JP2018527310A - 有機光電子デバイスに使用するための有機分子 - Google Patents

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Abstract

本発明は、次式Iの構造を含む有機分子に関する。【化1】式中、XはCNまたはCF3であり;Dは、式I−1の構造を含む化学単位であり;【化2】式中、#は、式Iに従う構造中の中心フェニル環に対する式I−1に従う単位の結合点であり;A及びBは、互いに独立して、CRR1、CR、NR、Nからなる群から選択され、ここでAとBの間には単結合または二重結合が存在し、BとZの間には単結合または二重結合が存在し;Zは、直接結合または二価の有機ブリッジであり、この有機ブリッジは、置換されているかもしくは置換されていないC1〜C9アルキレン−、C2〜C8アルケニレン−、C2〜C8アルキニレン−またはアリーレン基であるかまたはこれらの組みあわせ、−CRR1、−C=CRR1、−C=NR、−NR−、−O−、−SiRR1−、−S−、−S(O)−、−S(O)2−、Oで中断された置換されているかもしくは置換されていないC1〜C9アルキレン−、C2〜C8アルケニレン−、C2〜C8アルキニレン−またはアリーレン基、フェニル−または置換されたフェニル単位である。

Description

本発明は、純粋に有機系の分子、及び有機発光ダイオード(OLED)及び他の有機光電子デバイスでのそれの使用に関する。
有機光電子デバイスは、電気エネルギーを光子に変換するか(有機発光ダイオード、OLED、または発光電気化学セル、LEEC)、あるいは逆のプロセスが進行する(有機光起電、OPV)ことを特徴とする。この際、これらのプロセスができるだけ効率よく進行することが重要である。それ故、OLEDの分野では、理想的には、できるだけ高いフォトルミネセンス量子収量を有する材料を使用する必要がある。OLED材料の制限された効率は、熱活性化されて遅延する蛍光(TADF)を示す効果的な材料の使用によって向上できる。なぜならば、純粋に蛍光性の材料とは異なり、OLED中に形成される励起子のうちの25%ではなく、100%までの励起子が利用できるからである。この場合、発生する三重項励起子を一重項励起子に転化することもでき、その状態から次いで光子を発生させることができる。この際、このような熱再占有のための前提条件は、最低励起一重項(S1)−及び三重項準位(T1)との間のエネルギー間隔が小さいことである。これは、例えば、銅(I)錯体の使用によって(これに関しては、例えばH.Yersin,U.Monkowius,T.Fischer,T.Hofbeck,WO2010/149748A1(特許文献1))、しかし純粋に有機系の材料によっても(これに関しては、例えばQ.Zhang et al.,J.Am.Chem.Soc.2012,134,14706(非特許文献1),WO2013161437A1(特許文献2))によっても達成できる。
更に、例えば深い青色系TADF−OLEDのための新規の材料への大きな需要がある。既存の青色系TADF材料は、しばしば、長い励起子寿命を示し、これは、効率が良く寿命の長いOLEDにとっては良くないことである。上記の材料特性の他に、入手のし易さも商業化には重要である。これには、合成構成要素の手に入りやすさ、並びに機能性材料の実際の合成のためのコストや手間、特にその機能性材料の精製などが含まれる。
WO2010/149748A1 WO2013161437A1
Q.Zhang et al.,J.Am.Chem.Soc.2012,134,14706 M.E.Thompson et.al.,Chem.Mater.2004,16,4743 Becke,A.D.Phys.Rev.A1988,38,3098−3100 Perdew,J.P.Phys.Rev.B1986,33,8822−8827 Sierka,M.;Hogekamp,A.;Ahlrichs,R.J.Chem.Phys.2003,118,9136−9148 Becke,A.D.,J.Chem.Phys.98(1993)5648−5652 Lee,C;Yang,W;Parr,R.G.Phys.Rev.B37(1988)785−789 Vosko,S.H.;Wilk,L.;Nusair,M.Can.J.Phys.58(1980)1200−1211 Stephens,P.J.;Devlin,F.J.;Chabalowski,C.F.;Frisch,M.J.J.Phys.Chem.98(1994)11623−11627 Weigend,F.;Ahlrichs,R.Phys.Chem.Chem.Phys.2005,7,3297−3305 Rappoport,D.;Furche,F.J.Chem.Phys.2010,133,134105/1−134105/11
本発明は、式1の構造を含むかまたは式Iの構造を有する新規の部類の化合物を提供するものである:
Figure 2018527310
式中、
Xは、電子吸引性単位、特にCNまたはCFであり;
Dは、式I−1の構造を含む化学単位であり;
Figure 2018527310
式中、
#は、式Iに従う構造中の中心フェニル環に対する式I−1に従う単位の結合点であり;
A及びBは、互いに独立して、CRR、CR、NR、Nからなる群から選択され、ここでAとBの間には単結合または二重結合が存在し、BとZの間には単結合または二重結合が存在し;
Zは、直接結合または二価の有機ブリッジであり、この有機ブリッジは、置換されているかもしくは置換されていないC1〜C9アルキレン−、C2〜C8アルケニレン−、C2〜C8アルキニレン−またはアリーレン基であるかまたはこれらの組みあわせ、−CRR、−C=CRR、−C=NR、−NR−、−O−、−SiRR−、−S−、−S(O)−、−S(O)−、Oで中断された置換されているかもしくは置換されていないC1〜C9アルキレン−、C2〜C8アルケニレン−、C2〜C8アルキニレン−またはアリーレン基、フェニル−もしくは置換されたフェニル単位であり;
ここで各々のR及びRは、各出現において、同一かまたは異なり、H、重水素、アジド(N3−)、F、Cl、Br、I、N(R、CN、CF、NO、OH、COOH、COOR、CO(NR、Si(R、B(OR、C(=O)R、P(=O)(R、S(=O)R、S(=O)、OSO、C原子数1〜40の線状アルキル−、アルコキシ−もしくはチオアルコキシ基またはC原子数2〜40の線状アルケニル−もしくはアルキニル基またはC原子数3〜40の分岐状もしくは環状アルキル−、アルケニル−、アルキニル−、アルコキシ−もしくはチオアルコキシ基(これらは、それぞれ、一つ以上の残基Rで置換されていることができ、ここで一つ以上の隣り合っていないCH基は、RC=CR、C≡C、Si(R、Ge(R、Sn(R、C=O、C=S、C=Se、C=NR、P(=O)(R)、SO、SO、NR、O、SもしくはCONRによって置き換えられていることができ、及び一つ以上のH原子は、重水素、F、Cl、Br、I、CN、CFもしくはNOで置き換えられていることができる)、あるいは芳香族環原子数5〜60の芳香族もしくはヘテロ芳香族環系(これはそれぞれ一つ以上の残基Rで置換されていることができる)、あるいは芳香族環原子数5〜60のアリールオキシ−もしくはヘテロアリールオキシ基(これらは、一つ以上の残基Rで置換されていることができる)、あるいは芳香族環原子数10〜40のジアリールアミノ基、ジヘテロアリールアミノ基もしくはアリールヘテロアリールアミノ基(これらは、一つ以上の残基Rで置換されていることができる)、あるいはこれらの系の組みあわせ、あるいは酸触媒法、熱的法もしくはUV架橋法によって光開始剤の存在下にもしくは不在下にまたはマイクロ波照射によって架橋することができる架橋可能なQE単位であり、この際、これらの置換基R及びRの二つ以上は一緒になって単環式もしくは多環式の脂肪族、芳香族及び/またはベンゾ縮合型の環系を形成することができ;
は、各出現において、同一かまたは異なり、H、重水素、F、Cl、Br、I、N(R、CN、CF、NO、OH、COOH、COOR、CO(NR、Si(R、B(OR、C(=O)R、P(=O)(R、S(=O)R、S(=O)、OSO、C原子数1〜40の線状アルキル−、アルコキシ−もしくはチオアルコキシ基またはC原子数2〜40の線状アルケニル−もしくはアルキニル基またはC原子数3〜40の分岐状もしくは環状アルキル−、アルケニル−、アルキニル−、アルコキシ−もしくはチオアルコキシ基(これらは、それぞれ、一つ以上の残基Rで置換されていることができ、ここで一つ以上の隣り合っていないCH基は、RC=CR、C≡C、Si(R、Ge(R、Sn(R、C=O、C=S、C=Se、C=NR、P(=O)(R)、SO、SO、NR、O、SもしくはCONRによって置き換えられていることができ、及び一つ以上のH原子は、重水素、F、Cl、Br、I、CN、CFもしくはNOで置き換えられていることができる)、あるいは芳香族環原子数5〜60の芳香族もしくはヘテロ芳香族環系(これはそれぞれ一つ以上の残基Rで置換されていることができる)、あるいは芳香族環原子数5〜60のアリールオキシ−もしくはヘテロアリールオキシ基(これらは、一つ以上の残基Rで置換されていることができる)、あるいは芳香族環原子数10〜40のジアリールアミノ基、ジヘテロアリールアミノ基もしくはアリールヘテロアリールアミノ基(これらは、一つ以上の残基Rで置換されていることができる)、あるいはこれらの系の組みあわせであり、この際、これらの置換基Rの二つ以上は一緒になって単環式もしくは多環式の脂肪族、芳香族及び/またはベンゾ縮合型の環系を形成することもでき;
は、各出現において、同一かまたは異なり、H、重水素、F、CFまたはC原子数1〜20の脂肪族、芳香族及び/もしくはヘテロ芳香族炭化水素残基であり、この場合も、一つ以上のH原子はFまたはCFによって置き換えられていることができ; この場合、二つ以上の置換基Rは一緒になって単環式もしくは多環式の脂肪族環系を形成することもでき;
R’は、H、N(R、OR、C原子数1〜40の線状アルキル−もしくはアルコキシ基またはC原子数3〜40の分岐状もしくは環状アルキル−もしくはアルコキシ基(これらは、それぞれ、一つ以上の残基Rで置換されていることができる)、及び芳香族環原子数5〜60の芳香族もしくはヘテロ芳香族環系(これは、それぞれ、一つ以上の残基Rで置換されていることができる)からなる群から選択され;
R’’は、N(R、OR、C原子数1〜40の線状アルキル−もしくはアルコキシ基またはC原子数3〜40の分岐状もしくは環状アルキル−もしくはアルコキシ基(これらは、それぞれ、一つ以上の残基Rで置換されていることができる)、及び芳香族環原子数5〜60の芳香族もしくはヘテロ芳香族環系(これは、それぞれ、一つ以上の残基Rで置換されていることができる)からなる群から選択され;
は、各出現において同一かもしくは異なり、H、重水素、N(R、Si(R、C原子数1〜40の線状アルキル−、アルコキシ−もしくはチオアルコキシ基またはC原子数3〜40の分岐状もしくは環状アルキル−、アルコキシ−もしくはチオアルコキシ基(これらは、それぞれ、一つ以上の残基Rで置換されていることができる)、または芳香族環原子数5〜60の芳香族もしくはヘテロ芳香族環系(これは、それぞれ、一つ以上の残基Rによって置換されていることができる)、または芳香族環原子数5〜60のアリールオキシ−もしくはヘテロアリールオキシ基(これらは、一つ以上の残基Rで置換されていることができる)、または芳香族環原子数10〜40のジアリールアミノ基、ジヘテロアリールアミノ基もしくはアリールヘテロアリールアミノ基(これらは、一つ以上の残基Rで置換されていることができる)、またはこれらの系の組みあわせであり; この場合、これらの置換基Rのうちの二つ以上は、一緒になって、単環式もしくは多環式の脂肪族、芳香族及び/またはベンゾ縮合型の環系を形成することもでき;
は、各出現において、同一かもしくは異なり、H、重水素、またはC原子数1〜20の脂肪族、芳香族及び/またはヘテロ芳香族炭化水素残基であり; この場合、二つ以上の置換基Rは、一緒になって、単環式もしくは多環式の脂肪族環系を形成することもできる。
一つの実施形態では、R’は、H、N(R、OR、チオフェン、C原子数1〜40の線状アルキルもしくはアルコキシ基、またはC原子数3〜40の分岐状もしくは環状アルキルもしくはアルコキシ基(これらは、それぞれ、一つ以上の残基Rで置換されていることができる)、及び芳香族環原子数5〜60の芳香族環系(これは一つ以上の残基Rで置換されていることができる)からなる群から選択され、そして
R’’は、N(R、OR、チオフェン、C原子数1〜40の線状アルキルもしくはアルコキシ基またはC原子数3〜40の分岐状もしくは環状アルキルもしくはアルコキシ基(これらは、それぞれ、一つ以上の残基Rによって置換されていることができる)、及び芳香族環原子数5〜60の芳香族環系(これらは一つ以上の残基Rによって置換されていることができる)からなる群から選択される。
本発明の意味においてアリール基は6〜60個の芳香族環原子を含み; 本発明の意味においてヘテロアリール基は5〜60個の芳香族環原子を含み、その中で少なくとも一つがヘテロ原子である。ヘテロ原子は、特にN、O及び/またはSである。これは基本的な定義である。本明細書において、例えば芳香族環原子または含まれるヘテロ原子の数に関して、他の優先性が述べられる場合には、それらが適用される。
この際、アリール基またはヘテロアリール基とは、単芳香族環、すなわちベンゼン、もしくは単ヘテロ芳香族環、例えばピリジン、ピリミジンもしくはチオフェン、またはヘテロ芳香族多環、例えばフェナントレン、キノリンまたはカルバゾールのことである。縮合型(アニール型)芳香族もしくはヘテロ芳香族多環は、本発明の意味において、二つ以上の互いに縮合した単芳香族もしくはヘテロ芳香族環からなる。
上記の残基でそれぞれ置換されていることができかつ任意の位置を介して芳香族もしくはヘテロ芳香族に結合できるアリール基もしくはヘテロアリール基とは、特に、ベンゼン、ナフタレン、アントラセン、フェナントレン、ピレン、ジヒドロピレン、クリセン、ペリレン、フルオランテン、ベンズアントラセン、ベンズフェナントレン、テトラセン、ペンタセン、ベンズピレン、フラン、ベンゾフラン、イソベンゾフラン、ジベンゾフラン、チオフェン、ベンゾチオフェン、イソベンゾチオフェン、ジベンゾチオフェン; ピロール、インドール、イソインドール、カルバゾール、ピリジン、キノリン、イソキノリン、アクリジン、フェナントリジン、ベンゾ−5,6−キノリン、イソキノリン、ベンゾ−6,7−キノリン、ベンゾ−7,8−キノリン、フェノチアジン、フェノキサジン、ピラゾール、インダゾール、イミダゾール、ベンズイミダゾール、ナフトイミダゾール、フェナントリミダゾール、ピリドイミダゾール、ピラジンイミダゾール、キノキサリンイミダゾール、オキサゾール、ベンズオキサゾール、ナフトキサゾール、アントロキサゾール、フェナントロキサゾール、イソキサゾール、1,2−チアゾール、1,3−チアゾール、ベンゾチアゾール、ピリダジン、ベンゾピリダジン、ピリミジン、ベンズピリミジン、キノキサリン、ピラジン、フェナジン、ナフチリジン、アザカルバゾール、ベンゾカルボリン、フェナントロリン、1,2,3−トリアゾール、1,2,4−トリアゾール、ベンズトリアゾール、1,2,3−オキサジアゾール、1,2,4−オキサジアゾール、1,2,5−オキサジアゾール、1,2,3,4−テトラジン、プリン、プテリジン、インドリジン及びベンゾチアジアゾールまたはこれらの基の組みあわせから誘導される基のことと理解される。
環状アルキル、アルコキシまたはチオアルコキシ基とは、本発明の意味において、単環式、二環式または多環式基のことと解される。
本発明の枠内において、個々のH原子またはCH原子が上記の基で置換されていることができるC〜C40アルキル基とは、例えば次の残基メチル、エチル、n−プロピル、i−プロピル、シクロプロピル、n−ブチル、i−ブチル、s−ブチル、t−ブチル、シクロブチル、2−メチルブチル、n−ペンチル、s−ペンチル、t−ペンチル、2−ペンチル、ネオ−ペンチル、シクロペンチル、n−ヘキシル、s−ヘキシル、t−ヘキシル、2−ヘキシル、3−ヘキシル、ネオ−ヘキシル、シクロヘキシル、1−メチルシクロペンチル、2−メチルペンチル、n−ヘプチル、2−ヘプチル、3−ヘプチル、4−ヘプチル、シクロヘプチル、1−メチルシクロヘキシル、n−オクチル、2−エチルヘキシル、シクロオクチル、1−ビシクロ[2,2,2]オクチル、2−ビシクロ[2,2,2]−オクチル、2−(2,6−ジメチル)オクチル、3−(3,7−ジメチル)オクチル、アダマンチル、トリフルオロ−メチル、ペンタフルオロエチル、2,2,2−トリフルオロエチル、1,1−ジメチル−n−ヘキサン−1−イル−、1,1−ジメチル−n−ヘプタン−1−イル−、1,1−ジメチル−n−オクタン−1−イル、1,1−ジメチル−n−デカン−1−イル、1,1−ジメチル−n−ドデカン−1−イル、1,1−ジメチル−n−テトラデカン−1−イル、1,1−ジメチル−n−ヘキサデカン−1−イル、1,1−ジメチル−n−オクタデカン−1−イル、1,1−ジエチル−n−ヘキサン−1−イル−、1,1−ジエチル−n−ヘプタン−1−イル−、1,1−ジエチル−n−オクタン−1−イル−、1,1−ジエチル−n−デカン−1−イル−、1,1−ジエチル−n−ドデカン−1−イル−、1,1−ジエチル−n−テトラデカン−1−イル−、1,1−ジエチルン−n−ヘキサデカン−1−イル−、1,1−ジエチル−n−オクタデカン−1−イル−、1−(n−プロピル)−シクロヘキサン−1−イル−、1−(n−ブチル)−シクロヘキサン−1−イル−、1−(n−ヘキシル)−シクロヘキサン−1−イル−、1−(n−オクチル)−シクロヘキサン−1−イル−及び1−(n−デシル)−シクロヘキサン−1−イル−のことと解される。アルキレン基とは、例えばエテニル、プロペニル、ブテニル、ペンテニル、シクロペンテニル、ヘキセニル、シクロヘキセニル、ヘプテニル、シクロヘプテニル、オクテニル、シクロオクテニルまたはシクロオクタジエニルのことと解される。アルキニル基とは、例えばエチニル、プロピニル、ブチニル、ペンチニル、ヘキシニル、へプチニルまたはオクチニルのことと解される。C〜C40アルコキシ基とは、例えばメトキシ、トリフルオロメトキシ、エトキシ、n−プロポキシ、i−プロポキシ、n−ブトキシ、i−ブトキシ、s−ブトキシ、t−ブトキシ、または2−メチルブトキシのことと解される。
本発明による分子の化学単位Dは、ドナー特性を有する。ドナーもしくはアクセプター特性が意味するものは、当業者には原則的に既知である。化学単位Dは、実施形態の一つでは電子供与性である。これは、+M効果(正のメソメリー効果)を有する。特に、適当なドナー置換基は、例えばN原子、O原子またはS原子などの非共有電子対を持つ原子を含む。この場合、正確に一つのヘテロ環原子を持つ5環ヘテロアリール基が好ましい。これらには、更に別のアリール基が縮合していることができる。この場合、特にカルバゾール基またはカルバゾール誘導体が好ましい。更に別の適したドナー置換基は、フェノキサジン基またはフェノキサジン誘導体である。後者では、フェノキサジンの酸素は、例えば−CRR、−C=CRR、−C=NR、−NR−、−SiRR−、−S−、−S(O)−、−S(O)−、Oで中断された置換されたもしくは置換されていないC1〜C9アルキレン−、C2〜C8アルケニレン−、C2〜C8アルキニレン−もしくはアリーレン基、フェニル−もしくは置換されたフェニル単位で置き換えられていることができる。
実施形態の一つでは、電子吸引性残基Xは、−M効果(負のメソメリー効果)または−I効果(負の誘起効果)を発揮する。残基Xは相応してアクセプター置換基である。適当なアクセプター置換基は、特にシアノ基またはCFである。
本発明による分子は、芳香族上のドナーに対してオルト位に置換基を有する。これは、有機分子のHOMO及びLUMOの効果的な分離を可能にする。
本発明による分子は、熱活性化遅延蛍光を示し、特に可視スペクトルの深い青色領域で発光する。
光電子デバイス、例えばOLEDでの本発明による分子の使用は、装置のより高い効率をもたらす。更に、OLEDを、深い青色の色スペクトルで実現できる。対応するOLEDは、既知のエミッター分子及び同等の色を有するOLEDよりも高い安定性を示す。
架橋可能な単位QEは、実施形態の一つでは、(特にクリック反応のためには)オキセタン、アルキン及びアジド、並びに以下のアルケン誘導体からなる群から選択される化合物である:
Figure 2018527310
代替的な実施形態の一つでは、Zは、共有単結合であるか、または置換された及び置換されていないアルキレン−(分岐状もしくは環状のものも含む)、アルケニレン−、アルキニレン−、アリーレン−及びヘテロアリーレン基、O、NR、C=CR、C=NR、SiR、S、S(O)、S(O)、BR、PR、P(O)Rから選択される二価の有機ブリッジであり、この場合、上記の単位の組みあわせも可能である(例えば、Oで中断されたアルキレン−(分岐状または環状のものも含む)、アルケニレン−、アルキニレン−、アリーレン−及びヘテロアリーレン基)。
実施形態の一つでは、Dは、互いに独立してそれぞれ、置換された及び置換されていないカルバゾール、置換された及び置換されていないインドール、置換された及び置換されていないインドリン、置換された及び置換されていないジヒドロアクリジン、置換された及び置換されていないベンズイミダゾール、置換された及び置換されていない2,3,4,9−テトラヒドロカルバゾール、置換された及び置換されていない1,2,3,4−テトラヒドロキノリン、置換された及び置換されていないフェノチアジン、置換された及び置換されていないフェノキサジン、置換された及び置換されていないジヒドロフェナジン、置換された及び置換されていないスピロ化合物から成る群から選択される、電子供与特性を持つドナー基である。
該有機分子の一つの実施形態では、式I−1の電子供与特性を持つドナー基は、式IIの構造を含む:
Figure 2018527310
式中、#、Z及びRについては、式Iの化合物で述べた定義が適用される。
式I−1の電子供与特性を持つドナー基は、一つの実施形態では、式IIIの構造を含むことをができる:
Figure 2018527310
式中、Z及びRについては、式Iの化合物で述べた定義が適用される。
本発明のドナーの例:
Figure 2018527310
式Iのアクセプター単位Xは、実施形態の一つではCNであり、他の実施形態の一つではCFである。本発明の更に別の実施形態の一つでは、式Iの残基R’は水素原子、すなわちHである。
更に別の観点の一つでは、本発明は、(場合によっては後続の反応を備えた)ここに記載のタイプの本発明による有機分子の製造方法に関する。
Figure 2018527310
この場合、窒素ヘテロ環式化合物を、求核芳香族置換の意味で、アリールハロゲン化物、好ましくはアリールフッ化物と反応させる。典型的には条件には、非プロトン性極性溶剤、例えばジメチルスルホキシド(DMSO)またはN,N−ジメチルホルムアミド(DMF)中での塩基、例えば三塩基性リン酸カリウムまたは水素化ナトリウムの使用が含まれる。
代替的な合成経路の一つには、アリールハロゲン化物またはアリール疑ハロゲン化物、特にアリール臭化物、アリールヨウ化物、アリールトリフレートまたはアリールトシレートとの銅またはパラジウム触媒カップリングを介した窒素ヘテロ環式化合物の導入が含まれる。
この際、上記の製造方式は、最後の合成反応となるだけでなく、前駆体分子も与えることができ、このような前駆体分子は、後続の反応によって、例えば残基R、R’またはR’’の変更によって本発明の分子に転化することができる。
本発明の更に別の観点の一つは、有機光電子デバイスにおける、ルミネセンスエミッターもしくは吸収体としての、及び/またはホスト材料及び/もしくは電子輸送材料としての、及び/または正孔注入材料としての、及び/または正孔阻止材料としての、ここに記載のタイプの有機分子の使用に関する。
このような使用の枠内において、有機光電子デバイスは、特に、
・有機発光ダイオード(OLED)、
・発光電気化学セル、
・OLEDセンサー、特に外部に対して気密にシールドされていないガス及び蒸気センサーにおけるOLEDセンサー、
・有機ダイオード、
・有機ソーラーセル、
・有機トランジスター、
・有機電界効果トランジスター、
・有機レーザー、及び
・ダウンコンバータ素子、
からなる群から選択される。
該使用では、有機光電子デバイス、特にOLEDにおけるエミッション層中の有機分子の割合は、1%〜99%、特に5%〜80%(重量%)である。代替的な実施形態の一つでは、エミッション層中の有機分子の割合は100%である。
一つの実施形態では、発光層は、本発明による有機分子の他に、ホスト材料を含み、かつこのホスト材料は、それの三重項(T1)及び一重項(S1)エネルギー準位が、該有機分子の三重項(T1)及び一重項(S1)エネルギー順位よりもエネルギー的に高い位置にある。
更に別の観点の一つでは、本発明は、ここに記載のタイプの有機分子を含む有機光電子デバイス、特に、有機発光ダイオード(OLED)、発光電気化学セル、OLEDセンサー、特に外部に対して気密にシールドされていないガス及び蒸気センサーにおけるセンサー、有機ダイオード、有機ソーラーセル、有機トランジスター、有機電界効果トランジスター、有機レーザー及びダウンコンバータ素子からなる群から選択される装置として構成された有機光電子デバイスに関する。
このような有機光電子デバイスは、一つの実施形態では、
− 基材、
− アノード、及び
− カソード(ここで、特にアノードまたはカソードは基材上に直接施与されている)、及び
− アノード及びカソードの間に配置されそして本発明による有機分子を含む、少なくとも一つの発光層、
を含む。
一つの実施形態では、光電子デバイスはOLEDである。典型的なOLEDは例えば以下の層構造を含む:
1.基材(キャリア材料)
2.アノード
3.正孔注入層(hole injection layer、HIL)
4.正孔輸送層(hole transport layer、HTL)
5.電子阻止層(electron blocking layer、EBL)
6.エミッタ層(emitting layer、EML)
7.正孔阻止層(hole blocking layer、HBL)
8.電子伝導層(electron transport layer、ETL)
9.電子注入層(electron injection layer、EIL)
10.カソード。
この際、幾つかの層は任意選択的にのみ存在する。更に、これらの層のうち幾つかは一体となっていてもよい。また、幾つかの層は、複数が部材中に存在することができる。
一つの実施形態によれば、有機素子の少なくとも一つの電極は透光性に構成されている。ここで及び以下において、「透光性(transluzent)」とは、可視光を透過する層のことである。この際、この透光性層は、完全に透光性、すなわち透明であるか、または少なくとも部分的に吸光性及び/または部分的に光散乱性であることができ、そうしてこの透光性層は、例えば散乱的にもしくは乳濁状に光を通すことができる。特に、ここで透光性と称される層はできるだけ透明に構成され、そうして特に、光の吸収はできるだけ少なくなるようにする。
更に別の実施形態の一つによれば、該有機素子、特にOLEDは、逆転構造を有する。この逆転構造は、カソードが基材上にあり、かつ他の層が相応して逆転して設けられていることを特徴とする。
1.基材(キャリア材料)
2.カソード
3.電子注入層(electron injection layer、EIL)
4.電子伝導層(electron transport layer、ETL)
5.正孔阻止層(hole blocking layer、HBL)
6.エミッション層またはエミッタ層(emitting layer、EML)
7.電子阻止層(electron blocking layer、EBL)
8.正孔輸送層(hole transport layer、HTL)
9.正孔注入層(hole injection layer、HIL)
10.アノード
この際、幾つかの層は任意選択的にのみ存在する。更に、これらの層のうち幾つかは一体となっていてもよい。また、幾つかの層は、複数が部材中に存在することができる。
一つの実施形態では、逆転OLEDでは、典型的な構成のアノード層、例えばITO層(インジウムスズ酸化物)がカソードとして接続される。
更に別の実施形態の一つによれば、該有機素子、特にOLEDは、積層構造を有する。この場合、個々のOLEDは、互いに重ねて配置され、通常の通りに並べて配置されるのではない。積層構造によって、混合光の生成が可能となり得る。例えば、この構造を、白色光の生成に使用することができ、その生成のためには、典型的には青色エミッタ、緑色エミッタ及び赤色エミッタの発せられた光の組みあわせによって全可視光スペクトルが再現される。更に、実際的に同じ効率及び同一の輝度において、通常のOLEDと比べてかなり長い寿命を達成できる。積層構造では、任意選択的に、いわゆる電荷発生層(charge generation layer、CGL)が二つのOLEDの間に使用される。これは、n−ドープ型層及びp−ドープ型層からなり、この際、n−ドープ型層は、典型的には、アノードの近くに設置される。
一つの実施形態(いわゆるタンデム型OLED)では、二つ以上のエミッション層がアノード及びカソードの間に存在する。一つの実施形態では、三つのエミッション層が互いに重ねられて配置され、この際、一つのエミッション層は赤色の光を発し、一つのエミッション層は緑色の光を発し、そして一つのエミッション層は青色の光を発し、そして任意の更に別の電荷発生層、阻止層または輸送層は、個々のエミッション層の間に設置される。更に別の実施形態の一つでは、各エミッション層は、直接隣接して設置される。他の実施形態の一つでは、各々の場合に、荷電生成層がエミッション層の間に存在する。更に、直接隣接したエミッション層と荷電生成層によって隔てられているエミッション層とをOLED中に組み合わせることができる。
更に、電極及び有機層を覆って、更にカプセル化装備を配することができる。カプセル化装備は、例えばガラス製の蓋の形態または薄層カプセルの形態で構成することができる。
光電子デバイスのキャリア材料としては、例えばガラス、石英、プラスチック、金属、ケイ素ウェハまたは任意の他の適当な堅いかもしくは柔軟性で任意に透光性の材料が役立ち得る。キャリア材料は、例えば、層、フィルム、プレートまたはラミネートの形の一つ以上の材料を含むことができる。
光電子デバイスのアノードとしては、例えば、透明伝導性金属酸化物、例えばITO(インジウムスズ酸化物)、酸化亜鉛、酸化スズ、酸化カドニウム、酸化チタン、酸化インジウムまたはアルミニウム亜鉛酸化物(AZO)、ZnSnO、CdSnO、ZnSnO、MgIn、GaInO、ZnInまたはInSn12または異なる透明伝導性酸化物の混合物が役立ち得る。
HILの材料としては、例えばPEDOT:PSS(ポリ−3,4−エチレンジオキシチオフェン:ポリスチレンスルホン酸)、PEDOT(ポリ−3,4−エチレンジオキシチオフェン)、m−MTDATA(4,4’,4’’−トリス[フェニル(m−トリル)アミノ]トリフェニルアミン)、スピロ−TAD(2,2’,7,7’−テトラキス(N,N−ジフェニルアミノ)−9,9−スピロビフルオレン)、DNTPD(4,4’−ビス[N−[4−{N,N−ビス(3−メチル−フェニル)アミノ}フェニル]−N−フェニルアミノ]ビフェニル)、NPNPB(N,N’−ジフェニル−N,N’−ジ−[4−(N,N−ジフェニル−アミノ)フェニル]ベンゼン)、MeO−TPD(N,N,N’,N’−テトラキス(4−メトキシフェニル)ベンゼン)、HAT−CN(1,4,5,8,9,11−ヘキサアザトリフェニレン−ヘキサカルボニトリル)またはスピロ−NPD(N,N’−ジフェニル−N,N’−ビス−(1−ナフチル)−9,9’−スピロビフルオレン−2,7−ジアミン)が役立ち得る。
HTLの材料としては、第三級アミン、カルバゾール誘導体、ポリスチレンスルホン酸でドープされたポリエチレンジオキシチオフェン、カンファースルホン酸でドープされたポリアニリンポリ−TPD(ポリ(4−ブチルフェニル−ジフェニル−アミン))、[アルファ]−NPD(ポリ(4−ブチルフェニル−ジフェニル−アミン))、TAPC(4,4’−シクロヘキシリデン−ビス[N,N−ビス(4−メチルフェニル)ベンゼンアミン])、TCTA(トリス(4−カルバゾイル−9−イルフェニル)アミン)、2−TNATA(4,4’4’’−トリス[2−ナフチル(フェニル)アミノ]トリフェニルアミン)、スピロ−TAD、DNTPD、NPNPB、MeO−TPD、HAT−CNまたはトリスPcz(9,9’−ジフェニル−6−(9−フェニル−9H−カルバゾール−3−イル)−9H,9H’−3,3’−ビカルバゾール)が役立ち得る。
HTLは、pドープ型層を含むことができ、これは、無機または有機ドープ物質を有機正孔伝導性マトリックス中に含む。無機ドープ物質としては、例えば遷移金属酸化物、例えば酸化バナジウム、酸化モリブデンまたは酸化タングステンを利用することができる。有機ドープ物質としては、例えばテトラフルオロテトラシアノキノジメタン(F4−TCNQ)、銅−ペンタフルオロベンゾエート(Cu(I)pFBz)または遷移金属錯体を使用することができる。
電子阻止層の材料としては、例えばmCP(1,3−ビス(カルバゾール−9−イル)ベンゼン)、TCTA、2−TNATA、mCBP(3,3−ジ(9H−カルバゾール−9−イル)ビフェニル)、トリス−Pcz(9,9’−ジフェニル−6−(9−フェニル−9H−カルバゾール−3−イル)−9H,9’H−3,3’−ビカルバゾール)、CzSi(9−(4−tert−ブチルフェニル)−3,6−ビス(トリフェニルシリル)−9H−カルバゾール)またはDCB(N,N’−ジカルバゾリル−1,4−ジメチルベンゼン)が役立ち得る。
エミッタ層EMLは、エミッタ材料、または少なくとも二種のエミッタ材料を含む混合物、及び任意選択的に一種以上のホスト材料を含むかまたはからなる。適当なホスト材料は、例えばmCP、TCTA、2−TNATA、mCBP、Sif87(ジベンゾ[b,d]チオフェン−2−イルトリフェニルシラン)、Sif88(ジベンゾ[b,d]チオフェン−2−イル)ジフェニルシラン)、CBP(4,4’−ビス−(N−カルバゾリル)−ビフェニル)またはDPEPO(ビス[2−((オキソ)ジフェニルホスフィノ)フェニル]エーテル)である。緑色または赤色に発光するエミッタ材料または少なくとも二種のエミッタ材料を含む混合物としては、CBPなどの通例のマトリックス材料が適している。青色で発光するエミッタ材料、または少なくとも二種のエミッタ材料を含む混合物のためには、UHGマトリックス材料(Ultra−High energy Gap Materialien(超高エネルギーギャップ材料)(例えばM.E.Thompson et.al.,Chem.Mater.2004,16,4743(非特許文献2)参照)または他のいわゆるワイドギャップマトリックス材料を使用できる。
正孔阻止層HBLは、例えばBCP(2,9−ジメチル−4,7−ジフェニル−1,10−フェナントロリン=バソクプロイン)、ビス−(2−メチル−8−ヒドロキシキノリナト)−(4−フェニルフェノラト)−アルミニウム(III)(BAlq)、Nbphen(2,9−ビス(ナフタレン−2−イル)−4,7−ジフェニル−1,10−フェナントロリン)、Alq3(アルミニウム−トリス(8−ヒドロキシキノリン))、TSPO1(ジフェニル−4−トリフェニルシリルフェニル−ホスフィンオキシド)またはTCB/TCP(1,3,5−トリス(N−カルバゾリル)ベンゼン/1,3,5−トリス(カルバゾール)−9−イル)ベンゼン)を含むことができる。
電子輸送層ETLは、例えば、AIQ、TSPO1、BPyTP2(2,7−ジ(2,2’−ビピリジン−5−イル)トリフェニル)またはBTB(4,4’−ビス−[2−(4,6−ジフェニル−1,3,5−トリアジニル)]−1,1’−ビフェニル)をベースとする材料を含むことができる。
薄い電子注入層EILの材料としては、例えばCsF、LiF、8−ヒドロキシキノリノラトリチウム(Liq)、LiO、BaF、MgOまたはNaFを使用することができる。
カソード層の材料としては、金属または合金、例えばAl、Al>AlF、Ag、Pt、Au、Mg、Ag:Mgが役立ち得る。典型的な層厚は100nm〜200nmである。特に、空気中で安定しており及び/または例えば薄い保護酸化物層の形成によって自己不動態化する一種以上の金属が使用される。
カプセル化のための材料としては、例えば酸化アルミニウム、酸化バナジウム、酸化亜鉛、酸化ジルコニウム、酸化チタン、酸化ハフニウム、酸化ランタン、酸化タンタルが適している。
この場合、どのような材料の組みあわせが、本発明による有機分子を含む光電子デバイスに利用できるかは当業者には既知である。
本発明による有機光電子デバイスの一つの実施形態では、本発明による有機分子は、発光層中のエミッション材料として使用され、その際、これは、純粋な層として、またはマトリックス材料と組みあわせて使用される。
エミッション層中の本発明による有機分子の割合は、更に別の実施形態の一つでは、光学発光デバイス、特にOLED中の発光層中で5%と80%との間である。本発明による有機光電子デバイスの実施形態の一つでは、発光層が基材上に設けられ、この際特に、アノード及びカソードが基材上に設けられ、そして発光層はアノードとカソードとの間に設けられる。
発光層は、本発明による有機分子を100%の濃度で排他的に含むことができ、この際、アノード及びカソードが基材上に設けられ、そして発光層はアノードとカソードとの間に設けられる。
本発明による有機光電子デバイスの実施形態の一つでは、正孔及び電子注入層はアノードとカソードとの間に、正孔及び電子輸送層は正孔及び電子注入層の間に、及び発光層は正孔及び電子輸送層の間に設けられる。
該有機光電子デバイスは、本発明の更に別の実施形態の一つでは、基材、アノード、カソード、少なくとも一つずつの正孔及び電子注入層、及び少なくとも一つずつの正孔及び電子輸送層、及び本発明による有機分子及びホスト材料を含む少なくとも一つの発光層(ただし、ホスト材料の三重項(T1)及び一重項(S1)エネルギー準位は、有機分子の三重項(T1)及び一重項(S1)エネルギー準位よりもエネルギーが高い)を含み、この際、前記アノード及びカソードは基材上に設けられ、そして正孔及び電子注入層はアノードとカソードとの間に設けられ、そして正孔及び電子輸送層は、正孔及び電子注入層の間に設けられ、そして発光層は正孔及び電子輸送層の間に設けられる。
本発明による有機分子とホスト材料を含む発光材料であって、但しこの際、ホスト材料の三重項(T1)及び一重項(S1)エネルギー準位は、有機分子の三重項(T1)及び一重項(S1)エネルギー準位よりもエネルギーが高く、かつ発光材料は蛍光または熱活性化遅延蛍光を発し及び最低励起一重項(S1)状態とその下にある三重項(T1)状態との間のデルタE(S1−T1)値が3000cm−1未満である、発光材料も本発明の範囲内である。
更に別の観点の一つでは、本発明は、光電子素子の製造方法に関する。この際、本発明による有機分子が使用される。
一つの実施形態では、該製造方法は、真空蒸着法を用いたまたは溶液からの本発明による有機分子の加工を含む。
本発明による光電子デバイスの製造方法であって、上記光電子デバイスの少なくとも一つの層が、
− 昇華法を用いてコーティングされている、
− OVPD(有機気相堆積)法を用いてコーティングされている、
− キャリアガス昇華法を用いてコーティングされている、及び/または
− 溶液からまたは印刷法を用いて形成されている、
製造方法も本発明の範囲内である。
一般的作業指針:光物理的測定
光学ガラスの前処理
使用する毎に、光学ガラス(石英ガラスでできたキュベット及び土台、直径:1cm)を洗浄した。ジクロロメタン、アセトン、エタノール、脱イオン水を用いてそれぞれ三回清洗した。5%Hellmanex溶液中に24時間入れ、脱イオン水を用いて徹底的に清洗し、窒素を吹き付けてこれらの光学ガラスを乾燥した。
試料の用意:溶液
1〜2mgの試料を、各々の溶剤100ml中に溶解した(濃度:10−5mol/L)。キュベットを気密に閉じそして10分間脱気した。
試料の用意、フィルム:スピンコーティング
装置:Spin150、SPS euro.
試料濃度は、トルエンまたはクロロベンゼン中で調製した10mg/mlであった。
プログラム:1)400回転/分で3秒; 2)1000rpm/秒(一分間当たりの回転数/秒数)の1000回転/分で20秒; 3)1000rpm/秒の4000回転/分で10秒。これらのフィルムをコーティング後に70℃で1分間、LHG社の精密ホットプレートで空気中で乾燥した。
吸収分光分析
溶液:
UV−VISスペクトルは、Thermo Scientific社製装置のモデルEvolution201で記録した。(試料の用意:溶液を参照)
光ルミネセンス分光分析及びTCSPC
定常状態発光分光分析は、150Wキセノンアークランプ、励起及び発光モノクロメータ及びハママツR928増倍型光電管、並びにTCSPCオプションを備えた、ホリバサイエンティフィック社の蛍光分光計であるモデルFluoroMax−4を用いて行った。発光及び励起スペクトルは、標準補正曲線によって補正した。
量子効率決定
光ルミネセンス量子収率の測定は、ハママツフォトニクス社製の絶対PL量子収率測定C9920−03Gシステムを用いて行った。これは、150Wキセノンガス放電灯、自動調節型チェルニー−ターナーモノクロメータ(250〜950nm)、及び高反射性スペクトラロンコーティング(テフロン誘導体)を備えたウルブリヒト球から構成され、このウルブリヒト球は、1024×122ピクセル(サイズ24×24μm)のBT(裏面入射型)CCDチップを装備したPMA−12マルチチャンネル検出器とガラス繊維ケーブルを介して接続されている。量子効率及びCIE座標の評価は、ソフトウェアとしてU6039−05バージョン3.6.0を用いて行った。
発光最大はnmで表示し、量子収率Φは%で表示し、そしてCIE座標はx、y値として表示する。
PLQYは、以下のプロトコルに従いポリマーフィルム、溶液及び粉末試料について決定した。
参照材料としては、既知濃度のエタノール中のアントラセンを使用する。先ず、試料の吸収最大を決定し、そしてそれを用いて励起させた。次いで、脱ガスした溶液及びフィルムから、窒素雰囲気下に絶対量子収率を決定した。
計算は、以下の等式に従いシステム内で行った:
Figure 2018527310
photon数は光子数であり、Intは強度である。
密度汎関数理論に従う計算
分子構造の最適化のために、BP86汎関数(Becke,A.D.Phys.Rev.A1988,38,3098−3100(非特許文献3);Perdew,J.P.Phys.Rev.B1986,33,8822−8827(非特許文献4))を使用し、ここで、恒等分解近似法(RI)(resolution−of−identity−Naeherung)(Sierka,M.;Hogekamp,A.;Ahlrichs,R.J.Chem.Phys.2003,118,9136−9148(非特許文献5);Becke,A.D.,J.Chem.Phys.98(1993)5648−5652(非特許文献6);Lee,C;Yang,W;Parr,R.G.Phys.Rev.B37(1988)785−789(非特許文献7))を使用した。励起エネルギーは、BP86を用いて最適化した構造において、時間依存DFT法(TD−DFT)により、B3LYP汎関数(Becke,A.D.,J.Chem.Phys.98(1993)5648−5652(非特許文献6);Lee,C;Yang,W;Parr,R.G.Phys.Rev.B37(1988)785−789(非特許文献7);Vosko,S.H.;Wilk,L.;Nusair,M.Can.J.Phys.58(1980)1200−1211(非特許文献8);Stephens,P.J.;Devlin,F.J.;Chabalowski,C.F.;Frisch,M.J.J.Phys.Chem.98(1994)11623−11627(非特許文献9))を使用して計算した。全ての計算において、def2−SV(P)ベースセット(Weigend,F.;Ahlrichs,R.Phys.Chem.Chem.Phys.2005,7,3297−3305(非特許文献10);Rappoport,D.;Furche,F.J.Chem.Phys.2010,133,134105/1−134105/11(非特許文献11))及びm4−グリッドを数値積分法に使用した。全てのDFT計算は、ターボモルプログラムパッケージ(バージョン6.5)(TURBOMOLE V6.4 2012、カールスルーヘ大学及びカールスルーヘ研究センター(1989〜2007年)(2007年以降はTURBOMOLE GmbH)の開発; http://www.turbomole.comから入手可能)を用いて行った。
例1
合成(段階1):
Figure 2018527310
3−ブロモ−4−フルオロベンゾニトリル(125mmol)、フェニルボロン酸(188mmol)、酢酸パラジウム(2.5mmol)、2−ジシクロヘキシルホスフィノ−2’,6’−ジメトキシ−1,1’−ビフェニル(SPhos; 5mmol)及び三塩基性リン酸カリウム(250mmol)を窒素下に200mLのトルエン中に懸濁する。10mLの脱気した水を加えた後、反応混合物を20分間窒素でパージする。110℃で18時間攪拌しそして室温に冷却した後、反応溶液を濾過し、そして固形物を酢酸エチルエステルで洗浄する。その濾液をMgSOで乾燥する。溶剤を除去した後、反応生成物をn−ヘキサンから再結晶化する。3−フェニル−4−フルオロベンゾニトリル(15.9g、80.6mmol、64%)が白色の固形物として得られる。
H NMR(500MHz,クロロホルム−d)δ7.77(dd,J=7.1,2.2Hz,1H),7.64(ddd,J=8.5,4.5,2.2Hz,1H),7.54−7.42(m,5H),7.27(dd,J=9.9,8.5Hz,1H)。
段階2:
Figure 2018527310
3−フェニル−4−フルオロベンゾニトリル(65.9mmol)、3,6−ジメトキシカルバゾール(65.9mmol)及び三塩基性リン酸カリウム(132mmol)を、窒素下にDMSO(120mL)中に懸濁し、そして110℃で攪拌する(16時間)。次いで、この反応混合物を700mLの水中に入れ、そして1時間攪拌する。固形物を濾別し、そして水(1L)で洗浄する。次いで、固形物を真空中で50℃で乾燥する。粗製生成物をトルエンからの再結晶化によって精製する。生成物1(23.1g、57.1mmol、87%)が白色の固形物として得られる。
H NMR(500MHz,クロロホルム−d)δ7.95(d,J=1.9Hz,1H),7.80(dd,J=8.2,2.0Hz,1H),7.64(d,J=8.1Hz,1H),7.45(d,J=2.4Hz,2H),7.10−7.02(m,3H),7.02−6.98(m,2H),6.92(dd,J=8.9,0.7Hz,2H),6.89(dd,J=8.9,2.3Hz,2H),3.90(s,6H)。
2−メチルテトラヒドロフラン中の溶液としての1の吸収スペクトルを図1に示す。
1(PMMA中10%)のフィルム発光は図2から知ることができる。発光最大は443nmにある。光ルミネセンス量子収率(PLQY)は56%である。
密度汎関数理論計算は、2.86eVの一重項(S1)エネルギー及び2.59eVの三重項(T1)エネルギーを与える。
1の根底状態の計算したフロンティア軌道を図3に示す。
例2
Figure 2018527310
9,10−ジヒドロ−9,9−ジメチルアクリジン(10mmol)、4−ブロモ−3−メチルベンゾニトリル(15mmol)及び酢酸パラジウム(0.5mmol)を窒素下に50mLのトルエン中に懸濁する。反応混合物中に窒素を30分間導通した後に、トリ−tert.−ブチルホスフィン(0.75mmol)及びナトリウム−tert.−ブチラート(15mmol)を加え、そして2.5時間攪拌下に還流する。次いで室温で16時間攪拌した後、50mLの水を加え、そしてそれぞれ50mlの酢酸エチルエステルを用いて二度抽出する。一緒にした有機相を飽和NaCl溶液で洗浄し、そしてMgSOで乾燥する。溶剤を除去した後、残渣をエタノールから再結晶化する。1.6g(4.9mmol、49%)の生成物2が得られる。
H NMR(500MHz,クロロホルム−d)δ7.81(d,J=1.9Hz,1H),7.75(dd,J=8.1,1.9Hz,1H),7.53−7.46(m,2H),7.38(d,J=8.0Hz,1H),7.04−6.91(m,4H),6.07−5.97(m,2H),2.14(s,3H),1.74(s,3H),1.68(s,3H)。
2−メチルテトラヒドロフラン中の溶液としての2の吸収スペクトルを図4に示す。
2(PMMA中10%)のフィルム発光は図5から知ることができる。発光最大は441nmにある。光ルミネセンス量子収率(PLQY)は55%である。
例3
Figure 2018527310
3−フェニル−4−フルオロベンゾニトリル(10mmol)、2,3:5,6−ジベンゾ−1,4−オキサジン(10mmol)及び三塩基性リン酸カリウム(20mmol)を、窒素下にDMSO(20mL)中に懸濁し、そして125℃で攪拌する(14時間)。次いで、反応混合物を400mL飽和塩化ナトリウム溶液中に加え、そしてジクロロメタン(3×150mL)で抽出する。一緒にした有機相を飽和塩化ナトリウム溶液で洗浄し(2×150mL)、硫酸マグネシウムで乾燥し、そして溶剤を次いで除去する。最後に、粗製生成物をトルエンからの再結晶化によって精製した。生成物3は黄色の固形物として得られた。
H NMR(500MHz,クロロホルム−d)δ7.91(d,J=1.9Hz,1H),7.85(dd,J=8.1,2.0Hz,1H),7.57(d,J=8.1Hz,1H),7.35−7.2.9(m,5H),6.65−6.59(m,4H),6.59−6.54(m,2H),5.90−5.83(m,2H)。
3(PMMA中10%)のフィルム発光は図6から知ることができる。発光最大は494nmにある。光ルミネセンス量子収率(PLQY)は65%である。
例4
Figure 2018527310
H NMR(500MHz,クロロホルム−d)δ7.88(s,1H),7.83(d,J=7.6Hz,1H),7.57(d,J=8.2Hz,1H),7.39−7.27(m,5H),6.69−6.51(m,6H),5.89(d,J=7.6Hz,2H)。
4(PMMA中10%)のフィルム発光は図7から知ることができる。発光最大は466nmにある。光ルミネセンス量子収率(PLQY)は31%である。発光寿命は51μsである。
例5
Figure 2018527310
H NMR(500MHz,クロロホルム−d)δ7.87(s,2H),7.30(d,J=2.4Hz,2H),7.05−7.00(m,2H),6.99−6.94(m,4H),6.94−6.89(m,4H),6.77(dd,J=8.8,2.4Hz,2H),6.72(d,J=8.8Hz,2H),3.84(s,6H)。
5(PMMA中10%)のフィルム発光は図8から知ることができる。発光最大は449nmにある。光ルミネセンス量子収率(PLQY)は65%である。
例6
Figure 2018527310
H NMR(500MHz,クロロホルム−d)δ=7.93(d,1H),7.90(dd,1H),7.48(d,1H),7.38(dd,2H),7.21−7.13(m,5H),6.97(dt,2H),6.91(dt,2H),6.15(dd,2H),1.80(s,3H),1.04(s,3H)ppm。
6(PMMA中10%)のフィルム発光は図9から知ることができる。発光最大は456nmにある。光ルミネセンス量子収率(PLQY)は60%である。
例7
Figure 2018527310
H NMR(500MHz,クロロホルム−d)δ7.77(d,J=1.8Hz,1H),7.72(dd,J=8.0,1.9Hz,1H),7.43(d,J=8.0Hz,1H),6.76−6.65(m,4H),6.60(td,J=7.6,1.7Hz,2H),5.71(dd,J=7.9,1.4Hz,2H),2.29(s,3H)。
7(PMMA中10%)のフィルム発光は図10から知ることができる。発光最大は477nmにある。光ルミネセンス量子収率(PLQY)は71%である。
例8
Figure 2018527310
H NMR(500MHz,クロロホルム−d)δ=7.98(d,1H),7.89(d,1H),7.85(dd,1H),7.77(d,1H),7.72(d,1H),7.31−7.27(m,1H),7.23−7.16(m,5H),7.14−7.11(m,1H),7.08−7.01(8H),6.98−6.94(m,4H),6.88(d,1H)ppm。
8(PMMA中10%)のフィルム発光は図11から知ることができる。発光最大は462nmにある。光ルミネセンス量子収率(PLQY)は40%である。
例9
Figure 2018527310
H NMR(500MHz,クロロホルム−d)δ=8.30(d,2H),8.02(d,1H),7.87(d,1H),7.72(d,1H),7.68(dd,4H),7.55(dd,2H),7.47(t,4H),7.35(t,2H),7.11−7.04(m,7H)ppm。
9(PMMA中10%)のフィルム発光は図12から知ることができる。発光最大は404nmにある。光ルミネセンス量子収率(PLQY)は28%である。
例10−OLED−部材A
分子1を、以下の構成を持つOLED部材中で試験した:ITO/m−MTDATA/HAT−CN/tris−Pcz/1:DPEPO(20%)/TSPO1/BPyTP2/Liq/Al
Figure 2018527310
電圧に対する電流密度及び輝度を図13に示す。電圧に対する電力効率及び電流効率を図14に示す。電流密度に対する外部量子収率を図15に示す。OLEDを10Vで稼働した時のエレクトロルミネセンススペクトルを図16に示す。
例11−OLED−部材B
分子1を、以下の構成を持つOLED部材中で試験した:ITO/m−MTDATA/α−NPD/TCTA/CzSi/1(10%):DPEPO/DPEPO/TPBi/Liq/Al
Figure 2018527310
例12
Figure 2018527310
19(PMMA中10%)のフィルム発光を測定した。発光最大は407nmにある。光ルミネセンス量子収率(PLQY)は30%である。
例13
Figure 2018527310
20(PMMA中10%)のフィルム発光を測定した。発光最大は440nmにある。光ルミネセンス量子収率(PLQY)は50%である。
例14
Figure 2018527310
20(PMMA中10%)のフィルム発光を測定した。発光最大は442nmにある。光ルミネセンス量子収率(PLQY)は52%である。
例15
Figure 2018527310
22(PMMA中10%)のフィルム発光を測定した。発光最大は408nmにある。光ルミネセンス量子収率(PLQY)は41%である。
例16
Figure 2018527310
23(PMMA中10%)のフィルム発光を測定した。発光最大は399nmにある。光ルミネセンス量子収率(PLQY)は31%である。
例17
Figure 2018527310
24(PMMA中10%)のフィルム発光を測定した。発光最大は441nmにある。光ルミネセンス量子収率(PLQY)は32%である。
例18
Figure 2018527310
25(PMMA中10%)のフィルム発光は図9から知ることができる。発光最大は474nmにある。光ルミネセンス量子収率(PLQY)は52%である。
例19
Figure 2018527310
26(PMMA中10%)のフィルム発光を測定した。発光最大は448nmにある。光ルミネセンス量子収率(PLQY)は53%である。
例20
Figure 2018527310
27(PMMA中10%)のフィルム発光を測定した。発光最大は392nmにある。光ルミネセンス量子収率(PLQY)は30%である。
例21
Figure 2018527310
28(PMMA中10%)のフィルム発光を測定した。発光最大は425nmにある。光ルミネセンス量子収率(PLQY)は16%である。
例22
Figure 2018527310
29(PMMA中10%)のフィルム発光を測定した。発光最大は416nmにある。光ルミネセンス量子収率(PLQY)は13%である。
例23
Figure 2018527310
30(PMMA中10%)のフィルム発光を測定した。発光最大は433nmにある。光ルミネセンス量子収率(PLQY)は34%である。
例24
Figure 2018527310
31(PMMA中10%)のフィルム発光を測定した。発光最大は397nmにある。光ルミネセンス量子収率(PLQY)は33%である。
例25
Figure 2018527310
32(PMMA中10%)のフィルム発光を測定した。発光最大は405nmにある。光ルミネセンス量子収率(PLQY)は37%である。
例26
Figure 2018527310
33(PMMA中10%)のフィルム発光を測定した。発光最大は394nmにある。光ルミネセンス量子収率(PLQY)は37%である。
例27
Figure 2018527310
34(PMMA中10%)のフィルム発光を測定した。発光最大は477nmにある。光ルミネセンス量子収率(PLQY)は33%であり、そして半値幅は99nmである。
分子5を、以下の構造を持つOLED部材(「部材X2」)で試験した(エミッション層中の本発明による分子の割合は質量%で表示する):
Figure 2018527310
Figure 2018527310
式Iの構造を持つ有機分子の他の例:
Figure 2018527310
Figure 2018527310
Figure 2018527310
Figure 2018527310
Figure 2018527310
Figure 2018527310
2−メチルテトラヒドロフラン中の溶液として1の吸収スペクトル。 1(PMMA中10%)のフィルム発光。 1の根底状態の計算したフロンティア軌道。 2−メチルテトラヒドロフラン中の溶液として2の吸収スペクトル。 2(PMMA中10%)のフィルム発光。 3(PMMA中10%)のフィルム発光。 4(PMMA中10%)のフィルム発光。 5(PMMA中10%)のフィルム発光。 6(PMMA中10%)のフィルム発光。 7(PMMA中10%)のフィルム発光。 8(PMMA中10%)のフィルム発光。 9(PMMA中10%)のフィルム発光。 OLED部材ITO/m−MTDATA/HAT−CN/tris−Pcz/1:DPEPO(20%)/TSPO1/BPyTP2/Liq/Alの電流密度及び輝度。 OLED部材ITO/m−MTDATA/HAT−CN/tris−Pcz/1:DPEPO(20%)/TSPO1/BPyTP2/Liq/Alの電圧に対する電力効率及び電流効率。 OLED部材ITO/m−MTDATA/HAT−CN/tris−Pcz/1:DPEPO(20%)/TSPO1/BPyTP2/Liq/Alの電流密度に対する外部量子効率。 OLED部材ITO/m−MTDATA/HAT−CN/tris−Pcz/1:DPEPO(20%)/TSPO1/BPyTP2/Liq/Alを10Vで稼働した時のエレクトロルミネセンススペクトル。 OLED部材X2の電流密度及び輝度。 OLED部材X2の電力効率。 OLED部材X2の電流効率。 OLED部材X2の外部量子効率。 14Vで稼働した時のOLED部材X2のエレクトロルミネセンススペクトル。

Claims (15)

  1. 次式Iの構造を含む有機分子。
    Figure 2018527310
    式中、
    XはCNまたはCFであり;
    Dは、式I−1の構造を含む化学単位であり;
    Figure 2018527310
    式中、
    #は、式Iに従う構造の中心フェニル環に対する式I−1に従う単位の結合点であり;
    A及びBは、互いに独立して、CRR、CR、NR、Nからなる群から選択され、ここでAとBの間には単結合または二重結合が存在し、BとZの間には単結合または二重結合が存在し;
    Zは、直接結合または二価の有機ブリッジであり、この有機ブリッジは、置換されているかもしくは置換されていないC1〜C9アルキレン−、C2〜C8アルケニレン−、C2〜C8アルキニレン−またはアリーレン基であるかもしくはこれらの組みあわせ、−CRR、−C=CRR、−C=NR、−NR−、−O−、−SiRR−、−S−、−S(O)−、−S(O)−、Oで中断された置換されているかもしくは置換されていないC1〜C9アルキレン−、C2〜C8アルケニレン−、C2〜C8アルキニレン−もしくはアリーレン基、フェニル−もしくは置換されたフェニル単位であり;
    ここで各々のR及びRは、各出現において、同一かまたは異なり、H、重水素、アジド(N )、F、Cl、Br、I、N(R、CN、CF、NO、OH、COOH、COOR、CO(NR、Si(R、B(OR、C(=O)R、P(=O)(R、S(=O)R、S(=O)、OSO、C原子数1〜40の線状アルキル−、アルコキシ−もしくはチオアルコキシ基またはC原子数2〜40の線状アルケニル−もしくはアルキニル基またはC原子数3〜40の分岐状もしくは環状アルキル−、アルケニル−、アルキニル−、アルコキシ−もしくはチオアルコキシ基(これらは、それぞれ、一つ以上の残基Rで置換されていることができ、ここで一つ以上の隣り合っていないCH基は、RC=CR、C≡C、Si(R、Ge(R、Sn(R、C=O、C=S、C=Se、C=NR、P(=O)(R)、SO、SO、NR、O、SもしくはCONRによって置き換えられていることができ、及び一つ以上のH原子は、重水素、F、Cl、Br、I、CN、CFもしくはNOで置き換えられていることができる)、または芳香族環原子数5〜60の芳香族もしくはヘテロ芳香族環系(これはそれぞれ一つ以上の残基Rで置換されていることができる)、または芳香族環原子数5〜60のアリールオキシ−もしくはヘテロアリールオキシ基(これらは、一つ以上の残基Rで置換されていることができる)、または芳香族環原子数10〜40のジアリールアミノ基、ジヘテロアリールアミノ基もしくはアリールヘテロアリールアミノ基(これらは、一つ以上の残基Rで置換されていることができる)、またはこれらの系の組みあわせ、または酸触媒法、熱的法もしくはUV架橋法によって光開始剤の存在下にもしくは不在下にまたはマイクロ波照射によって架橋することができる架橋可能なQE単位であり、この際、これらの置換基R及びRの二つ以上は、任意に、一緒になって単環式もしくは多環式、脂肪族、芳香族及び/またはベンゾ縮合型環系を形成し;
    は、各出現において、同一かまたは異なり、H、重水素、F、Cl、Br、I、N(R、CN、CF、NO、OH、COOH、COOR、CO(NR、Si(R、B(OR、C(=O)R、P(=O)(R、S(=O)R、S(=O)、OSO、C原子数1〜40の線状アルキル−、アルコキシ−もしくはチオアルコキシ基またはC原子数2〜40の線状アルケニル−もしくはアルキニル基またはC原子数3〜40の分岐状もしくは環状アルキル−、アルケニル−、アルキニル−、アルコキシ−もしくはチオアルコキシ基(これらは、それぞれ、一つ以上の残基Rで置換されていることができ、ここで一つ以上の隣り合っていないCH基は、RC=CR、C≡C、Si(R、Ge(R、Sn(R、C=O、C=S、C=Se、C=NR、P(=O)(R)、SO、SO、NR、O、SもしくはCONRによって置き換えられていることができ、及び一つ以上のH原子は、重水素、F、Cl、Br、I、CN、CFもしくはNOで置き換えられていることができる)、または芳香族環原子数5〜60の芳香族もしくはヘテロ芳香族環系(これはそれぞれ一つ以上の残基Rで置換されていることができる)、または芳香族環原子数5〜60のアリールオキシ−もしくはヘテロアリールオキシ基(これらは、一つ以上の残基Rで置換されていることができる)、または芳香族環原子数10〜40のジアリールアミノ基、ジヘテロアリールアミノ基もしくはアリールヘテロアリールアミノ基(これらは、一つ以上の残基Rで置換されていることができる)、またはこれらの系の組みあわせであり、この際、これらの置換基Rの二つ以上は、任意に、一緒になって単環式もしくは多環式の脂肪族、芳香族及び/またはベンゾ縮合型の環系を形成し;
    は、各出現において、同一かまたは異なり、H、重水素、F、CFまたはC原子数1〜20の脂肪族、芳香族及び/もしくはヘテロ芳香族炭化水素残基であり、この場合も、一つ以上のH原子はFまたはCFによって置き換えられていることができ; この場合、任意に、二つ以上の置換基Rは一緒になって単環式もしくは多環式の脂肪族環系を形成し;
    R’は、H、N(R、OR、C原子数1〜40の線状アルキル−もしくはアルコキシ基またはC原子数3〜40の分岐状もしくは環状アルキル−もしくはアルコキシ基(これらは、それぞれ、一つ以上の残基Rで置換されていることができる)、及び芳香族環原子数5〜60の芳香族もしくはヘテロ芳香族環系(これは、それぞれ、一つ以上の残基Rで置換されていることができる)からなる群から選択され;
    R’’は、N(R、OR、C原子数1〜40の線状アルキル−もしくはアルコキシ基またはC原子数3〜40の分岐状もしくは環状アルキル−もしくはアルコキシ基(これらは、それぞれ、一つ以上の残基Rで置換されていることができる)、及び芳香族環原子数5〜60の芳香族もしくはヘテロ芳香族環系(これは、それぞれ、一つ以上の残基Rで置換されていることができる)からなる群から選択され;
    は、各出現において同一かもしくは異なり、H、重水素、N(R、Si(R、C原子数1〜40の線状アルキル−、アルコキシ−もしくはチオアルコキシ基またはC原子数3〜40の分岐状もしくは環状アルキル−、アルコキシ−もしくはチオアルコキシ基(これらは、それぞれ、一つ以上の残基Rで置換されていることができる)、または芳香族環原子数5〜60の芳香族もしくはヘテロ芳香族環系(これは、それぞれ、一つ以上の残基Rによって置換されていることができる)、または芳香族環原子数5〜60のアリールオキシ−もしくはヘテロアリールオキシ基(これらは、一つ以上の残基Rで置換されていることができる)、または芳香族環原子数10〜40のジアリールアミノ基、ジヘテロアリールアミノ基もしくはアリールヘテロアリールアミノ基(これらは、一つ以上の残基Rで置換されていることができる)、またはこれらの系の組みあわせであり; この場合、これらの置換基Rのうちの二つ以上は、任意に、一緒になって単環式もしくは多環式の脂肪族、芳香族及び/またはベンゾ縮合型環系も形成し;
    は、各出現において、同一かもしくは異なり、H、重水素、またはC原子数1〜20の脂肪族、芳香族及び/またはヘテロ芳香族炭化水素残基であり; この場合、二つ以上の置換基Rは、任意に、一緒になって単環式もしくは多環式の脂肪族環系も形成する。
  2. R’が、H、N(R、OR、チオフェン、C原子数1〜40の線状アルキル−もしくはアルコキシ基、C原子数3〜40の分岐状もしくは環状アルキル−もしくはアルコキシ基(これらは、それぞれ、一つ以上の残基Rで置換されていることができる)、及び芳香族環原子数5〜60の芳香族環系(これは、一つ以上の残基Rで置換されていることができる)からなる群から選択され;
    R’’が、N(R、OR、チオフェン、C原子数1〜40の線状アルキル−もしくはアルコキシ基、またはC原子数3〜40の分岐状もしくは環状アルキル−もしくはアルコキシ基(これらは、それぞれ、一つ以上の残基Rで置換されていることができる)、または芳香族環原子数5〜60の芳香族環系(これは、一つ以上の残基Rで置換されていることができる)からなる群から選択される、
    請求項1に記載の有機分子。
  3. 式I−1の電子供与特性を持つドナー基が式IIの構造を含む、請求項1または2に記載の有機分子。
    Figure 2018527310
    式中、#、Z及びRについては、請求項1に記載の定義が該当する。
  4. 式I−1の電子供与特性を持つドナー基が式IIIの構造を含む、請求項1〜3のいずれか一つに記載の有機分子。
    Figure 2018527310
    式中、#及びRについては、請求項1に記載の定義が該当する。
  5. 式Iのアクセプター単位XがCNである、請求項1〜4のいずれか一つに記載の有機分子。
  6. 式Iのアクセプター単位XがCFである、請求項1〜4のいずれか一つに記載の有機分子。
  7. 式Iの残基R’が水素原子Hである、請求項1〜5のいずれか一つに記載の有機分子。
  8. 請求項1〜7のいずれか一つに記載の有機分子を製造するための方法。
  9. 有機光電子デバイスにおける、ルミネセンスエミッターとしてのまたは吸収体としての、及び/またはホスト材料としての、及び/または電子輸送材料としての、及び/または正孔注入材料としての、及び/または正孔阻止材料としての、請求項1〜7のいずれか一つに記載の有機分子の使用。
  10. 有機光電子デバイスが、
    ・有機発光ダイオード(OLED)、
    ・発光電気化学セル、
    ・OLEDセンサー、特に外部に対して気密にシールドされていないガス及び蒸気センサーにおけるOLEDセンサー、
    ・有機ダイオード、
    ・有機ソーラーセル、
    ・有機トランジスター、
    ・有機電界効果トランジスター、
    ・有機レーザー、及び
    ・ダウンコンバータ素子、
    からなる群から選択される請求項9に記載の使用。
  11. 有機光電子デバイス、特にOLEDにおけるエミッション層中の有機分子の割合が1%〜99%、特に5%〜80%である、請求項9または10に記載の使用。
  12. 請求項1〜7のいずれか一つに記載の有機分子を含む有機光電子デバイス、特に、有機発光ダイオード(OLED)、発光電気化学セル、OLEDセンサー、特に外部に対して気密にシールドされていないガス及び蒸気センサー、有機ダイオード、有機ソーラーセル、有機トランジスター、有機電界効果トランジスター、有機レーザー及びダウンコンバージョン素子からなる群から選択される装置として構成された有機光電子デバイス。
  13. − 基材、
    − アノード、及び
    − カソード、ここで、アノードまたはカソードは基材上に施与されている、及び
    − アノード及びカソードの間に配置され、かつ請求項1〜7のいずれか一つに記載の有機分子を含む、少なくとも一つの発光層、
    を含む、請求項12に記載の有機光電子デバイス。
  14. 請求項1〜7のいずれか一つに記載の有機分子が使用される、光電子素子の製造方法。
  15. 真空蒸着法を用いたまたは溶液からの有機分子の加工を含む、請求項14に記載の方法。
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