JPWO2014203541A1 - 芳香族アミン誘導体及び有機エレクトロルミネッセンス素子 - Google Patents

芳香族アミン誘導体及び有機エレクトロルミネッセンス素子 Download PDF

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Abstract

本発明の目的は、駆動電圧を低下させるとともに、長寿命の有機EL素子を提供することである。本発明の芳香族アミン誘導体は、下記式(1)で表され;式(1)において、Ar1及びAr2は、アリール基又はヘテロアリール基であり;L1及びL2は、単結合、アリーレン基又はヘテロアリーレン基であり;R1〜R4は、アルキル基、アリール基、ヘテロアリール基、アルコキシ基、アラルキル基、アリールオキシ基、アリールチオ基、アルコキシカルボニル基、ハロゲン原子、シアノ基、ニトロ基、シリル基、ヒドロキシル基又はカルボキシル基であり;a及びbは0〜4の整数であり;R5〜R12は、水素原子、アルキル基、アリール基、ヘテロアリール基又はシリル基である。ただし、R5およびR7の少なくともいずれかは水素原子ではなく、R5が水素原子でない場合はR6が水素原子ではなく、R7が水素原子でない場合はR8が水素原子ではない。【化1】

Description

本発明は、芳香族アミン誘導体及びそれらを用いた有機エレクトロルミネッセンス(EL)素子に関する。
近年、有機化合物を用いた機能性材料の研究開発が盛んに実施されている。最近では、発光素子の構成材料に有機化合物を用いた有機電界発光素子(有機エレクトロルミネッセンス素子:有機EL素子)の開発が精力的に進められている。
有機電界発光素子は発光性有機化合物を含む薄膜を、陽極と陰極間に挟持した構造を有する。該薄膜に電子および正孔(ホール)を注入して、再結合させることにより励起子(エキシントン)を生成させ、この励起子が失活する際に放出される光を利用して発光する。イーストマン・コダック社のC.W.Tangらによる積層型素子による低電圧駆動有機EL素子の報告(非特許文献1)がなされて以来、有機材料を構成材料とする有機EL素子に関する研究が盛んに行われている。Tangらは、トリス(8−キノリノラト)アルミニウムを発光層に、トリフェニルジアミン誘導体を正孔輸送層に用いている。積層構造の利点として、発光層への正孔の注入効率を高めること、陰極より注入された電子をブロックして再結合により生成する励起子の生成効率を高めること、発光層内で生成した励起子を閉じ込めること等が挙げられる。この例のように、有機EL素子の素子構造として、正孔輸送(注入)層、電子輸送発光層の2層型、又は正孔輸送(注入)層、発光層、電子輸送(注入)層の3層型等がよく知られている。こうした積層型構造素子では注入された正孔と電子の再結合効率を高めるため、素子構造や形成方法の工夫がなされている。
通常、高温環境下で有機EL素子を駆動させたり、保管したりすると、発光色の変化、発光効率の低下、駆動電圧の上昇、発光寿命の短時間化等の悪影響が生じる。これを防ぐためには正孔輸送材料のガラス転移温度(Tg)を高くする必要があった。そのために、正孔輸送材料の分子内に多くの芳香族基を有する必要があり(例えば、特許文献1の芳香族ジアミン誘導体、特許文献2の芳香族縮合環ジアミン誘導体)、通常8〜12個のベンゼン環を有する構造が好ましく用いられている。
しかしながら、分子内に多くの芳香族基を有すると、これらの正孔輸送材料を用いて薄膜を形成して有機EL素子を作製する際に結晶化が起こりやすい。そのため、蒸着に用いるるつぼの出口を塞いだり、結晶化に起因する薄膜の欠陥が発生し、有機EL素子の歩留り低下を招くなどの問題が生じていた。また、分子内に多くの芳香族基を有する化合物は、一般的にガラス転移温度(Tg)は高いものの、昇華温度が高く、蒸着時の分解や蒸着が不均一に形成される等の現象が起こると考えられる。そのため、素子の寿命が短いという問題があった。
一方、テトラアリールジアミン誘導体が開示されている。例えば、特許文献3及び4には、テトラアリールジアミン誘導体の開示があるが、ビフェニル基の置換位置がパラ位またはメタ位のみであり、オルトビフェニル誘導体の具体例および実施例が記載されていない。さらに、ガラス転移温度の高い熱的に安定な非対称化合物の開示があるが、ジアミン化合物の具体例および実施例が記載されていない(特許文献5)。また、これらの報告において駆動電圧が低下したという効果については一切記載が無い。
以上のように、長寿命な有機EL素子の報告があるものの、寿命および駆動電圧の低下に関しては、未だ必ずしも充分なものとはいえず、分子量を大きくするだけでは十分な性能を有する有機EL素子を得ることができない。そのため、より優れた性能を有する有機EL素子の開発が強く望まれていた。
米国特許第4,720,432号明細書 米国特許第5,061,569号明細書 特開平8−48656号公報 特開2008−247904号公報 特開2002−53533号公報
C.W. Tang, S.A. Vanslyke, アプライドフィジックスレターズ(Applied Physics Letters),51巻、913頁、1987年
本発明は、前述の課題を解決するためになされたもので、特定の構造を有する芳香族アミン誘導体を有機EL素子の正孔輸送材料に用いることにより、駆動電圧を低下させるとともに寿命を改善する芳香族アミン誘導体を提供することを目的とする。
本発明者らは、前記目的を達成するために、鋭意研究を重ねた結果、下記一般式(1)で表される特定の構造を有する新規な芳香族アミン誘導体を有機EL素子用材料として用い、特に正孔輸送材料として用いると、前記の課題を解決することを見出し、本発明を完成するに至った。
このジアミン化合物は、アミン窒素原子周辺での置換基の自由回転運動が抑制されるのでガラス転移温度が高くなる。一方で、分子量が小さいので蒸着時の分解などが起こりにくい。さらに得られる有機EL素子の駆動電圧を低下させるとともに寿命を長くする効果があり、顕著な長寿命効果が得られることが判った。
すなわち本発明の第一は、以下に示される芳香族アミン誘導体に関する。
[1] 下記式(1)で表される芳香族アミン誘導体。
Figure 2014203541
〔上記式(1)において、
Ar及びArは、それぞれ独立に、置換もしくは無置換の環炭素数6〜50のアリール基、又は置換もしくは無置換の環原子数3〜50のヘテロアリール基であり;
及びLは、それぞれ独立に、単結合、置換もしくは無置換の環炭素数6〜50のアリーレン基、又は置換もしくは無置換の環原子数3〜50のヘテロアリーレン基であり;
〜Rは、それぞれ独立に、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炭素数6〜50のアリール基、置換もしくは無置換の環原子数5〜50のヘテロアリール基、置換もしくは無置換の炭素数1〜50のアルコキシ基、置換もしくは無置換の炭素数6〜50のアラルキル基、置換もしくは無置換の環炭素数5〜50のアリールオキシ基、置換もしくは無置換の環炭素数5〜50のアリールチオ基、置換もしくは無置換の炭素数2〜50のアルコキシカルボニル基、ハロゲン原子、シアノ基、ニトロ基、シリル基、ヒドロキシル基、又はカルボキシル基であり;
a及びbは0〜4の整数であり;
〜R12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1〜50のアルキル基、置換もしくは無置換の環炭素数6〜50のアリール基、置換もしくは無置換の環原子数5〜50のヘテロアリール基、又はシリル基であり;
ただし、RおよびRの少なくともいずれかは水素原子ではなく、Rが水素原子でない場合はRが水素原子ではなく、Rが水素原子でない場合はRが水素原子ではない〕
[2] 式(1)で表される芳香族アミン誘導体が、下記式(2)で表される、[1]に記載の芳香族アミン誘導体。
Figure 2014203541
〔上記式(2)において、
13及びR14は、それぞれ独立に、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炭素数6〜50のアリール基、置換もしくは無置換の環原子数5〜50のヘテロアリール基、置換もしくは無置換の炭素数1〜50のアルコキシ基、置換もしくは無置換の炭素数6〜50のアラルキル基、置換もしくは無置換の環炭素数5〜50のアリールオキシ基、置換もしくは無置換の環炭素数5〜50のアリールチオ基、置換もしくは無置換の炭素数2〜50のアルコキシカルボニル基、ハロゲン原子、シアノ基、ニトロ基、シリル基、ヒドロキシル基、又はカルボキシル基であり;
c及びdは0〜5の整数であり;
c及びdが2のとき、R13同士またはR14同士は、互いに結合して環を形成してもよく(ただし、R13またはR14が、隣接する芳香族環とそれぞれ結合してジベンゾフラン環、ジベンゾチオフェン環またはフルオレン環を形成しないものとする);
Ar、Ar、L、L、R〜R12、a及びbは、前記式(1)と同様に定義される〕
[3] 式(2)で表される芳香族アミン誘導体が、下記式(3)で表される、[2]に記載の芳香族アミン誘導体。
Figure 2014203541
〔上記式(3)において、
およびRは、それぞれ独立に、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炭素数6〜50のアリール基、置換もしくは無置換の環原子数5〜50のヘテロアリール基、又はシリル基であり:
Ar、Ar、L、L、R、R、R、R10、R13、R14、a、b、c及びdは、前記式(2)と同様に定義される〕
[4] 式(2)で表される芳香族アミン誘導体が下記式(4)で表される[2]に記載の芳香族アミン誘導体。
Figure 2014203541
〔上記式(4)において、
およびRは、それぞれ独立に、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炭素数6〜50のアリール基、置換もしくは無置換の環原子数5〜50のヘテロアリール基、又はシリル基であり;
Ar、Ar、L、L、R、R、R13、R14、a、b、c及びdは、前記式(2)と同様に定義される〕
[5] 式(2)で表される芳香族アミン誘導体が下記式(5)で表される[2]記載の芳香族アミン誘導体。
Figure 2014203541
〔上記式(5)において、
およびRは、それぞれ独立に、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炭素数6〜50のアリール基、置換もしくは無置換の環原子数5〜50のヘテロアリール基、又はシリル基であり;
Ar、Ar、R、R、R13、R14、a、b、c及びdは、前記式(2)と同様に定義される〕
[6] 式(2)で表される芳香族アミン誘導体が下記式(6)で表される[2]記載の芳香族アミン誘導体。
Figure 2014203541
〔上記式(6)において、Ar、Ar、R、R、R13、R14、a、b、c及びdは、前記式(2)と同様に定義される〕
[7] 式(2)で表される芳香族アミン誘導体が下記式(7)で表される[2]記載の芳香族アミン誘導体。
Figure 2014203541
〔上記式(7)において、Ar、Ar、R13、R14、c及びdは、前記式(2)と同様に定義される〕
[8] 式(1)で表される芳香族アミン誘導体が下記式(8)で表される、[1]に記載の芳香族アミン誘導体。
Figure 2014203541
〔上記式(8)において、Ar及びArは、前記式(1)と同様に定義される〕
[9] 前記式(3)において、ArおよびArは、置換もしくは無置換の環炭素数10〜50のアリール基である、[3]に記載の芳香族アミン誘導体。
[10] 式(2)で表される芳香族アミン誘導体が、下記式(26)で表される、[2]に記載の芳香族アミン誘導体。
Figure 2014203541
〔上記式(26)において、Ar、Ar、L、L、R〜R12は、前記式(2)と同様に定義される〕
[11] 前記式(26)において、Rが水素原子でなく、かつRが水素原子ではない、[10]に記載の芳香族アミン誘導体。
[12] 式(1)で表される芳香族アミン誘導体が、下記式(17)で表される[1]記載の芳香族アミン誘導体。
Figure 2014203541
〔上記式(17)において、
Zは、−O−、−S−又は−CR1920−であり;−CR1920−におけるR19及びR20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1〜50のアルキル基、置換もしくは無置換の環炭素数6〜50のアリール基、置換もしくは無置換の環原子数5〜50のヘテロアリール基、又はシリル基であり;
17及びR18は、それぞれ独立に、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炭素数6〜50のアリール基、置換もしくは無置換の環原子数5〜50のヘテロアリール基、置換もしくは無置換の炭素数1〜50のアルコキシ基、置換もしくは無置換の炭素数6〜50のアラルキル基、置換もしくは無置換の環炭素数5〜50のアリールオキシ基、置換もしくは無置換の環炭素数5〜50のアリールチオ基、置換もしくは無置換の炭素数2〜50のアルコキシカルボニル基、ハロゲン原子、シアノ基、ニトロ基、シリル基、ヒドロキシル基、又はカルボキシル基であり;
e及びfは0〜4の整数であり;
Ar、Ar、L、L、R〜R12、a及びbは、前記式(1)と同様に定義される〕
[13] 式(17)で表される芳香族アミン誘導体が、下記式(18)で表される、[12]に記載の芳香族アミン誘導体。
Figure 2014203541
〔上記式(18)において、
およびRは、それぞれ独立に、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炭素数6〜50のアリール基、置換もしくは無置換の環原子数5〜50のヘテロアリール基、又はシリル基であり;
Ar、Ar、L、L、R、R、R、R10、R17、R18、a、b、e、f及びZは、前記式(17)と同様に定義される〕
[14] 式(17)で表される芳香族アミン誘導体が、下記式(19)で表される、[12]に記載の芳香族アミン誘導体。
Figure 2014203541
〔上記式(19)において、
およびRは、それぞれ独立に、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炭素数6〜50のアリール基、置換もしくは無置換の環原子数5〜50のヘテロアリール基、又はシリル基であり;
Ar、Ar、L、L、R、R、R17、R18、a、b、e、f及びZは、前記式(17)と同様に定義される〕
[15] 式(17)で表される芳香族アミン誘導体が、下記式(20)で表される、[12]に記載の芳香族アミン誘導体。
Figure 2014203541
〔上記式(20)において、
およびRは、それぞれ独立に、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炭素数6〜50のアリール基、置換もしくは無置換の環原子数5〜50のヘテロアリール基、又はシリル基であり;
Ar、Ar、R、R、R17、R18、a、b、e、f及びZは、前記式(17)と同様に定義される〕
[16] 式(17)で表される芳香族アミン誘導体が、下記式(21)で表される、[12]に記載の芳香族アミン誘導体。
Figure 2014203541
〔上記式(21)において、Ar、Ar、R、R、R17、R18、a、b、e、f及びZは、前記式(17)と同様に定義される〕
[17] 式(17)で表される芳香族アミン誘導体が、下記式(22)で表される、[12]に記載の芳香族アミン誘導体。
Figure 2014203541
〔上記式(22)において、 Ar、Ar、R17、R18、e、f及びZは、前記式(17)と同様に定義される〕
[18] 式(1)で表される芳香族アミン誘導体が、下記式(23)〜式(25)のいずれかで表される、[1]に記載の芳香族アミン誘導体。
Figure 2014203541
Figure 2014203541
Figure 2014203541
〔上記式(23)〜(25)において、 Ar、Ar及びZは前記式(17)と同様に定義される〕
[19] 前記式(1)〜式(4)、式(17)〜(19)及び式(26)のいずれかにおいて、L及びLは、それぞれ独立に、単結合もしくは下記式(27)で表される2価の基である、[1]〜[4]および[10]〜[14]のいずれかに記載の芳香族アミン誘導体。
Figure 2014203541
〔上記式(27)において、
21は、それぞれ独立に、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炭素数6〜50のアリール基、置換もしくは無置換の環原子数5〜50のヘテロアリール基、置換もしくは無置換の炭素数1〜50のアルコキシ基、置換もしくは無置換の炭素数6〜50のアラルキル基、置換もしくは無置換の環炭素数5〜50のアリールオキシ基、置換もしくは無置換の環炭素数5〜50のアリールチオ基、置換もしくは無置換の炭素数2〜50のアルコキシカルボニル基、ハロゲン原子、シアノ基、ニトロ基、シリル基、ヒドロキシル基、又はカルボキシル基であり;
gは、0〜4の整数である〕
[20] 前記式(1)〜式(8)及び式(17)〜(26)のいずれかにおいて、Ar及びArは、それぞれ独立に、式(9)〜式(16)のいずれかで表される、[1]〜[18]のいずれかに記載の芳香族アミン誘導体。
Figure 2014203541
〔上記式(16)において、
Xは、−O−、−S−、−CR1516−であり、
15及びR16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1〜50のアルキル基、置換もしくは無置換の環炭素数6〜50のアリール基、置換もしくは無置換の環原子数5〜50のヘテロアリール基、又はシリル基である〕
[21] [1]〜[20]のいずれかに記載の芳香族アミン誘導体からなる、有機エレクトロルミネッセンス素子用材料。
[22] [1]〜[20]のいずれかに記載の芳香族アミン誘導体からなる、有機エレクトロルミネッセンス素子用正孔輸送材料。
[23] [1]〜[20]のいずれかに記載の芳香族アミン誘導体からなる、アクセプター層隣接正孔輸送層を有する有機エレクトロルミネッセンス素子用正孔輸送材料。
[24] 互いに対向する陽極と陰極との間に有機薄膜層を有する有機エレクトロルミネッセンス素子であって、[1]〜[20]のいずれかに記載の芳香族アミン誘導体を含有する有機薄膜層を1層以上有する、有機エレクトロルミネッセンス素子。
本発明は、駆動電圧を低下させるとともに有機EL素子の寿命を改善する芳香族アミン誘導体を提供することができる。
本発明の芳香族アミン誘導体は、下記一般式(1)で表される。
Figure 2014203541
式(1)において、Ar及びArは、それぞれ独立に、置換もしくは無置換の環炭素数6〜50のアリール基、又は置換もしくは無置換の環原子数3〜50のヘテロアリール基でありうる。
式(1)において、L及びLは、それぞれ独立に、単結合、置換もしくは無置換の環炭素数6〜50のアリーレン基、又は置換もしくは無置換の環原子数3〜50のヘテロアリーレン基であり;好ましくは単結合、又は置換もしくは無置換の環炭素数6〜50のアリーレン基でありうる。
式(1)において、R〜Rは、それぞれ独立に、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炭素数6〜50のアリール基、置換もしくは無置換の環原子数5〜50のヘテロアリール基、置換もしくは無置換の炭素数1〜50のアルコキシ基、置換もしくは無置換の炭素数6〜50のアラルキル基、置換もしくは無置換の環炭素数5〜50のアリールオキシ基、置換もしくは無置換の環炭素数5〜50のアリールチオ基、置換もしくは無置換の炭素数2〜50のアルコキシカルボニル基、置換もしくは無置換の環炭素数5〜50のアリール基で置換されたアミノ基、ハロゲン原子、シアノ基、ニトロ基、シリル基、ヒドロキシル基、又はカルボキシル基である。
なかでも、RおよびRは、それぞれ独立に、置換もしくは無置換の環炭素数6〜50のアリール基、置換もしくは無置換の環原子数5〜50のヘテロアリール基、置換もしくは無置換の炭素数6〜50のアラルキル基、置換もしくは無置換の環炭素数5〜50のアリールオキシ基、置換もしくは無置換の環炭素数5〜50のアリールチオ基、又は置換もしくは無置換の環炭素数5〜50のアリール基で置換されたアミノ基であることが好ましく;置換もしくは無置換の環炭素数6〜50のアリール基又は置換もしくは無置換の環原子数5〜50のヘテロアリール基であることがより好ましい。置換もしくは無置換の環炭素数6〜50のアリール基又は置換もしくは無置換の環原子数5〜50のヘテロアリール基は、好ましくは置換もしくは無置換の環炭素数6〜20のアリール基又は置換もしくは無置換の環原子数5〜20のヘテロアリール基でありうる。これらの基は嵩高いことから、後述するように、窒素原子上の置換基間で立体障害を生じやすいからである。
式(1)において、a及びbは0〜4の整数であり、好ましくは0または1である。
式(1)において、R〜R12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1〜50のアルキル基、置換もしくは無置換の環炭素数6〜50のアリール基、置換もしくは無置換の環原子数5〜50のヘテロアリール基、又はシリル基である。正孔輸送に関与する共役部位に電子密度を増加させる置換基を導入すると、正孔輸送に優位であることから、上記水素原子以外の基は、電子供与性を示す置換もしくは無置換の炭素数1〜50のアルキル基、及び置換もしくは無置換の炭素数1〜50のアルコキシ基が好ましく;置換もしくは無置換の炭素数1〜50のアルキル基がより好ましい。置換もしくは無置換の炭素数1〜50のアルキル基は、好ましくは置換もしくは無置換の炭素数1〜30のアルキル基、より好ましくは置換もしくは無置換の炭素数1〜10のアルキル基でありうる。
ただし、RおよびRの少なくともいずれかは水素原子ではなく、Rが水素原子でない場合はRが水素原子ではなく、Rが水素原子でない場合はRが水素原子ではない。なかでも、Rが水素原子でなく、かつRが水素原子ではないことが好ましい。
式(1)において、窒素原子に置換する2つの基「−L−Ar」と「−C(R)a」、あるいは「−L−Ar」と「−C(R)b」とは、互いに同じであっても異なってもよいが、本発明の効果を効率的に実現する観点では、互いに異なることが好ましい。
本発明の芳香族アミン誘導体は、下記式(2)で表わされるものが好ましい。
Figure 2014203541
式(2)において、R13及びR14は、それぞれ独立に、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炭素数6〜50のアリール基、置換もしくは無置換の環原子数5〜50のヘテロアリール基、置換もしくは無置換の炭素数1〜50のアルコキシ基、置換もしくは無置換の炭素数6〜50のアラルキル基、置換もしくは無置換の環炭素数5〜50のアリールオキシ基、置換もしくは無置換の環炭素数5〜50のアリールチオ基、置換もしくは無置換の炭素数2〜50のアルコキシカルボニル基、ハロゲン原子、シアノ基、ニトロ基、シリル基、ヒドロキシル基、又はカルボキシル基である。なかでも、R13及びR14は、それぞれ独立に、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炭素数6〜50のアリール基、又は置換もしくは無置換の環原子数5〜50のヘテロアリール基であることが好ましい。
式(2)において、c及びdは0〜5の整数であり、好ましくは0〜2の整数でありうる。c及びdが2のとき、R13同士またはR14同士が互いに結合して環を形成してもよい。R13同士およびR14同士が互いに結合して形成しうる環は、置換されていてもよい飽和もしくは不飽和の5員環又は6員環の環状構造を形成しうる。5員環又は6員環の環状構造としては、例えば、シクロペンタン、シクロヘキサン、アダマンタン、ノルボルナン等の炭素数4〜12のシクロアルカン;シクロペンテン、シクロヘキセン等の炭素数4〜12のシクロアルケン;シクロペンタジエン、シクロヘキサジエン等の炭素数6〜12のシクロアルカジエン;ベンゼン、ナフタレン、フェナントレン、アントラセン、ピレン、クリセン、アセナフチレン等の炭素数6〜50の芳香族環などが挙げられる。なかでも、炭素数6〜50の芳香族環が好ましく、炭素数6〜10の芳香族環がより好ましい。ただし、式(2)においては、R13またはR14が、それぞれ独立に隣接する芳香族環と互いに結合して、ジベンゾフラン環、ジベンゾチオフェン環またはフルオレン環を形成しないものとする。
式(2)において、Ar、Ar、L、L、R〜R12、a及びbは、式(1)と同様に定義される。
本発明の芳香族アミン誘導体は、下記式(3)〜(8)および(26)のいずれかで表わされるものが好ましい。
Figure 2014203541
Figure 2014203541
Figure 2014203541
Figure 2014203541
Figure 2014203541
Figure 2014203541
Figure 2014203541
式(3)〜(8)および(26)において、R、R、Ar、Ar、L、L、R、R、R、R10、R13、R14、a、b、c及びdは、式(1)または式(2)と同様に定義される。
式(26)において、Ar、Ar、L、L及びR〜R10は、前記式(1)と同様に定義される。RおよびRの少なくともいずれかは水素原子ではなく、Rが水素原子でない場合はRが水素原子ではなく、Rが水素原子でない場合はRが水素原子ではない。なかでも、Rが水素原子でなく、かつRが水素原子ではないことが好ましい。
本発明の芳香族アミン誘導体は、上記式(2)で表されるものだけでなく、下記式(17)で表わされるものも好ましい。
Figure 2014203541
式(17)において、Zは、−O−、−S−または−CR1920−であり、好ましくは−O−または−CR1920−でありうる。−CR1920−におけるR19及びR20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1〜50のアルキル基、置換もしくは無置換の環炭素数6〜50のアリール基、置換もしくは無置換の環原子数5〜50のヘテロアリール基、又はシリル基であり;好ましくは水素原子、置換もしくは無置換の炭素数1〜50のアルキル基、又は置換もしくは無置換の環炭素数6〜50のアリール基であり;さらに好ましくは水素原子、置換もしくは無置換の炭素数1〜20のアルキル基、又は置換もしくは無置換の環炭素数6〜20のアリール基でありうる。
式(17)において、R17及びR18は、それぞれ独立に、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炭素数6〜50のアリール基、置換もしくは無置換の環原子数5〜50のヘテロアリール基、置換もしくは無置換の炭素数1〜50のアルコキシ基、置換もしくは無置換の炭素数6〜50のアラルキル基、置換もしくは無置換の環炭素数5〜50のアリールオキシ基、置換もしくは無置換の環炭素数5〜50のアリールチオ基、置換もしくは無置換の炭素数2〜50のアルコキシカルボニル基、ハロゲン原子、シアノ基、ニトロ基、シリル基、ヒドロキシル基、又はカルボキシル基であり;好ましくは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炭素数6〜50のアリール基、置換もしくは無置換の環原子数5〜50のヘテロアリール基、又は置換もしくは無置換の炭素数1〜50のアルコキシ基でありうる。
式(17)において、e及びfは0〜4の整数であり、好ましくは0でありうる。
式(17)において、Ar、Ar、L、L、R〜R12、a及びbは、式(1)と同様に定義される。
本発明の芳香族アミン誘導体は、下記式(18)〜(25)のいずれかで表わされるものが好ましい。
Figure 2014203541
Figure 2014203541
Figure 2014203541
Figure 2014203541
Figure 2014203541
Figure 2014203541
Figure 2014203541
Figure 2014203541
式(1)〜(4)、式(17)〜式(19)および式(26)におけるL及びLは、それぞれ独立に、単結合、置換もしくは無置換の環炭素数6〜50のアリーレン基、又は置換もしくは無置換の環原子数3〜50のヘテロアリーレン基であり;好ましくは単結合、又は置換もしくは無置換の環炭素数6〜50のアリーレン基でありうる。アリーレン基の好ましい例には、下記式(27)で表される基が含まれ、より好ましくはフェニレン基である。ヘテロアリーレン基の好ましい例には、ジベンゾフラニレン基、ジベンゾチエニレン基などが含まれる。
Figure 2014203541
式(27)において、R21は、それぞれ独立に、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炭素数6〜50のアリール基、置換もしくは無置換の環原子数5〜50のヘテロアリール基、置換もしくは無置換の炭素数1〜50のアルコキシ基、置換もしくは無置換の炭素数6〜50のアラルキル基、置換もしくは無置換の環炭素数5〜50のアリールオキシ基、置換もしくは無置換の環炭素数5〜50のアリールチオ基、置換もしくは無置換の炭素数2〜50のアルコキシカルボニル基、ハロゲン原子、シアノ基、ニトロ基、シリル基、ヒドロキシル基、又はカルボキシル基であり;好ましくは置換もしくは無置換の炭素数1〜50のアルキル基である。gは、0〜4の整数であり、好ましくは0または1である。
式(1)〜式(8)および式(17)〜式(27)におけるR〜R14、R17〜R18およびR21の環炭素数6〜50のアリール基は、好ましくは環炭素数6〜30のアリール基であり、より好ましくは環炭素数6〜20のアリール基でありうる。式(1)〜式(8)および式(17)〜式(27)におけるR〜R14、R17〜R18およびR21の環炭素数6〜50のアリール基としては、例えば、フェニル基、ビフェニルイル基、ターフェニルイル基、ビフェニレニル基、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、ベンゾフェナントリル基、トリフェニレニル基、フェナレニル基、フルオレニル基、9,9−ジメチルフルオレニル基、9,9−ジフェニルフルオレニル基、ペンタセニル基、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、及びペリレニル基等が挙げられる。
中でも、R〜R14、R17〜R18およびR21のアリール基は、フェニル基、ビフェニルイル基、ターフェニルイル基、ナフチル基、フルオレニル基、フェナントリル基、トリフェニレニル基がより好ましい。
式(1)〜式(8)および式(17)〜式(27)におけるR〜R14、R17〜R18およびR21の環炭素数5〜50のヘテロアリール基は、好ましくは環原子数5〜30のヘテロアリール基であり、より好ましくは環原子数5〜20のヘテロアリール基でありうる。式(1)〜式(8)および式(17)〜式(27)におけるR〜R14、R17〜R18およびR21の環原子数5〜50の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、ピリダジニル基、ピリミジル基、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、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、ジベンゾフラニル基、ベンゾチエニル基、ジベンゾチエニル基、イソドリジニル基、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、イミダゾリル基、ベンズイソキサゾリル基、ベンズイソチアゾリル基、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等が挙げられる。
中でも、R〜R14、R17〜R18およびR21のヘテロアリール基は、フリル基、チエニル基、ベンゾフラニル基、ベンゾチエニル基、ジベンゾフラニル基、ジベンゾチエニル基がより好ましい。
式(1)〜式(8)および式(17)〜式(27)におけるR〜R14、R17〜R18およびR21の炭素数1〜50のアルキル基は、好ましくは炭素数1〜30のアルキル基であり、より好ましくは炭素数1〜20のアルキル基でありうる。式(1)〜式(8)および式(17)〜式(27)におけるR〜R14、R17〜R18およびR21の炭素数1〜50のアルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、n-プロピル基、イソプロピル基、n-ブチル基、s-ブチル基、イソブチル基、t-ブチル基、n-ペンチル基、n-ヘキシル基、n-ヘプチル基、n-オクチル基、n-ノニル基、n-デシル基、ネオペンチル基等が挙げられる。メチル基、エチル基、n-プロピル基、イソプロピル基、n-ブチル基、s-ブチル基、イソブチル基、t-ブチル基が好ましい。
式(1)〜式(8)および式(17)〜式(27)におけるR〜R14、R17〜R18およびR21の炭素数1〜50のアルコキシ基は、−OYで表される基であり、Yの例としては、前記アルキル基で説明したものと同様の例が挙げられる。
式(1)〜式(8)および式(17)〜式(27)におけるR〜R14、R17〜R18およびR21の炭素数6〜50のアラルキル基は、好ましくは炭素数6〜30のアラルキル基であり、より好ましくは炭素数6〜20のアラルキル基でありうる。式(1)〜式(8)および式(17)〜式(27)におけるR〜R14、R17〜R18およびR21の炭素数6〜50のアラルキル基としては、例えば、ベンジル基、1-フェニルエチル基、2-フェニルエチル基、1-フェニルイソプロピル基、2-フェニルイソプロピル基、フェニル-t-ブチル基、α-ナフチルメチル基、1-α-ナフチルエチル基、2-α-ナフチルエチル基、1-α-ナフチルイソプロピル基、2-α-ナフチルイソプロピル基、β-ナフチルメチル基、1-β-ナフチルエチル基、2-β-ナフチルエチル基、1-β-ナフチルイソプロピル基、2-β-ナフチルイソプロピル基、1-ピロリルメチル基、2-(1-ピロリル)エチル基、p-メチルベンジル基、m-メチルベンジル基、o-メチルベンジル基、p-クロロベンジル基、m-クロロベンジル基、o-クロロベンジル基、p-ブロモベンジル基、m-ブロモベンジル基、o-ブロモベンジル基、p-ヨードベンジル基、m-ヨードベンジル基、o-ヨードベンジル基、p-ヒドロキシベンジル基、m-ヒドロキシベンジル基、o-ヒドロキシベンジル基、p-アミノベンジル基、m-アミノベンジル基、o-アミノベンジル基、p-ニトロベンジル基、m-ニトロベンジル基、o-ニトロベンジル基、p-シアノベンジル基、m-シアノベンジル基、o-シアノベンジル基、1-ヒドロキシ-2-フェニルイソプロピル基、1-クロロ-2-フェニルイソプロピル基等が挙げられる。
式(1)〜式(8)および式(17)〜式(27)におけるR〜R14、R17〜R18およびR21の環炭素数5〜50のアリールオキシ基は−OY’と表され、Y’の例としては前記アリール基で説明したものと同様の例が挙げられる。
式(1)〜式(8)および式(17)〜式(27)におけるR〜R14、R17〜R18およびR21の環炭素数5〜50のアリールチオ基は−SY’と表され、Y’の例としては前記アリール基で説明したものと同様の例が挙げられる。
式(1)〜式(8)および式(17)〜式(27)におけるR〜R14、R17〜R18およびR21の炭素数2〜50のアルコキシカルボニル基は−COOYで表される基であり、Yの例としては、前記アルキル基で説明したものと同様の例が挙げられる。
式(1)〜式(8)および式(17)〜式(27)におけるR〜R14、R17〜R18およびR21の環炭素数5〜50のアリール基で置換されたアミノ基におけるアリール基の例としては前記アリール基で説明したものと同様の例が挙げられる。
式(1)〜式(8)および式(17)〜式(27)におけるR〜R14、R17〜R18およびR21のハロゲン原子の例としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子等が挙げられる。
前記アリール基、ヘテロアリール基、アルキル基、アルコキシ基、アラルキル基、アリールオキシ基、アリールチオ基、アルコキシカルボニル基及びアリール基で置換されたアミノ基は、さらに置換基により置換されていてもよい。好ましい置換基としては、炭素数1〜6のアルキル基(エチル基、メチル基、イソプロピル基、n-プロピル基、s-ブチル基、t-ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基等)、炭素数1〜6のアルコキシ基(エトキシ基、メトキシ基、イソプロポキシ基、n-プロポキシ基、s-ブトキシ基、t-ブトキシ基、ペントキシ基、ヘキシルオキシ基、シクロペントキシ基、シクロヘキシルオキシ基等)、環炭素数5〜40のアリール基(好ましくは環炭素数6〜12のアリール基)、環炭素数5〜20のヘテロアリール基、環炭素数5〜40のアリール基で置換されたアミノ基、環炭素数5〜40のアリール基を有するエステル基、炭素数1〜6のアルキル基を有するエステル基、シアノ基、ニトロ基、ハロゲン原子(塩素、臭素、ヨウ素等)が挙げられる。
一般式(1)〜(8)および式(17)〜式(26)におけるR〜R12は、それぞれ独立に、隣接する芳香族環と互いに結合して置換されていてもよい飽和もしくは不飽和の5員環又は6員環の環状構造を形成してもよい。5員環又は6員環の環状構造としては、例えば、シクロペンタン、シクロヘキサン、アダマンタン、ノルボルナン等の炭素数4〜12のシクロアルカン;シクロペンテン、シクロヘキセン等の炭素数4〜12のシクロアルケン;シクロペンタジエン、シクロヘキサジエン等の炭素数6〜12のシクロアルカジエン;ベンゼン、ナフタレン、フェナントレン、アントラセン、ピレン、クリセン、アセナフチレン等の炭素数6〜50の芳香族環などが挙げられる。
一般式(1)〜(8)および式(17)〜式(26)におけるa及びbは、それぞれ独立に、0〜4の整数であり、c及びdは0〜5の整数である。
一般式(1)〜(8)および式(17)〜式(26)におけるAr1及びAr2は、それぞれ独立に、置換もしくは無置換の環炭素数6〜50のアリール基、又は、置換もしくは無置換の環原子数5〜50のヘテロアリール基である。このアリール基の例としては、前記R1〜R14のアリール基で説明したものと同様の例が挙げられる。このヘテロアリール基の例としては、前記R1〜R14およびR17〜R18のヘテロアリール基で説明したものと同様の例が挙げられる。
Ar及びArの環炭素数6〜50のアリール基は、好ましくは環炭素数6〜31のアリール基、より好ましくは環炭素数6〜25のアリール基、さらに好ましくは環炭素数6〜20でありうる。これらのアリール基が縮合環基である場合、当該アリール基は、縮合環を構成する芳香族環の数が3つ以下のアリール基(例えばナフチル基など)であることが好ましい。ArおよびArの環原子数5〜50のヘテロアリール基は、好ましくは環原子数5〜30のヘテロアリール基であり、より好ましくは環原子数5〜20のヘテロアリール基でありうる。環原子数5〜50のヘテロアリール基の好ましい例には、フリル基、チエニル基、ベンゾフラニル基、ベンゾチエニル基、ジベンゾフラニル基、ジベンゾチエニル基が含まれる。
式(1)〜式(8)及び式(17)〜式(26)におけるAr及びArの好ましい例には、以下の基が含まれる。
Figure 2014203541
〔上記式(16)において、
Xは、−O−、−S−、−CR1516−であり、
15及びR16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1〜50のアルキル基、置換もしくは無置換の環炭素数6〜50のアリール基、置換もしくは無置換の環原子数5〜50のヘテロアリール基、又はシリル基である〕
式(2)においてc=0またはd=0のとき、ArおよびArの環炭素数6〜50のアリール基は、ガラス転移温度を維持できる点から、好ましくは環炭素数10〜50のアリール基であり、より好ましくは環炭素数10〜30のアリール基でありうる。環炭素数10〜50のアリール基の例には、前述の式(10)〜(16)で表される基が含まれ、好ましくは式(11)〜(16)で表される基でありうる。
本発明の芳香族アミン誘導体の具体例を以下に示すが、本発明の芳香族アミン誘導体がこれら例示化合物に限定されるものではない。
Figure 2014203541
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本発明の芳香族アミン誘導体は、有機EL素子用材料であることが好ましく、有機EL素子用正孔輸送材料であることがさらに好ましい。
本発明の芳香族アミン誘導体は、連結基として4,4'-ビフェニレン基を有する芳香族ジアミン誘導体である。通常、4,4'-ビフェニレン基を有する芳香族ジアミンは、芳香族ジアミン誘導体の窒素原子上の非共有電子対が連結基のベンゼン環上π電子とオーバーラップするため、2つの窒素原子の間に電子的な相互作用が存在する。しかしながら、式(1)における置換基RおよびRが水素原子以外の基である本発明の芳香族アミン誘導体は、窒素原子上の置換基との間で立体障害が発生する。同様に、式(1)における置換基RおよびRが水素原子以外の基である本発明の芳香族アミン誘導体は、窒素原子上の置換基との間で立体障害が発生する。そのため、窒素原子に置換するベンゼン環と窒素原子の間の炭素-窒素結合にねじれが生じ、上述の窒素原子上の非共有電子対と連結基のベンゼン環上π電子のオーバーラップが減少する。これにより、2つの窒素原子間の電子的相互作用が減少する。
そのため、本発明の芳香族アミン誘導体は、構造的にはジアミン誘導体であるにもかかわらず、モノアミン誘導体としての特性が強く発現される。従って、高エネルギーギャップ、高正孔移動度を両立でき、有機EL素子の寿命改善、高効率および低電圧駆動可能な正孔輸送材料として好適となる。
さらに本発明の芳香族アミン誘導体は、窒素原子のオルト位置に置換基RおよびRを有するため、窒素原子上の置換基間で立体障害が強く発生する。そのため、置換基同士の電子的な相互作用が抑えられるためエネルギーギャップが増大する。併せて、構造上はジアミン誘導体であるため、窒素原子同士の物理的な距離は短く、ホールホッピングが有利となり、正孔移動度が増大する。
即ち、本発明のアミン誘導体は、連結基である4,4'-ビフェニレン基、及び窒素原子のオルト位置で連結する置換基RおよびRの効果により、高エネルギーギャップ、高正孔移動度を両立でき、有機EL素子の寿命改善、高効率および低電圧駆動可能な正孔輸送材料として好適となる。
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EL素子において、該有機薄膜層の少なくとも1層が、前記芳香族アミン誘導体を単独もしくは混合物の成分として含有する。
本発明の有機EL素子は、前記有機薄膜層が正孔輸送層を有し、該正孔輸送層が、本発明の芳香族アミン誘導体を単独もしくは混合物の成分として含有すると好ましい。さらに、前記正孔輸送層が、主成分として本発明の芳香族アミン誘導体を含有すると好ましい。
本発明の有機EL素子は、前記有機薄膜層が正孔輸送層と電子輸送層もしくは電子注入層を有し、該正孔輸送層に本発明の芳香族アミン誘導体が単独もしくは混合物の成分として含有され、かつ該電子輸送層もしくは電子注入層に含窒素複素環化合物が含有されていると好ましい。さらに、前記正孔輸送層が、主成分として本発明の芳香族アミン誘導体を含有すると好ましい。
また、本発明の有機EL素子は、発光層がアリールアミン化合物及び/又はスチリルアミン化合物を含有すると好ましい。
発光層に含まれるアリールアミン化合物として下記一般式(I)で表される化合物などが挙げられる。
Figure 2014203541
上記式(I)においてAr15は、フェニル、ビフェニル、テルフェニル、スチルベン、ジスチリルアリールから選ばれる基であり;Ar16及びAr17は、それぞれ水素原子又は炭素数が6〜20の芳香族基であり、置換されていてもよい。p’は、1〜4の整数である。さらに好ましくはAr16及び/又はAr17はスチリル基が置換されている。ここで、炭素数が6〜20の芳香族基としては、フェニル基、ナフチル基、アントラニル基、フェナントリル基、テルフェニル基等が好ましい。
発光層に含まれるスチリルアミン化合物として下記一般式(II)で表される化合物などが挙げられる。
Figure 2014203541
式中、Ar17〜Ar19は、それぞれ独立に、置換されていてもよい環原子数5〜40のアリール基である。q’は、1〜4の整数である。ここで、環原子数が5〜40のアリール基としては、フェニル、ナフチル、アントラニル、フェナントリル、ピレニル、コロニル、ビフェニル、テルフェニル、ピローリル、フラニル、チオフェニル、ベンゾチオフェニル、オキサジアゾリル、ジフェニルアントラニル、インドリル、カルバゾリル、ピリジル、ベンゾキノリル、フルオランテニル、アセナフトフルオランテニル、スチルベン等が好ましい。なお、環原子数が5〜40のアリール基は、さらに置換基により置換されていてもよく、好ましい置換基としては、炭素数1〜6のアルキル基(エチル基、メチル基、イソプロピル基、n-プロピル基、s-ブチル基、t-ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基等)、炭素数1〜6のアルコキシ基(エトキシ基、メトキシ基、イソプロポキシ基、n-プロポキシ基、s-ブトキシ基、t-ブトキシ基、ペントキシ基、ヘキシルオキシ基、シクロペントキシ基、シクロヘキシルオキシ基等)、環原子数5〜40のアリール基、環原子数5〜40のアリール基で置換されたアミノ基、環原子数5〜40のアリール基を有するエステル基、炭素数1〜6のアルキル基を有するエステル基、シアノ基、ニトロ基、ハロゲン原子(塩素、臭素、ヨウ素等)が挙げられる。
以下、本発明の有機EL素子の素子構成について説明する。
《有機EL素子の構成》
本発明の有機EL素子の代表的な素子構成として、以下の構成を挙げることができる。これらの中で通常(8) の構成が好ましく用いられるが、これらに限定されるものではない。
(1) 陽極/発光層/陰極
(2) 陽極/正孔注入層/発光層/陰極
(3) 陽極/発光層/電子注入層/陰極
(4) 陽極/正孔注入層/発光層/電子注入層/陰極
(5) 陽極/有機半導体層/発光層/陰極
(6) 陽極/有機半導体層/電子障壁層/発光層/陰極
(7) 陽極/有機半導体層/発光層/付着改善層/陰極
(8) 陽極/正孔注入層/正孔輸送層/発光層/電子注入層/陰極
(9) 陽極/絶縁層/発光層/絶縁層/陰極
(10)陽極/無機半導体層/絶縁層/発光層/絶縁層/陰極
(11)陽極/有機半導体層/絶縁層/発光層/絶縁層/陰極
(12)陽極/絶縁層/正孔注入層/正孔輸送層/発光層/絶縁層/陰極
(13)陽極/絶縁層/正孔注入層/正孔輸送層/発光層/電子注入層/陰極
《透光性基板》
本発明の有機EL素子は、透光性の基板上に上記各層の層構成を有する複数の層を積層して作製される。ここでいう透光性基板は有機EL素子を支持する基板であり、400〜700nmの可視領域の光の透過率が50%以上で平滑な基板が好ましい。具体的には、ガラス板、ポリマー板等が挙げられる。ガラス板としては、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、石英等が挙げられる。またポリマー板としては、ポリカーボネート、アクリル、ポリエチレンテレフタレート、ポリエーテルサルファイド、ポリサルフォン等を挙げることができる。
《陽極》
本発明の有機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機能を有するものであり、4.0eV以上の仕事関数を有するものが適している。本発明に用いられる陽極材料の具体例としては、炭素、アルミニウム、バナジウム、鉄、コバルト、タングステン、銀、金、白金、パラジウム等、及びこれらの合金、酸化インジウム錫合金(ITO)、酸化錫(NESA)、インジウム−亜鉛酸化物(IZO)等の酸化金属、さらにはポリチオフェンやポリピロール等の有機導電性高分子が用いられる。陽極は、これらの電極物質を蒸着法やスパッタリング法等の方法で薄膜を形成させることにより作製することができる。
発光層からの発光を陽極を通して取り出す場合、陽極の発光に対する透過率が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10〜200nmの範囲で選択される。
《陰極》
本発明の有機EL素子の陰極は、電子注入・輸送層又は発光層に電子を注入する機能を有するものであり、4.0eV以下の仕事関数を有するものが適する。本発明に用いられる陰極材料の具体例としては、マグネシウム、カルシウム、錫、鉛、チタニウム、イットリウム、リチウム、ルテニウム、マンガン、アルミニウム、フッ化リチウム等及びこれらの合金が用いられるが、これらに限定されるものではない。合金としては、マグネシウム/銀、マグネシウム/インジウム、リチウム/アルミニウム等が代表例として挙げられるが、これらに限定されるものではない。合金の比率は、蒸着源の温度、雰囲気、真空度等により制限され、適切な比率に選択される。陰極は、これらの電極物質を蒸着やスパッタリング等の方法により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陰極を通して取り出す場合、陰極の発光に対する透過率は10%より大きくすることが好ましい。また、陰極のシート抵抗は数百Ω/□以下が好ましく、膜厚は通常10nm〜1μm、好ましくは50〜200nmである。
陽極及び陰極は、必要があれば二層以上の層構成により形成されていてもよい。
《発光層》
有機EL素子の発光層は、下記(1)〜(3)の機能を併せ持つものである。
(1) 注入機能;電界印加時に陽極又は正孔注入層より正孔を注入することができ、陰極又は電子注入層より電子を注入することができる機能
(2) 輸送機能;注入した電荷(電子と正孔)を電界の力で移動させる機能
(3) 発光機能;電子と正孔の再結合の場を提供し、これを発光につなげる機能
発光層は正孔の注入されやすさと電子の注入されやすさに違いがあってもよく、また、正孔と電子の移動度で表される輸送能に大小があってもよいが、どちらか一方の電荷を移動することが好ましい。
発光層には、必要に応じて、本発明の芳香族アミン誘導体とともに、公知の発光材料、ドーピング材料、正孔注入材料や電子注入材料が含まれていてもよい。発光層を、複数の有機薄膜層の積層体にすることにより、クエンチングによる輝度や寿命の低下を防ぐことができる。また、発光層にドーピング材料を含有させることで、発光輝度や発光効率の向上、赤色や青色の発光を得ることもできる。
本発明の芳香族アミン誘導体と共に、発光層に含まれる発光材料又はドーピング材料の例には、アントラセン、ナフタレン、フェナントレン、ピレン、テトラセン、コロネン、クリセン、フルオレセイン、ペリレン、フタロペリレン、ナフタロペリレン、ペリノン、フタロペリノン、ナフタロペリノン、ジフェニルブタジエン、テトラフェニルブタジエン、クマリン、オキサジアゾール、アルダジン、ビスベンゾキサゾリン、ビススチリル、ピラジン、シクロペンタジエン、キノリン金属錯体、アミノキノリン金属錯体、ベンゾキノリン金属錯体、イミン、ジフェニルエチレン、ビニルアントラセン、ジアミノカルバゾール、ピラン、チオピラン、ポリメチン、メロシアニン、イミダゾールキレート化オキシノイド化合物、キナクリドン、ルブレン及び蛍光色素等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
本発明の芳香族アミン誘導体と共に発光層に使用できるホスト材料としては、下記(i)〜(ix)で表される化合物が好ましい。
下記一般式(i)で表される非対称アントラセン
Figure 2014203541
式中、Arは置換もしくは無置換の環炭素数10〜50の縮合芳香族基である。
Ar’は置換もしくは無置換の環炭素数6〜50の芳香族基である。
Xは、置換もしくは無置換の環炭素数6〜50の芳香族基、置換もしくは無置換の環原子数5〜50の芳香族複素環基、置換もしくは無置換の炭素数1〜50のアルキル基、置換もしくは無置換の炭素数1〜50のアルコキシ基、置換もしくは無置換の炭素数6〜50のアラルキル基、置換もしくは無置換の環炭素数5〜50のアリールオキシ基、置換もしくは無置換の環炭素数5〜50のアリールチオ基、置換もしくは無置換の炭素数1〜50のアルコキシカルボニル基、カルボキシル基、ハロゲン原子、シアノ基、ニトロ基、ヒドロキシル基である。
a、b及びcは、それぞれ0〜4の整数である。
nは1〜3の整数である。また、nが2以上の場合は、[ ]内は、同じでも異なっていてもよい。
下記一般式(ii)で表される非対称モノアントラセン誘導体
Figure 2014203541
式中、Ar及びArは、それぞれ独立に、置換もしくは無置換の環炭素数6〜50の芳香族環基であり、m及びnは、それぞれ1〜4の整数である。ただし、m=n=1でかつArとArのベンゼン環への結合位置が左右対称型の場合には、ArとArは同一ではなく、m又はnが2〜4の整数の場合にはmとnは異なる整数である。
〜R10は、それぞれ独立に、水素原子、置換もしくは無置換の環炭素数6〜50の芳香族環基、置換もしくは無置換の環原子数5〜50の芳香族複素環基、置換もしくは無置換の炭素数1〜50のアルキル基、置換もしくは無置換のシクロアルキル基、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6〜50のアラルキル基、置換もしくは無置換の環炭素数5〜50のアリールオキシ基、置換もしくは無置換の環炭素数5〜50のアリールチオ基、置換もしくは無置換の炭素数1〜50のアルコキシカルボニル基、置換もしくは無置換のシリル基、カルボキシル基、ハロゲン原子、シアノ基、ニトロ基、ヒドロキシル基である。
下記一般式(iii)で表される非対称ピレン誘導体
Figure 2014203541
式中、Ar及びAr’は、それぞれ置換もしくは無置換の環炭素数6〜50の芳香族基である。
L及びL’は、それぞれ置換もしくは無置換のフェニレン基、置換もしくは無置換のナフタレニレン基、置換もしくは無置換のフルオレニレン基又は置換もしくは無置換のジベンゾシロリレン基である。
mは0〜2の整数、nは1〜4の整数、sは0〜2の整数、tは0〜4の整数である。
また、L又はArは、ピレンの1〜5位のいずれかに結合し、L’又はAr’は、ピレンの6〜10位のいずれかに結合する。
ただし、n+tが偶数の時、Ar,Ar’,L,L’は下記(1)又は(2)を満たす。
(1)Ar≠Ar’及び/又はL≠L’(ここで≠は、異なる構造の基であることを示す。)
(2)Ar=Ar’かつL=L’の時
(2−1)m≠s及び/又はn≠t、又は
(2−2)m=sかつn=tの時、
(2−2−1)L及びL’、又はピレンが、それぞれAr及びAr’上の異なる結合位置に結合しているか、(2−2−2)L及びL’、又はピレンが、Ar及びAr’上の同じ結合位置で結合している場合、L及びL’又はAr及びAr’のピレンにおける置換位置が1位と6位、又は2位と7位である場合はない。
下記一般式(iv)で表される非対称アントラセン誘導体
Figure 2014203541
式中、A及びAは、それぞれ独立に、置換もしくは無置換の環炭素数10〜20の縮合芳香族環基である。
Ar及びArは、それぞれ独立に、水素原子、又は置換もしくは無置換の環炭素数6〜50の芳香族環基である。
〜R10は、それぞれ独立に、水素原子、置換もしくは無置換の環炭素数6〜50の芳香族環基、置換もしくは無置換の環原子数5〜50の芳香族複素環基、置換もしくは無置換の炭素数1〜50のアルキル基、置換もしくは無置換のシクロアルキル基、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6〜50のアラルキル基、置換もしくは無置換の環炭素数5〜50のアリールオキシ基、置換もしくは無置換の環炭素数5〜50のアリールチオ基、置換もしくは無置換の炭素数1〜50のアルコキシカルボニル基、置換もしくは無置換のシリル基、カルボキシル基、ハロゲン原子、シアノ基、ニトロ基又はヒドロキシル基である。
Ar、Ar、R及びR10は、それぞれ複数であってもよく、隣接するもの同士で飽和もしくは不飽和の環状構造を形成していてもよい。
ただし、一般式(1)において、中心のアントラセンの9位及び10位に、該アントラセン上に示すX−Y軸に対して対称型となる基が結合する場合はない。
下記一般式(v)で表されるアントラセン誘導体
Figure 2014203541
式中、R〜R10は、それぞれ独立に水素原子,アルキル基,シクロアルキル基,置換してもよいアリール基,アルコキシル基,アリーロキシ基,アルキルアミノ基,アルケニル基,アリールアミノ基又は置換してもよい複素環式基を示し、a及びbは、それぞれ1〜5の整数を示し、それらが2以上の場合、R同士又はR同士は、それぞれにおいて、同一でも異なっていてもよく、またR同士またはR同士が結合して環を形成していてもよいし、RとR,RとR,RとR,RとR10が互いに結合して環を形成していてもよい。Lは単結合、−O−,−S−,−N(R)−(Rはアルキル基又は置換してもよいアリール基である)、アルキレン基又はアリーレン基を示す。
下記一般式(vi)で表されるアントラセン誘導体
Figure 2014203541
式中、R11〜R20は、それぞれ独立に水素原子,アルキル基,シクロアルキル基,アリール基,アルコキシル基,アリーロキシ基,アルキルアミノ基,アリールアミノ基又は置換してもよい複数環式基を示し、c,d,e及びfは、それぞれ1〜5の整数を示し、それらが2以上の場合、R11同士,R12同士,R16同士又はR17同士は、それぞれにおいて、同一でも異なっていてもよく、またR11同士,R12同士,R16同士又はR17同士が結合して環を形成していてもよいし、R13とR14,R18とR19がたがいに結合して環を形成していてもよい。Lは単結合、−O−,−S−,−N(R)−(Rはアルキル基又は置換してもよいアリール基である)、アルキレン基又はアリーレン基を示す。
下記一般式(vii)で表されるスピロフルオレン誘導体
Figure 2014203541
式中、A〜Aは、それぞれ独立に、置換もしくは無置換のビフェニル基又は置換もしくは無置換のナフチル基である。
下記一般式(viii)で表される縮合環含有化合物
Figure 2014203541
式中、A〜A14は前記と同じ、R21〜R23は、それぞれ独立に、水素原子、炭素数1〜6のアルキル基、炭素数3〜6のシクロアルキル基、炭素数1〜6のアルコキシル基、炭素数5〜18のアリールオキシ基、炭素数7〜18のアラルキルオキシ基、炭素数5〜16のアリールアミノ基、ニトロ基、シアノ基、炭素数1〜6のエステル基又はハロゲン原子を示し、A〜A14のうち少なくとも1つは3環以上の縮合芳香族環を有する基である。
下記一般式(ix)で表されるフルオレン化合物
Figure 2014203541
式中、R及びRは、水素原子、置換あるいは無置換のアルキル基、置換あるいは無置換のアラルキル基、置換あるいは無置換のアリール基,置換あるいは無置換の複素環基、置換アミノ基、シアノ基またはハロゲン原子を表わす。異なるフルオレン基に結合するR同士、R同士は、同じであっても異なっていてもよく、同じフルオレン基に結合するR及びRは、同じであっても異なっていてもよい。R及びRは、水素原子、置換あるいは無置換のアルキル基、置換あるいは無置換のアラルキル基、置換あるいは無置換のアリール基または置換あるいは無置換の複素環基を表わし、異なるフルオレン基に結合するR3 同士、R4 同士は、同じであっても異なっていてもよく、同じフルオレン基に結合するR3 及びR4 は、同じであっても異なっていてもよい。Ar及びArは、ベンゼン環の合計が3個以上の置換あるいは無置換の縮合多環芳香族基またはベンゼン環と複素環の合計が3個以上の置換あるいは無置換の炭素でフルオレン基に結合する縮合多環複素環基を表わし、Ar及びArは、同じであっても異なっていてもよい。nは、1〜10の整数を表す。
以上のホスト材料の中でも、好ましくはアントラセン誘導体、さらに好ましくはモノアントラセン誘導体、特に好ましくは非対称アントラセンである。
また、ドーパントの発光材料として、りん光発光性の化合物を用いることもできる。りん光発光性の化合物は、ホスト材料にカルバゾール環を含む化合物が好ましい。ドーパントは、三重項励起子から発光することのできる化合物であり、三重項励起子から発光する限り特に限定されないが、Ir、Ru、Pd、Pt、Os及びReからなる群から選択される少なくとも一つの金属を含む金属錯体であることが好ましく、ポルフィリン金属錯体又はオルトメタル化金属錯体が好ましい。
カルバゾール環を含む化合物からなるりん光発光に好適なホスト化合物は、その励起状態からりん光発光性化合物へエネルギー移動が起こる結果、りん光発光性化合物を発光させる機能を有する化合物である。ホスト化合物は、励起子エネルギーをりん光発光性化合物にエネルギー移動できる化合物ならば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。カルバゾール環以外の任意の複素環などを有していてもよい。
ホスト化合物の具体例としては、カルバゾール誘導体、トリアゾール誘導体、オキサゾール誘導体、オキサジアゾール誘導体、イミダゾール誘導体、ポリアリールアルカン誘導体、ピラゾリン誘導体、ピラゾロン誘導体、フェニレンジアミン誘導体、アリールアミン誘導体、アミノ置換カルコン誘導体、スチリルアントラセン誘導体、フルオレノン誘導体、ヒドラゾン誘導体、スチルベン誘導体、シラザン誘導体、芳香族第三アミン化合物、スチリルアミン化合物、芳香族ジメチリデン系化合物、ポルフィリン系化合物、アントラキノジメタン誘導体、アントロン誘導体、ジフェニルキノン誘導体、チオピランジオキシド誘導体、カルボジイミド誘導体、フルオレニリデンメタン誘導体、ジスチリルピラジン誘導体、ナフタレンペリレン等の複素環テトラカルボン酸無水物、フタロシアニン誘導体、8-キノリノール誘導体の金属錯体やメタルフタロシアニン、ベンゾオキサゾールやベンゾチアゾールを配位子とする金属錯体に代表される各種金属錯体ポリシラン系化合物、ポリ(N-ビニルカルバゾール)誘導体、アニリン系共重合体、チオフェンオリゴマー、ポリチオフェン等の導電性高分子オリゴマー、ポリチオフェン誘導体、ポリフェニレン誘導体、ポリフェニレンビニレン誘導体、ポリフルオレン誘導体等の高分子化合物等が挙げられる。ホスト化合物は単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
ホスト化合物の具体例として、以下のような化合物が挙げられる。
Figure 2014203541
りん光発光性のドーパントは三重項励起子から発光することのできる化合物である。三重項励起子から発光する限り特に限定されないが、Ir、Ru、Pd、Pt、Os及びReからなる群から選択される少なくとも一つの金属を含む金属錯体であることが好ましく、ポルフィリン金属錯体又はオルトメタル化金属錯体が好ましい。ポルフィリン金属錯体としては、ポルフィリン白金錯体が好ましい。りん光発光性化合物は単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
オルトメタル化金属錯体を形成する配位子としては種々のものがあるが、好ましい配位子としては、2-フェニルピリジン誘導体、7、8-ベンゾキノリン誘導体、2-(2-チエニル)ピリジン誘導体、2-(1-ナフチル)ピリジン誘導体、2-フェニルキノリン誘導体等が挙げられる。これらの誘導体は必要に応じて置換基を有してもよい。特に、フッ素化物、トリフルオロメチル基を導入したものが、青色系ドーパントとしては好ましい。さらに補助配位子としてアセチルアセトナート、ピクリン酸等の上記配位子以外の配位子を有していてもよい。
りん光発光性のドーパントの発光層における含有量としては、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%であり、1〜30質量%が好ましい。りん光発光性化合物の含有量が0.1質量%未満では発光が微弱でありその含有効果が十分に発揮されず、70質量%を超える場合は、濃度消光と言われる現象が顕著になり素子性能が低下する。
発光層は、必要に応じて正孔輸送材、電子輸送材、ポリマーバインダーを含有してもよい。
発光層の膜厚は、好ましくは5〜50nm、より好ましくは7〜50nm、最も好ましくは10〜50nmである。5nm未満では発光層形成が困難となり、色度の調整が困難となる恐れがあり、50nmを超えると駆動電圧が上昇する恐れがある。
《正孔注入・輸送層(正孔輸送帯域)》
正孔注入・輸送層は、発光層への正孔注入を促進し、正孔を発光領域まで輸送する層である。正孔注入・輸送層は、正孔移動度が大きく、イオン化エネルギーが通常5.5eV以下と小さい。このような正孔注入・輸送層としては、より低い電界強度で正孔を発光層に輸送する材料が好ましく、さらに正孔の移動度が、例えば10〜10V/cmの電界印加時に、少なくとも10−4cm/V・秒以上であることが好ましい。
本発明の芳香族アミン誘導体を正孔輸送帯域に用いる場合、本発明の芳香族アミン誘導体単独で正孔注入、輸送層を形成してもよく、他の材料と混合して用いてもよい。本発明の芳香族アミン誘導体と混合して正孔注入・輸送層を構成する材料としては、前記の好ましい性質を有するものであれば特に制限はなく、従来、光導伝材料において正孔の電荷輸送材料として慣用されているものや、有機EL素子の正孔注入・輸送層に使用される公知のものの中から任意のものを選択して用いることができる。
具体例として、トリアゾール誘導体(米国特許3,112,197号明細書等参照)、オキサジアゾール誘導体(米国特許3,189,447号明細書等参照)、イミダゾール誘導体(特公昭37−16096号公報等参照)、ポリアリールアルカン誘導体(米国特許3,615,402号明細書、同第3,820,989号明細書、同第3,542,544号明細書、特公昭45−555号公報、同51−10983号公報、特開昭51−93224号公報、同55−17105号公報、同56−4148号公報、同55−108667号公報、同55−156953号公報、同 56−36656号公報等参照)、ピラゾリン誘導体及びピラゾロン誘導体(米国特許第3,180,729号明細書、同第4,278,746号明細書、特開昭55−88064号公報、同55−88065号公報、同49−105537号公報、同55−51086号公報、同56−80051号公報、同56−88141号公報、同57−45545号公報、同54−112637号公報、同55−74546号公報等参照)、フェニレンジアミン誘導体(米国特許第3,615,404号明細書、特公昭51−10105号公報、同46−3712号公報、同47−25336号公報、特開昭54−53435号公報、同54−110536号公報、同54−119925号公報等参照)、アリールアミン誘導体(米国特許第3,567,450号明細書、同第3,180,703号明細書、同第3,240,597号明細書、同第3,658,520号明細書、同第4,232,103号明細書、同第4,175,961号明細書、同第4,012,376号明細書、特公昭49−35702号公報、同39−27577号公報、特開昭55−144250号公報、同56−119132号公報、同56−22437号公報、西独特許第1,110,518号明細書等参照)、アミノ置換カルコン誘導体(米国特許第3,526,501号明細書等参照)、オキサゾール誘導体(米国特許第3,257,203号明細書等に開示のもの)、スチリルアントラセン誘導体(特開昭56−46234号公報等参照)、フルオレノン誘導体(特開昭54−110837号公報等参照)、ヒドラゾン誘導体(米国特許第3,717,462号明細書、特開昭54−59143号公報、同55−52063号公報、同55−52064号公報、同55−46760号公報、同55−85495号公報、同57−11350号公報、同57−148749号公報、特開平2−311591号公報等参照)、スチルベン誘導体(特開昭61−210363号公報、同第61−228451号公報、同61−14642号公報、同61−72255号公報、同62−47646号公報、同62−36674号公報、同62−10652号公報、同62−30255号公報、同60−93455号公報、同60−94462号公報、同60−174749号公報、同60−175052号公報等参照)、シラザン誘導体(米国特許第4,950,950号明細書)、ポリシラン系(特開平2−204996号公報)、アニリン系共重合体(特開平2−282263号公報)、特開平1−211399号公報に開示されている導電性高分子オリゴマー(特にチオフェンオリゴマー)等を挙げることができる。
正孔注入・輸送層の材料は、ポルフィリン化合物(特開昭63−2956965号公報等に開示のもの)、芳香族第三級アミン化合物及びスチリルアミン化合物(米国特許第4,127,412号明細書、特開昭53−27033号公報、同54−58445号公報、同54−149634号公報、同54−64299号公報、同55−79450号公報、同55−144250号公報、同56−119132号公報、同61−295558号公報、同61−98353号公報、同63−295695号公報等参照)等が好ましく、特に芳香族第三級アミン化合物が好ましい。
また、正孔注入・輸送層の材料は、米国特許第5,061,569号に記載されている2個の縮合芳香族環を分子内に有する、例えば、4,4'-ビス(N-(1-ナフチル)-N-フェニルアミノ)ビフェニル(以下NPDと略記する)、また特開平4−308688号公報に記載されているトリフェニルアミンユニットが3つスターバースト型に連結された4,4',4''-トリス(N-(3-メチルフェニル)-N-フェニルアミノ)トリフェニルアミン(以下MTDATAと略記する)等でもよい。
さらに、正孔注入・輸送層の材料は、発光層の材料として示した前述の芳香族ジメチリディン系化合物の他、p型Si、p型SiC等の無機化合物も正孔注入・輸送層の材料でもよい。
正孔注入・輸送層は本発明の芳香族アミン誘導体を、例えば、真空蒸着法、スピンコート法、キャスト法、LB法等の公知の方法により薄膜化することにより形成することができる。正孔注入・輸送層としての膜厚は特に制限はないが、通常は5nm〜5μmである。この正孔注入・輸送層は、正孔輸送帯域に本発明の芳香族アミン誘導体を含有していれば、上述した材料の一種又は二種以上からなる一層で構成されてもよく、前記正孔注入・輸送層とは別種の化合物からなる正孔注入・輸送層を積層したものであってもよい。
また、発光層への正孔注入又は電子注入を助ける層として有機半導体層を設けてもよい。有機半導体層は、10−10S/cm以上の導電率を有するものが好適である。有機半導体層の材料として、含チオフェンオリゴマーや特開平8−193191号公報に開示してある含アリールアミンオリゴマー等の導電性オリゴマー、含アリールアミンデンドリマー等の導電性デンドリマー等が挙げられる。
本発明の有機EL素子は、前記陽極と前記正孔輸送層との間に、アクセプター材料を含有するアクセプター層を有することが好ましい。また、前記アクセプター層に、前記式(1)で表される芳香族アミン誘導体を含有する前記正孔輸送層が隣接していてもよい。アクセプター層隣接正孔輸送層は、前記アクセプター層の陰極側に隣接する正孔輸送層である。
前記アクセプター材料としては、式(1)で表される芳香族アミン誘導体を含有する正孔輸送層との接合性が良好になり、より素子性能の向上が期待できることから、下記式(A)、(B)又は(C)で表される化合物等の平面性の高い骨格を有するものが好ましい。
Figure 2014203541
式(A)中、R11〜R16は、それぞれ独立に、シアノ基、−CONH、カルボキシル基、もしくは−COOR17(R17は、炭素数1〜20のアルキル基である。)を表すか、又は、R11及びR12、R13及びR14、もしくはR15及びR16が互いに結合して−CO−O−CO−で示される基を表す。R17のアルキル基としては、メチル基、エチル基、n−プロピル基、iso−プロピル基、n−ブチル基、iso−ブチル基、tert−ブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基等が挙げられる。
Figure 2014203541
上記式(B)中、R21〜R24は、それぞれ互い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炭素数1〜20のアルキル基、置換もしくは無置換の炭素数6〜50のアリール基、置換もしくは無置換の環形成原子数3〜50の複素環基、ハロゲン原子、置換もしくは無置換の炭素数1〜20のフルオロアルキル基、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炭素数6〜50のアリールオキシ基、又はシアノ基である。R21〜R24のうち互いに隣接するものは互いに結合して環を形成してもよい。Y〜Yは互いに同一でも異なっていてもよく、−N=、−CH=、又はC(R25)=であり、R25は、置換もしくは無置換の炭素数1〜20のアルキル基、置換もしくは無置換の炭素数6〜50のアリール基、置換もしくは無置換の環形成原子数3〜50の複素環基、ハロゲン原子、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炭素数6〜50のアリールオキシ基、又はシアノ基である。Ar10は、環形成炭素数6〜24の縮合環又は環形成原子数6〜24の複素環である。
ar及びarは、それぞれ独立に、下記式(i)又は(ii)の環を表す。
Figure 2014203541
式中、X及びXは互いに同一でも異なっていてもよく、下記(a)〜(g)に示す二価の基のいずれかである。
Figure 2014203541
式中、R31〜R34は、それぞれ互い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炭素数1〜20のアルキル基、置換もしくは無置換の炭素数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3〜50の複素環基であり、R32とR33は互いに結合して環を形成してもよい。
21〜R24及びR31〜R34の各基の例としては以下の通りである。アルキル基としては、メチル基、エチル基、n−プロピル基、iso−プロピル基、n−ブチル基、iso−ブチル基、tert−ブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基等が挙げられる。アリール基としては、フェニル基、ビフェニル基、ナフチル基等が挙げられる。複素環基としては、ピリジン、ピラジン、フラン、イミダゾール、ベンズイミダゾール、チオフェン等の残基が挙げられる。ハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子が挙げられる。アルコキシ基としては、メトキシ基、エトキシ基等が挙げられる。アリールオキシ基の例としては、フェニルオキシ基、ペンタフェニルオキシ基等が挙げられる。これらは置換基を有していてもよく、置換されたアリール基としては、モノフルオロフェニル基、トリフルオロメチルフェニル基などのハロゲン原子が置換したアリール基;トリル基、4−t−ブチルフェニル基等の、炭素数1〜10(好ましくは1〜5)のアルキル基が置換したアリール基等が挙げられる。置換されたアルキル基としては、トリフルオロメチル基、ペンタフルオロエチル基、パーフルオロシクロヘキシル基、パーフルオロアダマンチル基等の、ハロゲン原子が置換したアルキル基が挙げられる。置換されたアリールオキシ基としては、4−トリフロフェニルオキシ基、ペンタフルオロフェニルオキシ等の、ハロゲン原子が置換したアリールオキシ基;4−t−ブチルフェノキシ基等の、炭素数1〜10(好ましくは1〜5)のアルキル基が置換したアリールオキシ基等が挙げられる。
21〜R24のうち互いに隣接するものは、互いに結合して環を形成していてもよい。該環の例としては、ベンゼン環、ナフタレン環、ピラジン環、ピリジン環、フラン環等が挙げられる。
Figure 2014203541
式(C)中、Z〜Zは、それぞれ独立に、下記式(h)で示される二価の基である。
Figure 2014203541
式(h)中、Ar31は、置換もしくは無置換の炭素数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3〜50のヘテロアリール基である。アリール基としては、フェニル基、ナフチル基等が挙げられる。ヘテロアリール基としては、ピリジン、ピラジン、ピリミジン、キノリン、イソキノリン等が挙げられる。また、これらの置換基の例としては、シアノ基、フルオロ基、トリフルオロメチル基、クロロ基およびブロモ基等の電子吸引性の基が挙げられる。
《電子注入・輸送層》
電子注入層・輸送層は、発光層への電子の注入を促進し、電子を発光領域まで輸送する層であって、電子移動度が大きい。また付着改善層は、電子注入層の中で特に陰極との付着がよい材料からなる層である。
有機EL素子の発光層が発光した光は、電極(この場合は陰極)で反射するため、直接陽極から取り出される発光と、陰極による反射を経由して陽極から取り出される発光とが干渉する。この干渉効果を効率的に利用するため、電子輸送層は数nm〜数μmの膜厚で適宜選ばれる。膜厚が厚いとき、電圧上昇を避けるために、10〜10V/cmの電界印加時に電子移動度が少なくとも10−5cm/Vs以上であることが好ましい。
電子注入層に用いられる材料は、8-ヒドロキシキノリンまたはその誘導体の金属錯体やオキサジアゾール誘導体が好適である。8-ヒドロキシキノリンまたはその誘導体の金属錯体の具体例として、オキシン(一般に8−キノリノール又は8−ヒドロキシキノリン)のキレートを含む金属キレートオキシノイド化合物、例えばトリス(8−キノリノール)アルミニウムを電子注入材料が挙げられる。
オキサジアゾール誘導体として、以下の一般式で表される電子伝達化合物が挙げられる。
Figure 2014203541
上記式中、Ar,Ar,Ar,Ar,Ar,Arはそれぞれ置換または無置換のアリール基を示し、それぞれ互いに同一であっても異なっていてもよい。またAr,Ar,Arは置換または無置換のアリーレン基を示し、それぞれ同一であっても異なっていてもよい。アリール基としてフェニル基、ビフェニル基、アントラニル基、ペリレニル基、ピレニル基が挙げられる。また、アリーレン基としてフェニレン基、ナフチレン基、ビフェニレン基、アントラニレン基、ペリレニレン基、ピレニレン基などが挙げられる。また、置換基としては炭素数1〜10のアルキル基、炭素数1〜10のアルコキシ基またはシアノ基等が挙げられる。この電子伝達化合物は薄膜形成性を有するものが好ましい。
電子伝達性化合物の具体例として下記のものを挙げることができる。
Figure 2014203541
さらに、電子注入層及び電子輸送層に用いられる材料として、下記一般式(A)〜(F)で表されるものも用いることができる。
Figure 2014203541
一般式(A)及び(B)中、A〜Aは、それぞれ独立に、窒素原子又は炭素原子である。Arは、置換もしくは無置換の環炭素数6〜60のアリール基、又は置換もしくは無置換の環原子数3〜60のヘテロアリール基であり、Arは、水素原子、置換もしくは無置換の環炭素数6〜60のアリール基、置換もしくは無置換の環原子数3〜60のヘテロアリール基、置換もしくは無置換の炭素数1〜20のアルキル基、又は置換もしくは無置換の炭素数1〜20のアルコキシ基、あるいはこれらの2価の基である。ただし、Ar及びArのいずれか一方は、置換もしくは無置換の環炭素数10〜60の縮合環基、又は置換もしくは無置換の環原子数3〜60のモノヘテロ縮合環基である。L、L及びLは、それぞれ独立に、単結合、置換もしくは無置換の環炭素数6〜60のアリーレン基、置換もしくは無置換の環原子数3〜60のヘテロアリーレン基、又は置換もしくは無置換のフルオレニレン基である。RおよびRは、水素原子、置換もしくは無置換の環炭素数6〜60のアリール基、置換もしくは無置換の環原子数3〜60のヘテロアリール基、置換もしくは無置換の炭素数1〜20のアルキル基、又は置換もしくは無置換の炭素数1〜20のアルコキシ基であり、nは0〜5の整数であり、nが2以上の場合、複数のRは同一でも異なっていてもよく、また、隣接する複数のR基同士で結合して、炭素環式脂肪族環又は炭素環式芳香族環を形成していてもよい。
Figure 2014203541
式(C)中、HArは、置換基を有していてもよい炭素数3〜40の含窒素複素環であり、Lは、単結合、置換基を有していてもよい炭素数6〜60のアリーレン基、置換基を有していてもよい炭素数3〜60のヘテロアリーレン基又は置換基を有していてもよいフルオレニレン基であり、Arは、置換基を有していてもよい炭素数6〜60の2価の芳香族炭化水素基であり、Arは、置換基を有していてもよい炭素数6〜60のアリール基又は置換基を有していてもよい炭素数3〜60のヘテロアリール基である。
Figure 2014203541
式(D)中、X及びYは、それぞれ独立に炭素数1〜6の飽和若しくは不飽和の炭化水素基、アルコキシ基、アルケニルオキシ基、アルキニルオキシ基、ヒドロキシ基、置換若しくは無置換のアリール基、置換若しくは無置換のヘテロ環又はXとYが結合して飽和又は不飽和の環を形成した構造であり、R〜Rは、それぞれ独立に水素、ハロゲン原子、置換もしくは無置換の炭素数1から6までのアルキル基、アルコキシ基、アリールオキシ基、パーフルオロアルキル基、パーフルオロアルコキシ基、アミノ基、アルキルカルボニル基、アリールカルボニル基、アルコキシカルボニル基、アリールオキシカルボニル基、アゾ基、アルキルカルボニルオキシ基、アリールカルボニルオキシ基、アルコキシカルボニルオキシ基、アリールオキシカルボニルオキシ基、スルフィニル基、スルフォニル基、スルファニル基、シリル基、カルバモイル基、アリール基、ヘテロ環基、アルケニル基、アルキニル基、ニトロ基、ホルミル基、ニトロソ基、ホルミルオキシ基、イソシアノ基、シアネート基、イソシアネート基、チオシアネート基、イソチオシアネート基もしくはシアノ基又は隣接した場合には置換若しくは無置換の環が縮合した構造である。
Figure 2014203541
式(E)中、R〜R及びZは、それぞれ独立に、水素原子、飽和もしくは不飽和の炭化水素基、芳香族基、ヘテロ環基、置換アミノ基、置換ボリル基、アルコキシ基又はアリールオキシ基を示し、X、Y及びZは、それぞれ独立に、飽和もしくは不飽和の炭化水素基、芳香族基、ヘテロ環基、置換アミノ基、アルコキシ基またはアリールオキシ基を示し、ZとZの置換基は相互に結合して縮合環を形成してもよく、nは1〜3の整数を示し、nが2以上の場合、Zは異なってもよい。但し、nが1、X、Y及びRがメチル基であって、Rが、水素原子又は置換ボリル基の場合、及びnが3でZがメチル基の場合を含まない。
Figure 2014203541
式(F)中、Q及びQは、それぞれ独立に、下記一般式(G)で示される配位子を表し、Lは、ハロゲン原子、置換もしくは無置換のアルキル基、置換もしくは無置換のシクロアルキル基、置換もしくは無置換のアリール基、置換もしくは無置換の複素環基、−OR(Rは、水素原子、置換もしくは無置換のアルキル基、置換もしくは無置換のシクロアルキル基、置換もしくは無置換のアリール基、置換もしくは無置換の複素環基である。)または−O−Ga−Q(Q)(Q及びQは、Q及びQと同じ)で示される配位子を表す。
Figure 2014203541
式(G)中、環A及びAは、置換基を有してよい互いに縮合した6員アリール環構造である。
この金属錯体は、n型半導体としての性質が強く、電子注入能力が大きい。さらには、錯体形成時の生成エネルギーも低いために、形成した金属錯体の金属と配位子との結合性も強固になり、発光材料としての蛍光量子効率も大きくなっている。
一般式(G)の配位子を形成する環A及びAの置換基の具体的な例を挙げると、塩素、臭素、ヨウ素、フッ素のハロゲン原子、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、sec-ブチル基、t-ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ステアリル基、トリクロロメチル基等の置換もしくは無置換のアルキル基、フェニル基、ナフチル基、3-メチルフェニル基、3-メトキシフェニル基、3-フルオロフェニル基、3-トリクロロメチルフェニル基、3-トリフルオロメチルフェニル基、3-ニトロフェニル基等の置換もしくは無置換のアリール基、メトキシ基、n-ブトキシ基、t-ブトキシ基、トリクロロメトキシ基、トリフルオロエトキシ基、ペンタフルオロプロポキシ基、2,2,3,3-テトラフルオロプロポキシ基、1,1,1,3,3,3-ヘキサフルオロ-2-プロポキシ基、6-(パーフルオロエチル)ヘキシルオキシ基等の置換もしくは無置換のアルコキシ基、フェノキシ基、p-ニトロフェノキシ基、p-t-ブチルフェノキシ基、3-フルオロフェノキシ基、ペンタフルオロフェニル基、3-トリフルオロメチルフェノキシ基等の置換もしくは無置換のアリールオキシ基、メチルチオ基、エチルチオ基、t-ブチルチオ基、ヘキシルチオ基、オクチルチオ基、トリフルオロメチルチオ基等の置換もしくは無置換のアルキルチオ基、フェニルチオ基、p-ニトロフェニルチオ基、p-t-ブチルフェニルチオ基、3-フルオロフェニルチオ基、ペンタフルオロフェニルチオ基、3-トリフルオロメチルフェニルチオ基等の置換もしくは無置換のアリールチオ基、シアノ基、ニトロ基、アミノ基、メチルアミノ基、ジエチルアミノ基、エチルアミノ基、ジエチルアミノ基、ジプロピルアミノ基、ジブチルアミノ基、ジフェニルアミノ基等のモノまたはジ置換アミノ基、ビス(アセトキシメチル)アミノ基、ビス(アセトキシエチル)アミノ基、ビス(アセトキシプロピル)アミノ基、ビス(アセトキシブチル)アミノ基等のアシルアミノ基、水酸基、シロキシ基、アシル基、メチルカルバモイル基、ジメチルカルバモイル基、エチルカルバモイル基、ジエチルカルバモイル基、プロイピルカルバモイル基、ブチルカルバモイル基、フェニルカルバモイル基等のカルバモイル基、カルボン酸基、スルフォン酸基、イミド基、シクロペンタン基、シクロヘキシル基等のシクロアルキル基、フェニル基、ナフチル基、ビフェニル基、アントラニル基、フェナントリル基、フルオレニル基、ピレニル基等のアリール基、ピリジニル基、ピラジニル基、ピリミジニル基、ピリダジニル基、トリアジニル基、インドリニル基、キノリニル基、アクリジニル基、ピロリジニル基、ジオキサニル基、ピペリジニル基、モルフォリジニル基、ピペラジニル基、トリアチニル基、カルバゾリル基、フラニル基、チオフェニル基、オキサゾリル基、オキサジアゾリル基、ベンゾオキサゾリル基、チアゾリル基、チアジアゾリル基、ベンゾチアゾリル基、トリアゾリル基、イミダゾリル基、ベンゾイミダゾリル基、プラニル基等の複素環基等がある。また、以上の置換基同士が結合してさらなる6員アリール環もしくは複素環を形成してもよい。
本発明の有機EL素子の好ましい形態は、電子を輸送する領域または陰極と有機層の界面領域に、還元性ドーパントを含有する。ここで、還元性ドーパントとは、電子輸送性化合物を還元ができる物質と定義される。したがって、還元性ドーパントは、一定の還元性を有する物質であればよい。例えば、アルカリ金属、アルカリ土類金属、希土類金属、アルカリ金属の酸化物、アルカリ金属のハロゲン化物、アルカリ土類金属の酸化物、アルカリ土類金属のハロゲン化物、希土類金属の酸化物または希土類金属のハロゲン化物、アルカリ金属の有機錯体、アルカリ土類金属の有機錯体、希土類金属の有機錯体からなる群から選択される少なくとも一つの物質を好適に使用することができる。
より具体的に、好ましい還元性ドーパントは、Na(仕事関数:2.36eV)、K(仕事関数:2.28eV)、Rb(仕事関数:2.16eV)およびCs(仕事関数:1.95eV)からなる群から選択される少なくとも一つのアルカリ金属や、Ca(仕事関数:2.9eV)、Sr(仕事関数:2.0〜2.5eV)、およびBa(仕事関数:2.52eV)からなる群から選択される少なくとも一つのアルカリ土類金属が挙げられる。仕事関数が2.9eV以下のものが特に好ましい。これらのうち、より好ましい還元性ドーパントは、K、RbおよびCsからなる群から選択される少なくとも一つのアルカリ金属であり、さらに好ましくは、RbまたはCsであり、最も好ましいのは、Csである。
これらのアルカリ金属は、特に還元能力が高く、電子注入域への比較的少量の添加により、有機EL素子における発光輝度の向上や長寿命化が図られる。また、仕事関数が2.9eV以下の還元性ドーパントは、これら2種以上のアルカリ金属の組合せも好ましく、特に、Csを含んだ組み合わせ、例えば、CsとNa、CsとK、CsとRbあるいはCsとNaとKとの組み合わせであることが好ましい。Csを組み合わせて含むことにより、還元能力を効率的に発揮することができ、電子注入域への添加により、有機EL素子における発光輝度の向上や長寿命化が図られる。
本発明の有機EL素子は、陰極と有機層の間に絶縁体や半導体で構成される電子注入層をさらに有してもよい。それにより、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。絶縁体として、アルカリ金属カルコゲナイド、アルカリ土類金属カルコゲナイド、アルカリ金属のハロゲン化物およ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ナイド等で構成されていれば、電子注入性をさらに向上させることができる点で好ましい。
好ましいアルカリ金属カルコゲナイドとして、例えば、LiO、KO、NaS、NaSeおよびNaOが挙げられ、好ましいアルカリ土類金属カルコゲナイドとして、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、例えば、LiF、NaF、KF、LiCl、KClおよびNaCl等が挙げられる。また、好ましいアルカリ土類金属のハロゲン化物として、例えば、CaF 、BaF 、SrF 、MgF及びBeFといったフッ化物や、フッ化物以外のハロゲン化物が挙げられる。
また、電子輸送層を構成する半導体として、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、窒化物または酸化窒化物等の一種単独または二種以上の組み合わせが挙げられる。また、電子輸送層を構成する無機化合物が、微結晶または非晶質の絶縁性薄膜であることが好ましい。電子輸送層がこれらの絶縁性薄膜で構成されていれば、より均質な薄膜が形成されるために、ダークスポット等の画素欠陥を減少させることができる。なお、このような無機化合物として、上述したアルカリ金属カルコゲナイド、アルカリ土類金属カルコゲナイド、アルカリ金属のハロゲン化物およびアルカリ土類金属のハロゲン化物等が挙げられる。
《絶縁層》
有機EL素子は超薄膜に電界を印可するために、リークやショートによる画素欠陥が生じやすい。これを防止するために、一対の電極間に絶縁性の薄膜層を挿入することが好ましい。絶縁層に用いられる材料として、例えば酸化アルミニウム、弗化リチウム、酸化リチウム、弗化セシウム、酸化セシウム、酸化マグネシウム、弗化マグネシウム、酸化カルシウム、弗化カルシウム、窒化アルミニウム、酸化チタン、酸化珪素、酸化ゲルマニウム、窒化珪素、窒化ホウ素、酸化モリブデン、酸化ルテニウム、酸化バナジウム等が挙げられる。これらの混合物や積層物を用いてもよい。
《有機EL素子の製造方法》
以上例示した材料及び形成方法により陽極、発光層、必要に応じて正孔注入・輸送層、及び必要に応じて電子注入・輸送層を形成し、さらに陰極を形成することにより有機EL素子を作製することができる。また陰極から陽極へ、前記と逆の順序で有機EL素子を作製することもできる。
本発明の有機EL素子の各機能層の形成方法は特に限定されない。従来公知の真空蒸着法、スピンコーティング法等による形成方法を用いることができる。本発明の有機EL素子に用いる、前記一般式(1)で示される化合物を含有する有機薄膜層は、真空蒸着法、分子線蒸着法(MBE法)あるいは溶媒に解かした溶液のディッピング法、スピンコーティング法、キャスティング法、バーコート法、ロールコート法等の塗布法による公知の方法で形成することができる。
以下、透光性基板上に陽極/正孔注入層/発光層/電子注入層/陰極が順次設けられた構成の有機EL素子の作製例を記載する。
まず、適当な透光性基板上に陽極材料からなる薄膜を1μm以下、好ましくは10〜200nmの範囲の膜厚になるように蒸着やスパッタリング等の方法により形成して陽極を作製する。
次に、この陽極上に正孔注入層を設ける。正孔注入層の形成は、前述したように真空蒸着法、スピンコート法、キャスト法、LB法等の方法により行うことができる。均質な膜が得られやすく、かつピンホールが発生しにくい等の点から、真空蒸着法により形成することが好ましい。真空蒸着法により正孔注入層を形成する場合、その蒸着条件は使用する化合物(正孔注入層の材料)、目的とする正孔注入層の結晶構造や再結合構造等により異なるが、一般に蒸着源温度50〜450℃、真空度10−7〜10−3torr、蒸着速度0.01〜50nm/秒、基板温度−50〜300℃、膜厚5nm〜5μmの範囲で適宜選択することが好ましい。
正孔注入層上への発光層の形成も、所望の有機発光材料を用いて真空蒸着法、スパッタリング、スピンコート法、キャスト法等の方法により有機発光材料を薄膜化することにより形成できる。均質な膜が得られやすく、かつピンホールが発生しにくい等の点から真空蒸着法により形成することが好ましい。真空蒸着法により発光層を形成する場合、その蒸着条件は使用する化合物により異なるが、一般的に正孔注入層と同じような条件範囲の中から選択することができる。
次に、発光層上に電子注入層を形成する。正孔注入層や発光層と同様に、均質な膜を得る必要から真空蒸着法により形成することが好ましい。蒸着条件は正孔注入層、発光層と同様の条件範囲から選択することができる。
本発明の芳香族アミン誘導体は、発光帯域や正孔輸送帯域のいずれの層に含有させるかによって異なるが、真空蒸着法を用いる場合は他の材料との共蒸着をすることができる。また、スピンコート法を用いる場合は、他の材料と混合することによって含有させることができる。
次に、陰極を積層して有機EL素子を得ることができる。陰極は金属から構成されるもので、蒸着法、スパッタリングを用いることができる。しかし下地の有機物層を製膜時の損傷から守るためには真空蒸着法が好ましい。
この有機EL素子の作製は一回の真空引きで一貫して陽極から陰極まで作製することが好ましい。
本発明の有機EL素子の各有機層の膜厚は特に制限されないが、一般に膜厚が薄すぎるとピンホール等の欠陥が生じやすく、逆に厚すぎると高い印加電圧が必要となり効率が悪くなるため、通常は数nmから1μmの範囲が好ましい。
なお、有機EL素子に直流電圧を印加する場合、陽極を+、陰極を−の極性にして、5〜40Vの電圧を印加すると発光が観測できる。また、逆の極性で電圧を印加しても電流は流れず、発光は全く生じない。さらに交流電圧を印加した場合には陽極が+、陰極が−の極性になった時のみ均一な発光が観測される。印加する交流の波形は任意でよい。
以下、本発明を合成例及び実施例に基づいてさらに詳細に説明する。本発明は、これらの例によって何ら限定されるものではない。
中間体合成例1−1(中間体1−1の合成)
窒素雰囲気下、2-ヨード-9,9-ジメチルフルオレン7.10g、2-アミノビフェニル4.12g、t-ブトキシナトリウム2.97g、[1,1'-ビス(ジフェニルホスフィノ)フェロセン]パラジウム(II)ジクロリド ジクロロメタン付加物0.09g、1,1'-ビス(ジフェニルホスフィノ)フェロセン0.12gに、脱水トルエン100mlを加え、90℃にて3時間反応した。冷却後、水を加えトルエン液を洗浄し、抽出後にセライトにて濾過を行った。濾液を減圧下で濃縮し、得られた残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフィーで精製し、4.15gの粘性固体を得た。FD−MSの分析により、下記中間体1−1と同定した(収率52%)。
Figure 2014203541
中間体合成例1−2(中間体1−2の合成)
中間体合成例1−1において2-ヨード-9,9-ジメチルフルオレンの代わりに4-0ブロモビフェニルを5.16g用いた以外は同様に反応を行ったところ、4.26gの淡褐色固体を得た。FD−MSの分析により、下記中間体1−2と同定した(収率60%)。
Figure 2014203541
中間体合成例1−3(中間体1−3の合成)
窒素雰囲気下、3-メチル-4-(2-メチルフェニル)アニリン6.00g、2-ブロモビフェニル7.09g、t-ブトキシナトリウム4.10g、[1,1'-ビス(ジフェニルホスフィノ)フェロセン]パラジウム(II)ジクロリド ジクロロメタン付加物0.125g、1,1'-ビス(ジフェニルホスフィノ)フェロセン0.169gに、脱水トルエン60mlを加え、90℃にて6時間反応した。冷却後、水を加えトルエン液を洗浄し、抽出後にセライトにて濾過を行った。濾液を減圧下で濃縮し、得られた残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフィーで精製し、10.3gの粘性固体を得た。FD−MSの分析により、下記中間体1−3と同定した(収率97%)。
Figure 2014203541
中間体合成例1−4(中間体1−4の合成)
中間体合成例1−3において3-メチル-4-(2-メチルフェニル)アニリンの代わりに3-メチル-4-フェニルアニリンを5.57g用いた以外は同様に反応を行ったところ、8.07gの粘性固体を得た。FD−MSの分析により、下記中間体1−4と同定した(収率79%)。
Figure 2014203541
中間体合成例1−5(中間体1−5の合成)
窒素雰囲気下、4-ブロモビフェニル5.38g、ターフェニル-2-アミン5.67g、t-ブトキシナトリウム3.11g、酢酸パラジウム0.0518g、1,1'-ビス(ジフェニルホスフィノ)フェロセン0.256gに、脱水トルエン50mlを加え、90℃にて3時間反応した。冷却後、水を加えトルエン液を洗浄し、抽出後にセライトにて濾過を行った。濾液を減圧下で濃縮し、得られた残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフィーで精製し、7.61gの白色固体を得た。FD−MSの分析により、下記中間体1−5と同定した(収率83%)。
Figure 2014203541
中間体合成例1−6(中間体1−6の合成)
中間体合成例1−6において、4-ブロモビフェニルの代わりにブロモベンゼン5.46g、ターフェニル-2-アミンの代わりに2−(ジベンゾフラン―4−イル)アニリン8.98g、t-ブトキシナトリウム4.67g、酢酸パラジウム0.0777g、1,1'-ビス(ジフェニルホスフィノ)フェロセン0.384gを用いた以外は同様に反応を行ったところ、10.4gの粘性固体を得た。FD−MSの分析により、下記中間体1−6と同定した(収率90%)。
Figure 2014203541
中間体合成例1−7(中間体1−7の合成)
窒素雰囲気下、4,4'-ジヨード-3,3-ジメチルビフェニル(東京化成製)13.0g、ターフェニル-2-アミン10.44g、t-ブトキシナトリウム8.06g、酢酸パラジウム0.42g、トリ-t-ブチルホスホニウムテトラブロモボラート1.09g及び脱水トルエン80mLを入れ、110℃にて8時間反応した。冷却後、水を加えてトルエン液を洗浄し、抽出後にセライトにて濾過を行い、濾液を減圧下で濃縮して粗生成物を得た。得られた粗生成物をシリカゲルカラムクロマトグラフィーで精製し、12.2gの淡黄色固体を得た。FD−MSの分析により、下記中間体1−7と同定した(収率78.9%)。
Figure 2014203541
合成実験例1
窒素雰囲気下、4,4'-ジヨード-3,3-ジメチルビフェニル(東京化成製)4.86g、中間体1−1を8.10g、t-ブトキシナトリウム3.02g、酢酸パラジウム0.0503g、トリ-t-ブチルホスホニウムテトラブロモボラート0.130g及び脱水キシレン80mLを入れ、130℃にて5時間反応した。冷却後、水を加えてキシレン液を洗浄し、抽出後にセライトにて濾過を行い、濾液を減圧下で濃縮して粗生成物を得た。得られた粗生成物をシリカゲルカラムクロマトグラフィーで精製し、トルエンで再結晶して、7.67gの淡黄色固体を得た。FD−MSの分析により、下記芳香族アミン誘導体(HT1)と同定した(収率76%)。
Figure 2014203541
合成実験例2
合成実験例1において中間体1−1の代わりに中間体1−2を7.20g用いた以外は、合成実験例1と同様に反応を行ったところ、5.51gの淡黄色固体を得た。FD−MSの分析により、下記芳香族アミン誘導体(HT2)と同定した(収率60%)。
Figure 2014203541
合成実験例3
合成実験例1において4,4'-ジヨード-3,3'-ジメチルビフェニル(東京化成製)の代わりに4,4'-ジヨード-2,2'-ジメチルビフェニル(アルドリッチ製)を用いた以外は同様に反応を行ったところ、4.50gの淡黄色固体を得た。FD−MSの分析により、下記芳香族アミン誘導体(HT3)と同定した(収率49%)。
Figure 2014203541
合成実験例4
窒素雰囲気下、4,4'-ジヨード-3,3-ジメチルビフェニル(東京化成製)2.50g、中間体1−3を4.03g、t-ブトキシナトリウム1.55g、酢酸パラジウム0.0259g、トリ-t-ブチルホスフィン0.0466g及び脱水キシレン45mLを入れ、130℃にて3時間反応した。冷却後、水を加えキシレン液を洗浄し、分液後キシレン液をセライト濾過し、濾液を減圧下で濃縮して粗生成物を得た。得られた粗生成物をシリカゲルカラムクロマトグラフィーで精製し、トルエン/メタノールで再結晶して、1.77gの淡黄色固体を得た。FD−MSの分析により、下記芳香族アミン誘導体(HT4)と同定した(収率35%)。
Figure 2014203541
合成実験例5
合成実験例4において中間体1−3の代わりに中間体1−4を3.85g用いた以外は同様に反応を行ったところ、1.95gの淡黄色固体を得た。FD−MSの分析により、下記芳香族アミン誘導体(HT5)と同定した(収率40%)。
Figure 2014203541
合成実験例6
合成実験例1において中間体1−1の代わりに中間体1−5を8.91g用いた以外は、合成実験例1と同様に反応を行ったところ、8.39gの淡黄色固体を得た。FD−MSの分析により、下記芳香族アミン誘導体(HT6)と同定した(収率77%)。
Figure 2014203541
合成実験例7
合成実験例1において中間体1−1の代わりに中間体1−6を8.26g用いた以外は、合成実験例1と同様に反応を行ったところ、4.75gの淡黄色固体を得た。FD−MSの分析により、下記芳香族アミン誘導体(HT7)と同定した(収率50%)。
Figure 2014203541
合成実験例8
窒素雰囲気下、2−ブロモジベンゾフラン9.88g、中間体1−7を10.3g、t-ブトキシナトリウム4.6g、酢酸パラジウム0.2g、トリ-t-ブチルホスホニウムテトラブロモボラート0.45g及び脱水キシレン200mLを入れ、110℃にて2時間反応した。冷却後、水を加えてキシレン液を洗浄し、抽出後にセライトにて濾過を行い、濾液を減圧下で濃縮して粗生成物を得た。得られた粗生成物をシリカゲルカラムクロマトグラフィーで精製し、トルエンで再結晶して、11.9gの淡黄色固体を得た。FD−MSの分析により、下記芳香族アミン誘導体(HT8)と同定した(収率70%)。
Figure 2014203541
実施例1−1
有機EL素子の作製
25mm×75mm×1.1mmのITO透明電極ライン付きガラス基板(ジオマティック社製)をイソプロピルアルコール中で5分間超音波洗浄し、さらに、30分間UV(Ultraviolet)オゾン洗浄した。
洗浄後の透明電極ライン付きガラス基板を真空蒸着装置の基板ホルダーに装着し、まず透明電極ラインが形成されている面上に前記透明電極を覆うようにして下記電子受容性化合物(A)を蒸着し、膜厚5nmの膜Aを成膜した。
Figure 2014203541
この膜A上に、第1正孔輸送材料として下記芳香族アミン誘導体(X1)を蒸着し、膜厚160nmの第1正孔輸送層を成膜した。第1正孔輸送層の成膜に続けて、第2正孔輸送材料として上記芳香族アミン誘導体(HT1)を蒸着し、膜厚10nmの第2正孔輸送層を成膜した。
Figure 2014203541
この正孔輸送層上に、ホスト化合物(BH)とドーパント化合物(BD)とを厚さ25nmで共蒸着し、発光層を成膜した。ドーパント化合物(BD)の濃度は4質量%であった。
Figure 2014203541
続いて、この発光層上に、下記化合物(ET1)を厚さ20nm、続いて下記化合物(ET2)を厚さ5nm、及びLiFを厚さ1nmで蒸着し、電子輸送/注入層を成膜した。なお、電子注入性電極であるLiFは、1Å/minの成膜速度で形成した。さらに、金属Alを厚さ80nmで積層して陰極を形成し、有機EL素子を製造した。
Figure 2014203541
実施例1−2〜1−7
第2正孔輸送材料として表1に記載の下記芳香族アミン誘導体を用いた以外は実施例1−1と同様にして実施例1−2〜1−7の各有機EL素子を作製した。
比較例1−1及び1−2
第2正孔輸送材料として表1に記載の下記芳香族アミン誘導体を用いた以外は実施例1−1と同様にして比較例1−1及び1−2の各有機EL素子を作製した。
Figure 2014203541
有機EL素子の発光性能評価
以上のようにして作製した有機EL素子を直流電流駆動により発光させ、輝度(L)、電流密度を測定し、測定結果から電流密度10mA/cmにおける電流効率(L/J)、駆動電圧(V)を求めた。さらに、電流密度50mA/cmにおける素子寿命を求めた。ここで、80%寿命とは、定電流駆動時において、輝度が初期輝度の80%に減衰するまでの時間をいう。結果を表1に示す。
Figure 2014203541
表1の結果から、本発明の芳香族アミン誘導体を用いることにより、低電圧で駆動しても高効率であり、かつ、長寿命の有機EL素子が得られることがわかる。
実施例2−1
有機EL素子の作製
25mm×75mm×1.1mmのITO透明電極ライン付きガラス基板(ジオマティック社製)をイソプロピルアルコール中で5分間超音波洗浄し、さらに、30分間UV(Ultraviolet)オゾン洗浄した。
洗浄後の透明電極ライン付きガラス基板を真空蒸着装置の基板ホルダーに装着し、まず透明電極ラインが形成されている面上に前記透明電極を覆うようにして下記電子受容性化合物(A)を蒸着し、膜厚5nmの膜Aを成膜した。
Figure 2014203541
この膜A上に、第1正孔輸送材料として上記芳香族アミン誘導体(HT1)を蒸着し、膜厚160nmの第1正孔輸送層を成膜した。第1正孔輸送層の成膜に続けて、第2正孔輸送材料として下記芳香族アミン誘導体(Y1)を蒸着し、膜厚10nmの第2正孔輸送層を成膜した。
Figure 2014203541
この正孔輸送層上に、ホスト化合物(BH)とドーパント化合物(BD)とを厚さ25nmで共蒸着し発光層を成膜した。ドーパント化合物(BD)の濃度は4質量%であった。
Figure 2014203541
続いて、この発光層上に、下記化合物(ET1)を厚さ20nm、続いて下記化合物(ET2)を厚さ5nm、及びLiFを厚さ1nmで蒸着し、電子輸送/注入層を成膜した。なお、電子注入性電極であるLiFは、1Å/minの成膜速度で形成した。さらに、金属Alを厚さ80nmで積層して陰極を形成し、有機EL素子を製造した。
Figure 2014203541
実施例2−2〜2−7
第1正孔輸送材料として表2に記載の下記芳香族アミン誘導体を用いた以外は実施例2−1と同様にして実施例2−2〜2−7の各有機EL素子を作製した。
比較例2−1及び2−2
第1正孔輸送材料として表2に記載の下記芳香族アミン誘導体を用いた以外は実施例2−1と同様にして比較例2−1及び2−2の各有機EL素子を作製した。
有機EL素子の発光性能評価
以上のようにして作製した有機EL素子を直流電流駆動により発光させ、輝度(L)、電流密度を測定し、測定結果から電流密度10mA/cmにおける電流効率(L/J)、駆動電圧(V)を求めた。さらに電流密度50mA/cmにおける素子寿命を求めた。ここで、80%寿命とは、定電流駆動時において、輝度が初期輝度の80%に減衰するまでの時間をいう。結果を表2に示す。
Figure 2014203541
表2の結果から、本発明の芳香族アミン誘導体を用いることにより、低電圧で駆動しても高効率であり、かつ、長寿命の有機EL素子が得られることがわかる。
本出願は、2013年6月19日出願の特願2013−128789に基づく優先権を主張する。当該出願明細書および図面に記載された内容は、すべて本願明細書に援用される。
本発明によって、駆動電圧を低下させるとともに、長寿命の有機EL素子が提供される。

Claims (24)

  1. 下記式(1)で表される芳香族アミン誘導体。
    Figure 2014203541
    〔上記式(1)において、
    Ar及びArは、それぞれ独立に、置換もしくは無置換の環炭素数6〜50のアリール基、又は置換もしくは無置換の環原子数3〜50のヘテロアリール基であり;
    及びLは、それぞれ独立に、単結合、置換もしくは無置換の環炭素数6〜50のアリーレン基、又は置換もしくは無置換の環原子数3〜50のヘテロアリーレン基であり;
    〜Rは、それぞれ独立に、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炭素数6〜50のアリール基、置換もしくは無置換の環原子数5〜50のヘテロアリール基、置換もしくは無置換の炭素数1〜50のアルコキシ基、置換もしくは無置換の炭素数6〜50のアラルキル基、置換もしくは無置換の環炭素数5〜50のアリールオキシ基、置換もしくは無置換の環炭素数5〜50のアリールチオ基、置換もしくは無置換の炭素数2〜50のアルコキシカルボニル基、ハロゲン原子、シアノ基、ニトロ基、シリル基、ヒドロキシル基、又はカルボキシル基であり;
    a及びbは0〜4の整数であり;
    〜R12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1〜50のアルキル基、置換もしくは無置換の環炭素数6〜50のアリール基、置換もしくは無置換の環原子数5〜50のヘテロアリール基、又はシリル基であり;
    ただし、RおよびRの少なくともいずれかは水素原子ではなく、Rが水素原子でない場合はRが水素原子ではなく、Rが水素原子でない場合はRが水素原子ではない〕
  2. 式(1)で表される芳香族アミン誘導体が、下記式(2)で表される、請求項1に記載の芳香族アミン誘導体。
    Figure 2014203541
    〔上記式(2)において、
    13及びR14は、それぞれ独立に、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炭素数6〜50のアリール基、置換もしくは無置換の環原子数5〜50のヘテロアリール基、置換もしくは無置換の炭素数1〜50のアルコキシ基、置換もしくは無置換の炭素数6〜50のアラルキル基、置換もしくは無置換の環炭素数5〜50のアリールオキシ基、置換もしくは無置換の環炭素数5〜50のアリールチオ基、置換もしくは無置換の炭素数2〜50のアルコキシカルボニル基、ハロゲン原子、シアノ基、ニトロ基、シリル基、ヒドロキシル基、又はカルボキシル基であり;
    c及びdは0〜5の整数であり;
    c及びdが2のとき、R13同士またはR14同士は、互いに結合して環を形成してもよく(ただし、R13またはR14が、隣接する芳香族環とそれぞれ結合してジベンゾフラン環、ジベンゾチオフェン環またはフルオレン環を形成しないものとする)
    Ar、Ar、L、L、R〜R12、a及びbは、前記式(1)と同様に定義される〕
  3. 式(2)で表される芳香族アミン誘導体が、下記式(3)で表される、請求項2に記載の芳香族アミン誘導体。
    Figure 2014203541
    〔上記式(3)において、
    およびRは、それぞれ独立に、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炭素数6〜50のアリール基、置換もしくは無置換の環原子数5〜50のヘテロアリール基、又はシリル基であり:
    Ar、Ar、L、L、R、R、R、R10、R13、R14、a、b、c及びdは、前記式(2)と同様に定義される〕
  4. 式(2)で表される芳香族アミン誘導体が下記式(4)で表される請求項2記載の芳香族アミン誘導体。
    Figure 2014203541
    〔上記式(4)において、
    およびRは、それぞれ独立に、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炭素数6〜50のアリール基、置換もしくは無置換の環原子数5〜50のヘテロアリール基、又はシリル基であり;
    Ar、Ar、L、L、R、R、R13、R14、a、b、c及びdは、前記式(2)と同様に定義される〕
  5. 式(2)で表される芳香族アミン誘導体が下記式(5)で表される請求項2記載の芳香族アミン誘導体。
    Figure 2014203541
    〔上記式(5)において、
    およびRは、それぞれ独立に、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炭素数6〜50のアリール基、置換もしくは無置換の環原子数5〜50のヘテロアリール基、又はシリル基であり;
    Ar、Ar、R、R、R13、R14、a、b、c及びdは、前記式(2)と同様に定義される〕
  6. 式(2)で表される芳香族アミン誘導体が下記式(6)で表される請求項2記載の芳香族アミン誘導体。
    Figure 2014203541
    〔上記式(6)において、Ar、Ar、R、R、R13、R14、a、b、c及びdは、前記式(2)と同様に定義される〕
  7. 式(2)で表される芳香族アミン誘導体が下記式(7)で表される請求項2記載の芳香族アミン誘導体。
    Figure 2014203541
    〔上記式(7)において、Ar、Ar、R13、R14、c及びdは、前記式(2)と同様に定義される〕
  8. 式(1)で表される芳香族アミン誘導体が下記式(8)で表される、請求項1に記載の芳香族アミン誘導体。
    Figure 2014203541
    〔上記式(8)において、Ar及びArは、前記式(1)と同様に定義される〕
  9. 前記式(3)において、ArおよびArは、置換もしくは無置換の環炭素数10〜50のアリール基である、請求項3に記載の芳香族アミン誘導体。
  10. 式(2)で表される芳香族アミン誘導体が、下記式(26)で表される、請求項2に記載の芳香族アミン誘導体。
    Figure 2014203541
    〔上記式(26)において、Ar、Ar、L、L、R〜R12は、前記式(2)と同様に定義される〕
  11. 前記式(26)において、Rが水素原子でなく、かつRが水素原子ではない、請求項10に記載の芳香族アミン誘導体。
  12. 式(1)で表される芳香族アミン誘導体が、下記式(17)で表される請求項1記載の芳香族アミン誘導体。
    Figure 2014203541
    〔上記式(17)において、
    Zは、−O−、−S−又は−CR1920−であり;−CR1920−におけるR19及びR20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1〜50のアルキル基、置換もしくは無置換の環炭素数6〜50のアリール基、置換もしくは無置換の環原子数5〜50のヘテロアリール基、又はシリル基であり;
    17及びR18は、それぞれ独立に、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炭素数6〜50のアリール基、置換もしくは無置換の環原子数5〜50のヘテロアリール基、置換もしくは無置換の炭素数1〜50のアルコキシ基、置換もしくは無置換の炭素数6〜50のアラルキル基、置換もしくは無置換の環炭素数5〜50のアリールオキシ基、置換もしくは無置換の環炭素数5〜50のアリールチオ基、置換もしくは無置換の炭素数2〜50のアルコキシカルボニル基、ハロゲン原子、シアノ基、ニトロ基、シリル基、ヒドロキシル基、又はカルボキシル基であり;
    e及びfは0〜4の整数であり;
    Ar、Ar、L、L、R〜R12、a及びbは、前記式(1)と同様に定義される〕
  13. 式(17)で表される芳香族アミン誘導体が、下記式(18)で表される、請求項12に記載の芳香族アミン誘導体。
    Figure 2014203541
    〔上記式(18)において、
    およびRは、それぞれ独立に、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炭素数6〜50のアリール基、置換もしくは無置換の環原子数5〜50のヘテロアリール基、又はシリル基であり;
    Ar、Ar、L、L、R、R、R、R10、R17、R18、a、b、e、f及びZは、前記式(17)と同様に定義される〕
  14. 式(17)で表される芳香族アミン誘導体が、下記式(19)で表される、請求項12に記載の芳香族アミン誘導体。
    Figure 2014203541
    〔上記式(19)において、
    およびRは、それぞれ独立に、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炭素数6〜50のアリール基、置換もしくは無置換の環原子数5〜50のヘテロアリール基、又はシリル基であり;
    Ar、Ar、L、L、R、R、R17、R18、a、b、e、f及びZは、前記式(17)と同様に定義される〕
  15. 式(17)で表される芳香族アミン誘導体が、下記式(20)で表される、請求項12に記載の芳香族アミン誘導体。
    Figure 2014203541
    〔上記式(20)において、
    およびRは、それぞれ独立に、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炭素数6〜50のアリール基、置換もしくは無置換の環原子数5〜50のヘテロアリール基、又はシリル基であり;
    Ar、Ar、R、R、R17、R18、a、b、e、f及びZは、前記式(17)と同様に定義される〕
  16. 式(17)で表される芳香族アミン誘導体が、下記式(21)で表される、請求項12に記載の芳香族アミン誘導体。
    Figure 2014203541
    〔上記式(21)において、Ar、Ar、R、R、R17、R18、a、b、e、f及びZは、前記式(17)と同様に定義される〕
  17. 式(17)で表される芳香族アミン誘導体が、下記式(22)で表される、請求項12に記載の芳香族アミン誘導体。
    Figure 2014203541
    〔上記式(22)において、Ar、Ar、R17、R18、e、f及びZは、前記式(17)と同様に定義される〕
  18. 式(1)で表される芳香族アミン誘導体が、下記式(23)〜式(25)のいずれかで表される、請求項1に記載の芳香族アミン誘導体。
    Figure 2014203541
    Figure 2014203541
    Figure 2014203541
    〔上記式(23)〜(25)において、Ar、Ar及びZは前記式(17)と同様に定義される〕
  19. 前記式(1)〜式(4)、式(17)〜(19)及び式(26)のいずれかにおいて、L及びLは、それぞれ独立に、単結合もしくは下記式(27)で表される2価の基である、請求項1〜4および10〜14のいずれか一項に記載の芳香族アミン誘導体。
    Figure 2014203541
    〔上記式(27)において、
    21は、それぞれ独立に、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炭素数6〜50のアリール基、置換もしくは無置換の環原子数5〜50のヘテロアリール基、置換もしくは無置換の炭素数1〜50のアルコキシ基、置換もしくは無置換の炭素数6〜50のアラルキル基、置換もしくは無置換の環炭素数5〜50のアリールオキシ基、置換もしくは無置換の環炭素数5〜50のアリールチオ基、置換もしくは無置換の炭素数2〜50のアルコキシカルボニル基、ハロゲン原子、シアノ基、ニトロ基、シリル基、ヒドロキシル基、又はカルボキシル基であり;
    gは、0〜4の整数である〕
  20. 前記式(1)〜式(8)、及び式(17)〜(26)のいずれかにおいて、Ar及びArは、それぞれ独立に、式(9)〜式(16)のいずれかで表される、請求項1〜18のいずれか一項に記載の芳香族アミン誘導体。
    Figure 2014203541
    〔上記式(16)において、
    Xは、−O−、−S−、−CR1516−であり、
    15及びR16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1〜50のアルキル基、置換もしくは無置換の環炭素数6〜50のアリール基、置換もしくは無置換の環原子数5〜50のヘテロアリール基、又はシリル基である〕
  21. 請求項1〜20のいずれか一項に記載の芳香族アミン誘導体からなる、有機エレクトロルミネッセンス素子用材料。
  22. 請求項1〜20のいずれか一項に記載の芳香族アミン誘導体からなる、有機エレクトロルミネッセンス素子用正孔輸送材料。
  23. 請求項1〜20のいずれか一項に記載の芳香族アミン誘導体からなる、アクセプター層隣接正孔輸送層を有する有機エレクトロルミネッセンス素子用正孔輸送材料。
  24. 互いに対向する陽極と陰極との間に有機薄膜層を有する有機エレクトロルミネッセンス素子であって、請求項1〜20のいずれか一項に記載の芳香族アミン誘導体を含有する有機薄膜層を1層以上有する、有機エレクトロルミネッセンス素子。
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