JP2021048404A - 正孔輸送材料及びそれを備える有機電界発光デバイス - Google Patents

正孔輸送材料及びそれを備える有機電界発光デバイス Download PDF

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Abstract

【課題】低い駆動電圧ならびに高い電流及び電力効率を維持しながら、改善された動作寿命を有する有機電界発光デバイスを提供する。【解決手段】以下の式１によって表される化合物を含む正孔輸送材料及びそれを備える有機電界発光デバイスである。【選択図】なし

Description

本発明は、正孔輸送材料及びそれを備える有機電界発光デバイスに関する。
電界発光デバイス（ＥＬデバイス）は、それがより広い視角、より高いコントラスト比、及びより速い応答時間を提供するという点で利点を有する、自己発光デバイスである。有機ＥＬデバイスは、最初、発光層を形成するための材料として芳香族ジアミン小分子及びアルミニウム錯体を使用することにより、Ｅａｓｔｍａｎ Ｋｏｄａｋによって開発された［Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．５１，９１３，１９８７］。
有機ＥＬデバイスにおける発光効率を決定する最も重要な要因は、発光材料である。これまで、蛍光材料は、発光材料として広く使用されている。しかしながら、電界発光機構を考慮して、リン光材料が蛍光材料と比較して発光効率を理論的に４倍高めるため、リン光発光材料の開発が広く研究されている。赤色、緑色、及び青色材料のそれぞれとして、ビス（２−（２’−ベンゾチエニル）−ピリジネート−Ｎ，Ｃ３’）イリジウム（アセチルアセトネート）（（ａｃａｃ）Ｉｒ（ｂｔｐ）２）、トリス（２−フェニルピリジン）イリジウム（Ｉｒ（ｐｐｙ）３）、及びビス（４，６−ジフルオロフェニルピリジネート−Ｎ，Ｃ２）ピコリネートイリジウム（Ｆｉｒｐｉｃ）を含むイリジウム（ＩＩＩ）錯体が、リン光材料として広く知られている。
現在、４，４’−Ｎ，Ｎ’−ジカルバゾール−ビフェニル（ＣＢＰ）は、最も広く知られているリン光ホスト材料である。近年、Ｐｉｏｎｅｅｒ（Ｊａｐａｎ）ｅｔ ａｌ．は、正孔阻止層材料として既知であったバソクプロイン（ＢＣＰ）及びアルミニウム（ＩＩＩ）ビス（２−メチル−８−キノリネート）（４−フェニルフェノレート）（ＢＡｌｑ）等をホスト材料として使用して、高性能有機ＥＬデバイスを開発した。
これらの材料は、良好な発光特徴を提供するが、それらは、以下の不利点を有する。（１）それらの低いガラス転移温度及び不十分な熱安定性により、真空中の高温蒸着プロセス中に、それらの劣化が生じ得、デバイスの寿命が低減する。（２）有機ＥＬデバイスの電力効率は、［（π／電圧）×電流効率］によって示され、電力効率は、電圧に反比例する。リン光ホスト材料を備える有機ＥＬデバイスは、蛍光材料を備える有機ＥＬデバイスよりも高い電流効率（ｃｄ／Ａ）を提供するが、著しく高い駆動電圧が必要である。したがって、電力効率（ｌｍ／Ｗ）の観点からメリットがない。（３）さらに、有機ＥＬデバイスの動作寿命は短く、発光効率はなお改善される必要がある。
一方、その効率及び安定性を高めるために、有機ＥＬデバイスは、正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電子輸送層、及び電子注入層を備える多層の構造を有する。正孔輸送層に含まれる化合物の選択は、発光層への正孔輸送効率、発光効率、寿命等のデバイスの特徴を改善するための方法として既知である。
この点で、銅フタロシアニン（ＣｕＰｃ）、４，４’−ビス［Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニル（ＮＰＢ）、Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−Ｎ，Ｎ’−ビス（３−メチルフェニル）−（１，１’−ビフェニル）−４，４’−ジアミン（ＴＰＤ）、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（ＭＴＤＡＴＡ）等が、正孔注入及び輸送材料として使用された。しかしながら、これらの材料を使用した有機ＥＬデバイスは、量子効率及び動作寿命の低減の問題を有する。それは、有機ＥＬデバイスが高電流下で駆動されるときに、アノードと正孔注入層との間に熱応力が生じるためである。そのような熱応力は、デバイスの動作寿命を大幅に低減する。さらに、正孔注入層で使用される有機材料が非常に高い正孔移動度を有するため、正孔−電子電荷バランスが崩され得、量子収率（ｃｄ／Ａ）が減少し得る。
したがって、有機ＥＬデバイスの耐久性を改善するための正孔輸送層がなお開発される必要がある。
韓国特許出願公開第１０−２０１０−００７９４５８号は、有機電界発光化合物としてのビス−カルバゾール化合物を開示する。しかしながら、上記の参考文献の有機電界発光デバイスは、満足のいくデバイス寿命を示さない。
技術的問題
本発明の目的は、正孔輸送層と発光層との間の界面発光による寿命減少の問題を解決し、かつ優れた動作効率及び長い動作寿命を有する有機電界発光デバイスを提供することである。
問題の解決法
本発明者らは、上記の目的が、以下の式１によって表される有機電界発光化合物によって達成され得ることを発見した。
Figure 2021048404
式中、
Ｘは、Ｏ、Ｓ、ＣＲ９Ｒ１０、またはＮＲ１１を表し、
Ｌは、単結合、または置換もしくは非置換（Ｃ６−Ｃ３０）アリーレンを表し、
Ｒ１〜Ｒ１１は各々独立して、水素、重水素、置換もしくは非置換（Ｃ１−Ｃ３０）アルキル、置換もしくは非置換（Ｃ６−Ｃ３０）アリール、置換もしくは非置換３〜３０員ヘテロアリール、置換もしくは非置換（Ｃ３−Ｃ３０）シクロアルキル、置換もしくは非置換トリ（Ｃ１−Ｃ３０）アルキルシリル、置換もしくは非置換ジ（Ｃ１−Ｃ３０）アルキル（Ｃ６−Ｃ３０）アリールシリル、置換もしくは非置換（Ｃ１−Ｃ３０）アルキルジ（Ｃ６−Ｃ３０）アリールシリル、置換もしくは非置換トリ（Ｃ６−Ｃ３０）アリールシリル、置換もしくは非置換モノもしくはジ（Ｃ１−Ｃ３０）アルキルアミノ、置換もしくは非置換モノもしくはジ（Ｃ６−Ｃ３０）アリールアミノ、または置換もしくは非置換（Ｃ１−Ｃ３０）アルキル（Ｃ６−Ｃ３０）アリールアミノを表すか、あるいは互いに連結されて、単環式または多環式の（Ｃ３−Ｃ３０）脂環式または芳香族環を形成し、その炭素原子（複数可）が、窒素、酸素、及び硫黄から選択される少なくとも１個のヘテロ原子で置き換えられてもよく、
ヘテロアリールは、Ｂ、Ｎ、Ｏ、Ｓ、Ｓｉ、及びＰから選択される少なくとも１個のヘテロ原子を含有する。
発明の有利な効果
本発明に従った正孔輸送材料を使用することによって、正孔輸送層と発光層との間の界面発光による寿命減少の問題、かつ有機電界発光デバイスは、優れた動作効率及び長い動作寿命を示す。
発明の形態
これより、本発明が詳細に記載される。しかしながら、以下の記述は、本発明を説明するよう意図されており、本発明の範囲をいかようにも制限するようには意図されていない。
本発明の一実施形態によると、式１によって表される化合物を含む正孔輸送材料が提供される。正孔輸送材料は、有機電界発光デバイスを製作するのに概して使用される従来の材料をさらに含む、混合物または組成物であってもよい。
正孔輸送層の主な特徴である電子阻止を実施するために、アニオン安定性が必要とされる。ナフタレン（アリール基）などを従来の正孔輸送層に導入することによって、正孔輸送層のアニオン安定性が改善され、それは、界面発光による寿命減少を防止する効果を提供することができる。
上記の式１によって表される化合物が詳述される。
本明細書において、「（Ｃ１−Ｃ３０）アルキル」は、鎖を構成する１〜３０個、好ましくは１〜１０個、及びより好ましくは１〜６個の炭素原子を有する直鎖または分岐鎖のアルキル鎖を示し、メチル、エチル、ｎ−プロピル、イソプロピル、ｎ−ブチル、イソブチル、ｔｅｒｔ−ブチル等を含む。「（Ｃ２−Ｃ３０）アルケニル」は、鎖を構成する２〜３０個、好ましくは２〜２０個、及びより好ましくは２〜１０個の炭素原子を有する直鎖または分岐鎖のアルケニル鎖を示し、ビニル、１−プロペニル、２−プロペニル、１−ブテニル、２−ブテニル、３−ブテニル、２−メチルブト−２−エニル等を含む。「（Ｃ２−Ｃ３０）アルキニル」は、鎖を構成する２〜３０個、好ましくは２〜２０個、及びより好ましくは２〜１０個の炭素原子を有する直鎖または分岐鎖のアルキニル鎖を示し、エチニル、１−プロピニル、２−プロピニル、１−ブチニル、２−ブチニル、３−ブチニル、１−メチルペント−２−イニル等を含む。「（Ｃ３−Ｃ３０）シクロアルキル」は、３〜３０個、好ましくは３〜２０個、及びより好ましくは３〜７個の環骨格炭素原子を有する単環式または多環式の炭化水素を示し、シクロプロピル、シクロブチル、シクロペンチル、シクロヘキシル等を含む。「３〜７員ヘテロシクロアルキル」は、Ｂ、Ｎ、Ｏ、Ｓ、Ｓｉ、及びＰ、ならびに好ましくはＯ、Ｓ、及びＮから選択される少なくとも１個のヘテロ原子を含む３〜７個の環骨格原子を有するシクロアルキルを示し、テトラヒドロフラン、ピロリジン、チオラン、テトラヒドロピランを含む。さらに、「（Ｃ６−Ｃ３０）アリール（アリーレン）」は、芳香族炭化水素から誘導され、かつ６〜３０個、好ましくは６〜２０個、及びより好ましくは６〜１５個の環骨格炭素原子を有する単環式環または縮合環系ラジカルを示し、フェニル、ビフェニル、テルフェニル、ナフチル、ビナフチル、フェニルナフチル、ナフチルフェニル、フルオレニル、フェニルフルオレニル、ベンゾフルオレニル、ジベンゾフルオレニル、フェナントレニル、フェニルフェナントレニル、アントラセニル、インデニル、トリフェニレニル、ピレニル、テトラセニル、ペリレニル、クリセニル、ナフタセニル、フルオランテニル等を含む。「３〜３０員ヘテロアリール（アリーレン）」は、Ｂ、Ｎ、Ｏ、Ｓ、Ｓｉ、及びＰからなる群から選択される少なくとも１個、好ましくは１〜４個のヘテロ原子を含む３〜３０個の環骨格原子を有するアリール基を示し、単環式環、または少なくとも１個のベンゼン環で縮合した縮合環であってもよく、部分的に飽和していてもよく、単結合（複数可）を介して少なくとも１つのヘテロアリールまたはアリール基をヘテロアリール基に連結することによって形成されるものであってもよく、フリル、チオフェニル、ピロリル、イミダゾリル、ピラゾリル、チアゾリル、チアジアゾリル、イソチアゾリル、イソオキサゾリル、オキサゾリル、オキサジアゾリル、トリアジニル、テトラジニル、トリアゾリル、テトラゾリル、フラザニル、ピリジル、ピラジニル、ピリミジニル、ピリダジニル等の単環式環型ヘテロアリールと、ベンゾフラニル、ベンゾチオフェニル、イソベンゾフラニル、ジベンゾフラニル、ジベンゾチオフェニル、ベンゾナフトチオフェニル、ベンゾイミダゾリル、ベンゾチアゾリル、ベンゾイソチアゾリル、ベンゾイソオキサゾリル、ベンゾオキサゾリル、イソインドリル、インドリル、インダゾリル、ベンゾチアジアゾリル、キノリル、イソキノリル、シノリニル、キナゾリニル、キノキサリニル、カルバゾリル、フェノキサジニル、フェナントリジニル、ベンゾジオキソリル等の縮合環型ヘテロアリールとを含む。さらに、「ハロゲン」は、Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ、及びＩを含む。
本明細書において、「置換または非置換」という表現における「置換」とは、ある特定の官能基中の水素原子が別の原子または基、すなわち置換基で置き換えられることを意味する。本発明において、式１中のＬ、及びＲ１〜Ｒ１１における、置換（Ｃ１−Ｃ３０）アルキル、置換（Ｃ３−Ｃ３０）シクロアルキル、置換（Ｃ６−Ｃ３０）アリール（アリーレン）、置換３〜３０員ヘテロアリール、置換トリ（Ｃ１−Ｃ３０）アルキルシリル、置換ジ（Ｃ１−Ｃ３０）アルキル（Ｃ６−Ｃ３０）アリールシリル、置換（Ｃ１−Ｃ３０）アルキルジ（Ｃ６−Ｃ３０）アリールシリル、置換トリ（Ｃ６−Ｃ３０）アリールシリル、置換モノまたはジ（Ｃ１−Ｃ３０）アルキルアミノ、置換モノまたはジ（Ｃ６−Ｃ３０）アリールアミノ、及び置換（Ｃ１−Ｃ３０）アルキル（Ｃ６−Ｃ３０）アリールアミノの置換基は各々独立して、重水素、ハロゲン、シアノ、カルボキシル、ニトロ、ヒドロキシル、（Ｃ１−Ｃ３０）アルキル、ハロ（Ｃ１−Ｃ３０）アルキル、（Ｃ２−Ｃ３０）アルケニル、（Ｃ２−Ｃ３０）アルキニル、（Ｃ１−Ｃ３０）アルコキシ、（Ｃ１−Ｃ３０）アルキルチオ、（Ｃ３−Ｃ３０）シクロアルキル、（Ｃ３−Ｃ３０）シクロアルケニル、３〜７員ヘテロシクロアルキル、（Ｃ６−Ｃ３０）アリールオキシ、（Ｃ６−Ｃ３０）アリールチオ、非置換または（Ｃ６−Ｃ３０）アリールで置換された３〜３０員ヘテロアリール、非置換または３〜３０員ヘテロアリールで置換された（Ｃ６−Ｃ３０）アリール、トリ（Ｃ１−Ｃ３０）アルキルシリル、トリ（Ｃ６−Ｃ３０）アリールシリル、ジ（Ｃ１−Ｃ３０）アルキル（Ｃ６−Ｃ３０）アリールシリル、（Ｃ１−Ｃ３０）アルキルジ（Ｃ６−Ｃ３０）アリールシリル、アミノ、モノもしくはジ（Ｃ１−Ｃ３０）アルキルアミノ、モノもしくはジ（Ｃ６−Ｃ３０）アリールアミノ、（Ｃ１−Ｃ３０）アルキル（Ｃ６−Ｃ３０）アリールアミノ、（Ｃ１−Ｃ３０）アルキルカルボニル、（Ｃ１−Ｃ３０）アルコキシカルボニル、（Ｃ６−Ｃ３０）アリールカルボニル、ジ（Ｃ６−Ｃ３０）アリールボロニル、ジ（Ｃ１−Ｃ３０）アルキルボロニル、（Ｃ１−Ｃ３０）アルキル（Ｃ６−Ｃ３０）アリールボロニル、（Ｃ６−Ｃ３０）アリール（Ｃ１−Ｃ３０）アルキル、及び（Ｃ１−Ｃ３０）アルキル（Ｃ６−Ｃ３０）アリールからなる群から選択される少なくとも１つ、ならびに好ましくは（Ｃ６−Ｃ１５）アリールである。
上記の式１中、Ｘは、Ｏ、Ｓ、ＣＲ９Ｒ１０、またはＮＲ１１を表す。
Ｌは、単結合、または置換もしくは非置換（Ｃ６−Ｃ３０）アリーレンを表し、好ましくは単結合、または置換もしくは非置換（Ｃ６−Ｃ１２）アリーレンを表し、より好ましくは単結合、または非置換（Ｃ６−Ｃ１２）アリーレンを表す。
Ｒ１〜Ｒ１１は各々独立して、水素、重水素、置換もしくは非置換（Ｃ１−Ｃ３０）アルキル、置換もしくは非置換（Ｃ６−Ｃ３０）アリール、置換もしくは非置換３〜３０員ヘテロアリール、置換もしくは非置換（Ｃ３−Ｃ３０）シクロアルキル、置換もしくは非置換トリ（Ｃ１−Ｃ３０）アルキルシリル、置換もしくは非置換ジ（Ｃ１−Ｃ３０）アルキル（Ｃ６−Ｃ３０）アリールシリル、置換もしくは非置換（Ｃ１−Ｃ３０）アルキルジ（Ｃ６−Ｃ３０）アリールシリル、置換もしくは非置換トリ（Ｃ６−Ｃ３０）アリールシリル、置換もしくは非置換モノもしくはジ（Ｃ１−Ｃ３０）アルキルアミノ、置換もしくは非置換モノもしくはジ（Ｃ６−Ｃ３０）アリールアミノ、または置換もしくは非置換（Ｃ１−Ｃ３０）アルキル（Ｃ６−Ｃ３０）アリールアミノを表すか、あるいは互いに連結されて、単環式または多環式の（Ｃ３−Ｃ３０）脂環式または芳香族環を形成し、その炭素原子（複数可）が、窒素、酸素、及び硫黄から選択される少なくとも１個のヘテロ原子で置き換えられてもよい。
好ましくは、Ｒ１〜Ｒ８は各々独立して、水素、または置換もしくは非置換５〜１５員ヘテロアリールを表すか、あるいは互いに連結されて、単環式または多環式の（Ｃ５−Ｃ１５）脂環式または芳香族環を形成し、より好ましくは各々独立して、水素、または非置換もしくは（Ｃ６−Ｃ１２）アリールで置換された５〜１５員ヘテロアリールを表すか、あるいは互いに連結されて、単環式の（Ｃ５−Ｃ１５）芳香族環を形成する。
好ましくは、Ｒ９〜Ｒ１１は各々独立して、水素、置換もしくは非置換（Ｃ１−Ｃ６）アルキル、または置換もしくは非置換（Ｃ６−Ｃ１５）アリールを表すか、あるいは互いに連結されて、単環式または多環式の（Ｃ５−Ｃ１５）脂環式または芳香族環を形成し、より好ましくは各々独立して、水素、非置換（Ｃ１−Ｃ６）アルキル、または非置換（Ｃ６−Ｃ１５）アリールを表すか、あるいは互いに連結されて、多環式の（Ｃ５−Ｃ１５）芳香族環を形成する。
本発明の一実施形態によると、上記の式１中、Ｘは、Ｏ、Ｓ、ＣＲ９Ｒ１０、またはＮＲ１１を表し、Ｌは、単結合、または置換もしくは非置換（Ｃ６−Ｃ１２）アリーレンを表し、Ｒ１〜Ｒ８は各々独立して、水素、または置換もしくは非置換５〜１５員ヘテロアリールを表すか、あるいは互いに連結されて、単環式または多環式の（Ｃ５−Ｃ１５）脂環式または芳香族環を形成し、Ｒ９〜Ｒ１１は各々独立して、水素、置換もしくは非置換（Ｃ１−Ｃ６）アルキル、または置換もしくは非置換（Ｃ６−Ｃ１５）アリールを表すか、あるいは互いに連結されて、単環式または多環式の（Ｃ５−Ｃ１５）脂環式または芳香族環を形成する。
本発明の別の実施形態によると、上記の式１中、Ｘは、Ｏ、Ｓ、ＣＲ９Ｒ１０、またはＮＲ１１を表し、Ｌは、単結合、または非置換（Ｃ６−Ｃ１２）アリーレンを表し、Ｒ１〜Ｒ８は各々独立して、水素、または非置換もしくは（Ｃ６−Ｃ１２）アリールで置換された５〜１５員ヘテロアリール表すか、あるいは互いに連結されて、単環式の（Ｃ５−Ｃ１５）芳香族環を形成し、Ｒ９〜Ｒ１１は各々独立して、水素、非置換（Ｃ１−Ｃ６）アルキル、または非置換（Ｃ６−Ｃ１５）アリールを表すか、あるいは互いに連結されて、多環式の（Ｃ５−Ｃ１５）芳香族環を形成する。
式１によって表される化合物としては、以下の化合物が挙げられるがこれらに限定されない。
Figure 2021048404
Figure 2021048404
Figure 2021048404
本発明に従った式１の化合物は、当業者に既知の合成方法によって調製され得る。
本発明の別の実施形態は、正孔輸送材料としての式１によって表される化合物の使用を提供する。好ましくは、その使用は、有機電界発光デバイスの正孔輸送材料としての使用であってもよい。
有機電界発光デバイスは、第１の電極、第２の電極、及び第１の電極と第２の電極との間の少なくとも１つの有機層を備える。有機層は、式１の少なくとも１つの有機電界発光化合物を含んでもよい。
第１及び第２の電極のうちの一方は、アノードであってもよく、他方はカソードであってもよい。有機層は、発光層及び正孔輸送層を備え、正孔注入層、電子輸送層、電子注入層、中間層、正孔阻止層、及び電子阻止層からなる群から選択される少なくとも１つの層をさらに備えてもよい。
本発明に従った式１の化合物は、正孔輸送層に含まれ得る。この場合、本発明に従った式１の化合物は、正孔輸送材料として含まれ得る。
本発明に従った式１の化合物を含む有機電界発光デバイスは、１つ以上のホスト化合物をさらに含むことができ、１つ以上のドーパントをさらに含むことができる。
ホスト材料は、既知の蛍光ホストのうちのいずれかに由来してもよい。以下の式１１によって表される化合物が使用され得る。
Figure 2021048404
式中、Ｃｚは、以下の構造を表す。
Figure 2021048404
Ｒ２１〜Ｒ３８は各々独立して、水素、重水素、ハロゲン、シアノ、置換もしくは非置換（Ｃ１−Ｃ３０）アルキル、置換もしくは非置換（Ｃ６−Ｃ３０）アリール、置換もしくは非置換５〜３０員ヘテロアリール、置換もしくは非置換（Ｃ３−Ｃ３０）シクロアルキル、置換もしくは非置換（Ｃ１−Ｃ３０）アルコキシ、置換もしくは非置換（Ｃ１−Ｃ３０）アルキルシリル、置換もしくは非置換（Ｃ６−Ｃ３０）アリールシリル、または置換もしくは非置換（Ｃ６−Ｃ３０）アリール（Ｃ１−Ｃ３０）アルキルシリルを表すか、あるいは互いに連結されて、単環式または多環式の（Ｃ３−Ｃ３０）脂環式または芳香族環を形成し、その炭素原子（複数可）が、窒素、酸素、及び硫黄から選択される少なくとも１個のヘテロ原子で置き換えられてもよい。
具体的に、ホスト材料の好ましい例は以下の通りである。
Figure 2021048404
Figure 2021048404
本発明の有機電界発光デバイスに含まれるドーパントとして、１つ以上の蛍光ドーパントが好ましい。以下の式１２の縮合多環式アミン誘導体が使用され得る。
Figure 2021048404
式中、Ａｒ２１は、置換もしくは非置換（Ｃ６−Ｃ５０）アリール、またはスチリルを表す。
Ｌは、単結合、置換もしくは非置換（Ｃ６−Ｃ３０）アリーレン、または置換もしくは非置換３〜３０員ヘテロアリーレンを表す。
Ａｒ２２及びＡｒ２３は各々独立して、水素、重水素、ハロゲン、置換もしくは非置換（Ｃ１−Ｃ３０）アルキル、置換もしくは非置換（Ｃ６−Ｃ３０）アリール、または置換もしくは非置換３〜３０員ヘテロアリールを表すか、あるいは互いに連結されて、単環式または多環式の（Ｃ３−Ｃ３０）脂環式または芳香族環を形成し、その炭素原子（複数可）が、窒素、酸素、及び硫黄から選択される少なくとも１個のヘテロ原子で置き換えられてもよい。
ｎは、１または２を表し、ｎは、２である場合、
Figure 2021048404
のそれぞれは、同じであるか、または異なる。
Ａｒ２１の好ましいアリール基は、置換もしくは非置換フェニル、置換もしくは非置換フルオレニル、置換もしくは非置換アントリル、置換もしくは非置換ピレニル、置換もしくは非置換クリセニル、及び置換もしくは非置換ベンゾフルオレニル等である。
具体的に、蛍光ドーパント材料は以下を含む。
Figure 2021048404
Figure 2021048404
Figure 2021048404
本発明の別の実施形態において、有機電界発光デバイスを調製するための組成物が提供される。組成物は、正孔輸送材料として、本発明に従った式１の化合物を含む。
加えて、本発明に従った有機電界発光デバイスは、第１の電極、第２の電極、及び第１の電極と第２の電極との間の少なくとも１つの有機層を備える。有機層は、正孔輸送層を備え、正孔輸送層は、本発明に従った有機電界発光デバイスを調製するための組成物を含んでもよい。
本発明に従った有機電界発光デバイスは、式１の化合物に加えて、アリールアミン系化合物及びスチリルアリールアミン系化合物からなる群から選択される少なくとも１つの化合物をさらに含んでもよい。
本発明に従った有機電界発光デバイスにおいて、有機層は、第１族の金属、第２族の金属、第４周期の遷移金属、第５周期の遷移金属、ランタニド、及び周期表のｄ遷移元素の有機金属、または該金属を含む少なくとも１つの錯体化合物からなる群から選択される少なくとも１つの金属をさらに備えてもよい。有機層は、発光層及び電荷発生層を備えてもよい。
加えて、本発明に従った有機電界発光デバイスは、式１の化合物の他に、当該技術分野において既知の青色電界発光化合物、赤色電界発光化合物、または緑色電界発光化合物を含む、少なくとも１つの発光層をさらに含むことによって、白色光を放出してもよい。また、必要に応じて、黄色またはオレンジ色の発光層がデバイスに含まれ得る。
本発明によると、少なくとも１つの層（以下、「表面層」）は、好ましくは、一方または両方の電極（複数可）の内面（複数可）に設置され、カルコゲニド層、金属ハロゲン化物層、及び金属酸化物層から選択される。具体的には、シリコンまたはアルミニウムのカルコゲニド（酸化物を含む）層が、好ましくは、電界発光媒体層のアノード表面に設置され、金属ハロゲン化物層または金属酸化物層が、好ましくは、電界発光媒体層のカソード表面に設置される。そのような表面層は、有機電界発光デバイスに動作安定性を提供する。好ましくは、前記カルコゲニドは、ＳｉＯＸ（１≦Ｘ≦２）、ＡｌＯＸ（１≦Ｘ≦１．５）、ＳｉＯＮ、ＳｉＡｌＯＮ等を含み、前記金属ハロゲン化物は、ＬｉＦ、ＭｇＦ２、ＣａＦ２、希土類金属フッ化物等を含み、前記金属酸化物は、Ｃｓ２Ｏ、Ｌｉ２Ｏ、ＭｇＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ、ＣａＯ等を含む。
本発明に従った有機電界発光デバイスにおいて、電子輸送化合物と還元性ドーパントの混合領域、または正孔輸送化合物と酸化性ドーパントの混合領域が、好ましくは、一対の電極の少なくとも１つの表面に設置される。この場合、電子輸送化合物が還元されてアニオンになり、それ故に混合領域から電界発光媒体までの電子の注入及び輸送が容易になる。さらに、正孔輸送化合物は、酸化されてカチオンになり、したがって、混合領域から電界発光媒体までの正孔の注入及び輸送がより容易になる。好ましくは、酸化性ドーパントとしては、様々なルイス酸及び受容体化合物が挙げられ、還元性ドーパントとしては、アルカリ金属、アルカリ金属化合物、アルカリ土類金属、希土類金属、及びこれらの混合物が挙げられる。還元性ドーパント層は、電荷発生層として採用されて、２つ以上の電界発光層を有し、かつ白色光を放出する電界発光デバイスを調製してもよい。
本発明に従った有機電界発光デバイスの各層を形成するために、真空蒸着、スパッタリング、プラズマめっき法、及びイオンめっき法等の乾式膜形成法、またはスピンコーティング法、ディップコーティング法、及びフローコーティング法等の湿式膜形成法が使用され得る。
湿式膜形成法を使用する場合、各層を形成する材料を任意の好適な溶媒、例えば、エタノール、クロロホルム、テトラヒドロフラン、ジオキサン等の中に溶解または拡散することによって、薄い膜が形成され得る。この溶媒は、各層を形成する材料を溶解または拡散させることができ、かつ膜形成能力に問題のない、任意の溶媒であり得る。
以下、式１の化合物、化合物の調製方法、及びデバイスの発光特性が、以下の実施例を参照して詳細に説明される。
実施例１：化合物Ａ−１の調製
Figure 2021048404
化合物１−１の調製
（９−フェニル−９Ｈ−カルバゾール−３−イル）ボロン酸（３０ｇ、１０４．４９ｍｍｏｌ）、１−ブロモ−４−ヨードベンゼン（３０ｇ、１０４．４９ｍｍｏｌ）、テトラキス（トリフェニルホスフィン）パラジウム（３．６ｇ、３．１３ｍｍｏｌ）、炭酸ナトリウム（２８ｇ、２６１．２３ｍｍｏｌ）、トルエン５２０ｍＬ、エタノール１３０ｍＬ、及び蒸留水１３０ｍＬを反応槽に導入した後、混合物を１２０℃で４時間撹拌した。反応後、混合物を蒸留水で洗浄し、有機層を酢酸エチルで抽出した。抽出した有機層を硫酸マグネシウムで乾燥させ、ロータリーエバポレータを使用して溶媒を除去した。次いで、カラムクロマトグラフィで残りの生成物を精製して、化合物１−１を得た（２７ｇ、収率：６５％）。
化合物１−２の調製
カルバゾール（２０ｇ、１２０ｍｍｏｌ）、２−ブロモナフタレン（３０ｇ、１４３ｍｍｏｌ）、ヨウ化銅（Ｉ）（１１．７ｇ、５９．８１ｍｍｏｌ）、エチレンジアミン（８ｍＬ、１２０ｍｍｏｌ）、リン酸カリウム（６４ｇ、２９９ｍｍｏｌ）、及びトルエン６００ｍＬを反応槽に導入した後、混合物を１２０℃で８時間撹拌した。反応後、混合物を蒸留水で洗浄し、有機層を酢酸エチルで抽出した。抽出した有機層を硫酸マグネシウムで乾燥させ、ロータリーエバポレータを使用して溶媒を除去した。次いで、カラムクロマトグラフィで残りの生成物を精製して、化合物１−２を得た（１３ｇ、収率：３７％）。
化合物１−３の調製
化合物１−２（１３ｇ、４４ｍｍｏｌ）を反応槽内のジメチルホルムアミド中に溶解した。Ｎ−ブロモスクシンアミドをジメチルホルムアミド中に溶解した後、それを混合物に導入した。混合物を４時間撹拌した後、混合物を蒸留水で洗浄し、有機層を酢酸エチルで抽出した。抽出した有機層を硫酸マグネシウムで乾燥させ、ロータリーエバポレータを使用して溶媒を除去した。次いで、カラムクロマトグラフィで残りの生成物を精製して、化合物１−３を得た（１４ｇ、収率：８３％）。
化合物１−４の調製
化合物１−３（１４ｇ、３６ｍｍｏｌ）、ビス（ピナコラト）ジボラン（１１ｇ、４４ｍｍｏｌ）、ジクロロ−ジ（トリフェニルホスフィン）パラジウム（１．３ｇ、２ｍｍｏｌ）、酢酸カリウム（９ｇ、９１ｍｍｏｌ）、及び１，４−ジオキサン１８０ｍＬを反応槽に導入した後、混合物を１４０℃で２時間撹拌した。反応後、混合物を蒸留水で洗浄し、有機層を酢酸エチルで抽出した。抽出した有機層を硫酸マグネシウムで乾燥させ、ロータリーエバポレータを使用して溶媒を除去した。次いで、カラムクロマトグラフィで残りの生成物を精製して、化合物１−４を得た（８ｇ、収率：５２％）。
化合物Ａ−１の調製
化合物１−１（７ｇ、１７ｍｍｏｌ）、化合物１−４（８ｇ、１９ｍｍｏｌ）、テトラキス（トリフェニルホスフィン）パラジウム（０．６ｇ、０．５ｍｍｏｌ）、炭酸ナトリウム（４．５ｇ、４３ｍｍｏｌ）、トルエン１００ｍＬ、エタノール２５ｍＬ、及び蒸留水２５ｍＬを反応槽に導入した後、混合物を１２０℃で４時間撹拌した。反応後、混合物を蒸留水で洗浄し、有機層を酢酸エチルで抽出した。抽出した有機層を硫酸マグネシウムで乾燥させ、ロータリーエバポレータを使用して溶媒を除去した。次いで、カラムクロマトグラフィで残りの生成物を精製して、化合物Ａ−１を得た（４ｇ、収率：８７％）。
［表］
Figure 2021048404
実施例２：化合物Ａ−４の調製
Figure 2021048404
化合物Ａ−４の調製
化合物２−１（９−フェニル−９Ｈ，９’Ｈ−３，３’−ビカルバゾール）（１５ｇ、３６．７０ｍｍｏｌ）、化合物２−２（２−ブロモナフタレン）（７．６ｇ、３６．７０ｍｍｏｌ）、Ｐｄ２（ｄｂａ）３（１．０ｇ、１．１０ｍｍｏｌ）、Ｐ（ｔ−Ｂｕ）３（３．７ｍＬ、２．２０ｍｍｏｌ）、及びＮａＯｔＢｕ（５．３ｇ、５５．１０ｍｍｏｌ）をフラスコ内のトルエン２００ｍＬ中に溶解した後、混合物を１２０℃で４時間、還流下で撹拌した。反応後、カラムクロマトグラフィで混合物を分離し、そこにメタノールを添加した。生成された固体を減圧下で濾過した。生成された固体をトルエンで再結晶化して、化合物Ａ−４を得た（１３．５ｇ、収率：６９％）。
［表］
Figure 2021048404
実施例３：化合物Ａ−７の調製
Figure 2021048404
化合物３−１の調製
９Ｈ−カルバゾール（２０ｇ、１１９．６０ｍｍｏｌ）、２−ブロモナフタレン（３７ｇ、１７９．４６ｍｍｏｌ）、ＣｕＩ（１１ｇ、５９．８ｍｍｏｌ）、エチレンジアミン（８ｍＬ、１１９．６ｍｍｏｌ）、及びＫ３ＰＯ４（５０ｇ、２３９．２ｍｍｏｌ）を、フラスコ内のトルエン５９８ｍＬ中に溶解した後、混合物を１２０℃で５時間、還流下で撹拌した。反応後、有機層を酢酸エチルで抽出し、硫酸マグネシウムを使用して、残留水分を除去し、乾燥させた。次いで、カラムクロマトグラフィで残りの生成物を分離して、化合物３−１を得た（２４．４ｇ、収率：７０％）。
化合物３−２の調製
化合物３−１（９−（ナフタレン−２−イル）−カルバゾール）（２４ｇ、９３．２ｍｍｏｌ）及びＮ−ブロモスクシンイミド（１４ｇ、７９ｍｍｏｌ）をテトラヒドロフラン（ＴＨＦ）８３２ｍＬ中に溶解した後、混合物を室温で２０時間撹拌した。反応後、有機層を酢酸エチルで抽出し、硫酸マグネシウムを使用して残留水分を除去し、乾燥させた。次いで、カラムクロマトグラフィで残りの生成物を分離して、化合物３−２を得た（２６．４ｇ、収率：８４％）。
化合物３−３の調製
化合物３−２（３−ブロモ−９−（ナフタレン−２−イル）−カルバゾール（１６ｇ、４３ｍｍｏｌ）をＴＨＦ４００ｍＬ中に溶解した後、混合物を−７８℃まで冷却した。次いで、２．５Ｍ ｎ−ブチルリチウム（２１ｍＬ、５１．６ｍｍｏｌ）を混合物に添加し、１時間撹拌した。次いで、ホウ酸トリイソプロピル（１５ｍＬ、６６ｍｍｏｌ）を混合物に添加し、８時間反応させた。反応後、生成された白色固体を濾過して、化合物３−３を得た（８．７ｇ、収率：５０％）。
化合物Ａ−７の調製
化合物３−２（３−ブロモ−９−（ナフタレン−２−イル）−カルバゾール（８ｇ、２１．５ｍｍｏｌ）、化合物３−３（（９−（ナフタレン−２−イル）−９Ｈ−カルバゾール−３−イル）ボロン酸）（８．７ｇ、２５．８ｍｍｏｌ）、及びテトラキス（トリフェニルホスフィン）パラジウム（Ｏ）（Ｐｄ（ＰＰｈ３）４）（９９３ｍｇ、０．８６ｍｍｏｌ）を、２Ｍ Ｋ２ＣＯ３ ２７ｍＬ、トルエン１０８ｍＬ、及びエタノール２７ｍＬの混合溶媒中に溶解した後、混合物を１２０℃で２時間、還流下で撹拌した。反応後、有機層を酢酸エチルで抽出し、硫酸マグネシウムを利用して残留水分を除去し、乾燥させた。次いで、カラムクロマトグラフィで残りの生成物を分離して、化合物Ａ−７を得た（１．５ｇ、収率：１２％）。
［表］
Figure 2021048404
実施例４：化合物Ａ−１５の調製
Figure 2021048404
化合物４−１の調製
９−［１，１’−フェニル］−３−イル−３−ブロモ−９Ｈ−カルバゾール（１２ｇ、３１．８ｍｍｏｌ）、３−（４，４，５，５−テトラメチル−１，３，２−ジオキサボロラン−２−イル）−９Ｈ−カルバゾール（９．３ｇ、３１．８ｍｍｏｌ）、及びテトラキス（トリフェニルホスフィン）パラジウム（Ｏ）（Ｐｄ（ＰＰｈ３）４）（１．１ｇ、０．９５ｍｍｏｌ）を、２Ｍ Ｋ２ＣＯ３ ４０ｍＬ、トルエン１６０ｍＬ、及びエタノール４０ｍＬの混合溶媒中に溶解した後、混合物を４時間、還流下で撹拌した。反応後、有機層を酢酸エチルで抽出し、硫酸マグネシウムを使用して残留水分を除去し、乾燥させた。次いで、カラムクロマトグラフィで残りの生成物を分離して、化合物４−１を得た（９．５ｇ、収率：６３％）。
化合物Ａ−１５の調製
化合物４−１（７ｇ、１４．４ｍｍｏｌ）、２−ブロモナフタレン（３．３ｇ、１５．８ｍｍｏｌ）、トリス（ジベンジリデンアセトン）ジパラジウム（０．６ｇ、０．７２ｍｍｏｌ）、トリ−ｔｅｒｔ−ブチルホスフィン（０．７ｍＬ（５０％）、１．４４ｍｍｏｌ）、ナトリウムｔｅｒｔ−ブトキシド（３．４ｇ、３６．１ｍｍｏｌ）、及びトルエン８０ｍＬをフラスコに導入した後、混合物を２．５時間、還流下で撹拌した。混合物を室温まで冷却した後、そこに蒸留水を添加した。混合物を塩化メチレンで抽出し、硫酸マグネシウムで乾燥させた。次いで、残りの生成物を減圧下で濾過し、カラムクロマトグラフィで分離して、化合物Ａ−１５を得た（６．７ｇ、収率：７６％）。
［表］
Figure 2021048404
デバイス実施例１〜４：本発明に従ったＯＬＥＤデバイスの製作
本発明のＯＬＥＤデバイスを以下の通り製作した。有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）デバイス（Ｇｅｏｍａｔｅｃ，Ｊａｐａｎ）用のガラス基板上の透明電極インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）薄膜（１０Ω／ｓｑ）を、アセトン及びイソプロパンアルコールでの連続超音波洗浄に供し、次いで、イソプロパンアルコール中で保管した。その後、ＩＴＯ基板を真空蒸着装置の基板ホルダ上に載置した。化合物ＨＩ−１を、該真空蒸着装置のセルに導入し、次いで、該装置のチャンバ内の圧力を１０−６トールに制御した。その後、電流をセルに印加して上記の導入された材料を蒸着させ、それにより６０ｎｍの厚さを有する第１の正孔注入層をＩＴＯ基板上に形成した。次いで、化合物ＨＩ−２を該真空蒸着装置の別のセルに導入し、電流をそのセルに印加することによって蒸着させ、それにより５ｎｍの厚さを有する第２の正孔注入層を第１の正孔注入層上に形成した。次いで、化合物ＨＴ−１を該真空蒸着装置の別のセルに導入し、電流をそのセルに印加することによって蒸着させ、それにより２０ｎｍの厚さを有する第１の正孔輸送層を第２の正孔注入層上に形成した。次に、本発明の式１の化合物を該真空蒸着装置の別のセルに導入し、電流をそのセルに印加することによって蒸着させ、それにより５ｎｍの厚さを有する第２の正孔輸送層を第１の正孔輸送層上に形成した。その後、ホストとして、化合物Ｈ−１５を真空蒸着装置の１つのセルに導入し、ドーパントとして、化合物Ｄ−３８を別のセルに導入した。２つの材料を異なる速度で蒸着させ、ホスト及びドーパントの総量に基づき２重量％のドーピング量で蒸着させて、第２の正孔輸送層上に２０ｎｍの厚さを有する発光層を形成した。２−（４−（９，１０−ジ（ナフタレン−２−イル）アントラセン−２−イル）フェニル）−１−フェニル−１Ｈ−ベンゾ［ｄ］イミダゾールを１つのセル導入し、リチウムキノレートを別のセルに導入した。２つの材料を同じ速度で蒸着させ、それぞれ５０重量％のドーピング量で蒸着させて、発光層上に３５ｎｍの厚さを有する電子輸送層を形成した。電子輸送層上に２ｎｍの厚さを有する電子注入層としてリチウムキノレートを蒸着させた後、次いで、８０ｎｍの厚さを有するＡｌカソードを、別の真空蒸着装置によって、電子注入層上に蒸着させた。このように、ＯＬＥＤデバイスを製造した。ＯＬＥＤデバイスを製作するために使用される全ての材料を、使用前に１０−６トールでの真空昇華によって精製した。
１，０００ｎｉｔの輝度での駆動電圧、発光効率、ＣＩＥ色座標、ならびに輝度が２，０００ｎｉｔ及び有機電界発光デバイスの定電流で１００％から９０％に減少する期間が、以下の表１に示される。
比較例１〜４：従来の化合物を使用したＯＬＥＤデバイスの製作
第２の正孔輸送層において本発明の式１の化合物の代わりに正孔輸送材料のための従来の化合物を使用することを除いて、デバイス実施例１と同じ様式で、ＯＬＥＤデバイスを製作した。
デバイス実施例１〜４及び比較例１〜４のデバイスの評価結果が、以下の表１及び２に示される。
Figure 2021048404
Figure 2021048404
Figure 2021048404
上記の表１及び２からわかるように、デバイス実施例１〜４の寿命特徴が、第２の正孔輸送層のより高いアニオン安定性によって、比較例の寿命特徴よりも優れていることが確認される。つまり、効率の高まりが後に続く寿命の減少の問題が克服される。
［三重項］
最初に、密度汎関数理論（ＤＦＴ）法のうちの１つであるＢ３ＬＹＰに６−３１Ｇ＊基底系を適用することによって、基底状態での構造最適化を実施すること、次いで、最適化された構造において同じ基底系及び同じ理論を使用したＴＤ−ＤＦＴ計算によって、三重項エネルギーを計算した。全ての計算において、プログラムＧａｕｓｓｉａｎ ０３を使用した。
［構造の決定］
ＤＦＴ法のうちの１つであるＢ３ＬＹＰに６−３１Ｇ＊基底系を適用することによって、基底状態での構造の最適化を実施した。
［アニオン安定性］
ＤＦＴ法のうちの１つであるＢ３ＬＹＰに６−３１Ｇ＊基底系を適用することによって、基底状態での構造最適化を実施すること、次いで、計算された基底状態の構造に１つの電子をランダムに付加することによる−１の電子状態での再最適化、及び基底状態と−１の電子状態との間のエネルギー差を決定することによって、アニオン安定性を計算した。
本明細書において、アニオン安定性が少なくとも正数（０Ｋｃａｌ／ｍｏｌ以上）であることが好ましい。
同様の分子構造において、より高いアニオン安定性の値を有する化合物が電子に対して安定である。
発見されたデバイス実施例及び比較例の第２の正孔輸送層で使用される化合物のアニオン安定性の値が、以下の表４に示される。
Figure 2021048404

Claims (4)

  1. 以下の式１によって表される化合物を含む、正孔輸送材料であって、
    Figure 2021048404
     式中、
    Ｘは、ＮＲ１１を表し、
    Ｌは、重水素置換もしくは非置換（Ｃ６−Ｃ１２）アリーレンを表し、
    Ｒ１〜Ｒ８は各々独立して、水素、または重水素を表し、及びＲ１１は重水素置換もしくは非置換（Ｃ６−Ｃ３０）アリールを表し、
    式１によって表される化合物は下記の化合物ではなく、
    Figure 2021048404
     Ｌが非置換１，４−ナフチレンまたは非置換２，６−ナフチレンである場合、式１によって表される化合物は下記の構造を有さず、
    Figure 2021048404
     式中、
    Ｘは、ＮＲ１１を表し、
    Ｌは、非置換１，４−ナフチレンまたは非置換２，６−ナフチレンを表し、
    Ｒ１〜Ｒ８は各々独立して、水素、または重水素を表し、及びＲ１１は重水素置換もしくは非置換（Ｃ６−Ｃ３０）アリールを表す、正孔輸送材料。
  2. Ｘは、ＮＲ１１を表し、
    Ｌは、非置換（Ｃ６−Ｃ１２）アリーレンを表し、
    Ｒ１〜Ｒ８は、水素を表し、
    Ｒ１１は、非置換（Ｃ６−Ｃ１５）アリールを表す、請求項１に記載の正孔輸送材料。
  3. 式１によって表される前記化合物は、
    Figure 2021048404
     からなる群から選択される、請求項１に記載の正孔輸送材料。
  4. 請求項１に記載の正孔輸送材料を備える、有機電界発光デバイス。
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