JP2022078173A - 有機金属化合物およびこれを含む有機発光素子 - Google Patents
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Abstract
【課題】新規な有機金属化合物およびこれを含む有機発光素子を提供する。【解決手段】例えば、以下のように合成されるIr金属錯体1が示される。TIFF2022078173000142.tif25131【選択図】図1
Description
[関連出願の相互参照]
本出願は、2017年11月10日付の韓国特許出願第10-2017-0149679号に基づく優先権の利益を主張し、当該韓国特許出願の文献に開示された全ての内容は本明細書の一部として含まれる。
本発明は、有機金属化合物およびこれを含む有機発光素子に関する。
一般的に、有機発光現象とは、有機物質を利用して電気エネルギーを光エネルギーに転換させる現象をいう。有機発光現象を利用する有機発光素子は、広い視野角、優れたコントラスト、速い応答時間を有し、輝度、駆動電圧および応答速度特性に優れて多くの研究が進められている。
有機発光素子は、一般的に正極と負極および前記正極と負極との間に有機物層を含む構造を有する。前記有機物層は、有機発光素子の効率と安全性を高めるために、それぞれ異なる物質から構成された多層の構造からなる場合が多く、例えば、正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電子輸送層、電子注入層などからなる。このような有機発光素子の構造において、2つの電極の間に電圧をかけると、正極からは正孔が、負極からは電子が有機物層に注入され、注入された正孔と電子が接した時、エキシトン(exciton)が形成され、このエキシトンが再び底状態に落ちる時、光が出るようになる。
このような有機発光素子に使用される有機物に対して新たな材料の開発が要求され続けている。
本発明は、新規な有機金属化合物およびこれを含む有機発光素子に関する。
本発明は、下記化学式1で表される化合物を提供する:
上記化学式1中、
Xは、O、S、NH、またはSeであり、
R1は、-Si(Ra)(Rb)(Rc)であり、
ここで、Ra、RbおよびRcは、水素、重水素、または置換または非置換の炭素数1~10のアルキルであり、
R2、R3およびR4は、それぞれ独立して、水素;重水素;ハロゲン;シアノ;アミノ;置換または非置換の炭素数1~60のアルキル;置換または非置換の炭素数1~60のハロアルキル;置換または非置換の炭素数1~60のアルコキシ;置換または非置換の炭素数1~60のハロアルコキシ;置換または非置換の炭素数3~60のシクロアルキル;置換または非置換の炭素数2~60のアルケニル;置換または非置換の炭素数6~60のアリール;置換または非置換の炭素数6~60のアリールオキシ;または置換または非置換のN、O、およびSで構成される群から選択されるヘテロ原子を1つ以上含む炭素数2~60のヘテロ環基であり、
aおよびbは、それぞれ0および1、または1および0であり、
nは、1または2である。
Xは、O、S、NH、またはSeであり、
R1は、-Si(Ra)(Rb)(Rc)であり、
ここで、Ra、RbおよびRcは、水素、重水素、または置換または非置換の炭素数1~10のアルキルであり、
R2、R3およびR4は、それぞれ独立して、水素;重水素;ハロゲン;シアノ;アミノ;置換または非置換の炭素数1~60のアルキル;置換または非置換の炭素数1~60のハロアルキル;置換または非置換の炭素数1~60のアルコキシ;置換または非置換の炭素数1~60のハロアルコキシ;置換または非置換の炭素数3~60のシクロアルキル;置換または非置換の炭素数2~60のアルケニル;置換または非置換の炭素数6~60のアリール;置換または非置換の炭素数6~60のアリールオキシ;または置換または非置換のN、O、およびSで構成される群から選択されるヘテロ原子を1つ以上含む炭素数2~60のヘテロ環基であり、
aおよびbは、それぞれ0および1、または1および0であり、
nは、1または2である。
また、本発明は、第1電極と、前記第1電極と対向して備えられた第2電極と、前記第1電極と前記第2電極との間に備えられた1層以上の有機物層とを含む有機発光素子であって、前記有機物層のうちの1層以上は発光層であり、前記発光層は、上記化学式1で表される化合物を含む、有機発光素子を提供する。
上記化学式1で表される化合物は、有機発光素子の有機物層の材料として使用することができ、有機発光素子において効率の向上、低い駆動電圧および/または寿命特性を向上させることができる。特に、上記化学式1で表される化合物は、発光層の材料として使用することができる。
以下、本発明の理解を助けるためにより詳しく説明する。
本明細書において、'置換または非置換の'という用語は、重水素;ハロゲン基;ニトリル基;ニトロ基;ヒドロキシ基;カルボニル基;エステル基;イミド基;アミノ基;ホスフィンオキシド基;アルコキシ基;アリールオキシ基;アルキルチオキシ基;アリールチオキシ基;アルキルスルホキシ基;アリールスルホキシ基;シリル基;ホウ素基;アルキル基;シクロアルキル基;アルケニル基;アリール基;アラルキル基;アラルケニル基;アルキルアリール基;アルキルアミン基;アラルキルアミン基;ヘテロアリールアミン基;アリールアミン基;アリールホスフィン基;またはN、O、およびS原子のうちの1個以上を含むヘテロ環基からなる群から選択される1個以上の置換基で置換または非置換されるか、前記例示された置換基のうちの2以上の置換基が連結された置換または非置換されたものを意味する。例えば、'2以上の置換基が連結された置換基'は、ビフェニル基であってもよい。すなわち、ビフェニル基は、アリール基であってもよく、2個のフェニル基が連結された置換基と解釈されてもよい。
本明細書において、カルボニル基の炭素数は特に限定されないが、炭素数1~40であることが好ましい。具体的には、下記のような構造の化合物であってもよいが、これに限定されるものではない。
本明細書において、エステル基はエステル基の酸素が、炭素数1~25の直鎖、分枝鎖もしくは環鎖アルキル基、または炭素数6~25のアリール基で置換されていてもよい。具体的には、下記構造式の化合物であってもよいが、これに限定されるものではない。
本明細書において、イミド基の炭素数は特に限定されないが、炭素数1~25であることが好ましい。具体的には、下記のような構造の化合物であってもよいが、これに限定されるものではない。
本明細書において、シリル基は、具体的には、トリメチルシリル基、トリエチルシリル基、t-ブチルジメチルシリル基、ビニルジメチルシリル基、プロピルジメチルシリル基、トリフェニルシリル基、ジフェニルシリル基、フェニルシリル基などがあるが、これらに限定されるものではない。
本明細書において、ホウ素基は、具体的には、トリメチルホウ素基、トリエチルホウ素基、t-ブチルジメチルホウ素基、トリフェニルホウ素基、フェニルホウ素基などがあるが、これらに限定されるものではない。
本明細書において、ハロゲン基の例としては、フッ素、塩素、臭素、またはヨウ素がある。
本明細書において、前記アルキル基は、直鎖もしくは分枝鎖であってもよく、炭素数は特に限定されないが、1~40であることが好ましい。一実施形態によれば、前記アルキル基の炭素数は1~20である。また、一実施形態によれば、前記アルキル基の炭素数は1~10である。また、一実施形態によれば、前記アルキル基の炭素数は1~6である。アルキル基の具体的な例としては、メチル、エチル、プロピル、n-プロピル、イソプロピル、ブチル、n-ブチル、イソブチル、tert-ブチル、sec-ブチル、1-メチル-ブチル、1-エチル-ブチル、ペンチル、n-ペンチル、イソペンチル、ネオペンチル、tert-ペンチル、ヘキシル、n-ヘキシル、1-メチルペンチル、2-メチルペンチル、4-メチル-2-ペンチル、3,3-ジメチルブチル、2-エチルブチル、ヘプチル、n-ヘプチル、1-メチルヘキシル、シクロペンチルメチル、シクロヘキシルメチル、オクチル、n-オクチル、tert-オクチル、1-メチルヘプチル、2-エチルヘキシル、2-プロピルペンチル、n-ノニル、2,2-ジメチルヘプチル、1-エチルプロピル、1,1-ジメチルプロピル、イソヘキシル、2-メチルペンチル、4-メチルヘキシル、5-メチルヘキシルなどがあるが、これらに限定されるものではない。
本明細書において、前記アルケニル基は、直鎖もしくは分枝鎖であってもよく、炭素数は特に限定されないが、2~40であることが好ましい。一実施形態によれば、前記アルケニル基の炭素数は2~20である。また、一実施形態によれば、前記アルケニル基の炭素数は2~10である。また、一実施形態によれば、前記アルケニル基の炭素数は2~6である。具体的な例としては、ビニル、1-プロペニル、イソプロペニル、1-ブテニル、2-ブテニル、3-ブテニル、1-ペンテニル、2-ペンテニル、3-ペンテニル、3-メチル-1-ブテニル、1,3-ブタジエニル、アリル、1-フェニルビニル-1-イル、2-フェニルビニル-1-イル、2,2-ジフェニルビニル-1-イル、2-フェニル-2-(ナフチル-1-イル)ビニル-1-イル、2,2-ビス(ジフェニル-1-イル)ビニル-1-イル、スチルベニル基、スチレニル基などがあるが、これらに限定されるものではない。
本明細書において、シクロアルキル基は特に限定されないが、炭素数3~60であることが好ましく、一実施形態によれば、前記シクロアルキル基の炭素数は3~30である。また、一実施形態によれば、前記シクロアルキル基の炭素数は3~20である。また、一実施形態によれば、前記シクロアルキル基の炭素数は3~6である。具体的には、シクロプロピル、シクロブチル、シクロペンチル、3-メチルシクロペンチル、2,3-ジメチルシクロペンチル、シクロヘキシル、3-メチルシクロヘキシル、4-メチルシクロヘキシル、2,3-ジメチルシクロヘキシル、3,4,5-トリメチルシクロヘキシル、4-tert-ブチルシクロヘキシル、シクロヘプチル、シクロオクチルなどがあるが、これらに限定されるものではない。
本明細書において、アリール基は特に限定されないが、炭素数6~60であることが好ましく、単環式アリール基または多環式アリール基であってもよい。一実施形態によれば、前記アリール基の炭素数は6~30である。一実施形態によれば、前記アリール基の炭素数は6~20である。前記単環式アリール基としては、フェニル基、ビフェニル基、ターフェニル基などであってもよいが、これらに限定されるものではない。前記多環式アリール基としては、ナフチル基、アントラセニル基、フェナントリル基、ピレニル基、ペリレニル基、クリセニル基、フルオレニル基などであってもよいが、これらに限定されるものではない。
本明細書において、フルオレニル基は置換されていてもよく、置換基2個が互いに結合してスピロ構造を形成してもよい。前記フルオレニル基が置換される場合、
などであってもよい。ただし、これらに限定されるものではない。
本明細書において、ヘテロ環基は、異種元素としてO、N、Si、およびSのうちの1個以上を含むヘテロ環基であって、炭素数は特に限定されないが、炭素数2~60であることが好ましい。ヘテロ環基の例としては、チオフェン基、フラニル基、ピロール基、イミダゾール基、チアゾール基、オキサゾール基、オキサジアゾール基、トリアゾール基、ピリジル基、ビピリジル基、ピリミジル基、トリアジン基、アクリジニル基、ピリダジニル基、ピラジニル基、キノリニル基、キナゾリン基、キノキサリニル基、フタラジニル基、ピリドピリミジニル基、ピリドピラジニル基、ピラジノピラジニル基、イソキノリン基、インドール基、カルバゾール基、ベンゾオキサゾール基、ベンゾイミダゾール基、ベンゾチアゾール基、ベンゾカルバゾール基、ベンゾチオフェン基、ジベンゾチオフェン基、ベンゾフラニル基、フェナントロリン基(phenanthroline)、イソオキサゾリル基、チアジアゾリル基、フェノチアジニル基、およびジベンゾフラニル基などがあるが、これらにのみ限定されるものではない。
本明細書において、アラルキル基、アラルケニル基、アルキルアリール基、アリールアミン基中のアリール基は、上述したアリール基に関する説明が適用可能である。本明細書において、アラルキル基、アルキルアリール基、アルキルアミン基中のアルキル基は、上述したアルキル基に関する説明が適用可能である。本明細書において、ヘテロアリールアミン中のヘテロアリールは、上述したヘテロ環基に関する説明が適用可能である。本明細書において、アラルケニル基中のアルケニル基は、上述したアルケニル基に関する説明が適用可能である。本明細書において、アリーレンは、2価の基であることを除けば、上述したアリール基に関する説明が適用可能である。本明細書において、ヘテロアリーレンは、2価の基であることを除けば、上述したヘテロ環基に関する説明が適用可能である。本明細書において、炭化水素環は1価の基ではなく、2個の置換基が結合して形成したことを除けば、上述したアリール基またはシクロアルキル基に関する説明が適用可能である。本明細書において、ヘテロ環は1価の基ではなく、2個の置換基が結合して形成したことを除けば、上述したヘテロ環基に関する説明が適用可能である。
上記化学式1中、R1の置換位置により、上記化学式1は、下記化学式1-1,1-2、1-3、1-4、または1-5で表される:
好ましくは、R1は、-Si(CH3)3である。
好ましくは、R2は、水素、メチル、CD3、エチル、プロピル、イソプロピル、シクロプロピル、シクロブチル、シクロペンチル、またはシクロヘキシルである。
好ましくは、R3は、水素、メチル、CD3、エチル、プロピル、イソプロピル、シクロプロピル、シクロブチル、シクロペンチル、またはシクロヘキシルである。
好ましくは、R4は、水素である。
また、好ましくは、上記化学式1で表される化合物の三重項エネルギーレベルが2.6eV以下であり、より好ましくは2.45eV~2.6eVである。
また、好ましくは、上記化学式1で表される化合物の光発光最大波長が500nm~550nmであり、より好ましくは520nm~535nmである。
上記化学式1で表される化合物の代表的な例は、以下の通りである:
上記化学式1で表される化合物は、下記反応式1のような製造方法で製造することができる。
前記製造方法は、後述する製造例でより具体化され得る。
また、本発明は、上記化学式1で表される化合物を含む有機発光素子を提供する。一例として、本発明は、第1電極と、前記第1電極に対向して備えられた第2電極と、前記第1電極と前記第2電極との間に備えられた1層以上の有機物層とを含む有機発光素子であって、前記有機物層のうちの1層以上は発光層であり、前記発光層は、上記化学式1で表される化合物を含む、有機発光素子を提供する。
本発明の有機発光素子の有機物層は、単層構造からなってもよいが、2層以上の有機物層が積層された多層構造からなってもよい。例えば、本発明の有機発光素子は、有機物層として正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電子輸送層、電子注入層などを含む構造を有することができる。しかし、有機発光素子の構造はこれに限定されず、より少数の有機物層を含むことができる。
また、本発明に係る有機発光素子は、基板上に、正極、1層以上の有機物層、および負極が順次に積層された構造(normal type)の有機発光素子であり得る。また、本発明に係る有機発光素子は、基板上に、負極、1層以上の有機物層、および正極が順次に積層された逆方向構造(inverted type)の有機発光素子であり得る。例えば、本発明の一実施形態に係る有機発光素子の構造は、図1および図2に示している。
図1は、基板1、正極2、発光層3、負極4からなる有機発光素子の構造が例示されている。この構造において、上記化学式1で表される化合物は、前記発光層に含まれ得る。
図2は、基板1、正極2、正孔注入層5、正孔輸送層6、発光層7、電子輸送層8、および負極4からなる有機発光素子の構造が例示されている。この構造において、上記化学式1で表される化合物は前記発光層に含まれ得る。
本発明に係る有機発光素子は、前記有機物層のうちの1層以上が上記化学式1で表される化合物を含むことを除けば、当技術分野で知られている材料および方法で製造され得る。また、前記有機発光素子が複数の有機物層を含む場合、前記有機物層は、同一の物質または異なる物質で形成され得る。
例えば、本発明に係る有機発光素子は、基板上に、第1電極、有機物層、および第2電極を順次に積層させて製造することができる。この時、スパッタリング法(sputtering)や電子ビーム蒸発法(e-beam evaporation)のようなPVD(physical Vapor Deposition)方法を用いて、基板上に金属または導電性を有する金属酸化物またはこれらの合金を蒸着させて正極を形成し、その上に正孔注入層、正孔輸送層、発光層、および電子輸送層を含む有機物層を形成した後、その上に負極として用いられる物質を蒸着させて製造することができる。この方法以外にも、基板上に、負極物質から有機物層、正極物質の順に蒸着させて有機発光素子を作ることができる。
また、上記化学式1で表される化合物は、有機発光素子の製造時に真空蒸着法のみならず、溶液塗布法によって有機物層に形成され得る。ここで、溶液塗布法とは、スピンコーティング、ディップコーティング、ドクターブレーディング、インクジェットプリンティング、スクリーンプリンティング、スプレー法、ロールコーティングなどを意味するが、これらにのみ限定されるものではない。
この方法以外にも、基板上に、負極物質から有機物層、正極物質の順に蒸着させて有機発光素子を製造することができる(WO2003/012890)。ただし、製造方法がこれに限定されるものではない。
一例として、前記第1電極は正極であり、前記第2電極は負極であるか、または、前記第1電極は負極であり、前記第2電極は正極である。
前記正極物質としては、通常有機物層への正孔注入が円滑となるように仕事関数の大きい物質が好ましい。前記正極物質の具体的な例としては、バナジウム、クロム、銅、亜鉛、金のような金属、またはこれらの合金;亜鉛酸化物、インジウム酸化物、インジウムスズ酸化物(ITO)、インジウム亜鉛酸化物(IZO)のような金属酸化物;ZnO:AlまたはSNO2:Sbのような金属と酸化物との組み合わせ;ポリ(3-メチルチオフェン)、ポリ[3,4-(エチレン-1,2-ジオキシ)チオフェン](PEDOT)、ポリピロールおよびポリアニリンのような導電性高分子などがあるが、これらにのみ限定されるものではない。
前記負極物質としては、通常有機物層への電子注入が容易となるように仕事関数の小さい物質であることが好ましい。前記負極物質の具体的な例としては、マグネシウム、カルシウム、ナトリウム、カリウム、チタニウム、インジウム、イットリウム、リチウム、ガドリニウム、アルミニウム、銀、スズおよび鉛のような金属、またはこれらの合金;LiF/AlまたはLiO2/Alのような多層構造物質などがあるが、これらにのみ限定されるものではない。
前記正孔注入層は電極から正孔を注入する層であって、正孔注入物質としては、正孔を輸送する能力を有し、正極からの正孔注入効果、発光層または発光材料に対して優れた正孔注入効果を有し、発光層で生成された励起子の電子注入層または電子注入材料への移動を防止し、また、薄膜形成能力の優れた化合物が好ましい。正孔注入物質のHOMO(highest occupied molecular orbital)が正極物質の仕事関数と周辺有機物層のHOMOとの間であることが好ましい。正孔注入物質の具体的な例としては、金属ポルフィリン(porphyrin)、オリゴチオフェン、アリールアミン系の有機物、ヘキサニトリルヘキサアザトリフェニレン系の有機物、キナクリドン(quinacridone)系の有機物、ペリレン(perylene)系の有機物、アントラキノンおよびポリアニリンとポリチオフェン系の導電性高分子などがあるが、これらにのみ限定されるものではない。
前記正孔輸送層は、正孔注入層から正孔を受け取って発光層まで正孔を輸送する層であって、正孔輸送物質としては、正極や正孔注入層から正孔輸送を受けて発光層に移し得る物質で、正孔に対する移動性の大きい物質が好適である。具体的な例としては、アリールアミン系の有機物、導電性高分子、および共役部分と非共役部分が共にいるブロック共重合体などがあるが、これらにのみ限定されるものではない。
前記発光層は、ホスト材料およびドーパント材料を含むことができる。ホスト材料は、縮合芳香族環誘導体またはヘテロ環含有化合物などがある。具体的には、縮合芳香族環誘導体としては、アントラセン誘導体、ピレン誘導体、ナフタレン誘導体、ペンタセン誘導体、フェナントレン化合物、フルオランテン化合物などがあり、ヘテロ環含有化合物としては、カルバゾール誘導体、ジベンゾフラン誘導体、ラダー型フラン化合物、ピリミジン誘導体などがあるが、これらに限定されない。
ドーパント材料としては、芳香族アミン誘導体、スチリルアミン化合物、ホウ素錯体、フルオランテン化合物、金属錯体などがある。特に、本発明では上記化学式1で表される化合物をドーパントとして使用する。
前記電子輸送層は、電子注入層から電子を受け取って発光層まで電子を輸送する層であって、電子輸送物質としては、負極から電子注入をよく受けて発光層に移し得る物質で、電子に対する移動性の大きい物質が好適である。具体的な例としては、8-ヒドロキシキノリンのAl錯体;Alq3を含む錯体;有機ラジカル化合物;ヒドロキシフラボン-金属錯体などがあるが、これらにのみ限定されるものではない。電子輸送層は、従来技術により使用されているような、任意の所望するカソード物質と共に使用可能である。特に、適切なカソード物質の例は、低い仕事関数を有し、アルミニウム層またはシルバー層が後に続く通常の物質である。具体的には、セシウム、バリウム、カルシウム、イッテルビウム、およびサマリウムであり、各場合、アルミニウム層またはシルバー層が後に続く。
前記電子注入層は、電極から電子を注入する層であって、電子を輸送する能力を有し、負極からの電子注入効果、発光層または発光材料に対して優れた電子注入効果を有し、発光層で生成された励起子の正孔注入層への移動を防止し、また、薄膜形成能力の優れた化合物が好ましい。具体的には、フルオレノン、アントラキノジメタン、ジフェノキノン、チオピランジオキシド、オキサゾール、オキサジアゾール、トリアゾール、イミダゾール、ペリレンテトラカルボン酸、フルオレニリデンメタン、アントロンなどとそれらの誘導体、金属錯体化合物、および含窒素5員環誘導体などがあるが、これらに限定されない。
前記金属錯体化合物としては、8-ヒドロキシキノリナトリチウム、ビス(8-ヒドロキシキノリナト)亜鉛、ビス(8-ヒドロキシキノリナト)銅、ビス(8-ヒドロキシキノリナト)マンガン、トリス(8-ヒドロキシキノリナト)アルミニウム、トリス(2-メチル-8-ヒドロキシキノリナト)アルミニウム、トリス(8-ヒドロキシキノリナト)ガリウム、ビス(10-ヒドロキシベンゾ[h]キノリナト)ベリリウム、ビス(10-ヒドロキシベンゾ[h]キノリナト)亜鉛、ビス(2-メチル-8-キノリナト)クロロガリウム、ビス(2-メチル-8-キノリナト)(o-クレゾラート)ガリウム、ビス(2-メチル-8-キノリナト)(1-ナフトラート)アルミニウム、ビス(2-メチル-8-キノリナト)(2-ナフトラート)ガリウムなどがあるが、これらに限定されない。
本発明に係る有機発光素子は、使用される材料によって、前面発光型、後面発光型、または両面発光型であり得る。
また、上記化学式1で表される化合物は、有機発光素子以外にも、有機太陽電池または有機トランジスターに含まれ得る。
上記化学式1で表される化合物およびこれを含む有機発光素子の製造を以下の実施例で具体的に説明する。しかし、下記の実施例は本発明を例示するためのものであり、本発明の範囲がこれらによって限定されるものではない。
[製造例]
製造例1-1:化合物A1およびB1の製造
(1)化合物A1の製造
窒素雰囲気で丸底フラスコに、2-ブロモピリジン(50g、0.32mol)、フェニルボロン酸(43g、0.35mol)をテトラヒドロフランに溶かした後、2M炭酸カリウム水溶液(250ml)を添加し、テトラキス-(トリフェニルホスフィン)パラジウム(7.4g、6.4mmol)を入れた後、80℃で12時間加熱および攪拌した。反応終了後、温度を下げ、水層を分離した後、有機層の溶媒を除去した。クロロホルムを用いて溶かした後、水で洗浄し、硫酸マグネシウムと酸性白土を入れて攪拌した後、ろ過して減圧濃縮させた。以降、酢酸エチル:ヘキサン=1:50(V:V)の条件で、カラムクロマトグラフィーを通して分離した化合物A1を製造した(41g、収率82%)。
(2)化合物1-1aの製造
丸底フラスコに、イリジウムクロリド(10g、33mmol)と化合物A1(11.4g、0.073mol)を2-エトキシエタノール(1000ml)および蒸留水(330ml)に入れ、24時間加熱および攪拌した。常温に温度を下げ、ろ過してエタノール2Lで洗浄して、固体化合物1-1aを製造した(9.7g、収率55%)。
(3)化合物B1の製造
化合物1-1a(9.7g、9mmol)とメチレンクロライド(500ml)を入れたAgOTf(14.6g、18.9mmol)をメタノール(250ml)に溶かした後、光を遮断した状態で常温で攪拌した。24時間後、ろ過し、ろ過された濾液の溶媒を除去しトルエンで沈殿させて、追加精製なしで化合物B1を得た(収率93%)。
製造例1-2:化合物A2およびB2の製造
(1)化合物A2の製造
2-ブロモピリジンの代わりに2-ブロモ-5-メチルピリジン(35.0g、0.20mol)を使用したことを除いて、化合物A1を製造する方法と同様の方法で、前記化合物A2を製造した(28g、収率80%)。
(2)化合物1-1bの製造
化合物A1の代わりに化合物A2を使用したことを除いて、化合物1-1aを製造する方法と同様の方法で、前記化合物1-1bを製造した(10g、収率57%)。
(3)化合物B2の製造
化合物1-1aの代わりに化合物1-1bを使用したことを除いて、化合物B1を製造する方法と同様の方法で、前記化合物B2を製造した(収率92%)。
製造例1-3:化合物A3およびB3の製造
(1)化合物1-1cの製造
窒素雰囲気で丸底フラスコに、2,5-ブロモピリジン(55g、0.23mol)、フェニルボロン酸(31g、0.25mol)をアセトニトリル(200ml)とメタノール(200ml)に溶かした後、2M炭酸カリウム水溶液(150ml)を添加し、テトラキス-(トリフェニルホスフィン)パラジウム(7.4g、6.4mmol)を入れた後、50℃で18時間加熱および攪拌した。反応終了後、温度を下げ、水層を分離した後、有機層の溶媒を除去した。クロロホルムを用いて溶かした後、水で洗浄し、硫酸マグネシウムと酸性白土を入れて攪拌した後、ろ過して減圧濃縮させた。以降、ヘキサン:メチレンクロライド=1:100(V:V)の条件で、カラムクロマトグラフィーを通して分離した化合物1-1cを製造した(41g、収率76%)。
(2)化合物1-1dの製造
窒素雰囲気で丸底フラスコに、5-ブロモ-2-フェニルピリジン(41g、0.17mol)をジエチルエーテル(diethylether)に溶かした後、-78℃で2.5M n-BuLi(12g、0.18mol)を添加した後、1時間攪拌した。-78℃でトリエチルボレート(37g、0.25mol)を入れた後、常温で4時間攪拌した。2Mヒドロクロリド水溶液(100ml)を添加し、30分間攪拌した後、20%水酸化ナトリウム水溶液(100ml)で中和した。水層を分離した後、有機層の溶媒を除去した。ヘキサン:メチレンクロライド=1:100(V:V)の条件で、カラムクロマトグラフィーを通して分離して化合物1-1dを製造した(15g、収率45%)。
(3)化合物A3の製造
窒素雰囲気で丸底フラスコに、(6-フェニルピリジン-3-イル)ボロン酸(15g、0.076mol)、ヨードメタン-d3(iodomethane-d3、24.6g、0.17mol)をテトラヒドロフラン(150ml)とメタノール(70ml)に溶かした後、2M炭酸カリウム水溶液(100ml)を添加し、テトラキス-(トリフェニルホスフィン)パラジウム(2.6g、2.3mmol)を入れた後、40℃で16時間加熱および攪拌した。クロロホルムを用いて溶かした後、水で洗浄し、硫酸マグネシウムと酸性白土を入れて攪拌した後、ろ過して減圧濃縮させた。以降、ヘキサン:酢酸エチル=1:50(V:V)の条件で、カラムクロマトグラフィーを通して分離して化合物A3を製造した(6.9g、収率53%)。
(4)化合物1-1eの製造
化合物A1の代わりに化合物A3を使用したことを除いて、化合物1-1aを製造する方法と同様の方法で、前記化合物1-1eを製造した(4g、収率60%)。
(5)化合物B3の製造
化合物1-1aの代わりに化合物1-1eを使用したことを除いて、化合物B1を製造する方法と同様の方法で、前記化合物B3を製造した(収率96%)。
製造例1-4:化合物A4およびB4の製造
(1)化合物A4の製造
ヨードメタン-d3の代わりにヨードシクロプロパン(iodocyclopropane)を使用したことを除いて、化合物A3を製造する方法と同様の方法で、前記化合物A4を製造した(14g、収率78%)。
(2)化合物1-1fの製造
化合物A1の代わりに化合物A4を使用したことを除いて、化合物1-1aを製造する方法と同様の方法で、前記化合物1-1fを製造した(8g、収率63%)。
(3)化合物B4の製造
化合物1-1aの代わりに化合物1-1fを使用したことを除いて、化合物B1を製造する方法と同様の方法で、前記化合物B4を製造した(収率91%)。
製造例1-5:化合物A5およびB5の製造
(1)化合物A5の製造
ヨードメタン-d3の代わりにヨードシクロペンタン(iodocyclopentane)を使用したことを除いて、化合物A3を製造する方法と同様の方法で、前記化合物A5を製造した(23g、収率69%)。
(2)化合物1-1gの製造
化合物A1の代わりに化合物A5を使用したことを除いて、化合物1-1aを製造する方法と同様の方法で、前記化合物1-1gを製造した(12g、収率52%)。
(3)化合物B5の製造
化合物1-1aの代わりに化合物1-1gを使用したことを除いて、化合物B1を製造する方法と同様の方法で、前記化合物B5を製造した(収率93%)。
製造例1-6:化合物A6およびB6の製造
(1)化合物A6の製造
ヨードメタン-d3の代わりにヨードシクロヘキサン(iodocyclohexane)を使用したことを除いて、化合物A3を製造する方法と同様の方法で、前記化合物A6を製造した(18g、収率64%)。
(2)化合物1-1hの製造
化合物A1の代わりに化合物A6を使用したことを除いて、化合物1-1aを製造する方法と同様の方法で、前記化合物1-1gを製造した(9.4g、収率53%)。
(3)化合物B6の製造
化合物1-1aの代わりに化合物1-1hを使用したことを除いて、化合物B1を製造する方法と同様の方法で、前記化合物B6を製造した(収率95%)。
製造例2-1:化合物C1およびD1の製造
(1)化合物C1の製造
窒素雰囲気で丸底フラスコに、2-ブロモピリジン(50g、0.32mol)、4-(ジベンゾフラニル)ボロン酸(71g、0.34mol)をテトラヒドロフラン(500ml)とメタノール(methanol、250ml)に溶かした後、2M炭酸カリウム水溶液(250ml)を添加し、テトラキス-(トリフェニルホスフィン)パラジウム(7.4g、6.4mmol)を入れた後、80℃で8時間加熱および攪拌した。反応終了後、温度を下げ、水層を分離した後、有機層の溶媒を除去した。クロロホルムを用いて溶かした後、水で洗浄し、硫酸マグネシウムと酸性白土を入れて攪拌した後、ろ過して減圧濃縮させた。以降、酢酸エチル:ヘキサン=1:50(V:V)の条件で、カラムクロマトグラフィーを通して分離した化合物C1を製造した(69g、収率88%)。
(2)化合物2-1a製造
化合物A1の代わりに化合物C1を使用したことを除いて、化合物1-1aを製造する方法と同様の方法で、前記化合物2-1aを製造した(21g、収率48%)。
(3)化合物D1の製造
化合物1-1aの代わりに化合物2-1aを使用したことを除いて、化合物B1を製造する方法と同様の方法で、前記化合物D1を製造した(収率93%)。
製造例2-2:化合物C2およびD2の製造
(1)化合物2-1bの製造
4-(ジベンゾフラニル)ボロン酸の代わりに(6-ブロモジベンゾ[b,d]フラン-4-イル)ボロン酸を使用したことを除いて、化合物C1を製造する方法と同様の方法で、前記化合物2-1bを製造した(52g、収率81%)。
(2)化合物C2の製造
窒素雰囲気で丸底フラスコに、化合物2-1b(20g、0.061mol)をテトラヒドロフラン(400ml)に溶かした後、-78℃で2.5M n-BuLi(4.3g、0.67mol)を添加した後、1時間攪拌した。-78℃でクロロトリメチルシラン(chlorotrimethylsilane、10.0g、0.10mol)を入れた後、常温で10時間攪拌した。メチレンクロライドを使用して有機層を抽出した後、硫酸マグネシウムと酸性白土を入れて攪拌した後、ろ過して減圧濃縮させた。以降、ヘキサン:酢酸エチル=1:50(V:V)の条件で、カラムクロマトグラフィーを通して分離して化合物C2を製造した(13g、収率65%)。
(3)化合物2-1cの製造
化合物A1の代わりに化合物C2を使用したことを除いて、化合物1-1aを製造する方法と同様の方法で、前記化合物2-1cを製造した(6g、収率54%)。
(4)化合物D2の製造
化合物1-1aの代わりに化合物2-1cを使用したことを除いて、化合物B1を製造する方法と同様の方法で、前記化合物D2を製造した(収率90%)。
製造例2-3:化合物C3およびD3の製造
(1)化合物2-1dの製造
4-(ジベンゾフラニル)ボロン酸の代わりに(7-ブロモジベンゾ[b,d]フラン-4-イル)ボロン酸を使用したことを除いて、化合物C1を製造する方法と同様の方法で、前記化合物2-1dを製造した(60g、収率84%)。
(2)化合物C3の製造
化合物2-1bの代わりに化合物2-1dを使用したことを除いて、化合物C2を製造する方法と同様の方法で、前記化合物C3を製造した(53g、収率91%)。
(3)化合物2-1eの製造
化合物A1の代わりに化合物C3を使用したことを除いて、化合物1-1aを製造する方法と同様の方法で、前記化合物2-1eを製造した(26g、収率55%)。
(4)化合物D3の製造
化合物1-1aの代わりに化合物2-1eを使用したことを除いて、化合物B1を製造する方法と同様の方法で、前記化合物D3を製造した(収率93%)。
製造例2-4:化合物C4およびD4の製造
(1)化合物2-1fの製造
4-(ジベンゾフラニル)ボロン酸の代わりに(8-ブロモジベンゾ[b,d]フラン-4-イル)ボロン酸を使用したことを除いて、化合物C1を製造する方法と同様の方法で、前記化合物2-1fを製造した(54g、収率77%)。
(2)化合物C4の製造
化合物2-1bの代わりに化合物2-1fを使用したことを除いて、化合物C2を製造する方法と同様の方法で、前記化合物C4を製造した(49g、収率92%)。
(3)化合物2-1gの製造
化合物A1の代わりに化合物C4を使用したことを除いて、化合物1-1aを製造する方法と同様の方法で、前記化合物2-1gを製造した(28g、収率54%)。
(4)化合物D4の製造
化合物1-1aの代わりに化合物2-1gを使用したことを除いて、化合物B1を製造する方法と同様の方法で、前記化合物D4を製造した(収率92%)。
製造例2-5:化合物C5およびD5の製造
(1)化合物2-1hの製造
4-(ジベンゾフラニル)ボロン酸の代わりに(9-ブロモジベンゾ[b,d]フラン-4-イル)ボロン酸を使用したことを除いて、化合物C1を製造する方法と同様の方法で、前記化合物2-1hを製造した(66g、収率82%)。
(2)化合物C5の製造
化合物2-1bの代わりに化合物2-1hを使用したことを除いて、化合物C2を製造する方法と同様の方法で、前記化合物C5を製造した(47g、収率78%)。
(3)化合物2-1iの製造
化合物A1の代わりに化合物C5を使用したことを除いて、化合物1-1aを製造する方法と同様の方法で、前記化合物2-1iを製造した(22g、収率48%)。
(4)化合物D5の製造
化合物1-1aの代わりに化合物2-1iを使用したことを除いて、化合物B1を製造する方法と同様の方法で、前記化合物D5を製造した(収率90%)。
[実施例]
実施例1:化合物1の製造
窒素雰囲気で化合物B1(10.2g、14mmol)と化合物C2(11g、35mmol)、メタノール(100ml)、およびエタノール(100ml)を入れて、80℃で48時間加熱および攪拌した。反応終了後、ろ過しエタノールで洗浄した後、ヘキサン:酢酸エチル=1:5(V:V)の条件で、カラムクロマトグラフィーを通して分離して化合物1を製造した(収率37%)。
MS:[M+H]+=818.3
実施例2:化合物2の製造
化合物C2の代わりに化合物C3を使用したことを除いて、化合物1を製造する方法と同様の方法で、前記化合物2を製造した(収率49%)。
MS:[M+H]+=818.3
実施例3:化合物3の製造
化合物C2の代わりに化合物C4を使用したことを除いて、化合物1を製造する方法と同様の方法で、前記化合物3を製造した(収率41%)。
MS:[M+H]+=818.3
実施例4:化合物4の製造
化合物C2の代わりに化合物C5を使用したことを除いて、化合物1を製造する方法と同様の方法で、前記化合物4を製造した(収率38%)。
MS:[M+H]+=818.3
実施例5:化合物5の製造
化合物B1の代わりに化合物B2を使用したことを除いて、化合物1を製造する方法と同様の方法で、前記化合物5を製造した(収率51%)。
MS:[M+H]+=846.3
実施例6:化合物6の製造
化合物B1と化合物C2の代わりにそれぞれ化合物B2と化合物C2を使用したことを除いて、化合物1を製造する方法と同様の方法で、前記化合物6を製造した(収率49%)。
MS:[M+H]+=846.3
実施例7:化合物7の製造
化合物B1と化合物C2の代わりにそれぞれ化合物B2と化合物C4を使用したことを除いて、化合物1を製造する方法と同様の方法で、前記化合物7を製造した(収率43%)。
MS:[M+H]+=846.3
実施例8:化合物8の製造
化合物B1と化合物C2の代わりにそれぞれ化合物B2と化合物C5を使用したことを除いて、化合物1を製造する方法と同様の方法で、前記化合物8を製造した(収率51%)。
MS:[M+H]+=846.3
実施例9:化合物9の製造
化合物B1の代わりに化合物B3を使用したことを除いて、化合物1を製造する方法と同様の方法で、前記化合物9を製造した(収率45%)。
MS:[M+H]+=852.3
実施例10:化合物10の製造
化合物B1と化合物C2の代わりにそれぞれ化合物B3と化合物C3を使用したことを除いて、化合物1を製造する方法と同様の方法で、前記化合物10を製造した(収率39%)。
MS:[M+H]+=852.3
実施例11:化合物11の製造
化合物B1と化合物C2の代わりにそれぞれ化合物B3と化合物C4を使用したことを除いて、化合物1を製造する方法と同様の方法で、前記化合物11を製造した(収率45%)。
MS:[M+H]+=852.3
実施例12:化合物12の製造
化合物B1と化合物C2の代わりにそれぞれ化合物B3と化合物C5を使用したことを除いて、化合物1を製造する方法と同様の方法で、前記化合物12を製造した(収率45%)。
MS:[M+H]+=852.3
実施例13:化合物13の製造
化合物B1の代わりに化合物B4を使用したことを除いて、化合物1を製造する方法と同様の方法で、前記化合物13を製造した(収率41%)。
MS:[M+H]+=898.3
実施例14:化合物14の製造
化合物B1と化合物C2の代わりにそれぞれ化合物B4と化合物C3を使用したことを除いて、化合物1を製造する方法と同様の方法で、前記化合物14を製造した(収率41%)。
MS:[M+H]+=898.3
実施例15:化合物15の製造
化合物B1と化合物C2の代わりにそれぞれ化合物B4と化合物C4を使用したことを除いて、化合物1を製造する方法と同様の方法で、前記化合物15を製造した(収率38%)。
MS:[M+H]+=898.3
実施例16:化合物16の製造
化合物B1と化合物C2の代わりにそれぞれ化合物B4と化合物C5を使用したことを除いて、化合物1を製造する方法と同様の方法で、前記化合物16を製造した(収率45%)。
MS:[M+H]+=898.3
実施例17:化合物17の製造
化合物B1の代わりに化合物B5を使用したことを除いて、化合物1を製造する方法と同様の方法で、前記化合物17を製造した(収率43%)。
MS:[M+H]+=954.4
実施例18:化合物18の製造
化合物B1と化合物C2の代わりにそれぞれ化合物B5と化合物C3を使用したことを除いて、化合物1を製造する方法と同様の方法で、前記化合物18を製造した(収率40%)。
MS:[M+H]+=954.4
実施例19:化合物19の製造
化合物B1と化合物C2の代わりに化合物B5と化合物C4を使用したことを除いて、化合物1を製造する方法と同様の方法で、前記化合物19を製造した(収率41%)。
MS:[M+H]+=954.4
実施例20:化合物20の製造
化合物B1と化合物C2の代わりに化合物B5と化合物C5を使用したことを除いて、化合物1を製造する方法と同様の方法で、前記化合物20を製造した(収率44%)。
MS:[M+H]+=954.4
実施例21:化合物21の製造
化合物B1の代わりに化合物B6を使用したことを除いて、化合物1を製造する方法と同様の方法で、前記化合物21を製造した(収率39%)。
MS:[M+H]+=982.4
実施例22:化合物22の製造
化合物B1と化合物C2の代わりにそれぞれ化合物B6と化合物C3を使用したことを除いて、化合物1を製造する方法と同様の方法で、前記化合物22を製造した(収率48%)。
MS:[M+H]+=982.4
実施例23:化合物23の製造
化合物B1と化合物C2の代わりにそれぞれ化合物B6と化合物C4を使用したことを除いて、化合物1を製造する方法と同様の方法で、前記化合物23を製造した(収率46%)。
MS:[M+H]+=982.4
実施例24:化合物24の製造
化合物B1と化合物C2の代わりにそれぞれ化合物B6と化合物C5を使用したことを除いて、化合物1を製造する方法と同様の方法で、前記化合物24を製造した(収率46%)。
MS:[M+H]+=982.4
実施例25:化合物25の製造
化合物B1と化合物C2の代わりにそれぞれ化合物D2と化合物A1を使用したことを除いて、化合物1を製造する方法と同様の方法で、前記化合物25を製造した(収率39%)。
MS:[M+H]+=980.3
実施例26:化合物26の製造
化合物B1と化合物C2の代わりにそれぞれ化合物D3と化合物A1を使用したことを除いて、化合物1を製造する方法と同様の方法で、前記化合物26を製造した(収率42%)。
MS:[M+H]+=980.3
実施例27:化合物27の製造
化合物B1と化合物C2の代わりにそれぞれ化合物D4と化合物A1を使用したことを除いて、化合物1を製造する方法と同様の方法で、前記化合物27を製造した(収率39%)。
MS:[M+H]+=980.3
実施例28:化合物28の製造
化合物B1と化合物C2の代わりにそれぞれ化合物D5と化合物A1を使用したことを除いて、化合物1を製造する方法と同様の方法で、前記化合物28を製造した(収率35%)。
MS:[M+H]+=980.3
[実験例]
実験例1
ITO(indium tin oxide)が1,300Åの厚さに薄膜コーティングされたガラス基板を洗剤を溶かした蒸留水に入れて超音波洗浄した。この時、洗剤としてはフィッシャー社(Fischer Co.)製品を使用し、蒸留水としてはミリポア社(Millipore Co.)製品のフィルタ(Filter)で2次ろ過した蒸留水を使用した。ITOを30分間洗浄した後、蒸留水で2回繰り返し超音波洗浄を10分間進行した。蒸留水洗浄が終わった後、イソプロピルアルコール、アセトン、メタノールの溶剤で超音波洗浄をし乾燥させた後、プラズマ洗浄機に輸送させた。また、酸素プラズマを用いて前記基板を5分間洗浄した後、真空蒸着機に基板を輸送させた。
こうして準備されたITO透明電極上に、下記HI-1化合物を50Åの厚さに熱真空蒸着して正孔注入層を形成した。前記正孔注入層上に、下記HT-1化合物を250Åの厚さに熱真空蒸着して正孔輸送層を形成し、HT-1蒸着膜上に、下記HT-2化合物を50Åの厚さに真空蒸着して電子阻止層を形成した。次に、前記HT-2蒸着膜上に、ホストとして下記H1化合物と下記H2化合物、および前記製造した化合物1を44:44:12の重量比で共蒸着して400Å厚さの発光層を形成した。前記発光層上に、下記ET-1化合物を250Åの厚さに真空蒸着し、さらに下記ET-2化合物を100Åの厚さに2%重量比のLiと共蒸着して、電子輸送層および電子注入層を形成した。前記電子注入層上に1,000Åの厚さにアルミニウムを蒸着して負極を形成した。
前記過程で有機物の蒸着速度は0.4~0.7Å/secを維持し、アルミニウムは2Å/secの蒸着速度を維持し、蒸着時の真空度は1×10-7~5×10-8torrを維持した。
実験例2~7
発光層の形成時、化合物1の代わりに下記表1に記載される化合物をそれぞれ使用したことを除いては前記実験例1と同様の方法で、有機発光素子をそれぞれ製造した。
比較実験例1~4
発光層の形成時、ドーパントとして化合物1の代わりに下記表1に記載される化合物を使用したことを除いては前記実験例1と同様の方法で、有機発光素子をそれぞれ製造した。下記表1で、Ir(ppy)3、E1、E2およびE3化合物は以下の通りである。
前記実験例および比較実験例で用いた化合物1、9、25およびIr(ppy)3、E1~E3に対し、HOMO、LUMO、およびT1(三重項エネルギーレベル)を測定し、その結果を下記表1に示す。
また、前記実験例および比較実験例で製造した有機発光素子に電流を印加して、光発光最大波長(λmax)、電圧、効率、色座標、および寿命を測定し、その結果を下記表2に示す。T95は、輝度が初期輝度から95%に減少するのにかかる時間を意味する。
上記表2に示すように、本発明の化合物を燐光ドーパント物質として用いた場合、化合物Ir(ppy)3を用いた比較例に比べて寿命側面において優れた特性を示すことを確認した。これによって、シリル置換基が寿命に影響を与えることを確認することができた。また、実験例1、5、7および9の場合、比較例2に比べて、最大200%まで寿命特性が増加した。このような結果からシリル置換基の有無および置換位置によって寿命の差が顕著であることが確認できた。
1:基板
2:正極
3:発光層
4:負極
5:正孔注入層
6:正孔輸送層
7:発光層
8:電子輸送層
2:正極
3:発光層
4:負極
5:正孔注入層
6:正孔輸送層
7:発光層
8:電子輸送層
Claims (9)
- 下記化学式1で表される
化合物:
[化学式1]
Xは、O、S、NH、またはSeであり、
R1は、-Si(Ra)(Rb)(Rc)であり、
ここで、Ra、RbおよびRcは、水素、重水素、または置換または非置換の炭素数1~10のアルキルであり、
R2、R3およびR4は、それぞれ独立して、水素;重水素;ハロゲン;シアノ;アミノ;置換または非置換の炭素数1~60のアルキル;置換または非置換の炭素数1~60のハロアルキル;置換または非置換の炭素数1~60のアルコキシ;置換または非置換の炭素数1~60のハロアルコキシ;置換または非置換の炭素数3~60のシクロアルキル;置換または非置換の炭素数2~60のアルケニル;置換または非置換の炭素数6~60のアリール;置換または非置換の炭素数6~60のアリールオキシ;または置換または非置換のN、O、およびSで構成される群から選択されるヘテロ原子を1つ以上含む炭素数2~60のヘテロ環基であり、
aおよびbは、それぞれ0および1、または1および0であり、
nは、1または2である。 - R1は、-Si(CH3)3である、
請求項1に記載の化合物。 - R2は、水素、メチル、CD3、エチル、プロピル、イソプロピル、シクロプロピル、シクロブチル、シクロペンチル、またはシクロヘキシルである、
請求項1または2に記載の化合物。 - R3は、水素、メチル、CD3、エチル、プロピル、イソプロピル、シクロプロピル、シクロブチル、シクロペンチル、またはシクロヘキシルである、
請求項1から3のいずれか1項に記載の化合物。 - R4は水素である、
請求項1から4のいずれか1項に記載の化合物。 - 前記化合物の三重項エネルギーレベルが2.6eV以下である、
請求項1から5のいずれか1項に記載の化合物。 - 前記化合物の光発光最大波長が500nm~550nmである、
請求項1から6のいずれか1項に記載の化合物。 - 第1電極と、
前記第1電極と対向して備えられた第2電極と、
前記第1電極と前記第2電極との間に備えられた1層以上の有機物層と
を含む
有機発光素子であって、
前記有機物層のうちの1層以上は発光層であり、
前記発光層は、請求項1~8のいずれか一項に記載の化合物を含む、
有機発光素子。
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