JP2016179943A - 化合物、及びそれを用いた有機エレクトロルミネッセンス素子 - Google Patents
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Abstract
【課題】有機EL素子の低電圧化及び高効率化に寄与できる化合物を提供する。【解決手段】同一分子内に下記式(1)で表わされる構造を2以上含み、前記式(1)で表わされる構造の少なくとも2つが単結合で互いに直接結合している構造を含む化合物。【選択図】なし
Description
本発明は、化合物、及びそれを用いた有機エレクトロルミネッセンス素子に関する。
有機エレクトロルミネッセンス(EL)素子には、蛍光型及び燐光型があり、それぞれの発光メカニズムに応じ、最適な素子設計が検討されている。燐光型の有機EL素子については、その発光特性から、蛍光素子技術の単純な転用では高性能な素子が得られないことが知られている。その理由は、一般的に以下のように考えられている。
燐光発光は、三重項励起子を利用した発光であるため、発光層に用いる化合物のエネルギーギャップが大きい必要がある。これは、ある化合物のエネルギーギャップ(以下、一重項エネルギーともいう。)の値は、通常、その化合物の三重項エネルギー(本発明では、最低励起三重項状態と基底状態とのエネルギー差をいう。)の値よりも大きいためである。
燐光発光は、三重項励起子を利用した発光であるため、発光層に用いる化合物のエネルギーギャップが大きい必要がある。これは、ある化合物のエネルギーギャップ(以下、一重項エネルギーともいう。)の値は、通常、その化合物の三重項エネルギー(本発明では、最低励起三重項状態と基底状態とのエネルギー差をいう。)の値よりも大きいためである。
燐光発光性ドーパント材料の三重項エネルギーを効率的に発光層内に閉じ込めるためには、まず、燐光発光性ドーパント材料の三重項エネルギーよりも大きい三重項エネルギーのホスト材料を発光層に用いなければならない。
有機EL素子の駆動電圧を低減するためには、電荷注入性もしくは電荷輸送性に優れる材料を用いる必要がある。しかし、このように電荷注入性、電荷輸送性に優れる材料を用いる場合、駆動電圧が低減する代わりに、発光層内の電荷バランスが悪化し、素子の短寿命化に繋がるケースがある。即ち素子の寿命を維持した上で、駆動電圧を低減する電荷輸送材料が必要となる。
以上のような理由から、燐光型の有機EL素子の高性能化には、蛍光型の有機EL素子と異なる材料選択及び素子設計が必要になっている。
材料研究は鋭意行われており、いくつかの報告がなされている。
材料研究は鋭意行われており、いくつかの報告がなされている。
特許文献1は、有機EL素子用材料として多環系化合物を開示し、具体的には多環系化合物が連結基を介して結合する化合物を開示する。
また、特許文献2は、有機EL素子用材料として縮環構造でない芳香族炭化水素基等を連結基として、インドロカルバゾール骨格を連結する化合物を開示する。
また、特許文献2は、有機EL素子用材料として縮環構造でない芳香族炭化水素基等を連結基として、インドロカルバゾール骨格を連結する化合物を開示する。
本発明の目的は、有機EL素子の低電圧化及び高効率化に寄与できる化合物を提供することである。
本発明の一形態によれば、以下の化合物が提供される。
同一分子内に下記式(1)で表わされる構造を2以上含み、前記式(1)で表わされる構造の少なくとも2つが単結合で互いに直接結合している構造を含む化合物。
[式(1)中、
Xaは、O、S、N(R)、又はC(Ra)(Rb)である
Xb及びXcは、それぞれ独立に、O、S、N(R)、C(R1a)(R1b)、又は単結合である。但し、Xb及びXcの少なくとも一方は単結合である。
Rは、単結合、水素原子、置換若しくは無置換の炭素数1〜30のアルキル基、置換若しくは無置換の環形成炭素数3〜30のシクロアルキル基、置換若しくは無置換の環形成炭素数6〜30の芳香族炭化水素環基、又は置換若しくは無置換の環形成原子数3〜30の芳香族複素環基である。
R1a及びR1bは、それぞれ独立に、水素原子、置換若しくは無置換の炭素数1〜30のアルキル基、置換若しくは無置換の環形成炭素数3〜30のシクロアルキル基、置換若しくは無置換の環形成炭素数6〜30の芳香族炭化水素環基、又は置換若しくは無置換の環形成原子数3〜30の芳香族複素環基である。
但し、Xa及びXb、又はXa及びXcが、共にC(R1a)(R1b)であることはなく、Xa及びXb、又はXa及びXcが、共にN(R)であることはない。
Z1、Z2及びZ3は、それぞれ独立に、置換若しくは無置換の環形成炭素数6〜30の芳香族炭化水素環基、又は置換若しくは無置換の環形成原子数3〜30の芳香族複素環基である。
但し、2以上の式(1)で表される構造は、それぞれ同一又は異なっていてもよい。]
同一分子内に下記式(1)で表わされる構造を2以上含み、前記式(1)で表わされる構造の少なくとも2つが単結合で互いに直接結合している構造を含む化合物。
Xaは、O、S、N(R)、又はC(Ra)(Rb)である
Xb及びXcは、それぞれ独立に、O、S、N(R)、C(R1a)(R1b)、又は単結合である。但し、Xb及びXcの少なくとも一方は単結合である。
Rは、単結合、水素原子、置換若しくは無置換の炭素数1〜30のアルキル基、置換若しくは無置換の環形成炭素数3〜30のシクロアルキル基、置換若しくは無置換の環形成炭素数6〜30の芳香族炭化水素環基、又は置換若しくは無置換の環形成原子数3〜30の芳香族複素環基である。
R1a及びR1bは、それぞれ独立に、水素原子、置換若しくは無置換の炭素数1〜30のアルキル基、置換若しくは無置換の環形成炭素数3〜30のシクロアルキル基、置換若しくは無置換の環形成炭素数6〜30の芳香族炭化水素環基、又は置換若しくは無置換の環形成原子数3〜30の芳香族複素環基である。
但し、Xa及びXb、又はXa及びXcが、共にC(R1a)(R1b)であることはなく、Xa及びXb、又はXa及びXcが、共にN(R)であることはない。
Z1、Z2及びZ3は、それぞれ独立に、置換若しくは無置換の環形成炭素数6〜30の芳香族炭化水素環基、又は置換若しくは無置換の環形成原子数3〜30の芳香族複素環基である。
但し、2以上の式(1)で表される構造は、それぞれ同一又は異なっていてもよい。]
本発明によれば、有機EL素子の低電圧化及び高効率化に寄与できる化合物が提供できる。
本発明の一形態に係る化合物は、同一分子内に下記式(1)で表わされる構造を2以上含み、式(1)で表わされる構造の少なくとも2つが単結合で互いに直接結合している構造を含む。
[式(1)中、
Xaは、O、S、NR、又はC(R1a)(R1b)である
Xb及びXcは、それぞれ独立に、O、S、NR、C(R1a)(R1b)、又は単結合である。但し、Xb及びXcの少なくとも一方は単結合である。
Rは、単結合、水素原子、置換若しくは無置換の炭素数1〜30のアルキル基、置換若しくは無置換の環形成炭素数3〜30のシクロアルキル基、置換若しくは無置換の環形成炭素数6〜30の芳香族炭化水素環基、又は置換若しくは無置換の環形成原子数3〜30の芳香族複素環基である。
R1a及びR1bは、それぞれ独立に、水素原子、置換若しくは無置換の炭素数1〜30のアルキル基、置換若しくは無置換の環形成炭素数3〜30のシクロアルキル基、置換若しくは無置換の環形成炭素数6〜30の芳香族炭化水素環基、又は置換若しくは無置換の環形成原子数3〜30の芳香族複素環基である。
但し、Xa及びXb、又はXa及びXcが、共にC(R1a)(R1b)であることはなく、Xa及びXb、又はXa及びXcが、共にN(R)であることはない。
Z1、Z2及びZ3は、それぞれ独立に、置換若しくは無置換の環形成炭素数6〜30の芳香族炭化水素環基、又は置換若しくは無置換の環形成原子数3〜30の芳香族複素環基である。
但し、2以上の式(1)で表される構造は、それぞれ同一又は異なっていてもよい。]
Xaは、O、S、NR、又はC(R1a)(R1b)である
Xb及びXcは、それぞれ独立に、O、S、NR、C(R1a)(R1b)、又は単結合である。但し、Xb及びXcの少なくとも一方は単結合である。
Rは、単結合、水素原子、置換若しくは無置換の炭素数1〜30のアルキル基、置換若しくは無置換の環形成炭素数3〜30のシクロアルキル基、置換若しくは無置換の環形成炭素数6〜30の芳香族炭化水素環基、又は置換若しくは無置換の環形成原子数3〜30の芳香族複素環基である。
R1a及びR1bは、それぞれ独立に、水素原子、置換若しくは無置換の炭素数1〜30のアルキル基、置換若しくは無置換の環形成炭素数3〜30のシクロアルキル基、置換若しくは無置換の環形成炭素数6〜30の芳香族炭化水素環基、又は置換若しくは無置換の環形成原子数3〜30の芳香族複素環基である。
但し、Xa及びXb、又はXa及びXcが、共にC(R1a)(R1b)であることはなく、Xa及びXb、又はXa及びXcが、共にN(R)であることはない。
Z1、Z2及びZ3は、それぞれ独立に、置換若しくは無置換の環形成炭素数6〜30の芳香族炭化水素環基、又は置換若しくは無置換の環形成原子数3〜30の芳香族複素環基である。
但し、2以上の式(1)で表される構造は、それぞれ同一又は異なっていてもよい。]
本発明の一形態に係る化合物は、平面性が高い多環系ヘテロ芳香族環同士が直接連結した構造を有することで有機EL素子用材料として使用した場合に低電圧駆動が期待できる。
また、本発明の一形態に係る化合物は、ワイドギャップな多環系ヘテロ芳香族環同士が芳香族環の連結基を介することなく、直接連結した構造を有することで、三重項エネルギーを高いレベルで保つことができ、短波長の燐光素子に用いる材料として適した化合物である。
また、本発明の一形態に係る化合物は、ワイドギャップな多環系ヘテロ芳香族環同士が芳香族環の連結基を介することなく、直接連結した構造を有することで、三重項エネルギーを高いレベルで保つことができ、短波長の燐光素子に用いる材料として適した化合物である。
本発明の一形態に係る化合物は、好ましくは下記式(1a)〜(1e)のいずれかで表わされる化合物である。
(式(1a)、(1b)、(1c)、(1d)及び(1e)中、
La及びLbは、それぞれ独立に、下記式(a)〜(e)で表わされる構造のいずれかである。
X1及びX2は、それぞれ独立に、O、S、N(R)、又はC(R1a)(R1b)である。
Y1〜Y10は、それぞれ独立に、C(R1)又は窒素原子である。
R及びR1は、それぞれ独立に、単結合、水素原子、置換若しくは無置換の炭素数1〜30のアルキル基、置換若しくは無置換の環形成炭素数3〜30のシクロアルキル基、置換若しくは無置換の環形成炭素数6〜30の芳香族炭化水素環基、又は置換若しくは無置換の環形成原子数3〜30の芳香族複素環基である。
隣接する炭素原子に結合するR1は、互いに環を形成してもよい。
R1a及びR1bは、それぞれ独立に、水素原子、置換若しくは無置換の炭素数1〜30のアルキル基、置換若しくは無置換の環形成炭素数3〜30のシクロアルキル基、置換若しくは無置換の環形成炭素数6〜30の芳香族炭化水素環基、又は置換若しくは無置換の環形成原子数3〜30の芳香族複素環基である。
La及びLbの両方が、X1〜X2及びY1〜Y10のいずれかとそれぞれ結合する、又はLa及びLbのいずれか一方がX1〜X2及びY1〜Y10のいずれかと結合し、La及びLbの他方が、Lcと結合し、前記LcがX1〜X2及びY1〜Y10のいずれかと結合する。
Lcは置換若しくは無置換の環形成炭素数6〜30の芳香族炭化水素環基、又は置換若しくは無置換の環形成原子数3〜30の芳香族複素環基である。
X1〜X2及びY1〜Y10のいずれか2つは、Rが単結合であるN(R)、及びR1が単結合であるC(R1)から選択されるいずれかであり、当該単結合がそれぞれLa、Lb及びLcのいずれか2つとの結合手となる。
但し、X1及びX2が、共にC(R1a)(R1b)であることはなく、X1及びX2が、共にN(R)であることはない。)
(式(a)、(b)、(c)、(d)及び(e)中、
X11及びX12は、前記式(1a)〜(1e)のX1及びX2とそれぞれ同様である。
Y11〜Y20は、前記式(1a)〜(1e)のY1〜Y10とそれぞれ同様である。
X11〜X12及びY11〜Y20の少なくとも1つは前記式(1a)〜(1e)で表わされる構造と結合する。)
La及びLbは、それぞれ独立に、下記式(a)〜(e)で表わされる構造のいずれかである。
X1及びX2は、それぞれ独立に、O、S、N(R)、又はC(R1a)(R1b)である。
Y1〜Y10は、それぞれ独立に、C(R1)又は窒素原子である。
R及びR1は、それぞれ独立に、単結合、水素原子、置換若しくは無置換の炭素数1〜30のアルキル基、置換若しくは無置換の環形成炭素数3〜30のシクロアルキル基、置換若しくは無置換の環形成炭素数6〜30の芳香族炭化水素環基、又は置換若しくは無置換の環形成原子数3〜30の芳香族複素環基である。
隣接する炭素原子に結合するR1は、互いに環を形成してもよい。
R1a及びR1bは、それぞれ独立に、水素原子、置換若しくは無置換の炭素数1〜30のアルキル基、置換若しくは無置換の環形成炭素数3〜30のシクロアルキル基、置換若しくは無置換の環形成炭素数6〜30の芳香族炭化水素環基、又は置換若しくは無置換の環形成原子数3〜30の芳香族複素環基である。
La及びLbの両方が、X1〜X2及びY1〜Y10のいずれかとそれぞれ結合する、又はLa及びLbのいずれか一方がX1〜X2及びY1〜Y10のいずれかと結合し、La及びLbの他方が、Lcと結合し、前記LcがX1〜X2及びY1〜Y10のいずれかと結合する。
Lcは置換若しくは無置換の環形成炭素数6〜30の芳香族炭化水素環基、又は置換若しくは無置換の環形成原子数3〜30の芳香族複素環基である。
X1〜X2及びY1〜Y10のいずれか2つは、Rが単結合であるN(R)、及びR1が単結合であるC(R1)から選択されるいずれかであり、当該単結合がそれぞれLa、Lb及びLcのいずれか2つとの結合手となる。
但し、X1及びX2が、共にC(R1a)(R1b)であることはなく、X1及びX2が、共にN(R)であることはない。)
X11及びX12は、前記式(1a)〜(1e)のX1及びX2とそれぞれ同様である。
Y11〜Y20は、前記式(1a)〜(1e)のY1〜Y10とそれぞれ同様である。
X11〜X12及びY11〜Y20の少なくとも1つは前記式(1a)〜(1e)で表わされる構造と結合する。)
上記式(1a)〜(1e)のX1及びX2並びにY1〜Y10と、上記式(a)〜(e)のX11及びX12並びにY11〜Y20は、それぞれ互いに同じでも異なってもよい。
例えば本発明の一形態に係る化合物が式(1a)で表わされる化合物であって、Laが式(a)で表わされる構造であり、Lbが式(b)で表わされる構造である場合、式(1a)のX1、式(a)のX11、及び式(b)のX11は、それぞれ同じでも異なってもよい。
例えば本発明の一形態に係る化合物が式(1a)で表わされる化合物であって、Laが式(a)で表わされる構造であり、Lbが式(b)で表わされる構造である場合、式(1a)のX1、式(a)のX11、及び式(b)のX11は、それぞれ同じでも異なってもよい。
上記式(1a)〜(1e)において、好ましくはLa及びLbが、それぞれX1〜X2及びY1〜Y10のいずれかと結合する。
上記式(1a)〜(1e)において、好ましくはX1及びX2の一方がN(R)であり、X1及びX2の他方が酸素原子又は硫黄原子である。
上記式(1a)〜(1e)において、好ましくはX1及びX2が、それぞれ独立に酸素原子又は硫黄原子である。
式(1a)〜(1e)において、好ましくはLa及びLbの少なくとも一方が、下記式(f)〜(j)の何れかで表される構造である。
[式(f)〜(j)中、X12、R、Y11〜Y20は、前記式(a)〜(e)と同様である。]
上記式(2)において、好ましくはLa及びLbの少なくとも一方が、上記式(f)〜(j)のいずれかである。
上記式(2)において、好ましくはLa及びLbが共に、それぞれ独立に、式(f)〜(j)の何れかで表され、そのRが共に単結合であり、式(2a)で表される*の部位の炭素原子と結合する。
(式(2a)中、X1、X2、Y1〜Y6、Y8〜Y10、La及びLbは、上記式(2)と同様である)
以下、上述した式(1)等の各基について説明する。
尚、本発明において、「置換もしくは無置換の・・・・」の「無置換」とは、水素原子が結合していることを意味する。また、水素原子とは、中性子数が異なる同位体、即ち、軽水素(protium)、重水素(deuterium)、三重水素(tritium)を包含する。
また、「環形成炭素」とは飽和環、不飽和環、又は芳香環を構成する炭素原子を意味し、「環形成原子」とはヘテロ環(飽和環、不飽和環、及び芳香環を含む)を構成する炭素原子及びヘテロ原子を意味する。
加えて、Lcは、La及びLb、並びにX1〜X2及びY1〜Y10の連結基であり、Lcの芳香族炭化水素環基及び芳香族複素環基としては、後述する具体例の対応する残基が挙げられる。
尚、本発明において、「置換もしくは無置換の・・・・」の「無置換」とは、水素原子が結合していることを意味する。また、水素原子とは、中性子数が異なる同位体、即ち、軽水素(protium)、重水素(deuterium)、三重水素(tritium)を包含する。
また、「環形成炭素」とは飽和環、不飽和環、又は芳香環を構成する炭素原子を意味し、「環形成原子」とはヘテロ環(飽和環、不飽和環、及び芳香環を含む)を構成する炭素原子及びヘテロ原子を意味する。
加えて、Lcは、La及びLb、並びにX1〜X2及びY1〜Y10の連結基であり、Lcの芳香族炭化水素環基及び芳香族複素環基としては、後述する具体例の対応する残基が挙げられる。
芳香族炭化水素環基(アリ−ル基)の具体例としては、フェニル基、トリル基、キシリル基、ナフチル基、フェナントリル基、ピレニル基、クリセニル基、ベンゾ[c]フェナントリル基、ベンゾ[g]クリセニル基、ベンゾアントリル基、トリフェニレニル基、フルオレニル基、9,9−ジメチルフルオレニル基、ベンゾフルオレニル基、ジベンゾフルオレニル基、ビフェニル基、ターフェニル基、フルオランテニル基等が挙げられ、好ましくはフェニル基、ビフェニル基、ナフチル基である。
置換基を有する芳香族炭化水素基としては、トリル基、キシリル基、9,9−ジメチルフルオレニル基等が挙げられる。
具体例が示すように、アリール基は、縮合アリール基及び非縮合アリール基の両方を含む。
置換基を有する芳香族炭化水素基としては、トリル基、キシリル基、9,9−ジメチルフルオレニル基等が挙げられる。
具体例が示すように、アリール基は、縮合アリール基及び非縮合アリール基の両方を含む。
芳香族複素環基(ヘテロアリール基、ヘテロ芳香族環基、複素環基)の具体例としては、ピロリル基、ピラゾリル基、ピラジニル基、ピリミジニル基、ピリダジニル基、ピリジル基、トリアジニル基、インドリル基、イソインドリル基、イミダゾリル基、ベンズイミダゾリル基、インダゾリル基、イミダゾ[1,2−a]ピリジニル基、フリル基、ベンゾフラニル基、イソベンゾフラニル基、ジベンゾフラニル基、アザジベンゾフラニル基、チオフェニル基、ベンゾチオフェニル基、ジベンゾチオフェニル基、アザジベンゾチオフェニル基、キノリル基、イソキノリル基、キノキサリニル基、キナゾリニル基、ナフチリジニル基、カルバゾリル基、アザカルバゾリル基、フェナントリジニル基、アクリジニル基、フェナントロリニル基、フェナジニル基、フェノチアジニル基、フェノキサジニル基、オキサゾリル基、オキサジアゾリル基、フラザニル基、ベンズオキサゾリル基、チエニル基、チアゾリル基、チアジアゾリル基、ベンズチアゾリル基、トリアゾリル基、テトラゾリル基等が挙げられ、好ましくは、ジベンゾフラニル基、ジベンゾチオフェニル基、カルバゾリル基、である。
上記アザカルバゾリル基は、例えば2〜5個の窒素原子を含むアザカルバゾリル基であり、下記アザカルバゾールから誘導される1価の基が挙げられる。結合手はいずれの窒素原子、いずれの炭素原子上に存在していてもよく、また、いずれの窒素原子、いずれの炭素原子も置換されていてもよい。
アルキル基としては、直鎖状、分岐状及び環状のアルキル基がある。直鎖状及び分岐状のアルキル基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、イソブチル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基、n−ペンチル基、n−ヘキシル基、n−ヘプチル基、n−オクチル基等が挙げられ、好ましくは、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、イソブチル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基が挙げられ、さらに好ましくはメチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、s−ブチル基、t−ブチル基である。
シクロアルキル基としては、シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、1−アダマンチル基、2−アダマンチル基、1−ノルボルニル基、2−ノルボルニル基等が挙げられる。好ましくはシクロペンチル基、シクロヘキシル基である。
シクロアルキル基としては、シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、1−アダマンチル基、2−アダマンチル基、1−ノルボルニル基、2−ノルボルニル基等が挙げられる。好ましくはシクロペンチル基、シクロヘキシル基である。
本発明の一形態に係る化合物は、有機EL素子の材料として用いることができ、有機EL素子の発光層の材料として好適に用いることができ、青色燐光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。これは、本発明の一形態に係る化合物は、三重項エネルギーが十分に大きいため、青色の燐光発光性ドーパント材料を使用しても、燐光発光性ドーパント材料の三重項エネルギーを効率的に発光層内に閉じ込めることができるからである。
また、本発明の一形態に係る化合物は、青色発光層に限らず、より長波長の光(緑〜赤色等)の発光層にも使用できる。
また、本発明の一形態に係る化合物は、青色発光層に限らず、より長波長の光(緑〜赤色等)の発光層にも使用できる。
[有機EL素子]
本発明の有機EL素子は、陰極と陽極の間に発光層を含有する有機薄膜層を有し、この有機薄膜層のうちの少なくとも1層が本発明の一形態に係る化合物を含む。これにより、有機EL素子の低電圧駆動が可能となる。有機薄膜層の例としては、正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電子輸送層、電子注入層、スペース層、及び障壁層等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
本発明の有機EL素子は、陰極と陽極の間に発光層を含有する有機薄膜層を有し、この有機薄膜層のうちの少なくとも1層が本発明の一形態に係る化合物を含む。これにより、有機EL素子の低電圧駆動が可能となる。有機薄膜層の例としては、正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電子輸送層、電子注入層、スペース層、及び障壁層等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
図1は、本発明の一形態に係る有機EL素子の一実施形態の層構成を示す概略図である。
有機EL素子1は、基板10上に、陽極20、正孔輸送帯域30、発光層40、電子輸送帯域50及び陰極60を、この順で積層した構成を有する。正孔輸送帯域30は、陽極20と発光層40に挟まれた層をいい、例えば正孔輸送層、正孔注入層、電子障壁層等を意味する。同様に、電子輸送帯域50は、陰極60と発光層40に挟まれた層をいい、例えば電子輸送層、電子注入層、正孔障壁層等を意味する。障壁層は、電子や正孔を発光層40に閉じ込めて、発光層40における励起子の生成確率を高めることができる。これらは形成しなくともよいが、好ましくは1層以上形成する。この素子において有機薄膜層は、正孔輸送帯域30に設けられる各有機層、発光層40及び電子輸送帯域50に設けられる各有機層である。
有機EL素子1は、基板10上に、陽極20、正孔輸送帯域30、発光層40、電子輸送帯域50及び陰極60を、この順で積層した構成を有する。正孔輸送帯域30は、陽極20と発光層40に挟まれた層をいい、例えば正孔輸送層、正孔注入層、電子障壁層等を意味する。同様に、電子輸送帯域50は、陰極60と発光層40に挟まれた層をいい、例えば電子輸送層、電子注入層、正孔障壁層等を意味する。障壁層は、電子や正孔を発光層40に閉じ込めて、発光層40における励起子の生成確率を高めることができる。これらは形成しなくともよいが、好ましくは1層以上形成する。この素子において有機薄膜層は、正孔輸送帯域30に設けられる各有機層、発光層40及び電子輸送帯域50に設けられる各有機層である。
以下、各層の材料等について説明するが、各層の材料は下記材料に限定されず、公知の材料等を使用できる。
[発光層]
本発明の一形態に係る化合物を含む発光層は、好ましくは燐光ドーパント(燐光発光性材料)を含有する。
上記燐光ドーパントとしては、金属錯体化合物が挙げられ、好ましくはIr,Pt,Os,Au,Cu,Re及びRuから選択される金属原子と、配位子とを有する化合物である。配位子は、オルトメタル結合を有すると好ましい。
燐光量子収率が高く、発光素子の外部量子効率をより向上させることができるという点で、燐光ドーパントは、Ir,Os及びPtから選ばれる金属原子を含有する化合物であると好ましく、イリジウム錯体、オスミウム錯体、白金錯体等の金属錯体であるとさらに好ましく、中でもイリジウム錯体及び白金錯体がより好ましく、オルトメタル化イリジウム錯体が最も好ましい。
ドーパントは、1種単独でも、2種以上の混合物でもよい。
[発光層]
本発明の一形態に係る化合物を含む発光層は、好ましくは燐光ドーパント(燐光発光性材料)を含有する。
上記燐光ドーパントとしては、金属錯体化合物が挙げられ、好ましくはIr,Pt,Os,Au,Cu,Re及びRuから選択される金属原子と、配位子とを有する化合物である。配位子は、オルトメタル結合を有すると好ましい。
燐光量子収率が高く、発光素子の外部量子効率をより向上させることができるという点で、燐光ドーパントは、Ir,Os及びPtから選ばれる金属原子を含有する化合物であると好ましく、イリジウム錯体、オスミウム錯体、白金錯体等の金属錯体であるとさらに好ましく、中でもイリジウム錯体及び白金錯体がより好ましく、オルトメタル化イリジウム錯体が最も好ましい。
ドーパントは、1種単独でも、2種以上の混合物でもよい。
発光層における燐光ドーパントの添加濃度は特に限定されるものではないが、好ましくは0.1〜30質量%、より好ましくは0.1〜20質量%である
発光層は、ダブルホスト(ホスト・コホストともいう)としてもよい。具体的に、発光層において電子輸送性のホストと正孔輸送性のホストを組み合わせることで、発光層内のキャリアバランスを調整してもよい。
また、ダブルドーパントとしてもよい。発光層において、量子収率の高いドーパント材料を2種類以上入れることによって、それぞれのドーパントが発光する。例えば、ホストと赤色ドーパント、緑色のドーパントを共蒸着することによって、黄色の発光層を実現することがある。
また、ダブルドーパントとしてもよい。発光層において、量子収率の高いドーパント材料を2種類以上入れることによって、それぞれのドーパントが発光する。例えば、ホストと赤色ドーパント、緑色のドーパントを共蒸着することによって、黄色の発光層を実現することがある。
発光層は単層でもよく、また、積層構造でもよい。発光層を積層させると、発光層界面に電子と正孔を蓄積させることによって再結合領域を発光層界面に集中させることができる。これによって、量子効率を向上させることができる。
[阻止層]
発光層に隣接する層に本発明の一形態に係る化合物を使用することも好ましい。
例えば、図1の素子の正孔輸送帯域30と発光層40の間に、本発明の材料を含有する層(陽極側隣接層)を形成した場合、該層は電子障壁層としての機能や励起子阻止層としての機能を有する。
発光層40と電子輸送帯域50の間に本発明の一形態に係る化合物を含有する層(陰極側隣接層)を形成した場合、該層は正孔障壁層としての機能や励起子阻止層としての機能できる。
発光層に隣接する層に本発明の一形態に係る化合物を使用することも好ましい。
例えば、図1の素子の正孔輸送帯域30と発光層40の間に、本発明の材料を含有する層(陽極側隣接層)を形成した場合、該層は電子障壁層としての機能や励起子阻止層としての機能を有する。
発光層40と電子輸送帯域50の間に本発明の一形態に係る化合物を含有する層(陰極側隣接層)を形成した場合、該層は正孔障壁層としての機能や励起子阻止層としての機能できる。
上記障壁層(阻止層)とは、キャリアの移動障壁、又は励起子の拡散障壁の機能を有する層である。発光層から正孔輸送帯域へ電子が漏れることを防ぐための有機層を主に電子障壁層と定義でき、発光層から電子輸送帯域へ正孔が漏れることを防ぐための有機層を正孔障壁層と定義できる。また、発光層で生成された三重項励起子が、三重項エネルギーが発光層よりも低い準位を有する周辺層へ拡散することを防止するための有機層を励起子阻止層(トリプレット障壁層)と定義する場合がある。
また、本発明の一形態に係る化合物を発光層40に隣接する層に用い,かつ更にその隣接する層に接合する他の有機薄膜層に用いてもよい。
加えて、発光層を2層以上形成する場合、本発明の一形態に係る化合物は、発光層間に形成するスペース層材料としても好適に用いることができる。
また、本発明の一形態に係る化合物を発光層40に隣接する層に用い,かつ更にその隣接する層に接合する他の有機薄膜層に用いてもよい。
加えて、発光層を2層以上形成する場合、本発明の一形態に係る化合物は、発光層間に形成するスペース層材料としても好適に用いることができる。
[電子注入層及び電子輸送層]
電子注入・輸送層は、発光層への電子の注入を助け、発光領域まで輸送する層であって、電子移動度が大きい層であり、式(A)で表わされる化合物は、当該電子注入・輸送層に用いる電子輸送性材料として好適に用いることができる。
式(A)で表わされる化合物以外の電子輸送性材料としては、分子内にヘテロ原子を1個以上含有する芳香族ヘテロ環化合物が好ましく用いられ、特に含窒素環誘導体が好ましい。また、含窒素環誘導体としては、含窒素6員環もしくは5員環骨格を有する芳香族環、又は含窒素6員環もしくは5員環骨格を有する縮合芳香族環化合物が好ましく、例えば、ピリジン環、ピリミジン環、トリアジン環、ベンズイミダゾール環、フェナントロリン環、キナゾリン環等を骨格に含む化合物が挙げられる。
電子注入・輸送層は、発光層への電子の注入を助け、発光領域まで輸送する層であって、電子移動度が大きい層であり、式(A)で表わされる化合物は、当該電子注入・輸送層に用いる電子輸送性材料として好適に用いることができる。
式(A)で表わされる化合物以外の電子輸送性材料としては、分子内にヘテロ原子を1個以上含有する芳香族ヘテロ環化合物が好ましく用いられ、特に含窒素環誘導体が好ましい。また、含窒素環誘導体としては、含窒素6員環もしくは5員環骨格を有する芳香族環、又は含窒素6員環もしくは5員環骨格を有する縮合芳香族環化合物が好ましく、例えば、ピリジン環、ピリミジン環、トリアジン環、ベンズイミダゾール環、フェナントロリン環、キナゾリン環等を骨格に含む化合物が挙げられる。
その他、ドナー性材料のドーピング(n)、アクセプター材料のドーピング(p)により、半導体性を備えた有機層を形成してもよい。Nドーピングの代表例は、電子輸送性材料にLiやCs等の金属をドーピングさせるものであり、Pドーピングの代表例は、正孔輸送性材料にF4TCNQ(2,3,5,6-Tetrafluoro-7,7,8,8-tetracyanoquinodimethane)等のアクセプター材をドープするものである(例えば、特許3695714参照)。
有機EL素子は発光した光が電極(例えば陰極)により反射するため、直接陽極から取り出される発光と、電極による反射を経由して取り出される発光とが干渉することが知られている。この干渉効果を効率的に利用するため、電子注入・輸送層は数nm〜数μmの膜厚で適宜選ばれるが、特に膜厚が厚いとき、電圧上昇を避けるために、104〜106V/cmの電界印加時に電子移動度が少なくとも10−5cm2/Vs以上であることが好ましい。
[正孔注入層及び正孔輸送層(正孔注入・輸送層)]
正孔注入・輸送層は、発光層への正孔注入を助け、発光領域まで輸送する層であって、正孔移動度が大きく、イオン化エネルギーが通常5.6eV以下と小さい層である。
また、p型Si、p型SiC等の無機化合物も正孔注入材料として使用することができる。
正孔注入・輸送層の材料には架橋型材料を用いることができる。
正孔注入・輸送層は、発光層への正孔注入を助け、発光領域まで輸送する層であって、正孔移動度が大きく、イオン化エネルギーが通常5.6eV以下と小さい層である。
また、p型Si、p型SiC等の無機化合物も正孔注入材料として使用することができる。
正孔注入・輸送層の材料には架橋型材料を用いることができる。
[基板]
基板としてはガラス板、ポリマー板等を用いることができる。
ガラス板としては、特にソーダ石灰ガラス、バリウム・ストロンチウム含有ガラス、鉛ガラス、アルミノケイ酸ガラス、ホウケイ酸ガラス、バリウムホウケイ酸ガラス、石英等が挙げられる。また、ポリマー板としては、ポリカーボネート、アクリル、ポリエチレンテレフタレート、ポリエーテルサルフォン、ポリサルフォン等を挙げることができる。
基板としてはガラス板、ポリマー板等を用いることができる。
ガラス板としては、特にソーダ石灰ガラス、バリウム・ストロンチウム含有ガラス、鉛ガラス、アルミノケイ酸ガラス、ホウケイ酸ガラス、バリウムホウケイ酸ガラス、石英等が挙げられる。また、ポリマー板としては、ポリカーボネート、アクリル、ポリエチレンテレフタレート、ポリエーテルサルフォン、ポリサルフォン等を挙げることができる。
[陽極]
陽極は例えば導電性材料からなり、4eVより大きな仕事関数を有する導電性材料が適している。
上記導電性材料としては、炭素、アルミニウム、バナジウム、鉄、コバルト、ニッケル、タングステン、銀、金、白金、パラジウム等及びそれらの合金、ITO基板、NESA基板に使用される酸化スズ、酸化インジウム等の酸化金属、さらにはポリチオフェンやポリピロール等の有機導電性樹脂が挙げられる。
陽極は、必要があれば2層以上の層構成により形成されていてもよい。
陽極は例えば導電性材料からなり、4eVより大きな仕事関数を有する導電性材料が適している。
上記導電性材料としては、炭素、アルミニウム、バナジウム、鉄、コバルト、ニッケル、タングステン、銀、金、白金、パラジウム等及びそれらの合金、ITO基板、NESA基板に使用される酸化スズ、酸化インジウム等の酸化金属、さらにはポリチオフェンやポリピロール等の有機導電性樹脂が挙げられる。
陽極は、必要があれば2層以上の層構成により形成されていてもよい。
[陰極]
陰極は例えば導電性材料からなり、4eVより小さな仕事関数を有する導電性材料が適している。
上記導電性材料としては、マグネシウム、カルシウム、錫、鉛、チタニウム、イットリウム、リチウム、ルテニウム、マンガン、アルミニウム、フッ化リチウム等及びこれらの合金が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
また、上記合金としては、マグネシウム/銀、マグネシウム/インジウム、リチウム/アルミニウム等が代表例として挙げられるが、これらに限定されるものではない。合金の比率は、蒸着源の温度、雰囲気、真空度等により制御され、適切な比率に選択される。
陰極は、必要があれば2層以上の層構成により形成されていてもよく、陰極は上記導電性材料を蒸着やスパッタリング等の方法により薄膜を形成させることにより、作製することができる。
陰極は例えば導電性材料からなり、4eVより小さな仕事関数を有する導電性材料が適している。
上記導電性材料としては、マグネシウム、カルシウム、錫、鉛、チタニウム、イットリウム、リチウム、ルテニウム、マンガン、アルミニウム、フッ化リチウム等及びこれらの合金が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
また、上記合金としては、マグネシウム/銀、マグネシウム/インジウム、リチウム/アルミニウム等が代表例として挙げられるが、これらに限定されるものではない。合金の比率は、蒸着源の温度、雰囲気、真空度等により制御され、適切な比率に選択される。
陰極は、必要があれば2層以上の層構成により形成されていてもよく、陰極は上記導電性材料を蒸着やスパッタリング等の方法により薄膜を形成させることにより、作製することができる。
発光層からの発光を陰極から取り出す場合、陰極の発光に対する透過率は10%より大きくすることが好ましい。
また、陰極としてのシート抵抗は数百Ω/□以下が好ましく、膜厚は通常10nm〜1μmであり、好ましくは50〜200nmである。
また、陰極としてのシート抵抗は数百Ω/□以下が好ましく、膜厚は通常10nm〜1μmであり、好ましくは50〜200nmである。
本発明の有機EL素子の各層の形成は、真空蒸着、スパッタリング、プラズマ、イオンプレーティング等の乾式成膜法やスピンコーティング、ディッピング、フローコーティング等の湿式成膜法等の公知の方法を適用することができる。
各層の膜厚は特に限定されるものではないが、適切な膜厚に設定する必要がある。膜厚が厚すぎると、一定の光出力を得るために大きな印加電圧が必要になり効率が悪くなる。膜厚が薄すぎるとピンホール等が発生して、電界を印加しても充分な発光輝度が得られない。通常の膜厚は5nm〜10μmの範囲が適しているが、10nm〜0.2μmの範囲がさらに好ましい。
[ヘテロ縮合環連結化合物の合成]
実施例1
下記方法で化合物Aを合成した。
(1)中間体(1−1)の合成
1,3−ジフルオロ−2−ブロモベンゼン70g(363mmol)、塩化鉄11.8g(72.6mmol)をクロロホルム350mlに加え、0℃で撹拌した。次いで、臭素62.7g(399mmol)を滴下し、4時間撹拌した。反応溶液に水1Lを加えて有機相を分取した後、有機相を水酸化ナトリウム水溶液で洗浄し、溶媒を減圧下で留去した。得られた残渣をヘプタンに溶解し、シリカゲルカラムクロマトグラフィー(展開溶媒:ヘプタンのみ)で精製することにより、目的物である中間体(1−1)を89.1g(収率90%)得た。
実施例1
下記方法で化合物Aを合成した。
(1)中間体(1−1)の合成
(2)中間体(1−2)の合成
アルゴン雰囲気下、中間体(1−1)89.1g(328mmol)、2−メトキシフェニルボロン酸109.6g(721mmol)、Pd(PPh3)415.2g(13.1mmol)、2MNa2CO3水溶液990mlを1,2−ジメトキシエタン(DME)1.3Lに加えて、アルゴン雰囲気下、加熱還流条件で36時間撹拌した。室温に戻したのち、酢酸エチル1Lを加えて有機相を分取した後、溶媒を減圧下で留去した。得られた残渣をトルエンに溶解し、シリカゲルカラムクロマトグラフィー(展開溶媒:トルエン)で精製することにより、目的物である中間体(1−2)を98.8g(収率92%)得た。
(3)中間体(1−3)の合成
中間体(1−2)98.8g(303mmol)をN,N−ジメチルホルムアミド(DMF)500mlに加えた溶液に、DMF300mlに溶解したN−ブロモコハク酸イミド(NBS)113.2g(636mmol)を1時間かけて滴下した。室温で1時間撹拌した後、亜硫酸ナトリウム水溶液を反応液に加え、析出した固体を濾集した。この固体をメタノール、水で順次洗浄し、加熱したトルエンに溶解させた。この溶液を保温しながらシリカゲルカラムクロマトグラフィー(展開溶媒:トルエン)で精製し、さらにヘプタンで懸濁洗浄することにより、目的物である中間体(1−3)を136.2g(収率92%)得た。
(4)中間体(1−4)の合成
アルゴン雰囲気下、中間体(1−3)70.3g(145mmol)をジクロロメタン400mlに加えた反応溶液を0℃で撹拌した。次いで、三臭化ホウ素80.0g(319mmol)のジクロロメタン溶液を滴下し、室温に戻してから、18時間撹拌した。再び、0℃に冷却してから、水300mlを加え、有機相を分取した。溶媒を減圧下で留去し、得られた残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフィー(展開溶媒:トルエン)で精製することにより、目的物である中間体(1−4)を66.0g(収率99%)得た。
(5)中間体(1−5)の合成
アルゴン雰囲気下、中間体(1−4)10.0g(21.9mmol)、炭酸カリウム12.0g(87.7mmol)をN−メチルピロリドン(NMP)100mlに加え、180℃で15時間撹拌した。室温に戻して、水100mlを加え、析出した固体を濾集した。固体をキシレンに加熱溶解し、シリカゲル10gを加えてから、濾過した。濾液を濃縮し、析出した固体をキシレン溶媒で再結晶を繰り返して精製することにより、目的物である中間体(1−5)を4.1g(収率45%)得た。
(6)化合物Aの合成
アルゴン雰囲気下、中間体(1−5)2.5g(6.01mmol)、WO2009−148015公報に記載の方法に従って合成した中間体(A)3.9g(15.0mmol)Pd2(dba)30.22g(0.24mmol)、t−Bu3P−HBF40.28g(0.96mmol)、t−ブトキシナトリウム1.6g(16.6mmol)をキシレン50mlに加え、150℃で24時間撹拌した。トルエン800mlを加え、加熱溶解させたものを、シリカゲルカラムクロマトグラフィー(展開溶媒:トルエン)で精製した。溶媒を減圧下で留去して析出した固体をアセトンで洗浄を繰り返すことにより、3.9g(収率84%)の白色固体として化合物Aを得た。
FD−MS分析の結果、化合物Aは、分子量768に対してm/e=768であった。
FD−MS分析の結果、化合物Aは、分子量768に対してm/e=768であった。
実施例2
下記方法で化合物Bを合成した。
(1)中間体(2−1)の合成
ジベンゾチオフェン−4−ボロン酸12.9g(56.6mmol)、2−ニトロブロモベンゼン12.6g(62.2mmol)、Pd(PPh3)41.3g(1.13mmol)、2MNa2CO3水溶液85mlを1,2−ジメトキシエタン(DME)260mlに加えて、アルゴン雰囲気下、加熱還流条件で24時間撹拌した。室温に戻したのち、トルエン500mlを加えて有機相を分取した後、溶媒を減圧下で留去した。得られた残渣をトルエンに溶解し、シリカゲルカラムクロマトグラフィー(展開溶媒:トルエン)で精製し、さらにトルエン溶媒で再結晶を繰り返すことにより、目的物である中間体(2−1)を13.7g(収率80%)得た。
下記方法で化合物Bを合成した。
(1)中間体(2−1)の合成
(2)中間体(2−2)の合成
中間体(2−1)13.7g(44.9mmol)、トリフェニルホスフィン29.4g(112mmol)をo−ジクロロベンゼン200mlに加えて、185℃で20時間撹拌した。溶媒を減圧下で留去して、メタノールを加えて析出した固体を濾集し、トルエンを加えて加熱懸濁洗浄することにより、目的物である中間体(2−2)を5.5g(収率45%)得た。
(3)化合物Bの合成
中間体(A)の代わりに中間体(2−2)を用いた他は、合成実施例1(6)と同様の方法により、化合物Bを合成した。
FD−MS分析の結果、化合物Bは、分子量800に対してm/e=800であった。
FD−MS分析の結果、化合物Bは、分子量800に対してm/e=800であった。
[有機EL素子の作製及び評価]
実施例3
25mm×75mm×1.1mmのITO透明電極付きガラス基板(ジオマティック社製)に、イソプロピルアルコール中での5分間の超音波洗浄を施し、さらに、30分間のUV(Ultraviolet)オゾン洗浄を施した。
洗浄後のITO電極ライン付きガラス基板を真空蒸着装置の基板ホルダーに装着し、まずITO電極ラインが形成されている側の面上に、ITO電極ラインを覆うようにして下記化合物(HI1)を厚さ20nmで、次いで下記化合物(HT1)を厚さ60nmで抵抗加熱蒸着し、順次薄膜を成膜した。成膜レートは1Å/sとした。これらの薄膜は、それぞれ正孔注入層及び正孔輸送層として機能する。
次に、正孔輸送層上に、ホスト材料として実施例1で製造した化合物Aと燐光発光材料である化合物(D1)とを同時に抵抗加熱蒸着して膜厚40nmの薄膜を成膜した。このとき、化合物(D1)を、化合物Aと化合物(D1)の総質量に対し質量比で20%になるように蒸着した。この薄膜は、燐光発光層として機能する。
次に、この燐光発光層上に、化合物(HBL1)を抵抗加熱蒸着して膜厚5nmの薄膜を成膜した。この薄膜は正孔阻止層として機能する。
次に、この障壁層上に、下記化合物(ET1)を抵抗加熱蒸着して膜厚25nmの薄膜を成膜した。この膜は電子注入層として機能する。
次に、この電子注入層上に膜厚1.0nmのLiFを蒸着した。
次に、このLiF膜上に金属アルミニウムを蒸着し、膜厚80nmの金属陰極を形成して有機EL素子を製造した。
実施例3
25mm×75mm×1.1mmのITO透明電極付きガラス基板(ジオマティック社製)に、イソプロピルアルコール中での5分間の超音波洗浄を施し、さらに、30分間のUV(Ultraviolet)オゾン洗浄を施した。
洗浄後のITO電極ライン付きガラス基板を真空蒸着装置の基板ホルダーに装着し、まずITO電極ラインが形成されている側の面上に、ITO電極ラインを覆うようにして下記化合物(HI1)を厚さ20nmで、次いで下記化合物(HT1)を厚さ60nmで抵抗加熱蒸着し、順次薄膜を成膜した。成膜レートは1Å/sとした。これらの薄膜は、それぞれ正孔注入層及び正孔輸送層として機能する。
次に、正孔輸送層上に、ホスト材料として実施例1で製造した化合物Aと燐光発光材料である化合物(D1)とを同時に抵抗加熱蒸着して膜厚40nmの薄膜を成膜した。このとき、化合物(D1)を、化合物Aと化合物(D1)の総質量に対し質量比で20%になるように蒸着した。この薄膜は、燐光発光層として機能する。
次に、この燐光発光層上に、化合物(HBL1)を抵抗加熱蒸着して膜厚5nmの薄膜を成膜した。この薄膜は正孔阻止層として機能する。
次に、この障壁層上に、下記化合物(ET1)を抵抗加熱蒸着して膜厚25nmの薄膜を成膜した。この膜は電子注入層として機能する。
次に、この電子注入層上に膜厚1.0nmのLiFを蒸着した。
次に、このLiF膜上に金属アルミニウムを蒸着し、膜厚80nmの金属陰極を形成して有機EL素子を製造した。
上記で得られた有機EL素子を直流電流駆動により発光させ、輝度、電流密度を測定し、電流密度1mA/cm2における電圧及び発光効率(外部量子効率)を求めた。これら発光性能の評価結果を表1に示す。
実施例4
化合物Aの代わりに化合物Bを用いた他は実施例3と同様にして有機EL素子を製造し、評価した。結果を表1に示す。
化合物Aの代わりに化合物Bを用いた他は実施例3と同様にして有機EL素子を製造し、評価した。結果を表1に示す。
実施例5
化合物Aの代わりにホスト材料として化合物(H1)を使用して燐光発光層を形成し、化合物(HBL1)の代わりに化合物Aを使用して正孔障壁層を形成した他は、実施例3と同様にして有機EL素子を作製した。
化合物Aの代わりにホスト材料として化合物(H1)を使用して燐光発光層を形成し、化合物(HBL1)の代わりに化合物Aを使用して正孔障壁層を形成した他は、実施例3と同様にして有機EL素子を作製した。
上記で得られた有機EL素子を直流電流駆動により発光させ、輝度、電流密度を測定し、電流密度1mA/cm2における電圧及び発光効率(外部量子効率)を求めた。さらに初期輝度3,000cd/m2における輝度70%寿命(輝度が70%まで低下する時間)を求めた。これら発光性能の評価結果を表2に示す。
実施例6
化合物Aの代わりに化合物Bを用いて正孔障壁層を形成した他は実施例5と同様にして有機EL素子を製造し、評価した。結果を表2に示す。
化合物Aの代わりに化合物Bを用いて正孔障壁層を形成した他は実施例5と同様にして有機EL素子を製造し、評価した。結果を表2に示す。
比較例2
化合物Aの代わりに比較化合物1を用いて正孔障壁層を形成した他は実施例5と同様にして有機EL素子を製造し、評価した。結果を表2に示す。
化合物Aの代わりに比較化合物1を用いて正孔障壁層を形成した他は実施例5と同様にして有機EL素子を製造し、評価した。結果を表2に示す。
実施例に用いた化合物の三重項エネルギーを下記方法で測定した。結果を表3に示す。
尚、上記三重項エネルギーは、市販の装置F−4500(日立社製)を用いて測定した。具体的には、各化合物をEPA溶媒(ジエチルエーテル:イソペンタン:エタノール=5:5:5(容積比)、各溶媒は分光用グレード)に溶解し(試料10μmol/リットル)、燐光測定用試料とした。石英セルへ入れた燐光測定用試料を77(K)に冷却し、励起光を燐光測定用試料に照射し、波長を変えながら燐光強度を測定した。
三重項エネルギー(ET)の換算式は以下の通りである。
ET(eV)=1239.85/λph
式中、「λph」(単位:nm)は、縦軸に燐光強度、横軸に波長をとって、燐光スペクトルを表したときに、燐光スペクトルの短波長側の立ち上がりに対して接線を引き、その接線とベースラインの交点の波長値を意味する。
尚、上記三重項エネルギーは、市販の装置F−4500(日立社製)を用いて測定した。具体的には、各化合物をEPA溶媒(ジエチルエーテル:イソペンタン:エタノール=5:5:5(容積比)、各溶媒は分光用グレード)に溶解し(試料10μmol/リットル)、燐光測定用試料とした。石英セルへ入れた燐光測定用試料を77(K)に冷却し、励起光を燐光測定用試料に照射し、波長を変えながら燐光強度を測定した。
三重項エネルギー(ET)の換算式は以下の通りである。
ET(eV)=1239.85/λph
式中、「λph」(単位:nm)は、縦軸に燐光強度、横軸に波長をとって、燐光スペクトルを表したときに、燐光スペクトルの短波長側の立ち上がりに対して接線を引き、その接線とベースラインの交点の波長値を意味する。
実施例に用いた化合物のガラス転移点(Tg、℃)を測定した。結果を表4に示す。
表1〜3の結果から、本発明の化合物は、高い三重項エネルギーを有しつつ、平面性が高い多環系ヘテロ芳香族環同士が直接連結した構造を有するために、低電圧・高効率な有機EL素子を作製することができると考えられる。また、表4の結果から、ガラス転移点が高く、熱安定性に優れた化合物であることが明らかであり、熱負荷のかかる有機EL素子作製において適した化合物である。
1 有機EL素子
10 基板
20 陽極
30 正孔輸送帯域
40 発光層
50 電子輸送帯域
60 陰極
10 基板
20 陽極
30 正孔輸送帯域
40 発光層
50 電子輸送帯域
60 陰極
Claims (18)
- 同一分子内に下記式(1)で表わされる構造を2以上含み、前記式(1)で表わされる構造の少なくとも2つが単結合で互いに直接結合している構造を含む化合物。
Xaは、O、S、N(R)、又はC(Ra)(Rb)である
Xb及びXcは、それぞれ独立に、O、S、N(R)、C(R1a)(R1b)、又は単結合である。但し、Xb及びXcの少なくとも一方は単結合である。
Rは、単結合、水素原子、置換若しくは無置換の炭素数1〜30のアルキル基、置換若しくは無置換の環形成炭素数3〜30のシクロアルキル基、置換若しくは無置換の環形成炭素数6〜30の芳香族炭化水素環基、又は置換若しくは無置換の環形成原子数3〜30の芳香族複素環基である。
R1a及びR1bは、それぞれ独立に、水素原子、置換若しくは無置換の炭素数1〜30のアルキル基、置換若しくは無置換の環形成炭素数3〜30のシクロアルキル基、置換若しくは無置換の環形成炭素数6〜30の芳香族炭化水素環基、又は置換若しくは無置換の環形成原子数3〜30の芳香族複素環基である。
但し、Xa及びXb、又はXa及びXcが、共にC(R1a)(R1b)であることはなく、Xa及びXb、又はXa及びXcが、共にN(R)であることはない。
Z1、Z2及びZ3は、それぞれ独立に、置換若しくは無置換の環形成炭素数6〜30の芳香族炭化水素環基、又は置換若しくは無置換の環形成原子数3〜30の芳香族複素環基である。
但し、2以上の式(1)で表される構造は、それぞれ同一又は異なっていてもよい。] - 下記式(1a)〜(1e)のいずれかで表わされる請求項1に記載の化合物。
La及びLbは、それぞれ独立に、下記式(a)〜(e)で表わされる構造のいずれかである。
X1及びX2は、それぞれ独立に、O、S、N(R)、又はC(R1a)(R1b)である。
Y1〜Y10は、それぞれ独立に、C(R1)又は窒素原子である。
R及びR1は、それぞれ独立に、単結合、水素原子、置換若しくは無置換の炭素数1〜30のアルキル基、置換若しくは無置換の環形成炭素数3〜30のシクロアルキル基、置換若しくは無置換の環形成炭素数6〜30の芳香族炭化水素環基、又は置換若しくは無置換の環形成原子数3〜30の芳香族複素環基である。
隣接する炭素原子に結合するR1は、互いに環を形成してもよい。
R1a及びR1bは、それぞれ独立に、水素原子、置換若しくは無置換の炭素数1〜30のアルキル基、置換若しくは無置換の環形成炭素数3〜30のシクロアルキル基、置換若しくは無置換の環形成炭素数6〜30の芳香族炭化水素環基、又は置換若しくは無置換の環形成原子数3〜30の芳香族複素環基である。
La及びLbの両方が、X1〜X2及びY1〜Y10のいずれかとそれぞれ結合する、又はLa及びLbのいずれか一方がX1〜X2及びY1〜Y10のいずれかと結合し、La及びLbの他方が、Lcと結合し、前記LcがX1〜X2及びY1〜Y10のいずれかと結合する。
Lcは置換若しくは無置換の環形成炭素数6〜30の芳香族炭化水素環基、又は置換若しくは無置換の環形成原子数3〜30の芳香族複素環基である。
但し、X1及びX2が、共にC(R1a)(R1b)であることはなく、X1及びX2が、共にNRであることはない。)
X11及びX12は、前記式(1a)〜(1e)のX1及びX2とそれぞれ同様である。
Y11〜Y20は、前記式(1a)〜(1e)のとY1〜Y10それぞれ同様である。
X11〜X12及びY11〜Y20のいずれか1つは前記式(1a)〜(1e)で表わされる構造と結合する。) - La及びLbが、それぞれX1〜X2及びY1〜Y10のいずれかと結合する請求項2に記載の化合物。
- 前記式(1a)〜(1e)におけるX1及びX2の一方がN(R)であり、X1及びX2の他方が酸素原子又は硫黄原子である請求項2又は3に記載の化合物。
- 前記式(1a)〜(1e)におけるX1及びX2が、それぞれ独立に酸素原子又は硫黄原子である請求項2又は3に記載の化合物。
- 前記式(2)において、La及びLbの少なくとも一方が、前記式(f)〜(j)のいずれかである請求項7に記載の化合物。
- 請求項1〜9のいずれかに記載の化合物を含む有機エレクトロルミネッセンス素子用材料。
- 陰極と陽極との間に発光層を含む1以上の有機薄膜層を有し、前記有機薄膜層の少なくとも1層が、請求項10に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子用材料を含有する有機エレクトロルミネッセンス素子。
- 前記発光層が前記有機エレクトロルミネッセンス素子用材料を含む請求項11に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
- 前記有機薄膜層が、1以上の発光層を含み、
前記発光層の少なくとも一層が、請求項10に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子用材料と燐光発光性材料とを含む請求項11又は12に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。 - 前記燐光発光性材料が金属錯体化合物を含有し、
前記金属錯体化合物が、Ir、Pt、Os、Au、Cu、Re及びRuからなる群より選択される金属原子と配位子とを有する請求項13に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。 - 前記発光層と前記陽極との間に正孔輸送帯域を有し、該正孔輸送帯域が1以上の有機薄膜層を有し、該有機薄膜層の少なくとも一層が請求項10に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子用材料を含む有機エレクトロルミネッセンス素子。
- 前記正孔輸送帯域が前記発光層に隣接する請求項15に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
- 前記発光層と前記陰極との間に電子輸送帯域を有し、該電子輸送帯域が1以上の有機薄膜層を有し、該有機薄膜層の少なくとも一層が請求項10に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子用材料を含む有機エレクトロルミネッセンス素子。
- 前記電子輸送帯域が前記発光層に隣接する請求項17に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
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