WO2021172452A1 - アリールアミン化合物およびそれを用いる電子機器 - Google Patents

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幸喜 加瀬
相原 高
丁浩 柳
峯香 李
淳一 泉田
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保土谷化学工業株式会社
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    • H10K85/657Polycyclic condensed heteroaromatic hydrocarbons
    • H10K85/6574Polycyclic condensed heteroaromatic hydrocarbons comprising only oxygen in the heteroaromatic polycondensed ring system, e.g. cumarine dyes

Definitions

  • the present invention relates to a compound and an element suitable for an organic electroluminescence element (hereinafter, abbreviated as an organic EL element) which is a self-luminous element suitable for various display devices. It relates to an organic EL device using a compound.
  • an organic electroluminescence element hereinafter, abbreviated as an organic EL element
  • the organic EL element is a self-luminous element, it is brighter and has better visibility than the liquid crystal element, and can display clearly, so that active research has been conducted.
  • Non-Patent Document 2 the use of triplet excitons has been attempted for the purpose of further improving the luminous efficiency, and the use of phosphorescent compounds has been studied (see, for example, Non-Patent Document 2).
  • devices that utilize thermally activated delayed fluorescence (TADF) have also been developed. Efficiency has been achieved (see, for example, Non-Patent Document 3).
  • the light emitting layer can also be prepared by doping a charge transporting compound generally called a host material with a fluorescent compound, a phosphorescent compound, or a material that emits delayed fluorescence.
  • a charge transporting compound generally called a host material
  • a fluorescent compound generally called a fluorescent compound
  • a phosphorescent compound or a material that emits delayed fluorescence.
  • the selection of an organic material in an organic EL device has a great influence on various properties such as efficiency and durability of the device (see, for example, Non-Patent Document 2).
  • the charges injected from both electrodes are recombined in the light emitting layer to obtain light emission, but it is important how efficiently both hole and electron charges are transferred to the light emitting layer. It is necessary to use an element with excellent carrier balance. Therefore, by using a material having the property of enhancing the hole injection property of supplying the holes injected from the anode to the light emitting layer and enhancing the electron blocking property of blocking the electrons injected from the cathode, the positive holes are positive in the light emitting layer. High emission efficiency can be obtained by improving the probability of recombination of holes and electrons, and further confining excitons generated in the light emitting layer. For that purpose, the role played by the hole transport material is important.
  • the hole transport material has high hole injection property, high hole mobility, high electron blocking property, and high electron durability. Is required.
  • the heat resistance and amorphous nature of the material are also important for the life of the device.
  • thermal decomposition occurs even at a low temperature due to the heat generated when the element is driven, and the material deteriorates.
  • the material used is required to have high heat resistance and good amorphous property.
  • Hole transport materials that have been used in organic EL devices so far include N, N'-diphenyl-N, N'-di ( ⁇ -naphthyl) benzidine (NPD) and various aromatic amine derivatives (for example).
  • NPD N, N'-diphenyl-N, N'-di ( ⁇ -naphthyl) benzidine
  • Patent Document 1 and Patent Document 2 various aromatic amine derivatives
  • Tg glass transition point
  • an arylamine compound having a substituted carbazole structure or a fluorenyl skeleton-containing heterocyclic structure has been proposed as a compound having improved properties such as heat resistance and hole injection (for example, Patent Documents). 4 and Patent Document 5), in the element using these compounds in the hole injection layer or the hole transport layer, although the heat resistance and the light emission efficiency have been improved, it cannot be said that they are sufficient yet, and further. Low drive voltage and high light emission efficiency are required.
  • An object of the present invention is that, as a material for a highly efficient and highly durable organic EL device, (1) it has excellent hole injection / transport performance, (2) it has electron blocking ability, and (3) it is in a thin film state. It is to provide a material for an organic EL element having high stability and (4) excellent durability.
  • an organic EL element having (1) high luminous efficiency and high power efficiency, (2) low luminous start voltage and practical driving voltage, and (3) long life.
  • an arylamine compound having a fluorenyl skeleton-containing heterocyclic structure is excellent in hole injection / transport ability, thin film stability and durability.
  • an arylamine compound in which a nitrogen atom is directly bonded to the heterocyclic group has been developed as a hole transport material, but by providing an arylene group between the heterocyclic group and the nitrogen atom, the energy gap is wide. It has become possible to develop materials and materials with high heat resistance, and the material properties have been dramatically improved.
  • the widening energy gap blocks electrons from the cathode side to suppress electron outflow, and confining them in the light emitting layer contributes to the improvement of luminous efficiency and power efficiency.
  • the improved luminous efficiency suppresses power consumption, making it possible to reduce the load inside the element, and the improved heat resistance of the material improves the stability of thinning, achieving a longer life than the conventional life. As a result, the present invention has been completed (see Patent Document 5).
  • the present invention is an arylamine compound having a fluorenyl skeleton-containing heterocyclic structure represented by the following general formula (A).
  • R 1 to R 11 may be the same or different from each other, and may have a hydrogen atom, a heavy hydrogen atom, a fluorine atom, a chlorine atom, a cyano group, a nitro group, and a substituent.
  • cycloalkyloxy groups substituted or unsubstituted aromatic hydrocarbon groups, substituted or unsubstituted aromatic heterocyclic groups, substituted or unsubstituted condensed polycyclic aromatic groups, or substituted or unsubstituted aryl Represents an oxy group.
  • L represents a substituted or unsubstituted aromatic hydrocarbon group, a substituted or unsubstituted aromatic heterocyclic group, or a divalent group of a substituted or unsubstituted condensed polycyclic aromatic group.
  • n is 1 or 2, and when n is 2, L may be the same or different from each other.
  • Ar 1 and Ar 2 may be the same or different from each other, and may be a substituted or unsubstituted aromatic hydrocarbon group, a substituted or unsubstituted aromatic heterocyclic group, or a substituted or unsubstituted condensed polycyclic aromatic group.
  • X represents an oxygen atom, a sulfur atom, or a nitrogen atom having a substituent.
  • L and Ar 1 and Ar 1 and Ar 2 are linked to each other by being selected from a single bond or a substituted or unsubstituted methylene group, an oxygen atom, a sulfur atom, and a nitrogen atom having a substituent. It may be bonded to each other via a group to form a ring.
  • the present invention is based on the general formula (A).
  • the present invention is based on the general formula (A). It is an arylamine compound having a fluorenyl skeleton-containing heterocyclic structure according to 1) or 2) above, wherein X is an oxygen atom.
  • the present invention is based on the general formula (A).
  • the present invention is based on the general formula (A).
  • the organic layer has an aryl having a fluorenyl skeleton-containing heterocyclic structure according to any one of 1) to 5) above. It is an organic EL element containing an amine compound.
  • the present invention is the organic EL device according to 6) above, wherein the organic layer is an electron blocking layer.
  • the present invention is the organic EL device according to 6) above, wherein the organic layer is a hole transport layer.
  • the present invention is the organic EL device according to 6) above, wherein the organic layer is a hole injection layer.
  • the present invention is the organic EL device according to 6) above, wherein the organic layer is a light emitting layer.
  • the present invention relates to an electronic device using an electronic component having a pair of electrodes and at least one organic layer sandwiched between them, wherein the organic layer is described in any one of 1) to 5) above.
  • a linear or branched alkyl group having 1 to 6 carbon atoms which may have a substituent and “having a substituent” represented by R 1 to R 11 in the general formula (A).
  • a cycloalkyl group having 5 to 10 carbon atoms which may be present or "a linear or branched alkenyl group having 2 to 6 carbon atoms which may have a substituent”
  • a substituent represented by R 1 to R 11 in the general formula (A).
  • a cycloalkyl group having 5 to 10 carbon atoms which may be present or "a linear or branched alkenyl group having 2 to 6 carbon atoms which may have a substituent”
  • 1 carbon atom number Specific examples of the “linear or branched alkyl group having 6 to 6", “cycloalkyl group having 5 to 10 carbon atoms” or “linear or branched alkenyl group having 2 to 6 carbon atoms” are specific.
  • a linear or branched alkyl group having 1 to 6 carbon atoms which may have a substituent and “having a substituent” represented by R 1 to R 11 in the general formula (A).
  • a "substituent” in "a cycloalkyl group having 5 to 10 carbon atoms which may be present” or "a linear or branched alkenyl group having 2 to 6 carbon atoms which may have a substituent” Specifically, heavy hydrogen atom, cyano group, nitro group; halogen atom such as fluorine atom, chlorine atom, bromine atom, iodine atom; silyl group such as trimethylsilyl group, triphenylsilyl group; methyl group, ethyl group, propyl
  • a linear or branched alkyl group having 1 to 6 carbon atoms such as a group; a linear or branched alkyloxy group having 1 to 6 carbon atoms such as a methyloxy group, an ethy
  • a benzene ring substituted with these substituents, or a plurality of substituents substituted with the same benzene ring are single-bonded, or substituted or unsubstituted methylene groups, oxygen atoms, sulfur atoms, and substituents.
  • a ring may be formed by bonding with each other via a linking group selected from a nitrogen atom having a group.
  • the "substituent” in the “cycloalkyloxy group having 5 to 10 carbon atoms” may have a “substituent” represented by R 1 to R 11 in the general formula (A).
  • substituted alkenyl group having 2 to 6 carbon atoms can be mentioned, and the same can be mentioned as possible embodiments. ..
  • Substituted or unsubstituted aromatic hydrocarbon group "substituted or unsubstituted aromatic heterocyclic group” or “substituted or unsubstituted aromatic heterocyclic group” represented by R 1 to R 11 in the general formula (A).
  • aromatic hydrocarbon group “aromatic heterocyclic group” or “condensed polycyclic aromatic group” in the "ring aromatic group” include a phenyl group, a biphenylyl group, a terphenylyl group, a naphthyl group and an anthracenyl group.
  • aryloxy group in the "substituted or unsubstituted aryloxy group” represented by R 1 to R 11 in the general formula (A) include a phenyloxy group, a biphenylyloxy group, and a terpheni. Examples thereof include a aryloxy group, a naphthyloxy group, an anthrasenyloxy group, a phenylanthrenyloxy group, a fluorenyloxy group, an indenyloxy group, a pyrenyloxy group, and a peryleneyloxy group.
  • the "substituent” in the "substituted aryloxy group” represented by R 1 to R 11 in the general formula (A) is used.
  • the same as those shown as the "substituent” in the "linear or branched alkenyl group having 2 to 6 carbon atoms which may be possessed” can be mentioned, and the possible embodiments are also the same. Can be mentioned.
  • a hydrogen atom, a deuterium atom, or a substituted or unsubstituted phenyl group is preferable from the viewpoint of stability in a thin film state, and a hydrogen atom, a deuterium atom, or a deuterium atom or Unsubstituted phenyl groups are more preferred.
  • R 10 and R 11 in the general formula (A) a substituted or unsubstituted methyl group or a substituted or unsubstituted phenyl group is preferable from the viewpoint of the heat resistance of the compound, and the unsubstituted methyl group or the unsubstituted phenyl group is preferable. Phenyl group is more preferred. Further, it is preferable that R 10 and R 11 are the same.
  • Substituted or unsubstituted aromatic hydrocarbon group "substituted or unsubstituted aromatic heterocyclic group” or “substituted or unsubstituted condensed polycyclic aromatic group” represented by L in the general formula (A).
  • aromatic hydrocarbon group "aromatic heterocyclic group” or “condensed polycyclic aromatic group” in the above, "substituted or unsubstituted” represented by R 1 to R 11 in the general formula (A).
  • the "substituent” in the "substituted aromatic hydrocarbon group", “substituted aromatic heterocyclic group” or “substituted condensed polycyclic aromatic group” represented by L in the general formula (A) is a general formula ( In A), "a linear or branched alkyl group having 1 to 6 carbon atoms which may have a substituent” and “even if it has a substituent” represented by R 1 to R 11 in the above. What is shown as a “substituent” in "a good cycloalkyl group having 5 to 10 carbon atoms” or "a linear or branched alkenyl group having 2 to 6 carbon atoms which may have a substituent". Similar ones can be mentioned, and the same ones can be mentioned as possible embodiments.
  • a substituted or unsubstituted phenylene group, a substituted or unsubstituted biphenylene group, or a substituted or unsubstituted naphthylene group is preferable from the viewpoint of hole transportability and electron blocking ability.
  • An unsubstituted phenylene group, an unsubstituted biphenylene group, or an unsubstituted naphthylene group is more preferable, and an unsubstituted phenylene group or an unsubstituted naphthylene group is particularly preferable.
  • n in the general formula (A) is preferably 1.
  • Substituted or unsubstituted aromatic hydrocarbon group "substituted or unsubstituted aromatic heterocyclic group” or “substituted or unsubstituted aromatic heterocyclic group” represented by Ar 1 and Ar 2 in the general formula (A).
  • the "aromatic hydrocarbon group”, “aromatic heterocyclic group” or “condensed polycyclic aromatic group” in the “ring aromatic group” is represented by “ R 1 to R 11" in the general formula (A).
  • Aromamatic hydrocarbon group in “substituted or unsubstituted aromatic hydrocarbon group", “substituted or unsubstituted aromatic heterocyclic group” or “substituted or unsubstituted condensed polycyclic aromatic group” The same as those shown as “heterocyclic group” or “condensed polycyclic aromatic group” can be mentioned.
  • an unsubstituted phenyl group or an unsubstituted biphenylyl group is preferable from the viewpoint of hole transporting property and electron blocking ability.
  • X in the general formula (A) is preferably an oxygen atom from the viewpoint of hole transportability and electron blocking ability.
  • the arylamine compound having a fluorenyl skeleton-containing heterocyclic structure represented by the general formula (A), which is preferably used for the organic EL device of the present invention, is a hole injection layer, a hole transport layer, and an electron of the organic EL device. It is preferably used as a constituent material of a blocking layer or a light emitting layer, and more preferably used as a constituent material of a hole transporting layer or an electron blocking layer.
  • the arylamine compound having a fluorenyl skeleton-containing heterocyclic structure of the present invention has (1) better hole injection characteristics, (2) higher hole mobility, and (3) electrons than conventional hole transport materials. It has characteristics such as excellent blocking ability, (4) high electron resistance, (5) stable presence in a thin film state, and (6) excellent heat resistance, and is a fluorenyl skeleton-containing heterocycle of the present invention.
  • an arylamine compound having a structure in an organic EL element (7) high light emission efficiency, (8) low light emission start voltage, (9) low practical drive voltage, (10) long life, etc. The characteristics are obtained.
  • the arylamine compound having a fluorenyl skeleton-containing heterocyclic structure of the present invention is excellent in hole injection / transport performance, thin film stability and durability.
  • the organic EL device having a hole injection layer and / or a hole transport layer produced by using the same compound as a hole injection material and / or a hole transport material has a hole transport efficiency to the luminous layer. It is possible to improve the durability of the element by improving the light emission efficiency and lowering the drive voltage, and to obtain the characteristics of high efficiency, low drive voltage, and long life.
  • the arylamine compound having a fluorenyl skeleton-containing heterocyclic structure of the present invention has excellent electron blocking ability, high electron resistance, is stable even in a thin film state, and has the characteristics of confining excitons generated in the light emitting layer. ..
  • the organic EL element having an electron blocking layer manufactured by using the compound as an electron blocking material has a high emission efficiency because the probability of recombination of holes and electrons is improved and heat deactivation is suppressed.
  • the maximum emission brightness is improved by lowering the drive voltage and improving the current immunity.
  • the arylamine compound having a fluorenyl skeleton-containing heterocyclic structure of the present invention has excellent hole transport properties and a wide bandgap.
  • the organic EL element having a light emitting layer produced by using the same compound as a host material is driven by forming a light emitting layer by supporting a fluorescent light emitter, a phosphorescent light emitting body, and a delayed fluorescent light emitting body called a dopant. The voltage is lowered and the luminous efficiency is improved.
  • the arylamine compound having a fluorenyl skeleton-containing heterocyclic structure of the present invention is useful as a material for a hole injection layer, a hole transport layer, an electron blocking layer or a light emitting layer of an organic EL device, and is a conventional organic EL device.
  • the light emission efficiency, drive voltage, and durability of the device can be improved.
  • the arylamine compound having a fluorenyl skeleton-containing heterocyclic structure of the present invention is a novel compound, but these compounds can be synthesized according to a method known per se (see, for example, Patent Document 5).
  • arylamine compounds having a fluorenyl skeleton-containing heterocyclic structure represented by the general formula (A), which are preferably used for the organic EL element of the present invention specific examples of the preferable compounds are shown in FIGS. 1 to 8. However, it is not limited to these compounds.
  • Purification of the arylamine compound having a fluorenyl skeleton-containing heterocyclic structure represented by the general formula (A) includes purification by column chromatography, adsorption purification with silica gel, activated charcoal, active clay, etc., recrystallization and crystallization method with a solvent. It can be carried out by a known method such as a sublimation purification method. Compound identification can be performed by NMR analysis. Examples of physical property values include measurement of melting point, glass transition point (Tg) and work function. The melting point is an index of vapor deposition, the glass transition point (Tg) is an index of stability in the thin film state, and the work function is an index of hole injection, hole transport, or electron blocking. Is.
  • the melting point and the glass transition point (Tg) can be measured by, for example, a high-sensitivity differential scanning calorimeter (DSC3100SA, manufactured by Bruker AXS) using powder.
  • DSC3100SA high-sensitivity differential scanning calorimeter
  • the work function can be obtained, for example, by forming a thin film of 100 nm on an ITO substrate and using an ionization potential measuring device (PYS-202, manufactured by Sumitomo Heavy Industries, Ltd.).
  • the structure of the organic EL element of the present invention is sequentially composed of an anode, a hole injection layer, a hole transport layer, a light emitting layer, an electron transport layer, an electron injection layer and a cathode on a substrate, and a hole transport.
  • Examples thereof include those having an electron blocking layer between the light emitting layer and the light emitting layer, and those having a hole blocking layer between the light emitting layer and the electron transporting layer.
  • one organic layer can also serve as several layers.
  • one organic layer may also serve as a hole injection layer and a hole transport layer, and electrons. It is also possible to have a configuration in which the injection layer and the electron transport layer are combined.
  • an electrode material having a large work function such as ITO or gold is used.
  • the material of the hole injection layer of the organic EL element of the present invention it has a porphyrin compound typified by copper phthalocyanine, a starburst type triphenylamine derivative, and two or more triphenylamine structures or carbazolyl structures in the molecule.
  • An arylamine compound having a structure in which each is linked by a divalent group containing no single bond or a hetero atom, an accepting heterocyclic compound such as hexacyanoazatriphenylene, and a coating type polymer material can be used.
  • N, N'-diphenyl-N, N'- Di (m-tolyl) -benzidine hereinafter abbreviated as TPD
  • NPD N, N'-diphenyl-N, N'-di ( ⁇ -naphthyl) -benzidine
  • NPD N, N, Benzidine derivatives such as N', N'-tetrabiphenylylbenzidine, 1,1-bis [(di-4-tolylamino) phenyl] cyclohexane (hereinafter abbreviated as TAPC), and triphenylamine structure or carbazolyl in the molecule.
  • TPD N, N'-diphenyl-N, N'- Di (m-tolyl) -benzidine
  • NPD N, N'-diphenyl-N, N'-di ( ⁇ -naphthyl) -benzidine
  • TAPC 1,1-bis [(di-4-tolylamino) phen
  • Arylamine compounds having two or more structures, each of which has a structure linked by a divalent group that does not contain a single bond or a hetero atom, or the like can be used. These materials may be formed as a single layer, or a plurality of types may be mixed and formed, and each of them can be used as a single layer.
  • PEDOT poly (3,4-ethylenedioxythiophene)
  • PSS poly (styrene sulfonate)
  • a coating type polymer material can be used.
  • the hole injection layer or the hole transport layer is P-doped with a material usually used for these layers, such as trisbromophenylamine hexachloroantimony and a radialene derivative (see, for example, Patent Document 6).
  • a material usually used for these layers such as trisbromophenylamine hexachloroantimony and a radialene derivative (see, for example, Patent Document 6).
  • a polymer compound having the structure of a benzidine derivative such as TPD in its partial structure can be used.
  • TCTA 4,4', 4''-tri (N-carbazolyl) tri (N-carbazolyl) tri Phenylamine
  • TCTA 9,9-bis [4- (carbazole-9-yl) phenyl] fluorene, 1,3-bis (carbazole-9-yl) benzene
  • Ad-Cz 2,2-Bis (4-carbazole-9-ylphenyl) adamantan
  • the material of the light emitting layer of the organic EL element of the present invention in addition to the arylamine compound having a fluorenyl skeleton-containing heterocyclic structure of the present invention, metal complexes of quinolinol derivatives such as Alq 3 and various metal complexes, Anthracene derivatives, bisstyrylbenzene derivatives, pyrene derivatives, oxazole derivatives, polyparaphenylene vinylene derivatives and the like can be used.
  • the light emitting layer may be composed of a host material and a dopant material, and an anthracene derivative is preferably used as the host material.
  • an indole ring is condensed.
  • a heterocyclic compound having a partial structure of the ring a heterocyclic compound having a carbazole ring as a partial structure of the fused ring, a carbazole derivative, a thiazole derivative, a benzimidazole derivative, a polydialkylfluorene derivative and the like can be used.
  • the dopant material quinacridone, coumarin, rubrene, perylene and derivatives thereof, benzopyran derivative, rhodamine derivative, aminostyryl derivative and the like can be used.
  • a phosphorescent light emitter As the phosphorescent body, a phosphorescent body of a metal complex such as iridium or platinum can be used. For example, a green phosphorescent body such as Ir (ppy) 3 , a blue phosphorescent body such as Firpic and Fir6, and a red phosphorescent body such as Btp 2 Ir (acac) can be mentioned, and the host at this time can be mentioned.
  • the material as a hole injecting / transporting host material, in addition to 4,4'-di (N-carbazolyl) biphenyl (hereinafter abbreviated as CBP), carbazole derivatives such as TCTA and mCP, and the like, the present invention Arylamine compounds can be mentioned, and as electron-transporting host materials, p-bis (triphenylsilyl) benzene (hereinafter abbreviated as UGH2) and 2,2', 2''-(1,3,5) -Phenylene) -Tris (1-phenyl-1H-benzimidazole) (hereinafter abbreviated as TPBI) and the like can be mentioned.
  • UGH2 triphenylsilyl
  • TPBI 2,2', 2''-(1,3,5) -Phenylene) -Tris (1-phenyl-1H-benzimidazole)
  • the phosphorescent luminescent material it is preferable to dope the phosphorescent luminescent material to the host material by co-evaporation in the range of 1 to 30% by weight with respect to the entire light emitting layer in order to avoid concentration quenching.
  • the light emitting material it is also possible to use a material that emits delayed fluorescence such as a CDCB derivative such as PIC-TRZ, CC2TA, PXZ-TRZ, 4CzIPN (see, for example, Non-Patent Document 3).
  • a material that emits delayed fluorescence such as a CDCB derivative such as PIC-TRZ, CC2TA, PXZ-TRZ, 4CzIPN (see, for example, Non-Patent Document 3).
  • a phenanthroline derivative such as basokproin (hereinafter abbreviated as BCP)
  • BCP basokproin
  • a metal complex of a quinolinol derivative such as BAlq
  • various rare earth complexes such as a quinolinol derivative
  • an oxazole derivative such as BAlq
  • various rare earth complexes such as a compound having a hole blocking action
  • an oxazole derivative such as a triazole derivative
  • a triazine a compound having a hole blocking action
  • These materials may also serve as materials for the electron transport layer.
  • metal complexes of quinolinol derivatives such as Alq 3 and BAlq, various metal complexes, triazole derivatives, triazine derivatives, oxadiazole derivatives, pyridine derivatives, pyrimidine derivatives, benz Imidazole derivatives, thiadiazol derivatives, anthracene derivatives, carbodiimide derivatives, quinoxalin derivatives, pyridoindole derivatives, phenanthroline derivatives, silol derivatives and the like can be used.
  • an alkali metal salt such as lithium fluoride and cesium fluoride
  • an alkaline earth metal salt such as magnesium fluoride
  • a metal complex of a quinolinol derivative such as lithium quinolinol
  • aluminum oxide Metal oxides such as ytterbium (Yb), samarium (Sm), calcium (Ca), strontium (Sr) and cesium (Cs) can be used.
  • the electron injection layer can be omitted depending on the preferred selection of electron transport layer and cathode.
  • the electron injection layer and the electron transport layer materials usually used for these layers can be N-doped with a metal such as cesium.
  • a metal having a low work function such as aluminum and an alloy having a lower work function such as a magnesium silver alloy, a magnesium indium alloy, and an aluminum magnesium alloy are used as electrode materials. ..
  • each layer constituting the organic EL element can be formed into a thin film by a known method such as a vapor deposition method, a spin coating method and an inkjet method. Further, these materials may be formed as a single layer, or may be formed by mixing a plurality of types, and each of them can be used as a single layer.
  • Example 10 The melting point and glass transition point of the arylamine compound having a fluorenyl skeleton-containing heterocyclic structure obtained in the above example were measured by a high-sensitivity differential scanning calorimeter (DSC3100SA, manufactured by Bruker AXS). The results are shown in Table 1.
  • the arylamine compound having a fluorenyl skeleton-containing heterocyclic structure represented by the general formula (A) has a glass transition point of 120 ° C. or higher, indicating that the thin film state is stable. be.
  • Example 11 Using the arylamine compound having a fluorenyl skeleton-containing heterocyclic structure obtained in the above example, a thin-film deposition film having a thickness of 100 nm was prepared on an ITO substrate, and an ionization potential measuring device (manufactured by Sumitomo Heavy Industries, Ltd.) The work function was measured by PYS-202). The results are shown in Table 2.
  • the arylamine compound having a fluorenyl skeleton-containing heterocyclic structure represented by the general formula (A) is compared with the work function of 5.4 eV possessed by general hole transport materials such as NPD and TPD. Therefore, it has a higher work function value, shows a suitable energy level, and has a good hole transport capacity.
  • the organic EL element has a hole injection layer 3, a hole transport layer 4, and electrons on a glass substrate 1 on which a reflective ITO electrode is formed as a transparent anode 2 in advance, as in the organic EL element configuration shown in FIG.
  • the blocking layer 5, the light emitting layer 6, the electron transport layer 7, the electron injection layer 8, the cathode 9, and the capping layer 10 were vapor-deposited in this order.
  • a glass substrate 1 having an ITO having a film thickness of 50 nm, a silver alloy reflective film having a film thickness of 100 nm, and an ITO having a film thickness of 5 nm formed in this order was ultrasonically cleaned in isopropyl alcohol for 20 minutes.
  • a compound (HTM-1) having the following structural formula was formed as the hole transport layer 4 on the hole injection layer 3 so as to have a film thickness of 140 nm.
  • the compound (12) obtained in Example 1 was formed as an electron blocking layer 5 on the hole transport layer 4 so as to have a film thickness of 5 nm.
  • a compound (EMD-1) having the following structural formula and a compound (EMH-1) having the following structural formula are used as the light emitting layer 6, and the vapor deposition rate ratio is compound (EMD-1): EMH-1.
  • a compound (ETM-1) having the following structural formula and a compound (ETM-2) having the following structural formula are used as the electron transport layer 7, and the vapor deposition rate ratio is compound (ETM-1) :( ETM-. 2)
  • Two-way vapor deposition was performed at a vapor deposition rate of 50:50, and the film was formed so as to have a film thickness of 30 nm.
  • Lithium fluoride was formed on the electron transport layer 7 as an electron injection layer 8 so as to have a film thickness of 1 nm.
  • a magnesium-silver alloy was formed on the electron injection layer 8 as a cathode 9 so as to have a film thickness of 12 nm.
  • CPL-1 having the following structure was formed as the capping layer 10 so as to have a film thickness of 60 nm.
  • Table 3 summarizes the measurement results of the light emission characteristics when a DC voltage is applied to the organic EL device produced in Example 12 in the air at room temperature.
  • Example 13 In Example 12, the organic EL device under the same conditions except that the compound (14) obtained in Example 2 was used instead of the compound (12) obtained in Example 1 as the material of the electron blocking layer 5. was produced. Table 3 summarizes the measurement results of the light emission characteristics when a DC voltage is applied to the organic EL element manufactured under the same measurement conditions in the air and at room temperature.
  • Example 14 In Example 12, the organic EL device under the same conditions except that the compound (52) obtained in Example 3 was used instead of the compound (12) obtained in Example 1 as the material of the electron blocking layer 5. was produced. Table 3 summarizes the measurement results of the light emission characteristics when a DC voltage is applied to the organic EL element manufactured under the same measurement conditions in the air and at room temperature.
  • Example 15 In Example 12, the organic EL device under the same conditions except that the compound (7) obtained in Example 4 was used instead of the compound (12) obtained in Example 1 as the material of the electron blocking layer 5. was produced. Table 3 summarizes the measurement results of the light emission characteristics when a DC voltage is applied to the organic EL element manufactured under the same measurement conditions in the air and at room temperature.
  • Example 16 In Example 12, the organic EL device under the same conditions except that the compound (24) obtained in Example 5 was used instead of the compound (12) obtained in Example 1 as the material of the electron blocking layer 5. was produced. Table 3 summarizes the measurement results of the light emission characteristics when a DC voltage is applied to the organic EL element manufactured under the same measurement conditions in the air and at room temperature.
  • Example 17 In Example 12, the organic EL device under the same conditions except that the compound (26) obtained in Example 6 was used instead of the compound (12) obtained in Example 1 as the material of the electron blocking layer 5. was produced. Table 3 summarizes the measurement results of the light emission characteristics when a DC voltage is applied to the organic EL element manufactured under the same measurement conditions in the air and at room temperature.
  • Example 18 In Example 12, the organic EL device under the same conditions except that the compound (43) obtained in Example 7 was used instead of the compound (12) obtained in Example 1 as the material of the electron blocking layer 5. was produced. Table 3 summarizes the measurement results of the light emission characteristics when a DC voltage is applied to the organic EL element manufactured under the same measurement conditions in the air and at room temperature.
  • Example 19 In Example 12, the organic EL device under the same conditions except that the compound (61) obtained in Example 8 was used instead of the compound (12) obtained in Example 1 as the material of the electron blocking layer 5. was produced. Table 3 summarizes the measurement results of the light emission characteristics when a DC voltage is applied to the organic EL element manufactured under the same measurement conditions in the air and at room temperature.
  • Example 20 In Example 12, the organic EL device under the same conditions except that the compound (94) obtained in Example 9 was used instead of the compound (12) obtained in Example 1 as the material of the electron blocking layer 5. was produced. Table 3 summarizes the measurement results of the light emission characteristics when a DC voltage is applied to the organic EL element manufactured under the same measurement conditions in the air and at room temperature.
  • Example 12 As the material of the electron blocking layer 5, instead of the compound (12) obtained in Example 1, a compound having the following structural formula (HTM-2) (see, for example, Patent Document 5).
  • An organic EL device was produced under the same conditions except that the above was used.
  • Table 3 summarizes the measurement results of the light emission characteristics when a DC voltage is applied to the organic EL element manufactured under the same measurement conditions in the air and at room temperature.
  • Example 12 As the material of the electron blocking layer 5, instead of the compound (12) obtained in Example 1, a compound having the following structural formula (HTM-3) (see, for example, Patent Document 5).
  • HTM-3 a compound having the following structural formula (HTM-3) (see, for example, Patent Document 5).
  • An organic EL device was produced under the same conditions except that the above was used.
  • Table 3 summarizes the measurement results of the light emission characteristics when a DC voltage is applied to the organic EL element manufactured under the same measurement conditions in the air and at room temperature.
  • the device life measured is such that the emission brightness is 950 cd when the constant current drive is performed with the emission brightness (initial brightness) at the start of light emission set to 1000 cd / m 2. It was measured as the time until it attenuated to / m 2 (corresponding to 95% when the initial brightness was 100%: 95% attenuation).
  • the luminous efficiency when a current with a current density of 10 mA / cm 2 was passed was 7.98 to 8.28 cd / A of the organic EL elements of Comparative Examples 1 and 2, and the light emission efficiency of Examples 12 to 12.
  • the efficiency was 8.52 to 11.27 cd / A, which was high.
  • the organic EL elements of Comparative Examples 1 and 2 have a high power efficiency of 7.03 to 7.29 lm / W, whereas the organic EL elements of Examples 12 to 20 have a high power efficiency of 7.50 to 10.14 lm / W. It was efficient.
  • the element life (95% attenuation) is extended to 349 to 791 hours for the organic EL elements of Examples 12 to 20 as opposed to 298 to 327 hours for the organic EL elements of Comparative Examples 1 and 2. I understand.
  • the organic EL element using the arylamine compound having a fluorenyl skeleton-containing heterocyclic structure of the present invention has a large hole mobility and an excellent electron blocking ability. It was found that an organic EL element having high light emission efficiency and a long life can be realized as compared with the conventional organic EL element.
  • the organic EL device using the arylamine compound having a fluorenyl skeleton-containing heterocyclic structure of the present invention can improve the luminous efficiency and the durability of the organic EL device. Can be expanded to applications.
  • the arylamine compound having a fluorenyl skeleton-containing heterocyclic structure of the present invention is used not only for organic EL devices but also for electronic devices in fields such as electrophotographic photosensitive members, image sensors, photoelectric conversion devices, and solar cells. can do.

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Abstract

本発明の目的は、高効率、高耐久性の有機EL素子用材料として、正孔注入・輸送性能に優れ、電子阻止能力を有し、薄膜状態での安定性が高い優れた特性を有する有機化合物を提供し、更にこの化合物を用いて、高効率、高耐久性の有機EL素子を提供することにある。 本発明は、フルオレニル骨格含有複素環構造を有するアリールアミン化合物であり、耐熱性に優れ、且つ良好な正孔輸送能力を有する。有機EL素子の正孔輸送層、電子阻止層、発光層及び正孔注入層に当該化合物を用いた有機EL素子は良好な素子特性を示した。

Description

アリールアミン化合物およびそれを用いる電子機器
 本発明は、各種の表示装置に好適な自発光素子である有機エレクトロルミネッセンス素子(以下、有機EL素子と略称する。)に適した化合物と素子に関するものであり、詳しくはアリールアミン化合物と、該化合物を用いた有機EL素子に関するものである。
 有機EL素子は自発光性素子であるため、液晶素子に比べて明るく視認性に優れ、鮮明な表示が可能であることから、活発な研究がなされてきた。
 1987年にイーストマン・コダック社のC.W.Tangらは、各種の役割を各材料に分担した積層構造素子を開発することにより、有機材料を用いた有機EL素子を実用的なものにした。彼らは電子を輸送することのできる蛍光体と正孔を輸送することのできる有機物とを積層し、両方の電荷を蛍光体の層の中に注入して発光させることにより、10V以下の電圧で1000cd/m以上の高輝度を得ている(例えば、特許文献1及び特許文献2参照)。
 現在まで、有機EL素子の実用化のために多くの改良がなされ、積層構造の各種の役割をさらに細分化して、基板上に順次に、陽極、正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電子輸送層、電子注入層、陰極を設けた電界発光素子によって高効率と耐久性が達成されるようになってきた(例えば、非特許文献1参照)。
 また、発光効率のさらなる向上を目的として三重項励起子の利用が試みられ、燐光発光性化合物の利用が検討されている(例えば、非特許文献2参照)。さらに、熱活性化遅延蛍光(TADF)による発光を利用する素子も開発されており、2011年に九州大学の安達らは、熱活性化遅延蛍光材料を用いた素子によって5.3%の外部量子効率を実現させた(例えば、非特許文献3参照)。
 発光層は、一般的にホスト材料と称される電荷輸送性の化合物に、蛍光性化合物や燐光発光性化合物又は遅延蛍光を放射する材料をドープして作製することもできる。前記非特許文献に記載されているように、有機EL素子における有機材料の選択は、その素子の効率や耐久性など諸特性に大きな影響を与える(例えば、非特許文献2参照)。
 有機EL素子においては、両電極から注入された電荷が発光層で再結合して発光が得られるが、正孔、電子の両電荷を如何に効率良く発光層に受け渡すかが重要であり、キャリアバランスに優れた素子とする必要がある。故に、陽極から注入された正孔を発光層に供給する正孔注入性を高め、陰極から注入された電子をブロックする電子阻止性を高める特性を有する材料を用いる事によって、発光層内で正孔と電子が再結合する確率を向上させ、更には発光層内で生成した励起子を閉じ込めることで高発光効率を得ることができる。その為には、正孔輸送材料の果たす役割は重要であり、正孔注入性が高く、正孔の移動度が大きく、電子阻止性が高く、更には電子に対する耐久性が高い正孔輸送材料が求められている。
 また、素子の寿命に関しては材料の耐熱性やアモルファス性も重要である。耐熱性が低い材料では、素子駆動時に生じる熱により、低い温度でも熱分解が起こり、材料が劣化する。アモルファス性が低い材料では、短い時間でも薄膜の結晶化が起こり、素子が劣化してしまう。その為、使用する材料には耐熱性が高く、アモルファス性が良好な性質が求められる。
 これまで有機EL素子に用いられてきた正孔輸送材料としては、N,N’-ジフェニル-N,N’-ジ(α-ナフチル)ベンジジン(NPD)や種々の芳香族アミン誘導体がある(例えば、特許文献1及び特許文献2参照)。しかし、NPDは良好な正孔輸送能力を持っているが、耐熱性の指標となるガラス転移点(Tg)が96℃と低く、高温条件下では結晶化による素子特性の低下が起こる(例えば、非特許文献4参照)。
 また、前記特許文献に記載の芳香族アミン誘導体の中には、正孔の移動度が10-3cm/Vs以上と優れた移動度を有する化合物があるが(例えば、特許文献1及び特許文献2参照)、電子阻止性が不十分であるため、電子の一部が発光層を通り抜けてしまい、発光効率の向上が期待できないなど、更なる高効率化のためは、より電子阻止性が高く、薄膜がより安定で耐熱性の高い材料が求められていた。また、耐久性の高い芳香族アミン誘導体の報告があるが(例えば、特許文献3参照)、電子写真感光体に用いられる電荷輸送材料として用いたもので、有機EL素子として用いた例はなかった。
 この問題点を解決すべく、耐熱性や正孔注入性などの特性を改良した化合物として、置換カルバゾール構造やフルオレニル骨格含有複素環構造を有するアリールアミン化合物が提案されているが(例えば、特許文献4及び特許文献5参照)、これらの化合物を正孔注入層又は正孔輸送層に用いた素子では、耐熱性や発光効率などの改良はされているものの、未だ十分とはいえず、更なる低駆動電圧化や高発光効率化が求められている。
US5792557 US5639914 US7759030 US8021764 KR2018-0082124 EP2684932
応用物理学会第9回講習会予稿集55~61ページ(2001) 応用物理学会第9回講習会予稿集23~31ページ(2001) Appl.Phys.Let.,98,083302(2011) 有機EL討論会第三回例会予稿集13~14ページ(2006)
 本発明の目的は、高効率、高耐久性の有機EL素子用の材料として、(1)正孔の注入・輸送性能に優れ、(2)電子阻止能力を有し、(3)薄膜状態での安定性が高く、(4)耐久性に優れた有機EL素子用の材料を提供する事である。
 本発明の材料を用いる事で、(1)発光効率及び電力効率が高く、(2)発光開始電圧及び実用駆動電圧が低く、(3)長寿命である有機EL素子を提供する事である。
 本発明者らは上記の目的を達成するために、フルオレニル骨格含有複素環構造を有するアリールアミン化合物が、正孔の注入・輸送能力、薄膜の安定性及び耐久性に優れている点に着目した。従来、同複素環基に、直接、窒素原子を結合させたアリールアミン化合物を正孔輸送材料として開発したが、同複素環基と窒素原子の間にアリーレン基を設ける事で、エネルギーギャップが広い材料及び耐熱性の高い材料の開発が可能となり、材料特性が飛躍的に向上した。有機EL素子においても、エネルギーギャップが広くなることで陰極側からの電子を遮断して電子流出を抑制し、発光層内に閉じ込める事で発光効率及び電力効率の性能向上に寄与した。また、発光効率の向上により消費電力が抑制され、素子内の負荷の低減を可能とし、かつ材料の耐熱性の向上により薄膜化の安定が向上したことで従来の寿命を上回る長寿命化を実現させることができた結果、本発明を完成するに至った(特許文献5参照)。
1)すなわち本発明は、下記一般式(A)で表されるフルオレニル骨格含有複素環構造を有するアリールアミン化合物である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000002
 前記式中、R~R11は、相互に同一でも異なってもよく、水素原子、重水素原子、フッ素原子、塩素原子、シアノ基、ニトロ基、置換基を有していてもよい炭素原子数1~6の直鎖状若しくは分岐状のアルキル基、置換基を有していてもよい炭素原子数5~10のシクロアルキル基、置換基を有していてもよい炭素原子数2~6の直鎖状若しくは分岐状のアルケニル基、置換基を有していてもよい炭素原子数1~6の直鎖状若しくは分岐状のアルキルオキシ基、置換基を有していてもよい炭素原子数5~10のシクロアルキルオキシ基、置換若しくは無置換の芳香族炭化水素基、置換若しくは無置換の芳香族複素環基、置換若しくは無置換の縮合多環芳香族基、又は置換若しくは無置換のアリールオキシ基を表す。
 Lは、置換若しくは無置換の芳香族炭化水素基、置換若しくは無置換の芳香族複素環基、又は置換若しくは無置換の縮合多環芳香族基の2価基を表す。
 nは、1又は2であり、nが2の時、Lは相互に同一でも異なってもよい。
 Ar及びArは、相互に同一でも異なってもよく、置換若しくは無置換の芳香族炭化水素基、置換若しくは無置換の芳香族複素環基、又は置換若しくは無置換の縮合多環芳香族基を表す。
 Xは、酸素原子、硫黄原子、又は置換基を有する窒素原子を表す。
 また、LとAr、及びArとArは、それぞれの基同士で、単結合、又は置換若しくは無置換のメチレン基、酸素原子、硫黄原子、及び置換基を有する窒素原子から選ばれる連結基を介して、互いに結合して環を形成してもよい。
2)また本発明は、前記一般式(A)において、
 R10及びR11が置換若しくは無置換のメチル基、又は置換若しくは無置換のフェニル基である、上記1)記載のフルオレニル骨格含有複素環構造を有するアリールアミン化合物である。
3)また本発明は、前記一般式(A)において、
 Xが酸素原子である、上記1)又は2)記載のフルオレニル骨格含有複素環構造を有するアリールアミン化合物である。
4)また本発明は、前記一般式(A)において、
 Lが、置換若しくは無置換のフェニレン基、置換若しくは無置換のビフェニレン基、又は置換若しくは無置換のナフチレン基の2価基である、上記1)から3)のいずれか一項に記載のフルオレニル骨格含有複素環構造を有するアリールアミン化合物である。
5)また本発明は、前記一般式(A)において、
 nが1である、上記1)から4)のいずれか一項に記載のフルオレニル骨格含有複素環構造を有するアリールアミン化合物である。
6)一対の電極とその間に挟まれた少なくとも一層の有機層を有する有機EL素子において、前記有機層が上記1)から5)のいずれか一項に記載のフルオレニル骨格含有複素環構造を有するアリールアミン化合物を含む有機EL素子である。
7)また本発明は、上記有機層が電子阻止層である上記6)記載の有機EL素子である。
8)また本発明は、上記有機層が正孔輸送層である上記6)記載の有機EL素子である。
9)また本発明は、上記有機層が正孔注入層である上記6)記載の有機EL素子である。
10)また本発明は、上記有機層が発光層である上記6)記載の有機EL素子である。
11)また本発明は、一対の電極とその間に挟まれた少なくとも一層の有機層を有する電子部品を用いた電子機器において、前記有機層が上記1)から5)のいずれか一項に記載のフルオレニル骨格含有複素環構造を有するアリールアミン化合物を含む電子機器である。
 一般式(A)中のR~R11で表される「置換基を有していてもよい炭素原子数1~6の直鎖状若しくは分岐状のアルキル基」、「置換基を有していてもよい炭素原子数5~10のシクロアルキル基」又は「置換基を有していてもよい炭素原子数2~6の直鎖状若しくは分岐状のアルケニル基」における、「炭素原子数1~6の直鎖状若しくは分岐状のアルキル基」、「炭素原子数5~10のシクロアルキル基」又は「炭素原子数2~6の直鎖状若しくは分岐状のアルケニル基」としては、具体的に、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、イソブチル基、tert-ブチル基、n-ペンチル基、イソペンチル基、ネオペンチル基、n-ヘキシル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、1-アダマンチル基、2-アダマンチル基、ビニル基、アリル基、イソプロペニル基、及び2-ブテニル基などを挙げることができる。
 一般式(A)中のR~R11で表される「置換基を有していてもよい炭素原子数1~6の直鎖状若しくは分岐状のアルキル基」、「置換基を有していてもよい炭素原子数5~10のシクロアルキル基」又は「置換基を有していてもよい炭素原子数2~6の直鎖状若しくは分岐状のアルケニル基」における「置換基」としては、具体的に、重水素原子、シアノ基、ニトロ基;フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子などのハロゲン原子;トリメチルシリル基、トリフェニルシリル基などのシリル基;メチル基、エチル基、プロピル基などの炭素原子数1~6の直鎖状若しくは分岐状のアルキル基;メチルオキシ基、エチルオキシ基、プロピルオキシ基などの炭素原子数1~6の直鎖状若しくは分岐状のアルキルオキシ基;ビニル基、アリル基などのアルケニル基;フェニルオキシ基、トリルオキシ基などのアリールオキシ基;ベンジルオキシ基、フェネチルオキシ基などのアリールアルキルオキシ基;フェニル基、ビフェニリル基、ターフェニリル基、ナフチル基、アントラセニル基、フェナントレニル基、フルオレニル基、スピロビフルオレニル基、インデニル基、ピレニル基、ペリレニル基、フルオランテニル基、トリフェニレニル基などの芳香族炭化水素基若しくは縮合多環芳香族基;ピリジル基、チエニル基、フリル基、ピロリル基、キノリル基、イソキノリル基、ベンゾフラニル基、ベンゾチエニル基、インドリル基、カルバゾリル基、ベンゾオキサゾリル基、ベンゾチアゾリル基、キノキサリニル基、ベンゾイミダゾリル基、ピラゾリル基、ジベンゾフラニル基、ジベンゾチエニル基、カルボリニル基などの芳香族複素環基のような基を挙げることができ、これらの置換基はさらに、前記例示した置換基が置換していてもよい。また、これらの置換基と置換しているベンゼン環が、又は同一のベンゼン環に複数置換された置換基同士が、単結合、又は置換若しくは無置換のメチレン基、酸素原子、硫黄原子、及び置換基を有する窒素原子から選ばれる連結基を介して、互いに結合して環を形成していてもよい。
 一般式(A)中のR~R11で表される「置換基を有していてもよい炭素原子数1~6の直鎖状若しくは分岐状のアルキルオキシ基」又は「置換基を有していてもよい炭素原子数5~10のシクロアルキルオキシ基」における「炭素原子数1~6の直鎖状若しくは分岐状のアルキルオキシ基」又は「炭素原子数5~10のシクロアルキルオキシ基」としては、具体的に、メチルオキシ基、エチルオキシ基、n-プロピルオキシ基、イソプロピルオキシ基、n-ブチルオキシ基、tert-ブチルオキシ基、n-ペンチルオキシ基、n-ヘキシルオキシ基、シクロペンチルオキシ基、シクロヘキシルオキシ基、シクロヘプチルオキシ基、シクロオクチルオキシ基、1-アダマンチルオキシ基、2-アダマンチルオキシ基などを挙げることができる。
 一般式(A)中のR~R11で表される「置換基を有していてもよい炭素原子数1~6の直鎖状若しくは分岐状のアルキルオキシ基」又は「置換基を有していてもよい炭素原子数5~10のシクロアルキルオキシ基」における「置換基」としては、一般式(A)中のR~R11で表される「置換基を有していてもよい炭素原子数1~6の直鎖状若しくは分岐状のアルキル基」、「置換基を有していてもよい炭素原子数5~10のシクロアルキル基」又は「置換基を有していてもよい炭素原子数2~6の直鎖状若しくは分岐状のアルケニル基」における「置換基」として示したものと同様のものを挙げることができ、とりうる態様も、同様のものを挙げることができる。
 一般式(A)中のR~R11で表される「置換若しくは無置換の芳香族炭化水素基」、「置換若しくは無置換の芳香族複素環基」又は「置換若しくは無置換の縮合多環芳香族基」における「芳香族炭化水素基」、「芳香族複素環基」又は「縮合多環芳香族基」としては、具体的に、フェニル基、ビフェニリル基、ターフェニリル基、ナフチル基、アントラセニル基、フェナントレニル基、フルオレニル基、スピロビフルオレニル基、インデニル基、ピレニル基、ペリレニル基、フルオランテニル基、トリフェニレニル基、ピリジル基、ピリミジニル基、トリアジニル基、フリル基、ピロリル基、チエニル基、キノリル基、イソキノリル基、ベンゾフラニル基、ベンゾチエニル基、インドリル基、カルバゾリル基、ベンゾオキサゾリル基、ベンゾチアゾリル基、アザフルオレニル基、ジアザフルオレニル基、アザスピロビフルオレニル基、ジアザスピロビフルオレニル基、キノキサリニル基、ベンゾイミダゾリル基、ピラゾリル基、ジベンゾフラニル基、ジベンゾチエニル基、ナフチリジニル基、フェナントロリニル基、アクリジニル基、及びカルボリニル基などの他に、炭素数6~30からなるアリール基、又は炭素数2~20からなるヘテロアリール基などが挙げられる。
 一般式(A)中のR~R11で表される「置換芳香族炭化水素基」、「置換芳香族複素環基」又は「置換縮合多環芳香族基」における「置換基」としては、一般式(A)中のR~R11で表される「置換基を有していてもよい炭素原子数1~6の直鎖状若しくは分岐状のアルキル基」、「置換基を有していてもよい炭素原子数5~10のシクロアルキル基」又は「置換基を有していてもよい炭素原子数2~6の直鎖状若しくは分岐状のアルケニル基」における「置換基」として示したものと同様のものを挙げることができ、とりうる態様も、同様のものを挙げることができる。
 一般式(A)中のR~R11で表される「置換若しくは無置換のアリールオキシ基」における「アリールオキシ基」としては、具体的に、フェニルオキシ基、ビフェニリルオキシ基、ターフェニリルオキシ基、ナフチルオキシ基、アントラセニルオキシ基、フェナントレニルオキシ基、フルオレニルオキシ基、インデニルオキシ基、ピレニルオキシ基、ペリレニルオキシ基などが挙げられる。
 一般式(A)中のR~R11で表される「置換アリールオキシ基」における「置換基」としては、一般式(A)中のR~R11で表される「置換基を有していてもよい炭素原子数1~6の直鎖状若しくは分岐状のアルキル基」、「置換基を有していてもよい炭素原子数5~10のシクロアルキル基」又は「置換基を有していてもよい炭素原子数2~6の直鎖状若しくは分岐状のアルケニル基」における「置換基」として示したものと同様のものを挙げることができ、とりうる態様も、同様のものを挙げることができる。
 一般式(A)中のR~Rとしては、薄膜状態での安定性の観点から、水素原子、重水素原子、又は置換若しくは無置換のフェニル基が好ましく、水素原子、重水素原子又は無置換のフェニル基がより好ましい。
 一般式(A)中のR10及びR11としては、化合物の耐熱性の観点から、置換若しくは無置換のメチル基、又は置換若しくは無置換のフェニル基が好ましく、無置換のメチル基又は無置換のフェニル基がより好ましい。また、R10とR11は、同一であることが好ましい。
 一般式(A)中のLで表される「置換若しくは無置換の芳香族炭化水素基」、「置換若しくは無置換の芳香族複素環基」又は「置換若しくは無置換の縮合多環芳香族基」における「芳香族炭化水素基」、「芳香族複素環基」又は「縮合多環芳香族基」としては、一般式(A)中のR~R11で表される「置換若しくは無置換の芳香族炭化水素基」、「置換若しくは無置換の芳香族複素環基」又は「置換若しくは無置換の縮合多環芳香族基」における「芳香族炭化水素基」、「芳香族複素環基」又は「縮合多環芳香族基」として示したものと同様のものから水素原子を1個除いた基を挙げることができる。
 一般式(A)中のLで表される「置換芳香族炭化水素基」、「置換芳香族複素環基」又は「置換縮合多環芳香族基」における「置換基」としては、一般式(A)中のR~R11で表される「置換基を有していてもよい炭素原子数1~6の直鎖状若しくは分岐状のアルキル基」、「置換基を有していてもよい炭素原子数5~10のシクロアルキル基」又は「置換基を有していてもよい炭素原子数2~6の直鎖状若しくは分岐状のアルケニル基」における「置換基」として示したものと同様のものを挙げることができ、とりうる態様も、同様のものを挙げることができる。
 一般式(A)中のLとしては、正孔輸送性及び電子阻止能力の観点から、置換若しくは無置換のフェニレン基、置換若しくは無置換のビフェニレン基、又は置換若しくは無置換のナフチレン基が好ましく、無置換のフェニレン基、無置換のビフェニレン基、又は無置換のナフチレン基がより好ましく、無置換のフェニレン基、又は無置換のナフチレン基が特に好ましい。
 また、一般式(A)中のnは、1であることが好ましい。
 一般式(A)中のAr及びArで表される「置換若しくは無置換の芳香族炭化水素基」、「置換若しくは無置換の芳香族複素環基」又は「置換若しくは無置換の縮合多環芳香族基」における「芳香族炭化水素基」、「芳香族複素環基」又は「縮合多環芳香族基」としては、一般式(A)中のR~R11で表される「置換若しくは無置換の芳香族炭化水素基」、「置換若しくは無置換の芳香族複素環基」又は「置換若しくは無置換の縮合多環芳香族基」における「芳香族炭化水素基」、「芳香族複素環基」又は「縮合多環芳香族基」として示したものと同様のものを挙げることができる。
 一般式(A)中のAr及びArで表される「置換芳香族炭化水素基」、「置換芳香族複素環基」又は「置換縮合多環芳香族基」における「置換基」としては、一般式(A)中のR~R11で表される「置換基を有していてもよい炭素原子数1~6の直鎖状若しくは分岐状のアルキル基」、「置換基を有していてもよい炭素原子数5~10のシクロアルキル基」又は「置換基を有していてもよい炭素原子数2~6の直鎖状若しくは分岐状のアルケニル基」における「置換基」として示したものと同様のものを挙げることができ、とりうる態様も、同様のものを挙げることができる。
 一般式(A)中のAr及びArとしては、正孔輸送性及び電子阻止能力の観点から、無置換のフェニル基、又は無置換のビフェニリル基が好ましい。
 一般式(A)中のXは、正孔輸送性及び電子阻止能力の観点から、酸素原子であることが好ましい。
 本発明の有機EL素子に好適に用いられる、前記一般式(A)で表されるフルオレニル骨格含有複素環構造を有するアリールアミン化合物は、有機EL素子の正孔注入層、正孔輸送層、電子阻止層又は発光層の構成材料として使用することが好ましく、正孔輸送層又は電子阻止層の構成材料として使用することがより好ましい。
 本発明のフルオレニル骨格含有複素環構造を有するアリールアミン化合物は、従来の正孔輸送材料より、(1)正孔の注入特性が良い、(2)正孔の移動度が大きい、(3)電子阻止能力に優れている、(4)電子耐性が高い、(5)薄膜状態で安定に存在する、(6)耐熱性に優れている、などの特性があり、本発明のフルオレニル骨格含有複素環構造を有するアリールアミン化合物を有機EL素子に使用することで、(7)発光効率が高い、(8)発光開始電圧が低い、(9)実用駆動電圧が低い、(10)長寿命、などの特性が得られる。
 本発明のフルオレニル骨格含有複素環構造を有するアリールアミン化合物は、正孔の注入・輸送性能、薄膜の安定性及び耐久性に優れている。それにより、同化合物を正孔注入材料及び/又は正孔輸送材料として用いて作製された正孔注入層及び/又は正孔輸送層を有する有機EL素子は、発光層への正孔輸送効率が向上して、発光効率が向上すると共に、駆動電圧が低下することで素子の耐久性が向上させることができ、高効率、低駆動電圧、長寿命の特性を得ることができる。
 本発明のフルオレニル骨格含有複素環構造を有するアリールアミン化合物は、電子阻止能力に優れて、電子耐性が高く、かつ薄膜状態においても安定であり、発光層内で生成した励起子を閉じ込める特徴がある。それにより、同化合物を電子阻止材料として用いて作製された電子阻止層を有する有機EL素子は、正孔と電子が再結合する確率が向上して熱失活が抑制されるため高い発光効率を有し、駆動電圧が低下して電流耐性が改善されることで最大発光輝度が向上している。
 本発明のフルオレニル骨格含有複素環構造を有するアリールアミン化合物は、正孔輸送性に優れ、かつバンドギャップが広い。それにより、同化合物をホスト材料として用いて作製された発光層を有する有機EL素子は、ドーパントと呼ばれる蛍光発光体や燐光発光体、遅延蛍光発光体を担持させて発光層を形成することで駆動電圧が低下し、発光効率が改善される。
 よって、本発明のフルオレニル骨格含有複素環構造を有するアリールアミン化合物は、有機EL素子の正孔注入層、正孔輸送層、電子阻止層又は発光層の材料として有用であり、従来の有機EL素子の発光効率及び駆動電圧、そして耐久性を改良することができる。
一般式(A)で表されるアリールアミン化合物の好ましい具体例として、化合物(1)~化合物(15)を示す図である。 一般式(A)で表されるアリールアミン化合物の好ましい具体例として、化合物(16)~化合物(30)を示す図である。 一般式(A)で表されるアリールアミン化合物の好ましい具体例として、化合物(31)~化合物(45)を示す図である。 一般式(A)で表されるアリールアミン化合物の好ましい具体例として、化合物(46)~化合物(60)を示す図である。 一般式(A)で表されるアリールアミン化合物の好ましい具体例として、化合物(61)~化合物(75)を示す図である。 一般式(A)で表されるアリールアミン化合物の好ましい具体例として、化合物(76)~化合物(90)を示す図である。 一般式(A)で表されるアリールアミン化合物の好ましい具体例として、化合物(91)~化合物(105)を示す図である。 一般式(A)で表されるアリールアミン化合物の好ましい具体例として、化合物(106)~化合物(114)を示す図である。 本発明の有機EL素子構成の一例を示す図である。
 本発明のフルオレニル骨格含有複素環構造を有するアリールアミン化合物は、新規な化合物であるが、これら化合物は、それ自体公知の方法に準じて合成することができる(例えば、特許文献5参照)。
 本発明の有機EL素子に好適に用いられる、前記一般式(A)で表されるフルオレニル骨格含有複素環構造を有するアリールアミン化合物の中で、好ましい化合物の具体例を図1~図8に示すが、これらの化合物に限定されるものではない。
 一般式(A)で表されるフルオレニル骨格含有複素環構造を有するアリールアミン化合物の精製は、カラムクロマトグラフによる精製、シリカゲル、活性炭、活性白土等による吸着精製、溶媒による再結晶や晶析法、昇華精製法などの公知の方法で行うことができる。化合物の同定は、NMR分析で行うことができる。物性値としては、融点、ガラス転移点(Tg)と仕事関数の測定などが挙げられる。融点は蒸着性の指標となるものであり、ガラス転移点(Tg)は薄膜状態の安定性の指標となり、仕事関数は正孔注入性や正孔輸送性、又は電子阻止性の指標となるものである。
 融点とガラス転移点(Tg)は、例えば、粉体を用いて高感度示差走査熱量計(ブルカー・エイエックスエス製、DSC3100SA)によって測定することができる。
 仕事関数は、例えば、ITO基板の上に100nmの薄膜を作製して、イオン化ポテンシャル測定装置(住友重機械工業株式会社製、PYS-202)によって求めることができる。
 本発明の有機EL素子の構造としては、基板上に順次に、陽極、正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電子輸送層、電子注入層及び陰極からなるもの、また、正孔輸送層と発光層の間に電子阻止層を有するもの、発光層と電子輸送層の間に正孔阻止層を有するものが挙げられる。これらの多層構造においては、1つの有機層が何層かの役割を兼ねることが可能であり、例えば1つの有機層が、正孔注入層と正孔輸送層を兼ねた構成とすること、電子注入層と電子輸送層を兼ねた構成とすること、などもできる。また、同一の機能を有する有機層を2層以上積層した構成とすることが可能であり、正孔輸送層を2層積層した構成、発光層を2層積層した構成、電子輸送層を2層積層した構成、などもできる。
 本発明の有機EL素子の陽極として、ITOや金のような仕事関数の大きな電極材料が用いられる。本発明の有機EL素子の正孔注入層の材料として、銅フタロシアニンに代表されるポルフィリン化合物、スターバースト型のトリフェニルアミン誘導体、分子中にトリフェニルアミン構造又はカルバゾリル構造を2個以上有し、それぞれが単結合又はヘテロ原子を含まない2価基で連結した構造を有するアリールアミン化合物、ヘキサシアノアザトリフェニレンのようなアクセプター性の複素環化合物、及び塗布型の高分子材料などを用いることができる。
 本発明の有機EL素子の正孔注入層及び正孔輸送層の材料として、本発明のフルオレニル骨格含有複素環構造を有するアリールアミン化合物の他に、N,N’-ジフェニル-N,N’-ジ(m-トリル)-ベンジジン(以後、TPDと略称する)やN,N’-ジフェニル-N,N’-ジ(α-ナフチル)-ベンジジン(以後、NPDと略称する)、N,N,N’,N’-テトラビフェニリルベンジジンなどのベンジジン誘導体、1,1-ビス[(ジ-4-トリルアミノ)フェニル]シクロヘキサン(以後、TAPCと略称する)、及び分子中にトリフェニルアミン構造又はカルバゾリル構造を2個以上有し、それぞれが単結合又はヘテロ原子を含まない2価基で連結した構造を有するアリールアミン化合物などを用いることができる。これらの材料は、単独で成膜してもよいが、複数種を混合して成膜することもでき、それぞれを単層として使用できる。また、これらの材料を単独で成膜した層同士の積層構造、混合して成膜した層同士の積層構造、又はこれらの材料を単独で成膜した層と複数種を混合して成膜した層の積層構造としてもよい。また、正孔の注入・輸送層の材料として、ポリ(3,4-エチレンジオキシチオフェン)(以後、PEDOTと略称する)/ポリ(スチレンスルフォネート)(以後、PSSと略称する)などの塗布型の高分子材料を用いることができる。
 また、正孔注入層あるいは正孔輸送層には、これらの層に通常使用される材料に対してトリスブロモフェニルアミンヘキサクロルアンチモン、ラジアレン誘導体(例えば、特許文献6参照)などをPドーピングしたものや、TPDなどのベンジジン誘導体の構造をその部分構造に有する高分子化合物などを用いることができる。
 本発明の有機EL素子の電子阻止層の材料として、本発明のフルオレニル骨格含有複素環構造を有するアリールアミン化合物が用いられる他に、4,4’,4’’-トリ(N-カルバゾリル)トリフェニルアミン(以後、TCTAと略称する)、9,9-ビス[4-(カルバゾール-9-イル)フェニル]フルオレン、1,3-ビス(カルバゾール-9-イル)ベンゼン(以後、mCPと略称する)、2,2-ビス(4-カルバゾール-9-イルフェニル)アダマンタン(以後、Ad-Czと略称する)などのカルバゾール誘導体、9-[4-(カルバゾール-9-イル)フェニル]-9-[4-(トリフェニルシリル)フェニル]-9H-フルオレンに代表されるトリフェニルシリル基とトリアリールアミン構造を有する化合物などの電子阻止作用を有する化合物を用いることができる。これらの材料は正孔輸送層の材料を兼ねてもよい。
 本発明の有機EL素子の発光層の材料として、本発明のフルオレニル骨格含有複素環構造を有するアリールアミン化合物が用いられる他に、Alqをはじめとするキノリノール誘導体の金属錯体、各種の金属錯体、アントラセン誘導体、ビススチリルベンゼン誘導体、ピレン誘導体、オキサゾール誘導体、ポリパラフェニレンビニレン誘導体などを用いることができる。また、発光層をホスト材料とドーパント材料とで構成してもよく、ホスト材料として、アントラセン誘導体が好ましく用いられるが、本発明のアリールアミン化合物をはじめとする前記発光材料に加え、インドール環を縮合環の部分構造として有する複素環化合物、カルバゾール環を縮合環の部分構造として有する複素環化合物、カルバゾール誘導体、チアゾール誘導体、ベンズイミダゾール誘導体及びポリジアルキルフルオレン誘導体などを用いることができる。またドーパント材料としては、キナクリドン、クマリン、ルブレン、ペリレン及びそれらの誘導体、ベンゾピラン誘導体、ローダミン誘導体及びアミノスチリル誘導体などを用いることができる。
 また、発光材料として燐光発光体を使用することも可能である。燐光発光体としては、イリジウムや白金などの金属錯体の燐光発光体を使用することができる。例えば、Ir(ppy)などの緑色の燐光発光体、FIrpic、FIr6などの青色の燐光発光体、BtpIr(acac)などの赤色の燐光発光体などを挙げることができ、このときのホスト材料としては、正孔注入・輸送性のホスト材料として、4,4’-ジ(N-カルバゾリル)ビフェニル(以後、CBPと略称する)、TCTA、mCPなどのカルバゾール誘導体などに加え、本発明のアリールアミン化合物を挙げることができ、電子輸送性のホスト材料として、p-ビス(トリフェニルシリル)ベンゼン(以後、UGH2と略称する)や2,2’,2’’-(1,3,5-フェニレン)-トリス(1-フェニル-1H-ベンズイミダゾール)(以後、TPBIと略称する)などを挙げることができる。このような材料を用いることで、高性能の有機EL素子を作製することができる。
 燐光性の発光材料のホスト材料へのドープは、濃度消光を避けるため、発光層全体に対して1~30重量パーセントの範囲で、共蒸着によって行うことが好ましい。
 また、発光材料として、PIC-TRZ、CC2TA、PXZ-TRZ、4CzIPNなどのCDCB誘導体などの遅延蛍光を放射する材料を使用することも可能である(例えば、非特許文献3参照)。
 本発明の有機EL素子の正孔阻止層の材料として、バソクプロイン(以後、BCPと略称する)などのフェナントロリン誘導体、BAlqなどのキノリノール誘導体の金属錯体、各種の希土類錯体、オキサゾール誘導体、トリアゾール誘導体及びトリアジン誘導体などの、正孔阻止作用を有する化合物を用いることができる。これらの材料は電子輸送層の材料を兼ねてもよい。
 本発明の有機EL素子の電子輸送層の材料として、Alq、BAlqをはじめとするキノリノール誘導体の金属錯体、各種金属錯体、トリアゾール誘導体、トリアジン誘導体、オキサジアゾール誘導体、ピリジン誘導体、ピリミジン誘導体、ベンズイミダゾール誘導体、チアジアゾール誘導体、アントラセン誘導体、カルボジイミド誘導体、キノキサリン誘導体、ピリドインドール誘導体、フェナントロリン誘導体及びシロール誘導体などを用いることができる。
 本発明の有機EL素子の電子注入層の材料として、フッ化リチウム、フッ化セシウムなどのアルカリ金属塩、フッ化マグネシウムなどのアルカリ土類金属塩、リチウムキノリノールなどのキノリノール誘導体の金属錯体、酸化アルミニウムなどの金属酸化物、並びにイッテルビウム(Yb)、サマリウム(Sm)、カルシウム(Ca)、ストロンチウム(Sr)及びセシウム(Cs)などの金属などを用いることができる。電子注入層は、電子輸送層と陰極の好ましい選択により省略することができる。
 さらに、電子注入層及び電子輸送層には、これらの層に通常使用される材料に対してセシウムなどの金属をNドーピングしたものを用いることができる。
 本発明の有機EL素子の陰極としては、アルミニウムのような仕事関数の低い金属、並びにマグネシウム銀合金、マグネシウムインジウム合金、及びアルミニウムマグネシウム合金のような、より仕事関数の低い合金が電極材料として用いられる。
 有機EL素子を構成する各層に用いられるこれらの材料は、蒸着法、スピンコート法及びインクジェット法などの公知の方法によって薄膜形成を行うことができる。また、これらの材料は、単独で成膜してもよいが、複数種を混合して成膜することもでき、それぞれを単層として使用できる。また、これらの材料を単独で成膜した層同士の積層構造、混合して成膜した層同士の積層構造、又はこれらの材料を単独で成膜した層と複数種を混合して成膜した層の積層構造としてもよい。
 以下、本発明の実施の形態について、実施例により具体的に説明するが、本発明はその要旨を越えない限り、以下の実施例に限定されるものではない。
〔実施例1〕
<ビス(ビフェニル-4-イル)-{3-(7,7-ジメチル-7H-12-オキサ-インデノ[1,2-a]フルオレン-5-イル)-フェニル}-アミン(化合物(12))の合成>
 反応容器に、5-ブロモ-7,7-ジメチル-7H-12-オキサ-インデノ[1,2-a]フルオレン:7.0g、ビス(ビフェニル-4-イル)-{3-(4,4,5,5-テトラメチル-[1,3,2]ジオキサボロラン-2-イル)-フェニル}-アミン:12.1g、[1,1’-ビス(ジフェニルホスフィノ)フェロセン]ジクロロパラジウム(II):0.3g、炭酸水素ナトリウム:2.4gを仕込み、THF/HO混合溶媒下にて一晩還流撹拌した。放冷した後、系内に酢酸エチル/HOを加え、抽出及び分液操作にて有機層を取り出し、濃縮して粗生成物を得た。得られた粗生成物をジクロロメタン/アセトン混合溶媒による晶析精製を行うことで、ビス(ビフェニル-4-イル)-{3-(7,7-ジメチル-7H-12-オキサ-インデノ[1,2-a]フルオレン-5-イル)-フェニル}-アミン(化合物(12))の白色粉体:12.2g(収率:92.9%)を得た。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000003
 得られた白色粉体について、H-NMR(CDCl)で以下の37個の水素シグナルを検出し、構造を同定した。
δ(ppm)=8.30(1H),7.68(1H),7.62(1H),7.61-7.50(11H),7.49(1H),7.44(6H),7.39(2H),7.33(7H),7.18(1H),1.61(6H).
〔実施例2〕
<ビフェニル-4-イル-{4-(7,7-ジフェニル-7H-12-オキサ-インデノ[1,2-a]フルオレン-5-イル)-フェニル}-フェニル-アミン(化合物(14))の合成>
 反応容器に、5-ブロモ-7,7-ジフェニル-7H-12-オキサ-インデノ[1,2-a]フルオレン:10.0g、4-(ビフェニル-4-イル-フェニル-アミノ)-フェニルボロン酸:9.0g、[1,1’-ビス(ジフェニルホスフィノ)フェロセン]ジクロロパラジウム(II):0.3g、炭酸水素ナトリウム:3.5gを仕込み、THF/HO混合溶媒下にて一晩還流撹拌した。放冷した後、系内に酢酸エチル/HOを加え、抽出及び分液操作にて有機層を取り出し、濃縮して粗生成物を得た。得られた粗生成物をジクロロメタン/アセトン混合溶媒による晶析精製を行うことで、ビフェニル-4-イル-{4-(7,7-ジフェニル-7H-12-オキサ-インデノ[1,2-a]フルオレン-5-イル)-フェニル}-フェニル-アミン(化合物(14))の淡黄色粉体:8.5g(収率:56.9%)を得た。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000004
 得られた淡黄色粉体について、H-NMR(CDCl)で以下の37個の水素シグナルを検出し、構造を同定した。
δ(ppm)=8.38(1H),7.78(1H),7.73(1H),7.63(2H),7.56(2H),7.49(7H),7.39-7.20(22H),7.11(1H).
〔実施例3〕
<ビフェニル-4-イル-{3-(7,7-ジフェニル-7H-12-オキサ-インデノ[1,2-a]フルオレン-5-イル)-フェニル}-フェニル-アミン(化合物(52))の合成>
 反応容器に、5-ブロモ-7,7-ジフェニル-7H-12-オキサ-インデノ[1,2-a]フルオレン:7.0g、ビフェニル-4-イル-フェニル-{3-(4,4,5,5-テトラメチル-[1,3,2]ジオキサボロラン-2-イル)-フェニル}-アミン:7.4g、[1,1’-ビス(ジフェニルホスフィノ)フェロセン]ジクロロパラジウム(II):0.2g、炭酸水素ナトリウム:2.4gを仕込み、THF/HO混合溶媒下にて一晩還流撹拌した。放冷した後、系内に酢酸エチル/HOを加え、抽出及び分液操作にて有機層を取り出し、濃縮して粗生成物を得た。得られた粗生成物をアセトン溶媒による再結晶精製を行うことで、ビフェニル-4-イル-{3-(7,7-ジフェニル-7H-12-オキサ-インデノ[1,2-a]フルオレン-5-イル)-フェニル}-フェニル-アミン(化合物(52))の白色粉体:8.5g(収率:81.3%)を得た。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000005
 得られた白色粉体について、H-NMR(CDCl)で以下の37個の水素シグナルを検出し、構造を同定した。
δ(ppm)=8.35(1H),7.69(1H),7.62(1H),7.57(2H),7.54-7.19(30H),7.17(1H),7.06(1H).
〔実施例4〕
<ビス(ビフェニル-4-イル)-{4-(7,7-ジメチル-7H-12-オキサ-インデノ[1,2-a]フルオレン-5-イル)-フェニル}-アミン(化合物(7))の合成>
 反応容器に、5-(4-クロロフェニル)-7,7-ジメチル-7H-12-オキサ-インデノ[1,2-a]フルオレン:4.0g、ビス(ビフェニル-4-イル)-アミン:4.2g、ビス(トリ-t-ブチルホスフィン)パラジウム(0):0.1g、t-ブトキシナトリウム:3.0gを仕込み、トルエン溶媒下にて一晩還流撹拌した。放冷した後、濾過して得た濾液を濃縮して粗生成物を得た。得られた粗生成物をジクロロメタン/アセトン混合溶媒による晶析精製を行うことで、ビス(ビフェニル-4-イル)-{4-(7,7-ジメチル-7H-12-オキサ-インデノ[1,2-a]フルオレン-5-イル)-フェニル}-アミン(化合物(7))の黄色粉体:5.2g(収率:75.4%)を得た。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000006
 得られた黄色粉体について、H-NMR(CDCl)で以下の37個の水素シグナルを検出し、構造を同定した。
δ(ppm)=8.29(1H),7.74(1H),7.69(1H),7.62(6H),7.58(4H),7.51-7.41(7H),7.39-7.30(10H),7.22(1H),1.60(6H).
〔実施例5〕
<ビス(ビフェニル-4-イル)-{4-(7,7-ジフェニル-7H-12-オキサ-インデノ[1,2-a]フルオレン-5-イル)-フェニル}-アミン(化合物(24))の合成>
 反応容器に、5-(4-クロロフェニル)-7,7-ジフェニル-7H-12-オキサ-インデノ[1,2-a]フルオレン:8.1g、ビス(ビフェニル-4-イル)-アミン:5.5g、ビス(トリ-t-ブチルホスフィン)パラジウム(0):0.2g、t-ブトキシナトリウム:3.0gを仕込み、トルエン溶媒下にて一晩還流撹拌した。放冷した後、濾過して得た濾液を濃縮して粗生成物を得た。得られた粗生成物をモノクロロベンゼン/アセトン混合溶媒による晶析精製を行うことで、ビス(ビフェニル-4-イル)-{4-(7,7-ジフェニル-7H-12-オキサ-インデノ[1,2-a]フルオレン-5-イル)-フェニル}-アミン(化合物(24))の白色粉体:9.8g(収率:78.1%)を得た。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000007
 得られた白色粉体について、H-NMR(CDCl)で以下の41個の水素シグナルを検出し、構造を同定した。
δ(ppm)=8.35(1H),7.75(1H),7.71(1H),7.60(4H),7.55(4H),7.51(2H),7.49-7.40(7H),7.34(2H),7.33-7.26(12H),7.25-7.18(7H).
〔実施例6〕
<(ビフェニル-2-イル)-(ビフェニル-4-イル)-{4-(7,7-ジメチル-7H-12-オキサ-インデノ[1,2-a]フルオレン-5-イル)-フェニル}-アミン(化合物(26))の合成>
 反応容器に、(ビフェニル-4-イル)-(ビフェニル-4-イル)-{4-(7,7-ジメチル-7H-12-オキサ-インデノ[1,2-a]フルオレン-5-イル)-フェニル}-アミン:9.0g、2-ブロモビフェニル:3.9g、酢酸パラジウム(II):0.1g、トリ-t-ブチルホスフィン:0.2g、t-ブトキシナトリウム:2.0gを仕込み、トルエン溶媒下にて3時間還流撹拌した。放冷した後、濾過して得た濾液を濃縮して粗生成物を得た。得られた粗生成物をカラムクロマトグラフ(担体:シリカゲル、溶離液:ジクロロメタン/n-ヘプタン)によって精製を行うことで、(ビフェニル-2-イル)-(ビフェニル-4-イル)-{4-(7,7-ジメチル-7H-12-オキサ-インデノ[1,2-a]フルオレン-5-イル)-フェニル}-アミン(化合物(26))の白色粉体:7.6g(収率:68.4%)を得た。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000008
 得られた白色粉体について、H-NMR(CDCl)で以下の41個の水素シグナルを検出し、構造を同定した。
δ(ppm)=8.33(1H),7.68(1H),7.55(2H),7.51(1H),7.50-7.38(10H),7.37-7.08(24H),6.91(2H).
〔実施例7〕
<ジフェニル-{1-(7,7-ジフェニル-7H-12-オキサ-インデノ[1,2-a]フルオレン-5-イル)-ナフタレン-4-イル}-アミン(化合物(43))の合成>
 反応容器に、5-(4,4,5,5-テトラメチル-[1,3,2]ジオキサボロラン-2-イル)-7,7-ジフェニル-7H-12-オキサ-インデノ[1,2-a]フルオレン:8.7g、ジフェニルアミノ-ナフタレン-4-イル-トリフルオロメタンスルホナート:6.0g、[1,1’-ビス(ジフェニルホスフィノ)フェロセン]ジクロロパラジウム(II):0.2g、炭酸水素ナトリウム:1.7gを仕込み、THF/HO混合溶媒下にて一晩還流撹拌した。放冷した後、系内にメタノールを加えて析出した固体を濾過して粗生成物を得た。得られた粗生成物をトルエン/アセトン混合溶媒による晶析精製を行うことで、ジフェニル-{1-(7,7-ジフェニル-7H-12-オキサ-インデノ[1,2-a]フルオレン-5-イル)-ナフタレン-4-イル}-アミン(化合物(43))の淡黄色粉体:4.4g(収率:45.9%)を得た。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000009
 得られた淡黄色粉体について、H-NMR(CDCl)で以下の35個の水素シグナルを検出し、構造を同定した。
δ(ppm)=8.40(1H),8.07(1H),7.68(1H),7.61(1H),7.56(1H),7.52(1H),7.50(1H),7.46(1H),7.42(1H),7.40-7.17(18H),7.13(4H),6.97(3H),6.71(1H).
〔実施例8〕
<ビス(ビフェニル-4-イル)-{3-(7,7-ジフェニル-7H-12-オキサ-インデノ[1,2-a]フルオレン-5-イル)-フェニル}-アミン(化合物(61))の合成>
 反応容器に、5-ブロモ-7,7-ジフェニル-7H-12-オキサ-インデノ[1,2-a]フルオレン:10.0g、ビス(ビフェニル-4-イル)-{3-(4,4,5,5-テトラメチル-[1,3,2]ジオキサボロラン-2-イル)-フェニル}-アミン:12.9g、[1,1’-ビス(ジフェニルホスフィノ)フェロセン]ジクロロパラジウム(II):0.3g、炭酸水素ナトリウム:2.6gを仕込み、THF/HO混合溶媒下にて2時間還流撹拌した。放冷した後、系内に酢酸エチル/HOを加え、抽出及び分液操作にて有機層を取り出し、濃縮して粗生成物を得た。得られた粗生成物をジクロロメタン/アセトン混合溶媒による晶析精製を行うことで、ビス(ビフェニル-4-イル)-{3-(7,7-ジフェニル-7H-12-オキサ-インデノ[1,2-a]フルオレン-5-イル)-フェニル}-アミン(化合物(61))の白色粉体:14.5g(収率:87.9%)を得た。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000010
 得られた白色粉体について、H-NMR(CDCl)で以下の41個の水素シグナルを検出し、構造を同定した。
δ(ppm)=8.32(1H),7.66(1H),7.60(1H),7.55(4H),7.49(4H),7.48-7.38(8H),7.35(2H),7.32-7.26(5H),7.24(8H),7.21-7.12(7H).
〔実施例9〕
<ビス(ビフェニル-4-イル)-{5-(7,7-ジフェニル-7H-12-オキサ-インデノ[1,2-a]フルオレン-5-イル)-ビフェニル-2-イル}-アミン(化合物(94))の合成>
 反応容器に、5-ブロモ-7,7-ジフェニル-7H-12-オキサ-インデノ[1,2-a]フルオレン:4.3g、ビス(ビフェニル-4-イル)-{5-(4,4,5,5-テトラメチル-[1,3,2]ジオキサボロラン-2-イル)-ビフェニル-2-イル}-アミン:6.3g、[1,1’-ビス(ジフェニルホスフィノ)フェロセン]ジクロロパラジウム(II):0.1g、炭酸水素ナトリウム:1.1gを仕込み、THF/HO混合溶媒下にて5時間還流撹拌した。放冷した後、系内にメタノールを加えて析出した固体を濾過して粗生成物を得た。得られた粗生成物をジクロロメタン/アセトン混合溶媒による晶析精製を行うことで、ビス(ビフェニル-4-イル)-{5-(7,7-ジフェニル-7H-12-オキサ-インデノ[1,2-a]フルオレン-5-イル)-ビフェニル-2-イル}-アミン(化合物(94))の淡黄色粉体:7.1g(収率:91.6%)を得た。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000011
 得られた淡黄色粉体について、H-NMR(CDCl)で以下の45個の水素シグナルを検出し、構造を同定した。
δ(ppm)=8.37(1H),7.79(1H),7.72(1H),7.62(1H),7.60(1H),7.53(5H),7.48(3H),7.44-7.34(9H),7.34-7.18(17H),7.07(6H).
〔実施例10〕
 上記実施例で得たフルオレニル骨格含有複素環構造を有するアリールアミン化合物について、高感度示差走査熱量計(ブルカー・エイエックスエス製、DSC3100SA)によって融点とガラス転移点を測定した。結果を表1に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000012
 表1から、一般式(A)で表されるフルオレニル骨格含有複素環構造を有するアリールアミン化合物は、120℃以上のガラス転移点を有しており、薄膜状態が安定であることを示すものである。
〔実施例11〕
 上記実施例で得たフルオレニル骨格含有複素環構造を有するアリールアミン化合物を用いて、ITO基板の上に膜厚100nmの蒸着膜を作製して、イオン化ポテンシャル測定装置(住友重機械工業株式会社製、PYS-202)によって仕事関数を測定した。結果を表2に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000013
 表2から示すように、一般式(A)で表されるフルオレニル骨格含有複素環構造を有するアリールアミン化合物は、NPD、TPDなどの一般的な正孔輸送材料が有する仕事関数5.4eVと比較して、より高い仕事関数の値が有し、好適なエネルギー準位を示しており、良好な正孔輸送能力を有している。
〔実施例12〕
 有機EL素子は、図9に示す有機EL素子構成のように、ガラス基板1上に透明陽極2として反射ITO電極をあらかじめ形成したものの上に、正孔注入層3、正孔輸送層4、電子阻止層5、発光層6、電子輸送層7、電子注入層8、陰極9、キャッピング層10の順に蒸着して作製した。
 具体的には、膜厚50nmのITO、膜厚100nmの銀合金の反射膜、膜厚5nmのITOを順に成膜したガラス基板1をイソプロピルアルコール中にて超音波洗浄を20分間行った後、250℃に加熱したホットプレート上にて10分間乾燥を行った。その後、UVオゾン処理を15分間行った後、このITO付きガラス基板を真空蒸着機内に取り付け、0.001Pa以下まで減圧した。
 続いて、透明陽極2を覆うように正孔注入層3として、下記構造式の電子アクセプター(Acceptor-1)と下記構造式の化合物(HTM-1)を、蒸着速度比がAcceptor-1:化合物(HTM-1)=3:97となる蒸着速度で二元蒸着を行い、膜厚10nmとなるように形成した。
 この正孔注入層3の上に、正孔輸送層4として下記構造式の化合物(HTM-1)を膜厚140nmとなるように形成した。
 この正孔輸送層4の上に、電子阻止層5として実施例1で得た化合物(12)を膜厚5nmとなるよう形成した。
 この電子阻止層5の上に、発光層6として下記構造式の化合物(EMD-1)と下記構造式の化合物(EMH-1)を、蒸着速度比が化合物(EMD-1):EMH-1=5:95となる蒸着速度で二元蒸着を行い、膜厚20nmとなるように形成した。
 この発光層6の上に、電子輸送層7として下記構造式の化合物(ETM-1)と下記構造式の化合物(ETM-2)を、蒸着速度比が化合物(ETM-1):(ETM-2)=50:50となる蒸着速度で二元蒸着を行い、膜厚30nmとなるように形成した。
 この電子輸送層7の上に、電子注入層8としてフッ化リチウムを膜厚1nmとなるように形成した。
 この電子注入層8の上に、陰極9としてマグネシウム銀合金を膜厚12nmとなるように形成した。
 最後に、キャッピング層10として下記構造の化合物(CPL-1)を膜厚60nmとなるように形成した。
 大気中、常温において上記実施例12で作製した有機EL素子に直流電圧を印加した発光特性の測定結果を表3にまとめて示した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000014
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000015
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000016
〔実施例13〕
 実施例12において、電子阻止層5の材料として、実施例1で得た化合物(12)に代えて、実施例2で得た化合物(14)を用いた以外は、同様の条件で有機EL素子を作製した。大気中、常温において、同測定条件で作製した有機EL素子に直流電圧を印加したときの発光特性の測定結果を表3にまとめて示した。
〔実施例14〕
 実施例12において、電子阻止層5の材料として、実施例1で得た化合物(12)に代えて、実施例3で得た化合物(52)を用いた以外は、同様の条件で有機EL素子を作製した。大気中、常温において、同測定条件で作製した有機EL素子に直流電圧を印加したときの発光特性の測定結果を表3にまとめて示した。
〔実施例15〕
 実施例12において、電子阻止層5の材料として、実施例1で得た化合物(12)に代えて、実施例4で得た化合物(7)を用いた以外は、同様の条件で有機EL素子を作製した。大気中、常温において、同測定条件で作製した有機EL素子に直流電圧を印加したときの発光特性の測定結果を表3にまとめて示した。
〔実施例16〕
 実施例12において、電子阻止層5の材料として、実施例1で得た化合物(12)に代えて、実施例5で得た化合物(24)を用いた以外は、同様の条件で有機EL素子を作製した。大気中、常温において、同測定条件で作製した有機EL素子に直流電圧を印加したときの発光特性の測定結果を表3にまとめて示した。
〔実施例17〕
 実施例12において、電子阻止層5の材料として、実施例1で得た化合物(12)に代えて、実施例6で得た化合物(26)を用いた以外は、同様の条件で有機EL素子を作製した。大気中、常温において、同測定条件で作製した有機EL素子に直流電圧を印加したときの発光特性の測定結果を表3にまとめて示した。
〔実施例18〕
 実施例12において、電子阻止層5の材料として、実施例1で得た化合物(12)に代えて、実施例7で得た化合物(43)を用いた以外は、同様の条件で有機EL素子を作製した。大気中、常温において、同測定条件で作製した有機EL素子に直流電圧を印加したときの発光特性の測定結果を表3にまとめて示した。
〔実施例19〕
 実施例12において、電子阻止層5の材料として、実施例1で得た化合物(12)に代えて、実施例8で得た化合物(61)を用いた以外は、同様の条件で有機EL素子を作製した。大気中、常温において、同測定条件で作製した有機EL素子に直流電圧を印加したときの発光特性の測定結果を表3にまとめて示した。
〔実施例20〕
 実施例12において、電子阻止層5の材料として、実施例1で得た化合物(12)に代えて、実施例9で得た化合物(94)を用いた以外は、同様の条件で有機EL素子を作製した。大気中、常温において、同測定条件で作製した有機EL素子に直流電圧を印加したときの発光特性の測定結果を表3にまとめて示した。
〔比較例1〕
 比較のために、実施例12において、電子阻止層5の材料として、実施例1で得た化合物(12)に代えて、下記構造式の化合物(HTM-2)(例えば、特許文献5参照)を用いた以外は、同様の条件で有機EL素子を作製した。大気中、常温において、同測定条件で作製した有機EL素子に直流電圧を印加したときの発光特性の測定結果を表3にまとめて示した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000017
〔比較例2〕
 比較のために、実施例12において、電子阻止層5の材料として、実施例1で得た化合物(12)に代えて、下記構造式の化合物(HTM-3)(例えば、特許文献5参照)を用いた以外は、同様の条件で有機EL素子を作製した。大気中、常温において、同測定条件で作製した有機EL素子に直流電圧を印加したときの発光特性の測定結果を表3にまとめて示した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000018
 前記実施例及び比較例で作製した有機EL素子を用いて、測定した素子寿命は、発光開始時の発光輝度(初期輝度)を1000cd/mとして定電流駆動を行った時、発光輝度が950cd/m(初期輝度を100%とした時の95%に相当:95%減衰)に減衰するまでの時間として測定した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000019
 表3に示す様に、電流密度10mA/cmの電流を流したときの発光効率は、比較例1、2の有機EL素子の7.98~8.28cd/Aに対し、実施例12~20の有機EL素子では8.52~11.27cd/Aと高効率であった。また、電力効率においても、比較例1、2の有機EL素子の7.03~7.29lm/Wに対し、実施例12~20の有機EL素子では7.50~10.14lm/Wと高効率であった。さらに、素子寿命(95%減衰)においては、比較例1、2の有機EL素子の298~327時間に対し、実施例12~20の有機EL素子では349~791時間と長寿命化していることが分かる。
 以上の結果から明らかなように、本発明のフルオレニル骨格含有複素環構造を有するアリールアミン化合物を用いた有機EL素子は、正孔の移動度が大きく、優れた電子の阻止能力を有するアリールアミン化合物を用いているため、従来の有機EL素子と比較して、高発光効率であって、かつ長寿命の有機EL素子を実現できることがわかった。
 本発明のフルオレニル骨格含有複素環構造を有するアリールアミン化合物を用いた有機EL素子は、発光効率が向上するとともに、有機EL素子の耐久性を改善させることができ、例えば、家庭電化製品や照明の用途への展開ができる。
 その他、本発明のフルオレニル骨格含有複素環構造を有するアリールアミン化合物は、有機EL素子への利用だけでなく、電子写真感光体、イメージセンサー、光電変換素子、太陽電池など分野の電子機器にも使用することができる。
1  ガラス基板
2  透明陽極
3  正孔注入層
4  正孔輸送層
5  電子阻止層
6  発光層
7  電子輸送層
8  電子注入層
9  陰極
10 キャッピング層

Claims (11)

  1.  下記一般式(A)で表される、フルオレニル骨格含有複素環構造を有するアリールアミン化合物。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000001

    (式中、R~R11は、相互に同一でも異なってもよく、水素原子、重水素原子、フッ素原子、塩素原子、シアノ基、ニトロ基、置換基を有していてもよい炭素原子数1~6の直鎖状若しくは分岐状のアルキル基、置換基を有していてもよい炭素原子数5~10のシクロアルキル基、置換基を有していてもよい炭素原子数2~6の直鎖状若しくは分岐状のアルケニル基、置換基を有していてもよい炭素原子数1~6の直鎖状若しくは分岐状のアルキルオキシ基、置換基を有していてもよい炭素原子数5~10のシクロアルキルオキシ基、置換若しくは無置換の芳香族炭化水素基、置換若しくは無置換の芳香族複素環基、置換若しくは無置換の縮合多環芳香族基、又は置換若しくは無置換のアリールオキシ基を表す。
     Lは、置換若しくは無置換の芳香族炭化水素基、置換若しくは無置換の芳香族複素環基、又は置換若しくは無置換の縮合多環芳香族基の2価基を表す。
     nは、1又は2であり、nが2の時、Lは、相互に同一でも異なってもよい。
     Ar及びArは、相互に同一でも異なってもよく、置換若しくは無置換の芳香族炭化水素基、置換若しくは無置換の芳香族複素環基、又は置換若しくは無置換の縮合多環芳香族基を表す。
     Xは、酸素原子、硫黄原子、又は置換基を有する窒素原子を表す。
     また、LとAr、及びArとArは、それぞれの基同士で、単結合、又は置換若しくは無置換のメチレン基、酸素原子、硫黄原子、及び置換基を有する窒素原子から選ばれる連結基を介して、互いに結合して環を形成してもよい。)
  2.  R10及びR11が、置換若しくは無置換のメチル基、又は置換若しくは無置換のフェニル基である、請求項1に記載のフルオレニル骨格含有複素環構造を有するアリールアミン化合物。
  3.  Xが酸素原子である、請求項1又は2に記載のフルオレニル骨格含有複素環構造を有するアリールアミン化合物。
  4.  Lが、置換若しくは無置換のフェニレン基、置換若しくは無置換のビフェニレン基、又は置換若しくは無置換のナフチレン基である、請求項1~3のいずれか一項に記載のフルオレニル骨格含有複素環構造を有するアリールアミン化合物。
  5.  nが1である、請求項1~4のいずれか一項に記載のフルオレニル骨格含有複素環構造を有するアリールアミン化合物。
  6.  一対の電極とその間に挟まれた少なくとも一層の有機層を有する有機エレクトロルミネッセンス素子において、前記有機層が請求項1~5のいずれか一項に記載のフルオレニル骨格含有複素環構造を有するアリールアミン化合物を含む有機エレクトロルミネッセンス素子。
  7.  前記有機層が電子阻止層である、請求項6に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
  8.  前記有機層が正孔輸送層である、請求項6に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
  9.  前記有機層が正孔注入層である、請求項6に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
  10.  前記有機層が発光層である、請求項6に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
  11.  一対の電極とその間に挟まれた少なくとも一層の有機層を有する電子部品を用いた電子機器において、前記有機層が請求項1~5のいずれか一項に記載のフルオレニル骨格含有複素環構造を有するアリールアミン化合物を含む電子機器。
     
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