JP2014505350A - 有機エレクトロルミネッセント素子 - Google Patents
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Abstract
Description
−陽極と陰極とを備える一対の電極、および
−一対の電極の間に配置された有機化合物の1つ以上の層であって、以下の式(1)によって表される化合物を含む有機化合物層または1つ以上の有機化合物層
R1〜R2は、同一もしくは異なると共に、各々は、置換もしくは非置換のアリール基または置換もしくは非置換の複素環式基からなる群から独立して選択される。
R3は、置換もしくは非置換のアリール基、置換もしくは非置換の複素環式基、置換もしくは非置換のアルキル基、または、シアノ基からなる群から選択される。
n=1である場合、R1もしくはR2は置換もしくは非置換のチオフェン基である。
n=2である場合、R2=なし。)
を備える有機エレクトロルミネッセント素子が提供されている。
R1〜R2は、同一もしくは異なると共に、各々は、置換もしくは非置換のアリール基または置換もしくは非置換の複素環式基からなる群から独立して選択される。
R3は、置換もしくは非置換のアリール基、置換もしくは非置換の複素環式基、置換もしくは非置換のアルキル基、または、シアノ基からなる群から選択される。
n=1である場合、R1もしくはR2は置換もしくは非置換のチオフェン基である。
n=2である場合、R2=なし。)
−式(1)の化合物でドープされた単一の層、または
−少なくとも1つの層が式(1)の化合物でドープされていてもよい複数の層、あるいは、少なくとも1つの層であって、別のドーパントでドープされた式(1)の化合物から構成される層、または
−少なくとも1つの層が式(1)の化合物で完全に構成されていてもよい複数の層
からなるものであり得る。
式(1)の化合物はイミダゾール環構造を有する。R1〜R2は、同一もしくは異なると共に、各々は、置換もしくは非置換のアリール基または置換もしくは非置換の複素環式基からなる群から独立して選択される。
式(1a)において、式(1)のR1はチオフェン基である。「チオフェン」という用語は有機化学の技術分野において十分に理解されている。チオフェン基は、環中に硫黄原子を含む、構成要素を5つ有する不飽和複素環である。
式(1b)において、式(1)のR2はチオフェン基である。
式(1c)において、式(1)中のR2基はイミダゾール基である。
−式(1)の化合物でドープされた単一の層、または
−少なくとも1つの層が式(1)の化合物でドープされていてもよい複数の層、あるいは、少なくとも1つの層であって、別のドーパントでドープされた式(1)の化合物から構成される層、または
−少なくとも1つの層が式(1)の化合物で完全に構成されていてもよい複数の層
からなるものであり得る。
(1)陽極/正孔輸送層/発光層/電子輸送層/電子注入層/陰極
(2)陽極/正孔注入層/発光層/電子輸送層/電子注入層/陰極
(3)陽極/絶縁層/正孔輸送層/発光層/電子輸送層/陰極
(4)陽極/正孔輸送層/発光層/電子輸送層/絶縁層/陰極
(5)陽極/無機半導体/絶縁体/正孔輸送層/発光層/絶縁体/陰極
(6)陽極/絶縁層/正孔輸送層/発光層/電子輸送層/絶縁層/陰極
(7)陽極/絶縁層/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
(8)陽極/絶縁層/正孔注入層/正孔輸送層/発光層/電子輸送層/電子注入層/絶縁層/陰極
正孔輸送材料/化合物:
4−ヨード−1−トリチル−1H−イミダゾール(7.95g、18.2mmol)、5−メチルチオフェン−2−ボロン酸ピナコールエステル(4.90g、21.9mmol)、Na2CO3(7.66g、73.0mmol)のH2O(20mL)およびジオキサン(100mL)中の混合物を脱気した(N2通気)。Pd(PPh3)4(500mg)を添加し、混合物を還流に4時間加熱した。この混合物を室温に冷却させ、濃縮した。この混合物をCH2Cl2およびH2Oで希釈し、有機相を分離した。水性相を再抽出し(CH2Cl2)、組み合わせた有機物を洗浄し(飽和水性NaCl)、乾燥させ(MgSO4)、ろ過し、濃縮して固体残渣を得た。残渣をフラッシュクロマトグラフィ(EtOAc/CH2Cl2/ヘキサン4:50:50、次いで、6:50:50、次いで、8:50:50)により精製して、4−(5−メチルチオフェン−2−イル)−1−トリチル−1H−イミダゾール(6.15g、83%)を無色の固体として得た。1H NMR(CDCl3,400MHz)δ2.46(d,J 0.9Hz,3H),6.62〜6.65(m,1H),6.94(d,J 1.4Hz,1H),6.99(d,J 3.5Hz,1H),7.15〜7.21(m,6H),7.31〜7.37(m,9H),7.41(d,J 1.4Hz,1H);13C NMR(CDCl3,100MHz)δ15.3,75.5,116.1,121.7,125.5,128.1,128.1,129.8,135.6,136.4,137.8,138.9,142.2;HRMS(EI)m/z 406.1496 C27H22N2S[M]+・は406.1498を必要とする。
4−(5−メチルチオフェン−2−イル)−1−トリチル−1H−イミダゾール(2.20g、5.42mmol)のTHF(100mL)中の混合物を−78℃に冷却した。nBuLi(3.9mLの、ヘキサン中の1.6M溶液、6.2mmol)を滴下し(約2分間)、薄い黄色の溶液を−50℃に(約1時間かけて)温めさせ、次いで−78℃に再冷却した。I2(2.74g、10.4mmol)を添加し、混合物を室温(約4時間かけて)に温めさせ、一晩撹拌した。飽和水性NH4Cl(2mL)を添加し、混合物を約10mLに濃縮した。混合物をEtOAc、H2O、飽和水性Na2S2O3で希釈し、有機相を分離した。水性相を再抽出し(EtOAc)、組み合わせた有機物を洗浄し(飽和水性NaCl)、乾燥させ(MgSO4)、ろ過し、濃縮して残渣を得た。残渣をフラッシュクロマトグラフィ(EtOAc/ヘキサン5:95、次いで、15:85)により精製して、2−ヨード−4−(5−メチルチオフェン−2−イル)−1−トリチル−1H−イミダゾール2(1.72g、60%)を無色の固体として得た。1H NMR(CDCl3,400MHz)δ2.45(s,3H),6.60〜6.64(m,1H),6.94(s,1H),6.99(d,J 3.5Hz,1H),7.19〜7.39(m,15H);13C NMR(CDCl3,100MHz)δ15.3,90.6,120.4,122.3,125.5,125.6,127.2,128.1,130.8,134.2,138.1,138.2,141.4,146.8;HRMS(EI)m/z 532.0459 C27H21N2IS[M]+・は532.0465を必要とする。
2−ヨード−4−(5−メチルチオフェン−2−イル)−1−トリチル−1H−イミダゾール2(2.57g、4.83mmol)およびAcOH(3mL)のMeOH(120mL)中の混合物を還流下で加熱した(2時間)。混合物を室温に冷却させ、次いで、濃縮して残渣を得た。残渣をトルエン中にとり、濃縮して残渣を得た。残渣をCH2Cl2、H2O、飽和水性NaHCO3で希釈し、有機相を分離した。水性相を再抽出し(CH2Cl2)、組み合わせた有機物を洗浄し(飽和水性NaCl)、乾燥させ(MgSO4)、ろ過し、濃縮して残渣を得た。残渣をフラッシュクロマトグラフィ(EtOAc/ヘキサン15:85、次いで、30:70、次いで、40:60)により精製して、2−ヨード−4−(5−メチルチオフェン−2−イル)−1H−イミダゾール3(1.2g、86%)を無色の固体として得た。1H NMR(CDCl3,400MHz)2.48(d,J 1.0Hz,3H),6.65〜6.68(m,1H),7.03(d,J 3.5Hz 1H),7.14(s,1H)。
THF(220mL)中の4(5)−ヨードイミダゾール(12.1g、67.7mmol)に、0℃で、(数回に分けて、5分間かけて)NaH(2.77gの、鉱油中の60%分散体、69.0mmol)を添加した。混合物を0℃で(15分間)、次いで、室温で(20分間)撹拌した。混合物を0℃に再冷却し、MeI(4.49mL、72.0mmol)を添加し、混合物を撹拌し(10分間)、次いで、室温で(1時間)撹拌した。H2O(5mL)を注意しながら添加し、混合物を濃縮した(約10mL)。この混合物をCH2Cl2およびH2Oで希釈し、有機相を分離した。水性相を再抽出し(CH2Cl2)、組み合わせた有機物を洗浄し(飽和水性NaCl)、乾燥させ(MgSO4)、ろ過し、濃縮して残渣を得た。残渣をDMF(100mL)中にとり、数滴のMeIを添加した。この混合物を75℃(14時間)に加熱した。H2O(3mL)を添加し、混合物を濃縮して残渣(12.9g)を得た。この残渣(12.9g)に、H2O(50mL)およびDMF(200mL)中の5−メチルチオフェン−2−ボロン酸ピナコールエステル(16.1g、72.0mmol)、Na2CO3(20.8g、0.198mol)を添加し、混合物を脱気した(N2通気)。Pd(PPh3)4(1.0g)を添加し、混合物を還流に3時間加熱した。この混合物を室温に冷却させ、濃縮した。この混合物をCH2Cl2およびH2Oで希釈し、有機相を分離した。水性相を再抽出し(CH2Cl2)、組み合わせた有機物を洗浄し(飽和水性NaCl)、乾燥させ(MgSO4)、ろ過し、濃縮して残渣を得た。残渣をフラッシュクロマトグラフィ(EtOAc/ヘキサン40:50、次いで、50:50、次いで、60:40、次いで、70:30)により精製して、1−メチル−4−(5−メチルチオフェン−2−イル)−1H−イミダゾール5(4.23g、38%)を無色の固体として得た。1H NMR(CDCl3,400MHz)δ2.45(s,3H),3.64(s,3H),6.62〜6.656(m,1H),6.97(s,1H),7.02(d,J 3.5Hz,1H),7.40(s,1H);HRMS(EI)m/z 178.0556 C9H10N2S[M]+・は178.0559を必要とする。
1−メチル−4−(5−メチルチオフェン−2−イル)−1H−イミダゾール5(2.36g、13.3mmol)のTHF(100mL)中の混合物を−78℃に冷却した。nBuLi(9.53mLの、ヘキサン中の1.6M溶液、15.2mmol)を滴下し(約2分間)、薄い黄色の溶液を−40℃に(約1時間かけて)温めさせ、次いで−78℃に再冷却した。I2(2.74g、10.4mmol)を添加し、混合物を室温(約2時間かけて)に温めさせ、一晩撹拌した。飽和水性NH4Cl(2mL)を添加し、混合物を約10mLに濃縮した。混合物をCH2Cl2、H2O、飽和水性Na2S2O3で希釈し、有機相を分離した。水性相を再抽出し(CH2Cl2)、組み合わせた有機物を洗浄し(飽和水性NaCl)、乾燥させ(MgSO4)、ろ過し、濃縮して残渣を得た。残渣をフラッシュクロマトグラフィ(EtOAc/ヘキサン10:90、次いで、15:85、次いで、25:75)により精製して、2−ヨード−1−メチル−4−(5−メチルチオフェン−2−イル)−1H−イミダゾール6(3.37g、84%)を無色の固体として得た。1H NMR(CDCl3,400MHz)δ2.46(d,J 0.8Hz,3H),3.59(s,3H), 6.62〜6.66(m,1H),7.04(d,J 3.5Hz,1H),7.11(s,1H);13C NMR(CDCl3,100MHz)δ15.3,36.8,91.0,118.7,122.2,125.5,134.3,138.1,140.5;HRMS(EI)m/z 303.9533 C9H9N2IS[M]+・は303.9526を必要とする。
2−ヨード−1−メチル−4−(5−メチルチオフェン−2−イル)−1H−イミダゾール6(1.31g、4.31mmol)、5−メチルチオフェン−2−ボロン酸ピナコールエステル(1.35g、6.03mmol)、Na2CO3(1.80g、17.2mmol)のH2O(10mL)およびDMF(40mL)中の混合物を脱気した(N2通気)。Pd(PPh3)4(125mg)を添加し、混合物を還流に5時間加熱した。この混合物を室温に冷却させ、濃縮した。混合物をEtOAcおよびH2Oで希釈し、有機相を分離した。水性相を再抽出し(EtOAc)、組み合わせた有機物を洗浄し(飽和水性NaCl)、乾燥させ(MgSO4)、ろ過し、濃縮して残渣を得た。残渣をフラッシュクロマトグラフィ(EtOAc/ヘキサン10:90、次いで、15:85、次いで、20:80)により精製して、1−メチル−2,4−ビス(5−メチルチオフェン−2−イル)−1H−イミダゾール7(930mg、79%)を無色の固体として得た。この材料の一部を、先ず、再結晶化(EtOAc/ヘキサン)により、次に昇華(130℃、10−6mBar)によりさらに精製した:融点138〜140℃1H NMR(CDCl3,400MHz)δ2.48(d,J 0.7Hz,3H),2.51(d,J 0.7Hz,3H),3.76(s,3H),6.64〜6.67(m,1H),6.73〜6.77(m,1H),7.00(s,1H),7.10(d,J 3.4Hz,1H),7.14(d,J 3.4Hz,1H);13C NMR(CDCl3,100MHz)δ15.2,15.3,34.5,117.0,122.1,125.5,125.6,126.7,136.3,137.7,141.5,142.4;HRMS(EI)m/z 274.0589 C14H14N2S2[M]+・は274.0593を必要とする。
2−ヨード−1−メチル−4−(5−メチルチオフェン−2−イル)−1H−イミダゾール6(1.78g、5.86mmol)、1,10−フェナントロリン(1.11g、6.16mmol)およびCs2CO3(4.01g、12.3mmol)のDMF(12mL)中の混合物を脱気した(N2通気)。CuI(1.17g、6.16mmol)、を添加し、混合物を105℃に40時間加熱し、次いで、室温に冷却させた。混合物をEtOAcで洗浄するセライトを通してろ過し、組み合わせた濾液および洗浄液を濃縮した。残渣をCH2Cl2およびH2O中にとり、有機相を分離した。水性相を再抽出し(CH2Cl2)、組み合わせた有機物を洗浄し(飽和水性NaCl)、乾燥させ(MgSO4)、ろ過し、濃縮して残渣を得た。残渣をフラッシュクロマトグラフィ(EtOAc/CH2Cl20:100、次いで、2:98、次いで、4:96)により精製して、1,1’−ジメチル−4,4’−ビス(5−メチルチオフェン−2−イル)−1H,1’H−2,2’−ビイミダゾール8(501mg、48%)を無色の固体として得た。この材料の一部を、昇華(180℃、10−6mBar)によりさらに精製した:融点220〜228℃(DSC)1H NMR(CDCl3,400MHz)δ2.49(d,J 0.8Hz,6H),4.09(s,6H),6.66〜6.69(m,2H),7.07(s,2H),7.08(d,J 3.4Hz,2H);13C NMR(CDCl3,100MHz)δ15.3,35.6,117.4,121.7,125.6,135.4,135.9,137.8,137.9;HRMS(EI)m/z 354.0963 C18H18N4S2[M]+・は354.0967を必要とする。
2−ヨード−1−メチル−4−(5−メチルチオフェン−2−イル)−1H−イミダゾール6(1.26g、4.16mmol)、(9,9−ジメチル−9H−フルオレン−2−イル)ボロン酸(1.19g、5.00mmol)、Na2CO3(2.20g、20.8mmol)のH2O(10mL)およびDMF(40mL)中の混合物を脱気した(N2通気)。Pd(PPh3)4(120mg、0.10mmol)を添加し、混合物を還流に2時間加熱した。この混合物を室温に冷却させ、濃縮した。混合物を、CH2Cl2で洗浄するセライトを通してろ過し、組み合わせた濾液および洗浄液を濃縮した。残渣をCH2Cl2およびH2O中にとり、有機相を分離した。水性相を再抽出し(CH2Cl2)、組み合わせた有機物を洗浄し(飽和水性NaCl)、乾燥させ(MgSO4)、ろ過し、濃縮して残渣を得た。残渣をフラッシュクロマトグラフィ(EtOAc/ヘキサン5:95、次いで、10:90、次いで、12:88)により精製して、2−(9,9−ジメチル−9H−フルオレン−2−イル)−1−メチル−4−(5−メチルチオフェン−2−イル)−1H−イミダゾール9(1.19g、76%)を無色の固体として得た。この材料の一部を、先ず、再結晶化により(EtOAc/ヘキサン)、次に、昇華により(180℃、10−6mBar)さらに精製した:融点188〜191℃(DSC)1H NMR(CDCl3,400MHz)δ1.53(s,6H),2.50(d,J 0.6Hz,3H),3.76(s,3H),6.68〜6.71(m,1H),7.11(s,1H),7.13〜7.19(m,1H),7.32〜7.40(m,2H),7.43〜7.49(m,1H),7.58(dd,J 1.4,8.0Hz,1H),7.73〜7.81(m,3H);13C NMR(CDCl3,100MHz)δ15.3,27.1,34.6,47.0,117.1,119.8,120.3,122.1,122.7,123.6,125.6,127.0,127.7,137.8,138.5,139.9,148.3,153.9,154.0;HRMS(EI)m/z 370.1490 C24H22N2S[M]+・は370.1498を必要とする。
3−(2−ヨード−4−(5−メチルチオフェン−2−イル)−1H−イミダゾール−1−イル)−9−メチル−9H−カルバゾール10(920g、2.0mmol)、5−メチルチオフェン−2−ボロン酸ピナコールエステル(880mg、3.9mmol)、Na2CO3(1.03g、9.81mmol)のH2O(5mL)およびDMF(20mL)中の混合物を脱気した(N2通気)。Pd(PPh3)4(60mg)を添加し、混合物を還流に8時間加熱した。この混合物を室温に冷却させ、濃縮した。残渣をH2Oで(3回)およびEtOAcで(1回)洗浄した。固体材料をソックスレー装置に移し、材料をEtOAcで抽出した。有機抽出物を約10mLに濃縮し、固体材料を回収し、再結晶させて(EtOAc)、3−(2,4−ビス(5−メチルチオフェン−2−イル)−1H−イミダゾール−1−イル)−9−メチル−9H−カルバゾール11(1.19g、76%)を無色の結晶として得た。この材料の一部を、昇華(220℃、10−6mBar)によりさらに精製した:融点248〜255℃(DSC)1H NMR(CDCl3,400MHz)δ2.33(s,3H),2.51(d,J 0.6Hz,3H),3.94(s,3H),6.48(br s,1H),6.72(d,J 2.5Hz,1H),7.22(s,1H),7.30(t,7.6Hz,1H),7.43(dd,J 2.0,8.6Hz,1H),7.49(d,8.5Hz,2H),7.57(dt,J 1.0,7.6Hz,1H),8.08(d,7.7Hz,1H),8.10(d,J 1.8Hz,1H);13C NMR(CDCl3,100MHz)δ15.1,15.4,109.0,109.2,117.9,119.2,119.8,120.8,122.2,123.3,124.5,125.9,126.1,126.9,141.1,141.8,142.6;HRMS(EI)m/z 439.1163 C24H22N2S[M]+・は439.1171を必要とする。
素子特性
素子特性は、2種の選択された材料53および5、ならびに、基準のための1種の市販の材料(NPD)に基づく。実証した発光素子のまとめが表1に示されている。
素子A;構造:145nmITO(陽極)/40nm PEDOT:PSS(正孔注入層)/30nm材料53(正孔輸送層)/30nm Alq3(発光層)/1nm LiF(電子輸送層)/100nm Al(陰極);図4に従う
プロセス:PEDOT:PSS層は、正孔注入層として、予洗浄したITO基材の上に空気中でスピンコートした。150℃で15分間の焼成の後、基材は、1×10−5Paの真空圧下での正孔輸送層、発光層および陰極を含む残りの層の熱成膜のために、減圧チャンバに移される。素子中に乾燥剤を用いながら他のカバーガラスで封止プロセスを行い、酸素および水分との接触が防止されるようuv硬化エポキシによりシールした。
素子B;素子Bを、化合物53の代わりに化合物5を用いて、素子Aに係るものと同じ条件下で作製した。
素子C;素子Cを、化合物53の代わりに化合物NPDを用いて、素子Aに係るものと同じ条件下で作製した。
Claims (20)
- −陽極と陰極とを備える一対の電極、および
−前記一対の電極の間に配置された有機化合物の1つ以上の層であって、以下の式(1)によって表される化合物を含む前記有機化合物層または1つ以上の前記有機化合物層
R1〜R2は、同一もしくは異なると共に、各々は、置換もしくは非置換のアリール基または置換もしくは非置換の複素環式基からなる群から独立して選択される。
R3は、置換もしくは非置換のアリール基、置換もしくは非置換の複素環式基、置換もしくは非置換のアルキル基、または、シアノ基からなる群から選択される。
n=1である場合、R1もしくはR2は置換もしくは非置換のチオフェン基である。
n=2である場合、R2=なし。)
を備える有機エレクトロルミネッセント素子。 - 前記化合物が式(1a):
R3は、置換もしくは非置換のアリール基または置換もしくは非置換の複素環式基、置換もしくは非置換のアルキル基からなる群から選択される。
R4〜R6は同一もしくは異なると共に、各々、水素原子、ハロゲン原子、ニトロ基、ケトン基、アミド基、シアノ基、カルボキシレート基、スルホネート基、置換もしくは非置換のアリール基、置換もしくは非置換のアルキル基および置換もしくは非置換の複素環式基からなる群から独立して選択されるか、または、R4およびR5、または、R5およびR6は一緒になって置換もしくは非置換の環式基を形成する置換基の対である。)
のものである、請求項1に記載の素子。 - 前記化合物が式(1b):
R3は、置換もしくは非置換のアリール基または置換もしくは非置換の複素環式基、置換もしくは非置換のアルキル基からなる群から選択される。
R4〜R6は同一もしくは異なると共に、各々は、水素原子、ハロゲン原子、ニトロ基、ケトン基、アミド基、シアノ基、カルボキシレート基、スルホネート基、置換もしくは非置換のアリール基、置換もしくは非置換のアルキル基および置換もしくは非置換の複素環式基からなる群から独立して選択されるか、または、R4およびR5、または、R5およびR6は一緒になって置換もしくは非置換の環式基を形成する置換基の対である。)
のものである、請求項1に記載の素子。 - 前記化合物が式(1c):
R1は、置換もしくは非置換のアリール基または置換もしくは非置換の複素環式基からなる群から選択される。
R3は、置換もしくは非置換のアリール基または置換もしくは非置換の複素環式基、置換もしくは非置換のアルキル基からなる群から選択される。)
のものである、請求項1に記載の素子。 - R3が水素原子である、請求項1〜4に記載の素子。
- 前記アリール基が単環式である、請求項1〜4に記載の素子。
- 前記アリール基が多環式である、請求項1〜4に記載の素子。
- R1〜R6が、各々、置換もしくは非置換の複素環式基から独立して選択される、請求項1〜4に記載の素子。
- 前記複素環式基がポリヘテロ環である、請求項1〜4に記載の素子。
- R3が置換もしくは非置換のアルキル基である、請求項1〜4に記載の素子。
- R3が、「n」=2以上となるよう2つ以上の結合部位を有する、置換もしくは非置換の単環式または多環式芳香族化合物である、請求項1〜4に記載の素子。
- R3が、「n」=2以上となるよう2つ以上の結合部位を有する、置換もしくは非置換のモノヘテロ環式化合物もしくはポリヘテロ環式化合物である、請求項1〜4に記載の素子。
- 前記素子が積層型有機EL素子である、請求項1〜12のいずれか一項に記載の素子。
- 前記素子がディスプレイを含む、請求項1〜13のいずれか一項に記載の素子。
- 前記素子が光源を含む、請求項1〜14のいずれか一項に記載の素子。
- 式(1)、(1a)、(1b)、(1c)の化合物。
- エレクトロルミネッセント素子における化合物(1)、(1a)、(1b)、(1c)の使用。
- 前記発光層がホスト材料およびリン光材料を含み、ここで、前記ホスト材料は、請求項1〜4のいずれか一項に記載の有機エレクトロルミネッセント素子のための材料を含む、請求項1〜4に記載の素子。
- 前記発光層がホスト材料およびリン光材料を含み、ここで、前記リン光材料は、イリジウム金属、オスミウム金属または白金金属を含む、請求項1〜4に記載の素子。
- 前記発光層がホスト材料およびリン光材料を含み、ここで、前記リン光材料は、金属−カルベン結合を有する発光材料である、請求項1〜4に記載の素子。
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