JP5631451B2 - アントラセン誘導体及びそれを利用した有機エレクトロルミネッセンス素子 - Google Patents
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Description
機材料を構成材料とする有機EL素子に関する研究が盛んに行われている。Tang等は、トリス(8−ヒドロキシキノリノールアルミニウム)を発光層に、トリフェニルジアミン誘導体を正孔輸送層に用いている。積層構造の利点としては、発光層への正孔の注入効率を高めること、陰極より注入された電子をブロックして再結合により生成する励起子の生成効率を高めること、発光層内で生成した励起子を閉じ込めること等が挙げられる。この例のように有機EL素子の素子構造としては、正孔輸送(注入)層、電子輸送性発光層の二層型、又は正孔輸送(注入)層、発光層、電子輸送(注入)層の3層型等がよく知られている。こうした積層型構造素子では注入された正孔と電子の再結合効率を高めるため、素子構造や形成方法の工夫がなされている。
また、発光材料としてはトリス(8−キノリノラート)アルミニウム錯体等のキレート錯体、クマリン誘導体、テトラフェニルブタジエン誘導体、ビススチリルアリーレン誘導体、オキサジアゾール誘導体等の発光材料が知られており、それからは青色から赤色までの可視領域の発光が得られることが報告されており、カラー表示素子の実現が期待されている。
このように有機EL素子における最近の進歩は著しく、その特徴は低印加電圧で高輝度、発光波長の多様性、高速応答性、薄型、軽量の発光デバイス化が可能であることから、広汎な用途への可能性を示唆している。
有機発光素子における著しい進歩に伴い、発光材料に対する要求性能も高まっており、例えば、特許文献1〜6には、アントラセン誘導体が開示されている。また、特許文献7〜10には、ジベンゾフラン、ジベンゾチオフェンおよびカルバゾール誘導体を含有するアントラセン誘導体が開示されている。これらの材料系では、性能向上が認められるが、依然、発光効率が低いなど問題点があり、さらなる高輝度の光出力あるいは高変換効率が必要とされる発光材料に対する要求特性を満たすには至っていない。また、長時間の使用による経時変化や酸素を含む雰囲気気体や湿気などによる劣化等の耐久性や、フルカラーディスプレイ等への応用を考慮した高効率な青色発光への要求に対してまだ十分な有機EL素子用材料、特に発光材料は見出されていない。
好ましくは、核炭素数6〜14であり、さらに好ましくは、フェニル基、1−ナフチル基、2−ナフチル基、9−フェナントリル基、2−ビフェニルイル基、3−ビフェニルイル基、4−ビフェニルイル基である。
好ましくは、2−ピリジニル基、3−ピリジニル基、4−ピリジニル基、2−キノリル基、3−キノリル基、4−キノリル基、5−キノリル基、6−キノリル基、7−キノリル基、8−キノリル基である。
これらの置換基は更に置換されても良い。また置換基が二つ以上ある場合は、同一でも異なっていても良い。また、可能な場合には互いに連結して環を形成していても良い。
これらの置換基の中でもアリール基、アルキル基、アルキルシリル基、アリールシリル基、アルケニル基、アルキニル基であることが好ましく、より好ましくは、アリール基、アルキル基、アルキルシリル基、アリールシリル基である。
Ar1のアリール基としては、前記一般式(1)のR1〜R10のアリール基のうち炭素数が適合する例が挙げられ、Lにおける置換基、Ra〜Rcで表される置換基、Ar1の置換基としては、前記一般式(1)のR1〜R10における置換基及びL1における置換基、又はR15〜R20で表される置換基と同様の例が挙げられる。
Ar1のアリール基としては、前記一般式(1)のR1〜R10のアリール基の例のうち炭素数が適合する例が挙げられ、Lにおける置換基、Ra〜Rdで表される置換基、Ar1の置換基としては、前記一般式(1)のR1〜R10における置換基と同様の例が挙げられる。
Ar1のアリール基としては、前記一般式(1)のR1〜R10のアリール基の例のうち炭素数が適合する例が挙げられ、Ra〜Rdで表される置換基、Ar1の置換基としては、前記一般式(1)のR1〜R10における置換基と同様の例が挙げられる。
Ar1のアリール基としては、前記一般式(1)のR1〜R10のアリール基の例のうち炭素数が適合する例が挙げられ、Ra〜Rdで表される置換基、Ar1の置換基としては、前記一般式(1)のR1〜R10における置換基と同様の例が挙げられる。
Ar1のアリール基としては、前記一般式(1)のR1〜R10のアリール基の例のうち炭素数が適合する例が挙げられ、Ra〜Rdで表される置換基、Ar1の置換基としては、前記一般式(1)のR1〜R10における置換基と同様の例が挙げられる。
L1及びR11〜R18の具体例は、一般式(1)のL1及びR15〜R20と同様であり、R31〜R37、R51〜R58の具体例としては、一般式(1)のR1〜R10及びその置換基で説明したものが挙げられ、L1における置換基、R31〜R37、R51〜R58における置換基としては、前記一般式(1)のR1〜R10における置換基と同様の例が挙げられる。
R1〜R10、L1及びR15〜R20の具体例、それらの置換基としては、前記一般式(1)のところで記したものが該当する。
L1、R11〜R18の具体例は、一般式(1)のL1及びR15〜R20と同様であり、R51〜R58の具体例は、一般式(1)のR1〜R10と同様であり、Ar1のアリール基としては、前記一般式(1)のR1〜R10のアリール基と同様の例が挙げられ、R11〜R18、R51〜R58における置換基としては、前記一般式(1)のR1〜R10における置換基と同様の例が挙げられる。
Ar1は、無置換の核炭素数6〜60のアリール基又は置換の核炭素数6〜60のアリール基(ただし、アルキル基による1置換フェニル基又はジベンゾフラニル基による1置換ナフチル基、1-ナフチル基を除く)を表し、Ar2は下記一般式(c)で示される。
R11〜R18の具体例は、一般式(1)のR15〜R20と同様であり、R51〜R58の具体例は、一般式(1)のR1〜R10と同様であり、Ar1のアリール基としては、前記一般式(1)のR1〜R10のアリール基と同様の例が挙げられ、Ar1、R11〜R18、R51〜R58における置換基としては、前記一般式(1)のR1〜R10における置換基と同様の例が挙げられる。
R11〜R18及びR41〜R48の具体例は、一般式(1)のR15〜R20と同様であり、R51〜R58の具体例は、一般式(1)のR1〜R10と同様であり、L1及びL2、R11〜R18、R41〜R48における置換基としては、前記一般式(1)のR1〜R10における置換基と同様の例が挙げられる。
L1における置換基、R51〜R58における置換基及びR11〜R18又はR21〜R25で表される置換基としては、前記一般式(1)のところで記したものが該当する。
L1の具体例は、一般式(1)のL1と同様であり、R11〜R18及びR21〜R25の具体例は、一般式(1)のR15〜R20と同様であり、R51〜R58の具体例は、一般式(1)のR1〜R10と同様であり、L1、R11〜R18、R21〜R25における置換基としては、前記一般式(1)のR1〜R10における置換基と同様の例が挙げられる。
以下に本発明の化合物の具体例を示すが、これらに限定されるものではない。
本発明の有機EL素子は、陰極と陽極間に少なくとも発光層を含む一層もしくは複数層からなる有機薄膜層が挟持されている有機EL素子に関して、この有機薄膜層の少なくとも一層に、本発明のアントラセン誘導体を単独もしくは混合物の成分として含有する。
ここで、炭素数が6〜20の芳香族炭化水素基としては、フェニル基、ナフチル基、アントラニル基、フェナンスリル基、ターフェニル基等が挙げられる。
ここで、核炭素数が5〜40のアリール基としては、例えば、フェニル基、ナフチル基、アントラニル基、フェナンスリル基、ピレニル基、コロニル基、ビフェニル基、ターフェニル基、ピローリル基、フラニル基、チオフェニル基、ベンゾチオフェニル基、オキサジアゾリル基、ジフェニルアントラニル基、インドリル基、カルバゾリル基、ピリジル基、ベンゾキノリル基、フルオランテニル基、アセナフトフルオランテニル基、スチルベン基、ペリレニル基、クリセニル基、ピセニル基、トリフェニレニル基、ルビセニル基、ベンゾアントラセニル基、フェニルアントラニル基、ビスアントラセニル基、又は下記一般式(C),(D)で示されるアリール基等が挙げられ、ナフチル基、アントラニル基、クリセニル基、ピレニル基、又は一般式(D)で示されるアリール基が好ましい。
本発明の有機EL素子は、陽極と陰極間に一層もしくは多層の有機薄膜層を形成した素子である。一層型の場合、陽極と陰極との間に発光層を設けている。発光層は、発光材料を含有し、それに加えて陽極から注入した正孔、もしくは陰極から注入した電子を発光材料まで輸送させるために、正孔注入材料もしくは電子注入材料を含有しても良い。しかしながら、発光材料は、極めて高い蛍光量子効率、高い正孔輸送能力及び電子輸送能力を併せ持ち、均一な薄膜を形成することが好ましい。
多層型の有機EL素子は、(陽極/正孔注入層/発光層/陰極)、(陽極/発光層/電子注入層/陰極)、(陽極/正孔注入層/発光層/電子注入層/陰極)、(陽極/正孔注入層/正孔輸送層/発光層/電子輸送層/電子注入層/陰極)の多層構成で積層したものがある。
また、正孔注入層、発光層、電子注入層は、それぞれ二層以上の層構成により形成されても良い。その際には、正孔注入層の場合、電極から正孔を注入する層を正孔注入層、正孔注入層から正孔を受け取り発光層まで正孔を輸送する層を正孔輸送層と呼ぶ。同様に、電子注入層の場合、電極から電子を注入する層を電子注入層、電子注入層から電子を受け取り発光層まで電子を輸送する層を電子輸送層と呼ぶ。これらの各層は、材料のエネルギー準位、耐熱性、有機薄膜層もしくは金属電極との密着性等の各要因により選択されて使用される。
芳香族三級アミン誘導体の具体例は、トリフェニルアミン、トリトリルアミン、トリルジフェニルアミン、N,N’−ジフェニル−N,N’−(3−メチルフェニル)−1,1’−ビフェニル−4,4’−ジアミン、N,N,N’,N’−(4−メチルフェニル)−1,1’−フェニル−4,4’−ジアミン、N,N,N’,N’−(4−メチルフェニル)−1,1’−ビフェニル−4,4’−ジアミン、N,N’−ジフェニル−N,N’−ジナフチル−1,1’−ビフェニル−4,4’−ジアミン、N,N’−(メチルフェニル)−N,N’−(4−n−ブチルフェニル)−フェナントレン−9,10−ジアミン、N,N−ビス(4−ジ−4−トリルアミノフェニル)−4−フェニル−シクロヘキサン等、もしくはこれらの芳香族三級アミン骨格を有したオリゴマーもしくはポリマーであるが、これらに限定されるものではない。
フタロシアニン(Pc)誘導体の具体例は、H2 Pc、CuPc、CoPc、NiPc、ZnPc、PdPc、FePc、MnPc、ClAlPc、ClGaPc、CllnPc、ClSnPc、Cl2 SiPc、(HO)AlPc、(HO)GaPc、VOPc、TiOPc、MoOPc、GaPc−O−GaPc等のフタロシアニン誘導体及びナフタロシアニン誘導体であるが、これらに限定されるものではない。
金属錯体化合物の具体例は、8−ヒドロキシキノリナートリチウム、ビス(8−ヒドロキシキノリナート)亜鉛、ビス(8−ヒドロキシキノリナート)銅、ビス(8−ヒドロキシキノリナート)マンガン、トリス(8−ヒドロキシキノリナート)アルミニウム、トリス(2−メチル−8−ヒドロキシキノリナート)アルミニウム、トリス(8−ヒドロキシキノリナート)ガリウム、ビス(10−ヒドロキシベンゾ[h]キノリナート)ベリリウム、ビス(10−ヒドロキシベンゾ[h]キノリナート)亜鉛、ビス(2−メチル−8−キノリナート)クロロガリウム、ビス(2−メチル−8−キノリナート)(o−クレゾラート)ガリウム、ビス(2−メチル−8−キノリナート)(1−ナフトラート)アルミニウム、ビス(2−メチル−8−キノリナート)(2−ナフトラート)ガリウム等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
また、含窒素五員誘導体は、オキサゾール、チアゾール、オキサジアゾール、チアジアゾールもしくはトリアゾール誘導体が好ましい。具体的には、2,5−ビス(1−フェニル)−1,3,4−オキサゾール、ジメチルPOPOP、2,5−ビス(1−フェニル)−1,3,4−チアゾール、2,5−ビス(1−フェニル)−1,3,4−オキサジアゾール、2−(4’−tert−ブチルフェニル)−5−(4”−ビフェニル)1,3,4−オキサジアゾール、2,5−ビス(1−ナフチル)−1,3,4−オキサジアゾール、1,4−ビス[2−(5−フェニルオキサジアゾリル)]ベンゼン、1,4−ビス「2−(5−フェニルオキサジアゾリル)−4−tert−ブチルベンゼン]、2−(4’−tertブチルフェニル)−5−(4”−ビフェニル)−1,3,4−チアジアゾール、2,5−ビス(1−ナフチル)−1,3,4−チアジアゾール、1,4−ビス[2−(5−フェニルチアジアゾリル)]ベンゼン、2−(4’−tert−ブチルフェニル)−5−(4”−ビフェニル)−1,3,4−トリアゾール、2,5−ビス(1−ナフチル)−1,3,4−トリアゾール、1,4−ビス[2−(5−フェニルトリアゾリル)]ベンゼン等が挙げられる。
さらに、電子注入材料として、下記一般式(A)〜(F)で表されるものも用いることができる。
Ar1は、置換もしくは無置換の核炭素数6〜60のアリール基、又は置換もしくは無置換の核原子数5〜60の複素環基であり、
Ar2は、水素原子、置換もしくは無置換の核炭素数6〜60のアリール基、置換もしくは無置換の核原子数5〜60の複素環基、置換もしくは無置換の炭素数1〜20のアルキル基、又は置換もしくは無置換の炭素数1〜20のアルコキシ基、あるいはこれらの2価の基である。
但し、Ar1及びAr2のいずれか一方は、置換もしくは無置換の核炭素数10〜60の縮合環基、又は置換もしくは無置換の核原子数5〜60のモノヘテロ縮合環基である。
L1、L2及びLは、それぞれ独立に、単結合、置換もしくは無置換の核炭素数6〜60のアリーレン基、置換もしくは無置換の核原子数5〜60のヘテロアリーレン基、又は置換もしくは無置換のフルオレニレン基である。
Rは、水素原子、置換もしくは無置換の核炭素数6〜60のアリール基、置換もしくは無置換の核原子数5〜60の複素環基、置換もしくは無置換の炭素数1〜20のアルキル基、又は置換もしくは無置換の炭素数1〜20のアルコキシ基であり、nは0〜5の整数であり、nが2以上の場合、複数のRは同一でも異なっていてもよく、また、隣接する複数のR基同士で結合して、炭素環式脂肪族環又は炭素環式芳香族環を形成していてもよい。
R1は、水素原子、置換もしくは無置換の核炭素数6〜60のアリール基、置換もしくは無置換の核炭素数3〜60のヘテロアリール基、置換もしくは無置換の炭素数1〜20のアルキル基、又は置換もしくは無置換の炭素数1〜20のアルコキシ基、又は−L1−Ar1−Ar2である。)で表される含窒素複素環誘導体。
HAr−L−Ar1−Ar2 (C)
(式中、HArは、置換基を有していてもよい炭素数3〜40の含窒素複素環であり、
Lは、単結合、置換基を有していてもよい核炭素数6〜60のアリーレン基、置換基を有していてもよい核原子数5〜60のヘテロアリーレン基又は置換基を有していてもよいフルオレニレン基であり、
Ar1は、置換基を有していてもよい核炭素数6〜60の2価の芳香族炭化水素基であり、
Ar2は、置換基を有していてもよい核炭素数6〜60のアリール基又は置換基を有していてもよい核原子数5〜60の複素環基である。)で表される含窒素複素環誘導体。
R1〜R4は、それぞれ独立に水素、ハロゲン原子、置換もしくは無置換の炭素数1から6までのアルキル基、アルコキシ基、アリールオキシ基、パーフルオロアルキル基、パーフルオロアルコキシ基、アミノ基、アルキルカルボニル基、アリールカルボニル基、アルコキシカルボニル基、アリールオキシカルボニル基、アゾ基、アルキルカルボニルオキシ基、アリールカルボニルオキシ基、アルコキシカルボニルオキシ基、アリールオキシカルボニルオキシ基、スルフィニル基、スルフォニル基、スルファニル基、シリル基、カルバモイル基、アリール基、ヘテロ環基、アルケニル基、アルキニル基、ニトロ基、ホルミル基、ニトロソ基、ホルミルオキシ基、イソシアノ基、シアネート基、イソシアネート基、チオシアネート基、イソチオシアネート基もしくはシアノ基又は隣接した場合には置換若しくは無置換の環が縮合した構造である。)で表されるシラシクロペンタジエン誘導体。
X、Y及びZ1は、それぞれ独立に、飽和もしくは不飽和の炭化水素基、芳香族炭化水素基、ヘテロ環基、置換アミノ基、アルコキシ基又はアリールオキシ基を示し、
Z1とZ2の置換基は相互に結合して縮合環を形成してもよく、nは1〜3の整数を示し、nが2以上の場合、Z1は異なってもよい。
但し、nが1、X、Y及びR2がメチル基であって、R8が、水素原子又は置換ボリル基の場合、及びnが3でZ1がメチル基の場合を含まない。)で表されるボラン誘導体。
Lは、ハロゲン原子、置換もしくは無置換のアルキル基、置換もしくは無置換のシクロアルキル基、置換もしくは無置換のアリール基、置換もしくは無置換の複素環基、−OR1(R1は、水素原子、置換もしくは無置換のアルキル基、置換もしくは無置換のシクロアルキル基、置換もしくは無置換のアリール基、置換もしくは無置換の複素環基である。)又は−O−Ga−Q3(Q4)(Q3及びQ4は、Q1及びQ2と同じ)で示される配位子を表す。]
一般式(G)の配位子を形成する環A1及びA2の置換基の具体的な例を挙げると、塩素、臭素、ヨウ素、フッ素のハロゲン原子、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、s−ブチル基、t−ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ステアリル基、トリクロロメチル基等の置換もしくは無置換のアルキル基、フェニル基、ナフチル基、3−メチルフェニル基、3−メトキシフェニル基、3−フルオロフェニル基、3−トリクロロメチルフェニル基、3−トリフルオロメチルフェニル基、3−ニトロフェニル基等の置換もしくは無置換のアリール基、メトキシ基、n−ブトキシ基、t−ブトキシ基、トリクロロメトキシ基、トリフルオロエトキシ基、ペンタフルオロプロポキシ基、2,2,3,3−テトラフルオロプロポキシ基、1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロ−2−プロポキシ基、6−(パーフルオロエチル)ヘキシルオキシ基等の置換もしくは無置換のアルコキシ基、フェノキシ基、p−ニトロフェノキシ基、p−t−ブチルフェノキシ基、3−フルオロフェノキシ基、ペンタフルオロフェニル基、3−トリフルオロメチルフェノキシ基等の置換もしくは無置換のアリールオキシ基、メチルチオ基、エチルチオ基、t−ブチルチオ基、ヘキシルチオ基、オクチルチオ基、トリフルオロメチルチオ基等の置換もしくは無置換のアルキルチオ基、フェニルチオ基、p−ニトロフェニルチオ基、p−t−ブチルフェニルチオ基、3−フルオロフェニルチオ基、ペンタフルオロフェニルチオ基、3−トリフルオロメチルフェニルチオ基等の置換もしくは無置換のアリールチオ基、シアノ基、ニトロ基、アミノ基、メチルアミノ基、ジエチルアミノ基、エチルアミノ基、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、ジフェニルアミノ基等のモノ又はジ置換アミノ基、ビス(アセトキシメチル)アミノ基、ビス(アセトキシエチル)アミノ基、ビスアセトキシプロピル)アミノ基、ビス(アセトキシブチル)アミノ基等のアシルアミノ基、水酸基、シロキシ基、アシル基、メチルカルバモイル基、ジメチルカルバモイル基、エチルカルバモイル基、ジエチルカルバモイル基、プロイピルカルバモイル基、ブチルカルバモイル基、フェニルカルバモイル基等のカルバモイル基、カルボン酸基、スルフォン酸基、イミド基、シクロペンタン基、シクロヘキシル基等のシクロアルキル基、フェニル基、ナフチル基、ビフェニル基、アントラニル基、フェナントリル基、フルオレニル基、ピレニル基等のアリール基、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、トリアジニル基、インドリニル基、キノリニル基、アクリジニル基、ピロリジニル基、ジオキサニル基、ピペリジニル基、モルフォリジニル基、ピペラジニル基、トリアチニル基、カルバゾリル基、フラニル基、チオフェニル基、オキサゾリル基、オキサジアゾリル基、ベンゾオキサゾリル基、チアゾリル基、チアジアゾリル基、ベンゾチアゾリル基、トリアゾリル基、イミダゾリル基、ベンゾイミダゾリル基、プラニル基等の複素環基等がある。また、以上の置換基同士が結合してさらなる6員アリール環もしくは複素環を形成してもよい。
陰極に使用される導電性物質としては、4eVより小さな仕事関数を持つものが適しており、マグネシウム、カルシウム、錫、鉛、チタニウム、イットリウム、リチウム、ルテニウム、マンガン、アルミニウム等及びそれらの合金が用いられるが、これらに限定されるものではない。合金としては、マグネシウム/銀、マグネシウム/インジウム、リチウム/アルミニウム等が代表例として挙げられるが、これらに限定されるものではない。合金の比率は、蒸着源の温度、雰囲気、真空度等により制御され、適切な比率に選択される。
これらの陽極及び陰極は、必要があれば二層以上の層構成により形成されていても良い。有機EL素子では、効率良く発光させるために、少なくとも一方の面は素子の発光波長領域において充分透明にすることが望ましい。
アルゴン雰囲気下、4-ヨードブロモベンゼン28.3g(100mmol)、ベンゾフラン-2-ボロン酸17.0g(105mmol)、テトラキス(トリフェニルフォスフィン)パラジウム(0) 2.31g(2.00mmol)にトルエン300mL、2M炭酸ナトリウム水溶液150mLを加え、10時間加熱還流した。
反応終了後、直ちにろ過した後、水層を除去した。有機層を硫酸ナトリウムで乾燥させた後、濃縮した。残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフィで精製し、2-(3-ブロモフェニル)ベンゾ[b]フランの白色結晶22.1gを得た(収率81%)。
(1−2)化合物X-1の合成
アルゴン雰囲気下、2-(3-ブロモフェニル)ベンゾ[b]フラン2.73g(10.0mmol)、10-(2-ナフチル)アントラセン-9-ボロン酸3.83g(11.0mmol)、テトラキス(トリフェニルフォスフィン)パラジウム(0) 0.231g(0.200mmol)にDME(ジメトキシエタン)30mL、2M炭酸ナトリウム水溶液15mLを加え、10時間加熱還流した。反応終了後、室温まで冷却した。析出した固体を濾取し、メタノール、水、メタノールで順次洗浄し、減圧下、乾燥させた。得られた個体をトルエンで再結晶させ、淡黄色結晶4.20gを得た。このものは、マススペクトル分析の結果、目的物であり、分子量496.18に対し、m/e=496であった。
ベンジルフェニルケトン39.2g、1,2-ジブロモベンゼン46.7g、酢酸パラジウム2.24g、トリフェニルホスフィン10.5g、炭酸セシウム77.2g、o-キシレン400mLをフラスコに仕込み、アルゴン雰囲気下8時間加熱還流攪拌した。反応終了後、反応溶液をエーテルで抽出しながらろ過した。ろ液を硫酸マグネシウムで乾燥させた後、濃縮した。残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフィで精製し、白色結晶43.2g(収率80%)を得た。
(3−2)6-ブロモ-2,3-ジフェニルベンゾ[b]フランの合成
2,3-ジフェニルベンゾ[b]フラン43.2g、N-ブロモスクシンイミド31.3g、N,N-ジメチルホルムアミド400mLをフラスコに仕込み、70℃で8時間加熱攪拌した。室温まで冷却後、反応溶液を水2L中に注いだ。析出した結晶をろ別し、メタノール、水、メタノールで順次洗浄した後、シリカゲルカラムクロマトグラフィで精製し、淡黄色結晶40.2g(収率72%)を得た。
(3−3)2,3-ジフェニルベンゾ[b]フラン-6-ボロン酸の合成
アルゴン雰囲気下、6-ブロモ-2,3-ジフェニルベンゾ[b]フラン40.2gに無水THF400mLを加え、-40℃で撹拌中に、1.6M n-ブチルリチウムのヘキサン溶液72mLを加えた。反応溶液を0℃まで加温しながら1時間攪拌した。反応溶液を再び-78℃まで冷却し、ホウ酸トリメチル54.0g(250mmol)の乾燥THF50mL溶液を滴下した。反応溶液を室温で5時間攪拌した。1N塩酸200mLを加え、1時間攪拌後、水層を除去した。有機層を硫酸マグネシウムで乾燥させ、溶媒を減圧留去した。得られた固体をトルエンで洗浄し、2,3-ジフェニルベンゾ[b]フラン-6-ボロン酸21.7g(収率60%)を得た。
(3−4)6-(3-ブロモフェニル)-2,3-ジフェニルベンゾ[b]フランの合成
アルゴン雰囲気下、4-ヨードブロモベンゼン19.6g、ジベンゾフラン-4-ボロン酸21.7g、テトラキス(トリフェニルフォスフィン)パラジウム(0) 1.59g(2.00mmol)にトルエン220mL、2M炭酸ナトリウム水溶液110mLを加え、10時間加熱還流した。
反応終了後、直ちにろ過した後、水層を除去した。有機層を硫酸ナトリウムで乾燥させた後、濃縮した。残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフィで精製し、6-(3-ブロモフェニル)-2,3-ジフェニルベンゾ[b]フランの白色結晶23.5gを得た(収率80%)。
(3−5)化合物X-3の合成
前記合成例X-1において、2-(3-ブロモフェニル)ベンゾ[b]フランの代わりに6-(3-ブロモフェニル)-2,3-ジフェニルベンゾ[b]フランを用いて同様の方法で合成した。このものは、マススペクトル分析の結果、目的物であり、分子量648.25に対し、m/e=648であった。
25mm×75mm×1.1mm厚のITO透明電極(陽極)付きガラス基板(ジオマティック社製)をイソプロピルアルコール中で超音波洗浄を5分間行なった後、UVオゾン洗浄を30分間行なった。洗浄後の透明電極ライン付きガラス基板を真空蒸着装置の基板ホルダーに装着し、まず透明電極ラインが形成されている側の面上に前記透明電極を覆うようにして膜厚60nmの下記化合物A−1を成膜した。続けてこのA−1膜上に膜厚20nmの下記化合物A−2を成膜した。
さらに、このA−2膜上に膜厚40nmで本発明の上記化合物X−1と下記スチリルアミン誘導体D−1を40:2の膜厚比で成膜し青色系発光層とした。化合物X−1はホスト、D−1はドーパントとして機能する。
この膜上に電子輸送層として膜厚20nmで下記構造のAlqを蒸着により成膜した。この後、LiFを膜厚1nmで成膜した。このLiF膜上に金属Alを150nm蒸着させ金属陰極を形成し有機EL素子を形成した。
得られた有機EL素子について、電流密度10mA/cm2駆動時の素子性能及び初期輝度1000cd/m2における半減寿命を測定した結果を第1表に示す。
実施例1における化合物X−1のかわりに、表中に記した化合物を用いた以外は、実施例1と同様に行った。結果を第1表に示す。
合成スキーム(A−1)〜(A−4)及び製造例1〜6により、合成実施例で用いる中間体を製造した。
[合成スキーム(A−1)]アントラセンボロン酸誘導体の合成
アントラセンボロン酸誘導体は、下記のスキームの通り、既知の方法にて合成した。
アルゴン雰囲気下、4-ヨードブロモベンゼン28.3g(100mmol)、ジベンゾフラン-4-ボロン酸22.3g(105mmol)、テトラキス(トリフェニルフォスフィン)パラジウム(0) 2.31g(2.00mmol)にトルエン300mL、2M炭酸ナトリウム水溶液150mLを加え、10時間加熱還流した。
反応終了後、直ちにろ過した後、水層を除去した。有機層を硫酸ナトリウムで乾燥させた後、濃縮した。残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフィで精製し、4-(4-ブロモフェニル)ジベンゾフランの白色結晶26.2gを得た(収率81%)。
[製造例2] 4-(3-ブロモフェニル)ジベンゾフランの合成
アルゴン雰囲気下、3-ヨードブロモベンゼン28.3g(100mmol)、ジベンゾフラン-4-ボロン酸22.3g(105mmol)、テトラキス(トリフェニルフォスフィン)パラジウム(0) 2.31g(2.00mmol)にトルエン300mL、2M炭酸ナトリウム水溶液150mLを加え、10時間加熱還流した。
反応終了後、直ちにろ過した後、水層を除去した。有機層を硫酸ナトリウムで乾燥させた後、濃縮した。残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフィで精製し、4-(3-ブロモフェニル)ジベンゾフランの白色結晶24.2gを得た(収率75%)。
(i)2-ブロモジベンゾフランの合成
ジベンゾフラン150g(892mmol)と酢酸1Lをフラスコに仕込み、窒素置換し、加熱溶解させた。臭素188g(1.18mol)を時々水冷しながら滴下した後、空冷下20時間撹拌した。析出した結晶を濾別し、酢酸、水で順次洗浄し、減圧下乾燥させた。得られた結晶を、減圧蒸留にて精製しした後、メタノールで数回再結晶を繰り返し、2-ブロモジベンゾフラン66.8g(収率31%)を得た。
(ii)ジベンゾフラン-2-ボロン酸の合成
アルゴン雰囲気下、2-ブロモジベンゾフラン24.7g(100mmol)に無水THF(テトラヒドロフラン)400mLを加え、-40℃で撹拌中に、1.6M n-ブチルリチウムのヘキサン溶液63mL(100mmol)を加えた。反応溶液を0℃まで加温しながら1時間攪拌した。反応溶液を再び-78℃まで冷却し、ホウ酸トリメチル26.0g(250mmol)の乾燥THF50mL溶液を滴下した。反応溶液を室温で5時間攪拌した。1N塩酸200mLを加え、1時間攪拌後、水層を除去した。有機層を硫酸マグネシウムで乾燥させ、溶媒を減圧留去した。得られた固体をトルエンで洗浄し、ジベンゾフラン-2-ボロン酸15.2g(収率72%)を得た。
[製造例4] 2-(4-ブロモフェニル)ジベンゾフランの合成
製造例1において、ジベンゾフラン-4-ボロン酸の代わりにジベンゾフラン-2-ボロン酸を用い、2-(4-ブロモフェニル)ジベンゾフランを合成した。
[製造例5] 2-(3-ブロモフェニル)ジベンゾフランの合成
製造例2において、ジベンゾフラン-4-ボロン酸の代わりにジベンゾフラン-2-ボロン酸を用い、2-(3-ブロモフェニル)ジベンゾフランを合成した。
製造例1において、ジベンゾフラン-4-ボロン酸の代わりにジベンゾチオフェン-4-ボロン酸を用い、4-(4-ブロモフェニル)ジベンゾチオフェンを合成した。
[製造例7] 4-(3-ブロモフェニル)ジベンゾチオフェンの合成
製造例2において、ジベンゾフラン-4-ボロン酸の代わりにジベンゾチオフェン-4-ボロン酸を用い、4-(3-ブロモフェニル)ジベンゾチオフェンを合成した。
合成実施例1において、4-(4-ブロモフェニル)ジベンゾフランの代わりに4-(3-ブロモフェニル)ジベンゾフランを、10-(2-ナフチル)アントラセン-9-ボロン酸の代わりに10-[3-(2-ナフチル)フェニル]アントラセン-9-ボロン酸を用いて同様の方法で合成した。
2-(4-ブロモフェニル)ジベンゾフランの合成において、4-ブロモヨードベンゼンの代わりに4-ブロモ-4'-ヨードビフェニルを用いて同様の方法で合成した。
(39−2)化合物39の合成
合成実施例1において、4-(4-ブロモフェニル)ジベンゾフランの代わりに2-(4'-ブロモビフェニル-4-イル)ジベンゾフランを、10-(2-ナフチル)アントラセン-9-ボロン酸の代わりに10-[3-(1-ナフチル)フェニル]アントラセン-9-ボロン酸を用いて同様の方法で合成した。このものは、マススペクトル分析の結果、目的物であり、分子量698.26に対し、m/e=698であった。
2-(4-ブロモフェニル)ジベンゾフランの合成において、4-ブロモヨードベンゼンの代わりに2-ブロモ-7-ヨード-9,9-ジメチルフルオレンを用いて同様の方法で合成した。
(40−2)化合物40の合成
合成実施例1において、4-(4-ブロモフェニル)ジベンゾフランの代わりに2-(7-ブロモ-9,9-ジメチルフルオレン-2-イル)ジベンゾフランを、10-(2-ナフチル)アントラセン-9-ボロン酸の代わりに10-[3-(1-ナフチル)フェニル]アントラセン-9-ボロン酸を用いて同様の方法で合成した。このものは、マススペクトル分析の結果、目的物であり、分子量738.29に対し、m/e=738であった。
4-(4-ブロモフェニル)ジベンゾフランの合成において、4−ブロモヨードベンゼンの代わりに2,6-ジブロモナフタレンを用いて同様の方法で合成した。
(42−2)化合物42の合成
合成実施例1において、4-(4-ブロモフェニル)ジベンゾフランの代わりに2-(6-ブロモナフタレン-2-イル)ジベンゾフランを、10-(2-ナフチル)アントラセン-9-ボロン酸の代わりに10-[3-(2-ナフチル)フェニル]アントラセン-9-ボロン酸を用いて同様の方法で合成した。このものは、マススペクトル分析の結果、目的物であり、分子量672.25に対し、m/e=672であった。
25mm×75mm×1.1mm厚のITO透明電極(陽極)付きガラス基板(ジオマティック社製)をイソプロピルアルコール中で超音波洗浄を5分間行なった後、UVオゾン洗浄を30分間行なった。洗浄後の透明電極ライン付きガラス基板を真空蒸着装置の基板ホルダーに装着し、まず透明電極ラインが形成されている側の面上に前記透明電極を覆うようにして膜厚60nmの下記化合物A−1を成膜した。続けてこのA−1膜上に膜厚20nmの下記化合物A−2を成膜した。
さらに、このA−2膜上に膜厚40nmで本発明の上記化合物1と下記スチリルアミン誘導体D−1を40:2の膜厚比で成膜し青色系発光層とした。化合物5はホスト、D−1はドーパントとして機能する。
この膜上に電子輸送層として膜厚20nmで下記構造のAlqを蒸着により成膜した。この後、LiFを膜厚1nmで成膜した。このLiF膜上に金属Alを150nm蒸着させ金属陰極を形成し有機EL素子を形成した。
得られた有機EL素子について、電流密度10mA/cm2駆動時の素子性能及び初期輝度1000cd/m2における半減寿命を測定した結果を第2表に示す。
実施例5において、化合物1の代わりに上記化合物2〜38を用いた以外は同様に有機EL素子を作製し、実施例5と同様に評価した結果を第2表に示す。
実施例5〜42、比較例9〜16において、電子輸送材料として下記ベンズイミダゾール誘導体E-1を、ドーパントとして下記クリセン誘導体D-2を用いて同様に有機EL素子を作製した。結果を第3表に示す。
実施例43において、化合物1の代わりに上記化合物39〜化合物42を用いた以外は同様に有機EL素子を作製した。結果を第4表に示す。
また、化合物B(比較例2)と本発明の化合物とを比較すると、本発明の化合物の方が長寿命であることが明らかである。これらの材料系において、電流駆動時、化合物が励起状態となり、アントラセンとその置換基が平面構造を取ろうとするように変化することが知られている。この観点で、1−ナフチル基では、アントラセンとナフチル基の水素原子の距離が近くなり、励起状態が不安定なのに対して、フェニル基、2−ナフチル基では、励起状態で安定である。このことにより、1−ナフチル基では、寿命が短くなり、その効果は、本系統の化合物において顕著に現れている。
さらに、本発明の化合物群の中でも、ジベンゾフラン系が特に長寿命である。これは、ジベンゾチオフェンよりもジベンゾフランの方が、酸化還元に安定であるためと考えられる。
実施例43〜実施例80より、低電圧な電子輸送材料を用いた場合、本系統の材料の中でもジフェニルアントラセン骨格を持つ系統が特異的に高効率かつ長寿命である。
また、本発明の材料は、WO2005/113531号公報で開示されている化合物と比較して、特異的に長寿命化が実現できる材料であることが明らかである。
以上より、本発明のアントラセン誘導体は、従来用いられてきた材料系よりも高効率でかつ長寿命を実現できるため、有機EL素子用材料として有用である。
Claims (23)
- Ar1が、置換もしくは無置換のナフチル基である請求項1に記載のアントラセン誘導体。
- Ar1のナフチル基が、1−ナフチル基又は2−ナフチル基である請求項2に記載のアントラセン誘導体。
- Ar1が、置換もしくは無置換のフェナントリル基である請求項1に記載のアントラセン誘導体。
- Ar1のフェナントリル基が、9−フェナントリル基である請求項4に記載のアントラセン誘導体。
- Lが、無置換のm−フェニレン基又は無置換のp−フェニレン基である請求項1〜5のいずれかに記載のアントラセン誘導体。
- 前記Rcにおける核炭素数6〜30のアリール基が、フェニル基、ナフチル基、又はフェナントリル基である請求項1〜7のいずれかに記載のアントラセン誘導体。
- 前記Rcにおける核炭素数6〜30のアリール基が、フェニル基である請求項1〜8のいずれかに記載のアントラセン誘導体。
- 前記Ar1が置換される場合の置換基である核炭素数6〜30のアリール基が、フェニル基、ナフチル基、又はフェナントリル基である請求項1〜9のいずれかに記載のアントラセン誘導体。
- 前記Ar1が置換される場合の置換基である核炭素数6〜30のアリール基が、フェニル基である請求項1〜10のいずれかに記載のアントラセン誘導体。
- 前記Xが酸素原子であることを特徴とする請求項1〜11のいずれかに記載のアントラセン誘導体。
- 請求項1〜12のいずれかに記載のアントラセン誘導体を含む有機エレクトロルミネッセンス素子用材料。
- 請求項1〜12のいずれかに記載のアントラセン誘導体を含む有機エレクトロルミネッセンス素子用発光材料。
- 陰極と陽極間に少なくとも発光層を含む一層又は複数層からなる有機薄膜層が挟持されている有機エレクトロルミネッセンス素子であって、該有機薄膜層の少なくとも一層が、請求項1〜12のいずれかに記載のアントラセン誘導体を単独もしくは混合物の成分として含有する有機エレクトロルミネッセンス素子。
- 前記発光層が、前記アントラセン誘導体を発光材料として含有する請求項15に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
- 前記発光層が、前記アントラセン誘導体をホスト材料として含有する請求項15に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
- 前記発光層が、さらに蛍光性又はりん光性のドーパントを含有する請求項15〜17のいずれかに記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
- 前記蛍光性のドーパントが、アリールアミン化合物及び/又はアリールジアミン化合物である請求項18に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
- 前記蛍光性のドーパントが、スチリルアミン化合物及び/又はスチリルジアミン化合物である請求項18に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
- 前記蛍光性のドーパントが、芳香族アミン化合物及び/又は芳香族ジアミン化合物である請求項18に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
- 前記蛍光性のドーパントが、縮合多環芳香族化合物(アミン化合物を除く)である請求項18に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
- 前記りん光性のドーパントが、金属錯体化合物である請求項18に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
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