JP5690283B2 - ピレン誘導体及びそれを用いた有機エレクトロルミネッセンス素子 - Google Patents
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Description
例えば、ピレン化合物を発光材料として用いることについて、特許文献1〜特許文献3に開示されている。
しかしながら、発光効率について、さらなる向上が要求されている。
1.下記式(1)で表されるピレン誘導体。
但し、R1〜R10のうち1つのみが下記式(2)で表わされる基である場合、置換もしくは無置換のアリール基の少なくとも1つは、炭素数が10〜50のアリール基である。
2.前記R9及びR10が置換もしくは無置換のアリール基である1に記載のピレン誘導体。
3.前記式(1)のR2又はR6が式(2)で表わされる基である、2に記載のピレン誘導体。
4.R2又はR6の一方が前記式(2)で表わされる基であり、他方が置換もしくは無置換のアリール基、又は置換もしくは無置換のアルキル基であり、R1、R3〜R5、R7、及びR8が水素原子である、3に記載のピレン誘導体。
5.前記式(1)のR2及びR6が式(2)で表わされる基である、2に記載のピレン誘導体。
6.R1〜R8が、それぞれ水素原子又は前記式(2)で表わされる基である、2に記載のピレン誘導体。
7.一対の電極間に少なくとも発光層を含む1以上の有機化合物層からなる有機発光媒体を挟持する有機エレクトロルミネッセンス素子であって、前記有機発光媒体が1〜6のいずれかに記載のピレン誘導体を少なくとも1種含む有機エレクトロルミネッセンス素子。8.前記発光層が前記ピレン誘導体を含む7に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
9.前記発光層中の前記ピレン誘導体の含有量が0.01〜20質量%である8に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
但し、R1〜R10のうち1つのみが下記式(2)で表わされる基である場合、置換もしくは無置換のアリール基の少なくとも1つは、炭素数が10〜50のアリール基である。
尚、本発明において、「アリール基」は、「芳香族化合物から水素原子を除くことにより導かれる基」を意味し、1価のアリール基のみならず、2価である「アリーレン基」等も含む。
また、本明細書の化合物の水素原子には、軽水素、重水素が含まれる。
好ましくは、置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜20のアリール基である。具体的には、置換もしくは無置換のフェニル基、ナフチル基、フルオレニル基、フェナントリル基、ビフェニル基である。
また、アルキル基、アリール基又はアルキルシリル基で置換したナフチル基、及び無置換のナフチル基が好ましい。例えば、1−ナフチル基、2―ナフチル基、フェニル基置換ナフチル基(特に6−フェニル−2−ナフチル基)が挙げられる。
また、アルキル基、アリール基又はアルキルシリル基で置換したフェナントリル基、及び無置換のフェナントリル基が好ましい。例えば、2−フェナントリル基、3−フェナントリル基、9−フェナントリル基が挙げられる。
また、アルキル基、アリール基又はアルキルシリル基で置換したフルオレニル基、及び無置換のフルオレニル基が好ましい。例えば、フルオレニル基、9,9−ジメチルフルオレニル基、ジエチルフルオレニル基、ジプロピルフルオレニル基、ジイソプロピルフルオレニル基、ジブチルフルオレニル基、ジフェニルフルオレニル基、ベンゾフルオレニル基が挙げられる。
また、アルキル基、アリール基又はアルキルシリル基が置換したビフェニル基、及び無置換のビフェニル基が好ましい。特に、4−ビフェニル基が好ましい。
これら基の具体例は、前述した、もしくは後述する各置換基と同様である。
尚、R1〜R10、X,Y及びZが、さらに置換基を有する場合の置換基についても同様である(例えば、置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜50のアリール基の置換基があり、「置換または無置換」との表現における全ての置換基に適用される)。
上記式(2)のX,Y及びZが示す、置換もしくは無置換のアルコキシ基は、−OY’と表され、Y’の例として上記のアルキルの例が挙げられる。
また、本発明のピレン誘導体では、式(1)のR2又はR6が式(2)で表わされる基であることが好ましい。
この場合、R2又はR6の一方が式(2)で表わされる基であり、他方が置換もしくは無置換のアリール基、又は置換もしくは無置換のアルキル基であり、R1、R3〜R5、R7及びR8が水素原子であるピレン誘導体が好ましい。
さらに、R1〜R8が、それぞれ水素原子又は式(2)で表わされる基であることも好ましい。
また、例えば、ハロゲン化ピレニル化合物をリチオ化し、トリメチルシリルクロリド等のシリル化剤を反応させることによってもピレン誘導体を得ることができる。
鈴木カップリング反応は、これまでに数多くの報告(Chem. Rev., Vol.95, No.7, 2457(1995))がなされており、これら記載の反応条件で実施することができる。
ハロゲン化反応におけるハロゲン化剤は特に限定されるものではないが、例えば、N−ハロゲン化コハク酸イミドが特に好適に用いられる。ハロゲン化残の使用量は、基質に対し通常0.8〜10モル当量、好ましくは1〜5モル当量である。
ホウ酸化反応は、既知の方法(日本化学会編・実験化学講座第4版24巻61〜90頁やJ.Org.Chem., Vol.60,7508(1995)等)により実施することが可能である。
本発明の有機EL素子においては、好ましくは発光層がピレン誘導体を含み、発光層中に本発明のピレン誘導体が0.01〜20質量%含有されていると好ましく、0.5〜20質量%含有されているとさらに好ましく、1〜18質量%含有されていると特に好ましく、2.5〜15質量%含有されていると最も好ましい。
本発明のピレン誘導体を含む有機EL素子用材料を用いた有機EL素子は青色発光することができる。
式(10)で表されるアントラセン誘導体は、下記化合物である。
環形成原子数5〜50の単環基(好ましくは環形成原子数5〜30、より好ましくは環形成原子数5〜20)として具体的には、フェニル基、ビフェニル基、ターフェニル基、クォーターフェニル基等の芳香族基と、ピリジル基、ピラジル基、ピリミジル基、トリアジニル基、フリル基、チエニル基等の複素環基が好ましい。
中でも、フェニル基、ビフェニル基、ターフェニル基が好ましい。
前記環形成原子数8〜50の縮合環基(好ましくは環形成原子数8〜30、より好ましくは環形成原子数8〜20)として具体的には、ナフチル基、フェナントリル基、アントリル基、クリセニル基、ベンゾアントリル基、ベンゾフェナントリル基、トリフェニレニル基、ベンゾクリセニル基、インデニル基、フルオレニル基、9,9−ジメチルフルオレニル基、ベンゾフルオレニル基、ジベンゾフルオレニル基、フルオランテニル基、ベンゾフルオランテニル基等の縮合芳香族環基や、ベンゾフラニル基、ベンゾチオフェニル基、インドリル基、ジベンゾフラニル基、ジベンゾチオフェニル基、カルバゾリル基、キノリル基、フェナントロリニル基等の縮合複素環基が好ましい。
中でも、ナフチル基、フェナントリル基、アントリル基、9,9−ジメチルフルオレニル基、フルオランテニル基、ベンゾアントリル基、ジベンゾチオフェニル基、ジベンゾフラニル基、カルバゾリル基が好ましい。
当該アントラセン誘導体は、式(10)におけるAr11及びAr12が、それぞれ独立に、置換若しくは無置換の環形成原子数8〜50の縮合環基となっている。当該アントラセン誘導体としては、Ar11及びAr12が同一の置換若しくは無置換の縮合環基である場合、及び異なる置換若しくは無置換の縮合環基である場合に分けることができる。
当該アントラセン誘導体は、式(10)におけるAr11及びAr12の一方が置換若しくは無置換の環形成原子数5〜50の単環基であり、他方が置換若しくは無置換の環形成原子数8〜50の縮合環基となっている。
好ましい形態として、Ar12がナフチル基、フェナントリル基、ベンゾアントリル基、9,9−ジメチルフルオレニル基、ジベンゾフラニル基であり、Ar11が単環基又は縮合環基が置換されたフェニル基である。
好ましい単環基、縮合環基の具体的な基は上述した通りである。
別の好ましい形態として、Ar12が縮合環基であり、Ar11が無置換のフェニル基である。この場合、縮合環基として、フェナントリル基、9,9−ジメチルフルオレニル基、ジベンゾフラニル基、ベンゾアントリル基が特に好ましい。
当該アントラセン誘導体は、式(10)におけるAr11及びAr12が、それぞれ独立に、置換若しくは無置換の環形成原子数5〜50の単環基となっている。
好ましい形態として、Ar11、Ar12ともに置換若しくは無置換のフェニル基である。
さらに好ましい形態として、Ar11が無置換のフェニル基であり、Ar12が単環基、縮合環基を置換基として持つフェニル基である場合と、Ar11、Ar12がそれぞれ独立に単環基、縮合環基を置換基として持つフェニル基である場合がある。
前記置換基としての好ましい単環基、縮合環基の具体例は上述した通りである。さらに好ましくは、置換基としての単環基としてフェニル基、ビフェニル基、縮合環基として、ナフチル基、フェナントリル基、9,9−ジメチルフルオレニル基、ジベンゾフラニル基、ベンゾアントリル基である。
L1及びL2は、それぞれ独立に、置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜30の2価のアリール基または複素環基を示す。
mは0〜1の整数、nは1〜4の整数、sは0〜1の整数、tは0〜3の整数である。
また、L1又はAr111はピレンの1〜5位のいずれかに結合し、L2又はAr222はピレンの6〜10位のいずれかに結合する。
また、この置換基としては、上記(1)における「さらに置換基を有する場合の置換基」における置換基と同様である。L1及びL2の置換基は、好ましくは、炭素数1〜20のアルキル基である。
一般式(11)におけるtは、好ましくは0〜2の整数である。
Ar111及びAr222のアリール基は、上記(1)における各基と同様である。
好ましくは、置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜20のアリール基、より好ましくは、置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜16のアリール基、アリール基の好ましい具体例としては、フェニル基、ナフチル基、フェナントリル基、フルオレニル基、ビフェニル基、アントリル基、ピレニル基である。
特に、本発明のピレン誘導体を用いて有機EL素子を製造する場合、有機化合物層及び発光層は、蒸着ばかりでなく、湿式でも成膜できる。
有機化合物層の各層の膜厚は特に限定されるものではないが、適切な膜厚に設定する必要がある。一般に膜厚が薄すぎるとピンホール等が発生して、電界を印加しても充分な発光輝度が得られなくなるおそれがあり、逆に厚すぎると一定の光出力を得るために高い印加電圧が必要となり効率が悪くなるため、通常、膜厚は5nm〜10μmの範囲が適しているが、10nm〜0.2μmの範囲がさらに好ましい。
また、正孔注入材料にTCNQ誘導体等の電子受容物質を添加することによりキャリアを増感させることもできる。
芳香族三級アミン誘導体としては、例えば、N,N’−ジフェニル−N,N’−ジナフチル−1,1’−ビフェニル−4,4’−ジアミン、N,N,N’,N’−テトラビフェニル−1,1’−ビフェニル−4,4’−ジアミン等、又はこれらの芳香族三級アミン骨格を有したオリゴマー若しくはポリマーであるが、これらに限定されるものではない。
前記金属錯体化合物としては、例えば、8−ヒドロキシキノリナートリチウム、ビス(8−ヒドロキシキノリナート)亜鉛、トリス(8−ヒドロキシキノリナート)アルミニウム、トリス(8−ヒドロキシキノリナート)ガリウム、ビス(10−ヒドロキシベンゾ[h]キノリナート)ベリリウム、ビス(10−ヒドロキシベンゾ[h]キノリナート)亜鉛等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
好ましい形態として、これらの電子注入材料にさらにドーパントを含有し、陰極からの電子の受け取りを容易にするため、より好ましくは第2有機層の陰極界面近傍にアルカリ金属で代表されるドーパントをドープする。
ドーパントとしては、ドナー性金属、ドナー性金属化合物及びドナー性金属錯体が挙げられ、これら還元性ドーパントは1種単独で使用してもよいし、2種以上を組み合わせて使用してもよい。
このような湿式成膜法に適した溶液として、有機EL材料として本発明のピレン誘導体と溶媒とを含有する有機EL材料含有溶液を用いることができる。
アルゴン気流下、1000mLのナスフラスコに、1,6−ジブロモピレン15.0g(41.6mmol)、9,9−ジメチルフルオレン−2−イルボロン酸25.8g(108mmol)、テトラキス(トルフェニルホスフィン)パラジウム(0)〔Pd(PPh3)4〕1.9g(1.67mmol)、炭酸ナトリウム27.8g(262mmol)(上水130mL)、及びトルエン、テトラヒドロフランを入れ、90℃にて7時間反応した。
冷却後、反応溶液をろ過し、得られた固体をメタノール、上水で洗浄し、シリカゲルクロマトグラフィー(熱トルエン)で精製し、濃縮して得られた租生成物をトルエンで再結晶して得られた固体を減圧乾燥したところ24.0gの白色固体を得た。FD−MS(フィールドディソープションマススペクトル)の分析により、中間体aと同定した。
アルゴン気流下、2000mLのナスフラスコに、中間体a19.6g(33.4mmol)、N−ブロモスクシンイミド14.9g(83.5mmol)、及びジメチルホルムアミドを入れ、50℃にて5間反応した。
冷却後、反応溶液をろ過し、得られた固体を上水、メタノール、酢酸エチルで洗浄し、得られた固体を減圧乾燥したところ20.1gの黄白色固体を得た。FD−MS(フィールドディソープションマススペクトル)の分析により、中間体bと同定した。
アルゴン気流下、1000mLのナスフラスコに中間体b20.1g(27.1mmol)、トルエン、及びテトラヒドロフランを入れて−70℃に冷却した後、n−ブチルリチウム(1.65Mヘキサン溶液)65.6mL(108mmol)を入れ、10分間撹拌した後に0℃に昇温し、90分間撹拌した。その後、−70℃に冷却し、トリメチルシリルクロリド13.7mL(108mmol)を入れ、0℃に昇温して2時間撹拌した後、室温まで昇温して1時間撹拌した。
反応溶液をろ過し、得られた固体をトルエンに溶解し、上水を加えて、分液、抽出した後、上水、飽和食塩水で洗浄し、硫酸ナトリウムで乾燥し、濃縮して得られた結晶をトルエンで2回再結晶し、得られた固体を減圧乾燥したところ3.5gの黄白色固体を得た。得られた化合物について、FDMS、トルエン溶液中の紫外線吸収極大波長λmax、及び蛍光発光極大波長を示す。
FDMS, calcd for C52H50Si2=730, found m/z=730(M+)
UV(PhMe);λmax, 397nm、FL(PhMe,λex=370nm);λmax, 438nm
中間体aの合成において、9,9−ジメチルフルオレン−2−イルボロン酸の代わりに2−ナフタレンボロン酸を用いて同様の方法で合成した。FD−MS(フィールドディソープションマススペクトル)の分析により、中間体cと同定した。
中間体bの合成において、中間体aの代わりに中間体cを用いて同様の方法で合成した。FD−MS(フィールドディソープションマススペクトル)の分析により、中間体dと同定した。
D−1の合成において、中間体bの代わりに中間体dを用いて同様の方法で合成した。得られた化合物について、FDMS、トルエン溶液中の紫外線吸収極大波長λmax、及び蛍光発光極大波長を示す。
FDMS, calcd for C42H38Si2=598, found m/z=598(M+)
UV(PhMe);λmax, 394nm、FL(PhMe,λex=360nm);λmax, 427nm
アルゴン気流下、2000mLのナスフラスコに、中間体c4.0g(8.8mmol)、N−ブロモスクシンイミド1.4g(7.9mmol)、ヨウ素(一かけら)、及びジクロロメタンを入れ、還流にて2日間反応した。
冷却後、反応溶液に上水を加えて、分液、抽出した後、上水、チオ硫酸ナトリウム水溶液、飽和食塩水で有機層を洗浄、硫酸ナトリウムで乾燥し、濃縮して得られた結晶をメタノールで洗浄して得られた固体を減圧乾燥したところ5.1gの白色固体を得た。FD−MS(フィールドディソープションマススペクトル)の分析により、中間体eと同定した。
中間体aの合成において1,6−ジブロモピレンの代わりに中間体eを用いて同様の方法で合成した。FD−MS(フィールドディソープションマススペクトル)の分析により、中間体fと同定した。
中間体bの合成において中間体aの代わりに中間体fを用いて同様の方法で合成した。FD−MS(フィールドディソープションマススペクトル)の分析により、中間体gと同定した。
D−1の合成において、中間体bの代わりに中間体gを用いて同様の方法で合成した。FD−MS(フィールドディソープションマススペクトル)の分析により、D−3と同定した。
中間体eの合成において中間体cの代わりに中間体aを用いて同様の方法で合成した。FD−MS(フィールドディソープションマススペクトル)の分析により、中間体hと同定した。
中間体aの合成において1,6−ジブロモピレンの代わりに中間体hを用いて、9,9−ジメチルフルオレン−2−イルボロン酸の代わりにフェニルボロン酸を用いて同様の方法で合成した。FD−MS(フィールドディソープションマススペクトル)の分析により、中間体iと同定した。
中間体bの合成において、中間体aの代わりに中間体iを用いて同様の方法で合成した。FD−MS(フィールドディソープションマススペクトル)の分析により、中間体jと同定した。
D−1の合成において、中間体bの代わりに中間体jを用いて同様の方法で合成した。化合物D−4の同定は、FD−MS(フィールドディソープションマススペクトル)の分析により行った。
Grignard試薬調整:アルゴン気流下、200mLのナスフラスコに、マグネシウム362mg(15.1mmol)、ヨウ素(少量)、ブロモシクロペンタン2.2g(15.1mmol)、テトラヒドロフランを入れ、室温にて1時間反応した。
アルゴン気流下、200mLのナスフラスコに、中間体h5g(7.52mmol)、[1,3−ビス(ジフェニルホスフィノ)プロパン]パラジウム(II)ジクロリド〔Pd(dppp)Cl2〕89mg(0.15mmol)、テトラヒドロフランを入れ、50℃まで昇温して、調整したGrignard試薬を50分かけて滴下した後、50℃にて7時間反応した。
冷却後、上水、トルエンを加えて分液、抽出した後、上水、飽和食塩水で洗浄し、硫酸ナトリウムで乾燥し、濃縮して得られた固体をトルエン、メタノールを用いて再沈殿したところ3.2gの白色固体を得た。FD−MS(フィールドディソープションマススペクトル)の分析により、中間体kと同定した。
中間体bの合成において、中間体aの代わりに中間体kを用いて同様の方法で合成した。FD−MS(フィールドディソープションマススペクトル)の分析により、中間体lと同定した。
D−1の合成において、中間体bの代わりに中間体lを用いて、トリメチルシリルクロリドの代わりにトリエチルシリルクロリドを用いて同様の方法で合成した。化合物D−5の同定は、FD−MS(フィールドディソープションマススペクトル)の分析により行った。
25mm×75mm×1.1mmサイズのガラス基板上に、膜厚120nmのインジウムスズ酸化物からなる透明電極を設けた。この透明電極は、陽極として働く。続いて、このガラス基板に紫外線及びオゾンを照射して洗浄したのち、真空蒸着装置にこの基板を設置した。
まず、正孔注入層として、下記構造のHT−1を50nmの厚さに蒸着したのち、その上に正孔輸送層として、N,N,N’,N’−テトラキス(4−ビフェニル)−4,4’−ベンジジンを45nmの厚さに蒸着した。次いで、ホスト材料である9、10−ジ(2−ナフチル)アントラセンと、ドーピング材料であるピレン誘導体D−1とを、質量比19:1で同時蒸着し、厚さ20nmの発光層を形成した。
この発光層上に、電子注入層として、下記構造のET−1を30nmの厚さに蒸着した。
次に、弗化リチウムを1nmの厚さに蒸着し、次いでアルミニウムを150nmの厚さに蒸着し、有機EL素子を作製した。尚、このアルミニウム/弗化リチウムは陰極として働く。
こうして得られた有機EL素子について、電流密度10mA/cm2における駆動時の色度、外部量子収率、及び初期輝度150cd/m2での半減寿命を測定した結果を表1に示す。
外部量子収率:得られた有機EL素子に電流密度10mA/cm2の電流を通電し、分光放射輝度計(CS1000:ミノルタ製)で発光スペクトルを測定し、下記数式(1)により外部量子収率を算出した。
NE:電子数
π:円周率=3.1416
λ:波長(nm)
φ:発光強度(W/sr・m2・nm)
h:プランク定数=6.63x10−34(J・s)
c:光速度=3x108(m/s)
J:電流密度(mA/cm2)
e:電荷=1.6x10−19(C)
実施例6と同じ素子構成でD−1の代わりに下記の化合物D−3を用いた。こうして得られた有機EL素子について、上記実施例6と同様に測定した結果を表1に示す。
実施例6と同じ素子構成でD−1の代わりに下記の化合物D−4を用いた。こうして得られた有機EL素子について、上記実施例6と同様に測定した結果を表1に示す。
実施例6と同じ素子構成でD−1の代わりに下記の化合物D−5を用いた。こうして得られた有機EL素子について、上記実施例6と同様に測定した結果を表1に示す。
実施例6と同じ素子構成でD−1の代わりに下記の化合物H−1を用いた。こうして得られた有機EL素子について、実施例6と同様に測定した結果を表1に示す。
本発明の有機EL素子は、実用性が高く、壁掛テレビの平面発光体やディスプレイのバックライト等の光源として有用である。本発明のピレン誘導体は、有機EL素子の正孔注入・輸送材料、さらには電子写真感光体や有機半導体の電荷輸送材料としても用いることができる。
この明細書に記載の文献の内容を全てここに援用する。
Claims (12)
- 下記式(1)で表されるピレン誘導体。但し、前記ピレン誘導体が化合物(14)又は化合物(15)である場合を除く。
[式中、R1〜R10はそれぞれ水素原子、置換もしくは無置換のアリール基、置換もしくは無置換のアルキル基、置換もしくは無置換のシクロアルキル基又は下記式(2)で表わされる基であり、R1〜R10の少なくとも1つは式(2)で表わされる基であり、少なくとも2つは置換もしくは無置換のアリール基である。
但し、R1〜R10のうち1つのみが下記式(2)で表わされる基である場合、置換もしくは無置換のアリール基の少なくとも1つは、炭素数が10〜50のアリール基である。
(X、Y及びZはそれぞれ、置換もしくは無置換のアルキル基、置換もしくは無置換のアリール基又は置換もしくは無置換のアルコキシ基である。)]
- 前記R9及びR10が置換もしくは無置換のアリール基である請求項1に記載のピレン誘導体。
- 前記式(1)のR2又はR6が式(2)で表わされる基である、請求項2に記載のピレン誘導体。
- R2又はR6の一方が前記式(2)で表わされる基であり、他方が置換もしくは無置換のアリール基、又は置換もしくは無置換のアルキル基であり、R1、R3〜R5、R7、及びR8が水素原子である、請求項3に記載のピレン誘導体。
- 前記式(1)のR2及びR6が式(2)で表わされる基である、請求項2に記載のピレン誘導体。
- R1〜R8が、それぞれ水素原子又は前記式(2)で表わされる基である、請求項2に記載のピレン誘導体。
- R1〜R10の置換もしくは無置換のアリール基が、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ナフチル基、置換もしくは無置換のフルオレニル基、置換もしくは無置換のフェナントリル基、置換もしくは無置換のアントラセニル基、置換もしくは無置換のビフェニル基、又は置換もしくは無置換のターフェニル基である請求項1〜7のいずれかに記載のピレン誘導体。
- 一対の電極間に少なくとも発光層を含む1以上の有機化合物層からなる有機発光媒体を挟持する有機エレクトロルミネッセンス素子であって、
前記有機発光媒体が請求項1〜9のいずれかに記載のピレン誘導体を少なくとも1種含む有機エレクトロルミネッセンス素子。 - 前記発光層が前記ピレン誘導体を含む請求項10に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
- 前記発光層中の前記ピレン誘導体の含有量が0.01〜20質量%である請求項11に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
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