JP6789212B2 - 有機エレクトロルミネッセンス素子 - Google Patents
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Description
そして、熱活性化遅延蛍光(TADF)による発光を利用する素子も開発されている。2011年に九州大学の安達らは、熱活性化遅延蛍光材料を用いた素子によって5.3%の外部量子効率を実現させた(例えば、非特許文献3参照)。
また、これらの基は電子受容体基以外にも置換基を有していてもよく、置換基としては、具体的に、重水素原子;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、アントラセニル基、フェナントレニル基、フルオレニル基、インデニル基、ピレニル基、ペリレニル基、フルオランテニル基、トリフェニレニル基などの芳香族炭化水素基もしくは縮合多環芳香族基;ピリジル基、ピリミジニル基、トリアジニル基、チエニル基、フリル基、ピロリル基、キノリル基、イソキノリル基、ベンゾフラニル基、ベンゾチエニル基、インドリル基、カルバゾリル基、ベンゾオキサゾリル基、ベンゾチアゾリル基、キノキサリニル基、ベンゾイミダゾリル基、ピラゾリル基、ジベンゾフラニル基、ジベンゾチエニル基、カルボリニル基などの芳香族複素環基をあげることができ、これらの置換基は、さらに前記例示した置換基、もしくは電子受容体基が置換していてもよい。そして、これらの置換基同士が単結合、置換もしくは無置換のメチレン基、酸素原子または硫黄原子を介して互いに結合して環を形成していてもよい。
また、これらの基は置換基を有していてもよく、置換基として、前記一般式(3)中のR1〜R6で表される「置換基を有する炭素原子数1ないし6の直鎖状もしくは分岐状のアルキル基」、「置換基を有する炭素原子数5ないし10のシクロアルキル基」または「置換基を有する炭素原子数2ないし6の直鎖状もしくは分岐状のアルケニル基」における「置換基」に関して示したものと同様のものをあげることができ、とりうる態様も、同様のものをあげることができる。
また、これらの基は置換基を有していてもよく、置換基として、前記一般式(1)中のAr1〜Ar4で表される「置換芳香族炭化水素基」、「置換芳香族複素環基」または「置換縮合多環芳香族基」における「置換基」に関して示したものと同様のものをあげることができ、とりうる態様も、同様のものをあげることができる。
また、これらの基は置換基を有していてもよく、置換基として、前記一般式(1)中のAr1〜Ar4で表される「置換芳香族炭化水素基」、「置換芳香族複素環基」または「置換縮合多環芳香族基」における「置換基」に関して示したものと同様のものをあげることができ、とりうる態様も、同様のものをあげることができる。
また、これらの2価基は置換基を有していてもよく、「炭素原子数1ないし6の直鎖状もしくは分岐状のアルキレン基」、「炭素原子数5ないし10のシクロアルキレン基」または「炭素原子数2ないし6の直鎖状もしくは分岐状のアルケニレン基」の置換基として、前記一般式(3)中のR1〜R6で表される「置換基を有する炭素原子数1ないし6の直鎖状もしくは分岐状のアルキル基」、「置換基を有する炭素原子数5ないし10のシクロアルキル基」または「置換基を有する炭素原子数2ないし6の直鎖状もしくは分岐状のアルケニル基」における「置換基」に関して示したものと同様のものをあげることができ、「芳香族炭化水素の2価基」または「縮合多環芳香族の2価基」の置換基として、前記一般式(1)中のAr1〜Ar4で表される「置換芳香族炭化水素基」、「置換芳香族複素環基」または「置換縮合多環芳香族基」における「置換基」に関して示したものと同様のものをあげることができ、とりうる態様も、同様のものをあげることができる。
また、これらの基は置換基を有していてもよく、置換基として、前記一般式(1)中のAr1〜Ar4で表される「置換芳香族炭化水素基」、「置換芳香族複素環基」または「置換縮合多環芳香族基」における「置換基」に関して示したものと同様のものをあげることができ、とりうる態様も、同様のものをあげることができる。
また、これらの基は置換基を有していてもよく、置換基として、前記一般式(1)中のAr1〜Ar4で表される「置換芳香族炭化水素基」、「置換芳香族複素環基」または「置換縮合多環芳香族基」における「置換基」に関して示したものと同様のものをあげることができ、とりうる態様も、同様のものをあげることができる。
そして、一般式(6)中のA1で表される「置換もしくは無置換の芳香族炭化水素の2価基」、「置換もしくは無置換の芳香族複素環の2価基」または「置換もしくは無置換の縮合多環芳香族の2価基」は、上記「芳香族炭化水素」、「芳香族複素環」または「縮合多環芳香族」から水素原子を2個取り除いてできる2価基を表す。
また、これらの2価基は置換基を有していてもよく、置換基として、前記一般式(1)中のAr1〜Ar4で表される「置換芳香族炭化水素基」、「置換芳香族複素環基」または「置換縮合多環芳香族基」における「置換基」に関して示したものと同様のものをあげることができ、とりうる態様も、同様のものをあげることができる。
また、これらの基は置換基を有していてもよく、置換基として、前記一般式(1)中のAr1〜Ar4で表される「置換芳香族炭化水素基」、「置換芳香族複素環基」または「置換縮合多環芳香族基」における「置換基」に関して示したものと同様のものをあげることができ、とりうる態様も、同様のものをあげることができる。
また、複数個存在するDは、相互に同一でも異なってもよく、これらの基同士が単結合、置換もしくは無置換のメチレン基、酸素原子または硫黄原子を介して互いに結合して環を形成してもよい。
また、これらの基は置換基を有していてもよく、置換基として、前記一般式(1)中のAr1〜Ar4で表される「置換芳香族炭化水素基」、「置換芳香族複素環基」または「置換縮合多環芳香族基」における「置換基」に関して示したものと同様のものをあげることができ、とりうる態様も、同様のものをあげることができる。
また、これらの基は置換基を有していてもよく、置換基として、前記一般式(1)中のAr1〜Ar4で表される「置換芳香族炭化水素基」、「置換芳香族複素環基」または「置換縮合多環芳香族基」における「置換基」に関して示したものと同様のものをあげることができ、とりうる態様も、同様のものをあげることができる。
また、これらの基は置換基を有していてもよく、置換基として、前記一般式(1)中のAr1〜Ar4で表される「置換芳香族炭化水素基」、「置換芳香族複素環基」または「置換縮合多環芳香族基」における「置換基」に関して示したものと同様のものをあげることができ、とりうる態様も、同様のものをあげることができる。
また、これらの基は置換基を有していてもよく、置換基として、前記一般式(1)中のAr1〜Ar4で表される「置換芳香族炭化水素基」、「置換芳香族複素環基」または「置換縮合多環芳香族基」における「置換基」に関して示したものと同様のものをあげることができ、とりうる態様も、同様のものをあげることができる。
また、これらの基は置換基を有していてもよく、置換基として、前記一般式(1)中のAr1〜Ar4で表される「置換芳香族炭化水素基」、「置換芳香族複素環基」または「置換縮合多環芳香族基」における「置換基」に関して示したものと同様のものをあげることができ、とりうる態様も、同様のものをあげることができる。
そして、一般式(9)中のA2で表される「置換もしくは無置換の芳香族炭化水素の2価基」、「置換もしくは無置換の芳香族複素環の2価基」または「置換もしくは無置換の縮合多環芳香族の2価基」は、上記「芳香族炭化水素」、「芳香族複素環」または「縮合多環芳香族」から水素原子を2個取り除いてできる2価基を表す。
また、これらの2価基は置換基を有していてもよく、置換基として、前記一般式(1)中のAr1〜Ar4で表される「置換芳香族炭化水素基」、「置換芳香族複素環基」または「置換縮合多環芳香族基」における「置換基」に関して示したものと同様のものをあげることができ、とりうる態様も、同様のものをあげることができる。
そして、一般式(9)中のA3で表される「置換もしくは無置換の縮合多環芳香族の2価基」は、上記「縮合多環芳香族」から水素原子を2個取り除いてできる2価基を表す。
また、これらの2価基は置換基を有していてもよく、置換基として、前記一般式(1)中のAr1〜Ar4で表される「置換芳香族炭化水素基」、「置換芳香族複素環基」または「置換縮合多環芳香族基」における「置換基」に関して示したものと同様のものをあげることができ、とりうる態様も、同様のものをあげることができる。
また、これらの基は置換基を有していてもよく、置換基として、前記一般式(6)中のB1で表される「置換芳香族複素環基」における「置換基」に関して示したものと同様のものをあげることができ、とりうる態様も、同様のものをあげることができる。
一般式(1)において、Ar1〜Ar4で表される「置換芳香族炭化水素基」、「置換芳香族複素環基」または「置換縮合多環芳香族基」における「置換基」としては、重水素原子、「置換基を有していてもよい炭素原子数1ないし6の直鎖状もしくは分岐状のアルキル基」、「置換基を有していてもよい炭素原子数2ないし6の直鎖状もしくは分岐状のアルケニル基」、「置換もしくは無置換の芳香族炭化水素基」または「置換もしくは無置換の縮合多環芳香族基」が好ましく、重水素原子、フェニル基、ビフェニリル基、ナフチル基、ビニル基がより好ましい。また、これらの基同士が単結合を介して互いに結合して縮合芳香環を形成する場合も好ましい。
一般式(2)中のAr5〜Ar7は、少なくとも部分的に、好ましくは完全に「電子受容体基」で置換されている態様が好ましい。
一般式(2)中のAr5〜Ar7としては、テトラフルオロピリジル基、テトラフルオロ−(トリフルオロメチル)フェニル基、シアノ−テトラフルオロフェニル基、ジクロロ−ジフルオロ−(トリフルオロメチル)フェニル基、ペンタフルオロフェニル基、などのフッ素原子、塩素原子、シアノ基、またはトリフルオロメチル基で完全に置換されたフェニル基もしくはピリジル基が好ましい。
一般式(3)中のr1〜r6としては、0〜3の整数であることが好ましく、0〜2の整数であることがより好ましい。
一般式(3)中のL1で表される「2価の連結基」としては、メチレン基、「炭素原子数5ないし10のシクロアルキレン基」、「芳香族炭化水素の2価基」、「縮合多環芳香族の2価基」、または単結合が好ましく、下記構造式(B)〜(G)で示される2価基、または単結合がより好ましく、下記構造式(B)または(D)で示される2価基が特に好ましい。
一般式(3)における下記構造式(B)としては、nが1〜3の整数であることが好ましく、2または3であることがより好ましい。
一般式(4)中のr7〜r18としては、0〜3の整数であることが好ましく、0〜2の整数であることがより好ましい。
一般式(4)中のL2〜L4で表される「2価の連結基」としては、メチレン基、「炭素原子数5ないし10のシクロアルキレン基」、「芳香族炭化水素の2価基」、「縮合多環芳香族の2価基」、または単結合が好ましく、前記構造式(B)〜(G)で示される2価基、または単結合がより好ましく、前記構造式(B)または(D)で示される2価基、または単結合が特に好ましい。
一般式(4)における前記構造式(B)としては、nが1または2であることが好ましく、1であることがより好ましい。
一般式(5)において、Ar9としては、「置換もしくは無置換の芳香族炭化水素基」または「置換もし くは無置換の縮合多環芳香族基」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、ナフチル基、フェナントラセニル基、アントラセニル基、フルオレニル基がより好ましく、中でも、フェニル基、特に無置換のフェニル基が好ましい。
一般式(5)で表されるアリールアミン化合物としては、下記一般式(5a)または一般式(5b)で表されるアリールアミン化合物がより好ましく用いられる。
また、これらの基は置換基を有していてもよく、置換基として、前記一般式(1)中のAr1〜Ar4で表される「置換芳香族炭化水素基」、「置換芳香族複素環基」または「置換縮合多環芳香族基」における「置換基」に関して示したものと同様のものをあげることができ、とりうる態様も、同様のものをあげることができる。
一般式(5b)において、Ar8、Ar18およびAr20が同一の基であり、かつ、Ar9、Ar19およびAr21が同一の基であることが好ましい。
一般式(6)中のp、qは、pとqの和(p+q)が9となる関係を維持するものとし、pは7または8を表し、qは1または2を表す。
一般式(6)中のA1としては、「置換もしくは無置換の芳香族炭化水素の2価基」または「置換もしくは無置換の縮合多環芳香族の2価基」が好ましく、ベンゼン、ビフェニル、ナフタレン、またはフェナントレンから水素原子を2個取り除いてできる2価基がより好ましい。
一般式(6)で表されるアントラセン環構造を有する化合物としては、下記一般式(6a)、一般式(6b)または一般式(6c)で表されるアントラセン環構造を有する化合物がより好ましく用いられる。
また、これらの基は置換基を有していてもよく、置換基として、前記一般式(1)中のAr1〜Ar4で表される「置換芳香族炭化水素基」、「置換芳香族複素環基」または「置換縮合多環芳香族基」における「置換基」に関して示したものと同様のものをあげることができ、とりうる態様も、同様のものをあげることができる。
また、これらの基は置換基を有していてもよく、置換基として、前記一般式(6a)中のR23〜R29で表される「置換基を有する炭素原子数1ないし6の直鎖状もしくは分岐状のアルキル基」、「置換基を有する炭素原子数5ないし10のシクロアルキル基」または「置換基を有する炭素原子数2ないし6の直鎖状もしくは分岐状のアルケニル基」における「置換基」に関して示したものと同様のものをあげることができ、とりうる態様も、同様のものをあげることができる。
また、これらの基は置換基を有していてもよく、置換基として、前記一般式(1)中のAr1〜Ar4で表される「置換芳香族炭化水素基」、「置換芳香族複素環基」または「置換縮合多環芳香族基」における「置換基」に関して示したものと同様のものをあげることができ、とりうる態様も、同様のものをあげることができる。
また、これらの基は置換基を有していてもよく、置換基として、前記一般式(1)中のAr1〜Ar4で表される「置換芳香族炭化水素基」、「置換芳香族複素環基」または「置換縮合多環芳香族基」における「置換基」に関して示したものと同様のものをあげることができ、とりうる態様も、同様のものをあげることができる。
また、これらの基は置換基を有していてもよく、置換基として、前記一般式(1)中のAr1〜Ar4で表される「置換芳香族炭化水素基」、「置換芳香族複素環基」または「置換縮合多環芳香族基」における「置換基」に関して示したものと同様のものをあげることができ、とりうる態様も、同様のものをあげることができる。
また、これらの基は置換基を有していてもよく、置換基として、前記一般式(1)中のAr1〜Ar4で表される「置換芳香族炭化水素基」、「置換芳香族複素環基」または「置換縮合多環芳香族基」における「置換基」に関して示したものと同様のものをあげることができ、とりうる態様も、同様のものをあげることができる。
また、これらの基は置換基を有していてもよく、置換基として、前記一般式(6a)中のR23〜R29で表される「置換基を有する炭素原子数1ないし6の直鎖状もしくは分岐状のアルキル基」、「置換基を有する炭素原子数5ないし10のシクロアルキル基」または「置換基を有する炭素原子数2ないし6の直鎖状もしくは分岐状のアルケニル基」における「置換基」に関して示したものと同様のものをあげることができ、とりうる態様も、同様のものをあげることができる。
また、これらの基は置換基を有していてもよく、置換基として、前記一般式(6a)中のR23〜R29で表される「置換基を有する炭素原子数1ないし6の直鎖状もしくは分岐状のアルキル基」、「置換基を有する炭素原子数5ないし10のシクロアルキル基」または「置換基を有する炭素原子数2ないし6の直鎖状もしくは分岐状のアルケニル基」における「置換基」に関して示したものと同様のものをあげることができ、とりうる態様も、同様のものをあげることができる。
また、これらの基は置換基を有していてもよく、置換基として、前記一般式(1)中のAr1〜Ar4で表される「置換芳香族炭化水素基」、「置換芳香族複素環基」または「置換縮合多環芳香族基」における「置換基」に関して示したものと同様のものをあげることができ、とりうる態様も、同様のものをあげることができる。
また、これらの基は置換基を有していてもよく、置換基として、前記一般式(1)中のAr1〜Ar4で表される「置換芳香族炭化水素基」、「置換芳香族複素環基」または「置換縮合多環芳香族基」における「置換基」に関して示したものと同様のものをあげることができ、とりうる態様も、同様のものをあげることができる。
一般式(7)中のAr13としては、置換基を有するフェニル基が好ましく、この場合の置換基としては、フェニル基、ビフェニリル基、ターフェニル基などの芳香族炭化水素基、ナフチル基、アントラセニル基、アセナフテニル基、フェナントレニル基、フルオレニル基、インデニル基、ピレニル基、ペリレニル基、フルオランテニル基、トリフェニレニル基などの縮合多環芳香族基が好ましく、フェニル基、ナフチル基、アントラセニル基、フェナントレニル基、ピレニル基、フルオランテニル基、トリフェニレニル基がより好ましい。
一般式(7)中のAr14としては、置換基を有するフェニル基が好ましく、この場合の置換基としては、フェニル基、ビフェニリル基、ターフェニル基などの芳香族炭化水素基、ナフチル基、アントラセニル基、アセナフテニル基、フェナントレニル基、フルオレニル基、インデニル基、ピレニル基、ペリレニル基、フルオランテニル基、トリフェニレニル基などの縮合多環芳香族基が好ましく、フェニル基、ナフチル基、アントラセニル基、フェナントレニル基、ピレニル基、フルオランテニル基、トリフェニレニル基がより好ましい。
一般式(7)において、Ar12とAr13が同一ではないことが、薄膜の安定性の観点から好ましい。ここで、Ar12とAr13が同一の基である場合、異なる置換基であってもよいし、あるいは、異なる置換位置であってもよい。
一般式(7)において、Ar13とAr14は同一の基であってもよいが、分子全体の対称性がよくなることによって結晶化し易くなる恐れがあり、薄膜の安定性の観点から、Ar13とAr14は異なる基であることが好ましく、Ar13とAr14が同時に水素原子とはなることはないものとする。
一般式(7)において、Ar13とAr14の一方が水素原子であることが好ましい。
構造式(8)において、ベンゼン環におけるAr15の結合位置は、下記構造式(8a)に示されるように、一般式(7)に示されるピリミジン環との結合位置に対し、メタ位であることが、薄膜の安定性の観点から好ましい。
そして、これらが有していてもよい置換基としては、フェニル基、ビフェニリル基、ターフェニリル基、テトラキスフェニル基、スチリル基、ナフチル基、アントラセニル基、アセナフテニル基、フェナントラセニル基、フルオレニル基、インデニル基、ピレニル基、ピリジル基、トリアジニル基、ピリミジニル基、フリル基、ピロリル基、チエニル基、キノリル基、イソキノリル基、ベンゾフラニル基、ベンゾチエニル基、インドリル基、カルバゾリル基、ベンゾオキサゾリル基、ベンゾチアゾリル基、キノキサリニル基、ベンゾイミダゾリル基、ピラゾリル基、ジベンゾフラニル基、ジベンゾチエニル基、ナフチリジニル基、フェナントロリニル基、アクリジニル基などのような「芳香族炭化水素基」、「芳香族複素環基」または「縮合多環芳香族基」が好ましく、フェニル基、ビフェニリル基、ナフチル基、アントラセニル基、フェナントラセニル基、フルオレニル基、ピレニル基、ピリジル基、トリアジニル基、ピリミジニル基、キノリル基、イソキノリル基、インドリル基、カルバゾリル基、キノキサリニル基、ベンゾイミダゾリル基、ピラゾリル基、フェナントロリニル基、アクリジニル基がより好ましく、フェニル基、ナフチル基、アントラセニル基、ピリジル基、キノリル基、イソキノリル基が特に好ましい。
一般式(9)中のA2としては、「置換もしくは無置換の芳香族炭化水素の2価基」、「置換もしくは無置換の縮合多環芳香族の2価基」、もしくはピリジレン基、ビピリジレン基が好ましく、ベンゼン、ビフェニル、ナフタレン、アントラセン、フルオレン、フェナントレン、ピレン、もしくはピリジンから誘導される2価基がより好ましく、ベンゼン、ナフタレン、もしくはピリジンから誘導される2価基が特に好ましい。
一般式(9)中のA3としては、単結合、もしくはナフタレン、アントラセン、フルオレン、フェナントレンまたはピレンから誘導される2価基が好ましく、単結合、もしくはナフタレンまたはアントラセンから誘導される2価基がより好ましい。
一般式(9)中のB2としては、ピリジル基、ビピリジル基、トリアジニル基、ピリミジニル基、ピロリル基、キノリル基、イソキノリル基、インドリル基、カルバゾリル基、カルボリニル基、ベンゾオキサゾリル基、ベンゾチアゾリル基、キノキサリニル基、ベンゾイミダゾリル基、ピラゾリル基、ナフチリジニル基、フェナントロリニル基、アクリジニル基のような含窒素芳香族複素環基が好ましく、ピリジル基、ビピリジル基、ピリミジニル基、キノリル基、イソキノリル基、インドリル基、カルボリニル基、キノキサリニル基、ベンゾイミダゾリル基、ナフチリジニル基、フェナントロリニル基がより好ましく、ピリジル基、キノリル基、イソキノリル基が特に好ましい。
一般式(9)において、A2が置換もしくは無置換のベンゼンから水素原子を2個取り除いてできる2価基であって、A3が単結合である場合、B2はピリジル基、ビピリジル基、キノリル基、イソキノリル基、インドリル基、カルバゾリル基、カルボリニル基、ベンゾオキサゾリル基、ベンゾチアゾリル基、キノキサリニル基、ベンゾイミダゾリル基、ナフチリジニル基、フェナントロリニル基、アクリジニル基のような縮合多環構造を有する含窒素芳香族複素環基が好ましく、ピリジル基、ビピリジル基、キノリル基、イソキノリル基、インドリル基、カルボリニル基、キノキサリニル基、ベンゾイミダゾリル基、ナフチリジニル基、フェナントロリニル基がより好ましく、ピリジル基、ビピリジル基、キノリル基、イソキノリル基が特に好ましい。
一般式(9)において、B2がピリジル基、もしくはビピリジル基であって、A3が単結合である場合、A2はベンゼン、ビフェニル、ナフタレン、アントラセン、フルオレン、フェナントレンまたはピレンから水素原子を2個取り除いてできる2価基、もしくは単結合であることがより好ましく、ベンゼンまたはビフェニルから水素原子を2個取り除いてできる2価基、もしくは単結合であることが特に好ましい。
低駆動電圧、高発光効率、かつ長寿命の有機EL素子を実現することが可能となった。
さらに、2種類の特定の(構造を有する)アリールアミン化合物をPドーピングしないで、第一正孔輸送層、第二正孔輸送層の材料に選択し、キャリアバランスを精緻化できるように組み合わせ、低駆動電圧であって、高発光効率、かつ長寿命の有機EL素子を実現することができる。
本発明によれば、従来の有機EL素子の低駆動電圧を維持しつつ、発光効率、特に耐久性を改良することができる。
その他、本発明の有機EL素子に用いられる化合物は、カラムクロマトグラフによる精製、シリカゲル、活性炭、活性白土などによる吸着精製、溶媒による再結晶や晶析法などによって精製を行った後、最後に昇華精製法によって精製したものを用いた。
前記一般式(1)で表されるアリールアミン化合物と混合もしくは同時に使用できる、正孔注入・輸送性の材料としては、スターバースト型のトリフェニルアミン誘導体、種々のトリフェニルアミン4量体などの材料;銅フタロシアニンに代表されるポルフィリン化合物;ヘキサシアノアザトリフェニレンのようなアクセプター性の複素環化合物や塗布型の高分子材料などを用いることができる。これらの材料は蒸着法の他、スピンコート法やインクジェット法などの公知の方法によって薄膜形成を行うことができる。
本発明の有機EL素子の第一正孔輸送層としては、正孔輸送性のアリールアミン化合物が好適に用いられ、前記一般式(3)で表されるアリールアミン化合物、もしくは前記一般式(4)で表されるアリールアミン化合物がより好適に用いられる。そして、Pドーピングしないものが特に好適に用いられる。
これらは、単独で成膜してもよいが、他の材料とともに混合して成膜した単層として使用してもよくしてもよく、単独で成膜した層同士、混合して成膜した層同士、または単独で成膜した層と混合して成膜した層の積層構造としてもよい。これらの材料は蒸着法の他、スピンコート法やインクジェット法などの公知の方法によって薄膜形成を行うことができる。
本発明の有機EL素子の第二正孔輸送層としては、正孔輸送性のアリールアミン化合物が好適に用いられ、前記一般式(5)で表されるアリールアミン化合物がより好適に用いられる。そして、Pドーピングしないものが特に好適に用いられる。
これらは、単独で成膜してもよいが、他の材料とともに混合して成膜した単層として使用してもよくしてもよく、単独で成膜した層同士、混合して成膜した層同士、または単独で成膜した層と混合して成膜した層の積層構造としてもよい。これらの材料は蒸着法の他、スピンコート法やインクジェット法などの公知の方法によって薄膜形成を行うことができる。
発光層に隣接する層には、電子阻止性の高いアリールアミン化合物が好適に用いられ、前記一般式(5)で表されるアリールアミン化合物などが好ましく用いられる。
また、これらの層の膜厚は、通常用いられる膜厚であれば特に限定するものではないが、例えば、第一正孔輸送層としては20〜100nm、第二正孔輸送層としては5〜100nm、電子阻止層としては5〜30nmで用いられが、発光層の材料として赤色の発光性ドーパントを含有する素子の場合では、第一正孔輸送層として30〜100nm、第二正孔輸送層としては30〜100nm、電子阻止層としては5〜30nmで用いるのが好ましい。
窒素置換した反応容器に、ビス(ビフェニル−4−イル)−(6−ブロモビフェニル−3−イル)アミン11.8g、トルエン94mL、フェニルボロン酸2.7g、予め炭酸カリウム5.9gを水36mLに溶解した水溶液を加え、30分間超音波を照射しながら窒素ガスを通気した。テトラキストリフェニルホスフィンパラジウム0.74gを加えて加熱し、72℃で18時間撹拌した。室温まで冷却し、分液操作によって有機層を採取した。水を用いた洗浄、飽和食塩水を用いた洗浄を順次行った後、無水硫酸マグネシウムを用いて乾燥し、濃縮することによって粗製物を得た。続いて、カラムクロマトグラフィーを用いた精製を行うことによって、ビス(ビフェニル−4−イル)−(6−フェニルビフェニル−3−イル)アミン(化合物5−2)の白色粉体8.4g(収率72%)を得た。
1H−NMR(CDCl3)で以下の31個の水素のシグナルを検出した。
δ(ppm)=7.56−7.68(7H)、7.45−7.52(4H)7.14−7.41(20H)。
実施例1において、フェニルボロン酸に代えて1−ナフチルボロン酸を用い、同様の条件で反応を行うことによって、ビス(ビフェニル−4−イル)−{6−(ナフチル−1−イル)ビフェニル−3−イル}アミン(化合物5−3)の白色粉体9.2g(収率61%)を得た。
1H−NMR(CDCl3)で以下の33個の水素のシグナルを検出した。
δ(ppm)=7.84−7.87(3H)、7.67−83(6H)、7.26−7.64(18H)7.02−7.04(6H)。
実施例1において、フェニルボロン酸に代えて(9,9−ジメチルフルオレン−2−イル)ボロン酸を用い、同様の条件で反応を行うことによって、ビス(ビフェニル−4−イル)−{6−(9,9−ジメチルフルオレン−2−イル)ビフェニル−3−イル}アミン(化合物5−1)の白色粉体9.0g(収率57%)を得た。
1H−NMR(CDCl3)で以下の39個の水素のシグナルを検出した。
δ(ppm)=7.56−7.64(10H)、7.26−50(18H)、7.02−7.16(5H)、1.26(6H)。
実施例1において、フェニルボロン酸に代えて4−ビフェニルボロン酸を用い、同様の条件で反応を行うことによって、ビス(ビフェニル−4−イル)−{6−(ビフェニル−4−イル)ビフェニル−3−イル}アミン(化合物5−4)の白色粉体8.6g(収率64%)を得た。
1H−NMR(CDCl3)で以下の35個の水素のシグナルを検出した。
δ(ppm)=7.66−7.53(8H)、7.51−7.15(27H)。
実施例1において、フェニルボロン酸に代えて4−ブロモ−1,1’;4’,1’’−ターフェニルを用い、ビス(ビフェニル−4−イル)−(6−ブロモビフェニル−3−イル)アミンに代えてビス(ビフェニル−4−イル)−{3−フェニル−4−(4,4,5,5−テトラメチル−1,3,2−ジオキサボロラン−2−イル)フェニル}アミンを用い、同様の条件で反応を行うことによって、ビス(ビフェニル−4−イル)−{6−(1,1’;4’,1’’−ターフェニル−4−イル)ビフェニル−3−イル}アミン(化合物5−9)の白色粉体4.5g(収率40%)を得た。
1H−NMR(THF−d8)で以下の39個の水素のシグナルを検出した。
δ(ppm)=7.73−7.58(15H)、7.46−7.12(24H)。
実施例1において、フェニルボロン酸に代えて、4−(ナフタレン−1−イル)フェニルボロン酸を用い、同様の条件で反応を行うことによって、ビス(ビフェニル−4−イル)−[6−{4−(ナフタレン−1−イル)フェニル)}ビフェニル−3−イル]アミン(化合物5−16)の白色粉体11.6g(収率77%)を得た。
1H−NMR(CDCl3)で以下の37個の水素のシグナルを検出した。
δ(ppm)=7.95−7.84(3H)、7.67−7.18(34H)。
実施例1において、フェニルボロン酸に代えて、4−(9,9−ジメチルフルオレン−2−イル)フェニルボロン酸を用い、同様の条件で反応を行うことによって、ビス(ビフェニル−4−イル)−[6−(9,9−ジメチルフルオレン−2−イル)フェニル)}ビフェニル−3−イル]アミン(化合物5−20)の白色粉体13.1g(収率81%)を得た。
1H−NMR(CDCl3)で以下の43個の水素のシグナルを検出した。
δ(ppm)=7.78(2H)、7.68−7.15(35H)、1.55(6H)。
実施例1において、フェニルボロン酸に代えて、4−ビフェニルボロン酸を用い、ビス(ビフェニル−4−イル)−(6−ブロモビフェニル−3−イル)アミンに代えて、(ビフェニル−4−イル)−(9,9−ジメチルフルオレン−2−イル)−(6−ブロモビフェニル−3−イル)アミンを用い、同様の条件で反応を行うことによって、(ビフェニル−4−イル)−{6−(ビフェニル−4−イル)ビフェニル−3−イル}−(9,9−ジメチルフルオレン−2−イル)アミン(化合物5−56)の白色粉体17.8g(収率89%)を得た。
1H−NMR(CDCl3)で以下の39個の水素のシグナルを検出した。
δ(ppm)=7.72−7.57(7H)、7.52−7.33(9H)、7.32−7.19(17H)、1.45(6H)。
実施例1において、ビス(ビフェニル−4−イル)−(6−ブロモビフェニル−3−イル)アミンに代えて、ビス(9,9−ジメチルフルオレン−2−イル)−(6−ブロモビフェニル−3−イル)アミンを用い、同様の条件で反応を行うことによって、ビス(9,9−ジメチルフルオレン−2−イル)−(6−フェニルビフェニル−3−イル)アミン(化合物5−62)の白色粉体11.5g(収率57%)を得た。
1H−NMR(THF−d8)で以下の39個の水素のシグナルを検出した。
δ(ppm)=7.70−7.63(3H)、7.44−7.02(24H)、1.46(12H)。
実施例1において、ビス(ビフェニル−4−イル)−(6−ブロモビフェニル−3−イル)アミンに代えて、ビス(6−ブロモビフェニル−3−イル)−(ビフェニル−4−イル)アミンを用い、同様の条件で反応を行うことによって、ビス(6−フェニルビフェニル−3−イル)−(ビフェニル−4−イル)アミン(化合物5−108)の白色粉体10.2g(収率73%)を得た。
1H−NMR(CDCl3)で以下の35個の水素のシグナルを検出した。
δ(ppm)=7.57−7.66(4H)、7.10−7.49(31H)。
実施例1において、ビス(ビフェニル−4−イル)−(6−ブロモビフェニル−3−イル)アミンに代えて、トリス(6−ブロモビフェニル−3−イル)アミンを用い、同様の条件で反応を行うことによって、トリス(6−フェニルビフェニル−3−イル)アミン(化合物5−143)の白色粉体11.1g(収率75%)を得た。
1H−NMR(CDCl3)で以下の39個の水素のシグナルを検出した。
δ(ppm)=7.35−7.42(6H)、7.15−7.35(33H)。
融点 ガラス転移点
実施例2の化合物 242℃ 103℃
実施例3の化合物 観測されず 115℃
実施例4の化合物 観測されず 104℃
実施例5の化合物 観測されず 117℃
実施例6の化合物 観測されず 107℃
実施例7の化合物 240℃ 127℃
実施例8の化合物 観測されず 116℃
実施例9の化合物 観測されず 119℃
実施例10の化合物 観測されず 101℃
実施例11の化合物 観測されず 112℃
仕事関数
実施例1の化合物 5.68eV
実施例2の化合物 5.72eV
実施例3の化合物 5.66eV
実施例4の化合物 5.67eV
実施例5の化合物 5.70eV
実施例6の化合物 5.71eV
実施例7の化合物 5.66eV
実施例8の化合物 5.62eV
実施例9の化合物 5.55eV
実施例10の化合物 5.72eV
実施例11の化合物 5.75eV
LUMO準位
化合物(6b−1) 3.26eV
化合物(6c−28) 3.10eV
化合物(7−126) 3.26eV
化合物(9−112) 3.15eV
比較のために、実施例15において、第二正孔輸送層5の材料として実施例9の化合物(5−62)に代えて上記構造式の化合物(1−1)を用い、膜厚60nmとなるように形成した以外は同様の条件で有機EL素子を作製した。作製した有機EL素子について、大気中、常温で特性測定を行った。作製した有機EL素子に直流電圧を印加したときの発光特性の測定結果を表1にまとめて示した。
比較のために、実施例16において、第二正孔輸送層5の材料として実施例9の化合物(5−62)に代えて上記構造式の化合物(1−1)を用い、膜厚60nmとなるように形成した以外は同様の条件で有機EL素子を作製した。作製した有機EL素子について、大気中、常温で特性測定を行った。作製した有機EL素子に直流電圧を印加したときの発光特性の測定結果を表1にまとめて示した。
比較のために、実施例17において、第二正孔輸送層5の材料として実施例9の化合物(5−62)に代えて上記構造式の化合物(1−1)を用い、膜厚60nmとなるように形成した以外は同様の条件で有機EL素子を作製した。作製した有機EL素子について、大気中、常温で特性測定を行った。作製した有機EL素子に直流電圧を印加したときの発光特性の測定結果を表1にまとめて示した。
比較のために、実施例18において、第二正孔輸送層5の材料として実施例9の化合物(5−62)に代えて上記構造式の化合物(1−1)を用い、膜厚60nmとなるように形成した以外は同様の条件で有機EL素子を作製した。作製した有機EL素子について、大気中、常温で特性測定を行った。作製した有機EL素子に直流電圧を印加したときの発光特性の測定結果を表1にまとめて示した。
2 透明陽極
3 正孔注入層
4 第一正孔輸送層
5 第二正孔輸送層
6 発光層
7 電子輸送層
8 電子注入層
9 陰極
Claims (18)
- 少なくとも陽極、正孔注入層、第一正孔輸送層、第二正孔輸送層、発光層、電子輸送層及び陰極をこの順に有する有機エレクトロルミネッセンス素子において、前記正孔注入層が下記一般式(1)で表されるアリールアミン化合物および電子アクセプターを含有することを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子。
(式中、Ar1〜Ar 2 は同一でも異なってもよく、置換もしくは無置換のフェニル基、ビフェニリル基、ターフェニリル基、アントラセニル基、フェナントレニル基、フルオレニル基、インデニル基、ピレニル基、ペリレニル基、フルオランテニル基、トリフェニレニル基、ピリジル基、ピリミジニル基、トリアジニル基、フリル基、ピロリル基、チエニル基、キノリル基、イソキノリル基、ベンゾフラニル基、ベンゾチエニル基、インドリル基、カルバゾリル基、ベンゾオキサゾリル基、ベンゾチアゾリル基、キノキサリニル基、ベンゾイミダゾリル基、ピラゾリル基、ジベンゾフラニル基、ジベンゾチエニル基、ナフチリジニル基、フェナントロリニル基、アクリジニル基、またはカルボリニル基を表し、Ar 3 〜Ar4は相互に同一でも異なってもよく、置換もしくは無置換の芳香族炭化水素基、置換もしくは無置換の芳香族複素環基、または置換もしくは無置換の縮合多環芳香族基を表す。) - 前記電子アクセプターが、トリスブロモフェニルアミンヘキサクロルアンチモン、テトラシアノキノンジメタン(TCNQ)、2,3,5,6−テトラフルオロ−テトラシアノ−1,4−ベンゾキノンジメタン(F4TCNQ)、ラジアレン誘導体から選ばれる電子アクセプターである、請求項1記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
- 前記第一正孔輸送層もしくは第二正孔輸送層が、正孔輸送性のアリールアミン化合物のみを含有する、請求項1〜3のいずれか一項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
- 前記第一正孔輸送層および第二正孔輸送層が、正孔輸送性のアリールアミン化合物のみを含有する、請求項1〜3のいずれか一項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
- 前記第一正孔輸送層が、分子中にトリフェニルアミン構造を2個〜6個、単結合またはヘテロ原子を含まない2価基で連結した構造を有するアリールアミン化合物を含有する、請求項4または請求項5に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
- 前記分子中にトリフェニルアミン構造を2個〜6個、単結合またはヘテロ原子を含まない2価基で連結した構造を有するアリールアミン化合物が、下記一般式(3)で表されるアリールアミン化合物であることを特徴とする、請求項6記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
(式中、R1〜R6は重水素原子、フッ素原子、塩素原子、シアノ基、ニトロ基、置換基を有していてもよい炭素原子数1ないし6の直鎖状もしくは分岐状のアルキル基、置換基を有していてもよい炭素原子数5ないし10のシクロアルキル基、置換基を有していてもよい炭素原子数2ないし6の直鎖状もしくは分岐状のアルケニル基、置換基を有していてもよい炭素原子数1ないし6の直鎖状もしくは分岐状のアルキルオキシ基、置換基を有していてもよい炭素原子数5ないし10のシクロアルキルオキシ基、置換もしくは無置換の芳香族炭化水素基、置換もしくは無置換の芳香族複素環基、置換もしくは無置換の縮合多環芳香族基、または置換もしくは無置換のアリールオキシ基を表す。r1〜r6は同一でも異なってもよく、r1、r2、r5、r6は0〜5の整数を表し、r3、r4は0〜4の整数を表す。r1、r2、r5、r6が2〜5の整数である場合、または、r3、r4が2〜4の整数である場合、同一のベンゼン環に複数個結合するR1〜R6は相互に同一でも異なってもよく、単結合、置換もしくは無置換のメチレン基、酸素原子または硫黄原子を介して互いに結合して環を形成してもよい。L1は2価の連結基、または単結合を表す。) - 前記分子中にトリフェニルアミン構造を2個〜6個、単結合またはヘテロ原子を含まない2価基で連結した構造を有するアリールアミン化合物が、下記一般式(4)で表されるアリールアミン化合物であることを特徴とする、請求項6記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
(式中、R7〜R18は重水素原子、フッ素原子、塩素原子、シアノ基、ニトロ基、置換基を有していてもよい炭素原子数1ないし6の直鎖状もしくは分岐状のアルキル基、置換基を有していてもよい炭素原子数5ないし10のシクロアルキル基、置換基を有していてもよい炭素原子数2ないし6の直鎖状もしくは分岐状のアルケニル基、置換基を有していてもよい炭素原子数1ないし6の直鎖状もしくは分岐状のアルキルオキシ基、置換基を有していてもよい炭素原子数5ないし10のシクロアルキルオキシ基、置換もしくは無置換の芳香族炭化水素基、置換もしくは無置換の芳香族複素環基、置換もしくは無置換の縮合多環芳香族基、または置換もしくは無置換のアリールオキシ基を表す。r7〜r18は同一でも異なってもよく、r7、r8、r11、r14、r17、r18は0〜5の整数を表し、r9、r10、r12、r13、r15、r16は0〜4の整数を表す。r7、r8、r11、r14、r17、r18が2〜5の整数である場合、または、r9、r10、r12、r13、r15、r16が2〜4の整数である場合、同一のベンゼン環に複数個結合するR7〜R18は相互に同一でも異なってもよく、単結合、置換もしくは無置換のメチレン基、酸素原子または硫黄原子を介して互いに結合して環を形成してもよい。L2、L3、L4は同一でも異なってもよく、2価の連結基、または単結合を表す。) - 前記電子輸送層が、2.9eV〜3.4eVのLUMO準位を有する化合物を含有することを特徴とする、請求項1〜9のいずれか一項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
- 前記電子輸送層が、下記一般式(6)で表されるアントラセン環構造を有する化合物を含有することを特徴とする、請求項1〜9のいずれか一項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
(式中、A1は置換もしくは無置換の芳香族炭化水素の2価基、置換もしくは無置換の芳香族複素環の2価基、置換もしくは無置換の縮合多環芳香族の2価基、または単結合を表し、B1は置換もしくは無置換の芳香族複素環基を表し、Cは置換もしくは無置換の芳香族炭化水素基、置換もしくは無置換の芳香族複素環基、または置換もしくは無置換の縮合多環芳香族基を表し、Dは相互に同一でも異なってもよく、水素原子、重水素原子、フッ素原子、塩素原子、シアノ基、トリフルオロメチル基、炭素原子数1ないし6の直鎖状もしくは分岐状のアルキル基、置換もしくは無置換の芳香族炭化水素基、置換もしくは無置換の芳香族複素環基、または置換もしくは無置換の縮合多環芳香族基を表し、p、qは、pとqの和が9となる関係を維持しつつ、pは7または8を表し、qは1または2を表す。) - 前記電子輸送層が、下記一般式(7)で表されるピリミジン環構造を有する化合物を含有することを特徴とする、請求項1〜9のいずれか一項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
(式中、Ar12は、置換もしくは無置換の芳香族炭化水素基、または置換もしくは無置換の縮合多環芳香族基を表し、Ar13、Ar14は相互に同一でも異なっていてもよく、水素原子、置換もしくは無置換の芳香族炭化水素基、または置換もしくは無置換の縮合多環芳香族基を表し、Eは、下記構造式(8)で示される1価基を表す。ここで、Ar13とAr14は同時に水素原子となることはないものとする。)
(式中、Ar15は、置換もしくは無置換の芳香族複素環基を表し、R19〜R22は、相互に同一でも異なってもよく水素原子、重水素原子、フッ素原子、塩素原子、シアノ基、トリフルオロメチル基、炭素原子数1ないし6の直鎖状もしくは分岐状のアルキル基、置換もしくは無置換の芳香族炭化水素基、置換もしくは無置換の芳香族複素環基、または置換もしくは無置換の縮合多環芳香族基を表す。) - 前記電子輸送層が、下記一般式(9)で表されるベンゾトリアゾール環構造を有する化合物を含有することを特徴とする、請求項1〜9のいずれか一項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
(式中、Ar16は置換もしくは無置換の芳香族炭化水素基、置換もしくは無置換の芳香族複素環基、または置換もしくは無置換の縮合多環芳香族基を表し、Ar17は水素原子、重水素原子、置換もしくは無置換の芳香族炭化水素基、置換もしくは無置換の芳香族複素環基、または置換もしくは無置換の縮合多環芳香族基を表し、A2は置換もしくは無置換の芳香族炭化水素の2価基、置換もしくは無置換の芳香族複素環の2価基、置換もしくは無置換の縮合多環芳香族の2価基、または単結合を表し、A3は置換もしくは無置換の縮合多環芳香族の2価基、または単結合を表し、B2は置換もしくは無置換の芳香族複素環基を表す。) - 前記発光層が、燐光性の発光材料を含有することを特徴とする、請求項1〜13のいずれか一項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
- 前記した燐光性の発光材料がイリジウムまたは白金を含む金属錯体である、請求項14に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
- 前記した燐光性の発光材料が赤色発光性ドーパントである、請求項14または請求項15に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
- 前記発光層が、キナゾリン誘導体を含有することを特徴とする、請求項1〜16のいずれか一項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
- 前記発光層が、キナゾリン誘導体であるホスト材料を含有することを特徴とする、請求項17記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
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