JP2024514902A - 新規な化合物およびこれを含む有機発光素子 - Google Patents
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Abstract
本発明は新規な化合物およびこれを含む有機発光素子に関する。
Description
［関連出願の相互参照］
本出願は、２０２１年１１月１０日付の韓国特許出願第１０－２０２１－０１５３６７９号および２０２２年１１月９日付の韓国特許出願第１０－２０２２－０１４８７４９号に基づく優先権の利益を主張し、当該韓国特許出願の文献に開示されたすべての内容は本明細書の一部として含まれる。
本出願は、２０２１年１１月１０日付の韓国特許出願第１０－２０２１－０１５３６７９号および２０２２年１１月９日付の韓国特許出願第１０－２０２２－０１４８７４９号に基づく優先権の利益を主張し、当該韓国特許出願の文献に開示されたすべての内容は本明細書の一部として含まれる。
本発明は、新規な化合物およびこれを含む有機発光素子に関する。
一般的に、有機発光現象とは、有機物質を利用して電気エネルギーを光エネルギーに転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、広い視野角、優れたコントラスト、速い応答時間を有し、輝度、駆動電圧および応答速度特性に優れて多くの研究が進められている。
有機発光素子は、一般的に正極と負極、および前記正極と負極との間に有機物層を含む構造を有する。前記有機物層は、有機発光素子の効率と安全性を高めるために、それぞれ異なる物質から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正極からは正孔が、負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、光が出るようになる。
前記のような有機発光素子に使用される有機物に対して、新しい材料の開発が要求され続けている。
本発明は、新規な有機発光材料およびこれを含む有機発光素子に関する。
本発明は、下記の化学式１で表される化合物を提供する：
前記化学式１中、
Ａｒ１は、置換または非置換の炭素数６～２０のアリールであり、
Ａｒ２は、置換または非置換のフェニル；または、置換または非置換のナフチルであり、
Ｌは、フェニレンまたはナフタレンジイルであり、前記フェニレンまたはナフタレンジイルは、非置換であるか重水素または炭素数６～６０のアリールで置換され、
Ｒ１およびＲ２はそれぞれ独立して、水素または重水素であり、
ｎ１は０～６の整数であり、
ｎ２は０～８の整数である。
Ａｒ１は、置換または非置換の炭素数６～２０のアリールであり、
Ａｒ２は、置換または非置換のフェニル；または、置換または非置換のナフチルであり、
Ｌは、フェニレンまたはナフタレンジイルであり、前記フェニレンまたはナフタレンジイルは、非置換であるか重水素または炭素数６～６０のアリールで置換され、
Ｒ１およびＲ２はそれぞれ独立して、水素または重水素であり、
ｎ１は０～６の整数であり、
ｎ２は０～８の整数である。
また、本発明は、第１電極；前記第１電極と対向して備えられた第２電極；および前記第１電極と前記第２電極との間に備えられた１層以上の有機物層を含む有機発光素子であって、前記有機物層のうち１層以上は、前記化学式１で表される化合物を含む、有機発光素子を提供する。
上述した化学式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用いられ、有機発光素子で効率の向上、低い駆動電圧および／または寿命特性を向上させることができる。特に、上述した化学式１で表される化合物は、正孔注入、正孔輸送、発光、電子輸送、および／または電子注入材料で使用することができる。
以下、本発明の理解を助けるためにより詳細に説明する。
本発明は、前記化学式１で表される化合物を提供する。
本明細書において、
または
は、他の置換基に連結される結合を意味する。
本明細書において、「置換または非置換の」という用語は、重水素；ハロゲン基；ニトリル基；ニトロ基；ヒドロキシ基；カルボニル基；エステル基；イミド基；アミノ基；ホスフィンオキシド基；アルコキシ基；アリールオキシ基；アルキルチオキシ基；アリールチオキシ基；アルキルスルホキシ基；アリールスルホキシ基；シリル基；ホウ素基；アルキル基；シクロアルキル基；アルケニル基；アリール基；アラルキル基；アラルケニル基；アルキルアリール基；アルキルアミン基；アラルキルアミン基；ヘテロアリールアミン基；アリールアミン基；アリールホスフィン基；またはＮ、ＯおよびＳ原子のうち１個以上を含むヘテロアリール基からなる群より選択された１個以上の置換基で置換または非置換されるか、前記例示された置換基のうち２以上の置換基が連結された基で置換または非置換されることを意味する。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。即ち、ビフェニル基は、アリール基であってもよく、２個のフェニル基が連結された置換基と解釈することもできる。
本明細書において、カルボニル基の炭素数は特に限定されないが、炭素数１～４０であることが好ましい。具体的に、下記のような構造の置換基であってもよいが、これに限定されるものではない。
本明細書において、エステル基は、エステル基の酸素が炭素数１～２５の直鎖、分岐鎖または環状アルキル基、または炭素数６～２５のアリール基で置換されてもよい。具体的に、下記の構造式の置換基であってもよいが、これに限定されるものではない。
本明細書において、イミド基の炭素数は、特に限定されないが、炭素数１～２５であることが好ましい。具体的に、下記のような構造の置換基であってもよいが、これに限定されるものではない。
本明細書において、シリル基は、具体的に、トリメチルシリル基、トリエチルシリル基、ｔ－ブチルジメチルシリル基、ビニ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、フェニルシリル基などがあるが、これに限定されない。
本明細書において、ホウ素基としては、具体的に、トリメチルホウ素基、トリエチルホウ素基、ｔ－ブチルジメチルホウ素基、トリフェニルホウ素基、フェニルホウ素基などが挙げられるが、これに限定されない。
本明細書において、ハロゲン基の例は、フッ素、塩素、臭素、またはヨウ素である。
本明細書において、前記アルキル基は、直鎖または分岐鎖であってもよく、炭素数は特に限定されないが、１～４０であることが好ましい。一実施状態によれば、前記アルキル基の炭素数は１～２０である。さらに一つの実施状態によれば、前記アルキル基の炭素数は１～１０である。さらに一つの実施状態によれば、前記アルキル基の炭素数は１～６である。アルキル基の具体的な例としては、メチル、エチル、プロピル、ｎ－プロピル、イソプロピル、ブチル、ｎ－ブチル、イソブチル、ｔｅｒｔ－ブチル、ｓｅｃ－ブチル、１－メチル－ブチル、１－エチル－ブチル、ペンチル、ｎ－ペンチル、イソペンチル、ネオペンチル、ｔｅｒｔ－ペンチル、ヘキシル、ｎ－ヘキシル、１－メチルペンチル、２－メチルペンチル、４－メチル－２－ペンチル、３,３－ジメチルブチル、２－エチルブチル、ヘプチル、ｎ－ヘプチル、１－メチルヘキシル、シクロペンチルメチル、シクロヘキシルメチル、オクチル、ｎ－オクチル、ｔｅｒｔ－オクチル、１－メチルヘキシル、２－エチルヘキシル、２－プロピルペンチル、ｎ－ノニル、２,２－ジメチルヘキシル、１－エチル－プロピル、１,１－ジメチル－プロピル、イソヘキシル、２－メチルペンチル、４－メチルヘキシル、５－メチルヘキシルなどが挙げられるが、これらに限定されない。
本明細書において、前記アルケニル基は、直鎖または分岐鎖であってもよく、炭素数は特に限定されないが、２～４０であることが好ましい。一実施状態によれば、前記アルケニル基の炭素数は２～２０である。さらに一つの実施状態によれば、前記アルケニル基の炭素数は２～１０である。さらに一つの実施状態によれば、前記アルケニル基の炭素数は２～６である。具体的な例としては、ビニル、１－プロペニル、イソプロペニル、１－ブテニル、２－ブテニル、３－ブテニル、１－ペンテニル、２－ペンテニル、３－ペンテニル、３－メチル－１－ブテニル、１,３－ブタジエニル、アリル、１－フェニルビニル－１－イル、２－フェニルビニル－１－イル、２,２－ジフェニルビニル－１－イル、２－フェニル－２－（ナフチル－１－イル）ビニル－１－イル、２,２－ビス（ジフェニル－１－イル）ビニル－１－イル、スチルベニル基、スチレニル基などが挙げられるが、これらに限定されない。
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であることが好まし、一実施状態によれば、前記シクロアルキル基の炭素数は３～３０である。さらに一つの実施状態によれば、前記シクロアルキル基の炭素数は３～２０である。さらに一つの実施状態によれば、前記シクロアルキル基の炭素数は３～６である。具体的に、シクロプロピル、シクロブチル、シクロペンチル、３－メチルシクロペンチル、２,３－ジメチルシクロペンチル、シクロヘキシル、３－メチルシクロヘキシル、４－メチルシクロヘキシル、２,３－ジメチルシクロヘキシル、３,４,５－トリメチルシクロヘキシル、４－ｔｅｒｔ－ブチルシクロヘキシル、シクロヘプチル、シクロオクチルなどが挙げられるが、これに限定されない。
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であることが好ましく、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。一実施状態によれば、前記アリール基の炭素数は６～３０である。一実施状態によれば、前記アリール基の炭素数は６～２０である。前記アリール基が単環式であるアリール基は、フェニル基、ビフェニル基、ターフェニル基などであってもよいが、これに限定されるものではない。前記アリール基が多環式であるアリール基は、ナフチル基、アントラセニルギ、フェナントリル基、ピレニル基、ペリレニル基、クライセニル基、フルオレニル基などであってもよいが、これに限定されるものではない。
本明細書において、フルオレニル基は置換されてもよく、置換基２個が互いに結合してスピロ構造を形成することができる。前記フルオレニル基が置換される場合、
などであってもよい。但し、これに限定されるものではない。
本明細書において、ヘテロアリール基は、異種元素としてＯ、Ｎ、ＳｉおよびＳのうち１個以上を含むヘテロアリール基であって、炭素数は特に限定されないが、炭素数２～６０であることが好ましい。一実施状態によれば、前記ヘテロアリール基の炭素数は６～３０である。一実施状態によれば、前記ヘテロアリール基の炭素数は６～２０である。ヘテロアリール基の例としては、チオフェン基、フラン基、ピロール基、イミダゾール基、チアゾール基、オキサゾール基、オキサジアゾール基、トリアゾール基、ピリジル基、ビピリジル基、ピリミジル基、トリアジン基、アクリジル基、ピリダジン基、ピラジニル基、キノリニル基、キナゾリン基、キノキサリニル基、フタラジニル基、ピリドピリミジニル基、ピリドピラジニル基、ピラジノピラジニル基、イソキノリン基、インドール基、カルバゾール基、ベンゾオキサゾール基、ベンゾイミダゾール基、ベンゾチアゾール基、ベンゾカルバゾール基、ベンゾチオフェン基、ジベンゾチオフェン基、ベンゾフラニル基、フェナントロリン基（ｐｈｅｎａｎｔｈｒｏｌｉｎｅ）、イソオキサゾリル基、チアジアゾリル基、フェノチアジニル基、およびジベンゾフラニル基などが挙げられるが、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、アラルキル基、アラルケニル基、アルキルアリール基、アリールアミン基中のアリール基については、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、アラルキル基、アルキルアリール基、アルキルアミンキ中のアルキル基については、前述した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、ヘテロアリールアミン中のヘテロアリールについては、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、アラルケニル基中のアルケニル基については、前述したアルケニル基に関する説明が適用可能である。本明細書において、アリーレンは、２価の基であることを除いては、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、ヘテロアリーレンについては、２価の基であることを除いては、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、炭化水素環は、１価の基ではなく、２個の置換基が結合して形成したことを除いては、前述したアリール基または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、ヘテロアリールは、１価の基ではなく、２個の置換基が結合して形成したことを除いては、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。
好ましくは、前記化学式１は、下記の化学式１－１～化学式１－６のいずれか1つで表される：
。
前記化学式１－１～化学式１－６中、
Ａｒ１、Ａｒ２、Ｌ、Ｒ１、Ｒ２、ｎ１およびｎ２は、前記化学式１で定義した通りである。
Ａｒ１、Ａｒ２、Ｌ、Ｒ１、Ｒ２、ｎ１およびｎ２は、前記化学式１で定義した通りである。
好ましくは、Ａｒ１は置換または非置換の炭素数６～１８のアリールであってもよく、より好ましくは、Ａｒ１は、フェニル、ビフェニリル、ターフェニリル、ナフチル、またはフェナントレニルであってもよく、前記Ａｒ１は、非置換であるか１個以上の重水素で置換されてもよい。最も好ましくは、Ａｒ１は、下記で構成される群から選択されるいずれかであってもよい：
。
好ましくは、Ａｒ２は、フェニルまたはナフチルであってもよく、前記Ａｒ２は、非置換であるか１個以上の重水素で置換されてもよい。
より好ましくは、Ａｒ２は、下記で構成される群から選択されるいずれかであってもよい：
。
好ましくは、Ｌは、フェニレンまたはナフタレンジイルであり、前記フェニレンまたはナフタリンは、非置換であるか、重水素または炭素数６～２０のアリールで置換されてもよい。より好ましくは、Ｌは、フェニレン、１個のまたは２個のフェニルで置換されたフェニレン、１個のナフチルで置換されたフェニレン、ナフタレンジイル、１個のフェニルで置換されたナフタレンジイル、１個ビフェニリルで置換されたナフタレンジイル、または、１個のナフチルで置換されたナフタレンジイルであり、前記Ｌは、非置換であるか１個以上の重水素で置換されてもよい。最も好ましくは、Ｌは、下記で構成される群から選択されるいずれかであってもよい：
好ましくは、Ｒ１およびＲ２はそれそれ水素であってもよい。
前記化学式１で表される化合物の代表的な例は下記の通りである：
前記化学式１で表される化合物は、例えば下記の反応式１のような製造方法で製造することができ、それ以外の残りの化合物も類似の製造方法で製造することができる。
前記反応式１中、Ａｒ１、Ａｒ２、Ｌ、Ｒ１、Ｒ２、ｎ１およびｎ２は、前記化学式１で定義した通りであり、Ｘは、ハロゲンであり、好ましくはＸはクロロまたはブロモである。
前記反応式１は、鈴木カップリング反応であって、パラジウム触媒と塩基存在下で行うことが好ましく、鈴木カップリング反応のための反応基は、当業界に公知のものに従って変更が可能である。前記製造方法は、後述する製造例でより具体化することができる。
また、本発明は、前記化学式１で表される化合物を含む有機発光素子を提供する。例えば、本発明は、第１電極；前記第１電極と対向して備えられた第２電極；および前記第１電極と前記第２電極との間に備えられた１層以上の有機物層を含む有機発光素子であって、前記有機物層のうち１層以上が、前記化学式１で表される化合物を含む、有機発光素子を提供する。
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、正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電子輸送層、電子注入層などを含む構造を有することができる。しかし、有機発光素子の構造はこれに限定されるものではなく、より少ない数の有機物層を含むことができる。
また、前記有機物層は、発光層を含むことができ、前記発光層は、前記化学式１で表される化合物を含むことができる。
また、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する層を含むことができ、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、前記化学式１で表される化合物を含むことができる。
また、前記有機物層は、電子輸送層、電子注入層、または、電子注入および輸送層を行う層を含むことができ、前記電子輸送層、電子注入層、または、電子注入および輸送層は、前記化学式１で表される化合物を含むことができる。
また、本発明に係る有機発光素子は、基板上に、正極、１層以上の有機物層および負極が順次積層された構造（ｎｏｒｍａｌ ｔｙｐｅ）の有機発光素子であってもよい。また、本発明に係る有機発光素子は、基板上に、負極、１層以上の有機物層および正極が順次積層された逆方向構造（ｉｎｖｅｒｔｅｄ ｔｙｐｅ）の有機発光素子であってもよい。例えば、本発明の一実施例に係る有機発光素子の構造は、図１および図２に例示されている。
図１は、基板１、正極２、発光層３、および負極４からなる有機発光素子の例を示した図である。図２は、基板１、正極２、正孔注入層５、正孔輸送層６、発光層３、電子注入および輸送層７、および負極４からなる有機発光素子の例を示した図である。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、前記発光層に含まれることができる。
本発明に係る有機発光素子は、前記有機物層のうち１層以上が前記化学式１で表される化合物を含むことを除いては、当技術分野に知られている材料と方法で製造することができる。また、前記有機発光素子が複数個の有機物層を含む場合、前記有機物層は、同じ物質または異なる物質で形成されてもよい。
例えば、本発明に係る有機発光素子は、基板上に第１電極、有機物層および第２電極を順次積層させて製造することができる。この時、スパッタリング法（ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ）や電子ビーム蒸発法（ｅ－ｂｅａｍ ｅｖａｐｏｒａｔｉｏｎ）などの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られの合金を蒸着させて正極を形成して、その上に正孔注入層、正孔輸送層、発光層および電子輸送層を含む有機物層を形成した後、さらにその上に負極として使用することができる物質を蒸着させて製造することができる。このような方法以外にも、基板上に負極物質から有機物層、正極物質を順に蒸着させて有機発光素子を作ることができる。
また、前記化学式１で表される化合物は、有機発光素子の製造時真空蒸着法だけでなく溶液塗布法によって有機物層として形成することもできる。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、ドクターブレーディング、インクジエ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。
このような方法以外にも、基板上に負極物質から有機物層、正極物質を順に蒸着させて有機発光素子を製造することができる（ＷＯ２００３／０１２８９０）。但し、製造方法がこれに限定されるものではない。
例えば、前記第１電極は正極であり、前記第２電極は負極であるか、または、前記第１電極は負極であり、前記第２電極は正極である。
前記正極物質としては、通常有機物層に正孔注入が円滑となるように仕事関数が大きい物質が好ましい。前記正極物質の具体的な例としては、バナジウム、クロム、銅、亜鉛、金などの金属、またはこられの合金；亜鉛酸化物、インジウム酸化物、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）、インジウム亜鉛酸化物（ＩＺＯ）などの金属酸化物；ＺｎＯ：ＡｌまたはＳｎＯ２：Ｓｂのような金属と酸化物の組み合わせ；ポリ（３－メチルチオフェン）、ポリ［３,４－（エチレン－１,２－ジオクシ）チオフェン］（ＰＥＤＯＴ）、ポリピロールおよびポリアニリンなど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。
前記負極物質としては、通常有機物層に電子注入が容易となるように仕事関数が小さい物質であることが好ましい。前記負極物質の具体的な例としては、マグネシウム、カルシウム、ナトリウム、カリウム、チタニウム、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、スズおよび鉛などの金属、またはこられの合金；ＬｉＦ／ＡｌまたはＬｉＯ２／Ａｌなどの多層構造物質などがあるが、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、電極から正孔を注入する層であり、正孔注入物質としては、正孔を輸送する能力を有し正極での正孔注入効果、発光層または発光材料に対して優れた正孔注入効果を有し、発光層で生成された励起子の電子注入層または電子注入材料への移動を防止し、また、薄膜形成能力に優れた化合物が好ましい。正孔注入物質のＨＯＭＯ（ｈｉｇｈｅｓｔ ｏｃｃｕｐｉｅｄ ｍｏｌｅｃｕｌａｒ ｏｒｂｉｔａｌ）が、正極物質の仕事関数と周辺有機物層のＨＯＭＯとの間であることが好ましい。正孔注入物質の具体的な例としては、金属ポルフィリン（ｐｏｒｐｈｙｒｉｎ）、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、正孔注入層から正孔を受け取って発光層まで正孔を輸送する層であり、正孔輸送物質としては、正極や正孔注入層から正孔の輸送を受けて発光層に移すことができる物質で、正孔に対する移動性が大きい物質が好適である。具体的な例としては、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存在す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で、可視光領域の光を出すことができる物質であって、蛍光や燐光に対する量子効率が良い物質が好ましい。具体的な例として、８－ヒドロキシ－キノリンアルミニウム錯体（Ａｌｑ３）；カルバゾール系化合物；二量化スチリル（ｄｉｍｅｒｉｚｅｄ ｓｔｙｒｙｌ）化合物；ＢＡｌｑ；１０－ヒドロキシベンゾキノリン－金属化合物；ベンゾオキサゾール、ベンゾチアゾールおよびベンゾ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。
前記発光層は、ホスト材料およびドーパント材料を含むことができる。ホスト材料は、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、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、ナフタリン誘導体、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、これに限定されない。好ましくは、前記化学式１で表される化合物をホスト材料として含むことができる。
ドーパント材料としては、芳香族アミン誘導体、スチリルアミン化合物、ホウ素錯体、フルオランテン化合物、金属錯体などがある。具体的に、芳香族アミン誘導体としては、置換または非置換のアリールアミノ基を有する縮合芳香族環誘導体であって、アリールアミノ基を有するピレン、アントラセン、クリセン、ペリフランテンなどがあり、スチリルアミン化合物としては、置換または非置換のアリールアミンに少なくとも１個のアリールビニル基が置換されている化合物で、アリール基、シリル基、アルキル基、シクロアルキル基、およびアリールアミノ基からなる群より１または２以上選択される置換基で置換または非置換されていてよい。具体的に、スチリルアミン、スチリルジアミン、スチリルトリアミン、スチリルテトラアミンなどがあるが、これに限定されない。また、金属錯体としては、イリジウム錯体、白金錯体などがあるが、これに限定されない。
前記電子輸送層は、電子注入層から電子を受け取って発光層まで電子を輸送する層であり、電子輸送物質としては、負極から電子の注入を良好に受けて発光層に移すことができる物質であって、電子に対する移動性が大きい物質が好適である。具体的な例としては、８－ヒドロキシキノリンのＡｌ錯体；Ａｌｑ３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。電子輸送層は、従来技術に従って用いられている通り、任意の所望のカソード物質と共に使用することができる。特に、適切なカソード物質の例としては、低い仕事関数を有し、アルミニウム層またはシルバー層が続く通常の物質である。具体的に、セシウム、バリウム、カルシウム、イッテルビウムおよびサマリウムであり、各々の場合、アルミニウム層またはシルバー層が続く。
前記電子注入層は電極から電子を注入する層であり、電子を輸送する能力を有し、負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秀な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、薄膜形成能力に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、プレオレニルリデンメタン、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、これに限定されない。
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－クレゾラト）ガリウム、ビス（２－メチル－８－キノリナト）（１－ナフトラト）アルミニウム、ビス（２－メチル－８－キノリナト）（２－ナフトラト）ガリウムなどがあるが、これに限定されない。
一方、本発明において、「電子注入および輸送層」は、前記電子注入層と前記電子輸送層の役割を共に果たす層で、前記各層の役割をする物質を単独で、あるいは混合したり積層して使用することができるが、これに限定されない。
本発明に係る有機発光素子は、背面発光（ｂｏｔｔｏｍ ｅｍｉｓｓｉｏｎ）素子、前面発光（ｔｏｐ ｅｍｉｓｓｉｏｎ）素子、または、両面発光素子であってもよく、特に相対的に高い発光効率が要求される背面発光素子であってもよい。
また、前記化学式１で表される化合物は、有機発光素子の他にも有機太陽電池または有機トランジスターに含まれてもよい。
以下、本発明の理解を助けるためにより詳細に説明する。但し、下記の実施例は、本発明を例示するものであって、本発明の内容が下記の実施例によって限定されるものではない。
［製造例］
製造例１：化合物１の製造
窒素雰囲気で９－（３－（４,４,５,５－ｔｅｔｒａｍｅｔｈｙｌ－１,３,２－ｄｉｏｘａｂｏｒｏｌａｎ－２－ｙｌ）ｐｈｅｎｙｌ）－９Ｈ－ｃａｒｂａｚｏｌｅ（１５．０ｇ、４０．６ｍｍｏｌ）と２－ｃｈｌｏｒｏ－４－ｐｈｅｎｙｌ－６－（６－ｐｈｅｎｙｌｎａｐｈｔｈａｌｅｎ－２－ｙｌ）－１,３,５－ｔｒｉａｚｉｎｅ（１７．６ｇ、４４．７ｍｍｏｌ）をＴＨＦ ３００ｍｌに入れて攪拌および還流した。その後、ｐｏｔａｓｓｉｕｍ ｃａｒｂｏｎａｔｅ（２２．５ｇ、１６２．５ｍｍｏｌ）を水６７ｍｌに溶かして投入し、十分に攪拌した後、［１,１’－ｂｉｓ（ｄｉｐｈｅｎｙｌｐｈｏｓｐｈｉｎｏ）ｆｅｒｒｏｃｅｎｅ］ｐａｌｌａｄｉｕｍ（ＩＩ）ｄｉｃｈｌｏｒｉｄｅ（０．９ｇ、１．２ｍｍｏｌ）を投入した。１０時間反応後常温で冷やして有機層と水層を分離後、有機層を蒸留した。これを再びクロロホルムに溶かし、水で２回洗浄後、有機層を分離し、無水硫酸マグネシウムを入れて攪拌した後、ろ過して濾液を減圧蒸留した。濃縮した化合物をシリカゲルカラムクロマトグラフィーで精製した後、昇華精製を通じて化合物１を８．１ｇ製造した（収率３３％、ＭＳ：［Ｍ＋Ｈ］＋＝６０２）。
製造例１：化合物１の製造
製造例２：化合物２の製造
製造例１で、９－（３－（４,４,５,５－ｔｅｔｒａｍｅｔｈｙｌ－１,３,２－ｄｉｏｘａｂｏｒｏｌａｎ－２－ｙｌ）ｐｈｅｎｙｌ）－９Ｈ－ｃａｒｂａｚｏｌｅを９－（２－（４,４,５,５－ｔｅｔｒａｍｅｔｈｙｌ－１,３,２－ｄｉｏｘａｂｏｒｏｌａｎ－２－ｙｌ）ｐｈｅｎｙｌ）－９Ｈ－ｃａｒｂａｚｏｌｅに、２－ｃｈｌｏｒｏ－４－ｐｈｅｎｙｌ－６－（６－ｐｈｅｎｙｌｎａｐｈｔｈａｌｅｎ－２－ｙｌ）－１,３,５－ｔｒｉａｚｉｎｅを２－（［２，２’－ｂｉｎａｐｈｔｈａｌｅｎ］－６－ｙｌ）－４－ｃｈｌｏｒｏ－６－ｐｈｅｎｙｌ－１,３,５－ｔｒｉａｚｉｎｅに変更して使用したことを除いては、化合物１の製造方法と同じ製造方法で化合物２を製造した（ＭＳ［Ｍ＋Ｈ］＋＝６５２）。
製造例３：化合物３の製造
製造例１で、９－（３－（４,４,５,５－ｔｅｔｒａｍｅｔｈｙｌ－１,３,２－ｄｉｏｘａｂｏｒｏｌａｎ－２－ｙｌ）ｐｈｅｎｙｌ）－９Ｈ－ｃａｒｂａｚｏｌｅを９－（５－（４,４,５,５－ｔｅｔｒａｍｅｔｈｙｌ－１,３,２－ｄｉｏｘａｂｏｒｏｌａｎ－２－ｙｌ）－［１,１’－ｂｉｐｈｅｎｙｌ］－３－ｙｌ）－９Ｈ－ｃａｒｂａｚｏｌｅに変更して使用したことを除いては、化合物１の製造方法と同じ製造方法で化合物３を製造した（ＭＳ［Ｍ＋Ｈ］＋＝６７８）。
製造例４：化合物４の製造
製造例１で、９－（３－（４,４,５,５－ｔｅｔｒａｍｅｔｈｙｌ－１,３,２－ｄｉｏｘａｂｏｒｏｌａｎ－２－ｙｌ）ｐｈｅｎｙｌ）－９Ｈ－ｃａｒｂａｚｏｌｅを９－（４－（４,４,５,５－ｔｅｔｒａｍｅｔｈｙｌ－１,３,２－ｄｉｏｘａｂｏｒｏｌａｎ－２－ｙｌ）ｐｈｅｎｙｌ）－９Ｈ－ｃａｒｂａｚｏｌｅに、２－ｃｈｌｏｒｏ－４－ｐｈｅｎｙｌ－６－（６－ｐｈｅｎｙｌｎａｐｈｔｈａｌｅｎ－２－ｙｌ）－１,３,５－ｔｒｉａｚｉｎｅを２－ｃｈｌｏｒｏ－４－ｐｈｅｎｙｌ－６－（７－ｐｈｅｎｙｌｎａｐｈｔｈａｌｅｎ－２－ｙｌ）－１,３,５－ｔｒｉａｚｉｎｅに変更して使用したことを除いては、化合物１の製造方法と同じ製造方法で化合物４を製造した（ＭＳ［Ｍ＋Ｈ］＋＝６０２）。
製造例５：化合物５の製造
製造例１で、９－（３－（４,４,５,５－ｔｅｔｒａｍｅｔｈｙｌ－１,３,２－ｄｉｏｘａｂｏｒｏｌａｎ－２－ｙｌ）ｐｈｅｎｙｌ）－９Ｈ－ｃａｒｂａｚｏｌｅを９－（４－（４,４,５,５－ｔｅｔｒａｍｅｔｈｙｌ－１,３,２－ｄｉｏｘａｂｏｒｏｌａｎ－２－ｙｌ）ｎａｐｈｔｈａｌｅｎ－１－ｙｌ）－９Ｈ－ｃａｒｂａｚｏｌｅに変更して使用したことを除いては、化合物１の製造方法と同じ製造方法で化合物５を製造した（ＭＳ［Ｍ＋Ｈ］＋＝６５２）。
製造例６：化合物６の合成
製造例１で、９－（３－（４,４,５,５－ｔｅｔｒａｍｅｔｈｙｌ－１,３,２－ｄｉｏｘａｂｏｒｏｌａｎ－２－ｙｌ）ｐｈｅｎｙｌ）－９Ｈ－ｃａｒｂａｚｏｌｅを９－（３－（４,４,５,５－ｔｅｔｒａｍｅｔｈｙｌ－１,３,２－ｄｉｏｘａｂｏｒｏｌａｎ－２－ｙｌ）ｐｈｅｎｙｌ）－９Ｈ－ｃａｒｂａｚｏｌｅ－１,３,４,５,６,８－ｄ６に変更して使用したことを除いては、化合物１の製造方法と同じ製造方法で化合物６を製造した（ＭＳ［Ｍ＋Ｈ］＋＝６０８）。
製造例７：化合物７の合成
製造例１で、９－（３－（４,４,５,５－ｔｅｔｒａｍｅｔｈｙｌ－１,３,２－ｄｉｏｘａｂｏｒｏｌａｎ－２－ｙｌ）ｐｈｅｎｙｌ）－９Ｈ－ｃａｒｂａｚｏｌｅを９－（２－（４,４,５,５－ｔｅｔｒａｍｅｔｈｙｌ－１,３,２－ｄｉｏｘａｂｏｒｏｌａｎ－２－ｙｌ）ｐｈｅｎｙｌ）－９Ｈ－ｃａｒｂａｚｏｌｅに、２－ｃｈｌｏｒｏ－４－ｐｈｅｎｙｌ－６－（６－ｐｈｅｎｙｌｎａｐｈｔｈａｌｅｎ－２－ｙｌ）－１,３,５－ｔｒｉａｚｉｎｅを２－（［２，２’－ｂｉｎａｐｈｔｈａｌｅｎ］－６－ｙｌ－１’,３’,４’,５’,６’,７’,８’－ｄ７）－４－ｃｈｌｏｒｏ－６－ｐｈｅｎｙｌ－１,３,５－ｔｒｉａｚｉｎｅに変更して使用したことを除いては、化合物１の製造方法と同じ製造方法で化合物７を製造した（ＭＳ［Ｍ＋Ｈ］＋＝６５９）。
［実施例］
比較例１
ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）が１４００Åの厚さで薄膜コーティングされたガラス基板を洗剤に溶かした蒸溜水に入れて超音波で洗浄した。この時、洗剤としては、フィッシャー社（Ｆｉｓｃｈｅｒ Ｃｏ．）のＤｅｃｏｎＴＭ ＣＯＮ７０５製品を使用し、蒸溜水としては、ミリポア社（Ｍｉｌｌｉｐｏｒｅ Ｃｏ．）製品の０．２２μｍ ｓｔｅｒｉｌｉｚｉｎｇ ｆｉｌｔｅｒで２次ろ過した蒸留水を使用した。ＩＴＯを３０分間洗浄した後、蒸溜水で２回繰り返し超音波洗浄を１０分間進行した。蒸溜水洗浄が終わった後、イソプロピルアルコール、アセトンおよびメタノールの溶剤でそれそれ１０分間超音波洗浄し、乾燥させた後、プラズマ洗浄装置に輸送させた。また、酸素プラズマを利用して前記基板を５分間洗浄した後、真空蒸着装置に基板を輸送させた。
比較例１
ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）が１４００Åの厚さで薄膜コーティングされたガラス基板を洗剤に溶かした蒸溜水に入れて超音波で洗浄した。この時、洗剤としては、フィッシャー社（Ｆｉｓｃｈｅｒ Ｃｏ．）のＤｅｃｏｎＴＭ ＣＯＮ７０５製品を使用し、蒸溜水としては、ミリポア社（Ｍｉｌｌｉｐｏｒｅ Ｃｏ．）製品の０．２２μｍ ｓｔｅｒｉｌｉｚｉｎｇ ｆｉｌｔｅｒで２次ろ過した蒸留水を使用した。ＩＴＯを３０分間洗浄した後、蒸溜水で２回繰り返し超音波洗浄を１０分間進行した。蒸溜水洗浄が終わった後、イソプロピルアルコール、アセトンおよびメタノールの溶剤でそれそれ１０分間超音波洗浄し、乾燥させた後、プラズマ洗浄装置に輸送させた。また、酸素プラズマを利用して前記基板を５分間洗浄した後、真空蒸着装置に基板を輸送させた。
このように用意されたＩＴＯ透明電極の上に下記の化合物ＨＩ－Ａと化合物ＬＧ－１０１をそれぞれ８００Å、５０Åの厚さで順次熱真空蒸着して正孔注入層を形成した。その上に正孔輸送層として下記の化合物ＨＴ－Ａを８００Åの厚さで真空蒸着した後、電子阻止層として下記の化合物ＥＢ－Ａを６００Åの厚さで熱真空蒸着した。発光層ホストとして化合物ＲＨ－Ａを、ドーパントとして化合物ＲＤ－Ａを適用してホストとドーパントを９８：２の重量比で４００Åの厚さで真空蒸着した。続いて、電子輸送および注入層として下記の化合物ＥＴ－Ａと化合物Ｌｉｑを１：１の重量比で３６０Åの厚さで熱真空蒸着し、続いて化合物Ｌｉｑを５Åの厚さで真空蒸着した。
前記電子注入層の上に順次マグネシウムと銀を１０：１の重量比で２２０Åの厚さで蒸着し、アルミニウムを１０００Åの厚さで蒸着して負極を形成して、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、マグネシウムと銀の蒸着速度は２Å／ｓｅｃを維持し、蒸着時真空度は２×１０－７～５×１０－６ｔｏｒｒを維持して、有機発光素子を製造した。
実施例１～実施例７、および比較例２～比較例５
前記比較例１で、化合物１の代わりに使用する化合物を表１のように変更したという点を除いては、前記比較例１と同じ方法を利用して、実施例１～実施例７、および比較例２～比較例５の有機発光素子をそれぞれ製造した。
前記比較例１で、化合物１の代わりに使用する化合物を表１のように変更したという点を除いては、前記比較例１と同じ方法を利用して、実施例１～実施例７、および比較例２～比較例５の有機発光素子をそれぞれ製造した。
［実験例］
前記実施例１～実施例７、および比較例１～比較例５で製造された有機発光素子に電流を印加して、電圧、効率、寿命を測定し、その結果を下記の表１に示した。この時、電圧、効率は１０ｍＡ／ｃｍ２の電流密度を印加して測定され、ＬＴ９７（寿命）は、電流密度２０ｍＡ／ｃｍ２で初期輝度が９７％に低下するまでの時間を意味する。
前記実施例１～実施例７、および比較例１～比較例５で製造された有機発光素子に電流を印加して、電圧、効率、寿命を測定し、その結果を下記の表１に示した。この時、電圧、効率は１０ｍＡ／ｃｍ２の電流密度を印加して測定され、ＬＴ９７（寿命）は、電流密度２０ｍＡ／ｃｍ２で初期輝度が９７％に低下するまでの時間を意味する。
前記表１の結果から化学式１の構造を有する化合物を有機発光素子の発光層に適用した場合、低電圧、高効率、長寿命の特性を有する素子を得ることができることを確認した。
１：基板
２：正極
３：発光層
４：負極
５：正孔注入層
６：正孔輸送層
７：電子注入および輸送層
２：正極
３：発光層
４：負極
５：正孔注入層
６：正孔輸送層
７：電子注入および輸送層
Claims (10)
- 下記化学式１で表される化合物：
Ａｒ１は、置換または非置換の炭素数６～２０のアリールであり、
Ａｒ２は、置換または非置換のフェニル；または、置換または非置換のナフチルであり、
Ｌは、フェニレンまたはナフタレンジイルであり、前記フェニレンまたはナフタレンジイルは、非置換であるか重水素または炭素数６～６０のアリールで置換されており、
Ｒ１およびＲ２はそれぞれ独立して、水素または重水素であり、
ｎ１は０～６の整数であり、
ｎ２は０～８の整数である。 - 前記化学式１は、下記の化学式１－１～化学式１－６のいずれかで表される、請求項１に記載の化合物：
Ａｒ１、Ａｒ２、Ｌ、Ｒ１、Ｒ２、ｎ１およびｎ２は、請求項１で定義した通りである。 - Ａｒ１は、フェニル、ビフェニリル、ターフェニリル、ナフチル、またはフェナントレニルであり、
前記Ａｒ１は、非置換であるか１個以上の重水素で置換されている、請求項１に記載の化合物。 - Ａｒ１は、下記で構成される群から選択されるいずれかである、請求項１に記載の化合物：
- Ａｒ２は、フェニルまたはナフチルであり、
前記Ａｒ２は、非置換であるか１個以上の重水素で置換されている、請求項１に記載の化合物。 - Ｌは、フェニレン、１個のまたは２個のフェニルで置換されたフェニレン、１個のナフチルで置換されたフェニレン、ナフタレンジイル、１個のフェニルで置換されたナフタレンジイル、１個のビフェニリルで置換されたナフタレンジイル、１個のナフチルで置換されたナフタレンジイルであり、
前記Ｌは、非置換であるか１個以上の重水素で置換されている、請求項１に記載の化合物。 - Ｌは、下記で構成される群から選択されるいずれかである、請求項１に記載の化合物：
- 前記化学式１で表される化合物は、下記で構成される群から選択されるいずれかである、請求項１に記載の化合物：
- 第１電極；前記第１電極と対向して備えられた第２電極；および前記第１電極と前記第２電極との間に備えられた１層以上の有機物層を含む有機発光素子であって、前記有機物層のうち１層以上は、請求項１～８の何れか一項に記載の化合物を含む、有機発光素子。
- 請求項１～８の何れか一項に記載の化合物を含む前記有機物層は発光層である、請求項９に記載の有機発光素子。
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