JPWO2012137958A1 - 有機化合物、電荷輸送材料、該化合物を含有する組成物、有機電界発光素子、表示装置及び照明装置 - Google Patents

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Abstract

ピリミジン骨格または1,3,5−トリアジン骨格に特定の構造を導入し、分子量を特定の範囲内に調整した有機化合物、該有機化合物と溶剤とを含む組成物、該組成物を用いて形成された層を有する有機電界発光素子、及びその用途。

Description

本発明は、特定の構造を有する有機化合物と、該化合物を含有する電荷輸送材料及び組成物、該化合物を用いた有機電界発光素子、表示装置ならびに照明装置に関する。
近年、薄膜型の電界発光(EL)素子としては、無機材料を使用したものに代わり、有機薄膜を用いた有機電界発光素子の開発が行われるようになっている。有機電界発光素子は、通常陽極と陰極との間に、正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電子輸送層などを有し、この各層に適した赤、緑、青などの発光素子の開発が進んでいる。有機電界発光素子は自発光であるため、視野角が広く、視認性が高く、薄膜型であるため省スペースなどの観点からも注目されているほか、従来実用に供されてきた発光ダイオードや冷陰管と異なり、面発光であるという特徴から、照明器具や、カラーフィルターを使用したフルカラー表示装置におけるバックライト等としても注目されている。
有機電界発光素子の各層の形成方法としては、蒸着成膜法や湿式成膜法が知られている。しかしながら、蒸着成膜法では、テレビやモニタ、照明用の中・大型フルカラーパネルなどを製作する場合、歩留まりの点で課題を有する。そのため、これら大面積の用途には湿式成膜法が好適である(特許文献1および2参照)。
湿式成膜法で有機電界発光素子の各層を形成するためには、各層を構成する材料が溶剤に溶解し、かつ湿式成膜後にも素子として高い性能を有することが望まれる。また、より効率的に生産を行うためには、該材料と溶剤とを含む組成物の保存安定性も高いことも望まれる。
一方、ピリミジン誘導体ならびに1,3,5−トリアジン誘導体は、電子受容性が高く、電子移動度が大きいことから、電荷輸送材料、特に有機電界発光素子用材料として好適であることが知られており、例えば、特許文献3〜6、非特許文献1および2にはこれらを用いた有機電界発光素子が開示されている。
日本国特開2006−190759号公報 日本国特開2010−278287号公報 日本国特開2004−031004号公報 日本国特許第4474493号公報 米国特許第6225467号明細書 日本国特開2004−022334号公報
Journal of Materials Chemistry,2009年,19巻,8112−8118頁. Advanced Materials,2010年,22巻,3311−3316頁.
しかしながら、上記従来の材料は、有機溶剤に対する溶解性が低いため、該材料と溶剤とを含む組成物を用いて湿式成膜法にて素子を作製することが困難であり、また、たとえ該組成物を用いて素子を作成することができたとしても、該組成物の保存安定性が低いために、効率的な生産を可能にするものではなかった。
本発明は上記従来の問題点を解決し、ピリミジン骨格ならびに1,3,5−トリアジン骨格を有する有機化合物の溶剤に対する溶解性を向上させること、該有機化合物と溶剤とで構成される組成物の保存安定性を向上させること、および、該組成物を用いて、湿式成膜法により形成された層を有する有機電界発光素子であって、発光効率、駆動寿命、耐久性などの点で高い性能を示す有機電界発光素子を提供することを課題とする。本発明はまた、該有機電界発光素子を含む表示装置及び照明装置を提供することを課題とする。
本発明者らは上記課題を解決すべく鋭意検討を行った結果、ピリミジン骨格ならびに1,3,5−トリアジン骨格に特定の構造を導入することで、該化合物の溶剤に対する溶解度が大きく向上し、また、該化合物と溶剤とを含む組成物の保存安定性が高められ、また、該組成物を用いて湿式成膜法により形成された有機層をもつ有機電界発光素子が、駆動電圧が低く、発光効率の高いものとなることを見出し、本発明の完成に至った。
即ち、本発明の要旨は、下記[1]〜[13]に存する。
[1] 下記一般式(1)で表され、分子量が750以上2000以下であって、分子中に存在するカルバゾリル基の数が1または0である有機化合物。
Figure 2012137958
[上記一般式(1)において、
A、B、及びCは、それぞれ独立に、下記一般式(2−1)〜(2−5)で表される置換基のうち、いずれかから選ばれる。
−Ar−X ・・・(2−1)
−Ar−Ar−X ・・・(2−2)
−Ar−Ar−Ar−X ・・・(2−3)
−Ar−Ar−Ar−Ar10−X ・・・(2−4)
−Ar11−Ar12−Ar13−Ar14−Ar15−X・・・(2−5)
上記一般式(2−1)〜(2−5)において、Arは、置換基を有していてもよい1,2−フェニレン基または1,3−フェニレン基を表し、Ar〜Ar15は、それぞれ独立に、置換基を有していてもよい1,2−フェニレン基、1,3−フェニレン基または1,4−フェニレン基を表す。
は、置換基を有していてもよい炭素数10以上の芳香族炭化水素基、または置換基を有していてもよいカルバゾリル基を表し、X〜Xは、それぞれ独立に、置換基を有していてもよい芳香族炭化水素基、置換基を有していてもよいカルバゾリル基、置換基を有していてもよいジベンゾフラニル基、または置換基を有していてもよいジベンゾチオフェニル基を表す。
ただし、A、BおよびCは、いずれにおいても、1,2−フェニレン基及び1,3−フェニレン基のうち少なくとも1つを含み、A、B及びCは同時に同一の基を表すことはない。
Dは、CHまたは窒素原子を表す。]
[2] 前記一般式(2−2)〜(2−5)において、Ar〜Ar15が表す置換基が、それぞれ独立に、1,3−フェニレン基または1,4−フェニレン基である、前記[1]に記載の有機化合物。
[3] 前記一般式(2−1)〜(2−5)において、Ar、Ar、Ar、Ar10、及びAr15が表す置換基が1,3−フェニレン基である、前記[1]または[2]に記載の有機化合物。
[4] 前記一般式(1)において、A、B及びCが互いに異なる置換基である、前記[1]〜[3]のいずれか一に記載の有機化合物。
[5] 下記一般式(3)で表され、分子量750以上2000以下であって、分子中に存在するカルバゾリル基の数が1または0である有機化合物。
Figure 2012137958
[上記一般式(3)において、
Dは、CHまたは窒素原子を表す。
E及びFは、それぞれ独立に、下記一般式(4−1)〜(4−6)で表される置換基のうち、いずれかから選ばれる。
−X ・・・(4−1)
−Ar16−X ・・・(4−2)
−Ar17−ArX ・・・(4−3)
−Ar19−Ar−Ar21−X ・・・(4−4)
−Ar22−Ar23−Ar24−Ar25−X10 ・・・(4−5)
−Ar26−Ar27−Ar28−Ar29−Ar30−X11・・・(4−6)
上記一般式(4−1)〜(4−6)において、Ar16は、置換基を有していてもよい1,2−フェニレン基または1,3−フェニレン基を表し、Ar17〜Ar30は、それぞれ独立に、置換基を有していてもよい1,2−フェニレン基、1,3−フェニレン基または1,4−フェニレン基を表す。
〜X11は、それぞれ独立に、置換基を有していてもよい芳香族炭化水素基、置換基を有していてもよいカルバゾリル基、置換基を有していてもよいジベンゾフラニル基、または置換基を有していてもよいジベンゾチエニル基を表す。
ただし、E、Fは、いずれにおいても、1,2−フェニレン基及び1,3−フェニレン基のうち少なくとも1つを含む。
Lは、直接結合、または、置換基を有していてもよい2価の芳香族炭化水素基を表し、R〜Rのいずれかの1つの置換位置との間で結合を形成する。
〜Rは、それぞれ独立に、Lとの間での結合、水素原子、置換基を有していてもよいフェニル基、置換基を有していてもよいジベンゾフラニル基、置換基を有していてもよいジベンゾチエニル基、アルキル基、シリル基、フッ素原子、またはパーフルオロアルキル基を表し、R〜R18は、水素原子、置換基を有していてもよいフェニル基、置換基を有していてもよいジベンゾフラニル基、置換基を有していてもよいジベンゾチエニル基、アルキル基、シリル基、フッ素原子、またはパーフルオロアルキル基を表す。]
[6] 前記一般式(4−3)〜(4−6)において、Ar17〜Ar30が表す置換基が、それぞれ独立に、1,3−フェニレン基または1,4−フェニレン基である、前記[5]に記載の有機化合物。
[7] 前記一般式(4−2)〜(4−6)において、Ar16、Ar18、Ar21、Ar25、及びAr30が表す置換基が1,3−フェニレン基である、前記[5]または[6]に記載の有機化合物。
[8] 前記[1]〜[7]のいずれか一に記載の有機化合物を含有する電荷輸送材料。
[9] 前記[1]〜[7]のいずれか一に記載の有機化合物及び溶剤を含有する組成物。
[10] 陽極、陰極、及び該陽極と陰極との間に少なくとも1層の有機層を有する有機電界発光素子であり、該有機層のうち少なくとも1層が、前記[9]に記載の組成物を用いて形成された層である、有機電界発光素子。
[11] 前記[9]に記載の組成物を用いて形成された層が発光層である、前記[10]に記載の有機電界発光素子。
[12] 前記[10]または[11]に記載の有機電界発光素子を有する表示装置。
[13] 前記[10]または[11]に記載の有機電界発光素子を有する照明装置。
ピリミジン骨格または1,3,5−トリアジン骨格に特定の置換基を導入した本発明の有機化合物は、溶剤に対する溶解度が大きく、該有機化合物と溶剤とで構成される組成物の保存安定性に優れる。また、該組成物を用いることにより、湿式成膜法にて均一な薄膜を形成することができ、長寿命で、駆動電圧が低く、かつ発光効率の高い有機電界発光素子を提供することができる。さらに本発明の有機電界発光素子は、面発光体としての特徴を生かした照明装置や白色光源(例えば、複写機の光源、液晶ディスプレイや計器類のバックライト光源、カラーフィルター表示装置)、表示板、及び標識灯への応用も考えられ、その技術的価値は極めて高いものと考える。
図1は、本発明の有機電界発光素子の構造の一例を模式的に示す断面図である。
以下に、本発明の実施の形態を詳細に説明するが、本発明は以下の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で種々に変形して実施することができる。
ここで、“重量%”と“質量%”、“重量比”と“質量比”とは、それぞれ同義である。
[語句の説明]
本発明において、単に「芳香環」と称した場合には、芳香族炭化水素環及び芳香族複素環のいずれも含むものとする。
本発明において、「置換基を有していてもよい」とは、置換基を1又は2以上有していてもよいことを意味するものとする。
また、本発明において「環由来の基」とは、当該環から、水素原子を1つ除いて得られる一価の基、或いは、当該環から、水素原子を2つ除いて得られる二価の基を表す。例えば、置換基を有していてもよいベンゼン環由来の基とは、価数が1価の場合は置換基を有していてもよいフェニル基を表し、2価の場合は置換基を有していてもよいフェニレン基を表わす。また、特に断りがない限り結合位置に制限は無く、ベンゼン環由来の2価の基の場合は、1,2−フェニレン基、1,3−フェニレン基、1,4−フェニレン基を含む。
また、本発明において湿式成膜法とは、例えば、スピンコート法、ディップコート法、ダイコート法、バーコート法、ブレードコート法、ロールコート法、スプレーコート法、キャピラリーコート法、インクジェット法、スクリーン印刷法、グラビア印刷法、またはフレキソ印刷法等の、湿式で成膜される方法をいう。これらの成膜方法の中でも、スピンコート法、スプレーコート法、インクジェット法が好ましい。これは、有機電界発光素子に用いられる湿式成膜用の組成物特有の液性に合うためである。
[本発明の有機化合物]
本発明の有機化合物は、下記一般式(1)または(3)で表され、分子量が750以上2000以下であって、分子中のカルバゾリル基の数が1または0であることを特徴とする有機化合物(以下「本発明の有機化合物」と称す場合がある。)である。
Figure 2012137958
上記一般式(1)において、
A、B、及びCは、それぞれ独立に、下記一般式(2−1)〜(2−5)で表される置換基のうち、いずれかから選ばれる。
−Ar−X ・・・(2−1)
−Ar−Ar−X ・・・(2−2)
−Ar−Ar−Ar−X ・・・(2−3)
−Ar−Ar−Ar−Ar10−X ・・・(2−4)
−Ar11−Ar12−Ar13−Ar14−Ar15−X・・・(2−5)
上記一般式(2−1)〜(2−5)において、Arは、置換基を有していてもよい1,2−フェニレン基または1,3−フェニレン基を表し、Ar〜Ar15は、それぞれ独立に、置換基を有していてもよい1,2−フェニレン基、1,3−フェニレン基または1,4−フェニレン基を表す。
は、置換基を有していてもよい炭素数10以上の芳香族炭化水素基、または置換基を有していてもよいカルバゾリル基を表し、X〜Xは、それぞれ独立に、置換基を有していてもよい芳香族炭化水素基、置換基を有していてもよいカルバゾリル基、置換基を有していてもよいジベンゾフラニル基、または置換基を有していてもよいジベンゾチオフェニル基を表す。
Dは、CHまたは窒素原子を表す。すなわちDがCHのとき、本発明の有機化合物はピリミジン環骨格を有する化合物であり、Dが窒素原子のとき、本発明の有機化合物は1,3,5−トリアジン環骨格を有する化合物である。
ただし、化合物の分子構造中の対称性を落とし、安定配座の数を増大させることにより、溶剤に対する溶解性を向上させるために、A、B、Cはいずれにおいても、少なくとも1つの、置換基を有していてもよい1,2−フェニレン基、または置換基を有していてもよい1,3−フェニレン基を含み、また、A、B及びCは同時に同一の基を表すことはない、すなわちA=B=Cであってはならない。
Figure 2012137958
上記一般式(3)において、
Dは、CHまたは窒素原子を表す。すなわちDがCHのとき、本発明の有機化合物はピリミジン環骨格を有する化合物であり、Dが窒素原子のとき、本発明の有機化合物は1,3,5−トリアジン環骨格を有する化合物である。
E、Fは、それぞれ独立に、下記一般式(4−1)〜(4−6)で表される置換基のうち、いずれかから選ばれる。
−X ・・・(4−1)
−Ar16−X ・・・(4−2)
−Ar17−Ar18−X ・・・(4−3)
−Ar19−Ar20−Ar21−X ・・・(4−4)
−Ar22−Ar23−Ar24−Ar25−X10 ・・・(4−5)
−Ar26−Ar27−Ar28−Ar29−Ar30−X11・・・(4−6)
上記一般式(4−1)〜(4−6)において、Ar16は、置換基を有していてもよい1,2−フェニレン基または1,3−フェニレン基を表し、Ar17〜Ar30は、それぞれ独立に、置換基を有していてもよい1,2−フェニレン基、1,3−フェニレン基または1,4−フェニレン基を表す。
〜X11は、それぞれ独立に、置換基を有していてもよい芳香族炭化水素基、置換基を有していてもよいカルバゾリル基、置換基を有していてもよいジベンゾフラニル基、または置換基を有していてもよいジベンゾチエニル基を表す。
ただし、E、Fは、いずれにおいても、1,2−フェニレン基及び1,3−フェニレン基のうち少なくとも1つを含む。
〜Rは、それぞれ独立に、水素原子、置換基を有していてもよいフェニル基、置換基を有していてもよいジベンゾフラニル基、置換基を有していてもよいジベンゾチエニル基、アルキル基、シリル基、フッ素原子、またはパーフルオロアルキル基を表し、R〜R18は、水素原子、置換基を有していてもよいフェニル基、置換基を有していてもよいジベンゾフラニル基、置換基を有していてもよいジベンゾチエニル基、アルキル基、シリル基、フッ素原子、またはパーフルオロアルキル基を表す。
Lは、直接結合、または、置換基を有していてもよい2価の芳香族炭化水素基を表し、R〜Rのいずれかの1つの置換位置との間で結合を形成する。
<Ar〜Ar30
前記一般式(2−1)および(4−2)において、ArならびにAr16は置換基を有していてもよい1,2−フェニレン基、または置換基を有していてもよい1,3−フェニレン基であるが、耐久性の観点から、置換基を有していてもよい1,3−フェニレン基であることが特に好ましい。
また、前記一般式(2−2)〜(2−5)および前記一般式(4−3)〜(4−6)において、Ar〜Ar15およびAr17〜Ar30は、それぞれ独立に、置換基を有していてもよい1,2−フェニレン基、置換基を有していてもよい1,3−フェニレン基、または置換基を有していてもよい1,4−フェニレン基であるが、耐久性の観点から、置換基を有していてもよい1,3−フェニレン基、または置換基を有していてもよい1,4−フェニレン基であることが好ましく、特に、有機溶剤への溶解性をさらに向上させるためには、前記一般式(2−2)〜(2−5)および前記一般式(4−3)〜(4−6)において、Ar、Ar、Ar10、Ar15、Ar18、Ar21、Ar25、Ar30は、置換基を有していてもよい1,3−フェニレン基であることが好ましい。
<X〜X11
前記一般式(2−1)において、Xを構成する炭素数10以上の芳香族炭化水素基としては、炭素数10〜30の芳香族炭化水素基が好ましく、特に、6員環の2〜5縮合環由来の基が好ましい。
の芳香族炭化水素基としては、具体的には、ナフタレン環、アントラセン環、フェナントレン環、ペリレン環、テトラセン環、ピレン環、ベンズピレン環、クリセン環、トリフェニレン環、フルオランテン環由来の基等が挙げられる。中でも、三重項励起準位が比較的低く、有機溶剤に対する溶解性が比較的高いという点から、ナフタレン環、フェナントレン環由来の基が好ましい。
ここで、Xとして炭素数9以下の芳香族炭化水素基(具体的には、ベンゼン環由来の基等)を除外しているのは、前記一般式(2−1)で表される置換基は、前記一般式(2−2)〜(2−5)で表される置換基よりも、その置換基全体の大きさが小さいため、溶剤分子から受ける溶媒和エネルギーが小さく、Xを構成する置換基は、溶解性をより大きく向上させる置換基であることが望ましいことに基づく。例えば、ナフタレン環やフェナントレン環由来の基は、結合する他の環との間の立体障害が、ベンゼン環由来の基に比べて大きくなるため、これにより有機溶剤に対する溶解性や膜質が向上することが知られている(例えば、日本国特開2011−26237号公報を参照)。
の芳香族炭化水素基のArとの結合位置については、特に限定はされないが、化学的安定性や電荷輸送性の観点から、例えばナフチル基であればナフタレン環の1位、フェナンチル基であればフェナントレン環の9位、10位において結合していることが好ましい。
前記一般式(2−1)において、Xを構成するカルバゾリル基(カルバゾリル基は「カルバゾール環由来の基」を指す。)のArとの結合位置については、特に限定はされないが、化学的安定性や電荷輸送性の観点から、カルバゾール環の2位、3位、6位、または9位において結合していることが好ましく、2位または9位において結合していることがより好ましい。
前記一般式(2−2)〜(2−5)および前記一般式(4−1)〜(4−6)において、X〜X11を構成する芳香族炭化水素基としては、炭素数6〜30の芳香族炭化水素基が好ましく、特に6員環の単環又は2〜5縮合環由来の基が好ましい。
〜X11の芳香族炭化水素基としては、具体的には、ベンゼン環、ナフタレン環、アントラセン環、フェナントレン環、ペリレン環、テトラセン環、ピレン環、ベンズピレン環、クリセン環、トリフェニレン環、フルオランテン環由来の基等が挙げられる。中でも、三重項励起準位が比較的低く、有機溶剤に対する溶解性が比較的高いという点から、ベンゼン環、ナフタレン環、フェナントレン環由来の基が好ましい。
〜X、及びX〜X11を構成する各芳香族炭化水素基のAr、Ar、Ar10、Ar15、Ar16、Ar18、Ar21、Ar25、Ar30との結合位置、ならびにXを構成する芳香族炭化水素基の1,3,5−トリアジン環もしくはピリミジン環との結合位置については、特に限定はされないが、化学的安定性や電荷輸送性の観点から、例えばナフチル基であればナフタレン環の1位、フェナンチル基であればフェナントレン環の9位、または10位において結合していることが好ましい。
前記一般式(2−2)〜(2−5)および前記一般式(4−1)〜(4−6)において、X〜X、及びX〜X11を構成する各カルバゾリル基のAr、Ar、Ar10、Ar15、Ar16、Ar18、Ar21、Ar25、Ar30との結合位置、ならびにXを構成するカルバゾリル基の1,3,5−トリアジン環もしくはピリミジン環との結合位置については、特に限定はされないが、化学的安定性や電荷輸送性の観点から、カルバゾール環の2位、3位、6位、または9位において結合していることが好ましく、2位または9位において結合していることがより好ましい。
前記一般式(2−2)〜(2−5)および前記一般式(4−1)〜(4−6)において、X〜X、及びX〜X11を構成するジベンゾフラニル基(ジベンゾフラニル基は、「ジベンゾフラン環由来の基」を指す。)、ジベンゾチエニル基(ジベンゾチエニル基は、「ジベンゾチオフェン環由来の基」を指す。)のAr、Ar、Ar10、Ar15、Ar16、Ar18、Ar21、Ar25、Ar30との結合位置、ならびにXを構成するジベンゾフラニル基、ジベンゾチエニル基の1,3,5−トリアジン環もしくはピリミジン環との結合位置については、特に限定はされないが、化学的安定性や電荷輸送性の観点から、ジベンゾフラン環、またはジベンゾチオフェン環の2位または4位において結合していることが好ましく、4位において結合していることがより好ましい。
<L>
前記一般式(3)の置換基Lは、直接結合、または、置換基を有していてもよい2価の芳香族炭化水素基(置換基を有していてもよい2価のアリーレン基)を表し、一方は、1,3,5−トリアジン環もしくはピリミジン環と結合し、もう一方は、R〜Rのいずれかの置換位置で、R〜Rのいずれかの代わりにベンゼン環と結合する。中でも、溶解性、耐久性の観点から、R〜Rのいずれかの置換位置で結合を形成する方が特に好ましい。Lの2価の芳香族炭化水素基としては、具体的には、1,2−フェニレン基、1,3−フェニレン基、1,4−フェニレン基、4,4’−ビフェニリレン、4,3’−ビフェニリレン、3,4’−ビフェニリレン、3,3’−ビフェニリレン等が挙げられる。中でも、有機溶剤に対する溶解性が比較的高いという点から、1,3−フェニレン基、3,3’−ビフェニリレン基が好ましい。
<R〜R18
前記一般式(3)の置換基R〜Rは、それぞれ独立に、Lとの間での結合、置換基を有していてもよいフェニル基、置換基を有していてもよいジベンゾフラニル基、置換基を有していてもよいジベンゾチエニル基、アルキル基、シリル基、フッ素原子、またはパーフルオロアルキル基を表す。R〜R18は、それぞれ独立に、水素原子、置換基を有していてもよいフェニル基、置換基を有していてもよいジベンゾフラニル基、置換基を有していてもよいジベンゾチエニル基、アルキル基、シリル基、フッ素原子、またはパーフルオロアルキル基を表す(このうち、フェニル基、ジベンゾフラニル基、ジベンゾチエニル基については、さらにアルキル基、シリル基、フッ素原子、パーフルオロアルキル基を有していてもよい)。なお、ジベンゾフラニル基、ジベンゾチエニル基と各芳香環との結合位置については前述と同様である。
アルキル基としては、炭素数1〜20のアルキル基が好ましく、具体的には、メチル基、エチル基、プロピル基、iso−プロピル基、ブチル基、iso−ブチル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、オクチル基、シクロヘキシル基、デシル基、オクタデシル基等が挙げられる。中でも、耐久性の面から、メチル基、エチル基、tert−ブチル基といった炭素数4以下のものがより好ましい。
シリル基としては、炭素数1〜4のアルキル基、または、炭素数6〜20のアリール基が結合しているものが好ましく、具体的には、トリイソプロピルシリル基、トリフェニルシリル基、ジメチルフェニルシリル基、tert−ブチルジフェニルシリル基などが挙げられる。中でも、耐久性の面から、トリフェニルシリル基が好ましい。
パーフルオロアルキル基とは、アルキル基を構成する水素原子のすべてがフッ素原子に置換された置換基のことを指す。この置換基としては、炭素数1〜4のパーフルオロアルキル基が好ましく、具体的には、トリフルオロメチル基、ペンタフルオロエチル基等が挙げられ、中でも耐久性の面から、トリフルオロメチル基がより好ましい。
<置換基>
前記一般式(2−1)〜(2−5)および前記一般式(4−1)〜(4−6)において、Ar〜Ar30、ならびに、X〜X11のそれぞれが有していてもよい置換基としては、フェニル基、ジベンゾフラニル基、ジベンゾチエニル基、アルキル基、シリル基、フッ素原子、パーフルオロアルキル基等が挙げられる(このうち、フェニル基、ジベンゾフラニル基、ジベンゾチエニル基については、さらにアルキル基、シリル基、フッ素原子、パーフルオロアルキル基を有していてもよい)。中でも耐久性の面から、フェニル基、アルキル基、またはシリル基であることが好ましい。なお、ジベンゾフラニル基、ジベンゾチエニル基とAr〜Ar30、ならびに、X〜X11との結合位置については前述と同様であり、アルキル基、シリル基、パーフルオロアルキル基については<R〜R18>の項で述べたものと同様である。
<A、B、C>
前記一般式(1)の置換基A、B、Cはそれぞれ、少なくとも1つの、置換基を有していてもよい1,2−フェニレン基または置換基を有していてもよい1,3−フェニレン基を含むものであり、また、置換基A、B、Cがすべて同一であることはないものである。さらに、分子の対称性を低下させて、有機溶剤に対する溶解性の向上ならびに材料の非晶質性の向上を図るために、前記一般式(1)における置換基A、B、Cは、互いに異なること、即ち、いずれもが同一でない置換基であることがより好ましい。ここで、「同一でない」とは、置換基A、B、Cを構成する芳香環の種類、芳香環が有する置換基、芳香環の他の基との結合順および結合位置のうち、少なくとも一つが異なることを指す。
<カルバゾリル基>
本発明の有機化合物はカルバゾリル基を1個のみ有するか、或いはカルバゾリル基を有さないことが好ましい。
<分子量>
本発明の有機化合物の分子量は、通常2000以下、好ましくは1500以下、より好ましくは1300以下であり、また通常750以上、好ましくは800以上である。分子量が上記上限値を超えると、合成工程で生じる不純物成分の増加に伴って、材料の高純度化(すなわち劣化原因物質の除去)が困難になる場合があり、また、分子量が上記下限値を下回ると、溶解性、ガラス転移点温度、融点、気化温度、成膜性、および、膜質などが著しく低下するため、有機電界発光素子の耐熱性が著しく損なわれる恐れがある。
<ガラス転移点温度>
本発明の有機化合物の有機溶剤に対する溶解度を大きくし、該化合物と有機溶剤とを含有する組成物の保存安定性を確保しつつ、該組成物を用いて形成される有機電界発光素子の熱的耐久性を確保するため、本発明の有機化合物のガラス転移点温度(以下、「Tg」と称する場合がある)としては、70℃以上125℃以下が好ましく、より好ましくは75℃以上125℃以下である。
なお、本発明において、ガラス転移点温度(Tg)は示差走査熱量分析(DSC分析)により以下の条件で測定することができる。
<ガラス転移点温度測定>
装置:エスアイアイ・ナノテクノロジー株式会社 DSC6220
試料量:約4mg
試料容器:Al製液体用試料容器
雰囲気:N,50ml/min
温度範囲:室温〜300℃
昇温速度:10℃/min
なお、後述の如く、上記のガラス転移点温度は、本発明の有機化合物がカルバゾリル基を1個のみ有する場合又はカルバゾリル基を有さない場合に、上記好適温度範囲内とし易い。
<具体例>
以下に、本発明の有機化合物の好ましい具体例を示すが、本発明の有機化合物は、以下の例示化合物に限定されるものではない。
Figure 2012137958
Figure 2012137958
Figure 2012137958
Figure 2012137958
Figure 2012137958
Figure 2012137958
Figure 2012137958
Figure 2012137958
Figure 2012137958
Figure 2012137958
Figure 2012137958
Figure 2012137958
<合成方法>
前記一般式(1)で表される本発明の有機化合物は、例えば下記に示す公知の方法を適宜組み合わせることで合成することができる。
(方法A:アリールシアン化物から合成する方法)
参考文献:Advanced Materials,2010年,22巻,3311−3316頁
Figure 2012137958
(上記式中、Ar’は、任意の置換基を有していてもよい芳香族炭化水素基を表し、同一であっても異なっていてもよい。)
(方法B:トリハロゲン化トリアジンから合成する方法)
参考文献:Journal of Organic Chemistry,2002年、67巻、24号、8424−8429頁;Synthetic Metals、2001年、122巻、3号、485−493頁;Organic Letters,2001年、3巻、15号、2419−2421頁;Organic Letters,2008年、10巻、5号、709−712頁;Chemistry of Materials、2006年、18巻、204−213頁
Figure 2012137958
(上記式中、Xは、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、またはヨウ素原子のいずれかを表し、同一であっても異なっていてもよい。Ar’は、任意の置換基を有していてもよい芳香族炭化水素基を表し、同一であっても異なっていてもよい。)
(方法C:トリクロロピリミジンから合成する方法)
Figure 2012137958
すなわち、参考文献:J. Org. Chem. 2001年 66巻7125−7128頁に記載の方法を用いて、段階的に反応させることにより合成可能である。
また、この他にも、「ヘテロ環の化学−医薬品の基礎」(2002年、國枝ら、化学同人社)、「新編ヘテロ環化合物 基礎編、応用編」(2004年、山中ら、講談社)などに記載または引用されている合成方法を利用することができる。
<本発明の有機化合物の作用効果のメカニズム>
本発明の有機化合物の化学構造とすることで本発明の目的とする効果が奏されるメカニズムの詳細については明らかではないが、以下の通り推測される。
ある化合物の溶解度とは、該化合物を任意の溶剤と混合し、固液平衡に至ったときに該溶剤中に溶出している該化合物の重量のことを指す。したがって、化合物の溶解度は、該化合物の固体状態の自由エネルギーと、該化合物が溶剤中に溶けている状態の自由エネルギーとを比較することにより議論することが可能であり、一般には、(1)化合物の固体状態の自由エネルギーを不安定化し、(2)溶剤中における化合物の自由エネルギーを安定化する、ことにより、該化合物の溶解度は向上する。ここで、化合物の固体状態の自由エネルギーは分子間相互作用エネルギーの総和におよそ等しく、溶剤中における化合物の自由エネルギーは化合物が溶剤分子から受ける溶媒和エネルギーにおよそ等しい。
Figure 2012137958
2,4,6−トリフェニル−1,3,5−トリアジン部位を部分構造にもつ化合物(I)は、中心骨格の1,3,5−トリアジン環が水素原子を持たないことから、この環と結合するフェニル基上の水素原子との間に立体障害が生じず、トリアジン環と3つのベンゼン環は、ほぼ平面に近い分子構造を安定配座としてとる(例えば、Synthetic Metals、2001年、122巻、3号、485−493頁やChemical Communications、2010年、46巻、27号、4902−4904頁等を参照)。このため、化合物(I)は、溶液中での分子運動による分子構造の揺らぎが小さく、溶媒分子から受ける溶媒和エネルギーが小さくなるほか、分子間でπ/πスタッキングにより積層しやすく、結晶性が非常に高くなることから、一般に溶解性が低いものと考えられる。同様に、2,4,6−トリフェニルピリミジンに関しても、ピリミジン環と(3つのうち1つの)フェニル基上の水素原子との間に立体障害が生じず、ピリミジン環と1つのベンゼン環がほぼ平面に近い分子構造を安定配座としてとるものと考えられ、その結果、溶剤に対する溶解性が低いものと考えられる。その一方で、2,4,6−トリフェニルピリジンは、安定配座として平面構造をとることができないため、溶剤に対する溶解性は高い(後述の参考例1及び比較例2を参照。同じ置換基を有しているにも関わらず、ピリジン誘導体の方が組成物の保存安定性は高い)。
以上から、1,3,5−トリアジン化合物ならびにピリミジン化合物の溶解性を向上させるための方法としては、以下の3つの方法が考えられる。ここでは、上記1,3,5−トリアジン化合物(I)についてのみ説明するが、ピリミジン化合物についても同様の設計指針を適用することが可能である。すなわち、上記化合物(I)の3つのフェニル基に導入する置換基R111〜R113について、(i)分子間のπ/πスタッキングを阻害するような立体障害の大きな置換基であること、(ii)分子対称性を低下させ、結晶構造をより不安定化し、分子が固体状態で取りうる分子構造に揺らぎを生じさせることで、固体状態の自由エネルギーを不安定化すること、ならびに、(iii)置換基R111〜R113をできる限り大きな置換基とすることで、有機溶剤から受ける溶媒和エネルギーを増大させること、の3つの方法である。
一つ目の方法(i)に対応するものとして、前記一般式(1)におけるA、B、Cそれぞれの置換基が、前記一般式(2−1)においてArが1,2−フェニレン基あるいは1,3−フェニレン基、Xとして炭素数10以上の芳香族炭化水素基またはカルバゾリル基であることが挙げられる。これらの置換基は、結合する他の環との間での立体障害が大きくなることから中心骨格に対するねじれ角が大きくなり、その結果、分子間での中心骨格同士のπ/πスタッキングを抑制するものと推察される。
二つ目の方法(ii)に対応するものとして、前記一般式(1)および(3)を構成するそれぞれの置換基A〜C、E及びFが、それぞれ、1,2−フェニレン基及び1,3−フェニレン基のうち少なくとも一方を有することが挙げられる。これらの置換基は、1,4−フェニレン基が対称性の高い置換基であるのに比べて、対称性が低いため、固体状態において分子構造の揺らぎを生じやすい。
三つ目の方法(iii)に対応するものとして、本発明の有機化合物は、前記一般式(1)における置換基として、前記一般式(2−1)〜(2−5)のいずれかから選ばれる置換基となることに加えて、前記一般式(3)で表される化合物が少なくとも4つのベンゼン環が連結した構造を有していることが挙げられる。1,3,5−トリアジン骨格あるいはピリミジン骨格に導入する3つの置換基が本発明による特定の置換基をとることによって、それぞれ有機溶剤から受ける溶媒和エネルギーが大きくなり、溶剤に対する溶解性が向上したものと推察される。
一方、ガラス転移点温度とは、室温において非晶質である化合物が状態変化するときの温度のことを指し、ガラス転移点温度以上では、非晶質である化合物の剛性と粘度が低下し、流動性が大きくなる。すなわち、ガラス転移点温度が高いものは、分子が流動性をもつまでに高いエネルギーが必要である。一方、ガラス転移点温度の低いものは、分子が流動性をもつまでに比較的エネルギーを必要としない。通常、分子量が2000以下の低分子化合物において、分子が流動性をもつということは、該材料中の分子が分子間相互作用から解き放たれることに他ならず、すなわち、ガラス転移点温度は、化合物の固体状態の自由エネルギーの指標として見ることが可能であると推察される。
この観点から、本発明者らが鋭意検討を進めた結果、ピリミジン骨格および1,3,5−トリアジン骨格に特定の構造を導入し、分子量を750以上2000以下とした化合物は、ガラス転移点温度が比較的低く、溶剤に対する溶解度が向上し、また、この化合物と溶剤とを含む組成物の保存安定性が良好で、この組成物を用いて作製した有機電界発光素子が、長寿命で、駆動電圧が低く、かつ、発光効率が高いことを見出した。
ガラス転移点温度は、分子の運動性と関係することから、ガラス転移点温度は、当該化合物の分子量、それぞれの分子を構成する骨格、ならびに置換基の種類に依存する。本発明者らは、ピリミジン骨格および1,3,5−トリアジン骨格を有する化合物においては、分子を構成する3つの置換基が前記一般式(1)または(3)で構成され、かつ分子中にカルバゾリル基を1つのみ含有するか、カルバゾリル基を含まないことで、ガラス転移点温度が比較的低くなることを見出した。カルバゾール環の数が1つかそれ以下の場合にガラス転移点温度が減少したのは、他の芳香環と比較して極性が大きく、平面性の高いカルバゾール環は、分子間相互作用が比較的強く、カルバゾール環が2つかそれ以上では分子間での会合による分子間相互作用が強くなってしまうことから、ガラス転移点温度が高くなり、一方、分子中のカルバゾール環の数を1つかそれ以下とすることで分子間相互作用エネルギーが低下することによりガラス転移点温度が減少したものと推察される。
以上より、前記一般式(1)または(3)で表される本発明の有機化合物は、有機溶剤に対する溶解性が大きく、該化合物と溶剤とを含む組成物は保存安定性に優れ、かつ、該組成物を用いて作製した有機電界発光素子は、長寿命で、効率が高く、かつ低電圧で駆動できるものと推察される。
<用途>
本発明の有機化合物は、発光材料、電荷輸送材料(電荷輸送性化合物)として用いられることが好ましく、また、有機電界発光素子における発光層の発光材料、電荷輸送材料として用いることが好ましく、特に電荷輸送材料として用いられることが好ましい。
また、本発明の有機化合物は、従来知られているピリミジン化合物や1,3,5−トリアジン化合物よりも、有機溶剤に対する溶解性が向上していることから、該化合物と有機溶剤とを含有する組成物を調製し、これを用いて湿式成膜法により有機層を形成するための組成物として用いることが好ましい。特に、製造法を簡便にできることから、湿式成膜法により形成される有機電界発光素子、該素子を含む表示装置、照明装置として用いることが特に好ましい。
<本発明の有機化合物を含有する組成物>
本発明の組成物は、本発明の有機化合物と溶剤とを含有する。なお、前記本発明の有機化合物は、本発明の組成物中に、1種のみ含まれていてもよく、2種以上が組み合わされて含まれていてもよい。また、本発明の組成物が電荷輸送材料として本発明の有機化合物を含む場合であっても、さらに従来電荷輸送材料として用いられている他の化合物を含有することができる。
<溶剤>
本発明の組成物に含有され得る溶剤は、好ましくは、湿式成膜法により有機層を形成するために用いる、揮発性を有する液体成分である。
該溶剤は、溶質である本発明の有機化合物、その他必要に応じて用いられる電荷輸送材料や発光材料が良好に溶解する溶剤であれば特に限定されないが、好ましい溶剤としては以下のものが挙げられる。
例えば、n−デカン、シクロヘキサン、エチルシクロヘキサン、デカリン、ビシクロヘキサン等のアルカン類;トルエン、キシレン、メシチレン、シクロヘキシルベンゼン、テトラリン等の芳香族炭化水素類;クロロベンゼン、ジクロロベンゼン、トリクロロベンゼン等のハロゲン化芳香族炭化水素類;1,2−ジメトキシベンゼン、1,3−ジメトキシベンゼン、アニソール、フェネトール、2−メトキシトルエン、3−メトキシトルエン、4−メトキシトルエン、2,3−ジメチルアニソール、2,4−ジメチルアニソール、ジフェニルエーテル等の芳香族エーテル類;酢酸フェニル、プロピオン酸フェニル、安息香酸メチル、安息香酸エチル、安息香酸プロピル、安息香酸n−ブチル等の芳香族エステル類;シクロヘキサノン、シクロオクタノン、フェンコン等の脂環族ケトン類;シクロヘキサノール、シクロオクタノール等の脂環族アルコール類;メチルエチルケトン、ジブチルケトン等の脂肪族ケトン類;ブタノール、ヘキサノール等の脂肪族アルコール類;テトラヒドロフラン、1,4−ジオキサン、エチレングリコールジメチルエーテル、エチレングリコールジエチルエーテル、プロピレングリコール−1−モノメチルエーテルアセタート(PGMEA)等の脂肪族エーテル類;等が挙げられる。
これらのうち、水の溶解度が低い点、容易には変質しない点で、トルエン、キシレン、メシチレン、シクロヘキシルベンゼン、テトラリン等の芳香族炭化水素が好ましい。
有機電界発光素子をはじめとする有機デバイスには、水分により著しく劣化する材料(例えば、陰極等)が数多く使用されているため、組成物中の水分の存在は、乾燥後の膜中に水分が残留し、素子の特性を低下させる可能性が考えられ好ましくない。
組成物中の水分量を低減する方法としては、例えば、蒸留や乾燥剤の使用などにより溶剤をあらかじめ脱水する、窒素ガスシール、水の溶解度が低い溶剤を使用する等が挙げられる。中でも、水の溶解度が低い溶剤を使用する場合は、湿式成膜工程中に、溶液膜が大気中の水分を吸収して白化する現象を防ぐことができるため好ましい。このような観点からは、本実施の形態が適用される組成物は、例えば、25℃における水の溶解度が1重量%以下、好ましくは0.1重量%以下である溶剤を組成物中に10重量%以上含有することが好ましい。
また、湿式成膜時における組成物からの溶剤蒸発による、成膜安定性の低下を低減するためには、組成物の溶剤として、沸点が100℃以上、好ましくは沸点が150℃以上、より好ましくは沸点が200℃以上の溶剤を用いることが効果的である。また、より均一な膜を得るためには、成膜直後の液膜から溶剤が適当な速度で蒸発することが必要であり、このためには通常沸点80℃以上、好ましくは沸点100℃以上、より好ましくは沸点120℃以上で、通常沸点270℃未満、好ましくは沸点250℃未満、より好ましくは沸点230℃未満の溶剤を用いることが有効である。
上述の条件、すなわち溶質の溶解性、蒸発速度、水の溶解度の条件を満足する溶剤を単独で用いてもよいが、すべての条件を満たす溶剤が選択できない場合は、2種類以上の溶剤を混合して用いることもできる。
本発明の組成物において、溶剤の含有量は、組成物100重量%に対して、好ましくは10重量%以上、より好ましくは50重量%以上、特に好ましくは80重量%以上、また、好ましくは99.99重量%以下、より好ましくは99.8重量%以下、特に好ましくは99.5重量%以下である。溶剤の含有量がこの下限を下回ると、組成物の粘性が高くなりすぎ、成膜作業性が低下する可能性がある。一方、この上限を上回ると、成膜後、溶剤を除去して得られる膜の厚みが期待したものよりも著しく薄くなるため、成膜が困難となる傾向がある。
<発光材料>
本発明の組成物は、さらに発光材料を含有することが好ましい。
発光材料とは、本発明の組成物において、主として発光する成分を指し、有機電界発光素子等の有機ELデバイスにおけるドーパント成分に当たる。該組成物から発せられる光量(単位:cd/m)の内、通常10〜100%、好ましくは20〜100%、より好ましくは50〜100%、最も好ましくは80〜100%が、ある成分材料からの発光と同定される場合、それを発光材料と定義する。
発光材料としては、任意の公知材料を適用可能であり、蛍光発光材料あるいは燐光発光材料を単独若しくは複数を混合して使用できるが、内部量子効率の観点から、好ましくは、燐光発光材料である。
尚、溶剤への溶解性を向上させる目的で、発光材料分子の対称性や剛性を低下させたり、あるいはアルキル基などの親油性置換基を導入したりすることも、重要である。
青色発光を与える蛍光色素としては、ペリレン、ピレン、アントラセン、クマリン、p−ビス(2−フェニルエテニル)ベンゼン及びそれらの誘導体等が挙げられる。緑色蛍光色素としては、キナクリドン誘導体、クマリン誘導体等が挙げられる。黄色蛍光色素としては、ルブレン、ペリミドン誘導体等が挙げられる。赤色蛍光色素としては、DCM系化合物、ベンゾピラン誘導体、ローダミン誘導体、ベンゾチオキサンテン誘導体、アザベンゾチオキサンテン等が挙げられる。
燐光発光材料としては、例えば周期表第7ないし11族から選ばれる金属原子を含む有機金属錯体が挙げられる。
周期表第7ないし11族から選ばれる金属原子を含む燐光発光性有機金属錯体における金属原子として好ましくは、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、銀、レニウム、オスミウム、イリジウム、白金、金等が挙げられる。これらの有機金属錯体として、好ましくは下記式(II)または下記式(III)にて表される化合物が挙げられる。
ML(q−j)L’ ・・・(II)
(式(II)中、Mは金属原子を表し、qは上記金属原子の価数を表す。また、L及びL’は二座配位子を表す。jは0、1又は2を表す。)
Figure 2012137958
(式(III)中、Mは金属原子を表し、Tは炭素原子または窒素原子を表す。R92〜R95は、それぞれ独立に置換基を表す。ただし、Tが窒素原子の場合は、R94およびR95は無い。)
以下、まず、式(II)で表される化合物について説明する。
式(II)中、Mは任意の金属原子を表し、好ましいものの具体例としては、周期表第7ないし11族から選ばれる金属原子として前述した金属原子が挙げられる。
また、式(II)中の二座配位子L及びL’は、それぞれ、以下の部分構造を有する配位子を示す。
Figure 2012137958
Figure 2012137958
L’として、錯体の安定性の観点から、特に好ましくは、下記のものが挙げられる。
Figure 2012137958
上記L,L’の部分構造において、環A1は、芳香族炭化水素基又は芳香族複素環基を表し、これらは置換基を有していてもよい。また、環A2は、含窒素芳香族複素環基を表し、これらは置換基を有していてもよい。
環A1、A2が置換基を有する場合、好ましい置換基としては、フッ素原子等のハロゲン原子;メチル基、エチル基等のアルキル基;ビニル基等のアルケニル基;メトキシカルボニル基、エトキシカルボニル基等のアルコキシカルボニル基;メトキシ基、エトキシ基等のアルコキシ基;フェノキシ基、ベンジルオキシ基などのアリールオキシ基;ジメチルアミノ基、ジエチルアミノ基等のジアルキルアミノ基;ジフェニルアミノ基等のジアリールアミノ基;カルバゾリル基;アセチル基等のアシル基;トリフルオロメチル基等のハロアルキル基;シアノ基;フェニル基、ナフチル基、フェナンチル基等の芳香族炭化水素基等が挙げられる。
式(II)で表される化合物として、さらに好ましくは、下記式(IIa)、(IIb)、(IIc)で表される化合物が挙げられる。
Figure 2012137958
(式(IIa)中、Mは、式(II)におけるMと同様の金属原子を表し、wは上記金属原子の価数を表す。また、環A1は置換基を有していてもよい芳香族炭化水素基を表し、環A2は置換基を有していてもよい含窒素芳香族複素環基を表す。)
Figure 2012137958
(式(IIb)中、Mは、式(II)におけるMと同様の金属原子を表し、wは上記金属原子の価数を表す。また、環A1は置換基を有していてもよい芳香族炭化水素基又は置換基を有していてもよい芳香族複素環基を表し、環A2は置換基を有していてもよい含窒素芳香族複素環基を表す。)
Figure 2012137958
(式(IIc)中、Mは、式(II)におけるMと同様の金属原子を表し、wは上記金属原子の価数を表す。また、jは0、1又は2を表す。さらに、環A1及び環A1’は、それぞれ独立に、置換基を有していてもよい芳香族炭化水素基又は置換基を有していてもよい芳香族複素環基を表す。また、環A2及び環A2’は、それぞれ独立に、置換基を有していてもよい含窒素芳香族複素環基を表す。)
上記式(IIa)、(IIb)、(IIc)において、環A1及び環A1’の基としては、好ましくは、例えばフェニル基、ビフェニル基、ナフチル基、アントリル基、チエニル基、フリル基、ベンゾチエニル基、ベンゾフリル基、ピリジル基、キノリル基、イソキノリル基、カルバゾリル基等が挙げられる。
また、環A2、環A2’の基としては、好ましくは、例えばピリジル基、ピリミジル基、ピラジル基、トリアジル基、ベンゾチアゾール基、ベンゾオキサゾール基、ベンゾイミダゾール基、キノリル基、イソキノリル基、キノキサリル基、フェナントリジル基等が挙げられる。
さらに、式(IIa)、(IIb)、(IIc)で表される化合物が有していてもよい置換基としては、フッ素原子等のハロゲン原子;メチル基、エチル基等のアルキル基;ビニル基等のアルケニル基;メトキシカルボニル基、エトキシカルボニル基等のアルコキシカルボニル基;メトキシ基、エトキシ基等のアルコキシ基;フェノキシ基、ベンジルオキシ基などのアリールオキシ基;ジメチルアミノ基、ジエチルアミノ基等のジアルキルアミノ基;ジフェニルアミノ基等のジアリールアミノ基;カルバゾリル基;アセチル基等のアシル基;トリフルオロメチル基等のハロアルキル基;シアノ基等が挙げられる。
上記置換基がアルキル基である場合は、その炭素数は通常1以上6以下である。さらに、置換基がアルケニル基である場合は、その炭素数は通常2以上6以下である。また、置換基がアルコキシカルボニル基である場合は、その炭素数は通常2以上6以下である。さらに、置換基がアルコキシ基である場合は、その炭素数は通常1以上6以下である。また、置換基がアリールオキシ基である場合は、その炭素数は通常6以上14以下である。さらに、置換基がジアルキルアミノ基である場合は、その炭素数は通常2以上24以下である。また、置換基がジアリールアミノ基である場合は、その炭素数は通常12以上28以下である。さらに、置換基がアシル基である場合は、その炭素数は通常1以上14以下である。また、置換基がハロアルキル基である場合は、その炭素数は通常1以上12以下である。
なお、これら置換基は互いに連結して環を形成してもよい。具体例としては、環A1が有する置換基と環A2が有する置換基とが結合するか、又は、環A1’が有する置換基と環A2’が有する置換基とが結合するかして、一つの縮合環を形成してもよい。このような縮合環基としては、7,8−ベンゾキノリン基等が挙げられる。
中でも、環A1、環A1’、環A2及び環A2’の置換基として、より好ましくはアルキル基、アルコキシ基、芳香族炭化水素基、シアノ基、ハロゲン原子、ハロアルキル基、ジアリールアミノ基、カルバゾリル基が挙げられる。
また、式(IIa)、(IIb)、(IIc)におけるM、M、Mとして好ましくは、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、銀、レニウム、オスミウム、イリジウム、白金又は金が挙げられる。
上記式(II)、(IIa)、(IIb)又は(IIc)で示される有機金属錯体の具体例を以下に示すが、下記の化合物に限定されるものではない(以下において、Phはフェニル基を表す。)。
Figure 2012137958
Figure 2012137958
Figure 2012137958
Figure 2012137958
Figure 2012137958
Figure 2012137958
上記式(II)、(IIa)、(IIb)、(IIc)で表される有機金属錯体の中でも、特に、配位子L及び/又はL’として2−アリールピリジン系配位子、即ち、2−アリールピリジン、これに任意の置換基が結合したもの、及び、これに任意の基が縮合してなるものを有する化合物が好ましい。
次に、前記式(III)で表される化合物について説明する。
式(III)中、Mは金属原子を表し、具体例としては、周期表第7ないし11族から選ばれる金属原子として前述した金属原子が挙げられる。中でも好ましくは、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、銀、レニウム、オスミウム、イリジウム、白金又は金が挙げられ、特に好ましくは、白金、パラジウム等の2価の金属原子が挙げられる。
また、式(III)において、R92及びR93は、それぞれ独立に、水素原子、ハロゲン原子、アルキル基、アラルキル基、アルケニル基、シアノ基、アミノ基、アシル基、アルコキシカルボニル基、カルボキシル基、アルコキシ基、アルキルアミノ基、アラルキルアミノ基、ハロアルキル基、水酸基、アリールオキシ基、芳香族炭化水素基又は芳香族複素環基を表す。
さらに、Tが炭素の場合、R94及びR95は、それぞれ独立に、R92及びR93と同様の例示物で表される置換基を表す。また、前述の如く、Tが窒素原子の場合はR94及びR95は無い。
また、R92〜R95はさらに置換基を有していてもよい。この場合、さらに有していてもよい置換基には特に制限はなく、任意の基を置換基とすることができる。
さらに、R92〜R95は互いに連結して環を形成してもよく、この環がさらに任意の置換基を有していてもよい。
式(III)で表される有機金属錯体の具体例(T−1、T−10〜T−15)を以下に示すが、下記の例示化合物に限定されるものではない。なお、以下において、Meはメチル基を表し、Etはエチル基を表す。
Figure 2012137958
<電荷輸送材料>
本発明の組成物は、本発明の有機化合物を電荷輸送材料として含むことが好ましいが、さらにその他の電荷輸送材料を含んでいてもよい。以下に、併用できる電荷輸送材料の好ましい具体例を示すが、本発明はこれらに限定されるものではない。
併用し得る電荷輸送材料としては、正孔輸送能を有する化合物(以下、「正孔輸送材料」と称す。)と電子輸送能を有する化合物(以下、「電子輸送材料」と称す。)とがあり、本発明の組成物は、組成物中に電荷輸送材料と正孔輸送材料を重量比で、通常0:100以下、好ましくは2:98以下、また通常100:0以上、好ましくは98:2以上で含有することが好ましい。上記範囲内であると、ホールや電子の移動バランスが改善し、駆動寿命が長く、電流効率が高い素子が得られる点で好ましい。なお、本発明の有機化合物は、電子輸送材料に属する。
(正孔輸送材料)
正孔輸送材料としては、例えば、トリアリールアミンやカルバゾールを部分構造として有する化合物が挙げられる。以下に、正孔輸送材料の具体例を以下に示すがこれらに限定されるものではない。
Figure 2012137958
Figure 2012137958
(電子輸送材料)
電子輸送材料としては、芳香族複素環を部分構造として有する化合物が挙げられる。芳香族複素環としては、本発明に係る1,3,5−トリアジン環のほか、例えば、ピリジン環、キノリン環、キノキサリン環、ピリミジン環などが挙げられる。
以下に、本発明の組成物中に含まれていてもよい電子輸送材料の具体例を示すが、本発明はこれらに限定されるものではない。
Figure 2012137958
Figure 2012137958
Figure 2012137958
<その他の成分>
本発明の組成物は、本発明の有機化合物、溶剤、発光材料及びその他の電荷輸送材料(電子輸送材料、正孔輸送材料)以外にも、必要に応じて、更に他の成分を含有していてもよい。例えば、成膜性の向上を目的として、レベリング剤や消泡剤等の各種添加剤を含有していてもよい。また、2層以上の層を湿式成膜法により積層する際に、これらの層が相溶することを防ぐため、成膜後に硬化させて不溶化させる目的で、光硬化性樹脂や熱硬化性樹脂を含有させておくこともできる。
<組成物中の材料濃度と配合比>
本発明の組成物中の電荷輸送材料、発光材料及び必要に応じて添加可能な成分(レベリング剤など)などの全材料(固形分)濃度は、通常0.01重量%以上、好ましくは0.05重量%以上、より好ましくは0.1重量%以上、さらに好ましくは0.5重量%以上、最も好ましくは1重量%以上であり、通常80重量%以下、好ましくは50重量%以下、より好ましくは40重量%以下、さらに好ましくは30重量%以下、最も好ましくは20重量%以下である。この濃度が上記下限を下回ると、成膜に際して、厚膜を形成することが困難となり、上記上限を超えると、薄膜を形成することが困難となる。
また、本発明の組成物において、発光材料/全電荷輸送材料の重量混合比は、通常0.1/99.9以上であり、より好ましくは0.5/99.5以上であり、さらに好ましくは1/99以上であり、最も好ましくは2/98以上で、通常、50/50以下であり、より好ましくは40/60以下であり、さらに好ましくは30/70以下であり、最も好ましくは20/80以下である。この比が上記下限を下回ったり、上記上限を超えたりすると、著しく発光効率が低下するおそれがある。
<組成物の性状、物性等>
(水分濃度)
本発明の組成物を用いて湿式成膜法により層形成して、有機電界発光素子をはじめとする有機デバイスを製造する場合、用いる組成物中に水分が存在すると、形成された薄膜に水分が混入して薄膜の均一性が損なわれるため、本発明の組成物中の水分含有量はできる限り少ない方が好ましい。また一般に、有機電界発光素子をはじめとする有機デバイスは、水分により著しく劣化する材料(例えば、陰極等)が多く使用されているため、本発明の組成物中に水分が存在した場合、乾燥後の薄膜中に水分が残留し、素子の特性を低下させる可能性が考えられ好ましくない。
具体的には、本発明の組成物中に含まれる水分量は、通常1重量%以下、好ましくは0.1重量%以下、より好ましくは0.01重量%以下である。
本発明の組成物中の水分濃度の測定方法としては、日本工業規格「化学製品の水分測定法」(JIS K0068:2001)に記載の方法が好ましく、例えば、カールフィッシャー試薬法等により分析することができる。
(均一性)
本発明の組成物は、湿式成膜プロセスでの安定性、例えば、インクジェット成膜法におけるノズルからの吐出安定性を高めるためには、常温で均一な液状であることが好ましい。常温で均一な液状とは、組成物が均一相からなる液体であり、かつ、組成物中に粒径0.1μm以上の粒子成分を含有しないことをいう。
(粒度)
本発明の組成物の粘度については、極端に低粘度の場合は、例えば成膜工程における過度の液膜流動による塗面不均一、インクジェット成膜におけるノズル吐出不良等が起こりやすくなり、極端に高粘度の場合は、インクジェット成膜におけるノズル目詰まり等が起こりやすくなる。このため、本発明の組成物の25℃における粘度は、通常2mPa・s以上、好ましくは3mPa・s以上、より好ましくは5mPa・s以上であり、通常1000mPa・s以下、好ましくは100mPa・s以下、より好ましくは50mPa・s以下である。
(表面張力)
本発明の組成物の表面張力が高い場合は、基板に対する成膜溶液の濡れ性が低下する、液膜のレベリング性が悪く、乾燥時の成膜面乱れが起こりやすくなる、等の問題が発生するため、本発明の組成物の20℃における表面張力は、通常50mN/m未満、好ましくは40mN/m未満である。
(蒸気圧)
本発明の組成物の蒸気圧が高い場合は、溶剤の蒸発による溶質濃度の変化等の問題が起こりやすくなる。このため、本発明の組成物の25℃における蒸気圧は、通常50mmHg以下、好ましくは10mmHg以下、より好ましくは1mmHg以下である。
[有機電界発光素子用薄膜]
本発明の組成物を用いて湿式成膜法により形成された薄膜は、結晶化しにくく、発光特性、耐熱性に優れた薄膜であり、通常有機電界発光素子の陰極と陽極の間の層として好適に使用される。
本発明の組成物を用いて形成される有機電界発光素子用薄膜の膜厚は用途に応じて適宜決定され、例えば、有機電界発光素子の発光層であれば、後述の如く、通常10nm以上、好ましくは20nmで、通常300nm以下、好ましくは200nm以下である。
[有機電界発光素子]
本発明の有機電界発光素子は、陽極、陰極、及びこれらの間に少なくとも1層の有機層を有し、該有機層のうち少なくとも1層が、本発明の組成物を用いて形成された層であることを特徴とするものであり、通常、基板上に少なくとも陽極、陰極及びこれらの両極間に設けられた発光層を有するものであって、本発明の組成物を用いて形成された層は、該発光層であることが好ましい。また、該発光層は本発明の組成物を用いて湿式成膜法により形成されることが好ましい。
図1は本発明の有機電界発光素子に好適な構造例を示す断面の模式図であり、図1において、1は基板、2は陽極、3は正孔注入層、4は正孔輸送層、5は発光層、6は正孔阻止層、7は電子輸送層、8は電子注入層、9は陰極を各々表す。
[1]基板
基板1は有機電界発光素子の支持体となるものであり、石英やガラスの板、金属板や金属箔、プラスチックフィルムやシートなどが用いられる。特にガラス板や、ポリエステル、ポリメタクリレート、ポリカーボネート、ポリスルホンなどの透明な合成樹脂の板が好ましい。合成樹脂基板を使用する場合にはガスバリア性に留意する必要がある。基板のガスバリア性が小さすぎると、基板を通過した外気により有機電界発光素子が劣化することがあるので好ましくない。このため、合成樹脂基板の少なくとも片面に緻密なシリコン酸化膜等を設けてガスバリア性を確保する方法も好ましい方法の一つである。
[2]陽極
基板1上には陽極2が設けられる。陽極2は発光層側の層(正孔注入層3、正孔輸送層4又は発光層5など)への正孔注入の役割を果たすものである。
この陽極2は、通常、アルミニウム、金、銀、ニッケル、パラジウム、白金等の金属、インジウム及び/又はスズの酸化物などの金属酸化物、ヨウ化銅などのハロゲン化金属、カーボンブラック、或いは、ポリ(3−メチルチオフェン)、ポリピロール、ポリアニリン等の導電性高分子などにより構成される。
陽極2の形成は通常、スパッタリング法、真空蒸着法などにより行われることが多い。また、銀などの金属微粒子、ヨウ化銅などの微粒子、カーボンブラック、導電性の金属酸化物微粒子、導電性高分子微粉末などを用いて陽極を形成する場合には、適当なバインダー樹脂溶液に分散させて、基板1上に塗布することにより陽極2を形成することもできる。さらに、導電性高分子の場合は、電解重合により直接基板1上に薄膜を形成したり、基板1上に導電性高分子を塗布して陽極2を形成することもできる(Appl.Phys.Lett.,60巻,2711頁,1992年)。
陽極2は通常は単層構造であるが、所望により複数の材料からなる積層構造とすることも可能である。
陽極2の厚みは、必要とする透明性により異なる。透明性が必要とされる場合は、可視光の透過率を、通常60%以上、好ましくは80%以上とすることが望ましい。この場合、陽極の厚みは通常5nm以上、好ましくは10nm以上であり、また通常1000nm以下、好ましくは500nm以下程度である。不透明でよい場合は陽極2の厚みは任意であり、陽極2は基板1と同一でもよい。また、さらには上記の陽極2の上に異なる導電材料を積層することも可能である。
陽極に付着した不純物を除去し、イオン化ポテンシャルを調整して正孔注入性を向上させることを目的に、陽極表面を紫外線(UV)/オゾン処理したり、酸素プラズマ、アルゴンプラズマ処理したりすることは好ましい。
[3]正孔注入層
正孔注入層3は、陽極2から発光層5へ正孔を輸送する層であり、通常、陽極2上に形成される。
本発明に係る正孔注入層3の形成方法は真空蒸着法でも、湿式成膜法でもよく、特に制限はないが、ダークスポット低減の観点から正孔注入層3を湿式成膜法により形成することが好ましい。
正孔注入層3の膜厚は、通常5nm以上、好ましくは10nm以上、また、通常1000nm以下、好ましくは500nm以下の範囲である。
<湿式成膜法による正孔注入層の形成>
湿式成膜により正孔注入層3を形成する場合、通常は、正孔注入層3を構成する材料を適切な溶剤(正孔注入層用溶剤)と混合して成膜用の組成物(正孔注入層形成用組成物)を調製し、この正孔注入層形成用組成物を適切な手法により、正孔注入層3の下層に該当する層(通常は、陽極)上に塗布して成膜し、乾燥することにより正孔注入層3を形成する。
(正孔輸送性化合物)
正孔注入層形成用組成物は通常、正孔注入層の構成材料として正孔輸送性化合物及び溶剤を含有する。
正孔輸送性化合物は、通常、有機電界発光素子の正孔注入層に使用される、正孔輸送性を有する化合物であれば、重合体などの高分子化合物であっても、単量体などの低分子化合物であってもよいが、高分子化合物であることが好ましい。
正孔輸送性化合物としては、陽極2から正孔注入層3への電荷注入障壁の観点から4.5eV〜6.0eVのイオン化ポテンシャルを有する化合物が好ましい。正孔輸送性化合物の例としては、芳香族アミン誘導体、フタロシアニン誘導体、ポルフィリン誘導体、オリゴチオフェン誘導体、ポリチオフェン誘導体、ベンジルフェニル誘導体、フルオレン基で3級アミンを連結した化合物、ヒドラゾン誘導体、シラザン誘導体、シラナミン誘導体、ホスファミン誘導体、キナクリドン誘導体、ポリアニリン誘導体、ポリピロール誘導体、ポリフェニレンビニレン誘導体、ポリチエニレンビニレン誘導体、ポリキノリン誘導体、ポリキノキサリン誘導体、カーボン等が挙げられる。
尚、本発明において誘導体とは、例えば、芳香族アミン誘導体を例にするならば、芳香族アミンそのもの及び芳香族アミンを主骨格とする化合物を含むものであり、重合体であっても、単量体であってもよい。
正孔注入層3の材料として用いられる正孔輸送性化合物は、このような化合物のうち何れか1種を単独で含有していてもよく、2種以上を含有していてもよい。2種以上の正孔輸送性化合物を含有する場合、その組み合わせは任意であるが、芳香族三級アミン高分子化合物1種又は2種以上と、その他の正孔輸送性化合物1種又は2種以上とを併用することが好ましい。
上記例示した中でも非晶質性、可視光の透過率の点から、芳香族アミン化合物が好ましく、特に芳香族三級アミン化合物が好ましい。ここで、芳香族三級アミン化合物とは、芳香族三級アミン構造を有する化合物であって、芳香族三級アミン由来の基を有する化合物も含む。
芳香族三級アミン化合物の種類は特に制限されないが、表面平滑化効果による均一な発光の点から、重量平均分子量が1000以上、1000000以下の高分子化合物(繰り返し単位が連なる重合型化合物)がさらに好ましい。芳香族三級アミン高分子化合物の好ましい例として、下記式(IV)で表される繰り返し単位を有する高分子化合物が挙げられる。
Figure 2012137958
(式(IV)中、Ar51及びAr52は、各々独立して、置換基を有していてもよい芳香族炭化水素基又は置換基を有していてもよい芳香族複素環基を表す。Ar53〜Ar55は、各々独立して、置換基を有していてもよい芳香族炭化水素基又は置換基を有していてもよい芳香族複素環基を表す。Yは、下記の連結基群の中から選ばれる連結基を表す。また、Ar51〜Ar55のうち、同一のN原子に結合する二つの基は互いに結合して環を形成してもよい。)
Figure 2012137958
(上記各式中、Ar56〜Ar66は、各々独立して、置換基を有していてもよい芳香族炭化水素基又は置換基を有していてもよい芳香族複素環基を表す。R11及びR12は、各々独立して、水素原子又は任意の置換基を表す。)
Ar51〜Ar66の芳香族炭化水素基及び芳香族複素環基としては、高分子化合物の溶解性、耐熱性、正孔注入・輸送性の点から、ベンゼン環、ナフタレン環、フェナントレン環、チオフェン環、ピリジン環由来の基が好ましく、ベンゼン環、ナフタレン環由来の基がさらに好ましい。
Ar51〜Ar66の芳香族炭化水素基及び芳香族複素環基は、さらに置換基を有していてもよい。該置換基の分子量としては、通常400以下、中でも250以下程度が好ましい。該置換基としては、アルキル基、アルケニル基、アルコキシ基、芳香族炭化水素基、芳香族複素環基などが好ましい。
11及びR12が任意の置換基である場合、該置換基としては、アルキル基、アルケニル基、アルコキシ基、シリル基、シロキシ基、芳香族炭化水素基、芳香族複素環基などが挙げられる。
式(IV)で表される繰り返し単位を有する芳香族三級アミン高分子化合物の具体例としては、国際公開第2005/089024号に記載のものが挙げられる。
また、正孔輸送性化合物としては、ポリチオフェンの誘導体である3,4−ethylenedioxythiophene(3,4−エチレンジオキシチオフェン)を高分子量ポリスチレンスルホン酸中で重合してなる導電性ポリマー(PEDOT/PSS)もまた好ましい。また、このポリマーの末端をメタクリレート等でキャップしたものであってもよい。
さらに、正孔輸送性化合物としては、後述の「正孔輸送層」の項に記載の不溶化基を有する化合物を用いてもよい。不溶化基を有する化合物を用いる場合の成膜方法なども同様である。
正孔注入層形成用組成物中の、正孔輸送性化合物の濃度は本発明の効果を著しく損なわない限り任意であるが、膜厚の均一性の点で通常0.01重量%以上、好ましくは0.1重量%以上、さらに好ましくは0.5重量%以上、また、通常70重量%以下、好ましくは60重量%以下、さらに好ましくは50重量%以下である。この濃度が大きすぎると膜厚ムラが生じる可能性があり、また、小さすぎると成膜された正孔注入層に欠陥が生じる可能性がある。
(電子受容性化合物)
正孔注入層形成用組成物は正孔注入層の構成材料として、電子受容性化合物を含有していることが好ましい。
電子受容性化合物とは、酸化力を有し、上述の正孔輸送性化合物から一電子受容する能力を有する化合物が好ましく、具体的には、電子親和力が4eV以上である化合物が好ましく、5eV以上の化合物である化合物がさらに好ましい。
このような電子受容性化合物としては、例えば、トリアリールホウ素化合物、ハロゲン化金属、ルイス酸、有機酸、オニウム塩、アリールアミンとハロゲン化金属との塩、アリールアミンとルイス酸との塩よりなる群から選ばれる1種又は2種以上の化合物等が挙げられる。さらに具体的には、4−イソプロピル−4’−メチルジフェニルヨードニウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボラート、トリフェニルスルホニウムテトラフルオロボラート等の有機基の置換したオニウム塩(国際公開第2005/089024号);塩化鉄(III)(日本国特開平11−251067号公報)、ペルオキソ二硫酸アンモニウム等の高原子価の無機化合物;テトラシアノエチレン等のシアノ化合物、トリス(ペンタフルオロフェニル)ボラン(日本国特開2003−31365号公報)等の芳香族ホウ素化合物;フラーレン誘導体;ヨウ素;ポリスチレンスルホン酸イオン、アルキルベンゼンスルホン酸イオン、ショウノウスルホン酸イオン等のスルホン酸イオン等が挙げられる。
これらの電子受容性化合物は、正孔輸送性化合物を酸化することにより正孔注入層の導電率を向上させることができる。
正孔注入層或いは正孔注入層形成用組成物中の電子受容性化合物の正孔輸送性化合物に対する含有量は、通常0.1モル%以上、好ましくは1モル%以上である。但し、通常100モル%以下、好ましくは40モル%以下である。
(その他の構成材料)
正孔注入層の材料としては、本発明の効果を著しく損なわない限り、上述の正孔輸送性化合物や電子受容性化合物に加えて、さらに、その他の成分を含有させてもよい。その他の成分の例としては、各種の発光材料、電子輸送性化合物、バインダー樹脂、塗布性改良剤などが挙げられる。なお、その他の成分は、1種のみを用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。
(溶剤)
湿式成膜法に用いる正孔注入層形成用組成物の溶剤のうち少なくとも1種は、上述の正孔注入層の構成材料を溶解しうる化合物であることが好ましい。また、この溶剤の沸点は通常110℃以上、好ましくは140℃以上、中でも200℃以上、通常400℃以下、中でも300℃以下であることが好ましい。溶剤の沸点が低すぎると、乾燥速度が速すぎ、膜質が悪化する可能性がある。また、溶剤の沸点が高すぎると乾燥工程の温度を高くする必要があり、他の層や基板に悪影響を与える可能性がある。
溶剤として例えば、エーテル系溶剤、エステル系溶剤、芳香族炭化水素系溶剤、アミド系溶剤などが挙げられる。
エーテル系溶剤としては、例えば、エチレングリコールジメチルエーテル、エチレングリコールジエチルエーテル、プロピレングリコール−1−モノメチルエーテルアセタート(PGMEA)等の脂肪族エーテル;1,2−ジメトキシベンゼン、1,3−ジメトキシベンゼン、アニソール、フェネトール、2−メトキシトルエン、3−メトキシトルエン、4−メトキシトルエン、2,3−ジメチルアニソール、2,4−ジメチルアニソール等の芳香族エーテル、等が挙げられる。
エステル系溶剤としては、例えば、酢酸フェニル、プロピオン酸フェニル、安息香酸メチル、安息香酸エチル、安息香酸プロピル、安息香酸n−ブチル等の芳香族エステル、等が挙げられる。
芳香族炭化水素系溶剤としては、例えば、トルエン、キシレン、シクロヘキシルベンゼン、3−イロプロピルビフェニル、1,2,3,4−テトラメチルベンゼン、1,4−ジイソプロピルベンゼン、シクロヘキシルベンゼン、メチルナフタレン等が挙げられる。アミド系溶剤としては、例えば、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、等が挙げられる。
その他、ジメチルスルホキシド等も用いることができる。
これらの溶剤は1種のみを用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で用いてもよい。
(成膜方法)
正孔注入層形成用組成物を調製後、この組成物を湿式成膜により、正孔注入層3の下層に該当する層(通常は、陽極2)上に塗布成膜し、乾燥することにより正孔注入層3を形成する。
塗布工程における温度は、組成物中に結晶が生じることによる膜の欠損を防ぐため、10℃以上が好ましく、50℃以下が好ましい。
塗布工程における相対湿度は、本発明の効果を著しく損なわない限り限定されないが、通常0.01ppm以上、通常80%以下である。
塗布後、通常加熱等により正孔注入層形成用組成物の膜を乾燥させる。加熱工程において使用する加熱手段の例を挙げると、クリーンオーブン、ホットプレート、赤外線、ハロゲンヒーター、マイクロ波照射などが挙げられる。中でも、膜全体に均等に熱を与えるためには、クリーンオーブン及びホットプレートが好ましい。
加熱工程における加熱温度は、本発明の効果を著しく損なわない限り、正孔注入層形成用組成物に用いた溶剤の沸点以上の温度で加熱することが好ましい。また、正孔注入層に用いた溶剤が2種類以上含まれている混合溶剤の場合、少なくとも1種類がその溶剤の沸点以上の温度で加熱されるのが好ましい。溶剤の沸点上昇を考慮すると、加熱工程においては、好ましくは120℃以上、好ましくは410℃以下で加熱することが好ましい。
加熱工程において、加熱温度が正孔注入層形成用組成物の溶剤の沸点以上であり、かつ塗布膜の十分な不溶化が起こらなければ、加熱時間は限定されないが、好ましくは10秒以上で、通常180分以下である。加熱時間が長すぎると他の層の成分が拡散する傾向があり、短すぎると正孔注入層が不均質になる傾向がある。加熱は2回に分けて行ってもよい。
<真空蒸着法による正孔注入層の形成>
真空蒸着により正孔注入層3を形成する場合には、正孔注入層3の構成材料(前述の正孔輸送性化合物、電子受容性化合物等)の1種又は2種以上を真空容器内に設置されたるつぼに入れ(2種以上の材料を用いる場合は各々のるつぼに入れ)、真空容器内を適当な真空ポンプで10−4Pa程度まで排気した後、るつぼを加熱して(2種以上の材料を用いる場合は各々のるつぼを加熱して)、蒸発量を制御して蒸発させ(2種以上の材料を用いる場合は各々独立に蒸発量を制御して蒸発させ)、るつぼと向き合って置かれた基板の陽極2上に正孔注入層3を形成させる。なお、2種以上の材料を用いる場合は、それらの混合物をるつぼに入れ、加熱、蒸発させて正孔注入層3を形成することもできる。
蒸着時の真空度は、本発明の効果を著しく損なわない限り限定されないが、通常0.1×10−6Torr(0.13×10−4Pa)以上、通常9.0×10−6Torr(12.0×10−4Pa)以下である。蒸着速度は、本発明の効果を著しく損なわない限り限定されないが、通常0.1Å/秒以上、通常5.0Å/秒以下である。蒸着時の成膜温度は、本発明の効果を著しく損なわない限り限定されないが、好ましくは10℃以上で、好ましくは50℃以下で行われる。
[4]正孔輸送層
正孔輸送層4は、正孔注入層がある場合には正孔注入層3の上に、正孔注入層3が無い場合には陽極2の上に形成することができる。また、本発明の有機電界発光素子は、正孔輸送層を省いた構成であってもよい。
正孔輸送層4の形成方法は真空蒸着法でも、湿式成膜法でもよく、特に制限はないが、ダークスポット低減の観点から正孔輸送層4を湿式成膜法により形成することが好ましい。
正孔輸送層4を形成する材料としては、正孔輸送性が高く、かつ、注入された正孔を効率よく輸送することができる材料であることが好ましい。そのために、イオン化ポテンシャルが小さく、可視光の光に対して透明性が高く、正孔移動度が大きく、安定性に優れ、トラップとなる不純物が製造時や使用時に発生しにくいことが好ましい。また、多くの場合、発光層5に接するため、発光層5からの発光を消光したり、発光層5との間でエキサイプレックスを形成して効率を低下させたりしないことが好ましい。
このような正孔輸送層4の材料としては、従来、正孔輸送層の構成材料として用いられている材料であればよく、例えば、前述の正孔注入層3に使用される正孔輸送性化合物として例示したものが挙げられる。また、アリールアミン誘導体、フルオレン誘導体、スピロ誘導体、カルバゾール誘導体、ピリジン誘導体、ピラジン誘導体、ピリミジン誘導体、トリアジン誘導体、キノリン誘導体、フェナントロリン誘導体、フタロシアニン誘導体、ポルフィリン誘導体、シロール誘導体、オリゴチオフェン誘導体、縮合多環芳香族誘導体、金属錯体などが挙げられる。
また、例えば、ポリビニルカルバゾール誘導体、ポリアリールアミン誘導体、ポリビニルトリフェニルアミン誘導体、ポリフルオレン誘導体、ポリアリーレン誘導体、テトラフェニルベンジジンを含有するポリアリーレンエーテルサルホン誘導体、ポリアリーレンビニレン誘導体、ポリシロキサン誘導体、ポリチオフェン誘導体、ポリ(p−フェニレンビニレン)誘導体等が挙げられる。これらは、交互共重合体、ランダム重合体、ブロック重合体又はグラフト共重合体のいずれであってもよい。また、主鎖に枝分かれがあり末端部が3つ以上ある高分子や、所謂デンドリマーであってもよい。
中でも、ポリアリールアミン誘導体やポリアリーレン誘導体が好ましい。
ポリアリールアミン誘導体としては、下記式(V)で表される繰り返し単位を含む重合体であることが好ましい。特に、下記式(V)で表される繰り返し単位からなる重合体であることが好ましく、この場合、繰り返し単位それぞれにおいて、Ar又はArが異なっているものであってもよい。
Figure 2012137958
(式(V)中、Ar及びArは、各々独立して、置換基を有していてもよい、芳香族炭化水素基又は芳香族複素環基を表す。)
置換基を有していてもよい芳香族炭化水素基としては、例えば、ベンゼン環、ナフタレン環、アントラセン環、フェナントレン環、ペリレン環、テトラセン環、ピレン環、ベンズピレン環、クリセン環、トリフェニレン環、アセナフテン環、フルオランテン環、フルオレン環などの、6員環の単環又は2〜5縮合環由来の基及びこれらの環が2環以上直接結合で連結してなる基が挙げられる。
置換基を有していてもよい芳香族複素環基としては、例えばフラン環、ベンゾフラン環、チオフェン環、ベンゾチオフェン環、ピロール環、ピラゾール環、イミダゾール環、オキサジアゾール環、インドール環、カルバゾール環、ピロロイミダゾール環、ピロロピラゾール環、ピロロピロール環、チエノピロール環、チエノチオフェン環、フロピロール環、フロフラン環、チエノフラン環、ベンゾイソオキサゾール環、ベンゾイソチアゾール環、ベンゾイミダゾール環、ピリジン環、ピラジン環、ピリダジン環、ピリミジン環、トリアジン環、キノリン環、イソキノリン環、シノリン環、キノキサリン環、フェナントリジン環、ベンゾイミダゾール環、ペリミジン環、キナゾリン環、キナゾリノン環、アズレン環などの、5又は6員環の単環又は2〜4縮合環由来の基及びこれらの環が2環以上直接結合で連結してなる基が挙げられる。
有機溶剤に対する溶解性、耐熱性の点から、Ar及びArは、各々独立に、ベンゼン環、ナフタレン環、アントラセン環、フェナントレン環、トリフェニレン環、ピレン環、チオフェン環、ピリジン環、フルオレン環からなる群より選ばれる環由来の基やベンゼン環が2環以上連結してなる基(例えば、ビフェニル基(ビフェニレン基)やターフェニル基(ターフェニレン基))が好ましい。
中でも、ベンゼン環由来の基(フェニル基)、ベンゼン環が2環連結してなる基(ビフェニル基)及びフルオレン環由来の基(フルオレニル基)が好ましい。
Ar及びArにおける芳香族炭化水素基及び芳香族複素環基が有していてもよい置換基としては、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アルコキシ基、アリールオキシ基、アルコキシカルボニル基、ジアルキルアミノ基、ジアリールアミノ基、アシル基、ハロゲン原子、ハロアルキル基、アルキルチオ基、アリールチオ基、シリル基、シロキシ基、シアノ基、芳香族炭化水素環基、芳香族複素環基などが挙げられる。
ポリアリーレン誘導体としては、前記式(V)におけるArやArとして例示した置換基を有していてもよい、芳香族炭化水素基又は芳香族複素環基などのアリーレン基をその繰り返し単位に有する重合体が挙げられる。ポリアリーレン誘導体としては、下記式(VI)及び/又は下記式(VII)からなる繰り返し単位を有する重合体が好ましい。
Figure 2012137958
(式(VI)中、R、R、R及びRは、各々独立に、アルキル基、アルコキシ基、フェニルアルキル基、フェニルアルコキシ基、フェニル基、フェノキシ基、アルキルフェニル基、アルコキシフェニル基、アルキルカルボニル基、アルコキシカルボニル基、又はカルボキシ基を表す。t及びsは、各々独立に、0〜3の整数を表す。t又はsが2以上の場合、一分子中に含まれる複数のR又はRは同一であっても異なっていてもよく、隣接するR又はR同士で環を形成していてもよい。)
Figure 2012137958
(式(VII)中、R及びRは、各々独立に、上記式(VI)におけるR、R、R又はRと同義である。r及びuは、各々独立に、0〜3の整数を表す。r又はuが2以上の場合、一分子中に含まれる複数のR及びRは同一であっても異なっていてもよく、隣接するR又はR同士で環を形成していてもよい。Zは、5員環又は6員環を構成する原子又は原子群を表す。)
Zの具体例としては、―O―、―BR―、―NR―、―SiR ―、―PR―、―SR―、―CR ―又はこれらが結合してなる基が挙げられる。尚、Rは、水素原子又は任意の有機基を表す。本発明における有機基とは、少なくとも一つの炭素原子を含む基である。
また、ポリアリーレン誘導体としては、前記式(VI)及び/又は前記式(VII)からなる繰り返し単位に加えて、さらに下記式(VIII)で表される繰り返し単位を有することが好ましい。
Figure 2012137958
(式(VIII)中、Ar〜Arは、各々独立に、置換基を有していてもよい、芳香族炭化水素基又は芳香族複素環基を表す。v及びwは、各々独立に0又は1を表す。)
Ar〜Arの具体例としては、前記式(V)における、Ar及びArと同様である。
上記式(VI)〜(VIII)の具体例及びポリアリーレン誘導体の具体例等は、日本国特開2008−98619号公報に記載のものなどが挙げられる。
湿式成膜法で正孔輸送層4を形成する場合は、上記正孔注入層3の形成と同様にして、正孔輸送層形成用組成物を調製した後、湿式成膜後、加熱乾燥させる。
正孔輸送層形成用組成物には、上述の正孔輸送性化合物の他、溶剤を含有する。用いる溶剤は上記正孔注入層形成用組成物に用いたものと同様である。また、成膜条件、加熱乾燥条件等も正孔注入層3の形成の場合と同様である。真空蒸着法により正孔輸送層を形成する場合もまた、その成膜条件等は上記正孔注入層3の形成の場合と同様である。正孔輸送層4は、上記正孔輸送性化合物の他、各種の発光材料、電子輸送性化合物、バインダー樹脂、塗布性改良剤などを含有していてもよい。
正孔輸送層4はまた、不溶化基を有する化合物(以下、「不溶化性化合物」と称する)を不溶化して形成される層であることが耐熱性、あるいは成膜性の観点から好ましい。不溶化性化合物は、不溶化基を有する化合物であって、不溶化することにより不溶化ポリマーを形成する。
不溶化基とは、熱及び活性エネルギー線の照射のうち少なくとも一方により反応する基であり、反応後は反応前に比べて有機溶剤や水への溶解性を低下させる効果を有する基である。本発明においては、不溶化基は、脱離基又は架橋性基であることが好ましい。
脱離基とは、結合している芳香族炭化水素環から70℃以上で解離し、さらに溶剤に対して可溶性を示す基をいう。ここで、溶剤に対して可溶性を示すとは、化合物が熱及び活性エネルギー線の照射のうち少なくとも一方によって反応する前の状態で、常温でトルエンに0.1重量%以上溶解することをいい、化合物のトルエンへの溶解性は、好ましくは0.5重量%以上、より好ましくは1重量%以上である。
この脱離基として好ましくは、芳香族炭化水素環側に極性基を形成せずに熱解離する基であり、逆ディールスアルダー反応により熱解離する基であることがより好ましい。またさらに、100℃以上で熱解離する基であることが好ましく、300℃以下で熱解離する基であることが好ましい。
また、架橋性基の例を挙げると、オキセタン、エポキシなどの環状エーテル由来の基;ビニル基、トリフルオロビニル基、スチリル基、アクリル基、メタクリロイル、シンナモイル等の不飽和二重結合由来の基;ベンゾシクロブタン由来の基などが挙げられる。
不溶化性化合物は、モノマー、オリゴマー、ポリマーのいずれであってもよい。不溶化性化合物は1種のみを用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で用いてもよい。
不溶化性化合物としては、架橋性基を有する正孔輸送性化合物を用いることが好ましい。正孔輸送性化合物の例を挙げると、ピリジン誘導体、ピラジン誘導体、ピリミジン誘導体、トリアジン誘導体、キノリン誘導体、フェナントロリン誘導体、カルバゾール誘導体、フタロシアニン誘導体、ポルフィリン誘導体等の含窒素芳香族化合物誘導体;トリフェニルアミン誘導体;シロール誘導体;オリゴチオフェン誘導体、縮合多環芳香族誘導体、金属錯体などが挙げられる。その中でも、ピリジン誘導体、ピラジン誘導体、ピリミジン誘導体、トリアジン誘導体、キノリン誘導体、フェナントロリン誘導体、カルバゾール誘導体等の含窒素芳香族誘導体;トリフェニルアミン誘導体、シロール誘導体、縮合多環芳香族誘導体、金属錯体などが好ましく、特に、トリフェニルアミン誘導体がより好ましい。
不溶化性化合物を不溶化して正孔輸送層4を形成するには、通常、不溶化性化合物を溶剤に溶解又は分散した正孔輸送層形成用組成物を調製して、湿式成膜により成膜して不溶化させる。
正孔輸送層形成用組成物には、不溶化性化合物の他、不溶化を促進する添加剤を含んでいてもよい。例えば、不溶化を促進する架橋型添加剤の例を挙げると、アルキルフェノン化合物、アシルホスフィンオキサイド化合物、メタロセン化合物、オキシムエステル化合物、アゾ化合物、オニウム塩等の重合開始剤及び重合促進剤;縮合多環炭化水素、ポルフィリン化合物、ジアリールケトン化合物等の光増感剤などが挙げられる。
また、さらに、レベリング剤、消泡剤等の塗布性改良剤;電子受容性化合物;バインダー樹脂などを含有していてもよい。
正孔輸送層形成用組成物は、不溶化性化合物を通常0.01重量%以上、好ましくは0.05重量%以上、さらに好ましくは0.1重量%以上、通常50重量%以下、好ましくは20重量%以下、さらに好ましくは10重量%以下含有する。
このような濃度で不溶化性化合物を含む正孔輸送層形成用組成物を下層(通常は正孔注入層3)上に成膜後、加熱及び/又は光などの活性エネルギー照射により、不溶化性化合物を不溶化させる。
成膜時の温度、湿度などの条件は、前記正孔注入層3の湿式成膜時と同様である。成膜後の加熱の手法は特に限定されない。加熱温度条件としては、通常120℃以上、好ましくは400℃以下である。加熱時間としては、通常1分以上、好ましくは24時間以下である。加熱手段としては特に限定されないが、成膜された層を有する積層体をホットプレート上に載せたり、オーブン内で加熱するなどの手段が用いられる。例えば、ホットプレート上で120℃以上で、1分間以上加熱する等の条件を用いることができる。
光などの電磁エネルギー照射による場合には、超高圧水銀ランプ、高圧水銀ランプ、ハロゲンランプ、赤外ランプ等の紫外・可視・赤外光源を直接用いて照射する方法、あるいは前述の光源を内蔵するマスクアライナ、コンベア型光照射装置を用いて照射する方法などが挙げられる。光以外の電磁エネルギー照射では、例えばマグネトロンにより発生させたマイクロ波を照射する装置、いわゆる電子レンジを用いて照射する方法が挙げられる。
照射時間としては、膜の溶解性を低下させるために必要な条件を設定することが好ましいが、通常、0.1秒以上、好ましくは10時間以下照射される。
加熱及び光などの電磁エネルギー照射は、それぞれ単独、あるいは組み合わせて行ってもよい。組み合わせる場合、実施する順序は特に限定されない。
このようにして形成される正孔輸送層4の膜厚は、通常5nm以上、好ましくは10nm以上であり、また通常300nm以下、好ましくは100nm以下である。
[5]発光層
正孔輸送層4の上には通常、発光層5が設けられる。発光層5は例えば前述の発光材料を含む層であり、電界を与えられた電極間において、陽極2から正孔注入層3を通じて注入された正孔と、陰極9から電子輸送層7を通じて注入された電子との再結合により励起された、主たる発光源となる層である。発光層5は発光材料(ドーパント)と1種又は2種以上のホスト材料を含むことが好ましく、発光層5は本発明の有機化合物をホスト材料として含むことがさらに好ましい。また、発光層5は、真空蒸着法で形成してもよいが、本発明の組成物を用い、湿式製膜法によって作製された層であることが特に好ましい。
なお、発光層5は、本発明の性能を損なわない範囲で、他の材料、成分を含んでいてもよい。
一般に有機電界発光素子において、同じ材料を用いた場合、電極間の膜厚が薄い方が、実効電界が大きくなる為、注入される電流が多くなるので、駆動電圧は低下する。その為、電極間の総膜厚は薄い方が、有機電界発光素子の駆動電圧は低下するが、あまりに薄いと、ITO等の電極に起因する突起により短絡が発生する為、ある程度の膜厚が必要となる。
このようなことから、本発明においては、発光層5以外に、正孔注入層3及び後述の電子輸送層7等の有機層を有する場合、発光層5と正孔注入層3や電子輸送層7等の他の有機層とを合わせた総膜厚は通常30nm以上、好ましくは50nm以上であり、さらに好ましくは100nm以上で、通常1000nm以下、好ましくは500nm以下であり、さらに好ましくは300nm以下である。また、発光層5以外の正孔注入層3や後述の電子注入層8の導電性が高い場合、発光層5に注入される電荷量が増加する為、例えば正孔注入層3の膜厚を厚くして発光層5の膜厚を薄くし、総膜厚をある程度の膜厚を維持したまま駆動電圧を下げることも可能である。
よって、発光層5の膜厚は、通常10nm以上、好ましくは20nm以上で、通常300nm以下、好ましくは200nm以下である。なお、本発明の素子が、陽極及び陰極の両極間に、発光層5のみを有する場合の発光層5の膜厚は、通常30nm以上、好ましくは50nm以上、通常500nm以下、好ましくは300nm以下である。
[6]正孔阻止層
正孔阻止層6は、発光層5の上に、発光層5の陰極側の界面に接するように積層形成される。特に、発光物質として燐光材料を用いたり、青色発光材料を用いたりする場合、正孔阻止層6を設けることは効果的である。正孔阻止層6は正孔と電子を発光層5内に閉じこめて、発光効率を向上させる機能を有する。即ち、正孔阻止層6は、発光層5から移動してくる正孔が電子輸送層7に到達するのを阻止することで、発光層5内で電子との再結合確率を増やし、生成した励起子を発光層5内に閉じこめる役割と、電子輸送層7から注入された電子を効率よく発光層5の方向に輸送する役割がある。
正孔阻止層6を構成する材料に求められる物性としては、電子移動度が高く正孔移動度が低いこと、エネルギーギャップ(HOMO、LUMOの差)が大きいこと、励起三重項準位(T1)が高いことが挙げられる。
このような条件を満たす正孔阻止層材料としては、ビス(2−メチル−8−キノリノラト)(フェノラト)アルミニウム、ビス(2−メチル−8−キノリノラト)(トリフェニルシラノラト)アルミニウム等の混合配位子錯体、ビス(2−メチル−8−キノラト)アルミニウム−μ−オキソ−ビス−(2−メチル−8−キノリラト)アルミニウム二核金属錯体等の金属錯体、ジスチリルビフェニル誘導体等のスチリル化合物(日本国特開平11−242996号公報)、3−(4−ビフェニルイル)−4−フェニル−5(4−tert−ブチルフェニル)−1,2,4−トリアゾール等のトリアゾール誘導体(日本国特開平7−41759号公報)、バソクプロイン等のフェナントロリン誘導体(日本国特開平10−79297号公報)が挙げられる。
さらに、国際公開第2005/022962号に記載の2,4,6位が置換されたピリジン環を少なくとも1個有する化合物も正孔阻止材料として好ましい。
正孔阻止層6の膜厚は、通常0.3nm以上、好ましくは0.5nm以上で、通常100nm以下、好ましくは50nm以下である。
正孔阻止層6も正孔注入層3と同様の方法で形成することができるが、通常は真空蒸着法が用いられる。
[7]電子輸送層
電子輸送層7は素子の発光効率をさらに向上させることを目的として、正孔注入層6と電子注入層8との間に設けられる。電子輸送層7は、電界を与えられた電極間において陰極9から注入された電子を効率よく発光層5の方向に輸送することができる化合物より形成される。電子輸送層7に用いられる電子輸送性化合物としては、陰極9又は電子注入層8からの電子注入効率が高く、かつ、高い電子移動度を有し注入された電子を効率よく輸送することができる化合物であることが必要である。
このような条件を満たす材料としては、8−ヒドロキシキノリンのアルミニウム錯体などの金属錯体(日本国特開昭59−194393号公報)、10−ヒドロキシベンゾ[h]キノリンの金属錯体、オキサジアゾール誘導体、ジスチリルビフェニル誘導体、シロール誘導体、3−又は5−ヒドロキシフラボン金属錯体、ベンズオキサゾール金属錯体、ベンゾチアゾール金属錯体、トリスベンズイミダゾリルベンゼン(米国特許第5645948号公報)、キノキサリン化合物(日本国特開平6−207169号公報)、フェナントロリン誘導体(日本国特開平5−331459号公報)、2−t−ブチル−9,10−N,N’−ジシアノアントラキノンジイミン、n型水素化非晶質炭化シリコン、n型硫化亜鉛、n型セレン化亜鉛などが挙げられる。
電子輸送層7の膜厚は、通常下限は1nm、好ましくは5nm程度であり、上限は通常300nm、好ましくは100nm程度である。
電子輸送層7は、正孔注入層3と同様にして湿式成膜法、或いは真空蒸着法により形成されるが、通常は、真空蒸着法が用いられる。
[8]電子注入層
電子注入層8は陰極9から注入された電子を効率よく発光層5へ注入する役割を果たす。電子注入を効率よく行うには、電子注入層8を形成する材料は、仕事関数の低い金属が好ましく、ナトリウムやセシウム等のアルカリ金属、バリウムやカルシウムなどのアルカリ土類金属が用いられる。電子注入層8の膜厚は0.1〜5nmが好ましい。
また、陰極9と電子輸送層7との界面にLiF、MgF、LiO、CsCO等の極薄絶縁膜(0.1〜5nm)を挿入することも、素子の効率を向上させる有効な方法である(Appl.Phys.Lett.,70巻,152頁,1997年;日本国特開平10−74586号公報;IEEETrans.Electron.Devices,44巻,1245頁,1997年;SID 04 Digest,154頁)。
さらに、バソフェナントロリン等の含窒素複素環化合物や8−ヒドロキシキノリンのアルミニウム錯体などの金属錯体に代表される有機電子輸送材料に、ナトリウム、カリウム、セシウム、リチウム、ルビジウム等のアルカリ金属をドープする(日本国特開平10−270171号公報、日本国特開2002−100478号公報、日本国特開2002−100482号公報などに記載)ことにより、電子注入・輸送性が向上し優れた膜質を両立させることが可能となるため好ましい。この場合の膜厚は通常5nm以上、好ましくは10nm以上で、通常200nm以下、好ましくは100nm以下である。
電子注入層8は、発光層5と同様にして湿式成膜法、或いは真空蒸着法により形成される。真空蒸着法の場合には、真空容器内に設置されたるつぼ又は金属ボートに蒸着源を入れ、真空容器内を適当な真空ポンプで10−4Pa程度にまで排気した後、るつぼ又は金属ボートを加熱して蒸発させ、るつぼ又は金属ボートと向き合って置かれた基板上に電子注入層を形成する。
アルカリ金属の蒸着は、クロム酸アルカリ金属と還元剤をニクロムに充填したアルカリ金属ディスペンサーを用いて行う。このディスペンサーを真空容器内で加熱することにより、クロム酸アルカリ金属が還元されてアルカリ金属が蒸発される。有機電子輸送材料とアルカリ金属とを共蒸着する場合は、有機電子輸送材料を真空容器内に設置されたるつぼに入れ、真空容器内を適当な真空ポンプで10−4Pa程度にまで排気した後、各々のるつぼ及びディスペンサーを同時に加熱して蒸発させ、るつぼ及びディスペンサーと向き合って置かれた基板上に電子注入層を形成する。
このとき、電子注入層8の膜厚方向において均一に共蒸着されるが、膜厚方向において濃度分布があっても構わない。
[9]陰極
陰極9は、発光層側の層(電子注入層8又は発光層5など)に電子を注入する役割を果たす。陰極9として用いられる材料は、前記陽極2に使用される材料を用いることも可能であるが、効率よく電子注入を行うには、仕事関数の低い金属が好ましく、スズ、マグネシウム、インジウム、カルシウム、アルミニウム、銀等の適当な金属又はそれらの合金が用いられる。具体例としては、マグネシウム−銀合金、マグネシウム−インジウム合金、アルミニウム−リチウム合金等の低仕事関数合金電極が挙げられる。
陰極9の膜厚は通常、陽極2と同様である。低仕事関数金属から成る陰極を保護する目的で、この上にさらに、仕事関数が高く大気に対して安定な金属層を積層することは素子の安定性を増す。この目的のために、アルミニウム、銀、銅、ニッケル、クロム、金、白金等の金属が使われる。
[10]その他の構成層
以上、図1に示す層構成の素子を中心に説明してきたが、本発明の有機電界発光素子における陽極2及び陰極9と発光層5との間には、その性能を損なわない限り、上記説明にある層の他にも、任意の層を有していてもよく、また発光層5以外の任意の層を省略してもよい。
正孔阻止層8と同様の目的で、正孔輸送層4と発光層5の間に電子阻止層を設けることも効果的である。電子阻止層は、発光層5から移動してくる電子が正孔輸送層4に到達するのを阻止することで、発光層5内で正孔との再結合確率を増やし、生成した励起子を発光層5内に閉じこめる役割と、正孔輸送層4から注入された正孔を効率よく発光層5の方向に輸送する役割がある。
電子阻止層に求められる特性としては、正孔輸送性が高く、エネルギーギャップ(HOMO、LUMOの差)が大きいこと、励起三重項準位(T1)が高いことが挙げられる。また、発光層5を湿式成膜法で形成する場合、電子阻止層も湿式成膜法で形成することが、素子製造が容易となるため、好ましい。
このため、電子阻止層も湿式成膜適合性を有することが好ましく、このような電子阻止層に用いられる材料としては、F8−TFBに代表されるジオクチルフルオレンとトリフェニルアミンの共重合体(国際公開第2004/084260号)等が挙げられる。
なお、図1とは逆の構造、即ち、基板1上に陰極9、電子注入層8、電子輸送層7、正孔阻止層6、発光層5、正孔輸送層4、正孔注入層3、陽極2の順に積層することも可能であり、少なくとも一方が透明性の高い2枚の基板の間に本発明の有機電界発光素子を設けることも可能である。
さらには、図1に示す層構成を複数段重ねた構造(発光ユニットを複数積層させた構造)とすることも可能である。その際には段間(発光ユニット間)の界面層(陽極がITO、陰極がAlの場合はその2層)の代わりに、例えばV等を電荷発生層として用いると段間の障壁が少なくなり、発光効率・駆動電圧の観点からより好ましい。
本発明は、有機電界発光素子が、単一の素子、アレイ状に配置された構造からなる素子、陽極と陰極がX−Yマトリックス状に配置された構造のいずれにおいても適用することができる。
[表示装置及び照明装置]
本発明の表示装置及び照明装置は、上述のような本発明の有機電界発光素子を用いたものである。本発明の表示装置及び照明装置の形式や構造については特に制限はなく、本発明の有機電界発光素子を用いて常法に従って組み立てることができる。
例えば、「有機ELディスプレイ」(オーム社、平成16年8月20日発光、時任静士、安達千波矢、村田英幸著)に記載されているような方法で、本発明の表示装置および照明装置を形成することができる。
以下、実施例を示して本発明について更に具体的に説明する。ただし、本発明は以下の実施例に限定されるものではなく、本発明はその要旨を逸脱しない限り任意に変更して実施できる。
[本発明の有機化合物の合成]
<化合物(C−1)の合成例>
(中間体2の合成)
Figure 2012137958
中間体1(21.0g、67.9mmol)の乾燥テトラヒドロフラン(THF)(210mL)溶液を−78℃まで冷却後、n−ブチルリチウムのヘキサン溶液(1.6M、42mL)を滴下し、1時間攪拌してリチウム試薬を得た。塩化シアヌル(25.0g、136mmol)の乾燥THF(250mL)溶液に、先に調製したリチウム試薬を滴下し、3時間攪拌した。反応溶液を氷水(300mL)にあけ、1N塩酸によりpH<4とし、塩化メチレン(100mL)で2度抽出した。有機層を飽和塩化ナトリウム水溶液(100mL)にて2度洗浄し、硫酸マグネシウムで乾燥後、減圧下で溶媒を留去した。残渣をヘキサン/塩化メチレン=3/1の展開溶媒でシリカゲルカラムクロマトグラフィーに処し、中間体2(12.5g、49%)を得た。なお、中間体1は、日本国特開2010−206191号公報に記載の方法を参考にして合成した。
(中間体4の合成)
Figure 2012137958
Mg片に中間体3(21.0g、65.2mmol)の乾燥THF(45mL)溶液を緩やかに還流するように滴下し、60℃で1時間攪拌してグリニヤー試薬を得た。中間体2(11.9g、32.0mmol)の乾燥THF(120mL)溶液に、先に調製したグリニヤー試薬を滴下し、45℃で6時間攪拌した。反応溶液を氷水(200mL)にあけ、塩化メチレン(400mL)で抽出した。有機層を飽和塩化ナトリウム水溶液(100mL)にて2度洗浄し、硫酸マグネシウムで乾燥後、減圧下で溶媒を留去した。残渣をヘキサン/塩化メチレン=2/1の展開溶媒でシリカゲルカラムクロマトグラフィーに処し、中間体4(13.4g、73%)を得た。なお、中間体3は、日本国特開2010−206191号公報に記載の方法を参考にして合成した。
(本発明化合物(C−1)の合成)
Figure 2012137958
中間体4(2.00g、3.41mmol)と中間体5(1.11g、4.47mmol)に、窒素バブリングを行ったトルエン/エタノール混合溶液(2:1、30mL)を加え、さらにPd(PPh(200mg、0.172mmol)、窒素バブリングを行ったリン酸三カリウム水溶液(2.0M、5mL)を順に加えた後、加熱還流させながら、4時間、撹拌を行った。室温に戻した後、蒸留水を加え、トルエンを用いて抽出を行った。有機層を飽和塩化ナトリウム水溶液にて洗浄し、硫酸マグネシウムで乾燥後、減圧下で溶媒を留去した。残渣をヘキサン/塩化メチレン=2/1の展開溶媒でシリカゲルカラムクロマトグラフィーに処し、化合物(C−1)(1.71g、67%)を得た。H NMRの測定結果を下記に示す。また示差走査熱量分析(DSC分析)により、化合物(C−1)のガラス転移温度は113℃と決定した。なお、中間体5は、国際公開第2011/024922号に記載の方法を参考にして合成した。
H NMR:δ[ppm] 8.99(m、1H)、8.90−8.80(m、5H)、8.18(d、2H)、7.95−7.91(m、3H)、7.87(m、1H)、7.81−7.30(m、5H)、7.77−7.36(m、24H).
<本発明化合物(C−2)の合成例>
Figure 2012137958
中間体4(2.60g、4.44mmol)と中間体6(2.02g、5.77mmol)に、窒素バブリングを行ったトルエン/エタノール混合溶液(2:1、45mL)を加え、さらにPd(PPh(260mg、0.225mmol)、窒素バブリングを行ったリン酸三カリウム水溶液(2.0M、7mL)を順に加えた後、加熱還流させながら、4時間、撹拌を行った。室温に戻した後、蒸留水を加え、トルエンを用いて抽出を行った。有機層を飽和塩化ナトリウム水溶液にて洗浄し、硫酸マグネシウムで乾燥後、減圧下で溶媒を留去した。残渣をヘキサン/塩化メチレン=3/1〜7/3の展開溶媒でシリカゲルカラムクロマトグラフィーに処し、化合物(C−2)(2.59g、68%)を得た。H NMRの測定結果を下記に示す。また示差走査熱量分析(DSC分析)により、化合物(C−2)のガラス転移温度は110℃と決定した。
H NMR:δ[ppm] 9.02(m、1H)、8.95−8.91(m、1H)、8.89−8.85(m、4H)、8.21(d、2H)、7.96(t、1H)、7.90(t、1H)、7.88−7.83(m、7H)、7.70−7.32(m、25H).
<本発明化合物(C−3)の合成例>
Figure 2012137958
中間体4(2.00g、3.41mmol)と中間体7(1.22g、4.44mmol)に、窒素バブリングを行ったトルエン/エタノール混合溶液(2:1、30mL)を加え、さらにPd(PPh(198mg、0.171mmol)、窒素バブリングを行ったリン酸三カリウム水溶液(2.0M、5mL)を順に加えた後、加熱還流させながら、4時間、撹拌を行った。室温に戻した後、蒸留水を加え、トルエンを用いて抽出を行った。有機層を飽和塩化ナトリウム水溶液にて洗浄し、硫酸マグネシウムで乾燥後、減圧下で溶媒を留去した。残渣をヘキサン/塩化メチレン=2/1の展開溶媒でシリカゲルカラムクロマトグラフィーに処し、化合物(C−3)(1.41g、53%)を得た。H NMRの測定結果を下記に示す。また示差走査熱量分析(DSC分析)により、化合物(C−3)のガラス転移温度は103℃と決定した。
H NMR:δ[ppm] 8.49−8.44(m、4H)、8.34(t、1H)、8.19(d、2H)、7.84(t、1H)、7.71−7.19(m、28H)、7.08−7.05(m、1H)、6.99(t、1H).
<本発明化合物(C−4)の合成例>
(中間体9の合成)
Figure 2012137958
Mg片に中間体8(12.7g、54.5mmol)の乾燥THF(170mL)溶液を緩やかに還流するように滴下し、80℃オイルバスで1時間攪拌してグリニヤー試薬を得た。塩化シアヌル(21.6g、117mmol)の乾燥THF(170mL)溶液に、先に調製したグリニヤー試薬を滴下し、50℃で6時間攪拌した。反応溶液を氷水にあけ、塩化メチレンで抽出した。有機層を飽和塩化ナトリウム水溶液にて2度洗浄し、硫酸マグネシウムで乾燥後、減圧下で溶媒を留去した。残渣をヘキサン/塩化メチレン=4/1〜3/1の展開溶媒でシリカゲルカラムクロマトグラフィーに処し、さらにメタノールにて懸洗をおこなうことで、中間体9(8.98g、55%)を得た。なお、中間体8は、東京化成工業株式会社より購入した(商品コードB2001、3−ブロモビフェニル)。
(中間体11の合成)
Figure 2012137958
Mg片に中間体10(10.1g、32.7mmol)の乾燥THF(80mL)溶液を緩やかに還流するように滴下し、80℃オイルバスで1時間攪拌してグリニヤー試薬を得た。中間体9(8.98g、29.7mmol)の乾燥THF(80mL)溶液に、先に調製したグリニヤー試薬を滴下し、50℃で4時間攪拌した。反応溶液を氷水にあけ、塩化メチレンで抽出した。有機層を飽和塩化ナトリウム水溶液にて2度洗浄し、硫酸マグネシウムで乾燥後、減圧下で溶媒を留去した。残渣をヘキサン/塩化メチレン=3/1〜2/1の展開溶媒でシリカゲルカラムクロマトグラフィーに処し、さらにメタノールにて懸洗をおこなうことで、中間体11(6.72g、46%)を得た。なお、中間体10は、日本国特開2010−206191号公報に記載の方法を参考にして合成した。
(本発明化合物(C−4)の合成例)
Figure 2012137958
中間体11(2.86g、5.77mmol)と中間体12(3.24g、7.50mmol)に、窒素バブリングを行ったトルエン/エタノール混合溶液(2:1、56mL)を加え、さらにPd(PPh(333mg、0.288mmol)、窒素バブリングを行ったリン酸三カリウム水溶液(2.0M、9mL)を順に加えた後、加熱還流させながら、3時間撹拌を行った。室温に戻した後、蒸留水を加え、トルエンを用いて抽出を行った。有機層を飽和塩化ナトリウム水溶液にて洗浄し、硫酸マグネシウムで乾燥後、減圧下で溶媒を留去した。残渣をヘキサン/塩化メチレン=3/1〜7/3の展開溶媒でシリカゲルカラムクロマトグラフィーに処し、酢酸エチル/エタノール溶液で懸濁洗浄をおこない、化合物(C−4)(2.14g、48%)を得た。H NMRの測定結果を下記に示す。また示差走査熱量分析(DSC分析)により、化合物(C−4)のガラス転移温度は79℃と決定した。
H NMR:δ[ppm] 9.06(m、1H)、9.03(m、1H)、8.89(d、2H)、8.82−8.78(m、2H)、7.97−7.95(m、2H)、7.91−7.83(m、5H)、7.77−7.36(m、26H).
<本発明化合物(C−5)の合成例>
Figure 2012137958
中間体2(13.3g、35.1mmol)と中間体12(36.4g、84.3mmol)に、テトラヒドロフラン(525mL)、炭酸カリウム水溶液(2.0M、105mL)を順に加えた後、窒素バブリングをおこなった。さらにPd(PPh(4.06g、3.51mmol)を加え、50℃にて5.5時間撹拌を行った後、3時間加熱還流をおこなった。いちど室温に戻し、一晩放置した後、再度昇温し、5.5時間加熱還流をおこなった。室温に戻した後、蒸留水を加え、塩化メチレンを用いて抽出を行った。有機相を飽和塩化ナトリウム水溶液にて洗浄し、硫酸マグネシウムで乾燥後、減圧下で溶媒を留去した。残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフィーに処し、さらに塩化メチレン/メタノールで再沈殿操作をおこない、化合物(C−5)(15.9g、49%)を得た。H NMRの測定結果を下記に示す。また示差走査熱量分析(DSC分析)により、化合物(C−5)のガラス転移温度は93℃と決定した。
H NMR:δ[ppm] 8.92−8.89(m、6H)、7.98(t、2H)、7.93−7.87(m、9H)、7.74−7.55(m、21H)、7.51−7.45(m、6H)、7.42−7.36(m、3H).
<本発明化合物(C−6)の合成例>
Figure 2012137958
中間体11(2.23g、4.50mmol)と中間体13(3.16g、5.00mmol)に、トルエン/エタノール混合溶液(2:1、36mL)、リン酸三カリウム水溶液(2.0M、5.5mL)を順に加えた後、窒素バブリングをおこなった。さらにPd(PPh(0.16g、0.14mmol)を加え、加熱還流をおこないながら、4時間撹拌をおこなった。室温に戻した後、不溶物をろ別し、ろ取物をトルエン、蒸留水、エタノールにて洗浄した。これらの操作で生じたろ液ならびに洗液を集め、減圧にて濃縮した後、エタノールを加え、生じた固体をろ別し、ろ取物を水、エタノールにて洗浄した。洗浄済みの固体を集め、乾燥させることで、化合物(C−6)(2.0g、48%)を得た。H NMRの測定結果を下記に示す。また示差走査熱量分析(DSC分析)により、化合物(C−6)のガラス転移温度は92℃と決定した。
H NMR:δ[ppm] 9.10(t、1H)、9.08(t、1H)、9.04(t、1H)、8.83−8.78(m、3H)、8.01(t、1H)、7.95−7.34(m、40H).
<本発明化合物(C−7)の合成例>
(中間体15の合成)
Figure 2012137958
中間体14(23g、60mmol)の乾燥テトラヒドロフラン(THF)(100mL)溶液を−75℃まで冷却後、n−ブチルリチウムのヘキサン溶液(1.65M、37mL)を滴下した。−75℃で5時間攪拌後、−90℃まで冷却し、リチウム試薬を得た。塩化シアヌル(5.0g、27mmol)の乾燥THF(50mL)溶液に、先に調製したリチウム試薬を−90℃〜−70℃にて滴下し、−70℃にて2時間攪拌し、さらに室温にて12時間放置した。反応溶液を氷水にあけ、1N塩酸により中和後、塩化メチレンで抽出した。有機層を蒸留水にて洗浄し、硫酸マグネシウムで乾燥後、減圧下で溶媒を留去した。残渣を塩化メチレンにて洗浄し、中間体15(8.4g、43%)を得た。なお、中間体14は、日本国特開2010−206191号公報に記載の方法を参考にし、中間体10とp−ブロモヨードベンゼンを反応させることにより合成した。
(本発明化合物(C−7)の合成例)
Figure 2012137958
中間体15(7.5g、10mmol)と中間体16(2.25g、11.3mmol)に、トルエン/エタノール混合溶液(2:1、318mL)を加え、窒素バブリングを行った。そこに、Pd(PPh(0.36g、0.31mmol)、窒素バブリングを行ったリン酸三カリウム水溶液(2.0M、13mL)を順に加えた後、加熱還流させながら、2.5時間撹拌を行った。室温に戻した後、蒸留水を加え、有機相と水相を分離した。有機相を飽和塩化ナトリウム水溶液にて洗浄し、硫酸マグネシウムで乾燥後、減圧下で溶媒を留去した。残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフィーに処し、トルエンからで再結晶をおこない、化合物(C−7)(4.50g、52%)を得た。H NMRの測定結果を下記に示す。また示差走査熱量分析(DSC分析)により、化合物(C−7)のガラス転移温度は90℃と決定した。
H NMR:δ[ppm] 9.03(t、1H)、8.90(d、4H)、8.81−8.78(m、1H)、7.98(t、2H)、7.90−7.84(m、7H)、7.78−7.36(m、28H).
<本発明化合物(C−8)の合成例>
(中間体17の合成)
Figure 2012137958
4’−ヨードアセトフェノン(20.6g、83.8mmol、東京化成工業製(商品コードI0305))と中間体16(19.9g、101mmol)に、窒素バブリングを行ったトルエン/エタノール混合溶液(2:1、450mL)を加え、そこに、Pd(PPh(1.94g、1.68mmol)、窒素バブリングを行ったリン酸三カリウム水溶液(2.0M、105mL)を順に加えた後、加熱還流させながら、2時間撹拌を行った。室温に戻した後、蒸留水を加え、トルエンを用いて抽出を行った。有機層を飽和塩化ナトリウム水溶液にて洗浄し、硫酸マグネシウムで乾燥後、減圧下で溶媒を留去した。残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフィーに処し、中間体17(21.4g、94%)を得た。
(中間体18の合成例)
Figure 2012137958
中間体17(20.0g、73.4mmol)、4−ブロモベンゾニトリル(28.1g、154mmol、東京化成工業社製I(商品コードB1426))、トリフルオロメタンスルホン酸無水物(15mL)の塩化メチレン(160mL)溶液を19時間撹拌した。反応溶液に炭酸水素ナトリウム水溶液を加え、中和したあと、塩化メチレンを加え、残渣を吸引ろ過し、中間体18(2.9g、6%)を得た。
(本発明化合物(C−8)の合成例)
Figure 2012137958
中間体18(618mg、1.00mmol)と中間体19(685mg、2.50mmol)に、窒素バブリングを行ったトルエン/エタノール混合溶液(2:1、18mL)を加え、そこに、Pd(PPh(58mg、0.05mmol)、窒素バブリングを行ったリン酸三カリウム水溶液(2.0M、3mL)を順に加えた後、加熱還流させながら、1.5時間撹拌を行った。室温に戻した後、蒸留水を加え、トルエンを用いて抽出を行った。有機層を飽和塩化ナトリウム水溶液にて洗浄し、硫酸マグネシウムで乾燥後、減圧下で溶媒を留去した。残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフィーに処し、化合物(C−8)(330mg、36%)を得た。H NMRの測定結果を下記に示す。また示差走査熱量分析(DSC分析)により、化合物(C−8)のガラス転移温度は95℃と決定した。
H NMR:δ[ppm] 8.86(d、2H)、8.43(dd、4H)、8.12(s、1H)、7.98−7.95(m、2H)、7.91−7.85(m、9H)、7.73−7.54(m、21H)、7.51−7.46(m、6H)、7.42−7.36(m、3H).
<本発明化合物(C−9)の合成例>
(中間体21の合成例)
Figure 2012137958
中間体20(11.6g、36.7mmol、Aldrich社製(9H−Carbazol−2−yl trifluoromethanesulfonate)商品コード639206)、中間体8(9.42g、40.4mmol)の脱水ジオキサン(150mL)溶液の窒素バブリングをおこなった後、CuI(1.40g、7.35mmol)、DMEDA(1.6mL、14.5mmol)、りん酸三カリウム(31.2g、147mmol)を順に加え、7時間加熱還流をおこなった。室温に戻した後、塩化メチレンにて抽出をおこなった。有機相を蒸留水にて洗浄し、硫酸マグネシウムで乾燥後、減圧下で溶媒を留去した。残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフィーに処し、中間体21(11.6g、67%)を得た。
(中間体22の合成)
Figure 2012137958
中間体21(11.6g、24.8mmol)、ビス(ピナコラトジボロン)(7.54g、29.7mmol)の脱水DMSO(100mL)溶液を60℃にて窒素バブリングをおこなった後、PdCl(dppf)CHCl(606mg、0.743mmol)、酢酸カリウム(31.2g、147mmol)を順に加え、100℃にて7.5時間攪拌した。室温に戻した後、塩化メチレンにて抽出をおこない、有機相を蒸留水にて洗浄し、硫酸マグネシウムで乾燥後、減圧下で溶媒を留去した。残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフィーに処し、中間体22(6.58g、60%)を得た。
(中間体23の合成)
Figure 2012137958
中間体22(6.58g、14.8mmol)と3−ブロモヨードベンゼン(4.39g、15.5mmol)に、窒素バブリングを行ったトルエン/エタノール混合溶液(2:1、112mL)を加え、そこに、Pd(PPh(510mg、0.44mmol)、窒素バブリングを行ったリン酸三カリウム水溶液(2.0M、19mL)を順に加えた後、加熱還流させながら、4時間撹拌を行った。室温に戻した後、蒸留水を加え、トルエンを用いて抽出を行った。有機層を蒸留水にて洗浄し、硫酸マグネシウムで乾燥後、減圧下で溶媒を留去した。残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフィーに処し、中間体23(6.59g、94%)を得た。
(中間体24の合成)
Figure 2012137958
中間体23(6.59g、13.9mmol)、ビス(ピナコラトジボロン)(3.88g、15.3mmol)の脱水DMSO(100mL)溶液を窒素バブリングをおこなった後、PdCl(dppf)CHCl(340mg、0.42mmol)、酢酸カリウム(6.82g、69.5mmol)を順に加え、100℃にて5時間攪拌した。室温に戻した後、蒸留水を加え、塩化メチレンにて抽出をおこなった。有機相を蒸留水にて洗浄し、硫酸マグネシウムで乾燥後、減圧下で溶媒を留去した。残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフィーに処し、中間体24(3.63g、50%)を得た。
(中間体25の合成)
Figure 2012137958
中間体24(3.63g、6.96mmol)と4−ブロモヨードベンゼン(2.07g、7.31mmol)に、窒素バブリングを行ったトルエン/エタノール混合溶液(2:1、54mL)を加え、そこに、Pd(PPh(241mg、0.21mmol)、窒素バブリングを行ったリン酸三カリウム水溶液(2.0M、9mL)を順に加えた後、加熱還流させながら、2時間撹拌を行った。さらに、Pd(PPh(500mg)を加え、加熱還流させながらさらに2時間撹拌を行った。室温に戻した後、蒸留水を加え、トルエンを用いて抽出を行った。有機層を蒸留水にて洗浄し、硫酸マグネシウムで乾燥後、減圧下で溶媒を留去した。残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフィーに処し、中間体25(3.21g、84%)を得た。
(中間体26の合成)
Figure 2012137958
中間体25(3.21g、5.83mmol)、ビス(ピナコラトジボロン)(1.78g、7.00mmol)の脱水DMSO(50mL)溶液を窒素バブリングをおこなった後、PdCl(dppf)CHCl(143mg、0.17mmol)、酢酸カリウム(2.86g、29.3mmol)を順に加え、95℃にて4時間攪拌した。室温に戻した後、蒸留水を加え、塩化メチレンにて抽出をおこなった。有機相を蒸留水にて洗浄し、硫酸マグネシウムで乾燥後、減圧下で溶媒を留去した。残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフィーに処し、中間体26(1.29g、37%)を得た。
(中間体27の合成)
Figure 2012137958
2,4,6−トリクロロピリミジン(25.0g、136mmol、東京化成工業社製(商品コード:T0417))、中間体6(25.4g、72.6mmol)、DME(500mL)、炭酸ナトリウム水溶液(2.0M、113mL)を順に加えた後、15分間窒素バブリングをおこなった。そこに、Pd(OAc)(0.49g、2.17mmol)、PPh(1.14g、4.35mmol)を順に加え、オイルバスの温度をゆっくりと100℃まで加熱し、反応溶液を7時間加熱還流した。室温に戻した後、蒸留水を加え、塩化メチレンを用いて抽出をおこなった。有機相を蒸留水にて洗浄し、硫酸マグネシウムで乾燥後、減圧下で溶媒留去した。残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフィーに処し、中間体27(19.1g、58%)を得た。
(中間体28の合成)
Figure 2012137958
中間体27(0.98g、2.2mmol)、中間体26(1.29g、2.2mmol)の入ったフラスコに、窒素バブリングをおこなったDME(20mL)、Pd(OAc)(24mg、0.11mmol)、PPh(57mg、0.22mmol)、窒素バブリングをおこなったりん酸三カリウム水溶液(2.0M、4mL)を順に加えた後、100℃にて6時間加熱還流した。室温に戻した後、蒸留水を加え、塩化メチレンを用いて抽出をおこなった。有機相を蒸留水にて洗浄し、硫酸マグネシウムで乾燥後、減圧下で溶媒留去した。残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフィーに処し、中間体28(1.21g、63%)を得た。
(本発明化合物(C−9)の合成例)
Figure 2012137958
中間体28(1.21g、1.36mmol)とフェニルボロン酸(0.23g、1.9mmol)に、窒素バブリングを行ったDME(10mL)を加え、そこに、Pd(PPh(0.15g、0.13mmol)、窒素バブリングを行ったリン酸三カリウム水溶液(2.0M、2mL)を順に加えた後、加熱還流させながら、3時間撹拌を行った。室温に戻した後、蒸留水を加え、塩化メチレンを用いて抽出をおこなった。有機相を蒸留水にて洗浄し、硫酸マグネシウムで乾燥後、減圧下で溶媒を留去した。残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフィーに処し、化合物(C−9)(0.96g、76%)を得た。H NMRの測定結果を下記に示す。また示差走査熱量分析(DSC分析)により、化合物(C−9)のガラス転移温度は125℃と決定した。
H NMR:δ[ppm] 8.78−8.76(m、2H)、8.41(t、4H)、8.25(d、1H)、8.19(d、1H)、8.10(s、1H)、7.96−7.92(m、2H)、7.90−7.80(m、6H)、7.74−7.30(m、30H).
<本発明化合物(C−10)の合成例>
(中間体30の合成)
Figure 2012137958
中間体27(12.0g、26.5mmol)、中間体29(8.07g、29.4mmol)の入ったフラスコに、窒素バブリングをおこなったDME(250mL)、Pd(OAc)(198mg、0.88mmol)、PPh(463mg、1.77mmol)、窒素バブリングをおこなった炭酸ナトリウム水溶液(2.0M、46mL)を順に加えた後、100℃にて6時間加熱還流した。室温に戻した後、減圧にて濃縮し、残渣を塩化メチレンにて抽出をおこなった。有機相を蒸留水にて洗浄し、硫酸マグネシウムで乾燥後、減圧下で溶媒留去した。残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフィーに処し、中間体28(8.15g、48%)を得た。
(本発明化合物(C−10)の合成例)
Figure 2012137958
中間体30(1.5g、2.3mmol)、中間体16(0.60g、3.0mmol)の入ったフラスコに、窒素バブリングをおこなったDME(20mL)、Pd(OAc)(26mg、0.12mmol)、PPh(61mg、0.23mmol)、窒素バブリングをおこなった炭酸ナトリウム水溶液(2.0M、4mL)を順に加えた後、100℃にて6時間加熱還流した。いったん室温に戻した後、Pd(PPh(0.13g)、窒素バブリングを行ったリン酸三カリウム水溶液(2.0M、4mL)を順に加え、さらに3.5時間加熱還流をおこなった。室温に戻した後、塩化メチレンにて抽出をおこなった。有機相を蒸留水にて洗浄し、硫酸マグネシウムで乾燥後、減圧下で溶媒留去した。残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフィーに処し、化合物(C−10)(0.82g、45%)を得た。H NMRの測定結果を下記に示す。また示差走査熱量分析(DSC分析)により、化合物(C−10)のガラス転移温度は85℃と決定した。
H NMR:δ[ppm] 8.99(t、1H)、8.76−8.74(m、1H)、8.43(dd、4H)、8.13(s、1H)、7.95(t、1H)、7.91−7.85(m、6H)、7.78−7.75(m、3H)、7.71−7.46(m、20H)、7.42−7.37(m、3H).
<本発明化合物(C−11)の合成例>
Figure 2012137958
中間体30(1.0g、1.5mmol)、中間体31(0.58g、2.0mmol)の入ったフラスコに、窒素バブリングをおこなったDME(20mL)、Pd(PPh(89mg、0.077mmol)、窒素バブリングを行ったリン酸三カリウム水溶液(2.0M、3mL)を順に加え、3時間加熱還流をおこなった。室温に戻した後、塩化メチレンにて抽出をおこなった。有機相を蒸留水にて洗浄し、硫酸マグネシウムで乾燥後、減圧下で溶媒留去した。残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフィーに処し、化合物(C−11)(0.40g、31%)を得た。H NMRの測定結果を下記に示す。また示差走査熱量分析(DSC分析)により、化合物(C−11)のガラス転移温度は109℃と決定した。
H NMR:δ[ppm] 8.97(m、1H)、8.89−8.86(m、1H)、8.39(dd、4H)、8.19(d、2H)、8.16(s、1H)、7.93(t、1H)、7.88−7.80(m、7H)、7.74−7.30(m、26H).
<比較化合物(C−12)の合成例>
比較化合物(C−12)は、国際公開第2006/62062号に示す方法にて合成した(同特許文献中にガラス転移点温度は159℃と記載してある)。
<比較化合物(C−13)の合成例>
Figure 2012137958
中間体4(21.5g、36.7mmol)と中間体31(11.4g、44.0mmol)に、窒素バブリングを行ったトルエン/エタノール混合溶液(2:1、297mL)を加え、さらにPd(PPh(1.00g、0.865mmol)、窒素バブリングを行ったリン酸三カリウム水溶液(2.0M、50mL)を順に加えた後、加熱還流させながら、6時間、撹拌を行った。室温に戻した後、吸引濾過を行い、濾取物を塩化メチレンに溶解し、再び吸引濾過を行った。濾液を減圧下で溶媒を留去し、残渣をヘキサン/塩化メチレン=1/1〜1:2の展開溶媒でシリカゲルカラムクロマトグラフィーに処し、化合物(C−13)(18.6g、71%)を得た。H NMRの測定結果を下記に示す。また示差走査熱量分析(DSC分析)により、化合物(C−13のガラス転移温度は129℃と決定した。
H NMR:δ[ppm] 8.98(m、2H)、8.87−8.84(m、2H)、8.79(d、2H)、8.18(d、4H)、7.86(t、1H)、7.82−7.78(m、6H)、7.66−7.60(m、4H)、7.56−7.29(m、16H).
<比較化合物(C−14)の合成例>
(中間体33の合成)
Figure 2012137958
Mg片(578mg、23.8mmol)に中間体32(6.74g、21.8mmol)の乾燥THF(60mL)溶液を緩やかに還流するように滴下し、30分間加熱還流させグリニヤー試薬を得た。中間体2(7.50g、19.8mmol)の乾燥THF(40mL)溶液に、先に調製したグリニヤー試薬を滴下し、45℃〜55℃で3時間攪拌した。反応溶液を氷水にあけ、塩化メチレンで抽出した。有機層を飽和塩化ナトリウム水溶液にて洗浄し、硫酸マグネシウムで乾燥後、減圧下で溶媒を留去した。残渣をヘキサン/塩化メチレン=1/10で懸濁洗浄し、エタノールで結晶を懸濁洗浄し、結晶を濾取することで、中間体33(6.45g、57%)を得た。なお、中間体32は、日本国特開2010−206191号公報に記載の方法を参考にして合成した。
(化合物(C−14)の合成)
Figure 2012137958
中間体33(571mg、0.998mmol)と中間体16(258mg、1.30mmol)に、窒素バブリングを行ったトルエン/エタノール混合溶液(2:1、15mL)を加え、さらにPd(PPh(58.0mg、0.0502mmol)、窒素バブリングを行ったリン酸三カリウム水溶液(2.0M、1.5mL)を順に加えた後、加熱還流させながら、3時間、撹拌を行った。室温に戻した後、蒸留水を加え、トルエンを用いて抽出を行った。有機層を蒸留水にて洗浄し、硫酸マグネシウムで乾燥後、減圧下で溶媒を留去した。残渣をヘキサン/塩化メチレン=3/1〜3/2の展開溶媒でシリカゲルカラムクロマトグラフィーに処し、化合物(C−14)(285mg、41%)を得た。H NMRの測定結果を下記に示す。また示差走査熱量分析(DSC分析)により、化合物(C−14)のガラス転移温度は73℃と決定した。
H NMR:δ[ppm] 9.07(t、1H)、9.04(t、1H)、8.89(d、2H)、8.83−8.79(m、2H)、7.96−7.84(m、6H)、7.77−7.55(m、14H)、7.52−7.47(m、6H)、7.44−7.37(m、3H).
<比較化合物(C−15)の合成例>
Figure 2012137958
中間体4(1.50g、2.56mmol)と中間体16(0.66g、3.33mmol)に、窒素バブリングを行ったトルエン/エタノール混合溶液(2:1、24mL)を加え、さらにPd(PPh(150mg、0.128mmol)、窒素バブリングを行ったリン酸三カリウム水溶液(2.0M、4mL)を順に加えた後、加熱還流させながら、3時間撹拌を行った。室温に戻した後、蒸留水を加え、トルエンを用いて抽出を行った。有機層を飽和塩化ナトリウム水溶液にて洗浄し、硫酸マグネシウムで乾燥後、減圧下で溶媒留去した。残渣をヘキサン/塩化メチレン=7/3の展開溶媒でシリカゲルカラムクロマトグラフィーに処し、化合物(C−15)(1.20g、67%)を得た。H NMRの測定結果を下記に示す。また示差走査熱量分析(DSC分析)により、化合物(C−15)のガラス転移温度は94℃と決定した。
H NMR:δ[ppm] 9.02(m、1H)、9.00(m、1H)、8.92−8.89(m、1H)、8.85(d、2H)、8.77−8.74(m、1H)、8.20(d、2H)、7.90(t、1H)、7.86−7.83(m、5H)、7.74−7.72(m、2H)、7.68−7.62(m、5H)、7.58−7.32(m、13H).
<比較化合物(C−16)の合成>
(中間体35の合成)
Figure 2012137958
2,4,6−トリクロロピリミジン(4.58g、25.0mmol)、中間体34(17.8g、40.0mmol)、DME(125mL)、炭酸ナトリウム水溶液(2.0M、70mL)を順に加えた後、15分間窒素バブリングをおこなった。そこに、Pd(OAc)(56mg、0.25mmol)、PPh(196mg、0.75mmol)を順に加え、1時間15分間加熱還流した。Pd(PPh(50mg)を添加し、さらに1時間20分間反応させた後、アリールボロン酸ピナコラートエステル体(4.0g)を追加し、さらに2時間加熱還流をおこなった。室温に戻した後、吸引ろ過をおこない、沈殿物をろ取し、残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフィーに処し、無色固体を7.3g得た。NMRにて確認したところ、(カルバゾリルフェニル)フェニル基が1つのみ反応した化合物であった(収率63%)。中間体35を得るために、さらに以下の操作を実施した。当該固体(3.5g、9.27mmol)、中間体34(3.70g、10.2mmol)、DME(45mL)、炭酸ナトリウム水溶液(2.0M、20mL)を順に加えた後、50℃にて10分間窒素バブリングをおこなった。そこに、Pd(OAc)(62mg、0.28mmol)、PPh(146mg、0.56mmol)を順に加え、1時間半加熱還流した。中間体34(1.80g)を追加し、さらに1時間半加熱還流をおこなった後、さらに中間体34(0.40g)を追加し、さらに30分間加熱還流をおこなった。室温に戻した後、吸引ろ過をおこない、沈殿物をろ取し、中間体35を粗精製物として得た(9.33g)。
(化合物(C−16)の合成)
Figure 2012137958
中間体35(3.00g、4.03mmol)、中間体16(0.96g、4.84mmol)、THF(40mL)、炭酸ナトリウム水溶液(2.0M、20mL)を順に加えた後、15分間窒素バブリングをおこなった。そこに、Pd(OAc)(45mg、0.20mmol)、PPh(105mg、0.4mmol)を順に加え、3時間加熱還流した。室温に戻した後、蒸留水を加え、塩化メチレンを用いて抽出をおこなった。有機層を飽和塩化ナトリウム水溶液にて洗浄し、硫酸マグネシウムで乾燥後、減圧下で溶媒留去した。残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフィーに処し、化合物(C−16)(2.90g、83%)を得た。H NMRの測定結果を下記に示す。また示差走査熱量分析(DSC分析)により、化合物(C−16)のガラス転移温度は142℃と決定した。
H NMR:δ[ppm] 8.97(m、1H)、8.75−8.72(m、1H)、8.42(d、4H)、8.17(d、4H)、8.10(s、1H)、7.91−7.71(m、13H)、7.65−7.60(m、3H)、7.52−7.37(m、11H)、7.33−7.29(m、4H).
<比較化合物(C−17)の合成>
(中間体37の合成)
Figure 2012137958
2,4,6−トリクロロピリミジン(8.00g、43.6mmol)、中間体36(4.32g、21.8mmol、東京化成工業社製(4−ビフェニルボロン酸))、DME(109mL)、炭酸ナトリウム水溶液(2.0M、32mL)を順に加えた後、20分間窒素バブリングをおこなった。そこに、Pd(OAc)(245mg、1.09mmol)、PPh(0.57g、2.18mmol)を順に加え、3.5時間加熱還流した。室温に戻した後、蒸留水を加え、塩化メチレンを用いて抽出をおこなった。有機層を飽和塩化ナトリウム水溶液にて洗浄し、硫酸マグネシウムで乾燥後、減圧下で溶媒留去した。残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフィーに処し、中間体37(4.8g、37%)を得た。
(中間体38の合成)
Figure 2012137958
中間体37(3.65g、12.1mmol)、中間体29(2.77g、10.1mmol)、DME(61mL)、炭酸ナトリウム水溶液(2.0M、15mL)を順に加えた後、30分間窒素バブリングをおこなった。そこに、Pd(OAc)(113mg、0.51mmol)、PPh(0.27g、1.01mmol)を順に加え、7時間加熱還流した。室温に戻した後、蒸留水を加え、塩化メチレンを用いて抽出をおこなった。有機層を飽和塩化ナトリウム水溶液にて洗浄し、硫酸マグネシウムで乾燥後、減圧下で溶媒留去した。残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフィーに処し、中間体38(3.16g、63%)を得た。
(化合物(C−17)の合成)
Figure 2012137958
中間体38(3.16g、6.39mmol)、中間体31(2.20g、7.67mmol)、DME(32mL)、炭酸ナトリウム水溶液(2.0M、10mL)を順に加えた後、30分間窒素バブリングをおこなった。そこに、Pd(OAc)(72mg、0.32mmol)、PPh(0.17g、0.64mmol)を順に加え、3時間加熱還流した。室温に戻した後、蒸留水を加え、塩化メチレンを用いて抽出をおこなった。有機相を飽和塩化ナトリウム水溶液にて洗浄し、硫酸マグネシウムで乾燥後、減圧下で溶媒留去した。残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフィーに処し、化合物(C−17)(4.1g、91%)を得た。H NMRの測定結果を下記に示す。また示差走査熱量分析(DSC分析)により、化合物(C−17)のガラス転移温度は108℃と決定した。
H NMR:δ[ppm] 8.96(t、1H)、8.88−8.86(m、1H)、8.39−8.36(m、4H)、8.19(d、2H)、8.14(s、1H)、7.87(t、1H)、7.83−7.61(m、12H)、7.57−7.30(m、13H).
[組成物の保存安定性試験]
前記例示化合物に含まれる以下の化合物について、下記に示す方法により有機溶剤に溶解し、組成物を調製した。なお、化合物(C−18)は、日本国特開2006−188493号公報にて開示された方法を参考にして得た。
Figure 2012137958
Figure 2012137958
<実施例1>
5mLのサンプル管に、化合物(C−1)を5mg量りとり、シクロへキシルベンゼンを加えて400mgとした後、ホットプレートを用いて60℃に加熱し、化合物(C−1)を完全に溶解させ、固形分1.25重量%濃度の組成物を調製した。調製した組成物は、室温約15〜20℃の暗所に置き、固体が析出するまでの時間を測定した。固体の析出は10倍のルーペを用いて目視にて確認した。結果を化合物(C−1)の分子量、ガラス転移点温度と共に表1にまとめた。
<実施例2〜11>
実施例1において化合物(C−1)を化合物(C−2)〜(C−11)にそれぞれ置き換えたほかは、実施例1と同様に組成物を調製し、固体が析出するまでの時間を測定した。固体の析出は10倍のルーペを用いて目視にて確認した。結果を化合物(C−2)〜(C−11)の分子量、ガラス転移点温度と共に表1にまとめた。
<比較例1〜6>
実施例1において化合物(C−1)を比較化合物(C−12)〜(C−17)に置き換えたほかは、実施例1と同様に組成物の調製を試みた。このうち、比較化合物(C−12)、(C−15)および(C−16)については、ホットプレートによる加熱を30分行ったが、サンプル管の底に固形分が残留しているのが確認され、1.25重量%濃度の組成物を調製することができなかった。組成物が調製できたものについては、実施例1と同様の方法にて固体が析出するまでの時間を測定した。固体の析出は10倍のルーペを用いて目視にて確認した。結果を化合物(C−12)〜(C−17)の分子量、カルバゾリル基の数、ガラス転移点温度と共に表1にまとめた。
なお、比較化合物(C−12)は分子中にカルバゾリル基を3つ有するため、本発明の範囲外となる。比較化合物(C−13)はカルバゾリル基の数が2であり、本発明の範囲外となる。比較化合物(C−14)は、前記一般式(1)におけるA、B、Cに相当する置換基の一部が前記一般式(2−1)〜(2−5)を満たさず、また分子量が750未満であるため、本発明の範囲外となる。比較化合物(C−15)は、前記一般式(1)におけるA、B、Cに相当する置換基の一部が前記一般式(2−1)〜(2−5)を満たさず、また分子量が750未満であるため、本発明の範囲外となる。比較化合物(C−16)は、カルバゾリル基の数が2であるため、本発明の範囲外となる。比較化合物(C−17)は、前記一般式(1)におけるA、B、Cに相当する置換基の一部が前記一般式(2−1)〜(2−5)を満たさず、本発明の範囲外となる。
<参考例1>
実施例1において化合物(C−1)を化合物(C−18)に置き換えたほかは、実施例1と同様に組成物を調製し、固体が析出するまでの時間を測定した。固体の析出は10倍のルーペを用いて目視にて確認した。結果を化合物(C−18)の分子量、カルバゾリル基の数、ガラス転移点温度と共に表1にまとめた。なお、化合物(C−18)は、ピリジン骨格の化合物であるため、本発明の範囲外となるが、1,3,5−トリアジン骨格の溶解性の低さの比較をおこなうために参考として示す。
Figure 2012137958
表1から明らかなように、本発明の化合物は、有機溶剤に対する溶解性が高く、その組成物の保存安定性も高いことがわかる。また、比較例2と参考例1を比較することにより、1,3,5−トリアジン骨格自体の溶解性の低さがわかる。
[有機電界発光素子の作製]
<実施例12>
以下の手順で図1に示す有機電界発光素子を作製した。
ガラス基板1上に、インジウム・スズ酸化物(ITO)透明導電膜を70nmの厚さに堆積したもの(ジオマテック社製、スパッタ成膜品)を、通常のフォトリソグラフィー技術と塩酸エッチングを用いて2mm幅のストライプにパターニングして陽極2を形成した。パターン形成したITO基板を、界面活性剤水溶液による超音波洗浄、超純水による水洗、超純水による超音波洗浄、超純水による水洗の順で洗浄後、圧縮空気と接触させることにより乾燥させてから、紫外線オゾン洗浄を行った。
次に、以下の構造式(HIT−1)に示すアリールアミンポリマー、構造式(A−1)に示す4−イソプロピル−4’−メチルジフェニルヨードニウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボラートおよび安息香酸エチルを含有する正孔注入輸送層形成用塗布液を調製した。この塗布液を下記条件で陽極上にスピンコート法により成膜し、膜厚30nmの正孔注入輸送層3を形成した。
Figure 2012137958
<正孔注入輸送層形成用塗布液>
溶剤 安息香酸エチル
塗布液濃度 HIT−1:2.0重量%
A−1 :0.4重量%
<正孔注入輸送層3の成膜条件>
スピナ回転時間 30秒
スピンコート雰囲気 大気中
加熱条件 大気中、230℃、1時間
引き続き、以下の構造式(HIT−2)に示す構造式の化合物を含有する正孔注入輸送層形成用塗布液を調製し、これを以下の条件で正孔注入輸送層3上にスピンコート法により成膜し、加熱することにより重合させ、膜厚15nmの正孔注入輸送層4を形成した。
Figure 2012137958
<正孔注入輸送層形成用塗布液>
溶剤 シクロヘキシルベンゼン
塗布液濃度 HIT−2:1.0重量%
<正孔注入輸送層4の成膜条件>
スピナ回転時間 120秒
スピンコート雰囲気 乾燥窒素中
加熱条件 230℃、1時間、窒素中
次に、前記化合物(C−1)ならびに、以下に示す化合物(H−1)および(D−1)を含有する発光層形成用塗布液を調製し、以下の条件でスピンコート法によりこれを成膜し、加熱することにより、膜厚48nmの発光層5を正孔注入輸送層4上に形成した。なお、化合物(H−1)および(D−1)は、それぞれ、日本国特開2010−206191号公報、日本国特開2010−202644号公報にて開示されている方法にて調製した。
Figure 2012137958
<発光層形成用塗布液>
溶剤 シクロヘキシルベンゼン
塗布液濃度 C−1:1.2重量%
H−1:3.6重量%
D−1:0.48重量%
<発光層5の成膜条件>
スピナ回転時間 120秒
加熱条件 120℃、20分
この発光層5まで成膜した基板を真空蒸着装置内に移し、装置内の真空度が2.0×10−4Pa以下になるまで排気した後、以下の構造式(HB−1)に示す化合物を真空蒸着法にて、蒸着速度0.8〜1.2Å/秒で発光層5の上に積層させ、膜厚10nmの正孔阻止層6を得た。
Figure 2012137958
更に、以下に示す構造の有機化合物(E−1)を真空蒸着法にて、蒸着速度0.8〜1.2Å/秒で、正孔阻止層6の上に積層させ、膜厚20nmの電子輸送層7を得た。
Figure 2012137958
ここで、この電子輸送層7まで蒸着を行った基板を、正孔阻止層6及び電子輸送層7を蒸着したチャンバーに連結された別のチャンバーに真空下で搬送し、陰極蒸着用のマスクとして2mm幅のストライプ状シャドーマスクを陽極2のITOストライプと直交するように電子輸送層7上に密着させた。
電子注入層8として、先ずフッ化リチウム(LiF)を、モリブデンボートを用いて、蒸着速度0.1〜0.4Å/秒で、0.5nmの膜厚で電子輸送層7の上に形成した。次に、陰極9として、アルミニウムを同様にモリブデンボートにより加熱して、蒸着速度0.7〜5.3Å/秒で、膜厚80nmのアルミニウム層を形成した。
引き続き、素子が保管中に大気中の水分等で劣化することを防ぐため、以下の方法で封止処理を行った。窒素グローブボックス中で、23mm×23mmサイズのガラス板の外周部に、1mmの幅で光硬化性樹脂(株式会社スリーボンド製30Y−437)を塗布し、中央部に水分ゲッターシート(ダイニック株式会社製)を設置した。この上に、陰極まで形成した基板を蒸着面が乾燥剤シートと対向するように貼り合わせた。その後、光硬化性樹脂が塗布された領域のみに紫外光を照射し、樹脂を硬化させた。
以上の様にして、2mm×2mmのサイズの発光面積部分を有する有機電界発光素子が得られた。この素子の特性を下記表2に示す。
<実施例13〜15>
発光層5として、化合物(C−1)の代わりに、化合物(C−2)、(C−4)、(C−5)をそれぞれ用いた以外は、実施例12と同様にして、有機電界発光素子を作製した。得られた素子の特性を下記表2に示す。
<比較例7>
発光層5として、化合物(C−1)の代わりに、化合物(H−2)を用いた以外は、実施例12と同様にして、有機電界発光素子を作製した。得られた素子の特性を下記表2に示す。なお、化合物(H−2)は、ピリジン骨格であるため、本発明の範囲外となる。
Figure 2012137958
Figure 2012137958
[駆動寿命測定]
駆動寿命の測定方法は、作成した有機EL素子に、試験時直流一定電流(20mA/cm)の電流を通電したときの輝度変化をフォトダイオードにより、観察することにより行い、輝度値が試験開始時の80%となるまでの時間を求めた。このとき、比較例2の駆動寿命を1とした時の相対的な駆動寿命を記載した。
表2より明らかなように、比較例7と比較して実施例12〜15すべての素子において、駆動寿命が向上することがわかった。また、表1に示す如く、本発明の化合物を用いた組成物は保存安定性が高いことから、本発明の化合物、ならびに、該化合物を含む組成物は、塗布プロセスを用いた有機電界発光素子を効率的に作製するのに非常に有用であると言える。
<実施例16>
発光層5として、化合物(C−1)、(H−1)、(D−1)の代わりに、それぞれ、化合物(C−4)、(H−3)、(D−2)を用いたほかは、実施例12と同様にして有機電界発光素子を作製した。得られた素子の特性を下記表3に示す。なお、化合物(H−3)は、日本国特開2011−26237号公報に示す方法にて合成し、化合物(D−2)は、以下に示す方法により合成した。
Figure 2012137958
<化合物D−2の合成>
(中間体39の合成)
Figure 2012137958
3−ブロモフェニルボロン酸(25.0g、124mmol)、1−クロロキノリン(20.3g、124mmol)、トルエン(250mL)の混合物に炭酸ナトリウム(43.5g、411mmol)を加え、撹拌しながら30分間窒素バブリングを行った。そこにPd(PPh(4.31g、3.73mmol)を加え、130℃で3時間半撹拌した。TLCで原料の消失を確認後、トルエンにて2回抽出し、有機層を飽和食塩水で洗浄し、減圧下で濃縮した。残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフィーに処し、中間体39(28.4g、収率80%)を得た。
(中間体40の合成)
Figure 2012137958
窒素気流下、4−ブロモヘキシルベンゼン(50.0g、207mmol)の乾燥THF(300mL)溶液に、−75℃でn−ブチルリチウムのn−ヘキサン溶液(1.67M、131mL、218mmol)を滴下して撹拌した。2時間後、トリメトキシボラン(64.6g、622mmol)を滴下し、さらに2時間攪拌した。その後、1Nの希塩酸(300mL)を滴下し、30分間攪拌した。酢酸エチルにて抽出し、有機層を飽和食塩水で洗浄し、硫酸ナトリウムで乾燥後、減圧下で濃縮を行い、中間体40(42.5g、収率99%)を無色固体として得た。
(中間体41の合成)
Figure 2012137958
窒素気流下、中間体39(13.5g、47.5mmol)、中間体40(10.8g、52.8mmol)のトルエン/エタノール混合溶液(2:1、360mL)、水(120mL)、リン酸三カリウム(33.5g、158mmol)を加え、撹拌しながら30分間窒素バブリングを行った。そこにPd(PPh(2.5g、2.18mmol)を加え、130℃で3時間半撹拌した。TLCで原料の消失を確認後、トルエンにて2回抽出し、有機層を飽和食塩水で1回洗浄、減圧濃縮を行った。シリカゲルカラムクロマトグラフィーにて精製し、中間体41(17.2g、収率98%)を得た。
(中間体42の合成)
Figure 2012137958
窒素気流下、中間体41(13.5g、36.9mmol)、IrCl・n水和物(6.85g、18.5mmol)に、2−エトキシエタノール(200mL)、水(66mL)を加え、135℃で10時間攪拌した。その後、ジクロロメタンで抽出し、有機層を飽和食塩水で洗浄し、硫酸ナトリウムで乾燥後、減圧濃縮を行い、中間体42(11.9g、収率66%)を赤色固体として得た。
(中間体43の合成)
Figure 2012137958
窒素気流下、中間体42(11.9g、6.22mmol)、ナトリウムアセチルアセトネート(3.80g、31.0mmol)、2−エトキシエタノール(100mL)を順に加え、135℃で9時間攪拌した。その後、ジクロロメタンで抽出し、有機相を飽和食塩水で洗浄し、硫酸ナトリウムで乾燥後、減圧濃縮を行った。残渣をジクロロメタンに溶解し、塩基性シリカゲルカラムクロマトグラフィーに処し、中間体43(7.75g、収率61%)を赤色固体として得た。
(化合物(D−2)の合成)
Figure 2012137958
窒素気流下、中間体43(7.00g、3.56mmol)、中間体41(13.6g、37.2mmol)に、グリセロール(230mL)を加え、190℃で17時間攪拌した。その後、ジクロロメタンにて抽出し、有機層を飽和食塩水で洗浄し、硫酸ナトリウムで乾燥後、減圧濃縮を行った。残渣をジクロロメタンに溶解させ、塩基性シリカゲルカラムクロマトグラフィーを2度行った。残渣をトルエンに溶解させ、メタノールで懸濁洗浄を行い、吸引ろ過により沈殿物を濾取した。化合物(D−2)(2.93g、収率69%)を赤色固体として得た。H NMR測定結果を下記に示す。
H NMR:δ[ppm] 8.18(d、3H)、8.09(d、3H)、8.07(d、3H)、7.97(s、3H)7.67(d、3H)、7.47(d、6H)、7.20(t、3H)、7.16(d、6H)、6.96(d、3H)、6.72(t、3H)、6.61(d、3H)、2.59(t、6H)、1.30(m、24H)、0.89(t、9H).
<実施例17〜20>
発光層5として、化合物(C−4)の代わりに、それぞれ、化合物(C−8)、(C−9)、(C−10)、(C−11)を用いた以外は、実施例16と同様にして、有機電界発光素子を作製した。得られた素子の特性を下記表3に示す。
<比較例8>
発光層5として、化合物(C−4)の代わりに、化合物(H−4)を用いた以外は、実施例16と同様にして、有機電界発光素子を作製した。得られた素子の特性を下記表3に示す。なお、化合物(H−4)は、分子中にカルバゾリル基を2つ有していることから本発明の範囲外となる。
Figure 2012137958
Figure 2012137958
〈駆動寿命測定〉
駆動寿命の測定方法は、作成した有機EL素子に、試験時直流一定電流(30mA/cm)の電流を通電したときの輝度変化をフォトダイオードにより、観察することにより行い、輝度値が試験開始時の80%となるまでの時間を求めた。このとき、比較例1の駆動寿命を1とした時の相対的な駆動寿命を記載した。
表3より、比較例8と比較して実施例16〜20すべての素子において、駆動寿命が向上することがわかった。また、表1に示す如く、本発明の化合物を用いた組成物は保存安定性が高いことから、本発明の化合物、ならびに、該化合物を含む組成物は、塗布プロセスを用いた有機電界発光素子を効率的に作製するのに非常に有用であると言える。
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2011年4月7日出願の日本特許出願(特願2011−085501号)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。
本発明は、有機電界発光素子をはじめとする有機デバイス用の材料のほか、有機電界発光素子が使用される各種の分野、例えば、フラットパネル・ディスプレイ(例えばOAコンピュータ用や壁掛けテレビ)や面発光体としての特徴を生かした光源(例えば、複写機の光源、液晶ディスプレイや計器類のバックライト光源)、表示板、標識灯、照明装置等の分野において、好適に使用することが出来る。
1 基板
2 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
[上記一般式(3)において、
Dは、CHまたは窒素原子を表す。
E及びFは、それぞれ独立に、下記一般式(4−1)〜(4−6)で表される置換基のうち、いずれかから選ばれる。
−X ・・・(4−1)
−Ar16−X ・・・(4−2)
−Ar17−Ar18−X ・・・(4−3)
−Ar19−Ar20−Ar21−X ・・・(4−4)
−Ar22−Ar23−Ar24−Ar25−X10 ・・・(4−5)
−Ar26−Ar27−Ar28−Ar29−Ar30−X11・・・(4−6)
上記一般式(4−1)〜(4−6)において、Ar16は、置換基を有していてもよい1,2−フェニレン基または1,3−フェニレン基を表し、Ar17〜Ar30は、それぞれ独立に、置換基を有していてもよい1,2−フェニレン基、1,3−フェニレン基または1,4−フェニレン基を表す。
〜X11は、それぞれ独立に、置換基を有していてもよい芳香族炭化水素基、置換基を有していてもよいカルバゾリル基、置換基を有していてもよいジベンゾフラニル基、または置換基を有していてもよいジベンゾチエニル基を表す。
ただし、E、Fは、いずれにおいても、1,2−フェニレン基及び1,3−フェニレン基のうち少なくとも1つを含む。
Lは、直接結合、または、置換基を有していてもよい2価の芳香族炭化水素基を表し、R〜Rのいずれかの1つの置換位置との間で結合を形成する。
〜Rは、それぞれ独立に、Lとの間での結合、水素原子、置換基を有していてもよいフェニル基、置換基を有していてもよいジベンゾフラニル基、置換基を有していてもよいジベンゾチエニル基、アルキル基、シリル基、フッ素原子、またはパーフルオロアルキル基を表し、R〜R18は、水素原子、置換基を有していてもよいフェニル基、置換基を有していてもよいジベンゾフラニル基、置換基を有していてもよいジベンゾチエニル基、アルキル基、シリル基、フッ素原子、またはパーフルオロアルキル基を表す。]
[6] 前記一般式(4−3)〜(4−6)において、Ar17〜Ar30が表す置換基が、それぞれ独立に、1,3−フェニレン基または1,4−フェニレン基である、前記[5]に記載の有機化合物。
[7] 前記一般式(4−2)〜(4−6)において、Ar16、Ar18、Ar21、Ar25、及びAr30が表す置換基が1,3−フェニレン基である、前記[5]または[6]に記載の有機化合物。
[8] 前記[1]〜[7]のいずれか一に記載の有機化合物を含有する電荷輸送材料。
[9] 前記[1]〜[7]のいずれか一に記載の有機化合物及び溶剤を含有する有機電界発光素子用組成物。
[10] 陽極、陰極、及び該陽極と陰極との間に少なくとも1層の有機層を有する有機電界発光素子であり、該有機層のうち少なくとも1層が、前記[9]に記載の有機電界発光素子用組成物を用いて形成された層である、有機電界発光素子。
[11] 前記[9]に記載の有機電界発光素子用組成物を用いて形成された層が発光層である、前記[10]に記載の有機電界発光素子。
[12] 前記[10]または[11]に記載の有機電界発光素子を有する表示装置。
[13] 前記[10]または[11]に記載の有機電界発光素子を有する照明装置。

Claims (13)

  1. 下記一般式(1)で表され、分子量が750以上2000以下であって、分子中に存在するカルバゾリル基の数が1または0である有機化合物。
    Figure 2012137958
    [上記一般式(1)において、
    A、B、及びCは、それぞれ独立に、下記一般式(2−1)〜(2−5)で表される置換基のうち、いずれかから選ばれる。
    −Ar−X ・・・(2−1)
    −Ar−Ar−X ・・・(2−2)
    −Ar−Ar−Ar−X ・・・(2−3)
    −Ar−Ar−Ar−Ar10−X・・・(2−4)
    −Ar11−Ar12−Ar13−Ar14−Ar15−X・・・(2−5)
    上記一般式(2−1)〜(2−5)において、Arは、置換基を有していてもよい1,2−フェニレン基または1,3−フェニレン基を表し、Ar〜Ar15は、それぞれ独立に、置換基を有していてもよい1,2−フェニレン基、1,3−フェニレン基または1,4−フェニレン基を表す。
    は、置換基を有していてもよい炭素数10以上の芳香族炭化水素基、または置換基を有していてもよいカルバゾリル基を表し、X〜Xは、それぞれ独立に、置換基を有していてもよい芳香族炭化水素基、置換基を有していてもよいカルバゾリル基、置換基を有していてもよいジベンゾフラニル基、または置換基を有していてもよいジベンゾチオフェニル基を表す。
    ただし、A、BおよびCは、いずれにおいても、1,2−フェニレン基及び1,3−フェニレン基のうち少なくとも1つを含み、A、B及びCは同時に同一の基を表すことはない。
    Dは、CHまたは窒素原子を表す。]
  2. 前記一般式(2−2)〜(2−5)において、Ar〜Ar15が表す置換基が、それぞれ独立に、1,3−フェニレン基または1,4−フェニレン基である、請求項1に記載の有機化合物。
  3. 前記一般式(2−1)〜(2−5)において、Ar、Ar、Ar、Ar10、及びAr15が表す置換基が1,3−フェニレン基である、請求項1または2に記載の有機化合物。
  4. 前記一般式(1)において、A、B及びCが互いに異なる置換基である、請求項1〜3のいずれか一項に記載の有機化合物。
  5. 下記一般式(3)で表され、分子量750以上2000以下であって、分子中に存在するカルバゾリル基の数が1または0である有機化合物。
    Figure 2012137958
    [上記一般式(3)において、
    Dは、CHまたは窒素原子を表す。
    E及びFは、それぞれ独立に、下記一般式(4−1)〜(4−6)で表される置換基のうち、いずれかから選ばれる。
    −X ・・・(4−1)
    −Ar16−X ・・・(4−2)
    −Ar17−Ar18−X ・・・(4−3)
    −Ar19−Ar20−Ar21−X ・・・(4−4)
    −Ar22−Ar23−Ar24−Ar25−X10・・・(4−5)
    −Ar26−Ar27−Ar28−Ar29−Ar30−X11・・・(4−6)
    上記一般式(4−1)〜(4−6)において、Ar16は、置換基を有していてもよい1,2−フェニレン基または1,3−フェニレン基を表し、Ar17〜Ar30は、それぞれ独立に、置換基を有していてもよい1,2−フェニレン基、1,3−フェニレン基または1,4−フェニレン基を表す。
    〜X11は、それぞれ独立に、置換基を有していてもよい芳香族炭化水素基、置換基を有していてもよいカルバゾリル基、置換基を有していてもよいジベンゾフラニル基、または置換基を有していてもよいジベンゾチエニル基を表す。
    ただし、E、Fは、いずれにおいても、1,2−フェニレン基及び1,3−フェニレン基のうち少なくとも1つを含む。
    Lは、直接結合、または、置換基を有していてもよい2価の芳香族炭化水素基を表し、R〜Rのいずれかの1つの置換位置との間で結合を形成する。
    〜Rは、それぞれ独立に、Lとの間での結合、水素原子、置換基を有していてもよいフェニル基、置換基を有していてもよいジベンゾフラニル基、置換基を有していてもよいジベンゾチエニル基、アルキル基、シリル基、フッ素原子、またはパーフルオロアルキル基を表し、R〜R18は、水素原子、置換基を有していてもよいフェニル基、置換基を有していてもよいジベンゾフラニル基、置換基を有していてもよいジベンゾチエニル基、アルキル基、シリル基、フッ素原子、またはパーフルオロアルキル基を表す。]
  6. 前記一般式(4−3)〜(4−6)において、Ar17〜Ar30が表す置換基が、それぞれ独立に、1,3−フェニレン基または1,4−フェニレン基である、請求項5に記載の有機化合物。
  7. 前記一般式(4−2)〜(4−6)において、Ar16、Ar18、Ar21、Ar25、及びAr30が表す置換基が1,3−フェニレン基である、請求項5または6に記載の有機化合物。
  8. 請求項1〜7のいずれか一項に記載の有機化合物を含有する電荷輸送材料。
  9. 請求項1〜7のいずれか一項に記載の有機化合物及び溶剤を含有する組成物。
  10. 陽極、陰極、及び該陽極と陰極との間に少なくとも1層の有機層を有する有機電界発光素子であり、該有機層のうち少なくとも1層が、請求項9に記載の組成物を用いて形成された層である、有機電界発光素子。
  11. 請求項9に記載の組成物を用いて形成された層が発光層である、請求項10に記載の有機電界発光素子。
  12. 請求項10または11に記載の有機電界発光素子を有する表示装置。
  13. 請求項10または11に記載の有機電界発光素子を有する照明装置。
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