JP2007254312A - 有機化合物及びこれを用いた有機電界発光素子 - Google Patents
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Abstract
【課題】耐熱性に優れる新規な有機化合物、発光効率が高い有機電界発光素子の提供。
【解決手段】１，３，５−置換ベンゼン、あるいは２，４，６−置換トリアジン誘導体。置換基はオルト位に置換基を有するフェニル基である。例えば、式（５）の化合物で、発光素子の発光材料として用いられる。
【選択図】なし
【解決手段】１，３，５−置換ベンゼン、あるいは２，４，６−置換トリアジン誘導体。置換基はオルト位に置換基を有するフェニル基である。例えば、式（５）の化合物で、発光素子の発光材料として用いられる。
【選択図】なし
Description
本発明は、新規な有機化合物、及びこれを用いた有機電界発光素子に関する。
有機発光素子、特に電界発光機能を備えた有機電界発光素子（以下、「有機ＥＬ素子」と呼ぶことがある）は、次世代平面ディスプレイとして注目されている。この有機電界発光素子を用いることにより、例えば、低消費電力、広視野角、自発光、高速応答性などの特徴を有するフルカラー高解像度ディスプレイの実現が可能である。
従来の有機電界発光素子の発光は、主に蛍光を利用したものであった。すなわち、発光層を挟んで電極を設け、両電極から電子及びホールを注入すると、それらが対電極に向かい、発光層においてある割合で再結合して励起子を生成し、その励起子の励起状態が基底状態に戻るときに発光が生じる。この励起状態には、電子スピンの向きが反平行である一重項励起状態と、電子スピンの向きが平行である三重項励起状態とがある。蛍光はこの一重項励起状態のみが関与する発光形態である。単純な量子力学的推論から、一重項励起状態と三重項励起状態の生成比率は１：３であるので、蛍光を利用した有機電界発光素子の場合には、内部量子効率の最大値は２５％となる。つまり、励起状態の７５％は発光に使用されないことになる。
さらに、有機電界発光素子に用いられる有機材料の屈折率（ｎ）は約１．６〜１．７であり、また、外部への取り出し効率（ηext）は、古典光学における反射と屈折の法則からηext＝１／（２ｎ２）≒０．２、つまり２０％程度である。そのため、蛍光を利用した有機電界発光素子においては、その外部量子効率は、内部量子効率（２５％）×取り出し効率（２０％）となり、最大５％程度と見積もられる。
このため、外部量子効率をさらに向上させるためには、励起状態のうち７５％を占める三重項励起状態からの発光、すなわち燐光も利用する必要がある。燐光の利用が可能となれば、外部量子効率を最大２０％程度まで向上させることができる。
そこで、最近では、燐光型有機ＥＬ素子の開発が進められており、燐光型発光材料を用いることで従来の蛍光素子の外部量子効率における理論限界の５％を超え、緑色では外部量子効率が１９％にも達する高効率素子が報告されている。
燐光発光を利用した燐光型発光材料の開発は高効率発光の観点から活発に研究がされている。緑色、赤色燐光発光材料については、高い色純度を実現する材料が報告されている。また、青色燐光発光材料についても、これを用いた有機電界発光素子が、例えば、非特許文献１〜４などに報告されている。
安達（Ａｄａｃｈｉ）ら、「Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ（アプライド・フィジックス・レターズ）」、２００１年、７９巻、ｐｐ．２０８２−２０８４
ホルムズ（Ｈｏｌｍｅｓ）ら、「Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ（アプライド・フィジックス・レターズ）」、２００３年、８２巻、ｐｐ．２４２２−２４２４
時任（Ｔｏｋｉｔｏ）ら、「Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ（アプライド・フィジックス・レターズ）」、２００３年、８３巻、ｐｐ．５６９−５７１
ホルムズ（Ｈｏｌｍｅｓ）ら、「Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ（アプライド・フィジックス・レターズ）」、２００３年、８３巻、ｐｐ．３８１８−３８２０
しかしながら、上記非特許文献１〜４に記載されている青色有機電界発光素子の発光効率及び耐熱性は不十分であり、改善が必要であった。特に、上記非特許文献１〜３においてホスト材料として用いられているカルバゾール基を含むＣＢＰ等の化合物は、そのガラス転移温度（Ｔｇ）が非常に低く、有機電界発光素子の耐久性の低さの大きな原因となっている。
また、有機電界発光素子の耐久性を向上させるためには、青色燐光発光材料や青色燐光用ホスト材料だけではなく、有機層に使用される各材料について、薄膜の安定性及び耐熱性に優れることが求められている。
本発明は、耐熱性に優れる新規な有機化合物を提供する。
また、本発明は、このような有機化合物を用いた、発光効率が高くかつ耐熱性に優れる有機電界発光素子を提供する。
本発明は、下記式（１）で表される有機化合物である。
（式（１）中、Ｘ１はＣＲ１またはＮを表し、Ｒ１は水素原子または置換基を表す。Ｙ１〜Ｙ６は、それぞれ独立して置換基を表す。Ｚ１〜Ｚ２１は、それぞれ独立して水素原子または置換基を表し、Ｚ１〜Ｚ４、Ｚ５〜Ｚ７、Ｚ８〜Ｚ１１、Ｚ１２〜Ｚ１４、Ｚ１５〜Ｚ１８、及びＺ１９〜Ｚ２１のそれぞれの中の隣同士で環を形成してもよい。）
（式（１）中、Ｘ１はＣＲ１またはＮを表し、Ｒ１は水素原子または置換基を表す。Ｙ１〜Ｙ６は、それぞれ独立して置換基を表す。Ｚ１〜Ｚ２１は、それぞれ独立して水素原子または置換基を表し、Ｚ１〜Ｚ４、Ｚ５〜Ｚ７、Ｚ８〜Ｚ１１、Ｚ１２〜Ｚ１４、Ｚ１５〜Ｚ１８、及びＺ１９〜Ｚ２１のそれぞれの中の隣同士で環を形成してもよい。）
また、前記有機化合物において、前記Ｒ１は水素原子、アルキル基、ハロゲン原子、ハロゲン化アルキル基、アルコキシル基を表し、前記Ｙ１〜Ｙ６は、それぞれ独立してアルキル基、ハロゲン原子、ハロゲン化アルキル基、アルコキシル基を表し、前記Ｚ１〜Ｚ２１は、それぞれ独立して水素原子、アルキル基、ハロゲン原子、ハロゲン化アルキル基、アルコキシル基を表す有機化合物であることが好ましい。
また、本発明は、下記式（２）で表される有機化合物である。
（式（２）中、Ｘ２はＣＲ２またはＮを表し、Ｒ２は水素原子または置換基を表す。Ｙ７〜Ｙ１５は、それぞれ独立して置換基を表す。Ｚ２２〜Ｚ５１は、それぞれ独立して水素原子または置換基を表し、Ｚ２２〜Ｚ２５、Ｚ２６〜Ｚ２８、Ｚ２９〜Ｚ３１、Ｚ３２〜Ｚ３５、Ｚ３６〜Ｚ３８、Ｚ３９〜Ｚ４１、Ｚ４２〜Ｚ４５、Ｚ４６〜Ｚ４８、及びＺ４９〜Ｚ５１のそれぞれの中の隣同士で環を形成してもよい。）
（式（２）中、Ｘ２はＣＲ２またはＮを表し、Ｒ２は水素原子または置換基を表す。Ｙ７〜Ｙ１５は、それぞれ独立して置換基を表す。Ｚ２２〜Ｚ５１は、それぞれ独立して水素原子または置換基を表し、Ｚ２２〜Ｚ２５、Ｚ２６〜Ｚ２８、Ｚ２９〜Ｚ３１、Ｚ３２〜Ｚ３５、Ｚ３６〜Ｚ３８、Ｚ３９〜Ｚ４１、Ｚ４２〜Ｚ４５、Ｚ４６〜Ｚ４８、及びＺ４９〜Ｚ５１のそれぞれの中の隣同士で環を形成してもよい。）
また、前記有機化合物において、前記Ｒ２は水素原子、アルキル基、ハロゲン原子、ハロゲン化アルキル基、アルコキシル基を表し、前記Ｙ７〜Ｙ１５は、それぞれ独立してアルキル基、ハロゲン原子、ハロゲン化アルキル基、アルコキシル基を表し、前記Ｚ２２〜Ｚ５１は、それぞれ独立して水素原子、アルキル基、ハロゲン原子、ハロゲン化アルキル基、アルコキシル基を表す有機化合物であることが好ましい。
また、本発明は、下記式（３）で表される有機化合物である。
（式（３）中、Ｘ３はＣＲ３またはＮを表し、Ｒ３は水素原子または置換基を表す。Ｙ１６〜Ｙ２７は、それぞれ独立して置換基を表す。Ｚ５２〜Ｚ９０は、それぞれ独立して水素原子または置換基を表し、Ｚ５２〜Ｚ５５、Ｚ５６〜Ｚ５８、Ｚ５９〜Ｚ６１、Ｚ６２〜Ｚ６４、Ｚ６５〜Ｚ６８、Ｚ６９〜Ｚ７１、Ｚ７２〜Ｚ７４、Ｚ７５〜Ｚ７７、Ｚ７８〜Ｚ８１、Ｚ８２〜Ｚ８４、Ｚ８５〜Ｚ８７、及びＺ８８〜Ｚ９０のそれぞれの中の隣同士で環を形成してもよい。）
（式（３）中、Ｘ３はＣＲ３またはＮを表し、Ｒ３は水素原子または置換基を表す。Ｙ１６〜Ｙ２７は、それぞれ独立して置換基を表す。Ｚ５２〜Ｚ９０は、それぞれ独立して水素原子または置換基を表し、Ｚ５２〜Ｚ５５、Ｚ５６〜Ｚ５８、Ｚ５９〜Ｚ６１、Ｚ６２〜Ｚ６４、Ｚ６５〜Ｚ６８、Ｚ６９〜Ｚ７１、Ｚ７２〜Ｚ７４、Ｚ７５〜Ｚ７７、Ｚ７８〜Ｚ８１、Ｚ８２〜Ｚ８４、Ｚ８５〜Ｚ８７、及びＺ８８〜Ｚ９０のそれぞれの中の隣同士で環を形成してもよい。）
また、前記有機化合物において、前記Ｒ３は水素原子、アルキル基、ハロゲン原子、ハロゲン化アルキル基、アルコキシル基を表し、前記Ｙ１６〜Ｙ２７は、それぞれ独立してアルキル基、ハロゲン原子、ハロゲン化アルキル基、アルコキシル基を表し、前記Ｚ５２〜Ｚ９０は、それぞれ独立して水素原子、アルキル基、ハロゲン原子、ハロゲン化アルキル基、アルコキシル基を表す有機化合物であることが好ましい。
また、前記有機化合物において、前記Ｘ１はＣＨであることが好ましく、またはＺ１〜Ｚ２１は水素原子であることが好ましく、または、前記Ｙ１〜Ｙ６はメチル基であることが好ましい。
また、前記有機化合物において、前記Ｘ１はＣＨであり、かつ、Ｚ１〜Ｚ２１は水素原子であり、かつ、Ｙ１〜Ｙ６はメチル基であることが好ましい。
また、本発明は、有機層を備える有機電界発光素子であって、前記有機化合物を前記有機層中に含む。
また、本発明は、発光層を備える有機電界発光素子であって、前記有機化合物を前記発光層中に含む。
また、本発明は、有機電界発光素子であって、ホスト材料及びドーパント材料を含む発光層を備え、前記ホスト材料は、前記有機化合物を含む。
また、本発明は、有機電界発光素子であって、ホスト材料及び燐光発光性のドーパント材料を含む発光層を備え、前記ホスト材料は、前記有機化合物を含む。
また、本発明は、有機電界発光素子であって、ホスト材料及び青色燐光発光性のドーパント材料を含む発光層を備え、前記ホスト材料は、前記有機化合物を含む。
また、本発明は、有機電界発光素子であって、ホスト材料及び純青色燐光発光性のドーパント材料を含む発光層を備え、前記ホスト材料は、前記有機化合物を含む。
また、本発明は、有機電界発光素子であって、ホスト材料及び純青色燐光発光性のドーパント材料を含む発光層を備え、前記ホスト材料は、前記有機化合物を含み、前記純青色燐光発光性のドーパント材料は、下記式（４）で示されるＦＩｒ６を含む。
本発明では、耐熱性に優れる新規な有機化合物を提供することができる。この有機化合物は薄膜化した場合にも安定性が高い。
また、有機層を備える有機電界発光素子において、このような特定の構造を有する有機化合物を有機層中に含むことにより、発光効率が高くかつ耐熱性に優れる有機電界発光素子を実現することができる。
本発明の実施形態について以下説明する。
＜有機化合物＞
本発明の実施形態に係る有機化合物は、下記式（１）で表される。
本発明の実施形態に係る有機化合物は、下記式（１）で表される。
（式（１）中、Ｘ１はＣＲ１またはＮを表し、Ｒ１は水素原子または置換基を表す。Ｙ１〜Ｙ６は、それぞれ独立して置換基を表す。Ｚ１〜Ｚ２１は、それぞれ独立して水素原子または置換基を表し、Ｚ１〜Ｚ４、Ｚ５〜Ｚ７、Ｚ８〜Ｚ１１、Ｚ１２〜Ｚ１４、Ｚ１５〜Ｚ１８、及びＺ１９〜Ｚ２１のそれぞれの中の隣同士で環を形成してもよい。）
上記式（１）の有機化合物において、Ｘ１は合成のし易さ等の点からＣＲ１が好ましい。Ｒ１は水素原子、アルキル基、ハロゲン原子、ハロゲン化アルキル基、アルコキシル基であることが好ましく、合成のし易さ等の点から水素原子がより好ましい。また、Ｙ１〜Ｙ６は、それぞれ独立してアルキル基、ハロゲン原子、ハロゲン化アルキル基、アルコキシル基であることが好ましく、合成のし易さ等の点からアルキル基がより好ましく、原材料の入手のし易さ等の点からメチル基が最も好ましい。また、Ｚ１〜Ｚ２１は、それぞれ独立して水素原子、アルキル基、ハロゲン原子、ハロゲン化アルキル基、アルコキシル基であることが好ましく、合成のし易さ等の点から水素原子がより好ましい。
また、本発明の実施形態に係る有機化合物は、下記式（２）で表される。
（式（２）中、Ｘ２はＣＲ２またはＮを表し、Ｒ２は水素原子または置換基を表す。Ｙ７〜Ｙ１５は、それぞれ独立して置換基を表す。Ｚ２２〜Ｚ５１は、それぞれ独立して水素原子または置換基を表し、Ｚ２２〜Ｚ２５、Ｚ２６〜Ｚ２８、Ｚ２９〜Ｚ３１、Ｚ３２〜Ｚ３５、Ｚ３６〜Ｚ３８、Ｚ３９〜Ｚ４１、Ｚ４２〜Ｚ４５、Ｚ４６〜Ｚ４８、及びＺ４９〜Ｚ５１のそれぞれの中の隣同士で環を形成してもよい。）
上記式（２）の有機化合物において、Ｘ２は合成のし易さ等の点からＣＲ２が好ましい。Ｒ２は水素原子、アルキル基、ハロゲン原子、ハロゲン化アルキル基、アルコキシル基であることが好ましく、水素原子がより好ましい。また、Ｙ７〜Ｙ１５は、それぞれ独立してアルキル基、ハロゲン原子、ハロゲン化アルキル基、アルコキシル基であることが好ましく、合成のし易さ等の点からアルキル基がより好ましく、原材料の入手のし易さ等の点からメチル基が最も好ましい。また、Ｚ２２〜Ｚ５１は、それぞれ独立して水素原子、アルキル基、ハロゲン原子、ハロゲン化アルキル基、アルコキシル基であることが好ましく、水素原子がより好ましい。
また、本発明の実施形態に係る有機化合物は、下記式（３）で表される。
（式（３）中、Ｘ３はＣＲ３またはＮを表し、Ｒ３は水素原子または置換基を表す。Ｙ１６〜Ｙ２７は、それぞれ独立して置換基を表す。Ｚ５２〜Ｚ９０は、それぞれ独立して水素原子または置換基を表し、Ｚ５２〜Ｚ５５、Ｚ５６〜Ｚ５８、Ｚ５９〜Ｚ６１、Ｚ６２〜Ｚ６４、Ｚ６５〜Ｚ６８、Ｚ６９〜Ｚ７１、Ｚ７２〜Ｚ７４、Ｚ７５〜Ｚ７７、Ｚ７８〜Ｚ８１、Ｚ８２〜Ｚ８４、Ｚ８５〜Ｚ８７、及びＺ８８〜Ｚ９０のそれぞれの中の隣同士で環を形成してもよい。）
上記式（３）の有機化合物において、Ｘ３は合成のし易さ等の点からＣＲ３が好ましい。Ｒ３は水素原子、アルキル基、ハロゲン原子、ハロゲン化アルキル基、アルコキシル基であることが好ましく、水素原子がより好ましい。また、Ｙ１６〜Ｙ２７は、それぞれ独立してアルキル基、ハロゲン原子、ハロゲン化アルキル基、アルコキシル基であることが好ましく、合成のし易さ等の点からアルキル基がより好ましく、原材料の入手のし易さ等の点からメチル基が最も好ましい。また、Ｚ５２〜Ｚ９０は、それぞれ独立して水素原子、アルキル基、ハロゲン原子、ハロゲン化アルキル基、アルコキシル基であることが好ましく、水素原子がより好ましい。
ここで、上記アルキル基としては、炭素数１〜４のアルキル基であることが好ましく、メチル基、エチル基、直鎖、分岐または環状のプロピル基、直鎖、分岐または環状のブチル基等が挙げられ、合成のし易さ等の点から炭素数１〜４のアルキル基であることが好ましく、メチル基がより好ましい。炭素数が５以上であると、蒸着温度が高くなり真空蒸着しにくくなる、あるいは真空蒸着時に高温まで上げる必要があり分解する可能性がある、あるいは、アルキル鎖は絶縁性が高いので電子又はホールの伝導性が低くなるため、炭素数４以下であることが好ましい。
上記ハロゲン原子としては、フッ素、塩素、臭素、ヨウ素等が挙げられ、化合物の安定性等の点からフッ素が好ましい。
上記ハロゲン化アルキル基としては、炭素数１〜４のハロゲン化アルキル基であることが好ましい。また、ハロゲン化アルキル基は、フッ素、塩素、臭素、ヨウ素等を含むアルキル基であり、化合物の安定性の点からフッ素を含むアルキル基であることが好ましく、また、具体的には、ハロゲン基を含むメチル基、エチル基、直鎖、分岐または環状のプロピル基、直鎖、分岐または環状のブチル基等であり、トリフルオロメチル基、ペンタフルオロエチル基、２，２，２−トリフルオロエチル基、ｎ−パーフルオロプロピル基、ｉ−パーフルオロプロピル基、ｎ−パーフルオロブチル基、等のフッ化アルキル基が挙げられる。炭素数が５以上であると、蒸着温度が高くなり真空蒸着しにくくなる、あるいは真空蒸着時に高温まで上げる必要があり分解する可能性がある、あるいは、電子又はホールの伝導性が低くなるため、炭素数４以下であることが好ましい。
上記アルコキシル基としては、炭素数１〜４のアルコキシル基であることが好ましく、メトキシ基、エトキシ基、直鎖、分岐または環状のプロポキシ基、直鎖、分岐または環状のブトキシ基等が挙げられる。炭素数が５以上であると、蒸着温度が高くなり真空蒸着しにくくなる、あるいは真空蒸着時に高温まで上げる必要があり分解する可能性がある、あるいは、電子又はホールの伝導性が低くなるため、炭素数４以下であることが好ましい。
上記Ｚ１〜Ｚ９０の中の隣同士で形成してもよい環としては、ベンゼン環、ナフタレン環、アントラセン環等の芳香族環、シクロヘキシル環等の脂肪族環、チオフェン環、ピロール環、ピリジン環等の複素環等が挙げられる。
上記式（１）、（２）、（３）で表される有機化合物のうち、合成経路が短く、容易に製造することができるという点で、下記化合物（５）等の上記式（１）で示される化合物が好ましい。ここで、下記化合物（５）は、上記式（１）において、Ｘ１はＣＲ１を表し、Ｒ１及びＺ１〜Ｚ２１は水素原子であり、Ｙ１〜Ｙ６はメチル基である。また、使用目的とする吸収波長、耐熱性、昇華温度等の特性に応じて、上記式（１）、（２）、（３）で表される有機化合物のうちから骨格を選択すればよい。
上記式（１）、（２）、（３）で表される有機化合物の分子量は１６００以下であることが好ましく、１４００以下であることがより好ましい。分子量が２０００を超えると、蒸着膜を形成するときに昇華が困難になる傾向にあるので好ましくない。また、上記式（１）で表される有機化合物の分子量は６１８以上であることが好ましく、上記式（２）で表される有機化合物の分子量は８８８以上であることが好ましく、上記式（３）で表される有機化合物の分子量は１１５８以上であることが好ましい。本実施形態において、有機化合物の分子量を特定の範囲内とすることにより、薄膜の形成のし易さ、薄膜安定性及び耐熱性を同時に実現することができるため、好ましい。
本実施形態に係る有機化合物は、フェニル基のオルト位に置換基を有することにより、例えば、有機ＥＬ素子等の素子に用いた場合にベンゼン環同士が環を形成しにくく、電気化学的に安定である。フェニル基のオルト位に置換基を有さない場合には、例えば、有機ＥＬ素子等の素子に用いて有機ＥＬ素子等を駆動した際に、電気化学的に反応し、ベンゼン環同士が環を形成する可能性がある。したがって、有機ＥＬ素子等の素子の安定性が向上する。この点から、上記式（１）において、Ｚ１，Ｚ８，Ｚ１５のうち少なくとも１つ、好ましくは全てがメチル基等の置換基であってもよい。また、上記式（２）において、Ｚ２２，Ｚ３２，Ｚ４２のうち少なくとも１つ、好ましくは全てがメチル基等の置換基であってもよい。また、上記式（３）において、Ｚ５２，Ｚ６５，Ｚ７８のうち少なくとも１つ、好ましくは全てがメチル基等の置換基であってもよい。
また、本実施形態に係る有機化合物は、分子量が比較的大きく、耐熱性が高い。このため、有機ＥＬ素子等の素子に用いた場合に、高温環境下でも素子の安定性が向上する。さらに、本実施形態に係る有機化合物を用いて薄膜を形成したときに薄膜のアモルファス性が良好であり、有機ＥＬ素子等の素子に用いた場合に、素子の安定性が向上する。
本実施形態に係る上記式（１）で表される有機化合物としては、具体的には、下記式で示される化合物が挙げられる。
本実施形態に係る上記式（２）で表される有機化合物としては、具体的には、下記式で示される化合物が挙げられる。
本実施形態に係る上記式（３）で表される有機化合物としては、具体的には、下記式で示される化合物が挙げられる。
上記式（１）、（２）、（３）で表される化合物の合成について説明する。これらの合成では反応式１で示されるクロスカップリングビアリール合成を利用する。クロスカップリングビアリール合成は、Suzuki反応、Kharasch反応、Negishi反応、Stille反応、Grignard反応、Ullmann反応などが利用でき、更に他の金属（例としてＰｄ、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｓｎ、Ｎｉ、Ｐｔ）や金属錯体（例としてＰｄ（ＰＰｈ３）４、Ｐｄ（ＯＡｃ）２、Ｐｄ２（ｄｂａ）３、Ｐｄ（ＰＰｈ３）２Ｃｌ２、Ｐｄ（ｄｐｐｆ）２Ｃｌ２、Ｐｄ／Ｃ、Ｎｉ（ＰＰｈ３）２Ｃｌ２、Ｎｉ（ＰＰｈ３）４、Ｎｉ（ｄｐｐｐ）Ｃｌ２、Ｎｉ（ｄｐｐｅ）Ｃｌ２、Ｎｉ（ａｃａｃ）２）触媒、官能基Ｗ１、Ｗ２、塩基（例としてＮａ２ＣＯ３、Ｋ２ＣＯ３、Ｃｓ２ＣＯ３、Ｂａ（ＯＨ）２などの無機塩基や、ＮＥｔ３、ＮＨ（ｉ−Ｐｒ）２、ＮＨＥｔ２、ＮＨＭｅ２、ＮＭｅ３、ＤＢＵ、ＤＭＡＰ、ピリジンなどの有機塩基）や溶媒（例としてトルエン、ベンゼン、ジメチルホルムアミド、エタノール、メタノール、イソプロピルアルコール、水、ジメチルホルムアミドなど）やＰＰｈ３、Ｐ（ｏ−Ｔｏｌ）３、Ｐ（ｔ−Ｂｕ）３、ＰＥｔ３を用い、室温または加熱することで合成してもよい。またクロスカップリングビアリール合成反応の収率向上や反応位置選択性を図るために、官能基Ｗ１、Ｗ２を他の官能基に変換する反応を取り入れても良い。これらの官能基変換としては、臭化物からホウ酸への変換が例としてあるが、これに限定しない。
次に一般式（１）で表される化合物の一例として1,3,5-Tris(2,6-dimethylbiphen-2’-yl)benzeneの合成について例示する。コンバージェントに合成する反応式２Ａとダイバージェントに合成する反応式２Ｂのどちらの手法で合成してもよい。純度や合成収率からより好ましくは反応式２Ａである。ここで、Ｗ１〜Ｗ４は官能基である。
次に一般式（２）で表される化合物の一例として1,3,5-Tris(2,6,3’,3”-tetramethyl-1,1’:2’,1”-terphen-2”-yl)benzeneの合成について例示する。コンバージェントに合成する反応式３Ａとダイバージェントに合成する反応式３Ｂのどちらの手法で合成してもよい。純度や合成収率からより好ましくは反応式３Ａである。ここで、Ｗ１〜Ｗ６は官能基である。
次に一般式（３）で表される化合物の一例として1,3,5-Tris(2,6,3’,3”,3’’’-pentamethyl-1,1’:2’,1”:2”,1’’’-quaterphen-2’’’-yl)benzeneの合成について例示する。コンバージェントに合成する反応式４Ａとダイバージェントに合成する反応式４Ｂのどちらの手法で合成してもよい。純度や合成収率からより好ましくは反応式４Ａである。ここで、Ｗ１〜Ｗ８は官能基である。
本実施形態に係る上記式（１），（２），（３）で示す有機化合物は、有機ＥＬ素子に限らず、表示素子，コンピュータ，テレビ，携帯電話，デジタルカメラ，ＰＤＡ，カーナビゲーション等のディスプレイやバックライト、照明，インテリア，標識，交通信号機，看板など、ＣＤ，ＤＶＤ等の記録光源、読み取り光源、複写機，スキャナ等の光源、ＣＤ−Ｒ，ＤＶＤ−Ｒ等の記録用光ディスクの記録層用色素、レーザー色素、増感色素、医療診断用蛍光薬剤等の幅広い分野に好適に使用することができる。
＜有機ＥＬ素子＞
次に、本発明の実施形態に係る上記有機化合物を使用した有機ＥＬ素子の実施形態について説明する。
次に、本発明の実施形態に係る上記有機化合物を使用した有機ＥＬ素子の実施形態について説明する。
図１は、有機ＥＬ素子の概略断面構造を示す。ガラス、プラスチック等の透明基板１０には、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）等を用いて透明電極１２が形成される。透明電極１２は、ここでは陽極として機能する。透明電極１２上には少なくとも1層の有機層２０が形成されている。
有機層２０は、少なくとも発光層２４を備え、用いる有機化合物の機能等によって層構造が異なる。発光層の単層構造の他、正孔輸送層／発光層、発光層／電子輸送層、正孔輸送層／発光層／電子輸送層、等の多層構造を採用することが可能である。本実施形態では、透明電極１２側から順に、正孔輸送層２２／発光層２４／正孔ブロック層２６／電子輸送層２８が積層されている。
有機層２０上には、金属電極１４が形成されている。金属電極１４は、ここでは陰極として機能する。この金属電極１４は、例えば、図１に示すようにＬｉＦ層（電子注入層）とＡｌ電極等との積層体により構成することができる。また、Ａｌ電極の単独層により金属電極１４を構成することもできる。また、Ａｌの他にも、例えば、Ｍｇ−Ａｇ合金、Ａｌ−Ｌｉ合金等を使用することができる。また、図示しないが、透明電極１２と正孔輸送層２２との間には銅フタロシアニン（ＣｕＰｃ）、スターバーストアミン、バナジウム酸等を用いて正孔注入層を形成してもよい。
本実施形態では、以上のような構成の有機ＥＬ素子において上記式（１）〜（３）で示される有機化合物のうち少なくとも１つを用いる。この有機化合物は、正孔注入層、正孔輸送層、発光層、正孔ブロック層、電子輸送層、電子注入層等の有機薄膜用の材料として用いることができるが、発光層、電子輸送層の材料として好ましく使用することができ、特に発光層の材料として好ましく使用することができる。
すなわち、本実施形態に係る有機電界発光素子において、有機層が発光層を含有し、上記式（１）〜（３）で表される有機化合物のうち少なくとも１つを発光層中に含むことが好ましい。また、発光層がホスト材料及びドーパント材料を含有し、ホスト材料は、上記式（１）〜（３）で表される有機化合物のうち少なくとも１つを含むことが好ましい。また、発光層がホスト材料及び燐光発光性のドーパント材料を含有し、ホスト材料は、上記式（１）〜（３）で表される有機化合物のうち少なくとも１つを含むことが好ましい。また、発光層がホスト材料及び青色燐光発光性のドーパント材料を含有し、ホスト材料は、上記式（１）〜（３）で表される有機化合物のうち少なくとも１つを含むことが好ましい。また、発光層がホスト材料及び純青色燐光発光性のドーパント材料を含有し、ホスト材料は、上記式（１）〜（３）で表される有機化合物のうち少なくとも１つを含むことが好ましい。これにより、発光効率が高くかつ耐熱性に優れる有機電界発光素子、特に発光効率が高くかつ耐熱性に優れる青色有機電界発光素子及び純青色有機電界発光素子を実現することができる。
なお本明細書で「純青色」とは、ＣＩＥ１９３１のｘ−ｙ色度座標において、ｘ≦０．２かつｙ≦０．３の範囲の青色のことをいう。
ここで、上記有機化合物は、高効率な蛍光発光または燐光発光が可能であり、この化合物を発光材料として用いることで高効率の蛍光発光型有機ＥＬ素子または高効率の燐光発光型有機ＥＬ素子を実現することができる。特に、燐光発光型有機ＥＬ素子の発光層の材料として用いると、高効率の素子を実現することができるのでより好ましい。上記有機化合物は、単独で発光層２４の材料として用いることもできるが、発光効率、駆動電力の低減、発光色の色純度向上等の観点より、ホスト材料として用いて、ドーパント材料を所定量ドープして発光層２４とすることが好ましい。また、発光層の材料として使用する場合、目的とする色に応じて、上記式（１）、（２）、（３）で表される有機化合物のうちから骨格を選択すればよい。
次に、上記有機化合物と共に有機ＥＬ素子の有機層２０に使用可能な材料の例を説明する。まず、発光層２４のホスト材料として、この有機化合物を用いる場合に、ドーパント材料としては、青色燐光用としては例えば下記式（６），（４）に示されるような化合物が挙げられる。緑色燐光用としては例えば下記式（７）に示されるような化合物が挙げられる。赤色燐光用としては例えば下記式（８）に示されるような化合物が挙げられる。青色蛍光用としては例えば下記式（９）に示されるような化合物が挙げられる。
ここで、上記式（６）に示される化合物は、ＦＩｒｐｉｃ（Iridium(III)bis(2-(4,6-difluorophenyl)pyridinato-N,C2')picolinate）、上記式（４）に示される化合物は、ＦＩｒ６（Bis(4',6'-difluorophenylpyridinato)tetrakis(1-pyrazolyl)borate）、上記式（７）に示される化合物は、Ｉｒ（ｐｐｙ）３（tris(2-phenylpyridine) iridium(III)）、上記式（８）に示される化合物は、Ｉｒ（ｐｉｑ）３（tris(2-phenylisoquinoline) iridium (III)）、上記式（９）に示される化合物は、Bis[4-(N,N-diphenylamino)styryl]-9,10-Anthraceneである。
また、正孔輸送層２２に用いる材料としては、正孔輸送機能を備えていれば特に限定されないが、例えば、トリフェニルアミンの多量体を使用することができ、一例としては、下記式（１０）に示すα−ＮＰＤ（4,4'-Bis[N-(1-naphthyl)-N-phenyl-amino]biphenyl）、下記式（１１）に示すＴＰＴＥ（triphenylamine tetramer）を使用することができる。
また、電子輸送層２８に用いる材料としては、電子輸送機能を備えていれば特に限定されないが、例えば、下記式（１２）に示すアルミキノリノール錯体（Ａｌｑ３:Tris(8-hydroxyquinolinato)aluminum(III)））を使用することができる。
ところで、発光層２４のホスト材料として用いる上記有機化合物は、ハイポーラ性を有することが多い。発光層２４のホスト材料としてハイポーラ性の化合物を用いる場合、発光層２４から電子輸送層２８に正孔が流れ出てしまうことを防止するために発光層２４と電子輸送層２８との間に正孔ブロック層２６を形成することが好適である。電子輸送層２８にＡｌｑ３等を用いている場合に電位輸送層２８に正孔が流れ込むことでこのＡｌｑ３等が発光したり、正孔を発光層に閉じ込めることができずに発光効率が低下するなどといった問題を防止することができる。正孔ブロック層２６に用いる材料としては、下記式（１３）に示すＴＰＢＩ（2,2',2''-(1,3,5-phenylene)tris[1-phenyl-1H-benzimidazole）や、下記式（１４）に示すバソクプロイン（ＢＣＰ）や、下記式（１５）に示すＢＡｌｑ（Aluminum(III)bis(2-methyl-8-quinolinato) 4-phenylphenolate）、下記式（１６）に示すＣ６０Ｆ４２−Ｘ、下記式（１７）に示すＣ６０Ｆ４２−Ｙ等を挙げることができる。
また、発光層２４から正孔輸送層２２に電子が流れ出てしまうことを防止するために、発光層２４と正孔輸送層２２との間に電子ブロック層を形成することが好適である。電子ブロック層に用いる材料としては、下記式（１８）に示すＴＣＴＡ（4,4',4''-Tris(carbazol-9-yl)-triphenylamine）や、下記式（１９）に示すＩｒｐｐｚ（tris(phenylpyrazole) iridium）等を挙げることができる。
次に、上記有機化合物を燐光発光のためのホスト材料として用いた、本実施形態に係る有機ＥＬ素子の発光原理について説明する。
陽極として機能する透明電極１２と、陰極として機能する金属電極１４から、正孔及び電子を有機層２０に注入すると、正孔は正孔輸送層２２を介して、電子は電子輸送層２８及び正孔ブロック層２６を介して輸送され、発光層２４に到達し、正孔と電子は再結合する。この正孔と電子の再結合により、まず発光層２４中のホスト材料である上記有機化合物が励起状態となる。前述したように、この励起状態は、一重項励起状態が２５％、三重項励起状態が７５％となっていると考えられる。このような割合のホスト材料の励起エネルギは、ドーパント材料に移動し、ドーパント材料は、それぞれ一重項励起状態及び三重項励起状態となる。ドーパント材料の一重項励起状態は、さらに三重項励起状態に移動し、最終的に三重項励起状態からの燐光発光が主となる。これによって、発生した励起状態のエネルギのほぼ全てが発光エネルギとして使用されることになる。
本実施形態においては、上記有機化合物をホスト材料として使用すると、併用する燐光発光用ドーパント材料、例えば式（６），（４），（７），（８）として例示した材料、に応じて、青色、緑色、赤色の各燐光発光を高色純度、高効率で得ることができる。また、上記有機化合物のフェニル基上の置換基を変更することにより、あるいはフェニル基上の隣同士の置換基で環を形成することにより、上記有機化合物のバンドギャップの幅（吸収波長）を調整することができ、青色、緑色、赤色の各燐光発光用ドーパント材料に最適化したホスト材料を設計することができる。特に、上記有機化合物は従来十分な耐久性が得られていなかった青色燐光発光のホスト材料と比較して、極めて優れた青色燐光発光のホスト材料として使用することができる。
また、ここでは、上記有機化合物を燐光発光のためのホスト材料として使用した例を説明したが、蛍光発光用のホスト材料として使用することもできる。併用する蛍光発光用ドーパント材料、例えば式（９）として例示した材料、に応じて、青色、緑色、赤色の蛍光発光を高色純度、高効率で得ることができる。特に、上記有機化合物は青色の蛍光発光用のホスト材料として好適に使用することができる。
さらに、上記有機化合物のフェニル基上の置換基を変更することにより、あるいはフェニル基上の隣同士の置換基で環を形成することにより、青色、緑色、赤色の各燐光発光用材料、蛍光発光用材料に最適化した発光材料を設計することができる。
本実施形態に係る有機ＥＬ素子において、有機層に含まれる上記有機化合物は、フェニル基のオルト位に置換基を有することにより、ベンゼン環同士が環を形成しにくく、電気化学的に安定である。フェニル基のオルト位に置換基を有さない場合には、有機ＥＬ素子の有機層に用いて有機ＥＬ素子を駆動した際に、電気化学的に反応し、ベンゼン環同士が環を形成する可能性がある。したがって、有機ＥＬ素子の安定性が向上する。
また、本実施形態に係る有機ＥＬ素子において、有機層に含まれる上記有機化合物は、分子量が比較的大きく、耐熱性が高い。このため、有機ＥＬ素子に用いた場合に、高温環境下でも素子の安定性が向上する。さらに、本実施形態に係る有機化合物を用いて薄膜を形成したときに薄膜のアモルファス性が良好であり、有機ＥＬ素子に用いた場合に、素子の安定性が向上する。
本実施形態に係る有機ＥＬ素子は、表示素子，コンピュータ，テレビ，携帯電話，デジタルカメラ，ＰＤＡ，カーナビゲーション等のディスプレイ、バックライト等の光源、照明、インテリア、標識、交通信号機、看板などに好適に使用することができる。
以下、実施例および比較例を挙げ、本発明をより具体的に詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
（実施例１）
＜２−ブロモ−２’，６’−ジメチルビフェニルの合成＞
下記式（２０）に示す２，６−ジメチルフェニルボロン酸 ９７ｇ（６４０ｍｍｏｌ）、下記式（２１）に示す２−ブロモヨードベンゼン １３９ｇ（５８０ｍｍｏｌ）、Ｐｄ（ＰＰｈ３）４ １３．６ｇ（１１．８ｍｍｏｌ）、炭酸ナトリウム １８６ｇ（１７６０ｍｍｏｌ）を、蒸留水９００ｍＬ、トルエン２４００ｍＬの混合溶媒に溶解させ、撹拌下９０℃で９０時間反応させた。反応終了後、放冷し、有機層を分離し、水洗した後、減圧下、溶媒を留去して粗生成物１５３ｇを得た。その粗生成物をカラムクロマトグラフィ（シリカゲル４．５ｋｇ、溶媒：ヘキサン１００％）にて精製し、下記式（２２）に示す２−ブロモ−２’，６’−ジメチルビフェニルを３４．５ｇ（収率２２％）得た。また、ガスクロマトグラフィにより純度を確認したところ、９８．６％であった。
＜２−ブロモ−２’，６’−ジメチルビフェニルの合成＞
下記式（２０）に示す２，６−ジメチルフェニルボロン酸 ９７ｇ（６４０ｍｍｏｌ）、下記式（２１）に示す２−ブロモヨードベンゼン １３９ｇ（５８０ｍｍｏｌ）、Ｐｄ（ＰＰｈ３）４ １３．６ｇ（１１．８ｍｍｏｌ）、炭酸ナトリウム １８６ｇ（１７６０ｍｍｏｌ）を、蒸留水９００ｍＬ、トルエン２４００ｍＬの混合溶媒に溶解させ、撹拌下９０℃で９０時間反応させた。反応終了後、放冷し、有機層を分離し、水洗した後、減圧下、溶媒を留去して粗生成物１５３ｇを得た。その粗生成物をカラムクロマトグラフィ（シリカゲル４．５ｋｇ、溶媒：ヘキサン１００％）にて精製し、下記式（２２）に示す２−ブロモ−２’，６’−ジメチルビフェニルを３４．５ｇ（収率２２％）得た。また、ガスクロマトグラフィにより純度を確認したところ、９８．６％であった。
＜１，３，５−トリス（２，６−ジメチルビフェン−２’−イル）ベンゼンの合成＞
下記式（２２）に示す２−ブロモ−２’，６’−ジメチルビフェニル １０ｇ（３８．２９ｍｍｏｌ）をアルゴン気流下、脱水テトラヒドロフラン（ＴＨＦ） １００ｍＬに溶解し、マグネシウム４．１９ｇ（５７．４ｍｍｏｌ）に添加後、６０℃に加熱して、Ｇｒｉｇｎａｒｄ試薬とした。別容器に下記式（２３）に示す１，３，５−トリブロモベンゼン ３ｇ（９．５３ｍｍｏｌ）、脱水ＴＨＦ４５ｍＬ、テトラキス（トリフェニルホスフィン）パラジウム（Ｐｄ（ＰＰｈ３）４）３．２ｇ（２．８ｍｍｏｌ）を加え、５０℃に加熱した。加熱後、上記Ｇｒｉｇｎａｒｄ試薬を滴下し、５５℃で１２時間撹拌した。反応終了後、水１Ｌに反応液を添加し、析出した結晶をろ過し、水、メタノールで洗浄した。Ｗｅｔ結晶をトルエン１５０ｍＬに加熱溶解し、硫酸マグネシウムにより乾燥し、活性炭処理後、減圧下、溶媒を留去した。スラリー状に結晶が析出した濃縮物にアセトン１５０ｍＬを添加し、撹拌後、結晶をろ過した。得られた結晶３ｇを再度トルエン７０ｍＬに加熱溶解後、減圧下、溶媒を留去した。スラリー状に結晶が析出した濃縮物にヘキサン７０ｍＬを添加し、撹拌後、結晶をろ過した。得られた結晶２．２ｇを昇華精製（３３０℃、５×１０−３Ｐａ、３０ｍｉｎ）し、下記式（５）に示す目的物１，３，５−トリス（２，６−ジメチルビフェン−２’−イル）ベンゼンを１．５ｇ（収率２５．４％）得た。構造は１Ｈ−ＮＭＲにより確認した。図２に１Ｈ−ＮＭＲスペクトルを示す。
下記式（２２）に示す２−ブロモ−２’，６’−ジメチルビフェニル １０ｇ（３８．２９ｍｍｏｌ）をアルゴン気流下、脱水テトラヒドロフラン（ＴＨＦ） １００ｍＬに溶解し、マグネシウム４．１９ｇ（５７．４ｍｍｏｌ）に添加後、６０℃に加熱して、Ｇｒｉｇｎａｒｄ試薬とした。別容器に下記式（２３）に示す１，３，５−トリブロモベンゼン ３ｇ（９．５３ｍｍｏｌ）、脱水ＴＨＦ４５ｍＬ、テトラキス（トリフェニルホスフィン）パラジウム（Ｐｄ（ＰＰｈ３）４）３．２ｇ（２．８ｍｍｏｌ）を加え、５０℃に加熱した。加熱後、上記Ｇｒｉｇｎａｒｄ試薬を滴下し、５５℃で１２時間撹拌した。反応終了後、水１Ｌに反応液を添加し、析出した結晶をろ過し、水、メタノールで洗浄した。Ｗｅｔ結晶をトルエン１５０ｍＬに加熱溶解し、硫酸マグネシウムにより乾燥し、活性炭処理後、減圧下、溶媒を留去した。スラリー状に結晶が析出した濃縮物にアセトン１５０ｍＬを添加し、撹拌後、結晶をろ過した。得られた結晶３ｇを再度トルエン７０ｍＬに加熱溶解後、減圧下、溶媒を留去した。スラリー状に結晶が析出した濃縮物にヘキサン７０ｍＬを添加し、撹拌後、結晶をろ過した。得られた結晶２．２ｇを昇華精製（３３０℃、５×１０−３Ｐａ、３０ｍｉｎ）し、下記式（５）に示す目的物１，３，５−トリス（２，６−ジメチルビフェン−２’−イル）ベンゼンを１．５ｇ（収率２５．４％）得た。構造は１Ｈ−ＮＭＲにより確認した。図２に１Ｈ−ＮＭＲスペクトルを示す。
白色結晶
１Ｈ−ＮＭＲ（ＣＤＣｌ３）：１．７６（ｓ，１８Ｈ，ＣＨ３），６．６５（６Ｈ，Ｐｈ），６．９７（６Ｈ，Ｐｈ），７．０９（６Ｈ，Ｐｈ），７．３０（６Ｈ，Ｐｈ）ｐｐｍ
１Ｈ−ＮＭＲ（ＣＤＣｌ３）：１．７６（ｓ，１８Ｈ，ＣＨ３），６．６５（６Ｈ，Ｐｈ），６．９７（６Ｈ，Ｐｈ），７．０９（６Ｈ，Ｐｈ），７．３０（６Ｈ，Ｐｈ）ｐｐｍ
（実施例２）
＜青色用燐光発光有機電界発光素子の評価＞
ガラス基板上にＩＴＯの透明電極を１５０ｎｍの膜厚で形成し、有機洗浄、純水洗浄、乾燥、ＵＶオゾン処理を行った。その基板を直ちに真空チャンバへ導入後、ＡｒとＯ２のプラズマ処理を行った。
＜青色用燐光発光有機電界発光素子の評価＞
ガラス基板上にＩＴＯの透明電極を１５０ｎｍの膜厚で形成し、有機洗浄、純水洗浄、乾燥、ＵＶオゾン処理を行った。その基板を直ちに真空チャンバへ導入後、ＡｒとＯ２のプラズマ処理を行った。
真空蒸着（真空度５×１０−７Ｔｏｒｒ；１Ｔｏｒｒ≒１３３Ｐａ）により、上記式（１０）で示すα−ＮＰＤを３０ｎｍ堆積して、正孔輸送層を形成した。その上に電子ブロック層として上記式（１９）で示すＩｒｐｐｚを１０ｎｍ、及び上記式（１８）で示すＴＣＴＡを１０ｎｍ蒸着した。次に、発光層のホスト材料として実施例１で得た上記式（５）で示す１，３，５−トリス（２，６−ジメチルビフェン−２’−イル）ベンゼンを用い、ドーパント材料として上記式（４）で示すＦＩｒ６（純青色燐光材料）が６．７重量％の割合となるように同時蒸着して発光層を５０ｎｍの厚さに形成した。
さらに、上記式（１４）で示すＢＣＰを用いて電子輸送層兼正孔ブロック層を４０ｎｍ堆積した。さらにこの後、電子注入層としてＬｉＦ層を０．５ｎｍ、金属電極としてＡｌを１００ｎｍ蒸着した。以上により素子部を得た。
このような素子部の形成された基板を連続して（in-situ）高真空に排気したチャンバへ搬送し、そのチャンバを孤立系にした後、１気圧の高純度窒素で置換した。その後、紫外線硬化樹脂を用いて封止ガラスの端部を端子部は透明電極と、端子部以外はガラス基板の素子形成側表面に接着し、ＵＶランプを用いて紫外線をこの樹脂部に照射し、素子部を密封した。
このようにして得られた有機ＥＬ素子に直流電流を印加し、連続駆動させてその発光効率及び発光スペクトル（ＥＬスペクトル）の測定を行った。この素子の発光スペクトル（ＥＬスペクトル）を図３に示す。４５８ｎｍの青色ピークがメインピークとなっており、純青色燐光材料（ＦＩｒ６）からの発光が得られていることがわかる。４００〜４３０ｎｍ付近に別の発光ピークが現れていないことから、α−ＮＰＤなどの他の材料からの発光はなく、純青色燐光材料（ＦＩｒ６）由来の発光のみであることがわかる。図４に示すように、注入電流密度７．７ｍＡ／ｃｍ２において外部量子効率は最大６．０％に到達し、１１ｍＡ／ｃｍ２において外部量子効率は５．９％（１１３５ｃｄ／ｍ２，ａｔ２２．３Ｖ）であった。また、１１ｍＡ／ｃｍ２における色度座標は（ｘ，ｙ）＝（０．１５２，０．２５９）であり、非常に青色の純度が高かった。
＜蒸着膜の安定性評価＞
石英基板上に、真空蒸着（真空度５×１０−７Ｔｏｒｒ；１Ｔｏｒｒ≒１３３Ｐａ）により、実施例１で得た上記式（５）で示す１，３，５−トリス（２，６−ジメチルビフェン−２’−イル）ベンゼンの層を１００ｎｍの厚さに形成した。この薄膜を形成した基板を室温下、大気中で放置したが、３ヶ月経過後も膜質の変化はなく良好であった。また、ＩＴＯ付きガラス基板上でも同様の結果が得られた。
石英基板上に、真空蒸着（真空度５×１０−７Ｔｏｒｒ；１Ｔｏｒｒ≒１３３Ｐａ）により、実施例１で得た上記式（５）で示す１，３，５−トリス（２，６−ジメチルビフェン−２’−イル）ベンゼンの層を１００ｎｍの厚さに形成した。この薄膜を形成した基板を室温下、大気中で放置したが、３ヶ月経過後も膜質の変化はなく良好であった。また、ＩＴＯ付きガラス基板上でも同様の結果が得られた。
（実施例３）
＜青色用燐光発光有機電界発光素子の作製及び評価＞
ガラス基板上にＩＴＯの透明電極を１５０ｎｍの膜厚で形成し、有機洗浄、純水洗浄、乾燥、ＵＶオゾン処理を行った。その基板を直ちに真空チャンバへ導入後、ＡｒとＯ２のプラズマ処理を行った。
＜青色用燐光発光有機電界発光素子の作製及び評価＞
ガラス基板上にＩＴＯの透明電極を１５０ｎｍの膜厚で形成し、有機洗浄、純水洗浄、乾燥、ＵＶオゾン処理を行った。その基板を直ちに真空チャンバへ導入後、ＡｒとＯ２のプラズマ処理を行った。
真空蒸着（真空度５×１０−７Ｔｏｒｒ；１Ｔｏｒｒ≒１３３Ｐａ）により、上記式（１０）で示すα−ＮＰＤを３０ｎｍ堆積して、正孔輸送層を形成した。次に、発光層のホスト材料として実施例１で得た上記式（５）で示す１，３，５−トリス（２，６−ジメチルビフェン−２’−イル）ベンゼンを用い、ドーパント材料（純青色燐光材料）として上記式（４）で示すイリジウム錯体（ＦＩｒ６）が７．２重量％の割合となるように同時蒸着して発光層を５０ｎｍの厚さに形成した。
さらに、上記式（１４）で示すＢＣＰを用いて正孔ブロック層を２０ｎｍ堆積し、電子輸送層として上記式（１２）で示すＡｌｑ３を３０ｎｍ堆積した。さらにこの後、電子注入層としてＬｉＦ層を０．５ｎｍ、金属電極としてＡｌを１５０ｎｍ蒸着した。以上により素子部を得た。
このような素子部の形成された基板を連続して（in-situ）高真空に排気したチャンバへ搬送し、そのチャンバを孤立系にした後、１気圧の高純度窒素で置換した。その後、紫外線硬化樹脂を用いて封止ガラスの端部を端子部は透明電極と、端子部以外はガラス基板の素子形成側表面に接着し、ＵＶランプを用いて紫外線をこの樹脂部に照射し、素子部を密封した。
このようにして得られた有機ＥＬ素子に直流電流を印加し、連続駆動させてその発光効率及び発光スペクトルの測定を行った。注入電流密度１１ｍＡ／ｃｍ２において外部量子効率は最大４．０％に到達した（８１３．４ｃｄ／ｍ２、１９．５１Ｖ）。この素子の発光スペクトル（ＥＬスペクトル）を図５に示す。４５７ｎｍの青色ピークがメインピークとなっており、青色燐光材料（ＦＩｒ６）からの純度の良い発光が得られていることがわかる。
（比較例１）
＜青色用燐光発光有機電界発光素子の作製及び評価＞
ホスト材料を下記式（２４）で示したＣＢＰ（融点：２８１℃、ガラス転移温度：室温以上で観測されない）に代えた以外は、実施例３と同様にして有機ＥＬ素子を構成した。この素子の発光スペクトルを図６に示す。青色燐光材料（ＦＩｒ６）からの青色発光の他に、発光層以外（おそらくα−ＮＰＤ由来）の発光スペクトルも観察された。注入電流密度１１ｍＡ／ｃｍ２において外部量子効率は最大０．５％であり、実施例３より劣るものであった。
＜青色用燐光発光有機電界発光素子の作製及び評価＞
ホスト材料を下記式（２４）で示したＣＢＰ（融点：２８１℃、ガラス転移温度：室温以上で観測されない）に代えた以外は、実施例３と同様にして有機ＥＬ素子を構成した。この素子の発光スペクトルを図６に示す。青色燐光材料（ＦＩｒ６）からの青色発光の他に、発光層以外（おそらくα−ＮＰＤ由来）の発光スペクトルも観察された。注入電流密度１１ｍＡ／ｃｍ２において外部量子効率は最大０．５％であり、実施例３より劣るものであった。
＜蒸着膜の安定性評価＞
また、上記式（２４）で示したＣＢＰに代えた以外は、実施例２と同様にして石英基板上に薄膜を形成した。この薄膜を形成した基板を室温下、大気中で放置したところ、１ヶ月経過後には基板上で白濁する様子が観察された。また、ＩＴＯ付きガラス基板上でも同様の結果が得られた。
また、上記式（２４）で示したＣＢＰに代えた以外は、実施例２と同様にして石英基板上に薄膜を形成した。この薄膜を形成した基板を室温下、大気中で放置したところ、１ヶ月経過後には基板上で白濁する様子が観察された。また、ＩＴＯ付きガラス基板上でも同様の結果が得られた。
以上の結果をまとめて表１に示す。上記式（５）の有機化合物を用いた実施例２，３の場合は、比較例１のＣＢＰに比べて、外部量子効率に優れ、蒸着膜の保存性も良好であった。これは、ＣＢＰよりもＰＬスペクトルが短波長化しており、効率良くホスト材料のエネルギーがドーパント材料（ＦＩｒ６）に移動するためと考えられる。具体的には、ＣＢＰは１ヶ月後には凝集する部分が観察されるが、上記式（５）の有機化合物は３ヶ月間以上薄膜がアモルファス性を保っていた。
このように、発光層の青色燐光発光用ホスト材料として上記式（５）の有機化合物を用いることにより、ＣＢＰに比べ、外部量子効率が向上した。特に、ドーパントである純青色燐光材料との組み合わせにより、高効率かつ純度の高い青色燐光発光が得られた。また、上記式（５）の有機化合物を用いることにより、形成した薄膜の安定性も向上した。上記式（５）の有機化合物のＨＯＭＯの値は５．５ｅＶ程度であり、上記非特許文献４のようにＨＯＭＯが７．２ｅＶに到達するような材料を用いなくても高効率発光が可能であった。
１０ 透明基板、１２ 透明電極（陽極）、１４ 金属電極（陰極）、２０ 有機層、２２ 正孔輸送層、２４ 発光層、２６ 正孔ブロック層、２８ 電子輸送層。
Claims (14)
- 下記式（１）で表されることを特徴とする有機化合物。
（式（１）中、Ｘ１はＣＲ１またはＮを表し、Ｒ１は水素原子または置換基を表す。Ｙ１〜Ｙ６は、それぞれ独立して置換基を表す。Ｚ１〜Ｚ２１は、それぞれ独立して水素原子または置換基を表し、Ｚ１〜Ｚ４、Ｚ５〜Ｚ７、Ｚ８〜Ｚ１１、Ｚ１２〜Ｚ１４、Ｚ１５〜Ｚ１８、及びＺ１９〜Ｚ２１のそれぞれの中の隣同士で環を形成してもよい。） - 請求項１に記載の有機化合物であって、
前記Ｒ１は水素原子、アルキル基、ハロゲン原子、ハロゲン化アルキル基、アルコキシル基を表し、前記Ｙ１〜Ｙ６は、それぞれ独立してアルキル基、ハロゲン原子、ハロゲン化アルキル基、アルコキシル基を表し、前記Ｚ１〜Ｚ２１は、それぞれ独立して水素原子、アルキル基、ハロゲン原子、ハロゲン化アルキル基、アルコキシル基を表すことを特徴とする有機化合物。 - 下記式（２）で表されることを特徴とする有機化合物。
（式（２）中、Ｘ２はＣＲ２またはＮを表し、Ｒ２は水素原子または置換基を表す。Ｙ７〜Ｙ１５は、それぞれ独立して置換基を表す。Ｚ２２〜Ｚ５１は、それぞれ独立して水素原子または置換基を表し、Ｚ２２〜Ｚ２５、Ｚ２６〜Ｚ２８、Ｚ２９〜Ｚ３１、Ｚ３２〜Ｚ３５、Ｚ３６〜Ｚ３８、Ｚ３９〜Ｚ４１、Ｚ４２〜Ｚ４５、Ｚ４６〜Ｚ４８、及びＺ４９〜Ｚ５１のそれぞれの中の隣同士で環を形成してもよい。） - 請求項３に記載の有機化合物であって、
前記Ｒ２は水素原子、アルキル基、ハロゲン原子、ハロゲン化アルキル基、アルコキシル基を表し、前記Ｙ７〜Ｙ１５は、それぞれ独立してアルキル基、ハロゲン原子、ハロゲン化アルキル基、アルコキシル基を表し、前記Ｚ２２〜Ｚ５１は、それぞれ独立して水素原子、アルキル基、ハロゲン原子、ハロゲン化アルキル基、アルコキシル基を表すことを特徴とする有機化合物。 - 下記式（３）で表されることを特徴とする有機化合物。
（式（３）中、Ｘ３はＣＲ３またはＮを表し、Ｒ３は水素原子または置換基を表す。Ｙ１６〜Ｙ２７は、それぞれ独立して置換基を表す。Ｚ５２〜Ｚ９０は、それぞれ独立して水素原子または置換基を表し、Ｚ５２〜Ｚ５５、Ｚ５６〜Ｚ５８、Ｚ５９〜Ｚ６１、Ｚ６２〜Ｚ６４、Ｚ６５〜Ｚ６８、Ｚ６９〜Ｚ７１、Ｚ７２〜Ｚ７４、Ｚ７５〜Ｚ７７、Ｚ７８〜Ｚ８１、Ｚ８２〜Ｚ８４、Ｚ８５〜Ｚ８７、及びＺ８８〜Ｚ９０のそれぞれの中の隣同士で環を形成してもよい。） - 請求項５に記載の有機化合物であって、
前記Ｒ３は水素原子、アルキル基、ハロゲン原子、ハロゲン化アルキル基、アルコキシル基を表し、前記Ｙ１６〜Ｙ２７は、それぞれ独立してアルキル基、ハロゲン原子、ハロゲン化アルキル基、アルコキシル基を表し、前記Ｚ５２〜Ｚ９０は、それぞれ独立して水素原子、アルキル基、ハロゲン原子、ハロゲン化アルキル基、アルコキシル基を表すことを特徴とする有機化合物。 - 請求項１に記載の有機化合物であって、
前記Ｘ１はＣＲ１を表し、Ｒ１及びＺ１〜Ｚ２１は水素原子であり、Ｙ１〜Ｙ６はメチル基であることを特徴とする有機化合物。 - 有機層を備える有機電界発光素子であって、
請求項１〜７のいずれか１つに記載の有機化合物を前記有機層中に含むことを特徴とする有機電界発光素子。 - 発光層を備える有機電界発光素子であって、
請求項１〜７のいずれか１つに記載の有機化合物を前記発光層中に含むことを特徴とする有機電界発光素子。 - 有機電界発光素子であって、
ホスト材料及びドーパント材料を含む発光層を備え、
前記ホスト材料は、請求項１〜７のいずれか１つに記載の有機化合物を含むことを特徴とする有機電界発光素子。 - 有機電界発光素子であって、
ホスト材料及び燐光発光性のドーパント材料を含む発光層を備え、
前記ホスト材料は、請求項１〜７のいずれか１つに記載の有機化合物を含むことを特徴とする有機電界発光素子。 - 有機電界発光素子であって、
ホスト材料及び青色燐光発光性のドーパント材料を含む発光層を備え、
前記ホスト材料は、請求項１〜７のいずれか１つに記載の有機化合物を含むことを特徴とする有機電界発光素子。 - 有機電界発光素子であって、
ホスト材料及び純青色燐光発光性のドーパント材料を含む発光層を備え、
前記ホスト材料は、請求項１〜７のいずれか１つに記載の有機化合物を含むことを特徴とする有機電界発光素子。 - 有機電界発光素子であって、
ホスト材料及び純青色燐光発光性のドーパント材料を含む発光層を備え、
前記ホスト材料は、請求項１〜７のいずれか１つに記載の有機化合物を含み、
前記純青色燐光発光性のドーパント材料は、下記式（４）で示されるＦＩｒ６を含むことを特徴とする有機電界発光素子。
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