WO2022004555A1 - 有機エレクトロルミネッセンス素子 - Google Patents

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幸喜 加瀬
剛史 山本
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Definitions

  • 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 are sequentially formed on a glass substrate 1 as a metal anode 2 in isopropyl alcohol. After performing ultrasonic washing for 20 minutes, drying was performed for 10 minutes on a hot plate heated to 250 ° C. Then, after performing UV ozone treatment for 2 minutes, the glass substrate with ITO was mounted in a vacuum vapor deposition machine and the pressure was reduced to 0.001 Pa or less.

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Abstract

【課題】 本発明の目的は、(1)吸光係数が高く、(2)屈折率が高く、(3)薄膜の安定性が良好であり、(4)耐久性に優れている、(5)耐光性に優れている、(6)青、緑、および赤色それぞれの波長領域において吸収を持たない材料から構成されるキャッピング層を備えた有機EL素子を提供することにある。 【解決手段】 本発明における特定の構造を有するアリールアミン系材料が薄膜の安定性や耐久性に優れていることから、屈折率が高い特定のベンゾアゾール環構造を有するアミン化合物を濃度10-5mol/Lの吸収スペクトルにおいて波長400nmから410nmにおける吸光度が高い材料を選別し、キャッピング層を構成する材料として用いた有機EL素子は良好な素子特性を示す。

Description

有機エレクトロルミネッセンス素子
 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、詳しくはベンゾアゾール環構造を有するアミン化合物と、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素子は自己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以上の高輝度が得られるようになった(例えば、特許文献1および特許文献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おいて、高効率と耐久性が底部から発光するボトムエミッション構造の発光素子によって達成されるようになってきた(例えば、非特許文献1参照)
 近年、高い仕事関数を持った金属を陽極に用い、上部から発光するトップエミッション構造の発光素子が用いられるようになってきた。画素回路を有する底部から光を取り出すボトムエミッション構造では、発光部の面積が制限されてしまうのに対して、トップエミッション構造の発光素子では、上部から光を取り出すことで画素回路が遮ることがないため発光部を広くとれる利点がある。トップエミッション構造の発光素子では、陰極にLiF/Al/Ag(例えば、非特許文献2参照)、Ca/Mg(例えば、非特許文献3参照)、LiF/MgAgなどの半透明電極が用いられる。
 このような発光素子では、発光層で発光した光が他の膜に入射する場合に、ある角度以上で入射すると、発光層と他の膜との界面で全反射されてしまう。このため、発光した光の一部しか利用できていなかった。近年、光の取出し効率を向上させるために、屈折率の低い半透明電極の外側に、屈折率の高い「キャッピング層」を設けた発光素子が提案されている(例えば、非特許文献2および3参照)。
 トップエミッション構造の発光素子におけるキャッピング層の効果はIr(ppy)を発光材料に用いた発光素子において、キャッピング層が無い場合は電流効率が38cd/Aであったものに対し、キャッピング層として膜厚60nmのZnSeを使用した発光素子では、64cd/Aと約1.7倍の効率向上が認められた。また、半透明電極とキャッピング層の透過率の極大点と効率の極大点とが必ずしも一致しないことが示されており、光の取出し効率の最大点は干渉効果によって決められることが示されている(例えば、非特許文献3参照)。
 従来、キャッピング層の形成には、精細度の高いメタルマスクを用いることが提案されているが、高温条件下での使用ではメタルマスクが熱により歪みが生じることで位置合わせ精度が低下する問題点があった。故に、ZnSeは、融点が1100℃以上と高く(例えば、非特許文献3参照)、精細度の高いメタルマスクでは正確な位置に蒸着することができず、発光素子そのものにも影響を与える可能性がある。更に、スパッタ法による成膜でも、発光素子に影響を与えてしまうことから、無機物を構成材料とするキャッピング層は使用に適していない。
 その他、屈折率を調整するキャッピング層として、トリス(8-ヒドロキシキノリン)アルミニウム(以下、Alqと省略する)を使用する場合(例えば、非特許文献2参照)、Alqは緑色発光材料または電子輸送材料として一般的に使用される有機EL材料として知られているが、青色発光材料に使用される450nm付近に弱い吸収を持つため、青色発光素子の場合、色純度の低下および光の取出し効率が低下する問題点もあった。
 また、従来のキャッピング層で作製した素子では太陽光の波長400nmから410nmの光が通光し、素子内部の材料に影響を与え、色純度の低下および光の取出し効率が低下する問題点もあった。
 有機EL素子の素子特性を改善させるために、特に、太陽光の波長400nmから410nmの光を吸収し、素子内部の材料に影響を与えないように、また光の取出し効率を大幅に改善させるために、キャッピング層の材料として、吸光係数が高く、屈折率が高く、薄膜の安定性や耐久性に優れた材料が求められている。
特開平8-048656号公報 特許第3194657号公報 国際公開第2014/009310号 国際公開第2013/038627号
応用物理学会第9回講習会予稿集55~61ページ(2001) Appl.Phys.Let.,78,544(2001) Appl.Phys.Let.,82,466(2003) J.Org.Chem.,71,1802(2006) J.Org.Chcm.,60,7508(1995) Synth.Commun.,11,513(1981) Appl.Phys.Lett.,98,083302(2011)
 本発明の目的は、有機EL素子の素子特性を改善させるために、特に、太陽光の波長400nmから410nmの光を吸光して素子内部の材料に影響を与えないように、また光の取出し効率を大幅に改善させるために、(1)波長400nmから410nmの光の吸光係数が高く、(2)屈折率が高く、(3)薄膜の安定性が良好であり、(4)耐久性に優れている、(5)耐光性に優れている、(6)青、緑、および赤色それぞれの波長領域において吸収を持たない材料から構成されるキャッピング層を備えた有機EL素子を提供することにある。
 本発明に適したキャッピング層の材料における物理的な特性としては、(1)波長400nmから410nmの光の吸光係数が高いこと、(2)屈折率が高いこと、(3)蒸着が可能であること、(4)薄膜状態が安定であること、(5)ガラス転移温度が高いことをあげることができる。また、本発明において追求する有機EL素子の物理的な特性としては、(1)太陽光の波長400nmから410nmの光を吸収すること、(2)光の取出し効率が高いこと、(3)色純度の低下が生じないこと、(4)経時変化することなく光を透過すること、(5)長寿命であることをあげることができる。
 そこで、本発明者らは上記の目的を達成するために、鋭意に研究を行った。アリールアミン系材料が薄膜の安定性や耐久性に優れていることに着目して、屈折率が高い特定のベンゾアゾール環構造を有するアミン化合物の中から、濃度10-5mol/Lの吸収スペクトルにおいて波長400nmから410nmにおける吸光度が高い材料を選別し、キャッピング層を構成する材料として用いた有機EL素子を作製し、素子の特性評価を行った結果、本発明を完成するに至った。
 すなわち、本発明によれば、以下の有機EL素子が提供される。
1)少なくとも陽極電極、正孔輸送層、発光層、電子輸送層、陰極電極およびキャッピング層をこの順に有する有機EL素子において、前記キャッピング層が、該キャッピング層を透過する光の波長が400nm以上、500nm以下の範囲内における屈折率が、2.00以上であり、該キャッピング層を透過する光の波長が500nm超、570nm以下の範囲内における屈折率が、1.90以上であって、かつ、下記一般式(1)で表されるベンゾアゾール環構造を有するアミン化合物を含む有機EL素子。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000007

                         (1)
(式中、R~Rは相互に同一でも異なっていてもよく、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ないし6の直鎖状もしくは分岐状のアルキル基、置換基を有していてもよい炭素原子数5ないし10のシクロアルキル基、置換基を有していてもよい炭素原子数2ないし6の直鎖状もしくは分岐状のアルケニル基、置換基を有していてもよい炭素原子数1ないし6の直鎖状もしくは分岐状のアルキルオキシ基、置換基を有していてもよい炭素原子数5ないし10のシクロアルキルオキシ基、置換もしくは無置換の芳香族炭化水素基、置換もしくは無置換の芳香族複素環基、置換もしくは無置換の縮合多環芳香族基、または置換もしくは無置換のアリールオキシ基を表し、それぞれの基が結合しているベンゼン環と単結合、置換もしくは無置換のメチレン基、酸素原子、または硫黄原子を介して互いに結合して環を形成してもよく、同一のベンゼン環に結合するR~RまたはR~Rは、単結合、置換もしくは無置換のメチレン基、酸素原子、または硫黄原子を介して互いに結合して環を形成してもよい。X、Yは相互に同一でも異なっていてもよく、酸素原子または硫黄原子を表す。Ar~Arは、相互に同一でも異なっていてもよく、置換もしくは無置換の芳香族炭化水素の2価基、置換もしくは無置換の芳香族複素環の2価基、または置換もしくは無置換の縮合多環芳香族の2価基を表す。Aは下記一般式(2)で示されるR~R15のいずれか1カ所を結合部位とする1価基を表す。)
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000008

                         (2)
(式中、R~R15は相互に同一でも異なっていてもよく、結合部位としての連結基、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の直鎖状もしくは分岐状のアルキル基、置換基を有していてもよい炭素原子数5~10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の直鎖状もしくは分岐状のアルケニル基、置換基を有していてもよい炭素原子数1~6の直鎖状もしくは分岐状のアルキルオキシ基、置換基を有していてもよい炭素原子数5~10のシクロアルキルオキシ基、置換もしくは無置換のアリールオキシ基、置換もしくは無置換の芳香族炭化水素基、置換もしくは無置換の芳香族複素環基、または置換もしくは無置換の縮合多環芳香族基を表し、それぞれの基が結合している芳香環と単結合、置換もしくは無置換のメチレン基、酸素原子、または硫黄原子を介して互いに結合して環を形成してもよく、R10とR11またはR12~R15は、単結合、置換もしくは無置換のメチレン基、酸素原子、または硫黄原子を介して互いに結合して環を形成してもよい。Zは酸素原子、硫黄原子または窒素原子を表す。但し、Zが酸素原子、硫黄原子である場合、ZはRを有さないものとする。)
2)前記ベンゾアゾール環構造を有するアミン化合物が下記一般式(1a)で表されることを特徴とする、上記1)記載の有機EL素子。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000009

                         (1a)
(式中、R~R、X、Y、Aは前記一般式(1)で定義する通りである。)
3)前記一般式(1)または一般式(1a)において、R~Rのすべてが水素原子であることを特徴とする、上記1)または2)記載の有機EL素子。
4)前記キャッピング層が、波長400nm以上、410nm以下の範囲内における消衰係数が、0.40以上であることを特徴とする、上記1)~3)のいずれかに記載の有機EL素子。
5)前記一般式(1)または一般式(1a)において、X、およびYが酸素原子であることを特徴とする、上記1)または2)記載の有機EL素子。
6)前記一般式(1)または一般式(1a)において、X、およびYが硫黄原子であることを特徴とする、上記1)または2)記載の有機EL素子。
7)前記一般式(2)において、Zが酸素原子であることを特徴とする、上記1)または2)記載の有機EL素子。
8)前記一般式(2)において、Zが硫黄原子であることを特徴とする、上記1)または2)記載の有機EL素子。
9)前記一般式(2)において、Zが窒素原子であることを特徴とする、上記1)または2)記載の有機EL素子。
10)前記一般式(2)において、Rが結合部位としての連結基であることを特徴とする、上記1)または2)記載の有機EL素子。
11)前記一般式(2)において、R10が結合部位としての連結基であることを特徴とする、上記1)または2)記載の有機EL素子。
12)前記一般式(2)において、R13が結合部位としての連結基であることを特徴とする、上記1)または2)記載の有機EL素子。
13)前記一般式(2)において、Rが結合部位としての連結基であることを特徴とする、上記9)記載の有機EL素子。
14)光の波長が400nm以上、500nm以下の範囲内における屈折率が、2.00以上であって、光の波長が500nm超、570nm以下の範囲内における屈折率が、1.90以上である、前記一般式(1)または一般式(1a)で表されるベンゾアゾール環構造を有するアミン化合物を有機EL素子のキャッピング層に用いる方法。
15)上記1)~4)のいずれかに記載の有機EL素子を製造する方法であって、下記一般式(1)または一般式(1a)で表されるベンゾアゾール環構造を有するアミン化合物を用いて有機EL素子のキャッピング層を形成する有機EL素子の製造方法。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000010

                         (1)
(式中、R~Rは相互に同一でも異なっていてもよく、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ないし6の直鎖状もしくは分岐状のアルキル基、置換基を有していてもよい炭素原子数5ないし10のシクロアルキル基、置換基を有していてもよい炭素原子数2ないし6の直鎖状もしくは分岐状のアルケニル基、置換基を有していてもよい炭素原子数1ないし6の直鎖状もしくは分岐状のアルキルオキシ基、置換基を有していてもよい炭素原子数5ないし10のシクロアルキルオキシ基、置換もしくは無置換の芳香族炭化水素基、置換もしくは無置換の芳香族複素環基、置換もしくは無置換の縮合多環芳香族基、または置換もしくは無置換のアリールオキシ基を表し、それぞれの基が結合しているベンゼン環と単結合、置換もしくは無置換のメチレン基、酸素原子、または硫黄原子を介して互いに結合して環を形成してもよく、同一のベンゼン環に結合するR~RまたはR~Rは、単結合、置換もしくは無置換のメチレン基、酸素原子、または硫黄原子を介して互いに結合して環を形成してもよい。X、Yは相互に同一でも異なっていてもよく、酸素原子または硫黄原子を表す。Ar~Arは、相互に同一でも異なっていてもよく、置換もしくは無置換の芳香族炭化水素の2価基、置換もしくは無置換の芳香族複素環の2価基、または置換もしくは無置換の縮合多環芳香族の2価基を表す。Aは下記一般式(2)で示されるR~R15のいずれか1カ所を結合部位とする1価基を表す。)
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000011

                         (2)
(式中、R~R15は相互に同一でも異なっていてもよく、結合部位としての連結基、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の直鎖状もしくは分岐状のアルキル基、置換基を有していてもよい炭素原子数5~10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の直鎖状もしくは分岐状のアルケニル基、置換基を有していてもよい炭素原子数1~6の直鎖状もしくは分岐状のアルキルオキシ基、置換基を有していてもよい炭素原子数5~10のシクロアルキルオキシ基、置換もしくは無置換のアリールオキシ基、置換もしくは無置換の芳香族炭化水素基、置換もしくは無置換の芳香族複素環基、または置換もしくは無置換の縮合多環芳香族基を表し、それぞれの基が結合している芳香環と単結合、置換もしくは無置換のメチレン基、酸素原子、または硫黄原子を介して互いに結合して環を形成してもよく、R10とR11またはR12~R15は、単結合、置換もしくは無置換のメチレン基、酸素原子、または硫黄原子を介して互いに結合して環を形成してもよい。Zは酸素原子、硫黄原子または窒素原子を表す。但し、Zが酸素原子、硫黄原子である場合、ZはRを有さないものとする。)
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000012

                         (1a)
(式中、R~R、X、Y、Aは前記一般式(1)で定義する通りである。)
 一般式(1)、一般式(2)または一般式(1a)中のR~R15で表される「置換もしくは無置換の芳香族炭化水素基」、「置換もしくは無置換の芳香族複素環基」または「置換もしくは無置換の縮合多環芳香族基」における「芳香族炭化水素基」、「芳香族複素環基」または「縮合多環芳香族基」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、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、およびカルボリニル基などの他に、炭素数6ないし30からなるアリール基、または炭素数2ないし20からなるヘテロアリール基から選択される。
 また、これらの基が同一の芳香環(ベンゼン環もしくは複素五員環)に複数個結合している場合は、単結合、置換もしくは無置換のメチレン基、酸素原子または硫黄原子を介して互いに結合して環を形成していてもよく、それぞれの基が結合している芳香環(ベンゼン環もしくは複素五員環)と単結合、置換もしくは無置換のメチレン基、酸素原子または硫黄原子を介して結合して環を形成してもよい。
 一般式(1)、一般式(2)または一般式(1a)中のR~R15で表される「置換基を有していてもよい炭素原子数1ないし6の直鎖状もしくは分岐状のアルキル基」、「置換基を有していてもよい炭素原子数5ないし10のシクロアルキル基」、「置換基を有していてもよい炭素原子数2ないし6の直鎖状もしくは分岐状のアルケニル基」、「置換基を有していてもよい炭素原子数1ないし6の直鎖状もしくは分岐状のアルキルオキシ基」、「置換基を有していてもよい炭素原子数5ないし10のシクロアルキルオキシ基」、または「置換もしくは無置換のアリールオキシ基」における「炭素原子数1ないし6の直鎖状もしくは分岐状のアルキル基」、「炭素原子数5ないし10のシクロアルキル基」、「炭素原子数2ないし6の直鎖状もしくは分岐状のアルケニル基」、「炭素原子数1ないし6の直鎖状もしくは分岐状のアルキルオキシ基」、「炭素原子数5ないし10のシクロアルキルオキシ基」、または「アリールオキシ基」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、2-ブテニル基、メチルオキシ基、エチルオキシ基、n-プロピルオキシ基、シクロペンチルオキシ基、シクロヘキシルオキシ基、1-アダマンチルオキシ基、フェニルオキシ基、トリルオキシ基、およびビフェニルオキシ基などをあげることができる。
 また、これらの基が同一の芳香環(ベンゼン環もしくは複素五員環)に複数個結合している場合は、単結合、置換もしくは無置換のメチレン基、酸素原子または硫黄原子を介して互いに結合して環を形成していてもよく、それぞれの基が結合している芳香環(ベンゼン環もしくは複素五員環)と単結合、置換もしくは無置換のメチレン基、酸素原子または硫黄原子を介して結合して環を形成してもよい。
 一般式(1)、一般式(2)または一般式(1a)中のR~R15で表される「置換芳香族炭化水素基」、「置換芳香族複素環基」、「置換縮合多環芳香族基」、「置換基を有する炭素原子数1ないし6の直鎖状もしくは分岐状のアルキル基」、「置換基を有する炭素原子数5ないし10のシクロアルキル基」、または「置換基を有する炭素原子数2ないし6の直鎖状もしくは分岐状のアルケニル基」、「置換基を有する炭素原子数1ないし6の直鎖状もしくは分岐状のアルキルオキシ基」、「置換基を有する炭素原子数5ないし10のシクロアルキルオキシ基」、または「置換アリールオキシ基」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ないし6の直鎖状も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ないし6の直鎖状も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も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他に、炭素数6ないし30からなるアリール基、または炭素数2ないし20からなるヘテロアリール基などをあげることができ、これらの置換基はさらに、前記例示した置換基が置換していてもよい。
 また、これらの置換基同士が単結合、置換もしくは無置換のメチレン基、酸素原子または硫黄原子を介して互いに結合して環を形成していてもよい。
 一般式(1)中のAr~Arで表される「置換もしくは無置換の芳香族炭化水素の2価基」、「置換もしくは無置換の芳香族複素環の2価基」または「置換もしくは無置換の縮合多環芳香族の2価基」における「置換もしくは無置換の芳香族炭化水素」、「置換もしくは無置換の芳香族複素環」または「置換もしくは無置換の縮合多環芳香族」の「芳香族炭化水素」、「芳香族複素環」または「縮合多環芳香族」としては、具体的に、ベンゼン、ビフェニル、ターフェニル、テトラキスフェニル、スチレン、ナフタレン、アントラセン、アセナフタレン、フルオレン、フェナントレン、インダン、ピレン、トリフェニレン、ピリジン、ピリミジン、トリアジン、ピロール、フラン、チオフェン、キノリン、イソキノリン、ベンゾフラン、ベンゾチオフェン、インドリン、カルバゾール、カルボリン、ベンゾオキサゾール、ベンゾチアゾール、キノキサリン、ベンゾイミダゾール、ピラゾール、ジベンゾフラン、ジベンゾチオフェン、ナフチリジン、フェナントロリン、アクリジンなどをあげることができる。
 そして、一般式(1)中のAr~Arで表される「置換もしくは無置換の芳香族炭化水素の2価基」、「置換もしくは無置換の芳香族複素環の2価基」または「置換もしくは無置換の縮合多環芳香族の2価基」は、上記「芳香族炭化水素」、「芳香族複素環」または「縮合多環芳香族」から水素原子を2個取り除いてできる2価基を表す。
 また、これらの2価基は置換基を有していてよく、置換基として、一般式(1)、一般式(2)または一般式(1a)中のR~R15で表される「置換芳香族炭化水素基」、「置換芳香族複素環基」、「置換縮合多環芳香族基」、「置換基を有する炭素原子数1ないし6の直鎖状もしくは分岐状のアルキル基」、「置換基を有する炭素原子数5ないし10のシクロアルキル基」、または「置換基を有する炭素原子数2ないし6の直鎖状もしくは分岐状のアルケニル基」、「置換基を有する炭素原子数1ないし6の直鎖状もしくは分岐状のアルキルオキシ基」、「置換基を有する炭素原子数5ないし10のシクロアルキルオキシ基」、または「置換アリールオキシ基」における「置換基」として示したものと同様のものをあげることができ、これらの置換基同士が単結合、置換もしくは無置換のメチレン基、酸素原子または硫黄原子を介して互いに結合して環を形成していてもよい。
 一般式(1)、一般式(2)または一般式(1a)において、X、Y、およびZは相互に同一でも異なっていてもよく、酸素原子、硫黄原子または窒素原子を表す。但し、Zが酸素原子、硫黄原子である場合、ZはRを有さないものとする。X、およびYは、酸素原子、または硫黄原子であることが好ましく、X、およびYの全てが酸素原子、もしくは硫黄原子であることがより好ましい。
 一般式(2)において、R~R15のいずれか1か所が、結合部位としての連結基であり、Rは結合部位としての連結基、置換基を有していてもよい炭素原子数1~6の直鎖状もしくは分岐状のアルキル基、置換基を有していてもよい炭素原子数5~10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の直鎖状もしくは分岐状のアルケニル基、置換もしくは無置換の芳香族炭化水素基、置換もしくは無置換の芳香族複素環基、または置換もしくは無置換の縮合多環芳香族基であることが好ましく、結合部位としての連結基、置換もしくは無置換の芳香族炭化水素基、置換もしくは無置換の芳香族複素環基、または置換もしくは無置換の縮合多環芳香族基であることがより好ましく、結合部位としての連結基、または置換もしくは無置換の芳香族炭化水素基であることがさらに好ましい。
 一般式(1)において、Ar~Arは置換もしくは無置換の芳香族炭化水素の2価基であることが好ましく、置換もしくは無置換のベンゼンから水素原子を2個取り除いてできる2価基(フェニレン基)であることがより好ましい。そして、Ar、Ar、およびArの全てが置換もしくは無置換のベンゼンから水素原子を2個取り除いてできる2価基(フェニレン基)であることがさらに好ましい。
 本発明の有機EL素子において、前記キャッピング層の厚さは、30nmから120nmの範囲内であることが好ましく、40nmから80nmの範囲内であることがより好ましい。
 また、本発明の有機EL素子において、前記キャッピング層を透過する光の波長が500nm超、570nm以下の範囲内における、該キャッピング層の屈折率が1.90以上であることが好ましく、1.95以上であることがより好ましく、2.00以上であることがさらに好ましい。そして、該キャッピング層を透過する光の波長が400nm以上、500nm以下の範囲内における、該キャッピング層の屈折率が2.00以上であることが好ましく、2.05以上であることがより好ましい。
 また、本発明の有機EL素子において、前記キャッピング層を透過する光の波長が400nm以上、410nm以下の範囲内における、該キャッピング層の消衰係数が0.40以上であることが好ましく、0.50以上であることがより好ましい。
 また、本発明の有機EL素子において、前記キャッピング層を2種類以上の異なる構成材料を積層または混合層とすることによって作製してもよい。
 本発明の有機EL素子は、キャッピング層の材料として、波長400nmから410nmにおける光の吸光係数が高く、屈折率が高く、薄膜の安定性や耐久性、耐光性に優れた材料を用いているため、透明または半透明電極の外側に設けた、透明または半透明電極よりも屈折率の高いキャッピング層を有することで、従来の有機EL素子に比べて、光の取出し効率を大幅に向上することを可能とした。更に、前記ベンゾアゾール環構造を有するアミン化合物を用いて形成したキャッピング層は、太陽光の波長400nmから410nmの光をよく吸光するので、有機EL素子の内部は太陽光の影響を受けず、高効率、長寿命の有機EL素子を実現することが可能となった。
本発明の一般式(1)で表されるベンゾアゾール環構造を有するアミン化合物として、化合物(1-1)~(1-12)の構造を示す図である。 本発明の一般式(1)で表されるベンゾアゾール環構造を有するアミン化合物として、化合物(1-13)~(1-21)の構造を示す図である。 本発明の一般式(1)で表されるベンゾアゾール環構造を有するアミン化合物として、化合物(1-22)~(1-24)の構造を示す図である。 実施例10~15、比較例1~4の有機EL素子構成を示した図である。
 本発明の前記一般式(1)または(1a)で表されるベンゾアゾール環構造を有するアミン化合物の主骨格であるベンゾアゾール誘導体は、例えば、以下のように、それ自体公知の手法により合成ができる(例えば、非特許文献4参照)。更に、合成したハロゲン化ベンゾアゾール誘導体とアリールアミンを銅触媒やパラジウム触媒などを用いたカップリング反応を行うことで、本発明の前記一般式(1)または(1a)で表されるベンゾアゾール環構造を有するアミン化合物を合成することができる。
 また、ハロゲン化ベンゾアゾール誘導体をボロン酸誘導体、またはボロン酸エステル誘導体に誘導した後、ハロゲン化アリールアミンとのカップリング反応を行うことにより、同様に本発明の前記一般式(1)または(1a)で表されるベンゾアゾール環構造を有するアミン化合物を合成することができる(例えば、非特許文献5および非特許文献6参照)。
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 本発明の有機EL素子に好適に用いられる、前記一般式(1)または(1a)で表されるベンゾアゾール環構造を有するアミン化合物の中で、好ましい化合物の具体例を図1~3に示すが、これらの化合物に限定されるものではない。
 本発明の有機EL素子に好適に用いられる、前記一般式(1)または(1a)で表されるベンゾアゾール環構造を有する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、活性白土などによる吸着精製、溶媒による再結晶や晶析法などによって行い、最終的には昇華精製法などによる精製を行った。化合物の同定はNMR分析によって行った。物性値として、融点、ガラス転移点(Tg)、屈折率と消衰係数、および吸光度の測定を行った。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、屈折率は光の取出し効率の向上に関する指標となるものである。消衰係数は耐光性に関する指標となるものである。吸光度は光の吸収能力に関する指標となるものである。
 融点とガラス転移点(Tg)は、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)によって測定した。
 屈折率と消衰係数は、シリコン基板上に80nmの薄膜を作製して、分光測定装置(フィルメトリクス社製、F10-RT-UV)を用いて測定した。
 吸光度は、トルエン溶媒で濃度10-5mol/Lに調製して、また、吸光係数はトルエン溶液で濃度5.0×10-6mol/L、1.0×10-5mol/L、1.5×10-5mol/L、および2.0×10-5mol/Lの4種類の濃度に調製して、紫外可視近赤外分光光度計(日本分光製、V-650)を用いて測定した。
 本発明の有機EL素子の構造としては、例えば、トップエミッション構造の発光素子の場合、ガラス基板上に順次、陽極、正孔輸送層、発光層、電子輸送層、陰極およびキャッピング層からなるもの、また、陽極と正孔輸送層の間に正孔注入層を有するもの、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、電子輸送層と陰極の間に電子注入層を有するものがあげられる。これらの多層構造においては有機層を何層か省略あるいは兼ねることが可能であり、例えば正孔注入層と正孔輸送層を兼ねた構成、正孔輸送層と電子阻止層を兼ねた構成、正孔阻止層と電子輸送層を兼ねた構成、電子輸送層と電子注入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も可能であり、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、キャッピング層を2層積層した構成、などもできる。
 有機EL素子の各層の膜厚の合計は、200nm~750nm程度が好ましく、350nm~600nm程度がより好ましい。また、キャッピング層の膜厚は厚膜化するほど吸光度は大きくなるが、有機EL素子の薄膜化に支障が生じない程度であれば特に限定されるものではなく、例えば、30nm~120nmが好ましく、40nm~80nmがより好ましい。この場合、良好な光の取出し効率が得られる。なお、キャッピング層の膜厚は、発光素子に使用する発光材料の種類、キャッピング層以外の有機EL素子の厚さなどに応じて、適宜変更することができる。
 本発明の有機EL素子の陽極としては、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素子の正孔注入層として、分子中にトリフェニルアミン構造を2個以上、単結合またはヘテロ原子を含まない2価基で連結した構造を有するアリールアミン化合物、例えば、ベンジジン誘導体などの分子中にトリフェニルアミン構造を2個、単結合またはヘテロ原子を含まない2価基で連結した構造を有するアリールアミン化合物、スターバースト型のトリフェニルアミン誘導体、種々のトリフェニルアミン4量体などの材料が好ましい。また、銅フタロシアニンに代表されるポルフィリン化合物、ヘキサシアノアザトリフェニレンのようなアクセプター性の複素環化合物や塗布型の高分子材料を用いることができる。これらは、単独で成膜してもよいが、他材料と共に混合して成膜した単層として使用してもよく、単独で成膜した層同士、混合して成膜した層同士、または単独で成膜した層と混合して成膜した層の積層構造としてもよい。これらの材料は蒸着法の他、スピンコート法やインクジェット法などの公知の方法によって薄膜形成を行うことができる。
 本発明の有機EL素子の正孔輸送層として、N,N’-ジフェニル-N,N’-ジ(m-トリル)ベンジジン(TPD)やN,N’-ジフェニル-N,N’-ジ(α-ナフチル)ベンジジン(NPD)、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[4-(ジ-4-トリルアミノ)フェニル]シクロヘキサン(TAPC)、特に分子中にトリフェニルアミン構造を2個、単結合またはヘテロ原子を含まない2価基で連結した構造を有するアリールアミン化合物、例えば、N、N、N’、N’-テトラビフェニリルベンジジンなどや、分子中にトリフェニルアミン構造を1個のみ有するアリールアミン化合物を用いるのが好ましい。また、分子中にトリフェニルアミン構造を3個以上、単結合、またはヘテロ原子を含まない2価基で連結した構造を有するアリールアミン化合物、例えば、種々のトリフェニルアミン3量体および4量体などを用いるのが好ましい。これらは、単独で成膜してもよいが、他の材料とともに混合して成膜した単層として使用しても良く、単独で成膜した層同士、混合して成膜した層同士、または単独で成膜した層と混合して成膜した層の積層構造としてもよい。また、正孔の注入・輸送層として、ポリ(3,4-エチレンジオキシチオフェン)(PEDOT)/ポリ(スチレンスルフォネート)(PSS)などの塗布型の高分子材料を用いることができる。これらの材料は蒸着法の他、スピンコート法やインクジェット法などの公知の方法によって薄膜形成を行うことができる。
 また、正孔注入層あるいは正孔輸送層において、該層に通常使用される材料に対し、さらに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3参照)などをPドーピングしたものが好ましい。また、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素子の電子阻止層として、4,4’,4’’-トリ(N-カルバゾリル)トリフェニルアミン(TCTA)、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(mCP)、2,2-ビス(4-カルバゾール-9-イルーフェニル)アダマンタン(Ad-Cz)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。これらは、単独で成膜してもよいが、他の材料とともに混合して成膜した単層として使用しても良く、単独で成膜した層同士、混合して成膜した層同士、または単独で成膜した層と混合して成膜した層の積層構造としてもよい。これらの材料は蒸着法の他、スピンコート法やインクジェット法などの公知の方法によって薄膜形成を行うことができる。
 本発明の有機EL素子の発光層として、Alqをはじめとするキノリノール誘導体の金属錯体の他、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、そのほか、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、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、ペリレンおよびそれらの誘導体、ベンゾピラン誘導体、ローダミン誘導体、アミノスチリル誘導体などを用いることができ、緑色の発光材料を用いるのが特に好ましい。これらは、単独で成膜してもよいが、他の材料とともに混合して成膜した単層として使用してもよく、単独で成膜した層同士、混合して成膜した層同士、または単独で成膜した層と混合して成膜した層の積層構造としてもよい。
 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。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が用いられ、緑色の燐光発光体を用いることが特に好ましい。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(CBP)やTCTA、mCPなどのカルバゾール誘導体を用いることができる。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(UGH2)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)(TPBI)などを用いることができ、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、共蒸着によってドープすることが好ましい。
 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7参照)。これらの材料は蒸着法の他、スピンコート法やインクジェット法などの公知の方法によって薄膜形成を行うことができる。
 本発明の有機EL素子の正孔阻止層として、バソクプロイン(BCP)などのフェナントロリン誘導体や、アルミニウム(III)ビス(2-メチル-8-キノリナート)-4-フェニルフェノレート(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、トリアゾール誘導体、トリアジン誘導体、ピリミジン誘導体、オキサジアゾール誘導体、ベンゾアゾール誘導体など、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。これらは、単独で成膜してもよいが、他の材料とともに混合して成膜した単層として使用しても良く、単独で成膜した層同士、混合して成膜した層同士、または単独で成膜した層と混合して成膜した層の積層構造としてもよい。これらの材料は蒸着法の他、スピンコート法やインクジェット法などの公知の方法によって薄膜形成を行うことができる。
 本発明の有機EL素子の電子輸送層として、Alq、BAlqをはじめとするキノリノール誘導体の金属錯体のほか、各種金属錯体、トリアゾール誘導体、トリアジン誘導体、ピリミジン誘導体、オキサジアゾール誘導体、ピリジン誘導体、ベンズイミダゾール誘導体、ベンゾアゾール誘導体、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、シロール誘導体などを用いることができる。これらは、単独で成膜してもよいが、他の材料とともに混合して成膜した単層として使用しても良く、単独で成膜した層同士、混合して成膜した層同士、または単独で成膜した層と混合して成膜した層の積層構造としてもよい。これらの材料は蒸着法の他、スピンコート法やインクジェット法などの公知の方法によって薄膜形成を行うことができる。
 本発明の有機EL素子の電子注入層として、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、あるいはイッテルビウム(Yb)、サマリウム(Sm)、カルシウム(Ca)、ストロンチウム(Sr)、セシウム(Cs)などの金属などを用いることができるが、電子輸送層と陰極の好ましい選択においては、これを省略することができる。
 さらに、電子注入層あるいは電子輸送層において、該層に通常使用される材料に対し、さらに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、アルミニウムのような仕事関数の低い電極材料や、マグネシウム銀合金、マグネシウムカルシウム合金、マグネシウムインジウム合金、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やITO、IZOなどが電極材料として用いられる。
 本発明の有機EL素子のキャッピング層として、前記一般式(1)または(1a)で表されるベンゾアゾール環構造を有するアミン化合物などを用いるのが好ましい。これらは、単独で成膜してもよいが、他の材料と共に混合して成膜した単層として使用してもよく、単独で成膜した層同士、混合して成膜した層同士、または単独で成膜した層と混合して成膜した層の積層構造としてもよい。これらの材料は蒸着法の他に、スピンコート法やインクジェット法などの公知の方法によって薄膜形成を行うことができる。
 なお、上記では、トップエミッション構造の有機EL素子について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、ボトムエミッション構造の有機EL素子や、上部および底部の両方から発光するデュアルエミッション構造の有機EL素子についても、同様に適用することができる。これらの場合、光が発光素子から外部に取り出される方向にある電極は、透明または半透明である必要がある。
 キャッピング層を構成する材料の屈折率は、隣接する電極の屈折率よりも大きいことが好ましい。即ち、キャッピング層によって、有機EL素子における光の取出し効率は向上するが、その効果はキャッピング層とキャッピング層に接している材料との界面での反射率が大きい方が、光干渉の効果が大きいために有効である。そのため、キャッピング層を構成する材料の屈折率は、隣接する電極の屈折率よりも大きい方が好ましく、500nm超、570nm以下の範囲内において、屈折率が1.90以上あればよいが、1.95以上であることがより好ましく、2.00以上であることがさらに好ましい。そして、400nm以上、500nm以下の範囲内における屈折率が2.00以上であることが好ましく、2.05以上であることがより好ましく、2.10以上であることがさらに好ましい。
 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。
<例示化合物(1-1)の合成>
 反応容器に4-ベンゾ[b]チエン-2-イル-アニリン:7.4g、2-(4-ブロモフェニル)ベンゾオキサゾール:19.8g、tert-ブトキシナトリウム:9.5g、トルエン:70mlを加え、30分間窒素ガスを通気した。トリス(ジベンジリデンアセトン)ジパラジウム(0):0.9g、トリ-(tert-ブチル)ホスフィンの50%(w/v)トルエン溶液:0.8gを加えて加熱還流下、一晩撹拌した。放冷後、80℃で分散洗浄を行い、不溶物を濾過して得られた濾液を濃縮して粗製物を得た。粗製物をトルエン溶媒を用いた晶析精製によって析出した固体を採取し、例示化合物(1-1)の黄色粉体:7.5g(収率37.3%)を得た。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000014

                         (1-1)
 得られた黄色粉体についてNMRを使用して構造を同定した。
H-NMR(CDCl)で以下の25個の水素のシグナルを検出した。
δ(ppm)=8.23-8.19(4H)、7.87-7.84(1H)、7.82-7.77(3H)、7.75-7.71(2H)、7.62-7.57(2H)、7.56(1H)、7.41-7.27(12H)。
<例示化合物(1-2)の合成>
 反応容器に4-ベンゾ[b]チエン-2-イル-アニリン:7.4g、2-(4-ブロモフェニル)ベンゾチアゾール:21.0g、tert-ブトキシナトリウム:9.5g、トルエン:75mlを加え、30分間窒素ガスを通気した。トリス(ジベンジリデンアセトン)ジパラジウム(0):0.9g、トリ-(tert-ブチル)ホスフィンの50%(w/v)トルエン溶液:0.8gを加えて加熱還流下、一晩撹拌した。放冷後、80℃で分散洗浄を行い、不溶物を濾過して得られた濾液を濃縮して粗製物を得た。粗製物をトルエン溶媒を用いた晶析精製によって析出した固体を採取し、例示化合物(1-2)の黄色粉体:3.8g(収率18.0%)を得た。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000015

                         (1-2)
 得られた黄色粉体についてNMRを使用して構造を同定した。
H-NMR(CDCl)で以下の25個の水素のシグナルを検出した。
δ(ppm)=8.09-8.04(6H)、7.94-7.91(2H)、7.87--7.79(2H)、7.73-7.70(2H)、7.53-7.49(3H)、7.43-7.26(10H)。
<例示化合物(1-3)の合成>
 反応容器に4-ベンゾ[b]チエン-5-イル-アニリン:5.0g、2-(4-ブロモフェニル)ベンゾオキサゾール:13.4g、tert-ブトキシナトリウム:6.4g、トルエン:50mlを加え、30分間窒素ガスを通気した。トリス(ジベンジリデンアセトン)ジパラジウム(0):0.6g、トリ-(tert-ブチル)ホスフィンの50%(w/v)トルエン溶液:0.5gを加えて加熱還流下、一晩撹拌した。放冷後、80℃で分散洗浄を行い、不溶物を濾過して得られた濾液を濃縮して粗製物を得た。粗製物をトルエンおよびアセトン溶媒を用いた晶析精製によって析出した固体を採取し、例示化合物(1-3)の黄色粉体:8.8g(収率64.9%)を得た。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000016

                         (1-3)
 得られた黄色粉体についてNMRを使用して構造を同定した。
H-NMR(CDCl)で以下の25個の水素のシグナルを検出した。
δ(ppm)=8.22-8.19(4H)、8.08(1H)、7.99-7.97(1H)、7.80-7.77(2H)、7.71-7.58(5H)、7.53-7.51(1H)、7.44-7.32(11H)。
<例示化合物(1-4)の合成>
 反応容器に4-ベンゾ[b]チエン-5-イル-アニリン:5.0g、2-(4-ブロモフェニル)ベンゾチアゾール:14.2g、tert-ブトキシナトリウム:6.4g、トルエン:50mlを加え、30分間窒素ガスを通気した。トリス(ジベンジリデンアセトン)ジパラジウム(0):0.6g、トリ-(tert-ブチル)ホスフィンの50%(w/v)トルエン溶液:0.5gを加えて加熱還流下、一晩撹拌した。放冷後、80℃で分散洗浄を行い、不溶物を濾過して得られた濾液を濃縮して粗製物を得た。粗製物をトルエンおよびアセトン溶媒を用いた晶析精製によって析出した固体を採取し、例示化合物(1-4)の黄色粉体:8.6g(収率59.83%)を得た。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000017

                         (1-4)
 得られた黄色粉体についてNMRを使用して構造を同定した。
H-NMR(CDCl)で以下の25個の水素のシグナルを検出した。
δ(ppm)=8.09-8.02(7H)、7.99-7.90(3H)、7.69-7.62(3H)、7.54-7.49(3H)、7.46-7.37(3H)、7.34-7.29(6H)。
<例示化合物(1-23)の合成>
 反応容器に4-(9H-カルバゾール-9イル)アニリン:6.0g、2-(4-ブロモフェニル)ベンゾオキサゾール:14.0g、tert-ブトキシナトリウム:6.7g、トルエン:60mlを加え、30分間窒素ガスを通気した。トリス(ジベンジリデンアセトン)ジパラジウム(0):0.6g、トリ-(tert-ブチル)ホスフィンの50%(w/v)トルエン溶液:0.6gを加えて加熱還流下、一晩撹拌した。放冷後、80℃で分散洗浄を行い、不溶物を濾過して得られた濾液を濃縮して粗製物を得た。粗製物をモノクロロベンゼン溶媒を用いた晶析精製によって析出した固体を採取し、例示化合物(1-23)の黄色粉体:6.7g(収率44.77%)を得た。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000018
 
                         (1-23)
 得られた黄色粉体についてNMRを使用して構造を同定した。
H-NMR(CDCl)で以下の28個の水素のシグナルを検出した。
δ(ppm)=8.27-8.17(6H)、7.81-7.78(2H)、7.63-7.59(4H)、7.55-7.31(16H)。
<例示化合物(1-24)の合成>
 反応容器に4-(9H-カルバゾール-9イル)アニリン:6.0g、2-(4-ブロモフェニル)ベンゾチアゾール:14.8g、tert-ブトキシナトリウム:6.7g、トルエン:60mlを加え、30分間窒素ガスを通気した。トリス(ジベンジリデンアセトン)ジパラジウム(0):0.6g、トリ-(tert-ブチル)ホスフィンの50%(w/v)トルエン溶液:0.6gを加えて加熱還流下、一晩撹拌した。放冷後、80℃で分散洗浄を行い、不溶物を濾過して得られた濾液を濃縮して粗製物を得た。粗製物をモノクロロベンゼン溶媒を用いた晶析精製によって析出した固体を採取し、例示化合物(1-24)の黄色粉体:7.6g(収率48.34%)を得た。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000019
 
                         (1-24)
 得られた黄色粉体についてNMRを使用して構造を同定した。
H-NMR(CDCl)で以下の28個の水素のシグナルを検出した。
δ(ppm)=8.20-8.18(2H)、8.12-8.08(6H)、7.95-7.92(2H)、7.59-7.32(18H)。
 一般式(1)または(1a)で表されるベンゾアゾール環構造を有する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(Tg)を測定した。
                 融点     ガラス転移点(Tg)
実施例1の化合物(1-1)    276 ℃    120℃
実施例2の化合物(1-2)    272 ℃    118℃
実施例3の化合物(1-3)    259 ℃    116℃
実施例4の化合物(1-4)    251 ℃    113℃
実施例5の化合物(1-23)   252 ℃    132℃
実施例6の化合物(1-24)   230 ℃    130℃
 本発明の一般式(1)または(1a)で表されるベンゾアゾール環構造を有するアミン化合物は100℃以上のガラス転移点(Tg)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。
 一般式(1)または(1a)で表されるベンゾアゾール環構造を有するアミン化合物を用いて、シリコン基板上に膜厚80nmの蒸着膜を作製し、分光測定装置(フィルメトリクス社製、F10-RT-UV)を用いて、波長400nm、410nm、500nm、および570nmにおける屈折率nと波長400nm、および410nmにおける消衰係数kを測定した。比較のために、下記構造式の比較化合物(2-1)、(2-2)、(2-3)および(2-4)についても測定した(例えば、特許文献4参照)。測定結果を表1にまとめて示した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000020
 
                         (2-1)
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000021
 
                         (2-2)
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000022
 
                         (2-3)
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000023
 
                         (2-4)
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000024
 
 
 このように、本発明の化合物は波長が400nm以上、500nm以下の範囲内における屈折率は2.00以上であり、波長が500nm超、570nm以下の範囲内における屈折率は1.90以上であって、比較化合物(2-1)、(2-2)、(2-3)および(2-4)より大きな屈折率を有している。このことは有機EL素子における光の取出し効率の向上が期待できることを示すものである。
 また、波長400nm以上、410nm以下の範囲内における消衰係数は、比較化合物(2-1)、(2-2)、(2-3)および(2-4)では0.03から0.45であるのに対し、本発明の化合物では0.47から1.17と大きな値を有している。この消衰係数の値が大きいということは、本発明の化合物を用いて形成するキャッピング層は太陽光の波長400nmから410nmの光をよく吸光し、素子内部の材料に影響をより与えないことを示すものである。
 本発明の化合物を用い、トルエン溶液で濃度10-5mol/Lに調製して波長400nm、および410nmにおける吸光度を、紫外可視近赤外分光光度計(日本分光製、V-650)を用いて測定した。吸光係数はトルエン溶液で濃度5×10-6mol/L、1×10-5mol/L、1.5×10-5mol/L、および2.0×10-5mol/Lの4種類の濃度に調製して、紫外可視近赤外分光光度計(日本分光製、V-650)を用いて測定し、検量線から吸光係数を算出した。比較のために、上記構造式の比較化合物(2-1)、(2-2)、(2-3)および(2-4)についても測定した。測定結果を表2にまとめて示した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000025
 
 
 このように、波長400nmにおける吸光度は比較化合物(2-1)、(2-2)、(2-3)および(2-4)が0.02から0.60であるのに対し、本発明の化合物は0.85から1.77と大きな値を有している。そして、波長410nmにおける吸光度は比較化合物(2-1)、(2-2)、(2-3)および(2-4)が0.00から0.21であるのに対し、本発明の化合物は0.24から1.27と大きな値を有している。このことは太陽光の波長400nmから410nmの光をよく吸光することを示すものである。また、吸光係数に関しても、本発明の化合物は130000以上の値を有しており、同じ濃度条件であればよく光を吸光することを示すものであり、耐光性に優れた材料であることを示している。
 有機EL素子は、図4に示すように、ガラス基板1上に金属陽極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、第一正孔輸送層4、第二正孔輸送層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、ガラス基板1上に金属陽極2として、膜厚50nmのITO、膜厚100nmの銀合金の反射膜、膜厚5nmのITOを順に成膜したものを、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2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、金属陽極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(3-1)を、蒸着速度比がAcceptor-1:化合物(3-1)=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、第一正孔輸送層4として下記構造式の化合物(3-1)を膜厚70nmとなるように形成した。この第一正孔輸送層4の上に、第二正孔輸送層5として下記構造式の化合物(3-2)を膜厚10nmとなるように形成した。この第二正孔輸送層5の上に、発光層6として下記構造式の化合物(3-3)と下記構造式の化合物(3-4)を、蒸着速度比が化合物(3-3):化合物(3-4)=5:95となる蒸着速度で二元蒸着を行い、膜厚40nm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(3-5)と下記構造式の化合物(3-6)を、蒸着速度比が化合物(3-5):化合物(3-6)=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として実施例1の化合物(1-1)を膜厚60nmとなるように形成した。作製した有機EL素子について、大気中、常温で特性測定を行った。
 作製した有機EL素子に直流電圧を印加した発光特性の測定結果を表3にまとめて示した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000026
 
                         (Acceptor-1)
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000027
 
                         (3-1)
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000028
 
                         (3-2)
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000029

                         (3-3)
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000030

                         (3-4)
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000031
 
                         (3-5)
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000032
 
                         (3-6)
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000033

                         (1-1)
 実施例10において、キャッピング層10の材料として実施例1の化合物(1-1)に代えて実施例2の化合物(1-2)を用いた以外は、同様の条件で有機EL素子を作製した。作製した有機EL素子について、大気中、常温で特性測定を行なった。
 作製した有機EL素子に直流電圧を印加したときの発光特性の測定結果を表3にまとめて示した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000034

                         (1-2)
 実施例10において、キャッピング層10の材料として実施例1の化合物(1-1)に代えて実施例3の化合物(1-3)を用いた以外は、同様の条件で有機EL素子を作製した。作製した有機EL素子について、大気中、常温で特性測定を行なった。
 作製した有機EL素子に直流電圧を印加したときの発光特性の測定結果を表3にまとめて示した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000035

                         (1-3)
 実施例10において、キャッピング層10の材料として実施例1の化合物(1-1)に代えて実施例4の化合物(1-4)を用いた以外は、同様の条件で有機EL素子を作製した。作製した有機EL素子について、大気中、常温で特性測定を行なった。
 作製した有機EL素子に直流電圧を印加したときの発光特性の測定結果を表3にまとめて示した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000036

                         (1-4)
 実施例10において、キャッピング層10の材料として実施例1の化合物(1-1)に代えて実施例5の化合物(1-23)を用いた以外は、同様の条件で有機EL素子を作製した。作製した有機EL素子について、大気中、常温で特性測定を行なった。
 作製した有機EL素子に直流電圧を印加したときの発光特性の測定結果を表3にまとめて示した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000037
 
                         (1-23)
 実施例10において、キャッピング層10の材料として実施例1の化合物(1-1)に代えて実施例6の化合物(1-24)を用いた以外は、同様の条件で有機EL素子を作製した。作製した有機EL素子について、大気中、常温で特性測定を行なった。
 作製した有機EL素子に直流電圧を印加したときの発光特性の測定結果を表3にまとめて示した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000038
 
                         (1-24)
[比較例1]
 比較のために、実施例10において、キャッピング層10として実施例1の化合物(1-1)に代えて下記構造式の比較化合物(2-1)を用いた以外は、同様の条件で有機EL素子を作製した。作製した有機EL素子について、大気中、常温で特性測定を行った。
 作製した有機EL素子に直流電圧を印加したときの発光特性の測定結果を表3にまとめて示した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000039

                         (2-1)
[比較例2]
 比較のために、実施例10において、キャッピング層10として実施例1の化合物(1-1)に代えて下記構造式の比較化合物(2-2)を用いた以外は、同様の条件で有機EL素子を作製した。作製した有機EL素子について、大気中、常温で特性測定を行った。
 作製した有機EL素子に直流電圧を印加したときの発光特性の測定結果を表3にまとめて示した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000040

                         (2-2)
[比較例3]
 比較のために、実施例10において、キャッピング層10として実施例1の化合物(1-1)に代えて下記構造式の比較化合物(2-3)を用いた以外は、同様の条件で有機EL素子を作製した。作製した有機EL素子について、大気中、常温で特性測定を行った。
 作製した有機EL素子に直流電圧を印加したときの発光特性の測定結果を表3にまとめて示した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000041
 
                         (2-3)
[比較例4]
 比較のために、実施例10において、キャッピング層10として実施例1の化合物(1-1)に代えて下記構造式の比較化合物(2-4)を用いた以外は、同様の条件で有機EL素子を作製した。作製した有機EL素子について、大気中、常温で特性測定を行った。
 作製した有機EL素子に直流電圧を印加したときの発光特性の測定結果を表3にまとめて示した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000042

                         (2-4)
 実施例10~15と比較例1~4で作製した有機EL素子を用いて、素子寿命を測定した結果を表3にまとめて示した。素子寿命は、10mA/cmの定電流駆動を行った時、初期輝度を100%とした時の95%に減衰するまでの時間(95%減衰)として測定した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000043
 
 
 表3に示すように、電流密度10mA/cm時における駆動電圧は、比較化合物を用いた比較例1~4の素子と本発明の化合物を用いた実施例10~15の素子ではほぼ同等であるのに対し、輝度、発光効率、電力効率、素子寿命においては、比較化合物を用いた比較例1~4の素子に対し、本発明の化合物を用いた実施例10~15の素子は顕著に向上した。このことは、キャッピング層に屈折率の高い、本発明の有機EL素子に好適に用いられる材料を含むことにより、光の取出し効率を大幅に改善できることを示している。
 以上のように、本発明の一般式(1)で表されるベンゾアゾール環構造を有するアミン化合物は、吸光係数が高く、屈折率が高く、光の取出し効率を大幅に改善でき、薄膜状態が安定であるため、有機EL素子のキャッピング層に用いられる化合物として優れている。該化合物を用いて作製した本発明の有機EL素子は、高い効率を得ることができるとともに、太陽光の光を吸光し素子内部の材料に影響を与えないように、耐久性や耐光性を改善させることができる。また、青、緑および赤それぞれの波長領域において吸収を持たない該化合物を用いることにより、色純度がよく鮮明で明るい画像を表示したい場合に、特に好適である。
 更に、本発明の有機EL素子のキャッピング層に使用する前記一般式(1)で表されるベンゾアゾール環構造を有するアミン化合物は、400℃以下の温度で成膜することができるので、発光素子にダメージを与えることなく、高精細マスクを用いて各色の光の取出し効率を最適化することが可能となったため、フルカラーディスプレイに好適に適用できる。例えば、家庭電化製品や照明の用途への展開ができるようになった。
[符号の説明]
1  ガラス基板
2  金属陽極
3  正孔注入層
4  第一正孔輸送層
5  第二正孔輸送層
6  発光層
7  電子輸送層
8  電子注入層
9  陰極
10 キャッピング層

Claims (5)

  1.  少なくとも陽極電極、正孔輸送層、発光層、電子輸送層、陰極電極およびキャッピング層をこの順に有する有機エレクトロルミネッセンス素子において、前記キャッピング層が、該キャッピング層を透過する光の波長が400nm以上、500nm以下の範囲内における屈折率が、2.00以上であり、該キャッピング層を透過する光の波長が500nm超、570nm以下の範囲内における屈折率が、1.90以上であって、かつ、下記一般式(1)で表されるベンゾアゾール環構造を有する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。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000001
     
                             (1)
    (式中、R~Rは相互に同一でも異なっていてもよく、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ないし6の直鎖状もしくは分岐状のアルキル基、置換基を有していてもよい炭素原子数5ないし10のシクロアルキル基、置換基を有していてもよい炭素原子数2ないし6の直鎖状もしくは分岐状のアルケニル基、置換基を有していてもよい炭素原子数1ないし6の直鎖状もしくは分岐状のアルキルオキシ基、置換基を有していてもよい炭素原子数5ないし10のシクロアルキルオキシ基、置換もしくは無置換の芳香族炭化水素基、置換もしくは無置換の芳香族複素環基、置換もしくは無置換の縮合多環芳香族基、または置換もしくは無置換のアリールオキシ基を表し、それぞれの基が結合しているベンゼン環と単結合、置換もしくは無置換のメチレン基、酸素原子、または硫黄原子を介して互いに結合して環を形成してもよく、同一のベンゼン環に結合するR~RまたはR~Rは、単結合、置換もしくは無置換のメチレン基、酸素原子、または硫黄原子を介して互いに結合して環を形成してもよい。X、Yは相互に同一でも異なっていてもよく、酸素原子または硫黄原子を表す。Ar~Arは、相互に同一でも異なっていてもよく、置換もしくは無置換の芳香族炭化水素の2価基、置換もしくは無置換の芳香族複素環の2価基、または置換もしくは無置換の縮合多環芳香族の2価基を表す。Aは下記一般式(2)で示されるR~R15のいずれか1カ所を結合部位とする1価基を表す。)
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000002

                             (2)
    (式中、R~R15は相互に同一でも異なっていてもよく、結合部位としての連結基、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の直鎖状もしくは分岐状のアルキル基、置換基を有していてもよい炭素原子数5~10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の直鎖状もしくは分岐状のアルケニル基、置換基を有していてもよい炭素原子数1~6の直鎖状もしくは分岐状のアルキルオキシ基、置換基を有していてもよい炭素原子数5~10のシクロアルキルオキシ基、置換もしくは無置換のアリールオキシ基、置換もしくは無置換の芳香族炭化水素基、置換もしくは無置換の芳香族複素環基、または置換もしくは無置換の縮合多環芳香族基を表し、それぞれの基が結合している芳香環と単結合、置換もしくは無置換のメチレン基、酸素原子、または硫黄原子を介して互いに結合して環を形成してもよく、R10とR11またはR12~R15は、単結合、置換もしくは無置換のメチレン基、酸素原子、または硫黄原子を介して互いに結合して環を形成してもよい。Zは酸素原子、硫黄原子または窒素原子を表す。但し、Zが酸素原子、硫黄原子である場合、ZはRを有さないものとする。)
  2.  前記ベンゾアゾール環構造を有するアミン化合物が下記一般式(1a)で表されることを特徴とする、請求項1記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000003

                             (1a)
    (式中、R~R、X、Y、Aは前記一般式(1)で定義する通りである。)
  3.  前記一般式(1)または一般式(1a)において、R~Rのすべてが水素原子であることを特徴とする、請求項1または2記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
  4.  前記キャッピング層が、波長400nm以上、410nm以下の範囲内における消衰係数が、0.40以上であることを特徴とする、請求項1~3のいずれか1項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
  5.  前記請求項1~4のいずれか1項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子を製造する方法であって、下記一般式(1)または一般式(1a)で表されるベンゾアゾール環構造を有するアミン化合物を用いて有機エレクトロルミネッセンス素子のキャッピング層を形成する有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000004

                             (1)
    (式中、R~Rは相互に同一でも異なっていてもよく、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ないし6の直鎖状もしくは分岐状のアルキル基、置換基を有していてもよい炭素原子数5ないし10のシクロアルキル基、置換基を有していてもよい炭素原子数2ないし6の直鎖状もしくは分岐状のアルケニル基、置換基を有していてもよい炭素原子数1ないし6の直鎖状もしくは分岐状のアルキルオキシ基、置換基を有していてもよい炭素原子数5ないし10のシクロアルキルオキシ基、置換もしくは無置換の芳香族炭化水素基、置換もしくは無置換の芳香族複素環基、置換もしくは無置換の縮合多環芳香族基、または置換もしくは無置換のアリールオキシ基を表し、それぞれの基が結合しているベンゼン環と単結合、置換もしくは無置換のメチレン基、酸素原子、または硫黄原子を介して互いに結合して環を形成してもよく、同一のベンゼン環に結合するR~RまたはR~Rは、単結合、置換もしくは無置換のメチレン基、酸素原子、または硫黄原子を介して互いに結合して環を形成してもよい。X、Yは相互に同一でも異なっていてもよく、酸素原子または硫黄原子を表す。Ar~Arは、相互に同一でも異なっていてもよく、置換もしくは無置換の芳香族炭化水素の2価基、置換もしくは無置換の芳香族複素環の2価基、または置換もしくは無置換の縮合多環芳香族の2価基を表す。Aは下記一般式(2)で示されるR~R15のいずれか1カ所を結合部位とする1価基を表す。)
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000005

                             (2)
    (式中、R~R15は相互に同一でも異なっていてもよく、結合部位としての連結基、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の直鎖状もしくは分岐状のアルキル基、置換基を有していてもよい炭素原子数5~10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の直鎖状もしくは分岐状のアルケニル基、置換基を有していてもよい炭素原子数1~6の直鎖状もしくは分岐状のアルキルオキシ基、置換基を有していてもよい炭素原子数5~10のシクロアルキルオキシ基、置換もしくは無置換のアリールオキシ基、置換もしくは無置換の芳香族炭化水素基、置換もしくは無置換の芳香族複素環基、または置換もしくは無置換の縮合多環芳香族基を表し、それぞれの基が結合している芳香環と単結合、置換もしくは無置換のメチレン基、酸素原子、または硫黄原子を介して互いに結合して環を形成してもよく、R10とR11またはR12~R15は、単結合、置換もしくは無置換のメチレン基、酸素原子、または硫黄原子を介して互いに結合して環を形成してもよい。Zは酸素原子、硫黄原子または窒素原子を表す。但し、Zが酸素原子、硫黄原子である場合、ZはRを有さないものとする。)
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000006

                             (1a)
    (式中、R~R、X、Y、Aは前記一般式(1)で定義する通りである。)
     
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