JP2017503773A - 新規の有機電界発光化合物及びそれを含む有機電界発光デバイス - Google Patents

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Abstract

本発明は、新規の有機電界発光化合物及びそれを含む有機電界発光デバイスに関する。本発明による有機電界発光化合物は、発光層において使用することができ、優れた発光効率を有し、本発明の有機電界発光化合物を含む有機電界発光デバイスは、長い寿命、ならびに改善された電流効率及び電力効率を有する。【選択図】なし

Description

本発明は、新規の有機電界発光化合物及びそれを含む有機電界発光デバイスに関する。
電界発光(EL)デバイスは、より広い視角、より優れたコントラスト比、及びより高速な応答時間を提供するという利点を有する、自己発光デバイスである。有機ELデバイスは、発光層を形成するための材料として芳香族ジアミン小分子とアルミニウム錯体とを用いることによって、Eastman Kodakによって初めて開発された(Appl.Phys.Lett.51,913,1987を参照)。
有機ELデバイスは、概して、アノード、カソード、及びこの2つの電極の間に形成される有機層を備え、アノードから注入される正孔とカソードから注入される電子との再結合によって発光する。有機ELデバイスの有機層は、正孔注入層(HIL)、正孔輸送層(HTL)、発光層(EML)、電子輸送層(ETL)、電子注入層(EIL)等から構成され得、有機層において使用される材料は、正孔注入材料、正孔輸送材料、発光材料、電子輸送材料、電子注入材料等に分類することができる。
有機ELデバイスにおいて発光効率を決定する最も重要な因子は、発光材料である。発光材料は、以下の特色、高量子効率、電子及び正孔の高移動度、均一な発光材料層の成形性、及び安定性を有する必要がある。発光材料は、発光色に従って、青色発光材料、緑色発光材料、または赤色発光材料に分類され、更に、黄色発光材料または橙色発光材料を含む。発光材料は、励起状態に従って、蛍光性材料(一重項励起状態)及びリン光性材料(三重項励起状態)に分類される。当初は、蛍光性材料が有機ELデバイスにおいて使用された。しかしながら、リン光性材料は、蛍光性材料の4倍の、電気を光へと変えるための効率性(発光効率)を有し、消費電力を低減し、寿命を増加させる。したがって、リン光性材料の開発が、広く行われている。
現在までに、イリジウム(III)錯体が、リン光性材料として広く知られており、ビス(2−(2′−ベンゾチエニル)−ピリジナト−N,C3′)イリジウム(アセチルアセトネート)((acac)Ir(btp))、トリス(2−フェニルピリジン)イリジウム(Ir(ppy))、及びビス(4,6−ジフルオロフェニルピリジナト−N,C2)ピコリナトイリジウム(Firpic)が、それぞれ、赤色、緑色、及び青色の材料として挙げられる。
ドーパント/ホスト材料の混合系を、色純度、発光効率、及び安定性を改善するために、発光材料として使用することができる。ドーパント/ホスト材料系が使用される場合、ホスト材料は発光デバイスの効率性及び性能に大きく影響を及ぼすため、ホスト材料の選択が重要である。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)が、最も広く知られるリン光性のホスト材料である。Pioneer(Japan)らが、正孔遮断層において使用されていたバソクプロイン(BCP)、アルミニウム(III)ビス(2−メチル−8−キノリナト)(4−フェニルフェノレート)(BAlq)等をホスト材料として用いることによって、高性能有機ELデバイスを最近開発した。
これらのリン光性ホスト材料は良好な発光特性をもたらすが、それらは以下の欠点を有する:(1)それらの低いガラス転移温度及び熱安定性の低さに起因して、真空における高温沈着処理中にそれらの分解が生じ得る。(2)有機ELデバイスの電力効率は、[(π/電圧)×電流効率]によって与えられ、この電力効率は、電圧に反比例する。リン光性ホスト材料を含む有機ELデバイスは、蛍光性ホスト材料を含むものよりも高い電流効率(cd/A)を提供し、より高い駆動電圧を有する。したがって、従来のリン光性ホスト材料を用いる有機ELデバイスは、電力効率(lm/W)の観点では利点を有さない。(3)更に、有機ELデバイスの動作寿命及び発光効率は、十分ではない。
一方で、銅フタロシアニン(CuPc)、4,4′−ビス[N−(1−ナフチル)−N−フェニルアミノ]ビフェニル(NPB)、N,N′−ジフェニル−N,N′−ビス(3−メチルフェニル)−(1,1′−ビフェニル)−4,4′−ジアミン(TPD)、4,4′,4′′−トリス(3−メチルフェニルフェニルアミノ)トリフェニルアミン(MTDATA)等が、正孔注入及び輸送の材料として有機ELデバイスにおいて使用されている。しかしながら、これらの材料を含む有機ELデバイスは、低い量子効率及び短い寿命を有し、これは、有機ELデバイスを高電流で駆動させる場合、アノードと正孔注入層との間で熱応力が生成され、それによってデバイスの寿命を急激に減少させるためである。更に、正孔注入層で使用される有機材料において、正孔の移動は非常に大きく、したがって、正孔−電子電荷のバランスが崩れ、量子効率(cd/A)が低減する。
したがって、有機ELデバイスの優れた特性を具現化するためには、デバイス中の有機層を構成する材料、特にホストまたはドーパントを、好適に選択しなければならない。一方で、韓国特許第10−1082144号は、特異的な縮合複素環式構造を含む有機電界発光化合物を、ホストとして開示している。しかしながら、上述の公報において詳述される化合物を含む有機ELデバイスも、未だ電力効率、発光効率、寿命等を満足させてはいない。したがって、本発明者らは、上述の公報において詳述される化合物よりも優れた特性を持つ有機ELデバイスを提供可能である、有機電界発光化合物の発見を試み、高発光効率及び優れたデバイス特性を持つデバイスを提供する化合物を発見した。
本発明の目的は、高発光効率を有する有機電界発光化合物を提供することと、これらの有機電界発光化合物を含み、長い駆動寿命、ならびに改善された電力効率及び電流効率を有する有機ELデバイスを提供することである。
韓国特許第10−1082144号は、HOMO部位がLUMO部位に結合子を伴わずに直接接続される化合物を開示している。この化合物は、ベンゾインドロカルバゾールではなく、インドロカルバゾール構造の形態であり、赤色ホストとして著しい特性上の相違を示す。概して、インドロカルバゾールに結合するトリアジン、ピリジン、ピリミジン、キノリン等の構造は、リン光性の緑色ホストとして使用され、ベンゾインドロカルバゾールに結合するキナゾリン、キノキサリン等の構造は、リン光性の赤色ホストとしてのみ優れた特色を有する。したがって、本発明の材料を含む赤色発光デバイスは、他の企業によって供給されている、フェニルを連結子として有さないインドロカルバゾール誘導体を含むデバイスと比較して、改善された特性を提供する。更に、キノキサリン、キナゾリン等に連結子によって結合するベンゾインドロカルバゾールを含む本発明の化合物は、化学構造において他の企業によって供給される化合物とは構造的に異なり、最大化された効率特性を有する。
本発明者らは、上述の目標が、以下の式1によって表される化合物によって達成され得ることを発見した。
Figure 2017503773
式中、
は、置換もしくは非置換(C6−C30)アリーレン基を表し、
環AまたはBは、ベンゼンまたはナフタレンを表すが、但し、A及びBが同時にベンゼンを表さないことを条件とし、
Xは、NR、−CR、O、またはSを表し、
及びYは、それぞれ独立して、−CR−または−N−を表し、Yが−N−を表す場合、Yは−CR−を表し、Yが−CR−を表す場合、Yは−N−を表し、
〜Rは、それぞれ独立して、水素、重水素、ハロゲン、シアノ基、カルボキシル基、ニトロ基、ヒドロキシル基、置換もしくは非置換(C1−C30)アルキル基、置換もしくは非置換(C3−C30)シクロアルキル基、置換もしくは非置換(C3−C30)シクロアルケニル基、置換もしくは非置換3〜7員ヘテロシクロアルキル基、置換もしくは非置換(C6−C30)アリール基、置換もしくは非置換3〜30員ヘテロアリール基、置換もしくは非置換(C6−C30)アリールアミン基、−NR1011、または−SiR121314を表し、
、R、及びRは、隣接する置換基(複数可)に連結して単環式または多環式の(C3−C30)脂環式または芳香族環を形成し、
〜Rは、それぞれ独立して、水素、重水素、ハロゲン、置換もしくは非置換(C1−C30)アルキル基、置換もしくは非置換(C6−C30)アリール基、置換もしくは非置換3〜30員ヘテロアリール基、置換もしくは非置換(C3−C30)シクロアルキル基、置換もしくは非置換5〜7員ヘテロシクロアルキル基、置換もしくは非置換(C6−C30)アリール(C1−C30)アルキル基、−NR1011、−SiR121314、シアノ基、ニトロ基、またはヒドロキシル基を表し、
10及びR11は、それぞれ独立して、水素、重水素、ハロゲン、置換もしくは非置換(C1−C30)アルキル基、置換もしくは非置換(C6−C30)アリール基、または置換もしくは非置換3〜30員ヘテロアリール基を表し、
12〜R14は、それぞれ独立して、水素、重水素、ハロゲン、置換もしくは非置換(C1−C30)アルキル基、置換もしくは非置換(C6−C30)アリール基、置換もしくは非置換3〜30員ヘテロアリール基、置換もしくは非置換5〜7員ヘテロシクロアルキル基、または置換もしくは非置換(C3−C30)シクロアルキル基を表すか、あるいは隣接する置換基(複数可)に連結して置換もしくは非置換の、単環式または多環式の(C3−C30)脂環式または芳香族環を形成し、
脂環式または芳香族環の炭素原子(複数可)は、窒素、酸素、及び硫黄から選択される少なくとも1つのヘテロ原子で置き換えられてもよく、
ヘテロアリール(エン)基及びヘテロシクロアルキル基は、B、N、O、S、P(=O)、Si、及びPから選択される少なくとも1つのヘテロ原子を含有し、
aは1〜4の整数を表し、aが2以上の整数である場合、各Rは、同じかまたは異なり、
AまたはBがベンゼンを表す場合、bまたはcは1〜4の整数を表し、
AまたはBがナフタレンを表す場合、bまたはcは1〜6の整数を表し、bまたはcが2以上の整数である場合、各Rまたは各Rは、同じかまたは異なる。
本発明による有機電界発光化合物は、高発光効率及び優れた寿命特性を有し、したがってこれらの化合物を含む有機ELデバイスは、長い駆動寿命、ならびに良好な電流効率及び電力効率を有する。
これより、本発明を詳細に説明する。しかしながら、以下の説明は、本発明を説明することを意図するものであり、本発明の範囲をいかようにも制限することを意味するものではない。
本発明は、式1によって表される有機電界発光化合物、この有機電界発光化合物を含む有機電界発光材料、及びこの材料を含む有機ELデバイスに関する。
本明細書において、「(C1−C30)アルキル(エン)」は、1〜30個の炭素原子を有する直鎖または分岐鎖アルキル(エン)を意味し、この中で炭素原子の数は好ましくは1〜20個、より好ましくは1〜10個であり、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−ブチル等が挙げられる。「(C2−C30)アルケニル」は、2〜30個の炭素原子を有する直鎖または分岐鎖アルケニルを意味し、この中で炭素原子の数は好ましくは2〜20個、より好ましくは2〜10個であり、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−メチルブト−2−エニル等が挙げられる。「(C2−C30)アルキニル」は、2〜30個の炭素原子を有する直鎖または分枝鎖アルキニルであり、この中で炭素原子の数は好ましくは2〜20個、より好ましくは2〜10個であり、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−メチルペント−2−イニル等が挙げられる。「(C3−C30)シクロアルキル」は、3〜30個の炭素原子を有する単環式または多環式炭化水素であり、この中で炭素原子の数は好ましくは3〜20個、より好ましくは3〜7個であり、シクロプロピル、シクロブチル、シクロペンチル、シクロヘキシル等が挙げられる。「3〜7員ヘテロシクロアルキル」は、B、N、O、S、P(=O)、Si、及びP、好ましくはO、S、及びNから選択される少なくとも1個のヘテロ原子と、3〜7個、好ましくは5〜7個の環骨格原子とを有するシクロアルキルであり、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等が挙げられる。「(C6−C30)アリール(エン)」は、6〜30個の炭素原子を有し、芳香族炭化水素に由来する単環式環または縮合環であり、この中で炭素原子の数は好ましくは6〜20個、より好ましくは6〜15個であり、フェニル、ビフェニル、テルフェニル、ナフチル、フルオレニル、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、フルオランテニル等が挙げられる。「3〜30員ヘテロアリール(エン)」は、B、N、O、S、P(=O)、Si、及びPからなる群から選択される少なくとも1個、好ましくは1〜4個のヘテロ原子と、3〜30個の環骨格原子とを有するアリール基であり、単環式環または少なくとも1つのベンゼン環と縮合した縮合環であり、3〜20個、より好ましくは3〜15個の環骨格原子を有し、部分的に飽和であり得、少なくとも1つのヘテロアリールまたはアリール基を単結合(複数可)によってヘテロアリール基に連結させることによって形成されるものであり得、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、ピリダジニル等を含む単環式環型ヘテロアリール、ならびにベンゾフラニル、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等を含む縮合環型ヘテロアリールが挙げられる。「ハロゲン」としては、F、Cl、Br、及びIが挙げられる。
本明細書において、「置換もしくは非置換」という表現における「置換」とは、ある特定の官能基中の水素原子が、別の原子または基、すなわち置換基で置き換えられることを意味する。式のL、X、Y、Y、及びR〜R中の置換(C1−C30)アルキル基、置換(C3−C30)シクロアルキル基、置換(C3−C30)シクロアルケニル基、置換3〜7員ヘテロシクロアルキル基、置換(C6−C30)アリール(エン)基、置換5〜30員ヘテロアリール(エン)基、置換(C6−C30)アリール(C1−C30)アルキル基、及び置換された、単環式または多環式の(C3−C30)脂環式または芳香族環の置換基は、それぞれ独立して、重水素、ハロゲン、シアノ基、カルボキシル基、ニトロ基、ヒドロキシル基、(C1−C30)アルキル基、ハロ(C1−C30)アルキル基、(C2−C30)アルケニル基、(C2−C30)アルキニル基、(C1−C30)アルコキシ基、(C1−C30)アルキルチオ基、(C3−C30)シクロアルキル基、(C3−C30)シクロアルケニル基、3〜7員ヘテロシクロアルキル基、(C6−C30)アリールオキシ基、(C6−C30)アリールチオ基、非置換もしくは(C6−C30)アリール基で置換された3〜30員ヘテロアリール基、非置換もしくは3〜30員ヘテロアリール基で置換された(C6−C30)アリール基、トリ(C1−C30)アルキルシリル基、トリ(C6−C30)アリールシリル基、ジ(C1−C30)アルキル(C6−C30)アリールシリル基、(C1−C30)アルキルジ(C6−C30)アリールシリル基、アミノ基、モノもしくはジ(C1−C30)アルキルアミノ基、モノもしくはジ(C6−C30)アリールアミノ基、(C1−C30)アルキル(C6−C30)アリールアミノ基、(C1−C30)アルキルカルボニル基、(C1−C30)アルコキシカルボニル基、(C6−C30)アリールカルボニル基、ジ(C6−C30)アリールボロニル基、ジ(C1−C30)アルキルボロニル基、(C1−C30)アルキル(C6−C30)アリールボロニル基、(C6−C30)アリール(C1−C30)アルキル基、及び(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つである。
式1の化合物は、以下の式2によって表される。
Figure 2017503773
式中、
、X、Y、Y、R〜R、a、b、及びcは、式1で定義された通りである。
式1の化合物は、以下の式3によって表される。
Figure 2017503773
式中、
、X、Y、Y、R〜R、a、b、及びcは、式1で定義された通りである。
式1の化合物は、以下の式4によって表される。
Figure 2017503773
式中、
、X、Y、Y、R〜R、a、b、及びcは、式1で定義された通りである。
式1、2、3、及び4の化合物において、好ましくは、Lは、非置換または(C1−C6)アルキル基によって置換された(C6−C20)アリーレン基を表し、R〜Rは、それぞれ独立して、水素、または置換もしくは非置換(C6−C20)アリール基を表し、R〜Rは、それぞれ独立して、置換もしくは非置換(C1−C6)アルキル基、または置換もしくは非置換(C6−C20)アリール基を表す。
式1の化合物は、以下の化合物からなる群から選択され得る。
Figure 2017503773
Figure 2017503773
Figure 2017503773
本発明による有機電界発光化合物は、当業者に既知の方法によって調製することができ、例えば、以下の反応スキーム1に従って調製することができる。
Figure 2017503773
本発明は更に、式1の有機電界発光化合物を含む有機電界発光材料及びこの材料を含む有機電界発光デバイスを提供する。この材料は、本発明の有機電界発光化合物単独で構成され得、あるいは有機電界発光材料において一般的に含まれる従来の材料を更に含むことができる。
本発明による有機電界発光デバイスは、第1の電極、第2の電極、及び第1の電極と第2の電極との間の少なくとも1つの有機層を備えてもよく、この有機層は、少なくとも1つの式1の有機電界発光化合物を含む。
第1の電極及び第2の電極のうちの一方はアノードであり得、他方はカソードであり得る。有機層は発光層を含み得、また、正孔注入層、正孔輸送層、電子輸送層、電子注入層、中間層、及び正孔遮断層からなる群から選択される少なくとも1つの層を更に含み得る。
本発明の式1の有機電界発光化合物は、発光層中のホスト材料として含まれ得る。好ましくは、発光層は更に、少なくとも1つのドーパントを含み得、必要な場合、本発明の式1の有機電界発光化合物に加えて、他の化合物を第2のホスト材料として含み得る。
本発明は更に、有機ELデバイスを調製するための材料を提供する。この材料は、第1及び第2のホスト材料を含む。第1のホスト材料は、本発明の有機電界発光化合物を含む。第1のホスト材料及び第2のホスト材料は、重量比で、1:99〜99:1の範囲内にあり得る。
第2のホスト材料は、既知のリン光性ホストのいずれかであり得、好ましくは、以下の式5〜9の化合物からなる群から選択される。
H−(Cz−L−M (5)
H−(Cz)−L−M (6)
Figure 2017503773
式中、
Czは、以下の構造を表し、
Figure 2017503773
Xは、OまたはSを表し、
21〜R24は、それぞれ独立して、水素、重水素、ハロゲン、置換もしくは非置換(C1−C30)アルキル基、置換もしくは非置換(C6−C30)アリール基、置換もしくは非置換の5員もしくは30員ヘテロアリール基、またはR252627Si−を表すか、あるいは隣接する置換基(複数可)に連結して単環式または多環式の(C5−C30)脂環式または芳香族環を形成し、その炭素原子(複数可)は窒素、酸素、及び硫黄から選択される少なくとも1つのヘテロ原子と置き換えられてもよく、
25〜R27は、それぞれ独立して、置換もしくは非置換(C1−C30)アルキル基、または置換もしくは非置換(C6−C30)アリール基を表し、
は、単結合、置換もしくは非置換(C6−C30)アリーレン基、または置換もしくは非置換の5員もしくは30員ヘテロアリーレン基を表し、
Mは、置換もしくは非置換(C6−C30)アリール基、または置換もしくは非置換の5員もしくは30員ヘテロアリール基を表し、
及びYは、それぞれ独立して、−O−、−S−、−N(R31)−、または−C(R32)(R33)−を表し、Y及びYは同時には存在せず、
31〜R33は、それぞれ独立して、置換もしくは非置換(C1−C30)アルキル基、置換もしくは非置換(C6−C30)アリール基、または置換もしくは非置換の5員もしくは30員ヘテロアリール基を表すか、あるいは隣接する置換基(複数可)に連結して単環式または多環式の(C5−C30)脂環式または芳香族環を形成し、その炭素原子(複数可)は窒素、酸素、及び硫黄から選択される少なくとも1つのヘテロ原子と置き換えられてもよく、R32及びR33は、同じかまたは異なってもよく、
h及びiは、それぞれ独立して、1〜3の整数を表し、
j、k、l、及びmは、それぞれ独立して、0〜4の整数を表し、
h、i、j、k、l、またはmが2以上の整数である場合、各(Cz−L)、各(Cz)、各R21、各R22、各R23、または各R24は、同じかまたは異なる。
具体的には、第2のホスト材料としては、以下が挙げられる。
Figure 2017503773
Figure 2017503773
Figure 2017503773
式中、TPSは、トリフェニルシリルを表す。
ドーパントは、好ましくは、1つ以上のリン光性ドーパントである。本発明の有機電界発光デバイスに適用されるリン光性ドーパント材料は、具体的に限定されるものではないが、好ましくは、イリジウム(Ir)、オスミウム(Os)、銅(Cu)、及び白金(Pt)の錯体化合物から、より好ましくは、イリジウム(Ir)、オスミウム(Os)、銅(Cu)、及び白金(Pt)のオルトメタル化錯体化合物から選択され得、更により好ましくは、オルトメタル化イリジウム錯体化合物であり得る。
本発明の有機電界発光デバイスに含まれるドーパントは、以下の式10〜12によって表される化合物からなる群から選択され得る。
Figure 2017503773
式中、
Lは、以下の構造から選択され、
Figure 2017503773
100は、水素、置換もしくは非置換(C1−C30)アルキル基、または置換もしくは非置換(C3−C30)シクロアルキル基を表し、R101〜R109及びR111〜R123は、それぞれ独立して、水素、重水素、ハロゲン、非置換もしくはハロゲン(複数可)で置換された(C1−C30)アルキル基、置換もしくは非置換(C3−C30)シクロアルキル基、シアノ基、または置換もしくは非置換(C1−C30)アルコキシ基を表し、R120〜R123は、隣接する置換基(複数可)に連結して縮合環、例えばキノリンを形成し、R124〜R127は、それぞれ独立して、水素、重水素、ハロゲン、置換もしくは非置換(C1−C30)アルキル基、または置換もしくは非置換(C6−C30)アリール基を表し、R124〜R127がアリール基であるとき、それらは、隣接する置換基(複数可)に連結して縮合環、例えばフルオレンを形成し、R201〜R211は、それぞれ独立して、水素、重水素、ハロゲン、非置換もしくはハロゲン(複数可)で置換された(C1−C30)アルキル基、置換もしくは非置換(C3−C30)シクロアルキル基、または(C6−C30)アリール基を表し、f及びgは、それぞれ独立して、1〜3の整数を表し、fまたはgが2以上の整数である場合、各R100は、同じかまたは異なってもよく、nは、1〜3の整数を表す。
リン光性ドーパント材料としては、以下が挙げられる。
Figure 2017503773
Figure 2017503773
Figure 2017503773
本発明の有機電界発光デバイスの有機層は、式1の有機電界発光化合物を含み、アリールアミン系化合物及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1つの化合物を更に含み得る。
本発明の有機電界発光デバイスにおいて、有機層は、式1の有機電界発光化合物に加えて、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、及びd軌道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1つの金属、またはその金属を含む少なくとも1つの錯体化合物を更に含み得る。
加えて、本発明の有機電界発光デバイスは、本発明の有機電界発光化合物の他に、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つの発光層を更に含むことによって、白色光を放出し得、必要な場合、黄色または橙色発光層を更に含み得る。
好ましくは、本発明の有機電界発光デバイスにおいて、カルコゲニド層、金属ハロゲン化物層、及び金属酸化物層から選択される少なくとも1つの層(以降、「表面層」)が、一方または両方の電極(複数可)の内部表面(複数可)に設置され得る。具体的には、シリコンまたはアルミニウムのカルコゲニド(酸化物を含む)層が、発光媒体層のアノード表面に設置され、金属ハロゲン化物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に設置されることが好ましい。この表面層は、有機電界発光デバイスに操作の安定性を提供する。好ましくは、カルコゲニドは、SiO(1≦X≦2)、AlO(1≦X≦1.5)、SiON、SiAlON等を含み、金属ハロゲン化物は、LiF、MgF、CaF、希土類金属フッ化物等を含み、金属酸化物は、CsO、LiO、MgO、SrO、BaO、CaO等を含む。
好ましくは、本発明の有機電界発光デバイスにおいて、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、1対の電極の少なくとも1つの表面上に設置され得る。この場合、電子輸送化合物が還元されてアニオンとなり、したがって、混合領域から発光媒体に電子を注入及び輸送するのがより容易となる。更に、正孔輸送化合物が酸化されてカチオンとなり、したがって、混合領域から発光媒体に正孔を注入及び輸送するのがより容易となる。好ましくは、酸化性ドーパントには、様々なルイス酸及び受容体化合物が含まれ、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、及びそれらの混合物が含まれる。還元性ドーパント層は、2つ以上の発光層を有し、白色光を放出する、有機電界発光デバイスを調製するために、電荷発生層として用いられ得る。
本発明の有機電界発光デバイスを構成する各層を形成するために、真空蒸着、スパッタリング、プラズマ及びイオンプレーティング法等の乾式成膜法、またはスピンコーティング、浸漬コーティング、及びフローコーティング法等の湿式成膜法を使用することができる。
湿式成膜法を用いる場合、各層を構成する材料を、エタノール、クロロホルム、テトラヒドロフラン、ジオキサン等の好適な溶媒中に溶解または分散させることによって、薄層が形成される。溶媒は、各層を構成する材料が、層を形成するのに何ら問題を引き起こさないそれらの溶媒中に溶解可能または分散可能である限り、特に限定されるものではない。
これより、本発明の有機電界発光化合物、本化合物の調製方法、及び本化合物を含む本デバイスの発光特性を、以下の実施例を参照して詳細に説明する。
実施例1:化合物H−61、H−60、H−10、及びH−11の調製
Figure 2017503773
1)化合物1−1の調製
フラスコ中で、化合物A(100.0g、356.0mmol)、1−ナフチルボロン酸(51.0g、297.0mmol)、テトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(O)(Pd(PPh)(11.0g、9.0mmol)、2MのKCO(500.0mL)、トルエン(1000.0mL)、及びエタノール(500.0mL)を、還流させながら5時間攪拌した。反応を完了させた後、有機層を酢酸エチル(EA)で抽出し、MgSOで残りの湿分を除去することによって乾燥させた。残留物をカラムクロマトグラフィーで分離して、化合物1−1(70.0g、72%)を得た。
2)化合物1−2の調製
化合物1−1(70.0g、213.0mmol)、トリフェニルホスフィン(140.0g、533.0mmol)、及びジクロロベンゼン(1.0L)をフラスコ中で溶解させ、混合物を150℃で6時間還流させた。反応を完了させた後、混合物を蒸留し、メタノール(MeOH)と共に研和して、化合物1−2(40.0g、64%)を得た。
3)化合物1−3の調製
化合物1−2(20.0g、67.53mmol)、ヨードベンゼン(15.0mL、135.06mmol)、CuI(12.0g、33.77mmol)、CsCO(66.0g、202.59mmol)、エチレンジアミン(EDA)(2.0mL、33.77mmol)、及びトルエン(400.0mL)をフラスコ中で溶解させ、混合物を120℃で5時間還流させた。反応を完了させた後、有機層をEAで抽出し、MgSOで残りの湿分を除去することによって乾燥させた。残留物をカラムクロマトグラフィーで分離して、化合物1−3(15.0g、60%)を得た。
4)化合物1−4の調製
化合物1−3(26.0g、69.84mmol)、2−クロロアニリン(11.0g、104.77mmol)、酢酸パラジウム(II)(Pd(OAc))(0.6g、2.79mmol)、ナトリウムtert−ブトキシド(NaOtBu)(16.0g、174.6mmol)、トリ−tert−ブチルホスフィン(P(t−Bu))(3.0mL、5.58mmol)、及びトルエン(350.0mL)をフラスコ中で溶解させ、混合物を120℃で5時間還流させた。反応を完了させた後、有機層をEAで抽出し、MgSOで残りの湿分を除去することによって乾燥させた。残留物をカラムクロマトグラフィーで分離して、化合物1−4(19.2g、66%)を得た。
5)化合物1−5の調製
化合物1−4(26.0g、69.84mmol)、Pd(OAc)(0.6g、2.79mmol)、CsCO(45.0g、137.49mmol)、トリシクロヘキシルホスフィンテトラフルオロボレート(PCyHBF)(1.7g、4.58mmol)、及びトルエン(300.0mL)をフラスコ中で溶解させ、混合物を120℃で5時間還流させた。反応を完了させた後、有機層をEAで抽出し、MgSOで残りの湿分を除去することによって乾燥させた。残留物をカラムクロマトグラフィーで分離して、化合物1−5(15.0g、88%)を得た。
6)化合物1−6の調製
化合物1−5(14.0g、36.60mmol)、1−ブロモ−3−ヨードベンゼン(15.0g、54.91mmol)、CuI(3.5g、18.30mmol)、KPO(23.0g、109.8mmol)、EDA(3.0mL、36.60mmol)、及びトルエン(183.0mL)をフラスコ中で溶解させ、混合物を120℃で5時間還流させた。反応を完了させた後、有機層をEAで抽出し、MgSOで残りの湿分を除去することによって乾燥させた。残留物をカラムクロマトグラフィーで分離して、化合物1−6(12.4g、65%)を得た。
7)化合物1−7の調製
化合物1−6(12.4g、23.07mmol)を、テトラヒドロフラン(THF)(100.0mL)中に溶解させ、そこにn−ブチルリチウム(n−BuLi)(14.0mL、34.61mmol、ヘキサン中2.5M)を−78℃で緩徐に添加した。1時間後、ホウ酸トリイソプロピル(8.0mL、34.61mmol)を混合物に添加した。混合物を室温で12時間攪拌した後、蒸留水をそこに添加した。有機層をEAで抽出し、MgSOで乾燥させ、減圧下で蒸留した。EA及びヘキサンによる再結晶化によって、化合物1−7(6.0g、52%)を得た。
8)化合物H−61の調製
フラスコ中で、化合物1−7(7.4g、14.73mmol)、化合物B(3.0g、12.27mmol)、Pd(PPh(1.4g、1.23mmol)、2MのKCO(30.0mL)、トルエン(60.0mL)、及びエタノール(30.0mL)を、還流させながら5時間攪拌した。混合物を室温まで冷まし、蒸留水をそこに添加した。有機層をEAで抽出し、MgSOで乾燥させた。残留物を減圧下で蒸留し、EA及びMeOHで再結晶化して化合物H−61(2.6g、32%)を得た。
9)化合物H−60の調製
フラスコ中で、化合物1−7(10.0g、17.11mmol)、化合物B(5.3g、22.24mmol)、Pd(PPh(1.0g、0.86mmol)、2MのKCO(50.0mL)、トルエン(100.0mL)、及びエタノール(50.0mL)を、還流させながら5時間攪拌した。混合物を室温まで冷まし、蒸留水をそこに添加した。有機層をEAで抽出し、MgSOで乾燥させた。残留物を減圧下で蒸留し、EA及びMeOHで再結晶化して化合物H−60(4.1g、37%)を得た。
10)化合物H−10の調製
フラスコ中で、化合物1−7(10.0g、17.11mmol)、化合物C(3.5g、14.25mmol)、Pd(PPh(0.8g、0.712mmol)、2MのKCO(35.0mL)、トルエン(70.0mL)、及びエタノール(35.0mL)を、還流させながら5時間攪拌した。混合物を室温まで冷まし、蒸留水をそこに添加した。有機層をEAで抽出し、MgSOで乾燥させた。残留物を減圧下で蒸留し、EA及びMeOHで再結晶化して化合物H−10(7.5g、79%)を得た。
11)化合物H−11の調製
フラスコ中で、化合物1−7(13.0g、22.2mmol)、化合物C(4.5g、18.6mmol)、Pd(PPh(1.0g、0.9mmol)、2MのKCO(28.0mL)、トルエン(60.0mL)、及びエタノール(28.0mL)を、還流させながら5時間攪拌した。混合物を室温まで冷まし、蒸留水をそこに添加した。有機層をEAで抽出し、MgSOで乾燥させた。残留物を減圧下で蒸留し、EA及びMeOHで再結晶化して化合物H−11(2.5g、21%)を得た。
実施例1で調製した化合物の特性データを、下の表1に提供する。
Figure 2017503773
デバイス実施例1:本発明による有機電界発光化合物の使用によるOLEDデバイスの製造
本発明の有機電界発光化合物を用いる有機発光ダイオード(OLED)デバイスを以下の通りに製造した:OLEDデバイス用のガラス基板上の透明電極インジウムスズ酸化物(ITO)薄膜(15Ω/sq)(Samsung Corning,Republic of Korea)を、トリクロロエチレン、アセトン、エタノール、及び蒸留水での超音波洗浄に順次供した後、イソプロパノール中で保管した。次に、ITO基板を真空蒸着装置の基板ホルダに載置した。N,N1′−([1,1′−ビフェニル]−4,4′−ジイル)ビス(N−(ナフタレン−1−イル)−N,N−ジフェニルベンゼン−1,4−ジアミン)を、真空蒸着装置のセルに導入し、次いで、この装置のチャンバ内の圧力を10−6トルに制御した。その後、電流をセルに印加して導入材料を蒸発させ、それによってITO基板上に60nmの厚さを有する正孔注入層を形成した。次に、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を真空蒸着装置の別のセルに導入し、電流をそのセルに印加して導入材料を蒸発させ、それによって正孔注入層上に20nmの厚さを有する正孔輸送層を形成した。化合物H−61をホストとして真空蒸着装置の1つのセルに導入し、化合物D−87をドーパントとして別のセルに導入した。2つの材料を異なる速度で蒸発させ、ドーパントをホスト及びドーパントの総重量に基づいて4重量%のドーピング量で蒸着させて、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]イミジアゾール(imidiazole)を1つのセルに導入し、キノリン酸リチウムを別のセルに導入した。2つの材料を同じ速度で蒸発させ、それぞれ50重量%のドーピング量で蒸着させて、発光層上に30nmの厚さを有する電子輸送層を形成した。次に、キノリン酸リチウムを、2nmの厚さを有する電子注入層として電子輸送層上に蒸着させた後、150nmの厚さを有するAlカソードを、別の真空蒸着装置によって電子注入層上に蒸着させた。このように、OLEDデバイスを製造した。OLEDデバイスを製造するために使用した全ての材料は、使用前に10−6トルでの真空昇華によって精製した。
製造したOLEDデバイスは、赤色の発光を示し、3.5Vにおいて8.1mA/cmの電流密度及び990cd/mの輝度を有した。更に、5,000ニットの輝度において、90%の発光に低減されるのにかかった時間は、少なくとも130時間であった。
デバイス実施例2:本発明による有機電界発光化合物の使用によるOLEDデバイスの製造
化合物H−60を発光材料中のホストとして使用したことを除き、デバイス実施例1と同じ方式でOLEDデバイスを製造した。
製造したOLEDデバイスは、赤色の発光を示し、3.4Vにおいて8.2mA/cmの電流密度及び1050cd/mの輝度を有した。更に、5,000ニットの輝度において、90%の発光に低減されるのにかかった時間は、少なくとも130時間であった。
デバイス実施例3:本発明による有機電界発光化合物の使用によるOLEDデバイスの製造
化合物H−10をホストとして、かつ化合物D−88をドーパントとして発光材料中で使用したことを除き、デバイス実施例1と同じ方式でOLEDデバイスを製造した。
製造したOLEDデバイスは、赤色の発光を示し、3.6Vにおいて12.2mA/cmの電流密度及び920cd/mの輝度を有した。更に、5,000ニットの輝度において、90%の発光に低減されるのにかかった時間は、少なくとも110時間であった。
比較例1:従来の発光材料の使用によるOLEDデバイスの製造
化合物R−1を発光材料中のホストとして使用したことを除き、デバイス実施例1と同じ方式でOLEDデバイスを製造した。
製造したOLEDデバイスは、赤色の発光を示し、4.7Vにおいて8.0mA/cmの電流密度及び1000cd/mの輝度を有した。更に、5,000ニットの輝度において、90%の発光に低減されるのにかかった時間は、少なくとも10時間であった。
Figure 2017503773
本発明の有機電界発光化合物は、優れた発光効率を有し、本発明の有機電界発光化合物を含む有機電界発光デバイスは、長い駆動寿命、ならびに改善された電流効率及び電力効率を提供する。

Claims (8)

  1. 以下の式1によって表される有機電界発光化合物であって、
    Figure 2017503773
    式中、
    は、置換もしくは非置換(C6−C30)アリーレン基を表し、
    環AまたはBは、ベンゼンまたはナフタレンを表すが、但し、A及びBが同時にベンゼンを表さないことを条件とし、
    Xは、NR、−CR、O、またはSを表し、
    及びYは、それぞれ独立して、−CR−または−N−を表し、Yが−N−を表す場合、Yは−CR−を表し、Yが−CR−を表す場合、Yは−N−を表し、
    〜Rは、それぞれ独立して、水素、重水素、ハロゲン、シアノ基、カルボキシル基、ニトロ基、ヒドロキシル基、置換もしくは非置換(C1−C30)アルキル基、置換もしくは非置換(C3−C30)シクロアルキル基、置換もしくは非置換(C3−C30)シクロアルケニル基、置換もしくは非置換3〜7員ヘテロシクロアルキル基、置換もしくは非置換(C6−C30)アリール基、置換もしくは非置換3〜30員ヘテロアリール基、置換もしくは非置換(C6−C30)アリールアミン基、−NR1011、または−SiR121314を表し、
    、R、及びRは、隣接する置換基(複数可)に連結して単環式または多環式の(C3−C30)脂環式または芳香族環を形成し、
    〜Rは、それぞれ独立して、水素、重水素、ハロゲン、置換もしくは非置換(C1−C30)アルキル基、置換もしくは非置換(C6−C30)アリール基、置換もしくは非置換3〜30員ヘテロアリール基、置換もしくは非置換(C3−C30)シクロアルキル基、置換もしくは非置換5〜7員ヘテロシクロアルキル基、置換もしくは非置換(C6−C30)アリール(C1−C30)アルキル基、−NR1011、−SiR121314、シアノ基、ニトロ基、またはヒドロキシル基を表し、
    10及びR11は、それぞれ独立して、水素、重水素、ハロゲン、置換もしくは非置換(C1−C30)アルキル基、置換もしくは非置換(C6−C30)アリール基、または置換もしくは非置換3〜30員ヘテロアリール基を表し、
    12〜R14は、それぞれ独立して、水素、重水素、ハロゲン、置換もしくは非置換(C1−C30)アルキル基、置換もしくは非置換(C6−C30)アリール基、置換もしくは非置換3〜30員ヘテロアリール基、置換もしくは非置換5〜7員ヘテロシクロアルキル基、または置換もしくは非置換(C3−C30)シクロアルキル基を表すか、あるいは隣接する置換基(複数可)に連結して置換もしくは非置換の、単環式または多環式の(C3−C30)脂環式または芳香族環を形成し、
    前記脂環式または芳香族環の炭素原子(複数可)は、窒素、酸素、及び硫黄から選択される少なくとも1つのヘテロ原子で置き換えられてもよく、
    前記ヘテロアリール(エン)基及びヘテロシクロアルキル基は、B、N、O、S、P(=O)、Si、及びPから選択される少なくとも1つのヘテロ原子を含有し、
    aは1〜4の整数を表し、aが2以上の整数である場合、各Rは、同じかまたは異なり、
    AまたはBがベンゼンを表す場合、bまたはcは1〜4の整数を表し、
    AまたはBがナフタレンを表す場合、bまたはcは1〜6の整数を表し、bまたはcが2以上の整数である場合、各Rまたは各Rは、同じかまたは異なる、前記有機電界発光化合物。
  2. 式1の前記化合物が、以下の式2によって表され、
    Figure 2017503773
    式中、
    、X、Y、Y、R〜R、a、b、及びcは、請求項1に記載の通りである、請求項1に記載の前記有機電界発光化合物。
  3. 式1の前記化合物が、以下の式3によって表され、
    Figure 2017503773
    式中、
    、X、Y、Y、R〜R、a、b、及びcは、請求項1に記載の通りである、請求項1に記載の前記有機電界発光化合物。
  4. 式1の前記化合物が、以下の式4によって表され、
    Figure 2017503773
    式中、
    、X、Y、Y、R〜R、a、b、及びcは、請求項1に記載の通りである、請求項1に記載の前記有機電界発光化合物。
  5. は、非置換または(C1−C6)アルキル基によって置換された(C6−C20)アリーレン基を表し、R〜Rは、それぞれ独立して、水素、または置換もしくは非置換(C6−C20)アリール基を表し、R〜Rは、それぞれ独立して、置換もしくは非置換(C1−C6)アルキル基、または置換もしくは非置換(C6−C20)アリール基を表す、請求項1〜4のいずれか1項に記載の前記有機電界発光化合物。
  6. 、X、Y、Y、及びR〜R中の前記置換(C1−C30)アルキル基、前記置換(C3−C30)シクロアルキル基、前記置換(C3−C30)シクロアルケニル基、前記置換3〜7員ヘテロシクロアルキル基、前記置換(C6−C30)アリール(エン)基、前記置換3〜30員ヘテロアリール(エン)基、前記置換(C6−C30)アリール(C1−C30)アルキ(alky)基、及び前記置換された、単環式または多環式の(C3−C30)脂環式または芳香族環の置換基は、それぞれ独立して、重水素、ハロゲン、シアノ基、カルボキシル基、ニトロ基、ヒドロキシル基、(C1−C30)アルキル基、ハロ(C1−C30)アルキル基、(C2−C30)アルケニル基、(C2−C30)アルキニル基、(C1−C30)アルコキシ基、(C1−C30)アルキルチオ基、(C3−C30)シクロアルキル基、(C3−C30)シクロアルケニル基、3〜7員ヘテロシクロアルキル基、(C6−C30)アリールオキシ基、(C6−C30)アリールチオ基、非置換もしくは(C6−C30)アリール基で置換された3〜30員ヘテロアリール基、非置換もしくは3〜30員ヘテロアリール基で置換された(C6−C30)アリール基、トリ(C1−C30)アルキルシリル基、トリ(C6−C30)アリールシリル基、ジ(C1−C30)アルキル(C6−C30)アリールシリル基、(C1−C30)アルキルジ(C6−C30)アリールシリル基、アミノ基、モノもしくはジ(C1−C30)アルキルアミノ基、モノもしくはジ(C6−C30)アリールアミノ基、(C1−C30)アルキル(C6−C30)アリールアミノ基、(C1−C30)アルキルカルボニル基、(C1−C30)アルコキシカルボニル基、(C6−C30)アリールカルボニル基、ジ(C6−C30)アリールボロニル基、ジ(C1−C30)アルキルボロニル基、(C1−C30)アルキル(C6−C30)アリールボロニル基、(C6−C30)アリール(C1−C30)アルキル基、及び(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つである、請求項1に記載の前記有機電界発光化合物。
  7. 式1によって表される前記化合物は、以下の化合物:
    Figure 2017503773
    Figure 2017503773
    Figure 2017503773
    からなる群から選択される、請求項1に記載の前記有機電界発光化合物。
  8. 請求項1に記載の前記化合物を含む、有機電界発光デバイス。

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