JP2014074073A - 新規なチエノインドール誘導体及び該誘導体を用いた有機エレクトロルミネッセンス素子 - Google Patents

新規なチエノインドール誘導体及び該誘導体を用いた有機エレクトロルミネッセンス素子 Download PDF

Info

Publication number
JP2014074073A
JP2014074073A JP2014014611A JP2014014611A JP2014074073A JP 2014074073 A JP2014074073 A JP 2014074073A JP 2014014611 A JP2014014611 A JP 2014014611A JP 2014014611 A JP2014014611 A JP 2014014611A JP 2014074073 A JP2014074073 A JP 2014074073A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
group
thienoindole
derivative
carbon atoms
groups
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2014014611A
Other languages
English (en)
Inventor
Norimasa Yokoyama
紀昌 横山
Naoaki Kabasawa
直朗 樺澤
Shuichi Hayashi
秀一 林
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hodogaya Chemical Co Ltd
Original Assignee
Hodogaya Chemical Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hodogaya Chemical Co Ltd filed Critical Hodogaya Chemical Co Ltd
Priority to JP2014014611A priority Critical patent/JP2014074073A/ja
Publication of JP2014074073A publication Critical patent/JP2014074073A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07DHETEROCYCLIC COMPOUNDS
    • C07D495/00Heterocyclic compounds containing in the condensed system at least one hetero ring having sulfur atoms as the only ring hetero atoms
    • C07D495/02Heterocyclic compounds containing in the condensed system at least one hetero ring having sulfur atoms as the only ring hetero atoms in which the condensed system contains two hetero rings
    • C07D495/04Ortho-condensed systems
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09KMATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K11/00Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials
    • C09K11/06Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing organic luminescent materials
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10KORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K50/00Organic light-emitting devices
    • H10K50/10OLEDs or polymer light-emitting diodes [PLED]
    • H10K50/14Carrier transporting layers
    • H10K50/15Hole transporting layers
    • H10K50/155Hole transporting layers comprising dopants
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10KORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K50/00Organic light-emitting devices
    • H10K50/10OLEDs or polymer light-emitting diodes [PLED]
    • H10K50/18Carrier blocking layers
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10KORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K50/00Organic light-emitting devices
    • H10K50/10OLEDs or polymer light-emitting diodes [PLED]
    • H10K50/18Carrier blocking layers
    • H10K50/181Electron blocking layers
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10KORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K85/00Organic materials used in the body or electrodes of devices covered by this subclass
    • H10K85/60Organic compounds having low molecular weight
    • H10K85/631Amine compounds having at least two aryl rest on at least one amine-nitrogen atom, e.g. triphenylamine
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10KORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K85/00Organic materials used in the body or electrodes of devices covered by this subclass
    • H10K85/60Organic compounds having low molecular weight
    • H10K85/649Aromatic compounds comprising a hetero atom
    • H10K85/657Polycyclic condensed heteroaromatic hydrocarbons
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09KMATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K2211/00Chemical nature of organic luminescent or tenebrescent compounds
    • C09K2211/10Non-macromolecular compounds
    • C09K2211/1003Carbocyclic compounds
    • C09K2211/1007Non-condensed systems
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09KMATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K2211/00Chemical nature of organic luminescent or tenebrescent compounds
    • C09K2211/10Non-macromolecular compounds
    • C09K2211/1003Carbocyclic compounds
    • C09K2211/1011Condensed systems
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09KMATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K2211/00Chemical nature of organic luminescent or tenebrescent compounds
    • C09K2211/10Non-macromolecular compounds
    • C09K2211/1003Carbocyclic compounds
    • C09K2211/1014Carbocyclic compounds bridged by heteroatoms, e.g. N, P, Si or B
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09KMATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K2211/00Chemical nature of organic luminescent or tenebrescent compounds
    • C09K2211/10Non-macromolecular compounds
    • C09K2211/1018Heterocyclic compounds
    • C09K2211/1025Heterocyclic compounds characterised by ligands
    • C09K2211/1029Heterocyclic compounds characterised by ligands containing one nitrogen atom as the heteroatom
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09KMATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K2211/00Chemical nature of organic luminescent or tenebrescent compounds
    • C09K2211/10Non-macromolecular compounds
    • C09K2211/1018Heterocyclic compounds
    • C09K2211/1025Heterocyclic compounds characterised by ligands
    • C09K2211/1088Heterocyclic compounds characterised by ligands containing oxygen as the only heteroatom
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09KMATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K2211/00Chemical nature of organic luminescent or tenebrescent compounds
    • C09K2211/10Non-macromolecular compounds
    • C09K2211/1018Heterocyclic compounds
    • C09K2211/1025Heterocyclic compounds characterised by ligands
    • C09K2211/1092Heterocyclic compounds characterised by ligands containing sulfur as the only heteroatom

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Electroluminescent Light Sources (AREA)
  • Heterocyclic Carbon Compounds Containing A Hetero Ring Having Oxygen Or Sulfur (AREA)
  • Nitrogen And Oxygen Or Sulfur-Condensed Heterocyclic Ring Systems (AREA)

Abstract

【課題】(A)正孔の注入特性が良い、(B)正孔の移動度が大きい、(C)電子阻止能力に優れている、(D)薄膜状態が安定である及び(E)耐熱性に優れているという特性を有しており、有機EL素子に使用される正孔輸送物質として有用である新規化合物を提供する。
【解決手段】本発明によれば、下記一般式(1)で表されるチエノインドール誘導体が提供され、
【化1】
Figure 2014074073

一般式(1)中、Arは芳香族炭化水素基、X及びXの少なくとも一方は、芳香族第3級アミノ構造を有する基であり、他の基は水素原子であってよい。
【選択図】なし

Description

本発明は、各種の表示装置に好適な自発光素子である有機エレクトロルミネッセンス素子に適した新規化合物(チエノインドール誘導体)及び該化合物を含む有機層を備えた有機エレクトロルミネッセンス素子に関するものである。
有機エレクトロルミネッセンス素子(以下、有機EL素子と呼ぶことがある)は自己発光性素子であるため、液晶素子にくらべて明るく視認性に優れ、鮮明な表示が可能であるため、活発な研究がなされてきた。
1987年にイーストマン・コダック社のC.W.Tangらは各種の役割を各材料に分担した積層構造素子を開発することにより有機材料を用いた有機EL素子を実用的なものにした。この積層構造素子は、電子を輸送することのできる蛍光体と正孔を輸送することのできる芳香族アミン化合物とを積層することにより構成されるものであり、両方の電荷を蛍光体の層の中に注入して発光させることにより、10V以下の電圧で1000cd/m以上の高輝度が得られるというものである。
現在まで、有機EL素子の実用化のために多くの改良がなされている。例えば、各種の役割をさらに細分化して、基板上に順次に、陽極、正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電子輸送層、電子注入層、陰極を設けた電界発光素子によって高効率と耐久性が達成されている。
また、発光効率のさらなる向上を目的として三重項励起子の利用が試みられ、燐光発光体の利用が検討されている。
そして、熱活性化遅延蛍光(TADF)による発光を利用する素子も開発されている。2011年に九州大学の安達らは、熱活性化遅延蛍光材料を用いた素子によって5.3%の外部量子効率を実現させた(例えば、非特許文献1参照)。
発光層は、一般的にホスト材料と称される電荷輸送性の化合物に、蛍光体や燐光発光体をドープして作製することもできる。有機EL素子における有機材料の選択は、その素子の効率や耐久性など諸特性に大きな影響を与える。
有機EL素子においては、両電極から注入された電荷が発光層で再結合して発光が得られるが、正孔、電子の両電荷を如何に効率よく発光層に受け渡すかが重要である。例えば、正孔注入性を高め、陰極から注入された電子をブロックする電子阻止性を高めることによって、正孔と電子が再結合する確率を向上させ、さらには発光層内で生成した励起子を閉じ込めることによって、高発光効率を得ることができる。そのため、正孔輸送材料の果たす役割は重要であり、正孔注入性が高く、正孔の移動度が大きく、電子阻止性が高く、さらには電子に対する耐久性が高い正孔輸送材料が求められている。
また、素子の寿命に関しては材料の耐熱性やアモルファス性も重要である。耐熱性が低い材料では、素子駆動時に生じる熱により、低い温度でも熱分解が起こり、材料が劣化する。アモルファス性が低い材料では、短い時間でも薄膜の結晶化が起こり、素子が劣化してしまう。そのため使用する材料には耐熱性が高く、アモルファス性が良好な性質が求められる。
有機EL素子に用いられる正孔輸送材料としては、N,N’−ジフェニル−N,N’−ジ(α−ナフチル)ベンジジン(以後、NPDと略称する)や種々の芳香族アミン誘導体が知られている(例えば、特許文献1および特許文献2参照)。
NPDは、良好な正孔輸送能力を持っているが、耐熱性の指標となるガラス転移点(Tg)が96℃と低く、高温条件下では結晶化による素子特性の低下が起こってしまう(例えば非特許文献2参照)。
また、特許文献1や特許文献2に記載の芳香族アミン誘導体の中には、正孔の移動度が10−3cm/Vs以上と優れた移動度を有するものがあるが、電子阻止性が不十分であるため、電子の一部が発光層を通り抜けてしまい、発光効率の向上が期待できないなど、さらなる高効率化のため、より電子阻止性が高く、薄膜がより安定で耐熱性の高い材料が求められていた。
耐熱性や正孔注入性などの特性を改良した化合物として、特許文献3及び4では、下記の式で表される置換チエノインドール構造を有するアリールアミン化合物A及び置換カルバゾール構造を有するアリールアミン化合物Bが提案されている。
Figure 2014074073
Figure 2014074073
また、特許文献5では、下記の式で表される置換チエノインドール構造を有するアリールアミン化合物Cが開示され、その移動度及び安定性から有機トランジスタとして使用することが提案されている。
Figure 2014074073
しかしながら、化合物A及びBを正孔注入層または正孔輸送層に用いた素子では、発光効率などの改良はされているものの、未だ十分とはいえず、また、低電圧化や電流効率も十分とはいえず、さらなる高発光効率化を可能とする化合物が求められている。
また、化合物Cのような置換チエノインドール誘導体を有機EL素子に使用した例はまだなく、その有効性についても確認されていない。
特開平8−48656号公報 特許第3194657号公報 特開2010−205815号公報 WO2008/62636号公報 特開2010−205982号公報
Appl.Phys.Let.,98,083302(2011) 有機EL討論会第三回例会予稿集13〜14頁(2006)
従って、本発明の目的は、高効率、高耐久性の有機エレクトロルミネッセンス素子を作製するための材料として好適に使用することができ、正孔の注入・輸送性能に優れ、電子素子能力を有しているばかりか、薄膜状態での安定性が高く、さらには耐熱性にも優れた新規有機化合物を提供することにある。
本発明の他の目的は、上記の有機化合物を含む有機層を備えた有機エレクトロルミネッセンス素子を提供することにある。
本発明者らは、芳香族三級アミン構造が高い正孔注入・輸送能力を有していること、チエノインドール環構造が電子阻止性を有していること、さらにはこのような部分構造が有する耐熱性や薄膜安定性が良好であることに着目し、チエノインドール環構造を有する種々の化合物を設計して化学合成し、該化合物を用いて種々の有機エレクトロルミネッセンス素子を試作し、素子の特性評価を鋭意行った結果、高い効率及び優れた耐久性が得られることを確認し、本発明を完成するに至った。
本発明によれば、下記一般式(1)で表されるチエノインドール誘導体が提供される。
Figure 2014074073
式中、
Arは、芳香族炭化水素基又は芳香族複素環基を表し、
〜Rは、それぞれ、水素原子、重水素原子、フッ素原子、塩
素原子、シアノ基、ニトロ基、炭素原子数1〜6のアルキル基、炭素
原子数5〜10のシクロアルキル基、炭素原子数2〜6のアルケニル
基、炭素原子数1〜6のアルキルオキシ基、炭素原子数5〜10のシ
クロアルキルオキシ基、芳香族炭化水素基、芳香族複素環基またはア
リールオキシ基であり、R〜Rは、単結合、置換基を有していて
もよいメチレン基、酸素原子または硫黄原子を介して互いに結合して
環を形成してもよく、
及びXは、何れか一方が下記構造式(2)で表される1価基
であることを条件として、それぞれ、水素原子、重水素原子、フッ素
原子、塩素原子、シアノ基、ニトロ基、炭素原子数1〜6のアルキル
基、炭素原子数5〜10のシクロアルキル基、炭素原子数2〜6のア
ルケニル基、炭素原子数1〜6のアルキルオキシ基、炭素原子数5〜
10のシクロアルキルオキシ基、芳香族炭化水素基、芳香族複素環基
もしくはアリールオキシ基、又は下記構造式(2)で表される1価基
である。
Figure 2014074073
式中、
は、2価の芳香族炭化水素基、2価の芳香族複素環基または単
結合を表し、
Ar及びArは、それぞれ、芳香族炭化水素基または芳香族複
素環基を表すが、ArとArとは、単結合、置換基を有していて
もよいメチレン基、酸素原子または硫黄原子を介して互いに結合して
環を形成してもよく、AとArとは、それぞれ独立して存在して
いる。
本発明によれば、また、一対の電極とその間に挟まれた少なくとも一層の有機層を有する有機エレクトロルミネッセンス素子において、
前記有機層の少なくとも1つの層は、前記チエノインドール誘導体を含んでいることを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子が提供される。
更に、本発明の有機EL素子は、前記チエノインドール誘導体を含んでいる有機層として、例えば、正孔輸送層、電子阻止層、正孔注入層或いは発光層を有する。
前述した一般式(1)で表される、チエノインドール誘導体は新規な化合物であり、チエノインドール環に芳香族第三級アミノ基(ジ置換芳香族アミノ基)が導入された構造により、次のような特性を有している。
(A)正孔の注入特性が良いこと。
(B)正孔の移動度が大きいこと。
(C)電子阻止能力が優れること。
(D)薄膜状態が安定であること。
(E)耐熱性に優れていること。
従って、本発明のチエノインドール誘導体は、有機EL素子に使用される正孔輸送性物質として有用であり、薄膜状態が安全であることから、特に有機EL素子に設けられる有機層として利用され、有機EL素子に次のような特性を付与することができる。
(F)発光効率や電力効率が高いこと。
(G)発光開始電圧が低いこと。
(H)実用駆動電圧が低いこと。
(I)素子寿命が長いこと(高い耐久性を示す)。
例えば、本発明のチエノインドール誘導体を用いて正孔注入層および/または正孔輸送層が形成されている有機EL素子は、正孔の注入・移動度が速く、電子阻止性が高く、しかも電子に対する安定性が高いことから、発光層内で生成した励起子を閉じ込めることができ、さらに正孔と電子が再結合する確率を向上させ、高発光効率を得ることができると共に、駆動電圧が低下して、耐久性の向上も実現できる。
また、本発明のチエノインドール誘導体を用いた電子阻止層を有する有機EL素子では、優れた電子の阻止能力と優れた正孔輸送性とにより、高い発光効率を有しながら、駆動電圧が低く、電流耐性が改善されており、最大発光輝度が向上している。
さらに、本発明のチエノインドール誘導体は、従来の材料に比べて正孔輸送性に優れ、かつバンドギャップの広いという特性も有していることから、発光層のホスト材料として用いることができ、例えば、ドーパントと呼ばれている蛍光発光体や燐光発光体を担持させて、発光層として用いることにより、有機EL素子の駆動電圧を低下せしめ、発光効率を改善することができる。
特に、本発明のチエノインドール誘導体の中でも構造式(2)中のAとArとが環を形成しているタイプのものは(例えば後述する化合物18等)、後述する実施例3及び4に示されているように、ガラス転移点が高く、薄膜安定性が優れているばかりか、仕事関数も大きく、正孔輸送能力が特に良好である。
このように、本発明のチエノインドール誘導体は、有機EL素子の正孔注入層、正孔輸送層、電子阻止層あるいは発光層の構成材料として極めて有用であり、電子阻止能力に優れ、薄膜状態が安定で、耐熱性に優れており、有機EL素子の発光効率および電力効率を向上させ、実用駆動電圧を低くさせ、発光開始電圧を低くさせ、耐久性を高めることができる。
実施例1の化合物(化合物10)のH−NMRチャート図である。 実施例2の化合物(化合物18)のH−NMRチャート図である。 有機EL素子の層構造の一例を示す図。
本発明のチエノインドール誘導体は、下記一般式(1)で表されるものであり、チエノインドール環に後述する構造式(2)で表される芳香族第三級アミノ基(−NArAr)が少なくとも1つ結合している構造を有している。
Figure 2014074073
<基Ar
上記の一般式(1)において、チエノインドール環の窒素原子に結合しているArは、芳香族炭化水素基又は芳香族複素環基を表す。かかる芳香族炭化水素基又は芳香族複素環基は、単環構造を有するものであってもよいし、縮合多環構造を有するものであってもよい。
これらの芳香族基の例としては、フェニル基、ビフェニリル基、ターフェニリル基、ナフチル基、アントリル基、フェナントリル基、フルオレニル基、インデニル基、ピレニル基、ペリレニル基、フルオランテニル基、トリフェニレニル基、ピリジル基、フリル基、ピロリル基、チエニル基、キノリル基、イソキノリル基、ベンゾフラニル基、ベンゾチエニル基、インドリル基、カルバゾリル基、ベンゾオキサゾリル基、ベンゾチアゾリル基、キノキサリル基、ベンゾイミダゾリル基、ピラゾリル基、ジベンゾフラニル基、ジベンゾチエニル基及びカルボリニル基などをあげることができる。
また、上記の芳香族基において、芳香族複素環基としては、チエニル基、ベンゾチエニル基、ベンゾチアゾリル基、ジベンゾチエニル基などの含硫黄芳香族複素環基;フリル基、ベンゾフラニル基、ベンゾオキサゾリル基、ジベンゾフラニル基などの含酸素芳香族複素環基;が好ましい。
上記の芳香族基は置換基を有してもよい。これらの置換基としては、重水素原子;シアノ基;ニトロ基;フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子などのハロゲン原子;メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、イソブチル基、tert−ブチル基、n−ペンチル基、イソペンチル基、ネオペンチル基、n−ヘキシル基などの炭素原子数1ないし6の直鎖状もしくは分岐状のアルキル基;メチルオキシ基、エチルオキシ基、プロピルオキシ基などの炭素原子数1ないし6の直鎖状もしくは分岐状のアルキルオキシ基;ビニル基、アリル基などのアルケニル基;フェニルオキシ基、トリルオキシ基などのアリールオキシ基;ベンジルオキシ基、フェネチルオキシ基などのアリールアルキルオキシ基;フェニル基、ビフェニリル基、ターフェニリル基、ナフチル基、アントラセニル基、フェナントリル基、フルオレニル基、インデニル基、ピレニル基、ペリレニル基、フルオランテニル基、トリフェニレニル基などの芳香族炭化水素基;ピリジル基、チエニル基、フリル基、ピロリル基、キノリル基、イソキノリル基、ベンゾフラニル基、ベンゾチエニル基、インドリル基、カルバゾリル基、ベンゾオキサゾリル基、ベンゾチアゾリル基、キノキサリル基、ベンゾイミダゾリル基、ピラゾリル基、ジベンゾフラニル基、ジベンゾチエニル基、カルボリニル基などの芳香族複素環基;スチリル基、ナフチルビニル基などのアリールビニル基;アセチル基、ベンゾイル基などのアシル基;等をあげることができる。
また、これらの置換基は、更に置換基を有してもよく、その置換基としては、前述したArが有してもよい置換基と同様のものを挙げることができる。
<基R〜R
上記の一般式(1)において、R〜Rは、それぞれ、水素原子、重水素原子、フッ素原子、塩素原子、シアノ基、ニトロ基、炭素原子数1〜6のアルキル基、炭素原子数5〜10のシクロアルキル基、炭素原子数2〜6のアルケニル基、炭素原子数1〜6のアルキルオキシ基、炭素原子数5〜10のシクロアルキルオキシ基、芳香族炭化水素基、芳香族複素環基またはアリールオキシ基を表す。
上記のR〜Rにおいて、炭素原子数1〜6のアルキル基、炭素原子数5〜10のシクロアルキル基、炭素原子数2〜6のアルケニル基、炭素原子数1〜6のアルキルオキシ基、炭素原子数5〜10のシクロアルキルオキシ基の具体例として、以下のようなものが挙げられる。尚、上記のアルキル基、アルケニル基、アルキルオキシ基は、直鎖状であっても分岐状であってもよい。
アルキル基;
メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル
基、イソブチル基、tert−ブチル基、n−ペンチル基、イソペンチ
ル基、ネオペンチル基、n−ヘキシル基等。
シクロアルキル基;
シクロペンチル基、シクロヘキシル基、1−アダマンチル基、2−ア
ダマンチル基等。
アルケニル基;
ビニル基、アリル基、イソプロペニル基、2−ブテニル基等。
アルキルオキシ基;
メチルオキシ基、エチルオキシ基、n−プロピルオキシ基、イソプロ
ピルオキシ基、n−ブチルオキシ基、tert−ブチルオキシ基、n−
ペンチルオキシ基、n−ヘキシルオキシ基、シクロペンチルオキシ基等。
シクロアルキルオキシ基;
シクロヘキシルオキシ基、シクロヘプチルオキシ基、シクロオクチル
オキシ基、1−アダマンチルオキシ基、2−アダマンチルオキシ基等。
上述したアルキル基、シクロアルキル基、アルケニル基、アルキルオキシ基及びシクロアルキルオキシ基も、更に置換基を有してよい。その置換基としては、上記のArで表す芳香族基が有していてもよい置換基と同じである(但し、アルキル基、アリールビニル基及びアシル基は除く)。
上記R〜Rにおける芳香族炭化水素基や芳香族複素環基も、前述したArで例示した置換基と同様の基であり、芳香族複素環基の中では、チエニル基、ベンゾチエニル基、ベンゾチアゾリル基、ジベンゾチエニル基などの含硫黄芳香族複素環基が好ましい。
上記R〜Rで表される芳香族炭化水素基及び芳香族複素環基は、更に置換基を有していてもよい。
その置換基としては、上記のArで表す芳香族基が有してもよい置換基以外に、更に、トリフルオロメチル基;ベンジル基、ナフチルメチル基、フェネチル基などのアラルキル基、ジメチルアミノ基、ジエチルアミノ基などのジアルキルアミノ基;ジフェニルアミノ基、ジナフチルアミノ基などの芳香族炭化水素基で置換されたジ置換アミノ基;ジベンジルアミノ基、ジフェネチルアミノ基などのジアラルキルアミノ基;ジピリジルアミノ基、ジチエニルアミノ基などの芳香族複素環基で置換されたジ置換アミノ基;ジアリルアミノ基などのジアルケニルアミノ基;アルキル基、芳香族炭化水素基、アラルキル基、芳香族複素環基またはアルケニル基から選択される2種の置換基で置換されたジ置換アミノ基;を挙げることができる。
上記R〜Rにおけるアリールオキシ基としては、フェニルオキシ基、ビフェニリルオキシ基、ターフェニリルオキシ基、ナフチルオキシ基、アントリルオキシ基、フェナントリルオキシ基、フルオレニルオキシ基、インデニルオキシ基、ピレニルオキシ基、ペリレニルオキシ基などを挙げることができる。
これらのアリールオキシ基も置換基を有してもよく、その置換基としては、上記Arで表す芳香族基の置換基と同じものを挙げることができる。
上記のR〜Rの中でも、R〜Rやその置換基は、単結合、メチレン基(メチル基等の置換基を有していてもよい)、酸素原子または硫黄原子を介して互いに結合して環を形成してもよい。
<基X及びX
上記の一般式(1)において、X及びXは、それぞれ、水素原子、重水素原子、フッ素原子、塩素原子、シアノ基、ニトロ基、炭素原子数1〜6のアルキル基、炭素原子数5〜10のシクロアルキル基、炭素原子数2〜6のアルケニル基、炭素原子数1〜6のアルキルオキシ基、炭素原子数5〜10のシクロアルキルオキシ基、芳香族炭化水素基、芳香族複素環基またはアリールオキシ基、もしくは下記構造式(2)で表される1価基であって、少なくともX及びXの何れかは、下記構造式(2)で表される1価基(第3級アミノ構造を有する基)である。
Figure 2014074073
基A
上記構造式(2)において、Aは、2価の芳香族炭化水素基、2価の芳香族複素環基(芳香族炭化水素及び芳香族複素環から水素原子を2個取り除いてできる基)または単結合を表す。
上記の2価の基が有する芳香族炭化水素環及び芳香族複素環の環構造の具体例として、以下の環を例示することができる。
芳香族炭化水素環;
ベンゼン、ビフェニル、ターフェニル、テトラキスフェニル、ナフタ
レン、アントラセン、アセナフタレン、フルオレン、フェナントレン、
インダン、ピレン。
芳香族複素環;
ピリジン、ピリミジン、トリアジン、ピロール、フラン、チオフェン、
キノリン、イソキノリン、ベンゾフラン、ベンゾチオフェン、インドリ
ン、カルバゾール、カルボリン、ベンゾオキサゾール、ベンゾチアゾー
ル、キノキサリン、ベンゾイミダゾール、ピラゾール、ジベンゾフラン、
ジベンゾチオフェン、ナフチリジン、フェナントロリン、アクリジニン。
本発明においては、2価の芳香族炭化水素基が好ましく、特にベンゼン環を有する2価の芳香族炭化水素基が好適である。
また、Aが示す2価の芳香族炭化水素基及び芳香族複素環基は、更に置換基を有してもよく、その置換基としては、前述したArが有してもよい置換基と同様のものを挙げることができる。
さらに、上記の2価の芳香族炭化水素基は、アルキル基等の置換基を有していてもよいメチレン基、酸素原子、硫黄原子或いは単結合を介して、後述する基Arと結合して環を形成していてもよい。特に、2価の芳香族炭化水素基が基Arと結合して環を形成しているものは、薄膜安定性に優れていると同時に、特に優れた正孔輸送能力を示す。このような環としては、カルバゾール環が代表的である。
基Ar及びAr
上記構造式(2)において、Ar及びArは、芳香族炭化水素基及び芳香族複素環基を表す。
このような芳香族基(芳香族炭化水素基及び芳香族複素環基)の具体例として、前記一般式(1)のArと同様なものを挙げることができる。
また、ArとArとは、アルキル基等の置換基を有していてもよいメチレン基、酸素原子、硫黄原子或いは単結合を介して、互いに結合してアミノ基の窒素原子と共に環を形成してもよい。
さらに、AとArとは互いに独立した基として存在しているが、Aが2価の芳香族炭化水素基である場合、AとArとは、単結合、メチレン基、酸素原子または硫黄原子を介して互いに結合して環を形成することもできる。
<チエノインドール誘導体の具体例>
上述した一般式(1)で表される本発明のチエノインドール誘導体は、基X或いはXに由来する芳香族3級アミノ構造(−NArAr)を有するものであるが、基X及びXの構造に対応して、基Xのみが構造式(2)で表される構造を有しているもの(Aタイプ)、基Xのみが構造式(2)で表される構造を有しているもの(Bタイプ)及び基XとXの両方が構造式(2)で表される構造を有しているもの(Cタイプ)の3つのタイプに分類される。
Aタイプのチエノインドール誘導体;
この種の化合物は、下記一般式(1−1)で表される。
Figure 2014074073
式中、
Ar、R〜R、X、A、Ar及びArは、前記一般式
(1)及び構造式(2)に記載した通りである(但し、Xにおいて、
構造式(2)で表される基は除く)。
本発明において、上記一般式(1−1)で表されるAタイプのチエノインドール誘導体の中でも、下記の一般式(1a)で表されるもの、即ちチエノインドール環の2位(硫黄原子の隣の炭素原子)に芳香族3級アミノ構造(−NArAr)を有する基が結合しているものが好ましい。
Figure 2014074073
式中、
Ar〜Ar、R〜R、A及びXは、前記一般式(1−1
)に記載した通りである。
このようなAタイプのチエノインドール誘導体において、AとArとが結合して環を形成しているもの(例えば後述する化合物17−19、36−38、50、55、60)は、薄膜安定性や正孔輸送能力の点で特に好適である。
Bタイプのチエノインドール誘導体;
この種の化合物は、下記一般式(1−2)で表される。
Figure 2014074073
式中、
Ar、R〜R、X、A、Ar及びArは、前記一般式
(1)及び構造式(2)に記載した通りである(但し、Xにおいて、
構造式(2)で表される基は除く)。
本発明において、上記一般式(1−2)で表されるチエノインドール誘導体の中でも、下記一般式(1b)で表される化合物、即ちチエノインドール環の7位に芳香族3級アミノ構造(−NArAr)を有する基が結合しているものが好ましい。
Figure 2014074073
式中、
Ar〜Ar、R〜R、A及びXは、前記一般式(1−2
)に記載した通りである。
また、このようなBタイプのチエノインドール誘導体においても、AとArとが結合して環を形成しているもの(例えば後述する化合物42、54)は、薄膜安定性や正孔輸送能力の点で特に好適である。
Cタイプのチエノインドール誘導体;
このタイプは、基X及びXの両方が構造式(2)で表される基(芳香族第3級アミノ構造を有する基)となっているものであり、下記一般式(1−3)で表される。
Figure 2014074073
式中、
Ar〜Ar、R〜R及びAは、前記一般式(1)及び構造
式(2)に記載した通りである。
ここで、複数のA、Ar、Arはそれぞれ同一でも異なってもよい。
本発明において、上記一般式(1−3)で表されるCタイプのチエノインドール誘導体の中では、芳香族3級アミノ構造(−NArAr)を有する基が、チエノインドール環の2位(硫黄原子の隣の炭素原子)及び7位に結合して構造のもの、具体的には、下記一般式(1c)で表されるチエノインドール誘導体が好ましい。
Figure 2014074073
式中、
Ar〜Ar、R〜R及びAは、前記一般式(1−3)に記
載した通りである。
また、このようなCタイプのチエノインドール誘導体においても、AとArとが結合して環を形成しているもの(例えば後述する化合物16)は、薄膜安定性や正孔輸送能力の点で特に好適である。
<チエノインドール誘導体の合成>
本発明のチエノインドール誘導体は、新規な化合物であり、例えば、以下のように合成することができる。
まず、出発原料として4位の窒素原子にアリール基が導入され且つ一般式(1)に対応して基R〜Rを有するチエノインドールを使用し、このチエノインドールを、臭素やN−ブロモスクシンイミドなどによってブロモ化し、所定の位置(基X1或いはXを結合しようとする位置)に臭素が導入されたブロモ置換体を合成する。ここで、ブロモ化の試薬、条件を変更することによって、置換位置の異なるブロモ置換体やジ置換体を得ることができる。
さらに、トリアリールアミンのハロゲン置換体とピナコールボランやビス(ピナコラート)ジボロンなどとの反応で合成される種々のボロン酸またはボロン酸エステル(例えば、J.Org.Chem.,60,7508(1995)参照)を用意する。このボロン酸またはボロン酸エステルを、上記のチエノインドールのブロモ置換体に、Suzukiカップリングなどのクロスカップリング反応(例えば、Chem.Rev.,95,2457(1995)参照)せしめることによって、本発明のチエノインドール誘導体を合成することができる。
また、上記のチエノインドールのブロモ置換体に、ピナコールボランやビス(ピナコラート)ジボロンなどを反応させることによって、一般式(1)のチエノインドール誘導体に対応するボロン酸またはボロン酸エステルを合成し、このボロン酸またはボロン酸エステルと、トリアリールアミンのハロゲン置換体とを、Suzukiカップリングなどのクロスカップリング反応せしめることによって、本発明のチエノインドール誘導体を合成することもできる。
尚、これらの化合物の精製は、カラムクロマトグラフによる精製、シリカゲル、活性炭、活性白土などによる吸着精製、溶媒による再結晶や晶析法などによって行うことができる。化合物の同定は、NMR分析によって行われる。
<チエノインドール誘導体の好適例>
上述した一般式(1)で表されるチエノインドール誘導体の中で、好ましい化合物の具体例を以下に示すが、本発明は、これらの化合物に限定されるものではない。
Figure 2014074073
Figure 2014074073
Figure 2014074073
Figure 2014074073
Figure 2014074073
Figure 2014074073
Figure 2014074073
Figure 2014074073
Figure 2014074073
Figure 2014074073
Figure 2014074073
Figure 2014074073
Figure 2014074073
Figure 2014074073
Figure 2014074073
Figure 2014074073
Figure 2014074073
Figure 2014074073
Figure 2014074073
Figure 2014074073
Figure 2014074073
Figure 2014074073
Figure 2014074073
Figure 2014074073
Figure 2014074073
Figure 2014074073
Figure 2014074073
Figure 2014074073
Figure 2014074073
Figure 2014074073
Figure 2014074073
Figure 2014074073
Figure 2014074073
Figure 2014074073
Figure 2014074073
Figure 2014074073
Figure 2014074073
Figure 2014074073
Figure 2014074073
Figure 2014074073
Figure 2014074073
Figure 2014074073
Figure 2014074073
Figure 2014074073
Figure 2014074073
Figure 2014074073
Figure 2014074073
Figure 2014074073
Figure 2014074073
Figure 2014074073
Figure 2014074073
Figure 2014074073
Figure 2014074073
Figure 2014074073
Figure 2014074073
Figure 2014074073
Figure 2014074073
Figure 2014074073
Figure 2014074073
Figure 2014074073
Figure 2014074073
Figure 2014074073
上述した本発明のチエノインドール誘導体は、従来公知の正孔輸送材料に比べガラス転移点(Tg)や融点が高く、耐熱性に優れた薄膜を形成することができ、薄膜状態を安定に保持することができる。また、電子の阻止能力が高く、例えば、本発明のチエノインドール誘導体を用いて膜厚100nmの蒸着層を形成し、仕事関数を測定すると、極めて高い値を示す。
本発明のチエノインドール誘導体においては、Aタイプのものが、有機EL素子用の材料として最も優れた性能を示す。
<有機EL素子>
上述した本発明のチエノインドール誘導体を用いて形成される有機層を備えた有機EL素子は、例えば図3に示す構造を有している。
即ち、ガラス基板1(透明樹脂基板など、透明基板であればよい)の上に、透明陽極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及び陰極8が設けられている。
勿論、本発明のチエノインドール誘導体が適用される有機EL素子は、上記の層構造に限定されるものではなく、正孔輸送層4と発光層5との間に電子阻止層や、発光層5と電子輸送層6との間に正孔阻止層などを設けることができる。また、電子注入層7や正孔注入層3などを省略したシンプルな層構造とすることができる。例えば、上記の多層構造において、いくつかの層を省略することもできる。例えば基板1上に、陽極2、正孔輸送層3、発光層5、電子輸送層6及び陰極8を設けたシンプルな層構造とすることもできる。
即ち、本発明のチエノインドール誘導体は、上記の陽極2と陰極8との間に設けられる有機層(例えば正孔注入層3、正孔輸送層4、図示されていない電子阻止層、或いは発光層5)の形成材料として好適に使用される。
上記の有機EL素子において、透明陽極2は、それ自体公知の電極材料で形成されていてよく、ITOや金のような仕事関数の大きな電極材料を基板1(ガラス基板等の透明基板)上に蒸着することにより形成される。
また、透明陽極2上に設けられている正孔注入層3としては、上述した本発明のチエノインドール誘導体を用いて形成できるほか、従来公知の材料、例えば以下の材料を用いて形成することもできる。
銅フタロシアニンに代表されるポルフィリン化合物;
スターバースト型のトリフェニルアミン誘導体;
種々のトリフェニルアミン4量体などの材料;
ヘキサシアノアザトリフェニレンのようなアクセプター性の複素環
化合物;
塗布型の高分子材料、例えばポリ(3,4−エチレンジオキシチオフ
ェン)(PEDOT)、ポリ(スチレンスルフォネート)(PSS)等。
上記の材料を用いての層(薄膜)の形成は、蒸着法の他、スピンコート法やインクジェット法などの公知の方法などにより成膜することができる。
上記の正孔注入層3の上に設けられている正孔輸送層4も、前述した本発明のチエノインドール誘導体を用いて形成することができるし、以下のような従来公知の正孔輸送材料を用いて形成することもできる。
ベンジジン誘導体、例えば、
N,N’−ジフェニル−N,N’−ジ(m−トリル)ベンジジン
(以下、TPDと略す);
N,N’−ジフェニル−N,N’−ジ(α−ナフチル)ベンジジン
(以下、NPDと略す);
N,N,N’,N’−テトラビフェニリルベンジジン;
アミン系誘導体
1,1−ビス[4−(ジ−4−トリルアミノ)フェニル]シクロヘキサン
(以下、TAPCと略す);
種々のトリフェニルアミン3量体および4量体;
正孔注入層様としても使用される上記の塗布型高分子材料;
このような正孔輸送層の化合物は、それぞれ単独で成膜してもよいが、2種以上混合して成膜することもできる。また、上記化合物の1種または複数種を用いて複数の層を形成し、このような層が積層された多層膜を正孔輸送層とすることもできる。
また、正孔注入層3と正孔輸送層4とを兼ねた層とすることもでき、このような正孔注入・輸送層は、PEDOTなどの高分子材料を用いてコーティングにより形成することができる。
尚、正孔輸送層4(正孔注入層3も同様)において、該層に通常使用される材料に対し、さらにトリスブロモフェニルアミンヘキサクロルアンチモンなどをPドーピングしたものを使用することができる。また、TPD基本骨格を有する高分子化合物などを用いて正孔輸送層4(或いは正孔注入層3)を形成することができる。
さらに、図示されていない電子阻止層(発光層5と正孔輸送層3との間に設けることができる)は、電子阻止作用を有する本発明のチエノインドール誘導体を用いて形成することができるが、公知の電子阻止性化合物、例えば、カルバゾール誘導体や、トリフェニルシリル基を有し且つトリアリールアミン構造を有する化合物などを用いて形成することもできる。カルバゾール誘導体及びトリアリールアミン構造を有する化合物の具体例は、以下の通りである。
<カルバゾール誘導体>
4,4’,4’’−トリ(N−カルバゾリル)トリフェニルアミン
(以下、TCTAと略す);
9,9−ビス[4−(カルバゾール−9−イル)フェニル]
フルオレン;
1,3−ビス(カルバゾール−9−イル)ベンゼン
(以下、mCPと略す);
2,2−ビス(4−カルバゾール−9−イルフェニル)アダマンタン
(以下、Ad−Czと略す);
<トリアリールアミン構造を有する化合物>
9−[4−(カルバゾール−9−イル)フェニル]−9−[4−(トリフェニルシリル)フェニル]−9H−フルオレン;
電子阻止層は、本発明のチエノインドール化合物や上記のような公知の正孔輸送材料を1種単独或いは2種以上を用いて形成されるが、これらの正孔輸送材料の1種または複数種を用いて複数の層を形成し、このような層が積層された多層膜を電子阻止層とすることもできる。
有機EL素子の発光層5として、Alqをはじめとするキノリノール誘導体の金属錯体の他、亜鉛やベリリウム、アルミニウムなどの各種の金属錯体、アントラセン誘導体、ビススチリルベンゼン誘導体、ピレン誘導体、オキサゾール誘導体、ポリパラフェニレンビニレン誘導体などの発光材料を用いて形成することができる。
また、発光層5をホスト材料とドーパント材料とで構成することもできる。
この場合のホスト材料として、本発明のチエノインドール誘導体の他、上記の発光材料に加え、チアゾール誘導体、ベンズイミダゾール誘導体、ポリジアルキルフルオレン誘導体などを使用するができる。
ドーパント材料としては、キナクリドン、クマリン、ルブレン、ペリレンおよびそれらの誘導体、ベンゾピラン誘導体、ローダミン誘導体、アミノスチリル誘導体などを用いることができる。
このような発光層5も、各発光材料の1種或いは2種以上を用いた単層構成とすることもできるし、複数の層を積層した多層構造とすることもできる。
さらに、発光材料として燐光発光材料を使用して発光層5を形成することもできる。
燐光発光材料としては、イリジウムや白金などの金属錯体の燐光発光体を使用することができる。例えば、Ir(ppy)などの緑色の燐光発光体、FIrpic、FIr6などの青色の燐光発光体、BtpIr(acac)などの赤色の燐光発光体などを用いることができ、これらの燐光発光材料は、正孔注入・輸送性のホスト材料や電子輸送性のホスト材料にドープして使用される。
正孔注入・輸送性のホスト材料としては、本発明のチエノインドール誘導体や、4,4’−ジ(N−カルバゾリル)ビフェニル(以後、CBPと略称する)やTCTA、mCPなどのカルバゾール誘導体などを用いることができる。
また、電子輸送性のホスト材料としては、p−ビス(トリフェニルシリル)ベンゼン(以後、UGH2と略称する)や2,2’,2’’−(1,3,5−フェニレン)−トリス(1−フェニル−1H−ベンズイミダゾール)(以後、TPBIと略称する)などを用いることができる。
尚、燐光性の発光材料のホスト材料へのドープは濃度消光を避けるため、発光層全体に対して1〜30重量パーセントの範囲で、共蒸着によってドープすることが好ましい。
また、発光材料として、前述した非特許文献1に開示されているようなCDCB誘導体(例えばPIC−TRZ、CC2TA、PXZ−TRZ、4CzIPN)などの遅延蛍光を放射する材料を使用することも可能である。
発光層5と電子輸送層6との間に設けることができる正孔阻止層(図3において図示せず)は、それ自体公知の正孔阻止作用を有する化合物を用いて形成することができる。
このような正孔阻止作用を有する公知化合物の例としては、バソクプロイン(以後、BCPと略称する)などのフェナントロリン誘導体や、アルミニウム(III)ビス(2−メチル−8−キノリナート)−4−フェニルフェノレート(以後、BAlqと略称する)などのキノリノール誘導体の金属錯体の他、各種希土類錯体、トリアゾール誘導体、トリアジン誘導体、オキサジアゾール誘導体などを挙げることができる。
これらの材料は、以下に述べる電子輸送層6の形成にも使用することができ、さらには、この正孔阻止層と電子輸送層6とを兼用させることもできる。
このような正孔阻止層も、単層或いは多層の積層構造とすることができ、各層は、上述した正孔阻止作用を有する化合物の1種或いは2種以上を用いて成膜される。
電子輸送層6は、それ自体公知の電子輸送性の化合物、例えば、Alq、BAlqをはじめとするキノリノール誘導体の金属錯体のほか、各種金属錯体、トリアゾール誘導体、トリアジン誘導体、オキサジアゾール誘導体、チアジアゾール誘導体、カルボジイミド誘導体、キノキサリン誘導体、フェナントロリン誘導体、シロール誘導体などを用いて形成される。
この電子輸送層6も、単層或いは多層の積層構造とすることができ、各層は、上述した電子輸送性化合物の1種或いは2種以上を用いて成膜される。
さらに、電子注入層7も、それ自体公知のもの、例えば、フッ化リチウム、フッ化セシウムなどのアルカリ金属塩、フッ化マグネシウムなどのアルカリ土類金属塩、酸化アルミニウムなどの金属酸化物などを用いて形成することができる。
有機EL素子の陰極8としては、アルミニウムのような仕事関数の低い電極材料や、マグネシウム銀合金、マグネシウムインジウム合金、アルミニウムマグネシウム合金のような、より仕事関数の低い合金が電極材料として用いられる。
本発明のチエノインドール誘導体を用いて有機層の少なくとも一つ(例えば正孔注入層3、正孔輸送層4、電子阻止層あるいは発光層5)が形成されている有機EL素子は、発光効率および電力効率が高く、実用駆動電圧が低く、発光開始電圧も低く、極めて優れた耐久性を有している。
以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
尚、実施例2は参考例とする。
<実施例1>
ビス(ビフェニル−4−イル)−[4−{4−(ビフェニル−4−イル)チエノ[3,2−b]インドール−2−イル}フェニル]アミンの合成;(化合物10の合成)
Figure 2014074073
2−ブロモ−4−(ビフェニル−4−イル)チエノ[3,2−b]
インドール 11.3g、
ビス(ビフェニル−4−イル)−{4−(4,4,5,5−
テトラメチル−[1,3,2]ジオキサボラン−2−イル)フェニル}
アミン 16.7g、
トルエン/エタノール(4/1、v/v)の混合溶媒 130ml、
2M炭酸カリウム水溶液 21ml、
を窒素置換した反応容器に加え、超音波を照射しながら30分間窒素ガスを通気した。
次いで、テトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム0.67gを加えて加熱し、27.5時間還流攪拌した。室温まで放冷し、メタノール100mlを加えた後、析出する粗製物をろ過によって採取した。
この粗製物をトルエン500mlに加え、80℃に加熱することによって溶解し、シリカゲル19gを用いた吸着精製を行った。減圧下で濃縮した後、トルエン/エタノールの混合溶媒による晶析、エタノールによる還流洗浄を行うことによって、ビス(ビフェニル−4−イル)−[4−{4−(ビフェニル−4−イル)チエノ[3,2−b]インドール−2−イル}フェニル]アミン(化合物10)の黄色粉体17.6g(収率87%)を得た。
得られた黄色粉体についてNMRを使用して構造を同定した。H−NMR測定結果を図1に示した。
H−NMR(THF−d)で以下の36個の水素のシグナルを検出した。
δ(ppm)=7.93(2H)
7.82−7.60(16H)
7.54−7.38(8H)
7.30−7.19(10H)
<実施例2>
3−{4−(9,9−ジメチル−9H−フルオレン−2−イル)チエノ[3,2−b]インドール−2−イル}−9−フェニルカルバゾールの合成;
(化合物18の合成)
Figure 2014074073
2−ブロモ−4−(9,9−ジメチル−9H−フルオレン−2−
イル)チエノ[3,2−b]インドール 14.7g、
(9−フェニル−9H−カルバゾール−3−イル)ボロン酸
10.9g、
トルエン/エタノール(4/1、v/v)の混合溶媒 190ml、
2M炭酸カリウム水溶液 25ml、
を窒素置換した反応容器に加え、超音波を照射しながら30分間窒素ガスを通気した。
次いで、テトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム0.76gを加えて加熱し、5.5時間還流攪拌した。室温まで放冷し、分液操作を行うことによって有機層を採取した後、無水硫酸マグネシウムによる脱水を行い、減圧下で濃縮することによって粗製物を得た。
その粗製物をカラムクロマトグラフ(担体:シリカゲル、溶離液:ヘプタン/トルエン)によって精製した後、トルエン/メタノールの混合溶媒を用いた晶析を繰り返すことによって、3−{4−(9,9−ジメチル−9H−フルオレン−2−イル)チエノ[3,2−b]インドール−2−イル}−9−フェニルカルバゾール(化合物18)の黄白色粉体15.3g(収率76%)を得た。
得られた黄白色粉体についてNMRを使用して構造を同定した。H−NMR測定結果を図2に示した。
H−NMR(DMSO−d6)で以下の30個の水素のシグナルを検出した。
δ(ppm)=8.72(1H)
8.36(1H)
8.12(1H)
7.99−7.90(2H)
7.89−7.80(2H)
7.74−7.52(8H)
7.50−7.22(9H)
1.62(6H)
<実施例3>
(ガラス転移温度の測定)
実施例1及び2で得られたチエノインドール誘導体について、高感度示差走査熱量計(ブルカー・エイエックスエス製、DSC3100S)によって融点及びガラス転移点を求めた。
その結果は以下の通りであった。
融点 ガラス転移点
実施例1の化合物 264℃ 130℃
実施例2の化合物 242℃ 129℃
このことからチエノインドール誘導体は100℃以上のガラス転移点を有しており、薄膜状態が安定であることを示すものである。
<実施例4>
実施例1及び2で得られたチエノインドール誘導体を用いて、ITO基板の上に膜厚100nmの蒸着膜を作製して、イオン化ポテンシャル測定装置(住友重機械工業株式会社、PYS−202)で仕事関数を測定した。
仕事関数
実施例1の化合物 5.55eV
実施例2の化合物 5.72eV
上記の結果から、本発明のチエノインドール誘導体は、NPD、TPDなどの一般的な正孔輸送材料がもつ仕事関数5.54eVと比較して、好適なエネルギー準位を示しており、良好な正孔輸送能力を有していることが分かる。
<実施例5>
(有機EL素子の特性評価)
実施例1で得られたチエノインドール誘導体(化合物10)を用いて形成された正孔輸送層を備え、図3に示す構造の有機EL素子を作製した。
具体的には、膜厚150nmのITOを成膜したガラス基板1を有機溶媒で洗浄した後に、酸素プラズマ処理にて表面を洗浄した。その後、このITO電極付きガラス基板を真空蒸着機内に取り付け0.001Pa以下まで減圧し、この状態で、下記構造式の化合物63を用いて、透明陽極2を覆うように膜厚20nmの正孔注入層3を形成した。
Figure 2014074073
このようにして形成された正孔注入層3の上に、実施例1で得られたチエノインドール誘導体(化合物10)を蒸着して膜厚40nmの正孔輸送層4を形成した。
この正孔輸送層4の上に、下記構造式の化合物64と化合物65とを使用し、蒸着速度比が化合物64:化合物65=5:95となる蒸着速度で二元蒸着を行い、膜厚30nmの発光層5を形成した。
Figure 2014074073
Figure 2014074073
次いで、Alqを使用し、上記の発光層5の上に膜厚30nmの電子輸送層6を形成した。
さらに、フッ化リチウムを使用し、上記の電子輸送層6の上に膜厚0.5nmの電子注入層7を形成した。
最後に、アルミニウムを膜厚150nmとなるように蒸着して陰極8を形成し、図3に示す構造の有機EL素子を得た。
上記の様にして作製した有機EL素子について、大気中、常温で直流電圧を印加したときの発光特性の測定結果を表1にまとめて示した。
<比較例1>
実施例1のチエノインドール誘導体(化合物10)に代えて、下記構造式の化合物Aを使用して膜厚40nmの正孔輸送層4を形成した以外は、実施例5と全く同様にして有機EL素子を作製した。
Figure 2014074073
このようにして得られた有機EL素子について、実施例5と同様にして発光特性を測定し、その結果を表1に併せて示した。
<比較例2>
実施例1のチエノインドール誘導体(化合物10)に代えて、下記の構造式の化合物Bを使用して膜厚40nmの正孔輸送層4を形成した以外は、実施例5と全く同様にして有機EL素子を作製し、得られた有機EL素子について、実施例5と同様にして発光特性を測定し、その結果を表1に併せて示した。
Figure 2014074073
<比較例3>
実施例1のチエノインドール誘導体(化合物10)に代えて、下記構造式の化合物66を使用して膜厚40nmの正孔輸送層4を形成した以外は、実施例5と全く同様にして有機EL素子を作製し、得られた有機EL素子について、実施例5と同様にして発光特性を測定し、その結果を表1に併せて示した。
Figure 2014074073
Figure 2014074073
表1に示す様に、電流密度10mA/cmの電流を流したときの駆動電圧は、化合物Aを用いた有機EL素子の5.18V及び化合物Bを用いた有機EL素子の5.62Vに対して、実施例1の化合物(化合物10)を用いた有機EL素子では4.78Vと低電圧である。
また、電力効率においても、化合物Aを用いた有機EL素子の5.20lm/W、化合物Bを用いた有機EL素子の5.06lm/W及び化合物66を用いた有機EL素子の5.06lm/Wに対して、実施例1の化合物(化合物10)を用いた有機EL素子では6.06lm/Wと大きく向上した。
以上の結果から明らかなように、本発明のチエノインドール誘導体を用いた有機EL素子は、公知材料である前記化合物A及びB並びに前記化合物66を用いた有機EL素子と比較しても、電力効率の向上や、実用駆動電圧の低下を達成できることがわかった。
また、実施例5及び比較例1〜3で得られた有機EL素子について、発光開始電圧を測定し、その結果を以下に示した。
有機EL素子 化合物 発光開始電圧[V]
実施例5 化合物10 2.7
比較例1 化合物A 2.9
比較例2 化合物B 2.9
比較例3 化合物66 2.8
この結果から分かるように、それぞれ前記化合物A及びB並びに前記化合物66を用いた有機EL素子は、本発明のチエノインドール誘導体(化合物10)を用いた有機EL素子に比べ、発光開始電圧が高い。
本発明のチエノインドール誘導体を有する化合物は、正孔輸送能力が高く、電子阻止能力に優れており、薄膜状態が安定であるため、有機EL素子用の化合物として優れている。該化合物を用いて有機EL素子を作製することにより、高い発光効率および電力効率を得ることができると共に、実用駆動電圧を低下させることができ、耐久性を改善させることができる。例えば、家庭電化製品や照明の用途への展開が可能となった。
1:ガラス基板
2:透明陽極
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

Claims (10)

  1. 下記一般式(1)で表されるチエノインドール誘導体;
    Figure 2014074073
    式中、
    Arは、芳香族炭化水素基又は芳香族複素環基を表し、
    〜Rは、それぞれ、水素原子、重水素原子、フッ素原子、塩
    素原子、シアノ基、ニトロ基、炭素原子数1〜6のアルキル基、炭素
    原子数5〜10のシクロアルキル基、炭素原子数2〜6のアルケニル
    基、炭素原子数1〜6のアルキルオキシ基、炭素原子数5〜10のシ
    クロアルキルオキシ基、芳香族炭化水素基、芳香族複素環基またはア
    リールオキシ基であり、R〜Rは、単結合、置換基を有していて
    もよいメチレン基、酸素原子または硫黄原子を介して互いに結合して
    環を形成してもよく、
    及びXは、何れか一方が下記構造式(2)で表される1価基
    であることを条件として、それぞれ、水素原子、重水素原子、フッ素
    原子、塩素原子、シアノ基、ニトロ基、炭素原子数1〜6のアルキル
    基、炭素原子数5〜10のシクロアルキル基、炭素原子数2〜6のア
    ルケニル基、炭素原子数1〜6のアルキルオキシ基、炭素原子数5〜
    10のシクロアルキルオキシ基、芳香族炭化水素基、芳香族複素環基
    もしくはアリールオキシ基、又は下記構造式(2)で表される1価基
    である、
    Figure 2014074073
    式中、
    は、2価の芳香族炭化水素基、2価の芳香族複素環基または単
    結合を表し、
    Ar及びArは、それぞれ、芳香族炭化水素基または芳香族複
    素環基を表すが、ArとArとは、単結合、置換基を有していて
    もよいメチレン基、酸素原子または硫黄原子を介して互いに結合して
    環を形成してもよく、AとArとは、それぞれ独立して存在して
    いる。
  2. 前記一般式(1)において、X及びXの内、Xのみが前記構造式(2)で表される基である請求項1に記載のチエノインドール誘導体。
  3. 下記一般式(1a);
    Figure 2014074073
    式中、
    Ar〜Ar、R〜R、A及びXは、前記一般式(1)及び
    構造式(2)に記載した通りの意味である、
    で表される請求項2に記載のチエノインドール誘導体。
  4. 前記一般式(1)において、X及びXの内、Xのみが前記構造式(2)で表される基である請求項1に記載のチエノインドール誘導体。
  5. 下記一般式(1b);
    Figure 2014074073
    式中、
    Ar〜Ar、R〜R、X及びAは、前記一般式(1)及び
    前記構造式(2)に記載したとおりの意味である、
    で表される請求項4に記載のチエノインドール誘導体。
  6. 一対の電極とその間に挟まれた少なくとも一層の有機層を有する有機エレクトロルミネッセンス素子において、
    前記有機層の少なくとも1つの層は、請求項1に記載のチエノインドール誘導体を含んでいることを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子。
  7. 前記チエノインドール誘導体を含む有機層が正孔輸送層である請求項6記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
  8. 前記チエノインドール誘導体を含む有機層が電子阻止層である請求項6記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
  9. 前記チエノインドール誘導体を含む有機層が正孔注入層である請求項6記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
  10. 前記チエノインドール誘導体を含む有機層が発光層である請求項6記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
JP2014014611A 2012-09-13 2014-01-29 新規なチエノインドール誘導体及び該誘導体を用いた有機エレクトロルミネッセンス素子 Pending JP2014074073A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014014611A JP2014074073A (ja) 2012-09-13 2014-01-29 新規なチエノインドール誘導体及び該誘導体を用いた有機エレクトロルミネッセンス素子

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012201346 2012-09-13
JP2012201346 2012-09-13
JP2014014611A JP2014074073A (ja) 2012-09-13 2014-01-29 新規なチエノインドール誘導体及び該誘導体を用いた有機エレクトロルミネッセンス素子

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2014503347A Division JPWO2014042006A1 (ja) 2012-09-13 2013-08-28 新規なチエノインドール誘導体及び該誘導体を用いた有機エレクトロルミネッセンス素子

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2014074073A true JP2014074073A (ja) 2014-04-24

Family

ID=50278127

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2014503347A Pending JPWO2014042006A1 (ja) 2012-09-13 2013-08-28 新規なチエノインドール誘導体及び該誘導体を用いた有機エレクトロルミネッセンス素子
JP2014014611A Pending JP2014074073A (ja) 2012-09-13 2014-01-29 新規なチエノインドール誘導体及び該誘導体を用いた有機エレクトロルミネッセンス素子

Family Applications Before (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2014503347A Pending JPWO2014042006A1 (ja) 2012-09-13 2013-08-28 新規なチエノインドール誘導体及び該誘導体を用いた有機エレクトロルミネッセンス素子

Country Status (4)

Country Link
JP (2) JPWO2014042006A1 (ja)
CN (1) CN104662025A (ja)
TW (1) TW201418259A (ja)
WO (1) WO2014042006A1 (ja)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3241251B1 (en) 2014-12-29 2022-04-13 University Court of The University of St Andrews Light emitting electrochemical cells and compounds
CN110504375A (zh) * 2018-05-18 2019-11-26 江苏三月光电科技有限公司 一种复合空穴传输材料及其oled器件
CN108727405B (zh) 2018-07-27 2022-02-01 武汉天马微电子有限公司 一种芳杂环化合物以及有机发光显示装置
CN115961298A (zh) * 2022-12-31 2023-04-14 广西师范大学 一种电化学介导乙烯基苯胺与醇合成2,3-二烷氧基取代吲哚啉化合物、合成方法及应用

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010205815A (ja) * 2009-03-02 2010-09-16 Konica Minolta Holdings Inc 有機エレクトロルミネッセンス素子材料、有機エレクトロルミネッセンス素子、表示装置及び照明装置
JP5356863B2 (ja) * 2009-03-04 2013-12-04 山本化成株式会社 有機トランジスタ
JP5417039B2 (ja) * 2009-05-25 2014-02-12 出光興産株式会社 インドール誘導体及びそれを用いた有機薄膜太陽電池
TWI510488B (zh) * 2010-09-13 2015-12-01 Nippon Steel & Sumikin Chem Co Organic electroluminescent elements
KR20120081539A (ko) * 2011-01-11 2012-07-19 (주)씨에스엘쏠라 유기발광화합물 및 이를 이용한 유기 광소자
WO2012115394A2 (ko) * 2011-02-24 2012-08-30 덕산하이메탈(주) 화합물 및 이를 이용한 유기전기소자, 그 전자장치

Also Published As

Publication number Publication date
TW201418259A (zh) 2014-05-16
WO2014042006A1 (ja) 2014-03-20
JPWO2014042006A1 (ja) 2016-08-18
CN104662025A (zh) 2015-05-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6329937B2 (ja) 有機エレクトロルミネッセンス素子
WO2013157367A1 (ja) 新規なトリフェニレン誘導体及び該誘導体が使用されている有機エレクトロルミネッセンス素子
JP6294878B2 (ja) インデノインドール誘導体および有機エレクトロルミネッセンス素子
TWI632222B (zh) 有機電致發光元件
WO2012014500A1 (ja) インデノカルバゾール環構造を有する化合物および有機エレクトロルミネッセンス素子
JPWO2011155169A1 (ja) アクリダン環構造を有する化合物および有機エレクトロルミネッセンス素子
WO2014199567A1 (ja) 有機エレクトロルミネッセンス素子
JP6158703B2 (ja) アクリダン環構造を有する化合物および有機エレクトロルミネッセンス素子
JP2011178742A (ja) フェノキサジン環構造またはフェノチアジン環構造を有する化合物および有機エレクトロルミネッセンス素子
WO2014034092A1 (ja) インデノアクリダン環構造を有する化合物および有機エレクトロルミネッセンス素子
JP6251675B2 (ja) アクリダン環構造を有する化合物および有機エレクトロルミネッセンス素子
WO2017122813A1 (ja) 有機エレクトロルミネッセンス素子
WO2013061805A1 (ja) 新規なトリフェニレン誘導体及び該誘導体が使用されている有機エレクトロルミネッセンス素子
JPWO2017138569A1 (ja) 有機エレクトロルミネッセンス素子
WO2014038417A1 (ja) 新規なベンゾチエノインドール誘導体および該誘導体が使用されている有機エレクトロルミネッセンス素子
JP6389459B2 (ja) ジカルバゾール誘導体及び有機エレクトロルミネッセンス素子
WO2014042006A1 (ja) 新規なチエノインドール誘導体及び該誘導体を用いた有機エレクトロルミネッセンス素子
JP6580553B2 (ja) ベンゾフロインドール誘導体および有機エレクトロルミネッセンス素子
JP6173305B2 (ja) アクリダン環構造を有する化合物および有機エレクトロルミネッセンス素子
JP5525665B1 (ja) アクリダン環構造を有する化合物および有機エレクトロルミネッセンス素子
JP2014227405A (ja) シクロペンタインドール環構造を有する化合物および有機エレクトロルミネッセンス素子