JP2022503628A - 縮合環化合物およびこれを含む有機発光素子 - Google Patents

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Abstract

Figure 2022503628000001
本発明は、化学式1で表される化合物およびこれを含む有機発光素子を提供する。

Description

本出願は、2018年12月14日付で韓国特許庁に提出された韓国特許出願第10-2018-0161787号の出願日の利益を主張し、その内容のすべては本明細書に組み込まれる。
本明細書は、化合物およびこれを含む有機発光素子に関する。
有機発光素子は、2つの電極の間に有機薄膜を配置させた構造を持っている。このような構造の有機発光素子に電圧が印加されると、2つの電極から注入された電子と正孔が有機薄膜で結合して対をなした後、消滅しながら光を発する。前記有機薄膜は、必要に応じて単層または多層から構成される。
一般的に、有機発光現象とは、有機物質を用いて電気エネルギーを光エネルギーに変換させる現象をいう。有機発光現象を利用する有機発光素子は、通常、陽極および陰極と、これらの間に有機物層とを含む構造を有する。ここで、有機物層は、有機発光素子の効率と安定性を高めるために、それぞれ異なる物質で構成された多層の構造からなる場合が多く、例えば、正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電子輸送層、電子注入層などからなる。このような有機発光素子の構造において、2つの電極の間に電圧をかけると、陽極からは正孔が、陰極からは電子が有機物層に注入され、注入された正孔と電子が接した時にエキシトン(exciton)が形成され、このエキシトンが再び基底状態に落ちる時、光を発する。
上記の有機発光素子のための新たな材料の開発が求められ続けている。
韓国特許公開第10-2012-032572号
本明細書には、化合物およびこれを含む有機発光素子が記載される。
本発明は、下記化学式1で表される化合物を提供する。
Figure 2022503628000002
前記化学式1において、
Xは、OまたはSであり、
R9~R16のうちの1以上は、下記化学式2の*と連結され、R1~R8;およびR9~R16のうちの、化学式2と連結されない残りは、互いに同一または異なり、それぞれ独立して、水素;重水素;シアノ基;ニトロ基;カルボニル基;置換もしくは非置換のシリル基;置換もしくは非置換のホウ素基;置換もしくは非置換のアルキル基;置換もしくは非置換のアルコキシ基;置換もしくは非置換のアリールオキシ基;置換もしくは非置換のシクロアルキル基;置換もしくは非置換のアリール基;または置換もしくは非置換のヘテロ環基であるか;または隣接した基と結合して置換もしくは非置換のベンゼン環を形成し、
Figure 2022503628000003
前記化学式2において、
A1~A3は、互いに同一または異なり、それぞれ独立して、NまたはCRであり、前記A1~A3のうちの1以上は、Nであり、
L1およびL2は、互いに同一または異なり、それぞれ独立して、直接結合;置換もしくは非置換のシクロアルキレン基;または置換もしくは非置換のアリーレン基であり,
L3は、直接結合;置換もしくは非置換のシクロアルキレン基;または置換もしくは非置換のアリーレン基であり、
Ar1およびAr2のうちの1以上は、置換もしくは非置換の2環以上の縮合アリール基であり、残りは、互いに同一または異なり、それぞれ独立して、置換もしくは非置換のアリール基;または置換もしくは非置換のヘテロ環基であり、
Rは、互いに同一または異なり、それぞれ独立して、水素;重水素;シアノ基;ニトロ基;カルボニル基;置換もしくは非置換のシリル基;置換もしくは非置換のホウ素基;置換もしくは非置換のアルキル基;置換もしくは非置換のアルコキシ基;置換もしくは非置換のアリールオキシ基;置換もしくは非置換のシクロアルキル基;置換もしくは非置換のアリール基;または置換もしくは非置換のヘテロ環基であり、
m1~m3は、それぞれ0~3の整数であり、前記m1~m3がそれぞれ2以上の場合、2以上の括弧内の置換基は、互いに同一または異なる。
また、本発明は、第1電極と、第2電極と、前記第1電極と前記第2電極との間に備えられる1層以上の有機物層とを含み、前記有機物層のうちの1層以上が前述した化合物を含む有機発光素子を提供する。
本発明の一実施態様によれば、化学式1で表される化合物は、有機発光素子の有機物層の材料として使用できる。
本発明の一実施態様に係る化学式1で表される化合物を含む有機発光素子を製造する場合、低い駆動電圧、高効率および長寿命を有する有機発光素子を得ることができる。
有機発光素子の例を示す図である。 有機発光素子の例を示す図である。 有機発光素子の例を示す図である。 有機発光素子の例を示す図である。 有機発光素子の例を示す図である。 有機発光素子の例を示す図である。 有機発光素子の例を示す図である。 有機発光素子の例を示す図である。
以下、本発明についてより詳しく説明する。
本発明は、下記化学式1で表される化合物を提供する。下記化学式1で表される化合物は、N含有単環の環にスピロフルオレンキサンテン誘導体のフルオレン部分が結合し、2環以上の縮合アリール基が結合することを特徴とする。
下記化学式1で表される化合物のN含有単環の環にスピロフルオレンキサンテン誘導体のキサンテン部分ではないフルオレン部分が結合する場合、ヘテロ原子(OまたはS)の電子供与体および非コンジュゲーション効果によってLUMOをN含有単環部分に非偏在化させて、N含有単環がキサンテン部分に連結された化合物は、N含有単環がキサンテン部分ではないフルオレン部分に結合した化合物に比べて過度に高いLUMOエネルギー値を有する。したがって、N含有単環がキサンテン部分に連結された化合物を有機発光素子に含む場合、高いLUMOエネルギー値によって、陰極からの電子注入がうまくなされず、素子の駆動時、電圧が大きく上昇し、効率が低下する。
また、下記化学式1で表される化合物が2環以上の縮合アリール基(Ar1およびAr2のうちの1以上)を必須構成として含むことにより、一重項エネルギー(S1)値と三重項エネルギー(T1)値との差(ΔEST)が大きい化合物を得ることができ、一重項エネルギー(S1)値と三重項エネルギー(T1)値との差(ΔEST)が大きい化合物を素子に適用する場合、寿命改善効果を得ることができる。具体的には、一重項エネルギー(S1)値と三重項エネルギー(T1)値との差が大きいというのは、分子内の分子オービタル(HOMOとLUMO)のオーバーラップ(overlap)の程度が大きいことを意味し、分子オービタル(HOMOとLUMO)のオーバーラップ(overlap)の程度が大きいほど、構造的な立体障害から自由で分子内原子間の結合強度が硬くなるので、素子への適用時、寿命改善効果を得ることができる。
Figure 2022503628000004
前記化学式1において、
Xは、OまたはSであり、
R9~R16のうちの1以上は、下記化学式2の*と連結され、R1~R8;およびR9~R16のうちの、化学式2と連結されない残りは、互いに同一または異なり、それぞれ独立して、水素;重水素;シアノ基;ニトロ基;カルボニル基;置換もしくは非置換のシリル基;置換もしくは非置換のホウ素基;置換もしくは非置換のアルキル基;置換もしくは非置換のアルコキシ基;置換もしくは非置換のアリールオキシ基;置換もしくは非置換のシクロアルキル基;置換もしくは非置換のアリール基;または置換もしくは非置換のヘテロ環基であるか;または隣接した基と結合して置換もしくは非置換のベンゼン環を形成し、
Figure 2022503628000005
前記化学式2において、
A1~A3は、互いに同一または異なり、それぞれ独立して、NまたはCRであり、前記A1~A3のうちの1以上は、Nであり、
L1およびL2は、互いに同一または異なり、それぞれ独立して、直接結合;置換もしくは非置換のシクロアルキレン基;または置換もしくは非置換のアリーレン基であり、
L3は、直接結合;置換もしくは非置換のシクロアルキレン基;または置換もしくは非置換のアリーレン基であり、
Ar1およびAr2のうちの1以上は、置換もしくは非置換の2環以上の縮合アリール基であり、残りは、互いに同一または異なり、それぞれ独立して、置換もしくは非置換のアリール基;または置換もしくは非置換のヘテロ環基であり、
Rは、互いに同一または異なり、それぞれ独立して、水素;重水素;シアノ基;ニトロ基;カルボニル基;置換もしくは非置換のシリル基;置換もしくは非置換のホウ素基;置換もしくは非置換のアルキル基;置換もしくは非置換のアルコキシ基;置換もしくは非置換のアリールオキシ基;置換もしくは非置換のシクロアルキル基;置換もしくは非置換のアリール基;または置換もしくは非置換のヘテロ環基であり、
m1~m3は、それぞれ0~3の整数であり、前記m1~m3がそれぞれ2以上の場合、2以上の括弧内の置換基は、互いに同一または異なる。
本明細書において、ある部分がある構成要素を「含む」とする時、これは、特に反対の記載がない限り、他の構成要素を除くのではなく、他の構成要素をさらに含み得ることを意味する。
本明細書において、ある部材が他の部材の「上に」位置しているとする時、これは、ある部材が他の部材に接している場合のみならず、2つの部材の間にさらに他の部材が存在する場合も含む。
本明細書において、「括弧内の置換基」は、「( )」で表される記号内に記載された置換基を意味する。具体的には、「(W)」における括弧内の置換基は、「W」を意味し、「2以上の括弧内の置換基が互いに同一または異なる。」は、2つのWが存在する場合、2つのWの種類が互いに同一または異なるとの意味である。
本明細書において、置換基の例示は以下に説明するが、これに限定されるものではない。
前記「置換」という用語は、化合物の炭素原子に結合した水素原子が他の置換基に変わることを意味し、置換される位置は水素原子の置換される位置すなわち、置換基が置換可能な位置であれば限定せず、2以上置換される場合、2以上の置換基は、互いに同一でも異なっていてもよい。
本明細書において、「置換もしくは非置換の」という用語は、重水素(-D);ハロゲン基;シアノ基;ニトロ基;カルボニル基;ヒドロキシ基;シリル基;ホウ素基;アルコキシ基;アルキル基;アリールオキシ基;シクロアルキル基;アリール基;およびヘテロ環基からなる群より選択された1または2以上の置換基で置換されているか、前記例示された置換基のうちの2以上の置換基が連結された置換基で置換されるか、もしくはいずれの置換基も有しないことを意味する。例えば、「2以上の置換基が連結された置換基」は、ビフェニル基であってもよい。すなわち、ビフェニル基は、アリール基であってもよく、2つのフェニル基が連結された置換基と解釈されてもよい。
前記置換基の例示は以下に説明するが、これに限定されるものではない。
本明細書において、ハロゲン基の例としては、フッ素(-F)、塩素(-Cl)、臭素(-Br)、またはヨウ素(-I)がある。
本明細書において、シリル基は、-SiYaYbYcの化学式で表され、前記Ya、YbおよびYcは、それぞれ水素;置換もしくは非置換のアルキル基;置換もしくは非置換のシクロアルキル基;または置換もしくは非置換のアリール基であってもよい。
前記シリル基は、アルキルシリル基、アリールシリル基、アリールアルキルシリル基などであってもよいし、前記アルキルシリル基は、前記Ya、YbおよびYcのうちの1以上が置換もしくは非置換のアルキル基であり、残りが水素であることを意味し、前記アリールシリル基は、前記Ya、YbおよびYcのうちの1以上が置換もしくは非置換のアリール基であり、残りが水素であることを意味し、前記アリールアルキルシリル基は、前記Ya、YbおよびYcのうちの1以上は置換もしくは非置換のアルキル基であり、残りのうちの1以上は置換もしくは非置換のアリール基であり、残りは水素であることを意味する。前記シリル基は、具体的には、トリメチルシリル基、トリエチルシリル基、tert-ブチルジメチルシリル基、エチルジメチルシリル基、プロピルジメチルシリル基、トリフェニルシリル基、ジフェニルシリル基、フェニルシリル基、ジメチルフェニルシリル基、メチルジフェニルシリル基などがあるが、これらに限定されない。
本明細書において、カルボニル基は、-C(=O)Yfで表し、前記Yfは、炭素数1~40のアルキル基、炭素数6~60のアリール基などの置換基であってもよいが、これに限定されない。
本明細書において、ホウ素基は、-BYdYeの化学式で表され、前記YdおよびYeは、それぞれ水素;置換もしくは非置換のアルキル基;置換もしくは非置換のシクロアルキル基;または置換もしくは非置換のアリール基であってもよい。前記ホウ素基は、具体的には、ジメチルホウ素基、ジエチルホウ素基、tert-ブチルジメチルホウ素基、ジフェニルホウ素基、フェニルホウ素基などがあるが、これらに限定されない。
本明細書において、前記アルキル基は、直鎖もしくは分枝鎖であってもよい。アルキル基の炭素数は特に限定されないが、1~60のものが好ましい。一実施態様によれば、前記アルキル基の炭素数は1~30である。もう一つの実施態様によれば、前記アルキル基の炭素数は1~20である。もう一つの実施態様によれば、前記アルキル基の炭素数は1~10である。
前記アルキル基の具体例としては、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基などがあり、前記アルキル基は、直鎖もしくは分枝鎖であってもよいし、一例によれば、プロピル基は、n-プロピル基およびイソプロピル基を含み、ブチル基は、n-ブチル基、イソブチル基、およびtert-ブチル基を含む。
本明細書において、前記アルコキシ基は、直鎖もしくは分枝鎖であってもよい。アルコキシ基の炭素数は特に限定されないが、炭素数1~20のものが好ましい。具体的には、メトキシ、エトキシ、n-プロポキシ、i-プロピルオキシ、n-ブトキシ、イソブトキシ、tert-ブトキシ、sec-ブトキシ、n-ペンチルオキシ、ネオペンチルオキシ、イソペンチルオキシ、n-ヘキシルオキシ、3,3-ジメチルブチルオキシ、2-エチルブチルオキシ、n-オクチルオキシ、n-ノニルオキシ、n-デシルオキシなどになってもよいが、これらに限定されるものではない。
本明細書において、シクロアルキル基は特に限定されないが、炭素数3~60のものが好ましく、一実施態様によれば、前記シクロアルキル基の炭素数は3~30である。もう一つの実施態様によれば、前記シクロアルキル基の炭素数は3~20である。もう一つの実施態様によれば、前記シクロアルキル基の炭素数は3~6である。具体的には、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、シクロヘプチル基、シクロオクチル基などがあるが、これらに限定されない。
本明細書において、アリール基は特に限定されないが、炭素数6~60のものが好ましく、単環式アリール基または多環式アリール基であってもよい。一実施態様によれば、前記アリール基の炭素数は6~39である。一実施態様によれば、前記アリール基の炭素数は6~30である。前記アリール基が、単環式アリール基としては、フェニル基、ビフェニル基、ターフェニル基、クォーターフェニル基などになってもよいが、これらに限定されるものではない。前記多環式アリール基としては、ナフチル基、アントラセン基、フェナレン基
Figure 2022503628000006
フェナントレン基、ピレン基、ペリレニル基、トリフェニル基、クリセン基、フルオレン基、トリフェニレン基、フルオランテン基などになってもよいが、これらに限定されるものではない。
本明細書において、フルオレン基は置換されていてもよく、置換基2個が互いに結合してスピロ構造を形成してもよい。
前記フルオレン基が置換される場合、スピロシクロペンタンフルオレン、スピロビフルオレンなどのスピロフルオレン基;9,9-ジメチルフルオレン基および9,9-ジフェニルフルオレン基などの置換されたフルオレン基になってもよい。ただし、これに限定されるものではない。
本明細書において、ヘテロ環基は、異種原子としてN、O、S、およびSiのうちの1つ以上を含む環基であって、炭素数は特に限定されないが、炭素数2~60のものが好ましい。一実施態様によれば、前記ヘテロ環基の炭素数は2~30である。ヘテロ環基の例としては、ピリジン基、ピロール基、ピリミジン基、キノリン基、ピリダジン基、トリアジン基、フラン基、チオフェン基、イミダゾール基、ピラゾール基、ジベンゾフラン基、ジベンゾチオフェン基、カルバゾール基、ベンゾカルバゾール基、ベンゾナフトフラン基、ベンゾナフトチオフェン基、インデノカルバゾール基、インドロカルバゾール基、スピロフルオレンキサンテン基
Figure 2022503628000007
スピロフルオレンチオキサンテン基
Figure 2022503628000008
9,9-ジメチルシロール基
Figure 2022503628000009
などがあるが、これらのみに限定されるものではない。
本明細書において、ヘテロアリール基は、芳香族であることを除けば、前述したヘテロ環基に関する説明が適用可能である。
本明細書において、シクロアルキレン基は、2価の基であることを除けば、前述したシクロアルキル基に関する説明が適用可能である。
本明細書において、アリーレン基は、2価の基であることを除けば、前述したアリール基に関する説明が適用可能である。
本明細書において、ヘテロアリーレン基は、2価の基であることを除けば、前述したヘテロアリール基に関する説明が適用可能である。
本明細書において、2環以上の縮合アリール基は、2以上の芳香族炭化水素環が縮合されて形成された置換基を意味し、その例として、ナフチル基、フェナントレン基、フェナレン基、トリフェニレン基、フルオランテン基などが挙げられるが、これらに限定されるものではない。
本明細書において、隣接した基と互いに結合して形成される置換もしくは非置換の環において、「環」は、炭化水素環;またはヘテロ環を意味する。
前記炭化水素環は、芳香族、脂肪族、または芳香族と脂肪族との縮合環であってもよいし、前記1価でないものを除き、前記シクロアルキル基またはアリール基の例示の中から選択可能である。
本明細書において、芳香族炭化水素環は、1価でないものを除けば、前記アリール基に関する説明が適用可能である。
前記ヘテロ環は、1価でないものを除けば、前記ヘテロ環基に関する説明が適用可能である。
本発明の一実施態様によれば、前記Xは、OまたはSである。
本発明の一実施態様において、前記A1~A3は、互いに同一または異なり、それぞれ独立して、NまたはCRであり、前記A1~A3のうちの1以上は、Nである。
もう一つの実施態様によれば、前記A1~A3のうちの2以上は、Nであり、残りは、CRである。
もう一つの実施態様において、前記A1~A3のうちの2または3は、Nであり、残りは、CRである。
本発明の一実施態様によれば、前記Rは、水素;重水素;シアノ基;置換もしくは非置換の炭素数1~20のアルキル基;置換もしくは非置換の炭素数1~20のアルコキシ基;置換もしくは非置換の炭素数6~30のアリールオキシ基;置換もしくは非置換の炭素数3~30のシクロアルキル基;置換もしくは非置換の炭素数6~30のアリール基;または置換もしくは非置換の炭素数2~30のヘテロ環基である。
もう一つの実施態様によれば、前記Rは、水素または重水素である。
本発明の一実施態様において、前記R9~R16のうちの1以上は、前記化学式2の*と連結され、R1~R8;およびR9~R16のうちの、化学式2と連結されない残りは、互いに同一または異なり、それぞれ独立して、水素;重水素;シアノ基;ニトロ基;カルボニル基;置換もしくは非置換の炭素数1~20のトリアルキルシリル基;置換もしくは非置換の炭素数6~30のジアリールホウ素基;置換もしくは非置換の炭素数1~20のアルキル基;置換もしくは非置換の炭素数1~20のアルコキシ基;置換もしくは非置換の炭素数6~30のアリールオキシ基;置換もしくは非置換の炭素数3~30のシクロアルキル基;置換もしくは非置換の炭素数6~30のアリール基;または置換もしくは非置換の炭素数2~30の異種元素としてO、S、およびNのうちの1以上を含むヘテロ環基であるか、または隣接した基と結合して置換もしくは非置換のベンゼン環を形成する。
もう一つの実施態様において、前記R9~R16のうちの1以上は、前記化学式2の*と連結され、R1~R8;およびR9~R16のうちの、化学式2と連結されない残りは、互いに同一または異なり、それぞれ独立して、水素;重水素;シアノ基;カルボニル基;炭素数1~20のトリアルキルシリル基;ハロゲン基で置換もしくは非置換の炭素数1~20のアルキル基;炭素数6~30のアリールオキシ基;炭素数3~30のシクロアルキル基;シアノ基、炭素数6~30のジアリールホウ素基、炭素数1~20のアルキル基、ハロゲン基で置換もしくは非置換の炭素数1~20のアルコキシ基、および炭素数2~30のヘテロアリール基のうちの1以上で置換もしくは非置換の炭素数6~30のアリール基;または炭素数1~20のアルキル基で置換もしくは非置換の炭素数2~30の異種元素としてO、S、およびNのうちの1以上を含むヘテロ環基であるか、または隣接した基と結合して置換もしくは非置換のベンゼン環を形成する。
もう一つの実施態様によれば、前記R9~R16のうちの1以上は、前記化学式2の*と連結され、R1~R8;およびR9~R16のうちの、化学式2と連結されない残りは、互いに同一または異なり、それぞれ独立して、水素;重水素;シアノ基;カルボニル基;トリメチルシリル基;ハロゲン基で置換もしくは非置換のメチル基;プロピル基;ブチル基;フェノキシ基;シクロヘキシル基;シアノ基、ジフェニルホウ素基、メチル基、トリフルオロメトキシ基、またはピリジン基で置換もしくは非置換のフェニル基;ビフェニル基;ナフチル基;ジベンゾフラン基;カルバゾール基;ベンゾフラン基;またはメチルベンゾイミダゾール基であるか、または隣接した基と結合してベンゼン環を形成する。
本発明の一実施態様によれば、前記化学式1において、前記R1~R8;およびR9~R16のうちの、化学式2と連結されない残りのうちの隣接した2つの基が互いに結合してベンゼン環を形成する場合、下記の構造を有することができるが、これに限定されない。
Figure 2022503628000010
本発明の一実施態様によれば、前記R9~R16のうちの1以上は、下記化学式2の*と連結される。
本発明の一実施態様によれば、前記R9~R16のうちの、R9、R11、R14またはR16のうちの1以上は、下記化学式2の*と連結される。
Figure 2022503628000011
前記化学式2において、
A1~A3は、互いに同一または異なり、それぞれ独立して、NまたはCRであり、前記A1~A3のうちの1以上は、Nであり、
L1およびL2は、互いに同一または異なり、それぞれ独立して、直接結合;置換もしくは非置換のシクロアルキレン基;または置換もしくは非置換のアリーレン基であり、
L3は、直接結合;置換もしくは非置換のシクロアルキレン基;または置換もしくは非置換のアリーレン基であり、
Ar1およびAr2のうちの1以上は、置換もしくは非置換の2環以上の縮合アリール基であり、残りは、互いに同一または異なり、それぞれ独立して、置換もしくは非置換のアリール基;または置換もしくは非置換のヘテロ環基であり、
Rは、互いに同一または異なり、それぞれ独立して、水素;重水素;シアノ基;ニトロ基;カルボニル基;置換もしくは非置換のシリル基;置換もしくは非置換のホウ素基;置換もしくは非置換のアルキル基;置換もしくは非置換のアルコキシ基;置換もしくは非置換のアリールオキシ基;置換もしくは非置換のシクロアルキル基;置換もしくは非置換のアリール基;または置換もしくは非置換のヘテロ環基であり、
m1~m3は、それぞれ0~3の整数であり、前記m1~m3がそれぞれ2以上の場合、2以上の括弧内の置換基は、互いに同一または異なる。
本発明の一実施態様によれば、前記L1およびL2は、互いに同一または異なり、それぞれ独立して、直接結合;置換もしくは非置換の炭素数3~30のシクロアルキレン基;または置換もしくは非置換の炭素数6~60のアリーレン基である。
もう一つの実施態様によれば、前記L1およびL2は、互いに同一または異なり、それぞれ独立して、直接結合;置換もしくは非置換の炭素数3~30のシクロアルキレン基;または置換もしくは非置換の炭素数6~30のアリーレン基である。
もう一つの実施態様において、前記L1およびL2は、互いに同一または異なり、それぞれ独立して、直接結合;置換もしくは非置換のシクロヘキシレン基;置換もしくは非置換のフェニレン基;置換もしくは非置換のビフェニレン基;置換もしくは非置換のフルオレニレン基;または置換もしくは非置換のナフチレン基である。
もう一つの実施態様において、前記L1およびL2は、互いに同一または異なり、それぞれ独立して、直接結合;シクロヘキシレン基;炭素数1~20のアルキル基で置換もしくは非置換のフェニレン基;炭素数1~20のアルキル基で置換もしくは非置換のビフェニレン基;炭素数1~20のアルキル基で置換もしくは非置換のフルオレニレン基;または炭素数1~20のアルキル基で置換もしくは非置換のナフチレン基である。
もう一つの実施態様によれば、前記L1およびL2は、互いに同一または異なり、それぞれ独立して、直接結合;シクロヘキシレン基;メチル基で置換もしくは非置換のフェニレン基;メチル基で置換もしくは非置換のビフェニレン基;メチル基で置換もしくは非置換のフルオレニレン基;またはメチル基で置換もしくは非置換のナフチレン基である。
本発明の一実施態様において、前記L3は、直接結合;置換もしくは非置換の炭素数3~60のシクロアルキレン基;または置換もしくは非置換の炭素数6~60のアリーレン基である。
もう一つの実施態様によれば、前記L3は、直接結合;置換もしくは非置換の炭素数3~30のシクロアルキレン基;または置換もしくは非置換の炭素数6~30のアリーレン基である。
もう一つの実施態様において、前記L3は、直接結合;置換もしくは非置換のシクロヘキシレン基;置換もしくは非置換のフェニレン基;置換もしくは非置換のビフェニレン基;置換もしくは非置換のフルオレニレン基;または置換もしくは非置換のナフチレン基である。
もう一つの実施態様によれば、前記L3は、直接結合;炭素数1~20のアルキル基で置換もしくは非置換のフェニレン基;炭素数1~20のアルキル基で置換もしくは非置換のビフェニレン基;炭素数1~20のアルキル基で置換もしくは非置換のフルオレニレン基;または炭素数1~20のアルキル基で置換もしくは非置換のナフチレン基である。
もう一つの実施態様によれば、前記L3は、直接結合;シクロヘキシレン基;メチル基で置換もしくは非置換のフェニレン基;メチル基で置換もしくは非置換のビフェニレン基;メチル基で置換もしくは非置換のフルオレニレン基;またはメチル基で置換もしくは非置換のナフチレン基である。
前記化学式1において、Nを含有する単環とスピロフルオレンキサンテンとがリンカーであるL3を介して連結され、前記L3が2価のヘテロ環基である場合、ヘテロ環は、化学的に電子供与体および受容体の能力がいずれか一方に過度に偏っているため、N含有単環のLUMO値を過度に高くしたり低くするようになり、これによって、素子への適用時、電子注入能力あるいは発光層への電子伝達能力を大きく変化させて素子内の正孔と電子のバランスが崩れるので、素子の駆動電圧、効率および寿命特性が低下する。
また、本願の化学式1において、Ar1およびAr2が単環のアリール基であり、前記L3が2環式以上の縮合アリール基である場合、Ar1およびAr2のうちの1以上に2環以上の縮合アリール基が含まれる場合とは異なり、構造的にスピロフルオレンキサンテンとN含有単環のとの立体障害(ねじれ程度の大きさ)を誘発して分子内原子間の結合強度が弱いだけでなく、分子内の分子オービタル(HOMOとLUMO)のオーバーラップ(overlap)の程度を小さくする。これは、素子の駆動電圧、効率だけでなく、特に、寿命的な部分において素子特性が良くない結果が現れる原因になる。
本発明の一実施態様によれば、前記Ar1およびAr2のうちの1以上は、下記の構造のうちのいずれか1つであり、残りは、互いに同一または異なり、それぞれ独立して、置換もしくは非置換のアリール基;または置換もしくは非置換のヘテロ環基である。
Figure 2022503628000012
前記構造において、
R21~R30は、互いに同一または異なり、それぞれ独立して、水素;重水素;シアノ基;ニトロ基;カルボニル基;置換もしくは非置換のシリル基;置換もしくは非置換のホウ素基;置換もしくは非置換のアルキル基;置換もしくは非置換のアルコキシ基;置換もしくは非置換のアリールオキシ基;置換もしくは非置換のシクロアルキル基;置換もしくは非置換のアリール基;または置換もしくは非置換のヘテロ環基であり、
n1は、0~7の整数であり、n2は、0~9の整数であり、n3およびn6は、それぞれ0~6の整数であり、n4、n5およびn9は、それぞれ0~3の整数であり、n7は、0~4の整数であり、n8は、0~5の整数であり、n10は、0~8の整数であり、前記n1~n10がそれぞれ2以上の場合、2以上の括弧内の置換基は、互いに同一または異なり、
*は、連結される部位を意味する。
本発明の一実施態様によれば、前記Ar1およびAr2のうちの1以上は、置換もしくは非置換の2環以上の縮合アリール基であり、残りは、置換もしくは非置換のヘテロ環基である。
本発明の一実施態様によれば、前記Ar1およびAr2は、互いに同一または異なり、それぞれ独立して、置換もしくは非置換の2環以上の縮合アリール基である。
本発明の一実施態様によれば、前記Ar1およびAr2のうちの1以上は、置換もしくは非置換の炭素数12~60の2環以上の縮合アリール基であり、残りは、互いに同一または異なり、それぞれ独立して、置換もしくは非置換の炭素数6~60のアリール基;または置換もしくは非置換の炭素数2~60の異種元素としてO、S、Si、およびNのうちの1以上を含むヘテロ環基である。
本発明の一実施態様によれば、前記Ar1およびAr2のうちの1以上は、置換もしくは非置換の炭素数12~60の2環以上の縮合アリール基であり、残りは、置換もしくは非置換の炭素数2~60の異種元素としてO、S、Si、およびNのうちの1以上を含むヘテロ環基である。
本発明の一実施態様によれば、前記Ar1およびAr2は、互いに同一または異なり、それぞれ独立して、置換もしくは非置換の炭素数12~60の2環以上の縮合アリール基である。
もう一つの実施態様によれば、前記Ar1およびAr2のうちの1以上は、置換もしくは非置換の炭素数12~60の2環以上の縮合アリール基であり、残りは、互いに同一または異なり、それぞれ独立して、置換もしくは非置換の炭素数6~30のアリール基;または置換もしくは非置換の炭素数2~30の異種元素としてO、S、Si、およびNのうちの1以上を含むヘテロ環基である。
もう一つの実施態様によれば、前記Ar1およびAr2のうちの1以上は、置換もしくは非置換の炭素数12~60の2環以上の縮合アリール基であり、残りは、置換もしくは非置換の炭素数2~30の異種元素としてO、S、Si、およびNのうちの1以上を含むヘテロ環基である。
もう一つの実施態様によれば、前記Ar1およびAr2のうちの1以上は、置換もしくは非置換の炭素数12~60の2環以上の縮合アリール基であり、残りは、互いに同一または異なり、それぞれ独立して、炭素数1~20のアルキル基および炭素数2~30のヘテロアリール基からなる群より選択された1以上の置換基で置換もしくは非置換の炭素数6~30のアリール基;または炭素数1~20のアルキル基および炭素数2~30のヘテロアリール基からなる群より選択された1以上の置換基で置換もしくは非置換の異種元素としてO、S、N、またはSiを含む炭素数2~30のヘテロ環基である。前記ヘテロアリール基は、異種元素としてO、S、N、またはSiを含む。
もう一つの実施態様によれば、前記Ar1およびAr2のうちの1以上は、置換もしくは非置換の炭素数12~60の2環以上の縮合アリール基であり、残りは、炭素数1~20のアルキル基および炭素数2~30のヘテロアリール基からなる群より選択された1以上の置換基で置換もしくは非置換の異種元素としてO、S、N、またはSiを含む炭素数2~30のヘテロ環基である。前記ヘテロアリール基は、異種元素としてO、S、N、またはSiを含む。
もう一つの実施態様において、前記Ar1およびAr2のうちの1以上は、置換もしくは非置換のナフチル基;置換もしくは非置換のフェナントレン基;置換もしくは非置換のフェナレン基;置換もしくは非置換のトリフェニレン基;または置換もしくは非置換のフルオランテン基であり、残りは、互いに同一または異なり、それぞれ独立して、置換もしくは非置換のフェニル基;置換もしくは非置換のビフェニル基;置換もしくは非置換のターフェニル基;置換もしくは非置換のシロール基;置換もしくは非置換のスピロフルオレンキサンテン基
Figure 2022503628000013
;置換もしくは非置換のスピロフルオレンチオキサンテン基
Figure 2022503628000014
;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ピリジン基である。
もう一つの実施態様において、前記Ar1およびAr2のうちの1以上は、置換もしくは非置換のナフチル基;置換もしくは非置換のフェナントレン基;置換もしくは非置換のフェナレン基;置換もしくは非置換のトリフェニレン基;または置換もしくは非置換のフルオランテン基であり、残りは、置換もしくは非置換のシロール基;置換もしくは非置換のスピロフルオレンキサンテン基
Figure 2022503628000015
;置換もしくは非置換のスピロフルオレンチオキサンテン基
Figure 2022503628000016
;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ピリジン基である。
もう一つの実施態様において、前記Ar1およびAr2は、互いに同一または異なり、それぞれ独立して、置換もしくは非置換のナフチル基;置換もしくは非置換のフェナントレン基;置換もしくは非置換のフェナレン基;置換もしくは非置換のトリフェニレン基;または置換もしくは非置換のフルオランテン基である。
もう一つの実施態様によれば、前記Ar1およびAr2のうちの1以上は、炭素数1~20のアルキル基、炭素数6~30のアリール基、および炭素数2~30のヘテロ環基からなる群より選択された1以上の置換基で置換もしくは非置換のナフチル基;炭素数1~20のアルキル基、炭素数6~30のアリール基、および炭素数2~30のヘテロ環基からなる群より選択された1以上の置換基で置換もしくは非置換のフェナントレン基;炭素数1~20のアルキル基、炭素数6~30のアリール基、および炭素数2~30のヘテロ環基からなる群より選択された1以上の置換基で置換もしくは非置換のフェナレン基;炭素数1~20のアルキル基、炭素数6~30のアリール基、および炭素数2~30のヘテロ環基からなる群より選択された1以上の置換基で置換もしくは非置換のトリフェニレン基;または炭素数1~20のアルキル基、炭素数6~30のアリール基、および炭素数2~30のヘテロ環基からなる群より選択された1以上の置換基で置換もしくは非置換のフルオランテン基であり、残りは、互いに同一または異なり、それぞれ独立して、炭素数1~20のアルキル基および炭素数2~30のヘテロアリール基からなる群より選択された1以上の置換基で置換もしくは非置換のフェニル基;炭素数1~20のアルキル基および炭素数2~30のヘテロアリール基からなる群より選択された1以上の置換基で置換もしくは非置換のビフェニル基;炭素数1~20のアルキル基および炭素数2~30のヘテロアリール基からなる群より選択された1以上の置換基で置換もしくは非置換のターフェニル基;炭素数1~20のアルキル基および炭素数2~30のヘテロアリール基からなる群より選択された1以上の置換基で置換もしくは非置換のシロール基;炭素数1~20のアルキル基および炭素数2~30のヘテロアリール基からなる群より選択された1以上の置換基で置換もしくは非置換のスピロフルオレンキサンテン基
Figure 2022503628000017
;炭素数1~20のアルキル基および炭素数2~30のヘテロアリール基からなる群より選択された1以上の置換基で置換もしくは非置換のスピロフルオレンチオキサンテン基
Figure 2022503628000018
;炭素数1~20のアルキル基および炭素数2~30のヘテロアリール基からなる群より選択された1以上の置換基で置換もしくは非置換のジベンゾフラン基;または炭素数1~20のアルキル基および炭素数2~30のヘテロアリール基からなる群より選択された1以上の置換基で置換もしくは非置換のピリジン基である。
もう一つの実施態様によれば、前記Ar1およびAr2のうちの1以上は、炭素数1~20のアルキル基、炭素数6~30のアリール基、および炭素数2~30のヘテロ環基からなる群より選択された1以上の置換基で置換もしくは非置換のナフチル基;炭素数1~20のアルキル基、炭素数6~30のアリール基、および炭素数2~30のヘテロ環基からなる群より選択された1以上の置換基で置換もしくは非置換のフェナントレン基;炭素数1~20のアルキル基、炭素数6~30のアリール基、および炭素数2~30のヘテロ環基からなる群より選択された1以上の置換基で置換もしくは非置換のフェナレン基;炭素数1~20のアルキル基、炭素数6~30のアリール基、および炭素数2~30のヘテロ環基からなる群より選択された1以上の置換基で置換もしくは非置換のトリフェニレン基;または炭素数1~20のアルキル基、炭素数6~30のアリール基、および炭素数2~30のヘテロ環基からなる群より選択された1以上の置換基で置換もしくは非置換のフルオランテン基であり、残りは、炭素数1~20のアルキル基および炭素数2~30のヘテロアリール基からなる群より選択された1以上の置換基で置換もしくは非置換のシロール基;炭素数1~20のアルキル基および炭素数2~30のヘテロアリール基からなる群より選択された1以上の置換基で置換もしくは非置換のスピロフルオレンキサンテン基
Figure 2022503628000019
;炭素数1~20のアルキル基および炭素数2~30のヘテロアリール基からなる群より選択された1以上の置換基で置換もしくは非置換のスピロフルオレンチオキサンテン基
Figure 2022503628000020
;炭素数1~20のアルキル基および炭素数2~30のヘテロアリール基からなる群より選択された1以上の置換基で置換もしくは非置換のジベンゾフラン基;または炭素数1~20のアルキル基および炭素数2~30のヘテロアリール基からなる群より選択された1以上の置換基で置換もしくは非置換のピリジン基である。
もう一つの実施態様によれば、前記Ar1およびAr2は、互いに同一または異なり、それぞれ独立して、炭素数1~20のアルキル基、炭素数6~30のアリール基、および炭素数2~30のヘテロ環基からなる群より選択された1以上の置換基で置換もしくは非置換のナフチル基;炭素数1~20のアルキル基、炭素数6~30のアリール基、および炭素数2~30のヘテロ環基からなる群より選択された1以上の置換基で置換もしくは非置換のフェナントレン基;炭素数1~20のアルキル基、炭素数6~30のアリール基、および炭素数2~30のヘテロ環基からなる群より選択された1以上の置換基で置換もしくは非置換のフェナレン基;炭素数1~20のアルキル基、炭素数6~30のアリール基、および炭素数2~30のヘテロ環基からなる群より選択された1以上の置換基で置換もしくは非置換のトリフェニレン基;または炭素数1~20のアルキル基、炭素数6~30のアリール基、および炭素数2~30のヘテロ環基からなる群より選択された1以上の置換基で置換もしくは非置換のフルオランテン基である。
もう一つの実施態様によれば、前記Ar1およびAr2のうちの1以上は、メチル、フェニル、ナフチル、およびピリジンからなる群より選択された1以上の置換基で置換もしくは非置換のナフチル基;メチル、フェニル、ナフチル、およびピリジンからなる群より選択された1以上の置換基で置換もしくは非置換のフェナントレン基;メチル、フェニル、ナフチル、およびピリジンからなる群より選択された1以上の置換基で置換もしくは非置換のフェナレン基;メチル、フェニル、ナフチル、およびピリジンからなる群より選択された1以上の置換基で置換もしくは非置換のトリフェニレン基;またはメチル、フェニル、ナフチル、およびピリジンからなる群より選択された1以上の置換基で置換もしくは非置換のフルオランテン基であり、残りは、互いに同一または異なり、それぞれ独立して、ジベンゾフラン基またはピリジン基で置換もしくは非置換のフェニル基;ビフェニル基;メチル基またはフェニル基で置換もしくは非置換のターフェニル基;9,9-ジメチルシロール基;スピロフルオレンキサンテン基
Figure 2022503628000021
;スピロフルオレンチオキサンテン基
Figure 2022503628000022
;ジベンゾフラン基;またはピリジン基である。
もう一つの実施態様によれば、前記Ar1およびAr2のうちの1以上は、メチル、フェニル、ナフチル、およびピリジンからなる群より選択された1以上の置換基で置換もしくは非置換のナフチル基;メチル、フェニル、ナフチル、およびピリジンからなる群より選択された1以上の置換基で置換もしくは非置換のフェナントレン基;メチル、フェニル、ナフチル、およびピリジンからなる群より選択された1以上の置換基で置換もしくは非置換のフェナレン基;メチル、フェニル、ナフチル、およびピリジンからなる群より選択された1以上の置換基で置換もしくは非置換のトリフェニレン基;またはメチル、フェニル、ナフチル、およびピリジンからなる群より選択された1以上の置換基で置換もしくは非置換のフルオランテン基であり、残りは、9,9-ジメチルシロール基;スピロフルオレンキサンテン基
Figure 2022503628000023
;スピロフルオレンチオキサンテン基
Figure 2022503628000024
;ジベンゾフラン基;またはピリジン基である。
もう一つの実施態様によれば、前記Ar1およびAr2は、互いに同一または異なり、それぞれ独立して、メチル、フェニル、ナフチル、およびピリジンからなる群より選択された1以上の置換基で置換もしくは非置換のナフチル基;メチル、フェニル、ナフチル、およびピリジンからなる群より選択された1以上の置換基で置換もしくは非置換のフェナントレン基;メチル、フェニル、ナフチル、およびピリジンからなる群より選択された1以上の置換基で置換もしくは非置換のフェナレン基;メチル、フェニル、ナフチル、およびピリジンからなる群より選択された1以上の置換基で置換もしくは非置換のトリフェニレン基;またはメチル、フェニル、ナフチル、およびピリジンからなる群より選択された1以上の置換基で置換もしくは非置換のフルオランテン基である。
本発明の一実施態様によれば、前記Ar1およびAr2のうちの1以上は、置換もしくは非置換の2環以上の縮合アリール基である。前記2環以上の縮合アリール基の代わりにN-type性のヘテロ環(ex.N原子を含む環化合物)が含まれる場合、N含有単環のLUMOを過度に低くするだけでなく、電子親和度が過度に大きくなり、本発明の一実施態様により、前記化合物が有機発光素子の発光層と陰極との間の層(ex.電子輸送層)に含まれる場合、発光層や正孔ブロック層への電子伝達能力を低下させて発光層へのバリア(barrier)が大きくなるので、素子の駆動電圧の上昇、効率減少および寿命低下を誘発する。また、前記2環以上の縮合アリール基の代わりにP-type性ヘテロ環または単環のアリール基が結合した化合物の場合、相対的に一重項エネルギー(S1)値と三重項エネルギー(T1)値との差(ΔEST)が低いので、素子の寿命低下を誘発する。
本発明の一実施態様によれば、前記化学式1は、下記化学式3~8のうちのいずれか1つで表される。
Figure 2022503628000025
Figure 2022503628000026
Figure 2022503628000027
Figure 2022503628000028
Figure 2022503628000029
Figure 2022503628000030
前記化学式3~8において、
X、R1~R8、A1~A3、L1~L3およびm1~m3の定義は、前記化学式1における定義と同じであり、
Ar3は、置換もしくは非置換の2環以上の縮合アリール基;置換もしくは非置換の単環のアリール基;または置換もしくは非置換のヘテロ環基であり、
R21~R30は、互いに同一または異なり、それぞれ独立して、水素;重水素;シアノ基;ニトロ基;カルボニル基;置換もしくは非置換のシリル基;置換もしくは非置換のホウ素基;置換もしくは非置換のアルキル基;置換もしくは非置換のアルコキシ基;置換もしくは非置換のアリールオキシ基;置換もしくは非置換のシクロアルキル基;置換もしくは非置換のアリール基;または置換もしくは非置換のヘテロ環基であり、
R32は、水素;重水素;シアノ基;ニトロ基;カルボニル基;置換もしくは非置換のシリル基;置換もしくは非置換のホウ素基;置換もしくは非置換のアルキル基;置換もしくは非置換のアルコキシ基;置換もしくは非置換のアリールオキシ基;置換もしくは非置換のシクロアルキル基;置換もしくは非置換のアリール基;または置換もしくは非置換のヘテロ環基であるか、または隣接した基と結合して置換もしくは非置換のベンゼン環を形成し、
n1は、0~7の整数であり、n2は、0~9の整数であり、n3およびn6は、それぞれ0~6の整数であり、n4、n5およびn9は、それぞれ0~3の整数であり、n7は、0~4の整数であり、n8は、0~5の整数であり、n10は、0~8の整数であり、前記n1~n10がそれぞれ2以上の場合、2以上の括弧内の置換基は、互いに同一または異なり、
p1は、0~7の整数であり、前記p1が2以上の場合、2以上のR32は、互いに同一または異なる。
本発明の一実施態様によれば、前記Ar3は、置換もしくは非置換の2環以上の縮合アリール基;置換もしくは非置換の単環のアリール基;または置換もしくは非置換のヘテロ環基である。
本発明の一実施態様によれば、前記Ar3は、置換もしくは非置換の炭素数12~60の2環以上の縮合アリール基;置換もしくは非置換の炭素数6~60の単環のアリール基;または置換もしくは非置換の炭素数2~60の異種元素としてO、S、Si、およびNのうちの1以上を含むヘテロ環基である。
もう一つの実施態様によれば、前記Ar3は、置換もしくは非置換の炭素数12~60の2環以上の縮合アリール基;置換もしくは非置換の炭素数6~30の単環のアリール基;または置換もしくは非置換の炭素数2~30の異種元素としてO、S、Si、およびNのうちの1以上を含むヘテロ環基である。
もう一つの実施態様によれば、前記Ar3は、置換もしくは非置換の炭素数12~60の2環以上の縮合アリール基;炭素数1~20のアルキル基および炭素数2~30のヘテロアリール基からなる群より選択された1以上の置換基で置換もしくは非置換の炭素数6~30の単環のアリール基;または炭素数1~20のアルキル基および炭素数2~30のヘテロアリール基からなる群より選択された1以上の置換基で置換もしくは非置換の異種元素としてO、S、N、またはSiを含む炭素数2~30のヘテロ環基である。前記ヘテロアリール基は、異種元素としてO、S、N、またはSiを含む。
もう一つの実施態様において、前記Ar3は、置換もしくは非置換のナフチル基;置換もしくは非置換のフェナントレン基;置換もしくは非置換のフェナレン基;置換もしくは非置換のトリフェニレン基;置換もしくは非置換のフルオランテン基;置換もしくは非置換のフェニル基;置換もしくは非置換のビフェニル基;置換もしくは非置換のターフェニル基;置換もしくは非置換のシロール基;置換もしくは非置換のスピロフルオレンキサンテン基
Figure 2022503628000031
;置換もしくは非置換のスピロフルオレンチオキサンテン基
Figure 2022503628000032
;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ピリジン基である。
もう一つの実施態様によれば、前記Ar3は、炭素数1~20のアルキル基、炭素数6~30のアリール基、および炭素数2~30のヘテロ環基からなる群より選択された1以上の置換基で置換もしくは非置換のナフチル基;炭素数1~20のアルキル基、炭素数6~30のアリール基、および炭素数2~30のヘテロ環基からなる群より選択された1以上の置換基で置換もしくは非置換のフェナントレン基;炭素数1~20のアルキル基、炭素数6~30のアリール基、および炭素数2~30のヘテロ環基からなる群より選択された1以上の置換基で置換もしくは非置換のフェナレン基;炭素数1~20のアルキル基、炭素数6~30のアリール基、および炭素数2~30のヘテロ環基からなる群より選択された1以上の置換基で置換もしくは非置換のトリフェニレン基;炭素数1~20のアルキル基、炭素数6~30のアリール基、および炭素数2~30のヘテロ環基からなる群より選択された1以上の置換基で置換もしくは非置換のフルオランテン基;炭素数1~20のアルキル基および炭素数2~30のヘテロアリール基からなる群より選択された1以上の置換基で置換もしくは非置換のフェニル基;炭素数1~20のアルキル基および炭素数2~30のヘテロアリール基からなる群より選択された1以上の置換基で置換もしくは非置換のビフェニル基;炭素数1~20のアルキル基および炭素数2~30のヘテロアリール基からなる群より選択された1以上の置換基で置換もしくは非置換のターフェニル基;炭素数1~20のアルキル基および炭素数2~30のヘテロアリール基からなる群より選択された1以上の置換基で置換もしくは非置換のシロール基;炭素数1~20のアルキル基および炭素数2~30のヘテロアリール基からなる群より選択された1以上の置換基で置換もしくは非置換のスピロフルオレンキサンテン基
Figure 2022503628000033
;炭素数1~20のアルキル基および炭素数2~30のヘテロアリール基からなる群より選択された1以上の置換基で置換もしくは非置換のスピロフルオレンチオキサンテン基
Figure 2022503628000034
;炭素数1~20のアルキル基および炭素数2~30のヘテロアリール基からなる群より選択された1以上の置換基で置換もしくは非置換のジベンゾフラン基;または炭素数1~20のアルキル基および炭素数2~30のヘテロアリール基からなる群より選択された1以上の置換基で置換もしくは非置換のピリジン基である。
もう一つの実施態様によれば、前記Ar3は、メチル、フェニル、ナフチル、およびピリジンからなる群より選択された1以上の置換基で置換もしくは非置換のナフチル基;メチル、フェニル、ナフチル、およびピリジンからなる群より選択された1以上の置換基で置換もしくは非置換のフェナントレン基;メチル、フェニル、ナフチル、およびピリジンからなる群より選択された1以上の置換基で置換もしくは非置換のフェナレン基;メチル、フェニル、ナフチル、およびピリジンからなる群より選択された1以上の置換基で置換もしくは非置換のトリフェニレン基;メチル、フェニル、ナフチル、およびピリジンからなる群より選択された1以上の置換基で置換もしくは非置換のフルオランテン基;ジベンゾフラン基またはピリジン基で置換もしくは非置換のフェニル基;ビフェニル基;メチル基またはフェニル基で置換もしくは非置換のターフェニル基;9,9-ジメチルシロール基;スピロフルオレンキサンテン基
Figure 2022503628000035
;スピロフルオレンチオキサンテン基
Figure 2022503628000036
;ジベンゾフラン基;またはピリジン基である。
本発明の一実施態様によれば、前記R21~R30は、互いに同一または異なり、それぞれ独立して、水素;重水素;置換もしくは非置換の炭素数1~20のアルキル基;置換もしくは非置換の炭素数6~30のアリール基;または置換もしくは非置換の炭素数2~60の異種元素としてO、S、N、またはSiを含むヘテロ環基である。
もう一つの実施態様において、前記R21~R30は、互いに同一または異なり、それぞれ独立して、水素;重水素;置換もしくは非置換のメチル基;置換もしくは非置換のフェニル基;置換もしくは非置換のビフェニル基;置換もしくは非置換のナフチル基;または置換もしくは非置換のピリジン基である。
もう一つの実施態様によれば、前記R21~R30は、互いに同一または異なり、それぞれ独立して、水素;重水素;メチル基;フェニル基;ビフェニル基;ナフチル基;ピリジン基である。
もう一つの実施態様によれば、前記n1~n10は、それぞれ0または1である。
本発明の一実施態様によれば、前記R32の定義は、前述したR9~R16のうちの、化学式2と連結されない残りの定義と同じである。
本発明の一実施態様によれば、前記化学式3において、前記Ar3は、置換もしくは非置換の2環以上の縮合アリール基;または置換もしくは非置換のヘテロ環基である。
本発明の一実施態様によれば、前記化学式3において、前記Ar3は、置換もしくは非置換の炭素数12~60の2環以上の縮合アリール基;または置換もしくは非置換の炭素数2~60の異種元素としてO、S、Si、およびNのうちの1以上を含むヘテロ環基である。
本発明の一実施態様によれば、前記化学式3において、前記Ar3は、置換もしくは非置換の炭素数12~60の2環以上の縮合アリール基;または置換もしくは非置換の炭素数2~30の異種元素としてO、S、Si、およびNのうちの1以上を含むヘテロ環基である。
本発明の一実施態様によれば、前記化学式3において、前記Ar3は、置換もしくは非置換の炭素数12~60の2環以上の縮合アリール基;または炭素数1~20のアルキル基および炭素数2~30のヘテロアリール基からなる群より選択された1以上の置換基で置換もしくは非置換の異種元素としてO、S、N、またはSiを含む炭素数2~30のヘテロ環基である。前記ヘテロアリール基は、異種元素としてO、S、N、またはSiを含む。
本発明の一実施態様によれば、前記化学式3において、前記Ar3は、置換もしくは非置換のナフチル基;置換もしくは非置換のフェナントレン基;置換もしくは非置換のフェナレン基;置換もしくは非置換のトリフェニレン基;置換もしくは非置換のフルオランテン基;置換もしくは非置換のシロール基;置換もしくは非置換のスピロフルオレンキサンテン基
Figure 2022503628000037
;置換もしくは非置換のスピロフルオレンチオキサンテン基
Figure 2022503628000038
;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ピリジン基である。
本発明の一実施態様によれば、前記化学式3において、前記Ar3は、炭素数1~20のアルキル基、炭素数6~30のアリール基、および炭素数2~30のヘテロ環基からなる群より選択された1以上の置換基で置換もしくは非置換のナフチル基;炭素数1~20のアルキル基、炭素数6~30のアリール基、および炭素数2~30のヘテロ環基からなる群より選択された1以上の置換基で置換もしくは非置換のフェナントレン基;炭素数1~20のアルキル基、炭素数6~30のアリール基、および炭素数2~30のヘテロ環基からなる群より選択された1以上の置換基で置換もしくは非置換のフェナレン基;炭素数1~20のアルキル基、炭素数6~30のアリール基、および炭素数2~30のヘテロ環基からなる群より選択された1以上の置換基で置換もしくは非置換のトリフェニレン基;炭素数1~20のアルキル基、炭素数6~30のアリール基、および炭素数2~30のヘテロ環基からなる群より選択された1以上の置換基で置換もしくは非置換のフルオランテン基;炭素数1~20のアルキル基および炭素数2~30のヘテロアリール基からなる群より選択された1以上の置換基で置換もしくは非置換のシロール基;炭素数1~20のアルキル基および炭素数2~30のヘテロアリール基からなる群より選択された1以上の置換基で置換もしくは非置換のスピロフルオレンキサンテン基
Figure 2022503628000039
;炭素数1~20のアルキル基および炭素数2~30のヘテロアリール基からなる群より選択された1以上の置換基で置換もしくは非置換のスピロフルオレンチオキサンテン基
Figure 2022503628000040
;炭素数1~20のアルキル基および炭素数2~30のヘテロアリール基からなる群より選択された1以上の置換基で置換もしくは非置換のジベンゾフラン基;または炭素数1~20のアルキル基および炭素数2~30のヘテロアリール基からなる群より選択された1以上の置換基で置換もしくは非置換のピリジン基である。
本発明の一実施態様によれば、前記化学式3において、前記Ar3は、メチル、フェニル、ナフチル、およびピリジンからなる群より選択された1以上の置換基で置換もしくは非置換のナフチル基;メチル、フェニル、ナフチル、およびピリジンからなる群より選択された1以上の置換基で置換もしくは非置換のフェナントレン基;メチル、フェニル、ナフチル、およびピリジンからなる群より選択された1以上の置換基で置換もしくは非置換のフェナレン基;メチル、フェニル、ナフチル、およびピリジンからなる群より選択された1以上の置換基で置換もしくは非置換のトリフェニレン基;メチル、フェニル、ナフチル、およびピリジンからなる群より選択された1以上の置換基で置換もしくは非置換のフルオランテン基;9,9-ジメチルシロール基;スピロフルオレンキサンテン基
Figure 2022503628000041
;スピロフルオレンチオキサンテン基
Figure 2022503628000042
;ジベンゾフラン基;またはピリジン基である。
本発明の一実施態様によれば、前記化学式3は、下記化学式3-1で表される。
Figure 2022503628000043
前記化学式3-1において、置換基の定義は、前記化学式3における定義と同じである。
本発明の一実施態様によれば、前記化学式1は、下記の構造のうちのいずれか1つで表される。
Figure 2022503628000044
Figure 2022503628000045
Figure 2022503628000046
Figure 2022503628000047
Figure 2022503628000048
Figure 2022503628000049
Figure 2022503628000050
Figure 2022503628000051
Figure 2022503628000052
本発明の一実施態様によれば、前記化学式1で表される化合物は、下記式1を満たす。
[式1]
ΔEST El>ΔESTEl
前記式1中、
ΔEST Elは、化学式1で表される化合物の一重項エネルギー(S1)値と三重項エネルギー(T1)値との差であり、
ΔESTElは、前記化学式1で表される化合物において、Ar1およびAr2が2環以上の縮合アリール基を含まない化合物の一重項エネルギー(S1)値と三重項エネルギー(T1)値との差である。
前記式1は、2環以上の縮合アリール基(Ar1およびAr2のうちの1以上)を必須構成とする本発明の化学式1の化合物のS1とT1のエネルギー値の差が、コア構造は同一であるが、本発明のAr1およびAr2に2環以上の縮合アリール基を含まない化合物のS1とT1のエネルギー値より大きいことを意味する。前記化学式1で表される化合物は、化合物内に2環以上の縮合アリール基(Ar1およびAr2のうちの1以上)を含むことにより、S1とT1のエネルギー値の差が大きく、これによって、素子への適用時、寿命特性に優れた素子を得ることができる。
本発明の一実施態様によれば、前記化学式1で表される化合物は、下記式3を満たす。前記化学式1で表される化合物が下記式3を満たす場合、素子への適用時、寿命特性が非常に優れた素子を得ることができる。
[式3]
ΔEST El-ΔESTEl>0.05eV
前記式3中、
ΔEST Elは、化学式1で表される化合物の一重項エネルギー(S1)値と三重項エネルギー(T1)値との差であり、
ΔESTElは、前記化学式1で表される化合物において、Ar1およびAr2が2環以上の縮合アリール基を含まない化合物の一重項エネルギー(S1)値と三重項エネルギー(T1)値との差である。
前記式3は、0.05eV<ΔEST El-ΔESTEl<1.00eVで表すことができる。
本発明の一実施態様によれば、前記化学式1で表される化合物は、下記式2を満たす。
[式2]
0.30eV<ΔEST El<1.5eV
前記式2中、
ΔEST Elは、化学式1で表される化合物の一重項エネルギー(S1)値と三重項エネルギー(T1)値との差である。
本発明において、前記一重項エネルギー(S1)および三重項エネルギー(T1)の計算において、分子構造の最適化およびそれぞれのエネルギーの計算は、Gaussian社の量子化学計算プログラムであるGaussianを用いて、B3PW91汎関数と6-31G基底関数を用いて密度汎関数理論(DFT)で得ることができる。
本発明では、前記化学式1で表される化合物のコア構造に多様な置換基を導入することにより、多様なエネルギーバンドギャップを有する化合物を合成することができる。また、本発明では、上記のような構造のコア構造に多様な置換基を導入することにより、化合物のHOMOおよびLUMOエネルギー準位も調節可能である。
また、本発明に係る有機発光素子は、第1電極と、前記第1電極に対向して備えられる第2電極と、前記第1電極と前記第2電極との間に備えられる1層以上の有機物層とを含み、前記有機物層のうちの1層以上は、前述した化合物を含むことを特徴とする。
前記有機物層は、1以上の発光層を含む第1スタックと、1以上の発光層を含む第2スタックとを含み、前記第1スタックと前記第2スタックとの間に1層以上の電荷生成層を含む。
また、前記有機物層は、1以上の発光層を含む第1スタックと、1以上の発光層を含む第2スタックと、1以上の発光層を含む第3スタックとを含み、前記第1スタックと前記第2スタックとの間;および前記第2スタックと前記第3スタックとの間にそれぞれ1層以上の電荷生成層を含む。
前記1層以上の電荷生成層は、N型電荷生成層およびP型電荷生成層であってもよいし、前記N型電荷生成層およびP型電荷生成層は、隣接して備えられる。
前記N型電荷生成層は、ベンゾイミダゾフェナントリニン系誘導体とLiなどの金属を同時に含むことができる。
前記P型電荷生成層は、アリールアミン系誘導体とシアノ基を含む化合物を同時に含むことができる。
前記第1スタック、第2スタックおよび第3スタックは、それぞれ1以上の発光層を含み、追加的に、正孔注入層、正孔輸送層、電子ブロック層、電子注入層、電子輸送層、正孔ブロック層、正孔輸送および正孔注入を同時に行う層、並びに電子輸送および電子注入を同時に行う層のうちの1以上の層をさらに含んでもよい。
本発明の有機発光素子は、前述した化学式1で表される化合物を用いて1層以上の有機物層を形成することを除けば、通常の有機発光素子の製造方法および材料によって製造できる。
前記化合物1で表される化合物を含む有機物層が形成された有機発光素子の製造時、真空蒸着法のみならず、溶液塗布法によって有機物層に形成される。ここで、溶液塗布法とは、スピンコーティング、ディップコーティング、インクジェットプリンティング、スクリーンプリンティング、スプレー法、ロールコーティングなどを意味するが、これらのみに限定されるものではない。
本発明の有機発光素子の有機物層は、単層構造からなってもよいが、2層以上の有機物層が積層された多層構造からなってもよい。例えば、本発明の有機発光素子は、有機物層として、正孔輸送層、正孔注入層、電子ブロック層、正孔輸送および正孔注入を同時に行う層、電子輸送層、電子注入層、正孔ブロック層、並びに電子輸送および注入を同時に行う層のうちの1層以上を含む構造を有することができる。しかし、本発明の有機発光素子の構造はこれに限定されず、より少数またはより多数の有機物層を含んでもよい。
本発明の一実施態様によれば、前記有機物層は、発光層を含み、前記発光層は、ホストおよびドーパントを含み、前記ドーパントの最大発光波長は、400nm~520nmである。
もう一つの実施態様によれば、前記発光層のドーパントは、青色蛍光ドーパントである。
本発明の一実施態様によれば、前記有機物層は、2層以上の発光層を含み、前記2層以上の発光層のうちの少なくとも1つは、青色蛍光ドーパントを含む。
もう一つの実施態様によれば、前記2層以上の発光層のうちの少なくとも2層の最大発光波長は、互いに異なる。
もう一つの実施態様において、前記2層以上の発光層のうちの少なくとも1つは、燐光性ドーパントを含み、残りのうちの少なくとも1つは、蛍光性ドーパントを含む。
前記有機発光素子が2以上の発光層を含む場合、図5~7に示すように、それぞれの発光層が垂直的に積層されるか、図8に示すように、それぞれの発光層が水平的に積層される。
本発明の有機発光素子において、前記有機物層は、正孔輸送層、正孔注入層、または正孔輸送および正孔注入を同時に行う層を含み、前記正孔輸送層、正孔注入層、または正孔輸送および正孔注入を同時に行う層は、前述した化学式1で表される化合物を含むことができる。
もう一つの本発明の有機発光素子において、前記有機物層は、電子輸送層、電子注入層、または電子輸送および電子注入を同時に行う層を含み、前記電子輸送層、電子注入層、または電子輸送および電子注入を同時に行う層は、前述した化学式1で表される化合物を含むことができる。
もう一つの実施態様によれば、前記化学式1で表される化合物を電子輸送層、電子注入層、または電子輸送および電子注入を同時に行う層に含み、発光層に青色蛍光ドーパントを含むことができる。
もう一つの本発明の有機発光素子において、前記有機物層は、発光層を含み、前記発光層は、前述した化学式1で表される化合物を含むことができる。
もう一つの実施態様によれば、前記有機物層は、発光層を含み、前記発光層は、前記化学式1で表される化合物を発光層のホストとして含むことができる。
もう一つの実施態様によれば、前記有機物層は、発光層を含み、前記発光層は、化学式1で表される化合物をドーパントとして含むことができる。
本発明の一実施態様において、前記有機物層は、発光層を含み、前記発光層は、ホストおよびドーパントを含む。この時、前記ドーパントの含有量は、ホスト100重量部を基準として1重量部~20重量部含まれ、好ましくは、1重量部~10重量部含まれる。
本発明の一実施態様において、前記第1電極は、陽極であり、第2電極は、陰極である。
もう一つの実施態様によれば、前記第1電極は、陰極であり、第2電極は、陽極である。
本発明の有機発光素子の構造は、図1~8に示すような構造を有することができるが、これのみに限定されるものではない。
図1には、基板1上に、陽極2、正孔注入層3、正孔輸送層4、発光層5、正孔ブロック層6、電子輸送および電子注入を同時に行う層7、および陰極8が順次に積層された有機発光素子の構造が例示されている。このような構造において、前記化学式1で表される化合物は、前記電子輸送および電子注入を同時に行う層7に含まれる。
図2には、基板1上に、陽極2、正孔注入層3、正孔輸送層4、電子ブロック層9、発光層5、電子輸送および電子注入を同時に行う層7、および陰極8が順次に積層された有機発光素子の構造が例示されている。このような構造において、前記化学式1で表される化合物は、前記電子輸送および電子注入を同時に行う層7に含まれる。
図3には、基板1上に、陽極2、正孔注入層3、第1正孔輸送層11、第1電子ブロック層12、第1発光層13、第1電子輸送層14、N型電荷生成層15、P型電荷生成層16、第2正孔輸送層17、第2発光層18、電子輸送および電子注入を同時に行う層7、および陰極8が順次に積層された有機発光素子の構造が例示されている。このような構造において、前記化学式1で表される化合物は、前記電子輸送および電子注入を同時に行う層7に含まれる。
図4には、基板1上に、陽極2、正孔注入層3、第1正孔輸送層11、第1電子ブロック層12、第1発光層13、第1電子輸送層14、N型電荷生成層15、P型電荷生成層16、第2正孔輸送層17、第2発光層18、第2電子輸送層19、N型電荷生成層15、P型電荷生成層16、第3正孔輸送層20、第3発光層21、第3電子輸送層22、および陰極8が順次に積層された有機発光素子の構造が例示されている。このような構造において、前記化学式1で表される化合物は、前記第1電子輸送層14および第3電子輸送層22に含まれる。
図5には、基板1上に、陽極2、正孔注入層3、正孔輸送層1(111)、正孔輸送層2(112)、青色蛍光発光層1(113)、電子輸送層1(114)、N型電荷発生層1(115)、P型電荷発生層1(116)、正孔輸送層3(117)、赤色燐光発光層118、黄色緑色燐光発光層119、緑色燐光発光層120、電子輸送層2(121)、N型電荷発生層2(122)、p-ドーピング正孔輸送層123、正孔輸送層4(124)、正孔輸送層5(125)、青色蛍光発光層2(126)、電子輸送層3(127)、電子注入層128、陰極8、およびキャッピング層129が順次に積層された有機発光素子の構造が例示されている。このような構造において、前記化学式1で表される化合物は、前記電子輸送層3(127)、電子輸送層2(121)、および電子輸送層1(114)のうちの1以上の層に含まれる。
図6には、基板1上に、陽極2、正孔注入層3、正孔輸送層1(111)、正孔輸送層2(112)、青色蛍光発光層1(113)、電子輸送層1(114)、N型電荷発生層1(115)、P型電荷発生層1(116)、正孔輸送層3(117)、赤色燐光発光層118、緑色燐光発光層120、電子輸送層2(121)、N型電荷発生層2(122)、p-ドーピング正孔輸送層123、正孔輸送層4(124)、正孔輸送層5(125)、青色蛍光発光層2(126)、電子輸送層3(127)、電子注入層128、陰極8、およびキャッピング層129が順次に積層された有機発光素子の構造が例示されている。このような構造において、前記化学式1で表される化合物は、前記電子輸送層3(127)、電子輸送層2(121)、および電子輸送層1(114)のうちの1以上の層に含まれる。
図7には、基板1上に、陽極2、p-ドーピング正孔輸送層201、正孔輸送層1(202)、正孔輸送層1-1(203)、青色蛍光発光層1(204)、電子輸送層1(205)、N型電荷発生層1(206)、p-ドーピング正孔輸送層207、正孔輸送層2(208)、正孔輸送層2-1(209)、青色蛍光発光層2(210)、電子輸送層2(211)、N型電荷発生層2(212)、p-ドーピング正孔輸送層213、正孔輸送層3(214)、正孔輸送層3-1(215)、青色蛍光発光層3(216)、電子輸送層3(217)、電子注入層218、陰極8、およびキャッピング層129が順次に積層された有機発光素子の構造が例示されている。このような構造において、前記化学式1で表される化合物は、前記電子輸送層3(217)、電子輸送層2(211)、および電子輸送層1(205)のうちの1以上の層に含まれる。
図8は、基板1上に、陽極2、p-ドーピング正孔輸送層301、正孔輸送層302-1、302-2、302-3、発光層303-1、303-2、303-3、電子輸送層1(304)、電子輸送層1-1(305)、電子注入層306、陰極8、およびキャッピング層129が順次に積層された有機発光素子の構造が例示されている。このような構造において、前記化学式1で表される化合物は、前記電子輸送層1(304)および電子輸送層1-1(305)のうちの1以上の層に含まれる。
例えば、本明細書に係る有機発光素子は、スパッタリング(sputtering)や電子ビーム蒸発(e-beam evaporation)のようなPVD(physical vapor deposition)方法を利用して、基板上に金属または導電性を有する金属酸化物またはこれらの合金を蒸着させて陽極を形成し、その上に正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電子ブロック層、電子輸送層、電子注入層などを含む有機物層を形成した後、その上に陰極として使用可能な物質を蒸着させることにより製造できる。このような方法以外にも、基板上に、陰極物質から有機物層、陽極物質を順に蒸着させて有機発光素子を作ることもできる。
前記有機物層は、正孔注入層、正孔輸送層、電子注入および電子輸送を同時に行う層、電子ブロック層、発光層および電子輸送層、電子注入層、電子注入および電子輸送を同時に行う層などを含む多層構造であってもよいが、これに限定されず、単層構造であってもよい。また、前記有機物層は、多様な高分子素材を用いて、蒸着法ではない溶媒工程(solvent process)、例えば、スピンコーティング、ディップコーティング、ドクターブレーディング、スクリーンプリンティング、インクジェットプリンティング、または熱転写法などの方法によってより少数の層で製造することができる。
前記陽極は、正孔を注入する電極で、陽極物質としては、通常、有機物層への正孔注入が円滑となるように仕事関数の大きい物質が好ましい。本発明で使用可能な陽極物質の具体例としては、バナジウム、クロム、銅、亜鉛、金のような金属、またはこれらの合金;亜鉛酸化物、インジウム酸化物、インジウムスズ酸化物(ITO、Indium Tin Oxide)、インジウム亜鉛酸化物(IZO、Indium Zinc Oxide)のような金属酸化物;ZnO:AlまたはSnO:Sbのような金属と酸化物との組み合わせ;ポリ(3-メチルチオフェン)、ポリ[3,4-(エチレン-1,2-ジオキシ)チオフェン](PEDOT)、ポリピロールおよびポリアニリンのような導電性高分子などがあるが、これらのみに限定されるものではない。
前記陰極は、電子を注入する電極で、陰極物質としては、通常、有機物層への電子注入が容易となるように仕事関数の小さい物質であることが好ましい。陰極物質の具体例としては、マグネシウム、カルシウム、ナトリウム、カリウム、チタン、インジウム、イットリウム、リチウム、ガドリニウム、アルミニウム、銀、スズおよび鉛のような金属、またはこれらの合金;LiF/AlまたはLiO/Alのような多層構造の物質などがあるが、これらのみに限定されるものではない。
前記正孔注入層は、陽極から発光層に正孔の注入を円滑にする役割を果たす層であり、正孔注入物質としては、低い電圧で陽極から正孔注入をきちんと受けられる物質であって、正孔注入物質のHOMO(highest occupied molecular orbital)が陽極物質の仕事関数と周辺の有機物層のHOMOとの間であることが好ましい。正孔注入物質の具体例としては、金属ポルフィリン(porphyrine)、オリゴチオフェン、アリールアミン系の有機物、ヘキサニトリルヘキサアザトリフェニレン系の有機物、キナクリドン(quinacridone)系の有機物、ペリレン(perylene)系の有機物、アントラキノンおよびポリアニリンとポリチオフェン系の導電性高分子などがあるが、これらのみに限定されるものではない。
前記正孔輸送層は、正孔の輸送を円滑にする役割を果たすことができる。正孔輸送物質としては、陽極や正孔注入層から正孔輸送を受けて発光層に移し得る物質で、正孔に対する移動性の大きい物質が好適である。具体例としては、アリールアミン系の有機物、導電性高分子、および共役部分と非共役部分が共にあるブロック共重合体などがあるが、これらのみに限定されるものではない。
前記正孔輸送層と発光層との間に電子ブロック層が備えられる。前記電子ブロック層は、当技術分野で知られている材料が使用できる。
前記発光層は、赤色、緑色または青色を発光することができ、燐光物質または蛍光物質からなる。前記発光物質としては、正孔輸送層と電子輸送層から正孔と電子の輸送をそれぞれ受けて結合させることにより可視光線領域の光を発し得る物質であって、蛍光や燐光に対する量子効率の良い物質が好ましい。具体例としては、8-ヒドロキシ-キノリンアルミニウム錯体(Alq);カルバゾール系化合物;二量体化スチリル(dimerized styryl)化合物;BAlq;10-ヒドロキシベンゾキノリン-金属化合物;ベンゾキサゾール、ベンズチアゾールおよびベンズイミダゾール系の化合物;ポリ(p-フェニレンビニレン)(PPV)系の高分子;スピロ(spiro)化合物;ポリフルオレン、ルブレンなどがあるが、これらのみに限定されるものではない。
発光層のホスト材料としては、縮合芳香族環誘導体またはヘテロ環含有化合物などがある。具体的には、縮合芳香族環誘導体としては、アントラセン誘導体、ピレン誘導体、ナフタレン誘導体、ペンタセン誘導体、フェナントレン化合物、フルオランテン化合物などがあり、ヘテロ環含有化合物としては、カルバゾール誘導体、ジベンゾフラン誘導体、ラダー型フラン化合物、ピリミジン誘導体などがあるが、これらに限定されない。
発光層が赤色発光をする場合、発光ドーパントとしては、PIQIr(acac)(bis(1-phenylisoquinoline)acetylacetonateiridium)、PQIr(acac)(bis(1-phenylquinoline)acetylacetonate iridium)、PQIr(tris(1-phenylquinoline)iridium)、PtOEP(octaethylporphyrin platinum)のような燐光物質や、Alq(tris(8-hydroxyquinolino)aluminum)のような蛍光物質が使用できるが、これのみに限定されるわけではない。発光層が緑色発光をする場合、発光ドーパントとしては、Ir(ppy)(fac tris(2-phenylpyridine)iridium)のような燐光物質や、Alq(tris(8-hydroxyquinolino)aluminum)、アントラセン系化合物、ピレン系化合物、ボロン系化合物などのような蛍光物質が使用できるが、これのみに限定されるわけではない。発光層が青色発光をする場合、発光ドーパントとしては、(4,6-F2ppy)Irpicのような燐光物質や、spiro-DPVBi、spiro-6P、ジスチルベンゼン(DSB)、ジスチリルアリーレン(DSA)、PFO系高分子、PPV系高分子、アントラセン系化合物、ピレン系化合物、ボロン系化合物などのような蛍光物質が使用できるが、これのみに限定されるわけではない。
前記電子輸送層は、電子の輸送を円滑にする役割を果たすことができる。電子輸送物質としては、陰極から電子注入をきちんと受けて発光層に移し得る物質であって、電子に対する移動性の大きい物質が好適である。具体例としては、8-ヒドロキシキノリンのAl錯体;Alqを含む錯体;有機ラジカル化合物;ヒドロキシフラボン-金属錯体などがあるが、これらのみに限定されるものではない。
前記電子注入層は、電子の注入を円滑にする役割を果たすことができる。電子注入物質としては、電子を輸送する能力を有し、陰極からの電子注入効果、発光層または発光材料に対して優れた電子注入効果を有し、発光層で生成された励起子の正孔注入層への移動を防止し、また、薄膜形成能力の優れた化合物が好ましい。具体的には、フルオレノン、アントラキノジメタン、ジフェノキノン、チオピランジオキシド、オキサゾール、オキサジアゾール、トリアゾール、イミダゾール、ペリレンテトラカルボン酸、フレオレニリデンメタン、アントロンなどとそれらの誘導体、金属錯体化合物および含窒素5員環誘導体などがあるが、これらに限定されない。
前記電子輸送および電子注入を同時に行う層は、本発明の化合物または当技術分野で知られている材料が使用可能であり、本発明の化合物を含む場合、LiQ(Lithium Quinolate)などの化合物をさらに含んでもよい。
前記金属錯体化合物としては、8-ヒドロキシキノリナトリチウム、ビス(8-ヒドロキシキノリナト)亜鉛、ビス(8-ヒドロキシキノリナト)銅、ビス(8-ヒドロキシキノリナト)マンガン、トリス(8-ヒドロキシキノリナト)アルミニウム、トリス(2-メチル-8-ヒドロキシキノリナト)アルミニウム、トリス(8-ヒドロキシキノリナト)ガリウム、ビス(10-ヒドロキシベンゾ[h]キノリナト)ベリリウム、ビス(10-ヒドロキシベンゾ[h]キノリナト)亜鉛、ビス(2-メチル-8-キノリナト)クロロガリウム、ビス(2-メチル-8-キノリナト)(o-クレゾラート)ガリウム、ビス(2-メチル-8-キノリナト)(1-ナフトラート)アルミニウム、ビス(2-メチル-8-キノリナト)(2-ナフトラート)ガリウムなどがあるが、これらに限定されない。
前記正孔ブロック層は、正孔の陰極到達を阻止する層で、一般的に正孔注入層と同じ条件で形成できる。具体的には、オキサジアゾール誘導体やトリアゾール誘導体、フェナントロリン誘導体、BCP、アルミニウム錯体(aluminum complex)などがあるが、これらに限定されない。
本発明に係る有機発光素子は、使用される材料によって、前面発光型、後面発光型、または両面発光型であってもよい。
以下、本発明を具体的に説明するために実施例を挙げて詳しく説明する。しかし、本発明に係る実施例は種々の異なる形態に変形可能であり、本発明の範囲が以下に詳述する実施例に限定されると解釈されない。本発明の実施例は、当業界における平均的な知識を有する者に本発明をより完全に説明するために提供されるものである。
<合成例1>化合物1の製造
Figure 2022503628000053
(1)化学式1Aの化合物の製造
4-ブロモ-9H-フルオレン-9-オン(10g、38.6mmol)とフェノール(7.25g、77.2mmol)と過剰の塩化ホスホリル(POCl)混合物を120℃で還流した。常温に冷却後、エタノールを過剰投入した後、濾過した。濾過した固体をピリジンに溶かして加熱した後、常温に冷却後、濾過した。クロロホルムとエチルアセテートで再結晶して、化学式1Aの化合物(14g、収率87%)を得た。
MS:[M+H]=411
(2)化合物1の製造
化学式1Aの化合物(10g、24.3mmol)と化学式1B-トリアジンボロン酸(9.82g、24mmol)と炭酸カリウム(KCO)(10g、72.9mmol)を、テトラヒドロフラン(THF)(300mL)、HO(100ml)に溶かして90℃に加熱した。テトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(Pd(PPh)(0.56g、0.48mmol)を添加した後、4時間還流した。常温に冷却後、水層を除去した。有機層に硫酸マグネシウム(MgSO)を入れた後、濾過した。濃縮後、カラムクロマトグラフィーで精製して、化合物1(10g、収率67%)を得た。
MS:[M+H]=613
<合成例2>化合物2の製造
Figure 2022503628000054
前記合成例1の化合物1の製造において、化学式1Bの化合物の代わりに化学式2Bの化合物を用いたことを除けば同様の方法で製造して、化合物2(11g、収率74%)を得た。
MS:[M+H]=613
<合成例3>化合物3の製造
Figure 2022503628000055
前記合成例1の化合物1の製造において、化学式1Bの化合物の代わりに化学式3Bの化合物を用いたことを除けば同様の方法で製造して、化合物3(13g、収率81%)を得た。
MS:[M+H]=663
<合成例4>化合物4の製造
Figure 2022503628000056
前記合成例1の化合物1の製造において、化学式1Bの化合物の代わりに化学式4Bの化合物を用いたことを除けば同様の方法で製造して、化合物4(12.5g、収率78%)を得た。
MS:[M+H]=663
<合成例5>化合物5の製造
Figure 2022503628000057
前記合成例1の化合物1の製造において、化学式1Aの化合物の代わりに化学式2Aの化合物を用いたことを除けば同様の方法で製造して、化合物5(9g、収率60%)を得た。
MS:[M+H]=613
<合成例6>化合物6の製造
Figure 2022503628000058
前記合成例5の化合物5の製造において、化学式1Bの化合物の代わりに化学式2Bの化合物を用いたことを除けば同様の方法で製造して、化合物6(12g、収率81%)を得た。
MS:[M+H]=613
<合成例7>化合物7の製造
Figure 2022503628000059
前記合成例1の化合物1の製造において、化学式1Aの化合物の代わりに化学式3Aの化合物を、化学式1Bの化合物の代わりに化学式2Bの化合物を用いたことを除けば同様の方法で製造して、化合物7(11g、収率74%)を得た。
MS:[M+H]=613
<合成例8>化合物8の製造
Figure 2022503628000060
(1)化学式4Aの化合物の製造
化学式4A-2の化合物(13.6g、38.6mmol)をテトラヒドロフランに溶かして、窒素下、-78℃に冷却した後、n-BuLi(1.05eq)を投入した。30分後、化学式4A-1の化合物(8.1g、38.6mmol)を投入し、常温で撹拌して、生成されたフェノール中間体を濾過した後、過剰のHSO水溶液を投入して還流した。常温に冷却後、エタノールを過剰投入した後、濾過し、濾過した固体をクロロホルムとエチルアセテートで再結晶して、化学式4Aの化合物(10g、収率56%)を得た。
MS:[M+H]=467
(2)化合物8の製造
前記合成例1の化合物1の製造において、化学式1Aと1Bの化合物の代わりにそれぞれ化学式4Aと5Bの化合物を用いたことを除けば同様の方法で製造して、化合物8(15g、収率83%)を得た。
MS:[M+H]=745
<合成例9>化合物9の製造
Figure 2022503628000061
(1)化学式5Aの製造
前記合成例8の化合物8の製造において、化学式4A-1と4A-2の化合物の代わりにそれぞれ化学式5A-1と5A-2の化合物を用いたことを除けば同様の方法で製造して、化学式5Aの化合物(10g、収率61%)を得た。
MS:[M+H]=427
(2)化合物9の製造
前記合成例1の化合物1の製造において、化学式1Aの化合物の代わりに化学式5Aの化合物を用いたことを除けば同様の方法で製造して、化合物9(10g、収率65%)を得た。
MS:[M+H]=629
<合成例10>化合物10の製造
Figure 2022503628000062
(1)化合物10の製造
前記合成例9の化合物9の製造において、化学式1Bの化合物の代わりに化学式2Bの化合物を用いたことを除けば同様の方法で製造して、化合物10(10.5g、収率67%)を得た。
MS:[M+H]=629
<合成例11>化合物11の製造
Figure 2022503628000063
(1)化合物11の製造
前記合成例9の化合物9の製造において、化学式1Bの化合物の代わりに化学式4Bの化合物を用いたことを除けば同様の方法で製造して、化合物11(12g、収率73%)を得た。
MS:[M+H]=679
<合成例12>化合物12の製造
Figure 2022503628000064
(1)化合物12の製造
前記合成例5の化合物5の製造において、化学式1Bの化合物の代わりに化学式5Bの化合物を用いたことを除けば同様の方法で製造して、化合物12(12g、収率72%)を得た。
MS:[M+H]=689
<合成例13>化合物13の製造
Figure 2022503628000065
(1)化合物13の製造
前記合成例5の化合物5の製造において、化学式1Bの化合物の代わりに化学式6Bの化合物を用いたことを除けば同様の方法で製造して、化合物13(13g、収率78%)を得た。
MS:[M+H]=689
<合成例14>化合物14の製造
Figure 2022503628000066
(1)化合物14の製造
前記合成例5の化合物5の製造において、化学式1Bの化合物の代わりに化学式7Bの化合物を用いたことを除けば同様の方法で製造して、化合物14(11g、収率66%)を得た。
MS:[M+H]=689
<合成例15>化合物15の製造
Figure 2022503628000067
(1)化合物15の製造
前記合成例5の化合物5の製造において、化学式1Bの化合物の代わりに化学式8Bの化合物を用いたことを除けば同様の方法で製造して、化合物15(14g、収率78%)を得た。
MS:[M+H]=739
<合成例16>化合物16の製造
Figure 2022503628000068
前記合成例1の化合物1の製造において、化学式1Aと1Bの化合物の代わりにそれぞれ化学式6Aと9Bの化合物を用いたことを除けば同様の方法で製造して、化合物16(15g、収率81%)を得た。
MS:[M+H]=764
<合成例17>化合物17の製造
Figure 2022503628000069
(1)化学式7Aの化合物の製造
前記合成例1の化学式1Aの製造において、フェノールの代わりにナフトールを用いたことを除けば同様の方法で製造して、化学式7Aの化合物(15g、収率76%)を得た。
MS:[M+H]=511
(2)化合物17の製造
前記合成例13の化合物13の製造において、化学式2Aの化合物の代わりに化学式7Aの化合物を用いたことを除けば同様の方法で製造して、化合物17(13g、収率68%)を得た。
MS:[M+H]=789
<合成例18>化合物18の製造
Figure 2022503628000070
(1)化学式8Aの化合物の製造
前記合成例9の化学式5Aの化合物の製造において、化学式5A-1の化合物の代わりに化学式8A-1の化合物を用いたことを除けば同様の方法で製造して、化学式8Aの化合物(13g、収率69%)を得た。
MS:[M+H]=487
(2)化合物18の製造
前記合成例9の化合物9の製造において、化学式5Aの化合物の代わりに化学式8Aの化合物を用いたことを除けば同様の方法で製造して、化合物18(12g、収率72%)を得た。
MS:[M+H]=689
<合成例19>化合物19の製造
Figure 2022503628000071
前記合成例1の化合物1の製造において、化学式1Bの化合物の代わりに化学式9Bの化合物を用いたことを除けば同様の方法で製造して、化合物19(15g、収率79%)を得た。
MS:[M+H]=779
<合成例20>化合物20の製造
Figure 2022503628000072
前記合成例1の化合物1の製造において、化学式1Bの化合物の代わりに化学式10Bの化合物を用いたことを除けば同様の方法で製造して、化合物20(9g、収率54%)を得た。
MS:[M+H]=689
<合成例21>化合物21の製造
Figure 2022503628000073
前記合成例1の化合物1の製造において、化学式1Bの化合物の代わりに化学式11Bの化合物を用いたことを除けば同様の方法で製造して、化合物21(10g、収率56%)を得た。
MS:[M+H]=739
<合成例22>化合物22の製造
Figure 2022503628000074
前記合成例1の化合物1の製造において、化学式1Bの化合物の代わりに化学式13Bの化合物を用いたことを除けば同様の方法で製造して、化合物22(11g、収率66%)を得た。
MS:[M+H]=689
<合成例23>化合物23の製造
Figure 2022503628000075
前記合成例1の化合物1の製造において、化学式1Bの化合物の代わりに化学式5Bの化合物を用いたことを除けば同様の方法で製造して、化合物23(14g、収率84%)を得た。
MS:[M+H]=689
<合成例24>化合物24の製造
Figure 2022503628000076
前記合成例1の化合物1の製造において、化学式1Bの化合物の代わりに化学式6Bの化合物を用いたことを除けば同様の方法で製造して、化合物24(12g、収率72%)を得た。
MS:[M+H]=689
<合成例25>化合物25の製造
Figure 2022503628000077
前記合成例1の化合物1の製造において、化学式1Bの化合物の代わりに化学式14Bの化合物を用いたことを除けば同様の方法で製造して、化合物25(13g、収率72%)を得た。
MS:[M+H]=739
<合成例26>化合物26の製造
Figure 2022503628000078
前記合成例1の化合物1の製造において、化学式1Bの化合物の代わりに化学式15Bの化合物を用いたことを除けば同様の方法で製造して、化合物26(8g、収率48%)を得た。
MS:[M+H]=689
<合成例27>化合物27の製造
Figure 2022503628000079
前記合成例1の化合物1の製造において、化学式1Bの化合物の代わりに化学式16Bの化合物を用いたことを除けば同様の方法で製造して、化合物27(11g、収率66%)を得た。
MS:[M+H]=689
<合成例28>化合物28の製造
Figure 2022503628000080
前記合成例1の化合物1の製造において、化学式1Bの化合物の代わりに化学式17Bの化合物を用いたことを除けば同様の方法で製造して、化合物28(15g、収率83%)を得た。
MS:[M+H]=739
<実験例>
実験例1:S1とT1のエネルギー値の差(ΔEST)の計算
本発明の化学式1に相当する化合物のS1とT1のエネルギー値の差と、前記化合物とコア構造は同一であるが、2環以上の縮合アリール基を含まない化合物のS1とT1のエネルギー値を計算して下記表1に示し、S1とT1のエネルギー値の差(ΔEST、eV)を各化合物の下に示した。
Figure 2022503628000081
Figure 2022503628000082
Figure 2022503628000083
Figure 2022503628000084
Figure 2022503628000085
Figure 2022503628000086
Figure 2022503628000087
Figure 2022503628000088
前記表1から、本願の化学式1のAr1およびAr2のうちの1以上に2環以上の縮合アリール基を含む化合物(化合物1~28)が、2環以上の縮合アリール基を含まない化合物(比較化合物1~13)よりS1とT1のエネルギー値の差(ΔEST)が大きいことを確認することができる。
実験例2:素子の作製
<実施例1-1>
ITO(インジウムスズ酸化物)が1000Åの厚さに薄膜コーティングされたガラス基板(corning 7059 glass)を、分散剤を溶かした蒸留水に入れて超音波洗浄した。洗剤はFischer Co.の製品を使用し、蒸留水はMillipore Co.製品のフィルタ(Filter)で2次濾過した蒸留水を使用した。ITOを30分間洗浄した後、蒸留水で2回繰り返し超音波洗浄を10分間進行させた。蒸留水洗浄が終わった後、イソプロピルアルコール、アセトン、メタノール溶剤の順に超音波洗浄をし乾燥させた。
このように用意されたITO透明電極上にヘキサニトリルヘキサアザトリフェニレン(HAT:hexanitrile hexaazatriphenylene)を500Åの厚さに熱真空蒸着して正孔注入層を形成した。その上に、正孔を輸送する物質であるHT1(400Å)を真空蒸着した後、発光層として、ホストBH1とドーパントBD1の化合物を300Åの厚さに真空蒸着した。前記発光層上に、ET-A化合物を50Åの厚さに正孔ブロック層(電子調節層)を蒸着した後、合成例1で製造した化合物1とLiQ(Lithium Quinolate)を1:1の重量比で真空蒸着して350Åの厚さに電子注入および輸送層を形成した。前記電子注入および輸送層上に、順次に、12Åの厚さにリチウムフルオライド(LiF)と2,000Åの厚さにアルミニウムを蒸着して陰極を形成した。有機発光素子を製造した。
前記の過程で、有機物の蒸着速度は0.4~0.7Å/secを維持し、陰極のリチウムフルオライドは0.3Å/sec、アルミニウムは2Å/secの蒸着速度を維持し、蒸着時の真空度は2×10-7~5×10-6torrを維持して、有機発光素子を作製した。
Figure 2022503628000089
Figure 2022503628000090
Figure 2022503628000091
追加の実施例および比較例
前記実施例1-1において、前記電子注入および輸送層の化合物1を用いる代わりに、下記表2に記載の化合物をそれぞれ用いることを除けば、実施例1-1と同様の方法で有機発光素子を製造した。
実験例で製造した有機発光素子を10mA/cmの電流密度で駆動電圧と発光効率を測定し、20mA/cmの電流密度で初期輝度対比98%になる時間(LT98)を測定した。その結果を下記表2に示した。
Figure 2022503628000092
Figure 2022503628000093
<実施例2-1>
ITO(インジウムスズ酸化物)が1000Åの厚さに薄膜コーティングされたガラス基板(corning 7059 glass)を、分散剤を溶かした蒸留水に入れて超音波洗浄した。洗剤はFischer Co.の製品を使用し、蒸留水はMillipore Co.製品のフィルタ(Filter)で2次濾過した蒸留水を使用した。ITOを30分間洗浄した後、蒸留水で2回繰り返し超音波洗浄を10分間進行させた。蒸留水洗浄が終わった後、イソプロピルアルコール、アセトン、メタノール溶剤の順に超音波洗浄をし乾燥させた。
このように用意されたITO透明電極上にヘキサニトリルヘキサアザトリフェニレン(HAT:hexanitrile hexaazatriphenylene)を500Åの厚さに熱真空蒸着して正孔注入層を形成した。その上に、正孔を輸送する物質であるHT2(300Å)を真空蒸着して正孔輸送層を形成した。次いで、前記正孔輸送層上に膜厚さ100Åとして下記の化合物HT3を真空蒸着して電子ブロック層を形成した。発光層として、ホストBH2とドーパントBD2の化合物を300Åの厚さに真空蒸着した。前記発光層上に、合成例1で製造した化合物1を真空蒸着して200Åの厚さに蒸着し、順次に、12Åの厚さにリチウムフルオライド(LiF)と2,000Åの厚さにアルミニウムを蒸着して陰極を形成した。有機発光素子を製造した。
前記の過程で、有機物の蒸着速度は0.4~0.7Å/secを維持し、陰極のリチウムフルオライドは0.3Å/sec、アルミニウムは2Å/secの蒸着速度を維持し、蒸着時の真空度は2×10-7~5×10-6torrを維持して、有機発光素子を作製した。
Figure 2022503628000094
追加の実施例および比較例
前記実施例2-1において、前記電子注入および輸送層の化合物1を用いる代わりに、下記表3に記載の化合物をそれぞれ用いることを除けば、実施例2-1と同様の方法で有機発光素子を製造した。
実験例で製造した有機発光素子を10mA/cmの電流密度で駆動電圧と発光効率を測定し、20mA/cmの電流密度で初期輝度対比98%になる時間(LT98)を測定した。その結果を下記表3に示した。
Figure 2022503628000095
Figure 2022503628000096
<実施例3-1>
ITO(インジウムスズ酸化物)が1000Åの厚さに薄膜コーティングされたガラス基板(corning 7059 glass)を、分散剤を溶かした蒸留水に入れて超音波洗浄した。洗剤はFischer Co.の製品を使用し、蒸留水はMillipore Co.製品のフィルタ(Filter)で2次濾過した蒸留水を使用した。ITOを30分間洗浄した後、蒸留水で2回繰り返し超音波洗浄を10分間進行させた。蒸留水洗浄が終わった後、イソプロピルアルコール、アセトン、メタノール溶剤の順に超音波洗浄をし乾燥させた。
このように用意されたITO透明電極上にヘキサニトリルヘキサアザトリフェニレン(HAT:hexanitrile hexaazatriphenylene)を50Åの厚さに熱真空蒸着して正孔注入層を形成し、次いで、NPBを100Åの厚さに真空蒸着して第1正孔輸送層を形成した。次いで、前記第1正孔輸送層上に膜厚さ100Åとして下記の化合物HT3を真空蒸着して第1電子ブロック層を形成した。次いで、第1電子ブロック層上に膜厚さ400Åとして下記のようなYGH-A、YGH-BおよびYGDを2:2:1の重量比で真空蒸着して第1発光層を形成した。次いで、前記第1発光層上に化合物ET-Bを250Åの厚さに真空蒸着して第1電子輸送層を形成した。次いで、前記第1電子輸送層上に下記の化合物NCGとLi(Lithium)を50:1の重量比で真空蒸着して100Åの厚さにN型電荷生成層を形成した。
次いで、HT-Aを100Åの厚さに形成するが、化合物PCGを30重量%のドーピング濃度でドーピングしてP型電荷生成層を形成し、HT-Aのみを追加的に800Åの厚さに真空蒸着して第2正孔輸送層を形成した。次いで、第2発光層として、BH3とBD3で表される化合物を96:4の重量比で250Åの厚さに真空蒸着した。
前記発光層上に、合成例12で製造した化合物12を真空蒸着して300Åの厚さに蒸着し、順次に、10Åの厚さにリチウムフルオライド(LiF)と800Åの厚さにアルミニウムを蒸着して陰極を形成した。有機発光素子を製造した。
前記の過程で、有機物の蒸着速度は0.4~0.7Å/secを維持し、陰極のリチウムフルオライドは0.3Å/sec、アルミニウムは2Å/secの蒸着速度を維持し、蒸着時の真空度は2×10-7~5×10-6torrを維持して、有機発光素子を作製した。
Figure 2022503628000097
追加の実施例および比較例
前記実施例3-1において、前記電子注入および輸送層の化合物12を用いる代わりに、下記表4に記載の化合物をそれぞれ用いることを除けば、実施例3-1と同様の方法で有機発光素子を製造した。
前記実施例で製造した有機発光素子を10mA/cmの電流密度で駆動電圧と発光効率を測定し、20mA/cmの電流密度で初期輝度対比98%になる時間(LT98)を測定した。その結果を下記表4に示した。
Figure 2022503628000098
<実施例4-1>
ITO(インジウムスズ酸化物)が1000Åの厚さに薄膜コーティングされたガラス基板(corning 7059 glass)を、分散剤を溶かした蒸留水に入れて超音波洗浄した。洗剤はFischer Co.の製品を使用し、蒸留水はMillipore Co.製品のフィルタ(Filter)で2次濾過した蒸留水を使用した。ITOを30分間洗浄した後、蒸留水で2回繰り返し超音波洗浄を10分間進行させた。蒸留水洗浄が終わった後、イソプロピルアルコール、アセトン、メタノール溶剤の順に超音波洗浄をし乾燥させた。
このように用意されたITO透明電極上にヘキサニトリルヘキサアザトリフェニレン(HAT:hexanitrile hexaazatriphenylene)を50Åの厚さに熱真空蒸着して正孔注入層を形成し、次いで、NPBを100Åの厚さに真空蒸着して第1正孔輸送層を形成した。次いで、前記第1正孔輸送層上に膜厚さ100Åに前記化合物HT3を真空蒸着して第1電子ブロック層を形成した。
発光層として、ホストBH3とドーパントBD3の化合物を96:4の重量比で125Åの厚さに真空蒸着した。前記発光層上に、合成例24で製造した化合物24を200Åの厚さに第1電子輸送層を蒸着し、次いで、前記第1電子輸送層上に下記の化合物NCGとLi(Lithium)を50:1の重量比で真空蒸着して100Åの厚さにN型電荷生成層を形成した。次いで、HT-Aを100Åの厚さに形成するが、化合物PCGを30重量%のドーピング濃度でドーピングしてP型電荷生成層を形成し、HT-Aのみを追加的に800Åの厚さに真空蒸着して第2正孔輸送層を形成した。
次いで、その上に、膜厚さ400Åとして下記のようなYGH-A、YGH-BおよびYGDを2:2:1の重量比で真空蒸着して第2発光層を形成した。次いで、前記第2発光層上に、化合物ET-Bを250Åの厚さに真空蒸着して第2電子輸送層を形成した。次いで、前記第2電子輸送層上に、下記の化合物NCGとLi(Lithium)を50:1の重量比で真空蒸着して100Åの厚さに2番目のN型電荷生成層を形成した。
次いで、HT-Bを100Åの厚さに形成するが、化合物PCGを30重量%のドーピング濃度でドーピングしてP型電荷生成層を形成し、HT-Bのみを追加的に800Åの厚さに真空蒸着して第3正孔輸送層を形成した。次いで、第3発光層として、BH3とBD3で表される化合物を96:4の重量比で250Åの厚さに真空蒸着した。
前記発光層上に、合成例12で合成した化合物12を真空蒸着して300Åの厚さに蒸着し、順次に、10Åの厚さにリチウムフルオライド(LiF)と800Åの厚さにアルミニウムを蒸着して陰極を形成した。有機発光素子を製造した。
前記の過程で、有機物の蒸着速度は0.4~0.7Å/secを維持し、陰極のリチウムフルオライドは0.3Å/sec、アルミニウムは2Å/secの蒸着速度を維持し、蒸着時の真空度は2×10-7~5×10-6torrを維持して、有機発光素子を作製した。
Figure 2022503628000099
追加の比較例(比較例4-1)
前記実施例4-1で使用された化合物12の代わりに比較化合物6を、化合物24の代わりに比較化合物13を用いることを除けば、実施例4-1と同様の方法で有機発光素子を製造した。
前記実施例4-1及び比較例4-1で製造した有機発光素子を10mA/cmの電流密度で駆動電圧と発光効率を測定し、20mA/cmの電流密度で初期輝度対比98%になる時間(LT98)を測定した。その結果を下記表5に示した。
Figure 2022503628000100
前記表2~表5の実験結果から、本願の化学式1のAr1およびAr2のうちの1以上が2環以上の縮合アリール基を含まないか、R1~R8に本願の化学式2が結合するか、L1~L3のうちの1以上がヘテロアリーレン基を含む化合物を用いた比較例より、本願の化合物を含む実施例の駆動電圧、電流効率および寿命特性が優れていることを確認することができる。
1:基板/2:陽極/3:正孔注入層/4:正孔輸送層/5:発光層/6:正孔ブロック層/7:電子輸送および電子注入を同時に行う層/8:陰極/9:電子ブロック層/11:第1正孔輸送層/12:第1電子ブロック層/13:第1発光層/14:第1電子輸送層/15:N型電荷発生層/16:P型電荷発生層/17:第2正孔輸送層/18:第2発光層/19:第2電子輸送層/20:第3正孔輸送層/21:第3発光層/22:第3電子輸送層/111、202:正孔輸送層1/112、208:正孔輸送層2/113、204、303-3:青色蛍光発光層1/114、205、304:電子輸送層1/115、206:N型電荷発生層1/116:P型電荷発生層1/117、214:正孔輸送層3/118、303-1:赤色燐光発光層/119:黄色緑色燐光発光層/120、303-2:緑色燐光発光層/121、211:電子輸送層2/122、212:N型電荷発生層2/123、201、207、213、301:p-ドーピング正孔輸送層/124:正孔輸送層4/125:正孔輸送層5/126、210:青色蛍光発光層2/127、217:電子輸送層3/128、218、306:電子注入層/129:キャッピング層/203:正孔輸送層1-1/209:正孔輸送層2-1/215:正孔輸送層3-1/216:青色蛍光発光層3/302-1:赤色正孔輸送層/302-2:緑色正孔輸送層/302-3:青色正孔輸送層/305:電子輸送層1-1

Claims (19)

  1. 下記化学式1で表される化合物:
    Figure 2022503628000101
    前記化学式1において、
    Xは、OまたはSであり、
    R9~R16のうちの1以上は、下記化学式2の*と連結され、R1~R8;およびR9~R16のうちの、化学式2と連結されない残りは、互いに同一または異なり、それぞれ独立して、水素;重水素;シアノ基;ニトロ基;カルボニル基;置換もしくは非置換のシリル基;置換もしくは非置換のホウ素基;置換もしくは非置換のアルキル基;置換もしくは非置換のアルコキシ基;置換もしくは非置換のアリールオキシ基;置換もしくは非置換のシクロアルキル基;置換もしくは非置換のアリール基;または置換もしくは非置換のヘテロ環基であるか;または隣接した基と結合して置換もしくは非置換のベンゼン環を形成し、
    Figure 2022503628000102
    前記化学式2において、
    A1~A3は、互いに同一または異なり、それぞれ独立して、NまたはCRであり、前記A1~A3のうちの1以上は、Nであり、
    L1およびL2は、互いに同一または異なり、それぞれ独立して、直接結合;置換もしくは非置換のシクロアルキレン基;または置換もしくは非置換のアリーレン基であり、
    L3は、直接結合;置換もしくは非置換のシクロアルキレン基;または置換もしくは非置換のアリーレン基であり、
    Ar1およびAr2のうちの1以上は、置換もしくは非置換の2環以上の縮合アリール基であり、残りは、互いに同一または異なり、それぞれ独立して、置換もしくは非置換のアリール基;または置換もしくは非置換のヘテロ環基であり、
    Rは、互いに同一または異なり、それぞれ独立して、水素;重水素;シアノ基;ニトロ基;カルボニル基;置換もしくは非置換のシリル基;置換もしくは非置換のホウ素基;置換もしくは非置換のアルキル基;置換もしくは非置換のアルコキシ基;置換もしくは非置換のアリールオキシ基;置換もしくは非置換のシクロアルキル基;置換もしくは非置換のアリール基;または置換もしくは非置換のヘテロ環基であり、
    m1~m3は、それぞれ0~3の整数であり、前記m1~m3がそれぞれ2以上の場合、2以上の括弧内の置換基は、互いに同一または異なる。
  2. 前記A1~A3のうちの2以上は、Nであり、残りは、CRであり、
    前記Rの定義は、前記化学式2における定義と同じである、請求項1に記載の化合物。
  3. 前記Ar1およびAr2のうちの1以上は、下記の構造のうちのいずれか1つであり、残りは、互いに同一または異なり、それぞれ独立して、置換もしくは非置換のアリール基;または置換もしくは非置換のヘテロ環基である、請求項1又は2に記載の化合物:
    Figure 2022503628000103
    前記構造において、
    R21~R30は、互いに同一または異なり、それぞれ独立して、水素;重水素;シアノ基;ニトロ基;カルボニル基;置換もしくは非置換のシリル基;置換もしくは非置換のホウ素基;置換もしくは非置換のアルキル基;置換もしくは非置換のアルコキシ基;置換もしくは非置換のアリールオキシ基;置換もしくは非置換のシクロアルキル基;置換もしくは非置換のアリール基;または置換もしくは非置換のヘテロ環基であり、
    n1は、0~7の整数であり、n2は、0~9の整数であり、n3およびn6は、それぞれ0~6の整数であり、n4、n5およびn9は、それぞれ0~3の整数であり、n7は、0~4の整数であり、n8は、0~5の整数であり、n10は、0~8の整数であり、前記n1~n10がそれぞれ2以上の場合、2以上の括弧内の置換基は、互いに同一または異なり、
    *は、連結される部位を意味する。
  4. 前記化学式1は、下記化学式3~8のうちのいずれか1つで表されるものである、請求項1に記載の化合物:
    Figure 2022503628000104
    Figure 2022503628000105
    Figure 2022503628000106
    Figure 2022503628000107
    Figure 2022503628000108
    Figure 2022503628000109
    前記化学式3~8において、
    X、R1~R8、A1~A3、L1~L3およびm1~m3の定義は、前記化学式1における定義と同じであり、
    Ar3は、置換もしくは非置換の2環以上の縮合アリール基;置換もしくは非置換の単環のアリール基;または置換もしくは非置換のヘテロ環基であり、
    R21~R30は、互いに同一または異なり、それぞれ独立して、水素;重水素;シアノ基;ニトロ基;カルボニル基;置換もしくは非置換のシリル基;置換もしくは非置換のホウ素基;置換もしくは非置換のアルキル基;置換もしくは非置換のアルコキシ基;置換もしくは非置換のアリールオキシ基;置換もしくは非置換のシクロアルキル基;置換もしくは非置換のアリール基;または置換もしくは非置換のヘテロ環基であり、
    R32は、水素;重水素;シアノ基;ニトロ基;カルボニル基;置換もしくは非置換のシリル基;置換もしくは非置換のホウ素基;置換もしくは非置換のアルキル基;置換もしくは非置換のアルコキシ基;置換もしくは非置換のアリールオキシ基;置換もしくは非置換のシクロアルキル基;置換もしくは非置換のアリール基;または置換もしくは非置換のヘテロ環基であるか、または隣接した基と結合して置換もしくは非置換のベンゼン環を形成し、
    n1は、0~7の整数であり、n2は、0~9の整数であり、n3およびn6は、それぞれ0~6の整数であり、n4、n5およびn9は、それぞれ0~3の整数であり、n7は、0~4の整数であり、n8は、0~5の整数であり、n10は、0~8の整数であり、前記n1~n10がそれぞれ2以上の場合、2以上の括弧内の置換基は、互いに同一または異なり、
    p1は、0~7の整数であり、前記p1が2以上の場合、2以上のR32は、互いに同一または異なる。
  5. 前記化学式1で表される化合物は、下記の構造の中から選択されるいずれか1つである、請求項1に記載の化合物:
    Figure 2022503628000110
    Figure 2022503628000111
    Figure 2022503628000112
    Figure 2022503628000113
    Figure 2022503628000114
    Figure 2022503628000115
    Figure 2022503628000116
    Figure 2022503628000117
    Figure 2022503628000118
  6. 前記化学式1で表される化合物は、下記式1を満たす、請求項1に記載の化合物:
    [式1]
    ΔEST El>ΔESTEl
    前記式1中、
    ΔEST Elは、化学式1で表される化合物の一重項エネルギー(S1)値と三重項エネルギー(T1)値との差であり、
    ΔESTElは、前記化学式1で表される化合物において、Ar1およびAr2が2環以上の縮合アリール基を含まない化合物の一重項エネルギー(S1)値と三重項エネルギー(T1)値との差である。
  7. 前記化学式1で表される化合物は、下記式2を満たす、請求項1に記載の化合物:
    [式2]
    0.30eV<ΔEST El<1.5eV
    前記式2中、
    ΔEST Elは、化学式1で表される化合物の一重項エネルギー(S1)値と三重項エネルギー(T1)値との差である。
  8. 前記化学式1で表される化合物は、下記式3を満たす、請求項1に記載の化合物:
    [式3]
    ΔEST El-ΔESTEl>0.05eV
    前記式3中、
    ΔEST Elは、化学式1で表される化合物の一重項エネルギー(S1)値と三重項エネルギー(T1)値との差であり、
    ΔESTElは、前記化学式1で表される化合物において、Ar1およびAr2が2環以上の縮合アリール基を含まない化合物の一重項エネルギー(S1)値と三重項エネルギー(T1)値との差である。
  9. 第1電極と、第2電極と、前記第1電極と前記第2電極との間に備えられる1層以上の有機物層とを含み、前記有機物層のうちの1層以上が、請求項1~8のいずれか1項に記載の化合物を含む有機発光素子。
  10. 前記有機物層は、正孔注入層、正孔輸送層、または正孔輸送および正孔注入を同時に行う層を含み、前記正孔注入層、正孔輸送層、または正孔輸送および正孔注入を同時に行う層は、前記化合物を含む、請求項9に記載の有機発光素子。
  11. 前記有機物層は、電子輸送層、電子注入層、または電子輸送および電子注入を同時に行う層を含み、前記電子輸送層、電子注入層、または電子輸送および電子注入を同時に行う層は、前記化合物を含む、請求項9に記載の有機発光素子。
  12. 前記有機物層は、発光層を含み、前記発光層は、前記化合物を含む、請求項9に記載の有機発光素子。
  13. 前記有機物層は、正孔注入層、正孔輸送層、電子注入層、電子輸送層、電子ブロック層、正孔ブロック層、正孔輸送および正孔注入を同時に行う層、並びに電子輸送および電子注入を同時に行う層からなる群より選択された1層以上を含む、請求項9に記載の有機発光素子。
  14. 前記有機物層は、発光層を含み、前記発光層は、ホストおよびドーパントを含み、前記ドーパントの最大発光波長は、400nm~520nmである、請求項9に記載の有機発光素子。
  15. 前記ドーパントは、青色蛍光ドーパントである、請求項14に記載の有機発光素子。
  16. 前記有機物層は、2層以上の発光層を含むものである、請求項9に記載の有機発光素子。
  17. 前記2層以上の発光層のうちの少なくとも1つは、青色蛍光ドーパントを含むものである、請求項16に記載の有機発光素子。
  18. 前記有機物層は、1以上の発光層を含む第1スタックと、1以上の発光層を含む第2スタックとを含み、
    前記第1スタックと前記第2スタックとの間に1層以上の電荷生成層を含む、請求項9に記載の有機発光素子。
  19. 前記有機物層は、1以上の発光層を含む第1スタックと、1以上の発光層を含む第2スタックと、1以上の発光層を含む第3スタックとを含み、
    前記第1スタックと前記第2スタックとの間;および前記第2スタックと前記第3スタックとの間にそれぞれ1層以上の電荷生成層を含む、請求項9に記載の有機発光素子。
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