JP2015505837A - 新規有機電界発光化合物およびこれを使用する有機電界発光素子 - Google Patents
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Abstract
本発明は新規有機電界発光化合物およびこれを含む有機電界発光素子に関する。本発明の有機電界発光化合物を使用すると、長い駆動寿命および高い発光効率を有するOLED素子を製造することが可能となる。さらに、この化合物は素子の電力効率を向上させかつ全体的な電力消費を低減させることができる。【選択図】なし
Description
本発明は新規有機電界発光化合物およびこれを使用する有機電界発光素子に関する。
電界発光(electroluminescent:EL)素子は、より広い視野角、より大きなコントラスト比およびより速い応答時間を提供するという点で、他のタイプのディスプレイ素子を超える有利さを有する自己発光型素子である。発光層を形成するための材料として、芳香族ジアミン低分子及びアルミニウム錯体を使用することにより、有機EL素子がイーストマンコダックによって初めて開発された[Appl.Phys.Lett.51,913,1987]。
有機EL素子において発光効率を決定する最も重要な要因は発光材料である。現在まで、発光材料として蛍光材料が広く使用されてきた。しかし、電界発光メカニズムの観点から、蛍光材料と比較して、リン光材料は発光効率を理論的に4倍まで増大させるので、リン光発光材料の開発が広く研究されている。リン光材料としてイリジウム(III)錯体、例えば、ビス(2−(2’−ベンゾチエニル)−ピリジナト−N,C3’)イリジウム(アセチルアセトナート)((acac)Ir(btp)2)、トリス(2−フェニルピリジン)イリジウム(Ir(ppy)3)、およびビス(4,6−ジフルオロフェニルピリジナト−N,C2)ピコリナートイリジウム(Firpic)がそれぞれ赤色、緑色及び青色材料として、広く知られている。
従来技術において、4,4’−N,N’−ジカルバゾール−ビフェニル(CBP)は、リン光物質のための最も広く知られているホスト材料であった。さらに、バトクプロイン(BCP)およびアルミニウム(III)ビス(2−メチル−8−キノリナート)(4−フェニルフェノラート)(BAlq)を正孔ブロッキング層に使用する有機EL素子も知られており、並びに、パイオニア(日本国)らはホスト材料としてBAlqの誘導体を使用する高性能の有機EL素子を開発した。
これら材料は良好な発光特性を提供するが、それらは以下の欠点を有する。(1)その低いガラス転移温度および劣った熱安定性のせいで、真空での高温堆積プロセス中に分解が起こりうる。(2)有機EL素子の電力効率は、[(π/電圧)×電流効率]によって与えられ、そして電力効率は電圧に対して反比例する。リン光ホスト材料を含む有機EL素子は、蛍光材料を含む有機EL素子よりも高い電流効率(cd/A)を提供する。しかし、それは、より高い駆動電圧を有し、よって、電力効率(lm/W)の点でより少ない利点しか存在しない。(3)さらに、この有機EL素子の駆動寿命は短く、そして発光効率は依然として改良を必要としている。
国際公開第WO2011/081423号は、トリフェニレン基およびフルオレン基で置換されたカルバゾール化合物を開示する。しかし、この化合物は高い駆動電圧を必要とし、よって商業化には適していない。
Appl.Phys.Lett.51,913,1987
本発明の目的は、高い発光効率および長い駆動寿命を素子に付与し、並びに適切な色座標を有する有機電界発光化合物;並びに発光材料としてこの化合物を使用して、高効率および長寿命を有する有機電界発光素子を提供することである。
本発明者は下記式1で表される有機電界発光化合物によって上記目的が達成可能であることを見いだした:
式中、L1およびL2はそれぞれ独立して、単結合、置換されているかもしくは置換されていない3−から30−員のヘテロアリーレン基、または置換されているかもしくは置換されていない(C6−C30)アリーレン基を表し、ただしL1およびL2は同時に単結合ではない;
Yは−O−、−S−、−CR7R8−または−NR9−を表し;
R1〜R9はそれぞれ独立して、水素、重水素、ハロゲン、置換されているかもしくは置換されていない(C1−C30)アルキル基、置換されているかもしくは置換されていない(C6−C30)アリール基、置換されているかもしくは置換されていない3−から30−員のヘテロアリール基、置換されているかもしくは置換されていない(C3−C30)シクロアルキル基、置換されているかもしくは置換されていない5−から7−員のヘテロシクロアルキル基、1以上の芳香環と縮合した(C6−C30)シクロアルキル基、−NR10R11、−SR12、−OR13または−SiR14R15R16を表し;
R10〜R16はそれぞれ独立して、水素、重水素、ハロゲン、置換されているかもしくは置換されていない(C1−C30)アルキル基、置換されているかもしくは置換されていない(C6−C30)アリール基、または置換されているかもしくは置換されていない3−から30−員のヘテロアリール基を表し;
a、c、eおよびfはそれぞれ独立して1〜4の整数を表し;a、c、eおよびfが2以上の整数である場合には、R1、R3、R5およびR6のそれぞれは同じかまたは異なっており;
bおよびdはそれぞれ独立して1〜3の整数を表し;bおよびdが2以上の整数である場合には、R2およびR4のそれぞれは同じかまたは異なっており;並びに
前記ヘテロシクロアルキル基、ヘテロアリーレン基およびヘテロアリール基はB、N、O、S、P(=O)、SiおよびPから選択される少なくとも1つのヘテロ原子を含む。
Yは−O−、−S−、−CR7R8−または−NR9−を表し;
R1〜R9はそれぞれ独立して、水素、重水素、ハロゲン、置換されているかもしくは置換されていない(C1−C30)アルキル基、置換されているかもしくは置換されていない(C6−C30)アリール基、置換されているかもしくは置換されていない3−から30−員のヘテロアリール基、置換されているかもしくは置換されていない(C3−C30)シクロアルキル基、置換されているかもしくは置換されていない5−から7−員のヘテロシクロアルキル基、1以上の芳香環と縮合した(C6−C30)シクロアルキル基、−NR10R11、−SR12、−OR13または−SiR14R15R16を表し;
R10〜R16はそれぞれ独立して、水素、重水素、ハロゲン、置換されているかもしくは置換されていない(C1−C30)アルキル基、置換されているかもしくは置換されていない(C6−C30)アリール基、または置換されているかもしくは置換されていない3−から30−員のヘテロアリール基を表し;
a、c、eおよびfはそれぞれ独立して1〜4の整数を表し;a、c、eおよびfが2以上の整数である場合には、R1、R3、R5およびR6のそれぞれは同じかまたは異なっており;
bおよびdはそれぞれ独立して1〜3の整数を表し;bおよびdが2以上の整数である場合には、R2およびR4のそれぞれは同じかまたは異なっており;並びに
前記ヘテロシクロアルキル基、ヘテロアリーレン基およびヘテロアリール基はB、N、O、S、P(=O)、SiおよびPから選択される少なくとも1つのヘテロ原子を含む。
本発明に従う有機電界発光化合物は高い発光効率および良好な寿命特性を有し、よって長い駆動寿命を有する有機電界発光素子を提供できた。
さらに、本発明において使用される有機電界発光化合物は高効率で電子を輸送するので、本発明は結晶化のない素子を製造するのを可能にする。さらに、この化合物は良好な層形成性を有しかつ素子の電流特性を向上させる。よって、低下した駆動電圧および向上した電力効率を有する有機電界発光素子を生じさせることが可能である。
以下、本発明が詳細に説明される。しかし、以下の説明は本発明を説明することを意図しており、いかなる方法でも本発明の範囲を限定することを意味していない。
本発明は、上記式1で表される有機電界発光化合物、この化合物を含む有機電界発光材料およびこの材料を含む有機電界発光素子に関する。
以下、上記式1で表される有機電界発光化合物が詳細に説明される。
本明細書において「アルキル」には、メチル、エチル、n−プロピル、イソプロピル、n−ブチル、イソブチル、tert−ブチルなどが挙げられ;「アルケニル」には、ビニル、1−プロペニル、2−プロペニル、1−ブテニル、2−ブテニル、3−ブテニル、2−メチルブタ−2−エニルなどが挙げられ;「アルキニル」には、エチニル、1−プロピニル、2−プロピニル、1−ブチニル、2−ブチニル、3−ブチニル、1−メチルペンタ−2−イニルなどが挙げられ;「シクロアルキル」には、シクロプロピル、シクロブチル、シクロペンチル、シクロヘキシルなどが挙げられ;「5−から7−員のヘテロシクロアルキル」は、B、N、O、S、P(=O)、SiおよびP、好ましくはO、SおよびNから選択される少なくとも1つのヘテロ原子、並びに5から7つの環骨格原子を有するシクロアルキルであり、そしてテトラヒドロフラン、ピロリジン、チオラン、テトラヒドロピランなどが挙げられ;「アリール(アリーレン)」は、(C6−C30)芳香族炭化水素から生じた単環式環もしくは縮合環であり、そしてフェニル、ビフェニル、テルフェニル、ナフチル、ビナフチル、フェニルナフチル、ナフチルフェニル、フルオレニル、フェニルフルオレニル、ベンゾフルオレニル、ジベンゾフルオレニル、フェナントレニル、フェニルフェナントレニル、アントラセニル、インデニル、トリフェニレニル、ピレニル、テトラセニル、ペリレニル、クリセニル、ナフタセニル、フルオランテニルなどが挙げられ;「3−から30−員のヘテロアリール(ヘテロアリーレン)」は、B、N、O、S、P(=O)、SiおよびPからなる群から選択される少なくとも1つ、好ましくは1〜4個のへテロ原子、並びに3から30個の環骨格原子を有するアリール基であって、それは単環式環もしくは少なくとも1つのベンゼン環と縮合した縮合環であって、それは部分的に飽和していてもよく、それは少なくとも1つのヘテロアリールもしくはアリール基を1つもしくは複数の単結合を介してヘテロアリール基に結合することによって形成されたものであってもよく、そしてそれには単環式環型ヘテロアリール、例えば、フリル、チオフェニル、ピロリル、イミダゾリル、ピラゾリル、チアゾリル、チアジアゾリル、イソチアゾリル、イソオキサゾリル、オキサゾリル、オキサジアゾリル、トリアジニル、テトラジニル、トリアゾリル、テトラゾリル、フラザニル、ピリジル、ピラジニル、ピリミジニル、ピリダジニルなど、および縮合環型ヘテロアリール、例えば、ベンゾフラニル、ベンゾチオフェニル、イソベンゾフラニル、ジベンゾフラニル、ジベンゾチオフェニル、ベンゾイミダゾリル、ベンゾチアゾリル、ベンゾイソチアゾリル、ベンゾイソオキサゾリル、ベンゾオキサゾリル、イソインドリル、インドリル、インダゾリル、ベンゾチアジアゾリル、キノリル、イソキノリル、シンノリニル、キナゾリニル、キノキサリニル、カルバゾリル、フェノキサジニル、フェナントリジニル、ベンゾジオキソリルなどが挙げられる。さらに、「ハロゲン」には、F、Cl、BrおよびIが挙げられる。
本明細書において「置換されているかもしくは置換されていない」の表現における「置換されている」とは、ある官能基中の水素原子が別の原子もしくは基、すなわち置換基で置き換えられていることを意味する。
式1のL1、L2、およびR1〜R16における前記アリール(アリーレン)、ヘテロアリール(ヘテロアリーレン)、アルキル、シクロアルキル、ヘテロシクロアルキル、アリールアミノ、トリアルキルシリル、およびトリアリールシリル基は、重水素;ハロゲン;ハロゲンで置換されているかもしくは置換されていない(C1−C30)アルキル基;ハロゲンで置換されているかもしくは置換されていない(C6−C30)アリール基;(C1−C30)アルキルもしくは(C6−C30)アリールで置換されているかもしくは置換されていない3−から30−員のヘテロアリール基;(C3−C30)シクロアルキル基;1以上の芳香環と縮合した(C6−C30)シクロアルキル基;5−から7−員のヘテロシクロアルキル基;RaRbRcSi−;カルバゾリル基;−NRdRe;−BRfRg;−PRhRi;−P(=O)RjRk[ここでRa〜Rkはそれぞれ独立して、(C1−C30)アルキル基、(C6−C30)アリール基、または3−から30−員のヘテロアリール基を表す];(C6−C30)アリール(C1−C30)アルキル基;(C1−C30)アルキル(C6−C30)アリール基;(C1−C30)アルコキシ基;および(C6−C30)アリールオキシ基、からなる群から選択される少なくとも1つでさらに置換されることができ、好ましくは、重水素、ハロゲン、(C1−C10)アルキル基、(C6−C20)アリール基、ハロ(C6−C20)アリール基、および5−から20−員のヘテロアリール基からなる群から選択される少なくとも1つであり、より好ましくは、重水素、ハロゲン、(C1−C6)アルキル基、(C6−C12)アリール基、ハロ(C6−C12)アリール基、および5−から12−員のヘテロアリール基からなる群から選択される少なくとも1つである。
上記式1において、L1およびL2はそれぞれ独立して、単結合、置換されているかもしくは置換されていない3−から30−員のヘテロアリーレン基、または置換されているかもしくは置換されていない(C6−C30)アリーレン基を表すが、ただし、L1およびL2は同時に単結合ではなく、好ましくは、単結合、置換されているかもしくは置換されていない5−から20−員のヘテロアリーレン基、または置換されているかもしくは置換されていない(C6−C20)アリーレン基を表し、より好ましくは単結合;(C6−C12)アリール基もしくはハロ(C6−C12)アリール基で置換されているかもしくは置換されていない5−から12−員のヘテロアリーレン基;または(C1−C6)アルキル基もしくは5−から12−員のヘテロアリール基で置換されているかもしくは置換されていない(C6−C10)アリーレン基を表す。
Yは−O−、−S−、−CR7R8−または−NR9−を表し、
R1〜R9はそれぞれ独立して、水素、重水素、ハロゲン、置換されているかもしくは置換されていない(C1−C30)アルキル基、置換されているかもしくは置換されていない(C6−C30)アリール基、置換されているかもしくは置換されていない3−から30−員のヘテロアリール基、置換されているかもしくは置換されていない(C3−C30)シクロアルキル基、置換されているかもしくは置換されていない5−から7−員のヘテロシクロアルキル基、1以上の芳香環と縮合した(C6−C30)シクロアルキル基、−NR10R11、−SR12、−OR13、または−SiR14R15R16を表し、好ましくは、水素、ハロゲン、置換されているかもしくは置換されていない(C1−C10)アルキル基、置換されているかもしくは置換されていない(C6−C20)アリール基、または置換されているかもしくは置換されていない5−から20−員のヘテロアリール基を表し、より好ましくは、水素;ハロゲン;置換されていない(C1−C6)アルキル基;重水素で置換されているかもしくは置換されていない(C6−C10)アリール基;または置換されていない5−から10−員のヘテロアリール基を表す。
R10〜R16はそれぞれ独立して、水素、重水素、ハロゲン、置換されているかもしくは置換されていない(C1−C30)アルキル基、置換されているかもしくは置換されていない(C6−C30)アリール基、または置換されているかもしくは置換されていない3−から30−員のヘテロアリール基を表す。
本発明の一実施形態に従って、上記式1において、L1およびL2はそれぞれ独立して、単結合、置換されているかもしくは置換されていない5−から20−員のヘテロアリーレン基、または置換されているかもしくは置換されていない(C6−C20)アリーレン基を表し、ただしL1およびL2は同時に単結合ではなく;Yは−O−、−S−、−CR7R8−、または−NR9−を表し;R1〜R9はそれぞれ独立して、水素、ハロゲン、置換されているかもしくは置換されていない(C6−C10)アルキル基、置換されているかもしくは置換されていない(C6−C20)アリール基、または置換されているかもしくは置換されていない5−から20−員のヘテロアリール基を表す。
本発明の別の実施形態に従って、上記式1において、L1およびL2はそれぞれ独立して、単結合;(C6−C12)アリール基もしくはハロ(C6−C12)アリール基で置換されているかもしくは置換されていない5−から12−員のヘテロアリーレン基;または、(C1−C6)アルキル基もしくは5−から12−員のヘテロアリール基で置換されているかもしくは置換されていない(C6−C10)アリーレン基を表すが、ただし、L1およびL2は同時に単結合ではなく、Yは、−O−、−S−、−CR7R8−、もしくは−NR9−を表し、R1〜R9はそれぞれ独立して、水素;ハロゲン;置換されていない(C1−C6)アルキル基;重水素で置換されているかもしくは置換されていない(C6−C10)アリール基;または置換されていない5−から10−員のヘテロアリール基を表す。
具体的には、L1およびL2はそれぞれ独立して、単結合、置換されているかもしくは置換されていない3−から30−員のヘテロアリーレン基、または置換されているかもしくは置換されていない(C6−C30)アリーレン基を表すことができるが、ただし、L1およびL2は同時に単結合ではなく;Yは、−O−、−S−、−CR7R8−、または−NR9−を表し;R1〜R9はそれぞれ独立して、水素、重水素、ハロゲン、置換されているかもしくは置換されていない(C1−C30)アルキル基、置換されているかもしくは置換されていない(C6−C30)アリール基、または置換されているかもしくは置換されていない3−から30−員のヘテロアリール基を表し;並びに、L1およびL2における前記ヘテロアリーレンおよびアリーレン基、並びにR1〜R9における前記アルキル、アリールおよびヘテロアリール基は、以下のものからなる群から選択される少なくとも1つでさらに置換されうる:重水素;ハロゲン;ハロゲンで置換されているかもしくは置換されていない(C1−C30)アルキル基;ハロゲンで置換されているかもしくは置換されていない(C6−C30)アリール基;(C1−C30)アルキルもしくは(C6−C30)アリールで置換されているかもしくは置換されていない3−から30−員のヘテロアリール基;(C6−C30)アリール(C1−C30)アルキル基;並びに(C1−C30)アルキル(C6−C30)アリール基。
より具体的には、L1は単結合、フェニレン、ビフェニレン、テルフェニレン、フルオレニレン、トリフェニレニレン、ピレニレン、ペリレニレン、フルオランテニレン、チオフェニレン、ピロリレン、ピラゾリレン、チアゾリレン、オキサゾリレン、オキサジアゾリレン、トリアジニレン、テトラジニレン、トリアゾリレン、フラザニレン、ピリジレン、ピリミジレン、キノリレン、イソキノリレン、キナゾリレン、ベンゾフラニレン、ベンゾチオフェニレン、インドリレン、ベンゾイミダゾリレン、ベンゾチアゾリレン、ベンゾイソチアゾリレン、ベンゾイソオキサゾリレン、ベンゾオキサゾリレン、ベンゾチアジアゾリレン、ジベンゾフラニレン、またはジベンゾチオフェニレンを表すことができるが、ただしL1およびL2は同時に単結合ではなく;R1〜R9はそれぞれ独立して、水素、 重水素、フッ素、メチル、エチル、n−プロピル、i−プロピル、n−ブチル、i−ブチル、t−ブチル、n−ペンチル、i−ペンチル、n−ヘキシル、n−ヘプチル、n−オクチル、2−エチルヘキシル、n−ノニル、デシル、ドデシル、ヘキサデシル、トリフルオロメチル、ペルフルオロエチル、トリフルオロエチル、ペルフルオロプロピル、ペルフルオロブチル、フェニル、ビフェニル、フルオレニル、フルオランテニル、トリフェニレニル、ピレニル、クリセニル、ナフタセニル、ペリレニル、ピリジル、ピロリル、フラニル、チオフェニル、イミダゾリル、ベンゾイミダゾリル、インデニル、ピラジニル、ピリミジル、ピリダジニル、キノリル、イソキノリル、トリアジニル、ベンゾフラニル、ジベンゾフラニル、ベンゾチオフェニル、ジベンゾチオフェニル、ピラゾリル、インドリル、カルバゾリル、チアゾリル、オキサゾリル、ベンゾチアゾリル、ベンゾオキサゾリル、フェナントロリニル、またはN−カルバゾリルを表し;並びに、L1、L2およびR1〜R9における前記置換基は、以下のものからなる群から選択される少なくとも1つでさらに置換されうる:重水素、塩素、フッ素、メチル、エチル、n−プロピル、i−プロピル、n−ブチル、i−ブチル、t−ブチル、n−ペンチル、i−ペンチル、n−ヘキシル、n−ヘプチル、n−オクチル、2−エチルヘキシル、n−ノニル、デシル、ドデシル、ヘキサデシル、トリフルオロメチル、ペルフルオロエチル、トリフルオロエチル、ペルフルオロプロピル、ペルフルオロブチル、フェニル、ビフェニル、フルオレニル、9,9−ジメチルフルオレニル、フルオランテニル、トリフェニレニル、フルオロフェニル、ジフルオロフェニル、トリフルオロフェニル、テトラフルオロフェニル、ペンタフルオロフェニル、ピリジル、ピリミジル、ベンゾチオフェニル、イミダゾリル、ベンゾチアゾリル、ベンゾイミダゾリル、ピレニル、ペリレニル、キノリル、およびイソキノリル。
本発明の有機電界発光化合物は以下の反応スキームに従って製造されうる。
[反応スキーム1]
[反応スキーム1]
式中、L1、L2、R1〜R6、Y、a、b、c、d、eおよびfは、上記式1における定義の通りであり、並びにHalはハロゲンを表す。
さらに、本発明は式1の有機電界発光化合物を含む有機電界発光材料、およびこの材料を含む有機電界発光素子を提供する。
上記材料は、本発明に従う有機電界発光化合物を単独で含んでなることができるか、または有機電界発光材料に一般的に使用される既存の材料をさらに含むことができる。
前記有機電界発光素子は、第1の電極、第2の電極、並びに前記第1の電極と第2の電極との間の少なくとも1つの有機層を含む。前記有機層は本発明に従う式1の少なくとも1種の有機電界発光化合物、またはこの化合物を含む有機電界発光材料を含むことができる。
第1の電極および第2の電極の一方がアノードであり、もう一方がカソードである。有機層は発光層と、正孔注入層、正孔輸送層、電子輸送層、電子注入層、インターレイヤー、正孔ブロッキング層および電子ブロッキング層からなる群から選択される少なくとも一層とを含む。
本発明に従う有機電界発光化合物は発光層に含まれうる。発光層において使用される場合には、本発明に従う有機電界発光化合物はホスト材料として含まれうる。
発光層はさらに、少なくとも一種のドーパント、そして必要ならば、本発明に従う有機電界発光化合物に加えて、第2のホスト材料としての別の化合物を含むことができ、この場合、本発明に従う有機電界発光化合物(第1のホスト材料):第2のホスト材料の比率は1:99から99:1の範囲であり得る。
第2のホスト材料は既知のリン光ドーパントのいずれかであり得る。具体的には、以下の式2〜6の化合物からなる群から選択されるリン光ドーパントが発光効率の観点から好ましい。
XはOまたはSを表し;
R31〜R34はそれぞれ独立して、水素、重水素、ハロゲン、置換されているかもしくは置換されていない(C1−C30)アルキル基、置換されているかもしくは置換されていない(C6−C30)アリール基、置換されているかもしくは置換されていない3−から30−員のヘテロアリール基、またはR35R36R37Si−を表し;R35〜R37はそれぞれ独立して、置換されているかもしくは置換されていない(C1−C30)アルキル基、または置換されているかもしくは置換されていない(C6−C30)アリール基を表し;L4は単結合、置換されているかもしくは置換されていない(C6−C30)アリーレン基、または置換されているかもしくは置換されていない3−から30−員のヘテロアリーレン基を表し;Mは置換されているかもしくは置換されていない(C6−C30)アリール基、または置換されているかもしくは置換されていない3−から30−員のヘテロアリール基を表し;Y3およびY4は−O−、−S−、−N(R41)−、または−C(R42)(R43)−を表すが、ただし、Y3およびY4は同時に存在せず;R41〜R43はそれぞれ独立して、置換されているかもしくは置換されていない(C1−C30)アルキル基、置換されているかもしくは置換されていない(C6−C30)アリール基、または置換されているかもしくは置換されていない3−から30−員のヘテロアリール基を表し、かつR42およびR43は同じかまたは異なっており;hおよびiはそれぞれ独立して、1〜3の整数を表し;j、k、lおよびmはそれぞれ独立して0〜4の整数を表し;並びに、h、i、j、k、lまたはmが2以上の整数である場合には、各(Cz−L4)、各(Cz)、各R31、各R32、各R33、または各R34は同じかまたは異なっている。
R31〜R34はそれぞれ独立して、水素、重水素、ハロゲン、置換されているかもしくは置換されていない(C1−C30)アルキル基、置換されているかもしくは置換されていない(C6−C30)アリール基、置換されているかもしくは置換されていない3−から30−員のヘテロアリール基、またはR35R36R37Si−を表し;R35〜R37はそれぞれ独立して、置換されているかもしくは置換されていない(C1−C30)アルキル基、または置換されているかもしくは置換されていない(C6−C30)アリール基を表し;L4は単結合、置換されているかもしくは置換されていない(C6−C30)アリーレン基、または置換されているかもしくは置換されていない3−から30−員のヘテロアリーレン基を表し;Mは置換されているかもしくは置換されていない(C6−C30)アリール基、または置換されているかもしくは置換されていない3−から30−員のヘテロアリール基を表し;Y3およびY4は−O−、−S−、−N(R41)−、または−C(R42)(R43)−を表すが、ただし、Y3およびY4は同時に存在せず;R41〜R43はそれぞれ独立して、置換されているかもしくは置換されていない(C1−C30)アルキル基、置換されているかもしくは置換されていない(C6−C30)アリール基、または置換されているかもしくは置換されていない3−から30−員のヘテロアリール基を表し、かつR42およびR43は同じかまたは異なっており;hおよびiはそれぞれ独立して、1〜3の整数を表し;j、k、lおよびmはそれぞれ独立して0〜4の整数を表し;並びに、h、i、j、k、lまたはmが2以上の整数である場合には、各(Cz−L4)、各(Cz)、各R31、各R32、各R33、または各R34は同じかまたは異なっている。
本発明に従って、有機電界発光素子の製造に使用されるドーパントは、好ましくは1種以上のリン光ドーパントである。本発明に従う電界発光素子に適用されるリン光ドーパント材料は限定されないが、好ましくは、イリジウム、オスミウム、銅およびパラジウムの錯体化合物から選択されることができ、より好ましくは、イリジウム、オスミウム、銅およびパラジウムのオルト金属化錯体化合物から選択されることができ、さらにより好ましくはオルト金属化イリジウム錯体化合物から選択されうる。
R100は水素、置換されているかもしくは置換されていない(C1−C30)アルキル基、または置換されているかもしくは置換されていない(C3−C30)シクロアルキル基を表し;R101〜R109、およびR111〜R123はそれぞれ独立して、水素、重水素、ハロゲン、1つもしくは複数のハロゲンで置換されているかもしくは置換されていない(C1−C30)アルキル基、置換されているかもしくは置換されていない(C3−C30)シクロアルキル基、シアノ基、または置換されているかもしくは置換されていない(C1−C30)アルコキシ基を表し;R120〜R123は隣の置換基に連結されて縮合環、例えば、キノリンを形成しており;R124〜R127はそれぞれ独立して、水素、重水素、ハロゲン、置換されているかもしくは置換されていない(C1−C30)アルキル基、または置換されているかもしくは置換されていない(C6−C30)アリール基を表し;R124〜R127がアリール基である場合には、隣り合う置換基が互いに連結されて縮合環、例えば、フルオレンを形成していてよく;R201〜R211はそれぞれ独立して、水素、重水素、ハロゲン、1つもしくは複数のハロゲンで置換されているかもしくは置換されていない(C1−C30)アルキル基、または置換されているかもしくは置換されていない(C3−C30)シクロアルキル基を表し;oおよびpはそれぞれ独立して、1〜3の整数を表し;ここで、oまたはpが2以上の整数である場合には、各R100は同じかまたは異なっており;並びに、nは1〜3の整数である。
本発明に従う有機電界発光素子の有機層は、式1で表される有機電界発光化合物に加えて、アリールアミン系化合物およびスチリルアリールアミン系化合物からなる群から選択される少なくとも一種の化合物をさらに含むことができる。
本発明に従う有機電界発光素子においては、有機層は、周期表の第1族の金属、第2族の金属、第4周期の遷移金属、第5周期の遷移金属、ランタニド、およびd−遷移元素の有機金属からなる群から選択される少なくとも一種の金属、または前記金属を含む少なくとも一種の錯体化合物をさらに含むことができる。有機層は、発光層および電荷発生層を含むことができる。
さらに、本発明に従う有機電界発光素子は、本発明に従う有機電界発光化合物の他に、当該分野において既知の青色電界発光化合物、赤色電界発光化合物または緑色電界発光化合物を含む少なくとも1つの発光層をさらに含むことによって、白色光を発光することができる。また、必要な場合には、黄色もしくは橙色発光層がこの素子に含まれてもよい。
本発明に従って、カルコゲナイド層、ハロゲン化金属層および金属酸化物層から好ましくは選択される有機電界発光素子の少なくとも1つの層(以下「表面層」)が一方もしくは両方の電極の内側表面(1つまたは複数)上に配置されてもよい。具体的には、ケイ素またはアルミニウムのカルコゲナイド(酸化物を含む)層が電界発光媒体層のアノード表面上に好ましくは配置され、およびハロゲン化金属層または金属酸化物層が電界発光媒体層のカソード表面上に配置される。この表面層は有機電界発光素子に駆動安定性を提供する。好ましくは、カルコゲナイドには、SiOX(1≦X≦2)、AlOX(1≦X≦1.5)、SiON、SiAlONなどが挙げられ、ハロゲン化金属には、LiF、MgF2、CaF2、希土類金属フッ化物などが挙げられ、および金属酸化物には、Cs2O、Li2O、MgO、SrO、BaO、CaOなどが挙げられる。
好ましくは、本発明に従う有機電界発光素子においては、電子輸送化合物と還元性ドーパントとの混合領域、または正孔輸送化合物と酸化性ドーパントとの混合領域が、電極の対のうちの少なくとも一方の表面上に配置されていてもよい。この場合、電子輸送化合物がアニオンに還元され、よって電子をこの混合領域から電界発光媒体に注入しかつ輸送するのがより容易になる。さらに、正孔輸送化合物がカチオンに酸化され、よってこの混合領域から電界発光媒体へ正孔を注入しかつ輸送するのがより容易になる。好ましくは、酸化性ドーパントには、様々なルイス酸およびアクセプタ化合物が挙げられ、並びに還元性ドーパントには、アルカリ金属、アルカリ金属化合物、アルカリ土類金属、希土類金属、およびこれらの混合物が挙げられる。還元性ドーパント層は電荷発生層として使用されることができ、2以上の電界発光層を有しかつ白色光を発光する電界発光素子を製造することができる。
本発明に従う有機電界発光素子の層の形成のためには、乾燥膜形成方法、例えば、真空蒸発、スパッタリング、プラズマおよびイオンめっき方法、または湿潤膜形成方法、例えば、スピンコーティング、ディッピング、およびフローコーティング方法が使用されうる。
湿潤膜形成方法を適用する場合には、各層を形成する材料を任意の適する溶媒、例えば、エタノール、クロロホルム、テトラヒドロフラン、ジオキサンなどに溶解または拡散させることによって薄膜が形成されうる。この溶媒は、各層を形成する材料が溶解されることができまたは拡散されることができるあらゆる溶媒でありうる。
以下、本発明の有機電界発光化合物、この化合物の製造方法、およびこの化合物を含む素子の発光特性が、以下の実施例を参照しつつ、詳細に説明される。
化合物1−1の製造
(9−フェニル−9H−カルバゾル−3−イル)ボロン酸(36g、0.13mol)、3−ブロモ−9H−カルバゾール(25.7g、0.11mol)、2MのK2CO3(125mL)、トルエン(500mL)、およびエタノール(125mL)を混合した後、この混合物にPd(PPh3)4(6.0g、0.005mol)が添加された。次いで、この混合物は120℃で5時間にわたって攪拌された。この反応の完了後、この混合物は室温まで冷却され、そして蒸留水(200mL)が添加され、次いで、この混合物は酢酸エチル(EA)(800mL)で抽出された。次いで、有機層を無水MgSO4で乾燥させて残留水分を除去し、次いで、減圧下で蒸留し、次いでカラムを通して分離させて、化合物1−1(38g、85%)を得た。
(9−フェニル−9H−カルバゾル−3−イル)ボロン酸(36g、0.13mol)、3−ブロモ−9H−カルバゾール(25.7g、0.11mol)、2MのK2CO3(125mL)、トルエン(500mL)、およびエタノール(125mL)を混合した後、この混合物にPd(PPh3)4(6.0g、0.005mol)が添加された。次いで、この混合物は120℃で5時間にわたって攪拌された。この反応の完了後、この混合物は室温まで冷却され、そして蒸留水(200mL)が添加され、次いで、この混合物は酢酸エチル(EA)(800mL)で抽出された。次いで、有機層を無水MgSO4で乾燥させて残留水分を除去し、次いで、減圧下で蒸留し、次いでカラムを通して分離させて、化合物1−1(38g、85%)を得た。
化合物1−2の製造
化合物1−1(25.4g、0.062mol)、1,3−ジブロモベンゼン(44g、0.186mol)、CuI(5.9g、0.031mmol)、エチレンジアミン(EDA)(4.1mL、0.062mol)、K3PO4(40.5g、0.186mol)およびトルエン(500mL)を混合した後、この混合物は120℃で12時間にわたって攪拌された。この反応の完了後、この混合物は蒸留水で洗浄され、次いでEAで抽出された。残留する生成物を無水MgSO4で乾燥させて残留する水分を除去し、次いで減圧下で蒸留し、次いでカラムを通して分離して、化合物1−2(21.5g、61%)を得た。
化合物1−1(25.4g、0.062mol)、1,3−ジブロモベンゼン(44g、0.186mol)、CuI(5.9g、0.031mmol)、エチレンジアミン(EDA)(4.1mL、0.062mol)、K3PO4(40.5g、0.186mol)およびトルエン(500mL)を混合した後、この混合物は120℃で12時間にわたって攪拌された。この反応の完了後、この混合物は蒸留水で洗浄され、次いでEAで抽出された。残留する生成物を無水MgSO4で乾燥させて残留する水分を除去し、次いで減圧下で蒸留し、次いでカラムを通して分離して、化合物1−2(21.5g、61%)を得た。
化合物1−3の製造
化合物1−2(21.3g、37.80mmol)をフラスコに入れ、そしてこの化合物を真空乾燥させた後で、窒素ガスが満たされ、次いでテトラヒドロフラン(THF)(400mL)が添加された。この混合物は−78℃に冷却され、次いで同じ温度で、この混合物にn−buLi(19.6mL、49.14mmol、ヘキサン中2.5M)がゆっくりと添加された。この混合物を1時間にわたって攪拌した後で、同じ温度でこの混合物にB(i−pro)3(6.3mL、56.70mmol)が添加され、次いでこの混合物が12時間にわたって攪拌された。この反応の完了後、この混合物に1MのHCl(36mL)が添加され、10分後に、蒸留水が添加された。次いで、この混合物はEAで抽出された。有機層を無水MgSO4で乾燥させて残留する水分を除去し、次いで、減圧下で蒸留し、次いでカラムを通して分離して、化合物1−3(14.5g、72%)を得た。
化合物1−2(21.3g、37.80mmol)をフラスコに入れ、そしてこの化合物を真空乾燥させた後で、窒素ガスが満たされ、次いでテトラヒドロフラン(THF)(400mL)が添加された。この混合物は−78℃に冷却され、次いで同じ温度で、この混合物にn−buLi(19.6mL、49.14mmol、ヘキサン中2.5M)がゆっくりと添加された。この混合物を1時間にわたって攪拌した後で、同じ温度でこの混合物にB(i−pro)3(6.3mL、56.70mmol)が添加され、次いでこの混合物が12時間にわたって攪拌された。この反応の完了後、この混合物に1MのHCl(36mL)が添加され、10分後に、蒸留水が添加された。次いで、この混合物はEAで抽出された。有機層を無水MgSO4で乾燥させて残留する水分を除去し、次いで、減圧下で蒸留し、次いでカラムを通して分離して、化合物1−3(14.5g、72%)を得た。
化合物1−4の製造
Br2(11.2mL、0.219mol)および塩化メチレン(MC)(2.1L)をトリフェニレン(50g、0.219mol)にゆっくりと添加しつつ、この混合物が室温で12時間にわたって攪拌された。この反応の完了後、蒸留水が添加され、次いでこの混合物はEAで抽出された。有機層を無水MgSO4で乾燥させて残留する水分を除去し、次いで減圧下で蒸留し、次いでヘキサンで洗浄して化合物1−4(30g、44%)を得た。
Br2(11.2mL、0.219mol)および塩化メチレン(MC)(2.1L)をトリフェニレン(50g、0.219mol)にゆっくりと添加しつつ、この混合物が室温で12時間にわたって攪拌された。この反応の完了後、蒸留水が添加され、次いでこの混合物はEAで抽出された。有機層を無水MgSO4で乾燥させて残留する水分を除去し、次いで減圧下で蒸留し、次いでヘキサンで洗浄して化合物1−4(30g、44%)を得た。
化合物C−17の製造
化合物1−4(5g、0.016mol)、化合物1−3(10.3g、0.019mol)、Pd(PPh3)4(940mg、0.81mmol)、2MのK2CO3(25mL)、エタノール(25mL)およびトルエン(50mL)を混合した後、この混合物は120℃で5時間にわたって攪拌された。この反応の完了後、蒸留水が添加され、次いでこの混合物がEAで抽出された。次いで、有機層を無水MgSO4で乾燥させて残留する水分を除去し、次いで減圧下で蒸留し、次いでカラムを通して分離して、化合物C−17(2.9g、26%)を得た。
MS/EIMS 実測値710.86;計算値710.27。
化合物1−4(5g、0.016mol)、化合物1−3(10.3g、0.019mol)、Pd(PPh3)4(940mg、0.81mmol)、2MのK2CO3(25mL)、エタノール(25mL)およびトルエン(50mL)を混合した後、この混合物は120℃で5時間にわたって攪拌された。この反応の完了後、蒸留水が添加され、次いでこの混合物がEAで抽出された。次いで、有機層を無水MgSO4で乾燥させて残留する水分を除去し、次いで減圧下で蒸留し、次いでカラムを通して分離して、化合物C−17(2.9g、26%)を得た。
MS/EIMS 実測値710.86;計算値710.27。
素子実施例1:本発明に従う化合物を使用したOLED素子の製造
本発明に従う化合物を使用してOLED素子が製造された。有機発光ダイオード(OLED)素子のためのガラス基体上の透明電極インジウムスズ酸化物(ITO)薄膜(15Ω/sq)(サムソンコーニング、大韓民国)がトリクロロエチレン、アセトン、エタノール、および蒸留水を逐次的に用いた超音波洗浄にかけられ、その後イソプロパノール中に貯蔵された。次いで、このITO基体は真空蒸着装置の基体ホルダに取り付けられた。4,4’,4”−トリス(N,N−(2−ナフチル)−フェニルアミノ)トリフェニルアミンがこの真空蒸着装置のセルに導入され、次いでこの装置のチャンバー内の圧力が10−6torrに制御された。その後、このセルに電流が印加されて、上記導入された材料を蒸発させ、それにより、ITO基体上に50nmの厚さを有する正孔注入層を形成した。次いで、N,N’−ジ(4−ビフェニル)−N,N’−ジ(4−ビフェニル)−4,4’−ジアミノビフェニルが、この真空蒸着装置の別のセルに導入され、そしてこのセルに電流を印加することによって蒸発させられ、それにより正孔注入層上に20nmの厚さを有する正孔輸送層を形成した。その後、化合物C−17がホスト材料としてこの真空蒸着装置の一方のセルに導入され、および9−(4−(4,6−ジフェニル−1,3,5−トリアジン−2−イル)フェニル)−9H−カルバゾールが別のホスト材料としてもう一方のセルに導入され、そしてこれら2種類の材料が同じ速度で蒸発させられ、そしてホスト材料として使用された。化合物D−41がドーパントとして導入され、このドーパントは蒸発させられ、そしてホストおよびドーパントの全量を基準にして15重量%のドーピング量で堆積されて、正孔輸送層上に30nmの厚さを有する発光層を形成した。次いで、2−(4−(9,10−ジ(ナフタレン−2−イル)アントラセン−2−イル)フェニル)−1−フェニル−1H−ベンゾ[d]イミダゾールがセルに導入され、そして蒸発させられて、発光層上に40nmの厚さを有する電子輸送層を形成した。次いで、電子輸送層上に2nmの厚さを有する電子注入層としてリチウムキノラートを堆積させた後で、別の真空蒸着装置によって、電子注入層上に150nmの厚さを有するAlカソードを堆積させた。このようにしてOLED素子が製造された。OLED素子の製造に使用された全ての材料は使用前に10−6torrでの真空昇華によって精製された。
本発明に従う化合物を使用してOLED素子が製造された。有機発光ダイオード(OLED)素子のためのガラス基体上の透明電極インジウムスズ酸化物(ITO)薄膜(15Ω/sq)(サムソンコーニング、大韓民国)がトリクロロエチレン、アセトン、エタノール、および蒸留水を逐次的に用いた超音波洗浄にかけられ、その後イソプロパノール中に貯蔵された。次いで、このITO基体は真空蒸着装置の基体ホルダに取り付けられた。4,4’,4”−トリス(N,N−(2−ナフチル)−フェニルアミノ)トリフェニルアミンがこの真空蒸着装置のセルに導入され、次いでこの装置のチャンバー内の圧力が10−6torrに制御された。その後、このセルに電流が印加されて、上記導入された材料を蒸発させ、それにより、ITO基体上に50nmの厚さを有する正孔注入層を形成した。次いで、N,N’−ジ(4−ビフェニル)−N,N’−ジ(4−ビフェニル)−4,4’−ジアミノビフェニルが、この真空蒸着装置の別のセルに導入され、そしてこのセルに電流を印加することによって蒸発させられ、それにより正孔注入層上に20nmの厚さを有する正孔輸送層を形成した。その後、化合物C−17がホスト材料としてこの真空蒸着装置の一方のセルに導入され、および9−(4−(4,6−ジフェニル−1,3,5−トリアジン−2−イル)フェニル)−9H−カルバゾールが別のホスト材料としてもう一方のセルに導入され、そしてこれら2種類の材料が同じ速度で蒸発させられ、そしてホスト材料として使用された。化合物D−41がドーパントとして導入され、このドーパントは蒸発させられ、そしてホストおよびドーパントの全量を基準にして15重量%のドーピング量で堆積されて、正孔輸送層上に30nmの厚さを有する発光層を形成した。次いで、2−(4−(9,10−ジ(ナフタレン−2−イル)アントラセン−2−イル)フェニル)−1−フェニル−1H−ベンゾ[d]イミダゾールがセルに導入され、そして蒸発させられて、発光層上に40nmの厚さを有する電子輸送層を形成した。次いで、電子輸送層上に2nmの厚さを有する電子注入層としてリチウムキノラートを堆積させた後で、別の真空蒸着装置によって、電子注入層上に150nmの厚さを有するAlカソードを堆積させた。このようにしてOLED素子が製造された。OLED素子の製造に使用された全ての材料は使用前に10−6torrでの真空昇華によって精製された。
この製造されたOLED素子は、5.1Vの駆動電圧で、4.2mA/cm2の電流密度および1260cd/m2の輝度を有する緑色発光を示した。
比較例1:従来の電界発光化合物を使用したOLED素子の製造
OLED素子は、本発明に従う化合物の代わりに、4,4’−ビス(カルバゾル−9−イル)ビフェニル(CBP)が、ホスト材料として、真空蒸着装置のセルに導入され、そして化合物D−41がドーパントして使用されたこと、並びにアルミニウム(III)ビス(2−メチル−8−キノリナト)4−フェニルフェノラート(BAlq)を使用することにより、10nmの厚さを有する正孔ブロッキング層が、発光層と電子輸送層との間に堆積されたこと以外は、素子実施例1におけるのと同じ方法で製造された。
OLED素子は、本発明に従う化合物の代わりに、4,4’−ビス(カルバゾル−9−イル)ビフェニル(CBP)が、ホスト材料として、真空蒸着装置のセルに導入され、そして化合物D−41がドーパントして使用されたこと、並びにアルミニウム(III)ビス(2−メチル−8−キノリナト)4−フェニルフェノラート(BAlq)を使用することにより、10nmの厚さを有する正孔ブロッキング層が、発光層と電子輸送層との間に堆積されたこと以外は、素子実施例1におけるのと同じ方法で製造された。
この製造されたOLED素子は、7.9Vの駆動電圧で、24.2mA/cm2の電流密度および5015cd/m2の輝度を有する緑色発光を示した。
本発明に従う有機電界発光化合物は従来の材料よりも優れた発光効率を有することが実証された。さらに、本発明に従う化合物を発光ホスト材料として使用した有機電界発光素子は、優れた発光効率を有するだけでなく、駆動電圧を低下させることにより素子の電力効率を向上させることができかつ全体的な電力消費を低減させることも可能である。
Claims (6)
- 下記式1で表される有機電界発光化合物
Yは−O−、−S−、−CR7R8−または−NR9−を表し、
R1〜R9はそれぞれ独立して、水素、重水素、ハロゲン、置換されているかもしくは置換されていない(C1−C30)アルキル基、置換されているかもしくは置換されていない(C6−C30)アリール基、置換されているかもしくは置換されていない3−から30−員のヘテロアリール基、置換されているかもしくは置換されていない(C3−C30)シクロアルキル基、置換されているかもしくは置換されていない5−から7−員のヘテロシクロアルキル基、1以上の芳香環と縮合した(C6−C30)シクロアルキル基、−NR10R11、−SR12、−OR13または−SiR14R15R16を表し、
R10〜R16はそれぞれ独立して、水素、重水素、ハロゲン、置換されているかもしくは置換されていない(C1−C30)アルキル基、置換されているかもしくは置換されていない(C6−C30)アリール基、または置換されているかもしくは置換されていない3−から30−員のヘテロアリール基を表し、
a、c、eおよびfはそれぞれ独立して1〜4の整数を表し、a、c、eおよびfが2以上の整数である場合には、R1、R3、R5およびR6のそれぞれは同じかまたは異なっており、
bおよびdはそれぞれ独立して1〜3の整数を表し、bおよびdが2以上の整数である場合には、R2およびR4のそれぞれは同じかまたは異なっており、並びに
前記ヘテロシクロアルキル基、ヘテロアリーレン基およびヘテロアリール基はB、N、O、S、P(=O)、SiおよびPから選択される少なくとも1つのヘテロ原子を含む)。 - L1、L2、およびR1〜R16における前記アリール(アリーレン)、ヘテロアリール(ヘテロアリーレン)、アルキル、シクロアルキル、およびヘテロシクロアルキル基が、重水素、ハロゲン、ハロゲンで置換されているかもしくは置換されていない(C1−C30)アルキル基、ハロゲンで置換されているかもしくは置換されていない(C6−C30)アリール基、(C1−C30)アルキルもしくは(C6−C30)アリールで置換されているかもしくは置換されていない3−から30−員のヘテロアリール基、(C3−C30)シクロアルキル基、1以上の芳香環と縮合した(C6−C30)シクロアルキル基、5−から7−員のヘテロシクロアルキル基、RaRbRcSi−、カルバゾリル基、−NRdRe、−BRfRg、−PRhRi、−P(=O)RjRk[ここで、Ra〜Rkはそれぞれ独立して、(C1−C30)アルキル基、(C6−C30)アリール基、または3−から30−員のヘテロアリール基を表す]、(C6−C30)アリール(C1−C30)アルキル基、(C1−C30)アルキル(C6−C30)アリール基、(C1−C30)アルコキシ基、および(C6−C30)アリールオキシ基からなる群から選択される少なくとも1つでさらに置換されていてよい、請求項1に記載の有機電界発光化合物。
- L1およびL2がそれぞれ独立して、単結合、置換されているかもしくは置換されていない3−から30−員のヘテロアリーレン基、または置換されているかもしくは置換されていない(C6−C30)アリーレン基を表すが、ただし、L1およびL2は同時に単結合ではなく、
Yが−O−、−S−、−CR7R8−または−NR9−を表し、
R1〜R9がそれぞれ独立して、水素、重水素、ハロゲン、置換されているかもしくは置換されていない(C1−C30)アルキル基、置換されているかもしくは置換されていない(C6−C30)アリール基、または置換されているかもしくは置換されていない3−から30−員のヘテロアリール基を表し、並びに
L1およびL2における前記ヘテロアリーレンおよびアリーレン基、並びにR1〜R9における前記アルキル、アリールおよびヘテロアリール基が、重水素、ハロゲン、ハロゲンで置換されているかもしくは置換されていない(C1−C30)アルキル基、ハロゲンで置換されているかもしくは置換されていない(C6−C30)アリール基、(C1−C30)アルキルもしくは(C6−C30)アリールで置換されているかもしくは置換されていない3−から30−員のヘテロアリール基、(C6−C30)アリール(C1−C30)アルキル基、並びに(C1−C30)アルキル(C6−C30)アリール基からなる群から選択される少なくとも1つでさらに置換されていてよい、
請求項1に記載の有機電界発光化合物。 - 請求項1の有機電界発光化合物を含む有機電界発光素子。
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