JP6346187B2 - 有機エレクトロルミネッセンス素子及び電子機器 - Google Patents

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Description

本発明は、有機エレクトロルミネッセンス素子及び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に関する。更には、有機エレクトロルミネッセンス素子用材料として使用し得る化合物に関する。
一般に有機エレクトロルミネッセンス(EL)素子は、陽極、陰極、及び陽極と陰極に挟まれた1層以上の有機薄膜層から構成されている。両電極間に電圧が印加されると、陰極側から電子、陽極側から正孔が発光領域に注入され、注入された電子と正孔は発光領域において再結合して励起状態を生成し、励起状態が基底状態に戻る際に光を放出する。
また、有機EL素子は、発光層に種々の発光材料を用いることにより、多様な発光色を得ることが可能であることから、ディスプレイなどへの実用化研究が盛んである。特に赤色、緑色、青色の三原色の発光材料の研究が最も活発であり、特性向上を目指して鋭意研究がなされている。
有機EL素子における最大の課題の一つは、高発光効率を得ることである。発光効率の高い発光素子を得る手段としては、ホスト材料にドーパント材料を数%ドーピングすることにより発光層を形成する方法が知られている。
このような有機EL素子用の材料として、2環の縮合環の1辺とベンゼン環の1辺とから5員環が形成されている化合物(特許文献1及び2参照)、3環の縮合環の1辺とベンゼン環の1辺とから5員環が形成されている化合物(特許文献3参照)、及び2種の縮合環のそれぞれの1辺から5員環が形成されている化合物(特許文献4参照)などが知られている。
国際公開第2004/061047号 国際公開第2004/061048号 韓国公開特許第10−2012−0083203号公報 韓国公開特許第10−2012−0116884号公報
本願発明者らの更なる検討により、特許文献1〜4に開示された化合物には、発光効率の点で更なる改善の余地があることが判明した。
そこで、本発明の課題は、発光効率が高い有機EL素子及び該有機EL素子を備えた電子機器、並びに前記有機EL素子を提供し得る化合物を提供することにある。
本発明者らは、前記課題を解決するために、鋭意研究を重ねた結果、フェナントレン環の9,10位の1辺とナフタレン環の1辺とから5員環を形成している化合物を有機EL素子の材料として用いることで、上記課題を解決し得ることを見出した。
本発明の一態様は、下記[1]〜[4]の通りである。
[1]下記式(1)で表される化合物。
(式(1)において、Ar1は、置換もしくは無置換のナフタレン環を示す。該ナフタレン環上の置換基は、フッ素原子、シアノ基、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環形成炭素数3〜20のシクロアルキル基、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6〜30のアリールオキシ基、置換もしくは無置換の炭素数1〜20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、−Si(R101)(R102)(R103)で表される基、及び−Z−Raで表される基から選ばれる少なくとも1つである。
1及びR2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のアルキル基、置換もしくは無置換の環形成炭素数3〜20のシクロアルキル基、−Si(R101)(R102)(R103)で表される基、置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜30のアリール基、又は置換もしくは無置換の環形成原子数5〜30のヘテロアリール基を示す。
11〜R18は、それぞれ独立に、水素原子、フッ素原子、シアノ基、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環形成炭素数3〜20のシクロアルキル基、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6〜30のアリールオキシ基、置換もしくは無置換の炭素数1〜20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、−Si(R101)(R102)(R103)で表される基、又は−Z−Raで表される基である。
前記Zはいずれも、単結合、置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜30のアリーレン基、置換もしくは無置換の環形成原子数5〜30のヘテロアリーレン基、又はこれらが2〜4個連結して構成される2価の連結基を示す。
Zが複数存在する場合は、それぞれが同一でも異なっていてもよい。
aは、−N(R104)(R105)で表される基、置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜30のアリール基、又は置換もしくは無置換の環形成原子数5〜30のヘテロアリール基を示す。
aが複数存在する場合は、それぞれが同一でも異なっていてもよい。
101〜R105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のアルキル基、置換もしくは無置換の環形成炭素数3〜20のシクロアルキル基、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示す。
但し、ナフタレン環上の置換基及びR11〜R18のうち少なくとも1つは、−Z−Raで表される基である。
また、−Z−Raが複数存在するとき、それぞれの−Z−Raは同一であっても異なっていてもよい。)
[2]上記[1]に記載の化合物を含有する有機エレクトロルミネッセンス素子用材料。
[3]陰極と陽極間に少なくとも発光層を含む一層又は複数層からなる有機薄膜層が挟持されている有機エレクトロルミネッセンス素子において、該有機薄膜層の少なくとも1層が、上記[1]に記載の化合物を含有する有機エレクトロルミネッセンス素子。
[4]上記[3]に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子を備えた電子機器。
本発明の有機EL素子は、高い発光効率を有する。 本発明の有機EL素子の材料として用いる本発明の化合物は、キャリア移動度が高く、発光層のホスト材料のほか、電子輸送材料や正孔輸送材料などとしても有用である。特に、本発明の化合物は、発光層のドーパント材料として用いると、高い発光効率が得られるのみならず、深青色の発光を実現することも可能となる。
特に限定されるものではないが、本発明の化合物の中でも、アミノ基を含有する化合物は特にドーパント材料などとして有用であり、ヘテロアリール基、特に含窒素ヘテロアリール基を含有する化合物は、特に、電子輸送材料や、発光層と電子輸送層との間の障壁層の材料などとして有用であり、アントラセン骨格を有する化合物は、特に蛍光ホスト材料などとして有用である。
本発明の実施形態に係る有機エレクトロルミネッセンス素子の一例の構成を示す概略図である。
本発明において、「置換もしくは無置換の炭素数a〜bのX基」という表現における「炭素数a〜b」は、X基が無置換である場合の炭素数を表すものであり、X基が置換されている場合の置換基の炭素数は含めない。
また、「環形成炭素」とは、飽和環、不飽和環、又は芳香環を構成する炭素原子を意味し、前記環に結合している置換基の炭素数は含まない。
「環形成原子」とは、飽和環、不飽和環、芳香環又は複素環を構成する原子を意味し、前記環に結合している水素原子及び置換基の原子数は含まない。
また、「水素原子」とは、中性子数が異なる同位体、すなわち、軽水素(protium)、重水素(deuterium)及び三重水素(tritium)を包含する。
更に、“置換もしくは無置換”というときの任意の置換基は、別途定義していない限り、炭素数1〜20(好ましくは1〜10、より好ましくは1〜6)のアルキル基;環形成炭素数3〜20(好ましくは3〜6、より好ましくは5又は6)のシクロアルキル基;環形成炭素数6〜30(好ましくは6〜24、より好ましくは6〜12)のアリール基;環形成炭素数6〜30(好ましくは6〜24、より好ましくは6〜12)のアリール基を有する炭素数7〜30(好ましくは7〜10、より好ましくは7〜12)のアラルキル基;アミノ基;炭素数1〜20(好ましくは1〜10、より好ましくは1〜6)のアルキル基を有するモノ−又はジアルキルアミノ基;環形成炭素数6〜30(好ましくは6〜24、より好ましくは6〜12)のアリール基を有するモノ−又はジアリールアミノ基;炭素数1〜30(好ましくは1〜10、より好ましくは1〜6)のアルコキシ基;環形成炭素数6〜30(好ましくは6〜24、より好ましくは6〜12)のアリールオキシ基;炭素数1〜20(好ましくは1〜10、より好ましくは1〜6)のアルキルチオ基;環形成炭素数6〜30(好ましくは6〜24、より好ましくは6〜12)のアリールチオ基;炭素数1〜20(好ましくは1〜10、より好ましくは1〜6)のアルキル基及び環形成炭素数6〜30(好ましくは6〜24、より好ましくは6〜12)のアリール基から選ばれる基を有するモノ−、ジ−又はトリ置換シリル基;環形成原子数5〜30(好ましくは5〜24、より好ましくは5〜12)のヘテロアリール基であり、好ましくはヘテロ原子(窒素原子、酸素原子、硫黄原子)を1〜5個(好ましくは1〜3個、より好ましくは1〜2個)含むヘテロアリール基;炭素数1〜20(好ましくは1〜10、より好ましくは1〜6)のハロアルキル基;ハロゲン原子(フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子);シアノ基;ニトロ基からなる群より選ばれるものが好ましい。
上記置換基の中でも、とりわけ、炭素数1〜6のアルキル基、炭素数5又は6のシクロアルキル基、及び環形成炭素数6〜12のアリール基からなる群より選ばれるものが好ましい。
これらの任意の置換基は、上記置換基によりさらに置換されていてもよい。
“置換もしくは無置換”というときの任意の置換基の数は、1つであってもよいし、2つ以上であってもよい。置換基が2つ以上ある場合、それらの置換基は同一であっても異なっていてもよい。
本明細書中、好ましいとする規定は任意に選択することができ、また、好ましいとする規定の組み合わせはより好ましいと言える。
本発明の化合物は、下記式(1)で表される。
(式(1)において、Ar1は、置換もしくは無置換のナフタレン環を示す。該ナフタレン環上の置換基は、フッ素原子、シアノ基、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環形成炭素数3〜20のシクロアルキル基、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6〜30のアリールオキシ基、置換もしくは無置換の炭素数1〜20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、−Si(R101)(R102)(R103)で表される基、及び−Z−Raで表される基から選ばれる少なくとも1つである。
1及びR2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のアルキル基、置換もしくは無置換の環形成炭素数3〜20のシクロアルキル基、−Si(R101)(R102)(R103)で表される基、置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜30のアリール基、又は置換もしくは無置換の環形成原子数5〜30のヘテロアリール基を示す。
11〜R18は、それぞれ独立に、水素原子、フッ素原子、シアノ基、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環形成炭素数3〜20のシクロアルキル基、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6〜30のアリールオキシ基、置換もしくは無置換の炭素数1〜20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、−Si(R101)(R102)(R103)で表される基、又は−Z−Raで表される基である。
前記Zはいずれも、単結合、置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜30のアリーレン基、置換もしくは無置換の環形成原子数5〜30のヘテロアリーレン基、又はこれらが2〜4個連結して構成される2価の連結基を示す。
Zが複数存在する場合は、それぞれが同一でも異なっていてもよい。
aは、−N(R104)(R105)で表される基、置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜30のアリール基、又は置換もしくは無置換の環形成原子数5〜30のヘテロアリール基を示す。
aが複数存在する場合は、それぞれが同一でも異なっていてもよい。
101〜R105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のアルキル基、置換もしくは無置換の環形成炭素数3〜20のシクロアルキル基、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示す。
但し、ナフタレン環上の置換基及びR11〜R18のうち少なくとも1つは、−Z−Raで表される基である。
また、−Z−Raが複数存在するとき、それぞれの−Z−Raは同一であっても異なっていてもよい。)
なお、R1とR2とは、一緒になって、それらが結合している炭素原子と共に環を形成していてもよい。該環の環形成炭素数は、好ましくは3〜20、より好ましくは3〜6、さらに好ましくは5又は6である。一方、R11〜R18は、いずれかが一緒になって環を形成することはない。
1とR2とが一緒になって、それらが結合している炭素原子と共に環を形成する場合、例えば、以下のような化合物が挙げられる。
式(1)中、R1及びR2、R11〜R18並びにR101〜R105が示す炭素数1〜20(好ましくは1〜10、より好ましくは1〜6)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、イソブチル基、s−ブチル基、t−ブチル基、ペンチル基(異性体基を含む)、ヘキシル基(異性体基を含む)、ヘプチル基(異性体基を含む)、オクチル基(異性体基を含む)、ノニル基(異性体基を含む)、デシル基(異性体基を含む)、ウンデシル基(異性体基を含む)、及びドデシル基(異性体基を含む)などが挙げられる。これらの中でも、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、s−ブチル基、t−ブチル基及びペンチル基(いずれも異性体基を含む)が好ましく、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、s−ブチル基及びt−ブチル基がより好ましく、メチル基、エチル基、イソプロピル基及びt−ブチル基が特に好ましい。
1及びR2、R11〜R18並びにR101〜R105が示す環形成炭素数3〜20(好ましくは3〜6、より好ましくは5又は6)のシクロアルキル基としては、例えば、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、アダマンチル基などが挙げられる。これらの中でも、シクロペンチル基、シクロヘキシル基が好ましい。
11〜R18が示す炭素数1〜20(好ましくは1〜10、より好ましくは1〜6)のアルコキシ基としては、アルキル基部位が前記炭素数1〜20のアルキル基であるアルコキシ基が挙げられる。好ましいアルコキシ基の具体例としては、アルキル基部位が、前記好ましいアルキル基であるものが挙げられる。
11〜R18が示す環形成炭素数6〜30(好ましくは6〜24、より好ましくは6〜18、さらに好ましくは6〜10)のアリールオキシ基としては、アリール基部位が、後述する環形成炭素数6〜30のアリール基であるものが挙げられる。好ましいアリールオキシ基の具体例としては、アリール基部位が、後述の好ましいアリール基であるものが挙げられる。
11〜R18が示す炭素数1〜20(好ましくは炭素数1〜10、より好ましくは炭素数1〜6)のアルキルチオ基としては、アルキル基部位が前記炭素数1〜20のアルキル基であるアルコキシ基が挙げられる。好ましいアルキルチオ基の具体例としては、アルキル基部位が、前記好ましいアルキル基であるものが挙げられる。
11〜R18が示す環形成炭素数6〜30(好ましくは6〜24、より好ましくは6〜18、さらに好ましくは6〜10)のアリールチオ基としては、アリール基部位が、後述する環形成炭素数6〜30のアリール基であるものが挙げられる。好ましいアリールチオ基の具体例としては、アリール基部位が、後述の好ましいアリール基であるものが挙げられる。
式(1)中、R1及びR2、並びにR11〜R18が示す「−Si(R101)(R102)(R103)で表される基」としては、具体的には、モノアルキルシリル基、ジアルキルシリル基、トリアルキルシリル基;モノアリールシリル基、ジアリールシリル基、トリアリールシリル基;モノアルキルジアリールシリル基、ジアルキルモノアリールシリル基が挙げられる。
これら置換シリル基において、アルキル基部位の炭素数は、それぞれ、好ましくは1〜20、より好ましくは1〜10、さらに好ましくは1〜6である。アリール基部位の環形成炭素数は、それぞれ、好ましくは6〜30、より好ましくは6〜24、さらに好ましくは6〜18、特に好ましくは6〜10である。
これらの中でも、トリアルキルシリル基、トリアリールシリル基が好ましく、トリメチルシリル基、トリエチルシリル基、トリイソプロピルシリル基、t−ブチルジメチルシリル基、トリフェニルシリル基、トリトリルシリル基がより好ましい。
式(1)中、Raが示す「−N(R104)(R105)で表される基」としては、具体的には、モノアルキルアミノ基、ジアルキルアミノ基、モノアリールアミノ基、ジアリールアミノ基、モノヘテロアリールアミノ基、ジヘテロアリールアミノ基、モノアルキルモノアリールアミノ基、モノアルキルモノヘテロアリールアミノ基、モノアリールモノヘテロアリールアミノ基が挙げられる。これら置換アミノ基中のアリール基部位は、炭素数1〜20(好ましくは1〜10、より好ましくは1〜6)のアルキル基などが置換していてもよい。
これら置換アミノ基において、アルキル基部位の炭素数は、それぞれ、好ましくは1〜20、より好ましくは1〜10、さらに好ましくは1〜6である。アリール基部位の環形成炭素数は、それぞれ、好ましくは6〜30、より好ましくは6〜24、さらに好ましくは6〜18、特に好ましくは6〜10である。ヘテロアリール基部位の環形成原子数は、それぞれ、好ましくは5〜30、より好ましくは5〜24、さらに好ましくは5〜12である。
これらの中でも、ジアルキルアミノ基、ジアリールアミノ基、ジヘテロアリールアミノ基、モノアリールモノヘテロアリールアミノ基が好ましく、ジメチルアミノ基、ジエチルアミノ基、ジイソプロピルアミノ基、ジフェニルアミノ基、ビス(アルキル置換フェニル)アミノ基、ビス(アリール置換フェニル)アミノ基がより好ましい。
なお、式(1)中、−Si(R101)(R102)(R103)で表される基が複数存在する場合、これらは互いに同一でも異なっていてもよい。また、式(1)中、−N(R104)(R105)で表される基が複数存在する場合、これらは互いに同一でも異なっていてもよい。
式(1)中、R1及びR2、R11〜R18並びにR101〜R105が示す環形成炭素数6〜30(好ましくは6〜24、より好ましくは6〜18、さらに好ましくは6〜10)のアリール基は、縮合環であっても非縮合環であってもよい。該アリール基としては、例えば、フェニル基、ビフェニリル基、ターフェニリル基、ナフチル基、アセナフチレニル基、アントリル基、ベンゾアントリル基、アセアントリル基、フェナントリル基、ベンゾ[c]フェナントリル基、フェナレニル基、フルオレニル基、ピセニル基、ペンタフェニル基、ピレニル基、クリセニル基、ベンゾ[g]クリセニル基、s−インダセニル基、as−インダセニル基、フルオランテニル基、ベンゾ[k]フルオランテニル基、トリフェニレニル基、ベンゾ[b]トリフェニレニル基及びペリレニル基などが挙げられる。これらの中でも、フェニル基、ビフェニリル基、ターフェニリル基、ナフチル基、アントリル基、ピレニル基、フルオランテニル基が好ましく、フェニル基、ビフェニリル基、ターフェニリル基がより好ましく、フェニル基がさらに好ましい。
式(1)中、R1及びR2、R11〜R18並びにR101〜R105が示す環形成原子数5〜30(好ましくは5〜24、より好ましくは5〜12)のヘテロアリール基は、少なくとも1個、好ましくは1〜5個、より好ましくは1〜4個、さらに好ましくは1〜3個のヘテロ原子を含む。該へテロ原子としては、例えば、窒素原子、硫黄原子及び酸素原子が挙げられ、窒素原子、酸素原子が好ましい。
該ヘテロアリール基としては、例えば、ピロリル基、フリル基、チエニル基、ピリジル基、イミダゾピリジル基、ピリダジニル基、ピリミジニル基、ピラジニル基、トリアジニル基、イミダゾリル基、オキサゾリル基、チアゾリル基、ピラゾリル基、イソオキサゾリル基、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、トリアゾリル基、テトラゾリル基、インドリル基、イソインドリル基、ベンゾフラニル基、イソベンゾフラニル基、ベンゾチオフェニル基、イソベンゾチオフェニル基、インドリジニル基、キノリジニル基、キノリル基、イソキノリル基、シンノリル基、フタラジニル基、キナゾリニル基、キノキサリニル基、ベンズイミダゾリル基、ベンズオキサゾリル基、ベンズチアゾリル基、インダゾリル基、ベンズイソキサゾリル基、ベンズイソチアゾリル基、ジベンゾフラニル基、ジベンゾチオフェニル基、カルバゾリル基、9−フェニルカルバゾリル基、フェナントリジニル基、アクリジニル基、フェナントロリニル基、フェナジニル基、フェノチアジニル基、フェノキサジニル基及びキサンテニル基などが挙げられる。これらの中でも、ピリジル基、イミダゾピリジル基、ピリダジニル基、ピリミジニル基、ピラジニル基、トリアジニル基、ベンズイミダゾリル基、ジベンゾフラニル基、ジベンゾチオフェニル基、カルバゾリル基、9−フェニルカルバゾリル基、フェナントロリニル基、キナゾリニル基が好ましい。
式(1)中、Zが表す環形成炭素数6〜30(好ましくは6〜24、より好ましくは6〜18、さらに好ましくは6〜10)のアリーレン基としては、前記アリール基から水素原子を1つ除いてなる2価の基が挙げられる。これらの中でも、フェニレン基、ナフチレン基、アントリレン基、フェナントリレン基、ピレニレン基、9位に置換基を2つ有するフルオレニレン基が好ましく、1,4−フェニレン基、1,3−フェニレン基、1,2−フェニレン基、1,4−ナフチレン基、2,6−ナフチレン基、9,9−ジメチル−2,7−フルオレニレン基、9,9−ジフェニル−2,7−フルオレニレン基がより好ましい。
Zが表す環形成原子数5〜30(好ましくは5〜24、より好ましくは5〜12)のヘテロアリーレン基としては、前記ヘテロアリール基から水素原子を1つ除いてなる2価の基が挙げられる。これらの中でも、ピリジニレン基、ピリミジニレン基、ピラジニレン基、ピリダジニレン基、トリアジニレン基、フェナントロリニレン基、ジベンゾフラニレン基、ジベンゾチオフェニレン基が好ましく、ピリジニレン基、ピリミジニレン基、トリアジニレン基、ジベンゾフラニレン基、ジベンゾチオフェニレン基がより好ましい。なお、該ヘテロアリーレン基の置換基としては、前記置換基の中でも、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6〜24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、フェニル基が特に好ましい。
Zは、該アリーレン基及び該ヘテロアリーレン基が2〜4個連結して構成される2価の基であってもよい。該アリーレン基及び該ヘテロアリーレン基が2〜4個連結して構成される2価の基としては、−アリーレン基−ヘテロアリーレン基−、−ヘテロアリーレン基−アリーレン基−、−アリーレン基−ヘテロアリーレン基−アリーレン基、−ヘテロアリーレン基−アリーレン基−ヘテロアリーレン基−、−アリーレン基−ヘテロアリーレン基−アリーレン基−ヘテロアリーレン基−、−ヘテロアリーレン基−アリーレン基−ヘテロアリーレン基−アリーレン基−などが挙げられる。
式(1)中、Raが示す、アリール基、ヘテロアリール基としては、いずれも、R11〜R18の場合と同じものが挙げられ、好ましいものも同じである。
前記式(1)で表される化合物としては、好ましくは、下記式(2)〜(4)のいずれかで表される化合物である。
(式(2)〜(4)において、R1及びR2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のアルキル基、置換もしくは無置換の環形成炭素数3〜20のシクロアルキル基、−Si(R101)(R102)(R103)で表される基、置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜30のアリール基、又は置換もしくは無置換の環形成原子数5〜30のヘテロアリール基を示す。
11〜R36は、それぞれ独立に、水素原子、フッ素原子、シアノ基、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環形成炭素数3〜20のシクロアルキル基、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6〜30のアリールオキシ基、置換もしくは無置換の炭素数1〜20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、−Si(R101)(R102)(R103)で表される基、−N(R104)(R105)で表される基、置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜30のアリール基、又は置換もしくは無置換の環形成原子数5〜30のヘテロアリール基を示すか−Z−Raで表される基である。
但し、式(2)中のR11〜R24のうちの1〜4つ、式(3)中のR11〜R18及びR25〜R30のうちの1〜4つ、並びに式(4)中のR11〜R18及びR31〜R36のうちの1〜4つは、−Z−Raで表される基である。)
なお、R1とR2とは、一緒になって、それらが結合している炭素原子と共に環を形成していてもよい。該環の環形成炭素数は、好ましくは3〜20、より好ましくは3〜6、さらに好ましくは5又は6である。該環の具体例としては、前記式(1)において説明した環と同じものが挙げられる。一方、R11〜R36は、いずれかが一緒になって環を形成することはない。
前記式(2)〜(4)において、R1及びR2、R11〜R18は、式(1)中のものと同じであり、好ましいものも同じである。
また、R19〜R36としては、式(1)中のR11〜R18と同じものが挙げられ、好ましいものも同じである。
但し、上述の通り、式(2)中のR11〜R24のうちの1〜4つ(好ましくは1〜2つ)、式(3)中のR11〜R18及びR25〜R30のうちの1〜4つ(好ましくは1〜2つ)、並びに式(4)中のR11〜R18及びR31〜R36のうちの1〜4つ(好ましくは1〜2つ)は、−Z−Raで表される基である。
特に制限されるものではないが、式(2)においては、R13及びR23のうちの少なくとも1つが−Z−Raで表される基であることが好ましく、R23が−Z−Raで表される基であることがより好ましい。式(3)においては、R13及びR28のうちの少なくとも1つが−Z−Raで表される基であることが好ましく、R28が−Z−Raで表される基であることがより好ましい。式(4)においては、R13、R32及びR34のうちの少なくとも1つが−Z−Raで表される基であることが好ましく、R34が−Z−Raで表される基であることがより好ましい。
また、前記式(2)〜(4)において、−Z−Raで表される基が、下記式(a)〜(c)のいずれかで表される基であることがより好ましい。
(式(a)〜(c)において、Z1〜Z3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6〜30のアリーレン基、置換もしくは無置換の環形成原子数5〜30のヘテロアリーレン基を示す。
1及びL2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6〜30のアリーレン基、置換もしくは無置換の環形成原子数5〜30のヘテロアリーレン基、又は該アリーレン基及び該ヘテロアリーレン基が2〜4個連結して構成される2価の基からなる連結基を示す。
Ar2及びAr3は、それぞれ独立に、置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜30のアリール基、又は置換もしくは無置換の環形成原子数5〜30のヘテロアリール基を示す。
HArは、置換もしくは無置換の環形成原子数5〜30のヘテロアリール基を示す。
Ar4は、置換もしくは無置換の環形成炭素数14〜30のアリール基を示す。)
上記同様に、特に制限されるものではないが、式(2)においては、R13及びR23のうちの少なくとも1つが−Z−Raで表される基であるか又は式(a)〜(c)のいずれかで表されることが好ましく、R23が−Z−Raで表される基であるか又は式(a)〜(c)のいずれかで表されることがより好ましく、R23が式(b)又は(c)で表されることが更に好ましい。式(3)においては、R13及びR28のうちの少なくとも1つが−Z−Raで表される基であるか又は式(a)〜(c)のいずれかで表されることが好ましく、R28が−Z−Raで表される基であるか又は式(a)〜(c)のいずれかで表されることがより好ましく、R28が式(b)又は(c)で表されることが更に好ましい。式(4)においては、R13、R32及びR34のうちの少なくとも1つが−Z−Raで表される基であるか又は式(a)〜(c)のいずれかで表されることが好ましく、R34が−Z−Raで表される基であるか又は式(a)〜(c)のいずれかで表されることがより好ましく、R34が式(b)又は(c)で表されることが更に好ましい。
ここで、式(a)〜(c)中のZ1〜Z3は、いずれも前記式(1)中のZの定義と同じであり、好ましいものも同じである。特に、式(a)において、Z1は単結合又は環形成炭素数6〜30のアリーレン基が好ましく、単結合がより好ましい。式(b)において、Z2は単結合又は環形成炭素数6〜30のアリーレン基が好ましい。式(c)において、Z3は単結合又は環形成炭素数6〜30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い。
式(a)中のL1及びL2が示す環形成炭素数6〜30(好ましくは6〜24、より好ましくは6〜18、さらに好ましくは6〜10)のアリーレン基及び環形成原子数5〜30(好ましくは5〜24、より好ましくは5〜12)のヘテロアリーレン基の具体例としては、式(1)中のZが示すアリーレン基及びヘテロアリーレン基と同じものが挙げられ、好ましいものも同じである。L1及びL2が示す、「該アリーレン基及び該ヘテロアリーレン基が2〜4個連結して構成される2価の基」としては、−アリーレン基−ヘテロアリーレン基−、−ヘテロアリーレン基−アリーレン基−、−アリーレン基−ヘテロアリーレン基−アリーレン基、−ヘテロアリーレン基−アリーレン基−ヘテロアリーレン基−、−アリーレン基−ヘテロアリーレン基−アリーレン基−ヘテロアリーレン基−、−ヘテロアリーレン基−アリーレン基−ヘテロアリーレン基−アリーレン基−などが挙げられる。
式(a)中のAr2及びAr3が示す環形成炭素数6〜30(好ましくは6〜20、より好ましくは6〜14)のアリール基としては、例えば、フェニル基、ビフェニリル基(2−ビフェニリル基、4−ビフェニリル基)、ターフェニリル基、ナフチル基、アセナフチレニル基、アントリル基、ベンゾアントリル基、アセアントリル基、フェナントリル基、ベンゾ[c]フェナントリル基、フェナレニル基、フルオレニル基、ピセニル基、ペンタフェニル基、ピレニル基、クリセニル基、ベンゾ[g]クリセニル基、s−インダセニル基、as−インダセニル基、フルオランテニル基、ベンゾ[k]フルオランテニル基、トリフェニレニル基、ベンゾ[b]トリフェニレニル基及びペリレニル基などが挙げられる。これらの中でも、発光効率、素子寿命及び駆動電圧の観点から、フェニル基、ビフェニリル基(2−ビフェニリル基、4−ビフェニリル基)、ターフェニリル基、ナフチル基、アントリル基が好ましく、フェニル基、ビフェニリル基(2−ビフェニリル基、4−ビフェニリル基)がより好ましく、ビフェニリル基(2−ビフェニリル基、4−ビフェニリル基)がさらに好ましく、4−ビフェニリル基が特に好ましい。
特に、素子寿命の観点から該アリール基は置換基を有していることが好ましく、特に、該アリール基がフェニル基である場合には、置換基(好ましくは炭素数1〜20のアルキル基、環形成炭素数3〜20のシクロアルキル基、炭素数1〜30のアルコキシ基など)を有することによって、素子寿命が大きく改善される傾向にあり好ましい。
Ar2及びAr3が示す環形成原子数5〜30(好ましくは5〜20、より好ましくは5〜14)のヘテロアリール基としては、前記式(1)中のR1が示すヘテロアリール基と同じものが挙げられ、好ましいものも同じである。
1及びL2としては、いずれも単結合が好ましく、つまり式(a)としては、下記式(a’)が好ましい。
[式(a’)中、Z1、Ar2及びAr3は、式(a)中のものと同じである。]
また、式(b)中のHArが示す環形成原子数5〜30のヘテロアリール基としては、前記式(2)〜(4)中のR11〜R36が示すヘテロアリール基と同じものが挙げられ、好ましいものも同じである。HArとしては、より好ましくはピリジニル基、ピリミジニル基およびトリアジニル基である。
式(c)中のAr4が示す環形成炭素数14〜30のアリール基としては、前記式(2)〜(4)中のR11〜R36が示すアリール基のうち、環形成炭素数が14〜30のものと同じものが挙げられる。好ましくは環形成炭素数14〜25のアリール基、より好ましくは環形成炭素数14〜20のアリール基である。該アリール基としては、具体的には、好ましくはアントリル基、フェナントリル基、ピレニル基、フルオランテニル基、ベンゾ[k]フルオランテニル基、より好ましくはアントリル基である。なお、特に制限されるものではないが、該Ar4は置換基を有していることが好ましく、特に、前記Z3が単結合である場合には該Ar4は置換基を有していることがより好ましく、その場合、環形成炭素数6〜25のアリール基を置換基として有していることが好ましく、フェニル基、ナフチル基、ビフェニリル基などの環形成炭素数6〜12のアリール基を置換基として有していることがより好ましい。
式(b)中の−HArとしては、具体的には、下記の群から選択される基のいずれかであることが好ましい。

(Rcは、それぞれ独立に、フッ素原子、シアノ基、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環形成炭素数3〜20のシクロアルキル基、置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜30のアリール基、環形成炭素数6〜30のアリール基を有する置換もしくは無置換の炭素数7〜30のアラルキル基、アミノ基、炭素数1〜20のアルキル基を有するモノ−又はジアルキルアミノ基、環形成炭素数6〜30のアリール基を有するモノ又はジアリールアミノ基、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1〜20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、炭素数1〜20のアルキル基及び環形成炭素数6〜30のアリール基から選ばれる基を有するモノ−、ジ−又はトリ置換シリル基、置換もしくは無置換の環形成原子数5〜30のヘテロアリール基、ハロゲン原子、シアノ基又はニトロ基を示す。
各基においてRcが複数存在する場合は、それぞれが同一でも異なっていてもよい。
d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環形成炭素数3〜20のシクロアルキル基、置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜30のアリール基、又は置換もしくは無置換の環形成原子数5〜30のヘテロアリール基を示す。
p1は、それぞれ独立に0〜4の整数、p2は、それぞれ独立に0〜3の整数、p3は0〜2の整数、p4は0〜7の整数、p5は0〜5の整数である。)
上記Rcは、いずれの基においても、環上の任意の炭素原子に置換し得る。
上記Rc及びRdが示す各基の具体例としては、いずれも、式(2)〜(4)中のR11〜R24が示すものと同じものが挙げられ、好ましいものも同じである。
p1〜p5は、いずれも好ましくは0〜2の整数である。
式(b)中の−HArとしては、上記の中でも、下記の基であることが好ましい。
(式中、Rc及びp3は前記定義の通りである。)
前記式(2)において、(A)R11〜R24のうちの1〜2つのみが、それぞれ独立に前記式(a)〜(c)のいずれかで表される化合物が好ましく、(B)R11〜R24のうちの1〜2つのみが、それぞれ独立に前記式(a)で表される化合物がより好ましく、(C)R11〜R24のうちの1〜2つのみが、それぞれ独立に前記式(b)で表される化合物もより好ましく、(D)R11〜R24のうちの1〜2つのみが、それぞれ独立に前記式(c)で表される化合物もより好ましい。
前記式(3)において、(E)R11〜R18及びR25〜R30のうちの1〜2つのみが、それぞれ独立に前記式(a)〜(c)のいずれかで表される化合物が好ましく、(F)R11〜R18及びR25〜R30のうちの1〜2つのみが、それぞれ独立に前記式(a)で表される化合物がより好ましく、(G)R11〜R18及びR25〜R30のうちの1〜2つのみが、それぞれ独立に前記式(b)で表される化合物もより好ましく、(H)R11〜R18及びR25〜R30のうちの1〜2つのみが、それぞれ独立に前記式(c)で表される化合物もより好ましい。
前記式(4)において、(I)R11〜R18及びR31〜R36のうちの1〜2つのみが、それぞれ独立に前記式(a)〜(c)のいずれかで表される化合物が好ましく、(J)R11〜R18及びR31〜R36のうちの1〜2つのみが、それぞれ独立に前記式(a)で表される化合物がより好ましく、(K)R11〜R18及びR31〜R36のうちの1〜2つのみが、それぞれ独立に前記式(b)で表される化合物もより好ましく、(L)R11〜R18及びR31〜R36のうちの1〜2つのみが、それぞれ独立に前記式(c)で表される化合物もより好ましい。
また、前記式(2)中のR11〜R24のうちの1〜2つのみ、前記式(3)中のR11〜R18及びR25〜R30のうちの1〜2つのみ、並びに前記式(4)中のR11〜R18及びR31〜R36のうちの1〜2つのみが、前記式(a)で表される化合物も好ましい態様の1つである。
前記式(2)中のR11〜R24のうちの1〜2つのみ、前記式(3)中のR11〜R18及びR25〜R30のうちの1〜2つのみ、並びに前記式(4)中のR11〜R18及びR31〜R36のうちの1〜2つのみが、前記式(b)で表される化合物も好ましい態様の1つである。
前記式(2)中のR11〜R24のうちの1〜2つのみ、前記式(3)中のR11〜R18及びR25〜R30のうちの1〜2つのみ、並びに前記式(4)中のR11〜R18及びR31〜R36のうちの1〜2つのみが、前記式(c)で表される化合物も好ましい態様の1つである。
更に、本発明の化合物の中でも、下記式(2−1)〜(4−1)のいずれかで表される化合物も好ましく、下記式(2−2)〜(4−2)のいずれかで表される化合物も好ましい。
(式中、R1、R2、R11〜R22、R24〜R27、R29〜R33、R35、R36、Z1、L1、L2、Ar2及びAr3は、前記定義の通りであり、好ましいものも同じである。)

(式中、R1、R2、R11、R12、R14〜R22、R24〜R27、R29〜R33、R35、R36、Z1、L1、L2、Ar2及びAr3は、前記定義の通りであり、好ましいものも同じである。複数の、Z1、L1、L2、Ar2及びAr3は、それぞれ同一でも異なっていてもよい。)
本発明の化合物の具体例を以下に挙げるが、特にこれらに制限されるものではない。
上記本発明の化合物は、有機EL素子用材料として有用である。
なお、本発明の化合物の製造方法に特に制限はなく、本明細書の実施例等を参照しながら、公知の合成反応を適宜利用及び変更して容易に製造することができる。
[有機EL素子]
次に、本発明の有機EL素子について説明する。
本発明の有機EL素子は、陰極と陽極の間に発光層を含有する有機薄膜層を有し、この有機薄膜層のうちの少なくとも1層が前述した本発明の化合物を含む。本発明の有機EL素子には、低電圧駆動が可能なものが含まれ、且つ素子寿命が長いものも含まれる。また、該有機EL素子には、青色純度の高い発光が可能なものも含まれる。
前述の本発明の化合物が含まれる有機薄膜層の例としては、正孔輸送層、発光層、電子輸送層、スペース層及び障壁層などが挙げられるが、特にこれらに限定されるものではない。
本発明の化合物の中でも、特に発光効率及び素子寿命の観点から、アミノ基を含有する化合物は、発光層に含まれることが好ましく、特にドーパント材料として発光層に含まれることが好ましい。また、ヘテロアリール基、特に含窒素ヘテロアリール基を含有する化合物は、特に、電子輸送層や、発光層と電子輸送層との間の障壁層に含まれることが好ましい。さらに、特に駆動電圧及び発光効率の観点から、アントラセン骨格を有する化合物は、発光層に含まれることが好ましく、ホスト材料、特に蛍光ホスト材料として発光層に含まれることが好ましい。
本発明の有機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/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い。ここで、「発光ユニット」とは、一層以上の有機層を含み、そのうちの一層が発光層であり、注入された正孔と電子が再結合することにより発光することができる最小単位をいう。
従って、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/第一蛍光発光層/第二蛍光発光層(/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)
上記各燐光又は蛍光発光層は、それぞれ互いに異なる発光色を示すものとすることができる。具体的には、上記積層発光層(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が挙げられる。
なお、各発光層と正孔輸送層あるいは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、発光効率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もの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、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。
図1に、本発明の有機EL素子の一例の概略構成を示す。有機EL素子1は、基板2、陽極3、陰極4、及び該陽極3と陰極4との間に配置された発光ユニット(有機薄膜層)10とを有する。発光ユニット10は、蛍光ホスト材料と蛍光ドーパント材料を含む少なくとも1つの蛍光発光層を含む発光層5を有する。発光層5と陽極3との間に正孔注入層/正孔輸送層6など、発光層5と陰極4との間に電子注入層/電子輸送層7などを形成してもよい。また、発光層5の陽極3側に電子障壁層を、発光層5の陰極4側に正孔障壁層を、それぞれ設けてもよい。これにより、電子や正孔を発光層5に閉じ込めて、発光層5における励起子の生成確率を高めることができる。
なお、本明細書において、蛍光ドーパント材料と組み合わされたホスト材料を蛍光ホスト材料と称し、燐光ドーパント材料と組み合わされたホスト材料を燐光ホスト材料と称する。蛍光ホスト材料と燐光ホスト材料は、分子構造のみにより区分されるものではない。すなわち、蛍光ホスト材料とは、蛍光ドーパント材料を含有する蛍光発光層を構成する材料を意味し、燐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。燐光ホスト材料についても同様である。
(基板)
本発明の有機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、ポリマー板などが挙げられる。ガラス板としては、特にソーダ石灰ガラス、バリウム・ストロンチウム含有ガラス、鉛ガラス、アルミノケイ酸ガラス、ホウケイ酸ガラス、バリウムホウケイ酸ガラス、石英などを原料として用いてなるものを挙げられる。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、ポリサルフォンなどを原料として用いてなるもの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うものであり、4.5eV以上の仕事関数を有するもの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、銅などが挙げられる。陽極はこれらの電極物質を蒸着法やスパッタリング法など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/□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うものであり、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−銀合金などが使用できる。陰極も、陽極と同様に、蒸着法やスパッタリング法など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。
以下、各層について、本発明の化合物以外に使用し得る材料について説明する。
(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、ホスト材料とドーパント材料を含んでいる。このとき、ホスト材料は、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、ドーパント材料は、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、ホスト材料は主にドーパント材料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材料と正孔輸送性のホスト材料を組み合わせるなどして、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・コホストともいう)材料を採用してもよい。
また、量子収率の高いドーパント材料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材料が発光するダブルドーパント材料を採用してもよい。具体的には、ホスト材料、赤色ドーパント材料及び緑色ドーパント材料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法などの公知の方法により形成することができる。また、樹脂など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など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り、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、高次構造の相違や、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。
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。
(ドーパント材料)
発光層を形成する蛍光ドーパント材料(蛍光発光材料)は一重項励状態から発光することのできる化合物であり、一重項励状態から発光する限り特に限定されないが、フルオランテン誘導体、スチリルアリーレン誘導体、ピレン誘導体、アリールアセチレン誘導体、フルオレン誘導体、ホウ素錯体、ペリレン誘導体、オキサジアゾール誘導体、アントラセン誘導体、スチリルアミン誘導体、アリールアミン誘導体などが挙げられ、好ましくは、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、アリールアミン誘導体、スチリルアリーレン誘導体、ピレン誘導体、ホウ素錯体、より好ましく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、アリールアミン誘導体、ホウ素錯体化合物である。
蛍光ドーパント材料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%がより好ましく、1〜20質量%がさらに好ましく、1〜10質量%がさらにより好ましい。蛍光ドーパント材料の含有量が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。
(ホスト材料)
発光層のホスト材料としては、アントラセン誘導体や多環芳香族骨格含有化合物などが挙げられ、好ましくはアントラセン誘導体である。
青色発光層のホスト材料として、例えば、下記式(5)で表されるアントラセン誘導体を使用できる。
式(5)において、Ar11及びAr12は、それぞれ独立に、置換もしくは無置換の環形成原子数5〜50の単環基、又は置換もしくは無置換の環形成原子数8〜50の縮合環基である。R101〜R108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原子数5〜50(好ましくは5〜30、より好ましくは5〜20、さらに好ましくは5〜12)の単環基、置換もしくは無置換の環形成原子数8〜50(好ましくは8〜30、より好ましくは8〜20、さらに好ましくは8〜14)の縮合環基、前記単環基と前記縮合環基との組合せから構成される基、置換もしくは無置換の炭素数1〜50(好ましくは1〜20、より好ましくは1〜10、さらに好ましくは1〜6)のアルキル基、置換もしくは無置換の環形成炭素数3〜50(好ましくは3〜20、より好ましくは3〜10、さらに好ましくは5〜8)のシクロアルキル基、置換もしくは無置換の炭素数1〜50(好ましくは1〜20、より好ましくは1〜10、さらに好ましくは1〜6)のアルコキシ基、置換もしくは無置換の炭素数7〜50(好ましくは7〜20、より好ましくは7〜14)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(好ましくは6〜20、より好ましくは6〜12)のアリールオキシ基、置換もしくは無置換のシリル基、ハロゲン原子、シアノ基から選ばれる基であり、R101〜R108のすべてが水素原子であるか、R101とR108の一方、R104とR105の一方、R101とR105の双方、R108とR104の双方が、環形成原子数5〜50の単環基(好ましくは、フェニル基、ビフェニリル基、ターフェニリル基)、置換もしくは無置換の炭素数1〜50のアルキル基(好ましくは、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、s−ブチル基、t−ブチル基)、及び置換シリル基(好ましくは、トリメチルシリル基)から選ばれる基であるのが好ましく、R101〜R108のすべてが水素原子であるのがより好ましい。
式(5)における単環基とは、縮合環構造を持たない環構造のみで構成される基である。
環形成原子数5〜50の単環基の具体例としては、フェニル基、ビフェニリル基、ターフェニリル基、クォーターフェニリル基などの芳香族基と、ピリジル基、ピラジル基、ピリミジル基、トリアジニル基、フリル基、チエニル基などの複素環基が好ましい。
上記単環基としては、中でも、フェニル基、ビフェニリル基、ターフェニリル基が好ましい。
式(5)における、縮合環基とは、2環以上の環構造が縮環した基である。
前記環形成原子数8〜50の縮合環基として具体的には、ナフチル基、フェナントリル基、アントリル基、クリセニル基、ベンゾアントリル基、ベンゾフェナントリル基、トリフェニレニル基、ベンゾクリセニル基、インデニル基、フルオレニル基、9,9−ジメチルフルオレニル基、ベンゾフルオレニル基、ジベンゾフルオレニル基、フルオランテニル基、ベンゾフルオランテニル基などの縮合芳香族環基や、ベンゾフラニル基、ベンゾチオフェニル基、インドリル基、ジベンゾフラニル基、ジベンゾチオフェニル基、カルバゾリル基、キノリル基、フェナントロリニル基などの縮合複素環基が好ましい。
上記縮合環基としては、中でも、ナフチル基、フェナントリル基、アントリル基、9,9−ジメチルフルオレニル基、フルオランテニル基、ベンゾアントリル基、ジベンゾチオフェニル基、ジベンゾフラニル基、カルバゾリル基が好ましい。
尚、Ar11及びAr12の置換基は、上述の単環基又は縮合環基が好ましい。
式(5)における、アルキル基、シクロアルキル基、アルコキシ基、アラルキル基のアルキル部位とアリール部位、アリールオキシ基、置換シリル基(アルキルシリル基、アリールシリル基)、ハロゲン原子の具体例は、上述の式(2)におけるR1〜R8及びRa〜Rdに関して挙げたものと同様である。
式(5)において、R101〜R108のすべてが水素原子であるか、R101とR108の一方、R104とR105の一方、R101とR105の双方、又は、R108とR104の双方は、環形成原子数5〜50の単環基(好ましくは、フェニル基、ビフェニリル基、ターフェニリル基)、置換もしくは無置換の炭素数1〜50のアルキル基(好ましくは、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、s−ブチル基、t−ブチル基)、及び置換シリル基(好ましくは、トリメチルシリル基)から選ばれる基であるのが好ましく、R101〜R108のすべてが水素原子であるのがより好ましい。
式(5)で表されるアントラセン誘導体は、下記アントラセン誘導体(A)、(B)、及び(C)のいずれかであることが好ましく、適用する有機EL素子の構成や求める特性により選択される。
アントラセン誘導体(A)
当該アントラセン誘導体は、式(5)におけるAr11及びAr12が、それぞれ独立に、置換若しくは無置換の環形成原子数8〜50の縮合環基となっている。当該アントラセン誘導体としては、Ar11及びAr12は同一でも異なっていてもよい。
式(5)におけるAr11及びAr12が異なる(アントラセン環が結合する位置の違いを含む)置換若しくは無置換の縮合環基であるアントラセン誘導体が特に好ましく、縮合環の好ましい具体例は上述した通りである。中でもナフチル基、フェナントリル基、ベンズアントリル基、9,9−ジメチルフルオレニル基、ジベンゾフラニル基が好ましい。
アントラセン誘導体(B)
当該アントラセン誘導体は、式(5)におけるAr11及びAr12の一方が置換若しくは無置換の環形成原子数5〜50の単環基であり、他方が置換若しくは無置換の環形成原子数8〜50の縮合環基となっている。
好ましい形態として、Ar12がナフチル基、フェナントリル基、ベンゾアントリル基、9,9−ジメチルフルオレニル基、ジベンゾフラニル基であり、Ar11が無置換フェニル基、又は、単環基又は縮合環基(例えば、フェニル基、ビフェニル基、ナフチル基、フェナントリル基、9,9−ジメチルフルオレニル基、ジベンゾフラニル基)で置換されたフェニル基である。
好ましい単環基、縮合環基の具体的な基は上述した通りである。
別の好ましい形態として、Ar12が置換若しくは無置換の環形成原子数8〜50の縮合環基であり、Ar11が無置換のフェニル基である。この場合、縮合環基として、フェナントリル基、9,9−ジメチルフルオレニル基、ジベンゾフラニル基、ベンゾアントリル基が特に好ましい。
アントラセン誘導体(C)
当該アントラセン誘導体は、式(5)におけるAr11及びAr12が、それぞれ独立に、置換若しくは無置換の環形成原子数5〜50の単環基となっている。
好ましい形態として、Ar11、Ar12ともに置換若しくは無置換のフェニル基である。
さらに好ましい形態として、Ar11が無置換のフェニル基であり、Ar12が単環基又は縮合環基で置換されたフェニル基である場合と、Ar11、Ar12がそれぞれ独立に単環基又は縮合環基で置換されたフェニル基である場合がある。
前記置換基としての好ましい単環基、縮合環基の具体例は上述した通りである。さらに好ましくは、置換基としての単環基としてフェニル基、ビフェニル基、縮合環基として、ナフチル基、フェナントリル基、9,9−ジメチルフルオレニル基、ジベンゾフラニル基、ベンゾアントリル基である。
式(5)で表されるアントラセン誘導体の具体例としては、以下に示すものが挙げられる。
(電子供与性ドーパント材料)
本発明の有機EL素子は、陰極と発光ユニットとの界面領域に電子供与性ドーパント材料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。ここで、電子供与性ドーパント材料とは、仕事関数3.8eV以下の金属を含有するものをいい、その具体例としては、アルカリ金属、アルカリ金属錯体、アルカリ金属化合物、アルカリ土類金属、アルカリ土類金属錯体、アルカリ土類金属化合物、希土類金属、希土類金属錯体、及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。
アルカリ金属としては、Na(仕事関数:2.36eV)、K(仕事関数:2.28eV)、Rb(仕事関数:2.16eV)、Cs(仕事関数:1.95eV)などが挙げられ、仕事関数が2.9eV以下のものが特に好ましい。アルカリ土類金属としては、Ca(仕事関数:2.9eV)、Sr(仕事関数:2.0eV〜2.5eV)、Ba(仕事関数:2.52eV)などが挙げられ、仕事関数が2.9eV以下のものが特に好ましい。希土類金属としては、Sc、Y、Ce、Tb、Ybなどが挙げられ、仕事関数が2.9eV以下のものが特に好ましい。
アルカリ金属化合物としては、Li2O、Cs2O、K2Oなどのアルカリ酸化物、LiF、NaF、CsF、KFなどのアルカリハロゲン化物などが挙げられ、LiF、Li2O、NaFが好ましい。アルカリ土類金属化合物としては、BaO、SrO、CaO及びこれらを混合したBaxSr1-xO(0<x<1)、BaxCa1-xO(0<x<1)などが挙げられ、BaO、SrO、CaOが好ましい。希土類金属化合物としては、YbF3、ScF3、ScO3、Y23、Ce23、GdF3、TbF3などが挙げられ、YbF3、ScF3、TbF3が好ましい。
アルカリ金属錯体、アルカリ土類金属錯体、希土類金属錯体としては、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含有するものであれば特に限定はない。また、配位子にはキノリノール、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、及びそれらの誘導体などが挙げられる。
電子供与性ドーパント材料の添加形態としては、界面領域に層状又は島状に形成すると好ましい。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材料を蒸着しながら、界面領域を形成する有機化合物(発光材料や電子注入材料)を同時に蒸着させ、有機化合物に電子供与性ドーパント材料を分散する方法が好ましい。分散濃度はモル比で有機化合物:電子供与性ドーパント材料=100:1〜1:100である。
電子供与性ドーパント材料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、還元ドーパント材料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〜15nmで形成する。電子供与性ドーパント材料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材料を単独で抵抗加熱蒸着法により蒸着し、島の厚み0.05nm〜1nmで形成する。
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材料の割合は、モル比で主成分:電子供与性ドーパント材料=5:1〜1:5であると好ましい。
(電子輸送層)
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。電子輸送層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定義することがある。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、特に含窒素環誘導体が好ましい。また、含窒素環誘導体としては、含窒素6員環もしくは5員環骨格を有する芳香族環、又は含窒素6員環もしくは5員環骨格を有する縮合芳香族環化合物が好ましい。
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。
式(A)におけるR2〜R7は、それぞれ独立に、水素原子、ハロゲン原子、オキシ基、アミノ基、炭素数1〜40(好ましくは1〜20、より好ましくは1〜10、さらに好ましくは1〜6)の炭化水素基、炭素数1〜40(好ましくは1〜20、より好ましくは1〜10、さらに好ましくは1〜6)のアルコキシ基、環形成炭素数6〜40(好ましくは6〜20、より好ましくは6〜12)のアリールオキシ基、炭素数2〜40(好ましくは2〜20、より好ましくは2〜10、さらに好ましくは2〜5)のアルコキシカルボニル基又は環形成原子数9〜40(好ましくは9〜30、より好ましくは9〜20)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。
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。
前記式(A’)中、R8〜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(好ましくは1〜20、より好ましくは1〜10、さらに好ましくは1〜6)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(好ましくは1〜20、より好ましくは1〜10、さらに好ましくは1〜6)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。
前記式(A’)及び式(A”)のR8〜R12及びR13〜R27が示す炭素数1〜40の炭化水素基としては、前記式(A)中のR2〜R7の具体例と同様のものが挙げられる。
また、R8〜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。
これらの電子伝達性化合物は、薄膜形成性の良好なものが好ましく用いられる。そして、これら電子伝達性化合物の具体例としては、下記のものを挙げることができる。
電子伝達性化合物としての含窒素複素環誘導体としては、金属錯体でない含窒素化合物が挙げられる。例えば、以下の式で表される含窒素複素環基を有する化合物が好ましく挙げられる。
(上記式中、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、または炭素数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)
本発明の有機EL素子の電子輸送層は、下記式(60)〜(62)で表される含窒素複素環誘導体を少なくとも1種含むことが特に好ましい。
(式中、Z11、Z12及びZ13は、それぞれ独立に、窒素原子又は炭素原子である。
A及びRB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(好ましくは6〜30、より好ましくは6〜20、さらに好ましくは6〜12)のアリール基、置換もしくは無置換の環形成原子数5〜50(好ましくは5〜30、より好ましくは5〜20、さらに好ましくは5〜12)の複素環基、置換もしくは無置換の炭素数1〜20(好ましくは1〜10、より好ましくは1〜6)のアルキル基、置換もしくは無置換の炭素数1〜20(好ましくは1〜10、より好ましくは1〜6)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(好ましくは1〜10、より好ましくは1〜6)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RA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RA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。
Ar11は、置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜50(好ましくは6〜30、より好ましくは6〜20、さらに好ましくは6〜12)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(好ましくは5〜30、より好ましくは5〜20、さらに好ましくは5〜12)の複素環基である。
Ar12は、水素原子、置換もしくは無置換の炭素数1〜20(好ましくは1〜10、より好ましくは1〜6)のアルキル基、置換もしくは無置換の炭素数1〜20(好ましくは1〜10、より好ましくは1〜6)のハロアルキル基、置換もしくは無置換の炭素数1〜20(好ましくは1〜10、より好ましくは1〜6)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(好ましくは6〜30、より好ましくは6〜20、さらに好ましくは6〜12)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(好ましくは5〜30、より好ましくは5〜20、さらに好ましくは5〜12)の複素環基である。
但し、Ar11、Ar12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(好ましくは10〜30、より好ましくは10〜20、さらに好ましくは10〜14)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(好ましくは9〜30、より好ましくは9〜20、さらに好ましくは9〜14)の縮合芳香族複素環基である。
Ar13は、置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜50(好ましくは6〜30、より好ましくは6〜20、さらに好ましくは6〜12)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(好ましくは5〜30、より好ましくは5〜20、さらに好ましくは5〜12)のヘテロアリーレン基である。
11、L12及びL13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(好ましくは6〜30、より好ましくは6〜20、さらに好ましくは6〜12)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(好ましくは9〜30、より好ましくは9〜20、さらに好ましくは9〜14)の2価の縮合芳香族複素環基である。)
上記式(60)〜(62)で表される含窒素複素環誘導体の具体例としては、以下に示すものが挙げられる。
本発明の有機EL素子の電子輸送層は第1電子輸送層(陽極側)と第2電子輸送層(陰極側)の2層構造にしてもよい。
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。有機EL素子の電子輸送層は第1電子輸送層(陽極側)と第2電子輸送層(陰極側)の2層構造である場合、第1電子輸送層の膜厚は、好ましくは5〜60nm、より好ましくは10〜40nmであり、第2電子輸送層の膜厚は、好ましくは1〜20nm、より好ましくは1〜10nmである。
また、電子輸送層に隣接して設けることができる電子注入層の構成成分として、含窒素環誘導体の他に無機化合物として、絶縁体又は半導体を使用することが好ましい。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。電子注入層がこれらのアルカリ金属カルコゲニドなど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、Li2O、K2O、Na2S、Na2Se及びNa2O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などが挙げられる。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、CaF2、BaF2、SrF2、MgF2及びBeF2などのフッ化物や、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など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、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。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、ダークスポットなどの画素欠陥を減少させることができる。なお、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などが挙げられる。
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。また、本発明における電子注入層は、前述の電子供与性ドーパント材料を含有していても好ましい。
(正孔輸送層)
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ユニットに注入する機能を有する。
正孔輸送層を形成し得る材料としては、芳香族アミン化合物、例えば、下記式(I)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(I)において、Ar1〜Ar4は置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜50(好ましくは6〜30、より好ましくは6〜20、さらに好ましくは6〜12)の芳香族炭化水素基もしくは置換基を有していてもよい環形成炭素数6〜50(好ましくは6〜30、より好ましくは6〜20、さらに好ましくは6〜12)の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(好ましくは5〜30、より好ましくは5〜20、さらに好ましくは5〜12)の芳香族複素環基もしくは置換もしくは無置換の環形成原子数5〜50(好ましくは5〜30、より好ましくは5〜20、さらに好ましくは5〜12)の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。
Ar1とAr2、Ar3とAr4で環を形成してもよい。
また、前記式(I)において、Lは置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜50(好ましくは6〜30、より好ましくは6〜20、さらに好ましくは6〜12)の芳香族炭化水素基もしくは置換基を有していてもよい環形成炭素数6〜50(好ましくは6〜30、より好ましくは6〜20、さらに好ましくは6〜12)の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(好ましくは5〜30、より好ましくは5〜20、さらに好ましくは5〜12)の芳香族複素環基もしくは置換もしくは無置換の環形成原子数5〜50(好ましくは5〜30、より好ましくは5〜20、さらに好ましくは5〜12)の縮合芳香族複素環基を表す。
式(I)の化合物の具体例を以下に記す。
また、下記式(II)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(II)において、Ar1〜Ar3の定義は前記式(I)のAr1〜Ar4の定義と同様である。以下に式(II)の化合物の具体例を記すがこれらに限定されるものではない。
本発明の有機EL素子の正孔輸送層は第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。正孔輸送層が、第1正孔輸送層(陽極側)と第2正孔輸送層(陰極側)の2層構造である場合、第1正孔輸送層の膜厚は、好ましくは50〜150nm、より好ましくは50〜110nmであり、第2正孔輸送層の膜厚は、好ましくは5〜50nm、より好ましくは5〜30nmである。
本発明の有機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で表される化合物が好ましい。
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層においては、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など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F4TCNQなど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。スペース層に用いられる材料としては、上述の正孔輸送層に用いられるものと同様のものが挙げられる。
(障壁層)
本発明の有機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、発光層と正孔輸送層との間に設けられる層である。また、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り、発光層と電子輸送層との間に設けられる層である。
トリプレット障壁層は、後述するように、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材料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。
電子注入層は、電界強度0.04〜0.5MV/cmの範囲において、10-6cm2/Vs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。
[電子機器]
本発明の化合物を用いて得られる有機EL素子は、発光効率がさらに改善されている。このため、有機ELパネルモジュールなどの表示部品;テレビ、携帯電話、パーソナルコンピュータなどの表示装置;照明、車両用灯具の発光装置、などの電子機器に使用できる。
以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明はこれらにより何ら限定されるものではない。
合成例1 中間体Aの合成
下記(1−1)〜(1−6)の方法に従って中間体Aの合成を行った。
(1−1)1−アセチル−2−トリフルオロメチルスルフォキシナフタレンの合成
アルゴン雰囲気下、1−アセチル−2−ナフトール(25.3g)およびピリジン(33mL)のジクロロメタン(250mL)溶液に、氷冷下、トリフルオロメタンスルホン酸無水物(34.3mL)を滴下して加え、室温にて2時間攪拌を行った。得られた反応液に氷冷下で水を加え攪拌した。得られた混合液を水、1M塩酸及び水で順次洗浄し、ジクロロメタン層を無水硫酸マグネシウムで乾燥した後、減圧下で溶媒を留去した。得られた残渣を酢酸エチルに溶解して1M塩酸、水で洗浄し、無水硫酸マグネシウムで乾燥した後、減圧下で溶媒を留去し1−アセチル−2−トリフルオロメチルスルフォキシナフタレン(42.0g)を得た。収率97%であった。
(1−2)1−アセチル−2−(9−フェナントリル)ナフタレンの合成
アルゴン雰囲気下、1−アセチル−2−トリフルオロメチルスルフォキシナフタレン(42.0g)、9−フェナントレンボロン酸(29.3g)、テトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(0)(3.1g)2M炭酸ナトリウム水溶液(200mL)及び1,2−ジメトキシエタン(400mL)の混合物を7時間加熱還流した。反応混合物を室温に冷却し、減圧下で溶媒を留去し、得られた残渣を水及びメタノールで洗浄した。得られた残渣を再結晶にて精製し、1−アセチル−2−(9−フェナントリル)ナフタレン(31.2g)を得た。収率は68%であった。

(1−3)1−[2−(9−フェナントリル)−1−ナフチル]エタノールの合成
1−アセチル−2−(9−フェナントリル)ナフタレン(10.5g)の、THF(200mL)およびエタノール(50mL)の混合駅を溶媒とした溶液に水素化ホウ素ナトリウム(5.73g)を加え、室温にて48時間反応を行った。得られた反応混合物を砕いた氷に加え、酢酸を加え、この混合物から酢酸で抽出を行った。得られた酢酸エチル層を水洗し、無水硫酸マグネシウムで乾燥した後、減圧下で溶媒を留去し1−[2−(9−フェナントリル)−1−ナフチル]エタノールの粗精製物(11.4g)を得た。次工程にこの粗精製物をそのまま用いた。
(1−4)中間体A1の合成
アルゴン雰囲気下、1−[2−(9−フェナントリル)−1−ナフチル]エタノールの粗精製物(11.4g)のジクロロメタン(100mL)溶液に、氷冷下、三フッ化ホウ素エチルエーテルコンプレックス(5.4mL)を滴下して加え、室温にて6時間攪拌した。得られた反応混合物に、氷冷下、水を加え、ジクロロメタン層を分液した。ジクロロメタン層に飽和重曹水を加えて攪拌し、分液した。得られたジクロロメタン層を水で洗浄し、無水硫酸マグネシウムで乾燥した後、減圧下で溶媒を留去し、結晶化にて精製を行い、中間体A1(10.1g)を得た。収率93%であった。
(1−5)中間体A2の合成
アルゴン雰囲気下、中間体A1(10.1g)のDMSO200mL溶液にカリウム−t−ブトキシド(4.5g)を加え、ヨウ化メチル(2.48mL)を水冷化にて滴下して加え、室温にて終夜反応させた。反応混合物にトルエンを加え、トルエン層を水で洗浄し、無水硫酸マグネシウムで乾燥した後、減圧下で溶媒を留去した。得られた残渣をメタノール中で分散洗浄し、中間体A2(9.39g)を得た。収率は89%であった。
(1−6)中間体Aの合成
アルゴン雰囲気下、中間体A2(1.22g)をジクロロメタン(12mL)に溶解し、氷冷下、臭素(0.4g)のジクロロメタン(8mL)溶液を滴下し、終夜反応を行った。得られた反応混合物に重曹水を加え、ジクロロメタンで抽出を行い減圧下で溶媒を留去した。得られた残渣を再結晶にて精製し、中間体A(1.13g)を得た。収率64%であった。
合成例2 中間体Bの合成
下記(2−1)〜(2−5)の方法に従って中間体Bの合成を行った。
(2−1)3−トリフルオロメチルスルホニルオキシ−2−ナフトエ酸メチルの合成
アルゴン雰囲気下、3−ヒドロキシ−2−ナフトエ酸メチル(8.5g)およびトリエチルアミン(8.8mL)をジクロロメタン(210mL)に溶解し、氷冷下でトリフルオロメタンスルホン酸無水物(10.6mL)を滴下して加え、反応液を室温にし、6時間攪拌を行った。得られた反応混合物を氷冷し、水を加えて攪拌し、ジクロロメタンで抽出を行った。ジクロロメタン層を飽和食塩水で洗浄し、無水硫酸ナトリウムで乾燥した後、減圧下で溶媒を留去した。得られた残渣をシリカゲルクロマトグラフィーで精製し、3−トリフルオロメチルスルホニルオキシ−2−ナフトエ酸メチル(13.3g)を得た。収率95%であった。
(2−2)3−(9−フェナントリル)−2−ナフトエ酸メチルの製造
アルゴン雰囲気下、3−(9−フェナントリル)−2−ナフトエ酸メチル(13.0g)、9−フェナントレンボロン酸(10.4g)、テトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(0)(2.2g)2M炭酸ナトリウム水溶液(78mL)及び1,2−ジメトキシエタン(194mL)の混合物を7.5時間加熱還流した。得られた反応混合物を室温に冷却し、セライト濾過を行い、トルエンにて抽出した。トルエン層を飽和食塩水で洗浄し、無水硫酸ナトリウムで乾燥した後、減圧下で溶媒を留去した。得られた残渣をシリカゲルクロマトグラフィーで精製し、3−(9−フェナントリル)−2−ナフトエ酸メチル(12.9g)を得た。収率91%であった。
(2−3)2−[3−(9−フェナントリル)−2−ナフチル]プロパン−2−オールの合成
アルゴン雰囲気下、3−(9−フェナントリル)−2−ナフトエ酸メチル(5.0g)をテトラヒドロフラン(38mL)に溶解し、50℃にて0.97Mの臭化メチルマグネシウムテトラヒドロフラン溶液(43mL)を滴下して加え、50℃にて7時間攪拌した。得られた反応混合物を氷冷し、水を加えて攪拌し、トルエンにて抽出した。トルエン層を飽和食塩水で洗浄し、無水硫酸ナトリウムで乾燥した後、減圧下で溶媒を留去した。得られた残渣をシリカゲルクロマトグラフィー及び再結晶で精製し、2−[3−(9−フェナントリル)−2−ナフチル]プロパン−2−オール(3.36g)を得た。収率67%であった。
(2−4)中間体B1の合成
2−[3−(9−フェナントリル)−2−ナフチル]プロパン−2−オール(3.36g)の酢酸(62mL)溶液に濃硫酸(0.5mL)を滴下して加え、室温にて8時間攪拌した。得られた反応混合物に水(100mL)およびトルエン(100mL)を加え攪拌し、分液した後、トルエン層を水、飽和重曹水および飽和食塩水で洗浄し、無水硫酸ナトリウムで乾燥した後、減圧下で溶媒を留去した。得られた残渣をシリカゲルクロマトグラフィーおよび再結晶で精製し、中間体B1(1.50g)を得た。収率47%であった。
(2−5)中間体Bの合成
アルゴン雰囲気下、中間体B1(0.5g)のクロロホルム(21mL)溶液に臭素(0.15g)を加え、室温にて7.5時間攪拌を行った。得られた反応混合物に水を加えクロロホルムで抽出し、クロロホルム層を飽和重曹水、飽和チオ硫酸ナトリウム水溶液および飽和食塩水で洗浄し、無水硫酸ナトリウムで乾燥した後、減圧下で溶媒を留去した。得られた残渣をシリカゲルクロマトグラフィー及び再結晶で精製し、中間体B(0.20g)を得た。収率27%であった。
合成例3 中間体Cの合成
下記(3−1)〜(3−6)の方法に従って中間体Cの合成を行った。
(3−1)1−ヒドロキシ−2−ナフトエ酸エチルの合成
アルゴン雰囲気下、1−エチル−3−(3−ジメチルアミノプロピル)カルボジイミド塩酸塩(9.2g)、ピリジン(9.7mL)のトルエン(199mL)溶液に、1−ヒドロキシナフトエ酸(7.5g)とエタノール(148mL)の混合物を滴下して加え、室温にて7.5時間攪拌を行った。得られた反応混合物から、減圧下で溶媒を留去し、得られた残渣をジクロロメタンに溶解し、ジクロロメタン層を5%塩酸及び飽和食塩水で順次洗浄を行い、無水硫酸ナトリウムで乾燥した後、減圧下で溶媒を留去した。得られた残渣をシリカゲルクロマトグラフィーで精製し、1−ヒドロキシ−2−ナフトエ酸エチル(7.98g)を得た。収率93%であった。
(3−2)1−トリフルオロメチルスルホニルオキシ−2−ナフトエ酸エチルの合成
アルゴン雰囲気下、1−ヒドロキシ−2−ナフトエ酸エチル(8.8g)およびトリエチルアミン(8.5mL)をジクロロメタン(203mL)に溶解し、氷冷下でトリフルオロメタンスルホン酸無水物(10.3mL)を滴下して加え、反応液を室温にし、6.5時間攪拌を行った。得られた反応混合物を氷冷し、水を加えて攪拌し、ジクロロメタンで抽出を行った。ジクロロメタン層を飽和食塩水で洗浄し、無水硫酸ナトリウムで乾燥した後、減圧下で溶媒を留去した。得られた残渣をシリカゲルクロマトグラフィーで精製し、1−トリフルオロメタンスルホキシ−2−ナフトエ酸エチル(11.4g)を得た。収率80%であった。
(3−3)1−(9−フェナントリル)−2−ナフトエ酸エチルの製造
アルゴン雰囲気下、1−トリフルオロメチルスルホニルオキシ−2−ナフトエ酸エチル(11.4g)、9−フェナントレンボロン酸(8.7g)、テトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(0)(1.9g)2M炭酸ナトリウム水溶液(65mL)及び1,2−ジメトキシエタン(163mL)の混合物を8時間加熱還流した。得られた反応混合物を室温に冷却し、セライト濾過を行い、トルエンにて抽出した。トルエン層を飽和食塩水で洗浄し、無水硫酸ナトリウムで乾燥した後、減圧下で溶媒を留去した。得られた残渣をシリカゲルクロマトグラフィーで精製し、1−(9−フェナントリル)−2−ナフトエ酸エチル(12.3g)を得た。収率99%であった。
(3−4)2−[1−(9−フェナントリル)−2−ナフチル]プロパン−2−オールの合成
アルゴン雰囲気下、1−(9−フェナントリル)−2−ナフトエ酸エチル(5.0g)をテトラヒドロフラン(37mL)に溶解し、50℃にて0.97Mの臭化メチルマグネシウムテトラヒドロフラン溶液(41mL)を滴下して加え、8時間50℃にて攪拌した。得られた反応混合物を室温に冷却し、水を加えて攪拌し、トルエンにて抽出した。トルエン層を飽和食塩水で洗浄し、無水硫酸ナトリウムで乾燥した後、減圧下で溶媒を留去した。得られた残渣をシリカゲルクロマトグラフィー及び再結晶で精製し、2−[1−(9−フェナントリル)−2−ナフチル]プロパン−2−オール(4.21g)を得た。収率87%であった。
(3−5)中間体C1の合成
2−[1−(9−フェナントリル)−2−ナフチル]プロパン−2−オール(4.21g)の酢酸(77mL)溶液に濃硫酸(0.6mL)を滴下して加え、室温にて6時間攪拌した。得られた反応混合物に水(100mL)およびトルエン(100mL)を加え攪拌し、分液した後、トルエン層を水、飽和重曹水および飽和食塩水で洗浄し、無水硫酸ナトリウムで乾燥した後、減圧下で溶媒を留去した。得られた残渣をシリカゲルクロマトグラフィーで精製し、中間体C1(2.11g)を得た。収率53%であった。
(3−6)中間体Cの合成
アルゴン雰囲気下、中間体C1(0.5g)のクロロホルム(21mL)溶液に臭素(0.15g)を加え、室温にて7.5時間攪拌を行った。得られた反応混合物に水を加えクロロホルムで抽出し、クロロホルム層を飽和重曹水、飽和チオ硫酸ナトリウム水溶液および飽和食塩水で洗浄し、無水硫酸ナトリウムで乾燥した後、減圧下で溶媒を留去した。得られた残渣をシリカゲルクロマトグラフィー及び再結晶で精製し、中間体C(0.58g)を得た。収率80%であった。
合成例4 化合物1の合成
下記の方法に従って化合物1を合成した。

アルゴン雰囲気下、合成例1で得た中間体A(1.84g)、ジフェニルアミン(1.37g)、トリス(ジベンジリデンアセトン)ジパラジウム(0)(0.07g)、トリ−t−ブチルホスフィン(0.036g)、ナトリウム−t−ブトキシド(0.85g)およびトルエン(64mL)の混合物を85℃にて7時間攪拌した。得られた反応混合物を室温に冷却し、セライトにて濾過をし、溶媒を減圧留去した。得られた残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフィー及び再結晶にて精製し、化合物1(1.34g)を得た。収率54%であった。得られた化合物はマススペクトルにて同定を行い、分子量678.30に対してm/e=678であった。
合成例5 化合物2の合成

合成例4において、中間体Aの代わりに合成例2で得た中間体Bを用いたほかは実施例1と同様の操作を行い、上記化合物2を得た。得られた化合物はマススペクトルにて同定を行い、分子量678.30に対してm/e=678であった。
合成例6 化合物3の合成

合成例4において、中間体Aの代わりに合成例3で得た中間体Cを用いたほかは合成例4と同様の操作を行い、上記化合物3を得た。得られた化合物はマススペクトルにて同定を行い、分子量678.30に対してm/e=678であった。
合成例7 化合物4の合成

合成例4において、ジフェニルアミンの代わりにN−フェニル−2−ビフェニルアミンを用いたほかは合成例4と同様の操作を行い、化合物4を得た。得られた化合物はマススペクトルにて同定を行い、分子量830.37に対してm/e=830であった。
合成例8 化合物5の合成

合成例4において、ジフェニルアミンのかわりにN−フェニル−4−ビフェニルアミンを用いたほかは合成例4と同様の操作を行い、化合物5を得た。得られた化合物はマススペクトルにて同定を行い、分子量830.37に対してm/e=830であった。
合成例9 化合物6の合成

合成例4において、ジフェニルアミンのかわりにp,p'−ジトリルアミンを用いたほかは合成例4と同様の操作を行い、化合物6を得た。得られた化合物はマススペクトルにて同定を行い、分子量734.37に対してm/e=734であった。
合成例10 化合物7の合成

合成例4において、ジフェニルアミンの代わりに4−イソプロピル−N−フェニルアニリンを用いたほかは合成例4と同様の操作を行い、化合物7を得た。得られた化合物はマススペクトルにて同定を行い、分子量762.40に対してm/e=762であった。
合成例11 中間体Dの合成
下記の方法に従って中間体Dの合成を行った。

アルゴン雰囲気下、合成例3と同様の方法で合成した中間体C1(1.38g)のクロロホルム(50mL)に、氷冷下、N−ブロモこはく酸イミド(0.71g)のクロロホルム(10mL)溶液を滴下し、室温にて6時間攪拌した。得られた反応混合物をジクロロメタンで抽出し、ジクロロメタン層を水で洗い、無水硫酸ナトリウムで乾燥した後、減圧下でジクロロメタンを留去した。得られた残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフィーおよび再結晶にて精製し、中間体D(1.27g)を得た。収率75%であった。
合成例12 中間体Eの合成
下記の方法に従って中間体Eの合成を行った。

アルゴン雰囲気下、合成例11と同様の方法で合成した中間体D(0.74g)のテトラヒドロフラン(20ml)溶液を−78℃に冷却し、n−ブチルリチウムヘキサン溶液(1.57M、1.4mL)を加え、2時間攪拌した。反応液にホウ酸トリイソプロピル(1.0mL)を加え、室温にて3時間攪拌し、反応液に2M塩酸10mLを加え、室温にて3時間攪拌した。得られた反応混合物をトルエンで抽出し、トルエン層を飽和食塩水で洗浄し、無水硫酸ナトリウムで乾燥した後、トルエン溶媒を減圧留去した。得られた残渣を再結晶にて精製し、中間体E(0.44g)を得た。収率66%であった。
合成例13 化合物8の合成
下記の方法に従って化合物8を合成した。

アルゴン雰囲気下、中間体D(0.53g)、9−フェニルアントラセン−10−イルボロン酸(0.45g)、テトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(0)(43mg)、2M炭酸ナトリウム水溶液(2mL)、トルエン(3mL)および1,2−ジメトキシエタン(3mL)の混合物を、8時間還流した。得られた反応混合物をトルエンで抽出し、トルエン層を飽和食塩水で洗浄し、無水硫酸ナトリウム水溶液で乾燥した後、トルエン溶媒を減圧留去した。得られた残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフィーおよび再結晶にて精製し、化合物8(0.40g)を得た。収率53%であった。得られた化合物はマススペクトルにて同定を行い、分子量596.25に対してm/e=596であった。
合成例14 化合物9の合成

合成例13において、9−フェニルアントラセン−10−イルボロン酸のかわりに9−(2−ナフチル)アントラセン−10−イルボロン酸を用いたほかは合成例13と同様の操作を行い、化合物9を得た。得られた化合物はマススペクトルにて同定を行い、分子量646.27に対してm/e=646であった。
合成例15 化合物10の合成

合成例13において、9−フェニルアントラセン−10−イルボロン酸のかわりに9−(4−ビフェニル)アントラセン−10−イルボロン酸を用いたほかは合成例13と同様の操作を行い、化合物10を得た。得られた化合物はマススペクトルにて同定を行い、分子量672.28に対してm/e=672であった。
合成例16 化合物11の合成
下記の方法に従って、化合物11を合成した。

アルゴン雰囲気下、中間体E(0.44g)、2−(3−ブロモフェニル)−4,6−フェニル−1,3,5−トリアジン(0.39g)、テトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(0)(35mg)、2M炭酸ナトリウム水溶液(1.5mL)、トルエン(2mL)および1,2−ジメトキシエタン(2mL)の混合物を、8時間還流した。得られた反応混合物をトルエンで抽出し、トルエン層を飽和食塩水で洗浄し、無水硫酸ナトリウム水溶液で乾燥した後、トルエン溶媒を減圧留去した。得られた残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフィーおよび再結晶にて精製し、化合物11(0.38g)を得た。収率58%であった。得られた化合物はマススペクトルにて同定を行い、分子量651.27に対してm/e=651であった。
実施例1(有機EL素子の製造)
25mm×75mm×厚さ1.1mmのITO透明電極付きガラス基板(ジオマティック株式会社製)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分間行った。ITO透明電極の厚さは130nmとした。
洗浄後のITO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ITO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HI−1膜上に、下記化合物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。さらに、このHT−1膜上に、下記化合物HT−2を蒸着して膜厚15nmのHT−2膜を成膜し、第2正孔輸送層を形成した。
次に、この第2正孔輸送層上に、化合物BH−1(ホスト材料)と化合物1(ドーパント材料)を共蒸着し、膜厚25nmの共蒸着膜を成膜した。化合物1の濃度は5.0質量%であった。この共蒸着膜は発光層として機能する。
そして、この発光層の上に、下記化合物ET−1を蒸着して膜厚20nmのET−1膜を成膜し、第1電子輸送層を形成した。
次に、このET−1膜上に、下記化合物ET−2を蒸着して膜厚5nmのET−2膜を成膜し、第2電子輸送層を形成した。
次に、このET−2膜上に、LiFを成膜速度0.1オングストローム/minで蒸着して膜厚1nmのLiF膜を成膜し、電子注入性電極(陰極)を形成した。
そして、このLiF膜上に金属Alを蒸着して膜厚80nmの金属Al膜を成膜し、金属Al陰極を形成し、有機EL素子を製造した。
(有機EL素子の評価)
製造した有機EL素子について、電流密度が10mA/cm2となるように電圧を印加し、外部量子効率(EQE)の評価を行った。また、電流密度50mA/cm2において駆動した際に輝度が初期輝度の80%となるまでの時間(LT80)を測定した。結果を表1に示す。
実施例2〜3、比較例1〜2
実施例1において、化合物1の代わりに表1に記載した化合物を用いた以外は実施例1と同様にして素子を作成し、評価を実施した。結果を表1に示す。


比較化合物1と、実施例1〜3で用いた化合物1〜3とでは、フルオレン環部位の3員環の縮合様式が異なっており、比較化合物2と、実施例1〜3で用いた化合物1〜3とでは、フルオレン環部位の芳香族環が異なっているが、本発明の形態での縮合様式をとることにより、ホスト材料において生成した励起子がドーパント材料として使用されている前記化合物1〜3へより円滑に移動し、さらに励起状態の化合物1〜3からエネルギーが効果的に光へと変換されることにより、より高い効率を実現できたものと推測する。
また、前記化合物1〜3はキャリアの輸送性にも優れており、ホスト材料とともに形成する発光層においてのキャリアバランスが適正化し、発光効率の向上と長寿命化に寄与したものと推測する。
実施例4(有機EL素子の製造)
25mm×75mm×厚さ1.1mmのITO透明電極付きガラス基板(ジオマテック株式会社製)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分間行った。ITO透明電極の厚さは130nmとした。
洗浄後のITO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ITO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前記化合物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、下記化合物HT−3を蒸着して膜厚80nmのHT−3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、下記化合物HT−4を蒸着して膜厚15nmのHT−4膜を成膜し、第2正孔輸送層を形成した。さらに、この第2正孔輸送層上に、前記化合物BH−1(ホスト材料)と前記化合物1(ドーパント材料)を共蒸着し、膜厚25nmの共蒸着膜を成膜した。化合物1の濃度は5.0質量%であった。この共蒸着膜は発光層として機能する。
そして、この発光層の上に、下記化合物ET−3を蒸着して膜厚20nmのET−3膜を成膜し、第1電子輸送層を形成した。
次に、この第1電子輸送層の上に、前記化合物ET−2を蒸着して膜厚5nmのET−2膜を成膜し、第2電子輸送層を形成した。
次に、この第2電子輸送層上に、LiFを成膜速度0.01nm/secで蒸着して膜厚1nmのLiF膜を成膜し、電子注入性電極(陰極)を形成した。
そして、このLiF膜上に金属Alを蒸着して膜厚80nmの金属Al膜を成膜し、金属Al陰極を形成した。
(有機EL素子の評価)
製造した有機EL素子について、電流密度が10mA/cm2となるように電圧を印加し、発光スペクトルの評価を行った。また、電流密度50mA/cm2において駆動した際に輝度が初期輝度の80%となるまでの時間(LT80)を測定した。結果を表2に示す。
実施例5〜8、比較例3
実施例4において、化合物1の代わりに表2に記載した化合物を用いた以外は実施例4と同様にして素子を作成し、評価を実施した。結果を表2に示す。
表2より、化合物1又は4〜7を発光層のドーパント材料として使用すると、素子寿命の大きな向上が見られる。前述のように、これらの化合物がキャリア輸送性の面で優れており、ホスト材料と良好な相互作用をも有することで発光層内でのキャリア輸送性が優れたものとなり、有機EL素子が長寿命化したものと考えられる。さらに、化合物1に対して、化合物4及び5の様にAr2に相当する部位をフェニル基からビフェニリル基に変更とすることや、化合物6及び7の様にフェニル基にアルキル基を置換基として設けることで、分子構造上、化学反応を受けやすいアミノ基部分を保護することに繋がり、素子寿命に関してより一層大きな改善効果が発現されたものと推測する。
また、化合物1又は4〜7を用いた場合には、比較化合物2を用いた場合に対して、より一層短波長での発光が見られ、深青色の発光を志向した有機EL素子に対して高い適応性を示すと考えられる。
実施例9(有機EL素子の製造)
25mm×75mm×厚さ1.1mmのITO透明電極付きガラス基板(ジオマテック株式会社製)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分間行った。ITO透明電極の厚さは130nmとした。
洗浄後のITO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ITO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前記化合物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、下記化合物HT−5を蒸着して膜厚80nmのHT−5膜を成膜し、第1正孔輸送層を形成した。さらに、この第1正孔輸送層上に、下記化合物HT−4を蒸着して膜厚15nmのHT−4膜を成膜し、第2正孔輸送層を形成した。
次に、この第2正孔輸送層上に、前記化合物8(ホスト材料)と下記化合物BD−1(ドーパント材料)を共蒸着し、膜厚25nmの共蒸着膜を成膜した。化合物BD−1の濃度は5.0質量%であった。この共蒸着膜は発光層として機能する。
そして、この発光層の上に、前記化合物ET−1を蒸着して膜厚20nmのET−3膜を成膜し、第1電子輸送層を形成した。
次に、この第1電子輸送層の上に、前記化合物ET−2を蒸着して膜厚5nmのET−2膜を成膜し、第2電子輸送層を形成した。
次に、この第2電子輸送層上に、LiFを成膜速度0.01nm/secで蒸着して膜厚1nmのLiF膜を成膜し、電子注入性電極(陰極)を形成した。
そして、このLiF膜上に金属Alを蒸着して膜厚80nmの金属Al膜を成膜し、金属Al陰極を形成した。
(有機EL素子の評価)
製造した有機EL素子について、電流密度が10mA/cm2となるように電圧を印加し、駆動電圧及び外部量子効率EQEの評価を行った。結果を表3に示す。
実施例10〜11及び比較例4
実施例9において、化合物8の代わりに、表3に記載した化合物を用いた以外は実施例9と同様にして素子を作成し、評価を実施した。結果を表3に示す。
表3より、化合物9〜11を発光層のホスト材料として用いた場合、有機EL素子がより一層低電圧で駆動し、且つ高効率の発光が得られている。これはアントラセン骨格にさらに結合した基の構造がより広いπ平面を有することで、発光層内でのホスト材料同士の相互作用性が高まり、キャリア輸送性が向上する効果があると考えられることから、駆動電圧の低電圧化効果が得られ、同時にドーパント材料へのエネルギー移動が円滑化することにより、より効率の良い発光が得られたものと推測する。このように、本発明の化合物である化合物9〜11は、発光層ホスト材料としても有用である。
1 有機エレクトロルミネッセンス素子
2 基板
3 陽極
4 陰極
5 発光層
6 正孔注入層/正孔輸送層
7 電子注入層/電子輸送層
10 発光ユニット

Claims (22)

  1. 下記式(1)で表される化合物。

    (式(1)において、Ar1は、置換もしくは無置換のナフタレン環を示す。該ナフタレン環上の置換基は、フッ素原子、シアノ基、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環形成炭素数3〜20のシクロアルキル基、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6〜30のアリールオキシ基、置換もしくは無置換の炭素数1〜20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、−Si(R101)(R102)(R103)で表される基、及び−Z−Raで表される基から選ばれる少なくとも1つである。
    1及びR2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のアルキル基、置換もしくは無置換の環形成炭素数3〜20のシクロアルキル基、−Si(R101)(R102)(R103)で表される基、置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜30のアリール基、又は置換もしくは無置換の環形成原子数5〜30のヘテロアリール基を示す。
    11〜R18は、それぞれ独立に、水素原子、フッ素原子、シアノ基、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環形成炭素数3〜20のシクロアルキル基、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6〜30のアリールオキシ基、置換もしくは無置換の炭素数1〜20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、−Si(R101)(R102)(R103)で表される基、又は−Z−Raで表される基である。
    前記Zはいずれも、単結合、置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜30のアリーレン基、置換もしくは無置換の環形成原子数5〜30のヘテロアリーレン基、又はこれらが2〜4個連結して構成される2価の連結基を示す。
    Zが複数存在する場合は、それぞれが同一でも異なっていてもよい。
    aは、−N(R104)(R105)で表される基、置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜30のアリール基、又は置換もしくは無置換の環形成原子数5〜30のヘテロアリール基を示す。
    aが複数存在する場合は、それぞれが同一でも異なっていてもよい。
    101〜R105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のアルキル基、置換もしくは無置換の環形成炭素数3〜20のシクロアルキル基、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示す。
    但し、ナフタレン環上の置換基及びR11〜R18のうち少なくとも1つは、−Z−Raで表される基である。
    また、−Z−Raが複数存在するとき、それぞれの−Z−Raは同一であっても異なっていてもよい。)
  2. 下記式(2)〜(4)のいずれかで表される、請求項1に記載の化合物。

    (式(2)〜(4)において、R1及びR2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のアルキル基、置換もしくは無置換の環形成炭素数3〜20のシクロアルキル基、−Si(R101)(R102)(R103)で表される基、置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜30のアリール基、又は置換もしくは無置換の環形成原子数5〜30のヘテロアリール基を示す。
    11〜R36は、それぞれ独立に、水素原子、フッ素原子、シアノ基、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環形成炭素数3〜20のシクロアルキル基、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6〜30のアリールオキシ基、置換もしくは無置換の炭素数1〜20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、−Si(R101)(R102)(R103)で表される基、−N(R104)(R105)で表される基、置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜30のアリール基、又は置換もしくは無置換の環形成原子数5〜30のヘテロアリール基を示すか−Z−Raで表される基である。
    但し、式(2)中のR11〜R24のうちの1〜4つ、式(3)中のR11〜R18及びR25〜R30のうちの1〜4つ、並びに式(4)中のR11〜R18及びR31〜R36のうちの1〜4つは、−Z−Raで表される基である。)
  3. 前記−Z−Raで表される基が、下記式(a)〜(c)のいずれかで表される基である、請求項2に記載の化合物。


    (式(a)〜(c)において、Z1〜Z3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6〜30のアリーレン基、置換もしくは無置換の環形成原子数5〜30のヘテロアリーレン基又は該アリーレン基及び該ヘテロアリーレン基が2〜4個連結して構成される2価の連結基を示す。
    1及びL2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6〜30のアリーレン基、置換もしくは無置換の環形成原子数5〜30のヘテロアリーレン基、又は該アリーレン基及び該ヘテロアリーレン基が2〜4個連結して構成される2価の連結基を示す。
    Ar2及びAr3は、それぞれ独立に、置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜30のアリール基、又は置換もしくは無置換の環形成原子数5〜30のヘテロアリール基を示す。
    HArは、置換もしくは無置換の環形成原子数5〜30のヘテロアリール基を示す。
    Ar4は、置換もしくは無置換の環形成炭素数14〜30のアリール基を示す。)
  4. 前記式(b)中の −HArが、下記の群から選択される基のいずれかである、請求項3に記載の化合物。

    (Rcは、それぞれ独立に、フッ素原子、シアノ基、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環形成炭素数3〜20のシクロアルキル基、置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜30のアリール基、環形成炭素数6〜30のアリール基を有する置換もしくは無置換の炭素数7〜30のアラルキル基、アミノ基、炭素数1〜20のアルキル基を有するモノ−又はジアルキルアミノ基、環形成炭素数6〜30のアリール基を有するモノ又はジアリールアミノ基、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1〜20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、炭素数1〜20のアルキル基及び環形成炭素数6〜30のアリール基から選ばれる基を有するモノ−、ジ−又はトリ置換シリル基、置換もしくは無置換の環形成原子数5〜30のヘテロアリール基、ハロゲン原子、シアノ基又はニトロ基を示す。
    各基においてRcが複数存在する場合は、それぞれが同一でも異なっていてもよい。
    d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環形成炭素数3〜20のシクロアルキル基、置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜30のアリール基、又は置換もしくは無置換の環形成原子数5〜30のヘテロアリール基を示す。
    p1は、それぞれ独立に0〜4の整数、p2は、それぞれ独立に0〜3の整数、p3は0〜2の整数、p4は0〜7の整数、p5は0〜5の整数である。)
  5. 前記式(2)中のR11〜R24のうちの1〜2つのみ、前記式(3)中のR11〜R18及びR25〜R30のうちの1〜2つのみ、並びに前記式(4)中のR11〜R18及びR31〜R36のうちの1〜2つのみが、それぞれ独立に前記式(a)〜(c)のいずれかで表される、請求項3又は4に記載の化合物。
  6. 前記式(2)中のR11〜R24のうちの1〜2つのみ、前記式(3)中のR11〜R18及びR25〜R30のうちの1〜2つのみ、並びに前記式(4)中のR11〜R18及びR31〜R36のうちの1〜2つのみが、前記式(a)で表される、請求項3に記載の化合物。
  7. 前記式(2)中のR11〜R24のうちの1〜2つのみ、前記式(3)中のR11〜R18及びR25〜R30のうちの1〜2つのみ、並びに前記式(4)中のR11〜R18及びR31〜R36のうちの1〜2つのみが、前記式(b)で表される、請求項3又は4に記載の化合物。
  8. 前記式(2)中のR11〜R24のうちの1〜2つのみ、前記式(3)中のR11〜R18及びR25〜R30のうちの1〜2つのみ、並びに前記式(4)中のR11〜R18及びR31〜R36のうちの1〜2つのみが、前記式(c)で表される、請求項3に記載の化合物。
  9. 前記式(2)中のR23、前記式(3)中のR28、及び前記式(4)中のR34が、前記式(a)〜(c)のいずれかで表される、請求項3〜5のいずれかに記載の化合物。
  10. 下記式(2−1)〜(4−1)のいずれかで表される、請求項3又は4に記載の化合物。
    (式中、R1、R2、R11〜R32、R24〜R27、R29〜R33、R35、R36、Z1、L1、L2、Ar2及びAr3は、前記定義の通りである。)
  11. 下記式(2−2)〜(4−2)のいずれかで表される、請求項3又は4記載の化合物。
    (式中、R1、R2、R11、R12、R14〜R22、R24〜R27、R29〜R33、R35、R36、Z1、L1、L2、Ar2及びAr3は、前記定義の通りである。複数の、Z1、L1、L2、Ar2及びAr3は、それぞれ同一でも異なっていてもよい。)
  12. 1が単結合である、請求項3、5、6、9〜11のいずれかに記載の化合物。
  13. Ar2及びAr3が、置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜30のアリール基である、請求項3、5、6、9〜12のいずれかに記載の化合物。
  14. 1及びL2がいずれも単結合であって、Ar2及びAr3が、それぞれ独立に、置換もしくは無置換のフェニル基、置換もしくは無置換のナフチル基、置換もしくは無置換のフェナントレニル基、置換もしくは無置換のフルオレニル基、置換もしくは無置換のジベンゾフラニル基又は置換もしくは無置換のジベンゾチオフェニル基である、請求項3〜6及び9〜13のいずれかに記載の化合物。
  15. 請求項1〜14のいずれかに記載の化合物を含有する有機エレクトロルミネッセンス素子用材料。
  16. 陰極と陽極間に少なくとも発光層を含む一層又は複数層からなる有機薄膜層が挟持されている有機エレクトロルミネッセンス素子において、該有機薄膜層の少なくとも1層が、請求項1〜14のいずれかに記載の化合物を含有する有機エレクトロルミネッセンス素子。
  17. 前記発光層が請求項1〜14のいずれかに記載の化合物を含有する、請求項16に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
  18. 前記少なくとも一層が、請求項1〜14のいずれかに記載の化合物と、下記式(5)で表されるアントラセン誘導体とを含有する、請求項16又は17に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
    (式(5)において、Ar11及びAr12は、それぞれ独立に、置換もしくは無置換の環形成原子数5〜50の単環基、又は置換もしくは無置換の環形成原子数8〜50の縮合環基であり、R101〜R108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原子数5〜50の単環基、置換もしくは無置換の環形成原子数8〜50の縮合環基、前記単環基と前記縮合環基との組合せから構成される基、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環形成炭素数3〜50のシクロアルキル基、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、置換もしくは無置換のシリル基、ハロゲン原子、シアノ基から選ばれる基である。)
  19. 前記該有機薄膜層が電子輸送層を含有し、該電子輸送層が請求項1〜14のいずれかに記載の化合物を含有する、請求項16に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
  20. 前記該有機薄膜層が正孔輸送層を含有し、該正孔輸送層が請求項1〜14のいずれかに記載の化合物を含有する、請求項16に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
  21. 前記該有機薄膜層が電子輸送層を含有し、更に該電子輸送層と発光層との間に障壁層を有し、該障壁層が請求項1〜14のいずれかに記載の化合物を含有する、請求項16に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
  22. 請求項16〜21のいずれかに記載の有機エレクトロルミネッセンス素子を備えた電子機器。
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