JP7420073B2 - アニリン誘導体 - Google Patents
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Description
この点に鑑み、本発明者らは、可視領域での着色が抑制された、透明性に優れた電荷輸送性薄膜を与えるウェットプロセス用材料を既に見出している(特許文献1,2参照)。
しかしながら、有機ELディスプレイの大面積化が進められている現在、ウェットプロセスを用いた有機ELディスプレイの実用化に向けてその開発が精力的に行われており、高透明性の電荷輸送性薄膜を与えるウェットプロセス用材料は常に求められている。
1. 式(1)で表されることを特徴とするアニリン誘導体、
Ar0は、それぞれ独立して、式(B0)で表される基を表し、
ArGは、それぞれ独立して、E基以外の任意の置換基で置換されていてもよい、炭素数6~20のアリール基または炭素数2~20のヘテロアリール基を表し、
Eは、単結合、-C(Ra)2-、-NRb-、-NH-、N、-O-または-S-を表し、
Raは、それぞれ独立して、水素原子またはヘテロ原子を含んでいてもよい炭素数1~20の1価炭化水素基を表し、Raが前記1価炭化水素基の場合、Ra同士が互いに結合して炭素原子とともに環を形成していてもよく、Rbは、ヘテロ原子を含んでいてもよい炭素数1~20の1価炭化水素基を表し、
ArBが、単結合の場合、Eは単結合、かつ、ArGはE基以外の任意の置換基で置換されていてもよいナフチル基であり、
Eが、-C(Ra)2-基の場合、ArBおよびArGは、互いに結合して縮合環を形成しており、それ以外の場合、ArBおよびArGは、互いに結合して縮合環を形成していてもよく、
nGは、Eに結合するArG基の数であり、EがNの場合は2を、それ以外の場合は1を表し、ArG基が2個存在する場合、それらが互いに結合して窒素原子とともに縮合環を形成していてもよい。)
kは、1以上の整数を表す。〕
2. 前記Ar0が、それぞれ独立して、式(B1)~(B16)のいずれかで表される基である1のアニリン誘導体、
3. 式(1-1)~(1-4)のいずれかで表される2のアニリン誘導体、
4. 前記式(P1)で表される基の数(nm)と前記式(P2)で表される基の数(np)が、0.5≦nm/(nm+np)を満たす1~3のいずれかのアニリン誘導体、
5. 式(4)
で表されるアミン化合物と、式(5)
で表されるアリール化合物とを、触媒存在下で反応させる1のアニリン誘導体の製造方法
を提供する。
また、本発明のアニリン誘導体は、消衰係数(k)が低く透明性に優れる高電荷輸送性の薄膜を与え、この薄膜は、有機EL素子をはじめとした電子素子用薄膜として好適に用いることができる。
本発明のアニリン誘導体は、式(1)で表される。
E基以外の任意の置換基で置換されていてもよいフェニレン基中のフェニレン基としては、オルトフェニレン基、メタフェニレン基、パラフェニレン基が挙げられるが、アニリン誘導体の合成の容易性の観点から、メタフェニレン基、パラフェニレン基が好ましく、さらにアニリン誘導体の溶解性を考慮すると、パラフェニレン基がより好ましい。
中でも、ArGとしては、E基以外の置換基で置換されていてもよい、炭素数6~10のアリール基または炭素数2~10のヘテロアリール基が好ましく、E基以外の置換基で置換されていてもよい炭素数6~10のアリール基がより好ましく、E基以外の置換基で置換されていてもよい、フェニル基、1-ナフチル基、2-ナフチル基がより一層好ましい。
ハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子等が挙げられる。
ここで、Raは、それぞれ独立して、水素原子またはヘテロ原子を含んでいてもよい炭素数1~20の1価炭化水素基を表し、Raが上記1価炭化水素基の場合、Ra同士が互いに結合して炭素原子とともに環を形成していてもよい。Rbは、ヘテロ原子を含んでいてもよい炭素数1~20の1価炭化水素基を表す。ヘテロ原子としては、窒素原子、酸素原子、硫黄原子等が挙げられる。
上記ヘテロ原子を含んでいてもよい炭素数1~20の1価炭化水素基としては、炭素数1~20のアルキル基、炭素数2~20のアルケニル基、炭素数2~20のアルキニル基、炭素数6~20のアリール基、炭素数2~20のヘテロアリール基等が挙げられ、これらの具体例としては、上記で例示したものと同様のものが挙げられる。なお、これらの基はさらに置換基で置換されていてもよい。
そのような置換基としては、ハロゲン原子、ニトロ基、シアノ基、ジフェニルアミノ基、炭素数1~20のアルキル基、炭素数2~20のアルケニル基、炭素数2~20のアルキニル基、炭素数6~20のアリール基、炭素数2~20のヘテロアリール基、これらの基がさらに置換されたものが挙げられる。
また、Eが、-C(Ra)2-基の場合、ArBおよびArGは、互いに結合して縮合環を形成しており、それ以外の場合、ArBおよびArGは、互いに結合して縮合環を形成していてもよい。
kは、1以上の整数を表すが、アニリン誘導体の溶解性の観点から、好ましくは10以下、より好ましくは5以下、より一層好ましくは4以下、さらに好ましくは3以下である。
ここで、式(1)中の式(P1)で表される基の数(nm)と式(P2)で表される基の数(np)は、nm+np=k+1を満たすが、アニリン誘導体の溶解性や得られる電荷輸送性薄膜の電荷輸送性や透明性等のバランスを考慮すると、nmおよびnpは、好ましくは0.5≦nm/(nm+np)を、より好ましくは0.6≦nm/(nm+np)を、より一層好ましくは0.8≦nm/(nm+np)を、さらに好ましくは0.9≦nm/(nm+np)を満たし、最も好ましくは1=nm/(nm+np)を満たす。
R26およびR27としては、Z2で置換されていてもよい炭素数6~14のアリール基、Z2で置換されていてもよい炭素数2~14のヘテロアリール基が好ましく、Z2で置換されていてもよい炭素数6~14のアリール基がより好ましく、Z2で置換されていてもよいフェニル基、Z2で置換されていてもよい1-ナフチル基、Z2で置換されていてもよい2-ナフチル基がより一層好ましい。
R50としては、水素原子、Z2で置換されていてもよい炭素数6~20のアリール基が好ましく、水素原子、Z2で置換されていてもよい炭素数6~14のアリール基がより好ましく、水素原子、Z2で置換されていてもよいフェニル基、Z2で置換されていてもよい1-ナフチル基、Z2で置換されていてもよい2-ナフチル基がより一層好ましい。
炭素数6~20のアリール基の具体例としては、上記で説明した基と同様のものが挙げられ、ジ(炭素数6~20のアリール基)アミノ基の具体例としては、ジフェニルアミノ、1-ナフチルフェニルアミノ、ジ(1-ナフチル)アミノ、1-ナフチル-2-ナフチルアミノ、ジ(2-ナフチル)アミノ基等が挙げられる。
Ar4としては、フェニル基、1-ナフチル基、2-ナフチル基、1-アントリル基、2-アントリル基、9-アントリル基、1-フェナントリル基、2-フェナントリル基、3-フェナントリル基、4-フェナントリル基、9-フェナントリル基、p-(ジフェニルアミノ)フェニル基、p-(1-ナフチルフェニルアミノ)フェニル基、p-(ジ(1-ナフチル)アミノ)フェニル基、p-(1-ナフチル-2-ナフチルアミノ)フェニル基、p-(ジ(2-ナフチル)アミノ)フェニル基が好ましく、p-(ジフェニルアミノ)フェニル基がより好ましい。
また、上記アリール基およびヘテロアリール基の炭素数は、好ましくは14以下であり、より好ましくは10以下であり、より一層好ましくは6以下である。
擬ハロゲン基としては、メタンスルホニルオキシ、トリフルオロメタンスルホニルオキシ、ノナフルオロブタンスルホニルオキシ基等の(フルオロ)アルキルスルホニルオキシ基;ベンゼンスルホニルオキシ、トルエンスルホニルオキシ基等の芳香族スルホニルオキシ基などが挙げられる。
このような配位子としては、トリフェニルホスフィン、トリ-o-トリルホスフィン、ジフェニルメチルホスフィン、フェニルジメチルホスフィン、トリメチルホスフィン、トリエチルホスフィン、トリブチルホスフィン、トリ-t-ブチルホスフィン、ジ-t-ブチル(フェニル)ホスフィン、ジ-t-ブチル(4-ジメチルアミノフェニル)ホスフィン、1,2-ビス(ジフェニルホスフィノ)エタン、1,3-ビス(ジフェニルホスフィノ)プロパン、1,4-ビス(ジフェニルホスフィノ)ブタン、1,1’-ビス(ジフェニルホスフィノ)フェロセン等の3級ホスフィン、トリメチルホスファイト、トリエチルホスファイト、トリフェニルホスファイト等の3級ホスファイトなどが挙げられる。
また、配位子を用いる場合、その使用量は、使用する金属錯体に対して、0.1~5当量とすることができるが、1~2当量が好適である。
反応終了後は、常法にしたがって後処理をし、目的とするアニリン誘導体を得ることができる。
まず、式(1-1-4)で表されるジニトロ化合物と、式(6)で表されるアリール化合物とを反応させて、式(1-1-3)で表されるジニトロ化合物を得る。
その他、アリール化合物に対する触媒量、溶媒、反応温度等に関するカップリング反応の諸条件は、式(1)で表されるアニリン誘導体の製造方法について説明した上記条件と同様である。
その他、アリール化合物に対する触媒量、溶媒、反応温度等に関するカップリング反応の諸条件は、式(1)で表されるアニリン誘導体の製造方法について説明した上記条件と同様である。
上述の方法で得た式(1-1-1)で表されるアミン化合物と、式(6)で表されるアリール化合物とを反応させて、式(1-2)で表されるアニリン誘導体を得ることができる。
上述の方法で得た式(1-1-2)で表されるアミン化合物と、式(7)で表されるアリール化合物とを反応させて、式(1-3)で表されるアニリン誘導体を得ることができる。
その他、アリール化合物に対する触媒量、溶媒、反応温度等に関するカップリング反応の諸条件は、式(1)で表されるアニリン誘導体の製造方法について説明した上記条件と同様である。
式(4)で表されるアミン化合物と、式(6)で表されるアリール化合物とを反応させて、式(1-4)で表されるアニリン誘導体を得ることができる。
また、式(1-1-5)で表されるアミン化合物または3-ニトロアニリンと、式(9)で表されるアリール化合物または3-ハロニトロベンゼンとの仕込み比は、物質量比で、式(1-1-5)で表されるアミン化合物または3-ニトロアニリン1に対して、式(9)で表されるアリール化合物または3-ハロニトロベンゼン1~1.2程度が好適である。
また、Pd/Cを用いた水素添加反応は、公知の手法によって行うことができる。
なお、メタフェニレン基の代わりにパラフェニレン基を導入する場合は、3-ハロニトロベンゼンの代わりに4-ハロニトロベンゼンを用いればよい。
また、無機系および有機系のドーパント物質は、1種類単独で用いてもよく、2種類以上組み合わせて用いてもよい。
さらにドーパント物質は、ワニスから固体膜である電荷輸送性薄膜を得る過程で、例えば焼成時の加熱といった外部からの刺激によって、例えば分子内の一部が外れることによってドーパント物質としての機能が初めて発現または向上するようになる物質、例えばスルホン酸基が脱離しやすい基で保護されたアリールスルホン酸エステル化合物であってもよい。
ヘテロポリ酸とは、代表的に式(H1)で表されるKeggin型あるいは式(H2)で表されるDawson型の化学構造で示される、ヘテロ原子が分子の中心に位置する構造を有し、バナジウム(V)、モリブデン(Mo)、タングステン(W)等の酸素酸であるイソポリ酸と、異種元素の酸素酸とが縮合してなるポリ酸である。このような異種元素の酸素酸としては、主にケイ素(Si)、リン(P)、ヒ素(As)の酸素酸が挙げられる。
特に、1種類のヘテロポリ酸を用いる場合、その1種類のヘテロポリ酸は、リンタングステン酸またはリンモリブデン酸が好ましく、リンタングステン酸が最適である。また、2種類以上のヘテロポリ酸を用いる場合、その2種類以上のヘテロポリ酸の1つは、リンタングステン酸またはリンモリブデン酸が好ましく、リンタングステン酸がより好ましい。
なお、ヘテロポリ酸は、元素分析等の定量分析において、一般式で示される構造から元素の数が多いもの、または少ないものであっても、それが市販品として入手したもの、あるいは、公知の合成方法にしたがって適切に合成したものである限り、本発明において用いることができる。
すなわち、例えば、一般的には、リンタングステン酸は化学式H3(PW12O40)・nH2Oで、リンモリブデン酸は化学式H3(PMo12O40)・nH2Oでそれぞれ示されるが、定量分析において、この式中のP(リン)、O(酸素)またはW(タングステン)もしくはMo(モリブデン)の数が多いもの、または少ないものであっても、それが市販品として入手したもの、あるいは、公知の合成方法にしたがって適切に合成したものである限り、本発明において用いることができる。この場合、本発明に規定されるヘテロポリ酸の質量とは、合成物や市販品中における純粋なリンタングステン酸の質量(リンタングステン酸含量)ではなく、市販品として入手可能な形態および公知の合成法にて単離可能な形態において、水和水やその他の不純物等を含んだ状態での全質量を意味する。
テトラシアノキノジメタン誘導体の具体例としては、7,7,8,8-テトラシアノキノジメタン(TCNQ)や、式(H3)で表されるハロテトラシアノキノジメタンなどが挙げられる。
また、ベンゾキノン誘導体の具体例としては、テトラフルオロ-1,4-ベンゾキノン(F4BQ)、テトラクロロ-1,4-ベンゾキノン(クロラニル)、テトラブロモ-1,4-ベンゾキノン、2,3-ジクロロ-5,6-ジシアノ-1,4-ベンゾキノン(DDQ)などが挙げられる。
ハロゲン原子としては上記と同じものが挙げられるが、フッ素原子または塩素原子が好ましく、フッ素原子がより好ましい。
なお、上記オニウムボレート塩は、例えば、特開2005-314682号公報等に記載された公知の方法を参考に合成することができる。
A2は、ナフタレン環またはアントラセン環を表すが、ナフタレン環が好ましい。
A3は、2~4価のパーフルオロビフェニル基を表し、pは、A1とA3との結合数を示し、2≦p≦4を満たす整数であるが、A3がパーフルオロビフェニルジイル基、好ましくはパーフルオロビフェニル-4,4’-ジイル基であり、かつ、pが2であることが好ましい。
qは、A2に結合するスルホン酸基数を表し、1≦q≦4を満たす整数であるが、2が最適である。
その他、ハロゲン原子、炭素数1~20のアルキル基の例としては上記と同様のものが挙げられるが、ハロゲン原子としては、フッ素原子が好ましい。
なお、パーフルオロアルキル基とは、アルキル基の水素原子全てがフッ素原子に置換された基であり、パーフルオロアルケニル基とは、アルケニル基の水素原子全てがフッ素原子に置換された基である。
アリールスルホン酸化合物は市販品を用いてもよいが、国際公開第2006/025342号、国際公開第2009/096352号等に記載の公知の方法で合成することもできる。
A12は、-O-または-S-であるが、-O-が好ましい。
A13は、ナフタレンまたはアントラセンから誘導される(n+1)価の基であるが、ナフタレンから誘導される基が好ましい。
Rs1~Rs4は、それぞれ独立して、水素原子、または直鎖状もしくは分岐鎖状の炭素数1~6のアルキル基であり、Rs5は、置換されていてもよい炭素数2~20の1価炭化水素基である。
炭素数2~20の1価炭化水素基は、直鎖状、分岐鎖状、環状のいずれでもよく、その具体例としては、エチル、n-プロピル、イソプロピル、n-ブチル、イソブチル、t-ブチル基等のアルキル基;フェニル、ナフチル、フェナントリル基等のアリール基などが挙げられる。
また、Rs5としては、炭素数2~4の直鎖アルキル基またはフェニル基が好ましい。
このような炭化水素化合物としては、ベンゼン、トルエン、キシレン、エチルベンゼン、ビフェニル、ナフタレン、アントラセン、フェナントレン等が挙げられる。
なお、上記炭化水素基は、その水素原子の一部または全部が、更に置換基で置換されていてもよく、このような置換基としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子、ニトロ基、シアノ基、ヒドロキシ基、アミノ基、シラノール基、チオール基、カルボキシ基、スルホン酸エステル基、リン酸基、リン酸エステル基、エステル基、チオエステル基、アミド基、1価炭化水素基、オルガノオキシ基、オルガノアミノ基、オルガノシリル基、オルガノチオ基、アシル基、スルホ基等が挙げられる。
これらの中でも、A14としては、ベンゼン、ビフェニル等から誘導される基が好ましい。
A16は、炭素数6~20の(n+1)価の芳香族炭化水素基であり、この芳香族炭化水素基は、炭素数6~20の芳香族炭化水素化合物の芳香環上から(n+1)個の水素原子を取り除いて得られる基である。
このような芳香族炭化化合物としては、ベンゼン、トルエン、キシレン、ビフェニル、ナフタレン、アントラセン、ピレン等が挙げられる。
中でも、A16としては、ナフタレンまたはアントラセンから誘導される基が好ましく、ナフタレンから誘導される基がより好ましい。
上記直鎖状または分岐鎖状の1価脂肪族炭化水素基の具体例としては、メチル、エチル、n-プロピル、イソプロピル、n-ブチル、イソブチル、t-ブチル、n-ヘキシル、n-オクチル、2-エチルヘキシル、デシル基等の炭素数1~20のアルキル基;ビニル、1-プロペニル、2-プロペニル、イソプロペニル、1-メチル-2-プロペニル、1-ブテニル、2-ブテニル、3-ブテニル、ヘキセニル基等の炭素数2~20のアルケニル基などが挙げられる。
これらの中でも、Rs6は水素原子が好ましく、Rs7およびRs8は、それぞれ独立して、炭素数1~6のアルキル基が好ましい。
炭素数1~10のアルキル基は、直鎖状、分岐鎖状、環状のいずれでもよく、その具体例としては、メチル、エチル、n-プロピル、イソプロピル、n-ブチル、イソブチル、s-ブチル、t-ブチル、n-ペンチル、シクロペンチル、n-ヘキシル、シクロヘキシル、n-ヘプチル、n-オクチル、n-ノニル、n-デシル基等が挙げられる。
Rs10~Rs13としては、ハロゲン原子が好ましく、フッ素原子がより好ましい。
A18は、炭素数6~20の(n+1)価の芳香族炭化水素基であり、この芳香族炭化水素基は、炭素数6~20の芳香族炭化水素化合物の芳香環上から(n+1)個の水素原子を取り除いて得られる基である。
このような芳香族炭化水素化合物としては、ベンゼン、トルエン、キシレン、ビフェニル、ナフタレン、アントラセン、ピレン等が挙げられる。
これらの中でも、A18としては、ナフタレンまたはアントラセンから誘導される基が好ましく、ナフタレンから誘導される基がより好ましい。
1価脂肪族炭化水素基の具体例としては、メチル、エチル、n-プロピル、イソプロピル、n-ブチル、イソブチル、s-ブチル、t-ブチル、n-ペンチル、シクロペンチル、n-ヘキシル、シクロヘキシル、n-ヘプチル、n-オクチル、n-ノニル、n-デシル、n-ウンデシル、n-ドデシル基等の炭素数1~20のアルキル基;ビニル、1-プロペニル、2-プロペニル、イソプロペニル、1-メチル-2-プロペニル、1-ブテニル、2-ブテニル、3-ブテニル、ヘキセニル基等の炭素数2~20のアルケニル基などが挙げられるが、炭素数1~20のアルキル基が好ましく、炭素数1~10のアルキル基がより好ましく、炭素数1~8のアルキル基がより一層好ましい。
Rs18の直鎖状または分岐状の炭素数1~20の1価脂肪族炭化水素基としては、上記と同様のものが挙げられる。
Rs18が1価脂肪族炭化水素基である場合、Rs18は、炭素数1~20のアルキル基が好ましく、炭素数1~10のアルキル基がより好ましく、炭素数1~8のアルキル基がより一層好ましい。
Rs19の炭素数2~20の1価炭化水素基としては、前述した1価脂肪族炭化水素基のうちメチル基以外のもののほか、フェニル、ナフチル、フェナントリル基等のアリール基などが挙げられる。
これらの中でも、Rs19は、炭素数2~4の直鎖アルキル基またはフェニル基が好ましい。
なお、上記1価炭化水素基が有していてもよい置換基としては、フッ素原子、炭素数1~4のアルコキシ基、ニトロ基、シアノ基等が挙げられる。
このような高溶解性溶媒としては、例えば、シクロヘキサノン、N,N-ジメチルホルムアミド、N,N-ジメチルアセトアミド、N,N-ジメチルイソブチルアミド、N-メチルピロリドン、1,3-ジメチル-2-イミダゾリジノン、ジエチレングリコールモノメチルエーテル等の有機溶媒が挙げられるが、これらに限定されるものではない。これらの溶媒は1種単独で、または2種以上混合して用いることができ、その使用量は、ワニスに使用する溶媒全体に対して5~100質量%とすることができる。
なお、電荷輸送性物質およびドーパント物質は、いずれも上記溶媒に完全に溶解していることが好ましい。
高粘度有機溶媒としては、例えば、シクロヘキサノール、エチレングリコール、エチレングリコールジグリシジルエーテル、1,3-オクチレングリコール、ジエチレングリコール、ジプロピレングリコール、トリエチレングリコール、トリプロピレングリコール、1,3-ブタンジオール、2,3-ブタンジオール、1,4-ブタンジオール、プロピレングリコール、へキシレングリコール等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。これらの溶媒は単独で用いてもよく、2種以上混合して用いてもよい。
ワニスに用いられる溶媒全体に対する高粘度有機溶媒の添加割合は、固体が析出しない範囲内であることが好ましく、固体が析出しない限りにおいて、添加割合は、5~80質量%が好ましい。
このような溶媒としては、例えば、プロピレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノブチルエーテルアセテート、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジアセトンアルコール、γ-ブチロラクトン、エチルラクテート、n-ヘキシルアセテート等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。これらの溶媒は1種単独で、または2種以上混合して用いることができる。
低極性溶媒の具体例としては、クロロホルム、クロロベンゼン等の塩素系溶媒;トルエン、キシレン、テトラリン、シクロヘキシルベンゼン、デシルベンゼン等の芳香族炭化水素系溶媒;1-オクタノール、1-ノナノール、1-デカノール等の脂肪族アルコール系溶媒;テトラヒドロフラン、ジオキサン、アニソール、4-メトキシトルエン、3-フェノキシトルエン、ジベンジルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールブチルメチルエーテル、トリエチレングリコールジメチルエーテル、トリエチレングリコールブチルメチルエーテル等のエーテル系溶媒;安息香酸メチル、安息香酸エチル、安息香酸ブチル、安息香酸イソアミル、フタル酸ビス(2-エチルヘキシル)、マレイン酸ジブチル、シュウ酸ジブチル、酢酸ヘキシル、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノブチルエーテルアセテート等のエステル系溶媒などが挙げられ、これらは単独で用いても、2種以上組み合わせて用いてもよい。
また、電荷輸送性ワニスの固形分濃度は、ワニスの粘度および表面張力等や、作製する薄膜の厚み等を勘案して適宜設定されるものではあるが、通常、0.1~10.0質量%程度であり、ワニスの塗布性を向上させることを考慮すると、好ましくは0.5~5.0質量%程度、より好ましくは1.0~3.0質量%程度である。
なお、本発明において、固形分とは、溶媒以外の成分を意味する。
また、必要に応じて、ワニスの成分が変質しない限りにおいて、加熱してもよい。
この場合、電荷輸送性薄膜は、上述した電荷輸送性ワニスを基材上に塗布して焼成して形成することができる。
ワニスの塗布方法としては、特に限定されるものではなく、ディップ法、スピンコート法、転写印刷法、ロールコート法、刷毛塗り、インクジェット法、スプレー法、スリットコート法等が挙げられ、塗布方法に応じてワニスの粘度および表面張力を調節することが好ましい。
なお、焼成の際、より高い均一成膜性を発現させたり、基材上で反応を進行させたりする目的で、2段階以上の温度変化をつけてもよく、加熱は、例えば、ホットプレートやオーブン等、適当な機器を用いて行えばよい。
有機EL素子の代表的な構成としては、以下(a)~(f)が挙げられるが、これらに限定されるわけではない。なお、下記構成において、必要に応じて、発光層と陽極の間に電子ブロック層等を、発光層と陰極の間にホール(正孔)ブロック層等を設けることもできる。また、正孔注入層、正孔輸送層あるいは正孔注入輸送層が電子ブロック層等としての機能を兼ね備えていてもよく、電子注入層、電子輸送層あるいは電子注入輸送層がホール(正孔)ブロック層等としての機能を兼ね備えていてもよい。更に、必要に応じて各層の間に任意の機能層を設けることも可能である。
(a)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
(b)陽極/正孔注入層/正孔輸送層/発光層/電子注入輸送層/陰極
(c)陽極/正孔注入輸送層/発光層/電子輸送層/電子注入層/陰極
(d)陽極/正孔注入輸送層/発光層/電子注入輸送層/陰極
(e)陽極/正孔注入層/正孔輸送層/発光層/陰極
(f)陽極/正孔注入輸送層/発光層/陰極
「電子注入層」、「電子輸送層」および「電子注入輸送層」とは、発光層と陰極との間に形成される層であって、電子を陰極から発光層へ輸送する機能を有するものであり、発光層と陰極の間に、電子輸送性材料の層が1層のみ設けられる場合、それが「電子注入輸送層」であり、発光層と陰極の間に、電子輸送性材料の層が2層以上設けられる場合、陰極に近い層が「電子注入層」であり、それ以外の層が「電子輸送層」である。
「発光層」とは、発光機能を有する有機層であって、ドーピングシステムを採用する場合、ホスト材料とドーパント材料を含んでいる。このとき、ホスト材料は、主に電子と正孔の再結合を促し、励起子を発光層内に閉じ込める機能を有し、ドーパント材料は、再結合で得られた励起子を効率的に発光させる機能を有する。燐光素子の場合、ホスト材料は主にドーパントで生成された励起子を発光層内に閉じ込める機能を有する。
陽極基板上に、上記の方法により、上記電荷輸送性ワニスを用いて正孔注入層を形成する。これを真空蒸着装置内に導入し、正孔輸送層、発光層、電子輸送層/ホールブロック層、電子注入層、陰極金属を順次蒸着する。あるいは、当該方法において蒸着で正孔輸送層と発光層を形成する代わりに、正孔輸送性高分子を含む正孔輸送層形成用組成物と発光性高分子を含む発光層形成用組成物を用いてウェットプロセスによってこれらの層を形成する。なお、必要に応じて、発光層と正孔輸送層との間に電子ブロック層を設けてよい。
なお、金属陽極を構成するその他の金属としては、金、銀、銅、インジウムやこれらの合金等が挙げられるが、これらに限定されるわけではない。
また、蒸着で発光層を形成する場合、発光性ドーパントと共蒸着してもよく、発光性ドーパントとしては、トリス(2-フェニルピリジン)イリジウム(III)(Ir(ppy)3)等の金属錯体や、ルブレン等のナフタセン誘導体、キナクリドン誘導体、ペリレン等の縮合多環芳香族環等が挙げられる。
陰極材料としては、アルミニウム、マグネシウム-銀合金、アルミニウム-リチウム合金等が挙げられるが、これらに限定されない。
電子ブロック層を形成する材料としては、トリス(フェニルピラゾール)イリジウム等が挙げられる。
(1)MALDI-TOF-MS:ブルカー社製、autoflex III smartbeam
(2)LDI-MS:Bruker 社製AutoFlex
(3)1H-NMR:日本電子(株)製 JNM-ECP300 FT NMR SYSTEM
(4)基板洗浄:長州産業(株)製 基板洗浄装置(減圧プラズマ方式)
(5)ワニスの塗布:ミカサ(株)製 スピンコーターMS-A100
(6)膜厚測定:(株)小坂研究所製 微細形状測定機サーフコーダET-4000
(7)素子の作製:長州産業(株)製 多機能蒸着装置システムC-E2L1G1-N
(8)素子の電流密度等の測定:(株)イーエッチシー製 多チャンネルIVL測定装置
(9)消衰係数(k)の測定:ジェー・エー・ウーラムジャパン製 多入社角分光エリプソメーターVASE
LDI-MS m/Z found:1050.12([M]-calcd:1049.97).
300mL三角フラスコに、ジフェニル[4-(フェニルチオ)フェニル]スルホニウムトリフルオロメタンスルホネート11.043g、上記で得られた中間体(Q-2)22.000g、イオン交換水110mL、ジエチルエーテル110mLを仕込み、25℃で16時間反応させた。反応後、フラスコ内容物を300mL分液ロートに移して水層を分離した。イオン交換水100mLでエーテル層を5回洗浄した。エーテル層を40~45℃にてエバポレータで濃縮後、20時間減圧乾燥し、淡黄色の固体である目的物(P-3)24gを得た。得られた目的物は、1H-NMRおよびLDI-MSにて同定した。
1H-NMR(300MHz、DMSO-D6):δ7.40~7.80(19H,m)
LDI-MS m/Z found:371.04([M]+calcd:371.09).
LDI-MS m/Z found:1050.11([M]-calcd:1049.97).
m-ニトロアニリン6.00g、1-ブロモ-3-ニトロベンゼン9.65g、ビス(ジベンジリデンアセトン)パラジウム0.749g、ジ-t-ブチル(2’,4’,6’-トリイソプロピル-[1,1’-ジフェニル]-2-イル)ホスフィン(tBuXPhos)1.10g、炭酸カリウム18.0g、およびトルエン60mLを反応容器に加え、窒素置換を行った後、80℃で2時間撹拌した。室温まで冷却した後、ろ過した。ろ物にイオン交換水とメタノールを加え、室温下撹拌を行った後、さらにろ過し、ろ物を乾燥して目的とするビス(3-ニトロフェニル)アミン8.54gを得た(収率:76%)。
1H-NMR(500MHz,DMSO-d6)δ[ppm]:9.23(brs),7.88(s,2H),7.73-7.77(m,2H),7.56-7.60(m,4H).
上記で得られたビス(3-ニトロフェニル)アミン3.00g、5%パラジウム/カーボン(NEケムキャット製、AERタイプ、50%含水)0.300g、およびテトラヒドロフラン30mLを反応容器に入れ、反応容器内を水素置換して50℃で7時間撹拌した。室温まで冷却した後、反応液をセライト(セライト545使用)ろ過した。ろ液を0℃に冷却した後、1MHCl酢酸エチル溶液を35mL滴下し、撹拌した。反応液をろ過して得られたろ物を乾燥し、目的とするビス(3-アミノフェニル)アミン/2HCl(ビス(3-アミノフェニル)アミン二塩酸塩3.02gを得た(収率:3.03g)。
1H-NMR(500MHz,CDCl3)δ[ppm]:7.00-7.04(m,2H),6.44-6.46(m,2H),6.42-6.43(m,2H),6.25-6.27(m,2H),5.54(brs,1H),3.61(brs,4H).
上記で得られたビス(3-アミノフェニル)アミン/2HCl0.500g、3-(4-ブロモフェニル)-9-フェニル-9H-カルバゾール4.03g、ビス(ジベンジリデンアセトン)パラジウム0.106g、およびナトリウム-t-ブトキシド1.77gを反応容器に入れ、窒素置換をした後、トルエン30mL、および別途予め準備したフェニルジ-t-ブチルホスフィンのトルエン溶液1.45mL(濃度:50.3g/L)を加え、80℃で3.5時間撹拌した。室温まで冷却した後、トルエンおよび飽和食塩水を加えて、分液を行った。有機層をシリカゲルろ過した後、ろ液を濃縮した。得られた濃縮液をメタノール/酢酸エチルの混合溶媒中に滴下し、室温下で撹拌した。スラリー溶液をろ過し、得られたろ物を乾燥して、目的とするアニリン誘導体A3.19gを得た(収率:97%)。
MALDI-TOF-MS m/Z found:1786.06([M]+calcd:1784.71)
3-ブロモ-9-(4-ヨードフェニル)-9H-カルバゾール2.00g、(4-(ジフェニルアミノ)フェニル)ボロン酸1.35g、テトラキストリフェニルホスフィンパラジウム0.103g、Aliquat336 0.569g、テトラヒドロフラン25mL、および2M炭酸カリウム水溶液17mLを反応容器に入れ、窒素置換をした後、60℃で22時間撹拌した。室温まで冷却した後、分液を行い、有機相を濃縮乾固した。乾固物に1,4-ジオキサンを加えて80℃で溶解させた後、メタノールを加えて室温まで冷却後、2時間撹拌を続けた。撹拌終了後、ろ過して得られたろ物を乾燥して目的とする4’-(3-ブロモ-9H-カルバゾール-9-イル)-N,N-ジフェニル-[1,1’-ビフェニル]-4-アミン2.15gを得た(収率:85%)。
1H-NMR(500MHz,CDCl3)δ[ppm]:8.26(d,J=2.0Hz,1H),8.09(d,J=8.0Hz,1H),7.78(d,J=8.5Hz,2H),7.54-7.58(m,4H),7.49(dd,J=8.5,2.0Hz,1H),7.44-7.45(m,2H),7.28-7.33(m,6H),7.16-7.20(m,6H),7.05-7.08(m,2H).
N1-(3-アミノフェニル)ベンゼン-1,3-ジアミン二塩酸塩0.163g、上記で得られた4’-(3-ブロモ-9H-カルバゾール-9-イル)-N,N-ジフェニル-[1,1’-ビフェニル]-4-アミン1.81g、ビス(ジベンジリデンアセトン)パラジウム0.0355g、およびナトリウム-t-ブトキシド0.600gを反応容器に入れ、窒素置換をした後、トルエン9mL、および別途予め準備したフェニルジ-t-ブチルホスフィンのトルエン溶液0.88mL(濃度:32.3g/L)を加え、100℃で3時間撹拌した。室温まで冷却した後、トルエンおよびイオン交換水を加えて、分液を行った。有機層をシリカゲルろ過した後、ろ液を濃縮した。得られた濃縮液をメタノール/酢酸エチルの混合溶媒中に滴下し、室温下で撹拌を行った。スラリー溶液をろ過し、得られたろ物を乾燥して目的とするアニリン誘導体B1.34gを得た(収率:85%)。
MALDI-TOF-MS m/Z found:2620.94([M]+calcd:2620.08)
ビス(3-ニトロフェニル)アミン1.00g、3-ブロモ-9-フェニル-9H-カルバゾール1.37g、ビス(ジベンジリデンアセトン)パラジウム0.0678g、ジ-t-ブチル(2’,4’,6’-トリイソプロピル-[1,1’-ジフェニル]-2-イル)ホスフィン(tBuXPhos)0.0983g、炭酸カリウム1.61g、およびトルエン10mLを反応容器に入れ、窒素置換した後、100℃で24.5時間撹拌した。反応終了後、トルエンと飽和食塩水を加えて分液した。有機層をシリカゲルろ過した後、ろ液を濃縮した。濃縮残渣にクロロホルムとヘキサンを加えて溶液とした後、カラムクロマトグラフィーにより精製(溶離液はクロロホルム/ヘキサンの混合溶媒)し、目的とするN,N-ビス(3-ニトロフェニル)-9-フェニル-9H-カルバゾール-3-アミン1.02gを得た(収率:53%)。
MALDI-TOF-MS m/Z found:499.86([M]+calcd:500.15)
N,N-ビス(3-ニトロフェニル)-9-フェニル-9H-カルバゾール-3-アミン0.603g、5%パラジウム/カーボン(NEケムキャット製、AERタイプ、50%含水)0.0582g、およびテトラヒドロフラン9mLを反応容器に入れた後、反応容器内を水素置換し、50℃で24時間撹拌した。室温まで冷却した後、反応液をセライト(セライト545使用)ろ過した。ろ液を乾固させて目的とするN1-(3-アミノフェニル)-N1-(9-フェニル-9H-カルバゾール-3-イル)ベンゼン-1,3-ジアミン0.486gを得た(収率:92%)。
1H-NMR(500MHz,CDCl3)δ[ppm]:8.00(d,J=8.0Hz,1H),7.92(m,1H),7.56-7.60(m,4H),7.45(m,1H),7.37-7.38(m,2H),7.32(d,J=8.5Hz,1H),7.20-7.23(m,2H),6.98-7.02(m,2H),6.52(d,J=8.0Hz,2H),6.45(m,2H),6.29-6.31(m,2H).
上記で得られたN1-(3-アミノフェニル)-N1-(9-フェニル-9H-カルバゾール-3-イル)ベンゼン-1,3-ジアミン0.451g、3-ブロモ-9-フェニル-9H-カルバゾール1.45g、酢酸パラジウム0.0234g、およびナトリウム-t-ブトキシド0.539gを反応容器に入れ、窒素置換した後、トルエン10mL、および別途予め準備したフェニルジ-t-ブチルホスフィンのトルエン溶液0.84mL(濃度:54.0g/L)を加え、90℃で1.5時間撹拌した。室温まで冷却した後、トルエンおよび飽和食塩水を加えて分液した。有機層をシリカゲルろ過した後、ろ液を濃縮した。得られた濃縮液をメタノール/酢酸エチルの混合溶媒中に滴下し、室温下で撹拌した。スラリー溶液をろ過し、得られたろ物を乾燥して、目的とするアニリン誘導体C0.855gを得た(収率:59%)。
MALDI-TOF-MS m/Z found:2620.94([M]+calcd:2620.08)
[参考例1-1]
実施例3で得られたアニリン誘導体C77mgと、合成例1で得られたオニウムボレート塩(P-3)78mgとの混合物に、キシレン5.0gを加えて室温で撹拌して溶解させて得られた溶液を、孔径0.2μmのシリンジフィルターでろ過して電荷輸送性ワニスを得た。
アニリン誘導体Cおよびオニウムボレート塩(P-3)の使用量を、それぞれ113mgと150mg、147mgと117mg、100mgと54mgとした以外は、参考例1-1と同様にして電荷輸送性ワニスを得た。
国際公開第2015/050253号に記載された方法に従って合成した下記式で表されるアニリン誘導体D131mgと、オニウムボレート塩(P-3)132mgとの混合物に、キシレン5.0gを加えて室温で撹拌して溶解させて得られた溶液を、孔径0.2μmのシリンジフィルターでろ過して電荷輸送性ワニスを得た。
[参考例2-1~2-4および比較参考例2-1]
参考例1-1~1-4および比較参考例1-1で得られたワニスを、それぞれスピンコーターを用いて石英基板に塗布した後、大気焼成下、120℃で1分間乾燥した。次に、乾燥させた石英基板を大気雰囲気下、150℃で10分間焼成し、石英基板上に50nmの均一な薄膜を形成した。
得られた膜付き石英基板を用いて、消衰係数kの測定を行った。結果を表1に示す。
[参考例3-1]
参考例1-1で得られたワニスを、スピンコーターを用いてITO基板に塗布した後、大気雰囲気下、120℃で1分間乾燥した。次に、この乾燥させた塗膜付きITO基板をグローブボックス内に挿入し、大気雰囲気下、150℃で10分間焼成し、ITO基板上に50nmの薄膜を形成した。ITO基板としては、インジウム錫酸化物(ITO)が表面上に膜厚150nmでパターニングされた25mm×25mm×0.7tのガラス基板を用い、使用前にO2プラズマ洗浄装置(150W、30秒間)によって表面上の不純物を除去した。
次いで、薄膜を形成したITO基板に対し、蒸着装置(真空度1.0×10-5Pa)を用いてα-NPD(N,N’-ジ(1-ナフチル)-N,N’-ジフェニルベンジジン)を0.2nm/秒にて120nm成膜した。次に、関東化学(株)製の電子ブロック材料HTEB-01を10nm成膜した。次いで、新日鉄住金化学(株)製の発光層ホスト材料NS60と発光層ドーパント材料Ir(PPy)3を共蒸着した。共蒸着はIr(PPy)3の濃度が6%になるように蒸着レートをコントロールし、40nm積層させた。次いで、Alq3、フッ化リチウムおよびアルミニウムの薄膜を順次積層して有機EL素子を得た。この際、蒸着レートは、Alq3およびアルミニウムについては0.2nm/秒、フッ化リチウムについては0.02nm/秒の条件でそれぞれ行い、膜厚は、それぞれ20nm、0.5nmおよび80nmとした。
なお、空気中の酸素、水等の影響による特性劣化を防止するため、有機EL素子は封止基板により封止した後、その特性を評価した。封止は、以下の手順で行った。酸素濃度2ppm以下、露点-76℃以下の窒素雰囲気中で、有機EL素子を封止基板の間に収め、封止基板を接着剤((株)MORESCO製、モレスコモイスチャーカット WB90US(P))により貼り合わせた。この際、捕水剤(ダイニック(株)製,HD-071010W-40)を有機EL素子と共に封止基板内に収めた。貼り合わせた封止基板に対し、UV光を照射(波長:365nm、照射量:6,000mJ/cm2)した後、80℃で1時間、アニーリング処理して接着剤を硬化させた。
参考例1-1で得られたワニスの代わりに、それぞれ、参考例1-2,1-3で得られたワニスを用いた以外は、参考例3-1と同様の方法で各層を形成し、有機EL素子を作製した。
Claims (4)
- 式(1)で表されることを特徴とするアニリン誘導体。
Ar0は、それぞれ独立して、式(B1)~(B14)および(B16)のいずれかで表される基を表し、
kは、1以上の整数を表す。〕 - 前記式(P1)で表される基の数(nm)と前記式(P2)で表される基の数(np)が、0.5≦nm/(nm+np)を満たす請求項1または2記載のアニリン誘導体。
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