WO2018180709A1 - 化合物、それを含有する電子デバイス、有機薄膜発光素子、表示装置および照明装置 - Google Patents

化合物、それを含有する電子デバイス、有機薄膜発光素子、表示装置および照明装置 Download PDF

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WO2018180709A1
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徳田貴士
田中大作
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東レ株式会社
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07DHETEROCYCLIC COMPOUNDS
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    • H10K50/14Carrier transporting layers
    • H10K50/16Electron transporting layers
    • H10K50/167Electron transporting layers between the light-emitting layer and the anode

Definitions

  • the present invention relates to a compound, an electronic device containing the compound, an organic thin film light emitting element, a display device, and a lighting device.
  • An organic thin film light-emitting element is an element that emits light when electrons injected from a cathode and holes injected from an anode are recombined in an organic phosphor sandwiched between the two electrodes.
  • Organic thin-film light-emitting devices are thin, can emit light with high brightness under low driving voltage, and can emit multicolor light by properly selecting light-emitting materials such as fluorescent light-emitting materials and phosphorescent light-emitting materials It is a feature.
  • organic thin-film light-emitting elements have been steadily put into practical use, such as being used in the main display of mobile phones.
  • the existing organic thin film light emitting devices still have many technical problems.
  • achieving both high-efficiency light emission and extending the life of the organic thin-film light-emitting element is a major issue.
  • nitrogen-containing aromatic heterocycle compounds in which a carbazole skeleton is linked to a quinazoline skeleton that is a heteroaromatic ring containing a nitrogen atom (hereinafter referred to as “nitrogen-containing aromatic heterocycle”) have been developed (for example, Patent Documents 1-2 and Non-Patent Document 1).
  • An object of the present invention is to provide an organic thin-film light-emitting element that solves the problems of the prior art and has improved luminous efficiency, driving voltage, and durability life.
  • the present invention is a compound represented by the following general formula (1).
  • L 1 and L 2 are a single bond, a substituted or unsubstituted arylene group, or a substituted or unsubstituted heteroarylene group.
  • L 1 is linked at any one position among X 1 to X 8 and R 55
  • L 2 is linked at any one position among X 9 to X 16 and R 56 .
  • L 1 is connected at the position of R 55 and L 2 is connected at the position of R 56 .
  • Either L 1 or L 2 is necessarily a substituted or unsubstituted arylene group or a substituted or unsubstituted heteroarylene group.
  • R 51 to R 54 are each independently a hydrogen atom, alkyl group, cycloalkyl group, heterocyclic group, alkenyl group, cycloalkenyl group, alkynyl group, alkoxy group, alkylthio group, aryl ether group, aryl thioether group, aryl Selected from the group consisting of a group, a heteroaryl group, a halogen atom, a cyano group, an amino group, a carbonyl group, a carboxy group, an oxycarbonyl group, a carbamoyl group, and —P ( ⁇ O) R 57 R 58 .
  • R 57 and R 58 are an aryl group or a heteroaryl group, and R 57 and R 58 may be condensed to form a ring.
  • R 55 and R 56 are selected from the group consisting of a hydrogen atom, an alkyl group, a cycloalkyl group, a heterocyclic group, an alkenyl group, a cycloalkenyl group, an aryl group, and a heteroaryl group.
  • R 17 and R 18 are an aryl group or a heteroaryl group, and R 17 and R 18 may be condensed to form a ring.
  • an organic thin film light emitting device excellent in terms of high luminous efficiency, low driving voltage and long durability life.
  • L 1 and L 2 are a single bond, a substituted or unsubstituted arylene group, or a substituted or unsubstituted heteroarylene group.
  • L 1 is linked at any one position among X 1 to X 8 and R 55
  • L 2 is linked at any one position among X 9 to X 16 and R 56 .
  • L 1 is connected at the position of R 55 and L 2 is connected at the position of R 56 .
  • Either L 1 or L 2 is necessarily a substituted or unsubstituted arylene group or a substituted or unsubstituted heteroarylene group.
  • R 51 to R 54 are each independently a hydrogen atom, alkyl group, cycloalkyl group, heterocyclic group, alkenyl group, cycloalkenyl group, alkynyl group, alkoxy group, alkylthio group, aryl ether group, aryl thioether group, aryl Selected from the group consisting of a group, a heteroaryl group, a halogen atom, a cyano group, an amino group, a carbonyl group, a carboxy group, an oxycarbonyl group, a carbamoyl group, and —P ( ⁇ O) R 57 R 58 .
  • R 57 and R 58 are an aryl group or a heteroaryl group, and R 57 and R 58 may be condensed to form a ring.
  • R 55 and R 56 are selected from the group consisting of a hydrogen atom, an alkyl group, a cycloalkyl group, a heterocyclic group, an alkenyl group, a cycloalkenyl group, an aryl group, and a heteroaryl group.
  • R 17 and R 18 are an aryl group or a heteroaryl group, and R 17 and R 18 may be condensed to form a ring.
  • hydrogen may be deuterium.
  • a substituted or unsubstituted aryl group having 6 to 40 carbon atoms is 6 to 40 carbon atoms including the number of carbon atoms contained in the substituent group substituted on the aryl group. The same applies to other substituents that define the number of carbon atoms.
  • substituents include the alkyl group, cycloalkyl group, heterocyclic group, alkenyl group, cycloalkenyl group, alkynyl group, alkoxy group, alkylthio group, aryl as described above.
  • An ether group, an arylthioether group, an aryl group, a heteroaryl group, a halogen atom, a cyano group, an amino group, a carbonyl group, a carboxy group, an oxycarbonyl group, and a carbamoyl group are preferred, and further preferred in the description of each substituent. Specific substituents are preferred. Moreover, these substituents may be further substituted with the above-mentioned substituents.
  • the alkyl group represents, for example, a saturated aliphatic hydrocarbon group such as a methyl group, an ethyl group, an n-propyl group, an isopropyl group, an n-butyl group, a sec-butyl group, or a tert-butyl group.
  • the alkyl group may or may not have a substituent. There is no restriction
  • the number of carbon atoms of the alkyl group is not particularly limited, but is preferably in the range of 1 to 20 and more preferably 1 to 8 from the viewpoint of availability and cost.
  • the cycloalkyl group represents a saturated alicyclic hydrocarbon group such as a cyclopropyl group, a cyclohexyl group, a norbornyl group, an adamantyl group, and the like.
  • the cycloalkyl group may or may not have a substituent.
  • the carbon number of the alkyl group moiety in the cycloalkyl group is not particularly limited, but is preferably in the range of 3 or more and 20 or less.
  • the heterocyclic group refers to an aliphatic ring having an atom other than carbon, such as a pyran ring, a piperidine ring, or a cyclic amide.
  • the heterocyclic group may or may not have a substituent.
  • the heterocyclic ring may have one or more double bonds in the ring as long as it does not have aromaticity.
  • carbon number of a heterocyclic group is not specifically limited, Preferably it is the range of 2-20.
  • alkenyl group refers to an unsaturated aliphatic hydrocarbon group containing a double bond, such as a vinyl group, an allyl group, or a butadienyl group.
  • the alkenyl group may or may not have a substituent.
  • carbon number of an alkenyl group is not specifically limited, Preferably it is the range of 2-20.
  • the cycloalkenyl group refers to an unsaturated alicyclic hydrocarbon group containing a double bond such as a cyclopentenyl group, a cyclopentadienyl group, or a cyclohexenyl group.
  • the cycloalkenyl group may or may not have a substituent.
  • carbon number of a cycloalkenyl group is not specifically limited, Preferably it is the range of 4-20.
  • An alkynyl group refers to an unsaturated aliphatic hydrocarbon group containing a triple bond, such as an ethynyl group.
  • the alkynyl group may or may not have a substituent.
  • carbon number of an alkynyl group is not specifically limited, Preferably it is the range of 2-20.
  • An alkoxy group refers to a functional group in which an aliphatic hydrocarbon group is bonded via an ether bond, such as a methoxy group, an ethoxy group, or a propoxy group.
  • This aliphatic hydrocarbon group may or may not have a substituent.
  • carbon number of an alkoxy group is not specifically limited, Preferably it is the range of 1-20.
  • the alkylthio group is a group in which an oxygen atom of an ether bond of an alkoxy group is substituted with a sulfur atom.
  • the hydrocarbon group of the alkylthio group may or may not have a substituent. Although carbon number of an alkylthio group is not specifically limited, Preferably it is the range of 1-20.
  • An aryl ether group refers to a functional group to which an aromatic hydrocarbon group is bonded via an ether bond, such as a phenoxy group. This aromatic hydrocarbon group may or may not have a substituent. Although carbon number of an aryl ether group is not specifically limited, Preferably, it is the range of 6-40.
  • the aryl thioether group is a group in which an oxygen atom of an ether bond of an aryl ether group is substituted with a sulfur atom.
  • the aromatic hydrocarbon group in the aryl thioether group may or may not have a substituent.
  • the number of carbon atoms of the arylthioether group is not particularly limited, but is preferably in the range of 6 or more and 40 or less.
  • the aryl group represents an aromatic hydrocarbon group such as a phenyl group, a naphthyl group, a biphenyl group, a terphenyl group, a phenanthryl group, an anthracenyl group, a pyrenyl group, or a fluoranthenyl group.
  • the aryl group may or may not have a substituent.
  • carbon number of an aryl group is not specifically limited, Preferably, it is the range of 6-40, More preferably, it is the range of 6-24.
  • Specific examples of the aryl group are preferably a phenyl group, a 1-naphthyl group, and a 2-naphthyl group.
  • a heteroaryl group is a furanyl group, thiophenyl group, pyridyl group, quinolinyl group, isoquinolinyl group, pyrazinyl group, pyrimidyl group, naphthyridyl group, benzofuranyl group, benzothiophenyl group, indolyl group, dibenzofuranyl group, dibenzothiophenyl group And a cyclic aromatic group having one or more atoms other than carbon, such as a carbazolyl group, in the ring.
  • the heteroaryl group may or may not have a substituent. Although carbon number of heteroaryl group is not specifically limited, Preferably it is the range of 2-30. Specific examples of the heteroaryl group are preferably a pyridyl group, a quinolyl group, a carbazolyl group, a dibenzofuranyl group, and a dibenzothiophenyl group.
  • An amino group is a substituted or unsubstituted amino group.
  • substituent in the case of substitution include an aryl group, a heteroaryl group, a linear alkyl group, and a branched alkyl group. More specifically, a phenyl group, a biphenyl group, a naphthyl group, a pyridyl group, a methyl group and the like can be mentioned, and these substituents may be further substituted.
  • carbon number of a substituent is not specifically limited, Preferably, it is the range of 6-40.
  • the halogen atom is an atom selected from fluorine, chlorine, bromine and iodine.
  • the carbonyl group, carboxy group, oxycarbonyl group, carbamoyl group and phosphine oxide group may or may not have a substituent.
  • substituents include an alkyl group, a cycloalkyl group, an aryl group, and a heteroaryl group, and these substituents may be further substituted.
  • Arylene group refers to a divalent or higher valent group derived from an aromatic hydrocarbon group such as benzene, naphthalene, biphenyl, fluorene, phenanthrene.
  • the arylene group may or may not have a substituent.
  • Preferred arylene groups are divalent or trivalent arylene groups. Specific examples of the arylene group include a phenylene group, a biphenylene group, a naphthylene group, and a fluorenylene group.
  • 1,4-phenylene group 1,3-phenylene group, 1,2-phenylene group, 4,4′-biphenylene group, 4,3′-biphenylene group, 3,3′-biphenylene group 1,4-naphthalenylene group, 1,5-naphthalenylene group, 2,5-naphthalenylene group, 2,6-naphthalenylene group, 2,7-naphthalenylene group, 1,3,5-phenylene group and the like. More preferred are 1,4-phenylene group, 1,3-phenylene group, 4,4'-biphenylene group, and 4,3'-biphenylene group.
  • a heteroarylene group is a divalent or higher valent group derived from an aromatic group having one or more atoms other than carbon, such as pyridine, quinoline, pyrimidine, pyrazine, triazine, quinoxaline, quinazoline, dibenzofuran, dibenzothiophene. The group of is shown.
  • the heteroarylene group may or may not have a substituent.
  • Preferred heteroarylene groups are divalent or trivalent heteroarylene groups. Although carbon number of heteroarylene group is not specifically limited, Preferably it is the range of 2-30.
  • heteroarylene group examples include 2,6-pyridylene group, 2,5-pyridylene group, 2,4-pyridylene group, 3,5-pyridylene group, 3,6-pyridylene group, 2,4, 6-pyridylene group, 2,4-pyrimidinylene group, 2,5-pyrimidinylene group, 4,6-pyrimidinylene group, 2,4,6-pyrimidinylene group, 2,4,6-triazinylene group, 4,6-dibenzofurani
  • Examples include a len group, a 2,6-dibenzofuranylene group, a 2,8-dibenzofuranylene group, and a 3,7-dibenzofuranylene group.
  • the quinazoline skeleton Since the quinazoline skeleton has two nitrogen atoms that form sp 2 hybrid orbitals with high electronegativity, it has a high affinity with electrons and a high electron transport property. Therefore, when a compound having a quinazoline skeleton is used for the electron injection layer of the organic thin film light emitting device, electron injection from the cathode to the electron injection layer is likely to occur.
  • the electron transport layer exhibits high electron transport properties.
  • the LUMO energy level of a molecule consisting only of a quinazoline skeleton is too low compared to the lowest empty orbital (LUMO) energy level of the light emitting layer. This hinders electron injection from the electron transport layer to the light emitting layer.
  • a carbazole skeleton is introduced into the compound represented by the general formula (1). This is because the carbazole skeleton has a property of increasing the LUMO energy level and a good electron transport property.
  • a carbazole skeleton By introducing a carbazole skeleton into a compound having a quinazoline skeleton, a low LUMO energy level derived from the quinazoline skeleton is increased. Therefore, when such a compound is used for the electron transport layer, the electron injection into the light emitting layer can be enhanced.
  • the carbazole skeleton and quinazoline skeleton have a property of high charge transportability in the skeleton.
  • the highest occupied orbital (HOMO) and LUMO spread in the molecule.
  • the overlap of orbits with adjacent molecules also increases, improving the charge transport property.
  • the compound represented by the general formula (1) is used in any of the layers constituting the organic thin film light emitting device, electrons generated from the cathode and holes generated from the anode can be efficiently transported, The driving voltage of the organic thin film light emitting element can be lowered. As a result, the luminous efficiency of the organic thin film light emitting element can be improved.
  • the molecular orbitals are widened, so that radicals generated when charges are received are stabilized.
  • the carbazole skeleton and the quinazoline skeleton have high stability against electric charges, that is, electrochemical stability. Therefore, when the compound represented by the general formula (1) is used for any layer constituting the organic thin film light emitting element, the durability life of the organic thin film light emitting element is improved.
  • the carbazole skeleton and quinazoline skeleton each have a rigid structure in which a plurality of rings are condensed. Therefore, the compounds having these skeletons exhibit a high glass transition temperature. Further, when such a compound is sublimated, due to its rigid structure, each molecule is not entangled and is stably sublimated. Thus, since the glass transition temperature of the compound represented by General formula (1) is high, the heat resistance of an organic thin film light emitting element improves. Moreover, since the good quality film
  • the compound represented by the general formula (1) has two carbazole skeletons and a quinazoline skeleton in the molecule, so that all of high luminous efficiency, low driving voltage, and long durability life are possible. .
  • the compound represented by the general formula (1) is preferably used for a light emitting layer or an electron transport layer of an organic thin film light emitting device, and particularly preferably used for an electron transport layer.
  • L 1 is linked at any one position among X 1 to X 8 and R 55
  • L 2 is linked at any one position among X 9 to X 16 and R 56. .
  • the coupling with L 1 is the position of the X 1, but X 1 is C-R 1, R 1 itself is not present, means that L 1 and the carbon atom is attached directly.
  • L 1 is a linking at the position of R 55, R 55 itself is absent, carbazole - nitrogen atom of Le backbone and the L 1 means a direct binding.
  • the positions of L 1 and L 2 of the quinazoline skeleton are substitution positions on a six-membered ring having an electron-attracting nitrogen atom in the quinazoline skeleton.
  • the low LUMO energy level derived from the quinazoline skeleton is distributed on a six-membered ring having an electron withdrawing nitrogen atom. Therefore, bonding a carbazole skeleton at this position has a great effect of increasing the LUMO energy level of the compound. Thereby, the electronic injection can be increased as described above.
  • L ⁇ 1 > connects at the position of X ⁇ 3 >. Further, it is preferable that L 2 is connected at the position of X 14. This is because the effect of increasing the LUMO energy level of the compound is particularly great when linked at these positions.
  • L 1 is connected at the position of R 55 and L 2 is connected at the position of R 56 .
  • the quinazoline skeleton is linked to the nitrogen atom of the carbazole skeleton, the effect of increasing the LUMO energy level of the compound is small.
  • the effect of increasing the LUMO energy level of the compound can be maintained.
  • both of the two carbazole skeletons are linked by the nitrogen atom and the quinazoline skeleton, the effect cannot be maintained, so that the electron injection force of the compound becomes small.
  • L 1 or L 2 is necessarily a substituted or unsubstituted arylene group or a substituted or unsubstituted heteroarylene group. This is because the molecules become more rigid, the glass transition temperature becomes higher, and the heat resistance of the organic thin film light emitting device is improved.
  • L 1 and L 2 are a single bond, a substituted or unsubstituted arylene group, or a substituted or unsubstituted heteroarylene group.
  • the substituent is as described above, and preferably an alkyl group, a cycloalkyl group, a heterocyclic group, an aryl ether group, an aryl A thioether group, an aryl group, a heteroaryl group, a halogen atom, a cyano group, or an amino group, more preferably a heterocyclic group, an aryl group, a heteroaryl group, a halogen atom, a cyano group, or an amino group; An aryl group, a heteroaryl group, or an amino group is preferable.
  • L 1 and L 2 are more preferably a single bond and an arylene group having 6 to 24 carbon atoms, and still more preferably a single bond and a phenyl group.
  • L 1 and L 2 are connecting groups that form around the quinazoline skeleton that forms the LUMO level, which is an electron conduction level. Therefore, a single bond and an arylene group that have a small influence on the LUMO level of quinazoline are preferable.
  • a single bond and a phenyl group that are small in size and have a higher electron transport property between molecules are more preferable.
  • L 1 is preferably a single bond
  • L 2 is preferably a substituted or unsubstituted arylene group or a substituted or unsubstituted heteroarylene group.
  • L 2 is preferably a substituted or unsubstituted arylene group, and more preferably L 2 is a substituted or unsubstituted phenylene group.
  • L 2 is preferably a single bond
  • L 1 is preferably a substituted or unsubstituted arylene group or a substituted or unsubstituted heteroarylene group.
  • L 1 is preferably a substituted or unsubstituted arylene group
  • L 1 is more preferably a substituted or unsubstituted phenylene group.
  • L 1 and L 2 When only one of L 1 and L 2 is a substituted or unsubstituted arylene group, or a substituted or unsubstituted heteroarylene group, the effect of increasing the LUMO energy level due to the bond of the carbazole skeleton is increased. It is.
  • Substituents other than hydrogen atoms are introduced to modify the electronic state of the carbazole skeleton.
  • an aromatic heterocyclic group containing an oxygen atom hereinafter referred to as “oxygen-containing aromatic heterocyclic group”
  • an aromatic heterocyclic group containing a sulfur atom hereinafter referred to as “sulfur-containing aromatic heterocyclic group”
  • the electron-donating substituent reinforces the electron-donating property of the carbazole skeleton.
  • an electron withdrawing substituent such as a cyano group decreases the electron donating property of the carbazole skeleton.
  • R 51 to R 54 are as described above, but preferably a hydrogen atom, a cycloalkyl group, a heterocyclic group, an aryl ether group, an aryl thioether group, an aryl group, a heteroaryl group, a halogen atom, a cyano group, and an amino group. More preferably a hydrogen atom, an aryl group, a heteroaryl group, a halogen atom, a cyano group, and an amino group, and particularly preferably a hydrogen atom.
  • R 55 and R 56 are as described above, and preferably an aryl group.
  • the LUMO energy level of the compound represented by the general formula (1) is slightly lower than the LUMO energy level of a material having an anthracene skeleton, which is often used as a host material of a blue light emitting layer. Therefore, in the organic thin film light emitting device, it is preferable to use a compound having an anthracene skeleton for the light emitting layer, particularly the blue light emitting layer, and use the compound represented by the general formula (1) for the electron transport layer or the electron injection layer. In such an organic thin film light emitting element, electron injection into the blue light emitting layer is moderately suppressed. Accordingly, the inside of the light emitting layer is prevented from being in an electron-excess state, and the carrier balance is adjusted. Thereby, the luminous efficiency and the durability life of the organic thin film light emitting element are improved.
  • the compound represented by the general formula (1) easily receives electrons from a compound having a pyrene skeleton, a phenanthroline skeleton, or a fluoranthene skeleton. These compounds can transport electrons even when the organic thin film light emitting device is driven at a low voltage. Therefore, in the organic thin film light-emitting element, a compound having a pyrene skeleton, a compound having a phenanthroline skeleton, or a compound having a fluoranthene skeleton is used in a layer in contact with the cathode side of the layer containing the compound represented by the general formula (1). Is preferred. Such an organic thin film light emitting device can be driven at a low voltage.
  • the compound having a pyrene skeleton has a substituted or unsubstituted aryl group or heteroaryl group at the 1- and 6-positions because the electron transport property is increased.
  • the compound having a phenanthroline skeleton has a plurality of phenanthroline skeletons in the molecule in order to disperse electric charges and accelerate electron transfer.
  • the compound having a fluoranthene skeleton is more preferably a compound having a fluoranthene skeleton and an amino group in order to increase the deep LUMO energy of the fluoranthene skeleton.
  • the compound represented by the general formula (1) is not particularly limited, but specific examples include the following.
  • a well-known method can be utilized for the synthesis
  • a carbazole skeleton having a halogen atom or boronic acid bonded thereto is commercially available.
  • the synthesis method include a method using a coupling reaction between a substituted or unsubstituted carbazolylboronic acid derivative and a substituted or unsubstituted halogenated quinazoline derivative under a palladium catalyst or a nickel catalyst, Alternatively, a method using a coupling reaction between an unsubstituted carbazole derivative and a substituted or unsubstituted halogenated quinazoline derivative, or a substituted or unsubstituted halogenated carbazole derivative and a substituted or unsubstituted quinazolinylboronic acid derivative However, it is not limited to these methods.
  • Boronic acid esters may be used instead of boronic acid.
  • the halogen atom bonded to the carbazole skeleton can be converted into a boronic acid ester using a known method.
  • the quinazoline skeleton can be synthesized by a cyclization reaction from a substituted or unsubstituted 2-aminobenzonitrile derivative and a Grignard reagent using a known method. Halogenated quinazolines are commercially available and can be used.
  • L 1 and L 2 having a quinazoline skeleton have higher reactivity of L 1 . Therefore, the carbazole binding reaction to quinazoline can be performed regioselectively by appropriately selecting the catalyst and the reaction temperature.
  • the compound represented by the general formula (1) is preferably used as an electronic device material in an electronic device such as an organic thin film light emitting device, a photoelectric conversion device, a lithium ion battery, a fuel cell, and a transistor. Among them, it is particularly preferable to be used as a light emitting element material in an organic thin film light emitting element.
  • a photoelectric conversion element is an element having an anode and a cathode and an organic layer interposed between the anode and the cathode.
  • the organic layer has a photoelectric conversion layer that converts light energy into an electrical signal. Since the compound represented by the general formula (1) has excellent electron transport properties, it is preferably used for the photoelectric conversion layer, and more preferably used for the n-type material of the photoelectric conversion layer.
  • the light emitting element material represents a material used for any layer of the organic thin film light emitting element.
  • the light-emitting element material is a material used for a layer selected from a hole transport layer, a light-emitting layer, and an electron transport layer, as well as a material used for an electrode protective layer (cap layer). included.
  • the organic thin film light-emitting element according to the embodiment of the present invention includes an anode, a cathode, and an organic layer interposed between the anode and the cathode, and the organic layer emits light by electric energy.
  • the organic layer preferably has at least a light emitting layer and an electron transport layer.
  • the organic layer in addition to the configuration of the light-emitting layer / electron transport layer, 1) hole transport layer / light-emitting layer / electron transport layer, 2) hole transport layer / light-emitting layer / electron transport layer / electron injection Layers, 3) Laminated configurations such as hole injection layer / hole transport layer / light emitting layer / electron transport layer / electron injection layer, and the like.
  • Each of the layers may be a single layer or a plurality of layers.
  • a laminated type having a plurality of phosphorescent light emitting layers and fluorescent light emitting layers may be used, or a structure in which a fluorescent light emitting layer and a phosphorescent light emitting layer are combined may be used.
  • stacked the light emitting layer which shows mutually different luminescent color may be sufficient.
  • the element configuration described above may be a tandem configuration in which a plurality of layers are stacked via an intermediate layer. At least one of the organic layers included in the tandem structure is preferably a phosphorescent light emitting layer.
  • the intermediate layer is generally also referred to as an intermediate electrode, an intermediate conductive layer, a charge generation layer, an electron extraction layer, a connection layer, or an intermediate insulating layer.
  • Specific examples of the tandem type structure include, for example, 1) hole transport layer / light emitting layer / electron transport layer / charge generation layer / hole transport layer / light emitting layer / electron transport layer, and 2) hole injection layer / hole transport.
  • a laminated structure including a generation layer can be given.
  • pyridine derivatives, phenanthroline derivatives and the like are preferably used as the material constituting the intermediate layer.
  • the phenanthroline derivative is more preferably a compound having two or more phenanthroline skeletons in the molecule.
  • the organic thin film light emitting device of the present invention contains a compound represented by the general formula (1) in the organic layer.
  • the compound represented by the general formula (1) may be used in any layer in the above device configuration, but has high electron injection and transport ability, fluorescence quantum yield, and thin film stability. It is preferably used for a light emitting layer, an electron transport layer or an intermediate layer of a light emitting element.
  • the compound represented by the general formula (1) is more preferably used for an electron transporting layer or an intermediate layer, and particularly preferably used for an electron transporting layer.
  • a substrate In order to maintain the mechanical strength of the light emitting element, it is preferable to form the light emitting element on a substrate.
  • a glass substrate such as soda glass or non-alkali glass is preferably used.
  • the thickness of the glass substrate it is sufficient that the thickness is sufficient to maintain the mechanical strength.
  • alkali-free glass is preferred because it is better that there are fewer ions eluted from the glass.
  • soda lime glass provided with a barrier coat such as SiO 2 is commercially available and can be used.
  • substrate does not need to be glass, For example, a plastic substrate may be sufficient.
  • the anode and the cathode have a role for supplying a sufficient current for light emission of the device.
  • at least one of the anode and the cathode is preferably transparent or translucent.
  • the anode formed on the substrate is a transparent electrode.
  • the material used for the anode is not particularly limited as long as it is a material that can efficiently inject holes into the organic layer and is transparent or translucent so that light can be extracted.
  • the material include conductive metal oxides such as tin oxide, indium oxide, indium tin oxide (ITO), and indium zinc oxide (IZO), metals such as gold, silver, and chromium, copper iodide, and copper sulfide.
  • conductive metal oxides such as tin oxide, indium oxide, indium tin oxide (ITO), and indium zinc oxide (IZO)
  • metals such as gold, silver, and chromium, copper iodide, and copper sulfide.
  • examples include inorganic conductive materials, conductive polymers such as polythiophene, polypyrrole, and polyaniline. These electrode materials may be used alone, or a plurality of materials may be laminated or mixed.
  • the substrate on which the anode is formed it is particularly preferable to use ITO glass in which an ITO film is formed on the glass surface, or Nesa glass in which a film containing tin oxide as a main component is formed on the glass surface.
  • the method for forming the ITO film is not particularly limited as long as the ITO film can be formed, such as an electron beam method, a sputtering method, and a chemical reaction method.
  • the material used for the cathode is not particularly limited as long as it can efficiently inject electrons into the light emitting layer.
  • the materials include metals such as platinum, gold, silver, copper, iron, tin, aluminum and indium, and these metals and low work function metals such as lithium, sodium, potassium, calcium and magnesium. Alloys or multilayer laminates are preferred.
  • the main component of the material used for the cathode is preferably aluminum, silver, or magnesium from the viewpoints of low electrical resistance, ease of film formation, film stability, luminous efficiency, and the like.
  • the cathode is made of magnesium and silver because electron injection into the electron transport layer and the electron injection layer is facilitated and the light emitting element can be driven at a lower voltage.
  • the method for producing these electrodes is not particularly limited, and examples thereof include resistance heating, electron beam, sputtering, ion plating, and coating.
  • a protective film layer In order to protect the cathode, it is preferable to laminate a protective film layer (cap layer) on the cathode.
  • a material which comprises a protective film layer For example, metals, such as platinum, gold
  • the compound represented by General formula (1) can also be utilized as this protective film layer.
  • a material used for the protective film layer is selected from materials that transmit light in the visible light region.
  • the hole transport layer is formed by a method of laminating or mixing one or more hole transport materials or a method using a mixture of a hole transport material and a polymer binder. Further, the hole transport material is required to efficiently transport holes injected from the anode between electrodes to which an electric field is applied. Therefore, as the hole transport material, a material having high hole injection efficiency and capable of efficiently transporting the injected holes is preferable. For this purpose, a material having an appropriate ionization potential, a high hole mobility, and excellent stability is preferable, and impurities such as traps are less likely to be generated during the manufacture and use of such a material. preferable.
  • inorganic compounds such as p-type Si and p-type SiC can be used as the hole transport material.
  • the compound represented by the general formula (1) can be used as a hole transporting material because of its excellent electrochemical stability.
  • a hole injection layer may be provided between the anode and the hole transport layer. By providing the hole injection layer, the light emitting element is driven at a lower voltage, and the durability life is also improved.
  • a material having an ionization potential smaller than that of a material usually used for the hole transport layer is preferably used. Specific examples include benzidine derivatives such as TPD232, starburst arylamine materials, phthalocyanine derivatives, and the like.
  • the hole injection layer is composed of an acceptor compound alone or a structure in which the acceptor compound is doped with another hole injection material.
  • acceptor compounds include metal chlorides such as iron (III) chloride, aluminum chloride, gallium chloride, indium chloride, antimony chloride, metal oxides such as molybdenum oxide, vanadium oxide, tungsten oxide, ruthenium oxide, A charge transfer complex such as tris (4-bromophenyl) aminium hexachloroantimonate (TBPAH).
  • organic compounds having a nitro group, a cyano group, a halogen atom, or a trifluoromethyl group in the molecule quinone compounds, acid anhydride compounds, fullerenes, and the like are also included.
  • these compounds include hexacyanobutadiene, hexacyanobenzene, tetracyanoethylene, tetracyanoquinodimethane (TCNQ), tetrafluorotetracyanoquinodimethane (F 4 -TCNQ), 2, 3, 6, 7,10,11-hexacyano-1,4,5,8,9,12-hexaazatriphenylene (HAT-CN 6 ), p-fluoranyl, p-chloranil, p-bromanyl, p-benzoquinone, 2,6- Dichlorobenzoquinone, 2,5-dichlorobenzoquinone, tetramethylbenzoquinone, 1,2,4,5-tetracyanobenzene, o-dicyanobenzene, p-dicyanobenzene, 1,4-dicyano-2,3,5,6- Tetrafluorobenzene, 2,3-dichloro-5,6-dicyanobenz
  • the hole injection layer is composed of the acceptor compound alone and when the hole injection material is doped with the acceptor compound, the hole injection layer may be a single layer, A plurality of layers may be laminated.
  • the hole injection material used in combination when the acceptor compound is doped is the same compound as the compound used for the hole transport layer from the viewpoint that the hole injection barrier to the hole transport layer can be relaxed. More preferably.
  • the light emitting layer may be either a single layer or a plurality of layers, and each is formed of a light emitting material (host material, dopant material).
  • the light emitting layer may be a mixture of a host material and a dopant material or a host material alone. That is, in the organic thin film light emitting device according to the embodiment of the present invention, only the host material or the dopant material may emit light in each light emitting layer, or both the host material and the dopant material may emit light. From the viewpoint of efficiently using electric energy and obtaining light emission with high color purity, the light emitting layer is preferably composed of a mixture of a host material and a dopant material.
  • the host material and the dopant material may be either one kind or a plurality of combinations.
  • the dopant material may be included in the entire host material or may be partially included.
  • the dopant material may be laminated or dispersed.
  • the emission color of the light-emitting element can be controlled by the type of the dopant material. If the amount of the dopant material is too large, a concentration quenching phenomenon occurs, so that it is preferably used at 20% by weight or less, more preferably 10% by weight or less with respect to the host material.
  • the doping method may be a co-evaporation method with a host material, or may be vapor-deposited simultaneously after mixing with the host material in advance.
  • the light emitting material is not particularly limited, and specifically, metal chelation such as fused ring derivatives such as anthracene and pyrene, tris (8-quinolinolate) aluminum (III), which have been known as light emitters.
  • metal chelation such as fused ring derivatives such as anthracene and pyrene, tris (8-quinolinolate) aluminum (III), which have been known as light emitters.
  • Oxinoid compounds bisstyryl derivatives such as bisstyryl anthracene derivatives and distyrylbenzene derivatives; tetraphenylbutadiene derivatives, indene derivatives, coumarin derivatives, oxadiazole derivatives, pyrrolopyridine derivatives, perinone derivatives, cyclopentadiene derivatives, oxadiazole derivatives, thiols Asiazolopyridine derivatives, dibenzofuran derivatives, carbazole derivatives, indolocarbazole derivative
  • the host material is not particularly limited, but is a compound having a condensed aryl ring such as naphthalene, anthracene, phenanthrene, pyrene, chrysene, naphthacene, triphenylene, perylene, fluoranthene, fluorene, indene, or a derivative thereof; N, N′-dinaphthyl- Aromatic amine derivatives such as N, N′-diphenyl-4,4′-diphenyl-1,1′-diamine; metal chelated oxinoid compounds including tris (8-quinolinolate) aluminum (III); distyrylbenzene Bisstyryl derivatives such as derivatives; tetraphenylbutadiene derivatives, indene derivatives, coumarin derivatives, oxadiazole derivatives, pyrrolopyridine derivatives, perinone derivatives, cyclopentadiene derivatives, pyrrolopyrrole derivatives
  • the LUMO energy level is close to that of the compound represented by the general formula (1), and electron injection is likely to occur.
  • a compound having an anthracene skeleton is more preferable.
  • the dopant material is a compound having a condensed aryl ring such as naphthalene, anthracene, phenanthrene, pyrene, chrysene, triphenylene, perylene, fluoranthene, fluorene, indene or a derivative thereof (for example, 2- (benzothiazol-2-yl ) -9,10-diphenylanthracene and 5,6,11,12-tetraphenylnaphthacene); furan, pyrrole, thiophene, silole, 9-silafluorene, 9,9'-spirobisilafluorene, benzothiophene, Compounds having heteroaryl rings such as benzofuran, indole, dibenzothiophene, dibenzofuran, imidazopyridine, phenanthroline, pyridine, pyrazine, naphthyridine, quinoxaline
  • the light emitting layer may contain a phosphorescent material.
  • a phosphorescent material is a material that exhibits phosphorescence even at room temperature.
  • the phosphorescent material is not particularly limited, but iridium (Ir), ruthenium (Ru), rhodium (Rh), palladium (Pd), platinum (Pt), osmium (Os), and rhenium (Re).
  • Examples of host materials used in combination with a phosphorescent dopant material include indole derivatives, carbazole derivatives, indolocarbazole derivatives; nitrogen-containing aromatic compound derivatives having a pyridine, pyrimidine, or triazine skeleton; polyarylbenzene derivatives, spiro And aromatic hydrocarbon compound derivatives such as fluorene derivatives, truxene derivatives and triphenylene derivatives; compounds containing chalcogen elements such as dibenzofuran derivatives and dibenzothiophene derivatives; organometallic complexes such as beryllium quinolinol complexes; and the like.
  • the host material is not limited to these as long as it has triplet energy larger than that of the dopant material to be used, and electrons and holes are smoothly injected and transported from the respective transport layers.
  • the light emitting layer may contain two or more phosphorescent dopant materials, and may contain two or more host materials. Further, one or more phosphorescent dopants and one or more fluorescent dopant materials may be contained.
  • a phosphorescent material is used for the light emitting layer, the compound represented by the general formula (1) is preferably used as an electron transporting material.
  • the compound represented by the general formula (1) Since the compound represented by the general formula (1) has high light emission performance, it can also be used as a light emitting material. Since the compound represented by the general formula (1) exhibits strong light emission in the blue to green region (400 to 600 nm region), it can be suitably used as a blue and green light emitting material. Since the compound represented by the general formula (1) has a high fluorescence quantum yield, it is suitably used as a fluorescent dopant material. Further, the carbazole skeleton and the quinazoline skeleton have high triplet excitation energy levels, and the compound represented by the general formula (1) can be preferably used as a phosphorescent host material. In particular, it can be suitably used for a green phosphorescent host material and a red phosphorescent host material.
  • the preferred phosphorescent host or dopant is not particularly limited, but specific examples include the following.
  • the light emitting layer may contain a heat activated delayed fluorescent material.
  • Thermally activated delayed fluorescent materials are also commonly referred to as TADF materials. Thermally activated delayed fluorescent material promotes reverse intersystem crossing from triplet excited state to singlet excited state by reducing the energy gap between singlet excited state energy level and triplet excited state energy level In addition, this is a material in which the generation probability of singlet excitons is improved.
  • the thermally activated delayed fluorescent material may be a material that exhibits thermally activated delayed fluorescence with a single material, or may be a material that exhibits thermally activated delayed fluorescence with a plurality of materials. When a plurality of materials are used, they may be used as a mixture or may be used by stacking layers made of the respective materials.
  • thermally activated delayed fluorescent material A known material can be used as the thermally activated delayed fluorescent material. Specific examples include, but are not limited to, benzonitrile derivatives, triazine derivatives, disulfoxide derivatives, carbazole derivatives, indolocarbazole derivatives, dihydrophenazine derivatives, thiazole derivatives, oxadiazole derivatives, and the like. Absent.
  • the electron transport layer is a layer between the cathode and the light emitting layer.
  • the electron transport layer may be a single layer or a plurality of layers, and may or may not be in contact with the cathode or the light emitting layer. It is preferable that the electron transport layer is composed of two or more layers, and the compound represented by the general formula (1) is contained on the side in contact with the light emitting layer.
  • the compound represented by the general formula (1) easily receives electrons from a compound having a pyrene skeleton, a phenanthroline skeleton, or a fluoranthene skeleton. It is preferable to contain a compound having a phenanthroline skeleton, a pyrene skeleton, or a fluoranthene skeleton.
  • the electron transport layer is desired to have high electron injection efficiency from the cathode, to efficiently transport injected electrons, and high electron injection efficiency to the light emitting layer. Therefore, the material constituting the electron transport layer is preferably a material having a high electron affinity, a high electron mobility, and excellent stability. In addition, it is preferable that impurities that become traps are less likely to be generated during the manufacture and use of such materials.
  • the electron transport layer plays a role in efficiently blocking the flow to the cathode side. It is also preferable. In this case, even if the electron transport layer is made of a material that does not have a high electron transport capability, the effect of improving the light emission efficiency of the light emitting element is that the electron transport layer is made of a material having a high electron transport capability. It becomes equivalent. Therefore, the electron transport layer in the present invention includes a hole blocking layer that can efficiently block the movement of holes as the same meaning.
  • the electron transport material used for the electron transport layer is not particularly limited, and examples thereof include condensed polycyclic aromatic hydrocarbon derivatives such as naphthalene and anthracene, and 4,4′-bis (diphenylethenyl) biphenyl.
  • Stylyl aromatic ring derivatives quinone derivatives such as anthraquinone and diphenoquinone, phosphorus oxide derivatives, quinolinol complexes such as tris (8-quinolinolate) aluminum (III), benzoquinolinol complexes, hydroxyazole complexes, azomethine complexes, tropolone metal complexes and flavonols
  • quinolinol complexes such as tris (8-quinolinolate) aluminum (III), benzoquinolinol complexes, hydroxyazole complexes, azomethine complexes, tropolone metal complexes and flavonols
  • Examples include various metal complexes such as metal complexes.
  • the electron transport material is composed of an element selected from carbon, hydrogen, nitrogen, oxygen, silicon and phosphorus, and electron accepting nitrogen is used. It is preferable to use a compound having a heteroaryl ring structure.
  • aromatic heterocycles containing electron-accepting nitrogen examples include pyridine ring, pyrazine ring, pyrimidine ring, quinoline ring, quinoxaline ring, naphthyridine ring, pyrimidopyrimidine ring, benzoquinoline ring, phenanthroline ring, imidazole ring, oxazole ring Oxadiazole ring, triazole ring, thiazole ring, thiadiazole ring, benzoxazole ring, benzothiazole ring, benzimidazole ring, phenanthrimidazole ring and the like.
  • the electron transport material may be used alone, but two or more of the electron transport materials may be used in combination, or one or more of the other electron transport materials may be used in combination with the electron transport material. .
  • the preferred electron transport material is not particularly limited, but specific examples include the following.
  • the compound represented by the general formula (1) can also be used as an electron transporting material because it has a high electron injecting and transporting ability.
  • the compound represented by the general formula (1) it is not necessary to be limited to only one of them, and a plurality of types of the compound represented by the general formula (1) may be mixed and used.
  • One or more kinds of other electron transport materials such as the above and a compound represented by the general formula (1) may be mixed and used.
  • the electron transport layer may contain a donor material in addition to the electron transport material.
  • the donor material is a compound that facilitates electron injection from the cathode or the electron injection layer to the electron transport layer by improving the electron injection barrier and further improves the electrical conductivity of the electron transport layer.
  • Preferred examples of the donor material in the present invention include an alkali metal, an inorganic salt containing an alkali metal, a complex of an alkali metal and an organic material, an alkaline earth metal, an inorganic salt containing an alkaline earth metal, or an alkaline earth metal And a complex of organic substance.
  • Preferable types of alkali metals and alkaline earth metals include alkali metals such as lithium, sodium and cesium, which have a low work function and a large effect of improving the electron transport ability, and alkaline earth metals such as magnesium and calcium.
  • an inorganic salt or a complex of a metal and an organic substance is preferable to a simple metal. Furthermore, it is more preferably a complex of a metal and an organic substance in terms of easy handling in the air and ease of controlling the addition concentration.
  • inorganic salts include oxides such as LiO and Li 2 O, nitrides, fluorides such as LiF, NaF, and KF, Li 2 CO 3 , Na 2 CO 3 , K 2 CO 3 , Rb 2 CO 3 , And carbonates such as Cs 2 CO 3 .
  • a preferable example of the alkali metal or alkaline earth metal is lithium from the viewpoint that the raw materials are inexpensive and easy to synthesize.
  • organic substance in the complex of metal and organic substance include quinolinol, benzoquinolinol, flavonol, hydroxyimidazopyridine, hydroxybenzazole, hydroxytriazole and the like.
  • a complex of an alkali metal and an organic substance is preferable, a complex of lithium and an organic substance is more preferable, and lithium quinolinol is particularly preferable. Two or more of these donor materials may be mixed and used.
  • the preferred doping concentration varies depending on the material and the film thickness of the doping region.
  • the deposition rate ratio is more preferably 100: 1 to 5: 1, and further preferably 100: 1 to 10: 1.
  • the deposition rate ratio is more preferably 10: 1 to 1:10, and even more preferably 7: 3 to 3: 7.
  • the electron transport layer in which the compound represented by the general formula (1) is doped with a donor material may be used as a charge generation layer in a tandem light-emitting element that connects a plurality of light-emitting elements.
  • the layer can be suitably used as a charge generation layer.
  • An electron injection layer may be provided between the cathode and the electron transport layer. Generally, the electron injection layer is inserted for the purpose of assisting injection of electrons from the cathode to the electron transport layer.
  • a compound having a heteroaryl ring structure containing electron-accepting nitrogen may be used, or a layer containing the above donor material may be used.
  • the compound represented by the general formula (1) may be included in the electron injection layer.
  • an insulator or a semiconductor inorganic material can be used for the electron injection layer. Use of these materials is preferable because a short circuit of the light emitting element can be effectively prevented and the electron injection property can be improved.
  • At least one metal compound selected from the group consisting of alkali metal chalcogenides, alkaline earth metal chalcogenides, alkali metal halides, and alkaline earth metal halides may be used. preferable.
  • a complex of an organic substance and a metal which is a donor material
  • the organic substance in such a complex include quinolinol, benzoquinolinol, pyridylphenol, flavonol, hydroxyimidazopyridine, hydroxybenzazole, hydroxytriazole and the like.
  • a complex of an alkali metal and an organic substance is preferable, a complex of lithium and an organic substance is more preferable, and lithium quinolinol is particularly preferable.
  • each layer constituting the light emitting element is not particularly limited, such as resistance heating vapor deposition, electron beam vapor deposition, sputtering, molecular lamination method, coating method, etc., but resistance heating vapor deposition or electron beam vapor deposition is usually used in terms of element characteristics. preferable.
  • the thickness of the organic layer is not limited because it depends on the resistance value of the luminescent material, but is preferably 1 to 1000 nm.
  • the film thicknesses of the light emitting layer, the electron transport layer, and the hole transport layer are each preferably 1 nm to 200 nm, and more preferably 5 nm to 100 nm.
  • the organic thin film light emitting device has a function of converting electrical energy into light.
  • a direct current is mainly used as electric energy, but a pulse current or an alternating current can also be used.
  • the current value and the voltage value are not particularly limited, but are preferably selected so that the maximum luminance can be obtained with as low energy as possible in consideration of the power consumption and lifetime of the element.
  • the organic thin film light emitting element according to the embodiment of the present invention is suitably used as a display device such as a display that displays in a matrix and / or segment system, for example.
  • the matrix method is a method in which pixels for display are two-dimensionally arranged such as a lattice shape or a mosaic shape, and a character or an image is displayed by a set of pixels.
  • the shape and size of the pixel are determined by the application. For example, a square pixel with a side of 300 ⁇ m or less is usually used for displaying images and characters on a personal computer, monitor, TV, and a pixel with a side of mm order for a large display such as a display panel. become.
  • monochrome display pixels of the same color may be arranged. However, in color display, red, green, and blue pixels are displayed side by side. In this case, there are typically a delta type and a stripe type.
  • the matrix driving method may be either a line sequential driving method or an active matrix. Although the structure of the line sequential drive is simple, the active matrix may be superior in consideration of the operation characteristics.
  • the segment method is a method in which a pattern is formed so as to display predetermined information and a region determined by the arrangement of the pattern is caused to emit light.
  • Examples of the display using the segment method include time and temperature display on a digital clock and a thermometer, operation status display of an audio device, an electromagnetic cooker, and the like, and an automobile panel display.
  • the matrix method and the segment method may coexist in the same panel.
  • the organic thin film light emitting device is preferably used as a backlight for various devices.
  • the backlight is used mainly for the purpose of improving the visibility of a display device that does not emit light, and is used for a liquid crystal display device, a clock, an audio device, an automobile panel, a display panel, a sign, and the like.
  • the organic thin film light emitting element of the present invention is preferably used for a liquid crystal display device, particularly a backlight for a personal computer for which a reduction in thickness is being considered, and a backlight that is thinner and lighter than conventional ones can be provided.
  • the organic thin film light-emitting element according to the embodiment of the present invention is preferably used as an illumination device such as organic EL illumination.
  • the organic EL lighting is used for general lighting, exhibition lighting, automobile tail lamps, and the like, and the organic thin film light emitting device of the present invention is suitably used for these.
  • the obtained yellowish white solid was confirmed to be compound [1] by mass spectrum measurement (JMS-Q1000TD manufactured by JEOL Ltd.).
  • Compound [1] was used as a light emitting device material after sublimation purification at about 330 ° C. under a pressure of 1 ⁇ 10 ⁇ 3 Pa using an oil diffusion pump.
  • the obtained yellowish white solid was confirmed to be the compound [2] by mass spectrum measurement (JMS-Q1000TD manufactured by JEOL Ltd.).
  • Compound [2] was used as a light emitting device material after sublimation purification at about 330 ° C. under a pressure of 1 ⁇ 10 ⁇ 3 Pa using an oil diffusion pump.
  • intermediate [E] was purified by silica gel column chromatography using a heptane-toluene mixed developing solvent.
  • the obtained yellowish white solid was confirmed to be compound [3] by mass spectrum measurement (JMS-Q1000TD, manufactured by JEOL Ltd.).
  • Compound [3] was used as a light emitting device material after sublimation purification at about 350 ° C. under a pressure of 1 ⁇ 10 ⁇ 3 Pa using an oil diffusion pump.
  • Example 1 A glass substrate (manufactured by Geomat Co., Ltd., 11 ⁇ / ⁇ , sputtered product) on which an ITO transparent conductive film was deposited at 165 nm was cut into a size of 38 ⁇ 46 mm and etched. The obtained substrate was ultrasonically cleaned with “Semico Clean 56” (trade name, manufactured by Furuuchi Chemical Co., Ltd.) for 15 minutes and then with ultrapure water. This substrate was subjected to UV-ozone treatment for 1 hour immediately before producing the light-emitting element, placed in a vacuum vapor deposition apparatus, and evacuated until the degree of vacuum in the apparatus became 5 ⁇ 10 ⁇ 4 Pa or less.
  • “Semico Clean 56” trade name, manufactured by Furuuchi Chemical Co., Ltd.
  • HAT-CN 6 was deposited as a hole injection layer by 5 nm by a resistance heating method, and then HT-1 was deposited as a hole transport layer by 50 nm.
  • a mixed layer of the host material H-1 and the dopant material D-1 was deposited as a light emitting layer to a thickness of 20 nm so that the doping concentration was 5 wt%.
  • Compound [1] was vapor-deposited to a thickness of 35 nm as an electron transport layer.
  • lithium fluoride was deposited to a thickness of 0.5 nm, and then aluminum was deposited to a thickness of 1000 nm to form a cathode, thereby producing a 5 ⁇ 5 mm square light-emitting element.
  • the film thickness referred to here is a display value of a crystal oscillation type film thickness monitor, and is common to other examples and comparative examples.
  • this light-emitting element was lit at a luminance of 1000 cd / m 2
  • the driving voltage was 4.11 V
  • the external quantum efficiency was 5.63%.
  • the initial luminance was set to 1000 cd / m 2 and driven at a constant current
  • the time (durability) during which the luminance decreased by 20% was 1020 hours.
  • Compound [1] HAT-CN 6 , HT-1, H-1, and D-1 are the compounds shown below.
  • Examples 2-32 A light emitting device was prepared and evaluated in the same manner as in Example 1 except that the compounds listed in Table 1 were used for the electron transport layer. The results are shown in Table 1. Compounds [2] to [32] are the compounds shown below.
  • Comparative Examples 1-12 A light emitting device was prepared and evaluated in the same manner as in Example 1 except that the compounds listed in Table 1 were used for the electron transport layer. The results are shown in Table 1. E-1 to E-12 are the compounds shown below.
  • Example 33 A glass substrate (manufactured by Geomat Co., Ltd., 11 ⁇ / ⁇ , sputtered product) on which an ITO transparent conductive film was deposited at 165 nm was cut into a size of 38 ⁇ 46 mm and etched. The obtained substrate was ultrasonically cleaned with “Semico Clean 56” (trade name, manufactured by Furuuchi Chemical Co., Ltd.) for 15 minutes and then with ultrapure water. This substrate was subjected to UV-ozone treatment for 1 hour immediately before producing the light-emitting element, placed in a vacuum vapor deposition apparatus, and evacuated until the degree of vacuum in the apparatus became 5 ⁇ 10 ⁇ 4 Pa or less.
  • “Semico Clean 56” trade name, manufactured by Furuuchi Chemical Co., Ltd.
  • HAT-CN 6 was deposited as a hole injection layer by 5 nm by a resistance heating method, and then HT-1 was deposited as a hole transport layer by 40 nm. Next, 10 nm of HT-2 was deposited as a blue hole transport layer. Next, a mixed layer of the host material H-1 and the dopant material D-1 was deposited as a light emitting layer to a thickness of 20 nm so that the doping concentration was 5 wt%. Next, the compound [1] was deposited to a thickness of 25 nm as a first electron transport layer.
  • compound E-13 is used as the electron transport material
  • 2E-1 is used as the donor material
  • lithium fluoride was deposited to a thickness of 0.5 nm
  • aluminum was deposited to a thickness of 1000 nm to form a cathode, thereby producing a 5 ⁇ 5 mm square light-emitting element.
  • this light-emitting element was lit at a luminance of 1000 cd / m 2
  • the driving voltage was 3.97 V and the external quantum efficiency was 6.30%.
  • the initial luminance was set to 1000 cd / m 2 and driving at constant current, the time for the luminance to decrease by 20% was 1710 hours.
  • HT-2, E-13, and 2E-1 are the compounds shown below.
  • Examples 34 to 50 A light emitting device was fabricated and evaluated in the same manner as in Example 33 except that the compounds described in Table 2 were used for the host material and the first electron transport layer, respectively. The results are shown in Table 2.
  • H-2 and H-3 are the compounds shown below.
  • Comparative Examples 13 to 48 A light emitting device was fabricated and evaluated in the same manner as in Example 21 except that the compounds listed in Table 2 were used for the host material and the first electron transport layer, respectively. The results are shown in Table 2.
  • Example 51 A glass substrate (manufactured by Geomat Co., Ltd., 11 ⁇ / ⁇ , sputtered product) on which an ITO transparent conductive film was deposited at 165 nm was cut into a size of 38 ⁇ 46 mm and etched. The obtained substrate was ultrasonically cleaned with “Semico Clean 56” (trade name, manufactured by Furuuchi Chemical Co., Ltd.) for 15 minutes and then with ultrapure water. This substrate was subjected to UV-ozone treatment for 1 hour immediately before producing the light-emitting element, placed in a vacuum vapor deposition apparatus, and evacuated until the degree of vacuum in the apparatus became 5 ⁇ 10 ⁇ 4 Pa or less.
  • “Semico Clean 56” trade name, manufactured by Furuuchi Chemical Co., Ltd.
  • HAT-CN 6 was deposited as a hole injection layer by 5 nm by a resistance heating method, and then HT-1 was deposited as a hole transport layer by 40 nm. Next, 10 nm of HT-2 was deposited as a blue hole transport layer. Next, a mixed layer of the host material H-1 and the dopant material D-1 was deposited as a light emitting layer to a thickness of 20 nm so that the doping concentration was 5 wt%. Next, the compound [1] was deposited to a thickness of 25 nm as a first electron transport layer.
  • compound E-14 is used as the electron transport material
  • 2E-1 is used as the donor material
  • a 5 ⁇ 5 mm square device was fabricated.
  • this light-emitting element was lit at a luminance of 1000 cd / m 2
  • the driving voltage was 4.21 V
  • the external quantum efficiency was 7.52%.
  • the initial luminance was set to 1000 cd / m 2 and driving at constant current, the time for the luminance to decrease by 20% was 2050 hours.
  • E-14 is a compound shown below.
  • Examples 52-68 A light emitting device was prepared and evaluated in the same manner as in Example 51 except that the compounds described in Table 3 were used as the first electron transport layer and the second electron transport layer, respectively. The results are shown in Table 3. E-15 and E-16 are the compounds shown below.
  • Comparative Examples 49-84 A light emitting device was prepared and evaluated in the same manner as in Example 51 except that the compounds described in Table 3 were used as the first electron transport layer and the second electron transport layer, respectively. The results are shown in Table 3.
  • Example 69 A glass substrate (manufactured by Geomat Co., Ltd., 11 ⁇ / ⁇ , sputtered product) on which an ITO transparent conductive film was deposited by 90 nm was cut into 38 ⁇ 46 mm and etched. The obtained substrate was ultrasonically cleaned with “Semico Clean 56” (trade name, manufactured by Furuuchi Chemical Co., Ltd.) for 15 minutes and then with ultrapure water. This substrate was subjected to UV-ozone treatment for 1 hour immediately before producing the device, placed in a vacuum deposition apparatus, and evacuated until the degree of vacuum in the apparatus became 5 ⁇ 10 ⁇ 4 Pa or less. HAT-CN 6 was deposited as a hole injection layer by a resistance heating method to a thickness of 10 nm.
  • HT-1 was deposited to 110 nm as the first hole transport layer.
  • 20 nm of compound HT-2 was deposited as a second hole transport layer.
  • Compound H-4 was used as the host material
  • Compound D-2 was used as the dopant material
  • the dopant material was deposited to a thickness of 40 nm so that the doping concentration was 10 wt%.
  • the compound [1] was deposited to a thickness of 25 nm as a first electron transport layer.
  • a cathode a 5 ⁇ 5 mm square element was produced.
  • the film thickness referred to here is a crystal oscillation type film thickness monitor display value.
  • the effective efficiency (lm / W) is the front luminance (cd / cm 2 ) obtained by measurement with a spectral radiance meter (CS-1000, manufactured by Konica Minolta), and the power density (W / cm 2 ) input to the device. 2 ) and the radiation angle (sr, steradian).
  • CS-1000 spectral radiance meter
  • W / cm 2 power density
  • Examples 70-74 A light emitting device was prepared and evaluated in the same manner as in Example 69 except that the compounds listed in Table 4 were used for the first electron transport layer. The results are shown in Table 4.
  • Comparative Examples 85-96 A light emitting device was prepared and evaluated in the same manner as in Example 69 except that the compounds described in Table 4 were used for the first electron transport layer. The results are shown in Table 4.

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Abstract

本発明の目的は、発光効率、駆動電圧、耐久寿命の全てを改善した有機薄膜発光素子を提供することである。本発明は、キナゾリン骨格を含む特定の化合物である。

Description

化合物、それを含有する電子デバイス、有機薄膜発光素子、表示装置および照明装置
 本発明は、化合物、それを含有する電子デバイス、有機薄膜発光素子、表示装置および照明装置に関する。
 有機薄膜発光素子は、陰極から注入された電子と、陽極から注入された正孔が、両極に挟まれた有機蛍光体内で再結合する際に発光する素子である。その有機薄膜発光素子の研究が、近年活発に行われている。有機薄膜発光素子は、薄型であること、低駆動電圧下で高輝度の発光が得られること、および、蛍光発光材料や燐光発光材料などの発光材料を適切に選ぶことにより、多色発光が可能であること、等が特徴である。
 有機薄膜発光素子は、近年では、携帯電話のメインディスプレイに採用されるなど、着実に実用化が進んでいる。しかし、既存の有機薄膜発光素子にはまだ技術的な課題も多い。中でも、高効率な発光を得ることと、有機薄膜発光素子の長寿命化との両立は、大きな課題となっている。
 これらの課題を解決しようとする化合物として、窒素原子を含む複素芳香環(以下、「含窒素芳香族複素環」)であるキナゾリン骨格に、カルバゾール骨格が連結した化合物が、開発されている(例えば、特許文献1~2、非特許文献1参照)。
国際公開第2006/049013号 特表2016-508131号公報
Dyes and Pigments 125(2016)299
 しかしながら、上述の特許文献1、2または非特許文献1に記載された化合物では、有機薄膜発光素子の駆動電圧を十分に下げることは困難であった。また、駆動電圧を下げることができたとしても、有機薄膜発光素子の発光効率および耐久寿命が不十分であった。このように、発光効率、駆動電圧、耐久寿命の全てにおいて優れた性能を示す技術は、未だ見出されていない。
 本発明は、かかる従来技術の問題を解決し、発光効率、駆動電圧、耐久寿命の全てを改善した有機薄膜発光素子を提供することを目的とするものである。
 本発明は、下記一般式(1)で表される化合物である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000002
 式(1)において、LおよびLは、単結合、または置換もしくは無置換のアリーレン基、または置換もしくは無置換のヘテロアリーレン基である。LはX~XおよびR55のうちいずれか1つの位置で連結し、LはX~X16およびR56のうちいずれか1つの位置で連結する。ただし、LがR55の位置で連結し、かつLがR56の位置で連結する場合はのぞく。
またはLのいずれか一方は、必ず、置換もしくは無置換のアリーレン基、または置換もしくは無置換のヘテロアリーレン基である。
51~R54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、複素環基、アルケニル基、シクロアルケニル基、アルキニル基、アルコキシ基、アルキルチオ基、アリールエーテル基、アリールチオエーテル基、アリール基、ヘテロアリール基、ハロゲン原子、シアノ基、アミノ基、カルボニル基、カルボキシ基、オキシカルボニル基、カルバモイル基および-P(=O)R5758からなる群より選ばれる。
57およびR58は、アリール基またはヘテロアリール基であり、R57およびR58が縮合して環を形成していてもよい。
55およびR56は、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、複素環基、アルケニル基、シクロアルケニル基、アリール基およびヘテロアリール基からなる群より選ばれる。
(n=1~16)は、それぞれ、C-R(n=1~16)または窒素原子である。
(n=1~16)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、アルケニル基、シクロアルケニル基、アルキニル基、アルコキシ基、アルキルチオ基、アリールエーテル基、アリールチオエーテル基、ハロゲン原子、シアノ基、アミノ基、カルボニル基、カルボキシ基、オキシカルボニル基、カルバモイル基および-P(=O)R1718からなる群より選ばれる。
17およびR18は、アリール基またはヘテロアリール基であり、R17およびR18が縮合して環を形成していてもよい。
 本発明により、高発光効率、低駆動電圧および長耐久寿命の点に優れた有機薄膜発光素子を提供することができる。
 以下、本発明に係る化合物、それを含有する電子デバイス、表示装置および照明装置の好適な実施の形態を詳細に説明する。ただし、本発明は、以下の実施の形態に限定されるものではなく、目的や用途に応じて種々に変更して実施することができる。
 <一般式(1)で表される化合物>
 本発明の一つの実施形態である一般式(1)で表される化合物は、以下に示されるものである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000003
 式(1)において、LおよびLは、単結合、または置換もしくは無置換のアリーレン基、または置換もしくは無置換のヘテロアリーレン基である。LはX~XおよびR55のうちいずれか1つの位置で連結し、LはX~X16およびR56のうちいずれか1つの位置で連結する。ただし、LがR55の位置で連結し、かつLがR56の位置で連結する場合はのぞく。
またはLのいずれか一方は、必ず、置換もしくは無置換のアリーレン基、または置換もしくは無置換のヘテロアリーレン基である。
51~R54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、複素環基、アルケニル基、シクロアルケニル基、アルキニル基、アルコキシ基、アルキルチオ基、アリールエーテル基、アリールチオエーテル基、アリール基、ヘテロアリール基、ハロゲン原子、シアノ基、アミノ基、カルボニル基、カルボキシ基、オキシカルボニル基、カルバモイル基および-P(=O)R5758からなる群より選ばれる。
57およびR58は、アリール基またはヘテロアリール基であり、R57およびR58が縮合して環を形成していてもよい。
55およびR56は、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、複素環基、アルケニル基、シクロアルケニル基、アリール基およびヘテロアリール基からなる群より選ばれる。
(n=1~16)は、それぞれ、C-R(n=1~16)または窒素原子である。
(n=1~16)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、アルケニル基、シクロアルケニル基、アルキニル基、アルコキシ基、アルキルチオ基、アリールエーテル基、アリールチオエーテル基、ハロゲン原子、シアノ基、アミノ基、カルボニル基、カルボキシ基、オキシカルボニル基、カルバモイル基および-P(=O)R1718からなる群より選ばれる。
17およびR18は、アリール基またはヘテロアリール基であり、R17およびR18が縮合して環を形成していてもよい。
 上記の全ての基において、水素は重水素であってもよい。また、以下の説明において、例えば、炭素数6~40の置換もしくは無置換のアリール基とは、アリール基に置換した置換基に含まれる炭素数も含めて6~40である。炭素数を規定している他の置換基についても、これと同様である。
 また、「置換もしくは無置換の」という場合における置換基としては、上述のような、アルキル基、シクロアルキル基、複素環基、アルケニル基、シクロアルケニル基、アルキニル基、アルコキシ基、アルキルチオ基、アリールエーテル基、アリールチオエーテル基、アリール基、ヘテロアリール基、ハロゲン原子、シアノ基、アミノ基、カルボニル基、カルボキシ基、オキシカルボニル基、カルバモイル基が好ましく、さらには、各置換基の説明において好ましいとする、具体的な置換基が好ましい。また、これらの置換基は、さらに上述の置換基により置換されていてもよい。
 以下に説明する、化合物またはその部分構造において、「置換もしくは無置換の」という場合についても、上記と同様である。
 アルキル基とは、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、sec-ブチル基、tert-ブチル基などの、飽和脂肪族炭化水素基を示す。アルキル基は、置換基を有していても有していなくてもよい。アルキル基が置換されている場合の追加の置換基には特に制限は無く、例えば、アルキル基、アリール基、ヘテロアリール基等を挙げることができ、この点は、以下の記載にも共通する。また、アルキル基の炭素数は、特に限定されないが、入手の容易性やコストの点から、好ましくは1以上20以下、より好ましくは1以上8以下の範囲である。
 シクロアルキル基とは、例えば、シクロプロピル基、シクロヘキシル基、ノルボルニル基、アダマンチル基などの、飽和脂環式炭化水素基を示す。シクロアルキル基は、置換基を有していても有していなくてもよい。シクロアルキル基におけるアルキル基部分の炭素数は、特に限定されないが、好ましくは、3以上20以下の範囲である。
 複素環基とは、例えば、ピラン環、ピペリジン環、環状アミドなどの、炭素以外の原子を環内に有する脂肪族環を示す。複素環基は、置換基を有していても有していなくてもよい。複素環は、芳香族性を有しない限りにおいて、環内に二重結合を1つ以上有していてもよい。複素環基の炭素数は、特に限定されないが、好ましくは、2以上20以下の範囲である。
 アルケニル基とは、例えば、ビニル基、アリル基、ブタジエニル基などの、二重結合を含む不飽和脂肪族炭化水素基を示す。アルケニル基は、置換基を有していても有していなくてもよい。アルケニル基の炭素数は、特に限定されないが、好ましくは、2以上20以下の範囲である。
 シクロアルケニル基とは、例えば、シクロペンテニル基、シクロペンタジエニル基、シクロヘキセニル基などの、二重結合を含む不飽和脂環式炭化水素基を示す。シクロアルケニル基は、置換基を有していても有していなくてもよい。シクロアルケニル基の炭素数は、特に限定されないが、好ましくは、4以上20以下の範囲である。
 アルキニル基とは、例えば、エチニル基などの、三重結合を含む不飽和脂肪族炭化水素基を示す。アルキニル基は、置換基を有していても有していなくてもよい。アルキニル基の炭素数は、特に限定されないが、好ましくは、2以上20以下の範囲である。
 アルコキシ基とは、例えば、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基などの、エーテル結合を介して脂肪族炭化水素基が結合した官能基を示す。この脂肪族炭化水素基は、置換基を有していても有していなくてもよい。アルコキシ基の炭素数は、特に限定されないが、好ましくは、1以上20以下の範囲である。
 アルキルチオ基とは、アルコキシ基のエーテル結合の酸素原子が硫黄原子に置換されたものである。アルキルチオ基の炭化水素基は、置換基を有していても有していなくてもよい。アルキルチオ基の炭素数は、特に限定されないが、好ましくは、1以上20以下の範囲である。
 アリールエーテル基とは、例えば、フェノキシ基など、エーテル結合を介した芳香族炭化水素基が結合した官能基を示す。この芳香族炭化水素基は、置換基を有していても有していなくてもよい。アリールエーテル基の炭素数は、特に限定されないが、好ましくは、6以上40以下の範囲である。
 アリールチオエーテル基とは、アリールエーテル基のエーテル結合の酸素原子が硫黄原子に置換されたものである。アリールチオエーテル基における芳香族炭化水素基は、置換基を有していても有していなくてもよい。アリールチオエーテル基の炭素数は、特に限定されないが、好ましくは、6以上40以下の範囲である。
 アリール基とは、例えば、フェニル基、ナフチル基、ビフェニル基、ターフェニル基、フェナントリル基、アントラセニル基、ピレニル基、フルオランテニル基などの、芳香族炭化水素基を示す。アリール基は、置換基を有していても有していなくてもよい。アリール基の炭素数は、特に限定されないが、好ましくは、6以上40以下の範囲であり、より好ましくは、6以上24以下の範囲である。アリール基の具体例としては、好ましくは、フェニル基、1-ナフチル基、2-ナフチル基である。
 ヘテロアリール基とは、フラニル基、チオフェニル基、ピリジル基、キノリニル基、イソキノリニル基、ピラジニル基、ピリミジル基、ナフチリジル基、ベンゾフラニル基、ベンゾチオフェニル基、インドリル基、ジベンゾフラニル基、ジベンゾチオフェニル基、カルバゾリル基などの、炭素以外の原子を一個または複数個、環内に有する環状芳香族基を示す。ヘテロアリール基は、置換基を有していても有していなくてもよい。ヘテロアリール基の炭素数は、特に限定されないが、好ましくは、2以上30以下の範囲である。ヘテロアリール基の具体例としては、好ましくは、ピリジル基、キノリル基、カルバゾリル基、ジベンゾフラニル基、ジベンゾチオフェニル基である。
 アミノ基とは、置換もしくは無置換のアミノ基である。置換する場合の置換基としては、例えば、アリール基、ヘテロアリール基、直鎖アルキル基、分岐アルキル基が挙げられる。より具体的には、フェニル基、ビフェニル基、ナフチル基、ピリジル基、メチル基などが挙げられ、これら置換基はさらに置換されてもよい。置換基の炭素数は、特に限定されないが、好ましくは、6以上40以下の範囲である。
 ハロゲン原子とは、フッ素、塩素、臭素およびヨウ素から選ばれる原子を示す。
 カルボニル基、カルボキシ基、オキシカルボニル基、カルバモイル基およびホスフィンオキサイド基は、置換基を有していても有していなくてもよい。ここで、置換基としては、例えば、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、ヘテロアリール基などが挙げられ、これら置換基はさらに置換されてもよい。
 アリーレン基とは、ベンゼン、ナフタレン、ビフェニル、フルオレン、フェナントレンなどの芳香族炭化水素基から導かれる2価以上の基を示す。アリーレン基は、置換基を有していても有していなくてもよい。好ましいアリーレン基は、2価もしくは3価のアリーレン基である。アリーレン基としては、具体的には、フェニレン基、ビフェニレン基、ナフチレン基、フルオレニレン基などが挙げられる。より具体的には、1,4-フェニレン基、1,3-フェニレン基、1,2-フェニレン基、4,4’-ビフェニレン基、4,3’-ビフェニレン基、3,3’-ビフェニレン基、1,4-ナフタレニレン基、1,5-ナフタレニレン基、2,5-ナフタレニレン基、2,6-ナフタレニレン基、2,7-ナフタレニレン基、1,3,5-フェニレン基などが挙げられる。より好ましくは、1,4-フェニレン基、1,3-フェニレン基、4,4’-ビフェニレン基、4,3’-ビフェニレン基である。
 ヘテロアリーレン基とは、ピリジン、キノリン、ピリミジン、ピラジン、トリアジン、キノキサリン、キナゾリン、ジベンゾフラン、ジベンゾチオフェンなどの、炭素以外の原子を一個または複数個、環内に有する芳香族基から導かれる2価以上の基を示す。ヘテロアリーレン基は、置換基を有していても有していなくてもよい。好ましいヘテロアリーレン基は、2価もしくは3価のヘテロアリーレン基である。ヘテロアリーレン基の炭素数は、特に限定されないが、好ましくは、2以上30以下の範囲である。ヘテロアリーレン基としては、具体的には、2,6-ピリジレン基、2,5-ピリジレン基、2,4-ピリジレン基、3,5-ピリジレン基、3,6-ピリジレン基、2,4,6-ピリジレン基、2,4-ピリミジニレン基、2,5-ピリミジニレン基、4,6-ピリミジニレン基、2,4,6-ピリミジニレン基、2,4,6-トリアジニレン基、4,6-ジベンゾフラニレン基、2,6-ジベンゾフラニレン基、2,8-ジベンゾフラニレン基、3,7-ジベンゾフラニレン基などが挙げられる。
 キナゾリン骨格は、電気陰性度の大きい、sp混成軌道を形成している窒素原子を2つ有しているため、電子との親和性が高く、電子輸送性も高い。そのため、キナゾリン骨格を有する化合物を、有機薄膜発光素子の電子注入層に用いた場合、陰極から電子注入層への電子注入が起こりやすくなる。
 また、キナゾリン骨格を有する化合物を、有機薄膜発光素子の電子輸送層に用いた場合、その電子輸送層は高い電子輸送性を示す。しかしながら、一般的な有機薄膜発光素子では、発光層の最低空軌道(LUMO)エネルギー準位と比較して、キナゾリン骨格のみから成る分子のLUMOエネルギー準位が低過ぎる。そのため、電子輸送層から発光層への電子注入に支障をきたす。
 そこで、一般式(1)で表される化合物には、カルバゾール骨格が導入されている。カルバゾール骨格は、LUMOエネルギー準位を高める性質や、良好な電子輸送性を有しているからである。キナゾリン骨格を有する化合物にカルバゾール骨格を導入することにより、キナゾリン骨格由来の低いLUMOエネルギー準位が高まる。それゆえ、そのような化合物を電子輸送層に用いた場合に、発光層への電子注入力を高めることができる。
 また、カルバゾール骨格およびキナゾリン骨格は、骨格内での電荷輸送性が高いという性質を備えている。これらの骨格を結合させた化合物では、最高被占軌道(HOMO)とLUMOが分子内に広がる。分子内でのHOMOとLUMOの広がりが大きくなると、隣接分子との軌道の重なりも大きくなり、電荷輸送性が向上する。このため、一般式(1)で表される化合物を、有機薄膜発光素子を構成するいずれかの層に用いた場合に、陰極から発生した電子や陽極から発生した正孔を効率よく輸送でき、有機薄膜発光素子の駆動電圧を低下させることができる。この結果、有機薄膜発光素子の発光効率を向上させることができる。
 さらに、一般式(1)で表される化合物は、分子軌道が広がっていることで、電荷を受容した際に生じるラジカルが安定化される。また、そもそも、カルバゾール骨格およびキナゾリン骨格は、電荷に対する安定性、すなわち電気化学的安定性が高い。そのため、一般式(1)で表される化合物を、有機薄膜発光素子を構成するいずれかの層に用いた場合に、有機薄膜発光素子の耐久寿命が向上する。
 また、カルバゾール骨格およびキナゾリン骨格は、いずれも、複数の環が縮合した、剛直な構造である。そのため、これらの骨格を有する化合物は、高いガラス転移温度を示す。また、そのような化合物を昇華するときには、剛直な構造により、分子一つ一つが絡み合わず、安定して昇華する。このように、一般式(1)で表される化合物のガラス転移温度が高いことから、有機薄膜発光素子の耐熱性が向上する。また、一般式(1)で表される化合物の安定な昇華によって形成された、良質な膜が得られるため、有機薄膜発光素子の耐久寿命が向上する。
 これらの効果は、キナゾリン骨格にカルバゾール骨格が一つ置換している場合は十分でない。キナゾリン骨格にカルバゾール骨格が二つ置換することで、十分大きい効果が得られる。
 以上より、一般式(1)で表される化合物は、分子中に二つのカルバゾール骨格とキナゾリン骨格を有していることにより、高発光効率、低駆動電圧および長耐久寿命がいずれも可能となる。
 特に、一般式(1)で表される化合物は、その特性から、有機薄膜発光素子の発光層または電子輸送層に用いることが好ましく、その中でも、電子輸送層に用いることが特に好ましい。
 一般式(1)において、LはX~XおよびR55のうちいずれか一つの位置で連結し、LはX~X16およびR56のうちいずれか一つの位置で連結する。
 ここで、例えば、LがXの位置で連結するとは、XがC-Rであるが、R自体は存在せず、Lと炭素原子とが直接結合することをいう。また、LがR55の位置で連結するとは、R55自体は存在せず、カルバゾ-ル骨格の窒素原子とLとが直接結合することをいう。
 キナゾリン骨格のLおよびLの位置は、キナゾリン骨格の中で、電子求引性の窒素原子を有する六員環上の置換位置である。キナゾリン骨格に由来する低いLUMOエネルギー準位は、電子求引性の窒素原子を有する六員環上に分布する。そのため、この位置にカルバゾール骨格を結合すると、化合物のLUMOエネルギー準位を高める効果が大きい。それにより、上記のように、電子注入力を高めることができる。
 一般式(1)において、LがXの位置で連結することが好ましい。また、LがX14の位置で連結することが好ましい。これらの位置で連結したときに、化合物のLUMOエネルギー準位を高める効果が特に大きくなるからである。
 ただし、一般式(1)において、LがR55の位置で連結し、かつ、LがR56の位置で連結する場合はのぞく。キナゾリン骨格がカルバゾール骨格の窒素原子と連結した場合は、化合物のLUMOエネルギー準位を高める効果が小さいからである。2つのうちの一方のカルバゾール骨格だけが、その窒素原子とキナゾリン骨格とで連結した場合は、化合物のLUMOエネルギー準位を高める効果を保つことができる。しかし、2つのカルバゾール骨格のいずれもが、その窒素原子とキナゾリン骨格とで連結した場合、その効果を保つことができないため、化合物の電子注入力が小さくなってしまう。
 LまたはLのいずれか一方は、必ず、置換もしくは無置換のアリーレン基、または置換もしくは無置換のヘテロアリーレン基である。分子がより剛直になり、ガラス転移温度が高くなって、有機薄膜発光素子の耐熱性が向上するからである。
 LおよびLは、単結合、置換もしくは無置換のアリーレン基、または置換もしくは無置換のヘテロアリーレン基である。LおよびLが置換のアリーレン基、または置換のヘテロアリーレン基である場合の置換基は上述のとおりであるが、好ましくは、アルキル基、シクロアルキル基、複素環基、アリールエーテル基、アリールチオエーテル基、アリール基、ヘテロアリール基、ハロゲン原子、シアノ基、またはアミノ基であり、より好ましくは、複素環基、アリール基、ヘテロアリール基、ハロゲン原子、シアノ基、またはアミノ基であり、更に好ましくは、アリール基、ヘテロアリール基、またはアミノ基である。
 LおよびLとして、より好ましくは、単結合および炭素数6以上24以下のアリーレン基であり、更に好ましくは、単結合およびフェニル基である。LおよびLは、電子伝導準位であるLUMO準位を形成するキナゾリン骨格の周りを形成する接続基である。そのため、キナゾリンのLUMO準位に与える影響が小さい、単結合およびアリーレン基が好ましい。また、かさが小さく、分子間の電子輸送性がより大きくなる、単結合およびフェニル基がより好ましい。
 一般式(1)において、Lが単結合であり、Lが置換もしくは無置換のアリーレン基、または置換もしくは無置換のヘテロアリーレン基であることが好ましい。この場合において、Lが置換もしくは無置換のアリーレン基であることが好ましく、Lが置換もしくは無置換のフェニレン基であることがより好ましい。
 また、一般式(1)において、Lが単結合であり、Lが置換もしくは無置換のアリーレン基、または置換もしくは無置換のヘテロアリーレン基であることが好ましい。この場合において、Lが置換もしくは無置換のアリーレン基であることが好ましく、Lが置換もしくは無置換のフェニレン基であることがより好ましい。
 LまたはLのいずれか一方のみが、置換もしくは無置換のアリーレン基、または置換もしくは無置換のヘテロアリーレン基であると、カルバゾール骨格の結合によるLUMOエネルギー準位を高める効果がより大きくなるからである。
 また、カルバゾール骨格上のX(n=1~16)は、それぞれ、C-R(n=1~16)または窒素原子である。R(n=1~16)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、アルケニル基、シクロアルケニル基、アルキニル基、アルコキシ基、アルキルチオ基、アリールエーテル基、アリールチオエーテル基、ハロゲン原子、シアノ基、アミノ基、カルボニル基、カルボキシ基、オキシカルボニル基、カルバモイル基および-P(=O)R1718からなる群より選ばれる。
 水素原子以外の置換基は、カルバゾール骨格の電子状態を修飾するために導入される。例えば、酸素原子を含む芳香族複素環基(以下、「含酸素芳香族複素環基」)や、硫黄原子を含む芳香族複素環基(以下、「含硫黄芳香族複素環基」)といった、電子供与性の置換基は、カルバゾール骨格の電子供与性を補強する。一方、シアノ基のような電子求引性の置換基は、カルバゾール骨格の電子供与性を減少させる。
 これらの置換基の中でも、特に好ましいR(n=1~16)は、水素原子である。R(n=1~16)が水素原子である場合、電子伝導準位であるLUMO準位を形成するキナゾリン骨格周りのかさが小さくなり、分子間の電子輸送性がより向上するからである。
 R51~R54は上述のとおりであるが、好ましくは、水素原子、シクロアルキル基、複素環基、アリールエーテル基、アリールチオエーテル基、アリール基、ヘテロアリール基、ハロゲン原子、シアノ基、およびアミノ基であり、より好ましくは、水素原子、アリール基、ヘテロアリール基、ハロゲン原子、シアノ基、およびアミノ基であり、特に好ましくは、水素原子である。R55およびR56は上述のとおりであるが、好ましくはアリール基である。
 一般式(1)で表される化合物のLUMOエネルギー準位は、青色発光層のホスト材料としてよく用いられる、アントラセン骨格を有する材料のLUMOエネルギー準位よりわずかに低い。このため、有機薄膜発光素子において、アントラセン骨格を有する化合物を発光層、中でも青色発光層に用い、一般式(1)で表される化合物を電子輸送層または電子注入層に用いることが好ましい。このような有機薄膜発光素子では、青色発光層への電子注入が適度に抑制される。それにともなって、発光層内部が電子過剰な状態となることが抑えられ、そのキャリアバランスが整う。そのことにより、有機薄膜発光素子の発光効率および耐久寿命が向上する。
 また、一般式(1)で表される化合物は、ピレン骨格、フェナントロリン骨格、またはフルオランテン骨格を有する化合物から、電子を受け取りやすい。これらの化合物は、有機薄膜発光素子を低電圧で駆動させたときにも、電子を輸送することができる。そこで、有機薄膜発光素子において、一般式(1)で表される化合物を含む層の陰極側に接する層に、ピレン骨格を有する化合物、フェナントロリン骨格を有する化合物、またはフルオランテン骨格を有する化合物を用いることが好ましい。このような有機薄膜発光素子は、低電圧で駆動させることができる。
 ピレン骨格を有する化合物は、1、6位に置換もしくは無置換のアリール基またはヘテロアリール基を有していると、電子輸送性が大きくなるため、より好ましい。
 フェナントロリン骨格を有する化合物は、電荷を分散し、電子の授受を速くするために、分子中にフェナントロリン骨格を複数有していると、より好ましい。
 フルオランテン骨格を有する化合物は、フルオランテン骨格の深いLUMOエネルギーを高めるため、フルオランテン骨格とアミノ基を有する化合物がより好ましい。
 一般式(1)で表される化合物としては、特に限定されるものではないが、具体的には以下のような例が挙げられる。
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 一般式(1)で表される化合物の合成には、公知の方法を利用することができる。カルバゾール骨格は、ハロゲン原子やボロン酸が結合したものが市販されている。合成方法としては、例えば、パラジウム触媒やニッケル触媒下での、置換もしくは無置換のカルバゾリルボロン酸誘導体と、置換もしくは無置換のハロゲン化キナゾリン誘導体とのカップリング反応を利用する方法や、置換もしくは無置換のカルバゾール誘導体と、置換もしくは無置換のハロゲン化キナゾリン誘導体とのカップリング反応を利用する方法や、置換もしくは無置換のハロゲン化カルバゾール誘導体と、置換もしくは無置換のキナゾリニルボロン酸誘導体とのカップリング反応を利用する方法などが挙げられるが、これらに限定されるものではない。
 ボロン酸の代わりにボロン酸エステルを用いてもよい。カルバゾール骨格に結合したハロゲン原子は、公知の方法を用いてボロン酸エステルに変換することができる。キナゾリン骨格は、公知の方法を利用して、置換もしくは無置換の2-アミノベンゾニトリル誘導体とグリニャール試薬とから、環化反応によって合成することができる。ハロゲン化キナゾリンは市販されているので、それを利用することもできる。
 一般式(1)で表される化合物において、キナゾリン骨格のLとLでは、Lの反応性がより高い。そのため、触媒や反応温度を適切に選択することによって、位置選択的に、キナゾリンに対するカルバゾールの結合反応を行うことができる。
 一般式(1)で表される化合物は、有機薄膜発光素子、光電変換素子、リチウムイオン電池、燃料電池、トランジスタ等の電子デバイスにおいて、電子デバイス材料として用いられることが好ましい。中でも、有機薄膜発光素子において、発光素子材料として用いられることが、特に好ましい。
 光電変換素子は、アノードとカソード、およびそれらアノードとカソードとの間に介在する有機層を有する素子である。有機層は、光エネルギーを電気的信号に変換する光電変換層を有する。一般式(1)で表される化合物は、優れた電子輸送性を有することから、光電変換層に用いることが好ましく、光電変換層のn型材料に用いることが、より好ましい。
 発光素子材料とは、有機薄膜発光素子のいずれかの層に使用される材料を表す。発光素子材料には、後述するように、正孔輸送層、発光層および電子輸送層から選ばれた層に使用される材料であるほか、電極の保護層(キャップ層)に使用される材料も含まれる。一般式(1)で表される化合物を、有機薄膜発光素子のいずれかの層に使用することにより、高い発光効率が得られ、駆動電圧が低く、耐久性の高い有機薄膜発光素子が得られる。
 <有機薄膜発光素子>
 本発明の一つの実施形態である有機薄膜発光素子について、以下に詳細に説明する。本発明の実施の形態に係る有機薄膜発光素子は、陽極と、陰極と、それら陽極と陰極との間に介在する有機層と、を有し、該有機層が電気エネルギーにより発光する。ここで、有機層は、少なくとも発光層と電子輸送層とを有することが好ましい。
 有機層の好ましい構成としては、発光層/電子輸送層の構成の他に、1)正孔輸送層/発光層/電子輸送層、2)正孔輸送層/発光層/電子輸送層/電子注入層、3)正孔注入層/正孔輸送層/発光層/電子輸送層/電子注入層などの積層構成が挙げられる。また、上記各層は、それぞれ単一層、複数層のいずれでもよい。また、燐光発光層や蛍光発光層を複数有する積層型であってもよく、蛍光発光層と燐光発光層を組み合わせた構成でもよい。また、それぞれ互いに異なる発光色を示す発光層を積層した構成であってもよい。
 また、上記の素子構成は、中間層を介して複数層が積層した、タンデム型構成であってもよい。タンデム型構成に含まれる有機層のうち少なくとも一層は、燐光発光層であることが好ましい。中間層は、一般的に、中間電極、中間導電層、電荷発生層、電子引抜層、接続層または中間絶縁層とも呼ばれる。タンデム型構成の具体例は、例えば、1)正孔輸送層/発光層/電子輸送層/電荷発生層/正孔輸送層/発光層/電子輸送層、2)正孔注入層/正孔輸送層/発光層/電子輸送層/電子注入層/電荷発生層/正孔注入層/正孔輸送層/発光層/電子輸送層/電子注入層、といった、陽極と陰極の間に中間層として電荷発生層を含む積層構成が挙げられる。中間層を構成する材料としては、具体的には、ピリジン誘導体、フェナントロリン誘導体などが好ましく用いられる。中間層を構成する材料がフェナントロリン誘導体である場合は、フェナントロリン誘導体は分子内にフェナントロリン骨格を2つ以上有する化合物である方がより好ましい。
 本発明の有機薄膜発光素子(以下、発光素子という場合がある)は、有機層に一般式(1)で表される化合物を含有する。一般式(1)で表される化合物は、上記の素子構成において、いずれの層に用いられてもよいが、高い電子注入輸送能、蛍光量子収率および薄膜安定性を有しているため、発光素子の発光層、電子輸送層または中間層に用いられることが好ましい。特に、優れた電子注入輸送能の観点から、一般式(1)で表される化合物は、電子輸送層または中間層に用いられることがより好ましく、電子輸送層に用いられることが特に好ましい。
 (基板)
 発光素子の機械的強度を保つために、発光素子を基板上に形成することが好ましい。基板としては、ソーダガラスや無アルカリガラスなどのガラス基板が好適に用いられる。ガラス基板の厚みは、機械的強度を保つのに十分な厚みがあればよいので、0.5mm以上あれば十分である。ガラスの材質については、ガラスからの溶出イオンが少ない方がよいので無アルカリガラスの方が好ましい。また、SiOなどのバリアコートを施したソーダライムガラスも市販されており、これを使用することもできる。また、基板上に形成される第一電極が安定に機能するのであれば、基板はガラスである必要はなく、例えば、プラスチック基板であってもよい。
 (陽極および陰極)
 本発明の実施の形態に係る有機薄膜発光素子において、陽極と陰極は、素子の発光のために十分な電流を供給するための役割を有するものである。光を取り出すために、陽極と陰極のうち少なくとも一方は、透明または半透明であることが好ましい。通常、基板上に形成される陽極を透明電極とする。
 陽極に用いる材料は、正孔を有機層に効率よく注入できる材料であり、かつ、光を取り出せるよう、透明または半透明な材料であれば、特に限定されない。材料としては、例えば、酸化錫、酸化インジウム、酸化錫インジウム(ITO)、酸化亜鉛インジウム(IZO)などの導電性金属酸化物、金、銀、クロムなどの金属、ヨウ化銅、硫化銅などの無機導電性物質、ポリチオフェン、ポリピロール、ポリアニリンなどの導電性ポリマーなどが挙げられる。これらの電極材料は、単独で用いてもよいしが、複数の材料を積層または混合して用いてもよい。
 陽極が形成された基板としては、ガラスの表面にITOの膜を形成したITOガラスや、ガラスの表面に酸化錫が主成分の膜を形成したネサガラスを用いることが、特に好ましい。ITOガラスの場合、ITO膜の形成方法は、電子線ビーム法、スパッタリング法および化学反応法など、ITO膜が形成できる方法であれば、特に制限を受けるものではない。
 陰極に用いる材料は、電子を効率よく発光層に注入できる物質であれば、特に限定されない。材料としては、一般的には、白金、金、銀、銅、鉄、錫、アルミニウム、インジウムなどの金属、これらの金属と、リチウム、ナトリウム、カリウム、カルシウム、マグネシウムなどの低仕事関数金属との合金もしくは多層積層体などが好ましい。中でも、陰極に用いる材料の主成分が、アルミニウム、銀またはマグネシウムであることが、電気抵抗値の低さ、製膜しやすさ、膜の安定性、発光効率などの面から好ましい。特に、陰極がマグネシウムと銀で構成されると、電子輸送層および電子注入層への電子注入が容易になり、より低い電圧で発光素子を駆動させることが可能になるため、好ましい。これらの電極の作製方法は特に限定されず、例えば、抵抗加熱、電子線ビーム、スパッタリング、イオンプレーティングおよびコーティングなどが挙げられる。
 (保護膜層)
 陰極保護のために、陰極上に保護膜層(キャップ層)を積層することが好ましい。保護膜層を構成する材料としては、特に限定されないが、例えば、白金、金、銀、銅、鉄、錫、アルミニウムおよびインジウムなどの金属、これら金属を用いた合金、シリカ、チタニアおよび窒化ケイ素などの無機物、ポリビニルアルコール、ポリ塩化ビニル、炭化水素系高分子化合物などの有機高分子化合物などが挙げられる。また、一般式(1)で表される化合物も、この保護膜層として利用できる。ただし、発光素子が、陰極側から光を取り出す素子構造(トップエミッション構造)である場合は、保護膜層に用いられる材料は、可視光領域で光透過性のある材料から選択される。
 (正孔輸送層)
 正孔輸送層は、正孔輸送材料の一種または二種以上を積層または混合する方法、もしくは、正孔輸送材料と高分子結着剤との混合物を用いる方法により形成される。また、正孔輸送材料には、電界を与えられた電極間において、陽極から注入される正孔を効率良く輸送することが求められる。そのため、正孔輸送材料としては、正孔注入効率が高く、注入された正孔を効率良く輸送できる材料が好ましい。そのためには、適切なイオン化ポテンシャルを持ち、正孔移動度が大きく、安定性に優れた材料が好ましく、また、そのような材料の製造時および使用時に、トラップとなる不純物が発生しにくいことが好ましい。
 このような条件を満たす物質として、特に限定されるものではないが、例えば、
4,4’-ビス(N-(3-メチルフェニル)-N-フェニルアミノ)ビフェニル(TPD)、4,4’-ビス(N-(1-ナフチル)-N-フェニルアミノ)ビフェニル(NPD)、4,4’-ビス(N,N-ビス(4-ビフェニリル)アミノ)ビフェニル(TBDB),ビス(N,N’-ジフェニル-4-アミノフェニル)-N,N-ジフェニル-4,4’-ジアミノ-1,1’-ビフェニル(TPD232)といったベンジジン誘導体;
4,4’,4”-トリス(3-メチルフェニル(フェニル)アミノ)トリフェニルアミン(m-MTDATA)、4,4’,4”-トリス(1-ナフチル(フェニル)アミノ)トリフェニルアミン(1-TNATA)などのスターバーストアリールアミンと呼ばれる材料群;
カルバゾール骨格を有する材料、中でもカルバゾール多量体、具体的にはビス(N-アリールカルバゾール)またはビス(N-アルキルカルバゾール)などのカルバゾール2量体の誘導体、カルバゾール3量体の誘導体、カルバゾール4量体の誘導体;
トリフェニレン化合物、スチルベン系化合物、ヒドラゾン系化合物;
ピラゾリン誘導体、ベンゾフラン誘導体、チオフェン誘導体、オキサジアゾール誘導体、フタロシアニン誘導体、ポルフィリン誘導体などの複素環化合物;
フラーレン誘導体;
上記化合物群から選ばれる化合物を側鎖に有するポリカーボネートやスチレン誘導体、ポリチオフェン、ポリアニリン、ポリフルオレン、ポリビニルカルバゾールおよびポリシランなどのポリマー;
などが好ましい。
 また、p型Si、p型SiC等の無機化合物も、正孔輸送材料として使用できる。
 また、一般式(1)で表される化合物も、電気化学的安定性に優れているため、正孔輸送材料として用いることができる。
 (正孔注入層)
 陽極と正孔輸送層との間に正孔注入層を設けてもよい。正孔注入層を設けることで、発光素子がより低い電圧で駆動するようになり、耐久寿命も向上する。正孔注入層には、通常正孔輸送層に用いる材料よりもイオン化ポテンシャルの小さい材料が、好ましく用いられる。具体的には、上記TPD232のようなベンジジン誘導体、スターバーストアリールアミン材料群や、フタロシアニン誘導体等が挙げられる。
 また、正孔注入層が、アクセプター性化合物単独で構成されているか、またはアクセプター性化合物が別の正孔注入材料にドープされた構成であることも好ましい。アクセプター性化合物の例としては、塩化鉄(III)、塩化アルミニウム、塩化ガリウム、塩化インジウム、塩化アンチモンのような金属塩化物、酸化モリブデン、酸化バナジウム、酸化タングステン、酸化ルテニウムのような金属酸化物、トリス(4-ブロモフェニル)アミニウムヘキサクロロアンチモネート(TBPAH)のような電荷移動錯体が挙げられる。また、分子内にニトロ基、シアノ基、ハロゲン原子またはトリフルオロメチル基を有する有機化合物や、キノン系化合物、酸無水物系化合物、フラーレンなども挙げられる。
 これらの化合物の具体的な例としては、ヘキサシアノブタジエン、ヘキサシアノベンゼン、テトラシアノエチレン、テトラシアノキノジメタン(TCNQ)、テトラフルオロテトラシアノキノジメタン(F-TCNQ)、2,3,6,7,10,11-ヘキサシアノ-1,4,5,8,9,12-ヘキサアザトリフェニレン(HAT-CN)、p-フルオラニル、p-クロラニル、p-ブロマニル、p-ベンゾキノン、2,6-ジクロロベンゾキノン、2,5-ジクロロベンゾキノン、テトラメチルベンゾキノン、1,2,4,5-テトラシアノベンゼン、o-ジシアノベンゼン、p-ジシアノベンゼン、1,4-ジシアノ-2,3,5,6-テトラフルオロベンゼン、2,3-ジクロロ-5,6-ジシアノベンゾキノン、o-ジニトロベンゼン、m-ジニトロベンゼン、p-ジニトロベンゼン、o-シアノニトロベンゼン、m-シアノニトロベンゼン、p-シアノニトロベンゼン、1,4-ナフトキノン、2,3-ジクロロ-1,4-ナフトキノン、1-ニトロナフタレン、2-ニトロナフタレン、1,3-ジニトロナフタレン、1,5-ジニトロナフタレン、9-シアノアントラセン、9-ニトロアントラセン、9,10-アントラキノン、1,3,6,8-テトラニトロカルバゾール、2,4,7-トリニトロ-9-フルオレノン、2,3,5,6-テトラシアノピリジン、マレイン酸無水物、フタル酸無水物、C60、およびC70などが挙げられる。
 正孔注入層がアクセプター性化合物単独で構成される場合、および正孔注入材料にアクセプター性化合物がドープされている場合のいずれの場合も、正孔注入層は1層であってもよいし、複数の層が積層されていてもよい。またアクセプター性化合物がドープされている場合に組み合わせて用いられる正孔注入材料は、正孔輸送層への正孔注入障壁が緩和できるという観点から、正孔輸送層に用いる化合物と同一の化合物であることがより好ましい。
 (発光層)
 発光層は、単一層、複数層のどちらでもよく、それぞれ発光材料(ホスト材料、ドーパント材料)により形成される。発光層は、ホスト材料とドーパント材料との混合物であっても、ホスト材料単独であっても、いずれでもよい。すなわち、本発明の実施の形態に係る有機薄膜発光素子では、各発光層において、ホスト材料もしくはドーパント材料のみが発光してもよいし、ホスト材料とドーパント材料がともに発光してもよい。電気エネルギーを効率よく利用し、高色純度の発光を得るという観点からは、発光層はホスト材料とドーパント材料の混合物からなることが好ましい。
 また、ホスト材料とドーパント材料は、それぞれ一種類であっても、複数の組み合わせであっても、いずれでもよい。ドーパント材料は、ホスト材料の全体に含まれていても、部分的に含まれていても、いずれでもよい。ドーパント材料は、積層されていても、分散されていても、いずれでもよい。ドーパント材料の種類により、発光素子の発光色を制御することができる。ドーパント材料の量は、多すぎると濃度消光現象が起きるため、ホスト材料に対して20重量%以下で用いることが好ましく、さらに好ましくは10重量%以下である。ドーピング方法は、ホスト材料との共蒸着法でもよいし、ホスト材料と予め混合してから同時に蒸着してもよい。
 発光材料としては、特に限定されないが、具体的には、以前から発光体として知られていたアントラセンやピレンなどの縮合環誘導体、トリス(8-キノリノレート)アルミニウム(III)を始めとする金属キレート化オキシノイド化合物;ビススチリルアントラセン誘導体やジスチリルベンゼン誘導体などのビススチリル誘導体;テトラフェニルブタジエン誘導体、インデン誘導体、クマリン誘導体、オキサジアゾール誘導体、ピロロピリジン誘導体、ペリノン誘導体、シクロペンタジエン誘導体、オキサジアゾール誘導体、チアジアゾロピリジン誘導体、ジベンゾフラン誘導体、カルバゾール誘導体、インドロカルバゾール誘導体;ポリフェニレンビニレン誘導体、ポリパラフェニレン誘導体、ポリチオフェン誘導体などのポリマー、などが使用できる。
 ホスト材料としては、特に限定されないが、ナフタレン、アントラセン、フェナントレン、ピレン、クリセン、ナフタセン、トリフェニレン、ペリレン、フルオランテン、フルオレン、インデンなどの縮合アリール環を有する化合物やその誘導体;N,N’-ジナフチル-N,N’-ジフェニル-4,4’-ジフェニル-1,1’-ジアミンなどの芳香族アミン誘導体;トリス(8-キノリノレート)アルミニウム(III)をはじめとする金属キレート化オキシノイド化合物;ジスチリルベンゼン誘導体などのビススチリル誘導体;テトラフェニルブタジエン誘導体、インデン誘導体、クマリン誘導体、オキサジアゾール誘導体、ピロロピリジン誘導体、ペリノン誘導体、シクロペンタジエン誘導体、ピロロピロール誘導体、チアジアゾロピリジン誘導体、ジベンゾフラン誘導体、カルバゾール誘導体、インドロカルバゾール誘導体、トリアジン誘導体;ポリフェニレンビニレン誘導体、ポリパラフェニレン誘導体、ポリフルオレン誘導体、ポリビニルカルバゾール誘導体、ポリチオフェン誘導体などが使用できる。
 一般式(1)で表される化合物を電子輸送材料として用いた場合のホスト材料は、LUMOのエネルギー準位が一般式(1)で表される化合物のものと近く、電子の注入が起こりやすいという観点から、アントラセン骨格を有する化合物がより好ましい。
 また、この場合のドーパント材料は、ナフタレン、アントラセン、フェナントレン、ピレン、クリセン、トリフェニレン、ペリレン、フルオランテン、フルオレン、インデンなどの縮合アリール環を有する化合物やその誘導体(例えば2-(ベンゾチアゾール-2-イル)-9,10-ジフェニルアントラセンや5,6,11,12-テトラフェニルナフタセンなど);フラン、ピロール、チオフェン、シロール、9-シラフルオレン、9,9’-スピロビシラフルオレン、ベンゾチオフェン、ベンゾフラン、インドール、ジベンゾチオフェン、ジベンゾフラン、イミダゾピリジン、フェナントロリン、ピリジン、ピラジン、ナフチリジン、キノキサリン、ピロロピリジン、チオキサンテンなどのヘテロアリール環を有する化合物やその誘導体;ボラン誘導体、ジスチリルベンゼン誘導体;4,4’-ビス(2-(4-ジフェニルアミノフェニル)エテニル)ビフェニル、4,4’-ビス(N-(スチルベン-4-イル)-N-フェニルアミノ)スチルベンなどのアミノスチリル誘導体;芳香族アセチレン誘導体、テトラフェニルブタジエン誘導体、スチルベン誘導体、アルダジン誘導体、ピロメテン誘導体、ジケトピロロ[3,4-c]ピロール誘導体;2,3,5,6-1H,4H-テトラヒドロ-9-(2’-ベンゾチアゾリル)キノリジノ[9,9a,1-gh]クマリンなどのクマリン誘導体;イミダゾール、チアゾール、チアジアゾール、カルバゾール、オキサゾール、オキサジアゾール、トリアゾールなどのアゾール誘導体およびその金属錯体;およびN,N’-ジフェニル-N,N’-ジ(3-メチルフェニル)-4,4’-ジフェニル-1,1’-ジアミンに代表される芳香族アミン誘導体;などを用いることができるが、特に限定されるものではない。
 また、発光層に燐光発光材料が含まれていてもよい。燐光発光材料とは、室温でも燐光発光を示す材料である。燐光発光材料としては、特に限定されるものではないが、イリジウム(Ir)、ルテニウム(Ru)、ロジウム(Rh)、パラジウム(Pd)、白金(Pt)、オスミウム(Os)、及びレニウム(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有機金属錯体化合物であることが好ましい。中でも、室温でも高い燐光発光収率を有するという観点から、イリジウム、もしくは白金を有する有機金属錯体がより好ましい。
 燐光発光性のドーパント材料と組み合わせて用いられるホスト材料としては、例えば、インドール誘導体、カルバゾール誘導体、インドロカルバゾール誘導体;ピリジン、ピリミジンまたはトリアジン骨格を有する含窒素芳香族化合物誘導体;ポリアリールベンゼン誘導体、スピロフルオレン誘導体、トルキセン誘導体、トリフェニレン誘導体といった芳香族炭化水素化合物誘導体;ジベンゾフラン誘導体、ジベンゾチオフェン誘導体といったカルコゲン元素を含有する化合物;ベリリウムキノリノール錯体といった有機金属錯体;などが挙げられる。ただし、ホスト材料としては、用いるドーパント材料よりも三重項エネルギーが大きく、電子、正孔がそれぞれの輸送層から円滑に注入され、また輸送するものであれば、これらに限定されるものではない。
 発光層には、2種以上の燐光発光性のドーパント材料が含有されていてもよいし、2種以上のホスト材料が含有されていてもよい。さらに1種以上の燐光発光性のドーパントと1種以上の蛍光発光性のドーパント材料とが含有されていてもよい。発光層に燐光発光性の材料を用いた場合、一般式(1)で表される化合物は電子輸送材料として好適に用いられる。
 一般式(1)で表される化合物は、高い発光性能を有することから、発光材料として用いることもできる。一般式(1)で表される化合物は、青色~緑色領域(400~600nm領域)に強い発光を示すことから、青色および緑色発光材料として好適に用いることができる。一般式(1)で表される化合物は、高い蛍光量子収率をもつことから、蛍光ドーパント材料として好適に用いられる。また、カルバゾール骨格およびキナゾリン骨格は、高い三重項励起エネルギー準位を有しており、一般式(1)で表される化合物は、燐光ホスト材料としても好適に用いることができる。特に、緑色燐光ホスト材料、赤色燐光ホスト材料に好適に用いることができる。
 好ましい燐光発光性ホストまたはドーパントとしては、特に限定されるものではないが、具体的には以下のような例が挙げられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000015
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000016
 また、発光層に熱活性化遅延蛍光材料が含まれていてもよい。熱活性化遅延蛍光材料は、一般的に、TADF材料とも呼ばれる。熱活性化遅延蛍光材料は、一重項励起状態のエネルギー準位と三重項励起状態エネルギー準位のエネルギーギャップを小さくすることで、三重項励起状態から一重項励起状態への逆項間交差を促進し、一重項励起子の生成確率を向上させた材料である。熱活性化遅延蛍光材料は、単一の材料で熱活性化遅延蛍光を示す材料であってもよいし、複数の材料で熱活性化遅延蛍光を示す材料であってもよい。材料が複数からなる場合は、混合物として用いてもよいし、各材料からなる層を積層して用いてもよい。熱活性化遅延蛍光材料としては、公知の材料を用いることができる。具体的には、例えば、ベンゾニトリル誘導体、トリアジン誘導体、ジスルホキシド誘導体、カルバゾール誘導体、インドロカルバゾール誘導体、ジヒドロフェナジン誘導体、チアゾール誘導体、オキサジアゾール誘導体などが挙げられるが、これらに限定されるものではない。
 (電子輸送層)
 電子輸送層とは、陰極と発光層との間にある層である。電子輸送層は単層でも複数層であってもよく、陰極もしくは発光層に接していても接していなくてもよい。電子輸送層が二層以上から成り、それらのうち前記発光層に接する側に一般式(1)で表される化合物を含有することが好ましい。また、上述の通り、一般式(1)で表される化合物は、ピレン骨格、フェナントロリン骨格、またはフルオランテン骨格を有する化合物から、電子を受け取りやすいので、電子輸送層のうち陰極側に接する層が、フェナントロリン骨格、ピレン骨格、またはフルオランテン骨格を有する化合物を含有することが好ましい。
 電子輸送層には、陰極からの電子注入効率が高いこと、注入された電子を効率よく輸送すること、発光層への電子注入効率が高いことなどが望まれる。そのため、電子輸送層を構成する材料は、電子親和力が大きく、電子移動度が大きく、安定性に優れた材料が好ましい。また、そのような材料の製造時および使用時に、トラップとなる不純物が発生しにくいことが好ましい。
 一方で、陽極から流れてきた正孔が発光層で電子と再結合せず、電子輸送層に入ってきたときに、それが陰極側へ流れるのを効率よく阻止できる役割を電子輸送層が果たすことも好ましい。この場合、電子輸送能力がそれ程高くない材料で電子輸送層が構成されていても、発光素子の発光効率を向上させる効果は、電子輸送能力が高い材料で電子輸送層が構成されている場合と同等となる。したがって、本発明における電子輸送層には、正孔の移動を効率よく阻止できる正孔阻止層も、同義のものとして含まれる。
 電子輸送層に用いられる電子輸送材料としては、特に制限はないが、例えば、ナフタレン、アントラセンなどの縮合多環芳香族炭化水素誘導体、4,4’-ビス(ジフェニルエテニル)ビフェニルに代表されるスチリル系芳香族環誘導体、アントラキノンやジフェノキノンなどのキノン誘導体、リンオキサイド誘導体、トリス(8-キノリノレート)アルミニウム(III)などのキノリノール錯体、ベンゾキノリノール錯体、ヒドロキシアゾール錯体、アゾメチン錯体、トロポロン金属錯体およびフラボノール金属錯体などの各種金属錯体が挙げられる。発光素子の駆動電圧を低減し、高い発光効率が得られることから、電子輸送材料としては、炭素、水素、窒素、酸素、ケイ素、リンの中から選ばれる元素で構成され、電子受容性窒素を含むヘテロアリール環構造を有する化合物を用いることが好ましい。
 電子受容性窒素を含む芳香族複素環としては、例えば、ピリジン環、ピラジン環、ピリミジン環、キノリン環、キノキサリン環、ナフチリジン環、ピリミドピリミジン環、ベンゾキノリン環、フェナントロリン環、イミダゾール環、オキサゾール環、オキサジアゾール環、トリアゾール環、チアゾール環、チアジアゾール環、ベンゾオキサゾール環、ベンゾチアゾール環、ベンズイミダゾール環、フェナンスロイミダゾール環などが挙げられる。
 上記電子輸送材料は単独でも用いられるが、上記電子輸送材料を2種以上混合して用いたり、その他の電子輸送材料の一種以上を上記の電子輸送材料に混合して用いたりしても構わない。
 好ましい電子輸送材料としては、特に限定されるものではないが、具体的には以下のような例が挙げられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000017
 これら以外にも、国際公開第2004/63159号、国際公開第2003/60956号、“Applied Physics Letters”,(米国),1999年,74巻,6号,p.865-867、“Organic Electronics”,(蘭国),2003年,4巻,2-3号,p.113-121、国際公開第2010/113743、国際公開第2010/1817等に開示された電子輸送材料も用いることができる。
 また、一般式(1)で表される化合物も、高い電子注入輸送能を有することから、電子輸送材料として用いることができる。一般式(1)で表される化合物が用いられる場合には、その一種のみに限る必要はなく、一般式(1)で表される化合物の複数種を混合して用いてもよいし、上記のような、その他の電子輸送材料の一種類以上と一般式(1)で表される化合物とを混合して用いてもよい。
 電子輸送層は、電子輸送材料に加えて、ドナー性材料を含有してもよい。ここで、ドナー性材料とは、電子注入障壁の改善により、陰極または電子注入層からの電子輸送層への電子注入を容易にし、電子輸送層の電気伝導性をさらに向上させる化合物である。
 本発明におけるドナー性材料の好ましい例としては、アルカリ金属、アルカリ金属を含有する無機塩、アルカリ金属と有機物との錯体、アルカリ土類金属、アルカリ土類金属を含有する無機塩またはアルカリ土類金属と有機物との錯体などが挙げられる。アルカリ金属、アルカリ土類金属の好ましい種類としては、低仕事関数で電子輸送能向上の効果が大きいリチウム、ナトリウム、セシウムといったアルカリ金属や、マグネシウム、カルシウムといったアルカリ土類金属が挙げられる。
 また、真空中での蒸着が容易で取り扱いに優れることから、金属単体よりも無機塩、あるいは金属と有機物との錯体であることが好ましい。さらに、大気中での取扱が容易である点や、添加濃度の制御のし易さの点で、金属と有機物との錯体であることがより好ましい。無機塩の例としては、LiO、LiO等の酸化物、窒化物、LiF、NaF、KF等のフッ化物、LiCO、NaCO、KCO、RbCO、CsCO等の炭酸塩などが挙げられる。また、アルカリ金属またはアルカリ土類金属の好ましい例としては、原料が安価で合成が容易な点から、リチウムが挙げられる。また、金属と有機物との錯体における有機物の好ましい例としては、キノリノール、ベンゾキノリノール、フラボノール、ヒドロキシイミダゾピリジン、ヒドロキシベンズアゾール、ヒドロキシトリアゾールなどが挙げられる。中でも、アルカリ金属と有機物との錯体が好ましく、リチウムと有機物との錯体がより好ましく、リチウムキノリノールが特に好ましい。これらのドナー性材料を2種以上混合して用いてもよい。
 好適なドーピング濃度は材料やドーピング領域の膜厚によっても異なるが、例えばドナー性材料がアルカリ金属、アルカリ土類金属といった無機材料の場合は、電子輸送材料とドナー性材料の蒸着速度比が、電子輸送材料:ドナー性材料=10000:1~2:1の範囲となるようにして共蒸着して電子輸送層としたものが好ましい。蒸着速度比は100:1~5:1がより好ましく、100:1~10:1がさらに好ましい。またドナー性材料が金属と有機物との錯体である場合は、電子輸送材料とドナー性材料の蒸着速度比が、電子輸送材料:ドナー性材料=100:1~1:100の範囲となるようにして共蒸着して電子輸送層としたものが好ましい。蒸着速度比は10:1~1:10がより好ましく、7:3~3:7がさらに好ましい。
 また、一般式(1)で表される化合物にドナー性材料がドープされた電子輸送層は、複数の発光素子を連結するタンデム型発光素子における電荷発生層として用いられていてもよい。特に、ドナー性材料としてアルカリ金属もしくはアルカリ土類金属がドープされるとき、その層は電荷発生層として好適に用いることができる。
 (電子注入層)
 陰極と電子輸送層との間に電子注入層を設けてもよい。一般的に、電子注入層は、陰極から電子輸送層への電子の注入を助ける目的で挿入される。電子注入層には、電子受容性窒素を含むヘテロアリール環構造を有する化合物を用いてもよいし、上記のドナー性材料を含有する層を用いてもよい。一般式(1)で表される化合物が電子注入層に含まれていてもよい。また、電子注入層に絶縁体や半導体の無機物を用いることもできる。これらの材料を用いることで、発光素子の短絡を有効に防止して、かつ電子注入性を向上させることができるので、好ましい。
 このような絶縁体としては、アルカリ金属カルコゲン化物、アルカリ土類金属カルコゲン化物、アルカリ金属のハロゲン化物及びアルカリ土類金属のハロゲン化物からなる群から選択される少なくとも一つの金属化合物を使用するのが好ましい。
 電子注入層に、ドナー性材料である、有機物と金属の錯体を用いると、膜厚調整が容易であるのでより好ましい。このような錯体における有機物の好ましい例としては、キノリノール、ベンゾキノリノール、ピリジルフェノール、フラボノール、ヒドロキシイミダゾピリジン、ヒドロキシベンズアゾール、ヒドロキシトリアゾールなどが挙げられる。中でも、アルカリ金属と有機物との錯体が好ましく、リチウムと有機物との錯体がより好ましく、リチウムキノリノールが特に好ましい。
 発光素子を構成する上記各層の形成方法は、抵抗加熱蒸着、電子ビーム蒸着、スパッタリング、分子積層法、コーティング法など特に限定されないが、通常は、素子特性の点から抵抗加熱蒸着または電子ビーム蒸着が好ましい。
 有機層の厚みは、発光物質の抵抗値にもよるので限定することはできないが、1~1000nmであることが好ましい。発光層、電子輸送層、正孔輸送層の膜厚はそれぞれ、好ましくは1nm以上200nm以下であり、さらに好ましくは5nm以上100nm以下である。
 本発明の実施の形態に係る有機薄膜発光素子は、電気エネルギーを光に変換できる機能を有する。ここで電気エネルギーとしては、主に直流電流が使用されるが、パルス電流や交流電流を用いることも可能である。電流値および電圧値は特に制限はないが、素子の消費電力や寿命を考慮すると、できるだけ低いエネルギーで最大の輝度が得られるよう選ばれることが好ましい。
 本発明の実施の形態に係る有機薄膜発光素子は、例えば、マトリクスおよび/またはセグメント方式で表示するディスプレイなどの表示装置として好適に用いられる。
 マトリクス方式とは、表示のための画素が格子状やモザイク状など二次元的に配置され、画素の集合で文字や画像を表示する方式である。画素の形状やサイズは用途によって決まる。例えば、パソコン、モニター、テレビの画像および文字表示には、通常一辺が300μm以下の四角形の画素が用いられ、また、表示パネルのような大型ディスプレイの場合は、一辺がmmオーダーの画素を用いることになる。モノクロ表示の場合は、同じ色の画素を配列すればよいが、カラー表示の場合には、赤、緑、青の画素を並べて表示させる。この場合、典型的にはデルタタイプとストライプタイプがある。そして、このマトリクスの駆動方法は、線順次駆動方法やアクティブマトリクスのどちらでもよい。線順次駆動はその構造が簡単であるが、動作特性を考慮した場合、アクティブマトリクスの方が優れる場合があるので、これも用途によって使い分けることが好ましい。
 セグメント方式とは、予め決められた情報を表示するようにパターンを形成し、このパターンの配置によって決められた領域を発光させる方式である。セグメント方式を利用した表示としては、例えば、デジタル時計や温度計における時刻や温度表示、オーディオ機器や電磁調理器などの動作状態表示および自動車のパネル表示などが挙げられる。マトリクス方式とセグメント方式は同じパネルの中に共存していてもよい。
 本発明の実施の形態に係る有機薄膜発光素子は、各種機器等のバックライトとしても好ましく用いられる。バックライトは、主に自発光しない表示装置の視認性を向上させる目的に使用され、液晶表示装置、時計、オーディオ装置、自動車パネル、表示板および標識などに使用される。特に、液晶表示装置、中でも薄型化が検討されているパソコン用途のバックライトに本発明の有機薄膜発光素子は好ましく用いられ、従来のものより薄型で軽量なバックライトを提供できる。
 本発明の実施の形態に係る有機薄膜発光素子は、有機EL照明等の照明装置としても好ましく用いられる。有機EL照明は、一般照明、展示用照明、自動車のテールランプなどに使用され、本発明の有機薄膜発光素子は、これらに好適に用いられる。
 以下、実施例をあげて本発明を説明するが、本発明はこれらの実施例によって何ら限定されるものではない。
 合成例1
 中間体[A]の合成
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000018
 500mL三つ口フラスコに、2,4-ジクロロキナゾリン9.90g(50.0mmol)、9-フェニルカルバゾール-3-ボロン酸15.1g(52.5mmol)、1,2-ジメトキシエタン250mL、2M炭酸ナトリウム水溶液38mL(75mmol)を入れ、容器内を窒素置換した。この混合液に、ビス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(II)ジクロリド0.351g(0.500mmol)を加え、90℃のオイルバスで5時間、加熱還流させた。反応終了後、室温まで冷却し、フラスコの内容物に水200mLを加え、析出した固体を濾取し、中間体[A]19.2gを得た。得られた固体をトルエンに溶解し、ヘプタン-トルエン混合展開溶媒を用いたシリカゲルカラムクロマトグラフィーにより精製した。
 化合物[1]の合成
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000019
 100mL三つ口フラスコに、中間体[A]2.03g(5.00mmol)、4-(9H-カルバゾール-9-イル)フェニルボロン酸1.51g(5.25mmol)、1,4-ジオキサン50mL、2Mリン酸三カリウム水溶液3.8mL(7.5mmol)を入れ、容器内を窒素置換した。この混合液に、トリス(ジベンジリデンアセトン)ジパラジウム(0)0.046g(0.050mmol)、トリシクロヘキシルホスフィン0.028g(0.10mmol)を加え、110℃のオイルバスで4時間、加熱還流させた。反応終了後、室温まで冷却し、フラスコの内容物に水50mLを加え、析出した固体を濾取し、化合物[1]2.82gを得た。得られた固体をトルエンに溶解し、シリカゲルカラムクロマトグラフィーにより精製した。さらに、精製物を酢酸ブチル40mLに加熱溶解し、冷却して再結晶し、濾取した後、真空乾燥することにより、化合物[1]の黄白色固体を2.36g得た。
 得られた黄白色固体は、マススペクトル測定(日本電子(株)製JMS-Q1000TD)によって、化合物[1]であることが確認された。
 化合物[1]は、油拡散ポンプを用いた1×10-3Paの圧力下、約330℃で昇華精製を行った後、発光素子材料として使用した。
 合成例2
 中間体[B]の合成
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000020
 500mL三つ口フラスコに、2,4-ジクロロキナゾリン5.94g(30.mmol)、4-クロロフェニルボロン酸5.15g(33.0mmol)、1,2-ジメトキシエタン150mL、2M炭酸ナトリウム水溶液23mL(45mmol)を入れ、容器内を窒素置換した。この混合液に、ビス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(II)ジクロリド0.211g(0.300mmol)を加え、90℃のオイルバスで5時間、加熱還流させた。反応終了後、室温まで冷却し、フラスコの内容物に水200mLを加え、析出した固体を濾取し、中間体[B]8.12gを得た。得られた固体をトルエンに溶解し、ヘプタン-トルエン混合展開溶媒を用いたシリカゲルカラムクロマトグラフィーにより精製した。
 中間体[C]の合成
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000021
 300mL三つ口フラスコに、中間体[B]4.11g(15.0mmol)、9-フェニルカルバゾール-3-ボロン酸4.73g(16.5mmol)、1,2-ジメトキシエタン150mL、2Mリン酸三カリウム水溶液11mL(22.5mmol)を入れ、容器内を窒素置換した。この混合液に、ビス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(II)ジクロリド0.105g(0.150mmol)を加え、90℃のオイルバスで7時間、加熱還流させた。反応終了後、室温まで冷却し、フラスコの内容物に水100mLを加え、析出した固体を濾取し、中間体[C]5.95gを得た。得られた固体をトルエンに溶解し、ヘプタン-トルエン混合展開溶媒を用いたシリカゲルカラムクロマトグラフィーにより精製した。
 化合物[2]の合成
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000022
 100mL三つ口フラスコに、中間体[C]2.40g(5.00mmol)、カルバゾール0.918g(7.50mmol)、tert-ブトキシナトリウム0.721g(7.50mmol)を入れ、o-キシレン50mLを加え、容器内を窒素置換した。この混合液に、トリス(ジベンジリデンアセトン)ジパラジウム(0)0.046g(0.050mmol)、トリシクロヘキシルホスフィン0.028g(0.10mmol)を加え、150℃のオイルバスで3時間、加熱還流した。反応終了後、室温まで冷却し、フラスコの内容物にメタノール30mLを加え、析出した固体を濾取し、化合物[2]2.88gを得た。得られた固体をトルエンに溶解し、シリカゲルカラムクロマトグラフィーにより精製した。さらに、精製物を酢酸ブチル40mLに加熱溶解し、冷却して再結晶し、濾取した後、真空乾燥することにより、化合物[2]の黄白色固体を2.39g得た。
 得られた黄白色固体は、マススペクトル測定(日本電子(株)製JMS-Q1000TD)によって化合物[2]であることが確認された。
 化合物[2]は、油拡散ポンプを用いた1×10-3Paの圧力下、約330℃で昇華精製を行った後、発光素子材料として使用した。
 合成例3
 中間体[E]の合成
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000023
 中間体Eの合成は、国際公開第2006/049013号に記載の方法を応用して合成した。すなわち、500mL三つ口フラスコに、マグネシウム2.43gを入れ、乾燥テトラヒドロフラン10mLを加え、容器内を窒素置換した。そのフラスコ内に、9-(4-ブロモフェニル)カルバゾール32.2g(100mmol)の乾燥テトラヒドロフラン200mL溶液を滴下し、グリニャール試薬を調製した。その中に、2-アミノ-5-クロロベンゾニトリル7.63g(50mmol)の乾燥テトラヒドロフラン50mL溶液を、30分かけて滴下した。さらに1.5時間還流した後、0℃まで氷水浴で冷却した。次いで、4-ブロモベンゾイルクロリド13.2g(60mmol)の乾燥テトラヒドロフラン100mL溶液を、10分かけて滴下し、60℃のオイルバスで2時間加熱還流させた。反応終了後、0℃まで氷水浴で冷却し、飽和塩化アンモニウム水溶液を添加した。析出物を濾取し、少量のメタノールで洗浄した後、真空乾燥し、中間体[E]10.34gを得た。得られた中間体[E]は、ヘプタン-トルエン混合展開溶媒を用いたシリカゲルカラムクロマトグラフィーにより精製した。
 中間体[F]の合成
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000024
 300mL三つ口フラスコに、中間体[E]5.59g(10.0mmol)、9-フェニルカルバゾール-3-ボロン酸3.01g(10.5mmol)、1,2-ジメトキシエタン100mL、2Mリン酸三カリウム水溶液7.5mL(15.0mmol)を入れ、容器内を窒素置換した。この混合液に、ビス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(II)ジクロリド0.070g(0.10mmol)を加え、90℃のオイルバスで7時間、加熱還流させた。反応終了後、室温まで冷却し、フラスコの内容物に水100mLを加え、析出した固体を濾取し、中間体[F]6.56gを得た。得られた固体をトルエンに溶解し、ヘプタン-トルエン混合展開溶媒を用いたシリカゲルカラムクロマトグラフィーにより精製した。
 化合物[3]の合成
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000025
 100mL三つ口フラスコに、中間体[F]3.61g(5.00mmol)、フェニルボロン酸0.641g(5.25mmol)、1,4-ジオキサン50mL、2Mリン酸三カリウム水溶液3.8mL(7.5mmol)を入れ、容器内を窒素置換した。この混合液に、トリス(ジベンジリデンアセトン)ジパラジウム(0)0.046g(0.050mmol)、トリシクロヘキシルホスフィン0.028g(0.10mmol)を加え、110℃のオイルバスで4時間、加熱還させた。反応終了後、室温まで冷却し、水50mLを加え、析出した固体を濾取し、化合物[3]3.57gを得た。得られた固体をトルエンに溶解し、シリカゲルカラムクロマトグラフィーにより精製した。さらに、精製物を酢酸ブチル40mLに加熱溶解し、冷却して再結晶し、濾取した後、真空乾燥することにより、化合物[3]の黄白色固体を3.28g得た。
 得られた黄白色固体は、マススペクトル測定(日本電子(株)製JMS-Q1000TD)によって化合物[3]であることが確認された。
 化合物[3]は、油拡散ポンプを用いた1×10-3Paの圧力下、約350℃で昇華精製を行った後、発光素子材料として使用した。
 以下の実施例で使用した化合物[4]~[41]も、合成例1~3に記した方法と類似の方法を用いて、それぞれに対応する原料物質から合成および精製をすることができる。
 実施例1
 ITO透明導電膜を165nm堆積させたガラス基板(ジオマテック(株)製、11Ω/□、スパッタ品)を、38×46mmの大きさに切断し、エッチングを行った。得られた基板を “セミコクリーン56”(商品名、フルウチ化学(株)製)で15分間超音波洗浄してから、超純水で洗浄した。この基板を、発光素子を作製する直前に1時間、UV-オゾン処理し、真空蒸着装置内に設置して、装置内の真空度が5×10-4Pa以下になるまで排気した。抵抗加熱法によって、まず正孔注入層として、HAT-CNを5nm蒸着し、次いで正孔輸送層として、HT-1を50nm蒸着した。次に、発光層として、ホスト材料H-1、ドーパント材料D-1の混合層を、ドープ濃度が5重量%になるようにして20nmの厚さに蒸着した。次に、電子輸送層として、化合物[1]を35nmの厚さに蒸着した。次に、フッ化リチウムを0.5nm蒸着した後、アルミニウムを1000nm蒸着して陰極とし、5×5mm角の発光素子を作製した。ここで言う膜厚は、水晶発振式膜厚モニター表示値であり、他の実施例、比較例においても共通する。この発光素子を輝度1000cd/mで点灯させた時の特性は、駆動電圧4.11V、外部量子効率5.63%であった。また初期輝度を1000cd/mに設定し、定電流駆動させたところ、輝度が20%低下する時間(耐久性)は1020時間であった。なお化合物[1]、HAT-CN、HT-1、H-1、D-1は以下に示す化合物である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000026
 実施例2~32
 電子輸送層に表1に記載した化合物を用いた以外は、実施例1と同様にして発光素子を作製し、評価した。結果を表1に示す。なお、化合物[2]~化合物[32]は以下に示す化合物である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000027
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000028
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000029
 比較例1~12
 電子輸送層に表1に記載した化合物を用いた以外は、実施例1と同様にして発光素子を作製し、評価した。結果を表1に示す。なお、E-1~E-12は以下に示す化合物である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000030
 実施例33
 ITO透明導電膜を165nm堆積させたガラス基板(ジオマテック(株)製、11Ω/□、スパッタ品)を、38×46mmの大きさに切断し、エッチングを行った。得られた基板を “セミコクリーン56”(商品名、フルウチ化学(株)製)で15分間超音波洗浄してから、超純水で洗浄した。この基板を、発光素子を作製する直前に1時間、UV-オゾン処理し、真空蒸着装置内に設置して、装置内の真空度が5×10-4Pa以下になるまで排気した。抵抗加熱法によって、まず正孔注入層として、HAT-CNを5nm蒸着し、次いで正孔輸送層として、HT-1を40nm蒸着した。次に、青用正孔輸送層として、HT-2を10nm蒸着した。次に、発光層として、ホスト材料H-1、ドーパント材料D-1の混合層を、ドープ濃度が5重量%になるようにして20nmの厚さに蒸着した。次に、第一電子輸送層として、化合物[1]を25nmの厚さに蒸着した。さらに、第二電子輸送層として、電子輸送材料に化合物E-13を、ドナー性材料として2E-1を用い、E-13と2E-1の蒸着速度比がE-13:2E-1=1:1になるようにして、10nmの厚さに積層した。次に、フッ化リチウムを0.5nm蒸着した後、アルミニウムを1000nm蒸着して陰極とし、5×5mm角の発光素子を作製した。この発光素子を輝度1000cd/mで点灯させた時の特性は、駆動電圧3.97V、外部量子効率6.30%であった。また初期輝度を1000cd/mに設定し、定電流駆動させたところ、輝度が20%低下する時間は1710時間であった。なお、HT-2、E-13、2E-1は以下に示す化合物である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000031
 実施例34~50
 ホスト材料、第一電子輸送層に表2に記載した化合物をそれぞれ用いた以外は、実施例33と同様にして発光素子を作製し、評価した。結果を表2に示す。なお、H-2、H-3は以下に示す化合物である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000032
 比較例13~48
 ホスト材料、第一電子輸送層に表2に記載した化合物をそれぞれ用いた以外は、実施例21と同様にして発光素子を作製し、評価した。結果を表2に示す。
 実施例51
 ITO透明導電膜を165nm堆積させたガラス基板(ジオマテック(株)製、11Ω/□、スパッタ品)を、38×46mmの大きさに切断し、エッチングを行った。得られた基板を “セミコクリーン56”(商品名、フルウチ化学(株)製)で15分間超音波洗浄してから、超純水で洗浄した。この基板を、発光素子を作製する直前に1時間、UV-オゾン処理し、真空蒸着装置内に設置して、装置内の真空度が5×10-4Pa以下になるまで排気した。抵抗加熱法によって、まず正孔注入層として、HAT-CNを5nm蒸着し、次いで正孔輸送層として、HT-1を40nm蒸着した。次に、青用正孔輸送層として、HT-2を10nm蒸着した。次に、発光層として、ホスト材料H-1、ドーパント材料D-1の混合層を、ドープ濃度が5重量%になるようにして20nmの厚さに蒸着した。次に、第一電子輸送層として、化合物[1]を25nmの厚さに蒸着した。さらに、第二電子輸送層として、電子輸送材料に化合物E-14を、ドナー性材料として2E-1を用い、E-14と2E-1の蒸着速度比がE-14:2E-1=1:1になるようにして、10nmの厚さに積層した。次に、フッ化リチウムを0.5nm蒸着した後、アルミニウムを1000nm蒸着して陰極とし、5×5mm角の素子を作製した。この発光素子を輝度1000cd/mで点灯させた時の特性は、駆動電圧4.21V、外部量子効率7.52%であった。また初期輝度を1000cd/mに設定し、定電流駆動させたところ、輝度が20%低下する時間は2050時間であった。なお、E-14は以下に示す化合物である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000033
 実施例52~68
 第一電子輸送層、第二電子輸送層として表3に記載した化合物をそれぞれ用いた以外は、実施例51と同様にして発光素子を作製し、評価した。結果を表3に示す。E-15、E-16は下記に示す化合物である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000034
 比較例49~84
 第一電子輸送層、第二電子輸送層として表3に記載した化合物をそれぞれ用いた以外は、実施例51と同様にして発光素子を作製し、評価した。結果を表3に示す。
 実施例69
 ITO透明導電膜を90nm堆積させたガラス基板(ジオマテック(株)製、11Ω/□、スパッタ品)を38×46mmに切断し、エッチングを行った。得られた基板を “セミコクリーン56”(商品名、フルウチ化学(株)製)で15分間超音波洗浄してから、超純水で洗浄した。この基板を、素子を作製する直前に1時間UV-オゾン処理し、真空蒸着装置内に設置して、装置内の真空度が5×10-4Pa以下になるまで排気した。抵抗加熱法によって、正孔注入層としてHAT-CNを10nm蒸着した。次に、第一正孔輸送層として、HT-1を110nm蒸着した。次に、第二正孔輸送層として、化合物HT-2を20nm蒸着した。次に、発光層として、ホスト材料に化合物H-4を、ドーパント材料に化合物D-2を用い、ドーパント材料のドープ濃度が10重量%になるようにして40nmの厚さに蒸着した。次に、第一電子輸送層として、化合物[1]を25nmの厚さに蒸着した。さらに、第二電子輸送層として、電子輸送材料に化合物E-14を、ドナー性材料として化合物2E-1を用い、E-14と2E-1の蒸着速度比がE-14:2E-1=1:1になるようにして20nmの厚さに積層した。
 次に、化合物2E-1を1nm蒸着した後、マグネシウムと銀の共蒸着膜を蒸着速度比がマグネシウム:銀=10:1(=0.5nm/s:0.05nm/s)で60nm蒸着して陰極とし、5×5mm角の素子を作製した。ここで言う膜厚は、水晶発振式膜厚モニター表示値である。この発光素子を10mA/cmで直流駆動したところ、発光効率45.3m/Wの緑色発光が得られた。なお、発効効率(lm/W)については分光放射輝度計(CS-1000、コニカミノルタ社製)の測定により得られる正面輝度(cd/cm)と、素子に投入した電力密度(W/cm)および放射角(sr,ステラジアン)から算出した。この発光素子を10mA/cmの直流で連続駆動したところ、5430時間で輝度半減した。なお、H-4、D-2は以下に示す化合物である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000035
 実施例70~74
 第一電子輸送層に表4に記載した化合物をそれぞれ用いた以外は、実施例69と同様にして発光素子を作製し、評価した。結果を表4に示す。
 比較例85~96
 第一電子輸送層に表4に記載した化合物をそれぞれ用いた以外は、実施例69と同様にして発光素子を作成し、評価した。結果を表4に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000036
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000037
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000038
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000039
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000040
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000041
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000042
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000043
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000044

Claims (19)

  1. 下記一般式(1)で表される化合物。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000001
    (式(1)において、LおよびLは、単結合、置換もしくは無置換のアリーレン基、または置換もしくは無置換のヘテロアリーレン基である。LはX~XおよびR55のうちいずれか1つの位置で連結し、LはX~X16およびR56のうちいずれか1つの位置で連結する。ただし、LがR55の位置で連結し、かつ、LがR56の位置で連結する場合はのぞく。
    またはLのいずれか一方は、必ず、置換もしくは無置換のアリーレン基、または置換もしくは無置換のヘテロアリーレン基である。
    51~R54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、複素環基、アルケニル基、シクロアルケニル基、アルキニル基、アルコキシ基、アルキルチオ基、アリールエーテル基、アリールチオエーテル基、アリール基、ヘテロアリール基、ハロゲン原子、シアノ基、アミノ基、カルボニル基、カルボキシ基、オキシカルボニル基、カルバモイル基および-P(=O)R5758からなる群より選ばれる。
    57およびR58は、アリール基またはヘテロアリール基であり、R57およびR58が縮合して環を形成していてもよい。
    55およびR56は、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、複素環基、アルケニル基、シクロアルケニル基、アリール基およびヘテロアリール基からなる群より選ばれる。
    (n=1~16)は、それぞれ、C-R(n=1~16)または窒素原子である。
    (n=1~16)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、アルケニル基、シクロアルケニル基、アルキニル基、アルコキシ基、アルキルチオ基、アリールエーテル基、アリールチオエーテル基、ハロゲン原子、シアノ基、アミノ基、カルボニル基、カルボキシ基、オキシカルボニル基、カルバモイル基および-P(=O)R1718からなる群より選ばれる。
    17およびR18は、アリール基またはヘテロアリール基であり、R17およびR18が縮合して環を形成していてもよい。)
  2. 前記一般式(1)において、LがXの位置で連結する、請求項1に記載の化合物。
  3. 前記一般式(1)において、Lが単結合であり、Lが置換もしくは無置換のアリーレン基、または置換もしくは無置換のヘテロアリーレン基である、請求項1または2に記載の化合物。
  4. 前記一般式(1)において、Lが置換もしくは無置換のアリーレン基である、請求項1~3のいずれかに記載の化合物。
  5. 前記一般式(1)において、Lが置換もしくは無置換のフェニレン基である、請求項4に記載の化合物。
  6. 前記一般式(1)において、LがX14の位置で連結する、請求項1~5のいずれかに記載の化合物。
  7. 前記一般式(1)において、Lが単結合であり、Lが置換もしくは無置換のアリーレン基、または置換もしくは無置換のヘテロアリーレン基である、請求項1、2または6に記載の化合物。
  8. 前記一般式(1)において、Lが置換もしくは無置換のアリーレン基である、請求項1、2、4、5、6または7に記載の化合物。
  9. 前記一般式(1)において、Lが置換もしくは無置換のフェニレン基である、請求項8に記載の化合物。
  10. 前記一般式(1)において、X(n=1~16)のいずれかがC-R(n=1~16)である場合、当該Rが全て水素原子である、請求項1~9のいずれかに記載の化合物。
  11. 請求項1~10のいずれかに記載の化合物を含有する、電子デバイス。
  12. 陽極と、陰極と、前記陽極と前記陰極との間に介在する有機層と、を有し、電気エネルギーによって発光する素子であって、前記有機層に請求項1~10のいずれかに記載の化合物を含有する有機薄膜発光素子。
  13. 前記有機層が少なくとも発光層および電子輸送層を有し、前記電子輸送層が請求項1~10のいずれかに記載の化合物を含有する請求項12に記載の有機薄膜発光素子。
  14. 前記電子輸送層が二層以上から成り、それらのうち前記発光層に接する側に請求項1~10のいずれかに記載の化合物を含有する、請求項12または13に記載の有機薄膜発光素子。
  15. 前記電子輸送層のうち陰極側に接する層が、フェナントロリン骨格、ピレン骨格、またはフルオランテン骨格を有する化合物を含有する、請求項14に記載の有機薄膜発光素子。
  16. 前記発光層が、アントラセン骨格を有する化合物を少なくとも1種含有する、請求項13~15のいずれかに記載の有機薄膜発光素子。
  17. 前記発光層が、燐光発光材料を少なくとも1種含有する発光層を、少なくとも一層有する、請求項13~15のいずれかに記載の有機薄膜発光素子。
  18. 請求項12~17のいずれかに記載の有機薄膜発光素子を含む、表示装置。
  19. 請求項12~17のいずれかに記載の有機薄膜発光素子を含む、照明装置。
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