスチャンバーを用いてAcCz−2TP単膜を作製し、UV−vis吸収スペクトル(図9a)、PLスペクトル(図9a)、PYS(図9b)、及びPLQY測定を行った。
また、ドープ膜(AcCz−2TP:DPEPO(10wt%)共蒸着膜)を作製し、UV−vis吸収スペクトル(図10a)、PLスペクトル(図10a)、PLQY測定、ストリークカメラによる過渡減衰PLスペクトル(図10b)、及び低温リン光スぺクトル(@5K)(図10c)の測定を行った。
また、AcCz−2TPの1.0×10-5Mトルエン溶液を調製し、UV−vis吸収スペクトル及びPLスペクトル測定を行った。測定結果を図11に示す。
[Optical property evaluation]
An AcCz-2TP single film was prepared using a glass chamber, and UV-vis absorption spectrum (FIG. 9a), PL spectrum (FIG. 9a), PYS (FIG. 9b), and PLQY measurement were performed.
In addition, a doped film (AcCz-2TP:DPEPO (10 wt%) co-deposited film) was prepared, and a UV-vis absorption spectrum (FIG. 10a), a PL spectrum (FIG. 10a), a PLQY measurement, and a transient attenuation PL spectrum by a streak camera ( The measurement of FIG. 10b) and low temperature phosphorescence spectrum (@5K) (FIG. 10c) was performed.
Further, a 1.0×10 −5 M toluene solution of AcCz-2TP was prepared, and UV-vis absorption spectrum and PL spectrum measurement was performed. The measurement result is shown in FIG.
図9a、10a及び11では、UV−vis吸収スペクトルの吸収端及びPLスペクトルの立ち上がりから、光学バンドギャップ(Eg)を3.29eVと求め、図9bからイオン化ポテンシャル(Ip)を5.62eVと求めた。
図10bから、温度が5Kのときよりも300Kのときのほうが、強度が増大しており、熱により効率が上がることがわかる。これにより、素子においてTADFが起こることが示唆される。
図10cでは、各グラフの立ち上がりから、励起一重項エネルギー(Es)が3.00eV、励起三重項エネルギー(ET1)が2.75eVと求められ、一重項励起状態と三重項励起状態との間のエネルギー差(ΔEST)が0.25eVと、目標値である0.2eVに近い値を示した。
参考例1及び実施例2の光学特性評価の測定結果に基づき、Ac−2TP及びAcCz−2TPの熱的及び光物理的性質を求めた。結果を表1に示す。
In FIGS. 9a, 10a, and 11, the optical bandgap (E g ) was determined to be 3.29 eV from the absorption edge of the UV-vis absorption spectrum and the rise of the PL spectrum, and the ionization potential (I p ) was 5.62 eV from FIG. 9b. I asked.
From FIG. 10b, it can be seen that the strength is higher and the efficiency is increased by heat when the temperature is 300K than when the temperature is 5K. This suggests that TADF occurs in the device.
In FIG. 10c , the excited singlet energy (E s ) is 3.00 eV and the excited triplet energy (E T1 ) is 2.75 eV from the rising of each graph, and the singlet excited state and the triplet excited state are The energy difference (ΔE ST ) between them was 0.25 eV, which was close to the target value of 0.2 eV.
The thermal and photophysical properties of Ac-2TP and AcCz-2TP were determined based on the measurement results of the optical characteristic evaluation of Reference Example 1 and Example 2. The results are shown in Table 1.
〔実施例3〕
(1)AcDPA−2TPの合成
還流管、温度計を付した25ml四つ口フラスコにAcCl−2TP 0.701g(1.2mmol)、ジフェニルアミン0.406g(2.4mmol)、ナトリウムt−ブトキシド0.346g(3.6mmol)を加えて15分間窒素フローを行った。窒素フロー後、キシレン25mlを加えて100分間窒素バブリングを行った。窒素バブリング後、Pd(OAc)2 0.0135g(0.06mmol)、P(t−Bu)3 0.0423 ml(0.18mmol)を加えて127℃で21時間還流させた。TLCにより原料の消失を確認し、反応を終了した。反応終了後、吸引濾過により不要物を取り除き、分液操作により洗浄し、得られた透明橙色溶液を濃縮し、赤色粘体を得、シリカゲルカラムクロマトグラフィーにて精製を行なった(シリカゲル;350cc、展開溶媒;酢酸エチル:ヘキサン=1:5)。目的物と思われるフラクションを回収し、黄色粘体を得、減圧下乾燥後、黄色固体0.57g(収率57%)を得た。
目的物の同定は1H−NMR(図3)及びMSにて行った。
[Example 3]
(1) Synthesis of AcDPA-2TP In a 25 ml four-necked flask equipped with a reflux tube and a thermometer, 0.701 g (1.2 mmol) of AcCl-2TP, 0.406 g (2.4 mmol) of diphenylamine, and 0.04 g of sodium t-butoxide. 346 g (3.6 mmol) was added and nitrogen flow was performed for 15 minutes. After nitrogen flow, 25 ml of xylene was added and nitrogen bubbling was performed for 100 minutes. After bubbling with nitrogen, 0.0135 g (0.06 mmol) of Pd(OAc) 2 and 0.0423 ml (0.18 mmol) of P(t-Bu) 3 were added, and the mixture was refluxed at 127° C. for 21 hours. The disappearance of the raw materials was confirmed by TLC, and the reaction was completed. After completion of the reaction, unnecessary substances were removed by suction filtration and washed by a liquid separation operation, and the obtained transparent orange solution was concentrated to obtain a red viscous substance, which was purified by silica gel column chromatography (silica gel; 350 cc, development) Solvent; ethyl acetate:hexane=1:5). The fraction considered to be the target was collected to obtain a yellow viscous substance, which was dried under reduced pressure to obtain 0.57 g (yield 57%) of a yellow solid.
The target product was identified by 1 H-NMR (FIG. 3) and MS.
1H−NMR(400MHz、DMSO−d6):8.84−8.67(m,8H)、8.24(t,2H,J=7.8Hz)、8.06(t,2H,J=7.8Hz)、7.66−7.47(m,5H)、7.22(q,9H,J=7.6Hz)、6.95(d,12H,J=7.6Hz)、6.77(d,2H,J=9.2)、6.23(t,2H,J=7.8Hz)、1.56(s,3H)、1.46(s,3H)
EIMS:m/z=851[M+]
1 H-NMR (400 MHz, DMSO-d 6 ): 8.84-8.67 (m, 8H), 8.24 (t, 2H, J=7.8 Hz), 8.06 (t, 2H, J). =7.8 Hz), 7.66-7.47 (m, 5H), 7.22 (q, 9H, J=7.6 Hz), 6.95 (d, 12H, J=7.6 Hz), 6 .77 (d, 2H, J=9.2), 6.23 (t, 2H, J=7.8 Hz), 1.56 (s, 3H), 1.46 (s, 3H)
EIMS: m/z=851 [M + ]
(2)AcDPA−2TPの精製
AcDPA−2TPの黄色固体257mgを、高真空昇華精製装置を用いて、高温部340℃の条件下に昇華精製を行い、黄色結晶113mg(収率43.9%)を得た。これを数回繰り返して黄色結晶を集めた。
得られた黄色結晶をさらにもう一度昇華精製し、最終的に100mgの黄色結晶を得た。
精製後のAcDPA−2TPの元素分析を行った。
Anal.Calcd for C60H46N6;C,84.68%;H,5.45%;N,9.87%.Found:C,84.38%;H,5.17%;N,9.85%
(2) Purification of AcDPA-2TP Yellow solid of 257 mg of AcDPA-2TP was purified by sublimation using a high vacuum sublimation purification device under conditions of a high temperature part of 340° C., and 113 mg of yellow crystals (yield 43.9%). Got This was repeated several times to collect yellow crystals.
The obtained yellow crystals were further purified by sublimation to finally obtain 100 mg of yellow crystals.
Elemental analysis of the purified AcDPA-2TP was performed.
Anal. Calcd for C 60 H 46 N 6 ; C, 84.68%; H, 5.45%; N, 9.87%. Found: C, 84.38%; H, 5.17%; N, 9.85%
[光学特性評価]
ガラスチャンバーを用いてAcDPA−2TP単膜(ニート薄膜)を作製し、UV−vis吸収スペクトル(図12a)、PLスペクトル(図12a)、PYS(図12b)測定を行った。
また、AcDPA−2TP:DPEPO(10wt%)共蒸着膜(以下「DPEPOドープ膜」ともいう。)を作製し、UV−vis吸収スペクトル(図13a)、PLスペクトル(図13a)、過渡減衰PLスペクトル(図14)、低温リン光スペクトル(図15)測定を行った。同様に、AcDPA−2TP:CBP(10wt%)共蒸着膜(以下「CBPドープ膜」ともいう。)を作製し、UV−vis吸収スペクトル(図13b)、PLスペクトル(図13b)、過渡減衰PLスペクトル(図16)、低温リン光スペクトル(図17)測定を行った。
[Optical property evaluation]
An AcDPA-2TP single film (neat thin film) was prepared using a glass chamber, and UV-vis absorption spectrum (Fig. 12a), PL spectrum (Fig. 12a), and PYS (Fig. 12b) were measured.
In addition, an AcDPA-2TP:DPEPO (10 wt%) co-deposited film (hereinafter also referred to as “DPEPO-doped film”) was prepared, and a UV-vis absorption spectrum (FIG. 13a), a PL spectrum (FIG. 13a), and a transient decay PL spectrum were prepared. (FIG. 14) and low temperature phosphorescence spectrum (FIG. 15) were measured. Similarly, an AcDPA-2TP:CBP (10 wt%) co-deposited film (hereinafter also referred to as “CBP-doped film”) was prepared, and a UV-vis absorption spectrum (FIG. 13b), a PL spectrum (FIG. 13b), and a transient decay PL were prepared. The spectrum (FIG. 16) and the low temperature phosphorescence spectrum (FIG. 17) were measured.
〔実施例4〕
ガラスチャンバーにてAc−2TP(デバイス1、2及び3)及びAcCz−2TP(デバイス4、5及び6)を発光層に用いたデバイスを作製した。
各デバイスの構成は以下のとおりである。
(i)デバイス1
[ITO/KLHIP:PPBi(20nm)/TAPC(20nm)/EML2(20nm)/B3PyPB(50nm)/LiF(0.5nm)/Al]
(ii)デバイス2
[ITO/KLHIP:PPBi(20nm)/TAPC(20nm)/mCP(5nm)/EML2(20nm)/B3PyPB(50nm)/LiF(0.5nm)/Al]
(iii)デバイス3
[ITO/KLHIP:PPBi(20nm)/TAPC(20nm)/mCP(5nm)/EML1(10nm)/EML2(10nm)/B3PyPB(50nm)/LiF(0.5nm)/Al]
[Example 4]
Devices using Ac-2TP (
The configuration of each device is as follows.
(I)
[ITO/KLHIP:PPBi (20 nm)/TAPC (20 nm)/EML2 (20 nm)/B3PyPB (50 nm)/LiF (0.5 nm)/Al]
(Ii)
[ITO/KLHIP:PPBi (20 nm)/TAPC (20 nm)/mCP (5 nm)/EML2 (20 nm)/B3PyPB (50 nm)/LiF (0.5 nm)/Al]
(Iii)
[ITO/KLHIP:PPBi (20 nm)/TAPC (20 nm)/mCP (5 nm)/EML1 (10 nm)/EML2 (10 nm)/B3PyPB (50 nm)/LiF (0.5 nm)/Al]
(iv)デバイス4
[ITO/KLHIP:PPBi(20nm)/TAPC(20nm)/EML4(20nm)/B3PyPB(50nm)/LiF(0.5nm)/Al]
(v)デバイス5
[ITO/KLHIP:PPBi(20nm)/TAPC(20nm)/mCP(5nm)/EML4(20nm)/B3PyPB(50nm)/LiF(0.5nm)/Al]
(vi)デバイス6
[ITO/KLHIP:PPBi(20nm)/TAPC(20nm)/mCP(5nm)/EML3(10nm)/EML4(10nm)/B3PyPB(50nm)/LiF(0.5nm)/Al]
(Iv)
[ITO/KLHIP:PPBi (20 nm)/TAPC (20 nm)/EML4 (20 nm)/B3PyPB (50 nm)/LiF (0.5 nm)/Al]
(V)
[ITO/KLHIP:PPBi (20 nm)/TAPC (20 nm)/mCP (5 nm)/EML4 (20 nm)/B3PyPB (50 nm)/LiF (0.5 nm)/Al]
(Vi)
[ITO/KLHIP:PPBi (20 nm)/TAPC (20 nm)/mCP (5 nm)/EML3 (10 nm)/EML4 (10 nm)/B3PyPB (50 nm)/LiF (0.5 nm)/Al]
(vii)デバイス7
[ITO/KLHIP:PPBi(20nm)/TAPC(20nm)/mCP(5nm)/EML5(10nm)/EML6(10nm)/B3PyPB(50nm)/LiF(0.5nm)/Al]
(viii)デバイス8
[ITO/KLHIP:PPBi(20nm)/TAPC(30nm)/EML7(5nm)/EML8(5nm)/B3PyPB(50nm)/LiF(0.5nm)/Al(100nm)]
(ix)デバイス9
[ITO/KLHIP:PPBi(20nm)/TAPC(30nm)/EML9(5nm)/EML10(5nm)/B3PyPB(50nm)/LiF(0.5nm)/Al(100nm)]
(Vii)
[ITO/KLHIP:PPBi (20 nm)/TAPC (20 nm)/mCP (5 nm)/EML5 (10 nm)/EML6 (10 nm)/B3PyPB (50 nm)/LiF (0.5 nm)/Al]
(Viii)
[ITO/KLHIP:PPBi (20 nm)/TAPC (30 nm)/EML7 (5 nm)/EML8 (5 nm)/B3PyPB (50 nm)/LiF (0.5 nm)/Al (100 nm)]
(Ix)
[ITO/KLHIP:PPBi (20 nm)/TAPC (30 nm)/EML9 (5 nm)/EML10 (5 nm)/B3PyPB (50 nm)/LiF (0.5 nm)/Al (100 nm)]
(x)デバイス10
[ITO/KLHIP:PPBi(20nm)/TAPC(30nm)/EML11(5nm)/EML12(5nm)/B3PyPB(50nm)/LiF(0.5nm)/Al(100nm)]
(xi)デバイス11
[ITO/KLHIP:PPBi(20nm)/TAPC(30nm)/EML13(5nm)/EML14(5nm)/B3PyPB(50nm)/LiF(0.5nm)/Al(100nm)]
(xii)デバイス12
[ITO/KLHIP:PPBi(20nm)/TAPC(30nm)/EML15(5nm)/EML16(5nm)/B3PyPB(50nm)/LiF(0.5nm)/Al(100nm)]
(X)
[ITO/KLHIP:PPBi (20 nm)/TAPC (30 nm)/EML11 (5 nm)/EML12 (5 nm)/B3PyPB (50 nm)/LiF (0.5 nm)/Al (100 nm)]
(Xi) Device 11
[ITO/KLHIP:PPBi (20 nm)/TAPC (30 nm)/EML13 (5 nm)/EML14 (5 nm)/B3PyPB (50 nm)/LiF (0.5 nm)/Al (100 nm)]
(Xii)
[ITO/KLHIP:PPBi (20 nm)/TAPC (30 nm)/EML15 (5 nm)/EML16 (5 nm)/B3PyPB (50 nm)/LiF (0.5 nm)/Al (100 nm)]
上記デバイス1〜6を構成するKLHIP:PPBiはトリフェニルアミン含有ポリマー:(4−イソプロピル−4’−メチルジフェニルヨードニウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート(PPBI)(triphenylamine-containingpolymer: 4-isopropyl-4′-methyldiphenyl-iodoniumtetrakis(pentafluorophenyl)borate (PPBI))を表し、mCPd、B3PyPB、TAPCは以下の構造式で表される。
また、EMLは発光層であり、EML1〜4は以下の材料で構成される。
EML1=10wt% Ac−2TP:mCP
EML2=10wt% Ac−2TP:DPEPO
EML3=10wt% AcCz−2TP:mCP
EML4=10wt% AcCz−2TP:DPEPO
EML5=10wt% AcDPA−2TP:mCP
EML6=10wt% AcDPA−2TP:DPEPO
EML7=5wt% AcDPA−2TP:TCTA
EML8=5wt% AcDPA−2TP:CBP
EML9=10wt% AcDPA−2TP:TCTA
EML10=10wt% AcDPA−2TP:CBP
EML11=15wt% AcDPA−2TP:TCTA
EML12=15wt% AcDPA−2TP:CBP
EML13=20wt% AcDPA−2TP:TCTA
EML14=20wt% AcDPA−2TP:CBP
EML15=30wt% AcDPA−2TP:TCTA
EML16=30wt% AcDPA−2TP:CBP
EML is a light emitting layer, and EML1 to 4 are made of the following materials.
EML1=10 wt% Ac-2TP:mCP
EML2=10 wt% Ac-2TP:DPEPO
EML3=10 wt% AcCz-2TP:mCP
EML4=10 wt% AcCz-2TP:DPEPO
EML5=10 wt% AcDPA-2TP:mCP
EML6=10 wt% AcDPA-2TP:DPEPO
EML7=5 wt% AcDPA-2TP:TCTA
EML8=5 wt% AcDPA-2TP:CBP
EML9=10 wt% AcDPA-2TP:TCTA
EML10=10 wt% AcDPA-2TP:CBP
EML11=15 wt% AcDPA-2TP:TCTA
EML12=15 wt% AcDPA-2TP:CBP
EML13=20 wt% AcDPA-2TP:TCTA
EML14=20 wt% AcDPA-2TP:CBP
EML15=30 wt% AcDPA-2TP:TCTA
EML16=30 wt% AcDPA-2TP:CBP
デバイス1〜6のエネルギーダイアグラムを図18に示す。
Ac−2TPを用いたデバイス1、2及び3の特性を図20に示す。
AcCz−2TPを用いたデバイス4、5及び6の特性を図21に示す。
デバイス1〜6の輝度が1cd/m2及び100cd/m2の場合の素子性能を表3に示す。
表3より、1cd/m2時の電圧(V)は3.06〜3.23V、輝度(P.E.)は6.37〜18.7m/W、外部量子効率(E.Q.E.)は3.55〜10.2%であり、100cd/m2時の電圧(V)は4.20〜5.04V、輝度(P.E.)は2.23〜7.97lm/W、外部量子効率(E.Q.E.)は1.84〜6.03%であった。また、1cd/m2時のCIEは0.16〜0.19、0.21〜0.30、100cd/m2時のCIEは0.16〜0.18、0.18〜0.28となり、青色領域の発光を示した。これらの結果から、TADF由来による発光が強く示唆された。
The energy diagram of devices 1-6 is shown in FIG.
The characteristics of
The characteristics of
Table 3 shows the element performance when the brightness of the
From Table 3, the voltage (V) at 1 cd/m 2 is 3.06 to 3.23 V, the brightness (PE) is 6.37 to 18.7 m/W, and the external quantum efficiency (E.Q.E. .) is 3.55 to 10.2%, the voltage (V) at 100 cd/m 2 is 4.20 to 5.04 V, and the brightness (PE) is 2.23 to 7.97 lm/W. , And the external quantum efficiency (E.Q.E.) was 1.84 to 6.03%. Further, the CIE o'clock 1 cd / m 2 is CIE o'clock 0.16~0.19,0.21~0.30,100cd / m 2 becomes 0.16~0.18,0.18~0.28 , Showing emission in the blue region. From these results, luminescence due to TADF was strongly suggested.
デバイス3、6〜12のエネルギーダイアグラムを図19に示す。
デバイス3、6及び7の輝度が1cd/m2、100cd/m2及び1000cd/m2の場合の素子性能を表4に表し、デバイス8〜12の輝度が1cd/m2、100cd/m2及び1000cd/m2の場合の素子性能を表5に表す。
The energy diagrams for
The device performance when the brightness of the
[1]下記一般式(1)で表されるターピリジン誘導体。
[2]前記一般式(1)中、2つの置換基Aはピリジン環を介して、下記式で表されるターピリジン基を形成し、前記置換基Bが電子供与性部位である、[1]に記載のターピリジン誘導体。
[4]上記[1]又は[2]に記載のターピリジン誘導体を用いた有機EL素子。
[1] A terpyridine derivative represented by the following general formula (1).
[2] In the general formula (1), the two substituents A form a terpyridine group represented by the following formula via a pyridine ring, and the substituent B is an electron-donating moiety. The terpyridine derivative according to 1.
[4] An organic EL device using the terpyridine derivative according to the above [1] or [2].
1 基板
2 陽極
3 正孔注入層
4 正孔輸送層
5 発光層
6 電子輸送層
7 電子注入層
8 陰極
1
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