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JP7801261B2 - 化合物および該化合物を用いた有機エレクトロルミネッセンス素子 - Google Patents

化合物および該化合物を用いた有機エレクトロルミネッセンス素子

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JP7801261B2 JP2022580697A JP2022580697A JP7801261B2 JP 7801261 B2 JP7801261 B2 JP 7801261B2 JP 2022580697 A JP2022580697 A JP 2022580697A JP 2022580697 A JP2022580697 A JP 2022580697A JP 7801261 B2 JP7801261 B2 JP 7801261B2
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Description

本発明は、各種の表示装置に好適な自発光電子素子に適する化合物、特に有機エレクトロルミネッセンス素子(以下、有機EL素子と略称する)に適する化合物、および該化合物を用いた有機EL素子に関するものである。
有機EL素子は自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ことから、活発な研究がなされてきた。
1987年にイーストマン・コダック社のC.W.Tangらは、各種の役割を各材料に分担した積層構造素子を開発することにより、有機材料を用いた有機EL素子を実用的なものにした。彼らは電子を輸送することのできる蛍光体と正孔を輸送することのできる有機物とを積層し、両方の電荷を蛍光体の層の中に注入して発光させることにより、10V以下の電圧で1000cd/m以上の高輝度を得ている(例えば、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、積層構造の各種の役割をさらに細分化して、基板上に順次に、陽極、正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電子輸送層、電子注入層、陰極を設けた電界発光素子において、底部から発光するボトムエミッション構造の発光素子によって、高効率と耐久性が達成されるようになってきた。(例えば、非特許文献1参照)
近年、高い仕事関数を持った金属を陽極に用い、上部から発光するトップエミッション構造の発光素子が用いられるようになってきた。画素回路を有する底部から光を取り出すボトムエミッション構造では、発光部の面積が制限されてしまうのに対して、トップエミッション構造の発光素子では、上部から光を取り出すことで画素回路が遮ることがないため発光部を広くとれる利点がある。トップエミッション構造の発光素子では、陰極にLiF/Al/Ag(例えば、非特許文献2参照)、Ca/Mg(例えば、非特許文献3参照)、LiF/MgAgなどの半透明電極が用いられる。
このような発光素子では、発光層で発光した光が他の膜に入射する場合に、ある角度以上で入射すると、発光層と他の膜との界面で全反射されてしまう。このため、発光した光の一部しか利用できていなかった。近年、光の取り出し効率を向上させるために、屈折率の低い半透明電極の外側に、屈折率の高い「キャッピング層」を設けた発光素子が提案されている(例えば、非特許文献2および3参照)。
トップエミッション構造の発光素子におけるキャッピング層の効果はIr(ppy)3を発光材料に用いた発光素子において、キャッピング層が無い場合は電流効率が38cd/Aであったものに対し、キャッピング層として膜厚60nmのZnSeを使用した発光素子では、64cd/Aと約1.7倍の効率向上が認められた。また、半透明電極とキャッピング層の透過率の極大点と効率の極大点とが必ずしも一致しないことが示されており、光の取り出し効率の最大点は干渉効果によって決められることが示されている(例えば、非特許文献3参照)。
従来、キャッピング層の形成には、精細度の高いメタルマスクを用いることが提案されているが、高温条件下での使用では熱によりメタルマスクに歪みが生じることで位置合わせ精度が低下する問題点があった。故に、融点が1100℃以上と高いZnSeは(例えば、非特許文献3参照)、精細度の高いメタルマスクでは正確な位置に蒸着することができず、発光素子そのものにも影響を与える可能性がある。更に、スパッタ法による成膜でも、発光素子に影響を与えてしまうことから、無機物を構成材料とするキャッピング層は使用に適していない。
その他、屈折率を調整するキャッピング層として、トリス(8-ヒドロキシキノリン)アルミニウム(以下、Alq3と省略する)を使用することが提案されている(例えば、非特許文献2参照)。Alq3は緑色発光材料または電子輸送材料として一般的に使用される有機EL材料として知られているが、450nm付近に弱い吸収を持つため、青色発光素子に使用する場合、色純度の低下および光の取り出し効率の低下という問題点があった。
有機EL素子の素子特性を改善させるために、また光の取り出し効率を大幅に改善させるために、キャッピング層の材料として、屈折率が高く、消衰係数が低く、薄膜の安定性や耐久性に優れた材料が求められている。
US5792557 US5639914 EP2684932 US20140225100
応用物理学会第9回講習会予稿集55~61ページ(2001) Appl.Phys.Let.,78,544(2001) Appl.Phys.Let.,82,466(2003) Appl.Phys.Let.,98,083302(2011)
本発明の目的は、有機EL素子のキャッピング層として使用できる、波長450nm~750nmの範囲で屈折率が高く、消衰係数が低い化合物を提供することにある。また、前記化合物を用いることで光取り出し効率を改善した有機EL素子を提供することにある。
有機EL素子のキャッピング層に適する化合物における物理的な特性としては、(1)屈折率が高いこと、(2)消衰係数が低いこと、(3)蒸着が可能であること、(4)薄膜状態が安定であること、(5)ガラス転移温度が高いことを挙げることができる。また、本発明が提供しようとする有機EL素子の物理的な特性としては、(1)光の取出し効率が高いこと、(2)色純度の低下がないこと、(3)経時変化することなく光を透過すること、(4)長寿命であることを挙げることができる。
そこで本発明者らは上記の目的を達成するために、ベンゼン骨格を中心とする化合物が薄膜の安定性や耐久性に優れており、分子構造を調整することにより屈折率を向上させることができる点に着目して、分子を設計し、キャッピング層を構成する材料として該化合物を用いた有機EL素子を作製し、素子の特性評価を鋭意行った結果、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明は、以下の下記一般式(1)で表される化合物および該化合物を用いた有機EL素子であり、具体的には以下の通りである。
1)下記一般式(1)で表される化合物。
式(1)中、Bは、置換もしくは無置換の芳香族炭化水素基、置換もしくは無置換の芳香族複素環基、置換もしくは無置換の縮合多環芳香族基、または置換もしくは無置換のアリールオキシ基を表す。ArおよびArは、相互に同一でも異なっていてもよく、置換もしくは無置換の芳香族炭化水素基の2価基、置換もしくは無置換の芳香族複素環基の2価基、置換もしくは無置換の縮合多環芳香族基の2価基、または単結合を表す。A1およびA2は、相互に同一でも異なっていてもよく、下記一般式(2)で示される1価基を表す。
式(2)中、R~Rは相互に同一でも異なっていてもよく、結合部位、水素原子、重水素原子、フッ素原子、塩素原子、シアノ基、ニトロ基、置換基を有していてもよい炭素原子数1~6の直鎖状もしくは分岐状のアルキル基、置換基を有していてもよい炭素原子数5~10のシクロアルキル基、置換基を有していてもよい炭素原子数2~6の直鎖状もしくは分岐状のアルケニル基、置換基を有していてもよい炭素原子数1~6の直鎖状もしくは分岐状のアルキルオキシ基、置換基を有していてもよい炭素原子数5~10のシクロアルキルオキシ基、置換もしくは無置換のアリールオキシ基、置換もしくは無置換の芳香族炭化水素基、置換もしくは無置換の芳香族複素環基、または置換もしくは無置換の縮合多環芳香族基を表し、R~Rのいずれか1つは結合部位を表す。X~Xは、相互に同一でも異なっていてもよく、窒素原子または炭素原子を表し、X~Xが窒素原子である数は0~2であり、且つ窒素原子である場合は結合するR~Rを有さない。
2)前記A1およびA2が、下記一般式(3a)、(3b)または(3c)で表される1価基である1)に記載の化合物。
式(3a)、(3b)および(3c)中のR~Rは、式(2)中のR~Rと同じ定義である。
3)前記Bが、置換もしくは無置換の、ナフタレニル基、フェナントレニル基、ジベンゾフラニル基、ジベンゾチオフェニル基、フルオレニル基、カルバゾリル基、ベンゾフラニル基またはベンゾチオフェニル基である1)または2)に記載の化合物。
4)波長450nm~750nmの範囲における屈折率が、1.70以上である上記1)~3)のいずれか一項に記載の化合物を含む有機薄膜。
5)少なくとも陽極電極、正孔輸送層、発光層、電子輸送層、陰極電極およびキャッピング層をこの順に有する有機エレクトロルミネッセンス素子であり、前記キャッピング層が、上記4)に記載の有機薄膜である有機エレクトロルミネッセンス素子。
6)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電子素子であり、前記有機層が、上記1)~3)のいずれか一項に記載の化合物を含む電子素子。
7)6)に記載の電子素子を含む電子機器。
本発明において、「置換もしくは無置換」という場合における、「無置換」とは、水素原子が置換基で置換されていないことを表す。
本発明において、「水素原子」とは、中性子数が異なる同位体、すなわち、軽水素、重水素を含む。
本発明において、「置換もしくは無置換」という場合における「置換基」としては、具体的に、シアノ基、ニトロ基、ハロゲン原子、置換もしくは無置換の炭素数1~3のアルキル基、置換もしくは無置換のフェニル基、置換もしくは無置換の炭素数1~3のアルコキシ基を挙げることができる。
一般式(1)中のBおよびAr~Ar、並びに一般式(2)中のR~Rで表される「置換もしくは無置換の芳香族炭化水素基」、「置換もしくは無置換の芳香族複素環基」または「置換もしくは無置換の縮合多環芳香族基」における「芳香族炭化水素基」、「芳香族複素環基」または「縮合多環芳香族基」としては、具体的に、フェニル基、ビフェニリル基、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、スピロビフルオレニル基、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、ピリジル基、ピリミジニル基、トリアジニル基、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、およびカルボリニル基などの、炭素数6~30からなるアリール基、または炭素数2~20からなるヘテロアリール基から選択される基を挙げることができる。
一般式(2)中のR~Rで表される「置換基を有していてもよい炭素原子数1~6の直鎖状もしくは分岐状のアルキル基」、「置換基を有していてもよい炭素原子数5~10のシクロアルキル基」、「置換基を有していてもよい炭素原子数2~6の直鎖状もしくは分岐状のアルケニル基」、「置換基を有していてもよい炭素原子数1~6の直鎖状もしくは分岐状のアルキルオキシ基」、「置換基を有していてもよい炭素原子数5~10のシクロアルキルオキシ基」、または「置換もしくは無置換のアリールオキシ基」における「炭素原子数1ないし6の直鎖状もしくは分岐状のアルキル基」、「炭素原子数5ないし10のシクロアルキル基」、「炭素原子数2ないし6の直鎖状もしくは分岐状のアルケニル基」、「炭素原子数1ないし6の直鎖状もしくは分岐状のアルキルオキシ基」、「炭素原子数5ないし10のシクロアルキルオキシ基」、または「アリールオキシ基」としては、具体的に、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、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、1-アダマンチル基、2-アダマンチル基、ビニル基、アリール基、イソプロペニル基、2-ブテニル基、メチルオキシ基、エチルオキシ基、n-プロピルオキシ基、シクロペンチルオキシ基、シクロヘキシルオキシ基、1-アダマンチルオキシ基、フェニルオキシ基、トリルオキシ基、およびビフェニルオキシ基などを挙げることができる。
一般式(1)中のBおよびAr~Ar、並びに一般式(2)中のR~Rで表される「置換芳香族炭化水素基」、「置換芳香族複素環基」、「置換縮合多環芳香族基」、「置換基を有していてもよい炭素原子数1ないし6の直鎖状もしくは分岐状のアルキル基」、「置換基を有していてもよい炭素原子数5ないし10のシクロアルキル基」、または「置換基を有していてもよい炭素原子数2ないし6の直鎖状もしくは分岐状のアルケニル基」における「置換基」としては、具体的に、重水素原子、シアノ基、ニトロ基;フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子などのハロゲン原子;トリメチルシリル基、トリフェニルシリル基などのシリル基;メチル基、エチル基、プロピル基などの炭素原子数1ないし6の直鎖状もしくは分岐状のアルキル基;メチルオキシ基、エチルオキシ基、プロピルオキシ基などの炭素原子数1ないし6の直鎖状もしくは分岐状のアルキルオキシ基;ビニル基、アリール基などのアルケニル基;フェニルオキシ基、トリルオキシ基などのアリールオキシ基;ベンジルオキシ基、フェネチルオキシ基などのアリールアルキルオキシ基;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、スピロビフルオレニル基、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などの芳香族炭化水素基もしくは縮合多環芳香族基;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、カルボリニル基などの、炭素数6ないし30からなるアリール基、または炭素数2ないし20からなるヘテロアリール基などを挙げることができ、これらの置換基はさらに、前記例示した置換基が置換していても良い。また、これらの置換基と置換したベンゼン環または同一のベンゼン環に複数置換された置換基の相隣同士が単結合、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。
一般式(1)中のA1およびA2は、前記一般式(2)で表され、R~Rのいずれか1つを結合部位とする1価基である。前記一般式(2)で表される基としては、前記一般式(3a)、(3b)または(3c)で表される1価基が好ましく、前記一般式(3a)または(3c)で表される基がより好ましい。また、A1およびA2が同一であることが好ましい。
一般式(1)中のA1およびA2が、前記一般式(3a)で表される基である場合、屈折率および耐熱性の観点から、結合部位がR、R、RまたはRであることが好ましい。また、合成が容易である観点から、R~Rのうち結合部位でないものは全て水素原子であることが好ましい。
一般式(1)中のA1およびA2が、前記一般式(3c)で表される基である場合、屈折率および耐熱性の観点から、結合部位がRであることが好ましい。また、合成が容易である観点から、R~Rのうち結合部位でないものは全て水素原子であることが好ましい。
一般式(1)中のArおよびArは、屈折率および耐熱性の観点から、それぞれ独立に、フェニレン基、ピリジレン基、ピリミジニレン基および単結合から選ばれることが好ましい。
一般式(1)中のBとしては、置換もしくは無置換の、ナフタレニル基、フェナントレニル基、ジベンゾフラニル基、ジベンゾチオフェニル基、フルオレニル基、カルバゾリル基、ベンゾフラニル基またはベンゾチオフェニル基がより好ましい。
本発明の前記一般式(1)で表される化合物は、波長450nm~700nmの範囲における屈折率が、1.70以上であることが好ましく、1.85以上であることが特に好ましい。
本発明の前記一般式(1)で表される化合物は、波長450nm~750nmの範囲における屈折率が高く、消衰係数が低いため、有機EL素子の透明または半透明電極の外側に設け、半透明電極よりも屈折率の高いキャッピング層に使用することで、光の取り出し効率を大幅に向上することができる有機EL素子を得ることはできる。
本発明の化合物の例示として、化合物(1-1)~(1-12)の構造を示す図である。 本発明の化合物の例示として、化合物(1-13)~(1-24)の構造を示す図である。 本発明の化合物の例示として、化合物(1-25)~(1-36)の構造を示す図である。 本発明の化合物の例示として、化合物(1-37)~(1-45)の構造を示す図である。 本発明の化合物の例示として、化合物(1-46)~(1-50)の構造を示す図である。 本発明の有機EL素子の構成の一例を示す図である。
本発明の前記一般式(1)で表される化合物の中で、好ましい化合物の具体例を図1~図5に示すが、これらの化合物に限定されるものではない。
本発明の前記一般式(1)で表される化合物は新規な化合物であるが、クロスカップリング反応などを利用する公知の方法に準じて合成することができる。
本発明の前記一般式(1)で表される化合物の精製方法は、特に制限されず、カラムクロマトグラフによる精製、シリカゲル、活性炭または活性白土等による吸着精製、溶媒による再結晶や晶析、昇華精製など、有機化合物の精製に用いられる公知の方法が挙げられる。化合物の同定はNMR分析にて行うことができる。また、物性値として、融点、ガラス転移点(Tg)および屈折率の測定を行うことが好ましい。
融点とガラス転移点(Tg)は、粉体の化合物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、DSC3100SA)によって測定した。
屈折率は、シリコン基板上に80nmの薄膜を作製して、分光測定装置(フィルメトリクス社製、F10-RT-UV)を用いて測定した。
本発明の有機EL素子の構造としては、例えば、トップエミッション構造の発光素子の場合、ガラス基板上に順次、陽極、正孔輸送層、発光層、電子輸送層、陰極およびキャッピング層からなるもの、また、陽極と正孔輸送層の間に正孔注入層を有するもの、正孔輸送層と発光層の間に電子阻止層を有するもの、発光層と電子輸送層の間に正孔阻止層を有するもの、電子輸送層と陰極の間に電子注入層を有するものが挙げられる。これらの多層構造においては、1つの有機層が何層かの役割を兼ねることが可能であり、例えば正孔注入層と正孔輸送層を兼ねた構成、正孔輸送層と電子阻止層を兼ねた構成、正孔阻止層と電子輸送層を兼ねた構成、電子輸送層と電子注入層を兼ねた構成とすること、などもできる。また、同一の機能を有する有機層を2層以上積層した構成とすることも可能であり、正孔輸送層を2層積層した構成、発光層を2層積層した構成、電子輸送層を2層積層した構成、キャッピング層を2層積層した構成、などもできる。
有機EL素子の各層の膜厚の合計は、200nm~750nm程度が好ましく、350nm~600nm程度がより好ましい。また、キャッピング層の膜厚は、例えば、30nm~120nmが好ましく、40nm~80nmがより好ましい。この場合、良好な光の取り出し効率が得られる。なお、キャッピング層の膜厚は、発光素子に使用する発光材料の種類、キャッピング層以外の有機EL素子の厚さなどに応じて、適宜変更することができる。
本発明の有機EL素子の陽極としては、ITOや金のような仕事関数の大きな電極材料が用いられる。
本発明の有機EL素子の正孔注入層として、分子中に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有するアリールアミン化合物、例えば、スターバースト型のトリフェニルアミン誘導体、種々のトリフェニルアミン4量体などのアリールアミン化合物、銅フタロシアニンに代表されるポルフィリン化合物、ヘキサシアノアザトリフェニレンのようなアクセプター性の複素環化合物、および塗布型の高分子材料を用いることができる。
本発明の有機EL素子の正孔輸送層として、N,N’-ジフェニル-N,N’-ジ(m-トリル)ベンジジン(以後、TPDと略称する)、N,N’-ジフェニル-N,N’-ジ(α-ナフチル)ベンジジン(以後、NPDと略称する)およびN,N,N’,N’-テトラビフェニリルベンジジンなどのベンジジン誘導体、1,1-ビス[4-(ジ-4-トリルアミノ)フェニル]シクロヘキサン(以後、TAPCと略称する)、分子中にトリフェニルアミン構造を2個、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有するアリールアミン化合物、例えば、N、N、N’、N’-テトラビフェニリルベンジジンなどを用いることができる。また、分子中に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有するアリールアミン化合物、例えば、種々のトリフェニルアミン3量体および4量体などを用いることができる。また、正孔の注入・輸送層として、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ることができる。
また、正孔注入層あるいは正孔輸送層において、これらの層に通常使用される材料に対して、トリスブロモフェニルアミンヘキサクロルアンチモンまたはラジアレン誘導体(例えば、特許文献3参照)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ができる。
本発明の有機EL素子の電子阻止層として、4,4’,4’’-トリ(N-カルバゾリル)トリフェニルアミン(以後、TCTA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)および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、Ad-Czと略称する)などのカルバゾール誘導体、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-フルオレンに代表され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などの電子阻止作用を有する化合物を用いることができる。
本発明の有機EL素子の発光層として、Alq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およびポリパラフェニレンビニレン誘導体などの発光材料を用いることができる。また、発光層をホスト材料とドーパント材料とで構成してもよい。ホスト材料として、アントラセン誘導体が好ましく用いられるが、そのほか、前記発光材料に加え、インドール環を縮合環の部分構造として有する複素環化合物、カルバゾール環を縮合環の部分構造として有する複素環化合物、カルバゾール誘導体、チアゾール誘導体、ベンズイミダゾール誘導体および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。また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、緑色の発光材料を用いるのが特に好ましい。
また、発光材料として燐光発光体を使用することも可能である。燐光発光体としては、イリジウムや白金などの金属錯体の燐光発光体を使用することができ、Ir(ppy)などの緑色の燐光発光体、FIrpic、FIr6などの青色の燐光発光体、BtpIr(acac)などの赤色の燐光発光体などが挙げられるが、緑色の燐光発光体を用いることが特に好ましい。このときのホスト材料としては、正孔注入・輸送性のホスト材料として、4,4’-ジ(N-カルバゾリル)ビフェニル(以後、CBPと略称する)、TCTAおよびmCPなどのカルバゾール誘導体を用いることができ、電子輸送性のホスト材料として、p-ビス(トリフェニルシリル)ベンゼン(以後、UGH2と略称する)および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)などを用いることができる。
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(例えば、非特許文献4参照)。
本発明の有機EL素子の正孔阻止層として、バソクプロイン(以後、BCPと省略する)などのフェナントロリン誘導体、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と省略する)などのキノリノール誘導体の金属錯体、各種の希土類錯体、トリアゾール誘導体、トリアジン誘導体、ピリミジン誘導体、オキサジアゾール誘導体およびベンゾアゾール誘導体など、正孔阻止作用を有する化合物を用いることができる。これらの材料は電子輸送層の材料を兼ねてもよい。
本発明の有機EL素子の電子輸送層として、Alq、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、ピリミジン誘導体、オキサジアゾール誘導体、ピリジン誘導体、ベンズイミダゾール誘導体、ベンゾアゾール誘導体、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およびシロール誘導体などを用いることができる。
本発明の有機EL素子の電子注入層として、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、あるいはイッテルビウム(Yb)、サマリウム(Sm)、カルシウム(Ca)、ストロンチウム(Sr)、セシウム(Cs)などの金属などを用いることができる。また、電子輸送層と陰極の好ましい選択により、電子注入層を省略することができる。
さらに、電子注入層あるいは電子輸送層において、これらの層に通常使用される材料に対して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。
本発明の有機EL素子の陰極として、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、マグネシウムカルシウム合金、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やITO、IZOなどが電極材料として用いられる。
本発明の有機EL素子のキャッピング層として、前記一般式(1)で表される化合物を含む有機薄膜が用いられる。
前記一般式(1)で表される化合物を含む、前記キャッピング層として用いる有機薄膜は、光の取り出し効率を向上させる観点から、波長450nm~750nmの範囲における屈折率が、1.70以上であることが好ましく、1.85以上であることが特に好ましい。
上述した有機EL素子を構成する各層に用いられる材料は、単独で成膜してもよいが、他の材料と混合して成膜し、これを単層として使用してもよく、単独で成膜した層同士、混合して成膜した層同士、または単独で成膜した層と混合して成膜した層の積層構造としてもよい。これらの材料は蒸着法の他に、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薄膜形成を行うことができる。
なお、上記では、トップエミッション構造の有機EL素子について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、ボトムエミッション構造の有機EL素子や、上部および底部の両方から発光するデュアルエミッション構造の有機EL素子についても、同様に適用することができる。これらの場合、光が発光素子から外部に取り出される方向にある電極は、透明または半透明である必要がある。
以下、本発明の実施の形態について、実施例により具体的に説明するが、本発明はその要旨を越えない限り、以下の実施例に限定されるものではない。
[実施例1]
<例示化合物(1-1)の合成>
反応容器に1,3-ジブロモ-5-クロロベンゼン:12.5g、3-キノリルボロン酸ピナコールエステル:24.8g、炭酸カリウム:19.2g、トルエン:130ml、エタノール:40ml、水:40mlを加え混合後、テトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(0):1.6gを加え、加熱還流下にて一晩撹拌した。放冷後、80℃にて分散洗浄を施し、不溶物を濾過して、濾液を濃縮し粗製物を得た。粗製物をトルエンおよびアセトンにて晶析精製し、析出した固体を採取し、3,3’-(5-クロロ-1,3-フェニレン)ビス-キノリンの白色粉体:12.1g(収率71.34%)を得た。
反応容器に3,3’-(5-クロロ-1,3-フェニレン)ビス-キノリン:5.0g、3-[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)フェニル]ジベンゾフラン:5.6g、リン酸三カリウム:5.8g、1,4-ジオキサン:50ml、水:15mlを加え混合後、トリス(ジベンジリデンアセトン)ジパラジウム(0):0.4g、トリシクロヘキシルホスフィン:0.4gを加え、加熱還流下にて一晩撹拌した。放冷後、水およびメタノールを加えて撹拌し、析出固体を採取した。モノクロロベンゼンを用いて100℃にて分散洗浄し、不溶物を濾過して、濾液を濃縮し粗製物を得た。粗製物をモノクロロベンゼンにて晶析精製し、析出した固体を採取し、白色粉体:5.1g(収率65.1%)を得た。
得られた白色粉体についてNMRを使用して構造を同定した。
H-NMR(CDCl)で以下の26個の水素のシグナルを検出し、例示化合物(1-1)であることが確認された。
δ(ppm)=9.34-9.34(2H),8.48-8.47(2H),8.21-8.19(2H),8.05-8.03(4H),8.00-7.94(3H),8.90-7.85(5H),7.79-7.78(2H),7.69-7.60(4H),7.51-7.46(1H),7.39-7.35(1H).
[実施例2]
<例示化合物(1-3)の合成>
実施例1における3-[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)フェニル]ジベンゾフランの代わりに、4,4,5,5-テトラメチル-2-[4-(9-フェナンスレニル)フェニル]-1,3,2-ジオキサボロランを用いて、実施例1と同様に合成し、白色粉体:4.2g(収率57.4%)を得た。
得られた白色粉体についてNMRを使用して構造を同定した。
H-NMR(CDCl)で以下の28個の水素シグナルを検出し、例示化合物(1-3)であることが確認された。
δ(ppm)=9.37-9.36(2H),8.80(2H),8.51-8.50(2H),8.21-8.20(2H),8.10(2H),8.06-7.91(7H),7.80-7.26(11H).
[実施例3]
<例示化合物(1-49)の合成>
反応容器に3-(4-クロロフェニル)ジベンゾチオフェン:5.0g、3,3’-[5-(4,4,5,5-テトラメチル-1,3,2-ジオキサボロラン-2-イル)-1,3-フェニレン]ジキノリン:7.0g、炭酸カリウム:9.7g、トリス(ジベンジリデンアセトン)ジパラジウム(0):0.7g、トリシクロヘキシルホスフィン:0.9gを仕込み、1,4-ジオキサン/HO混合溶媒下にて一晩還流撹拌した。放冷後、メタノールを加えて撹拌し、析出固体を採取した。モノクロロベンゼンを用いて100℃にて分散洗浄し、不溶物を濾過して、濾液を濃縮して粗製物を得た。粗製物をモノクロロベンゼンにて晶析精製し、析出した固体を採取し、白色粉体:5.8g(収率64.3%)を得た。
得られた白色粉体についてNMRを使用して構造を同定した。
H-NMR(CDCl)で以下の26個の水素シグナルを検出し、例示化合物(1-49)であることが確認された。
δ(ppm)=9.36-9.35(2H),8.50(2H),8.23(1H),8.22-8.16(4H),8.06-8.04(3H),7.97-7.96(2H),7.90-7.88(5H),7.81-7.76(3H),7.66-7.64(2H),7.50-7.48(2H).
[実施例4]
<例示化合物(1-46)の合成>
反応容器に3-(4-ブロモフェニル)-9-フェニル-9H-カルバゾール:5.0g、3,3’-[5-(4,4,5,5-テトラメチル-1,3,2-ジオキサボロラン-2-イル)-1,3-フェニレン]ジキノリン:6.4g、炭酸カリウム:3.5g、テトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(0):0.3gを仕込み、トルエン/EtOH/HO混合溶媒下にて一晩還流撹拌した。放冷後、メタノールを加えて撹拌し、析出固体を採取した。トルエンを用いて100℃にて分散洗浄し、不溶物を濾過して、濾液を濃縮して粗製物を得た。粗製物をトルエンおよびアセトンにて晶析精製し、析出した固体を採取し、白色粉体:3.9g(収率47.8%)を得た。
得られた白色粉体についてNMRを使用して構造を同定した。
H-NMR(CDCl)で以下の31個の水素シグナルを検出し、例示化合物(1-46)であることが確認された。
δ(ppm)=9.35(2H),8.48-8.44(3H),8.23-8.19(3H),8.06-8.02(3H),7.96(2H),7.92-7.87(4H),7.80-7.73(3H),7.66-7.60(6H),7.51-7.48(2H),7.44-7.43(2H),7.35-7.32(1H).
[実施例5]
<例示化合物(1-47)の合成>
反応容器に3-ブロモ-9-(2-ナフタレニル)-9H-カルバゾール:5.0g、3,3’-[5-(4,4,5,5-テトラメチル-1,3,2-ジオキサボロラン-2-イル)-1,3-フェニレン]ジキノリン:6.5g、炭酸カリウム:3.7g、テトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(0):0.3gを仕込み、トルエン/EtOH/HO混合溶媒下にて一晩還流撹拌した。放冷後、メタノールを加えて撹拌し、析出固体を採取した。トルエンを用いて100℃にて分散洗浄し、不溶物を濾過して、濾液を濃縮して粗製物を得た。粗製物をトルエンおよびアセトンにて晶析精製し、析出した固体を採取し、白色粉体:4.1g(収率48.9%)を得た。
得られた白色粉体についてNMRを使用して構造を同定した。
H-NMR(CDCl)で以下の29個の水素シグナルを検出し、例示化合物(1-47)であることが確認された。
δ(ppm)=9.37(2H),8.54-8.50(3H),8.28-8.26(1H),8.21-8.19(2H),8.12-8.10(4H),8.01-7.93(5H),7.83-7.70(4H),7.64-7.58(5H),7.51-7.46(2H),7.38-7.34(1H).
[実施例6]
<例示化合物(1-48)の合成>
反応容器に9-(4-ブロモフェニル)-9H-カルバゾール:6.0g、3,3’-[5-(4,4,5,5-テトラメチル-1,3,2-ジオキサボロラン-2-イル)-1,3-フェニレン]ジキノリン:9.0g、炭酸カリウム:5.2g、テトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(0):0.4gを仕込み、トルエン/EtOH/HO混合溶媒下にて一晩還流撹拌した。放冷後、メタノールを加えて撹拌し、析出固体を採取した。モノクロロベンゼンを用いて100℃にて分散洗浄し、不溶物を濾過して、濾液を濃縮して粗製物を得た。粗製物をモノクロロベンゼンおよびアセトンにて晶析精製し、析出した固体を採取し、白色粉体:6.8g(収率63.7%)を得た。
得られた白色粉体についてNMRを使用して構造を同定した。
H-NMR(CDCl)で以下の27個の水素シグナルを検出し、例示化合物(1-48)であることが確認された。
δ(ppm)=9.37(2H),8.51-8.50(2H),8.22-8.16(4H),8.08-8.07(3H),8.01-7.95(4H),7.81-7.75(4H),7.66-7.62(2H),7.53-7.51(2H),7.47-7.43(2H),7.34-7.30(2H).
[実施例7]
<例示化合物(1-17)の合成>
反応容器に5-クロロ-2-(4-フェナンスレン-9-イル-フェニル)-ピリミジン:5.0g、1,3-ビス(キノリン-3-イル)-5-(4,4,5,5-テトラメチル-1,3,2-ジオキサボロラン-2-イル)-ベンゼン:6.9g、炭酸カリウム:2.8g、テトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(0):0.4gを仕込み、トルエン/EtOH/HO混合溶媒下にて一晩還流撹拌した。放冷後、メタノールを加えて撹拌し、析出固体を採取した。トルエンを用いて100℃にて分散洗浄し、不溶物を濾過して、濾液を濃縮して粗製物を得た。粗製物をモノクロロベンゼンにて晶析精製し、析出した固体を採取し、白色粉体:4.3g(収率47.6%)を得た。
得られた白色粉体についてNMRを使用して構造を同定した。
H-NMR(CDCl)で以下の30個の水素シグナルを検出し、例示化合物(1-17)であることが確認された。
δ(ppm)=9.34(2H),9.24(2H),8.80(1H),8.74(1H),8.69(2H),8.49(2H),8.21(2H),8.12(1H),8.03(2H),8.00(1H),7.97(2H),7.93(1H),7.80(2H),7.77(1H),7.74(2H),7.72-7.60(5H),7.57(1H).
[実施例8]
<例示化合物(1-18)の合成>
反応容器に5-ブロモ-2-(4-フェナンスレン-9-イル-フェニル)-ピリジン:4.5g、1,3-ビス(キノリン-3-イル)-5-(4,4,5,5-テトラメチル-1,3,2-ジオキサボロラン-2-イル)-ベンゼン:5.5g、炭酸カリウム:2.3g、テトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(0):0.3gを仕込み、トルエン/EtOH/HO混合溶媒下にて一晩還流撹拌した。放冷後、メタノールを加えて撹拌し、析出固体を採取した。モノクロロベンゼン溶媒を用いて100℃にて分散洗浄し、不溶物を濾過して、濾液を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:シリカゲル、溶離液:酢酸エチル/ジクロロエタン)によって精製を行うことで、白色粉体:5.3g(収率73.0%)を得た。
得られた白色粉体についてNMRを使用して構造を同定した。
H-NMR(CDCl)で以下の31個の水素シグナルを検出し、例示化合物(1-18)であることが確認された。
δ(ppm)=9.35(2H),8.16(1H),8.80(1H),8.74(1H),8.48(2H),8.25(2H),8.21(2H),8.17(1H),8.08(1H),8.05(2H),8.01(2H),7.96(2H),7.93(1H),7.79(2H),7.76(1H),7.74-7.60(7H),7.57(1H).
[実施例9]
<例示化合物(1-21)の合成>
反応容器に1,3-ジブロモ-5-クロロベンゼン:12.5g、8-キノリンボロン酸:16.8g、炭酸カリウム:19.2g、トルエン:130ml、エタノール:40ml、水:40mlを加え混合後、テトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(0):1.6gを加え、加熱還流下にて一晩撹拌した。放冷後、トルエンで抽出し、得られた有機層に80℃にて分散洗浄を施し、濾液を濃縮し粗製物を得た。粗製物をアセトンにて晶析精製し、析出した固体を採取し、8,8’-(5-クロロ-1,3-フェニレン)ビス-キノリンの白色粉体:12.1g(収率71.34%)を得た。
反応容器に8,8’-(5-クロロ-1,3-フェニレン)ビス-キノリン:5.7g、3-[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)フェニル]ジベンゾフラン:6.3g、リン酸三カリウム:6.6g、1,4-ジオキサン:60ml、水:18mlを加え混合後、トリス(ジベンジリデンアセトン)ジパラジウム(0):0.4g、トリシクロヘキシルホスフィン:0.4gを加え、加熱還流下にて一晩撹拌した。放冷後、水およびメタノールを加えて撹拌し、析出固体を採取した。モノクロロベンゼンを用いて100℃にて分散洗浄し、不溶物を濾過して、濾液を濃縮し粗製物を得た。粗製物をモノクロロベンゼンにて晶析精製し、析出した固体を採取し、白色粉体:6.7g(収率75.0%)を得た。
得られた白色粉体についてNMRを使用して構造を同定した。
H-NMR(CDCl)で以下の26個の水素のシグナルを検出し、例示化合物(1-21)であることが確認された。
δ(ppm)=9.00-8.99(2H),8.24-8.21(2H),8.08-7.94(7H),7.89-7.85(5H),7.79-7.77(2H),7.70-7.63(3H),7.60-7.58(1H),7.48-7.42(3H),7.37-7.34(1H).
[実施例10]
<例示化合物(1-22)の合成>
実施例9における3-[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)フェニル]ジベンゾフランの代わりに、4-(2-ナフチル)フェニルボロン酸を用いて、実施例9と同様に合成し、白色粉体:3.2g(収率54.9%)を得た。
得られた白色粉体についてNMRを使用して構造を同定した。
H-NMR(CDCl)で以下の26個の水素のシグナルを検出し、例示化合物(1-22)であることが確認された。
δ(ppm)=9.00-8.98(2H),8.24-8.21(2H),8.10-8.08(3H),8.04(1H),7.96-7.80(12H),7.67-7.63(2H),7.52-7.47(2H),7.46-7.42(2H).
[実施例11]
<例示化合物(1-23)の合成>
実施例9における3-[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)フェニル]ジベンゾフランの代わりに、4,4,5,5-テトラメチル-2-[4-(9-フェナンスレニル)フェニル]-1,3,2-ジオキサボロランを用いて、実施例9と同様に合成し、白色粉体:8.8g(収率55.0%)を得た。
得られた白色粉体についてNMRを使用して構造を同定した。
H-NMR(CDCl)で以下の28個の水素のシグナルを検出し、例示化合物(1-23)であることが確認された。
δ(ppm)=9.01(2H),8.78-8.70(2H),8.22-8.19(2H),8.13-8.02(4H),7.97-7.83(7H),7.74(1H),7.68-7.53(8H),7.40(2H).
[実施例12]
<例示化合物(1-24)の合成>
実施例9における3-[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)フェニル]ジベンゾフランの代わりに、2-[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)フェニル]ジベンゾチオフェンを用いて、実施例9と同様に合成し、白色粉体:6.7g(収率46.0%)を得た。
得られた白色粉体についてNMRを使用して構造を同定した。
H-NMR(CDCl)で以下の26個の水素のシグナルを検出し、例示化合物(1-24)であることが確認された。
δ(ppm)=9.00(2H),8.40(1H),8.23-8.20(3H),8.09-8.05(3H),7.96-7.74(11H),7.66-7.62(2H),7.47-7.40(4H).
[実施例13]
<例示化合物(1-50)の合成>
実施例9における3-[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)フェニル]ジベンゾフランの代わりに、4,4,5,5-テトラメチル-2-[4-(フェナンスレン-2-イル)フェニル]-1,3,2-ジオキサボロランを用いて、実施例9と同様に合成し、白色粉体:11.0g(収率72.8%)を得た。
得られた白色粉体についてNMRを使用して構造を同定した。
H-NMR(CDCl)で以下の28個の水素のシグナルを検出し、例示化合物(1-50)であることが確認された。
δ(ppm)=9.00-8.99(2H),8.77-8.75(1H),8.72-8.70(1H),8.24-8.22(2H),8.16(1H),8.09-8.08(2H),8.04-8.03(1H),7.99-7.94(3H),7.91-7.85(7H),7.83-7.76(2H),7.69-7.62(3H),7.62-7.58(1H),7.45-7.42(2H).
[実施例14]
<例示化合物(1-33)の合成>
反応容器に1,3-ジブロモ-5-クロロベンゼン:20.8g、2-ナフタレンボロン酸:29.1g、炭酸カリウム:31.9g、トルエン:200ml、エタノール:60ml、水:60mlを加え混合後、テトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(0):2.6gを加え、加熱還流下にて一晩撹拌した。放冷後、トルエンで抽出し、得られた有機層に80℃にて分散洗浄を施し、濾液を濃縮し粗製物を得た。粗製物をトルエンおよびアセトンにて晶析精製し、析出した固体を採取し、2,2’-(5-クロロ-1,3-フェニレン)ビス-ナフタレンの白色粉体:24.0g(収率85.5%)を得た。
反応容器に2,2’-(5-クロロ-1,3-フェニレン)ビス-ナフタレン:10.0g、4-(2-ナフチル)フェニルボロン酸:7.5g、リン酸三カリウム:11.6g、1,4-ジオキサン:100ml、水:30mlを加え混合後、トリス(ジベンジリデンアセトン)ジパラジウム(0):0.8g、トリシクロヘキシルホスフィン:0.8gを加え、加熱還流下にて一晩撹拌した。放冷後、水およびメタノールを加えて撹拌し、析出固体を採取した。トルエンを用いて80℃にて分散洗浄し、不溶物を濾過して、濾液を濃縮し粗製物を得た。粗製物をトルエンにて晶析精製し、析出した固体を採取し、白色粉体:10.5g(収率71.9%)を得た。
得られた白色粉体についてNMRを使用して構造を同定した。
H-NMR(CDCl)で以下の28個の水素のシグナルを検出し、例示化合物(1-33)であることが確認された。
δ(ppm)=8.20(2H),8.12(1H),8.06(1H),8.01-7.99(3H),7.97-7.94(5H),7.91-7.88(9H),7.83-7.81(1H),7.56-7.47(6H).
[実施例15]
<例示化合物(1-31)の合成>
実施例14における4-(2-ナフチル)フェニルボロン酸の代わりに、4,4,5,5-テトラメチル-2-[4-(9-フェナンスレニル)フェニル]-1,3,2-ジオキサボロランを用いて、実施例14と同様に合成し、白色粉体:11.4g(収率79.3%)を得た。
得られた白色粉体についてNMRを使用して構造を同定した。
H-NMR(CDCl)で以下の30個の水素のシグナルを検出し、例示化合物(1-31)であることが確認された。
δ(ppm)=8.82-8.80(1H),8.76-8.74(1H),8.23(2H),8.09-7.95(7H),7.94-7.90(8H),7.77(1H),7.72-7.68(3H),7.67-7.50(7H).
[実施例16]
<例示化合物(1-34)の合成>
実施例14における4-(2-ナフチル)フェニルボロン酸の代わりに、2-[4-(9,9-ジメチル-9H-フルオレン-2-イル)フェニル]-4,4,5,5-テトラメチル-1,3,2-ジオキサボロランを用いて、実施例14と同様に合成し、白色粉体:3.3g(収率42.0%)を得た。
得られた白色粉体についてNMRを使用して構造を同定した。
H-NMR(CDCl)で以下の34個の水素のシグナルを検出し、例示化合物(1-34)であることが確認された。
δ(ppm)=8.20(2H),8.06(1H),8.01-7.95(6H),7.92-7.87(6H),7.83-7.81(3H),7.75(1H),7.73(1H),7.67(1H),7.55-7.52(4H),7.46(1H),7.36-7.35(2H),1.57(6H).
[実施例17]
<例示化合物(1-35)の合成>
実施例14における4-(2-ナフチル)フェニルボロン酸の代わりに、2-[4-(9,9-ジフェニル-9H-フルオレン-2-イル)フェニル]-4,4,5,5-テトラメチル-1,3,2-ジオキサボロランを用いて、実施例14と同様に合成し、白色粉体:5.9g(収率79.0%)を得た。
得られた白色粉体についてNMRを使用して構造を同定した。
H-NMR(CDCl)で以下の38個の水素のシグナルを検出し、例示化合物(1-35)であることが確認された。
δ(ppm)=8.18(2H),8.04(1H),7.99-7.84(11H),7.82-7.79(3H),7.71-7.67(4H),7.54-7.51(4H),7.44-7.42(1H),7.40-7.36(1H),7.29-7.22(11H).
[実施例18]
<例示化合物(1-30)の合成>
実施例14における4-(2-ナフチル)フェニルボロン酸の代わりに、2-[4-(ジベンゾフラン-3-イル)フェニル]-4,4,5,5-テトラメチル-1,3,2-ジオキサボロランを用いて、実施例14と同様に合成し、白色粉体:9.5g(収率77.0%)を得た。
得られた白色粉体についてNMRを使用して構造を同定した。
H-NMR(CDCl)で以下の28個の水素のシグナルを検出し、例示化合物(1-30)であることが確認された。
δ(ppm)=8.21(2H),8.07-8.06(1H),8.05-7.97(7H),7.95(1H),7.92-7.83(9H),7.70-7.67(1H),7.62-7.60(1H),7.56-7.48(5H),7.39-7.37(1H).
[実施例19]
<例示化合物(1-36)の合成>
実施例14における4-(2-ナフチル)フェニルボロン酸の代わりに、9-フェニル-3-[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)フェニル]-9H-カルバゾールを用いて、実施例14と同様に合成し、白色粉体:11.1g(収率73.5%)を得た。
得られた白色粉体についてNMRを使用して構造を同定した。
H-NMR(CDCl)で以下の33個の水素のシグナルを検出し、例示化合物(1-36)であることが確認された。
δ(ppm)=8.44(1H),8.24-8.22(3H),8.06-8.05(1H),8.03-7.95(6H),7.93-7.88(8H),7.75-7.72(1H),7.65-7.60(4H),7.56-7.49(6H),7.45-7.44(2H),7.34-7.33(1H).
[実施例20]
<例示化合物(1-38)の合成>
反応容器に5-クロロ-2-(4-フェナンスレン-9-イル-フェニル)-ピリミジン:4.5g、2-[3,5-ジ(ナフタレン-2-イル)フェニル]-4,4,5,5-テトラメチル-1,3,2-ジオキサボロラン-:6.7g、炭酸カリウム:2.5g、テトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(0):0.4gを仕込み、トルエン/EtOH/HO混合溶媒下にて一晩還流撹拌した。放冷後、メタノールを加えて撹拌し、析出固体を採取した。モノクロロベンゼンを用いて100℃にて分散洗浄し、不溶物を濾過して、濾液を濃縮して粗製物を得た。粗製物をモノクロロベンゼンにて晶析精製し、析出した固体を採取し、白色粉体:1.8g(収率22.2%)を得た。
得られた白色粉体についてNMRを使用して構造を同定した。
H-NMR(CDCl)で以下の32個の水素シグナルを検出し、例示化合物(1-38)であることが確認された。
δ(ppm)=9.24(2H),8.81-8.79(1H),8.76-8.74(1H),8.70-8.67(2H),8.22(2H),8.16-8.15(1H),8.03-7.97(7H),7.94-7.89(5H),7.77-7.70(5H),7.68-7.64(1H),7.59-7.54(5H).
[実施例21]
<例示化合物(1-39)の合成>
反応容器に5-ブロモ-2-(4-フェナンスレン-9-イル-フェニル)-ピリジン:5.0g、2-[3,5-ジ(ナフタレン-2-イル)フェニル]-4,4,5,5-テトラメチル-1,3,2-ジオキサボロラン-:6.7g、炭酸カリウム:2.5g、テトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(0):0.4gを仕込み、トルエン/EtOH/HO混合溶媒下にて一晩還流撹拌した。放冷後、メタノールを加えて撹拌し、析出固体を採取した。モノクロロベンゼンを用いて100℃にて分散洗浄し、不溶物を濾過して、濾液を濃縮して粗製物を得た。粗製物をトルエンにて晶析精製し、析出した固体を採取し、白色粉体:6.7g(収率83.3%)を得た。
得られた白色粉体についてNMRを使用して構造を同定した。
H-NMR(CDCl)で以下の33個の水素シグナルを検出し、例示化合物(1-39)であることが確認された。
δ(ppm)=9.16(1H),8.81-8.79(1H),8.75-8.73(1H),8.25-8.21(4H),8.18-8.15(1H),8.12-8.11(1H),8.02-7.96(8H),7.93-7.89(5H),7.76(1H),7.72-7.67(4H),7.63-7.61(1H),7.58-7.51(5H).
[実施例22]
<例示化合物(1-25)の合成>
反応容器に1-ブロモ-3,5-ジクロロベンゼン:16.0g、4,4,5,5-テトラメチル-2-[4-(9-フェナンスレニル)フェニル]-1,3,2-ジオキサボロラン:28.3g、炭酸カリウム:19.6g、トルエン:200ml、エタノール:60ml、水:60mlを加え混合後、テトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(0):1.6gを加え、加熱還流下にて一晩撹拌した。放冷後、トルエンで抽出し、得られた有機層に80℃にて分散洗浄を施し、濾液を濃縮して粗製物を得た。粗製物をトルエンおよびアセトンにて晶析精製し、析出した固体を採取し、下記式(I-1)で表されるフェナンスレン誘導体の白色固体:21.2g(収率75.0%)を得た。
反応容器に上記式(I-1)で表されるフェナンスレン誘導体:20.0g、ビス(ピナコラート)ジボロン:28.0g、酢酸カリウム:14.8g、N-Nジメチルホルムアミド:200mlを加え混合後、ジクロロ[1,1’-ビス(ジフェニルフォスフィノ)フェロセン]パラジウム:1.7g、トリシクロヘキシルホスフィン:5.6gを加え、加熱還流下にて一晩撹拌した。放冷後、水およびメタノールを加えて撹拌し、析出固体を採取した。トルエンを用いて80℃にて分散洗浄し、不溶物を濾過して、濾液を濃縮して粗製物を得た。粗製物をトルエンおよびアセトンにて晶析精製し、析出した固体を採取し、下記式(I-2)で表されるフェナンスレン誘導体の白色固体:22.1g(収率75.8%)を得た。
反応容器に上記式(I-2)で表されるフェナンスレン誘導体:10.0g、2-クロロキノリン:5.9g、リン酸三カリウム:14.6g、1,4-ジオキサン:100ml、水:30mlを加え混合後、トリス(ジベンジリデンアセトン)ジパラジウム(0):0.9g、トリシクロヘキシルホスフィン:1.0gを加え、加熱還流下にて一晩撹拌した。放冷後、水およびメタノールを加えて撹拌し、析出固体を採取した。モノクロロベンゼンを用いて100℃にて分散洗浄し、不溶物を濾過して、濾液を濃縮し粗製物を得た。粗製物をモノクロロベンゼンおよびアセトンにて晶析精製し、析出した固体を採取し、白色粉体:8.4g(収率83.7%)を得た。
得られた白色粉体についてNMRを使用して構造を同定した。
H-NMR(CDCl)で以下の28個の水素のシグナルを検出し、例示化合物(1-25)であることが確認された。
δ(ppm)=8.97(1H),8.83-8.80(1H),8.77-8.75(1H),8.66-8.65(2H),8.33-8.31(2H),8.28-8.26(2H),8.15-8.13(2H),8.06-8.04(1H),8.01-7.99(2H),7.96-7.94(1H),7.90-7.88(2H),7.80-7.76(3H),7.73-7.56(8H).
[実施例23]
<例示化合物(1-26)の合成>
実施例22における2-クロロキノリンの代わりに、6-クロロキノリンを用いて、実施例22と同様に合成し、白色粉体:6.5g(収率73.6%)を得た。
得られた白色粉体についてNMRを使用して構造を同定した。
H-NMR(CDCl)で以下の28個の水素のシグナルを検出し、例示化合物(1-26)であることが確認された。
δ(ppm)=8.97-8.96(2H),8.82-8.80(1H),8.76-8.74(1H),8.29-8.26(4H),8.20-8.16(4H),8.08(3H),8.04-8.02(1H),7.96-7.92(3H),7.77(1H),7.73-7.62(5H),7.60-7.56(1H),7.50-7.46(2H).
[実施例24]
前記実施例で得た化合物について、高感度示差走査熱量計(ブルカー・エイエックスエス製、DSC3100SA)によって融点とガラス転移点を測定した。結果を表1にまとめて示した。
前記結果から、実施例で得た化合物の多くが、100℃以上のガラス転移点を有しており、これは薄膜状態が安定であることを示すものである。
[実施例25]
前記実施例で得た一般式(1)で表される化合物を用いて、シリコン基板上に膜厚80nmの蒸着膜を作製して、分光測定装置(フィルメトリクス社製、F10-RT-UV)を用いて、波長450nm、750nmにおける屈折率nと消衰係数kを測定した。比較のために、下記構造式の比較化合物(2-1)およびAlqについても測定した(例えば、特許文献4参照)。本発明の化合物も比較例化合物も、450nm~750nm波長範囲で消衰係数kが0であり、屈折率nの測定結果を表2にまとめて示した。
表2に示すように、波長450nmから750nmにおいて、本発明の化合物はAlqおよび比較化合物(2-1)の屈折率と同等以上の値を有しており、このことは、本発明の化合物をキャッピング層の構成材料とする有機EL素子における光の取出し効率の向上が期待できることを示している。
[実施例26]
本発明の化合物をキャッピング層の構成材料として用いて作製した有機EL素子について、大気中、常温で特性測定を行い、直流電圧を印加した発光特性の測定結果を表3にまとめて示した。
有機EL素子は、図6に示すように、ガラス基板1上に金属陽極2として反射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、電子輸送層6、電子注入層7、陰極8、キャッピング層9の順に蒸着して作製した。
具体的には、膜厚50nmのITO、膜厚100nmの銀合金の反射膜、膜厚5nmのITOを順に成膜したガラス基板1をイソプロピルアルコール中にて超音波洗浄を20分間行った後、250℃に加熱したホットプレート上にて10分間乾燥を行った。その後、UVオゾン処理を2分間行った後、このITO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、下記構造式の電子アクセプター(Acceptor-1)と下記構造式の化合物(3-1)を、蒸着速度比がAcceptor-1:化合物(3-1)=3:97となる蒸着速度で二元蒸着を行い、膜厚10nm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(3-1)を膜厚140nm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(3-2)と下記構造式の化合物(3-3)を、蒸着速度比が(3-2):(3-3)=5:95となる蒸着速度で二元蒸着を行い、膜厚20nmとなるように形成した。
この発光層5の上に、電子輸送層6として下記構造式の化合物(3-4)と下記構造式の化合物(3-5)を、蒸着速度比が(3-4):(3-5)=50:50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。
この電子輸送層6の上に、電子注入層7としてフッ化リチウムを膜厚1nmとなるように形成した。
この電子注入層7の上に、陰極8としてマグネシウム銀合金を膜厚12nmとなるように形成した。
最後に、キャッピング層9として実施例1の化合物(1-1)を膜厚60nmとなるように形成した。
[実施例27]
実施例26において、キャッピング層9として、実施例1の化合物(1-1)に変えて実施例2の化合物(1-3)を膜厚60nmとなるように形成した以外は、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、常温で特性測定を行い、直流電圧を印加した発光特性の測定結果を表3にまとめて示した。
[実施例28]
実施例26において、キャッピング層9として、実施例1の化合物(1-1)に変えて実施例4の化合物(1-46)を膜厚60nmとなるように形成した以外は、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、常温で特性測定を行い、直流電圧を印加した発光特性の測定結果を表3にまとめて示した。
[実施例29]
実施例26において、キャッピング層9として、実施例1の化合物(1-1)に変えて実施例5の化合物(1-47)を膜厚60nmとなるように形成した以外は、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、常温で特性測定を行い、直流電圧を印加した発光特性の測定結果を表3にまとめて示した。
[実施例30]
実施例26において、キャッピング層9として、実施例1の化合物(1-1)に変えて実施例6の化合物(1-48)を膜厚60nmとなるように形成した以外は、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、常温で特性測定を行い、直流電圧を印加した発光特性の測定結果を表3にまとめて示した。
[実施例31]
実施例26において、キャッピング層9として、実施例1の化合物(1-1)に変えて実施例7の化合物(1-17)を膜厚60nmとなるように形成した以外は、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、常温で特性測定を行い、直流電圧を印加した発光特性の測定結果を表3にまとめて示した。
[実施例32]
実施例26において、キャッピング層9として、実施例1の化合物(1-1)に変えて実施例8の化合物(1-18)を膜厚60nmとなるように形成した以外は、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、常温で特性測定を行い、直流電圧を印加した発光特性の測定結果を表3にまとめて示した。
[実施例33]
実施例26において、キャッピング層9として、実施例1の化合物(1-1)に変えて実施例9の化合物(1-21)を膜厚60nmとなるように形成した以外は、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、常温で特性測定を行い、直流電圧を印加した発光特性の測定結果を表3にまとめて示した。
[実施例34]
実施例26において、キャッピング層9として、実施例1の化合物(1-1)に変えて実施例10の化合物(1-22)を膜厚60nmとなるように形成した以外は、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、常温で特性測定を行い、直流電圧を印加した発光特性の測定結果を表3にまとめて示した。
[実施例35]
実施例26において、キャッピング層9として、実施例1の化合物(1-1)に変えて実施例11の化合物(1-23)を膜厚60nmとなるように形成した以外は、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、常温で特性測定を行い、直流電圧を印加した発光特性の測定結果を表3にまとめて示した。
[実施例36]
実施例26において、キャッピング層9として、実施例1の化合物(1-1)に変えて実施例12の化合物(1-24)を膜厚60nmとなるように形成した以外は、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、常温で特性測定を行い、直流電圧を印加した発光特性の測定結果を表3にまとめて示した。
[実施例37]
実施例26において、キャッピング層9として、実施例1の化合物(1-1)に変えて実施例14の化合物(1-33)を膜厚60nmとなるように形成した以外は、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、常温で特性測定を行い、直流電圧を印加した発光特性の測定結果を表3にまとめて示した。
[実施例38]
実施例26において、キャッピング層9として、実施例1の化合物(1-1)に変えて実施例15の化合物(1-31)を膜厚60nmとなるように形成した以外は、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、常温で特性測定を行い、直流電圧を印加した発光特性の測定結果を表3にまとめて示した。
[実施例39]
実施例26において、キャッピング層9として、実施例1の化合物(1-1)に変えて実施例16の化合物(1-34)を膜厚60nmとなるように形成した以外は、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、常温で特性測定を行い、直流電圧を印加した発光特性の測定結果を表3にまとめて示した。
[実施例40]
実施例26において、キャッピング層9として、実施例1の化合物(1-1)に変えて実施例17の化合物(1-35)を膜厚60nmとなるように形成した以外は、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、常温で特性測定を行い、直流電圧を印加した発光特性の測定結果を表2にまとめて示した。
[実施例41]
実施例26において、キャッピング層9として、実施例1の化合物(1-1)に変えて実施例18の化合物(1-30)を膜厚60nmとなるように形成した以外は、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、常温で特性測定を行い、直流電圧を印加した発光特性の測定結果を表3にまとめて示した。
[実施例42]
実施例26において、キャッピング層9として、実施例1の化合物(1-1)に変えて実施例19の化合物(1-36)を膜厚60nmとなるように形成した以外は、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、常温で特性測定を行い、直流電圧を印加した発光特性の測定結果を表3にまとめて示した。
[実施例43]
実施例26において、キャッピング層9として、実施例1の化合物(1-1)に変えて実施例20の化合物(1-38)を膜厚60nmとなるように形成した以外は、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、常温で特性測定を行い、直流電圧を印加した発光特性の測定結果を表3にまとめて示した。
[実施例44]
実施例26において、キャッピング層9として、実施例1の化合物(1-1)に変えて実施例21の化合物(1-39)を膜厚60nmとなるように形成した以外は、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、常温で特性測定を行い、直流電圧を印加した発光特性の測定結果を表3にまとめて示した。
[実施例45]
実施例26において、キャッピング層9として、実施例1の化合物(1-1)に変えて実施例22の化合物(1-25)を膜厚60nmとなるように形成した以外は、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、常温で特性測定を行い、直流電圧を印加した発光特性の測定結果を表3にまとめて示した。
[実施例46]
実施例26において、キャッピング層9として、実施例1の化合物(1-1)に変えて実施例23の化合物(1-26)を膜厚60nmとなるように形成した以外は、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、常温で特性測定を行い、直流電圧を印加した発光特性の測定結果を表3にまとめて示した。
[比較例1]
比較のために、実施例26において、キャッピング層9として、実施例1の化合物(1-1)に変えてAlqを膜厚60nmとなるように形成した以外は、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、常温で特性測定を行い、直流電圧を印加した発光特性の測定結果を表3にまとめて示した。
[比較例2]
比較のために、実施例26において、キャッピング層9として、実施例1の化合物(1-1)に変えて化合物(2-1)を膜厚60nmとなるように形成した以外は、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、常温で特性測定を行い、直流電圧を印加した発光特性の測定結果を表3にまとめて示した。
前記実施例と比較例で作製した有機EL素子を用いて、素子寿命を測定した結果を表2にまとめて示した。素子寿命は、10mA/cmの定電流駆動を行った時、初期輝度を100%とした場合の95%まで減衰する時間として測定した。

表3に示すように、電流密度10mA/cm時における駆動電圧は、比較例1と比較例2の素子と実施例26から実施例46の素子ではほぼ同等であるのに対し、輝度、発光効率、電力効率、素子寿命においては、全て実施例の素子は比較例に比べて顕著な向上が見られた。このことは、本発明の一般式(1)で表される化合物はキャッピング層に好適に用いられる材料であり、キャッピング層の屈折率を高くすることができるため、有機EL素子の光の取出し効率を大幅に改善できることを示している。
本発明の化合物は、屈折率が高く、光の取出し効率を大幅に改善でき、薄膜状態が安定であるため、有機EL素子に好適に用いられる化合物として優れている。また、本発明の化合物を用いて作製する有機EL素子は、高い効率を得ることができる。更に、青、緑および赤それぞれの波長領域において吸収を持たない本発明の化合物を用いることにより、色純度がよく鮮明で明るい画像を表示したい場合に、特に好適である。例えば、家庭電化製品や照明の用途への展開が期待できる。
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 電子輸送層
7 電子注入層
8 陰極
9 キャッピング層

Claims (5)

  1. 下記一般式(1)で表される化合物。
    (式中、Bは、フェニル基、ナフタレニル基、フェナントレニル基、ジベンゾフラニル基、ジベンゾチオフェニル基、9,9-ジメチルフルオレニル基および9,9-ジフェニルフルオレニル基から選ばれる基を表す。
    Arは、フェニレン基、ピリジレン基およびピリミジニレン基から選ばれる2価基を表し、
    Arは、フェニレン基、ピリジレン基およびピリミジニレン基から選ばれる2価基、または単結合を表す。
    A1およびA2は、相互に同一でも異なっていてもよく、下記一般式(3a)または(3c)で示される1価基を表す。)
    (式(3a)中、R~Rのいずれか1つは結合部位を表し、R~Rのうち結合部位でないものは全て水素原子を表す。
    式(3c)中、R~Rのいずれか1つは結合部位を表し、R~Rのうち結合部位でないものは全て水素原子を表す。)
  2. 波長450nm~750nmの範囲における屈折率が、1.70以上である請求項1に記載の化合物を含む有機薄膜。
  3. 少なくとも陽極電極、正孔輸送層、発光層、電子輸送層、陰極電極およびキャッピング層をこの順に有する有機エレクトロルミネッセンス素子であり、
    前記キャッピング層が、請求項2に記載の有機薄膜である有機エレクトロルミネッセンス素子。
  4. 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電子素子であり、
    前記有機層が、請求項1に記載の化合物を含む電子素子。
  5. 請求項4に記載の電子素子を含む電子機器。
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