TW201527307A - 有機電場發光元件用材料以及使用其的有機電場發光元件 - Google Patents

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Abstract

本發明揭示一種改善發光效率、充分確保驅動穩定性、且具有簡略的構成的有機電場發光元件(有機EL元件)及有機EL元件用材料。該有機EL元件用材料為具有以下結構的碳硼烷化合物：具有1個以上的碳硼烷環及二苯并噻吩環，且至少1個二苯并噻吩環於其1位、2位或3位上與碳硼烷環鍵結。另外，該有機EL元件於積層於基板上的陽極與陰極之間具有有機層，且有機層的至少1層中含有所述碳硼烷化合物。

Description

有機電場發光元件用材料以及使用其的有機電場發 光元件
本發明是有關於一種使用碳硼烷化合物作為有機電場發光元件用材料的有機電場發光元件，詳細而言，本發明是有關於一種對含有有機化合物的發光層施加電場而放出光的薄膜型元件。
通常，關於有機電場發光元件(以下稱為有機EL(Electroluminescence)元件)，其最簡單的結構是由發光層及夾持該層的一對相對電極(counter electrode)所構成。即，有機EL元件利用以下現象：若於兩電極間施加電場，則自陰極注入電子，自陽極注入電洞，該些載子於發光層中再結合而放出光。
近年來，正在進行使用有機薄膜的有機EL元件的開發。尤其藉由開發出以下元件，與現有的使用蒽等的單晶的元件相比較大幅度地改善了發光效率，所述元件為了提高發光效率，以提高自電極的載子注入效率為目的而進行了電極種類的最適 化，且將包含芳香族二胺的電洞傳輸層及包含8-羥基喹啉鋁錯合物(Alq3)的發光層以薄膜的形式設置於電極間，因此以對具有自發光/高速響應性等特徵的高性能平板(flat panel)加以實用為目的而正在進行開發。
另外，作為提高元件的發光效率的嘗試，亦正在研究使用磷光而非螢光。以所述設有包含芳香族二胺的電洞傳輸層及包含Alq3的發光層的元件為代表的大量元件利用螢光發光，但藉由使用磷光發光、即利用自三重態激發狀態的發光，與現有的使用螢光(單重態)的元件相比較，可期待3倍~4倍左右的效率提高。為了實現該目的，正在研究將香豆素衍生物或二苯甲酮衍生物製成發光層，但僅可獲得極低的亮度。另外，作為利用三重態狀態的嘗試，正在研究使用銪錯合物，但其亦未達成高效率的發光。近年來，為了實現發光的高效率化或長壽命化，以銥錯合物等有機金屬錯合物為中心而進行了大量研究。
[現有技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]WO01/041512 A1
[專利文獻2]日本專利特開2001-313178號公報
[專利文獻3]日本專利特開2005-162709號公報
[專利文獻4]日本專利特開2005-166574號公報
[專利文獻5]US2012/0319088 A1
[專利文獻6]WO2013/094834 A1
[專利文獻7]US2009/0167162 A1
為了獲得高的發光效率，所使用的主體材料與所述摻雜劑(dopant)材料同時變重要。作為主體材料而提出的具代表性者可列舉專利文獻2中介紹的咔唑化合物的4,4'-雙(9-咔唑基)聯苯(CBP)。CBP於用作三(2-苯基吡啶)銥錯合物(Ir(ppy)3)所代表的綠色磷光發光材料的主體材料的情形時，因CBP具有容易流通電洞且不易流通電子的特性，故電荷注入平衡破壞，過剩的電洞於電子傳輸層側流出，結果自Ir(ppy)3的發光效率降低。
如上文所述，為了於有機EL元件中獲得高的發光效率，必需具有高的三重態激發能量、且兩電荷(電洞、電子)的注入傳輸特性取得了平衡的主體材料。進而，期望電氣化學性穩定、且具備高的耐熱性與優異的非晶穩定性的化合物，謀求進一步的改良。
於專利文獻3、專利文獻4、專利文獻5、專利文獻6、專利文獻7中，揭示有以下所示般的碳硼烷化合物。
然而，並未示出與二苯并噻吩的1位或2位或3位鍵結的碳硼烷化合物的有用性。
為了將有機EL元件應用於平板顯示器等顯示元件中，必須改善元件的發光效率同時充分確保驅動時的穩定性。鑒於所述現狀，本發明的目的在於提供一種具有高效率且高的驅動穩定性的實用上有用的有機EL元件及適於其的化合物。
本發明者等人進行了努力研究，結果發現，藉由將二苯并噻吩骨架的1位或2位或3位與碳硼烷骨架直接鍵結、且該等連結成直鏈狀的碳硼烷化合物用於有機EL元件，而顯示出優異的特性，從而完成了本發明。
本發明是有關於一種有機電場發光元件用材料，其包含通式(1)~通式(3)所表示的碳硼烷化合物。
[化2]
此處，環A表示式(1a)或式(1b)所表示的C2B10H10的二價碳硼烷基，於分子內存在多個環A的情形時可相同亦可不同。
r表示重複數，為0或1的整數。
L1、L2表示單鍵、或者二價的經取代或未經取代的碳數6~30的芳香族烴基、經取代或未經取代的碳數3~30的芳香族雜環基、或將選自該芳香族烴基及該芳香族雜環基中的芳香族基連結2個~6個而構成的連結芳香族基，連結芳香族的情形下可為直鏈狀亦可為分支狀，連結的芳香環可相同亦可不同，末端的L1、L2亦可為碳數1~12的烷基或碳數1~12的烷氧基。其中，於r=0的情形時，不成為單鍵，於r=1的情形時，L1、L2的至少一個為含有 芳香族雜環基的基團。
L3表示氫、或者經取代或未經取代的碳數6~30的芳香族烴基、經取代或未經取代的碳數3~30的芳香族雜環基、將該經取代或未經取代的芳香族環連結2個~6個而構成的連結芳香族基、碳數1~12的烷基或碳數1~12的烷氧基；連結芳香族基的情形下可為直鏈狀亦可為分支狀，連結的芳香環可相同亦可不同。
L1~L3中，芳香族基具有取代基的情形下的取代基為碳數1~12的烷基、碳數1~12的烷氧基或乙醯基，亦可經多個取代基所取代，多個取代基可相同亦可不同。
通式(1)中，較佳為L1~L3分別獨立地為經取代或未經取代的碳數6~18的芳香族烴基、經取代或未經取代的碳數3~17的芳香族雜環基、或將選自該芳香族烴基及該芳香族雜環中的芳香族基連結2個~6個而構成的連結芳香族基。另外，較佳為L1~L3分別獨立地為經取代或未經取代的碳數3~17的芳香族雜環基、或將選自該芳香族雜環中的芳香族基連結2個~6個而構成的連結芳香族基。進而，通式(1)中，較佳為r為0的整數。
另外，本發明是有關於一種有機電場發光元件，其是於基板上積層陽極、有機層及陰極而成，且所述有機電場發光元件具有含有所述有機電場發光元件用材料的有機層。
進而，較佳為含有所述有機電場發光元件用材料的有機層含有磷光發光摻雜劑。而且，理想的是磷光發光摻雜劑的發光波長於550nm以下具有最大發光波長。
本發明的磷光元件用材料採用以下結構：二苯并噻吩骨架的1位或2位或3位上的碳與碳硼烷骨架直接鍵結，且該等連結成直鏈狀。具有此種結構特徵的碳硼烷化合物由於對電子注入傳輸性造成影響的最低未佔分子軌道(Lowest unoccupied molecular orbital，LUMO)於分子總體中廣泛地分佈，故能以高水準來控制元件的電子注入傳輸性。進而，因具有封閉摻雜劑的最低三重態激發能量(T1能量)的充分高的T1能量，故可自摻雜劑有效地發光。根據以上特徵，藉由將該碳硼烷化合物用於有機EL元件，可降低元件的驅動電壓及達成高的發光效率。
另外，本發明的有機電場發光元件用材料顯示出良好的非晶特性及高的熱穩定性，同時於激發狀態下極為穩定，故使用其的有機EL元件的驅動壽命長而具有實用水準的耐久性。
1‧‧‧基板
2‧‧‧陽極
3‧‧‧電洞注入層
4‧‧‧電洞傳輸層
5‧‧‧發光層
6‧‧‧電子傳輸層
7‧‧‧陰極
圖1為表示有機EL元件的一結構例的剖面圖。
圖2表示本發明的碳硼烷化合物1的核磁共振(Nuclear Magnetic Resonance，NMR)圖譜(chart)。
本發明的有機電場發光元件用材料為所述通式(1)~通式(3)所表示的碳硼烷化合物。可認為，該碳硼烷化合物具有二苯并噻吩骨架的1位或2位或3位與碳硼烷骨架直接鍵結、且該等連結成直鏈狀的結構，藉此帶來如上所述般的優異效果。
通式(1)~通式(3)中，L1、L2表示單鍵、或者二價的經取代或未經取代的碳數6~30的芳香族烴基、經取代或未經取代的碳數3~30的芳香族雜環基、或連結芳香族基。此處，連結芳香族基是指將選自該芳香族烴基及該芳香族雜環基中的芳香族基連結2個~6個而構成的連結芳香族基。該連結芳香族基可為直鏈狀亦可為分支狀，連結的芳香環可相同亦可不同。而且，末端的L1、L2亦可為碳數1~12的烷基或碳數1~12的烷氧基。即，末端的L1、L2表示所述芳香族烴基、芳香族雜環基、連結芳香族基、烷基或烷氧基。此處，所謂末端是指不存在於2個環A之間。
L3表示氫、或者經取代或未經取代的碳數6~30的芳香族烴基、經取代或未經取代的碳數3~30的芳香族雜環基、將該經取代或未經取代的芳香族環連結2個~6個而構成的連結芳香族基、碳數1~12的烷基或碳數1~12的烷氧基。
於L1~L3的說明中，關於芳香族烴基、芳香族雜環基及連結芳香族基的說明應理解為：L1~L2的情形下為二價基，L3的情形下為一價基，除此以外共同。
另外，通式(1)~通式(3)所表示的碳硼烷化合物中的氫的一部分或全部亦可經取代為氘。
未經取代的芳香族烴基的具體例可列舉：自苯、萘、茀、蒽、菲、三伸苯、四伸苯、1,2-苯并苊(fluoranthene)、芘、1,2-苯并菲(chrysene)等芳香族烴化合物、或將該些化合物連結多個而成的芳香族烴化合物中去掉氫而生成的基團，較佳為自苯、萘、 茀、菲或三伸苯中去掉氫而生成的基團。
未經取代的芳香族雜環基的具體例可列舉：自吡啶、嘧啶、三嗪、喹啉、異喹啉、喹噁啉、萘啶、咔唑、吖啶、氮呯、三苯并氮呯、吩嗪、吩噁嗪、啡噻嗪、二苯并磷雜環戊二烯(dibenzophosphole)、二苯并硼雜環戊二烯(dibenzoborole)等芳香族雜環化合物、或將該些化合物連結多個而成的芳香族雜環化合物或二苯并噻吩的1位以外去掉氫而生成的連結基，較佳為自吡啶、嘧啶、三嗪、咔唑或二苯并噻吩的1位以外去掉氫而生成的基團。
將自芳香族烴化合物或將芳香族雜環化合物連結多個而成的芳香族化合物中去掉氫而生成的基團稱為連結芳香族基。連結芳香族基為將芳香族環連結2個~6個而構成的基團，連結的芳香族環可相同亦可不同，亦可包含芳香族烴基與芳香族雜環基兩者。連結的芳香族環的個數較佳為2~4，更佳為2或3。
所述連結芳香族基的具體例可列舉：自聯苯、三聯苯、苯基萘、二苯基萘、苯基蒽、二苯基蒽、二苯基茀、聯吡啶、聯嘧啶、聯三嗪、雙咔唑、苯基吡啶、苯基嘧啶、苯基三嗪、苯基咔唑、二苯基吡啶、二苯基三嗪、雙咔唑基苯等中去掉氫而生成的基團。
所述芳香族烴基、芳香族雜環基或連結芳香族基亦可具有取代基。L1~L3中，芳香族基具有取代基的情形下的取代基為碳數1~12的烷基、碳數1~12的烷氧基或乙醯基，烷基、烷氧 基可為直鏈狀、分支狀、環狀。較佳為碳數1~4的烷基、碳數1~2的烷氧基或乙醯基。
此處，烷基是指非芳香族烴基，除了鏈狀烴基以外，包含由環烷烴或萜烯類等所生成的環狀烴基。烷基的具體例可列舉：甲基、乙基、丙基、異丙基、丁基、戊基、己基、辛基等鏈狀或分支狀的烷基，環戊基、環己基等環烷基等環狀烷基。烷氧基的具體例可列舉：由該些甲基、乙基等烷基所衍生的甲氧基、乙氧基等烷氧基。
此處，於所述連結芳香族基為二價基的情形，例如是由下式所表示，能以直鏈狀或分支狀而連結。
(Ar1~Ar6為未經取代的芳香族烴環或芳香族雜環)
另外，於L3及末端的L1、L2為碳數1~12的烷基或碳數1~12的烷氧基的情形時，與所述取代基中說明的烷基、烷氧 基相同。
通式(1)~通式(3)中，r表示0或1的整數，較佳為0。
通式(1)~通式(3)中，環A表示式(1a)或式(1b)所表示的C2B10H10的二價碳硼烷基。較佳為式(1a)所表示的碳硼烷基。式(1a)或式(1b)所具有的2個結合鍵可自C生成，亦可自B生成，較佳為與L1、L2鍵結的結合鍵是自C生成。
通式(1)~通式(3)所表示的碳硼烷化合物中，較佳為通式(2)或通式(3)所表示的化合物，更佳為通式(2)所表示的化合物。
通式(1)~通式(3)中，分別相同的記號及式只要無特別說明，則應解釋為具有相同含意。
通式(1)~通式(3)所表示的碳硼烷化合物可根據目標化合物的結構來選擇原料，使用公知的方法而合成。
可參考「有機金屬化學雜誌(Journal of Organometallic Chemistry)」(1993，462，p19-29)中所示的合成例藉由以下的反應式來合成中間體(A-1)，由其而獲得目標化合物。
以下示出通式(1)~通式(3)所表示的碳硼烷化合物的具體例，但本發明的有機電場發光元件用材料不限定於該些具體例。
[化7]
[化8]
[化9]
[化10]
本發明的有機電場發光元件用材料藉由含有於在基板上積層陽極、多個有機層及陰極而成的有機EL元件的至少一個有機層中，而提供優異的有機電場發光元件。所含有的有機層合適的是發光層、電子傳輸層或電洞阻擋層。此處，於用於發光層中的情形時，除了可用作含有螢光發光、延遲螢光發光或磷光發光 性的摻雜劑的發光層的主體材料以外，還可將本發明的化合物用作放射螢光及延遲螢光的有機發光材料。於用作放射螢光及延遲螢光的有機發光材料的情形時，較佳為將激發單重態能量、激發三重態能量的至少任一者具有高於本發明的化合物的值的其他有機化合物用作主體材料。本發明的化合物尤佳為作為含有磷光發光摻雜劑的發光層的主體材料而含有。
繼而，對使用本發明的有機電場發光元件用材料的有機EL元件加以說明。
本發明的有機EL元件於積層於基板上的陽極與陰極之間具有含有至少一個發光層的有機層，且至少一個有機層含有本發明的有機電場發光元件用材料。有利的是將本發明的有機電場發光元件用材料與磷光發光摻雜劑一起含有於發光層中。
繼而，一面參照圖式一面對本發明的有機EL元件的結構加以說明，但本發明的有機EL元件的結構絲毫不限定於圖示者。
圖1為表示本發明中所用的通常的有機EL元件的結構例之剖面圖，1表示基板，2表示陽極，3表示電洞注入層，4表示電洞傳輸層，5表示發光層，6表示電子傳輸層，7表示陰極。本發明的有機EL元件中，亦可與發光層鄰接而具有激子阻擋層，另外，亦可於發光層與電洞注入層之間具有電子阻擋層。激子阻擋層可於發光層的陽極側、陰極側的任一側插入，亦可於兩側同時插入。本發明的有機EL元件中，具有基板、陽極、發光層及陰 極作為必需的層，除了必需的層以外的層中，以具有電洞注入傳輸層、電子注入傳輸層為宜，進而以於發光層與電子注入傳輸層之間具有電洞阻擋層為宜。再者，電洞注入傳輸層是指電洞注入層與電洞傳輸層的任一者或兩者，電子注入傳輸層是指電子注入層與電子傳輸層的任一者或兩者。
再者，亦可為與圖1相反的結構，即，於基板1上依序積層陰極7、電子傳輸層6、發光層5、電洞傳輸層4、陽極2，於該情形時，亦可視需要而追加、或省略層。
-基板-
本發明的有機EL元件較佳為經基板支撐。關於該基板，並無特別限制，只要為一直以來於有機EL元件中慣用者即可，例如可使用包含玻璃、透明塑膠、石英等的基板。
-陽極-
有機EL元件中的陽極可較佳地使用以功函數大(4eV以上)的金屬、合金、導電性化合物及該等的混合物作為電極物質者。此種電極物質的具體例可列舉：Au等金屬，CuI、氧化銦錫(Indium Tin Oxide，ITO)、SnO2、ZnO等導電性透明材料。另外，亦可使用可由出光氧化銦X金屬(Idemitsu Indium X-metal Oxide，IDIXO)(In2O3-ZnO)等非晶質來製作透明導電膜的材料。陽極可藉由蒸鍍或濺鍍等方法使該些電極物質形成薄膜，並藉由光微影法形成所需形狀的圖案，或者於不大需要圖案精度的情形(100μm以上左右)時，亦可於所述電極物質的蒸鍍或濺鍍時介隔所需形狀的 遮罩來形成圖案。或者，於使用如有機導電性化合物般可塗佈的物質的情形時，亦可使用印刷方式、塗敷方式等濕式成膜法。於自該陽極取出發光的情形時，理想的是使透射率大於10%，另外，陽極的薄片電阻(sheet resistance)較佳為幾百Ω/□以下。進而，膜厚雖亦取決於材料，但通常於10nm~1000nm、較佳為10nm~200nm的範圍內選擇。
-陰極-
另一方面，陰極可使用以功函數小(4eV以下)的金屬(電子注入性金屬)、合金、導電性化合物及該等的混合物作為電極物質者。此種電極物質的具體例可列舉：鈉、鈉-鉀合金、鎂、鋰、鎂/銅混合物、鎂/銀混合物、鎂/鋁混合物、鎂/銦混合物、鋁/氧化鋁(Al2O3)混合物、銦、鋰/鋁混合物、稀土金屬等。該些物質中，就電子注入性及對氧化等的耐久性的方面而言，較佳為電子注入性金屬與作為功函數的值較其更大的穩定金屬的第二金屬的混合物，例如鎂/銀混合物、鎂/鋁混合物、鎂/銦混合物、鋁/氧化鋁(Al2O3)混合物、鋰/鋁混合物、鋁等。陰極可藉由利用蒸鍍或濺鍍等方法使該些電極物質形成薄膜而製作。另外，陰極的薄片電阻較佳為幾百Ω/□以下，膜厚通常於10nm~5μm、較佳為50nm~200nm的範圍內選擇。再者，為了使所發出的光透射，只要有機EL元件的陽極或陰極的任一者為透明或半透明則發光亮度提高而合適。
另外，於將所述金屬以1nm~20nm的膜厚製作成陰極 後，於其上製作陽極的說明中列舉的導電性透明材料，藉此可製作透明或半透明的陰極，藉由將其加以應用，可製作陽極與陰極兩者具有透射性的元件。
-發光層-
發光層為藉由自陽極及陰極分別注入的電洞及電子再結合而生成激子後、進行發光的層，發光層中含有有機發光材料及主體材料。
於發光層為螢光發光層的情形時，螢光發光材料可單獨使用至少一種螢光發光材料，較佳為使用螢光發光材料作為螢光發光摻雜劑，且含有主體材料。
發光層中的螢光發光材料可使用通式(1)~通式(3)所表示的碳硼烷化合物，但因已由大量的專利文獻等而為人所知，故亦可自該等中選擇。例如可列舉：苯并噁唑衍生物、苯并噻唑衍生物、苯并咪唑衍生物、苯乙烯基苯衍生物、聚苯基衍生物、二苯基丁二烯衍生物、四苯基丁二烯衍生物、萘二甲醯亞胺(naphthalimide)衍生物、香豆素衍生物、縮合芳香族化合物、紫環酮(perinone)衍生物、噁二唑衍生物、噁嗪衍生物、醛連氮衍生物、吡咯啶衍生物、環戊二烯衍生物、雙苯乙烯基蒽衍生物、喹吖啶酮衍生物、吡咯并吡啶衍生物、噻二唑并吡啶衍生物、苯乙烯基胺衍生物、二酮基吡咯并吡咯衍生物、芳香族二次甲基(dimethylidyne)化合物，8-羥基喹啉(quinolinol)衍生物的金屬錯合物或吡咯亞甲基衍生物的金屬錯合物、稀土錯合物、過渡 金屬錯合物所代表的各種金屬錯合物等，聚噻吩、聚苯、聚苯乙炔等聚合物化合物，有機矽烷衍生物等。較佳可列舉：縮合芳香族化合物、苯乙烯基化合物、二酮基吡咯并吡咯化合物、噁嗪化合物、吡咯亞甲基金屬錯合物、過渡金屬錯合物、鑭系錯合物，更佳可列舉：稠四苯、芘、1,2-苯并菲(chrysene)、三伸苯、苯并[c]菲、苯并[a]蒽、稠五苯、苝、1,2-苯并苊、苊并-1,2-苯并苊(acenaphthofluoranthene)、二苯并[a,j]蒽、二苯并[a,h]蒽、苯并[a]稠四苯、稠六苯、蒽嵌蒽(anthanthrene)、萘并[2,1-f]異喹啉、α-萘并啡啶(α-naphta phenanthridine)、菲并噁唑(phenanthro oxazole)、喹啉并[6,5-f]喹啉、苯并萘并噻吩(benzothiophanthrene)等。該些化合物亦可具有烷基、芳基、芳香族雜環基、二芳基胺基作為取代基。
發光層中的螢光主體材料可使用通式(1)~通式(3)所表示的碳硼烷化合物，但因已由大量的專利文獻等而為人所知，故可自該等中選擇。例如可使用：萘、蒽、菲、芘、1,2-苯并菲、稠四苯、三伸苯、苝、1,2-苯并苊、茀、茚等具有縮合芳基環的化合物或其衍生物，N,N'-二萘基-N,N'-二苯基-4,4'-二苯基-1,1'-二胺等芳香族胺衍生物，以三(8-羥基喹啉)鋁(III)為代表的金屬螯合化氧交酯(oxynoid)化合物，二苯乙烯基苯衍生物等雙苯乙烯基衍生物，四苯基丁二烯衍生物，茚衍生物，香豆素衍生物，噁二唑衍生物，吡咯并吡啶衍生物，紫環酮(perinone)衍生物，環戊二烯衍生物，吡咯并吡咯衍生物，噻二唑并吡啶衍生物，二 苯并呋喃衍生物，咔唑衍生物，吲哚并咔唑衍生物，三嗪衍生物，聚合物系中的聚苯乙炔衍生物、聚對苯衍生物、聚茀衍生物、聚乙烯基咔唑衍生物、聚噻吩衍生物等，但並無特別限定。
於使用所述螢光發光材料作為螢光發光摻雜劑、且含有主體材料的情形時，螢光發光摻雜劑於發光層中所含有的量以於0.01重量%~20重量%、較佳為0.1重量%~10重量%的範圍內為宜。
通常，有機EL元件自陽極、陰極的兩電極對發光物質注入電荷，生成激發狀態的發光物質而進行發光。電荷注入型的有機EL元件的情形下，可謂所生成的激子中，被激發成單重態激發狀態者為25%，其餘75%被激發成三重態激發狀態。已知如「先進材料(Advanced Materials)」(2009，21，4802-4806.)所示，特定的螢光發光物質藉由系間交叉等而能量向三重態激發狀態躍遷後，藉由三重態-三重態消滅或熱能的吸收，經反向系間交叉為單重態激發狀態而放射螢光，表現出熱活化延遲螢光。本發明的有機EL元件中亦可表現出延遲螢光。於該情形時，亦可包含螢光發光及延遲螢光發光兩者。其中，亦可於發光的一部分中或局部地具有自主體材料的發光。
於發光層為延遲螢光發光層的情形時，延遲發光材料可單獨使用至少一種延遲發光材料，較佳為使用延遲螢光材料作為延遲螢光發光摻雜劑，且含有主體材料。
發光層中的延遲螢光發光材料可使用通式(1)~通式 (3)所表示的碳硼烷化合物，亦可自公知的延遲螢光發光材料中選擇。例如可列舉錫錯合物、吲哚并咔唑衍生物、銅錯合物、咔唑衍生物等。具體可列舉以下的非專利文獻、專利文獻中記載的化合物，但不限定於該些化合物。
1)「先進材料(Adv.Mater.)」(2009，21，4802-4806)；2)「應用物理通訊(Appl.Phys.Lett.)」(98，083302(2011))；3)日本專利特開2011-213643號公報；4)「美國化學會誌(J.Am.Chem.Soc.)」(2012，134，14706-14709)。
示出延遲發光材料的具體例，但不限定於下述化合物。
於使用所述延遲螢光發光材料作為延遲螢光發光摻雜 劑、且含有主體材料的情形時，延遲螢光發光摻雜劑於發光層中所含有的量以於0.01重量%~50重量%、較佳為0.1重量%~20重量%、更佳為0.01重量%~10%的範圍內為宜。
發光層中的延遲螢光主體材料可使用通式(1)~通式(3)所表示的碳硼烷化合物，亦可自碳硼烷以外的化合物中選擇。例如可使用：萘、蒽、菲、芘、1,2-苯并菲、稠四苯、三伸苯、苝、1,2-苯并苊、茀、茚等具有縮合芳基環的化合物或其衍生物，N,N'-二萘基-N,N'-二苯基-4,4'-二苯基-1,1'-二胺等芳香族胺衍生物，以三(8-羥基喹啉)鋁(III)為代表的金屬螯合化氧交酯化合物，二苯乙烯基苯衍生物等雙苯乙烯基衍生物，四苯基丁二烯衍生物，茚衍生物，香豆素衍生物，噁二唑衍生物，吡咯并吡啶衍生物，紫環酮(perinone)衍生物，環戊二烯衍生物，吡咯并吡咯衍生物，噻二唑并吡啶衍生物，二苯并呋喃衍生物，咔唑衍生物，吲哚并咔唑衍生物，三嗪衍生物，聚合物系中的聚苯乙炔衍生物、聚對苯衍生物、聚茀衍生物、聚乙烯基咔唑衍生物、聚噻吩衍生物，芳基矽烷衍生物等，但並無特別限定。
於發光層為磷光發光層的情形時，發光層含有磷光發光摻雜劑及主體材料。磷光發光摻雜劑材料以含有有機金屬錯合物為宜，所述有機金屬錯合物含有選自釕、銠、鈀、銀、錸、鋨、銥、鉑及金中的至少一種金屬。
較佳的磷光發光摻雜劑可列舉：具有Ir等貴金屬元素作為中心金屬的Ir(ppy)3等錯合物類、Ir(bt)2．acac3等錯合物類、 PtOEt3等錯合物類。以下示出該些錯合物類的具體例，但不限定於下述化合物。
所述磷光發光摻雜劑於發光層中所含有的量以於2重量%~40重量%、較佳為5重量%~30重量%的範圍內為宜。
於發光層為磷光發光層的情形時，發光層中的主體材料 較佳為使用本發明的所述通式(1)~通式(3)所表示的碳硼烷化合物。然而，於將該碳硼烷化合物用於發光層以外的其他任一有機層中的情形時，發光層中使用的材料亦可為碳硼烷化合物以外的其他主體材料。另外，亦可將碳硼烷化合物與其他主體材料併用。進而，亦可將公知的主體材料併用多種來使用。
可使用的公知的主體化合物較佳為具有電洞傳輸能力及電子傳輸能力、且防止發光的長波長化、而且具有高的玻璃轉移溫度的化合物。
此種其他主體材料已由大量的專利文獻等而為人所知，故可自該等中選擇。主體材料的具體例並無特別限定，可列舉：吲哚衍生物、咔唑衍生物、三唑衍生物、噁唑衍生物、噁二唑衍生物、咪唑衍生物、多芳基烷烴衍生物、吡唑啉衍生物、吡唑啉酮衍生物、苯二胺衍生物、芳基胺衍生物、胺基取代查耳酮衍生物、苯乙烯基蒽衍生物、茀酮衍生物、腙衍生物、二苯乙烯衍生物、矽氮烷衍生物、芳香族三級胺化合物、苯乙烯基胺化合物、芳香族二次甲基(dimethylidene)系化合物、卟啉系化合物、蒽醌二甲烷衍生物、蒽酮衍生物、二苯醌衍生物、二氧化噻喃衍生物、萘苝等的雜環四羧酸酐、酞菁衍生物、8-羥基喹啉(quinolinol)衍生物的金屬錯合物或金屬酞菁、以苯并噁唑或苯并噻唑衍生物的金屬錯合物為代表的各種金屬錯合物、聚矽烷系化合物、聚(N-乙烯基咔唑)衍生物、苯胺系共聚物、噻吩低聚物、聚噻吩衍生物、聚苯衍生物、聚苯乙炔衍生物、聚茀衍生物等高 分子化合物等。
發光層可為螢光發光層、延遲螢光發光層或磷光發光層的任一種，較佳為磷光發光層。
-注入層-
所謂注入層，是指為了降低驅動電壓或提高發光亮度而設置於電極與有機層間的層，藉此有電洞注入層及電子注入層，亦可存在於陽極與發光層或電洞傳輸層之間、及陰極與發光層或電子傳輸層之間。注入層可視需要而設置。
-電洞阻擋層-
所謂電洞阻擋層，廣義上具有電子傳輸層的功能，包含具有傳輸電子的功能且傳輸電洞的能力明顯小的電洞阻擋材料，可藉由傳輸電子且阻擋電洞而提高電子與電洞的再結合概率。
電洞阻擋層中，較佳為使用本發明的通式(1)~通式(3)所表示的碳硼烷化合物，於將碳硼烷化合物用於其他任一有機層的情形時，亦可使用公知的電洞阻擋層材料。另外，電洞阻擋層材料可視需要而使用後述電子傳輸層的材料。
-電子阻擋層-
所謂電子阻擋層，包含具有傳輸電洞的功能且傳輸電子的能力明顯小的材料，可藉由傳輸電洞並且阻擋電子而提高電子與電洞再結合的概率。
電子阻擋層的材料可視需要而使用後述電洞傳輸層的材料。電子阻擋層的膜厚較佳為3nm~100nm，更佳為5nm~30 nm。
-激子阻擋層-
所謂激子阻擋層，為用以阻擋於發光層內因電洞與電子再結合而生成的激子擴散至電荷傳輸層中的層，藉由插入該層，可有效地將激子封閉於發光層內，從而可提高元件的發光效率。激子阻擋層可鄰接於發光層而於陽極側、陰極側的任一側插入，亦可於兩側同時插入。
激子阻擋層的材料可使用通式(1)~通式(3)所表示的碳硼烷化合物，其他材料例如可列舉：1,3-二咔唑基苯(mCP)或雙(2-甲基-8-羥基喹啉(quinolinolato))-4-苯基苯酚鋁(III)(BAlq)。
-電洞傳輸層-
所謂電洞傳輸層，包含具有傳輸電洞的功能的電洞傳輸材料，電洞傳輸層可設置單層或多層。
電洞傳輸材料具有電洞的注入或傳輸、電子的障壁性的任一種，可為有機物、無機物的任一種。可使用的公知的電洞傳輸材料較佳為使用通式(1)~通式(3)所表示的碳硼烷化合物，但可自現有公知的化合物中選擇使用任意者。可使用的公知的電洞傳輸材料例如可列舉：三唑衍生物、噁二唑衍生物、咪唑衍生物、多芳基烷烴衍生物、吡唑啉衍生物及吡唑啉酮衍生物、苯二胺衍生物、芳基胺衍生物、胺基取代查耳酮衍生物、噁唑衍生物、苯乙烯基蒽衍生物、茀酮衍生物、腙衍生物、二苯乙烯衍生物、 矽氮烷衍生物、苯胺系共聚物、以及導電性高分子低聚物、特別是噻吩低聚物等，較佳為使用卟啉化合物、芳香族三級胺化合物及苯乙烯基胺化合物，更佳為使用芳香族三級胺化合物。
-電子傳輸層-
所謂電子傳輸層，包含具有傳輸電子的功能的材料，電子傳輸層可設置單層或多層。
電子傳輸材料(有時亦兼作電洞阻擋材料)只要具有將自陰極注入的電子傳至發光層的功能即可。電子傳輸層中，較佳為使用本發明的通式(1)~通式(3)所表示的碳硼烷化合物，但可自現有公知的化合物中選擇使用任意者，例如可列舉：硝基取代茀衍生物、二苯醌衍生物、二氧化噻喃衍生物、碳二亞胺、亞茀基甲烷衍生物、蒽醌二甲烷及蒽酮衍生物、噁二唑衍生物等。進而，於所述噁二唑衍生物中將噁二唑環的氧原子取代為硫原子而成的噻二唑衍生物、具有作為吸電子基而已知的喹噁啉環的喹噁啉衍生物亦可用作電子傳輸材料。進而，亦可使用將該些材料導入至高分子鏈中、或以該些材料作為高分子的主鏈的高分子材料。
[實施例]
以下，藉由實施例對本發明加以更詳細說明，但本發明當然不限定於該些實施例，只要不超出其主旨，則能以各種形態而實施。
藉由以下所示的路徑來合成成為有機電場發光元件用 材料的碳硼烷化合物。再者，化合物編號與對所述化學式標註的編號相對應。
實施例1
依照以下的反應式來合成化合物1。
於氮氣環境下添加間碳硼烷35.0g(0.243mol)、1,2-二甲氧基乙烷(1,2-dimethoxy ethane，DME)200mL，將所得的DME溶液冷卻至0℃為止。滴加2.69M的正丁基鋰己烷溶液96.8mL，於冰浴冷卻下攪拌30分鐘。添加吡啶70mL，於室溫下攪拌10分鐘後，添加氯化銅(I)75.6g(0.763mol)，於65℃下攪拌30分鐘。其後，添加2-溴二苯并噻吩73.9g(0.280mol)，於95℃下攪拌一夜。將反應溶液冷卻至室溫後，濾取所析出的結晶，將溶劑減壓蒸餾去除。利用矽膠管柱層析法對所得的殘渣進行純化，獲得中間體A 8.0g(24.5mmol，產率為10.0%)。
於氮氣環境下添加2,8-二溴二苯并噻吩50.0g(0.146mol)、咔唑24.4g(0.146mol)、碘化銅2.78g(14.6mmol)、磷酸三鉀92.9g(0.438mol)、反式-1,2-環己烷二胺5.3mL(43.8mmol)、1,4-二噁烷1L，於115℃下攪拌一夜。將反應溶液冷卻至室溫後，濾取所析出的結晶，將溶劑減壓蒸餾去除。利用矽膠管柱層析法對所得的殘渣進行純化，以白色固體的形式獲得中間體B 11.2g(26.2mmol，產率為18%)。
於氮氣環境下添加中間體A 8.0g(0.0245mol)、DME 138mL，將所得的DME溶液冷卻至0℃為止。滴加2.69M的正丁基鋰己烷溶液9.89mL，於冰浴冷卻下攪拌30分鐘。添加吡啶6.7mL，於室溫下攪拌10分鐘後，添加氯化銅(I)7.5g(76.0mmol)，於65℃下攪拌30分鐘。其後，添加中間體B 11.2g(0.0262mol)，於95℃下攪拌2天。將反應溶液冷卻至室溫後，濾取所析出的結晶，將溶劑減壓蒸餾去除。利用矽膠管柱層析法對所得的殘渣進行純化，獲得3.7g(5.50mmol，產率為22%)化合物1。將大氣壓化學電離-飛行時間質譜(Atmospheric Pressure Chemical Ionization Time-of-flight Mass Spectrometry，APCI-TOFMS)、m/z 674[M]+、1H-NMR測定結果(測定溶劑：CDCl3)示於圖2中。
依據所述合成例及說明書中記載的合成方法，來合成化合物13、化合物25、化合物26、化合物29、化合物36、化合物45、化合物57及化合物H-1、化合物H-2、化合物H-3。
另外，使用化合物1、化合物13、化合物25、化合物 26、化合物29、化合物36、化合物45、化合物57及化合物H-1、化合物H-2、化合物H-3，來製作有機EL元件。
實施例2
於形成有包含膜厚70nm的氧化銦錫(ITO)的陽極的玻璃基板上，藉由真空蒸鍍法以2.0×10-5Pa的真空度來積層各薄膜。首先，於ITO上以30nm的厚度形成銅酞菁(CuPC)作為電洞注入層。繼而，以15nm的厚度形成二苯基萘基二胺(NPD)作為電洞傳輸層。繼而，於電洞傳輸層上，自不同的蒸鍍源來共蒸鍍作為發光層的主體材料的化合物1與作為摻雜劑的作為藍色磷光材料的銥錯合物[雙(4,6-二-氟苯基)-吡啶-N,C2']吡啶甲酸銥(III)](Iridium(III)bis(4,6-di-fluorophenyl)-pyridinate-N,C2']picolinate，FIrpic)，以30nm的厚度形成發光層。FIrpic的濃度為20%。繼 而，以25nm的厚度形成Alq3作為電子傳輸層。進而，於電子傳輸層上以1.0nm的厚度形成氟化鋰(LiF)作為電子注入層。最後，於電子注入層上以70nm的厚度形成鋁(Al)作為電極。所得的有機EL元件具有於圖1所示的有機EL元件中於陰極與電子傳輸層之間追加電子注入層的層構成。
對所得的有機EL元件連接外部電源並施加直流電壓，結果確認到具有如表2所示的發光特性。表1中，亮度、電壓及發光效率顯示出2.5mA/cm2的值(初始特性)。再者得知，元件發光光譜的最大波長為475nm，獲得了來自FIrpic的發光。
實施例3~實施例9
使用化合物13、化合物25、化合物26、化合物29、化合物36、化合物45、化合物57代替化合物1來作為實施例2中的發光層的主體材料，除此以外，與實施例2同樣地製作有機EL元件。
比較例1
除了使用mCP作為實施例2中的發光層的主體材料以外，與實施例2同樣地製作有機EL元件。
比較例2~比較例4
除了使用化合物H-1、化合物H-2、化合物H-3作為實施例2中的發光層的主體材料以外，與實施例2同樣地製作有機EL元件。
與實施例3同樣地對實施例3~實施例9及比較例1~比較例4中所得的有機EL元件進行評價，結果確認到具有表1所示般的發光特性。再者可鑑定，實施例3~實施例9及比較例1~ 比較例4中所得的有機EL元件的發光光譜的最大波長為475nm，獲得了來自FIrpic的發光。
實施例10
於形成有包含膜厚70nm的氧化銦錫(ITO)的陽極的玻璃基板上，藉由真空蒸鍍法以2.0×10-5Pa的真空度來積層各薄膜。首先，於ITO上以30nm的厚度形成銅酞菁(CuPC)作為電洞注入層。繼而，以15nm的厚度形成二苯基萘基二胺(NPD)作為電洞傳輸層。繼而，於電洞傳輸層上自不同的蒸鍍源來共蒸鍍作為發光層的主體材料的化合物1與作為摻雜劑的Ir(ppy)3，以30nm的厚度形成發光層。Ir(ppy)3的濃度為10%。繼而，以25nm的厚度形成Alq3作為電子傳輸層。進而，於電子傳輸層上以1nm的厚度形成氟化鋰(LiF)作為電子注入層。最後，於電子注入層上以70nm的厚度形成鋁(Al)作為電極，製作有機EL元件。
對所得的有機EL元件連接外部電源並施加直流電壓，結果確認到具有表2所示般的發光特性。於表2中，亮度、電壓及發光效率顯示出20mA/cm2的驅動時的值(初始特性)。得知元件發光光譜的最大波長為530nm，獲得了來自Ir(ppy)3的發光。
實施例11~實施例17
除了使用化合物13、化合物25、化合物26、化合物29、化合物36、化合物45、化合物57代替化合物1作為實施例11中的發光層的主體材料以外，與實施例10同樣地製作有機EL元件。
比較例5~比較例8
除了使用CBP、H-1、H-2、H-3作為實施例10中的發光層的主體材料以外，與實施例10同樣地製作有機EL元件。
與實施例10同樣地對實施例11~實施例17及比較例5~比較例8中所得的有機EL元件進行評價，結果確認到具有表2所示般的發光特性。再者可鑑定，實施例11~實施例17及比較例5~比較例8中所得的有機EL元件的發光光譜的最大波長為530nm，獲得了來自Ir(ppy)3的發光。
實施例18
於形成有包含膜厚70nm的氧化銦錫(ITO)的陽極的玻璃基板上，藉由真空蒸鍍法以2.0×10-5Pa的真空度積層各薄膜。首先，於ITO上以30nm的厚度形成銅酞菁(CuPC)作為電洞注入層。進而，以15nm的厚度形成二苯基萘基二胺(NPD)作為電洞傳輸層。繼而，於電洞傳輸層上自不同的蒸鍍源來共蒸鍍作為發光層的主體材料的mCP與作為摻雜劑的FIrpic，以30nm的厚度形成發光層。FIrpic的濃度為20%。繼而，於發光層上以5nm的厚度形成化合物1作為電洞阻擋層。繼而，以20nm的厚度形成Alq3作為電子傳輸層。進而，於電子傳輸層上以1.0nm的厚度形成氟化鋰(LiF)作為電子注入層。最後，於電子注入層上以70nm的厚度形成鋁(Al)作為電極。所得的有機EL元件具有如下層構成：於圖1所示的有機EL元件中，於陰極與電子傳輸層之間追加電子 注入層，及於發光層與電子傳輸層之間追加電洞阻擋層。
對所得的有機EL元件連接外部電源並施加直流電壓，結果確認到具有如表3所示般的發光特性。表3中，亮度、電壓及發光效率顯示出20mA/cm2的驅動時的值(初始特性)。得知元件發光光譜的最大波長為475nm，獲得了來自FIrpic的發光。
實施例19~實施例25
除了使用化合物13、化合物25、化合物26、化合物29、化合物36、化合物45、化合物57代替化合物1來作為實施例18中的電洞阻擋材料以外，與實施例18同樣地製作有機EL元件。
比較例9
將實施例18中的作為電子傳輸層的Alq3的膜厚設定為25nm，且不設置電洞阻擋層，除此以外，與實施例18同樣地製作有機EL元件。
比較例10~比較例12
除了使用化合物H-1、化合物H-2、化合物H-3作為實施例18中的電洞阻擋材料以外，與實施例18同樣地製作有機EL元件。
與實施例18同樣地對實施例19~實施例25及比較例9~比較例12中所得的有機EL元件進行評價，結果確認到具有如表3所示般的發光特性。再者可鑑定，實施例19~實施例25及比較例9~比較例12中所得的有機EL元件的發光光譜的最大波長為475nm，獲得了來自FIrpic的發光。再者，實施例19~實施例25及比較例9~比較例12中使用的發光層的主體材料均為mCP。
與不使用電洞阻擋材料的比較例9相比，於所有例中可見初始特性的改善，但其中於將本發明的碳硼烷化合物用於電洞阻擋層的情形時，顯示出良好的特性。
1‧‧‧基板
2‧‧‧陽極
3‧‧‧電洞注入層
4‧‧‧電洞傳輸層
5‧‧‧發光層
6‧‧‧電子傳輸層
7‧‧‧陰極

Claims (9)

  1. 一種有機電場發光元件用材料，其特徵在於：包含通式(1)、通式(2)或通式(3)所表示的碳硼烷化合物， 此處，環A表示式(1a)或式(1b)所表示的C2B10H10的二價碳硼烷基，於分子內存在多個環A的情形時可相同亦可不同；r為重複數，表示0或1的整數；L1、L2表示單鍵、或者二價的經取代或未經取代的碳數6~30的芳香族烴基、經取代或未經取代的碳數3~30的芳香族雜環基、或將選自所述芳香族烴基及所述芳香族雜環基中的芳香族基連結2個~6個而構成的連結芳香族基，但末端的L1、L2亦可為碳數1~12的烷基或碳數1~12的烷氧基；連結芳香族基的情形下可為 直鏈狀亦可為分支狀，連結的芳香環可相同亦可不同；其中，於r=0的情形時，不成為單鍵，於r=1的情形時，包含至少一個芳香族雜環基；L3表示氫、或者經取代或未經取代的碳數6~30的芳香族烴基、經取代或未經取代的碳數3~30的芳香族雜環基、或將選自所述經取代或未經取代的芳香族烴基或芳香族雜環基中的芳香族基連結2個~6個而構成的連結芳香族基、碳數1~12的烷基或碳數1~12的烷氧基；連結芳香族基的情形下可為直鏈狀亦可為分支狀，連結的芳香環可相同亦可不同；L1~L3中，芳香族基具有取代基的情形下的取代基為碳數1~12的烷基、碳數1~12的烷氧基或乙醯基，亦可經多個取代基所取代，多個取代基可相同亦可不同。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的有機電場發光元件用材料，其中於通式(1)~通式(3)中，環A為式(1a)所表示的C2B10H8的二價碳硼烷基。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的有機電場發光元件用材料，其中通式(1)~通式(3)中，L1~L3分別獨立地為經取代或未經取代的碳數6~18的芳香族烴基、經取代或未經取代的碳數3~17的芳香族雜環基、或將選自所述芳香族烴基及所述芳香族雜環基中的芳香族基連結2個~6個而構成的連結芳香族基。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的有機電場發光元件用材料，其中通式(1)~通式(3)中，L1~L3分別獨立地為經取代或未 經取代的碳數3~17的芳香族雜環基、或將選自所述芳香族雜環基中的芳香族基連結2個~6個而構成的連結芳香族基。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的有機電場發光元件用材料，其中通式(1)~通式(3)中，r為0的整數。
  6. 一種有機電場發光元件，其特徵在於：其是於基板上積層陽極、有機層及陰極而成，並且所述有機層的至少一層為含有如申請專利範圍第1項至第5項中任一項所述的有機電場發光元件用材料的有機層。
  7. 如申請專利範圍第6項所述的有機電場發光元件，其中含有有機電場發光元件用材料的有機層為選自由發光層、電子傳輸層及電洞阻擋層所組成的組群中的至少一個層。
  8. 如申請專利範圍第6項所述的有機電場發光元件，其中含有有機電場發光元件用材料的有機層為含有磷光發光摻雜劑的發光層。
  9. 如申請專利範圍第8項所述的有機電場發光元件，其中磷光發光摻雜劑的發光波長於550nm以下具有最大發光波長。
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