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JP7771065B2 - 有機エレクトロルミネッセンス素子 - Google Patents

有機エレクトロルミネッセンス素子

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Description

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に関するものであリ、詳しくは特定のアリールアミン化合物を用いた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)。
そして、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いる。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また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1~3参照)。
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。また、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ことによって、正孔と電子が再結合する確率を向上させ、さらには発光層内で生成した励起子を閉じ込めることによって、高発光効率を得ることができる。そのため、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、さら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。そのため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知られていた(例えば、特許文献1および特許文献2参照)。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ってしまう(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知られているが(例えば、特許文献1および特許文献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、さらなる高効率化のため、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。
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および特許文献5参照)、これらの化合物を正孔注入層また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、さらなる低駆動電圧化や、さらなる高発光効率化が求められている。
有機EL素子の素子特性の改善や素子作製の歩留まり向上のために、正孔および電子の注入・輸送性能、薄膜の安定性や耐久性に優れた材料を組み合わせることで、正孔および電子が高効率で再結合できる、発光効率が高く、駆動電圧が低く、長寿命な素子が求められている。
また、有機EL素子の素子特性を改善させるために、正孔および電子の注入・輸送性能、薄膜の安定性や耐久性に優れた材料を組み合わせることで、キャリアバランスのとれた高効率、低駆動電圧、長寿命な素子が求められている。
特開平8-048656号公報 特許第3194657号公報 特許第4943840号公報 特開2006-151979号公報 国際公開第2008/62636号 国際公開第2014/009310号
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、正孔の注入・輸送性能、電子阻止能力、薄膜状態での安定性、や耐久性に優れた有機EL素子用の材料を提供し、さらには、該材料および、正孔および電子の注入・輸送性能、電子阻止能力、薄膜状態での安定性、耐久性に優れた有機EL素子用の各種材料を、それぞれの材料が有する特性が効果的に発揮できるように組み合わせることで、高効率、低駆動電圧、長寿命の有機EL素子を提供することにある。
本発明が提供しようとする有機化合物が具備すべき物理的な特性としては、(1)正孔の注入特性が良いこと、(2)正孔の移動度が大きいこと、(3)電子阻止能力に優れていること、(4)薄膜状態が安定であること、(5)耐熱性に優れていることをあげることができる。また、本発明が提供しようとする有機EL素子が具備すべき物理的な特性としては、(1)発光効率および電力効率が高いこと、(2)発光開始電圧が低いこと、(3)実用駆動電圧が低いこと、(4)長寿命であること、をあげることができる。
そこで上記の目的を達成するために、本発明者らは検討を鋭意行った結果、特定の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、薄膜の安定性および耐久性に優れているため、これらを正孔輸送層の材料として選択すると、陽極側から注入された正孔を効率良く輸送できるという知見を得た。更に、特定の構造を有する発光材料等と組み合わせた種々の有機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、第一正孔輸送層、第二正孔輸送層、青色発光層、電子輸送層および陰極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、前記第二正孔輸送層が下記一般式(1)で表されるアリールアミン化合物を含有することを特徴とする有機EL素子。

(1)
前記一般式(1)中、R~Rは相互に同一でも異なってもよく、水素原子、重水素原子、カルボニル基、シアノ基、置換基を有していてもよいシリル基、置換基を有していてもよいホスフィノ基、置換基を有していてもよいホスフィンオキサイド基、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、置換もしくは無置換の環形成炭素原子数6~25の芳香族炭化水素基を表す。Lは置換もしくは無置換の環形成炭素原子数6~20の芳香族炭化水素の2価基、または単結合を表す。R~Rは水素原子、重水素原子、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、ハロゲン原子、シアノ基を表す。
2)前記式(1)において、R、Rは相互に同一でも異なってもよく、水素原子、置換基を有していてもよいシリル基または置換もしくは無置換の環形成炭素原子数6~20の芳香族炭化水素基であり、Rは置換基を有していてもよいシリル基または置換もしくは無置換の環形成炭素原子数6~25の芳香族炭化水素基であり、Rは水素原子、置換基を有していてもよいシリル基または置換もしくは無置換の環形成炭素原子数6~25の芳香族炭化水素基であることを特徴とする、前記1)記載の有機EL素子。
3)前記式(1)において、R、Rは相互に同一でも異なってもよく、水素原子、無置換のフェニル基、無置換のナフチル基、無置換のビフェニリル基、ナフチル基で置換されたフェニル基、無置換のターフェニリル基のいずれかであり、R無置換のフェニル基、無置換のビフェニリル基、ナフチル基で置換されたフェニル基、2個のフェニル基で置換されたフェニル基、フェニル基で置換されたナフチル基のいずれかであり、Rは無置換のフェニル基、無置換のナフチル基、フェニル基で置換されたナフチル基のいずれかであることを特徴とする、前記1)または2)記載の有機EL素子。
4)前記式(1)において、Rは無置換のフェニル基、無置換のビフェニリル基、ナフチル基で置換されたフェニル基、無置換のターフェニリル基のいずれかであり、Rは水素原子、無置換のフェニル基、無置換のナフチル基、無置換のビフェニリル基、ナフチル基で置換されたフェニル基、無置換のターフェニリル基のいずれかであり、Rは無置換のフェニル基であり、Rは無置換のフェニル基、無置換のナフチル基、フェニル基で置換されたナフチル基のいずれかであることを特徴とする、前記1)~3)のいずれかに記載の有機EL素子。
5)前記式(1)において、R~Rのうち少なくとも1つがトリフェニルシリル基、またはトリフェニルシリル基で置換されたフェニル基のいずれかであることを特徴とする、前記1)または2)記載の有機EL素子。
6)前記式(1)において、R~Rの全てが水素原子であることを特徴とする、前記1)~5)のいずれかに記載の有機EL素子。
7)前記式(1)において、Lが1,4-フェニレン基であることを特徴とする、前記1)~6)のいずれかに記載の有機EL素子。
8)前記青色発光層が、青色発光性ドーパントとして、分子中にピレン骨格を有するピレン誘導体を含有することを特徴とする、前記1)~7)のいずれかに記載の有機EL素子。
9)前記青色発光層が、青色発光性ドーパントとして、下記一般式(2)または一般式(3)で表される化合物を含有することを特徴とする、前記1)~7)のいずれかに記載の有機EL素子。

(2)

(3)
一般式(2)および一般式(3)中、QないしQは相互に同一でも異なってもよく、置換もしくは無置換の芳香族炭化水素、または置換もしくは無置換の芳香族複素環を表す。XはB、P、P=O、またはP=Sを表す。YないしYは相互に同一でも異なってもよく、N-R、CR10、O、S、SeまたはSiR1112の中から選択されるいずれか1つであり、そのRないしR12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、または置換もしくは無置換のアリールオキシ基を表す。また、RとR10、R11とR12はそれぞれの基同士で単結合、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、一置換アミノ基を介して互いに結合して環を形成してもよい。ただし、YないしYがN-R、CR10、またはSiR1112の場合、RないしR12はそれぞれ隣接するQないしQと、単結合、置換もしくは無置換のメチレン基、酸素原子、硫黄原子、一置換アミノ基などの連結基を介して互いに結合して環を形成してもよい。
10)前記青色発光層が、分子中にアントラセン骨格を有するアントラセン誘導体を含有することを特徴とする、前記1)~9)のいずれかに記載の有機EL素子。
一般式(1)中のR~Rで表される「置換基を有していてもよい炭素原子数1~6の直鎖状もしくは分岐状のアルキル基」における「炭素原子数1~6の直鎖状もしくは分岐状のアルキル基」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-ヘキシル基などをあげることができる。
一般式(1)中のR~Rで表される「置換もしくは無置換の環形成炭素原子数6~25の芳香族炭化水素基」における「環形成炭素原子数6~25の芳香族炭化水素基」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、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をあげることができる。
前記例示した基の中で、環形成炭素原子数が6~20である芳香族炭化水素基は、「環形成炭素原子数6~20の芳香族炭化水素基」として定義される基として例示することができる。
一般式(1)中のR~Rで表される「置換基を有する炭素数1~6の直鎖状もしくは分岐状のアルキル基」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;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、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;ピリジル基、ピリミジニル基、トリアジニル基、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;ジフェニルアミノ基、ジナフチルアミノ基などの芳香族炭化水素基で置換されたジ置換アミノ基;ジピリジルアミノ基、ジチエニルアミノ基などの芳香族複素環基で置換されたジ置換アミノ基;芳香族炭化水素基、または芳香族複素環基から選択される置換基で置換されたジ置換アミノ基のような基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良い。
一般式(1)中のR~Rで表される「置換基を有するシリル基」、「置換基を有するホスフィノ基」、「置換基を有するホスフィンオキサイド基」、または「置換基を有する環形成炭素原子数6~25の芳香族炭化水素基」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;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-ヘキシル基などの炭素原子数1~6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1~6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、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;ピリジル基、ピリミジニル基、トリアジニル基、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;ジフェニルアミノ基、ジナフチルアミノ基などの芳香族炭化水素基で置換されたジ置換アミノ基;ジピリジルアミノ基、ジチエニルアミノ基などの芳香族複素環基で置換されたジ置換アミノ基;芳香族炭化水素基、または芳香族複素環基から選択される置換基で置換されたジ置換アミノ基のような基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良い。
一般式(1)中のLで表される「置換もしくは無置換の環形成炭素原子数6~20の芳香族炭化水素の2価基」における「置換もしくは無置換の環形成炭素原子数6~20の芳香族炭化水素」の「環形成炭素原子数6~20の芳香族炭化水素」としては、具体的に、ベンゼン、ビフェニル、ターフェニル、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、トリフェニレンなどをあげることができる。
そして、一般式(1)中のLで表される「置換もしくは無置換の環形成炭素原子数6~20の芳香族炭化水素の2価基」における「環形成炭素原子数6~20の芳香族炭化水素の2価基」は、上記「環形成炭素原子数6~20の芳香族炭化水素」から水素原子を2個取り除いてできる2価基を表す。
一般式(1)中のLで表される「置換基を有する環形成炭素原子数6~20の芳香族炭化水素の2価基」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;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-ヘキシル基などの炭素原子数1~6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1~6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、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;ピリジル基、ピリミジニル基、トリアジニル基、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;ジフェニルアミノ基、ジナフチルアミノ基などの芳香族炭化水素基で置換されたジ置換アミノ基;ジピリジルアミノ基、ジチエニルアミノ基などの芳香族複素環基で置換されたジ置換アミノ基;芳香族炭化水素基、または芳香族複素環基から選択される置換基で置換されたジ置換アミノ基のような基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良い。
前記一般式(1)において、Rとしては、「水素原子」、「置換基を有していてもよいシリル基」または「置換もしくは無置換の環形成炭素原子数6~20の芳香族炭化水素基」が好ましく、「水素原子」、「置換もしくは無置換のフェニル基」、「無置換のナフチル基」、「無置換のビフェニリル基」、「無置換のターフェニリル基」、「トリフェニルシリル基」がより好ましく、「水素原子」、「無置換のフェニル基」、「無置換のナフチル基」、「無置換のビフェニリル基」がさらに好ましい。
ここで、「置換基を有するフェニル基」の「置換基」としては、「フェニル基」、「ビフェニル基」、「ナフチル基」、「トリフェニルシリル基」が好ましい。
具体的に、Rとしては「水素原子」、「無置換のフェニル基」、「無置換のナフチル基」、「無置換のビフェニリル基」、「無置換のターフェニリル基」、「ナフチル基で置換されたフェニル基」、「トリフェニルシリル基」、「トリフェニルシリル基で置換されたフェニル基」がより好ましく、「水素原子」、「無置換のフェニル基」、「無置換のナフチル基」、「無置換のビフェニリル基」がさらに好ましい。
前記一般式(1)において、Rとしては、「水素原子」、「置換基を有していてもよいシリル基」または「置換もしくは無置換の環形成炭素原子数6~20の芳香族炭化水素基」が好ましく、「水素原子」、「置換もしくは無置換のフェニル基」、「無置換のナフチル基」、「無置換のビフェニリル基」、「無置換のターフェニリル基」、「トリフェニルシリル基」がより好ましく、「水素原子」、「無置換のフェニル基」がさらに好ましい。
ここで、「置換基を有するフェニル基」の「置換基」としては、「フェニル基」、「ビフェニル基」、「ナフチル基」、「トリフェニルシリル基」が好ましい。
具体的に、Rとしては「水素原子」、「無置換のフェニル基」、「無置換のナフチル基」、「無置換のビフェニリル基」、「無置換のターフェニリル基」、「ナフチル基で置換されたフェニル基」、「トリフェニルシリル基」、「トリフェニルシリル基で置換されたフェニル基」がより好ましく、「水素原子」、「無置換のフェニル基」がさらに好ましい。
前記一般式(1)において、Rとしては、「置換基を有していてもよいシリル基」または「置換もしくは無置換の環形成炭素原子数6~25の芳香族炭化水素基」が好ましく、「置換もしくは無置換のフェニル基」、「置換もしくは無置換のビフェニル基」、「置換もしくは無置換のナフチル基」、「トリフェニルシリル基」がより好ましく、「置換もしくは無置換のフェニル基」、「無置換のビフェニリル基」、「置換基を有するナフチル基」がさらに好ましい。
ここで、「置換基を有するフェニル基」、「置換基を有するビフェニル基」、「置換基を有するナフチル基」の「置換基」としては、「フェニル基」、「ナフチル基」、「トリフェニルシリル基」が好ましく、「フェニル基」、「ナフチル基」がより好ましい。また、「フェニル基」を複数個(例えば、2個)有することも好ましい。
具体的に、Rとしては「無置換のフェニル基」、「無置換のビフェニル基」、「置換基を有するナフチル基」、「トリフェニルシリル基」、「トリフェニルシリル基で置換されたフェニル基」がより好ましく、「無置換のフェニル基」、「無置換のビフェニリル基」、「ナフチル基で置換されたフェニル基」、「2個のフェニル基で置換されたフェニル基」、「フェニル基で置換されたナフチル基」がさらに好ましい。
前記一般式(1)において、Rとしては、「水素原子」または「置換基を有していてもよいシリル基」または「置換もしくは無置換の環形成炭素原子数6~25の芳香族炭化水素基」が好ましく、「無置換のフェニル基」、「置換もしくは無置換のナフチル基」、「トリフェニルシリル基」がより好ましく、「置換もしくは無置換のナフチル基」がさらに好ましい。
ここで、「置換基を有するナフチル基」の「置換基」としては、「フェニル基」、「トリフェニルシリル基」が好ましく、「フェニル基」がより好ましい。
具体的に、Rとしては「無置換のフェニル基」、「無置換のナフチル基」、「フェニル基で置換されたナフチル基」、「トリフェニルシリル基」、「トリフェニルシリル基で置換されたフェニル基」がより好ましく、「無置換のナフチル基」、「フェニル基で置換されたナフチル基」がさらに好ましい。
一般式(1)において、R~Rのうち少なくとも1つがトリフェニルシリル基、またはトリフェニルシリル基で置換されたフェニル基であることが好ましい。
また、R~Rは水素原子であることが好ましく、R~Rの全てが水素原子であることが、より好ましい。
前記一般式(1)において、Lとしては、「置換もしくは無置換の環形成炭素原子数6~20の芳香族炭化水素の2価基」が好ましく、ベンゼン、ビフェニル、またはナフタレンから水素原子を2個取り除いてできる2価基がより好ましく、1,4-フェニレン基がさらに好ましい。
一般式(2)および一般式(3)中のQ~Qで表される「置換もしくは無置換の芳香族炭化水素」または「置換もしくは無置換の芳香族複素環」における「芳香族炭化水素」または「芳香族複素環」としては、具体的に、ベンゼン、ナフタレン、アントラセン、フルオレン、フェナントレン、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、インデン、ベンゾフラン、ベンゾチオフェン、インドール、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。
また、これらは置換基を有していてよく、置換基として、前記一般式(1)中のR~Rで表される「置換基を有するシリル基」、「置換基を有するホスフィノ基」、「置換基を有するホスフィンオキサイド基」、または「置換基を有する環形成炭素原子数6~25の芳香族炭化水素基」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る。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(2)および一般式(3)中のXはB、P、P=O、またはP=Sを表す。Bはホウ素原子、Pはリン原子、P=Oは酸素原子が二重結合で結合したリン原子、またはP=Sは硫黄原子が二重結合で結合したリン原子と定義する。
一般式(2)および一般式(3)中のY~Yは相互に同一でも異なってもよく、N-R、CR10、O、S、SeまたはSiR1112の中から選択されるいずれか1つである。N-RはRを置換基として有する窒素原子、CR10はRおよびR10を置換基として有する炭素原子、Oは酸素原子、Sは硫黄原子、Seはセレン原子、また、SiR1112はR11およびR12を置換基として有するシリコン原子と定義する。
ここで、R~R12はそれぞれ隣接するQ、QまたはQ、すなわち、YがN-R、CR10、またはSiR1112の場合はQと、YがN-R、CR10、またはSiR1112の場合はQもしくはQと、YがN-R、CR10、またはSiR1112の場合はQと、それぞれが単結合、置換もしくは無置換のメチレン基、酸素原子、硫黄原子、一置換アミノ基などの連結基を介して互いに結合して環を形成してもよい。
また、RとR10、R11とR12はそれぞれの基同士で単結合、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、一置換アミノ基を介して互いに結合して環を形成してもよい。
なお、R~R12の定義は更に下記の記載で詳細な説明をする。
一般式(2)および一般式(3)中のY~YがN-R、CR 10 たはSiR1112の場合、R~R12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」または「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」における「炭素原子数1~6の直鎖状も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」または「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」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-ブテニル基などをあげることができる。
また、これらは置換基を有していてよく、置換基として、前記一般式(1)中のR~Rで表される「置換基を有する炭素数1~6の直鎖状もしくは分岐状のアルキル基」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る。
一般式(2)および一般式(3)中のY~YがN-R、CR 10 たはSiR1112の場合、R~R12で表される「置換基を有していてもよい炭素原子数1~6の直鎖状もしくは分岐状のアルキルオキシ基」または「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の直鎖状もしくは分岐状のアルキルオキシ基」または「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あげることができる。
また、これらは置換基を有していてよく、置換基として、前記一般式(1)中のR~Rで表される「置換基を有する炭素数1~6の直鎖状もしくは分岐状のアルキル基」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る。
一般式(2)および一般式(3)中のY~YがN-R、CR 10 たはSiR1112の場合、R~R12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」における「芳香族炭化水素基」、「芳香族複素環基」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、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、チエニル基などをあげることができる。
また、これらの基は置換基を有していてよく、置換基として、前記一般式(1)中のR~Rで表される「置換基を有するシリル基」、「置換基を有するホスフィノ基」、「置換基を有するホスフィンオキサイド基」、または「置換基を有する環形成炭素原子数6~25の芳香族炭化水素基」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る。
一般式(2)および一般式(3)中のY~YがN-R、CR 10 たはSiR1112の場合、R~R12で表される「置換も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をあげることができる。
また、これらの基は置換基を有していてよく、置換基として、前記一般式(1)中のR~Rで表される「置換基を有するシリル基」、「置換基を有するホスフィノ基」、「置換基を有するホスフィンオキサイド基」、または「置換基を有する環形成炭素原子数6~25の芳香族炭化水素基」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る。
前記一般式(2)および一般式(3)において、Q~Qの「置換もしくは無置換の芳香族炭化水素」または「置換もしくは無置換の芳香族複素環」における「芳香族炭化水素」または「芳香族複素環」としては、ベンゼン、ナフタレン、フェナントレン、ピリジン、ピリミジン、インデン、ベンゾフラン、ベンゾチオフェン、インドールが好ましく、ベンゼン、ナフタレンがより好ましい。
前記一般式(2)および一般式(3)において、Y~YがN-R、CR10またはSiR1112である場合、R~R12は、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芳香族炭化水素基、または置換もしくは無置換のアリールオキシ基であることが好ましく、Rは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、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より好ましい。
前記一般式(2)および一般式(3)において、Yとしては、N-R、O、Sが好ましく、O、Sがより好ましい。
また、一般式(2)において、YとYのうち少なくとも一方はN-Rであることが好ましく、YおよびYがN-Rであることがより好ましい。ここで、Rとしては、「置換もしくは無置換の芳香族炭化水素基」が好ましく、置換もしくは無置換のフェニル基、ビフェニリル基、ターフェニリル基、ナフチル基がより好ましい。
本発明によれば、前記一般式(2)または一般式(3)は、下記一般式(4)、一般式(5)、一般式(6)、または一般式(7)に示す骨格構造を形成することができる。

(4)

(5)

(6)

(7)
一般式(4)ないし一般式(7)中、X、Y1、2、は、前記一般式(2)および一般式(3)中の定義と同一である。
一般式(6)ないし一般式(7)中、YはN-R、CR10、O、S、SeまたはSiR1112の中から選択されるいずれか1つであり、R~R12は前記一般式(2)および一般式(3)中の定義と同一である。
一般式(4)ないし一般式(7)中、Zはそれぞれが相互に同一でも異なってもよく、CR13またはN(窒素原子)であり、それぞれのR13は相互に同一でも異なってもよく、水素原子、重水素原子、ハロゲン原子、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1ないし6の直鎖状もしくは分岐状のアルキルチオキシ基、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アミノ基、置換基を有していてもよい炭素原子数3ないし10の直鎖状もしくは分岐状のアルキルシリル基、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、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アリールチオキシ基、置換もしくは無置換のアリールアミノ基、置換もしくは無置換のアリールシリル基を表す。また、それぞれのR13はそれぞれの基同士で互いに結合したり、隣接する置換基と結合して脂環族、芳香族の単一環または多環を形成したりすることができ、前記脂環族、芳香族の単一環または多環の炭素原子はN、SおよびOの中から選択されたいずれか一つまたは複数の複素原子で置換されることができる。
一般式(4)ないし一般式(7)中の、R13で表される「置換基を有していてもよい炭素原子数1~6の直鎖状もしくは分岐状のアルキル基」または「置換基を有していてもよい炭素原子数5~10のシクロアルキル基」における「炭素原子数1~6の直鎖状もしくは分岐状のアルキル基」または「炭素原子数5~10のシクロアルキル基」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-アダマンチル基などをあげることができる。
また、これらは置換基を有していてよく、置換基として、前記一般式(1)中のR~Rで表される「置換基を有する炭素数1~6の直鎖状もしくは分岐状のアルキル基」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る。
一般式(4)ないし一般式(7)中の、R13で表される「置換基を有していてもよい炭素原子数1~6の直鎖状もしくは分岐状のアルキルオキシ基」における「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」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-ヘキシルオキシ基などをあげることができる。
また、これらは置換基を有していてよく、置換基として、前記一般式(1)中のR~Rで表される「置換基を有する炭素数1~6の直鎖状もしくは分岐状のアルキル基」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る。
一般式(4)ないし一般式(7)中の、R13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チオキシ基」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チオキシ基」としては、具体的に、メチルチオキシ基、エチルチオキシ基、n-プロピルチオキシ基、イソプロピルチオキシ基、n-ブチルチオキシ基、イソブチルチオキシ基、tert-ブチルチオキシ基、n-ペンチルチオキシ基、イソペンチルチオキシ基、ネオペンチルチオキシ基、n-ヘキシルチオキシ基などをあげることができる。
また、これらは置換基を有していてよく、置換基として、前記一般式(1)中のR~Rで表される「置換基を有する炭素数1~6の直鎖状もしくは分岐状のアルキル基」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る。
一般式(4)ないし一般式(7)中の、R13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アミノ基」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アミノ基」としては、具体的に、メチルアミン基、エチルアミン基、n-プロピルアミン基、イソプロピルアミン基、n-ブチルアミン基、イソブチルアミン基、tert-ブチルアミン基、n-ペンチルアミン基、イソペンチルアミン基、ネオペンチルアミン基、n-ヘキシルアミン基などをあげることができる。
また、これらは置換基を有していてよく、置換基として、前記一般式(1)中のR~Rで表される「置換基を有する炭素数1~6の直鎖状もしくは分岐状のアルキル基」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る。
一般式(4)ないし一般式(7)中の、R13で表される「置換基を有していてもよい炭素原子数3ないし10の直鎖状もしくは分岐状のアルキルシリル基」における「炭素原子数3ないし10の直鎖状もしくは分岐状のアルキルシリル基」としては、具体的に、トリメチルシリル基、トリエチルシリル基、トリ-n-プロピルシリル基、トリイソプロピルシリル基、n-ブチルジメチルシリル基、イソブチルジメチルシリル基、tert-ブチルジメチルシリル基などをあげることができる。
また、これらは置換基を有していてよく、置換基として、前記一般式(1)中のR~Rで表される「置換基を有する炭素数1~6の直鎖状もしくは分岐状のアルキル基」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る。
一般式(4)ないし一般式(7)中の、R13で表される「置換もしくは無置換の芳香族炭化水素基」または「置換もしくは無置換の芳香族複素環基」における「芳香族炭化水素基」または「芳香族複素環基」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、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、チエニル基などをあげることができる。
また、これらは置換基を有していてよく、置換基として、前記一般式(1)中のR~Rで表される「置換基を有するシリル基」、「置換基を有するホスフィノ基」、「置換基を有するホスフィンオキサイド基」、または「置換基を有する環形成炭素原子数6~25の芳香族炭化水素基」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る。
一般式(4)ないし一般式(7)中の、R13で表される「置換も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をあげることができる。
また、これらは置換基を有していてよく、置換基として、前記一般式(1)中のR~Rで表される「置換基を有するシリル基」、「置換基を有するホスフィノ基」、「置換基を有するホスフィンオキサイド基」、または「置換基を有する環形成炭素原子数6~25の芳香族炭化水素基」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る。
一般式(4)ないし一般式(7)中の、R13で表される「置換もしくは無置換のアリールチオキシ基」における「アリールチオキシ基」としては、具体的に、フェニルチオキシ基、ビフェニリルチオキシ基、ターフェニリルチオキシ基、ナフチルチオキシ基、アントラセニルチオキシ基、フェナントレニルチオキシ基、フルオレニルチオキシ基、インデニルチオキシ基、ピレニルチオキシ基、ペリレニルチオキシ基などをあげることができる。
また、これらは置換基を有していてよく、置換基として、前記一般式(1)中のR~Rで表される「置換基を有するシリル基」、「置換基を有するホスフィノ基」、「置換基を有するホスフィンオキサイド基」、または「置換基を有する環形成炭素原子数6~25の芳香族炭化水素基」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る。
一般式(4)ないし一般式(7)中の、R13で表される「置換もしくは無置換のアリールアミノ基」における「アリールアミノ基」としては、具体的に、フェニルアミノ基、ビフェニリルアミノ基、ターフェニリルアミノ基、ナフチルアミノ基、アントラセニルアミノ基、フェナントレニルアミノ基、フルオレニルアミノ基、インデニルアミノ基、ピレニルアミノ基、ペリレニルアミノ基などをあげることができる。
また、これらは置換基を有していてよく、置換基として、前記一般式(1)中のR~Rで表される「置換基を有するシリル基」、「置換基を有するホスフィノ基」、「置換基を有するホスフィンオキサイド基」、または「置換基を有する環形成炭素原子数6~25の芳香族炭化水素基」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る。
一般式(4)ないし一般式(7)中の、R13で表される「置換もしくは無置換のアリールシリル基」における「アリールシリル基」としては、具体的に、トリフェニルシリル基、トリナフチルシリル基、ターフェニリルシリル基などをあげることができる。
また、これらは置換基を有していてよく、置換基として、前記一般式(1)中のR~Rで表される「置換基を有するシリル基」、「置換基を有するホスフィノ基」、「置換基を有するホスフィンオキサイド基」、または「置換基を有する環形成炭素原子数6~25の芳香族炭化水素基」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る。
本発明にかかる前記一般式(1)で表されるアリールアミン化合物は、従来の正孔輸送材料より正孔の移動度が大きく、優れた電子の阻止能力およびアモルファス性を有し、安定な薄膜状態であるため、これらを正孔輸送層の構成材料として使用した、本発明の有機EL素子は、高効率、低駆動電圧、長寿命の有機EL素子を実現することができる。
さらに、本発明においては、正孔輸送層を第一正孔輸送層と第二正孔輸送層の2層構造とし、発光層側に位置する第二正孔輸送層を、前記一般式(1)のアリールアミン化合物により形成することによって、該アリールアミン化合物が有する電子阻止性能を最大限に活用することができ、より高効率で長寿命の有機EL素子を実現することができる。
一般式(1)で表されるアリールアミン化合物の例示として、化合物(1-1)~(1-15)の構造式を示す図である。 一般式(1)で表されるアリールアミン化合物の例示として、化合物(1-16)~(1-27)の構造式を示す図である。 一般式(1)で表されるアリールアミン化合物の例示として、化合物(1-28)~(1-39)の構造式を示す図である。 一般式(1)で表されるアリールアミン化合物の例示として、化合物(1-40)~(1-51)の構造式を示す図である。 一般式(1)で表されるアリールアミン化合物の例示として、化合物(1-52)~(1-63)の構造式を示す図である。 一般式(1)で表されるアリールアミン化合物の例示として、化合物(1-64)~(1-76)の構造式を示す図である。 一般式(2)で表される化合物の例示として、化合物(2-1)~(2-11)の構造式を示す図である。 一般式(2)で表される化合物の例示として、化合物(2-12)~(2-26)の構造式を示す図である。 一般式(3)で表される化合物の例示として、化合物(3-1)~(3-12)の構造式を示す図である。 本発明の実施例と比較例の有機EL素子構成を示す図である。
本発明の有機EL素子に好適に用いられる、前記一般式(1)で表され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6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(2)で表される化合物の中で、好ましい化合物の具体例を図7~図8に示すが、本発明は、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(3)で表される化合物の中で、好ましい化合物の具体例を図9に示すが、本発明は、これらの化合物に限定されるものではない。
一般式(1)で表され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、昇華精製法などによって行った。化合物の同定は、NMR分析によって行なった。物性値として、ガラス転移点(Tg)と仕事関数の測定を行った。ガラス転移点(Tg)は薄膜状態の安定性の指標となり、仕事関数は正孔輸送性や電子阻止性の指標となるものである。その他、本発明の有機EL素子に用いられる化合物は、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などによって精製を行った後、最後に昇華精製法によって精製したものを用いた。
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。
仕事関数は、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)によって求めた。
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、正孔輸送層、発光層、電子輸送層および陰極からなるもの、また、陽極と正孔輸送層の間に正孔注入層を有するもの、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素子の構造として、正孔輸送層が第一正孔輸送層と第二正孔輸送層の2層構造であることが好ましい。この場合の第二正孔輸送層は発光層に隣接していることが好ましく、この場合、電子阻止層として機能することができる。
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1個のみ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;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、など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。
本発明の有機EL素子の正孔輸送層として使用できる正孔輸送性の材料としては、N,N’-ジフェニル-N,N’-ジ(m-トリル)ベンジジン(TPD)、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、前記一般式(1)で表されるトリフェニルアミン誘導体などの、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、種々のトリフェニルアミン誘導体などの有機アミン化合物を用いることができる。これらは、単独で成膜しても良いが、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良い。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。
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、発光層側に位置する第二正孔輸送層としては、前記一般式(1)で表されるアリールアミン化合物が用いられる。前記一般式(1)で表されるアリールアミン化合物と混合もしくは同時に使用できる、正孔輸送性の材料としては、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あげることができる。
これらは、単独で成膜しても良いが、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良い。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、分子中にピレン骨格を有するピレン誘導体、前記一般式(2)または一般式(3)で表される化合物、などの青色発光性ドーパントが好ましく用いられる。そのほか、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良く、その場合、ホスト材料として、分子中にアントラセン骨格を有する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、分子中にピレン骨格を有するピレン誘導体、前記一般式(2)または一般式(3)で表される化合物が好ましく用いられるが、そのほか、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、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、インデノフェナントレン誘導体、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る。これらは、単独で成膜しても良いが、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良い。
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。FIrpic、FIr6などの青色の燐光発光体が用いられ、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など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3参照)
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の他、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、オキサジ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、単独で成膜しても良いが、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良い。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、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、シロール誘導体などを用いることができる。これらは、単独で成膜しても良いが、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良い。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、分子中にトリフェニルアミン構造を2~6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、ベンゾアゾール環構造を有するアミン化合物、分子中に芳香族複素環基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、異なる材料どうしで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。
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、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
<([1,1’:4’,1’’]ターフェニル-4-イル)-(4-ナフタレン-1-イル-フェニル)-[1,1’:2’,1’’]ターフェニル-4’-イル-アミン(1-13)の合成>
窒素置換した反応容器に[1,1’:2’,1’’]ターフェニル-4’-イル-アミン33.8g、1-(4-ブロモフェニル)ナフタレン30.0g、tert-ブトキシナトリウム12.2g、トルエン300mLを加えて、30分間超音波を照射しながら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)1.9g、2,2’-ビス(ジフェニルホスフィノ)-1,1’-ビナフチル2.6gを加えて加熱し、14時間還流撹拌した。80℃まで冷却して、熱濾過により無機物を除いた後、濾液を濃縮した。残渣をトルエン、ヘプタンを用いた再結晶を行うことによって、(4-ナフタレン-1-イル-フェニル)-[1,1’;2’,1’’]ターフェニル-4’-イル-アミンの褐色固体37.0g(収率78.1%)を得た。
得られた(4-ナフタレン-1-イル-フェニル)-[1,1’;2’,1’’]ターフェニル-4’-イル-アミン8.0gを窒素置換した反応容器に加え、続いて、4-ブロモ-[1,1’:4’,1’’]ターフェニル5.0g、tert-ブトキシナトリウム2.3g、トルエン50mLを加えて、30分間超音波を照射しながら窒素ガスを通気した。酢酸パラジウム0.07g、トリ(tert-ブチルホスフィン)の50%トルエン溶液0.30gを加えて加熱し、4時間還流撹拌した。80℃まで冷却して、熱濾過により無機物を除いた後、濾液を濃縮した。残渣をトルエン、アセトンを用いた再結晶を行うことによって、([1,1’:4’,1’’]ターフェニル-4-イル)-(4-ナフタレン-1-イル-フェニル)-[1,1’:2’,1’’]ターフェニル-4’-イル-アミン(1-13)の白色固体13.8g(収率78.8%)を得た。

(1-13)
得られた白色固体についてNMRを使用して構造を同定した。
H-NMR(CDCl)で以下の37個の水素のシグナルを検出した。
δ(ppm)=8.03-8.06(1H)、7.82-7.90(2H)、7.58-7.69(8H)、7.42-7.53(8H)、7.13-7.27(18H)。
<([1,1’:4’,1’’]ターフェニル-4-イル)-(4-ナフタレン-2-イル-フェニル)-[1,1’:2’,1’’]ターフェニル-4’-イル-アミン(1-17)の合成>
実施例1において、1-(4-ブロモフェニル)ナフタレンを2-(4-ブロモフェニル)ナフタレンに代えて、同様の操作を行い([1,1’:4’,1’’]ターフェニル-4-イル)-(4-ナフタレン-2-イル-フェニル)-[1,1’:2’,1’’]ターフェニル-4’-イル-アミン(1-17)の淡黄色固体5.6g(収率57%)を得た。

(1-17)
得られた淡黄色固体についてNMRを使用して構造を同定した。
H-NMR(CDCl)で以下の37個の水素のシグナルを検出した。
δ(ppm)=7.82-8.05(3H)、7.52-7.70(8H)、7.39-7.51(8H)、7.10-7.29(18H)。
<(ビフェニル-4-イル)-(4-ナフタレン-2-イル-フェニル)-[1,1’:2’,1’’:4’’,1’’’:4’’’:1’’’’]キンクフェニル-5’-イル-アミン(1-30)の合成>
反応容器に(6-ブロモ-ビフェニル-3-イル)-(4-ナフタレン-2-イル-フェニル)-ビフェニル-4-イル-アミン8.0g、2-([1,1’:4,1’’]ターフェニル-4-イル)-4,4,5,5-テトラメチル-1,3,2-ジオキサボロラン5.7g、炭酸水素ナトリウム1.7g、テトラヒドロフラン100mL、水30mLを加えて、30分間超音波を照射しながら窒素ガスを通気した。ジフェニルホスフィノフェロセンパラジウムジクロリド0.2gを加えて12時間還流撹拌した。冷却した後、反応液にメタノール200mLを加え、1時間撹拌した後、析出した固体を濾過によって採取した。得られた固体にトルエン100mLを加えた後、80℃に加熱し、シリカゲル、活性白土を用いた吸着精製を行った。固体を濾過により除き、濾液を濃縮した後、残渣をトルエン、アセトンを用いた再結晶を行うことによって、(ビフェニル-4-イル)-(4-ナフタレン-2-イル-フェニル)-[1,1’:2’,1’’:4’’,1’’’:4’’’:1’’’’]キンクフェニル-5’-イル-アミン(1-30)の白色固体8.4g(収率84%)を得た。

(1-30)
得られた白色固体についてNMRを使用して構造を同定した。
H-NMR(CDCl)で以下の41個の水素のシグナルを検出した。
δ(ppm)=8.03(1H)、7.83-7.90(3H)、7.73-7.76(1H)、7.29-7.67(28H)、7.15-7.24(8H)。
<(4-ナフタレン-1-イル-フェニル)-(5’-フェニル-[1,1’:3’,1’’]ターフェニル-4-イル)-[1,1’:2’,1’’]ターフェニル-4’-イル-アミン(1-32)の合成>
実施例1において、4-ブロモ-[1,1’:4’,1’’]ターフェニルを4-クロロ-5’-フェニル-[1,1’:3’,1’’]ターフェニルに代えて、同様の操作を行い(4-ナフタレン-1-イル-フェニル)-(5’-フェニル-[1,1’:3’,1’’]ターフェニル-4-イル)-[1,1’:2’,1’’]ターフェニル-4’-イル-アミン(1-32)の白色固体3.7g(収率37%)を得た。

(1-32)
得られた白色固体についてNMRを使用して構造を同定した。
H-NMR(CDCl)で以下の41個の水素のシグナルを検出した。
δ(ppm)=8.04-8.06(1H)、7.64-7.91(11H)、7.32-7.53(18H)、7.12-7.29(11H)。
<([1,1’:4’,1’’]ターフェニル-4-イル)-{4-(3-フェニルナフタレン-1-イル)フェニル}-[1,1’;2’,1’’]ターフェニル-4’-イル-アミン(1-41)の合成>
実施例1において、1-(4-ブロモフェニル)ナフタレンを1-(4-クロロフェニル)-3-フェニルナフタレンに代えて、同様の操作を行い、([1,1’:4’,1’’]ターフェニル-4-イル)-{4-(3-フェニルナフタレン-1-イル)フェニル}-[1,1’;2’,1’’]ターフェニル-4’-イル-アミン(1-41)の白色固体5.0g(収率47%)を得た。

(1-41)
得られた白色固体についてNMRを使用して構造を同定した。
H-NMR(CDCl)で以下の41個の水素のシグナルを検出した。
δ(ppm)=8.04-8.05(2H)、7.94-7.96(1H)、7.76-7.78(3H)、7.59-7.67(8H)、7.43-7.52(8H)、7.12-7.22(19H)。
<(4’-ナフタレン-1-イル-ビフェニル-4-イル)-(4-ナフタレン-1-イル-フェニル)-[1,1’:2’,1’’]ターフェニル-4’-イル-アミン(1-44)の合成>
実施例1において、4-ブロモ-[1,1’:4’,1’’]ターフェニルを1-(4’-ブロモ-ビフェニル-4-イル)ナフタレンに代えて、同様の操作を行い(4’-ナフタレン-1-イル-ビフェニル-4-イル)-(4-ナフタレン-1-イル-フェニル)-[1,1’:2’,1’’]ターフェニル-4’-イル-アミン(1-44)の白色固体4.5g(収率48%)を得た。

(1-44)
得られた白色固体についてNMRを使用して構造を同定した。
H-NMR(CDCl)で以下の39個の水素のシグナルを検出した。
δ(ppm)=8.05-8.07(1H)、7.98-8.00(1H)、7.83-7.91(4H)、7.71-7.73(2H)、7.63-7.65(2H)、7.33-7.57(19H)、7.12-7.21(10H)。
<(4-ナフタレン-1-イル-フェニル)-{4-(4-フェニルナフタレン-1-イル)フェニル}-[1,1’:2’,1’’]ターフェニル-4’-イル-アミン(1-58)の合成>
実施例1において、4-ブロモ-[1,1’:4’,1’’]ターフェニルを1-(4-クロロフェニル)-4-フェニルナフタレンに代えて、同様の操作を行い(4-ナフタレン-1-イル-フェニル)-{4-(4-フェニルナフタレン-1-イル)フェニル}-[1,1’:2’,1’’]ターフェニル-4’-イル-アミン(1-58)の白色固体4.2g(収率57%)を得た。

(1-58)
得られた白色固体についてNMRを使用して構造を同定した。
H-NMR(CDCl)で以下の39個の水素のシグナルを検出した。
δ(ppm)=8.12-8.14(1H)、8.05-8.07(1H)、7.96-7.98(1H)、7.89-7.91(1H)、7.83-7.85(1H)、7.32-7.55(24H)、7.14-7.23(10H)。
<([1,1’:4’,1’’]ターフェニル-4-イル)-(4-ナフタレン-1-イル-フェニル)-[1,1’:2’、1’’:4’’、1’’’]クォーターフェニル-5’-イル-アミン(1-14)の合成>
反応容器に(4-ナフタレン-1-イル-フェニル)-(6-ブロモ-ビフェニル-3-イル)アミン12.5g、4-ビフェニルボロン酸6.6g、炭酸水素ナトリウム3.5g、テトラヒドロフラン100mL、水50mLを加えた。ジフェニルホスフィノフェロセンパラジウムジクロリド0.5gを加えて12時間還流撹拌した。冷却した後、酢酸エチルを用いて抽出し、有機層を濃縮した。残渣にトルエン150mLを加えて加熱撹拌した後、80℃でシリカゲル8gを加えて1時間撹拌し、固体を熱濾過により除いた。濾液を濃縮し、残渣をジクロロメタン、ヘプタンを用いた再結晶を2回繰り返して行うことによって、(4-ナフタレン-1-イル-フェニル)-[1,1’:2’、1’’:4’’、1’’’]クォーターフェニル-5’-イル-アミンの白色固体14.2g(収率97.9%)を得た。
得られた(4-ナフタレン-1-イル-フェニル)-[1,1’:2’、1’’:4’’、1’’’]クォーターフェニル-5’-イル-アミン14.2gを窒素置換した反応容器に加え、続いて、4-ブロモ-[1,1’:4’,1’’]ターフェニル9.2g、tert-ブトキシナトリウム3.9g、トルエン140mLを加えた。酢酸パラジウム0.12g、トリ(tert-ブチルホスフィン)の50%トルエン溶液0.50gを加えて加熱し、4時間還流撹拌した。室温まで冷却した後、反応液にメタノール140mLを加えて1時間撹拌し、析出した固体を濾過により採取した。固体にトルエン200mLを加えて80℃まで加熱した後、活性白土10g、シリカゲル10gを加えて1時間撹拌し、熱濾過により固体を除いた。濾液を濃縮し、残渣をトルエン、アセトンを用いた再結晶を行うことによって、([1,1’:4’,1’’]ターフェニル-4-イル)-(4-ナフタレン-1-イル-フェニル)-[1,1’:2’、1’’:4’’、1’’’]クォーターフェニル-5’-イル-アミン(1-14)の白色固体16.9g(収率82.8%)を得た。

(1-14)
得られた白色固体についてNMRを使用して構造を同定した。
H-NMR(CDCl)で以下の41個の水素のシグナルを検出した。
δ(ppm)=8.03-8.06(1H)、7.89-7.91(1H)、7.83-7.85(1H)、7.57-7.67(10H)、7.27-7.52(21H)、7.16-7.23(7H)。
<([1,1’:4’,1’’]ターフェニル-4-イル)-(4-ナフタレン-1-イル-フェニル)-[1,1’:2’,1’’:4’’,1’’’]クォーターフェニル-4’-イル-アミン(1-27)の合成>
窒素置換した反応容器に(4-ナフタレン-1-イル-フェニル)-[1,1’:4’,1’’]ターフェニル-3-イル-アミン9.2g、4-ブロモ-[1,1’:4’,1’’]ターフェニル5.8g、tert-ブトキシナトリウム2.2g、トルエン90mLを加えた。トリス(ジベンジリデンアセトン)ジパラジウム(0)0.1g、トリ(tert-ブチルホスフィン)の50%トルエン溶液0.2gを加えて加熱し、4時間還流撹拌した。80℃まで冷却し、熱濾過により無機物を除いた後、濾液を濃縮した。残渣にトルエン130mLを加えて加熱撹拌し、80℃でシリカゲル6g、活性白土6gを加えて1時間撹拌した。熱濾過により固体を除き、濾液を濃縮した。残渣をジクロロメタン、アセトンを用いた再結晶を行うことによって、([1,1’:4’,1’’]ターフェニル-4-イル)-(4-ナフタレン-1-イル-フェニル)-[1,1’:4’,1’’]ターフェニル-3-イル-アミンの白色固体11.4g(収率89.8%)を得た。
得られた([1,1’:4’,1’’]ターフェニル-4-イル)-(4-ナフタレン-1-イル-フェニル)-[1,1’:4’,1’’]ターフェニル-3-イル-アミン11.4gを窒素置換した反応容器に加え、続いて、ジメチルホルムアミド114mLを加え、0℃に冷却した。N-ブロモスクシンイミド3.0gをゆっくり加え、0℃で1時間撹拌した後、室温までゆっくり昇温し、3時間撹拌した。反応液を水360mLに加え、析出した固体を濾過により採取した。固体にトルエン130mLを加え、撹拌加熱した後、80℃でシリカゲル6gを加え、1時間撹拌した。固体を熱濾過により除き、濾液を濃縮した。残渣をジクロロメタン、アセトンで再結晶することによって、([1,1’:4’,1’’]ターフェニル-4-イル)-(4-ナフタレン-1-イル-フェニル)-(6-ブロモ-[1,1’:4’,1’’]ターフェニル-3-イル)アミンの白色固体8.7g(収率69%)を得た。
得られた([1,1’:4’,1’’]ターフェニル-4-イル)-(4-ナフタレン-1-イル-フェニル)-(6-ブロモ-[1,1’:4’,1’’]ターフェニル-3-イル)アミン8.7gを窒素置換した反応容器に加え、続いて、フェニルボロン酸1.6g、炭酸水素ナトリウム1.5g、テトラヒドロフラン100mL、水35mLを加えた。ジフェニルホスフィノフェロセンパラジウムジクロリド0.2gを加えて、12時間還流撹拌した。冷却した後、酢酸エチルを用いて抽出し、有機層を濃縮した。残渣にトルエン100mLを加え、加熱撹拌した後、80℃でシリカゲル5gを加えて1時間撹拌し、固体を熱濾過により除いた。濾液を濃縮し、残渣をジクロロメタン、アセトンを用いた再結晶を2回繰り返して行うことによって、([1,1’:4’,1’’]ターフェニル-4-イル)-(4-ナフタレン-1-イル-フェニル)-[1,1’:2’,1’’:4’’,1’’’]クォーターフェニル-4’-イル-アミン(1-27)の白色固体6.8g(収率78%)を得た。

(1-27)
得られた白色固体についてNMRを使用して構造を同定した。
H-NMR(CDCl)で以下の41個の水素のシグナルを検出した。
δ(ppm)=8.04-8.06(1H)、7.89-7.91(1H)、7.83-7.85(1H)、7.60-7.70(8H)、7.27-7.55(23H)、7.18-7.23(7H)。
<(ビフェニル-4-イル)-(4’-トリフェニルシリル-ビフェニル-4-イル)-[1,1’:2’,1’’]ターフェニル-4’-イル-アミン(1-62)の合成>
反応容器に4-ブロモトリフェニルシラン20.0g、4-クロロフェニルボロン酸9.0g、炭酸カリウム10.0g、トルエン160mL、エタノール80mL、水60mLを加えた。テトラキストリフェニルホスフィンパラジウム1.1gを加えて12時間還流撹拌した。冷却した後、分液し、有機層を水、続いて飽和食塩水で洗浄し、無水硫酸マグネシウムで乾燥した。乾燥剤を濾過により除き、濾液を加熱撹拌した後、80℃でシリカゲル10gを加えた。1時間撹拌し、熱濾過によって固体を除き、濾液を濃縮した。残渣をトルエン、ヘプタンを用いた再結晶を行うことによって、4-クロロ-4’-トリフェニルシリル-ビフェニルの黄白色固体12.7g(収率59.0%)を得た。
得られた4-クロロ-4’-トリフェニルシリル-ビフェニル6.0gを、(ビフェニル-4-イル)-[1,1’:2’,1’’]ターフェニル-4-イル-アミン6.6gと共に窒素置換した反応容器に加え、続いて、tert-ブトキシナトリウム2.6g、トルエン60mLを加えた。ビス[トリ(tert-ブチルホスフィン)]パラジウム0.14gを加えて加熱し、3時間還流撹拌した。80℃まで冷却し、反応液にシリカゲル6gを加えた後、30分撹拌し、熱濾過により固体を除いた。濾液を濃縮し、残渣をカラムクロマトグラフィー(シリカゲル200g;ヘプタン:ジクロロメタン=3:1)で精製することによって、(ビフェニル-4-イル)-(4’-トリフェニルシリル-ビフェニル-4-イル)-[1,1’:2’,1’’]ターフェニル-4’-イル-アミン(1-62)の白色固体3.5g(収率30%)を得た。

(1-62)
得られた白色固体についてNMRを使用して構造を同定した。
H-NMR(CDCl)で以下の47個の水素のシグナルを検出した。
δ(ppm)=8.03(1H)、7.83-7.90(3H)、7.72-7.75(1H)、7.55-7.67(14H)、7.26-7.47(17H)、7.07-7.23(11H)。
<([1,1’:2’,1’’]ターフェニル-4’-イル)-(4-ナフタレン-1-イル-フェニル)-[1,1’:4’,1’’:4’’,1’’’]クォーターフェニル-4-イル-アミン(1-68)の合成>
窒素置換した反応容器に(4-ナフタレン-1-イル-フェニル)-[1,1’:2’,1’’]ターフェニル-4’-イル-アミン25.0g、1-ブロモ-4-ヨードベンゼン17.4g、tert-ブトキシナトリウム7.7g、トルエン375mLを加えた。酢酸パラジウム0.13g、4,5’-ビス(ジフェニルホスフィノ)-9,9-ジメチルキサンテン0.32gを加えて加熱し、14時間還流撹拌した。80℃まで冷却し、熱濾過により無機物を除き、濾液を濃縮した。残渣をカラムクロマトグラフィー(シリカゲル200g;ヘプタン:ジクロロメタン=3:1)で精製することによって、(4-ブロモフェニル)-(4-ナフタレン-1-イル-フェニル)-[1,1’:2’,1’’]ターフェニル-4’-イル-アミンの黄白色固体28.0g(収率83.1%)を得た。
得られた(4-ブロモフェニル)-(4-ナフタレン-1-イル-フェニル)-[1,1’:2’,1’’]ターフェニル-4’-イル-アミン8.0gを反応容器に加え、続いて、2-([1,1’:4’,1’’]ターフェニル-4-イル)-4,4,5,5-テトラメチル-1,3,2-ジオキサボロラン5.2g、炭酸水素ナトリウム1.7g、テトラヒドロフラン96mL、水32mLを加えた。ジフェニルホスフィノフェロセンパラジウムジクロリド0.22gを加えて4時間還流撹拌した。冷却した後、酢酸エチルを用いて抽出し、有機層を水、続いて飽和食塩水で洗浄し、無水硫酸マグネシウムで乾燥した。乾燥剤を濾過によって除き、濾液を濃縮した。残渣にトルエン100mLを加えた後、80℃でシリカゲル5gを加えた。1時間撹拌した後、熱濾過により固体を除き、濾液を濃縮した。残渣をテトラヒドロフラン、アセトンを用いた再結晶を行うことによって、([1,1’:2’,1’’]ターフェニル-4’-イル)-(4-ナフタレン-1-イル-フェニル)-[1,1’:4’,1’’:4’’,1’’’]クォーターフェニル-4-イル-アミン(1-68)の黄白色固体4.6g(収率46%)を得た。

(1-68)
得られた黄白色固体についてNMRを使用して構造を同定した。
H-NMR(CDCl)で以下の41個の水素のシグナルを検出した。
δ(ppm)=8.04-8.06(1H)、7.83-7.91(2H)、7.60-7.73(12H)、7.43-7.52(8H)、7.13-7.38(18H)。
<化合物(2-11)の合成>
反応容器に1-ブロモベンゼン(D-置換):45.0g、4-tert-ブチルアニリン:58.0g、酢酸パラジウム(II):1.0g、tert-ブトキシナトリウム:30.0g、ビス(ジフェニルホスフィノ)-1,1’-ビナフチル:2.0g、トルエン:450mLを加えて24時間還流撹拌した。放冷した後、濃縮してカラムクロマトグラフによる精製を行うことで、下記化合物(2-11a)の粉体:49.9g(収率78%)を得た。)

(2-11a)
反応容器に上記化合物(2-11a):20.0g、下記化合物(2-11b):18.4g、酢酸パラジウム(II):0.5g、tert-ブトキシナトリウム:18.9g、トリ(tert-ブチル)ホスフィン:0.8g、トルエン:200mLを加えて24時間還流撹拌した。放冷した後、濃縮してカラムクロマトグラフによる精製を行うことで、下記化合物(2-11c)の粉体:21.5g(収率84%)を得た。

(2-11b)

(2-11c)
反応容器に上記化合物(2-11c):12.0g、tert-ブチルベンゼン120mLを加えて-78℃でn-ブチルリチウム42.5mLを滴下した後、60℃で3時間撹拌ながら窒素ガスを通気した。次に、-78℃でボロントリブロミド11.3gを滴下した後、常温で1時間撹拌し、さらに0℃でN,N-ジイソプロピルエチルアミン5.9gを滴下した後、120℃で2時間撹拌した。放冷した後、酢酸ナトリウム水溶液を入れて撹拌して、酢酸エチルで抽出して、有機層を濃縮した後、カラムクロマトグラフによる精製を行うことで、下記化合物(2-11)の粉体:1.7g(収率11%)を得た。

(2-11)
一般式(1)で表され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)によってガラス転移点(Tg)を測定した。測定結果を、下記に示した。
ガラス転移点(Tg)
実施例 1の化合物(1-13) 111.1℃
実施例 2の化合物(1-17) 109.7℃
実施例 3の化合物(1-30) 123.7℃
実施例 4の化合物(1-32) 121.0℃
実施例 5の化合物(1-41) 125.2℃
実施例 6の化合物(1-44) 118.7℃
実施例 7の化合物(1-58) 120.7℃
実施例 8の化合物(1-14) 120.4℃
実施例 9の化合物(1-27) 123.3℃
実施例10の化合物(1-62) 124.0℃
実施例11の化合物(1-68) 120.6℃
一般式(1)で表されるアリールアミン化合物は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)で表され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。測定結果を、下記に示した。
仕事関数
実施例 1の化合物(1-13) 5.69eV
実施例 2の化合物(1-17) 5.65eV
実施例 3の化合物(1-30) 5.69eV
実施例 4の化合物(1-32) 5.75eV
実施例 5の化合物(1-41) 5.69eV
実施例 6の化合物(1-44) 5.71eV
実施例 7の化合物(1-58) 5.75eV
実施例 8の化合物(1-14) 5.71eV
実施例 9の化合物(1-27) 5.72eV
実施例10の化合物(1-62) 5.71eV
実施例11の化合物(1-68) 5.69eV
一般式(1)で表され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もつ仕事関数5.4eVと比較して、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、優れた電子の阻止能力を有することが分かる。
有機EL素子は、図10に示すように、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、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上に透明陽極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を順に製膜し、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、第一正孔輸送層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。この第一正孔輸送層4の上に、第二正孔輸送層5として実施例1の化合物(1-13)を膜厚5nmに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として実施例12の化合物(2-11)と下記構造式の化合物(EMH-1)を、蒸着速度比が化合物(2-11):化合物(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):化合物(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として下記構造式の化合物(CPL-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、常温で直流電圧を印加した発光特性の測定を行った。その結果を表1にまとめて示した。

(Acceptor-1)

(HTM-1)

(1-13)

(2-11)

(EMH-1)

(ETM-1)

(ETM-2)

(CPL-1)
実施例15において、第二正孔輸送層5の材料として実施例1の化合物(1-13)に代えて実施例2の化合物(1-17)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1にまとめて示した。

(1-17)
実施例15において、第二正孔輸送層5の材料として実施例1の化合物(1-13)に代えて実施例3の化合物(1-30)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1にまとめて示した。

(1-30)
実施例15において、第二正孔輸送層5の材料として実施例1の化合物(1-13)に代えて実施例4の化合物(1-32)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1にまとめて示した。

(1-32)
実施例15において、第二正孔輸送層5の材料として実施例1の化合物(1-13)に代えて実施例5の化合物(1-41)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1にまとめて示した。

(1-41)
実施例15において、第二正孔輸送層5の材料として実施例1の化合物(1-13)に代えて実施例6の化合物(1-44)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1にまとめて示した。

(1-44)
実施例15において、第二正孔輸送層5の材料として実施例1の化合物(1-13)に代えて実施例7の化合物(1-58)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1にまとめて示した。

(1-58)
実施例15において、第二正孔輸送層5の材料として実施例1の化合物(1-13)に代えて実施例の化合物(1-14)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1にまとめて示した。

(1-14)
実施例15において、第二正孔輸送層5の材料として実施例1の化合物(1-13)に代えて実施例の化合物(1-27)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1にまとめて示した。

(1-27)
実施例15において、第二正孔輸送層5の材料として実施例1の化合物(1-13)に代えて実施例10の化合物(1-62)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1にまとめて示した。

(1-62)
実施例15において、第二正孔輸送層5の材料として実施例1の化合物(1-13)に代えて実施例11の化合物(1-68)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1にまとめて示した。

(1-68)
[比較例1]
比較のために、実施例15において、第二正孔輸送層5の材料として実施例1の化合物(1-13)に代えて下記構造式の化合物(HTM-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1にまとめて示した。

(HTM-2)
[比較例2]
比較のために、実施例15において、第二正孔輸送層5の材料として実施例1の化合物(1-13)に代えて下記構造式の化合物(HTM-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1にまとめて示した。

(HTM-3)
[比較例3]
比較のために、実施例15において、第二正孔輸送層5の材料として実施例1の化合物(1-13)に代えて下記構造式の化合物(HTM-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1にまとめて示した。

(HTM-4)
実施例15~25および比較例1~3で作製した有機EL素子を用いて、素子寿命を測定した。その結果を表1にまとめて示した。素子寿命は、発光開始時の発光輝度(初期輝度)を2000cd/mとして定電流駆動を行った時、発光輝度が1900cd/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。
表1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1~3の有機EL素子の7.94~9.34cd/Aに対し、実施例15~25の有機EL素子では9.68~10.75cd/Aと高効率であった。また、電力効率においても、比較例1~3の有機EL素子の7.30~8.61lm/Wに対し、実施例15~25の有機EL素子では8.94~9.78lm/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1~3の有機EL素子の306~335時間に対し、実施例15~25の有機EL素子では345~627時間と大幅に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、本発明に係る一般式(1)で表される特定の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とするアリールアミン化合物と比べて、正孔の移動度が大きく、優れた電子の阻止能力を有しているため、本発明の青色発光層とともに用いている有機EL素子は、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分かった。
本発明の、特定の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可能となった。
1 ガラス基板
2 透明陽極
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 (10)

  1. 少なくとも陽極、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に対しラジアレン誘導体をPドーピングして構成された正孔注入層、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からなる第一正孔輸送層、第二正孔輸送層、青色発光層、電子輸送層および陰極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、前記第二正孔輸送層が下記一般式(1)で表されるアリールアミン化合物を含有することを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子。
    (1)
    (式中、R は相互に同一でも異なってもよく、水素原子、重水素原子、カルボニル基、シアノ基、置換基を有していてもよいシリル基、置換基を有していてもよいホスフィノ基、置換基を有していてもよいホスフィンオキサイド基、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、置換もしくは無置換の環形成炭素原子数6~25の芳香族炭化水素基を表し、R は置換基を有していてもよいシリル基、置換基を有していてもよいシリル基で置換されたフェニル基、または置換もしくは無置換のナフチル基を表す。Lは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、または置換もしくは無置換のビフェニルから水素原子を2個取り除いてできる2価基を表す。R~Rは水素原子、重水素原子、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、ハロゲン原子、シアノ基を表す。)
  2. 前記一般式(1)において、R、Rは相互に同一でも異なってもよく、水素原子、置換基を有していてもよいシリル基または置換もしくは無置換の環形成炭素原子数6~20の芳香族炭化水素基であり、Rは置換基を有していてもよいシリル基または置換もしくは無置換の環形成炭素原子数6~25の芳香族炭化水素基であり、R は置換基を有してもよいシリル基、置換基を有していてもよいシリル基で置換されたフェニル基、または置換もしくは無置換のナフチル基であ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。
  3. 前記一般式(1)において、R、Rは相互に同一でも異なってもよく、水素原子、無置換のフェニル基、無置換のナフチル基、無置換のビフェニリル基、ナフチル基で置換されたフェニル基、無置換のターフェニリル基のいずれかであり、Rは無置換のフェニル基、無置換のビフェニリル基、ナフチル基で置換されたフェニル基、2個のフェニル基で置換されたフェニル基、フェニル基で置換されたナフチル基のいずれかであり、R は無置換のナフチル基、フェニル基で置換されたナフチル基のいずれか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. 前記一般式(1)において、Rは無置換のフェニル基、無置換のビフェニリル基、ナフチル基で置換されたフェニル基、無置換のターフェニリル基のいずれかであり、Rは水素原子、無置換のフェニル基、無置換のナフチル基、無置換のビフェニリル基、ナフチル基で置換されたフェニル基、無置換のターフェニリル基のいずれかであり、Rは無置換のフェニル基であり、R は無置換のナフチル基、フェニル基で置換されたナフチル基のいずれかであることを特徴とする、請求項1~3のいずれか一項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
  5. 前記一般式(1)において、R~Rのうち少なくとも1つがトリフェニルシリル基、またはトリフェニルシリル基で置換されたフェニル基のいずれか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。
  6. 前記一般式(1)において、R~Rの全てが水素原子であることを特徴とする、請求項1~5のいずれか一項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
  7. 前記一般式(1)において、Lが1,4-フェニレン基であることを特徴とする、請求項1~6のいずれか一項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
  8. 前記青色発光層が、青色発光性ドーパントとして、分子中にピレン骨格を有するピレン誘導体を含有することを特徴とする、請求項1~7のいずれか一項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
  9. 前記青色発光層が、青色発光性ドーパントとして、下記一般式(2)または一般式(3)で表される化合物を含有することを特徴とする、請求項1~7のいずれか一項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
    (2)
    (3)
    (一般式(2)および一般式(3)中、QないしQは相互に同一でも異なってもよく、置換もしくは無置換の芳香族炭化水素、または置換もしくは無置換の芳香族複素環を表す。XはB、P、P=O、またはP=Sを表す。YないしYは相互に同一でも異なってもよく、N-R、CR10、O、S、SeまたはSiR1112の中から選択されるいずれか1つであり、そのRないしR12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、または置換もしくは無置換のアリールオキシ基を表す。また、RとR10、R11とR12はそれぞれの基同士で単結合、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、一置換アミノ基を介して互いに結合して環を形成してもよい。ただし、YないしYがN-R、CR10、またはSiR1112の場合、RないしR12はそれぞれ隣接するQないしQと、単結合、置換もしくは無置換のメチレン基、酸素原子、硫黄原子、一置換アミノ基を介して互いに結合して環を形成してもよい。)
  10. 前記青色発光層が、分子中にアントラセン骨格を有するアントラセン誘導体を含有することを特徴とする、請求項1~9のいずれか一項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
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