JP7222468B2 - ヘテロ環化合物およびこれを含む有機発光素子 - Google Patents

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Description

本発明は、2018年7月13日付で韓国特許庁に提出された韓国特許第10-2018-0081632号の出願日の利益を主張し、その内容のすべては本明細書に組み込まれる。
本明細書は、ヘテロ環化合物およびこれを含む有機発光素子に関する。
一般的に、有機発光現象とは、有機物質を用いて電気エネルギーを光エネルギーに変換させる現象をいう。有機発光現象を利用する有機発光素子は、通常、陽極および陰極と、これらの間に有機物層とを含む構造を有する。ここで、有機物層は、有機発光素子の効率と安定性を高めるために、それぞれ異なる物質で構成された多層の構造からなる場合が多く、例えば、正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電子輸送層、電子注入層などからなる。このような有機発光素子の構造において、2つの電極の間に電圧をかけると、陽極からは正孔が、陰極からは電子が有機物層に注入され、注入された正孔と電子が接した時、エキシトン(exciton)が形成され、このエキシトンが再び基底状態に落ちる時に光を発する。
前記のような有機発光素子のための新たな材料の開発が求められ続けている。
本明細書は、ヘテロ環化合物およびこれを含む有機発光素子に関する。
本明細書の一実施態様によれば、下記化学式1で表されるヘテロ環化合物を提供する。
[化学式1]
Figure 0007222468000001
前記化学式1において、
Lは、置換もしくは非置換のN、O、およびSの中から選択されるヘテロ原子を2以上含む3環以上の2価のヘテロ環基であり、
Arは、置換もしくは非置換のアルキル基、置換もしくは非置換のアリール基、または置換もしくは非置換のヘテロアリール基であり、
R1~R14は、互いに同一または異なり、それぞれ独立して、水素、ニトリル基、ハロゲン基、置換もしくは非置換のアルキル基、置換もしくは非置換のアリール基、または置換もしくは非置換のヘテロアリール基であるか、隣接した基と互いに結合して少なくとも1つの置換もしくは非置換の芳香族環を形成する。
また、本明細書は、第1電極と、前記第1電極に対向して備えられた第2電極と、前記第1電極および第2電極の間に備えられた1層または2層以上の有機物層とを含む有機発光素子であって、前記有機物層のうちの1層以上は、前記ヘテロ環化合物を含む有機発光素子を提供する。
本明細書の一実施態様に係るヘテロ環化合物は、有機発光素子の有機物層の材料として使用可能であり、これを用いることにより、有機発光素子において効率の向上、低い駆動電圧および/または寿命特性の向上が可能である。
本明細書の一実施態様に係る有機発光素子を示す図である。 本明細書の一実施態様に係る有機発光素子を示す図である。
以下、本明細書についてより詳しく説明する。
本明細書は、前記化学式1で表されるヘテロ環化合物を提供する。
本明細書において、ある部分がある構成要素を「含む」とする時、これは、特に反対の記載がない限り、他の構成要素を除くのではなく、他の構成要素をさらに包含できることを意味する。
本明細書において、ある部材が他の部材の「上に」位置しているとする時、これは、ある部材が他の部材に接している場合のみならず、2つの部材の間にさらに他の部材が存在する場合も含む。
本明細書において、置換基の例示は以下に説明するが、これに限定されるものではない。
前記「置換」という用語は、化合物の炭素原子に結合した水素原子が他の置換基に変わることを意味し、置換される位置は水素原子の置換される位置、すなわち置換基が置換可能な位置であれば限定せず、2以上置換される場合、2以上の置換基は、互いに同一でも異なっていてもよい。
本明細書において、「置換もしくは非置換の」という用語は、重水素;ニトリル基;置換もしくは非置換のアルキル基;置換もしくは非置換のシクロアルキル基;置換もしくは非置換のシリル基;置換もしくは非置換のアリール基;および置換もしくは非置換のヘテロ環基からなる群より選択された1または2以上の置換基で置換されているか、前記例示された置換基のうちの2以上の置換基が連結された置換基で置換されるか、もしくはいずれの置換基も有しないことを意味する。例えば、「2以上の置換基が連結された置換基」は、アリール基で置換されたアリール基、ヘテロアリール基で置換されたアリール基、アリール基で置換されたヘテロ環基、アルキル基で置換されたアリール基などであってもよい。
本明細書において、前記アルキル基は、直鎖もしくは分枝鎖であってもよく、炭素数は特に限定されないが、1~30のものが好ましい。具体例としては、メチル、エチル、プロピル、n-プロピル、イソプロピル、ブチル、n-ブチル、イソブチル、tert-ブチル、sec-ブチル、1-メチル-ブチル、1-エチル-ブチル、ペンチル、n-ペンチル、イソペンチル、ネオペンチル、tert-ペンチル、ヘキシル、n-ヘキシル、1-メチルペンチル、2-メチルペンチル、4-メチル-2-ペンチル、3,3-ジメチルブチル、2-エチルブチル、ヘプチル、n-ヘプチル、1-メチルヘキシル、シクロペンチルメチル、シクロヘキシルメチル、オクチル、n-オクチル、tert-オクチル、1-メチルヘプチル、2-エチルヘキシル、2-プロピルペンチル、n-ノニル、2,2-ジメチルヘプチル、1-エチル-プロピル、1,1-ジメチル-プロピル、イソヘキシル、4-メチルヘキシル、5-メチルヘキシルなどがあるが、これらに限定されるものではない。
本明細書において、シリル基は、具体的には、トリメチルシリル基、トリエチルシリル基、t-ブチルジメチルシリル基、ビニルジメチルシリル基、プロピルジメチルシリル基、トリフェニルシリル基、ジフェニルシリル基、フェニルシリル基などがあるが、これらに限定されるものではない。
本明細書において、アリール基は特に限定されないが、炭素数6~30のものが好ましく、前記アリール基は、単環式または多環式であってもよい。
前記アリール基が単環式アリール基の場合、炭素数は特に限定されないが、炭素数6~30のものが好ましい。具体的には、単環式アリール基としては、フェニル基、ビフェニル基、ターフェニル基などになってもよいが、これらに限定されるものではない。
前記アリール基が多環式アリール基の場合、炭素数は特に限定されないが、炭素数10~30のものが好ましい。具体的には、多環式アリール基としては、ナフチル基、アントラセニル基、フェナントリル基、トリフェニレン基、ピレニル基、フェナレニル基、ペリレニル基、クリセニル基、フルオレニル基などになってもよいが、これらに限定されるものではない。
本明細書において、ヘテロ環基は、炭素でない原子、異種原子を1以上含むものであって、具体的には、前記異種原子は、O、N、Se、およびSなどからなる群より選択される原子を1以上含むことができる。炭素数は特に限定されないが、炭素数2~30のものが好ましく、前記ヘテロ環基は、単環式または多環式であってもよい。ヘテロ環基の例としては、チオフェン基、フラニル基、ピロール基、イミダゾリル基、チアゾリル基、オキサゾリル基、オキサジアゾリル基、ピリジル基、ビピリジル基、ピリミジル基、トリアジニル基、トリアゾリル基、アクリジル基、ピリダジニル基、ピラジニル基、キノリニル基、キナゾリニル基、キノキサリニル基、フタラジニル基、ピリドピリミジル基、ピリドピラジニル基、ピラジノピラジニル基、イソキノリニル基、インドリル基、カルバゾリル基、ベンズオキサゾリル基、ベンズイミダゾリル基、ベンゾチアゾリル基、ベンゾカルバゾリル基、ベンゾチオフェン基、ジベンゾチオフェン基、ベンゾフラニル基、フェナントロリニル基(phenanthroline)、イソオキサゾリル基、チアジアゾリル基、フェノチアジニル基、およびジベンゾフラニル基などがあるが、これらに限定されるものではない。
本明細書の一実施態様によれば、前記R1~R4は、互いに同一または異なり、それぞれ独立して、水素であるか、隣接した置換基と結合して芳香族環を形成する。
本明細書の一実施態様によれば、前記R1~R4は、隣接した基と互いに結合して少なくとも1つの置換もしくは非置換の芳香族環を形成し、環を形成しない置換基は、水素である。
本明細書において、前記化学式1は、下記化学式1-1~1-3のいずれか1つで表される。
Figure 0007222468000002
前記化学式1-1~1-3において、前記R1~R14、LおよびArの定義は、前記化学式1の通りである。
本明細書の一実施態様によれば、前記Lは、下記化学式3または化学式4である。
[化学式3]
Figure 0007222468000003
[化学式4]
Figure 0007222468000004
前記化学式3および化学式4において、
X11~X14およびX21~X24は、互いに同一または異なり、それぞれNまたはC-Ar1であり、
X11~X14のうちの1つは、化学式1のNと結合し、
X21~X24のうちの1つは、化学式1のNと結合し、
X11~X14のうちの2以上は、Nであり、
X21~X24のうちの2以上は、Nであり、
Yは、O、S、またはC(CHであり、
Ar1は、置換もしくは非置換のアルキル基、置換もしくは非置換のアリール基、または置換もしくは非置換のヘテロアリール基であり、
nおよびmは、0または1である。
本明細書の一実施態様によれば、前記化学式3は、下記化学式3-1~化学式3-4で表されてもよい。
[化学式3-1]
Figure 0007222468000005
[化学式3-2]
Figure 0007222468000006
[化学式3-3]
Figure 0007222468000007
[化学式3-4]
Figure 0007222468000008
前記化学式3-1~3-4において、前記X11~X14の定義は、前記化学式3で定義した通りである。
本明細書の一実施態様によれば、前記化学式4は、下記化学式4-1または化学式4-2で表されてもよい。
[化学式4-1]
Figure 0007222468000009
[化学式4-2]
Figure 0007222468000010
前記化学式4-1および4-2において、前記X21~X24およびYの定義は、前記化学式4で定義した通りである。
本明細書の一実施態様によれば、前記Lは、下記の置換基の中から選択されるいずれか1つである。
Figure 0007222468000011
前記点線のうちの1つは、化学式1のNと結合し、残りは、Arと結合する。
本明細書の一実施態様によれば、前記Arは、置換もしくは非置換の炭素数1~10のアルキル基;置換もしくは非置換の炭素数6~20のアリール基;または置換もしくは非置換の炭素数3~30のヘテロアリール基である。
本明細書の一実施態様によれば、前記Arは、置換もしくは非置換の炭素数6~20のアリール基;または置換もしくは非置換の炭素数3~30のヘテロアリール基である。
本明細書の一実施態様によれば、前記Arは、置換もしくは非置換の炭素数6~20のアリール基;またはアリール基で置換もしくは非置換の炭素数3~30のヘテロアリール基である。
本明細書の一実施態様によれば、前記Arは、フェニル基;ビフェニル基;ナフチル基;フェナントレン基;トリフェニレン基;ジベンゾフラン基;ジベンゾチオフェン基;またはカルバゾール基であり、
前記フェニル基;ビフェニル基;ナフチル基;フェナントレン基;トリフェニレン基;ジベンゾフラン基;ジベンゾチオフェン基;またはカルバゾール基は、炭素数1~10のアルキル基、炭素数6~20のアリール基、または炭素数3~30のヘテロアリール基で置換もしくは非置換である。
本明細書の一実施態様によれば、前記Arは、フェニル基;ビフェニル基;ナフチル基;フェナントレン基;トリフェニレン基;ジベンゾフラン基;ジベンゾチオフェン基;またはカルバゾール基であり、
前記フェニル基;ビフェニル基;ナフチル基;フェナントレン基;トリフェニレン基;ジベンゾフラン基;ジベンゾチオフェン基;またはカルバゾール基は、フェニル基またはナフチル基で置換もしくは非置換である。
本明細書のもう一つの実施態様によれば、前記化学式1のヘテロ環化合物は、下記構造式のいずれか1つで表されてもよい。
Figure 0007222468000012
Figure 0007222468000013
Figure 0007222468000014
Figure 0007222468000015
Figure 0007222468000016
Figure 0007222468000017
Figure 0007222468000018
Figure 0007222468000019
Figure 0007222468000020
Figure 0007222468000021
Figure 0007222468000022
Figure 0007222468000023
Figure 0007222468000024
Figure 0007222468000025
Figure 0007222468000026
Figure 0007222468000027
本明細書は、第1電極と、前記第1電極に対向して備えられた第2電極と、前記第1電極および第2電極の間に備えられた1層または2層以上の有機物層とを含む有機発光素子であって、前記有機物層のうちの1層以上は、前記ヘテロ環化合物を含む有機発光素子を提供する。
本発明の一実施態様によれば、前記有機物層は、発光層を含み、前記発光層は、前記ヘテロ環化合物を含む。
本発明の一実施態様によれば、前記有機物層は、発光層を含み、前記発光層は、前記ヘテロ環化合物をホストとして含む。
本発明の一実施態様によれば、前記有機物層は、発光層を含み、前記発光層は、前記ヘテロ環化合物を赤色ホストとして含む。
本発明の一実施態様によれば、前記発光層は、ドーパントを追加的に含む。
本発明の一実施態様によれば、前記発光層は、ドーパントとして金属錯体を含む。
本発明の一実施態様によれば、前記発光層は、ドーパントとしてイリジウム系錯体を含む。
本発明の一実施態様によれば、前記発光層は、ドーパントとして下記の化合物のいずれか1つを含む。
Figure 0007222468000028
Figure 0007222468000029
Figure 0007222468000030
Figure 0007222468000031
本発明の一実施態様によれば、前記発光層は、ホストとドーパントを1:99~99:1の重量比で含む。
本発明の一実施態様によれば、前記発光層は、ホストとドーパントを50:50~99:1の重量比で含む。
本発明の一実施態様によれば、前記発光層は、ホストとドーパントを80:20~99:1の重量比で含む。
本発明の一実施態様によれば、前記発光層は、ホストとドーパントを90:10~99:1の重量比で含む。
本発明の一実施態様によれば、前記有機物層は、電子注入層、電子輸送層、または電子注入および輸送層を含み、前記電子注入層、電子輸送層、または電子注入および輸送層は、前記ヘテロ環化合物を含む。
本発明の一実施態様によれば、前記有機物層は、正孔注入層、正孔輸送層、または正孔注入および輸送層を含み、前記正孔注入層、正孔輸送層、または正孔注入および輸送層は、前記ヘテロ環化合物を含む。
本発明の一実施態様によれば、前記有機物層は、電子阻止層または正孔阻止層を含み、前記電子阻止層または正孔阻止層は、前記ヘテロ環化合物を含む。
例えば、本発明の有機発光素子の構造は、図1および図2に示すような構造を有することができるが、これのみに限定されるものではない。
図1には、基板1上に、第1電極2、有機物層3、および第2電極4が順次に積層された有機発光素子の構造が例示されている。
図2には、基板1上に、第1電極2、正孔注入層5、正孔輸送層6、電子抑制層7、発光層8、正孔阻止層9、電子注入および輸送層10、および第2電極4が順次に積層された有機発光素子の構造が例示されている。
前記図2は、有機発光素子を例示する図であり、これに限定されず、各層の間に追加の有機物層をさらに含んでもよい。
例えば、本発明に係る有機発光素子は、スパッタリング(sputtering)や電子ビーム蒸発(e-beam evaporation)のようなPVD(physical vapor deposition)方法を利用して、基板上に金属または導電性を有する金属酸化物またはこれらの合金を蒸着させて陽極を形成し、その上に正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電子輸送層を含む有機物層および前記化学式1のヘテロ環化合物を含む有機物層を形成した後、その上に陰極として使用可能な物質を蒸着させることにより製造できる。このような方法以外にも、基板上に、陰極物質から有機物層、陽極物質を順に蒸着させて有機発光素子を作ることもできる。
前記陽極物質としては、通常、有機物層への正孔注入が円滑となるように仕事関数の大きい物質が好ましい。本発明で使用可能な陽極物質の具体例としては、バナジウム、クロム、銅、亜鉛、金のような金属、またはこれらの合金;亜鉛酸化物、インジウム酸化物、インジウムスズ酸化物(ITO)、インジウム亜鉛酸化物(IZO)のような金属酸化物;ZnO:AlまたはSnO:Sbのような金属と酸化物との組み合わせ;ポリピロールおよびポリアニリンのような導電性高分子などがあるが、これらのみに限定されるものではない。
前記陰極物質としては、通常、有機物層への電子注入が容易となるように仕事関数の小さい物質であることが好ましい。陰極物質の具体例としては、マグネシウム、カルシウム、ナトリウム、カリウム、チタン、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、スズおよび鉛のような金属、またはこれらの合金;LiF/AlまたはLiO/Alのような多層構造の物質などがあるが、これらのみに限定されるものではない。
前記正孔注入物質としては、低い電圧で陽極から正孔注入をきちんと受けられる物質であって、正孔注入物質のHOMO(highest occupied molecular orbital)が陽極物質の仕事関数と周辺の有機物層のHOMOとの間であることが好ましい。正孔注入物質の具体例としては、金属ポルフィリン(porphyrine)、オリゴチオフェン、アリールアミン系の有機物、ヘキサニトリルヘキサアザトリフェニレン系の有機物、キナクリドン(quinacridone)系の有機物、ペリレン(perylene)系の有機物、アントラキノンおよびポリアニリンとポリ化合物系の導電性高分子などがあるが、これらのみに限定されるものではない。
前記正孔輸送物質としては、陽極や正孔注入層から正孔輸送を受けて発光層に移し得る物質で、正孔に対する移動性の大きい物質が好適である。具体例としては、アリールアミン系の有機物、導電性高分子、および共役部分と非共役部分が共にあるブロック共重合体などがあるが、これらのみに限定されるものではない。
前記発光物質としては、正孔輸送層と電子輸送層から正孔と電子の輸送をそれぞれ受けて結合させることにより可視光線領域の光を発し得る物質であって、蛍光や燐光に対する量子効率の良い物質が好ましい。具体例としては、8-ヒドロキシ-キノリンアルミニウム錯体(Alq);カルバゾール系化合物;二量体化スチリル(dimerized styryl)化合物;BAlq;10-ヒドロキシベンゾキノリン-金属化合物;ベンゾキサゾール、ベンズチアゾールおよびベンズイミダゾール系の化合物;ポリ(p-フェニレンビニレン)(PPV)系の高分子;スピロ(spiro)化合物;ポリフルオレン、ルブレンなどがあるが、これらのみに限定されるものではない。
前記有機発光素子が複数の有機物層を含む場合、前記有機物層は、同一の物質または異なる物質で形成されてもよい。
本明細書の有機発光素子は、有機物層のうちの1層以上が前記ヘテロ環化合物を用いて形成されることを除けば、当技術分野で知られている材料と方法で製造できる。
ドーパント材料としては、芳香族ヘテロ環化合物、スチリルアミン化合物、ホウ素錯体、フルオランテン化合物、金属錯体などがある。具体的には、芳香族ヘテロ環化合物としては、置換もしくは非置換のアリールアミノ基を有する縮合芳香族環誘導体であって、アリールアミノ基を有するピレン、アントラセン、クリセン、ペリフランテンなどがあり、スチリルアミン化合物としては、置換もしくは非置換のアリールアミンに少なくとも1つのアリールビニル基が置換されている化合物で、アリール基、シリル基、アルキル基、シクロアルキル基、およびアリールアミノ基からなる群より1または2以上選択される置換基が置換もしくは非置換である。具体的には、スチリルアミン、スチリルジアミン、スチリルトリアミン、スチリルテトラアミンなどがあるが、これらに限定されない。また、金属錯体としては、イリジウム錯体、白金錯体などがあるが、これらに限定されない。
前記電子輸送層は、電子注入層から電子を受け取って発光層まで電子を輸送する層で、電子輸送物質としては、カソードから電子注入をきちんと受けて発光層に移し得る物質であって、電子に対する移動性の大きい物質が好適である。具体例としては、8-ヒドロキシキノリンのAl錯体;Alqを含む錯体;有機ラジカル化合物;ヒドロキシフラボン-金属錯体などがあるが、これらのみに限定されるものではない。電子輸送層は、従来技術により使用されているような、任意の所望のカソード物質と共に使用可能である。特に、適切なカソード物質の例は、低い仕事関数を有し、アルミニウム層またはシルバー層が後に続く通常の物質である。具体的には、セシウム、バリウム、カルシウム、イッテルビウム、およびサマリウムであり、各場合、アルミニウム層またはシルバー層が後に続く。
前記電子注入層は、電極から電子を注入する層で、電子を輸送する能力を有し、カソードからの電子注入効果、発光層または発光材料に対して優れた電子注入効果を有し、発光層で生成された励起子の正孔注入層への移動を防止し、また、薄膜形成能力の優れた化合物が好ましい。具体的には、フルオレノン、アントラキノジメタン、ジフェノキノン、チオピランジオキシド、オキサゾール、オキサジアゾール、トリアゾール、イミダゾール、ペリレンテトラカルボン酸、フレオレニリデンメタン、アントロンなどとそれらの誘導体、金属錯体化合物および含窒素5員環誘導体などがあるが、これらに限定されない。
前記金属錯体化合物としては、8-ヒドロキシキノリナトリチウム、ビス(8-ヒドロキシキノリナト)亜鉛、ビス(8-ヒドロキシキノリナト)銅、ビス(8-ヒドロキシキノリナト)マンガン、トリス(8-ヒドロキシキノリナト)アルミニウム、トリス(2-メチル-8-ヒドロキシキノリナト)アルミニウム、トリス(8-ヒドロキシキノリナト)ガリウム、ビス(10-ヒドロキシベンゾ[h]キノリナト)ベリリウム、ビス(10-ヒドロキシベンゾ[h]キノリナト)亜鉛、ビス(2-メチル-8-キノリナト)クロロガリウム、ビス(2-メチル-8-キノリナト)(o-クレゾラート)ガリウム、ビス(2-メチル-8-キノリナト)(1-ナフトラート)アルミニウム、ビス(2-メチル-8-キノリナト)(2-ナフトラート)ガリウムなどがあるが、これらに限定されない。
前記正孔阻止層は、正孔のカソード到達を阻止する層で、一般的に正孔注入層と同一の条件で形成される。具体的には、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、アルミニウム錯体(aluminum complex)などがあるが、これらに限定されない。
本明細書に係る有機発光素子は、使用される材料によって、前面発光型、後面発光型、または両面発光型であってもよい。
本発明の化合物は、代表的な反応として、Buchwald-Hartwigカップリング反応、Suzukiカップリング反応などを利用して製造された。
下記は本明細書の発明における代表的な構造に対する製造例であり、置換基を異にして本明細書のすべての化合物を製造することができる。
製造例1.
Figure 0007222468000032
2-ニトロナフタレン-1-イルトリフルオロメタンスルホネート100.0g(1.0eq)、トリフェニレン-1-イルボロン酸93.17g(1.1eq)をTHF(テトラヒドロフラン)1000mlに溶かした後、水300mlに溶かしたKCO 86.05g(2.0eq)を共に入れた。Pd(t-BuP) 1.59g(0.005eq)を入れて、還流して撹拌した。反応が終了すると、減圧して溶媒を除去した。以後、CHClに完全に溶かして水で洗い、無水硫酸マグネシウムで処理して再度減圧して溶媒を除去し、これをカラムクロマトグラフィーして、化合物A-1 88.28g(収率71%)を得た。[M+H]=400
化学式A-1 88.28g(1.0eq)をトリエチルホスファイト(Triethylphosphite)200mLに入れて、還流して撹拌した。2時間後反応終結し、エタノール2Lに反応物を仕込んで固体を落とした。この固体をCHClに完全に溶かした後、水で洗い、無水硫酸マグネシウムで処理して溶液を減圧濃縮し、カラムクロマトグラフィーを用いて精製した。化合物A49.37g(収率61%)を得た。[M+H]=218
製造例2.
Figure 0007222468000033
製造例1において、2-ニトロナフタレン-1-イルトリフルオロメタンスルホネートの代わりに、3-ニトロナフタレン-2-イルトリフルオロメタンスルホネートを用いて、化学式Aの製造方法と同様の方法で化学式Bを合成した。
製造例3.
Figure 0007222468000034
製造例1において、2-ニトロナフタレン-1-イルトリフルオロメタンスルホネートの代わりに、3-1-ニトロナフタレン-2-イルトリフルオロメタンスルホネートを用いて、化学式Aの製造方法と同様の方法で化学式Cを合成した。
<合成例>
合成例1
Figure 0007222468000035
化合物A10.0g(1.0eq)、2-クロロ-4-フェニルベンゾ[h]キナゾリン8.73g(1.1eq)、Pd(t-BuP) 0.13g(0.01eq)、KPO 11.55g(2.0eq)をキシレン250mlに入れて、還流して撹拌した。2時間後反応が終了すると、減圧して溶媒を除去した。以後、CHClに完全に溶かして水で洗い、再度減圧して溶媒を50%程度除去した。再度還流状態でエチルアセテートを入れて、結晶を落として冷やした後、濾過した。これをカラムクロマトグラフィーして、化合物1を12.35g(収率73%)得た。[M+H]=622
合成例2
Figure 0007222468000036
化合物A10.0g(1.0eq)、2-クロロ-4-フェニルベンゾ[4,5]チエノ[3,2-d]ピリミジン8.88g(1.1eq)、Pd(t-BuP) 0.13g(0.01eq)、KPO 11.55g(2.0eq)をキシレン250mlに入れて、還流して撹拌した。2時間後反応が終了すると、減圧して溶媒を除去した。以後、CHClに完全に溶かして水で洗い、再度減圧して溶媒を50%程度除去した。再度還流状態でエチルアセテートを入れて、結晶を落として冷やした後、濾過した。これをカラムクロマトグラフィーして、化合物2を10.42g(収率61%)得た。[M+H]=628
合成例3
Figure 0007222468000037
化合物A10.0g(1.0eq)、2-([1,1'-ビフェニル]-4-イル)-3-クロロ-9,9-ジメチル-9H-インデノ[1,2-b]ピラジン11.46g(1.1eq)、Pd(t-BuP) 0.13g(0.01eq)、KPO 11.55g(2.0eq)をキシレン250mlに入れて、還流して撹拌した。2時間後反応が終了すると、減圧して溶媒を除去した。以後、CHClに完全に溶かして水で洗い、再度減圧して溶媒を50%程度除去した。再度還流状態でエチルアセテートを入れて、結晶を落として冷やした後、濾過した。これをカラムクロマトグラフィーして、化合物3を13.98g(収率72%)得た。[M+H]=714
合成例4
Figure 0007222468000038
化合物A10.0g(1.0eq)、3-クロロ-1-(ジベンゾ[b,d]フラン-1-イル)ベンゾ[f]キナゾリン11.40g(1.1eq)、Pd(t-BuP) 0.13g(0.01eq)、KPO 11.55g(2.0eq)をキシレン250mlに入れて、還流して撹拌した。2時間後反応が終了すると、減圧して溶媒を除去した。以後、CHClに完全に溶かして水で洗い、再度減圧して溶媒を50%程度除去した。再度還流状態でエチルアセテートを入れて、結晶を落として冷やした後、濾過した。これをカラムクロマトグラフィーして、化合物4を13.17g(収率68%)得た。[M+H]=712
合成例5
Figure 0007222468000039
化合物A10.0g(1.0eq)、2-クロロ-4-(ジベンゾ[b,d]フラン-3-イル)-9,9-ジメチル-9H-インデノ[2,1-d]ピリミジン11.88g(1.1eq)、Pd(t-BuP) 0.13g(0.01eq)、KPO 11.55g(2.0eq)をキシレン250mlに入れて、還流して撹拌した。2時間後反応が終了すると、減圧して溶媒を除去した。以後、CHClに完全に溶かして水で洗い、再度減圧して溶媒を50%程度除去した。再度還流状態でエチルアセテートを入れて、結晶を落として冷やした後、濾過した。これをカラムクロマトグラフィーして、化合物5を12.87g(収率65%)得た。[M+H]=728
合成例6
Figure 0007222468000040
化合物A10.0g(1.0eq)、2-クロロ-4-(ジベンゾ[b,d]チオフェン-3-イル)ベンゾフロ[3,2-d]ピリミジン11.58g(1.1eq)、Pd(t-BuP) 0.13g(0.01eq)、KPO 11.55g(2.0eq)をキシレン250mlに入れて、還流して撹拌した。2時間後反応が終了すると、減圧して溶媒を除去した。以後、CHClに完全に溶かして水で洗い、再度減圧して溶媒を50%程度除去した。再度還流状態でエチルアセテートを入れて、結晶を落として冷やした後、濾過した。これをカラムクロマトグラフィーして、化合物6を13.08g(収率67%)得た。[M+H]=718
合成例7
Figure 0007222468000041
化合物A10.0g(1.0eq)、2-クロロ-3-(9-フェニル-9H-カルバゾール-2-イル)ベンゾフロ[2,3-b]ピラジン13.34g(1.1eq)、Pd(t-BuP) 0.13g(0.01eq)、KPO 11.55g(2.0eq)をキシレン250mlに入れて、還流して撹拌した。2時間後反応が終了すると、減圧して溶媒を除去した。以後、CHClに完全に溶かして水で洗い、再度減圧して溶媒を50%程度除去した。再度還流状態でエチルアセテートを入れて、結晶を落として冷やした後、濾過した。これをカラムクロマトグラフィーして、化合物7を14.58g(収率69%)得た。[M+H]=777
合成例8
Figure 0007222468000042
化合物B10.0g(1.0eq)、2-クロロ-3-(4-フェニルナフタレン-1-イル)ベンゾフロ[2,3-b]ピラジン12.18g(1.1eq)、Pd(t-BuP) 0.13g(0.01eq)、KPO 11.55g(2.0eq)をキシレン250mlに入れて、還流して撹拌した。2時間後反応が終了すると、減圧して溶媒を除去した。以後、CHClに完全に溶かして水で洗い、再度減圧して溶媒を50%程度除去した。再度還流状態でエチルアセテートを入れて、結晶を落として冷やした後、濾過した。これをカラムクロマトグラフィーして、化合物8を13.45g(収率67%)得た。[M+H]=738
合成例9
Figure 0007222468000043
化合物B10.0g(1.0eq)、2-クロロ-4-(4-(ナフタレン-1-イル)フェニル)ベンゾ[h]キナゾリン12.48g(1.1eq)、Pd(t-BuP) 0.13g(0.01eq)、KPO 11.55g(2.0eq)をキシレン250mlに入れて、還流して撹拌した。2時間後反応が終了すると、減圧して溶媒を除去した。以後、CHClに完全に溶かして水で洗い、再度減圧して溶媒を50%程度除去した。再度還流状態でエチルアセテートを入れて、結晶を落として冷やした後、濾過した。これをカラムクロマトグラフィーして、化合物9を13.63g(収率61%)得た。[M+H]=748
合成例10
Figure 0007222468000044
化合物B10.0g(1.0eq)、2-クロロ-3-(ナフタレン-2-イル)ベンゾ[f]キノキサリン26.49g(1.1eq)、Pd(t-BuP) 0.13g(0.01eq)、KPO 11.55g(2.0eq)をキシレン250mlに入れて、還流して撹拌した。2時間後反応が終了すると、減圧して溶媒を除去した。以後、CHClに完全に溶かして水で洗い、再度減圧して溶媒を50%程度除去した。再度還流状態でエチルアセテートを入れて、結晶を落として冷やした後、濾過した。これをカラムクロマトグラフィーして、化合物10を13.34g(収率74%)得た。[M+H]=672
合成例11
Figure 0007222468000045
化合物B10.0g(1.0eq)、2-クロロ-3-(フェナントレン-9-イル)ベンゾ[4,5]チエノ[2,3-b]ピラジン11.88g(1.1eq)、Pd(t-BuP) 0.13g(0.01eq)、KPO 11.55g(2.0eq)をキシレン250mlに入れて、還流して撹拌した。2時間後反応が終了すると、減圧して溶媒を除去した。以後、CHClに完全に溶かして水で洗い、再度減圧して溶媒を50%程度除去した。再度還流状態でエチルアセテートを入れて、結晶を落として冷やした後、濾過した。これをカラムクロマトグラフィーして、化合物11を14.46g(収率71%)得た。[M+H]=728
合成例12
Figure 0007222468000046
化合物B10.0g(1.0eq)、2-クロロ-4-(ジベンゾ[b,d]フラン-3-イル)ベンゾ[4,5]チエノ[3,2-d]ピリミジン11.58g(1.1eq)、Pd(t-BuP) 0.13g(0.01eq)、KPO 11.55g(2.0eq)をキシレン250mlに入れて、還流して撹拌した。2時間後反応が終了すると、減圧して溶媒を除去した。以後、CHClに完全に溶かして水で洗い、再度減圧して溶媒を50%程度除去した。再度還流状態でエチルアセテートを入れて、結晶を落として冷やした後、濾過した。これをカラムクロマトグラフィーして、化合物12を14.45g(収率74%)得た。[M+H]=718
合成例13
Figure 0007222468000047
化合物B10.0g(1.0eq)、2-クロロ-4-(ジベンゾ[b,d]チオフェン-3-イル)-5,5-ジメチル-5H-インデノ[1,2-d]ピリミジン12.36g(1.1eq)、Pd(t-BuP) 0.13g(0.01eq)、KPO 11.55g(2.0eq)をキシレン250mlに入れて、還流して撹拌した。2時間後反応が終了すると、減圧して溶媒を除去した。以後、CHClに完全に溶かして水で洗い、再度減圧して溶媒を50%程度除去した。再度還流状態でエチルアセテートを入れて、結晶を落として冷やした後、濾過した。これをカラムクロマトグラフィーして、化合物13を14.77g(収率73%)得た。[M+H]=744
合成例14
Figure 0007222468000048
化合物B10.0g(1.0eq)、3-クロロ-2-(ジベンゾ[b,d]チオフェン-2-イル)-9,9-ジメチル-9H-インデノ[1,2-b]ピラジン12.36g(1.1eq)、Pd(t-BuP) 0.13g(0.01eq)、KPO 11.55g(2.0eq)をキシレン250mlに入れて、還流して撹拌した。2時間後反応が終了すると、減圧して溶媒を除去した。以後、CHClに完全に溶かして水で洗い、再度減圧して溶媒を50%程度除去した。再度還流状態でエチルアセテートを入れて、結晶を落として冷やした後、濾過した。これをカラムクロマトグラフィーして、化合物14を14.17g(収率70%)得た。[M+H]=744
合成例15
Figure 0007222468000049
化合物B10.0g(1.0eq)、2-クロロ-4-(ジベンゾ[b,d]チオフェン-4-イル)ベンゾフロ[3,2-d]ピリミジン11.58g(1.1eq)、Pd(t-BuP) 0.13g(0.01eq)、KPO 11.55g(2.0eq)をキシレン250mlに入れて、還流して撹拌した。2時間後反応が終了すると、減圧して溶媒を除去した。以後、CHClに完全に溶かして水で洗い、再度減圧して溶媒を50%程度除去した。再度還流状態でエチルアセテートを入れて、結晶を落として冷やした後、濾過した。これをカラムクロマトグラフィーして、化合物15を14.26g(収率73%)得た。[M+H]=718
合成例16
Figure 0007222468000050
化合物B10.0g(1.0eq)、2-クロロ-5,5-ジメチル-4-(トリフェニレン-2-イル)-5H-インデノ[1,2-d]ピリミジン13.67g(1.1eq)、Pd(t-BuP) 0.13g(0.01eq)、KPO 11.55g(2.0eq)をキシレン250mlに入れて、還流して撹拌した。2時間後反応が終了すると、減圧して溶媒を除去した。以後、CHClに完全に溶かして水で洗い、再度減圧して溶媒を50%程度除去した。再度還流状態でエチルアセテートを入れて、結晶を落として冷やした後、濾過した。これをカラムクロマトグラフィーして、化合物16を15.65g(収率73%)得た。[M+H]=788
合成例17
Figure 0007222468000051
化合物C10.0g(1.0eq)、4-([1,1':4',1''-ターフェニル]-4-イル)-2-クロロ-9,9-ジメチル-9H-インデノ[2,1-d]ピリミジン13.74g(1.1eq)、Pd(t-BuP) 0.13g(0.01eq)、KPO 11.55g(2.0eq)をキシレン250mlに入れて、還流して撹拌した。2時間後反応が終了すると、減圧して溶媒を除去した。以後、CHClに完全に溶かして水で洗い、再度減圧して溶媒を50%程度除去した。再度還流状態でエチルアセテートを入れて、結晶を落として冷やした後、濾過した。これをカラムクロマトグラフィーして、化合物17を15.26g(収率71%)得た。[M+H]=790
合成例18
Figure 0007222468000052
化合物C10.0g(1.0eq)、2-クロロ-4-(ジベンゾ[b,d]フラン-4-イル)ベンゾ[4,5]チエノ[2,3-d]ピリミジン11.58g(1.1eq)、Pd(t-BuP) 0.13g(0.01eq)、KPO 11.55g(2.0eq)をキシレン250mlに入れて、還流して撹拌した。2時間後反応が終了すると、減圧して溶媒を除去した。以後、CHClに完全に溶かして水で洗い、再度減圧して溶媒を50%程度除去した。再度還流状態でエチルアセテートを入れて、結晶を落として冷やした後、濾過した。これをカラムクロマトグラフィーして、化合物18を12.11g(収率62%)得た。[M+H]=718
合成例19
Figure 0007222468000053
化合物C10.0g(1.0eq)、4-([1,1':3',1''-ターフェニル]-5'-イル)-2-クロロベンゾフロ[2,3-d]ピリミジン12.95g(1.1eq)、Pd(t-BuP) 0.13g(0.01eq)、KPO 11.55g(2.0eq)をキシレン250mlに入れて、還流して撹拌した。2時間後反応が終了すると、減圧して溶媒を除去した。以後、CHClに完全に溶かして水で洗い、再度減圧して溶媒を50%程度除去した。再度還流状態でエチルアセテートを入れて、結晶を落として冷やした後、濾過した。これをカラムクロマトグラフィーして、化合物19を15.17g(収率73%)得た。[M+H]=764
合成例20
Figure 0007222468000054
化合物C10.0g(1.0eq)、3-クロロ-1-(9-フェニル-9H-カルバゾール-4-イル)ベンゾ[f]キナゾリン13.64g(1.1eq)、Pd(t-BuP) 0.13g(0.01eq)、KPO 11.55g(2.0eq)をキシレン250mlに入れて、還流して撹拌した。2時間後反応が終了すると、減圧して溶媒を除去した。以後、CHClに完全に溶かして水で洗い、再度減圧して溶媒を50%程度除去した。再度還流状態でエチルアセテートを入れて、結晶を落として冷やした後、濾過した。これをカラムクロマトグラフィーして、化合物20を14.99g(収率70%)得た。[M+H]=787
<実験例>
比較例1
ITO(indium tin oxide)が1,000Åの厚さに薄膜コーティングされたガラス基板を、洗剤を溶かした蒸留水に入れて超音波洗浄した。この時、洗剤としてはフィッシャー社(Fischer Co.)製品を用い、蒸留水としてはミリポア社(Millipore Co.)製品のフィルタ(Filter)で2次濾過した蒸留水を用いた。ITOを30分間洗浄した後、蒸留水で2回繰り返し超音波洗浄を10分間進行させた。蒸留水洗浄が終わった後、イソプロピルアルコール、アセトン、メタノールの溶剤で超音波洗浄をし乾燥させた後、プラズマ洗浄機に輸送させた。また、酸素プラズマを用いて前記基板を5分間洗浄した後、真空蒸着機に基板を輸送させた。
このように用意されたITO透明電極上に、正孔注入層として下記のHI-1化合物を1150Åの厚さに形成するが、下記のA-1化合物を1.5%の濃度にp-ドーピングした。前記正孔注入層上に下記のHT-1化合物を真空蒸着して膜厚さ800Åの正孔輸送層を形成した。次いで、前記正孔輸送層上に膜厚さ150Åに下記のEB-1化合物を真空蒸着して電子抑制層を形成した。次いで、前記EB-1蒸着膜上に下記のRH-1化合物と下記のDp-7化合物を98:2の重量比で真空蒸着して400Åの厚さの赤色発光層を形成した。前記発光層上に膜厚さ30Åに下記のHB-1化合物を真空蒸着して正孔阻止層を形成した。次いで、前記正孔阻止層上に下記のET-1化合物と下記のLiQ化合物を2:1の重量比で真空蒸着して300Åの厚さに電子注入および輸送層を形成した。前記電子注入および輸送層上に、順次に、12Åの厚さにリチウムフルオライド(LiF)と1,000Åの厚さにアルミニウムを蒸着して陰極を形成した。
前記の過程で、有機物の蒸着速度は0.4~0.7Å/secを維持し、陰極のリチウムフルオライドは0.3Å/sec、アルミニウムは2Å/secの蒸着速度を維持し、蒸着時の真空度は2×10-7~5×10-6torrを維持して、有機発光素子を作製した。
Figure 0007222468000055
比較例の化合物
Figure 0007222468000056
実施例1~実施例20
比較例1の有機発光素子において、RH-1の代わりに、下記表1に記載の化合物を用いることを除けば、前記比較例1と同様の方法で有機発光素子を製造した。
比較例2~比較例16
比較例1の有機発光素子において、RH-1の代わりに、下記表1に記載の化合物を用いることを除けば、前記比較例1と同様の方法で有機発光素子を製造した。
前記実施例1~実施例20、比較例1~比較例16で製造した有機発光素子に電流を印加した時の、電圧、効率、寿命を測定し、その結果を下記表1に示した。T95は、輝度が初期輝度(10,000nit)から95%に減少するのにかかる時間を意味する。
Figure 0007222468000057
実施例1~20および比較例1~16により作製された有機発光素子に電流を印加した時、前記表1の結果を得た。前記比較例1の赤色有機発光素子は、従来広く使用されている物質を用いた。
比較例2~16は、RH-1の代わりに、C-1~C-15を用いて有機発光素子を製造した。前記表1の結果をみると、本発明の化合物を赤色発光層のホストとして用いた時、比較例の物質に比べて駆動電圧が大きくて20%近く低くなり、効率の面においても20%以上上昇した。これに基づいてホストから赤色ドーパントへのエネルギーの伝達がうまく行われることが分かった。また、高い効率を維持しながらも、寿命特性を1.5倍以上大きく改善させることが分かった。
これは結局、比較例の化合物よりも、本発明の化合物の方が電子と正孔に対する安定度が高く、OLED Red素子内で電子と正孔の移動のバランスがよくとれているからと判断することができる。結論として、本発明の化合物を赤色発光層のホストとして用いた時、有機発光素子の駆動電圧、発光効率および寿命特性を改善できることを確認することができる。
1:基板
2:第1電極
3:有機物層
4:第2電極
5:正孔注入層
6:正孔輸送層
7:電子抑制層
8:発光層
9:正孔阻止層
10:電子注入および輸送層

Claims (6)

  1. 下記化学式1-1~1-3のいずれか1つで表されるヘテロ環化合物:
    Figure 0007222468000058
    前記化学式1-1~1-3において、
    Lは、置換もしくは非置換のN、O、およびSの中から選択されるヘテロ原子を2以上含む3環以上の2価のヘテロ環基であり、
    Arは、置換もしくは非置換のアリール基、または置換もしくは非置換のヘテロアリール基であり、
    R1~R14は、水素である。
  2. 前記Arは、置換もしくは非置換の炭素数6~20のアリール基;または置換もしくは非置換の炭素数3~30のヘテロアリール基である、
    請求項1に記載のヘテロ環化合物。
  3. 前記化学式1-1~1-3は、下記の化合物の中から選択されるいずれか1つである、
    請求項1に記載のヘテロ環化合物:
    Figure 0007222468000059
    Figure 0007222468000060
    Figure 0007222468000061
    Figure 0007222468000062
    Figure 0007222468000063
    Figure 0007222468000064
    Figure 0007222468000065
    Figure 0007222468000066
    Figure 0007222468000067
    Figure 0007222468000068
    Figure 0007222468000069
    Figure 0007222468000070
    Figure 0007222468000071
    Figure 0007222468000072
    Figure 0007222468000073
    Figure 0007222468000074
  4. 第1電極と、
    前記第1電極に対向して備えられた第2電極と、
    前記第1電極および第2電極の間に備えられた1層または2層以上の有機物層と
    を含む
    有機発光素子であって、
    前記有機物層のうちの1層以上は、請求項1~3のいずれか1項に記載のヘテロ環化合物を含む
    有機発光素子。
  5. 前記有機物層は、発光層を含み、
    前記発光層は、前記ヘテロ環化合物を含むものである、
    請求項4に記載の有機発光素子。
  6. 前記有機物層は、発光層を含み、
    前記発光層は、前記ヘテロ環化合物をホストとして含むものである、
    請求項4に記載の有機発光素子。
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