JP6059825B2 - 有機電子素子用化合物、これを用いた有機電子素子及びその電子装置 - Google Patents

有機電子素子用化合物、これを用いた有機電子素子及びその電子装置 Download PDF

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Description

本発明は、有機電子素子用化合物、これを用いた有機電子素子及びその電子装置に関する。
一般に、有機発光現象とは、有機物質を用いて電気エネルギーを光エネルギーに変換させる現象をいう。 有機発光現象を利用する有機電子素子は通常、正極と負極及びこの間に有機物層を含む構造を有する。ここで、有機物層は、有機電子素子の効率と安定性を高めるために、それぞれ他の物質で構成された多層の構造からなる場合が多く、例えば、正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電子輸送層及び電子注入層などからなり得る。
有機電子素子において有機物層として用いられる材料は、機能によって発光材料と電荷輸送材料、例えば、正孔注入材料、正孔輸送材料、電子輸送材料、電子注入材料などに分類されることができる。
一方、有機電子素子の寿命短縮原因のうち1つである正極電極(ITO)から金属酸化物が有機層に浸透拡散されることを遅延させつつ、素子駆動時に発生するジュール熱(Joule heating)に対しても安定された特性、即ち高いガラス転移温度を有する正孔注入層材料に対する開発が必要である。また、 正孔輸送層材料の低いガラス転移温度は素子駆動時、薄膜表面の均一度を低下させる特性があるため、これは素子の寿命に大きな影響を及ぼすことと報告されている。また、OLED素子の形成において蒸着方法が主流をなしており、このような 蒸着方法に 長く耐えられる材料、即ち耐熱特性が強い材料開発が必要な実情である。
前述した有機電子素子が有する優れた特徴を十分に発揮するためには、素子内の有機物層をなす物質、例えば、正孔注入物質、正孔輸送物質、発光物質、電子輸送物質、電子注入物質などが安定的、且つ効率的な材料によって後押されることが前提とならなければならないが、未だに安定的、且つ効率的な有機電子素子用有機物層材料の開発が十分に行われていない状態であり、従い、新しい材料の開発が求め続けられている。
本発明は、素子の高い発光効率、低い駆動電圧、高耐熱性、色純度及び寿命を向上させることができる化合物、これを用いた有機電子素子及びその電子装置を提供することを目的とする。
一側面において、本発明は、下記式で表される化合物を提供する。
他の側面において、本発明は、前記式で表される化合物を用いた有機電子素子及びその電子装置を提供する。
本発明に係る化合物を用いることで、 素子の高い発光効率、低い駆動電圧、高耐熱性を達成することができ、素子の色純度及び寿命を大きく向上させることができる。
本発明に係る有機電子発光素子の例示図を示す。
以下、本発明の実施形態を添付の図面を参照して詳細に説明する。
各図面の構成要素に参照符号を付すにおいて、同一の構成要素に対しては、たとえ他の図面上に表示されていても可能な限り同一の符号を有するようにしていることに留意すべきである。また、本発明を説明するにおいて、関連する公知の構成又は機能に関する具体的な説明が本発明の要旨を曖昧にするおそれがあると判断される場合には、その詳細な説明は省略する。
また、本発明の構成要素を説明するにおいて、第1、第2、A、B、(a)、(b)などの用語を用いることができる。このような用語は、その構成要素を他の構成要素と区別するためのものに過ぎず、その用語により該当構成要素の本質や順番又は順序などが限定されないわけではない。ある構成要素が他の構成要素に「連結」、「結合」又は「接続」されると記載された場合、その構成要素は、その他の構成要素に直接的に連結又は接続され得るが、各構成要素の間に他の構成要素が「連結」、「結合」又は「接続」され得ることも理解されるべきである。
一方、 本明細書で用いられた用語「ハロ」又は「ハロゲン」は、他の説明がない限り、フッ素(F)、 塩素(Cl)、ブローム(Br)及びヨード(I)を含む。
本発明に用いられた用語「アルキル」又は「アルキル基」は、他の説明がない限り、1ないし60の炭素数を有し、これに制限されるものではない。
本発明に用いられた用語「アルケニル」又は「アルキニル」は、他の説明がない限り、それぞれ2ないし60の炭素数の二重結合又は三重結合を有し、これに制限されるものではない。
本発明で用いられた用語「シクロアルキル」は、他の説明がない限り、3ないし60の炭素数を有する環を形成するアルキルを意味し、これに制限されるものではない。
本発明で用いられた用語「アルコキシル基」は、他の説明がない限り、1ないし60の炭素数を有し、これに制限されるものではない。
本発明で用いられた用語「アリール基」及び「アリーレン基」は、他の説明がない限り、それぞれ6ないし60の炭素数を有し、これに制限されるものではない。
本発明において、「アリール基」又は「アリーレン基」は、単一環又は多環の芳香族を意味し、 隣り合う置換基が結合又は反応に加わって形成された芳香族環を含む。例えば、アリール基はフェニル基、ビフェニル基、フルオレン基、スピロフルオレン基であり得る。
本明細書で用いられた用語「ヘテロアルキル」は、他の説明がない限り、1つ以上のヘテロ原子を含むアルキルを意味する。本発明で用いられた用語「ヘテロアリール基」又は「ヘテロアリーレン基」は、他の説明がない限り、それぞれ1つ以上のヘテロ原子を含む炭素数2ないし60のアリール基又はアリーレン基を意味し、ここに制限されるものではなく、単一環のみならず、多環を含み、隣り合う基が結合して形成されることもできる。
本発明に用いられた用語「ヘテロシクロアルキル」、「ヘテロ環基」は、他の説明がない限り、1つ又はそれ以上のヘテロ原子を含み、2ないし60の炭素数を有し、単一環だけでなく多環を含み、隣り合う基が結合して形成されることもできる。また、「ヘテロ環基」は、ヘテロ原子を含む脂環族及び/又は芳香族を意味し得る。
本明細書で用いられた用語「ヘテロ原子」は、他の説明がない限り、N、O、S、P又はSiを示す。
他の説明がない限り、本発明で用いられた用語「脂肪族」は、炭素数1ないし60の脂肪族炭化水素を意味し、「脂環族環」は炭素数3ないし60の脂肪族炭化水素環を意味する。
他の説明がない限り、本発明で用いられた用語「環」は、炭素数3ないし60の脂肪族環又は炭素数6ないし60の芳香族環又は炭素数2ないし60のヘテロ環又はこれらの組み合わせからなる縮合環を意味し、飽和又は不飽和環を含む。
前述したヘテロ化合物以外のその他のヘテロ化合物又はヘテロラジカルは、1つ以上のヘテロ原子を含み、これに制限されるものではない。
また、明示的な説明がない限り、本発明で用いられた用語「置換又は非置換の」における「置換」は、重水素、ハロゲン、アミノ基、ニトリル基、ニトロ基、 C-C20のアルキル基、C-C20のアルコキシル基、C-C20のアルキルアミン基、C-C20のアルキルチオフェン基、C-C20のアリールチオフェン基、C-C20のアルケニル基、C-C20のアルキニル基、C-C20のシクロアルキル基、C-C20のアリール基、重水素で置換されたC-C20のアリール基、C-C20のアリールアルケニル基、シラン基、ホウ素基、ゲルマニウム基、及びC-C20のヘテロ環基からなる群より選択される1つ以上の置換基で置換されることを意味し、これらの置換基に制限されるものではない。
図1は、本発明の一実施形態に係る有機電子素子に対する例示図である。
図1を参照すれば、本発明の一実施形態に係る有機電子素子100は、基板110上に形成された第1電極120、第2電極180及び第1電極120と第2電極180との間に式1で表される化合物を含む有機物層を備える。このとき、第1電極120はアノード(正極)であり、第2電極180はカソード(負極)であり得、インバート型の場合には、第1電極がカソードであり、第2電極がアノードであり得る。
有機物層は、第1電極120上に順次、正孔注入層130、正孔輸送層140、発光層150、電子輸送層160及び電子注入層170を含むことができる。このとき、発光層150を除いた残りの層が形成されないこともあり得る。正孔阻止層、電子阻止層、発光補助層151、バッファ層141などを更に含んでもよく、電子輸送層160などが正孔阻止層の機能を行ってもよい。
また、図示していないが、本発明に係る有機電子素子は、第1電極と第2電極のうちの少なくとも一面のうち前記有機物層と反対の一面に形成された保護層を更に含むことができる。
前記有機物層に適用される本発明に係る化合物は、正孔注入層130、正孔輸送層140、電子輸送層160、電子注入層170、発光層150のホスト又はドーパント又は光効率改善層の材料として使用され得る。
本発明の一実施形態に係る有機電子発光素子は、PVD(physical vapor deposition)方法を利用して製造され得る。例えば、基板上に金属又は伝導性を有する金属酸化物又はこれらの合金を蒸着させて正極120を形成し、その上に正孔注入層130、正孔輸送層140、発光層150、電子輸送層160及び電子注入層170を含む有機物層を形成した後、その上に負極180として使用できる物質を蒸着させることによって製造され得る。
また、有機物層は、多様な高分子素材を用いて蒸着法ではない溶液工程又はソルベントプロセス(solvent process)、例えば、スピンコーティング工程、ディップコーティング工程、ドクターブレーディング工程、スクリーンプリンティング工程、インクジェットプリンティング工程、 又は熱転写法などの方法によってより少ない数の層で製造できる。 本発明に係る有機物層は、多様な方法で形成され得るので、その形成方法によって本発明の権利範囲が制限されるものではない。
本発明に係る有機電子素子は、用いられる材料によって前面発光型、後面発光型又は両面発光型であり得る。
また、本発明に係る有機電子素子は、有機電子発光素子、有機太陽電池、有機感光体、有機トランジスタ、単色又は白色照明用素子のうちの1つであり得る。
本発明の他の実施形態は、前述した本発明の有機電子素子を含むディスプレイ装置と、このディスプレイ装置を制御する制御部を含む電子装置を含むことができる。このとき、電子装置は、現在又は将来の有無線通信端末であり得、携帯電話などの移動通信端末、PDA、電子辞書、PMP、リモコン、ナビゲーション、ゲーム機、各種テレビ、各種コンピュータなどあらゆる電子装置を含む。
以下、本発明の一側面に係る化合物について説明する。
本発明の一側面に係る化合物は、下記式1で表される。
<式1>
前記式において、
-R16は互いに独立して、i)水素;重水素;ハロゲン;C-C60のアリール基;O、N、S、Si及びPのうちの少なくとも1つのヘテロ原子を含むC-C60のヘテロ環基;C-C50のアルキル基;-L-N(Ar)(Ar);及びフルオレニル基;からなる群より選択されるか、又はii)隣り合う基同士で互いに結合して少なくとも1つの環を形成できる。このとき、環を形成しない基はi)で定義されたものと同一であり得る。
ここで、「隣り合う基」とは、RとR、RとR、RとRなどのように直ぐ隣接する基をいい、形成された環は、単一環又は多環、飽和又は不飽和、芳香族又は脂環族、ヘテロ環などを意味する。また、形成された環は、置換又は非置換された環であり得る。
X及びZは同一又は相異し、互いに独立して、N(Ar)、S、O又はC(R’)(R”)である。
ArはC-C60のアリール基;O、N、S、Si及びPのうちの少なくとも1つのヘテロ原子を含むC-C60のヘテロ環基;C-C50のアルキル基;C-C20のアルケニル基;フルオレニル基;C-C30のアルコキシ基;及び-L-N(Ar)(Ar);からなる群より選択され得る。
L及びLは互いに独立して、単結合;C-C60のアリーレン基;C-C60のヘテロアリーレン基;フルオレニレン基;及び2価の脂肪族炭化水素基;からなる群より選択され得る。ここで、「単結合」とは、LとLが不在であることを意味する。一方、L及びLがアリーレン基、ヘテロアリーレン基、フルオレニレン基、及び2価の脂肪族炭化水素基である場合、これらのそれぞれは、ニトロ基、シアノ基、ハロゲン基、C-C20のアルキル基、C-C20のアリール基、C-C20のヘテロ環基、C-C20のアルコキシ基及びアミノ基からなる群より選択される1つ以上の置換基で置換され得る。
ArないしArは互いに独立して、C-C60のアリール基;O、N、S、Si及びPのうちの少なくとも1つのヘテロ原子を含むC-C60のヘテロ環基;C-C50のアルキル基;C-C20のアルケニル基;C-C30のアルコキシ基;及びフルオレニル基;からなる群より選択され得、
R’及びR”は互いに独立して、C-C60のアリール基;フルオレニル基;O、N、S、Si及びPのうちの少なくとも1つのヘテロ原子を含むC-C60のヘテロ環基;及びC-C50のアルキル基;からなる群より選択され得る。
前記R-R16、Ar、Ar-Ar、R’及びR”がアリール基である場合、これは重水素、ハロゲン、シラン基、ホウ素基、ゲルマニウム基、シアノ基、ニトロ基、C-C20のアルキルチオ基、C-C20のアルコキシ基、C-C20のアルキル基、C-C20のアルケニル基(alkenyl)、C-C20のアルキニル基(alkynyl)、C-C20のアリール基、重水素で置換されたC-C20のアリール基、C-C20のヘテロ環基、C-C20のシクロアルキル基、C-C20のアリールアルキル基及びC-C20のアリールアルケニル基からなる群より選択された1つ以上の置換基で置換され得、
前記R-R16、Ar、Ar-Ar、R’及びR”がヘテロ環基である場合、これは重水素、ハロゲン、シラン基、シアノ基、ニトロ基、C-C20のアルコキシ基、C-C20のアルキル基、C-C20のアルケニル基(alkenyl)、C-C20のアリール基、重水素で置換されたC-C20のアリール基、C-C20のヘテロ環基、C-C20のシクロアルキル基、C-C20のアリールアルキル基及びC-C20のアリールアルケニル基からなる群より選択された1つ以上の置換基で置換され得、
前記R-R16、Ar、Ar-Ar、R’及びR”がフルオレニル基である場合、これは重水素、ハロゲン、シラン基、シアノ基、C-C20のアルキル基、C-C20のアルケニル基(alkenyl)、C-C20のアリール基、重水素で置換されたC-C20のアリール基、C-C20のヘテロ環基及びC-C20のシクロアルキル基からなる群より選択された1つ以上の置換基で置換され得、
前記R-R16、Ar、Ar-Ar、R’及びR”がアルキル基である場合、これはハロゲン、シラン基、ホウ素基、シアノ基、C-C20のアルコキシ基、C-C20のアルキル基、C-C20のアルケニル基(alkenyl)、C-C20のアリール基、重水素で置換されたC-C20のアリール基、C-C20のヘテロ環基、C-C20のアリールアルキル基及びC-C20のアリールアルケニル基からなる群より選択された1つ以上の置換基で置換され得、
前記Ar、Ar-Arがアルケニル基である場合、これは重水素、ハロゲン、シラン基、シアノ基、C-C20のアルコキシ基、C-C20のアルキル基、C-C20のアルケニル基(alkenyl)、C-C20のアリール基、重水素で置換されたC-C20のアリール基、C-C20のヘテロ環基、C-C20のシクロアルキル基、C-C20のアリールアルキル基及びC-C20のアリールアルケニル基からなる群より選択された1つ以上の置換基で置換され得、
前記Ar、Ar-Arがアルコキシ基である場合、これは重水素、ハロゲン、シラン基、C-C20のアルキル基、C-C20のアリール基、重水素で置換されたC-C20のアリール基、C-C20のヘテロ環基及びC-C20のシクロアルキル基からなる群より選択された1つ以上の置換基で置換され得る。
前記式1は、下記式のうちの1つで表されることができる。
<式2>
<式3>
<式4>
<式5>
<式6>
前記式2ないし6において、R-R16、X、R’、R”及びArは、前記式1で定義されたものと同一に定義され得る。
Y及びA-ないしAは同一又は相異し、互いに独立して、N又はC(R17)であり得る。
このとき、R17は水素;重水素;C-C60のアリール基;又はO、N、S、Si及びPのうちの少なくとも1つのヘテロ原子を含むC-C60のヘテロ環基;であり得る。Y、A-AがCR17である場合、R17はそれぞれ異なり得る。
前記式2ないし6において、Ar11はC-C60のアリール基;O、N、S、Si及びPのうちの少なくとも1つのヘテロ原子を含むC-C60のヘテロ環基;C-C50のアルキル基;C-C20のアルケニル基;C-C30のアルコキシ基;又はフルオレニル基;であり、これらは前記式1で定義されたアリール基、ヘテロ環基、アルキル基、アルケニル基、アルコキシ基、フルオレニル基などの置換基で更に置換され得る。
ここで、前記アリール基である場合、炭素数は6-60、好ましくは炭素数6-30、より好ましくは炭素数6-20のアリール基であり得、
前記ヘテロ環基である場合、炭素数は2-60、好ましくは炭素数2-30、より好ましくは炭素数2-20のヘテロ環であり得、
前記アリーレン基である場合、炭素数は6-60、好ましくは炭素数6-30、より好ましくは炭素数6-20のアリーレン基であり得、
前記アルキル基である場合、炭素数は1-50、好ましくは炭素数1-30、より好ましくは炭素数1-20、特に好ましくは炭素数1-10のアルキル基であり得る。
具体的に、前記式1は、下記化合物のうち1つであり得る。
以下、本発明に係る式で表される化合物の合成例及び有機電子素子の製造例に対して実施形態を挙げて具体的に説明するが、本発明が下記実施形態に限定されるものではない。
<合成例>
<Product1の合成法の例>
本発明に係る最終化合物(Final Product)は、例示的に下記反応式1のようにSub1とSub2を反応させて製造されるが、これに限定されるものではない。
<反応式1>
<Sub1の合成例 >
前記反応式1のSub1は下記反応式2〜4の反応経路により合成され得るが、これに限定されるものではない。
<反応式2>
<Sub 1-2の合成>
Sub 1-1(1当量)を丸底フラスコにDMFで溶かした後、Bis(pinacolato)diboron(2.2当量)、Pd(dppf)Cl(0.03当量)、KOAc(3当量)を添加し、90℃で攪拌した。反応が完了すれば、蒸留によってDMFを除去し、CHClと水で抽出した。有機層をMgSOで乾燥させ、濃縮した後、生成された化合物をsilicagel column及び再結晶してSub 1-2を得た。
<Sub 1-3の合成>
得られたSub 1-2(1当量)とRで置換された1-bromo-2-nitrobenzene(2当量)、Pd(PPh(0.03当量)、KCO(3当量)を無水THFと少量の水に溶かした後、24時間還流させた。反応が終了すれば、反応物の温度を常温に冷却し、CHClで抽出し、水で拭き取った。少量の水を無水MgSOで除去し、減圧ろ過した後、有機溶媒を濃縮して生成された生成物をカラムクロマトグラフィーを用いて分離して所望のSub 1-3を得た。
<Sub 1-4の合成>
得られたSub 1-3(1当量)とtriphenylphosphine(2.5当量)をo-dichlorobenzeneに溶かし、24時間還流させた。反応が終了すれば、減圧蒸留を用いて溶媒を除去した後、濃縮された生成物をカラムクロマトグラフィーを用いて分離して所望のSub 1(A)を得た。
<Sub 1(A)の合成法>
Sub 1-4(1当量)とBr-Ar化合物(1.1当量)をトルエンに入れ、Pd(dba)(0.05当量)、PPh(0.1当量)、NaOt-Bu(3当量)をそれぞれ添加した後、100℃で24時間攪拌還流させる。etherと水で抽出した後、有機層をMgSOで乾燥させ、濃縮した後、生成された有機物をsilicagel column及び再結晶してSub 1(A)を得た。
<反応式3>
<Sub 1-5の合成>
Sub 1-1(1当量)を丸底フラスコにDMFで溶かした後、Bis(pinacolato)diboron(1.1当量)、Pd(dppf)Cl(0.03当量)、KOAc(3当量)を添加し、90℃で攪拌した。反応が完了すれば、蒸留によってDMFを除去し、CHClと水で抽出した。有機層をMgSOで乾燥させ、濃縮した後、生成された化合物をsilicagel column及び再結晶してSub 1-5を得た。
<Sub 1-6の合成>
得られたSub 1-5(1当量)とR-Rで置換された1-bromo-2-nitrobenzene(1当量)、Pd(PPh(0.03当量)、KCO(3当量)を無水THFと少量の水に溶かした後、24時間還流させた。反応が終了すれば、反応物の温度を常温に冷却し、CHClで抽出し、水で拭き取った。少量の水を無水MgSOで除去し、減圧ろ過した後、有機溶媒を濃縮して生成された生成物をカラムクロマトグラフィーを用いて分離して所望のSub 1-6を得た。
<Sub 1-7の合成法>
得られたSub 1-6(1当量)とtriphenylphosphine(2.5当量)をo-dichlorobenzeneに溶かし、24時間還流させた。反応が終了すれば、減圧蒸留を用いて溶媒を除去した後、濃縮された生成物をカラムクロマトグラフィーを用いて分離して所望のSub 1-7を得た。
<Sub 1-9の合成法>
Sub 1-7化合物(1当量)とSub 1-8化合物(1当量)、Ph(PPh)、NaCOを無水THFと少量の水に溶かした後、24時間還流させた。反応が終了すれば、反応物の温度を常温に冷却し、CHClで抽出し、水で拭き取った。少量の水を無水MgSOで除去し、減圧ろ過した後、有機溶媒を濃縮して生成された生成物をカラムクロマトグラフィーを用いて分離して所望のSub 1-9を得た。
<Sub 1(B)の合成法>
Sub 1-9の化合物をtrifluoromethanesulfonic acid溶媒に溶かした後、常温で48時間攪拌させた。反応が終了すれば、反応物を水とpyridineの混合溶媒に注ぎ、20分間還流させた。反応物の温度を常温に冷却し、CHClで抽出し拭き取った。少量の水を無水MgSOで除去し、減圧ろ過した後、有機溶媒を濃縮して生成された生成物をカラムクロマトグラフィーを用いて分離して所望のSub 1(B)を得た。
<反応式4>
<Sub 1-12の合成>
Sub 1-10の化合物(1当量)をジオキサンに溶かした後、R11-R14で置換された1.1当量の1-ピロリジノ-1-シクロヘキセンを添加して18時間還流させた。水を添加し、2時間加熱させた後、エーテルと5%のHCl、5%のNaHCO溶液でWork-upを行った後、生成された有機物をsilicagel column及び再結晶してSub 1-12を得た。
<Sub 1-13の合成>
Sub 1-12をCHClと10%のメタンスルホン酸混合溶液70mlに溶かした後、常温で2時間攪拌させた。バイカーボネート溶液で反応を終結させた後、メチレンクロリド、NaHCOと水でWork-upを行った。溶媒を飛ばし、カラムクロマトグラフィーで分離した後、トリグライムに10%のPd/Cと共に溶かして16時間還流させた。その後、ヘキサンでカラムクロマトグラフィーを行ってSub 1-13を得た。
<Sub 1(C)の合成>
Sub 1-13(1当量)をテトラヒドロフランに溶かし、-78℃に温度を下げた後、1.1当量のn-BULi(1.6M in hexane)を徐々に滴加した。1時間反応後、ヨードメタン(1.3当量)を加えた後、温度を徐々に上げて室温で1時間攪拌し、再び温度を-78℃に下げ、1.1当量のn-BULi(1.6M in hexane)を徐々に滴加した。1時間反応後、ヨードメタン1.3当量を加えた後、温度を徐々に上げて室温で15時間攪拌した後、NHCl水溶液と蒸留水を加えて反応を終了し、有機層を減圧除去させた後、ヘキサンで再結晶してSub 1(C)を得た。
Sub1の例は、以下の通りであるが、これに限定されるものではない。
<Sub2の例>
前記反応式1のSub2の例は、以下の通りであるが、これに限定されるものではない。
<表2>
<最終生成物(Final Product)の合成>
Sub 1(1当量)とSub 2(1.1当量)をトルエンに入れ、Pd(dba)(0.05当量)、PPh(0.1当量)、NaOt-Bu(3当量)をそれぞれ添加した後、100℃で24時間攪拌還流させる。etherと水で抽出した後、有機層をMgSOで乾燥させ、濃縮した後、生成された有機物をsilicagel column及び再結晶して最終生成物を得た。
<1-1の合成>
15-phenyl-15,18-dihydrophenanthro[9,8-bc:10,1-b’c’]dicarbazole(10.1g、20mmol)chlorobenzene(2.7g、24mmol)をトルエンに入れ、Pd(dba)(1.0g、1mmol)、PPh(0.5g、2mmol)、NaOt-Bu(5.8g、60mmol)をそれぞれ添加した後、100℃で24時間攪拌還流させる。etherと水で抽出した後、有機層をMgSOで乾燥させ、濃縮した後、生成された有機物をsilicagel column及び再結晶して7.8gの最終Product(収率67%)を得た。
<2-1の合成>
15-phenyl-15,18-dihydrophenanthro[9,8-bc:10,1-b’c’]dicarbazole(10.1g、20mmol)2-chloro-4-phenylquinazoline(5.8g、24mmol)をトルエンに入れ、Pd(dba)(1.0g、1mmol)、PPh(0.5g、2mmol)、NaOt-Bu(5.8g、60mmol)をそれぞれ添加した後、100℃で24時間攪拌還流させる。etherと水で抽出した後、有機層をMgSOで乾燥させ、濃縮した後、生成された有機物をsilicagel column及び再結晶して9.0gの最終Product(収率63%)を得た。
<3-5の合成>
18H-benzo[5,10]benzo[4’,5’]thieno[3’,2’:6,7]anthra[9,1-bc]carbazole(8.9g、20mmol)4-([1,1’-biphenyl]-3-yl)-2-chloroquinazoline (7.6g、24mmol)をトルエンに入れ、Pd(dba)(1.0g、1mmol)、PPh(0.5g、2mmol)、NaOt-Bu(5.8g、60mmol)をそれぞれ添加した後、100℃で24時間攪拌還流させる。etherと水で抽出した後、有機層をMgSOで乾燥させ、濃縮した後、生成された有機物をsilicagel column及び再結晶して9.5gの最終Product(収率65%)を得た。
<4-4の合成>
18H-benzo[5,10]benzofuro[3’,2’:6,7]anthra[9,1-bc]carbazole(8.6g、20mmol)4-([1,1’-biphenyl]-4-yl)-2-chloroquinazoline(7.6g、24mmol)をトルエンに入れ、Pd(dba)(1.0g、1mmol)、PPh(0.5g、2mmol)、NaOt-Bu(5.8g、60mmol)をそれぞれ添加した後、100℃で24時間攪拌還流させる。etherと水で抽出した後、有機層をMgSOで乾燥させ、濃縮した後、生成された有機物をsilicagel column及び再結晶して8.7gの最終Product(収率61%)を得た。
<5-15の合成>
18,18-dimethyl-15,18-dihydrobenzo[5,10]indeno[1’,2’:6,7]anthra[9,1-bc]carbazole(9.2g、20mmol)2-chloro-4-(dibenzo[b,d]thiophen-4-yl)quinazoline(8.3g、24mmol)をトルエンに入れ、Pd(dba)(1.0g、1mmol)、PPh(0.5g、2mmol)、NaOt-Bu(5.8g、60mmol)をそれぞれ添加した後、100℃で24時間攪拌還流させる。etherと水で抽出した後、有機層をMgSOで乾燥させ、濃縮した後、生成された有機物をsilicagel column及び再結晶して8.9gの最終Product(収率58%)を得た。
<表3>
<有機電子素子の製造評価>
<[実施形態1]グリーン有機電子発光素子(燐光ホスト)>
合成により得られた本発明の化合物を発光層の発光ホスト物質として用いて通常の方法によって有機電子発光素子を製造した。まず、ガラス基板に形成されたITO層(正極)上にN-(naphthalen-2-yl)-N、N-bis(4-(naphthalen-2-yl(phenyl)amino)phenyl)-N-phenylbenzene-1,4-diamine(2-TNATAと略す)膜を真空蒸着して60nmの厚さの正孔注入層を形成した。次いで、前記正孔注入層上に、4,4-ビス[N-(1-ナフチル)-N-フェニルアミノ]ビフェニル(以下、-NPDと略す)を60nmの厚さで真空蒸着して正孔輸送層を形成した。そして、正孔輸送層の上部に本発明の化合物1-1をホストとして、Ir(ppy)3[tris(2-phenylpyridine)-iridium]をドーパントとして95:5の重量でドーピングして30nmの厚さの発光層を形成した。次に、(1,1’-ビスフェニル)-4-オレート)ビス(2-メチル-8-キノリンオレート)アルミニウム(以下「BAlq」と略す)を10nmの厚さで真空蒸着して正孔阻止層を形成し、トリス(8-キノリノール)アルミニウム(以下「Alq」と略す)を40nmの厚さで成膜して電子輸送層を形成した。その後、ハロゲン化アルカリ金属であるLiFを0.2nmの厚さで蒸着して電子注入層を形成し、次いでAlを150nmの厚さで蒸着して負極を形成することで、有機電子発光素子を製造した。
<[実施形態2]ないし[実施形態36]グリーン有機発光素子(燐光ホスト)>
発光ホスト物質として本発明の化合物1-1の代わりに、下記表4に記載された本発明の化合物1-2〜1-36のうちの1つを用いた点を除いては、前記実施形態1と同様の方法で有機電子発光素子を製造した。
<比較例1>
発光ホスト物質として本発明の化合物1-1の代わりに、下記比較化合物1を用いた点を除いては、前記実施形態1と同様の方法で有機電子発光素子を製造した。
<比較化合物1>
<比較例2>
発光ホスト物質として本発明の化合物1-1の代わりに、下記比較化合物2を用いた点を除いては、前記実施形態1と同様の方法で有機電子発光素子を製造した。
<比較化合物2>
<比較例3>
発光ホスト物質として本発明の化合物1-1の代わりに、下記比較化合物3を用いた点を除いては、前記実施形態1と同様の方法で有機電子発光素子を製造した。
<比較化合物3>
前記のような 実施形態1ないし実施形態36及び比較例1ないし比較例3により製造された有機電子発光素子に順バイアス直流電圧を加えてフォトリサーチ(photoresearch)社のPR-650で電気発光(EL)特性を測定し、300cd/m2の基準輝度でマックサイエンス社で製造された寿命測定装置によってT90寿命を測定した。その測定結果は、下記表4の通りである。
<表4>
前記表4の結果から分かるように、本発明の有機電子発光素子用材料を用いた有機電子発光素子は、グリーン発光層材料として用いられ、高い発光効率、低い駆動電圧を示すだけでなく、寿命が顕著に改善された。
CBPである比較化合物1よりもペリレンコアである比較化合物2と比較化合物3が更に良い結果を示し、比較化合物2と比較化合物3を比較してみると、ペリレンコアに両側にヘテロ環がヒューズドされた比較化合物3が片方にのみヘテロ環がヒューズドされた比較化合物2よりも更に良い結果を示した。これは、ヘテロ環が両側にヒューズドされれば、片方に環が形成されたものよりもLUMO値が低下するようになるが、ペリレンの場合、この低下したエネルギー値が適切なLUMO値で隣り合う層とエネルギーバランス(balance)を取り、効率が上昇するものと見られる。
比較化合物3と本発明の化合物を適用した有機電子素子の結果を比較してみると、フェニレン2、3、8、9番の位置にヒューズドされた(fused)比較化合物3よりも2、3、10、11番の位置にヒューズドされた本発明の化合物が高い効率と寿命、低い駆動電圧を示すことが確認できる。これは、本発明の化合物が比較化合物よりも平面性に更に優れているため、素子を構成したとき、packing densityが良くなり、mobilityが更に向上するので、低い電圧で素子を駆動させることができる。これにより、熱的ダメージが減少し、効率及び寿命が向上する。
また、2、3、10、11番の位置にヒューズドされた本発明の化合物は、2、3、8、9番の位置にヒューズドされた比較化合物3よりも相対的にコンジュゲイション(conjugation)の長さが短くなり、広いエネルギーバンドギャップ(band gap)と高いT1値を有するようになるが、これにより、正孔と電子が発光層に円滑に輸送され、結果として、エキシトンが発光層内で更に容易に生成されながら、効率が向上するものとして説明できる。
<[実施形態37]レッド有機発光素子(燐光ホスト)>
合成により得られた本発明の化合物を発光ホスト物質として用いて通常の方法によって有機電子発光素子を製造した。まず、ガラス基板に形成されたITO層(正極)上に2-TNATAを真空蒸着して60nmの厚さの正孔注入層を形成した後、正孔注入層上にNPDを60nmの厚さで真空蒸着して正孔輸送層を形成した。次いで、正孔輸送層の上部に本発明の化合物2-1をホストとして、(piq)Ir(acac)[bis-(1-phenylisoquinolyl)iridium(III)acetylacetonate]をドーパントとして用いて95:5の重量比でドーピングして30nmの厚さで発光層を形成した。次に、BAlqを10nmの厚さで真空蒸着して正孔阻止層を形成し、Alqを40nmの厚さで成膜して電子輸送層を形成した。その後、ハロゲン化アルカリ金属であるLiFを0.2nmの厚さで蒸着して電子注入層を形成し、次いでAlを150nmの厚さで蒸着して負極を形成することで、有機電子発光素子を製造した。
<[実施形態38]ないし[実施形態136]レッド有機発光素子(燐光ホスト)>
発光ホスト物質として本発明の化合物2-1の代わりに、下記表5に記載された本発明の化合物2-2〜2-52、3-1〜3-16、4-1〜4-16、5-1〜5-16のうちの1つを用いた点を除いては、前記実施形態37と同様の方法で有機電子発光素子を製造した。
<比較例4>
発光ホスト物質として本発明の化合物2-1の代わりに、前記比較化合物1を用いた点を除いては、前記実施形態37と同様の方法で有機電子発光素子を製造した。
<比較例5>
発光ホスト物質で本発明の化合物2-1の代わりに、前記比較化合物2を用いた点を除いては、前記実施形態37と同様の方法で有機電子発光素子を製造した。
<比較例6>
発光ホスト物質として本発明の化合物2-1の代わりに、前記比較化合物3を用いた点を除いては、前記実施形態37と同様の方法で有機電子発光素子を製造した。
前記のような実施形態37ないし実施形態136及び比較例4ないし比較例6により製造された有機電子発光素子に順バイアス直流電圧を加えてフォトリサーチ(photoresearch)社のPR−650で電気発光(EL)の特性を測定し、300cd/mの基準輝度でマックサイエンス社で製造された寿命測定装置によってT90寿命を測定した。その測定結果は、下記表5の通りである。
<表5>
前記表5の結果から分かるように、本発明の有機電子発光素子用材料を用いた有機電子発光素子は、レッド発光層材料として用いられ、高い発光効率、低い駆動電圧を示すだけでなく、寿命が顕著に改善された。
CBPである比較化合物1よりもペリレンコアである比較化合物2と比較化合物3が更に良い結果を示し、比較化合物2と比較化合物3を比較してみると、ペリレンコアに両側にヘテロ環がヒューズドされた比較化合物3が片方にのみヘテロ環がヒューズドされた比較化合物2よりも更に良い結果を示した。これは、ヘテロ環が両側にヒューズドされれば、片方に環が形成されたものよりもLUMO値が低下するようになるが、ペリレンの場合、この低下したエネルギー値が適切なLUMO値で隣り合う層とエネルギーバランス(balance)を取り、効率が上昇するものと見られる。
比較化合物3と本発明の化合物を適用した有機電子素子の結果を比較してみると、フェニレン2、3、8、9番の位置にヒューズドされた(fused)比較化合物3よりも2、3、10、11番の位置にヒューズドされた本発明の化合物が高い効率と寿命、低い駆動電圧を示すことが確認できる。これは、本発明の化合物が比較化合物よりも平面性に更に優れているため、素子を構成したとき、packing densityが良くなり、mobilityが更に向上するので、低い電圧で素子を駆動させることができる。これにより、熱的ダメージが減少し、効率及び寿命が向上する。
また、2、3、10、11番の位置にヒューズドされた本発明の化合物は、2、3、8、9番の位置にヒューズドされた比較化合物3よりも相対的にコンジュゲイション(conjugation)長さが短くなり、広いエネルギーバンドギャップ(band gap)と高いT1値を有するようになるが、これにより、正孔と電子が発光層に円滑に輸送され、結果として、エキシトンが発光層内で更に容易に生成されながら、効率が向上するものとして説明できる。
本発明の化合物を有機電子発光素子の他の有機物層、例えば、正孔注入層、電子注入層、電子輸送層などに用いても同様の効果が得られることは自明である。
以上の説明は、本発明を例示的に説明したものに過ぎず、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者であれば、本発明の本質的な特性から逸脱しない範囲で多様な変形が可能である。従って、本明細書に開示された実施形態は、本発明を限定するためのものではなく、説明するためのものであり、このような実施形態によって本発明の思想と範囲が限定されるものではない。本発明の保護範囲は、下記の請求範囲によって解釈されるべきであり、それと同等な範囲内にあるあらゆる技術は、本発明の権利範囲に含むものとして解釈されるべきである。
100 有機電子素子
110 基板
120 第1電極
130 正孔注入層
140 正孔輸送層
141 バッファ層
150 発光層
151 発光補助層
160 電子輸送層
170 電子注入層
180 第2電極
<関連出願の相互参照>
本特許出願は、2013年2月7日に韓国に出願した特許出願番号第10−2013−0014167号に対して米国特許法119(a)条(35 U.S.C§119(a))によって優先権を主張し、そのあらゆる内容は参考文献として本特許出願に併合される。なお、本特許出願は米国以外に国に対しても上記のような理由で優先権を主張すれば、その全内容は参考文献として本特許出願に組み込まれる。

Claims (8)

  1. 下記一般式(1)で表される化合物:

    前記一般式(1)において、
    -R16は互いに独立して水素であり
    X及びZは互いに同じであっても異なっていてもよく、互いに独立して、N(Ar)、S、O又はC(R’)(R”)であり、
    ArはC-C60のアリール基;O、N、S、Si及びPのうちの少なくとも1つのヘテロ原子を含むC-C60のヘテロ環基;C-C50のアルキル基;C-C20のアルケニル基;フルオレニル基;C-C30のアルコキシ基;及び-L-N(Ar)(Ar);からなる群より選択され、
    、単結合;C-C60のアリーレン基;C-C60のヘテロアリーレン基;フルオレニレン基;及び2価の脂肪族炭化水素基;からなる群より選択され、
    Ar 及びArは互いに独立して、C-C60のアリール基;O、N、S、Si及びPのうちの少なくとも1つのヘテロ原子を含むC-C60のヘテロ環基;C-C50のアルキル基;C-C20のアルケニル基;C-C30のアルコキシ基;及びフルオレニル基;からなる群より選択され、
    R’及びR”は互いに独立して、C-C60のアリール基;フルオレニル基;O、N、S、Si及びPのうちの少なくとも1つのヘテロ原子を含むC-C60のヘテロ環基;及びC-C50のアルキル基;からなる群より選択され、
    前記アリール基、フルオレニル基、ヘテロ環基、アルキル基、アルケニル基及びアルコキシ基のそれぞれは、重水素、ハロゲン、シラン基、ホウ素基、ゲルマニウム基、シアノ基、ニトロ基、C-C20のアルキルチオ基、C-C20のアルコキシ基、C-C20のアルキル基、C-C20のアルケニル基(alkenyl)、C-C20のアルキニル基(alkynyl)、C-C20のアリール基、重水素で置換されたC-C20のアリール基、C-C20のヘテロ環基、C-C20のシクロアルキル基、C-C20のアリールアルキル基及びC-C20のアリールアルケニル基からなる群より選択された1つ以上の置換基で置換されていてもよく
    前記アリーレン基、ヘテロアリーレン基、フルオレニレン基、及び2価の脂肪族炭化水素基のそれぞれは、ニトロ基、シアノ基、ハロゲン、C-C20のアルキル基、C-C20のアリール基、C-C20のヘテロ環基、C-C20のアルコキシ基及びアミノ基からなる群より選択された1つ以上の置換基で置換されていてもよい
  2. 下記一般式(2)〜一般式(6)のうちいずれか1つで表される、請求項1に記載の化合物:





    前記一般式(2)〜一般式(6)において、R-R16、X、R’、R”及びArは、請求項1で定義されたものと同一であり、
    Y及びA-A互いに同じであっても異なっていてもよく、互いに独立して、N又はC(R17)であり、17は水素;重水素;C-C60のアリール基;又はO、N、S、Si及びPのうちの少なくとも1つのヘテロ原子を含むC-C60のヘテロ環基;であり
    前記一般式(2)〜一般式(6)における各化学式に記載のAr は、重水素、ハロゲン、シラン基、ホウ素基、ゲルマニウム基、シアノ基、ニトロ基、C -C 20 のアルキルチオ基、C -C 20 のアルコキシ基、C -C 20 のアルキル基、C -C 20 のアルケニル基(alkenyl)、C -C 20 のアルキニル基(alkynyl)、C -C 20 のアリール基、重水素で置換されたC -C 20 のアリール基、C -C 20 のヘテロ環基、C -C 20 のシクロアルキル基、C -C 20 のアリールアルキル基及びC -C 20 のアリールアルケニル基からなる群より選択された置換基である
  3. 下記化合物のうちいずれかの1つの化合物:






  4. 第1電極、第2電極、及び前記第1電極と第2電極との間に位置する有機物層を含む有機電子素子において、
    前記有機物層は請求項1〜請求項3のいずれか一項に記載の化合物を含有する有機電子素子。
  5. 前記化合物溶液工程(soluble process)により前記有機物層として形成される、請求項4に記載の有機電子素子。
  6. 前記有機物層は、前記化合物が含まれている発光層を含む請求項4又は請求項5に記載の有機電子素子。
  7. 請求項4〜請求項6のいずれか一項に記載の有機電子素子を含むディスプレイ装置、及び前記ディスプレイ装置を駆動する制御部、を含む電子装置。
  8. 前記有機電子素子は、有機電子発光素子、有機太陽電池、有機感光体、有機トランジスタ、及び単色又は白色照明用素子のうちの少なくとも1つである請求項7に記載の電子装置。
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