JP2015214491A - トリフェニレン環構造を有する化合物および有機エレクトロルミネッセンス素子 - Google Patents

トリフェニレン環構造を有する化合物および有機エレクトロルミネッセンス素子 Download PDF

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Abstract

【課題】高効率の有機エレクトロルミネッセンス素子用の材料として、高い励起三重項レベルを有し、燐光発光体の三重項励起子を完全に閉じ込めることができる、発光層のホスト化合物を提供し、さらにこの化合物を用いて、高効率、高輝度の有機エレクトロルミネッセンス素子を提供する。
【解決手段】一般式（１）で表されるトリフェニレン環構造を有する化合物と、該化合物が、少なくとも１つの有機層の構成材料として用いられていることを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子。

【選択図】なし

Description

本発明は、各種の表示装置に好適な自己発光素子である有機エレクトロルミネッセンス素子に適した化合物と該素子に関するものであり、詳しくはトリフェニレン環構造を有する化合物と、該化合物を用いた有機エレクトロルミネッセンス素子に関するものである。
有機エレクトロルミネッセンス素子は自己発光性素子であるので、液晶素子にくらべて明るく視認性に優れ、鮮明な表示が可能であるため、活発な研究がなされてきた。
近年、素子の発光効率を上げる試みとして、燐光発光体を用いて燐光を発生させる、すなわち三重項励起状態からの発光を利用する素子が開発されている。励起状態の理論によれば、燐光発光を用いた場合には、従来の蛍光発光の約４倍の発光効率が可能になるという、顕著な発光効率の向上が期待される。
１９９３年にプリンストン大学のＭ．Ａ．Ｂａｌｄｏらは、イリジウム錯体を用いた燐光発光素子によって８％の外部量子効率を実現させた。
また、熱活性化遅延蛍光（ＴＡＤＦ）による発光を利用する素子も開発されている。２０１１年に九州大学の安達らは、熱活性化遅延蛍光材料を用いた素子によって５．３％の外部量子効率を実現させた（例えば、非特許文献１参照）。
燐光発光体は濃度消光を起こすため、一般的にホスト化合物と称される、電荷輸送性の化合物にドープさせることによって担持される。担持される燐光発光体はゲスト化合物と称される。このホスト化合物としては、下記式で表される４，４’−ジ（Ｎ−カルバゾリル）ビフェニル（以後、ＣＢＰと略称する）が一般に用いられてきた（例えば、非特許文献２参照）。
しかし、ＣＢＰはガラス転移点（Ｔｇ）が６２℃と低く、結晶性が強いため、薄膜状態における安定性に乏しいことが指摘されていた。そのため高輝度発光など、耐熱性が必要とされる場面において、満足できる素子特性が得られていなかった。
燐光発光素子の研究が進むとともに、燐光発光体とホスト化合物の間のエネルギー移動過程の解明が進み、発光効率を高めるためにはホスト化合物の励起三重項レベルが燐光発光体の励起三重項レベルよりも高くなくてはならないことが明らかとなった。
下記式で表される青色燐光発光材であるＦＩｒｐｉｃを前記ＣＢＰにドープして発光層のホスト化合物とした場合、燐光発光素子の外部量子効率は６％程度に留まっている。これはＦＩｒｐｉｃの励起三重項レベルが２．６７ｅＶであるのに対し、ＣＢＰの励起三重項レベルが２．５７ｅＶと低いことから、ＦＩｒｐｉｃによる三重項励起子の閉じ込めが、ＣＢＰでは不十分であるからと考えられた。このことは、ＦＩｒｐｉｃをＣＢＰにドープした薄膜のフォトルミネッセンス強度が温度依存性を示すことによって実証されている（例えば、非特許文献３参照）。
ＣＢＰよりも励起三重項レベルの高いホスト化合物としては、下記で示される１，３−ビス（カルバゾール−９−イル）ベンゼン（以後、ｍＣＰと略称する）が知られているが、ｍＣＰもガラス転移点（Ｔｇ）が５５℃と低く、結晶性が強いため、薄膜状態における安定性に乏しい。そのため高輝度発光など、耐熱性が必要とされる場面において、満足できる素子特性が得られていなかった（例えば、非特許文献３参照）。
また、より高い励起三重項レベルを有するホスト化合物を検討する中から、電子輸送性もしくはバイポーラー輸送性のホスト化合物にイリジウム錯体をドープした場合、高い発光効率が得られることが分かってきている（例えば、非特許文献４参照）。
このように、実用的な場面での燐光発光素子の発光効率を高めるため、励起三重項レベルが高く、薄膜安定性の高い、発光層のホスト化合物が必要とされてきている。
Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔ．，９８，０８３３０２（２０１１） Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔ．，７５，４（１９９９） 有機ＥＬ照明用材料の開発と評価技術 ｐ１０２−１０６ サイエンス＆テクノロジー株式会社、（２０１０） 有機ＥＬディスプレイ ｐ９０、株式会社オーム社（２００５） 有機ＥＬ討論会第1回例会稿集、１９（２００５）
本発明の目的は、高効率の有機エレクトロルミネッセンス素子用の材料として、高い励起三重項レベルを有し、燐光発光体の三重項励起子を完全に閉じ込めることができる、発光層のホスト化合物を提供し、さらにこの化合物を用いて、高効率、高輝度の有機エレクトロルミネッセンス素子を提供することにある。本発明が提供しようとする有機化合物が具備すべき物理的な特性としては、（１）励起三重項レベルが高いこと、（２）バイポーラ輸送性を有すること、（３）薄膜状態が安定であること、をあげることができる。また、本発明が提供しようとする有機エレクトロルミネッセンス素子が具備すべき物理的な特性としては、（１）発光効率が高いこと、（２）実用駆動電圧が低いことをあげることができる。
そこで、本発明者らは上記の目的を達成するために、トリフェニレン環、ジベンゾフラン環、ジベンゾチオフェン環が高い励起三重項レベルを有する可能性に着目して、エネルギー準位を指標に化合物を設計して化学合成し、実際に仕事関数を測定することによって化合物が有するエネルギー準位を確認し、燐光発光素子に適した特性を有する新規なトリフェニレン環構造を有する化合物を見出した。そして、該化合物を用いて種々の有機エレクトロルミネッセンス素子を試作し、素子の特性評価を行なった結果、本発明を完成するに至った。
１）すなわち本発明は、一般式（１）で表されるトリフェニレン環構造を有する化合物である。
（式中、Ｒ１〜Ｒ６は、同一でも異なってもよく水素原子、重水素原子、フッ素原子、塩素原子、シアノ基、トリフルオロメチル基、置換基を有していてもよい炭素原子数１ないし６の直鎖状もしくは分岐状のアルキル基、置換もしくは無置換の芳香族炭化水素基、置換もしくは無置換の芳香族複素環基または置換もしくは無置換の縮合多環芳香族基を表し、Ａ１〜Ａ６は同一でも異なってもよく、置換もしくは無置換の芳香族複素環基を表す。）
２）また本発明は、下記一般式（１’）で表される、上記１）記載のトリフェニレン環構造を有する化合物である。
（式中、Ｒ１〜Ｒ６は、同一でも異なってもよく水素原子、重水素原子、フッ素原子、塩素原子、シアノ基、トリフルオロメチル基、置換基を有していてもよい炭素原子数１ないし６の直鎖状もしくは分岐状のアルキル基、置換もしくは無置換の芳香族炭化水素基、置換もしくは無置換の芳香族複素環基または置換もしくは無置換の縮合多環芳香族基を表し、Ａ１〜Ａ６は同一でも異なってもよく、置換もしくは無置換の芳香族複素環基を表す。）
３）また本発明は、一般式（１）において、Ａ１〜Ａ６が下記構造式（Ｂ）で示される１価基で表される、上記１）記載のトリフェニレン環構造を有する化合物である。
（式中、Ｒ７〜Ｒ１１は、同一でも異なってもよく水素原子、重水素原子、フッ素原子、塩素原子、シアノ基、トリフルオロメチル基、置換基を有していてもよい炭素原子数１ないし６の直鎖状もしくは分岐状のアルキル基、置換基を有していてもよい炭素原子数２ないし６の直鎖状もしくは分岐状のアルケニル基、置換もしくは無置換の芳香族炭化水素基、置換もしくは無置換の芳香族複素環基または置換もしくは無置換の縮合多環芳香族基を表す。Ｖ、Ｗ、Ｘ、Ｙ、Ｚは炭素原子または窒素原子を表し、Ｖ、Ｗ、Ｘ、Ｙ、Ｚはそのいずれか１〜３個が窒素原子であるものとし、この場合の窒素原子はＲ７〜Ｒ１１の置換基を有さないものとする。）
４）また本発明は、前記構造式（Ｂ）において、Ｖ、Ｗ、Ｘ、Ｙ、Ｚのいずれか１個が窒素原子である、上記３）記載のトリフェニレン環構造を有する化合物である。
５）また本発明は、前記構造式（Ｂ）において、Ｖ、Ｗ、Ｘ、Ｙ、Ｚのいずれか２個が窒素原子である、上記３）記載のトリフェニレン環構造を有する化合物である。
６）また本発明は、前記構造式（Ｂ）において、Ｖ、Ｗ、Ｘ、Ｙ、Ｚのいずれか３個が窒素原子である、上記３）記載のトリフェニレン環構造を有する化合物である。
７）また本発明は、一対の電極とその間に挟まれた少なくとも一層の有機層を有する有機エレクトロルミネッセンス素子において、前記有機層の少なくとも一層が前記一般式（１）で表されるトリフェニレン環構造を有する化合物を含む、有機エレクトロルミネッセンス素子である。
８）また本発明は、前記した有機層が正孔阻止層であり、前記一般式（１）で表されるトリフェニレン環構造を有する化合物が、該正孔阻止層中に、少なくとも一つの構成材料として用いられていることを特徴とする上記７）記載の有機エレクトロルミネッセンス素子である。
９）また本発明は、前記した有機層が発光層であり、前記一般式（１）で表されるトリフェニレン環構造を有する化合物が、該発光層中に、少なくとも一つの構成材料として用いられていることを特徴とする上記７）記載の有機エレクトロルミネッセンス素子である。
１０）また本発明は、前記した有機層が発光層であり、前記一般式（１）で表されるトリフェニレン環構造を有する化合物が、該発光層のホスト材料として用いられていることを特徴とする上記９）記載の有機エレクトロルミネッセンス素子である。
１１）また本発明は、一対の電極とその間に挟まれた、燐光性の発光材料を含有する発光層と少なくとも一層の有機層を有する有機エレクトロルミネッセンス素子において、前記一般式（１）で表されるトリフェニレン環構造を有する化合物が、該発光層中に、少なくとも一つの構成材料として用いられていることを特徴とする上記７）記載の有機エレクトロルミネッセンス素子である。
１２）また本発明は、前記した燐光性の発光材料がイリジウムまたは白金を含む金属錯体である上記１１）記載の有機エレクトロルミネッセンス素子である。
１３）また本発明は、前記した燐光性の発光材料が緑色発光材料である上記１１）記載の有機エレクトロルミネッセンス素子である。
一般式（１）、一般式（１’）中のＡ１〜Ａ６で表される、「置換もしくは無置換の芳香族複素環基」における「芳香族複素環基」としては、具体的にピリジル基、ビピリジル基、ピリダジニル基、ピリミジニル基、ピラジニル基、トリアジニル基、フラニル基、ピロリル基、チエニル基、イミダゾリル基、ピラゾリル基、オキサゾリル基、チアゾリル基、イソチアゾリル基、イソオキサゾリル基、キノリル基、イソキノリル基、キノキサリル基、プテリジニル基、ベンゾフラニル基、ベンゾチエニル基、インドリル基、イソインドリル基、ベンゾイミダゾリル基、ベンゾオキサゾリル基、ベンゾチアゾリル基、キノキサリル基、カルバゾリル基、ピラゾリル基、ピリドインドリル基、ジベンゾフラニル基、ジベンゾチエニル基、ナフチリジニル基、フェナントロリニル基、アクリジニル基、キサンテニル基のような基をあげることができる。
一般式（１）、一般式（１’）中のＡ１〜Ａ６としては、含窒素芳香族複素環基が好ましく、前記構造式（Ｂ）で示される１価基であることが特に好ましい。
一般式（１）、一般式（１’）中のＡ１〜Ａ６で表される、「置換芳香族複素環基」における「置換基」としては、具体的に、重水素原子、フッ素原子、塩素原子、シアノ基、トリフルオロメチル基、ニトロ基、炭素原子数１ないし６の直鎖状もしくは分岐状のアルキル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、炭素原子数１ないし６の直鎖状もしくは分岐状のアルキルオキシ基、炭素原子数１ないし６の直鎖状もしくは分岐状のアルキル基で置換されたジアルキルアミノ基、フェニル基、ビフェニリル基、ターフェニリル基、テトラキスフェニル基、スチリル基、ナフチル基、フルオレニル基、フェナントリル基、インデニル基、ピレニル基、ピリジル基、ビピリジル基、トリアジル基、ピリミジル基、キノリル基、イソキノリル基、インドリル基、ピリドインドリル基、カルバゾリル基、キノキサリル基、ピラゾリル基のような基をあげることができ、これらの置換基はさらに置換されていてもよい。
一般式（１）、一般式（１’）および構造式（Ｂ）中のＲ１〜Ｒ１１で表される「置換基を有していてもよい炭素原子数１ないし６の直鎖状もしくは分岐状のアルキル基」における「アルキル基」としては、具体的に、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、イソブチル基、ｔｅｒｔ−ブチル基、ｎ−ペンチル基、イソペンチル基、ネオペンチル基、ｎ−ヘキシル基などをあげることができる。
一般式（１）、一般式（１’）および構造式（Ｂ）中のＲ１〜Ｒ１１で表される「置換基を有する炭素原子数１ないし６の直鎖状もしくは分岐状のアルキル基」における「置換基」としては、具体的に、重水素原子、フッ素原子、塩素原子、シアノ基、トリフルオロメチル基、ニトロ基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、炭素原子数１ないし６の直鎖状もしくは分岐状のアルキルオキシ基、炭素原子数１ないし６の直鎖状もしくは分岐状のアルキル基で置換されたジアルキルアミノ基、フェニル基、ビフェニリル基、ターフェニリル基、テトラキスフェニル基、スチリル基、ナフチル基、フルオレニル基、フェナントリル基、インデニル基、ピレニル基、ピリジル基、ビピリジル基、トリアジル基、ピリミジル基、キノリル基、イソキノリル基、インドリル基、ピリドインドリル基、カルバゾリル基、キノキサリル基、ピラゾリル基のような基をあげることができ、これらの置換基はさらに置換されていてもよく、これらの置換基同士が互いに結合し、環を形成していてもよい。
一般式（１）、一般式（１’）および構造式（Ｂ）中のＲ１〜Ｒ１１で表される、「置換もしくは無置換の芳香族炭化水素基」、「置換もしくは無置換の芳香族複素環基」または「置換もしくは無置換の縮合多環芳香族基」における「芳香族炭化水素基」、「芳香族複素環基」または「縮合多環芳香族基」としては、具体的にフェニル基、ビフェニリル基、ターフェニリル基、テトラキスフェニル基、スチリル基、ナフチル基、アントリル基、アセナフテニル基、フルオレニル基、フェナントリル基、インデニル基、ピレニル基、ピリジル基、ビピリジル基、トリアジル基、ピリミジル基、フラニル基、ピロリル基、チエニル基、キノリル基、イソキノリル基、ベンゾフラニル基、ベンゾチエニル基、インドリル基、カルバゾリル基、ベンゾオキサゾリル基、ベンゾチアゾリル基、キノキサリル基、ベンゾイミダゾリル基、ピラゾリル基、ピリドインドリル基、ジベンゾフラニル基、ジベンゾチエニル基、ナフチリジニル基、フェナントロリニル基、アクリジニル基のような基をあげることができる。
一般式（１）、一般式（１’）および構造式（Ｂ）中のＲ１〜Ｒ１１で表される、「置換芳香族炭化水素基」、「置換芳香族複素環基」または「置換縮合多環芳香族基」における「置換基」としては、具体的に、重水素原子、フッ素原子、塩素原子、シアノ基、トリフルオロメチル基、ニトロ基、炭素原子数１ないし６の直鎖状もしくは分岐状のアルキル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、炭素原子数１ないし６の直鎖状もしくは分岐状のアルキルオキシ基、炭素原子数１ないし６の直鎖状もしくは分岐状のアルキル基で置換されたジアルキルアミノ基、フェニル基、ビフェニリル基、ターフェニリル基、テトラキスフェニル基、スチリル基、ナフチル基、フルオレニル基、フェナントリル基、インデニル基、ピレニル基、ピリジル基、ビピリジル基、トリアジル基、ピリミジル基、キノリル基、イソキノリル基、インドリル基、ピリドインドリル基、カルバゾリル基、キノキサリル基、ピラゾリル基のような基をあげることができ、これらの置換基はさらに置換されていてもよい。
構造式（Ｂ）中のＲ７〜Ｒ１１で表される「置換基を有していてもよい炭素原子数２ないし６の直鎖状もしくは分岐状のアルケニル基」における「アルケニル基」としては、具体的に、ビニル基、アリル基、イソプロペニル基、２−ブテニル基、イソブテニル基、２−ペンテニル基、イソペンテニル基、２−ヘキセニル基、４−メチル−３−ペンテニル基などをあげることができ、隣り合う基同士で互いに結合して環を形成していてもよい。
構造式（Ｂ）中のＲ７〜Ｒ１１で表される「置換基を有する炭素原子数２ないし６の直鎖状もしくは分岐状のアルケニル基」における「置換基」としては、具体的に、重水素原子、フッ素原子、塩素原子、シアノ基、トリフルオロメチル基、ニトロ基、炭素原子数１ないし６の直鎖状もしくは分岐状のアルキル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、炭素原子数１ないし６の直鎖状もしくは分岐状のアルキルオキシ基、炭素原子数１ないし６の直鎖状もしくは分岐状のアルキル基で置換されたジアルキルアミノ基、フェニル基、ビフェニリル基、ターフェニリル基、テトラキスフェニル基、スチリル基、ナフチル基、フルオレニル基、フェナントリル基、インデニル基、ピレニル基、ピリジル基、ビピリジル基、トリアジル基、ピリミジル基、キノリル基、イソキノリル基、インドリル基、ピリドインドリル基、カルバゾリル基、キノキサリル基、ピラゾリル基のような基をあげることができ、これらの置換基はさらに置換されていてもよく、これらの置換基同士が互いに結合して環を形成していてもよい。
本発明の一般式（１）、一般式（１’）で表される、トリフェニレン環構造を有する化合物は新規な化合物であり、発光層のホスト化合物として好適なエネルギー準位を有し、三重項励起子を閉じ込める優れた能力を有している。
本発明の一般式（１）、一般式（１’）で表される、トリフェニレン環構造を有する化合物は、有機エレクトロルミネッセンス素子（以後、有機ＥＬ素子と略称する。）の発光層または正孔阻止層の構成材料として使用することができる。従来の材料に比べてバイポーラ輸送性に優れている本発明の化合物を用いることにより、電力効率の向上や、実用駆動電圧の低下という効果を有している。
本発明のトリフェニレン環構造を有する化合物は、有機ＥＬ素子の正孔阻止層の化合物、あるいは発光層のホスト化合物として有用であり、該化合物を用いて有機ＥＬ素子を作製することにより、高効率、低駆動電圧の有機ＥＬ素子を得ることができる。
本発明実施例１の化合物（化合物２）の１Ｈ−ＮＭＲチャート図である。 実施例４、比較例１のＥＬ素子構成を示した図である。 比較例２のＥＬ素子構成を示した図である。
本発明のトリフェニレン環構造を有する化合物は、新規な化合物であり、これらの化合物は例えば、以下のように合成できる。種々の置換基を有する芳香族複素環のボロン酸またはボロン酸エステル体と相当するトリフェニレン化合物のハライドとをＳｕｚｕｋｉカップリングなどのクロスカップリング反応を行うことによって、トリフェニレン環構造を有する化合物を合成することができる。
一般式（１）、一般式（１’）で表されるトリフェニレン環構造を有する化合物の中で、好ましい化合物の具体例を以下に示すが、本発明は、これらの化合物に限定されるものではない。
（化合物２）
（化合物３）
（化合物４）
（化合物５）
（化合物６）
（化合物７）
（化合物８）
（化合物９）
（化合物１０）
（化合物１１）
（化合物１２）
（化合物１３）
（化合物１４）
（化合物１５）
（化合物１６）
これらの化合物の精製はカラムクロマトグラフによる精製、シリカゲル、活性炭、活性白土などによる吸着精製、溶媒による再結晶や晶析法などによって行った。化合物の同定は、ＮＭＲ分析によって行なった。物性値として、融点、ガラス転移点（Ｔｇ）と仕事関数の測定を行った。融点は蒸着性の指標となるものであり、ガラス転移点（Ｔｇ）は薄膜状態の安定性の指標となるものであり、仕事関数は発光ホスト材料としてのエネルギー準位の指標となるものである。
融点とガラス転移点（Ｔｇ）は、粉体を用いて高感度示差走査熱量計（ブルカー・エイエックスエス製、ＤＳＣ３１００Ｓ）によって測定した。
また仕事関数は、ＩＴＯ基板の上に１００ｎｍの薄膜を作製して、大気中光電子分光装置（理研計器製、ＡＣ−３型）を用いて測定した。
本発明の有機ＥＬ素子の構造としては、基板上に順次に、陽極、正孔注入層、正孔輸送層、電子阻止層、発光層、正孔阻止層、電子輸送層、陰極からなるもの、また、電子輸送層と陰極の間にさらに電子注入層を有するもの、さらに、発光層の陽極側および／または陰極側に励起子ブロッキング層を有するものがあげられる。これらの多層構造においては有機層を何層か省略することが可能であり、例えば基板上に順次に、陽極、正孔輸送層、発光層、電子輸送層、電子注入層、陰極とすることや、陽極、正孔輸送層、発光層、電子輸送層、陰極とすることもできる。
前記発光層、前記正孔輸送層、前記電子輸送層においては、それぞれが２層以上積層された構造であってもよい。
本発明の有機ＥＬ素子の陽極としては、ＩＴＯや金のような仕事関数の大きな電極材料が用いられる。本発明の有機ＥＬ素子の正孔注入層として、銅フタロシアニンに代表されるポルフィリン化合物のほか、ナフタレンジアミン誘導体、スターバースト型のトリフェニルアミン誘導体、分子中にトリフェニルアミン構造を３個以上、単結合またはヘテロ原子を含まない２価基で連結した構造を有するアリールアミン化合物などのトリフェニルアミン３量体および４量体、ヘキサシアノアザトリフェニレンのようなアクセプター性の複素環化合物や塗布型の高分子材料を用いることができる。これらの材料は蒸着法の他、スピンコート法やインクジェット法などの公知の方法によって薄膜形成を行うことができる。
本発明の有機ＥＬ素子の正孔輸送層として、ｍ−カルバゾリルフェニル基を含有する化合物のほか、Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−Ｎ，Ｎ’−ジ（ｍ−トリル）−ベンジジン（以後、ＴＰＤと略称する）やＮ，Ｎ’−ジフェニル−Ｎ，Ｎ’−ジ（α−ナフチル）−ベンジジン（以後、ＮＰＤと略称する）、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラビフェニリルベンジジンなどのベンジジン誘導体、１，１−ビス［(ジ−４−トリルアミノ)フェニル］シクロヘキサン（以後、ＴＡＰＣと略称する）、種々のトリフェニルアミン３量体および４量体やカルバゾール誘導体などを用いることができる。これらは、単独で成膜してもよいが、他の材料とともに混合して成膜した単層として使用してもよく、単独で成膜した層同士、混合して成膜した層同士、または単独で成膜した層と混合して成膜した層の積層構造としてもよい。また、正孔の注入・輸送層として、ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）（以後、ＰＥＤＯＴと略称する）／ポリ（スチレンスルフォネート）（以後、ＰＳＳと略称する）などの塗布型の高分子材料を用いることができる。これらの材料は蒸着法の他、スピンコート法やインクジェット法などの公知の方法によって薄膜形成を行うことができる。
また、正孔注入層あるいは正孔輸送層において、該層に通常使用される材料に対し、さらにトリスブロモフェニルアミンヘキサクロルアンチモンをＰドーピングしたものや、ＴＰＤの構造をその部分構造に有する高分子化合物などを用いることができる。
本発明の有機ＥＬ素子の電子阻止層として、４，４’,４’’−トリ（Ｎ−カルバゾリル）トリフェニルアミン（以後、ＴＣＴＡと略称する）、９，９−ビス［４−（カルバゾール−９−イル）フェニル］フルオレン、１，３−ビス（カルバゾール−９−イル）ベンゼン（以後、ｍＣＰと略称する）、２，２−ビス（４−カルバゾール−９−イルフェニル）アダマンタン(以後、Ａｄ−Ｃｚと略称する)などのカルバゾール誘導体、９−［４−（カルバゾール−９−イル）フェニル］−９−［４−（トリフェニルシリル）フェニル］−９Ｈ−フルオレンに代表されるトリフェニルシリル基とトリアリールアミン構造を有する化合物などの電子阻止作用を有する化合物を用いることができる。これらは、単独で成膜してもよいが、他の材料とともに混合して成膜した単層として使用してもよく、単独で成膜した層同士、混合して成膜した層同士、または単独で成膜した層と混合して成膜した層の積層構造としてもよい。これらの材料は蒸着法の他、スピンコート法やインクジェット法などの公知の方法によって薄膜形成を行うことができる。
本発明の有機ＥＬ素子の発光層として、トリス（８−ヒドロキシキノリン）アルミニウム（以後、Ａｌｑ３と略称する）をはじめとするキノリノール誘導体の金属錯体などの各種金属錯体、アントラセン誘導体、ビススチリルベンゼン誘導体、ピレン誘導体、オキサゾール誘導体、ポリパラフェニレンビニレン誘導体などを用いることができる。また、発光層をホスト材料とドーパント材料とで構成してもよく、この場合、ホスト材料として本発明の一般式（１）で表されるトリフェニレン環構造を有する化合物、ｍＣＰ、チアゾール誘導体、ベンズイミダゾール誘導体、ポリジアルキルフルオレン誘導体などを用いることができる。またドーパント材料としては、キナクリドン、クマリン、ルブレン、アントラセン、ペリレンおよびそれらの誘導体、ベンゾピラン誘導体、ローダミン誘導体、アミノスチリル誘導体などを用いることができる。これらは、単独で成膜してもよいが、他の材料とともに混合して成膜した単層として使用してもよく、単独で成膜した層同士、混合して成膜した層同士、または単独で成膜した層と混合して成膜した層の積層構造としてもよい。
また、発光材料として燐光性の発光材料を使用することも可能である。燐光性の発光体としては、イリジウムや白金などの金属錯体の燐光発光体を使用することができる。Ｉｒ（ｐｐｙ）３などの緑色の燐光発光体、ＦＩｒｐｉｃ、ＦＩｒ６などの青色の燐光発光体、Ｂｔｐ２Ｉｒ（ａｃａｃ）、Ｉｒ（ｐｉｑ）３などの赤色の燐光発光体などが用いられ、このときのホスト材料としては正孔注入・輸送性のホスト材料として、ＣＢＰやＴＣＴＡ、ｍＣＰなどのカルバゾール誘導体などを用いることができる。電子輸送性のホスト材料として、ｐ−ビス（トリフェニルシリル）ベンゼン(以後、ＵＧＨ２と略称する)や２，２’,２’’−(１，３，５−フェニレン)−トリス（１−フェニル−１Ｈ−ベンズイミダゾール）（以後、ＴＰＢIと略称する）などを用いることができる。
燐光性の発光材料のホスト材料へのドープは濃度消光を避けるため、発光層全体に対して1〜３０重量パーセントの範囲で、共蒸着によってドープすることが好ましい。
また、発光層の材料として、熱活性化遅延蛍光材料を使用することも可能である。熱活性化遅延蛍光材料としては、ＰＩＣ−ＴＲＺ（例えば、非特許文献１参照）、特願2012-088615に記載された化合物などを使用することができる。
これらの材料は蒸着法の他、スピンコート法やインクジェット法などの公知の方法によって薄膜形成を行うことができる。
また、本発明の化合物を用いて作製した発光層に、仕事関数の異なる化合物をホスト材料として用いて作製した発光層を隣接させて積層した構造の素子を作製することができる（例えば、非特許文献５参照）。
本発明の有機ＥＬ素子の正孔阻止層として、本発明の一般式（１）で表されるトリフェニレン環構造を有する化合物のほか、バソクプロイン（以後、ＢＣＰと略称する）などのフェナントロリン誘導体や、アルミニウム（III）ビス（２−メチル−８−キノリナート）−４−フェニルフェノレート（以後、ＢＡｌｑと略称する）などのキノリノール誘導体の金属錯体のほか、各種の希土類錯体、オキサゾール誘導体、トリアゾール誘導体、トリアジン誘導体など、正孔阻止作用を有する化合物を用いることができる。これらの材料は電子輸送層の材料を兼ねてもよい。これらは、単独で成膜してもよいが、他の材料とともに混合して成膜した単層として使用してもよく、単独で成膜した層同士、混合して成膜した層同士、または単独で成膜した層と混合して成膜した層の積層構造としてもよい。これらの材料は蒸着法の他、スピンコート法やインクジェット法などの公知の方法によって薄膜形成を行うことができる。
本発明の有機ＥＬ素子の電子輸送層として、Ａｌｑ３、ＢＡｌｑをはじめとするキノリノール誘導体の金属錯体のほか、各種金属錯体、トリアゾール誘導体、トリアジン誘導体、オキサジアゾール誘導体、チアジアゾール誘導体、カルボジイミド誘導体、キノキサリン誘導体、フェナントロリン誘導体、シロール誘導体などを用いることができる。これらは、単独で成膜してもよいが、他の材料とともに混合して成膜した単層として使用してもよく、単独で成膜した層同士、混合して成膜した層同士、または単独で成膜した層と混合して成膜した層の積層構造としてもよい。これらの材料は蒸着法の他、スピンコート法やインクジェット法などの公知の方法によって薄膜形成を行うことができる。
本発明の有機ＥＬ素子の電子注入層として、フッ化リチウム、フッ化セシウムなどのアルカリ金属塩、フッ化マグネシウムなどのアルカリ土類金属塩、酸化アルミニウムなどの金属酸化物などを用いることができるが、電子輸送層と陰極の好ましい選択においては、これを省略することができる。
さらに、電子注入層あるいは電子輸送層において、該層に通常使用される材料に対し、さらにセシウムなどの金属をＮドーピングしたものを用いることができる。
本発明の有機ＥＬ素子の陰極として、アルミニウムのような仕事関数の低い電極材料や、マグネシウム銀合金、マグネシウムインジウム合金、アルミニウムマグネシウム合金のような、より仕事関数の低い合金が電極材料として用いられる。
以下、本発明の実施の形態について、実施例により具体的に説明するが、本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。
＜２，３，６，７，１０，１１−ヘキサ（ピリジン−３−イル）トリフェニレン（化合物２）の合成＞
窒素置換した反応容器に、トリフェニレン５．０ｇ、鉄粉０．４９ｇ、臭素１０．１ｍｌを加えて加熱し、１７０℃で１０時間攪拌した。室温まで冷却した後、テトラヒドロフラン１００ｍｌを加え、さらに０．５時間攪拌した。ろ過することによって２，３，６，７，１０，１１−ヘキサブロモトリフェニレンの灰色粉末１３．５ｇ（収率８４％）を得た。
得られた２，３，６，７，１０，１１−ヘキサブロモトリフェニレン３．４６ｇ、および３−ピリジンボロン酸４．０ｇ、２Ｍ炭酸カリウム水溶液２２．４ｍｌ、テトラキス（トリフェニルホスフィン）パラジウム（０）０．５７ｇ、トルエン１８０ｍｌ、エタノール４５ｍｌを窒素置換した反応容器に加えて加熱し、攪拌しながら２８時間還流した。室温まで冷却し、水１００ｍｌ、クロロホルム５００ｍｌを加えた後、分液操作を行うことによって有機層を採取した。有機層を水１００ｍｌで洗浄した後、無水硫酸マグネシウムで脱水し、濃縮することによって粗製物を得た。得られた粗製物を１，２−ジクロロベンゼンによる再結晶を行うことによって精製し、２，３，６，７，１０，１１−ヘキサ（ピリジン−３−イル）トリフェニレン（化合物２）の類白色粉末０．９ｇ（収率２６％）を得た。
得られた類白色粉末についてＮＭＲを使用して構造を同定した。１Ｈ−ＮＭＲ測定結果を図１に示した。
１Ｈ−ＮＭＲ（ＣＤＣｌ３）で以下の３０個の水素のシグナルを検出した。δ（ｐｐｍ）＝８．７６（６Ｈ）、８．６５（６Ｈ）、８．５７−８．５９（６Ｈ）、７．５９−７．６１（６Ｈ）、７．２７−７．２９（６Ｈ）。
本発明の化合物について、高感度示差走査熱量計（ブルカー・エイエックスエス製、ＤＳＣ３１００Ｓ）によって融点とガラス転移点を求めた。
融点 ガラス転移点
本発明実施例１の化合物 ３８０℃以上 なし
本発明の化合物はガラス転移点が確認されなかったことから、薄膜状態が安定であることを示すものである。
本発明の化合物を用いて、ＩＴＯ基板の上に膜厚５０ｎｍの蒸着膜を作製して、大気中光電子分光装置（理研計器製、ＡＣ−３型）で仕事関数を測定した。
仕事関数
本発明実施例１の化合物 ６．４０ｅＶ
ＣＢＰ ６．００ｅＶ
このように本発明の化合物は、発光層のホスト化合物として一般的に用いられているＣＢＰと比較して、好適なエネルギー準位を有している。
有機ＥＬ素子は、図２に示すように、ガラス基板１上に透明陽極２としてＩＴＯ電極をあらかじめ形成したものの上に、正孔輸送層３、発光層４、電子輸送層６、電子注入層７、陰極（アルミニウム電極）８の順に蒸着して作製した。
具体的には、膜厚１００ｎｍのＩＴＯを成膜したガラス基板１を有機溶媒で洗浄した後に、ＵＶオゾン処理にて表面を洗浄した。その後、このＩＴＯ電極付きガラス基板を真空蒸着機内に取り付け０．００１Ｐａ以下まで減圧した。続いて、透明陽極２を覆うように正孔輸送層３として、下記構造式の化合物（Ｔｒｉｓ−ＰＣｚ）を蒸着速度２Å／ｓで膜厚５０ｎｍとなるように形成した。この正孔輸送層３の上に、発光層４として本発明実施例１の化合物（化合物２）と緑色燐光発光体Ｉｒ（ｐｐｙ）３を、蒸着速度比が化合物２：Ｉｒ（ｐｐｙ）３＝９４：６となる蒸着速度で二元蒸着を行い、膜厚２０ｎｍとなるように形成した。この発光層４の上に、電子輸送層６としてＡｌｑ３を蒸着速度２Å／ｓで膜厚３０ｎｍとなるように形成した。この電子輸送層６の上に、電子注入層７としてフッ化リチウムを蒸着速度０．１Å／ｓで膜厚１ｎｍとなるように形成した。最後に、アルミニウムを膜厚１００ｎｍとなるように蒸着して陰極８を形成した。作製した有機ＥＬ素子について、大気中、常温で特性測定を行なった。
（Ｔｒｉｓ−ＰＣｚ）
本発明の実施例１の化合物（化合物２）を使用して作製した有機ＥＬ素子に直流電圧を印加したときの発光特性の測定結果を表１にまとめて示した。
［比較例１］
比較のために、実施例４における発光層４の材料を、実施例１の化合物（化合物２）からＣＢＰに代え、実施例４と同様の条件で有機ＥＬ素子を作製した。作製した有機ＥＬ素子について、大気中、常温で特性測定を行なった。作製した有機ＥＬ素子に直流電圧を印加したときの発光特性の測定結果を表１にまとめて示した。
［比較例２］
有機ＥＬ素子は、図３に示すように、ガラス基板１上に透明陽極２としてＩＴＯ電極をあらかじめ形成したものの上に、正孔輸送層３、発光層４、正孔阻止層５、電子輸送層６、電子注入層７、陰極（アルミニウム電極）８の順に蒸着して作製した。
具体的には、膜厚１００ｎｍのＩＴＯを成膜したガラス基板１を有機溶媒で洗浄した後に、ＵＶオゾン処理にて表面を洗浄した。その後、このＩＴＯ電極付きガラス基板を真空蒸着機内に取り付け０．００１Ｐａ以下まで減圧した。続いて、透明陽極２を覆うように正孔輸送層３として、前記構造式の化合物（Ｔｒｉｓ−ＰＣｚ）を蒸着速度２Å／ｓで膜厚５０ｎｍとなるように形成した。この正孔輸送層３の上に、発光層４としてＣＢＰと緑色燐光発光体Ｉｒ（ｐｐｙ）３を、蒸着速度比がＣＢＰ：Ｉｒ（ｐｐｙ）３＝９４：６となる蒸着速度で二元蒸着を行い、膜厚２０ｎｍとなるように形成した。この発光層４の上に、正孔阻止層５としてＢＣＰを蒸着速度２Å／ｓで膜厚１０ｎｍとなるように形成した。この正孔阻止層５の上に、電子輸送層６としてＡｌｑ３を蒸着速度２Å／ｓで膜厚３０ｎｍとなるように形成した。この電子輸送層６の上に、電子注入層７としてフッ化リチウムを蒸着速度０．１Å／ｓで膜厚１ｎｍとなるように形成した。最後に、アルミニウムを膜厚１００ｎｍとなるように蒸着して陰極８を形成した。作製した有機ＥＬ素子について、大気中、常温で特性測定を行なった。
表１に示す様に、電流密度１０ｍＡ／ｃｍ２時における最大外部量子効率は、発光層の材料としてＣＢＰを用いた比較例１の４．４％に対して実施例４では１４．０％と高効率化した。さらに、発光層の材料としてＣＢＰを用い、ＢＣＰを用いた正孔阻止層を追加した素子構成を有する比較例２の１３．３％よりも高い最大外部量子効率を示した。
これらの結果から明らかなように、本発明のトリフェニレン環構造を有する化合物を用いた有機ＥＬ素子は、一般的な発光ホスト材料であるＣＢＰと比較して、外部量子効率の向上を達成でき、さらに、一般的な正孔阻止層の材料であるＢＣＰを用いた正孔阻止層を追加した素子構成を有する有機ＥＬ素子と比較しても、外部量子効率の向上を達成できることがわかった。
以上のように、本発明のトリフェニレン環構造を有する化合物は好適なエネルギー準位を有しており、また、好適な三重項エネルギーを閉じ込める能力を有している。
本発明のトリフェニレン環構造を有する化合物は、好適なエネルギー準位を有しており、好適な三重項エネルギーを閉じ込める能力を有しているため、発光層のホスト化合物および正孔阻止性の化合物として優れている。また、該化合物を用いて有機ＥＬ素子を作製することにより、従来の有機ＥＬ素子の輝度と発光効率を改良することができる。
１ ガラス基板
２ 透明陽極
３ 正孔輸送層
４ 発光層
５ 正孔阻止層
６ 電子輸送層
７ 電子注入層
８ 陰極

Claims (13)

  1. 下記一般式（１）で表される、トリフェニレン環構造を有する化合物。
    （式中、Ｒ１〜Ｒ６は、同一でも異なってもよく水素原子、重水素原子、フッ素原子、塩素原子、シアノ基、トリフルオロメチル基、置換基を有していてもよい炭素原子数１ないし６の直鎖状もしくは分岐状のアルキル基、置換もしくは無置換の芳香族炭化水素基、置換もしくは無置換の芳香族複素環基または置換もしくは無置換の縮合多環芳香族基を表し、Ａ１〜Ａ６は同一でも異なってもよく、置換もしくは無置換の芳香族複素環基を表す。）
  2. 下記一般式（１’）で表される、請求項１記載のトリフェニレン環構造を有する化合物。
    （式中、Ｒ１〜Ｒ６は、同一でも異なってもよく水素原子、重水素原子、フッ素原子、塩素原子、シアノ基、トリフルオロメチル基、置換基を有していてもよい炭素原子数１ないし６の直鎖状もしくは分岐状のアルキル基、置換もしくは無置換の芳香族炭化水素基、置換もしくは無置換の芳香族複素環基または置換もしくは無置換の縮合多環芳香族基を表し、Ａ１〜Ａ６は同一でも異なってもよく、置換もしくは無置換の芳香族複素環基を表す。）
  3. 前記一般式（１）において、Ａ１〜Ａ６が下記構造式（Ｂ）で示される１価基で表される、請求項１記載のトリフェニレン環構造を有する化合物。
    （式中、Ｒ７〜Ｒ１１は、同一でも異なってもよく水素原子、重水素原子、フッ素原子、塩素原子、シアノ基、トリフルオロメチル基、置換基を有していてもよい炭素原子数１ないし６の直鎖状もしくは分岐状のアルキル基、置換基を有していてもよい炭素原子数２ないし６の直鎖状もしくは分岐状のアルケニル基、置換もしくは無置換の芳香族炭化水素基、置換もしくは無置換の芳香族複素環基または置換もしくは無置換の縮合多環芳香族基を表す。Ｖ、Ｗ、Ｘ、Ｙ、Ｚは炭素原子または窒素原子を表し、Ｖ、Ｗ、Ｘ、Ｙ、Ｚはそのいずれか１〜３個が窒素原子であるものとし、この場合の窒素原子はＲ７〜Ｒ１１の置換基を有さないものとする。）
  4. 前記構造式（Ｂ）において、Ｖ、Ｗ、Ｘ、Ｙ、Ｚのいずれか１個が窒素原子である、請求項３記載のトリフェニレン環構造を有する化合物。
  5. 前記構造式（Ｂ）において、Ｖ、Ｗ、Ｘ、Ｙ、Ｚのいずれか２個が窒素原子である、請求項３記載のトリフェニレン環構造を有する化合物。
  6. 前記構造式（Ｂ）において、Ｖ、Ｗ、Ｘ、Ｙ、Ｚのいずれか３個が窒素原子である、請求項３記載のトリフェニレン環構造を有する化合物。
  7. 一対の電極とその間に挟まれた少なくとも一層の有機層を有する有機エレクトロルミネッセンス素子において、下記一般式（１）で表される、トリフェニレン環構造を有する化合物が、少なくとも１つの有機層の構成材料として用いられていることを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子。
    （式中、Ｒ１〜Ｒ６は、同一でも異なってもよく水素原子、重水素原子、フッ素原子、塩素原子、シアノ基、トリフルオロメチル基、置換基を有していてもよい炭素原子数１ないし６の直鎖状もしくは分岐状のアルキル基、置換もしくは無置換の芳香族炭化水素基、置換もしくは無置換の芳香族複素環基または置換もしくは無置換の縮合多環芳香族基を表し、Ａ１〜Ａ６は同一でも異なってもよく、置換もしくは無置換の芳香族複素環基を表す。）
  8. 前記した有機層が正孔阻止層であり、上記一般式（１）で表される化合物が、該正孔阻止層中に、少なくとも一つの構成材料として用いられていることを特徴とする請求項７記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
  9. 前記した有機層が発光層であり、上記一般式（１）で表される化合物が、該発光層中に、少なくとも一つの構成材料として用いられていることを特徴とする請求項７記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
  10. 前記した有機層が発光層であり、上記一般式（１）で表される化合物が、該発光層のホスト材料として用いられていることを特徴とする請求項９記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
  11. 一対の電極とその間に挟まれた、燐光性の発光材料を含有する発光層と少なくとも一層の有機層を有する有機エレクトロルミネッセンス素子において、上記一般式（１）で表される化合物が、該発光層中に、少なくとも一つの構成材料として用いられていることを特徴とする請求項７記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
  12. 前記した燐光性の発光材料がイリジウムまたは白金を含む金属錯体である請求項１１記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
  13. 前記した燐光性の発光材料が緑色発光材料である請求項１１記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
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