JP5363710B2 - 有機発光性化合物およびこれを備えた有機電界発光素子 - Google Patents

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Description

本発明は、有機発光性化合物およびこれを備えた有機電界発光素子に関し、さらに詳細には、優れた電気的特性、熱安定性、および光化学安定性を有し、有機電界発光素子への適用時に低い駆動電圧、高い効率、および優れた色純度特性を示すことができる有機発光性化合物、ならびに該化合物を備えた有機電界発光素子に関する。
電界発光素子は、自発光型素子であって、広い視野角、優れたコントラスト、および速い応答時間を有している。前記電界発光素子は、発光層に無機化合物を用いる無機電界発光素子と発光層に有機化合物を用いる有機電界発光素子とに分類される。有機電界発光素子は、無機電界発光素子に比べて優れた輝度、低い駆動電圧、および速い応答速度を有し、多色画像を可能にする。
有機電界発光素子は、一般的に、アノード/有機発光層/カソードの積層構造を有する。また、有機電界発光素子は、アノード/正孔注入層/正孔輸送層/発光層/電子輸送層/電子注入層/カソード、またはアノード/正孔注入層/正孔輸送層/発光層/正孔阻止層/電子輸送層/電子注入層/カソードなどの構造を有することもできる。
有機電界発光素子に用いられる物質は、真空蒸着性物質と溶液塗布性物質とに分類される。真空蒸着性物質は、500℃以下で1.33×10−4Pa(10−6Torr)以上の蒸気圧を有さねばならず、分子量1200以下の低分子物質が好ましい。溶液塗布性物質は、溶剤に対する溶解性が高くなければならず、通常、芳香族化合物または複素環化合物を含む。
真空蒸着法を用いて有機電界発光素子を使用する場合、真空システムの使用のため製造コストが増加する。加えて、天然色ディスプレー用の画素を製造するためにシャドーマスクを使用する場合、高解像度の画素の製造が難しい。これに対して、インクジェット印刷、スクリーン印刷、スピンコーティングなどの溶液塗布法は、製造が容易で製造コストが低く、シャドーマスクを使用する場合より相対的に優れた解像度を得ることができる。
しかし、熱安定性、色純度などの面で、溶液塗布性物質の青色発光分子は、真空蒸着法に使用できる物質に比べて劣る。また、製造後に結晶化が起こるため、可視光線の波長と同様の大きさの結晶は、可視光線を散乱させて白濁する現象を示す。さらに、ピンホールが形成され、素子を劣化させる。
特許文献1には、発光層または正孔注入層に用いられる化合物として、2つのナフチル基で置換されたアントラセン化合物が開示されている。また、特許文献2および特許文献3には、発光層または正孔注入層に用いられる化合物として、トリフェニルアミン基で置換されたアントラセン化合物が開示されている。
特開平11−3782号公報 特開2004−91334号公報 特開2003−146951号公報
しかしながら、前記の特許文献に記載の化合物は、製膜に必要な溶媒に対する溶解性が十分でなく、それゆえ、これを用いた有機電界発光素子の特性は満足すべきものではない。
よって、熱安定性に優れ、製膜に好適な青色発光化合物を用い、低い駆動電圧、優れた輝度、高い効率、および優れた色純度を有する有機電界発光素子の開発が望まれている。
そこで、本発明は、熱安定性に優れ製膜に好適であり、有機電界発光素子への適用時に低い駆動電圧、高い効率、および優れた色純度特性を示すことができる有機発光性化合物、ならびに該化合物を備えた有機電界発光素子を提供することを目的とする。
前記本発明の課題を解決するために、本発明は、下記化学式(1)で表される有機発光性化合物を提供する。
前記化学式(1)中、R、R、R、R、R、R、R、R、R、R10、R11、R12、R13、およびR14は、それぞれ独立して、水素原子、ハロゲン原子、シアノ基、ニトロ基、ヒドロキシル基、置換されていてもよいC〜C50の直鎖状または分岐状のアルキル基、置換されていてもよいC〜C50の直鎖状又は分岐状のアルコキシ基、置換されていてもよいC〜C50のシクロアルキル基、置換されていてもよいC〜C50のヘテロシクロアルキル基、置換されていてもよいC〜C50のアリール基(ただし、RおよびRの場合にアントラセン基は除く)、置換されていてもよいC〜C50のヘテロアリール基、下記化学式(2)で表される基、または下記化学式(3)で表される基であり、
この際、前記化学式(2)および(3)中、Z、Z、Z、Z、およびZは、それぞれ独立して、水素原子、置換されていてもよいC〜C50の直鎖状もしくは分岐状のアルキル基、置換されていてもよいC〜C50のシクロアルキル基、置換されていてもよいC〜C50のヘテロシクロアルキル基、置換されていてもよいC〜C50のアリール基(ただし、RおよびRの場合にアントラセニル基は除く)、または置換されていてもよいC〜C50のヘテロアリール基であり、Xは、下記化学式(4)で表される基、下記化学式(5)で表される基、酸素原子、硫黄原子、スルホニル基、セレン原子、またはセレノニル基であり、
この際、前記化学式(4)および(5)中、Z、Z、およびZは、それぞれ独立して、水素原子、置換されていてもよいC〜C50の直鎖状もしくは分岐状のアルキル基、または置換されていてもよいC〜C50のアリール基であり、mおよびnは、それぞれ独立して、0〜2の整数であり、同時に0ではない。
また、本発明は、第1電極、第2電極、および前記第1電極と前記第2電極との間に少なくとも一層の有機膜を含む有機発光素子であり、前記有機膜が前記有機発光性化合物を含む有機電界発光素子を提供する。
本発明によれば、熱安定性に優れ製膜に好適であり、有機電界発光素子への適用時に低い駆動電圧、高い効率、および優れた色純度特性を示すことができる有機発光性化合物、ならびに該化合物を備えた有機電界発光素子が提供されうる。
以下、本発明をさらに詳細に説明する。
本発明による有機発光性化合物は、下記化学式(1)で表される。
前記化学式(1)中、R、R、R、R、R、R、R、R、R、R10、R11、R12、R13、およびR14は、それぞれ独立して、水素原子、ハロゲン原子、シアノ基、ニトロ基、ヒドロキシル基、置換されていてもよいC〜C50の直鎖状または分岐状のアルキル基、置換されていてもよいC〜C50の直鎖状又は分岐状のアルコキシ基、置換されていてもよいC〜C50のシクロアルキル基、置換されていてもよいC〜C50のヘテロシクロアルキル基、置換されていてもよいC〜C50のアリール基(ただし、RおよびRの場合にアントラセン基は除く)、置換されていてもよいC〜C50のヘテロアリール基、下記化学式(2)で表される基、または下記化学式(3)で表される基であり、
この際、前記化学式(2)および(3)中、Z、Z、Z、Z、およびZは、それぞれ独立して、水素原子、置換されていてもよいC〜C50の直鎖状または分岐状のアルキル基、置換されていてもよいC〜C50のシクロアルキル基、置換されていてもよいC〜C50のヘテロシクロアルキル基、置換されていてもよいC〜C50のアリール基(ただし、RおよびRの場合にアントラセン基は除く)、または置換されていてもよいC〜C50のヘテロアリール基であり、Xは、下記化学式(4)で表される基、下記化学式(5)で表される基、酸素原子、硫黄原子、スルホニル基、セレン原子、またはセレノニル基であり、
この際、前記化学式(4)および(5)中、Z、Z、およびZは、それぞれ独立して、水素原子、置換されていてもよいC〜C50の直鎖状もしくは分岐状のアルキル基、または置換されていてもよいC〜C50のアリール基であり、mおよびnは、それぞれ独立して、0〜2の整数であり、同時に0ではない。
前記化学式(1)において、アントラセン構造を有するコア部、およびコア部に結合されたベンゾチオフェニル基などの置換基は、前記化学式(1)で表される化合物の熱安定性および光化学安定性を高める役割を果たし、寿命などの有機電界発光素子の特性を改良しうる。また、互いに連結されているアントラセン構造を有するコア部およびこれに連結されたベンゾチオフェニル基などのバルキーで不規則な置換基は、分子内のエネルギー転移が起こるようにすることによって、量子効率などの発光特性を改良しうる。
前記化学式(1)中、R、R、R、R、R、R、R、R、R、R10、R11、R12、R13、およびR14は、それぞれ独立して、水素原子、ハロゲン原子、シアノ基、ニトロ基、ヒドロキシル基、置換されていてもよいC〜C50の直鎖状もしくは分岐状のアルキル基、置換されていてもよいC〜C50の直鎖状もしくは分岐状のアルコキシ基、置換されていてもよいC〜C50のシクロアルキル基、置換されていてもよいC〜C50のヘテロシクロアルキル基、置換されていてもよいC〜C50のアリール基(ただし、RおよびRの場合にアントラセン基は除く)、置換されていてもよいC〜C50のヘテロアリール基、下記化学式(2)で表される基、または下記化学式(3)で表される基であり、
この際、前記化学式(2)および(3)中、Z、Z、Z、Z、およびZは、それぞれ独立して、水素原子、置換されていてもよいC〜C50の直鎖状もしくは分岐状のアルキル基、置換されていてもよいC〜C50のシクロアルキル基、置換されていてもよいC〜C50のヘテロシクロアルキル基、置換されていてもよいC〜C50のアリール基(ただし、RおよびRの場合にアントラセン基は除く)、または置換されていてもよいC〜C50のヘテロアリール基である。
前記化学式(1)中のR、R、R、R、R、R、R、R、R、R10、R11、R12、R13、およびR14、ならびに前記化学式(2)および(3)中のZ、Z、Z、Z、およびZで用いられうるアルキル基は、置換されていてもよいC〜C50の直鎖状または分岐状のアルキル基である。その具体的な例としては、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、イソブチル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基、n−ペンチル基、iso−アミル基、tert−ペンチル基、ネオペンチル基、n−へキシル基、3−メチルペンタン−2−イル基、3−メチルペンタン−3−イル基、4−メチルペンチル基、4−メチルペンタン−2−イル基、1,3−ジメチルブチル基、3,3−ジメチルブチル基、3,3−ジメチルブタン−2−イル基、n−ヘプチル基、1−メチルヘキシル基、3−メチルヘキシル基、4−メチルヘキシル基、5−メチルヘキシル基、1−エチルペンチル基、1−(n−プロピル)ブチル基、1,1−ジメチルペンチル基、1,4−ジメチルペンチル基、1,1−ジエチルプロピル基、1,3,3−トリメチルブチル基、1−エチル−2,2−ジメチルプロピル基、n−オクチル基、2−エチルヘキシル基、2−メチルヘキサン−2−イル基、2,4−ジメチルペンタン−3−イル基、1,1−ジメチルペンタン−1−イル基、2,2−ジメチルヘキサン−3−イル基、2,3−ジメチルヘキサン−2−イル基、2,5−ジメチルヘキサン−2−イル基、2,5−ジメチルヘキサン−3−イル基、3,4−ジメチルヘキサン−3−イル基、3,5−ジメチルヘキサン−3−イル基、1−メチルヘプチル基、2−メチルヘプチル基、5−メチルヘプチル基、2−メチルヘプタン−2−イル基、3−メチルヘプタン−3−イル基、4−メチルヘプタン−3−イル基、4−メチルヘプタン−4−イル基、1−エチルヘキシル基、2−エチルヘキシル基、1−プロピルペンチル基、2−プロピルペンチル基、1,1−ジメチルヘキシル基、1,4−ジメチルヘキシル基、1,5−ジメチルヘキシル基、1−エチル−1−メチルペンチル基、1−エチル−4−メチルペンチル基、1,1,4−トリメチルペンチル基、2,4,4−トリメチルペンチル基、1−イソプロピル−1,2−ジメチルプロピル基、1,1,3,3−テトラメチルブチル基、n−ノニル基、1−メチルオクチル基、6−メチルオクチル基、1−エチルヘプチル基、1−(n−ブチル)ペンチル基、4−メチル−1−(n−プロピル)ペンチル基、1,5,5−トリメチルヘキシル基、1,1,5−トリメチルヘキシル基、2−メチルオクタン−3−イル基、n−デシル基、1−メチルノニル基、1−エチルオクチル基、1−(n−ブチル)ヘキシル基、1,1−ジメチルオクチル基、3,7−ジメチルオクチル基、n−ウンデシル基、1−メチルデシル基、1−エチルノニル基、n−ドデシル基、1−メチルウンデシル基、n−トリデシル基、n−テトラデシル基、1−メチルトリデシル基、n−ペンタデシル基、n−ヘキサデシル基、n−ヘプタデシル基、n−オクタデシル基、n−ノナデシル基、n−エイコシル基、n−ヘンイコシル基、n−ドコシル基、n−トリコシル基、n−テトラコシル基、n−ペンタコシル基、n−ヘキサコシル基、n−ヘプタコシル基、n−オクタコシル基、n−ノナコシル基、n−トリアコンチル基、n−テトラコンチル基、またはn−ペンタコンチル基が好ましく挙げられる。
前記化学式(1)中のR、R、R、R、R、R、R、R、R、R10、R11、R12、R13、およびR14、ならびに前記化学式(2)および(3)中のZ、Z、Z、Z、およびZで用いられうるアルコキシ基は、置換されていてもよいC〜C50の直鎖状または分岐状のアルコキシ基である。その具体的な例としては、メトキシ基、エトキシ基、n−プロポキシ基、イソプロポキシ基、n−ブトキシ基、イソブトキシ基、sec−ブトキシ基、tert−ブトキシ基、n−ペンチルオキシ基、イソペンチルオキシ基、ネオペンチルオキシ基、1,2−ジメチル−プロポキシ基、n−へキシルオキシ基、3−メチルペンタン−2−イルオキシ基、3−メチルペンタン−3−イルオキシ基、4−メチルペンチルオキシ基、4−メチルペンタン−2−イルオキシ基、1,3−ジメチルブチルオキシ基、3,3−ジメチルブチルオキシ基、3,3−ジメチルブタン−2−イルオキシ基、n−ヘプチルオキシ基、1−メチルヘキシルオキシ基、3−メチルヘキシルオキシ基、4−メチルヘキシルオキシ基、5−メチルヘキシルオキシ基、1−エチルペンチルオキシ基、1−(n−プロピル)ブチルオキシ基、1,1−ジメチルペンチルオキシ基、1,4−ジメチルペンチルオキシ基、1,1−ジエチルプロピルオキシ基、1,3,3−トリメチルブチルオキシ基、1−エチル−2,2−ジメチルプロピルオキシ基、n−オクチルオキシ基、2−エチルヘキシルオキシ基、2−メチルヘキサン−2−イルオキシ基、2,4−ジメチルペンタン−3−イルオキシ基、1,1−ジメチルペンタン−1−イルオキシ基、2,2−ジメチルヘキサン−3−イルオキシ基、2,3−ジメチルヘキサン−2−イルオキシ基、2,5−ジメチルヘキサン−2−イルオキシオキシ基、2,5−ジメチルヘキサン−3−イルオキシ基、3,4−ジメチルヘキサン−3−イルオキシ基、3,5−ジメチルヘキサン−3−イルオキシ基、1−メチルヘプチルオキシ基、2−メチルヘプチルオキシ基、5−メチルヘプチルオキシ基、2−メチルヘプタン−2−イルオキシ基、3−メチルヘプタン−3−イルオキシ基、4−メチルヘプタン−3−イルオキシ基、4−メチルヘプタン−4−イルオキシ基、1−エチルヘキシルオキシ基、2−エチルヘキシルオキシ基、1−プロピルペンチルオキシ基、2−プロピルペンチルオキシ基、1,1−ジメチルヘキシルオキシ基、1,4−ジメチルヘキシルオキシ基、1,5−ジメチルヘキシルオキシ基、1−エチル−1−メチルペンチルオキシ基、1−エチル−4−メチルペンチルオキシ基、1,1,4−トリメチルペンチルオキシ基、2,4,4−トリメチルペンチルオキシ基、1−イソプロピル−1,2−ジメチルプロピルオキシ基、1,1,3,3−テトラメチルブチルオキシ基、n−ノニルオキシ基、1−メチルオクチルオキシ基、6−メチルオクチルオキシ基、1−エチルヘプチルオキシ基、1−(n−ブチル)ペンチルオキシ基、4−メチル−1−(n−プロピル)ペンチルオキシ基、1,5,5−トリメチルヘキシルオキシ基、1,1,5−トリメチルヘキシルオキシ基、2−メチルオクタン−3−イルオキシ基、n−デシルオキシ基、1−メチルノニルオキシ基、1−エチルオクチルオキシ基、1−(n−ブチル)ヘキシルオキシ基、1,1−ジメチルオクチルオキシ基、3,7−ジメチルオクチルオキシ基、n−ウンデシルオキシ基、1−メチルデシルオキシ基、1−エチルノニルオキシ基、n−ドデシルオキシ基、1−メチルウンデシルオキシ基、n−トリデシルオキシ基、n−テトラデシルオキシ基、1−メチルトリデシルオキシ基、n−ペンタデシルオキシ基、n−ヘキサデシルオキシ基、n−ヘプタデシルオキシ基、n−オクタデシルオキシ基、n−ノナデシルオキシ基、n−エイコシルオキシ基、n−ヘンイコシルオキシ基、n−ドコシルオキシ基、n−トリコシルオキシ基、n−テトラコシルオキシ基、n−ペンタコシルオキシ基、n−ヘキサコシルオキシ基、n−ヘプタコシルオキシ基、n−オクタコシルオキシ基、n−ノナコシルオキシ基、n−トリアコンチルオキシ基、n−テトラコンチルオキシ基、またはn−ペンタコンチルオキシ基が好ましく挙げられる。
前記化学式(1)中のR、R、R、R、R、R、R、R、R、R10、R11、R12、R13、およびR14、ならびに前記化学式(2)および(3)中のZ、Z、Z、Z、およびZで用いられうるシクロアルキル基は、置換されていてもよいC〜C50のシクロアルキル基である。その具体的な例としては、シクロペンチル基、シクロへキシル基、シクロペンチル基、シクロオクチル基、シクロノニル基、シクロデシル基、シクロウンデシル基、シクロドデシル基、シクロトリデシル基、シクロテトラデシル基、シクロペンタデシル基、シクロヘキサデシル基、シクロヘプタデシル基、シクロオクタデシル基、シクロノナデシル基、シクロエイコシル基、シクロヘンイコシル基、シクロドコシル基、シクロトリコシル基、シクロテトラコシル基、シクロペンタコシル基、シクロヘキサコシル基、シクロヘプタコシル基、シクロオクタコシル基、シクロノナコシル基、シクロトリアコンチル基、シクロテトラコンチル基、またはシクロペンタコンチル基などが好ましく挙げられる。
前記化学式(1)中のR、R、R、R、R、R、R、R、R、R10、R11、R12、R13、およびR14、ならびに前記化学式(2)および(3)中のZ、Z、Z、Z、およびZで用いられうるヘテロシクロアルキル基は、窒素原子、酸素原子、リン原子、および硫黄原子からなる群より選択される少なくとも1個のヘテロ原子を含む飽和環を有するC〜C50の基である。その具体的な例としては、オキシラニル基、ピロリジニル基、イミダゾリジニル基、ピラゾリジニル基、オキサゾリジニル基、イソオキサゾリジニル基、ピペリジニル基、ピペラジニル基、モルホリニル基、チオモルホニリル基、テトラヒドロピラニル基、またはテトラヒドロフラニル基などが好ましく挙げられる。
前記化学式(1)中のR、R、R、R、R、R、R、R、R、R10、R11、R12、R13、およびR14、ならびに前記化学式(2)および(3)中のZ、Z、Z、Z、およびZで用いられうるアリール基は、置換されていてもよいC〜C50のアリール基である。その具体的な例としては、フェニル基、ペンタレニル基、インデニル基、1−ナフチル基、2−ナフチル基、テトラヒドロナフチル基、アズレニル基、ヘプタレニル基、オクタレニル基、as−インダセニル基、s−インダセニル基、ビフェニレニル基、アセナフチレニル基、アセナフテニル基、フルオレニル基、フェナレニル基、アントラセニル基、メチルアントラセニル基、9,10−[1,2]ベンゼノアントラセニル基、フェナントリル基、1H−トリンデニル基、フルオランテニル基、ピレニル基、アセフェナントリレニル基、アセアントリレニル基、トリフェニレニル基、クリセニル基、テトラフェニル基、ナフタセニル基、プレイアデニル基、ピセニル基、ペリレニル基、ペンタフェニル基、ペンタセニル基、テトラフェニレニル基、ヘキサヘリセニル基、ヘキサフェニル基、ヘキサセニル基、ルビセニル基、コロネニル基、トリナフチレニル基、ヘプタフェニル基、ヘプタセニル基、ピラントレニル基、オクタフェニル基、オクタセニル基、ノナフェニル基、ノナセニル基、オバレニル基、デカフェニル基、デカセニル基、テリレニル基、ビオレントレニル基、イソビオラントレニル基、またはデカシクレニル基などが好ましく挙げられる。ただし、RおよびRの場合、アントラセニル基は除く。
前記化学式(1)中のR、R、R、R、R、R、R、R、R、R10、R11、R12、R13、およびR14、ならびに前記化学式(2)および(3)中のZ、Z、Z、Z、およびZで用いられうるヘテロアリール基は、窒素原子、酸素原子、リン原子、および硫黄原子からなる群より選択される少なくとも1個のヘテロ原子を含む単環複素環または縮合複素環を有するC〜C50の基である。その具体的な例としては、ピロリル基、イミダゾリル基、イミダゾリジニル基、ベンゾイミダゾリル基、ピラゾリル基、チアゾリル基、イソチアゾリル基、オキサゾリル基、イソオキサゾリル基、フラザニル基、ピリジニル基、ピラジニル基、ピリミジニル基、ピリダジニル基、フラニル基、ピラニル基、チエニル基、ベンゾチオフェニル基、チオピラニル基、イソチオクロメニル基、チオクロメニル基、チオキサントレニル基、チアントレニル基、フェノキサチイニル基、ピロリジニル基、1H−1−ピリンジニル基、インドニジニル基、イソインドリル基、インドリル基、インダゾリル基、プリニル基、キノリジニル基、イソキノリニル基、キノリニル基、ナフチリジニル基、フタラジニル基、キノキサニリル基、キナゾリニル基、シンノリニル基、プテリジニル基、カルバゾリル基、β−カルボリニル基、フェナントリジニル基、アクリジニル基、ペリミジニル基、フェナントロリニル基、フェナジニル基、フェノチアジニル基、フェノキサジニル基、アンチジニル基、イソベンゾフラニル基、ベンゾフラニル基、イソクロメニル基、クロメニル基、キサンテニル基、パラチアジニル基、トリアゾリル基、またはテトラゾリル基が好ましく挙げられる。
前記化学式(1)中のR、R、R、R、R、R、R、R、R、R10、R11、R12、R13、およびR14で用いられうる前記化学式(2)で表される基の例としては、アミノ基、メチルアミノ基、エチルアミノ基、n−プロピルアミノ基、イソプロピルアミノ基、n−ブチルアミノ基、sec−ブチルアミノ基、n−ペンチルアミノ基、2−ペンチルアミノ基、3−ペンチルアミノ基、イソアミルアミノ基、エチルイソアミルアミノ基、1−ヘキシルアミノ基、1−ヘプチルアミノ基、2−ヘプチルアミノ基、2−オクチルアミノ基、1−ノニルアミノ基、1−デシルアミノ基、1−ドデシルアミノ基、1−トリデシルアミノ基、1−ヘキサデシルアミノ基、ステアリルアミノ基、シクロペンチルアミノ基、シクロヘキシルアミノ基、シクロドデシルアミノ基、2−エチルヘキシルアミノ基、3−メチルヘプチルアミノ基、3−イソプロポキシプロピルアミノ基、3−ブトキシプロピルアミノ基、3−イソブトキシプロピルアミノ基、2−エチルヘキシロキシプロピルアミノ基、3−デシロキシプロピルアミノ基、3−ラウリロキシプロピルアミノ基、3−ミリスチロキシプロピルアミノ基、フェニルアミノ基、トリルアミノ基、ジメチルアミノ基、ジエチルアミノ基、ジプロピルアミノ基、ジブチルアミノ基、ジペンチルアミノ基、ジヘキシルアミノ基、ジオクチルアミノ基、ジフェニルアミノ基、ジトリルアミノ基、ジベンジルアミノ基、N−メチル−N−エチルアミノ基、N−メチル−N−ブチルアミノ基、N−エチル−N−ブチルアミノ基、N−エチル−N−β−メトキシエチルアミノ基、N−エチル−N−β−エトキシエチルアミノ基、N−エチル−N−β−フェノキシエチルアミノ基、N−メチル−N−β−シアノエチルアミノ基、N−メチル−N−β−クロロエチルアミノ基、N−エチル−N−シクロヘキシルアミノ基、N−エチル−N−ペンチルアミノ基、N−エチル−N−テトラヒドロフルフリルアミノ基、N−エチル−N−トリルアミノ基、N−エチル−N−メトキシフェニルアミノ基、N−エチル−N−ベンジルアミノ基、N−エチル−N−クロロベンジルアミノ基などが好ましく挙げられる。
前記化学式(1)中のR、R、R、R、R、R、R、R、R、R10、R11、R12、R13、およびR14で用いられうる前記化学式(3)で表される基の例としては、メチルシリル基、エチルシリル基、プロピルシリル基、i−プロピルシリル基、ブチルシリル基、イソブチルシリル基、tert−ブチルシリル基、ペンチルシリル基、ヘキシルシリル基、シクロヘキシルシリル基、ヘプチルシリル基、オクチルシリル基、2−エチルヘキシルシリル基、ノニルシリル基、デシルシリル基、3,7−ジメチルオクチルシリル基、ラウリルシリル基、トリメチルシリル基、エチルジメチルシリル基、プロピルジメチルシリル基、イソプロピルジメチルシリル基、ブチルジメチルシリル基、t−ブチルジメチルシリル基、ペンチルジメチルシリル基、ヘキシルジメチルシリル基、ヘプチルジメチルシリル基、オクチルジメチルシリル基、2−エチルヘキシル−ジメチルシリル基、ノニルジメチルシリル基、デシルジメチルシリル基、3,7−ジメチルオクチル−ジメチルシリル基、ラウリルジメチルシリル基、フェニルシリル基、ジフェニルシリル基、トリフェニルシリル基、メチルジフェニルシリル基、ジメチルフェニルシリル基、トリトリルシリル基などが好ましく挙げられる。
前記アルキル基、前記アルコキシ基、前記シクロアルキル基、前記ヘテロシクロアルキル基、前記アリール基、および前記ヘテロアリール基の1つ以上の水素原子は置換されていてもよい。これらの基が置換されている場合の置換基の例としては、フッ素原子;塩素原子;臭素原子;ニトリル基;ニトロ基;ヒドロキシル基;非置換、またはフッ素原子、塩素原子、臭素原子、ニトリル基、ニトロ基、もしくはヒドロキシ基で置換されたC〜C50の直鎖状もしくは分岐状のアルキル基;非置換、またはフッ素原子、塩素原子、臭素原子、ニトリル基、ニトロ基、もしくはヒドロキシ基で置換されたC〜C50の直鎖状もしくは分岐状のアルコキシ基;非置換、またはフッ素原子、塩素原子、臭素原子、ニトリル基、ニトロ基、もしくはヒドロキシ基で置換されたC〜C50のアリール基;非置換、またはC〜C50の直鎖状もしくは分岐状のアルキル基、C〜C50の直鎖状もしくは分岐状のアルコキシ基、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ニトリル基、ニトロ基、またはヒドロキシ基で置換されたC〜C50のヘテロアリール基;非置換、またはC〜C50の直鎖状もしくは分岐状のアルキル基、C〜C50の直鎖状もしくは分岐状のアルコキシ基、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ニトリル基、ニトロ基、もしくはヒドロキシ基で置換されたC〜C50のシクロアルキル基;非置換、またはC〜C50の直鎖状もしくは分岐状のアルキル基、C〜C50の直鎖状もしくは分岐状のアルコキシ基、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ニトリル基、ニトロ基、もしくはヒドロキシ基で置換されたC〜C50のヘテロシクロアルキル基;および下記化学式(6)で表される基からなる群より選択される少なくとも1つの基であることが好ましい。
前記化学式(6)中、ZおよびZ10は、それぞれ独立して、水素原子、置換されていてもよいC〜C50の直鎖状もしくは分岐状のアルキル基、または置換されていてもよいC〜C50の直鎖状もしくは分岐状のアルキル基で置換されたC〜C50のアリール基である。
、R、R、R、R、R、R、R、R、R10、R11、R12、R13、およびR14は、それぞれ独立して、水素原子、置換されていてもよいC〜C50の直鎖状または分岐状のアルキル基、置換されていてもよいC〜C50の直鎖状または分岐状のアルコキシ基、置換されていてもよいフェニル基、置換されていてもよいp−トリル基、置換されていてもよいビフェニル基、置換されていてもよいm−ターフェニル基、置換されていてもよいペンタレニル基、置換されていてもよいインデニル基、置換されていてもよいナフチル基、置換されていてもよいビフェニレニル基、置換されていてもよいアントラセニル基、置換されていてもよいアズレニル基、置換されていてもよいヘプタレニル基、置換されていてもよいアセナフチレニル基、置換されていてもよいフェナレニル基、置換されていてもよいフルオレニル基、置換されていてもよいメチルアントラセニル基、置換されていてもよい9,10−[1,2]ベンゼノアントラセニル基、置換されていてもよいフェナントレニル基、置換されていてもよいトリフェニレニル基、置換されていてもよいピレニル基、置換されていてもよいクリセニル基、置換されていてもよいエチルクリセニル基、置換されていてもよいピセニル基、置換されていてもよいペリレニル基、置換されていてもよいクロロペリレニル基、置換されていてもよいペンタフェニル基、置換されていてもよいペンタセニル基、置換されていてもよいテトラフェニレニル基、置換されていてもよいヘキサフェニル基、置換されていてもよいヘキサセニル基、置換されていてもよいルビセニル基、置換されていてもよいコロネニル基、置換されていてもよいトリナフチレニル基、置換されていてもよいヘプタフェニル基、置換されていてもよいヘプタセニル基、置換されていてもよいピラントレニル基、置換されていてもよいオバレニル基、置換されていてもよいカルバゾリル基、置換されていてもよいチオフェニル基、置換されていてもよいインドリル基、置換されていてもよいプリニル基、置換されていてもよいベンゾイミダゾリル基、置換されていてもよいキノリニル基、置換されていてもよいベンゾチオフェニル基、置換されていてもよいパラチアジニル基、置換されていてもよいピロリル基、置換されていてもよいピラゾリル基、置換されていてもよいイミダゾリル基、置換されていてもよいイミダゾリジニル基、置換されていてもよいオキサゾリル基、置換されていてもよいチアゾリル基、置換されていてもよいトリアゾリル基、置換されていてもよいテトラゾリル基、フラザニル基、置換されていてもよいピリジニル基、置換されていてもよいピリダジニル基、置換されていてもよいピリミジニル基、置換されていてもよいピラジニル基、置換されていてもよいチアントレニル基、置換されていてもよいシクロペンチル基、置換されていてもよいシクロヘキシル基、置換されていてもよいオキシラニル基、置換されていてもよいピロリジニル基、置換されていてもよいピラゾリジニル基、置換されていてもよいイミダゾリジニル基、置換されていてもよいピペリジニル基、置換されていてもよいピペラジニル基、置換されていてもよいモルホリニル基、置換されていてもよいジアリールアミノ基、および置換されていてもよいトリアリールシリル基からなる群より選択される基であることがより好ましく、置換されていてもよいメチル基、置換されていてもよいメトキシ基、置換されていてもよいフェニル基、置換されていてもよいp−トリル基、置換されていてもよいm−ターフェニル基、置換されていてもよいナフチル基、置換されていてもよいピレニル基、置換されていてもよいフェナントレニル基、置換されていてもよいフルオレニル基、置換されていてもよいイミダゾリニル基、置換されていてもよいインドリル基、置換されていてもよいキノリニル基、置換されていてもよいジフェニルアミノ基、置換されていてもよいp−(N,N−ジ−p−トリル)アミノフェニル基、および置換されていてもよいトリフェニルシリル基からなる群より選択される基であることがさらに好ましい。
前記化学式(1)中のXは、下記化学式(4)で表される基、下記化学式(5)で表される基、酸素原子、硫黄原子、スルホニル基、セレン原子、またはセレノニル基である。
前記化学式(4)および(5)中、Z、Z、およびZは、それぞれ独立して、水素原子、置換されていてもよいC〜C50の直鎖状もしくは分岐状のアルキル基、または置換されていてもよいC〜C50のアリール基である。
これらの中でも、Xは、下記化学式(7)で表される基からなる群より選択される基であることが好ましい。
さらに、本発明の一実施形態によれば、前記化学式(1)で表される本発明の有機発光性化合物は、下記化学式(8)〜(35)で表される化合物からなる群より選択される少なくとも1種であることが特に好ましいが、これらに限定されるものではない。
前記化学式(1)で表される本発明による有機発光性化合物は、通常の合成方法を用いて合成することができる。本発明による有機発光性化合物のさらに詳細な合成経路は、後述の実施例において説明する。
また、本発明は、第1電極、第2電極、および前記第1電極と前記第2電極との間に少なくとも1層の有機膜を含む有機電界発光素子を提供する。前記有機膜は、下記化学式(1)で表される本発明の有機発光性化合物を、少なくとも1種含む。
前記化学式(1)中、R、R、R、R、R、R、R、R、R、R10、R11、R12、R13、およびR14は、それぞれ独立して、水素原子、ハロゲン原子、シアノ基、ニトロ基、ヒドロキシル基、置換されていてもよいC〜C50の直鎖状もしくは分岐状のアルキル基、置換されていてもよいC〜C50の直鎖状もしくは分岐状のアルコキシ基、置換されていてもよいC〜C50のシクロアルキル基、置換されていてもよいC〜C50のヘテロシクロアルキル基、置換されていてもよいC〜C50のアリール基(ただし、RおよびRの場合にアントラセン基は除く)、置換されていてもよいC〜C50のヘテロアリール基、下記化学式(2)で表される基、または下記化学式(3)で表される基であり、
この際、前記化学式(2)および(3)中、Z、Z、Z、Z、およびZは、それぞれ独立して、水素原子、置換されていてもよいC〜C50の直鎖状もしくは分岐状のアルキル基、置換されていてもよいC〜C50のシクロアルキル基、置換されていてもよいC〜C50のヘテロシクロアルキル基、置換されていてもよいC〜C50のアリール基(ただし、RおよびRの場合にアントラセン基は除く)、または置換されていてもよいC〜C50のヘテロアリール基であり、Xは、下記化学式(4)で表される基、下記化学式(5)で表される基、酸素原子、硫黄原子、スルホニル基、セレン原子、またはセレノニル基であり、
この際、前記化学式(4)および(5)中、Z、Z、およびZは、それぞれ独立して、水素原子、置換されていてもよいC〜C50の直鎖状もしくは分岐状のアルキル基、または置換されていてもよいC〜C50のアリール基であり、mおよびnは、それぞれ独立して、0〜2の整数であり、同時に0ではない。
前記化学式(1)で表される本発明の有機発光性化合物は、有機電界発光素子の有機膜、特に、発光層、正孔注入層、または正孔輸送層に好適に用いられる。
本発明による有機電界発光素子が溶液塗布法で製造される場合、優れた溶解性および熱安定性を有し、安定した有機膜の形成が可能である有機発光性化合物を含むことができ、優れた駆動電圧および色純度などの改良された発光特性を有する有機電界発光素子が提供されうる。
本発明による有機電界発光素子は、第1電極と第2電極との間に正孔注入層、正孔輸送層、正孔阻止層、電子阻止層、電子輸送層、および電子注入層からなる群より選択される少なくとも1つの層をさらに備えることができる。
図1A、図1B、および図1Cは、本発明の一実施形態による有機電界発光素子の断面概略図である。図1Aに示す有機電界発光素子は、第1電極10/正孔注入層12/発光層14/電子輸送層16/電子注入層18/第2電極20の構造を有する。図1Bに示す有機電界発光素子は、第1電極10/正孔注入層12/正孔輸送層13/発光層14/電子輸送層16/電子注入層18/第2電極20の構造を有する。また、図1Cに示す有機電界発光素子は、第1電極10/正孔注入層12/正孔輸送層13/発光層14/正孔阻止層15/電子輸送層16/電子注入層18/第2電極20の構造を有する。前記発光層14、前記正孔注入層12、および正孔輸送層13の少なくとも1つの層は、本発明による有機発光性化合物を含むことができる。
本発明による有機電界発光素子の発光層14は、赤色、緑色、青色、もしくは白色を含む燐光性または蛍光性のドーパントまたはホスト材料を含むことができる。これらのうち、前記の燐光性のドーパントは、イリジウム(Ir)、白金(Pt)、オスニウム(Os)、チタン(Ti)、ジルコニウム(Zr)、ハフニウム(Hf)、ユーロピウム(Eu)、テルビウム(Tb)、およびツリウム(Tm)からなる群より選択される少なくとも1つの元素を含む有機金属化合物であることが好ましい。
以下、本発明の一実施形態による有機電界発光素子の製造方法を、図1Cに示す有機発光素子を参照して説明する。
まず、基板の上部に、高い仕事関数を有する第1電極用物質を蒸着法か、またはスパッタリング法により積層して、アノードとして用いられる第1電極10を形成する。前記基板は、一般的な有機電界発光素子で用いられるいかなる基板であってもよいが、機械的強度、熱安定性、透明性、表面平滑性、取扱いの容易さ、および防水性に優れたガラス基板または透明プラスチック基板であることが好ましい。前記第1電極用物質としては、透明で伝導性に優れたインジウムスズ酸化物(ITO)、インジウム亜鉛酸化物(IZO)、酸化スズ(SnO)、酸化亜鉛(ZnO)などが用いられうる。
次に、前記第1電極10の上部に、真空蒸着法、スピンコーティング法、キャスト法、またはラングミュア・ブロジェット(Langmuir・Blodgett:LB)法などの方法を用いて、正孔注入層(HIL)12が形成されうる。
真空蒸着法が正孔注入層の形成に用いられる場合、その蒸着条件は、用いられる化合物、目的とする正孔注入層の構造、および熱的特性などによって変わりうる。しかしながら、一般的には、蒸着温度は100〜500℃の範囲であることが好ましく、真空度は1.33×10−6〜0.133Pa(10−8〜10−3Torr)の範囲であることが好ましく、蒸着速度は0.001〜10nm/sec(0.01〜100Å/sec)の範囲であることが好ましく、膜厚は1nm(10Å)〜5μmの範囲であることが好ましい。
スピンコーティング法が正孔注入層の形成に用いられる場合、そのコーティング条件は、用いられる化合物、目的する正孔注入層の構造、および熱的特性によって変わりうる。しかしながら、一般的には、スピンコーティング時の回転数は2000〜5000rpmの範囲であることが好ましく、コーティング後の溶媒除去のための熱処理温度は、80〜200℃の温度範囲であることが好ましい。
前記正孔注入層12は、前記化学式(1)で表される本発明の有機発光性化合物の少なくとも1種から形成されることが好ましい。しかし、これに限定されず、前記正孔注入層12は、例えば、米国特許第4,356,429号明細書に開示されている銅フタロシアニンなどのフタロシアニン化合物、Advanced Material,6,p.677(1994)に記載されている4,4’,4”−トリ(N−カルバゾリル)トリフェニルアミン(TCTA:4,4’,4”−tri(N−carbazolyl)triphenylamine)、4,4’,4”−トリス(3−メチルフェニルフェニルアミノ)トリフェニルアミン(m−MTDATA)、および1,3,5−トリス[4−(3−メチルフェニルフェニルアミノ)フェニル]ベンゼン(m−MTDAPB:1,3,5−tris[4−(3−methylphenylphenylamino)phenyl]benzene)などのスターバースト型アミン誘導体、またはPani/DBSA(ポリアニリン/ドデシルベンゼンスルホン酸:下記化学式(36)参照)、PEDOT/PSS(ポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)/ポリ(4−スチレンスルホン酸):下記化学式(36)参照)、Pani/CSA(ポリアニリン/カンファースルホン酸)、もしくはPANI/PSS(ポリアニリン/ポリ(4−スチレンスルホン酸))などの溶解性を有する導電性高分子など、公知の正孔注入層用物質からも形成されうる。
前記正孔注入層12の厚さは、好ましくは10〜1000nm(100〜10000Å)、より好ましくは10〜100nm(100〜1000Å)である。前記正孔注入層12の厚さが10nm(100Å)未満である場合、正孔注入特性が低下する場合があり、前記正孔注入層12の厚さが1000nm(10000Å)を超える場合、駆動電圧が上昇する場合がある。
次に、前記正孔注入層12の上部に真空蒸着法、スピンコーティング法、キャスト法、またはLB法などの方法を用いて正孔輸送層(HTL)13が形成されうる。正孔輸送層が真空蒸着法またはスピンコーティング法を用いて形成される場合、その蒸着条件またはコーティング条件は、用いられる物質によって変わりうる。しかしながら、一般的には、前記正孔注入層12の形成の場合と同様の条件が適用されうる。
前記正孔輸送層13は、前記化学式(1)で表される本発明の有機発光性化合物の少なくとも1種から形成されることが好ましい。しかし、これに限定されず、前記正孔輸送層13は、例えば、N−フェニルカルバゾール、ポリビニルカルバゾールなどのカルバゾール誘導体、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(TPD)、およびN,N'−ジ(ナフタレン−1−イル)−N,N'−ジフェニルベンジジン(α−NPD)などの芳香族縮合環を有する一般的なアミン誘導体などの、公知の正孔輸送層用物質からも形成されうる。
前記正孔輸送層13の厚さは、好ましくは5〜100nm(50〜1000Å)、より好ましくは10〜60nm(100〜600Å)である。前記正孔輸送層13の厚さが5nm(50Å)未満である場合、正孔輸送特性が低下する場合があり、前記正孔輸送層13の厚さが100nm(1000Å)を超える場合、駆動電圧が上昇する場合がある。
次に、前記正孔輸送層13の上部に、真空蒸着法、スピンコーティング法、キャスト法、またはLB法などの方法を用いて発光層(EML)14が形成されうる。発光層が真空蒸着法またはスピンコーティング法を用いて形成される場合、その蒸着条件またはコーティング条件は、用いられる物質によって変わりうる。しかしながら、一般的には、前記正孔注入層12の形成の場合と同様の条件が適用されうる。
前記発光層14は、前記化学式(1)で表される本発明の有機発光性化合物の少なくとも1種を含むことが好ましい。前記化学式(1)で表される化合物は、単独で用いられてもよく、公知のホスト材料、または公知の燐光性もしくは蛍光性のドーパント材料と共に用いられてもよい。前記ホスト材料の例としては、例えば、トリス(8−キノリノレート)アルミニウム(Alq3)、CBP(4,4'−N,N'−ジカルバゾール−ビフェニル)、またはPVK(ポリ(N−ビニルカルバゾール))が好ましく挙げられる。蛍光性のドーパント材料の例としては、DPAVBi、出光興産株式会社製のIDE102およびIDE105、ならびに株式会社林原製のC545Tなどが好ましく挙げられる。燐光性のドーパント材料の例としては、赤色燐光ドーパントであるPtOEPおよびUDC社製のRD 61、緑色燐光ドーパントであるIr(PPy)(PPy=2−フェニルピリジン)、ならびに青色燐光ドーパントであるF2Irpicなどが好ましく挙げられる。下記化学式(37)は、ホスト材料として使用可能な2−t−ブチル−9,10−ナフチルアントラセン(2−t−butyl−9,10−di−naphthylanthracene:TBADN)の構造を示している。
ドーピング濃度は特に制限されないが、一般的には、ホスト材料100質量部を基準として、0.01〜15質量部であることが好ましい。
前記発光層14の厚さは、好ましくは10〜100nm(100〜1000Å)、より好ましくは20〜60nm(200〜600Å)である。前記発光層14の厚さが10nm(100Å)未満である場合、発光特性が低下する場合があり、前記発光層14の厚さが100nm(1000Å)を超える場合、駆動電圧が上昇する場合がある。
燐光性のドーパントが、発光層14に用いられる場合には、三重項励起子または正孔が電子輸送層16に拡散する現象を防止するために、前記正孔輸送層13の上部に、真空蒸着法、スピンコーティング法、キャスト法、またはLB法などの方法を用いて正孔阻止層(HBL)15が形成されうる。正孔阻止層が真空蒸着法またはスピンコーティング法を用いて形成される場合、その蒸着条件またはコーティング条件は、用いられる物質によって変わりうる。しかし、一般的には、前記正孔注入層12の形成の場合と同様の条件が適用されうる。また、前記正孔阻止層15は、例えば、オキサジアゾール誘導体やトリアゾール誘導体、フェナントロリン誘導体、BCPなどの公知の正孔阻止層用物質からも形成されうる。
前記正孔阻止層15の厚さは、好ましくは5〜100nm(50〜1000Å)、より好ましくは10〜30nm(100〜300Å)である。前記正孔阻止層15の厚さが5nm(50Å)未満である場合、正孔阻止特性が低下する場合があり、前記正孔阻止層15の厚さが100nm(1000Å)を超える場合、駆動電圧が上昇する場合がある。
次に、正孔阻止層15の上部に、電子輸送層(ETL)16が、真空蒸着法、スピンコーティング法、またはキャスト法などの方法を用いて形成されうる。電子輸送層が真空蒸着法またはスピンコーティング法により形成される場合、その蒸着条件またはコーティング条件は、用いられる物質によって変わりうる。しかし、一般的には、前記正孔注入層12の形成の場合と同様の条件が適用されうる。また、前記電子輸送層16は、キノリン誘導体、特に、トリス(8−キノリノレート)アルミニウム(Alq3)、3−(4−ビフェニルイル)−4−フェニル−5−(4−tert−ブチルフェニル)−1,2,4−トリアゾール(TAZ)、ビス(2−メチル−8−キノリノラート)−4−(フェニルフェノラート)アルミニウム(Balq)などの公知の電子輸送層用物質からも形成されうる。
前記電子輸送層16の厚さは、好ましくは10〜100nm(100〜1000Å)、より好ましくは20〜50nm(200〜500Å)である。前記電子輸送層16の厚さが10nm(100Å)未満である場合、電子輸送特性が低下する場合があり、前記電子輸送層16の厚さが100nm(1000Å)を超える場合、駆動電圧が上昇する場合がある。
次に、電子輸送層16の上部に、電子注入層(EIL)18が形成されうる。前記電子注入層18は、LiF、NaCl、CsF、LiO、またはBaOなどの公知の電子注入層形成用物質から形成されうるが、これらに制限されるものではない。前記電子注入層を形成する際の蒸着条件は、用いられる物質によって変わりうる。しかし、一般的には、前記正孔注入層12の形成の場合と同様の条件が適用されうる。
前記電子注入層18の厚さは、好ましくは0.1〜10nm(1〜100Å)、より好ましくは0.5〜5nm(5〜50Å)である。前記電子注入層18の厚さが0.1nm(1Å)未満である場合、電子注入特性が低下する場合があり、前記電子注入層18の厚さが10nm(100Å)を超える場合、駆動電圧が上昇する場合がある。
最後に、電子注入層18の上部に、真空蒸着法、スパッタリング法などの方法を用いて、カソードとして用いられる第2電極20が形成されうる。前記第2電極20は、低い仕事関数を有する金属、合金、導電性化合物、またはこれらの混合物から形成されることが好ましい。前記第2電極20の形成に用いられる物質の具体的な例としては、リチウム(Li)、マグネシウム(Mg)、アルミニウム(Al)、アルミニウム−リチウム(Al−Li)、カルシウム(Ca)、マグネシウム−インジウム(Mg−In)、マグネシウム−銀(Mg−Ag)などが好ましく挙げられる。また、ITOまたはIZOから形成される透過型カソードが、前面発光型の有機電界発光素子に用いられうる。
以下、前記化学式(8)〜(14)で表される本発明の有機発光性化合物の合成例および実施例を具体的に例示するが、本発明は下記の合成例および実施例に限定されるものではない。
(実施例1−下記化学式(8)で表される化合物の合成)
2,3−ジ−p−トリル−ベンゾ[b]チオフェン(前記反応式(1)中の化学式(a)で表される化合物)の合成
アルゴンガス雰囲気下、500mLの丸底フラスコに、2,3−ジブロモ−ベンゾ[b]チオフェン3.0g(10.27mmol)、p−トリルボロン酸4.89g(35.95mmol)、NaCO 2.39g(22.59mmol)、およびテトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(Pd(PPh)0.36g(0.31mmol)を入れ、テトラヒドロフラン(THF)5mlと水2.2mLとを加えて、85℃で2時間還流させた。溶液の色が濃褐色に変わることを確認した後、水を添加した。有機層を酢酸エチルで抽出した。その後、抽出した有機層を無水硫酸マグネシウムで乾燥させ、濾過し溶媒を除去した。有機層を少量のトルエンに溶かし、シリカゲルカラムクロマトグラフィ(溶離液:ヘキサン)で分離して、固体の粗生成物を得た。この粗生成物をトルエンおよびメタノールを用いて再結晶させて、白色の固体2.8g(収率87%)を得た。得られた生成物のH−NMRスペクトルは、下記表1の通りであった。
6−ブロモ−2,3−ジ−p−トリル−ベンゾ[b]チオフェン(前記反応式(1)中の化学式(b)で表される化合物)の合成
500mLの丸底フラスコ中で、上記で得られた2,3−ジ−トリル−ベンゾ[b]チオフェン2.5g(7.9mmol)、およびN−ブロモスクシンイミド(NBS) 14g(79mmol)をTHF200mLに溶かして1時間撹拌した。水100mLを添加して反応を終了させた。抽出を行い、白色の固体を3g(収率85%)得た。得られた生成物のH−NMRスペクトルは、下記表2の通りであった。
2−(2,3−ジ−p−トリル−ベンゾ[b]チオフェン−6−イル)−4,4,5,5−テトラメチル−1[1,3,2]ジオキサボロラン(前記反応式(1)中の中間体Aで表される化合物)の合成
アルゴンガス雰囲気下、500mLの丸底フラスコ中で、上記で得られた6−ブロモ−2,3−ジ−p−トリル−ベンゾ[b]チオフェン5g(12.75mmol)をTHF150mLに溶かした後、−78℃でn−BuLi 2.5M(ヘキサン溶液)6.12mL(15.31mmol)を添加した。−78℃で2時間撹拌した。その後、2−イソプロポキシ−4,4,5,5−テトラメチル−1,3,2−ジオキサボロラン3.4mL(16.58mmol)を添加して、室温で1時間撹拌した。水50mLを添加して反応を終了させた。有機層を、ブラインおよび塩化メチレンを用いて抽出した。抽出した有機層を無水硫酸マグネシウムで乾燥させ、濾過し溶媒を除去した。シリカゲルクロマトグラフィ(溶離液:ヘキサン)で精製した後、さらに溶離液の極性を高めてシリカゲルクロマトグラフィで精製し、白色の固体4.8g(収率79%)を得た。
2、6−ジブロモ−9,10−ジフェニル−アントラセン(前記反応式(2)中の中間体Bで表される化合物)の合成
500mLの丸底フラスコ中で、9,10−ジフェニル−アントラセン3.0g(9.2mmol)、およびNBS 8.2g(46mmol)をN,N−ジメチルホルムアミド(DMF)60mLに溶かし、80℃で4時間攪拌した。水30mLを添加して反応を終了させた。有機層をブラインおよび塩化メチレンを用いて抽出した。抽出した有機層を無水硫酸マグネシウムで乾燥させ、濾過し溶媒を除去した。得られた粗生成物の固体を、ヘキサンを用いて再結晶させた。再結晶で得られた結晶をTHFに溶かして、シリカゲルカラムクロマトグラフィ(溶離液:ヘキサン−塩化メチレン)で精製し、黄色の固体1.4g(収率32%)を得た。得られた生成物のH−NMRスペクトルは、下記表3の通りであった。
前記化学式(8)で表される化合物の合成
アルゴンガス雰囲気下、500mLの丸底フラスコに上記で得られた中間体B 1.8g(3.7mmol)、上記で得られた中間体A 4.0g(9.25mmol)、KCO 0.86g(8.14mmol)、およびPd(PPh 0.21g(0.185mmol)を入れ、さらにTHFおよび水を加えて、110℃で12時間還流させた。有機層をブラインおよび塩化メチレンで抽出した。抽出した有機層を無水硫酸マグネシウムで乾燥させ、濾過し溶媒を除去した。得られた粗生成物の固体を、シリカゲルカラムクロマトグラフィ(溶離液:ヘキサン−ジエチルエーテル)で精製して、黄色の固体である化合物(前記化学式(8)で表される化合物)3.0g(収率、86%)を得た。得られた生成物のH−NMRスペクトルは、下記表4の通りであった。
(実施例2−下記化学式(9)で表される化合物の合成)
2−ブロモ−9,10−ジフェニル−アントラセン(前記反応式(4)中の中間体Cで表される化合物)の合成
500mLの丸底フラスコ中で、9,10−ジフェニル−アントラセン3g(9.5mmol)、NBS 4.1g(23mmol)をDMF70mlに溶かして、80℃で4時間攪拌した。水30mlを添加して反応を終了させた。有機層を、ブラインおよび塩化メチレンを用いて抽出した。抽出した有機層を無水硫酸マグネシウムで乾燥させ、濾過し溶媒を除去した。得られた粗生成物の固体をヘキサンで再結晶した。再結晶で得られた結晶をTHFに溶かして、シリカゲルカラムクロマトグラフィ(溶離液:ヘキサン)で精製して、黄色の固体1.4g(収率32%)を得た。得られた生成物のH−NMRスペクトルは、下記表5の通りであった。
前記化学式(9)で表される化合物の合成
上記で得られた中間体C 1.8g(3.8mmol)を、THF100mLに溶解させた。前記中間体A 2.0g(4.6mmol)、Pd(PPh 0.1g(0.09mmol)、およびKCO 8mmolをトルエン30mLおよび水4mLに溶解させた後、前記の中間体CのTHF溶液を添加し、還流温度で12時間撹拌した。常温まで冷却した後、ジエチルエーテル100mLを添加した。得られた溶液を水100mLで2回洗浄し、有機層を回収して無水硫酸マグネシウムで乾燥させた。溶媒を蒸発させて粗生成物を得た後、シリカゲルカラムクロマトグラフィで精製し、クロロホルム(CHCl)とヘキサンとを用いて再結晶を行い、前記化学式(9)で表される化合物3g(収率85%)を得た。得られた生成物のH−NMRスペクトルは、下記表6の通りであった。
(実施例3−下記化学式(10)で表される化合物の合成)
2−ブロモ−9,10−ジフェニル−6−p−トリル−アントラセン(前記反応式(6)中の中間体Dで表される化合物)の合成
アルゴンガス雰囲気下、500mLの丸底フラスコに、中間体B 1.8g(3.7mmol)、4,4,5,5−テトラメチル−2−p−トリル−[1,3,2]ジオキサボロラン0.5g(3.7mmol)、KCO 0.86g(8.14mmol)、Pd(PPh 0.21g(0.185mmol)を入れ、さらにTHFおよび水を入れて、85℃で12時間還流させた。有機層を塩化メチレンで抽出した後、抽出した有機層をMgSOで乾燥させ、濾過し溶媒を除去した。得られた粗生成物の固体をシリカゲルカラムクロマトグラフィ(ヘキサン−ジエチルエーテル)で精製し、黄色の固体である中間体Dを得た。
前記化学式(10)で表される化合物の合成
前記で得られた中間体D 1.89g(3.8mmol)をTHFに溶解させた。中間体A 2.0g(3.8mmol)、Pd(PPh 0.21mg(0.185mmol)、およびKCO 8mmolをトルエンおよび水に溶解させた後、前記の中間体DのTHF溶液を添加し、還流温度で12時間撹拌した。常温まで冷却した後、ジエチルエーテル100mLを添加した。得られた溶液を水100mLで2回洗浄し、有機層を回収して無水硫酸マグネシウムで乾燥させた。溶媒を蒸発させて粗生成物を得た後、シリカゲルカラムクロマトグラフィで精製し、クロロホルム(CHCl)とヘキサンとを用いて再結晶を行い、前記化学式(10)で表される化合物2.9mg(収率83%)を得た。得られた生成物のH−NMRスペクトルは、下記表7の通りであった。
(実施例4−下記化学式(11)で表される化合物の合成)
2,3−ジブロモ−ベンゾ[b]チオフェンの代わりに2,3−ジブロモ−ベンゾフランを用いたこと以外は、実施例1と同様の方法で、下記化学式(11)で表される化合物を得た(下記反応式(8)および(9)参照)。
(実施例5−下記化学式(12)で表される化合物の合成)
前記反応式(8)中の中間体Eで表される化合物と前記中間体Dとを反応させたこと以外は、実施例3と同様の方法で、下記化学式(12)で表される化合物を得た(下記反応式(10)参照)。
(実施例6−下記化学式(13)で表される化合物の合成)
2,3−ジブロモ−ベンゾ[b]チオフェンの代りに2,3−ジブロモ−1−メチル−1H−インドールを用いたこと以外は、実施例1と同様の方法で、下記化学式(13)で表される化合物を得た(下記反応式(11)および(12)参照)。
(実施例7−下記化学式(14)で表される化合物の合成)
前記反応式(11)中の中間体Fで表される化合物と前記中間体Dとを反応させたこと以外は、実施例3と同様の方法で、下記化学式(14)で表される化合物を得た(下記反応式(13)参照)。
(評価例1−化合物の熱安定性の評価)
前記化学式(8)〜(12)で表される化合物のT(ガラス転移温度)およびT(融点)を測定することができないため、前記化学式(8)〜(12)で表される化合物のT(熱分解温度)を測定して熱安定性を評価した。Tは、熱重量分析装置(TGA:Thermo Gravimetric Analyzer)を用いて、室温から800℃まで10℃/minの速度で昇温しながら、各化合物の分解が起こる温度を測定した。その結果を下記表8に示す。
前記表8の結果から、本発明による有機発光性化合物は、優れた熱安定性を有し、有機電界発光素子に好適であるということが分かる。
(評価例2−化合物の発光特性の評価)
各化合物のUV吸収スペクトルおよびPL(PhotoLuminescence)スペクトルを測定することによって、各化合物の発光特性を評価した。まず、前記化学式(8)で表される化合物をトルエンに溶解させ、0.2mMの濃度にとし、株式会社島津製作所製UV−350スペクトロメーターを用いて、UV吸収スペクトルを測定した。前記化学式(9)および(10)で表される化合物についても、同様にUV吸収スペクトルを測定した。また、前記化学式(8)〜(10)で表される化合物をトルエンに溶解させ、10mMの濃度とし、キセノンランプが装着されているISC PC1スペクトロフルオロメーターを用いて、PLスペクトルを測定した。その結果を下記の表9に示す。
前記表9の結果から、本発明による有機発光性化合物は、有機発光素子に好適な発光特性を有することが分かる。
(実施例8)
前記化学式(37)で表される化合物(TBADN)を、発光層のホスト材料として用い、前記化学式(8)で表される化合物を発光層のドーパントとして用い、次のような構造を有する有機発光素子を作製した:第1電極(アノード)/正孔注入層(厚さ50nm)/発光層(厚さ48nm)/電子輸送層(厚さ20nm)/電子注入層(厚さ1nm)/第2電極(カソード)(厚さ200nm)。
第1電極(アノード)は、ITOガラス基板(膜厚が100nmのときの抵抗値が15Ω/cm)を、50mm×50mm×0.7mmのサイズに切り、アセトン、イソプロビルアルコール、および純水の中で、各15分間超音波洗浄した後、30分間UVオゾン洗浄して用いた。前記の基板の上部に、バイエル社製のPEDOT−PSS(製品名:AI4083)をコーティングした。その後、110℃で5分間、大気中で熱処理し、200℃で5分間、窒素雰囲気下で熱処理して、厚さ50nm(500Å)の正孔注入層を形成した。前記正孔注入層の上部に、ホスト材料である前記化学式(37)で表される化合物(TBADN)0.1g、およびドーパントである前記化学式(8)で表される化合物20.05gを混合した混合物(前記化学式(37)で表される化合物100質量部当たり前記化学式(8)で表される化合物は5質量部)をスピンコーティングした後、100℃で30分間熱処理して、厚さ48nm(480Å)の発光層を形成した。この後、前記発光層の上部にAlq3化合物を20nm(200Å)の厚さに真空蒸着して電子輸送層を形成した。前記電子輸送層の上部に、電子注入層としてLiFを厚さ1nm(10Å)で、第2電極(カソード)としてAlを厚さ200nm(2000Å)で、順次に真空蒸着して、図1Aに示すような構造を有する有機電界発光素子を製造した。これをサンプル1とする。
(実施例9)
発光層用のドーパントとして前記化学式(8)で表される化合物の代わりに、前記化学式(9)で表される化合物を用いたことを除いては、実施例8と同様の方法で、第1電極(アノード)/正孔注入層(厚さ50nm)/発光層(厚さ48nm)/電子輸送層(厚さ20nm)/電子注入層(厚さ1nm)/第2電極(カソード)(厚さ200nm)の構造を有する有機電界発光素子を製造した。これをサンプル2とする。
(比較例1)
発光層用のドーパントとして前記化学式(8)で表される化合物の代わりに、下記化学式(38)で表される化合物を用いたこと以外は、実施例8と同様の方法で、第1電極(アノード)/正孔注入層(厚さ50nm)/発光層(厚さ48nm)/電子輸送層(厚さ20nm)/電子注入層(厚さ1nm)/第2電極(カソード)(厚さ200nm)の構造を有する有機電界発光素子を製造した。これをサンプル3とする。
(評価例4:サンプル1〜3の特性評価)
サンプル1〜3に対して、PR650(Spectroscan)Source Measurement Unit.を用いて、駆動電圧、色純度、および効率をそれぞれ評価した。結果を下記表10に示す。
前記表10から、本発明による有機電界発光素子であるサンプル1および2は、優れた電気的特性を有するということが分かる。
また、図2は、実施例1で合成した本発明による有機発光性化合物である前記化学式(8)で表される化合物および比較例で合成した有機化合物を用いて形成されたフィルムの吸収スペクトルおよびPLスペクトルを示す図である。図2を参照すれば、本発明による有機発光性化合物である前記化学式(8)で表される化合物は、ドーパントとして比べて、吸収波長が長波長側に移動することによって色純度が向上するということが分かる。
本発明は、有機電界発光素子関連の技術分野に好適に用いられる。
本発明の一実施形態による有機電界発光素子の構造を示す断面概略図である。 本発明の一実施形態による有機電界発光素子の構造を示す断面概略図である。 本発明の一実施形態による有機電界発光素子の構造を示す断面概略図である。 実施例1で合成した本発明の有機発光性化合物、および比較例で合成した有機化合物を用いて形成されたフィルムの吸収スペクトルおよびPLスペクトルを示す図である。
符号の説明
10 第1電極、
12 正孔注入層、
13 正孔輸送層、
14 発光層、
15 正孔阻止層、
16 電子輸送層、
18 電子注入層、
20 第2電極。

Claims (7)

  1. 下記化学式(1)で表される有機発光性化合物:
    前記化学式(1)中、
    、R 、R 、およびR は、それぞれ独立して、水素原子置換されていてもよいC〜C50の直鎖状もしくは分岐状のアルキル基、置換されていてもよいC〜C50の直鎖状もしくは分岐状のアルコキシ基置換されていてもよいC〜C50のアリール基(ただし、RおよびRの場合にアントラセニル基は除く)、置換されていてもよいC〜C50のヘテロアリール基、下記化学式(2)で表される基、または下記化学式(3)で表される基であり、
    この際、前記化学式(2)および(3)中のZ、Z、Z、Z、およびZは、それぞれ独立して、置換されていてもよいC 〜C 50 のアリール基であり、
    、R 、R 、R 10 、R 11 、およびR 12 は、水素原子であり、
    、R 、R 13 、およびR 14 は、それぞれ独立して、水素原子、置換されていてもよいC 〜C 50 のアリール基、または置換されていてもよいC 〜C 50 のヘテロアリール基であり、
    Xは下記化学式(5)で表される基、酸素原子、または硫黄原子であり、
    この際、前記化学式(5)中、Z は、水素原子、置換されていてもよいC〜C50の直鎖状もしくは分岐状のアルキル基、または置換されていてもよいC〜C50のアリール基であり、
    mおよびnは、それぞれ独立して、0〜2の整数であり、同時に0ではなく、
    前記化学式(1)中のR 、R 、R 、およびR で用いられうるアルキル基、アルコキシ基、もしくはアリール基、R 、R 、R 13 、およびR 14 で用いられうるアリール基、前記化学式(2)および(3)中のZ 、Z 、Z 、Z 、およびZ で用いられうるアリール基、または前記化学式(5)中のZ で用いられうるアルキル基もしくはアリール基に含まれる1つ以上の水素原子は、フッ素原子;塩素原子;臭素原子;ニトリル基;ニトロ基;ヒドロキシル基;非置換、またはフッ素原子、塩素原子、臭素原子、ニトリル基、ニトロ基、もしくはヒドロキシ基で置換されたC 〜C 50 の直鎖状もしくは分岐状のアルキル基;非置換、またはフッ素原子、塩素原子、臭素原子、ニトリル基、ニトロ基、もしくはヒドロキシ基で置換されたC 〜C 50 の直鎖状もしくは分岐状のアルコキシ基;非置換、またはフッ素原子、塩素原子、臭素原子、ニトリル基、ニトロ基、もしくはヒドロキシ基で置換されたC 〜C 50 のアリール基;非置換、またはC 〜C 50 の直鎖状もしくは分岐状のアルキル基、C 〜C 50 の直鎖状もしくは分岐状のアルコキシ基、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ニトリル基、ニトロ基、もしくはヒドロキシ基で置換されたC 〜C 50 のヘテロアリール基;非置換、またはC 〜C 50 の直鎖状もしくは分岐状のアルキル基、C 〜C 50 の直鎖状もしくは分岐状のアルコキシ基、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ニトリル基、ニトロ基、もしくはヒドロキシ基で置換されたC 〜C 50 のシクロアルキル基;非置換、またはC 〜C 50 の直鎖状もしくは分岐状のアルキル基、C 〜C 50 の直鎖状もしくは分岐状のアルコキシ基、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ニトリル基、ニトロ基、もしくはヒドロキシ基で置換されたC 〜C 50 のヘテロシクロアルキル基;、および下記化学式(6)で表される基からなる群より選択される少なくとも1つの基で置換されていてもよい:
    前記化学式(6)中、Z およびZ 10 は、それぞれ独立して、水素原子、C 〜C 50 の直鎖状または分岐状のアルキル基、またはC 〜C 50 の直鎖状もしくは分岐状のアルキル基で置換されたC 〜C 50 のアリール基である。
  2. 前記R、R 、R 、R 、R 、R 13 、およびR 14 は、それぞれ独立して、水素原子、メチル基、メトキシ基、フェニル基、4−[N,N−ジ(p−トリル)アミノ]フェニル基、p−(4,5−ジフェニル−2−イミダゾリル)フェニル基、p−[4,5−ジ(p−トリル)−2−イミダゾリル]フェニル基、p−トリル基、m−ターフェニル基、ナフチル基、6−メトキシナフチル基、9,10−[1,2]ベンゼノアントラセニル基、ピレニル基、フェナントレニル基、フルオレニル基、イミダゾリニル基、インドリル基、2−メチルキノリニル基、ジフェニルアミノ基、p−(N,N−ジ−p−トリル)アミノフェニル基、およびトリフェニルシリル基からなる群より選択される基であることを特徴とする、請求項に記載の有機発光性化合物。
  3. 前記化学式(1)で表される化合物は、下記化学式(8)〜(35)で表される化合物からなる群より選択される少なくとも1種であることを特徴とする、請求項1または2に記載の有機発光性化合物:
  4. 第1電極、第2電極、および前記第1電極と前記第2電極との間に少なくとも1層の有機膜を含む有機電界発光素子であって、前記有機膜が請求項1〜のいずれか1項に記載の有機発光性化合物を含むことを特徴とする、有機電界発光素子。
  5. 前記有機膜が、正孔注入層、正孔輸送層、または発光層であることを特徴とする、請求項に記載の有機電界発光素子。
  6. 前記第1電極と前記第2電極との間に正孔注入層、正孔輸送層、電子阻止層、正孔阻止層、電子輸送層、および電子注入層からなる群より選択される少なくとも1つの層をさらに含むことを特徴とする、請求項4または5に記載の有機電界発光素子。
  7. 前記有機電界発光素子が、第1電極/正孔注入層/発光層/電子輸送層/電子注入層/第2電極、第1電極/正孔注入層/正孔輸送層/発光層/電子輸送層/電子注入層/第2電極、または第1電極/正孔注入層/正孔輸送層/発光層/正孔阻止層/電子輸送層/電子注入層/第2電極の構造を有することを特徴とする、請求項4〜6のいずれか1項に記載の有機電界発光素子。
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