JP4406045B2 - 新たな有機発光化合物及びこれを利用した有機発光素子 - Google Patents

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Description

本発明は一般に有機電界発光に関する。特に、本発明は電界発光(以下、“EL”と言う)特性を有する新規有機化合物及びその有機EL化合物を用いる有機EL素子に関する。
有機電界発光は、何らかの有機分子の内部過程を通じて、電流が可視光に転換される現象のひとつである。有機電界発光はディスプレイ技術、特に平面パネルディスプレイ技術に適用されてきた。有機電界発光を用いるディスプレイ素子は有機EL素子または有機ELディスプレイとして言及される。別個の光源を必要とする液晶ディスプレイ(LCD)とは異なって、有機EL素子はその固有の光を発生させる。一般に、この技術は、僅かな電力消費、速い応答速度、高い輝度レベル及び制限されない視野角などにおいて、LCD技術に勝って有利である。
米国特許出願第10/099,781号
Conjugated Polymers as Solid-State Laser Materials, Synthetic Metals 91, 35 (1997)年
有機EL技術は、様々な有機化合物を利用する。或る化合物群は可視光生成を目的として用いられる。他の化合物群は、自己発光よりも、別の化合物群による発光を手助けするために使われる。有機EL素子、または、その製造過程の特性を向上させるために、見込みのある様々な新規有機化合物が研究されている。
本発明の一つの側面は一般式Iの化合物を提供する。
Figure 0004406045
R乃至Rのうちの少なくとも一つは一般式IIで示される。
Figure 0004406045
前記の諸式において、
nは1乃至10の整数である。
Rは、各々が一般式IIではないR-Rと同一であるか異なる置換基であって、下記のように構成される群より選択される:
水素;ハロ;ヒドロキシル;メルカプト;シアノ;ニトロ;カルボニル;カルボキシル;ホルミル;置換または非置換C-C20アルキル;置換または非置換C-C10アルケニル;置換または非置換C-Cアルキニル;置換または非置換アリール(aryl);置換または非置換ヘテロアリール(heteroaryl);置換または非置換C-Cシクロアルキル、ただし、環内炭素原子が任意に置換されて酸素、窒素または硫黄原子になり得る; C-Cシクロアルケニル、ただし、環内炭素原子が任意に置換されて酸素、窒素または硫黄原子になり得る。;置換または非置換C-C20アルコキシ;置換または非置換C-C10アルケニルオキシ;置換または非置換C-Cアルキニルオキシ;置換または非置換アリールオキシ(aryloxy);置換または非置換C-C20アルキルアミン;置換または非置換C-C10アルケニルアミン;置換または非置換C-Cアルキニルアミン;置換または非置換アリールアミン(arylamine);置換または非置換アルキルアリールアミン(alkylarylamine);置換または非置換C-C20アルキルシリル;置換または非置換C-C10アルケニルシリル;置換または非置換C-Cアルキニルシリル;置換または非置換アリールシリル;置換または非置換アルキルアリールシリル(alkylarylsilyl);置換または非置換C-C20アルキルボラニル;置換または非置換C-C10アルケニルボラニル;置換または非置換C-Cアルキニルボラニル;置換または非置換アリールボラニル(arylboranyl);置換または非置換アルキルアリールボラニル(alkylarylboranyl);置換または非置換C-C20アルキルチオ;置換または非置換C-C10アルケニルチオ;置換または非置換C-Cアルキニルチオ;及び置換または非置換アリールチオ(arylthio)基。
前記の諸式において、Rと、各々が一般式IIで表現されないR-Rは、下記のように構成される群より選択される:水素、シアノ、ニトロ、置換または非置換C-C20アルキル、置換または非置換C-C10アルケニル、置換または非置換C-Cシクロアルキル、置換または非置換C-Cシクロアルケニル、置換または非置換アリール、置換または非置換ヘテロアリール、置換または非置換C-C20アルコキシ、置換または非置換アリールオキシ、置換または非置換C-C20アルキルアミン、置換または非置換アリールアミン、置換または非置換アルキルアリールアミン、置換または非置換C-C20アルキルシリル; 置換または非置換アリールシリル、置換または非置換アルキルアリールシリル;置換または非置換C-C20アルキルボラニル、置換または非置換アリールボラニル、置換または非置換アルキルアリールボラニル、置換または非置換C-C20アルキルチオ、及び置換または非置換アリールチオ基。前記置換基は下記のように構成される群より選択される、同一または異なる置換基でさらにモノ-またはポリ-置換される:ハロ、ヒドロキシル、メルカプト、シアノ、ニトロ、アミノ、カルボニル、カルボキシル、ホルミル、C-C20アルキル、C-C10アルケニル、C-Cアルキニル、アリール、ヘテロアリール、C-Cシクロアルキル、3-7員複素環式飽和または不飽和環、アクリル、C-C20アルコキシ、C-C10アルケニルオキシ、C-Cアルキニルオキシ、C-C20アルキルアミン、C-C10アルケニルアミン、C-Cアルキニルアミン、アリールアミン、アルキルアリールアミン、C-C20アルキルシリル、C-C10アルケニルシリル、C-Cアルキニルシリル、アルコキシシリル、アリールシリル、アルキルアリールシリル、C-C20アルキルボラニル、C-C10アルケニルボラニル、C-Cアルキニルボラニル、アリールボラニル、アルキルアリールボラニル、C-C20アルキルチオ、C-C10アルケニルチオ、C-Cアルキニルチオ及びアリールチオ基。
前記置換基は、下記のように構成される群より選択される同一または異なる置換基でモノ-またはポリ-置換される:シアノ、ニトロ、ホルミル、メチル、エチル、プロピル、フェニル、ナフチル、ビフェニル、アントラセニル、イミダゾルリル、チアゾリル、オキサゾリル、チオフェニル、ピリジル、ピリミジル、ピロリル、シクロブテニル、シクロペテニル、メトキシ、エトキシ、プロポキシ、フェノキシ、ナフトキシ、メチルアミン、エチルアミン、プロピルアミン、フェニルアミン、ナフチルアミン、メチルフェニルアミン、エチルフェニルアミン、エチルナフチルアミン、ジメチルボラニル、ジエチルボラニル、ジプロピルボラニル、ジフェニルボラニル、ジナフチルボラニル、フェニルナフチルボラニル、フェニルメチルボラニル、ナフチルメチルボラニル、ナフチルエチルボラニル、トリメチルシリル、トリエチルシリル、トリプロピルシリル、トリフェニルシリル、トリナフチルシリル、ジメチルフェニルシリル、ジエチルフェニルシリル、ジフェニルメチルシリル、メチルチオ、エチルチオ、プロピルチオ、ブチルチオ、フェニルチオ及びナフチルチオ基。
C-CシクロアルキルとC-Cシクロアルケニル基は5−6員、置換または非置換、飽和または不飽和複素環である。Rと、各々が一般式IIではないR-Rは下記のように構成される群より選択される:メチル、エチル、プロピル、ブチル、イソプロピル、n-ブチル、t-ブチル、イソブチル、n-ペンチル、ネオ-ペンチル、n-ヘキシル、エテニル、プロペニル、ブテニル、ペンテニル、ヘキセニル、2-メチル-エテニル、2-メチル-プロペニル、2-メチル-ブテニル、2-メチル-ペンテニル、2-メチル-ヘキセニル、イミダゾリル、チアゾリル、オキサゾリ、チオフェニル、ピリジル、ピリミジル、ピロリル、2-メチルイミダゾリル、2-メチルチアゾリル、2-メチルオキサゾリ、2−メチルチオフェニル、2−メチルピリジル、2−メチルピリミジル、2−メチルピロリル、フェニル、ナフチル、アントラセニル、ビフェニル、テルフェニル、二重スピロ、テトラセニル、3-メチル-フェニル、4-メチル-ナフチル、9-メチル-アントラセニル、4-メチル-テトラセニル、2-メチル-イミダゾリル、2-メチル-オキサゾリル、2-メチル-チアゾリル、2-メチル-フラニル、2-メチル-チオフェニル、2-メチル-ピラゾリル、2-メチル-ピリジル、2-メチル-ピリミジニル、メトキシ、エトキシ、プロポキシ、ブトキシ、ペントキシ、ヘソキシ、イソプロポキシ、イソブトキシ、t-ブトキシ、ネオ-ペントキシ、フェノキシ、ナフトキシ、ビフェノキシ、3-メチル-フェノキシ、4-メチル-ナフトキシ、2-メチル-ビフェノキシ、メチルアミン、エチルアミン、プロピルアミン、ブチルアミン、ペンチルアミン、ヘキシルアミン、ヘプチルアミン、イソプロピルアミン、イソブチルアミン、t-ブチルアミン、2-ペンチルアミン、ネオ-ペンチルアミン、フェニルアミン、ナフチルアミン、ビフェニルアミン、アントラセニルアミン、3-メチル-フェニルアミン、4-メチル-ナフチルアミン、2-メチル-ビフェニルアミン、9-メチル-アントラセニルアミン、フェニルメチルアミン、フェニルエチルアミン、ナフチルメチルアミン、ナフチルエチルアミン、ビフェニルメチルアミン、3-メチル-フェニルメチルアミン、フェニルイソプロピルアミン、ナフチルイソプロピルアミン、ナフチルイソブチルアミン、ビフェニルイソプロピルアミン、トリメチルシリル、トリエチルシリル、、トリブチルシリル、トリ(イソプロピル)シリル、トリ(イソブチル)シリル、トリ(t-ブチル)シリル、トリ(2-ブチル)シリル、トリフェニルシリル、トリナフチルシリル、トリビフェニルシリル、トリ(3-メチルフェニル)シリル、トリ(4-メチルナフチル)シリル、トリ(2-メチルビフェニル)シリル、フェニルメチルシリル、フェニルエチルシリル、ナフチルメチルシリル、ナフチルエチルシリル、ビフェニルメチルシリル、3-メチル-フェニルメチルシリル、フェニルイソプロピルシリル、ナフチルイソプロピルシリル、ナフチルイソブチルシリル、ビフェニルイソプロピルシリル、ジメチルボラニル、ジエチルボラニル、ジプロピルアミン、ジブチルアミン、ジペンチルアミン、ジイソプロピルボラニル、ジイソブチルボラニル、ジ(t-ブチル)ボラニル、イソプロピルイソブチルアミン、ジフェニルボラニル、ジナフチルボラニル、ジビフェニルボラニル、ジ(3-メチルフェニル)ボラニル、ジ(4-メチルナフチル)ボラニル、ジ(2-メチルビフェニル)ボラニル、フェニルメチルボラニル、フェニルエチルボラニル、ナフチルメチルボラニル、ナフチルエチルボラニル、ビフェニルメチルボラニル、3-メチル-フェニルメチルボラニル、フェニルイソプロピルボラニル、ナフチルイソプロピルボラニル、ナフチルイソブチルボラニル、ビフェニルイソプロピルボラニル、メチルチオ、エチルチオ、プロピルチオ、ブチルチオ、ペンチルチオ、ヘキシルチオ、トリ(イソプロピル)チオ、トリ(イソブチル)チオ、トリ(t-ブチル)チオ、トリ(2-ブチル)チオ、フェニルチオ、ナフチルチオ、ビフェニルチオ、(3-メチルフェニル)チオ、(4-メチルナフチル)チオ及び(2-メチルビフェニル)チオ基。
前記の諸式において、Rと、各々が一般式IIではないR-Rは、下記のように構成される群より選択される:メチル、エチル、イソプロピル、t-ブチル、エテニル、プロペニル、2-メチル-エテニル、2-メチル-プロペニル、イミダゾリル、チアゾリル、オキサゾリル、2-メチルイミダゾリル、2-メチルチアゾリル、2-メチルオキサゾリ、フェニル、ナフチル、ビフェニル、テルフェニル、アントラセニル、二重スピロ、3-メチル-フェニル、4-メチル-ナフチル、メトキシ、エトキシ、イソプロポキシ、イソブトキシ、フェノキシ、ナフトキシ、3-メチル-フェノキシ、4-メチル-ナフトキシ、メチルアミン、エチルアミン、イソプロピルアミン、イソブチルアミン、t-ブチルアミン、フェニルアミン、ナフチルアミン、3-メチル-フェニルアミン、4-メチル-ナフチルアミン、フェニルメチルアミン、フェニルエチルアミン、ナフチルメチルアミン、3-メチル-フェニルメチルアミン、フェニルイソプロピルアミン、トリメチルシリル、トリエチルシリル、トリ(イソプロピル)シリル、トリ(イソブチル)シリル、トリフェニルシリル、トリナフチルシリル、トリ(3-メチルフェニル)シリル、トリ(4-メチルナフチル)シリル、フェニルメチルシリル、フェニルエチルシリル、3-メチル-フェニルメチルシリル、フェニルイソプロピルシリル、ジメチルボラニル、ジエチルボラニル、ジイソプロピルボラニル、ジイソブチルボラニル、ジフェニルボラニル、ジナフチルボラニル、ジ(3-メチルフェニル)ボラニル、ジ(4-メチルナフチル)ボラニル、フェニルメチルボラニル、フェニルエチルボラニル、3-メチル-フェニルメチルボラニル、フェニルイソプロピルボラニル、メチルチオ、エチルチオ、トリ(イソプロピル)チオ、トリ(イソブチル)チオ、フェニルチオ、ナフチルチオ、(3-メチルフェニル)チオ及び(4-メチルナフチル)チオ基。
また前記の諸式において、Rと、各々が一般式IIではないR-Rは、置換または非置換フェニル、置換または非置換ナフチル、置換または非置換ビフェニル、置換または非置換テルフェニル、置換または非置換アントラセニル及び置換または非置換二重スピロ基で構成される群より選択される。前記置換されたフェニル、ナフチル、ビフェニル、テルフェニル、アントラセニル及び二重スピロ基は、シアノ、ニトロ、ホルミル、置換または非置換C-C20アルキル、アリール ヘテロアリール、C-Cシクロアルケニル、置換または非置換C-C20アルコキシ、アリールオキシ、C-C20アルキルアミン、アリールアミン、アルキルアリールアミン、C-C20シリル、アリールシリル、及びアルキルアリールシリル、C-C20アルキルボラニル、アリールボラニル、アルキルアリールボラニル、C-C20アルキルチオ及びアリールチオで構成される群より選択される一つ以上で置換される。
更に前記式において、R乃至Rのうちの一つのみが一般式IIで示される。R乃至Rのうちの二つが一般式IIで示される。RとRが一般式IIで示される。RとRが一般式IIで示される。R乃至Rのうちの3つが一般式IIで示される。R乃至Rの全てが一般式IIで示される。R-Rのうちの少なくとも一つが一般式IIで示され、ここで、残っているR-Rは一般式1-1乃至一般式1-14で構成される群より選択される。これら諸式において、X、YとZは同一または異なる置換基であって、X、YまたはZが付着する各々の環部分はX、YまたはZのような一つ以上の同一または異なる置換基で置換できる。X、YとZは、シアノ、ニトロ、ホルミル、置換または非置換C-C20アルキル、アリール ヘテロアリール、C-Cシクロアルケニル、置換または非置換C-C20アルコキシ、アリールオキシ、C-C20アルキルアミン、アリールアミン、アルキルアリールアミン、C-C20シリル、アリールシリル、及びアルキルアリールシリル、C-C20アルキルボラニル、アリールボラニル、アルキルアリールボラニル、C-C20アルキルチオ及びアリールチオで構成される群より選択される。X、Y及びZはシアノ、ニトロ、メチル、エチル、イソプロピル、t-ブチル、メトキシ、エトキシ、プロポキシ、メチルチオ、イミダゾリル、ピリジル、チアゾリル、オキサゾリル、フラニル、チオフェニル、ピロリル、ピリジル及びピリミジルで構成される群より選択される。
一般式Iにおいて、一般式IIは一般式2-1乃至2-5で構成される群より選択される。これら諸式において、nは1乃至4の整数であり; mは0乃至20の整数である。X、YとZは同一または異なる置換基である。X、YまたはZが付着した各々の環部分はX、YまたはZのような一つ以上の同一または異なる置換基で置換できる。X 、YとZはシアノ、ニトロ、ホルミル、置換または非置換C-C20アルキル、アリール ヘテロアリール、C-Cシクロアルケニル、置換または非置換C-C20アルコキシ、アリールオキシ、C-C20アルキルアミン、アリールアミン、アルキルアリールアミン、C-20シリル、アリールシリル、及びアルキルアリールシリル、C-C20アルキルボラニル、アリールボラニル、アルキルアリールボラニル、C-C20アルキルチオ及びアリールチオで構成される群より選択される。X、YとZはシアノ、ニトロ、メチル、エチル、イソプロピル、t-ブチル、メトキシ、エトキシ、プロポキシ、メチルチオ、イミダゾリル、ピリジル、チアゾリル、オキサゾリル、フラニル、チオフェニル、ピロリル、ピリジル及びピリミジルで構成される群より選択される。
一般式Iの化合物は、化合物1乃至96で構成される群より選択される。一般式Iの化合物は化合物は化合物1乃至60で構成される群より選択される。一般式Iの化合物は化合物1乃至24で構成される群より選択される。一般式Iの化合物は化合物1、4、12、14、19、21、23、25、27及び29で構成される群より選択される。前記化合物は約300℃より高い融点を持つ。前記化合物は可視発光に相応する帯域間隙(バンドギャップ)を有する。前記可視発光のための帯域間隙は約1.8eV乃至約3.5eVである。
本発明の他の一側面が提供する発光物質は、一つ以上の前記化合物を含み、各化合物は一つの帯域間隙を有する。前記発光物質は、更に一つ以上の付加的な発光化合物を含み、一般式Iでは示されないが、前記付加的な化合物は各々帯域間隙を有する。前記付加的な化合物のうちの少なくとも一つが有する帯域間隙は、一般式Iで示される化合物の帯域間隙値の約80%乃至100%である。前記発光物質は、BCzVBi、ペリレン、ルブレン(rubrene)、DCJTB、キナクリドン、クマリン、ナイルレッド、DCM1、DCM2、テトラジフェニルアミノピリミド-ピリミジン、ピリジノチアジアゾール、及び化合物201-220で構成される群より選択される一つ以上の発光化合物を追加的に含む。
本発明の他の諸側面が提供するものは、一般式Iの前記化合物を一つ以上含む発光物質;一般式Iの前記化合物を一つ以上含む正孔移送物質; 一般式Iの前記化合物を一つ以上含む電子移送物質である。
本発明のもう一つの側面が提供する固体フィルムは、一般式Iの前記化合物を一つ以上含む。前記固体フィルム内の一つ以上の化合物は無定形状である。前記固体フィルムは、一般式Iでは示されない一つ以上の付加的な化合物を更に含む。一般式Iでは示されない、少なくとも一つの付加的な化合物は、一般式Iで示される化合物の間隙より小さい帯域間隙を有する。前記付加的な化合物の帯域間隙は一般式Iで示される化合物の帯域間隙の約70%乃至100%である。前記付加的な化合物の帯域間隙は一般式Iで示される化合物の帯域間隙の約90%乃至100%である。一般式Iで示される一つの化合物が前記固体フィルム内ホスト物質である。一般式Iで示される少なくとも一つの化合物が前記固体物質内ドーパントである。一般式Iでは示されない一つの付加的な化合物が前記固体フィルム内ホスト物質である。一般式Iでは示されない少なくとも一つの付加的な化合物が前記固体フィルム内ドーパントである。少なくとも一つの付加的な化合物が発光化合物である。一般式Iでは示されない各々の付加的な化合物が可視発光、電子移送、電子注入、正孔移送、及び正孔注入で構成される群より選択される一つ以上の特性を有する。少なくとも一つの付加的な化合物が蛍光性または燐光性発光化合物である。前記固体フィルムは約5nm乃至約100nmの厚さを有する。一般式Iで示される各化合物が可視発光、電子移送、電子注入、正孔移送、及び正孔注入で構成される群より選択される一つ以上の特性を有する。一般式Iで示される少なくとも一つの化合物が可視発光に相当する帯域間隙を有する。前記固体フィルムは一般式Iで示される一つ以上の化合物を一般式Iでは示されない物質と共にあるいは単独で蒸着、インクジェット印刷またはスピンコーティングにより形成される。前記固体フィルムは前記発光物質を含む。
本発明の他の側面は、前記固体フィルムを製造する方法を提供する。前記方法は下記の段階を含む:支持体を提供する段階;及び前記支持体上に前記一つ以上の化合物を含む少なくとも一つの層を形成する段階、ここで前記少なくとも一つの層は固体フィルムが構成する。前記層は、物理的蒸着、インクジェットプリンティングまたはスピンコーティングによって、前記化合物を用いて支持体上に形成される。
本発明の他の側面が提供する有機電界発光(EL)素子は、陽極;陰極;及び前記陽陰両極間に配置される前記固体フィルムを含む。前記有機EL素子において、前記固体フィルムが供与する一つ以上の機能は、選択肢を構成する発光、正孔注入、正孔移送、電子移送及び電子注入から選ばれる。前記有機EL素子が更に含む一つ以上の付加的な固体フィルムは前記陽陰両極間にある。前記有機EL素子を支持する基板があって、前記基板は前記陽極または陰極の何れかと接触する。前記固体フィルムは発光層の要素である。前記発光層は一つ以上の蛍光性または燐光性発光物質を含む。前記有機EL素子は、更に、 一つ以上の付加的な固体フィルムを前記陽陰両極間に含む。前記有機EL素子は、更に、正孔注入層、正孔移送層または両者を前記陽極と発光層の間に含む。前記有機EL素子は、更に、電子注入層、電子移送層または両者を前記陰極と発光層の間に含む。
前記有機EL素子において、前記発光層が含む少なくとも二つの化合物は、そこで発光可能である。少なくとも一つの化合物は、一般式Iで示され、その帯域間隙は可視発光に対応する 。前記発光層は、更に、少なくとも一つの付加的な発光化合物を含む。前記付加的な発光化合物は一般式Iで示されない。前記付加的な発光化合物はまた、一般式Iで示される。前記付加的な発光化合物は一般式Iで示される少なくとも一つの化合物より高い量子効率を有する。前記付加的な発光化合物は一般式Iで示される少なくとも一つの化合物より小さい帯域間隙を有する。前記付加的な化合物の帯域間隙は一般式Iで示される化合物の帯域間隙の約70%乃至100%である。前記付加的な化合物の帯域間隙は一般式Iで示される化合物の帯域間隙の約80%乃至100%である。前記付加的な化合物の帯域間隙は一般式Iで示される化合物の約90%乃至100%である。前記付加的な発光化合物は燐光性発光物質である。
また、前記有機EL素子において、少なくとも一つの化合物が、一般式Iで示され、選択肢を構成する化合物1乃至96から選ばれる。一般式Iの前記化合物は、選択肢を構成する化合物1乃至60から選ばれる。一般式Iの前記化合物は、選択肢を構成する化合物1乃至24から選ばれる。一般式Iの前記化合物は、選択肢を構成する化合物1、4、12、14、19、21、23、25、27及び29から選ばれる。前記発光層が、その中に追加的に含む、一つ以上の発光化合物は、選択肢を構成するBCzVBi、ペリレン、ルブレン、DCJTB、キナクリドン、クマリン、ナイルレッド、DCM1、DCM2、テトラジフェニルアミノ、ピリミド-ピリミジン、ピリジノチアジアゾール及び化合物201-220から選ばれる。
また、本発明の他の側面が提供する電子器具はディスプレイを含み、そこで、前記ディスプレイが備える前記有機EL素子は、前述の様々な特徴を有する。
本発明の他の側面は、前記有機EL素子から可視光を生成する方法を提供する。前記方法は下記の段階を含む:前記素子の正負両極間に電力を加える段階; 電子を前記陰極から前記固体フィルムに向かって注入する段階; 正孔を前記陽極から前記固体フィルムに向かって注入する段階;及び、前記注入された電子と正孔の少なくとも一部を前記陰極と陽極の間の場所で再結合させることにより、前記場所で可視光を発生する段階。一つ以上の発光物質が前記場所に配置される。前記固体フィルムは発光層の要素である。少なくとも一つの化合物が、一般式Iで示され、発光化合物である。前記固体フィルムは、更に、付加的な発光化合物を、そこに含む。前記付加的な発光化合物は一般式Iで示されない。前記付加的な化合物は一般式Iで示される化合物より高い量子効率を有する。前記固体フィルムは発光、正孔注入、正孔移送、電子移送及び電子注入で構成される群より選択される一つ以上の機能を供与する。
本発明の他の側面は、前述の有機EL素子を製造する方法を提供する。前記方法は下記の段階を含む:基板を供給する段階;第1伝導層を形成する段階;前記固体フィルムを形成する段階;及び、第2伝導層を形成する段階、ここで、前記第1または第2伝導層のどちらが陽極または陰極になってもよい。前記固体フィルムの形成は一般式Iで示される少なくとも一つの化合物の蒸着、インクジェットプリンティングまたはスピンコーティングを含む。前記のように形成された固体フィルム内に、一般式Iで示されない少なくとも一つの付加的な化合物が混入される。前記方法は前記第1及び第2伝導層の間に有機化合物を含む一つ以上の付加的な固体フィルムを形成する段階を追加的に含む。
有機EL素子の安定性に対する議論
発光に用いられる物質の電気的安定性は、非常に重要な特性のうちの一つであって、有機EL素子の寿命及び駆動電圧を決定する。例えば、有機EL素子の発光物質が電気的に安定でなければ、その物質の分解は、電界発光過程の間に生じることがあり、結果的に輝度が低下し、更に高い駆動電圧が要求される。既に知られていることだが、Alqは、有機EL素子に用いられる有機EL化合物のうちで、非常に安定なものである。
有機EL化合物の電気的安定性が、普通に決定され比較される期間は、何かの物質で作られた発光層からの発光輝度が低下して或るレベル、例えば初期輝度の90%になるまでで、この間、一定電流密度を素子に印加する。実施例33-38において、10%初期輝度低下期間が測定された有機EL素子は、様々な発光物質を含んでいる。実施例33-37で使われた化合物が一般式Iを充足させる範囲は複数の発光層においてであるが、実施例38はAlqを用いた。10%初期輝度低下期間は、実施例33-37の場合、実施例38に用いたAlqの場合より非常に高い。一般式Iを満足する有機化合物を有機EL素子内の特に発光物質として使用することによって有機EL素子を駆動電圧及び素子寿命の側面で実質的に向上させることができる。
本発明による有機EL素子の様々な例証的な構造の概略断面図である。 本発明による有機EL素子の様々な例証的な構造の概略断面図である。 本発明による有機EL素子の様々な例証的な構造の概略断面図である。 本発明による有機EL素子の様々な例証的な構造の概略断面図である。 本発明による有機EL素子の様々な例証的な構造の概略断面図である。 本発明による有機EL素子の様々な例証的な構造の概略断面図である。 実施例33〜38の有機EL素子の10%初期輝度低下時間を例示する。
本発明の様々な側面について以下で詳細に説明する。まず理解すべきことは、当業者であれば、本願に記述された発明を変更し、本発明の有利な結果を達成できることである。したがって、下記の説明は広義であり、開示内容を当業者に教示するものであると理解されるべきであり、本発明を制限するものではない。
新規化合物
本発明の一つの側面は、一般式Iで示される新規な化合物群に関する。
Figure 0004406045
R乃至Rは置換基であって以下で定義され、互いに同一または異なっている。R乃至Rのうちの一つ以上が一般式IIで示される。
Figure 0004406045
一般式IIにおいて、nは整数の1、2、3、4、5、6、7、8、9または10である。好ましくは、nは1、2、3または4であり、さらに好ましくは、1または2である。Rは置換基であって、一般式IのR-Rのいずれかと同一または異なることがある 。
一般式Iにおいて、R-Rのうちのただ一つ、二つ、三つまたはこれら全てが一般式IIで示される。好ましくは、R-Rのうちの一つまたは二つが一般式IIで示される。R-Rのうちの一つのみが一般式IIの場合、好ましくは、RまたはRが一般式IIである。R-Rのうちの二つが一般式IIの場合、好ましくは、RとRの対、または、RとRの対が一般式IIで示される。
R、及び、一般式IIで示せないR-R、に対する置換基は:水素;ハロ;ヒドロキシル;メルカプト;シアノ;ニトロ;カルボキシル;ホルミル;置換または非置換C-C20アルキル;置換または非置換C-C10アルケニル;置換または非置換C-Cアルキニル;置換または非置換アリール;置換または非置換ヘテロアリール;置換または非置換C-Cシクロアルキル、ただし、環内炭素原子が酸素、窒素または硫黄原子で任意に置換できる。; C-Cシクロアルケニル、ただし、環内炭素原子が酸素、窒素または硫黄原子で任意に置換できる。;置換または非置換C-C20アルコキシ;置換または非置換C-C10アルケニルオキシ;置換または非置換C-Cアルキニルオキシ;置換または非置換アリールオキシ;置換または非置換C-C20アルキルアミン;置換または非置換C-C10アルケニルアミン;置換または非置換C-Cアルキニルアミン;置換または非置換アリールアミン;置換または非置換アルキルアリールアミン;置換または非置換C-C20アルキルシリル;置換または非置換C-C10アルケニルシリル;置換または非置換C-Cアルキニルシリル;置換または非置換アリールシリル;置換または非置換アルキルアリールシリル;置換または非置換C-C20アルキルボラニル;置換または非置換 C-C10アルケニルボラニル;置換または非置換C-Cアルキニルボラニル;置換または非置換アリールボラニル;置換または非置換アルキルアリールボラニル;置換または非置換C-C20アルキルチオ;置換または非置換C-C10アルケニルチオ;置換または非置換C-Cアルキニルチオ;または置換または非置換アリールチオである。
用語"C-C20アルキル"または"非置換C-C20アルキル"は、他の用語の一部である場合も一部でない場合も、直鎖の飽和炭化水素ラジカルのことを言い、例えば、メチル、エチル、n-プロピル、n-ブチル、n-アミル、n-ヘキシル、n-デカニル、n-エイコサニルなどである。用語"置換されたC-C20アルキル"は、同一または異なる置換基でモノ-またはポリ-置換されたC-C20アルキルのことを言う。つまり:ハロ、ヒドロキシル、メルカプト、シアノ、ニトロ、アミノ、カルボニル、カルボキシル、ホルミル、C-C20アルキル、C-C10アルケニル、C-Cアルキニル、アリール、ヘテロアリール、C-Cシクロアルキル、3-7員複素環式飽和または不飽和環、アクリル、C-C20アルコキシ、C-C10アルケニルオキシ、C-Cアルキニルオキシ、C-C20アルキルアミン、C-C10アルケニルアミン、C-Cアルキニルアミン、アリールアミン、アルキルアリールアミン、C-C20アルキルシリル、C-C10アルケニルシリル、C-Cアルキニルシリル、アリールシリル、アルキルアリールシリル、C-C20アルキルボラニル、C-C10アルケニルボラニル、C-Cアルキニルボラニル、アリールボラニル、アルキルアリールボラニル、C-C20アルキルチオ、C-C10アルケニルチオ、C-Cアルキニルチオまたはアリールチオであって、これらは、以後、集約的に"列挙された置換基"と言う。用語"複素環式"は一つ以上の骨格炭素が酸素、窒素または硫黄原子に置き換えられた環構造のことを言う。
用語"C-C10アルケニル"または"非置換C-C10アルケニル"は、他の用語の一部である場合もそうではない場合も、二つの近隣炭素原子間に二重結合を一つ以上有する直鎖炭化水素ラジカルのことを言う。C-C10アルケニル基の例はビニル、アリル(allyl)、ブト-2-エニル、ペント-2-エニル、ヘプト-3-エニル、dec-1,3-ジエン-イルなどである。用語"置換されたC-C10アルケニル"は、前記列挙された置換基から選択される一つ以上の同一または異なる置換基でモノ-またはポリ-置換されたC-C10アルケニル基のことを言う。前記置換されたC-C10アルケニル基の例としてはイソプロプ-2-エニル、イソブテニル、t-ブテニル、2-メチル-2-デセニルなどがある。
用語"C-Cアルキニル"または"非置換C-Cアルキニル"は、他の用語の一部である場合もそうではない場合も、二つの近隣炭素間の三重結合を一つ以上有する直鎖炭化水素ラジカルのことを言う。C-Cアルキニル基の例としては、エチニル、プロプ-1-イニル、ブト-2-イニル、ヘキス-2-イニル、ヘプト-3-イニルなどである。用語"置換されたC-Cアルキニル"は、前記列挙された置換基から選択される一つ以上の同一または異なる置換基でモノ-またはポリ-置換されたC-Cアルキニル基のことを言う。前記置換されたC-Cアルキニル基の例としては2-メチルエチニル、2-メチルプロピニル、2-メチルブチニル、3-メトキシヘプチニルなどがある。
用語"アリール"または"非置換アリール"は、他の用語の一部である場合もそうではない場合も、単一または多重芳香族炭化水素環のことを言う。多重環の場合、2つ以上の環が脂肪鎖を介さずに融合または連結されている。例えば、前記アリール基はフェニル、ビフェニル、テルフェニル、ナフチル、アントラセニル、ルブレニル、ペリレニルなどがある。用語"置換されたアリール"は前記列挙された置換基から選択される一つ以上の同一または異なる非-アリール置換基でモノ-またはポリ-置換されたアリール基のことを言う。前記置換されたアリール基の例としては、メチルフェニル、メトキシフェニル、メチルビフェニル、メチルテルフェニル、メチルナフチル、メトキシナフチル、メチルアントラセニルなどがある。
用語"ヘテロアリール"または"非置換ヘテロアリール"は他の用語の一部である場合もそうではない場合も、少なくとも一つの骨格炭素原子が酸素、窒素または硫黄原子で代替されている単一または多重芳香族炭化水素環のことを言う。多重環の場合、二つ以上の環が脂肪鎖を介さずに融合(必要ならベンゾ-融合を包含する)または連結されている。例えば、ヘテロアリール基はオキサゾリル、イミダゾリル、チアゾリル、チオペニル、フラニル、ピリジル、ピリミジル、ピロリル等である。用語"置換されたヘテロアリール"は、前記列挙された置換基から選択される一つ以上の同一または異なる非-ヘテロアリール置換基でモノ-またはポリ-置換されたヘテロアリール基のことを言う。例えば、前記置換されたアリール基は2-メチル-オキサゾリル、2-メチル-イミダゾリル、2-メチル-チアゾリル、3,4-ジメチル-チオペニル、2-メチル-フラニル、2-メチル-ピリジル、2-メチル-ピリミジル、2-メチル-ピロリルなどがある。
前記置換用語"C-Cシクロアルキル"または"非置換C-Cシクロアルキル"は環内に3-7炭素原子を有する飽和閉環構造のことを言う。前記環内の一つ以上の炭素原子が酸素、窒素または硫黄原子によって任意に置換でき、これはまた、"飽和複素環"とも呼ばれる。前記C-Cシクロアルキルの例としてはシクロプロピル、シクロブチル、シクロペンチル、シクロヘキシル、シクロヘプチルなどがある。前記用語"置換されたC-Cシクロアルキル"が指すものは、C-Cシクロアルキル基であって、一つ以上の置換が炭素または非-炭素環員に在り、一つ以上の同一または異なる置換基が、前記列挙した置換基から選ばれたものを言う。前記置換されたC-Cシクロアルキルの例としてはメチルシクロプロピル、メチルシクロブチル、メチルシクロペンチル、メチルシクロヘキシル、メチルシクロヘプチルなどがある。
前記置換用語"C-Cシクロアルケニル"または"非置換C-Cシクロアルケニル"は環構造であって4-7炭素原子からなり、二重結合を少なくとも一つ有する。一つ以上の炭素原子が前記環内にあって、酸素、窒素または硫黄原子により必要に応じて置換でき、これもまた"不飽和複素環"と呼ばれる。例えば、前記C-Cシクロアルケニル群は3-シクロペンテニル、4-シクロヘキセニル、5-シクロヘプテニルなどがある。用語"置換されたC-Cシクロアルケニル"が指すものは、C-Cシクロアルケニル基であって、 一つ以上の置換が炭素または非-炭素環員に在り、一つ以上の同一または異なる置換基が、 前記列挙した置換基から選ばれたものを言う。例えば、前記置換されたC-Cシクロアルケニルは2-メチル-3-シクロペンテニル、2-メチル-4-シクロヘキセニル、2-メチル-シクロヘプテニルなどを言う。
前記用語"C-C20アルコキシ"または"非置換C-C20アルコキシ”はC-C20アルキル基で置換された酸素ラジカルのことを言う。C-C20アルコキシの例としてはメトキシ、エトキシ、n-プロポキシ、n-ブトキシ、n-デカノキシ、n-ドデカノキシ、n-エイコサノキシなどである。前記用語"置換されたC-C20アルコキシ”が指すものは、C-C20アルコキシ基であって、これはモノ-、または、ポリ-置換が、アルキル部分に在り、一つ以上の同一または異なる置換基が、前記列挙された置換基から選ばれたものを言う。前記置換されたC-C20アルコキシの例は1-メチルエトキシ、1-メチル-n-プロポキシ、1-メチル-n-ブトキシ、5-メトキシデカノキシ、3-メチル-ドデカノキシ、3-フェニルイコサノキシなどである。
用語"C-C10アルケニルオキシ"または"非置換C-C10アルケニルオキシ”は、C-C10アルケニル基で置換された酸素ラジカルのことを言う。例えば、C-C10アルケニルオキシ基はエテニルオキシ、プロプ-1-エニルオキシ、ブト-1-エニルオキシ、ヘプト-3-エニルオキシ、dec-2-エニルオキシなどのことを言う。用語"置換されたC-C10アルケニルオキシ”は、前記列挙した置換基から選択される一つ以上の同一または異なる置換基で、アルケニル部分に、モノ-またはポリ-置換されたC-C10アルケニルオキシ基のことを言う。例えば、前記置換されたC-C10アルケニルオキシ基は1-メチルエテニルオキシ、1-メチル-1-プロペニルオキシ、1-メチル-1-ブテニルオキシ、2-メチル-1-ヘプチルオキシ、2-メチル-1-デセニルオキシなどである。
用語"C-Cアルキニルオキシ"または“非置換C-Cアルキニルオキシ”は、C-Cアルキニル基で置換された酸素ラジカルのことを言う。前記C-Cアルキニルオキシ基の例はエチニルオキシ、1-プロピニルオキシ、1-ブチニルオキシ、1,3-ヘプト-ジイニルオキシなどである。用語“置換C-Cアルキニルオキシ”は前記列挙した置換基から選択される一つ以上の同一または異なる置換基で、アルキニル部分に、モノ-またはポリ-置換されたC-Cアルキニルオキシ基のことを言う。前記置換されたC-Cの例は2-メチル-エチニルオキシ、2-メチル-1-プロピニルオキシ、2-メチル-1-ブチニルオキシ、3-メトキシ-1-ヘプチニルオキシなどである。
用語“アリールオキシ”または“非置換アリールオキシ”は、アリール基で置換された酸素ラジカルを有する基のことを言う。例えば、前記アリールオキシ基はフェニルオキシ、ナフチルオキシ、アントラセニルオキシ、ビフェニルオキシ、ルブレニルオキシ、ペリレニルオキシなどである。用語“置換されたアリールオキシ”は前記列挙した置換基から選択される一つ以上の同一または異なる置換基でアリール部分にモノ-またはポリ-置換されたアリールオキシ基のことを言う。例えば、前記置換されたアリールオキシ基は2-メチル-フェニルオキシ、4-メチル-ナフチル-2-オキシ、9-メチル-アントラセニル-1-オキシ、2-メチル-ビフェニルオキシ、2-メチル-ルブレニルオキシ、2-メチル-ペリレニルオキシなどがある。
用語“C-C20アルキルアミン”または“非置換C-C20アルキルアミン"は、一つ以上の同一または異なるC-C20アルキル基で置換された窒素ラジカルのことを言う。例えば、前記C-C20アルキルアミン基はメチルアミン、エチルアミン、プロピルアミン、ブチルアミン、ペンチルアミン、ヘプチルアミン、ヘプタデカニルアミン及びエイコサニルアミンを含む。用語“置換されたC-C20アルキルアミン”は前記列挙した置換基から選択される一つ以上の同一または異なる置換基でアルキル部分にモノ-またはポリ-置換されたC-C20アルキルアミン基のことを言う。例えば、前記置換されたC-C20アルキルアミン基はイソプロピルアミン、N-プロピル-N-(2-メトキシ)ブチルアミン、2-メチルブチルアミン、N-ブチル-N-(2-メチル)ヘプチルアミン及びN-2-ブチル-N-(2-メチル)ヘプタデカニルアミンがある。
用語“C-C10アルケニルアミン”または“非置換C-C10アルケニルアミン”は、一つまたは二つの同一または異なるC-C10アルケニル基で置換された窒素ラジカルのことを言い、ここで一つのC-C10アルケニル基のみが前記窒素原子に付着している場合、C-C0アルキルも前記窒素原子に付着できる。C-C10アルケニルアミンの例はエテニルアミン、1-プロペニルアミン、1-ブテニルアミン、1-ヘプテニルアミン、1-デセニルアミンなどである。用語“置換されたC-C10アルケニルアミン”は前記列挙した基から選択される一つ以上の同一または異なる置換基でアルケニルまたはアルキル部分にモノ-またはポリ-置換されたC-C10アルケニルアミン基のことを言う。前記置換されたC-C10アルケニルアミン基の例は、1-メチル-エテニルアミン、1-メチル-1-プロペニルアミン及び1-メチル-1-ブテニルアミン、1-メチル-1-ヘプテニルアミン、2-メチル-1-デセニルアミンなどである。
用語“C-Cアルキニルアミン”または“非置換C-Cアルキニルアミン”は、一つまたは二つの同一または異なるC-Cアルキニル基で置換された窒素ラジカルのことを言い、ここで一つのC-C10アルケニル基のみが前記窒素原子に付着されている場合、C-C20アルキルまたはC-C10アルケニルも前記窒素原子に付着できる。前記C-C10アルキニルアミン基の例は、エチニルアミン、1-プロピニルアミン、1-ブチニルアミン、2-ヘプチニルアミン、1-デシニルアミンなどである。用語“置換されたC-Cアルキニルアミン”は前記列挙した置換基から選択される一つ以上の同一または異なる置換基にアルキル、アルケニル及びアルキニル部分のうちの一つ以上にモノ-またはポリ-置換されたC-Cアルキニルアミン基である。前記置換されたC-Cアルキニルアミン基の例はイソプロピニルアミン、2-メチル-1-ブチニルアミン、3-メチル-2-ヘピニルアミン、2-メチル-1-デシニルアミンなどである。
用語“アリールアミン”または“非置換アリールアミン”は、一つまたは二つの同一或いは異なるアリールまたはヘテロアリール基で置換された窒素ラジカルのことを言う。前記アリールアミン基の例は、フェニルアミン、1-ナフチルアミン、9-アントラセニルアミン、ビフェニルアミン、ルブレニルアミン、ペリレニルアミンなどである。用語“置換されたアリールアミン”は前記列挙した置換基から選択される一つ以上の同一または異なる置換基で環部分にモノ-またはポリ-置換されたアリールアミン基のことを言う。前記置換されたアリールアミン基の例は3-メチルフェニルアミン、9-メトキシアントラセニルアミンなどである。
用語“アルキルアリールアミン”、“アリールアルキルアミン”、“非置換アリールアルキルアミン”または“非置換アルキルアリールアミン”は、アリールまたはヘテロアリール基、及び、C-C20アルキル、C-C10アルケニル、C-Cアルキニル、C-C20アルコキシ、C-C10アルケニルオキシまたはC-Cアルキニルオキシ基のうちの一つ、の両者で置換された窒素ラジカルのことを言う。前記アルキルアリールアミン基の例はN-メチル-N-フェニルアミン、N-エチル-N-フェニルアミン、N-エチル-N-(1-ナフチル)アミン、N-メチル-N-(9-アントラセニル)アミン、N-エテニル-N-フェニルアミン、N-エテニル-N-(1-ナフチル)アミン、N-エチニル-N-フェニルアミン、N-エチニル-N-(1-ナフチル)アミンなどである。用語“置換されたアルキルアリールアミン”または“置換されたアリールアルキルアミン”は前記列挙した置換基から選択される一つ以上の同一または異なる置換基で環部分、非-環部分またはこの両者でモノ-またはポリ-置換されたアルキルアリールアミン基のことを言う。前記置換されたアルキルアリールアミン基の例としてはN-イソプロピル-N-フェニルアミン、N-フェニル-N-(4-プロピル-1-ナフチル)アミンなどがある。
用語“C-C20アルキルシリル”または“非置換C-C20アルキルシリル”は一つ以上の同一または異なるC-C20アルキル基で置換されたシリコンラジカルのことを言う。例えば、前記アルキルシリル基はトリメチルシリル、トリエチルシリル、トリプロピルシリル、トリデカニルシリル及びトリエイコサニルシリルを含む。用語“置換されたC-C20アルキルシリル”は前記列挙した置換基から選択される一つ以上の同一または異なる置換基でC-C20アルキル部分のうちの一つ以上にモノ-またはポリ-置換されたC-C20アルキルシリル基のことを言う。例えば、前記置換されたアルキルシリル基はジイソプロピルメチルシリル、ジ(イソブチル)メチルシリル、ジ(デカニル)イソプロピルシリル及びジ(エイコサニル)メチルシリルを含む。
用語“C-C10アルケニルシリル”または“非置換C-C10アルケニルシリル”が指すシリコンラジカルは、一つ以上の同一または異なるC-C10アルケニル基で置換されていて、ここで一つ以上のC-C20アルキル基も前記シリコンに付着できる。例えば、前記アルケニルシリル基には、トリエテニルシリル、トリプロペニルシリル、トリブテニルシリル、トリヘプテニルシリル、及びトリデセニルシリルを含む。用語“置換C-C10アルケニルシリル”が指すC-C10アルケニルシリル基は、モノ-またはポリ-置換されるアルキルまたはアルケニル部分に、一つ以上の同一または異なる置換基が、前記列挙した置換基から選択されて入る。例えば、前記置換されたC-C10アルケニルシリル基には、トリ(2-メチルエテニル)シリル、トリ(2-メチルプロペニル)シリル、トリ(2-メチルヘプテニル)シリル及びトリ(2-メチルデセニル)シリルを含む。
用語“C-Cアルキニルシリル”または“非置換C-Cアルキニルシリル”は一つ以上の同一または異なるC-C10アルキニル基で置換されたシリコンラジカルのことを言い、C-C20アルキル及びC-C10アルケニル基のうちの一つ以上がシリコンに付着できる。例えば、前記アルキニルシリル基はトリエチニルシリル、トリプロピニルシリル、トリブチニルシリル、トリヘプテニルシリル、及びトリデセニルシリルを含む。用語“置換されたC-Cアルキニルシリル”は前記列挙した置換基から選択される一つ以上の同一または異なる置換基でアルキル、アルケニルまたはアルキニル部分にモノ-またはポリ-置換されたC-Cアルキニルシリル基のことを言う。前記置換されたC-Cアルキニルシリル基は、例えば、トリ(2-メチルエチニル)シリル、トリ(2-メチルプロピニル)シリル、トリ(2-メチルブチニル)シリル、トリ(2-メチルヘプチニル)シリル及びトリ(2-メチルデセニル)シリルを含む。
用語“アリールシリル”または“非置換アリールシリル”は一つ以上の同一または異なるアリールまたはヘテロアリール基で置換されたシリコンラジカルのことを言う。例えば、前記アリールシリル基はトリフェニルシリル、トリナフチルシリル及びトリビフェニルシリルを含む。用語“置換されたアリールシリル”は前記列挙した置換基から選択される一つ以上の同一または異なる置換基でモノ-またはポリ-置換されたアリールシリル基のことを言う。例えば、前記置換されたアリールシリル基はトリ(2-メチルフェニル)シリル、トリ(4-メチルナフチル)シリル及びトリ(2-メチルビフェニル)シリルを含む。
用語“アルキルアリールシリル”、“アリールアルキルシリル”、“非置換アリールアルキルシリル”または“非置換アルキルアリールシリル”が指すシリコンラジカルは、一つ以上の同一または異なるアリールまたはヘテロアリール基、及び同時に、C-C20アルキル、C-C10アルケニル、C-Cアルキニル、C-C20アルコキシ、C-C10アルケニルオキシまたはC-Cアルキニルオキシ基のうちの一つ、によって置換されている。前記アルキルアリールシリル基の例としては、ジフェニルメチルシリル、ジナフチルメチルシリル、ジフェニルエチルシリル、ジナフチルエテニルシリル、ジアントラセニルエチニルシリルなどがある。用語“置換されたアルキルアリールシリル” が指すアルキルシリル基は、モノ-またはポリ-置換される環状部、非環状部または両方に、一つ以上の同一または異なる置換基が、前記列挙した置換基から選択されて入る。 前記置換されたアルキルアリールシリル基の例としてはジ(2-メチルフェニル)メチルシリル、ジ(4-メチルナフチル)メチルシリルなどがある。
用語“C-C20アルキルボラニル”または“非置換C-C20アルキルボラニル”は一つ以上の同一または異なるC-C20アルキル基で置換されたホウ素ラジカルを意味する。例えば、前記アルキルボラニル基はジメチルボラニル、ジエチルボラニル、ジプロピルボラニル、ジヘプチルボラニル、ジデカニルボラニル、及びジ(エイコサニル)ボラニルを含む。用語“置換されたC-C20アルキルボラニル”は前記列挙した置換基から選択される一つ以上の同一または異なる置換基でC-C20アルキル部分のうちの一つ以上にモノ-またはポリ-置換されたC-C20アルキルボラニル基である。例えば、前記置換されたアルキルボラニル基はジ(イソプロピル)ボラニル、ジ(イソブチル)ボラニル、ジ(2-メチルヘプチニル)ボラニル、ジ(2-メチルデカニル)ボラニル及びジ(2-メチルエイコサニル)ボラニルを含む。
用語“C-C10アルケニルボラニル”または“非置換C-C10アルケニルボラニル”が指すホウ素ラジカルは、一つか二つの同一または異なるC-C10アルケニル基で置換されていて、ここで一つの C-C20アルキル基も前記ホウ素原子に付着できるが、それはC-C10アルケニル基のみが前記ホウ素に付着している場合のみである。例えば、前記アルケニルボラニル基には、ジエテニルボラニル、ジプロペニルボラニル、ジブテニルボラニル、ジヘプテニルボラニル及びジデカニルボラニルを含む。用語“置換されたC-C10アルケニルボラニル”が指すC-C10アルケニルボラニル基は、モノ-またはポリ-置換されたアルキルまたはアルケニル部分に、一つ以上の同一または異なる置換基を、前記列挙した置換基から選択して入れる。前記置換されたアルケニルボラニル基には、ジ(1-メチルエテニル)ボラニル及びジ(1-メチルプロプ-1-エニル)ボラニル、ジ(2-メチルヘプテニル)ボラニル、ジ(2-メチルデカニル)ボラニルなどがある。
用語“C-Cアルキニルボラニル”または“非置換C-Cアルキニルボラニル”は、一つか二つの同一または異なるC-Cアルキニル基で置換されたホウ素ラジカルのことを意味し、ここで一つのC-Cアルキニル基のみが前記ホウ素に付着された場合、C-C20アルキルまたはC-C10アルケニル基も前記ホウ素原子に付着できる。例えば、前記アルキニルボラニル基はジエチニルボラニル、ジプロピニルボラニル、ジブチニルボラニル、ジヘキシニルボラニル及びジヘプチルボラニルを含む。用語“置換されたC-Cアルキニルボラニル”は前記列挙した置換基から選択される一つ以上の同一または異なる置換基でアルキル、アルケニルまたはアルキニル部分にモノ-またはポリ-置換されたC-Cアルキニルボラニル基のことを意味する。前記置換されたC-Cアルキニルボラニル基は、例えば、ジ(2-メチルエチニル)ボラニル、ジ(2-メチルプロピニル)ボラニル、ジ(2-メチルブチニル)ボラニル、ジ(2-メチルヘキシニル)ボラニル及びジ(2-メチルヘプチル)ボラニルを含む。
用語“アリールボラニル”または“非置換アリールボラニル”は一つ以上の同一または異なるアリールまたはヘテロアリール基で置換されたホウ素ラジカルのことを意味する。前記アリールボラニル基の例としてはジフェニルボラニル、ナフチルボラニル、ジナフチルボラニル、ジビフェニルボラニル、ルブレニルボラニル、ペリレニルボラニルなどがある。用語“置換されたアリールボラニル”は前記列挙した置換基から選択される一つ以上の同一または異なる置換基でアリール部分にモノ-またはポリ-置換されたアリールボラニル基のことを意味する。前記置換されたアリールボラニル基の例としては、ジ(3-メチルフェニル)ボラニル、ジ(4-メチルナフト-1-イル)ボラニル、ジ(2-メチルビフェニル)ボラニルなどがある。
用語“アルキルアリールボラニル”、“アリールアルキルボラニル”、“非置換アリールアルキルボラニル”または“非置換アルキルアリールボラニル”は、アリールまたはヘテロアリール基、及び同時に、C-C20アルキル、C-C10アルケニル、C-Cアルキニル、C-C20アルコキシ、C-C10アルケニルオキシまたはC-Cアルキニルオキシ基のうちの一つで置換されたホウ素ラジカルを意味する。前記アルキルアリールボラニル基の例としてはエチルフェニルボラニル、メチルナフチルボラニル、メチルビフェニルボラニル、エテニルナフチルボラニル、エチニルフェニルボラニルなどがある。用語“置換されたアルキルアリールボラニル”は前記列挙した置換基から選択される一つ以上の同一または異なる置換基で環部分、非-環部分または両者にモノ-またはポリ-置換されたアルキルアリールボラニル基のことを意味する。前記置換されたアルキルアリールボラニル基の例としてはメチル(4-メチルナフチル)ボラニル、エチル(2-メチルフェニル)ボラニル、メチル(2-メチルビフェニル)ボラニルなどがある。
用語“C-C20アルキルチオ”または“非置換C-C20アルキルチオ”はC-C20アルキル基で置換された硫黄ラジカルのことを意味する。例えば、前記アルキルチオ基はメチルチオ、エチルチオ、n-プロピルチオ、n-ブチルチオ、n-ヘプチルチオ、n-デカニルチオ及びn-エイコサニルチオ を含む。用語“置換されたC-C20アルキルチオ”は前記列挙した置換基から選択される一つ以上の同一または異なる置換基でC-C20アルキル部分のうちの一つ以上にモノ-またはポリ-置換されたC-C20アルキルチオ基のことを意味する。例えば、前記置換されたアルキルチオ基はイソプロピルチオ、イソブチルチオ、ネオ-ペンチルチオ、2-メチルヘプチルチオ、2-メチルデカニルチオ及び2-メチルエイコサニルチオを含む。
用語“C-C10アルケニルチオ”または“非置換C-C10アルケニルチオ”はC-C10アルケニル基で置換された硫黄ラジカルのことを意味する。例えば、前記アルケニルチオ基はエテニルチオ、プロペニルチオ、ブテニルチオ及びデセニルチオを含む。用語“置換されたC-C10アルケニルチオ”は前記列挙した置換基から選択される一つ以上の同一または異なる置換基でアルケニル部分にモノ-またはポリ-置換されたC-C10アルケニルチオ基を意味する。例えば、前記置換されたアルキルチオ基は1-メチルエテニルチオ、1-メチル-2-プロペニルチオ及び1-メチル-2-ブテニルチオを含む。
用語“C-Cアルキニルチオ”または“非置換C-Cアルキニルチオ”はC-Cアルキニル基で置換された硫黄ラジカルのことを意味する。例えば、前記アルキニルチオ基はエチニルチオ、プロピニルチオ、ブチニルチオ及びヘプチニルチオを含む。用語“置換されたC-Cアルキニルチオ”は前記列挙した置換基から選択される一つ以上の同一または異なる置換基でアルキニル部分にモノ-またはポリ-置換されたC-Cアルキニルチオ基を意味する。前記置換されたC-Cアルキニルチオ基は、例えば、2-メチル-エチニルチオ、2-メチルプロピニル、2-メチルブチニルチオ及び2-メチルヘプチニルチオを含む。
用語"アリールチオ"または"非置換アリールチオ”はアリール基で置換された硫黄原子を有する基を意味する。例えば、前記アリールチオ基はフェニルチオ、ナフチルチオ、アントラセニルチオ及びビフェニルチオを含む。用語“置換されたアリールチオ”は前記列挙した置換基から選択される一つ以上の同一または異なる置換基でアリール部分にモノ-またはポリ-置換されたアリールチオ基を意味する。例えば、前記置換されたアリールチオ基は3-メチルフェニルチオ、4-メチルナフチルチオ及び2-メチルビフェニルチオを含む。
好ましいR-R置換基
前記一般式I及びIIにおいて、R、及び、一般式IIでは表されないR-Rの、各々は好ましくは水素、シアノ、ニトロ、置換または非置換C-C20アルキル、置換または非置換C-C10アルケニル、置換または非置換C-Cシクロアルキル、置換または非置換C-Cシクロアルケニル、置換または非置換アリール、置換または非置換ヘテロアリール、置換または非置換C-C20アルコキシ、置換または非置換アリールオキシ、置換または非置換C-C20アルキルアミン、置換または非置換アリールアミン、置換または非置換アルキルアリールアミン、置換または非置換C-C20アルキルシリル;置換または非置換アリールシリル;置換または非置換アルキルアリールシリル、置換または非置換C-C20アルキルボラニル、置換または非置換アリールボラニル、置換または非置換アルキルアリールボラニル、置換または非置換C-C20アルキルチオ、または置換または非置換チオである。前述した基において、置換されたR-Rは好ましくはシアノ;ニトロ;ホルミル;C-C20アルキル、つまり、メチル、エチルまたはプロピル;アリール、つまり、フェニル、ナフチル、ビフェニルまたはアントラセニル;ヘテロアリール、つまり、イミダゾリル、チアゾリル、オキサゾリル、チオフェニル、ピリジル、ピリミジルまたはピロリル;C-Cシクロアルケニル、つまり、シクロブテニルまたはシクロペテニル;C-C20アルコキシ、つまり、メトキシ、エトキシまたはプロポキシ;アリールオキシ、つまり、フェノキシまたはナフトキシ;C-C20アルキルアミン、つまり、メチルアミン、エチルアミンまたはプロピルアミン;アリールアミン、つまり、フェニルアミンまたはナフチルアミン;アルキルアリールアミン、つまり、メチルフェニルアミン、エチルフェニルアミンまたはエチルナフチルアミン;C-C20アルキルボラニル、つまり、ジメチルボラニル、ジエチルボラニルまたはジプロピルボラニル;アリールボラニル、つまり、ジフェニルボラニル、ジナフチルボラニルまたはフェニルナフチルボラニル;アルキルアリールボラニル、つまり、フェニルメチルボラニル、ナフチルメチルボラニルまたはナフチルエチルボラニル;C-C20アルキルシリル、つまり、トリメチルシリル、トリエチルシリルまたはトリプロピルシリル;アリールシリル、つまり、トリフェニルシリルまたはトリナフチルシリル;アルキルアリールシリル、つまり、ジメチルフェニルシリル、ジエチルフェニルシリルまたはジフェニルメチルシリル;C-C20アルキルチオ、つまり、メチルチオ、エチルチオ、プロピルチオまたはブチルチオ;及びアリールチオ、つまり、フェニルチオまたはナフチルチオで置換される。
R-Rで、前記非置換C-C20アルキル基は好ましくはメチル、エチル、プロピル、ブチル、より好ましくはメチルまたはエチルである。置換されたC-C20アルキル基は好ましくはイソプロピル、n-ブチル、t-ブチル、イソブチル、n-ペンチル、ネオ-ペンチルまたはn-ヘキシル、より好ましくはイソプロピルまたはt-ブチルである。
前記非置換C-C10アルケニル基は好ましくはエテニル、プロペニル、ブテニル、ペンテニルまたはヘキセニル、より好ましくはエテニルまたはプロペニルである。前記置換されたC-C10アルケニル基は好ましくは2-メチル-エテニル、2-メチル-プロペニル、2-メチル-ブテニル、2-メチル-ペンテニルまたは2-メチル-ヘキセニル、より好ましくは2-メチル-エテニルまたは2-メチル-プロペニルである。
前記非置換または置換C-Cシクロアルキル及びC-Cシクロアルケニル基は、好ましくは、5または6員構成のベンゾ-融合された置換または非置換、飽和または不飽和複素環である。前記非置換複素環は、好ましくはイミダゾリル、チアゾリル、オキサゾリル、チオフェニル、ピリジル、ピリミジルまたはピロリル、より好ましくはイミダゾリル、チアゾリルまたはオキサゾリルである。前記置換された複素環は、好ましくは、2-メチルイミダゾリル、2-メチルチアゾリル、2-メチルオキサゾリル、2-メチルチオフェニール、2-メチルピリジル、2-メチルピリミジルまたは2-メチルピロリル、より好ましくは2-メチルイミダゾリル、2-メチルチアゾリルまたは2-メチルオキサゾリルである。
前記非置換アリール基は、好ましくはフェニル、ナフチル、アントラセニル、ビフェニル、テルフェニル、二重スピロ構造であって定義を示す米国特許出願第10/099,781号が参照として本願に統合されたもの、またはテトラセニル、より好ましくはフェニルまたはナフチルである。前記置換されたアリール基は、好ましくは3-メチル-フェニル、4-メチル-ナフチル、9-メチル-アントラセニルまたは4-メチル-テトラセニル、より好ましくは3-メチル-フェニルまたは4-メチル-ナフチルである。
前記非置換ヘテロアリール基は好ましくはイミダゾリル、オキサゾリル、チアゾリル、フラニル、チオフェニル、ピラゾリル、ピリジルまたはピリミジニル、より好ましくはイミダゾリル、オキサゾリルまたはチアゾリルである。前記置換されたヘテロアリール基は、好ましくは2-メチル-イミダゾリル、2-メチル-オキサゾリル、2-メチル-チアゾリル、2-メチル-フラニル、2-メチル-チオフェニル、2-メチル-ピラゾリル、2-メチル-ピリジルまたは2-メチル-ピリミジニル、より好ましくは2-メチル-イミダゾリル、2-メチル-オキサゾリルまたは2-メチル-チアゾリルである。
前記非置換C-C20アルコキシ基は、好ましくはメトキシ、エトキシ、プロポキシ、ブトキシ、ペントキシまたはヘソキシ、より好ましくはメトキシまたはエトキシである。前記置換されたC-C20アルコキシ基は、好ましくはイソプロポキシ、イソブトキシ、t-ブトキシまたはネオ-ペントキシ、より好ましくはイソプロポキシまたはイソブトキシである。
前記非置換アリールオキシ基は、好ましくはフェノキシ、ナフトキシまたはビフェノキシ、より好ましくはフェノキシまたはナフトキシである。前記置換されたアリールオキシ基は、好ましくは3-メチル-フェノキシ、4-メチル-ナフトキシまたは2-メチル-ビフェノキシ、より好ましくは3-メチル-フェノキシまたは4-メチル-ナフトキシである。
前記非置換C-C20アルキルアミン基は、好ましくはメチルアミン、エチルアミン、プロピルアミン、ブチルアミン、ペンチルアミン、ヘキシルアミンまたはヘプチルアミン、より好ましくはメチルアミンまたはエチルアミンである。前記置換されたC-C20アルキルアミン基は、好ましくはイソプロピルアミン、イソブチルアミン、t-ブチルアミン、2-ペンチルアミンまたはネオ-ペンチルアミン、より好ましくはイソプロピルアミン、イソブチルアミンまたはt-ブチルアミンである。
前記非置換アリールアミン基は、好ましくはフェニルアミン、ナフチルアミン、ビフェニルアミンまたはアントラセニルアミン、より好ましくはフェニルアミンまたはナフチルアミンである。前記置換されたアリールアミン基は、好ましくは3-メチル-フェニルアミン、4-メチル-ナフチルアミン、2-メチル-ビフェニルアミンまたは9-メチル-アントラセニルアミン、より好ましくは3-メチル-フェニルアミンまたは4-メチル-ナフチルアミンである。
前記非置換アルキルアリールアミン基は、好ましくはフェニルメチルアミン、フェニルエチルアミン、ナフチルメチルアミン、ナフチルエチルアミンまたはビフェニルメチルアミン、より好ましくはフェニルメチルアミン、フェニルエチルアミンまたはナフチルメチルアミンである。前記置換されたアルキルアリールアミン基は好ましくは3-メチル-フェニルメチルアミン、フェニル(イソプロピル)アミン、ナフチル(イソプロピル)アミン、ナフチル(イソブチル)アミンまたはビフェニル(イソプロピル)アミン、より好ましくは3-メチル-フェニルメチルアミンまたはフェニルイソプロピルアミンである。
前記非置換C-C20アルキルシリル基は、好ましくはトリメチルシリル、トリエチルシリル、またはトリブチルシリル、より好ましくはトリメチルシリルまたはトリエチルシリルである。前記置換されたC-C20アルキルシリル基は、好ましくはトリ(イソプロピル)シリル、トリ(イソブチル)シリル、トリ(t-ブチル)シリルまたはトリ(2-ブチル)シリル、より好ましくはトリ(イソプロピル)シリルまたはトリ(イソブチル)シリルである。
前記非置換アリールシリル基は、好ましくはトリフェニルシリル、トリナフチルシリルまたはトリビフェニルシリル、より好ましくはトリフェニルシリルまたはトリナフチルシリルである。前記置換されたアリールシリル基は好ましくはトリ(3-メチルフェニル)シリル、トリ(4-メチルナフチル)シリルまたはトリ(2-メチルビフェニル)シリル、より好ましくはトリ(3-メチルフェニル)シリルまたはトリ(4-メチルナフチル)シリルである。
前記非置換アルキルアリールシリル基は好ましくはフェニルメチルシリル、フェニルエチルシリル、ナフチルメチルシリル、ナフチルエチルシリルまたはビフェニルメチルシリル、より好ましくはフェニルメチルシリルまたはフェニルエチルシリルである。前記置換されたアルキルアリールシリル基は好ましくは3-メチル-フェニルメチルシリル、フェニル(イソプロピル)シリル、ナフチル(イソプロピル)シリル、ナフチル(イソブチル)シリルまたはビフェニル(イソプロピル)シリル、より好ましくは3-メチル-フェニルメチルシリルまたはフェニルイソプロピルシリルである。
前記非置換C1-C20アルキルボラニル基は、好ましくはジメチルボラニル、ジエチルボラニル、ジプロピルアミン、ジブチルアミンまたはジペンチルアミン、より好ましくはジメチルボラニルまたはジエチルボラニルである。前記置換されたC-C20アルキルボラニル基は、好ましくはジ(イソプロピル)ボラニル、ジ(イソブチル)ボラニル、ジ(t-ブチル)ボラニルまたは(イソプロピル)(イソブチル)アミン、より好ましくはジ(イソプロピル)ボラニルまたはジ(イソブチル)ボラニルである。
前記非置換アリールボラニル基は好ましくはジフェニルボラニル、ジナフチルボラニルまたはジビフェニルボラニル、より好ましくはジフェニルボラニルまたはジナフチルボラニルである。前記置換アリールボラニル基は、好ましくはジ(3-メチルフェニル)ボラニル、ジ(4-メチルナフチル)ボラニルまたはジ(2-メチルビフェニル)ボラニル、より好ましくはジ(3-メチルフェニル)ボラニルまたはジ(4-メチルナフチル)ボラニルである。
前記非置換アルキルアリールボラニル基は、好ましくはフェニルメチルボラニル、フェニルエチルボラニル、ナフチルメチルボラニル、ナフチルエチルボラニルまたはビフェニルメチルボラニル、より好ましくはフェニルメチルボラニルまたはフェニルエチルボラニルである。前記置換されたアルキルアリールボラニル基は、好ましくは3-メチル-フェニルメチルボラニル、フェニル(イソプロピル)ボラニル、ナフチル(イソプロピル)ボラニル、ナフチル(イソブチル)ボラニルまたはビフェニル(イソプロピル)ボラニル、より好ましくは3-メチル-フェニルメチルボラニルまたはフェニル(イソプロピル)ボラニルである。
前記非置換C-C20アルキルチオ基は、好ましくはメチルチオ、エチルチオ、プロピルチオ、ブチルチオ、ペンチルチオまたはヘキシルチオ、より好ましくはメチルチオまたはエチルチオである。前記置換されたC-C20アルキルチオ基は、好ましくはトリ(イソプロピル)チオ、トリ(イソブチル)チオ、トリ(t-ブチル)チオまたはトリ(2-ブチル)チオ、より好ましくはトリ(イソプロピル)チオまたはトリ(イソブチル)チオである。
前記非置換アリールチオ基は、好ましくはフェニルチオ、ナフチルチオまたはビフェニルチオ、より好ましくはフェニルチオまたはナフチルチオである。前記置換アリールチオ基は好ましくは(3-メチルフェニル)チオ、(4-メチルナフチル)チオまたは(2-メチルビフェニル)チオ、より好ましくは(3-メチルフェニル)チオまたは(4-メチルナフチル)チオである。
好ましくは、 R及びR-Rに対する前記置換基は、これら置換基が一般式IIでない場合、直鎖C-C20アルキル基及び下記の諸基である:
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R-Rのうちの一つ以上が一般式IIで表される場合、それらは、好ましくは下記の基である。
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前記列挙された一般式において、X、YまたはZは互いに同一であるか異なる置換基を意味する。X、YまたはZが付着された各環構造は二つ以上の、同一または異なる、置換基、例えばX、YまたはZで置換できる。X、Y及びZはシアノ、ニトロ、ホルミル、置換または非置換C-C20アルキル、アリール、ヘテロアリール、C-Cシクロアルケニル、置換または非置換C-C20アルコキシ、アリールオキシ、C-C20アルキルアミン、アリールアミン、アルキルアリールアミン、C-C20シリル、アリールシリル及びアルキルアリールシリル、C-C20アルキルボラニル、アリールボラニル、アルキルアリールボラニル、C-C20アルキルチオまたはアリールチオである。好ましくは、X、YまたはZは、シアノ、ニトロ、メチル、エチル、イソプロピル、t-ブチル、メトキシ、エトキシ、プロポキシ、メチルチオ、イミダゾリル、ピリジル、チアゾリル、オキサゾリル、フラニル、チオフェニル、ピロリル、ピリジルまたはピリミジルである。
一般式I範囲内化合物の諸例は下記の化合物を含む。
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新規有機化合物の合成
一般式Iを満足する化合物は多段階化学反応で合成できる。前記化合物の合成は以下の実施例によって記述される。実施例に示すように、一部中間体化合物が先に合成され、その中間体化合物は相互に反応し、または、変形する。例証的な中間体化合物は以下に列挙する化合物101-123である。これら化合物において、“Br”は任意の他の反応性原子または作用基で置換できる。
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新規有機化合物の特性
有機EL素子は、他の諸物質の中の一つ以上の有機化合物から作られる。以下で詳細に議論されるように、有機EL素子に用いられる有機化合物は様々な機能を有し、その中には、発光、電極からのキャリア注入促進、注入されたキャリアの移送促進、不純物の活性化、発光効率向上などを含む。普通、一般式Iを満足させる有機化合物は本発明の一側面により、有機EL素子内で活用され、一つ以上の機能を行うことができる。
これに制限されるわけではないが、一般式Iを満足させる多くの化合物が発光物質として特に有用である。また、そのような多くの化合物がドーパント(活性添加物)と呼ばれる他の発光物質のホスト(賦活剤)として適している。発光ドーパントのホストはそれ自体の発光特性を有しなければならない。有機EL素子内ホスト物質はドーパントとエネルギー的に適合しなければならない。また、前記ホスト物質は有機EL素子内で電気的に安定でなければならない。
新規化合物の電界発光
都合のよいことには、一般式Iを満足させる多くの化合物が可視発光特性を示すのは、適切なエネルギーが加えられた時である。これら化合物は、一般に可視発光のためのエネルギーに相応する、伝導帯の最低エネルギー準位と価電子帯の最高エネルギー準位の差である帯域間隙を有する。都合のよいことに、前記一般式Iを満足させる化合物の帯域間隙は約1.8乃至約3.0eVの範囲である。都合のよいことに、一般式Iを満足する化合物は適切な電気エネルギーの印加時、一般に青緑色から赤色に至る様々な色の可視光を生成することができる。これら色に相応する帯域間隙は約2.8乃至約1.8eVである。前記発光化合物は以下で追加的に議論されるように一つ以上の適合した添加物を活性化できる。また、これら化合物は単独発光物質としてまたは他のホスト物質に対するドーパントとしてそれ自体で着色発光できる。
ドーパントとのエネルギーマッチング
ホスト物質及びドーパントは互いにエネルギー的に適合しなければならない。以下でより詳細に議論されるように、前記ホスト物質の帯域間隙は前記ドーパントの帯域間隙と同一であるかそれより大きいことが必要で、この時にドーパントが可視発光できる。また好ましいことは、前記ホストの帯域間隙が“少し”だけ大きく、比較対象をドーパントの帯域間隙とすることであって、以下で追加議論する。多くの化合物が、 一般式Iを満足しながら、都合よく発生する有色光は、変化範囲が青緑から遠赤外である。したがって、一般式Iを満足する化合物の中でホストまたはドーパントのための相異なる発色物質が選択できる。例えば、特定帯域間隙を有するドーパントが選択される場合、このドーパントとエネルギー的に適合できる一般式Iを満足する化合物を選択する。
有機EL素子としての新規化合物の安定性
有機EL素子内電界発光過程で、正孔及び電子は以下で議論されるように発光分子の周囲を移動して発光分子で再結合する。一部発光分子は他のものより電気的にさらに安定である。それほど安定でない発光分子の場合、発光分子で、または、その近くでの正孔と電子の反応は前記化合物を電気化学的に破壊または分解し、これは素子の駆動電圧の増加、発光輝度の急激な低下或いはこれら両者を招く。好ましくは、発光物質が、ホストまたはドーパントのどちらであっても、電気的に安定な化合物の中から選択される。本発明の一側面による新規有機化合物は以下の実施例を参照して議論されるように、顕著な電気的安定性を示す。
また、有機EL素子が高温に置かれると素子の安定性が低下することがあるので、有機EL素子内使用のための化合物の熱的安定性もやはり重要である。一般に、有機EL素子内で、有機化合物は無定形薄膜形態で存在する。前記無定形の化合物は温度がガラス転移温度以上に上昇すれば結晶化する。化合物の部分的結晶化は電界発光損失を招く。無定形フィルム内の結晶化は高温を伴う製造過程中に起こることがある。有機化合物の熱的結晶化を避けるために、化合物のガラス転移温度は薄膜が置かれる温度より高くなければならない。一般に、約120℃またはそれ以上のガラス転移温度を有する有機を化合物は有機EL素子内使用のために充分である。当業者にもよく分かるように、化合物のガラス転移温度はその融点と相関関係を有するので、融点がガラス転移温度の代わりに基準として用いられることもある。融点とガラス転移温度の関係は本願に参照として統合される Molecular Design for Nonpolymeric Organic Dye Glasses with Thermal Stability, J. Phys. Chem. 97, 6240-6248 (1993)に記載されている。都合のよいことに、一般式Iの多くの化合物が有機EL素子内使用に十分な融点を有する。好ましくは、一般式Iの化合物は約300℃またはそれ以上の融点を有したり、約120℃またはそれ以上のガラス転移温度を有し、より好ましくは融点は約350℃以上である。
新規化合物を用いる有機EL素子
本発明の他の側面は、既に述べた新規有機化合物を用いる有機EL素子である。上述のように、新規化合物は電界発光、正孔注入、正孔移送、電子移送及び電子注入のうちの一つ以上の特性を有する。有機EL技術に適した任意のその他の化合物と組み合わせて、本発明の一つ以上の新規有機化合物を用いて様々な有機EL素子が製作できる。
本発明による有機EL素子の様々な構造を、添付した図面を参照して議論する。図1乃至6は本発明によって製作できる有機EL素子の断面構造を描いたものである。これら図面において、同じ引用番号が構造の一部として、同様な層または部品のことを示すのに利用される。用語“層”は単一化合物または二つ以上の化合物を含む混合物の堆積物、被覆またはフィルムのことを意味する。これらの構成は本発明による有機EL素子の跡形が無いほどの変形ではないことを注目すべきである。
図示の有機EL素子には、基板1、陽極3、陰極15と一つ以上の層が陽極3と陰極15の間に位置して含まれる。都合のよいことに、前記一つ以上の介在層が含む少なくとも一つの化合物は一般式Iで表される。前記一つ以上の介在層には正孔注入層5、正孔移送層7、発光層9、電子移送層11、電子注入層13と幾つかの層が前述した諸層が有する二つ以上の機能を有して含まれる。
基板1(図1乃至6)が支持するのは、積層構造の有機EL素子10である。陽極3(図1-6)と陰極15(図1-6)が電気的に連結される電源17(図1-6)があるが、途中にスイッチ19(図1-6)があって制御器(図示せず)によって制御される。前記電源は、好ましくは、電流源である。正孔注入層5(図1-3)は陽極3から正孔移送層7(図1-5)内への正孔注入を促進させる。同様に、電子注入層13(図1及び4)は陰極15から電子移送層13内への電子注入を促進させる。正孔移送層7は陽極3及び/または正孔注入層5から発光層9(図1-6)に向かって正孔の移動を加速する。電子移送層11(図1、2、4及び5)は陰極15及び/または電子注入層13から発光層9(図1-6)に向かって電子の移動を加速する。
有機EL素子の作動
電圧を電極3と15の間に印加すれば、電子と正孔が陰極15と陽極3から介在層内に注入される。移動中の正孔及び電子が再結合する所は発光分子であり、発光層9内に位置していることが好ましい。再結合対の電子と正孔、つまり、励起子は再結合エネルギーを発光分子に供与するが、そこで再結合したのである。別の見方をすると、励起子が短い時間だけ動きまわり、再結合エネルギーを供与するのは他の有機発光、特に、小さい帯域間隙を有し、再結合位置に近いものである。供与されたエネルギーは発光分子の価電子を励起させるのに用いられ、そこでは電子が基底状態に戻る時に光子を發生する。
発光層
発光層9は、その中で電子と正孔の再結合過程による可視光放出に特別に寄与している層であるが、他の機能も有する。実施形態には例示していないが、発光層が有機EL素子内の分離した層として含まれないこともあり、この場合、発光物質がドーピングされた所で可視光が発生する。本発明の有機EL素子は、別個の発光層を含むことが好ましい。
単一物質で形成された発光層9を含む実施形態において、一般式Iを満足させる化合物が、都合のよいことに、発光層を形成する。他の場合には、一般式Iでない化合物が発光層9を形成し、 一般式Iの化合物の一つ以上が有機EL素子の一つ以上の他の層内で用いられる。
有機EL素子の発光層9は、単一発光化合物または二つ以上の物質の混合物で構成できる。二つ以上の化合物で形成された発光層9を含む実施形態で、大部分の内包化合物はホストと呼ばれ、他の化合物または他の化合物群はドーパントと呼ばれる。ホスト及び少なくとも一つのドーパントが共に発光性を持つことことが好ましい。ホスト及び少なくとも一つのドーパントが共に一般式Iの化合物群から選択される。代案として、ホストは一般式Iの化合物から選択され、ドーパントは一般式Iでない化合物から選択される。別の代案として、一般式Iでない化合物がホストとして用いられ、ドーパントを一般式Iの化合物群から選ぶことができる。好ましい実施形態において、ホスト物質が一つ以上のドーパントを伴って、一般式Iの化合物群から選択され、ドーパントが一般式Iを満足させる化合物かどうかは無関係である。
どの前記実施形態に対しても、一般式Iの化合物が含まれ、一般式IIのRと R乃至Rの各々は、それらが一般式IIではない場合に、好ましくは、水素、シアノ、ニトロ、置換または非置換C-C20アルキル、置換または非置換C-C10アルケニル、置換または非置換C-Cシクロアルキル、置換または非置換C-Cシクロアルケニル、置換または非置換アリール、置換または非置換ヘテロアリール、置換または非置換C-C20アルコキシ、置換または非置換アリールオキシ、置換または非置換C-C20アルキルアミン、置換または非置換アリールアミン、置換または非置換アルキルアリールアミン、置換または非置換C-C20アルキルシリル;置換または非置換アリールシリル;置換または非置換アルキルアリールシリル、置換または非置換C-C20アルキルボラニル、置換または非置換アリールボラニル、置換または非置換アルキルアリールボラニル、置換または非置換C-C20アルキルチオ、または置換または非置換アリールチオである。前述した基において、置換されたR-Rは、好ましくは、下記の各基で置換される:すなわち、シアノ;ニトロ;ホルミル;C-C20アルキル、つまり、メチル、エチルまたはプロピル;アリール、つまり、フェニル、ナフチル、ビフェニルまたはアントラセニル;ヘテロアリール、つまり、イミダゾリル、チアゾリル、オキサゾリル、チオフェニル、ピリジル、ピリミジルまたはピロリル;C-Cシクロアルケニル、つまり、シクロブテニルまたはシクロペンテニル、C-C20アルコキシ、つまり、メトキシ、エトキシ、プロポキシ;アリールオキシ、つまり、フェノキシまたはナフトキシ;C-C20アルキルアミン、つまり、メチルアミン、エチルアミンまたはプロピルアミン;アリールアミン、つまり、フェニルアミンまたはナフチルアミン;アルキルアリールアミン、つまり、メチルフェニルアミン、エチルフェニルアミンまたはエチルナフチルアミン;C-C20アルキルボラニル、つまり、ジメチルボラニル、ジエチルボラニルまたはジプロピルボラニル;アリールボラニル、つまり、ジフェニルボラニル、ジナフチルボラニルまたはフェニルナフチルボラニル;アルキルアリールボラニル、つまり、フェニルメチルボラニル、ナフチルメチルボラニルまたはナフチルエチルボラニル;C-C20アルキルシリル、つまり、トリメチルシリル、トリエチルシリルまたはトリプロピルシリル;アリールシリル、つまり、トリフェニルシリルまたはトリナフチルシリル;アルキルアリールシリル、つまり、ジメチルフェニルシリル、ジエチルフェニルシリルまたはジフェニルメチルシリル;C-C20アルキルチオ、つまり、メチルチオ、エチルチオ、プロピルチオまたはブチルチオ;及びアリールチオ、フェニルチオまたはナフチルチオである。一般式Iを満足する化合物は、化合物1乃至96、好ましくは化合物1乃至36、より好ましくは化合物4、12、14、19、21、23、25、17及び29から選択される。
前述した実施形態の何れかに対して、当業者が理解するであろうことは、一般式Iでない化合物を、単独または一つ以上の他の化合物と共に発光層9の内部で使用できることである。例えば、発光層9の内部で使用するために、一般式Iでない発光化合物は、Alqを含む8-ヒドロキシキノリン金属錯体;カルバゾール化合物及びその誘導体;二量化されたスチリル化合物(米国特許第5,366,811);BAlq(米国特許第5,150,006);10-ヒドロキシベンゾ[h]キノリン-金属錯体(米国特許第5,529,853);2-(2´-ヒドロキシ-5´メチルフェニル)ベンゾトリアゾール金属錯体(米国特許第5,486,406);ベンゾキサゾール、ベンズチアゾール、ベンズイミダゾール及びその誘導体(米国特許第5,645,948);ポリ(p-フェニレンビニレン)及びその誘導体(Conjugated Polymers as Solid-State Laser Materials, Synthetic Metals 91, 35 (1997); and Low Voltage Operation of Large Area Polymer LEDs, Synthetic Metals 91, 109 (1997));スピロ化合物(米国特許第5,840,217);ポリフルオレン、ルブレンなどを含む。引用された文献及び特許は本願に参照として統合される。
ドーパント
本発明の有機EL素子は、ドーパントの有無に拘わらず構成できる。ドーパントは導入されて発光効率を向上させ、発色を調節し、及び/または非-蛍光性ホストを含む層から単純に発光する。ドーパントは発光層9及び一つ以上の他の層5、7、11及び13に添加できる。二つ以上の発光物質がこれら層内の様々な目的のためにドーピングできる。また、本発明の有機EL素子の一つの実施形態で、発光層9は存在しなくてもよい。そのような構成で、一つ以上の発光ドーパントが一つ以上の層5、7、11または13内に必然的にに導入されて、そこから可視光を發生する。
一般に、発光層9のためのドーパントは、ホスト物質より高い量子効率を有する発光物質群から選択される。好ましいのは、ドーパントの持つ量子収率が、低濃度システムで、“1”に近いことである。これの意味することは、励起子から受けとったエネルギーの大部分が発光に寄与するが、発熱のような他の形態で放出されるのではないことである。また、ドーパントは、ホスト物質とエネルギー的に適合するように選択される。励起子の知識によると、傾向として、持っているエネルギーを供与する相手は、再結合点近くの諸物質のうち、小さい帯域間隙の物質である;したがって、ドーパントは、都合のよいことに、ホスト物質より小さい帯域間隙を有する発光物質から選択される。ドーパントとホスト物質のマッチングによって、再結合がホスト分子内で起こり、生じた励起子のエネルギーがドーパントに与えられる。このような場合、可視光がドーパント分子から放出される。また、励起子のエネルギーが他のドーパントに与えられて、そこで発光する。
また、ドーパントは、なるべく、ホスト物質より僅かに小さい帯域間隙を持つ発光物質から選択する。ホストとドーパント分子の間の相対的に小さい帯域間隙の差は、ホスト分子からドーパント分子へのエネルギー供与の効率を高める。非効率的なエネルギー供与では、例えば、一部ホストが再結合エネルギーをドーパントに供与せずに自身の光を発すると同時に、ドーパントも他のホストからエネルギーの供与を受けて発光する。得られる光はホスト色とドーパント色の混合物であり、普通は、フルカラーディスプレイの製作に好ましくない。したがって、ドーパントが決定すると、ホストはドーパントより僅かに大きい帯域間隙を有する化合物群から選択され、反対の場合も同様である。ドーパントの帯域間隙は、ホストの帯域間隙値の約60から100%までのどの値でもよく、なるべくなら、約80から100%にする。
一つの実施形態ではく、ドーパントは一般式Iを満足する化合物から選択され、ホストが一般式Iの化合物であるかどうかとは関係しない。好ましくは、ドーパントは化合物1乃至96から選ばれ、より好ましくは化合物1乃至36で一般式Iでないドーパントと共にまたは単独である。もう一つの実施形態では、ドーパントは一般式Iでない化合物から選択され、ホストが一般式Iの化合物であるかどうかと関係しない。ドーパントが一般式Iの化合物でも、一般式Iではない化合物でも、 蛍光性または燐光性を有することが好ましい。好ましいのは、ドーパントが燐光性物質で、蛍光性物質内で用いられない三重項エネルギーをいわゆる“三重項から一重項遷移"の内部過程によって光に転換させることである。三重項から一重項遷移の概説はNature (403,6771, 2000, 750-753)に見出すことができ、これは本願に参照として統合される。
好ましい実施形態では、ドーパントは一般式Iではない発光化合物であるが、ホストは一般式Iの化合物である。ドーパントが決定されれば、ホストに選ばれるのは、 一般式Iの化合物で、先に議論したように適合した帯域間隙を有する 。当業者が理解するように、一般式Iではない化合物が、発光層9または他の層3、5、7、11及び13内で、ドーパントとして使用できる。一般式Iでないドーピング物質の例は、BCzVBiまたは2,2´-([1,1´-ビフェニル]-4,4´-ジイルジ-2,1-エテンジイル)ビス[9-エチル-9H-カルバゾール、ペリレン、ルブレン、DCJTBまたは2-(1,1-ジメチルエチル)-6-[2-(2、3、6,7-テトラヒドロ-1,1,7,7-テトラメチル-1H、5H-ベンゾ[ij]キノリジン-9-イル)エテニル]-4H-ピラン-4-イリデン]-プロパンジニトリル、キナクリドン及びその誘導体、クマリン及びその誘導体、ナイルレッド、DCM1または2-[2-[4-(ジエチルアミノ)フェニル]エテニル]-6-メチル-4H-ピラン-4-イリデン]-プロパンジニトリル、DCM2または2-メチル-6-[2(-2,3,6,7-テトラヒドロ-1H、5H-ベンゾ[ij]キノリジン-9-イル)エテニル]-4H-ピラン-4-イリデン]-プロパンジニトリル、テトラジフェニルアミノピリミド-ピリミジン、ピリジノチアジアゾールなどであり、化合物201乃至220を含むが、これに制限されない。
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ドーパントとして使うための例示的及び付加的な物質の一部は、燐光性か蛍光性で、米国特許第6,020,078号;第5,059,863号;第6,312,836 B1号;第4,736,032号;第5,432,014号;第5,227,252号;及び第6,020,078号;ヨーロッパ特許公報1 087 006 A1;日本特開平6-2240243 A、6-9952 A、7-166160 A、6-240243 A、6-306357 A、6−9952A、6−240243及び7-166160 A; High efficiency organic electrophosphorescent devices with tris(2-phenylpyridine)iridium doped into electron-transporting materials, C. Adachi, M. A. Baldo, and S. R. Forrest, Applied Physics Letter, 77, 904, 2000; High efficiency red electrophosphorescence devices, C. Adachi, M. A. Baldo, S. R. Forrest, S. Lamansky, M. E. Thompsom, and R. C. Kwong, Applied Physics Letter, 78, 1622, 2001; Organic Light-Emitting Devices With Saturated Red Emission Using 6,13-Diphenylpentacene, Appl. Phys. Lett. 78, 2378 (2001); Photoluminescence and Electroluminescence Properties of Dye-Doped Polymer System, Synthetic Metals 91, 335 (1997); Fabrication of Highly Efficient Organic Electroluminescent Devices, Appl. Phys. Lett. 73, 2721 (1998); Organic Electroluminescent Devices Doped With Condensed Polycyclic Aromatic Compounds, Synthetic Metals 91, 27 (1997); Bright Blue Electroluminescent Devices Utilizing Poly (N-Vinylcarbazole) Doped With Fluorescent Dye, Synthetic Metals 91, 331 (1997); Doped Organic Electroluminescent Devices With Improved Stability, Appl. Phys. Lett. 70, 1665 (1997); Stability Characteristics Of Quinacridone and Coumarine Molecules as Guest Dopnats in The Organic Leds, Synthetic Metals 91, 15 (1997); Strongly Modified Emission From Organic Electroluminescent Device With a Microcavity, Synthetic Metals 91, 49 (1997); Organic Light-Emitting Diodes Using a Gallium Complex, Appl. Phys. Lett. 72, 1939 (1998); Orange and Red Orgnanic Light-Emitting Devices Using Aluminum Tris (5-Hydroxyquinoxaline), Synthetic Metals 91, 217 (1997); Synthesis and Characterization of Phosphorescent Cyclometalated Iridium Complexes, Inorg. Chem. 40, 1704 (2001); Highly Phosphorescent Bis-Cyclometalated Iridium Complexes, J. Am. Chem. Soc. 123, 4304, (2001); High Quantum Efficiency in Organic Light-Emitting Devices with Iridium-Complex as Triplet Emissive Center, Jpn. J. Appl. Phys. 38, L1502 (1999); Optimization of Emitting Efficiency in Organic LED Cells Using Ir Complex, Synthetic Metals 122, 203 (2001); Operating lifetime of phosphorescent organic light emitting devices, Appl. Phys. Lett. 76, 2493 (2000); High-Efficiency Red Electrophosphorescence Devices, Appl. Phys. Lett. 78, 1622 (2001); Very High-Efficiency Green Organic Light-Emitting Devices Based on Electrophosphorescence, Appl. Phys. Lett. 75, 4 (1999); Highly-Efficient Organic Electrophosphorescent Devices With Tris(2-Phenylpyridine)Iridium Doped Into Electron-Transporting Materials, Appl. Phys. Lett. 77, 904 (2000); and Improved Energy Transfer In Electrophosphorescent Devices Appl. Phys. Lett. 74,442(1999)、に開示されており、これら文献全てが本願に参照として統合される。
基板
図面が示す基板1は陽極3の前記面に置かれるが、これと異なって、基板1が陰極15の前記面に置かれてもよい。いずれの場合でも、基板1提供する支持体の上に積層構造の有機EL素子が、製造期間中は継続して、組立て可能である 。また、基板1は有機EL素子の構成のための保護層として機能する。したがって、基板1のための物質は有機EL素子の製造過程条件及び用途を耐えられる物質から選択される。当業者であれば何の物質が前記条件に基づいた要求条件を充足させられるかが分かる。
一部有機EL素子の構成において、例えば、介在層5、7、9、11及び13のうちの一つ以上の層から放出された光が基板1を通過する。そのような構成で、基板1は都合のよいことに透明物質で形成されていて、可視光が発光層9から放出されてこれを通過できる。基板1のために用いられる透明物質は、たとえば、ガラス、石英及びその他の適切な天然または人工物質を含む。好ましくは、ガラスが基板1のために用いられる。有機EL素子の他の構造において、例えば、陰極15を通じてまたは基板1を通らない他の方向に発光することができる。そのような構成で、基板1は都合のよいことにその上に陽極3を形成するための熱力学的及び機械的要求条件を充足させる高-反射性の物質で形成される。例えば、半導体ウエハー、金属酸化物、セラミック物質及び不透明プラスチックが基板1として用いられる。反射性物質を塗布された透明基板も使用できる。
陽極
陽極3は導電性電極で有って、 電気的に電源17に連結されている。例示していないが、陽極3は各種物質の多重層で構成できる。陽極3の厚さは用いられる物質及び層状構造によって変化する。しかし、陽極3は都合のよいことに約10乃至約1000nm、好ましくは約10乃至約500nmである。
陽極3が要求する比較的大きい仕事関数は、正孔注入を助けるものである。都合のよいことに、陽極3に用いる物質の仕事関数は約4eV以上である。例えば、陽極3に用いられる導電性物質には、炭素;アルミニウム、バナジウム、クロム、銅、亜鉛、銀、金、類似金属及び前述した金属の合金;亜鉛酸化物、インジウム酸化物、インジウム錫酸化物(ITO)、インジウム亜鉛酸化物及び類似の錫酸化物または錫酸化物インジウム基錯化合物; 酸化物及び金属の混合物、例えばZnO:Al、SnO:Sb;及び導電性ポリマー群、例えばポリ(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]、ポリピロール及びポリアニリンを含む。透明または不透明物質が陽極3材料として、有機EL素子内の光路構成に応じて選択できるが、先の議論に関係する基板1用材料と関連している。出来るならば、陽極3をITOで形成する。当業者に理解できることは、他の物質の陽極3内での使用可能性、及び、適切な陽極物質の選択である。
陰極
陰極15はまた、電源17に電気的に連結された導電性電極である。例示していないが、陰極15は各種物質の多重層で形成できる。陰極15の厚さは用いられる物質及びその層状構造によって変化する。しかし、陰極15は一般に約1乃至約10,000nm、約5nm乃至約5,000nmで積層される。
陰極15が要求する比較的小さい仕事関数は、電子注入を助けるものである。都合のよいことに、陰極15用材料の仕事関数は約4eV以下である。例えば、陰極15として用いられる導電性物質には、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、錫、鉛、類似金属及び前述した金属の合金を含む。多重層陰極物質にはLiF/Al及びLiO/Alを含む。出来るならば、陰極15はアルミニウム-リチウム合金、LiF/AlまたはLiO/Alで形成する。透明または不透明物質が先に議論した有機EL素子内光路構成に応じて陰極15として用いられる。当業者であれば陰極15内で使用できる他の物質及び適切な陰極物質が分かる。
正孔注入層
正孔注入層5は素子に印加される弱い電界において多数の正孔を陽極3から注入させる機能を有する。正孔注入層5は、都合のよいことに、陽極層3と正孔移送層7の間の界面電界強度が十分に強くない場合に形成される。また、正孔注入層5は、陽極物質の仕事関数が、その近隣層7、9、11または13に用いた物質の最高被占軌道(HOMO)準位に対し、著しく異なる場合に形成されることがある。正孔注入層5は正孔注入における電位障壁を効果的に減少させて、結果的に有機EL素子の駆動電圧を減少させる。正孔注入物質のHOMO準位は、都合のよいことに、陽極3の仕事関数と他の近隣層9、11または13のHOMO準位の間にあるが、そこに制限されない。都合のよいことに、正孔注入層5に用いる化合物のHOMO準位は負電位で約4.0eVから約6.0eVの範囲である。また、正孔注入物質は有機EL素子の構成が基板1を通じた光放射を許す場合、透明であるのが好ましい。他の構成で、正孔注入物質は都合のよいことに不透明である。
有機EL素子の一つの実施形態によると、正孔注入層5は一般式Iを満足させる一つ以上の有機化合物で形成できる。このような実施形態で、一般式Iで示されない一つ以上の化合物(一般式Iでない化合物)を添加できる。他の有機EL素子の実施形態では、一つ以上の一般式Iの化合物が素子の一つ以上の層内で用いられ、一つ以上の一般式Iでない化合物が正孔注入層5を形成する。当業者であれば正孔注入層5内で使用できる一般式Iでない化合物及び適切な物質の選択が分かる。
一般式Iでないが、正孔注入層5内で使用できる化合物には、例えば、金属ポルフィリン(米国特許第4,720,432号及び第4,356,429号);オリゴチオフェン(米国特許第5,540,999);アリールアミン及びその誘導体(米国特許第5,256,945号、5,609,970号及び第6,074,734号、更に、日本の未審査特許公報1999-219788及び1996-269445); ヘキサニトリルヘキサアザトリフェニレン; 導電性ポリマー例えばポリアニリン誘導体、酸性ドーパントを伴う又は伴わないポリチオフェン; キナクリドン誘導体;ペリレン誘導体(米国特許第5,998、803号);及びアントラキノン(日本未審査特許公報第2000-058267号)を含む。引用された米国特許及び日本特許公報は本願に参照として統合される。
正孔移送層
正孔移送層7の機能は、正孔を、出発点の正孔注入層5または陽極3(正孔注入層5が無い時)から到着点の発光層9または発光物質添加済み領域に向かって円滑に移動させることである。出来れば、正孔移送層7での使用に適した物質はその中に高い正孔移動度を有する物質である。化合物内での高い正孔移動度は、有機EL素子の駆動電圧を減少させるが、その理由は、高い正孔移動度を有する化合物内の正孔が低い電位差で移動する傾向にある。都合のよいことに、正孔移送層7内で使用する化合物の 正孔移動度は約1X10-7cm/Vs以上である。都合のよいことに、正孔移送層7の機能は、電子が陰極15の前記面上にある近隣層9、11または13からその中へ移動することを抑制する。低い電子移動度を有する物質が好ましい。この構成では、別個の正孔注入層が無く(図4)、正孔移送層7の機能は正孔注入と正孔移送の両方である。このような場合、先に議論した正孔注入特性を有する物質が好ましい。
本発明の有機EL素子の一つの実施形態によると、正孔移送層7は、一般式Iを満足する一つ以上の化合物で形成される。この実施形態において、一般式Iで表されない一つ以上の化合物(一般式Iでない化合物)を追加できる。有機EL素子の他の実施形態で、 一般式Iの一つ以上の化合物が、 素子の他の一つ以上の層に用いられ、その一方で、 一般式Iでない一つ以上の化合物が正孔移送層7を形成する。正孔移送層7内で用いられる一般式Iでない化合物には、例えば、アリールアミン誘導体、共役ポリマー、共役又は非-共役反復単位を有するブロック共重合体などを含む。都合のよいことに、アリールアミン誘導体、4,4´-ビス[N-(1-ナフチル)-N-フェニルアミノ]ビフェニル(NPB)が正孔移送層7として用いられる。当業者であれば正孔移送層7内で使用可能な一般式Iでない化合物及びその適切な選択を理解できる。
電子移送層
電子移送層11は電子注入層13または陰極15(電子注入層13が無い時)から発光層9または発光物質添加済み領域に向かって電子を注入させる傾向がある物質を含む。前記物質が電子注入層13のための要求条件を満たせば、電子移送及び注入の両機能が図2に示すように単一層内で結合できる。
出来れば、高い電子移動度を有する化合物が電子移送物質として用いられるが、その理由は、高い電子移動度が、その化合物を使っている有機EL素子の駆動電圧を減少させるためである。高い電子移動度を有する化合物内に注入された電子は、低い電位差で動く傾向がある。都合のよいことに、約1x10-7cm/Vs以上の電子移動度を有する化合物は、電子移送のために使用できる。出来れば、電子移送層11には、正孔がその中へ移動することを抑制する機能を持たせる。低い正孔移動度を有する物質が好まれる。約1x10-3cm/Vs以下の正孔移動度を有する化合物が好まれる。キャリア移動度に対する一般的議論はElectron Mobility in Tris(8-hydroxy-quinoline)aluminum Thin Films Determined via Transient Electroluminescence From Single- and Multiple-Layer Organic Light-Emitting Diodes, J. Appl. Phys., Vol 89, 3712 (2001); Transient Electroluminescence Measurements on Organic Heterolayer Light Emitting Diodes, Synthetic Metals 111-112, 91 (2000); and Organic Electroluminescence of Silole-Incorporated Polysilane, Journal of Liminescence 87-89, 1174(2000), でさがすことができ、前記文献は本願に参照として統合される。
本発明の有機EL素子の一つの形態によると、電子移送層11は 一般式Iを満足する一つ以上の化合物で形成される。一般式Iで示されない化合物(一般式Iでない化合物)が一つ以上添加できる。有機EL素子の他の形態では、一般式Iの一つ以上の化合物が有機EL素子の一つ以上の他の層内で用いられ、その一方で、一般式Iでない一つ以上の化合物が電子移送層11を形成する。当業者であれば電子移送層11内で使用可能な一般式Iでない化合物及び適切な材料選択を理解する。
電子移送層11内で使用可能な一般式Iでない化合物には、例えば、8-ヒドロキシキノリンのアルミニウム錯体;Alqを含む有機金属錯体化合物(米国特許第5,061,569及び米国特許出願第09/540837);有機ラジカル化合物(米国特許第5,811,833);ヒドロキシフラボン-金属錯体(米国特許第5,817,431号及び第5,516,577号、日本未審査特許公報2001-076879,2001-123157及び1998-017860,並びOrganic Light-emitting Diodes using 3- or 5-hydroxyflavone-metal Complexes, Appl. Phys. Lett. 71 (23), 3338 (1997).)を含み、前記引用文献は本願に参照として統合される。
電子注入層
電子注入層13は、一般に、素子に印加された低い電界において陰極15から多数の電子を注入させる。電子注入層13は、陰極15の仕事関数が他の近隣層5、7、9または11の最低空軌道(LUMO)と著しく異なる場合に備えられることがある。エネルギー準位の大差は電子注入に対する電位障壁として作用する。電子注入層は、この電位障壁を減少させて素子内の電子注入を促進させる。電子注入層13はまた、近隣層5、7、9または11内において発生した励起子が陰極層15に向かって移動することを防止するためにも付加されることがある。代案的にまたは付加的に、電子注入層13は、陰極層15の形成時に近隣層5、7、9または11の損傷を避けるために備えられる。電子注入物質のLUMO準位は、都合のよいことに、陰極物質の仕事関数と他の近隣層5、7、9または11のLUMO準位との間に位置し、出来れば、これらの中央近くに位置させる。都合のよいことに、電子注入のために用いる化合物のLUMO準位は負電位で約2.5eVから約4.0eVの範囲にある。また、電子注入層13は、陰極層15との強く繋がることが要求される。
本発明の有機EL素子の一つの実施形態によると、電子注入層13は、一般式Iの一つ以上の化合物で形成できる。一般式Iでない一つ以上の化合物が添加できる。有機EL素子の他の形態では、一般式Iの一つ以上の化合物が有機EL素子の他の一つ以上の層内で用いられ、その一方で、一般式Iでない一つ以上の化合物が電子注入層13を形成する。当業者であれば電子注入層13内で使用可能な一般式Iでない化合物及びその適切な選択が分かる。
電子注入層13内で使用可能な一般式Iでない化合物には、例えば、8-ヒドロキシキノリンのアルミニウム錯体、Alqを含む有機金属錯体化合物、有機ラジカル化合物(米国特許第5,811,833);3-または5-ヒドロキシフラボン-金属錯体(Organic Light-emitting Diodes using 3- or 5-hydroxyflavone-metal Complexes, Appl. Phys. Lett. 71 (23), 3338 (1997));日本未審査特許公報2001-076879,2001-123157及び1998-017860に開示された電子注入化合物;ポリ(p-フェニレンエチレン)、ポリ(トリフェニルジアミン)、及びスピロキノキサリン(Polymeric Light-Emitting Diodes Based on Poly(p-phenyleneethylene), Poly(triphenyldiamine), and Spiroquinoxaline, Adv. Funct. Mater. 11, 41, (2001)); the electron-injecting compounds disclosed in High-efficiency oligothiophene-based light-emitting diodes, Appl. Phys. Lett. 75, 439 (1999))に開示された電子注入化合物; Modifiede Oligothiophenes with High Photo-and Electroluminescence Efficiencies, Adv. Mater. 11, 1375 (1999)に開示された電子注入化合物を含む。前記引用文献は本願に参照として統合される。
素子の製作
本発明の有機EL素子の様々な層が形成出来るように用いる何らかの公知のフィルム形成技術には、物理蒸着(PVD)、化学蒸着(CVD)、スピンコーティング、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、ロールコーティングが含まれる。これらの技術は一般的に下記の出版物に記述されており、これは本願に参照として統合される:Applied Physics Letters, 73, 18, 1998, 2561-2563 Applied Physics Letters, 78, 24, 2001, 3905-3907.]。
都合のよいことに、一般式Iを満足する一つ以上の化合物を含む層はPVD、CVD、スピンコーティング、インクジェットプリンティングを利用して支持体上に形成できる。好ましくは、一般式Iの化合物を一つ以上含有する層はPVD、スピンコーティングまたはインクジェットプリンティング、より好ましくは、PVDを利用して製造される。スピンコーティングまたはインクジェットプリンティングは、一般式Iを満足し、一つ以上のC-C20直鎖を有する化合物を一つ以上含む層の形成に、好んで用いられる。一般式Iでない化合物の層に関して、当業者であれば各化合物に適した技術を知っている。
本発明の様々な側面と特徴は、一般式Iを満足する化合物群、それらの合成、この化合物群を含む有機EL素子及び素子の製作を含み、 実施例を参照して更に議論される。下記の実施例は本発明の様々な側面及び特徴を示すためのものであるが、本発明の範囲を制限するものではない。
合成例
合成例1:化合物101の合成
2,6-ジアミノアントラキノン(23.8g、100mmol)を48wt%の臭化水素水溶液に分散させた。亜硝酸ナトリウム(NaNO,14.1g、204mmol)を-20℃で前記混合物に徐々に加え、窒素ガスを放出させた。ガス放出が完了した後、48wt%の臭素化水素水溶液(63mL)に溶解した臭化銅(CuBr,29.5g、206mmol)溶液を、少量のエタノール(50mL)と共に、前記混合物に徐々に加えた。得られた混合物の温度を徐々に上昇させた後、混合物を徐々に還流させた。得た物を室温に冷却させて水で希釈した。混合物内の沈殿物を吸引ろ過し、水で洗浄して真空乾燥した。乾燥させた沈殿物をクロロホルムに溶解し、シリカゲルの短いカラムを通した後、減圧下で濃縮させた。カラムクロマトグラフィによる精製とクロロホルムからの再結晶とで、化合物101(10.0g、27%)を収得した。この化合物の分析結果は:1H NMR(300MHz、CDCl)、8.44(d、J=2.1Hz、2H)、8.18(d、J=8.0Hz、2H)、7.95(dd、J=2.1,8.0Hz、2H)。
合成例2:化合物102の合成
2-ブロモビフェニル(8.83mL、51.2mmol)を窒素雰囲気下の室温で乾燥テトラヒドロフラン(THF、200mL)に溶解した。この溶液を冷却浴で零下78℃に冷却した。t-ブチルリチウム(60mL、1.7Mペンタン溶液)を零下78℃でこの溶液に徐々に加え、得られた混合物を同一温度で約40分間攪拌した。次に、化合物101(7.50g、20.5mmol)を同一温度でこの混合物に加えた。冷却浴を除去して、この混合物を室温で約15時間攪拌した。その後、この混合物にジエチルエーテル(200mL)と2N塩酸(200mL)を加えて反応を止め室温で約40分間攪拌した。沈殿物を吸引ろ過し、水とエチルエーテルで洗浄した。得られた物を乾燥して化合物102(11.8g、85%)を収得した。
合成例3:化合物103の合成
化合物102(4.00g、5.93mmol)、ヨウ化カリウム(9.85g、59.3mmol)及び次亜リン酸ナトリウム水和物(10.4g、98.0mmol)の混合物を、酢酸(80mL)とオルト-ジクロロベンゼン(600mL)の混合液の中で還流した。得られた混合物を室温に冷却した。その後、この混合物をクロロホルムで抽出し、硫酸マグネシウム上で乾燥し、減圧下で濃縮した。濃縮された固体をクロロホルムに溶解し、短いシリカゲル・カラムを通過させて減圧下で濃縮させた。この固体をn-ヘキサンに分散させ、攪拌・ろ過した後、真空乾燥して収得した化合物103(3.30g、87%)は淡黄色であった。この化合物の分析結果は次の通りである: m.p. 478.1℃; H NMR (300 MHz, CDCl) 7.92 (d, J = 7.6 Hz, 4H), 7.46 (t, J = 8.0 Hz, 4H), 7.33 (t, J = 7.4 Hz, 4H), 7.21 (d, J = 7.6 Hz, 4H), 6.88 (dd, J = 2.1, 8.6 Hz, 2H), 6.47 (d, J = 2.1 Hz, 2H), 6.22 (d, J = 8.6 Hz, 2H); MS (M+) 636; Anal. Calc’d. for C38H22Br: C, 71.50; H, 3.47; Br, 25.03. Found: C, 71.90; H, 3.40; Br, 25.7。
合成例4:化合物104の合成
臭化銅(CuBr,17.9g、80.0mmol)及びt-ブチル亜硝酸塩(12mL、101mmol)をアセトニトリル(250mL)内に65℃で分散させ、分散混合物を攪拌した。この混合物に、2-アミノアントラキノン(15.0g、67.2mmol)を約5分間かけて徐々に滴下し、窒素ガスを放出させた。ガス放出完了後、この混合物を室温まで冷却し、20%塩酸(1000mL)を加えて反応を止め、ジクロロメタンで抽出した。有機抽出物を硫酸マグネシウムで乾燥し、減圧下で濃縮させた。カラムクロマトグラフィ(ジクロロメタン/n-ヘキサン=4/1)で精製して化合物104(14.5g、75%)を収得した。この化合物の分析結果は次の通りである: m.p. 207.5℃; H NMR (500 MHz, CDCl), 8.43 (d, J = 1.8 Hz, 1H), 8.30 (m, 2H), 8.17 (d, J = 8.3 Hz, 1H), 7.91 (dd, J = 1.8, 8.3 Hz, 1H), 7.82 (m, 2H); MS (M+) 286; Anal. Calc’d. for C14HBrO: C, 58.57; H, 2.46; Br, 27.83; O, 11.14. Found: C, 58.88; H, 2.39; Br, 27.80; O, 10.93。
合成例5:化合物105の合成
2-ブロモビフェニル(9.0mL、52mmol)を室温の窒素雰囲気下で乾燥テトラヒドロフラン(100mL)に溶解させた。この溶液を冷却浴で零下78℃に冷却させ、t-ブチルリチウム(40mL、1.7Mペンタン溶液)を徐々に加えた。同一温度で1時間攪拌した後、この混合物に化合物104(4.9g、17mmol)を加えた。冷却浴を除去し、この混合物を室温で約3時間攪拌した。この混合物に塩化アンモニウム水溶液を加えた後、これを塩化メチレンで抽出した。有機抽出物を硫酸マグネシウム上で乾燥して減圧下で濃縮させた。濃縮された固体をエタノール に分散させ、1時間攪拌して吸引ろ過した後、エタノールで洗浄した。乾燥後、化合物105(9.50g、94%)を収得した。
合成例6:化合物106の合成
化合物105(6.00g、10.1mmol)を窒素雰囲気下で300mLの酢酸に分散させた。ヨウ化カリウム(16.8g、101mmol)及び次亜リン酸ナトリウム水和物(17.7g、167mmol)を加えた。得られた混合物を3時間沸騰させながら攪拌した。室温まで冷却した後、この混合物をろ過して水とメタノールで洗浄し、真空乾燥して収得した化合物106(5.0g、88%)は淡黄色であった。
合成例7:化合物107の合成
化合物105(9.5g、16mmol)を酢酸100mLに分散させた。この分散液に濃硫酸5滴を加えた。この混合物を3時間還流した後、室温まで冷却した。沈殿物をろ過し、酢酸で洗浄してから、水とエタノールで順次洗浄した。乾燥後、この固体を昇華によって精製し、収得した化合物107(8.0g、89%)は白色の固状体であった。
合成例8:化合物108の合成
化合物107(10.0g、17.9mmol)を室温の窒素雰囲気下で、150mLの乾燥THFに完全に溶解した。この溶液を冷却浴で零下78℃に冷却し、t-ブチルリチウム(31.5mL、1.7Mペンタン溶液)を徐々に加えた。この混合物を同一温度で1時間攪拌し、これにトリメチルボレート(8mL、71.5mmol)。その後、冷却浴を除去し、得られた混合物を室温で3時間攪拌した。この混合物に2N塩酸溶液(100mL)を加えて反応を止め室温で1.5時間攪拌した。沈殿物をろ過し、水とジエチルエーテルで順次洗浄し、真空で乾燥した。乾燥後、粗生成物をジエチルエーテル に分散させ、2時間攪拌して、ろ過、及び乾燥して収得した化合物108(7.6g、81%)は白色であった。
合成例9:化合物109の合成
2-ブロモナフタレン(11.0g、53.1mmol)を室温の窒素雰囲気下で乾燥テトラヒドロフラン(100mL)に溶解した。この溶液を冷却浴で零下78℃に冷却し、t-ブチルリチウム(47.0mL、1.7ペンタン溶液)を徐々に加えた。この混合物を同一温度で約1時間攪拌し、化合物104(6.31g、22.0mmol)を同一温度で加えた。次に、冷却浴を除去し、この混合物を室温で約3時間攪拌した。攪拌された混合物に、塩化アンモニウム水溶液を加えた。得られた混合物を塩化メチレンで抽出した。前記有機抽出物を硫酸マグネシウム上で乾燥して減圧下で濃縮した。粗生成物をジエチルエーテルに溶解した後、石油エーテルを加えた。この混合物を数時間攪拌して固体化合物を収得した。この固体をろ過し真空乾燥して、ジナフチルジアルコール(11.2g、93%)を収得した。前記ジナフチルジアルコール(11.2g、20.5mmol)を窒素雰囲気下で600mLの酢酸に分散させ、これにヨウ化カリウム(34.2g、206mmol)及び次亜リン酸ナトリウム水和物(36.0g、340mmol)を加えた。得られた混合物を約3時間沸騰させながら攪拌した。室温まで冷却した後、この混合物をろ過して水とメタノールで洗浄し、真空乾燥して収得した化合物109(10.1g、96%)は淡黄色であった。
合成例10:化合物110の合成
トルエン(100mL)と水(50mL)の混合物内の2-ブロモチオフェン(8.42g、51.6mmol)、フェニルホウ酸(9.44g、77.4mmol)及び炭酸ナトリウム(16.4g、155mmol)の懸濁液に、テトラキス(トリフェニルフォスフィン)パラジウム(1.80g、1.55mmol)を加えた。この混合物を還流しながら約24時間攪拌した。次に、混合物を室温まで冷却させ、1N塩酸(100mL)を加えた。この混合物から有機層を分離した。水溶液層をエチルアセテート(3x100mL)で抽出した。一緒にした有機抽出物を硫酸マグネシウム上で乾燥して真空で濃縮させた。カラムクロマトグラフィによって精製して化合物110(6.27g、76%)を白色固体で収得した。この化合物の分析結果は次の通りである: H NMR (300 MHz, CDCl), 7.60 (m, 2H), 7.44-7.23 (m, 5H), 7.05 (m, 1H); MS (M+H) 161。
合成例11:化合物111の合成
クロロホルム(80mL)と酢酸(80mL)の混合物内化合物110(5.00g、31.2mmol)の溶液に、N-ブロモこはく酸イミド(5.60g、31.2mmol)を0℃で加えた。次に、この混合物を60℃に加熱して同一温度で約1時間攪拌した。次いで、この混合物を室温に冷却して約24時間攪拌した。その後、この混合物に水酸化カリウム水溶液を加えてクロロホルムで抽出した。有機層を硫酸マグネシウム上で乾燥して真空内濃縮させた。エタノールから再結晶化して精製し、化合物11(3.66g、49%)を得た:C50H29BrNに対するMS(M+)計算値238、実測値238。
合成例12:化合物112の合成
乾燥THF(50mL)内化合物111溶液に、窒素雰囲気下の零下78℃でn-BuLi(2.5Mヘキサン溶液内8.4mL)を滴下した。混合物を約1時間攪拌した後、トリメチルボレート(2.40mL、20.9mmol)を零下78℃で滴下した。約30分後、冷却浴を除去し、混合物を室温で約3時間攪拌した。この混合物に1N HCl(100ml)を加えてエチルアセテートで抽出した。有機層を硫酸マグネシウム上で乾燥して真空濃縮させた。生成物を石油エーテル内スラリー化し、吸引ろ過して乾燥して化合物112(1.04g、48.8%)を収得した。
合成例13:化合物113の合成
化合物111(1.00g、4.18mmol)を窒素雰囲気下室温で乾燥テトラヒドロフラン(30mL)に溶解した。この溶液を冷却浴内で零下78℃に冷却し、この溶液にt-ブチルリチウム(3.3mL、1.7Mペンタン溶液)を同一温度で徐々に加えた。この混合物を同一温度で約1時間攪拌し、化合物104(0.4g、1.4mmol)を加えた。零下78℃で30分間攪拌した後、冷却浴を除去して混合物を室温で約3時間追加的に攪拌した。この混合物を1N HCl(50ml)を加えて、ジエチルエーテルで抽出した。有機層を硫酸マグネシウム上で乾燥して真空内濃縮させた。生成物を石油エーテル内でスラリー化し、吸引ろ過して乾燥し化合物113(0.70g、82%)を収得した。
合成例14:化合物114の合成
化合物113(0.71g、1.15mmol)を窒素雰囲気下で15mLの酢酸に分散させた。この分散液にヨウ化カリウム(1.91g、11.5mmol)及び次亜リン酸ナトリウム水和物(2.02g、23.0mmol)を加えた。結果混合物を約3時間沸騰させながら攪拌した。沸騰した混合物を室温まで冷却した。混合物をろ過して水とメタノールで洗浄した後、真空乾燥して化合物114(0.57g、86.9%)を収得した:MS(M+)572。
合成例15:化合物115の合成
9-ブロモアントラセン(1.90g、7.35mmol)、化合物112(1.80g、8.82mmol)及び炭酸ナトリウム(2.34g、22.1mmol)をトルエン(20mL)、エタノール(3mL)及び水(10mL)の混合物に懸濁させた。この懸濁液にテトラキス(トリフェニルフォスフィン)パラジウム(0.25G、0.22mmol)を加えた。この混合物を約24時間還流させながら攪拌した後、還流させた混合物を室温に冷却した。有機層を分離して水で洗浄し、水溶液層をクロロホルムで抽出した。有機抽出物を硫酸マグネシウム上で乾燥して真空内濃縮させて化合物115(2.10g、84%)を収得した。
合成例16:化合物116の合成
乾燥CCl(60ml)内化合物15(2.10g、6.24mmol)溶液に、臭素(0.32mL、6.24mmol)を0℃で滴下した。反応混合物を室温で約3時間攪拌した後、飽和重炭酸ナトリウム溶液を加えた。有機層を分離して、水性層をクロロホルムで抽出した。一緒にした有機抽出物を硫酸マグネシウム上で乾燥して真空内濃縮した。カラムクロマトグラフィ(1:4THF-ヘキサン)によって精製してエタノールから再結晶して化合物116(0.92g、35%)を収得した。
合成例17:化合物117の合成
5,5´-ジブロモ-2,2´-チオフェン(5.00g、15.4mmol)、フェニルホウ酸(2.07g、17.0mmol)及び炭酸ナトリウム(4.90g、46.3mmol)をトルエン(30mL)と水(15mL)の混合物内で懸濁させた。この懸濁液にテトラキス(トリフェニルフォスフィン)パラジウム(0.50g、0.46mmol)を加えた。結果混合物を還流させながら約24時間攪拌した。還流された混合物を室温に冷却してクロロホルムで抽出した。有機抽出物を硫酸マグネシウム上で乾燥して真空内で濃縮した。カラムクロマトグラフィ(n-ヘキサン)によって精製して化合物117(2.80g、57%)を収得した。
合成例18:化合物118の合成
乾燥THF(100ml)内化合物17(6.71g、20.9mmol)の溶液に、t-BuLi(ペンタン内1.7M溶液18.0mL)を窒素下の零下78℃で滴下した。混合物を約1時間攪拌した後、トリメチルボレート(4.68g、41.8mmol)を零下78℃で滴下した。30分後、冷却浴を除去して混合物を室温で約3時間攪拌した。混合物に1N HClを加えてジエチルエーテルを加えた。沈殿物を吸引ろ過しジエチルエーテルで洗浄して、真空内乾燥して化合物118(5.33g、89%)を収得した。
合成例19:化合物119の合成
5,5´-ジブロモ-2,2´-チオフェン(5.00g、15.4mmol)、ナフタレン-2-ホウ酸(1.86g、10.8mmol)及び炭酸カリウム(30mL、2M水溶液)をTHF50mL)に懸濁させた。この懸濁液にテトラキス(トリフェニルフォスフィン)パラジウム(0.18g、0.16mmol)を加えた。混合物を約24時間還流させながら攪拌した後、室温に冷却した。沈殿物を吸引ろ過した。生成物をTHF内で溶解しろ過して、THFで洗浄した。ろ過物を真空内濃縮してエチルアセテートから再結晶化して化合物119(2.60g、45%)を収得した。
合成例20:化合物120の合成
化合物109(5.00g、9.81mmol)、ビス(ピナコラト)ジボロン(2.75g、10.9mmol)及び酢酸カリウム(2.89g、29.4mmol)をジオキサン(50mL)に懸濁させた。この懸濁液にパラジウム(ジフェニルホスフィノフェロセン)クロライド(0.24g、3mol%)を加えた。混合物を約6時間80℃で攪拌し、室温に冷却した。この混合物を水(50mL)で希釈してジクロロメタン(3x50mL)で抽出した。有機抽出物を硫酸マグネシウム上で乾燥して真空内濃縮した。生成物をエタノールで洗浄して真空内乾燥し、化合物120(5.46g、92%)を収得した。
合成例21:化合物121の合成
冷却槽内の零下78℃で乾燥THF(50ml)内2,2´-ジブロモチオフェン(2.70g、8.30mmol)溶液に、窒素下でt-BuLi(ペンタン内1.5M溶液6.0mL)を滴下した。混合物を1時間攪拌した後、トリフェニルボラニルクロライド(2.35g、8.00mmol)を零下78℃で滴下した。冷却浴を除去し、混合物を約3時間室温で攪拌した。この混合物に飽和NaCl水溶液(50mL)を加えて反応を止め室温で約10分間攪拌した。有機層を分離し、硫酸マグネシウム上で乾燥して真空内濃縮させた。カラムクロマトグラフィ(n-ヘキサン)によって精製して化合物121(2.30g、55%)を収得した。
合成例22:化合物122の合成
2-クロロアントラキノン(3.00g、12.3mmol)のTHF(100mL)溶液に、チオフェン-2-ホウ酸(2.00g、15.6mmol)、2M炭酸カリウム溶液(20mL)及びテトラキス(トリフェニルフォスフィン)パラジウム(0.14g)を加えた。この混合物を還流させながら約48時間攪拌した後、室温に冷却した。沈殿物を吸引ろ過し、水とエタノールで洗浄して真空乾燥した。精製のためエチルアセテートから再結晶して、チオフェン-2-アントラキノン(1.70g、47%)を収得した。このチオフェン-2-アントラキノン(1.70g、5.85mmol)をクロロホルム(30mL)及び酢酸(5mL)の混合物に溶解した。N-ブロモこはく酸イミド(1.04g、5.85mmol)をこのチオフェン-2-アントラキノン溶液に室温で加えた。反応混合物を室温で約4時間攪拌した後、沈殿物をろ過して水で洗浄し、真空乾燥して化合物122(1.80g、87%)を収得した。
合成例23:化合物123の合成
化合物122(1.80g、4.87mmol)のTHF(100mL)溶液に4-ホルミルフェニルホウ酸(1.00g、6.91mmol)、2M炭酸カリウム溶液(30mL)、及びテトラキス(トリフェニルフォスフィン)パラジウム(0.05g、0.04mmol)を加えた。この混合物を還流させながら約72時間攪拌した後、室温に冷却した。沈殿物を吸引ろ過して水とエタノールで洗浄し、真空乾燥して2-(2-アントラキノン)-5-(4-ホルミルフェニル)チオフェン(1.70g、4.31mmol)を収得した。この2-(2-アントラキノン)-5-(4-ホルミルフェニル)チオフェン(1.70g、4.31mmol)をN-フェニル-1,2-フェニレンジアミン(0.87g、4.74mmol)と、トルエン50mL 及び酢酸5mLの混合液内で、混合した。得られた混合物を約16時間還流させて室温に冷却した。形成された固体をろ過して酢酸で洗浄し、乾燥して化合物123の固体を収得した(0.75g、32%)。
実施例:化合物4の合成
化合物106(1.00g、1.796mmol)、化合物112(0.55g、2.67mmol)、及び炭酸ナトリウム(0.57g、5.34mmol)をトルエン(20mL)、エタノール(3mL)及び水(10mL)の混合物内で懸濁させた。この懸濁液にテトラキス(トリフェニルフォスフィン)パラジウム(0.06g、0.05mmol)を加えた。得られた混合物を還流させながら約48時間攪拌した後、室温に冷却した。有機層を分離し、水性層をクロロホルムで抽出した。一緒にした有機抽出物を硫酸マグネシウム上で乾燥して真空濃縮した。カラムクロマトグラフィ(クロロホルム/n-ヘキサン=1/5)で精製して収得したものが化合物4(0.50g、44%)であった: mp 113.17 ℃; H NMR (300 MHz, CDCl) 7.75(s, 1H), 7.64-7.46(m, 12H), 7.44-7.28(m, 4H), 7.26-7.18(m, 5H), 6.99(t, 4H), 6.86(d, 6H); MS [M+H] 641; Anal. Calcd for C48H32S: C, 89.96; H, 5.03; S, 5.00. Found: C, 90.82; H, 5.17; S, 4.8。
実施例:化合物12の合成
化合物109(1.00g、1.96mmol)、化合物118(0.84g、2.94mmol)、及び炭酸ナトリウム(0.62g、5.88mmol)をトルエン(50mL)、エタノール(5mL)及び水(25mL)の混合物内で懸濁させた。この懸濁液にテトラキス(トリフェニルフォスフィン)パラジウム(0.05g、0.05mmol)を加えた。得られた混合物を還流させながら約48時間攪拌した後、室温に冷却した。有機層を分離して水性層をクロロホルムで抽出した。一緒にした有機抽出物を硫酸マグネシウム上で乾燥して真空濃縮した。カラムクロマトグラフィ(クロロホルム/n-ヘキサン=1/2)によって精製して収得したものが化合物12(0.83g、63%)であった: mp 304.49 ℃; MS [M+H] 671。
実施例:化合物14の合成
化合物106(0.85g、1.51mmol)、化合物118(0.65g、2.27mmol)、及び炭酸ナトリウム(0.48g、5.53mmol)をトルエン(40mL)、エタノール5mL)及び水(20mL)の混合物内で懸濁させた。 この懸濁液にテトラキス(トリフェニルフォスフィン)パラジウム(0.05g、0.05mmol)を加えた。得られた混合物を還流させながら約48時間攪拌した後、室温に冷却した。有機層を分離して水性層をクロロホルムで抽出した。一緒にした有機抽出物を硫酸マグネシウム上で乾燥して真空濃縮した。カラムクロマトグラフィ(クロロホルム/n-ヘキサン=1/4)で精製して収得したものが化合物14(0.70g、64%)であった: mp 117.86 ℃; MS [M+H] 723。
実施例:化合物19の合成
化合物103(1.00g、1.80mmol)、化合物118(1.23g、4.31mmol)及び炭酸ナトリウム(1.14g、10.8mmol)をトルエン(40mL)、エタノール(5mL)及び水(10mL)の混合物内で懸濁させた。 この懸濁液にテトラキス(トリフェニルフォスフィン)パラジウム(0.05g、0.05mmol)を加えた。得られた混合物を還流させながら約48時間攪拌した後、室温に冷却した。有機層を分離して水性層をクロロホルムで抽出した。一緒にした有機抽出物を硫酸マグネシウム上で乾燥して真空濃縮した。カラムクロマトグラフィ(クロロホルム/n-ヘキサン=1/2)で精製して収得したものが化合物19(0.18g、10%)であった: mp 326.07 ℃; MS [M+H] 963; Anal. Calcd for C66H42S: C, 82.29; H, 4.39; S, 13.31. Found: C, 80.89; H, 4.39; S, 12.70。
参考:化合物21の合成
化合物108(1.34g、2.56mmol)、化合物116(0.80g、1.93mmol)、リン酸カリウム(0.82g、3.86mmol)及びテトラキス(トリフェニルフォスフィン)パラジウム(0.07g、0.06mmol)をDMF(25mL)内で混合した。この混合物を80℃で約48時間攪拌した後、室温に冷却した。沈殿物を吸引ろ過して、水とメタノールで洗浄し、真空乾燥して得たものが化合物21(1.10g、53%)であった: mp 438.50 ℃; MS [M+H] 815。
参考:化合物23の合成
化合物108(0.45g、0.86mmol)、化合物114(0.45g、0.78mmol)、リン酸カリウム(0.33g、1.56mmol)及びテトラキス(トリフェニルフォスフィン)パラジウム(0.03g、0.02mmol)をDMF(10mL)内で混合した。この混合物を80℃で約48時間攪拌した後、室温に冷却した。沈殿物を吸引ろ過して、水とメタノールで洗浄した後、真空乾燥して得たものが化合物23(0.30g、36%)であった: mp 396.70 ℃; MS [M+H] 973。
実施例:化合物25の合成
化合物120(4.50g、5.39mmol)、化合物119(2.00g、5.39mmol)及び2N炭酸カリウム(20mL)をトルエン(50mL)及びエタノール(20mL)に懸濁させた。この懸濁液にテトラキス(トリフェニルフォスフィン)パラジウム(0.13g)を加えた。得られた混合物を還流させながら約15時間攪拌した後、室温に冷却した。沈殿物を吸引ろ過して水とエタノールで洗浄した後、真空乾燥して化合物25を収得した(3.38g)。
実施例:化合物27の合成
化合物121(1.00g、2.00mmol)、化合物120(1.10g、2.00mmol)及び2M炭酸ナトリウム(2mL)をTHF(25mL)内で懸濁させた。この懸濁液にテトラキス(トリフェニルフォスフィン)パラジウム(0.02g、0.02mmol)を加えた。得られた混合物を還流させながら約10時間攪拌した後、室温に冷却した。この混合物をTHFで抽出した。有機抽出物を硫酸マグネシウム上で乾燥して真空濃縮した。カラムクロマトグラフィ(クロロホルム/n-ヘキサン=1/5)で精製して化合物27を収得した(1.20g、70%): mp 156.4 ℃; MS [M+H] 853。
実施例:化合物29の合成
2-ブロモナフタレン(0.83g、4.03mmol)を乾燥THF(40mL)に窒素雰囲気下で溶解した。この溶液を冷却浴で零下78℃に冷却し、 t-ブチルリチウム(3.15mL、1.7Mペンタン溶液)を冷却された溶液に10分間かけて徐々に加えた。この混合物を零下78℃で約40分間攪拌した。次に、それに化合物123(0.75g、1.75mmol)を加え、得られた混合物を零下78℃で更に約3時間攪拌した。その後、冷却浴を除去し、この混合物を室温で約1時間攪拌した。この混合物に水性塩化アンモニウム溶液(50mL)を加えて反応を止めた。有機層を分離し、水性層をジエチルエーテル(40mL)で抽出した。一緒にした有機抽出物を硫酸マグネシウム上で乾燥して減圧濃縮した。得られた固体をジエチルエーテル中に懸濁させ、1時間攪拌して吸引ろ過した。乾燥後、ジアルコール化合物(0.80g、73%)を収得した。
このジアルコール化合物(0.80g、0.98mmol)を酢酸(100mL)に窒素雰囲気下で分散させた。ヨウ化カリウム(1.66g、10mmol)及び次亜リン酸ナトリウム水和物(1.76g、20mmol)をこの分散液に加えた。この混合物を継続して攪拌しながら約3時間沸騰させた後、室温に冷却した。この混合物をろ過して水で洗浄し、真空乾燥して化合物29を収得した(0.80g)。
実施例:化合物12を用いる発光層を有する有機EL素子
約1500ÅのITO(インジウム錫酸化物)で覆ったガラス基板を、超音波槽に洗浄液を満たした中で洗浄した。約30分間超音波洗浄の後、基板を蒸溜水で約10分間づつ2回洗浄して基板の残留洗浄剤を除去した。基板を、超音波槽内でイソプロピルアルコール、アセトン及びメタノールの順で追加洗浄した。大気中で乾燥の後、基板を熱真空蒸発器と連結されたプラズマ洗浄室内に移動させた。基板は、更に、酸素プラズマ条件内で約5分間洗浄し、洗浄室をターボ-分子ポンプで排気して熱真空蒸発器に移動できるようにした。
前記ITOフィルム上に陽極として、約500Åのヘキサニトリルヘキサアザトリフェニレンを約5×10-7torrで熱真空蒸発によって正孔注入物質として付着させた。約600ÅのNPBを正孔移送物質として前記正孔注入層上に蒸着した後、約200Å厚の化合物12を発光物質として付着させた。発光層の最上部に、約300Åの化合物301(2-[4-[(N-フェニルベンズイミダゾール-2-イル)フェニル-9,10-ビス(2-ナフチル)アントラセン]を電子移送、及び/または、電子注入層として形成した。次に、約5Å厚さのフッ化リチウム及び約2500Å厚さのアルミニウムを前記電子移送/注入層上に付着させてLiF/Al二層陰極を形成した。有機物質の付着速度は約1A/秒、フッ化リチウムに対しては約0.2A/秒、アルミニウムに対しては約3〜7A/秒に維持した。
Figure 0004406045
3.3Vの順バイアスを素子に印加した時、約10mA/cmの電流密度で、358nit の緑色発光(1931CIEカラー座標でx=0.30,y=0.56に相当)が観察された。50mA/cmのDC定電流密度で、54.6時間後に、輝度が初期輝度の90%レベルに低下した。
参考:化合物21を用いる発光層を有する有機EL素子
有機発光ダイオードを製作したが、その方式は実施例8で述べたのと同様で、相違点は、化合物21とAlqを各々発光物質と電子移送/注入物質として用い、化合物12と化合物301を使用しなかったことである。5.66Vの順バイアスを得られた素子に印加した時、10mA/cmの電流密度で、151nit の緑色発光(1931 CIEカラー座標のx=0.20,y=0.44に相当)が観察された。50mA/cmのDC定電流密度で、11.9時間後に、 輝度が初期輝度の90%レベルに低下した。
実施例:化合物19を用いる発光層を有する有機EL素子
有機発光ダイオードを製作したが、その方式は参考例3で述べたのと同様で、相違点は、化合物19を発光物質として用い、化合物21は使用しなかったことである。 3.74Vの順バイアスを素子に印加した時、10mA/cmの電流密度で、404nit の緑色発光(1931CIEカラー座標のx=0.39,y=0.57に相当)が観察された。50mA/cmのDC定電流密度で、19.8時間後に、輝度が初期レベルの90%に低下した。
実施例10:化合物14を用いる発光層を有する有機EL素子
有機発光ダイオードを製作したが、その方式は参考例3で述べたのと同様で、相違点は、化合物14を発光物質として用い、化合物21は使用しなかったことである。 4.06Vの順バイアスを素子に印加した時、10mA/cmの電流密度で、486nit の緑色発光、1931CIEカラー座標のx=0.28,y=0.58に相当、が観察された。50mA/cmのDC定電流密度で、10.6時間後に、輝度が初期レベルの90%に低下した。
実施例11:化合物12及びDCJTBを用いる発光層を有する有機EL素子
有機発光ダイオードを製作したが、その方式は実施例8で述べたのと同様で、相違点は、DCJTB(2wt%)を化合物12と一緒に付着させ、化合物12がホストとして作用し、DCJTBがドーパントを供給することである。3.26Vの順バイアスを素子に印加した時、10mA/cmの電流密度で、404nit の赤色発光、1931CIEカラー座標のx=0.59,y=0.40に相当、が観察された。50mA/cmのDC定電流密度で、132.5時間後に、輝度が初期レベルの90%に低下した。
参考:Alqを用いる発光層を有する有機EL素子
有機発光ダイオードを製作したが、その方式は実施例8で述べたのと同様で、相違点は、500ÅのAlqを付着させて、化合物12の発光層及び化合物301の電子移送/注入層の両層の代わりにしたことである。5.20Vの順バイアスを素子に印加した時、10mA/cmの電流密度で、326nit の緑色発光(1931CIEカラー座標のx=0.33,y=0.53に相当)が観察された。50mA/cmのDC定電流密度で、1時間後に、輝度が初期レベルの90%に低下した。

Claims (24)

  1. 一般式I:
    Figure 0004406045
    [ここで、R乃至Rのうちの少なくとも一つは一般式II:
    Figure 0004406045
    (ここで、
    nは1乃至10の整数であり;一般式IIでないR及びRの各々は水素であり;Rと一般式IIでないR及びRの各々は置換または非置換アリール、置換または非置換ヘテロアリール、及びアリール置換C−C10アルケニルから成る群より選択される)で示され、R及びRは同一の置換基であり、
    R及びRのいずれもが一般式IIでない場合はRとRとは相違する]の化合物。
  2. 前記置換されたアリールまたはヘテロアリールが、フェニルでモノ-またはポリ-置換されている請求項1に記載の化合物。
  3. Rと一般式IIでないR及びRの各々は、置換または非置換フェニル、置換または非置換ナフチル、置換または非置換ビフェニルから成る群より選択されることを特徴とする、請求項1に記載の化合物。
  4. R乃至Rのうちの一つのみが一般式IIで示されることを特徴とする、請求項1に記載の化合物。
  5. R乃至Rの二つが一般式IIで示されることを特徴とする、請求項1に記載の化合物。
  6. R及びRが一般式IIで示されることを特徴とする、請求項1に記載の化合物。
  7. 前記化合物が300℃以上の融点を有することを特徴とする、請求項1に記載の化合物。
  8. 前記化合物が可視発光に対応する帯域間隙を有することを特徴とする、請求項1に記載の化合物。
  9. 前記可視発光のための帯域間隙が1.8eV乃至3.5eVであることを特徴とする、請求項8に記載の化合物。
  10. 請求項1に記載された化合物を一つ以上含む発光物質であって、前記各々の化合物が帯域間隙を有することを特徴とする物質。
  11. 一般式Iで表される化合物以外の追加の発光化合物を一つ以上追加して含む発光物質であって、前記各々の追加の化合物は帯域間隙を有することを特徴とする、請求項10に記載の発光物質。
  12. 前記追加の化合物のうちの少なくとも一つの帯域間隙が一般式Iで表される化合物の帯域間隙値の80%乃至100%であることを特徴とする、請求項11に記載の発光物質。
  13. BCzVBi、ペリレン、ルブレン、DCJTB、キナクリドン、クマリン、ナイルレッド、DCM1、DCM2、テトラジフェニルアミノピリミド-ピリミジン、ピリジノチアジアゾール及び化合物201乃至219:
    Figure 0004406045
    Figure 0004406045
    Figure 0004406045
    から成る群より選択される発光化合物を一つ以上追加して含むことを特徴とする、請求項10に記載の発光物質。
  14. 請求項1に記載された化合物を一つ以上含む発光物質。
  15. 請求項1に記載された化合物を一つ以上含む正孔移送物質。
  16. 請求項1に記載された化合物を一つ以上含む電子移送物質。
  17. 下記:
    Figure 0004406045
    Figure 0004406045
    から成る群より選択される、請求項1記載の化合物。
  18. 請求項17に記載された化合物を一つ以上含む発光物質であって、前記各々の化合物が帯域間隙を有することを特徴とする物質。
  19. 前記化合物4、12、14、19、25、27及び29のいずれでもない発光化合物を一つ以上追加して含む発光物質であって、前記各々の追加の化合物は帯域間隙を有することを特徴とする、請求項18に記載の発光物質。
  20. 前記追加の化合物のうちの少なくとも一つの帯域間隙が前記化合物4、12、14、19、25、27、29の帯域間隙値の80%乃至100%であることを特徴とする、請求項19に記載の発光物質。
  21. BCzVBi、ペリレン、ルブレン、DCJTB、キナクリドン、クマリン、ナイルレッド、DCM1、DCM2、テトラジフェニルアミノピリミド-ピリミジン、ピリジノチアジアゾール及び化合物201乃至219:
    Figure 0004406045
    Figure 0004406045
    Figure 0004406045
    から成る群より選択される発光化合物を一つ以上追加して含むことを特徴とする、請求項18に記載の発光物質。
  22. 請求項17に記載された化合物を一つ以上含む発光物質。
  23. 請求項17に記載された化合物を一つ以上含む正孔移送物質。
  24. 請求項17に記載された化合物を一つ以上含む電子移送物質。
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