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JPWO2012096263A1 - 有機電界発光素子用組成物、有機電界発光素子、表示装置及び照明装置 - Google Patents

有機電界発光素子用組成物、有機電界発光素子、表示装置及び照明装置 Download PDF

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Abstract

本発明は、組成物中の溶質の結晶析出を抑制することが可能であり、保存安定性に優れた有機電界発光素子用組成物を提供することを目的とする。また、該組成物を用いることにより、均一な層を形成することができ、長寿命で、駆動電圧が低く、且つ発光効率の高い有機電界発光素子を提供することを目的とする。複数の芳香環基が連結した構造を有し、かつ分子量3000以下である、少なくとも2種以上の化合物から構成される化合物群α及び溶剤を含む有機電界発光素子用組成物であり、該化合物群αは、最も芳香環基の数が少ない化合物をα1と、特定の条件を満たす他の化合物αnからなり、化合物α1と化合物αnの共通する部分構造のうち、最も芳香環基数が多い構造を基本骨格とした場合、化合物α1の構造は,基本骨格と60%以上一致しており、且つ化合物群αを構成する各々の化合物が1重量%以上混合されている、有機電界発光素子用組成物及びその用途とする。

Description

本発明は、有機電界発光素子用組成物、有機電界発光素子、表示装置及び照明装置に関する。より詳しくは、固形分成分として骨格が類似した低分子化合物を少なくとも2種以上含有する組成物、該組成物を用いて湿式成膜法にて形成された層を有する有機電界発光素子、該有機電界発光素子を用いた表示装置および照明装置に関する。
コダック社による蒸着法を用いた積層型の有機電界発光(electroluminescence:以下「EL」と略称する場合がある。)素子の発表以来、有機ELディスプレイの開発が盛んに行なわれ、現在実用化されつつある。
このような積層型有機電界発光素子は、陽極と陰極との間に複数の有機層(発光層、正孔注入層、正孔輸送層、電子輸送層等)を積層して構成される。有機電界発光素子は自発光であるため、視野角が広く、視認性が高く、薄膜型であるため省スペースなどの観点からも注目されている。
また、有機電界発光素子は従来実用に供されてきた発光ダイオードや冷陰管と異なり、面発光であることも大きな特徴である。この特徴を活用する用途として、照明器具や、カラーフィルターを使用したフルカラー表示装置におけるバックライト等がある。
照明器具に有機電界発光素子を用いる場合、複数色の素子を発光させ混色することにより、所望の発光色を得ることが可能である。例えば、赤色、緑色及び青色の発光材料を用いた場合は白色の発光が可能となり、赤と緑の発光材料を用いた場合は、黄色の発光が可能となる。
発光色を混色する方法の一つとして、複数色の発光材料を同一の発光層に含有させる方法がある。発光層の形成方法としては、真空蒸着法と湿式成膜法が挙げられる。
真空蒸着法の場合、少なくとも赤、緑、青の発光材料と電荷輸送材料の計4種類の化合物を同時に蒸着しなければならない(例えば、特許文献1参照)。
一方、湿式成膜法の場合、発光材料や電荷輸送材料を溶媒に溶解して使用するが、これらが低分子化合物である場合や、電荷輸送材料として高分子化合物を使用する場合(例えば、特許文献2参照)がある。
国際公開第2006/093007号 国際公開第2006/008976号
しかしながら、真空蒸着法では、3種類以上の材料の蒸着条件をコントロールすることは非常に困難であるため、このような発光層を真空蒸着法で製造すると、素子製造の繰り返し再現性が悪くなる等の問題点がある。
一方、湿式成膜法の場合、発光材料や電荷輸送材料が低分子化合物である場合は、溶解性が不十分であったり、会合が生じる場合があり、結晶の析出、得られた膜の白化や不均一化といった問題が発生する場合が多い。また、電荷輸送材料として高分子化合物を使用する場合は、高分子材料は分子量の制御が難しく、低分子化合物と比べて精製が困難であるため、例えば発光材料として燐光発光化合物を用いた場合に、発光効率の低下が起こるという問題点があった。
本発明者らは上記課題を解決すべく鋭意検討を行った結果、少なくとも2種以上の化学構造が類似する低分子化合物を含む組成物は、保存安定性が高く、工業的使用に適しており、また該組成物を用いて形成された発光層をもつ有機電界発光素子は、駆動電圧が低く、発光効率の高いものであることを見出し、本発明の完成に至った。
即ち、本発明の要旨は、下記(1)〜(17)に存する。
(1)有機電界発光素子用化合物群αおよび溶剤を含む、有機電界発光素子用組成物であって、
前記化合物群αは、複数の芳香環基が連結した構造を有する、分子量3000以下である、少なくとも2種以上の化合物から構成され、
前記化合物群αは、最も芳香環基の数が少ない化合物をα1、および他の化合物αn(nは、2以上の任意の整数)からなり、化合物α1と化合物αnの共通する部分構造のうち、最も芳香環基数が多い構造を基本骨格とした場合、
化合物α1の構造は、基本骨格と60%以上一致しており、
且つ化合物群αを構成する各々の化合物がそれぞれ1重量%以上混合されている、有機電界発光素子用組成物。
(2)前記組成物中の全固形分に対する、前記化合物群αの割合が0.1〜100重量%である、上記(1)記載の有機電界発光素子用組成物。
(3)前記組成物中の溶剤の割合が10重量%以上である、上記(1)又は(2)記載の有機電界発光素子用組成物。
(4)前記化合物群αに含まれる化合物がいずれも電荷輸送材料である、上記(1)〜(3)のいずれか一項に記載の有機電界発光素子用組成物。
(5)前記化合物群αに含まれる化合物が、いずれも下記一般式(A)で表される化合物である、上記(1)〜(4)のいずれか一項に記載の有機電界発光素子用組成物。
Figure 2012096263
(上記一般式(A)において、Heteroは、下記構造式(A−1)、(A−2)及び(A−3)で表される3価の置換基のいずれかを表し、Xa、Xa、Ya、Ya、Za及びZaは各々独立に、置換基を有していてもよい炭素数6〜30の炭化水素芳香環基、又は置換基を有していてもよい炭素数3〜30の複素芳香環基を表し、Xa、Ya及びZaは各々独立に、水素原子、置換基を有していてもよい炭素数6〜30の炭化水素芳香環基、又は置換基を有していてもよい炭素数3〜30の複素芳香環基を表し、g、h、j、k、mおよびnは0以上の整数を表す。)
Figure 2012096263
(6)前記一般式(A)で表される化合物が、下記一般式(A−4)、(A−5)及び(A−6)で表される化合物のいずれかである、上記(5)記載の有機電界発光素子用組成物。
Figure 2012096263
(上記一般式(A−4)、(A−5)、(A−6)において、R〜R53は各々独立に、水素原子、窒素原子、酸素原子、硫黄原子、置換基を有していてもよい炭素数6〜30の炭化水素芳香環基、又は置換基を有していてもよい炭素数3〜30の複素芳香環基を表す。ただし、R〜R53それぞれが、窒素原子、酸素原子、硫黄原子である場合には、隣接する置換基の一部と結合を形成し、環を形成する。)
(7)前記一般式(A)で表される化合物が、前記一般式(A−4)、(A−5)及び(A−6)からなる群から選ばれるいずれか2種類のみで表される、上記(5)記載の有機電界発光素子用組成物。
(8)前記一般式(A)で表される化合物が、前記一般式(A−4)、(A−5)及び(A−6)からなる群から選ばれるいずれか1種類のみで表される、上記(5)記載の有機電界発光素子用組成物。
(9)前記化合物群αに含まれる化合物が、いずれも下記一般式(B)で表される化合物である、上記(1)〜(4)のいずれか一項に記載の有機電界発光素子用組成物。
Figure 2012096263
(上記一般式(B)において、Xb及びYbは各々独立に、置換基を有していてもよい炭素数6〜30の炭化水素芳香環基、又は置換基を有していてもよい炭素数3〜30の複素芳香環基を表し、Xb、Xb、Yb及びYbは各々独立に、水素原子、置換基を有していてもよい炭素数6〜30の炭化水素芳香環基、又は置換基を有していてもよい炭素数3〜30の複素芳香環基を表す。)
(10)前記化合物群αに含まれる材料が、いずれも下記一般式(C)で表される化合物である、上記(1)〜(4)のいずれか一項に記載の有機電界発光素子用組成物。
Figure 2012096263
(上記一般式(C)において、Xc、Xc、Yc及びYcは各々独立に、置換基を有していてもよい炭素数6〜30の炭化水素芳香環基、又は置換基を有していてもよい炭素数3〜30の複素芳香環基を表し、Xc、Xc、Yc及びYcは各々独立に、水素原子、置換基を有していてもよい炭素数6〜30の炭化水素芳香環基、又は置換基を有していてもよい炭素数3〜30の複素芳香環基を表す。)
(11)前記化合物群αに含まれる化合物が、いずれも下記一般式(D)で表される化合物である、上記(1)〜(4)のいずれか一項に記載の有機電界発光素子用組成物。
Figure 2012096263
(上記一般式(D)において、Xd、Xd、Yd及びYdは各々独立に、置換基を有していてもよい炭素数6〜30の炭化水素芳香環基、又は置換基を有していてもよい炭素数3〜30の複素芳香環基を表し、Xd、Xd、Yd及びYdは各々独立に、水素原子、置換基を有していてもよい炭素数6〜30の炭化水素芳香環基、又は置換基を有していてもよい炭素数3〜30の複素芳香環基を表す。)
(12)前記化合物群αに含まれる化合物が、いずれも下記一般式(E)で表される化合物である、上記(1)〜(4)のいずれか一項に記載の有機電界発光素子用組成物。
Figure 2012096263
(上記一般式(E)において、Xe、Xe、Ye、Ye、Ze及びZeは各々独立に、置換基を有していてもよい炭素数6〜30の炭化水素芳香環基、又は置換基を有していてもよい炭素数3〜30の複素芳香環基を表し、Xe、Ye及びZeは各々独立に、水素原子、置換基を有していてもよい炭素数6〜30の炭化水素芳香環基、又は置換基を有していてもよい炭素数3〜30の複素芳香環基を表し、p、q、r、s、tおよびuは0以上の整数を表す。)
(13)前記一般式(E)で表される化合物が、下記一般式(E−1)で表わされる化合物である、上記(12)に記載の有機電界発光素子用組成物。
Figure 2012096263
(上記一般式(E−1)において、R58〜R72は各々独立に、水素原子、窒素原子、酸素原子、硫黄原子、置換基を有していてもよい炭素数6〜30の炭化水素芳香環基、又は置換基を有していてもよい炭素数3〜30の複素芳香環基を表す。ただし、R58〜R72それぞれが、窒素原子、酸素原子、硫黄原子である場合には、隣接する置換基の一部と結合を有し、環を形成する。)
(14)陽極、陰極、及びこれらの間に少なくとも1層の有機層を有する有機電界発光素子であり、該有機層のうち少なくとも1層が、上記(1)〜(13)のいずれか一項に記載の有機電界発光素子用組成物を用いて形成された層である、有機電界発光素子。
(15)上記(1)〜(13)のいずれか一項に記載の有機電界発光素子用組成物を用いて形成された層が発光層である、上記(14)に記載の有機電界発光素子。
(16)上記(14)又は(15)に記載の有機電界発光素子を有する表示装置。
(17)上記(14)又は(15)に記載の有機電界発光素子を有する照明装置。
本発明によれば、組成物中の溶質の結晶析出を抑制することが可能であり、且つ保存安定性に優れた組成物を得ることができる。
また、該組成物を用いることにより、均一な層を形成することができ、長寿命で、駆動電圧が低く、且つ発光効率の高い有機電界発光素子を提供することができる。
さらに本発明の有機電界発光素子は、面発光体としての特徴を生かした照明装置や白色光源(例えば、複写機の光源、液晶ディスプレイや計器類のバックライト光源、カラーフィルター表示装置)、表示板、及び標識灯への応用も考えられ、その技術的価値は極めて高い。
図1は、本発明の有機電界発光素子の構造の一例を模式的に示す断面図である。
以下に、本発明の実施の形態を詳細に説明するが、本発明は以下の実施の形態に限定されるものではない。
なお、本発明において「芳香環基」とは、炭化水素芳香環基及び複素芳香環基の双方を意味する。
本発明において、「(ヘテロ)アリール」とは、炭化水素芳香環及び複素芳香環のいずれも含むものとする。本発明において、「置換基を有していてもよい」とは、置換基を1又は2以上有していてもよいことを意味する。
[1]化合物群α
本発明の有機電界発光素子用組成物は、有機電界発光素子用化合物群αおよび溶剤を含有する。前記化合物群αは、複数の芳香環基が連結した構造を有する、分子量3000以下である、少なくとも2種以上の化合物から構成される。この化合物群αのうち、最も芳香環基の数が少ない化合物をα1、他の化合物をαn(nは、2以上の任意の整数)とする。化合物α1と化合物αnの共通する部分構造のうち、最も芳香環基の数が多い構造を基本骨格とした場合、化合物α1の構造は、基本骨格と60%以上一致する。さらに、化合物群αを構成する各々の化合物はそれぞれ1重量%以上混合されていることを特徴とする。
ここで「化合物α1と化合物αnの共通する部分構造のうち、最も芳香環基の数が多い構造を基本骨格とした場合、化合物α1の構造は、基本骨格と60%以上一致」することについて説明する。
「基本骨格」は、化合物α1と化合物αnの共通する部分構造のうち、最も芳香環基の数が多い構造のことである。共通する部分構造とは、化合物α1、化合物αn、それぞれの構造式を比較した際に、環の骨格、他の基との結合順及び結合位置がいずれも一致している部分のことを指し、「基本骨格」は、この共通する部分構造のうち、もっとも芳香環基の数が多い構造のことである。ここで、環の骨格とは、芳香環基が単環由来の場合は環員数を意味し、縮合環由来の場合は個々の環の員数と縮合関係の双方をいう。したがって、炭化水素芳香環と複素芳香環とであっても、芳香環の環員数、縮合関係が同じであれば、同じ骨格であるとみなす。
以下、例を挙げて具体的に説明する。
下記(例1)の場合、まず、2つの化合物を構成する芳香環基の数を比較すると、芳香環基の数がより少ない化合物1が「化合物α1」に該当し、化合物2は「化合物α2」とすることができる。次に、化合物1と化合物2の構造式を比較すると、共通する部分構造のうち、最も芳香環基の数が多い構造は、化合物1そのものである(化合物1をなす環a〜dが、化合物2の環e〜hと一致)ため、基本骨格は化合物α1そのものとなる。したがって、化合物α1と化合物α2との基本骨格は、化合物α1と100%一致していることになる。
(例1)
Figure 2012096263
下記(例2)の場合、化合物3及び4は、構成する芳香環基の数が同数なので、いずれを「化合物α1」としてもよい。ここでは仮に化合物3を「化合物α1」とし、化合物4を「化合物α2」とする。化合物3及び4で共通する部分構造で最も芳香環基の数が多いものは、化合物3(化合物α1)の環a〜f部分(化合物4の環h〜m)であり、これが基本骨格となる。なお、メチル基は芳香環基ではないため、本発明における「一致」を判断する上では考慮しない。(ただし、発光材料の場合、以下で説明する一般式(C)及び(D)には、アルキル置換位置の有無によって特性が大きく変化することから置換位置についても考慮する。)基本骨格と化合物α1とを比較すると、基本骨格を構成する芳香環基(環a〜f)は、化合物α1を構成する7つの芳香環基(環a〜g)のうち6つと一致しており、化合物α1の構造の86%が基本骨格と一致していることになる。
(例2)
Figure 2012096263
下記(例3)の場合、化合物5〜7を構成する芳香環基の数が同数なので、いずれを「化合物α1」としてもよい。また、各化合物を成す芳香環基の、環の骨格、他の基との結合順及び結合位置がいずれも一致しており、基本骨格もそれぞれの化合物に同じである。つまり、仮に化合物5を「化合物α1」とした場合、化合物5を構成する3つの芳香環基が基本骨格となり、これと化合物6(化合物α2)及び化合物7(化合物α3)の芳香環基はいずれも「一致」しており、化合物5(化合物α1)は、化合物6および化合物7との基本骨格と、それぞれ100%「一致」していることになる。
(例3)
Figure 2012096263
同様に下記(例4)の場合、化合物8〜10を構成する芳香環基の数は化合物8が最も少ないので、化合物8が「化合物α1」であり、化合物9及び10を、それぞれ、「化合物α2」及び「化合物α3」とする。まず、化合物α2と化合物α1との基本骨格を定めるために、共通する部分構造を見ていくと、化合物α1の環a,b,d,e,f,g(化合物α2の環h,i,l,m,n,o)であることがわかる。(なお、前述のように、複素芳香環基の種類が異なっていても、環員数、結合位置が同じである場合には一致しているとする。)この化合物α1と化合物α2との基本骨格は、化合物α1を構成する7つの芳香環基(環a〜g)のうち6つと一致しており、化合物α1の構造の86%が基本骨格と一致していることになる。次に、化合物α3と化合物α1との基本骨格を定めるために、共通する部分構造を見ていくと、化合物α1の環a,b,d,f(化合物α3の環p,q,t,v)であることがわかる。この化合物α1と化合物α3との基本骨格は、化合物α1を構成する7つの芳香環基(環a〜g)のうち4つと一致しており、化合物α1の構造の57%が基本骨格と一致していることになる。本発明においては、化合物群αを構成する化合物は60%以上のものが含まれることから、化合物10は化合物群αには含まれず、化合物α3には該当しない。
(例4)
Figure 2012096263
本発明の有機電界発光素子用組成物は、有機電界発光素子用化合物群αおよび溶剤を含有する。このような化合物群を含む有機電界発光素子用組成物の場合、該群に含まれる複数の化合物が上述した関係を満たすことにより、組成物中における溶質の結晶析出が抑制され、保存安定性が高い組成物が得られる。また、類似の骨格を有する材料を複数使用していることから、電荷輸送能等の材料特性がほぼ変わらないため、該組成物を用いて湿式成膜法により作製した有機電界発光素子は、発光効率、駆動電圧、耐久性といった特性に悪影響を及ぼすことがない。さらに、材料の組み合わせによっては、膜中での結晶化が阻害される結果、アモルファス性が向上することから、駆動電圧が低下する。
化合物群αに含まれる化合物は、上記条件を満たせばよく、特に制限は無いが、下記一般式(A)〜(E)のいずれかで表される化合物であることが好ましい。すなわち、化合物群αは、芳香環基の数が最も少ない化合物α1と、他の化合物αn(nは2以上の任意の整数)からなり、化合物α1と化合物αnの共通する部分構造のうち、最も芳香環基の数が多い構造を基本骨格とした場合、化合物α1の構造は、基本骨格と60%以上一致する。したがって、化合物群αは、下記一般式(A)〜(E)から選ばれた一つの式で表される複数の化合物からなる群であることが好ましい。
<一般式(A)>
Figure 2012096263
(上記一般式(A)において、Heteroは、下記構造式(A−1)、(A−2)及び(A−3)で表される3価の置換基のいずれかを表し、Xa、Xa、Ya、Ya、Za及びZaは各々独立に、置換基を有していてもよい炭素数6〜30の炭化水素芳香環基、又は置換基を有していてもよい炭素数3〜30の複素芳香環基を表し、Xa、Ya及びZaは各々独立に、水素原子、置換基を有していてもよい炭素数6〜30の炭化水素芳香環基、又は置換基を有していてもよい炭素数3〜30の複素芳香環基を表し、g、h、j、k、mおよびnは0以上の整数を表す。)
Figure 2012096263
<一般式(B)>
Figure 2012096263
(上記一般式(B)において、Xb及びYbは各々独立に、置換基を有していてもよい炭素数6〜30の炭化水素芳香環基、又は置換基を有していてもよい炭素数3〜30の複素芳香環基を表し、Xb、Xb、Yb及びYbは各々独立に、水素原子、置換基を有していてもよい炭素数6〜30の炭化水素芳香環基、又は置換基を有していてもよい炭素数3〜30の複素芳香環基を表す。)
<一般式(C)>
Figure 2012096263
(上記一般式(C)において、Xc、Xc、Yc及びYcは各々独立に、置換基を有していてもよい炭素数6〜30の炭化水素芳香環基、又は置換基を有していてもよい炭素数3〜30の複素芳香環基を表し、Xc、Xc、Yc及びYcは各々独立に、水素原子、置換基を有していてもよい炭素数6〜30の炭化水素芳香環基、又は置換基を有していてもよい炭素数3〜30の複素芳香環基を表す。)
<一般式(D)>
Figure 2012096263
(上記一般式(D)において、Xd、Xd、Yd及びYdは各々独立に、置換基を有していてもよい炭素数6〜30の炭化水素芳香環基、又は置換基を有していてもよい炭素数3〜30の複素芳香環基を表し、Xd、Xd、Yd及びYdは各々独立に、水素原子、置換基を有していてもよい炭素数6〜30の炭化水素芳香環基、又は置換基を有していてもよい炭素数3〜30の複素芳香環基を表す。)
<一般式(E)>
Figure 2012096263
(上記一般式(E)において、Xe、Xe、Ye、Ye、Ze及びZeは各々独立に、置換基を有していてもよい炭素数6〜30の炭化水素芳香環基、又は置換基を有していてもよい炭素数3〜30の複素芳香環基を表し、Xe、Ye及びZeは各々独立に、水素原子、置換基を有していてもよい炭素数6〜30の炭化水素芳香環基、又は置換基を有していてもよい炭素数3〜30の複素芳香環基を表し、p、q、r、s、tおよびuは0以上の整数を表す。)
上記一般式(A)におけるXa、Xa、Ya、Ya、Za及びZa
上記一般式(B)におけるXb及びYb
上記一般式(C)におけるXc、Xc、Yc及びYc
上記一般式(D)におけるXd、Xd、Yd及びYd、並びに
上記一般式(E)におけるXe、Xe、Ye、Ye、Ze及びZe
は、いずれも各々独立に、置換基を有していてもよい炭素数6〜30の炭化水素芳香環基、又は置換基を有していてもよい炭素数3〜30の複素芳香環基を表す。
炭素数6〜30の炭化水素芳香環基としては、2個の遊離原子価を有する、6員環の単環、又は2〜5縮合環が好ましい。具体的には、2個の遊離原子価を有する、ベンゼン環、ナフタレン環、アントラセン環、フェナントレン環、ペリレン環、テトラセン環、ピレン環、ベンズピレン環、クリセン環、トリフェニレン環、フルオランテン環等が挙げられる。中でも好ましくは2個の遊離原子価を有する、ベンゼン環である。
ここで、本発明において、遊離原子価とは、有機化学・生化学命名法(上)(改定第2版、南江堂、1992年発行)に記載のとおり、他の遊離原子価と結合を形成できるものを言う。すなわち、例えば、「1個の遊離原子価を有するベンゼン環」はフェニル基のことを言い、「2個の遊離原子価を有するベンゼン環」はフェニレン基のことを言う。
炭素数3〜30の複素芳香環基としては、2個の遊離原子価を有する、5又は6員環の単環、或いはこれらの2〜5縮合環が好ましい。具体的には、2個の遊離原子価を有する、フラン環、ベンゾフラン環、ジベンゾフラン環、チオフェン環、ベンゾチオフェン環、ジベンゾチオフェン環、ピロール環、ピラゾール環、イミダゾール環、オキサジアゾール環、インドール環、カルバゾール環、インドロカルバゾール環、ピロロイミダゾール環、ピロロピラゾール環、ピロロピロール環、チエノピロール環、チエノチオフェン環、フロピロール環、フロフラン環、チエノフラン環、ベンゾイソオキサゾール環、ベンゾイソチアゾール環、ベンゾイミダゾール環、ピリジン環、ピラジン環、ピリダジン環、ピリミジン環、トリアジン環、キノリン環、イソキノリン環、シノリン環、キノキサリン環、ペリミジン環、キナゾリン環、キナゾリノン環等が挙げられる。中でも好ましくは2個の遊離原子価を有する、ジベンゾフラン環、ジベンゾチオフェン環、ピリジン環である。
また、上記一般式(A)におけるXa、Ya及びZa
上記一般式(B)におけるXb、Xb、Yb及びYb
上記一般式(C)におけるXc、Xc、Yc及びYc
上記一般式(D)におけるXd、Xd、Yd及びYd、並びに
上記一般式(E)におけるXe、Ye及びZe
は、いずれも各々独立に、水素原子、置換基を有していてもよい炭素数6〜30の炭化水素芳香環基、又は置換基を有していてもよい炭素数3〜30の複素芳香環基を表す。
炭素数6〜30の炭化水素芳香環基としては、1個の遊離原子価を有する、6員環の単環、又は2〜5縮合環が好ましい。具体的には一般式(A)におけるXaなどの例として前掲したものと同様の環であって、1個の遊離原子価を有する環が挙げられる。中でも好ましくは、1個の遊離原子価を有する、ベンゼン環、ナフタレン環又はフェナントレン環である。
炭素数3〜30の複素芳香環基としては、1個の遊離原子価を有する、5又は6員環の単環、或いはこれらの2〜5縮合環が好ましい。具体的には、一般式(A)におけるXaなどの例として前掲したものと同様の環であって、1個の遊離原子価を有する環が挙げられる。中でも好ましくは1個の遊離原子価を有する、カルバゾール環、インドロカルバゾール環、ジベンゾフラン環又はジベンゾチオフェン環である。
上述した炭素数6〜30の炭化水素芳香環基、および炭素数3〜30の複素芳香環基が有していても良い置換基としては、本発明の効果を損なわない限り特に制限は無いが、通常は分子量400以下、中でも250以下の置換基が好ましい。置換基としては、炭素数1〜20のアルキル基、炭素数2〜20のアルケニル基、炭素数6〜25の芳香族炭化水素環基、炭素数3〜20の芳香族複素環基、炭素数12〜60のジアリールアミノ基、炭素数1〜20のアルキルオキシ基、炭素数3〜20の(ヘテロ)アリールオキシ基、炭素数1〜20のアルキルチオ基、炭素数3〜20の(ヘテロ)アリールチオ基、シアノ基などが挙げられる。これらのうち、溶解性の点から、炭素数1〜20の飽和炭化水素基、炭素数2〜20のアルケニル基、炭素数6〜25の芳香族炭化水素環基、炭素数3〜20の芳香族複素環基、および炭素数1〜20のアルキルオキシ基が好ましく、さらに耐熱性の点から、炭素数1〜10の飽和炭化水素基、炭素数2〜10のアルケニル基、炭素数6〜25の芳香族炭化水素環基、炭素数3〜20の芳香族複素環基がさらに好ましく、有機電界発光素子の電荷輸送材料としての耐久性の点から、炭素数6〜25の芳香族炭化水素環基、または、炭素数3〜20の芳香族複素環基が特に好ましい。
具体的には、炭素数1〜20のアルキル基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、iso−ブチル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基、ヘキシル基、オクチル基、シクロヘキシル基、デシル基及びオクタデシル基等が挙げられる。これらのうち、原料の入手しやすさや安価さなどの点から、メチル基、エチル基及びイソプロピル基が好ましく、メチル基及びエチル基が更に好ましい。
炭素数6〜25の1価の芳香族炭化水素環基としては、フェニル基、1−ナフチル基、2−ナフチル基などのナフチル基;9−フェナンチル基、3−フェナンチル基などのフェナンチル基;1−アントリル基、2−アントリル基、9−アントリル基などのアントリル基;1−ナフタセニル基、2−ナフタセニル基などのナフタセニル基;1−クリセニル基、2−クリセニル基、3−クリセニル基、4−クリセニル基、5−クリセニル基、6−クリセニル基などのクリセニル基;1−ピレニル基などのピレニル基;1−トリフェニレニル基などのトリフェニレニル基;1−コロネニル基などのコロネニル基;4−ビフェニル基、3−ビフェニル基のビフェニル基;フルオランテン環を有する基;フルオレン環を有する基;アセナフテン環を有する基及びベンズピレン環等を有する置換基などが挙げられる。これらの内、有機電界発光素子の電荷輸送材料としての耐久性の点からフェニル基、2−ナフチル基及び3−ビフェニル基が好ましく、精製のし易さからフェニル基が特に好ましい。
炭素数3〜20の芳香族複素環基としては、2−チエニル基などのチエニル基;2−フリル基などのフリル基;2−イミダゾリル基などのイミダゾリル基;9−カルバゾリル基などのカルバゾリル基;2−ピリジル基などのピリジル基及び1,3,5−トリアジン−2−イル基などのトリアジニル基等が挙げられる。これらの内、有機電界発光素子の電荷輸送材料としての耐久性の点から、カルバゾリル基が好ましい。
炭素数12〜60のジアリールアミノ基としては、ジフェニルアミノ基、N−1−ナフチル−N−フェニルアミノ基、N−2−ナフチル−N−フェニルアミノ基、N−9−フェナントリル−N−フェニルアミノ基、N−(ビフェニル‐4‐イル)−N−フェニルアミノ基、ビス(ビフェニル−4−イル)アミノ基等が挙げられる。中でもジフェニルアミノ基、N−1−ナフチル−N−フェニルアミノ基、N−2−ナフチル−N−フェニルアミノ基が好ましく、特にジフェニルアミノ基が安定性の点で好ましい。ただし、一般式(B)においては、耐久性の観点からジアリールアミノ基の置換基は有していない方が好ましい。
炭素数1〜20のアルキルオキシ基としては、メトキシ基、エトキシ基、イソプロピルオキシ基、シクロヘキシルオキシ基及びオクタデシルオキシ基等が挙げられる。
炭素数3〜20の(ヘテロ)アリールオキシ基としては、フェノキシ基、1−ナフチルオキシ基、9−アントラニルオキシ基等のアリールオキシ基及び2−チエニルオキシ基等のヘテロアリールオキシ基を有する置換基等が挙げられる。
炭素数1〜20のアルキルチオ基としては、メチルチオ基、エチルチオ基、イソプロピルチオ基及びシクロヘキシルチオ基等が挙げられる。
炭素数3〜20の(ヘテロ)アリールチオ基としては、フェニルチオ基、1−ナフチルチオ基、9−アントラニルチオ基等のアリールチオ基及び2−チエニルチオ基等のヘテロアリールチオ基等が挙げられる。
化合物群αが、上記一般式(A)で表される複数の化合物からなる場合には、下記一般式(A−4)〜(A−6)で表される化合物であることがより好ましい。
Figure 2012096263
(上記一般式(A−4)、(A−5)、(A−6)において、R〜R53は各々独立に、水素原子、窒素原子、酸素原子、硫黄原子、置換基を有していてもよい炭素数6〜30の炭化水素芳香環基、又は置換基を有していてもよい炭素数3〜30の複素芳香環基を表す。ただし、R〜R53それぞれが、窒素原子、酸素原子、硫黄原子である場合には、隣接する置換基の一部と結合を形成し、環を形成する。)
炭素数6〜30の炭化水素芳香環基としては、1個の遊離原子価を有する、5又は6員環の単環、又は2〜5縮合環が好ましい。具体的には一般式(A)におけるXaなどの例として前掲したものと同様の1個の遊離原子価を有する環が挙げられる。中でも好ましくは、1個の遊離原子価を有する、ベンゼン環、ナフタレン環又はフェナントレン環である。
炭素数3〜30の複素芳香環基としては、1個の遊離原子価を有する、5又は6員環の単環、或いはこれらの2〜5縮合環が好ましい。具体的には、一般式(A)におけるXaなどの例として前掲したものと同様の1個の遊離原子価を有する環が挙げられる。中でも好ましくは1個の遊離原子価を有する、カルバゾール環、インドロカルバゾール環、ジベンゾフラン環又はジベンゾチオフェン環である。
上述した炭素数6〜30の炭化水素芳香環基、および炭素数3〜30の複素芳香環基が有していても良い置換基としては、前掲したものと同様の置換基が挙げられる。
〜R53それぞれが、窒素原子、酸素原子、硫黄原子である場合には、隣接する置換基の一部と結合を形成し、環を形成する。具体的には、カルバゾール環やインドロカルバゾール環、イミダゾール環、ベンズイミダゾール環、ジベンゾフラン環、ジベンゾチオフェン環などが挙げられる。中でも好ましくは、カルバゾール環、ジベンゾフラン環、ジベンゾチオフェン環である。形成した環にはさらに置換基を有していてもよく、前掲したものと同様の置換基が挙げられる。
化合物群αが、上記一般式(E)で表される複数の化合物からなる場合には、下記一般式(E−1)で表される化合物であることがより好ましい。
Figure 2012096263
(上記一般式(E−1)において、R58〜R72は各々独立に、水素原子、窒素原子、酸素原子、硫黄原子、置換基を有していてもよい炭素数6〜30の炭化水素芳香環基、又は置換基を有していてもよい炭素数3〜30の複素芳香環基を表す。ただし、R58〜R72それぞれが、窒素原子、酸素原子、硫黄原子である場合には、隣接する置換基の一部と結合を有し、環を形成する。)
炭素数6〜30の炭化水素芳香環基としては、1個の遊離原子価を有する、6員環の単環、又は2〜5縮合環が好ましい。具体的には一般式(A)におけるXaなどの例として前掲したものと同様の環が挙げられる。中でも好ましくは、1個の遊離原子価を有する、ベンゼン環、ナフタレン環又はフェナントレン環である。
炭素数3〜30の複素芳香環基としては、1個の遊離原子価を有する、5又は6員環の単環、或いはこれらの2〜5縮合環が好ましい。具体的には、一般式(A)におけるXaなどの例として前掲したものと同様の環が挙げられる。中でも好ましくは1個の遊離原子価を有する、カルバゾール環、インドロカルバゾール環、ジベンゾフラン環又はジベンゾチオフェン環由来の基である。
上述した炭素数6〜30の炭化水素芳香環基、および炭素数3〜30の複素芳香環基が有していても良い置換基としては、前掲したものと同様の置換基が挙げられる。
58〜R72それぞれが、窒素原子、酸素原子、硫黄原子である場合には、隣接する置換基の一部と結合を形成し、環を形成する。具体的には、カルバゾール環やインドロカルバゾール環、イミダゾール環、ベンズイミダゾール環、ジベンゾフラン環、ジベンゾチオフェン環などが挙げられる。中でも好ましくは、カルバゾール環、ジベンゾフラン環、ジベンゾチオフェン環である。形成した環にはさらに置換基を有していてもよく、前掲したものと同様の置換基が挙げられる。
本発明における化合物群αに含まれる化合物について、以下に具体例を挙げるが、これらの化合物に限定されるものではない。
[一般式(A)で表わされる化合物の具体例]
Figure 2012096263
Figure 2012096263
Figure 2012096263
Figure 2012096263
Figure 2012096263
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Figure 2012096263
Figure 2012096263
Figure 2012096263
Figure 2012096263
[一般式(B)で表わされる化合物の具体例]
Figure 2012096263
Figure 2012096263
Figure 2012096263
Figure 2012096263
Figure 2012096263
Figure 2012096263
Figure 2012096263
Figure 2012096263
Figure 2012096263
Figure 2012096263
[一般式(C)で表わされる化合物の具体例]
Figure 2012096263
[一般式(D)で表わされる化合物の具体例]
Figure 2012096263
[一般式(E)で表わされる化合物の具体例]
Figure 2012096263
Figure 2012096263
Figure 2012096263
Figure 2012096263
Figure 2012096263
Figure 2012096263
Figure 2012096263
Figure 2012096263
Figure 2012096263
Figure 2012096263
化合物群αは、例えば上記化合物から選択された2以上の化合物からなることが好ましい。以下表−1に、化合物群αに含まれる化合物の組合せにつき、具体例を示すが、本発明はこれらに限定されるものではない。
Figure 2012096263
Figure 2012096263
Figure 2012096263
Figure 2012096263
Figure 2012096263
Figure 2012096263
本発明の化合物群αに含まれる化合物は、公知の方法により合成することができる。例えば前記一般式(A)で表される化合物は、下記方法(A−1)〜(A−3)により合成することができる。
(方法A−1)
Figure 2012096263
すなわち、参考文献:Bioorganic and Medicinal Chemistry, 2010年18巻9号3066 - 3077頁に記載の方法を用いて、段階的に反応させることにより合成可能である。
(方法A−2)
Figure 2012096263
すなわち、参考文献:J. Org. Chem. 2001年 66巻7125-7128頁に記載の方法を用いて、段階的に反応させることにより合成可能である。
(方法A−3)
Figure 2012096263
すなわち、参考文献:Organic Letters,2008年10巻5号709 - 712頁に記載の方法を用いて、段階的に反応させることにより合成可能である。
前記一般式(B)で表される化合物は、下記方法(B−1)により合成することができる。
(方法B−1)
Figure 2012096263
すなわち、参考文献:Chemistry-A European Journal, 2006年12巻8号2329 - 2336頁に記載の方法を用いて、段階的に反応させることにより合成可能である。
前記一般式(C)で表される化合物は、下記方法(C−1)により合成することができる。
(方法C−1)
Figure 2012096263
すなわち、国際公開第2006/082705号に記載の方法を用いて、段階的に反応させることにより合成可能である。
前記一般式(D)で表される化合物は、下記方法(D−1)により合成することができる
(方法D−1)
Figure 2012096263
すなわち、参考文献:J. Am. Chem. Soc.,2005年127巻23号8508 - 8516頁に記載の方法を用いて段階的に反応させることにより合成可能である。
前記一般式(E)で表される化合物は、下記方法(E−1)により合成することができる。
(方法E−1)
Figure 2012096263
すなわち、参考文献:Chemische Berichte,1924年57巻1434頁に記載の方法を用いて、段階的に反応させることにより合成可能である。
化合物群αに含まれる化合物は2以上であり、上述の条件を満たせば特に数(化合物の種類)に制限はないが、例えば本発明の組成物を用いて形成された層を有する有機電界発光素子を作製した場合、駆動電圧を低く保つには、通常8種類以下、好ましくは4種類以下である。
化合物群αに含まれる各化合物の含有量は、下限は通常1重量%以上、好ましくは5重量%以上、さらに好ましくは10重量%以上であり、上限は99%以下、好ましくは95%以下、さらに好ましくは90%以下である。下限値を下回ると、個々の化合物が有する電荷輸送性等の特性が十分に発揮されず、上限値を上回ると化合物群αと溶剤とを含む有機電界発光素子用組成物の保存安定性が低下する。
化合物群αの固形分中の含有量は、下限は通常0.1重量%以上、好ましくは1重量%以上、さらに好ましくは5重量%以上であり、上限は100重量%である。
化合物群αを電荷輸送材料として使用する場合、該化合物群αの固形分中の含有量は下限は通常5重量%以上、好ましくは10重量以上であり、さらに好ましくは20重量%以上であり、上限は通常100重量%以下である。下限値以上とすることにより素子の駆動電圧を低く抑えることができる。
化合物群αを有機電界発光素子の発光層におけるホスト材料として使用する場合、該化合物群αの固形分中の含有量は下限は通常5重量%以上、好ましくは10重量以上であり、さらに好ましくは20重量%以上であり、上限はドーパント材料を含有するため通常99.9重量%以下である。上限値以下とすることにより高い輝度が得られ、下限値以上とすることにより素子の駆動電圧を低く抑えることができる。
一方、化合物群αを発光層におけるドーパント材料として用いる場合、該化合物群αの固形分中の含有量は、通常0.1重量%以上、好ましくは1重量%以上であり、通常50重量%以下、好ましくは30重量%以下、さらに好ましくは20重量%以下である。上限値以下とすることにより濃度消光を抑えて高い輝度を維持することができ、下限値以上とすることにより、高い発光効率を維持することができる。
また、本発明の有機電界発光素子用組成物は、2以上の化合物群αを含んでいてもよい。例えば、一般式(A)で表される複数の化合物からなる化合物群αを「化合物群αA」とし、一般式(E)で表される複数の化合物からなる化合物群αを「化合物群αE」とするとき、本発明の有機電界発光素子用組成物は「化合物群αA」及び「化合物群αE」の両方を含んでいてもよい。該組成物中に含まれる化合物群αの数については、本発明の効果を損なわない限り任意であるが、上限は通常5以下、好ましくは4以下、さらに好ましくは3以下である。化合物群αの数が上限を超えると、個々の化合物が有する電荷輸送性等の特性が十分に発揮されないおそれがある。該組成物中に複数含まれる化合物群αの配合比率については、本発明の効果を損なわない限り任意に設定可能である。
[2]溶剤
本発明の有機電界発光素子用組成物は、溶剤を含有する。
溶剤としては、上述した化合物群αや、その他組成物中に含まれる各成分を溶解するものであれば特に制限は無いが、好ましい溶剤としては以下のものが挙げられる。
例えば、n−デカン、シクロヘキサン、エチルシクロヘキサン、デカリン、ビシクロヘキサン等のアルカン類;トルエン、キシレン、メチシレン、シクロヘキシルベンゼン、テトラリン等の芳香族炭化水素類;クロロベンゼン、ジクロロベンゼン、トリクロロベンゼン等のハロゲン化芳香族炭化水素類;1,2−ジメトキシベンゼン、1,3−ジメトキシベンゼン、アニソール、フェネトール、2−メトキシトルエン、3−メトキシトルエン、4−メトキシトルエン、2,3−ジメチルアニソール、2,4−ジメチルアニソール、ジフェニルエーテル等の芳香族エーテル類;酢酸フェニル、プロピオン酸フェニル、安息香酸メチル、安息香酸エチル、安息香酸エチル、安息香酸プロピル、安息香酸n−ブチル等の芳香族エステル類、シクロヘキサノン、シクロオクタノン、フェンコン等の脂環族ケトン類;シクロヘキサノール、シクロオクタノール等の脂環族アルコール類;メチルエチルケトン、ジブチルケトン等の脂肪族ケトン類;ブタノール、ヘキサノール等の脂肪族アルコール類;エチレングリコールジメチルエーテル、エチレングリコールジエチルエーテル、プロピレングリコール−1−モノメチルエーテルアセタート(PGMEA)等の脂肪族エーテル類;等が挙げられる。中でも好ましくは、アルカン類や芳香族炭化水素類である。
溶剤の沸点は、通常80℃以上、好ましくは100℃以上、より好ましくは110℃以上である。下限値以上とすることにより、湿式成膜時に組成物からの過剰な溶剤蒸発は生じず、高い成膜安定性が確保できる。
また、より均一な膜を得るためには、成膜直後の液膜から溶剤が適当な速度で蒸発することが好ましい。このため、溶剤の沸点は、通常300℃以下、好ましくは270℃以下、より好ましくは沸点250℃以下である。
これらの溶剤は1種類を単独で用いてもよく、また2種類以上を任意の組み合わせ、および比率で用いてもよい。
本発明の有機電界発光素子用組成物において、溶剤の含有量は、組成物100重量%に対して、好ましくは10重量%以上、より好ましくは50重量%以上、特に好ましくは70重量%以上、また、好ましくは99.99重量%以下、より好ましくは99.8重量%以下、特に好ましくは99.5重量%以下である。溶剤の含有量を下限値以上とすることにより、組成物を適切な粘性とすることができ、成膜作業性が良好となる。一方、上限値以下とすることにより、成膜後、溶剤を除去した後に十分な厚みの膜が得られ、また成膜性が良好になるため好ましい。
[3]その他の成分
本発明の有機電界発光素子用組成物には、必要に応じて、上記の化合物群α及び溶剤の他に、更に他の成分を含有していてもよい。例えば、成膜性の向上を目的として、レベリング剤や消泡剤等の各種添加剤を含有していてもよい。また、化合物群αに含まれるもの以外の電荷輸送材料を含んでいてもよく、本発明の組成物を使用して、有機電界発光素子の発光層を形成する場合には、蛍光発光又は燐光発光を生じる発光材料を含有していてもよい。特に、本発明の有機電界発光素子用組成物が発光層形成用組成物であって、化合物群αが一般式(A)で表される複数の化合物からなる場合、または、化合物群αが一般式(E)で表される複数の化合物からなる場合は、燐光発光を生じる発光材料を含むことが好ましい。燐光発光を生じる材料としては、日本国特開2011−256129号公報にて開示されている遷移金属錯体が挙げられる。
[有機電界発光素子]
本発明の有機電界発光素子は、基板上に少なくとも陽極、陰極及びこれらの両極間に設けられた発光層を有するものであって、本発明の組成物を用いて湿式成膜法により形成された層を有することを特徴とする。該湿式成膜法により形成された層は、該発光層であることが好ましい。
図1は本発明の有機電界発光素子に好適な構造例を示す断面の模式図であり、図1において、符号1は基板、符号2は陽極、符号3は正孔注入層、符号4は正孔輸送層、符号5は発光層、符号6は正孔阻止層、符号7は電子輸送層、符号8は電子注入層、符号9は陰極を各々表す。
[1]基板
基板1は有機電界発光素子の支持体となるものであり、石英やガラスの板、金属板や金属箔、プラスチックフィルムやシートなどが用いられる。特にガラス板や、ポリエステル、ポリメタクリレート、ポリカーボネート、ポリスルホンなどの透明な合成樹脂の板が好ましい。合成樹脂基板を使用する場合にはガスバリア性に留意する必要がある。基板のガスバリア性が小さすぎると、基板を通過した外気により有機電界発光素子が劣化することがあるので好ましくない。このため、合成樹脂基板の少なくとも片面に緻密なシリコン酸化膜等を設けてガスバリア性を確保する方法も好ましい方法の一つである。
[2]陽極
基板1上には陽極2が設けられる。陽極2は発光層側の層(正孔注入層3、正孔輸送層4又は発光層5など)への正孔注入の役割を果たすものである。
この陽極2は、通常、アルミニウム、金、銀、ニッケル、パラジウム、白金等の金属、インジウム及び/又はスズの酸化物などの金属酸化物、ヨウ化銅などのハロゲン化金属、カーボンブラック、或いは、ポリ(3−メチルチオフェン)、ポリピロール、ポリアニリン等の導電性高分子などにより構成される。
陽極2の形成は通常、スパッタリング法、真空蒸着法などにより行われることが多い。また、銀などの金属微粒子、ヨウ化銅などの微粒子、カーボンブラック、導電性の金属酸化物微粒子、導電性高分子微粉末などを用いて陽極を形成する場合には、適当なバインダー樹脂溶液に分散させて、基板1上に塗布することにより陽極2を形成することもできる。さらに、導電性高分子の場合は、電解重合により直接基板1上に薄膜を形成したり、基板1上に導電性高分子を塗布して陽極2を形成することもできる(Appl.Phys.Lett.,60巻,2711頁,1992年)。
陽極2は通常は単層構造であるが、所望により複数の材料からなる積層構造とすることも可能である。
陽極2の厚みは、必要とする透明性により異なる。透明性が必要とされる場合は、可視光の透過率を、通常60%以上、好ましくは80%以上とすることが望ましい。この場合、陽極の厚みは通常5nm以上、好ましくは10nm以上であり、また通常1000nm以下、好ましくは500nm以下程度である。不透明でよい場合は陽極2の厚みは任意であり、陽極2は基板1と同一でもよい。また、さらには上記の陽極2の上に異なる導電材料を積層することも可能である。
陽極に付着した不純物を除去し、イオン化ポテンシャルを調整して正孔注入性を向上させることを目的に、陽極表面を紫外線(UV)/オゾン処理したり、酸素プラズマ、アルゴンプラズマ処理したりすることが好ましい。
[3]正孔注入層
正孔注入層3は、陽極2から発光層5へ正孔を輸送する層であり、通常、陽極2上に形成される。本発明に係る正孔注入層3の形成方法は真空蒸着法でも、湿式成膜法でもよく、特に制限はないが、ダークスポット低減の観点から正孔注入層3を湿式成膜法により形成することが好ましい。正孔注入層3の膜厚は、通常5nm以上、好ましくは10nm以上、また、通常1000nm以下、好ましくは500nm以下の範囲である。
<湿式成膜法による正孔注入層の形成>
湿式成膜により正孔注入層3を形成する場合、通常は、正孔注入層3を構成する材料を適切な溶剤(正孔注入層用溶剤)と混合して成膜用の組成物(正孔注入層形成用組成物)を調製し、この正孔注入層形成用組成物を適切な手法により、正孔注入層3の下層に該当する層(通常は、陽極)上に塗布して成膜し、乾燥することにより正孔注入層3を形成する。
(正孔輸送性化合物)
正孔注入層形成用組成物は通常、正孔注入層の構成材料として正孔輸送性化合物及び溶剤を含有する。正孔輸送性化合物は、通常、有機電界発光素子の正孔注入層に使用される、正孔輸送性を有する化合物であれば、重合体などの高分子化合物であっても、単量体などの低分子化合物であってもよいが、高分子化合物であることが好ましい。
正孔輸送性化合物としては、陽極2から正孔注入層3への電荷注入障壁の観点から4.5eV〜6.0eVのイオン化ポテンシャルを有する化合物が好ましい。正孔輸送性化合物の例としては、芳香族アミン誘導体、フタロシアニン誘導体、ポルフィリン誘導体、オリゴチオフェン誘導体、ポリチオフェン誘導体、ベンジルフェニル誘導体、フルオレン基で3級アミンを連結した化合物、ヒドラゾン誘導体、シラザン誘導体、シラナミン誘導体、ホスファミン誘導体、キナクリドン誘導体、ポリアニリン誘導体、ポリピロール誘導体、ポリフェニレンビニレン誘導体、ポリチエニレンビニレン誘導体、ポリキノリン誘導体、ポリキノキサリン誘導体、カーボン等が挙げられる。
尚、本発明において誘導体とは、例えば、芳香族アミン誘導体を例にするならば、芳香族アミンそのもの及び芳香族アミンを主骨格とする化合物を含むものであり、重合体であっても、単量体であってもよい。
正孔注入層3の材料として用いられる正孔輸送性化合物は、このような化合物のうち何れか1種を単独で含有していてもよく、2種以上を含有していてもよい。2種以上の正孔輸送性化合物を含有する場合、その組み合わせは任意であるが、芳香族三級アミン高分子化合物1種又は2種以上と、その他の正孔輸送性化合物1種又は2種以上とを併用することが好ましい。
上記例示した中でも非晶質性、可視光の透過率の点から、芳香族アミン化合物が好ましく、特に芳香族三級アミン化合物が好ましい。ここで、芳香族三級アミン化合物とは、芳香族三級アミン構造を有する化合物であって、芳香族三級アミン由来の基を有する化合物も含む。
芳香族三級アミン化合物の種類は特に制限されないが、表面平滑化効果による均一な発光の点から、重量平均分子量が1000以上、1000000以下の高分子化合物(繰り返し単位が連なる重合型化合物)がさらに好ましい。芳香族三級アミン高分子化合物の好ましい例として、下記式(IV)で表される繰り返し単位を有する高分子化合物が挙げられる。
Figure 2012096263
(式(IV)中、Ar51及びAr52は、各々独立して、置換基を有していてもよい芳香族炭化水素基又は置換基を有していてもよい芳香族複素環基を表す。Ar53〜Ar55は、各々独立して、置換基を有していてもよい芳香族炭化水素基又は置換基を有していてもよい芳香族複素環基を表す。Yは、下記の連結基群の中から選ばれる連結基を表す。また、Ar51〜Ar55のうち、同一のN原子に結合する二つの基は互いに結合して環を形成してもよい。)
(連結基群)
Figure 2012096263
(上記各式中、Ar56〜Ar66は、各々独立して、置換基を有していてもよい芳香族炭化水素基又は置換基を有していてもよい芳香族複素環基を表す。R111及びR112は、各々独立して、水素原子又は任意の置換基を表す。)
Ar51〜Ar66の芳香族炭化水素基及び芳香族複素環基としては、高分子化合物の溶解性、耐熱性、正孔注入・輸送性の点から、2個の遊離原子価を有する、ベンゼン環、ナフタレン環、フェナントレン環、チオフェン環、ピリジン環が好ましく、さらに好ましくは、2個の遊離原子価を有する、ベンゼン環、ナフタレン環である。
Ar51〜Ar66の芳香族炭化水素基及び芳香族複素環基は、さらに置換基を有していてもよい。置換基の分子量としては、通常400以下、中でも250以下程度が好ましい。置換基としては、アルキル基、アルケニル基、アルコキシ基、芳香族炭化水素基、芳香族複素環基などが好ましい。
111及びR112が任意の置換基である場合、該置換基としては、アルキル基、アルケニル基、アルコキシ基、シリル基、シロキシ基、芳香族炭化水素基、芳香族複素環基などが挙げられる。
また、正孔輸送性化合物としては、ポリチオフェンの誘導体である3,4-ethylenedioxythiophene(3,4−エチレンジオキシチオフェン)を高分子量ポリスチレンスルホン酸中で重合してなる導電性ポリマー(PEDOT/PSS)もまた好ましい。また、このポリマーの末端をメタクリレート等でキャップしたものであってもよい。
さらに、正孔輸送性化合物としては、後述の「正孔輸送層」の項に記載の不溶化基を有する化合物を用いてもよい。不溶化基を有する化合物を用いる場合、成膜方法なども同様である。
正孔注入層形成用組成物中の、正孔輸送性化合物の濃度は本発明の効果を著しく損なわない限り任意であるが、膜厚の均一性の点で通常0.01重量%以上、好ましくは0.1重量%以上、さらに好ましくは0.5重量%以上、また、通常70重量%以下、好ましくは60重量%以下、さらに好ましくは50重量%以下である。この濃度が大きすぎると膜厚ムラが生じる可能性があり、また、小さすぎると成膜された正孔注入層に欠陥が生じる可能性がある。
(電子受容性化合物)
正孔注入層形成用組成物は正孔注入層の構成材料として、電子受容性化合物を含有していることが好ましい。
電子受容性化合物とは、酸化力を有し、上述の正孔輸送性化合物から一電子受容する能力を有する化合物が好ましく、具体的には、電子親和力が4eV以上である化合物が好ましく、5eV以上である化合物がさらに好ましい。
このような電子受容性化合物としては、例えば、トリアリールホウ素化合物、ハロゲン化金属、ルイス酸、有機酸、オニウム塩、アリールアミンとハロゲン化金属との塩、アリールアミンとルイス酸との塩よりなる群から選ばれる1種又は2種以上の化合物等が挙げられる。さらに具体的には、塩化鉄(III)(日本国特開平11−251067号公報)、ペルオキソ二硫酸アンモニウム等の高原子価の無機化合物;テトラシアノエチレン等のシアノ化合物、トリス(ペンタフルオロフェニル)ボラン(日本国特開2003−31365号公報)等の芳香族ホウ素化合物;有機基の置換したオニウム塩(国際公開第2005/089024号);フラーレン誘導体;ヨウ素;ポリスチレンスルホン酸イオン、アルキルベンゼンスルホン酸イオン、ショウノウスルホン酸イオン等のスルホン酸イオン等が挙げられる。
これらの電子受容性化合物は、正孔輸送性化合物を酸化することにより正孔注入層の導電率を向上させることができる。
正孔注入層或いは正孔注入層形成用組成物中の電子受容性化合物の正孔輸送性化合物に対する含有量は、通常0.1モル%以上、好ましくは1モル%以上である。但し、通常100モル%以下、好ましくは40モル%以下である。
(溶剤)
湿式成膜法に用いる正孔注入層形成用組成物の溶剤のうち少なくとも1種は、上述の正孔注入層の構成材料を溶解しうる化合物であることが好ましい。また、この溶剤の沸点は通常110℃以上、好ましくは140℃以上、中でも200℃以上、通常400℃以下、中でも300℃以下であることが好ましい。溶剤の沸点が低すぎると、乾燥速度が速すぎ、膜質が悪化する可能性がある。また、溶剤の沸点が高すぎると乾燥工程の温度を高くする必要があり、他の層や基板に悪影響を与える可能性がある。
溶剤として例えば、エーテル系溶剤、エステル系溶剤、芳香族炭化水素系溶剤、アミド系溶剤などが挙げられる。
エーテル系溶剤としては、例えば、エチレングリコールジメチルエーテル、エチレングリコールジエチルエーテル、プロピレングリコール−1−モノメチルエーテルアセタート(PGMEA)等の脂肪族エーテル;1,2−ジメトキシベンゼン、1,3−ジメトキシベンゼン、アニソール、フェネトール、2−メトキシトルエン、3−メトキシトルエン、4−メトキシトルエン、2,3−ジメチルアニソール、2,4−ジメチルアニソール等の芳香族エーテル、等が挙げられる。
エステル系溶剤としては、例えば、酢酸フェニル、プロピオン酸フェニル、安息香酸メチル、安息香酸エチル、安息香酸プロピル、安息香酸n−ブチル等の芳香族エステル、等が挙げられる。
芳香族炭化水素系溶剤としては、例えば、トルエン、キシレン、シクロヘキシルベンゼン、3−イロプロピルビフェニル、1,2,3,4−テトラメチルベンゼン、1,4−ジイソプロピルベンゼン、シクロヘキシルベンゼン、メチルナフタレン等が挙げられる。アミド系溶剤としては、例えば、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、等が挙げられる。
その他、ジメチルスルホキシド等も用いることができる。これらの溶剤は1種のみを用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で用いてもよい。
(成膜方法)
正孔注入層形成用組成物を調製後、この組成物を湿式成膜により、正孔注入層3の下層に該当する層(通常は、陽極2)上に塗布成膜し、乾燥することにより正孔注入層3を形成する。
塗布工程における温度は、組成物中に結晶が生じることによる膜の欠損を防ぐため、10℃以上が好ましく、50℃以下が好ましい。
塗布工程における相対湿度は、本発明の効果を著しく損なわない限り限定されないが、通常0.01ppm以上、通常80%以下である。
塗布後、通常加熱等により正孔注入層形成用組成物の膜を乾燥させる。加熱工程において使用する加熱手段の例を挙げると、クリーンオーブン、ホットプレートなどが挙げられる。
加熱工程における加熱温度は、本発明の効果を著しく損なわない限り、正孔注入層形成用組成物に用いた溶剤の沸点以上の温度で加熱することが好ましい。また、正孔注入層に用いた溶剤が2種類以上含まれている混合溶剤の場合、少なくとも1種類がその溶剤の沸点以上の温度で加熱されるのが好ましい。溶剤の沸点上昇を考慮すると、加熱工程においては、好ましくは120℃以上、好ましくは410℃以下で加熱することが好ましい。
加熱工程において、加熱温度が正孔注入層形成用組成物の溶剤の沸点以上であり、かつ塗布膜の十分な不溶化が起こらなければ、加熱時間は限定されないが、好ましくは10秒以上で、通常180分以下である。加熱時間が長すぎると他の層の成分が拡散する傾向があり、短すぎると正孔注入層が不均質になる傾向がある。加熱は2回に分けて行ってもよい。
<真空蒸着法による正孔注入層の形成>
真空蒸着により正孔注入層3を形成する場合には、正孔注入層3の構成材料(前述の正孔輸送性化合物、電子受容性化合物等)の1種又は2種以上を真空容器内に設置されたるつぼに入れ(2種以上の材料を用いる場合は各々のるつぼに入れ)、真空容器内を適当な真空ポンプで10−4Pa程度まで排気した後、るつぼを加熱して(2種以上の材料を用いる場合は各々のるつぼを加熱して)、蒸発量を制御して蒸発させ(2種以上の材料を用いる場合は各々独立に蒸発量を制御して蒸発させ)、るつぼと向き合って置かれた基板の陽極2上に正孔注入層3を形成させる。なお、2種以上の材料を用いる場合は、それらの混合物をるつぼに入れ、加熱、蒸発させて正孔注入層3を形成することもできる。
蒸着時の真空度は、本発明の効果を著しく損なわない限り限定されないが、通常0.1×10−6Torr(0.13×10−4Pa)以上、通常9.0×10−6Torr(12.0×10−4Pa)以下である。蒸着速度は、本発明の効果を著しく損なわない限り限定されないが、通常0.1Å/秒以上、通常5.0Å/秒以下である。
[4]正孔輸送層
正孔輸送層4は、正孔注入層がある場合には正孔注入層3の上に、正孔注入層3が無い場合には陽極2の上に形成することができる。また、本発明の有機電界発光素子は、正孔輸送層を省いた構成であってもよい。
正孔輸送層4の形成方法は真空蒸着法でも、湿式成膜法でもよく、特に制限はないが、ダークスポット低減の観点から正孔輸送層4を湿式成膜法により形成することが好ましい。
正孔輸送層4を形成する材料としては、正孔輸送性が高く、かつ、注入された正孔を効率よく輸送することができる材料であることが好ましい。そのために、イオン化ポテンシャルが小さく、可視光の光に対して透明性が高く、正孔移動度が大きく、安定性に優れ、トラップとなる不純物が製造時や使用時に発生しにくいことが好ましい。また、多くの場合、発光層5に接するため、発光層5からの発光を消光したり、発光層5との間でエキサイプレックスを形成して効率を低下させたりしないことが好ましい。
このような正孔輸送層4の材料としては、従来、正孔輸送層の構成材料として用いられている材料であればよく、例えば、前述の正孔注入層3に使用される正孔輸送性化合物として例示したものが挙げられる。また、アリールアミン誘導体、フルオレン誘導体、スピロ誘導体、カルバゾール誘導体、ピリジン誘導体、ピラジン誘導体、ピリミジン誘導体、トリアジン誘導体、キノリン誘導体、フェナントロリン誘導体、フタロシアニン誘導体、ポルフィリン誘導体、シロール誘導体、オリゴチオフェン誘導体、縮合多環芳香族誘導体、金属錯体などが挙げられる。
また、例えば、ポリビニルカルバゾール誘導体、ポリアリールアミン誘導体、ポリビニルトリフェニルアミン誘導体、ポリフルオレン誘導体、ポリアリーレン誘導体、テトラフェニルベンジジンを含有するポリアリーレンエーテルサルホン誘導体、ポリアリーレンビニレン誘導体、ポリシロキサン誘導体、ポリチオフェン誘導体、ポリ(p−フェニレンビニレン)誘導体等が挙げられる。これらは、交互共重合体、ランダム重合体、ブロック重合体又はグラフト共重合体のいずれであってもよい。また、主鎖に枝分かれがあり末端部が3つ以上ある高分子や、所謂デンドリマーであってもよい。
中でも、ポリアリールアミン誘導体やポリアリーレン誘導体が好ましい。
ポリアリールアミン誘導体としては、下記式(V)で表される繰り返し単位を含む重合体であることが好ましい。特に、下記式(V)で表される繰り返し単位からなる重合体であることが好ましく、この場合、繰り返し単位それぞれにおいて、Ar又はArが異なっているものであってもよい。
Figure 2012096263
(式(V)中、Ar及びArは、各々独立して、置換基を有していてもよい、芳香族炭化水素基又は芳香族複素環基を表す。)
置換基を有していてもよい芳香族炭化水素基としては、例えば、1個または2個の遊離原子価を有する、ベンゼン環、ナフタレン環、アントラセン環、フェナントレン環、ペリレン環、テトラセン環、ピレン環、ベンズピレン環、クリセン環、トリフェニレン環、アセナフテン環、フルオランテン環、フルオレン環などの、1個または2個の遊離原子価を有する、6員環の単環又は2〜5縮合環及びこれらの環が2環以上直接結合で連結してなる基が挙げられる。
置換基を有していてもよい芳香族複素環基としては、例えば1個または2個の遊離原子価を有する、フラン環、ベンゾフラン環、チオフェン環、ベンゾチオフェン環、ピロール環、ピラゾール環、イミダゾール環、オキサジアゾール環、インドール環、カルバゾール環、ピロロイミダゾール環、ピロロピラゾール環、ピロロピロール環、チエノピロール環、チエノチオフェン環、フロピロール環、フロフラン環、チエノフラン環、ベンゾイソオキサゾール環、ベンゾイソチアゾール環、ベンゾイミダゾール環、ピリジン環、ピラジン環、ピリダジン環、ピリミジン環、トリアジン環、キノリン環、イソキノリン環、シノリン環、キノキサリン環、フェナントリジン環、ベンゾイミダゾール環、ペリミジン環、キナゾリン環、キナゾリノン環、アズレン環などの、1個または2個の遊離原子価を有する、5又は6員環の単環又は2〜4縮合環及びこれらの環が2環以上直接結合で連結してなる基が挙げられる。
有機溶媒に対して溶解性、耐熱性の点から、Ar及びArは、各々独立に、1個または2個の遊離原子価を有する、ベンゼン環、ナフタレン環、アントラセン環、フェナントレン環、トリフェニレン環、ピレン環、チオフェン環、ピリジン環、フルオレン環からなる群より選ばれる環やベンゼン環が2環以上連結してなる基(例えば、ビフェニル基(ビフェニレン基)やターフェニル基(ターフェニレン基))が好ましい。
中でも、1個または2個の遊離原子価を有する、ベンゼン、ビフェニル及びフルオレンが好ましい。
Ar及びArにおける芳香族炭化水素基及び芳香族複素環基が有していてもよい置換基としては、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アルコキシ基、アリールオキシ基、アルコキシカルボニル基、ジアルキルアミノ基、ジアリールアミノ基、アシル基、ハロゲン原子、ハロアルキル基、アルキルチオ基、アリールチオ基、シリル基、シロキシ基、シアノ基、芳香族炭化水素環基、芳香族複素環基などが挙げられる。
ポリアリーレン誘導体としては、前記式(V)におけるArやArとして例示した置換基を有していてもよい、芳香族炭化水素基又は芳香族複素環基などのアリーレン基をその繰り返し単位に有する重合体が挙げられる。ポリアリーレン誘導体としては、下記式(VI)及び/又は下記式(VII)からなる繰り返し単位を有する重合体が好ましい。
Figure 2012096263
(式(VI)中、Ra、Rb、R及びRは、各々独立に、アルキル基、アルコキシ基、フェニルアルキル基、フェニルアルコキシ基、フェニル基、フェノキシ基、アルキルフェニル基、アルコキシフェニル基、アルキルカルボニル基、アルコキシカルボニル基、又はカルボキシ基を表す。v及びwは、各々独立に、0〜3の整数を表す。v又はwが2以上の場合、一分子中に含まれる複数のRa又はRbは同一であっても異なっていてもよく、隣接するRa又はRb同士で環を形成していてもよい。)
Figure 2012096263
(式(VII)中、R及びRは、各々独立に、上記式(VI)におけるRa、Rb、R又はRと同義である。x及びyは、各々独立に、0〜3の整数を表す。x又はyが2以上の場合、一分子中に含まれる複数のR及びRは同一であっても異なっていてもよく、隣接するR又はR同士で環を形成していてもよい。Zは、5員環又は6員環を構成する原子又は原子群を表す。)
Zの具体例としては、―O―、―BR―、―NR―、―SiR―、―PR―、―SR―、―CR―又はこれらが結合してなる基などが挙げられる。尚、Rは、水素原子又は任意の有機基を表す。本発明における有機基とは、少なくとも一つの炭素原子を含む基である。
また、ポリアリーレン誘導体としては、前記式(VI)及び/又は前記式(VII)からなる繰り返し単位に加えて、さらに下記式(VIII)で表される繰り返し単位を有することが好ましい。
Figure 2012096263
(式(VIII)中、Ar〜Arは、各々独立に、置換基を有していてもよい、芳香族炭化水素基又は芳香族複素環基を表す。γ及びδは、各々独立に0又は1を表す。)
Ar〜Arの具体例としては、前記式(V)における、Ar及びArと同様である。
上記式(VI)〜(VIII)の具体例及びポリアリーレン誘導体の具体例等は、日本国特開2008−98619号公報に記載のものなどが挙げられる。
湿式成膜法で正孔輸送層4を形成する場合は、上記正孔注入層3の形成と同様にして、正孔輸送層形成用組成物を調製した後、湿式成膜後、加熱乾燥させる。
正孔輸送層形成用組成物には、上述の正孔輸送性化合物の他、溶剤を含有する。用いる溶剤は上記正孔注入層形成用組成物に用いたものと同様である。また、成膜条件、加熱乾燥条件等も正孔注入層3の形成の場合と同様である。真空蒸着法により正孔輸送層を形成する場合もまた、その成膜条件等は上記正孔注入層3の形成の場合と同様である。正孔輸送層4は、上記正孔輸送性化合物の他、各種の発光材料、電子輸送性化合物、バインダー樹脂、塗布性改良剤などを含有していてもよい。
正孔輸送層4はまた、不溶化基を有する化合物(以下、「不溶化性化合物」と称する)を不溶化して形成される層が耐熱性、あるいは成膜性の観点から好ましい。不溶化性化合物は、不溶化基を有する化合物であって、不溶化することにより不溶化ポリマーを形成する。
不溶化基とは、熱及び/又は活性エネルギー線の照射により反応する基であり、反応後は反応前に比べて有機溶媒や水への溶解性を低下させる効果を有する基である。本発明においては、不溶化基は、脱離基又は架橋性基であることが好ましい。
脱離基とは、結合している芳香族炭化水素環から70℃以上で解離し、さらに溶媒に対して可溶性を示す基をいう。ここで、溶媒に対して可溶性を示すとは、化合物が熱及び/又は活性エネルギー線の照射によって反応する前の状態で、常温でトルエンに0.1重量%以上溶解することをいい、化合物のトルエンへの溶解性は、好ましくは0.5重量%以上、より好ましくは1重量%以上である。
この脱離基として好ましくは、芳香族炭化水素環側に極性基を形成せずに熱解離する基であり、逆ディールスアルダー反応により熱解離する基であることがより好ましい。またさらに、100℃以上で熱解離する基であることが好ましく、300℃以下で熱解離する基であることが好ましい。
また、架橋性基の例を挙げると、オキセタン、エポキシなどの環状エーテル由来の基;ビニル基、トリフルオロビニル基、スチリル基、アクリル基、メタクリロイル、シンナモイル等の不飽和二重結合由来の基;ベンゾシクロブタン由来の基などが挙げられる。
不溶化性化合物は、モノマー、オリゴマー、ポリマーのいずれであってもよい。不溶化性化合物は1種のみを有していてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で有していてもよい。
不溶化性化合物としては、架橋性基を有する正孔輸送性化合物を用いることが好ましい。正孔輸送性化合物の例を挙げると、ピリジン誘導体、ピラジン誘導体、ピリミジン誘導体、トリアジン誘導体、キノリン誘導体、フェナントロリン誘導体、カルバゾール誘導体、フタロシアニン誘導体、ポルフィリン誘導体等の含窒素芳香族化合物誘導体;トリフェニルアミン誘導体;シロール誘導体;オリゴチオフェン誘導体、縮合多環芳香族誘導体、金属錯体などが挙げられる。その中でも、ピリジン誘導体、ピラジン誘導体、ピリミジン誘導体、トリアジン誘導体、キノリン誘導体、フェナントロリン誘導体、カルバゾール誘導体等の含窒素芳香族誘導体;トリフェニルアミン誘導体、シロール誘導体、縮合多環芳香族誘導体、金属錯体などが好ましく、特に、トリフェニルアミン誘導体がより好ましい。
不溶化性化合物を不溶化して正孔輸送層4を形成するには、通常、不溶化性化合物を溶媒に溶解又は分散した正孔輸送層形成用組成物を調製して、湿式成膜により成膜して不溶化させる。
正孔輸送層形成用組成物には、さらに、レベリング剤、消泡剤等の塗布性改良剤;電子受容性化合物;バインダー樹脂などを含有していてもよい。
正孔輸送層形成用組成物は、不溶化性化合物を通常0.01重量%以上、好ましくは0.05重量%以上、さらに好ましくは0.1重量%以上、通常50重量%以下、好ましくは20重量%以下、さらに好ましくは10重量%以下含有する。
このような濃度で不溶化性化合物を含む正孔輸送層形成用組成物を下層(通常は正孔注入層3)上に成膜後、加熱及び/又は光などの活性エネルギー照射により、不溶化性化合物を不溶化させる。
成膜時の温度、湿度などの条件は、前記正孔注入層3の湿式成膜時と同様である。成膜後の加熱の手法は特に限定されない。加熱温度条件としては、通常120℃以上、好ましくは400℃以下である。加熱時間としては、通常1分以上、好ましくは24時間以下である。加熱手段としては特に限定されないが、成膜された層を有する積層体をホットプレート上に載せたり、オーブン内で加熱するなどの手段が用いられる。例えば、ホットプレート上で120℃以上、1分間以上加熱する等の条件を用いることができる。
光などの電磁エネルギー照射による場合には、超高圧水銀ランプ、高圧水銀ランプ等を用いて照射する方法、あるいは前述の光源を内蔵するマスクアライナ、コンベア型光照射装置を用いて照射する方法などが挙げられる。
このようにして形成される正孔輸送層4の膜厚は、通常5nm以上、好ましくは10nm以上であり、また通常300nm以下、好ましくは100nm以下である。
[5]発光層
正孔輸送層4の上には通常、発光層5が設けられる。発光層5は、電界を与えられた電極間において、陽極2から正孔注入層3を通じて注入された正孔と、陰極9から電子輸送層7を通じて注入された電子との再結合により励起された、主たる発光源となる層である。発光層5は発光材料(ドーパント)と1種又は2種以上のホスト材料を含むことが好ましく、発光層5は本発明の化合物群αを含むことがさらに好ましい。発光層5は、真空蒸着法で形成してもよいが、本発明の有機電界発光素子用組成物を用い、湿式成膜法によって作製された層であることが特に好ましい。
ここで、湿式成膜法とは、前述の如く、溶剤を含む組成物を、スピンコート法、ディップコート法、ダイコート法、バーコート法、ブレードコート法、ロールコート法、スプレーコート法、キャピラリーコート法、インクジェット法、スクリーン印刷法、グラビア印刷法、フレキソ印刷法等湿式で成膜される方法をいう。
なお、発光層5は、本発明の性能を損なわない範囲で、他の材料、成分を含んでいてもよい。一般に有機電界発光素子において、同じ材料を用いた場合、電極間の膜厚が薄い方が、実効電界が大きくなる為、注入される電流が多くなるので、駆動電圧は低下する。その為、電極間の総膜厚は薄い方が、有機電界発光素子の駆動電圧は低下するが、あまりに薄いと、ITO等の電極に起因する突起により短絡が発生する為、ある程度の膜厚が必要となる。
本発明においては、発光層5以外に、正孔注入層3及び後述の電子輸送層7等の有機層を有する場合、発光層5と正孔注入層3や電子輸送層7等の他の有機層とを合わせた総膜厚は通常30nm以上、好ましくは50nm以上であり、さらに好ましくは100nm以上で、通常1000nm以下、好ましくは500nm以下であり、さらに好ましくは300nm以下である。また、発光層5以外の正孔注入層3や後述の電子注入層8の導電性が高い場合、発光層5に注入される電荷量が増加する為、例えば正孔注入層3の膜厚を厚くして発光層5の膜厚を薄くし、総膜厚をある程度の膜厚を維持したまま駆動電圧を下げることも可能である。
よって、発光層5の膜厚は、通常10nm以上、好ましくは20nm以上で、通常300nm以下、好ましくは200nm以下である。なお、本発明の素子が、陽極及び陰極の両極間に、発光層5のみを有する場合の発光層5の膜厚は、通常30nm以上、好ましくは50nm以上、通常500nm以下、好ましくは300nm以下である。
[6]正孔阻止層
正孔阻止層6は、発光層5の上に、発光層5の陰極側の界面に接するように積層形成される。特に、発光物質として燐光材料を用いたり、青色発光材料を用いたりする場合、正孔阻止層6を設けることは効果的である。正孔阻止層6は正孔と電子を発光層5内に閉じこめて、発光効率を向上させる機能を有する。即ち、正孔阻止層6は、発光層5から移動してくる正孔が電子輸送層7に到達するのを阻止することで、発光層5内で電子との再結合確率を増やし、生成した励起子を発光層5内に閉じこめる役割と、電子輸送層7から注入された電子を効率よく発光層5の方向に輸送する役割がある。
正孔阻止層6を構成する材料に求められる物性としては、電子移動度が高く正孔移動度が低いこと、エネルギーギャップ(HOMO、LUMOの差)が大きいこと、励起三重項準位(T1)が高いことが挙げられる。
このような条件を満たす正孔阻止層材料としては、ビス(2−メチル−8−キノリノラト)(フェノラト)アルミニウム、ビス(2−メチル−8−キノリノラト)(トリフェニルシラノラト)アルミニウム等の混合配位子錯体、ビス(2−メチル−8−キノラト)アルミニウム−μ−オキソ−ビス−(2−メチル−8−キノリラト)アルミニウム二核金属錯体等の金属錯体、ジスチリルビフェニル誘導体等のスチリル化合物(日本国特開平11−242996号公報)、3−(4−ビフェニルイル)−4−フェニル−5(4−tert−ブチルフェニル)−1,2,4−トリアゾール等のトリアゾール誘導体(日本国特開平7−41759号公報)、バソクプロイン等のフェナントロリン誘導体(日本国特開平10−79297号公報)が挙げられる。
さらに、国際公開第2005/022962号に記載の2,4,6位が置換されたピリジン環を少なくとも1個有する化合物も正孔阻止材料として好ましい。正孔阻止層6の膜厚は、通常0.3nm以上、好ましくは0.5nm以上で、通常100nm以下、好ましくは50nm以下である。正孔阻止層6も正孔注入層3と同様の方法で形成することができるが、通常は真空蒸着法が用いられる。
[7]電子輸送層
電子輸送層7は素子の発光効率をさらに向上させることを目的として、正孔注入層6と電子注入層8との間に設けられる。電子輸送層7は、電界を与えられた電極間において陰極9から注入された電子を効率よく発光層5の方向に輸送することができる化合物より形成される。電子輸送層7に用いられる電子輸送性化合物としては、陰極9又は電子注入層8からの電子注入効率が高く、かつ、高い電子移動度を有し注入された電子を効率よく輸送することができる化合物であることが必要である。
このような条件を満たす材料としては、8−ヒドロキシキノリンのアルミニウム錯体などの金属錯体(日本国特開昭59−194393号公報)、10−ヒドロキシベンゾ[h]キノリンの金属錯体、オキサジアゾール誘導体、ジスチリルビフェニル誘導体、シロール誘導体、3−又は5−ヒドロキシフラボン金属錯体、ベンズオキサゾール金属錯体、ベンゾチアゾール金属錯体、トリスベンズイミダゾリルベンゼン(米国特許第5,645,948号明細書)、キノキサリン化合物(日本国特開平6−207169号公報)、フェナントロリン誘導体(日本国特開平5−331459号公報)、2−t−ブチル−9,10−N,N’−ジシアノアントラキノンジイミン、n型水素化非晶質炭化シリコン、n型硫化亜鉛、n型セレン化亜鉛などが挙げられる。
電子輸送層7の膜厚は、通常下限は1nm、好ましくは5nm程度であり、上限は通常300nm、好ましくは100nm程度である。
電子輸送層7は、正孔注入層3と同様にして湿式成膜法、或いは真空蒸着法により形成されるが、通常は、真空蒸着法が用いられる。
[8]電子注入層
電子注入層8は陰極9から注入された電子を効率よく発光層5へ注入する役割を果たす。電子注入を効率よく行うには、電子注入層8を形成する材料は、仕事関数の低い金属が好ましく、ナトリウムやセシウム等のアルカリ金属、バリウムやカルシウムなどのアルカリ土類金属が用いられる。電子注入層8の膜厚は0.1〜5nmが好ましい。
また、陰極9と電子輸送層7との界面にLiF、MgF、LiO、CsCO等の極薄絶縁膜(0.1〜5nm)を挿入することも、素子の効率を向上させる有効な方法である(Appl.Phys.Lett.,70巻,152頁,1997年;日本国特開平10−74586号公報;IEEETrans.Electron.Devices,44巻,1245頁,1997年;SID 04 Digest,154頁)。
さらに、バソフェナントロリン等の含窒素複素環化合物や8−ヒドロキシキノリンのアルミニウム錯体などの金属錯体に代表される有機電子輸送材料に、ナトリウム、カリウム、セシウム、リチウム、ルビジウム等のアルカリ金属をドープする(日本国特開平10−270171号公報、日本国特開2002−100478号公報、日本国特開2002−100482号公報などに記載)ことにより、電子注入・輸送性が向上し優れた膜質を両立させることが可能となるため好ましい。この場合の膜厚は通常5nm以上、好ましくは10nm以上で、通常200nm以下、好ましくは100nm以下である。
電子注入層8は、発光層5と同様にして湿式成膜法、或いは真空蒸着法により形成される。真空蒸着法の場合には、真空容器内に設置されたるつぼ又は金属ボートに蒸着源を入れ、真空容器内を適当な真空ポンプで10−4Pa程度にまで排気した後、るつぼ又は金属ボートを加熱して蒸発させ、るつぼ又は金属ボートと向き合って置かれた基板上に電子注入層を形成する。
アルカリ金属の蒸着は、クロム酸アルカリ金属と還元剤をニクロムに充填したアルカリ金属ディスペンサーを用いて行う。このディスペンサーを真空容器内で加熱することにより、クロム酸アルカリ金属が還元されてアルカリ金属が蒸発される。有機電子輸送材料とアルカリ金属とを共蒸着する場合は、有機電子輸送材料を真空容器内に設置されたるつぼに入れ、真空容器内を適当な真空ポンプで10−4Pa程度にまで排気した後、各々のるつぼ及びディスペンサーを同時に加熱して蒸発させ、るつぼ及びディスペンサーと向き合って置かれた基板上に電子注入層を形成する。
このとき、電子注入層8の膜厚方向において均一に共蒸着されるが、膜厚方向において濃度分布があっても構わない。
[9]陰極
陰極9は、発光層側の層(電子注入層8又は発光層5など)に電子を注入する役割を果たす。陰極9として用いられる材料は、前記陽極2に使用される材料を用いることも可能であるが、効率よく電子注入を行うには、仕事関数の低い金属が好ましく、スズ、マグネシウム、インジウム、カルシウム、アルミニウム、銀等の適当な金属又はそれらの合金が用いられる。具体例としては、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−リチウム合金等の低仕事関数合金電極が挙げられる。
陰極9の膜厚は通常、陽極2と同様である。低仕事関数金属から成る陰極を保護する目的で、この上にさらに、仕事関数が高く大気に対して安定な金属層を積層することは素子の安定性を増す。この目的のために、アルミニウム、銀、銅、ニッケル、クロム、金、白金等の金属が使われる。
[10]その他の構成層
以上、図1に示す層構成の素子を中心に説明してきたが、本発明の有機電界発光素子における陽極2及び陰極9と発光層5との間には、その性能を損なわない限り、上記説明にある層の他にも、任意の層を有していてもよく、また発光層5以外の任意の層を省略してもよい。
正孔阻止層8と同様の目的で、正孔輸送層4と発光層5の間に電子阻止層を設けることも効果的である。電子阻止層は、発光層5から移動してくる電子が正孔輸送層4に到達するのを阻止することで、発光層5内で正孔との再結合確率を増やし、生成した励起子を発光層5内に閉じこめる役割と、正孔輸送層4から注入された正孔を効率よく発光層5の方向に輸送する役割がある。
電子阻止層に求められる特性としては、正孔輸送性が高く、エネルギーギャップ(HOMO、LUMOの差)が大きいこと、励起三重項準位(T1)が高いことが挙げられる。また、発光層5を湿式成膜法で形成する場合、電子阻止層も湿式成膜法で形成することが、素子製造が容易となるため、好ましい。
このため、電子阻止層も湿式成膜適合性を有することが好ましく、このような電子阻止層に用いられる材料としては、F8−TFBに代表されるジオクチルフルオレンとトリフェニルアミンの共重合体(国際公開第2004/084260号)等が挙げられる。
なお、図1とは逆の構造、即ち、基板1上に陰極9、電子注入層8、電子輸送層7、正孔阻止層6、発光層5、正孔輸送層4、正孔注入層3、陽極2の順に積層することも可能であり、少なくとも一方が透明性の高い2枚の基板の間に本発明の有機電界発光素子を設けることも可能である。
さらには、図1に示す層構成を複数段重ねた構造(発光ユニットを複数積層させた構造)とすることも可能である。その際には段間(発光ユニット間)の界面層(陽極がITO、陰極がAlの場合はその2層)の代わりに、例えばV等を電荷発生層として用いると段間の障壁が少なくなり、発光効率・駆動電圧の観点からより好ましい。
本発明は、有機電界発光素子が、単一の素子、アレイ状に配置された構造からなる素子、陽極と陰極がX−Yマトリックス状に配置された構造のいずれにおいても適用することができる。
<表示装置及び照明装置>
本発明の表示装置及び照明装置は、上述のような本発明の有機電界発光素子を用いたものである。本発明の表示装置及び照明装置の形式や構造については特に制限はなく、本発明の有機電界発光素子を用いて常法に従って組み立てることができる。
例えば、「有機ELディスプレイ」(オーム社、平成16年8月20日発光、時任静士、安達千波矢、村田英幸著)に記載されているような方法で、本発明の表示装置および照明装置を形成することができる。
以下、実施例を示して本発明について更に具体的に説明する。ただし、本発明は以下の実施例に限定されるものではなく、本発明はその要旨を逸脱しない限り任意に変更して実施できる。
<化合物(H−A−3)の合成例>
(中間体1の合成)
Figure 2012096263
トリクロロピリミジン(9.34g,51.2mmol)、カルバゾリルフェニルボロン酸(14.7g,51.2mmol)、DME(256mL)、炭酸ナトリウム水溶液(2.0M、100mL)を順に加えた後、15分間窒素バブリングを行った。そこに、Pd(OAc)(575mg,2.56mmol)、PPh(1.34g,5.12mmol)を順に加え、オイルバスの温度をゆっくりと100℃まで加熱し、反応溶液を1時間加熱還流した。室温に戻した後、蒸留水を加え、酢酸エチルを用いて抽出を行った。有機層を飽和塩化ナトリウム水溶液にて洗浄し、硫酸マグネシウムで乾燥後、減圧下で溶媒留去した。残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフィーに処し、中間体1(4.40g、14%)を得た。
(化合物H−A−3の合成)
Figure 2012096263
中間体1(3.00g,5.02mmol)、ビフェニルボロン酸(1.20g,6.03mmol)、DME(50mL)、炭酸ナトリウム水溶液(2.0M、10mL)を順に加えた後、15分間窒素バブリングを行った。そこに、Pd(OAc)(56mg,0.25mmol)、PPh(132mg,0.50mmol)を順に加え、反応溶液を3時間加熱還流した。室温に戻した後、蒸留水を加え、塩化メチレンを用いて抽出を行った。有機層を飽和塩化ナトリウム水溶液にて洗浄し、硫酸マグネシウムで乾燥後、減圧下で溶媒留去した。残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフィーに処し、化合物H−A−3(4.20g、79%)を得た。
<化合物(H−A−15)の合成例>
(中間体2の合成)
Figure 2012096263
臭化ターフェニル(21.0g,67.9mmol)の乾燥THF(210mL)溶液を−78℃まで冷却後、n−ブチルリチウムのヘキサン溶液(1.6M、42mL)を滴下し、1時間攪拌してリチウム試薬を得た。塩化シアヌル(25.0g,136mmol)の乾燥THF(250mL)溶液に、先に調製したリチウム試薬を滴下し、3時間攪拌した。反応溶液を氷水(300mL)にあけ、1N 塩酸によりpH<4とし、塩化メチレン(100mL)で2度抽出した。有機層を飽和塩化ナトリウム水溶液(100mL)にて2度洗浄し、硫酸マグネシウムで乾燥後、減圧下で溶媒留去した。残渣をヘキサン/塩化メチレン=3/1の展開溶媒でシリカゲルカラムクロマトグラフィーに処し、中間体2(12.5g、49%)を得た。
(中間体3の合成)
Figure 2012096263
Mg片にカルバゾリルフェニルブロミド(21.0g、65.2mmol)の乾燥THF(45mL)溶液を緩やかに還流するように滴下し、1時間60℃で攪拌してグリニヤール試薬を得た。中間体2(11.9g、32.0mmol)の乾燥THF(120mL)溶液に、先に調製したグリニヤール試薬を滴下し、45℃で6時間攪拌した。反応溶液を氷水(200mL)にあけ、塩化メチレン(400mL)で抽出した。有機層を飽和塩化ナトリウム水溶液(100mL)にて2度洗浄し、硫酸マグネシウムで乾燥後、減圧下で溶媒を留去した。残渣をヘキサン/塩化メチレン=2/1の展開溶媒でシリカゲルカラムクロマトグラフィーに処し、中間体3(13.4g、73%)を得た。
(化合物H−A−15の合成)
Figure 2012096263
中間体3(21.5g,36.7mmol)とカルバゾリルフェニルボロン酸(11.4g,44.0mmol)に、窒素バブリングを行ったトルエン/エタノール混合溶液(2:1、297mL)を加え、さらにPd(PPh(1.00g,0.865mmol)、窒素バブリングを行ったリン酸三カリウム水溶液(2.0M、50mL)を順に加えた後、加熱還流させながら、6時間、撹拌を行った。室温に戻した後、吸引ろ過を行い、ろ取物を塩化メチレンに溶解し、再び吸引ろ過を行った。ろ液を減圧下で溶媒留去し、残渣をヘキサン/塩化メチレン=1/1〜1:2の展開溶媒でシリカゲルカラムクロマトグラフィーに処し、化合物H−A−15(18.6g、71%)を得た。
<化合物(H−A−36)の合成例>
Figure 2012096263
中間体3(3.00g,5.13mmol)とカルバゾリルビフェニルボロン酸(2.24g,6.16mmol)に、窒素バブリングを行ったトルエン/エタノール混合溶液(2:1、38.4mL)を加え、さらにPd(PPh(0.17g,0.15mmol)、窒素バブリングを行ったリン酸三カリウム水溶液(2.0M、6.4mL)を順に加えた後、加熱還流させながら、3時間、撹拌を行った。室温に戻した後、吸引ろ過を行い、ろ取物を塩化メチレンに溶解し、再び吸引ろ過を行った。ろ液を減圧下で溶媒留去し、残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフィーに処し、化合物H−A−36(2.41g、54%)を得た。
<化合物(H−A−43)の合成例>
Figure 2012096263
中間体3(5.40g,9.23mmol)とビフェニルボロン酸(1.9g,9.59mmol)に、トルエン/エタノール混合溶液(2:1、72mL)を加え、30分間窒素バブリングを行った。さらにPd(PPh(0.28g,0.27mmol)、窒素バブリングを行ったリン酸三カリウム水溶液(2.0M、20mL)を順に加えた後、加熱還流させながら、4時間、撹拌を行った。室温に戻した後、吸引ろ過を行い、ろ取物を塩化メチレンに溶解し、再び吸引ろ過を行った。ろ液を減圧下で溶媒留去し、残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフィーに処し、化合物H−A−43(1.8g、32%)を得た。
<化合物(H−A−27)の合成例>
(中間体4の合成)
Figure 2012096263
トリクロロピリミジン(8.00g,43.6mmol)、ビフェニルボロン酸(4.32g,21.8mmol)、DME(109mL)、炭酸ナトリウム水溶液(2.0M、32mL)を順に加えた後、20分間窒素バブリングを行った。そこに、Pd(OAc)(245mg,1.09mmol)、PPh(0.57g,2.18mmol)を順に加え、3.5時間加熱還流した。室温に戻した後、蒸留水を加え、塩化メチレンを用いて抽出を行った。有機層を飽和塩化ナトリウム水溶液にて洗浄し、硫酸マグネシウムで乾燥後、減圧下で溶媒留去した。残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフィーに処し、中間体4(4.8g、37%)を得た。
(中間体5の合成)
Figure 2012096263
中間体4(3.18g,10.6mmol)、アリールボロン酸(3.20g,8.81mmol)、DME(44mL)、炭酸ナトリウム水溶液(2.0M、13mL)を順に加えた後、25分間窒素バブリングを行った。そこに、Pd(OAc)(99mg,0.44mmol)、PPh(0.23g,0.88mmol)を順に加え、5時間加熱還流した。室温に戻した後、蒸留水を加え、塩化メチレンを用いて抽出を行った。有機層を飽和塩化ナトリウム水溶液にて洗浄し、硫酸マグネシウムで乾燥後、減圧下で溶媒留去した。残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフィーに処し、中間体5(3.06g、59%)を得た。
(化合物H−A−27の合成)
Figure 2012096263
中間体5(3.06g,5.23mmol)、カルバゾリルフェニルボロン酸(2.98g,10.4mmol)、DME(43mL)、炭酸ナトリウム水溶液(2.0M、13mL)を順に加えた後、30分間窒素バブリングを行った。そこに、Pd(OAc)(97mg,0.43mmol)、PPh(0.23g,0.87mmol)を順に加え、2.5時間加熱還流した。室温に戻した後、蒸留水を加え、塩化メチレンを用いて抽出を行った。有機層を飽和塩化ナトリウム水溶液にて洗浄し、硫酸マグネシウムで乾燥後、減圧下で溶媒留去した。残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフィーに処し、化合物H−A−27(3.7g、90%)を得た。
<化合物(H−A−41)の合成例>
(中間体6の合成)
Figure 2012096263
中間体4(3.65g,12.1mmol)、ターフェニルボロン酸(2.77g,10.1mmol)、DME(61mL)、炭酸ナトリウム水溶液(2.0M、15mL)を順に加えた後、30分間窒素バブリングを行った。そこに、Pd(OAc)(113mg,0.51mmol)、PPh(0.27g,1.01mmol)を順に加え、7時間加熱還流した。室温に戻した後、蒸留水を加え、塩化メチレンを用いて抽出を行った。有機層を飽和塩化ナトリウム水溶液にて洗浄し、硫酸マグネシウムで乾燥後、減圧下で溶媒留去した。残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフィーに処し、中間体6(3.16g、63%)を得た。
(化合物H−A−41の合成)
Figure 2012096263
中間体6(3.16g,6.39mmol)、カルバゾリルフェニルボロン酸(2.20g,7.67mmol)、DME(32mL)、炭酸ナトリウム水溶液(2.0M、10mL)を順に加えた後、30分間窒素バブリングを行った。そこに、Pd(OAc)(72mg,0.32mmol)、PPh(0.17g,0.64mmol)を順に加え、3時間加熱還流した。室温に戻した後、蒸留水を加え、塩化メチレンを用いて抽出を行った。有機層を飽和塩化ナトリウム水溶液にて洗浄し、硫酸マグネシウムで乾燥後、減圧下で溶媒留去した。残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフィーに処し、化合物H−A−41(4.1g、91%)を得た。
<化合物(H−A−48)の合成例>
(中間体7の合成)
Figure 2012096263
トリクロロピリミジン(3.21g,17.5mmol)、アリールボロン酸ピナコラートエステル体(5.19g,14.6mmol)、DME(75mL)、炭酸ナトリウム水溶液(2.0M、30mL)を順に加えた後、15分間窒素バブリングを行った。そこに、Pd(OAc)(33mg,0.15mmol)、PPh(115mg,0.44mmol)を順に加え、3時間半、加熱還流した。室温に戻した後、蒸留水を加え、酢酸エチルを用いて抽出を行った。有機層を飽和塩化ナトリウム水溶液にて洗浄し、硫酸マグネシウムで乾燥後、減圧下で溶媒留去した。残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフィーに処し、中間体7(3.02g、55%)を得た。
(中間体8の合成)
Figure 2012096263
中間体7(3.02g,8.00mmol)、アリールボロン酸(2.90g,8.00mmol)、DME(40mL)、炭酸ナトリウム水溶液(2.0M、20mL)を順に加えた後、15分間窒素バブリングを行った。そこに、Pd(OAc)(180mg,0.80mmol)、PPh(630mg,2.4mmol)を順に加え、2時間加熱還流した。室温に戻した後、アリールボロン酸(2.0g)を添加し、さらに4時間加熱還流した。室温に戻した後、沈殿物を吸引ろ過した。この沈殿物をシリカゲルカラムクロマトグラフィーに処し、さらに再結晶(酢酸エチル/ヘキサン)を行い、中間体8(3.20g、61%)を得た。
(化合物H−A−48の合成)
Figure 2012096263
中間体8(3.00g,4.54mmol)、カルバゾリルフェニルボロン酸(1.56g,5.94mmol)、DME(22mL)、炭酸ナトリウム水溶液(2.0M、11mL)を順に加えた後、15分間窒素バブリングを行った。そこに、Pd(OAc)(180mg,0.80mmol)、PPh(630mg,2.4mmol)を順に加え、3時間加熱還流した。室温に戻した後、Pd(PPh(50mg)を加え、さらに2時間加熱還流した。室温に戻した後、蒸留水を加え、塩化メチレンを用いて抽出を行った。有機層を飽和塩化ナトリウム水溶液にて洗浄し、硫酸マグネシウムで乾燥後、減圧下で溶媒留去した。残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフィーに処し、化合物H−A−48(2.63g、67%)を得た。
<化合物(H−A−71)の合成例>
(中間体9の合成)
Figure 2012096263
トリクロロピリミジン(4.58g,25.0mmol)、アリールボロン酸ピナコラートエステル体(17.8g,40.0mmol)、DME(125mL)、炭酸ナトリウム水溶液(2.0M、70mL)を順に加えた後、15分間窒素バブリングを行った。そこに、Pd(OAc)(56mg,0.25mmol)、PPh(196mg,0.75mmol)を順に加え、1時間15分間加熱還流した。Pd(PPh(50mg)を添加し、さらに1時間20分間反応させた後、アリールボロン酸ピナコラートエステル体(4.0g)を追加し、さらに2時間加熱還流を行った。室温に戻した後、吸引ろ過を行い、沈殿物をろ取し、残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフィーに処し、無色固体を7.3g得た。NMRにて確認したところ、(カルバゾリルフェニル)フェニル基が1つのみ反応した化合物であった(収率63%)。中間体9を得るために、さらに以下の操作を実施した。当該固体(3.5g,9.27mmol)、アリールボロン酸ピナコラートエステル体(3.70g,10.2mmol)、DME(45mL)、炭酸ナトリウム水溶液(2.0M、20mL)を順に加えた後、50℃にて10分間窒素バブリングを行った。そこに、Pd(OAc)(62mg,0.28mmol)、PPh(146mg,0.56mmol)を順に加え、1時間半加熱還流した。アリールボロン酸ピナコラートエステル体(1.80g)を追加し、さらに1時間半加熱還流を行った後、さらにアリールボロン酸ピナコラートエステル体(0.40g)を追加し、さらに30分間加熱還流を行った。室温に戻した後、吸引ろ過を行い、沈殿物をろ取し、中間体9を粗精製物として得た(9.33g)。
(化合物H−A−71の合成)
Figure 2012096263
中間体9(3.00g,4.03mmol)、ビフェニルボロン酸(0.96g,4.84mmol)、THF(40mL)、炭酸ナトリウム水溶液(2.0M、20mL)を順に加えた後、15分間窒素バブリングを行った。そこに、Pd(OAc)(45mg,0.20mmol)、PPh(105mg,0.4mmol)を順に加え、3時間加熱還流した。室温に戻した後、蒸留水を加え、塩化メチレンを用いて抽出を行った。有機層を飽和塩化ナトリウム水溶液にて洗浄し、硫酸マグネシウムで乾燥後、減圧下で溶媒留去した。残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフィーに処し、化合物H−A−71(2.90g、83%)を得た。
<化合物H−A−85の合成>
(中間体10の合成)
Figure 2012096263
4−フェニルアセトフェノン(3.89g,19.8mmol)、3−ブロモベンゾニトリル(7.58g,41.6mmol)、トリフルオロメタンスルホン酸無水物(3.9mL)の塩化メチレン(30mL)溶液を3時間撹拌した。反応溶液に炭酸水素ナトリウム水溶液を加え、中和した後、塩化メチレンを用いて抽出を行った。有機層を飽和塩化ナトリウム水溶液にて洗浄し、硫酸マグネシウムで乾燥後、減圧下で溶媒留去した。残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフィーに処し、中間体10(3.4g、31%)を得た。
(化合物H−A−85の合成)
Figure 2012096263
中間体10(2.8g,5.16mmol)とα−ナフチルボロン酸(2.04g,11.9mmol)に、トルエン/エタノール混合溶液(2:1、78mL)を加え、30分間窒素バブリングを行った。さらにPd(PPh(0.30g,0.26mmol)、窒素バブリングを行った炭酸ナトリウム水溶液(2.0M、13mL)を順に加えた後、加熱還流させながら、6時間、撹拌を行った。室温に戻した後、蒸留水を加え、塩化メチレンを用いて抽出を行った。有機層を飽和塩化ナトリウム水溶液にて洗浄し、硫酸マグネシウムで乾燥後、減圧下で溶媒留去した。残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフィーに処し、化合物H−A−85(1.14g、35%)を得た。
<化合物H−B−14の合成例>
(化合物H−B−14の合成)
Figure 2012096263
中間体11(3.00g,7.83mmol)と中間体12(3.00g,9.39mmol)に、トルエン/エタノール混合溶液(2:1、150mL)、炭酸ナトリウム水溶液(2.0M、40mL)を順に加えた後、65℃にて60分間窒素バブリングを行った。さらにPd(PPh(0.45g,0.39mmol)を加え、加熱還流させながら、5時間、撹拌を行った。中間体12(0.76g)を添加し、さらに3.5時間加熱還流を行った。室温に戻した後、トルエンにて抽出を行い、有機相を水洗し、無水硫酸マグネシウムにて乾燥し、減圧下、溶媒留去した。残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフィーに処し、化合物H−B−14(2.4g、53%)を得た。なお、中間体11並びに12は、それぞれ、Chem. Commun. 2008年、2143-2145頁、日本国特開2011−100942号公報に開示されている方法に従い合成した。
<化合物H−B−18の合成例>
(中間体14の合成)
Figure 2012096263
3−(1−ジベンゾフラニル)フェニルボロン酸ピナコラトエステル(6.8g,18.5mmol)とm−ブロモヨードベンゼン(5.8g,20.4mmol)に、トルエン/エタノール混合溶液(2:1、150mL)を加え、30分間窒素バブリングを行った。そこにPd(PPh(640mg,0.55mmol)、30分間窒素バブリングを行った炭酸ナトリウム水溶液(2.0M、25mL)を順に加えた後、加熱還流させながら、18時間加熱撹拌を行った。室温に戻した後、トルエンにて抽出を行い、有機相を水洗し、無水硫酸マグネシウムにて乾燥し、減圧下、溶媒留去した。残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフィーに処し、中間体14(7.2g、98%)を得た。なお、3−(1−ジベンゾフラニル)フェニルボロン酸ピナコラトエステルは、日本国特開2011−051936号公報に開示されている方法に従い合成した。
(化合物H−B−18の合成)
Figure 2012096263
中間体13(2.77g,8.00mmol)と中間体14(2.63g,6.7mmol)に、トルエン/エタノール混合溶液(2:1、50mL)を加え、30分間窒素バブリングを行った。そこにPd(PPh(370mg,0.32mmol)、30分間窒素バブリングを行った炭酸ナトリウム水溶液(2.0M、10mL)を順に加えた後、加熱還流させながら、6時間半、撹拌を行った。ジクロロメタンを加えた後、有機相と水相を分離し、有機相を濃縮したところにメタノールを加え、析出した結晶を吸引ろ過し、化合物H−B−18(3.9g、93%)を得た。なお、中間体13は、Chem. Commun. 2008年、2143-2145頁に開示されている方法に従い合成した。
<化合物H−B−60の合成例>
(中間体16の合成)
Figure 2012096263
中間体15(6.06g,15.6mmol)とm−ブロモヨードベンゼン(4.32g,15.3mmol)に、トルエン/エタノール混合溶液(3:1、40mL)を加え、30分間窒素バブリングを行った。さらにPd(PPh(903mg,0.78mmol)、窒素バブリングを行ったリン酸三カリウム水溶液(2.0M、20mL)を順に加えた後、加熱還流させながら、6時間、撹拌を行った。室温に戻した後、塩化メチレンにて抽出し、有機相をMgSOにて乾燥し、減圧下、溶媒留去した。残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフィーに処し、中間体16(4.70g、62%)を得た。なお、中間体15は、日本国特開2011−100942号公報に開示されている方法に従い合成した。
(化合物H−B−60の合成例)
Figure 2012096263
中間体16(4.49g,8.99mmol)と中間体18(3.69g,11.5mmol)に、トルエン/エタノール混合溶液(3:1、40mL)を加え、30分間窒素バブリングを行った。そこにPd(PPh(550mg,0.48mmol)、窒素バブリングを行ったリン酸三カリウム水溶液(2.0M、11mL)を順に加えた後、加熱還流させながら、3時間、撹拌を行った。室温に戻した後、塩化メチレンにて抽出し、有機相をMgSOにて乾燥し、減圧下、溶媒留去した。残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフィーに処し、化合物H−B−60(3.77g、68%)を得た。なお、中間体18は、日本国特開2011−195462号公報に開示されている方法に従い合成した。
<化合物L−C−3の合成例>
(中間体19の合成)
Figure 2012096263
4−イソプロピル−3−メチルフェノール(15.0g,100mmol)及びトリエチルアミン(15.2g,150mmol)の塩化メチレン(250mL)溶液に、トリフルオロメタンスルホン酸無水物(42.3g,150mmol)の塩化メチレン(50mL)溶液を30分間かけて滴下し、そのまま1時間撹拌した。反応溶液に水をゆっくりと加えた後、有機相を分離した。有機相は、水洗をさらに2回行い、食塩水で洗浄した後、無水硫酸ナトリウムにて乾燥し、減圧下、溶媒留去した。残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフィーに処し、中間体19(26.6g、94%)を得た。
(中間体20の合成)
Figure 2012096263
窒素雰囲気下で、Pd(dba)(1.05g,1.82mmol)と1,1’−ビス(ジフェニルホスフィノ)フェロセン(2.02g,3.65mmol)とt−BuONa(5.26g,54.7mmol)にトルエン(20mL)を加え、トルエン(20ml)に溶かした中間体19(10.3g,36.5mmol)と5,6,7,8−テトラヒドロ−2−ナフリルアミン(8.06g,54.7mmol)を加え、85℃に加熱し、4.5時間撹拌した。室温に戻した後、析出した固体を吸引ろ過し、その固体をシリカゲルカラムクロマトグラフィーに処し、中間体20(6.1g、60%)を得た。
(化合物L−C−3の合成)
Figure 2012096263
窒素雰囲気下、ジブロモクリセン(3.20g,8.29mmol)と中間体20(5.09g,18.2mmol)、t−BuONa(5.25g,54.68mmol)にトルエン(40mL)を加え、別の容器に、窒素雰囲気下でPd(dba)CHCl(258mg,0.25mmol)のトルエン(10mL)溶液をとり、トリ−t−ブチルホスフィン(0.30g、1.49mmol)を加え、50℃に加熱し、そのまま40分間撹拌した。この溶液を先に調製していたトルエン溶液に加え、加熱還流させながら2時間撹拌した。室温に戻した後、塩化メチレンにて抽出を行い、有機相を飽和食塩水にて洗浄し、無水硫酸マグネシウムにて乾燥し、減圧下、溶媒留去した。残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフィーに処し、化合物L−C−3(0.46g、7%)を得た。
<化合物L−C−7の合成例>
(中間体21の合成)
Figure 2012096263
5,6,7,8−テトラヒドロ−2−ナフトール(25g,169mmol)及びトリエチルアミン(25.6g,253mmol)の塩化メチレン(500mL)溶液に、トリフルオロメタンスルホン酸無水物(71.4g,253mmol)の塩化メチレン(10mL)溶液を2時間半かけて滴下し、そのまま4時間撹拌した。反応溶液に水をゆっくりと加えた後、有機相を分離した。有機相は、水洗をさらに2回行い、無水硫酸ナトリウムにて乾燥し、減圧下、溶媒留去した。残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフィーに処し、中間体21(45.8g、97%)を得た。
(中間体22の合成)
Figure 2012096263
中間体21(15.0g,53.5mmol)と3,4−ジメチルアニリン(9.73g,80.3mmol)、t−BuONa(7.72g,80.3mmol)にトルエン(75mL)を加え、窒素置換を3回行った。そこに、Pd(dba)CHCl(2.45g,2.68mmol)、dppf(2.97g、5.35mmol)を加え、おだやかに加熱還流させながら3時間撹拌した。室温に戻した後、セライトろ過を行い、ろ液を減圧下、溶媒留去した。残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフィーに処し、中間体22(10.9g、81%)を得た。
(化合物L−C−7の合成)
Figure 2012096263
ジブロモクリセン(8.79g,22.8mmol)と中間体22(10.9g,43.4mmol)、t−BuONa(12.5g,130mmol)にトルエン(450mL)を加え、窒素置換を3回行った。別の容器に、Pd(dba)CHCl(449mg,0.43mmol)のトルエン(10mL)溶液をとり、窒素置換を3回行った後、トリ−t−ブチルホスフィン(702mg、3.47mmol)を加え、60℃に加熱し、そのまま30分間撹拌した。この溶液を先に調製していたトルエン溶液に加え、加熱還流させながら3時間撹拌した。室温に戻した後、セライトろ過を行い、ろ液を減圧下、溶媒留去した。残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフィーに処し、化合物L−C−7(7.17g、43%)を得た。
<化合物H−E−33、H−E−42の合成例>
(中間体23の合成)
Figure 2012096263
ビス(4−ブロモフェニル)アミン(25.0g,75.5mmol)とカルバゾリルフェニルボロン酸(46.1g,161mmol)に、トルエン/エタノール混合溶液(2:1、300mL)、炭酸ナトリウム水溶液(2.0M、100mL)を加え、60℃にて15分間窒素バブリングを行った。そこにPd(PPh(880mg,0.77mmol)を加えた後、加熱還流させながら、3時間半撹拌を行った。室温に戻した後、カルバゾリルフェニルボロン酸(5.0g)、Pd(PPh(440mg,0.38mmol)を加え、さらに6時間加熱還流を行った。室温に戻した後、トルエンにて抽出を行い、有機相を飽和食塩水にて洗浄し、無水硫酸マグネシウムにて乾燥し、減圧下、溶媒留去した。粗精製物(41.5g)、カルバゾリルフェニルボロン酸(1.0g)、トルエン/エタノール混合溶液(2:1、300mL)、炭酸ナトリウム水溶液(2.0M、100mL)を加え、60℃にて15分間窒素バブリングを行った。そこにPd(PPh(880mg,0.77mmol)を加えた後、加熱還流させながら、2時間撹拌を行った。室温に戻した後、トルエンにて抽出を行い、有機相を飽和食塩水にて洗浄し、無水硫酸マグネシウムにて乾燥し、減圧下、溶媒留去した。残渣に対して再沈殿(THF/メタノール)を行い、中間体23(37.6g、76%)を得た。
(化合物H−E−33の合成)
Figure 2012096263
中間体23(18.5g,28.4mmol)と臭化ターフェニル(9.21g,29.8mmol)、t−BuONa(17.9g,187mmol)にトルエン(170mL)を加え、20分間窒素バブリングを行った。別の容器に、Pd(dba)CHCl(780mg,0.85mmol)のトルエン(50mL)溶液をとり、10分間窒素バブリングを行った後、トリ−t−ブチルホスフィン(1.0g、5.1mmol)を加え、窒素バブリングを行いながら50℃に加熱し、そのまま40分間撹拌した。この溶液を先に調製していたトルエン溶液に加え、加熱還流させながら3時間撹拌した。室温に戻した後、塩化メチレンにて抽出を行い、有機相を飽和食塩水にて洗浄し、無水硫酸マグネシウムにて乾燥し、減圧下、溶媒留去した。残渣に対してメタノールを加え、析出した固体を吸引ろ過し、乾燥することで、化合物H−E−33(18.1g、73%)を得た。
(化合物H−E−42の合成)
Figure 2012096263
中間体23(2.0g,3.07mmol)と臭化クォーターフェニル(1.25g,3.22mmol)、t−BuONa(0.84g,8.70mmol)にトルエン(30mL)を加え、20分間窒素バブリングを行った。別の容器に、Pd(dba)CHCl(16mg,0.015mmol)のトルエン(4mL)溶液をとり、10分間窒素バブリングを行った後、トリ−t−ブチルホスフィン(24mg、0.12mmol)を加え、窒素バブリングを行いながら50℃に加熱し、そのまま10分間撹拌した。この溶液を先に調製していたトルエン溶液に加え、加熱還流させながら2時間撹拌した。室温に戻した後、トルエンにて抽出を行い、有機相を飽和食塩水にて洗浄し、無水硫酸マグネシウムにて乾燥し、減圧下、溶媒留去した。残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフィーに処し、化合物H−E−42(1.79g、61%)を得た。
<組成物の保存安定性試験>
前記例示化合物に含まれる以下の材料について、下記に示す方法により有機溶剤に溶解し、組成物を調製した。
(実施例1)
褐色サンプル瓶に、化合物(H−A−3)を2.5mg、化合物(H−A−41)を2.5mg量りとり、シクロへキシルベンゼンを加えて415mgとした後、ホットプレートを用いて120℃に加熱し、化合物(H−A−3)及び化合物(H−A−41)を完全に溶解させ、化合物(H−A−3)と化合物(H−A−41)の1:1混合物(化合物群α)を含有する組成物(固形分濃度:1.2重量%)を調製した。このとき、芳香環基の数の少ない化合物(H−A−3)が化合物α1に相当する。調製した組成物は、室温約15〜20℃の暗所に置き、固体が析出するまでの時間を測定した。固体は10倍のルーペを用いて目視にて確認を行い、その結果を表2にまとめた。
(実施例2〜13及び比較例1〜7)
実施例1において化合物(H−A−3)及び化合物(H−A−41)を表2に示した化合物および組成に置き換えたほかは、実施例1と同様の固形分濃度にて組成物を調製し、固体が析出するまでの時間を測定した。固体は10倍のルーペを用いて目視にて確認を行い、結果を表2にまとめた。なお、H−A−6ならびにH−A−11は、日本国特開2006−188493号公報にて開示された方法を参考にして得た。
Figure 2012096263
(実施例14)
褐色サンプル瓶に、化合物群α(化合物(H−A−3)及び化合物(H−A−41)の1:1混合物)、化合物(H−E−23)、下記化合物(L−1)を含有する組成物を調製した。該組成物は、有機電界発光素子において緑色発光層用塗布液として用いることができる。該組成物を一週間保存した組成物を用いて有機電界発光素子を作製した。なお、H−E−23、L−1は、それぞれ、日本国特開2010−206191号公報、日本国特開2010−202644号公報にて開示されている方法にて調製した。
<組成物の調製条件>
溶媒 シクロヘキシルベンゼン
固形分濃度 化合物群α 1.2重量%
H−E−23 3.6重量%
L−1 0.48重量%
Figure 2012096263
有機電界発光素子は以下に示す方法にて作製した。
<有機電界発光素子の作製>
ガラス基板上1の上に、インジウム・スズ酸化物(ITO)透明導電膜を70nmの厚さに堆積したもの(ジオマテック社製、スパッタ成膜品)を、通常のフォトリソグラフィー技術と塩酸エッチングを用いて2mm幅のストライプにパターニングして陽極2を形成した。パターン形成したITO基板を、界面活性剤水溶液による超音波洗浄、超純水による水洗、超純水による超音波洗浄、超純水による水洗の順で洗浄後、圧縮空気で乾燥させ、最後に紫外線オゾン洗浄を行った。このITOは、透明電極2として機能する。
次に、下の構造式(P−1)に示すアリールアミンポリマー、構造式(A−10)に示す4−イソプロピル−4’−メチルジフェニルヨードニウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボラートおよび安息香酸エチルを含有する正孔注入層形成用塗布液を調製した。この塗布液を下記条件で陽極上にスピンコートにより成膜して、膜厚409nmの正孔注入層3を得た。
Figure 2012096263
<正孔注入層形成用塗布液>
溶媒 安息香酸エチル
塗布液濃度 P−1 2.5重量%
A−10 0.5重量%
<正孔注入層3の成膜条件>
スピンコート雰囲気 大気中
加熱条件 大気中 230℃ 1時間
次に、下記に示す構造を有する化合物(P−2)を含有する正孔輸送層形成用塗布液を調製し、下記の条件でスピンコートにより成膜して、加熱により重合させることにより膜厚10nmの正孔輸送層4を形成した。
Figure 2012096263
<正孔輸送層形成用塗布液>
溶媒 シクロヘキシルベンゼン
塗布液濃度 1.0重量%
<成膜条件>
スピンコート雰囲気 窒素雰囲気下
加熱条件 230℃、1時間(窒素雰囲気下)
次に、上記の方法により調製し、1週間保存した発光層用塗布液を用いて、下記の条件でスピンコートにより成膜を行い、加熱することで膜厚50nmの発光層5を形成した。
<発光層5の成膜条件>
スピンコート雰囲気 窒素雰囲気下
加熱条件 120℃、20分、窒素雰囲気下
ここで、発光層までを成膜した基板を、真空蒸着装置内に移し、装置内の真空度が2.0×10−4Pa以下になるまで排気した後、化合物(H−A−6)を真空蒸着法にて蒸着速度を0.8〜1.2Å/秒の範囲で制御し、発光層の上に積層させ、膜厚10nmの正孔阻止層6を得た。
引き続き、下記に示す構造を有する有機化合物(Alq)を真空蒸着法にて蒸着速度を0.8〜1.2Å/秒の範囲で制御し、正孔阻止層6の上に積層させ、膜厚20nmの電子輸送層7を形成した。
Figure 2012096263
ここで、電子輸送層7までの蒸着を行った素子を一度取り出し、別の蒸着装置に設置し、陰極蒸着用のマスクとして2mm幅のストライプ状シャドーマスクを、陽極2のITOストライプとは直交するように素子に密着させて、装置内の真空度が2.3×10−4Pa以下になるまで排気を行った。
電子注入層8として、先ずフッ化リチウム(LiF)を、モリブデンボートを用いて、蒸着速度0.1Å/秒、0.5nmの膜厚で電子輸送層7の上に成膜した。蒸着時の真空度は2.6×10−4Paであった。次に、陰極9としてアルミニウムを同様にモリブデンボートにより加熱して、蒸着速度1.0〜4.9Å/秒の範囲で制御し、膜厚80nmのアルミニウム層を形成した。蒸着時の真空度は2.6×10−4Paであった。以上の2層の蒸着時の基板温度は室温に保持した。
引き続き、素子が保管中に大気中の水分等で劣化することを防ぐため、以下に記載の方法で封止処理を行った。
窒素グローブボックス中で、23mm×23mmサイズのガラス板の外周部に、約1mmの幅で光硬化性樹脂30Y−437(スリーボンド社製)を塗布し、中央部に水分ゲッターシート(ダイニック社製)を設置した。この上に、陰極形成を終了した基板を、蒸着された面が乾燥剤シートと対向するように貼り合わせた。その後、光硬化性樹脂が塗布された領域のみに紫外光を照射し、樹脂を硬化させた。
以上の様にして、2mm×2mmのサイズの発光面積部分を有する有機電界発光素子が得られた。この素子は電圧を印加することにより緑色に発光し、表3に示すような特性を示した。
(実施例15、16)
実施例14において、化合物群αを構成する化合物(H−A−3)及び化合物(H−A−41)を表3に示した化合物、組成に置き換えたほかは、実施例14と同様に組成物を調製し、一週間後、該組成物を用いて有機電界発光素子を作成した。この素子は電圧を印加することにより緑色に発光し、表3に示す特性を示した。
(比較例8)
実施例14において、化合物群αを化合物(H−A−41)に置き換えたほかは、実施例14と同様に組成物を調製し、調液した当日に該組成物を用いて有機電界発光素子を作成した。この素子は電圧を印加することにより緑色に発光し、表3に示す特性を示した。
Figure 2012096263
(実施例17)
褐色サンプル瓶に、化合物群α(化合物(H−A−15)、化合物(H−A−48)の1:1混合物)、化合物(H−E−63)及び下記化合物(L−2)を含有する組成物を調製した。該組成物は、有機電界発光素子において赤色発光層用塗布液として用いることができる。該組成物を一週間保存した組成物を用い、実施例14にて示した方法にて有機電界発光素子を作製した。この素子は電圧を印加することにより赤色に発光し、表4に示す特性を示した。なお、H−E−63は、日本国特開2011−026237号公報にて開示されている方法にて調製し、L−2は以下の方法にて調製した。
<組成物の調製条件>
溶媒 シクロヘキシルベンゼン
固形分濃度 化合物群α 1.2重量%
H−E−63 3.6重量%
L−2 0.48重量%
Figure 2012096263
<化合物L−2の合成>
(中間体25の合成)
Figure 2012096263
3−ブロモフェニルボロン酸(25.0g、124mmol)、1−クロロキノリン(20.3g、124mmol)、トルエン(250mL)の混合物に炭酸ナトリウム(43.5g、411mmol)を加え、撹拌しながら30分間窒素バブリングを行った。そこにPd(PPh(4.31g、3.73mmol)を加え、130℃で3時間半撹拌した。TLCで原料の消失を確認後、トルエンにて2回抽出し、有機層を飽和食塩水で洗浄し、減圧下で濃縮した。残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフィーに処し、中間体25(28.4g、収率80%)を得た。
(中間体26の合成)
Figure 2012096263
窒素気流下、4−ブロモヘキシルベンゼン(50.0g、207mmol)の乾燥THF(300mL)溶液に、−75℃でn−ブチルリチウムのn−ヘキサン溶液(1.67M、131mL、218mmol)を滴下して撹拌した。2時間後、トリメトキシボラン(64.6g、622mmol)を滴下し、さらに2時間攪拌した。その後、1Nの希塩酸(300mL)を滴下し、30分間攪拌した。酢酸エチルにて抽出し、有機層を飽和食塩水で洗浄し、硫酸ナトリウムで乾燥後、減圧下で濃縮を行い、中間体26(42.5g、収率99%)を無色固体として得た。
(中間体27の合成)
Figure 2012096263
窒素気流下、中間体25(13.5g、47.5mmol)、中間体26(10.8g、52.8mmol)のトルエン/エタノール混合溶液(2:1、360mL)、水(120mL)、リン酸三カリウム(33.5g、158mmol)を加え、撹拌しながら30分間窒素バブリングを行った。そこにPd(PPh(2.5g、2.18mmol)を加え、130℃で3時間半撹拌した。TLCで原料の消失を確認後、トルエンにて2回抽出し、有機層を飽和食塩水で1回洗浄、減圧濃縮を行った。シリカゲルカラムクロマトグラフィーにて精製し、中間体27(17.2g、収率98%)を得た。
(中間体28の合成)
Figure 2012096263
窒素気流下、中間体27(13.5g、36.9mmol)、IrCl・n水和物(6.85g、18.5mmol)に、2−エトキシエタノール(200mL)、水(66mL)を加え、135℃で10時間攪拌した。その後、ジクロロメタンで抽出し、有機層を飽和食塩水で洗浄し、硫酸ナトリウムで乾燥後、減圧濃縮を行い、中間体28(11.9g、収率66%)を赤色固体として得た。
(中間体29の合成)
Figure 2012096263
窒素気流下、中間体28(11.9g、6.22mmol)、ナトリウムアセチルアセトネート(3.80g、31.0mmol)、2−エトキシエタノール(100mL)を順に加え、135℃で9時間攪拌した。その後、ジクロロメタンで抽出し、有機層を飽和食塩水で洗浄し、硫酸ナトリウムで乾燥後、減圧濃縮を行った。残渣をジクロロメタンに溶解し、塩基性シリカゲルカラムクロマトグラフィーに処し、中間体29(7.75g、収率61%)を赤色固体として得た。
(化合物L−2の合成)
Figure 2012096263
窒素気流下、中間体29(7.00g、3.56mmol)、中間体27(13.6g、37.2mmol)に、グリセロール(230mL)を加え、190℃で17時間攪拌した。その後、ジクロロメタンにて抽出し、有機層を飽和食塩水で洗浄し、硫酸ナトリウムで乾燥後、減圧濃縮を行った。残渣をジクロロメタンに溶解させ、塩基性シリカゲルカラムクロマトグラフィーを2度行った。残渣をトルエンに溶解させ、メタノールで懸濁洗浄を行い、吸引ろ過により沈殿物を濾取した。化合物L−2(2.93g、収率69%)を赤色固体として得た。
(実施例18)
実施例17において、化合物群αを構成する化合物(H−A−15)及び化合物(H−A−48)を表4に示した化合物、組成に置き換えたほかは、実施例17と同様に組成物を調製し、一週間後、該組成物を用いて有機電界発光素子を作成した。この素子は電圧を印加することにより赤色に発光し、表4に示すような特性を示した。
(比較例9)
実施例17において、化合物群αを化合物(H−A−15)に置き換えたほかは、実施例17と同様に組成物を調製し、調液した当日に該組成物を用いて有機電界発光素子を作成した。この素子は電圧を印加することにより赤色に発光し、表4に示す特性を示した。
(比較例10)
実施例17において、化合物群αを化合物(H−A−15)と下記化合物(H−1)の1:1混合物としたほかは、実施例17と同様に組成物を調製し、一週間後、該組成物を用いて有機電界発光素子を作成した。この素子は電圧を印加することにより赤色に発光し、表4に示すような特性を示した。
Figure 2012096263
Figure 2012096263
表2、3、4から明らかなように、本発明により調製した組成物は、結晶の析出が抑制されることにより保存安定性が向上し、また、一週間保存した後に有機電界発光素子を作製した場合においても、当日調液した組成物を用いて作成した有機電界発光素子と比較して電力効率に大きな変化はないことがわかった。
(実施例19)
褐色サンプル瓶に、化合物(H−B−14)を10.0mg、化合物(H−B−54)を20.0mg量りとり、ジエチルベンゼンを加えて860mgとした後、ホットプレートを用いて120℃に加熱し、化合物(H−B−14)及び化合物(H−B−54)を完全に溶解させ、化合物(H−B−14)と化合物(H−B−54)の1:2混合物(化合物群α)を含有する組成物(固形分濃度:3.5重量%)を調製した。このとき、両者の芳香環基の数は同じであるため、ここでは化合物(H−B−14)を化合物α1とした。調製した組成物は、室温約15〜20℃の暗所に置き、固体が析出するまでの時間を測定した。固体は10倍のルーペを用いて目視にて確認を行い、その結果を表5にまとめた。
(実施例20〜22及び比較例11〜12)
実施例19において化合物(H−B−14)及び化合物(H−B−54)を表5に示した化合物、組成、溶剤に置き換えたほかは、実施例19と同様に組成物を調製し、固体が析出するまでの時間を測定した。固体は10倍のルーペを用いて目視にて確認を行い、結果を表5にまとめた。
Figure 2012096263
(実施例23)
褐色サンプル瓶に、化合物群α(化合物(H−B−14)、化合物(H−B−54)の1:2混合物)及び化合物(L−C−2)を含有する組成物を調製した。該組成物は、有機電界発光素子において青色発光層用塗布液として用いることができる。該組成物を一週間保存した組成物を用い、実施例14にて示した方法にて有機電界発光素子を作製した。この際の発光層5の膜厚は45nmであった。この素子は電圧を印加することにより青色に発光し、表6に示す特性を示した。なお、L−C−2は、国際公開第2006/082705号にて開示されている方法にて調製した。
<組成物の調製条件>
溶媒 シクロヘキシルベンゼン
固形分濃度 化合物群α 3.5重量%
L−C−2 0.35重量%
(比較例13)
実施例23において、化合物群αを化合物(H−B−14)に置き換えたほかは、実施例23と同様に組成物を調製し、調液した当日に該組成物を用いて実施例23と同様に有機電界発光素子を作成した。この素子は電圧を印加することにより青色に発光し、表6に示す特性を示した。
Figure 2012096263
表5、6から明らかなように、本発明により調製した組成物は、結晶の析出が抑制されることにより保存安定性が向上し、また、一週間保存した後に有機電界発光素子を作製した場合においても、当日調液した組成物を用いて作成した有機電界発光素子と比較して電力効率に大きな変化はないことがわかった。
(実施例24)
褐色サンプル瓶に、化合物(L−C−3)を1.5mg、化合物(L−C−7)を1.5mg量りとり、シクロへキシルベンゼンを加えて860mgとした後、ホットプレートを用いて120℃に加熱し、化合物(L−C−3)及び化合物(L−C−7)を完全に溶解させ、化合物(L−C−3)と化合物(L−C−7)の1:1混合物(化合物群α)を含有する組成物(固形分濃度:0.35重量%)を調製した。このとき、両者の芳香環基の数は同じであるため、ここでは化合物(L−C−3)を化合物α1とした。調製した組成物は、室温約15〜20℃の暗所に置き、固体が析出するまでの時間を測定した。固体は10倍のルーペを用いて目視にて確認を行い、その結果を表7にまとめた。
(比較例14)
実施例24において化合物群αを化合物(L−C−3)に置き換えたほかは、実施例24と同様に組成物を調製し、固体が析出するまでの時間を測定した。固体は10倍のルーペを用いて目視にて確認を行い、結果を表7にまとめた。
Figure 2012096263
(実施例25)
褐色サンプル瓶に、化合物群α(化合物(L−C−3)、化合物(L−C−7)の1:1混合物)及び化合物(H−B−52)を含有する組成物を調製した。該組成物は、有機電界発光素子において青色発光層用塗布液として用いることができる。該組成物を一週間保存した組成物を用い、実施例23にて示した方法にて有機電界発光素子を作製した。この素子は電圧を印加することにより青色に発光し、表8に示すような特性を示した。なお、H−B−52は、日本国特開2011−100942号公報にて開示されている方法にて調製した。
<組成物の調製条件>
溶媒 シクロヘキシルベンゼン
固形分濃度 化合物群α 0.35重量%
H−B−52 3.5重量%
(比較例15)
実施例25において、化合物群αを化合物(L−C−3)及び(L−C−10)に置き換えたほかは、実施例25と同様に組成物を調製し、一週間保存した後に、該組成物を用いて実施例25と同様に有機電界発光素子を作成した。この素子は電圧を印加することにより青色に発光し、表8に示すような特性を示した。
Figure 2012096263
表7、8から明らかなように、本発明により調製した組成物は、結晶の析出が抑制されることにより保存安定性が向上し、また、本発明の材料を利用した有機電界発光素子において電力効率が向上していることがわかった。
(実施例26)
褐色サンプル瓶に、化合物(H−E−33)を15.0mg、化合物(H−E−42)を15.0mg量りとり、シクロへキシルベンゼンを加えて625mgとした後、ホットプレートを用いて120℃に加熱し、化合物(H−E−33)及び化合物(H−E−42)を完全に溶解させ、化合物(H−E−33)と化合物(H−E−42)の1:1混合物(化合物群α)を含有する組成物(固形分濃度:4.8重量%)を調製した。このとき、化合物(H−E−33)の芳香環基の数が少ないため、化合物(H−E−33)が化合物α1となる。調製した組成物は、室温約15〜20℃の暗所に置き、固体が析出するまでの時間を測定した。固体は10倍のルーペを用いて目視にて確認を行い、その結果を表9にまとめた。
(実施例27〜33、比較例16〜19)
実施例26において化合物群αを表9に示す化合物及び組成に置き換えたほかは、実施例26と同様に組成物を調製し、固体が析出するまでの時間を測定した。固体は10倍のルーペを用いて目視にて確認を行い、結果を表9にまとめた。なお、この表に掲げた化合物は、以下のいずれかの文献にて開示されている方法にて調製した。;日本国特開2006−352088号公報,日本国特開2007−110093号公報,日本国特開2010−206191号公報,日本国特開2011−51936号公報,日本国特開2011−26237号公報
Figure 2012096263
(実施例34)
褐色サンプル瓶に、化合物群α(化合物(H−E−33)、化合物(H−E−22)、化合物(H−E−77)の1:1:2混合物)、化合物(H−E−23)及び化合物(L−1)を含有する組成物を調製した。該組成物は、有機電界発光素子において緑色発光層用塗布液として用いることができる。該組成物を一週間保存した組成物を用い、実施例14にて示した方法にて有機電界発光素子を作製した。この素子は電圧を印加することにより緑色に発光し、表10に示す特性を示した。
<組成物の調製条件>
溶媒 シクロヘキシルベンゼン
固形分濃度 化合物群α 3.6重量%
H−A−11 1.2重量%
L−1 0.48重量%
(実施例35)
実施例34において、化合物群αを、化合物(H−E−43)及び化合物(H−E−77)の1:1混合物に置き換えたほかは、実施例34と同様に組成物を調製し、一週間後、該組成物を用いて有機電界発光素子を作成した。この素子は電圧を印加することにより緑色に発光し、表10に示す特性を示した。
(比較例20、21)
実施例34において、化合物群αを表10に示す化合物に置き換えたほかは、実施例34と同様に組成物を調製し、調液した当日に該組成物を用いて有機電界発光素子を作成した。この素子は電圧を印加することにより緑色に発光し、表10に示す特性を示した。
Figure 2012096263
表9、10から明らかなように、本発明により調製した組成物は、結晶の析出が抑制されることにより保存安定性が向上し、また、一週間保存した後に有機電界発光素子を作製した場合においても、当日調液した組成物を用いて作成した有機電界発光素子と比較して電力効率に大きな変化はないことがわかった。
本発明を詳細にまた特定の実施形態を参照して説明したが、本発明の精神と範囲を逸脱することなく様々な変更や修正を加えることができることは当業者にとって明らかである。本出願は、2011年1月11日出願の日本特許出願(特願2011−003081)に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。
1 基板
2 陽極
3 正孔注入層
4 正孔輸送層
5 発光層
6 正孔阻止層
7 電子輸送層
8 電子注入層
9 陰極

Claims (17)

  1. 有機電界発光素子用化合物群αおよび溶剤を含む、有機電界発光素子用組成物であって、
    前記化合物群αは、複数の芳香環基が連結した構造を有する、分子量3000以下である、少なくとも2種以上の化合物から構成され、
    前記化合物群αは、最も芳香環基の数が少ない化合物をα1、および他の化合物αn(nは、2以上の任意の整数)からなり、化合物α1と化合物αnの共通する部分構造のうち、最も芳香環基数が多い構造を基本骨格とした場合、
    化合物α1の構造は、基本骨格と60%以上一致しており、
    且つ化合物群αを構成する各々の化合物がそれぞれ1重量%以上混合されている、有機電界発光素子用組成物。
  2. 前記組成物中の全固形分に対する、前記化合物群αの割合が0.1〜100重量%である、請求項1記載の有機電界発光素子用組成物。
  3. 前記組成物中の溶剤の割合が10重量%以上である、請求項1又は請求項2記載の有機電界発光素子用組成物。
  4. 前記化合物群αに含まれる化合物がいずれも電荷輸送材料である、請求項1〜請求項3のいずれか一項に記載の有機電界発光素子用組成物。
  5. 前記化合物群αに含まれる化合物が、いずれも下記一般式(A)で表される化合物である、請求項1〜請求項4のいずれか一項に記載の有機電界発光素子用組成物。
    Figure 2012096263
    (上記一般式(A)において、Heteroは、下記構造式(A−1)、(A−2)及び(A−3)で表される3価の置換基のいずれかを表し、Xa、Xa、Ya、Ya、Za及びZaは各々独立に、置換基を有していてもよい炭素数6〜30の炭化水素芳香環基、又は置換基を有していてもよい炭素数3〜30の複素芳香環基を表し、Xa、Ya及びZaは各々独立に、水素原子、置換基を有していてもよい炭素数6〜30の炭化水素芳香環基、又は置換基を有していてもよい炭素数3〜30の複素芳香環基を表し、g、h、j、k、mおよびnは0以上の整数を表す。)
    Figure 2012096263
  6. 前記一般式(A)で表される化合物が、下記一般式(A−4)、(A−5)及び(A−6)で表される化合物のいずれかである、請求項5記載の有機電界発光素子用組成物。
    Figure 2012096263
    (上記一般式(A−4)、(A−5)、(A−6)において、R〜R53は各々独立に、水素原子、窒素原子、酸素原子、硫黄原子、置換基を有していてもよい炭素数6〜30の炭化水素芳香環基、又は置換基を有していてもよい炭素数3〜30の複素芳香環基を表す。ただし、R〜R53それぞれが、窒素原子、酸素原子、硫黄原子である場合には、隣接する置換基の一部と結合を形成し、環を形成する。)
  7. 前記一般式(A)で表される化合物が、前記一般式(A−4)、(A−5)及び(A−6)からなる群から選ばれるいずれか2種類のみで表される、請求項5記載の有機電界発光素子用組成物。
  8. 前記一般式(A)で表される化合物が、前記一般式(A−4)、(A−5)及び(A−6)からなる群から選ばれるいずれか1種類のみで表される、請求項5記載の有機電界発光素子用組成物。
  9. 前記化合物群αに含まれる化合物が、いずれも下記一般式(B)で表される化合物である、請求項1〜請求項4のいずれか一項に記載の有機電界発光素子用組成物。
    Figure 2012096263
    (上記一般式(B)において、Xb及びYbは各々独立に、置換基を有していてもよい炭素数6〜30の炭化水素芳香環基、又は置換基を有していてもよい炭素数3〜30の複素芳香環基を表し、Xb、Xb、Yb及びYbは各々独立に、水素原子、置換基を有していてもよい炭素数6〜30の炭化水素芳香環基、又は置換基を有していてもよい炭素数3〜30の複素芳香環基を表す。)
  10. 前記化合物群αに含まれる材料が、いずれも下記一般式(C)で表される化合物である、請求項1〜請求項4のいずれか一項に記載の有機電界発光素子用組成物。
    Figure 2012096263
    (上記一般式(C)において、Xc、Xc、Yc及びYcは各々独立に、置換基を有していてもよい炭素数6〜30の炭化水素芳香環基、又は置換基を有していてもよい炭素数3〜30の複素芳香環基を表し、Xc、Xc、Yc及びYcは各々独立に、水素原子、置換基を有していてもよい炭素数6〜30の炭化水素芳香環基、又は置換基を有していてもよい炭素数3〜30の複素芳香環基を表す。)
  11. 前記化合物群αに含まれる化合物が、いずれも下記一般式(D)で表される化合物である、請求項1〜請求項4のいずれか一項に記載の有機電界発光素子用組成物。
    Figure 2012096263
    (上記一般式(D)において、Xd、Xd、Yd及びYdは各々独立に、置換基を有していてもよい炭素数6〜30の炭化水素芳香環基、又は置換基を有していてもよい炭素数3〜30の複素芳香環基を表し、Xd、Xd、Yd及びYdは各々独立に、水素原子、置換基を有していてもよい炭素数6〜30の炭化水素芳香環基、又は置換基を有していてもよい炭素数3〜30の複素芳香環基を表す。)
  12. 前記化合物群αに含まれる化合物が、いずれも下記一般式(E)で表される化合物である、請求項1〜請求項4のいずれか一項に記載の有機電界発光素子用組成物。
    Figure 2012096263
    (上記一般式(E)において、Xe、Xe、Ye、Ye、Ze及びZeは各々独立に、置換基を有していてもよい炭素数6〜30の炭化水素芳香環基、又は置換基を有していてもよい炭素数3〜30の複素芳香環基を表し、Xe、Ye及びZeは各々独立に、水素原子、置換基を有していてもよい炭素数6〜30の炭化水素芳香環基、又は置換基を有していてもよい炭素数3〜30の複素芳香環基を表し、p、q、r、s、tおよびuは0以上の整数を表す。)
  13. 前記一般式(E)で表される化合物が、下記一般式(E−1)で表わされる化合物である、請求項12に記載の有機電界発光素子用組成物。
    Figure 2012096263
    (上記一般式(E−1)において、R58〜R72は各々独立に、水素原子、窒素原子、酸素原子、硫黄原子、置換基を有していてもよい炭素数6〜30の炭化水素芳香環基、又は置換基を有していてもよい炭素数3〜30の複素芳香環基を表す。ただし、R58〜R72それぞれが、窒素原子、酸素原子、硫黄原子である場合には、隣接する置換基の一部と結合を有し、環を形成する。)
  14. 陽極、陰極、及びこれらの間に少なくとも1層の有機層を有する有機電界発光素子であり、該有機層のうち少なくとも1層が、請求項1〜請求項13のいずれか一項に記載の有機電界発光素子用組成物を用いて形成された層である、有機電界発光素子。
  15. 請求項1〜請求項13のいずれか一項に記載の有機電界発光素子用組成物を用いて形成された層が発光層である、請求項14に記載の有機電界発光素子。
  16. 請求項14又は請求項15に記載の有機電界発光素子を有する表示装置。
  17. 請求項14又は請求項15に記載の有機電界発光素子を有する照明装置。
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