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JP2004018523A - 有機電界発光素子用青色発光化合物及びこれを用いた有機電界発光素子 - Google Patents

有機電界発光素子用青色発光化合物及びこれを用いた有機電界発光素子 Download PDF

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Abstract

【課題】本発明では既存の青色発光化合物より発光効率が優秀で薄膜安全性が改善された新しい青色発光化合物及びこの青色発光化合物を発色材料またはドーパント材料として採用している有機電界発光素子を提供する。
【解決手段】本発明は有機電界発光素子用青色発光化合物及びこれを用いた有機電界発光素子に係り、下記化学式1で表示されることを特徴とする有機電界発光素子用青色発光化合物及びこれを用いた有機電界発光素子を提供することによって色純度及び効率が優秀な有機電界発光素子を提供する。
【化1】
Figure 2004018523

前記式において、
ないしRは、各々独立的にCないしC30のアルキル基、アルコキシ基、炭素環、アリール基、ヘテロ環、融合された芳香族化合物よりなる群から選択される1種の作用基である。
【選択図】 図2

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は有機電界発光用青色発光化合物及びこれを用いた有機電界発光素子に係り、さらに詳細には自発光型表示素子であり視野角が広くてコントラストが優秀なだけでなく応答時間が速い有機電界発光素子に用いられる青色発光化合物及びこれを用いた有機電界発光素子に関する。
【0002】
【従来の技術】
電気発光素子(electroluminescent device:ELdevice)は、自発光型表示素子であって視野角が広くてコントラストが優秀なだけでなく応答時間が速いという長所を有している。
【0003】
EL素子は、発光層(emitting layer)形成用材料によって無機EL素子と有機EL素子に区分される。ここで、有機EL素子は無機EL素子に比べて輝度、駆動電圧及び応答速度特性が優秀で多色化が可能であるという長所を有している。
【0004】
既存のEL素子の場合、正孔(hole)を注入するアノード(anode)電極、正孔を注入して運搬する正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電子輸送層及びカソード(cathode)電極の一般構造を有する。
【0005】
有機電界発光素子は、図1に示したように、基板11上に形成されたアノード電極12から正孔注入層13と正孔輸送層14を通して正孔が発光層15に移動し、カソード電極18から電子輸送層16を通して電子が発光層15に移動されて発光層でエネルギー準位の差による電子の励起により発光層における発光物質の発光により光が発生するようになる。一方、電子生成効率を高めるために電子輸送層17をさらに含んで有機電界発光素子を製造することもできる。有機電界発光素子は正孔注入層13、正孔輸送層14、発光層15、電子輸送層16及び電子注入層17は有機化合物でなされた有機薄膜である。
【0006】
上述したような構造を有する有機EL素子の駆動原理は次のとおりである。
【0007】
前記アノード及びカソード間に電圧を印加すればアノードから注入されたホールはホール輸送層を経由して発光層に移動される。一方、電子はカソードから電子輸送層を経由して発光層に注入されて、発光層領域でキャリアが再結合して励起子(exiton)を生成する。この励起子が励起状態から基底状態に変化されて、これによって発光層の蛍光性分子が発光することによって画像が形成される。
【0008】
一方、1987年イーストマン・コダック(Eastman Kodak)社では発光層形成用材料として低分子である芳香族ジアミンとアルミニウム錯体を利用している有機電界発光素子を初めて開発した(Appl.Phys.Lett.51,913,1987)。
【0009】
一方青色発光材料としてはジフェニルアントラセン、テトラフェニルブタジエン、ジスチリルベンゼン誘導体などの化合物が開発されたが薄膜安全性が落ちて容易に結晶化する傾向を有することと知られている。イテミツ(Idemitsu:出光興山)社で小枝のフェニル基が結晶化を妨害して薄膜安全性が改善されたジフェニルジスチリル系青色発光材料を開発して[H.Tikailin,H.Higashi,C.Hosokawa,EP388,768(1990)]、欧洲大学では電子アクセプタと電子ドナーを有し薄膜安全性が改善されたジスチリルアントラセン誘導体を開発した[PRO.SPIE,1910,180(19930)]。
【0010】
また、日本特許公開公報平10−261488号には電子親和力が2.6eVから3.2eV間にあるジスチルアニリン(distylaniline)誘導体を青色発光化合物として用いることによって薄膜安全性を向上させて寿命を長くすることができることを開示している。
【0011】
しかし、これら化合物も他の色相の発光化合物に比べて発光効率が低下されて薄膜安全性がさらに改善されなければならないので青色発光素子や総天然色発光素子を開発するためには新しい青色発光化合物の開発が急な解決課題である。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上述したような問題点を解決するために案出されたものであり、本発明では既存の青色発光化合物より発光効率が優秀で薄膜安全性が改善された新しい青色発光化合物及びこの青色発光化合物を発色材料またはドーパント材料として採用している有機電界発光素子を提供することにある。
【0013】
【課題を解決するための手段】
本発明は前記した目的を達成するために、
下記化学式1で表示されることを特徴とする有機電界発光素子用青色発光化合物を提供する。
【化31】
Figure 2004018523
前記式において、
ないしRは、各々独立的にH、CないしC30のアルキル基、アルコキシ基、炭素環、アリール基、ヘテロ環、融合された芳香族化合物よりなる群から選択される1種の作用基である。
【0014】
また、本発明は、
一対の電極間に備わっている有機膜を含んでいる有機電界発光素子において、前記有機膜が下記化学式1で表示される化合物を含んでいることを特徴とする有機電界発光素子:
【化32】
Figure 2004018523
前記式において、
ないしRは、各々独立的にCないしC30のアルキル基、アルコキシ基、炭素環、アリール基、ヘテロ環、融合された芳香族化合物よりなる群から選択される1種の作用基である。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を添付した図面を参照しながら詳細に説明する。
前記化学式1の構造は、分子構造内にピリジン基を持っていて既存のスチリル系列の青色発光物質と比較して構造において大きな差を示す。
【0016】
構造的にピリジンとピリジンのオルト(o)位置にアミンギガ位置しており、メタ(m)位置にカルボニルグループが位置していて安全性ある青色の単色光を示すことができる。安全性ある化合物として可能性を示す理由は隣接化合物とのπ−スタックキング(stacking)が妨害されるようにバルキー(bulky)な構造が導入されていて励起子相互作用が減ってこれによって結晶化が抑制されて薄膜安全性が増加されて、電子対ドーパントと電子対アクセプタが一分子内に位置するようになっているために寿命が向上されうる。
【0017】
また、電子ドーパントと電子アクセプタグループ間の二重結合の個数が少ないのでエネルギーギャップ(band gap)が大きくて青色の高い色純度と高い発光効率を有する。
【0018】
また、本発明で用いられる青色発光ドーパント化合物は、前記立体構造によってエネルギー伝達が優秀でこれによって高い効率を示す。
【0019】
一方、前記化学式1においてRないしRは、各々独立的にH、メチル基、エチル基、プロピル基、n−ブチル基、I−プロピル基、t−ブチル基、sec−ブチル基、t−アミル基、ネオペンチル基、トリフルオロメチル基、ペンタフルオロエチル基、ペルフルオロアルキル基、ヘテロアリール基、アリール基、ベンジル基、4−(t−ブチル)ベンジル基、3、5−ジー(t−ブチル)ベンジル基、3、5−ジー(イソプロピル)ベンジル基、ナフチル基、フェニル基、チエニル基、及びピリジル基よりなる群から選択される1種の作用基であることが望ましい。
【0020】
また、R、R及びRは、三中の二つは環で連結されることができてRないしRは三中の二つは相互環で連結されうる。
【0021】
本発明の青色発光化合物を具体的に例示すれば次のとおりである。
炭素数1ないし30のアルキル基、炭素環、アリール基、アルコキシ基、ヘテロ環、融合された芳香族化合物形態の化合物は次のとおりである。
【化33】
Figure 2004018523
【化34】
Figure 2004018523
【化35】
Figure 2004018523
【化36】
Figure 2004018523
【化37】
Figure 2004018523
【化38】
Figure 2004018523
【化39】
Figure 2004018523
【化40】
Figure 2004018523
【化41】
Figure 2004018523
【化42】
Figure 2004018523
【化43】
Figure 2004018523
【化44】
Figure 2004018523
【化45】
Figure 2004018523
【化46】
Figure 2004018523
【0022】
以下、本発明による有機電界発光素子の構造及び製造方法を説明する。
本発明による有機電界発光素子は、通常の有機電界発光素子の構造を採用しており、図1で発光層の発光材料を通常の物質とは異なる物質を用いることが相違である。したがって、本発明の有機電界発光素子の構造を説明するために図1を参照する。
【0023】
図1で本発明による有機電界発光素子は、カソード電極18とアノード電極12間に有機膜15を含んでいる。
前記有機膜15は、下記化学式1で表示される有機化合物で構成されて、前記有機膜は発光層または発光層のドーパントとして働く。
【化47】
Figure 2004018523
前記式において、
ないしRは、各々独立的にCないしC30のアルキル基、アルコキシ基、炭素環、アリール基、ヘテロ環、融合された芳香族化合物よりなる群から選択される1種の作用基である。
【0024】
さらに望ましくは前記RないしRは、各々独立的にH、メチル基、エチル基、プロピル基、n−ブチル基、I−プロピル基、t−ブチル基、sec−ブチル基、t−アミル基、ネオペンチル基、トリフルオロメチル基、ペンタフルオロエチル基、ペルフルオロアルキル基、ヘテロアリール基、アリール基、ベンジル基、4−(t−ブチル)ベンジル基、3、5−ジー(t−ブチル)ベンジル基、3、5−ジー(イソプロピル)ベンジル基、ナフチル基、フェニル基、チエニル基、及びピリジル基よりなる群から選択される1種の作用基である。
【0025】
また、R、R及びRは、三中の二つは環で連結されることができ、RないしRは三中の二つは相互環で連結されることができる。
【0026】
一方、本発明の一実施例による有機電界発光素子は、前記有機膜15とアノード電極12間に正孔注入層13及び/または正孔輸送層14をさらに含むことができる。前記正孔注入層と正孔輸送層は一般的に用いられるスターバースト型(startburst)ジフェニルアミン、PEDOTまたはPANIのような物質を用いることができる。
【0027】
また有機膜15とカソード電極18間には電子輸送層16及び/または電子注入層17をさらに含むことができる。前記電子輸送層及び電子注入層はやはり通常的に用いる物質を用いる。
【0028】
本発明の一実施例による有機電界発光素子の製造方法は次のとおりである。
【0029】
まず、基板上部にアノード電極用物質をコーティングしてアノード電極を形成する。ここで基板としては通常的に有機EL素子で用いられる基板を用いるのに透明性、表面平滑性、取扱容易性及び防水性が優秀な有機基板または透明プラスチック基板が望ましい。
【0030】
そしてアノード電極用物質としては透明で且つ伝導性が優秀な酸化インジウム朱錫(ITO)、酸化朱錫(SnO)、酸化亜鉛(ZnO)等を用いる。
【0031】
前記アノード電極上部に正孔注入層物質を真空またはスピンコーティングする。前記正孔注入層物質としては特別に制限されないがCuPcまたはIDE406を用いることが望ましい。
【0032】
そうしてから、正孔注入層上部に正孔輸送層物質を真空蒸着またはスピンコーティングして形成する。正孔輸送層物質としては特別に制限されないがN,N′−ビス(3−メチルフェニル)−N,N′−ジフェニル−[1,1−ビフェニル]−4,4′−ジアミン(TPD)、N,N′ジ(ナフタレン−1−イル)−N,N′−ジフェニルベンジジン、N,N′ジ(ナフタレン−1−イル)−N,N′−ジフェニルベンジジン(α−NPD)などを用いることが望ましい。
【0033】
続いて、正孔輸送層上部に発光層が導入されて発光層材料としては本発明による前記化学式1の物質がホスト物質として用いられることができ、また、ホスト物質としてはIDE120等のような通常的な発光層形成物質と本発明による前記化学式1の物質をドーパントとして共同蒸着されることができる。前記化学式1の物質をドーパントとして用いる場合ドーピング濃度は特別に制限されない。蒸着方法としてはインクジェットまたはレーザー熱転写法(LITI)などを用いることができる。
【0034】
発光層上には電子輸送層が真空蒸着またはスピンコーティング方法で薄膜を形成する。電子輸送層材料としてはAlq3を用いることが望ましい。
【0035】
また、電子輸送層上部には電子注入層をさらに積層することができる。電子注入層としてはLiF、NaCl、CsFなどの物質を用いることができる。
【0036】
そうしてから、電子輸送層または電子注入層を導入した場合には電子注入層上部にカソード形成用金属を真空蒸着してカソード電極を形成することによって本発明による有機電界発光素子が完成される。
【0037】
ここで、カソード形成用金属としてはLi、Mg、Al、Al−Li、Ca、Mg−In、Mg−Agなどが使用されうる。
【0038】
本発明の有機電界発光素子は、アノード電極、正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電子輸送層、電子注入層、カソード電極構造に必要によって有機層を一層または2階の中間層をさらに形成することも可能である。
【0039】
【実施例】
以下、本発明の望ましい実施例を提示する。ただし、下記する実施例は本発明の理解を助けるために提示するだけであって本発明が下記する実施例に限定されることではない。
用いられる試薬
ナリジクス酸(Nalidixic acid)、ボランジメチルスルフィド混合物(borane dimethyl sulfide complex)、テトラヒドロフラン(THF)、4−(t−ブチル)ベンジルブロマイドはオールドリッチ(Aldrich)社製品を使用しておりリチウムジイソプロピルアミド(Lithium Diisopropyl Amide;LDA)はアクロス社(ACROS)の製品を用いた。テトラヒドロフラン(THF)は文献に出てきた方法で精製した後用いた。メチレン塩化物、エチルアセテート、アンモニウム塩化物、ヘキサン、アセトン、マグネシウム硫酸塩、ナトリウムバイ炭酸塩等は徳山化学の製品を用いた。
【0040】
一般的な方法
すべての新しい化合物は、H−NMRと13C−NMRそしてUVと分光蛍光計で構造を確認した。H−NMRと13C−NMRはBrukerAM−300分光器を用いて記録してUVはBECKMAN DU−650、分光蛍光計はJASCO FP−750を用いた。すべての化学的移動度は溶媒を基準にppm単位で記録された。
【0041】
合成例
本発明の一実施例中化学式2−eの化合物の合成
合成1
化学式4の物質(R=Me、R=Ethyl、R=H、R=H)の製造方法(化学反応式1)
0℃でテトラヒドロフラン(10ml)に化学式3の物質12.5mmolとボランジメチルスルフィド混合物(borane dimethyl sulfide complex)26.12mmolを入れて70℃を維持して窒素下で10時間攪拌した。TLCで反応を確認した後メタノール(5ml)とHO(10ml)でクエンチング(quenching)した後メチレン塩化物として抽出した。抽出されたメチレン塩化物層を飽和されたNaCO水溶液で洗った。抽出されたメチレン塩化物溶液をMgSO乾燥剤で水を除去した後減圧蒸留で溶媒を除去した。この濃縮された溶液をコラムクロマトグラフィーを利用して分離して黄色を帯びる化学式4の化合物を得た。収得率は45%だった。
H−NMR(CDCl、300MHz):δ(ppm)1.07(t、J=7.1Hz、3H)、2.30(S、3H)、2.559t、J=7.3Hz、2H)、3.40(t、J=7.1Hz、2H)、3.659q、J=7.0Hz、2H)、6.36(d、J=7.0Hz、1H)、7.82(d、J=7.7Hz、1H)
【化48】
Figure 2004018523
【化49】
Figure 2004018523
【化50】
Figure 2004018523
【0042】
合成2
化学式2−eの物質(R=Me、R=Ethyl、R=4−(tert−butyl)benzyl、R=4−(tert−butyl)benzyl)の製造方法(化学反応式2)
室温状態の窒素下で化学式4の物質5.25mmolにテトラヒドロフラン(10ml)を入れて30分程度攪拌させて黄色の溶液になった。この溶液に−78℃条件でリチウムジイソプロピルアミド(6.24mmol)を徐々に入れて−78℃で1時間攪拌させた。この溶液をテトラヒドロフラン(10ml)を加えて予め30分間攪拌させた4−(t−ブチル)ベンジルブロマイド(0.97mmol)に徐々に移した。この混合液体を8時間攪拌させた後TLCで反応を確認した。アンモニウム塩化物溶液(5ml)でクエンチング(quenching)した後メチレン塩化物として抽出した。抽出されたメチレン塩化物層を飽和されたNaCO水溶液で洗った。抽出されたメチレン塩化物溶液をMgSO乾燥剤で水を除去した後減圧蒸留で溶媒を除去した。この濃縮された溶液をコラムクロマトグラフィーを利用して分離すればうす黄色の固体が得られて真空ポンプの下に3時間乾燥して青色の蛍光を帯びる化学式2−eの化合物を得ることができる。収得率は96%だった。
H−NMR(CDCl、300MHz):δ(ppm)1.14(t、J=7.0Hz、3H)、2.449s、3H)、2.61−3.24(D OFD、J=13.5Hz、4H)、3.14(s、2H)、3.84(q、J=6.8Hz、2H)、6.52(d、J=7.8Hz、1H)、7.10(t、J=8.2Hz、4H)、7.28(t、J=2.2Hz)、8.09(d、J=7.8Hz、1H)
【化51】
Figure 2004018523
【0043】
有機電界発光素子の製造
実施例
アノードは、コーニング社の10Ω/cmITO基板を使用しており、前記基板上部にIDE406を真空蒸着してホール注入層を600Å厚さに形成した。続いて、前記ホール注入層上部に下記化学式5の化合物を200Åの厚さで真空蒸着して正孔輸送層を形成した。正孔輸送層を形成した後、この正孔輸送層上部に化学式2−eの化合物をホスト物質IDE120に10%ドーピングして180Åの厚さで発光層を形成した。その後前記発光層上部に下記化学式6の化合物を真空蒸着して250Å厚さの電子輸送層を形成した。この電子輸送層上部にLiF10ÅとAl3000Åを順次に真空蒸着してLiF/Al電極を形成することによって図1に示したような有機電界発光素子を製造した。
【化52】
Figure 2004018523
【化53】
Figure 2004018523
【0044】
比較例
化学式2−eの化合物代りに既存のIDE120の化合物を発光層に利用して実施例と同一な方法によって実施して有機電界発光素子を製造した。前記実施例と比較例によって製造された有機電界発光素子のカラー特性を調べルて下記表1に示した。
【表1】
Figure 2004018523
【0045】
前記表1から実施例の有機電界発光素子は、比較例による有機電界発光素子より色純度が優れた青色を具現でき、また効率も比較例より優れた性能を示している。前記実施例による青色発光化合物の有機電界発光素子の最大波長は452nmなので優秀な色純度を示している。
【0046】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明による化学式1の化合物は、青色発光材料として色純度が優秀であり、表示素子の発色材料として有用である。また本発明による有機電界発光素子は化学式1の化合物を利用して発光層等のような有機膜を形成し、通常的な青色発光化合物を用いた場合と比較して薄膜安全性及び輝度特性が改善される。
【図面の簡単な説明】
【図1】基板/アノード/正孔注入層/正孔輸送層/発光層/電子輸送層/電子注入層/カソードの構造を有する一般的な有機電界発光素子の構造を示す断面図である。
【図2】本発明の化学式2−eで表示される物質の熱分解曲線を示す。
【図3】本発明の化学式2−eで表示されるPL(photoluminescence)スペクトラムを示す図面である。
【図4】本発明の化学式2−eで表示される有機電界発光化合物が発光層に導入された時のELスペクトラムを示す図面である。
【図5】本発明の化学式2−eで表示される有機電界発光化合物が発光層に導入された時のVLスペクトラムを示す図面である。
【図6】本発明の化学式2−eで表示される有機電界発光化合物が発光層に導入された時の色座標を示す図面である。
【符号の説明】
11:基板
12:アノード電極
13:正孔注入層
14:正孔輸送層
15:発光層
16:電子輸送層
17:電子輸送層
18:カソード電極

Claims (14)

  1. 下記化学式1で表示されることを特徴とする有機電界発光素子用青色発光化合物:
    Figure 2004018523
    前記式において、
    ないしRは、各々独立的にCないしC30のアルキル基、アルコキシ基、炭素環、アリール基、ヘテロ環、融合された芳香族化合物よりなる群から選択される1種の作用基である。
  2. 前記RないしRは、各々独立的にH、メチル基、エチル基、プロピル基、n−ブチル基、I−プロピル基、t−ブチル基、sec−ブチル基、t−アミル基、ネオペンチル基、トリフルオロメチル基、ペンタフルオロエチル基、ペルフルオロアルキル基、ヘテロアリール基、アリール基、ベンジル基、4−(t−ブチル)ベンジル基、3、5−ジー(t−ブチル)ベンジル基、3、5−ジー(イソプロピル)ベンジル基、ナフチル基、フェニル基、チエニル基、及びピリジル基よりなる群から選択される1種の作用基であることを特徴とする請求項1に記載の有機電界発光素子用青色発光化合物。
  3. 前記R、R及びRは、三中の二つは環で連結されていることを特徴とする請求項1に記載の有機電界発光素子用青色発光化合物。
  4. 前記RないしRは、三中の二つは相互環で連結されていることを特徴とする請求項1に記載の有機電界発光素子用青色発光化合物。
  5. 前記化学式1で表示される化合物が下記化学式2−aないし2−nに表示される化合物よりなる群から選択される1種の化合物であることを特徴とする請求項1に記載の有機電界発光素子用青色発光化合物:
    Figure 2004018523
    Figure 2004018523
    Figure 2004018523
    Figure 2004018523
    Figure 2004018523
    Figure 2004018523
    Figure 2004018523
    Figure 2004018523
    Figure 2004018523
    Figure 2004018523
    Figure 2004018523
    Figure 2004018523
    Figure 2004018523
    Figure 2004018523
  6. 一対の電極間に備わっている有機膜を含んでいる有機電界発光素子において、
    前記有機膜が下記化学式1で表示される化合物を含んでいることを特徴とする有機電界発光素子:
    Figure 2004018523
    前記式において、
    ないしRは、各々独立的にCないしC30のアルキル基、アルコキシ基、炭素環、アリール基、ヘテロ環、融合された芳香族化合物よりなる群から選択される1種の作用基である。
  7. 前記有機膜が発光層であることを特徴とする請求項6に記載の有機電界発光素子。
  8. 前記有機電界発光素子がアノード電極と前記有機膜間に正孔輸送層をさらに含むことを特徴とする請求項7に記載の有機電界発光素子。
  9. 前記有機電界発光素子がカソード電極と前記有機膜間に電子注入層をさらに含むことを特徴とする請求項7に記載の有機電界発光素子。
  10. 前記有機膜が発光層のドーパントであることを特徴とする請求項6に記載の有機電界発光素子。
  11. 前記RないしRは、各々独立的にH、メチル基、エチル基、プロピル基、n−ブチル基、I−プロピル基、t−ブチル基、sec−ブチル基、t−アミル基、ネオペンチル基、トリフルオロメチル基、ペンタフルオロエチル基、ペルフルオロアルキル基、ヘテロアリール基、アリール基、ベンジル基、4−(t−ブチル)ベンジル基、3、5−ジー(t−ブチル)ベンジル基、3、5−ジー(イソプロピル)ベンジル基、ナフチル基、フェニル基、チエニル基、及びピリジル基よりなる群から選択される1種の作用基であることを特徴とする請求項6に記載の有機電界発光素子用青色発光化合物。
  12. 前記R、R及びRは、三中の二つは環で連結されていることを特徴とする請求項6に記載の有機電界発光素子用青色発光化合物。
  13. 前記RないしRは、三中の二つは相互環で連結されていることを特徴とする請求項6に記載の有機電界発光素子用青色発光化合物。
  14. 前記化学式1で表示される化合物が下記化学式2−aないし2−nに表示される化合物よりなる群から選択される1種の化合物であることを特徴とする請求項6に記載の有機電界発光素子用青色発光化合物:
    Figure 2004018523
    Figure 2004018523
    Figure 2004018523
    Figure 2004018523
    Figure 2004018523
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