CN103282342B - 芳香族胺衍生物以及使用其的有机电致发光元件 - Google Patents
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Abstract
提供与以往的有机EL元件材料相比,可以提高发光效率和元件寿命的有机EL元件材料以及使用该材料的有机EL元件。具体而言,提供Ar1Ar2Ar3N所示的芳香族胺衍生物以及使用该芳香族胺衍生物的有机EL元件。代表性的化合物如以下所示。
Description
技术领域
本发明涉及芳香族胺衍生物以及使用该芳香族胺衍生物的有机电致发光元件。
背景技术
有机电致发光元件(有机EL元件)为利用下述原理的自发光元件,所述原理为,通过施加电场,荧光性物质利用从阳极注入的空穴与从阴极注入的电子的再结合能量而发光。从イーストマン·コダック公司的C.W.Tang等人报告通过层叠型元件形成的低电压驱动有机EL元件(参照非专利文献1)以来,盛行对以有机材料作为构成材料的有机EL元件进行研究。
Tang等人公开了具有将三(8-羟基喹啉)铝用于发光层、而将三苯基二胺衍生物用于空穴传输层的层叠结构的有机EL元件。有机EL元件中,作为形成层叠结构的优点,可列举出(i)提高空穴向发光层的注入效率,(ii)利用空穴传输(注入)层阻断从阴极向发光层注入的电子、提高通过发光层中的再结合而生成的激子的生成效率,(iii)容易将发光层内生成的激子关闭在发光层内。这种层叠结构的有机EL元件中,为了提高所注入的空穴与电子的再结合效率,对元件构成、形成方法进行了研究,对各层的材料自身也进行了研究。
通常若在高温环境下驱动、保存有机EL元件则产生发光颜色的变化、发光效率的降低、驱动电压的升高、以及元件寿命的短时间化等不良影响。
为了防止这种不良影响,作为有机EL元件材料,提出了具有咔唑骨架、芴骨架、二苯并呋喃骨架或二苯并噻吩骨架等的芳香族胺衍生物(参照专利文献1~3)等。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特表2008-537948号公报
专利文献2:国际公开第08/006449号小册子
专利文献3:国际公开第10/106806号小册子
非专利文献
非专利文献1:C.W.Tang,S.A.Vanslyke、AppliedPhysicsLetters、第51卷、p.913、1987年。
发明内容
但是,对于专利文献1~3中公开的芳香族胺衍生物,有机EL元件的发光效率和元件寿命不能说是令人满意的程度,存在进一步改良的余地。特别是专利文献3中,虽然成功以低电压驱动有机EL元件,但是具有芴骨架的芳香族胺衍生物的电离势值小于发光层中使用的主体材料的电离势值,将该芳香族胺衍生物用作有机EL元件的空穴传输材料时,空穴传输层与发光层之间的能垒(energybarrier)大,向发光层注入空穴被抑制,因此存在发光效率不充分的问题。
因此,本发明的目的在于,提供与以往的有机EL元件材料相比,可以提高发光效率和元件寿命的有机EL元件材料,以及使用该有机EL元件材料的有机EL元件。
本发明人为了解决前述问题而进行深入研究,结果发现,通过将具有特定结构的芳香族烃基和取代或未取代的苯基的芳香族胺衍生物用作有机EL元件用材料、特别是空穴传输材料,有机EL元件的发光效率以及元件寿命提高。
即,本发明涉及下述[1]和[2]
[1]下述通式(1)所示的芳香族胺衍生物,
[化学式1]
上式中,Ar1为下述通式(A-1)或(A-2)所示的有机基团A,Ar2为前述有机基团A或下述通式(B-1)所示的有机基团B,Ar3为下述通式(C-1)所示的有机基团C,
Ar1和Ar2的两者为有机基团A时,各个有机基团A可以相同也可以不同,
[化学式2]
上式中,Ar4为取代或未取代的成环碳原子数10~14的稠环基,R1和R2各自独立地为氢原子、碳原子数1~10的烷基、成环碳原子数3~10的环烷基或成环碳原子数6~12的芳基,R1和R2也可以键合形成烃环,R3~R5各自独立地为碳原子数1~10的烷基、成环碳原子数3~10的环烷基、成环碳原子数6~12的芳基、或R3~R5相互键合形成烃环,L为取代或未取代的成环碳原子数6~10的亚芳基,
另外,a、b和c各自独立地为0~2的整数,a、b或c为2时,前述烃环包含R3彼此、R4彼此或R5彼此相互键合形成的环;
[化学式3]
上式中,Ar5和Ar6各自独立地为取代或未取代的成环碳原子数6~14的亚芳基,Ar7为取代或未取代的成环碳原子数6~14的芳基,R6~R8各自独立地为碳原子数1~10的烷基、碳原子数3~10的环烷基或成环碳原子数6~12的芳基、或R6~R8相互键合形成烃环,
另外,d、e和f各自独立地为0~2的整数,g为0或1,d、e或f为2时,前述烃环包含R6彼此、R7彼此或R8彼此相互键合形成的环;
[化学式4]
上式中,R11为碳原子数1~10的烷基或碳原子数3~10的环烷基,另外,h为0~2的整数,h为2时,R11不彼此相互键合形成环。
[2]有机电致发光元件,其为在阳极与阴极之间具有发光层的有机电致发光元件,其特征在于,具有1层以上的含有上述[1]中记载的芳香族胺衍生物的有机薄膜层。
若使用本发明的芳香族胺衍生物作为有机EL元件的材料,则可以实现低电压驱动,并且与使用以往的有机EL元件材料的情况相比,有机EL元件的发光效率和元件寿命提高。
具体实施方式
[芳香族胺衍生物]
本发明的芳香族胺衍生物如下式(1)所示。
[化学式5]
上式(1)中,Ar1为下述通式(A-1)或(A-2)所示的有机基团A,Ar2为前述有机基团A或下述通式(B-1)所示的有机基团B,Ar3为下述通式(C-1)所示的有机基团C。需要说明的是,Ar1和Ar2的两者为有机基团A时,各个有机基团A可以相同也可以不同,
[化学式6]
[化学式7]
[化学式8]
前述式(A-1)和(A-2)中,Ar4为取代或未取代的成环碳原子数10~14的稠环基。R1和R2各自独立地为氢原子、碳原子数1~10的烷基、成环碳原子数3~10的环烷基或成环碳原子数6~12的芳基,R1和R2也可以键合形成烃环。R3~R5各自独立地为碳原子数1~10的烷基、成环碳原子数3~10的环烷基、成环碳原子数6~12的芳基、或R3~R5相互键合形成烃环。L为取代或未取代的成环碳原子数6~10的亚芳基。
另外,a、b和c各自独立地为0~2的整数。a、b或c为2时,前述烃环包含R3彼此、R4彼此或R5彼此相互键合形成的环。
作为Ar4表示的成环碳原子数10~14的稠环基,可列举出例如1-萘基、2-萘基、1-菲基、2-菲基、3-菲基、9-菲基等,从有机EL元件的发光效率和元件寿命的观点考虑,优选为1-萘基、2-萘基、9-菲基。该稠环基可以具有取代基,作为该取代基,可列举出例如甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、仲丁基、叔丁基、各种己基(“各种”包含直链状和全部支链状,以下相同)、各种辛基、各种癸基等碳原子数1~10的烷基等,从有机EL元件的发光效率和元件寿命的观点考虑,优选为碳原子数1~5的烷基。以下将该取代基称为“取代基(I)”。
作为R1~R5表示的碳原子数1~10的烷基,可列举出例如甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、仲丁基、叔丁基、各种己基、各种辛基、各种癸基等碳原子数1~10的烷基等,从有机EL元件的发光效率和元件寿命的观点考虑,优选为碳原子数1~5的烷基,更优选为碳原子数1~3的烷基,进一步优选为甲基、乙基,特别优选为甲基。
作为R1~R5表示的成环碳原子数3~10的环烷基,可列举出例如环丙基、环丁基、环戊基、环己基、环辛基等。
作为R1~R5表示的成环碳原子数6~12的芳基,可列举出例如苯基、萘基、联苯基,从有机EL元件的发光效率和元件寿命的观点考虑,优选为苯基。
其中,作为R1和R2,从有机EL元件的发光效率和元件寿命的观点考虑,优选为碳原子数1~10的烷基、成环碳原子数6~12的芳基,更优选的例子与如前文所述。
作为L表示的成环碳原子数6~10的亚芳基,可列举出例如亚苯基、萘二基等,从有机EL元件的发光效率和元件寿命的观点考虑,优选为亚苯基,更优选为1,4-亚苯基。
a、b和c,从有机EL元件的发光效率和元件寿命的观点考虑,各自独立地优选为0或1的整数,更优选为0。
需要说明的是,R3~R5可以相互键合形成烃环,例如作为R3与R4形成的烃环,可列举出下式中所示的烃环等。
[化学式9]
另外,a、b或c为2时,R3彼此、R4彼此或R5彼此可以相互键合、与它们取代的苯环一起形成烃环。例如R3彼此、R4彼此相互键合形成烃环时,可例示以下的通式所示的结构。
[化学式10]
前述式(B-1)中,Ar5和Ar6各自独立地为取代或未取代的成环碳原子数6~14的亚芳基,Ar7为取代或未取代的成环碳原子数6~14的芳基,R6~R8各自独立地为碳原子数1~10的烷基、碳原子数3~10的环烷基或成环碳原子数6~12的芳基、或R6~R8相互键合形成烃环。
另外,d、e和f各自独立地为0~2的整数。g为0或1。d、e或f为2时,R6~R8相互键合形成的烃环包含R6彼此、R7彼此或R8彼此相互键合形成的环。
作为Ar5和Ar6表示的成环碳原子数6~14的亚芳基,可列举出例如亚苯基、萘二基、亚联苯基、亚菲基二基等,从有机EL元件的发光效率和元件寿命的观点考虑,优选为亚苯基,更优选为1,4-亚苯基。该亚芳基可以具有取代基,作为该取代基,可列举出与前述取代基(I)相同的例子,优选的例子也相同。
作为Ar7表示的成环碳原子数6~14的芳基,可列举出例如苯基、萘基、蒽基、菲基等,从有机EL元件的发光效率和元件寿命的观点考虑,优选为苯基、萘基,更优选为苯基。该芳基可以具有取代基,作为该取代基,可列举出与前述取代基(I)相同的例子,优选的例子也相同。
作为R6~R8表示的碳原子数1~10的烷基、碳原子数3~10的环烷基和成环碳原子数6~12的芳基,都可列举出与R3~R5的情况相同的例子,优选的例子也相同。
作为d、e和f,从有机EL元件的发光效率和元件寿命的观点考虑,各自独立地优选为0或1,更优选为0。
g,从有机EL元件的发光效率和元件寿命的观点考虑,优选为1。
g为0时,R8表示直接与Ar6键合的取代基。
作为R6~R8相互键合而形成的烃环,可以与R3~R5的情况同样地考虑,可列举出五元环、六元环。
另外,d、e或f为2时,R6彼此、R7彼此或R8彼此可以相互键合、与它们取代的苯环一起形成烃环,作为该环,可以与R3~R5的情况同样地考虑,可列举出五元环、六元环。若以Ar5和Ar6为亚苯基的情况作为例子,则R6和R7形成烃环时,可列举出下式中所示的五元环、六元环。
[化学式11]
作为有机基团B,从有机EL元件的发光效率和元件寿命的观点考虑,优选如下述通式(B-2)所示。
[化学式12]
上述式(B-2)中,Ar7、R6~R8、d、e、f和g的定义与前述相同,优选的例子也相同。
另外,作为有机基团B,从有机EL元件的发光效率和元件寿命的观点考虑,更优选如下述通式(B-3)~(B-5)中的任一者所示。
[化学式13]
上式(B-3)~(B-5)中,Ar7、R6~R8、d、e、f和g的定义与前述相同,优选的例子也相同。
R9和R10各自独立地为氢原子、碳原子数1~10的烷基、成环碳原子数3~10的环烷基或成环碳原子数6~12的芳基。对于R9和R10表示的前述烷基、前述环烷基、前述芳基,可列举出与R1和R2的情况相同的例子,优选的例子也相同。
前述式(C-1)中,R11为碳原子数1~10的烷基或碳原子数3~10的环烷基。另外,h为0~2的整数。需要说明的是,h为2时,R11不彼此相互键合形成环,有机基团C总是取代或未取代的苯基。
作为R11表示的碳原子数1~10的烷基、碳原子数3~10的环烷基,都可列举出与R3~R5的情况相同的例子,优选的例子也相同。
h,从有机EL元件的发光效率和元件寿命的观点考虑,优选为0或1,更优选为0。
作为前述通式(1)所示的本发明的芳香族胺衍生物,从有机EL元件的发光效率和元件寿命的观点考虑,[i]优选Ar1为前述通式(A-1)所示的有机基团A。另外,[ii]也优选Ar2为前述有机基团B,[iii]更优选Ar2为前述通式(B-2)所示的有机基团B,[iv]进一步优选Ar2为前述通式(B-3)~(B-5)中任一者所示的有机基团B。
另外,从有机EL元件的发光效率和元件寿命的观点考虑,[v]也优选Ar1和Ar2都为前述有机基团A(其中,Ar1与Ar2可以相同或不同)。
需要说明的是,对于更进一步优选的芳香族胺衍生物,参照前述各基团的说明即可。
接着,以下示出前述通式(1)所示的本发明的芳香族胺衍生物的具体例,但不特别限定于它们。
本发明的前述通式(1)所示的芳香族胺衍生物,由于Ar3为取代或未取代的苯基,因此分子中的电子密度减小,电离势值增大,所以与有机EL元件的发光层中使用的主体材料的电离势值接近。因此,若使用该芳香族胺衍生物作为有机EL元件的空穴传输材料,则空穴传输层和发光层之间的能垒减小,因此,空穴不易蓄积在空穴传输层与发光层的界面,向发光层注入空穴得到促进。其结果,发光层中的电子与空穴的再结合概率提高,与使用国际公开第10/106806号小册子中公开的芳香族胺衍生物的情况相比,有机EL元件的发光效率提高的同时,由于电子对空穴传输材料造成的负荷减少,从而有机EL元件长寿命化。
由此,本发明的芳香族胺衍生物作为有机电致发光元件用材料是有用的,特别是作为有机电致发光元件用的空穴传输材料是有用的。
需要说明的是,对本发明的芳香族胺衍生物的制造方法没有特别限制,可以一边参照本说明书的实施例的记载,一边利用及应用公知的方法进行制造。以下示出该制造方法的一例,但是没有特别限制。
(芳香族胺衍生物的制造方法)
首先合成作为卤素化合物的下述中间体X。
例如,可以在催化剂[例如四(三苯基膦)钯(0)]的存在下,使1-萘基硼酸与4-碘-1-溴(9,9-二甲基)芴,在含有溶剂[例如甲苯]和碱[例如碳酸钠]的水溶液中,在室温(约20℃)~150℃下反应,适当利用通常的有机化合物的分离纯化技术进行分离纯化,由此得到中间体X。需要说明的是,反应优选在氩气等惰性气体气氛下进行。
[化学式23]
中间体X
Ar1-X
另外,合成作为胺化合物的中间体Y。
在催化剂[三(二亚苄基丙酮)和三-叔丁基膦]的存在下,使卤化物[例如4-溴-对三联苯]、生成氨基的化合物(可以含有生成取代或未取代的成环碳原子数6~30的芳基的化合物)[例如苯胺],在溶剂[例如甲苯]中,50~150℃下反应。然后,利用通常的有机化合物的分离纯化技术分离纯化,由此可以得到中间体Y。需要说明的是,反应优选在氩气等惰性气体气氛下进行。
[化学式24]
中间体Y
Ar2Ar3N-H
接着在催化剂[例如三(二亚苄基丙酮)二钯(0)]和碱[例如叔丁氧基钠]的存在下,使中间体X和中间体Y在溶剂[例如脱水甲苯]中,在0~150℃下反应,由此可以合成本发明的芳香族胺衍生物。需要说明的是,该反应优选在氩气等惰性气体气氛下进行。
反应结束后,冷却至室温,加入水并过滤反应产物,滤液用甲苯等溶剂萃取,并用无水硫酸镁等干燥剂干燥。将其在减压下脱溶剂进行浓缩。对所得到的粗产物进行柱纯化,用甲苯等溶剂重结晶,将其过滤并进行干燥,由此得到纯化了的本发明的芳香族胺衍生物。
[有机电致发光元件]
以下,对本发明的有机EL元件的构成进行说明。
作为本发明的有机EL元件的代表性的元件构成,可列举出以下的元件构成,但是没有特别限定于它们。需要说明的是,优选使用(4)的元件构成。
(1)阳极/空穴传输层/发光层/阴极
(2)阳极/空穴注入层/空穴传输层/发光层/阴极
(3)阳极/空穴注入层/空穴传输层/发光层/电子注入层/阴极
(4)阳极/空穴注入层/空穴传输层/发光层/电子传输层/电子注入层/阴极。
需要说明的是,在空穴传输层与发光层之间可以适当设置电子阻挡层。另外,在发光层与电子注入层之间、发光层与电子传输层之间可以适当设置空穴阻挡层。根据电子阻挡层、空穴阻挡层,可以将电子或空穴关闭在发光层中,提高发光层中的电荷的再结合概率,从而提高发光效率。
多层有机薄膜层,根据需要,除了本发明的芳香族胺衍生物之外,还可以进一步使用公知的发光材料、掺杂材料、空穴注入材料、电子注入材料等。
另外,空穴注入层、发光层、电子注入层可以分别通过两层以上的层构成形成。此时,空穴注入层的情况下,将由电极注入空穴的层称为空穴注入层,将由空穴注入层接收空穴、并将空穴传输至发光层的层称为空穴传输层。同样地,电子注入层的情况下,将由电极注入电子的层称为电子注入层,将由电子注入层接收电子、并将电子传输至发光层的层称为电子传输层。
这些各层,根据材料的能级、耐热性、与有机层或金属电极的密合性等各因素来选择使用。
另外,本发明的有机EL元件中,可以将本发明的前述芳香族胺衍生物用于上述任意一种有机薄膜层,但是从有机EL元件的发光效率和元件寿命的观点考虑,优选含有在空穴注入层或空穴传输层中,更优选含有在空穴传输层中。
本发明的芳香族胺衍生物含有在一种有机薄膜层、优选空穴注入层或空穴传输层中的量,从有机EL元件的发光效率和元件寿命的观点考虑,相对于该有机薄膜层的全部成分,优选为30~100质量%,更优选为50~100质量%,进一步优选为80~100质量%,特别优选为实质上100质量%。
以下,作为优选方式,对本发明的前述芳香族胺衍生物含有在空穴传输层中的构成的有机EL元件的各层进行说明。
(基板)
有机EL元件通常在透光性的基板上制作。该透光性的基板为支撑有机EL元件的基板,对于其透光性,优选波长400~700nm的可见光区域的光的透射率为50%以上,进一步优选使用平滑的基板。
作为这种透光性基板,可列举出例如玻璃板、合成树脂板等。作为玻璃板,特别是可列举出由钠钙玻璃、含有钡-锶的玻璃、铅玻璃、铝硅酸盐玻璃、硼硅酸盐玻璃、钡硼硅酸盐玻璃、石英等成型的板。另外,作为合成树脂板,可列举出聚碳酸酯、丙烯酸类树脂、聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂、聚醚砜树脂、聚砜树脂等的板。
(阳极)
阳极,承担将空穴注入到空穴传输层或发光层的作用,具有4eV以上(优选4.5eV以上)的功函数是有效的。作为本发明中使用的阳极材料的具体例,可列举出碳、铝、钒、铁、钴、镍、钨、银、金、铂、钯等以及它们的合金,ITO基板、NESA基板中使用的氧化锡、氧化铟等氧化金属,进而聚噻吩、聚吡咯等有机导电性树脂。
阳极可以通过利用蒸镀法、溅射法等方法将这些电极物质形成薄膜来得到。
如此从阳极提取源自发光层的发光的情况下,优选对于阳极的发光的透射率大于10%。另外,阳极的片电阻优选为数百Ω/□以下。阳极的膜厚虽然根据材料而不同,但是通常为10nm~1μm,优选为10nm~200nm。
(阴极)
作为阴极,使用以功函数小(小于4eV)的金属、合金、导电性化合物以及它们的混合物作为电极物质的阴极。作为这种电极物质的具体例,使用镁、钙、锡、铅、钛、钇、锂、钌、锰、铝、氟化锂等以及它们的合金,但是不特别限定于它们。作为该合金,可列举出镁/银、镁/铟、锂/铝等作为代表例,但是不特别限定于它们。合金的比率通过蒸镀源的温度、气氛、真空度等来控制,选择为适当的比率。阳极和阴极根据需要可以通过两层以上的层构成来形成。
该阴极可以通过利用蒸镀、溅射等方法将这些电极物质形成薄膜来得到。
其中,从阴极提取源自发光层的发光时,优选对于阴极的发光的透射率大于10%。另外,作为阴极的片电阻优选为数百Ω/□以下,进而阴极的膜厚通常为10nm~1μm,优选为50nm~200nm。
(绝缘层)
另外,通常有机EL元件,由于对超薄膜施加电场,易产生因漏电、短路而导致的像素缺陷,因此为了防止该问题,可以向一对电极之间插入由绝缘性的薄膜层形成的绝缘层。
作为绝缘层中使用的材料,可列举出例如氧化铝、氟化锂、氧化锂、氟化铯、氧化铯、氧化镁、氟化镁、氧化钙、氟化钙、氮化铝、氧化钛、氧化硅、氧化锗、氮化硅、氮化硼、氧化钼、氧化钌、氧化钒等。需要说明的是,也可以使用它们的混合物、层叠物。
(发光层)
有机EL元件的发光层提供电子与空穴再结合的场所、具有使其引起发光的功能。
作为可以用于发光层的主体材料或掺杂材料,没有特别限制,可列举出例如萘、菲、红荧烯、蒽、并四苯、芘、苝、、十环烯、晕苯、四苯基环戊二烯、五苯基环戊二烯、芴、螺芴、荧蒽、9,10-二苯基蒽、9,10-双(苯基乙炔基)蒽、1,4-双(9’-乙炔基蒽基)苯等稠合多环芳香族化合物(縮合多量芳香族化合物)以及它们的衍生物,三(8-羟基喹啉)铝、双(2-甲基-8-羟基喹啉-N1,O8)-(1,1'-联苯-4-羟基)铝(bis(2-methyl-8-quinolinolato)-4-(phenylphenolinato)aluminum)等有机金属络合物,芳胺衍生物、苯乙烯胺衍生物、茋衍生物、香豆素衍生物、吡喃衍生物、噁嗪酮衍生物、苯并噻唑衍生物、苯并噁唑衍生物、苯并咪唑衍生物、吡嗪衍生物、肉桂酸酯衍生物、二酮吡咯并吡咯衍生物、吖啶酮衍生物、喹吖啶酮衍生物等。其中,从有机EL元件的驱动电压、发光效率和元件寿命的观点考虑,优选为蒽衍生物、荧蒽衍生物、苯乙烯胺衍生物、芳胺衍生物,更优选为蒽衍生物、荧蒽衍生物。需要说明的是,蒽衍生物优选成环碳原子数的总计为30~100,更优选为35~80,进一步优选为35~60。另外,荧蒽衍生物优选成环碳原子数的总计为30~100,更优选为35~80,进一步优选为35~60。
(空穴注入层-空穴传输层)
空穴注入层-空穴传输层为有助于向发光层注入空穴、并传输至发光区域的层,空穴迁移率大,离子化能量通常小,为5.7eV以下。作为这种空穴注入层-空穴传输层,优选为以更低的电场强度将空穴传输到发光层的材料,进而,空穴的迁移率例如在施加104~106V/cm的电场时,优选为10-4cm2/V·秒以上。
如前文所述,本发明的芳香族胺衍生物,优选用于空穴注入层或空穴传输层,特别是优选用于空穴传输层。将本发明的芳香族胺衍生物用于空穴注入层和空穴传输层两者时,各自的芳香族胺衍生物可以相同或不同。
将本发明的芳香族胺衍生物用于空穴注入层-空穴传输层时,可以单独由本发明的芳香族胺衍生物形成空穴注入层-空穴传输层,也可以与其它的材料混合来使用。
作为与本发明的芳香族胺衍生物混合形成空穴注入层-空穴传输层的其它材料,若为具有上述优选性质的材料则没有特别限制,可以从以往在光电导材料中作为空穴注入材料-空穴传输材料惯用的材料、有机EL元件的空穴注入层·空穴传输层中使用的公知的材料中选择任意的材料来使用。本说明书中,将具有空穴传输能力、可以用于空穴传输区域的材料称为“空穴传输材料”。另外,将具有空穴注入能力、可以用于空穴注入区域的材料称为“空穴注入材料”。
作为空穴注入层或传输层用的本发明的芳香族胺衍生物以外的其它材料的具体例,可列举出酞菁衍生物、萘酞菁衍生物、卟啉衍生物、噁唑、噁二唑、三唑、咪唑、咪唑啉酮、咪唑硫酮、吡唑啉、吡唑啉酮、四氢咪唑、噁唑、噁二唑、腙、酰腙、聚芳基烷烃、茋、丁二烯、联苯胺型三苯基胺、苯乙烯胺型三苯基胺、二胺型三苯基胺等,和它们的衍生物,以及聚乙烯基咔唑、聚硅烷、导电性高分子等高分子材料,但是没有特别限定于它们。
另外,本发明的有机EL元件中可以使用的空穴注入材料-空穴传输材料中,作为有效的材料,没有特别限定,可列举出芳香族叔胺衍生物和酞菁衍生物,优选为芳香族叔胺衍生物,更优选为芳香族叔二胺衍生物。特别优选将它们用作空穴注入材料。
作为芳香族叔胺衍生物,例如为三苯基胺、三甲苯基胺、甲苯基二苯基胺等芳香族叔单胺衍生物,N,N’-二苯基-N,N’-(3-甲基苯基)-1,1’-联苯基-4,4’-二胺、N,N,N’,N’-(4-甲基苯基)-1,1’-苯基-4,4’-二胺、N,N,N’,N’-(4-甲基苯基)-1,1’-联苯基-4,4’-二胺、N,N’-二苯基-N,N’-二萘基-1,1’-联苯基-4,4’-二胺、N,N’-(甲基苯基)-N,N’-(4-正丁基苯基)-菲-9,10-二胺、下述式
[化学式25]
所示的二胺等芳香族叔二胺衍生物,N,N-双(4-二-4-甲苯基氨基苯基)-4-苯基-环己烷等芳香族叔三胺衍生物,N,N’-二苯基-N,N’-双(4-二苯基氨基)苯基-1,1’-联苯基-4,4’-二胺等芳香族叔四胺衍生物,或具有这些芳香族叔胺骨架的低聚物或聚合物,但是没有特别限定于它们。其中,从有机EL元件的驱动电压、发光效率和元件寿命的观点考虑,优选为芳香族叔四胺衍生物。
对于作为空穴注入材料-空穴传输材料的酞菁(Pc)衍生物,例如存在H2Pc、CuPc、CoPc、NiPc、ZnPc、PdPc、FePc、MnPc、ClAlPc、ClGaPc、ClInPc、ClSnPc、Cl2SiPc、(HO)AlPc、(HO)GaPc、VOPc、TiOPc、MoOPc、GaPc-O-GaPc等酞菁衍生物以及萘酞菁衍生物,但是不限于它们。
作为芳香族叔胺衍生物和酞菁衍生物以外的空穴注入材料-空穴传输材料,若为具有上述优选性质的材料则没有特别限制,可以从以往在光电导材料中作为空穴注入材料-空穴传输材料惯用的材料、有机EL元件的空穴注入层·空穴传输层中使用的公知的材料中选择任意的材料来使用。
另外,优选使用接收释放的电子并传输至电极(阴极)的材料、所谓受主材料作为空穴注入材料或空穴传输材料。
作为受主材料,可列举出4,4’-双(N-(1-萘基)-N-苯基氨基)联苯、三苯基胺单元以三个星型连接而成的4,4’,4’’-三(N-(3-甲基苯基)-N-苯基氨基)三苯基胺等分子内具有两个稠合芳香族环的化合物等。
受主材料可以为下式所示的含氮杂环衍生物。
[化学式26]
上式中,R101~R106各自独立地表示取代或未取代的碳原子数1~20的烷基、取代或未取代的碳原子数6~20的芳基、取代或未取代的碳原子数7~20的芳烷基、取代或未取代的成环原子数5~20的杂环基。另外,R101与R102、R103与R104、R105与R106可以分别键合形成稠环。
进而,受主材料可以为下述通式所示的六氮杂苯并菲化合物。
[化学式27]
上式中,R111~R116各自独立地表示氰基、-CONH2、羧基、或-COOR117(R117为碳原子数1~20的烷基),或R111和R112、R113和R114、或R115和R116一起表示-CO-O-CO-所示的基团。
需要说明的是,R111~R116表示氰基、-CONH2、羧基或-COOR117时,优选为都是相同的基团。R111和R112、R113和R114、或R115和R116一起表示-CO-O-CO-所示的基团时,优选都为-CO-O-CO-所示的基团。
(电子注入层-电子传输层)
电子注入层·电子传输层为有助于向发光层注入电子、并将电子传输至发光区域的层,电子迁移率大。另外,该电子注入层中可以具有由特别是与阴极的附着良好的材料形成的层(附着改善层)。
已知有机EL元件由于所发出的光通过电极(此时为阴极)反射,因而直接从阳极提取的发光和经由通过电极进行的反射而提取的发光干涉。为了有效地利用该干涉效果,电子传输层在数nm~数μm的膜厚中适当选择,特别是膜厚厚时,为了避免电压升高,在施加104~106V/cm的电场时,优选电子迁移率至少为10-5cm2/Vs以上。
作为电子注入层中使用的材料,具体而言,可列举出芴酮、蒽醌二甲烷、联苯醌、噻喃二氧化物(thiopyrandioxide)、噁唑、噁二唑、三唑、咪唑、苝四甲酸、亚芴基甲烷、蒽醌二甲烷、蒽酮等和它们的衍生物,但是没有特别限于它们。另外,也可以通过向空穴注入材料中添加受电子物质,向电子注入材料中添加供电子性物质来进行敏化。
本发明的有机EL元件中,进一步有效的电子注入材料为金属络合物和含氮五元环衍生物。
作为前述金属络合物,可列举出例如8-羟基喹啉锂、三(8-羟基喹啉)铝、双(2-甲基-8-喹啉)(1-萘酚)铝等,但是没有特别限定于它们。
作为前述含氮五元环衍生物,优选列举出例如噁唑、噻唑、噁二唑、噻二唑、三唑衍生物。
特别是本发明的有机EL元件中,作为前述含氮五元环衍生物,优选为下式(1)~(3)中任一者所示的苯并咪唑衍生物。
[化学式28]
上式(1)~(3)中,Z1、Z2和Z3各自独立地为氮原子或碳原子。
R12为取代或未取代的成环碳原子数6~60(优选6~40、更优选6~20)的芳基、取代或未取代的成环原子数5~60(优选5~40、更优选5~20)的杂芳基、碳原子数1~20(优选1~10、更优选1~5)的烷基、卤原子取代的碳原子数1~20(优选1~10、更优选1~5)的烷基或碳原子数1~20(优选1~10、更优选1~5)的烷氧基。
R13为氢原子、取代或未取代的成环碳原子数6~60(优选6~40、更优选6~20)的芳基、取代或未取代的成环原子数5~60(优选5~40、更优选5~20)的杂芳基、碳原子数1~20(优选1~10、更优选1~5)的烷基、卤原子取代的碳原子数1~20(优选1~10、更优选1~5)的烷基或碳原子数1~20(优选1~10、更优选1~5)的烷氧基。
m为0~5的整数,m为2以上的整数时,多个R12可以相互相同或不同。另外,邻接的多个R12可以彼此相互键合、形成取代或未取代的芳香族烃环。m为2以上的整数时,作为邻接的多个R12彼此相互键合而表示的取代或未取代的芳香族烃环,可列举出例如苯环、萘环、蒽环等。
Ar11为取代或未取代的成环碳原子数6~60(优选6~40、更优选6~20)的芳基、或者取代或未取代的成环原子数5~60(优选5~40、更优选5~20)的杂芳基。
Ar12为氢原子、碳原子数1~20(优选1~10、更优选1~5)的烷基、卤原子取代的碳原子数1~20(优选1~10、更优选1~5)的烷基、碳原子数1~20(优选1~10、更优选1~5)的烷氧基、取代或未取代的成环碳原子数6~60(优选6~40、更优选6~20)的芳基、或者取代或未取代的成环原子数5~60(优选5~40、更优选5~20)的杂芳基。
Ar13为取代或未取代的成环碳原子数6~60(优选6~40、更优选6~20)的亚芳基、或者取代或未取代的成环原子数5~60(优选5~40、更优选5~20)的亚杂芳基。
L1、L2和L3各自独立地为单键、取代或未取代的成环碳原子数6~60的亚芳基、取代或未取代的成环原子数9~60的杂稠环基、或者取代或未取代的亚芴基。
本发明的有机EL元件中,含有本发明的芳香族胺衍生物的层中可以含有发光材料、掺杂材料、空穴注入材料或电子注入材料。
另外,从提高通过本发明得到的有机EL元件对于温度、湿度、气氛等的稳定性的观点考虑,可以在元件的表面上设置保护层或通过硅油、树脂等来保护元件整体。
本发明的有机EL元件的各层形成可以适用真空蒸镀、溅射、等离子体、离子镀等干式成膜法,旋涂、浸渍、流涂等湿式成膜法中的任意一种方法。
对各层的膜厚不特别限定,设定为作为有机EL元件适当的膜厚即可。若膜厚过厚则为了得到一定的光输出而需要大的施加电压,效率变差。若膜厚过薄则产生针孔等,即使施加电场也得不到充分的发光亮度。通常的膜厚为5nm~10μm是合适的,更优选为10nm~0.2μm。
湿式成膜法的情况下,将形成各层的材料溶解或分散在乙醇、氯仿、四氢呋喃、二噁烷等适当的溶剂中形成薄膜,该溶剂可以为任意一种。
作为适于这种湿式成膜法的溶液,可以使用含有作为有机EL材料的本发明的芳香族胺衍生物和溶剂的含有有机EL材料的溶液。另外,任意一种有机薄膜层中,为了提高成膜性、防止膜的针孔等,可以使用适当的树脂、添加剂。作为该树脂,可列举出聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚芳酯、聚酯、聚酰胺、聚氨酯、聚砜、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯酸甲酯、纤维素等绝缘性树脂以及它们的共聚物,聚-N-乙烯基咔唑、聚硅烷等光电导性树脂,聚噻吩、聚吡咯等导电性树脂。另外,作为添加剂,可列举出抗氧化剂、紫外线吸收剂、增塑剂等。
(有机电致发光元件的制造方法)
通过以上例示的各种材料和层形成方法,形成阳极、发光层,根据需要形成空穴注入·传输层,以及根据需要形成电子注入·传输层,进而形成阴极,由此可以制造有机电致发光元件。另外也可以以从阴极到阳极、以与前述相反的顺序制作有机电致发光元件。
以下记载在透光性基板上依次设置阳极/空穴注入层/发光层/电子注入层/阴极的构成的有机电致发光元件的制作例。首先,在适当的透光性基板上,以达到1μm以下(优选10~200nm)的膜厚的方式通过蒸镀、溅射等方法形成由阳极材料形成的薄膜,制作阳极。接着,在该阳极上设置空穴注入层。空穴注入层的形成,如前文所述可以通过真空蒸镀法、旋涂法、铸塑法、LB法等方法来进行,但是从易得到均匀的膜且不易产生针孔等观点考虑,优选通过真空蒸镀法来形成。通过真空蒸镀法形成空穴注入层时,其蒸镀条件根据所使用的化合物(空穴注入层的材料)、作为目标的空穴注入层的晶体结构、再结合结构等不同而不同,但是通常优选在蒸镀源温度为50~450℃、真空度为10-7~10-3Torr、蒸镀速度为0.01~50nm/秒、基板温度为-50~300℃、膜厚为5nm~5μm的范围内适当选择。
需要说明的是,发光层、电子注入层、和阴极可以用任意方法形成,没有特别限定。形成方法的例子包含真空蒸镀法、离子化蒸镀法、溶液涂布法(例如旋涂法、铸塑法、浸涂法、棒涂法、辊涂法、朗格缪尔-布洛杰特法(Langmuir-Blodgettmethod)、喷墨法)等。
实施例
以下通过实施例对本发明进行具体说明,但是本发明不被它们所限定。
需要说明的是,下述合成例1~6中合成的中间体的结构如下文所述。
[化学式29]
<合成例1>(中间体1的合成)
氩气气氛下,向1000mL的三颈烧瓶中加入2-溴-9,9-二甲基芴55g、碘23g、高碘酸二水合物9.4g、水42mL、乙酸360mL、硫酸11mL,65℃下搅拌30分钟后,90℃下反应6小时。
将反应物注入到冰水中,进行过滤。用水洗涤后,用甲醇洗涤,由此得到67g的白色粉末。通过FD-MS(场解吸质谱)的分析,鉴定为中间体1。
<合成例2>(中间体2的合成)
氩气气氛下,向39.9g的中间体1、18.1g的2-萘基硼酸、2.31g的四(三苯基膦)钯(0)中加入甲苯300mL、2M碳酸钠水溶液150mL,加热回流10小时。
反应结束后,立即过滤后,除去水层。有机层用硫酸钠干燥后,进行浓缩。残渣用硅胶柱色谱纯化,得到白色晶体32.3g。通过FD-MS的分析,鉴定为中间体2。
<合成例3>(中间体3的合成)
在合成例2中,使用1-萘基硼酸18.1g来替代2-萘基硼酸,除此之外同样地进行反应,结果得到30.2g的白色粉末。通过FD-MS的分析,鉴定为中间体3。
<合成例4>(中间体4的合成)
在合成例2中,使用9-菲硼酸23.3g来替代2-萘基硼酸,除此之外同样地进行反应,结果得到34.7g的白色粉末。通过FD-MS的分析,鉴定为中间体4。
<合成例5>(中间体5的合成)
在合成例2中,使用4-(2-萘基)苯基硼酸26.0g来替代2-萘基硼酸,除此之外同样地进行反应,结果得到35.2g的白色粉末。通过FD-MS的分析,鉴定为中间体5。
<合成例6>(中间体6的合成)
在氩气气流下,加入4-溴-对三联苯30.7g、苯胺9.3g、叔丁氧基钠13.0g、三(二亚苄基丙酮)二钯(0)460mg、三-叔丁基膦210mg和脱水甲苯500mL,80℃下反应8小时。冷却后,加入水2.5升,用硅藻土过滤混合物,滤液用甲苯萃取,用无水硫酸镁干燥。将其在减压下浓缩,对所得到的粗产物进行柱纯化,用甲苯重结晶,将其进行滤取后,进行干燥,结果得到22.5g的淡黄色粉末。通过FD-MS的分析,鉴定为中间体6。
合成实施例1~6中制造的作为本发明的芳香族胺衍生物的化合物HT1~HT6的结构式如以下所述。
[化学式30]
<合成实施例1>(芳香族胺衍生物(HT1)的合成)
在氩气气流下,加入8.0g中间体2、6.4g中间体6、2.6g叔丁氧基钠、92mg三(二亚苄基丙酮)二钯(0)、42mg三-叔丁基膦和100mL脱水甲苯,80℃下反应8小时。冷却后,加入水500mL,用硅藻土过滤混合物,滤液用甲苯萃取,用无水硫酸镁干燥。将其在减压下浓缩,对所得到的粗产物进行柱纯化,用甲苯重结晶,将其进行滤取后,进行干燥,结果得到7.7g的淡黄色粉末。通过FD-MS的分析,鉴定为芳香族胺衍生物(HT1)。
<合成实施例2>(芳香族胺衍生物(HT2)的合成)
在合成实施例1中,使用8.0g中间体3来替代中间体2,除此之外,同样地进行反应,结果得到7.5g的淡黄色粉末。通过FD-MS的分析,鉴定为芳香族胺衍生物(HT2)。
<合成实施例3>(芳香族胺衍生物(HT3)的合成)
在合成实施例1中,使用9.0g中间体4来替代中间体2,除此之外,同样地进行反应,结果得到8.2g的淡黄色粉末。通过FD-MS的分析,鉴定为芳香族胺衍生物(HT3)。
<合成实施例4>(芳香族胺衍生物(HT4)的合成)
在合成实施例1中,使用16.0g中间体2、使用1.9g苯胺来替代中间体6,除此之外,同样地进行反应,结果得到6.5g的淡黄色粉末。通过FD-MS的分析,鉴定为芳香族胺衍生物(HT4)。
<合成实施例5>(芳香族胺衍生物(HT5)的合成)
在合成实施例1中,使用16.0g中间体3来替代中间体2、使用1.9g苯胺来替代中间体6,除此之外,同样地进行反应,结果得到6.5g的淡黄色粉末。通过FD-MS的分析,鉴定为芳香族胺衍生物(HT5)。
<合成实施例6>(芳香族胺衍生物(HT6)的合成)
在合成实施例1中,使用9.5g中间体5来替代中间体2,除此之外,同样地进行反应,结果得到8.3g的淡黄色粉末。通过FD-MS的分析,鉴定为芳香族胺衍生物(HT6)。
<实施例1>(有机EL元件的制造及评价)
对25mm×75mm×1.1mm厚的附有ITO透明电极的玻璃基板(ジオマティック社制)在异丙醇中进行5分钟的超声波洗涤后,进行30分钟的UV臭氧洗涤。
将洗涤后的附有透明电极线的玻璃基板装配在真空蒸镀装置的基板支架上,首先在形成有透明电极线的一侧的表面上,以覆盖前述透明电极的方式,蒸镀作为空穴注入材料的下述化合物(HI1),形成膜厚50nm的空穴注入层。在空穴注入层的成膜之后,蒸镀作为空穴传输材料的前述合成实施例1中得到的芳香族胺衍生物(HT1),成膜膜厚45nm的空穴传输层。
在该空穴传输层上蒸镀膜厚25nm的下述化合物(BH1)进行成膜。同时,以化合物(BH1)与化合物(BD1)的质量比为40:2的方式蒸镀作为发光分子的下述化合物(BD1)。该膜作为发光层发挥功能。
接着,在该发光层上蒸镀厚度5nm的下述化合物(ET1)和厚度20nm的下述化合物(ET2),成膜电子传输层和电子注入层,进而依次层叠厚度1nm的LiF、厚度80nm的金属Al,形成阴极,从而制造有机电致发光元件。
通过直流电流驱动使所得到的有机电致发光元件发光,测定亮度(L)、电流密度,求得电流密度10mA/cm2下的发光效率(cd/A)和驱动电压(V)。进而,求得电流密度50mA/cm2下的半衰期。结果如表1所示。
[化学式31]
<实施例2和3>(有机EL元件的制造及评价)
在实施例1中,作为空穴传输材料,使用芳香族胺衍生物(HT2)或芳香族胺衍生物(HT3)来替代芳香族胺衍生物(HT1),除此之外同样地制造有机EL元件,并进行评价。结果如表1所示。
<比较例1和2>(有机EL元件的制造及评价)
在实施例1中,作为空穴传输材料,使用下述比较化合物1或比较化合物2来替代芳香族胺衍生物(HT1),除此之外同样地制造有机EL元件,并进行评价。结果如表1所示。
[化学式32]
。
[表1]
由表1可知,空穴传输层使用本发明的芳香族胺衍生物的有机EL元件,与空穴传输层使用公知的芳香族胺衍生物的有机EL元件相比,可以得到高发光效率,进而元件寿命长。另外,空穴传输层使用本发明的芳香族胺衍生物的有机EL元件,可以低电压驱动。
产业上的利用性
若利用本发明的芳香族胺衍生物作为有机EL元件用材料(特别是空穴传输材料),则可以得到能够低电压驱动、发光效率高、寿命长的有机EL元件。因此,本发明的有机EL元件可以利用于壁挂电视的平板显示器等平面发光体、复印机、打印机、液晶显示器的背光源或计量仪器等的光源、指示板、标记灯等。
另外,本发明的芳香族胺衍生物,不仅在有机EL元件中是有用的,在电子照相感光体、光电转换元件、太阳能电池、图像传感器等领域中也是有用的。
Claims (11)
1.下述通式(1)所示的芳香族胺衍生物,
上式中,Ar1为下述通式(A-1)或(A-2)所示的有机基团A,Ar2为下述通式(B-1)所示的有机基团B,Ar3为下述通式(C-1)所示的有机基团C,
上式中,Ar4为被碳原子数1~10的烷基取代的或未取代的成环碳原子数10~14的稠环基,R1和R2各自独立地为氢原子、碳原子数1~10的烷基、成环碳原子数3~10的环烷基或成环碳原子数6~12的芳基,R3~R5各自独立地为碳原子数1~10的烷基、成环碳原子数3~10的环烷基、成环碳原子数6~12的芳基,L为未取代的成环碳原子数6~10的亚芳基,
另外,a、b和c各自独立地为0~2的整数;
上式中,Ar5和Ar6各自独立地为被碳原子数1~10的烷基取代的或未取代的成环碳原子数6~14的亚芳基,Ar7为被碳原子数1~10的烷基取代的或未取代的成环碳原子数6~14的芳基,R6~R8各自独立地为碳原子数1~10的烷基、碳原子数3~10的环烷基或成环碳原子数6~12的芳基,
另外,d、e和f各自独立地为0~2的整数,g为0或1;
上式中,R11为碳原子数1~10的烷基或碳原子数3~10的环烷基,另外,h为0~2的整数,h为2时,R11不彼此相互键合形成环。
2.根据权利要求1所述的芳香族胺衍生物,其中,所述有机基团B如下述通式(B-2)所示,
上式中,Ar7为被碳原子数1~10的烷基取代的或未取代的成环碳原子数6~14的芳基,R6~R8各自独立地为碳原子数1~10的烷基、碳原子数3~10的环烷基或成环碳原子数6~12的芳基,
另外,d、e和f各自独立地为0~2的整数,g为0或1。
3.根据权利要求2所述的芳香族胺衍生物,其中,所述有机基团B如下述通式(B-3)~(B-4)中的任一者所示,
上式中,R6~R8各自独立地为碳原子数1~10的烷基、碳原子数3~10的环烷基或成环碳原子数6~12的芳基,
另外,d、e和f各自独立地为0~2的整数。
4.根据权利要求1~3中任一项所述的芳香族胺衍生物,其中,所述Ar1为所述通式(A-1)所示的有机基团A。
5.有机电致发光元件用材料,其包含权利要求1~4中任一项所述的芳香族胺衍生物。
6.有机电致发光元件用空穴传输材料,其包含权利要求1~4中任一项所述的芳香族胺衍生物。
7.有机电致发光元件,其为在阳极与阴极之间具有发光层的有机电致发光元件,其特征在于,具有1层以上的含有权利要求1~4中任一项所述的芳香族胺衍生物的有机薄膜层。
8.根据权利要求7所述的有机电致发光元件,其中,所述有机薄膜层具有空穴传输层,权利要求1~4中任一项所述的芳香族胺衍生物含有在该空穴传输层中。
9.根据权利要求7所述的有机电致发光元件,其中,所述有机薄膜层具有空穴注入层和空穴传输层,权利要求1~4中任一项所述的芳香族胺衍生物含有在该空穴传输层中。
10.根据权利要求7~9中任一项所述的有机电致发光元件,其中,所述发光层中含有选自蒽衍生物、荧蒽衍生物、苯乙烯胺衍生物和芳胺衍生物中的至少1种。
11.根据权利要求7~9中任一项所述的有机电致发光元件,其中,所述有机薄膜层具有空穴传输层和空穴注入层,该空穴传输层和空穴注入层中的至少一者含有受主材料。
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