JPWO2016084962A1 - 化合物、有機エレクトロルミネッセンス素子用材料、有機エレクトロルミネッセンス素子および電子機器 - Google Patents

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Abstract

下記一般式(100)で表される化合物であって、X1、X2およびX3は、それぞれ独立に、窒素原子、またはR2が結合する炭素原子であり、Yは、酸素原子や硫黄原子等であり、R1、R2、R11、R21、R22は、水素原子又は置換基であり、L1は、単結合または連結基であり、L2は、連結基である。

Description

本発明は、化合物、有機エレクトロルミネッセンス素子用材料、有機エレクトロルミネッセンス素子および電子機器に関する。
有機物質を使用した有機エレクトロルミネッセンス素子(以下、有機EL素子と略記する場合がある。)は、固体発光型の安価な大面積フルカラー表示素子としての用途が有望視され、多くの開発が行われている。一般に有機EL素子は、発光層および該発光層を挟んだ一対の対向電極から構成されている。両電極間に電界が印加されると、陰極側から電子が注入され、陽極側から正孔が注入される。さらに、この電子が発光層において正孔と再結合し、励起状態を生成し、励起状態が基底状態に戻る際にエネルギーを光として放出する。
従来の有機EL素子は、無機発光ダイオードに比べて駆動電圧が高く、発光輝度や発光効率も低かった。最近の有機EL素子においては、有機層の形成に用いる化合物の改良がなされ、素子性能が徐々に向上しているが、さらなる素子性能の向上が要求されている。
例えば、特許文献1には、所定の含窒素6員環および含酸素縮合環を1分子内に有する化合物を電子輸送帯域に含んだ有機EL素子は、高効率で発光し、かつ、より低い駆動電圧で駆動する旨が記載されている。
国際公開第2013/077352号
有機EL素子のさらなる性能向上のためには、長寿命化も要求されている。
本発明の目的は、適度な駆動電圧を保ちつつ、長寿命で発光する有機エレクトロルミネッセンス素子、当該有機エレクトロルミネッセンス素子に用いる化合物、当該化合物を含む有機エレクトロルミネッセンス素子用材料、および電子機器を提供することである。
本発明の一態様によれば、下記一般式(100)で表される化合物が提供される。
(前記一般式(100)において、
、XおよびXは、それぞれ独立に、窒素原子、またはRが結合する炭素原子(CR)であり、
Yは、酸素原子、硫黄原子、またはR31およびR32が結合するケイ素原子(SiR3132)であり、
およびRは、それぞれ独立に、
水素原子、
置換もしくは無置換の炭素数1〜30のアルキル基、
置換もしくは無置換の炭素数2〜30のアルケニル基、
置換もしくは無置換の炭素数2〜30のアルキニル基、
置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜30のアリール基、
置換もしくは無置換の炭素数1〜30のアルコキシ基、
置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜30のアリールオキシ基、
置換もしくは無置換の炭素数1〜30のアルキルチオ基、
置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜30のアリールチオ基、
置換もしくは無置換のシリル基、
シアノ基、および
ハロゲン原子からなる群から選択され、
11、R21、R22、R31およびR32は、それぞれ独立に、
水素原子、
置換もしくは無置換の炭素数1〜30のアルキル基、
置換もしくは無置換の炭素数2〜30のアルケニル基、
置換もしくは無置換の炭素数2〜30のアルキニル基、
置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜30のアリール基、
置換もしくは無置換の環形成原子数5〜30の複素環基、
置換もしくは無置換の炭素数1〜30のアルコキシ基、
置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜30のアリールオキシ基、
置換もしくは無置換の炭素数1〜30のアルキルチオ基、
置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜30のアリールチオ基、
置換もしくは無置換のシリル基、
シアノ基、および
ハロゲン原子からなる群から選択され、
は、単結合または連結基であり、Lにおける連結基は、
置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜30の芳香族炭化水素基、
置換もしくは無置換の環形成原子数5〜30の複素環基、
置換もしくは無置換の炭素−炭素二重結合を有する炭素数2〜30の鎖状または分岐状の炭化水素基、および
置換もしくは無置換の炭素−炭素三重結合を有する炭素数2〜30の鎖状または分岐状の炭化水素基からなる群から選択され、
は、連結基であり、Lにおける連結基は、
置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜30の芳香族炭化水素基からなる群から選択され、
mは2以上の整数であり、複数のRは、同一でも異なっていてもよく、
複数のRは、同一でも異なっていてもよく、
とRとが結合して環構造が形成されていてもよく、
pは0〜4の整数であり、pが2〜4の整数の場合、複数のR21は、同一でも異なっていてもよく、
21同士が結合して環構造が形成されていてもよく、
qは0〜3の整数であり、qが2又は3の場合、複数のR22は、同一でも異なっていてもよく、
22同士が結合して環構造が形成されていてもよく、
aは、1以上5以下の整数であり、aで括られたカッコ内の第一部分構造がLに複数個結合する場合、複数の前記第一部分構造は、同一でも異なっていてもよく、
*は、aで括られたカッコ内の第一部分構造中のLとの結合部位を示し、
bは、1以上5以下の整数であり、bで括られたカッコ内の第二部分構造がLに複数個結合する場合、複数の前記第二部分構造は、同一でも異なっていてもよい。)
本発明の一態様によれば、前述の本発明の一態様に係る化合物を含む有機エレクトロルミネッセンス素子用材料が提供される。
本発明の一態様によれば、陽極と、陰極と、発光層を含む1以上の有機層と、を有し、前記有機層のうち少なくともいずれかは、前述の本発明の一態様に係る化合物を含む有機エレクトロルミネッセンス素子が提供される。
本発明の一態様によれば、陽極と、陰極と、発光層および電子輸送帯域を含む有機層と、を有し、前記発光層は、前記陽極および前記陰極の間に設けられ、前記電子輸送帯域は、前記発光層および前記陰極の間に設けられ、前記電子輸送帯域は、前述の本発明の一態様に係る化合物を含む有機エレクトロルミネッセンス素子が提供される。
本発明の一態様によれば、前述の本発明の一態様に係る有機エレクトロルミネッセンス素子を備える電子機器が提供される。
本発明の一態様によれば、適度な駆動電圧を保ちつつ、長寿命で発光する有機エレクトロルミネッセンス素子、当該有機エレクトロルミネッセンス素子に用いる化合物、当該化合物を含む有機エレクトロルミネッセンス素子用材料、および電子機器を提供することができる。
一実施形態に係る有機EL素子の一例の概略構成を示す図である。
〔化合物〕
本実施形態に係る化合物は、一分子中に、下記一般式(10c)で表される第一部分構造と、下記一般式(1a)で表される第二部分構造と、下記一般式(1b)で表される第三部分構造とを備える。前記第一部分構造は、連結基を介して前記第三部分構造に結合し、前記第二部分構造は、直接、前記第三部分構造に結合するか、または連結基を介して前記第三部分構造に結合する。本実施形態に係る化合物は、前記第一部分構造を複数個、有していてもよく、複数の前記第一部分構造は、互いに同一でも異なっていてもよい。本実施形態に係る化合物は、前記第二部分構造を複数個、有していてもよく、複数の前記第二部分構造は、互いに同一でも異なっていてもよい。
(前記一般式(1a)、(1b)、および(10c)において、X、XおよびXは、それぞれ独立に、窒素原子、またはRが結合する炭素原子(CR)であり、Yは、酸素原子、硫黄原子、またはR31およびR32が結合するケイ素原子(SiR3132)であり、RおよびRは、それぞれ独立に、水素原子、置換もしくは無置換の炭素数1〜30のアルキル基、置換もしくは無置換の炭素数2〜30のアルケニル基、置換もしくは無置換の炭素数2〜30のアルキニル基、置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜30のアリール基、置換もしくは無置換の炭素数1〜30のアルコキシ基、置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜30のアリールオキシ基、置換もしくは無置換の炭素数1〜30のアルキルチオ基、置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜30のアリールチオ基、置換もしくは無置換のシリル基、シアノ基、およびハロゲン原子からなる群から選択され、R11、R21、R22、R31およびR32は、それぞれ独立に、水素原子、置換もしくは無置換の炭素数1〜30のアルキル基、置換もしくは無置換の炭素数2〜30のアルケニル基、置換もしくは無置換の炭素数2〜30のアルキニル基、置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜30のアリール基、置換もしくは無置換の環形成原子数5〜30の複素環基、置換もしくは無置換の炭素数1〜30のアルコキシ基、置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜30のアリールオキシ基、置換もしくは無置換の炭素数1〜30のアルキルチオ基、置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜30のアリールチオ基、置換もしくは無置換のシリル基、シアノ基、およびハロゲン原子からなる群から選択され、Lは、単結合または連結基であり、Lにおける連結基は、置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜30の芳香族炭化水素基、置換もしくは無置換の環形成原子数5〜30の複素環基、置換もしくは無置換の炭素−炭素二重結合を有する炭素数2〜30の鎖状または分岐状の炭化水素基、および置換もしくは無置換の炭素−炭素三重結合を有する炭素数2〜30の鎖状または分岐状の炭化水素基からなる群から選択され、Lは、連結基であり、Lにおける連結基は、置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜30の芳香族炭化水素基からなる群から選択され、mは2以上の整数であり、複数のRは、同一でも異なっていてもよく、複数のRは、同一でも異なっていてもよく、RとRとが結合して環構造が形成されていてもよく、pは0〜4の整数であり、pが2〜4の整数の場合、複数のR21は、同一でも異なっていてもよく、R21同士が結合して環構造が形成されていてもよく、qは0〜3の整数であり、qが2又は3の場合、複数のR22は、同一でも異なっていてもよく、R22同士が結合して環構造が形成されていてもよく、aは、1以上5以下の整数であり、aで括られたカッコ内の第一部分構造がLに複数個結合する場合、複数の前記第一部分構造は、同一でも異なっていてもよく、*は、aで括られたカッコ内の第一部分構造中のLとの結合部位を示し、bは、1以上5以下の整数であり、bで括られたカッコ内の第二部分構造がLに複数個結合する場合、複数の前記第二部分構造は、同一でも異なっていてもよい。)
前記一般式(10c)で表される第一部分構造において、Lは、aで括られたカッコ内の第一部分構造中のX、X及びNを含んで構成される6員環に結合している態様であることも好ましい。この場合、当該第一部分構造は、下記一般式(1c)で表され、本実施形態に係る化合物は、一分子中に、下記一般式(1c)で表される第一部分構造と、下記一般式(1a)で表される第二部分構造と、下記一般式(1b)で表される第三部分構造とを備える。前記第一部分構造は、連結基を介して前記第三部分構造に結合し、前記第二部分構造は、直接、前記第三部分構造に結合するか、または連結基を介して前記第三部分構造に結合する。本実施形態に係る化合物は、前記第一部分構造を複数個、有していてもよく、複数の前記第一部分構造は、互いに同一でも異なっていてもよい。本実施形態に係る化合物は、前記第二部分構造を複数個、有していてもよく、複数の前記第二部分構造は、互いに同一でも異なっていてもよい。
(前記一般式(1a)、(1b)、および(1c)において、X、XおよびXは、それぞれ独立に、窒素原子、またはRが結合する炭素原子(CR)であり、Yは、酸素原子、硫黄原子、またはR31およびR32が結合するケイ素原子(SiR3132)であり、RおよびRは、それぞれ独立に、水素原子、置換もしくは無置換の炭素数1〜30のアルキル基、置換もしくは無置換の炭素数2〜30のアルケニル基、置換もしくは無置換の炭素数2〜30のアルキニル基、置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜30のアリール基、置換もしくは無置換の炭素数1〜30のアルコキシ基、置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜30のアリールオキシ基、置換もしくは無置換の炭素数1〜30のアルキルチオ基、置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜30のアリールチオ基、置換もしくは無置換のシリル基、シアノ基、およびハロゲン原子からなる群から選択され、R11、R21、R22、R31およびR32は、それぞれ独立に、水素原子、置換もしくは無置換の炭素数1〜30のアルキル基、置換もしくは無置換の炭素数2〜30のアルケニル基、置換もしくは無置換の炭素数2〜30のアルキニル基、置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜30のアリール基、置換もしくは無置換の環形成原子数5〜30の複素環基、置換もしくは無置換の炭素数1〜30のアルコキシ基、置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜30のアリールオキシ基、置換もしくは無置換の炭素数1〜30のアルキルチオ基、置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜30のアリールチオ基、置換もしくは無置換のシリル基、シアノ基、およびハロゲン原子からなる群から選択され、mは2以上の整数であり、mが2の場合、複数のRは、同一でも異なっていてもよく、複数のRは、同一でも異なっていてもよく、RとRとが結合して環構造が形成されていてもよく、pは0〜4の整数であり、pが2〜4の整数の場合、複数のR21は、同一でも異なっていてもよく、R21同士が結合して環構造が形成されていてもよく、qは0〜3の整数であり、qが2又は3の場合、複数のR22は、同一でも異なっていてもよく、R22同士が結合して環構造が形成されていてもよい。)
本実施形態に係る化合物は、RとRとが結合して環構造が形成されていている態様であることが好ましい。この場合、例えば、前記一般式(10c)で表される第一部分構造において、Lがaで括られたカッコ内の第一部分構造中のX、X及びNを含んで構成される6員環に結合している態様であることも好ましいし、LがRとRとが結合して形成された環構造に結合している態様であることも好ましい。RとRとが結合して形成されている環構造は、5員環構造又は6員環構造であることが好ましく、6員環構造であることがより好ましい。
また、本実施形態に係る化合物は、RとRとが結合していない態様であることも好ましい。
本実施形態に係る化合物は、下記一般式(100)で表されることが好ましい。
(前記一般式(100)において、X、XおよびXは、それぞれ独立に、窒素原子、またはRが結合する炭素原子(CR)であり、Yは、酸素原子、硫黄原子、またはR31およびR32が結合するケイ素原子(SiR3132)であり、RおよびRは、それぞれ独立に、水素原子、置換もしくは無置換の炭素数1〜30のアルキル基、置換もしくは無置換の炭素数2〜30のアルケニル基、置換もしくは無置換の炭素数2〜30のアルキニル基、置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜30のアリール基、置換もしくは無置換の炭素数1〜30のアルコキシ基、置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜30のアリールオキシ基、置換もしくは無置換の炭素数1〜30のアルキルチオ基、置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜30のアリールチオ基、置換もしくは無置換のシリル基、シアノ基、およびハロゲン原子からなる群から選択され、R11、R21、R22、R31およびR32は、それぞれ独立に、水素原子、置換もしくは無置換の炭素数1〜30のアルキル基、置換もしくは無置換の炭素数2〜30のアルケニル基、置換もしくは無置換の炭素数2〜30のアルキニル基、置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜30のアリール基、置換もしくは無置換の環形成原子数5〜30の複素環基、置換もしくは無置換の炭素数1〜30のアルコキシ基、置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜30のアリールオキシ基、置換もしくは無置換の炭素数1〜30のアルキルチオ基、置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜30のアリールチオ基、置換もしくは無置換のシリル基、シアノ基、およびハロゲン原子からなる群から選択され、Lは、単結合または連結基であり、Lにおける連結基は、置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜30の芳香族炭化水素基、置換もしくは無置換の環形成原子数5〜30の複素環基、置換もしくは無置換の炭素−炭素二重結合を有する炭素数2〜30の鎖状または分岐状の炭化水素基、および置換もしくは無置換の炭素−炭素三重結合を有する炭素数2〜30の鎖状または分岐状の炭化水素基からなる群から選択され、Lは、連結基であり、Lにおける連結基は、置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜30の芳香族炭化水素基からなる群から選択され、mは2以上の整数であり、複数のRは、同一でも異なっていてもよく、複数のRは、同一でも異なっていてもよく、RとRとが結合して環構造が形成されていてもよく、pは0〜4の整数であり、pが2〜4の整数の場合、複数のR21は、同一でも異なっていてもよく、R21同士が結合して環構造が形成されていてもよく、qは0〜3の整数であり、qが2又は3の場合、複数のR22は、同一でも異なっていてもよく、R22同士が結合して環構造が形成されていてもよく、aは、1以上5以下の整数であり、aで括られたカッコ内の第一部分構造がLに複数個結合する場合、複数の前記第一部分構造は、同一でも異なっていてもよく、*は、aで括られたカッコ内の第一部分構造中のLとの結合部位を示し、bは、1以上5以下の整数であり、bで括られたカッコ内の第二部分構造がLに複数個結合する場合、複数の前記第二部分構造は、同一でも異なっていてもよい。)
本実施形態に係る化合物は、下記一般式(1)で表されることが好ましい。
(前記一般式(1)において、
、XおよびXは、それぞれ独立に、窒素原子、またはRが結合する炭素原子(CR)であり、
Yは、酸素原子、硫黄原子、またはR31およびR32が結合するケイ素原子(SiR3132)であり、
およびRは、それぞれ独立に、
水素原子、
置換もしくは無置換の炭素数1〜30のアルキル基、
置換もしくは無置換の炭素数2〜30のアルケニル基、
置換もしくは無置換の炭素数2〜30のアルキニル基、
置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜30のアリール基、
置換もしくは無置換の炭素数1〜30のアルコキシ基、
置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜30のアリールオキシ基、
置換もしくは無置換の炭素数1〜30のアルキルチオ基、
置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜30のアリールチオ基、
置換もしくは無置換のシリル基、
シアノ基、および
ハロゲン原子からなる群から選択され、
11、R21、R22、R31およびR32は、それぞれ独立に、
水素原子、
置換もしくは無置換の炭素数1〜30のアルキル基、
置換もしくは無置換の炭素数2〜30のアルケニル基、
置換もしくは無置換の炭素数2〜30のアルキニル基、
置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜30のアリール基、
置換もしくは無置換の環形成原子数5〜30の複素環基、
置換もしくは無置換の炭素数1〜30のアルコキシ基、
置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜30のアリールオキシ基、
置換もしくは無置換の炭素数1〜30のアルキルチオ基、
置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜30のアリールチオ基、
置換もしくは無置換のシリル基、
シアノ基、および
ハロゲン原子からなる群から選択され、
は、単結合または連結基であり、Lにおける連結基は、
置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜30の芳香族炭化水素基、
置換もしくは無置換の環形成原子数5〜30の複素環基、
置換もしくは無置換の炭素−炭素二重結合を有する炭素数2〜30の鎖状または分岐状の炭化水素基、および
置換もしくは無置換の炭素−炭素三重結合を有する炭素数2〜30の鎖状または分岐状の炭化水素基からなる群から選択され、
は、連結基であり、Lにおける連結基は、
置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜30の芳香族炭化水素基からなる群から選択され、
mは0〜2の整数であり、mが2の場合、複数のRは、同一でも異なっていてもよく、
複数のRは、同一でも異なっていてもよく、
とRとが結合して環構造が形成されていてもよく、
pは0〜4の整数であり、pが2〜4の整数の場合、複数のR21は、同一でも異なっていてもよく、
21同士が結合して環構造が形成されていてもよく、
qは0〜3の整数であり、qが2又は3の場合、複数のR22は、同一でも異なっていてもよく、
22同士が結合して環構造が形成されていてもよく、
aは、1以上5以下の整数であり、aで括られたカッコ内の第一部分構造がLに複数個結合する場合、複数の前記第一部分構造は、同一でも異なっていてもよく、
bは、1以上5以下の整数であり、bで括られたカッコ内の第二部分構造がLに複数個結合する場合、複数の前記第二部分構造は、同一でも異なっていてもよい。)
なお、RおよびLは、第一部分構造における6員環を構築するそれぞれ異なる炭素原子に結合し、
11、LおよびLは、第三部分構造における6員環を構築するそれぞれ異なる炭素原子に結合し、
21は、第二部分構造における6員環を構築するそれぞれ異なる炭素原子に結合し、
22およびLは、第二部分構造における6員環を構築するそれぞれ異なる炭素原子に結合し、R21が結合する6員環と、R22が結合する6員環とは異なる。
aおよびbは、それぞれ独立に、1以上3以下の整数であることが好ましく、1または2であることがより好ましく、1であることがさらに好ましい。これは、化合物の分子量が適切な大きさとなることで、昇華精製時、または成膜時のプロセス性が向上するからである。
また、aが1であり、かつbが2であることも好ましく、この場合の本実施形態に係る化合物は、下記一般式(1A)で表される。
前記一般式(1A)において、X、X、X、Y、R、R、R11、R21、R22、R31、R32、L、L、m、p、およびqは、それぞれ前記一般式(1)におけるX、X、X、Y、R、R、R11、R21、R22、R31、R32、L、L、m、p、およびqと同義であり、2つのYは、同一でも異なっていてもよい。
は、置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜18の芳香族炭化水素基からなる群から選択されることが好ましく、置換もしくは無置換のフェニレン基、置換もしくは無置換のナフチレン基、および置換もしくは無置換のビフェニルジイル基からなる群から選択されることがより好ましく、置換もしくは無置換のフェニレン基であることがさらに好ましい。なお、本明細書において、置換のフェニレン基のように、フェニレン基が置換基を有する場合は、当該フェニレン基が、2つの結合手の他に、さらに当該置換基と結合するための結合手を有することを意味し、他の置換基を有する2価基についても同様である。
11、R21、R22、R31およびR32は、それぞれ独立に、水素原子、置換もしくは無置換の炭素数1〜30のアルキル基、置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜30のアリール基、置換もしくは無置換の環形成原子数5〜30の複素環基、置換もしくは無置換のシリル基、シアノ基、およびハロゲン原子からなる群から選択されることが好ましい。
11は、置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜30の芳香族炭化水素基であることが好ましく、置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜18の芳香族炭化水素基であることがより好ましい。
また、R11は、フェニル基、ビフェニル基、ターフェニル基、ナフチル基、アントリル基、フェナントリル基、フルオレニル基、ピレニル基、クリセニル基、フルオランテニル基、ベンゾ[a]アントリル基、ベンゾ[c]フェナントリル基、トリフェニレニル基、ベンゾ[k]フルオランテニル基、ベンゾ[g]クリセニル基、ベンゾ[b]トリフェニレニル基、ピセニル基、及びペリレニル基からなる群から選択されるいずれかの基であることが好ましく、これらの基は、置換もしくは無置換である。さらに好ましくは、R11は、置換もしくは無置換のフェニル基である。
およびXは、Rが結合する炭素原子であることが好ましく、2つのRは、同一でも異なっていてもよい。
は、Rが結合する炭素原子であることが好ましい。
また、Xは、窒素原子であることも好ましい。
複数のRは、それぞれ独立に、置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜30の芳香族炭化水素基であることが好ましい。また、mが0であることがより好ましい。
Yは、酸素原子または硫黄原子であることが好ましい。
は、置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜30の芳香族炭化水素基であることが好ましく、置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜18の芳香族炭化水素基であることがより好ましく、置換もしくは無置換のフェニレン基、置換もしくは無置換のナフチレン基、および置換もしくは無置換のビフェニルジイル基からなる群から選択されることがさらに好ましく、置換もしくは無置換のフェニレン基であることがよりさらに好ましい。
本実施形態に係る化合物は、下記一般式(10)で表されることも好ましい。
(前記一般式(10)において、X、X、X、Y、R、R、R11、R21、R22、R31、R32、L、L、m、p、q、a、およびbは、それぞれ前記一般式(1)におけるX、X、X、Y、R、R、R11、R21、R22、R31、R32、L、L、m、p、q、a、およびbと同義である。)
本実施形態に係る化合物は、下記一般式(11)で表されることも好ましい。
(前記一般式(11)において、X、X、X、Y、R、R、R11、R21、R22、R31、R32、L、L、m、p、q、a、およびbは、それぞれ前記一般式(1)におけるX、X、X、Y、R、R、R11、R21、R22、R31、R32、L、L、m、p、q、a、およびbと同義である。)
本実施形態に係る化合物は、下記一般式(1B)で表されることも好ましい。
前記一般式(1B)において、X、X、X、Y、R、R、R11、R21、R22、R31、R32、L、L、m、p、およびqは、それぞれ前記一般式(1)におけるX、X、X、Y、R、R、R11、R21、R22、R31、R32、L、L、m、p、およびqと同義であり、2つのYは、同一でも異なっていてもよい。
本実施形態に係る化合物は、下記一般式(1C)で表されることも好ましい。
前記一般式(1C)において、X、X、X、Y、R、R、R11、R21、R22、R31、R32、L、L、m、p、およびqは、それぞれ前記一般式(1)におけるX、X、X、Y、R、R、R11、R21、R22、R31、R32、L、L、m、p、およびqと同義であり、2つのYは、同一でも異なっていてもよい。
またはRが置換基である場合、当該置換基は、無置換の炭素数1〜30のアルキル基、無置換の炭素数2〜30のアルケニル基、無置換の炭素数2〜30のアルキニル基、無置換の環形成炭素数6〜30の芳香族炭化水素基、無置換の炭素数1〜30のアルコキシ基、無置換の環形成炭素数6〜30のアリールオキシ基、無置換の炭素数1〜30のアルキルチオ基、無置換の環形成炭素数6〜30のアリールチオ基、無置換のシリル基、シアノ基、およびハロゲン原子からなる群から選択されることが好ましい。
およびRは、それぞれ独立に、水素原子、置換もしくは無置換の炭素数1〜30のアルキル基、置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜30のアリール基、置換もしくは無置換のシリル基、シアノ基、およびハロゲン原子からなる群から選択されることが好ましい。
本実施形態に係る化合物において、Yは、酸素原子または硫黄原子であり、L及びLは、それぞれ独立に、置換もしくは無置換のフェニレン基、置換もしくは無置換のナフチレン基、および置換もしくは無置換のビフェニルジイル基からなる群から選択され、R11は、フェニル基、ビフェニル基、ターフェニル基、ナフチル基、アントリル基、フェナントリル基、フルオレニル基、ピレニル基、クリセニル基、フルオランテニル基、ベンゾ[a]アントリル基、ベンゾ[c]フェナントリル基、トリフェニレニル基、ベンゾ[k]フルオランテニル基、ベンゾ[g]クリセニル基、ベンゾ[b]トリフェニレニル基、ピセニル基、及びペリレニル基からなる群から選択され、R21及びR22は、それぞれ独立に、水素原子、置換もしくは無置換の炭素数1〜30のアルキル基、置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜30のアリール基、置換もしくは無置換の環形成原子数5〜30の複素環基、置換もしくは無置換のシリル基、シアノ基、およびハロゲン原子からなる群から選択され、並びにRおよびRは、それぞれ独立に、水素原子、置換もしくは無置換の炭素数1〜30のアルキル基、置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜30のアリール基、置換もしくは無置換のシリル基、シアノ基、およびハロゲン原子からなる群から選択されることが好ましい。
が置換基を有する場合、その置換基は、炭素数1〜30のアルキル基、環形成炭素数6〜30のアリール基、炭素数1〜30のアルコキシ基、環形成炭素数6〜30のアリールオキシ基、炭素数1〜30のアルキルチオ基、環形成炭素数6〜30のアリールチオ基、炭素数3〜30のアルキルシリル基、環形成炭素数6〜30のアリールシリル基、シアノ基、およびハロゲン原子からなる群から選択されることが好ましい。
が置換基を有する場合、その置換基は、炭素数1〜30のアルキル基、環形成炭素数6〜30のアリール基、炭素数1〜30のアルコキシ基、環形成炭素数6〜30のアリールオキシ基、炭素数1〜30のアルキルチオ基、環形成炭素数6〜30のアリールチオ基、炭素数3〜30のアルキルシリル基、環形成炭素数6〜30のアリールシリル基、シアノ基、およびハロゲン原子からなる群から選択されることが好ましい。
本実施形態における第一部分構造として、前記一般式(100)で表される化合物中の下記一般式(100c)で表される第一部分構造が、下記(100c−1)または下記一般式(100c−2)で表されることも好ましい。
前記一般式(100c−1)および一般式(100c−2)において、R、m、及びaは、それぞれ、前記一般式(100)におけるR、m、及びaと同義であり、複数のRが互いに結合して環構造が形成されていてもよい。前記一般式(100c−1)および一般式(100c−2)において、mは6であることが好ましい。前記一般式(100c−1)および一般式(100c−2)において、Rが水素原子であることも好ましい。
本実施形態に係る化合物が有する第一部分構造は、下記一般式(10c−1)〜(10c−7)で表される単環構造、並びに下記一般式(10c−8)〜(10c−27)で表される縮合環構造からなる群から選択されるいずれかであることが好ましい。
前記一般式(10c−1)〜(10c−27)において、R101〜R107、R201〜R202は、それぞれ独立に、前記一般式(100)におけるRおよびRと同義である。R101〜R107、R201〜R202から選ばれるいずれか2つ以上の基が互いに結合して環構造が形成されていてもよい。
本実施形態において、R101〜R107、R201〜R202は、それぞれ独立に、水素原子、または置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜14の芳香族炭化水素基であることが好ましく、水素原子、または置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜10の芳香族炭化水素基であることがより好ましく、R101〜R107、R201〜R202は、水素原子であることがさらに好ましい。
(本実施形態に係る化合物の製造方法)
本実施形態に係る化合物は、例えば、後述する実施例に記載の方法により製造することができる。本実施形態に係る化合物は、当該実施例に記載の方法に倣い、目的物に合わせた既知の代替反応や原料を用いることで、合成することができる。
本実施形態に係る化合物の例を以下に示す。なお、本発明に係る化合物は、これらの例に限定されない。
[有機エレクトロルミネッセンス素子用材料]
本実施形態の化合物は、有機EL素子用材料として用いることができる。この場合、本実施形態の化合物を単独で有機EL素子用材料として用いてもよいし、本実施形態の化合物と他の材料との混合物を有機EL素子用材料として用いてもよい。
[有機エレクトロルミネッセンス素子]
(有機EL素子の素子構成)
本実施形態に係る有機EL素子の構成について説明する。
有機EL素子は、陽極と、陰極と、有機層と、を有する。この有機層は、有機化合物で構成される1以上の層を含む。有機層は、無機化合物をさらに含んでいてもよい。本実施形態の有機EL素子は、この有機層のうち少なくともいずれかが本実施形態に係る化合物を含む。
図1に、本実施形態における有機EL素子の一例の概略構成を示す。
有機EL素子1は、透光性の基板2と、陽極3と、陰極4と、陽極3と陰極4との間に配置された有機層10と、を有する。
有機層10は、発光層7と、陽極3および発光層7の間に設けられた正孔注入層5と、正孔注入層5および発光層7の間に設けられた正孔輸送層6と、発光層7および陰極4の間に設けられた電子輸送帯域11と、を含む。
電子輸送帯域11は、前記した本実施形態に係る化合物を含む。電子輸送帯域11は、電子輸送層8と電子注入層9とを含む。本実施形態において、電子輸送層8が本実施形態に係る化合物を含んでいる。電子輸送層8は、発光層7と接合していることが好ましい。
電子輸送帯域11は、電子供与性ドーパントおよび有機金属錯体の少なくともいずれかを含有していることが好ましい。電子輸送層8が、本実施形態に係る化合物、並びに電子供与性ドーパントおよび有機金属錯体の少なくともいずれかを含んでいることがより好ましい。以下、本明細書において、電子供与性ドーパントおよび有機金属錯体を、「電子供与性ドーパント等」と称する場合がある。
電子輸送帯域11に含まれる電子供与性ドーパント等は、アルカリ金属、アルカリ金属化合物、アルカリ土類金属、アルカリ土類金属化合物、希土類金属、希土類金属化合物、アルカリ金属を含む有機金属錯体、アルカリ土類金属を含む有機金属錯体、および希土類金属を含む有機金属錯体からなる群から選択される少なくとも1種であることが好ましい。
電子供与性ドーパントとしては、アルカリ金属、アルカリ金属化合物、アルカリ土類金属、アルカリ土類金属化合物、希土類金属、および希土類金属化合物などから選ばれた少なくとも一種類が挙げられる。
アルカリ金属としては、例えば、リチウム(Li)(仕事関数:2.93eV)、ナトリウム(Na)(仕事関数:2.36eV)、カリウム(K)(仕事関数:2.28eV)、およびルビジウム(Rb)(仕事関数:2.16eV)、セシウム(Cs)(仕事関数:1.95eV)などが挙げられる。仕事関数が2.9eV以下のアルカリ金属が好ましい。これらアルカリ金属のうち、K、Rb、およびCsの少なくともいずれかが好ましく、RbまたはCsがより好ましく、Csがさらに好ましい。
アルカリ土類金属としては、例えば、カルシウム(Ca)(仕事関数:2.9eV)、ストロンチウム(Sr)(仕事関数:2.0eV以上2.5eV以下)、およびバリウム(Ba)(仕事関数:2.52eV)などが挙げられる。仕事関数が2.9eV以下のアルカリ土類金属が好ましい。
希土類金属としては、例えば、スカンジウム(Sc)、イットリウム(Y)、セリウム(Ce)、テルビウム(Tb)、およびイッテルビウム(Yb)などが挙げられる。仕事関数が2.9eV以下の希土類金属が好ましい。
アルカリ金属、アルカリ土類金属および希土類金属のうち、好ましい金属は、還元能力が他の金属よりも高く、電子注入域への比較的少量の添加により、有機EL素子における発光輝度の向上や長寿命化が可能である。
アルカリ金属化合物としては、例えば、アルカリ酸化物およびアルカリハロゲン化物などが挙げられる。アルカリ酸化物としては、例えば、酸化リチウム(LiO)、酸化セシウム(CsO)、および酸化カリウム(K2O)などが挙げられる。アルカリハロゲ
ン化物としては、例えば、フッ化リチウム(LiF)、フッ化ナトリウム(NaF)、フッ化セシウム(CsF)、およびフッ化カリウム(KF)などが挙げられる。アルカリ金属化合物は、フッ化リチウム(LiF)、酸化リチウム(LiO)、およびフッ化ナトリウム(NaF)の少なくともいずれかが好ましい。
アルカリ土類金属化合物としては、例えば、酸化バリウム(BaO)、酸化ストロンチウム(SrO)、および酸化カルシウム(CaO)などが挙げられる。また、アルカリ土類金属化合物としては、例えば、BaOおよびSrOを混合したストロンチウム酸バリウム(BaxSr1-xO)(0<x<1)、並びにBaO、およびCaOを混合したカルシウム酸バリウム(BaxCa1-xO)(0<x<1)などが挙げられる。アルカリ土類金属化合物としては、BaO、SrO、およびCaOの少なくともいずれかが好ましい。
希土類金属化合物としては、例えば、フッ化イッテルビウム(YbF)、フッ化スカンジウム(ScF)、酸化スカンジウム(ScO)、酸化イットリウム(Y)、酸化セリウム(Ce)、フッ化ガドリニウム(GdF)、およびフッ化テルビウム(TbF)などが挙げられる。希土類金属化合物としては、YbF、ScF、およびTbFの少なくともいずれかが好ましい。
有機金属錯体は、それぞれ金属イオンとしてアルカリ金属イオン、アルカリ土類金属イオン、および希土類金属イオンの少なくとも一つ含有していれば、特に限定されない。
有機金属錯体の配位子は、特に限定されない。有機金属錯体の配位子は、例えば、キノリノール、ベンゾキノリノール、アクリジノール、フェナントリジノール、ヒドロキシフェニルオキサゾール、ヒドロキシフェニルチアゾール、ヒドロキシジアリールオキサジアゾール、ヒドロキシジアリールチアジアゾール、ヒドロキシフェニルピリジン、ヒドロキシフェニルベンゾイミダゾール、ヒドロキシベンゾトリアゾール、ヒドロキシフルボラン、ビピリジル、フェナントロリン、フタロシアニン、ポルフィリン、シクロペンタジエン、β−ジケトン類、アゾメチン類、およびそれらの誘導体などが挙げられる。
電子輸送帯域11に含まれる前記電子供与性ドーパントおよび前記有機金属錯体としては、リチウム、リチウム化合物、およびリチウムを含む有機金属錯体からなる群から選択される少なくとも1種が好ましい。電子輸送帯域11は、8−キノリノラトリチウムを含んでいることがより好ましい。
電子輸送層8に、本実施形態に係る化合物、および電子供与性ドーパント等が含まれている場合、それぞれの添加量は、質量比で表すと、本実施形態に係る化合物:電子供与性ドーパント、有機金属錯体等=100:1〜1:100であることが好ましく、5:1〜1:5であることがより好ましく、2:1〜1:2であることがさらに好ましい。
・電子輸送層の膜厚
電子輸送層8の膜厚は、特に制限されないが、通常は0.1nmから1μmの範囲が好ましい。
本実施形態に係る有機EL素子1の電子輸送帯域11は、電子輸送層8の他に、第二電子輸送層をさらに含んでいてもよい。電子輸送層8は、発光層7と第二電子輸送層との間に設けられていることが好ましい。
第二電子輸送層は、電子輸送性の高い物質を含む層である。第二電子輸送層には、例えば、1)アルミニウム錯体、ベリリウム錯体、亜鉛錯体等の金属錯体、2)イミダゾール誘導体、ベンゾイミダゾール誘導体、アジン誘導体、カルバゾール誘導体、フェナントロリン誘導体等の複素芳香族化合物、および3)高分子化合物の少なくともいずれかを使用することができる。具体的には低分子の有機化合物として、例えば、Alq、トリス(4−メチル−8−キノリノラト)アルミニウム(略称:Almq)、ビス(10−ヒドロキシベンゾ[h]キノリナト)ベリリウム(略称:BeBq)、BAlq、Znq、ZnPBO、およびZnBTZなどの金属錯体等を用いることができる。また、金属錯体以外にも、例えば、2−(4−ビフェニリル)−5−(4−tert−ブチルフェニル)−1,3,4−オキサジアゾール(略称:PBD)、1,3−ビス[5−(ptert−ブチルフェニル)−1,3,4−オキサジアゾール−2−イル]ベンゼン(略称:OXD−7)、3−(4−tert−ブチルフェニル)−4−フェニル−5−(4−ビフェニリル)−1,2,4−トリアゾール(略称:TAZ)、3−(4−tert−ブチルフェニル)−4−(4−エチルフェニル)−5−(4−ビフェニリル)−1,2,4−トリアゾール(略称:p−EtTAZ)、バソフェナントロリン(略称:BPhen)、バソキュプロイン(略称:BCP)、および4,4’−ビス(5−メチルベンゾオキサゾール−2−イル)スチルベン(略称:BzOs)などの複素芳香族化合物も用いることができる。第二電子輸送層においては、ベンゾイミダゾール化合物を好適に用いることができる。また、第二電子輸送層には、には、高分子化合物を用いることもできる。例えば、ポリ[(9,9−ジヘキシルフルオレン−2,7−ジイル)−co−(ピリジン−3,5−ジイル)](略称:PF−Py)、ポリ[(9,9−ジオクチルフルオレン−2,7−ジイル)−co−(2,2’−ビピリジン−6,6’−ジイル)](略称:PF−BPy)などを用いることができる。
ここに述べた物質は、主に10−6cm/(V・s)以上の電子移動度を有する物質である。なお、正孔輸送性よりも電子輸送性の高い物質であれば、上記以外の物質を第二電子輸送層に用いてもよい。また、電子輸送層8(第一電子輸送層)および第二電子輸送層に加えて、さらに上記物質を含む層が二層以上積層されていてもよい。また、電子輸送層8は、第二電子輸送層に用いられる化合物をさらに含んでいてもよい。
次に、有機EL素子1のその他の構成について説明する。
(基板)
基板2は、有機EL素子1の支持体として用いられる。基板2としては、例えば、ガラス、石英、プラスチック等を用いることができる。また、可撓性基板を用いてもよい。可撓性基板とは、折り曲げることができる(フレキシブル)基板のことであり、例えば、ポリカーボネート、ポリアリレート、ポリエーテルスルフォン、ポリプロピレン、ポリエステル、ポリフッ化ビニル、ポリ塩化ビニル、ポリイミド、ポリエチレンナフタレートからなるプラスチック基板等が挙げられる。また、無機蒸着フィルムを用いることもできる。
(陽極)
基板2上に形成される陽極3には、仕事関数の大きい(具体的には4.0eV以上)金属、合金、電気伝導性化合物、およびこれらの混合物等を用いることが好ましい。具体的には、例えば、酸化インジウム−酸化スズ(ITO:Indium Tin Oxide)、珪素もしくは酸化珪素を含有した酸化インジウム−酸化スズ、酸化インジウム−酸化亜鉛、酸化タングステン、および酸化亜鉛を含有した酸化インジウム、グラフェン等が挙げられる。この他、金(Au)、白金(Pt)、ニッケル(Ni)、タングステン(W)、クロム(Cr)、モリブデン(Mo)、鉄(Fe)、コバルト(Co)、銅(Cu)、パラジウム(Pd)、チタン(Ti)、または金属材料の窒化物(例えば、窒化チタン)等が挙げられる。
これらの材料は、通常、スパッタリング法により成膜される。例えば、酸化インジウム−酸化亜鉛は、酸化インジウムに対し1質量%以上10質量%以下の酸化亜鉛を加えたターゲットを用いることにより、スパッタリング法で形成することができる。また、例えば、酸化タングステン、および酸化亜鉛を含有した酸化インジウムは、酸化インジウムに対し酸化タングステンを0.5質量%以上5質量%以下、酸化亜鉛を0.1質量%以上1質量%以下含有したターゲットを用いることにより、スパッタリング法で形成することができる。その他、真空蒸着法、塗布法、インクジェット法、スピンコート法などにより作製してもよい。
陽極3上に形成される有機層のうち、陽極3に接して形成される正孔注入層5は、陽極3の仕事関数に関係なく正孔(ホール)注入が容易である複合材料を用いて形成されるため、電極材料として可能な材料(例えば、金属、合金、電気伝導性化合物、およびこれらの混合物、その他、元素周期表の第1族または第2族に属する元素も含む)を用いることもできる。
仕事関数の小さい材料である、元素周期表の第1族または第2族に属する元素、すなわちリチウム(Li)やセシウム(Cs)等のアルカリ金属、およびマグネシウム(Mg)、カルシウム(Ca)、ストロンチウム(Sr)等のアルカリ土類金属、およびこれらを含む合金(例えば、MgAg、AlLi)、ユーロピウム(Eu)、イッテルビウム(Yb)等の希土類金属およびこれらを含む合金等を用いることもできる。なお、アルカリ金属、アルカリ土類金属、およびこれらを含む合金を用いて陽極3を形成する場合には、真空蒸着法やスパッタリング法を用いることができる。さらに、銀ペーストなどを用いる場合には、塗布法やインクジェット法などを用いることができる。
(正孔注入層)
正孔注入層5は、正孔注入性の高い物質を含む層である。正孔注入性の高い物質としては、例えば、モリブデン酸化物、チタン酸化物、バナジウム酸化物、レニウム酸化物、ルテニウム酸化物、クロム酸化物、ジルコニウム酸化物、ハフニウム酸化物、タンタル酸化物、銀酸化物、タングステン酸化物、およびマンガン酸化物等を用いることができる。
また、正孔注入性の高い物質としては、例えば、低分子の有機化合物である4,4’,4’’−トリス(N,N−ジフェニルアミノ)トリフェニルアミン(略称:TDATA)、4,4’,4’’−トリス[N−(3−メチルフェニル)−N−フェニルアミノ]トリフェニルアミン(略称:MTDATA)、4,4’−ビス[N−(4−ジフェニルアミノフェニル)−N−フェニルアミノ]ビフェニル(略称:DPAB)、4,4’−ビス(N−{4−[N’−(3−メチルフェニル)−N’−フェニルアミノ]フェニル}−N−フェニルアミノ)ビフェニル(略称:DNTPD)、1,3,5−トリス[N−(4−ジフェニルアミノフェニル)−N−フェニルアミノ]ベンゼン(略称:DPA3B)、3−[N−(9−フェニルカルバゾール−3−イル)−N−フェニルアミノ]−9−フェニルカルバゾール(略称:PCzPCA1)、3,6−ビス[N−(9−フェニルカルバゾール−3−イル)−N−フェニルアミノ]−9−フェニルカルバゾール(略称:PCzPCA2)、および3−[N−(1−ナフチル)−N−(9−フェニルカルバゾール−3−イル)アミノ]−9−フェニルカルバゾール(略称:PCzPCN1)等の芳香族アミン化合物等や、ジピラジノ[2,3−f:20,30−h]キノキサリン−2,3,6,7,10,11−ヘキサカルボニトリル(HAT−CN)なども挙げられる。
また、正孔注入性の高い物質としては、高分子化合物(オリゴマー、デンドリマー、ポリマー等)を用いることもできる。例えば、ポリ(N−ビニルカルバゾール)(略称:PVK)、ポリ(4−ビニルトリフェニルアミン)(略称:PVTPA)、ポリ[N−(4−{N’−[4−(4−ジフェニルアミノ)フェニル]フェニル−N’−フェニルアミノ}フェニル)メタクリルアミド](略称:PTPDMA)、ポリ[N,N’−ビス(4−ブチルフェニル)−N,N’−ビス(フェニル)ベンジジン](略称:Poly−TPD)などの高分子化合物が挙げられる。また、ポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)/ポリ(スチレンスルホン酸)(PEDOT/PSS)、ポリアニリン/ポリ(スチレンスルホン酸)(PAni/PSS)等の酸を添加した高分子化合物を用いることもできる。
(正孔輸送層)
正孔輸送層6は、正孔輸送性の高い物質を含む層である。正孔輸送層6には、芳香族アミン化合物、カルバゾール誘導体、およびアントラセン誘導体等を使用する事ができる。具体的には、例えば、4,4’−ビス[N−(1−ナフチル)−N−フェニルアミノ]ビフェニル(略称:NPB)、N,N’−ビス(3−メチルフェニル)−N,N’−ジフェニル−[1,1’−ビフェニル]−4,4’−ジアミン(略称:TPD)、4−フェニル−4’−(9−フェニルフルオレン−9−イル)トリフェニルアミン(略称:BAFLP)、4,4’−ビス[N−(9,9−ジメチルフルオレン−2−イル)−N−フェニルアミノ]ビフェニル(略称:DFLDPBi)、4,4’,4’’−トリス(N,N−ジフェニルアミノ)トリフェニルアミン(略称:TDATA)、4,4’,4’’−トリス[N−(3−メチルフェニル)−N−フェニルアミノ]トリフェニルアミン(略称:MTDATA)、および4,4’−ビス[N−(スピロ−9,9’−ビフルオレン−2−イル)−N―フェニルアミノ]ビフェニル(略称:BSPB)などの芳香族アミン化合物等を用いることができる。ここに述べた物質は、主に10−6cm/(V・s)以上の正孔移動度を有する物質である。
正孔輸送層6には、例えば、CBP、9−[4−(N−カルバゾリル)]フェニル−10−フェニルアントラセン(CzPA)、および9−フェニル−3−[4−(10−フェニル−9−アントリル)フェニル]−9H−カルバゾール(PCzPA)のようなカルバゾール誘導体や、t−BuDNA、DNA、およびDPAnthのようなアントラセン誘導体を用いてもよい。ポリ(N−ビニルカルバゾール)(略称:PVK)やポリ(4−ビニルトリフェニルアミン)(略称:PVTPA)等の高分子化合物を用いることもできる。
但し、電子よりも正孔の輸送性の高い物質であれば、これら以外の物質を用いてもよい。なお、正孔輸送性の高い物質を含む層は、単層だけでなく、上記物質からなる層が二層以上積層した層としてもよい。
正孔輸送層を二層以上配置する場合、エネルギーギャップのより大きい材料を含む層を、発光層7に近い側に配置することが好ましい。
(発光層)
発光層7は、発光性の高い物質を含む層であり、種々の材料を用いることができる。例えば、発光性の高い物質としては、蛍光を発光する蛍光性化合物や燐光を発光する燐光性化合物を用いることができる。蛍光性化合物は一重項励起状態から発光可能な化合物であり、燐光性化合物は三重項励起状態から発光可能な化合物である。
発光層7に用いることができる青色系の蛍光発光材料として、例えば、ピレン誘導体、スチリルアミン誘導体、クリセン誘導体、フルオランテン誘導体、フルオレン誘導体、ジアミン誘導体、およびトリアリールアミン誘導体等が使用できる。具体的には、N,N’−ビス[4−(9H−カルバゾール−9−イル)フェニル]−N,N’−ジフェニルスチルベン−4,4’−ジアミン(略称:YGA2S)、4−(9H−カルバゾール−9−イル)−4’−(10−フェニル−9−アントリル)トリフェニルアミン(略称:YGAPA)、および4−(10−フェニル−9−アントリル)−4’−(9−フェニル−9H−カルバゾール−3−イル)トリフェニルアミン(略称:PCBAPA)などが挙げられる。
発光層7に用いることができる緑色系の蛍光発光材料として、例えば、芳香族アミン誘導体等を使用できる。具体的には、N−(9,10−ジフェニル−2−アントリル)−N,9−ジフェニル−9H−カルバゾール−3−アミン(略称:2PCAPA)、N−[9,10−ビス(1,1’−ビフェニル−2−イル)−2−アントリル]−N,9−ジフェニル−9H−カルバゾール−3−アミン(略称:2PCABPhA)、N−(9,10−ジフェニル−2−アントリル)−N,N’,N’−トリフェニル−1,4−フェニレンジアミン(略称:2DPAPA)、N−[9,10−ビス(1,1’−ビフェニル−2−イル)−2−アントリル]−N,N’,N’−トリフェニル−1,4−フェニレンジアミン(略称:2DPABPhA)、N−[9,10−ビス(1,1’−ビフェニル−2−イル)]−N−[4−(9H−カルバゾール−9−イル)フェニル]−N−フェニルアントラセン−2−アミン(略称:2YGABPhA)、およびN,N,9−トリフェニルアントラセン−9−アミン(略称:DPhAPhA)などが挙げられる。
発光層7に用いることができる赤色系の蛍光発光材料として、例えば、テトラセン誘導体、およびジアミン誘導体等が使用できる。具体的には、N,N,N’,N’−テトラキス(4−メチルフェニル)テトラセン−5,11−ジアミン(略称:p−mPhTD)、および7,14−ジフェニル−N,N,N’,N’−テトラキス(4−メチルフェニル)アセナフト[1,2−a]フルオランテン−3,10−ジアミン(略称:p−mPhAFD)などが挙げられる。
発光層7に用いることができる青色系の燐光発光材料として、例えば、イリジウム錯体、オスミウム錯体、および白金錯体等の金属錯体が使用される。具体的には、ビス[2−(4’,6’−ジフルオロフェニル)ピリジナト−N,C2’]イリジウム(III)テトラキス(1−ピラゾリル)ボラート(略称:FIr6)、ビス[2−(4’,6’−ジフルオロフェニル)ピリジナト−N,C2’]イリジウム(III)ピコリナート(略称:FIr(pic))、ビス[2−(3’,5’ビストリフルオロメチルフェニル)ピリジナト−N,C2’]イリジウム(III)ピコリナート(略称:Ir(CFppy)(pic))、およびビス[2−(4’,6’−ジフルオロフェニル)ピリジナト−N,C2’]イリジウム(III)アセチルアセトナート(略称:FIr(acac))などが挙げられる。
発光層7に用いることができる緑色系の燐光発光材料として、例えば、イリジウム錯体等が使用される。トリス(2−フェニルピリジナト−N,C2’)イリジウム(III)(略称:Ir(ppy))、ビス(2−フェニルピリジナト−N,C2’)イリジウム(III)アセチルアセトナート(略称:Ir(ppy)(acac))、ビス(1,2−ジフェニル−1H−ベンゾイミダゾラト)イリジウム(III)アセチルアセトナート(略称:Ir(pbi)(acac))、およびビス(ベンゾ[h]キノリナト)イリジウム(III)アセチルアセトナート(略称:Ir(bzq)(acac))などが挙げられる。
発光層7に用いることができる赤色系の燐光発光材料として、例えば、イリジウム錯体、白金錯体、テルビウム錯体、ユーロピウム錯体等の金属錯体が使用される。具体的には、ビス[2−(2’−ベンゾ[4,5−α]チエニル)ピリジナト−N,C3’]イリジウム(III)アセチルアセトナート(略称:Ir(btp)(acac))、ビス(1−フェニルイソキノリナト−N,C2’)イリジウム(III)アセチルアセトナート(略称:Ir(piq)(acac))、(アセチルアセトナート)ビス[2,3−ビス(4−フルオロフェニル)キノキサリナト]イリジウム(III)(略称:Ir(Fdpq)(acac))、および2,3,7,8,12,13,17,18−オクタエチル−21H,23H−ポルフィリン白金(II)(略称:PtOEP)等の有機金属錯体が挙げられる。
また、例えば、トリス(アセチルアセトナート)(モノフェナントロリン)テルビウム(III)(略称:Tb(acac)(Phen))、トリス(1,3−ジフェニル−1,3−プロパンジオナト)(モノフェナントロリン)ユーロピウム(III)(略称:Eu(DBM)(Phen))、およびトリス[1−(2−テノイル)−3,3,3−トリフルオロアセトナート](モノフェナントロリン)ユーロピウム(III)(略称:Eu(TTA)(Phen))等の希土類金属錯体は、希土類金属イオンからの発光(異なる多重度間の電子遷移)であるため、燐光性化合物として用いることができる。
発光層7としては、上述した発光性の高い物質(ゲスト材料、またはドーパント材料と称する場合がある。)を他の物質(ホスト材料)に分散させた構成としてもよい。発光性の高い物質を分散させるための物質としては、各種の化合物を用いることができ、発光性の高い物質よりも最低空軌道準位(LUMO準位)が高く、最高被占有軌道準位(HOMO準位)が低い化合物を用いることが好ましい。
ホスト材料としては、1)アルミニウム錯体、ベリリウム錯体、若しくは亜鉛錯体等の金属錯体、2)オキサジアゾール誘導体、ベンゾイミダゾール誘導体、若しくはフェナントロリン誘導体等の複素環化合物、4)カルバゾール誘導体、アントラセン誘導体、フェナントレン誘導体、ピレン誘導体、若しくはクリセン誘導体等の縮合芳香族化合物、3)トリアリールアミン誘導体、若しくは縮合多環芳香族アミン誘導体等の芳香族アミン化合物が使用される。また、発光性の高い物質(ゲスト材料)を分散させるための物質(ホスト材料)は複数種用いることができる。
ホスト材料としての金属錯体は、例えば、トリス(8−キノリノラト)アルミニウム(III)(略称:Alq)、トリス(4−メチル−8−キノリノラト)アルミニウム(III)(略称:Almq)、ビス(10−ヒドロキシベンゾ[h]キノリナト)ベリリウム(II)(略称:BeBq)、ビス(2−メチル−8−キノリノラト)(4−フェニルフェノラト)アルミニウム(III)(略称:BAlq)、ビス(8−キノリノラト)亜鉛(II)(略称:Znq)、ビス[2−(2−ベンゾオキサゾリル)フェノラト]亜鉛(II)(略称:ZnPBO)、およびビス[2−(2−ベンゾチアゾリル)フェノラト]亜鉛(II)(略称:ZnBTZ)などが挙げられる。
ホスト材料としての複素環化合物は、例えば、2−(4−ビフェニリル)−5−(4−tert−ブチルフェニル)−1,3,4−オキサジアゾール(略称:PBD)、1,3−ビス[5−(p−tert−ブチルフェニル)−1,3,4−オキサジアゾール−2−イル]ベンゼン(略称:OXD−7)、3−(4−ビフェニリル)−4−フェニル−5−(4−tert−ブチルフェニル)−1,2,4−トリアゾール(略称:TAZ)、2,2’,2’’−(1,3,5−ベンゼントリイル)トリス(1−フェニル−1H−ベンゾイミダゾール)(略称:TPBI)、およびバソフェナントロリン(略称:BPhen)、バソキュプロイン(略称:BCP)などが挙げられる。
ホスト材料としての縮合芳香族化合物は、例えば、9−[4−(10−フェニル−9−アントリル)フェニル]−9H−カルバゾール(略称:CzPA)、3,6−ジフェニル−9−[4−(10−フェニル−9−アントリル)フェニル]−9H−カルバゾール(略称:DPCzPA)、9,10−ビス(3,5−ジフェニルフェニル)アントラセン(略称:DPPA)、9,10−ジ(2−ナフチル)アントラセン(略称:DNA)、2−tert−ブチル−9,10−ジ(2−ナフチル)アントラセン(略称:t−BuDNA)、9,9’−ビアントリル(略称:BANT)、9,9’−(スチルベン−3,3’−ジイル)ジフェナントレン(略称:DPNS)、9,9’−(スチルベン−4,4’−ジイル)ジフェナントレン(略称:DPNS2)、3,3’,3’’−(ベンゼン−1,3,5−トリイル)トリピレン(略称:TPB3)、9,10−ジフェニルアントラセン(略称:DPAnth)、および6,12−ジメトキシ−5,11−ジフェニルクリセンなどが挙げられる。
ホスト材料としての芳香族アミン化合物は、例えば、N,N−ジフェニル−9−[4−(10−フェニル−9−アントリル)フェニル]−9H−カルバゾール−3−アミン(略称:CzA1PA)、4−(10−フェニル−9−アントリル)トリフェニルアミン(略称:DPhPA)、N,9−ジフェニル−N−[4−(10−フェニル−9−アントリル)フェニル]−9H−カルバゾール−3−アミン(略称:PCAPA)、N,9−ジフェニル−N−{4−[4−(10−フェニル−9−アントリル)フェニル]フェニル}−9H−カルバゾール−3−アミン(略称:PCAPBA)、N−(9,10−ジフェニル−2−アントリル)−N,9−ジフェニル−9H−カルバゾール−3−アミン(略称:2PCAPA)、NPB(またはα−NPD)、TPD、DFLDPBi、およびBSPBなどが挙げられる。
(電子注入層)
電子注入層9は、電子注入性の高い物質を含む層である。電子注入層9には、リチウム(Li)、セシウム(Cs)、カルシウム(Ca)、フッ化リチウム(LiF)、フッ化セシウム(CsF)、フッ化カルシウム(CaF)、リチウム酸化物(LiOx)等のようなアルカリ金属、アルカリ土類金属、またはそれらの化合物を用いることができる。その他、電子輸送性を有する物質にアルカリ金属、アルカリ土類金属、またはそれらの化合物を含有させた物質、具体的にはAlq中にマグネシウム(Mg)を含有させた物質等を用いてもよい。なお、この場合には、陰極4からの電子注入をより効率よく行うことができる。
あるいは、電子注入層9に、有機化合物と電子供与体(ドナー)とを混合してなる複合材料を用いてもよい。このような複合材料は、電子供与体によって有機化合物に電子が発生するため、電子注入性および電子輸送性に優れている。この場合、有機化合物としては、発生した電子の輸送に優れた材料であることが好ましく、具体的には、例えば上述した電子輸送層8を構成する物質(金属錯体や複素芳香族化合物等)を用いることができる。電子供与体としては、有機化合物に対し電子供与性を示す物質であればよい。
具体的には、アルカリ金属やアルカリ土類金属や希土類金属が好ましく、リチウム、セシウム、マグネシウム、カルシウム、エルビウム、イッテルビウム等が挙げられる。また、アルカリ金属酸化物やアルカリ土類金属酸化物が好ましく、リチウム酸化物、カルシウム酸化物、バリウム酸化物等が挙げられる。また、酸化マグネシウムのようなルイス塩基を用いることもできる。また、テトラチアフルバレン(略称:TTF)等の有機化合物を用いることもできる。
(陰極)
陰極4には、仕事関数の小さい(具体的には3.8eV以下)金属、合金、電気伝導性化合物、およびこれらの混合物などを用いることが好ましい。このような陰極材料の具体例としては、元素周期表の第1族または第2族に属する元素、すなわちリチウム(Li)やセシウム(Cs)等のアルカリ金属、およびマグネシウム(Mg)、カルシウム(Ca)、ストロンチウム(Sr)等のアルカリ土類金属、およびこれらを含む合金(例えば、MgAg、AlLi)、ユーロピウム(Eu)、イッテルビウム(Yb)等の希土類金属およびこれらを含む合金等が挙げられる。
なお、アルカリ金属、アルカリ土類金属、これらを含む合金を用いて陰極4を形成する場合には、真空蒸着法やスパッタリング法を用いることができる。また、銀ペーストなどを用いる場合には、塗布法やインクジェット法などを用いることができる。
なお、電子注入層9を設けることにより、仕事関数の大小に関わらず、Al、Ag、ITO、グラフェン、珪素もしくは酸化珪素を含有した酸化インジウム−酸化スズ等様々な導電性材料を用いて陰極4を形成することができる。これらの導電性材料は、スパッタリング法やインクジェット法、スピンコート法等を用いて成膜することができる。
(層形成方法)
本実施形態の有機EL素子1の各層の形成方法としては、上記で特に言及した点以外には制限されず、乾式成膜法や湿式成膜法等の公知の方法を採用できる。乾式成膜法としては、真空蒸着法、スパッタリング法、プラズマ法、イオンプレーティング法などが挙げられる。湿式成膜法としては、スピンコーティング法、ディッピング法、フローコーティング法、インクジェット法などが挙げられる。
(膜厚)
本実施形態の有機EL素子1の各有機層の膜厚は、上記で特に言及した点以外には制限されない。一般に膜厚が薄すぎるとピンホール等の欠陥が生じやすく、逆に厚すぎると高い印加電圧が必要となり効率が悪くなるため、通常、膜厚は、数nmから1μmの範囲が好ましい。
本実施形態において、環形成炭素数とは、原子が環状に結合した構造の化合物(例えば、単環化合物、縮合環化合物、架橋化合物、炭素環化合物、複素環化合物)の当該環自体を構成する原子のうちの炭素原子の数を表す。当該環が置換基によって置換される場合、置換基に含まれる炭素は環形成炭素数には含まない。以下で記される「環形成炭素数」については、特筆しない限り同様とする。例えば、ベンゼン環は環形成炭素数が6であり、ナフタレン環は環形成炭素数が10であり、ピリジニル基は環形成炭素数5であり、フラニル基は環形成炭素数4である。また、ベンゼン環やナフタレン環に置換基として例えばアルキル基が置換している場合、当該アルキル基の炭素数は、環形成炭素数の数に含めない。また、フルオレン環に置換基として例えばフルオレン環が結合している場合(スピロフルオレン環を含む)、置換基としてのフルオレン環の炭素数は環形成炭素数の数に含めない。
本実施形態において、環形成原子数とは、原子が環状に結合した構造(例えば単環、縮合環、環集合)の化合物(例えば単環化合物、縮合環化合物、架橋化合物、炭素環化合物、複素環化合物)の当該環自体を構成する原子の数を表す。環を構成しない原子(例えば環を構成する原子の結合手を終端する水素原子)や、当該環が置換基によって置換される場合の置換基に含まれる原子は環形成原子数には含まない。以下で記される「環形成原子数」については、特筆しない限り同様とする。例えば、ピリジン環は、環形成原子数が6であり、キナゾリン環は、環形成原子数が10であり、フラン環は、環形成原子数が5である。ピリジン環やキナゾリン環の炭素原子にそれぞれ結合している水素原子や置換基を構成する原子については、環形成原子数の数に含めない。また、フルオレン環に置換基として例えばフルオレン環が結合している場合(スピロフルオレン環を含む)、置換基としてのフルオレン環の原子数は環形成原子数の数に含めない。
次に前記一般式に記載の各置換基について説明する。
本実施形態における環形成炭素数6〜30(アリール基と称する場合がある。)としては、例えば、フェニル基、ビフェニル基、ターフェニル基、ナフチル基、アントリル基、フェナントリル基、フルオレニル基、ピレニル基、クリセニル基、フルオランテニル基、ベンゾ[a]アントリル基、ベンゾ[c]フェナントリル基、トリフェニレニル基、ベンゾ[k]フルオランテニル基、ベンゾ[g]クリセニル基、ベンゾ[b]トリフェニレニル基、ピセニル基、ペリレニル基などが挙げられる。
本実施形態におけるアリール基としては、環形成炭素数が6〜20であることが好ましく、6〜14であることがより好ましく、6〜12であることが更に好ましい。上記アリール基の中でもフェニル基、ビフェニル基、ナフチル基、フェナントリル基、ターフェニル基、フルオレニル基が特に好ましい。1−フルオレニル基、2−フルオレニル基、3−フルオレニル基および4−フルオレニル基については、9位の炭素原子に、後述する本実施形態における置換もしくは無置換の炭素数1〜30のアルキル基や置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜18のアリール基が置換されていることが好ましい。
本実施形態における環形成原子数5〜30の複素環基(ヘテロアリール基、ヘテロ芳香族環基、または芳香族複素環基と称する場合がある。)は、ヘテロ原子として、窒素、硫黄、酸素、ケイ素、セレン原子、およびゲルマニウム原子からなる群から選択される少なくともいずれかの原子を含むことが好ましく、窒素、硫黄、および酸素からなる群から選択される少なくともいずれかの原子を含むことがより好ましい。
本実施形態における環形成原子数5〜30の複素環基(ヘテロアリール基、ヘテロ芳香族環基、または芳香族複素環基と称する場合がある。)としては、例えば、ピリジル基、ピリミジニル基、ピラジニル基、ピリダジニル基、トリアジニル基、キノリル基、イソキノリニル基、ナフチリジニル基、フタラジニル基、キノキサリニル基、キナゾリニル基、フェナントリジニル基、アクリジニル基、フェナントロリニル基、ピロリル基、イミダゾリル基、ピラゾリル基、トリアゾリル基、テトラゾリル基、インドリル基、ベンズイミダゾリル基、インダゾリル基、イミダゾピリジニル基、ベンズトリアゾリル基、カルバゾリル基、フリル基、チエニル基、オキサゾリル基、チアゾリル基、イソキサゾリル基、イソチアゾリル基、オキサジアゾリル基、チアジアゾリル基、ベンゾフラニル基、ベンゾチオフェニル基、ベンゾオキサゾリル基、ベンゾチアゾリル基、ベンゾイソキサゾリル基、ベンゾイソチアゾリル基、ベンゾオキサジアゾリル基、ベンゾチアジアゾリル基、ジベンゾフラニル基、ジベンゾチオフェニル基、ピペリジニル基、ピロリジニル基、ピペラジニル基、モルホリル基、フェナジニル基、フェノチアジニル基、フェノキサジニル基などが挙げられる。
本実施形態における複素環基の環形成原子数は、5〜20であることが好ましく、5〜14であることがさらに好ましい。上記複素環基の中でも1−ジベンゾフラニル基、2−ジベンゾフラニル基、3−ジベンゾフラニル基、4−ジベンゾフラニル基、1−ジベンゾチオフェニル基、2−ジベンゾチオフェニル基、3−ジベンゾチオフェニル基、4−ジベンゾチオフェニル基、1−カルバゾリル基、2−カルバゾリル基、3−カルバゾリル基、4−カルバゾリル基、9−カルバゾリル基が特に好ましい。1−カルバゾリル基、2−カルバゾリル基、3−カルバゾリル基および4−カルバゾリル基については、9位の窒素原子に、本実施形態における置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜30のアリール基または置換もしくは無置換の環形成原子数5〜30の複素環基が置換されていることが好ましい。
また、本実施形態において、複素環基は、例えば、下記一般式(XY−1)〜(XY−18)で表される部分構造から誘導される基であってもよい。
前記一般式(XY−1)〜(XY−18)において、XおよびYは、それぞれ独立に、ヘテロ原子であり、酸素原子、硫黄原子、セレン原子、ケイ素原子、またはゲルマニウム原子であることが好ましい。前記一般式(XY−1)〜(XY−18)で表される部分構造は、任意の位置で結合手を有して複素環基となり、この複素環基は、置換基を有していてもよい。
また、本実施形態において、置換もしくは無置換のカルバゾリル基としては、例えば、下記式で表されるようなカルバゾール環に対してさらに環が縮合した基も含み得る。このような基も置換基を有していてもよい。また、結合手の位置も適宜変更され得る。
本実施形態における炭素数1〜30のアルキル基としては、直鎖、分岐鎖または環状のいずれであってもよい。直鎖または分岐鎖のアルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、s−ブチル基、イソブチル基、t−ブチル基、n−ペンチル基、n−ヘキシル基、n−ヘプチル基、n−オクチル基、n−ノニル基、n−デシル基、n−ウンデシル基、n−ドデシル基、n−トリデシル基、n−テトラデシル基、n−ペンタデシル基、n−ヘキサデシル基、n−ヘプタデシル基、n−オクタデシル基、ネオペンチル基、アミル基、イソアミル基、1−メチルペンチル基、2−メチルペンチル基、1−ペンチルヘキシル基、1−ブチルペンチル基、1−ヘプチルオクチル基、3−メチルペンチル基、が挙げられる。
本実施形態における直鎖または分岐鎖のアルキル基の炭素数は、1〜10であることが好ましく、1〜6であることがさらに好ましい。上記直鎖または分岐鎖のアルキル基の中でもメチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、s−ブチル基、イソブチル基、t−ブチル基、n−ペンチル基、n−ヘキシル基、アミル基、イソアミル基、ネオペンチル基が特に好ましい。
本実施形態における炭素数3〜30のシクロアルキル基としては、シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、4−メチルシクロヘキシル基、アダマンチル基、ノルボルニル基等が挙げられる。シクロアルキル基の環形成炭素数は、3〜10であることが好ましく、5〜8であることがさらに好ましい。上記シクロアルキル基の中でも、シクロペンチル基やシクロヘキシル基が特に好ましい。
アルキル基がハロゲン原子で置換されたハロゲン化アルキル基としては、例えば、上記炭素数1〜30のアルキル基が1以上のハロゲン原子で置換された基が挙げられる。具体的には、フルオロメチル基、ジフルオロメチル基、トリフルオロメチル基、フルオロエチル基、トリフルオロメチルメチル基、トリフルオロエチル基、ペンタフルオロエチル基等が挙げられる。
本実施形態における炭素数2〜30のアルケニル基としては、直鎖、分岐鎖、または環状のいずれであってもよく、例えば、ビニル基、プロペニル基、ブテニル基、オレイル基、エイコサペンタエニル基、ドコサヘキサエニル基、スチリル基、2,2−ジフェニルビニル基、1,2,2−トリフェニルビニル基、2−フェニル−2−プロペニル基、シクロペンタジエニル基、シクロペンテニル基、シクロヘキセニル基、シクロヘキサジエニル基等が挙げられる。
本実施形態における炭素数2〜30のアルキニル基としては、直鎖、分岐鎖、または環状のいずれであってもよく、例えば、エチニル、プロピニル、2−フェニルエチニル等が挙げられる。
本実施形態における置換シリル基としては、炭素数3〜30のアルキルシリル基、環形成炭素数6〜30のアリールシリル基が挙げられる。
本実施形態における炭素数3〜30のアルキルシリル基としては、上記炭素数1〜30のアルキル基で例示したアルキル基を有するトリアルキルシリル基が挙げられ、具体的にはトリメチルシリル基、トリエチルシリル基、トリ−n−ブチルシリル基、トリ−n−オクチルシリル基、トリイソブチルシリル基、ジメチルエチルシリル基、ジメチルイソプロピルシリル基、ジメチル−n−プロピルシリル基、ジメチル−n−ブチルシリル基、ジメチル−t−ブチルシリル基、ジエチルイソプロピルシリル基、ビニルジメチルシリル基、プロピルジメチルシリル基、トリイソプロピルシリル基等が挙げられる。トリアルキルシリル基における3つのアルキル基は、それぞれ同一でも異なっていてもよい。
本実施形態における環形成炭素数6〜30のアリールシリル基としては、ジアルキルアリールシリル基、アルキルジアリールシリル基、トリアリールシリル基が挙げられる。
ジアルキルアリールシリル基は、例えば、上記炭素数1〜30のアルキル基で例示したアルキル基を2つ有し、上記環形成炭素数6〜30のアリール基を1つ有するジアルキルアリールシリル基が挙げられる。ジアルキルアリールシリル基の炭素数は、8〜30であることが好ましい。
アルキルジアリールシリル基は、例えば、上記炭素数1〜30のアルキル基で例示したアルキル基を1つ有し、上記環形成炭素数6〜30のアリール基を2つ有するアルキルジアリールシリル基が挙げられる。アルキルジアリールシリル基の炭素数は、13〜30であることが好ましい。
トリアリールシリル基は、例えば、上記環形成炭素数6〜30のアリール基を3つ有するトリアリールシリル基が挙げられる。トリアリールシリル基の炭素数は、18〜30であることが好ましい。
本実施形態における炭素数1〜30のアルコキシ基は、−OZと表される。このZの例として、上記炭素数1〜30のアルキル基が挙げられる。アルコキシ基は、例えばメトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、ブトキシ基、ペンチルオキシ基、ヘキシルオキシ基があげられる。アルコキシ基の炭素数は、1〜20であることが好ましい。
アルコキシ基がハロゲン原子で置換されたハロゲン化アルコキシ基としては、例えば、上記炭素数1〜30のアルコキシ基が1以上のフッ素原子で置換された基が挙げられる。
本実施形態における環形成炭素数6〜30のアリールオキシ基は、−OZと表される。このZの例として、上記環形成炭素数6〜30のアリール基が挙げられる。アリールオキシ基の環形成炭素数は、6〜20であることが好ましい。このアリールオキシ基としては、例えば、フェノキシ基が挙げられる。
炭素数1〜30のアルキルチオ基は、−SRと表される。このRの例として、上記炭素数1〜30のアルキル基が挙げられる。アルキルチオ基の炭素数は、1〜20であることが好ましい。
環形成炭素数6〜30のアリールチオ基は、−SRと表される。このRの例として、上記環形成炭素数6〜30のアリール基が挙げられる。アリールチオ基の環形成炭素数は、6〜20であることが好ましい。
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、フッ素原子が好ましい。
アルデヒド基、カルボニル基、エステル基、カルバモイル基、およびアミノ基には、脂肪族炭化水素、脂環式炭化水素、芳香族炭化水素、または複素環などで置換されていてもよく、脂肪族炭化水素、脂環式炭化水素、芳香族炭化水素、および複素環は、置換基をさらに有していてもよい。
シロキサニル基は、エーテル結合を介したケイ素化合物基であり、例えば、トリメチルシロキサニル基などが挙げられる。
本実施形態において、「環形成炭素」とは飽和環、不飽和環、または芳香環を構成する炭素原子を意味する。「環形成原子」とはヘテロ環(飽和環、不飽和環、および芳香環を含む)を構成する炭素原子およびヘテロ原子を意味する。
また、本実施形態において、水素原子とは、中性子数の異なる同位体、すなわち、軽水素(Protium)、重水素(Deuterium)、三重水素(Tritium)を包含する。
また、「置換もしくは無置換の」という場合における置換基としては、上述のようなアリール基、複素環基、アルキル基(直鎖または分岐鎖のアルキル基、シクロアルキル基、ハロアルキル基)、アルケニル基、アルキニル基、アルキルシリル基、アリールシリル基、アルコキシ基、アリールオキシ基、アルキルチオ基、アリールチオ基、ハロゲン原子、シアノ基の他に、アラルキル基、アルキルアミノ基、アリールアミノ基、ヒドロキシル基、ニトロ基、およびカルボキシ基が挙げられる。
ここで挙げた置換基の中では、アリール基、複素環基、アルキル基、ハロゲン原子、アルキルシリル基、アリールシリル基、シアノ基が好ましく、さらには、各置換基の説明において好ましいとした具体的な置換基が好ましい。
これらの置換基は、上記のアリール基、複素環基、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アルキルシリル基、アリールシリル基、アルコキシ基、アリールオキシ基、アルキルチオ基、アリールチオ基、ハロゲン原子、シアノ基の他に、アラルキル基、アルキルアミノ基、アリールアミノ基、ヒドロキシル基、ニトロ基、およびカルボキシ基によって更に置換されてもよい。また、これらの置換基は複数が互いに結合して環を形成してもよい。
アラルキル基としては、環形成炭素数6〜30のアラルキル基が好ましく、−Z−Zと表される。このZの例として、上記炭素数1〜30のアルキル基に対応するアルキレン基が挙げられる。このZの例として、上記環形成炭素数6〜30のアリール基の例が挙げられる。このアラルキル基は、炭素数7〜30のアラルキル基(アリール部分は炭素数6〜30、好ましくは6〜20、より好ましくは6〜12)、アルキル部分は炭素数1〜30(好ましくは1〜20、より好ましくは1〜10、さらに好ましくは1〜6)であることが好ましい。このアラルキル基としては、例えば、ベンジル基、2−フェニルプロパン−2−イル基、1−フェニルエチル基、2−フェニルエチル基、1−フェニルイソプロピル基、2−フェニルイソプロピル基、フェニル−t−ブチル基、α−ナフチルメチル基、1−α−ナフチルエチル基、2−α−ナフチルエチル基、1−α−ナフチルイソプロピル基、2−α−ナフチルイソプロピル基、β−ナフチルメチル基、1−β−ナフチルエチル基、2−β−ナフチルエチル基、1−β−ナフチルイソプロピル基、2−β−ナフチルイソプロピル基が挙げられる。
炭素数2〜30のアルキルアミノ基は、−NHR、または−N(Rと表される。このRの例として、上記炭素数1〜30のアルキル基が挙げられる。
環形成炭素数6〜60のアリールアミノ基は、−NHR、または−N(Rと表される。このRの例として、上記環形成炭素数6〜30のアリール基が挙げられる。
「置換もしくは無置換の」という場合における「無置換」とは前記置換基で置換されておらず、水素原子が結合していることを意味する。
なお、本実施形態において、「置換もしくは無置換の炭素数XX〜YYのZZ基」という表現における「炭素数XX〜YY」は、ZZ基が無置換である場合の炭素数を表し、置換されている場合の置換基の炭素数は含めない。ここで、「YY」は「XX」よりも大きく、「XX」と「YY」はそれぞれ1以上の整数を意味する。
本実施形態において、「置換もしくは無置換の原子数XX〜YYのZZ基」という表現における「原子数XX〜YY」は、ZZ基が無置換である場合の原子数を表し、置換されている場合の置換基の原子数は含めない。ここで、「YY」は「XX」よりも大きく、「XX」と「YY」はそれぞれ1以上の整数を意味する。
本実施形態において、置換基同士が互いに結合して環構造が構築される場合、環構造は、飽和環、不飽和環、芳香族炭化水素環、または複素環である。また、本実施形態において、芳香族炭化水素環および複素環としては、上述した一価の基の由来となる環構造が挙げられる。
本実施形態において、連結基における芳香族炭化水素基および複素環基としては、上述した一価の基から、1つ以上の原子を除いて得られる二価以上の基が挙げられる。また、連結基における「炭素−炭素二重結合を有する炭素数2〜30の鎖状または分岐状の炭化水素基」は、上述したアルケニル基から、1つ以上の原子を除いて得られる二価以上の基が挙げられ、「炭素−炭素三重結合を有する炭素数2〜30の鎖状または分岐状の炭化水素基」は、上述したアルキニル基から、1つ以上の原子を除いて得られる二価以上の基が挙げられる。
本実施形態に係る化合物は、前述の構造を有しているので、電子移動度が適度に抑制されていると考えられる。本実施形態に係る化合物を電子輸送層8に含む有機EL素子1において、電子と正孔とが再結合して発光する位置は、正孔輸送層6側から離れると考えられる。その結果、正孔輸送層6に含まれる化合物の劣化が抑制され、有機EL素子1の寿命が長くなると考えられる。また、本実施形態に係る化合物によれば、電子移動度が適度に抑制されているので、適度な駆動電圧を保ちつつ有機EL素子1を発光させることができる。
(電子機器)
本発明の一実施形態に係る有機EL素子1は、表示装置や発光装置等の電子機器に使用できる。表示装置としては、例えば、有機ELパネルモジュール等の表示部品、テレビ、携帯電話、タブレットもしくはパーソナルコンピュータ等が挙げられる。発光装置としては、例えば、照明、もしくは車両用灯具等が挙げられる。
〔実施形態の変形〕
なお、本発明は、上述の実施形態に限定されず、本発明の目的を達成できる範囲での変更、改良などは、本発明に含まれる。
有機EL素子の構成は、前記実施形態で説明した構成に限定されない。
例えば、発光層の陽極側や陰極側に障壁層を隣接させて設けてもよい。障壁層は、発光層に接して配置され、正孔、電子および励起子の少なくともいずれかを阻止することが好ましい。
例えば、発光層の陰極側で接して障壁層が配置された場合、当該障壁層は、電子を輸送し、正孔が当該障壁層よりも陰極側の層(例えば、電子輸送層)に到達することを阻止する。有機EL素子が、電子輸送層を含む場合は、発光層と電子輸送層との間に当該障壁層を含むことが好ましい。
また、発光層の陽極側で接して障壁層が配置された場合、当該障壁層は、正孔を輸送し、電子が当該障壁層よりも陽極側の層(例えば、正孔輸送層)に到達することを阻止する。有機EL素子が、正孔輸送層を含む場合は、発光層と正孔輸送層との間に当該障壁層を含むことが好ましい。
また、励起エネルギーが発光層からその周辺層に漏れ出さないように、障壁層を発光層に隣接させて設けてもよい。発光層で生成した励起子が、当該障壁層よりも電極側の層(例えば、電子輸送層や正孔輸送層)に移動することを阻止する。
発光層と障壁層とは接合していることが好ましい。
その他、本発明の実施における具体的な構造および形状などは、本発明の目的を達成できる範囲で他の構造などとしてもよい。
前記実施形態に係る化合物は、電子注入層9に含まれていてもよいし、電子輸送層8および電子注入層9の両方に含まれていてもよい。前記実施形態に係る化合物は、その他の有機層に含まれていてもよい。
以下、本発明に係る実施例を説明するが、本発明はこれらの実施例によって限定されない。
(合成例1)
化合物(1)の合成スキームを次に示す。
(1−1)中間体(A1)の合成
アルゴン雰囲気下、4−ブロモアセトフェノン(183g,0.919mol)、3−ピリジンボロン酸(124g,1.01mol)、テトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(0)(21.3g,0.0184mol)、および2M炭酸ナトリウム水溶液(1.38L,2.76mol)の混合物に、トルエン(2250mL)−エタノール(750mL)を加え、75℃で12時間撹拌した。反応終了後、室温まで冷却し、水(3L)を加え、分液した後に、有機層を減圧濃縮した。混合物を還流温度のトルエンに溶解し、シリカゲルのショートカラムクロマトグラフィーに通した。得られた溶液を減圧濃縮し、ヘプタンを加えると、結晶が析出して中間体(A1)(182g,0.923mol)を得た。中間体(A1)の収率は、100%であった。
(1−2)中間体(A2)の合成
アルゴン雰囲気下、3,5−ジブロモベンズアルデヒド(180g,0.682mol)、中間体(A1)(135g,0.682mol)、およびエタノール(4L)の混合物に、ナトリウムメトキシドのメタノール溶液(28%,50mL)を滴下し、室温で3時間撹拌した。撹拌後、ベンズアミジン塩酸塩(107g,0.682mol)、および水酸化ナトリウム(33g,0.818mol)を添加して、75℃で18時間撹拌した。反応終了後、室温まで冷却し、析出物をろ別し、メタノールで洗浄した。洗浄後、トルエンで加熱溶解してろ過し、ろ液を冷却後、析出物をろ別して、中間体(A2)(140g,0.258mol)を得た。中間体(A2)の収率は、37%であった。
(1−3)化合物(1)の合成
アルゴン雰囲気下、中間体(A2)(52.0g,95.7mmol)、ジベンゾチオフェン−2−ボロン酸(48.0g,211mmol)、テトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(0)(4.40g,3.83mmol)、および炭酸ナトリウム(30.4g,287mmol)の2M水溶液の混合物に、トルエン(750mL)およびエタノール(250mL)を加え、85℃で17時間撹拌した。反応終了後、室温まで冷却し、析出した結晶をろ別した。ろ別した後、キシレンおよびクロロベンゼンを用いて再結晶法により精製し、化合物(1)(47.5g,62.7mmol)を得た。化合物(1)の収率は、66%であった。本化合物は、質量分析の結果、m/e=749であり、上記化合物(1)(Exact mass:749.20)と同定した。
(合成例2)
化合物(2)の合成スキームを次に示す。
(2−1)中間体(B1)の合成
アルゴン雰囲気下、3−ブロモピリジン(10.0g,63.3mmol)、3−アセチルフェニルボロン酸(12.5g,75.9mmol)、テトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(0)(2.20g,1.90mmol)、および炭酸ナトリウム(26.8g,253mmol)の2M水溶液の混合物に、トルエン(158mL)と1,2−ジメトキシエタン (158mL)を加え、還流温度で10時間撹拌した。反応終了後に,室温まで冷却した。冷却後、ろ過を行った。ろ過後、酢酸エチルで抽出を行った。抽出後、飽和食塩水で洗浄した。洗浄後、硫酸ナトリウムで乾燥して得られた溶液を減圧濃縮した。減圧濃縮の後、シリカゲルカラムクロマトグラフィーで精製し、中間体(B1)(10.8g,54.8mmol)を得た。中間体(B1)の収率は、87%であった。
(2−2)中間体(B2)の合成
アルゴン雰囲気下、3,5−ジブロモベンズアルデヒド(6.00g,22.7mmol)、中間体(B1)(4.50g,22.7mmol)、およびメタノール(57mL)の混合物に、水酸化ナトリウム (900mg,22.7mmol)を加え、室温で3時間撹拌した。反応終了後、反応物をろ別し、さらにメタノールで洗浄して、中間体(B2)(6.36g,14.4mmol)を得た。化合物中間体(B2)の収率は、63%であった。
(2−3)中間体(B3)の合成
アルゴン雰囲気下、中間体(B2)(500mg,1.13mmol)、ベンズアミジン塩酸塩(180mg,1.13mol)、およびエタノール(6mL)の混合物に、水酸化ナトリウム(50mg,1.36mmol)を添加して、加熱還流下で8時間撹拌した。反応終了後、室温まで冷却し、析出物をろ別し、さらに水およびメタノールで洗浄し、中間体(B3)(260mg,0.479mmol)を得た。中間体(B3)の収率は、42%であった。
(2−4)化合物(2)の合成
アルゴン雰囲気下、中間体(B3)(3.80g,6.99mmol)、ジベンゾチオフェン−2−ボロン酸(4.00g,17.5mmol)、テトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(0)(480mg,0.419mmol)、および炭酸カリウム(3.90g,28.0mmol)の2M水溶液に、テトラヒドロフラン(35mL)を加え、過熱還流下で8時間撹拌した。反応終了後、室温まで冷却し、析出した結晶をろ別し、さらに水およびメタノールで洗浄した。洗浄後、加熱したトルエンに溶解してショートカラムクロマトグラフィーに通した後、減圧濃縮した。トルエンからの再結晶とメタノール洗浄により精製し、化合物(2)(3.78g,5.04mmol)を得た。化合物(2)の収率は、72%であった。本化合物は、質量分析の結果、m/e=749であり、上記化合物(2)(Exact mass:749.20)と同定した。
(合成例3)
化合物(3)の合成スキームを次に示す。
(3−1)中間体(C1)の合成
アルゴン雰囲気下、3−ブロモピリジン(10.0g,63.3mmol)、4−シアノフェニルボロン酸(11.2g,75.9mmol)、テトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(0)(2.20g,1.90mmol)、および炭酸ナトリウム(26.8g,253mmol)の2M水溶液の混合物に、トルエン(158mL)および1,2−ジメトキシエタン(158mL)を加え、還流温度で8時間撹拌した。反応終了後に室温まで冷却した。冷却後、ろ過を行った。ろ過の後に、酢酸エチルで抽出を行った。抽出後、飽和食塩水で洗浄した。洗浄後、硫酸ナトリウムで乾燥して得られた溶液を減圧濃縮した。減圧濃縮の後、シリカゲルカラムクロマトグラフィーで精製し、中間体(C1)(9.59g,53.2mmol)を得た。中間体(C1)の収率は、84%であった。
(3−2)中間体(C2)の合成
アルゴン雰囲気下、中間体(C1)(3.00g,16.7mmol)にテトラヒドロフラン(92.5mL)を加え、−5℃に冷却した。冷却後、リチウムビス(トリメチルシリル)アミドの26%テトラヒドロフラン溶液(1.3mol/L,51mL,66.6mmol)を氷浴冷却下で滴下した。滴下後、常温まで昇温させた。昇温後、再度−5℃に冷却した。氷浴冷却下、塩酸のシクロペンチルメチルエーテル溶液(4mol/L,55.5mL,222mmol)を滴下し、0℃で2時間撹拌した。反応終了後、析出した結晶をろ別し、さらにヘキサンおよびジエチルエーテルで洗浄し、中間体(C2)の粗生成物(7.94g)を得た。本明細書において、リチウムビス(トリメチルシリル)アミドを、LHMDSと略記する場合がある。
(3−3)中間体(C3)の合成
アルゴン雰囲気下、アセトフェノン(2.28g,19.0mmol)、3,5−ジブロモベンズアルデヒド(5.00g,19.0mmol)、エタノール(50mL)、および水(10mL)の混合物に、水酸化ナトリウム(0.990g,24.6mmol)を加え、室温で6時間撹拌した。反応終了後、ろ別し、さらに水で洗浄し、中間体(C3)(5.96g,16.3mmol)を得た。中間体(C3)の収率は、86%であった。
(3−4)中間体(C4)の合成
アルゴン雰囲気下、中間体(C3)(500mg,1.37mmol)、中間体(C2)(670mg,2.47mol)、およびエタノール(14mL)の混合物に水酸化ナトリウム(540mg,13.5mmol)を添加して、加熱還流下で14時間撹拌した。反応終了後、室温まで冷却し、析出物をろ別、水とエタノールで洗浄し、中間体(C4)(320mg,0.589mmol)を得た。中間体(C4)の収率は、43%であった。
(3−5)化合物(3)の合成
アルゴン雰囲気下、中間体(C4)(5.00g,9.20mmol)、ジベンゾチオフェン−2−ボロン酸(5.20g,23.0mmol)、テトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(0)(640mgg,0.552mmol)、炭酸カリウム(5.10g,36.8mmol)の2M水溶液にテトラヒドロフラン(46mL)を加え、過熱還流下で7時間撹拌した。反応終了後、室温まで冷却し、析出した固体をろ別し、さらに水およびメタノールで洗浄した。洗浄後、加熱したトルエンに溶解して、ショートカラムクロマトグラフィーに通した後、減圧濃縮した。減圧濃縮の後、トルエンからの再結晶とメタノール洗浄により精製し、化合物(3)(4.22g,5.62mmol)を得た。化合物(3)の収率は、61%であった。本化合物は、質量分析の結果、m/e=749であり、上記化合物(3)(Exact mass:749.20)と同定した。
(合成例4)
化合物(4)の合成スキームを次に示す。
(4−1)化合物(4)の合成
アルゴン雰囲気下、中間体(A2)(52.0g,95.7mmol)、ジベンゾフラン−2−ボロン酸(44.7g,211mmol)、テトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(0)(4.40g,3.83mmol)、および炭酸ナトリウム(30.4g,287mmol)の2M水溶液の混合物に、トルエン(750mL)およびエタノール(250mL)を加え、85℃で15時間撹拌した。反応終了後、室温まで冷却し、析出した結晶をろ別した。ろ別した後、キシレンおよびクロロベンゼンを用いて再結晶法により精製し、化合物(4)(42.4g,59.0mmol)を得た。化合物(4)の収率は、66%であった。本化合物は、質量分析の結果、m/e=717であり、上記化合物(4)(Exact mass:717.24)と同定した。
(合成例5)
化合物(5)の合成スキームを次に示す。
(5−1)中間体(D1)の合成
アルゴン雰囲気下、2,4−ビス(4−ブロモフェニル)−6−フェニル−1,3,5−トリアジン(128g,275mmol)、3−ピリジルボロン酸(33.8g,275mmol)、テトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(0)(6.36g,5.50mmol)、および炭酸ナトリウム(43.8g,413mmol)の2M水溶液の混合物に、トルエン(1500mL)およびエタノール(500mL)を加え、85℃で8時間撹拌した。反応終了後、室温まで冷却し、析出した結晶をろ別した。ろ別の後、シリカゲルカラムクロマトグラフィーで精製し、中間体(D1)(51.2g,110mmol)を得た。中間体(D1)の収率は、40%であった。
(5−2)化合物(5)の合成
アルゴン雰囲気下、中間体(D1)(50.0g,107mmol)、ジベンゾチオフェン−2−ボロン酸(26.9g,118mmol)、テトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(0)(1.46g,1.27mmol)、および炭酸ナトリウム(17.1g,161mmol)の2M水溶液の混合物に、トルエン(750mL)およびエタノール(250mL)を加え、85℃で15時間撹拌した。反応終了後、室温まで冷却し、析出した結晶をろ別した。ろ別した後、キシレンおよびクロロベンゼンを用いて再結晶法により精製し、化合物(5)(42.6g,74.9mmol)を得た。化合物(5)の収率は、70%であった。本化合物は、質量分析の結果、m/e=568であり、上記化合物(5)(Exact mass:568.17)と同定した。
(合成例6)
化合物(6)の合成スキームを次に示す。
(6−1)中間体(E1)の合成
アルゴン雰囲気下、4−ブロモアセトフェノン(27.9g,140mmol)、キノリン−8−ボロン酸(24.2g,140mmol)、テトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(0)(3.20g,2.80mmol)、および2M炭酸ナトリウム水溶液(140mL,280mol)の混合物に、ジオキサン(520mL)を加え、85℃で58時間撹拌した。反応終了後、室温まで冷却し、トルエン(300mL)、水(300mL)を加え、分液した後に、有機層を減圧濃縮した。混合物をトルエンに溶解し、シリカゲルのショートカラムクロマトグラフィーに通した。得られた溶液を減圧濃縮すると、結晶が析出して中間体(E1)(27.4g,109mmol)を得た。中間体(E1)の収率は、78%であった。
(6−2)中間体(E2)の合成
アルゴン雰囲気下、4−ブロモベンズアルデヒド(20.5g,111mmol)、中間体(E1)(27.4g,111mmol)、エタノール(410mL)、テトラヒドロフラン(270mL)の混合物に、ナトリウムメトキシドのメタノール溶液(28%,9mL)を滴下し、室温で終夜撹拌した。撹拌後、ベンズアミジン塩酸塩(17.4g,111mmol)、および水酸化ナトリウム(5.30g,130mmol)を添加して、70℃で23時間撹拌した。反応終了後、室温まで冷却し、水(280mL)を加え、析出物をろ別し、水、およびメタノールで洗浄した。洗浄後、混合物をトルエンに加熱溶解し、シリカゲルのショートカラムクロマトグラフィーに通した。得られた溶液を減圧濃縮すると、結晶が析出して中間体(E2)(15.4g,30.0mmol)を得た。中間体(E2)の収率は、27%であった。
(6−3)化合物(6)の合成
アルゴン雰囲気下、中間体(E2)(15.4g,25.0mmol)、ジベンゾチオフェン−2−ボロン酸(6.27g,27.5mmol)、テトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(0)(0.578g,0.500mmol)、および炭酸ナトリウム(3.98g,37.5mmol)の2M水溶液の混合物に、トルエン(180mL)およびエタノール(60mL)を加え、85℃で17時間撹拌した。反応終了後、室温まで冷却し、析出した結晶をろ別した。ろ別した後、キシレンおよびクロロベンゼンを用いて再結晶法により精製し、化合物(6)(10.8g,17.5mmol)を得た。化合物(6)の収率は、70%であった。本化合物は、質量分析の結果、m/e=617であり、上記化合物(6)(Exact mass:617.19)と同定した。
(合成例7)
化合物(7)の合成スキームを次に示す。
(7−1)中間体(F1)の合成
アルゴン雰囲気下、4−ブロモアセトフェノン(25.0g,126mmol)、4−(4,4,5,5−テトラメチル−1,3,2−ジオキサボロラン−2−イル)イソキノリン(32.0g,126mmol)、テトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(0)(2.90g,2.51mmol)、および2M炭酸ナトリウム水溶液(126mL,251mol)の混合物に、トルエン(416mL)、およびエタノール(154mL)を加え、75℃で39時間撹拌した。反応終了後、室温まで冷却し、トルエン(200mL)、および水(200mL)を加え、分液した後に、有機層を減圧濃縮した。混合物をトルエンに溶解し、シリカゲルのショートカラムクロマトグラフィーに通した。得られた溶液を減圧濃縮すると、結晶が析出して中間体(F1)(23.7g,95.8mmol)を得た。中間体(F1)の収率は、76%であった。
(7−2)中間体(F2)の合成
アルゴン雰囲気下、4−ブロモベンズアルデヒド(17.2g,93.0mmol)、中間体(F1)(23.0g,93.0mmol)、エタノール(400mL)、およびテトラヒドロフラン(200mL)の混合物に、ナトリウムメトキシドのメタノール溶液(28%,7.2mL)を滴下し、室温で2時間撹拌した。撹拌後、ベンズアミジン塩酸塩(14.6g,3.0mmol)、および水酸化ナトリウム(4.46g,112mmol)を添加して、72℃で17時間撹拌した。反応終了後、室温まで冷却し、水(400mL)を加え、析出物をろ別し、水、およびメタノールで洗浄した。洗浄後、混合物をトルエンに加熱溶解し、シリカゲルのショートカラムクロマトグラフィーに通した。得られた溶液を減圧濃縮すると、結晶が析出して中間体(F2)(19.0g,37.2mmol)を得た。中間体(F2)の収率は、40%であった。
(7−3)化合物(7)の合成
アルゴン雰囲気下、中間体(F2)(17.0g,33.0mmol)、ジベンゾチオフェン−2−ボロン酸(8.28g,36.3mmol)、テトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(0)(0.763g,0.660mmol)、および炭酸ナトリウム(5.25g,49.5mmol)の2M水溶液の混合物に、トルエン(230mL)およびエタノール(80mL)を加え、85℃で20時間撹拌した。反応終了後、室温まで冷却し、析出した結晶をろ別した。ろ別した後、キシレンおよびクロロベンゼンを用いて再結晶法により精製し、化合物(7)(14.3g,23.1mmol)を得た。化合物(7)の収率は、70%であった。本化合物は、質量分析の結果、m/e=617であり、上記化合物(7)(Exact mass:617.19)と同定した。
本発明に係るその他の化合物は、上記反応に倣い、目的物に合わせた既知の代替反応や原料を用いることで、合成することができる。
(8−1)化合物の評価
インピーダンス分光法を用いて化合物の電子移動度μを評価した。以下のような積層構成を有する単キャリアデバイスを作製した。
Al(80)/測定対象化合物(200)/化合物E-2(10)/LiF(1)/Al(80)
なお、括弧内の数字は、膜厚(単位:nm)を示す。
測定対象化合物は、前記化合物(1)、前記化合物(3)、および下記化合物E−1とした。
電子移動度の測定に際して、前記単キャリアデバイスに100mVの交流電圧を乗せたDC電圧を印加し、複素モジュラスを測定した。モジュラスの虚部が最大となる周波数をfmax(Hz)としたとき、応答時間T(秒)をT=1/2/π/fmaxとして算出し、この値を用いて移動度の電界強度依存性を決定した。電界強度が0.25MV/cmの時の値を表1に示す。
〔有機EL素子の製造〕
有機EL素子の製造に用いた化合物を以下に示す。
(実施例1)
25mm×75mm×1.1mm厚のITO透明電極(陽極)付きガラス基板(ジオマティック社製)をイソプロピルアルコール中で超音波洗浄を5分間行なった後、UVオゾン洗浄を30分間行なった。洗浄後の透明電極ライン付きガラス基板を真空蒸着装置の基板ホルダーに装着し、まず透明電極ラインが形成されている側の面上に前記透明電極を覆うようにして前記化合物HI−1を蒸着して膜厚5nmのHI−1膜を成膜し、正孔注入層を形成した。
次に、この正孔注入層上に、第1正孔輸送材料として前記化合物HT−1を蒸着して膜厚80nmのHT−1膜を成膜し、第1正孔輸送層を形成した。
次に、この第1正孔輸送層上に、前記化合物HT−2を蒸着して膜厚10nmのHT−2膜を成膜し、第2正孔輸送層を形成した。
さらに、このHT−2膜上に前記化合物BH−1と前記化合物BD−1とを24:1の質量比で共蒸着により成膜し、膜厚25nmの発光層を形成した。
この発光層の成膜に続けて、前記化合物(1)と8−キノリノラトリチウム(Liq)とを50:50の質量比で共蒸着により成膜し、膜厚25nmの電子輸送層を形成した。
この電子輸送層上にLiqを蒸着して、膜厚1nmの電子注入層を形成した。
この電子注入層上に金属Alを蒸着して、膜厚80nmの金属陰極を形成した。
このようにして、実施例1に係る有機EL素子を作製した。
実施例1の有機EL素子の素子構成を略式的に示すと、次のとおりである。
ITO(130)/HI-1(5)/HT-1(80)/HT-2(10)/BH-1:BD-1(25, 4%)/化合物(1):Liq(25, 50%)/Liq(1)/Al(80)
なお、括弧内の数字は、膜厚(単位:nm)を示す。また、同じく括弧内において、パーセント表示された数字は、発光層におけるBD-1の濃度(質量%)、または電子輸送層におけるLiqの濃度(質量%)を示す。
(実施例2)
実施例2の有機EL素子は、実施例1における化合物(1)の代わりに化合物(3)を用いたこと以外は、実施例1と同様にして有機EL素子を作製した。
(比較例1)
比較例1の有機EL素子は、実施例1における化合物(1)の代わりに前記化合物E−1を用いたこと以外は、実施例1同様にして有機EL素子を作製した。
前述の実施例および比較例において作製した有機EL素子について、下記方法に従って測定を行い、性能を評価した。結果を表2に示す。
(1)駆動電圧
電流密度が10mA/cmとなるように陽極(ITO透明電極)と金属陰極(金属Al)との間に通電したときの電圧(単位:V)を計測した。
(2)外部量子効率
電流密度が10mA/cmとなるように素子に電圧を印加した時の分光放射輝度スペクトルを分光放射輝度計「CS−1000」(コニカミノルタ株式会社製)で計測した。得られた上記分光放射輝度スペクトルから、ランバシアン放射を行なったと仮定し外部量子効率(10mA/cm時, 単位:%)を算出した。
最大輝度効率と10mA/cm時の輝度効率比を用いて、外部量子効率(10mA/cm時)から最大外部量子効率(EQE max.)を算出した。
(3)寿命
初期電流密度を50mA/cmに設定して直流の連続通電試験を行い、試験開始時の輝度に対して、輝度が90%まで減少する寿命(LT90)を測定した。
表2に示されているように、本発明の化合物(1)を用いた実施例1や化合物(3)を用いた実施例2の有機EL素子によれば、比較例1と比べて、駆動電圧を適度に保ちつつ、長寿命化を実現できたことが分かる。化合物(1)や化合物(3)は、表1に示されているように、比較例1で用いた化合物E−1よりも電子移動度が低い。そのため、電子輸送層から発光層に流入する電子の量が絞られ、発光層から正孔輸送層に漏れる電子の量が減り、正孔輸送材料の劣化が緩和されると考えられる。その結果、寿命が長くなったと考えられる。
(実施例3)
実施例3の有機EL素子は、実施例1における化合物(1)の代わりに化合物(4)を用いたこと以外は、実施例1と同様にして有機EL素子を作製した。
(実施例4)
実施例4の有機EL素子は、実施例1における化合物(1)の代わりに化合物(5)を用いたこと以外は、実施例1と同様にして有機EL素子を作製した。
(実施例5)
実施例5の有機EL素子は、実施例1における化合物(1)の代わりに化合物(6)を用いたこと以外は、実施例1と同様にして有機EL素子を作製した。
(実施例6)
実施例6の有機EL素子は、実施例1における化合物(1)の代わりに化合物(7)を用いたこと以外は、実施例1と同様にして有機EL素子を作製した。
(比較例2)
比較例2の有機EL素子は、実施例1における化合物(1)の代わりに前記化合物E−3を用いたこと以外は、実施例1同様にして有機EL素子を作製した。
実施例3〜6、並びに比較例2において作製した有機EL素子について、前記方法に従って測定を行い、性能を評価した。結果を表3に示す。
表3に示されているように、本発明の化合物(4),(5),(6)および(7)を用いた実施例3〜6の有機EL素子によれば、比較例1及び2と比べて、駆動電圧を適度に保ちつつ、長寿命化を実現できたことが分かる。
上記に本発明の実施形態及び/又は実施例を幾つか詳細に説明したが、当業者は、本発明の新規な教示及び効果から実質的に離れることなく、これら例示である実施形態及び/又は実施例に多くの変更を加えることが容易である。従って、これらの多くの変更は本発明の範囲に含まれる。
1…有機EL素子、2…基板、3…陽極、4…陰極、7…発光層、10…有機層、11…電子輸送帯域。

Claims (36)

  1. 下記一般式(100)で表される化合物。
    (前記一般式(100)において、
    、XおよびXは、それぞれ独立に、窒素原子、またはRが結合する炭素原子(CR)であり、
    Yは、酸素原子、硫黄原子、またはR31およびR32が結合するケイ素原子(SiR3132)であり、
    およびRは、それぞれ独立に、
    水素原子、
    置換もしくは無置換の炭素数1〜30のアルキル基、
    置換もしくは無置換の炭素数2〜30のアルケニル基、
    置換もしくは無置換の炭素数2〜30のアルキニル基、
    置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜30のアリール基、
    置換もしくは無置換の炭素数1〜30のアルコキシ基、
    置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜30のアリールオキシ基、
    置換もしくは無置換の炭素数1〜30のアルキルチオ基、
    置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜30のアリールチオ基、
    置換もしくは無置換のシリル基、
    シアノ基、および
    ハロゲン原子からなる群から選択され、
    11、R21、R22、R31およびR32は、それぞれ独立に、
    水素原子、
    置換もしくは無置換の炭素数1〜30のアルキル基、
    置換もしくは無置換の炭素数2〜30のアルケニル基、
    置換もしくは無置換の炭素数2〜30のアルキニル基、
    置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜30のアリール基、
    置換もしくは無置換の環形成原子数5〜30の複素環基、
    置換もしくは無置換の炭素数1〜30のアルコキシ基、
    置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜30のアリールオキシ基、
    置換もしくは無置換の炭素数1〜30のアルキルチオ基、
    置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜30のアリールチオ基、
    置換もしくは無置換のシリル基、
    シアノ基、および
    ハロゲン原子からなる群から選択され、
    は、単結合または連結基であり、Lにおける連結基は、
    置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜30の芳香族炭化水素基、
    置換もしくは無置換の環形成原子数5〜30の複素環基、
    置換もしくは無置換の炭素−炭素二重結合を有する炭素数2〜30の鎖状または分岐状の炭化水素基、および
    置換もしくは無置換の炭素−炭素三重結合を有する炭素数2〜30の鎖状または分岐状の炭化水素基からなる群から選択され、
    は、連結基であり、Lにおける連結基は、
    置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜30の芳香族炭化水素基からなる群から選択され、
    mは2以上の整数であり、複数のRは、同一でも異なっていてもよく、
    複数のRは、同一でも異なっていてもよく、
    とRとが結合して環構造が形成されていてもよく、
    pは0〜4の整数であり、pが2〜4の整数の場合、複数のR21は、同一でも異なっていてもよく、
    21同士が結合して環構造が形成されていてもよく、
    qは0〜3の整数であり、qが2又は3の場合、複数のR22は、同一でも異なっていてもよく、
    22同士が結合して環構造が形成されていてもよく、
    aは、1以上5以下の整数であり、aで括られたカッコ内の第一部分構造がLに複数個結合する場合、複数の前記第一部分構造は、同一でも異なっていてもよく、
    *は、aで括られたカッコ内の前記第一部分構造中のLとの結合部位を示し、
    bは、1以上5以下の整数であり、bで括られたカッコ内の第二部分構造がLに複数個結合する場合、複数の前記第二部分構造は、同一でも異なっていてもよい。)
  2. 下記一般式(1)で表される化合物。

    (前記一般式(1)において、
    、XおよびXは、それぞれ独立に、窒素原子、またはRが結合する炭素原子(CR)であり、
    Yは、酸素原子、硫黄原子、またはR31およびR32が結合するケイ素原子(SiR3132)であり、
    およびRは、それぞれ独立に、
    水素原子、
    置換もしくは無置換の炭素数1〜30のアルキル基、
    置換もしくは無置換の炭素数2〜30のアルケニル基、
    置換もしくは無置換の炭素数2〜30のアルキニル基、
    置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜30のアリール基、
    置換もしくは無置換の炭素数1〜30のアルコキシ基、
    置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜30のアリールオキシ基、
    置換もしくは無置換の炭素数1〜30のアルキルチオ基、
    置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜30のアリールチオ基、
    置換もしくは無置換のシリル基、
    シアノ基、および
    ハロゲン原子からなる群から選択され、
    11、R21、R22、R31およびR32は、それぞれ独立に、
    水素原子、
    置換もしくは無置換の炭素数1〜30のアルキル基、
    置換もしくは無置換の炭素数2〜30のアルケニル基、
    置換もしくは無置換の炭素数2〜30のアルキニル基、
    置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜30のアリール基、
    置換もしくは無置換の環形成原子数5〜30の複素環基、
    置換もしくは無置換の炭素数1〜30のアルコキシ基、
    置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜30のアリールオキシ基、
    置換もしくは無置換の炭素数1〜30のアルキルチオ基、
    置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜30のアリールチオ基、
    置換もしくは無置換のシリル基、
    シアノ基、および
    ハロゲン原子からなる群から選択され、
    は、単結合または連結基であり、Lにおける連結基は、
    置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜30の芳香族炭化水素基、
    置換もしくは無置換の環形成原子数5〜30の複素環基、
    置換もしくは無置換の炭素−炭素二重結合を有する炭素数2〜30の鎖状または分岐状の炭化水素基、および
    置換もしくは無置換の炭素−炭素三重結合を有する炭素数2〜30の鎖状または分岐状の炭化水素基からなる群から選択され、
    は、連結基であり、Lにおける連結基は、
    置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜30の芳香族炭化水素基からなる群から選択され、
    mは2以上の整数であり、複数のRは、同一でも異なっていてもよく、
    複数のRは、同一でも異なっていてもよく、
    とRとが結合して環構造が形成されていてもよく、
    pは0〜4の整数であり、pが2〜4の整数の場合、複数のR21は、同一でも異なっていてもよく、
    21同士が結合して環構造が形成されていてもよく、
    qは0〜3の整数であり、qが2又は3の場合、複数のR22は、同一でも異なっていてもよく、
    22同士が結合して環構造が形成されていてもよく、
    aは、1以上5以下の整数であり、aで括られたカッコ内の第一部分構造がLに複数個結合する場合、複数の前記第一部分構造は、同一でも異なっていてもよく、
    bは、1以上5以下の整数であり、bで括られたカッコ内の第二部分構造がLに複数個結合する場合、複数の前記第二部分構造は、同一でも異なっていてもよい。)
  3. 下記一般式(10)で表される、請求項2に記載の化合物。

    (前記一般式(10)において、X、X、X、Y、R、R、R11、R21、R22、R31、R32、L、L、m、p、q、a、およびbは、それぞれ前記一般式(1)におけるX、X、X、Y、R、R、R11、R21、R22、R31、R32、L、L、m、p、q、a、およびbと同義である。)
  4. 下記一般式(11)で表される、請求項2に記載の化合物。

    (前記一般式(11)において、X、X、X、Y、R、R、R11、R21、R22、R31、R32、L、L、m、p、q、a、およびbは、それぞれ前記一般式(1)におけるX、X、X、Y、R、R、R11、R21、R22、R31、R32、L、L、m、p、q、a、およびbと同義である。)
  5. とRとが結合して環構造が形成されていている、請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の化合物。
  6. 前記一般式(100)で表される化合物中の下記一般式(100c)で表される構造が、下記(100c−1)または下記一般式(100c−2)で表される、請求項1に記載の化合物。
    (前記一般式(100c−1)および一般式(100c−2)において、R、m、及びaは、それぞれ、前記一般式(100)におけるR、m、及びaと同義であり、複数のRが互いに結合して環構造が形成されていてもよい。)
  7. aおよびbが、それぞれ独立に、1または2である、請求項1から請求項6のいずれか一項に記載の化合物。
  8. aおよびbが、1である、請求項1から請求項6のいずれか一項に記載の化合物。
  9. aが1であり、bが2である、請求項1から請求項6のいずれか一項に記載の化合物。
  10. は、置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜18の芳香族炭化水素基からなる群から選択される、請求項1から請求項9のいずれか一項に記載の化合物。
  11. は、置換もしくは無置換のフェニレン基、置換もしくは無置換のナフチレン基、および置換もしくは無置換のビフェニルジイル基からなる群から選択される、請求項1から請求項9のいずれか一項に記載の化合物。
  12. は、置換もしくは無置換のフェニレン基である、請求項1から請求項9のいずれか一項に記載の化合物。
  13. 11、R21、R22、R31およびR32は、それぞれ独立に、水素原子、置換もしくは無置換の炭素数1〜30のアルキル基、置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜30のアリール基、置換もしくは無置換の環形成原子数5〜30の複素環基、置換もしくは無置換のシリル基、シアノ基、およびハロゲン原子からなる群から選択される、請求項1から請求項12のいずれか一項に記載の化合物。
  14. 11は、置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜30のアリール基である、請求項1から請求項13のいずれか一項に記載の化合物。
  15. 11は、置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜18のアリール基である、請求項1から請求項13のいずれか一項に記載の化合物。
  16. 11は、フェニル基、ビフェニル基、ターフェニル基、ナフチル基、アントリル基、フェナントリル基、フルオレニル基、ピレニル基、クリセニル基、フルオランテニル基、ベンゾ[a]アントリル基、ベンゾ[c]フェナントリル基、トリフェニレニル基、ベンゾ[k]フルオランテニル基、ベンゾ[g]クリセニル基、ベンゾ[b]トリフェニレニル基、ピセニル基、及びペリレニル基からなる群から選択されるいずれかの基であり、これらの基は、置換もしくは無置換である、請求項1から請求項13のいずれか一項に記載の化合物。
  17. 11は、置換もしくは無置換のフェニル基である、請求項1から請求項13のいずれか一項に記載の化合物。
  18. およびXは、Rが結合する炭素原子(CR)である、請求項1から請求項17のいずれか一項に記載の化合物。
  19. は、Rが結合する炭素原子(CR)である、請求項1から請求項18のいずれか一項に記載の化合物。
  20. は、窒素原子である、請求項1から請求項18のいずれか一項に記載の化合物。
  21. およびRは、それぞれ独立に、水素原子、置換もしくは無置換の炭素数1〜30のアルキル基、置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜30のアリール基、置換もしくは無置換のシリル基、シアノ基、およびハロゲン原子からなる群から選択される、請求項1から請求項20のいずれか一項に記載の化合物。
  22. 複数のRは、それぞれ独立に、置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜30のアリール基である、請求項1から請求項21のいずれか一項に記載の化合物。
  23. mは、0である、請求項1から請求項22のいずれか一項に記載の化合物。
  24. Yは、酸素原子または硫黄原子である、請求項1から請求項23のいずれか一項に記載の化合物。
  25. は、置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜30の芳香族炭化水素基である、請求項1から請求項24のいずれか一項に記載の化合物。
  26. は、置換もしくは無置換のフェニレン基、置換もしくは無置換のナフチレン基、および置換もしくは無置換のビフェニルジイル基からなる群から選択される、請求項1から請求項24のいずれか一項に記載の化合物。
  27. Yは、酸素原子または硫黄原子であり、
    及びLは、それぞれ独立に、置換もしくは無置換のフェニレン基、置換もしくは無置換のナフチレン基、および置換もしくは無置換のビフェニルジイル基からなる群から選択され、
    11は、フェニル基、ビフェニル基、ターフェニル基、ナフチル基、アントリル基、フェナントリル基、フルオレニル基、ピレニル基、クリセニル基、フルオランテニル基、ベンゾ[a]アントリル基、ベンゾ[c]フェナントリル基、トリフェニレニル基、ベンゾ[k]フルオランテニル基、ベンゾ[g]クリセニル基、ベンゾ[b]トリフェニレニル基、ピセニル基、及びペリレニル基からなる群から選択され、
    21及びR22は、それぞれ独立に、水素原子、置換もしくは無置換の炭素数1〜30のアルキル基、置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜30のアリール基、置換もしくは無置換の環形成原子数5〜30の複素環基、置換もしくは無置換のシリル基、シアノ基、およびハロゲン原子からなる群から選択され、並びに
    およびRは、それぞれ独立に、水素原子、置換もしくは無置換の炭素数1〜30のアルキル基、置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜30のアリール基、置換もしくは無置換のシリル基、シアノ基、およびハロゲン原子からなる群から選択される、請求項1から請求項9のいずれか一項に記載の化合物。
  28. が置換基を有する場合、その置換基は、炭素数1〜30のアルキル基、環形成炭素数6〜30のアリール基、炭素数1〜30のアルコキシ基、環形成炭素数6〜30のアリールオキシ基、炭素数1〜30のアルキルチオ基、環形成炭素数6〜30のアリールチオ基、炭素数3〜30のアルキルシリル基、環形成炭素数6〜30のアリールシリル基、シアノ基、およびハロゲン原子からなる群から選択される、請求項1から請求項27のいずれか一項に記載の化合物。
  29. 請求項1から請求項28のいずれか一項に記載の化合物を含む有機エレクトロルミネッセンス素子用材料。
  30. 陽極と、陰極と、発光層を含む1以上の有機層と、を有し、
    前記有機層のうち少なくともいずれかは、請求項1から請求項28のいずれか一項に記載の化合物を含む有機エレクトロルミネッセンス素子。
  31. 陽極と、陰極と、発光層および電子輸送帯域を含む有機層と、を有し、
    前記発光層は、前記陽極および前記陰極の間に設けられ、
    前記電子輸送帯域は、前記発光層および前記陰極の間に設けられ、
    前記電子輸送帯域は、請求項1から請求項28のいずれか一項に記載の化合物を含む有機エレクトロルミネッセンス素子。
  32. 前記電子輸送帯域は、さらに電子供与性ドーパントおよび有機金属錯体の少なくともいずれかを含有する、請求項31に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
  33. 前記電子供与性ドーパントおよび前記有機金属錯体は、アルカリ金属、アルカリ金属化合物、アルカリ土類金属、アルカリ土類金属化合物、希土類金属、希土類金属化合物、アルカリ金属を含む有機金属錯体、アルカリ土類金属を含む有機金属錯体、および希土類金属を含む有機金属錯体からなる群から選択される少なくとも1種である、請求項32に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
  34. 前記電子供与性ドーパントおよび前記有機金属錯体は、リチウム、リチウム化合物、およびリチウムを含む有機金属錯体からなる群から選択される少なくとも1種である、請求項32に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
  35. 前記電子輸送帯域は、さらに8−キノリノラトリチウムを含む、請求項31に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
  36. 請求項30から請求項35のいずれか一項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子を備える電子機器。
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