JP6182217B2 - 化合物、有機エレクトロルミネッセンス素子用材料、有機エレクトロルミネッセンス素子および電子機器 - Google Patents

化合物、有機エレクトロルミネッセンス素子用材料、有機エレクトロルミネッセンス素子および電子機器 Download PDF

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Description

本発明は、化合物、有機エレクトロルミネッセンス素子用材料、有機エレクトロルミネッセンス素子および電子機器に関する。
有機物質を使用した有機エレクトロルミネッセンス素子(以下、有機EL素子と略記する場合がある。)は、固体発光型の安価な大面積フルカラー表示素子としての用途が有望視され、多くの開発が行われている。一般に有機EL素子は、発光層および該発光層を挟んだ一対の対向電極から構成されている。両電極間に電界が印加されると、陰極側から電子が注入され、陽極側から正孔が注入される。さらに、この電子が発光層において正孔と再結合し、励起状態を生成し、励起状態が基底状態に戻る際にエネルギーを光として放出する。
従来の有機EL素子は、無機発光ダイオードに比べて駆動電圧が高く、発光輝度や発光効率も低かった。最近の有機EL素子は徐々に改良されているが、さらなる低電圧化および高発光効率化が要求されている。
例えば、特許文献1には、ピリミジン環を有する化合物を電子輸送材料として用いた有機EL素子が記載されている。特許文献2には、ピリジン環と、ピリミジン環またはトリアジン環とを有する化合物を電子輸送材料または発光層のホスト材料として用いることが記載されている。また、特許文献3には、複数のピリジン環を有する化合物を電子輸送材料に用いた燐光発光性の有機EL素子が記載されている。特許文献4には、ビスカルバゾール骨格と、ピリジン環等の含窒素複素環とを有する化合物を発光層のホスト材料として用いた有機EL素子が記載されている。特許文献1〜4では、いずれも、含窒素複素環基を有する化合物を発光層または電子輸送層に用いることにより、有機EL素子の低電圧化および高発光効率化を試みている。
国際公開第2010/024572号 国際公開第2011/005060号 特開2009−126793号公報 国際公開第2011/132683号
しかしながら、有機EL素子を照明装置や表示装置等の電子機器に採用するためには、さらなる素子性能の向上が求められる。
本発明の目的は、有機EL素子の性能を向上させることのできる化合物、当該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、当該化合物を含む有機エレクトロルミネッセンス素子、および当該有機エレクトロルミネッセンス素子を備えた電子機器を提供することにある。
本発明の一態様に係る化合物は、下記一般式(1)で表されることを特徴とする。
(前記一般式(1)において、
は、それぞれ独立に、
水素原子、
ハロゲン原子、
ヒドロキシル基、
シアノ基、
置換もしくは無置換の炭素数1〜30のアルキル基、
置換もしくは無置換の炭素数3〜30のアルキルシリル基、
置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜60のアリールシリル基、
置換もしくは無置換の炭素数1〜30のアルコキシ基、
置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜30のアリールオキシ基、
置換もしくは無置換の炭素数2〜30のアルキルアミノ基、
置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜60のアリールアミノ基、
置換もしくは無置換の炭素数1〜30のアルキルチオ基、
置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜30のアリールチオ基、
置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜30の芳香族炭化水素基、又は
置換もしくは無置換の環形成原子数5〜30の複素環基である。
は、
置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜30の芳香族炭化水素基である。
が置換基を有する場合、置換基は、
ハロゲン原子、
ヒドロキシル基、
シアノ基、
ニトロ基、
カルボキシ基、
置換もしくは無置換の炭素数2〜30のアルキル基、
置換もしくは無置換の炭素数2〜30のアルケニル基、
置換もしくは無置換の炭素数1〜30のアルキニル基、
置換もしくは無置換の炭素数3〜30のアルキルシリル基、
置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜60のアリールシリル基、
置換もしくは無置換の炭素数1〜30のアルコキシ基、
置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜30のアリールオキシ基、
置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜30のアリールチオ基、
置換もしくは無置換の環形成炭素数5〜30の含酸素複素環基、
置換もしくは無置換の環形成炭素数5〜30の含硫黄複素環基、又は
置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜30の芳香族炭化水素基である。
前記アリールオキシ基および前記アリールチオ基が置換基を有する場合、隣接する置換基が結合して環を形成する場合と環を形成しない場合とがある。
は、単結合または連結基であり、Lにおける連結基としては、
アルケニレン基、
アルキニレン基、
置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜30の芳香族炭化水素基、
置換もしくは無置換の環形成原子数5〜30の複素環基、
前記芳香族炭化水素基から選ばれる2個から4個の基が結合してなる多重連結基、
前記複素環基から選ばれる2個から4個の基が結合してなる多重連結基、又は
前記芳香族炭化水素基及び前記複素環基から選ばれる2個から4個の基が結合してなる多重連結基である。
なお、前記多重連結基を構成する前記芳香族炭化水素基および前記複素環基は、互いに同一または異なり、隣り合う基が結合してさらに環を形成する場合と、環を形成しない場合とがある。
は、連結基であり、連結基としては、Lにおける連結基と同義である。
nおよびmは、それぞれ独立に1以上5以下の整数である。
nが2以上5以下の整数である場合、複数のCzは、互いに同一であるか、または異なる。
mが2以上5以下の整数である場合、複数のAzは、互いに同一であるか、または異なる。
Czは、下記一般式(1a)で表され、
Azは、下記一般式(11)で表される。)
(前記一般式(1a)において、
〜Xは、それぞれ独立にCRまたは窒素原子である。
RおよびRは、それぞれ独立に、
水素原子、
ハロゲン原子、
ヒドロキシル基、
シアノ基、
置換もしくは無置換の炭素数1〜30のアルキル基、
置換もしくは無置換の炭素数3〜30のアルキルシリル基、
置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜60のアリールシリル基、
置換もしくは無置換の炭素数1〜30のアルコキシ基、
置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜30のアリールオキシ基、
置換もしくは無置換の炭素数2〜30のアルキルアミノ基、
置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜60のアリールアミノ基、
置換もしくは無置換の炭素数1〜30のアルキルチオ基、
置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜30のアリールチオ基、
置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜30の芳香族炭化水素基、又は
置換もしくは無置換の環形成原子数5〜30の複素環基である。
互いに隣接するRが結合して、環を形成する場合と、環を形成しない場合とがある。
Rが複数ある場合、複数のRは、互いに同一、または異なる。
ただし、RおよびRのいずれか1つは、前記一般式(1)のLに結合する単結合である。
また、Rと隣接するRとが互いに結合して、環を形成する場合と、環を形成しない場合とがある。)
(前記一般式(11)において、
は、CRまたは窒素原子であり、X10は、CR10または窒素原子である。
〜R,RおよびR10は、それぞれ独立に、
水素原子、
ハロゲン原子、
ヒドロキシル基、
シアノ基、
置換もしくは無置換の炭素数1〜30のアルキル基、
置換もしくは無置換の炭素数3〜30のアルキルシリル基、
置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜60のアリールシリル基、
置換もしくは無置換の炭素数1〜30のアルコキシ基、
置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜30のアリールオキシ基、
置換もしくは無置換の炭素数2〜30のアルキルアミノ基、
置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜60のアリールアミノ基、
置換もしくは無置換の炭素数1〜30のアルキルチオ基、又は
置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜30のアリールチオ基である。
〜R,RおよびR10のうち隣り合う基が結合してさらに環を形成する場合と、環を形成しない場合とがある。
ただし、R〜R,RおよびR10のうちいずれか1つは、Lに結合する単結合である。)
本発明によれば、有機エレクトロルミネッセンス素子の性能を向上させることのできる化合物、当該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、当該化合物を含む有機エレクトロルミネッセンス素子、および当該有機エレクトロルミネッセンス素子を備えた電子機器を提供することができる。
本発明の一実施形態に係る有機EL素子の一例の概略構成を示す図である。
[化合物]
本発明の一実施形態に係る化合物は、下記一般式(1)で表されることを特徴とする。
(前記一般式(1)において、Rは、それぞれ独立に、
水素原子、
ハロゲン原子、
ヒドロキシル基、
シアノ基、
置換もしくは無置換の炭素数1〜30のアルキル基、
置換もしくは無置換の炭素数3〜30のアルキルシリル基、
置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜60のアリールシリル基、
置換もしくは無置換の炭素数1〜30のアルコキシ基、
置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜30のアリールオキシ基、
置換もしくは無置換の炭素数2〜30のアルキルアミノ基、
置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜60のアリールアミノ基、
置換もしくは無置換の炭素数1〜30のアルキルチオ基、
置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜30のアリールチオ基、
置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜30の芳香族炭化水素基、又は
置換もしくは無置換の環形成原子数5〜30の複素環基である。
は、置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜30の芳香族炭化水素基である。
が置換基を有する場合、置換基は、
ハロゲン原子、
ヒドロキシル基、
シアノ基、
ニトロ基、
カルボキシ基、
置換もしくは無置換の炭素数1〜30のアルキル基、
置換もしくは無置換の炭素数2〜30のアルケニル基、
置換もしくは無置換の炭素数2〜30のアルキニル基、
置換もしくは無置換の炭素数3〜30のアルキルシリル基、
置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜60のアリールシリル基、
置換もしくは無置換の炭素数1〜30のアルコキシ基、
置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜30のアリールオキシ基、
置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜30のアリールチオ基、
置換もしくは無置換の環形成炭素数5〜30の含酸素複素環基、
置換もしくは無置換の環形成炭素数5〜30の含硫黄複素環基、又は
置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜30の芳香族炭化水素基である。
前記アリールオキシ基および前記アリールチオ基が置換基を有する場合、隣接する置換基が結合して環を形成する場合と環を形成しない場合とがある。
は、単結合または連結基であり、Lにおける連結基としては、
アルケニレン基、
アルキニレン基、
置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜30の芳香族炭化水素基、
置換もしくは無置換の環形成原子数5〜30の複素環基、
前記芳香族炭化水素基から選ばれる2個から4個の基が結合してなる多重連結基、
前記複素環基から選ばれる2個から4個の基が結合してなる多重連結基、又は
前記芳香族炭化水素基及び前記複素環基から選ばれる2個から4個の基が結合してなる多重連結基である。
なお、前記多重連結基を構成する前記芳香族炭化水素基および前記複素環基は、互いに同一または異なり、隣り合う基が結合してさらに環を形成する場合と、環を形成しない場合とがある。
は、連結基であり、連結基としては、Lにおける連結基と同義である。
nおよびmは、それぞれ独立に1以上5以下の整数である。
nが2以上5以下の整数である場合、複数のCzは、互いに同一であるか、または異なる。
mが2以上5以下の整数である場合、複数のAzは、互いに同一であるか、または異なる。
Czは、下記一般式(1a)で表され、
Azは、下記一般式(11)で表される。)
(前記一般式(1a)において、
〜Xは、それぞれ独立にCRまたは窒素原子である。
RおよびRは、それぞれ独立に、
水素原子、
ハロゲン原子、
ヒドロキシル基、
シアノ基、
置換もしくは無置換の炭素数1〜30のアルキル基、
置換もしくは無置換の炭素数3〜30のアルキルシリル基、
置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜60のアリールシリル基、
置換もしくは無置換の炭素数1〜30のアルコキシ基、
置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜30のアリールオキシ基、
置換もしくは無置換の炭素数2〜30のアルキルアミノ基、
置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜60のアリールアミノ基、
置換もしくは無置換の炭素数1〜30のアルキルチオ基、
置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜30のアリールチオ基、
置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜30の芳香族炭化水素基、又は
置換もしくは無置換の環形成原子数5〜30の複素環基である。
互いに隣接するRが結合して、環を形成する場合と、環を形成しない場合とがある。
Rが複数ある場合、複数のRは、互いに同一、または異なる。
ただし、RおよびRのいずれか1つは、前記一般式(1)のLに結合する単結合である。
また、Rと隣接するRとが互いに結合して、環を形成する場合と、環を形成しない場合とがある。)
(前記一般式(11)において、
は、CRまたは窒素原子であり、X10は、CR10または窒素原子である。
〜R,RおよびR10は、それぞれ独立に、
水素原子、
ハロゲン原子、
ヒドロキシル基、
シアノ基、
置換もしくは無置換の炭素数1〜30のアルキル基、
置換もしくは無置換の炭素数3〜30のアルキルシリル基、
置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜60のアリールシリル基、
置換もしくは無置換の炭素数1〜30のアルコキシ基、
置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜30のアリールオキシ基、
置換もしくは無置換の炭素数2〜30のアルキルアミノ基、
置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜60のアリールアミノ基、
置換もしくは無置換の炭素数1〜30のアルキルチオ基、又は
置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜30のアリールチオ基である。
〜R,RおよびR10のうち隣り合う基が結合してさらに環を形成する場合と、環を形成しない場合とがある。
ただし、R〜R,RおよびR10のうちいずれか1つは、Lに結合する単結合である。)
前記一般式(1)は、下記一般式(1A)または(1B)で表されることが好ましい。
(前記一般式(1A)において、L,L,R,R,Az,n,mは、それぞれ前記一般式(1)におけるL,L,R,R,Az,n,mと同義である。X〜Xは、それぞれ前記一般式(1a)におけるX〜Xと同義である。)
(前記一般式(1B)において、L,L,R,R,Az,n,mは、それぞれ前記一般式(1)におけるL,L,R,R,Az,n,mと同義である。R,X〜Xは、それぞれ前記一般式(1a)におけるR,X〜Xと同義である。
ただし、前記一般式(1B)において、X〜Xのうちいずれか1つは、Lに結合する炭素原子である。)
なお、前記一般式(1)、(1A)および(1B)において、前記一般式(11)のR〜R,RおよびR10のうち隣り合う基が結合してさらに環を形成する場合、環を形成していないR〜R,RおよびR10のうちいずれかが、Lに結合する単結合である場合がある。また、環を形成したR〜R,RおよびR10のうちいずれかが、さらにLに結合する単結合である場合、すなわち、R〜R,RおよびR10のうちいずれかで形成された環が、Lに結合する場合がある。例えば、前記一般式(11)において、RとRとが環を形成する場合、環を形成していないRまたはRがLに結合する単結合である場合と、例えば、下記式(11A)で表すようにRとRとで形成された環がLに結合する結合手を有する場合とがある。なお、下記式(11A)において、R,R,X10は、前記一般式(11)のR,R,X10と同義である。
前記一般式(1)、(1A)または(1B)において、前記XからXまでは、それぞれ独立にCRであることが好ましい。
前記一般式(11)、すなわち、前記一般式(1)、(1A)または(1B)において、前記Azは、置換もしくは無置換のピリジン環、置換もしくは無置換のピリミジン環、置換もしくは無置換のトリアジン環、置換もしくは無置換のキノリン環、置換もしくは無置換のイソキノリン環、置換もしくは無置換のキナゾリン環、および置換もしくは無置換のフェナントロリン環のいずれかから選ばれることが好ましい。
中でも、前記Azは、無置換のピリジン環、無置換のピリミジン環、無置換のトリアジン環、無置換のキノリン環、無置換のイソキノリン環、無置換のキナゾリン環および無置換のフェナントロリン環のいずれかから選ばれることが好ましい。
さらに、前記Azは、下記一般式(11−a)から(11−x)までのいずれかで表される基であることが好ましく、これらの中でも、縮合環を有さない単環の構造を有する基であることがより好ましく、(11−a)から(11−g)までのいずれかで表される基であることがさらに好ましい。
なお、下記式(11−a)から(11−x)までのいずれかで表される基は、さらに置換基を有していてもよく、置換基を有する場合は、後述する「置換もしくは無置換の」という場合における置換基を有する。
(前記一般式(11−a)〜(11−x)において、結合手は前記一般式(1)、(1A)または(1B)のLに結合する結合手である。)
前記一般式(11)において、前記Xは、CRであり、前記X10は、CR10であることが好ましい。すなわち、前記一般式(1),(1A)および(B)において、前記Azが、置換もしくは無置換のピリジン環であることが好ましい。前記Azは、無置換のピリジン環であることがより好ましく、前記一般式(11−a)から(11−c)までのいずれかで表されることが好ましい。
前記一般式(1)、(1A)および(1B)において、前記nは、1または2であり、前記mは、1であることが好ましい。
前記一般式(1A)は、下記一般式(12A−1)または(12A−2)で表されることが好ましく、前記一般式(1B)は、下記一般式(12B−1)または(12B−2)で表されることが好ましい。
(前記一般式(12A−1)において、L,L,R,R,Azは、それぞれ前記一般式(1)におけるL,L,R,R,Azと同義である。R11,R12は、カルバゾリル基の任意の炭素原子に結合する。R11,R12は、前記一般式(1)のRと同義である。pおよびqは、4である。複数のR11,R12は、それぞれ同一または異なる。)
(前記一般式(12A−2)において、L,L,R,R,Azは、それぞれ前記一般式(1)におけるL,L,R,R,Azと同義である。R11,R12,R13,R14は、カルバゾリル基の任意の炭素原子に結合する。R11,R12,R13,R14は、それぞれ前記一般式(1)のRと同義である。p,q,r,sは、4である。複数のR11,R12,R13,R14は、それぞれ同一または異なる。)
(前記一般式(12B−1)において、L,L,R,R,Azは、それぞれ前記一般式(1)におけるL,L,R,R,Azと同義である。ただし、Lは、カルバゾリル基の任意の炭素原子に結合する。Rは、前記一般式(1)のRと同義である。R11,R12は、カルバゾリル基の任意の炭素原子に結合する。R11,R12は、前記一般式(1)のRと同義である。pは、4であり、qは3である。複数のR11,R12は、それぞれ同一または異なる。)
(前記一般式(12B−2)において、L,L,R,R,Azは、それぞれ前記一般式(1)におけるL,L,R,R,Azと同義である。ただし、Lは、カルバゾリル基の任意の炭素原子に結合する。RおよびR15は、それぞれ独立に、前記一般式(1)のRと同義である。R11,R12,R13,R14は、カルバゾリル基の任意の炭素原子に結合する。R11,R12,R13,R14は、前記一般式(1)のRと同義である。pおよびrは、4であり、qおよびsは3である。複数のR11,R12,R13,R14は、それぞれ同一または異なる。)
本実施形態において、前記一般式(1)で表される化合物は、前記一般式(1A)で表されることが好ましく、前記一般式(11A),(12A−1)および(12A−2)のいずれかで表されることがより好ましい。
前記Lは、置換または無置換の環形成炭素数6〜30の芳香族炭化水素基であることが好ましく、下記式(L−1a)から(L−1f)までのいずれかで表されることがより好ましい。
なお、下記式(L−1a)から(L−1f)までのいずれかで表される基は、さらに置換基を有していてもよく、置換基を有する場合は、後述する「置換もしくは無置換の」という場合における置換基を有する。

さらに、前記Lは、置換または無置換のベンゼン環であることが好ましく、上記式(L−1a)で表されることがより好ましい。
前記一般式(1)は、下記一般式(13A)で表されることが好ましい。
(前記一般式(13A)において、L,R,R,Azは、それぞれ前記一般式(1)におけるL,R,R,Azと同義である。R11,R12,R13,R14は、カルバゾリル基の任意の炭素原子に結合する。R11,R12,R13,R14,R16,R17,R18は、それぞれ前記一般式(1)のRと同義である。p,q,r,sは、4である。複数のR11,R12,R13,R14は、それぞれ同一または異なる。)
前記一般式(1A)は、下記一般式(15A)で表されても好ましい。
(前記一般式(15A)において、R,L,Azは、それぞれ前記一般式(1)におけるR,L,およびAzと同義である。R11,R12は、それぞれ前記一般式(1)のRと同義である。複数のR11は、互いに同一であるか、または異なる。複数のR12は、互いに同一であるか、または異なる。pおよびqは4である。)
前記Lは、置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜30の芳香族炭化水素基、又は、置換もしくは無置換の環形成原子数5〜30の複素環基であることが好ましい。Lが置換もしくは無置換の環形成原子数5〜30の複素環基である場合、ジベンゾフラン環またはジベンゾチオフェン環であることが好ましい。前記Lは、置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜30の芳香族炭化水素基であることがより好ましく、置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜30の芳香族炭化水素基としては、置換もしくは無置換のベンゼン環、置換もしくは無置換のナフタレン環または置換もしくは無置換のビフェニレン環が好ましい。前記Lは、下記式(L−2a)から(L−2f)までのいずれかで表される基であることがさらに好ましい。
なお、下記式(L−2a)から(L−2f)までのいずれかで表される基は、さらに置換基を有していてもよく、置換基を有する場合は、後述する「置換もしくは無置換の」という場合における置換基を有する。
前記Lは、置換または無置換のベンゼン環であることが好ましい。前記Lは、上記式(L−2a)〜(L−2c)のいずれかで表されることがより好ましく、前記式(L−2a)で表されることがさらに好ましい。
前記Rは、置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜30の芳香族炭化水素基であることが好ましく、下記式(R−2a)から(R−2e)までのいずれかで表されることが好ましい。
なお、下記式(R−2a)から(R−2e)までのいずれかで表される基は、さらに置換基を有していてもよく、置換基を有する場合は、後述する「置換もしくは無置換の」という場合における置換基を有する。
前記Rは、置換または無置換のフェニル基であることが好ましく、上記式(R−2a)で表されることがより好ましい。
前記一般式(15A)は、下記一般式(16A)で表されることがより好ましい。
(前記一般式(16A)において、Azは、前記一般式(1)におけるAzと同義である。R11,R12は、前記一般式(1)のRと同義である。複数のR11は、互いに同一であるか、または異なる。複数のR12は、互いに同一であるか、または異なる。pおよびqは4である。)
次に、前記一般式(1)、(1a)、(1A)、(1B)、(13A)、(15A)〜(16A)、(12A−1)〜(12A−2)、および(12B−1)〜(12B−2)に記載の各置換基について説明する。
本実施形態における環形成炭素数6〜30の芳香族炭化水素基(アリール基と称する場合がある。)としては、例えば、フェニル基、ビフェニル基、ターフェニル基、ナフチル基、アントリル基、フェナントリル基、フルオレニル基、ピレニル基、クリセニル基、フルオランテニル基、ベンゾ[a]アントリル基、ベンゾ[c]フェナントリル基、トリフェニレニル基、ベンゾ[k]フルオランテニル基、ベンゾ[g]クリセニル基、ベンゾ[b]トリフェニレニル基、ピセニル基、ペリレニル基などが挙げられる。
本実施形態における芳香族炭化水素基としては、環形成炭素数が6〜20であることが好ましく、6〜12であることがより好ましい。上記芳香族炭化水素基の中でもフェニル基、ビフェニル基、ナフチル基、フェナントリル基、ターフェニル基、フルオレニル基がさらに好ましい。1−フルオレニル基、2−フルオレニル基、3−フルオレニル基および4−フルオレニル基については、9位の炭素原子に、後述する本実施形態における置換もしくは無置換の炭素数1〜30のアルキル基、または置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜18のアリール基が置換されていることが好ましい。
また、本実施形態の第一の環構造における環形成炭素数6〜24の芳香族炭化水素基としては、上記した芳香族炭化水素基のうち環形成炭素数が6〜24である基を用いることができる。
本実施形態における環形成原子数5〜30の複素環基(ヘテロアリール基、ヘテロ芳香族環基、または芳香族複素環基と称する場合がある。)は、ヘテロ原子として、窒素、硫黄、酸素、ケイ素、セレン原子、およびゲルマニウム原子からなる群から選択される少なくともいずれかの原子を含むことが好ましく、窒素、硫黄、および酸素からなる群から選択される少なくともいずれかの原子を含むことがより好ましい。
本実施形態における環形成原子数5〜30の複素環基としては、例えば、ピリジル基、ピリミジニル基、ピラジニル基、ピリダジニル基、トリアジニル基、キノリル基、イソキノリニル基、ナフチリジニル基、フタラジニル基、キノキサリニル基、キナゾリニル基、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、ピロリル基、イミダゾリル基、ピラゾリル基、トリアゾリル基、テトラゾリル基、インドリル基、ベンズイミダゾリル基、インダゾリル基、イミダゾピリジニル基、ベンズトリアゾリル基、カルバゾリル基、フリル基、チエニル基、オキサゾリル基、チアゾリル基、イソキサゾリル基、イソチアゾリル基、オキサジアゾリル基、チアジアゾリル基、ベンゾフラニル基、ベンゾチオフェニル基、ベンゾオキサゾリル基、ベンゾチアゾリル基、ベンゾイソキサゾリル基、ベンゾイソチアゾリル基、ベンゾオキサジアゾリル基、ベンゾチアジアゾリル基、ジベンゾフラニル基、ジベンゾチオフェニル基、ピペリジニル基、ピロリジニル基、ピペラジニル基、モルホリル基、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などが挙げられる。
本実施形態における複素環基の環形成原子数は5〜20であることが好ましく、5〜14であることがより好ましい。上記複素環基の中でも1−ジベンゾフラニル基、2−ジベンゾフラニル基、3−ジベンゾフラニル基、4−ジベンゾフラニル基、1−ジベンゾチオフェニル基、2−ジベンゾチオフェニル基、3−ジベンゾチオフェニル基、4−ジベンゾチオフェニル基、1−カルバゾリル基、2−カルバゾリル基、3−カルバゾリル基、4−カルバゾリル基、9−カルバゾリル基がさらに好ましい。1−カルバゾリル基、2−カルバゾリル基、3−カルバゾリル基および4−カルバゾリル基については、9位の窒素原子に、本実施形態における置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜30の芳香族炭化水素基または置換もしくは無置換の環形成原子数5〜30の複素環基が置換されていることが好ましい。
また、本実施形態の第一の環構造における環形成原子数6〜24の複素環基としては、上記した複素環基のうち環形成原子数が6〜24である基を用いることができる。
また、本実施形態において、複素環基は、例えば、下記一般式(XY−1)〜(XY−18)で表される部分構造から誘導される基であってもよい。
前記一般式(XY−1)〜(XY−18)において、XおよびYは、それぞれ独立に、ヘテロ原子であり、酸素原子、硫黄原子、セレン原子、ケイ素原子、またはゲルマニウム原子であることが好ましい。前記一般式(XY−1)〜(XY−18)で表される部分構造は、任意の位置で結合手を有して複素環基となり、この複素環基は、置換基を有していてもよい。
また、本実施形態において、置換または無置換のカルバゾリル基としては、例えば、下記式で表されるようなカルバゾール環に対してさらに環が縮合した基も含み得る。このような基も置換基を有していてもよい。また、結合手の位置も適宜変更され得る。
本実施形態における炭素数1〜30のアルキル基としては、直鎖、分岐鎖又は環状のいずれであってもよい。直鎖または分岐鎖のアルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、s−ブチル基、イソブチル基、t−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、n−ノニル基、n−デシル基、n−ウンデシル基、n−ドデシル基、n−トリデシル基、n−テトラデシル基、n−ペンタデシル基、n−ヘキサデシル基、n−ヘプタデシル基、n−オクタデシル基、ネオペンチル基、アミル基、イソアミル基、1−メチルペンチル基、2−メチルペンチル基、1−ペンチルヘキシル基、1−ブチルペンチル基、1−ヘプチルオクチル基、3−メチルペンチル基、が挙げられる。
本実施形態における直鎖または分岐鎖のアルキル基の炭素数は、1〜10であることが好ましく、1〜6であることがより好ましい。上記直鎖または分岐鎖のアルキル基の中でもメチル基、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、イソブチル基、t−ブチル基、n−ペンチル基、n−ヘキシル基、アミル基、イソアミル基、ネオペンチル基がさらに好ましい。
本実施形態におけ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、4−メチルシクロヘキシル基、アダマンチル基、ノルボルニル基等が挙げられる。シクロアルキル基の環形成炭素数は、3〜10であることが好ましく、5〜8であることがより好ましい。上記シクロアルキル基の中でも、シクロペンチル基やシクロヘキシル基がさらに好ましい。
アルキル基がハロゲン原子で置換されたハロゲン化アルキル基としては、例えば、上記炭素数1〜30のアルキル基が1以上のハロゲン基で置換された基が挙げられる。具体的には、フルオロメチル基、ジフルオロメチル基、トリフルオロメチル基、フルオロエチル基、トリフルオロメチルメチル基、トリフルオロエチル基、ペンタフルオロエチル基等が挙げられる。
本実施形態における炭素数2〜30のアルケニル基としては、直鎖、分岐鎖、または環状のいずれであってもよく、例えば、ビニル基、プロペニル基、ブテニル基、オレイル基、エイコサペンタエニル基、ドコサヘキサエニル基、スチリル基、2,2−ジフェニルビニル基、1,2,2−トリフェニルビニル基、2−フェニル−2−プロペニル基、シクロペンタジエニル基、シクロペンテニル基、シクロヘキセニル基、シクロヘキサジエニル基等が挙げられる。
本実施形態における炭素数2〜30のアルキニル基としては、直鎖、分岐鎖、または環状のいずれであってもよく、例えば、エチニル、プロピニル、2−フェニルエチニル等が挙げられる。
本実施形態における炭素数3〜30のアルキルシリル基としては、上記炭素数1〜30のアルキル基で例示したアルキル基を有するトリアルキルシリル基が挙げられ、具体的にはトリメチルシリル基、トリエチルシリル基、トリ−n−ブチルシリル基、トリ−n−オクチルシリル基、トリイソブチルシリル基、ジメチルエチルシリル基、ジメチルイソプロピルシリル基、ジメチル−n−プロピルシリル基、ジメチル−n−ブチルシリル基、ジメチル−t−ブチルシリル基、ジエチルイソプロピルシリル基、ビニルジメチルシリル基、プロピルジメチルシリル基、トリイソプロピルシリル基等が挙げられる。トリアルキルシリル基における3つのアルキル基は、それぞれ同一でも異なっていてもよい。
本実施形態における環形成炭素数6〜60のアリールシリル基としては、ジアルキルアリールシリル基、アルキルジアリールシリル基、トリアリールシリル基が挙げられる。
ジアルキルアリールシリル基は、例えば、上記炭素数1〜30のアルキル基で例示したアルキル基を2つ有し、上記環形成炭素数6〜30の芳香族炭化水素基を1つ有するジアルキルアリールシリル基が挙げられる。ジアルキルアリールシリル基の炭素数は、8〜30であることが好ましい。
アルキルジアリールシリル基は、例えば、上記炭素数1〜30のアルキル基で例示したアルキル基を1つ有し、上記環形成炭素数6〜30の芳香族炭化水素基を2つ有するアルキルジアリールシリル基が挙げられる。アルキルジアリールシリル基の炭素数は、13〜30であることが好ましい。
トリアリールシリル基は、例えば、上記環形成炭素数6〜30の芳香族炭化水素基を3つ有するトリアリールシリル基が挙げられる。トリアリールシリル基の炭素数は、18〜30であることが好ましい。
本実施形態における炭素数1〜30のアルコキシ基は、−OZと表される。このZの例として、上記炭素数1〜30のアルキル基が挙げられる。アルコキシ基は、例えばメトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、ブトキシ基、ペンチルオキシ基、ヘキシルオキシ基があげられる。
アルコキシ基がハロゲン原子で置換されたハロゲン化アルコキシ基としては、例えば、上記炭素数1〜30のアルコキシ基が1以上のハロゲン基で置換された基が挙げられる。
本実施形態における環形成炭素数6〜30のアリールオキシ基は、−OZと表される。このZの例として、上記環形成炭素数6〜30の芳香族炭化水素基または後述する単環基および縮合環基が挙げられる。このアリールオキシ基としては、例えば、フェノキシ基が挙げられる。
本実施形態における炭素数2〜30のアルキルアミノ基は、−NHR、または−N(Rと表される。このRの例として、上記炭素数1〜30のアルキル基が挙げられる。
本実施形態における環形成炭素数6〜60のアリールアミノ基は、−NHR、または−N(Rと表される。このRの例として、上記環形成炭素数6〜30の芳香族炭化水素基が挙げられる。
本実施形態における炭素数1〜30のアルキルチオ基は、−SRと表される。このRの例として、上記炭素数1〜30のアルキル基が挙げられる。
環形成炭素数6〜30のアリールチオ基は、−SRと表される。このRの例として、上記環形成炭素数6〜30の芳香族炭化水素基が挙げられる。
本実施形態におけるハロゲン原子として、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子等が挙げられ、好ましくはフッ素原子である。
本実施形態において、芳香族炭化水素基から選ばれる2個から4個の基が結合してなる多重連結基、複素環基から選ばれる2個から4個の基が結合してなる多重連結基、又は芳香族炭化水素基及び前記複素環基から選ばれる2個から4個の基が結合してなる多重連結基の例としては、前記芳香族炭化水素基および前記複素環基から選ばれる2個から4個の基が結合してなる2価の基が挙げられる。芳香族炭化水素基及び前記複素環基から選ばれる2個から4個の基が結合してなる多重連結基としては、複素環基−芳香族炭化水素基、芳香族炭化水素基−複素環基、芳香族炭化水素基−複素環基−芳香族炭化水素基、複素環基−芳香族炭化水素基−複素環基、芳香族炭化水素基−複素環基−芳香族炭化水素基−複素環基、複素環基−芳香族炭化水素基−複素環基−芳香族炭化水素基等が挙げられる。好ましくは、前記芳香族炭化水素基と前記複素環基が1つずつ結合してなる2価の基、つまり複素環基−芳香族炭化水素基、及び芳香族炭化水素基−複素環基である。なお、これらの多重連結基における芳香族炭化水素基および複素環基の具体例としては、上記芳香族炭化水素基および上記複素環基で説明した基が挙げられる。
本実施形態において、環形成炭素数とは、原子が環状に結合した構造の化合物(例えば、単環化合物、縮合環化合物、架橋化合物、炭素環化合物、複素環化合物)の当該環自体を構成する原子のうちの炭素原子の数を表す。当該環が置換基によって置換される場合、置換基に含まれる炭素は環形成炭素数には含まない。以下で記される「環形成炭素数」については、特筆しない限り同様とする。例えば、ベンゼン環は環形成炭素数が6であり、ナフタレン環は環形成炭素数が10であり、ピリジニル基は環形成炭素数5であり、フラニル基は環形成炭素数4である。また、ベンゼン環やナフタレン環に置換基として例えばアルキル基が置換している場合、当該アルキル基の炭素数は、環形成炭素数の数に含めない。また、フルオレン環に置換基として例えばフルオレン環が結合している場合(スピロフルオレン環を含む)、置換基としてのフルオレン環の炭素数は環形成炭素数の数に含めない。
本実施形態において、環形成原子数とは、原子が環状に結合した構造(例えば単環、縮合環、環集合)の化合物(例えば単環化合物、縮合環化合物、架橋化合物、炭素環化合物、複素環化合物)の当該環自体を構成する原子の数を表す。環を構成しない原子(例えば環を構成する原子の結合手を終端する水素原子)や、当該環が置換基によって置換される場合の置換基に含まれる原子は環形成原子数には含まない。以下で記される「環形成原子数」については、特筆しない限り同様とする。例えば、ピリジン環は、環形成原子数が6であり、キナゾリン環は、環形成原子数が10であり、フラン環は、環形成原子数が5である。ピリジン環やキナゾリン環の炭素原子にそれぞれ結合している水素原子や置換基を構成する原子については、環形成原子数の数に含めない。また、フルオレン環に置換基として例えばフルオレン環が結合している場合(スピロフルオレン環を含む)、置換基としてのフルオレン環の原子数は環形成原子数の数に含めない。
また、本明細書において、水素原子とは、中性子数の異なる同位体、すなわち、軽水素(Protium)、重水素(Deuterium)、三重水素(Tritium)を包含する。
また、本明細書において、「置換もしくは無置換の」という場合における置換基としては、上述のような芳香族炭化水素基、複素環基、アルキル基(直鎖または分岐鎖のアルキル基、シクロアルキル基、ハロアルキル基)、アルコキシ基、アリールオキシ基、アラルキル基、ハロアルコキシ基、アルキルシリル基、ジアルキルアリールシリル基、アルキルジアリールシリル基、トリアリールシリル基、ハロゲン原子、シアノ基、ヒドロキシル基、ニトロ基、およびカルボキシ基が挙げられる。その他、アルケニル基やアルキニル基も挙げられる。
ここで挙げた置換基の中では、芳香族炭化水素基、複素環基、アルキル基、ハロゲン原子、アルキルシリル基、アリールシリル基、シアノ基が好ましく、さらには、各置換基の説明において好ましいとした具体的な置換基が好ましい。
本明細書において、「置換もしくは無置換の」という場合における「無置換」とは前記置換基で置換されておらず、水素原子が結合していることを意味する。
なお、本明細書において、「置換または無置換の炭素数XX〜YYのZZ基」という表現における「炭素数XX〜YY」は、ZZ基が無置換である場合の炭素数を表し、置換されている場合の置換基の炭素数は含めない。ここで、「YY」は「XX」よりも大きく、「XX」と「YY」はそれぞれ1以上の整数を意味する。
本実施形態において、「置換または無置換の原子数XX〜YYのZZ基」という表現における「原子数XX〜YY」は、ZZ基が無置換である場合の原子数を表し、置換されている場合の置換基の原子数は含めない。ここで、「YY」は「XX」よりも大きく、「XX」と「YY」はそれぞれ1以上の整数を意味する。
以下に説明する化合物またはその部分構造において、「置換もしくは無置換の」という場合についても、前記と同様である。
ただし、前記一般式(1)、(1A)、(1B)、(12A−1)、(12A−2)、(12B−1)、(12B−2)、(13A)、および(15A)において、Rが置換基を有する場合、すなわち、置換のXX基である場合の置換基は、ハロゲン原子、ヒドロキシル基、シアノ基、ニトロ基、カルボキシ基、置換もしくは無置換の炭素数1〜30のアルキル基、置換もしくは無置換の炭素数1〜30のアルケニル基、置換もしくは無置換の炭素数1〜30のアルキニル基、置換もしくは無置換の炭素数3〜30のアルキルシリル基、置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜60のアリールシリル基、置換もしくは無置換の炭素数1〜30のアルコキシ基、置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜30のアリールオキシ基、置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜30のアリールチオ基、置換もしくは無置換の環形成炭素数5〜30の含酸素複素環基、置換もしくは無置換の環形成炭素数5〜30の含硫黄複素環基、又は置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜30の芳香族炭化水素基であり、前記アリールオキシ基および前記アリールチオ基が置換基を有する場合、隣接する置換当該置換基が結合して環を形成する場合と環を形成しない場合とがある。
以下に前記一般式(1)で表される化合物の具体例を示すが、本発明は、これらの例示化合物に限定されない。
[有機EL素子用材料]
本実施形態の化合物は、有機EL素子用材料として用いることができる。この場合、本実施形態の化合物を単独で有機EL素子用材料としてもよいし、本実施形態の化合物を他の材料とともに用いて有機EL素子用材料としてもよい。
[有機EL素子]
本発明の一実施形態における有機EL素子は、陰極と、陽極と、陰極と陽極との間に配置された有機層とを有する。有機層は、少なくとも発光層を含む複数層で構成される。
本実施形態の有機EL素子において、有機層は、少なくとも発光層を含み、電子輸送帯域を含む。電子輸送帯域は、発光層と陰極との間に設けられた層であって、電子輸送帯域は、少なくとも電子注入層を含み、電子注入層と電子輸送層とを含んでいてもよく、さらに正孔障壁層やスペース層を含んでいてもよい。これらの層のほかに、さらに、正孔注入層、正孔輸送層、電子障壁層等の公知の有機EL素子で採用される層を有していてもよい。有機層は、無機化合物を含んでいてもよい。
前記有機EL素子は、蛍光又は燐光発光型の単色発光素子であっても、蛍光および燐光ハイブリッド型の白色発光素子であってもよいし、単独の発光ユニットを有するシンプル型であっても、複数の発光ユニットを有するタンデム型であってもよく、中でも、燐光発光型であることが好ましい。
シンプル型有機EL素子の代表的な素子構成としては、以下の素子構成を挙げることができる。
(1)陽極/発光ユニット/陰極
また、上記発光ユニットは、燐光発光層や蛍光発光層を複数有する積層型であってもよく、その場合、各発光層の間に、燐光発光層で生成された励起子が蛍光発光層に拡散することを防ぐ目的で、スペース層を有していてもよい。発光ユニットの代表的な層構成を以下に示す。
(a)正孔輸送層/発光層(/電子輸送層)
(b)正孔輸送層/第一燐光発光層/第二燐光発光層(/電子輸送層)
(c)正孔輸送層/燐光発光層/スペース層/蛍光発光層(/電子輸送層)
(d)正孔輸送層/第一燐光発光層/第二燐光発光層/スペース層/蛍光発光層(/電子輸送層)
(e)正孔輸送層/第一燐光発光層/スペース層/第二燐光発光層/スペース層/蛍光発光層(/電子輸送層)
(f)正孔輸送層/燐光発光層/スペース層/第一蛍光発光層/第二蛍光発光層(/電子輸送層)
(g)正孔輸送層/電子障壁層/発光層(/電子輸送層)
(h)正孔輸送層/発光層/正孔障壁層(/電子輸送層)
(i)正孔輸送層/蛍光発光層/トリプレット障壁層(/電子輸送層)
上記各発光ユニットにおける燐光発光層又は蛍光発光層は、それぞれ互いに異なる発光色を示す構成とすることができる。具体的には、上記発光ユニット(d)において、正孔輸送層/第一燐光発光層(赤色発光)/第二燐光発光層(緑色発光)/スペース層/蛍光発光層(青色発光)/電子輸送層といった層構成等が挙げられる。
尚、各発光層と正孔輸送層との間、あるいは各発光層とスペース層との間には、適宜、電子障壁層を設けてもよい。また、各発光層と電子輸送層との間には、適宜、正孔障壁層を設けてもよい。電子障壁層や正孔障壁層を設けることで、電子又は正孔を発光層内に閉じ込めて、発光層における電荷の再結合確率を高め、寿命を向上させることができる。
タンデム型有機EL素子の代表的な素子構成としては、以下の素子構成を挙げることができる。
(2)陽極/第一発光ユニット/中間層/第二発光ユニット/陰極
ここで、上記第一発光ユニット及び第二発光ユニットとしては、例えば、それぞれ独立に上述の発光ユニットと同様の発光ユニットを選択することができる。
上記中間層は、一般的に、中間電極、中間導電層、電荷発生層、電子引抜層、接続層、または中間絶縁層とも呼ばれ、第一発光ユニットに電子を、第二発光ユニットに正孔を供給する、公知の材料構成を用いることができる。
尚、本明細書において、蛍光ドーパントと組み合わされたホストを蛍光ホストと称し、燐光ドーパントと組み合わされたホストを燐光ホストと称する。蛍光ホストと燐光ホストは分子構造のみにより区分されない。即ち、燐光ホストとは、燐光ドーパントを含有する燐光発光層を構成する材料を意味し、蛍光発光層を構成する材料として利用できないことを意味しているわけではない。蛍光ホストについても同様である。
図1に、本実施形態における有機EL素子の一例の概略構成を示す。
図1に示す有機EL素子1は、基板2と、陽極3と、陰極4と、陽極3と陰極4との間に配置された有機層10と、を有する。
そして、有機層10は、陽極3側から順に、正孔注入・輸送層6、発光層5、電子輸送層7、および電子注入層8が積層されて構成される。このうち、電子輸送層7と電子注入層8が電子輸送帯域11を構成している。
(電子輸送帯域)
本実施形態の有機EL素子1における、電子輸送帯域11は、前記した本発明の一実施形態に係る化合物を含むことが好ましい。本実施形態においては、電子輸送帯域11は、電子輸送層7と電子注入層8とを含む。本発明の一実施形態に係る化合物は、電子輸送帯域11のいずれの層に含まれていてもよいが、本実施形態においては、電子注入層8に含まれる。
なお、本実施形態における電子輸送帯域11は、後述する電子供与性ドーパントを含有していても好ましい。
(電子注入層)
電子注入層は、陰極から電子を効率的に有機層ユニットに注入する機能を有する。電子輸送帯域が複数層で構成される場合、陰極に近い有機層を電子注入層とする。本実施形態の電子注入層8は、前記した本発明の一実施形態に係る化合物を含む。すなわち、前記一般式(1)、(1A)、(1B)、(13A)、(15A)〜(16A)、(12A−1)〜(12A−2)、および(12B−1)〜(12B−2)のいずれかで表される化合物を含む。
前記一般式(1)、(1A)、(1B)、(13A)、(15A)〜(16A)、(12A−1)〜(12A−2)、および(12B−1)〜(12B−2)のいずれかで表される本実施形態の化合物は、前記一般式(1)中、分子末端にAzで示される含窒素複素環基を有することにより、電子注入性が高い。
(電子輸送層)
電子輸送層7は、発光層と陰極との間に形成される有機層であって、電子を陰極から発光層へ輸送する機能を有する。前記した本発明の一実施形態に係る化合物および有機EL素子用材料は、電子輸送層を形成する電子輸送層用材料としても好適である。
上記有機EL素子用材料以外で、電子輸送層に用いる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、含窒素環誘導体がより好ましい。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い。
この含窒素環誘導体としては、例えば、下記式(A)で表される含窒素環金属キレート錯体が好ましい。
含窒素環金属キレート錯体である式(A)におけるR〜Rは、それぞれ独立に、水素原子、ハロゲン原子、ヒドロキシル基、アミノ基、炭素数1〜40の炭化水素基、炭素数1〜40のアルコキシ基、炭素数6〜50のアリールオキシ基、アルコキシカルボニル基、又は、環形成炭素数5〜50の芳香族複素環基であり、これらは置換されていてもよい。
ハロゲン原子としては、例えば、フッ素、塩素、臭素、ヨウ素等が挙げられる。
置換されていてもよいアミノ基の例としては、アルキルアミノ基、アリールアミノ基、アラルキルアミノ基が挙げられる。
アルキルアミノ基及びアラルキルアミノ基は−NQと表される。Q及びQは、それぞれ独立に、炭素数1〜20のアルキル基又は炭素数1〜20のアラルキル基を表す。Q及びQの一方は水素原子であってもよい。
アリールアミノ基は−NArArと表され、Ar及びArは、それぞれ独立に、炭素数6〜50の非縮合芳香族炭化水素基又は縮合芳香族炭化水素基を表す。Ar及びArの一方は水素原子であってもよい。
炭素数1〜40の炭化水素基はアルキル基、アルケニル基、シクロアルキル基、アリール基、及びアラルキル基を含む。
アルコキシカルボニル基は−COOY’と表され、Y’は炭素数1〜20のアルキル基を表す。
Mは、アルミニウム(Al)、ガリウム(Ga)又はインジウム(In)であり、Inであると好ましい。
Lは、下記式(A’)又は(A”)で表される基である。
式(A’)中、R〜R12は、それぞれ独立に、水素原子、又は置換もしくは無置換の炭素数1〜40の炭化水素基であり、互いに隣接する基が環状構造を形成していてもよい。また、前記式(A”)中、R13〜R27は、それぞれ独立に、水素原子、又は置換もしくは無置換の炭素数1〜40の炭化水素基であり、互いに隣接する基が環状構造を形成していてもよい。
式(A’)及び式(A”)のR〜R12及びR13〜R27が示す炭素数1〜40の炭化水素基は、含窒素環金属キレート錯体である前記式(A)中のR〜Rが示す炭化水素基と同様である。また、R〜R12及びR13〜R27の互いに隣接する基が環状構造を形成した場合の2価の基としては、テトラメチレン基、ペンタメチレン基、ヘキサメチレン基、ジフェニルメタン−2,2’−ジイル基、ジフェニルエタン−3,3’−ジイル基、ジフェニルプロパン−4,4’−ジイル基等が挙げられる。
電子輸送層に用いられる電子伝達性化合物としては、8−ヒドロキシキノリン又はその誘導体の金属錯体、オキサジアゾール誘導体、含窒素複素環誘導体が好適である。上記8−ヒドロキシキノリン又はその誘導体の金属錯体の具体例としては、オキシン(一般に8−キノリノール又は8−ヒドロキシキノリン)のキレートを含む金属キレートオキシノイド化合物、例えばトリス(8−キノリノール)アルミニウムを用いることができる。そして、オキサジアゾール誘導体としては、下記に例示される。
前記式中、Ar17、Ar18、Ar19、Ar21、Ar22及びAr25は、それぞれ置換もしくは無置換の炭素数6〜50の芳香族炭化水素基又は縮合芳香族炭化水素基を示し、Ar17とAr18、Ar19とAr21、Ar22とAr25は、互いに同一でも異なっていてもよい。芳香族炭化水素基又は縮合芳香族炭化水素基としては、フェニル基、ナフチル基、ビフェニル基、アントラニル基、ペリレニル基、ピレニル基等が挙げられる。これらの置換基としては炭素数1〜10のアルキル基、炭素数1〜10のアルコキシ基又はシアノ基等が挙げられる。
Ar20、Ar23及びAr24は、それぞれ置換もしくは無置換の炭素数6〜50の2価の芳香族炭化水素基又は縮合芳香族炭化水素基を示し、Ar23とAr24は、たがいに同一でも異なっていてもよい。2価の芳香族炭化水素基又は縮合芳香族炭化水素基としては、フェニレン基、ナフチレン基、ビフェニレン基、アントラニレン基、ペリレニレン基、ピレニレン基等が挙げられる。これらの置換基としては炭素数1〜10のアルキル基、炭素数1〜10のアルコキシ基又はシアノ基等が挙げられる。
電子輸送層には、薄膜形成性の良好な電子伝達性化合物が好ましく用いられる。そして、これら電子伝達性化合物としては、下記に例示される。
電子伝達性化合物としての含窒素複素環誘導体は、以下の式を有する有機化合物からなる含窒素複素環誘導体であって、金属錯体でない含窒素化合物が挙げられる。例えば、子伝達性化合物としての含窒素複素環誘導体は、下記式(B)に示す骨格を含む5員環もしくは6員環を有する化合物や、下記式(C)に示す構造を有する化合物が挙げられる。
前記式(C)中、Xは炭素原子もしくは窒素原子を表す。ZならびにZは、それぞれ独立に含窒素ヘテロ環を形成可能な原子群を表す。
含窒素複素環誘導体は、さらに好ましくは、5員環もしくは6員環からなる含窒素芳香多環族を有する有機化合物である。さらには、このような複数窒素原子を有する含窒素芳香多環族の場合は、上記式(B)と(C)もしくは上記式(B)と下記式(D)を組み合わせた骨格を有する含窒素芳香多環有機化合物が好ましい。
前記の含窒素芳香多環有機化合物の含窒素基は、例えば、以下の式で表される含窒素複素環基から選択される。
前記各式中、Rは、炭素数6〜40の芳香族炭化水素基又は縮合芳香族炭化水素基、炭素数3〜40の芳香族複素環基又は縮合芳香族複素環基、炭素数1〜20のアルキル基、又は炭素数1〜20のアルコキシ基であり、nは0〜5の整数であり、nが2以上の整数であるとき、複数のRは互いに同一又は異なっていてもよい。
さらに、好ましい具体的な化合物として、下記式(D1)で表される含窒素複素環誘導体が挙げられる。
HAr−L−Ar−Ar (D1)
前記式(D1)中、HArは、置換もしくは無置換の炭素数3〜40の含窒素複素環基であり、Lは単結合、置換もしくは無置換の炭素数6〜40の芳香族炭化水素基又は縮合芳香族炭化水素基又は置換もしくは無置換の炭素数3〜40の芳香族複素環基又は縮合芳香族複素環基であり、Arは置換もしくは無置換の炭素数6〜40の2価の芳香族炭化水素基であり、Arは置換もしくは無置換の炭素数6〜40の芳香族炭化水素基又は縮合芳香族炭化水素基又は置換もしくは無置換の炭素数3〜40の芳香族複素環基又は縮合芳香族複素環基である。
HArは、例えば、下記の群から選択される。
前記式(D1)におけるLは、例えば、下記の群から選択される。
前記式(D1)におけるArは、例えば、下記式(D2)、式(D3)のアリールアントラニル基から選択される。
前記式(D2)、式(D3)中、R〜R14は、それぞれ独立して、水素原子、ハロゲン原子、炭素数1〜20のアルキル基、炭素数1〜20のアルコキシ基、炭素数6〜40のアリールオキシ基、置換もしくは無置換の炭素数6〜40の芳香族炭化水素基又は縮合芳香族炭化水素基、又は置換もしくは無置換の炭素数3〜40の芳香族複素環基又は縮合芳香族複素環基であり、Arは、置換もしくは無置換の炭素数6〜40の芳香族炭化水素基又は縮合芳香族炭化水素基又は置換もしくは無置換の炭素数3〜40の芳香族複素環基又は縮合芳香族複素環基である。また、R〜Rは、いずれも水素原子である含窒素複素環誘導体であってもよい。
前記式(D1)におけるArは、例えば、下記の群から選択される。
電子伝達性化合物としての含窒素芳香多環有機化合物には、この他、下記式(D4)の化合物も好適に用いられる。
前記式(D4)中、R〜Rは、それぞれ独立に、水素原子、置換もしくは無置換の炭素数1〜20の脂肪族基、置換もしくは無置換の炭素数3〜20の脂肪族式環基、置換もしくは無置換の炭素数6〜50の芳香族環基、置換もしくは無置換の炭素数3〜50の複素環基を表し、X、Xは、それぞれ独立に、酸素原子、硫黄原子、又はジシアノメチレン基を表す。
また、電子伝達性化合物として、下記式(D5)の化合物も好適に用いられる。
前記式(D5)中、R、R、R及びRは互いに同一の又は異なる基であって、下記式(D6)で表される芳香族炭化水素基又は縮合芳香族炭化水素基である。
前記式(D6)中、R、R、R、R及びRは互いに同一又は異なる基であって、水素原子、飽和もしくは不飽和の炭素数1〜20のアルコキシル基、飽和もしくは不飽和の炭素数1〜20のアルキル基、アミノ基、又は炭素数1〜20のアルキルアミノ基である。R、R、R、R及びRの少なくとも1つは水素原子以外の基である。
さらに、電子伝達性化合物は、該含窒素複素環基又は含窒素複素環誘導体を含む高分子化合物であってもよい。
本発明の有機EL素子の電子輸送層は、下記式(E)〜(G)で表される含窒素複素環誘導体を少なくとも1種含むことがより好ましい。
式(E)〜式(G)中、Z、Z及びZは、それぞれ独立に、窒素原子又は炭素原子である。
及びRは、それぞれ独立に、置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜50のアリール基、置換もしくは無置換の環形成原子数5〜50のヘテロアリール基、置換もしくは無置換の炭素数1〜20のアルキル基、置換もしくは無置換の炭素数1〜20のハロアルキル基又は置換もしくは無置換の炭素数1〜20のアルコキシ基である。
nは、0〜5の整数であり、nが2以上の整数であるとき、複数のRは互いに同一でも異なっていてもよい。また、隣接する2つのR同士が互いに結合して、置換もしくは無置換の炭化水素環を形成していてもよい。
Arは、置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜50のアリール基又は置換もしくは無置換の環形成原子数5〜50のヘテロアリール基である。
Arは、水素原子、置換もしくは無置換の炭素数1〜20のアルキル基、置換もしくは無置換の炭素数1〜20のハロアルキル基、置換もしくは無置換の炭素数1〜20のアルコキシ基、置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜50のアリール基又は置換もしくは無置換の環形成原子数5〜50のヘテロアリール基である。
但し、Ar、Arのいずれか一方は、置換もしくは無置換の環形成炭素数10〜50の縮合芳香族炭化水素環基又は置換もしくは無置換の環形成原子数9〜50の縮合芳香族複素環基である。
Arは、置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜50のアリーレン基又は置換もしくは無置換の環形成原子数5〜50のヘテロアリーレン基である。
、L及びLは、それぞれ独立に、単結合、置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜50のアリーレン基、又は置換もしくは無置換の環形成原子数9〜50の2価の縮合芳香族複素環基である。
環形成炭素数6〜50のアリール基としては、フェニル基、ナフチル基、アントリル基、フェナントリル基、ナフタセニル基、クリセニル基、ピレニル基、ビフェニル基、ターフェニル基、トリル基、フルオランテニル基、フルオレニル基等が挙げられる。
環形成原子数5〜50のヘテロアリール基としては、ピロリル基、フリル基、チエニル基、シローリル基、ピリジル基、キノリル基、イソキノリル基、ベンゾフリル基、イミダゾリル基、ピリミジル基、カルバゾリル基、セレノフェニル基、オキサジアゾリル基、トリアゾリル基、ピラジニル基、ピリダジニル基、トリアジニル基、キノキサリニル基、アクリジニル基、イミダゾ[1,2−a]ピリジニル基、イミダゾ[1,2−a]ピリミジニル基等が挙げられる。
炭素数1〜20のアルキル基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、へキシル基等が挙げられる。
炭素数1〜20のハロアルキル基としては、前記アルキル基の1又は2以上の水素原子をフッ素、塩素、ヨウ素及び臭素から選ばれる少なくとも1のハロゲン原子で置換して得られる基が挙げられる。
炭素数1〜20のアルコキシ基としては、前記アルキル基をアルキル部位としては有する基が挙げられる。
環形成炭素数6〜50のアリーレン基としては、前記アリール基から水素原子1個を除去して得られる基が挙げられる。
環形成原子数9〜50の2価の縮合芳香族複素環基としては、前記ヘテロアリール基として記載した縮合芳香族複素環基から水素原子1個を除去して得られる基が挙げられる。
電子輸送層の膜厚は、特に限定されないが、好ましくは1nm〜100nmである。
また、有機EL素子1の電子輸送帯域11は、電子注入層8の他に、第二の電子注入層を備えていてもよい。第二の電子注入層は、電子輸送層と電子注入層8との間に設けられていてもよい。第二の電子注入層の構成成分としては、含窒素環誘導体の他に無機化合物としての絶縁体又は半導体を使用することが好ましい。第二の電子注入層が絶縁体や半導体で構成されていれば、電流のリークを有効に防止して、電子注入性を向上させることができる。
このような絶縁体としては、アルカリ金属カルコゲニド、アルカリ土類金属カルコゲニド、アルカリ金属のハロゲン化物及びアルカリ土類金属のハロゲン化物からなる群から選択される少なくとも一つの金属化合物を使用するのが好ましい。第二の電子注入層がこれらのアルカリ金属カルコゲニド等で構成されていれば、電子注入性をさらに向上させることができる点で好ましい。具体的に、好ましいアルカリ金属カルコゲニドとしては、例えば、LiO、KO、NaS、NaSe及びNaOが挙げられ、好ましいアルカリ土類金属カルコゲニドとしては、例えば、CaO、BaO、SrO、BeO、BaS及びCaSeが挙げられる。また、好ましいアルカリ金属のハロゲン化物としては、例えば、LiF、NaF、KF、LiCl、KCl及びNaCl等が挙げられる。また、好ましいアルカリ土類金属のハロゲン化物としては、例えば、CaF、BaF、SrF、MgF及びBeF等のフッ化物や、フッ化物以外のハロゲン化物が挙げられる。
また、半導体としては、Ba、Ca、Sr、Yb、Al、Ga、In、Li、Na、Cd、Mg、Si、Ta、Sb及びZnの少なくとも一つの元素を含む酸化物、窒化物又は酸化窒化物等の一種単独又は二種以上の組み合わせが挙げられる。また、第二の電子注入層を構成する無機化合物が、微結晶又は非晶質の絶縁性薄膜であることが好ましい。第二の電子注入層がこれらの絶縁性薄膜で構成されていれば、より均質な薄膜が形成されるために、ダークスポット等の画素欠陥を減少させることができる。尚、このような無機化合物としては、アルカリ金属カルコゲニド、アルカリ土類金属カルコゲニド、アルカリ金属のハロゲン化物及びアルカリ土類金属のハロゲン化物等が挙げられる。
このような絶縁体又は半導体を使用する場合、その層の好ましい厚みは、0.1nm〜15nm程度である。
(電子供与性ドーパントおよび有機金属錯体)
本実施形態の有機EL素子は、電子輸送帯域または陰極と有機層との界面領域に電子供与性ドーパントおよび有機金属錯体の少なくともいずれかを有することも好ましい。
このような構成によれば、有機EL素子における発光輝度の向上や長寿命化が図られる。
電子供与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、アルカリ土類金属化合物、希土類金属、および希土類金属化合物などから選ばれた少なくとも一種類が挙げられる。
有機金属錯体としては、アルカリ金属を含む有機金属錯体、アルカリ土類金属を含む有機金属錯体、および希土類金属を含む有機金属錯体などから選ばれた少なくとも一種類が挙げられる。
アルカリ金属としては、リチウム(Li)(仕事関数:2.93eV)、ナトリウム(Na)(仕事関数:2.36eV)、カリウム(K)(仕事関数:2.28eV)、ルビジウム(Rb)(仕事関数:2.16eV)、セシウム(Cs)(仕事関数:1.95eV)などが挙げられ、仕事関数が2.9eV以下のアルカリ金属が好ましい。これらのうち好ましくはK、Rb、Cs、より好ましくはRbまたはCsであり、さらに好ましくはCsである。
アルカリ土類金属としては、カルシウム(Ca)(仕事関数:2.9eV)、ストロンチウム(Sr)(仕事関数:2.0eV以上2.5eV以下)、バリウム(Ba)(仕事関数:2.52eV)などが挙げられ、仕事関数が2.9eV以下のアルカリ土類金属が好ましい。
希土類金属としては、スカンジウム(Sc)、イットリウム(Y)、セリウム(Ce)、テルビウム(Tb)、イッテルビウム(Yb)などが挙げられ、仕事関数が2.9eV以下の希土類金属が好ましい。
以上の金属のうち好ましい金属は、特に還元能力が高く、電子注入域への比較的少量の添加により、有機EL素子における発光輝度の向上や長寿命化が可能である。
アルカリ金属化合物としては、例えば、酸化リチウム(LiO)、酸化セシウム(CsO)、酸化カリウム(K2O)などのアルカリ酸化物、フッ化リチウム(LiF)、フッ化ナトリウム(NaF)、フッ化セシウム(CsF)、フッ化カリウム(KF)などのアルカリハロゲン化物などが挙げられ、フッ化リチウム(LiF)、酸化リチウム(LiO)、フッ化ナトリウム(NaF)が好ましい。
アルカリ土類金属化合物としては、例えば、酸化バリウム(BaO)、酸化ストロンチウム(SrO)、酸化カルシウム(CaO)などが挙げられる。また、アルカリ土類金属化合物としては、例えば、BaOおよびSrOを混合したストロンチウム酸バリウム(BaxSr1-xO)(0<x<1)、並びにBaO、およびCaOを混合したカルシウム酸バリウム(BaxCa1-xO)(0<x<1)などが挙げられる。アルカリ土類金属化合物としては、BaO、SrO、CaOが好ましい。
希土類金属化合物としては、例えば、フッ化イッテルビウム(YbF)、フッ化スカンジウム(ScF)、酸化スカンジウム(ScO)、酸化イットリウム(Y)、酸化セリウム(Ce)、フッ化ガドリニウム(GdF)、フッ化テルビウム(TbF)などが挙げられ、YbF、ScF、TbFが好ましい。
有機金属錯体としては、前記の通り、それぞれ金属イオンとしてアルカリ金属イオン、アルカリ土類金属イオン、希土類金属イオンの少なくとも一つを含有していれば特に限定はない。また、有機金属錯体の配位子には、例えば、キノリノール、ベンゾキノリノール、アクリジノール、フェナントリジノール、ヒドロキシフェニルオキサゾール、ヒドロキシフェニルチアゾール、ヒドロキシジアリールオキサジアゾール、ヒドロキシジアリールチアジアゾール、ヒドロキシフェニルピリジン、ヒドロキシフェニルベンゾイミダゾール、ヒドロキシベンゾトリアゾール、ヒドロキシフルボラン、ビピリジル、フェナントロリン、フタロシアニン、ポルフィリン、シクロペンタジエン、β−ジケトン類、アゾメチン類、およびそれらの誘導体などが好ましいが、これらに限定されない。
電子供与性ドーパントおよび有機金属錯体の添加形態としては、界面領域に層状または島状に形成することが好ましい。形成方法としては、抵抗加熱蒸着法により電子供与性ドーパントおよび有機金属錯体の少なくともいずれかを蒸着しながら、界面領域を形成する発光材料や電子注入材料である有機物を同時に蒸着させ、有機物中に電子供与性ドーパントおよび有機金属錯体還元ドーパントの少なくともいずれかを分散する方法が好ましい。分散濃度はモル比で有機物:電子供与性ドーパント,有機金属錯体=100:1から1:100まで、好ましくは5:1から1:5までである。
電子供与性ドーパントおよび有機金属錯体の少なくともいずれかを層状に形成する場合は、界面の有機層である発光材料や電子注入材料を層状に形成した後に、電子供与性ドーパントおよび有機金属錯体の少なくともいずれかを単独で抵抗加熱蒸着法により蒸着し、好ましくは層の厚み0.1nm以上15nm以下で形成する。
電子供与性ドーパントおよび有機金属錯体の少なくともいずれかを島状に形成する場合は、界面の有機層である発光材料や電子注入材料を島状に形成した後に、電子供与性ドーパントおよび有機金属錯体の少なくともいずれかを単独で抵抗加熱蒸着法により蒸着し、好ましくは島の厚み0.05nm以上1nm以下で形成する。
また、本発明の有機EL素子における、主成分と電子供与性ドーパントおよび有機金属錯体の少なくともいずれかとの割合としては、モル比で主成分:電子供与性ドーパント,有機金属錯体=5:1から1:5までであると好ましく、2:1から1:2までであるとさらに好ましい。
(基板)
本実施形態の有機EL素子は、透光性基板上に作製する。透光性基板は有機EL素子を支持する基板であり、400nm〜700nmの可視領域の光の透過率が50%以上で平滑な基板が好ましい。具体的には、ガラス板、ポリマー板等が挙げられる。ガラス板としては、例えば、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、石英等を原料として用いてなるガラス板が挙げられる。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ァイド、ポリサルフォン等を原料として用いてなるポリマー板を挙げることができる。
(陽極)
有機EL素子の陽極は、正孔を正孔輸送層又は発光層に注入する役割を担い、4.5eV以上の仕事関数を有する材料を用いることが効果的である。陽極材料の具体例としては、酸化インジウム錫合金(ITO)、酸化錫(NESA)、酸化インジウム亜鉛酸化物、金、銀、白金、銅等が挙げられる。陽極はこれらの電極物質を蒸着法やスパッタリング法等の方法で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陽極から取り出す場合、陽極の可視領域の光の透過率を10%より大きくすることが好ましい。また、陽極のシート抵抗は、数百Ω/□(オーム/スクウェア)以下が好ましい。陽極の膜厚は、材料にもよるが、通常10nm〜1μm、好ましくは10nm〜200nmの範囲で選択される。
(陰極)
陰極は電子注入層、電子輸送層又は発光層に電子を注入する役割を担い、仕事関数の小さい材料により形成するのが好ましい。陰極材料は特に限定されないが、具体的にはインジウム、アルミニウム、マグネシウム、マグネシウム−インジウム合金、マグネシウム−アルミニウム合金、アルミニウム−リチウム合金、アルミニウム−スカンジウム−リチウム合金、マグネシウム−銀合金等が使用できる。陰極も、陽極と同様に、蒸着法やスパッタリング法等の方法で薄膜を形成させることにより作製することができる。また、必要に応じて、陰極側から発光を取り出してもよい。
(発光層)
発光機能を有する有機層であって、ドーピングシステムを採用する場合、ホストとドーパントを含んでいる。このとき、ホストは、主に電子と正孔の再結合を促し、励起子を発光層内に閉じ込める機能を有し、ドーパントは、再結合で得られた励起子を効率的に発光させる機能を有する。
燐光素子の場合、ホストは主にドーパントで生成された励起子を発光層内に閉じ込める機能を有する。
ここで、上記発光層は、例えば、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等して、発光層内のキャリアバランスを調整するダブルホスト(ホストおよびコホストともいう)を採用してもよい。
また、量子収率の高いドーパントを二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ダブルドーパントを採用してもよい。具体的には、ホスト、赤色ドーパント及び緑色ドーパントを共蒸着することによって、発光層を共通化して黄色発光を実現する態様が挙げられる。
上記発光層は、複数の発光層を積層した積層体とすることで、発光層界面に電子と正孔を蓄積させて、再結合領域を発光層界面に集中させて、量子効率を向上させることができる。
発光層への正孔の注入し易さと電子の注入し易さは異なっていてもよく、また、発光層中での正孔と電子の移動度で表される正孔輸送能と電子輸送能が異なっていてもよい。
発光層は、例えば蒸着法、スピンコート法、LB法(Langmuir Blodgett法)等の公知の方法により形成することができる。また、樹脂等の結着剤と材料化合物とを溶剤に溶かした溶液をスピンコート法等により薄膜化することによっても、発光層を形成することができる。
発光層は、分子堆積膜であることが好ましい。分子堆積膜とは、気相状態の材料化合物から沈着され形成された薄膜や、溶液状態又は液相状態の材料化合物から固体化され形成された膜のことである。通常、この分子堆積膜は、LB法により形成された薄膜(分子累積膜)とは、凝集構造の相違や、高次構造の相違、またはそれに起因する機能的な相違により区分することができる。
ドーパントとしては、蛍光型発光を示す蛍光ドーパント又は燐光型発光を示す燐光ドーパントが挙げられる。
発光層を形成する燐光ドーパントは三重項励状態から発光することのできる化合物であり、三重項励状態から発光する限り特に限定されないが、Ir、Pt、Os、Au、Cu、Re及びRuから選択される少なくとも一つの金属と配位子とを含む有機金属錯体であることが好ましい。前記配位子は、オルトメタル結合を有することが好ましい。燐光量子収率が高く、有機EL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、Ir、Os及びPtから選ばれる金属原子を含有する金属錯体が好ましく、イリジウム錯体、オスミウム錯体、白金錯体等の金属錯体、オルトメタル化錯体がより好ましく、イリジウム錯体及び白金錯体がさらに好ましく、オルトメタル化イリジウム錯体がよりさらに好ましい。
燐光ドーパントの発光層における含有量は特に制限はなく目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、0.1〜70質量%が好ましく、1〜30質量%がより好ましい。燐光ドーパントの含有量が0.1質量%以上であると十分な発光が得られ、70質量%以下であると濃度消光を避けることができる。
燐光ドーパントとして好ましい有機金属錯体の具体例を、以下に示す。
燐光ホストは、燐光ドーパント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により、燐光ドーパントを効率的に発光させる機能を有する化合物である。
本実施形態の有機EL素子において、発光層に含まれる燐光ドーパント材料の発光波長は特に限定されない。なかでも、発光層に含まれる前記燐光ドーパント材料のうち少なくとも1種は、発光波長のピークが490nm以上700nm以下であることが好ましく、490nm以上650nm以下であることがより好ましい。発光層の発光色としては、例えば、赤色、黄色、緑色が好ましい。
燐光ホストとして好適な化合物の具体例としては、カルバゾール誘導体、トリアゾール誘導体、オキサゾール誘導体、オキサジアゾール誘導体、イミダゾール誘導体、ポリアリールアルカン誘導体、ピラゾリン誘導体、ピラゾロン誘導体、フェニレンジアミン誘導体、アリールアミン誘導体、アミノ置換カルコン誘導体、スチリルアントラセン誘導体、フルオレノン誘導体、ヒドラゾン誘導体、スチルベン誘導体、シラザン誘導体、芳香族第三アミン化合物、スチリルアミン化合物、芳香族ジメチリデン系化合物、ポルフィリン系化合物、アントラキノジメタン誘導体、アントロン誘導体、ジフェニルキノン誘導体、チオピランジオキシド誘導体、カルボジイミド誘導体、フルオレニリデンメタン誘導体、ジスチリルピラジン誘導体、ナフタレンペリレン等の複素環テトラカルボン酸無水物、フタロシアニン誘導体、8−キノリノール誘導体の金属錯体やメタルフタロシアニン、ベンゾオキサゾールやベンゾチアゾールを配位子とする金属錯体に代表される各種金属錯体ポリシラン系化合物、ポリ(N−ビニルカルバゾール)誘導体、アニリン系共重合体、チオフェンオリゴマー、ポリチオフェン等の導電性高分子オリゴマー、ポリチオフェン誘導体、ポリフェニレン誘導体、ポリフェニレンビニレン誘導体、ポリフルオレン誘導体等の高分子化合物等が挙げられる。燐光ホストは単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。具体例としては、以下のような化合物が挙げられる。
本実施形態の有機EL素子は、蛍光発光材料を含有する発光層、つまり蛍光発光層を有していてもよい。蛍光発光層としては、公知の蛍光発光材料を使用できる。該蛍光発光材料としては、アントラセン誘導体、フルオランテン誘導体、スチリルアミン誘導体及びアリールアミン誘導体から選択される少なくとも1種が好ましく、アントラセン誘導体、アリールアミン誘導体がより好ましい。ホスト材料としてはアントラセン誘導体がさらに好ましく、ドーパントとしてはアリールアミン誘導体が好ましい。具体的には、国際公開第2010/134350号や国際公開第2010/134352号に記載する好適な材料が選択される。前述した本実施形態の化合物および有機EL素子用材料は、蛍光発光層の蛍光発光材料として用いてもよく、蛍光発光層のホストとして用いてもよい。
蛍光発光材料としての前記アントラセン誘導体の環形成炭素数は、好ましくは26〜100、より好ましくは26〜80、さらに好ましくは26〜60である。該アントラセン誘導体としては、より具体的には下記式(10)で表されるアントラセン誘導体が好ましい。
(上記式(10)中、Ar31及びAr32は、それぞれ独立に、置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜50のアリール基又は環形成原子数5〜50の複素環基である。
81〜R88は、それぞれ独立に、水素原子、置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜50のアリール基、置換もしくは無置換の環形成原子数5〜50の複素環基、置換もしくは無置換の炭素数1〜50のアルキル基、置換もしくは無置換の炭素数1〜50のアルコキシ基、置換もしくは無置換の炭素数7〜50のアラルキル基、置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜50のアリールオキシ基、置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜50のアリールチオ基、置換もしくは無置換の炭素数2〜50のアルコキシカルボニル基、置換もしくは無置換のシリル基、カルボキシル基、ハロゲン原子、シアノ基、ニトロ基又はヒドロキシル基である。)
上記環形成炭素数6〜50のアリール基としては、いずれも、環形成炭素数6〜40のアリール基が好ましく、環形成炭素数6〜30のアリール基がより好ましい。
上記環形成原子数5〜50の複素環基としては、いずれも、環形成原子数5〜40の複素環基が好ましく、環形成原子数5〜30の複素環基がより好ましい。
上記炭素数1〜50のアルキル基としては、炭素数1〜30のアルキル基が好ましく、炭素数1〜10のアルキル基がより好ましく、炭素数1〜5のアルキル基がさらに好ましい。
上記炭素数1〜50のアルコキシ基としては、炭素数1〜30のアルコキシ基が好ましく、炭素数1〜10のアルコキシ基がより好ましく、炭素数1〜5のアルコキシ基がさらに好ましい。
上記炭素数7〜50のアラルキル基としては、炭素数7〜30のアラルキル基が好ましく、炭素数7〜20のアラルキル基がより好ましい。
上記環形成炭素数6〜50のアリールオキシ基としては、環形成炭素数6〜40のアリールオキシ基が好ましく、環形成炭素数6〜30のアリールオキシ基がより好ましい。
上記環形成炭素数6〜50のアリールチオ基としては、環形成炭素数6〜40のアリールチオ基が好ましく、環形成炭素数6〜30のアリールチオ基がより好ましい。
上記炭素数2〜50のアルコキシカルボニル基としては、炭素数2〜30のアルコキシカルボニル基が好ましく、炭素数2〜10のアルコキシカルボニル基がより好ましく、炭素数2〜5のアルコキシカルボニル基がさらに好ましい。
上記ハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子等が挙げられる。
Ar31及びAr32は、置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜50のアリール基であることが好ましい。
また、式(10)で表されるアントラセン誘導体としては、下記式(10−1)で表されるアントラセン誘導体が好ましい。
(上記式(10−1)中、Ar33は、置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜50のアリール基又は環形成原子数5〜50の複素環基である。R81〜R88は、前記定義の通りである。R89は、R81〜R88の定義と同じである。aは、1〜7の整数である。)
81〜R88の好ましい態様も前記同様である。また、R89の好ましい態様も、R81〜R88と同様である。aは1〜3の整数が好ましく、1又は2がより好ましい。
Ar33が表す環形成炭素数6〜50のアリール基としては、環形成炭素数6〜40のアリール基が好ましく、環形成炭素数6〜30のアリール基がより好ましく、環形成炭素数6〜20のアリール基がさらに好ましく、環形成炭素数6〜12のアリール基がよりさらに好ましい。
蛍光発光材料としての前記アリールアミン誘導体としては、アリールジアミン誘導体が好ましく、ピレン骨格を含有するアリールジアミン誘導体がより好ましく、ピレン骨格及びジベンゾフラン骨格を含有するアリールジアミン誘導体がさらに好ましい。
アリールジアミン誘導体としては、より具体的には、下記式(11)で表されるアリールジアミン誘導体が好ましい。
(式(11)中、Ar34〜Ar37は、それぞれ独立に、置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜50のアリール基又は置換もしくは無置換の環形成原子数5〜50のヘテロアリール基を表す。
21は、置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜50のアリーレン基又は置換もしくは無置換の環形成原子数5〜50のヘテロアリーレン基を表す。)
上記環形成炭素数6〜50のアリール基としては、環形成炭素数6〜30のアリール基が好ましく、環形成炭素数6〜20のアリール基がより好ましく、環形成炭素数6〜12のアリール基がさらに好ましく、フェニル基、およびナフチル基がよりさらに好ましい。
上記環形成原子数5〜50のヘテロアリール基としては、環形成原子数5〜40のヘテロアリール基が好ましく、環形成原子数5〜30のヘテロアリール基がより好ましく、環形成原子数5〜20のヘテロアリール基がさらに好ましい。ヘテロアリール基としては、カルバゾリル基、ジベンゾフラニル基、ジベンゾチオフェニル基などが挙げられ、ジベンゾフラニル基が好ましい。該ヘテロアリール基の好ましい置換基としては、環形成炭素数6〜30(好ましくは6〜20、より好ましくは6〜12)のアリール基が挙げられ、フェニル基、ナフチル基がより好ましい。
上記環形成炭素数6〜50のアリーレン基としては、環形成炭素数6〜40のアリーレン基が好ましく、環形成炭素数6〜30のアリーレン基がより好ましく、環形成炭素数6〜20のアリーレン基がさらに好ましく、ピレニル基がよりさらに好ましい。
発光層の膜厚は、好ましくは5〜50nm、より好ましくは7〜50nm、さらに好ましくは10〜50nmである。5nm以上であると発光層の形成が容易であり、50nm以下であると駆動電圧の上昇が避けられる。
(正孔輸送層)
正孔輸送層は、発光層と陽極との間に形成される有機層であって、正孔を陽極から発光層へ輸送する機能を有する。正孔輸送層が複数層で構成される場合、陽極に近い有機層を正孔注入層と定義することがある。正孔注入層は、陽極から正孔を効率的に有機層に注入する機能を有する。
正孔輸送層を形成する材料としては、芳香族アミン化合物、例えば、下記式(H)で表される芳香族アミン誘導体が好適に用いられる。
前記式(H)において、Ar〜Arは置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜50の芳香族炭化水素基又は縮合芳香族炭化水素基、置換もしくは無置換の環形成原子数5〜50の芳香族複素環基又は縮合芳香族複素環基、又は、それら芳香族炭化水素基又は縮合芳香族炭化水素基と芳香族複素環基又は縮合芳香族複素環基が結合した基を表す。
また、前記式(H)において、Lは置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜50の芳香族炭化水素基又は縮合芳香族炭化水素基、又は置換もしくは無置換の環形成原子数5〜50の芳香族複素環基又は縮合芳香族複素環基を表す。
式(H)の化合物の具体例を以下に記す。
また、下記式(J)の芳香族アミンも正孔輸送層の形成に好適に用いられる。
前記式(J)において、Ar〜Arの定義は前記式(H)のAr〜Arの定義と同様である。以下に式(J)の化合物の具体例を記すがこれらに限定されない。
本実施形態の有機EL素子の正孔輸送層は第1正孔輸送層(陽極側)と第2正孔輸送層(陰極側)の2層構造にしてもよい。
正孔輸送層の膜厚は特に限定されないが、10〜200nmであるのが好ましい。
本実施形態の有機EL素子では、正孔輸送層又は第1正孔輸送層の陽極側にアクセプター材料を含有する層を接合してもよい。これにより駆動電圧の低下及び製造コストの低減が期待される。
前記アクセプター材料としては下記式(K)で表される化合物が好ましい。
(上記式(K)中、R21〜R26は互いに同一でも異なっていてもよく、それぞれ独立にシアノ基、−CONH、カルボキシル基、又は−COOR27(R27は炭素数1〜20のアルキル基又は炭素数3〜20のシクロアルキル基を表す)を表す。ただし、R21及びR22、R23及びR24、並びにR25及びR26の1又は2以上の対が一緒になって−CO−O−CO−で示される基を形成してもよい。)
27としては、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、イソブチル基、t−ブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基等が挙げられる。
アクセプター材料を含有する層の膜厚は特に限定されないが、5〜20nmであるのが好ましい。
(n/pドーピング)
上述の正孔輸送層や電子輸送帯域においては、特許第3695714号明細書に記載されているように、ドナー性材料のドーピング(n)やアクセプター性材料のドーピング(p)により、キャリア注入能を調整することができる。
nドーピングの代表例としては、電子輸送材料にLiやCs等の金属をドーピングする方法が挙げられ、pドーピングの代表例としては、正孔輸送材料にFTCNQ(2,3,5,6−Tetrafluoro−7,7,8,8−tetracyanoquinodimethane)等のアクセプター材料をドーピングする方法が挙げられる。
(スペース層)
上記スペース層とは、例えば、蛍光発光層と燐光発光層とを積層する場合に、燐光発光層で生成する励起子を蛍光発光層に拡散させない、あるいは、キャリアバランスを調整する目的で、蛍光発光層と燐光発光層との間に設けられる層である。また、スペース層は、複数の燐光発光層の間に設けることもできる。
スペース層は発光層間に設けられるため、電子輸送性と正孔輸送性を兼ね備える材料であることが好ましい。また、隣接する燐光発光層内の三重項エネルギーの拡散を防ぐため、三重項エネルギーが2.6eV以上であることが好ましい。スペース層には、上述の正孔輸送層に用いられる材料と同様の材料が用いられる。
(障壁層)
本実施形態の有機EL素子は、発光層に隣接する部分に、電子障壁層、正孔障壁層、トリプレット障壁層といった障壁層を有することが好ましい。ここで、電子障壁層とは、発光層から正孔輸送層へ電子が漏れることを防ぐ層であり、正孔障壁層とは、発光層から電子輸送層へ正孔が漏れることを防ぐ層である。
トリプレット障壁層は、発光層で生成する三重項励起子が、周辺の層へ拡散することを防止し、三重項励起子を発光層内に閉じ込めることによって三重項励起子の発光ドーパント以外の電子輸送層の分子上でのエネルギー失活を抑制する機能を有する。
トリプレット障壁層を設ける場合、燐光素子においては、発光層中の燐光発光性ドーパントの三重項エネルギーをE 、トリプレット障壁層として用いる化合物の三重項エネルギーをE TBとすると、E <E TBのエネルギー大小関係であれば、エネルギー関係上、燐光発光性ドーパントの三重項励起子が閉じ込められ(他分子へ移動できなくなり)、該ドーパント上で発光する以外のエネルギー失活経路が断たれ、高効率に発光することができると推測される。ただし、E <E TBの関係が成り立つ場合であってもこのエネルギー差ΔE=E TB−E が小さい場合には、実際の素子駆動環境である室温程度の環境下では、周辺の熱エネルギーにより吸熱的にこのエネルギー差ΔEを乗り越えて三重項励起子が他分子へ移動することが可能であると考えられる。特に燐光発光の場合は蛍光発光に比べて励起子寿命が長いため、相対的に吸熱的励起子移動過程の影響が現れやすくなる。室温の熱エネルギーに対してこのエネルギー差ΔEは大きい程好ましく、0.1eV以上であるとより好ましく、0.2eV以上であるとさらに好ましい。一方、蛍光素子においては、国際公開WO2010/134350A1に記載するTTF素子構成のトリプレット障壁層として、前述した本実施形態の有機EL素子用材料を用いることもできる。
また、トリプレット障壁層を構成する材料の電子移動度は、電界強度0.04〜0.5MV/cmの範囲において、10−6cm/(V・s)以上であることが望ましい。有機材料の電子移動度の測定方法としては、Time of Flight法等幾つかの方法が知られているが、ここではインピーダンス分光法で決定される電子移動度をいう。
電子注入層は、電界強度0.04〜0.5MV/cmの範囲において、10−6cm/(V・s)以上であることが望ましい。これにより陰極からの電子輸送層への電子注入が促進され、ひいては隣接する障壁層、発光層への電子注入も促進し、より低電圧での駆動を可能にするためである。
(層形成方法)
本実施形態の有機EL素子の各層の形成方法としては、上記で特に言及した以外には制限されないが、真空蒸着法、スパッタリング法、プラズマ法、イオンプレーティング法などの乾式成膜法や、スピンコーティング法、ディッピング法、フローコーティング法、インクジェット法などの湿式成膜法などの公知の方法を採用することができる。
(膜厚)
本実施形態の有機EL素子の各有機層の膜厚は、上記で特に言及した以外には制限されないが、一般に膜厚が薄すぎるとピンホール等の欠陥が生じやすく、逆に厚すぎると高い印加電圧が必要となり効率が悪くなるため、通常は数nmから1μmの範囲が好ましい。
[電子機器]
本実施形態に係る有機EL素子は、有機ELパネルモジュール等の表示部品、テレビ、携帯電話、タブレットもしくはパーソナルコンピュータ等の表示装置、および照明、もしくは車両用灯具の発光装置等の電子機器に使用できる。
[実施形態の変形]
なお、本発明は、上述の実施形態に限定されず、本発明の目的を達成できる範囲での変更、改良などは、本発明に含まれる。
本発明は、前記一般式(1)等で表される前記実施形態に係る化合物は、有機EL素子1の電子注入層8に用いられる態様に限定されず、その他の有機層に用いられていてもよい。例えば、電子輸送層7に前記実施形態に係る化合物が含まれていることも好ましい。また、電子輸送層7には、前記実施形態に係る化合物とともに、さらに、電子供与性ドーパントおよび有機金属錯体の少なくともいずれかが含まれていることも好ましい。
本発明の実施における具体的な構造および形状などは、本発明の目的を達成できる範囲で他の構造などとしてもよい。
以下、本発明に係る実施例を説明するが、本発明はこれらの実施例によって限定されない。
[1]合成例1:化合物(1)の合成
化合物(1)の合成スキームを以下に示す。
[1−1] 中間体(A1)の合成
アルゴン雰囲気下、4−(ピリジン−2−イル)ベンズアルデヒド(5.00 g, 27.3 mmol)、4−ブロモアセトフェノン(5.43 g, 27.3 mmol)、およびナトリウムメトキシド(147 mg, 0.273 mmol)にエタノール(88 mL)を加え、室温で2時間撹拌し、さらに還流温度で3時間撹拌した。その後、ベンズアミジン塩酸塩(4.40 g, 28.1 mmol)、および水酸化ナトリウム(2.18 g, 54.6 mmol)を添加して、還流温度で3時間撹拌した。反応終了後、析出物をろ別し、水とメタノールで洗浄し、中間体(A1)(5.13 g, 11.0 mmol)(収率40%)を得た。
[1−2] 化合物(1)の合成
アルゴン雰囲気下、中間体(A1)(2.97 g, 6.40 mmol)、カルバゾール(1.07 g, 6.40 mmol)、トリス(ジベンジリデンアセトン)ジパラジウム(0)(117 mg, 0.128 mmol)、tert−ブチルホスフィンのテトラフルオロホウ酸塩(149 mg, 0.514 mmol)、およびナトリウム−tert−ブトキシド(861 mg, 8.96 mmol)にトルエン(26 mL)を加え、還流温度で7時間撹拌した。反応終了後、混合物をろ別し、水とメタノールで洗浄した。混合物を還流温度のトルエンに溶解し、シリカゲルのショートカラムクロマトグラフィーに通した。その後、溶液をトルエンの還流温度まで加熱し、100℃でメタノールを加えた後、析出した固体をろ別乾燥して化合物(1)(2.34 g, 4.25 mmol)(収率66%)を得た。本化合物は、質量分析の結果、目的物であり、分子量550.65に対し、m/e=550であった。
[2]合成例2:化合物(2)の合成
化合物(2)の合成スキームを以下に示す。
化合物(1)の合成において、4−(ピリジン−2−イル)ベンズアルデヒドの代わりに4−(ピリジン−3−イル)ベンズアルデヒドを用いた他は同様に合成し、中間体(A2)を経て、化合物(2)を得た。本化合物は、質量分析の結果、目的物であり、分子量550.65に対し、m/e=550であった。
[3]合成例3:化合物(3)の合成
化合物(3)の合成スキームを以下に示す。
化合物(1)の合成において、4−(ピリジン−2−イル)ベンズアルデヒドの代わりに4−(ピリジン−4−イル)ベンズアルデヒドを用いた他は同様に合成し、中間体(A3)を経て、化合物(3)を得た。本化合物は、質量分析の結果、目的物であり、分子量550.65に対し、m/e=550であった。
[4]合成例4:化合物(4)の合成
化合物(4)の合成スキームを以下に示す。
化合物(1)の合成において、4−(ピリジン−2−イル)ベンズアルデヒドの代わりに4−ブロモベンズアルデヒドを用い、並びに4−ブロモアセトフェノンの代わりに4−(イソキノリン−4−イル)アセトフェノンを用いた他は同様に合成し、中間体(A4)を経て、化合物(4)を得た。本化合物は、質量分析の結果、目的物であり、分子量600.73に対し、m/e=600であった。
[5]合成例5:化合物(5)の合成
化合物(5)の合成スキームを以下に示す。
化合物(2)の合成において、4−ブロモアセトフェノンの代わりに3,5−ジブロモアセトフェノンを用いた他は同様に合成し、中間体(A5)を経て、化合物(5)を得た。本化合物は、質量分析の結果、目的物であり、分子量715.86に対し、m/e=715であった。
[有機EL素子の製造例]
以下に、有機EL素子の製造に用いた化合物を示す。
・実施例1
25mm×75mm×1.1mm厚のITO透明電極(陽極)付きガラス基板(ジオマティック社製)をイソプロピルアルコール中で超音波洗浄を5分間行なった後、UVオゾン洗浄を30分間行なった。洗浄後の透明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、まず透明電極ラインが形成されている側の面上に前記透明電極を覆うようにして上記化合物(HI−1)を蒸着して膜厚10nmのHI−1膜を成膜し、正孔注入層を形成した。
次に、この正孔注入層上に、第1正孔輸送材料として上記化合物(HT−1)を蒸着して膜厚80nmのHT−1膜を成膜し、第1正孔輸送層を形成した。
次に、この第1正孔輸送層上に、上記化合物(HT−2)を蒸着して膜厚10nmのHT−2膜を成膜し、第2正孔輸送層を形成した。
さらに、このHT−2膜上に膜厚25nmで、ホスト材料として上記化合物(BH−1)と、ドーパント材料として上記化合物(BD−1)とを24:1の重量比で共蒸着により成膜し、発光層とした。
この発光層上に上記化合物(HB−1)を蒸着して、膜厚25nmのHB−1膜を成膜し、正孔阻止層および電子輸送層を形成した。
さらに、上記合成例1にて合成した化合物(1)を蒸着し、膜厚10nmの電子注入層を形成した。
その後、LiFを膜厚1nmで成膜し、このLiF膜上に金属Alを150nm蒸着させ金属陰極を形成することにより、有機EL素子を製造した。
・実施例2〜3、比較例1
実施例1において、化合物(1)の代わりに表1に示す化合物を用いた以外は同様にして有機EL素子を作製し、評価した。
〔有機EL素子の評価〕
実施例1〜3及び比較例1において作製した有機EL素子について、以下の評価を行った。評価結果を表1に示す。
・駆動電圧
電流密度が10mA/cmとなるように陽極(ITO透明電極)と金属陰極(金属Al)との間に通電したときの電圧(単位:V)を計測した。
・外部量子効率EQE
電流密度が10mA/cmとなるように素子に電圧を印加した時の分光放射輝度スペクトルを分光放射輝度計CS−1000(コニカミノルタ社製)で計測した。得られた上記分光放射輝度スペクトルから、ランバシアン放射を行なったと仮定し外部量子効率(単位:%)を算出した。
表1より、本発明の一実施形態に係る化合物を用いると、有機EL素子の低電圧化と高効率化を実現できることが分かる。比較例1で用いた化合物(E−1)との比較により、末端に含窒素複素環基を有する化合物を用いた実施例1〜3の有機EL素子の方が低電圧かつ高効率で動作することが分かる。
これは本発明の一実施形態に係る化合物である化合物(1)〜(3)が、前記一般式(1)においてAzで表される末端の含窒素複素環基により電子注入性が向上するためである。このように、比較例1の化合物E−1の末端のフェニル基を含窒素複素環基に置換するだけで、電子輸送材料として大きく性能改善することが分かる。すなわち、化合物(E−1)を用いた場合と比べて、化合物(1)〜(3)を用いたことで、駆動電圧および発光効率の点で、有機EL素子の性能が向上したことが分かる。
・実施例4
25mm×75mm×1.1mm厚のITO透明電極(陽極)付きガラス基板(ジオマティック社製)をイソプロピルアルコール中で超音波洗浄を5分間行なった後、UVオゾン洗浄を30分間行なった。洗浄後の透明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、まず透明電極ラインが形成されている側の面上に前記透明電極を覆うようにして上記化合物(HI−1)を蒸着して膜厚5nmのHI−1膜を成膜し、正孔注入層を形成した。
次に、この正孔注入層上に、第1正孔輸送材料として上記化合物(HT−1)を蒸着して膜厚80nmのHT−1膜を成膜し、第1正孔輸送層を形成した。
次に、この第1正孔輸送層上に、上記化合物(HT−2)を蒸着して膜厚10nmのHT−2膜を成膜し、第2正孔輸送層を形成した。
さらに、このHT−2膜上に膜厚25nmで、ホスト材料として下記化合物(BH−2)と、ドーパント材料として下記化合物(BD−2)とを24:1の重量比で共蒸着により成膜し、発光層とした。
この発光層上に上記合成例4で合成した化合物(4)を蒸着して、膜厚25nmの化合物(4)膜を成膜し、電子輸送層を形成した。
その後、LiFを膜厚1nmで成膜し、このLiF膜上に金属Alを80nm蒸着させ金属陰極を形成することにより、有機EL素子を製造した。
・実施例5
実施例5の有機EL素子は、実施例4における化合物(4)の代わりに上記合成例5で合成した化合物(5)を用いたこと以外は実施例4と同様にして製造した。
・比較例2
比較例2の有機EL素子は、実施例4における化合物(4)の代わりに下記化合物(E−2)を用いたこと以外は実施例4と同様にして製造した。
実施例4、5、および比較例2で製造した有機EL素子について、前述と同様にして駆動電圧および外部量子効率を測定し、評価した。結果を表2に示す。
表2より、本発明の一実施形態に係る化合物を用いると、有機EL素子の低電圧化と高効率化を実現できることが分かる。比較例2で用いた化合物(E−2)との比較により、末端に含窒素複素環基を有する化合物を用いた実施例4〜5の有機EL素子の方が低電圧かつ高効率で動作することが分かる。すなわち、化合物(E−2)を用いた場合と比べて、化合物(4)または化合物(5)を用いたことで、駆動電圧および発光効率の点で、有機EL素子の性能が向上したことが分かる。
・実施例6
25mm×75mm×1.1mm厚のITO透明電極(陽極)付きガラス基板(ジオマティック社製)をイソプロピルアルコール中で超音波洗浄を5分間行なった後、UVオゾン洗浄を30分間行なった。洗浄後の透明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、まず透明電極ラインが形成されている側の面上に前記透明電極を覆うようにして下記化合物HI−1を蒸着して膜厚5nmのHI−1膜を成膜し、正孔注入層を形成した。
次に、この正孔注入層上に、第1正孔輸送材料として前記化合物HT−1を蒸着して膜厚80nmのHT−1膜を成膜し、第1正孔輸送層を形成した。
次に、この第1正孔輸送層上に、前記化合物HT−2を蒸着して膜厚10nmのHT−2膜を成膜し、第4正孔輸送層を形成した。
さらに、このHT−2膜上に膜厚25nmで前記ホストBH−2と前記ドーパントBD−2を24:1の質量比で共蒸着により成膜し、発光層とした。
この発光層成膜に続けて、前記合成例2で合成した化合物(2)と8−キノリノラトリチウム(Liq)とを50:50の質量比で共蒸着により成膜し、膜厚25mの電子輸送層を成膜した。この電子輸送層上に金属Alを蒸着させ、金属陰極を膜厚80nmで形成し有機EL素子を製造した。
・比較例3
比較例3の有機EL素子は、実施例6における化合物(2)の代わりに下記化合物(E−3)を用いたこと以外は実施例6と同様にして製造した。
実施例6および比較例3で製造した有機EL素子について、前述と同様にして駆動電圧を測定し、下記方法により寿命LT90を測定し、評価した。結果を表3に示す。
表3より、本発明の一実施形態に係る化合物を用いると、有機EL素子の長寿命化を実現できることが分かる。比較例3で用いた化合物(E−3)との比較により、ピリミジンの2つの窒素原子の間の炭素原子(2位の炭素原子)以外の炭素原子(4位の炭素原子)に含窒素複素環鎖を有する化合物(2)を用いた実施例6の有機EL素子の方が長時間動作することが分かる。すなわち、化合物(E−3)を用いた場合と比べて、化合物(2)を用いたことで、寿命の点で、有機EL素子の性能が向上したことが分かる。
1…有機EL素子、2…基板、3…陽極、4…陰極、5…発光層、6…正孔注入・輸送層、7…電子輸送層、8…電子注入層、10…有機層、11…電子輸送帯域。

Claims (38)

  1. 下記一般式(1)で表されることを特徴とする化合物。
    (前記一般式(1)において、
    は、それぞれ独立に、
    水素原子、
    ハロゲン原子、
    ヒドロキシル基、
    シアノ基、
    置換もしくは無置換の炭素数1〜30のアルキル基、
    置換もしくは無置換の炭素数3〜30のアルキルシリル基、
    置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜60のアリールシリル基、
    置換もしくは無置換の炭素数1〜30のアルコキシ基、
    置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜30のアリールオキシ基、
    置換もしくは無置換の炭素数2〜30のアルキルアミノ基、
    置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜60のアリールアミノ基、
    置換もしくは無置換の炭素数1〜30のアルキルチオ基、
    置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜30のアリールチオ基、
    置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜30の芳香族炭化水素基、又は
    置換もしくは無置換の環形成原子数5〜30の複素環基である。
    は、置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜30の芳香族炭化水素基である。
    が置換基を有する場合、置換基は、
    ハロゲン原子、
    ヒドロキシル基、
    シアノ基、
    ニトロ基、
    カルボキシ基、
    置換もしくは無置換の炭素数1〜30のアルキル基、
    置換もしくは無置換の炭素数2〜30のアルケニル基、
    置換もしくは無置換の炭素数2〜30のアルキニル基、
    置換もしくは無置換の炭素数3〜30のアルキルシリル基、
    置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜60のアリールシリル基、
    置換もしくは無置換の炭素数1〜30のアルコキシ基、
    置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜30のアリールオキシ基、
    置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜30のアリールチオ基、
    置換もしくは無置換の環形成炭素数5〜30の含酸素複素環基、
    置換もしくは無置換の環形成炭素数5〜30の含硫黄複素環基、又は
    置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜30の芳香族炭化水素基である。
    前記アリールオキシ基および前記アリールチオ基が置換基を有する場合、隣接する置換基が結合して環を形成する場合と環を形成しない場合とがある。
    は、単結合または連結基であり、Lにおける連結基としては、
    アルケニレン基、
    アルキニレン基、
    置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜30の芳香族炭化水素基、
    置換もしくは無置換の環形成原子数5〜30の複素環基、
    前記芳香族炭化水素基から選ばれる2個から4個の基が結合してなる多重連結基、
    前記複素環基から選ばれる2個から4個の基が結合してなる多重連結基、又は
    前記芳香族炭化水素基及び前記複素環基から選ばれる2個から4個の基が結合してなる多重連結基である。
    なお、Lにおける前記多重連結基を構成する前記芳香族炭化水素基および前記複素環基は、互いに同一または異なり、隣り合う基が結合してさらに環を形成する場合と、環を形成しない場合とがある。
    は、連結基であり、Lにおける連結基としては、
    アルケニレン基、
    アルキニレン基、
    置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜30の芳香族炭化水素基、
    置換もしくは無置換の環形成原子数5〜30の複素環基、
    前記芳香族炭化水素基から選ばれる2個から4個の基が結合してなる多重連結基、
    前記複素環基から選ばれる2個から4個の基が結合してなる多重連結基、又は
    前記芳香族炭化水素基及び前記複素環基から選ばれる2個から4個の基が結合してなる多重連結基であり、
    における連結基としての置換もしくは無置換の環形成原子数5〜30の複素環基は、ピリジル基、ピリミジニル基、ピラジニル基、ピリダジニル基、トリアジニル基、キノリル基、イソキノリニル基、ナフチリジニル基、フタラジニル基、キノキサリニル基、キナゾリニル基、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、イミダゾリル基、ピラゾリル基、トリアゾリル基、テトラゾリル基、インドリル基、ベンズイミダゾリル基、インダゾリル基、イミダゾピリジニル基、ベンズトリアゾリル基、フリル基、チエニル基、オキサゾリル基、チアゾリル基、イソキサゾリル基、イソチアゾリル基、オキサジアゾリル基、チアジアゾリル基、ベンゾフラニル基、ベンゾチオフェニル基、ベンゾオキサゾリル基、ベンゾチアゾリル基、ベンゾイソキサゾリル基、ベンゾイソチアゾリル基、ベンゾオキサジアゾリル基、ベンゾチアジアゾリル基、ジベンゾフラニル基、ジベンゾチオフェニル基、ピペリジニル基、ピロリジニル基、ピペラジニル基、モルホリル基、フェナジニル基、フェノチアジニル基、及びフェノキサジニル基からなる郡から選択される。
    なお、Lにおける前記多重連結基を構成する前記芳香族炭化水素基および前記複素環基は、互いに同一または異なり、隣り合う基は、環を形成しない。
    nおよびmは、それぞれ独立に1以上5以下の整数である。
    nが2以上5以下の整数である場合、複数のCzは、互いに同一であるか、または異なる。
    mが2以上5以下の整数である場合、Azは、互いに同一であるか、または異なる。
    Czは、下記一般式(1a)で表され、
    Azは、下記一般式(11)で表される。)
    (前記一般式(1a)において、
    〜Xは、それぞれ独立にCRまたは窒素原子である。
    RおよびRは、それぞれ独立に、
    水素原子、
    ハロゲン原子、
    ヒドロキシル基、
    シアノ基、
    置換もしくは無置換の炭素数1〜30のアルキル基、
    置換もしくは無置換の炭素数3〜30のアルキルシリル基、
    置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜60のアリールシリル基、
    置換もしくは無置換の炭素数1〜30のアルコキシ基、
    置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜30のアリールオキシ基、
    置換もしくは無置換の炭素数2〜30のアルキルアミノ基、
    置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜60のアリールアミノ基、
    置換もしくは無置換の炭素数1〜30のアルキルチオ基、
    置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜30のアリールチオ基、
    置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜30の芳香族炭化水素基、又は
    置換もしくは無置換の環形成原子数5〜30の複素環基であり、
    Rにおける置換もしくは無置換の環形成原子数5〜30の複素環基としては、ピリジル基、ピリミジニル基、ピラジニル基、ピリダジニル基、トリアジニル基、キノリル基、イソキノリニル基、ナフチリジニル基、フタラジニル基、キノキサリニル基、キナゾリニル基、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、ピロリル基、イミダゾリル基、ピラゾリル基、トリアゾリル基、テトラゾリル基、インドリル基、ベンズイミダゾリル基、インダゾリル基、イミダゾピリジニル基、ベンズトリアゾリル基、フリル基、チエニル基、オキサゾリル基、チアゾリル基、イソキサゾリル基、イソチアゾリル基、オキサジアゾリル基、チアジアゾリル基、ベンゾフラニル基、ベンゾチオフェニル基、ベンゾオキサゾリル基、ベンゾチアゾリル基、ベンゾイソキサゾリル基、ベンゾイソチアゾリル基、ベンゾオキサジアゾリル基、ベンゾチアジアゾリル基、ジベンゾフラニル基、ジベンゾチオフェニル基、ピペリジニル基、ピロリジニル基、ピペラジニル基、モルホリル基、フェナジニル基、フェノチアジニル基、およびフェノキサジニル基からなる群から選択される。
    互いに隣接するRが結合して、環を形成する場合と、環を形成しない場合とがある。
    Rが複数ある場合、複数のRは、互いに同一、または異なる。
    ただし、RおよびRのいずれか1つは、前記一般式(1)のLに結合する単結合である。
    また、Rと隣接するRとが互いに結合して、環を形成する場合と、環を形成しない場合とがある。)
    (前記一般式(11)において、
    は、CRまたは窒素原子であり、X10は、CR10または窒素原子である。
    〜R,RおよびR10は、それぞれ独立に、
    水素原子、
    ハロゲン原子、
    ヒドロキシル基、
    シアノ基、
    置換もしくは無置換の炭素数1〜30のアルキル基、
    置換もしくは無置換の炭素数3〜30のアルキルシリル基、
    置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜60のアリールシリル基、
    置換もしくは無置換の炭素数1〜30のアルコキシ基、
    置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜30のアリールオキシ基、
    置換もしくは無置換の炭素数2〜30のアルキルアミノ基、
    置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜60のアリールアミノ基、
    置換もしくは無置換の炭素数1〜30のアルキルチオ基、又は
    置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜30のアリールチオ基である。
    〜R,RおよびR10のうち隣り合う基は、環を形成しない。
    ただし、R〜R,RおよびR10のうちいずれか1つは、Lに結合する単結合である。)
  2. 請求項1に記載の化合物であって、前記一般式(1)は、下記一般式(1A)または(1B)で表されることを特徴とする化合物。
    (前記一般式(1A)においてL,L,R,R,Az,n,mは、それぞれ前記一般式(1)におけるL,L,R,R,Az,n,mと同義である。
    〜Xは、それぞれ前記一般式(1a)におけるX〜Xと同義である。)
    (前記一般式(1B)において、
    ,L,R,R,Az,n,mは、それぞれ前記一般式(1)におけるL,L,R,R,Az,n,mと同義である。
    ,X〜Xは、それぞれ前記一般式(1a)におけるR,X〜Xと同義である。
    ただし、前記一般式(1B)において、X〜Xのうちいずれか1つは、Lに結合する炭素原子である。)
  3. 請求項2に記載の化合物において、
    前記一般式(1A)で表されることを特徴とする化合物。
  4. 請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の化合物において、
    前記XからXまでは、それぞれ独立にCRであることを特徴とする化合物。
  5. 請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の化合物において、
    互いに隣接するRは、環を形成しないことを特徴とする化合物。
  6. 請求項1から請求項のいずれか一項に記載の化合物において、
    前記Azは、置換もしくは無置換のピリジン環、置換もしくは無置換のピリミジン環、および置換もしくは無置換のトリアジン環のいずれかから選ばれることを特徴とする化合物。
  7. 請求項1から請求項6のいずれか一項に記載の化合物において、
    前記Azは、下記一般式(11−a)から(11−g)までのいずれかで表される基であることを特徴とする化合物。
    (前記一般式(11−a)〜(11−g)において、結合手は前記L に結合する結合手であり、前記一般式(11−a)から(11−g)までのいずれかで表される基は、置換もしくは無置換の基である。)
  8. 請求項7に記載の化合物において、
    前記Azは、前記一般式(11−a)から(11−c)までのいずれかで表される基であることを特徴とする化合物。
  9. 請求項7又は請求項8に記載の化合物において、
    前記一般式(11−a)から(11−c)までのいずれかで表される基は、無置換であることを特徴とする化合物。
  10. 請求項7又は請求項8に記載の化合物において、
    前記Azは、前記一般式(11−a)で表される基であることを特徴とする化合物。
  11. 請求項10に記載の化合物において、
    前記一般式(11−a)で表される基は、無置換であることを特徴とする化合物。
  12. 請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の化合物において、
    前記Xは、CRであり、前記X10は、CR10であることを特徴とする化合物。
  13. 請求項1から請求項12のいずれか一項に記載の化合物において、
    前記Lは、置換または無置換の環形成炭素数6〜30の芳香族炭化水素基であることを特徴とする化合物。
  14. 請求項1から請求項13のいずれか一項に記載の化合物において、
    前記L は、下記式(L−1a)から(L−1f)までのいずれかで表される基であることを特徴とする化合物。
    (前記式(L−1a)から(L−1f)までのいずれかで表される基は、置換もしくは無置換の基である。)
  15. 請求項1から請求項14のいずれか一項に記載の化合物において、
    前記Lは、置換または無置換のベンゼン環であることを特徴とする化合物。
  16. 請求項14に記載の化合物において、
    前記L は、前記式(L−1a)で表される基であることを特徴とする化合物。
  17. 請求項1から請求項16のいずれか一項に記載の化合物において、
    前記nは、1または2であり、
    前記mは、1であることを特徴とする化合物。
  18. 請求項1から請求項17のいずれか一項に記載の化合物において、
    前記nは、1であり、
    前記mは、1であることを特徴とする化合物。
  19. 請求項1から請求項18のいずれか一項に記載の化合物において、
    下記一般式(13A)で表されることを特徴とする化合物。
    (前記一般式(13A)において、L,R,R,Azは、それぞれ前記一般式(1)におけるL,R,R,Azと同義である。
    11,R12,R13,R14は、カルバゾリル基の任意の炭素原子に結合する。
    11,R12,R13,R14,R16,R17,R18は、それぞれ前記一般式(1)のRと同義である。
    p,q,r,sは、4である。
    複数のR11,R12,R13,R14は、それぞれ同一または異なる。)
  20. 請求項1から請求項19のいずれか一項に記載の化合物において、
    前記R は、水素原子であることを特徴とする化合物。
  21. 請求項1から請求項16のいずれか一項に記載の化合物において、
    前記Azは、無置換のピリジン環であり、
    前記nは、1であり、
    前記mは、1であり、
    前記R は、水素原子であることを特徴とする化合物。
  22. 請求項1から請求項21のいずれか一項に記載の化合物において、
    下記一般式(15A)で表されることを特徴とする化合物。
    (前記一般式(15A)において、
    ,L,Azは、それぞれ前記一般式(1)におけるR,L,およびAzと同義である。
    11,R12は、それぞれ独立に、
    水素原子、
    ハロゲン原子、
    ヒドロキシル基、
    シアノ基、
    置換もしくは無置換の炭素数1〜30のアルキル基、
    置換もしくは無置換の炭素数3〜30のアルキルシリル基、
    置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜60のアリールシリル基、
    置換もしくは無置換の炭素数1〜30のアルコキシ基、
    置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜30のアリールオキシ基、
    置換もしくは無置換の炭素数2〜30のアルキルアミノ基、
    置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜60のアリールアミノ基、
    置換もしくは無置換の炭素数1〜30のアルキルチオ基、
    置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜30のアリールチオ基、
    置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜30の芳香族炭化水素基、又は
    置換もしくは無置換の環形成原子数5〜30の複素環基であり、
    11,R12における置換もしくは無置換の環形成原子数5〜30の複素環基としては、それぞれ独立に、ピリジル基、ピリミジニル基、ピラジニル基、ピリダジニル基、トリアジニル基、キノリル基、イソキノリニル基、ナフチリジニル基、フタラジニル基、キノキサリニル基、キナゾリニル基、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、ピロリル基、イミダゾリル基、ピラゾリル基、トリアゾリル基、テトラゾリル基、インドリル基、ベンズイミダゾリル基、インダゾリル基、イミダゾピリジニル基、ベンズトリアゾリル基、フリル基、チエニル基、オキサゾリル基、チアゾリル基、イソキサゾリル基、イソチアゾリル基、オキサジアゾリル基、チアジアゾリル基、ベンゾフラニル基、ベンゾチオフェニル基、ベンゾオキサゾリル基、ベンゾチアゾリル基、ベンゾイソキサゾリル基、ベンゾイソチアゾリル基、ベンゾオキサジアゾリル基、ベンゾチアジアゾリル基、ジベンゾフラニル基、ジベンゾチオフェニル基、ピペリジニル基、ピロリジニル基、ピペラジニル基、モルホリル基、フェナジニル基、フェノチアジニル基、およびフェノキサジニル基からなる群から選択され、
    pおよびqは4である。)
  23. 請求項1から請求項22のいずれか一項に記載の化合物において、
    前記Lは、置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜30の芳香族炭化水素基であることを特徴とする化合物。
  24. 請求項1から請求項23のいずれか一項に記載の化合物において、
    前記L は、下記式(L−2a)から(L−2f)までのいずれかで表される基であることを特徴とする化合物。
    (前記式(L−2a)から(L−2f)までのいずれかで表される基は、置換もしくは無置換の基である。)
  25. 請求項1から請求項24のいずれか一項に記載の化合物において、
    前記Lは、置換または無置換のベンゼン環であることを特徴とする化合物。
  26. 請求項24に記載の化合物において、
    前記L は、前記式(L−2a)〜(L−2c)のいずれかで表される基であることを特徴とする化合物。
  27. 請求項26に記載の化合物において、
    前記L は、前記式(L−2a)で表される基であることを特徴とする化合物。
  28. 請求項1から請求項27のいずれか一項に記載の化合物において、
    前記L は、無置換のベンゼン環であることを特徴とする化合物。
  29. 請求項1から請求項28のいずれか一項に記載の化合物において、
    前記R は、置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜30の芳香族炭化水素基であることを特徴とする化合物。
  30. 請求項1から請求項29のいずれか一項に記載の化合物において、
    前記R は、下記式(R−2a)から(R−2e)までのいずれかで表される基であるであることを特徴とする化合物。
    (前記式(R−2a)から(R−2e)までのいずれかで表される基は、置換もしくは無置換の基である。)
  31. 請求項1から請求項30のいずれか一項に記載の化合物において、
    前記R は、置換または無置換のフェニル基であることを特徴とする化合物。
  32. 請求項1から請求項31のいずれか一項に記載の化合物において、
    「置換もしくは無置換の」という場合における置換基は、炭素数1〜6のアルキル基、ハロゲン原子、及びシアノ基からなる群から選択される少なくともいずれかであることを特徴とする化合物。
  33. 請求項1から請求項32のいずれか一項に記載の化合物を含むことを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子用材料。
  34. 陽極と、
    前記陽極と対向して設けられた陰極と、
    前記陽極および前記陰極の間に、少なくとも発光層を含む1層以上の有機層と、を有し、
    前記有機層の少なくとも1層が、請求項1から請求項32のいずれか一項に記載の化合物を含むことを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子。
  35. 請求項34に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子において、
    前記有機層は、前記発光層と前記陰極との間に電子輸送帯域を含み、
    前記化合物を含む前記有機層の少なくとも1層は、前記電子輸送帯域であることを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子。
  36. 請求項35に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子において、
    前記電子輸送帯域が、電子供与性ドーパントおよび有機金属錯体の少なくとも一方をさらに含有することを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子。
  37. 請求項36に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子において、
    前記電子供与性ドーパントおよび前記有機金属錯体の少なくとも一方が、アルカリ金属、アルカリ金属化合物、アルカリ土類金属、アルカリ土類金属化合物、希土類金属、希土類金属化合物、アルカリ金属を含む有機金属錯体、アルカリ土類金属を含む有機金属錯体、および希土類金属を含む有機金属錯体からなる群から選択される少なくとも1種であることを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子。
  38. 請求項34から請求項37のいずれか一項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子を備える電子機器。
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