JP2015071619A - ベンゾピリドインドール誘導体および有機エレクトロルミネッセンス素子 - Google Patents
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Abstract
【課題】高効率、高耐久性の有機EL素子用の材料として、電子の注入・輸送性能に優れ、正孔阻止能力を有し、薄膜状態での安定性が高く、優れた特性を有する有機化合物を提供。【解決手段】下式で例示されるベンゾピリドインドール誘導体、および、該誘導体が少なくとも1つの有機層の構成材料として用いられる有機EL素子。【選択図】なし
Description
本発明は、有機エレクトロルミネッセンス素子に適した化合物と該素子に関し、詳しくはベンゾピリドインドール誘導体と、該誘導体を用いた有機エレクトロルミネッセンス素子に関する。
有機エレクトロルミネッセンス素子(以下、有機EL素子と呼ぶことがある。)は自己発光性素子であるため、液晶素子に比べて明るく視認性に優れ、鮮明な表示が可能である。そのため、活発な研究がなされてきた。
1987年にイーストマン・コダック社のC.W.Tangらは各種の役割を各材料に分担した積層構造素子を開発することにより、有機材料を用いた有機EL素子を実用的なものにした。彼らは電子を輸送することのできる蛍光体と正孔を輸送することのできる有機物とを積層し、両方の電荷を蛍光体の層の中に注入して発光させることにより、10V以下の電圧で1000cd/m2以上の高輝度を得た(特許文献1および特許文献2参照)。
現在まで、有機EL素子の実用化のために多くの改良がなされてきた。例えば、各種の役割をさらに細分化して、基板上に順次、陽極、正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電子輸送層、電子注入層、陰極を設けた電界発光素子によって高効率と耐久性が達成されている。
また、発光効率の更なる向上を目的として三重項励起子の利用が試みられ、燐光発光性化合物の利用が検討されている。
さらにまた、熱活性化遅延蛍光(TADF)による発光を利用する素子も開発されている。熱活性化遅延蛍光材料を用いた素子によって5.3%の外部量子効率が実現されている。
さらにまた、熱活性化遅延蛍光(TADF)による発光を利用する素子も開発されている。熱活性化遅延蛍光材料を用いた素子によって5.3%の外部量子効率が実現されている。
発光層は、一般的にホスト材料と称される電荷輸送性の化合物に、蛍光性化合物や燐光発光性化合物または遅延蛍光を放射する材料をドープして作製することもできる。有機EL素子における有機材料の選択は、その素子の効率や耐久性など諸特性に大きな影響を与える。
有機EL素子においては、両電極から注入された電荷が発光層で再結合して発光が得られるが、正孔、電子の両電荷を如何に効率良く発光層に受け渡すかが重要であり、電子注入性を高め、その移動度を大きくすることで、正孔と電子が再結合する確率を向上させ、更には発光層内で生成した励起子を閉じ込めることによって、高発光効率を得ることができる。そのため、電子輸送材料の果たす役割は重要であり、電子注入性が高く、電子の移動度が大きく、正孔阻止性が高く、さらには正孔に対する耐久性が高い電子輸送材料が求められている。
また、素子の寿命に関しては材料の耐熱性やアモルファス性も重要である。耐熱性が低い材料では、素子駆動時に生じる熱により、低い温度でも熱分解が起こり、材料が劣化する。アモルファス性が低い材料では、短い時間でも薄膜の結晶化が起こり、素子が劣化してしまう。そのため、使用する材料には耐熱性が高く、アモルファス性が良好な性質が求められる。
代表的な発光材料であるトリス(8−ヒドロキシキノリン)アルミニウム(以後、Alq3と略称する)は電子輸送材料としても一般的に用いられる。しかし、Alq3の仕事関数は5.8eVであり、正孔阻止性能があるとは言えない。
正孔の一部が発光層を通り抜けてしまうことを防ぎ、発光層での電荷再結合の確率を向上させる方策には、正孔阻止層を挿入する方法がある。正孔阻止材料としてはこれまでに、トリアゾール誘導体(特許文献3参照)やバソクプロイン(以後、BCPと略称する)、アルミニウムの混合配位子錯体{例えば、アルミニウム(III)ビス(2−メチル−8−キノリナート)−4−フェニルフェノレート(以後、BAlqと略称する)}などが提案されている。
また、正孔阻止性に優れた電子輸送材料として、3−(4−ビフェニリル)−4−フェニル−5−(4−t−ブチルフェニル)−1,2,4−トリアゾール(以後、TAZと略称する)が提案されている(特許文献3参照)。
TAZは仕事関数が6.6eVと大きく正孔阻止能力が高い。そのため、真空蒸着や塗布などによって作製される蛍光発光層や燐光発光層の、陰極側に積層する電子輸送性の正孔阻止層として使用されると、有機EL素子の高効率化に寄与する。
しかし、電子輸送性が低いことがTAZにおける大きな課題であり、より電子輸送性の高い電子輸送材料と組み合わせて、有機EL素子を作製する必要がある。
また、BCPも仕事関数が6.7eVと大きく正孔阻止能力が高い。しかし、ガラス転移点(Tg)が83℃と低いことから、薄膜の安定性に乏しく、正孔阻止層として十分に機能しているとは言えない。
即ち、いずれの材料も膜安定性が不足しているか、或いは正孔を阻止する機能が不十分である。有機EL素子の素子特性を改善させるために、電子の注入・輸送性能と正孔阻止能力に優れ、薄膜状態での安定性が高い有機化合物が求められている。
かかる欠点を改善した化合物として、ベンゾピリドインドール環構造を有する化合物が提案されている(特許文献4参照)。
しかしながら、特許文献4の化合物を電子注入層または/および電子輸送層に用いた素子では、発光効率などの改良はされているものの、まだ十分とはいえず、低駆動電圧化や、更なる高発光効率化、特に高電流効率化が求められている。
J.Chem.Soc.,Perkin Trans.1,1505(1999)
J.Org.Chem.,60,7508(1995)
Synth.Commun.,11,513(1981)
本発明の目的は、高効率、高耐久性の有機EL素子用の材料として、電子の注入・輸送性能に優れ、正孔阻止能力を有し、薄膜状態での安定性が高く、優れた特性を有する有機化合物を提供することである。
本発明の他の目的は、この化合物を用いて、高効率、低駆動電圧、高耐久性の有機EL素子を提供することである。
本発明者らは上記の目的を達成するために、ベンゾピリドインドール環構造が高い電子輸送能力を有していること、及び、耐熱性に優れていることに着目して、ベンゾピリドインドール環構造を有する化合物を設計して化学合成した。更に、該化合物を用いて種々の有機EL素子を試作し、素子の特性評価を鋭意行なった。その結果、本発明を完成するに至った。
本発明によれば、下記一般式(1)で表されるベンゾピリドインドール誘導体が提供される。
式中、
Aは、単結合または芳香族炭化水素の2価基、芳香族複素環の2価基もしくは縮
合多環芳香族の2価基を表し、
Ar1、Ar2は同一でも異なってもよく、芳香族炭化水素基、芳香族複素環基
または縮合多環芳香族基を表し、
R1〜R9は同一でも異なってもよく、水素原子、重水素原子、フッ素原子、塩
素原子、シアノ基、トリフルオロメチル基、炭素原子数1〜6のアルキル基、芳香
族炭化水素基、芳香族複素環基または縮合多環芳香族基を表し、
W、X、Y、Zは炭素原子または窒素原子を表し、
W、X、Y、Zはそのいずれか1つのみが窒素原子であり、該窒素原子はR1〜
R4の水素原子または置換基を有さない。
Aは、単結合または芳香族炭化水素の2価基、芳香族複素環の2価基もしくは縮
合多環芳香族の2価基を表し、
Ar1、Ar2は同一でも異なってもよく、芳香族炭化水素基、芳香族複素環基
または縮合多環芳香族基を表し、
R1〜R9は同一でも異なってもよく、水素原子、重水素原子、フッ素原子、塩
素原子、シアノ基、トリフルオロメチル基、炭素原子数1〜6のアルキル基、芳香
族炭化水素基、芳香族複素環基または縮合多環芳香族基を表し、
W、X、Y、Zは炭素原子または窒素原子を表し、
W、X、Y、Zはそのいずれか1つのみが窒素原子であり、該窒素原子はR1〜
R4の水素原子または置換基を有さない。
本発明のベンゾピリドインドール誘導体においては、
(A)下記一般式(1−1);
式中、
A、Ar1、Ar2、R1〜R9、W、X、Y、Zは前記一般式(1)に示した
意味と同じ意味を示す、
で表されるベンゾピリドインドール誘導体であること、
(B)Aが単結合であること、
(C)Aが、1個あるいは2個の環を有する芳香族炭化水素の2価基、またはナフタレンの2価基であること、
(D)Ar2が、3個以上の環を有する芳香族炭化水素基、または3環性以上の縮合多環芳香族基であること、
(E)Ar2が置換基を有するアントラセニル基であること、
が好ましい。
(A)下記一般式(1−1);
A、Ar1、Ar2、R1〜R9、W、X、Y、Zは前記一般式(1)に示した
意味と同じ意味を示す、
で表されるベンゾピリドインドール誘導体であること、
(B)Aが単結合であること、
(C)Aが、1個あるいは2個の環を有する芳香族炭化水素の2価基、またはナフタレンの2価基であること、
(D)Ar2が、3個以上の環を有する芳香族炭化水素基、または3環性以上の縮合多環芳香族基であること、
(E)Ar2が置換基を有するアントラセニル基であること、
が好ましい。
また、本発明によれば、一対の電極とその間に挟まれた少なくとも一層の有機層を有する有機EL素子において、前記ベンゾピリドインドール誘導体が、少なくとも1つの有機層の構成材料として用いられていることを特徴とする有機EL素子が提供される。
本発明の有機EL素子においては、前記有機層が電子輸送層、正孔阻止層、発光層または電子注入層であることが好ましい。
本発明のベンゾピリドインドール誘導体は、以下の物理的特性を有する。
(1)電子の注入特性が良い。
(2)電子の移動速度が速い。
(3)正孔阻止能力に優れる。
(4)薄膜状態が安定である。
(5)耐熱性に優れている。
(1)電子の注入特性が良い。
(2)電子の移動速度が速い。
(3)正孔阻止能力に優れる。
(4)薄膜状態が安定である。
(5)耐熱性に優れている。
また、本発明の有機EL素子は、以下の特性を具備する。
(6)発光効率および電力効率が高い。
(7)発光開始電圧が低い。
(8)実用駆動電圧が低い。
(9)耐久性が優れている。
(6)発光効率および電力効率が高い。
(7)発光開始電圧が低い。
(8)実用駆動電圧が低い。
(9)耐久性が優れている。
本発明のベンゾピリドインドール誘導体は、有機EL素子の電子注入層および/または電子輸送層の構成材料として使用することができる。従来の材料に比べて電子の注入・移動速度の高い本発明のベンゾピリドインドール誘導体を電子注入層および/または電子輸送層に用いることにより、以下の効果が得られる。
(a)電子輸送層から発光層への電子輸送効率が向上する。
(b)発光効率が向上する。
(c)駆動電圧が低下して、有機EL素子の耐久性が向上する。
(a)電子輸送層から発光層への電子輸送効率が向上する。
(b)発光効率が向上する。
(c)駆動電圧が低下して、有機EL素子の耐久性が向上する。
本発明のベンゾピリドインドール誘導体は、有機EL素子の正孔阻止層の構成材料としても使用することができる。優れた正孔阻止能力を有し、従来の材料に比べて電子輸送性に優れ、かつ薄膜状態の安定性が高い本発明のベンゾピリドインドール誘導体を正孔阻止層に用いることにより、以下の効果が得られる。
(d)高い発光効率を有する。
(e)駆動電圧が低下する。
(f)電流耐性が改善され、有機EL素子の最大発光輝度が向上する。
(d)高い発光効率を有する。
(e)駆動電圧が低下する。
(f)電流耐性が改善され、有機EL素子の最大発光輝度が向上する。
本発明のベンゾピリドインドール誘導体は、有機EL素子の発光層の構成材料としても使用することができる。従来の材料に比べて電子輸送性に優れ、かつバンドギャップの広い本発明のベンゾピリドインドール誘導体を発光層のホスト材料として用い、ドーパントと呼ばれる蛍光発光体や燐光発光体を担持させて、発光層を形成することにより、以下の効果が得られる。
(g)駆動電圧が低下する。
(h)発光効率が改善される。
(g)駆動電圧が低下する。
(h)発光効率が改善される。
即ち、本発明の有機EL素子は、従来の電子輸送材料より電子の注入性が高く、移動度が大きく、優れた正孔阻止能力を有し、正孔に対する安定性が高く、かつ薄膜状態が安定な、ベンゾピリドインドール誘導体を用いている。そのため、発光層内で生成した励起子を閉じ込めることができ、さらに正孔と電子が再結合する確率を向上させ、高発光効率を得ることができると共に、駆動電圧が低下して、高耐久性を実現することが可能である。
本発明の新規なベンゾピリドインドール誘導体は、下記一般式(1)で表され、基本骨格として、ベンゾピリドインドール環を有している。
上記一般式(1)で表されるベンゾピリドインドール誘導体においては、‐A‐Ar2がインドール環中のベンゼン環において、窒素原子に対してパラ位に結合していることが好ましく、かかる態様は下記一般式(1−1)で表される。
<A>
一般式(1)または(1−1)において、Aは、単結合または芳香族炭化水素の2価基、芳香族複素環の2価基もしくは縮合多環芳香族の2価基を表す。芳香族炭化水素、芳香族複素環または縮合多環芳香族としては、ベンゼン、ビフェニル、ターフェニル、テトラキスフェニル、スチレン、ナフタレン、アントラセン、アセナフチレン、フルオレン、フェナントレン、インダン、ピレン、トリフェニレン、フルオランテン、ベンゾフルオランテン、クリセン、ピリジン、ピリミジン、トリアジン、フラン、ピロール、チオフェン、キノリン、イソキノリン、ベンゾフラン、ベンゾチオフェン、インドリン、カルバゾール、カルボリン、ベンゾオキサゾール、ベンゾチアゾール、キノキサリン、ベンゾイミダゾール、ピラゾール、ジベンゾフラン、ジベンゾチオフェン、ナフチリジン、フェナントロリン、アクリジン、ビピリジン、フェニルピリジン等が挙げられる。
一般式(1)または(1−1)において、Aは、単結合または芳香族炭化水素の2価基、芳香族複素環の2価基もしくは縮合多環芳香族の2価基を表す。芳香族炭化水素、芳香族複素環または縮合多環芳香族としては、ベンゼン、ビフェニル、ターフェニル、テトラキスフェニル、スチレン、ナフタレン、アントラセン、アセナフチレン、フルオレン、フェナントレン、インダン、ピレン、トリフェニレン、フルオランテン、ベンゾフルオランテン、クリセン、ピリジン、ピリミジン、トリアジン、フラン、ピロール、チオフェン、キノリン、イソキノリン、ベンゾフラン、ベンゾチオフェン、インドリン、カルバゾール、カルボリン、ベンゾオキサゾール、ベンゾチアゾール、キノキサリン、ベンゾイミダゾール、ピラゾール、ジベンゾフラン、ジベンゾチオフェン、ナフチリジン、フェナントロリン、アクリジン、ビピリジン、フェニルピリジン等が挙げられる。
Aで表される芳香族炭化水素、芳香族複素環または縮合多環芳香族の2価基は、上記芳香族炭化水素、芳香族複素環または縮合多環芳香族から水素原子を2個取り除いてできる。尚、芳香族炭化水素は、縮合多環構造を有さない。一方、芳香族複素環は、縮合多環構造を有するものであってもよい。
Aで表される芳香族炭化水素、芳香族複素環または縮合多環芳香族の2価基は、置換基を有していてもよい。置換基としては、例えば以下のものを挙げることができる。
重水素原子;
シアノ基;
ニトロ基;
ハロゲン原子、例えばフッ素原子、塩素原子;
炭素原子数1〜6のアルキル基、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、イソブチル基、tert−ブチル基、n−ペンチ
ル基、イソペンチル基、ネオペンチル基、n−ヘキシル基;
炭素原子数1〜6のアルキルオキシ基、例えばメチルオキシ基、エチルオキシ基
、プロピルオキシ基;
アルケニル基、例えばアリル基;
アリールオキシ基、例えばフェニルオキシ基、トリルオキシ基;
アリールアルキルオキシ基、例えばベンジルオキシ基、フェネチルオキシ基;
芳香族炭化水素基または縮合多環芳香族基、例えばフェニル基、ビフェニリル基
、ターフェニリル基、ナフチル基、アントラセニル基、フェナントレニル基、フル
オレニル基、インデニル基、ピレニル基、ペリレニル基、フルオランテニル基、ト
リフェニレニル基、テトラキスフェニル基、スチリル基、アセナフテニル基、フェ
ニルナフチル基;
芳香族複素環基、例えばピリジル基、チエニル基、フリル基、ピロリル基、キノ
リル基、イソキノリル基、ベンゾフラニル基、ベンゾチエニル基、インドリル基、
カルバゾリル基、ベンゾオキサゾリル基、ベンゾチアゾリル基、キノキサリニル基
、ベンゾイミダゾリル基、ピラゾリル基、ジベンゾフラニル基、ジベンゾチエニル
基、カルボリニル基、トリアジニル基、ピリミジニル基、ナフチリジニル基、フェ
ナントロリニル基、アクリジニル基;
アリールビニル基、例えばスチリル基、ナフチルビニル基;
アシル基、例えばアセチル基、ベンゾイル基;
上述の置換基のうち、炭素原子数1〜6のアルキル基および炭素原子数1〜6のアルキルオキシ基は、直鎖状であっても分岐状であってもよい。
上述の置換基は、さらに上記の例示置換基で置換されていても良い。また、置換基同士が単結合、置換もしくは無置換のメチレン基、酸素原子または硫黄原子を介して互いに結合して環を形成していてもよい。
重水素原子;
シアノ基;
ニトロ基;
ハロゲン原子、例えばフッ素原子、塩素原子;
炭素原子数1〜6のアルキル基、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、イソブチル基、tert−ブチル基、n−ペンチ
ル基、イソペンチル基、ネオペンチル基、n−ヘキシル基;
炭素原子数1〜6のアルキルオキシ基、例えばメチルオキシ基、エチルオキシ基
、プロピルオキシ基;
アルケニル基、例えばアリル基;
アリールオキシ基、例えばフェニルオキシ基、トリルオキシ基;
アリールアルキルオキシ基、例えばベンジルオキシ基、フェネチルオキシ基;
芳香族炭化水素基または縮合多環芳香族基、例えばフェニル基、ビフェニリル基
、ターフェニリル基、ナフチル基、アントラセニル基、フェナントレニル基、フル
オレニル基、インデニル基、ピレニル基、ペリレニル基、フルオランテニル基、ト
リフェニレニル基、テトラキスフェニル基、スチリル基、アセナフテニル基、フェ
ニルナフチル基;
芳香族複素環基、例えばピリジル基、チエニル基、フリル基、ピロリル基、キノ
リル基、イソキノリル基、ベンゾフラニル基、ベンゾチエニル基、インドリル基、
カルバゾリル基、ベンゾオキサゾリル基、ベンゾチアゾリル基、キノキサリニル基
、ベンゾイミダゾリル基、ピラゾリル基、ジベンゾフラニル基、ジベンゾチエニル
基、カルボリニル基、トリアジニル基、ピリミジニル基、ナフチリジニル基、フェ
ナントロリニル基、アクリジニル基;
アリールビニル基、例えばスチリル基、ナフチルビニル基;
アシル基、例えばアセチル基、ベンゾイル基;
上述の置換基のうち、炭素原子数1〜6のアルキル基および炭素原子数1〜6のアルキルオキシ基は、直鎖状であっても分岐状であってもよい。
上述の置換基は、さらに上記の例示置換基で置換されていても良い。また、置換基同士が単結合、置換もしくは無置換のメチレン基、酸素原子または硫黄原子を介して互いに結合して環を形成していてもよい。
<Ar1、Ar2>
一般式(1)または(1−1)において、Ar1、Ar2は同一でも異なってもよく、芳香族炭化水素基、芳香族複素環基または縮合多環芳香族基を表す。
Ar1、Ar2で表される芳香族炭化水素基、芳香族複素環基または縮合多環芳香族基としては、フェニル基、ビフェニリル基、ターフェニリル基、テトラキスフェニル基、スチリル基、ナフチル基、アントラセニル基、アセナフテニル基、フェナントレニル基、トリフェニレニル基、フルオレニル基、インデニル基、ピレニル基、トリアジニル基、ピリジル基、ピリミジニル基、フリル基、ピロリル基、チエニル基、キノリル基、イソキノリル基、ベンゾフラニル基、ベンゾチエニル基、インドリル基、カルバゾリル基、ベンゾオキサゾリル基、ベンゾチアゾリル基、キノキサリニル基、ベンゾイミダゾリル基、ピラゾリル基、ジベンゾフラニル基、ジベンゾチエニル基、ナフチリジニル基、フェナントロリニル基、アクリジニル基、クリセニル基、フルオランテニル基、ベンゾフルオランテニル基等を挙げることができる。
一般式(1)または(1−1)において、Ar1、Ar2は同一でも異なってもよく、芳香族炭化水素基、芳香族複素環基または縮合多環芳香族基を表す。
Ar1、Ar2で表される芳香族炭化水素基、芳香族複素環基または縮合多環芳香族基としては、フェニル基、ビフェニリル基、ターフェニリル基、テトラキスフェニル基、スチリル基、ナフチル基、アントラセニル基、アセナフテニル基、フェナントレニル基、トリフェニレニル基、フルオレニル基、インデニル基、ピレニル基、トリアジニル基、ピリジル基、ピリミジニル基、フリル基、ピロリル基、チエニル基、キノリル基、イソキノリル基、ベンゾフラニル基、ベンゾチエニル基、インドリル基、カルバゾリル基、ベンゾオキサゾリル基、ベンゾチアゾリル基、キノキサリニル基、ベンゾイミダゾリル基、ピラゾリル基、ジベンゾフラニル基、ジベンゾチエニル基、ナフチリジニル基、フェナントロリニル基、アクリジニル基、クリセニル基、フルオランテニル基、ベンゾフルオランテニル基等を挙げることができる。
Ar1、Ar2で表される芳香族炭化水素基、芳香族複素環基または縮合多環芳香族基は置換基を有していてもよい。置換基としては、上記Aで表される芳香族炭化水素、芳香族複素環または縮合多環芳香族の2価基が有してもよい置換基として例示したものと同じものを挙げることができる。置換基がとりうる態様も同様である。
<R1〜R9>
一般式(1)または(1−1)において、R1〜R9は同一でも異なってもよく、水素原子、重水素原子、フッ素原子、塩素原子、シアノ基、トリフルオロメチル基、炭素原子数1〜6のアルキル基、芳香族炭化水素基、芳香族複素環基または縮合多環芳香族基を表す。
R1〜R9で表される炭素原子数1〜6のアルキル基としては、メチル基、エチル基、n−プロピル基、iso−プロピル基、n−ブチル基、2−メチルプロピル基、tert−ブチル基、n−ペンチル基、3−メチルブチル基、tert−ペンチル基、n−ヘキシル基、iso−ヘキシル基、tert−ヘキシル基等を挙げることができる。炭素原子数1〜6のアルキル基は、直鎖状であっても分岐状であってもよい。
一般式(1)または(1−1)において、R1〜R9は同一でも異なってもよく、水素原子、重水素原子、フッ素原子、塩素原子、シアノ基、トリフルオロメチル基、炭素原子数1〜6のアルキル基、芳香族炭化水素基、芳香族複素環基または縮合多環芳香族基を表す。
R1〜R9で表される炭素原子数1〜6のアルキル基としては、メチル基、エチル基、n−プロピル基、iso−プロピル基、n−ブチル基、2−メチルプロピル基、tert−ブチル基、n−ペンチル基、3−メチルブチル基、tert−ペンチル基、n−ヘキシル基、iso−ヘキシル基、tert−ヘキシル基等を挙げることができる。炭素原子数1〜6のアルキル基は、直鎖状であっても分岐状であってもよい。
R1〜R9で表される芳香族炭化水素基、芳香族複素環基または縮合多環芳香族基としては、上記Ar1、Ar2で表される芳香族炭化水素基、芳香族複素環基または縮合多環芳香族基で例示したものと同じものを挙げることができる。
R1〜R9で表される芳香族炭化水素基、芳香族複素環基または縮合多環芳香族基は置換基を有していてもよい。置換基としては、上記Aで表される芳香族炭化水素、芳香族複素環または縮合多環芳香族の2価基が有してもよい置換基として例示したものと同じものを挙げることができる。置換基がとりうる態様も同様である。
<W、X、Y、Z>
一般式(1)または(1−1)において、W、X、Y、Zは炭素原子または窒素原子を表し、W、X、Y、Zのいずれか1つのみが窒素原子(残りの3つが炭素原子)である。W、X、Y、Zのいずれか1つが窒素原子である場合、この窒素原子はR1〜R4の水素原子もしくは置換基を有さないものとする。即ち、Wが窒素原子である場合はR1が、Xが窒素原子である場合はR2が、Yが窒素原子である場合はR3が、Zが窒素原子である場合はR4が存在しない。
一般式(1)または(1−1)において、W、X、Y、Zは炭素原子または窒素原子を表し、W、X、Y、Zのいずれか1つのみが窒素原子(残りの3つが炭素原子)である。W、X、Y、Zのいずれか1つが窒素原子である場合、この窒素原子はR1〜R4の水素原子もしくは置換基を有さないものとする。即ち、Wが窒素原子である場合はR1が、Xが窒素原子である場合はR2が、Yが窒素原子である場合はR3が、Zが窒素原子である場合はR4が存在しない。
<好適な基>
一般式(1)または(1−1)で表される本発明のベンゾピリドインドール誘導体において、Aとしては、1個あるいは2個の環を有する芳香族炭化水素の2価基、1個あるいは2個の環を有する芳香族複素環の2価基、ナフタレンの2価基または単結合が好ましい。1個あるいは2個の環を有する芳香族炭化水素および1個あるいは2個の環を有する芳香族複素環としては、ベンゼン、ビフェニル、スチレン、インダン、ピリジン、ピリミジン、トリアジン、フラン、ピロール、チオフェン、キノリン、イソキノリン、ベンゾフラン、ベンゾチオフェン、インドリン、ベンゾオキサゾール、ベンゾチアゾール、キノキサリン、ベンゾイミダゾール、ピラゾール、ナフチリジン、ビピリジン、フェニルピリジン等が挙げられる。さらに、Aとしては、1個あるいは2個の環を有する芳香族炭化水素の2価基もしくはナフタレンの2価基または単結合が好ましく、ベンゼン、ビフェニルもしくはナフタレンから水素原子を2個取り除いてできる2価基または単結合がより好ましく、ベンゼンもしくはビフェニルから水素原子を2個取り除いてできる2価基または単結合が特に好ましい。
一般式(1)または(1−1)で表される本発明のベンゾピリドインドール誘導体において、Aとしては、1個あるいは2個の環を有する芳香族炭化水素の2価基、1個あるいは2個の環を有する芳香族複素環の2価基、ナフタレンの2価基または単結合が好ましい。1個あるいは2個の環を有する芳香族炭化水素および1個あるいは2個の環を有する芳香族複素環としては、ベンゼン、ビフェニル、スチレン、インダン、ピリジン、ピリミジン、トリアジン、フラン、ピロール、チオフェン、キノリン、イソキノリン、ベンゾフラン、ベンゾチオフェン、インドリン、ベンゾオキサゾール、ベンゾチアゾール、キノキサリン、ベンゾイミダゾール、ピラゾール、ナフチリジン、ビピリジン、フェニルピリジン等が挙げられる。さらに、Aとしては、1個あるいは2個の環を有する芳香族炭化水素の2価基もしくはナフタレンの2価基または単結合が好ましく、ベンゼン、ビフェニルもしくはナフタレンから水素原子を2個取り除いてできる2価基または単結合がより好ましく、ベンゼンもしくはビフェニルから水素原子を2個取り除いてできる2価基または単結合が特に好ましい。
Ar1としては、芳香族炭化水素基、縮合多環芳香族基、ジベンゾチエニル基などの含硫黄芳香族複素環、またはジベンゾフラニル基などの含酸素芳香族複素環が好ましく、化合物のバイポーラ性の観点から、フェニル基がより好ましく、無置換のフェニル基が特に好ましい。
Ar2としては、3個以上の環を有する芳香族炭化水素基、3個以上の環を有する芳香族複素環基または3環性以上の縮合多環芳香族基が好ましい。3個以上の環を有する芳香族炭化水素基、3個以上の環を有する芳香族複素環基または3環性以上の縮合多環芳香族基としては、ターフェニリル基、テトラキスフェニル基、アントラセニル基、アセナフテニル基、フェナントレニル基、トリフェニレニル基、フルオレニル基、ピレニル基、カルバゾリル基、ジベンゾフラニル基、ジベンゾチエニル基、フェナントロリニル基、アクリジニル基、クリセニル基、フルオランテニル基、ベンゾフルオランテニル基等を挙げることができる。
更に、Ar2は、ベンゾピリドインドール誘導体に電荷の偏りを付与するという観点から、3個以上の環を有する芳香族炭化水素基もしくは3環性以上の縮合多環芳香族基またはジベンゾチエニル基、カルバゾリル基、フェナントロリニル基、ジベンゾフラニル基が好ましく、3個以上の環を有する芳香族炭化水素基または3環性以上の縮合多環芳香族基がより好ましく、アントラセニル基が特に好ましい。アントラセニル基は、無置換でも置換基を有していてもよいが、置換基を有する方が好ましい。
更に、Ar2は、ベンゾピリドインドール誘導体に電荷の偏りを付与するという観点から、3個以上の環を有する芳香族炭化水素基もしくは3環性以上の縮合多環芳香族基またはジベンゾチエニル基、カルバゾリル基、フェナントロリニル基、ジベンゾフラニル基が好ましく、3個以上の環を有する芳香族炭化水素基または3環性以上の縮合多環芳香族基がより好ましく、アントラセニル基が特に好ましい。アントラセニル基は、無置換でも置換基を有していてもよいが、置換基を有する方が好ましい。
Ar2が有していてもよい置換基としては、芳香族炭化水素基もしくは縮合多環芳香族基または芳香族複素環基、例えばフェニル基、ビフェニリル基、ターフェニリル基、テトラキスフェニル基、スチリル基、ナフチル基、アントラセニル基、アセナフテニル基、フェナントレニル基、フルオレニル基、インデニル基、ピレニル基、ピリジル基、トリアジニル基、ピリミジニル基、フリル基、ピロリル基、チエニル基、キノリル基、イソキノリル基、ベンゾフラニル基、ベンゾチエニル基、インドリル基、カルバゾリル基、ベンゾオキサゾリル基、ベンゾチアゾリル基、キノキサリニル基、ベンゾイミダゾリル基、ピラゾリル基、ジベンゾフラニル基、ジベンゾチエニル基、ナフチリジニル基、フェナントロリニル基またはアクリジニル基が好ましく、フェニル基、ビフェニリル基、ナフチル基、フェナントレニル基、フルオレニル基、ピリジル基、トリアジニル基、ピリミジニル基、キノリル基、イソキノリル基、ジベンゾフラニル基、ジベンジチエニル基がより好ましく、ベンゾピリドインドール誘導体に電荷の偏りを付与するという観点から、フェニル基、ナフチル基が特に好ましい。
R1〜R9は、炭素原子数1〜6のアルキル基または水素原子が好ましく、全て水素原子であることが特に好ましい。合成がしやすいからである。
W、X、Y、Zのうち、Yが窒素原子であることが好ましい。
上述の好適なA、Ar1、Ar2、R1〜R9、W、X、Y、Zで表される基からわかるように、本発明のベンゾピリドインドール誘導体としては、片側に窒素原子を複数有する構造を有し、もう片方の側には炭素原子と水素原子のみからなる構造を有する誘導体、即ち、非対称な構造を有する誘導体が特に好ましい。かかる誘導体においては電荷に偏りが生じるので、かかる誘導体を用いて有機EL素子中の有機層、特に電子輸送層、正孔阻止層または電子注入層を形成すると、得られた有機EL素子は優れた特性を発揮する。
<製造方法>
本発明のベンゾピリドインドール誘導体は、例えば、以下の製造方法により合成できる。即ち、目的とするベンゾピリドインドール誘導体が有するR1〜R9に対応する構造を有するベンゾピリドインドール誘導体(以下、「R1〜R9を有するベンゾピリドインドール誘導体」と呼ぶことがある。)を用意し、かかるベンゾピリドインドール誘導体の11位をアリール基で置換し、続いて5位をブロモ化し、続いて、得られたブロモ置換体と、目的のベンゾピリドインドール誘導体が有する−A−Ar2に対応する構造を有するボロン酸またはボロン酸エステルとのsuzukiカップリング等のクロスカップリング反応を行うことによって、合成できる。
R1〜R9を有するベンゾピリドインドール誘導体は、例えば、目的とするベンゾピリドインドール誘導体が有するR1〜R9に対応する構造を有するハロゲノナフチルアミノピリジンに対し、パラジウム触媒による環化反応を行うことで、合成することができる(非特許文献1参照)。
11位のアリール化は、例えば、R1〜R9を有するベンゾピリドインドール誘導体と、種々の芳香族炭化水素化合物、縮合多環芳香族化合物または芳香族複素環化合物のハライドとのUllmann反応やBuchward−Hartwig反応などの縮合反応により、行うことができる。
5位のブロモ化は、例えば、11位がアリール基で置換されたベンゾピリドインドール誘導体と、N−ブロモスクシンイミド等とを反応させることにより、行うことができる。ブロモ化の試薬、条件を変更することによって、置換位置の異なるブロモ置換体を得ることができる。
Suzukiカップリングなどのクロスカップリング反応に用いられるボロン酸またはボロン酸エステルは、既知の方法によって合成することができる(非特許文献2参照)。Suzukiカップリングなどのクロスカップリング反応の具体的な条件および工程は、非特許文献3に開示されている。
本発明のベンゾピリドインドール誘導体は、例えば、以下の製造方法により合成できる。即ち、目的とするベンゾピリドインドール誘導体が有するR1〜R9に対応する構造を有するベンゾピリドインドール誘導体(以下、「R1〜R9を有するベンゾピリドインドール誘導体」と呼ぶことがある。)を用意し、かかるベンゾピリドインドール誘導体の11位をアリール基で置換し、続いて5位をブロモ化し、続いて、得られたブロモ置換体と、目的のベンゾピリドインドール誘導体が有する−A−Ar2に対応する構造を有するボロン酸またはボロン酸エステルとのsuzukiカップリング等のクロスカップリング反応を行うことによって、合成できる。
R1〜R9を有するベンゾピリドインドール誘導体は、例えば、目的とするベンゾピリドインドール誘導体が有するR1〜R9に対応する構造を有するハロゲノナフチルアミノピリジンに対し、パラジウム触媒による環化反応を行うことで、合成することができる(非特許文献1参照)。
11位のアリール化は、例えば、R1〜R9を有するベンゾピリドインドール誘導体と、種々の芳香族炭化水素化合物、縮合多環芳香族化合物または芳香族複素環化合物のハライドとのUllmann反応やBuchward−Hartwig反応などの縮合反応により、行うことができる。
5位のブロモ化は、例えば、11位がアリール基で置換されたベンゾピリドインドール誘導体と、N−ブロモスクシンイミド等とを反応させることにより、行うことができる。ブロモ化の試薬、条件を変更することによって、置換位置の異なるブロモ置換体を得ることができる。
Suzukiカップリングなどのクロスカップリング反応に用いられるボロン酸またはボロン酸エステルは、既知の方法によって合成することができる(非特許文献2参照)。Suzukiカップリングなどのクロスカップリング反応の具体的な条件および工程は、非特許文献3に開示されている。
得られた化合物の精製はカラムクロマトグラフによる精製、シリカゲル、活性炭、活性白土等による吸着精製、溶媒による再結晶や晶析法、昇華精製法などによって行うことができる。化合物の同定は、NMR分析によって行なうことができる。物性値として、融点、ガラス転移点(Tg)と仕事関数の測定を行うことができる。
融点は、蒸着性の指標となる。ガラス転移点(Tg)は、薄膜状態の安定性の指標となる。融点とガラス転移点は、粉体を用いて高感度示差走査熱量計(ブルカー・エイエックスエス製、DSC3100S)によって測定することができる。
仕事関数は、正孔阻止能力の指標となる。仕事関数は、ITO基板の上に100nmの薄膜を作製して、イオン化ポテンシャル測定装置(住友重機械工業株式会社製、PYS−202型)を用いて測定することができる。
本発明のベンゾピリドインドール誘導体の中で、好ましい化合物の具体例を以下に示すが、本発明は、これらの化合物に限定されるものではない。尚、化合物1は欠番である。
Y=窒素原子
Y=窒素原子
Y=窒素原子
Y=窒素原子
Y=窒素原子
Y=窒素原子
Y=窒素原子
Y=窒素原子
Y=窒素原子
Y=窒素原子
Y=窒素原子
Y=窒素原子
Y=窒素原子
Y=窒素原子
Y=窒素原子
Y=窒素原子
Y=窒素原子
Y=窒素原子
Y=窒素原子
Y=窒素原子
Y=窒素原子
Y=窒素原子
Y=窒素原子
Y=窒素原子
Y=窒素原子
Y=窒素原子
Y=窒素原子
Y=窒素原子
Y=窒素原子
Y=窒素原子
Y=窒素原子
Y=窒素原子
Y=窒素原子
Y=窒素原子
Y=窒素原子
Y=窒素原子
Y=窒素原子
Y=窒素原子
Y=窒素原子
Y=窒素原子
Y=窒素原子
Y=窒素原子
Y=窒素原子
Y=窒素原子
Y=窒素原子
Y=窒素原子
Y=窒素原子
Z=窒素原子
Y=窒素原子
Y=窒素原子
Y=窒素原子
<有機EL素子>
上述した本発明のベンゾピリドインドール誘導体を用いて形成される有機層を備えた有機EL素子(以下、本発明の有機EL素子と呼ぶことがある。)は、例えば図3に示す層構造をしている。即ち、本発明の有機EL素子においては、例えば、基板1上に順次、透明陽極2、正孔注入層3、正孔輸送層4、発光層5、正孔阻止層6、電子輸送層7、電子注入層8、陰極9が設けられている。本発明の有機EL素子は、かかる構造に限定されるものではなく、例えば、発光層5と正孔輸送層4の間に電子阻止層(図示せず)を設けてもよい。これらの多層構造においては有機層を何層か省略することができ、例えば、陽極2と正孔輸送層4の間の正孔注入層3や、発光層5と電子輸送層7の間の正孔阻止層6、電子輸送層7と陰極9の間の電子注入層8を省略し、基板1上に順次、陽極2、正孔輸送層4、発光層5、電子輸送層7、陰極9を有する構成とすることもできる。
上述した本発明のベンゾピリドインドール誘導体を用いて形成される有機層を備えた有機EL素子(以下、本発明の有機EL素子と呼ぶことがある。)は、例えば図3に示す層構造をしている。即ち、本発明の有機EL素子においては、例えば、基板1上に順次、透明陽極2、正孔注入層3、正孔輸送層4、発光層5、正孔阻止層6、電子輸送層7、電子注入層8、陰極9が設けられている。本発明の有機EL素子は、かかる構造に限定されるものではなく、例えば、発光層5と正孔輸送層4の間に電子阻止層(図示せず)を設けてもよい。これらの多層構造においては有機層を何層か省略することができ、例えば、陽極2と正孔輸送層4の間の正孔注入層3や、発光層5と電子輸送層7の間の正孔阻止層6、電子輸送層7と陰極9の間の電子注入層8を省略し、基板1上に順次、陽極2、正孔輸送層4、発光層5、電子輸送層7、陰極9を有する構成とすることもできる。
陽極2は、それ自体公知の電極材料で構成されてよく、例えばITOや金のような仕事関数の大きな電極材料が用いられる。
正孔注入層3は、従来公知の正孔注入材料を用いて形成することができる。従来公知の正孔注入材料としては、例えば以下のものが挙げられる。
銅フタロシアニンに代表されるポルフィリン化合物;
スターバースト型のトリフェニルアミン誘導体;
トリフェニルアミン3量体および4量体、例えばトリフェニルアミン構造を3個以
上、単結合またはヘテロ原子を含まない2価基で連結した構造を分子中に有するアリ
ールアミン化合物;
アクセプター性の複素環化合物、例えばヘキサシアノアザトリフェニレン;
塗布型の高分子材料;
銅フタロシアニンに代表されるポルフィリン化合物;
スターバースト型のトリフェニルアミン誘導体;
トリフェニルアミン3量体および4量体、例えばトリフェニルアミン構造を3個以
上、単結合またはヘテロ原子を含まない2価基で連結した構造を分子中に有するアリ
ールアミン化合物;
アクセプター性の複素環化合物、例えばヘキサシアノアザトリフェニレン;
塗布型の高分子材料;
正孔注入層(薄膜)は、蒸着法の他、スピンコート法やインクジェット法などの公知の方法によって形成することができる。以下に述べる各種の層も同様に、蒸着やスピンコート、インクジェットなどの公知の方法により成膜することができる。
正孔輸送層4は、従来公知の正孔輸送材料を用いて形成することができる。従来公知の正孔輸送材料としては、例えば以下のものが挙げられる。
ベンジジン誘導体、例えば
N,N’−ジフェニル−N,N’−ジ(m−トリル)−ベンジジン(以後、TP
Dと略称する)、
N,N’−ジフェニル−N,N’−ジ(α−ナフチル)−ベンジジン(以後、N
PDと略称する)、
N,N,N’,N’−テトラビフェニリルベンジジン;
1,1−ビス[(ジ−4−トリルアミノ)フェニル]シクロヘキサン(以後、TA
PCと略称する);
種々のトリフェニルアミン3量体および4量体;
上述の正孔輸送材料は、単独で成膜に用いられてもよいが、他の材料と混合して成膜してもよい。また、上記材料を1種または複数種用いて複数の層を形成し、このような層が積層された多層膜を正孔輸送層としてもよい。
ベンジジン誘導体、例えば
N,N’−ジフェニル−N,N’−ジ(m−トリル)−ベンジジン(以後、TP
Dと略称する)、
N,N’−ジフェニル−N,N’−ジ(α−ナフチル)−ベンジジン(以後、N
PDと略称する)、
N,N,N’,N’−テトラビフェニリルベンジジン;
1,1−ビス[(ジ−4−トリルアミノ)フェニル]シクロヘキサン(以後、TA
PCと略称する);
種々のトリフェニルアミン3量体および4量体;
上述の正孔輸送材料は、単独で成膜に用いられてもよいが、他の材料と混合して成膜してもよい。また、上記材料を1種または複数種用いて複数の層を形成し、このような層が積層された多層膜を正孔輸送層としてもよい。
また、本発明においては、正孔注入層3と正孔輸送層4とを兼ねた層を形成することもできる。このような正孔注入・輸送層は、ポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)(以後、PEDOTと略称する)/ポリ(スチレンスルフォネート)(以後、PSSと略称する)などの塗布型の高分子材料を用いて形成することができる。
また、正孔注入層3(正孔輸送層4も同様)を形成する際には、該層に通常使用される材料に加えて、更に、トリスブロモフェニルアミンヘキサクロルアンチモンなどをPドーピングしたものや、TPDなどのベンジジン誘導体の構造をその部分構造に有する高分子化合物などを用いることもできる。
図示されていない電子阻止層は、公知の電子阻止性化合物を用いて形成することができる。公知の電子阻止性化合物として、例えば以下のものを挙げることができる。
カルバゾール誘導体、例えば
4,4’,4’’−トリ(N−カルバゾリル)トリフェニルアミン(以後、TC
TAと略称する)、
9,9−ビス[4−(カルバゾール−9−イル)フェニル]フルオレン、
1,3−ビス(カルバゾール−9−イル)ベンゼン(以後、mCPと略称する)
、
2,2−ビス(4−カルバゾール−9−イルフェニル)アダマンタン(以後、A
d−Czと略称する);
トリフェニルシリル基とトリアリールアミン構造を有する化合物、例えば
9−[4−(カルバゾール−9−イル)フェニル]−9−[4−(トリフェニル
シリル)フェニル]−9H−フルオレン;
電子阻止層は、上述の公知の材料を1種又は複数種用いて形成されうる。また、これらの材料を1種或いは複数種用いて複数の層を形成し、このような層が積層された多層膜を電子阻止層とすることもできる。
カルバゾール誘導体、例えば
4,4’,4’’−トリ(N−カルバゾリル)トリフェニルアミン(以後、TC
TAと略称する)、
9,9−ビス[4−(カルバゾール−9−イル)フェニル]フルオレン、
1,3−ビス(カルバゾール−9−イル)ベンゼン(以後、mCPと略称する)
、
2,2−ビス(4−カルバゾール−9−イルフェニル)アダマンタン(以後、A
d−Czと略称する);
トリフェニルシリル基とトリアリールアミン構造を有する化合物、例えば
9−[4−(カルバゾール−9−イル)フェニル]−9−[4−(トリフェニル
シリル)フェニル]−9H−フルオレン;
電子阻止層は、上述の公知の材料を1種又は複数種用いて形成されうる。また、これらの材料を1種或いは複数種用いて複数の層を形成し、このような層が積層された多層膜を電子阻止層とすることもできる。
発光層5は、本発明のベンゾピリドインドール誘導体のほか、例えば以下の発光材料を用いて形成することができる。
Alq3をはじめとするキノリノール誘導体の金属錯体;
各種の金属錯体;
アントラセン誘導体;
ビススチリルベンゼン誘導体;
ピレン誘導体;
オキサゾール誘導体;
ポリパラフェニレンビニレン誘導体;
Alq3をはじめとするキノリノール誘導体の金属錯体;
各種の金属錯体;
アントラセン誘導体;
ビススチリルベンゼン誘導体;
ピレン誘導体;
オキサゾール誘導体;
ポリパラフェニレンビニレン誘導体;
発光層5は、ホスト材料とドーパント材料とで構成しても良い。
ホスト材料としては、本発明のベンゾピリドインドール誘導体および前記発光材料に加え、チアゾール誘導体、ベンズイミダゾール誘導体、ポリジアルキルフルオレン誘導体などを用いることができる。
ドーパント材料としては、キナクリドン、クマリン、ルブレン、ペリレンおよびそれらの誘導体;ベンゾピラン誘導体;ローダミン誘導体;アミノスチリル誘導体;などを用いることができる。
ホスト材料としては、本発明のベンゾピリドインドール誘導体および前記発光材料に加え、チアゾール誘導体、ベンズイミダゾール誘導体、ポリジアルキルフルオレン誘導体などを用いることができる。
ドーパント材料としては、キナクリドン、クマリン、ルブレン、ペリレンおよびそれらの誘導体;ベンゾピラン誘導体;ローダミン誘導体;アミノスチリル誘導体;などを用いることができる。
発光層5も、1種あるいは2種以上の発光材料を用いて形成することができる。また、発光層5は、単層構成とすることもできるし、複数の層を積層した多層構造とすることもできる。
さらに、発光材料として燐光性の発光材料を使用することも可能である。燐光性の発光材料としては、イリジウムや白金等の金属錯体の燐光発光体を使用することができる。具体的には、Ir(ppy)3などの緑色の燐光発光体;FIrpic、FIr6等の青色の燐光発光体;Btp2Ir(acac)等の赤色の燐光発光体;などを用いることができる。これらの燐光発光体は、正孔注入・輸送性のホスト材料や電子輸送性のホスト材料にドープして使用することができる。正孔注入・輸送性のホスト材料としては、本発明のベンゾピリドインドール誘導体に加え、
カルバゾール誘導体、例えば4,4’−ジ(N−カルバゾリル)ビフェニル(以後
、CBPと略称する);
TCTA;
mCP;
等を用いることができる。電子輸送性のホスト材料としては、例えば以下のものが挙げられる。
p−ビス(トリフェニルシリル)ベンゼン(以後、UGH2と略称する);
2,2’,2’’−(1,3,5−フェニレン)−トリス(1−フェニル−1H
−ベンズイミダゾール)(以後、TPBIと略称する);
これらを用いることで、高性能の有機EL素子を作製することができる。
カルバゾール誘導体、例えば4,4’−ジ(N−カルバゾリル)ビフェニル(以後
、CBPと略称する);
TCTA;
mCP;
等を用いることができる。電子輸送性のホスト材料としては、例えば以下のものが挙げられる。
p−ビス(トリフェニルシリル)ベンゼン(以後、UGH2と略称する);
2,2’,2’’−(1,3,5−フェニレン)−トリス(1−フェニル−1H
−ベンズイミダゾール)(以後、TPBIと略称する);
これらを用いることで、高性能の有機EL素子を作製することができる。
燐光性の発光材料のホスト材料へのドープは、濃度消光を避けるため、発光層全体に対して1〜30重量パーセントの範囲で、共蒸着によって行うことが好ましい。
また、発光材料としてPIC−TRZ、CC2TA、PXZ−TRZ、4CzIPNなどのCDCB誘導体などの遅延蛍光を放射する材料を使用することも可能である。
正孔阻止層6は、本発明のベンゾピリドインドール誘導体のほか、正孔阻止性を有する公知の化合物を用いて形成することができる。正孔阻止性を有する公知の化合物としては、例えば以下のものを挙げることができる。
フェナントロリン誘導体、例えばバソクプロイン(以後、BCPと略称する);
キノリノール誘導体の金属錯体、例えばBAlq;
各種の希土類錯体;
オキサゾール誘導体;
トリアゾール誘導体;
トリアジン誘導体;
正孔阻止層も、単層或いは多層の積層構造とすることができ、各層は、本発明のベンゾピリドインドール誘導体や上述した正孔阻止作用を有する化合物の1種或いは2種以上を用いて成膜される。
フェナントロリン誘導体、例えばバソクプロイン(以後、BCPと略称する);
キノリノール誘導体の金属錯体、例えばBAlq;
各種の希土類錯体;
オキサゾール誘導体;
トリアゾール誘導体;
トリアジン誘導体;
正孔阻止層も、単層或いは多層の積層構造とすることができ、各層は、本発明のベンゾピリドインドール誘導体や上述した正孔阻止作用を有する化合物の1種或いは2種以上を用いて成膜される。
本発明のベンゾピリドインドール誘導体および上記の正孔阻止性を有する公知の材料は、以下に述べる電子輸送層7の形成にも使用することができる。即ち、本発明のベンゾピリドインドール誘導体または上記の正孔阻止性を有する公知の材料を用いることにより、正孔阻止層6兼電子輸送層7である層を形成することができる。
電子輸送層7は、本発明のベンゾピリドインドール誘導体のほか、電子輸送性を有する公知の化合物を用いて形成される。電子輸送性を有する公知の化合物としては、例えば以下のものを挙げることができる。
Alq3、BAlqをはじめとするキノリノール誘導体の金属錯体;
各種金属錯体;
トリアゾール誘導体;
トリアジン誘導体;
オキサジアゾール誘導体;
ピリジン誘導体;
ピリミジン誘導体;
ベンズイミダゾール誘導体;
チアジアゾール誘導体;
アントラセン誘導体;
カルボジイミド誘導体;
キノキサリン誘導体;
ピリドインドール誘導体;
フェナントロリン誘導体;
シロール誘導体;
電子輸送層も、単層或いは多層の積層構造とすることができ、各層は、本発明のベンゾピリドインドール誘導体や上述した電子輸送作用を有する化合物の1種或いは2種以上を用いて製膜される。
Alq3、BAlqをはじめとするキノリノール誘導体の金属錯体;
各種金属錯体;
トリアゾール誘導体;
トリアジン誘導体;
オキサジアゾール誘導体;
ピリジン誘導体;
ピリミジン誘導体;
ベンズイミダゾール誘導体;
チアジアゾール誘導体;
アントラセン誘導体;
カルボジイミド誘導体;
キノキサリン誘導体;
ピリドインドール誘導体;
フェナントロリン誘導体;
シロール誘導体;
電子輸送層も、単層或いは多層の積層構造とすることができ、各層は、本発明のベンゾピリドインドール誘導体や上述した電子輸送作用を有する化合物の1種或いは2種以上を用いて製膜される。
電子注入層8も、本発明のベンゾピリドインドール誘導体のほか、それ自体公知の材料、例えば以下のものを用いて形成することができる。
フッ化リチウム、フッ化セシウムなどのアルカリ金属塩;
フッ化マグネシウムなどのアルカリ土類金属塩;
リチウムキノリノールなどのキノリノール誘導体の金属錯体;
酸化アルミニウムなどの金属酸化物;
電子注入層は、電子輸送層と陰極の好ましい選択においては、省略することができる。
フッ化リチウム、フッ化セシウムなどのアルカリ金属塩;
フッ化マグネシウムなどのアルカリ土類金属塩;
リチウムキノリノールなどのキノリノール誘導体の金属錯体;
酸化アルミニウムなどの金属酸化物;
電子注入層は、電子輸送層と陰極の好ましい選択においては、省略することができる。
さらに、電子注入層8あるいは電子輸送層7において、該層に通常使用される材料に対し、さらにセシウムなどの金属をNドーピングしたものを用いることができる。
陰極9には、アルミニウムのような仕事関数の低い電極材料や、マグネシウム銀合金、マグネシウムインジウム合金、アルミニウムマグネシウム合金のような、より仕事関数の低い合金が電極材料として用いられる。
本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。
<実施例1:化合物3の合成>
5−{9,10−ジ(ナフタレン−2−イル)アントラセン−2−イル}−11−フェニル−11H−ベンゾ[g]ピリド[4,3−b]インドールの合成;
A=単結合
Y=窒素原子
窒素置換した反応容器に、
5−ブロモ−11−フェニル−11H−ベンゾ[g]ピリド[4,3−b]イン
ドール 4.0g、
9,10−ジ(ナフタレン−2−イル)アントラセン−2−イルボロン酸
5.6g、
テトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム 0.6g、
2M炭酸カリウム水溶液 15ml、
トルエン 60ml及び
エタノール 15ml
を加えて加熱し、還流下で8.5時間撹拌した。室温まで冷却し、メタノール30ml、水30mlを加えて攪拌し、析出する粗製物をろ過によって採取した。粗製物をカラムクロマトグラフ(担体:NHシリカゲル、溶離液:トルエン)によって精製し、5−{9,10−ジ(ナフタレン−2−イル)アントラセン−2−イル}−11−フェニル−11H−ベンゾ[g]ピリド[4,3−b]インドール(化合物3)の黄色粉体4.8g(収率62%)を得た。
5−{9,10−ジ(ナフタレン−2−イル)アントラセン−2−イル}−11−フェニル−11H−ベンゾ[g]ピリド[4,3−b]インドールの合成;
Y=窒素原子
窒素置換した反応容器に、
5−ブロモ−11−フェニル−11H−ベンゾ[g]ピリド[4,3−b]イン
ドール 4.0g、
9,10−ジ(ナフタレン−2−イル)アントラセン−2−イルボロン酸
5.6g、
テトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム 0.6g、
2M炭酸カリウム水溶液 15ml、
トルエン 60ml及び
エタノール 15ml
を加えて加熱し、還流下で8.5時間撹拌した。室温まで冷却し、メタノール30ml、水30mlを加えて攪拌し、析出する粗製物をろ過によって採取した。粗製物をカラムクロマトグラフ(担体:NHシリカゲル、溶離液:トルエン)によって精製し、5−{9,10−ジ(ナフタレン−2−イル)アントラセン−2−イル}−11−フェニル−11H−ベンゾ[g]ピリド[4,3−b]インドール(化合物3)の黄色粉体4.8g(収率62%)を得た。
得られた黄色粉体についてNMRを使用して構造を同定した。1H−NMR測定結果を図1に示した。1H−NMR(THF−d8)で以下の34個の水素のシグナルを検出した。
δ(ppm)=9.35(1H)
8.38(1H)
8.25(1H)
8.19(1H)
8.12(1H)
8.09(1H)
8.07(2H)
8.01(1H)
7.99(1H)
7.97(1H)
7.92(2H)
7.90(1H)
7.80−7.78(1H)
7.77−7.75(1H)
7.73−7.65(5H)
7.63−7.60(2H)
7.58−7.54(3H)
7.50−7.48(2H)
7.46(1H)
7.36−7.33(3H)
7.16(1H)
7.01(1H)
δ(ppm)=9.35(1H)
8.38(1H)
8.25(1H)
8.19(1H)
8.12(1H)
8.09(1H)
8.07(2H)
8.01(1H)
7.99(1H)
7.97(1H)
7.92(2H)
7.90(1H)
7.80−7.78(1H)
7.77−7.75(1H)
7.73−7.65(5H)
7.63−7.60(2H)
7.58−7.54(3H)
7.50−7.48(2H)
7.46(1H)
7.36−7.33(3H)
7.16(1H)
7.01(1H)
<実施例2:化合物55の合成>
5−{4−(10−フェニル−アントラセン−9−イル)フェニル}−11−フェニル−11H−ベンゾ[g]ピリド[4,3−b]インドールの合成;
Y=窒素原子
窒素置換した反応容器に、
5−ブロモ−11−フェニル−11H−ベンゾ[g]ピリド[4,3−b]イン
ドール 4.0g、
4,4,5,5−テトラメチル−2−{4−(10−フェニル−アントラセン−
9−イル)フェニル}−[1,3,2]ジオキサボラン 5.4g、
テトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム 0.1g、
2M炭酸カリウム水溶液 15ml、
トルエン 60ml及び
エタノール 15ml
を加えて加熱し、還流下で7時間撹拌した。室温まで冷却した後、水30mlを加えて攪拌し、分液操作によって有機層を採取した。有機層を無水硫酸マグネシウムで脱水した後、減圧下で濃縮して粗製物を得た。粗製物をカラムクロマトグラフ(担体:NHシリカゲル、溶離液:トルエン/ヘキサン)によって精製し、5−{4−(10−フェニル−アントラセン−9−イル)フェニル}−11−フェニル−11H−ベンゾ[g]ピリド[4,3−b]インドール(化合物55)の淡黄色粉体6.1g(収率92.4%)を得た。
5−{4−(10−フェニル−アントラセン−9−イル)フェニル}−11−フェニル−11H−ベンゾ[g]ピリド[4,3−b]インドールの合成;
窒素置換した反応容器に、
5−ブロモ−11−フェニル−11H−ベンゾ[g]ピリド[4,3−b]イン
ドール 4.0g、
4,4,5,5−テトラメチル−2−{4−(10−フェニル−アントラセン−
9−イル)フェニル}−[1,3,2]ジオキサボラン 5.4g、
テトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム 0.1g、
2M炭酸カリウム水溶液 15ml、
トルエン 60ml及び
エタノール 15ml
を加えて加熱し、還流下で7時間撹拌した。室温まで冷却した後、水30mlを加えて攪拌し、分液操作によって有機層を採取した。有機層を無水硫酸マグネシウムで脱水した後、減圧下で濃縮して粗製物を得た。粗製物をカラムクロマトグラフ(担体:NHシリカゲル、溶離液:トルエン/ヘキサン)によって精製し、5−{4−(10−フェニル−アントラセン−9−イル)フェニル}−11−フェニル−11H−ベンゾ[g]ピリド[4,3−b]インドール(化合物55)の淡黄色粉体6.1g(収率92.4%)を得た。
得られた淡黄色粉体についてNMRを使用して構造を同定した。1H−NMR測定結果を図2に示した。1H−NMR(THF−d8)で以下の30個の水素のシグナルを検出した。
δ(ppm)=9.54(1H)
8.54(1H)
8.47(1H)
8.33(1H)
7.90(2H)
7.88(2H)
7.80−7.61(12H)
7.57(1H)
7.52(1H)
7.50(2H)
7.42(2H)
7.37(2H)
7.30(1H)
7.11(1H)
δ(ppm)=9.54(1H)
8.54(1H)
8.47(1H)
8.33(1H)
7.90(2H)
7.88(2H)
7.80−7.61(12H)
7.57(1H)
7.52(1H)
7.50(2H)
7.42(2H)
7.37(2H)
7.30(1H)
7.11(1H)
<融点およびガラス転移点の測定>
上記実施例で得られた本発明のベンゾピリドインドール誘導体について、高感度示差走査熱量計(ブルカー・エイエックスエス製、DSC3100S)によって融点とガラス転移点を求めた。
融点 ガラス転移点
実施例1の化合物 339℃ 203℃
実施例2の化合物 215℃ 178℃
上記実施例で得られた本発明のベンゾピリドインドール誘導体について、高感度示差走査熱量計(ブルカー・エイエックスエス製、DSC3100S)によって融点とガラス転移点を求めた。
融点 ガラス転移点
実施例1の化合物 339℃ 203℃
実施例2の化合物 215℃ 178℃
本発明のベンゾピリドインドール誘導体は100℃以上、特に170℃以上のガラス転移点を有している。このことは、本発明の化合物において薄膜状態が安定であることを示している。更に、融点が高く蒸着性に優れており、また、本発明のベンゾピリドインドール誘導体は、取扱いが容易であるという利点もある。
<仕事関数の測定>
上記実施例で得られた本発明のベンゾピリドインドール誘導体を用いて、ITO基板の上に膜厚100nmの蒸着膜を作製して、イオン化ポテンシャル測定装置(住友重機械工業株式会社製、PYS−202型)で仕事関数を測定した。
仕事関数
実施例1の化合物 5.94eV
実施例2の化合物 5.98eV
上記実施例で得られた本発明のベンゾピリドインドール誘導体を用いて、ITO基板の上に膜厚100nmの蒸着膜を作製して、イオン化ポテンシャル測定装置(住友重機械工業株式会社製、PYS−202型)で仕事関数を測定した。
仕事関数
実施例1の化合物 5.94eV
実施例2の化合物 5.98eV
本発明のベンゾピリドインドール誘導体はNPD、TPDなどの一般的な正孔輸送材料がもつ仕事関数5.5eVより大きい値を有しており、即ち、大きな正孔阻止能力を有している。
(有機EL素子特性の評価)
<実施例3>
ガラス基板1上に透明陽極2としてITO電極をあらかじめ形成したものの上に、正孔注入層3、正孔輸送層4、発光層5、正孔阻止層6、電子輸送層7、電子注入層8、陰極(アルミニウム電極)9の順に蒸着して、図3に示すような有機EL素子を作製した。
<実施例3>
ガラス基板1上に透明陽極2としてITO電極をあらかじめ形成したものの上に、正孔注入層3、正孔輸送層4、発光層5、正孔阻止層6、電子輸送層7、電子注入層8、陰極(アルミニウム電極)9の順に蒸着して、図3に示すような有機EL素子を作製した。
具体的には、膜厚150nmのITOを成膜したガラス基板1を有機溶媒で洗浄した後に、酸素プラズマ処理にて表面を洗浄した。その後、このITO電極付きガラス基板を真空蒸着機内に取り付け、0.001Pa以下まで減圧し、透明陽極2を形成した。続いて、透明陽極2を覆うように正孔注入層3として、下記構造式の化合物78を蒸着速度6nm/minで膜厚20nmとなるように形成した。この正孔注入層3の上に、正孔輸送層4として下記構造式の化合物79を蒸着速度6nm/minで膜厚40nmとなるように形成した。この正孔輸送層4の上に、発光層5として下記構造式の化合物80と下記構造式の化合物81を、蒸着速度比が化合物80:化合物81=5:95となる蒸着速度で二元蒸着を行い、膜厚30nmとなるように形成した。この発光層5の上に、正孔阻止層6兼電子輸送層7として実施例1の化合物(化合物3)を蒸着速度6nm/minで膜厚30nmとなるように形成した。この正孔阻止層6兼電子輸送層7の上に、電子注入層8としてフッ化リチウムを蒸着速度0.6nm/minで膜厚0.5nmとなるように形成した。最後に、アルミニウムを膜厚150nmとなるように蒸着して陰極9を形成した。作製した有機EL素子について、大気中、常温で、直流電圧を印加したときの発光特性の測定を行った。測定結果を表1に示した。
<実施例4>
正孔阻止層6兼電子輸送層7の材料として実施例1の化合物(化合物3)に代えて実施例2の化合物(化合物55)を用いた点以外は、実施例3と同様の条件で有機EL素子を作製した。作製した有機EL素子について、大気中、常温で直流電圧を印加したときの発光特性の測定を行った。測定結果を表1に示した。
正孔阻止層6兼電子輸送層7の材料として実施例1の化合物(化合物3)に代えて実施例2の化合物(化合物55)を用いた点以外は、実施例3と同様の条件で有機EL素子を作製した。作製した有機EL素子について、大気中、常温で直流電圧を印加したときの発光特性の測定を行った。測定結果を表1に示した。
<比較例1>
比較のために、正孔阻止層6兼電子輸送層7の材料として実施例1の化合物(化合物3)に代えて下記構造式の化合物82(特許文献5参照)を用いた点以外は、実施例3と同様の条件で有機EL素子を作製した。作製した有機EL素子について、大気中、常温で直流電圧を印加したときの発光特性の測定を行った。測定結果を表1に示した。
比較のために、正孔阻止層6兼電子輸送層7の材料として実施例1の化合物(化合物3)に代えて下記構造式の化合物82(特許文献5参照)を用いた点以外は、実施例3と同様の条件で有機EL素子を作製した。作製した有機EL素子について、大気中、常温で直流電圧を印加したときの発光特性の測定を行った。測定結果を表1に示した。
表1に示す様に、電流密度10mA/cm2の電流を流したときの駆動電圧は、化合物82を用いた比較例1の有機EL素子が5.95Vであるのに対して、実施例3および実施例4の有機EL素子では5.23〜5.41Vであり、低電圧化した。また、輝度は比較例1の有機EL素子が792cd/m2であるのに対して、実施例3および実施例4の有機EL素子では856〜878cd/m2であり、発光効率は比較例1の有機EL素子が7.92cd/Aであるのに対して、実施例3および実施例4の有機EL素子では8.56〜8.78cd/Aであり、電力効率は比較例1の有機EL素子が4.19lm/Wであるのに対して、実施例3および実施例4の有機EL素子では5.10〜5.14lm/Wであって、いずれにおいても、比較例1の有機EL素子に対して、実施例3および実施例4の有機EL素子では大きく向上した。
実施例3、4および比較例1で得られた有機EL素子を用いて発光開始電圧を測定した。結果を以下に示した。
有機EL素子 化合物 発光開始電圧[V]
実施例3 化合物3 2.8
実施例4 化合物55 2.8
比較例1 化合物82 3.1
その結果、化合物82を使用した比較例1の有機EL素子に対し、実施例3および実施例4の有機EL素子では発光開始電圧を低電圧化していることが分かる。
有機EL素子 化合物 発光開始電圧[V]
実施例3 化合物3 2.8
実施例4 化合物55 2.8
比較例1 化合物82 3.1
その結果、化合物82を使用した比較例1の有機EL素子に対し、実施例3および実施例4の有機EL素子では発光開始電圧を低電圧化していることが分かる。
このように本発明の有機EL素子は、一般的な電子輸送材料である化合物82を用いた素子と比較して、発光効率および電力効率に優れており、さらに実用駆動電圧の顕著な低下が達成できることが分かった。
本発明のベンゾピリドインドール誘導体は、電子の注入特性が良く、正孔阻止能力に優れており、耐熱性に優れており、薄膜状態が安定であるため、有機EL素子用の化合物として優れている。該化合物を用いて有機EL素子を作製することにより、高い効率を得ることができると共に、駆動電圧を低下させることができ、耐久性を改善させることができる。例えば、家庭電化製品や照明の用途への展開が可能となった。
1 ガラス基板
2 透明陽極
3 正孔注入層
4 正孔輸送層
5 発光層
6 正孔阻止層
7 電子輸送層
8 電子注入層
9 陰極
2 透明陽極
3 正孔注入層
4 正孔輸送層
5 発光層
6 正孔阻止層
7 電子輸送層
8 電子注入層
9 陰極
Claims (11)
- 下記一般式(1)で表されるベンゾピリドインドール誘導体。
式中、
Aは、単結合または芳香族炭化水素の2価基、芳香族複素環の2価基もしくは縮
合多環芳香族の2価基を表し、
Ar1、Ar2は同一でも異なってもよく、芳香族炭化水素基、芳香族複素環基
または縮合多環芳香族基を表し、
R1〜R9は同一でも異なってもよく、水素原子、重水素原子、フッ素原子、塩
素原子、シアノ基、トリフルオロメチル基、炭素原子数1〜6のアルキル基、芳香
族炭化水素基、芳香族複素環基または縮合多環芳香族基を表し、
W、X、Y、Zは炭素原子または窒素原子を表し、
W、X、Y、Zはそのいずれか1つのみが窒素原子であり、該窒素原子はR1〜
R4の水素原子又は置換基を有さない。 - 下記一般式(1−1)で表される請求項1記載のベンゾピリドインドール誘導体。
式中、
A、Ar1、Ar2、R1〜R9、W、X、Y、Zは前記一般式(1)に示した
意味と同じ意味を示す。 - Aが単結合である、請求項1に記載のベンゾピリドインドール誘導体。
- Aが、1個あるいは2個の環を有する芳香族炭化水素の2価基、またはナフタレンの2価基である、請求項1に記載のベンゾピリドインドール誘導体。
- Ar2が、3個以上の環を有する芳香族炭化水素基、または3環性以上の縮合多環芳香族基である、請求項1に記載のベンゾピリドインドール誘導体。
- Ar2が置換基を有するアントラセニル基である、請求項5に記載のベンゾピリドインドール誘導体。
- 一対の電極とその間に挟まれた少なくとも一層の有機層を有する有機エレクトロルミネッセンス素子において、請求項1に記載のベンゾピリドインドール誘導体が、少なくとも1つの有機層の構成材料として用いられていることを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子。
- 前記有機層が電子輸送層である、請求項7に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
- 前記有機層が正孔阻止層である、請求項7に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
- 前記有機層が発光層である、請求項7に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
- 前記有機層が電子注入層である、請求項7に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
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