JPH093342A - ピラジノキノキサリン誘導体、その製造方法及び有機電界発光素子 - Google Patents

ピラジノキノキサリン誘導体、その製造方法及び有機電界発光素子

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JPH093342A
JPH093342A JP7180746A JP18074695A JPH093342A JP H093342 A JPH093342 A JP H093342A JP 7180746 A JP7180746 A JP 7180746A JP 18074695 A JP18074695 A JP 18074695A JP H093342 A JPH093342 A JP H093342A
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Manabu Uchida
内田  学
Yusho Izumisawa
勇昇 泉澤
Kenji Furukawa
顕治 古川
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【課題】 特定の構造を有するピラジノキノキサリン誘
導体を用いた熱安定性に優れ、長寿命である有機電界発
光素子を提供する。 【解決手段】 下記式(1) [式中、R〜Rは、それぞれ独立に水素、ハロゲ
ン、炭素数1から6までのアルキル基、パーフルオロア
ルキル基、置換あるいは無置換のアリール基を示すかあ
るいは、隣接した場合には芳香環が縮合しても良い。]
で示されるピラジノキノキサリン誘導体、その製造方法
及びそれを用いた有機電界発光素子。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、ピラジノキノキサリン
誘導体及びそれを用いた電界発光(EL)素子に関する
ものである。
【0002】
【従来の技術とその問題点】近年、これまでにない高輝
度な平面ディスプレイの候補として有機EL素子が注目
され、その研究開発が活発化している。有機EL素子は
有機発光層を2つの電極で挟んだ構造であり、陽極から
注入された正孔と陰極から注入された電子とが発光層中
で再結合して光を発する。用いられる有機材料には低分
子材料と高分子材料があり、共に高輝度のEL素子がで
きることが示されている。このような有機EL素子には
2つのタイプがある。1つは、タン(C.W.Tang)らによ
って発表された蛍光色素を電荷輸送層中に添加したもの
(ジャーナルオブジアプライドフィジックス(J.Appl.Ph
ys.),65,3610(1989))、もう1つは、蛍光色素を単独に
用いたものである(例えば、ジャパニーズジャーナルオ
ブジアプライドフィジックス(Jpn.J.Appl.Phys.),27,L2
69(1988)に記載されている素子)。後者の素子では、蛍
光色素が電荷の1つである正孔のみを輸送する正孔輸送
層および/あるいは電子のみを輸送する電子輸送層と積
層しているような場合に発光効率が向上することが示さ
れている。
【0003】しかしいずれも実用化するために充分な条
件を備えていない。例えば、前者では正孔輸送材料の薄
膜状態での物理的な耐久性が乏しく、また、蛍光色素を
添加するのに用いた電子輸送性のホスト材料自身が緑色
に発光するため、青色の発光を得るのが困難であり、後
者では用いた電子輸送材料の耐久性および電荷輸送能が
低く、実用上充分な性能が出せないという問題点があっ
た。電子輸送材料の1つとして2−(4−ビフェニルイ
ル)−5−(4−tert−ブチルフェニル)−1,3,4
−オキサジアゾール(PBD)が知られている。このP
BDを電子輸送層として用いた例として前記の有機EL
素子(Jpn.J.Appl.Phys.,27,L269(1988))がある。しか
し、結晶化を起こしやすいなど、薄膜の安定性に乏しい
ことが指摘され、オキサジアゾール環を複数持つ化合物
が開発された(日本化学会誌,11,1540(1991)、特開平6
ー145658、特開平6ー92947、特開平5ー1
52072、特開平5ー202011、特開平6ー13
6359などに記載のもの)。しかしながら、これらに
おいても実用上充分な性質を有していなかった。 他の
化合物系として、キノキサリン誘導体が報告されている
(特開平6−207169)。二量化させることにより
分子量が増大し薄膜の安定性が向上しているが、実用化
には十分ではなかった。これは、2つのキノキサリン環
をつなぐ結合が回転するため、分子間での相互作用が弱
まり、結果として薄膜状態での安定性が十分に向上しな
かったことによると考えられる。
【0004】一方、薄膜の安定性を向上させた素子とし
て正孔輸送性ポリマーなどの高分子媒体を用いた素子が
報告されている(特開平4−212286)。しかしな
がら、駆動電圧が高く、また、薄膜の安定性は向上した
が素子の耐久性の向上にはつながらなかった。また、キ
ノキサリン系のポリマーを用いたEL素子も報告されて
いるが、輝度が非常に低く実用的ではなかった(Jpn.J.
Appl.Phys.,33(2B),L250,1994)。有機EL素子に用い
られる電子輸送材料の特性としては、電子輸送能に優
れ、薄膜状態での物理的、化学的安定性が高い必要があ
る。有機EL素子の電荷輸送層あるいは発光層に用いら
れる薄膜はアモルファス状態にあるものが多く、この薄
膜のTgが低いとアモルファス状態から徐々に結晶化が
進み、均一な状態を保つことができなくなる。結果とし
て、電流が流れにくくなり最後には絶縁破壊を引き起こ
し素子が崩壊する。一方、フェナジン誘導体を発光材料
として用いた素子が報告されているが、分子量が小さく
単独で十分な安定性を持つ薄膜を形成することが困難で
ある(特開平7−102250)。そこで、これらの問
題を解決し、耐久性が高く、高発光効率な有機EL素子
を見いだすべく鋭意検討した結果、キノキサリン誘導体
を用いた有機EL素子が上記問題点を解決することを見
いだし、本発明を完成した。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明は、下記(1)、
(2)、(3)、(4)乃至(5)の各構成を有する。 (1)一般式(1)で表されるピラジノキノキサリン誘
導体。
【化3】 [一般式(1)において、R1〜R4は、それぞれ独立に
水素、ハロゲン、炭素数1から6までのアルキル基、パ
ーフルオロアルキル基、置換あるいは無置換のアリール
基を示すかあるいは、隣接した場合には芳香環が縮合し
ても良い。] (2)1,2,4,5ーテトラアミノベンゼンと一般式
(2)
【化4】 で表されるジケトンを反応させることを特徴とする一般
式(1)で表されるピラジノキノキサリン誘導体の製造
方法。[一般式(2)において、R1およびR2は、それ
ぞれ独立に水素、ハロゲン、炭素数1から6までのアル
キル基、パーフルオロアルキル基、置換あるいは無置換
のアリール基を示すかあるいは、隣接した場合には芳香
環が縮合しても良い。] (3)一般式(1)で表されるピラジノキノキサリン誘
導体を用いた電界発光素子。 (4)一般式(1)で表されるピラジノキノキサリン誘
導体を電荷輸送材料として用いた電界発光素子。 (5)電界発光素子の構成が陽極/ピラジノキノキサリ
ン誘導体層/陰極、陽極/正孔輸送層/ピラジノキノキ
サリン誘導体層/陰極、陽極/正孔輸送層/発光層/ピ
ラジノキノキサリン誘導体層/陰極、陽極/正孔輸送材
料+発光材料+ピラジノキノキサリン誘導体層/陰極の
何れかであることを特徴とする該電界発光素子。
【0006】本発明の構成と効果につき以下に詳述す
る。上述した本発明で使用されるピラジノキノキサリン
誘導体は、例えば、以下のようにして製造できる。ま
ず、1,2,4,5−テトラアミノベンゼンと、一般式
(2)で表されるジケトンを反応させることによって得
られる。この際の溶媒としては、不活性な溶媒であるな
ら特に制限はない。好ましいものとしては、トルエン、
キシレン等の芳香族系があげられる。反応温度は、室温
以上が好ましく、特に80℃以上が良い。また、パラト
ルエンスルホン酸あるいはカンファースルホン酸のよう
な有機酸、チオニルクロライドのような脱水材を触媒と
して用いると反応速度が上昇する。
【0007】本発明のピラジノキノキサリン誘導体の具
体例としては、式(3)、(4)、(5)で示される化
合物
【化5】
【化6】
【化7】 あるいは式
【化8】
【化9】
【化10】 で示される化合物を挙げることができる。
【0008】これらのピラジノキノキサリン誘導体は、
EL素子の電子輸送材料として有用であることがわかっ
た。特に、薄膜状態における安定性が既存の電子輸送材
料に比べ増加しており、単独でも安定な電子輸送層を形
成できることもわかった。これは、ピラジノキノキサリ
ン環の影響により、ガラス転移点(Tg)が上昇したこ
とによる。さらに、分子内に2つのピラジン環を有する
ために、ピラジン環を1つしか持たないキノキサリン誘
導体に比べ電子輸送能に優れている。
【0009】本発明のEL素子の構成は、各種の態様が
あるが、基本的には一対の電極(陽極と陰極)間に、前
記ピラジノキノキサリン誘導体を挟持した構成とし、こ
れに必要に応じて、正孔輸送材料、発光材料および電子
輸送材料を加えるか、別の層として積層すればよい。具
体例としては、陽極/ピラジノキノキサリン誘導体層/
陰極、陽極/正孔輸送層/ピラジノキノキサリン誘導体
層/陰極、陽極/正孔輸送層/発光層/ピラジノキノキ
サリン誘導体層/陰極、陽極/正孔輸送材料+発光材料
+ピラジノキノキサリン誘導体層/陰極などが挙げられ
る。また、本発明の素子は、いずれも基板に支持されて
いることが好ましく、該基板に付いては特に制限はな
く、従来EL素子に慣用されているもの、例えばガラ
ス、透明プラスチック、導電性高分子あるいは石英など
から成るものを用いることができる。
【0010】本発明で使用される各層は、例えば蒸着
法、塗布法等の公知の方法によって、薄膜化する事によ
り形成することができる。該ピラジノキノキサリン誘導
体を用いた層は、薄膜状態の安定性が高いために特に樹
脂などの結着剤を必要とせず、蒸着法などにより薄膜化
し形成することができるので工業的に有利である。この
ようにして形成された各層の薄膜の厚みについては特に
制限はなく、適宜状況に応じて選ぶことができるが、通
常2nmないし5000nmの範囲で選定される。本発
明のEL素子における陽極としては、仕事関数の大きい
(4eV以上)金属、合金、電気伝導性化合物及びこれ
らの混合物を電極物質とするものが好ましく用いられ
る。このような電極物質の具体例としてはAuなどの金
属、CuI、ITO、SnO2、ZnOなどの誘電性透
明材料が挙げられる。該陽極は、これらの電極物質を蒸
着やスパッタリングなどの方法により、薄膜を形成させ
ることにより作製することができる。この電極より発光
を取り出す場合には、透過率を10%より大きくするこ
とが望ましく、また、電極としてのシート抵抗は数百Ω
/square以下が好ましい。さらに膜厚は材料にもよる
が、通常10nmないし1μm、好ましくは10〜20
0nmの範囲で選ばれる。
【0011】一方、陰極としては、仕事関数の小さい
(4.3eV以下)金属、合金、電気伝導性化合物及び
これらの混合物を電極物質とするものが用いられる。こ
のような電極物質の具体例としては、カルシウム、マグ
ネシウム、リチウム、アルミニウム、マグネシウム合
金、リチウム合金、アルミニウム合金、アルミニウム/
リチウム混合物、マグネシウム/銀混合物、インジウム
などが挙げられる。該陰極は、これらの電極物質を蒸着
やスパッタリングなどの方法により、薄膜を形成させる
ことにより、作製することができる。また、電極として
のシート抵抗は数百Ω/square以下が好ましく、膜厚は
通常10nmないし1μm、好ましくは50〜200n
mの範囲で選ばれる。
【0012】本発明のEL素子の構成は、前記したよう
に各種の態様があるが、正孔輸送層を設けると発光効率
が向上する。正孔輸送層に用いられる正孔輸送材料とし
ては、電界を与えられた2個の電極間に配置されて陽極
から正孔が注入された場合、該正孔を適切に発光層へ伝
達しうる化合物であって、例えば、104〜106V/c
mの電界印加時に、少なくとも10-6cm2/V・秒以
上の正孔移動度をもつものが好適である。このような正
孔輸送材料については、前記の好ましい性質を有する物
であれば特に制限はなく、従来、光導電材料において、
正孔の電荷輸送材として慣用されているものやEL素子
の正孔輸送層に使用され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。
【0013】該正孔輸送材料としては、例えばカルバゾ
ール誘導体(Nーフェニルカルバゾール、ポリビニルカ
ルバゾールなど)、トリアリールアミン誘導体(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(TPD)、芳香
族第3級アミン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’−ジナ
フチル−4,4’−ジアミノビフェニルなど)、フタロ
シアニン誘導体(無金属、銅フタロシアニンなど)、ポ
リシランなどがあげられる。
【0014】本発明のEL素子における電子を輸送する
層において、複数の電子輸送材料を使用する場合は、該
ピラジノキノキサリン誘導体ばかりでなく、他の電子輸
送材料を用いても良い。このような電子輸送材料につい
て特に制限はなく、従来公知の化合物の中から任意のも
のを選択して用いる事ができる。該電子輸送材料の好ま
しい例としては、
【化11】 などのジフェニルキノン誘導体(電子写真学会誌、30,3
(1991)などに記載のもの)、あるいは
【化12】
【化13】
【0015】などの化合物(J.Apply.Phys.,27,269(198
8)などに記載のもの)や、オキサジアゾール誘導体(前
記文献、Jpn.J.Appl.Phys.,27,L713(1988)、アプライド
フィジックスレター(Appl.Phys.Lett.),55,1489(1989)
などに記載のもの)、チオフェン誘導体(特開平4−2
12286号公報などに記載のもの)、トリアゾール誘
導体(Jpn.J.Appl.Phys.,32,L917(1993)などに記載のも
の)、チアジアゾール誘導体(第43回高分子学会予稿
集、〓P1a007などに記載のもの)、オキシン誘導
体の金属錯体(電子情報通信学会技術研究報告、92(31
1),43(1992)などに記載のもの)、キノキサリン誘導体
のポリマー(Jpn.J.Appl.Phys.,33,L250(1994)などに記
載のもの)、フェナントロリン誘導体(第43回高分子
討論会予稿集、14J07などに記載のもの)などを挙
げることができる。
【0016】本発明に用いる発光材料には、高分子学会
編 高分子機能材料シリーズ”光機能材料”、共立出版
(1991)、P236 に記載されているような昼光蛍光材料、蛍
光増白剤、レーザー色素、有機シンチレータ、各種の蛍
光分析試薬などの公知の発光材料を用いることができる
が、具体的には、アントラセン、フェナントレン、ピレ
ン、クリセン、ペリレン、コロネン、ルブレン、キナク
リドンなどの多環縮合化合物、クオーターフェニルなど
のオリゴフェニレン系化合物、1,4−ビス(2−メチ
ルスチリル)ベンゼン、1,4−ビス(4−メチルスチ
リル)ベンゼン、1,4−ビス(4−メチル−5−フェ
ニル−2−オキザゾリル)ベンゼン、1,4−ビス(5
−フェニル−2−オキサゾリル)ベンゼン、2,5−ビ
ス(5−タシャリー−ブチル−2−ベンズオキサゾリ
ル)チオフェン、1,4−ジフェニル−1,3−ブタジ
エン、1,6−ジフェニル−1,3,5−ヘキサトリエ
ン、1,1,4,4−テトラフェニル−1,3,−ブタ
ジエンなどの液体シンチレーション用シンチレータ、特
開昭63-264692 号公報記載のオキシン誘導体の金属錯
体、クマリン染料、ジシアノメチレンピラン染料、ジシ
アノメチレンチオピラン染料、ポリメチン染料、オキソ
ベンズアントラセン染料、キサンテン染料、カルボスチ
リル染料およびペリレン染料、独国特許2534713 公報に
記載のオキサジン系化合物、第40回応用物理学関係連
合講演会講演予稿集、1146(1993)に記載のスチルベン誘
導体および特開平4-363891号公報記載のオキサジアゾー
ル系化合物が好ましい。
【0017】本発明のEL素子を作製する好適な方法の
例を次の構成の素子について説明する。陽極/該ピラジ
ノキノキサリン誘導体層/陰極からなるEL素子の作製
法について説明すると、まず適当な基板上に、所望の電
極物質、例えば陽極用物質からなる薄膜を、1μm以
下、好ましくは10〜200nmの範囲の膜厚になるよ
うに、蒸着やスパッタリングなどの方法により形成さ
せ、陽極を作製したのち、この上にピラジノキノキサリ
ン誘導体の薄膜を形成させる。薄膜化の方法としては、
例えば、浸せき塗工法、スピンコート法、キャスト法、
蒸着法などがあるが、均質な膜が得られやすく、不純物
が混ざり難くかつピンホールが生成しにくいなどの点か
ら蒸着法が好ましい。
【0018】次に、このピラジノキノキサリン誘導体層
の形成後、その上に陰極用物質からなる薄膜を、1μm
以下、例えば蒸着やスパッタリング等の方法により形成
させ、陰極を設けることにより、所望のEL素子が得ら
れる。なお、このEL素子の作製においては、作製順序
を逆にして、陰極、該ピラジノキノキサリン誘導体層、
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EL素子に、直流電圧を印加する場合には、電
圧3〜40V程度を印加すると、発光が透明または半透
明の電極側より観測できる。さらに、交流電圧を印加す
ることによっても発光する。なお印加する交流の波形は
任意でよい。
【0019】[実施例]次に本発明を実施例に基づいて
更に詳しく説明する。 (実施例1) 式(3)で表される化合物(TPPQ)
の合成 1,2,4,5−テトラアミノベンゼン塩酸塩400m
g、ベンジル592mg、テトラメチルエチレンジアミ
ン320mgおよびエタノール50mlを混合し、30
時間還流した。冷却後、析出した固体をろ取し水および
メタノールで洗浄後乾燥した。収量は、290mgであ
った。これを昇華精製し、目的の化合物を得た。このも
のは、固体で黄緑色の蛍光を発した。1H−NMR δ
7.40(m,12H),7.62(m,8H), 9.03(s,2H)。
【0020】(実施例2) 式(5)で表される化合物
(TBQP)の合成 1,2,4,5−テトラアミノベンゼン塩酸塩500m
g、9,10−フェナンスレンキノン733mg、テト
ラメチルエチレンジアミン400mgおよびエタノール
50mlを混合し、30時間還流した。冷却後、析出し
た固体をろ取し水およびメタノールで洗浄後乾燥した。
収量は、680mgであった。これを昇華精製し、目的
の化合物を得た。
【0021】(実施例3) 式(4)で表される化合物
(TTPQ)の合成 実施例2で用いた9,10−フェナンスレンキノンを
4、4’ージメチルベンジルに代えた以外は実施例2に
準じる方法で合成した。
【0022】(実施例4)25mm×75mm×1.1
mmのガラス基板上にITOを蒸着法にて50nmの厚
さで製膜したもの(東京三容真空(株)製)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(真空
機工(株)製)の基板ホルダーに固定し、石英製のるつ
ぼにTPDをいれ、別のるつぼに1,3−ジ(9−アン
スリル)−2−(9−カルバゾリルメチル)−プロパン
(AnCz)をいれ、もう1つのるつぼにTPPQを入
れて真空槽を1X10-4Paまで減圧した。TPD入り
のるつぼを加熱し、膜厚50nmになるように蒸着し
た。次に、この上にAnCz入りのるつぼを加熱して、
膜厚50nmになるように蒸着した。最後に、TPPQ
を入れたるつぼを加熱して膜厚50nmになるように蒸
着した。蒸着速度は0.1〜0.2nm/秒であった。
その後真空槽を2×10-4Paまで減圧してから、グラ
ファイト性のるつぼから、マグネシウムを1.2〜2.
4nm/秒の蒸着速度で、同時にもう一方のるつぼから
銀を0.1〜0.2nm/秒の蒸着速度で蒸着した。上
記条件でマグネシウムと銀の混合金属電極を発光層の上
に200nm積層蒸着して対向電極とし、素子を形成し
た。ITO電極を陽極、マグネシウムと銀の混合電極を
陰極として、得られた素子に、直流電圧8Vを印加する
と60mA/cm2の電流が流れ、1900cd/m2
緑色の発光を得た。この素子は、5時間駆動後も安定に
発光した。
【0023】(比較例1)実施例4で用いたキノキサリ
ン誘導体をPBDに代えた以外は同様な方法で素子を作
成した。得られた素子に、直流電圧13Vを印加すると
70mA/cm2の電流が流れ、1300cd/m2の緑
色の発光を得た。この素子は、5分駆動後に非発光部位
が生じ、発光輝度が約1/3に低下した。
【0024】(実施例5)実施例4で用いたAnCzを
4,4’−ビス(2,2−ジフェニルビニル)ビフェニ
ルに代えた以外は同様な方法で素子を作成した。得られ
た素子に、直流電圧9Vを印加すると50mA/cm2
の電流が流れ、1500cd/m2の青色の発光を得
た。この素子は、5時間駆動後も安定に発光した。
【0025】(実施例6)実施例4で用いたTPPQを
TBQPに代えた以外は同様な方法で素子を作成した。
得られた素子に、直流電圧11Vを印加すると約60m
A/cm2の電流が流れ、1800cd/m2の緑色の発
光を得た。この素子は、5時間駆動後も安定に発光し
た。
【0026】(実施例7)実施例4で用いたTPPQを
TTPQに代えた以外は同様な方法で素子を作成した。
得られた素子に、直流電圧11Vを印加すると約70m
A/cm2の電流が流れ、1900cd/m2の緑色の発
光を得た。この素子は、5時間駆動後も安定に発光し
た。
【0027】
【発明の効果】本発明のピラジノキノキサリン誘導体は
多環構造からなるため融点及びガラス転移点が高く、熱
安定性に優れ、薄膜状態での安定性に富むため、これを
用いた本発明のEL素子は、寿命が長く実用的価値が高
い。これらを用いることにより、フルカラーディスプレ
ー等の高効率な発光素子が作成できる。

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 一般式(1) 【化1】 で表されるピラジノキノキサリン誘導体。[一般式
    (1)において、R1〜R4は、それぞれ独立に水素、ハ
    ロゲン、炭素数1から6までのアルキル基、パーフルオ
    ロアルキル基、置換あるいは無置換のアリール基を示す
    かあるいは、隣接した場合には芳香環が縮合しても良
    い。]
  2. 【請求項2】 1,2,4,5ーテトラアミノベンゼン
    と一般式(2) 【化2】 で表されるジケトンを反応させることを特徴とする一般
    式(1)で表されるピラジノキノキサリン誘導体の製造
    方法。[一般式(2)において、R1およびR2は、それ
    ぞれ独立に水素、ハロゲン、炭素数1から6までのアル
    キル基、パーフルオロアルキル基、置換あるいは無置換
    のアリール基を示すかあるいは、隣接した場合には芳香
    環が縮合しても良い。]
  3. 【請求項3】 一般式(1)で表されるピラジノキノキ
    サリン誘導体を用いた電界発光素子。
  4. 【請求項4】 一般式(1)で表されるピラジノキノキ
    サリン誘導体を電荷輸送材料として用いたことを特徴と
    する電界発光素子。
  5. 【請求項5】 電界発光素子の構成が陽極/ピラジノキ
    ノキサリン誘導体層/陰極、陽極/正孔輸送層/ピラジ
    ノキノキサリン誘導体層/陰極、陽極/正孔輸送層/発
    光層/ピラジノキノキサリン誘導体層/陰極、陽極/正
    孔輸送材料+発光材料+ピラジノキノキサリン誘導体層
    /陰極の何れかであることを特徴とする該電界発光素
    子。
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