CN106632112A - 有机化合物、电荷传输材料、组合物、有机场致发光元件、显示装置及照明装置 - Google Patents

有机化合物、电荷传输材料、组合物、有机场致发光元件、显示装置及照明装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及在嘧啶骨架或者1,3,5‑三嗪骨架导入特定结构、并将分子量调整到特定范围内的有机化合物、含有该有机化合物与溶剂的组合物、具有使用该组合物形成的层的有机场致发光元件、及其用途。

Description

有机化合物、电荷传输材料、组合物、有机场致发光元件、显示 装置及照明装置
本申请为专利申请201280016418.0(申请日:2012年4月6日,发明创造名称:有机化合物、电荷传输材料、含有该化合物的组合物、有机场致发光元件、显示装置及照明装置)的分案申请。
技术领域
本发明涉及具有特定结构的有机化合物,和含有该化合物的电荷传输材料及组合物,使用该化合物的有机场致发光元件,显示装置以及照明装置。
背景技术
近年来作为薄膜型的场致发光(EL)元件,进行了采用有机薄膜的有机场致发光元件的开发,来代替使用无机材料的有机场致发光元件。有机场致发光元件通常在阳极与阴极之间具有空穴注入层、空穴传输层、发光层、电子传输层等,进行着适于该各层的红色、绿色、蓝色等发光元件的开发。由于有机场致发光元件是自发光,因而视角宽、可视性高,由于是薄膜型,因而从节省空间等观点考虑也受到注目,除此以外,与以往一直以来供实用的发光二极管和冷阴极管不同,是面发光,从该特征出发,作为照明器具、使用滤色器的全彩色显示装置中的背光源等也受到注目。
作为有机场致发光元件各层的形成方法,已知蒸镀成膜法、湿式成膜法。然而,对于蒸镀成膜法而言,制作电视、监视器、照明用的中·大型全彩色面板等时,在成品率方面具有课题。因此,湿式成膜法适于这些大面积的用途(参照专利文献1和2)。
为了采用湿式成膜法形成有机场致发光元件的各层,期望构成各层的材料溶解于溶剂中、且在湿式成膜后作为元件也具有高性能。而且,为了更高效地进行生产,也期望含有该材料和溶剂的组合物的保存稳定性也高。
另一方面,已知嘧啶衍生物以及1,3,5-三嗪衍生物的电子接受性高、电子迁移率大,因而适合作为电荷传输材料、特别是有机场致发光元件用材料,例如专利文献3~6、非专利文献1和2中公开了使用这些材料的有机场致发光元件。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2006-190759号公报
专利文献2:日本特开2010-278287号公报
专利文献3:日本特开2004-031004号公报
专利文献4:日本特许第4474493号公报
专利文献5:美国专利第6225467号说明书
专利文献6:日本特开2004-022334号公报
非专利文献
非专利文献1:Journal of Materials Chemistry,2009年,19卷,8112-8118页。
非专利文献2:Advanced Materials,2010年,22卷,3311-3316页。
发明内容
然而,由于上述以往的材料在有机溶剂中的溶解性低,因而难以使用含有该材料和溶剂的组合物由湿式成膜法制作元件,而且,即使能够使用该组合物制作成元件,也由于该组合物的保存稳定性低而不能进行高效的生产。
本发明为了解决了上述以往的问题,以如下内容为课题:使具有嘧啶骨架以及1,3,5-三嗪骨架的有机化合物在溶剂中的溶解性提高;使由该有机化合物和溶剂构成的组合物的保存稳定性提高;以及提供一种有机场致发光元件,该有机场致发光元件具有使用该组合物并由湿式成膜法形成的层,在发光效率、驱动寿命、耐久性等方面显示高的性能。而且,本发明的课题在于,提供含有该有机场致发光元件的显示装置和照明装置。
本发明人等为了解决上述课题而进行了深入研究,结果发现,通过在嘧啶骨架以及1,3,5-三嗪骨架中导入特定的结构,该化合物在溶剂中的溶解度大大提高,而且含有该化合物和溶剂的组合物的保存稳定性提高,而且具有使用该组合物并由湿式成膜法形成的有机层的有机场致发光元件的驱动电压低、发光效率高,至此完成了本发明。
即,本发明的主旨在于下述[1]~[13]。
[1]一种有机化合物,由下述通式(1)表示,分子量为750~2000,分子中存在的咔唑基的数目为1或者0。
[上述通式(1)中,A、B以及C各自独立地选自下述通式(2-1)~(2-5)表示的取代基之中的任一个。
-Ar1-X1···(2-1)
-Ar2-Ar3-X2···(2-2)
-Ar4-Ar5-Ar6-X3···(2-3)
-Ar7-Ar8-Ar9-Ar10-X4···(2-4)
-Ar11-Ar12-Ar13-Ar14-Ar15-X5···(2-5)
上述通式(2-1)~(2-5)中,Ar1表示具有或不具有取代基的1,2-亚苯基或者1,3-亚苯基,Ar2~Ar15各自独立地表示具有或不具有取代基的1,2-亚苯基、1,3-亚苯基或者1,4-亚苯基。
X1表示具有或不具有取代基的碳原子数为10以上的芳香族烃基、或者具有或不具有取代基的咔唑基,X2~X5各自独立地表示具有或不具有取代基的芳香族烃基、具有或不具有取代基的咔唑基、具有或不具有取代基的二苯并呋喃基、或者具有或不具有取代基的二苯并噻吩基。
其中,A、B以及C中均含有1,2-亚苯基和1,3-亚苯基中的至少1个,A、B以及C不同时表示相同的基团。
D表示CH或者氮原子。]
[2]根据上述[1]所述的有机化合物,其中,上述通式(2-2)~(2-5)中,Ar2~Ar15表示的取代基各自独立地是1,3-亚苯基或者1,4-亚苯基。
[3]根据上述[1]或[2]所述的有机化合物,其中,上述通式(2-1)~(2-5)中,Ar1、Ar3、Ar6、Ar10、以及Ar15表示的取代基是1,3-亚苯基。
[4]根据上述[1]~[3]中任一项所述的有机化合物,其中,上述通式(1)中,A,B以及C是互不相同的取代基。
[5]一种有机化合物,由下述通式(3)表示,分子量为750~2000,分子中存在的咔唑基的数目为1或者0。
[上述通式(3)中,D表示CH或者氮原子。
E和F各自独立地选自下述通式(4-1)~(4-6)表示的取代基中的任一个。
-X6···(4-1)
-Ar16-X7···(4-2)
-Ar17-ArX8···(4-3)
-Ar19-Ar-Ar21-X9···(4-4)
-Ar22-Ar23-Ar24-Ar25-X10···(4-5)
-Ar26-Ar27-Ar28-Ar29-Ar30-X11···(4-6)
上述通式(4-1)~(4-6)中,Ar16表示具有或不具有取代基的1,2-亚苯基或者1,3-亚苯基,Ar17~Ar30各自独立地表示具有或不具有取代基的1,2-亚苯基、1,3-亚苯基或者1,4-亚苯基。
X6~X11各自独立地表示具有或不具有取代基的芳香族烃基、具有或不具有取代基的咔唑基、具有或不具有取代基的二苯并呋喃基、或者具有或不具有取代基的二苯并噻吩基。
其中,E、F中均含有1,2-亚苯基和1,3-亚苯基中的至少1个。
L表示直接键合、或者具有或不具有取代基的2价芳香族烃基,在与R1~R5中的任一个取代位置之间形成键。
R1~R5各自独立地表示与L之间的键合、氢原子、具有或不具有取代基的苯基、具有或不具有取代基的二苯并呋喃基、具有或不具有取代基的二苯并噻吩基、烷基、甲硅烷基、氟原子、或者全氟烷基,R6~R18表示氢原子、具有或不具有取代基的苯基、具有或不具有取代基的二苯并呋喃基、具有或不具有取代基的二苯并噻吩基、烷基、甲硅烷基、氟原子、或者全氟烷基。]
[6]根据上述[5]所述的有机化合物,其中,上述通式(4-3)~(4-6)中,Ar17~Ar30表示的取代基各自独立地是1,3-亚苯基或者1,4-亚苯基。
[7]根据上述[5]或[6]所述的有机化合物,其中,上述通式(4-2)~(4-6)中,Ar16、Ar18、Ar21、Ar25、以及Ar30表示的取代基是1,3-亚苯基。
[8]一种电荷传输材料,含有上述[1]~[7]中任一项所述的有机化合物。
[9]一种组合物,含有上述[1]~[7]中任一项所述的有机化合物和溶剂。
[10]一种有机场致发光元件,具有阳极、阴极、以及在该阳极与阴极之间的至少1层有机层,该有机层中的至少1层是采用上述[9]所述的组合物而形成的层。
[11]根据上述[10]所述的有机场致发光元件,采用上述[9]所述的组合物而形成的层是发光层。
[12]一种显示装置,具有上述[10]或[11]所述的有机场致发光元件。
[13]一种照明装置,具有上述[10]或[11]所述的有机场致发光元件。
在嘧啶骨架或者1,3,5-三嗪骨架中导入了特定取代基的本发明的有机化合物在溶剂中的溶解度大,由该有机化合物和溶剂构成的组合物的保存稳定性优异。而且,通过使用该组合物,能够采用湿式成膜法形成均匀的薄膜,能够提供长寿命、驱动电压低、且发光效率高的有机场致发光元件。并且考虑到本发明的有机场致发光元件在利用作为面发光体的特征的照明装置、白色光源(例如复印机的光源,液晶显示器、计量仪器类的背光光源,滤色器显示装置)、显示板、以及标识灯中的应用,认为其技术价值是极高的。
附图说明
图1:图1是模式地表示本发明的有机场致发光元件的结构的一例的剖面图。
具体实施方式
以下对本发明的实施方式进行详细说明,但本发明不限定于以下实施方式,可以在其主旨的范围内进行各种变形而实施。
在此,“重量%”与“质量%”、“重量比”与“质量比”分别是相同含义。
[术语说明]
在本发明中,在简称为“芳香环”时,包括芳香族烃环和芳香族杂环两者。
在本发明中,所谓“具有或不具有取代基”,意味着不具有取代基或具有1或者2个以上的取代基。
另外,本发明中所谓“来自环的基团”,表示从该环中除去一个氢原子而得的一价基团,或者从该环中除去两个氢原子而得的二价基团。例如所谓来自具有或不具有取代基的苯环的基团,价数为1价时表示具有或不具有取代基的苯基,2价时表示具有或不具有取代基的亚苯基。另外,只要没有特别说明,对键合位置没有限制,来自苯环的2价基团的情况包括1,2-亚苯基、1,3-亚苯基、1,4-亚苯基。
另外,本发明中所谓湿式成膜法,是指例如旋涂法、浸涂法、模涂法、棒涂法、刮刀涂布法、辊涂法、喷雾涂布法、毛细管涂布法、喷墨法、丝网印刷法、凹版印刷法、或者柔性版印刷法等以湿式方式成膜的方法。这些成膜方法之中,优选旋涂法、喷雾涂布法、喷墨法。这是由于与有机场致发光元件中使用的湿式成膜用组合物特有的液性相配。
[本发明的有机化合物]
本发明的有机化合物是以由下述通式(1)或(3)表示、分子量为750~2000、分子中的咔唑基的数目为1或者0为特征的有机化合物(以下有时称为“本发明的有机化合物”)。
上述通式(1)中,A、B以及C各自独立地选自下述通式(2-1)~(2-5)表示的取代基之中的任一个。
-Ar1-X1···(2-1)
-Ar2-Ar3-X2···(2-2)
-Ar4-Ar5-Ar6-X3···(2-3)
-Ar7-Ar8-Ar9-Ar10-X4···(2-4)
-Ar11-Ar12-Ar13-Ar14-Ar15-X5···(2-5)
上述通式(2-1)~(2-5)中,Ar1表示具有或不具有取代基的1,2-亚苯基或者1,3-亚苯基,Ar2~Ar15各自独立地表示具有或不具有取代基的1,2-亚苯基、1,3-亚苯基或者1,4-亚苯基。
X1表示具有或不具有取代基的碳原子数为10以上的芳香族烃基,或者具有或不具有取代基的咔唑基,X2~X5各自独立地表示具有或不具有取代基的芳香族烃基、具有或不具有取代基的咔唑基、具有或不具有取代基的二苯并呋喃基、或者具有或不具有取代基的二苯并噻吩基。
D表示CH或者氮原子。即D为CH时,本发明的有机化合物是具有嘧啶环骨架的化合物,D为氮原子时,本发明的有机化合物是具有1,3,5-三嗪环骨架的化合物。
但是,为了通过降低化合物分子结构中的对称性、使稳定构象的数目增大来提高在溶剂中的溶解性,A、B、C均含有至少一个的、具有或不具有取代基的1,2-亚苯基、或者具有或不具有取代基的1,3-亚苯基,而且,A、B以及C不同时表示相同的基团,即不会为A=B=C。
上述通式(3)中,D表示CH或者氮原子。即D为CH时,本发明的有机化合物是具有嘧啶环骨架的化合物,D为氮原子时,本发明的有机化合物是具有1,3,5-三嗪环骨架的化合物。
E、F各自独立地选自下述通式(4-1)~(4-6)表示的取代基中的任一个。
-X6···(4-1)
-Ar16-X7···(4-2)
-Ar17-Ar18-X8···(4-3)
-Ar19-Ar20-Ar21-X9···(4-4)
-Ar22-Ar23-Ar24-Ar25-X10···(4-5)
-Ar26-Ar27-Ar28-Ar29-Ar30-X11···(4-6)
上述通式(4-1)~(4-6)中,Ar16表示具有或不具有取代基的1,2-亚苯基或者1,3-亚苯基,Ar17~Ar30各自独立地表示具有或不具有取代基的1,2-亚苯基、1,3-亚苯基或者1,4-亚苯基。
X6~X11各自独立地表示具有或不具有取代基的芳香族烃基、具有或不具有取代基的咔唑基、具有或不具有取代基的二苯并呋喃基、或者具有或不具有取代基的二苯并噻吩基。
其中,E、F中均含有1,2-亚苯基和1,3-亚苯基中的至少1个。
R1~R5各自独立地表示氢原子、具有或不具有取代基的苯基、具有或不具有取代基的二苯并呋喃基、具有或不具有取代基的二苯并噻吩基、烷基、甲硅烷基、氟原子、或者全氟烷基,R6~R18表示氢原子、具有或不具有取代基的苯基、具有或不具有取代基的二苯并呋喃基、具有或不具有取代基的二苯并噻吩基、烷基、甲硅烷基、氟原子、或者全氟烷基。
L表示直接键合、或者具有或不具有取代基的2价芳香族烃基,在与R1~R5中的任一个取代位置之间形成键。
<Ar1~Ar30
上述通式(2-1)和(4-2)中,Ar1以及Ar16虽然是具有或不具有取代基的1,2-亚苯基、或者具有或不具有取代基的1,3-亚苯基,但从耐久性的观点考虑,特别优选为具有或不具有取代基的1,3-亚苯基。
另外,上述通式(2-2)~(2-5)和上述通式(4-3)~(4-6)中,Ar2~Ar15和Ar17~Ar30虽然各自独立地为具有或不具有取代基的1,2-亚苯基、具有或不具有取代基的1,3-亚苯基、或者具有或不具有取代基的1,4-亚苯基,但从耐久性的观点考虑,优选为具有或不具有取代基的1,3-亚苯基、或者具有或不具有取代基的1,4-亚苯基,特别是为了进一步使在有机溶剂中的溶解性提高,上述通式(2-2)~(2-5)和上述通式(4-3)~(4-6)中,Ar3、Ar6、Ar10、Ar15、Ar18、Ar21、Ar25、Ar30优选为具有或不具有取代基的1,3-亚苯基。
<X1~X11
上述通式(2-1)中,作为构成X1的碳原子数为10以上的芳香族烃基,优选碳原子数为10~30的芳香族烃基,特别优选来自6元环的2~5稠环的基团。
作为X1的芳香族烃基,具体而言,可以举出来自萘环、蒽环、菲环、苝环、并四苯环、芘环、苯并芘环、环、9,10-苯并菲环、荧蒽环的基团等。其中,从三重态激发能级比较低、在有机溶剂中的溶解性比较高这点考虑,优选来自萘环、菲环的基团。
在此,作为X1不包括碳原子数为9以下的芳香族烃基(具体而言,来自苯环的基团等)是基于以下考虑,即,上述通式(2-1)表示的取代基与上述通式(2-2)~(2-5)表示的取代基相比,其取代基整体的大小较小,因而从溶剂分子受到的溶剂化能量小,希望构成X1的取代基是使溶解性更大地提高的取代基。例如已知来自萘环、菲环的基团与键合的其它环之间的立体位阻比来自苯环的基团大,因此,由此在有机溶剂中的溶解性、膜质提高(例如,参照日本特开2011-26237号公报)。
关于X1的芳香族烃基与Ar1的键合位置,没有特别限定,但从化学稳定性、电荷传输性的观点考虑,例如为萘基时优选在萘环的1位进行键合,为菲基时优选在菲环的9位、10位进行键合。
上述通式(2-1)中,关于构成X1的咔唑基(咔唑基是指“来自咔唑环的基团”)与Ar1的键合位置,没有特别限定,从但化学稳定性、电荷传输性的观点考虑,优选在咔唑环的2位、3位、6位、或9位进行键合,更优选在2位或9位进行键合。
上述通式(2-2)~(2-5)和上述通式(4-1)~(4-6)中,作为构成X2~X11的芳香族烃基,优选碳原子数为6~30的芳香族烃基,特别优选来自6元环的单环或者2~5稠环的基团。
作为X2~X11的芳香族烃基,具体而言,可以举出来自苯环、萘环、蒽环、菲环、苝环、并四苯环、芘环、苯并芘环、环、9,10-苯并菲环、荧蒽环的基团等。其中,从三重态激发能级比较低、在有机溶剂中的溶解性比较高这点考虑,优选来自苯环、萘环、菲环的基团。
关于构成X2~X5和X7~X11的各芳香族烃基与Ar3、Ar6、Ar10、Ar15、Ar16、Ar18、Ar21、Ar25、Ar30的键合位置、以及构成X6的芳香族烃基与1,3,5-三嗪环或者嘧啶环的键合位置,没有特别限定,但从化学稳定性、电荷传输性的观点考虑,例如为萘基时优选在萘环的1位进行键合,为菲基时优选在菲环的9位或10位进行键合。
上述通式(2-2)~(2-5)和上述通式(4-1)~(4-6)中,关于构成X2~X5和X7~X11的各咔唑基与Ar3、Ar6、Ar10、Ar15、Ar16、Ar18、Ar21、Ar25、Ar30的键合位置,以及构成X6的咔唑基与1,3,5-三嗪环或者嘧啶环的键合位置,没有特别限定,但从化学稳定性、电荷传输性的观点考虑,优选在咔唑环的2位、3位、6位或9位进行键合,更优选在2位或9位进行键合。
上述通式(2-2)~(2-5)和上述通式(4-1)~(4-6)中,关于构成X2~X5和X7~X11的二苯并呋喃基(二苯并呋喃基是指“来自二苯并呋喃环的基团”)、二苯并噻吩基(二苯并噻吩基是指“来自二苯丙噻吩环的基团”)与Ar3、Ar6、Ar10、Ar15、Ar16、Ar18、Ar21、Ar25、Ar30的键合位置,以及构成X6的二苯并呋喃基、二苯并噻吩基与1,3,5-三嗪环或者嘧啶环的键合位置,没有特别限定,但从化学稳定性、电荷传输性的观点考虑,优选在二苯并呋喃环、或二苯丙噻吩环的2位或者4位进行键合,更优选在4位进行键合。
<L>
上述通式(3)的取代基L表示直接键合、或者具有或不具有取代基的2价芳香族烃基(具有或不具有取代基的2价亚芳基),一方与1,3,5-三嗪环或者嘧啶环键合,另一方在R1~R5中的任一取代位置与苯环键合来代替R1~R5中的任一个。其中,从溶解性、耐久性的观点考虑,特别优选在R2~R4中的任一取代位置形成键。作为L的2价芳香族烃基,具体而言,可以举出1,2-亚苯基、1,3-亚苯基、1,4-亚苯基、4,4’-亚联苯基、4,3’-亚联苯基、3,4’-亚联苯基、3,3’-亚联苯基等。其中,从在有机溶剂中的溶解性比较高这点考虑,优选1,3-亚苯基、3,3’-亚联苯基。
<R1~R18
上述通式(3)的取代基R1~R5各自独立地表示与L之间的键合、具有或不具有取代基的苯基、具有或不具有取代基的二苯并呋喃基、具有或不具有取代基的二苯并噻吩基、烷基、甲硅烷基、氟原子、或者全氟烷基。R6~R18各自独立地表示氢原子、具有或不具有取代基的苯基、具有或不具有取代基的二苯并呋喃基、具有或不具有取代基的二苯并噻吩基、烷基、甲硅烷基、氟原子、或者全氟烷基(其中,关于苯基、二苯并呋喃基、二苯并噻吩基,可以进一步具有烷基、甲硅烷基、氟原子、全氟烷基)。应予说明,关于二苯并呋喃基、二苯并噻吩基与各芳香环的键合位置与前述相同。
作为烷基,优选碳原子数为1~20的烷基,具体而言,可以举出甲基、乙基、丙基、异丙基、丁基、异丁基、仲丁基、叔丁基、戊基、己基、辛基、环己基、癸基、十八烷基等。其中,从耐久性方面考虑,更优选甲基、乙基、叔丁基这种碳原子数为4以下的烷基。
作为甲硅烷基,优选键合有碳原子数为1~4的烷基或者碳原子数为6~20的芳基的甲硅烷基,具体而言,可以举出三异丙基甲硅烷基、三苯基甲硅烷基、二甲基苯基甲硅烷基、叔丁基二苯基甲硅烷基等。其中,从耐久性方面考虑,优选三苯基甲硅烷基。
所谓全氟烷基,是指构成烷基的氢原子全部被氟原子取代而得的取代基。作为该取代基,优选碳原子数为1~4的全氟烷基,具体而言,可以举出三氟甲基、五氟乙基等,其中从耐久性方面考虑,更优选三氟甲基。
<取代基>
上述通式(2-1)~(2-5)和上述通式(4-1)~(4-6)中,作为Ar1~Ar30以及X1~X11分别可以具有的取代基,可以举出苯基、二苯并呋喃基、二苯并噻吩基、烷基、甲硅烷基、氟原子、全氟烷基等(其中,关于苯基、二苯并呋喃基、二苯并噻吩基,可以进一步具有烷基、甲硅烷基、氟原子、全氟烷基)。其中从耐久性方面考虑,优选苯基、烷基、或者甲硅烷基。应予说明,关于二苯并呋喃基、二苯并噻吩基与Ar1~Ar30以及与X1~X11的键合位置,与前述相同,关于烷基、甲硅烷基、全氟烷基,与在<R1~R18>项中叙述的相同。
<A、B、C>
上述通式(1)的取代基A、B、C分别含有至少1个的、具有或不具有取代基的1,2-亚苯基或者具有或不具有取代基的1,3-亚苯基,而且取代基A、B、C不会全部相同。并且,为了使分子的对称性降低而实现在有机溶剂中的溶解性提高以及材料的非晶性提高,上述通式(1)中的取代基A、B、C更优选互不相同,即为均不相同的取代基。在此,所谓“不相同”,是指构成取代基A、B、C的芳香环的种类、芳香环具有的取代基、芳香环与其它基团的键合顺序和键合位置之中的至少一个不同。
<咔唑基>
本发明的有机化合物优选仅具有1个咔唑基、或者不具有咔唑基。
<分子量>
本发明的有机化合物的分子量通常为2000以下,优选为1500以下,更优选为1300以下,而且通常为750以上,优选为800以上。如果分子量超过上述上限值,则伴随着合成工序中生成的杂质成分的增加,有时材料的高纯度化(即除去劣化原因物质)变得困难,而如果分子量低于上述下限值,则溶解性、玻璃化转变温度、熔点、气化温度、成膜性以及膜质等显著降低,因而有可能有机场致发光元件的耐热性显著损坏。
<玻璃化转变温度>
为了使本发明的有机化合物在有机溶剂中的溶解度增大、确保含有该化合物和有机溶剂的组合物的保存稳定性、并且确保使用该组合物而形成的有机场致发光元件的热耐久性,作为本发明的有机化合物的玻璃化转变温度(以下,有时称为“Tg”),优选为70℃~125℃,更优选为75℃~125℃。
应予说明,本发明中,玻璃化转变温度(Tg)可以通过差示扫描量热分析(DSC分析)以以下条件进行测定。
<玻璃化转变温度测定>
装置:SII Nanotechnology公司DSC6220
试样量:约4mg
试样容器:Al制液体用试样容器
气氛:N2,50ml/min
温度范围:室温~300℃
升温速度:10℃/min
应予说明,如后所述,在本发明的有机化合物仅具有1个咔唑基时或者不具有咔唑基时,上述玻璃化转变温度易于成为上述优选的温度范围内。
<具体例>
以下,示出本发明的有机化合物的优选具体例,但本发明的有机化合物不限定于以下的例示化合物。
<合成方法>
上述通式(1)表示的本发明的有机化合物例如可通过将下述所示的公知的方法适当组合来合成。
(方法A:由芳基氰化物合成的方法)
参考文献:Advanced Materials,2010年,22卷,3311-3316页
(上述式中,Ar’表示任意的具有或不具有取代基的芳香族烃基,可以相同,也可以不同。)
(方法B:由三卤代三嗪合成的方法)
参考文献:Journal of Organic Chemistry,2002年,67卷,24号,8424-8429页;Synthetic Metals,2001年,122卷,3号,485-493页;Organic Letters,2001年,3卷,15号,2419-2421页;Organic Letters,2008年,10卷,5号,709-712页;Chemistry of Materials,2006年,18卷,204-213页
(上述式中,X表示氟原子、氯原子、溴原子、或者碘原子中的任一个,可以相同,也可以不同。Ar’表示任意的具有或不具有取代基的芳香族烃基,可以相同,也可以不同。)
(方法C:由三氯嘧啶合成的方法)
即,可以通过采用在参考文献:J.Org.Chem.2001年66卷7125-7128页中记载的方法并使其阶段性地反应来合成。
另外,除此以外,也可以利用在“杂环的化学-药品的基础”(2002年,国枝等,化学同人社),“新编杂环化合物基础编、应用编”(2004 年,山中等,讲谈社)等中记载或者引用的合成方法。
<本发明的有机化合物的作用效果的机制>
关于通过形成本发明的有机化合物的化学结构而起到本发明的目标效果的机制的详细内容尚不清楚,但推测如下。
所谓某化合物的溶解度,是指将该化合物与任意溶剂混合,在达到固液平衡时在该溶剂中溶出的该化合物的重量。因此,化合物的溶解度可以通过将该化合物固体状态的自由能与该化合物在溶剂中溶解状态的自由能进行比较来讨论,一般而言,(1)使化合物固体状态的自由能不稳定化,(2)使溶剂中的化合物的自由能稳定化,由此,该化合物的溶解度提高。在此,化合物固体状态的自由能与分子间相互作用能的总和大体相等,溶剂中的化合物的自由能与化合物从溶剂分子受到的溶剂化能量大体相等。
对于在部分结构中具有2,4,6-三苯基-1,3,5-三嗪部位的化合物(I),由于中心骨架的1,3,5-三嗪环不具有氢原子,因而在与该环键合的苯基上的氢原子之间不产生立体位阻,三嗪环与3个苯环采取几乎接近于平面的分子结构作为稳定构象(例如参照SyntheticMetals,2001年,122卷,3号,485-493页、Chemical Communications,2010年,46卷,27号,4902-4904页等)。因此认为,化合物(I)在溶液中因分子运动而导致的分子结构摇动较小,从溶剂分子受到的溶剂化能量变小,除此以外,在分子间通过π/π重叠而易于层叠,结晶性变得非常高,所以一般来说溶解性较低。同样地关于2,4,6-三苯基嘧啶,也认为在嘧啶环与(3个之中的1个)苯基上氢原子之间不产生立体位阻,嘧啶环与1个苯环采取几乎接近于平面的分子结构作为稳定构象,认为其结果是在溶剂中的溶解性较低。另一方面,2,4,6-三苯基吡啶由于不能采取平面结构作为稳定构象,因而在溶剂中的溶解性高(参照后述的参考例1和比较例2。尽管具有相同的取代基,但吡啶衍生物的组合物的保存稳定性高)。
基于以上论述,作为用于使1,3,5-三嗪化合物以及嘧啶化合物的溶解性提高的方法,认为有以下3个方法。在此,仅对上述1,3,5-三嗪化合物(I)进行说明,但对于嘧啶化合物也可适用相同的设计方针。即,关于在上述化合物(I)的3个苯基上导入的取代基R111~R113,有以下3个方法:(i)为阻碍分子间π/π重叠这种立体位阻大的取代基,从而使从有机溶剂受到的溶剂化能量增大;(ⅱ)使分子对称性降低,使晶体结构更加不稳定化,使分子在固体状态下可以采取的分子结构产生摇动,由此使固体状态的自由能不稳定化,从而使从有机溶剂受到的溶剂化能量增大;以及(ⅲ)使取代基R111~R113为尽可能大的取代基,从而使从有机溶剂受到的溶剂化能量增大。
作为与第一个方法(i)相对应的基团,可以举出上述通式(1)中A、B、C各自的取代基为上述通式(2-1)中Ar1是1,2-亚苯基或者1,3-亚苯基,作为X1,是碳原子数为10以上的芳香族烃基或者咔唑基。推测这些取代基由于与键合的其它环之间的立体位阻增大而使相对于中心骨架的扭转角增大,其结果抑制了分子间的中心骨架彼此的π/π重叠。
作为与第二个方法(ⅱ)相对应的基团,可以举出构成上述通式(1)和(3)的各自取代基A~C、E和F分别具有1,2-亚苯基和1,3-亚苯基之中的至少一个。这些取代基与1,4-亚苯基为对称性高的取代基相比,对称性低,因此易于在固体状态下产生分子结构的摇动。
作为与第三个方法(ⅲ)相对应的化合物,可以举出本发明的有机化合物采取选自上述通式(2-1)~(2-5)的任一个取代基作为上述通式(1)中的取代基,而且上述通式(3)表示的化合物具有至少4个苯环连接的结构。推测如下:通过在1,3,5-三嗪骨架或者嘧啶骨架上导入的3个取代基采取本发明的特定取代基,从而分别从有机溶剂受到的溶剂化能量增大,在溶剂中的溶解性提高。
另一方面,所谓玻璃化转变温度,是指室温时非晶化合物发生状态变化时的温度,在玻璃化转变温度以上时,非晶化合物的刚性和粘度降低,流动性增大。即,对于玻璃化转变温度高的化合物而言,需要高的能量才使得分子具有流动性。另一方面,玻璃化转变温度低的化合物不需要较高能量就使得分子具有流动性。通常,对于分子量为2000以下的低分子化合物,所谓分子具有流动性只是将该材料中的分子从分子间相互作用中解放出来,即,推测玻璃化转变温度可作为化合物固体状态的自由能的指标呈现。
从该观点考虑,本发明人等进行了深入研究,结果发现,在嘧啶骨架和1,3,5-三嗪骨架上导入特定的结构、且分子量为750~2000的化合物的玻璃化转变温度比较低,在溶剂中的溶解度提高,而且含有该化合物与溶剂的组合物的保存稳定性良好,使用该组合物制作成的有机场致发光元件寿命长、驱动电压低、且发光效率高。
玻璃化转变温度由于与分子的运动性有关,因此玻璃化转变温度取决于该化合物的分子量、构成各分子的骨架、以及取代基的种类。本发明人等发现,具有嘧啶骨架和1,3,5-三嗪骨架的化合物中,构成分子的3个取代基由上述通式(1)或(3)构成、且在分子中仅含有1个咔唑基或不含有咔唑基,由此玻璃化转变温度变得比较低。在咔唑环的数目为1个或1个以下时玻璃化转变温度降低,推测如下:与其它芳香环相比极性大、且平面性高的咔唑环的分子间相互作用比较强,咔唑环为2个或2个以上时由分子间的缔合而导致分子间相互作用变强,因而玻璃化转变温度变高,另一方面,通过使分子中的咔唑环的数目为1个或1个以下而使分子间相互作用能降低,由此玻璃化转变温度降低。
基于以上论述,推测上述通式(1)或者(3)表示的本发明的有机化合物在有机溶剂中的溶解性大,含有该化合物与溶剂的组合物的保存稳定性优异,且使用该组合物而制作成的有机场致发光元件寿命长、效率高、且能以低电压驱动。
<用途>
本发明的有机化合物优选用作发光材料、电荷传输材料(电荷传输性化合物),而且优选用作有机场致发光元件中的发光层的发光材料、电荷传输材料,特别优选用作电荷传输材料。
另外,本发明的有机化合物与以往已知的嘧啶化合物、1,3,5-三嗪化合物相比,在有机溶剂中的溶解性提高,因此优选用作用于以下用途的组合物:制备含有该化合物与有机溶剂的组合物并使用该组合物由湿式成膜法形成有机层。尤其是能够使制造法简便,因此特别优选用作由湿式成膜法形成的有机场致发光元件、含有该元件的显示装置、照明装置。
<含有本发明的有机化合物的组合物>
本发明的组合物含有本发明的有机化合物和溶剂。应予说明,上述本发明的有机化合物可以在本发明的组合物中仅含1种,也可以2种以上组合含有。而且,即使本发明的组合物含有本发明的有机化合物作为电荷传输材料时,也可以进一步含有以往用作电荷传输材料的其它化合物。
<溶剂>
能够在本发明的组合物中含有的溶剂优选为用于由湿式成膜法形成有机层、并具有挥发性的液体成分。
该溶剂只要是作为溶质的本发明的有机化合物、其它根据需要使用的电荷传输材料、发光材料良好地溶解的溶剂,则没有特别限定,作为优选的溶剂,可以举出以下溶剂。
例如可以举出正癸烷、环己烷、乙基环己烷、十氢萘、双环己烷等烷烃类;甲苯、二甲苯、三甲苯、环己基苯、四氢萘等芳香族烃类;氯苯、二氯苯、三氯苯等卤代芳香族烃类;1,2-二甲氧基苯、1,3-二甲氧基苯、苯甲醚、苯乙醚、2-甲氧基甲苯、3-甲氧基甲苯、4-甲氧基甲苯、2,3-二甲基苯甲醚、2,4-二甲基苯甲醚、二苯基醚等芳香族醚类;乙酸苯酯、丙酸苯酯、苯甲酸甲酯、苯甲酸乙酯、苯甲酸丙酯、苯甲酸正丁酯等芳香族酯类;环己酮、环辛酮、茴香酮等脂环族酮类;环己醇、环辛醇等脂环族醇类;甲基乙基酮、二丁基酮等脂肪族酮类;丁醇、己醇等脂肪族醇类;四氢呋喃、1,4-二烷、乙二醇二甲基醚、乙二醇二乙基醚、丙二醇-1-单甲基醚乙酸酯(PGMEA)等脂肪族醚类;等。
这些之中,从水的溶解度低方面、不容易变质方面考虑,优选甲苯、二甲苯、三甲苯、环己基苯、四氢萘等芳香族烃。
在以有机场致发光元件为代表的有机器件中,大多使用因水分而显著劣化的材料(例如阴极等),因此考虑到在干燥后的膜中残留水分、使元件特性降低的可能性,不优选组合物中存在水分。
作为减少组合物中的水分量的方法,例如可以举出通过蒸馏、使用干燥剂等来预先将溶剂脱水、氮气封入、使用水溶解度低的溶剂等。其中,使用水溶解度低的溶剂时由于在湿式成膜工序中能够防止溶液膜吸收大气中的水分而发生白化的现象,因而优选。从这样的观点考虑,采用本实施方式的组合物优选例如在组合物中含有10重量%以上的25℃的水的溶解度为1重量%以下、优选为0.1重量%以下的溶剂。
另外,为了由减少湿式成膜时来自组合物的溶剂蒸发而导致的成膜稳定性降低,有效的是使用沸点为100℃以上、优选沸点为150℃以上、更优选沸点为200℃以上的溶剂作为组合物的溶剂。而且,为了获得更加均匀的膜,必须使溶剂以适当的速度从刚成膜后的液膜中蒸发,为此有效的是使用以下溶剂:通常沸点为80℃以上、优选沸点为100℃以上、更优选沸点为120℃以上,通常沸点低于270℃、优选沸点低于250℃、更优选沸点低于230℃的溶剂。
可以单独使用满足上述条件、即溶质的溶解性、蒸发速度、水的溶解度的条件的溶剂,不能选择满足全部条件的溶剂时,也可以将2种以上的溶剂混合使用。
本发明的组合物中,溶剂的含量相对于100重量%组合物优选为10重量%以上,更优选为50重量%以上,特别优选为80重量%以上,而优选为99.99重量%以下,更优选为99.8重量%以下,特别优选为99.5重量%以下。如果溶剂的含量低于该下限,则有可能组合物的粘性变得过高而成膜操作性降低。另一方面,如果高于该上限,则成膜后除去溶剂而得到的膜的厚度与期待的相比明显变薄,因此存在难以成膜的倾向。
<发光材料>
本发明的组合物优选进一步含有发光材料。
所谓发光材料,是指本发明的组合物中主要发光的成分,相当于有机场致发光元件等有机EL器件中的掺杂剂成分。从该组合物发出的光量(单位:cd/m2)之中通常10~100%、优选20~100%、更优选50~100%、最优选80~100%被确定为来自某成分材料的发光时,将其定义为发光材料。
作为发光材料,可以应用任意的公知材料,可以将荧光发光材料或者磷光发光材料单独或者多种混合使用,但从内部量子效率的观点考虑,优选为磷光发光材料。
应予说明,为了使在溶剂中的溶解性提高,使发光材料分子的对称性、刚性降低,或导入烷基等亲油性取代基也是重要的。
作为提供蓝色发光的荧光色素,可以举出苝、芘、蒽、香豆素、对双(2-苯基乙烯基)苯以及它们的衍生物等。作为绿色荧光色素,可以举出喹吖啶酮衍生物、香豆素衍生物等。作为黄色荧光色素,可以举出红荧烯、萘嘧啶酮衍生物等。作为红色荧光色素,可以举出DCM系化合物、苯并吡喃衍生物、若丹明衍生物、苯并噻吨衍生物、氮杂苯并噻吨等。
作为磷光发光材料,例如可以举出含有选自周期表第7~11族的金属原子的有机金属配合物。
作为含有选自周期表第7~11族的金属原子的磷光发光性有机金属配合物中的金属原子,可以优选举出钌、铑、钯、银、铼、锇、铱、铂、金等。作为这些有机金属配合物,可以优选举出下述式(Ⅱ)或者下述式(Ⅲ)表示的化合物。
ML(q-j)L’j···(Ⅱ)
(式(Ⅱ)中,M表示金属原子,q表示上述金属原子的价数。而L和L’表示二齿配位基。j表示0、1或者2。)
(式(Ⅲ)中,Md表示金属原子,T表示碳原子或者氮原子。R92~R95各自独立地表示取代基。其中,T为氮原子时,没有R94和R95。)
以下,首先对式(Ⅱ)表示的化合物进行说明。
式(Ⅱ)中,M表示任意的金属原子,作为优选的金属原子的具体例,可以举出作为选自周期表第7~11族中的金属原子前面叙述的金属原子。
另外,式(Ⅱ)中的二齿配位基L和L’分别表示具有以下部分结构的配位基。
作为L’,从配合物稳定性的观点考虑,可以特别优选举出下述化合物。
上述L、L’的部分结构中,环A1表示芳香族烃基或者芳香族杂环基,它们可以具有取代基。而环A2表示含氮芳香族杂环基,它们可以具有取代基。
环A1、A2具有取代基时,作为优选的取代基,可以举出氟原子等卤素原子;甲基、乙基等烷基;乙烯基等烯基;甲氧基羰基、乙氧基羰基等烷氧基羰基;甲氧基、乙氧基等烷氧基;苯氧基、苄氧基等芳基氧基;二甲基氨基、二乙基氨基等二烷基氨基;二苯基氨基等二芳基氨基;咔唑基;乙酰基等酰基;三氟甲基等卤代烷基;氰基;苯基、萘基、菲基等芳香族烃基等。
作为式(Ⅱ)表示的化合物,可以进一步优选举出下述式(Ⅱa)、(Ⅱb)、(Ⅱc)表示的化合物。
(式(Ⅱa)中,Ma表示与式(Ⅱ)中的M相同的金属原子,w表示上述金属原子的价数。而环A1表示具有或不具有取代基的芳香族烃基,环A2表示具有或不具有取代基的含氮芳香族杂环基。)
(式(Ⅱb)中,Mb表示与式(Ⅱ)中的M相同的金属原子,w表示上述金属原子的价数。而环A1表示具有或不具有取代基的芳香族烃基或者具有或不具有取代基的芳香族杂环基,环A2表示具有或不具有取代基的含氮芳香族杂环基。)
(式(Ⅱc)中,Mc表示与式(Ⅱ)中的M相同的金属原子,w表示上述金属原子的价数。而j表示0、1或者2。并且环A1和环A1’各自独立地表示具有或不具有取代基的芳香族烃基或者具有或不具有取代基的芳香族杂环基。而环A2和环A2’各自独立地表示具有或不具有取代基的含氮芳香族杂环基。)
上述式(Ⅱa)、(Ⅱb)、(Ⅱc)中,作为环A1和环A1’的基团,例如可以优选举出苯基、联苯基、萘基、蒽基、噻吩基、呋喃基、苯并噻吩基、苯并呋喃基、吡啶基、喹啉基、异喹啉基、咔唑基等。
另外,作为环A2、环A2’的基团,例如可以优选举出吡啶基、嘧啶基、吡嗪基、三嗪基、苯并噻唑基、苯并唑基、苯并咪唑基、喹啉基、异喹啉基、喹喔啉基、菲啶基等。
进而,作为式(Ⅱa)、(Ⅱb)、(Ⅱc)表示的化合物可以具有的取代基,可以举出氟原子等卤素原子;甲基、乙基等烷基;乙烯基等烯基;甲氧基羰基、乙氧基羰基等烷氧基羰基;甲氧基、乙氧基等烷氧基;苯氧基、苄氧基等芳基氧基;二甲基氨基、二乙基氨基等二烷基氨基;二苯基氨基等二芳基氨基;咔唑基;乙酰基等酰基;三氟甲基等卤代烷基;氰基等。
上述取代基为烷基时,其碳原子数通常为1~6。进而取代基为烯基时,其碳原子数通常为2~6。而取代基为烷氧基羰基时,其碳原子数通常为2~6。进而取代基为烷氧基时,其碳原子数通常为1~6。而取代基为芳基氧基时,其碳原子数通常为6~14。进而取代基为二烷基氨基时,其碳原子数通常为2~24。而取代基为二芳基氨基时,其碳原子数通常为12~28。进而取代基为酰基时,其碳原子数通常为1~14。而取代基为卤代烷基时,其碳原子数通常为1~12。
应予说明,这些取代基可以相互连接而形成环。作为具体例,可以环A1具有的取代基与环A2具有的取代基进行键合、或者环A1’具有的取代基与环A2’具有的取代基进行键合而形成一个稠环。作为这种稠环基,可以举出7,8-苯并喹啉基等。
其中,作为环A1、环A1’、环A2和环A2’的取代基,可以更优选举出烷基、烷氧基、芳香族烃基、氰基、卤素原子、卤代烷基、二芳基氨基、咔唑基。
另外,作为式(Ⅱa)、(Ⅱb)、(Ⅱc)中的Ma、Mb、Mc,可以优选举出钌、铑、钯、银、铼、锇、铱、铂或者金。
将上述式(Ⅱ)、(Ⅱa)、(Ⅱb)或者(Ⅱc)表示的有机金属配合物的具体例示于以下,但不限定于下述化合物(以下,Ph表示苯基)。
上述式(Ⅱ)、(Ⅱa)、(Ⅱb)、(Ⅱc)表示的有机金属配合物之中,特别优选具有2-芳基吡啶系配位基作为配位基L和/或L’的化合物,所述2-芳基吡啶系配位基是2-芳基吡啶、在2-芳基吡啶上键合有任意取代基而成的配位基、以及在2-芳基吡啶上缩合有任意基团而成的配位基。
接着,对上述式(Ⅲ)表示的化合物进行说明。
式(Ⅲ)中,Md表示金属原子,作为具体例,可以举出作为选自周期表第7~11族中的金属原子前面叙述的金属原子。其中可以优选举出钌、铑、钯、银、铼、锇、铱、铂或者金,可以特别优选举出铂、钯等2价金属原子。
另外,式(Ⅲ)中,R92和R93各自独立地表示氢原子、卤素原子、烷基、芳烷基、烯基、氰基、氨基、酰基、烷氧基羰基、羧基、烷氧基、烷基氨基、芳烷基氨基、卤代烷基、羟基、芳基氧基、芳香族烃基或者芳香族杂环基。
进而,T为碳时,R94和R95各自独立地表示以与R92和R93相同的例示物表示的取代基。而且如前所述,T为氮原子时没有R94和R95
另外,R92~R95可以进一步具有取代基。这种情况下,对可以进一步具有的取代基没有特别限制,可以将任意的基团作为取代基。
进而,R92~R95可以互相连接而形成环,该环可以进一步具有任意的取代基。
将式(Ⅲ)表示的有机金属配合物的具体例(T-1、T-10~T-15)示于以下,但不限定下述例示化合物。应予说明,以下中,Me表示甲基,Et表示乙基。
<电荷传输材料>
本发明的组合物优选含有本发明的有机化合物作为电荷传输材料,也可以进一步含有其它电荷传输材料。以下,虽然示出可并用的电荷传输材料的优选具体例,但本发明并不限定于此。
作为可并用的电荷传输材料,有具有空穴传输能力的化合物(以下,称为“空穴传输材料”)和具有电子传输能力的化合物(以下,称为“电子传输材料”),本发明的组合物优选在组合物中以重量比计按以下比例含有电荷传输材料与空穴传输材料,即通常为0:100以下,优选2:98以下,而且通常为100:0以上,优选98:2以上。只要在上述范围内,则孔穴、电子的迁移平衡得到改善,在获得驱动寿命长、电流效率高的元件方面考虑是优选的。应予说明,本发明的有机化合物属于电子传输材料。
(空穴传输材料)
作为空穴传输材料,例如可以举出具有三芳基胺、咔唑作为部分结构的化合物。以下,将空穴传输材料的具体例示于以下,但不限定于此。
(电子传输材料)
作为电子传输材料,可以举出具有芳香族杂环作为部分结构的化合物。作为芳香族杂环,除本发明所涉及的1,3,5-三嗪环以外,例如还可以举出吡啶环、喹啉环、喹喔啉环、嘧啶环等。
以下,示出可以在本发明的组合物中含有的电子传输材料的具体例,但本发明不限定于此。
<含有吡啶环的化合物>
<含有喹啉环、喹喔啉环的化合物>
<含有嘧啶环的化合物>
<其它成分>
本发明的组合物除了含有本发明的有机化合物、溶剂、发光材料以及其它电荷传输材料(电子传输材料、空穴传输材料)以外,根据需要还可以进一步含有其它成分。例如,以提高成膜性为目的,可以含有流平剂、消泡剂等各种添加剂。而在将2层以上的层通过湿式成膜法层叠时,为了防止这些层相容,出于在成膜后使其固化而不溶化的目的,也可以预先含有光固化性树脂、热固化性树脂。
<组合物中的材料浓度和配合比>
本发明的组合物中的电荷传输材料、发光材料以及根据需要可添加的成分(流平剂等)等全部材料(固体成分)的浓度通常为0.01重量%以上,优选为0.05重量%以上,更优选为0.1重量%以上,进一步优选为0.5重量%以上,最优选为1重量%以上,通常为80重量%以下,优选为50重量%以下,更优选为40重量%以下,进一步优选为30重量%以下,最优选为20重量%以下。如果该浓度低于上述下限,则在成膜时,变得难以形成厚膜,如果超过上述上限,则变得难以形成薄膜。
另外,在本发明的组合物中,发光材料/全部电荷传输材料的重量混合比通常为0.1/99.9以上,更优选为0.5/99.5以上,进一步优选为1/99以上,最优选为2/98以上,通常为50/50以下,更优选为40/60以下,进一步优选为30/70以下,最优选为20/80以下。如果该比低于上述下限、或超过上述上限,则有可能发光效率显著降低。
<组合物的性状、物性等>
(水分浓度)
使用本发明的组合物由湿式成膜法进行层形成来制造以有机场致发光元件为代表的有机器件时,如果在使用的组合物中存在水分,则在所形成的薄膜中混入水分而有损薄膜的均匀性,因此优选本发明的组合物中水分含量尽可能少。另外,考虑以下可能性而不优选:一般地以有机场致发光元件为代表的有机器件大多使用因水分而显著劣化的材料(例如阴极等),因此在本发明的组合物中存在水分时,在干燥后的薄膜中残留水分而使元件的特性降低。
具体而言,本发明的组合物中所含的水分量通常为1重量%以下,优选为0.1重量%以下,更优选为0.01重量%以下。
作为本发明的组合物中水分浓度的测定方法,优选日本工业规格“化学制品的水分测定法”(JIS K0068:2001)中记载的方法,例如可以采用Karl Fischer试剂法等进行分析。
(均匀性)
为了提高湿式成膜工艺中的稳定性、例如喷墨成膜法中从喷嘴的喷出稳定性,本发明的组合物优选在常温下为均匀的液状。所谓在常温下均匀的液状,是指组合物是由均匀相构成的液体、且组合物中不含有粒径0.1μm以上的粒子成分。
(粒度)
对于本发明的组合物的粘度,为极端低粘度时,变得易于引起例如由成膜工序中的过度液膜流动而导致的涂面不均匀、喷墨成膜时的喷嘴喷出不良等,为极端高粘度时,变得易于引起喷墨成膜时的喷嘴堵塞等。因此,本发明的组合物在25℃的粘度通常为2mPa·s以上,优选为3mPa·s以上,更优选为5mPa·s以上,通常为1000mPa·s以下,优选为100mPa·s以下,更优选为50mPa·s以下。
(表面张力)
本发明的组合物的表面张力高时,会发生以下问题:成膜溶液对基板的润湿性降低、液膜的流平性差、变得易于引起干燥时的成膜面混乱等,因此,本发明的组合物在20℃的表面张力通常低于50mN/m,优选低于40mN/m。
(蒸气压)
本发明的组合物的蒸气压高时,变得易于引起由溶剂蒸发而导致的溶质浓度变化等问题。因此,本发明的组合物在25℃的蒸气压通常为50mmHg以下,优选为10mmHg以下,更优选为1mmHg以下。
[有机场致发光元件用薄膜]
使用本发明的组合物由湿式成膜法形成的薄膜是不易结晶化、发光特性、耐热性优异的薄膜,通常适合作为有机场致发光元件的阴极与阳极之间的层使用。
使用本发明的组合物形成的有机场致发光元件用薄膜的膜厚根据用途而适当决定,例如若为有机场致发光元件的发光层,则如后所述,通常为10nm以上,优选为20nm,通常为300nm以下,优选为200nm以下。
[有机场致发光元件]
本发明的有机场致发光元件的特征在于,具有阳极、阴极、以及在它们之间的至少1层有机层,该有机层中的至少1层是使用本发明的组合物而形成的层,本发明的有机场致发光元件通常在基板上至少具有阳极、阴极以及设在这两极间的发光层,优选使用本发明的组合物形成的层是该发光层。而且该发光层优选使用本发明的组合物由湿式成膜法形成。
图1是表示本发明的有机场致发光元件优选的结构例的剖面的模式图,在图1中,1表示基板,2表示阳极,3表示空穴注入层,4表示空穴传输层,5表示发光层,6表示空穴阻挡层,7表示电子传输层,8表示电子注入层,9表示阴极。
[1]基板
基板1是有机场致发光元件的支撑体,可以使用石英或玻璃板、金属板、金属箔、塑料膜、片材等。特别优选玻璃板、聚酯、聚甲基丙烯酸酯、聚碳酸酯、聚砜等透明的合成树脂的板。在使用合成树脂基板时必须注意气体阻隔性。如果基板的气体阻隔性过小,则有机场致发光元件会因通过基板的外部空气而劣化,因而不优选。因此,在合成树脂基板的至少一个面设置致密的硅氧化膜等来确保气体阻隔性的方法也是优选方法之一。
[2]阳极
在基板1上设有阳极2。阳极2发挥向发光层侧的层(空穴注入层3、空穴传输层4或者发光层5等)注入空穴的作用。
该阳极2通常由铝、金、银、镍、钯、铂等金属、铟和/或锡的氧化物等金属氧化物、碘化铜等卤化金属、炭黑、或者聚(3-甲基噻吩)、聚吡咯、聚苯胺等导电性高分子等构成。
阳极2的形成通常多采用溅射法、真空蒸镀法等进行。另外,在采用银等金属微粒、碘化铜等微粒、炭黑、导电性的金属氧化物微粒、导电性高分子微粉末等形成阳极时,也能够通过使其分散到适当的粘结剂树脂溶液中、并涂布在基板1上来形成阳极2。进而,采用导电性高分子时,也能够通过电解聚合直接在基板1上形成薄膜、或在基板1上涂布导电性高分子来形成阳极2(Appl.Phys.Lett.,60卷,2711页,1992年)。
阳极2通常是单层结构,但也可以根据需要形成由多种材料构成的层叠结构。
阳极2的厚度根据所需要的透明性不同而异。需要透明性时,通常使可见光的透射率为60%以上,优选使可见光的透射率为80%以上。这种情况下,阳极的厚度通常为5nm以上,优选为10nm以上,另外,通常为1000nm以下,优选为500nm以下左右。不透明为宜时,阳极2的厚度是任意的,阳极2可以与基板1相同。另外,也可以进一步在上述阳极2上层叠不同的导电材料。
为了除去附着在阳极上的杂质,调整电离电势来使空穴注入性提高,优选对阳极表面进行紫外线(UV)/臭氧处理,或进行氧等离子体、氩等离子体处理。
[3]空穴注入层
空穴注入层3是从阳极2向发光层5传输空穴的层,通常在阳极2上形成。
本发明所涉及的空穴注入层3的形成方法可以为真空蒸镀法,也可以为湿式成膜法,没有特别限制,但从减少暗斑的观点考虑,优选采用湿式成膜法形成空穴注入层3。
空穴注入层3的膜厚通常为5nm以上,优选为10nm以上,另外,通常为1000nm以下,优选为500nm以下的范围。
<采用湿式成膜法的空穴注入层的形成>
通过湿式成膜来形成空穴注入层3时,通常将构成空穴注入层3的材料与合适的溶剂(空穴注入层用溶剂)混合来制成成膜用的组合物(空穴注入层形成用组合物),采用合适的方法在相当于空穴注入层3下层的层(通常是阳极)上涂布该空穴注入层形成用组合物并成膜、干燥,由此形成空穴注入层3。
(空穴传输性化合物)
空穴注入层形成用组合物通常含有作为空穴注入层的构成材料的空穴传输性化合物和溶剂。
只要空穴传输性化合物是通常在有机场致发光元件的空穴注入层中使用的、具有空穴传输性的化合物,则可以为聚合物等高分子化合物,也可以为单体等低分子化合物,但优选为高分子化合物。
作为空穴传输性化合物,从自阳极2向空穴注入层3的电荷注入位垒的观点考虑,优选具有4.5eV~6.0eV的电离电势的化合物。作为空穴传输性化合物的例子,可以举出芳香族胺衍生物、酞菁衍生物、卟啉衍生物、低聚噻吩衍生物、聚噻吩衍生物、苄基苯基衍生物、用芴基连接叔胺得到的化合物、腙衍生物、硅氮烷衍生物、硅胺衍生物、磷酰胺衍生物、喹吖啶酮衍生物、聚苯胺衍生物、聚吡咯衍生物、聚苯撑乙烯衍生物、聚噻吩乙烯衍生物、聚喹啉衍生物、聚喹喔啉衍生物、碳等。
应予说明,在本发明中,所谓衍生物,例如如果以芳香族胺衍生物为例,则包含芳香族胺本身及以芳香族胺为主骨架的化合物,可以是聚合物,也可以是单体。
用作空穴注入层3材料的空穴传输性化合物可以单独地含有这种化合物之中的任1种,也可以含有2种以上。含有2种以上空穴传输性化合物时,其组合是任意的,但优选将1种或者2种以上芳香族叔胺高分子化合物与1种或者2种以上其它空穴传输性化合物并用。
上述例示之中,从非晶性、可见光的透射率方面考虑,优选芳香族胺化合物,特别优选芳香族叔胺化合物。在此,所谓芳香族叔胺化合物是具有芳香族叔胺结构的化合物,也包括具有来自芳香族叔胺的基团的化合物。
对芳香族叔胺化合物的种类没有特别限制,但从由表面平滑化效果产生均匀的发光方面考虑,进一步优选重均分子量为1000~1000000的高分子化合物(重复单元相连的聚合型化合物)。作为芳香族叔胺高分子化合物的优选例,可以举出具有下式(Ⅳ)表示的重复单元的高分子化合物。
(式(Ⅳ)中,Ar51和Ar52各自独立地表示具有或不具有取代基的芳香族烃基或者具有或不具有取代基的芳香族杂环基。Ar53~Ar55各自独立地表示具有或不具有取代基的芳香族烃基或者具有或不具有取代基的芳香族杂环基。Y表示选自下述连接基团组中的连接基团。另外,Ar51~Ar55之中,键合在同一N原子上的两个基团可以相互键合而形成环。)
(上述各式中,Ar56~Ar66各自独立地表示具有或不具有取代基的芳香族烃基或者具有或不具有取代基的芳香族杂环基。R11和R12各自独立地表示氢原子或者任意取代基。)
作为Ar51~Ar66的芳香族烃基以及芳香族杂环基,从高分子化合物的溶解性、耐热性、空穴注入·传输性方面考虑,优选来自苯环、萘环、菲环、噻吩环、吡啶环的基团,进一步优选来自苯环、萘环的基团。
Ar51~Ar66的芳香族烃基以及芳香族杂环基可以进一步具有取代基。作为该取代基的分子量,通常为400以下,尤为优选250以下左右。作为该取代基,优选烷基、烯基、烷氧基、芳香族烃基、芳香族杂环基等。
R11和R12为任意取代基时,作为该取代基,可以举出烷基、烯基、烷氧基、甲硅烷基、甲硅烷氧基、芳香族烃基、芳香族杂环基等。
作为具有式(Ⅳ)表示的重复单元的芳香族叔胺高分子化合物的具体例,可以举出在国际公开第2005/089024号中记载的芳香族叔胺高分子化合物。
另外,作为空穴传输性化合物,也优选将作为聚噻吩衍生物的3,4-亚乙二氧基噻吩(3,4-ethylenedioxythiophene)在高分子量聚苯乙烯磺酸中聚合而成的导电性聚合物(PEDOT/PSS)。另外,也可以是用甲基丙烯酸酯等对该聚合物的末端封端而得到的化合物。
进而,作为空穴传输性化合物,可以使用在后述的“空穴传输层”项中记载的具有不溶化基团的化合物。使用具有不溶化基团的化合物时的成膜方法等也是相同的。
只要不明显地损害本发明的效果,则空穴注入层形成用组合物中的空穴传输性化合物的浓度是任意的,但从膜厚的均匀性方面考虑,通常为0.01重量%以上,优选为0.1重量%以上,进一步优选为0.5重量%以上,另外,通常为70重量%以下,优选为60重量%以下,进一步优选为50重量%以下。如果该浓度过大,则存在产生膜厚不均的可能性,另外,如果过小,则存在已成膜的空穴注入层产生缺陷的可能性。
(电子接受性化合物)
优选空穴注入层形成用组合物含有电子接受性化合物作为空穴注入层的构成材料。
所谓电子接受性化合物,优选具有氧化力、具有从上述空穴传输性化合物接受一个电子的能力的化合物,具体而言,优选电子亲和力为4eV以上的化合物,进一步优选5eV以上的化合物的化合物。
作为这种电子接受性化合物,例如可以举出选自三芳基硼化合物、卤化金属、路易斯酸、有机酸、盐、芳基胺与卤化金属的盐、芳基胺与路易斯酸的盐中的1种或者2种以上化合物等。更具体而言,可以举出4-异丙基-4’-甲基二苯基碘四(五氟苯基)硼酸盐、三苯基锍四氟硼酸盐等取代有有机基团的盐(国际公开第2005/089024号);氯化铁(Ⅲ)(日本特开平11-251067号公报)、过二硫酸铵等高原子价的无机化合物;四氰乙烯等氰基化合物、三(五氟苯基)硼烷(日本特开2003-31365号公报)等芳香族硼化合物;富勒烯衍生物;碘;聚苯乙烯磺酸根离子、烷基苯磺酸根离子、樟脑磺酸根离子等磺酸根离子等。
这些电子接受性化合物能够通过氧化空穴传输性化合物来使空穴注入层的导电率提高。
空穴注入层或者空穴注入层形成用组合物中的电子接受性化合物相对于空穴传输性化合物的含量通常为0.1摩尔%以上,优选为1摩尔%以上。但是,通常为100摩尔%以下,优选为40摩尔%以下。
(其它构成材料)
作为空穴注入层的材料,只要不明显地损害本发明的效果,则除上述空穴传输性化合物、电子接受性化合物以外,还可以进一步含有其它成分。作为其它成分的例子,可以举出各种发光材料、电子传输性化合物、粘结剂树脂、涂布性改良剂等。应予说明,其它成分可以仅使用1种,也可以以任意组合和比例并用2种以上。
(溶剂)
优选在湿式成膜法中使用的空穴注入层形成用组合物的溶剂中的至少1种是能够溶解上述空穴注入层的构成材料的化合物。另外,该溶剂的沸点优选通常为110℃以上,优选为140℃以上,尤为优选200℃以上,通常为400℃以下,尤为优选300℃以下。如果溶剂的沸点过低,则干燥速度过快而存在膜质恶化的可能性。另外,如果溶剂的沸点过高,则必须使干燥工序的温度升高,从而存在对其它层、基板带来不良影响的可能性。
作为溶剂,例如可以举出醚系溶剂、酯系溶剂、芳香族烃系溶剂、酰胺系溶剂等。
作为醚系溶剂,例如可以举出乙二醇二甲醚、乙二醇二乙醚、丙二醇-1-单甲醚乙酸酯(PGMEA)等脂肪族醚;1,2-二甲氧基苯、1,3-二甲氧基苯、苯甲醚、苯乙醚、2-甲氧基甲苯、3-甲氧基甲苯、4-甲氧基甲苯、2,3-二甲基苯甲醚、2,4-二甲基苯甲醚等芳香族醚等。
作为酯系溶剂,例如可以举出乙酸苯酯、丙酸苯酯、苯甲酸甲酯、苯甲酸乙酯、苯甲酸丙酯、苯甲酸正丁酯等芳香族酯等。
作为芳香族烃系溶剂,例如可以举出甲苯、二甲苯、环己基苯、3-异丙基联苯、1,2,3,4-四甲基苯、1,4-二异丙基苯、环己基苯、甲基萘等。作为酰胺系溶剂,例如可以举出N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺等。
除此之外,还可以使用二甲基亚砜等。
这些溶剂可以仅使用1种,也可以以任意组合和比例使用2种以上。
(成膜方法)
制备空穴注入层形成用组合物后,通过湿式成膜将该组合物在相当于空穴注入层3下层的层(通常是阳极2)上涂布成膜,并进行干燥,由此形成空穴注入层3。
为了防止在组合物中产生晶体而导致膜缺损,涂布工序的温度优选为10℃以上,优选50℃以下。
只要不明显地损害本发明的效果,则对涂布工序的相对湿度没有限定,通常为0.01ppm以上,通常为80%以下。
涂布后,通常通过加热等来使空穴注入层形成用组合物的膜干燥。列举在加热工序中使用的加热手段的例子,可以举出洁净烘箱、热板、红外线、卤素加热器、微波照射等。其中,为了对膜整体均等地提供热,优选洁净烘箱和热板。
只要不明显地损害本发明的效果,则加热工序的加热温度优选以在空穴注入层形成用组合物中使用的溶剂的沸点以上的温度进行加热。另外,空穴注入层中使用的溶剂为含有2种以上的混合溶剂时,优选在其至少1种溶剂的沸点以上的温度下加热。如果考虑溶剂的沸点升高,则优选在加热工序中以优选120℃以上、优选410℃以下的温度加热。
在加热工序中,只要加热温度为空穴注入层形成用组合物的溶剂的沸点以上,且不引起涂布膜的充分的不溶化,则对加热时间没有限定,但优选为10秒以上,通常为180分钟以下。如果加热时间过长,则有其它层的成分扩散的趋势,如果过短,则有空穴注入层变得不均质的趋势。加热可以分成2次进行。
<采用真空蒸镀法的空穴注入层的形成>
在通过真空蒸镀来形成空穴注入层3时,将1种或者2种以上空穴注入层3的构成材料(上述的空穴传输性化合物,电子接受性化合物等)放入设置在真空容器内的坩埚中(使用2种以上材料时放入各自的坩埚中),用适当的真空泵将真空容器内排气到10-4Pa左右后,加热坩埚(使用2种以上材料时加热各自的坩埚),控制蒸发量使其蒸发(使用2种以上材料时各自独立地控制蒸发量使其蒸发),在与坩埚相对放置的基板的阳极2上形成空穴注入层3。应予说明,使用2种以上材料时,也可以将它们的混合物放入坩埚中、加热、使其蒸发来形成空穴注入层3。
只要不明显地损害本发明的效果,则对蒸镀时的真空度没有限定,但通常为0.1×10-6Torr(0.13×10-4Pa)以上,通常为9.0×10-6Torr(12.0×10-4Pa)以下。只要不明显地损害本发明的效果,则对蒸镀速度没有限定,但通常为/秒以上,通常为/秒以下。只要不明显地损害本发明的效果,则对蒸镀时的成膜温度没有限定,但优选在10℃以上、优选在50℃以下进行。
[4]空穴传输层
对于空穴传输层4,在有空穴注入层时,可以在空穴注入层3的上面形成,在没有空穴注入层3时,可以在阳极2的上面形成。另外,本发明的有机场致发光元件可以是省略空穴传输层的构成。
空穴传输层4的形成方法可以是真空蒸镀法,也可以是湿式成膜法,没有特别限制,但从减少暗斑的观点考虑,优选采用湿式成膜法来形成空穴传输层4。
作为形成空穴传输层4的材料,优选为空穴传输性高且能够高效地传输所注入的空穴的材料。为此,优选电离电势小、对可见光的光透明性高、空穴迁移率大、稳定性优异、在制造时或使用时不易产生成为隐患的杂质。另外,由于大多数情况与发光层5相接,因此,优选不会消除来自发光层5的发光、或不会在与发光层5之间形成激基复合物而使效率降低。
作为这种空穴传输层4的材料,只要是以往作为空穴传输层的构成材料使用的材料即可,例如可以举出上述作为在空穴注入层3中使用的空穴传输性化合物例示的材料。另外,可以举出芳基胺衍生物、芴衍生物、螺环衍生物、咔唑衍生物、吡啶衍生物、吡嗪衍生物、嘧啶衍生物、三嗪衍生物、喹啉衍生物、菲咯啉衍生物、酞菁衍生物、卟啉衍生物、噻咯衍生物、低聚噻吩衍生物、稠合多环芳香族衍生物、金属配合物等。
另外,例如可以举出聚乙烯基咔唑衍生物、聚芳基胺衍生物、聚乙烯基三苯基胺衍生物、聚芴衍生物、聚芳撑衍生物、含有四苯基联苯胺的聚芳撑醚砜衍生物、聚芳撑乙烯衍生物、聚硅氧烷衍生物、聚噻吩衍生物、聚(对苯撑乙烯)衍生物等。它们可以是交替共聚物,无规聚合物,嵌段聚合物或者接枝共聚物中的任一种。另外,也可以是在主链有分枝、末端部为3个以上的高分子,所谓的树枝状大分子。
其中,优选聚芳基胺衍生物、聚芳撑衍生物。
作为聚芳基胺衍生物,优选为含有下式(V)表示的重复单元的聚合物。特别优选为由下式(V)表示的重复单元构成的聚合物。这种情况下,在各个重复单元中,Ara或者Arb可以是不同的基团。
(式(V)中,Ara和Arb各自独立地表示具有或不具有取代基的芳香族烃基或者芳香族杂环基。)
作为具有或不具有取代基的芳香族烃基,例如可以举出来自苯环、萘环、蒽环、菲环、苝环、并四苯环、芘环、苯并芘环、环、9,10-苯并菲环、苊环、荧蒽环、芴环等6元环的单环或者2~5稠环的基团,以及这些环2个环以上直接键合而连接成的基团等。
作为具有或不具有取代基的芳香族杂环基,例如可以举出来自呋喃环、苯并呋喃环、噻吩环、苯并噻吩环、吡咯环、吡唑环、咪唑环、二唑环、吲哚环、咔唑环、吡咯并咪唑环、吡咯并吡唑环、吡咯并吡咯环、噻吩并吡咯环、噻吩并噻吩环、呋喃并吡咯环、呋喃并呋喃环、噻吩并呋喃环、苯并异唑环、苯并异噻唑环、苯并咪唑环、吡啶环、吡嗪环、哒嗪环、嘧啶环、三嗪环、喹啉环、异喹啉环、shinorine环、喹喔啉环、菲啶环、苯并咪唑环、萘嵌间二氮杂苯环、喹唑啉环、喹唑啉酮环、薁环等5或6元环的单环或者2~4稠环的基团,以及这些环2个环以上直接键合而连接成的基团等。
从在有机溶剂中的溶解性、耐热性方面考虑,Ara和Arb各自独立地优选选自苯环、萘环、蒽环、菲环、9,10-苯并菲环、芘环、噻吩环、吡啶环、芴环中的环所形成的基团,苯环2个环以上连接形成的基团(例如联苯基(亚联苯基),三联苯基(亚三联苯基))。
其中,优选来自苯环的基团(苯基),苯环2个环连接而成的基团(联苯基)及来自芴环的基团(芴基)。
作为Ara和Arb中的芳香族烃基和芳香族杂环基可以具有的取代基,可以举出烷基、烯基、炔基、烷氧基、芳基氧基、烷氧基羰基、二烷基氨基、二芳基氨基、酰基、卤素原子、卤代烷基、烷基硫基、芳基硫基、甲硅烷基、甲硅烷氧基、氰基、芳香族烃环基、芳香族杂环基等。
作为聚芳撑衍生物,可以举出在其重复单元中含有作为上式(V)中的Ara、Arb例示的具有或不具有取代基的芳香族烃基或者芳香族杂环基等亚芳基的聚合物。作为聚芳撑衍生物,优选含有由下述式(Ⅵ)和/或下述式(Ⅶ)构成的重复单元的聚合物。
(式(Ⅵ)中,Ra,Rb,Rc及Rd各自独立地表示烷基、烷氧基、苯基烷基、苯基烷氧基、苯基、苯氧基、烷基苯基、烷氧基苯基、烷基羰基、烷氧基羰基、或者羧基。t和s各自独立地表示0~3的整数。t或者s为2以上时,在一分子中含有的多个Ra或者Rb可以相同,也可以不同,邻接的Ra或者Rb可以彼此形成环。)
(式(Ⅶ)中,Re和Rf各自独立地与上式(Ⅵ)中的Ra、Rb、Rc或者Rd含义相同。r和u各自独立地表示0~3的整数。r或者u为2以上时,在一分子中含有的多个Re和Rf可以相同,也可以不同,邻接的Re和Rf可以彼此形成环。Z表示构成5元环或者6元环的原子或者原子组。)
作为Z的具体例,可以举出-O-,-BRx-,-NRx-,-SiRx 2-,-PRx-,-SRx-,-CRx 2-或者它们键合而成的基团。应予说明,Rx表示氢原子或者任意有机基团。本发明中的有机基团是指含有至少一个碳原子的基团。
另外,作为聚芳撑衍生物,除由上式(Ⅵ)和/或上式(Ⅶ)构成的重复单元以外,优选还进一步具有下式(Ⅷ)表示的重复单元。
(式(Ⅷ)中,Arc~Arj各自独立地表示具有或不具有取代基的芳香族烃基或者芳香族杂环基。v和w各自独立地表示0或者1。)
作为Arc~Arj的具体例,与上述式(Ⅴ)中的Ara和Arb相同。
对于上式(Ⅵ)~(Ⅷ)的具体例和聚芳撑衍生物的具体例等,可以举出在日本特开2008-98619号公报中记载的具体例等。
采用湿式成膜法形成空穴传输层4时,与形成上述空穴注入层3同样地进行,制成空穴传输层形成用组合物后,湿式成膜,然后进行加热干燥。
在空穴传输层形成用组合物中除上述空穴传输性化合物以外,还含有溶剂。使用的溶剂与在上述空穴注入层形成用组合物中使用的溶剂相同。另外,成膜条件、加热干燥条件等也与形成空穴注入层3时相同。采用真空蒸镀法形成空穴传输层时,其成膜条件等也与形成上述空穴注入层3时相同。空穴传输层4除含有上述空穴传输性化合物以外,也可以含有各种发光材料、电子传输性化合物、粘结剂树脂、涂布性改良剂等。
从耐热性、或者成膜性的观点考虑,空穴传输层4还优选是使具有不溶化基团的化合物(以下称为“不溶化性化合物”)不溶化而形成的层。不溶化性化合物是具有不溶化基团的化合物,通过不溶化而形成不溶化聚合物。
所谓不溶化基团,是通过热和照射活性能量射线中的至少一种方式进行反应的基团,是具有反应后与反应前相比使在有机溶剂、水中的溶解性降低的效果的基团。本发明中,优选不溶化基团是离去基团或者交联性基团。
所谓离去基团,是指在70℃以上从键合的芳香族烃环上解离、并且对溶剂显示可溶性的基团。在此,所谓对溶剂显示可溶性,是指化合物在通过热和照射活性能量射线中的至少一种方式进行反应前的状态下、常温下在甲苯中溶解0.1重量%以上,化合物在甲苯中的溶解性优选为0.5重量%以上,更优选为1重量%以上。
作为该离去基团优选是在芳香族烃环侧不形成极性基团而热解离的基团,更优选通过反Diels-Alder反应而热解离的基团。而且进一步优选在100℃以上热解离的基团,优选在300℃以下热解离的基团。
另外,列举交联性基团的例子,可以举出来自氧杂环丁烷、环氧等环状醚的基团;来自乙烯基、三氟乙烯基、苯乙烯基、丙烯酰基、甲基丙烯酰基、肉桂酰基等不饱和双键的基团;来自苯并环丁烷的基团等。
不溶化性化合物可以是单体、低聚物、聚合物中的任一种。不溶化性化合物可以仅使用1种,也可以以任意的组合和比率使用2种以上。
作为不溶化性化合物,优选使用具有交联性基团的空穴传输性化合物。列举空穴传输性化合物的例子,可以举出吡啶衍生物、吡嗪衍生物、嘧啶衍生物、三嗪衍生物、喹啉衍生物、菲咯啉衍生物、咔唑衍生物、酞菁衍生物、卟啉衍生物等含氮芳香族化合物衍生物;三苯基胺衍生物;噻咯衍生物;低聚噻吩衍生物、稠合多环芳香族衍生物、金属配合物等。其中,优选吡啶衍生物、吡嗪衍生物、嘧啶衍生物、三嗪衍生物、喹啉衍生物、菲咯啉衍生物、咔唑衍生物等含氮芳香族衍生物;三苯基胺衍生物、噻咯衍生物、稠合多环芳香族衍生物、金属配合物等,特别是,更优选三苯基胺衍生物。
使不溶化性化合物不溶化而形成空穴传输层4时,通常制备在溶剂中溶解或分散有不溶化性化合物的空穴传输层形成用组合物,通过湿式成膜进行成膜而使其不溶化。
在空穴传输层形成用组合物中,除不溶化性化合物以外,还可以含有促进不溶化的添加物。列举促进不溶化的交联型添加物的例子,可以举出烷基苯酮化合物、酰基氧化膦化合物、茂金属化合物、肟酯化合物、偶氮化合物、盐等聚合引发剂和聚合促进剂;稠合多环烃、卟啉化合物、二芳基酮化合物等光增感剂等。
另外,也可以进一步含有流平剂、消泡剂等涂布性改良剂;电子接受性化合物;粘结剂树脂等。
空穴传输层形成用组合物通常含有0.01重量%以上的不溶化性化合物,优选含有0.05重量%以上,进一步优选含有0.1重量%以上,通常含有50重量%以下,优选含有20重量%以下,进一步优选含有10重量%以下。
将以这样的浓度含有不溶化性化合物的空穴传输层形成用组合物在下层(通常为空穴注入层3)上成膜后,通过加热和/或照射光等活性能量射线,使不溶化性化合物不溶化。
成膜时的温度、湿度等条件与上述空穴注入层3的湿式成膜时相同。对于成膜后的加热方法没有特别限定。作为加热温度条件,通常为120℃以上,优选为400℃以下。作为加热时间,通常为1分钟以上,优选为24小时以下。作为加热方法,没有特别限定,可使用将具有已成膜的层的层叠体放在热板上,或在烘箱内进行加热等方法。例如,可以采用在热板上在120℃以上加热1分钟以上等的条件。
在利用照射光等电磁能量时,可以举出直接利用超高压汞灯、高压汞灯、卤素灯、红外灯等紫外·可见·红外光源进行照射的方法,或者使用内置上述光源的掩模对准器、传送型光照射装置进行照射的方法等。在光以外的活性能量射线照射中,例如可以举出利用照射由磁控管产生的微波的装置、即所谓的微波炉进行照射的方法。
作为照射时间,优选设定为了使膜的溶解性降低所必需的条件,通常照射0.1秒以上,优选照射10小时以下。
加热和照射光等电磁能量可以各自单独进行,或者也可以组合进行。组合时,对于实施的顺序没有特别限定。
这样形成的空穴传输层4的膜厚通常为5nm以上,优选为10nm以上,另外,通常为300nm以下,优选为100nm以下。
[5]发光层
在空穴传输层4之上通常设有发光层5。发光层5是例如含有上述发光材料的层,是在提供电场的电极间因从阳极2通过空穴注入层3而注入的空穴、与从阴极9通过电子传输层7而注入的电子的复合而被激发的、成为主要发光源的层。发光层5优选含有发光材料(掺杂剂)和1种或2种以上的主体材料,发光层5进一步优选含有本发明的有机化合物作为主体材料。另外,发光层5可以采用真空蒸镀法形成,但特别优选为使用本发明的组合物、采用湿式制膜法制作成的层。
应予说明,发光层5可以在不损坏本发明的性能的范围内含有其他材料、成分。
一般地,在有机场致发光元件中使用相同材料时,电极间膜厚薄的一方有效电场变大,因而注入的电流变多,所以驱动电压降低。为此,电极间总膜厚薄的一方有机场致发光元件的驱动电压降低,但如果过薄,则会由ITO等电极引起的突起而发生短路,所以必需为一定程度的膜厚。
由此,在本发明中,除发光层5以外,具有空穴注入层3和后述的电子传输层7等有机层时,合并了发光层5和空穴注入层3、电子传输层7等其它有机层的总膜厚通常为30nm以上,优选为50nm以上,进一步优选为100nm以上,通常为1000nm以下,优选为500nm以下,进一步优选为300nm以下。另外,发光层5以外的空穴注入层3、后述的电子注入层8的导电性高时,注入到发光层5中的电荷量增加,因此例如也可以使空穴注入层3的膜厚变厚、使发光层5的膜厚变薄来维持总膜厚为一定程度的膜厚地降低驱动电压。
所以,发光层5的膜厚通常为10nm以上,优选为20nm以上,通常为300nm以下,优选为200nm以下。应予说明,本发明的元件在阳极和阴极两极间仅具有发光层5时发光层5的膜厚通常为30nm以上,优选为50nm以上,通常为500nm以下,优选为300nm以下。
[6]空穴阻挡层
空穴阻挡层6以与发光层5的阴极侧的界面相接的形式层叠形成于发光层5之上。特别是使用磷光材料作为发光物质、或使用蓝色发光材料作为发光物质时,设置空穴阻挡层6是有效的。空穴阻挡层6具有将空穴和电子关入发光层5内而使发光效率提高的功能。即,空穴阻挡层6阻止从发光层5迁移来的空穴到达电子传输层7,由此具有如下作用:增加在发光层5内与电子的复合概率,将产生的激发子关入发光层5内的作用,和高效地将从电子传输层7注入的电子向发光层5方向传输的作用。
作为对构成空穴阻挡层6的材料要求的物性,可以举出电子迁移率高而空穴迁移率低、能隙(HOMO、LUMO的差)大、激发三重态能级(T1)高。
作为满足这种条件的空穴阻挡层的材料,例如可以举出双(2-甲基-8-羟基喹啉)(苯酚)铝、双(2-甲基-8-羟基喹啉)(三苯基硅烷醇)铝等混合配位基配合物、双(2-甲基-8-喹啉)铝-μ-氧-双-(2-甲基-8-喹啉)铝二核金属配合物等金属配合物、二苯乙烯基联苯衍生物等苯乙烯基化合物(日本特开平11-242996号公报)、3-(4-联苯基)-4-苯基-5(4-叔丁基苯基)-1,2,4-三唑等三唑衍生物(日本特开平7-41759号公报)、浴铜灵等菲咯啉衍生物(日本特开平10-79297号公报)。
进而,在国际公开第2005/022962号中记载的至少具有1个2,4,6位被取代的吡啶环的化合物也优选作为空穴阻挡材料。
空穴阻挡层6的膜厚通常为0.3nm以上,优选为0.5nm以上,通常为100nm以下,优选为50nm以下。
空穴阻挡层6也可以采用与空穴注入层3相同的方法形成,但通常采用真空蒸镀法。
[7]电子传输层
电子传输层7以进一步提高元件的发光效率为目的而设在空穴注入层6与电子注入层8之间。电子传输层7由能够在提供电场的电极间将从阴极9注入的电子高效地向发光层5方向传输的化合物形成。作为在电子传输层7中使用的电子传输性化合物,必需是从阴极9或者电子注入层8的电子注入效率高、且具有高的电子迁移率并能够将注入的电子高效传输的化合物。
作为满足这样条件的化合物,例如可以举出8-羟基喹啉的铝配合物等金属配合物(日本特开昭59-194393号公报)、10-羟基苯并[h]喹啉的金属配合物、二唑衍生物、二苯乙烯基联苯衍生物、噻咯衍生物、3-羟基黄酮金属配合物、5-羟基黄酮金属配合物、苯并唑金属配合物、苯并噻唑金属配合物、三苯并咪唑苯(美国专利第5645948号公报)、喹喔啉化合物(日本特开平6-207169号公报)、菲咯啉衍生物(日本特开平5-331459号公报)、2-叔丁基-9,10-N,N’-二氰基蒽醌二亚胺、n型氢化非晶碳化硅、n型硫化锌、n型硒化锌等。
电子传输层7的膜厚通常下限为1nm,优选为5nm左右,上限通常为300nm,优选为100nm左右。
电子传输层7可以与空穴注入层3同样地通过湿式成膜法、或者真空蒸镀法形成,但通常采用真空蒸镀法。
[8]电子注入层
电子注入层8发挥高效地将从阴极9注入的电子向发光层5注入的作用。高效地进行电子注入时,形成电子注入层8的材料优选是功函数低的金属,使用钠、铯等碱金属,钡、钙等碱土金属。电子注入层8的膜厚通常优选为0.1~5nm。
另外,在阴极9与电子传输层7的界面插入LiF、MgF2、Li2O、Cs2CO3等的极薄绝缘膜(0.1~5nm)也是使元件效率提高的有效方法(参照Appl.Phys.Lett.,70卷,152页,1997年;日本特开平10-74586号公报;IEEE Trans.Electron.Devices,44卷,1245页,1997年;SID04Digest,154页)。
进而,通过在以红菲绕啉等含氮杂环化合物、8-羟基喹啉的铝配合物等金属配合物为代表的有机电子传输化合物中掺杂钠、钾、铯、锂、铷等碱金属(在日本特开平10-270171号公报,日本特开2002-100478 号公报,日本特开2002-100482号公报等中记载),电子注入·传输性提高,可以兼备优异的膜质,因而优选。此时的膜厚通常为5nm以上,优选10nm以上,通常为200nm以下,优选100nm以下。
电子注入层8可以与发光层5同样地通过湿式成膜法、或者真空蒸镀法形成。采用真空蒸镀法时,在设置于真空容器内的坩埚或金属船中放入蒸镀源,用适当的真空泵将真空容器内排气到10-4Pa左右后,加热坩埚或金属船使其蒸发,在与坩埚或者金属船相对放置的基板上形成电子注入层。
碱金属的蒸镀采用在镍铬合金中填充有铬酸碱金属和还原剂的碱金属分配器进行。通过在真空容器内对该分配器进行加热,从而铬酸碱金属被还原而蒸发出碱金属。将有机电子传输材料与碱金属共蒸镀时,将有机电子传输材料放入设置于真空容器内的坩埚中,用适当的真空泵将真空容器内排气到10-4Pa左右后,同时加热各自的坩埚和分配器使其蒸发,在与坩埚和分配器相对放置的基板上形成电子注入层。
此时,在电子注入层8的膜厚方向均匀地共蒸镀,但在膜厚方向可以存在浓度分布。
[9]阴极
阴极9发挥向发光层侧的层(电子注入层8或者发光层5等)中注入电子的作用。作为阴极9使用的材料,也可以使用在上述阳极2中使用的材料,在高效地进行电子注入时,优选功函数低的金属,使用锡、镁、铟、钙、铝、银等适当的金属或者它们的合金。作为具体例,可以举出镁-银合金、镁-铟合金、铝-锂合金等低功函数合金电极。
阴极9的膜厚通常与阳极2相同。出于保护由低功函数金属形成的阴极的目的,在其上面进一步层叠功函数高而对大气稳定的金属层,这会使元件的稳定性增加。为了这个目的,使用铝、银、铜、镍、铬、金、铂等金属。
[10]其它构成层
以上,以图1所示的层构成的元件为中心进行了说明,但只要不损害其性能,在本发明的有机场致发光元件中的阳极2和阴极9与发光层5之间,除上述说明的层以外,还可以具有任意的层,另外,也可以省略除发光层5以外的任意层。
出于与空穴阻挡层8同样的目的,在空穴传输层4与发光层5之间设置电子阻挡层也是有效的。电子阻挡层阻挡从发光层5迁移过来的电子达到空穴注入层4,由此具有如下作用:增加在发光层5内与空穴的复合概率,将产生的激发子关入发光层5内的作用,和高效地将从空穴传输层4注入的空穴向发光层5方向传输的作用。
作为电子阻挡层所要求的特性,可以举出空穴传输性高、能隙(HOMO、LUMO的差)大、激发三重态能级(T1)高。另外,采用湿式成膜法形成发光层5时,电子阻挡层也可以采用湿式成膜法形成,由于易于制造元件,因而优选。
为此,电子阻挡层也优选具有湿式成膜适合性,作为在这种电子阻挡层中使用的材料,可以举出以F8-TFB为代表的二辛基芴与三苯基胺的共聚物(国际公开第2004/084260号)等。
应予说明,也可以是与图1相反的结构,即,在基板1上依次层叠阴极9、电子注入层8、电子传输层7、空穴阻挡层6、发光层5、空穴传输层4、空穴注入层3、阳极2,也可以至少一方在透明性高的2块基板之间设置本发明的有机场致发光元件。
另外,也可以形成重叠有多段图1所示的层构成的结构(层叠有多个发光单元的结构)。此时,如果使用例如V2O5等作为电荷发生层来代替段间(发光单元间)的界面层(阳极为ITO,阴极为Al时为这2层),则段间的位垒变少,从发光效率·驱动电压的观点考虑,更优选。
本发明的有机场致发光元件可以应用于单一的元件、由配置成阵列状的结构构成的元件、以X-Y矩阵状配置有阳极和阴极的结构中的任一形式。
[显示装置和照明装置]
本发明的显示装置和照明装置是采用如上所述的本发明的有机场致发光元件的装置。对于本发明的显示装置和照明装置的形式、结构没有特别限制,能够采用本发明的有机场致发光元件按照常法组装。
例如,能够采用在“有机EL显示器”(OHM公司,平成16年8月20日发行,时任静士,安达千波矢,村田英幸著)中记载的方法来形成本发明的显示装置和照明装置。
实施例
以下,示出实施例对本发明进一步进行具体说明。但是,本发明不限定于以下实施例,本发明只要不脱离其主旨就可进行任意变更地实施。
[本发明的有机化合物的合成]
<化合物(C-1)的合成例>
(中间体2的合成)
将中间体1(21.0g,67.9mmol)的干燥四氢呋喃(THF)(210mL)溶液冷却到-78℃后,滴加正丁基锂的己烷溶液(1.6M,42mL),搅拌1小时获得锂试剂。在氰尿酰氯(25.0g,136mmol)的干燥THF(250mL)溶液中滴加事先制备好的锂试剂,搅拌3小时。将反应溶液倒入冰水(300mL)中,利用1N盐酸使pH<4,用二氯甲烷(100mL)提取2次。用饱和氯化钠水溶液(100mL)清洗有机层2次,用硫酸镁干燥后,减压下蒸馏除去溶剂。用己烷/二氯甲烷=3/1的展开溶剂采用硅胶色谱法对残渣进行处理,获得中间体2(12.5g,49%)。应予说明,中间体1参考日本特开2010-206191号公报中记载的方法来合成。
(中间体4的合成)
以回流的方式向Mg片缓慢地滴加中间体3(21.0g,65.2mmol)的干燥THF(45mL)溶液,于60℃下搅拌1小时获得格氏试剂。在中间体2(11.9g,32.0mmol)的干燥THF(120mL)溶液中滴加事先制备好的格氏试剂,于45℃下搅拌6小时。将反应溶液倒入冰水(200mL)中,用二氯甲烷(400mL)提取。用饱和氯化钠水溶液(100mL)清洗有机层2次,用硫酸镁干燥后,减压下蒸馏除去溶剂。用己烷/二氯甲烷=2/1的展开溶剂采用硅胶色谱法对残渣进行处理,获得中间体4(13.4g,73%)。应予说明,中间体3参考日本特开2010-206191号公报中记载的方法来合成。
(本发明化合物(C-1)的合成)
在中间体4(2.00g,3.41mmol)和中间体5(1.11g,4.47mmol)中加入进行了氮鼓泡的甲苯/乙醇混合溶液(2:1,30mL),进而依次加入Pd(PPh3)4(200mg,0.172mmol)、进行了氮鼓泡的磷酸钾水溶液(2.0M,5mL)后,边使其加热回流,边进行搅拌4小时。恢复到室温后,加入蒸馏水,用甲苯进行提取。用饱和氯化钠水溶液清洗有机层,用硫酸镁干燥后,减压下蒸馏除去溶剂。用己烷/二氯甲烷=2/1的展开溶剂采用硅胶色谱法对残渣进行处理,获得化合物(C-1)(1.71g,67%)。将1H NMR的测定结果示于以下。另外通过差示扫描量热分析(DSC分析),确定化合物(C-1)的玻璃化转变温度为113℃。应予说明,中间体5参考国际公开第2011/024922号中记载的方法来合成。
1H NMR:δ[ppm]8.99(m、1H)、8.90-8.80(m、5H)、8.18(d、2H)、7.95-7.91(m、3H)、7.87(m、1H)、7.81-7.30(m、5H)、7.77-7.36(m、24H).
<本发明化合物(C-2)的合成例>
在中间体4(2.60g,4.44mmol)和中间体6(2.02g,5.77mmol)中加入进行了氮鼓泡的甲苯/乙醇混合溶液(2∶1,45mL),进而依次加入Pd(PPh3)4(260mg,0.225mmol)、进行了氮鼓泡的磷酸钾水溶液(2.0M,7mL)后,边使其加热回流,边进行搅拌4小时。恢复到室温后,加入蒸馏水,用甲苯进行提取。用饱和氯化钠水溶液清洗有机层,用硫酸镁干燥后,减压下蒸馏除去溶剂。用己烷/二氯甲烷=3/1~7/3的展开溶剂采用硅胶色谱法对残渣进行处理,获得化合物(C-2)(2.59g,68%)。将1H NMR的测定结果示于以下。另外通过差示扫描量热分析(DSC分析),确定化合物(C-2)的玻璃化转变温度为110℃。
1H NMR:δ[ppm]9.02(m、1H)、8.95-8.91(m、1H)、8.89-8.85(m、4H)、8.21(d、2H)、7.96(t、1H)、7.90(t、1H)、7.88-7.83(m、7H)、7.70-7.32(m、25H).
<本发明化合物(C-3)的合成例>
在中间体4(2.00g,3.41mmol)和中间体7(1.22g,4.44mmol)中加入进行了氮鼓泡的甲苯/乙醇混合溶液(2∶1,30mL),进而依次加入Pd(PPh3)4(198mg,0.171mmol),进行了氮鼓泡的磷酸钾水溶液(2.0M,5mL)后,边使其加热回流,边进行搅拌4小时。恢复到室温后,加入蒸馏水,用甲苯进行提取。用饱和氯化钠水溶液清洗有机层,用硫酸镁干燥后,减压下蒸馏除去溶剂。用己烷/二氯甲烷=2/1的展开溶剂采用硅胶色谱法对残渣进行处理,获得化合物(C-3)(1.41g,53%)。将1H NMR的测定结果示于以下。另外通过差示扫描量热分析(DSC分析),确定化合物(C-3)的玻璃化转变温度为103℃。
1H NMR:δ[ppm]8.49-8.44(m、4H)、8.34(t、1H)、8.19(d、2H)、7.84(t、1H)、7.71-7.19(m、28H)、7.08-7.05(m、1H)、6.99(t、1H).
<本发明化合物(C-4)的合成例>
(中间体9的合成)
以回流的方式向Mg片缓慢地滴加中间体8(12.7g,54.5mmol)的干燥THF(170mL)溶液,在80℃油浴中搅拌1小时而获得格氏试剂。在氰尿酰氯(21.6g,117mmol)的干燥THF(170mL)溶液中滴加事先制备好的格氏试剂,于50℃下搅拌6小时。将反应溶液倒入冰水中,用二氯甲烷提取。用饱和氯化钠水溶液清洗有机层2次,用硫酸镁干燥后,减压下蒸馏除去溶剂。用己烷/二氯甲烷=4/1~3/1的展开溶剂采用硅胶色谱法对残渣进行处理,进而用甲醇进行悬洗,由此获得中间体9(8.98g,55%)。应予说明,中间体8从东京化成工业株式会社购入(商品代码B2001,3-溴联苯)。
(中间体11的合成)
以回流的方式向Mg片缓慢地滴加中间体10(10.1g,32.7mmol)的干燥THF(80mL)溶液,于80℃油浴中搅拌1小时而获得格氏试剂。在中间体9(8.98g,29.7mmol)的干燥THF(80mL)溶液中滴加事先制备好的格氏试剂,于50℃下搅拌4小时。将反应溶液倒入冰水中,用二氯甲烷提取。用饱和氯化钠水溶液清洗有机层2次,用硫酸镁干燥后,减压下蒸馏除去溶剂。用己烷/二氯甲烷=3/1~2/1的展开溶剂采用硅胶色谱法对残渣进行处理,进而用甲醇进行悬洗,由此获得中间体11(6.72g,46%)。应予说明,中间体10参考日本特开2010-206191号公报中记载的方法来合成。
(本发明化合物(C-4)的合成例)
在中间体11(2.86g,5.77mmol)和中间体12(3.24g,7.50mmol)中加入进行了氮鼓泡的甲苯/乙醇混合溶液(2∶1,56mL),进而依次加入Pd(PPh3)4(333mg,0.288mmol)、进行了氮鼓泡的磷酸钾水溶液(2.0M,9mL)后,边使其加热回流,边进行3小时搅拌。恢复到室温后,加入蒸馏水,用甲苯进行提取。用饱和氯化钠水溶液清洗有机层,用硫酸镁干燥后,减压下蒸馏除去溶剂。用己烷/二氯甲烷=3/1~7/3的展开溶剂采用硅胶色谱法对残渣进行处理,用乙酸乙酯/乙醇溶液进行悬浊清洗,获得化合物(C-4)(2.14g,48%)。将1H NMR的测定结果示于以下。另外通过差示扫描量热分析(DSC分析),确定化合物(C-4)的玻璃化转变温度为79℃。
1H NMR:δ[ppm]9.06(m、1H)、9.03(m、1H)、8.89(d、2H)、8.82-8.78(m、2H)、7.97-7.95(m、2H)、7.91-7.83(m、5H)、7.77-7.36(m、26H).
<本发明化合物(C-5)的合成例>
在中间体2(13.3g,35.1mmol)和中间体12(36.4g,84.3mmol)中依次加入四氢呋喃(525mL)、碳酸钾水溶液(2.0M,105mL)后,进行氮鼓泡。进而加入Pd(PPh3)4(4.06g,3.51mmol),50℃下进行搅拌5.5小时后,进行3小时加热回流。先恢复至室温,放置一晚后,再次升温,进行加热回流5.5小时。恢复到室温后,加入蒸馏水,用二氯甲烷进行提取。用饱和氯化钠水溶液清洗有机相,用硫酸镁干燥后,减压下蒸馏除去溶剂。采用硅胶色谱法对残渣进行处理,进而用二氯甲烷/甲醇进行再沉淀操作,获得化合物(C-5)(15.9g,49%)。将1HNMR的测定结果示于以下。另外通过差示扫描量热分析(DSC分析),确定化合物(C-5)的玻璃化转变温度为93℃。
1H NMR:δ[ppm]8.92-8.89(m、6H)、7.98(t、2H)、7.93-7.87(m、9H)、7.74-7.55(m、21H)、7.51-7.45(m、6H)、7.42-7.36(m、3H).
<本发明化合物(C-6)的合成例>
在中间体11(2.23g,4.50mmol)和中间体13(3.16g,5.00mmol)中依次加入甲苯/乙醇混合溶液(2∶1,36mL)、磷酸钾水溶液(2.0M,5.5mL)后,进行氮鼓泡。进一步加入Pd(PPh3)4(0.16g,0.14mmol),边进行加热回流,边进行搅拌4小时。恢复到室温后,滤出不溶物,用甲苯、蒸馏水、乙醇清洗滤出物。收集由这些操作产生的滤液以及洗液,减压下浓缩后,加入乙醇,滤出所生成的固体,用水、乙醇清洗滤出物。收集清洗完的固体,进行干燥,由此获得化合物(C-6)(2.0g,48%)。将1H NMR的测定结果示于以下。另外通过差示扫描量热分析(DSC分析),确定化合物(C-6)的玻璃化转变温度为92℃。
1H NMR:δ[ppm]9.10(t、1H)、9.08(t、1H)、9.04(t、1H)、8.83-8.78(m、3H)、8.01(t、1H)、7.95-7.34(m、40H).
<本发明化合物(C-7)的合成例>
(中间体15的合成)
将中间体14(23g,60mmol)的干燥四氢呋喃(THF)(100mL)溶液冷却到-75℃后,滴加正丁基锂的己烷溶液(1.65M,37mL)。于-75℃下搅拌5小时后,冷却到-90℃,获得锂试剂。在氰尿酰氯(5.0g,27mmol)的干燥THF(50mL)溶液中于-90℃~-70℃下滴加事先制备好的锂试剂,-70℃下搅拌2小时,进而在室温下放置12小时。将反应溶液倒入冰水中,用1N盐酸中和后,用二氯甲烷提取。用蒸馏水清洗有机层,用硫酸镁干燥后,减压下蒸馏除去溶剂。用二氯甲烷清洗残渣,获得中间体15(8.4g,43%)。应予说明,中间体14参考日本特开2010-206191号公报中记载的方法,通过使中间体10和对溴碘苯反应来合成。
(本发明化合物(C-7)的合成例)
在中间体15(7.5g,10mmol)和中间体16(2.25g,11.3mmol)中加入甲苯/乙醇混合溶液(2:1,318mL),进行氮鼓泡。在其中依次加入Pd(PPh3)4(0.36g,0.31mmol)、进行了氮鼓泡的磷酸钾水溶液(2.0M,13mL)后,边使其加热回流,边进行搅拌2.5小时。恢复到室温后,加入蒸馏水,分离有机相和水相。用饱和氯化钠水溶液清洗有机相,用硫酸镁干燥后,减压下蒸馏除去溶剂。采用硅胶色谱法对残渣进行处理,利用甲苯进行重结晶,获得化合物(C-7)(4.50g,52%)。将1H NMR的测定结果示于以下。另外通过差示扫描量热分析(DSC分析),确定化合物(C-7)的玻璃化转变温度为90℃。
1H NMR:δ[ppm]9.03(t、1H)、8.90(d、4H)、8.81-8.78(m、1H)、7.98(t、2H)、7.90-7.84(m、7H)、7.78-7.36(m、28H).
<本发明化合物(C-8)的合成例>
(中间体17的合成)
在4’-碘苯乙酮(20.6g,83.8mmol,东京化成工业制(商品代码I0305))和中间体16(19.9g,101mmol)中加入进行了氮鼓泡的甲苯/乙醇混合溶液(2∶1,450mL),在其中依次加入Pd(PPh3)4(1.94g,1.68mmol)、进行了氮鼓泡的磷酸钾水溶液(2.0M,105mL)后,边使其加热回流,边进行搅拌2小时。恢复到室温后,加入蒸馏水,用甲苯进行提取。用饱和氯化钠水溶液清洗有机层,用硫酸镁干燥后,减压下蒸馏除去溶剂。采用硅胶色谱法对残渣进行处理,获得中间体17(21.4g,94%)。
(中间体18的合成例)
将中间体17(20.0g,73.4mmol)、4-溴苯甲腈(28.1g,154mmol,东京化成工业株式会社制I(商品代码B1426))、三氟甲磺酸酐(15mL)的二氯甲烷(160mL)溶液搅拌19小时。在反应溶液中加入碳酸氢钠水溶液,中和后,加入二氯甲烷,将残渣抽滤,获得中间体18(2.9g,6%)。
(本发明化合物(C-8)的合成例)
在中间体18(618mg,1.00mmol)和中间体19(685mg,2.50mmol)中加入进行了氮鼓泡的甲苯/乙醇混合溶液(2:1,18mL),在其中依次加入Pd(PPh3)4(58mg,0.05mmol)、进行了氮鼓泡的磷酸钾水溶液(2.0M,3mL)后,边使其加热回流,边进行搅拌1.5小时。恢复到室温后,加入蒸馏水,用甲苯进行提取。用饱和氯化钠水溶液清洗有机层,用硫酸镁干燥后,减压下蒸馏除去溶剂。采用硅胶色谱法对残渣处理,获得化合物(C-8)(330mg,36%)。将1H NMR的测定结果示于以下。另外通过差示扫描量热分析(DSC分析),确定化合物(C-8)的玻璃化转变温度为95℃。
1H NMR:δ[ppm]8.86(d、2H)、8.43(dd、4H)、8.12(s、1H)、7.98-7.95(m、2H)、7.91-7.85(m、9H)、7.73-7.54(m、21H)、7.51-7.46(m、6H)、7.42-7.36(m、3H).
<本发明化合物(C-9)的合成例>
(中间体21的合成例)
对中间体20(11.6g,36.7mmol,Aldrich公司制(9H-Carbazol-2-yltrifluoromethanesulfonate)商品代码639206)、中间体8(9.42g,40.4mmol)的脱水二烷(150mL)溶液进行氮鼓泡后,依次加入CuI(1.40g,7.35mmol)、DMEDA(1.6mL,14.5mmol)、磷酸钾(31.2g,147mmol),进行加热回流7小时。恢复到室温后,用二氯甲烷进行提取。用蒸馏水清洗有机相,用硫酸镁干燥后,减压下蒸馏除去溶剂。采用硅胶色谱法对残渣进行处理,获得中间体21(11.6g,67%)。
(中间体22的合成)
对中间体21(11.6g,24.8mmol)、双(频哪醇合二硼)(7.54g,29.7mmol)的脱水DMSO(100mL)溶液于60℃下进行氮鼓泡后,依次加入PdCl2(dppf)CH2Cl2(606mg,0.743mmol)、醋酸钾(31.2g,147mmol),100℃下搅拌7.5小时。恢复到室温后,用二氯甲烷进行提取,用蒸馏水清洗有机相,用硫酸镁干燥后,减压下蒸馏除去溶剂。采用硅胶色谱法对残渣进行处理,获得中间体22(6.58g,60%)。
(中间体23的合成)
在中间体22(6.58g,14.8mmol)和3-溴碘苯(4.39g,15.5mmol)中加入进行了氮鼓泡的甲苯/乙醇混合溶液(2:1,112mL),在其中依次加入Pd(PPh3)4(510mg,0.44mmol)、进行了氮鼓泡的磷酸钾水溶液(2.0M,19mL)后,边使其加热回流,边进行搅拌4小时。恢复到室温后,加入蒸馏水,用甲苯进行提取。用蒸馏水清洗有机层,用硫酸镁干燥后,减压下蒸馏除去溶剂。采用硅胶色谱法对残渣进行处理,获得中间体23(6.59g,94%)。
(中间体24的合成)
对中间体23(6.59g,13.9mmol)、双(频哪醇合二硼)(3.88g,15.3mmol)的脱水DMSO(100mL)溶液进行氮鼓泡后,依次加入PdCl2(dppf)CH2Cl2(340mg,0.42mmol)、醋酸钾(6.82g,69.5mmol),100℃下搅拌5小时。恢复到室温后,加入蒸馏水,用二氯甲烷进行提取。用蒸馏水清洗有机相,用硫酸镁干燥后,减压下蒸馏除去溶剂。采用硅胶色谱法对残渣进行处理,获得中间体24(3.63g,50%)。
(中间体25的合成)
在中间体24(3.63g,6.96mmol)和4-溴碘苯(2.07g,7.31mmol)中加入进行了氮鼓泡的甲苯/乙醇混合溶液(2:1,54mL),在其中依次加入Pd(PPh3)4(241mg,0.21mmol)、进行了氮鼓泡的磷酸钾水溶液(2.0M,9mL)后,边使其加热回流,边进行搅拌2小时。进一步加入Pd(PPh3)4(500mg),边使其加热回流边进一步进行搅拌2小时。恢复到室温后,加入蒸馏水,用甲苯进行提取。用蒸馏水清洗有机层,用硫酸镁干燥后,减压下蒸馏除去溶剂。采用硅胶色谱法对残渣进行处理,获得中间体25(3.21g,84%)。
(中间体26的合成)
对中间体25(3.21g,5.83mmol)、双(频哪醇合二硼)(1.78g,7.00mmol)的脱水DMSO(50mL)溶液进行氮鼓泡后,依次加入PdCl2(dppf)CH2Cl2(143mg,0.17mmol)、醋酸钾(2.86g,29.3mmol),95℃下搅拌4小时。恢复到室温后,加入蒸馏水,用二氯甲烷进行提取。用蒸馏水清洗有机相,用硫酸镁干燥后,减压下蒸馏除去溶剂。采用硅胶色谱法对残渣进行处理,获得中间体26(1.29g,37%)。
(中间体27的合成)
依次加入2,4,6-三氯嘧啶(25.0g,136mmol,东京化成工业株式会社制(商品代码:T0417))、中间体6(25.4g,72.6mmol)、DME(500mL)、碳酸钠水溶液(2.0M,113mL)后,进行氮鼓泡15分钟。在其中依次加入Pd(OAc)2(0.49g,2.17mmol)、PPh3(1.14g,4.35mmol),将油浴的温度缓慢地加热到100℃,并将反应溶液加热回流7小时。恢复到室温后,加入蒸馏水,用二氯甲烷进行提取。用蒸馏水清洗有机相,用硫酸镁干燥后,减压下蒸馏除去溶剂。采用硅胶色谱法对残渣进行处理,获得中间体27(19.1g,58%)。
(中间体28的合成)
在加入了中间体27(0.98g,2.2mmol)、中间体26(1.29g,2.2mmol)的烧瓶中依次加入进行了氮鼓泡的DME(20mL)、Pd(OAc)2(24mg,0.11mmol)、PPh3(57mg,0.22mmol)、进行了氮鼓泡的磷酸钾水溶液(2.0M,4mL)后,100℃下加热回流6小时。恢复到室温后,加入蒸馏水,用二氯甲烷进行提取。用蒸馏水清洗有机相,用硫酸镁干燥后,减压下蒸馏除去溶剂。采用硅胶色谱法对残渣进行处理,获得中间体28(1.21g,63%)。
(本发明化合物(C-9)的合成例)
在中间体28(1.21g,1.36mmol)和苯基硼酸(0.23g,1.9mmol)中加入进行了氮鼓泡的DME(10mL),在其中依次加入Pd(PPh3)4(0.15g,0.13mmol)、进行了氮鼓泡的磷酸钾水溶液(2.0M,2mL)后,边使其加热回流,边进行搅拌3小时。恢复到室温后,加入蒸馏水,用二氯甲烷进行提取。用蒸馏水清洗有机相,用硫酸镁干燥后,减压下蒸馏除去溶剂。采用硅胶色谱法对残渣进行处理,获得化合物(C-9)(0.96g,76%)。将1H NMR的测定结果示于以下。另外通过差示扫描量热分析(DSC分析),确定化合物(C-9)的玻璃化转变温度为125℃。
1H NMR:δ[ppm]8.78-8.76(m、2H)、8.41(t、4H)、8.25(d、1H)、8.19(d、1H)、8.10(s、1H)、7.96-7.92(m、2H)、7.90-7.80(m、6H)、7.74-7.30(m、30H).
<本发明化合物(C-10)的合成例>
(中间体30的合成)
在加入了中间体27(12.0g,26.5mmol)、中间体29(8.07g,29.4mmol)的烧瓶中依次加入进行了氮鼓泡的DME(250mL)、Pd(OAc)2(198mg,0.88mmol)、PPh3(463mg,1.77mmol)、进行了氮鼓泡的碳酸钠水溶液(2.0M,46mL)后,100℃下加热回流6小时。恢复到室温后,减压下浓缩,用二氯甲烷对残渣进行提取。用蒸馏水清洗有机相,用硫酸镁干燥后,减压下蒸馏除去溶剂。采用硅胶色谱法对残渣进行处理,获得中间体28(8.15g,48%)。
(本发明化合物(C-10)的合成例)
在加入了中间体30(1.5g,2.3mmol)、中间体16(0.60g,3.0mmol)的烧瓶中依次加入进行了氮鼓泡的DME(20mL)、Pd(OAc)2(26mg,0.12mmol)、PPh3(61mg,0.23mmol)、进行了氮鼓泡的碳酸钠水溶液(2.0M,4mL)后,100℃下加热回流6小时。先恢复到室温后,依次加入Pd(PPh3)4(0.13g)、进行了氮鼓泡的磷酸钾水溶液(2.0M,4mL),进一步进行加热回流3.5小时。恢复到室温后,用二氯甲烷进行提取。用蒸馏水清洗有机相,用硫酸镁干燥后,减压下蒸馏除去溶剂。采用硅胶色谱法对残渣进行处理,获得化合物(C-10)(0.82g,45%)。将1H NMR的测定结果示于以下。另外通过差示扫描量热分析(DSC分析),确定化合物(C-10)的玻璃化转变温度为85℃。
1H NMR:δ[ppm]8.99(t、1H)、8.76-8.74(m、1H)、8.43(dd、4H)、8.13(s、1H)、7.95(t、1H)、7.91-7.85(m、6H)、7.78-7.75(m、3H)、7.71-7.46(m、20H)、7.42-7.37(m、3H).
<本发明化合物(C-11)的合成例>
在加入了中间体30(1.0g,1.5mmol)、中间体31(0.58g,2.0mmol)的烧瓶中依次加入进行了氮鼓泡的DME(20mL)、Pd(PPh3)4(89mg,0.077mmol)、进行了氮鼓泡的磷酸钾水溶液(2.0M,3mL),进行加热回流3小时。恢复到室温后,用二氯甲烷进行提取。用蒸馏水清洗有机相,用硫酸镁干燥后,减压下蒸馏除去溶剂。采用硅胶色谱法对残渣进行处理,获得化合物(C-11)(0.40g,31%)。将1H NMR的测定结果示于以下。另外通过差示扫描量热分析(DSC分析),确定化合物(C-11)的玻璃化转变温度为109℃。
1H NMR:δ[ppm]8.97(m、1H)、8.89-8.86(m、1H)、8.39(dd、4H)、8.19(d、2H)8.16(s、1H)、7.93(t、1H)、7.88-7.80(m、7H)、7.74-7.30(m、26H).
<比较化合物(C-12)的合成例>
比较化合物(C-12)采用国际公开第2006/62062号中所示的方法合成(该专利文献中记载了玻璃化转变温度为159℃)。
<比较化合物(C-13)的合成例>
在中间体4(21.5g,36.7mmol)和中间体31(11.4g,44.0mmol)中加入进行了氮鼓泡的甲苯/乙醇混合溶液(2∶1,297mL),进而依次加入Pd(PPh3)4(1.00g,0.865mmol)、进行了氮鼓泡的磷酸钾水溶液(2.0M,50mL)后,边使其加热回流,边进行搅拌6小时。恢复到室温后,进行抽滤,将滤出物溶解于二氯甲烷中,再次进行抽滤。对滤液于减压下蒸馏除去溶剂,用己烷/二氯甲烷=1/1~1∶2的展开溶剂采用硅胶色谱法对残渣进行处理,获得化合物(C-13)(18.6g,71%)。将1H NMR的测定结果示于以下。另外通过差示扫描量热分析(DSC分析),确定化合物(C-13的玻璃化转变温度为129℃。
1H NMR:δ[ppm]8.98(m、2H)、8.87-8.84(m、2H)、8.79(d、2H)、8.18(d、4H)、7.86(t、1H)、7.82-7.78(m、6H)、7.66-7.60(m、4H)、7.56-7.29(m、16H).
<比较化合物(C-14)的合成例>
(中间体33的合成)
以回流的方式向Mg片(578mg,23.8mmol)中缓慢地滴加中间体32(6.74g,21.8mmol)的干燥THF(60mL)溶液,并使其加热回流30分钟而获得格氏试剂。在中间体2(7.50g,19.8mmol)的干燥THF(40mL)溶液中滴加事先制备好的格氏试剂,于45℃~55℃搅拌3小时。将反应溶液倒入冰水中,用二氯甲烷提取。用饱和氯化钠水溶液清洗有机层,用硫酸镁干燥后,减压下蒸馏除去溶剂。用己烷/二氯甲烷=1/10悬浊清洗残渣,用乙醇悬浊清洗结晶,滤出结晶,由此获得中间体33(6.45g,57%)。应予说明,中间体32参考日本特开2010-206191号公报中记载的方法来合成。
(化合物(C-14)的合成)
在中间体33(571mg,0.998mmol)和中间体16(258mg,1.30mmol)中加入进行了氮鼓泡的甲苯/乙醇混合溶液(2∶1,15mL),进而依次加入Pd(PPh3)4(58.0mg,0.0502mmol)、进行了氮鼓泡的磷酸钾水溶液(2.0M,1.5mL)后,边使其加热回流,边进行搅拌3小时。恢复到室温后,加入蒸馏水,用甲苯进行提取。用蒸馏水清洗有机层,用硫酸镁干燥后,减压下蒸馏除去溶剂。用己烷/二氯甲烷=3/1~3/2的展开溶剂采用硅胶色谱法对残渣进行处理,获得化合物(C-14)(285mg,41%)。将1H NMR的测定结果示于以下。另外通过差示扫描量热分析(DSC分析),确定化合物(C-14)的玻璃化转变温度为73℃。
1H NMR:δ[ppm]9.07(t1H)、9.04(t、1H)、8.89(d、2H)、8.83-8.79(m、2H)、7.96-7.84(m、6H)、7.77-7.55(m、14H)、7.52-7.47(m、6H)、7.44-7.37(m、3H).
<比较化合物(C-15)的合成例>
在中间体4(1.50g,2.56mmol)和中间体16(0.66g,3.33mmol)中加入进行了氮鼓泡的甲苯/乙醇混合溶液(2∶1,24mL),进而依次加入Pd(PPh3)4(150mg,0.128mmol)、进行了氮鼓泡的磷酸钾水溶液(2.0M,4mL)后,边使其加热回流,边进行搅拌3小时。恢复到室温后,加入蒸馏水,用甲苯进行提取。用饱和氯化钠水溶液清洗有机层,用硫酸镁干燥后,减压下蒸馏除去溶剂。用己烷/二氯甲烷=7/3的展开溶剂采用硅胶色谱法对残渣进行处理,获得化合物(C-15)(1.20g,67%)。将1H NMR的测定结果示于以下。另外通过差示扫描量热分析(DSC分析),确定化合物(C-15)的玻璃化转变温度为94℃。
1H NMR:δ[ppm]9.02(m、1H)、9.00(m、1H)、8.92-8.89(m、1H)、8.85(d、2H)、8.77-8.74(m、1H)、8.20(d、2H)、7.90(t、1H)、7.86-7.83(m、5H)、7.74-7.72(m、2H)、7.68-7.62(m、5H)、7.58-7.32(m、13H).
<比较化合物(C-16)的合成>
(中间体35的合成)
依次加入2,4,6-三氯嘧啶(4.58g,25.0mmol)、中间体34(17.8g,40.0mmol)、DME(125mL)、碳酸钠水溶液(2.0M,70mL)后,进行氮鼓泡15分钟。在其中依次加入Pd(OAc)2(56mg,0.25mmol)、PPh3 (196mg,0.75mmol),加热回流1小时15分钟。添加Pd(PPh3)4(50mg),进一步使其反应1小时20分钟后,追加芳基硼酸频哪醇酯体(4.0g),进一步进行加热回流2小时。恢复到室温后,进行抽滤,滤出沉淀物,采用硅胶色谱法对残渣进行处理,获得无色固体7.3g。通过NMR确认,结果为仅1个(咔唑基苯基)苯基进行了反应的化合物(收率63%)。为了获得中间体35,进一步实施以下操作。依次加入该固体(3.5g,9.27mmol)、中间体34(3.70g,10.2mmol)、DME(45mL)、碳酸钠水溶液(2.0M,20mL)后,50℃下进行10分钟氮鼓泡。在其中依次加入Pd(OAc)2(62mg,0.28mmol)、PPh3(146mg,0.56mmol),加热回流1.5小时。追加中间体34(1.80g),进一步进行加热回流1.5小时后,进一步追加中间体34(0.40g),进一步进行加热回流30分钟。恢复到室温后,进行抽滤,滤出沉淀物,以粗精制物的方式获得中间体35(9.33g)。
(化合物(C-16)的合成)
依次加入中间体35(3.00g,4.03mmol)、中间体16(0.96g,4.84mmol)、THF(40mL)、碳酸钠水溶液(2.0M,20mL)后,进行15分钟氮鼓泡。在其中依次加入Pd(OAc)2(45mg,0.20mmol)、PPh3(105mg,0.4mmol),加热回流3小时。恢复到室温后,加入蒸馏水,用二氯甲烷进行提取。用饱和氯化钠水溶液清洗有机层,用硫酸镁干燥后,减压下蒸馏除去溶剂。采用硅胶色谱法对残渣进行处理,获得化合物(C-16)(2.90g,83%)。将1H NMR的测定结果示于以下。另外通过差示扫描量热分析(DSC分析),确定化合物(C-16)的玻璃化转变温度为142℃。
1H NMR:δ[ppm]8.97(m、1H)、8.75-8.72(m、1H)、8.42(d、4H)、8.17(d、4H)、8.10(s、1H)、7.91-7.71(m、13H)、7.65-7.60(m、3H)、7.52-7.37(m、11H)、7.33-7.29(m、4H).
<比较化合物(C-17)的合成>
(中间体37的合成)
依次加入2,4,6-三氯嘧啶(8.00g,43.6mmol)、中间体36(4.32g,21.8mmol,东京化成工业株式会社制(4-联苯硼酸))、DME(109mL)、碳酸钠水溶液(2.0M,32mL)后,进行20分钟氮鼓泡。在其中依次加入Pd(OAc)2(245mg,1.09mmol)、PPh3(0.57g,2.18mmol),加热回流3.5小时。恢复到室温后,加入蒸馏水,用二氯甲烷进行提取。用饱和氯化钠水溶液清洗有机层,用硫酸镁干燥后,减压下蒸馏除去溶剂。采用硅胶色谱法对残渣进行处理,获得中间体37(4.8g,37%)。
(中间体38的合成)
依次加入中间体37(3.65g,12.1mmol)、中间体29(2.77g,10.1mmol)、DME(61mL)、碳酸钠水溶液(2.0M,15mL)后,进行30分钟氮鼓泡。在其中依次加入Pd(OAc)2(113mg,0.51mmol)、PPh3(0.27g,1.01mmol),加热回流7小时。恢复到室温后,加入蒸馏水,用二氯甲烷进行提取。用饱和氯化钠水溶液清洗有机层,用硫酸镁干燥后,减压下蒸馏除去溶剂。采用硅胶色谱法对残渣进行处理,获得中间体38(3.16g,63%)。
(化合物(C-17)的合成)
依次加入中间体38(3.16g,6.39mmol)、中间体31(2.20g,7.67mmol)、DME(32mL)、碳酸钠水溶液(2.0M,10mL)后,进行30分钟氮鼓泡。在其中依次加入Pd(OAc)2(72mg,0.32mmol)、PPh3(0.17g,0.64mmol),加热回流3小时。恢复到室温后,加入蒸馏水,用二氯甲烷进行提取。用饱和氯化钠水溶液清洗有机相,用硫酸镁干燥后,减压下蒸馏除去溶剂。采用硅胶色谱法对残渣进行处理,获得化合物(C-17)(4.1g,91%)。将1H NMR的测定结果示于以下。另外通过差示扫描量热分析(DSC分析),确定化合物(C-17)的玻璃化转变温度为108℃。
1H NMR:δ[ppm]8.96(t、1H)、8.88-8.86(m、1H)、8.39-8.36(m、4H)、8.19(d、2H)、8.14(s、1H)、7.87(t、1H)、7.83-7.61(m、12H)、7.57-7.30(m、13H).
[组合物的保存稳定性试验]
对于上述例示化合物所含的以下化合物,采用下述所示的方法溶解于有机溶剂中,制备组合物。应予说明,化合物(C-18)参考日本特开2006-188493号公报中公开的方法而获得。
<实施例1>
于5mL的样品管中量取5mg化合物(C-1),加入环己基苯为400mg后,用热板加热到60℃,使化合物(C-1)完全溶解,制成固体成分浓度为1.25重量%的组合物。制成的组合物放置于室温约15~20℃的暗处,测定直到固体析出的时间。固体的析出用10倍放大镜通过目视进行确认。将结果与化合物(C-1)的分子量、玻璃化转变温度一起总结于表1。
<实施例2~11>
在实施例1中分别将化合物(C-1)替换成化合物(C-2)~(C-11),除此之外,与实施例1同样地制备组合物,测定直到固体析出的时间。固体的析出用10倍放大镜通过目视进行确认。将结果与化合物(C-2)~(C-11)的分子量、玻璃化转变温度一起总结于表1。
<比较例1~6>
在实施例1中将化合物(C-1)替换成比较化合物(C-12)~(C-17),除此之外,与实施例1同样地尝试组合物的制备。其中,对于比较化合物(C-12)、(C-15)和(C-16),利用热板进行30分钟加热,但确认在样品管底部残留有固体成分,不能制备1.25重量%浓度的组合物。对于不能制备组合物的例子,采用与实施例1同样的方法测定直到固体析出的时间。固体的析出用10倍放大镜通过目视进行确认。将结果与化合物(C-12)~(C-17)的分子量、咔唑基的数目、玻璃化转变温度一起总结于表1。
应予说明,比较化合物(C-12)在分子中具有3个咔唑基,因而在本发明的范围外。比较化合物(C-13)的咔唑基的数目是2个,在本发明的范围外。对于比较化合物(C-14),相当于上述通式(1)中的A、B、C的取代基的一部分不满足上述通式(2-1)~(2-5),而且分子量低于750,因而在本发明的范围外。对于比较化合物(C-15),相当于上述通式(1)中的A、B、C的取代基的一部分不满足上述通式(2-1)~(2-5),而且分子量低于750,因而在本发明的范围外。比较化合物(C-16)的咔唑基的数目是2,因而在本发明的范围外。对于比较化合物(C-17),相当于上述通式(1)中的A、B、C的取代基的一部分不满足上述通式(2-1)~(2-5),在本发明的范围外。
<参考例1>
在实施例1中将化合物(C-1)替换成化合物(C-18),除此之外,与实施例1同样地制备组合物,测定直到固体析出的时间。固体的析出用10倍放大镜通过目视进行确认。将结果与化合物(C-18)的分子量、咔唑基的数目、玻璃化转变温度一起总结于表1。应予说明,化合物(C-18)是吡啶骨架的化合物,因而在本发明的范围外,但为了进行1,3,5-三嗪骨架的溶解性高低的比较而作为参考示出。
[表1]
由表1清楚可知,本发明的化合物在有机溶剂中的溶解性高,其组合物的保存稳定性也高。另外,通过将比较例2与参考例1进行比较,可知1,3,5-三嗪骨架自身的溶解性低。
[有机场致发光元件的制作]
<实施例12>
按以下步骤制作图1所示的有机场致发光元件。
在玻璃基板1上,采用通常的光刻技术和盐酸蚀刻将以70nm的厚度堆积有铟-锡氧化物(ITO)透明导电膜的制品(Geomatec公司制,溅射成膜品)形成2mm宽的条纹图案而形成阳极2。按利用表面活性剂水溶液的超音波清洗、利用超纯水的水洗、利用超纯水的超音波清洗、利用超纯水的水洗的顺序清洗形成有图案的ITO基板后,通过使其与压缩空气接触而干燥后,进行紫外线臭氧清洗。
接着,制备含有以下的结构式(HIT-1)所示的芳基胺聚合物、结构式(A-1)所示的4-异丙基-4’-甲基二苯基碘四(五氟苯基)硼酸盐和苯甲酸乙酯的空穴注入传输层形成用涂布液。将该涂布液用下述条件采用旋涂法在阳极上成膜,形成膜厚30nm的空穴注入传输层3。
<空穴注入传输层形成用涂布液>
溶剂 苯甲酸乙酯
涂布液浓度 HIT-1:2.0重量%
A-1:0.4重量%
<空穴注入传输层3的成膜条件>
旋转器旋转时间 30秒
旋涂气氛 大气中
加热条件 大气中,230℃,1小时
接着,制备含有以下结构式(HIT-2)所示的结构式的化合物的空穴注入传输层形成用涂布液,将其用以下条件采用旋涂法在空穴注入传输层3上成膜,通过加热而使其聚合,形成膜厚15nm的空穴注入传输层4。
<空穴注入传输层形成用涂布液>
溶剂 环己基苯
涂布液浓度 HIT-2:1.0重量%
<空穴注入传输层4的成膜条件>
旋转器旋转时间 120秒
旋涂气氛 干燥氮中
加热条件 230℃,1小时,氮中
接着,制备含有上述化合物(C-1)以及以下所示的化合物(H-1)和(D-1)的发光层形成用涂布液,用以下条件采用旋涂法将其成膜,通过加热将膜厚48nm的发光层5形成在空穴注入传输层4上。应予说明,化合物(H-1)和(D-1)分别采用日本特开2010-206191号公报、日本特开2010-202644号公报中公开的方法制备。
<发光层形成用涂布液>
溶剂 环己基苯
涂布液浓度 C-1:1.2重量%
H-1:3.6重量%
D-1:0.48重量%
<发光层5的成膜条件>
旋转器旋转时间 120秒
加热条件 120℃,20分钟
将成膜到该发光层5为止的基板转移到真空蒸镀装置内,排气到装置内的真空度为2.0×10-4Pa以下后,采用真空蒸镀法使以下的结构式(HB-1)所示的化合物以的蒸镀速度层叠在发光层5上,获得膜厚10nm的空穴阻挡层6。
进一步采用真空蒸镀法使以下所示的结构的有机化合物(E-1)以的蒸镀速度层叠在空穴阻挡层6上,获得膜厚20nm的电子传输层7。
在此,将进行蒸镀到该电子传输层7为止的基板在真空下搬送到与进行了空穴阻挡层6和电子传输层7的蒸镀的腔连接的其它腔中,使2mm宽的条纹状阴影掩模以与阳极2的ITO条纹正交的方式密合在电子传输层7上作为阴极蒸镀用的掩模。
作为电子注入层8,首先用钼舟以/秒的蒸镀速度、0.5nm的膜厚在电子传输层7上形成氟化锂(LiF)。接着,作为阴极9,同样地利用钼舟对铝进行加热,以/秒的蒸镀速度形成膜厚80nm的铝层。
接着,为了防止元件在保管中因大气中的水分等而劣化,采用以下方法进行密封处理。于氮手套箱中在23mm×23mm大小的玻璃板的外周部以1mm的宽度涂布光固化性树脂(Three bond公司制30Y-437),在中央部设置水分靶片材(Dynic公司制)。以蒸镀面与干燥剂片材相对的方式使形成到阴极为止的基板贴合在其上面。其后,仅对涂布有光固化性树脂的区域照射紫外光,使树脂固化。
像以上这样进行,获得具有2mm×2mm大小的发光面积部分的有机场致发光元件。将该元件的特性示于以下表2。
<实施例13~15>
分别用化合物(C-2)、(C-4)、(C-5)来代替化合物(C-1)作为发光层5,除此之外,与实施例12同样进行,制作有机场致发光元件。将得到的元件特性示于以下表2。
<比较例7>
用化合物(H-2)来代替化合物(C-1)作为发光层5,除此之外,与实施例12同样进行,制作有机场致发光元件。将得到的元件特性示于以下表2。应予说明,化合物(H-2)是吡啶骨架,因此在本发明的范围外。
[表2]
[驱动寿命测定]
驱动寿命的测定方法通过如下方式进行,即,通过光电二极管对制成的有机EL元件通电试验时直流恒定电流(20mA/cm2)的电流,观察此时的辉度变化,求出辉度值变为试验开始时的80%的时间。此时,记载以比较例2的驱动寿命为1时的相对驱动寿命。
由表2清楚可知,与比较例7相比较实施例12~15全部元件的驱动寿命提高。另外,如表1所示,使用本发明的化合物的组合物保存稳定性高,因此可以说本发明的化合物、以及含有该化合物的组合物对于高效地制作利用涂布工艺的有机场致发光元件是非常有用的。
<实施例16>
分别用化合物(C-4)、(H-3)、(D-2)来代替化合物(C-1)、(H-1)、(D-1)作为发光层5,除此之外,与实施例12同样地进行制作有机场致发光元件。将得到的元件特性示于以下表3。应予说明,化合物(H-3)采用日本特开2011-26237号公报中所示的方法合成,化合物(D-2)采用以下所示的方法合成。
<化合物D-2的合成>
(中间体39的合成)
在3-溴苯基硼酸(25.0g,124mmol)、1-氯喹啉(20.3g,124mmol),甲苯(250mL)的混合物中加入碳酸钠(43.5g,411mmol),边进行搅拌边进行30分钟氮鼓泡。在其中加入Pd(PPh3)4(4.31g,3.73mmol),于130℃下搅拌3.5小时。通过TLC确认原料消失后,用甲苯提取2次,用饱和食盐水清洗有机层,减压下浓缩。采用硅胶色谱法对残渣进行处理,获得中间体39(28.4g,收率80%)。
(中间体40的合成)
氮气流下、于-75℃在4-溴己基苯(50.0g,207mmol)的干燥THF(300mL)溶液中滴加正丁基锂的正己烷溶液(1.67M,131mL,218mmol)并搅拌。2小时后,滴加三甲氧基硼烷(64.6g,622mmol),进一步搅拌2小时。其后,滴加1N的稀盐酸(300mL),搅拌30分钟。用乙酸乙酯提取,用饱和食盐水清洗有机层,用硫酸钠干燥后,减压下进行浓缩,以无色固体的方式获得中间体40(42.5g,收率99%)。
(中间体41的合成)
氮气流下加入中间体39(13.5g,47.5mmol)、中间体40(10.8g,52.8mmol)的甲苯/乙醇混合溶液(2:1,360mL)、水(120mL)、磷酸钾(33.5g,158mmol),边进行搅拌边进行30分钟氮鼓泡。在其中加入Pd(PPh3)4(2.5g,2.18mmol),于130℃下搅拌3.5小时。用TLC确认原料消失后,用甲苯提取2次,用饱和食盐水清洗有机层1次,进行减压浓缩。利用硅胶色谱法精制,获得中间体41(17.2g,收率98%)。
(中间体42的合成)
氮气流下在中间体41(13.5g,36.9mmol)、IrCl3-n水和物(6.85g,18.5mmol)中加入2-乙氧基乙醇(200mL)、水(66mL),于135℃下搅拌10小时。其后,用二氯甲烷提取,用饱和食盐水清洗有机层,用硫酸钠干燥后,进行减压浓缩,以红色固体的方式获得中间体42(11.9g,收率66%)。
(中间体43的合成)
氮气流下依次加入中间体42(11.9g,6.22mmol)、乙酰基乙酸ア钠(3.80g,31.0mmol)、2-乙氧基乙醇(100mL),于135℃下搅拌9小时。其后,用二氯甲烷提取,用饱和食盐水清洗有机相,用硫酸钠干燥后,进行减压浓缩。将残渣溶解在二氯甲烷中,采用碱性硅胶色谱法进行处理,获得为红色固体的中间体43(7.75g,收率61%)。
(化合物(D-2)的合成)
氮气流下在中间体43(7.00g,3.56mmol)、中间体41(13.6g,37.2mmol)中加入甘油(230mL),于190℃下搅拌17小时。其后,用二氯甲烷提取,用饱和食盐水清洗有机层,用硫酸钠干燥后,进行减压浓缩。使残渣溶解于二氯甲烷中,进行2次碱性硅胶色谱法。使残渣溶解在甲苯中,用甲醇进行悬浊清洗,通过抽滤滤出沉淀物。以红色固体的方式获得化合物(D-2)(2.93g,收率69%)。将1H NMR测定结果示于以下。
1H NMR:δ[ppm]8.18(d、3H)、8.09(d、3H)、8.07(d、3H)、7.97(s、3H)7.67(d、3H)、7.47(d、6H)、7.20(t、3H)、7.16(d、6H)、6.96(d、3H)、6.72(t、3H)、6.61(d、3H)、2.59(t、6H)、1.30(m、24H)、0.89(t、9H).
<实施例17~20>
分别用化合物(C-8)、(C-9)、(C-10)、(C-11)来代替化合物(C-4)作为发光层5,除此之外,与实施例16同样进行,制作有机场致发光元件。将得到的元件的特性示于以下表3。
<比较例8>
用化合物(H-4)来代替化合物(C-4)作为发光层5,除此之外,与实施例16同样地进行,制作有机场致发光元件。将得到的元件的特性示于以下表3。应予说明,化合物(H-4)在分子中具有2个咔唑基,因而在本发明的范围外。
[表3]
〈驱动寿命测定〉
驱动寿命的测定方法通过如下方式进行,即,通过光电二极管对制成的有机EL元件通电试验时直流恒定电流(30mA/cm2)的电流,观察此时的辉度变化,求出辉度值变为试验开始时的80%的时间。此时,记载以比较例1的驱动寿命为1时的相对驱动寿命。
由表3清楚可知,与比较例8相比较实施例16~20全部元件的驱动寿命提高。另外,如表1所示,使用本发明的化合物的组合物保存稳定性高,因此可以说本发明的化合物,以及含有该化合物的组合物对于高效地制作利用涂布工艺的有机场致发光元件是非常有用的。
参照特定的实施方式对本发明进行了详细说明,但对于本领域技术人员来说可以不脱离本发明的精神和范围地加入各种变更、修正是清楚的。
本申请基于2011年4月7日申请的日本专利申请(日本特愿2011-085501号),将其内容作为参照援引于此。
产业上的可利用性
本发明能够适合用于以有机场致发光元件为代表的有机器件用的材料,以及适合用于使用有机场致发光元件的各种领域,例如平板显示器(例如计算机办公自动化用、壁挂电视)、利用作为面发光体的特征的光源(例如复印机的光源、液晶显示器、计量仪器类的背光光源)、显示板、标识灯、照明装置等领域。
符号说明
1 基板
2 阳极
3 空穴注入层
4 空穴传输层
5 发光层
6 空穴阻挡层
7 电子传输层
8 电子注入层
9 阴极

Claims (10)

1.一种有机化合物,其特征在于,由下述通式(1)表示,分子量为750~2000,且分子中存在的咔唑基的数目为1或者0,
所述通式(1)中,A、B以及C各自独立地选自下述通式(2-1)~(2-5)表示的取代基中的任一个,
-Ar1-X1 ···(2-1)
-Ar2-Ar3-X2 ···(2-2)
-Ar4-Ar5-Ar6-X3 ···(2-3)
-Ar7-Ar8-Ar9-Ar10-X4 ···(2-4)
-Ar11-Ar12-Ar13-Ar14-Ar15-X5 ···(2-5)
所述通式(2-1)~(2-5)中,Ar1表示具有或不具有取代基的1,2-亚苯基或者1,3-亚苯基,Ar2~Ar15各自独立地表示具有或不具有取代基的1,2-亚苯基、1,3-亚苯基或者1,4-亚苯基,
X1表示具有或不具有取代基的碳原子数为10以上的芳香族烃基、或者具有或不具有取代基的咔唑基,X2~X5各自独立地表示具有或不具有取代基的芳香族烃基、具有或不具有取代基的咔唑基、具有或不具有取代基的二苯并呋喃基、或者具有或不具有取代基的二苯并噻吩基,
其中,A、B以及C中均含有1,2-亚苯基和1,3-亚苯基中的至少1个,A、B以及C不同时表示相同的基团,
D表示CH或者氮原子。
2.根据权利要求1所述的有机化合物,其中,所述通式(2-2)~(2-5)中,Ar2~Ar15表示的取代基各自独立地是1,3-亚苯基或者1,4-亚苯基。
3.根据权利要求1或2所述的有机化合物,其中,所述通式(2-1)~(2-5)中,Ar1、Ar3、Ar6、Ar10、以及Ar15表示的取代基是1,3-亚苯基。
4.根据权利要求1~3中任一项所述的有机化合物,其中,所述通式(1)中,A、B以及C是互不相同的取代基。
5.一种电荷传输材料,含有权利要求1~4中任一项所述的有机化合物。
6.一种组合物,含有权利要求1~4中任一项所述的有机化合物和溶剂。
7.一种有机场致发光元件,具有阳极、阴极、以及在该阳极与阴极之间的至少1层有机层,该有机层中的至少1层是采用权利要求6所述的组合物而形成的层。
8.根据权利要求7所述的有机场致发光元件,采用权利要求6所述的组合物而形成的层是发光层。
9.一种显示装置,具有权利要求7或8所述的有机场致发光元件。
10.一种照明装置,具有权利要求7或8所述的有机场致发光元件。
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