JP3938263B2

JP3938263B2 - 金属錯体の製造方法

Info

Publication number: JP3938263B2
Application number: JP31893499A
Authority: JP
Inventors: 忠興三谷; 克己西井
Original assignee: Japan Science and Technology Agency; National Institute of Japan Science and Technology Agency
Current assignee: Japan Science and Technology Agency; National Institute of Japan Science and Technology Agency
Priority date: 1999-11-09
Filing date: 1999-11-09
Publication date: 2007-06-27
Anticipated expiration: 2019-11-09
Also published as: WO2001034584A1; JP2001131162A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、新規な金属錯体の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
有機層をもつ電界発光素子は、電気的に発光を起こすことのできる面状の発光体であり、自動車のフロントディスプレーなどの表示装置、液晶ディスプレーのバックライトなどに使用されている。高発光効率材料としては、アルミニウム錯体や亜鉛錯体等の金属錯体が知られている。
【０００３】
例えば、特開平１０−２５９３７２号公報には、オキサジアゾールまたはチアジアゾールの金属錯体は優れた青色の発光材料であって、最高発光輝度１００ｃｄ／ｍ²が得られたことが開示されている。特開平８−１１３５７６号（特許第２８７５４８４号）公報や特開平８−８１４７２号公報には、２−（Ｏ−ヒドロキシフェニル）ベンゾチアゾール金属錯体が記載されており、前者には、亜鉛錯体を用いた多層発光素子で発光スペクトルが約５００ｎｍに最大値を有し、１８ｖで数百ｃｄ／ｍ²を超える輝度の青緑色光を発光する素子が開示されている。さらに、特開平１０−４５７２２号公報には、２−ヒドロキシフェニルベンズイミダゾールまたは２−ヒドロキシフェニルベンズチアゾールと第２Ａ族元素または第２Ｂ族元素の複核錯体からなる緑色発光の光学素子が開示されている。
【０００４】
従来、広く使用されている材料はキノリノールアルミニウム錯体（Ａｌｑ３）などのキノリノール錯体であり、例えば、特開平５−２１４３３３号公報およびJpn.J.Appl.Phys.,Vol.32,(1993),pp.L514-L515には、金属イオンがＧａ，Ａｌ，Ｙ，Ｚｎ，Ｂｅ，Ｍｇ，Ｓｒ，Ｉｎ等の周期律表第３族または第２族である８−キノリノール誘導体−金属錯体が特に電子輸送層用の電界発光素子として６２０−９５０ｃｄ／ｍ²の輝度を示すことが、また、特開平１１−２７９１５２公報には、発色材、ＥＬ素子用の電子輸送材、発光材、電子写真感光体等として有用なＺｎ，Ｂｅ等の２価金属またはＡｌ等の３価金属とトリフルオロメチル置換８−キノリノール誘導体−金属錯体が開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
視野角の制限がなく、低電圧駆動、高速応答可能な電界発光素子として期待されているＥＬ素子の高輝度化、高安定を目的にＥＬ材料の研究開発が鋭意行われているが、低分子化合物で青色の高輝度なＥＬ材料は製造方法の指針もなく開発されていない。上記の各特許文献に示されるヒドロキシフェニルベンゾチアゾールの金属錯体はＳ原子を組み込んだ配位子で形成されているが、Ｓ原子軌道の大きさを十分に活かしきっていない。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
代表的な発光材料であるＡｌｑ３は、結晶構造において特徴的な分子間の多彩なπ−π相互作用が見られる。この結果から分子間のπ−π相互作用がＡｌｑ３の発光特性に大きく影響を及ぼしていると考えられる。本発明者らは、８−キノリノールと同等またはさらに強いπ−π相互作用が期待される原子軌道の大きなＳ原子を配位子に組み込むのに適する化合物を探索した結果、従来医薬用中間体としての用途が知られている程度の２−（Ｏ−ヒドロキシフェニル）チアゾールを用いることにより高輝度のＥＬ材料を実現することに成功した。
【０００７】
本発明は、下記の一般式（１）で示される２−（Ｏ−ヒドロキシフェニル）チアゾールを配位子として用いた金属錯体の製造方法である。
【０００８】
【化３】

ただし、Ｍは、２価の金属であり、ａは２、ｂは４である。
【０００９】
すなわち、本発明は、２価の金属の塩と、下記一般式（２）で示される化合物とをアルコール中で反応させることを特徴とする上記の金属錯体の製造方法である。
【００１０】
【化４】

【００１１】
本発明により、透明基板上に透明第１電極と電圧の印加により発光する有機化合物を主成分とする有機層と第２電極を積層してなる電界発光素子において、該有機層は、前記一般式（１）で示される２−（Ｏ−ヒドロキシフェニル）チアゾールを配位子として用いた少なくとも１種の金属錯体を発光材料または電子輸送材料として含有する光学素子を提供できる。
【００１２】
該有機層の金属錯体は、前記一般式（１）で示す金属錯体において金属元素を異にする錯体を混合して用いても良い。また他の発光材料と組み合わせて用いてもよい。さらに、蛍光色素が含有されても良い。
【００１３】
本発明の製造方法で得られる有機金属錯体の特徴は、錯体の配位子部分にＳ原子という原子軌道の大きな原子を組み込むことにより配位子同士の分子間π−π相互作用を増大させることにある。本発明の製造方法で得られる金属錯体は、配位子が小さく、かつＳ原子を組み込んだ配位子がＺｎなどの２価の金属とハロゲンを含むことなく錯体を形成するものである。２価の金属においては複核で４つ配位すると多様なπ−π相互作用が実現する。例えば、Ｚｎの場合、単核ではπ−π相互作用がない。一般式（１）において、Ｍが２価の金属のときは、複核であるためａは２を、ｂは４をとる。
【００１４】
図１は、本発明の製造方法で得られる金属錯体の一つである亜鉛錯体Ｚｎ２（Ｐｈｔｚ）４のユニットセルを示し、図２は、亜鉛錯体Ｚｎ２（Ｐｈｔｚ）４のＸ線結晶構造解析結果を示すものであり、図１の矢印で示す枠で囲った部分を拡大しＢ軸方向から見た図である。このＺｎ錯体の特徴は、まず複核錯体であることであり、かつ一つの分子が隣り合った３つの分子（縦のつながりと横のつながり、表示はしていないが積層軸方向に分子が存在するのでその分子とのつながり）とπ−π相互作用をしていることである。Ｚｎ錯体におけるこのような分子間の多様なπ−π相互作用は金属が３価のときは単核でも発現するが、金属が２価のときは複核になったときに初めて発現する。この多様なπ−π相互作用は、原子軌道の大きなＳ原子が配位子に組み込まれていることによってさらに増大している。
【００１５】
この多様な分子間の相互作用は、上記の特開平８−１１３５７６号公報、特開平１０−２５９３７２号公報に示される単核のＺｎ錯体などでは存在し得ないものである。また、特開平１０−４５７２２号公報に示される複核錯体は、配位子が２−ヒドロキシフェニルベンズチアゾールであり、本発明の製造方法で得られる錯体の場合に比べて配位子の立体的な大きさが大きいために配位子が４つ配位できず、３つ＋ハロゲン原子、アルコキシ基、フェノキシ基、チオール基のいずれか１種の対アニオンを有するものとなっており、多様なπ−π相互作用はないと考えられる。
【００１６】
本発明の金属錯体の製造方法は、２価の金属の塩と、一般式（２）で示される化合物とをアルコール溶媒中で反応させることにより製造できる。金属塩としては、塩化物が好ましいが、塩化物に限定されず、酢酸塩、硫酸塩等でもよい。
【００１７】
２−（Ｏ−ヒドロキシフェニル）チアゾールは、８−キノリノールと同様に２価の金属、すなわち、Ｂｅ，Ｍｇ，Ｓｒ，Ｍｎ，Ｚｎ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｒｕ，Ｒｈ，Ｐｄ，Ｉｒ，Ｐｔ，Ｅｕ等と錯体を形成することができる。
【００１８】
反応溶媒としてのアルコールは、エタノール、メタノール、プロパノール等の炭素数１〜１２の低級アルコールが望ましい。アルコールの使用量は反応物質に対して、重量比で１〜１０００倍程度であることが望ましい。また、反応温度は使用するアルコールの沸点程度が好ましい。
【００１９】
また、前記の一般式（２）で示される化合物から水素原子を引き抜くためにアルコール中にアルカリを添加して反応を行うことが望ましい。アルカリとしては、アンモニア水、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムなどを適宜使用できる。
【００２０】
【実施例】
実施例１
２−（Ｏ−ヒドロキシフェニル）チアゾールをエタノールに溶解させた後、１／２当量のＺｎＣｌ₂の水溶液を加えた。その後１当量のＮａＯＨの水溶液を加え、６時間室温で撹拌した。析出したＺｎｐｈｔｚをろ過にて集め、乾燥させた後、昇華法を用いて精製した。ＮＭＲ（図３），ＭＳ（図４），ＩＲ（図５）、元素分析（表１）により同定を行った。計算値は、ＺｎＣｌ₁₈Ｈ₁₂Ｎ₂Ｏ₂Ｓ₂においてＨ２．８９％、Ｃ５１．７４％、Ｎ６．６９％である。
【００２１】
【表１】

【００２２】
ＮＭＲおよび元素分析から得られた錯体の組成は、亜鉛イオン１つに対し、ｐｈｔｚが２つであることが分かる。また、ＭＳスペクトルにおいて親ピークである８３５のピークは観測されなかったが、単核の質量数である４２０付近より高質量範囲においてピークが観測された。そこで、このＸ線結晶構造解析を行ったところ複核であることを確認した。図６に、得られたＺｎ２（ｐｈｔｚ）４のＤＭＦ溶液における吸収及び発光スペクトルを示す。発光最大波長は４７０ｎｍであり、青色の発光が観測された。
【００２３】
参考例１
発光輝度の比較には、一般的にトリプルレイヤーといわれるＩＴＯ／ＴＰＤ／発光材料／ＭｇＡｇのデバイスが用いられるが、陰極のＭｇＡｇの代わりにＡｌを用いた。上記実施例１で得られた物質を発光層として３層構造のＥＬ素子を製作した。まず、基板として、インジウム−スズ酸化物（ＩＴＯ）被覆ガラスを用いた。ＩＴＯは塩酸−Ｍｇにより発生する水素ガスにより約２ｍｍ幅にエッチングして陽極として用いた。洗浄はエタノール、洗剤、純水、アセトン、トリクロロエチレン、最後にアセトン蒸気を用いた。この基板上に、ＴＰＤ（N,N'-diphenyl-N,N'-(3-methylphenyl)-1,1'-biphenyl-4,4'-diamine）を５００Å、Ｚｎ２（Ｐｈｔｚ）４を５００Å、Ａｌを２０００Åの厚みに真空蒸着法により積層した。各層の蒸着は１０^-6Ｔｏｒｒで行った。
【００２４】
図８の印加電圧と輝度の関係を示すグラフから分かるように１８Ｖで８９０ｃｄ／ｍ²の輝度を得た。一般的には仕事関数の問題からＭｇＡｇを陰極に用いたときには、Ａｌを陰極に用いたときより高輝度になることから、このデバイスでの８９０ｃｄ／ｍ²という値は高い輝度を示している。
【００２５】
参考例２
上記の実施例１で得られた物質を発光層として図７に示す多層構造のＥＬ素子を製作した。基板の処理は参考例１と同じである。基板上に、図６に示す順に、ＣｕＰｃ（Copper Phtarocyanine）を３００Å、α−ＮＰＤ（ N,N'-di(α-naphthyl)-N-N'-diphenyl-1,1'-biphenyl-4,4'-diamine）を３００Å、Ｚｎ２（Ｐｈｔｚ）４を７００Å、Ａｌｑ３を５０Å、ＬｉＦを５Å、Ａｌを１０００Åの厚みに真空蒸着法により積層した。各層の蒸着は１０^-7Ｔｏｒｒで行った。このＥＬ素子は、図８の印加電圧と輝度の関係を示すグラフから分かるように１４Ｖで２０００ｃｄ／ｍ²の輝度を得た。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の製造方法で得られる金属錯体の一つである亜鉛錯体Ｚｎ２（Ｐｈｔｚ）４のユニットセルを示す。
【図２】図１の一部を拡大しＢ軸方向から見た亜鉛錯体Ｚｎ２（ｐｈｔｚ）４の結晶構造を示す模式図である。
【図３】実施例１により得られたＺｎ２（ｐｈｔｚ）４のＮＭＲ分析結果を示すグラフである。
【図４】実施例１により得られたＺｎ２（ｐｈｔｚ）４のＭＳ分析結果を示すグラフである。
【図５】実施例１により得られたＺｎ２（ｐｈｔｚ）４のＩＲ分析結果を示すグラフである。
【図６】実施例１により得られたＺｎ２（ｐｈｔｚ）４のＤＭＦ溶液における吸収及び発光スペクトルを示すグラフである。
【図７】参考例２の多層構造のＥＬ素子の概略断面模式図である。
【図８】参考例１および参考例２のＥＬ素子の印加電圧と輝度の関係を示すグラフである。

Claims

下記の一般式（１）で示される２−（Ｏ−ヒドロキシフェニル）チアゾールを配位子として用いた金属錯体を、

（ただし、Ｍは、２価の金属であり、ａは２、ｂは４である。）
２価の金属の塩と、下記一般式（２）で示される化合物とをアルコール溶媒中で反応させて、生成させることを特徴とする金属錯体の製造方法。