JP7193649B2 - 有機発光素子用化合物及びこれを含む長寿名の有機発光素子 - Google Patents
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Description
一般な有機発光素子は、光を発光する有機発光層、及び有機発光層を挟んで互いに対向する陽極(アノード)と陰極(カソード)を含んでいる。
より具体的には、前記有機発光素子は、前記陽極の上部に正孔輸送層、発光層、電子輸送層及び陰極が順次形成されている構造を持つことができる。ここで、正孔輸送層、発光層及び電子輸送層は、有機化合物からなる有機薄膜である。
上述した構造を持つ有機発光素子の駆動原理は、次の通りである。前記陽極と陰極との間に電圧を印加すると、陽極から注入された正孔は正孔輸送層を経由して発光層に移動し、陰極から注入された電子は電子輸送層を経由して発光層に移動する。前記正孔及び電子などのキャリアは、発光層領域で再結合してエキシトン(exciton)を生成する。このエキシトンが励起状態から基底状態へと変わりながら光が生成される。
一方、有機発光素子における有機物層に使用される材料は、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できる。前記発光材料は、発光メカニズムによって、電子の一重項励起状態に由来する蛍光材料と、電子の三重項励起状態に由来する燐光材料に分類される。
また、発光材料として一つの物質のみを使用する場合、分子間相互作用によって最大発光波長が長波長に移動し、色純度が低下し、発光減衰効果により素子の効率が減少するなどの問題が発生するので、色純度の増加とエネルギー転移による発光効率の増加のために、発光材料としてホスト-ドーパントシステムを使用することができる。その原理は、発光層を形成するホストよりもエネルギーバンドギャップの小さいドーパントを発光層に少量混合すると、発光層から発生したエキシトンがドーパントに輸送されて効率の高い光を出すのである。このとき、ホストの波長がドーパントの波長帯に移動するので、利用するドーパントの種類に応じて所望の波長の光を得ることができる。
一方、有機発光素子の長寿命及び安定性を改善するために、重水素置換された化合物を発光層などの材料として導入する研究が試みられている。
一般に、重水素で置換された化合物は、水素に結合した化合物と比較して熱力学的挙動において差異を示すことが知られているので、重水素の原子質量が水素よりも2倍大きくてさらに低いゼロ点エネルギー及びさらに低い振動エネルギーレベルをもたらすことができるためである。
また、重水素に関連する化学的結合長さなどの物理化学的特性は、水素とは異なる特性を示し、特に、C-H結合に比べてC-D結合の伸張振幅がさらに小さいため、重水素のファンデルワールス半径が水素よりも小さく、一般に、C-D結合がC-H結合よりもさらに短くて強いことを示すことができ、重水素で置換された場合には、基底状態のエネルギーが低くなり、重水素、炭素の結合長さが短くなるにつれて、分子中心体積(Molecular hardcore volume)が減少し、これにより電気的極性化度(Electrical polarizability)を減らすことができ、分子間相互作用(Intermolecular interaction)を弱くすることにより、薄膜の体積を増加させることができることが知られている。
このような特性は、薄膜の結晶化度を低下させる効果、すなわち、非結晶質(Amorphous)状態を作ることができ、一般にOLED寿命及び駆動特性を高めることに有効であり、耐熱性をより向上させることができる。
前記重水素を含む有機発光化合物に関連する従来技術として、韓国特許第10-1111406号公報には、カルバゾールを含むアミン系化合物を重水素で置換するか、或いは重水素で置換された化合物の混合によって低電圧駆動及び長寿命素子を提供する技術について開示されており、韓国特許第10-1068224号公報には、フェニル基内の水素が重水素で置換されたフェニル基を含むアントラセン誘導体をホストとして用いる技術について開示されている。
したがって、これらの先行文献を含む従来技術における、長寿命特性を有する有機発光素子を製造するための様々な種類の方法が試みられたにも拘らず、未だ、より改善された長寿命特性を有する有機発光素子の開発の必要性は持続的に求められている。
本発明の他の目的は、前記アントラセン誘導体を発光層に含む有機発光素子を提供することにある。
[化学式A]
前記化学式A中、
R1~R5は、それぞれ同一でも異なってもよく、互いに独立して水素または重水素であり、
Rは重水素であり、
nは、0~8の整数であり、前記アントラセン基内のRが置換されていない芳香族環の炭素原子には水素が結合し、
前記連結基L1は、単結合、または重水素置換されたもしくは無置換の炭素数6~12のアリーレン基であり、
R11~R14は、それぞれ同一でも異なってもよく、互いに独立して水素または重水素であるが、前記R11~R14のいずれか一つは、前記連結基L1をジベンゾフラン内の6員環の芳香族炭化水素環の炭素原子と結合させる単結合であり、
R15~R18は、それぞれ同一でも異なってもよく、それぞれ独立して、水素、重水素、重水素置換されたもしくは無置換のフェニル基、重水素置換されたもしくは無置換のビフェニル基、重水素置換されたもしくは無置換のテルフェニル基、重水素置換されたもしくは無置換のナフチル基、重水素置換されたもしくは無置換のフェナントリル基、及び9位に同一または異なる炭素数1~5のアルキル基でそれぞれ置換されたもしくは無置換の、芳香族環の炭素原子に重水素が置換されたもしくは無置換のフルオレニル基の中から選択される一つの置換基であり、
前記R15~R18のうちの少なくとも一つは、重水素置換されたもしくは無置換のフェニル基、重水素置換されたもしくは無置換のビフェニル基、重水素置換されたもしくは無置換のテルフェニル基、重水素置換されたもしくは無置換のナフチル基、重水素置換されたもしくは無置換のフェナントリル基、及び9位に同一または異なる炭素数1~5のアルキル基でそれぞれ置換されたもしくは無置換の、芳香族環の炭素原子に重水素が置換されたもしくは無置換のフルオレニル基の中から選択される一つの置換基であり、
前記アントラセン誘導体の重水素化度(アントラセン誘導体の炭素原子に直接結合した全ての水素と全ての重水素との和に対する、アントラセン誘導体の炭素原子に直接結合した全ての重水素の割合をパーセントで表したもの)は、30%以上である。
また、本発明は、前記[化学式A]で表示されるアントラセン誘導体を1種以上含む有機発光素子を提供する。
本発明の各図面において、構造物のサイズまたは寸法は、本発明の明確性を期するために実際よりも拡大または縮小して示したものであり、特徴的構成が現れるように公知の構成は省略して図示したので、図面に限定しない。本発明の好適な実施形態に対する原理を詳細に説明するにあたり、関連する公知の機能または構成についての具体的な説明が本発明の要旨を無駄に不明確にするおそれがあると判断された場合には、その詳細な説明を省略する。
また、図示された各構成の大きさ及び厚さは、説明の便宜のために任意に示したので、本発明は必ずしも図示に限定されない。また、図面において、複数の層及び領域を明確に表現するために厚さを拡大して示した。そして、図面において、説明の便宜のために、一部の層及び領域の厚さを誇張して示した。層、膜、領域、板などの部分が他の部分「上に」あるとするとき、これは他の部分の「すぐ上に」ある場合だけでなく、それらの間に別の部分がある場合も含む。
明細書全体において、ある部分がある構成要素を「含む」とするとき、これは、特に反対される記載がない限り、他の構成要素を除外するのではなく、他の構成要素をさらに含むことができることを意味する。また、明細書全体において、「~の上に」とは、対象部分の上または下に位置することを意味するものであり、必ずしも重力方向を基準として上側に位置することを意味するものではない。
これをより詳細に説明すると、本発明は、下記化学式Aで表されるアントラセン誘導体を提供する。
[化学式A]
上記化学式A中、
R1~R5は、それぞれ同一でも異なってもよく、互いに独立して水素または重水素であり、
Rは重水素であり、
nは、0~8の整数であり、前記アントラセン基内のRが置換されていない芳香族環の炭素原子には水素が結合し、
前記連結基L1は、単結合、または重水素置換されたもしくは無置換の炭素数6~12のアリーレン基であり、
R11~R14は、それぞれ同一でも異なってもよく、互いに独立して水素または重水素であるが、前記R11~R14のいずれか一つは、前記連結基L1をジベンゾフラン内の6員環の芳香族炭化水素環の炭素原子と結合させる単結合であり、
R15~R18は、それぞれ同一でも異なってもよく、それぞれ独立して、水素、重水素、重水素置換されたもしくは無置換のフェニル基、重水素置換されたもしくは無置換のビフェニル基、重水素置換されたもしくは無置換のテルフェニル基、重水素置換されたもしくは無置換のナフチル基、重水素置換されたもしくは無置換のフェナントリル基、及び9位に同一または異なる炭素数1~5のアルキル基でそれぞれ置換されたもしくは無置換の、芳香族環の炭素原子に重水素が置換されたもしくは無置換のフルオレニル基の中から選択される一つの置換基であり、
前記R15~R18のうちの少なくとも一つは、重水素置換されたもしくは無置換のフェニル基、重水素置換されたもしくは無置換のビフェニル基、重水素置換されたもしくは無置換のテルフェニル基、重水素置換されたもしくは無置換のナフチル基、重水素置換されたもしくは無置換のフェナントリル基、及び9位に同一または異なる炭素数1~5のアルキル基でそれぞれ置換されたもしくは無置換の、芳香族環の炭素原子に重水素が置換されたもしくは無置換のフルオレニル基の中から選択される一つの置換基であり、
前記アントラセン誘導体の重水素化度(アントラセン誘導体の炭素原子に直接結合した全ての水素と全ての重水素との和に対する、アントラセン誘導体の炭素原子に直接結合した全ての重水素の割合をパーセントで表したもの)は、30%以上である。
また、本発明の明細書内の化合物で使用されるアリール基は、一つの水素除去によって芳香族炭化水素から誘導された有機ラジカルであって、5~7員、好ましくは5または6員を含む単環または融合環系を含み、また、前記アリール基に置換基がある場合、隣り合う置換基と互いに融合(fused)して環をさらに形成することができる。
前記アリールの具体例として、フェニル、ナフチル、ビフェニル、テルフェニル、アントリル、インデニル(indenyl)、フルオレニル、フェナントリル、トリフェニレニル、ピレニル、ペリレニル、クリセニル、ナフタセニル、フルオランテニルなどを含むが、これらに限定されない。
前記アリール基中の一つ以上の水素原子は、重水素原子、ハロゲン原子、ヒドロキシ基、ニトロ基、シアノ基、シリル基、アミノ基(-NH2、-NH(R)、-N(R’)(R’’)、R’とR’’は、互いに独立して炭素数1~10のアルキル基であり、この場合、「アルキルアミノ基」という。)、アミジノ基、ヒドラジン基、ヒドラゾン基、カルボキシル基、スルホン酸基、リン酸基、炭素数1~24のアルキル基、炭素数1~24のハロゲン化アルキル基、炭素数1~24のアルケニル基、炭素数1~24のアルキニル基、炭素数1~24のヘテロアルキル基、炭素数6~24のアリール基、炭素数6~24のアリールアルキル基、炭素数2~24のヘテロアリール基、または炭素数2~24のヘテロアリールアルキル基で置換できる。
本発明の明細書内の化合物で使用される置換基であるヘテロアリール基は、前記アリール基においてそれぞれの環内にN、O、P、Se、Te、Si、GeまたはSの中から選択された1~4個のヘテロ原子を含むことができる炭素数2~24のヘテロ芳香族有機ラジカルを意味し、前記環は、融合(fused)して環を形成することができる。そして、前記ヘテロアリール基中の一つ以上の水素原子は、前記アリール基の場合と同様の置換基で置換可能である。
本発明の化合物で使用される置換基であるアルコキシ基の具体例としては、メトキシ、エトキシ、プロポキシ、イソブチルオキシ、sec-ブチルオキシ、ペンチルオキシ、iso-アミルオキシ、ヘキシルオキシなどを挙げることができ、前記アルコキシ基中の一つ以上の水素原子は、前記アリール基の場合と同様の置換基で置換可能である。
本発明の化合物で使用される置換基であるシリル基の具体例としては、トリメチルシリル、トリエチルシリル、トリフェニルシリル、トリメトキシシリル、ジメトキシフェニルシリル、ジフェニルメチルシリル、ジフェニルビニルシリル、メチルシクロブチルシリル、ジメチルフリルシリルなどを挙げることができ、前記シリル基中の一つ以上の水素原子は、前記アリール基の場合と同様の置換基で置換可能である。
[化1]
つまり、前記化1中、Zは、重水素置換されたもしくは無置換のフェニル基、重水素置換されたもしくは無置換のビフェニル基、重水素置換されたもしくは無置換のテルフェニル基、重水素置換されたもしくは無置換のナフチル基、重水素置換されたもしくは無置換のフェナントリル基、及び9位に同一または異なる炭素数1~5のアルキル基でそれぞれ置換されたもしくは無置換の、芳香族環の炭素原子に重水素が置換されたもしくは無置換のフルオレニル基の中から選択される1つの置換基であり、nは0~4の整数である。
一方、本明細書で使用される重水素化度について具体的に考察すると、一般的に、化合物Xの「重水素化誘導体」は、化合物Xと同じ構造を持つが、化合物X内の炭素原子、窒素原子または酸素原子に結合した水素原子(H)を代替する少なくとも一つの重水素(D)を伴うことを意味する。
このとき、用語「〇〇%重水素化される」または「〇〇%重水素化」は、化合物X内の炭素原子、窒素原子または酸素原子に直接結合した全ての水素と重水素との和に対する重水素の割合をパーセントで表したものを指す。
したがって、ベンゼンの6つの水素のうちの2つが重水素化された場合には、化合物C6H4D2における重水素化度は2/(4+2)*100=33%重水素化とすることができる。
本発明におけるアントラセン誘導体化合物に重水素が置換された場合に、その重水素化度は、アントラセン誘導体内の炭素原子に直接結合した全ての水素と、アントラセン誘導体内の炭素原子に直接結合した全ての重水素との和に対する、アントラセン誘導体内の炭素原子に直接結合した全ての重水素の割合をパーセントで表したものを意味する。
[化合物1]
一例として、重水素が一部置換されたアントラセン基の場合を考察すると、反応条件に応じて全ての炭素原子に重水素が結合したアントラセン誘導体を製造し、これを重水素置換されたアントラセン基として使用することもできるが、反応条件に応じて、特定の位置または特定の部分(moiety)の炭素原子に水素が結合した化合物と重水素が結合した化合物とが混合物の形態で存在する生成物を得ることができ、これを分離することが非常に困難であることがあり、この場合には、平均的に重水素が置換された程度を求め、それを参照して全体の構造式に基づいて重水素化度を計算することができる。
本発明において、前記化学式Aで表されるアントラセン誘導体を有機発光素子内の発光層の材料として使用する場合に、有機発光素子の寿命をより向上させることができる。
一実施例として、本発明における前記アントラセン基には水素のみが置換されることにより、前記nは0であることができる。
一実施例として、本発明における前記アントラセン基には4~8個の重水素が置換されることにより、前記nは4~8であることができる。
一実施例として、本発明における前記アントラセン基には、4個の重水素が置換されることにより前記nは4であるか、或いは重水素のみが置換されることにより前記nは8であることができる。
一実施例として、本発明における前記化学式A内のフェニル基の置換基R1~R5は、それぞれ重水素であることができる。
一実施例として、本発明における前記連結基L1は、単結合、または重水素置換されたもしくは無置換のフェニレン基であることができる。
一実施例として、本発明における前記置換基R15~R18のうちの一つのみが、重水素置換されたもしくは無置換のフェニル基、重水素置換されたもしくは無置換のビフェニル基、重水素置換されたもしくは無置換のテルフェニル基、重水素置換されたもしくは無置換のナフチル基、重水素置換されたもしくは無置換のフェナントリル基、及び9位に同一または異なる炭素数1~5のアルキル基でそれぞれ置換されたもしくは無置換の、芳香族環の炭素原子に重水素が置換されたもしくは無置換のフルオレニル基の中から選択される一つの置換基であることができる。
これは、より好ましくは、第1電極;前記第1電極に対向する第2電極;及び前記第1電極と前記第2電極との間に介在する有機層;を含み、前記有機層が本発明のアントラセン誘導体化合物を1種以上含む、有機発光素子で表すことができる。
この場合に、前記有機発光素子内の前記有機層は、正孔注入層、正孔輸送層、正孔注入機能及び正孔輸送機能を同時に有する機能層、発光層、電子輸送層及び電子注入層のうちの少なくとも一つをさらに含むことができる。
また、本発明において、前記第1電極と前記第2電極との間に介在する有機層が発光層であることができ、ここで、前記発光層はドーパントをさらに含み、本発明による前記アントラセン誘導体はホストの役割を果たすことができる。
図1に示すように、本発明の実施形態に係る有機発光素子は、陽極20、正孔輸送層40、発光層50、電子輸送層60及び陰極80を含み、必要に応じて、正孔注入層30と電子注入層70をさらに含むことができ、それ以外にも、1層または2層の中間層をさらに形成することも可能である。
ここで、前記化学式Aで表されるアントラセン誘導体は、発光層にホストとして使用できる。
以下、図1を参照して、本発明の有機発光素子及びその製造方法について説明する。まず、基板10の上部に陽極(アノード)電極用物質をコーティングして陽極20を形成する。ここで、基板10としては、通常の有機EL素子で使用される基板を使用するが、透明性、表面平滑性、扱いやすさ及び防水性に優れた有機基板または透明プラスチック基板が好ましい。そして、陽極電極用物質としては、透明で伝導性に優れた酸化インジウムスズ(ITO)、酸化インジウム亜鉛(IZO)、酸化スズ(SnO2)、酸化亜鉛(ZnO)などを使用する。
前記陽極20電極の上部に正孔注入層物質を真空熱蒸着またはスピンコーティングして正孔注入層30を形成する。その次に、前記正孔注入層30の上部に正孔輸送層物質を真空熱蒸着またはスピンコーティングして正孔輸送層40を形成する。
前記正孔注入層の材料は、当業分野で通常使用されるものである限り、特に限定されずに使用することができ、例えば、2-TNATA[4,4’,4’’-tris(2-naphthylphenyl-phenylamino)-triphenylamine]、NPD[N,N’-di(1-naphthyl)-N,N’-diphenylbenzidine)]、TPD[N,N’-diphenyl-N,N’-bis(3-methylphenyl)-1,1’-biphenyl-4,4’-diamine]、DNTPD[N,N’-diphenyl-N,N’-bis-[4-(phenyl-m-tolyl-amino)-phenyl]-biphenyl-4,4’-diamine]などを使用することができる。しかし、本発明は、必ずしもこれに限定されるものではない。
前記正孔輸送層40の上部に、ホストとドーパントからなる発光層50を真空蒸着法またはスピンコーティング法で積層し、前記発光層の厚さは50~2,000Åであることが好ましい。ここで、選択的に、前記有機発光層50の上部に電子密度調節層(図示せず)をさらに形成することができる。
本発明で使用される前記発光層内のホストは、前記化学式Aで表されるアントラセン誘導体を単独で使用することもでき、公知のホストと混合して使用することもできる。
この時、前記ホストとして公知のホストと混合して使用する場合に使用できるホストの一例として、下記化学式Bで表される化合物が1種以上使用できる。
[化学式B]
式中、
前記X1~X10は、互いに同一でも異なってもよく、それぞれ独立して、水素原子、重水素原子、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3~30のシクロアルキル基、置換もしくは無置換の炭素数5~30のシクロアルケニル基、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のアルキルチオキシ基、置換もしくは無置換の炭素数5~30のアリールチオキシ基、置換もしくは無置換の炭素数1~30のアルキルアミン基、置換もしくは無置換の炭素数5~30のアリールアミン基、置換もしくは無置換の炭素数5~50のアリール基、ヘテロ原子としてO、NまたはSを有する置換もしくは無置換の炭素数3~50のヘテロアリール基、置換もしくは無置換のシリコン基、置換もしくは無置換のホウ素基、置換もしくは無置換のシラン基、カルボニル基、ホスホリル基、アミノ基、ニトリル基、ヒドロキシ基、ニトロ基、ハロゲン基、アミド基及びエステル基よりなる群から選択されるいずれか一つであり、互いに隣接する基は、脂肪族、芳香族、脂肪族ヘテロまたは芳香族ヘテロの縮合環を形成することができる。
前記化学式2から化学式4中、
前記化学式2内のAは、置換もしくは無置換の炭素数5~50のアリール基、ヘテロ原子としてO、NまたはSを有する置換または無置換の炭素数3~50のヘテロアリール基、置換もしくは無置換の炭素数6~60のアリーレン基、及びヘテロ原子としてO、NまたはSを有する置換もしくは無置換の炭素数3~50のヘテロアリーレン基の中から選択されるいずれか一つであり、
好ましくは、アントラセン、パイレン、フェナントレン、インデノフェナントレン、クリセン、ナフタセン、ピセン、トリフェニレン、ペリレン、ペンタセンである。この時、前記Aは、下記化学式A1~化学式A10で表される化合物のうちのいずれか一つであることができる。
ここで、前記化学式A3のZ1及びZ2は、それぞれ水素、重水素原子、置換もしくは無置換の炭素数1~60のアルキル基、置換もしくは無置換の炭素数2~60のアルケニル基、置換もしくは無置換の炭素数2~60のアルキニル基、置換もしくは無置換の炭素数1~60のアルコキシ基、置換もしくは無置換の炭素数1~60のアルキルチオ基(alkylthio)、置換もしくは無置換の炭素数3~60のシクロアルキル基、置換もしくは無置換の炭素数6~60のアリール基、置換もしくは無置換の炭素数5~60のアリールオキシ基、置換もしくは無置換の炭素数5~60のアリールチオ基、置換もしくは無置換の炭素数2~60のヘテロアリール基、置換もしくは無置換の炭素数1~60の(アルキル)アミノ基、ジ(置換もしくは無置換の炭素数1~60のアルキル)アミノ基、または(置換もしくは無置換の炭素数6~60のアリール)アミノ基、ジ(置換もしくは無置換の炭素数6~60のアリール)アミノ基よりなる群から選択され、Z1及びZ2のそれぞれは、互いに同一でも異なってもよく、互いに隣接する基と縮合環を形成することができ、
前記化学式2中、X1及びX2は、互いに同一でも異なってもよく、それぞれ独立して置換もしくは無置換の炭素数6~30のアリーレン基または単結合の中から選択されるいずれか一つであり、X1とX2は、互いに結合することができ、
Y1及びY2は、それぞれ、互いに同一でも異なってもよく、独立して置換もしくは無置換の炭素数6~24のアリール基、置換もしくは無置換の炭素数2~24のヘテロアリール基、置換もしくは無置換の炭素数1~24のアルキル基、置換もしくは無置換の炭素数1~24のヘテロアルキル基、置換もしくは無置換の炭素数3~24のシクロアルキル基、置換もしくは無置換の炭素数1~24のアルコキシ基、シアノ基、ハロゲン基、置換もしくは無置換の炭素数6~24のアリールオキシ基、置換もしくは無置換の炭素数1~40のアルキルシリル基、置換もしくは無置換の炭素数6~30のアリールシリル基、ゲルマニウム、リン、ホウ素、重水素及び水素よりなる群から選択され、互いに隣接する基と脂肪族、芳香族、脂肪族ヘテロまたは芳香族ヘテロの縮合環を形成することができ、
前記l、mはそれぞれ1~20の整数であり、nは1~4の整数である。
また、化学式3及び化学式4中、
A1、A2、E及びFは、それぞれ互いに同一でも異なってもよく、互いに独立して、置換もしくは無置換の炭素数6~50の芳香族炭化水素環、または置換もしくは無置換の炭素数2~40の芳香族複素環であり、
前記A1の芳香族環内の隣り合う二つの炭素原子と、前記A2の芳香族環内の隣り合う二つの炭素原子は、前記置換基R1及びR2に連結された炭素原子と5員環を形成することにより、それぞれ縮合環を形成し、
前記連結基L1~L12は、それぞれ互いに同一でも異なってもよく、互いに独立して、単結合、置換もしくは無置換の炭素数1~60のアルキレン基、置換もしくは無置換の炭素数2~60のアルケニレン基、置換もしくは無置換の炭素数2~60のアルキニレン基、置換もしくは無置換の炭素数3~60のシクロアルキレン基、置換もしくは無置換の炭素数2~60のヘテロシクロアルキレン基、置換もしくは無置換の炭素数6~60のアリーレン基、または置換もしくは無置換の炭素数2~60のヘテロアリーレン基の中から選択され、
前記Mは、N-R3、CR4R5、SiR6R7、GeR8R9、O、S、Seの中から選択されるいずれか一つであり、
前記置換基R1~R9、Ar1~Ar8は、それぞれ互いに同一でも異なってもよく、互いに独立して、水素、重水素、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6~50のアリール基、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2~20のアルキニル基、置換もしくは無置換の炭素数3~30のシクロアルキル基、置換もしくは無置換の炭素数5~30のシクロアルケニル基、置換もしくは無置換の炭素数2~50のヘテロアリール基、置換もしくは無置換の炭素数2~30のヘテロシクロアルキル基、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のアルキルチオキシ基、置換もしくは無置換の炭素数5~30のアリールチオキシ基、置換もしくは無置換の炭素数1~30のアルキルアミン基、置換もしくは無置換の炭素数5~30のアリールアミン基、置換もしくは無置換の炭素数1~30のアルキルシリル基、置換もしくは無置換の炭素数5~30のアリールシリル基、置換もしくは無置換の炭素数1~30のアルキルゲルマニウム基、置換もしくは無置換の炭素数1~30のアリールゲルマニウム基、シアノ基、ニトロ基、ハロゲン基の中から選択されるいずれか一つであるが、
前記R1及びR2は、互いに連結されて脂環族、芳香族の単環または多環を形成することができ、前記形成された脂環族、芳香族の単環または多環の炭素原子は、N、O、P、Si、S、Ge、Se、Teの中から選択される少なくとも一つのヘテロ原子で置換でき、
前記p1~p4、r1~r4及びs1~s4はそれぞれ1~3の整数であるが、これらのそれぞれが2以上である場合に、それぞれの連結基L1~L12は互いに同一でも異なってもよく、
前記xは、1または2の整数であり、y及びzは、それぞれ同一でも異なってもよく、互いに独立して0~3の整数であり、
前記Ar1とAr2、Ar3とAr4、Ar5とAr6、及びAr7とAr8は、それぞれ互いに連結されて環を形成することができ、
前記化学式3中、A2環内の隣り合う二つの炭素原子は、前記構造式Q1の*と結合して縮合環を形成し、
前記化学式4中、前記A1環内の隣り合う二つの炭素原子は、前記構造式Q2の*と結合して縮合環を形成し、前記A2環内の隣り合う二つの炭素原子は、前記構造式Q1の*と結合して縮合環を形成する。
前記置換基中、Rは、互いに同一または独立に、水素、重水素、ハロゲン原子、ヒドロキシル基、シアノ基、ニトロ基、アミノ基、アミジノ基、ヒドラジン、ヒドラゾン、カルボキシル基又はその塩、スルホン酸基又はその塩、リン酸又はその塩、置換もしくは無置換の炭素数1~60のアルキル基、置換もしくは無置換の炭素数2~60のアルケニル基、置換もしくは無置換の炭素数2~60のアルキニル基、置換もしくは無置換の炭素数1~60のアルコキシ基、置換もしくは無置換の炭素数1~60のアルキルチオ基(alkylthio)、置換もしくは無置換の炭素数3~60のシクロアルキル基、置換もしくは無置換の炭素数6~60のアリール基、置換もしくは無置換の炭素数5~60のアリールオキシ基、置換もしくは無置換の炭素数5~60のアリールチオ基、置換もしくは無置換の炭素数2~60のヘテロアリール基、置換もしくは無置換の炭素数1~60の(アルキル)アミノ基、ジ(置換もしくは無置換の炭素数1~60のアルキル)アミノ基、または(置換もしくは無置換の炭素数6~60のアリール)アミノ基、ジ(置換もしくは無置換の炭素数6~60のアリール)アミノ基、置換もしくは無置換の炭素数1~40のアルキルシリル基、置換もしくは無置換の炭素数6~30のアリールシリル基、ゲルマニウム、リン及びホウ素の中から選択でき、それぞれ1~12個まで置換でき、それぞれの置換基は、互いに隣接する基と縮合環を形成することができる。
前記Xは、B、P、P=Oの中から選択されるいずれか一つであり、
前記T1~T3は、それぞれ同一でも異なってもよく、互いに独立して置換もしくは無置換の炭素数6~50の芳香族炭化水素環、または置換もしくは無置換の炭素数2~50の芳香族複素環であり、
前記連結基Y1~Y3は、それぞれ同一でも異なってもよく、互いに独立してN-R21、CR22R23、O、S、Se及びSiR24R25の中から選択されるいずれか一つであり、
前記R21~R25は、それぞれ同一でも異なってもよく、互いに独立して、水素、重水素、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6~50のアリール基、置換もしくは無置換の炭素数3~30のシクロアルキル基、置換もしくは無置換の炭素数2~50のヘテロアリール基、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のアルキルチオキシ基、置換もしくは無置換の炭素数5~30のアリールチオキシ基、置換もしくは無置換の炭素数1~30のアルキルアミン基、置換もしくは無置換の炭素数5~30のアリールアミン基、置換もしくは無置換の炭素数1~30のアルキルシリル基、置換もしくは無置換の炭素数5~30のアリールシリル基、ニトロ基、シアノ基及びハロゲン基の中から選択されるいずれか一つであり、
前記R21~R25は、それぞれ前記T1~T3環と結合して脂環族または芳香族の単環または多環をさらに形成することができ、
前記R22及びR23、R24及びR25は、それぞれ互いに連結されて脂環族または芳香族の単環又は多環をさらに形成することができる。
前記発光層上に真空蒸着法またはスピンコーティング法を介して電子輸送層60を蒸着した後、その上部に電子注入層70を形成し、前記電子注入層70の上部に陰極形成用金属を真空熱蒸着して陰極80電極を形成することにより、有機発光素子が完成される。
[化学式F]
上記化学式F中、
Yは、C、N、O及びSから選択されるいずれか一つが前記Mに直接結合して単結合をなす部分と、C、N、O及びSから選択されるいずれか一つが前記Mに配位結合をなす部分とを含み、前記単結合と配位結合によってキレートされたリガンドであり、
前記Mは、アルカリ金属、アルカリ土類金属、アルミニウム(Al)またはホウ素(B)原子であり、前記OAは、前記Mと単結合または配位結合可能な1価のリガンドであり、
前記Oは、酸素であり、
Aは、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5~50のアリール基、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2~20のアルキニル基、置換もしくは無置換の炭素数3~30のシクロアルキル基、置換もしくは無置換の炭素数5~30のシクロアルケニル基、及びヘテロ原子としてO、N、S及びSiから選択される少なくとも一つを有する置換もしくは無置換の炭素数2~50のヘテロアリール基の中から選択されるいずれか一つであり、
前記Mがアルカリ金属から選択される一つの金属である場合には、m=1、n=0であり、
前記Mがアルカリ土類金属から選択される一つの金属である場合には、m1=1、n1=1であるか、或いはm=2、n=0であり、
前記Mがホウ素またはアルミニウムである場合には、m=1~3のいずれか一つであり、nは0~2のいずれか一つであって、m+n=3を満足し、
前記「置換もしくは無置換の」における「置換」は、重水素、シアノ基、ハロゲン基、ヒドロキシ基、ニトロ基、アルキル基、アルコキシ基、アルキルアミノ基、アリールアミノ基、ヘテロアリールアミノ基、アルキルシリル基、アリールシリル基、アリールオキシ基、アリール基、ヘテロアリール基、ゲルマニウム、リン、及びホウ素よりなる群から選択された一つ以上の置換基で置換されることを意味する。
上記構造式C1から構造式39中、
Rは、互いに同一でも異なってもよく、それぞれ独立して、水素、重水素、ハロゲン、シアノ基、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6~30のアリール基、置換もしくは無置換の炭素数3~30のヘテロアリール基、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炭素数3~30のシクロアルキル基、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1~30のアルキルアミノ基、置換もしくは無置換の炭素数1~30のアルキルシリル基、置換もしくは無置換の炭素数6~30のアリールアミノ基、及び置換もしくは無置換の炭素数6~30のアリールシリル基の中から選択され、隣接する置換体とアルキレンまたはアルケニレンで連結されてスピロ環または融合環を形成することができる。
前記電子注入層の形成材料としては、CsF、NaF、LiF、NaCl、Li2O、BaOなどの電子注入層形成材料として公知になっている任意の物質を使用することができる。前記電子注入層の蒸着条件は、使用する化合物によって異なるが、一般に正孔注入層の形成とほぼ同一の条件範囲の中から選択できる。
前記電子注入層の厚さは、約1Å~約100Å、約3Å~約90Åとすることができる。前記電子注入層の厚さが前述の範囲を満足する場合には、実質的な駆動電圧上昇なしに満足のいく程度の電子注入特性を得ることができる。
本発明において、前記陰極は、リチウム(Li)、マグネシウム(Mg)、アルミニウム(Al)、アルミニウム-リチウム(Al-Li)、カルシウム(Ca)、マグネシウム-インジウム(Mg-In)、マグネシウム-銀(Mg-Ag)などの陰極形成用金属を使用するか、或いは前面発光素子を得るためにはITO、IZOを使用した透過型陰極を用いて形成することができる。
本発明において、前記正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電子輸送層及び電子注入層から選択された一つ以上の層は、蒸着工程または溶液工程によって形成できる。
ここで、前記蒸着工程は、前記それぞれの層を形成するための材料として使用される物質を真空または低圧状態で加熱などを介して蒸発させて薄膜を形成する方法を意味し、前記溶液工程は、前記それぞれの層を形成するための材料として使用される物質を溶媒と混合し、これをインクジェット印刷、ロール・ツー・ロールコーティング、スクリーン印刷、スプレーコーティング、ディップコーティング、スピンコーティングなどの方法によって薄膜を形成する方法を意味する。
本発明における前記有機発光素子は、フラットパネルディスプレイ装置、フレキシブルディスプレイ装置、単色または白色の平板照明用装置、及び単色または白色のフレキシブル照明用装置から選択されるいずれか一つの装置に使用できる。
以下、実施例によって具体化された有機発光素子についてより具体的に説明するが、本発明は下記の実施例に限定されるものではない。
合成例1:化合物1の合成
合成例1-(1):中間体1-aの合成
1Lの丸底フラスコに窒素雰囲気中で2-ブロモ-1,3-ジメトキシベンゼン(50g、230mmol)及びテトラヒドロフラン400mlを入れて溶かす。-78℃まで温度を下げ、n-ブチルリチウム(167ml、280mmol)を滴加する。同じ温度で2時間攪拌した後、ホウ酸トリメチル(36ml、320mmol)を仕込み、室温で一晩攪拌した。反応の完了後、2n-塩酸をゆっくりと滴加して酸性化した。水と酢酸エチルで抽出して有機層を分離した後、硫酸マグネシウムで水分を除去した。物質を減圧濃縮した後、ヘプタンとトルエンで再結晶して<中間体1-a>(20.8g、50%)を得た。
500mlの丸底フラスコに<中間体1-a>(20.8g、110mmol)、1-ブロモ-2-フルオロ-3-ヨードベンゼン(28.7g、95mmol)、テトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(33g、29mmol)及び炭酸ナトリウム(30.3g、290mmol)を入れ、トルエン200ml、エタノール60ml及び水60mlを入れた。反応器の温度を80℃に昇温させ、12時間撹拌した後、反応が終了すると、反応器の温度を室温に下げ、酢酸エチルで抽出し、有機層を分離する。有機層を減圧濃縮した後、カラムクロマトグラフィーで分離して<中間体1-b>(22.3g、63%)を得た。
前記合成例1-(2)で使用した<中間体1-a>の代わりにフェニル-d5-ボロン酸を使用し、1-ブロモ-2-フルオロ-3-ヨードベンゼンの代わりに<中間体1-b>を使用した以外は、同様の方法で合成して<中間体1-c>を得た。(収率72%)
500mlの丸底フラスコに<中間体1-c>(16.6g、53mmol)、臭化水素酸(48ml、260mmol)及び酢酸100mlを入れ、12時間攪拌した。反応の完了後、常温冷却し、しかる後に、水を注いで攪拌する。反応物を水と酢酸エチルで抽出し、有機層を分離した。有機層を減圧濃縮してヘプタンで再結晶化した後、濾過し、乾燥させて<中間体1-d>(17.6g、95%)を得た。
500mlの丸底フラスコに<中間体1-d>(14.3g、50mmol)、炭酸カリウム(20.7g、150mmol)及びN-メチル-2-ピロリドン112mlを入れ、12時間攪拌した。反応の完了後、常温冷却し、しかる後に、水と酢酸エチルで抽出して有機層を分離した。物質を減圧濃縮してヘプタンで再結晶することにより、<中間体1-e>(10.6g、80%)を得た。
500mlの丸底フラスコに窒素雰囲気中で<中間体1-e>(10.6g、40mmol)を入れ、ジクロロメタン136mlを入れて溶かす。反応溶液を0℃に冷却した後、ピリジン(10ml、110mmol)を入れ、トリフルオロメタンスルホニル無水物(12.7g、68mmol)を、同じ温度を維持して滴加した。常温で12時間攪拌した後、反応溶液に水20mlを入れて撹拌する。水とジクロロメタンで抽出して有機層を分離した後、減圧濃縮してヘプタンで再結晶することにより、<中間体1-f>(7.5g、47%)を得た。
250mlの丸底フラスコに<中間体1-f>(7.5g、19mmol)、10-フェニル(d5)-アントラセン-9-ボロン酸(7g、23mmol)、テトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(0.66g、0.6mmol)及び炭酸カリウム(7.9g、57mmol)を入れ、トルエン53ml、エタノール23ml及び水23mlを入れて反応器の温度を80℃に昇温させ、12時間撹拌する。反応の終了後、反応物を常温に下げ、メタノールを注いで攪拌した後、有機層を分離した。有機層を減圧濃縮した後、トルエンとアセトンで再結晶して<化合物1>(6.2g、65%)を得た。
MS(MALDI-TOF):m/z506.25[M+]
合成例2-(1):化合物10の合成
前記合成例1-(1)で使用した2-ブロモ-1,3-ジメトキシベンゼンの代わりに2-ブロモ-1,4-ジメトキシベンゼンを使用した以外は、合成例1と同様の方法で合成して<化合物10>を得た。(収率45%)
MS(MALDI-TOF):m/z506.25[M+]
合成例3-(1):中間体3-aの合成
2Lの丸底フラスコにフェニル-d5-ボロン酸(13g、0.08mol)及び3,6-ジブロモジベンゾフラン(32.6g、0.1mol)を入れ、トルエン700mLとエタノール150mLを入れて溶かした。炭酸カリウム水溶液150mLを入れ、テトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(2.3g、0.002mol)を入れ、反応器の温度を110℃に昇温させ、12時間攪拌した。活性炭で吸着し、減圧濾過した後、トルエンとエタノールで再結晶して<中間体3-a>(23.6g、90%)を得た。
前記合成例1-(7)で使用した<中間体1-f>の代わりに<中間体3-a>を使用した以外は、同様の方法で合成して<化合物21>を得た。(収率75%)
MS(MALDI-TOF):m/z506.25[M+]
合成例4:BD1の合成
合成例4-(1):中間体4-aの合成
2Lの丸底フラスコに4-ジベンゾフランボロン酸(85.0g、0.401mol)、硝酸ビスマス(III)五水和物(99.2g、0.200mol)及びトルエン400mlを入れ、窒素雰囲気中で70℃で3時間攪拌した。反応の完了後、常温冷却し、生成された固体を濾過した。トルエンで洗浄した後、<中間体4-a>(61.5g、72%)を得た。
2Lの丸底フラスコにシアノ酢酸エチル(202.9g、1.794mol)とジメチルホルムアミド500mlを入れた。水酸化カリウム(67.10g、1.196mol)及びシアン化カリウム(38.95g、0.598mol)を入れ、ジメチルホルムアミド200mlを入れて常温で攪拌した。反応溶液に<中間体4-a>(127.5g、0.737mol)を少しずつ入れた後、50℃で72時間攪拌した。反応の完了後、水酸化ナトリウム水溶液(25%)200mlを入れて還流撹拌した。3時間攪拌した後、常温冷却し、酢酸エーテルと水で抽出した。有機層を分離して減圧濃縮し、カラムクロマトグラフィーで分離することにより、<中間体4-b>(20.0g、16%)を得た。
2Lの丸底フラスコに<中間体4-b>(20.0g、0.096mol)、エタノール600ml及び水酸化カリウム水溶液(142.26g、2.53mol)170mlを入れ、12時間還流撹拌した。反応が完了して常温冷却した。反応溶液に6N塩酸400mlを入れて酸性化し、生成された固体を20分攪拌した後、濾過した。固体をエタノールで洗浄して<中間体4-c>(17.0g、88.5%)を得た。
2Lの丸底フラスコに<中間体4-c>(17.0g、0.075mol)及び硫酸15mlを入れ、72時間還流撹拌した。反応の完了後、常温冷却した後、酢酸エチルと水で抽出した。有機層を分離して炭酸水素ナトリウム水溶液で洗浄した。有機層の減圧濃縮中にメタノールを過量入れ、生成された固体を濾過することにより、<中間体4-d>(14.0g、77.6%)を得た。
1Lの丸底フラスコに<中間体4-d>(32.6g、0.135mol)、塩酸30ml及び水150mlを入れ、0℃に冷却して1時間撹拌した。同じ温度で硝酸ナトリウム(11.2g、0.162mol)水溶液75mlを滴加した後、1時間攪拌した。ヨウ化カリウム(44.8g、0.270mol)水溶液75mlを、反応溶液の温度が5℃を超えないように注意しながら滴加した。5時間常温で攪拌し、反応の完了後、チオ硫酸ナトリウム水溶液で洗浄し、しかる後に、酢酸エチルと水で抽出した。有機層を減圧濃縮した後、カラムクロマトグラフィーで分離して<中間体4-e>(22.8g、48%)を得た。
500mLの丸底フラスコに<中間体4-e>(25.7g、73mmol)、1-ジベンゾフランボロン酸(18.7g、88mmol)、テトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(1.7g、0.15mmol)及び炭酸カリウム(20.2g、146.7mmol)を入れ、トルエン125mL、テトラヒドロフラン125mL及び水50mLを入れた。反応器の温度を80℃に昇温させ、10時間攪拌した。反応が終了したら、反応器の温度を室温に下げ、酢酸エチルで抽出し、有機層を分離した。有機層を減圧濃縮した後、カラムクロマトグラフィーで分離して<中間体4-f>を得た。(14.9g、52%)
500mLの丸底フラスコにブロモベンゼン(25.5g、0.163mol)とテトラヒドロフラン170mlを入れ、窒素雰囲気中で-78℃に冷却した。冷却された反応溶液にブチルリチウム(1.6M)(95.6ml、0.153mol)を滴加した。同じ温度で1時間攪拌した後、<中間体4-f>(20.0g、0.051mol)を入れ、しかる後に、常温で3時間撹拌した。反応の完了後、水50mlを入れて30分攪拌した。酢酸エチルと水で抽出した後、有機層を分離して減圧濃縮した。濃縮された物質に酢酸200ml及び塩酸1mlを入れ、80℃に昇温させて撹拌した。反応の完了後、常温で濾過し、メタノールで洗浄して<中間体4-g>(20.0g、78%)を得た。
1Lの丸底フラスコに<中間体4-g>(16.5g、33mmol)及びジクロロメタン300mlを入れて常温攪拌した。臭素(3.4ml、66mmol)をジクロロメタン50mlに希釈して滴加し、8時間常温撹拌した。反応の完了後、反応容器にアセトン100mlを入れて攪拌した。生成された固体は濾過した後、アセトンで洗浄した。固体をモノクロロベンゼンで再結晶して<中間体4-h>を得た。(12.6g、58%)
250mLの丸底フラスコに<中間体4-h>(5.9g、0.009mol)、(4-tert-ブチルフェニル)-フェニルアミン(4.7g、0.021mol)、酢酸パラジウム(II)(0.08g、0.4mmol)、ナトリウムt-ブトキシド(3.4
g、0.035mol)、トリt-ブチルホスフィン(0.07g、0.4mmol)及びトルエン60mlを入れ、2時間還流撹拌した。反応の完了後、常温冷却した。反応溶液は、ジクロロメタンと水で抽出した。有機層を分離して硫酸マグネシウムで無水処理した後、減圧濃縮した。カラムクロマトグラフィーで分離精製した後、ジクロロメタンとアセトンで再結晶して<BD1>を得た。(4.9g、58%)
MS(MALDI-TOF):m/z944.43[M+]
合成例5-(1):中間体5-aの合成
1Lの反応器に4-tert-ブチルアニリン(40g、236mmol)を塩化メチレン400mLに溶かした後、0℃で撹拌する。その後、N-ブロモスクシンイミド(42g、236mmol)を反応器にゆっくりと入れる。常温に上げた後、4時間撹拌する。反応の終了後、H2Oを常温で滴加した後、塩化メチレンで抽出する。有機層を濃縮し、カラムクロマトグラフィーで分離することにより、<中間体5-a>(48g、収率80%)を得た。
合成例5-(2):中間体5-bの合成
2Lの反応器に<中間体5-a>(80g、351mmol)及び水450mLを入れて撹拌する。硫酸104mLを加える。0℃で亜硝酸ナトリウム(31.5g、456mmol)を水240mLに溶かして滴加する。滴加の後、0℃で2時間撹拌する。0℃でヨウ化カリウム(116.4g、701mmol)を水450mLに溶かして滴加する。滴加の後、常温で6時間撹拌する。反応の終了後、常温でチオ硫酸ナトリウム水溶液を入れて撹拌する。酢酸エチルで抽出し、有機層を濃縮し、カラムクロマトグラフィーで分離して<中間体5-b>(58g、収率51%)を得た。
1Lの反応器に1-ブロモ-5-ヨードベンゼン(50.1g、177mmol)、4-tert-ブチルアニリン(58g、389mmol)、酢酸パラジウム(1.6g、7mmol)、ナトリウムt-ブトキシド(51g、530mmol)、ビス(ジフェニルホスフィノ)-1,1’-ビナフチル(4.4g、7mmol)及びトルエン500mLを入れ、24時間還流撹拌する。反応の終了後、濾過して濾液を濃縮する。カラムクロマトグラフィーで分離して<中間体5-c>(52.8g、収率80%)を得た。
250mLの反応器に<中間体5-c>(36.5g、98mmol)、3-ブロモベンゾチオフェン(20.9g、98mmol)、酢酸パラジウム(0.5g、2mmol)、ナトリウムt-ブトキシド(18.9g、196mmol)、トリt―ブチルホスフィン(0.8g、4mmol)及びトルエン200mLを加え、5時間還流撹拌する。反応の終了後、濾過して濾液を濃縮し、カラムクロマトグラフィーで分離することにより、<中間体5-d>(35.6g、収率72%)を得た。
前記合成例5-(4)で使用した<中間体5-c>の代わりに<中間体5-d>を使用し、3-ブロモベンゾチオフェンの代わりに2-ブロモ-4-tert-ブチル-1-ヨードベンゼンを使用した以外は、同様の方法で合成して<中間体5-e>を得た。(収率67%)
合成例5-(6):BD2の合成
300mLの反応器に<中間体5-e>(16.5g、23mmol)、tert-ブチルベンゼン120mLを加える。-78℃でn-ブチルリチウム(42.5mL、68mmol)を滴加する。60℃で3時間撹拌する。同じ温度で窒素を吹き付けてヘプタンを除去する。-78℃で三臭化ホウ素(11.3g、45mmol)を滴加した後、常温で1時間攪拌し、0℃でN,N-ジイソプロピルエチルアミン(5.9g、45mmol)を滴加した後、120℃で2時間撹拌する。反応の終了後、常温で酢酸ナトリウム水溶液を入れて攪拌する。酢酸エチルで抽出した後、有機層を濃縮し、カラムクロマトグラフィーで分離して<BD2>(2.2g、収率15%)を得た。
MS(MALDI-TOF):m/z644.34[M+]
合成例6-(1):中間体6-aの合成
合成例5-(3)で1-ブロモ-5-ヨードベンゼンの代わりに1-ブロモ-2,3-ジクロロベンゼンを使用した以外は、同様の方法で合成して<中間体6-a>を得た。(収率71%)
2Lの反応器にジフェニルアミン60.0g(355mmol)、1-ブロモ-3-ヨードベンゼン100.3g(355mmol)、酢酸パラジウム0.8g(4mmol)、キサントホス2g(4mmol)、ナトリウムt―ブトキシド68.2g(709mmol)及びトルエン700mLを入れて2時間還流撹拌する。反応の終了後、常温で濾過した後、減圧濃縮し、カラムクロマトグラフィーで分離して<中間体6-b>97gを得た。(収率91%)
前記合成例5-(3)で使用した1-ブロモ-5-ヨードベンゼンの代わりに<中間体6-b>を使用し、4-tert-ブチルアニリンの代わりに<中間体6-a>を使用した以外は、同様の方法で合成して<中間体6-c>を得た。(収率78%)
1Lの反応器に3-ブロモアニリン30g(174mmol)、フェニルボロン酸25.5g(209mmol)、テトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム4g(3mmol)、炭酸カリウム48.2g(349mmol)、1,4-ジオキサン150mL、トルエン150mL及び蒸留水90mLを加え、4時間還流撹拌する。反応の終了後、有機層を減圧濃縮した後、カラムクロマトグラフィーで分離して<中間体6-d>24gを得た。(収率80%)
前記合成例5-(3)で使用した1-ブロモ-5-ヨードベンゼンの代わりに3-ブロモベンゾフランを使用し、4-tert-ブチルアニリンの代わりに<中間体6-d>を使用した以外は、同様の方法で合成して<中間体6-e>を得た。(収率68%)
前記合成例5-(4)で使用した<中間体5-c>の代わりに<中間体6-e>を使用し、3-ブロモベンゾチオフェンの代わりに<中間体6-c>を使用した以外は、同様の方法で合成して<中間体6-f>を得た。(収率68%)
250mLの反応器に<中間体6-f>21g(37mmol)、tert-ブチルベンゼンを入れる。-78℃でtert-ブチルリチウム42.4mL(74mmol)を滴加する。滴加の後、60℃で3時間撹拌する。その後、60℃で窒素を吹き付けてペンタンを除去する。-78℃で三臭化ホウ素7.1mL(74mmol)を滴加する。滴加の後、常温で1時間攪拌し、0℃でN,N-ジイソプロピルエチルアミン6g(74mmol)を滴加する。滴加の後、120℃で2時間撹拌する。反応の終了後、有機層を濃縮し、カラムクロマトグラフィーで分離することにより、<BD3>2.0gを得た。(収率17%)
MS(MALDI-TOF):m/z703.28[M+]
ITOガラスの発光面積が2mm×2mmのサイズとなるようにパターニングした後、洗浄した。前記ITOガラスを真空チャンバーに装着し、ベース圧力が1×10-7torrとなるようにした後、前記ITO上に2-TNATA(400Å)、HT(200Å)の順で成膜する。続いて、発光層として下記表1に記載のホスト化合物とドーパント化合物3wt%とを混合して成膜(250Å)した後、電子輸送層として化学式E-1(300Å)、電子注入層としてLiq(10Å)を順次成膜し、陰極であるAl(1000Å)を成膜して有機発光素子を製作した。前記有機発光素子の発光特性は、10mA/cm2で測定した。
前記実施例1~24で使用されたホスト化合物の代わりにBH1からBH9の化合物を使用した以外は、同様に有機発光素子を製作し、前記有機発光素子の発光特性は、10mA/cm2で測定した。得られた有機発光素子の評価結果を下記表2に示した。
Claims (16)
- 下記[化学式A-1]で表されるアントラセン誘導体。
[化学式A-1]
(式中、
R1~R5は、それぞれ同一でも異なってもよく、互いに独立して水素または重水素であり、
Rは重水素であり、
nは、0~8の整数であり、前記アントラセン基内のRが置換されていない芳香族環の炭素原子には水素が結合し、
前記連結基L1は、単結合、または重水素置換されたもしくは無置換の炭素数6~12のアリーレン基であり、
R 12 ~R14は、それぞれ同一でも異なってもよく、互いに独立して水素または重水素であり、
R15~R18は、それぞれ同一でも異なってもよく、それぞれ独立して、水素、重水素、重水素置換されたもしくは無置換のフェニル基、重水素置換されたもしくは無置換のビフェニル基、重水素置換されたもしくは無置換のテルフェニル基、重水素置換されたもしくは無置換のナフチル基、重水素置換されたもしくは無置換のフェナントリル基、及び9位に同一または異なる炭素数1~5のアルキル基でそれぞれ置換されたもしくは無置換の、芳香族環の炭素原子に重水素が置換されたもしくは無置換のフルオレニル基の中から選択される一つの置換基であり、
前記R15~R18のうちの少なくとも一つは、重水素置換されたもしくは無置換のフェニル基、重水素置換されたもしくは無置換のビフェニル基、重水素置換されたもしくは無置換のテルフェニル基、重水素置換されたもしくは無置換のナフチル基、重水素置換されたもしくは無置換のフェナントリル基、及び9位に同一または異なる炭素数1~5のアルキル基でそれぞれ置換されたもしくは無置換の、芳香族環の炭素原子に重水素が置換されたもしくは無置換のフルオレニル基の中から選択される一つの置換基であり、
前記アントラセン誘導体の重水素化度(アントラセン誘導体の炭素原子に直接結合した全ての水素と全ての重水素との和に対する、アントラセン誘導体の炭素原子に直接結合した全ての重水素の割合をパーセントで表したもの)は、30%以上である。) - 前記nは0である請求項1に記載のアントラセン誘導体。
- 前記R1~R5はそれぞれ重水素である請求項1に記載のアントラセン誘導体。
- 前記L1は、単結合、または重水素置換されたもしくは無置換のフェニレン基である請求項1に記載のアントラセン誘導体。
- 前記L1は単結合である請求項4に記載のアントラセン誘導体。
- 前記R15~R18のうちのいずれか一つのみが、重水素置換されたもしくは無置換のフェニル基、重水素置換されたもしくは無置換のビフェニル基、重水素置換されたもしくは無置換のフェニル基、重水素置換されたもしくは無置換のナフチル基、重水素置換されたもしくは無置換のフェナントリル基、及び9位に同一または異なる炭素数1~5のアルキル基でそれぞれ置換されたもしくは無置換の、芳香族環の炭素原子に重水素が置換されたもしくは無置換のフルオレニル基の中から選択される一つの置換基である請求項1に記載のアントラセン誘導体。
- 前記アントラセン誘導体の重水素化度が35%以上である請求項1に記載のアントラセン誘導体。
- 前記アントラセン誘導体の重水素化度が40%以上である請求項7に記載のアントラセン誘導体。
- 第1電極と、
前記第1電極に対向する第2電極と、
前記第1電極と前記第2電極との間に介在する有機層を含み、前記有機層が請求項1から請求項9の中から選択されるかいずれか一項のアントラセン誘導体を1種以上含む有機発光素子。 - 前記有機層が、正孔注入層、正孔輸送層、正孔注入機能及び正孔輸送機能を同時に有する機能層、発光層、電子輸送層及び電子注入層のうちの少なくとも一つを含む請求項10に記載の有機発光素子。
- 前記第1電極と前記第2電極との間に介在する有機層が発光層である請求項10に記載の有機発光素子。
- 前記発光層がドーパントをさらに含み、前記アントラセン誘導体はホストの役割を果たす請求項12に記載の有機発光素子。
- 前記ドーパントは、下記[化学式2]から下記[化学式6]のうちのいずれか一つで表される化合物を1種以上含む請求項13に記載の有機発光素子。
(前記[化学式2]から前記[化学式4]中、
前記[化学式2]内のAは、置換もしくは無置換の炭素数5~50のアリール基、ヘテロ原子としてO、NまたはSを有する置換または無置換の炭素数3~50のヘテロアリール基、置換もしくは無置換の炭素数6~60のアリーレン基、及びヘテロ原子としてO、NまたはSを有する置換もしくは無置換の炭素数3~50のヘテロアリーレン基の中から選択されるいずれか一つであり、
前記[化学式2]中、X1及びX2は、互いに同一でも異なってもよく、それぞれ独立して置換もしくは無置換の炭素数6~30のアリーレン基または単結合の中から選択されるいずれか一つであり、X1とX2は、互いに結合することができ、
Y1及びY2は、それぞれ、互いに同一でも異なってもよく、独立して置換もしくは無置換の炭素数6~24のアリール基、置換もしくは無置換の炭素数2~24のヘテロアリール基、置換もしくは無置換の炭素数1~24のアルキル基、置換もしくは無置換の炭素数1~24のヘテロアルキル基、置換もしくは無置換の炭素数3~24のシクロアルキル基、置換もしくは無置換の炭素数1~24のアルコキシ基、シアノ基、ハロゲン基、置換もしくは無置換の炭素数6~24のアリールオキシ基、置換もしくは無置換の炭素数1~40のアルキルシリル基、置換もしくは無置換の炭素数6~30のアリールシリル基、ゲルマニウム、リン、ホウ素、重水素及び水素よりなる群から選択され、互いに隣接する基と脂肪族、芳香族、脂肪族ヘテロまたは芳香族ヘテロの縮合環を形成することができ、
前記l、mはそれぞれ1~20の整数であり、nは1~4の整数である。
前記[化学式3]及び前記[化学式4]中、
A1、A2、E及びFは、それぞれ互いに同一でも異なってもよく、互いに独立して、置換もしくは無置換の炭素数6~50の芳香族炭化水素環、または置換もしくは無置換の炭素数2~40の芳香族複素環であり、
前記A1の芳香族環内の隣り合う二つの炭素原子と、前記A2の芳香族環内の隣り合う二つの炭素原子は、前記置換基R1及びR2に連結された炭素原子と5員環を形成することにより、それぞれ縮合環を形成し、
前記連結基L1~L12は、それぞれ互いに同一でも異なってもよく、互いに独立して、単結合、置換もしくは無置換の炭素数1~60のアルキレン基、置換もしくは無置換の炭素数2~60のアルケニレン基、置換もしくは無置換の炭素数2~60のアルキニレン基、置換もしくは無置換の炭素数3~60のシクロアルキレン基、置換もしくは無置換の炭素数2~60のヘテロシクロアルキレン基、置換もしくは無置換の炭素数6~60のアリーレン基、または置換もしくは無置換の炭素数2~60のヘテロアリーレン基の中から選択され、
前記Mは、N-R3、CR4R5、SiR6R7、GeR8R9、O、S、Seの中から選択されるいずれか一つであり、
前記置換基R1~R9、Ar1~Ar8は、それぞれ互いに同一でも異なってもよく、互いに独立して、水素、重水素、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6~50のアリール基、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2~20のアルキニル基、置換もしくは無置換の炭素数3~30のシクロアルキル基、置換もしくは無置換の炭素数5~30のシクロアルケニル基、置換もしくは無置換の炭素数2~50のヘテロアリール基、置換もしくは無置換の炭素数2~30のヘテロシクロアルキル基、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のアルキルチオキシ基、置換もしくは無置換の炭素数5~30のアリールチオキシ基、置換もしくは無置換の炭素数1~30のアルキルアミン基、置換もしくは無置換の炭素数5~30のアリールアミン基、置換もしくは無置換の炭素数1~30のアルキルシリル基、置換もしくは無置換の炭素数5~30のアリールシリル基、置換もしくは無置換の炭素数1~30のアルキルゲルマニウム基、置換もしくは無置換の炭素数1~30のアリールゲルマニウム基、シアノ基、ニトロ基、ハロゲン基の中から選択されるいずれか一つであり
前記R1及びR2は、互いに連結されて脂環族、芳香族の単環または多環を形成することができ、前記形成された脂環族、芳香族の単環または多環の炭素原子は、N、O、P、Si、S、Ge、Se、Teの中から選択される少なくとも一つのヘテロ原子で置換でき、
前記p1~p4、r1~r4、及びs1~s4はそれぞれ1~3の整数であるが、これらのそれぞれが2以上である場合に、それぞれの連結基L1~L12は互いに同一でも異なってもよく、
前記xは、1または2の整数であり、y及びzは、それぞれ同一でも異なってもよく、互いに独立して0~3の整数であり、
前記Ar1とAr2、Ar3とAr4、Ar5とAr6、及びAr7とAr8は、それぞれ互いに連結されて環を形成することができ、
前記[化学式3]中、A2環内の隣り合う二つの炭素原子は、前記構造式Q1の*と結合して縮合環を形成し、
前記[化学式4]中、前記A1環内の隣り合う二つの炭素原子は、前記構造式Q2の*と結合して縮合環を形成し、前記A2環内の隣り合う二つの炭素原子は、前記構造式Q1の*と結合して縮合環を形成する。)
(前記[化学式5]及び前記[化学式6]中、
前記Xは、B、P、P=Oの中から選択されるいずれか一つであり、
前記T1~T3は、それぞれ互いに同一でも異なってもよく、互いに独立して、置換もしくは無置換の炭素数6~50の芳香族炭化水素環、または置換もしくは無置換の炭素数2~50の芳香族複素環であり、
前記連結基Y1~Y3は、それぞれ同一でも異なってもよく、互いに独立してN-R21、CR22R23、O、S、Se及びSiR24R25の中から選択されるいずれか一つであり、
前記R21~R25は、それぞれ同一でも異なってもよく、互いに独立して、水素、重水素、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6~50のアリール基、置換もしくは無置換の炭素数3~30のシクロアルキル基、置換もしくは無置換の炭素数2~50のヘテロアリール基、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のアルキルチオキシ基、置換もしくは無置換の炭素数5~30のアリールチオキシ基、置換もしくは無置換の炭素数1~30のアルキルアミン基、置換もしくは無置換の炭素数5~30のアリールアミン基、置換もしくは無置換の炭素数1~30のアルキルシリル基、置換もしくは無置換の炭素数5~30のアリールシリル基、ニトロ基、シアノ基及びハロゲン基の中から選択されるいずれか一つであり、
前記R21~R25は、それぞれ前記T1~T3環と結合して脂環族または芳香族の単環または多環をさらに形成することができ、
前記R22及びR23、R24及びR25は、それぞれ互いに連結されて脂環族または芳香族の単環又は多環をさらに形成することができる。) - 前記それぞれの層の中から選択された一つ以上の層は、蒸着工程または溶液工程によって形成される請求項11に記載の有機発光素子。
- 前記有機発光素子は、フラットパネルディスプレイ装置、フレキシブルディスプレイ装置、単色または白色の平板照明用装置、及び単色または白色のフレキシブル照明用装置の中から選択されるいずれか一つの装置に使用される請求項10に記載の有機発光素子。
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