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特許7319029ヘテロ環化合物及びそれを含む有機電界発光素子
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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-07-24
(45)【発行日】2023-08-01
(54)【発明の名称】ヘテロ環化合物及びそれを含む有機電界発光素子
(51)【国際特許分類】
   C07D 401/14 20060101AFI20230725BHJP
   H10K 50/10 20230101ALI20230725BHJP
   C07D 413/14 20060101ALI20230725BHJP
   C07D 417/14 20060101ALI20230725BHJP
   C07D 403/14 20060101ALI20230725BHJP
   C07D 519/00 20060101ALI20230725BHJP
   C09K 11/06 20060101ALI20230725BHJP
   C07F 7/10 20060101ALI20230725BHJP
【FI】
C07D401/14 CSP
H05B33/14 B
C07D413/14
C07D417/14
C07D403/14
C07D519/00 311
C09K11/06 690
C07F7/10 R
C07F7/10 W
【請求項の数】 4
(21)【出願番号】P 2018145417
(22)【出願日】2018-08-01
(65)【公開番号】P2019026645
(43)【公開日】2019-02-21
【審査請求日】2021-06-22
(31)【優先権主張番号】10-2017-0097829
(32)【優先日】2017-08-01
(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR
(73)【特許権者】
【識別番号】512187343
【氏名又は名称】三星ディスプレイ株式會社
【氏名又は名称原語表記】Samsung Display Co.,Ltd.
【住所又は居所原語表記】1, Samsung-ro, Giheung-gu, Yongin-si, Gyeonggi-do, Republic of Korea
(74)【代理人】
【識別番号】110002619
【氏名又は名称】弁理士法人PORT
(73)【特許権者】
【識別番号】518274652
【氏名又は名称】慶尚大學校 産學協力團
(74)【代理人】
【識別番号】110002619
【氏名又は名称】弁理士法人PORT
(74)【代理人】
【識別番号】110000408
【氏名又は名称】弁理士法人高橋・林アンドパートナーズ
(72)【発明者】
【氏名】申 大 ▲華▼
(72)【発明者】
【氏名】金 瑟 雍
(72)【発明者】
【氏名】金 兌 ▲日▼
(72)【発明者】
【氏名】李 廷 渉
(72)【発明者】
【氏名】權 淳 基
(72)【発明者】
【氏名】金 潤 ▲姫▼
(72)【発明者】
【氏名】河 淵 喜
(72)【発明者】
【氏名】黄 宰 榮
【審査官】三木 寛
(56)【参考文献】
【文献】国際公開第2017/115608(WO,A1)
【文献】国際公開第2016/056757(WO,A2)
【文献】特表2017-519809(JP,A)
【文献】韓国公開特許第10-2013-0135039(KR,A)
【文献】米国特許出願公開第2012/0205636(US,A1)
【文献】韓国公開特許第10-2016-0076882(KR,A)
【文献】特表2014-511861(JP,A)
【文献】特開2009-224763(JP,A)
【文献】国際公開第2016/105161(WO,A1)
【文献】韓国公開特許第10-2015-0061174(KR,A)
【文献】中国特許出願公開第101126020(CN,A)
【文献】中国特許出願公開第102775432(CN,A)
【文献】特表2017-520904(JP,A)
【文献】国際公開第2016/089165(WO,A2)
【文献】国際公開第2012/029253(WO,A1)
【文献】韓国公開特許第10-2014-0078397(KR,A)
【文献】韓国公開特許第10-2016-0080420(KR,A)
【文献】特表2009-524703(JP,A)
【文献】Varathan, E.; Vijay, Dolly; Subramanian, V.,Quantum chemical design of carbazole- and pyridoindole-based ambipolar host materials for blue phosphorescent OLEDs,RSC Advances,2016年,Vol.6(78),p.74769-74784
【文献】Konidena, Rajendra Kumar; Thomas, K. R. Justin,Star-Shaped Asymmetrically Substituted Blue Emitting Carbazoles: Synthesis, Photophyscial, Electrochemical and Theoretical Investigations,Chemistry Select,2017年,Vol.2(25),p.7514-7524
【文献】Gong, Wen-Liang; Zhong, Fang; Aldred, Matthew. P.; Fu, Qiang; Chen, Tao; Huang, De-Kang; Shen, Yan; Qiao, Xian-Feng; Ma, Dongge; Zhu, Ming-Qiang,Carbazole oligomers revisited: new additions at the carbazole 1- and 8-positions,RSC Advances ,2012年,Vol.2(29),p.10821-10828
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
C07D
C07F
H10K
C09K
CAplus/REGISTRY(STN)
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
下記化合物群1に表された化合物のうちから選択されるいずれか一つのヘテロ環化合物。
[化合物群1]
【化1】


【化2】

【化3】

【化4】

【化5】
【請求項2】
第1電極と、
第1電極の上に設けられた正孔輸送領域と、
前記正孔輸送領域の上に設けられた発光層と、
前記発光層の上に設けられた電子輸送領域と、
前記電子輸送領域の上に設けられた第2電極と、を含み、
前記発光層は、請求項1によるヘテロ環化合物を含む、有機電界発光素子。
【請求項3】
前記発光層はホスト及びドーパントを含み、
前記ホストは、請求項1によるヘテロ環化合物を含むものである、請求項2に記載の有機電界発光素子。
【請求項4】
前記ホストは、りん光ホスト、または熱活性遅延蛍光ホストである、請求項3に記載の有機電界発光素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、ヘテロ環化合物及びそれを含む有機電界発光素子に関する。
【背景技術】
【0002】
映像表示装置として、有機電界発光素子(Organic Electroluminescence Display)の開発が活発に行われている。有機電界発光表示装置は液晶表示装置などとは異なって、第1電極及び第2電極から注入された正孔及び電子を発光層で再結合させることで、発光層に含まれる有機化合物である発光材料を発光させて表示を実現するいわゆる自発光型表示装置である。
【0003】
有機電界発光素子としては、例えば、第1電極、第1電極の上に配置された正孔輸送層、正孔輸送層の上に配置された発光層、発光層の上に配置された電子輸送層及び電子輸送層の上に配置された第2電極で構成された有機素子が知られている。第1電極からは正孔が注入され、注入された正孔は正孔輸送層を移動して発光層に注入される。一方、第2電極からは電子が注入され、注入された電子は正孔輸送層を移動して発光層に注入される。発光層に注入された正孔と電子が再結合されることで、発光層内で励起子が生成される。有機電界発光素子は、その励起子が更に底状態に落ちる際に発生する光を利用して発光する。また、有機電界発光素子は上述した構成に限らず、様々な変更が可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】韓国公開特許第10-2016-0076336号公報
【文献】韓国公開特許第10-2016-0065207号公報
【文献】特開2014-116634号公報
【文献】韓国公開特許第10-2017-0001398号公報
【文献】韓国公開特許第10-2017-0021300号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
本発明は、効率が向上されたヘテロ環化合物及びそれを含む有機電界発光素子を提供することを目的の一つとする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明の一実施形態によると、下記化学式1で表されるヘテロ環化合物が提供される。
【化1】
【0007】
前記化学式1において、Xは単結合(direct linkage)またはCR23であり、Z1~Z8はそれぞれ独立してCR4またはNであり、R1~R4はそれぞれ独立して水素原子、重水素原子、置換若しくは無置換のシリル基、置換若しくは無置換の炭素数1以上20以下のアルキル基、置換若しくは無置換の環形成炭素数6以上30以下の炭化水素環基、または置換若しくは無置換の環形成炭素数2以上30以下のヘテロ環基であり、Z1、Z3、Z6及びZ8のうち少なくとも2つはそれぞれ独立してCR5であり、R5は下記化学式2または化学式3で表される。
【0008】
【化2】
【化3】
【0009】
前記化学式2において、Yは単結合、CR67、SiR89、NR10、O、SまたはSO2であり、W1~W8はそれぞれ独立してCR11またはNであり、R6~R11はそれぞれ独立して水素原子、重水素原子、置換若しくは無置換のシリル基、置換若しくは無置換の炭素数1以上20以下のアルキル基、置換若しくは無置換の環形成炭素数6以上30以下の炭化水素環基、または置換若しくは無置換の環形成炭素数2以上30以下のヘテロ環基である。*は、結合部位を表す。
【0010】
前記化学式3において、QはNR12、OまたはSであり、U1~U8はそれぞれ独立してCR13またはNであり、U1~U8のうちいずれか一つは結合部位である炭素原子であり、R12及びR13はそれぞれ独立して水素原子、重水素原子、置換若しくは無置換のシリル基、置換若しくは無置換の炭素数1以上20以下のアルキル基、置換若しくは無置換の環形成炭素数6以上30以下の炭化水素環基、または置換若しくは無置換の環形成炭素数2以上30以下のヘテロ環基である。
【0011】
1及びZ3がそれぞれ独立してCR5であってもよい。
【0012】
1及びZ3がそれぞれ独立してCR5であり、Z6及びZ8はそれぞれ独立して水素原子またはCR5であり、R5は下記構造式のうちいずれか一つで表されるものであってもよい。
【化4】
【0013】
1は置換若しくは無置換のフェニル基、置換若しくは無置換のピリジル基、または置換若しくは無置換のカルバゾリル基であってもよい。
【0014】
1は、下記構造式のうちいずれか一つで表わされるものであってもよい。
【化5】
【0015】
1及びZ8またはZ3及びZ6がCR5であり、R5は前記化学式3で表わされ、Z1及びZ8がCR5であれば、Z3及びZ6のうち少なくとも一つはNであり、Z3及びZ6がCR5であれば、Z1及びZ8のうち少なくとも一つはNであってもよい。この場合、前記化学式3において、QはOで、U2及びU7のうち少なくとも一つがNであってもよい。
【0016】
前記化学式2において、Yが単結合で、W1~W8が全てCR11であるか、W1、W3、W5及びW8のうち少なくとも一つがNであってもよい。
【0017】
前記化学式2において、Yが単結合で、W1及びW3またはW6及びW8がNであってもよい。
【0018】
化学式1は、下記化学式5で表されるものであってもよい。
【化6】
【0019】
前記化学式5において、R5はそれぞれ独立して前記化学式2または化学式3で表され、R1は置換若しくは無置換のフェニル基、置換若しくは無置換のピリジル基、または置換若しくは無置換のカルバゾリルであり、X、Z6及びZ8は上述とおりである。
【0020】
Xは単結合で、前記化学式1で表わされる骨格と前記化学式2または化学式3で表わされる置換基との結合のねじれ角は50度以上であってもよい。
【0021】
XはCR23で、前記化学式1で表わされる骨格と前記化学式2または化学式3で表わされる置換基との結合のねじれ角は70度以上であってもよい。
【0022】
本発明の一実施形態によると、第1電極、第1電極の上に設けられた正孔輸送領域、正孔輸送領域の上に設けられた発光層、発光層の上に設けられた電子輸送領域及び電子輸送領域の上に設けられた第2電極を含み、発光層が上述した本発明の一実施形態によるヘテロ環化合物を含む有機電界発光素子を提供する。
【0023】
発光層はホスト及びドーパントを含み、ホストは上述した本発明の一実施形態によるヘテロ環化合物を含むものであってもよい。
【0024】
ホストは、りん光ホスト、または熱活性遅延蛍光(Thermally Activated Delayed Fluorescence)ホストであってもよい。
【0025】
本発明の一実施形態は、下記化学式Aで表されるヘテロ環化合物を提供する。
【化7】
【0026】
前記化学式Aにおいて、Raは置換若しくは無置換のフェニル基、またはへテロ原子としてNを一つ以上含む置換若しくは無置換のヘテロ環であり、Tは単結合またはCRbRcで、E1~E4はそれぞれ独立してCRdまたはNであり、Rb~Rdはそれぞれ独立して水素原子、重水素原子、置換若しくは無置換のシリル基、置換若しくは無置換の炭素数1以上20以下のアルキル基、置換若しくは無置換の環形成炭素数6以上30以下の炭化水素環基、または置換若しくは無置換の環形成炭素数2以上30以下のヘテロ環基であり、E1~E4のうち少なくとも2つはそれぞれ独立してCReで、Reは置換若しくは無置換の3還以上のヘテロ環基である。
【0027】
1及びE2がCReであってもよい。
【発明の効果】
【0028】
本発明の一実施形態による化合物を含む有機電界発光素子は、効率及び寿命特性が向上する。
【0029】
本発明の一実施形態による化合物を含む有機電界発光素子は、低駆動電圧を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【0030】
図1】本発明の一実施形態による有機電界発光素子の一例を示す概略図である。
図2】本発明の一実施形態による有機電界発光素子の一例を示す概略図である。
図3】化合物のねじれ角の一例を示す概略図である。
図4】化合物のねじれ角の一例を示す概略図である。
図5】化合物1のねじれ角によるHOMOエネルギー準位及び三重項エネルギー準位の変化を測定したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【0031】
上述した本発明の目的、他の目的、特徴、及び利点は、添付した図面及び下記実施例を介して容易に理解できるはずである。しかし、本発明はここで説明される実施例に限らず、他の形態に具体化されてもよい。むしろ、ここで紹介される実施例は開示された内容が徹底して完全なものになるように、そして通常の技術者に本発明の思想が十分に伝達されるようにするために提供されるものである。
【0032】
各図面を説明するにあたり、類似した参照符号を類似した構成要素に対して使用している。添付した図面において、構造物の寸法は本発明を明確にするために実際より拡大して示している。第1、第2などの用語は多用な構成要素を説明するのに使用されるが、前記構成要素は前記用語に限らない。前記用語は一つの構造要素を他の構成要素から区別する目的にのみ使用される。例えば、本発明の権利範囲を逸脱しない場合、第1構成要素は第2構成要素と称されてもよく、同様に第2構成要素も第1構成要素と称されてもよい。単数の表現は、文脈上明白に異なる意味にならない限り、複数の表現を含む。
【0033】
本明細書において、「含む」または「有する」などの用語は明細書の上に記載された特徴、数字、ステップ、動作、構成要素、部品またはこれらを組み合わせたものが存在することを意味するものであって、一つまたはそれ以上の他の特徴や数字、ステップ、動作、構成要素、部分品またはこれらを組み合わせたものの存在または付加可能性を予め排除しないと理解すべきである。また、層、膜、領域、板などの部分が他の部分の「上」にあるとする場合、これは他の部分の「直上」にある場合だけでなく、その中間にまた他の部分がある場合も含む。逆に、層、膜、領域、板などの部分が他の部分の「下部に」にあるとする場合、これは他の部分の「直下」にある場合だけでなく、その中間にまた他の部分がある場合も含む。
【0034】
【0035】
本明細書において、「置換若しくは無置換の」とは重水素原子、ハロゲン原子、シアノ基、ニトロ基、アミノ基、シリル基、ホウ素基、ホスフィンオキシド基、ホスフィンスルフィド基、アルキル基、アリール基、及びヘテロ環基からなる群から選択される一つ以上の置換基で置換される若しくは置換されないことを意味する。また、前記例示された置換基それぞれは、置換されてもよく置換されなくてもよい。例えば、ビフェニル基はアリール基と解釈されてもよく、フェニル基で置換されたフェニル基と解釈されてもよい。
【0036】
本明細書において、「互いに結合して環を形成」するとは、互いに結合して置換若しくは無置換の炭化水素環、または置換若しくは無置換のヘテロ環を形成することを意味する。また、隣接する基と互いに結合して形成された環は、他の環と連結されてスピロ構造を形成してもよい。
【0037】
本明細書において、炭化水素環は、脂肪族炭化水素環及び芳香族炭化水素環(アリール基)を含む。ヘテロ環は、脂肪族ヘテロ環及び芳香族ヘテロ環(ヘテロアリール基)を含む。炭化水素環及びヘテロ環は、単環及び多環であってもよい。
【0038】
本明細書において、ハロゲン原子の例としては、フッ素原子、塩素原子、ブロム原子、またはヨウ素原子が挙げられる。
【0039】
本明細書において、アルキル基は直鎖、分枝鎖、または環状であってもよい。アルキル基の炭素数は、1以上30以下、1以上20以下、1以上10以下、または1以上6以下である。アルキル基の例としては、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、s-ブチル基、t-ブチル基、i-ブチル基、2-エチルブチル基、3、3-ジメチルブチル基、n-ペンチル基、i-ペンチル基、ネオペンチル基、t-ペンチル基、シクロペンチル基、1-メチルペンチル基、3-メチルペンチル基、2-エチルペンチル基、4-メチル-2-ペンチル基、n-ヘキシル基、1-メチルヘキシル基、2-エチルヘキシル基、2-ブチルヘキシル基、シクロヘキシル基、4-メチルシクロヘキシル基、4-t-ブチルシクロヘキシル基、n-ヘプチル基、1-メチルペプチル基、2、2-ジメチルヘプチル基、2-エチルヘプチル基、2-ブチルヘプチル基、n-オクチル基、tーオクチル基、2-エチルオクチル基、2-ブチルオクチル基、2-ヘキシルオクチル基、3、7-ジメチルオクチル基、シクロオクチル基、n-ノニル基、n-デシル基、アダマンチル基、2ーエチルデシル基、2-ブチルデシル基、2-ヘキシルデシル基、2-オクチルデシル基、n-ウンデシル基、n-ドデシル基、2-エチルドデシル基、2-ブチルドデシル基、2-ヘキシルドデシル基、2-オクチルデシル基、n-トリデシル基、n-テトラデシル基、n-ペンタデシル基、n-ヘキサデシル基、2-エチルヘキサデシル基、2-ブチルヘキサデシル基、2-ヘキシルヘキサデシル基、2-オクチルヘキサデシル基、n-ヘプタデシル基、n-オクタデシル基、n-ノナデシル基、n-イコシル基、2-エチルイコシル基、2-ブチルイコシル基、2-ヘキシルイコシル基、2-オクチルイコシル基、n-ヘンイコシル基、n-ドコシル基、n-トリコシル基、n-テトラコシル基、n-ペンタコシル基、n-ヘキサコシル基、n-ヘプタコシル基、n-オクタコシル基、n-ノナコシル基、及びn-トリアコンチル基などが挙げられるが、これに限らない。
【0040】
本明細書において、アルケニル基は直鎖、分枝鎖または環状であってもよい。炭素数は特に限らないが、2以上30以下、2以上20以下、または2以上10以下である。環状であれば、3以上30以下、3以上20以下、または3以上10以下である。アルケニル基の例としては、ビニル基、1-ブテニル基、1-ペンテニル基、1、3-ブタジエニルアリール基、スチレニル基、スチリルビニル基などが挙げられるが、これに限らない。
【0041】
本明細書において、アリール基は芳香族炭化水素環から誘導された任意の作用基または置換基を意味する。アリール基は、単環式アリール基または多環式アリール基であってもよい。アリール基の環形成炭素数は、6以上60以下、6以上30以下、6以上20以下、または6以上15以下である。アリール基の例としては、フェニル基、ナフチル基、フルオレニル基、アントラセニル基、フェナントリル基、ビフェニル基、ターフェニル基、クォーターフェニル基、キンクフェニル基、セクシフェニル基、ビフェニレニル基、トリフェニレニル基、ピレニル基、ベンゾフルオランテニル基、クリセニル基などが挙げられるが、これに限らない。
【0042】
本明細書において、フルオレニル基は置換されてもよく、2つの置換基が互いに結合してスピロ構造を形成してもよい。フルオレニル基が置換される場合の例を以下に示す。但し、これに限らない。
【化8】
【0043】
本明細書において、ヘテロアリール基はヘテロ原子としてO、N、P、Si及びSのうち一つ以上を含むヘテロアリール基である。ヘテロアリール基がヘテロ原子を2つ含む場合、2つのヘテロ原子は互いに同じであってもよく、異なってもよい。ヘテロアリール基の環形成炭素数は、2以上60以下、2以上30以下、または2以上20以下である。ヘテロアリール基は、単環式ヘテロアリール基または多環式ヘテロアリール基であってもよい。多環式ヘテロアリール基は、例えば2環または3還構造を有するものであってもよい。ヘテロアリール基の例としては、チオフェニル基、フラニル基、ピロリル基、イミダゾリル基、チアゾリル基、オキサゾリル基、オキサジアゾリル基、トリアゾリル基、ピリジル基、ビピリジル基、ピリミジル基、トリアジニル基、トリアゾリル基、アクリジル基、ピリダジニル基、ピリジニル基、キノリニル基、キナゾリニル基、キノキサリニル基、ジヒドロフェナジニル基、フェノキサジル基、フェノチアジニル基、フタラジニル基、ピリドピリミジニル基、ピリドピラジニル基、ピラジノピラジニル基、イソキノリニル基、インドリル基、カルバゾリル基、N-アリールカルバゾリル基、N-ヘテロアリールカルバゾリル基、N-アルキルカルバゾリル基、ベンゾオキサゾリル基、ベンゾイミダゾリル基、ベンゾチアゾリル基、ベンゾカルバゾリル基、ベンゾチオフェニル基、ジベンゾチオフェニル基、チエノチオフェニル基、ベンゾフラニル基、フェナントロニル基、イソオキサゾリル基、チアジアゾリル基、ジベンゾシルロール基、及びジベンゾフラニル基などが挙げられるが、これに限らない。
【0044】
本明細書において、脂肪族ヘテロ環基はヘテロ原子としてO、N、P、Si及びSのうち一つ以上を含む。脂肪族ヘテロ環基の環形成炭素数は、2以上30以下、または2以上20以下である。脂肪族ヘテロ環基は、単環式構造を有してもよく、多環式構造を有してもよい。例えば、脂肪族ヘテロ環基はフェノチアジン5、5-ジオキシド(phenothiazine 5,5-dioxide)などを含んでもよいが、これに限らない。
【0045】
本明細書において、シリル基はアルキルシリル基及びアリールシリル基を含む。シリル基の例としては、トリメチルシリル基、トリエチルシリル基、t-ブチルジメチルシリル基、ビニルジメチルシリル基、プロピルジメチルシリル基、トリフェニルシリル基、ジフェニルシリル基、フェニルシリル基などが挙げられるが、これに限らない。
【0046】
本明細書において、ホウ素基はアルキルホウ素基及びアリールホウ素基を含む。ホウ素基の例としては、トリメチルホウ素基、トリエチルホウ素基、t-ブチルジメチルホウ素基、トリフェニルホウ素基、ジフェニルホウ素基、フェニルホウ素基などが挙げられるが、これに限らない。
【0047】
本明細書において、アミノ基の炭素数は特に限らないが、1以上30以下である。アミノ基は、アルキルアミノ基及びアリールアミノ基を含む。アミノ基の例としては、メチルアミノ基、ジメチルアミノ基、フェニルアミノ基、ジフェニルアミノ基、ナフチルアミノ基、9-メチル-アントラセニルアミノ基、トリフェニルアミノ基などが挙げられるが、これに限らない。
【0048】
本明細書において、ホスフィンオキシドは、例えば、アルキル基及びアリール基のうち少なくとも一つに置換されてもよい。ホスフィンオキシド基の例としては、フェニルホスフィンオキシド基、ジフェニルホスフィンオキシド基などがあるが、これに限らない。
【0049】
まず、本発明の一実施形態によるヘテロ環化合物について説明する。本発明の一実施形態によるヘテロ環化合物は、下記化学式1で表される。
【化9】
【0050】
化学式1において、Xは単結合またはCR23であり、Z1~Z8はそれぞれ独立してCR4またはNであり、R1~R4はそれぞれ独立して水素原子、重水素原子、置換若しくは無置換のシリル基、置換若しくは無置換の炭素数1以上20以下のアルキル基、置換若しくは無置換の環形成炭素数6以上30以下の炭化水素環基、または置換若しくは無置換の環形成炭素数2以上30以下のヘテロ環基である。
【0051】
化学式1において、Z1、Z2、Z3、Z6及びZ8のうち少なくとも2つはそれぞれ独立してCR5であり、R5は下記化学式2または化学式3で表される。ここで、CR5は、上述したCR4に対応し、R5はR4に対応する。
【化10】
【化11】
【0052】
化学式2において、Yは単結合、CR67、SiR89、NR10、O、SまたはSO2であり、W1~W8はそれぞれ独立してCR11またはNであり、R6~R11はそれぞれ独立して水素原子、重水素原子、置換若しくは無置換のシリル基、置換若しくは無置換の炭素数1以上20以下のアルキル基、置換若しくは無置換の環形成炭素数6以上30以下の炭化水素環基、または置換若しくは無置換の環形成炭素数2以上30以下のヘテロ環基である。
【0053】
化学式3において、QはNR12、OまたはSであり、U1~U8はそれぞれ独立してCR13またはNであり、U1~U8のうちいずれか一つは結合部位である炭素原子であり、R12及びR13はそれぞれ独立して水素原子、重水素原子、置換若しくは無置換のシリル基、置換若しくは無置換の炭素数1以上20以下のアルキル基、置換若しくは無置換の環形成炭素数6以上30以下の炭化水素環基、または置換若しくは無置換の環形成炭素数2以上30以下のヘテロ環基である。
【0054】
本発明の一実施形態によるヘテロ環化合物は、少なくとも3つの3還ヘテロ環基が互いに結合されて基本骨格を成す化合物である。より詳しくは、本発明の一実施形態によるヘテロ環化合物は、化学式1で表される含窒素3還の環を1つ含み、且つ化学式2または化学式3で表されるヘテロ3還の環を少なくとも2つ含む。
【0055】
本発明の一実施形態によるヘテロ環化合物は、化学式1で表される含窒素3還において、特定位置に化学式2または化学式3で表される3還の環が結合される。より詳しくは、化学式1のZ1、Z2、Z3Z6及びZ8のうち少なくとも2つにそれぞれ独立して化学式2または化学式3で表される3還の環が結合する。このような構造のため、化学式1で表わされる骨格と化学式2または化学式3で表わされる置換基との結合がねじれ、高い三重項エネルギーを有するようになる。よって、本発明の一実施形態によるヘテロ環化合物は、りん光発光または熱活性遅延蛍光発光材料として効率的に活用することができる。
【0056】
化学式1において、Xが単結合であれば、化学式1はカルバゾール構造を有する。Xが単結合であれば、化学式1で表わされる骨格と化学式2または化学式3で表わされる置換基との結合のねじれ角は50度以上であってもよい。これに限らないが、Xが単結合であれば、化学式1で表わされる骨格と化学式2または化学式3で表わされる置換基との結合のねじれ角は50度以上90度以下であってもよい。結合のねじれ角度が前記数値範囲を満たせば、高い三重項エネルギーを維持しながら、優れた正孔注入/輸送能を維持することができる最高準位占有分子軌道(highest occupied molecular orbital、HOMO)エネルギー準位を有する。
【0057】
化学式1において、XがCR23であれば、化学式1で表わされる骨格はアクリジンコア構造を有する。XがCR23であれば、化学式1で表わされる骨格と化学式2または化学式3で表わされる置換基との結合のねじれ角は70度以上であってもよい。これに限らないが、XがCR23であれば、化学式1で表わされる骨格と化学式2または化学式3で表わされる置換基との結合のねじれ角は70度以上90度以下であってもよい。例えば、化学式1で表わされる骨格と化学式2または化学式3で表わされる置換基との結合のねじれ角は80度以上90度以下であってもよい。
【0058】
図3は、化合物のねじれ角の一例を示している。図3は、化学式1のXがCR23であれば、化学式1で表わされる骨格と化学式3で表わされる置換基との結合のねじれ角(θ1)を測定したものであって、θ1は86.6度である。
【0059】
結合のねじれ角が上記の数値範囲を満たせば、高い三重項エネルギーを維持しながら、優れた正孔注入/輸送能を維持することができる最高準位占有分子軌道エネルギー準位を有する。
【0060】
化学式1で表わされる骨格のコア構造は平面構造を有し、化学式2または化学式3で表わされる置換基のコア構造もそれぞれ平面構造を有する。図4は、化合物のねじれ角の一例を示している。図4を参照すると、「ねじれ角」は平面構造の2つのコアがねじれた角度を意味するものであってもよい。例えば、図4において、θ2は52.9度で、θ3は71.9度で、θ4は64.9度である。尚、本明細書において、「ねじれ角」はGaussian09 DFT B3LYP/6-31G*で計算した値である。
【0061】
本発明の一実施形態によるヘテロ環化合物は、基本コア構造に多様な置換基を導入し、ねじれ角を調節することができる。例えば、化学式1において、Z2がCR4で、Z1及びZ3がCR5であれば、R4に水素原子ではない他の置換基を導入し、化学式2または化学式3においてR4と隣接した炭素に水素原子ではない他の置換基を導入することで、ねじれ角をより大きく調節することができる。
【0062】
化学式1において、Z1及びZ3がそれぞれ独立してCR5でであってもよい。例えば、化学式1は下記化学式1-1で表される。
【化12】
【0063】
化学式1-1において、2つのR5は互いに同じであってもよく異なっていてもよい。R1、R5、X、Z2、及びZ4~Z8は上述したとおりである。
【0064】
化学式1-1において、Z6及びZ8がそれぞれ独立して水素原子またはCR5であり、R5は下記構造式のうちいずれか一つであってもよい。
【化13】
【0065】
前記構造式は、それぞれ置換若しくは無置換であってもよい。一方、前記構造式は一例であって、これに限らない。
【0066】
化学式1において、R1に比較的体積が大きな置換基を導入し、有機電界発光素子の発光層に適用する場合、分子間引力によるエキシマ(excimer)が形成されることを防止することができ、それによって有機電界発光素子の効率が向上することができる。例えば、R1は置換若しくは無置換のフェニル基、またはヘテロ原子としてNを1以上含む置換若しくは無置換のヘテロ環基であってもよい。例えば、R1は置換若しくは無置換のフェニル基、置換若しくは無置換のピリジル基、または置換若しくは無置換のカルバゾリル基であってもよい。これに限らないが、化学式1は下記化学式4で表わされてもよい。
【化14】
【0067】
化学式4において、R14は水素原子、重水素原子、置換若しくは無置換のシリル基、置換若しくは無置換の炭素数1以上20以下のアルキル基、置換若しくは無置換の環形成炭素数6以上30以下の炭化水素環基、または置換若しくは無置換の環形成炭素数2以上30以下のヘテロ環基であり、nは0~5の整数である。nが2以上であれば、複数のR14は互いに同じであってもよく異なっていてもよい。X、及びZ1~Z8は上述したとおりである。
【0068】
化学式4において、nが2以上であれば、隣接した複数のR14は互いに結合して環を形成してもよい。例えば、炭化水素環またはへテロ環を形成してもよい。
【0069】
化学式4において、nは0または1で、R14は置換若しくは無置換のアリールシリル基、置換若しくは無置換の炭素数1または2のアルキル基、または置換若しくは無置換の環形成炭素数6以上30以下のアリール基である。
【0070】
これに限らないが、化学式1において、R1は下記構造式のうちいずれか一つで表される。
【化15】
【0071】
前記構造式は、それぞれ置換若しくは無置換であってもよい。
【0072】
本発明の一実施形態によるヘテロ環化合物は、置換基の種類、ヘテロ原子の有無などに応じてp-typeホスト材料として使用されてもよく、n-typeホスト材料として使用されてもよく、両極性(bipolar)ホスト材料として使用されてもよい。
【0073】
これに限らないが、例えば、化学式2において、YがSO2であるかW1~W8のうちいずれか一つがNであれば、n-typeホスト材料として使用される。他の例として、化学式3において、U1及びU8のうち少なくとも一つがNであってもよい。
【0074】
n-typeホスト材料として使用されるためには、化学式1において、Z1及びZ8またはZ3及びZ6がCR5であり、R5は化学式3で表される。Z1及びZ8がCR5であれば、Z3及びZ6のうち少なくとも一つはNであり、Z3及びZ6がCR5であれば、Z1及びZ8のうち少なくとも一つはNであってもよい。この場合、比較的低い最低準位非占有分子軌道(lowest unoccupied molecular orbital、LUMO)エネルギーを有するようになる。化学式3において、QがOで、U2及びU7のうち少なくとも一つがNであってもよく、前記条件を満たせば、化学式1で表わされる化合物は比較的低い最低準位非占有分子軌道エネルギーと共に比較的高い三重項エネルギーを有するようになる。
【0075】
化学式2において、Yが単結合であれば、化学式2はカルバゾール構造を有する。化学式2において、Yが単結合で、W1及びW8が全てCR11であってもよい。但し、これに限らず、n-typeホスト材料の性質を持たせるために、化学式2において、Yが単結合で、W1、W3、W6及びW8のうち少なくとも一つがNであってもよい。前記条件を満たす場合、化学式1で表わされる化合物は比較的高い三重項エネルギー及び比較的低い最低準位非占有分子軌道エネルギーを有する。
【0076】
他の例として、化学式2において、Yが単結合で、W1及びW3またはW6及びW8がNであってもよい。この場合も、化学式1で表わされる化合物は比較的高い三重項エネルギー及び比較的低い最低準位非占有分子軌道エネルギーを有するようになる。本発明の一実施形態によるヘテロ環化合物が3つのカルバゾール構造(moiety)を含むか、2つのアクリジン構造を含む場合、p-typeホスト材料として使用される。但し、これに限らない。
【0077】
化学式1は、例えば下記化学式5で表されてもよい。
【化16】
【0078】
化学式5において、R5はそれぞれ独立して化学式2または化学式3で表され、R1は置換若しくは無置換のフェニル基、置換若しくは無置換のピリジル基、または置換若しくは無置換のカルバゾリル基であり、X、Z6及びZ8は上述したとおりである。
【0079】
化学式5は、例えば下記化学式5-1で表されてもよい。
【化17】
【0080】
化学式5-1において、R5はそれぞれ独立して化学式2または化学式3で表され、R14は水素原子、重水素原子、置換若しくは無置換のシリル基、置換若しくは無置換の炭素数1以上20以下のアルキル基、置換若しくは無置換の環形成炭素数6以上30以下の炭化水素環基、または置換若しくは無置換の環形成炭素数2以上30以下のヘテロ環基であり、nは0~5の整数である。nが2以上であれば、複数のR14は互いに同じであってもよく異なっていてもよい。X、Z6及びZ8は上述したとおりである。nが2以上であれば、隣接したR14は互いに結合して環を形成してもよい。
【0081】
化学式5において、2つのR5は互いに同じであってもよく異なっていてもよい。
【0082】
化学式5において、nは0または1で、R14は置換若しくは無置換のアリールシリル基、置換若しくは無置換の炭素数1または2のアルキル基、または置換若しくは無置換の環形成炭素数6以上30以下のアリール基である。
【0083】
化学式5において、nは0または1であり、R14はトリフェニルシリル基、トリフェニルメチル基、または置換若しくは無置換のフルオレニル基であってもよい。
【0084】
化学式2において、YがCR67であれば、R6及びR7はそれぞれ独立して置換若しくは無置換の炭素数1以上10以下のアルキル基、または置換若しくは無置換の環形成炭素数6以上30以下のアリール基(芳香族炭化水素環基)であってもよい。例えば、R6及びR7は、それぞれ独立して置換若しくは無置換のメチル基、または置換若しくは無置換のフェニル基であってもよい。
【0085】
化学式2において、YがNR10であれば、R10は置換若しくは無置換の炭素数6以上30以下のアリール基であってもよい。例えば、R10は置換若しくは無置換のフェニル基である。
【0086】
化学式3において、QがNR12であれば、R12は置換若しくは無置換の炭素数6以上30以下のアリール基である。例えば、R12は置換若しくは無置換のフェニル基である。
【0087】
本発明の一実施形態による化学式1で表されるヘテロ環化合物は、下記第1化合物群に示した化合物のうちから選択されるいずれか一つであってもよい。但し、これに限らない。
【0088】
[第1化合物群]
【化18】
【0089】
【化19】
【0090】
【化20】
【0091】
【化21】
【0092】
【化22】
【0093】
本発明の一実施形態によるヘテロ環化合物は、3還構造の構成成分(moiety)が少なくとも3つ結合されている。これらの3還構造は特定位置で結合されて分子がねじれる構造を有する。そのため、本発明の一実施形態によるヘテロ環化合物は、十分に高い三重項エネルギーを有し、りん光発光素子に適切に適用されることができる。但し、これに限らず、本発明の一実施形態によるヘテロ環化合物は、熱活性遅延蛍光素子にもホストとして適用されてもよい。本発明の一実施形態によるヘテロ環化合物は、青色発光ホストとして適用されてもよく、特に藍色発光ホストとして適用されてもよい。
【0094】
化学式1で表されるヘテロ環化合物は、後述する合成例に基づいて製造される。但し、化学式1で表されるヘテロ環化合物の合成過程は後述する合成例に限らず、該当技術分野で知られている反応条件であれば、どのような条件でも構わない。
【0095】
本発明の一実施形態によると、下記化学式Aで表されるヘテロ環化合物が提供される。
【化23】
【0096】
化学式Aにおいて、Raは置換若しくは無置換のフェニル基、またはへテロ原子としてNを一つ以上含む置換若しくは無置換のヘテロ環であり、Tは単結合またはCRbRcで、E1~E4はそれぞれ独立してCRdまたはNであり、Rb~Rdはそれぞれ独立して水素原子、重水素原子、置換若しくは無置換のシリル基、置換若しくは無置換の炭素数1以上20以下のアルキル基、置換若しくは無置換の環形成炭素数6以上30以下の炭化水素環基、または置換若しくは無置換の環形成炭素数2以上30以下のヘテロ環基であり、E1~E4のうち少なくとも2つはそれぞれ独立してCReで、Reは置換若しくは無置換の3還以上のヘテロ環基である。
【0097】
Reは例えば、3環へテロ環基または6環へテロ環基であってもよい。Reは例えば、上述した化学式2または3で表されてもよい。
【0098】
化学式Aにおいて、E1及びE2がCReであってもよい。この場合、E3及びE4はそれぞれ独立して水素原子またはCReであり、Reは下記構造式のうちいずれか一つで表されてもよい。
【化24】
【0099】
前記構造式は、それぞれ置換若しくは無置換であってもよい。
【0100】
化学式Aにおいて、Raは置換若しくは無置換のフェニル基、置換若しくは無置換のピリジル基、または置換若しくは無置換のカルバゾリル基であってもよい。但し、これに限らない。
【0101】
以下では、本発明の一実施形態による有機電界発光素子について説明する。以下では上述した本発明の一実施形態によるヘテロ環化合物と異なる点を中心に詳しく説明するが、説明されていない部分は上述した本発明の一実施形態によるヘテロ環化合物と同様である。
【0102】
本発明の一実施形態による有機電界発光素子は、上述した本発明の一実施形態によるヘテロ環化合物を含む。本発明の一実施形態による有機電界発光素子は、上述した化学式1で表されるヘテロ環化合物、または化学式Aで表されるヘテロ環化合物を含む。
【0103】
以下では、本発明の一実施形態による有機電界発光素子が化学式1で表されるヘテロ環化合物を含む場合を一例として説明するが、化学式1で表されるヘテロ環化合物は化学式Aで表されるヘテロ環化合物に代替されてもよい。
【0104】
図1は、本発明の一実施形態による有機電界発光素子の一例を示す概略図である。図2は、本発明の一実施形態による有機電界発光素子の一例を示す概略図である。
【0105】
図1及び図2を参照すると、本発明の一実施形態による有機電界発光素子10は、第1電極EL1、正孔輸送領域HTR、発光層EML、電子輸送領域ETR、及び第2電極EL2を含む。
【0106】
第1電極EL1及び第2電極EL2は互いに対向して配置され、第1電極EL1と第2電極EL2の間には複数の有機層が配置される。複数の有機層は正孔輸送領域HTR、発光層ENL、及び電子輸送領域ETRを更に含む。
【0107】
本発明の一実施形態による有機発光素子10は、第1電極EL1と第2電極EL2の間に配置された複数の有機層の間のうち少なくとも一つに上述した本発明の一実施形態によるヘテロ環化合物を含んでもよい。
【0108】
以下では、発光層EMLが本発明の一実施形態によるヘテロ環化合物を含む場合を例に挙げて説明する。但し、本発明の実施形態がこれに限ることはなく、例えば、正孔輸送領域HTRが本発明の一実施形態によるヘテロ環化合物を含んでもよい。
【0109】
第1電極EL1は導電性を有する。第1電極EL1画素電極または正極である。第1電極EL1透過型電極、半透過型電極、または反射型電極である。第1電極EL1が透過型電極であれば、第1電極EL1は透明金属酸化物、例えば、ITO(indium tin oxide)、IZO(indium zinc oxide)、ZnO(zinc oxide)、ITZO(indium tin zinc oxide)などを含む。第1電極EL1が半透過型電極または反射型電極であれば、第1電極EL1はAg、Mg、Cu、Al、Pt、Pd、Au、Ni、Nd、Ir、Cr、Li、Ca、LiF/Ca、LiF/Al、Mo、Ti、またはこれらの化合物や混合物(例えば、AgとMgの合金)を含む。また、前記物質で形成された反射膜や半透過膜、及びITO、IZO、ZnO、ITZOなどで形成された透明導電膜を含む複数の層構造であってもよい。例えば、第1電極EL1はITO/Ag/ITOの3槽構造を有してもよいが、これに限らない。
【0110】
第1電極EL1の厚さは、約100nm~1000nm、例えば約100nm~300nmであってもよい。
【0111】
正孔輸送領域HTRは第1電極EL1の上に提供される。正孔輸送領域HTRは、正孔注入層HIL、正孔輸送層HTL、正孔バッファ層及び電子阻止層のうち少なくとも一つを含む。正孔輸送領域HTRの厚さは、例えば、約100nm~150nmであってもよい。
【0112】
正孔輸送領域HTRは、単一物質で形成された単一層、複数の互いに異なる物質で形成された単一層、または複数の互いに異なる物質で形成された複数の層を有する多層構造を有する。
【0113】
例えば、正孔輸送領域HTRは正孔注入層HILまたは正孔輸送層HTLの単一層の構造を有してもよく、正孔注入物質と正孔輸送物質で形成された単一構造を有してもよい。また、正孔輸送領域HTRは、複数の互いに異なる物質を有する単一層の構造を有するか、第1電極EL1から順番に積層された正孔注入層HIL/正孔輸送層HTL、正孔注入層HIL/正孔輸送層HTL/正孔バッファ層、正孔注入層HIL/正孔バッファ層、正孔輸送層HTL/正孔バッファ層、または正孔注入層HIL/正孔輸送層HTL/電子阻止層の構造を有してもよいが、これに限らない。
【0114】
正孔輸送領域HTRは、真空蒸着法、スピンコート法、キャスト法、LB法(Langmuir-Blodgett)、インクジェットプリント法、レーザプリント法、レーザ熱転写法(Laser Induced Thermal Imaging、LITI)などのような多様な方法を利用して形成される。
【0115】
正孔注入層HILは、例えば、銅フタロシアニンなどのフタロシアニン化合物と、DNTPD(N、N’-ジフェニル-N、N’-ビス-[4-フェニル-m-トリルーアミノ)-フェニル]-ビフェニル-4、4’-ジアミン)、m-MTDATA(4、4’、4”-トリス(3-メチルフェニルフェニルアミノ)トリフェニルアミノ)、TDATA(4、4’、4”-トリス(N,N-ジフェニルアミノ)トリフェニルアミン)、2-TNATA(4、4’、4”-トリス{N,-(2-ナフチル)-N-フェニルアミノ}-トリフェニルアミン)、PEDOT/PSS(ポリ(3、4-エチレンジオキシチオフェン)/ポリ(4-スチレンスルフォナート)、PANI/DBSA(ポリアニリン/ドデシルベンゼンスルホン酸)、PANI/CSA(ポリアニリン/カンファースルホン酸)、PANI/PSS(ポリアニリン)/ポリ(4-スチレンスルフォナート)、NPB(N、N’-ジ(ナフタレン-1-イル)-N、N’-ジフェニル-ベンジジン)、トリフェニルアミンを含むポリエテールケトン(TPAPEK)、4-イソプロピル-4’-メチルジフェニルヨードニウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボラート、HAT-CN(ジピラジノ[2、3-f:2’、3’-h]キノキサリン-2、3、6、7、10、11-ヘキサカルボニトリル)などを含んでもよい。
【0116】
正孔輸送層HTLは、例えば、N-フェニルカルバゾール、ポリビニルカルバゾールなどのカルバゾール誘導体、フルオレン誘導体、TPD(N、N’-ビス(3-メチルフェニル)-N、N’-ジフェニル-[1、1-ビフェニル]-4、4’-ジアミン)、TCTA(4、4’、4”-トリス(N-カルバゾリル)トリフェニルアミン)などのようなトリフェニルアミン誘導体、NPB(N、N’-ジ(ナフタレン-1-イル)-N、N’-ジフェニル-ベンジジン)、TAPC(4、4’-シクロへキシリデンビス[N、N-ビス(4-メチルフェニル)ベンゼンアミン])、HMTPD(4、4’-ビス[N、N’-(3-トリル)アミノ]-3、3’-ジメチルビフェニル)などを含んでもよい。
【0117】
正孔輸送領域HTRの厚さは、約10nm~1000nm、例えば約10nm~100nmであってもよい。正孔輸送領域HTRが正孔注入層HIL及び正孔輸送層HTLを全て含むと、正孔注入層HILの厚さは約10nm~1000nm、例えば、約10nm~100nmであり、正孔輸送層HTLの厚さは約3nm~100nmである。正孔輸送領域HTR、正孔注入層HIL及び正孔輸送層HTLの厚さが上述したような範囲を満たす場合、実質的な駆動電圧の上昇なしに満足できる程度の正孔輸送特性が得られる。
【0118】
正孔輸送領域HTRは、上述した物質以外に導電性を向上するために電荷生成物質を更に含んでもよい。電荷発生物質は、正孔輸送領域HTR内に均一にまたは不均一に分散されていてもよい。電荷発生物質は、例えば、p-ドーパント(dopant)である。p-ドーパントはキノン誘導体、金属酸化物及びシアノ基含有化合物のうちいずれか一つであってもよいが、これに限らない。例えば、p-ドーパントの例としては、TCNQ(テトラシアノキノジメタン)及びF4-TCNQ(2、3、5、6-テトラフルオロ-テトラシアノキノジメタン)などのようなキノン誘導体、タングステン酸化物及びモリブデン酸化物のような金属酸化物などが挙げられるが、これに限らない。
【0119】
上述したように、正孔輸送領域HTRは、正孔輸送層HTL及び正孔注入層HIL以外に、正孔バッファ層及び電子阻止層のうち少なくとも一つを更に含んでもよい。正孔バッファ層は、発光層EMLから放出される光の波長による共振距離を補償して光放出効率を増加させる。正孔バッファ層に含まれる物質としては、正孔輸送領域HTRに含まれ得る物質を使用する。電子阻止層は、電子輸送領域ETRから正孔輸送領域HTRへの電子の注入を防止する役割をする層である。
【0120】
発光層EMLは正孔輸送領域HTRの上に提供される。発光層EMLは、例えば、約10nm~100nm、または約10nm~30nmの厚さを有してもよい。発光層EMLは、単一物質で形成された単一層、複数の互いに異なる物質で形成された単一層、または複数の互いに異なる物質で形成された複数の層を有する多層構造を有する。
【0121】
発光層EMLは、上述した本発明の一実施形態によるヘテロ環化合物を含む。詳しくは、発光層EMLは下記化学式1で表されるヘテロ環化合物を含む。
【化25】
【0122】
化学式1において、R1、X、及びZ1~Z8に関する詳しい説明は、上述したとおりであるため省略する。
【0123】
発光層EMLは、化学式1で表されるヘテロ環化合物を1種または2種以上含んでもよい。発光層EMLは、化学式1で表されるヘテロ環化合物以外の公知の材料を更に含んでもよい。例えば、スピロ-DPVBi、スピロ-6P、2、2’、7、7’-テトラキス(ビフェニル-4-イル)-9、9’-スピロビフルオレン(スピロ-セクシフェニル))、DSB(ジスチリル-ベンゼン)、DSA(ジスチリル-アリレン)、PFO(ポリフルオレン)系高分子、及びPPV(ポリ(p-フェニレンビニレン)系高分子で形成される群から選択されたいずれか一つを含む蛍光物質を更に含んでもよい。例えば、アントラセン系化合物、アリールアミン系化合物、またはスチリル系化合物を含むものであってもよい。また、発光層EMLは公知のりん光物質を含んでもよい。
【0124】
発光層EMLはホスト及びドーパントを含む。ホストは、本発明の一実施形態によるヘテロ環化合物を含む。ホストは、りん光ホスト、または熱活性遅延蛍光ホストであってもよい。つまり、本発明の一実施形態によるヘテロ環化合物はりん光ホスト材料として使用されてもよく、熱活性遅延蛍光ホスト材料として使用されてもよい。
【0125】
発光層EMLは、青色光を発光する青色発光層であってもよいが、例えば、藍色(deep blue)発光層であってもよい。つまり、本発明の一実施形態によるヘテロ環化合物は、約470nm未満の波長領域を有する青色光を発光するものであってもよい。例えば、440nm~460nm、または約440nm~450nmの波長領域を有する青色光を発光するものであってもよい。
【0126】
発光層EMLは、本発明の一実施形態によるヘテロ環化合物以外にも、ホスト材料を更に含んでもよい。ここで、ホスト材料は通常使用する物質であれば特に限らないが、例えば、Alq3(トリス(8-ヒドロキシキノリノ)アルミニウム)、CBP(4、4’-ビス(N-カルバゾリル)-1、1’-ビフェニル)、PVK(ポリ(n-ビニルカルバゾール)、ADN(9、10-ジ(ナフタレン-2-イル)アントラセン)、TCTA(4、4’、4”-トリス(カルバゾール-9-イル)-トリフェニルアミン)、TPBi(1、3、5-トリス(N-フェニルベンゾイミダゾール-2-イル)ベンゼン)、TBADN(3-tert-ブチル-9、10-ジ(ナフト-2-イル)アントラセン)、DSA(ジスチリルアリレン)、CDBP(4、4’-ビス(9-カルバゾリル)-2、2’-ジメチル-ビフェニル)、MADN(2-メチル-9、10-ビス(ナフタレン-2-イル)アントラセン)、DPEPO(ビス[2-(ジフェニルホスフィノ)フェニル]エーテルオキシド)、CP1(ヘキサフェニルシクロトリホスファゼン)、UGH2(1、4-ビス(トリフェニルシリル)ベンゼン)、DPSiO3(ヘキサフェニルシクロトリシロキサン)、DPSiO4(オクタフェニルシクロテトラシロキサン)、PPF(2、8-ビス(ジフェニルホスフォリル)ジゼンゾフラン)などが使用されてもよい。
【0127】
ドーパントは遷移金属(例えば、イリジウム(Ir)、白金(Pt)、オスミウム(Os)、ロジウム(Rh)など)を含む有機金属錯体を含んでもよい。ドーパント材料としては、例えば、スチリル誘導体(例えば、1、4-ビス[2-(3-N-エチルカルバゾリル)ビニル」ベンゼン(BCzVB)、4-(ジ-p-トリルアミノ)-4”-[(ジ-p-トリルアミノ)スチリル]スチルベン(DPAVB)、N-(4-((E)-2-(6-((E)-4-(ジフェニルアミノ)スチリル)ナフタレン-2-イル)ビニル)フェニル)-N-フェニルベンゼンアミン(N-BDAVBi)、ぺリレン及びその誘導体(例えば、2、5、8、11-テトラ-t-ブチルぺリレン(TBP))、ピレン及びその誘導体(例えば、1、1-ジピレン、1、4-ジピレニルベンゼン、1-4-ビス(N、N-ジフェニルアミノ)ピレン、Ir(ppy)3([ビス-(1-フェニルイソキノリル)イリジウム(iii)アセチルアセトナ
ート)、Ir(dpbic)3などであってもよい。
【0128】
電子輸送領域ETRは、発光層EMLの上に設けられる。電子輸送領域ETRは、正孔阻止層、電子輸送層ETL及び電子注入層のEILうち少なくとも一つを含むが、これに限らない。
【0129】
電子輸送領域ETRは、単一物質で形成された単一層、複数の互いに異なる物質で形成された単一層、または複数の互いに異なる物質で形成された複数の層を有する多層構造を有する。
【0130】
例えば、電子輸送領域ETRは電子注入層のEILまたは電子輸送層ETLの単一層の構造を有してもよく、電子注入物質と電子輸送物質で形成された単一構造を有してもよい。また、電子輸送領域ETRは、複数の互いに異なる物質からなる単一層の構造を有するか、第1電極EL1から順番に積層された電子輸送層ETL/電子注入層EIL、正孔素子層/電子輸送層ETL/電子注入層EILの構造を有してもよいが、これに限らない。電子輸送領域ETRの厚さは、例えば、約100nm~150nmであってもよい。
【0131】
電子輸送領域ETRは、真空蒸着法、スピンコート法、キャスト法、LB法(Langmuir-Blodgett)、インクジェットプリント法、レーザプリント法、レーザ熱転写法(Laser Induced Thermal Imaging、LITI)などのような多様な方法を利用して形成される。
【0132】
電子輸送領域ETRが電子輸送層ETLを含む場合、電子輸送領域ETRはアントラセン系化合物を含むものであってもよい。但し、これに限らず、電子輸送領域は、例えば、Alq3(トリス(8-ヒドロキシキノリナト)アルミニウム)、1、3、5-トリ[(3-ピリジル)-フェン-3-イル]ベンゼン、2、4、6-トリス(3’-ピリジン-3-イル)ビフェニル-3-イル)-1、3、5-トリアジン、2-(4-(N-フェニルベンゾイミダゾリル-1-イルフェニル)-9、10-ジナフチルアントラセン、TPBi(1,3,5-トリ(1-フェニル-1H-ベンゾ[d]イミダゾール-2-イル)フェニル)、BCP(2,9-ジメチル-4,7-ジフェニル-1,10-フェナントロリン)、Bphen(4,7-ジフェニル-1,10-フェナントロリン)、TAZ(3-(4-ビフェニルイル)-4-フェニル-5-テルト-ブチルフェニル-1,2,4-トリアゾール)、NTAZ(4-(ナフタレン-1-イル)-3,5-ジフェニル-4H-1,2,4-トリアゾール)、tBu-PBD(2-(4-ビフェニルイル)-5-(4-テルトーブチルフェニル)-1,3,4-オキサジアゾール)、BAlq(ビス(2-メチル-8-キノリノラト-N1,O8)-(1,1’-ビフェニル-4-オラト)アルミニウム)、Bebq2(ベリリウムビス(ベンゾキノリン-10-オラト)、ADN(9,10-ジ(ナフタレン-2-イル)アントラセン)、及びこれらの混合物を含んでもよい。電子輸送層ETLの厚さは、約10nm~100nm、例えば約15nm~50nmであってもよい。電子輸送層HTLの厚さが上述したような範囲を満たす場合、実質的な駆動電圧の上昇なしに満足できる程度の電子輸送特性が得られる。
【0133】
電子輸送領域ETRが電子注入層EILを含む場合、電子輸送領域ETRは、LiF、LiQ(Lithum quinolate)、Li2O、BaO、NaCl、CsF、Ybのようなランタン族金属、またはRbCl、Rblのようなハロゲン化金属などが使用されてもよいが、これに限らない。電子注入層EILはまた、電子輸送物質と絶縁性の有機金属塩(organo metal slat)が混合された物質とを含んでもよい。有機金属塩は、エネルギーバンドギャップ(energy band gap)が約4eV以上の物質であってもよい。詳しくは、例えば、有機金属塩は、酢酸金属塩(metal acetate)、安息香酸塩金属塩(metal benzoate)、アセト酢酸金属塩(metal acetoacetate)、アセチルアセト酢酸金属塩(metal acetylacetonate)、またはステアリン酸金属塩(stearate)を含む。電子注入層EILの厚さは、約0.1nm~10nm、例えば約0.3nm~9nmであってもよい。電子注入層EILの厚さが上述したような範囲を満たす場合、実質的な駆動電圧の上昇なしに満足できる程度の電子注入特性が得られる。
【0134】
電子輸送領域ETRは、上述したように、正孔阻止層を含んでもよい。正孔阻止層は、例えば、BCP(2,9-ジメチル-4,7-ジフェニル-1,10-フェナントロリン)、及びBphen(4,7-ジフェニル-1,10-フェナントロリン)のうち少なくとも一つを含んでもよいが、これに限らない。
【0135】
第2電極EL2は電子輸送領域ETRの上に設けられる。第2電極EL2は、共通電極または負極である。第2電極EL2は透過型電極、半透過型電極、または反射型電極である。第2電極EL2が透過型電極であれば、第2電極EL2は透明金属酸化物、例えば、ITO、IZO、ZnO、ITZOなどからなる。
【0136】
第2電極EL2が半透過型電極または反射型電極であれば、第2電極EL2はAg、Mg、Cu、Al、Pt、Pd、Au、Ni、Nd、Ir、Cr、Li、Ca、LiF/Ca、LiF/Al、Mo、Ti、またはこれらを含む化合物や混合物(例えば、AgとMgの合金)を含む。また、これら物質で形成された反射膜や半透過膜、及びITO、IZO、ZnO、ITZOなどで形成された透明導電膜を含む複数の層構造であってもよい。
【0137】
図示していないが、第2電極EL2は補助電極と接続される。第2電極EL2が補助電極と接続されれば、第2電極EL2の抵抗を減少させることができる。
【0138】
有機電解発光素子10において、第1電極EL1と第2電極EL2にそれぞれ電圧が印加されることで、第1電極EL1から注入された正孔(hole)は正孔輸送領域HTRを経て発光層EMLに移動し、第2電極EL2から注入された電子は電子輸送領域ETRを経て発光層EMLに移動する。電子と正孔は発光層EMLで再結合して励起子(exciton)を生成し、励起子が励起状態から底状態に落ちながら発光する。
【0139】
有機電界発光素子10が前面発光型であれば、第1電極EL1は反射型電極であって、第2電極EL2は透過型電極または半透過型電極であってもよい。有機電界発光素子10が背面発光型であれば、第1電極EL1は透過型電極または半透過型電極であって、第2電極EL2は反射型電極であってもよい。
【0140】
本発明の一実施形態による有機電界発光素子は、化学式1で表されるヘテロ環化合物、または化学式Aで表されるヘテロ環化合物を含むことを特徴とし、それによって、高効率、長寿命、低駆動電圧化に有利である。
【0141】
以下、具体的な実施例及び比較例を介して本発明をより詳細に説明する。下記実施例は、本発明の理解を助けるための例示に過ぎず、本発明の範囲がこれに限られるわけではない。
【0142】
(合成例)
本発明の一実施形態によるヘテロ環化合物は、例えば、下記のように合成してもよい。但し、本発明の一実施形態によるヘテロ環化合物の合成方法はこれに限らない。
【0143】
1.化合物37の合成
化合物37は、例えば、下記方法によって合成されてもよい。
【化26】
【0144】
(1)中間化合物1の合成
カルバゾール(16.72g、100mmol)を1、3-ジメチル-2-イミタゾリジノン(DMI)(50mL)に完全に溶かした後、KOtBu(11.8g、105mmol)を加える。反応混合物を120℃まで上げた後、1-ブロモ-3、5-ジフルオロベンゼン(5.75mL、50mmol)を徐々に滴加した後、反応温度を140℃まで上げてから、10時間還流する。反応を終了する。反応混合物を室温に冷却した後、氷水(500mL)に反応混合物を注ぎ、30分間攪拌する。得られた固体をガラスろ過器でろ過した後、蒸留水で数回洗浄し、EtOH(500mL)で洗浄する。得られた固体を真空乾燥させて、中間化合物1(21.3g、87%)を得た。1H NMR(300MHZ、CDCl3):δppm8.13(d、4H)、7.84(s、2H)、7.77(s、1H)、7.53(d、4H)、7.44(t、4H)、7.32(t、4H)。
【0145】
(2)中間化合物2の合成
中間化合物1(16.4g、33.6mmol)、ビス(ピナコラート)ジボロン(17.1g、67.2mmol)と酢酸カリウム(32.97g、336mmol)を1、4-ジオキサン(200mL)に溶かした後、窒素気流下で60℃で15分間攪拌する。反応混合物にPd(dppf)CH2Cl2(0.82g、1.0mmol)を加えた後、80℃で14時間攪拌する。反応混合物を室温に冷却して、トルエンで抽出した後、MgSO4で水分を除去し、カラムクロマトグラフィ(n-へキサン:ジクロロメタン(MC)=1:3(V/V))で精製して、中間化合物2(11.76g、収率:65%)を得た。1H NMR(300MHZ、CDCl3):δppm8.17-8.11(m、6H)、7.87(s、1H)、7.54-7.40(s、9H)、7.34-7.30(m、3H)、1.36(s、12H)。
【0146】
(3)中間化合物3の合成
中間化合物2(11.76g、22mmol)と1-ブロモ-2-ニトロベンゼン(3.68g、18.2mmol)をジオキサン/トルエン(30mL/30mL)に溶かした後、反応混合物にK2CO3(7.6g、55mmol)と蒸留水10mLを入れ、20分間窒素気流下で攪拌した後、Pd(PPh34(0)(0.8g、0.69mmol)を入れて、反応混合物を80℃で12時間攪拌する。反応終了後、温度を常温にした後、エチルアセテート(EA)(100mL)で抽出してから、MgSO4で水分を除去し、カラムクロマトグラフィ(n-へキサン:EA=10:1(V/V))で精製して、中間化合物3(8.02g、収率69%)を得た。1H NMR(300MHZ、DMSO-d6) ppm8.77(d、1H)、8.42(d、1H)、8.33(d、2H)、8.26(d、2H)、7.65(d、1H)、7.59-7.55(m、2H)、7.52-7.43(m、6H)、7.37-7.25(m、7H)。
【0147】
(4)中間化合物4の合成
窒素気流下で、中間化合物3(9.9g、37.8mmol)、PPh3(7.92g、30.2mmol)、及びo-ジクロロベンゼン(80mL)を混合し、185℃で12時間攪拌した後、蒸留を介して、反応溶媒を除去し、EA(100mL)で抽出した後、MgSO4で水分を除去し、カラムクロマトグラフィ(n-へキサン:EA=10:1(V/V))で精製して、MeOHで洗浄した後、真空乾燥して中間化合物4(5.04g、収率67%)を得た。1H NMR(300MHZ、DMSO-d6) ppm11.33(s、1H)、8.65(d、1H)、8.45-8.18(m、5H)、7.69(d、1H)、7.52-7.43(m、8H)、7.36-7.23(m、7H)。
【0148】
(5)化合物37の合成
窒素気流下で、中間化合物4(3.0g、6.03mmol)、3-ヨード-9-フェニル-9H-カルバゾール(3.3g、9.04mmol)、Cu(0.038g、0.603mmol)、K2CO3(0.38g、6.03mmol)、Na2CO3(0.64g、6.03mmol)、及びニトロベンゼン(20mL)を混合した後、195℃で18時間攪拌した。蒸留を介して、反応溶媒を除去し、EA(100mL)で有機層を分離した後、MgSO4で水分を除去し、カラムクロマトグラフィ(n-へキサン:ジクロロメタン=10:1(V/V))で精製して、最終的に化合物37(2.29g、収率51%)を得た。1H NMR(300MHZ、DMSO-d6) ppm8.88(d、1H)、8.50(d、1H)、8.29(d、2H)、7.77-7.76(m、4H)、7.61-7.41(m、10H)、7.39-7.22(m、9H)、7.20-7.05(m、4H)、6.63(dd、1H)、6.56(t、1H)、6.33(d、1H)、HRMS(El、m/z):calcd for C54343 738.2783、found 738.7284.
【0149】
化合物37の物性は以下のとおりである。
【表1】
【0150】
2.化合物38の合成
(1)中間化合物6の合成
窒素気流下で、カルコン(15.65g、75.14mmol)、エチル-2-ニトロアセテート(10.0g、75.13mmol)、NH4OAc(34.75g、451mmol)、及びEtOH(375mL)を混合した後、100℃で20時間攪拌して、反応を終了する。ジクロロメタン(MC)(500mL)で有機層を分離した後、MgSO4で水分を除去し、カラムクロマトグラフィ(n-へキサン:MC=1:2(V/V))で精製して、中間化合物6(7.04g、収率38%)を得た。1H NMR(300MHZ、DMSO-d6) ppm11.69(s、1H)、7.90(dd、2H)、7.82(dd、2H)、7.50(m、6H)、7.00(s、1H)、6.66(s、1H)。
【0151】
(2)中間化合物7の合成
窒素気流下で、中間化合物6(7.51g、30.37mmol)とPOCl3(60mL)を混合した後、140℃で12時間攪拌する。蒸留を介して、POCl3を除去し、EA(100mL)で有機層を分離した後、MgSO4で水分を除去し、カラムクロマトグラフィ(n-へキサン:MC=10:1(V/V))で精製して、中間化合物7(3.02g、収率37%)を得た。1H NMR(300MHZ、CDCl3) ppm7.98(dd、2H)、7.77(s、1H)、7.60(m、2H)、7.42(m、7H)。HRMS(El、m/z):calcd for C1712ClN 256.0658、found 256.0658.
【0152】
(3)化合物38の合成
窒素気流下で、中間化合物4(2.87g、6.03mmol)、中間化合物7(2.38g、8.96mmol)、Cu(0.037g、0.582mmol)、K2CO3(0.80g、5.77mmol)、Na2CO3(0.61g、5.77mmol)、及びニトロベンゼン(13mL)を混合した後、195℃で27時間攪拌した。蒸留を介して、反応溶媒を除去し、EA(100mL)で有機層を分離した後、MgSO4で水分を除去し、カラムクロマトグラフィ(n-へキサン:MC=10:1(V/V))で精製して、最終的に化合物38(2.62g、収率60%)を得た。1H NMR(300MHZ、DMSO-d6) ppm8.91(d、1H)、8.55(d、1H)、8.30(d、2H)、7.79(s、1H)、7.73(d、2H)、7.67(m、2H)、7.60(t、3H)、7.51(m、3H)、7.44-7.30(m、13H)、7.20(d、3H)、7.08(s、1H)、6.68(s、2H)、HRMS(El、m/z):calcd for C53344 726.2783、found 726.2783.
【0153】
化合物38の物性は以下のとおりである。
【表2】
【0154】
3.化合物40の合成
【化27】
【0155】
(1)中間化合物9の合成
窒素気流下で、9-フェニル-9H-カルバゾール(4.0g、16.4mmol)、Kl(3.57g、21.5mmol)、KlO3(4.6g、21.5mmol)、及びAcOH(80mL)を混合した80℃で12時間攪拌する。反応終結後、得られた固体をガラスろ過器でろ過し、水(200mL)で洗浄し、1M NaHCO3(100mL)で洗浄し、1M Na223(100mL)で洗浄する。得られた固体をEAに溶かしてから水で洗浄し、有機層を分離した後、MgSO4で水分を除去し、カラムクロマトグラフィ(n-へキサン)で精製して、中間化合物9(7.62g、収率94%)を得た。1H NMR(300MHZ、CDCl3) ppm8.38(s、2H)、7.59(m、4H)、7.43(m、3H)、7.17(d、2H)。
【0156】
(2)中間化合物10の合成
窒素気流下で、中間化合物9(5.0g、10.1mmol)をTHF(80mL)に溶かした後、反応温度を-80℃まで下げる。反応混合物にn-BuLi(2.5 inへキサン、4mL、10.0mmol)を徐々に滴加した後、同じ温度で1時間攪拌する。反応混合物にトリフェニルシリルクロライド溶液(4.5g、15.2mmol、THF(30mL))を徐々に滴加し、-80℃で30分間攪拌した後、反応混合物を室温で18時間攪拌する。反応混合物に20%NH4Cl溶液を入れて、反応を終了する。反応混合物をジクロロメタンで抽出し、有機層を分離した後、MgSO4で水分を除去し、カラムクロマトグラフィ(n-へキサン:MC=10:1(V/V))で精製して、中間化合物10(2.82g、収率47%)を得た。1H NMR(300MHZ、CD2Cl2) ppm8.41(s、1H)、7.8.40(s、1H)、7.71-7.42(m、24H)。HRMS(El、m/z):calcd for C3626Sil 627.0879、found 627.0880.
【0157】
(3)化合物40の合成
窒素気流下で、中間化合物4(1.32g、2.65mmol)、中間化合物10(2.50g、3.98mmol)、Cu(0.0017g、0.265mmol)、K2CO3(0.366g、2.65mmol)、Na2CO3(0.281g、2.65mmol)、及びニトロベンゼン(10mL)を混合した後、195℃で27時間攪拌した。蒸留を介して、反応溶媒を除去し、EtOAc(100mL)で抽出した後、MgSO4で水分を除去し、カラムクロマトグラフィ(n-へキサン:ジクロロメタン=10:1(V/V))で精製して、最終的に化合物40(2.14g、収率81%)を得た。1H NMR(300MHZ、CD2Cl2) ppm8.61(s、1H)、8.28(d、1H)、8.24(d、2H)、7.67(s、1H)、7.66-7.62(m、7H)、7.61-7.57(m、6H)、7.55-7.39(m、6H)、7.22(m、2H)、7.29-7.05(m、4H)、6.91(t、1H)、6.65(dd、1H)、6.49(d、1H)、6.40(t、1H)、HRMS(FAB、m/z):calcd for C72484Si 966.3648、found 966.3676.
【0158】
化合物40の物性は以下のとおりである。
【表3】
【0159】
4.化合物41の合成
【化28】
【0160】
(1)中間化合物12の合成
窒素気流下で、1、3-ジブロモベンゼン(5.12mL、42.39mmol)をTHF(200mL)に溶かした後、反応温度を-78℃まで下げる。反応混合物にn-BuLi(2.5M inへキサン、17mL、42.5mmol)を徐々に滴加した後、同じ温度で1時間攪拌する。反応混合物にトリフェニルシリルクロライド溶液(15g、50.87mmol、THF(50mL))を徐々に滴加し、-78℃で1分間攪拌した後、反応混合物を室温で12時間攪拌する。反応混合物に20%NH4Cl溶液を入れて、反応を終了する。反応混合物をEAで抽出し、有機層を分離した後、MgSO4で水分を除去し、カラムクロマトグラフィ(n-へキサン)で精製して、中間化合物12(10.57g、収率60%)を得た。1H NMR(300MHZ、CDCl3):ppm7.62(t、1H)、7.57-7.51(m、7H)、7.45-7.40(m、4H)、7.38-7.35(m、6H)、7.21(d、1H)。
【0161】
(2)中間化合物13の合成
窒素気流下で、中間化合物12(6.85g、16.5mmol)、ビス(ピナコラート)ジボロン(6.28g、16.5mmol)、酢酸カリウム(3.56g、36.27mmol)、及び1、4-ジオキサン(40mL)を混合し、60℃で15分間攪拌する。反応混合物にPd(dppf)CH2Cl2(0.18g、0.25mmol)を加えた後、80℃で14時間攪拌する。反応混合物を室温に冷却させて、トルエンで抽出した後、MgSO4で水分を除去し、カラムクロマトグラフィ(n-へキサン:EA=5:1(V/V))で精製して、中間化合物13(6.34g、収率:81%)を得た。1H NMR(300MHZ、CD2Cl2):δppm8.00(s、1H)、7.89(d、2H)、7.68(d、1H)、7.64-7.58(m、6H)、7.49-7.40(m、10H)、1.34(s、12H)。
【0162】
(3)中間化合物14の合成
窒素気流下で、1-ブロモ-2-ニトロベンゼン(2.18g、10.8mmol)、中間化合物13(6.0g、13mmol)、K2CO3(4.5g、32.6mmol)、ジオキサン(30mL)、トルエン(30mL)、及び蒸留水(10mL)を混合し、20分間攪拌した後、Pd(PPh34(0.47g、0.41mmol)を入れて、90℃で12時間攪拌する。反応混合物を室温に冷却して、EAで抽出した後、MgSO4で水分を除去し、カラムクロマトグラフィ(n-へキサン:MC=10:1(V/V))で精製して、中間化合物14(6.34g、収率:81%)を得た。1H NMR(300MHZ、DMSO-d6):δppm7.86(d、1H)、7.84-7.59(m、8H)、7.55-7.40(m、14H)。
【0163】
(4)中間化合物15の合成
窒素気流下で、中間化合物14(2.6g、5.68mmol)、P(OEt)3(30mL)、及びジクロロベンゼン(15mL)を混合した後、150℃で20時間攪拌する。蒸留を介して、反応溶媒を除去し、EAで抽出した後、MgSO4で水分を除去し、カラムクロマトグラフィ(n-へキサン:EA=6:1(V/V))で精製して、中間化合物15(1.52g、収率:62%)を得た。1H NMR(300MHZ、DMSO-d6):δppm8.33(s、1H)、8.01(d、1H)、7.55-7.44(m、13H)、7.23(m、1H)。
【0164】
(5)中間化合物16の合成
1-ブロモ-3、5-ジフルオロベンゼン(10g、52.1mmol)をc-H2SO4(10mL)に入れて20分間攪拌した後、発煙HNO3(2.5mL)を30分間滴加する。反応混合物を2時間攪拌した後、反応混合物を氷水(500mL)に徐々に注ぎ、30分間攪拌する。得られた固体をガラスろ過器でろ過した後、蒸留水で十分に洗浄する。形成された固体をEAに溶かして抽出した後、MgSO4で水分を除去し、カラムクロマトグラフィ(n-へキサン:EA=6:1(V/V))で精製して、中間化合物16(9.25g、収率:75%)を得た。1H NMR(300MHZ、DMSO-d6):δppm7.90(ddd、1H)、7.86(ddd、1H)。
【0165】
(6)中間化合物17の合成
窒素気流下で、中間化合物16(19.5g、82mmol)、フェニルボロン酸(11g、90.2mmol)、K2CO3(22.2g、161mmol)、EtOH(160mL)、及びトルエン(200mL)を混合し、20分間攪拌した後、Pd(PPh34(1.0g、0.64mmol)を入れて、90℃で10時間攪拌する。反応混合物をEAで抽出した後、MgSO4で水分を除去し、カラムクロマトグラフィ(n-へキサン:EA=6:1(V/V))で精製して、中間化合物17(15g、収率:78%)を得た。1H NMR(300MHZ、CD2Cl2):δppm7.52-7.42(m、3H)、7.13-7.04(m、2H)、7.13-7.04(m、2H)。
【0166】
(7)中間化合物18の合成
窒素気流下で、中間化合物17(15g、64mmol)、PPh3(33.59g、128mmol)、及びo-ジクロロベンゼン(130mL)を混合した後、185℃で15時間攪拌して、反応を終了する。反応混合物を室温に冷却した後、反応混合物をセライト(celite)でろ過し、減圧蒸留して反応溶媒を除去した後、EAで抽出し、MgSO4で水分を除去した後、カラムクロマトグラフィ(n-へキサン:EA=10:1(V/V))で精製して、中間化合物18(7.15g、収率:55%)を得た。1H NMR(300MHZ、CDCl3):δppm8.15(s、1H)、8.13(d、1H)、7.44-7.35(m、2H)、7.30-7.25(m、1H)、6.91(dd、1H)、6.72(m、1H)。
【0167】
(8)中間化合物19の合成
窒素気流下で、中間化合物18(7.0g、34.4mmol)、ヨードベンゼン(7.0g、34.4mmol)、Cu(0.22g、3.44mmol)、 K2CO3(4.75g、34.4mmol)、Na2CO3(3.65g、34.4mmol)、及びニトロベンゼン(50mL)を混合した後、195℃で12時間攪拌した。蒸留を介して、反応溶媒を除去し、EtOAc(100mL)で有機層を分離した後、MgSO4で水分を除去し、カラムクロマトグラフィ(n-へキサン)で精製して、中間化合物19(7.9g、収率82%)を得た。1H NMR(300MHZ、CD2Cl2) ppm7.22-7.65(m、4H)、7.63-7.58(m、2H)、7.55-7.49(m、5H)、MS(El、m/z):278.
【0168】
(9)中間化合物20の合成
中間化合物19(0.99g、3.52mmol)を無水DMF(10mL)に溶かした後、NaH(0.084g、3.52mmol)を入れて、反応混合物を30分間攪拌した後、中間化合物15(1.51g、3.54mmol)を無水DMF(10mL)に溶かした溶液を反応混合物に徐々に滴加してから、100℃で12時間攪拌する。反応混合物を室温に冷却した後、MCで抽出し、MgSO4で水分を除去し、カラムクロマトグラフィ(n-へキサン:MC=10:1(V/V))で精製して、中間化合物20(1.86g、収率77%)を得た。1H NMR(300MHZ、CD2Cl2) ppm8.64(s、1H)、7.72-7.60(m、15H)、7.55-7.48(m、2H)。
【0169】
(10)化合物41の合成
中間化合物20(1.8g、2.63mmol)を無水DMF(20mL)に溶かした後、NaH(0.063g、2.63mmol)を入れて、反応混合物を30分間攪拌した後、カルバゾール(0.45g、2.70mmol)を無水DMF(10mL)に溶かした溶液を反応混合物に徐々に滴加してから、120℃で15時間攪拌する。反応混合物を室温に冷却した後、EAで抽出し、MgSO4で水分を除去し、カラムクロマトグラフィ(n-へキサン:MC=10:1(V/V))で精製して、最終的に化合物41(1.99g、収率90%)を得た。1H NMR(300MHZ、CD2Cl2) ppm8.55(s、1H)、8.47(s、1H)、8.30-8.17(m、12H)、7.87(s、1H)、7.71(s、1H)、7.60-7.57(m、5H)、7.53-7.44(m、20H)、HRMS(FAB、m/z):calcd for C60413Si 831.3070、found 831.3049.
【0170】
化合物41の物性は以下のとおりである。
【表4】
【0171】
5.化合物21の合成
【化29】
【0172】
(1)中間化合物22の合成
中間化合物19(5g、17.9mmol)をCH2Cl2(50mL)に溶かした後、NBS(3.2g、18mmol)を徐々に反応混合物に入れ、室温で明かりを遮断し、12時間攪拌する。蒸留水(100mL)を加えて反応を終了させ、MCで抽出した後、MgSO4で水分を除去し、カラムクロマトグラフィ(n-へキサン)で精製して、中間化合物22(5.0g、収率85%)を得た。1H NMR(300MHZ、CD2Cl2) ppm8.00(s、1H)、7.88(dt、1H)、7.66(dt、1H)、761-7.58(m、7H)。
【0173】
(2)中間化合物23の合成
窒素気流下で、中間化合物22(3.5g、9.77mmol)をTHF(50mL)に溶かした後、反応温度を-78℃まで下げる。反応混合物にn-BuLi(2.5M inへキサン、4.3mL、10.7mmol)を徐々に滴加した後、同じ温度で1時間攪拌する。反応混合物にトリフェニルシリルクロライド溶液(2.89g、9.80mmol、THF(20mL))を徐々に滴加し、-78℃で30分間攪拌した後、反応混合物を室温で12時間攪拌する。反応混合物に20%NH4Cl溶液を入れて、反応を終了させる。反応混合物をMCで抽出し、有機層を分離した後、MgSO4で水分を除去し、カラムクロマトグラフィ(n-へキサン:ジクロロメタン=15:1(V/V))で精製して、中間化合物23(3.52g、収率67%)を得た。1H NMR(300MHZ、DMSO-d6):ppm8.61(s、1H)、8.49(s、1H)、7.73-7.62(m、6H)、7.51-7.42(m、14H)、7.36-7.32(m、2H)、7.22(d、1H)。
【0174】
(3)化合物21の合成
窒素気流下で、カルバゾール(0.96g、5.72mmol)、KOtBu(0.65g、5.83mmol)、及び1、3-ジメチル-2-イミダゾリジノン(DMI)(10mL)を混合した後、反応温度を120℃まで上げ、中間化合物23(1.5g、2,79mmol)をDMI(7mL)に溶かした溶液を徐々に反応混合物に滴加し、反応混合物を180℃で10時間攪拌する。反応混合物を室温に冷却した後、氷水(50mL)を入れて、30分間攪拌する。得られた固体をガラスろ過器でろ過した後、蒸留水で数回洗浄する。得られた固体化合物をEAに溶かして抽出した後、MgSO4で水分を除去し、カラムクロマトグラフィ(n-へキサン:MC=10:1(V/V))で精製して、最終的に化合物21(1.51g、収率65%)を得た。1H NMR(300MHZ、CD2Cl2) ppm8.56(s、1H)、8.25-8.20(m、3H)、8.02(d、1H)、7.77(dd、1H)、7.72(d、1H)、7.58(d、2H)、7.53-7.26(m、24H)、7.18(dd、1H)、7.10-6.98(m、4H)、6.88-6.78(m、2H)、6.49(t、1H)。
【0175】
化合物21の物性は以下のとおりである。
【表5】
【0176】
6.化合物28の合成
【化30】
(1)中間化合物24の合成
5H-ピロロ[3、2-c:4、5-c’]ジピリジン(16.92g、100mmol)を1、3-ジメチル-2-イミタゾリジノン(DMI)(50mL)に完全に溶かした後、KOtBu(11.8g、105mmol)を加える。反応混合物を120℃まで上げた後、1-ブロモ-3、5-ジフルオロベンゼン(5.75mL、50mmol)を徐々に滴加した後、反応温度を140℃まで上げてから、10時間還流させる。反応終了後、反応混合物を室温に冷却した後、氷水(500mL)に反応混合物を注ぎ、30分間攪拌する。得られた固体をガラスろ過器でろ過した後、蒸留水で数回洗浄し、EtOH(500mL)で洗浄する。得られた固体を真空乾燥し、中間化合物24(39.3g、収率80%)を得た。1H NMR(300MHZ、CDCl3):δppm9.32(d、4H)、8.35(d、4H)、7.53(d、4H)、7.50(s、3H)
【0177】
(2)中間化合物25の合成
中間化合物24(30.0g、61.1mmol)、ビス(ピナコラート)ジボロン(18,62g、73.3mmol)と酢酸カリウム(23.99g、244.4mmol)を1、4-ジオキサン(200mL)に溶かした後、窒素気流下で60℃で15分間攪拌する。反応混合物にPd(dppf)CH2Cl2(0.82g、1.0mmol)を加えた後、80℃で14時間攪拌する。反応混合物を室温に冷却して、トルエンで抽出した後、MgSO4で水分を除去し、カラムクロマトグラフィ(n-へキサン:ジクロロメタン(MC)=1:3(V/V))で精製して、中間化合物25(19.74g、収率:60%)を得た。1H NMR(300MHZ、CDCl3):δppm9.32(d、4H)、8.35(d、4H)、7.57-7.53(m、5H)、7.41(s、2H)、1.21(s、12H)
【0178】
(3)中間化合物26の合成
中間化合物25(15.0g、27.9mmol)と1-ブロモ-2-ニトロベンゼン(5.64g、27.9mmol)をジオキサン/トルエン(30mL/30mL)に溶かした後、反応混合物にK2CO3(7.7g、55.8mmol)と蒸留水(10mL)を入れ、20分間窒素気流下で攪拌した後、Pd(PPh34(0)(0.8g、0.69mmol)を入れて、反応混合物を80℃で12時間攪拌する。反応終了後、温度を常温にした後、エチルアセテート(EA)(100mL)で抽出してから、MgSO4で水分を除去し、カラムクロマトグラフィ(n-へキサン:EA=10:1(V/V))で精製して、中間化合物26(10.42g、収率70%)を得た。1H NMR(300MHZ、CDCl3):δppm9.34(d、4H)、8.35(d、4H)、8.17(s、2H)、8.03-8.01(m、2H)、7.87-7.80(m、2H)、7.61(s、1H)、7.51(d、4H)
【0179】
(4)中間化合物27の合成
窒素気流下で、中間化合物26(10.0g、18.7mmol)、PPh3(7.92g、30.2mmol)、及びo-ジクロロベンゼン(80mL)を混合し、185℃で12時間攪拌した後、蒸留を介して、反応溶媒を除去し、EA(100mL)で抽出した後、MgSO4で水分を除去し、カラムクロマトグラフィ(n-へキサン:EA=10:1(V/V))で精製し、MeOHで洗浄してから真空乾燥して、中間化合物27(6.11g、収率65%)を得た。1H NMR(300MHZ、DMSO-d6) ppm11.33(s、1H)、9.34(d、4H)、8.35(d、4H)、8.17(m、1H)、7.63(m、2H)、7.55-7.50(m、5H)、7.32(s、1H)、7.18(m、1H)
【0180】
(5)化合物28の合成
窒素気流下で、中間化合物27(5.0g、9.97mmol)、ブロモベンゼン(1.72g、10.98mmol)、Cu(0.038g、0.603mmol)、K2CO3(1.38g、9.97mmol)、Na2CO3(1.06g、9.97mmol)、及びニトロベンゼン(20mL)を混合した後、195℃で18時間攪拌した。蒸留を介して、反応溶媒を除去し、EA(100mL)で有機層を分離した後、MgSO4で水分を除去し、カラムクロマトグラフィ(n-へキサン:ジクロロメタン=10:1(V/V))で精製して、最終的に化合物28(3.46g、収率60%)を得た。1H NMR(300MHZ、DMSO-d6) ppm9.34(d、4H)、8.55(d、1H)、8.35(d、4H)、7.94(d、1H)、7.63-7.51(m、10H)、7.32(m、2H)、7.16(m、1H)
【0181】
化合物28の物性は以下のとおりである。
【表6】
【0182】
(素子作成例)
上述した化合物37を発光層のホスト材料として使用し、実施例1のボトムエミッション型有機電界発光素子を製作した。
[実施例1化合物]
【化31】
【0183】
化合物37をHT type発光層のホスト材料として使用し、化合物28をET type発光層のホストとして使用して、実施例2のトップエミッション型有機電界発光素子を製作した。
[実施例2化合物]
【化32】
【0184】
下記比較例化合物X-1を発光層のホスト材料として使用して、比較例1のボトムエミッション型有機電界発光素子を製作した。
[比較例1化合物]
【化33】
【0185】
実施例1及び比較例1のボトムエミッション型有機電界発光素子は、以下のように製作した。
【0186】
15Ω/cm2(120nm)の厚さのITO層が形成されたITOガラス基板(Corning社製)を50mm×50mm×0.7mmの大きさに切り、イソプロピルアルコールと純水を利用して各5分間超音波洗浄した後、30分間紫外線を照射し、オゾンに露出させて洗浄して、真空蒸着装置にITOガラス基板を設置した。ITOガラス基板の上部にNPBを真空蒸着し、30nmの厚さの正孔注入層を形成した後、正孔注入層の上部にmCPを真空蒸着して20nmの厚さの正孔輸送層を形成した。正孔輸送層の上部に化合物37または化合物X-1のホスト、及びカルベン系列のIr complexをドーパントとして90:10の重量比で共蒸着し、25nmの厚さの発光層を形成した。発光層の上部にTAZを蒸着して20nmの厚さの電子輸送層を形成し、電子輸送層の上部にLiFを蒸着して1nmの厚さの電子注入層を形成した。電子注入層の上部にAlを蒸着し、10nmの厚さを有するLiF/Al構造の第2電極を製造した。
【0187】
実施例2のトップエミッション型有機電界発光素子は、LiF/Al構造の第1電極を形成し、ITOで第2電極を形成し、発光層に実施例化合物37及び化合物28が混合されたホストを使用したことを除いては、実施例1及び比較例1と同じ方法で有機電界発光素子を製作した。
【0188】
【表7】
【0189】
表7の結果を参照すると、本発明の一実施形態によるヘテロ環化合物を含む有機電界発光素子は、低駆動電圧化及び高効率化に有利であることが分かる。
【0190】
(実験例)
図5は、化合物1のねじれ角によるHOMOエネルギー準位及び三重項エネルギー準位の変化を測定したグラフである。図5を参照すると、化学式1のXが単結合である場合、化学式1で表わされる骨格と化学式2または化学式3で表わされる置換基とをの結合のねじれ角が50度以上であれば、比較的高い三重項エネルギー準位を有することが分かる。
【化34】
【0191】
これまで本発明の実施形態を説明したが、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者は、本発明がその技術的思想や必須的特徴を変更せずとも他の具体的な形態に実施され得ることを理解できるはずである。よって、上述した実施形態は全ての面で例示的なものであり、限定的なものであることを理解すべきである。
【符号の説明】
【0192】
10:有機電界発光素子 EL1:第1電極
HTR:正孔輸送領域 HIL:正孔注入層
HTL:電子輸送層 EML:発光層
ETR:電子輸送領域 ETL:電子輸送層
EIL:電子注入層 EL2:第2電極
図1
図2
図3
図4
図5