JP6476277B2 - 有機発光素子 - Google Patents

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Description

本明細書は、２０１４年４月４日に韓国特許庁に提出された韓国特許出願第 １０−２０１４−００４０８１８号、２０１５年１月２３日に韓国特許庁に提出された韓国特許出願第１０−２０１５−００１１５４０号及び２０１５年１月２３日に韓国特許庁に提出された韓国特許出願第１０−２０１５−００１１５５９号の出願日の利益を主張し、その内容はいずれも本明細書に含まれる。
本明細書は、有機発光素子に関する。
有機発光現象は、特定の有機分子の内部プロセスによって電流が可視光に転換される例の一つである。有機発光現象の原理は、次の通りである。
アノードとカソードとの間に有機物層を位置させたとき、二つの電極の間に電圧をかけると、カソードとアノードからそれぞれ電子と正孔が有機物層に注入される。有機物層に注入された電子と正孔とは再結合してエキシトン(exciton)を形成し、このエキシトンが再び基底状態に戻る際に発光する。このような原理を用いる有機発光素子は、一般に、カソードとアノード及びその間に位置した有機物層、例えば正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電子輸送層を含む有機物層から構成されることができる。
有機発光素子において使用される物質としては、純粋な有機物質または有機物質と金属とが錯体をなす錯化合物が大半を占め、用途によって、正孔注入物質、正孔輸送物質、発光物質、電子輸送物質、電子注入物質などに区分されることができる。ここで、正孔注入物質や正孔輸送物質としては、ｐ型の性質を有する有機物質、すなわち、容易に酸化し、酸化時に電気化学的に安定した状態を有する有機物が主に使用されている。一方、電子注入物質や電子輸送物質としては、ｎ型の性質を有する有機物質、すなわち、容易に還元し、還元時に電気化学的に安定した状態を有する有機物が主に使用されている。発光層物質としては、ｐ型の性質とｎ型の性質とを同時に有する物質、すなわち、酸化と還元状態でいずれも安定した形態を有する物質が好ましく、エキシトンが形成されたとき、これを光に転換する発光効率の高い物質が好ましい。
したがって、当該技術分野においては、高い効率の有機発光素子の開発が要求されている。
韓国特許公開公報２０００−００５１８２６
本明細書の目的は、高い発光効率及び／又は低い駆動電圧を有する有機発光素子を提供することである。
本明細書は、カソード；アノード；上記カソードと上記アノードとの間に備えられた発光層；下記化学式１で表される複素環化合物を含み、上記カソードと上記発光層との間に備えられた有機物層；及び下記化学式３で表されるカルバゾール誘導体を含み、上記アノードと上記発光層との間に備えられた有機物層を含む有機発光素子を提供する。
化学式１において、
Ａｒ１ないし Ａｒ３は、互いに異なっており、
Ａｒ１及びＡｒ２は、それぞれ独立して、置換もしくは非置換のアリール基；又は置換もしくは非置換の複素環基であり、
Ａｒ３は、下記化学式２で表され、
化学式２において、
Ｒ１ないしＲ４は、互いに同一であるか異なっており、それぞれ独立して、水素；重水素；ハロゲン基；ニトリル基；ニトロ基；ヒドロキシ基；置換もしくは非置換のアルキル基；置換もしくは非置換のシクロアルキル基；置換もしくは非置換のアルコキシ基；置換もしくは非置換のアリールオキシ基；置換もしくは非置換のアルキルチオキシ基；置換もしくは非置換のアリールチオキシ基；置換もしくは非置換のアルキルスルホキシ基；置換もしくは非置換のアリールスルホキシ基；置換もしくは非置換のアルケニル基；置換もしくは非置換のシリル基；置換もしくは非置換のホウ素基；置換もしくは非置換のアリール基；又は置換もしくは非置換の複素環基であるか、隣接する基と互いに結合して、置換もしくは非置換の炭化水素環又は置換もしくは非置換の複素環を形成し、
Ｌ１は、直接結合；置換もしくは非置換のアリーレン基；又は置換もしくは非置換の２価の複素環基であり、
ｌは、１ないし５の整数であり、
ｍは、１ないし３の整数であり、
ｎは、１ないし４の整数であり、
ｌ、ｍ及びｎがそれぞれ２以上の整数の場合、２以上の括弧内の構造は、互いに同一であるか異なっており、
化学式３において、
Ａｒ４及びＡｒ５は、互いに同一であるか異なっており、水素；重水素；置換もしくは非置換のアリール基；又は置換もしくは非置換の複素環基であり、
Ｌ２は、直接結合；又は置換もしくは非置換のアリーレン基であり、
ｏは、０ないし５の整数であり、
ｏが２以上の整数の場合、２以上のＬ２は、互いに同一であるか異なっており、
Ｒ５ないしＲ１１は、互いに同一であるか異なっており、それぞれ独立して、水素；重水素；置換もしくは非置換のアルキル基；置換もしくは非置換のアリール基；又は置換もしくは非置換の複素環基であるか、隣接する基と互いに結合して、置換もしくは非置換の炭化水素環又は置換もしくは非置換の複素環を形成し、
Ｙ１及びＹ２は、互いに同一であるか異なっており、それぞれ独立して、水素；重水素；置換もしくは非置換のアルキル基；置換もしくは非置換のアリール基；又は置換もしくは非置換の複素環基であるか、Ｙ１及びＹ２は互いに結合して、置換もしくは非置換の炭化水素環又は置換もしくは非置換の複素環を形成する。
本明細書の一実施態様に係る有機発光素子は、低い駆動電圧及び／又は高い発光効率を提供する。
本明細書の一実施態様に係る有機発光素子を示す図である。 本明細書の一実施態様に係る有機発光素子を示す図である。 化合物１−６のＨＯＭＯ（ＡＣ３）準位測定データの結果を示す図である。 化合物１−８のＨＯＭＯ（ＡＣ３）準位測定データの結果を示す図 である。 化合物１−３０のＨＯＭＯ（ＡＣ３）準位測定データの結果を示す図である。 化合物１−１３８のＨＯＭＯ（ＡＣ３）準位測定データの結果を示す図である。 化合物２−５のＨＯＭＯ（ＡＣ３）準位測定データの結果を示す図である。
以下、本明細書についてよりに詳細に説明する。
本明細書において、ある部材が他の部材「上に」位置しているというとき、これはある部材が他の部材に接している場合だけでなく、両部材の間にまた他の部材が存在する場合も含む。
本明細書において、ある部分がある構成要素を「含む」というとき、これは特に反対の記載がない限り、他の構成要素を除くものではなく、他の構成要素をさらに含むことができることを意味する。
本明細書は、カソード；アノード；上記カソードと上記アノードとの間に備えられた発光層；上記化学式１で表される複素環化合物を含み、上記カソードと上記発光層との間に備えられた有機物層；及び上記化学式３で表されるカルバゾール誘導体を含み、上記アノードと上記発光層との間に備えられた有機物層を含む有機発光素子を提供する。
本明細書の一実施態様において、上記化学式１で表される複素環化合物を含む有機物層は、電子輸送層、電子注入層又は電子輸送と電子注入とを同時にする層である。
本明細書の一実施態様において、上記化学式１で表される複素環化合物を含む有機物層は、電子輸送層である。
本明細書の一実施態様において、上記化学式３で表されるカルバゾール誘導体を含む有機物層は、正孔輸送層、正孔注入層又は正孔輸送と正孔注入とを同時にする層である。
また一つの実施態様において、上記化学式３で表されるカルバゾール誘導体を含む有機物層は、正孔輸送層である。
本明細書の一実施態様において、上記有機発光素子は、青色蛍光発光をする。
本明細書の一実施態様において、上記化学式１で表される複素環化合物の ＨＯＭＯエネルギー準位は、６ｅＶ以上である。本明細書の一実施態様において、上記化学式１で表される複素環化合物のＨＯＭＯエネルギー準位は、６．０ｅＶ以上７．０ｅＶ以下である。本明細書の一実施態様によって、上記化学式１で表される化合物のように深いＨＯＭＯエネルギー準位を有する場合には、発光層から正孔を効果的に遮断することができて、高い発光効率を提供することができ、素子の安定性を向上して長寿命な素子を提供することができる。
本明細書の一実施態様において、上記発光層は、ホスト及びドーパントを含み、上記ホストのＨＯＭＯエネルギー準位と上記化学式１で表される複素環化合物のＨＯＭＯエネルギー準位との差は、０．２ｅＶ以上である。上記のように、発光層のホスト物質と化学式１で表される複素環化合物とのＨＯＭＯエネルギー準位の差が０．２ｅＶ以上の場合、発光層からより効果的に正孔を遮断することができて、高い発光効率及び長寿命な有機発光素子を提供することができる。
本明細書の一実施態様において、上記化学式１で表される複素環化合物を含む有機物層は、発光層に接して備えられる。この場合、発光層のホスト化合物よりもさらに深いＨＯＭＯエネルギー準位を有することで、正孔の遮断を効果的に行うことができる。
本明細書の一実施態様のように、青色蛍光発光をする有機発光素子の場合には、ホスト材料としてアントラセン誘導体を主に使用し、この場合、６ｅＶ未満のＨＯＭＯエネルギー準位を有する。よって、上記化学式１で表される複素環化合物を含む有機物層をカソードと発光層との間に備える場合には、電子の移動とともに正孔の遮断の役割を同時に果たすことができる。
本明細書において、エネルギー準位は、エネルギーの大きさを意味するものである。よって、真空準位からマイナス(−)方向にエネルギー準位が表示される場合にも、エネルギー準位は該当エネルギー値の絶対値を意味するものと解釈される。例えば、ＨＯＭＯエネルギー準位とは、真空準位から最高被占分子軌道(highest occupied molecular orbital)までの距離を意味する。
本明細書の一実施態様において、上記ＨＯＭＯ準位は、大気中光電子分光装置(ＲＩＫＥＮ ＫＥＩＫＩ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．製：ＡＣ３)を用いて測定することができる。具体的に、材料に光を照射し、そのとき電荷分離によって発生する電子量を測定することで、上記ＨＯＭＯ準位を測定することができる。
本明細書の一実施態様において、上記化学式１で表される複素環化合物の三重項エネルギーは、２．２ｅＶ以上である。
本明細書の一実施態様によって、上記多様な範囲の三重項エネルギーを有する化学式１で表される複素環化合物を含む場合には、有機発光素子において効果的に発光層の三重項エキシトンを効果的に遮断して、高い効率及び／又は長寿命な素子を期待することができる。
本明細書の一実施態様において、上記発光層は、ホスト及びドーパントを含み、上記化学式１で表される複素環化合物の三重項エネルギーは、上記ホストの三重項エネルギーよりも大きい。
発光層のホスト化合物の三重項エネルギーよりさらに大きい三重項エネルギーを有する場合、発光層の三重項エキシトンを効果的に遮断することができる。 具体的に、一般に使用する発光層のアントラセンホスト誘導体は、１．９ｅＶ未満の三重項エネルギー準位を有し、カソードと発光層との間に上記化学式１で表される化合物を含む有機物層は、２．２ｅＶ以上の三重項エネルギー準位を有するため、三重項エキシトンの遮断効果が高くて、素子の効率が向上することができる。これは後述する比較例として提示されたアントラセン誘導体である下記化合物 [ＥＴ−Ａ]、 [ＥＴ−Ｂ]、 [ＥＴ−Ｄ]、 及び[ＥＴ−Ｊ]はいずれも１．９ｅＶ未満の三重項エネルギーを有し、このような低い三重項エネルギーを有する化合物は、素子の効率が低いことを確認することができる。これは２．２ｅＶ未満の三重項エネルギーを有する化合物を使用する場合、三重項−三重項消滅(Triplet-Triplet Annihilation：ＴＴＡ)の効果を減殺させるからである。
本明細書の一実施態様において、上記カソードと上記発光層との間に複数個の層が備えられる場合、上記化学式１で表される複素環化合物を含む有機物層は、相対的に発光層に隣接して備えられる。この場合、三重項エキシトンをより効果的に遮断することができる。
本明細書の一実施態様において、上記三重項エネルギー(ＥＴ)は、低温フォトルミネッセンス(Low Temperature Photoluminescence)法を用いて測定することができる。λｅｄｇｅ値を測定して、下記換算式を用いて三重項エネルギーを求めることができる。
ＥＴ（ｅＶ）＝１２３９．８５／ (λｅｄｇｅ)
上記換算式において、 「λｅｄｇｅ」とは、縦軸に燐光強度、横軸に波長を取って燐光スペクトルを表したとき、燐光スペクトルの短波長側の上昇に対して接線を引いて、その接線と横軸との交点の波長値を意味し、単位はｎｍである。
本明細書のまた一つの実施態様において、上記三重項エネルギー(ＥＴ)は、量子化学計算によっても求めることができる。量子化学計算は、米ガウシアン (Ｇａｕｓｓｉａｎ)社製の量子化学計算プログラムＧａｕｓｓｉａｎ０３を用いて行うことができる。計算においては、密度汎関数理論(ＤＦＴ)を利用するが、汎関数としてＢ３ＬＹＰ、基底関数として６−３１Ｇ＊を用いて最適化した構造について、時間依存密度汎関数理論(ＴＤ−ＤＦＴ)によって三重項エネルギーの計算値を求めることができる。
本明細書のまた一つの実施態様において、特定の有機化合物においては、燐光スペクトルが観測されない場合があるが、このような有機化合物では、上記に示すように、量子化学計算を用いて求めた三重項エネルギー(ＥＴ)を推定して使用することができる。
本明細書の一実施態様において、上記化学式１で表される複素環化合物の双極子モーメント(dipole moment)は、２ｄｅｂｙｅ以下である。好ましくは、化学式１で表される複素環化合物の双極子モーメント(dipole moment)は、１ｄｅｂｙｅ以下である。
本明細書において、双極子モーメント(dipole moment)は、極性の程度を示す物理量であって、下記数式１で計算されることができる。
上記の数式１において、分子密度(Molecular density)を計算で求め、双極子モーメントの値を得ることができる。例えば、分子密度はHirshfeld Charge Analysisという方法を使用して各原子別の電荷(Charge)及び双極子(Dipole)を求め、下記式によって計算して得ることができ、その計算結果を上記数式１に入れて双極子モーメント(Dipole Moment)を求めることができる。
上記の双極子モーメントの値の範囲を有する化合物が含まれた有機物層を含む有機発光素子は、隣接する電子注入層又は正孔注入層のような有機物層から注入された電子又は正孔の輸送能力が向上する。よって、低い駆動電圧及び高い発光効率を有する有機発光素子を提供することができる。また、有機発光素子内で分子の配列が優秀であって、緻密な膜を提供する。よって、上記電子輸送物質を含む有機発光素子は、安定性に優れ、長寿命な有機発光素子を提供することができる。
本明細書の一実施態様によって、上記双極子モーメントの値の範囲を有する化合物が含まれた有機物層に、上述したｎ型ドーパントをさらに含む場合には、有機物層の双極子モーメントが大きく増加し、カソードから入ってくる電子の注入及び輸送能力が向上して、低い駆動電圧及び／又は高い発光効率の有機発光素子を提供することができる。
したがって、本明細書の一実施態様に係る上記双極子モーメントの値の範囲を満足し、化学式１で表される複素環化合物を含む有機発光素子は、安定性と効率の高い長寿命な有機発光素子を提供することができる。
本明細書の一実施態様において、上記化学式１で表される複素環化合物の電子移動度は、１０−６ｃｍ２／Ｖｓ以上である。
また一つの実施態様において、上記化学式１で表される複素環化合物の電子移動度は、０．１ないし０．５ＭＶ／ｃｍの電界条件で１０−６ｃｍ２／Ｖｓ以上である。また他の実施態様において、上記化学式 1で表される複素環化合物の電子移動度は、０．１ＭＶ／ｃｍの電界条件で１０−６ｃｍ２／Ｖｓ以上である。この場合、発光層内で生成されるエキシトンの数を増加させて、高い効率を期待することができる。
本明細書において、電子移動度は、当業界で使用される方法で測定することができる。具体的に、飛行時間法(ＴＯＦ；Time of Flight)又は空間電荷制限電流(ＳＣＬＣ；Space Charge Limited Current)測定法を使用することができ、これに限定されない。
具体的に、本明細書の一つの実施態様において、ＩＴＯ基板上にバソフェナントロリン(Bathophenanthroline)とリチウム(２％)を真空中で加熱して２０ｎｍの厚さで蒸着した後、上記化合物を２００ｎｍ蒸着した。上記層の上にバソフェナントロリン(Bathophenanthroline)とリチウム(２％)をさらに真空中で加熱して、さらに２０ｎｍの厚さで蒸着した後、アルミニウム(aluminium)を１００ｎｍ以上蒸着して、サンプルを製造した。上記サンプルの電圧 (Voltage)に対する電流密度(currently density： ｍＡ／ｃｍ２)を測定して、空間電荷制限電流(ＳＣＬＣ；Space Charge Limited Current)領域で電子移動度を計算することができる。
本明細書の一実施態様において、上記化学式１で表される複素環化合物のガラス転移温度は、８０℃以上である。より好ましくは、上記化学式１で表される複素環化合物のガラス転移温度は、１００℃である。一般的に正孔遮断物質として知られているＢｐｈｅｎの場合には、ガラス転移温度が７０℃未満の低いガラス転移温度を有して、７０℃以上の環境では適用できないという問題がある。よって、上記範囲のガラス転移温度を有する化合物を使用する場合には、熱的安定性に優れた有機発光素子を適用することができる。
本明細書の一実施態様において、上記化学式１で表される複素環化合物を含む有機物層は、ｎ型ドーパントをさらに含む。
具体的に、本明細書の一つの実施態様において、上記化学式１で表される複素環化合物を含む有機物層は、下記化学式１０で表されるｎ型ドーパントをさらに含む。
Ａは、水素；重水素；ハロゲン基；ニトリル基；ニトロ基；ヒドロキシ基；置換もしくは非置換のアルキル基；置換もしくは非置換のシクロアルキル基；置換もしくは非置換のアルコキシ基；置換もしくは非置換のアリールオキシ基；置換もしくは非置換のアルキルチオキシ基；置換もしくは非置換のアリールチオキシ基；置換もしくは非置換のアルキルスルホキシ基；置換もしくは非置換のアリールスルホキシ基；置換もしくは非置換のアルケニル基；置換もしくは非置換のシリル基；置換もしくは非置換のホウ素基；置換もしくは非置換のアリール基；又は置換もしくは非置換の複素環基であり、
曲線は、Ｍを有する５員又は６員環を形成するのに必要な結合及び２又は３個の原子を示し、上記原子は、１又は２以上のＡの定義と同じ置換基で置換もしくは非置換され、
Ｍは、アルカリ金属又はアルカリ土類金属である。
本明細書の一つの実施態様において、上記化学式１０で表されるｎ型ドーパントは、下記化学式１０−１又は１０−２で表される。
化学式１０−１及び１０−２において、
Ｍは、化学式１０で定義した通りであり、
化学式１０−１及び１０−２は、それぞれ独立して、水素；重水素；ハロゲン基；ニトリル基；ニトロ基；ヒドロキシ基；置換もしくは非置換のアルキル基；置換もしくは非置換のシクロアルキル基；置換もしくは非置換のアルコキシ基；置換もしくは非置換のアリールオキシ基；置換もしくは非置換のアルキルチオキシ基；置換もしくは非置換のアリールチオキシ基；置換もしくは非置換のアルキルスルホキシ基；置換もしくは非置換のアリールスルホキシ基；置換もしくは非置換のアルケニル基；置換もしくは非置換のシリル基；置換もしくは非置換のホウ素基；置換もしくは非置換のアリール基；及び置換もしくは非置換の複素環基からなる群より選択される１又は２以上の置換基で置換もしくは非置換されるか、隣接する置換基が互いに結合して、置換もしくは非置換の炭化水素環又は置換もしくは非置換の複素環を形成する。
本明細書の一実施態様において、上記化学式１０で表されるｎ型ドーパントは、下記構造のうちいずれか一つであってもよい。
上記構造は、水素；重水素；ハロゲン基；ニトリル基；ニトロ基；ヒドロキシ基；置換もしくは非置換のアルキル基；置換もしくは非置換のシクロアルキル基；置換もしくは非置換のアルコキシ基；置換もしくは非置換のアリールオキシ基；置換もしくは非置換のアルキルチオキシ基；置換もしくは非置換のアリールチオキシ基；置換もしくは非置換のアルキルスルホキシ基；置換もしくは非置換のアリールスルホキシ基；置換もしくは非置換のアルケニル基；置換もしくは非置換のシリル基；置換もしくは非置換のホウ素基；置換もしくは非置換のアリール基；及び置換もしくは非置換の複素環基からなる群より選択される１又は２以上の置換基で置換もしくは非置換されることができる。
本明細書において、ｎ型ドーパントは、ホスト物質をｎ型半導体特性を有するようにする物質を意味する。ｎ型半導体特性とは、ＬＵＭＯ(lowest unoccupied molecular orbital)エネルギー準位で電子を注入されるか輸送する特性、すなわち電子の伝導度が大きい物質の特性を意味する。
本明細書において、上記ｎ型ドーパントは、電子輸送層内にアルカリ金属で代表されるドナーをドーピングすることで、カソードからの電子の取り出しを容易にするためのものであって、ドナー性金属化合物及びドナー性金属錯体からなる群より選択された１以上を含むことができる。
本明細書の一実施態様において、上記化学式１０で表される有機アルカリ金属化合物又は有機アルカリ土類金属化合物のｎ型ドーパントは、上記化学式１で表される複素環化合物を含む有機物層の全体重量を基準に、２０重量％ないし８０重量％である。
本明細書の一実施態様によれば、上記ｎ型ドーパントは、１種単独で使用することもでき、２種以上を組み合わせて使用することもできる。
本明細書の一実施態様に係る有機発光素子は、上記発光層と上記カソードとの間に上記化学式１で表される複素環化合物をホストとして含み、ｎ型ドーパントを含む電子輸送層が備えられる。
本明細書の一実施態様において、上記有機発光素子は、上述した電子輸送層と上記発光層との間に正孔阻止層をさらに含むことができる。
本明細書において、置換基の例示は以下で説明するが、これに限定されるものではない。
上記「置換」という用語は、化合物の炭素原子に結合された水素原子が他の置換基に変わることを意味し、置換される位置は、水素原子が置換される位置、すなわち、置換基が置換可能な位置であれば限定されず、２以上置換される場合、２以上の置換基は、互いに同一であるか異なっていてもよい。
本明細書において「置換もしくは非置換の」という用語は、重水素；ハロゲン基；ニトリル基；ニトロ基；イミド基；アミド基；ヒドロキシ基；置換もしくは非置換のアルキル基；置換もしくは非置換のシクロアルキル基；置換もしくは非置換のアルコキシ基；置換もしくは非置換のアルケニル基；置換もしくは非置換のアミン基；置換もしくは非置換のアリール基；及び置換もしくは非置換の複素環基からなる群より選択された１又は２以上の置換基で置換されたか、上記例示された置換基のうち２以上の置換基が連結された置換基で置換されるか、もしくはいずれの置換基も持たないことを意味する。例えば、「２以上の置換基が連結された置換基」は、ビフェニル基であってもよい。すなわち、ビフェニル基は、アリール基であってもよく、２つのフェニル基が連結された置換基と解釈されることができる。
本明細書の一実施態様において、 上記「置換もしくは非置換の」は、重水素；ハロゲン基；ニトリル基；ヒドロキシ基；カルボニル基；エステル基；アルコキシ基；アリールオキシ基；アルキルチオキシ基；アリールチオキシ基；アルキルスルホキシ基；アリールスルホキシ基；シリル基；アルキル基；シクロアルキル基；アルケニル基；アリール基；アラルキル基；アラルケニル基；及びアルキルアリール基からなる群より選択される１つ以上の置換基で置換もしくは非置換されることと解釈されることができる。
本明細書の一実施態様によれば、上記「置換もしくは非置換の」という表現は、重水素；アルキル基；及びアリール基からなる群より選択された１つ以上の置換基で置換もしくは非置換されることがより好ましい。
本明細書の一実施態様において、上記化学式１で表される複素環化合物の水素原子は、重水素で置換されることができる。すなわち、本明細書の一実施態様に係る化学式１で表される複素環化合物は、１以上の重水素を含むことができる。上記重水素を含むという意味は、上記複素環化合物の置換基自体が重水素であってもよく、上記複素環化合物の置換基が重水素で置換された場合も含む。
本明細書において、ハロゲン基は、フッ素、塩素、臭素またはヨウ素であってもよい。
本明細書において、上記アルキル基は、直鎖又は分枝鎖であってもよく、炭素数は特に限定されないが、１ないし４０であることが好ましい。一実施態様によれば、上記アルキル基の炭素数は１ないし２０である。また一つの実施態様によれば、上記アルキル基の炭素数は１ないし１０である。また一つの実施態様によれば、上記アルキル基の炭素数は１ないし６である。アルキル基の具体的な例としては、メチル、エチル、プロピル、ｎ−プロピル、イソプロピル、ブチル、ｎ−ブチル、イソブチル、ｔｅｒｔ−ブチル、ｓｅｃ−ブチル、１−メチル−ブチル、１−エチル−ブチル、ペンチル、ｎ−ペンチル、イソペンチル、ネオペンチル、ｔｅｒｔ−ペンチル、ヘキシル、ｎ−ヘキシル、１−メチルペンチル、２−メチルペンチル、４−メチル−２−ペンチル、３，３−ジメチルブチル、２−エチルブチル、ヘプチル、ｎ−ヘプチル、１−メチルヘキシル、シクロペンチルメチル、シクロヘキシルメチル、オクチル、ｎ−オクチル、ｔｅｒｔ−オクチル、１−メチルヘプチル、２−エチルヘキシル、２−プロピルペンチル、ｎ−ノニル、２，２−ジメチルヘプチル、１−エチル−プロピル、１，１−ジメチル−プロピル、イソヘキシル、２−メチルペンチル、４−メチルヘキシル、５−メチルヘキシルなどがあるが、これらに限定されない。
本明細書において、シクロアルキル基は、特に限定されないが、炭素数３ないし６０であることが好ましく、 一実施態様によれば、上記シクロアルキル基の炭素数は３ないし３０である。また一つの実施態様によれば、上記シクロアルキル基の炭素数は３ないし２０である。また一つの実施態様によれば、上記シクロアルキル基の炭素数は３ないし６である。具体的に、シクロプロピル、シクロブチル、シクロペンチル、３−メチルシクロペンチル、２，３−ジメチルシクロペンチル、シクロヘキシル、３−メチルシクロヘキシル、４−メチルシクロヘキシル、２，３−ジメチルシクロヘキシル、３，４，５−トリメチルシクロヘキシル、４−ｔｅｒｔ−ブチルシクロヘキシル、シクロヘプチル、シクロオクチルなどがあるが、これに限定されない。
本明細書において、上記アルコキシ基は、直鎖、 分枝鎖又は環状であってもよい。アルコキシ基の炭素数は特に限定されないが、炭素数１ないし２０であることが好ましい。具体的に、メトキシ、エトキシ、ｎ−プロポキシ、イソプロポキシ、ｉ−プロピルオキシ、ｎ−ブトキシ、イソブトキシ、ｔｅｒｔ−ブトキシ、ｓｅｃ−ブトキシ、ｎ−ペンチルオキシ、ネオペンチルオキシ、イソペンチルオキシ、ｎ−ヘキシルオキシ、３，３−ジメチルブチルオキシ、２−エチルブチルオキシ、ｎ−オクチルオキシ、ｎ−ノニルオキシ、ｎ−デシルオキシ、ベンジルオキシ、ｐ−メチルベンジルオキシなどであってもよいが、これに限定されるものではない。
本明細書において、上記アルケニル基は、直鎖又は分枝鎖であってもよく、炭素数は特に限定されないが、２ないし４０であることが好ましい。一実施態様によれば、上記アルケニル基の炭素数は２ないし２０である。また一つの実施態様によれば、上記アルケニル基の炭素数は２ないし１０である。また一つの実施態様によれば、上記アルケニル基の炭素数は２ないし６である。具体的な例としては、ビニル、１−プロペニル、イソプロペニル、１−ブテニル、２−ブテニル、３−ブテニル、１−ペンテニル、２−ペンテニル、３−ペンテニル、３−メチル−１−ブテニル、１，３−ブタジエニル、アリル、１−フェニルビニル−１−イル、２−フェニルビニル−１−イル、２，２−ジフェニルビニル−１−イル、２−フェニル−２−（ナフチル−１−イル）ビニル−１−イル、２，２−ビス（ジフェニル−１−イル）ビニル−１−イル、スチルベニル基、スチレニル基などがあるが、これらに限定されない。
本明細書において、シリル基は、具体的にトリメチルシリル基、トリエチルシリル基、ｔ−ブチルジメチルシリル基、ビニルジメチルシリル基、プロピルジメチルシリル基、トリフェニルシリル基、ジフェニルシリル基、フェニルシリル基などがあるが、これに限定されない。
本明細書において、ホウ素基は、具体的にトリメチルホウ素基、トリエチルホウ素基、ｔ−ブチルジメチルホウ素基、トリフェニルホウ素基、フェニルホウ素基などがあるが、これに限定されない。
本明細書において、アリール基は特に限定されないが、炭素数６ないし６０であることが好ましく、単環式アリール基又は多環式アリール基であってもよい。一実施態様によれば、上記アリール基の炭素数は６ないし３０である。一実施態様によれば、上記アリール基の炭素数は６ないし２０である。上記アリール基が、単環式アリール基としては、フェニル基、ビフェニル基、ターフェニル基、クォーターフェニル基などであってもよいが、これに限定されるものではない。上記多環式アリール基としては、ナフチル基、アントラセニル基、フェナントリル基、ピレニル基、ペリレニル基、クリセニル基、フルオレニル基などであってもよいが、これに限定されるものではない。
本明細書において、フルオレニル基は、置換されることができ、置換基２つが互いに結合して、スピロ構造を形成することができる。
上記フルオレニル基が置換される場合、
などであってもよい。但し、これに限定されるものではない。
本明細書において、複素環基は、異種元素としてＯ、Ｎ、Ｓ、Ｓｉ及びＳｅのうち１つ以上を含む複素環基であって、炭素数は特に限定されないが、炭素数２ないし６０であることが好ましい。複素環基の例としては、チオフェン基、フラン基、ピロール基、イミダゾール基、チアゾール基、オキサゾール基、オキサジアゾール基、トリアゾール基、ピリジル基、ビピリジル基、ピリミジル基、トリアジン基、トリアゾール基、アクリジル基、ピリダジン基、ピラジニル基、キノリニル基、キナゾリン基、キノキサリニル基、フタラジニル基、ピリドピリミジニル基、ピリドピラジニル基、ピラジノピラジニル基、イソキノリン基 、インドール基、カルバゾール基、ベンゾオキサゾール基、ベンゾイミダゾール基、ベンゾチアゾール基、ベンゾカルバゾール基、ベンゾチオフェン基、ジベンゾチオフェン基、ベンゾフラニル基、フェナントロリン基(phenanthroline)、チアゾリル基、イソオキサゾリル基、オキサジアゾリル基、チアジアゾリル基、ベンゾチアゾリル基、フェノチアジニル基及びジベンゾフラニル基などがあるが、これらにのみ限定されるものではない。
上記複素環基は、単環又は多環であってもよく、芳香族、脂肪族又は芳香族と脂肪族との縮合環であってもよい。
本明細書において、アリールオキシ基、アリールチオキシ基、アリールスルホキシ基中のアリール基は、上述したアリール基に関する説明が適用されることができる。
本明細書において、アルキルチオキシ基、アルキルスルホキシ基中のアルキル基は、上述したアルキル基に関する説明が適用されることができる。
本明細書において、アリーレン基は、２価基であることを除いては、上述したアリール基に関する説明が適用されることができる。
本明細書において、「隣接する」とは、 該当置換基が置換された原子と直接連結された原子に置換された置換基、該当置換基と立体構造的に最も近く位置した置換基、または該当置換基が置換された原子に置換された他の置換基を意味することができる。例えば、ベンゼン環でオルト(ortho)位に置換された２つの置換基及び脂肪族環で同一の炭素に置換された２つの置換基は、互いに「隣接する」基と解釈されることができる。
本明細書において、２つの隣接する炭化水素又は複素環で置換されるか非置換のアルキレン又は炭化水素又は複素環で置換されるか非置換のアルケニレンが互いに結合して、環を形成することができる。本明細書において、隣接する基が互いに結合して形成された環は、単環又は多環であってもよく、脂肪族、芳香族又は脂肪族と芳香族との縮合環であってもよく、炭化水素環又は複素環を形成することができる。
本明細書において、隣接する基と互いに結合して環を形成するという意味は、隣接する基と互いに結合して、置換もしくは非置換の脂肪族炭化水素環；置換もしくは非置換の芳香族炭化水素環；置換もしくは非置換の脂肪族複素環；置換もしくは非置換の芳香族複素環；又はこれらの縮合環を形成することを意味する。
上記炭化水素環は、上記１価基でないことを除いては、上記シクロアルキル基又はアリール基の例示の中から選択されることができる。上記複素環は、脂肪族、芳香族又は脂肪族と芳香族との縮合環であってもよく、１価基でないことを除いては、上記複素環基の例示の中から選択されることができる。
本明細書において「スピロ結合」とは、同一の炭素内の置換基が互いに結合して、２つの環式化合物が一つの原子を通じて連結される構造を意味することができる。
本明細書の一実施態様において、上記化学式１で表される複素環化合物は、下記化学式１−Ａで表されることができる。
上記化学式１−Ａにおいて、
Ａｒ１、 Ａｒ２、Ｌ１、Ｒ１ないしＲ４、ｌ、ｍ及びｎの定義は、化学式１で定義した通りである。
有機発光素子に使用される有機物の重要な特性の一つは、非晶質(amorphous)蒸着膜の形成が必要だという点である。高い結晶性を有する有機物は、蒸着時に膜特性が不均一に蒸着され、素子の駆動時に駆動電圧の上昇が大きく、素子の寿命が低くなって、素子の劣化が加速化するという短所がある。かかる短所を補完するために、非晶質膜の形成が必要である。
そこで、本発明者らは、トリアジン誘導体の構造において非対称性を有する物質であるほど結晶性があらわれないことを確認した。本明細書の一実施態様において、上記化学式１で表される複素環化合物は、トリアジンの置換基であるＡｒ１ないしＡｒ３が互いに異なっている。この場合、複素環化合物は、トリアジンの置換基が互いに非対称であって、非晶質蒸着膜の形成が可能であり、低い駆動電圧及び長寿命な素子を提供することができる。
本明細書の一実施態様によれば、上記化学式１は、下記化学式１−Ａ−１ないし１−Ａ−４のうちいずれか一つで表されることができる。
上記化学式１−Ａ−１ないし１−Ａ−４において、
Ａｒ１、Ａｒ２、Ｌ１、Ｒ１ないしＲ４、ｌ、ｍ及びｎの定義は、化学式１で定義した通りである。
本明細書の一実施態様において、上記化学式１で表される複素環化合物は、上記化学式１−Ａ−１で表される。
また一つの実施態様において、上記化学式１で表される複素環化合物は、上記化学式１−Ａ−２で表される。
また他の実施態様において、上記化学式１で表される複素環化合物は、上記化学式１−Ａ−４で表される。
本明細書の電子輸送層として作用する複素環化合物は、発光効率及び寿命の面で上記化学式１−Ａ−４で表される化合物が好ましい。
本明細書の一実施態様において、上記化学式１で表される複素環化合物は、下記化学式１−Ｂで表される。
Ｒ１ないしＲ４、Ａｒ１、Ｌ１、ｌ、ｍ及びｎは、化学式１で定義した通りであり、
ｘ１は、１ないし５の整数であり、
ｘ２は、１ないし４の整数であり、
ｘ１及びｘ２が２以上の整数の場合、２以上の括弧内の構造は、互いに同一であるか異なっており、
Ｘ１及びＸ２は、互いに同一であるか異なっており、それぞれ独立して、水素；重水素；ハロゲン基；ニトリル基；ニトロ基；ヒドロキシ基；置換もしくは非置換のアルキル基；置換もしくは非置換のシクロアルキル基；置換もしくは非置換のアルコキシ基；置換もしくは非置換のアリールオキシ基；置換もしくは非置換のアルキルチオキシ基；置換もしくは非置換のアリールチオキシ基；置換もしくは非置換のアルキルスルホキシ基；置換もしくは非置換のアリールスルホキシ基；置換もしくは非置換のアルケニル基；置換もしくは非置換のシリル基；置換もしくは非置換のホウ素基；置換もしくは非置換のアリール基；又は置換もしくは非置換の複素環基であるか、隣接する２以上の基は互いに結合して、置換もしくは非置換の炭化水素環；又は置換もしくは非置換の複素環を形成する。
本明細書の一実施態様において、上記化学式１で表される複素環化合物は、下記化学式１−Ｂ−１で表される。
化学式１−Ｂ−１において、
Ｒ１ないしＲ４、Ａｒ１、Ｌ１、ｌ、ｍ、ｎ、ｘ１、ｘ２、Ｘ１及びＸ２は、化学式１−Ｂで定義した通りである。
本明細書の一実施態様において、上記Ｘ１は、水素である。
また一つの実施態様において、上記Ｘ２は、水素である。
本明細書の一実施態様のようにＡｒ１又はＡｒ２がビフェニル基を含む場合、素子の寿命の面で優れた効果がある。
本明細書の一実施態様によれば、Ａｒ１及びＡｒ２は、互いに異なっており、それぞれ独立して、置換もしくは非置換のアリール基である。
本明細書の一実施態様によれば、Ａｒ１及びＡｒ２は、互いに異なっており、それぞれ独立して、置換もしくは非置換の１環ないし４環のアリール基である。
本明細書の一実施態様によれば、Ａｒ１及びＡｒ２は、互いに異なっており、それぞれ独立して、重水素；ハロゲン基；ニトリル基；ニトロ基；ヒドロキシ基；カルボニル基；エステル基；イミド基；アミノ基；ホスフィンオキシド基；アルコキシ基；アリールオキシ基；アルキルチオキシ基；アリールチオキシ基；アルキルスルホキシ基；アリールスルホキシ基；シリル基；ホウ素基；アルキル基；シクロアルキル基；アルケニル基；アリール基；アラルキル基；アラルケニル基；アルキルアリール基；アルキルアミン基；アラルキルアミン基；ヘテロアリールアミン基；アリールアミン基；アリールホスフィン基；及び複素環基からなる群より選択された１つ以上の置換基で置換もしくは非置換のアリール基である。
本明細書の一実施態様によれば、Ａｒ１及びＡｒ２は、互いに異なっており、それぞれ独立して、重水素、アルキル基及びアリール基からなる群より選択された１つ以上の置換基で置換もしくは非置換のアリール基である。
本明細書の一実施態様によれば、Ａｒ１及びＡｒ２は、互いに異なっており、それぞれ独立して、置換もしくは非置換のアリール基であり、Ａｒ１及びＡｒ２のうち少なくとも一つは、重水素で置換もしくは非置換のアリール基である。
本明細書の一実施態様によれば、Ａｒ１及びＡｒ２は、互いに異なっており、それぞれ独立して、重水素で置換もしくは非置換のアリール基である。
本明細書の一実施態様によれば、Ａｒ１及びＡｒ２は、互いに異なっており、それぞれ独立して、置換もしくは非置換のフェニル基；置換もしくは非置換のナフチル基；置換もしくは非置換のビフェニル基；置換もしくは非置換のターフェニル基；置換もしくは非置換のクォーターフェニル基；置換もしくは非置換のフェナントリル基；置換もしくは非置換のクリセニル基；置換もしくは非置換のフルオレニル基；又は置換もしくは非置換のヘテロアリール基である。
本明細書の一実施態様によれば、Ａｒ１及びＡｒ２は、互いに異なっており、それぞれ独立して、フェニル基；ナフチル基；ビフェニル基；ターフェニル基；クォーターフェニル基；フェナントリル基；クリセニル基；フルオレニル基；又はヘテロアリール基である。
本明細書の一実施態様によれば、Ａｒ１及びＡｒ２は、互いに異なっており、それぞれ独立して、置換もしくは非置換のフェニル基；置換もしくは非置換のナフチル基；置換もしくは非置換のビフェニル基；置換もしくは非置換のターフェニル基；置換もしくは非置換のクォーターフェニル基；置換もしくは非置換のフェナントリル基；置換もしくは非置換のクリセニル基；又は置換もしくは非置換のヘテロアリール基である。
本明細書の一実施態様において、Ａｒ１及びＡｒ２は、互いに異なっており、それぞれ独立して、アリール基で置換もしくは非置換のフェニル基；アリール基で置換もしくは非置換のビフェニル基；アリール基で置換もしくは非置換のターフェニル基；アリール基で置換もしくは非置換のクォーターフェニル基；アリール基で置換もしくは非置換のナフチル基；又はアリール基で置換もしくは非置換のフェナントリル基である。
本明細書の一実施態様によれば、Ａｒ１及びＡｒ２は、互いに異なっており、それぞれ独立して、フェニル基；ナフチル基；ビフェニル基；ターフェニル基；クォーターフェニル基；フェナントリル基；クリセニル基；又はヘテロアリール基である。
本明細書の一実施態様によれば、Ａｒ１は、置換もしくは非置換のフェニル基；置換もしくは非置換のビフェニル基；置換もしくは非置換のナフチル基；又は置換もしくは非置換のフェナントリル基である。
本明細書の一実施態様によれば、Ａｒ１は、フェニル基；ビフェニル基；ナフチル基；又はフェナントリル基である。
本明細書の一実施態様によれば、Ａｒ１は、置換もしくは非置換のフェニル基である。
本明細書の一実施態様によれば、Ａｒ１は、置換もしくは非置換のビフェニル基である。
本明細書の一実施態様によれば、Ａｒ１は、置換もしくは非置換のナフチル基である。
本明細書の一実施態様によれば、Ａｒ１は、置換もしくは非置換のフェナントリル基である。
本明細書の一実施態様によれば、Ａｒ１が置換もしくは非置換のフェニル基の場合、Ａｒ２は、置換もしくは非置換のビフェニル基；置換もしくは非置換のターフェニル基；置換もしくは非置換のクォーターフェニル基；置換もしくは非置換のナフチル基；置換もしくは非置換のフェナントリル基；又は置換されたフェニル基である。
本明細書の一実施態様によれば、Ａｒ１がフェニル基の場合、Ａｒ２は、ビフェニル基；ターフェニル基；フェニル基で置換されたターフェニル基；クォーターフェニル基；ナフチル基；フェナントリル基；又はナフチル基で置換されたフェニル基である。
本明細書の一実施態様によれば、Ａｒ１が置換もしくは非置換のビフェニル基の場合、Ａｒ２は、置換もしくは非置換のターフェニル基；置換もしくは非置換のビフェニル基；置換されたフェニル基；置換もしくは非置換のナフチル基；又は置換もしくは非置換のフェナントリル基である。
本明細書の一実施態様によれば、Ａｒ１がビフェニル基の場合、Ａｒ２は、ターフェニル基；ビフェニル基；ナフチル基で置換されたフェニル基；フェナントリル基で置換されたフェニル基；ナフチル基で置換されたビフェニル基；ナフチル基；フェニル基で置換されたナフチル基；又はフェナントリル基である。
本明細書の一実施態様によれば、Ａｒ１が置換もしくは非置換のナフチル基の場合、Ａｒ２は、置換もしくは非置換のビフェニル基；置換されたフェニル基；置換もしくは非置換のターフェニル基；置換もしくは非置換のフェナントリル基；又は置換もしくは非置換のクォーターフェニル基である。
本明細書の一実施態様によれば、Ａｒ１がナフチル基の場合、Ａｒ２は、ビフェニル基；ナフチル基で置換されたフェニル基；フェナントリル基で置換されたフェニル基；ターフェニル基；ナフチル基で置換されたビフェニル基；フェニル基で置換されたフェナントリル基；フェナントリル基；クォーターフェニル基；又はフェニル基で置換されたターフェニル基である。
本明細書の一実施態様によれば、Ａｒ１が置換もしくは非置換のフェナントリル基の場合、Ａｒ２は、置換もしくは非置換のビフェニル基；置換されたフェニル基；置換もしくは非置換のターフェニル基；又は置換もしくは非置換のクォーターフェニル基である。
本明細書の一実施態様によれば、Ａｒ１がフェナントリル基の場合、Ａｒ２は、ビフェニル基；フェナントリル基で置換されたフェニル基；ナフチル基で置換されたフェニル基；ターフェニル基；クォーターフェニル基；又はフェニル基で置換されたターフェニル基である。
本明細書の一実施態様によれば、Ａｒ２は、置換もしくは非置換のフェニル基；置換もしくは非置換のビフェニル基；置換もしくは非置換のターフェニル基；置換もしくは非置換のクォーターフェニル基；置換もしくは非置換のナフチル基；又は置換もしくは非置換のフェナントリル基である。
本明細書の一実施態様によれば、Ａｒ２は、フェニル基；ビフェニル基；ターフェニル基；クォーターフェニル基；ナフチル基；又はフェナントリル基である。
本明細書の一実施態様によれば、Ａｒ１及びＡｒ２のうち少なくとも一つは、置換もしくは非置換のビフェニル基である。
本明細書の一実施態様によれば、Ａｒ１は、アリール基で置換もしくは非置換のフェニル基；アリール基で置換もしくは非置換のビフェニル基；アリール基で置換もしくは非置換のナフチル基；又はアリール基で置換もしくは非置換のフェナントリル基であり、Ａｒ２は、アリール基で置換もしくは非置換のフェニル基；アリール基で置換もしくは非置換のビフェニル基；アリール基で置換もしくは非置換のターフェニル基；アリール基で置換もしくは非置換のクォーターフェニル基；アリール基で置換もしくは非置換のナフチル基；又はアリール基で置換もしくは非置換のフェナントリル基である。
本明細書の一実施態様によれば、Ａｒ１はフェニル基であり、Ａｒ２はビフェニル基である。
本明細書の一実施態様において、上記Ａｒ１及びＡｒ２は、互いに異なっており、それぞれ独立して、フェニル基；ビフェニル基；ナフチル基；フェナントレニル基；ターフェニル基；ナフチル基で置換されたフェニル基；又はターフェニル基で置換されたフェニル基である。
本明細書の一実施態様によれば、Ｒ１は、水素；置換もしくは非置換のアルキル基；又は置換もしくは非置換のアリール基である。
本明細書の一実施態様によれば、Ｒ１は、水素；炭素数１ないし３０の置換もしくは非置換のアルキル基；又は炭素数６ないし４０の置換もしくは非置換のアリール基である。
本明細書の一実施態様によれば、Ｒ１は、水素；炭素数１ないし６の置換もしくは非置換のアルキル基；又は炭素数６ないし２０の置換もしくは非置換のアリール基であるか、隣接する２以上のＲ１は互いに結合して、置換もしくは非置換の炭化水素環又は置換もしくは非置換の複素環を形成する。
本明細書の一実施態様によれば、Ｒ１は、水素；重水素；炭素数１ないし６のアルキル基；又は炭素数６ないし２０のアリール基であるか、隣接する２以上のＲ１は互いに結合して、置換もしくは非置換の炭化水素環又は置換もしくは非置換の複素環を形成する。
本明細書の一実施態様によれば、Ｒ１は、水素；重水素；又はアルキル基である。
本明細書の一実施態様によれば、Ｒ１は、水素である。
本明細書の一実施態様において、上記２以上のＲ１は互いに結合して、置換もしくは非置換の炭化水素環を形成する。
また一つの実施態様において、上記２以上の隣接するＲ１は互いに結合して、置換もしくは非置換のベンゼン環を形成する。
本明細書の一実施態様において、上記２以上の隣接するＲ１は互いに結合して、ベンゼン環を形成する。
本明細書の一実施態様によれば、Ｒ２は、水素；重水素；ハロゲン基；ニトリル基；ニトロ基；ヒドロキシ基；置換もしくは非置換のアルキル基；置換もしくは非置換のシクロアルキル基；置換もしくは非置換のアルコキシ基；置換もしくは非置換のアリールオキシ基；置換もしくは非置換のアルキルチオキシ基；置換もしくは非置換のアリールチオキシ基；置換もしくは非置換のアルキルスルホキシ基；置換もしくは非置換のアリールスルホキシ基；置換もしくは非置換のアルケニル基；置換もしくは非置換のシリル基；置換もしくは非置換のホウ素基；置換もしくは非置換のアリール基；Ｏ及びＳ原子のうち１つ以上を含む置換もしくは非置換の単環又は２環の複素環基；置換もしくは非置換のピロール基；置換もしくは非置換のイミダゾール基；置換もしくは非置換のトリアゾール基；置換もしくは非置換のピリジル基；置換もしくは非置換のビピリジル基；置換もしくは非置換のピリミジル基；置換もしくは非置換のトリアゾール基；置換もしくは非置換のアクリジル基；置換もしくは非置換のピリダジン基；置換もしくは非置換のピラジニル基；置換もしくは非置換のキノリニル基；置換もしくは非置換のキナゾリン基；置換もしくは非置換のキノキサリニル基；置換もしくは非置換のフタラジニル基；置換もしくは非置換のピリドピリミジニル基；置換もしくは非置換のピリドピラジニル基；置換もしくは非置換のピラジノピラジニル基；置換もしくは非置換のイソキノリン基；置換もしくは非置換のイソドール基；置換もしくは非置換のベンゾイミダゾール基；又は置換もしくは非置換のフェナントロリン基(phenanthroline)であるか、隣接する２以上のＲ２は互いに結合して、置換もしくは非置換の炭化水素環又は置換もしくは非置換の複素環を形成する。
本明細書の一実施態様によれば、Ｒ２は、水素；置換もしくは非置換のアルキル基；置換もしくは非置換のアリール基；又は置換もしくは非置換の複素環基であるか、隣接する２以上のＲ２は互いに結合して、置換もしくは非置換の炭化水素環を形成する。
本明細書の一実施態様によれば、Ｒ２は、水素；重水素；置換もしくは非置換の炭素数１ないし２０のアルキル基；置換もしくは非置換の炭素数６ないし２０のアリール基；又は置換もしくは非置換の炭素数２ないし２０の複素環基であるか、２以上の隣接するＲ２は互いに結合して、置換もしくは非置換の炭化水素環を形成する。
本明細書の一実施態様によれば、Ｒ２は、水素；重水素；又は炭素数６ないし４０の置換もしくは非置換のアリール基である。
本明細書の一実施態様によれば、Ｒ２は、水素；重水素；又は炭素数６ないし２０の置換もしくは非置換のアリール基である。
本明細書の一実施態様によれば、Ｒ２は、水素；又は炭素数６ないし２０のアリール基である。
本明細書の一実施態様によれば、Ｒ２は、水素；又は置換もしくは非置換のフェニル基である。
本明細書の一実施態様によれば、Ｒ２は、水素；重水素；又はフェニル基である。
本明細書の一実施態様によれば、Ｒ２は、水素；又は重水素である。
本明細書の一実施態様によれば、Ｒ２は、水素である。
本明細書の一実施態様において、上記Ｒ２は、置換もしくは非置換のフェニル基である。
また一つの実施態様において、上記Ｒ２は、フェニル基である。
本明細書の一実施態様において、上記２以上のＲ２は互いに結合して、置換もしくは非置換の炭化水素環を形成する。
また一つの実施態様において、上記２以上の隣接するＲ２は互いに結合して、置換もしくは非置換のベンゼン環を形成する。
本明細書の一実施態様において、上記２以上の隣接するＲ２は互いに結合して、ベンゼン環を形成する。
また他の実施態様において、上記Ｒ１は、水素；又は隣接する基が互いに結合して、ベンゼン環を形成する。
また一つの実施態様において、上記Ｒ２は、水素である。
本明細書の一実施態様によれば、Ｒ３及びＲ４は、互いに同一であるか異なっており、それぞれ独立して、水素；重水素；ハロゲン基；炭素数１ないし４０の置換もしくは非置換の直鎖アルキル基；炭素数１ないし４０の置換もしくは非置換の直鎖アルコキシ基；炭素数１ないし４０の置換もしくは非置換の直鎖チオアルコキシ基；炭素数３ないし４０の置換もしくは非置換の分枝状のモノー又はポリシクロアルキル基；炭素数３ないし４０の置換もしくは非置換の分枝状のアルケニル基；炭素数３ないし４０の置換もしくは非置換の分枝状のアルコキシ基；炭素数３ないし４０の置換もしくは非置換の分枝状のチオアルコキシ基；環員６ないし４０の置換もしくは非置換のアリール基；環員５ないし４０の置換もしくは非置換の複素環基；環員５ないし４０の置換もしくは非置換のアリールオキシ基；又は環員５ないし４０の置換もしくは非置換のヘテロアリールオキシ基であるか、互いに結合して、置換もしくは非置換の炭化水素環を形成するか、同一の炭素内の置換基が互いに結合して、置換もしくは非置換のスピロ結合を形成する。
本明細書の一実施態様によれば、Ｒ３及びＲ４は、互いに同一であるか異なっており、それぞれ独立して、置換もしくは非置換のアルキル基；置換もしくは非置換のアリール基；又は置換もしくは非置換の複素環基であるか、互いに結合して、置換もしくは非置換の炭化水素環を形成するか、同一の炭素内の置換基が互いに結合して、置換もしくは非置換のスピロ結合を形成する。
本明細書の一実施態様において、上記Ｒ３及びＲ４は、置換もしくは非置換のアルキル基；置換もしくは非置換のアリール基；又は置換もしくは非置換の複素環基であることがより好ましい。文献(J. AM. CHEM. SOC. 2003, 125, 3710-3711)によれば、二置換フルオレニル基(disubstituted fluorenyl group)がスピロビフルオレニル基(spirobifluorenyl group)よりも電子移動度が高いことを確認することができる。これによる化学式１で表される化合物は、後述する比較例に使用した化学式 [ＥＴ−Ｊ] 又は化学式 [ＥＴ−Ｋ] よりも電子輸送がより効率的に起きるので、高い効率を示し、また寿命も向上することを確認することができた。
本明細書の一実施態様によれば、Ｒ３及びＲ４は、互いに同一であるか異なっており、それぞれ独立して、置換もしくは非置換のアルキル基；又は置換もしくは非置換のアリール基である。
本明細書の一実施態様によれば、Ｒ３及びＲ４は、互いに同一であるか異なっており、それぞれ独立して、置換もしくは非置換のアルキル基；炭素数６ないし２０の置換もしくは非置換のアリール基；又は置換もしくは非置換の複素環基である。
本明細書の一実施態様によれば、Ｒ３及びＲ４は、互いに同一であるか異なっており、それぞれ独立して、アルキル基；炭素数６ないし２０のアリール基；又は複素環基である。
本明細書の一実施態様によれば、Ｒ３及びＲ４は、互いに同一であるか異なっており、それぞれ独立して、アルキル基；置換もしくは非置換のフェニル基；置換もしくは非置換のビフェニル基；又は置換もしくは非置換のナフチル基であるか、Ｒ３及びＲ４が互いに結合して、５員脂肪族環を形成する。
本明細書の一実施態様によれば、Ｒ３及びＲ４は、互いに同一であるか異なっており、それぞれ独立して、メチル基；置換もしくは非置換のフェニル基；置換もしくは非置換のビフェニル基；又は置換もしくは非置換のナフチル基であるか、Ｒ３及びＲ４が互いに結合して、５員脂肪族環を形成する。
本明細書の一実施態様によれば、Ｒ３及びＲ４は、互いに同一であるか異なっており、それぞれ独立して、メチル基；非置換のフェニル基；メチル基で置換されたフェニル基；ビフェニル基；又はナフチル基であるか、Ｒ３及びＲ４が互いに結合して、５員脂肪族環を形成する。
本明細書の一実施態様において、上記Ｒ３及びＲ４は、互いに同一であるか異なっており、それぞれ独立して、アルキル基；又はアリール基である。
また他の実施態様において、上記Ｒ３及びＲ４は、メチル基；又はフェニル基である。
本明細書の一実施態様において、Ｒ１ないしＲ４は、互いに同一であるか異なっており、それぞれ独立して、水素；置換もしくは非置換のアルキル基；又は置換もしくは非置換のアリール基であるか、隣接する２以上の置換基が互いに結合して、置換もしくは非置換の炭化水素環を形成するか、同一の炭素内の置換基が互いに結合して、スピロ結合を形成する。
本明細書の一実施態様において、Ｒ１ないしＲ４は、互いに同一であるか異なっており、それぞれ独立して、水素；置換もしくは非置換のアルキル基；又は置換もしくは非置換のアリール基であるか、隣接する２以上の置換基が互いに結合して、置換もしくは非置換の炭化水素環を形成するか、同一の炭素内の置換基が互いに結合して、置換もしくは非置換のスピロ結合を形成する。
本明細書の一実施態様において、上記Ｌ１は、直接結合；又は置換もしくは非置換のアリーレン基である。
また一つの実施態様において、上記Ｌ１は、直接結合；又は炭素数６ないし２０のアリーレン基である。
本明細書の一実施態様によれば、上記Ｌ１は、直接結合；又は下記構造から選択されたいずれか一つであってもよい。
上記構造は、重水素；ハロゲン基；ニトリル基；ニトロ基；ヒドロキシ基；カルボニル基；エステル基；イミド基；アミノ基；ホスフィンオキシド基；アルコキシ基；アリールオキシ基；アルキルチオキシ基；アリールチオキシ基；アルキルスルホキシ基；アリールスルホキシ基；シリル基；ホウ素基；アルキル基；シクロアルキル基；アルケニル基；アリール基；アミン基；アリールホスフィン基；又は複素環基からなる群より選択された１つ以上の置換基で置換もしくは非置換されることができる。
本明細書の一実施態様において、上記Ｌ１は、直接結合；置換もしくは非置換のフェニレン基；置換もしくは非置換のビフェニリレン基；置換もしくは非置換のナフタレン基；又は置換もしくは非置換のフェナントレニレン基である。
本明細書の一実施態様において、上記（Ｌ１）ｌは、直接結合；置換もしくは非置換のフェニレン基；置換もしくは非置換のビフェニリレン基；置換もしくは非置換のナフタレン基；又は置換もしくは非置換のフェナントレニレン基である。
本明細書の一実施態様において、Ｌ１は、直接結合である。
また一つの実施態様において、上記Ｌ１は、置換もしくは非置換のフェニレン基である。
また他の実施態様において、上記Ｌ１は、フェニレン基である。
本明細書の一実施態様において、上記Ｌ１は、置換もしくは非置換のビフェニリレン基である。
一つの実施態様において、上記Ｌ１は、ビフェニリレン基である。
本明細書の一実施態様において、上記Ｌ１は、置換もしくは非置換のナフタレン基である。
本明細書の一実施態様において、上記Ｌ１は、ナフタレン基である。
本明細書の一実施態様において、上記Ｌ１は、置換もしくは非置換のフェナントレニレン基である。
また一つの実施態様において、上記Ｌ１は、フェナントレニレン基である。
本明細書の一つの実施態様において、上記Ｌ１は、直接結合；フェニレン基；又はナフタレン基である。
本明細書の一つの実施態様において、上記Ｌ１は、１以上の重水素で置換もしくは非置換される。
本明細書の一実施態様において、上記化学式２は、下記構造の中からいずれか一つ選択されることができる。
上記構造において、上記Ｒ３、Ｒ４、Ｌ１及びｌは、上述した通りであり、
上記構造は、重水素；ハロゲン基；ニトリル基；ニトロ基；イミド基；アミド基；ヒドロキシ基；置換もしくは非置換のアルキル基；置換もしくは非置換のシクロアルキル基；置換もしくは非置換のアルコキシ基；置換もしくは非置換のアルケニル基；置換もしくは非置換のアミン基；置換もしくは非置換のアリール基；及び置換もしくは非置換の複素環基からなる群より選択された１又は２以上の置換基で置換もしく非置換されることができる。
本明細書の一実施態様において、上記Ａｒ３は、下記構造の中から選択されることができる。
本明細書の一実施態様において、化学式１で表される複素環化合物は、下記化学式１−１ないし１−６２７及び２−１ないし２−３６３のうちいずれか一つで表される。
本明細書の一実施態様において、上記化学式３で表される化合物の正孔移動度は、５×１０−６ｃｍ２／Ｖｓ以上である。また一つの実施態様において、上記化学式３で表される化合物の正孔移動度は、０．１ないし０．５ＭＶ／ｃｍの電界(Electric Field)条件で５×１０−６ｃｍ２／Ｖｓ以上である。また一つの実施態様において、上記化学式３で表される化合物の正孔移動度は、０．１ＭＶ／ｃｍの電界(Electric Field)条件で５×１０−６ｃｍ２／Ｖｓ以上である。他の実施態様において、上記化学式３で表される化合物の正孔移動度は、１０−６ｃｍ２／Ｖｓ以上である。
本明細書の一実施態様に係る上記化学式３で表される化合物は、正孔移動度が０．１ないし０．５ＭＶ／ｃｍの電界(Electric Field)条件で５×１０−６ｃｍ２／Ｖｓ以上であって、従来の正孔輸送物質よりも正孔移動度が速い。よって、発光層内で生成されるエキシトンの数を増加させて高い効率を期待することができるが、カソード側に正孔が漏れてしまうおそれがある。但し、本明細書の一実施態様によって化学式１で表される複素環化合物を含む有機物層を発光層とカソードとの間に備える場合、化学式３によって、漏れる正孔だけでなく、生成されたエキシトンを効果的に発光層内に閉じ込めることができ、エキシトン、すなわち正孔−電子対の化学的攻撃から安定した形態を維持することができるため、効率だけでなく、寿命を極大化できるという長所がある。
本明細書において、正孔移動度は当業界で使用される方法で測定することができる。具体的に、飛行時間法(ＴＯＦ；Time of Flight)又は空間電荷制限電流(ＳＣＬＣ；Space Charge Limited Current)測定法を使用することができ、これに限定されない。本明細書において、空間電荷制限電流(ＳＣＬＣ；Space Charge Limited Current)を測定するために、物質の膜厚を１００ｎｍ以上にして正孔移動度を測定することができる。
本明細書の一実施態様において、上記化学式３で表される化合物の飛行時間法(ＴＯＦ；Time of Flight)で測定した正孔移動度は、５×１０−６ｃｍ２／Ｖｓ以上である。
本明細書の一つの実施態様において、ＩＴＯ基板上に上記化学式３で表される化合物と上記化学式４で表される化合物とを２０：１の重量比で真空中で加熱して１０ｎｍの厚さで蒸着した後、上記化学式３で表される正孔輸送物質を２００ｎｍ蒸着した後、上記化学式３で表される化合物と上記化学式４で表される化合物とを２０：１の重量比で１０ｎｍの厚さで蒸着した後、アルミニウム(aluminium)を１００ｎｍ以上蒸着して、サンプルを製造した。上記サンプルの電圧(Voltage)に対する電流密度(currently density：ｍＡ／ｃｍ２)を測定して、空間電荷制限電流(ＳＣＬＣ；Space Charge Limited Current)領域で正孔移動度を計算することができる。
本明細書の一実施態様によれば、上記化学式３において、上記Ａｒ４及びＡｒ５は、互いに同一であるか異なっており、置換もしくは非置換の炭素数６ないし２０の単環又は多環のアリール基；又は置換もしくは非置換の炭素数２ないし２０の単環又は多環のヘテロアリール基である。
本明細書のまた一つの実施態様によれば、上記Ａｒ４及びＡｒ５は、互いに同一であるか異なっており、置換もしくは非置換の炭素数６ないし１５の単環又は多環のアリール基；又は置換もしくは非置換の炭素数２ないし１５の単環又は多環のヘテロアリール基である。
本明細書のまた一つの実施態様によれば、上記Ａｒ４及びＡｒ５は、互いに同一であるか異なっており、置換もしくは非置換のフェニル基；置換もしくは非置換のビフェニル基；又は置換もしくは非置換のフルオレニル基である。
本明細書のまた一つの実施態様によれば、上記Ａｒ４及びＡｒ５は、互いに同一であるか異なっており、フェニル基；フェニル基で置換されたフェニル基；ピリジン基で置換されたフェニル基；ビフェニル基；又はメチル基で置換されたフルオレニル基である。
本明細書の一実施態様によれば、上記Ａｒ４は、置換もしくは非置換のフェニル基；置換もしくは非置換のビフェニル基；又は置換もしくは非置換のフルオレニル基である。
本明細書の一つの実施態様において、上記Ａｒ４は、置換もしくは非置換のフェニル基である。
また一つの実施態様において、上記Ａｒ４は、アリール基で置換されたフェニル基である。
本明細書の一実施態様において、上記Ａｒ４は、フェニル基で置換されたフェニル基である。
また一つの実施態様において、上記Ａｒ４は、フェニル基である。
本明細書の一実施態様において、上記Ａｒ４は、複素環基で置換されたフェニル基である。
また他の実施態様において、上記Ａｒ４は、含窒素複素環基で置換されたフェニル基である。
また一つの実施態様において、上記Ａｒ４は、ピリジン基で置換されたフェニル基である。
本明細書の一実施態様において、上記ピリジン基で置換されたフェニル基は、
である。
また他の実施態様において、上記Ａｒ４は、置換もしくは非置換のビフェニル基である。
また他の実施態様において、上記Ａｒ４は、ビフェニル基である。
本明細書の一実施態様において、上記ビフェニル基は、
である。
本明細書の一実施態様において、上記Ａｒ４は、置換もしくは非置換のフルオレニル基である。
また他の実施態様において、上記Ａｒ４は、アルキル基で置換されたフルオレニル基である。
本明細書の一実施態様において、上記Ａｒ４は、メチル基で置換されたフルオレニル基である。
本明細書の一つの実施態様によれば、上記Ａｒ５は、置換もしくは非置換のフェニル基；又は置換もしくは非置換のビフェニル基である。
一つの実施態様において、上記Ａｒ５は、置換もしくは非置換のフェニル基である。
また一つの実施態様において、上記Ａｒ５は、フェニル基である。
また他の実施態様において、上記Ａｒ５は、置換もしくは非置換のビフェニル基である。
また他の実施態様において、上記Ａｒ５は、ビフェニル基である。
本明細書の一実施態様によれば、上記化学式３において、上記Ｌ２は、直接結合；又は置換もしくは非置換の炭素数６ないし２０の単環又は多環のアリーレン基である。
本明細書のまた一つの実施態様によれば、上記Ｌ２は、直接結合；又は置換もしくは非置換の炭素数６ないし１０の単環又は多環のアリーレン基である。
また一つの実施態様において、上記Ｌ２は、直接結合；置換もしくは非置換のフェニレン基；置換もしくは非置換のビフェニリレン基；又は置換もしくは非置換のナフタレン基である。
本明細書の一実施態様によれば、上記（Ｌ２）ｏは、直接結合；置換もしくは非置換のフェニレン基；置換もしくは非置換のビフェニレン基；又は置換もしくは非置換のナフタレン基である。
本明細書の一実施態様によれば、上記化学式３において、上記Ｒ５ないしＲ１１は、互いに同一であるか異なっており、それぞれ独立して、水素；重水素；置換もしくは非置換の炭素数１ないし２０の直鎖又は分枝鎖のアルキル基；置換もしくは非置換の炭素数６ないし２０の単環又は多環のアリール基；及び置換もしくは非置換の炭素数２ないし２０の単環又は多環のヘテロアリール基からなる群より選択される。
本明細書のまた一つの実施態様によれば、上記Ｒ５ないしＲ１１は、互いに同一であるか異なっており、それぞれ独立して、水素；重水素；置換もしくは非置換の炭素数１ないし１０の直鎖又は分枝鎖のアルキル基；置換もしくは非置換の炭素数６ないし１０の単環又は多環のアリール基；及び置換もしくは非置換の炭素数２ないし１０の単環又は多環のヘテロアリール基からなる群より選択される。
本明細書の一つの実施態様によれば、上記Ｒ５ないしＲ１１は、互いに同一であるか異なっており、それぞれ独立して、水素；又は置換もしくは非置換の炭素数６ないし３０の単環又は多環のアリール基である。
また他の実施態様によれば、上記Ｒ５ないしＲ１１は、互いに同一であるか異なっており、それぞれ独立して、水素；又は置換もしくは非置換のフェニル基である。
本明細書の一実施態様において、上記Ｒ５は、水素である。
また他の実施態様において、上記Ｒ６は、水素である。
本明細書の一実施態様において、上記Ｒ７は、水素である。
本明細書の一実施態様において、上記Ｒ８は、水素である。
本明細書の一実施態様において、上記Ｒ９は、水素である。
また他の実施態様において、上記Ｒ９は、置換もしくは非置換の炭素数６ないし３０の単環又は多環のアリール基である。
また一つの実施態様において、上記Ｒ９は、置換もしくは非置換のフェニル基である。
また他の実施態様において、上記Ｒ９は、フェニル基である。
本明細書の一実施態様において、上記Ｒ１０は、水素である。
また一つの実施態様において、上記Ｒ１１は、水素である。
本明細書の一実施態様によれば、上記化学式３において、上記Ｙ１及びＹ２は、互いに同一であるか異なっており、それぞれ独立して、置換もしくは非置換の炭素数１ないし２０の直鎖又は分枝鎖のアルキル基；置換もしくは非置換の炭素数６ないし２０の単環又は多環のアリール基；又は置換もしくは非置換の炭素数２ないし２０の単環又は多環のヘテロアリール基であるか、Ｙ１及びＹ２は互いに結合して、置換もしくは非置換の芳香族環を形成する。
本明細書のまた一つの実施態様によれば、上記Ｙ１及びＹ２は、互いに同一であるか異なっており、それぞれ独立して、置換もしくは非置換の炭素数１ないし１５の直鎖又は分枝鎖のアルキル基；置換もしくは非置換の炭素数６ないし１５の単環又は多環のアリール基；又は置換もしくは非置換の炭素数２ないし１５の単環又は多環のヘテロアリール基であるか、Ｙ１及びＹ２は互いに結合して、置換もしくは非置換の芳香族環を形成する。
本明細書のまた一つの実施態様によれば、上記Ｙ１及びＹ２は、互いに同一であるか異なっており、それぞれ独立して、置換もしくは非置換の炭素数１ないし１０のアルキル基；又は置換もしくは非置換のフェニル基であるか、互いに結合して、置換もしくは非置換のフルオレン構造を形成する。
本明細書のまた一つの実施態様によれば、上記Ｙ１及びＹ２は、互いに同一であるか異なっており、それぞれ独立して、メチル基；又はフェニル基であるか、互いに結合してフルオレン構造を形成する。
本明細書の一つの実施態様によれば、上記Ｙ１及びＹ２が互いに結合してフルオレン構造を形成する場合には、上記化学式３中のＹ１及びＹ２を含むフルオレニル基は、スピロビフルオレン構造であってもよい。
本明細書の一実施態様によれば、上記化学式３で表される化合物は、下記化学式３−１ないし３−２２のうちいずれか一つで表される。
本明細書の一つの実施態様において、上記有機発光素子は、上記アノードと上記化学式３で表されるカルバゾール誘導体を含む有機物層との間に下記化学式４で表されるアクセプター材料を含むアクセプター層をさらに含む。
化学式４において、
Ａ１ないしＡ３は、互いに同一であるか異なっており、それぞれ独立して、シアノ基、ハロゲン基及びハロアルキル基からなる群より選択される１又は２以上の置換基で置換もしくは非置換のアリール基；又はシアノ基、ハロゲン基及びハロアルキル基からなる群より選択される１又は２以上の置換基で置換又は非置換の複素環基である。
本明細書の一実施態様において、上記アクセプター層は、上記化学式３で表されるカルバゾール誘導体をさらに含む。
また一つの実施態様において、上記化学式４で表されるアクセプター材料は、上記アクセプター層の全体重量を基準に１重量％ないし３０重量％である。
本明細書の一実施態様において、上記アクセプター層は、電子注入層として作用することができる。
本明細書の一実施態様において、上記発光層と上記アノードとの間に上記化学式３で表されるカルバゾール誘導体を含む正孔輸送層が備えられ、上記正孔輸送層と上記アノードとの間に上記化学式４で表されるアクセプター材料及び上記化学式３で表されるカルバゾール誘導体を含むアクセプター層が備えられることができる。
本明細書において、上記アクセプター層は、正孔注入層として作用することができる。
本明細書の一実施態様において、上記アクセプター材料を含まない正孔輸送層は、発光層に接して備えられる。
また一つの実施態様において、上記有機発光素子は、上述した正孔輸送層と上記発光層との間に電子阻止層をさらに含むことができる。
また、本明細書の一実施態様によって、上記化学式３で表されるカルバゾール誘導体を含む有機物層に上述したアクセプター材料を含む場合に、アノードから正孔の注入が円滑である。これはアクセプター材料のドーピングによって、アノードのフェルミエネルギー準位(Fermi Energy Level)と正孔輸送層のフェルミエネルギー準位との差が０．２ｅＶ以内に調節され、正孔の注入能力が向上するからである。上記正孔注入能力の向上により、多くの正孔がアノードから発光層に輸送されて有機発光素子の駆動電圧を下げ、素子の効率を増大させることができる。
本明細書の一実施態様において、上記化学式３で表されるカルバゾール誘導体を含む有機物層は、フルオレン基を含有しており、分子の平面性が相対的に高いため、正孔移動度が高い。よって、上記化学式４で表されるアクセプター材料と相互作用が優れており、キャリアの発生が増加する。したがって、発光層に多くの正孔を輸送して注入できる効果がある。
本明細書の一実施態様において、上記有機発光素子は、上記アノードと上記発光層との間に２層以上の正孔輸送層を含むことができる。この場合、２層以上の正孔輸送層のうち１層以上は、上記化学式３で表されるカルバゾール誘導体を含む。
本明細書の一実施態様において、上記２層以上の正孔輸送層の材料は、互いに同一であるか異なっている。
本明細書の一実施態様において、上記有機発光素子が２層以上の正孔輸送層を含む場合、上記化学式３で表されるカルバゾール誘導体を含む正孔輸送層は、発光層に隣接して備えられる。
また、上記２層以上の正孔輸送層は、いずれも上記化学式３で表されるカルバゾール誘導体を含むことができ、上記カルバゾール誘導体を除く残りの材料は、互いに同一であるか異なっていてもよい。
本明細書において「隣接」とは、相対的に近く配置されたことを意味する。このとき、物理的に接する場合を含むことができ、隣接する有機物層の間に追加の有機物層が備えられた場合も含むことができる。
本明細書の一実施態様において、上記Ａ１ないしＡ３は、互いに同一であるか異なっており、それぞれ独立して、フェニル基；ナフチル基；ピリジン基；ピラジン基；ピリミジン基；キノリン基；又はイソキノリン基であり、
上記フェニル基；ナフチル基；ピリジン基；ピラジン基；ピリミジン基；キノリン基；及びイソキノリン基は、シアノ基、ハロゲン基及びハロアルキル基からなる群より選択される１又は２以上の置換基で置換もしくは非置換されることができる。
上記Ａ１ないしＡ３が、シアノ基、ハロゲン基及びハロアルキル基からなる群の電子吸引性基を含んで、アクセプターの効果をさらに高めることができる。
本明細書の一実施態様において、Ａ１ないしＡ３は、互いに同一であるか異なっており、それぞれ独立して、フッ素及びシアノ基で置換されたフェニル基である。
本明細書の一実施態様において、上記化学式４で表されるアクセプター材料は、下記化学式４−１で表される。
本明細書の一実施態様に係る有機発光素子は、カソードと発光層との間に上述した化学式１で表される複素環化合物を含み、アノードと発光層との間に上述した化学式３で表されるカルバゾール誘導体を含むことを除いては、当該技術分野で知られている材料と方法で製造されることができる。
例えば、本明細書の有機発光素子は、基板上にアノード、有機物層及びカソードを順次積層させることで製造することができる。このとき、スパッタリング法(sputtering)や電子ビーム蒸着法(e-beam evaporation)のようなＰＶＤ (physical Vapor Deposition)法を用いて、基板上に金属または導電性を有する金属酸化物またはこれらの合金を蒸着させてアノードを形成し、その上に正孔注入層、正孔輸送層、電子遮断層、発光層、電子輸送層及び電子注入層を含む有機物層を形成した後、その上にカソードとして使用できる物質を蒸着させることで製造されることができる。このような方法以外にも、基板上にカソード物質から有機物層、アノード物質を順に蒸着させて、有機発光素子を作製することができる。このような方法以外にも、基板上にアノード物質から有機物層、カソード物質を順に蒸着させて、有機発光素子を作製することができる。
本明細書の有機発光素子の有機物層は、１層以上の有機物層が積層された多層構造からなることができる。
本明細書の一実施態様において、上記有機発光素子は、正孔注入層、正孔輸送層、電子輸送層、電子注入層、電子遮断層及び正孔遮断層からなる群より選択される１層又は２層以上をさらに含むことができる。
例えば、本明細書の有機発光素子の構造は、図１及び図２に示されたような構造を有することができるが、これにのみ限定されるものではない。
図１には、基板１０１上にアノード２０１、正孔輸送層３０１、発光層４０１、電子輸送層５０１及びカソード６０１が順次積層された有機発光素子の構造が例示されている。図１において、上記電子輸送層５０１には化学式１で表される複素環化合物が含まれ、上記正孔輸送層３０１には化学式３で表されるカルバゾール誘導体が含まれる。
図２には、基板１０１上にアノード２０１、アクセプター層７０１、正孔輸送層３０１、発光層４０１、電子輸送層５０１及びカソード６０１が順次積層された有機発光素子の構造が例示されている。図１において、上記電子輸送層５０１には化学式１で表される複素環化合物が含まれ、上記正孔輸送層３０１には化学式３で表されるカルバゾール誘導体が含まれ、上記アクセプター層７０１には上記化学式４で表されるアクセプター材料が含まれることができる。
上記図１及び図２は、本明細書の実施態様に係る例示的な構造であり、他の有機物層をさらに含むことができる。
上記有機発光素子が複数個の有機物層を含む場合、上記有機物層は、同一の物質又は異なる物質で形成されることができる。
上記アノード物質としては、通常、有機物層への正孔注入が円滑になるように、仕事関数が大きい物質が好ましい。本発明で使用されることができる陽極物質の具体的な例としては、バナジウム、クロム、銅、亜鉛、金のような金属またはこれらの合金；亜鉛酸化物、インジウム酸化物、インジウム・スズ酸化物(ＩＴＯ)、インジウム・亜鉛酸化物(ＩＺＯ)のような金属酸化物；ＺｎＯ：ＡｌまたはＳＮＯ２：Ｓｂのような金属と酸化物との組み合わせ；ポリ（３−メチルチオフェン）、 ポリ［３，４−（エチレン-１，２−ジオキシ）チオフェン］(ＰＥＤＯＴ)、ポリピロール及びポリアニリンのような導電性高分子などがあるが、これらにのみ限定されるものではない。
上記カソード物質としては、通常、有機物層への電子注入が容易になるように、仕事関数が小さい物質であることが好ましい。陰極物質の具体的な例としては、マグネシウム、カルシウム、ナトリウム、カリウム、チタニウム、インジウム、イットリウム、リチウム、ガドリニウム、アルミニウム、銀、スズ及び鉛のような金属またはこれらの合金；ＬｉＦ／ＡｌまたはＬｉＯ２／Ａｌのような多層構造物質などがあるが、これらにのみ限定されるものではない。
上記正孔注入物質は、電極から正孔を注入する層であって、正孔注入物質としては、正孔を輸送する能力を有して陽極からの正孔注入の効果、発光層または発光材料に対して優れた正孔注入の効果を有し、発光層で生成された励起子の電子注入層または電子注入材料への移動を防止し、また、薄膜形成能力に優れた化合物が好ましい。正孔注入物質のＨＯＭＯ(highest occupied molecular orbital)が、陽極物質の仕事関数と周辺有機物層のＨＯＭＯとの間であることが好ましい。正孔注入物質の具体的な例としては、金属ポルフィリン(porphyrin)、オリゴチオフェン、アリールアミン系の有機物、ヘキサニトリルヘキサアザトリフェニレン系の有機物、キナクリドン(quinacridone)系の有機物、ペリレン(perylene) 系の有機物、アントラキノン及びポリアニリンとポリチオフェン系の導電性高分子などがあるが、これらにのみ限定されるものではない。
上記正孔輸送層は、正孔注入層から正孔を受取して発光層まで正孔を輸送する層であって、正孔輸送物質としては、陽極や正孔注入層から正孔を輸送されて発光層に移すことができる物質であって、正孔に対する移動性の大きい物質が好適である。具体的な例としては、アリールアミン系の有機物、導電性高分子、及び共役部分と非共役部分とが共にあるブロック共重合体などがあるが、これらにのみ限定されるものではない。
上記発光物質としては、正孔輸送層と電子輸送層から正孔と電子をそれぞれ輸送されて結合させることで可視光線領域の光を出すことができる物質であって、蛍光や燐光に対する量子効率の良い物質が好ましい。具体的な例としては、 ８−ヒドロキシ−キノリンアルミニウム錯体(Ａｌｑ３)； カルバゾール系化合物；二量体化スチリル(dimerized styryl)化合物；ＢＡｌｑ；１０−ヒドロキシベンゾキノリン−金属化合物；ベンゾオキサゾール、ベンゾチアゾール及びベンゾイミダゾール系の化合物；ポリ（ｐ−フェニレンビニレン）(ＰＰＶ) 系の高分子；スピロ(spiro)化合物；ポリフルオレン、ルブレンなどがあるが、これらにのみ限定されるものではない。
上記発光層は、ホスト材料及びドーパント材料を含むことができる。ホスト材料は、縮合芳香族環誘導体または複素環含有化合物などがある。具体的に、縮合芳香族環誘導体としては、アントラセン誘導体、ピレン誘導体、ナフタレン誘導体、ペンタセン誘導体、フェナントレン化合物、フルオランテン化合物などがあり、複素環含有化合物としては、カルバゾール誘導体、ジベンゾフラン誘導体、梯子状フラン化合物、ピリミジン誘導体などがあるが、これに限定されない。
上記蛍光発光層は、ホスト物質としてジスチリルアリーレン(distyrylarylene；ＤＳＡ)、ジスチリルアリーレン誘導体、ジスチリルベンゼン(distyrylbenzene；ＤＳＢ)、ジスチリルベンゼン誘導体、ＤＰＶＢｉ (4,4'-bis(2,2'-diphenyl vinyl) -1,1'-biphenyl)、ＤＰＶＢｉ誘導体、スピロ−ＤＰＶＢｉ及びスピロ−６Ｐからなる群より１又は２以上が選択される。
上記蛍光発光層は、ドーパント物質としてスチリルアミン(styrylamine)系、ペリレン(pherylene)系及びＤＳＢＰ(distyrylbiphenyl)系からなる群より１又は２以上が選択される。
上記電子注入層は、電極から電子を注入する層であって、電子を輸送する能力を有し、陰極からの電子注入の効果、発光層または発光材料に対して優れた電子注入の効果を有し、発光層で生成された励起子の正孔注入層への移動を防止し、また、薄膜形成能力に優れた化合物が好ましい。具体的には、フルオレノン、アントラキノジメタン、ジフェノキノン、チオピランジオキシド、オキサゾール、オキサジアゾール、トリアゾール、イミダゾール、ペリレンテトラカルボン酸、フレオレニリデンメタン(fluorenylidene methane)、アントロンなどと、それらの誘導体、金属錯体化合物及び含窒素５員環誘導体などがあるが、これに限定されない。
上記金属錯体化合物としては、８−ヒドロキシキノリナートリチウム、ビス（８−ヒドロキシキノリナート）亜鉛、ビス（８−ヒドロキシキノリナート）銅、ビス（８−ヒドロキシキノリナート）マンガン、トリス（８−ヒドロキシキノリナート）アルミニウム、トリス（２−メチル−８−ヒドロキシキノリナート）アルミニウム、トリス（８−ヒドロキシキノリナート）ガリウム、ビス（１０−ヒドロキシベンゾ［ｈ］キノリナート）ベリリウム、ビス（１０−ヒドロキシベンゾ［ｈ］キノリナート）亜鉛、ビス（２−メチル−８−キノリナート）クロロガリウム、ビス（２−メチル−８−キノリナート）（ｏ−クレゾラート）ガリウム、ビス（２−メチル−８−キノリナート）（１−ナフトラート）アルミニウム、ビス（２−メチル−８−キノリナート）（２−ナフトラート）ガリウムなどがあるが、これに限定されない。
上記正孔阻止層は、正孔の陰極への到達を阻止する層であり、一般に、正孔注入層と同一の条件で形成されることができる。具体的に、オキサジアゾール誘導体やトリアゾール誘導体、フェナントロリン誘導体、ＢＣＰ、アルミニウム錯体(aluminum complex)などがあるが、これに限定されない。
本明細書に係る有機発光素子は、使用される材料によって、前面発光型、後面発光型または両面発光型であってもよい。
また、本明細書に係る有機発光素子は、下部電極がアノードであり上部電極がカソードであるノーマル構造(normal type)であってもよく、下部電極がカソードであり上部電極がアノードである逆構造(inverted type)であってもよい。
本明細書の一実施態様に係る構造は、有機太陽電池、有機感光体、有機トランジスタなどをはじめとする有機電子素子においても、有機発光素子に適用されることと類似する原理で作用することができる。
以下、本明細書を具体的に説明するために、実施例を挙げて詳細に説明する。ところが、本明細書に係る実施例は、種々の他の形態に変形されることができ、 本明細書の範囲が以下で詳述する実施例に限定されるものと解釈されない。本明細書の実施例は、当業界における平均的な知識を有する者に本明細書をより完全に説明するために提供されるものである。
[実施例１]
本明細書の一実施態様に係る化学式１で表される複素環化合物及び下記化学式ＥＴ−Ｂ、ＥＴ−Ｊで表される化合物のＨＯＭＯエネルギー準位及び三重項エネルギー(ＥＴ)値を、下記表１に示す。
本明細書の実施例において、上記ＨＯＭＯ準位は、大気中光電子分光装置(ＲＩＫＥＮ ＫＥＩＫＩ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．製：ＡＣ３)を用いて測定した。
また、上記三重項エネルギ(ＥＴ)は、米ガウシアン(Ｇａｕｓｓｉａｎ)社製の量子化計算プログラムＧａｕｓｓｉａｎ０３を用いて行い、密度汎関数理論(ＤＦＴ)を用いて、汎関数としてＢ３ＬＹＰ、基底関数として６−３１Ｇ＊を用いて最適化した構造について、時間依存密度汎関数理論(ＴＤ−ＤＦＴ)によって三重項エネルギーの計算値を求めた。
表１
[実施例２]
本明細書の一実施態様に係る化学式１で表される複素環化合物の双極子モーメントの値を、表２に示す。
表２
[実施例１−１]
ＩＴＯ(indium tin oxide)が５００Åの厚さで薄膜コーティングされたガラス基板を、洗剤を溶かした蒸留水に入れて超音波で洗浄した。このとき、洗剤としてはフィッシャー社(Fischer Co.)製を使用し、蒸留水としてはミリポア社(Millipore Co.)製のフィルター(Filter)で２次で濾過された蒸留水を使用した。ＩＴＯを３０分間洗浄した後、蒸留水で２回繰り返して超音波洗浄を １０分間進行した。蒸留水洗浄が終わってから、イソプロピルアルコール、アセトン、メタノールの溶剤で超音波洗浄をして乾燥させた後、プラズマ洗浄装置に輸送させた。また、酸素プラズマを用いて上記基板を５分間洗浄した後、真空蒸着装置に基板を輸送させた。
上記のように用意されたＩＴＯ透明電極上に、上記化学式３−３及び化学式４−１を９８：２の重量比で１００Åの厚さで熱真空蒸着して、正孔注入層を形成した。上記正孔注入層上に上記化学式３−３を１３００Åの厚さで真空蒸着して、正孔輸送層を形成した。
次に、上記正孔輸送層上に膜厚３５０Åで化合物 [ＢＨ] と [ＢＤ] を２５：１の重量比で真空蒸着して、発光層を形成した。
上記発光層上に上記化学式１−６の化合物及び下記化合物 [ＬｉＱ] を１：１の重量比で真空蒸着して、３５０Åの厚さで電子輸送層を形成した。上記電子輸送層上に順次１０Åの厚さでフッ化リチウム(ＬｉＦ)と１，０００Åの厚さでアルミニウムを蒸着して、陰極を形成した。
上記の過程において、有機物の蒸着速度は０．４〜０．９ Å／ｓｅｃを維持し、陰極のフッ化リチウムは０．３Å／ｓｅｃ、アルミニウムは２Å／ｓｅｃの蒸着速度を維持し、蒸着時の真空度は１×１０−７〜５×１０−８ｔｏｒｒを維持して、有機発光素子を作製した。
[実施例１−２]
上記[実施例１−１]の[化学式１−６]の代わりに[化学式１−８]を使用したことを除いては、[実施例１−１]と同一の方法で有機発光素子を作製した。
[実施例１−３]
上記[実施例１−１]の[化学式１−６]の代わりに[化学式１−３０]を使用したことを除いては、[実施例１−１]と同一の方法で有機発光素子を作製した。
[実施例１−４]
上記[実施例１−１]の[化学式１−６]の代わりに[化学式１−５６]を使用したことを除いては、[実施例１−１]と同一の方法で有機発光素子を作製した。
[実施例１−５]
上記[実施例１−１]の[化学式１−６]の代わりに[化学式１−１０２]を使用したことを除いては、[実施例１−１]と同一の方法で有機発光素子を作製した。
[実施例１−６]
上記[実施例１−１]の[化学式１−６]の代わりに[化学式１−１１６]を使用したことを除いては、[実施例１−１]と同一の方法で有機発光素子を作製した。
[実施例１−７]
上記[実施例１−１]の[化学式１−６]の代わり[化学式１−１３８]を使用したことを除いては、[実施例１−１]と同一の方法で有機発光素子を作製した。
[実施例１−８]
上記[実施例１−１]の[化学式１−６]の代わりに[化学式１−１７０]を使用したことを除いては、[実施例１−１]と同一の方法で有機発光素子を作製した。
[実施例１−９]
上記[実施例１−１]の[化学式１−６]の代わりに[化学式１−１９８]を使用したことを除いては、[実施例１−１]と同一の方法で有機発光素子を作製した。
[実施例１−１０]
上記[実施例１−１]の[化学式１−６]の代わりに[化学式１−２３７]を使用したことを除いては、[実施例１−１]と同一の方法で有機発光素子を作製した。
[実施例１−１１]
上記[実施例１−１]の[化学式１−６]の代わりに[化学式１−３４１]を使用したことを除いては、[実施例１−１]と同一の方法で有機発光素子を作製した。
[実施例１−１２]
上記[実施例１−１]の[化学式１−６]の代わりに[化学式１−４８２]を使用したことを除いては、[実施例１−１]と同一の方法で有機発光素子を作製した。
[実施例１−１３]
上記[実施例１−１]の[化学式１−６]の代わりに[化学式１−１２６]を使用したことを除いては、[実施例１−１]と同一の方法で有機発光素子を作製した。
[実施例１−１４]
上記[実施例１−１]の[化学式１−６]の代わりに[化学式２−６]を使用したことを除いては、[実施例１−１]と同一の方法で有機発光素子を作製した。
[実施例１−１５]
上記[実施例１−１]の[化学式１−６]の代わりに[化学式２−３８]を使用したことを除いては、[実施例１−１]と同一の方法で有機発光素子を作製した。
[実施例１−１６]
上記[実施例１−１]の[化学式１−６]の代わりに[化学式２−９０]を使用したことを除いては、[実施例１−１]と同一の方法で有機発光素子を作製した。
[実施例１−１７]
上記[実施例１−１]の[化学式１−６]の代わりに[化学式２−１１３]を使用したことを除いては、[実施例１−１]と同一の方法で有機発光素子を作製した。
[実施例１−１８]
上記[実施例１−１]の[化学式１−６]の代わりに[化学式２−１４１]を使用したことを除いては、[実施例１−１]と同一の方法で有機発光素子を作製した。
[実施例１−１９]
上記[実施例１−１]の[化学式１−６]の代わりに[化学式２−２６９]を使用したことを除いては、[実施例１−１]と同一の方法で有機発光素子を作製した。
[実施例１−２０]
上記[実施例１−１]の[化学式１−６]の代わりに[化学式１−４０]を、[化学式３−３]の代わりに[化学式３−６]を使用したことを除いては、[実施例１−１]と同一の方法で有機発光素子を作製した。
[実施例１−２１]
上記[実施例１−２０]の[化学式１−４０]の代わりに[化学式１−１６０]を使用したことを除いては、[実施例１−２０]と同一の方法で有機発光素子を作製した。
[実施例１−２２]
上記[実施例１−２０]の[化学式１−４０]の代わりに[化学式１−３４５]を使用したことを除いては、[実施例１−２０]と同一の方法で有機発光素子を作製した。
[実施例１−２３]
上記[実施例１−２０]の[化学式１−４０]の代わりに[化学式２−５]を使用したことを除いては、[実施例１−２０]と同一の方法で有機発光素子を作製した。
[実施例１−２４]
上記[実施例１−２０]の[化学式１−４０]の代わりに[化学式２−３５３]を使用したことを除いては、[実施例１−２０]と同一の方法で有機発光素子を作製した。
[実施例１−２５]
上記[実施例１−１]の[化学式１−６]の代わりに[化学式１−２２]を、[化学式３−３]の代わりに[化学式３−１２]を使用したことを除いては、[実施例１−１]と同一の方法で有機発光素子を作製した。
[実施例１−２６]
上記[実施例１−２５]の[化学式１−２２]の代わりに[化学式１−９２]を使用したことを除いては、[実施例１−２５]と同一の方法で有機発光素子を作製した。
[実施例１−２７]
上記[実施例１−２５]の[化学式１−２２]の代わりに[化学式１−２７９]を使用したことを除いては、[実施例１−２５]と同一の方法で有機発光素子を作製した。
[実施例１−２８]
上記[実施例１−２５]の[化学式１−２２]の代わりに[化学式２−７０]を使用したことを除いては、[実施例１−２５]と同一の方法で有機発光素子を作製した。
[実施例１−２９]
上記[実施例１−２５]の[化学式１−２２]の代わりに[化学式２−１７８]を使用したことを除いては、[実施例１−２５]と同一の方法で有機発光素子を作製した。
[実施例１−３０]
上記[実施例１−１]の[化学式１−６]の代わりに[化学式１−５３]を使用したことを除いては、[実施例１−１]と同一の方法で有機発光素子を作製した。
[実施例１−３１]
上記[実施例１−１]の[化学式１−６]の代わりに[化学式１−５４]を使用したことを除いては、[実施例１−１]と同一の方法で有機発光素子を作製した。
[実施例１−３２]
上記[実施例１−１]の[化学式１−６]の代わりに[化学式１−５５]を使用したことを除いては、[実施例１−１]と同一の方法で有機発光素子を作製した。
[比較例１−１]
上記[実施例１−１]の[化学式３−３]の代わりに上記化学式[ＮＰＢ]を使用したことを除いては、[実施例１−１]と同一の方法で有機発光素子を作製した。
[比較例１−２]
上記[実施例１−２]の[化学式３−３]の代わりに上記化学式[ＮＰＢ]を使用したことを除いては、[実施例１−２]と同一の方法で有機発光素子を作製した。
[比較例１−３]
上記[実施例１−４]の[化学式３−３]の代わりに上記化学式[ＮＰＢ]を使用したことを除いては、[実施例１−４]と同一の方法で有機発光素子を作製した。
[比較例１−４]
上記[実施例１−１２]の[化学式３−３]の代わりに上記化学式[ＮＰＢ]を使用したことを除いては、[実施例１−１２]と同一の方法で有機発光素子を作製した。
[比較例１−５]
上記[実施例１−１８]の[化学式３−３]の代わりに上記化学式[ＴＣＴＡ]を使用したことを除いては、[実施例１−１８]と同一の方法で有機発光素子を作製した。
[比較例１−６]
上記[実施例１−２２]の[化学式３−６]の代わりに上記化学式[ＴＣＴＡ]を使用したことを除いては、[実施例１−２２]と同一の方法で有機発光素子を作製した。
[比較例１−７]
上記[実施例１−２８]の[化学式３−１２]の代わりに上記化学式[ＴＣＴＡ]を使用したことを除いては、[実施例１−２８]と同一の方法で有機発光素子を作製した。
[比較例１−８]
上記[実施例１−９]の[化学式３−３]の代わりに上記化学式[ＴＣＴＡ]を使用したことを除いては、[実施例１−９]と同一の方法で有機発光素子を作製した。
[比較例１−９]
上記[実施例１−６]の[化学式３−３]の代わりに上記化学式[ＨＴ−Ａ]を使用したことを除いては、[実施例１−６]と同一の方法で有機発光素子を作製した。
[比較例１−１０]
上記[実施例１−８]の[化学式３−３]の代わりに上記化学式[ＨＴ−Ａ]を使用したことを除いては、[実施例１−８]と同一の方法で有機発光素子を作製した。
[比較例１−１１]
上記[実施例１−２６]の[化学式３−３]の代わりに上記化学式[ＨＴ−Ａ]を使用したことを除いては、[実施例１−２６]と同一の方法で有機発光素子を作製した。
[比較例１−１２]
上記[実施例１−１]の[化学式１−６]の代わりに上記化学式[ＥＴ−Ａ]を使用したことを除いては、[実施例１−１]と同一の方法で有機発光素子を作製した。
[比較例１−１３]
上記[実施例１−１]の[化学式１−６]の代わりに上記化学式[ＥＴ−Ｂ]を使用したことを除いては、[実施例１−１]と同一の方法で有機発光素子を作製した。
[比較例１−１４]
上記[実施例１−１]の[化学式１−６]の代わりに上記化学式[ＥＴ−Ｃ]を使用したことを除いては、[実施例１−１]と同一の方法で有機発光素子を作製した。
[比較例１−１５]
上記[実施例１−１]の[化学式１−６]の代わりに上記化学式[ＥＴ−Ｄ]を使用したことを除いては、[実施例１−１]と同一の方法で有機発光素子を作製した。
[比較例１−１６]
上記[実施例１−１]の[化学式１−６]の代わりに上記化学式[ＥＴ−Ｅ]を使用したことを除いては、[実施例１−１]と同一の方法で有機発光素子を作製した。
[比較例１−１７]
上記[実施例１−１]の[化学式１−６]の代わりに上記化学式[ＥＴ−Ｆ]を使用したことを除いては、[実施例１−１]と同一の方法で有機発光素子を作製した。
[比較例１−１８]
上記[実施例１−２０]の[化学式１−４０]の代わりに上記化学式[ＥＴ−Ｇ]を使用したことを除いては、[実施例１−２０]と同一の方法で有機発光素子を作製した。
[比較例１−１９]
上記[実施例１−２０]の[化学式１−４０]の代わりに上記化学式[ＥＴ−Ｈ]を使用したことを除いては、[実施例１−２０]と同一の方法で有機発光素子を作製した。
[比較例１−２０]
上記[実施例１−２０]の[化学式１−４０]の代わりに上記化学式[ＥＴ−Ｉ]を使用したことを除いては、[実施例１−２０]と同一の方法で有機発光素子を作製した。
[比較例１−２１]
上記[実施例１−２５]の[化学式１−２２]の代わりに上記化学式[ＥＴ−Ｊ]を使用したことを除いては、[実施例１−２５]と同一の方法で有機発光素子を作製した。
[比較例１−２２]
上記[実施例１−２５]の[化学式１−２２]の代わりに上記化学式[ＥＴ−Ｋ]を使用したことを除いては、[実施例１−２５]と同一の方法で有機発光素子を作製した。
[比較例１−２３]
上記[実施例１−１]の[化学式１−６]の代わりに上記化学式[Ａｌｑ３]を使用したことを除いては、[実施例１−１]と同一の方法で有機発光素子を作製した。
[比較例１−２４]
上記[実施例１−１]の[化学式１−６]の代わりに上記化学式 [ＴＰＢＩ]を使用したことを除いては、[実施例１−１]と同一の方法で有機発光素子を作製した。
上述した方法で製造した有機発光素子を１０ｍＡ／ｃｍ２ の電流密度で駆動電圧と発光効率を測定し、２０ｍＡ／ｃｍ２の電流密度で初基輝度に対して９０％になる時間(Ｔ９０)を測定した。その結果を下記表３に示す。
表３
上記表３の結果から、本明細書の一実施態様に係る化学式１で表される化合物は、有機発光素子の電子注入及び電子輸送が同時にできる有機層に使用できることを確認することができる。
これを用いた有機発光素子の場合、Ａｒ１ないしＡr３のうち少なくとも２以上が同一の対称性を有するトリアジン化合物を電子注入及び電子輸送が同時にできる有機層に使用した場合よりも、高い効率、低い駆動電圧及び長寿命を有することを確認することができる。
特に、本発明に係る化学式１で表される化合物は、熱的安定性に優れ、６．０ｅＶ以上の深いＨＯＭＯ準位、高い三重項エネルギー(ＥＴ)、及び正孔安定性を有して、優れた特性を示した。電子注入及び電子輸送が同時にできる有機層に使用する場合、ｎ型ドーパントを交ぜて使用可能である。これによる化学式１で表される化合物は、低い駆動電圧及び高い効率を有し、化合物の正孔安定性によって素子の安定性を向上することができる。
表１の結果から、上記化学式 [ＥＴ−Ｂ] 及び [ＥＴ−Ｊ] で表される化合物は、いずれも１．９ｅＶ未満の三重項エネルギーを有することを確認することができ、表３の実施例及び比較例の結果から、２．２ｅＶ未満の低い三重項エネルギーを有する化合物は素子効率が低いことを確認することができる。このような結果は、２．２ｅＶ未満の三重項エネルギーを有する化合物を使用する場合、三重項−三重項消滅(Triplet-Triplet Annihilation：ＴＴＡ)の効果が減殺されるからである。
また、上記化学式 [ＥＴ−Ｂ] 及び [ＥＴ−Ｊ] で表される化合物の場合、ＨＯＭＯ準位が６ｅＶ未満であることを表１から確認することができ、表３の素子評価の結果から、上記化合物を含む場合、短い寿命を有することを確認することができる。上記のような結果は、ＨＯＭＯエネルギー準位が６ｅＶ未満の化合物を含む有機発光素子は、発光層から伝達される正孔遮断効果が減殺することによるものである。
上記三重項エネルギー及びＨＯＭＯエネルギー準位の値の範囲は、特にアントラセンを含む化合物から確認することができ、[ＥＴ−Ａ]、[ＥＴ−Ｂ]、[ＥＴ−Ｄ]、及び [ＥＴ−Ｊ] を適用した比較例からこれに関する効果を確認することができる。
したがって、本願発明の一実施態様に係る上記化学式１で表される複素環化合物であり、ＨＯＭＯエネルギー準位が６ｅＶ以上であり、三重項エネルギーが２．２ｅＶであることが、素子の駆動電圧、効率及び／又は寿命の面でより好ましい。
また、文献(J. AM. CHEM. SOC. 2003, 125, 3710-3711)によれば、二置換フルオレニル基(disubstituted fluorenyl group)がスピロビフルオレニル基(spirobifluorenyl group)よりも電子移動度が高いことを確認することができる。これによる化学式１で表される化合物は、比較例に使用した化学式 [ＥＴ−Ｊ] 又は化学式 [ＥＴ−Ｋ] よりも電子輸送がより効率的に起きるため、高い効率を示し、また寿命も向上することを確認することができた。
また、上記比較例１−１ないし１−２４と実施例１−１ないし１−３２の結果を比較すると、化学式１で表される複素環化合物がカソードと発光層との間に備えられ、化学式３で表されるカルバゾール誘導体がアノードと発光層との間に備えられた有機発光素子は、低い駆動電圧、高い発光効率及び／又は長寿命な有機発光素子を提供できることを確認することができる。
１０１：基板
２０１：アノード
３０１：正孔輸送層
４０１：発光層
５０１：電子輸送層
６０１：カソード
７０１：アクセプター層

Claims (25)

  1. カソード；
    アノード；
    前記カソードと前記アノードとの間に備えられた発光層；
    下記化学式１で表される複素環化合物を含み、前記カソードと前記発光層との間に備えられた有機物層；及び
    下記化学式３で表されるカルバゾール誘導体を含み、前記アノードと前記発光層との間に備えられた有機物層を含む有機発光素子：
    化学式１において、
    Ａｒ１ないしＡｒ３は、互いに異なっており、
    Ａｒ１及びＡｒ２は、それぞれ独立して、置換もしくは非置換のアリール基；又は置換もしくは非置換の複素環基であり、
    Ａｒ３は、下記化学式２で表され、
    化学式２において、
    Ｒ１ないしＲ４は、互いに同一であるか異なっており、それぞれ独立して、水素；重水素；ハロゲン基；ニトリル基；ニトロ基；ヒドロキシ基；置換もしくは非置換のアルキル基；置換もしくは非置換のシクロアルキル基；置換もしくは非置換のアルコキシ基；置換もしくは非置換のアリールオキシ基；置換もしくは非置換のアルキルチオキシ基；置換もしくは非置換のアリールチオキシ基；置換もしくは非置換のアルキルスルホキシ基；置換もしくは非置換のアリールスルホキシ基；置換もしくは非置換のアルケニル基；置換もしくは非置換のシリル基；置換もしくは非置換のホウ素基；置換もしくは非置換のアリール基；又は置換もしくは非置換の複素環基であるか、隣接する基と互いに結合して、置換もしくは非置換の炭化水素環又は置換もしくは非置換の複素環を形成するか、同一の炭素内の置換基が互いに結合して、置換もしくは非置換のスピロ結合を形成し、
    Ｌ１は、直接結合；置換もしくは非置換のアリーレン基；又は置換もしくは非置換の２価の複素環基であり、
    ｌは、１ないし５の整数であり、
    ｍは、１ないし３の整数であり、
    ｎは、１ないし４の整数であり、
    ｌ、ｍ及びｎがそれぞれ２以上の整数の場合、２以上の括弧内の構造は、互いに同一であるか異なっており、
    化学式３において、
    Ａｒ４及びＡｒ５は、互いに同一であるか異なっており、水素；重水素；置換もしくは非置換のアリール基；又は置換もしくは非置換の複素環基であり、
    Ｌ２は、直接結合；又は置換もしくは非置換のアリーレン基であり、
    ｏは、０ないし５の整数であり、
    ｏが２以上の整数の場合、２以上のＬ２は互いに同一であるか異なっており、
    Ｒ５ないしＲ１１は、互いに同一であるか異なっており、それぞれ独立して、水素；重水素；置換もしくは非置換のアルキル基；置換もしくは非置換のアリール基；又は置換もしくは非置換の複素環基であるか、隣接する基と互いに結合して、置換もしくは非置換の炭化水素環又は置換もしくは非置換の複素環を形成し、
    Ｙ１及びＹ２は、互いに同一であるか異なっており、それぞれ独立して、水素；重水素；置換もしくは非置換のアルキル基；置換もしくは非置換のアリール基；又は置換もしくは非置換の複素環基であるか、Ｙ１及びＹ２は互いに結合して、置換もしくは非置換の炭化水素環又は置換もしくは非置換の複素環を形成する。
  2. 前記化学式１で表される複素環化合物を含む有機物層は、電子輸送層、電子注入層又は電子輸送と電子注入とを同時にする層である請求項１に記載の有機発光素子。
  3. 前記化学式１で表される複素環化合物のＨＯＭＯエネルギー準位は、６ｅＶ以上である請求項１に記載の有機発光素子。
  4. 前記化学式１で表される複素環化合物の三重項エネルギーは、２．２ｅＶ以上である請求項１に記載の有機発光素子。
  5. 前記化学式１で表される複素環化合物の双極子モーメントは、２ｄｅｂｙｅ以下である請求項１に記載の有機発光素子。
  6. 前記化学式１で表される複素環化合物の電子移動度は、１０−６ｃｍ２／Ｖｓ以上である請求項１に記載の有機発光素子。
  7. 前記発光層は、ホスト及びドーパントを含み、
    前記ホストのＨＯＭＯエネルギー準位と前記化学式１で表される複素環化合物のＨＯＭＯエネルギー準位との差は、０．２ｅＶ以上である請求項１に記載の有機発光素子。
  8. 前記発光層は、ホスト及びドーパントを含み、
    前記化学式１で表される複素環化合物の三重項エネルギーは、前記ホストの三重項エネルギーより大きい請求項１に記載の有機発光素子。
  9. 前記化学式１で表される複素環化合物を含む有機物層は、下記化学式１０で表されるｎ型ドーパントをさらに含むものである請求項１に記載の有機発光素子：
    Ａは、水素；重水素；ハロゲン基；ニトリル基；ニトロ基；ヒドロキシ基；置換もしくは非置換のアルキル基；置換もしくは非置換のシクロアルキル基；置換もしくは非置換のアルコキシ基；置換もしくは非置換のアリールオキシ基；置換もしくは非置換のアルキルチオキシ基；置換もしくは非置換のアリールチオキシ基；置換もしくは非置換のアルキルスルホキシ基；置換もしくは非置換のアリールスルホキシ基；置換もしくは非置換のアルケニル基；置換もしくは非置換のシリル基；置換もしくは非置換のホウ素基；置換もしくは非置換のアリール基；又は置換もしくは非置換の複素環基であり、
    曲線は、Ｍを有する５員又は６員環を形成するのに必要な結合及び２又は３個の原子を示し、前記原子は、１又は２以上のＡの定義と同じ置換基で置換もしくは非置換され、
    Ｍは、アルカリ金属又はアルカリ土類金属である。
  10. 前記化学式１０で表されるｎ型ドーパントは、下記化学式１０−１又は１０−２で表されるものである請求項９に記載の有機発光素子：
    化学式１０−１及び１０−２において、
    Ｍは、化学式１０で定義した通りであり、
    化学式１０−１及び１０−２は、それぞれ独立して、水素；重水素；ハロゲン基；ニトリル基；ニトロ基；ヒドロキシ基；置換もしくは非置換のアルキル基；置換もしくは非置換のシクロアルキル基；置換もしくは非置換のアルコキシ基；置換もしくは非置換のアリールオキシ基；置換もしくは非置換のアルキルチオキシ基；置換もしくは非置換のアリールチオキシ基；置換もしくは非置換のアルキルスルホキシ基；置換もしくは非置換のアリールスルホキシ基；置換もしくは非置換のアルケニル基；置換もしくは非置換のシリル基；置換もしくは非置換のホウ素基；置換もしくは非置換のアリール基；及び置換もしくは非置換の複素環基からなる群より選択される１又は２以上の置換基で置換もしくは非置換されるか、隣接する置換基が互いに結合して、置換もしくは非置換の炭化水素環又は置換もしくは非置換の複素環を形成する。
  11. Ａｒ１及びＡｒ２は、互いに異なっており、それぞれ独立して、アリール基で置換もしくは非置換のフェニル基；アリール基で置換もしくは非置換のビフェニル基；アリール基で置換もしくは非置換のターフェニル基；アリール基で置換もしくは非置換のクォーターフェニル基；アリール基で置換もしくは非置換のナフチル基；又はアリール基で置換もしくは非置換のフェナントリル基である請求項１に記載の有機発光素子。
  12. Ｒ１ないしＲ４は、互いに同一であるか異なっており、それぞれ独立して、水素；置換もしくは非置換のアルキル基；又は置換もしくは非置換のアリール基であるか、隣接する基と互いに結合して、置換もしくは非置換の炭化水素環を形成するか、同一の炭素内の置換基が互いに結合して、置換もしくは非置換のスピロ結合を形成するものである請求項１に記載の有機発光素子。
  13. Ｌ１は、直接結合；置換もしくは非置換のフェニレン基；置換もしくは非置換のビフェニリレン基；置換もしくは非置換のナフタレン基；又は置換もしくは非置換のフェナントレニレン基である請求項１に記載の有機発光素子。
  14. 前記化学式１で表される複素環化合物は、下記化学式１−Ｂで表されるものである請求項１に記載の有機発光素子：
    Ｒ１ないしＲ４、Ａｒ１、Ｌ１、ｌ、ｍ、及びｎは、前記化学式１で定義した通りであり、
    ｘ１は、１ないし５の整数であり、
    ｘ２は、１ないし４の整数であり、
    ｘ１及びｘ２が２以上の整数の場合、２以上の括弧内の構造は、互いに同一であるか異なっており、
    Ｘ１及びＸ２は、互いに同一であるか異なっており、それぞれ独立して、水素；重水素；ハロゲン基；ニトリル基；ニトロ基；ヒドロキシ基；置換もしくは非置換のアルキル基；置換もしくは非置換のシクロアルキル基；置換もしくは非置換のアルコキシ基；置換もしくは非置換のアリールオキシ基；置換もしくは非置換のアルキルチオキシ基；置換もしくは非置換のアリールチオキシ基；置換もしくは非置換のアルキルスルホキシ基；置換もしくは非置換のアリールスルホキシ基；置換もしくは非置換のアルケニル基；置換もしくは非置換のシリル基；置換もしくは非置換のホウ素基；置換もしくは非置換のアリール基；又は置換もしくは非置換の複素環基であるか、隣接する２以上の基は互いに結合して、置換もしくは非置換の炭化水素環；又は置換もしくは非置換の複素環を形成する。
  15. 前記化学式１で表される複素環化合物は、下記化学式１−１ないし１−６２７及び２−１ないし２−３６３のうちいずれか一つで表されるものである請求項１に記載の有機発光素子：
  16. 前記化学式３で表されるカルバゾール誘導体を含む有機物層は、正孔輸送層、正孔注入層又は正孔輸送と正孔注入とを同時にする層である請求項１に記載の有機発光素子。
  17. 前記化学式３で表される化合物の正孔移動度は、５×１０−６ｃｍ２／Ｖｓ以上である請求項１に記載の有機発光素子。
  18. Ａｒ４及びＡｒ５は、互いに同一であるか異なっており、それぞれ独立して、置換もしくは非置換のフェニル基；置換もしくは非置換のビフェニル基；又は置換もしくは非置換のフルオレニル基である請求項１に記載の有機発光素子。
  19. Ｌ２は、直接結合；置換もしくは非置換のフェニレン基；置換もしくは非置換のビフェニリレン基；又は置換もしくは非置換のナフタレン基である請求項１に記載の有機発光素子。
  20. Ｙ１及びＹ２は、互いに同一であるか異なっており、それぞれ独立して、置換もしくは非置換の炭素数１ないし１０のアルキル基；又は置換もしくは非置換のフェニル基であるか、互いに結合して、置換もしくは非置換のフルオレン構造を形成したものである請求項１に記載の有機発光素子。
  21. 前記化学式３で表されるカルバゾール誘導体は、下記化学式３−１ないし３−２２のうちいずれか一つで表されるものである請求項１に記載の有機発光素子：
  22. 前記有機発光素子は、青色蛍光発光をするものである請求項１に記載の有機発光素子。
  23. 前記有機発光素子は、前記アノードと前記化学式３で表されるカルバゾール誘導体を含む有機物層との間に、下記化学式４で表されるアクセプター材料を含むアクセプター層をさらに含むものである請求項１に記載の有機発光素子：
    化学式４において、
    Ａ１ないしＡ３は、互いに同一であるか異なっており、それぞれ独立して、シアノ基、ハロゲン基及びハロアルキル基からなる群より選択される１又は２ 以上の置換基で置換もしくは非置換のアリール基；又はシアノ基、ハロゲン基及びハロアルキル基からなる群より選択される１又は２以上の置換基で置換もしくは非置換の複素環基である。
  24. 前記アクセプター層は、前記化学式３で表されるカルバゾール誘導体をさらに含むものである請求項２３に記載の有機発光素子。
  25. 前記化学式４で表されるアクセプター材料は、アクセプター層の全体重量を基準に、１重量％ないし３０重量％である請求項２３に記載の有機発光素子。
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