JP4499916B2 - ピラン誘導体とその用途 - Google Patents

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保文 段王
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奈穂子 森
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彬雄 谷口
俊樹 小山
千波矢 安達
友康 斉藤
真 皐月
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    • C07D491/02Heterocyclic compounds containing in the condensed ring system both one or more rings having oxygen atoms as the only ring hetero atoms and one or more rings having nitrogen atoms as the only ring hetero atoms, not provided for by groups C07D451/00 - C07D459/00, C07D463/00, C07D477/00 or C07D489/00 in which the condensed system contains two hetero rings
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は新規なピラン誘導体の発見に基づくものであり、とりわけ、可視光に対する顕著な感受性や顕著な発光能を有する新規ピラン誘導体並びにその用途及び製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
情報化時代に入って、光化学的重合が多種多様の分野で頻用されるようになり、今では、その用途は、合成樹脂の分野を越えて、塗料、印刷用刷版、印刷回路、集積回路などの情報記録や電子機器の分野にまでおよぶようになった。光化学的重合は、重合性化合物を光照射によって重合させる技術であって、大別すると、重合性化合物に直接光照射し、活性化させることによって重合を開始する光重合と、重合性化合物に光増感剤を共存せしめた状態で光照射し、光増感剤の成長活性種を生成させることによって重合性化合物を重合させる光増感重合とがある。いずれの光化学的重合も、重合の開始及び停止が励起光の点滅によって制御可能であり、また、励起光の強度や波長を選択することによって重合速度や重合度を容易に制御できる特徴がある。しかも、光化学的重合は、一般に、重合開始のエネルギーが低いために、低温での重合が可能である。
【0003】
印刷用刷版やホログラフィーなどの情報記録の新展開に伴い、現在では、光化学的重合のこのような利点が買われて、アルゴンレーザー、ヘリウム・ネオンレーザー、YAGレーザーの第二高調波などの可視光を照射することによって重合させることのできる光重合性組成物の需要が急速に高まりつつある。しかしながら、光重合性組成物に配合される通常の重合性化合物や重合開始剤は紫外線だけを吸収するので、斯かる組成物を可視光で重合させようとすると、光増感剤が不可欠の技術要素となる。したがって、情報記録や電子機器に用いられる光重合性組成物においては、重合性化合物とともに、光増感剤、重合開始剤、バインダー樹脂などが組合せて配合され、これらを、用途に応じて、多種多様の材料のなかから選択することとなる。一般的には、先ず、光増感剤以外の材料を選択し、次いで、その選択された重合性化合物及び/又は重合開始剤を増感し得る光増感剤を試行錯誤的に選択する方法が採用される。
【0004】
光増感剤に望まれる特性としては、可視領域における分子吸光係数が大きいこと、諸種の重合性化合物や重合開始剤を増感し得ること、増感効率が高いこと、溶媒に対する溶解性と他の配合剤との相溶性に優れていること、そして、安定であることが挙げられる。代表的な光増感剤としては、例えば、特開昭54−151024号公報に開示されたメロシアニン色素、特開昭58−29803号公報に開示されたシアニン色素、特開昭59−56403号公報に開示されたスチルベン誘導体、特開昭63−23901号公報に開示されたクマリン誘導体、特開平6−329654号公報に開示されたピラン誘導体及び特開昭64−33104号公報に開示されたメチレンブルー誘導体などが挙げられるが、これらはいずれも一長一短があり、多種多様の材料からなる光重合性組成物にあって、前述のような諸特性を常に発揮し得るようなものは未だ見出されていない。
【0005】
光に感受性を有する有機化合物、とりわけ、発光能を有する有機化合物は、色素レーザーや電界発光の分野において有用である。
【0006】
色素レーザーの分野においては、例えば、五十嵐香、『色材協会誌』、第70巻、第2号、102乃至111頁(1997年)に述べられているように、1960年代に色素レーザーの発振が報告されて以来、可視領域に発光能を有する化合物が精力的に探索されてきた。情報記録技術の発展に伴い、長波長域の光、とりわけ、可視領域に発光能を有する化合物の需要はますます高まりつつある。
【0007】
一方、情報表示の分野においては、電界発光素子が次世代の表示素子として注目されている。現在、コンピューター端末機やテレビジョン受像機などの比較的大型の情報表示機器においては、主として、ブラウン管が用いられている。しかしながら、ブラウン管は体積、重量ともに大きく、動作電圧も高いので、民生用機器や携帯性を重視する小形の機器には適さない。小形機器には、もっと薄く、軽量の平板状であって、動作電圧低く、消費電力の小さいものが必要とされている。現在では、液晶素子が動作電圧低く、消費電力の比較的小さい利点が買われ、多方面で頻用されている。しかしながら、液晶素子を用いる情報表示機器は、見る角度によってコントラストが変わるので、ある角度の範囲で読み取らないと明瞭な表示が得られないうえに、通常、バックライトを必要とするので、消費電力がそれほど小さくならないという問題がある。これらの問題を解決する次世代の表示素子として注目されているのが有機電界発光素子、すなわち、有機EL素子である。
【0008】
有機EL素子は、通常、陽極と陰極との間に発光性化合物を含有する薄膜を介挿してなり、その陽極と陰極との間に直流電圧を印加して薄膜に正孔及び電子をそれぞれ注入し、それらを互いに再結合させることによって発光性化合物の励起状態を作出し、その励起状態が基底状態に戻るときに放出される蛍光や燐光などの発光を利用する発光素子である。有機EL素子は、適切な発光性化合物を選択するとともに、その発光性化合物に組合せる色素剤(ドーパント)を変更することにより、発光の色調を適宜に変えることができる特徴がある。また、発光性化合物と色素剤の組合せによっては、発光の輝度と寿命を大幅に向上できる可能性がある。そもそも、有機EL素子は自ら発光する素子なので、これを用いる情報表示機器は視野角依存性がないうえに、バックライトが不要なので、消費電力を小さくできる利点があり、原理的に優れた発光素子であると言われている。
【0009】
これまで、緑色域で発光する有機EL素子においては、色素剤の配合による発光効率の改善が報告されているけれども、赤色域の発光においては、未だ効果的な色素剤が見出されておらず、依然として、完全な赤色とは程遠い、発光寿命短かく、耐久性においても信頼性においても不充分な状況にある。例えば、特開平10−6042号公報及び米国特許第4769292号明細書に開示された有機EL素子は、輝度が充分でないうえに、発光が完全な赤色ではなく、したがって、フルカラーを実現するうえでなお問題があると言わざるを得ない。
【0010】
さらに、有機EL素子を廉価に供給するには、単に、素子全体の構造を簡素化したり、製造の際の蒸着操作を容易ならしめるというだけではなく、色素剤によるドーピングを本質的に必要としない発光性化合物を見出すことが肝要である。有機EL素子に用いる発光性化合物については、従来より諸種の提案がなされているけれども、上述のごとき諸要件を充足する化合物は未だ見出されていない。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
斯かる状況に鑑み、この発明の課題は、可視光に対する顕著な感受性や顕著な発光能を有し、光化学的重合、色素レーザー及び有機EL素子において有用な新規有機化合物と、その有機化合物の光増感剤、有機EL素子及び色素レーザーとしての用途を提供することにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】
これらの課題を解決すべく、本発明者が鋭意検索し、研究した結果、3−ホルミルクマリン骨格を有する化合物にデヒドロ酢酸又は4−シアノメチレン−2,6−ジメチル−4H−ピラン骨格を有する化合物のいずれかを反応させる工程を経由して得ることのできる一連のピラン誘導体は、可視光に対して顕著な感受性を有し、光化学的重合において極めて有用であることを見出した。さらに、斯かるピラン誘導体は、顕著な発光能を有し、有機EL素子に用いると、実用可能な耐久性と完全な赤色又は完全な赤色に近い高輝度の発光をもたらし、この発明の有機EL素子を用いることによって優れた表示装置が得られること、また、色素レーザーにおいては、可視光を発振するためのレーザー作用物質として極めて有用であり、この発明のピラン誘導体を用いることによって優れた色素レーザー発信装置が得られることも見出した。この発明は、新規なピラン誘導体の創出と、その産業上有用な諸性質の発見に基づくものである。
【0013】
【発明の実施の形態】
この発明は、前記の課題を、下記の化学式1乃至3で表されるピラン誘導体を提供することによって解決するものである。
【0014】
【化4】
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【0015】
【化5】
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【0016】
【化6】
Figure 0004499916
【0017】
化学式1乃至3において、R及びRは、それぞれ独立に、水素原子又は直鎖状若しくは分岐を有するアルキル基、アルケニル基又はアリール基を表し、これらのアルキル基及びアリール基は置換基を有していてもよい。用途にもよるけれども、R及びRがアルキル基である場合の鎖長としては、通常、炭素数20まで、望ましくは、炭素数1乃至18の範囲から選ばれる。直鎖状又は分岐を有する個々のアルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、n−ブチル基、イソブチル基、sec−ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、2−エチル−ヘキシル基、5−エチル−ヘキシル基、ノニル基、デシル基、ドデシル基及びオクタデシル基などが挙げられる。アルケニル基としては、例えば、ビニル基、プロペニル基及びブチニル基などが、また、アリール基としては、例えば、フェニル基及びナフチル基などが挙げられる。アルキル基及びアリール基の置換基としては、例えば、アルコキシ基、カルボキシ基、アルキルカルボニルオキシ基、アルコキシカルボニル基、スルホキシ基、アルキルスルホニル基、ヒドロキシ基、アリール基、シクロアルキル基、シアノ基、アミノスルホニル基、2−ブトキシエチル基、2−(2−エトキシ)エトキシエチル基、2−シアノエチル基、6−ブロモヘキシル基、2−カルボキシエチル基、3−スルホキシプロピル基、4−スルホキシブチル基、2−ヒドロキシエチル基、フェニルメチル基、4−ブトキシフェニルメチル基及び4−ブチルフェニルメチル基などが挙げられる。なお、R及び/又はRは、それらの結合している窒素原子を含んで、例えば、モルホリニル基、ピペリジニル基、ピロリジニル基などの5員環や6員環などの環状構造を形成するか、あるいは、その窒素原子が結合しているベンゼン環をも含んで5員環や6員環などの環状構造を形成していてもよい。
【0018】
また、化学式1において、Rはシアノ基、カルボキシル基、カルボン酸エステル基又はアミド基、あるいは、縮合環を形成することある複素5員環又は複素6員環を表す。斯かる複素環としては、例えば、ベンゾチアゾリル基、ベンゾオキサゾリル基、ベンゾイミダゾリル基、ナフトチアゾリル基、ナフトオキサゾリル基、ナフトイミダゾリル基、チアゾリル基、オキサゾリル基、イミダゾリル基及びトリアゾリル基などがあげられ、これらの縮合環を有することある複素環は、いずれも、例えば、アルキル基、アルコキシ基、アリール基、ハロゲン置換アルキル基、有機酸エステル基、ハロゲン基、ニトロ基、シアノ基、トリフルオロアルキル基、カルボン酸基及び/又はスルホン酸基などの置換基を1又は複数有していてもよい。
【0019】
さらに、化学式1乃至3において、Rは水素原子、弗素原子、塩素原子、臭素原子若しくは沃素原子などのハロゲン原子、シアノ基、あるいは、炭素数6までの、例えば、アルキル基又はカルボニル基、アルコキシカルボニル基、アシル基、アミド基などのカルボニル基又はカルボニル基から派生する置換基を表し、そのアルキル基は直鎖状か、あるいは、環状構造、分岐若しくは弗素原子などのハロゲン原子などによる置換基を有していてもよい。化学式1乃至3で表される望ましいピラン誘導体としては、例えば、下記の化学式4乃至59で表される化合物が挙げられる。これらのピラン誘導体のうちでも、顕著な発光能を有する、例えば、化学式5、35及び49で表されるピラン誘導体は色素レーザーや有機EL素子において極めて有用であり、また、可視光に対して顕著な感受性を有する、例えば、化学式5、6、8、10、16、17、49、50、52及び54で表されるピラン誘導体は重合性化合物を光化学的重合させるための光増感剤として極めて有利に用いることができる。
【0020】
【化7】
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【0021】
【化8】
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【0022】
【化9】
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【0023】
【化10】
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【0024】
【化11】
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【0025】
【化12】
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【0026】
【化13】
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【0027】
【化14】
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【0028】
【化15】
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【0029】
【化16】
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【0030】
【化17】
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【0031】
【化18】
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【0032】
【化19】
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【0033】
【化20】
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【0034】
【化21】
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【0035】
【化22】
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【0036】
【化23】
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【0037】
【化24】
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【0038】
【化25】
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【0039】
【化26】
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【0040】
【化27】
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【0041】
【化28】
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【0042】
【化29】
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【0043】
【化30】
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【0044】
【化31】
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【0045】
【化32】
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【0046】
【化33】
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【0047】
【化34】
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【0048】
【化35】
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【0049】
【化36】
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【0050】
【化37】
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【0051】
【化38】
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【0052】
【化39】
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【0053】
【化40】
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【0054】
【化41】
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【0055】
【化42】
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【0056】
【化43】
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【0057】
【化44】
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【0058】
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【0059】
【化46】
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【0060】
【化47】
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【0061】
【化48】
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【0062】
【化49】
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【0063】
【化50】
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【0064】
【化51】
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【0065】
【化52】
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【0066】
【化53】
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【0067】
【化54】
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【0068】
【化55】
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【0069】
【化56】
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【0070】
【化57】
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【0071】
【化58】
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【0072】
【化59】
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【0073】
【化60】
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【0074】
【化61】
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【0075】
【化62】
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【0076】
この発明のピラン誘導体は種々の方法で調製することができるが、経済性を重視するのであれば、例えば、化学式1乃至3に対応するR、R及びRとして水素原子又は所望の置換基を有する化学式60で表される3−ホルミルクマリンにデヒドロ酢酸を反応させる工程を経由する方法か、あるいは、化学式1に対応するR、R及びRとして水素原子又は所望の置換基を有する化学式60で表される3−ホルミルクマリンに、化学式1に対応する所望の置換基Rを有する化学式61で表される4−シアノメチレン−2,6−ジメチル−4H−ピランを反応させる工程を経由する方法が好適である。すなわち、先ず、特開平8−95243号公報に記載された方法にしたがって化学式60で表される3−ホルミルクマリンを調製し、次いで、これにデヒドロ酢酸を反応させることによって化学式3で表されるピラン誘導体を得る。化学式2で表されるピラン誘導体を得るには、化学式3で表されるピラン誘導体に、例えば、塩酸、弗化水素酸、硫酸、硝酸、燐酸、過塩素酸などの酸を反応させればよい。また、化学式1で表されるピラン誘導体を得るには、化学式2で表されるピラン誘導体に、例えば、Rとして水素原子又は所望の置換基を有する化学式62で表される活性シアノメチレン化合物を反応させるか、あるいは、化学式60で表される3−ホルミルクマリン骨格を有する化合物に化学式61で表される4−シアノメチレン−2,6−ジメチル−4H−ピラン骨格を有する化合物を反応させればよい。
【0077】
【化63】
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【0078】
【化64】
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【0079】
【化65】
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【0080】
このようにして得られるピラン誘導体は、用途によっては、そのまま用いられることもあるが、通常、使用に先立って、例えば、分液、傾斜、濾過、濃縮、薄層クロトグラフィー、カラムクロマトグラフィー、ガスクロマトグラフィー、高速液体クロマトグラフィー、蒸留、結晶化、昇華などの、類縁化合物の精製に用いられる通常一般の方法により精製され、必要に応じて、これらの方法は組合せて適用される。光増感剤として用いる場合には、少なくとも、蒸留及び/又は結晶化させておくのが、また、有機EL素子に用いる場合には、必要に応じて、例えば、昇華などによってさらに精製しておくのが望ましい。
【0081】
前述の通り、この発明のピラン誘導体は、長波長域の光、とりわけ、可視光に対して顕著な感受性を有し、諸種の重合性化合物や重合開始剤を効率的に増感する性質があるので、斯かる重合性化合物を紫外線より長波長の光、とりわけ、可視光を用いて光化学的重合させる際の光増感剤として極めて有用である。この発明による光増感剤は、通常、使用に際して、重合性化合物、重合開始剤、バインダー樹脂などとの組成物に調製される。ただし、ピラン誘導体の種類や光重合性組成物の最終用途によっては、重合開始剤及び/又はバインダー樹脂は省略されることがある。
【0082】
この発明による光増感剤を適用し得る重合性化合物としては、例えば、エチレン性二重結合などの重合可能な多重結合を分子内に少なくとも1個有するモノマー、オリゴマー、プレポリマー及びそれらの混合物が挙げられる。斯かる重合性化合物としては、例えば、エチルアクリレート、ヒドロキシエチルアクリレート、エチレングリコールジメタクリレート、ペンタエリスリトールトリアクリレート、ペンタエリスリトールトリメタクリレート、ポリエステルメタクリレート、ポリウレタンメタクリレート、エポキシメタクリレートなどが挙げられる。ただし、この発明による光重合性組成物に配合する重合性化合物は、決してこれらに限定されてはならず、この発明による光増感剤を用いて光化学的重合させ得るすべての重合性化合物が適用対象となる。
【0083】
重合開始剤としては、例えば、有機過酸化物、2,4,6−トリクロロメチル−s−トリアジン、ベンゾイルアルキルエーテル、ビスイミダゾール、鉄−アレン錯体、チタノセン化合物、N−フェニルグリシン、ジフェニルヨードニウム塩などの、光重合に用いられる通常の重合開始剤であればよく、必要に応じて、これらは組合せて用いられる。有機過酸化物としては、例えば、ジ−t−ブチルジパーオキシイソフタレート及び3,3´,4,4´−テトラキス(t−ブチルジオキシカルボニル)ベンゾフェノンを含むパーオキシエステル、2,5−ジメチル−2,5−ビス(t−ブチルジオキシ)−3−ヘキサン及びジ−t−ブチルパーオキサイドを含むジアルキルパーオキサイド、2,5−ビス(ヒドロパーオキシ)−2,5−ジメチルヘキサン及びt−ブチルヒドロパーオキサイドを含むヒドロパーオキサイド、ブチル−4,4−ビス(t−ブチルジオキシ)バリレート及び1,1−ビス(t−ブチルジオキシ)−3,3,5−トリメチルシクロヘキサンを含むパーオキシアセタール、そして、エチルメチルケトンを含むケトンパーオキサイドが挙げられる。
【0084】
用途にもよるが、バインダー樹脂も光重合性組成物に通常用いられるものであればよく、個々のバインダー樹脂としては、例えば、ポリ−N−ビニルピロリドン、ポリビニルアセテート、ポリビニルブチラール、ポリビニルカルバゾール、ポリスチレン、ポリメチルメタクリレート、ポリエチレンオキサイド、ポリブチルメタクリレート、スチレン−マレイン酸エステル、ポリメチルメタクリレート−メタクリル酸系、ポリ−N−ビニルピロリドン−グリシジルメタクリレート系樹脂などが挙げられる。
【0085】
この発明による光増感剤は、当該ピラン誘導体を1又は複数含んでなり、通常、この発明による光増感剤1重量部に対して、上記のごとき重合性化合物を1乃至1,000重量部、望ましくは、10乃至500重量部含有せしめ、さらに、必要に応じて、バインダー樹脂を1,000重量部まで、望ましくは、500重量部まで、さらには、重合開始剤を0.1乃至10重量部、望ましくは、0.5乃至5重量部含有せしめて光重合性組成物とする。また、それ以外に、必要に応じて、例えば、ハイドロキノン、ピロガロール、2,6−ジ−t−ブチル−p−クレゾールなどのキノン系又はフェノール系の熱重合禁止剤や、フタル酸エステルやアジピン酸エステルを含む飽和又は不飽和カルボン酸エステルなどの可塑剤を適宜配合してもよい。重合方法についても特に制限はなく、例えば、ラジカル重合、イオン重合、開環重合などの開始過程のみに光が関与する光開始重合であっても、成長過程に光が関与する光重付加重合であってもよい。
【0086】
さて、この発明は、当該ピラン誘導体の有機EL素子における用途をも提供するものである。この発明のピラン誘導体は、有機EL素子において、発光能、正孔輸送能、電子輸送能、さらには、他の発光性化合物にドーピングするための色素剤としても機能するので、これらの1又は複数が不可欠の要素となる分散型の有機EL素子及び蒸着型の有機EL素子のいずれにおいても極めて有利に用いることができる。この発明による有機EL素子は、本質的に、有機化合物を含有する層を少なくとも1層含んでなり、その有機化合物の層に化学式1乃至3で表されるピラン誘導体を含有せしめてなる。詳細には、この発明の有機EL素子は、通常、正電圧を印加する陽極と、正孔輸送能を有する正孔輸送層と、発光能を有する発光層と、電子輸送能を有する電子輸送層と、負電圧を印加する陰極とを含んでなる。ただし、用いる有機化合物の物性によっては、一つの層が2以上の層の機能を兼備することがある。また、この発明は、隣接する層同士の密着度、正孔注入率、電子注入率及び/又は電極の電導性を改善する目的で、上記した陽極、陰極及び各層の間に、例えば、弗化リチウム、トリアゾール誘導体などの適宜物質を含有する薄膜層を1又は複数介挿する態様を排除しない。
【0087】
この発明による有機EL素子につき、図1に示す蒸着型の有機EL素子を例にとって説明すると、図中、1は基板であり、通常、ソーダガラス、バリウムボロシリケートガラス、アルミノシリケートガラスなどのガラス、プラスチック又はセラミックなどによる通常一般の基板材料が用いられる。したがって、有機EL素子に、例えば、他の表示素子や駆動回路、制御回路などの回路手段を近接して設ける場合には、基板1をそれらの素子や回路と共用することが可能である。
【0088】
2は陽極であり、通常、真空蒸着などにより、基板1の一側に密着させて、電気的に低抵抗率であって、しかも、全可視領域に亙って光透過率の大きい導電材料を薄膜層、通常、10乃至1,000nmの厚さに成膜することによって形成される。導電材料としては、通常、酸化錫又は酸化錫と酸化インジウムの混合系(以下、「ITO」と略記する。)が用いられる。このうち、ITOは低抵抗率のものが容易に得られ、しかも、酸を用いてエッチングすることにより、容易に微細パターンを形成することができるので、この発明において極めて有用である。
【0089】
3は正孔輸送層であり、通常、真空蒸着などにより、陽極2に密着させて、例えば、ピラゾリンや、例えば、化学式66で表されるN,N´−ビス(3−メチルフェニル)−N,N´−ジフェニル−(1,1´−ビフェニル)−4,4´−ジアミン(以下、「TPD」と略記する。)などのトリフェニルアミンを基本骨格とする芳香族3級アミンを薄膜層、通常、1乃至1,000nmの厚さに成膜することによって形成される。
【0090】
【化66】
Figure 0004499916
【0091】
4は発光層であり、通常、真空蒸着などにより、正孔輸送層3に密着させて発光能ある化合物、すなわち、発光性化合物を薄膜層、通常、1乃至1,000nmの厚さに成膜することによって形成される。発光能ある化合物としては、例えば、当該ピラン誘導体、オキサチアゾール及びその誘導体、さらには、8−ヒドロキシキノリン又はその誘導体を配位子とするアルミニウム、亜鉛、ベリリウムなどの金属錯体が挙げられ、これらは、必要に応じて、適宜組合せて用いられる。なお、発光層4は、正孔輸送層3及び/又は後記電子輸送層に含有せしめる化合物が発光能を兼備する場合には、省略されることがある。
【0092】
5は電子輸送層であり、通常、真空蒸着などにより、発光層4に密着させて、発光層4におけると同様の化合物か、あるいは、ベンゾキノン、アントラキノン、フレオレノンなどの環状ケトン又はその誘導体を薄膜層、通常、10乃至500nmの厚さに成膜することによって形成される。
【0093】
6は陰極であり、通常、電子輸送層5に密着させて、電子輸送層において用いられる化合物より仕事関数の低い(通常、6eV以下)、例えば、リチウム、マグネシウム、カルシウムなどの金属と、それらの金属の腐食を抑制する、例えば、銀、アルミニウム、インジウムなどの金属を共蒸着することによって形成される。有機EL素子において光透過性が必要とされる場合には、陰極6の厚さを加減することにより、用途に応じた光透過率とすることができる。陰極の厚みについては特に制限がなく、電導性、製造コスト、素子全体の厚みなどを勘案しながら、通常、500nm以上に設定される。
【0094】
このように、この発明による有機EL素子は、基板1上に、陽極2、正孔輸送層3、発光層4、電子輸送層5及び陰極6を、この順序で、隣接する層と互いに密着させながら一体に形成することにより得ることができる。前述のとおり、この発明のピラン誘導体は、有機EL素子において、発光能、正孔輸送能又は電子輸送能を担う物質として、さらには、他の発光性化合物にドーピングするための色素剤(ドーパント)としても機能するので、単独又は他の適宜化合物と組合せることによって、正孔輸送層、発光層及び電子輸送層のいずれにおいても有利に用いることができる。また、最終用途にもよるが、図1に示す有機EL素子において、発光層4にこの発明のピラン誘導体を含有せしめて正孔輸送層及び/又は電子輸送層を兼ねる発光層とする場合には、その余の化合物を用いる正孔輸送層3及び/又は電子輸送層5を省略することができる。
【0095】
図1に示す有機EL素子の場合、陽極2と陰極6の間に直流電圧を印加すると、陽極2から注入された正孔が正孔輸送層3を経て発光層4に、また、陰極6から注入された電子が電子輸送層5を経て発光層4にそれぞれ到達する。その結果、発光層4において、正孔と電子の再結合が生じ、それにより生じた励起状態の発光性化合物から所定の波長の光が陽極2及び基板1を通過して放出されることとなる。
【0096】
以下、この発明の実施の形態につき、実施例に基づき説明する。
【0097】
【実施例1】
<ピラン誘導体>
デヒドロ酢酸2.86gと公知の方法により得た7−ジエチルアミノ−3−ホルミルクマリン3.97gをクロロホルム20mlに溶解し、ピペリジン0.3mlを加え5時間加熱還流した後、反応物を室温まで冷却し、析出した結晶を濾取した。この結晶をN,N−ジメチルホルムアミドを用いて再結晶したところ、化学式49で表されるピラン誘導体の赤色結晶が3.1g得られた。
【0098】
本例のピラン誘導体の融点は232乃至235℃であり、塩化メチレン中で測定すると、波長493nm及び605nmにそれぞれ吸収極大及び蛍光極大を示した。
【0099】
【実施例2】
<ピラン誘導体>
実施例1の方法により得たピラン誘導体を4.4gとり、濃塩酸15ml中、120℃で4時間加熱して反応させた。反応物を室温まで冷却し、水で希釈した後、25%苛性ソーダ水溶液を加えて中和し、析出した結晶を濾取し、メタノール中で加熱還流し、室温まで冷却し、析出した結晶を濾取したところ、化学式35で表されるピラン誘導体の橙色結晶が3.3g得られた。
【0100】
本例のピラン誘導体の融点は211乃至213℃であり、塩化メチレン中で測定すると、波長454nm及び513nmにそれぞれ吸収極大及び蛍光極大を示した。
【0101】
【実施例3】
<ピラン誘導体>
実施例2の方法により得たピラン誘導体を3gとり、無水酢酸12ml中、マロノニトリル0.68gと140℃で4時間加熱して反応させた後、室温まで冷却し、析出した結晶を濾取した。この結晶をN,N−ジメチルホルムアミドを用いて再結晶したところ、化学式5で表されるピラン誘導体の輝赤紫色結晶が2g得られた。
【0102】
本例のピラン誘導体の融点は264乃至266℃であり、塩化メチレン中で測定すると、波長488nm及び590nmにそれぞれ吸収極大及び蛍光極大を示した。
【0103】
【実施例4】
<ピラン誘導体>
実施例2の方法により得たピラン誘導体を3.5gとり、無水酢酸42ml中、シアノ酢酸エチル2.3gと140℃で4時間加熱して反応させた後、室温まで冷却し、析出した結晶を濾取した。この結晶をN,N−ジメチルホルムアミドを用いて再結晶したところ、化学式16で表されるピラン誘導体の赤紫色結晶が1.1g得られた。
【0104】
本例のピラン誘導体の融点は200乃至203℃であり、塩化メチレン中で測定すると、波長479nm及び588nmにそれぞれ吸収極大及び蛍光極大を示した。
【0105】
【実施例5】
<ピラン誘導体>
実施例2の方法に準じて得た化学式37で表されるピラン誘導体を1gとり、無水酢酸8ml中、2−シアノメチルベンゾチアゾール0.5gと140℃で4時間加熱して反応させた後、室温まで冷却し、析出した結晶を濾取した。この結晶をクロロホルム/メタノール混液を用いて再結晶したところ、化学式20で表されるピラン誘導体の赤紫色結晶が0.8g得られた。
【0106】
本例のピラン誘導体の融点は224乃至226℃であり、塩化メチレン中で測定すると、波長516nmに吸収極大を示した。
【0107】
【実施例6】
<ピラン誘導体>
公知の方法により得た化学式63で表される化合物と7−ジブチルアミノ−3−ホルミルクマリンをそれぞれ2.2g及び1.5gとり、N,N,−ジメチルホルムアミド15mlに加熱溶解し、ピペリジンを0.4ml加えた後、100℃で1時間反応させた。室温まで冷却した後、反応物にメタノールを15ml加え、析出した結晶を濾取し、この結晶をクロロホルム/メタノール混液を用いて再結晶したところ、化学式20で表されるピラン誘導体の赤紫色結晶が0.9g得られた。
【0108】
【化67】
Figure 0004499916
【0109】
本例のピラン誘導体は、実施例5のピラン誘導体と同一の融点及び吸収極大を示した。
【0110】
【実施例7】
<ピラン誘導体>
実施例2の方法により得たピラン誘導体を1.1gとり、無水酢酸12ml中、2−シアノメチルベンゾオキサゾール0.57gと140℃で4時間加熱して反応させた後、室温まで冷却し、析出した結晶を濾取した。この結晶をN,N−ジメチルホルムアミドを用いて再結晶したところ、化学式25で表されるピラン誘導体の赤紫色結晶が0.84g得られた。
【0111】
本例のピラン誘導体の融点は262乃至264℃であり、塩化メチレン中で測定すると、波長510nmに吸収極大を示した。
【0112】
【実施例8】
<ピラン誘導体>
実施例2の方法により得たピラン誘導体を3.5gとり、無水酢酸42ml中、シアノアセトアミド1.25gと140℃で4時間加熱して反応させた後、室温まで冷却し、析出した結晶を濾取した。この結晶をシリカゲルカラムクロマトグラフィーにより精製したところ、化学式17で表されるピラン誘導体の輝赤紫色結晶が0.6g得られた。
【0113】
本例のピラン誘導体の融点は263乃至265℃であり、塩化メチレン中で測定すると、波長487nm及び590nmにそれぞれ吸収極大及び蛍光極大を示した。
【0114】
【実施例9】
<ピラン誘導体>
公知の方法により得た化学式63及び64で表される化合物をそれぞれ1.8g及び2.0gとり、N,N−ジメチルホルムアミド15mlに加熱溶解し、ピペリジン0.3mlを加え、100℃で1時間反応させた後、室温まで冷却し、メタノール15mlを加え、析出した結晶を濾取した。この結晶を適量のN,N−ジメチルホルムアミドに加熱溶解し、濾過した後、メタノールを15ml加え、析出した結晶を濾取したところ、化学式23で表されるピラン誘導体の赤紫色結晶が0.8g得られた。
【0115】
【化68】
Figure 0004499916
【0116】
本例のピラン誘導体の融点は160乃至164℃であり、塩化メチレン中で測定すると、波長519nmに吸収極大を示した。
【0117】
【実施例10】
公知の方法により得た化学式64で表される化合物8.20gとデヒドロ酢酸3.36gをクロロホルム30mlに溶解し、ピペリジン0.5mlを加え、5時間加熱還流した後、反応物を室温まで冷却し、メタノールを60ml加え、析出した結晶を濾取した。この結晶をクロロホルム/メタノール混液を用いて再結晶したところ、化学式54で表されるピラン誘導体の赤色結晶が2.8g得られた。
【0118】
本例のピラン誘導体の融点は160乃至162℃であり、塩化メチレン中で測定すると、波長498nm及び605nmにそれぞれ吸収極大及び蛍光極大を示した。
【0119】
【実施例11】
<ピラン誘導体>
実施例10の方法により得たピラン誘導体を6.0gとり、酢酸及び濃塩酸をそれぞれ60ml及び30ml加え、120℃で7時間加熱して反応させた。反応物を室温まで冷却し、水で希釈した後、25%水酸化ナトリウム水溶液を加えて中和し、析出した結晶を濾取した。この結晶にクロロホルム/メタノール混液を溶出剤とするシリカゲルカラムクロマトグラフィーを適用したところ、化学式41で表されるピラン誘導体の燈色結晶が4.2g得られた。
【0120】
本例のピラン誘導体の融点は84乃至87℃であり、塩化メチレン中で測定すると、波長460nm及び511nmにそれぞれ吸収極大及び蛍光極大を示した。
【0121】
【実施例12】
<ピラン誘導体>
実施例11の方法により得たピラン誘導体を3.0gとり、無水酢酸及びマロノニトリルをそれぞれ12ml及び0.42g加え、120℃で4時間加熱して反応させた。反応物を室温まで冷却し、析出した結晶を濾取し、この結晶をN,N−ジチルホルムアミド/メタノール混液を用いて再結晶したところ、化学式10で表されるピラン誘導体の茶褐色結晶が1.9g得られた。
【0122】
本例のピラン誘導体の融点は176乃至177℃であり、塩化メチレン中で測定すると、波長491nm及び593nmにそれぞれ吸収極大及び蛍光極大を示した。
【0123】
以上、実施例のピラン誘導体を含めて、この発明による望ましい化合物の具体例の物性を表1に纏めた。表1において、吸収極大の波長は、塩化メチレンに溶解して測定したものであり、また、蛍光スペクトルは、塩化メチレン中、濃度10−7Mで測定したものである。なお、対照には、下記の化学式65で表される公知のピラン誘導体を用いた。
【0124】
【化69】
Figure 0004499916
【0125】
【表1】
Figure 0004499916
【0126】
表1の結果に見られるように、この発明のピラン誘導体においては、対照と比較して、吸収極大が明らかに長波長側にシフトしていた。とりわけ、化学式5、6、8、10、16、17、49、50、52及び54で表されるピラン誘導体の吸収極大波長はアルゴンレーザーの波長(488nm)に、また、化学式19乃至21、23、25及び26で表されるピラン誘導体の吸収極大波長はYAGレーザーの第二高調波の波長(532nm)にそれぞれ近接している。このことは、この発明のピラン誘導体が、可視光を用いて重合性化合物を重合させるための光増感剤として有用であることを物語っている。本例の方法により蛍光測定したかぎりにおいて、化学式19乃至21、23、25及び26のピラン誘導体の蛍光は観察されなかったが、表1におけるその余のピラン誘導体は対照の2倍以上の強い発光能を示した。このことは、この発明のピラン誘導体が高い電界発光能とレーザー作用を具備することを物語っている。
【0127】
【実施例13】
<光重合性組成物>
常法にしたがって、エチルセロソルブ900重量部に光重合性化合物としてペンタエリスリトールアクリレートモノマーを100重量部、バインダー樹脂としてアクリル酸−メタクリル酸共重合体を100重量部、重合開始剤として3,3´,4,4´−テトラ(t−ブチルパーオキシカルボニル)ベンゾフェノンを8重量部、そして、光増感剤として化学式10、23、41及び54で表されるピラン誘導体のいずれかを2重量部配合し、4種類の光重合性組成物を調製した。
【0128】
常法にしたがって、これらの組成物を表面処理した砂目立てアルミ板に均一に塗布して感光層を形成せしめた後、酸素による重合阻害を防止すべく、感光層の表面にポリビニルアルコール層を形成した。この感光層にグレースケールを密着させて150Wキセノンランプを設置し、シャープカットフィルター(東芝硝子株式会社製、商品名『Y47』及び『Y52』)、干渉フィルター(東芝硝子株式会社製、商品名『KL49』及び『KL54』)及び熱線カットフィルター(ホーヤ株式会社製、商品名『HA30』)を組合せて得た波長488nm(アルゴンレーザーに相当)及び532nm(YAGレーザーの第二高調波に相当)の光を照射した。その後、常法にしたがって、アルカリ系現像液により現像した後、下記の数式にステップタブレットn段目における透過率Tn、露出時間t及び露出強度Ioをそれぞれ代入し、光硬化したステップの段数から感度を計算した。併行して、この発明のピラン誘導体に代えて化学式65で表される公知のピラン誘導体を用いる系を設け、これを上記と同様に処置して対照とした。結果を表2に示す。
【0129】
【数1】
E(mJ/cm)=Io(mJ/cm・s)×Tn×t(s)
【0130】
【表2】
Figure 0004499916
【0131】
表2の結果にみられるように、化学式10及び41で表されるこの発明のピラン誘導体は、波長488nmで測定すると、化学式65で表される公知のピラン誘導体のほぼ2倍以上にも達する高感度を発揮した。また、化学式10及び23で表されるこの発明のピラン誘導体は、波長532nmで測定すると、対照のほぼ2倍に達する高感度を発揮した。このことは、この発明のピラン誘導体が、光化学的重合において、重合性化合物及び重合開始剤の増感に有用であることを物語っている。
【0132】
【実施例14】
<有機EL素子>
王水蒸気によりパターン化した厚さ100nmの透明ITO電極を有するガラス基板を中性洗剤、純水及びイソプロピルアルコールを用いて超音波洗浄し、煮沸したイソプロピールアルコールから引上げ、乾燥し、紫外線オゾンにより洗浄し、蒸着装置に固定した後、10−6Torrまで減圧した。次いで、ガラス基板における陽極としてのITO透明電極を有する面に対して、TPDを50nmの厚さになるまで1nm/秒の速度で蒸着して正孔輸送層を形成した。その後、実施例1の方法により得た化学式49で表されるピラン誘導体とトリス(8−ヒドロキシキノリン)アルミニウム(以下、「Alq3」と略記する。)を重量比1.8:100になるように、0.5nm/秒の速度で厚さ15nmまで共蒸着して発光層を形成し、さらに、Alq3を45nmの厚さになるように1nm/秒の速度で蒸着して電子輸送層を形成した後、マグネシウムと銀を重量比で10:1になるように、1nm/秒の速度で厚さ200nmまで共蒸着して陰極を形成した。
【0133】
斯くして得られた有機EL素子に直流14Vを印加したところ、電流密度400mA/cmで輝度6,200cd/mの赤色発光(発光極大波長626nm)が得られた。この発光は乾燥窒素雰囲気下で安定して持続し、発光開始から5,000時間経過した時点においても部分的暗黒部(ダークスポット)は観察されなかった。なお、10mA/cmで定電流駆動したときの発光輝度の半減期は、約3,000時間であった(初期輝度200cd/m)。
【0134】
【実施例15】
<有機EL素子>
実施例14において、電子輸送層の形成工程を省略するとともに、発光層の形成に際して、実施例1の方法により得た化学式49で表されるピラン誘導体とAlq3を実施例14におけると同様の重量比で厚さ60nmになるように共蒸着することによって電子輸送層を兼ねる発光層とした以外は、実施例14におけると同様にして有機EL素子を作製した。
【0135】
本例の有機EL素子は、直流14Vを印加すると、電流密度420mA/cmで、輝度6,500cd/mの赤色発光(発光極大波長625nm)が得られた。
【0136】
【実施例16】
<有機EL素子>
実施例14において、電子輸送層の形成工程を省略するとともに、発光層の形成に際して、Alq3を省略し、実施例1の方法により得た化学式49で表されるピラン誘導体のみを厚さ50nmまで蒸着することによって電子輸送層を兼ねる発光層とした以外は、実施例14におけると同様にして有機EL素子を作製した。
【0137】
本例の有機EL素子は、直流18Vを印加すると、電流密度380mA/cmで、輝度4,000cd/mの赤色発光(発光極大波長630nm)が得られた。
【0138】
【実施例17】
<有機EL素子>
実施例14において、発光層を形成するに際して、化学式49で表されるピラン誘導体に代えて、実施例2の方法により得た化学式35で表されるピラン誘導体を用い、このピラン誘導体とAlq3を重量比2.5:100で厚さ15nmまで共蒸着した以外は、実施例14におけると同様にして有機EL素子を作製した。
【0139】
本例のEL素子は、直流14Vを印加すると、電流密度520mA/cmで輝度900cd/mの発光(発光極大波長535nm)を示した。
【0140】
【実施例18】
<有機EL素子>
実施例14において、電子輸送層の形成工程を省略するとともに、発光層の形成に際して、化学式49で表されるピラン誘導体に代えて、実施例2の方法により得た化学式35で表されるピラン誘導体を用い、Alq3とこのピラン誘導体を重量比2.5:100で厚さ60nmまで共蒸着することによって電子輸送層を兼ねる発光層とした以外は、実施例14におけると同様にして有機EL素子を作製した。
【0141】
本例の有機EL素子は、直流14Vを印加すると、電流密度460mA/cmで輝度4,500cd/mの発光(発光極大波長535nm)を示した。
【0142】
【実施例19】
<有機EL素子>
実施例14において、発光層を形成するに際して、化学式49で表されるピラン誘導体に代えて、実施例3の方法により得た化学式5で表されるピラン誘導体を用い、このピラン誘導体とAlq3を重量比2.5:100で厚さ15nmまで共蒸着した以外は、実施例14におけると同様にして有機EL素子を作製した。
【0143】
本例の有機EL素子は、直流14Vを印加すると、電流密度520mA/cmで輝度6,200cd/mの赤色発光(発光極大波長610nm)を示した。
【0144】
【実施例20】
<有機EL素子>
実施例14において、電子輸送層の形成工程を省略するとともに、発光層の形成に際して、化学式49で表されるピラン誘導体に代えて、実施例3の方法により得た化学式5で表されるピラン誘導体を用い、Alq3とこのピラン誘導体を重量比2.5:100で厚さ60nmまで共蒸着することによって電子輸送層を兼備する発光層とした以外は、実施例14におけると同様にして有機EL素子を作製した。
【0145】
本例の有機EL素子は、直流15Vを印加すると、電流密度420mA/cmで輝度5,800cd/mの赤色発光(発光極大波長610nm)を示した。
【0146】
【実施例21】
<有機EL素子>
実施例14において、発光層を形成するに際して、Alq3を省略し、化学式49で表されるピラン誘導体に代えて、実施例3の方法により得た化学式5で表されるピラン誘導体のみを厚さ50nmまで蒸着した以外は、実施例14におけると同様にして有機EL素子を作製した。
【0147】
本例のEL素子は、直流18Vを印加すると、電流密度380mA/cmで輝度3,200cd/mの赤色発光(発光極大波長625nm)を示した。
【0148】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明は新規なピラン誘導体の創出と、その産業上有用な諸特性の発見に基づくものである。この発明のピラン誘導体は、可視光に対して顕著な感受性を有するので、重合開始剤の存在下又は非存在下において、光重合性化合物にアルゴンレーザー、ヘリウム・ネオンレーザー、YAGレーザーの第2高調波などの可視光を照射して光化学的重合させる際の光増感剤として極めて有用である。したがって、この発明のピラン誘導体は、例えば、斯かるレーザーを光源とする光化学的重合が不可欠の技術的要素となる印刷製版用PS版、塗料、光修復接着剤、印刷基板用絶縁材、デジタルカラープルーフ、ホログラフィーなどの情報記録及び電子機器を含む諸種の分野において極めて有用である。
【0149】
さらに、この発明のピラン誘導体は、顕著な発光能を有するので、有機EL素子における発光性化合物や他の発光性化合物にドーピングするための色素剤として、さらには、色素レーザーにおけるレーザー作用物として極めて有用である。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明による有機EL素子の概略図である。図中、1は基板、2は陽極、3は正孔輸送層、4は発光層、5は電子輸送層、6は陰極をそれぞれ表す。

Claims (6)

  1. 下記の化学式3で表されるピラン誘導体。
    Figure 0004499916
    化学式3において、R及びRは、それぞれ独立に、水素原子又は直鎖状若しくは分岐を有するアルキル基、アルケニル基又はアリール基(アルキル基及びアリール基は置換基を有していてもよい)を表すものとする。Rは、水素原子、ハロゲン原子、シアノ基、カルボニル基、若しくは分岐を有するアルキル基を表し、そのアルキル基は置換基を有していてもよい。ただし、R 及びは、それらが結合している窒素原子を含んで環状構造を形成することがあるか、あるいは、R 及び/又はR は、その窒素原子とその窒素原子が結合しているベンゼン環をも含んで環状構造を形成することがある。
  2. 請求項1に記載のピラン誘導体を含んでなる光増感剤。
  3. 請求項1に記載のピラン誘導体を含んでなる光重合性組成物。
  4. 重合性化合物とともに重合開始剤及び/又はバインダー樹脂を含んでなる請求項3に記載の光重合性組成物。
  5. 可視光を照射することによって重合させることのできる請求項3又は4に記載の光重合性組成物。
  6. 化学式60で表される3−ホルミルクマリンデヒドロ酢酸を反応させる工程を含んでなる請求項1に記載のピラン誘導体の製造方法。
    Figure 0004499916
    化学式60において、R 、R 及びR はそれぞれ、請求項1に記載の化学式3に対応するR 、R 及びR を表す。
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