JP7267445B2 - 金属錯体およびそれを用いた電子輸送材料 - Google Patents

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Description

本発明は、新規なアルカリ金属錯体およびアルカリ土類金属錯体に関する。また、本発明は、かかる新規な金属錯体を用いた有機電界発光素子用の電子輸送材料に関するものである。より具体的には、多層構造を有する有機電界発光素子の製造において湿式法により形成が可能で、かつ電子注入特性、電子輸送特性、耐久性に優れた電子輸送材料に関するものである。
陽極と陰極との間に発光性有機層(有機エレクトロルミネッセンス層)が設けられた有機電界発光素子(以下、「有機EL素子」という場合がある。)は、無機EL素子に比べ、直流低電圧での駆動が可能であり、輝度及び発光効率が高いという利点を有しており、次世代の表示装置として注目を集めている。最近になってフルカラー表示パネルが市販されるに至り、表示面の大型化、耐久性の向上等に向けて盛んに研究開発が行われている。
有機EL素子は、注入した電子とホール(正孔)との再結合により有機化合物を電気的に励起し発光させる電気発光素子である。有機EL素子の研究は、有機積層薄膜素子が高輝度で発光することを示したコダック社のTangらの報告(非特許文献1参照)以来、多くの企業及び研究機関によりなされている。コダック社による有機EL素子の代表的な構成は、透明陽極であるITO(酸化インジウムスズ)ガラス基板上にホール輸送材料であるジアミン化合物、発光材料であるトリス(8-キノリノラート)アルミニウム(III)、陰極であるMg:Agを順次積層したもので、10V程度の駆動電圧で約1000cd/cm2の緑色発光が観測された。現在研究及び実用化がなされている積層型有機EL素子は、基本的にはこのコダック社の構成を踏襲している。
積層型有機EL素子において、発光性有機層と電極との間に設けられる電子輸送層や、電子注入層、正孔輸送層等の性能はデバイス特性を大きく左右するため、それらの性能向上に向けた研究開発が盛んになされており、電子輸送層及び電子注入層に関しても、多くの改良研究が報告されている。
例えば、特許文献1では、電子輸送性の有機化合物と、仕事関数(電気陰性度)の低い金属であるアルカリ金属を含む金属化合物とを共蒸着することにより、電子注入層中に金属化合物を混入させることにより、電子注入層の特性の改善を図る構成が提案されている。また、特許文献2では、ホスフィンオキサイド化合物を電子輸送材料として用いることが提案されている。更に、特許文献3では、電子輸送層の構成として、配位部位を有する有機化合物にアルカリ金属をドーピングする方法が提案されている。
一方、有機EL素子の製造方法は、各種材料を基板上に蒸着させる蒸着法と、各種材料の溶液を基板上に塗布した後、乾燥させる湿式法とに大別することができる。湿式法は、真空を必要としないこと、生産性が高いこと、大面積も形成しやすいこと、などの利点があり、湿式法での積層型有機EL素子の製造は、今後ますます重要になると考えられる。
湿式法による積層型有機EL素子の製造法には大きく分けて2種類あり、1つは、下層を製膜後、熱や光により架橋や重合を行い不溶化し上層を製膜する方法、もう1つは、下層と上層で溶解性の大きく違う材料を用いる方法である。前者の方法は、材料の選択の幅が広い反面、架橋又は重合反応の終了後に反応開始剤や未反応物を取り除くことが困難であり、耐久性に問題がある。一方、後者の方法は、材料の選択が難しい反面、架橋や重合等の化学反応を伴わないため、前者の方法と比較して高純度で耐久性の高い素子の構築が可能になる。以上述べたように、湿式法による積層型有機EL素子の製造は、材料の選択が困難であるという問題があるにも関わらず、各層の構成材料の溶解性の違いを利用した後者の方法が適していると考えられる。しかし、各層の構成材料の溶解性の違いを利用した積層を難しくしている要因の1つに、導電性高分子やスピンコート可能な有機半導体の殆どが、トルエン、クロロホルム、テトラヒドロフラン等の比較的溶媒能の高い溶媒にしか溶けず、ホール輸送層や発光層を成膜した後、同様の溶媒を用いて次の層を形成すると下地のホール輸送層や発光層を浸食することになり、平坦で欠陥の少ない界面を有する積層構造を形成できないという問題がある。特にインクジェット法を用いる場合には、溶媒が自然乾燥で除去されるため溶媒の滞留時間が長くなることから、ホール輸送層や発光層の浸食が激しくなり、実用上問題のないデバイス特性を得ることが著しく困難になるおそれがある。
しかし、特許文献1から3に記載の電子注入層、電子輸送材料及び電子輸送層は、いずれも動作電圧の低下や発光効率の向上を図ることが目的であり、湿式法による多層構造の形成や耐久性の向上が図られているとは言い難い。また、これらの発明においては、電子輸送層及び電子注入層を真空蒸着法により成膜するため、大掛かりな設備を必要とすると共に、2種以上の材料を同時に蒸着する際には蒸着速度の精密な調整が困難であり、生産性に劣るという問題もある。
また、特許文献4では、EL素子の電荷輸送材料として有用な、ヘテロアリールまたはその誘導体を配位子とする金属錯体が提案されている。しかし、湿式法による多層構造の形成や耐久性の向上が十分に検討されているとはいえない。
そこで、本発明者らは、一般的にアルコールに難溶な正孔輸送材料や発光材料で形成される正孔輸送層や発光層の上に塗布することのできる、アルコール可溶性の材料を開発した(特許文献5、6)。
特開2005-63910号公報 特開2002-63989号公報 特開2002-352961号公報 米国特許出願公開第2018/0175307号明細書 国際公開第2011/021385号 国際公開第2018/021406号
C. W. Tang, S. A. VanSlyke著、「Organic electroluminescent diodes」、Applied Physics Letters(米国)、米国物理学会(The American Institute of Physics)、1987年9月21日、第51巻、第12号、p.913-915
湿式法により有機EL素子を製造する場合、陽極側から製造されることが多く、正孔輸送層を形成するための液状材料の溶媒の選択は比較的自由である。一方、電子輸送層を形成するための液状材料の溶媒は、正孔輸送層や発光層の溶解性によって制限されるため、湿式法では、蒸着法に比べて、電子輸送材料の選択の自由度が低くなるという現状がある。湿式法でも使用できる、電子輸送性を有する新規の材料は、電子輸送材料の選択の幅を広げることができる。
また、特許文献5、6に記載の電子輸送材料は、耐久性の観点で改善の余地があった。そのため、更なる性能向上が期待できる新たな材料が求められていた。
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、電子輸送性とアルコール可溶性両方を有するアルカリ金属錯体およびアルカリ土類金属錯体(以下、単に「金属錯体」という場合がある。)を提供することを目的とする。また、前記アルカリ金属錯体および前記アルカリ土類金属錯体を構成する配位性化合物を提供することを目的とする。また、かかる金属錯体を使用した、多層構造を有する有機電界発光素子の製造において湿式法により形成が可能でかつ電子注入特性、電子輸送特性、耐久性に優れた電子輸送材料を提供することを目的とする。さらに、かかる電子輸送材料を使用した有機電界発光素子を提供することを目的とする。
前記目的に沿う本発明の第1の態様は、次の新規な金属錯体にかかるものである。本発明の新規な配位性化合物を有する金属錯体は、有機電界発光素子用の電子輸送材料として好適な、電子輸送性とアルコール可溶性の両方を有する新規な金属錯体である。単一での使用またはさらに金属アルコキシドを含有する電子輸送材料として使用することで、電界発光素子の耐久性が向上する。
<1> 少なくとも1個のフェナントロリニル基と、含窒素縮合環とを含む下記式(1)~下記式(3)で表される金属錯体。
Figure 0007267445000001
式(1)~式(3)において、
A1~RA9、RC1~RC8、RE1~RE6は、それぞれ独立に、単結合、アルキレン基、アリーレン基、ヘテロアリーレン基、または下記式(4):
Figure 0007267445000002
(式(4)において、RP1、RP3は、それぞれ独立に、単結合、アルキレン基、アリーレン基、ヘテロアリーレン基であり、RP2は、アルキル基、アリール基、ヘテロアリール基である。)
で表される基であり、
B1~RB9、RD1~RD8、RF1~RF6は、それぞれ独立に、水素原子、アルキル基、アリール基、ヘテロアリール基、アルコキシ基、アリールオキシ基、ヘテロアリールオキシ基、アミノ基、シアノ基、ハロゲン原子、またはヒドロキシ基であり、
B1~RB9からなる群から選択される1個以上がフェナントロリニル基であり、RD1~RD8からなる群から選択される1個以上がフェナントロリニル基であり、RF1~RF6からなる群から選択される1個以上がフェナントロリニル基であり、
Mは、アルカリ金属またはアルカリ土類金属であり、
Zは、1または2であり、
Xは、OまたはSである。
<2> 前記フェナントロリニル基が、下記式(5a)~下記式(5d)で表される基からなる群から選択される前記<1>に記載の金属錯体。
Figure 0007267445000003

式(5a)~式(5d)において、RG2~RG9は、それぞれ独立に、水素原子、アルキル基、アリール基、ヘテロアリール基、アルコキシ基、アリールオキシ基、ヘテロアリールオキシ基、アミノ基、シアノ基、ハロゲン原子、ヒドロキシ基、または下記一般式(6):
Figure 0007267445000004
(式(6)において、RP4は、単結合、アルキレン基、アリーレン基、ヘテロアリーレン基であり、RP5、RP6はそれぞれ独立に、アルキル基、アリール基、ヘテロアリール基である。)
で表される基である。
<3> 前記RA1~RA9、前記RC1~RC8、前記RE1~RE6が、それぞれ独立に、単結合、炭素数1~4のアルキレン基、フェニレン基、ナフチレン基、ピリジレン基、ビピリジレン基、ピリミジニレン基、または上記式(4)で表される基である前記<1>または<2>に記載の金属錯体。
<4> 前記RB1~RB9、前記RD1~RD8、前記RF1~RF6が、それぞれ独立に、水素原子、またはフェナントロリニル基である前記<1>から<3>のいずれかに記載の金属錯体。
<5> 前記金属錯体が、下記L101-M~L108-M、L201-M~L-212-MおよびL301-M~L320-Mで表される化合物からなる群から選択されるいずれかである前記<1>から<4>のいずれかに記載の金属錯体。
Figure 0007267445000005
Figure 0007267445000006
Figure 0007267445000007
Figure 0007267445000008
Figure 0007267445000009
Figure 0007267445000010
Figure 0007267445000011
<6> 前記Mが、アルカリ金属である前記<1>から<5>のいずれかに記載の金属錯体。
<7> 前記アルカリ金属が、RbまたはCsである前記<6>に記載の金属錯体。
次に、前記目的に沿う本発明の第2の態様は、上記金属錯体に用いる配位性化合物にかかるものである。
<8> 前記<1>から<7>のいずれかに記載の金属錯体に用いる配位性化合物。
次に、前記目的に沿う本発明の第3の態様は、上記金属錯体を使用する、多層構造を有する有機電界発光素子の製造において湿式法により形成が可能でかつ電子注入特性、電子輸送特性、耐久性に優れた次の電子輸送材料にかかるものである。
<9> 前記<1>から<7>のいずれかに記載の金属錯体を含む有機電界発光素子用の電子輸送材料。
<10> 前記電子輸送材料が、さらに、ドーパントを含有する前記<9>に記載の電子輸送材料。
<11> 前記ドーパントが、下記式(7a)および/または下記式(7b)で表される金属アルコキシドを含有する前記<10>に記載の電子輸送材料。
Figure 0007267445000012
式(7a)および式(7b)において、RH1、RH2はそれぞれ独立に、アルキル基を表し、また、M1はアルカリ金属であり、M2はアルカリ土類金属を表す。
<12> 前記ドーパントが、キノリノラートのアルカリ金属錯体、ピリジルフェノラートのアルカリ金属錯体、ビピリジルフェノラートのアルカリ金属錯体、およびイソキノリニルフェノラートのアルカリ金属錯体からなる群から選択される1以上を含有する前記<10>または<11>に記載の電子輸送材料。
<13> 前記ドーパントが、アルカリ金属水酸化物、アルカリ金属ハロゲン化物、アルカリ金属炭酸塩、アルカリ金属炭酸水素塩、アルカリ金属の炭素数1~9の有機酸塩、アルカリ土類金属水酸化物、アルカリ土類金属ハロゲン化物、アルカリ土類金属炭酸塩、アルカリ土類金属炭酸水素塩、およびアルカリ土類金属の炭素数1~9の有機酸塩からなる群から選択される1以上を含有する前記<10>から<12>のいずれかに記載の電子輸送材料。
<14> 前記電子輸送材料が、さらに、前記金属錯体を構成する配位子を含有する前記<9>から<13>のいずれかに記載の電子輸送材料。
次に、前記目的に沿う本発明の第4の態様は、上記電子輸送材料と溶媒を含む、次の有機電界発光素子の電子輸送層を構築するための液状材料にかかるものである。
<15> 前記<9>から<14>のいずれかに記載の電子輸送材料と、プロトン性極性溶媒と、を含む液状材料であり、有機電界発光素子の電子輸送層を構築するための液状材料。
<16> 前記プロトン性極性溶媒が炭素数1~12のアルコール系溶媒である前記<15>に記載の液状材料。
<17> 前記炭素数1~12のアルコール系溶媒が、1価または2価のアルコールである前記<16>に記載の液状材料。
<18> 前記液状材料が、前記<1>から<7>のいずれかに記載の金属錯体を0.01~10重量%含有する前記<15>から<17>のいずれかに記載の液状材料。
更に、前記目的に沿う本発明の他の態様は、次の発明にかかるものである。
<19> 前記<9>から<14>のいずれかに記載の電子輸送材料を含む電子輸送層を有する有機電界発光素子。
<20> 前記<15>から<18>のいずれかに記載の液状材料を使用し、有機電界発光素子の電子輸送層を湿式で構築する工程を有する有機電界発光素子の製造方法。
本発明によると、電子輸送性とアルコール可溶性の両方を有する新規なアルカリ金属錯体およびアルカリ土類金属錯体が提供される。また、アルカリ金属錯体およびアルカリ土類金属錯体を構成する配位性化合物が提供される。また、かかる金属錯体を使用した、多層構造を有する有機電界発光素子の製造において湿式法により形成が可能でかつ電子注入特性、電子輸送特性、耐久性に優れた電子輸送材料、およびその電子輸送材料を使用した有機電界発光素子が提供される。
本発明の金属錯体を含む電子輸送材料は、高い電子輸送性と高い電子注入性を両立でき、有機電界発光素子用の電子輸送材料として好適に使用できる。
本発明を適用することにより、高い生産性かつ低コストで製造でき、発光効率に優れ、高い耐久性を有する有機電界発光素子が提供される。
有機電界発光素子の縦断面を模式的に示す図である。 本発明の金属錯体(L101-Cs)およびその配位子(L101)のNMRチャートを示す図である。 本発明の金属錯体(L301-Cs)およびその配位子(L301)のNMRチャートを示す図である。 本発明の金属錯体(L302-Cs)およびその配位子(L302)のNMRチャートを示す図である。
続いて、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。以下に記載する構成要件の説明は、本発明の実施態様の一例(代表例)であり、本発明はその要旨を変更しない限り、以下の内容に限定されない。なお、本明細書において「~」という表現を用いる場合、その前後の数値を含む表現として用いる。
[1]金属錯体
本発明の第1の実施の形態に係る金属錯体(以下、「本発明の金属錯体」という場合がある。)は、少なくとも1個のフェナントロリニル基と、含窒素縮合環とを含む下記式(1)~下記式(3)のいずれかで表される金属錯体である。
Figure 0007267445000013
式(1)~式(3)において、
A1~RA9、RC1~RC8、RE1~RE6は、それぞれ独立に、単結合、アルキレン基、アリーレン基、ヘテロアリーレン基、または下記式(4):
Figure 0007267445000014
(式(4)において、RP1、RP3はそれぞれ独立に、単結合、アルキレン基、アリーレン基、ヘテロアリーレン基であり、RP2は、アルキル基、アリール基、ヘテロアリール基である。)
で表される基であり、
B1~RB9、RD1~RD8、RF1~RF6は、それぞれ独立に、水素原子、アルキル基、アリール基、ヘテロアリール基、アルコキシ基、アリールオキシ基、ヘテロアリールオキシ基、アミノ基、シアノ基、ハロゲン原子、またはヒドロキシ基であり、
B1~RB9からなる群から選択される1個以上がフェナントロリニル基であり、RD1~RD8からなる群から選択される1個以上がフェナントロリニル基であり、RF1~RF6からなる群から選択される1個以上がフェナントロリニル基であり、
Mは、アルカリ金属またはアルカリ土類金属であり、
Zは、1または2であり、
Xは、OまたはSである。
本発明の金属錯体は、少なくとも1個フェナントロリニル基と、含窒素縮合環とを含むものである。式(1)は基本骨格がベンズイミダゾール錯体である。式(2)は、XがOまたはSであり、XがOのときの基本骨格がベンズオキサゾール錯体であり、XがSのときの基本骨格がベンゾチアゾール錯体である。式(3)は、XがOまたはSであり、XがOのときの基本骨格がベンゾフロピリジン錯体であり、XがSのときの基本骨格がベンゾチエノピリジン錯体である。
本発明の金属錯体を構成する配位子(配位性化合物)はいずれも、フェノラートと、N含有ヘテロ環を含む2以上の環が縮合した含窒素縮合環を有し、含窒素縮合環を構成する窒素原子と、フェノラートのO-イオンが、金属であるMに配位した構造である。このように、配位子の金属Mに配位する部分をリジットな骨格にすることによって、アニオン状態においても配位構造の安定性が向上し、後述する電子輸送材料としての耐久性が優れたものになったと推定される。また、フェナントロリニル基が、耐久性の向上に加えて、電子輸送性および電子注入性の向上に寄与していると推察される。
ここで、本願において、含窒素縮合環とは、2以上の環が縮合したものであり、縮合環を構成する環の少なくとも1つが、環構成元素に窒素原子を含むN含有ヘテロ環であるものである。本発明において、上記式(1)~上記式(3)の基本骨格は、含窒素縮合環を含む構成である。
本願において、単結合は、直接接続を表すものである。例えば、RA1が単結合の場合は、RB1が、アルキレン基、アリーレン基、ヘテロアリーレン基、および上記式(4)のいずれの基も介さずに、基本骨格に直接接続した構造を表す。上記式(4)におけるRP1が単結合の場合は、アルキレン基、アリーレン基、およびヘテロアリーレン基のいずれの基も介さずに、基本骨格にP原子が直接接続した構造を表す。また、後述する式(6)におけるRP4が単結合の場合、アルキレ基、アリーレン基、およびヘテロアリーレン基のいずれの基も介さずにフェナントロリン骨格にP原子が直接接続した構造を表す。
本願において、アルキレン基は、直鎖であっても、分岐であっても、環状であってもよい。例えば、アルキレン基としては、メチレン基、エチレン基、n-プロピレン基、iso-プロピレン基、n-ブチレン基、sec-ブチレン基、iso-ブチレン基、tert-ブチレン基などが挙げられる。
また、アルキレン基は、無置換であっても、置換基を有してもよい。置換基としては、アリール基、ヘテロアリール基、アルコキシ基、アリールオキシ基、ヘテロアリールオキシ基、ハロゲン原子等が挙げられ、フェニル基、ナフチル基、ピリジル基、ビピリジル基、フェナントロリニル基、フッ素原子等が好ましい。置換基を複数有する場合、これらは同一であってよく、異なってもよい。
本願において、アリーレン基は、単環式であっても、多環式(2個以上の単環が連結した環集合体または2個以上の単環が縮合した縮合環)であってもよい。例えば、アリーレン基としては、フェニレン基、ナフチレン基、アントラセニレン基、ピレニレン基、ビフェニレン基(2価のビフェニル基)などが挙げられる。
また、アリーレン基は、無置換であっても、置換基を有してもよい。置換基としては、アルキル基、アリール基、ヘテロアリール基、アルコキシ基、アリールオキシ基、ヘテロアリールオキシ基、ハロゲン原子等が挙げられ、炭素数1~4のアルキル基、フェニル基、ナフチル基、ピリジル基、ビピリジル基、フェナントロリニル基等が好ましい。置換基を複数有する場合、これらは同一であってよく、異なってもよい。
本願において、ヘテロアリーレン基は、単環式であっても、多環式であってもよい。例えば、ヘテロアリーレン基としては、ピリジレン基、ピリミジニレン基、トリアジニレン基、キノリレン基、イミダゾリレン基、オキサゾリレン基、チアゾリレン基、カルボリニレン基、フリレン基、チエニレン基、ビピリジレン基(2価のビピリジル基)などが挙げられる。
また、ヘテロアリーレン基は、無置換であっても、置換基を有してもよい。置換基としては、アルキル基、アリール基、ヘテロアリール基、アルコキシ基、アリールオキシ基、ヘテロアリールオキシ基、ハロゲン原子等が挙げられ、炭素数1~4のアルキル基、フェニル基、ナフチル基、ピリジル基、ビピリジル基、フェナントロリニル基等が好ましい。置換基を複数有する場合、これらは同一であってよく、異なってもよい。
本願において、アルキル基は、直鎖であっても、分岐であっても、環状であってもよい。アルキル基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル、ノニル基、デシル基、またこれらの構造異性体等が挙げられる。
また、アルキル基は、無置換であっても、置換基を有してもよい。置換基としては、アリール基、ヘテロアリール基、アルコキシ基、アリールオキシ基、ヘテロアリールオキシ基、ハロゲン原子等が挙げられ、フェニル基、ナフチル基、ピリジル基、ビピリジル基、フェナントロリニル基、フッ素原子等が好ましい。置換基を複数有する場合、これらは同一であってよく、異なってもよい。
本願において、アリール基は、単環式であっても、多環式であってもよい。例えば、アリール基としては、フェニル基、ビフェニル基、ナフチル基、アントラセニル基、ピレニル基などが挙げられる。
本願において、アリール基は、無置換であっても、置換基を有してもよい。置換基としては、アルキル基、アリール基、ヘテロアリール基、アルコキシ基、アリールオキシ基、ヘテロアリールオキシ基、ハロゲン原子等が挙げられ、炭素数1~4のアルキル基、フェニル基、ナフチル基、ピリジル基、ビピリジル基、フェナントロリニル基等が好ましい。置換基を複数有する場合、これらは同一であってよく、異なってもよい。
本願において、ヘテロアリール基は、単環式であっても、多環式であってもよい。本発明の金属錯体の置換基として選択される少なくとも1個は、ヘテロアリール基の一つであるフェナントロリニル基(フェナントロリル基)である。また、本発明の金属錯体は、フェナントロリニル基以外のヘテロアリール基を有してもよく、例えば、ヘテロアリール基としては、ピリジル基、ビピリジル基、ピリミジル基、トリアジニル基、キノリル基、イミダゾリル基、オキサゾリル基、チアゾリル基、カルボリニル基、フリル基、チエニル基などが挙げられる。
また、ヘテロアリール基は、無置換であっても、置換基を有してもよい。置換基としては、アルキル基、アリール基、ヘテロアリール基、アルコキシ基、アリールオキシ基、ヘテロアリールオキシ基、ハロゲン原子等が挙げられ、炭素数1~4のアルキル基、フェニル基、ナフチル基、ピリジル基、ビピリジル基、フェナントロリニル基等が好ましい。置換基を複数有する場合、これらは同一であってよく、異なってもよい。
本願において、アルコキシ基は、アルキル基が酸素原子に結合した構造であり、酸素原子に結合したアルキル基は、直鎖であっても、分岐であっても、環状であってもよい。例えば、アルコキシ基としては、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、ブトキシ基、ペントキシ基、ヘキソキシ基、ヘプトキシ基、オクトキシ基、ノナノキシ基、デカノキシ基、またこれらの構造異性体等が挙げられる。
また、アルコキシ基は、無置換であっても、置換基を有してもよい。置換基としては、アリール基、ヘテロアリール基、アルコキシ基、アリールオキシ基、ヘテロアリールオキシ基、ハロゲン原子等が挙げられ、フェニル基、ナフチル基、ピリジル基、ビピリジル基、フェナントロリニル基が好ましい。置換基を複数有する場合、これらは同一であってよく、異なってもよい。
本願において、アリールオキシ基は、アリール基が酸素原子に結合した構造であり、酸素原子に結合したアリール基は、単環式であっても、多環式であってもよい。例えば、アリールオキシ基としては、フェニルオキシ基(フェノキシ基)、ナフチルオキシ基、アントラセニルオキシ基、ピレニルオキシ基などが挙げられる。
また、アリールオキシ基は、無置換であっても、置換基を有してもよい。置換基としては、アルキル基、アリール基、ヘテロアリール基、アルコキシ基、アリールオキシ基、ヘテロアリールオキシ基、ハロゲン原子等が挙げられ、炭素数1~4のアルキル基、フェニル基、ナフチル基、ピリジル基、ビピリジル基、フェナントロリニル基等が好ましい。置換基を複数有する場合、これらは同一であってよく、異なってもよい。
本願において、ヘテロアリールオキシ基は、ヘテロアリール基が酸素原子に結合した構造であり、酸素原子に結合したヘテロアリール基は、単環であっても、多環式であってもよい。例えば、ヘテロアリールオキシ基としては、ピリジルオキシ基、ピリミジルオキシ基、トリアジルオキシ基、キノリルオキシ基、イミダゾリルオキシ基、オキサゾリルオキシ基、チアゾリルオキシ基、フェナントロリニルオキシ基、カルボリニルオキシ基、フリルオキシ基、チエニルオキシ基などが挙げられる。
また、ヘテロアリールオキシ基は、無置換であっても、置換基を有してもよい。置換基としては、アルキル基、アリール基、ヘテロアリール基、アルコキシ基、アリールオキシ基、ヘテロアリールオキシ基、ハロゲン原子等が挙げられ、炭素数1~4のアルキル基、フェニル基、ナフチル基、ピリジル基、ビピリジル基、フェナントロリニル基等が好ましい。置換基を複数有する場合、これらは同一であってよく、異なってもよい。
本願において、アミノ基は、無置換であっても、置換基を有してもよい。置換基としては、アルキル基、アリール基、ヘテロアリール基、アルコキシ基、アリールオキシ基、ヘテロアリールオキシ基等が挙げられ、フェニル、ピリジルが好ましい。置換基を複数有する場合、これらは同一であってよく、異なってもよい。
本願において、ハロゲン原子としては、フッ素原子(F)、塩素原子(Cl)、臭素原子(Br)、ヨウ素原子(I)等が挙げられる。
次いで、上記式(1)~上記式(3)で表される金属錯体について説明する。
上記式(1)~上記式(3)において、RA1~RA9、RC1~RC8、RE1~RE6は、それぞれ独立に、単結合、アルキレン基、アリーレン基、ヘテロアリーレン基、または上記式(4)で表される基(即ち、「-RP1-P(=O)RP2-RP3-」)である。ここで、構造安定性や極性溶媒への溶解性、合成のしやすさ、電子輸送材料としての電子輸送性や電子注入性等の観点から、RA1~RA9、RC1~RC8、RE1~RE6において、アルキレン基の炭素数は1~4が好ましく、アリーレン基の炭素数は6~18が好ましく、ヘテロアリーレン基の炭素数は3~17が好ましい。
電子輸送材料としての電子輸送性や合成のしやすさ等の観点から、RA1~RA9、RC1~RC8、RE1~RE6が、それぞれ独立に、単結合、炭素数1~4のアルキレン基、炭素数6~18のアリーレン基、炭素数3~17のヘテロアリーレン基、または上記式(4)で表される基であることが好ましく、単結合、炭素数1~4のアルキレン基、フェニレン基、ナフチレン基、ピリジレン基、ビピリジレン基、ピリミジニレン基、または上記式(4)で表される基であることがよりに好ましい。なお、これらは、置換基を有してもよい。例えば、溶解性向上を目的として、炭素数1~4のアルキル基や炭素数1~4のアルコキシ基をさらに導入してもよい。
上記式(4)(即ち、「-RP1-P(=O)RP2-RP3-」)におけるRP1、RP3はそれぞれ独立に、単結合、アルキレン基、アリーレン基、またはヘテロアリーレン基である。なお、RP1は、上記式(1)~上記式(3)で表される金属錯体の基本骨格と結合する基であり、RP3は、RB1等、RD1等、RF1等と結合する基である。また、上記式(4)におけるRP2は、アルキル基、アリール基、またはヘテロアリール基である。なお、RP1、RP2、RP3で表されるこれら基は、無置換であっても、置換基を有してもよい。
A1~RA3、RA5~RA9、RC1~RC8、RE1~RE6において、上記式(4)におけるRP1、RP3が、それぞれ独立に、単結合、炭素数1~4のアルキレン基、炭素数6~18のアリーレン基、または炭素数3~17のヘテロアリーレン基であることが好ましい。電子輸送材料としての電子輸送性の観点からは、単結合、炭素数6~18のアリーレン基、または炭素数3~17のヘテロアリーレン基であることが好ましく、単結合または炭素数6~18のアリーレン基であることがより好ましく、単結合またはフェニレン基であることがさらに好ましい。
また、RA1~RA3、RA5~RA9、RC1~RC8、RE1~RE6において、上記式(4)におけるRP2が、炭素数1~4のアルキル基、炭素数6~18のアリール基、または炭素数3~17のヘテロアリール基であることが好ましい。電子輸送材料としての電子輸送性の観点からは、炭素数6~18のアリール基または炭素数3~17のヘテロアリール基であることが好ましく、炭素数6~18のアリール基であることがより好ましく、フェニル基がさらに好ましい。
例えば、RA1~RA3、RA5~RA9、RC1~RC8、RE1~RE6において、上記式(4)で表される基として、「-C64-P(=O)C65-(RP1がフェニレン基であり、RP2がフェニル基であり、RP3が単結合である)」や「-P(=O)C65-(RP1、RP3が単結合であり、RP2がフェニル基である)」等が挙げられる。
A4において、上記式(4)におけるRP1が、炭素数1~4のアルキレン基、炭素数6~18のアリーレン基、または炭素数3~17のヘテロアリーレン基であることが好ましい。電子輸送材料としての電子輸送性の観点からは、炭素数6~18のアリーレン基、または炭素数3~17のヘテロアリーレン基であることが好ましく、炭素数6~18のアリーレン基であることがより好ましく、フェニレン基であることがさらに好ましい。
また、RA4において、上記式(4)におけるRP2が、炭素数1~4のアルキル基、炭素数6~18のアリール基、または炭素数3~17のヘテロアリール基であることが好ましい。耐久性の観点からは、炭素数6~18のアリール基または炭素数3~17のヘテロアリール基であることが好ましく、炭素数6~18のアリール基であることがより好ましく、フェニル基がさらに好ましい。
また、RA4において、上記式(4)におけるRP3が、単結合、炭素数1~4のアルキレン基、炭素数6~18のアリーレン基、または炭素数3~17のヘテロアリーレン基であることが好ましい。電子輸送材料としての電子輸送性の観点からは、単結合、炭素数6~18のアリーレン基、または炭素数3~17のヘテロアリーレン基であることが好ましく、単結合または炭素数6~18のアリーレン基であることがより好ましく、単結合またはフェニレン基であることがさらに好ましい。
例えば、RA4において、上記式(4)で表される基として、「-C64-P(=O)C65-(RP1がフェニレン基であり、RP2がフェニル基であり、RP3が単結合である)」等が挙げられる。
上記式(1)~上記式(3)において、RB1~RB9、RD1~RD8、RF1~RF6は、それぞれ独立に、水素原子、アルキル基、アリール基、ヘテロアリール基、アルコキシ基、アリールオキシ基、ヘテロアリールオキシ基、アミノ基、シアノ基、ハロゲン原子、またはヒドロキシ基である。なお、後述するように、RB1~RB9からなる群から選択される少なくとも1個はフェナントロリニル基であり、RD1~RD8からなる群から選択される少なくとも1個はフェナントロリニル基であり、RF1~RF6からなる群から選択される少なくとも1個はフェナントロリニル基である。ここで、構造安定性や極性溶媒への溶解性、合成のしやすさ等の観点から、RB1~RB9、RD1~RD8、RF1~RF6において、アルキル基およびアルコキシ基の炭素数は1~4が好ましく、アリール基およびアリールオキシ基の炭素数は6~18が好ましく、ヘテロアリール基およびヘテロアリールオキシ基の炭素数3~17が好ましい。なお、これらは、置換基を有してもよい。
例えば、RB1~RB9、RD1~RD8、RF1~RF6は、それぞれ独立に、水素原子、炭素数1~4のアルキル基、炭素数6~18のアリール基、炭素数3~17のヘテロアリール基または炭素数1~4のアルコキシ基とすることができる。具体的には、RB1~RB9、RD1~RD8、RF1~RF6は、それぞれ独立に、水素原子、炭素数1~4のアルキル基、フェニル基、ビフェニル基、ナフチル基、ピリジル基、ビピリジル基、ピリミジル基、トリアジニル基、フェナントロリニル基、カルボリニル基、または炭素数1~4のアルコキシ基とすることができる。炭素数1~4のアルキル基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、iso-プロピル基、n-ブチル基、sec-ブチル基、iso-ブチル基、tert-ブチル基等が挙げられ、炭素数1~4のアルコキシ基としては、炭素数1~4のアルキル基に対応するアルコキシ基が挙げられる。
また、電子輸送材料としての電子輸送性や耐久性の観点から、RB1~RB9からなる群から選択される少なくとも1個、RD1~RD8からなる群から選択される少なくとも1個、RF1~RF6からなる群から選択される少なくとも1個は、それぞれ独立に、アリール基、ヘテロアリール基、アリールオキシ基、またはヘテロアリールオキシ基としてもよい。また、電子輸送材料としてのバンドギャップや電子伝導準位の調整や発光効率、耐熱性の観点から、RB1~RB9からなる群から選択される少なくとも1個、RD1~RD8からなる群から選択される少なくとも1個、RF1~RF6からなる群から選択される少なくとも1個は、それぞれ独立に、アルキル基、アルコキシ基、アミノ基、シアノ基、ハロゲン原子、またはヒドロキシル基としてもよい。
例えば、RB1~RB9、RD1~RD8、RF1~RF6は、それぞれ独立に、水素原子、炭素数6~18のアリール基、または炭素数3~17のヘテロアリール基とすることができる。具体的には、RB1~RB9、RD1~RD8、RF1~RF6は、それぞれ独立に、水素原子、フェニル基、ビフェニル基、ナフチル基、ピリジル基、ビピリジル基、ピリミジル基、トリアジニル基、フェナントロリニル基、またはカルボリニル基とすることができる。好ましくは、RB1~RB9、RD1~RD8、RF1~RF6は、それぞれ独立に、水素原子またはフェナントロリニル基である。
また、本発明の金属錯体は、上記の通り、フェナントロリニル基を少なくとも1個有するものである。上記式(1)においては、RB1~RB9からなる群から選択される少なくとも1個はフェナントロリニル基である。上記式(2)においては、RD1~RD8からなる群から選択される少なくとも1個はフェナントロリニル基である。上記式(3)においては、RF1~RF6からなる群から選択される少なくとも1個はフェナントロリニル基である。
上記式(1)において、RB1~RB9からなる群から選択される1~4個がフェナントロリニル基であることが好ましく、1~3個がフェナントロリニル基であることがより好ましく、1または2個がフェナントロリニル基であることがさらに好ましい。フェナントロリニル基は、さらにフェナントロリニル基を置換基として有してもよいが、1つの配位子中のフェナントロリニル基の数は1~4が好ましく、1~3がより好ましく、1または2がさらに好ましい。フェナントロリニル基の数は多すぎると、溶媒に対する溶解性が低下したり、構造が不安定になり電子輸送材料としての耐久性が低下したり、合成が困難となる傾向にある。
上記式(2)において、RD1~RD8からなる群から選択される1~3個がフェナントロリニル基であることが好ましく、1または2個がフェナントロリニル基であることがより好ましい。フェナントロリニル基は、さらにフェナントロリニル基を置換基として有してもよいが、1つの配位子中のフェナントロリニル基の数は1~4が好ましく、1~3がより好ましく、1または2がさらに好ましい。フェナントロリニル基の数は多すぎると、溶媒に対する溶解性が低下したり、構造が不安定になり電子輸送材料としての耐久性が低下したり、合成が困難となる傾向にある。
上記式(3)において、RF1~RF6からなる群から選択される1~3個がフェナントロリニル基であることが好ましく、1または2個がフェナントロリニル基であることがより好ましい。フェナントロリニル基は、さらにフェナントロリニル基を置換基として有してもよいが、1つの配位子中のフェナントロリニル基の数は1~4が好ましく、1~3がより好ましく、1または2がさらに好ましい。フェナントロリニル基の数は多すぎると、溶媒に対する溶解性が低下したり、構造が不安定になり電子輸送材料としての耐久性が低下したり、合成が困難となる傾向にある。
ここで、フェナントロリニル基は、下記式(5a)~下記式(5d)で表される1,10-フェナントロリニル基から選択されることが好ましい。本発明の金属錯体が、2以上のフェナントロリニル基を有する場合、フェナントロリニル基は同一であっても、異なってもよく、それぞれ独立に下記式(5a)~下記式(5d)で表される基から選択されるものであることが好ましい。中でも下記式(5a)または下記式(5c)であることが好ましい。
Figure 0007267445000015
上記式(5a)~上記式(5d)において、RG2~RG9は、それぞれ独立に、水素原子、アルキル基、アリール基、ヘテロアリール基、アルコキシ基、アリールオキシ基、ヘテロアリールオキシ基、アミノ基、シアノ基、ハロゲン原子、ヒドロキシ基、または下記式(6)で表される基である。
Figure 0007267445000016
式(6)において、RP4は、単結合、アルキレン基、アリーレン基、またはヘテロアリーレン基であり、RP5、RP6は、それぞれ独立に、アルキル基、アリール基、ヘテロアリール基である。なお、RP4、RP5、RP6で表されるこれらの基は、無置換であっても、置換基を有してもよい。
ここで、上記式(5a)~上記式(5d)のRG2~RG9において、構造安定性や極性溶媒への溶解性、合成のしやすさ等の観点から、アルキル基およびアルコキシ基の炭素数は1~4が好ましく、アリール基およびアリールオキシ基の炭素数は6~18が好ましく、ヘテロアリール基およびヘテロアリールオキシ基の炭素数3~17が好ましい。
例えば、RG2~RG9は、それぞれ独立に、水素原子、炭素数1~4のアルキル基、炭素数6~18のアリール基、炭素数3~17のヘテロアリール基、炭素数1~4のアルコキシ基、または上記式(6)で表される基とすることができる。具体的には、RG2~RG9は、それぞれ独立に、水素原子、炭素数1~4のアルキル基、フェニル基、ビフェニル基、ナフチル基、ピリジル基、ビピリジル基、ピリミジル基、トリアジニル基、フェナントロリニル基、カルボリニル基、炭素数1~4のアルコキシ基、または上記式(6)で表される基とすることができる。なお、これらは、置換基を有してもよい。
電子輸送材料としての電子輸送性や耐久性の観点から、RG2~RG9からなる群から選択される少なくとも1個は、アリール基、ヘテロアリール基、アリールオキシ基、ヘテロアリールオキシ基としてもよい。上記式(5a)におけるRG9、上記式(5b)~(5d)におけるRG2および/またはRG9に、置換基(アルキル基、アリール基、ヘテロアリール基、アルコキシ基、アリールオキシ基、ヘテロアリールオキシ基、アミノ基、シアノ基、ハロゲン原子、ヒドロキシ基、または上記式(6)で表される基)を導入し、電子輸送材料としての耐久性を向上させることもできる。また、電子輸送材料としてのバンドギャップや電子伝導準位の調整や発光効率、耐熱性の観点から、RG2~RG9からなる群から選択される少なくとも1個は、アルキル基、アルコキシ基、アミノ基、シアノ基、ハロゲン原子、ヒドロキシ基、または上記式(6)で表される基としてもよい。
例えば、RG2~RG9は、それぞれ独立に、水素原子、炭素数6~18のアリール基、炭素数3~17のヘテロアリール基、または上記式(6)で表される基とすることができる。RG2~RG9は、それぞれ独立に、水素原子、フェニル基、ビフェニル基、ナフチル基、ピリジル基、ビピリジル基、ピリミジル基、トリアジニル基、フェナントロリニル基、カルボリニル基、または上記式(6)で表される基とすることができる。また、RG2~RG9は、それぞれ独立に、水素原子、または上記式(6)で表される基とすることができる。また、RG2~RG9は、それぞれ独立に、水素原子、炭素数1~4のアルキル基、炭素数1~4のアルコキシ基、または上記式(6)で表される基とすることができる。
上記式(6)で表される基としては、RP4が、単結合、炭素数1~4のアルキレン基、炭素数6~18のアリーレン基、または炭素数3~17のヘテロアリーレン基であることが好ましい。なお、これらは、置換基を有してもよい。例えば、RP4は、単結合、炭素数1~4のアルキレン基、フェニレン基、ナフチレン基、ピリジレン基、ビピリジレン基、またはピリミジニレン基とすることができる。また、RP4は、単結合またはフェニレン基としてもよい。
また、RP5、RP6は、それぞれ独立に、炭素数1~4のアルキル基、炭素数6~18のアリール基または炭素数3~17のヘテロアリール基であることが好ましい。例えば、RP5、RP6は、それぞれ独立に、炭素数1~4のアルキル基、フェニル基、ビフェニル基、ナフチル基、ピリジル基、ビピリジル基、フェナントロリニル基であることがさらに好ましい。
具体的には、上記式(6)で表される基としては、「-P(=O)(C652(RP4が単結合であり、RP5およびRP6がフェニル基である)」等が挙げられる。
構造安定性や極性溶媒への溶解性、合成のしやすさ等の観点から、上記式(5a)~上記式(5d)で表されるフェナントロリニル基は、RG2~RG9からなる群から選択される2~7個が水素原子であることが好ましく、4~7個が水素原子であることがより好ましく、6または7個が水素原子であることがさらに好ましい。例えば、RG3およびRG8を水素原子とすることができる。また、RG3、RG4、RG7およびRG8を水素原子とすることができる。また、RG3~RG8を水素原子とすることができる。
上記式(1)~上記式(3)で示される金属錯体において、Mは、アルカリ金属またはアルカリ土類金属を表わす。アルカリ金属としては、Li,Na,K,Rb,Csなどが挙げられ、アルカリ土類金属としては、Be,Mg,Ca,Sr,Baなどが挙げられる。
後述する電子輸送材料用の金属錯体としては、アルカリ金属がより好ましく、その中でも電子注入性およびアルコール溶解性の両方の観点から、Li<Na<K<Rb<Csの順で原子番号が大きくなるほど好ましく、RbまたはCsがより好適に使用される。また、アルカリ土類金属としては、Baが好適に使用される。
また、上記式(1)~上記式(3)で示される金属錯体において、Zは、1または2の整数を表す。即ち、Mがアルカリ金属の場合は、Zは1であり、Mがアルカリ土類金属の場合は、Zは2となる。
次に、本発明の上記式(1)~上記式(3)で表される金属錯体について、より詳しく説明する。
(A)式(1)で表される金属錯体
本発明の式(1)で表される金属錯体の例としては、RB1、RB3、RB4、およびRB6からなる群から選択される1個以上がフェナントロリニル基である錯体等が挙げられる。
例えば、RA2、RA5、RA7~RA9が単結合であり、RB2、RB5、RB7~RB9が水素原子であり、RA1、RA3、RA4、RA6が、それぞれ独立に、単結合、アルキレン基、アリーレン基、ヘテロアリーレン基、または上記式(4)で表される基であり、RB1、RB3、RB4、RB6が、それぞれ独立に、水素原子、アルキル基、アリール基、ヘテロアリール基、アルコキシ基、アリールオキシ基、ヘテロアリールオキシ基、アミノ基、ハロゲン原子、シアノ基、またはヒドロキシ基であり、RB1、RB3、RB4、およびRB6の少なくとも1個がフェナントロリニル基である錯体が挙げられる。
また、RA1、RA2、RA5~RA9が単結合であり、RB1、RB2、RB5~RB9が水素原子であり、RA3、RA4が、それぞれ独立に、単結合、アルキレン基、アリーレン基、ヘテロアリーレン基、または上記式(4)で表される基であり、RB3、RB4が、それぞれ独立に、水素原子、アルキル基、アリール基、ヘテロアリール基、アルコキシ基、アリールオキシ基、ヘテロアリールオキシ基、アミノ基、ハロゲン原子、シアノ基、またはヒドロキシ基であり、RB3、RB4のうち少なくとも一方がフェナントロリニル基である錯体が挙げられる。
また、本発明の式(1)で表される金属錯体の例としては、RB3、RB4、およびRB7からなる群から選択される1個以上がフェナントロリニル基である錯体等が挙げられる。
例えば、RA1、RA2、RA5、RA6、RA8、RA9が単結合であり、RB1、RB2、RB5、RB6、RB8、RB9が水素原子であり、RA3、RA4、RA7が、それぞれ独立に、単結合、炭素数6~18のアリーレン基、炭素数3~17のヘテロアリーレン基、または一般式(4)で表される基であり、RB3、RB4、RB7が、それぞれ独立に、水素原子、炭素数1~4のアルキル基、炭素数6~18のアリール基、炭素数3~17のヘテロアリール基、または炭素数1~4のアルコキシ基であり、RB3、RB4、RB7のうち少なくとも一つがフェナントロリニル基である錯体が挙げられる。
また、RA1~RA9が単結合、炭素数6~18のアリーレン基、炭素数3~17のヘテロアリーレン基、または一般式(4)で表される基であり、RB1~RB3、RB5~RB9がそれぞれ独立に、水素原子、炭素数1~4のアルキル基、炭素数6~18のアリール基、炭素数3~17のヘテロアリール基、または炭素数1~4のアルコキシ基であり、RB4がフェナントロリニル基である錯体としてもよい。
また、RA1~RA9が単結合、炭素数6~18のアリーレン基、炭素数3~17のヘテロアリーレン基、または一般式(4)で表される基であり、RB1~RB2、RB4~RB9がそれぞれ独立に、水素原子、炭素数1~4のアルキル基、炭素数6~18のアリール基、炭素数3~17のヘテロアリール基、または炭素数1~4のアルコキシ基であり、RB3がフェナントロリニル基である錯体としてもよい。
具体的には、次のL101-M~L108-Mで表される化合物が例示される。なお、Mは、アルカリ金属またはアルカリ土類金属を表わす。また、以下の化合物はあくまでも例示であり本発明の金属錯体はこれらに限定されるものではない。
Figure 0007267445000017
Figure 0007267445000018
Figure 0007267445000019
(B)式(2)で表される金属錯体
本発明の式(2)で表される金属錯体の例としては、RD1、RD3、およびRD5からなる群から選択される1個以上がフェナントロリニル基である錯体等が挙げられる。
例えば、RC2、RC4、RC6~RC8が単結合であり、RD2、RD4、RD6~RD8が水素原子であり、RC1、RC3、RC5が、それぞれ独立に、単結合、アルキレン基、アリーレン基、ヘテロアリーレン基、または上記式(4)で表される基であり、RD1、RD3、RD5が、それぞれ独立に、水素原子、アルキル基、アリール基、ヘテロアリール基、アルコキシ基、アリールオキシ基、ヘテロアリールオキシ基、アミノ基、ハロゲン原子、シアノ基、またはヒドロキシ基であり、RD1、RD3、およびRD5の少なくとも1個がフェナントロリニル基である錯体が挙げられる。
また、RC1、RC2、RC4、RC6~RC8が単結合であり、RD1、RD2、RD4、RD6~RD8が水素原子であり、RC3、RC5が、それぞれ独立に、単結合、アルキレン基、アリーレン基、ヘテロアリーレン基、または上記式(4)で表される基であり、RD3、RD5が、それぞれ独立に、水素原子、アルキル基、アリール基、ヘテロアリール基、アルコキシ基、アリールオキシ基、ヘテロアリールオキシ基、アミノ基、ハロゲン原子、シアノ基、またはヒドロキシ基であり、RD3、RD5のうち少なくとも一方がフェナントロリニル基である錯体が挙げられる。
また、本発明の式(2)で表される金属錯体の例としては、RD3、RD5、およびRD7からなる群から選択される1個以上がフェナントロリニル基である錯体等が挙げられる。
例えば、RC1、RC2、RC4、RC6、RC8が単結合であり、RD1、RD2、RD4、RD6、RD8が水素原子であり、RC3、RC5、RC7が、それぞれ独立に、単結合、炭素数6~18のアリーレン基、炭素数3~17のヘテロアリーレン基、または一般式(4)で表される基であり、RD3、RD5、RD7が、それぞれ独立に、水素原子、炭素数1~4のアルキル基、炭素数6~18のアリール基、炭素数3~17のヘテロアリール基、または炭素数1~4のアルコキシ基であり、RD3、RD5、RD7のうち少なくとも一つがフェナントロリニル基である錯体が挙げられる。
また、RC1~RC8が単結合、炭素数6~18のアリーレン基、炭素数3~17のヘテロアリーレン基、または一般式(4)で表される基であり、RD1~RD2、RD4~RB8がそれぞれ独立に、水素原子、炭素数1~4のアルキル基、炭素数6~18のアリール基、炭素数3~17のヘテロアリール基、または炭素数1~4のアルコキシ基であり、RD3がフェナントロリニル基である錯体としてもよい。
また、RC1~RC8が単結合、炭素数6~18のアリーレン基、炭素数3~17のヘテロアリーレン基、または一般式(4)で表される基であり、RD1~RD4、RD6~RD8がそれぞれ独立に、水素原子、炭素数1~4のアルキル基、炭素数6~18のアリール基、炭素数3~17のヘテロアリール基、または炭素数1~4のアルコキシ基であり、RD5がフェナントロリニル基である錯体としてもよい。
具体的には、次のL201-M~L212-Mで表される化合物が例示される。なお、Mは、アルカリ金属またはアルカリ土類金属を表わす。また、以下の化合物はあくまでも例示であり本発明の金属錯体はこれらに限定されるものではない。
Figure 0007267445000020
Figure 0007267445000021
Figure 0007267445000022
Figure 0007267445000023
Figure 0007267445000024
(C)式(3)で表される金属錯体
本発明の式(3)で表される金属錯体の例としては、RF1、RF3、RF5からなる群から選択される1個以上がフェナントロリニル基である錯体等が挙げられる。
例えば、RE2、RE4、RE6が単結合であり、RF2、RF4、RF6が水素原子であり、RE1、RE3、RE5が、それぞれ独立に、単結合、アルキレン基、アリーレン基、ヘテロアリーレン基、または上記式(4)で表される基であり、RF1、RF3、RF5が、それぞれ独立に、水素原子、アルキル基、アリール基、ヘテロアリール基、アルコキシ基、アリールオキシ基、ヘテロアリールオキシ基、アミノ基、ハロゲン原子、シアノ基、またはヒドロキシ基であり、RF1、RF3およびRF5の少なくとも1個がフェナントロリニル基である錯体が挙げられる。
また、RE1、RE2、RE4、RE6が単結合であり、RF1、RF2、RF4、RF6が水素原子であり、RE3、RE5が、それぞれ独立に、単結合、アルキレン基、アリーレン基、ヘテロアリーレン基、または上記式(4)で表される基であり、RF3、RF5が、それぞれ独立に、水素原子、アルキル基、アリール基、ヘテロアリール基、アルコキシ基、アリールオキシ基、ヘテロアリールオキシ基、アミノ基、ハロゲン原子、シアノ基、またはヒドロキシ基であり、RF3、RF5のうち少なくとも一方がフェナントロリニル基である錯体が挙げられる。
また、RE1~RE6が単結合、炭素数6~18のアリーレン基、炭素数3~17のヘテロアリーレン基、または一般式(4)で表される基であり、RF1~RF2、RF4~RF6がそれぞれ独立に、水素原子、炭素数1~4のアルキル基、炭素数6~18のアリール基、炭素数3~17のヘテロアリール基、または炭素数1~4のアルコキシ基であり、RF3がフェナントロリニル基である錯体としてもよい。
また、RE1~RE6が単結合、炭素数6~18のアリーレン基、炭素数3~17のヘテロアリーレン基、または一般式(4)で表される基であり、RF1~RF4、RF6がそれぞれ独立に、水素原子、炭素数1~4のアルキル基、炭素数6~18のアリール基、炭素数3~17のヘテロアリール基、または炭素数1~4のアルコキシ基であり、RF5がフェナントロリニル基である錯体としてもよい。
具体的には、次のL301-M~L320-Mで表される化合物が例示される。なお、Mは、アルカリ金属またはアルカリ土類金属を表わす。また、以下の化合物はあくまでも例示であり本発明の金属錯体はこれらに限定されるものではない。
Figure 0007267445000025
Figure 0007267445000026
Figure 0007267445000027
Figure 0007267445000028
Figure 0007267445000029
Figure 0007267445000030
Figure 0007267445000031
Figure 0007267445000032
(製造方法)
本発明の上記一般式(1)から(3)で表される構造を有する金属錯体は、例えば、下記式(1a)~下記式(3a)で表される化合物(配位子)と、金属イオン源となるアルカリ金属化合物またはアルカリ土類金属化合物とを反応させることにより合成することができる。
Figure 0007267445000033
上記式(1a)~上記式(3a)において、RA1~RA9、RC1~RC8、RE1~RE6、RB1~RB9、RD1~RD8、RF1~RF6、Xは、上記式(1)~上記式(3)と同義であり、好ましい態様も同じである。
例えば、金属イオン源として、アルカリ金属水酸化物またはアルカリ土類金属水酸化物を用いた場合、次のスキームのような反応により、本発明の金属錯体が得られる。
Figure 0007267445000034
Figure 0007267445000035
Figure 0007267445000036
用いるアルカリ金属化合物またはアルカリ土類金属化合物の種類や、合成する金属錯体の中心金属の価数に応じて、配位子と金属イオン源とのモル比は適宜調整される。配位子とアルカリ金属化合物とを反応させる場合、配位子:アルカリ金属化合物中のアルカリ金属イオン=1:0.5~1:2や、1:0.5~1:1.5のモル比となるように反応させることができる。また、配位子とアルカリ土類金属化合物とを反応させる場合、配位子:アルカリ土類金属化合物中のアルカリ土類金属イオン=1:0.25~1:1や、1:0.25~1:0.8のモル比となるように反応させることができる。
反応温度や反応時間は、合成する金属錯体の構造や金属イオン源の種類等に応じて適宜調整すればよい。例えば、溶媒の存在下で、配位子と金属イオン源とを、20~30℃で0.5~25時間反応させることで、本発明の金属錯体を合成することができる。配位子と金属イオン源との反応後は適宜精製を行ってもよい。また、用いる配位子や金属イオン源の純度が十分に高い場合は、反応後に精製を行わずに、溶媒を除去することで得られる固形物をそのまま、後述する電子輸送材料等の用途に用いてもよい。配位子と金属イオン源とのモル比によって、溶媒の除去により得られる固形物には、本発明の金属錯体の他に、未反応の配位子や金属イオン源を含む場合があるが、未反応の配位子や金属イオンは電子輸送材料の電子輸送性の向上等に寄与する可能性があるため、これらを含んだ状態で用いてもよい。また、金属イオンが、その金属イオンが結合した酸素原子を有する配位子とは別の配位子の窒素原子等のヘテロ原子と配位結合を形成したものを含んでもよい。また、金属イオン源の金属イオンが配位子を構成するフェナントロリニル基の窒素原子等と配位結合を形成したものを含んでもよい。即ち、本発明の金属錯体を合成する際に生じた未反応の配位子や金属イオン源は、すべて遊離のままだけではなく、一部は上記のような配位結合状態になったり、金属錯体の近傍に局在したりする可能性がある。
[2]配位性化合物
本発明の第2の実施の形態に係る配位性化合物は、1以上のフェナントロリニル基と、含窒素縮合環とを含む上記式(1a)~上記式(3a)で表される化合物である。この配位性化合物は、本発明の第1の実施の形態に係る金属錯体を合成するために用いることができ、前記金属錯体を構成する配位子とできる。
[3]電子輸送材料
本発明の第3の実施の形態に係る電子輸送材料(以下、「本発明の電子輸送材料」という場合がある。)は、上記第1の実施の形態で詳述した上記式(1)~上記式(3)で表されるアルカリ金属錯体またはアルカリ土類金属錯体を含むものである。上記式(1)~上記式(3)で示される金属錯体は、ワイドバンドギャップを有するものとしやすく、電子輸送材料として好適である。
本発明の金属錯体の「-O-M・・・N≡」の構造は、電子輸送材料として使用した場合に、後述のアルコール等のプロトン性極性溶媒への溶解性付与に寄与し、また電子注入性向上に寄与するものと考えられる。また、フェナントロリニル基は、電子輸送性や耐久性向上に寄与するものと考えられる。そして、本発明の金属錯体は、金属Mに配位する配位子部分の自由度が低くリジットな構造であるため、より耐久性、高寿命に優れた電子輸送材料が得られると考えられる。
本発明の電子輸送材料は、電子注入性や電子輸送性を高めることができるため、ドーパントを含有することが好ましい。本発明の電子輸送材料に含有されるドーパントは、本発明の金属錯体を還元できる性質を有するものが好ましく用いられる。例えば、アルカリ金属やアルカリ土類金属を含む化合物を用いることができる。
本発明の電子輸送材料に含有されるドーパントとして好適なものの一つは、金属アルコキシドである。即ち、本発明の電子輸送材料において、ドーパントが、金属アルコキシドを含有することが好ましい。
金属アルコキシドは、調整したものを用いることも可能であるが、任意のアルコール溶媒にアルカリ金属またはアルカリ土類金属を添加し、アルコール溶媒と反応させることにより金属アルコキシドを調整することも可能である。
調整した金属アルコキシドを用いる場合は、下記式(7a)および/または(7b)で表される化合物がより好適に使用される。
Figure 0007267445000037
上記式(7a)および(7b)において、RH1、RH2は、それぞれ独立に、アルキル基を表し、また、M1はアルカリ金属を表し、M2はアルカリ土類金属を表す。
アルキル基としては、炭素数が1~10、好ましくは炭素数が1~7の直鎖、分岐、または環状アルキル基が挙げられる。具体的には、メチル基、エチル基、プロピル基、iso-プロピル基、n-ブチル基、sec-ブチル基、iso-ブチル基、tert-ブチル基、n-ペンチル基、1-メチルブチル基、1-エチルプロピル基、2-メチルブチル基、3-メチルブチル基、1,1-ジメチルプロピル基、1-メチル-2-メチルプロピル基、2,2-ジメチルプロピル基、n-ヘキシル基、2-メチルペンチル基、1-メチル-3-メチルブチル基、2-エチルブチル基、n-ヘプチル基、1-メチルヘキシル基、1-エチルペンチル基、n-オクチル基、1-メチルヘプチル基、2-エチルヘキシル基、n-ノニル基、3,5,5-トリメチルヘキシル基、n-デシル基などが挙げられる。中でも、メチル基、エチル基、n-プロピル基、iso-プロピル基、n-ブチル基、sec-ブチル基、iso-ブチル基、tert-ブチル基、n-ペンチル基、n-ヘキシル基などが好適に使用される。
これらは単独で用いてもよく、任意の2以上を任意の割合で混合して用いてもよい。
1の具体例としては、Li,Na,K,RbまたはCsのアルカリ金属が挙げられ、M2の具体例としては、Be,Mg,Ca,SrまたはBaのアルカリ土類金属が挙げられる。これらの中でも、Liが成膜性、電子輸送性の観点から好適に使用される。
また、アルコール溶媒(アルコール)にアルカリ金属またはアルカリ土類金属を添加して金属アルコキシドを調製する場合は、不活性ガス雰囲気下で所定の濃度になるようにアルコール溶媒にアルカリ金属又はアルカリ土類金属を添加し撹拌し溶解させる。溶解の際には、必要に応じ冷却、加熱を実施する。1価アルコールを例とすると、このとき、以下の反応式(8a)または反応式(8b)で表される反応が進行し金属アルコキシドが溶解した溶液が調整される。
Figure 0007267445000038
アルコールはヒドロキシル基(OH基)をもつ化合物の総称であり、上記反応式(8a)または上記反応式(8b)において、RIは対応するアルコール溶媒のヒドロキシル基を除いた部分に対応し、また、M1はアルカリ金属を表し、M2はアルカリ土類金属を表す。
なお、金属アルコキシドの調製に使用する溶媒としては、後述する液状材料で使用される溶媒が同様に使用できる。その中でも、1価のアルコールが好ましい。
金属アルコキシドの具体例としては、ナトリウムメトキシド、ナトリウムエトキシド、ナトリウム-tert-ブトキシド、カリウムエトキシド、カリウム-tert-ブトキシド、リチウム-n-ブトキシド、リチウム-tert-ブトキシド、セシウム-n-ヘプトキシド等が挙げられる。
本発明の電子輸送材料に含有される好適なドーパントとして、アルカリ金属および/またはアルカリ土類金属を有する、キノリノラート錯体、ピリジルフェノラート錯体、ビピリジルフェノラート錯体、およびイソキノリニルフェノラート錯体からなる群から選択される1以上が挙げられる。本発明の電子輸送材料において、ドーパントが、キノリノラートのアルカリ金属錯体、ピリジルフェノラートのアルカリ金属錯体、ビピリジルフェノラートのアルカリ金属錯体、およびイソキノリニルフェノラートのアルカリ金属錯体からなる群から選択される1以上を含有することが好ましい。
これらのキノリノラート錯体またはフェノラート錯体の具体例としては、リチウム8-キノリノラート、ナトリウム8-キノリノラート、セシウム8-キノリノラート、リチウム2-(2-ピリジル)フェノラート、ナトリウム2-(2-ピリジル)フェノラート、リチウム2-(2、2’-ビピリジン―6-イル)フェノラート、リチウム2-(1-イソキノリニル)フェノラート等が挙げられる。
本発明の電子輸送材料に含有される好適なドーパントとして、アルカリ金属水酸化物、アルカリ金属塩、アルカリ土類金属水酸化物、およびアルカリ土類金属塩が挙げられる。即ち、本発明の電子輸送材料において、ドーパントが、アルカリ金属水酸化物、アルカリ金属ハロゲン化物、アルカリ金属炭酸塩、アルカリ金属炭酸水素塩、アルカリ金属の炭素数1~9の有機酸塩、アルカリ土類金属水酸化物、アルカリ土類金属ハロゲン化物、アルカリ土類金属炭酸塩、アルカリ土類金属炭酸水素塩、およびアルカリ土類金属の炭素数1~9の有機酸塩からなる群から選択される1以上を含有することが好ましい。
これらの無機化合物または有機酸塩を含むことにより、電子輸送性を向上させ、耐久性を向上させることができる。これらの無機化合物または有機酸塩は、金属イオンを解離し易いことから、その結果、より一層高い効率および耐久性に優れ、またより一層生産性に優れる有機電界発光素子製造用の液状材料が得られる。
これらの無機化合物または有機酸塩の具体例としては、水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化セシウム、水酸化ルビジウム、塩化リチウム、塩化ナトリウム、塩化カリウム、塩化ルビジウム、塩化セシウム、臭化リチウム、臭化ナトリウム、臭化カリウム、臭化ルビジウム、臭化セシウム、ヨウ化リチウム、ヨウ化ナトリウム、ヨウ化カリウム、ヨウ化ルビジウム、ヨウ化セシウム、炭酸リチウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸ルビジウム、炭酸セシウム、炭酸水素リチウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸水素カリウム、炭酸水素ルビジウム、炭酸水素セシウム、酢酸リチウム、酢酸ナトリウム、酢酸カリウム、酢酸ルビジウム、酢酸セシウム、ぎ酸リチウム、ぎ酸ナトリウム、ぎ酸カリウム、ぎ酸ルビジウム、ぎ酸セシウム等が挙げられる。
本発明の電子輸送材料に含まれるドーパントは、単独または任意の2以上の化合物を併用して用いることができる。例えば、本発明の電子輸送材料に含まれるドーパントは、上述の金属アルコキシドや、キノリノラートのアルカリ金属錯体等の錯体系のドーパント、アルカリ金属水酸化物、アルカリ金属塩、アルカリ土類金属水酸化物、アルカリ土類金属塩を単独で用いてもよく、併用して用いてもよい。
本発明の電子輸送材料に含まれるドーパントの割合は、ドーパントの種類等に応じて適宜調整される。本発明の電子輸送材料中に含まれるドーパントは、本発明の金属錯体に対し0.1から50重量%、より好ましくは1重量%から40重量%とすることができる。
また、本発明の電子輸送材料は、本発明の金属錯体に加えて、さらに、本発明の金属錯体を構成する配位子を含有してもよい。例えば、上記の通り、配位子と金属イオン源との反応により得られた固形物を、精製等を行わずにそのまま電子輸送材料として用いることもでき、未反応の配位子や金属イオン源が含まれていてもよい。
[4]液状材料
本発明の第4の実施の形態に係る発明は、本発明の第3の実施形態に係る電子輸送材料と、溶媒と、を含む液状材料(以下、「本発明の液状材料」という場合がある。)に係るものである。
本発明の液状材料では、溶媒は有機発光層を膨潤または溶解し難いものであることが好ましい。これにより、有機電界発光素子の製造に用いる場合に、有機発光層薄膜の変質・劣化や膜厚が極端に薄くなることを防止することができ、その結果、より一層高い効率および耐久性に優れ、また、より一層生産性に優れる有機電界発光素子製造用の液状材料が得られる。
本発明の液状材料では、前記溶媒がプロトン性極性溶媒であることが好ましい。発光材料や正孔輸送材料の多くがプロトン性極性溶媒に溶解しにくいため、プロトン性極性溶媒を使用することにより、効率の低下を防止することができ、その結果、より一層高い効率および耐久性に優れる有機電界発光素子の製造に用いる、より一層生産性に優れる液状材料が得られる。本発明の液状材料では、前記溶媒は、アルコール系溶媒を主成分とするものであることが好ましい。例えば、液状材料の溶媒中のアルコール系溶媒の割合は、50重量%以上、80重量%以上、90重量%以上、95重量%以上、100重量%等が挙げられる。
アルコール系溶媒としては、炭素数が1~12のアルコール、好ましくは炭素数が1~10のアルコール、より好ましくは炭素数1~7の1価または2価のアルコールが用いられる。中でも1価のアルコールが好適に用いられる。
このようなアルコール系溶媒の具体例としては、メタノール、エタノール、1-プロパノール、2-プロパノール、1-ブタノール、2-ブタノール、イソブチルアルコール、tert-ブチルアルコール、1-ペンタノール、2-ペンタノール、3-ペンタノール、2-メチル-1-ブタノール、イソペンチルアルコール、tert-ペンチルアルコール、3-メチル-2-ブタノール、ネオペンチルアルコール、1-ヘキサノール、2-メチル-1-ペンタノール、4-メチル-2-ペンタノール、2-エチル-1-ブタノール、1-ヘプタノール、2-ヘプタノール、3-ヘプタノール、1-オクタノール、2-オクタノール、2-エチル-1-ヘキサノール、1-ノナノール、3,5,5-トリメチル-1-ヘキサノール、1-デカノール、1-ウンデカノール、1-ドデカノール、アリルアルコール、プロパルギルアルコール、ベンジルアルコール、シクロヘキサノール、1-メチルシクロヘキサノール、2-メチルシクロヘキサノール、3-メチルシクロヘキサノール、4-メチルシクロヘキサノール、α-テルピネオール、アビエチノール、フーゼル油、1,2-エタンジオール、1,2-プロパンジオール、1,3-プロパンジオール、1,2-ブタンジオール、1,3-ブタンジオール、1,4-ブタンジオール、2,3-ブタンジオール、1,5-ペンタンジオール、2-ブテン-1,4-ジオール、2-メチル-2,4-ペンタンジオール、2-エチル-1,3-ヘキサンジオール、グリセリン、2-エチル-2-(ヒドロキシメチル)-1,3-プロパンジオール、1,2,6-ヘキサントリオール、および、
2-メトキシエタノール、2-エトキシエタノール、2-(メトキシエトキシ)エタノール、2-イソプロポキシエタノール、2-ブトキシエタノール、2-(イソペンチルオキシ)エタノール、2-(ヘキシルオキシ)エタノール、2-フェノキシエタノール、2-(ベンジルオキシ)エタノール、フルフリルアルコール、テトラヒドロフルフリルアルコール、ジエチレングリコール、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、トリエチレングリコール、トリエチレングリコールモノメチルエーテル、テトラエチレングリコール、ポリエチレングリコール、1-メトキシ-2-プロパノール、1-エトキシ-2-プロパノール、ジプロピレングリコール、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、トリプロピレングリコールモノメチルエーテル、ジアセトンアルコール、2-クロロエタノール、1-クロロ-2-プロパノール、3‐クロロ-1,2-プロパンジオール、1,3-ジクロロ-2-プロパノール、2,2,2-トリフルオロエタノール、3‐ヒドロキシプロピオノニトリル、アセトンシアノヒドリン、2-アミノエタノール、2-(ジメチルアミノ)エタノール、2-(ジエチルアミノ)エタノール、ジエタノールアミン、N-ブチルジエタノールアミン、トリエタノールアミン、トリイソプロパノールアミン、2,2’-チオジエタノール、また、
テトラフルオロプロパノール、ペンタフルオロプロパノール、2,2,2-トリフルオロエタノール、2-(パーフルオロブチル)エタノール、3,3,4,4,5,5,6,6,6-ノナフルオロ-1-ヘキサノール、2-(パーフルオロブチル)エチルアルコール、3,3,4,4,5,5,6,6,6-ノナフルオロヘキサノール、1,1,2,2-テトラヒドロパーフルオロヘキシルアルコール、1H,1H,2H,2H-ノナフルオロ-1-ヘキサノール、1H,1H,2H,2H-ノナフルオロ-n-ヘキサノール、1H,1H,2H,2H-ノナフルオロヘキサノール、1H,1H,2H,2H-パーフルオロヘキサン-1-オール、1H,1H,2H,2H-パーフルオロヘキサノール3,3,4,4,5,5,6,6,6-ノナフルオロ-1-ヘキサノール、2-(パーフルオロヘキシル)エタノール、3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,8-トリデカフルオロ-1-オクタノール、2-(パーフルオロヘキシル)エチルアルコール、3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,8-トリデカフルオロオクタノール、1,1,2,2-テトラヒドロパーフルオロオクタノール、1,1,2,2-テトラヒドロトリデカフルオロオクタノール、1H,1H,2H,2H-パーフルオロ-1-オクタノール、1H,1H,2H,2H-パーフルオロオクタン-1-オール、1H,1H,2H,2H-パーフルオロオクタノール、1H,1H,2H,2H-トリデカフルオロ-n-オクタノール、1H,1H,2H,2H-トリデカフルオロオクタノール、2-(トリデカフルオロヘキシル)エタノール、3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,8-トリデカフルオロ-1-オクタノール、パーフルオロヘキシルエタノール等が挙げられる。
この中でも1-プロパノール、1-ブタノール、2-ブタノール、1-ペンタノール、2-メチル-1-ブタノール、1-ヘキサノール、1-ヘプタノール、1-オクタノール、2-エチル-1-ヘキサノール、シクロヘキサノール、1-メチルシクロヘキサノール、2-メチルシクロヘキサノール、1,2-ブタンジオール、1,3-ブタンジオール、1,4-ブタンジオール、2,3-ブタンジオール、2-メトキシエタノール、2-エトキシエタノール、2-(メトキシエトキシ)エタノールをより好適に用いることができる。これらは単独で用いてもよく、任意の2以上を任意の割合で混合して用いてもよい。
このような炭素数のアルコールは、本発明の金属錯体や金属アルコキシド等の溶解性が高く、その結果、より一層高い効率および耐久性に優れ、またより一層生産性に優れる有機電界発光素子製造用の液状材料が得られる。
本発明の液状材料には、上記式(1)~上記式(3)で表される構造を有する金属錯体を0.01から10重量%、好ましくは0.1から5重量%含有することが望まれる。金属錯体の含有量が0.01重量%未満では、有機電界発光素子に必要な膜厚が形成できないおそれがあり、一方、金属錯体の含有量が10重量%を超えると溶媒への溶解が難しくなる。
本発明の液状材料は、本発明の金属錯体および前記金属アルコキシドや金属イオンの塩等を一括混合して調製することができるが、本発明の金属錯体を含む第1の溶液と、前記金属アルコキシドや金属イオンの塩等とを含む第2の溶液とを混合して、前記液状材料を調製することが好ましい。
[5]有機電界発光素子
次に、本発明の電子輸送材料(第3の実施形態)を使用してなる、第5の実施の形態である有機電界発光素子について説明する。
本発明の有機電界発光素子は、本発明の電子輸送材料を含む電子輸送層を有するものとすることができる。即ち、本発明の有機電界発光素子は、陽極と、陰極と、陽極と陰極との間に設けられた、少なくとも正孔輸送層、発光層、および電子輸送層を含む有機化合物層とを有し、電子輸送層が本発明の電子輸送材料を含む有機電界発光素子とすることができる。
また、本発明の有機電界発光素子の製造方法は、本発明の液状材料を使用し、有機電界発光素子の電子輸送層を湿式で構築する工程を有するものである。この製造方法により、特に好適に本発明の有機電界発光素子を製造することができる。
図1に示す、本発明の有機電界発光素子1は、陽極3と、陰極8と、陽極3と陰極8との間に挟まれるように積層された複数の有機化合物層(陽極3側から順に、正孔注入層4、正孔輸送層5、発光層6、電子輸送層7)とを有する有機電界発光素子である。陽極3は透明な基板2上に設けられており、全体が封止部材9で封止されている。発光層6はアルコール系溶媒に不溶な有機化合物からなっている。発光層6が陰極8と対向している側の面で発光層6に接するように形成された電子輸送層7は、アルコール系溶媒に可溶な1又は複数の本発明の電子輸送材料を含んでいる。
基板2は、有機電界発光素子1の支持体となるものである。本実施の形態に係る有機電界発光素子1は、基板2側から光を取り出す構成(ボトムエミッション型)であるため、基板2及び陽極3は、それぞれ、実質的に透明(無色透明、着色透明又は半透明)な材料より構成されている。基板2の構成材料としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリプロピレン、シクロオレフィンポリマー、ポリアミド、ポリエーテルサルフォン、ポリメチルメタクリレート、ポリカーボネート、ポリアリレートのような樹脂材料や、石英ガラス、ソーダガラスのようなガラス材料等が挙げられ、これらのうちの1種又は2種以上を組み合わせて用いることができる。
基板2の平均厚さは、特に限定されないが、0.1~30mm程度であるのが好ましく、0.1~10mm程度であるのがより好ましい。なお、有機電界発光素子1が基板2と反対側から光を取り出す構成(トップエミッション型)の場合、基板2には、透明基板及び不透明基板のいずれも用いることができる。不透明基板の例としては、アルミナ等のセラミックス材料で構成された基板、ステンレス鋼等の金属基板の表面に酸化膜(絶縁膜)を形成したもの、樹脂材料で構成された基板等が挙げられる。
陽極3は、後述する正孔注入層4に正孔を注入する電極である。この陽極3の構成材料としては、仕事関数が大きく、導電性に優れる材料を用いるのが好ましい。陽極3の構成材料としては、例えば、ITO(酸化インジウムスズ)、IZO(酸化インジウムジルコニウム)、In33、SnO2、Sb含有SnO2、Al含有ZnO等の酸化物、Au、Pt、Ag、Cu又はこれらを含む合金等が挙げられ、これらのうちの1種又は2種以上を組み合わせて用いることができる。陽極3の平均厚さは、特に限定されないが、10~200nm程度であるのが好ましく、50~150nm程度であるのがより好ましい。
一方、陰極8は、電子輸送層7に電子を注入する電極であり、電子輸送層7と接する発光層6と反対側に設けられている。この陰極8の構成材料としては、仕事関数の小さい材料を用いるのが好ましい。陰極8の構成材料としては、例えば、Li、Mg、Ca、Sr、La、Ce、Er、Eu、Sc、Y、Yb、Ag、Cu、Al、Cs、Rb又はこれらを含む合金等が挙げられ、これらのうちの1種又は任意の2種以上を組み合わせて(例えば、複数層の積層体等)用いることができる。
特に、陰極8の構成材料として合金を用いる場合には、Ag、Al、Cu等の安定な金属元素を含む合金、具体的には、MgAg、AlLi、CuLi等の合金を用いるのが好ましい。このような合金を陰極8の構成材料として用いることにより、陰極8の電子注入効率及び安定性の向上を図ることができる。陰極8の平均厚さは、特に限定されないが、50~10000nm程度であるのが好ましく、80~500nm程度であるのがより好ましい。
トップエミッション型の場合、仕事関数の小さい材料、またはこれらを含む合金を5~20nm程度とし、透過性を持たせ、さらにその上面にITO等の透過性の高い導電材料を100~500nm程度の厚さで形成する。なお、本実施の形態に係る有機電界発光素子1は、ボトムエミッション型であるため、陰極8の光透過性は特に要求されない。
陽極3上には、正孔注入層4及び正孔輸送層5が設けられている。正孔注入層4は、陽極3から注入された正孔を受け入れ、正孔輸送層5まで輸送する機能を有し、正孔輸送層5は、正孔注入層4から注入された正孔を発光層6まで輸送する機能を有するものである。正孔注入層4及び正孔輸送層5の構成する正孔注入材料及び正孔輸送材料としては、例えば、フタロシアニン、銅フタロシアニン(CuPc)、鉄フタロシアニンのような金属又は無金属のフタロシアニン系化合物、ポリアリールアミン、フルオレン-アリールアミン共重合体、フルオレン-ビチオフェン共重合体、ポリ(N-ビニルカルバゾール)、ポリビニルピレン、ポリビニルアントラセン、ポリチオフェン、ポリアルキルチオフェン、ポリヘキシルチオフェン、ポリ(p-フェニレンビニレン)、ポリチニレンビニレン、ピレンホルムアルデヒド樹脂、エチルカルバゾールホルムアルデヒド樹脂又はその誘導体等が挙げられ、これらのうちの1種又は2種以上を組み合わせて用いることができる。
また、正孔注入材料や正孔輸送材料は、他の化合物との混合物として用いることもできる。一例として、ポリチオフェンを含有する混合物としては、ポリ(3,4-エチレンジオキシチオフェン/スチレンスルホン酸)(PEDOT/PSS)等が挙げられる。正孔注入層4及び正孔輸送層5には、陽極3及び発光層6に用いられる材料の種類に応じて、正孔の注入効率及び輸送効率の最適化、発光層6からの放射光の再吸収の防止、耐熱性等の観点から適当な1又は複数の材料を適宜選択し、又は組み合わせて用いられる。
例えば、正孔注入層4には、正孔伝導準位(Ev)と陽極3に用いられる材料の仕事関数との差が小さく、放射光の再吸収を防ぐために可視光領域に吸収帯のない材料が好ましく用いられる。また、正孔輸送層5には、発光層6の構成材料との間で励起錯体(エキサイプレックス)や電荷移動錯体を形成せず、発光層6において生成した励起子のエネルギーの移動や発光層6からの電子注入を防ぐために、発光層6の励起子エネルギーよりも一重項励起エネルギーが大きく、バンドギャップエネルギーが大きく、電子伝導電位(Ec)が浅い材料が好ましく用いられる。陽極3にITOが用いられる場合、正孔注入層4及び正孔輸送層5に好適に用いられる材料の例としては、それぞれ、ポリ(3,4-エチレンジオキシチオフェン/スチレンスルホン酸)(PEDOT/PSS)及びポリ(N-ビニルカルバゾール)(PVK)が挙げられる。
また、正孔輸送層5の上に形成される発光層6が湿式で形成される場合には、正孔輸送層5を構成する正孔輸送材料は、発光層形成用の液状材料の溶媒に不溶な(膨潤や溶解が起こらない)材料が選択される。また、電子輸送層7が湿式で形成される場合には、電子輸送層7の形成に用いられる液状材料の溶媒によって正孔輸送材料が膨潤や溶解するおそれもあるため、電子輸送層形成用の液状材料の溶媒に不溶な材料が好ましく用いられる。
正孔注入層4の平均厚さは、特に限定されないが、10~150nm程度であるのが好ましく、20~100nm程度であるのがより好ましい。また、正孔輸送層5の平均厚さは、特に限定されないが、10~150nm程度であるのが好ましく、15~50nm程度であるのがより好ましい。
正孔輸送層5上、すなわち、正孔注入層4と反対側の面と隣接して、発光層6が設けられている。この発光層6には、陰極8から電子輸送層7を介して電子が、また、正孔輸送層5から正孔がそれぞれ供給(注入)される。そして、発光層6の内部では、正孔と電子とが再結合し、この再結合に際して放出されたエネルギーにより励起子(エキシトン)が生成し、励起子が基底状態に戻る際にエネルギー(蛍光やリン光)が放出(発光)される。
発光層6の構成材料は、1,3,5-トリス[(3-フェニル-6-トリ-フルオロメチル)キノキサリン-2-イル]ベンゼン(TPQ1)、1,3,5-トリス[{3-(4-tert-ブチルフェニル)-6-トリスフルオロメチル}キノキサリン-2-イル]ベンゼン(TPQ2)のようなベンゼン系化合物、トリス(8-キノリノラート)アルミニウム(III)(Alq3)、fac-トリス(2-フェニルピリジン)イリジウム(Ir(ppy)3)のような低分子系のものや、オキサジアゾール系材料、トリアゾール系材料、カルバゾール系材料のような低分子系または高分子系のもの、ポリフルオレン系材料、ポリパラフェニレンビニレン系材料、ポリピロール系材料、ポリアセチレン系材料、ポリアニリン系材料のような高分子系のものが挙げられ、これらの1種または2種以上を組み合わせて用いることができる。
発光層6は、単一材料で構成してもよく、発光色等に応じて複数の材料を組み合わせてもよい。また、発光を担うゲスト材料と、電子や正孔の輸送を担うホスト材料との2成分系としてもよい。ホスト-ゲストの2成分系とする場合には、発光層6において、ゲスト材料の濃度は、一般的に、ホスト材料に対して0.1~1重量%程度である。
また、発光層6の上に形成される電子輸送層7が湿式で形成される場合には、発光層6の構成材料は、電子輸送層形成用の液状材料の溶媒に不溶な(膨潤や溶解が起こらない)材料が選択される。本発明の電子輸送材料を含む電子輸送層は、プロトン性極性溶媒(特に、アルコール)を用いて構築することができるので、発光層6は、プロトン性極性溶媒に不溶な層であることが好ましく、アルコールに不溶な層であることがより好ましい。
このような発光層6の平均厚さは、特に限定されないが、10~150nm程度であるのが好ましく、20~100nm程度であるのがより好ましい。
発光層6と陰極8との間には、電子輸送層7が設けられている。この電子輸送層7は、陰極8から注入された電子を発光層6まで輸送する機能を有するものである。電子輸送層7の構成材料としては、本発明の第3の実施の形態に係る電子輸送材料が使用される。
電子輸送層の平均厚さは特に限定されないが、1~100nm程度であるのが好ましく、1~50nm程度であるのがより好ましく、5~50nm程度であるのがさらに好ましい。
有機電界発光素子1では、電子輸送層7の上に、すなわち、発光層6と反対側の面と隣接して、陰極8が設けられている。本発明の電子輸送材料を用いた電子輸送層7を有することで、NaFやLiF等の不安定な化合物を使用する電子注入層を設けずに、電子輸送層7の上に直接陰極8を形成しても、発光層の発光効率を向上でき、光学設計自由度を向上させることができる。
次に、封止部材9は、有機電界発光素子1(陽極3、正孔注入層4、正孔輸送層5、発光層6、電子輸送層7及び陰極8)を覆うように設けられ、これらを気密的に封止し、酸素や水分を遮断する機能を有する。封止部材9を設けることにより、有機電界発光素子1の信頼性の向上や、変質及び劣化の防止(耐久性向上)等の効果が得られる。
封止部材9の構成材料としては、例えば、Al、Au、Cr、Nb、Ta、Ti又はこれらを含む合金、酸化シリコン、各種樹脂材料等を挙げることができる。なお、封止部材9の構成材料として導電性を有する材料を用いる場合には、短絡を防止するために、封止部材9と有機電界発光素子1との間には、必要に応じて、絶縁膜を設けるのが好ましい。また、封止部材9は、平板状として、基板2と対向させ、これらの間を、例えば熱硬化性樹脂等のシール材で封止するようにしてもよい。
なお、本発明の有機電界発光素子は、有機電界発光素子1に限定されない。
有機電界発光素子1においては、陽極3と発光層6との間に正孔注入層4及び正孔輸送層5が別個の2つの層として形成されているが、必要に応じて、陽極3からの正孔の注入及び発光層6への正孔の輸送を行う単一の正孔輸送層としてもよく、同一組成又は組成が互いに異なる3つ以上の層を積層した構造としてもよい。発光層は一層であるが、同一組成又は組成の異なる複数の層を積層した構造としてもよい。例えば、発光させたい色等に応じて、組成の異なる複数の発光層を積層した構造としてもよい。電子輸送層も同一組成又は組成が互いに異なる複数の層を積層した構造としてもよい。
また、本発明の有機電界発光素子は、陽極と陰極の間に、正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電子輸送層以外の層をさらに有してもよく、陰極8と電子輸送層7との間に、NaFやLiF等からなる電子注入層が設けられた構成としてもよい。
有機電界発光素子1は、例えば、有機化合物層を湿式にて構築する、次のような製造方法で製造することができる。
まず、基板2を用意し、この基板2上に陽極3を形成する。陽極3は、例えば、プラズマCVD、熱CVD、レーザーCVDのような化学蒸着法(CVD)、真空蒸着、スパッタリング、イオンプレーティング等の乾式メッキ法、電界メッキ、浸漬メッキ、無電界メッキ等の湿式メッキ法、溶射法、ゾル・ゲル法、MOD法、金属箔の接合等を用いて形成することができる。
次に、陽極3上に正孔注入層4及び正孔輸送層5を順次形成する。
正孔注入層4及び正孔輸送層5は、例えば、正孔注入材料を溶媒に溶解又は分散媒に分散してなる正孔注入層形成用の液状材料を陽極3上に供給した後、乾燥(脱溶媒又は脱分散媒)し、次いで正孔輸送材料を溶媒に溶解又は分散媒に分散してなる正孔輸送層形成用の液状材料を正孔注入層4上に供給した後、乾燥することにより形成することができる。正孔注入層形成用の液状材料及び正孔輸送層形成用の液状材料の供給方法としては、例えば、スピンコート法、キャスティング法、マイクログラビアコート法、グラビアコート法、バーコート法、ロールコート法、ワイヤーバーコート法、ディップコート法、スプレーコート法、スクリーン印刷法、フレキソ印刷法、オフセット印刷法、インクジェット印刷法等の各種塗布法を用いることができる。このような塗布法を用いることにより、正孔注入層4及び正孔輸送層5を比較的容易に形成することができる。
正孔注入層形成用の液状材料及び正孔輸送層形成用の液状材料の調製に用いる溶媒又は分散媒としては、例えば、硝酸、硫酸、アンモニア、過酸化水素、水、二硫化炭素、四塩化炭素、エチレンカーボネイト等の無機溶媒や、メチルエチルケトン(MEK)、アセトン、ジエチルケトン、メチルイソブチルケトン(MIBK)、メチルイソプロピルケトン(MIPK)、シクロヘキサノン等のケトン系溶媒、メタノール、エタノール、イソプロパノール、エチレングリコール、ジエチレングリコール(DEG)、グリセリン等のアルコール系溶媒、ジエチルエーテル、ジイソプロピルエーテル、1,2-ジメトキシエタン(DME)、1,4-ジオキサン、テトラヒドロフラン(THF)、テトラヒドロピラン(THP)、アニソール、ジエチレングリコールジメチルエーテル(ジグリム)、ジエチレングリコールエチルエーテル(カルビトール)等のエーテル系溶媒、メチルセロソルブ、エチルセロソルブ、フェニルセロソルブ等のセロソルブ系溶媒、ヘキサン、ペンタン、ヘプタン、シクロヘキサン等の脂肪族炭化水素系溶媒、トルエン、キシレン、ベンゼン等の芳香族炭化水素系溶媒、ピリジン、ピラジン、フラン、ピロール、チオフェン、メチルピロリドン等の芳香族複素環化合物系溶媒、N,N-ジメチルホルムアミド(DMF)、N,N-ジメチルアセトアミド(DMA)等のアミド系溶媒、クロロベンゼン、ジクロロメタン、クロロホルム、1,2-ジクロロエタン等のハロゲン化合物系溶媒、酢酸エチル、酢酸メチル、ギ酸エチル等のエステル系溶媒、ジメチルスルホキシド(DMSO)、スルホラン等の硫黄化合物系溶媒、アセトニトリル、プロピオニトリル、アクリロニトリル等のニトリル系溶媒、ギ酸、酢酸、トリクロロ酢酸、トリフルオロ酢酸等の有機酸系溶媒のような各種有機溶媒、又は、これらを含む混合溶媒等が挙げられる。
なお、乾燥は、例えば、大気圧又は減圧雰囲気中での放置、加熱処理、不活性ガスの吹付け等により行うことができる。
また、本工程に先立って、陽極3の上面には、酸素プラズマ処理を施すようにしてもよい。これにより、陽極3の上面に親液性を付与すること、陽極3の上面に付着する有機物を除去(洗浄)すること、陽極3の上面付近の仕事関数を調整すること等を行うことができる。
ここで、酸素プラズマ処理の条件としては、例えば、プラズマパワー100~800W程度、酸素ガス流量50~100mL/min程度、被処理部材(陽極3)の搬送速度0.5~10mm/sec程度、基板2の温度70~90℃程度とするのが好ましい。
次に、正孔輸送層5上(陽極3の一方の面側)に、発光層6を形成する。
発光層6は、例えば、発光層6の構成材料を溶媒に溶解又は分散媒に分散してなる発光層形成用の液状材料を正孔輸送層5上に供給した後、乾燥(脱溶媒又は脱分散媒)することにより形成することができる。発光層形成用の液状材料の供給方法及び乾燥の方法は、正孔注入層4及び正孔輸送層5の形成で説明したのと同様である。
発光層形成用の調製に用いる溶媒又は分散媒としては、正孔注入層4及び正孔輸送層5の形成で説明したものと同様のものを使用することができるが、形成された正孔輸送層5に応じて、形成された正孔輸送層5が不溶な溶媒が選択される。
次に、発光層6上に、電子輸送層7を例えば次の工程にて形成する。
(a)第1の工程
まず、上記式(1)~(3)で表される金属錯体、および必要に応じ金属アルコキシド等のドーパントを含む電子輸送層形成用の液状材料を調製する。
電子輸送層形成用の液状材料の調製に用いる溶媒としては、発光層6の構成材料が膨潤または溶解し難いものが好ましく、不溶なものがより好ましい。これにより、発光材料の変質・劣化や、発光層6が溶解し、膜厚が極端に減少することを防止することができる。その結果、有機電界発光素子1の発光効率の低下を防止することができる。また、電子輸送層形成用の液状材料が、正孔輸送層5の構成材料を膨潤したり溶解したりするおそれもあるため、溶媒は、正孔輸送層5を構成する構成材料が膨潤または溶解し難いものが好ましく、不溶なものがより好ましい。正孔輸送層5や発光層6を構成する材料の多くはプロトン性極性溶媒、特にアルコールに溶解しにくいものが多いため、溶媒には、前述したアルコール系溶媒、好ましくは炭素数1~10のアルコールを用いるのが好適である。これにより、発光効率の低下を防止することができ、有機電界発光素子1を生産性よく製造することができる。
(b)第2の工程
次に、調製した液状材料を発光層6上に供給した後、乾燥(脱溶媒)する。これにより、上記式(1)~上記式(3)で表される金属錯体を含有する電子輸送層7が得られる。電子輸送層形成用の液状材料の供給方法および乾燥の方法は、前記正孔注入層4及び正孔輸送層5の形成で説明したのと同様である。
なお、上記第1の工程および上記第2の工程は連続して行うこともできるが、上記第1の工程および上記第2の工程は連続して行わず、電子輸送層形成用の液状材料は予め調製しておいてもよい。予め調製した電子輸送層形成用の液状材料を発光層6上に供給した後、乾燥(脱溶媒)させ、電子輸送層7を構築することもできる。
次に、電子輸送層7上に、陰極8を形成する。
陰極8は、例えば、真空蒸着法、スパッタリング法、金属箔の接合、金属微粒子インクの塗布および焼成等を用いて形成することができる。
最後に、得られた有機電界発光素子1を覆うように封止部材9を被せ、基板2に接合する。以上のような工程を経て、有機電界発光素子1が得られる。
上記製造方法によれば、有機化合物層(正孔注入層4、正孔輸送層5、発光層6、電子輸送層7)の形成や、金属微粒子インクを使用する場合には陰極8の形成においても、真空装置等の大掛かりな設備を要しないため、有機電界発光素子1の製造時間および製造コストの削減を図ることができる。また、インクジェット法(液滴吐出法)を適用することで、大面積の素子の作製や多色の塗り分けが容易となる。
なお、有機電界発光素子1の製造方法は、正孔注入層4、正孔輸送層5及び発光層6を液相プロセスにより製造することとして説明したが、本発明の有機電界発光素子の製造方法は、用いる正孔注入材料、正孔輸送材料、発光材料の種類に応じて、これらの層の一部または全部を真空蒸着法等の気相プロセスにより形成するようにしてもよい。
本発明の有機電界発光素子は、例えば光源等として使用することができる。また、複数の本発明の有機電界発光素子をマトリックス状に配置することにより、ディスプレイ装置を構成することができる。
なお、ディスプレイ装置の駆動方式としては、特に限定されず、アクティブマトリックス方式、パッシブマトリックス方式のいずれであってもよい。
本発明の有機電界発光素子に供給される電気エネルギー源としては、主に直流電流であるが、パルス電流や交流電流を用いることも可能である。電流値及び電圧値は特に制限はないが、素子の消費電力、寿命を考慮するとできるだけ低いエネルギーで最大の輝度が得られるようにするべきである。
ディスプレイ装置を構成する「マトリックス」とは、表示のための画素(ピクセル)が格子状に配置されたものをいい、画素の集合で文字や画像を表示する。画素の形状、サイズは用途によって決まる。例えばパーソナルコンピュータ、モニター、テレビの画像及び文字表示には、通常一辺が300μm以下の四角形の画素が用いられるし、表示パネルのような大型ディスプレイの場合は、一辺がmmオーダーの画素を用いることになる。モノクロ表示の場合は、同じ色の画素を配列すればよいが、カラー表示の場合には、赤、緑、青の画素を並べて表示させる。この場合、典型的にはデルタタイプとストライプタイプがある。そして、このマトリックスの駆動方法としては、パッシブマトリックス方式及びアクティブマトリックス方式のどちらでもよい。前者には、構造が簡単であるという利点があるが、動作特性を考慮した場合、後者のアクティブマトリックスの方が優れる場合があるので、これも用途によって使い分けることが必要である。
本発明の有機電界発光素子は、セグメントタイプの表示装置であってもよい。「セグメントタイプ」とは、予め決められた情報を表示するように所定形状のパターンを形成し、決められた領域を発光させることになる。例えば、デジタル時計や温度計における時刻や温度表示、オーディオ機器や電磁調理器等の動作状態表示、自動車のパネル表示などがあげられる。そして、前記マトリックス表示とセグメント表示は同じパネルの中に共存していてもよい。
本発明の有機電界発光素子は、自発光しない表示装置の視認性を向上させる目的に使用され、液晶表示装置、時計、オーディオ機器、自動車パネル、表示板、標識等に使用されるバックライトであってもよい。特に液晶表示装置、中でも薄型化が課題となっているパーソナルコンピュータ用途のバックライトとしては、蛍光灯や導光板からなる従来のものに比べ、薄型化、軽量化が可能になる。
化合物の確認は、薄層クロマトグラフィーと、FAB MSまたは ASAP-TOF-MSにより行った。FAB MSは、日本電子製JMS700を用いて測定した。ASAP-TOF-MSは、ウォーターズ社製LCT Premire XEを用いて測定した。
また、いくつかの配位子および錯体は、重溶媒にDMSO-d6を用い、日本電子株式会社製JNM―LA400を用いてNMR(400MHz)を測定した。
また、カラムクロマトグラフィーに用いたシリカゲルC300は、和光純薬社製ワコーシルC300(C300)、富士シリシア化学社製Chromatorex NH2(NH2)を用いた。
[1]金属錯体の合成
[A]式(1)で表される金属錯体
[A-1]L101-M錯体(M=Cs,Rb)の合成
[A-1-1]配位子L101の合成
(1-1-1)中間体の合成:N-(3-クロロフェニル)-3-メトキシ-2-ニトロソアニリンの合成
Figure 0007267445000039
-70℃に冷却したKOtBu(10g,180mmol)-THF(80mL)溶液に3-クロロアニリン(3.16mL,30mmol)を滴下し、30分間撹拌した。2-ニトロアニソ-ル(3.1mL,30mmol)-THF(20mL)溶液を滴下し、-50℃で撹拌した。2時間後、飽和塩化アンモニウム水溶液を加え、反応を停止した。反応終了後、ジクロロメタンで抽出し、有機層は硫酸マグネシウムで乾燥後、減圧下で濃縮した。残渣はカラムクロマトグラフィー(C300、ヘプタン:ジクロロメタン)で精製し、N-(3-クロロフェニル)-3-メトキシ-2-ニトロソアニリン(6.28g,79.8%)を得た。
ASAP-TOF-MS m/z=263([M+1]+
(1-1-2)中間体の合成:1-(3-クロロフェニル)-4-メトキシ-2-フェニル-1H-ベンズイミダゾ-ル
Figure 0007267445000040
上記(1-1-1)で得られたN-(3-クロロフェニル)-3-メトキシ-2-ニトロソアニリン(3.15g,14.4mmol)、ベンジルフェニルスルホン(3.35g,14.4mmol)及びKOtBu(13.5g,120mmol)をアセトニトリル144mLに加え、室温で16時間撹拌した。反応終了後、反応液を水に注ぎ、減圧下で濃縮した。続いてジクロロメタンで抽出し、有機層は水で洗浄後、硫酸マグネシウムで乾燥し、減圧下で濃縮した。残渣はカラムクロマトグラフィー(C300、ヘプタン:ジクロロメタン)で精製し、1-(3-クロロフェニル)-4-メトキシ-2-フェニル-1H-ベンズイミダゾ-ルを(1.68g,41.8%)得た。
(1-1-3)中間体の合成:1-[3-(4,4,5,5-テトラメチル-1,3,2-ジオキサボロラン-2-イル)フェニル]-4-メトキシ-2-フェニル-1H-ベンズイミダゾ-ル
Figure 0007267445000041
上記(1-1-2)で得られた1-(3-クロロフェニル)-4-メトキシ-2-フェニル-1H-ベンズイミダゾ-ル(1.68g,5.02mmol)、ビス(ピナコラト)ジボロン(1.39g,5.48mmol)、トリス(ジベンジリデンアセトン)ジパラジウム(0.17g,0.19mmol)、XPhos(0.22g,0.46mmol)、酢酸カリウム(1.47g,15mmol)をジオキサン18.8mLに加え、脱気後80℃で16時間撹拌した。反応終了後、減圧下で濃縮し、水を加え、ジクロロメタンで抽出した。有機層は硫酸マグネシウムで乾燥し、減圧下で濃縮した。残渣はカラムクロマトグラフィー(C300、ヘプタン:ジクロロメタン)で精製し、1-[3-(4,4,5,5-テトラメチル-1,3,2-ジオキサボロラン-2-イル)フェニル]-4-メトキシ-2-フェニル-1H-ベンズイミダゾ-ル(1.65g,77.1%)を得た。
(1-1-4)中間体の合成:1-[3-(1,10-フェナントロリン-2-イル)フェニル]-4-メトキシ-2-フェニル-1H-ベンズイミダゾ-ル
Figure 0007267445000042
上記(1-1-3)を複数回行い得られた1-[3-(4,4,5,5-テトラメチル-1,3,2-ジオキサボラレン-2-イル)フェニル]-4-メトキシ-2-フェニル-1H-ベンズイミダゾ-ル(1.8g,4.22mmol)、2-ブロモ-1,10-フェナントロリン(1.09g,4.22mmol)、テトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(0.26g,0.23mmol)、炭酸セシウム(4.56g,14mmol)をトルエン27mL、水4.5mL、エタノ-ル2.8mLに加え、100℃で16時間撹拌した。反応終了後、水を加え、ジクロロメタンで抽出した。有機層は硫酸マグネシウムで乾燥後、減圧下で濃縮し、カラムクロマトグラフィー(NH2、ヘプタン:ジクロロメタン)で精製し、1-[3-(1,10-フェナントロリン-2-イル)フェニル]-4-メトキシ-2-フェニル-1H-ベンズイミダゾ-ル(1.12g,55%)を得た。
(1-1-5)配位子L101の合成:1-[3-(1,10-フェナントロリン-2-イル)フェニル]-2-フェニル-1H-ベンズイミダゾ-ル-4-オ-ル
Figure 0007267445000043
上記(1-1-4)で得られた1-[3-(1,10-フェナントロリン-2-イル)フェニル]-4-メトキシ-2-フェニル-1H-ベンズイミダゾ-ル(1.12g,2.34mmol)にピリジン塩酸塩(6.3g,54.6mmol)を加え、200℃で16時間撹拌した。反応終了後、水を加えて不溶物をろ取し、1-[3-(1,10-フェナントロリン-2-イル)フェニル]-2-フェニル-1H-ベンズイミダゾ-ル-4-オ-ル(L101)(1.00g,92.6%)を得た。
[A-1-2]錯体の合成:L101-Csの合成
Figure 0007267445000044
上記[A-1-1]で得られたL101(0.2g,0.431mmol)-トルエン8mLに50%の水酸化セシウム水溶液(0.075mL,0.431mmol)-メタノ-ル(3mL)溶液を滴下し、室温で16時間撹拌した。反応終了後、減圧下で濃縮し、ヘプタンを加えた後に乾固させてL101-Cs(0.23g,89.6%)を得た。
FAB-MS m/z=597([M+1]+
また、得られた錯体のNMRを、L101のNMRとあわせて図2に示す。
[A-1-3]錯体の合成:L101-Rbの合成
Figure 0007267445000045
上記[A-1-1]で得られたL101(0.2g,0.431mmol)-トルエン8mLに、50%の水酸化ルビジウム水溶液(0.051mL,0.431mmol)-メタノ-ル(3mL)溶液を滴下し、室温で16時間撹拌した。反応終了後、減圧下で濃縮し、ヘプタンを加えた後に乾固させてL101-Rb(0.2g,84.5%)を得た。
FAB-MS m/z=548([M+1]+
[A-2]L102-M錯体(M=Cs)の合成
[A-2-1]配位子L102の合成
(1-2-1)中間体の合成:1-(1,10-フェナントロリン-2-イル)アミノ-3-メトキシ-2-ニトロベンゼンの合成
Figure 0007267445000046
-70℃に冷却したKOtBu(5g,44.6mmol)-THF(40mL)溶液に2-アミノ-1,10-フェナントロリン(3g,15.4mmol)を滴下し、30分間撹拌した。2-ニトロアニソ-ル(1.84mL,15mmol)-THF(10mL)溶液を加え、-50℃で撹拌した。2時間後、飽和塩化アンモニウム水溶液を加え、反応を停止した。反応終了後、ジクロロメタンで抽出し、有機層は硫酸マグネシウムで乾燥後、減圧下で濃縮した。残渣はカラムクロマトグラフィー(NH2、ヘプタン:ジクロロメタン)で精製し、1-(1,10-フェナントロリン-2-イル)アミノ-3-メトキシ-2-ニトロベンゼン(4.47g,90.3%)を得た。
(1-2-2)中間体の合成:4-メトキシ-2-フェニル-1-(1,10-フェナントロリン-2-イル)-1H-ベンズイミダゾ-ルの合成
Figure 0007267445000047
上記(1-2-1)で得られた1-(1,10-フェナントロリン-2-イル)アミノ-3-メトキシ-2-ニトロベンゼン3.15g,14.4mmol)、ベンジルフェニルスルホン(3.35g,14.4mmol)及びKOtBu(13.5g,120mmol)をアセトニトリル144mLに加え、室温で16時間撹拌した。反応終了後、反応液を水に注ぎ、減圧下で濃縮した。続いてジクロロメタンで抽出し、有機層は水で洗浄後、硫酸マグネシウムで乾燥し、減圧下で濃縮した。残渣はカラムクロマトグラフィー(NH2、ヘプタン:ジクロロメタン)で精製し、4-メトキシ-2-フェニル-1-(1,10-フェナントロリン-2-イル)-1H-ベンズイミダゾ-ルを(2.42g,41.8%)得た。
(1-2-3)配位子L102の合成:4-ヒドロキシ-2-フェニル-1-(1,10-フェナントロリン-2-イル)-1H-ベンズイミダゾ-ルの合成
Figure 0007267445000048
上記(1-2-2)で得られた4-メトキシ-2-フェニル-1-(1,10-フェナントロリン-2-イル)-1H-ベンズイミダゾ-ル(1.12g,2.34mmol)にピリジン塩酸塩(6.3g,54.6mmol)を加え、200℃で16時間撹拌した。反応終了後、水を加えて不溶物をろ取し、4-ヒドロキシ-2-フェニル-1-(1,10-フェナントロリン-2-イル)-1H-ベンズイミダゾ-ル(L102)(1.00g,76.6%)を得た。
[A-2-2]錯体の合成:L102-Cs錯体の合成
Figure 0007267445000049
上記[A-2-1]で得られたL102(0.100g,0.257mmol)-トルエン(4.8mL)懸濁液に50%の水酸化セシウム水溶液(0.045mL,0.257mmol)-メタノ-ル(1.92mL)溶液を滴下し、室温で1時間撹拌した。反応終了後、減圧下で濃縮し、ヘプタンを加えた後に乾固させて、L102-Cs(0.110g,82.7%)を得た。
[A-2-3]L102-Csを含む組成物(1a)の合成
金属イオン源(50%水酸化セシウム水溶液)に対してL102が過剰な条件となるように、50%の水酸化セシウム水溶液を0.045mL(0.257mmol)から0.022mL(0.128mmol)に変更した以外は[A-2-2]と同様に操作し、乾固物(0.104g,89.0%)を得た。得られた乾固物をL102-Csを含む組成物(1a)とした。
[A-2-4]L102-Csを含む組成物(1b)の合成
L102に対して金属イオン源(50%水酸化セシウム水溶液)が過剰な条件となるように、50%の水酸化セシウム水溶液を0.045mL(0.257mmol)から0.058mL(0.333mmol)に変更した以外は[A-2-2]と同様に操作し、乾固物(0.119g,76.2%)を得た。得られた乾固物をL102-Csを含む組成物(1b)とした。
[A-3]L103-M錯体(M=Cs,Li)の合成
[A-3-1]配位子L103の合成
(1-3-1)中間体の合成:3-アニリノ-4-クロロ-2-ニトロソアニソールの合成
Figure 0007267445000050
-70℃に冷却したKOtBu(30g,267mmol)-THF(240mL)溶液にアニリン(6.12mL,90mmol)を滴下し、30分間撹拌した。4-クロロ-2-ニトロアニソ-ル(16.9g,90mmol)-THF(60mL)溶液を滴下し、-50℃で撹拌した。2時間後、飽和塩化アンモニウム水溶液を加え、反応を停止した。反応終了後、ジクロロメタンで抽出し、有機層は硫酸マグネシウムで乾燥後、減圧下で濃縮した。残渣はカラムクロマトグラフィー(C300、ヘプタン:ジクロロメタン)で精製し、N-3-アニリノ-4-クロロ-2-ニトロソアニソール(12.7g,53.6%)を得た。
(1-3-2)中間体の合成:7-クロロ-4-メトキシ-1,2-ジフェニル-1H-ベンズイミダゾ-ルの合成
Figure 0007267445000051
上記(1-3-1)で得られた3-アニリノ-4-クロロ-2-ニトロソアニソール(4.0g,15.2mmol)、ベンジルフェニルスルホン(4.35g,18.7mmol)及びKOtBu(17.5g,156mmol)をアセトニトリル187mLに加え、室温で16時間撹拌した。反応終了後、反応液を水に注ぎ、減圧下で濃縮した。続いてジクロロメタンで抽出し、有機層は水で洗浄後、硫酸マグネシウムで乾燥し、減圧下で濃縮した。残渣はカラムクロマトグラフィー(C300、ヘプタン:ジクロロメタン)で精製し、7-クロロ-4-メトキシ-1,2-ジフェニル-1H-ベンズイミダゾ-ル(1.37g,27.0%)を得た。
(1-3-3)中間体の合成:1,2-ジフェニル-4-メトキシ-7-(4,4,5,5-テトラメチル-1,3,2-ジオキサボロラン-2-イル)-1H-ベンズイミダゾ-ルの合成
Figure 0007267445000052
上記(1-3-2)で得られた7-クロロ-4-メトキシ-1,2-ジフェニル-1H-ベンズイミダゾ-ル(2.81g,8.4mmol)、ビス(ピナコラト)ジボロン(2.32g,9.12mmol)、トリス(ジベンジリデンアセトン)ジパラジウム(0.28g,0.31mmol)、XPhos(0.36g,0.76mmol)、酢酸カリウム(2.45g,25mmol)をジオキサン29.7mLに加え、脱気後80℃で16時間撹拌した。反応終了後、減圧下で濃縮し、水を加え、ジクロロメタンで抽出した。有機層は硫酸マグネシウムで乾燥し、減圧下で濃縮した。残渣はカラムクロマトグラフィー(C300、ヘプタン:ジクロロメタン)で精製し、1,2-ジフェニル-4-メトキシ-7-(4,4,5,5-テトラメチル-1,3,2-ジオキサボロラン-2-イル)-1H-ベンズイミダゾ-ル(2.65g,74.1%)を得た。
(1-3-4)中間体の合成:1,2-ジフェニル-4-メトキシ-7-(1,10-フェナントロリン-2-イル)-1H-ベンズイミダゾ-ルの合成
Figure 0007267445000053
上記(1-3-3)を複数回行い得られた1,2-ジフェニル-4-メトキシ-7-(4,4,5,5-テトラメチル-1,3,2-ジオキサボロラン-2-イル)-1H-ベンズイミダゾ-ル(1.27g,2.98mmol)、2-ブロモ-1,10-フェナントロリン(0.77g,2.98mmol)、テトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(0.17g,0.15mmol)、炭酸セシウム(3.01g,9.24mmol)をトルエン16mL、水3.0mL、エタノ-ル1.9mLに加え、100℃で16時間撹拌した。反応終了後、水を加え、ジクロロメタンで抽出した。有機層は硫酸マグネシウムで乾燥後、減圧下で濃縮し、カラムクロマトグラフィー(NH2、ヘプタン:ジクロロメタン)で精製し、1,2-ジフェニル-4-メトキシ-7-(1,10-フェナントロリン-2-イル)-1H-ベンズイミダゾ-ル(0.64g,45%)を得た。
(1-3-5)配位子の合成:1,2-ジフェニル-4-ヒドロキシ-7-(1,10-フェナントロリン-2-イル)-1H-ベンズイミダゾ-ルの合成
Figure 0007267445000054
上記(1-3-4)で得られた1,2-ジフェニル-4-メトキシ-7-(1,10-フェナントロリン-2-イル)-1H-ベンズイミダゾ-ル(0.49g,1.0mmol)にピリジン塩酸塩(2.77g,24.0mmol)を加え、200℃で16時間撹拌した。反応終了後、水を加えて不溶物をろ取し、1,2-ジフェニル-4-ヒドロキシ-7-(1,10-フェナントロリン-2-イル)-1H-ベンズイミダゾ-ル(L103)(0.38g,82.6%)を得た。
[A-3-2]L103-Csの合成
Figure 0007267445000055
上記[A-3-1]で得られたL103(0.075g,0.161mmol)-トルエン(2.15mL)懸濁液に50%の水酸化セシウム水溶液(0.028mL,0.161mmol)-メタノ-ル(0.86mL)溶液を滴下し、室温で1時間撹拌した。反応終了後、減圧下で濃縮し、ヘプタンを加えた後に乾固させてL103-Cs(0.078g,81.2%)を得た。
[A-3-3]L103-Liの合成
Figure 0007267445000056
50%の水酸化セシウム水溶液を4mol/Lの水酸化リチウム水溶液(0.040mL,0.160mmol)に変更した以外は[A-3-2]と同様に操作し、L103-Li(0.063g,82.9%)を得た。
[A-3-4]L103-Csを含む組成物(2a)の合成
金属イオン源(50%水酸化セシウム水溶液)に対してL103が過剰な条件となるように、50%の水酸化セシウム水溶液を0.028mL(0.161mmol)から0.022mL(0.128mmol)に変更した以外は[A-3-2]と同様に操作し、乾固物(0.070g,76.2%)を得た。得られた乾固物をL103-Csを含む組成物(2a)とした。
[A-3-5]L103-Csを含む組成物(2b)の合成
L103に対して金属イオン源(50%水酸化セシウム水溶液)が過剰な条件となるように、50%の水酸化セシウム水溶液を0.028mL(0.161mmol)から0.056mL(0.322mmol)に変更した以外は[A-3-2]と同様に操作し、乾固物(0.105g,72.8%)を得た。得られた乾固物をL103-Csを含む組成物(2b)とした。
[C]式(3)で表される金属錯体
[C-1]L301-M錯体(M=Cs)の合成
[C-1-1]配位子L301の合成
(3-1-1)中間体の合成:3-アミノ-5-クロロ-2-(2,6-ジメトキシフェニル)ピリジンの合成
Figure 0007267445000057
3-アミノ-2-ブロモ-5-クロロピリジン(4.52g,21.8mmol)、2,6-ジメトキシフェニルボロン酸(4.77g,26.2mmol)、炭酸ナトリウム(4.62g,43.6mmol)、テトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(1.26g,10.9mmol)を1,2-ジメトキシエタン80mL、水40mLに加え、90℃で3時間撹拌した。反応終了後、水を加え、ジクロロメタンで抽出した。有機層は硫酸マグネシウムで乾燥後、減圧下で濃縮した。得られた残渣はカラムクロマトグラフィー(C300、ジクロロメタン)で精製し、3-アミノ-5-クロロ-2-(2,6-ジメトキシフェニル)ピリジン(5.31g,92%)を得た。
(3-1-2)中間体の合成:3-クロロ-9-メトキシベンゾフロ[3,2-b]ピリジンの合成
Figure 0007267445000058
上記(3-1-1)で得られた3-アミノ-5-クロロ-2-(2,6-ジメトキシフェニル)ピリジン(4.5g,17mmol)、硫酸(0.9mL,16.9mmol)、THF30.2mLをフラスコに入れ、-10℃に冷却した。この溶液に、亜硝酸tert-ブチル(3.6mL,30mmmol)を滴下し、3時間撹拌後、室温で16時間撹拌した。反応終了後、反応溶液を濃縮した。水を加え、酢酸エチルで抽出し、飽和炭酸水素ナトリウム水溶液、飽和食塩水で洗浄した。有機層は硫酸マグネシウムで乾燥後、減圧下で濃縮した。残渣はカラムクロマトグラフィー(C300、ヘプタン:ジクロロメタン)で精製し、3-クロロ-9-メトキシベンゾフロ[3,2-b]ピリジン(2.77g,70%)を得た。
(3-1-3)中間体の合成:3-(4,4,5,5-テトラメチル-1,3,2-ジオキサボロラン-2-イル)-9-メトキシベンゾフロ[3,2-b]ピリジンの合成
Figure 0007267445000059
上記(3-1-2)で得られた3-クロロ-9-メトキシベンゾフロ[3,2-b]ピリジン(2.38g,10.2mmol)、ビス(ピナコラト)ジボロン(2.88g,11.3mmol)、トリス(ジベンジリデンアセトン)ジパラジウム(0.35g,0.38mmol)、XPhos(0.443g,0.93mmol)および酢酸カリウム(3g,30.6mmol)をジオキサン38.4mLに加え、80℃で16時間撹拌した。反応終了後、水を加え、ジクロロメタンで抽出した。有機層は硫酸マグネシウムで乾燥させ、減圧下で濃縮した。残渣はカラムクロマトグラフィー(C300、ヘプタン:ジクロロメタン)で精製し、3-(4,4,5,5-テトラメチル-1,3,2-ジオキサボラレン-2-イル)-9-メトキシベンゾフロ[3,2-b]ピリジン(2.88g,87.5%)を得た。
(3-1-4)中間体の合成:3-(1,10-フェナントロリン-2-イル)-9-メトキシベンゾフロ[3,2-b]ピリジン
Figure 0007267445000060
上記(3-1-3)で得られた3-(4,4,5,5-テトラメチル-1,3,2-ジオキサボラレン-2-イル)-9-メトキシベンゾフロ[3,2-b]ピリジン(2.80g,8.61mmol)、2-ブロモ-1,10-フェナントロリン(2.33g,9mmol)、テトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(0.52g,0.45mmol)、炭酸セシウム(9.09g,27.9mmol)にトルエン54mL、水9mL、エタノ-ル5.6mLを加え、100℃で16時間撹拌した。反応終了後、水を加え、ジクロロメタンで抽出した。有機層は硫酸マグネシウムで乾燥させ、減圧下で濃縮した。残渣はカラムクロマトグラフィー(NH2、ヘプタン:ジクロロメタン)で精製し、3-(1,10-フェナントロリン-2-イル)-9-メトキシベンゾフロ[3,2-b]ピリジン(1.92g,58.4%)を得た。
(3-1-5)配位子の合成:3-(1,10-フェナントロリン-2-イル)-ベンゾフロ[3,2-b]ピリジン-9-オ-ルの合成
Figure 0007267445000061
上記(3-1-4)で得られた3-(1,10-フェナントロリン-2-イル)-9-メトキシベンゾフロ[3,2-b]ピリジン(1.81g,4.8mmol)にピリジン塩酸塩(12.9g,112mmol)を加え、200℃で16時間撹拌した。反応終了後、水を加え、沈殿をろ取し、3-(1,10-フェナントロリン-2-イル)-ベンゾフロ[3,2-b]ピリジン-9-オ-ル(L301)(1.15g,65.8%)を得た。
[C-1-2]錯体の合成:L301-Cs錯体の合成
Figure 0007267445000062
上記[C-1-1]で得られた配位子L301(0.5g,1.38mmol)-トルエン(17.6mL)懸濁液に50%の水酸化セシウム水溶液(0.24mL,1.38mmol)-メタノ-ル(7mL)溶液を滴下し、室温で16時間撹拌した。反応溶液を減圧下で濃縮し、ヘプタンを加えた後に乾固させて、L301-Cs(0.43g,63.2%)を得た。
FAB-MS:m/z=496([M+1]+
また、得られた錯体のNMRを、L301のNMRとあわせて図3に示す。
[C-2]L302-M錯体(M=Cs,Rb,Li)の合成
[C-2-1]配位子L302の合成
(3-2-1)中間体の合成:3-アミノ-2-(2,6-ジメトキシフェニル)ピリジンの合成
Figure 0007267445000063
3-アミノ-2-ブロモピリジン(5g,28.9mmol)、2,6-ジメトキシフェニルボロン酸(6.26g,34.4mmol)、炭酸ナトリウム(6.07g,57.3mmol)、テトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(1.65g,1.43mmol)に1,2-ジメトキシエタン105mL、水52.5mLを加えて脱気後90℃で3時間撹拌した。反応終了後、水を加え、ジクロロメタンで抽出した。濃縮後、ヘプタン、ジクロロメタンで再結晶したところ、3-アミノ-2-(2,6-ジメトキシフェニル)ピリジン(6.25g,93%)を得た。
(3-2-2)中間体の合成:9-メトキシベンゾフロ[3,2-b]ピリジンの合成
Figure 0007267445000064
上記(3-2-1)で得られた3-アミノ-2-(2,6-ジメトキシフェニル)ピリジン(5.88g,25.5mmol)、硫酸(1.34mL,25.5mmol)をTHF46mL、酢酸138mLに加え、-15℃で撹拌した。さらに亜硝酸tertブチル(5.4mL,45mmol)を加えた。-15℃で3時間、さらに室温で16時間撹拌した。反応終了後、減圧下で濃縮し、水に注いだ。続いて酢酸エチルで抽出し、有機層は炭酸水素ナトリウム水溶液、食塩水で洗浄し、硫酸マグネシウムで乾燥後、減圧下で濃縮した。残渣はカラムクロマトグラフィー(NH2、ヘプタン:ジクロロメタン)で精製し、ヘプタンで再結晶したところ、9-メトキシベンゾフロ[3,2-b]ピリジン(3.7g,73.8%)を得た。
(3-2-3)中間体の合成:6-ブロモ-9-メトキシベンゾフロ[3,2-b]ピリジンの合成
Figure 0007267445000065
上記(3-2-2)を複数回行い得られた9-メトキシベンゾフロ[3,2-b]ピリジン(3.75g,18.8mmol)をメタノール145mLに溶解させた。溶液を0℃に冷却し、臭素(3.24g,20.3mmol)を加え、室温で2時間撹拌した。反応終了後、減圧下で濃縮し、5wt%チオ硫酸ナトリウム-5wt%炭酸水素ナトリウム水溶液に注いだ。続いて酢酸エチルで抽出し、有機層を硫酸マグネシウムで乾燥させ、減圧下で濃縮した。残渣はヘプタン-エタノールより再結晶を行い、6-ブロモ-9-メトキシベンゾフロ[3,2-b]ピリジン(9.63g,65.3%)を得た。
(3-2-4)中間体の合成:9-メトキシ-6-フェニルホスフィノイルベンゾフロ[3,2-b]ピリジン
Figure 0007267445000066
上記(3-2-3)で得られた6-ブロモ-9-メトキシベンゾフロ[3,2-b]ピリジン(5.01g,18mmol)のTHF180ml溶液を-80℃に冷却した。2.6Mのn-ブチルリチウム(9.69mL,25.2mmol)を滴下し、2時間撹拌した。さらにジエチルアミノ(クロロ)フェニルホスフィン(5.43g,25.2moml)を加え、30分間撹拌し、さらに室温で撹拌した。その後、0℃に冷却し塩酸を加え、室温で撹拌した。反応終了後、減圧下で濃縮し、炭酸水素ナトリウム水溶液で中和した。続いてジクロロメタンで抽出し、有機層を硫酸マグネシウムで乾燥後、減圧下で濃縮した。残渣はカラムクロマトグラフィーで精製し、9-メトキシ-6-フェニルホスフィノイルベンゾフロ[3,2-b]ピリジン(4.25g,72.8%)を得た。
(3-2-5)中間体の合成:9-メトキシ-6-(フェナントロリル(フェニル)ホスフィノイル)ベンゾフロ[3,2-b]ピリジンの合成
Figure 0007267445000067
上記(3-2-4)で得られた9-メトキシ-6-フェニルホスフィノイルベンゾフロ[3,2-b]ピリジン(3.01g,12mmol)、2-ブロモフェナントロリン(3.73g,14.4mmol)、酢酸パラジウム(54mg,0.24mmol)、1,3-ビス(ジフェニルホスフィノ)プロパン(198mg,0.48mmol)及びトリエタノールアミン24mLをトルエン48mLに加え140℃で30時間撹拌した。反応終了後、減圧下で濃縮し、得られた残渣を水に注ぎ、ジクロロメタンで抽出した。得られた有機層は水で洗浄後、硫酸マグネシウムで乾燥し、減圧下で濃縮した。残渣はカラムクロマトグラフィー(NH2、ヘプタン:ジクロロメタン)により精製を行い、9-メトキシ-6-(フェナントロリル(フェニル)ホスフィノイル)ベンゾフロ[3,2-b]ピリジン(3.01g,50%)を得た。
(3-2-6)配位子の合成:9-ヒドロキシ-6-(フェナントロリル(フェニル)ホスフィノイル)ベンゾフロ[3,2-b]ピリジン(L302)の合成
Figure 0007267445000068
上記(3-2-5)で得られた9-メトキシ-6-フェナントロリル(フェニル)ホスフィノイルベンゾフロ[3,2-b]ピリジン(1.50g,3.0mmol)をピリジン塩酸塩8.12gに加え200℃で1時間撹拌した。反応終了後、水を加え不溶物をろ取した。得られた不溶物はジクロロメタンに溶解させ、飽和NaHCO3水溶液、飽和塩化アンモニウム水溶液、水の順に洗浄し硫酸マグネシウムで乾燥後、減圧下で濃縮した。残渣はヘプタン-エタノールより再結晶を行い、9-ヒドロキシ-6-(フェナントロリル(フェニル)ホスフィノイル)ベンゾフロ[3,2-b]ピリジン(L302)(904mg,61.7%)を得た。
[C-2-2]錯体の合成:L302-Cs錯体の合成
Figure 0007267445000069
上記[C-2-1]を複数回行い得られた配位子L302(0.98g,0.2mmol)-トルエン(2.5mL)溶液に50%水酸化セシウム水溶液(0.035mL,0.2mmol)-メタノール(1mL)溶液を滴下し、室温で1時間撹拌した。反応溶液を減圧下で濃縮し、ヘプタンを加えた後に乾固させて、L302-Cs(71mg,57.5%)を得た。
FAB-MS:m/z=620([M+1]+
また、得られた錯体のNMRを、L302のNMRとあわせて図4に示す。
[C-2-3]錯体の合成:L302-Rb錯体の合成
Figure 0007267445000070
上記[C-2-1]を複数回行い得られた配位子L302(0.98g,0.2mmol)-トルエン(2.5mL)溶液に50%水酸化ルビジウム水溶液(0.041mL,0.2mmol)-メタノール(1mL)溶液を滴下し、室温で1時間撹拌した。反応溶液を減圧下で濃縮し、ヘプタンを加えた後に乾固させて、L302-Rb(87mg,70.5%)を得た。
FAB-MS:m/z=573([M+1]+
[C-2-4]錯体の合成:L302-Li錯体の合成
Figure 0007267445000071
上記[C-2-1]で得られた配位子L302(0.146g,0.3mmol)-トルエン(3.75mL)溶液に4mol/L水酸化リチウム水溶液(0.075mL,0.3mmol)-メタノール(1.5mL)溶液を滴下し、室温で1時間撹拌した。反応溶液を減圧下で濃縮し、ヘプタンを加えた後に乾固させて、L302-Li(136mg,92.0%)を得た。
[C-3]L303-M錯体(M=Cs,Rb)の合成
[C-3-1]配位子L303の合成
(3-3-1)中間体の合成:6-(4,4,5,5-テトラメチル-1,3,2-ジオキサボロラン―2-イル)9-メトキシベンゾフロ[3,2-b]ピリジンの合成
Figure 0007267445000072
上記[C-2]の(3-2-3)と同様にして得られた6-ブロモ-9-メトキシベンゾフロ[3,2-b]ピリジン(5.0g,18mmol)、ビス(ピナコラト)ジボロン(7.26g,28.6mmol)、トリス(ジベンジリデンアセトン)ジパラジウム(0.577g,0.63mmol)、XPhos(0.377g,0.79mmol)、酢酸カリウム(5.57g,56.8mmol)をジオキサン66mLに加え、脱気後80℃で16時間撹拌した。反応終了後、減圧下で濃縮し、ジクロロメタンで抽出した。有機層は硫酸マグネシウムで乾燥後、減圧下で濃縮した。残渣はカラムクロマトグラフィー(C300、ヘプタン:ジクロロメタン)で精製した。メタノールで再結晶を行い、6-(4,4,5,5-テトラメチル―1,3,2-ジオキサボロラン―2-イル)9-メトキシベンゾフロ[3,2-b]ピリジン(3.11g,53%)を得た。
(3-3-2)中間体の合成:6-(9-クロロ―1,10-フェナントロリン-2-イル)-9-メトキシベンゾフロ[3,2-b]ピリジンの合成
Figure 0007267445000073
上記(3-3-1)を複数回行い得られた6-(4,4,5,5-テトラメチル-1,3,2-ジオキサボロラン―2-イル)9-メトキシベンゾフロ[3,2-b]ピリジン(3.2g,9.84mmol)、2,9-ジクロロ-1,10-フェナントロリン(2.46g,9.82mmol)、テトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(0.382g,0.504mmol)、炭酸セシウム(10.26g,31.6mmol)をトルエン(60.8mL)、エタノール(5.6mL)、水(8.96mL)に加えて脱気し、100℃で16時間撹拌した。反応終了後、減圧下で濃縮し、水を加え、ジクロロメタンで抽出した。有機層は硫酸マグネシウムで乾燥後、減圧下で濃縮し、残渣をヘプタン-ジクロロメタンで再結晶を行い、6-(9-クロロ―1,10-フェナントロリン-2-イル)-9-メトキシベンゾフロ[3,2-b]ピリジン(1.43g,71.0%)を得た。
(3-3-3)中間体の合成:6-(9-ジフェニルホスフィノイル-1,10-フェナントロリン-2-イル)-9-メトキシベンゾフロ[3,2-b]ピリジンの合成
Figure 0007267445000074
特許文献特開2017-120845号公報を参考にして合成したところ、6-(9-ジフェニルホスフィノ―1,10-フェナントロリン-2-イル)-9-メトキシベンゾフロ[3,2-b]ピリジン(1.7g,60.7%)を得た。
(3-3-4)配位子L103の合成:9-ヒドロキシ-6-(9-ジフェニルホスフィノ-1,10-フェナントロリン-2-イル)-ベンゾフロ[3,2-b]ピリジンの合成
Figure 0007267445000075
上記(3-3-3)で得られた6-(9-ジフェニルホスフィノ-1,10-フェナントロリン-2-イル)-9-メトキシベンゾフロ[3,2-b]ピリジン(0.46g,0.8mmol)をピリジン塩酸塩(2.4g,21mmol)を加え、200℃で16時間撹拌した。反応終了後、水を加え、析出した沈殿をろ取した。沈殿はさらにメタノールで洗浄し、9-ヒドロキシ-6-(9-ジフェニルホスフィノ-1,10-フェナントロリン-2-イル)-ベンゾフロ[3,2-b]ピリジン(L303)(0.30g,68%)を得た。
[C-3-2]錯体の合成:L303-Csの合成
Figure 0007267445000076
上記[C-3-1]で得られた配位子L303(0.10g,0.177mmol)-トルエン(4mL)溶液に50%水酸化セシウム水溶液(0.031mL,0.177mmol)-メタノール(1.5mL)溶液を滴下し、室温で16時間撹拌した。反応溶液を減圧下で濃縮し、ヘプタンを加えた後に乾固させて、L103-Cs(0.09g,72%)を得た。
FAB-MS:m/z=696([M+1]+
[C-3-3]錯体の合成:L303-Rbの合成
Figure 0007267445000077
上記[C-3-1]で得られた配位子L303(0.10g,0.177mmol)-トルエン(2.7mL)溶液に50%水酸化ルビジウム水溶液(0.021ml,0.177mmol)-メタノール(1mL)溶液を滴下し、室温で16時間撹拌した。反応溶液を減圧下で濃縮し、ヘプタンを加えた後に乾固させて、L303-Rb(0.06g,56.5%)を得た。
FAB-MS:m/z=649([M+1]+
[2]有機電界発光素子の製造と評価
(1)液状材料の製造
上記[1]で得られた金属錯体を、表1に記載のプロトン性極性溶媒に溶解させて有機電界発光素子の電子輸送層を構築するための液状材料を製造した。
例えば、金属錯体L101-Csを1-ヘプタノールに溶解し、7.5g/L~15g/Lのアルコール溶液を調整した。
各溶媒に対する溶解試験の結果を表1に示す。表1において、溶け残りがある場合は「×」、わずかに溶け残りがある場合は「△」、完全に溶解した場合は「〇」とした。
Figure 0007267445000078
(2)有機電界発光素子の製造
(2-1)素子構成
図1に示す素子構成の有機電界発光素子(素子(A))と、陰極と電子輸送層の間に電子注入層を設けたこと以外は全て図1に示す素子構成である有機電界発光素子(素子(B))を製造した。各層の膜厚は下記のとおりである。
素子(A):陽極/正孔注入層/正孔輸送層/発光層/電子輸送層/陰極
陽極:ITO(150nm)
正孔注入層:PEDOT:PSS (35nm)
正孔輸送層:トリフェニルアミンポリマー(20nm)
発光層:F8BT(アルドリッチ製 CAS:210347-52-7)(60nm)
電子輸送層:表2に記載の電子輸送材料(20nm)
陰極:Al(100nm)
素子(B):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
陽極:ITO(150nm)
正孔注入層:PEDOT:PSS (35nm)
正孔輸送層:トリフェニルアミンポリマー(20nm)
発光層:F8BT(アルドリッチ製 CAS:210347-52-7)(60nm)
電子輸送層:表2に記載の電子輸送材料(20nm)
電子注入層:LiF(0.5nm)
陰極:Al(100nm)
(2-2)使用材料
ITO基板はテクノプリント製(膜厚150nm)を使用した。基板洗浄に用いる2-プロパノールは和光純薬製の電子工業用を用いた。
・正孔注入層
正孔注入層形成用の液状材料としてはPEDOT:PSS(Heraeus製のAI4083)を原液のまま用いた。
・正孔輸送層
正孔輸送層形成用の液状材料としてはトリフェニルアミンポリマーにジクミルパーオキサイドを1phr添加したトルエン溶液(5g/L)を用いた。トルエンは和光純薬製のものを用いた。
使用した化合物を次に示す。
Figure 0007267445000079
Figure 0007267445000080
・発光層
発光層の形成にはF8BTのトルエン溶液(10g/L)を用いた。トルエンは和光純薬製のものを用いた。
使用した化合物を次に示す。
Figure 0007267445000081
・電子輸送層
電子輸送層の形成には、表2に記載の電子輸送層形成用の液状材料を用いた。溶媒は和光純薬製のものを用いた。
電子輸送層形成用の液状材料は、濃度が7.5g/Lとなるように、表2に示す金属錯体を、表2に示す溶媒に溶解して調製した。
また更なる駆動電圧や長寿命化を目的に金属アルコキシドを添加した素子を作製するために、ドーパントとして金属アルコキシドを添加した、電子輸送層形成用の液状材料も調製した。金属アルコキシドの添加した電子輸送層形成用の液状材料の調製は、金属錯体の溶液に金属アルコキシド溶液を添加することにより実施した。金属錯体の溶液は、濃度が7.5g/Lとなるように、表2に記載の金属錯体を、表2に記載の溶媒に溶解して調製した。金属アルコキシド溶液は、リチウム-n-ブトキシド(LiOnBu)の場合は株式会社高純度化学研究所製の試薬をグローブボックス中で表2に記載の溶媒に5g/Lの濃度で溶解して調製した。次いで、7.5g/Lの金属錯体の溶液と5g/L金属アルコキシド溶液を、金属錯体に対しドーパント(金属アルコキシド)が10重量パーセントになるように混合しその後成膜に供した。
また、金属錯体の代わりに、LiBPPを用いた以外は上記と同様にして、比較用の電子輸送層形成用の液状材料を調製した。
使用した化合物を次に示す。
Figure 0007267445000082
(2-3)素子の製造
ITO基板の前処理として2-プロパノール中で5分間煮沸洗浄し、その後すぐにUV/O3処理装置に入れ、15分間UV照射によりO3処理を行った。
正孔注入層および正孔輸送層、発光層、電子輸送層はIDEN製のスピンコーターを用いて形成後、N2雰囲気下で乾燥した。
陰極(Al、純度99.999%)および電子注入層(LiF)の蒸着にはチャンバー厚1X10-4Paの高真空蒸着装置を用いた。蒸着速度はLiFについては0.1Å/s、Alについては5Å/sとした。陰極の成膜が完了後、素子を窒素置換したグローブボックス内に直ちに移動し、乾燥剤を塗布したガラスキャップで封止した。
(3)有機電界発光素子の評価
作製した有機EL素子の電圧―電流―輝度特製はDC電圧電流電源・モニター(ADCMT製 6241A、7351A)を用いて0Vから10Vまで電圧を印加して0.1V毎に電流値を測定した。
また、作製した有機EL素子の寿命は寿命評価測定装置(九州計測器製)を用いて測定した。素子を25℃一定の恒温槽内に設置し、定電流駆動に伴う輝度電圧の変化を測定した。ただし、素子評価の加速係数には1.758を使用した。100cd/m2に換算した駆動時間により、初期輝度の1/2に達した半減時間により比較した。
T=(L0/L)1.758×T1
(式中L0:初期輝度[cd/m2]、L:換算輝度[cd/m2]、T1:実測の輝度半減時間、T:換算した輝度半減時間)
相対寿命は、実施例3[材料錯体(L301-Cs)+ドーパント(LiOBu)+電子注入層]の寿命を基準(100)とした。
(4)実施例、比較例
1)実施例1
上記(2)の有機電界発光素子の製造において、電子輸送材料の金属錯体としてL101-Csを、ドーパントとしてLiOBuを使用し、電子注入層なしの素子(A)または電子注入層ありの素子(B)を製造した。得られた素子の駆動電圧(V)、電流効率(ηc)および相対寿命の各物性値を併せて表2に示した。また、表2に電子注入層の有・無を併せて記載した。
2)実施例2~7、比較例1
実施例1において、電子輸送層形成用の液状材料を表2に示すものに代えた以外は実施例1と同様に素子を製造した。得られた素子の駆動電圧(V)、電流効率(ηc)および相対寿命の各物性値を併せて表2に示した。
(5)評価と考察
まず、比較例1の類似化合物LiBPP(フェノラートとピリジン環が連結した構造を有する化合物を有する)よりも本実施例化合物(フェノラートとN含有ヘテロ環を含む環が縮合した含窒素縮合環を基本骨格に有する化合物)を使用した素子(実施例1から7)の方が、低駆動電圧、高電流効率、長寿命化していることが分かる。この理由は、定かではないが比較例1の化合物に対し、本実施例の化合物は、フェノラートとピリジン環もしくはイミダゾール環が縮環した構造を有することにより成膜性および電子輸送性が向上していることに起因すると考えられる。また、比較例1のLiBPPは、炭素環と複素環とを合計で3個有するのに対して、本実施例の化合物は、炭素環と複素環とを合計で6以上有することも、成膜性および電子輸送性の向上に寄与していると考えられる。
また、実施例4,5で使用したL302-Csは、アニオン状態においてC-P結合が化学的不安定になるとの報告もあるホスフィンオキサイドの構造を有するものであるが、実施例4,5の素子は比較例1に比べて長寿命化が達成されていることが分かる。この理由は、定かではないがホスフィンオキサイドを有する構造であるが、本発明に示すような錯体構造を有することで電子輸送性が向上していることに起因すると考えられる。
また、実施例4と実施例5との比較により、金属アルコキシドの添加により更なる低駆動電圧、長寿命化が達成されることがわかる。
Figure 0007267445000083
L102-Csを含む組成物(1a)、(1b)およびL103-Csを含む組成物(2a)、(2b)についても、2メトキシエタノールまたは1-ヘプタノールを用いて電子輸送層形成用の液状材料を調製し、これを用いて有機電界発光素子を製造した。製造した素子は、発光が確認できた。
本発明の新規な配位子を有する金属錯体は、高い耐久性と電子輸送性を両立でき、有機電界発光素子用の電子輸送材料として好適に使用できる。
1 有機電界発光素子
2 基板
3 陽極
4 正孔注入層
5 正孔輸送層
6 発光層
7 電子輸送層
8 陰極
9 封止部材

Claims (20)

  1. 少なくとも1個のフェナントロリニル基と、含窒素縮合環とを含む下記式(1)~下記式(3)で表されることを特徴とする金属錯体。
    Figure 0007267445000084
    式(1)~式(3)において、
    A1~RA9、RC1~RC8、RE1~RE6は、それぞれ独立に、単結合、アルキレン基、アリーレン基、ヘテロアリーレン基、または下記式(4):
    Figure 0007267445000085
    (式(4)において、RP1、RP3は、それぞれ独立に、単結合、アルキレン基、アリーレン基、ヘテロアリーレン基であり、RP2は、アルキル基、アリール基、ヘテロアリール基である。)
    で表される基であり、
    B1~RB9、RD1~RD8、RF1~RF6は、それぞれ独立に、水素原子、アルキル基、アリール基、ヘテロアリール基、アルコキシ基、アリールオキシ基、ヘテロアリールオキシ基、アミノ基、シアノ基、ハロゲン原子、またはヒドロキシ基であり、
    B1~RB9からなる群から選択される1個以上がフェナントロリニル基であり、RD1~RD8からなる群から選択される1個以上がフェナントロリニル基であり、RF1~RF6からなる群から選択される1個以上がフェナントロリニル基であり、
    Mは、アルカリ金属またはアルカリ土類金属であり、
    Zは、1または2であり、
    Xは、OまたはSである。
  2. 前記フェナントロリニル基が、下記式(5a)~下記式(5d)で表される基からなる群から選択される請求項1に記載の金属錯体。
    Figure 0007267445000086

    式(5a)~式(5d)において、RG2~RG9は、それぞれ独立に、水素原子、アルキル基、アリール基、ヘテロアリール基、アルコキシ基、アリールオキシ基、ヘテロアリールオキシ基、アミノ基、シアノ基、ハロゲン原子、ヒドロキシ基、または下記一般式(6):
    Figure 0007267445000087
    (式(6)において、RP4は、単結合、アルキレン基、アリーレン基、ヘテロアリーレン基であり、RP5、RP6はそれぞれ独立に、アルキル基、アリール基、ヘテロアリール基である。)
    で表される基である。
  3. 前記RA1~RA9、前記RC1~RC8、前記RE1~RE6が、それぞれ独立に、単結合、炭素数1~4のアルキレン基、フェニレン基、ナフチレン基、ピリジレン基、ビピリジレン基、ピリミジニレン基、または上記式(4)で表される基である請求項1または2に記載の金属錯体。
  4. 前記RB1~RB9、前記RD1~RD8、前記RF1~RF6が、それぞれ独立に、水素原子、またはフェナントロリニル基である請求項1から3のいずれか1項に記載の金属錯体。
  5. 前記金属錯体が、下記L101-M~L108-M、L201-M~L-212-MおよびL301-M~L320-Mで表される化合物からなる群から選択されるいずれかである請求項1から4のいずれか1項に記載の金属錯体。
    Figure 0007267445000088
    Figure 0007267445000089
    Figure 0007267445000090
    Figure 0007267445000091
    Figure 0007267445000092
    Figure 0007267445000093
    Figure 0007267445000094
  6. 前記Mが、アルカリ金属である請求項1から5のいずれか1項に記載の金属錯体。
  7. 前記アルカリ金属が、RbまたはCsである請求項6に記載の金属錯体。
  8. 請求項1から7のいずれか1項に記載の金属錯体に用いることを特徴とする配位性化合物。
  9. 請求項1から7のいずれか1項に記載の金属錯体を含むことを特徴とする有機電界発光素子用の電子輸送材料。
  10. 前記電子輸送材料が、さらに、ドーパントを含有する請求項9に記載の電子輸送材料。
  11. 前記ドーパントが、下記式(7a)および/または下記式(7b)で表される金属アルコキシドを含有する請求項10に記載の電子輸送材料。
    Figure 0007267445000095
    式(7a)および式(7b)において、RH1、RH2はそれぞれ独立に、アルキル基を表し、また、M1はアルカリ金属であり、M2はアルカリ土類金属を表す。
  12. 前記ドーパントが、キノリノラートのアルカリ金属錯体、ピリジルフェノラートのアルカリ金属錯体、ビピリジルフェノラートのアルカリ金属錯体、およびイソキノリニルフェノラートのアルカリ金属錯体からなる群から選択される1以上を含有する請求項10または11に記載の電子輸送材料。
  13. 前記ドーパントが、アルカリ金属水酸化物、アルカリ金属ハロゲン化物、アルカリ金属炭酸塩、アルカリ金属炭酸水素塩、アルカリ金属の炭素数1~9の有機酸塩、アルカリ土類金属水酸化物、アルカリ土類金属ハロゲン化物、アルカリ土類金属炭酸塩、アルカリ土類金属炭酸水素塩、およびアルカリ土類金属の炭素数1~9の有機酸塩からなる群から選択される1以上を含有する請求項10から12のいずれか1項に記載の電子輸送材料。
  14. 前記電子輸送材料が、さらに、前記金属錯体を構成する配位子を含有する請求項9~13のいずれか1項に記載の電子輸送材料。
  15. 請求項9から14のいずれか1項に記載の電子輸送材料と、プロトン性極性溶媒と、を含む液状材料であり、有機電界発光素子の電子輸送層を構築するための液状材料。
  16. 前記プロトン性極性溶媒が炭素数1~12のアルコール系溶媒である請求項15に記載の液状材料。
  17. 前記炭素数1~12のアルコール系溶媒が、1価または2価のアルコールである請求項16に記載の液状材料。
  18. 前記液状材料が、請求項1から7のいずれか1項に記載の金属錯体を0.01から10重量%含有する請求項15から17のいずれか1項に記載の液状材料。
  19. 請求項9から14のいずれか1項に記載の電子輸送材料を含む電子輸送層を有することを特徴とする有機電界発光素子。
  20. 請求項15から18のいずれか1項に記載の液状材料を使用し、有機電界発光素子の電子輸送層を湿式で構築する工程を有することを特徴とする有機電界発光素子の製造方法。
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