JP2015127312A - カルバゾール誘導体、および有機発光素子 - Google Patents

Abstract

【課題】有機発光素子の発光効率を向上させる為、良好なバイポーラ性を有するホスト材料の提供。【解決手段】下式で表わされるカルバゾール誘導体。［Ｒ１はＣ１−Ｃ２０アルキル基、Ｃ２−Ｃ２０アルケニル基、Ｃ２−Ｃ２０アルキニル基、Ｃ１−Ｃ２０アルコキシ基、Ｃ６−Ｃ６０アリール基；Ｒ２及びＲ３は互いに独立して、任意の官能基］【選択図】図１

Description

本発明は、カルバゾール誘導体、および有機発光素子に関する。

近年、自発光型の発光素子である有機発光素子（ＯＬＥＤ：ｏｒｇａｎｉｃ ｌｉｇｈｔ ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｄｉｏｄｅ）の開発が盛んに行われている。

一般的な有機発光素子は、例えば、基板上部にアノード（ａｎｏｄｅ）が形成され、アノード上部に、正孔輸送層、発光層、電子輸送層およびカソード（ｃａｔｈｏｄｅ）が順次形成された構造を有する。

このような有機発光素子では、アノードおよびカソード間に電圧が印加された場合、アノードから注入された正孔が正孔輸送層を経由して発光層に移動し、カソードから注入された電子が電子輸送層を経由して発光層に移動する。そして、移動した正孔および電子が、発光層中で再結合し、生成された励起子が基底状態へ遷移することによって発光が生じる。

ここで、発光効率を向上させるために、発光層には、ホスト（ｈｏｓｔ）材料が含まれる。

例えば、特許文献１には、有機発光素子に用いられるホスト材料が開示されている。また、特許文献１には、ホスト材料の正孔輸送能および電子輸送能のバランス（ｂａｌａｎｃｅ）が良好ではない場合、発光層における正孔と電子とのキャリアバランス（ｃａｒｒｉｅｒ ｂａｌａｎｃｅ）が崩れ、有機発光素子の発光効率が低下することが開示されている。

国際公開第２００９／１３６５９５号

そのため、有機発光素子の発光効率を向上させるために、良好な正孔輸送能および電子輸送能を併せ持つ（すなわち、良好なバイポーラ（ｂｉｐｏｌａｒ）性を有する）ホスト材料が求められていた。

そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、良好なバイポーラ性を有する新規なカルバゾール（ｃａｒｂａｚｏｌｅ）誘導体、および該カルバゾール誘導体を含む有機発光素子を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、下記化学式１で表される、カルバゾール誘導体が提供される。

・・・化学式１
上記化学式１において、
Ｒ_１は、ハロゲン（ｈａｌｏｇｅｎ）、ヒドロキシル（ｈｙｄｒｏｘｙｌ）基、シアノ（ｃｙａｎｏ）基、ニトロ（ｎｉｔｒｏ）基、アミノ（ａｍｉｎｏ）基、アミジノ（ａｍｉｄｉｎｏ）基、ヒドラジン（ｈｙｄｒａｚｉｎｅ）、ヒドラゾン（ｈｙｄｒａｚｏｎｅ）、カルボン酸（ｃａｒｂｏｘｙｌｉｃ ａｃｉｄ）基やその塩、スルホン酸（ｓｕｌｆｏｎｉｃ ａｃｉｄ）基やその塩、リン酸（ｐｈｏｓｐｈｏｒｉｃ ａｃｉｄ）基やその塩、置換もしくは非置換のＣ_１−Ｃ_２０アルキル（ａｌｋｙｌ）基、置換もしくは非置換のＣ_２−Ｃ_２０アルケニル（ａｌｋｅｎｙｌ）基、置換もしくは非置換のＣ_２−Ｃ_２０アルキニル（ａｌｋｙｎｙｌ）基、置換もしくは非置換のＣ_１−Ｃ_２０アルコキシ（ａｌｋｏｘｙ）基、置換もしくは非置換のＣ_６−Ｃ_６０アリール（ａｒｙｌ）基、置換もしくは非置換のＣ_６−Ｃ_６０アリールオキシ（ａｒｙｌｏｘｙ）基、置換もしくは非置換のＣ_６−Ｃ_６０アリールチオ（ａｒｙｌｔｈｉｏ）基、または置換もしくは非置換のＣ_２−Ｃ_６０ヘテロアリール（ｈｅｔｅｒｏａｒｙｌ）基であり、
Ｒ_２およびＲ_３は、互いに独立して、水素、重水素、ハロゲン、ヒドロキシル基、シアノ基、ニトロ基、アミノ基、アミジノ基、ヒドラジン、ヒドラゾン、カルボン酸基やその塩、スルホン酸基やその塩、リン酸基やその塩、置換もしくは非置換のＣ_１−Ｃ_２０アルキル基、置換もしくは非置換のＣ_２−Ｃ_２０アルケニル基、置換もしくは非置換のＣ_２−Ｃ_２０アルキニル基、置換もしくは非置換のＣ_１−Ｃ_２０アルコキシ基、置換もしくは非置換のＣ_６−Ｃ_６０アリール基、置換もしくは非置換のＣ_６−Ｃ_６０アリールオキシ基、置換もしくは非置換のＣ_６−Ｃ_６０アリールチオ基、または置換もしくは非置換のＣ_２−Ｃ_６０ヘテロアリール基であり、
Ａは、電荷輸送性基を含む置換基群である。

この観点によれば、本発明の一実施形態に係るカルバゾール誘導体は、バイポーラ性を有し、安定性および溶解性を向上させることができる。

前記Ａは、−（Ａｒ）_ｎ−Ｅで表され、
ｎは、０〜５の整数であり、ｎ個のＡｒは、互いに独立して、置換もしくは非置換のＣ_６−Ｃ_６０アリーレン（ａｒｙｌｅｎｅ）基、または置換もしくは非置換のＣ_６−Ｃ_６０ヘテロアリーレン（ｈｅｔｅｒｏａｒｙｌｅｎｅ）基であり、Ｅは、電荷輸送性基であってもよい。

この観点によれば、本発明の一実施形態に係るカルバゾール誘導体は、バイポーラ性を有することができる。

前記ｎ個のＡｒは、互いに独立して、置換もしくは非置換のＣ_６−Ｃ_６０アリーレン基であってもよい。

この観点によれば、本発明の一実施形態に係るカルバゾール誘導体は、バイポーラ性を有し、安定性および溶解性を向上させることができる。

前記ｎは、１または２であり、前記ｎ個のＡｒは、互いに独立して、置換もしくは非置換のフェニレン（ｐｈｅｎｙｌｅｎｅ）基であってもよい。

この観点によれば、本発明の一実施形態に係るカルバゾール誘導体は、バイポーラ性を有し、安定性および溶解性を向上させることができる。

前記Ｅは、置換もしくは非置換のピリジル（ｐｙｒｉｄｙｌ）基、置換もしくは非置換のピリミジル（ｐｙｒｉｍｉｄｙｌ）基、置換もしくは非置換のジベンゾフラン（ｄｉｂｅｎｚｏｆｕｒａｎ）基、または置換もしくは非置換のトリアジル（ｔｒｉａｚｙｌ）基であってもよい。

この観点によれば、本発明の一実施形態に係るカルバゾール誘導体は、バイポーラ性を有することができる。

前記Ｒ_１は、置換もしくは非置換のＣ_１−Ｃ_２０アルキル基、置換もしくは非置換のＣ_１−Ｃ_２０アルコキシ基、または置換もしくは非置換のＣ_６−Ｃ_６０アリール基であってもよい。

この観点によれば、本発明の一実施形態に係るカルバゾール誘導体は、バイポーラ性を有し、安定性および溶解性を向上させることができる。

前記Ｒ_１は、置換もしくは非置換のメチル（ｍｅｔｈｙｌ）基、または置換もしくは非置換のエチル（ｅｔｈｙｌ）基であってもよい。

この観点によれば、本発明の一実施形態に係るカルバゾール誘導体は、バイポーラ性を有し、安定性および溶解性を向上させることができる。

前記Ｒ_２およびＲ_３は、互いに独立して、水素、置換もしくは非置換のＣ_１−Ｃ_２０アルキル基、置換もしくは非置換のＣ_１−Ｃ_２０アルコキシ基、または置換もしくは非置換のＣ_６−Ｃ_６０アリール基であってもよい。

この観点によれば、本発明の一実施形態に係るカルバゾール誘導体は、バイポーラ性を有し、安定性および溶解性を向上させることができる。

前記カルバゾール誘導体は、以下の化合物のうちのいずれか１つであってもよい。

この観点によれば、本発明の一実施形態に係るカルバゾール誘導体は、バイポーラ性を有し、安定性および溶解性を向上させることができる。

前記カルバゾール誘導体は、置換基として、フッ素、およびアルコキシ基のうち少なくとも１つ以上有してもよい。

この観点によれば、本発明の一実施形態に係るカルバゾール誘導体は、バイポーラ性を有し、安定性および溶解性を向上させることができる。

また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、上記のカルバゾール誘導体を発光層に含む、有機発光素子が提供される。

この観点によれば、有機発光素子の発光効率および寿命を向上させることができる。

以上説明したように本発明によれば、良好なバイポーラ性を有する新規なカルバゾール誘導体、および該カルバゾール誘導体を含む有機発光素子が提供される。

本発明の一実施形態に係る有機発光素子の構造の一例を示す概略図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

＜１．本発明の一実施形態に係るカルバゾール誘導体＞
まず、本発明の一実施形態に係るカルバゾール誘導体について説明を行う。

一般的に、カルバゾール化合物は、正孔輸送能を備え、かつ三重項状態におけるエネルギーバンドギャップ（ｅｎｅｒｇｙ ｂａｎｄ ｇａｐ）が大きいため、有機発光素子のホスト材料となることが知られている。具体的には、４，４’−Ｎ，Ｎ’−ジカルバゾール−ビフェニル（ＣＢＰ）、および１，３−ビス（カルバゾール−９−イル）ベンゼン（ｍＣＰ）などのカルバゾール化合物が、ホスト材料として知られている。

上記のカルバゾール化合物は、正孔輸送能は高いものの、電子輸送能が低く、また、分子量が小さいため、安定性が低かった。ホスト材料の正孔輸送能および電子輸送能に差がある場合、有機発光素子における正孔と電子とのキャリアバランスが崩れるため、有機発光素子の発光効率および寿命が低下する。また、ホスト材料の安定性が低い場合、有機発光素子の発光効率および寿命が低下する。そのため、正孔輸送能および電子輸送能を併せ持ち（すなわち、良好なバイポーラ性を有し）、安定性が高いホスト材料が求められていた。

また、より低コスト（ｃｏｓｔ）で製造するために、インクジェット（ｉｎｋ ｊｅｔ）法などの塗布成膜によって、有機発光素子を製造することが検討されている。そのため、溶媒への溶解性が高く、塗布成膜に適したホスト材料が求められていた。

しかしながら、安定性を向上させるために、ホスト材料の分子量を大きくした場合、分子量の増加に伴って溶解性が低下してしまうという問題があった。

そこで、本発明者は、上記の背景および問題点等を鋭意検討することにより、本発明を想到するに至った。本発明は、ピリドカルバゾール（ｐｙｒｉｄｏｃａｒｂａｚｏｌｅ）骨格を有し、かつ電荷輸送性基を有する、下記化学式１で表されるカルバゾール誘導体である。

・・・化学式１

上記の化学式１において、Ｒ_１は、ハロゲン、ヒドロキシル基、シアノ基、ニトロ基、アミノ基、アミジノ基、ヒドラジン、ヒドラゾン、カルボン酸基やその塩、スルホン酸基やその塩、リン酸基やその塩、置換もしくは非置換のＣ_１−Ｃ_２０アルキル基、置換もしくは非置換のＣ_２−Ｃ_２０アルケニル基、置換もしくは非置換のＣ_２−Ｃ_２０アルキニル基、置換もしくは非置換のＣ_１−Ｃ_２０アルコキシ基、置換もしくは非置換のＣ_６−Ｃ_６０アリール基、置換もしくは非置換のＣ_６−Ｃ_６０アリールオキシ基、置換もしくは非置換のＣ_６−Ｃ_６０アリールチオ基、または置換もしくは非置換のＣ_２−Ｃ_６０ヘテロアリール基である。

また、上記の化学式１において、Ｒ_２およびＲ_３は、互いに独立して、水素、重水素、ハロゲン、ヒドロキシル基、シアノ基、ニトロ基、アミノ基、アミジノ基、ヒドラジン、ヒドラゾン、カルボン酸基やその塩、スルホン酸基やその塩、リン酸基やその塩、置換もしくは非置換のＣ_１−Ｃ_２０アルキル基、置換もしくは非置換のＣ_２−Ｃ_２０アルケニル基、置換もしくは非置換のＣ_２−Ｃ_２０アルキニル基、置換もしくは非置換のＣ_１−Ｃ_２０アルコキシ基、置換もしくは非置換のＣ_６−Ｃ_６０アリール基、置換もしくは非置換のＣ_６−Ｃ_６０アリールオキシ基、置換もしくは非置換のＣ_６−Ｃ_６０アリールチオ基、または置換もしくは非置換のＣ_２−Ｃ_６０ヘテロアリール基である。

さらに、上記の化学式１において、Ａは、電荷輸送性基を含む置換基群である。

具体的には、Ａは、−（Ａｒ）_ｎ−Ｅで表される置換基群であってもよい。ただし、ｎは、０〜５の整数であり、ｎ個のＡｒは、互いに独立して、置換もしくは非置換のＣ_６−Ｃ_６０アリーレン基、または置換もしくは非置換のＣ_６−Ｃ_６０ヘテロアリーレン基であり、Ｅは、電荷輸送性基である。

より具体的には、ｎ個のＡｒは、互いに独立して、置換もしくは非置換のＣ_６−Ｃ_６０アリーレン基であってもよい。また、より好ましくは、ｎは、１または２であり、ｎ個のＡｒは、互いに独立して、置換もしくは非置換のフェニレン基であってもよい。

さらに、電荷輸送性基であるＥは、置換もしくは非置換のピリジル基、置換もしくは非置換のピリミジル基、置換もしくは非置換のジベンゾフラン基、または置換もしくは非置換のトリアジル基であってもよい。

また、Ｒ_１は、具体的には、置換もしくは非置換のＣ_１−Ｃ_２０アルキル基、置換もしくは非置換のＣ_１−Ｃ_２０アルコキシ基、または置換もしくは非置換のＣ_６−Ｃ_６０アリール基であってもよい。

より具体的には、Ｒ_１は、置換もしくは非置換のメチル基、または置換もしくは非置換のエチル基であってもよい。

また、Ｒ_２およびＲ_３は、互いに独立して、水素、置換もしくは非置換のＣ_１−Ｃ_２０アルキル基、置換もしくは非置換のＣ_１−Ｃ_２０アルコキシ基、または置換もしくは非置換のＣ_６−Ｃ_６０アリール基であってもよい。

ここで、本発明の一実施形態に係るカルバゾール誘導体としては、例えば、以下に例示する化合物が挙げられるが、本発明はこれらに限定されるものではない。

さらに、本発明の一実施形態に係るカルバゾール誘導体は、置換基として、フッ素、およびアルコキシ基のうち少なくとも一つ以上有してもよい。例えば、上記で例示した化合物において、いずれかの水素がフッ素またはアルコキシ基で置換されていてもよい。

以上で説明した本発明の一実施形態に係るカルバゾール誘導体は、カルバゾール化合物から縮環を増やすことによって誘導されたピリドカルバゾール化合物である。本発明の一実施形態に係るカルバゾール誘導体によれば、正孔輸送能を維持したまま、安定性を向上させることができる。

また、本発明の一実施形態に係るカルバゾール誘導体が有するピリドカルバゾール骨格は、非対称であるため、結晶性が低く、溶解性が高い。そのため、本発明の一実施形態に係るカルバゾール誘導体は、塗布成膜に好適に用いることができる。

さらに、本発明の一実施形態に係るカルバゾール誘導体は、正孔輸送能を有するピリドカルバゾール骨格と、電荷輸送性基とを有するため、良好なバイポーラ性を有することができる。

なお、本発明の一実施形態に係るカルバゾール誘導体は、公知の有機合成方法を用いることで合成することが可能であり、具体的な合成方法は、後述する実施例を参照した当業者であれば、容易に理解することが可能である。

ここで、本明細書において、非置換のＣ_１−Ｃ_６０アルキル基の具体的な例としては、メチル（ｍｅｔｈｙｌ）基、エチル（ｅｔｈｙｌ）基、プロピル（ｐｒｏｐｙｌ）基、イソプロピル（ｉｓｏｐｒｏｐｙｌ）基、シクロプロピル（ｃｙｃｌｏｐｒｏｐｙｌ）基、ブチル（ｂｕｔｙｌ）基、イソブチル（ｉｓｏｂｕｔｙｌ）基、ｔｅｒｔ−ブチル（ｂｕｔｙｌ）基、シクロブチル（ｃｙｃｌｏｂｕｔｙｌ）基、ペンチル（ｐｅｎｔｙｌ）基、イソペンチル（ｉｓｏｐｅｎｔｙｌ）基、ネオペンチル（ｎｅｏｐｅｎｔｙｌ）基、シクロペンチル（ｃｙｃｌｏｐｅｎｔｙｌ）基、ヘキシル（ｈｅｘｙｌ）基、シクロヘキシル（ｃｙｃｌｏｈｅｘｙｌ）基、ヘプチル（ｈｅｐｔｙｌ）基、オクチル（ｏｃｔｙｌ）基、ノニル（ｎｏｎｙｌ）基、デシル（ｄｅｃｙｌ）基のようなＣ_１−Ｃ_６０の鎖状または環状アルキル基を挙げることができる。また、置換されたＣ_１−Ｃ_６０アルキル基とは、上述した非置換のＣ_１−Ｃ_６０アルキル基のうち一つ以上の水素原子が、重水素、ハロゲン、ヒドロキシル基、ニトロ基、シアノ基、アミノ基、アミジノ基、ヒドラジン、ヒドラゾン、カルボン酸基やその塩、スルホン酸基やその塩、リン酸基やその塩、またはＣ_１−Ｃ_６０アルキル基、Ｃ_２−Ｃ_６０アルケニル基、Ｃ_２−Ｃ_６０アルキニル基、Ｃ_６−Ｃ_６０アリール基、Ｃ_２−Ｃ_６０ヘテロアリール基等で置換されたものを表す。

また、本明細書において、非置換のＣ_１−Ｃ_６０アルコキシ基とは、−ＯＡ（ただし、Ａは、前述のような非置換のＣ_１−Ｃ_６０アルキル基）の化学式を有する官能基である。Ｃ_１−Ｃ_６０アルコキシ基の具体的な例としては、メトキシ（ｍｅｔｈｏｘｙ）基、エトキシ（ｅｔｈｏｘｙ）基、プロポキシ（ｐｒｏｐｏｘｙ）基などが挙げられる。また、これらアルコキシ基のうち少なくとも一つ以上の水素原子は、前述の置換されたＣ_１−Ｃ_６０アルキル基の場合と同様の置換基で置換されていてもよい。

また、本明細書において、非置換のＣ_２−Ｃ_６０アルケニル基とは、非置換のＣ_２−Ｃ_６０アルキル基の中間や最末端に、少なくとも一つ以上の炭素−炭素二重結合を含んでいるものを表す。Ｃ_２−Ｃ_６０アルケニル基の具体的な例としては、エテニル（ｅｔｈｅｎｙｌ）基、プロペニル（ｐｒｏｐｅｎｙｌ）基、ブテニル（ｂｕｔｅｎｙｌ）基などが挙げられる。また、これら非置換のＣ_２−Ｃ_６０アルケニル基のうち少なくとも一つ以上の水素原子は、前述の置換されたＣ_１−Ｃ_６０アルキル基の場合と同様の置換基で置換されていてもよい。

また、本明細書において、非置換のＣ_２−Ｃ_６０アルキニル基（または、Ｃ_２−Ｃ_６０アルキニル基）とは、非置換のＣ_２−Ｃ_６０アルキル基の中間や最末端に、少なくとも一つ以上の炭素−炭素三重結合を含んでいるものを表す。Ｃ_２−Ｃ_６０アルキニル基の例としては、エチニル（ｅｔｈｙｎｙｌ）基、プロピニル（ｐｒｏｐｙｎｙｌ）基などが挙げられる。また、これらアルキニル基のうち少なくとも一つ以上の水素原子は、前述の置換されたＣ_１−Ｃ_６０アルキル基の場合と同様の置換基で置換されていてもよい。

また、本明細書において、非置換のＣ_６−Ｃ_６０アリール基とは、一つ以上の芳香族環を含むＣ_６−Ｃ_６０炭素環を有する一価基を表す。非置換のＣ_６−Ｃ_６０アリーレン基とは、一つ以上の芳香族環を含むＣ_６−Ｃ_６０炭素環を有する二価基を表す。前述のアリール基およびアリーレン基が、２以上の環を含む場合、２以上の環は、互いに融合されてもよい。また、これらアリール基およびアリーレン基のうち少なくとも一つ以上の水素原子は、前述の置換されたＣ_１−Ｃ_６０アルキル基の場合と同様の置換基で置換されていてもよい。

置換もしくは非置換のＣ_６−Ｃ_６０アリール基の具体的な例としては、フェニル（ｐｈｅｎｙｌ）基、ペンタレニル（ｐｅｎｔａｌｅｎｙｌ）基、インデニル（ｉｎｄｅｎｙｌ）基、ナフチル（ｎａｐｈｔｈｙｌ）基、アントラセニル（ａｎｔｈｒａｃｅｎｙｌ）基、アズレニル（ａｚｕｌｅｎｙｌ）基、ヘプタレニル（ｈｅｐｔａｌｅｎｙｌ）基、アセナフチレニル（ａｃｅｎａｐｈｔｈｙｌｅｎｙｌ）基、フェナレニル（ｐｈｅｎａｌｅｎｙｌ）基、フルオレニル（ｆｌｕｏｒｅｎｙｌ）基、アントラキノリル（ａｎｔｈｒａｑｕｉｎｏｌｙｌ）基、フェナントリル（ｐｈｅｎａｎｔｈｒｙｌ）基、ビフェニル（ｂｉｐｈｅｎｙｌ）基、トリフェニレニル（ｔｒｉｐｈｅｎｙｌｅｎｙｌ）基、ピレニル（ｐｙｒｅｎｙｌ）基、クリセニル（ｃｈｒｙｓｅｎｙｌ）基、ピセニル（ｐｉｃｅｎｙｌ）基、ペリレニル（ｐｅｒｙｌｅｎｙｌ）基、ペンタフェニル（ｐｅｎｔａｐｈｅｎｙｌ）基、ペンタセニル（ｐｅｎｔａｃｅｎｙｌ）基、テトラフェニレニル（ｔｅｔｒａｐｈｅｎｙｌｅｎｅ）基、ヘキサフェニル（ｈｅｘａｐｈｅｎｙｌ）基、ヘキサセニル（ｈｅｘａｃｅｎｙｌ）基、ルビセニル（ｒｕｂｉｃｅｎｙｌ）基、トリナフチレニル（ｔｒｉｎａｐｈｔｈｙｌｅｎｙｌ）基、ヘプタフェニル（ｈｅｐｔａｐｈｅｎｙｌ）基、ピラントレニル（ｐｙｒａｎｔｈｒｅｎｙｌ）基などを挙げることができる。なお、置換もしくは非置換のＣ_６−Ｃ_６０アリーレン基の具体的な例は、置換もしくは非置換のＣ_６−Ｃ_６０アリール基の具体的な例を参照すれば理解可能であるため、ここでの例示は省略する。

また、本明細書において、非置換のＣ_２−Ｃ_６０ヘテロアリール基とは、Ｎ、Ｏ、ＰまたはＳのうちから選択された１個以上のヘテロ（ｈｅｔｅｒｏ）原子を含み、残りの環原子がＣである１以上の芳香族環を含む環を有する一価基を表す。また、非置換のＣ_２−Ｃ_６０ヘテロアリーレン基とは、Ｎ、Ｏ、ＰまたはＳのうちから選択された１個以上のヘテロ原子を含み、残りの環原子がＣである１以上の芳香族環を含む環を有する二価基を表す。ここで、前述のヘテロアリール基及びヘテロアリーレン基が２以上の環を含む場合、２以上の環は互いに融合されていてもよい。これらヘテロアリール基及びヘテロアリーレン基のうち一つ以上の水素原子は、前述のＣ_１−Ｃ_６０アルキル基の場合と同様の置換基で置換されていてもよい。

非置換のＣ_２−Ｃ_６０ヘテロアリール基の具体的な例としては、ピラゾリル（ｐｙｒａｚｏｌｙｌ）基、イミダゾリル（ｉｍｉｄａｚｏｌｙｌ）基、オキサゾリル（ｏｘａｚｏｌｙｌ）基、チアゾリル（ｔｈｉａｚｏｌｙｌ）基、トリアゾリル（ｔｒｉａｚｏｌｙｌ）基、テトラゾリル（ｔｅｔｒａｚｏｌｙｌ）基、オキサジアゾリル（ｏｘａｄｉａｚｏｌｙｌ）基、ピリジニル（ｐｙｒｉｄｉｎｙｌ）基、ピリダジニル（ｐｙｒｉｄａｚｉｎｙｌ）基、ピリミジニル（ｐｙｒｉｍｉｄｉｎｙｌ）基、トリアジニル（ｔｒｉａｚｉｎｙｌ）基、カルバゾリル（ｃａｒｂａｚｏｌｙｌ）基、インドリル（ｉｎｄｏｌｙｌ）基、キノリニル（ｑｕｉｎｏｌｉｎｙｌ）基、イソキノリニル基（ｉｓｏｑｕｉｎｏｌｉｎｙｌ）、ベンゾイミダゾリル（ｂｅｎｚｏｉｍｉｄａｚｏｌｙｌ）基、イミダゾピリジニル（ｉｍｉｄａｚｏｐｙｒｉｄｉｎｙｌ）基、イミダゾピリミジニル（ｉｍｉｄａｚｏｐｙｒｉｍｉｄｉｎｙｌ）基などを挙げることができる。なお、非置換のＣ_２−Ｃ_６０ヘテロアリーレン基の具体的な例は、置換もしくは非置換のＣ_６−Ｃ_６０ヘテロアリール基の具体的な例を参照すれば理解可能であるため、ここでの例示は省略する。

さらに、本明細書において、置換もしくは非置換のＣ_６−Ｃ_６０アリールオキシ基とは、−ＯＡ_２（ここで、Ａ_２は、置換もしくは非置換のＣ_６−Ｃ_６０アリール基）を表し、置換もしくは非置換のＣ_６−Ｃ_６０アリールチオ基とは、−ＳＡ_３（ここで、Ａ_３は、置換もしくは非置換のＣ_６−Ｃ_６０アリール基）を表す。

＜２．本発明の一実施形態に係る有機発光素子＞
次に、図１を参照して、本発明の一実施形態に係る有機発光素子について説明を行う。図１は、本発明の一実施形態に係る有機発光素子の構造の一例を示す概略図である。

図１に示すように、本発明の一実施形態に係る有機発光素子１００は、基板１１０と、基板１１０上に配置された第１電極１２０と、第１電極１２０上に配置された正孔注入層１３０と、正孔注入層１３０上に配置された正孔輸送層１４０と、正孔輸送層１４０上に配置された発光層１５０と、発光層１５０上に配置された電子輸送層１６０と、電子輸送層１６０上に配置された電子注入層１７０と、電子注入層１７０上に配置された第２電極１８０と、を備える。

本発明の一実施形態に係るカルバゾール誘導体は、有機発光素子の第１電極１２０および第２電極１８０との間のいずれかの層に含まれる。好ましくは、本発明の一実施形態に係るカルバゾール誘導体は、発光層１５０にてホスト材料として含まれる。

また、有機発光素子の第１電極１２０および第２電極１８０との間の各層は、後述するように公知の様々な方法で形成することができるが、本発明の一実施形態に係るカルバゾール誘導体を含む層は、スピンコート（ｓｐｉｎ ｃｏａｔｉｎｇ）法およびインクジェット法等の塗布成膜によって形成することがより好ましい。

基板１１０は、一般的な有機発光素子で使用される基板を使用することができる。例えば、基板１１０は、ガラス（ｇｌａｓｓ）基板、半導体基板、または透明なプラスチック（ｐｌａｓｔｉｃ）基板等であってもよい。

第１電極１２０は、例えば、アノードであり、蒸着法またはスパッタリング（ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ）法などを用いて基板１１０上に形成される。具体的には、第１電極１２０は、仕事関数が大きい金属、合金、導電性化合物等によって透過型電極として形成される。第１電極１２０は、例えば、透明であり、導電性にすぐれる酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、酸化インジウム亜鉛（ＩＺＯ）、酸化スズ（ＳｎＯ_２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）などで形成されてもよい。また、第１電極１２０は、マグネシウム（Ｍｇ）、アルミニウム（Ａｌ）などを用いて反射型電極として形成されてもよい。

正孔注入層１３０は、第１電極１２０からの正孔の注入を容易にする機能を備えた層であり、真空蒸着法、スピンコーティング法、インクジェット法などを用いて第１電極１２０上に形成される。また、正孔注入層１３０は、具体的には、約１０ｎｍ〜約１０００ｎｍ、より具体的には、約１０ｎｍ〜約１００ｎｍの厚さにて形成されてもよい。なお、正孔注入層１３０は、公知の材料を用いて形成することができるが、例えば、Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−Ｎ，Ｎ’−ビス−［４−（フェニル−ｍ−トリル−アミノ）−フェニル］−ビフェニル−４，４’−ジアミン（ＤＮＴＰＤ）、銅フタロシアニンなどのフタロシアニン化合物、４，４’，４”−トリス（３−メチルフェニルフェニルアミノ）トリフェニルアミン（ｍ−ＭＴＤＡＴＡ）、Ｎ，Ｎ’−ジ（１−ナフチル）−Ｎ，Ｎ’−ジフェニルベンジジン（ＮＰＢ）、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（ＴＤＡＴＡ）、４，４’，４”−トリス（Ｎ，Ｎ−２−ナフチルフェニルアミノ）トリフェニルアミン（２−ＴＮＡＴＡ）、ポリアニリン／ドデシルベンゼンスルホン酸（Ｐａｎｉ／ＤＢＳＡ）、ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）／ポリ（４−スチレンスルホネート）（ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ）、ポリアニリン／カンファースルホン酸（Ｐａｎｉ／ＣＳＡ）、またはポリアニリン／ポリ（４−スチレンスルホネート）（ＰＡＮＩ／ＰＳＳ）などを用いて形成することができる。

正孔輸送層１４０は、正孔を輸送する機能を有する正孔輸送材料を含む層であり、真空蒸着法、スピンコーティング法、インクジェット法などを用いて正孔注入層１３０上に形成される。また、正孔輸送層１４０は、具体的には、約５ｎｍ〜約２００ｎｍ、より具体的には、約１０ｎｍ〜約１５０ｎｍの厚さにて形成されてもよい。なお、正孔輸送層１４０は、公知の正孔輸送材料を用いて形成することができるが、例えば、Ｎ−フェニルカルバゾール（Ｎ−ｐｈｅｎｙｌ ｃａｒｂａｚｏｌｅ）、ポリビニルカルバゾール（ｐｏｌｙｖｉｎｙｌ ｃａｒｂａｚｏｌｅ）などのカルバゾール誘導体、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（ＴＰＤ）、４，４’，４”−トリス（Ｎ−カルバゾリル）トリフェニルアミン（ＴＣＴＡ）、Ｎ，Ｎ’−ジ（１−ナフチル）−Ｎ，Ｎ’−ジフェニルベンジジン（ＮＰＢ）を用いて形成することができる。

発光層１５０は、りん光、蛍光等により光を発する層であり、真空蒸着法、スピンコーティング法、インクジェット法などを用いて正孔輸送層１４０上に形成される。また、発光層１５０は、ホスト材料およびドーパント（ｄｏｐａｎｔ）材料を含み、特に、ホスト材料として本発明の一実施形態に係るカルバゾール誘導体を含む。なお、発光層１５０は、具体的には、約１０ｎｍ〜約１００ｎｍ、より具体的には、約２０ｎｍ〜約６０ｎｍの厚さで形成されてもよい。

また、発光層１５０は、他のホスト材料を含んでもよく、例えば、トリス（８−キノリノラト）アルミニウム（Ａｌｑ３）、４，４’−Ｎ，Ｎ’−ジカバゾール−ビフェニル（ＣＢＰ）、ポリ（ｎ−ビニルカルバゾール）（ＰＶＫ）、９，１０−ジ（ナフタレン−２−イル）アントラセン（ＡＤＮ）、４，４’，４”−トリス（Ｎ−カルバゾリル）トリフェニルアミン（ＴＣＴＡ）、１，３，５−トリス（Ｎ−フェニルベンズイミダゾール−２−イル）ベンゼン（ＴＰＢＩ）、３−ｔｅｒｔ−ブチル−９，１０−ジ（ナフト−２−イル）アントラセン（ＴＢＡＤＮ）、ジスチリルアリーレン（ＤＳＡ）、４，４’−ビス（９−カルバゾール）−２，２’−ジメチル−ビフェニル（ｄｍＣＢＰ）を含んでもよい。

また、発光層１５０は、特定の色の光を発する発光層として形成されてもよい。例えば、発光層１５０は、赤色発光層、緑色発光層、および青色発光層として形成されてもよい。なお、本発明の一実施形態に係るカルバゾール誘導体は、赤色発光層および緑色発光層のホスト材料として特に好適に用いることができる。

発光層１５０が青色発光層である場合、青色ドーパントとしては公知の材料が使用可能であるが、例えば、ペリレン（ｐｅｒｌｅｎｅ）およびその誘導体、ビス［２−（４，６−ジフルオロフェニル）ピリジネート］ピコリネートイリジウム（ＩＩＩ）（ＦＩｒｐｉｃ）などのイリジウム（Ｉｒ）錯体等を使用することができる。

また、発光層１５０が赤色発光層である場合、赤色ドーパントとしては公知の材料が使用可能であるが、例えば、ルブレン（ｒｕｂｒｅｎｅ）およびその誘導体、４−ジシアノメチレン−２−（ｐ−ジメチルアミノスチリル）−６−メチル−４Ｈ−ピラン（ＤＣＭ）およびその誘導体、ビス（１‐フェニルイソキノリン）（アセチルアセトネート）イリジウム（ＩＩＩ）（Ｉｒ（ｐｉｑ）_２（ａｃａｃ））などのイリジウム錯体、オスミウム（Ｏｓ）錯体、白金錯体等を使用することができる。

また、発光層１５０が緑色発光層である場合、緑色ドーパントとしては公知の材料が使用可能であるが、例えば、クマリン（ｃｏｕｍａｒｉｎ）およびその誘導体、トリス（２−フェニルピリジン）イリジウム（ＩＩＩ）（Ｉｒ（ｐｐｙ）_３）などのイリジウム錯体等を使用することができる。

電子輸送層１６０は、電子を輸送する機能を有する電子輸送材料を含む層であり、真空蒸着法、スピンコーティング法、インクジェット法などを用いて発光層１５０上に形成される。また、電子輸送層１６０は、具体的には、約１０ｎｍ〜約１００ｎｍ、より具体的には、約１５ｎｍ〜約５０ｎｍの厚さにて形成されてもよい。なお、電子輸送層１６０は、公知の電子輸送材料を用いて形成することができるが、例えば、リチウムキノレート（ＬｉＱ）などのＬｉ錯体、トリス（８−キノリノラト）アルミニウム（Ａｌｑ３）などのキノリン（ｑｕｉｎｏｌｉｎｅ）誘導体、１，２，４−トリアゾール誘導体（ＴＡＺ）、ビス（２−メチル−８−キノリノラト）−（ｐ−フェニルフェノラート）−アルミニウム（ＢＡｌｑ）、ベリリウムビス（ベンゾキノリン−１０−オラート）（ＢｅＢｑ２）などを用いて形成することができる。

電子注入層１７０は、第２電極１８０からの電子の注入を容易にする機能を備えた層であり、真空蒸着法などを用いて電子輸送層１６０上に形成される。また、電子注入層１７０は、具体的には、約０．１ｎｍ〜約１０ｎｍ、より具体的には、約０．３ｎｍ〜約９ｎｍの厚さにて形成されてもよい。なお、電子注入層１７０は、公知の材料を用いて形成することができるが、例えば、フッ化リチウム（ＬｉＦ）、塩化ナトリウム（ＮａＣｌ）、フッ化セシウム（ＣｓＦ）、酸化リチウム（Ｌｉ_２Ｏ）、酸化バリウム（ＢａＯ）などを用いて形成することができる。

第２電極１８０は、例えば、カソードであり、蒸着法またはスパッタリング法などを用いて電子注入層１７０上に形成される。具体的には、第２電極１８０は、仕事関数が小さい金属、合金、導電性化合物等で反射型電極として形成される。第２電極１８０は、例えば、リチウム（Ｌｉ）、マグネシウム（Ｍｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、アルミニウム−リチウム（Ａｌ−Ｌｉ）、カルシウム（Ｃａ）、マグネシウム−インジウム（Ｍｇ−Ｉｎ）、マグネシウム−銀（Ｍｇ−Ａｇ）などで形成されてもよい。また、第２電極１８０は、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、酸化インジウム亜鉛（ＩＺＯ）などを用いて透過型電極として形成されてもよい。

以上にて、本発明の一実施形態に係る有機発光素子１００の構造の一例について説明した。本発明の一実施形態に係るカルバゾール誘導体を含む有機発光素子１００は、正孔と電子とのキャリアバランスが良好になり、かつホスト材料の安定性が向上するため、発光効率および寿命を向上させることができる。

また、本発明の一実施形態に係る有機発光素子１００は、本発明の一実施形態に係るカルバゾール誘導体を含む層（例えば、発光層）を低コストの成膜方法である塗布成膜により形成できるため、生産性を向上させることができる。

なお、本発明の一実施形態に係る有機発光素子１００の構造は、上記例示に限定されない。本発明の一実施形態に係る有機発光素子１００は、公知の他の様々な有機発光素子の構造を用いて形成されてもよい。例えば、有機発光素子１００は、正孔注入層１３０、正孔輸送層１４０、電子輸送層１６０、および電子注入層１７０のうち１層以上を備えていなくともよい。また、有機発光素子１００の各層は、単層で形成されてもよく、複数層で形成されてもよい。

また、有機発光素子１００は、三重項励起子または正孔が電子輸送層１６０に拡散する現象を防止するために、正孔輸送層１４０と発光層１５０との間に正孔阻止層を備えていてもよい。なお、正孔阻止層は、例えば、オキサジアゾール（ｏｘａｄｉａｚｏｌｅ）誘導体、トリアゾール（ｔｒｉａｚｏｌｅ）誘導体、またはフェナントロリン（ｐｈｅｎａｎｔｈｒｏｌｉｎｅ）誘導体などによって形成することができる。

以下では、本発明の一実施形態に係る実施例について説明する。

（カルバゾール誘導体の合成）
下記の反応式によって、本発明の一実施形態に係るカルバゾール誘導体である化合物１を合成した。

反応容器中にジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）（３ｍＬ）、化合物Ａ（５０ｍｇ、０．１３ｍｍｏｌ）、水酸化カリウム（ＫＯＨ）（１０ｍｇ、０．１４ｍｏｌ）を加え、６０℃で２時間加熱した後、臭化エチル（ＥｔＢｒ）（１５μＬ、０．２０ｍｍｏｌ）を加え、室温で１２時間撹拌した。水を加えた後、クロロホルム（ｃｈｌｏｒｏｆｏｒｍ）で抽出を行った。有機層を飽和食塩水で洗浄し、無水硫酸マグネシウムで乾燥を行った後、溶媒を留去することにより、化合物Ｂ（５４ｍｇ）を得た。次に、トルエン（ｔｏｌｕｅｎｅ）（３ｍＬ）中に、化合物Ｂ（５０ｍｇ、０．１２ｍｍｏｌ）、ジフェニルトリアジン（ｄｉｐｈｅｎｙｌ ｔｒｉａｚｉｎｅ）誘導体（４５ｍｇ、０．１２ｍｏｌ）、Ｐｄ（ＰＰｈ_３）_４（１４ｍｇ、１２μｍｏｌ）、水酸化テトラエチルアンモニウム（Ｅｔ_４ＮＯＨ）水溶液（４０質量％、０．２１ｍＬ、０．６０ｍｏｌ）を加え、１００℃にて加熱撹拌を行った。以上の合成により、目的の化合物１（４０ｍｇ）を得た。化合物１は、クロロホルムにて抽出し、カラムクロマトグラム（ｃｏｌｕｍｎ ｃｈｒｏｍａｔｏｇｒａｍ）を通したのち、クロロホルムを溶出液としてＧＰＣ（Ｇｅｌ Ｐｅｒｍｅａｔｉｏｎ ｃｈｒｏｍａｔｏｇｒａｐｈｙ）を用いて精製を行い、ＮＭＲスペクトル（ｎｕｃｌｅａｒ ｍａｇｎｅｔｉｃ ｒｅｓｏｎａｎｃｅ ｓｐｅｃｔｒｕｍ）を用いて構造を同定した。

以上にて合成した化合物１は、正孔輸送能を有するピリドカルバゾール骨格と、電子輸送能を持ったトリアジン（ｔｒｉａｚｉｎｅ）基とを有するため、良好なバイポーラ性を有することがわかる。

（特性評価）
また、化合物１を１０ｍｇに対してシリンジからトルエンを滴下し、完全に溶解するまでの容量を半定量的に測定する方法によって、化合物１のトルエンに対する溶解度を測定したところ、１質量％以上の良好な溶解性を示した。

さらに、上記で合成した化合物１のＨＯＭＯ（Ｈｉｇｈｅｓｔ Ｏｃｃｕｐｉｅｄ Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｏｒｂｉｔａｌ）、ＬＵＭＯ（Ｌｏｗｅｓｔ Ｕｎｏｃｃｕｐｉｅｄ Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｏｒｂｉｔａｌ）を、Ｇａｕｓｓｉａｎ０９（Ｇａｕｓｓｉａｎ社製）を用いて、基底関数Ｂ３ＬＹＰ／６−３１Ｇ^＊にて構造最適化を行い、物性を評価した。その結果、化合物１のＨＯＭＯ、およびＬＵＭＯのエネルギーレベルは、真空準位に対して、ＨＯＭＯは−５．５６ｅＶであり、ＬＵＭＯは−２．３６ｅＶであり、有機発光素子のホスト材料として利用可能なエネルギー準位を有していることが分かった。

したがって、本発明の一実施形態によれば、良好なバイポーラ性を有し、安定性が高く、塗布成膜に最適な溶解度を有するカルバゾール誘導体が提供される。

また、本発明の一実施形態に係るカルバゾール誘導体を含む有機発光素子は、正孔と電子とのキャリアバランスが良好になり、かつホスト材料の安定性が向上するため、発光効率および寿命を向上させることができる。

さらに、本発明の一実施形態に係る有機発光素子によれば、より低コストの成膜方法である塗布成膜によって発光層を形成できるため、生産性を向上させることができる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

１００ 有機発光素子
１１０ 基板
１２０ 第１電極
１３０ 正孔注入層
１４０ 正孔輸送層
１５０ 発光層
１６０ 電子輸送層
１７０ 電子注入層
１８０ 第２電極

Claims (11)

1. 下記化学式１で表される、カルバゾール誘導体。
   

   

   ・・・化学式１
   上記化学式１において、
   Ｒ_１は、ハロゲン、ヒドロキシル基、シアノ基、ニトロ基、アミノ基、アミジノ基、ヒドラジン、ヒドラゾン、カルボン酸基やその塩、スルホン酸基やその塩、リン酸基やその塩、置換もしくは非置換のＣ_１−Ｃ_２０アルキル基、置換もしくは非置換のＣ_２−Ｃ_２０アルケニル基、置換もしくは非置換のＣ_２−Ｃ_２０アルキニル基、置換もしくは非置換のＣ_１−Ｃ_２０アルコキシ基、置換もしくは非置換のＣ_６−Ｃ_６０アリール基、置換もしくは非置換のＣ_６−Ｃ_６０アリールオキシ基、置換もしくは非置換のＣ_６−Ｃ_６０アリールチオ基、または置換もしくは非置換のＣ_２−Ｃ_６０ヘテロアリール基であり、
   Ｒ_２およびＲ_３は、互いに独立して、水素、重水素、ハロゲン、ヒドロキシル基、シアノ基、ニトロ基、アミノ基、アミジノ基、ヒドラジン、ヒドラゾン、カルボン酸基やその塩、スルホン酸基やその塩、リン酸基やその塩、置換もしくは非置換のＣ_１−Ｃ_２０アルキル基、置換もしくは非置換のＣ_２−Ｃ_２０アルケニル基、置換もしくは非置換のＣ_２−Ｃ_２０アルキニル基、置換もしくは非置換のＣ_１−Ｃ_２０アルコキシ基、置換もしくは非置換のＣ_６−Ｃ_６０アリール基、置換もしくは非置換のＣ_６−Ｃ_６０アリールオキシ基、置換もしくは非置換のＣ_６−Ｃ_６０アリールチオ基、または置換もしくは非置換のＣ_２−Ｃ_６０ヘテロアリール基であり、
   Ａは、電荷輸送性基を含む置換基群である。
2. 前記Ａは、−（Ａｒ）_ｎ−Ｅで表され、
   ｎは、０〜５の整数であり、
   ｎ個のＡｒは、互いに独立して、置換もしくは非置換のＣ_６−Ｃ_６０アリーレン基、または置換もしくは非置換のＣ_６−Ｃ_６０ヘテロアリーレン基であり、
   Ｅは、電荷輸送性基である、請求項１に記載のカルバゾール誘導体。
3. 前記ｎ個のＡｒは、互いに独立して、置換もしくは非置換のＣ_６−Ｃ_６０アリーレン基である、請求項２に記載のカルバゾール誘導体。
4. 前記ｎは、１または２であり、
   前記ｎ個のＡｒは、互いに独立して、置換もしくは非置換のフェニレン基である、請求項３に記載のカルバゾール誘導体。
5. 前記Ｅは、置換もしくは非置換のピリジル基、置換もしくは非置換のピリミジル基、置換もしくは非置換のジベンゾフラン基、または置換もしくは非置換のトリアジル基である、請求項２〜４のいずれか一項に記載のカルバゾール誘導体。
6. 前記Ｒ_１は、置換もしくは非置換のＣ_１−Ｃ_２０アルキル基、置換もしくは非置換のＣ_１−Ｃ_２０アルコキシ基、または置換もしくは非置換のＣ_６−Ｃ_６０アリール基である請求項１〜５のいずれか一項に記載のカルバゾール誘導体。
7. 前記Ｒ_１は、置換もしくは非置換のメチル基、または置換もしくは非置換のエチル基である、請求項６に記載のカルバゾール誘導体。
8. 前記Ｒ_２およびＲ_３は、互いに独立して、水素、置換もしくは非置換のＣ_１−Ｃ_２０アルキル基、置換もしくは非置換のＣ_１−Ｃ_２０アルコキシ基、または置換もしくは非置換のＣ_６−Ｃ_６０アリール基である、請求項１〜７のいずれか一項に記載のカルバゾール誘導体。
9. 前記カルバゾール誘導体は、以下の化合物のうちのいずれか１つである、請求項１〜８のいずれか一項に記載のカルバゾール誘導体。
   

   
10. 前記カルバゾール誘導体は、置換基として、フッ素、およびアルコキシ基のうち少なくとも１つ以上有する、請求項１〜８のいずれか一項に記載のカルバゾール誘導体。
11. 請求項１〜１０のいずれか一項に記載されたカルバゾール誘導体を発光層に含む、有機発光素子。
    

Images