JPWO2008114690A1 - 置換されたビピリジル基とピリドインドール環構造がフェニレン基を介して連結した化合物および有機エレクトロルミネッセンス素子 - Google Patents

置換されたビピリジル基とピリドインドール環構造がフェニレン基を介して連結した化合物および有機エレクトロルミネッセンス素子 Download PDF

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Abstract

本発明は、一般式(1)で表される置換されたビピリジル基とピリドインドール環構造がフェニレン基を介して連結した化合物および、一対の電極とその間に挟まれた少なくとも一層の有機層を有する有機エレクトロルミネッセンス素子において、該化合物が、少なくとも1つの有機層の構成材料として用いられていることを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子に関する。

Description

本発明は、各種の表示装置に好適な自発光素子である有機エレクトロルミネッセンス(EL)素子に適した化合物と素子に関するものであリ、詳しくは置換されたビピリジル基とピリドインドール環構造がフェニレン基を介して連結した化合物と、該化合物を用いた有機EL素子に関するものである。
有機EL素子は自己発光性素子であるため、液晶素子にくらべて明るく視認性に優れ、鮮明な表示が可能であるため、活発な研究がなされてきた。
1987年にイーストマン・コダック社のC.W.Tangらは各種の役割を各材料に分担した積層構造素子を開発することにより有機材料を用いた有機EL素子を実用的なものにした。彼らは電子を輸送することのできる蛍光体と正孔を輸送することのできる有機物とを積層し、両方の電荷を蛍光体の層の中に注入して発光させることにより、10V以下の電圧で1000cd/m以上の高輝度が得られるようになった(例えば、特許文献1および特許文献2参照)。
特開平8−48656号公報 特許第3194657号公報
現在まで、有機EL素子の実用化のために多くの改良がなされ、各種の役割をさらに細分化して、基板上に順次に、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、陰極を設けた電界発光素子によって高効率と耐久性が達成されている(例えば、非特許文献1参照)。
応用物理学会第9回講習会予稿集55〜61ページ(2001)
また発光効率の更なる向上を目的として三重項励起子の利用が試みられ、燐光発光体の利用が検討されている(例えば、非特許文献2参照)。
応用物理学会第9回講習会予稿集23〜31ページ(2001)
発光層は、一般的にホスト材料と称される電荷輸送性の化合物に、蛍光体や燐光発光体をドープして作製することもできる。上記の講習会予稿集に記載されているように、有機EL素子における有機材料の選択は、その素子の効率や耐久性など諸特性に大きな影響を与える。
有機EL素子においては、両電極から注入された電荷が発光層で再結合して発光が得られるが、電子の移動速度より正孔の移動速度が速いため、正孔の一部が発光層を通り抜けてしまうことによる効率低下が問題となる。そのため電子の移動速度の速い電子輸送材料が求められている。
代表的な発光材料であるトリス(8−ヒドロキシキノリン)アルミニウム(以後、Alq3と略称する)は電子輸送材料としても一般的に用いられるが、正孔阻止性能があるとは言えない。
正孔の一部が発光層を通り抜けてしまうことを防ぎ、発光層での電荷再結合の確率を向上させる方策には、正孔阻止層を挿入する方法がある。正孔阻止材料としてはこれまでに、トリアゾール誘導体(例えば、特許文献3参照)やバソクプロイン(以後、BCPと略称する)、アルミニウムの混合配位子錯体(BAlq)(例えば、非特許文献2参照)などが提案されている。
例えば、正孔阻止性に優れた電子輸送材料として、3−(4−ビフェニリル)−4−フェニル−5−(4−t−ブチルフェニル)−1,2,4−トリアゾール(以後、TAZと略称する)が提案されている(例えば、特許文献3参照)。
特許第2734341号公報
TAZは仕事関数が6.6eVと大きく正孔阻止能力が高いために、真空蒸着や塗布などによって作製される蛍光発光層や燐光発光層の、陰極側に積層する電子輸送性の正孔阻止層として使用され、有機EL素子の高効率化に寄与している(例えば、非特許文献3参照)。
第50回応用物理学関係連合講演会28p−A−6講演予稿集1413ページ(2003)
しかし電子輸送性が低いことがTAZにおける大きな課題であり、より電子輸送性の高い電子輸送材料と組み合わせて、有機EL素子を作製することが必要であった(例えば、非特許文献4参照)。
応用物理学会有機分子・バイオエレクトロニクス分科会会誌11巻1号13〜19ページ(2000)
また、BCPにおいても仕事関数が6.7eVと大きく正孔阻止能力が高いものの、ガラス転移点(Tg)が83℃と低いことから、薄膜の安定性に乏しく、正孔阻止層として十分に機能しているとは言えない。
いずれの材料も膜安定性が不足しており、もしくは正孔を阻止する機能が不十分である。有機EL素子の素子特性を改善させるために、電子の注入・輸送性能と正孔阻止能力に優れ、薄膜状態での安定性が高い有機化合物が求められている。
本発明の目的は、高効率、高耐久性の有機EL素子用の材料として、電子の注入・輸送性能に優れ、正孔阻止能力を有し、薄膜状態での安定性が高い優れた特性を有する有機化合物を提供し、さらにこの化合物を用いて、高効率、高耐久性の有機EL素子を提供することにある。
本発明が提供しようとする有機化合物が具備すべき物理的な特性としては、(1)電子の注入特性が良いこと、(2)電子の移動速度が速いこと、(3)正孔阻止能力に優れること、(4)薄膜状態が安定であること(5)耐熱性に優れていることをあげることができる。また、本発明が提供しようとする有機EL素子が具備すべき物理的な特性としては、(1)発光効率が高いこと、(2)発光開始電圧が低いこと、(3)実用駆動電圧が低いこと、(4)最大発光輝度が高いことをあげることができる。
そこで本発明者らは上記の目的を達成するために、電子親和性であるピリジン環の窒素原子が金属に配位する能力を有していることと、耐熱性に優れているということに着目して、置換されたビピリジル基とピリドインドール環構造がフェニレン基を介して連結した化合物を設計して化学合成し、該化合物を用いて種々の有機EL素子を試作し、素子の特性評価を鋭意行なった結果、本発明を完成するに至った。
すなわち本発明は、一般式(1)で表される置換されたビピリジル基とピリドインドール環構造がフェニレン基を介して連結した化合物である。また、本発明は一対の電極とその間に挟まれた少なくとも一層の有機層を有する有機EL素子において、該化合物が、少なくとも1つの有機層の構成材料として用いられている有機EL素子である。
Figure 2008114690
(式中、Arは置換もしくは無置換の芳香族炭化水素基、置換もしくは無置換の芳香族複素環基または置換もしくは無置換の縮合多環芳香族基を表し、R1〜R17は、同一でも異なってもよく水素原子、フッ素原子、塩素原子、シアノ基、トリフルオロメチル基、炭素原子数1ないし6の直鎖状もしくは分岐状のアルキル基、置換もしくは無置換の芳香族炭化水素基を表し、W、X、Y、Zは炭素原子または窒素原子を表す。ここでW、X、Y、Zはそのいずれか1つのみが窒素原子であるものとし、この窒素原子はR10、R11、R12あるいはR13の置換基を有さないものとする。)
一般式(1)中のArで表される、置換もしくは無置換の芳香族炭化水素基、置換もしくは無置換の芳香族複素環基または置換もしくは無置換の縮合多環芳香族基における「芳香族炭化水素基」、「芳香族複素環基」および「縮合多環芳香族基」としては、具体的に、フェニル基、ビフェニル基、ターフェニル基、テトラキスフェニル基、スチリル基、ナフチル基、アントリル基、アセナフテニル基、フルオレニル基、フェナントリル基、インデニル基、ピレニル基、ピリジル基、ピリミジル基、ピリドインドリル基、フラニル基、ピロニル基、チオフェニル基、キノリル基、イソキノリル基、ベンゾフラニル基、ベンゾチオフェニル基、インドリル基、カルバゾリル基、ベンゾオキサゾリル基、ベンゾチアゾリル基、キノキサリル基、ベンゾイミダゾリル基、ピラゾリル基、ジベンゾフラニル基、ジベンゾチオフェニル基、ナフチリジニル基、フェナントロリニル基、およびアクリジニル基が挙げられる。
一般式(1)中のArで表される、置換芳香族炭化水素基、置換芳香族複素環基および置換縮合多環芳香族基における「置換基」として、具体的には、フッ素原子、塩素原子、シアノ基、水酸基、ニトロ基、アルキル基、シクロアルキル基、アルコキシ基、アミノ基、フェニル基、ナフチル基、アントリル基、スチリル基、ピリジル基、ピリドインドリル基、キノリル基、ベンゾチアゾリル基のような基をあげることができ、これらの置換基はさらに置換されていても良い。
一般式(1)中のR1〜R16で表される、置換もしくは無置換の芳香族炭化水素基における「芳香族炭化水素基」としては、具体的にフェニル基、ビフェニル基、ターフェニル基、テトラキスフェニル基、スチリル基、ナフチル基、フルオレニル基、フェナントリル基、インデニル基、ピレニル基をあげることができる。
一般式(1)中のR1〜R16で表される、置換芳香族炭化水素基における「置換基」としては、具体的にフッ素原子、塩素原子、トリフルオロメチル基、炭素原子数1ないし6の直鎖状もしくは分岐状のアルキル基をあげることができ、これらの置換基はさらに置換されていても良い。
本発明の一般式(1)で表される、置換されたビピリジル基とピリドインドール環構造がフェニレン基を介して連結した化合物は、従来の電子輸送材料より電子の移動が速く、優れた正孔の阻止能力を有し、かつ薄膜状態が安定である。
本発明の一般式(1)で表される、置換されたビピリジル基とピリドインドール環構造がフェニレン基を介して連結した化合物は、有機EL素子の電子輸送層の構成材料として使用することができる。従来の材料に比べて電子の注入・移動速度の高い材料を用いることにより、電子輸送層から発光層への電子輸送効率が向上して、発光効率が向上すると共に、駆動電圧が低下して、有機EL素子の耐久性が向上するという作用を奏する。
本発明の一般式(1)で表される、置換されたビピリジル基とピリドインドール環構造がフェニレン基を介して連結した化合物は、有機EL素子の正孔阻止層の構成材料としても使用することができる。優れた正孔の阻止能力と共に従来の材料に比べて電子輸送性に優れ、かつ薄膜状態の安定性の高い材料を用いることにより、高い発光効率を有しながら、駆動電圧が低下し、電流耐性が改善されて、有機EL素子の最大発光輝度が向上するという作用を奏する。
本発明の一般式(1)で表される、置換されたビピリジル基とピリドインドール環構造がフェニレン基を介して連結した化合物は、有機EL素子の発光層の構成材料としても使用することができる。従来の材料に比べて電子輸送性に優れ、かつバンドギャップの広い本発明の材料を発光層のホスト材料として用い、ドーパントと呼ばれている蛍光体や燐光発光体を担持させて、発光層として用いることにより、駆動電圧が低下し、発光効率が改善された有機EL素子を実現できるという作用を奏する。
本発明によれば、有機EL素子の電子輸送層、正孔阻止層あるいは発光層の構成材料として有用な、置換されたビピリジル基とピリドインドール環構造がフェニレン基を介して連結した化合物が提供される。また、本発明の置換されたビピリジル基とピリドインドール環構造がフェニレン基を介して連結した化合物を用いて作製した有機EL素子は、従来の電子輸送材料より電子の移動が速く、優れた正孔の阻止能力を有し、かつ薄膜状態が安定なため、高効率、高耐久性を実現することが可能となった。
本発明実施例1の化合物(化合物36)の1H−NMRチャート図である。 本発明実施例2の化合物(化合物40)の1H−NMRチャート図である。 本発明実施例3の化合物(化合物164)の1H−NMRチャート図である。 本発明実施例4の化合物(化合物20)の1H−NMRチャート図である。 本発明実施例5の化合物(化合物24)の1H−NMRチャート図である。 本発明実施例6の化合物(化合物37)の1H−NMRチャート図である。 本発明実施例7の化合物(化合物41)の1H−NMRチャート図である。 本発明実施例8の化合物(化合物52)の1H−NMRチャート図である。 本発明実施例9の化合物(化合物72)の1H−NMRチャート図である。 本発明実施例10の化合物(化合物116)の1H−NMRチャート図である。 本発明実施例11の化合物(化合物165)の1H−NMRチャート図である。 本発明実施例12の化合物(化合物192)の1H−NMRチャート図である。 本発明実施例13の化合物(化合物193)の1H−NMRチャート図である。 実施例16〜24のEL素子構成を示した図である。 比較例1のEL素子構成を示した図である。
符号の説明
1 ガラス基板
2 透明陽極
3 正孔注入層
4 正孔輸送層
5 発光層
6 正孔阻止層
7 電子輸送層
8 電子注入層
9 陰極
本発明の置換されたビピリジル基とピリドインドール環構造がフェニレン基を介して連結した化合物は、新規な化合物であり、これらの化合物は例えば、相当するハロゲノアニリノピリジンをパラジウム触媒による環化反応を行うことによってピリドインドール環を合成し(例えば、非特許文献5参照)、ビピリジル基を有する種々のハロゲノフェニレンと縮合することによって、置換されたビピリジル基とピリドインドール環構造がフェニレン基を介して連結した化合物を合成することができる。ビピリジル基を有する種々のハロゲノフェニレンは、相当するアルデヒドとアセチルピリジンを塩基の存在下縮合させ、さらに相当するピリジニウム・ヨウ化物を反応させることによって合成することができる。(例えば、非特許文献6参照)
J.Chem.Soc.,Perkin Trans.1,p.1505(1999) Synthesis,1(1976)
一般式(1)で表される置換されたビピリジル基とピリドインドール環構造がフェニレン基を介して連結した化合物の中で、好ましい化合物の具体例を以下に示すが、本発明は、これらの化合物に限定されるものではない。
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これらの化合物の精製はカラムクロマトグラフによる精製、吸着精製、溶媒による再結晶や晶析法などによって行った。化合物の同定は、NMR分析によって行なった。物性値として、DSC測定(Tg)と融点の測定を行った。融点は蒸着性の指標となるものであり、ガラス転移点(Tg)は薄膜状態の安定性の指標となるものである。
融点とガラス転移点は、粉体を用いて、ブルカー・エイエックスエス製の高感度示差走査熱量計DSC3100Sを用いて測定した。
また仕事関数は、ITO基板の上に100nmの薄膜を作製して、理研計器製の大気中光電子分光装置AC−3型を用いて測定した。仕事関数は正孔阻止能力の指標となるものである。
本発明の有機EL素子の構造としては、基板上に順次に、陽極、正孔注入層、正孔輸送層、発光層、正孔阻止層、電子輸送層、陰極からなるもの、また、電子輸送層と陰極の間に電子注入層を有するものがあげられる。これらの多層構造においては有機層を何層か省略することが可能であり、例えば基板上に順次に、陽極、正孔輸送層、発光層、電子輸送層、陰極とすることもできる。
有機EL素子の陽極としては、ITOや金のような仕事関数の大きな電極材料が用いられる。正孔注入層としては銅フタロシアニン(以後、CuPcと略称する)のほか、スターバースト型のトリフェニルアミン誘導体などの材料や塗布型の材料を用いることができる。
正孔輸送層にはベンジジン誘導体であるN,N’−ジフェニル−N,N’−ジ(m−トリル)−ベンジジン(以後、TPDと略称する)やN,N’−ジフェニル−N,N’−ジ(α−ナフチル)−ベンジジン(以後、NPDと略称する)、種々のトリフェニルアミン4量体などを用いることができる。また、正孔の注入・輸送層として、PEDOT/PSSなどの塗布型の高分子材料を用いることができる。
本発明の有機EL素子の発光層、正孔阻止層、電子輸送層としては置換されたビピリジル基とピリドインドール環構造がフェニレン基を介して連結した化合物のほか、アルミニウムの錯体、チアゾール誘導体、オキサゾール誘導体、カルバゾール誘導体、ポリジアルキルフルオレン誘導体などを用いることができる。
アルミニウムの錯体、スチリル誘導体などの従来の発光材料を発光層に用い、置換されたビピリジル基とピリドインドール環構造がフェニレン基を介して連結した化合物を正孔阻止層、電子輸送層として用いることにより、高性能の有機EL素子を作製することができる。また、発光層のホスト材料として、例えば、キナクリドン、クマリン、ルブレンなどの蛍光体、あるいはフェニルピリジンのイリジウム錯体などの燐光発光体であるドーパントを添加することによっても、高性能の有機EL素子を作製することができる。
さらに、置換されたビピリジル基とピリドインドール環構造がフェニレン基を介して連結した化合物に、従来からの電子輸送性の材料を重層、あるいは共蒸着して電子輸送層として用いることができる。
本発明の有機EL素子は電子注入層を有していても良い。電子注入層としてはフッ化リチウムなどを用いることができる。陰極としては、アルミニウムのような仕事関数の低い電極材料や、アルミニウムマグネシウムのような、より仕事関数の低い合金が電極材料として用いられる。
以下、本発明の実施の形態について、実施例により具体的に説明するが、本発明はその要旨を越えない限り、以下の実施例に限定されるものではない。
(6−〔4−(5H−ピリド[4,3−b]インドール−5−イル)フェニル〕−4−(ナフタレン−2−イル)−[2,2’]ビピリジン(化合物36)の合成)
4’−ブロモアセトフェノン10.0g、ヨウ素12.8g、ピリジン80mlを加えて加熱し、100℃で3時間攪拌を行った。室温まで冷却した後、水100mlを加え、再結晶による精製を行った。70℃、12時間減圧乾燥して、4−ブロモフェナシルピリジニウムヨウ化物15.5g(収率76%)の褐色粉体を得た。
続いて、2−ナフトアルデヒド6.0g、2−アセチルピリジン4.7g、メタノール40mlを加え、攪拌しながら−5℃に冷却した。3wt%のNaOH/メタノール溶液62mlを滴下し、−5℃で2時間攪拌を行った後、さらに同温度で2日間反応させた。反応液に酢酸アンモニウム37.0g、前記4−ブロモフェナシルピリジニウムヨウ化物15.5g、メタノール100mlを加え、55℃で2日間攪拌を行った。室温まで冷却した後、粗製物をろ過によって採取し、メタノールで洗浄した。70℃で12時間減圧乾燥して、6−(4−ブロモフェニル)−4−(ナフタレン−2−イル)−[2,2’]ビピリジン3.8g(収率23%)の灰色粉体を得た。
得られた6−(4−ブロモフェニル)−4−(ナフタレン−2−イル)−[2,2’]ビピリジン2.5g、5H−ピリド[4,3−b]インドール1.0g、銅粉0.2g、炭酸カリウム2.4g、ジメチルスルホキシド0.2ml、n−ドデカン10mlを加えて7時間加熱還流しながら、攪拌を行った。室温まで冷却し、クロロホルム60mlを加えて不溶物をろ過によって除き、ろ液を減圧下濃縮して粗製物を得た。粗製物をカラムクロマトグラフ(担体:NHシリカゲル、溶離液:ヘキサン/クロロホルム)によって精製し、6−〔4−(5H−ピリド[4,3−b]インドール−5−イル)フェニル〕−4−(ナフタレン−2−イル)−[2,2’]ビピリジン(化合物36)1.85g(収率62%)の白色粉体を得た。
得られた白色粉体についてNMRを使用して構造を同定した。1H−NMR測定結果を図1に示した。
1H−NMR(CDCl3)で以下の24個の水素のシグナルを検出した。δ(ppm)=9.42(1H)、8.85(1H)、8.76(2H)、8.49−8.57(3H)、8.36(1H)、8.20−8.25(2H)、7.90−8.03(5H)、7.73(2H)、7.51−7.58(4H)、7.38−7.42(3H)。
(4−〔4−(5H−ピリド[4,3−b]インドール−5−イル)フェニル〕−6−(ナフタレン−2−イル)−[2,2’]ビピリジン(化合物40)の合成)
前記実施例1と同様に、4−(4−ブロモフェニル)−6−(ナフタレン−2−イル)−[2,2’]ビピリジンを合成した。得られた4−(4−ブロモフェニル)−6−(ナフタレン−2−イル)−[2,2’]ビピリジン2.5g、5H−ピリド[4,3−b]インドール1.0g、銅粉0.2g、炭酸カリウム2.4g、ジメチルスルホキシド0.2ml、n−ドデカン10mlを加えて9時間加熱還流しながら、攪拌を行った。室温まで冷却し、クロロホルム60mlを加えて不溶物をろ過によって除き、ろ液を減圧下濃縮して粗製物を得た。粗製物をカラムクロマトグラフ(担体:NHシリカゲル、溶離液:ヘキサン/クロロホルム)によって精製し、4−〔4−(5H−ピリド[4,3−b]インドール−5−イル)フェニル〕−6−(ナフタレン−2−イル)−[2,2’]ビピリジン(化合物40)2.17g(収率72%)の黄白色粉体を得た。
得られた黄白色粉体についてNMRを使用して構造を同定した。1H−NMR測定結果を図2に示した。
1H−NMR(CDCl3)で以下の24個の水素のシグナルを検出した。δ(ppm)=9.42(1H)、8.76−8.80(3H)、8.70(1H)、8.57(1H)、8.42(1H)、8.22−8.25(2H)、8.12(2H)、8.03(2H)、7.92−7.94(2H)、7.73(2H)、7.53−7.57(4H)、7.38−7.43(3H)。
(4,6−ビス〔4−(5H−ピリド[4,3−b]インドール−5−イル)フェニル〕−[2,2’]ビピリジン(化合物164)の合成)
前記実施例1と同様に、4,6−ビス(4−ブロモフェニル)−[2,2’]ビピリジンを合成した。得られた4,6−ビス(4−ブロモフェニル)−[2,2’]ビピリジン1.8g、5H−ピリド[4,3−b]インドール1.4g、銅粉0.2g、炭酸カリウム1.6g、ジメチルスルホキシド0.1ml、n−ドデカン5mlを加えて11時間加熱還流しながら、攪拌を行った。室温まで冷却し、メタノール50mlを加えて不溶物をろ過によって採取した。不溶物にクロロホルム300mlを加えて抽出し、抽出液を減圧下濃縮して粗製物を得た。粗製物をo−ジクロロベンゼンを再結晶溶媒とする精製を行った後、70℃で12時間減圧乾燥して、4,6−ビス〔4−(5H−ピリド[4,3−b]インドール−5−イル)フェニル〕−[2,2’]ビピリジン(化合物164)1.45g(収率58%)の黄白色粉体を得た。
得られた黄白色粉体についてNMRを使用して構造を同定した。1H−NMR測定結果を図3に示した。
1H−NMR(CDCl3)で以下の28個の水素のシグナルを検出した。δ(ppm)=9.43(2H)、8.76−8.84(3H)、8.52−8.59(4H)、8.14−8.26(5H)、7.94(1H)、7.76(4H)、7.52−7.57(4H)、7.39−7.44(5H)。
(6−〔4−(5H−ピリド[4,3−b]インドール−5−イル)フェニル〕−4−(ナフタレン−1−イル)−[2,2’]ビピリジン(化合物20)の合成)
前記実施例1と同様に、6−(4−ブロモフェニル)−4−(ナフタレン−1−イル)−[2,2’]ビピリジンを合成した。得られた6−(4−ブロモフェニル)−4−(ナフタレン−1−イル)−[2,2’]ビピリジン2.2g、5H−ピリド[4,3−b]インドール0.9g、銅粉0.2g、炭酸カリウム2.1g、ジメチルスルホキシド0.2ml、n−ドデカン10mlを加えて6時間加熱還流しながら、攪拌を行った。室温まで冷却し、クロロホルム60mlを加えて不溶物をろ過によって除き、ろ液を減圧下濃縮して粗製物を得た。粗製物をカラムクロマトグラフ(担体:NHシリカゲル、溶離液:ヘキサン/クロロホルム)によって精製し、6−〔4−(5H−ピリド[4,3−b]インドール−5−イル)フェニル〕−4−(ナフタレン−1−イル)−[2,2’]ビピリジン(化合物20)2.02g(収率77%)の褐白色粉体を得た。
得られた褐白色粉体についてNMRを使用して構造を同定した。1H−NMR測定結果を図4に示した。
1H−NMR(CDCl3)で以下の24個の水素のシグナルを検出した。δ(ppm)=9.41(1H)、8.77(1H)、8.70(1H)、8.64(1H)、8.56(1H)、8.48(2H)、8.24(1H)、8.03(1H)、7.90−8.00(4H)、7.71(2H)、7.50−7.61(6H)、7.36−7.42(3H)。
(4−〔4−(5H−ピリド[4,3−b]インドール−5−イル)フェニル〕−6−(ナフタレン−1−イル)−[2,2’]ビピリジン(化合物24)の合成)
前記実施例1と同様に、4−(4−ブロモフェニル)−6−(ナフタレン−1−イル)−[2,2’]ビピリジンを合成した。得られた4−(4−ブロモフェニル)−6−(ナフタレン−1−イル)−[2,2’]ビピリジン2.2g、5H−ピリド[4,3−b]インドール0.9g、銅粉0.2g、炭酸カリウム2.1g、ジメチルスルホキシド0.2ml、n−ドデカン10mlを加えて5時間加熱還流しながら、攪拌を行った。室温まで冷却し、クロロホルム60mlを加えて不溶物をろ過によって除き、ろ液を減圧下濃縮して粗製物を得た。粗製物をカラムクロマトグラフ(担体:NHシリカゲル、溶離液:ヘキサン/クロロホルム)によって精製し、4−〔4−(5H−ピリド[4,3−b]インドール−5−イル)フェニル〕−6−(ナフタレン−1−イル)−[2,2’]ビピリジン(化合物24)2.04g(収率77%)の黄白色粉体を得た。
得られた黄白色粉体についてNMRを使用して構造を同定した。1H−NMR測定結果を図5に示した。
1H−NMR(CDCl3)で以下の24個の水素のシグナルを検出した。δ(ppm)=9.41(1H)、8.86(1H)、8.76(1H)、8.60(1H)、8.56(1H)、8.35(1H)、8.23(1H)、8.10(2H)、7.99(2H)、7.94(1H)、7.80−7.85(2H)、7.71(2H)、7.64(1H)、7.52−7.57(4H)、7.36−7.43(3H)。
(6−〔4−(5H−ピリド[3,2−b]インドール−5−イル)フェニル〕−4−(ナフタレン−2−イル)−[2,2’]ビピリジン(化合物37)の合成)
前記実施例1と同様に、6−(4−ブロモフェニル)−4−(ナフタレン−2−イル)−[2,2’]ビピリジンを合成した。得られた6−(4−ブロモフェニル)−4−(ナフタレン−2−イル)−[2,2’]ビピリジン2.5g、5H−ピリド[3,2−b]インドール1.0g、銅粉0.2g、炭酸カリウム2.4g、ジメチルスルホキシド0.2ml、n−ドデカン10mlを加えて19時間加熱還流しながら、攪拌を行った。室温まで冷却し、クロロホルム60mlを加えて不溶物をろ過によって除き、ろ液を減圧下濃縮して粗製物を得た。粗製物をo−ジクロロベンゼンを再結晶溶媒とする精製を行った後、70℃で12時間減圧乾燥して、6−〔4−(5H−ピリド[3,2−b]インドール−5−イル)フェニル〕−4−(ナフタレン−2−イル)−[2,2’]ビピリジン(化合物37)1.03g(収率34%)の黄白色粉体を得た。
得られた黄白色粉体についてNMRを使用して構造を同定した。1H−NMR測定結果を図6に示した。
1H−NMR(CDCl3)で以下の24個の水素のシグナルを検出した。δ(ppm)=8.85(1H)、8.78(1H)、8.75(1H)、8.65(1H)、8.48−8.50(3H)、8.36(1H)、8.21(1H)、7.98−8.03(3H)、7.90−7.94(2H)、7.81(1H)、7.74(2H)、7.55−7.60(4H)、7.36−7.43(3H)。
(4−〔4−(5H−ピリド[3,2−b]インドール−5−イル)フェニル〕−6−(ナフタレン−2−イル)−[2,2’]ビピリジン(化合物41)の合成)
前記実施例1と同様に、4−(4−ブロモフェニル)−6−(ナフタレン−2−イル)−[2,2’]ビピリジンを合成した。得られた4−(4−ブロモフェニル)−6−(ナフタレン−2−イル)−[2,2’]ビピリジン2.5g、5H−ピリド[3,2−b]インドール1.1g、銅粉0.2g、炭酸カリウム2.4g、ジメチルスルホキシド0.2ml、n−ドデカン10mlを加えて18時間加熱還流しながら、攪拌を行った。室温まで冷却し、クロロホルム60mlを加えて不溶物をろ過によって除き、ろ液を減圧下濃縮して粗製物を得た。粗製物をカラムクロマトグラフ(担体:NHシリカゲル、溶離液:ヘキサン/クロロホルム)によって精製し、4−〔4−(5H−ピリド[3,2−b]インドール−5−イル)フェニル〕−6−(ナフタレン−2−イル)−[2,2’]ビピリジン(化合物41)1.86g(収率62%)の黄白色粉体を得た。
得られた黄白色粉体についてNMRを使用して構造を同定した。1H−NMR測定結果を図7に示した。
1H−NMR(CDCl3)で以下の24個の水素のシグナルを検出した。δ(ppm)=8.76−8.80(3H)、8.70(1H)、8.65(1H)、8.48(1H)、8.42(1H)、8.21(1H)、8.10(2H)、8.02(2H)、7.92(2H)、7.79(1H)、7.73(2H)、7.55−7.57(4H)、7.36−7.44(3H)。
(6−〔4−(5H−ピリド[4,3−b]インドール−5−イル)フェニル〕−4−(フェナントレン−9−イル)−[2,2’]ビピリジン(化合物52)の合成)
前記実施例1と同様に、6−(4−ブロモフェニル)−4−(フェナントレン−9−イル)−[2,2’]ビピリジンを合成した。得られた6−(4−ブロモフェニル)−4−(フェナントレン−9−イル)−[2,2’]ビピリジン2.6g、5H−ピリド[4,3−b]インドール1.0g、銅粉0.2g、炭酸カリウム2.2g、ジメチルスルホキシド0.2ml、n−ドデカン10mlを加えて5時間加熱還流しながら、攪拌を行った。室温まで冷却し、クロロホルム80mlを加えて不溶物をろ過によって除き、ろ液を減圧下濃縮して粗製物を得た。粗製物をカラムクロマトグラフ(担体:NHシリカゲル、溶離液:トルエン)によって精製し、6−〔4−(5H−ピリド[4,3−b]インドール−5−イル)フェニル〕−4−(フェナントレン−9−イル)−[2,2’]ビピリジン(化合物52)2.35g(収率78%)の薄赤白色粉体を得た。
得られた薄赤白色粉体についてNMRを使用して構造を同定した。1H−NMR測定結果を図8に示した。
1H−NMR(CDCl3)で以下の26個の水素のシグナルを検出した。δ(ppm)=9.41(1H)、8.83(1H)、8.78(2H)、8.70−8.72(2H)、8.55(1H)、8.49(2H)、8.23(1H)、8.08(1H)、8.01(1H)、7.91−7.96(2H)、7.88(1H)、7.71−7.75(4H)、7.67(1H)、7.61(1H)、7.50−7.55(2H)、7.37−7.41(3H)。
(4−〔4−(5H−ピリド[4,3−b]インドール−5−イル)フェニル〕−6−(フェナントレン−2−イル)−[2,2’]ビピリジン(化合物72)の合成)
前記実施例1と同様に、4−(4−ブロモフェニル)−6−(フェナントレン−2−イル)−[2,2’]ビピリジンを合成した。得られた4−(4−ブロモフェニル)−6−(フェナントレン−2−イル)−[2,2’]ビピリジン2.6g、5H−ピリド[4,3−b]インドール1.0g、銅粉0.2g、炭酸カリウム2.2g、ジメチルスルホキシド0.2ml、n−ドデカン10mlを加えて6時間加熱還流しながら、攪拌を行った。室温まで冷却し、クロロホルム80mlを加えて不溶物をろ過によって除き、ろ液を減圧下濃縮して粗製物を得た。粗製物をカラムクロマトグラフ(担体:NHシリカゲル、溶離液:ヘキサン/クロロホルム)によって精製し、4−〔4−(5H−ピリド[4,3−b]インドール−5−イル)フェニル〕−6−(フェナントレン−2−イル)−[2,2’]ビピリジン(化合物72)1.40g(収率47%)の薄赤白色粉体を得た。
得られた薄赤白色粉体についてNMRを使用して構造を同定した。1H−NMR測定結果を図9に示した。
1H−NMR(CDCl3)で以下の26個の水素のシグナルを検出した。δ(ppm)=9.42(1H)、8.75−8.86(6H)、8.57(2H)、8.24(2H)、8.12(2H)、7.91−7.95(3H)、7.82(1H)、7.63−7.73(4H)、7.54(2H)、7.38−7.43(3H)。
(4−(ビフェニル−4−イル)−6−〔4−(5H−ピリド[4,3−b]インドール−5−イル)フェニル〕−[2,2’]ビピリジン(化合物116)の合成)
前記実施例1と同様に、4−(ビフェニル−4−イル)−6−(4−ブロモフェニル)−[2,2’]ビピリジンを合成した。得られた4−(ビフェニル−4−イル)−6−(4−ブロモフェニル)−[2,2’]ビピリジン2.5g、5H−ピリド[4,3−b]インドール1.0g、銅粉0.2g、炭酸カリウム2.3g、ジメチルスルホキシド0.2ml、n−ドデカン10mlを加えて5時間加熱還流しながら、攪拌を行った。室温まで冷却し、クロロホルム80mlを加えて不溶物をろ過によって除き、ろ液を減圧下濃縮して粗製物を得た。粗製物をカラムクロマトグラフ(担体:NHシリカゲル、溶離液:トルエン/酢酸エチル)によって精製し、4−(ビフェニル−4−イル)−6−〔4−(5H−ピリド[4,3−b]インドール−5−イル)フェニル〕−[2,2’]ビピリジン(化合物116)2.81g(収率93%)の黄白色粉体を得た。
得られた黄白色粉体についてNMRを使用して構造を同定した。1H−NMR測定結果を図10に示した。
1H−NMR(CDCl3)で以下の26個の水素のシグナルを検出した。δ(ppm)=9.41(1H)、8.78(1H)、8.76(1H)、8.73(1H)、8.56(1H)、8.49(2H)、8.24(1H)、8.13(1H)、7.96(2H)、7.91(1H)、7.79(2H)、7.73(2H)、7.69(2H)、7.48−7.56(4H)、7.37−7.42(4H)。
(4,6−ビス〔4−(5H−ピリド[3,2−b]インドール−5−イル)フェニル〕−[2,2’]ビピリジン(化合物165)の合成)
前記実施例1と同様に、4,6−ビス(4−ブロモフェニル)−[2,2’]ビピリジンを合成した。得られた4,6−ビス(4−ブロモフェニル)−[2,2’]ビピリジン2.2g、5H−ピリド[3,2−b]インドール1.7g、銅粉0.2g、炭酸カリウム2.0g、ジメチルスルホキシド0.2ml、n−ドデカン10mlを加えて18時間加熱還流しながら、攪拌を行った。室温まで冷却し、クロロホルム50mlを加えて不溶物をろ過によって除き、ろ液を減圧下濃縮して粗製物を得た。粗製物をカラムクロマトグラフ(担体:NHシリカゲル、溶離液:ヘキサン/クロロホルム)によって精製し、4,6−ビス〔4−(5H−ピリド[3,2−b]インドール−5−イル)フェニル〕−[2,2’]ビピリジン(化合物165)1.50g(収率50%)の黄白色粉体を得た。
得られた黄白色粉体についてNMRを使用して構造を同定した。1H−NMR測定結果を図11に示した。
1H−NMR(CDCl3)で以下の28個の水素のシグナルを検出した。δ(ppm)=8.83(1H)、8.76−8.78(2H)、8.66(2H)、8.48−8.52(4H)、8.17(1H)、8.13(2H)、7.94(1H)、7.81(2H)、7.76(4H)、7.56−7.61(4H)、7.36−7.44(5H)。
(4−〔4−(5H−ピリド[4,3−b]インドール−5−イル)フェニル〕−6−(フェナントレン−9−イル)−[2,2’]ビピリジン(化合物192)の合成)
前記実施例1と同様に、4−(4−ブロモフェニル)−6−(フェナントレン−9−イル)−[2,2’]ビピリジンを合成した。得られた4−(4−ブロモフェニル)−6−(フェナントレン−9−イル)−[2,2’]ビピリジン2.2g、5H−ピリド[4,3−b]インドール0.8g、銅粉0.2g、炭酸カリウム1.8g、ジメチルスルホキシド0.2ml、n−ドデカン10mlを加えて8時間加熱還流しながら、攪拌を行った。室温まで冷却し、クロロホルム80mlを加えて不溶物をろ過によって除き、ろ液を減圧下濃縮して粗製物を得た。粗製物をカラムクロマトグラフ(担体:NHシリカゲル、溶離液:ヘキサン/クロロホルム)によって精製し、4−〔4−(5H−ピリド[4,3−b]インドール−5−イル)フェニル〕−6−(フェナントレン−9−イル)−[2,2’]ビピリジン(化合物192)1.36g(収率54%)の黄白色粉体を得た。
得られた黄白色粉体についてNMRを使用して構造を同定した。1H−NMR測定結果を図12に示した。
1H−NMR(CDCl3)で以下の26個の水素のシグナルを検出した。δ(ppm)=9.40(1H)、8.89(1H)、8.84(1H)、8.78(2H)、8.61(1H)、8.55(1H)、8.32(1H)、8.23(1H)、8.12(2H)、8.04(1H)、7.99(2H)、7.83(1H)、7.71−7.74(4H)、7.62−7.67(2H)、7.52(2H)、7.37−7.42(3H)。
(6−(ビフェニル−4−イル)−4−〔4−(5H−ピリド[4,3−b]インドール−5−イル)フェニル〕−[2,2’]ビピリジン(化合物193)の合成)
前記実施例1と同様に、6−(ビフェニル−4−イル)−4−(4−ブロモフェニル)−[2,2’]ビピリジンを合成した。得られた6−(ビフェニル−4−イル)−4−(4−ブロモフェニル)−[2,2’]ビピリジン2.5g、5H−ピリド[4,3−b]インドール1.0g、銅粉0.2g、炭酸カリウム2.3g、ジメチルスルホキシド0.2ml、n−ドデカン10mlを加えて7時間加熱還流しながら、攪拌を行った。室温まで冷却し、クロロホルム80mlを加えて不溶物をろ過によって除き、ろ液を減圧下濃縮して粗製物を得た。粗製物をカラムクロマトグラフ(担体:NHシリカゲル、溶離液:トルエン/酢酸エチル)によって精製し、6−(ビフェニル−4−イル)−4−〔4−(5H−ピリド[4,3−b]インドール−5−イル)フェニル〕−[2,2’]ビピリジン(化合物193)1.96g(収率65%)の白色粉体を得た。
得られた白色粉体についてNMRを使用して構造を同定した。1H−NMR測定結果を図13に示した。
1H−NMR(CDCl3)で以下の26個の水素のシグナルを検出した。δ(ppm)=9.42(1H)、8.76(3H)、8.57(1H)、8.34(2H)、8.25(1H)、8.11(3H)、7.91(1H)、7.80(2H)、7.70−7.73(4H)、7.49−7.53(4H)、7.38−7.43(4H)。
本発明の化合物について、高感度示差走査熱量計(ブルカー・エイエックスエス製、DSC3100S)によって融点とガラス転移点を求めた。結果を表1に示す。
Figure 2008114690
本発明の化合物は100℃以上のガラス転移点を示し、薄膜状態が安定である。
本発明の化合物を用いて、ITO基板の上に膜厚100nmの蒸着膜を作製して、大気中光電子分光装置(理研計器製、AC−3型)で仕事関数を測定した。結果を表2に示す。
Figure 2008114690
このように本発明の化合物はNPD、TPDなどの一般的な正孔輸送材料がもつ仕事関数5.4eVより深い値を有しており、大きな正孔阻止能力を有している。
有機EL素子は、図14に示すように、ガラス基板1上に透明陽極2としてITO電極をあらかじめ形成したものの上に、正孔注入層3、正孔輸送層4、発光層5、正孔阻止層6、電子輸送層7、電子注入層8、陰極(アルミニウム電極)9の順に蒸着して作製した。
まず、膜厚150nmのITOを成膜したガラス基板1を有機溶媒洗浄後に、UVオゾン処理にて表面を洗浄した。これを、真空蒸着機内に取り付け0.001Pa以下まで減圧した。
続いて、その上に正孔注入層3として、銅フタロシアニンを蒸着速度3.6nm/minで約20nm形成した。この正孔注入層3の上に、正孔輸送層4としてNPDを蒸着速度3.6nm/minで約40nm形成した。この正孔輸送層4の上に、発光層5としてAlq3を蒸着速度3.6nm/minで約30nm形成した。この発光層5の上に、正孔阻止層6兼電子輸送層7として本発明実施例1の化合物(化合物36)を蒸着速度3.6nm/minで約30nm形成した。この正孔阻止層6兼電子輸送層7の上に、電子注入層8としてフッ化リチウムを蒸着速度0.36nm/minで約0.5nm形成した。最後に、アルミニウムを約200nm蒸着して陰極9を形成した。作製した素子は、真空デシケーター中に保存し、大気中、常温で特性測定を行なった。
本発明の本発明実施例1の化合物(化合物36)を使用して作製した有機EL素子に直流電圧を印加した発光特性の測定結果を表3にまとめて示した。
有機EL素子の正孔阻止層6兼電子輸送層7の材料を本発明実施例2の化合物(化合物40)に代えて、実施例16と同様の条件で有機EL素子を作製してその特性を調べた。
本発明の本発明実施例2の化合物(化合物40)を使用して作製した有機EL素子に直流電圧を印加した発光特性の測定結果を表3にまとめて示した。
有機EL素子の正孔阻止層6兼電子輸送層7の材料を本発明実施例10の化合物(化合物116)に代えて、実施例16と同様の条件で有機EL素子を作製してその特性を調べた。
本発明の本発明実施例10の化合物(化合物116)を使用して作製した有機EL素子に直流電圧を印加した発光特性の測定結果を表3にまとめて示した。
[比較例1]
比較のために、正孔阻止層6兼電子輸送層7の材料を電子輸送層7としてのAlq3に代え、実施例16と同様の条件で図15に示す構造の有機EL素子を作製してその特性を調べた。測定結果は表3および表4に示した。
Figure 2008114690
このように本発明の有機EL素子は、一般的な電子輸送材料として用いられているAlq3を用いた素子と比較して、発光効率に優れており、さらに駆動電圧の顕著な低下が達成できることがわかった。
有機EL素子の正孔阻止層6兼電子輸送層7の材料を本発明実施例3の化合物(化合物164)に代えて、実施例16と同様の条件で有機EL素子を作製してその特性を調べた。
本発明の本発明実施例3の化合物(化合物164)を使用して作製した有機EL素子に直流電圧を印加した発光特性の測定結果を表4にまとめて示した。
有機EL素子の正孔阻止層6兼電子輸送層7の材料を本発明実施例5の化合物(化合物24)に代えて、実施例16と同様の条件で有機EL素子を作製してその特性を調べた。
本発明の本発明実施例5の化合物(化合物24)を使用して作製した有機EL素子に直流電圧を印加した発光特性の測定結果を表4にまとめて示した。
有機EL素子の正孔阻止層6兼電子輸送層7の材料を本発明実施例6の化合物(化合物37)に代えて、実施例16と同様の条件で有機EL素子を作製してその特性を調べた。
本発明の本発明実施例6の化合物(化合物37)を使用して作製した有機EL素子に直流電圧を印加した発光特性の測定結果を表4にまとめて示した。
有機EL素子の正孔阻止層6兼電子輸送層7の材料を本発明実施例7の化合物(化合物41)に代えて、実施例16と同様の条件で有機EL素子を作製してその特性を調べた。
本発明の本発明実施例7の化合物(化合物41)を使用して作製した有機EL素子に直流電圧を印加した発光特性の測定結果を表4にまとめて示した。
有機EL素子の正孔阻止層6兼電子輸送層7の材料を本発明実施例12の化合物(化合物192)に代えて、実施例16と同様の条件で有機EL素子を作製してその特性を調べた。
本発明の本発明実施例12の化合物(化合物192)を使用して作製した有機EL素子に直流電圧を印加した発光特性の測定結果を表4にまとめて示した。
有機EL素子の正孔阻止層6兼電子輸送層7の材料を本発明実施例13の化合物(化合物193)に代えて、実施例16と同様の条件で有機EL素子を作製してその特性を調べた。
本発明の本発明実施例13の化合物(化合物193)を使用して作製した有機EL素子に直流電圧を印加した発光特性の測定結果を表4にまとめて示した。
Figure 2008114690
このように本発明の有機EL素子は、一般的な電子輸送材料として用いられているAlq3を用いた素子と比較して、単位電流密度あたりの発光輝度が高く、発光効率に優れていることがわかった。
本発明を詳細にまた特定の実施態様を参照して説明したが、本発明の精神と範囲を逸脱することなく様々な変更や修正を加えることができることは当業者にとって明らかである。
本出願は、2007年3月15日出願の日本特許出願2007−066214に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。
本発明の置換されたビピリジル基とピリドインドール環構造がフェニレン基を介して連結した化合物は、電子の注入特性が良く、薄膜状態が安定であるため、有機EL素子用の化合物として優れている。該化合物を用いて有機EL素子を作製することにより、駆動電圧を低下させることができ、耐久性を改善させることができる。例えば、家庭電化製品や照明の用途への展開が可能となった。

Claims (6)

  1. 下記一般式(1)で表される置換されたビピリジル基とピリドインドール環構造がフェニレン基を介して連結した化合物。
    Figure 2008114690
    (式中、Arは置換もしくは無置換の芳香族炭化水素基、置換もしくは無置換の芳香族複素環基または置換もしくは無置換の縮合多環芳香族基を表し、R1〜R17は、同一でも異なってもよく水素原子、フッ素原子、塩素原子、シアノ基、トリフルオロメチル基、炭素原子数1ないし6の直鎖状もしくは分岐状のアルキル基、置換もしくは無置換の芳香族炭化水素基を表し、W、X、Y、Zは炭素原子または窒素原子を表す。ここでW、X、Y、Zはそのいずれか1つのみが窒素原子であるものとし、この窒素原子はR10、R11、R12あるいはR13の置換基を有さないものとする。)
  2. 一対の電極とその間に挟まれた少なくとも一層の有機層を有する有機エレクトロルミネッセンス素子において、前記少なくとも一層の有機層が請求項1記載の化合物を含有する、有機エレクトロルミネッセンス素子。
  3. 前記少なくとも一層の有機層が電子輸送層である、請求項2記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
  4. 前記少なくとも一層の有機層が正孔阻止層である、請求項2記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
  5. 前記少なくとも一層の有機層が発光層である、請求項2記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
  6. 前記少なくとも一層の有機層が電子注入層である、請求項2記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
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