JP2017522732A - 電子輸送物質およびそれを含む有機エレクトロルミネセント素子 - Google Patents

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スー−ヒュン・リー
チ−シク・キム
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キュン−フン・チョイ
サン−ヒー・チョ
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ホン−ヨプ・ナ
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ローム・アンド・ハース・エレクトロニック・マテリアルズ・コリア・リミテッド
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Abstract

本発明は、ある構造の化合物を含む電子輸送物質、および前記電子輸送物質を含む有機エレクトロルミネセント素子に関する。本発明の電子輸送物質を含む有機エレクトロルミネセント素子は、低い駆動電圧、高い発光効率および良好な色純度を有し、したがって効果的に青色発光を示す。【選択図】 図１

Description

本発明は、電子輸送物質および前記電子輸送物質を含む有機エレクトロルミネセント素子に関する。
エレクトロルミネセント（ＥＬ）素子は、より広い視野角、より大きなコントラスト比、そしてより速い応答時間を提供するという利点を有する自己発光素子である。最初の有機ＥＬ素子は、Ｅａｓｔｍａｎ Ｋｏｄａｋによって、発光層を形成するための材料として芳香族ジアミン小分子およびアルミニウム錯体を使用して開発された（Ａｐｐｌ． Ｐｈｙｓ． Ｌｅｔｔ． ５１， ９１３， １９８７を参照）。
有機ＥＬ素子は、電力を有機発光物質に印加することによって電気エネルギーを光に変え、通常、アノードとカソードと２つの電極間に形成された有機層とを含む。有機ＥＬ素子の有機層は、正孔注入層（ＨＩＬ）、正孔輸送層（ＨＴＬ）、電子ブロック層（ＥＢＬ）、発光層（ＥＭＬ）（ホスト材料およびドーパント材料を含む）、電子バッファ層、正孔ブロック層（ＨＢＬ）、電子輸送層（ＥＴＬ）、電子注入層（ＥＩＬ）などから構成され得、有機層で使用される物質は、機能に応じて、正孔注入物質、正孔輸送物質、電子ブロック物質、発光物質、電子バッファ物質、正孔ブロック物質、電子輸送物質、電子注入物質などに分類することができる。有機ＥＬ素子では、電圧を印加することによって、アノードからの正孔およびカソードからの電子が発光層に注入され、そして正孔と電子との再結合によって高エネルギーを有する励起子が発生する。有機発光化合物は、エネルギーによって励起状態へ移り、有機発光化合物が励起状態から基底状態に戻る際のエネルギーによって発光する。
有機ＥＬ素子において発光効率を決定する最も重要な因子は発光物質である。発光物質は以下の特徴を有することが必要とされる：高い量子効率、電子および正孔の高い移動度、および均一かつ安定な層の形成性。発光物質は、発光色によって、青色発光物質と緑色発光物質と赤色発光物質とに分類され、さらに黄色発光物質またはオレンジ色発光物質を含む。さらに、発光物質は、機能的態様でホスト材料とドーパント材料とに分類される。最近では、有効性が高く、寿命が長い有機ＥＬ素子の開発が緊急課題である。特に、従来の発光物質と比べて非常に優れた発光物質の開発が、中型または大型のＯＬＥＤパネルに必要なＥＬ特性を考慮して緊急に必要とされる。このために、好ましくは、固体状態の溶媒およびエネルギートランスミッターとして、ホスト材料は真空蒸着させるために高純度と好適な分子量を有しなければならない。さらに、ホスト材料は、熱安定性を保証するために高いガラス転移温度と熱分解温度、長寿命のために高い電気化学的安定性、非晶質薄膜の容易な成形性、隣接層との良好な接着性を有し、層間で動かないことが必要とされる。
一方で、有機ＥＬ素子において、電子輸送物質は電子をカソードから発光層へと能動的に輸送し、発光層中の再結合されていない正孔の輸送を抑制して、発光層での正孔と電子との再結合の機会を増大させる。したがって、電子親和性物質を電子輸送物質として使用する。Ａｌｑ３などの発光機能を有する有機金属錯体は電子の輸送に優れ、したがって電子輸送物質として従来使用されてきた。しかしながら、Ａｌｑ３は他の層へ移動し、青色発光素子において使用される場合に色純度の低下を示す点で問題がある。したがって、上記の問題がなく、電子親和性が高く、有機ＥＬ素子において電子を迅速に輸送して高い発光効率を有する有機ＥＬ素子を提供する新しい電子輸送物質が必要とされている。
韓国特許出願公開第１０−２０１０−０１０５０９９号は、窒素含有複素環基がカルバゾールの窒素原子に結合している、ベンゾフランまたはベンゾチオフェンと縮合したカルバゾール骨格を有する化合物を開示している。しかしながら、上記文献は電子輸送物質として上記化合物を使用する有機ＥＬ素子を具体的に開示していない。
本発明の目的は、高効率を有する有機ＥＬ素子を調製できる電子輸送物質を提供することである。
上記目的は、次式１：
Figure 2017522732
（式中、
Ａは置換もしくは非置換５〜３０員ヘテロアリール基を表し；
Ｌは、単結合、置換もしくは非置換（Ｃ６−Ｃ３０）アリーレン基、または置換もしくは非置換５〜３０員ヘテロアリーレン基を表し；
ＸはＯまたはＳを表し；
Ｒ１およびＲ２は各々独立して、水素、重水素、ハロゲン、シアノ基、置換もしくは非置換（Ｃ１−Ｃ３０）アルキル基、置換もしくは非置換（Ｃ６−Ｃ３０）アリール基、置換もしくは非置換５〜３０員ヘテロアリール基、置換もしくは非置換（Ｃ６−Ｃ３０）アリール（Ｃ１−Ｃ３０）アルキル基、置換もしくは非置換（Ｃ３−Ｃ３０）シクロアルキル基、置換もしくは非置換（Ｃ１−Ｃ３０）アルコキシ基、置換もしくは非置換トリ（Ｃ１−Ｃ３０）アルキルシリル基、置換もしくは非置換トリ（Ｃ６−Ｃ３０）アリールシリル基、置換もしくは非置換ジ（Ｃ１−Ｃ３０）アルキル（Ｃ６−Ｃ３０）アリールシリル基、置換もしくは非置換（Ｃ１−Ｃ３０）アルキルジ（Ｃ６−Ｃ３０）アリールシリル基、置換もしくは非置換モノもしくはジ（Ｃ１−Ｃ３０）アルキルアミノ基、置換もしくは非置換モノもしくはジ（Ｃ６−Ｃ３０）アリールアミノ基、または置換もしくは非置換（Ｃ１−Ｃ３０）アルキル（Ｃ６−Ｃ３０）アリールアミノ基を表すか；あるいは隣接する１つもしくは複数の置換基と結合して、１つもしくは複数の炭素原子が窒素、酸素、および硫黄から選択される少なくとも１つのヘテロ原子で置換されていてもよい、置換もしくは非置換単環式もしくは多環式（Ｃ３−Ｃ３０）脂環式もしくは芳香環を形成してもよく；
Ｒ３は、水素、重水素、ハロゲン、シアノ基、置換もしくは非置換（Ｃ１−Ｃ３０）アルキル基、置換もしくは非置換（Ｃ６−Ｃ３０）アリール基、または置換もしくは非置換５〜３０員ヘテロアリール基を表すか；あるいは１つもしくは複数の隣接置換基と結合して、１つもしくは複数の炭素原子が、窒素、酸素、および硫黄から選択される少なくとも１つのヘテロ原子で置換されていてもよい置換もしくは非置換単環式もしくは多環式（Ｃ３−Ｃ３０）脂環式もしくは芳香環を形成してもよく；
ａおよびｂは各々独立して、１〜４の整数を表し；ａまたはｂが２以上の整数である場合、Ｒ１の各々もしくはＲ２の各々は同一であっても、または異なっていてもよく；
ｃは１〜２の整数を表し；ｃが２の整数である場合、Ｒ３の各々は同一であっても、または異なっていてもよく；そして
ヘテロアリール（エン）基はＢ、Ｎ、Ｏ、Ｓ、Ｓｉ、およびＰから選択される少なくとも１つのヘテロ原子を含む）
によって表される化合物を含む電子輸送物質によって達成できる。
発明の効果
本発明の電子輸送物質を使用すると高効率の有機ＥＬ素子が得られ、有機ＥＬ素子を使用することによってディスプレー装置または照明装置を製造することが可能である。
図１は、本発明の一実施形態による電子輸送物質を含む電子輸送層を含む有機ＥＬ素子の典型的な断面図を示す。 図２は、本発明の一実施形態による有機ＥＬ素子中に配置された層間のエネルギーギャップの関係を簡単に示す。 図３は、本発明の一実施形態および従来型技術による有機ＥＬ素子の電流効率対輝度のグラフを示す。
以下で、本発明を詳細に説明する。しかしながら、以下の記載は本発明を説明することを意図し、発明の範囲を決して限定することを意図しない。
式１によって表される化合物を以下のとおり詳細に説明する。
本明細書中で、「（Ｃ１−Ｃ３０）アルキル」は、鎖を構成する炭素原子を１〜３０個有する線状もしくは分枝アルキル（エン）鎖であって、炭素原子数が好ましくは１〜１０であり、さらに好ましくは１〜６である線状もしくは分枝アルキル（エン）鎖を意味し、メチル、エチル、ｎ−プロピル、イソプロピル、ｎ−ブチル、イソブチル、ｔｅｒｔ−ブチルなどが挙げられる。「（Ｃ２−Ｃ３０）アルケニル」は、鎖を構成する炭素原子を２〜３０個有する線状もしくは分枝アルケニル鎖であって、炭素原子の数が好ましくは２〜２０であり、さらに好ましくは２〜１０である線状もしくは分枝アルケニル鎖を意味し、ビニル、１−プロペニル、２−プロペニル、１−ブテニル、２−ブテニル、３−ブテニル、２−メチルブト−２−エニルなどが挙げられる。「（Ｃ２−Ｃ３０）アルキニル」は、鎖を構成する炭素原子を２〜３０個有する線状もしくは分枝アルキニル鎖であって、炭素原子の数が好ましくは２〜２０であり、さらに好ましくは２〜１０である線状もしくは分枝アルキニル鎖であり、エチニル、１−プロピニル、２−プロピニル、１−ブチニル、２−ブチニル、３−ブチニル、１−メチルペント−２−イニルなどが挙げられる。「（Ｃ３−Ｃ３０）シクロアルキル」は、環骨格中に３〜３０個の炭素原子を有する単環式または多環式炭化水素であって、炭素原子の数が好ましくは３〜２０であり、さらに好ましくは３〜７である単環式または多環式炭化水素であり、シクロプロピル、シクロブチル、シクロペンチル、シクロヘキシルなどが挙げられる。「３〜７員ヘテロシクロアルキル」は、Ｂ、Ｎ、Ｏ、Ｓ、Ｓｉ、およびＰ、好ましくはＯ、Ｓ、およびＮから選択される少なくとも１つのヘテロ原子と、３〜７個の環骨格原子とを有するシクロアルキルであり、テトラヒドロフラン、ピロリジン、チオラン、テトラヒドロピランなどが挙げられる。「（Ｃ６−Ｃ３０）アリール（エン）」は、環骨格中に６〜３０個の炭素原子を有する芳香族炭化水素から誘導される単環または縮合環であって、環骨格中の炭素原子数が、好ましくは６〜２０であり、さらに好ましくは６〜１５である単環または縮合環であり、フェニル、ビフェニル、テルフェニル、ナフチル、ビナフチル、フェニルナフチル、ナフチルフェニル、フルオレニル、フェニルフルオレニル、ベンゾフルオレニル、ジベンゾフルオレニル、フェナントレニル、フェニルフェナントレニル、アントラセニル、インデニル、トリフェニレニル、ピレニル、テトラセニル、ペリレニル、クリセニル、ナフタセニル、フルオランテニルなどが挙げられる。「５〜３０員ヘテロアリール（エン）」は、Ｂ、Ｎ、Ｏ、Ｓ、Ｓｉ、およびＰからなる群から選択される少なくとも１つ、好ましくは１〜４個のヘテロ原子と、５〜３０個の環骨格原子とを有するアリール基であり；単環、または少なくとも１つのベンゼン環と縮合した縮合環であり；部分的に飽和していてもよく；少なくとも１つのヘテロアリールまたはアリール基を１つもしくは複数の単結合によってヘテロアリール基に結合させることによって形成されるものであってもよく；フリル、チオフェニル、ピロリル、イミダゾリル、ピラゾリル、チアゾリル、チアジアゾリル、イソチアゾリル、イソオキサゾリル、オキサゾリル、オキサジアゾリル、トリアジニル、テトラジニル、トリアゾリル、テトラゾリル、フラザニル、ピリジル、ピラジニル、ピリミジニル、ピリダジニルなどをはじめとする単環型ヘテロアリール、およびベンゾフラニル、ベンゾチオフェニル、イソベンゾフラニル、ジベンゾフラニル、ジベンゾチオフェニル、ベンゾナフトチオフェニル、ベンズイミダゾリル、ベンゾチアゾリル、ベンズイソチアゾリル、ベンズイソキサゾリル、ベンゾオキサゾリル、イソインドリル、インドリル、インダゾリル、ベンゾチアジアゾリル、キノリル、イソキノリル、シンノリニル、キナゾリニル、キノキサリニル、カルバゾリル、フェノキサジニル、フェナンスリジニル、ベンゾジオキソリルなどをはじめとする縮合環型ヘテロアリールが挙げられる。「ハロゲン」としては、Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ、およびＩが挙げられる。
本発明の１つの実施形態において、式１の化合物は以下の式２〜７のうちの１つによって表すことができる：
Figure 2017522732
（式中、Ａ、Ｌ、Ｒ１〜Ｒ３、ａ、ｂ、およびｃは式１で定義するとおりである）。
本明細書中で、「置換または非置換」という表現における「置換」とは、ある官能基中の水素原子が別の原子または基、すなわち置換基で置換されていることを意味する。上記式のＡ、Ｌ、およびＲ１〜Ｒ３中の置換アルキル基、置換アルコキシ、置換シクロアルキル基、置換アリール（エン）基、置換ヘテロアリール（エン）基、置換トリアルキルシリル基、置換トリアリールシリル基、置換ジアルキルアリールシリル基、置換アルキルジアリールシリル基、置換モノもしくはジアリールアミノ基、置換モノもしくはジアルキルアミノ基、置換アルキルアリールアミノ基、置換アラルキル基、および置換単環式もしくは多環式（Ｃ３−Ｃ３０）脂環式もしくは芳香環の置換基は、各々独立して、重水素；ハロゲン；シアノ基；カルボキシル基；ニトロ基；ヒドロキシル基；（Ｃ１−Ｃ３０）アルキル基；ハロ（Ｃ１−Ｃ３０）アルキル基；（Ｃ２−Ｃ３０）アルケニル基；（Ｃ２−Ｃ３０）アルキニル基；（Ｃ１−Ｃ３０）アルコキシ基；（Ｃ１−Ｃ３０）アルキルチオ基；（Ｃ３−Ｃ３０）シクロアルキル基；（Ｃ３−Ｃ３０）シクロアルケニル基；３〜７員ヘテロシクロアルキル基；（Ｃ６−Ｃ３０）アリールオキシ基；（Ｃ６−Ｃ３０）アリールチオ基；置換されていないか、または（Ｃ１−Ｃ３０）アルキル基もしくは（Ｃ６−Ｃ３０）アリール基で置換された３〜３０員ヘテロアリール基；置換されていないか、または（Ｃ１−Ｃ３０）アルキル基もしくは３〜３０員ヘテロアリール基で置換された（Ｃ６−Ｃ３０）アリール基；トリ（Ｃ１−Ｃ３０）アルキルシリル基で置換された（Ｃ６−Ｃ３０）アリール基；トリ（Ｃ６−Ｃ３０）アリールシリル基で置換された（Ｃ６−Ｃ３０）アリール基；トリ（Ｃ１−Ｃ３０）アルキルシリル基；トリ（Ｃ６−Ｃ３０）アリールシリル基；ジ（Ｃ１−Ｃ３０）アルキル（Ｃ６−Ｃ３０）アリールシリル基；（Ｃ１−Ｃ３０）アルキルジ（Ｃ６−Ｃ３０）アリールシリル基；アミノ基；モノもしくはジ（Ｃ１−Ｃ３０）アルキルアミノ基；モノもしくはジ（Ｃ６−Ｃ３０）アリールアミノ基；（Ｃ１−Ｃ３０）アルキル（Ｃ６−Ｃ３０）アリールアミノ基；（Ｃ１−Ｃ３０）アルキルカルボニル基；（Ｃ１−Ｃ３０）アルコキシカルボニル基；（Ｃ６−Ｃ３０）アリールカルボニル基；ジ（Ｃ６−Ｃ３０）アリールボロニル基；ジ（Ｃ１−Ｃ３０）アルキルボロニル基；（Ｃ１−Ｃ３０）アルキル（Ｃ６−Ｃ３０）アリールボロニル基；（Ｃ６−Ｃ３０）アリール（Ｃ１−Ｃ３０）アルキル基；および（Ｃ１−Ｃ３０）アルキル（Ｃ６−Ｃ３０）アリール基；そして好ましくは５〜２０員ヘテロアリール基；（Ｃ１−Ｃ２０）アルキル基で置換された５〜２０員ヘテロアリール基；（Ｃ６−Ｃ２０）アリール基で置換された５〜２０員ヘテロアリール基；（Ｃ６−Ｃ２０）アリール基；（Ｃ１−Ｃ２０）アルキル基で置換された（Ｃ６−Ｃ２０）アリール基；５〜２０員ヘテロアリール基で置換された（Ｃ６−Ｃ２０）アリール基；トリ（Ｃ１−Ｃ６）アルキルシリル基で置換された（Ｃ６−Ｃ２０）アリール基；トリ（Ｃ６−Ｃ２０）アリールシリル基で置換された（Ｃ６−Ｃ２０）アリール基；および（Ｃ１−Ｃ６）アルキル（Ｃ６−Ｃ２０）アリール基からなる群から選択される少なくとも１つである。
式１中、Ａは、置換もしくは非置換５〜３０員ヘテロアリール基；好ましくは置換もしくは非置換５〜２０員ヘテロアリール基；そしてさらに好ましくは非置換５〜２０員ヘテロアリール基、置換されていないかまたは（Ｃ１−Ｃ２０）アルキル基もしくは（Ｃ６−Ｃ２０）アリール基で置換された５〜２０員ヘテロアリール基で置換された５〜２０員ヘテロアリール基、（Ｃ６−Ｃ２０）アリール基で置換された５〜２０員ヘテロアリール基、５〜２０員ヘテロアリール基で置換された（Ｃ６−Ｃ２０）アリール基で置換された５〜２０員ヘテロアリール基、トリ（Ｃ１−Ｃ６）アルキルシリル基で置換された（Ｃ６−Ｃ２０）アリール基で置換された５〜２０員ヘテロアリール基、トリ（Ｃ６−Ｃ２０）アリールシリル基で置換された（Ｃ６−Ｃ２０）アリール基で置換された５〜２０員ヘテロアリール基、または（Ｃ１−Ｃ６）アルキル（Ｃ６−Ｃ２０）アリール基で置換された５〜２０員ヘテロアリール基を表す。
Ａの定義において５〜３０員ヘテロアリール基は、好ましくは窒素を含有するヘテロアリール基である。特に、Ａは、置換もしくは非置換ピリジン、置換もしくは非置換ピリミジン、置換もしくは非置換トリアジン、置換もしくは非置換ピラジン、置換もしくは非置換キノリン、置換もしくは非置換キナゾリン、置換もしくは非置換キノキサリン、置換もしくは非置換ナフチリジン、または置換もしくは非置換フェナンスロリンを表してもよい。さらに詳細には、Ａの定義において置換ヘテロアリール基の置換基は、フェニル；ビフェニル；テルフェニル；ナフチル；フェナントレニル；トリフェニルシリル；
トリフェニルシリル基で置換されたフェニル、ビフェニル、またはナフチル基；
置換されていないか、または（Ｃ１−Ｃ４）アルキル基もしくはフェニル基で置換されたフルオレニル基；
置換されていないか、または（Ｃ１−Ｃ４）アルキル基もしくはフェニル基で置換されたフルオレニル基で置換されたフェニル、ビフェニル、もしくはナフチル基；
置換されていないかまたは（Ｃ１−Ｃ４）アルキル基で置換されたジベンゾチオフェニル基；
置換されていないかまたは（Ｃ１−Ｃ４）アルキル基で置換されたジベンゾチオフェニル基で置換されたフェニル、ビフェニル、もしくはナフチル基；
置換されていないかまたは（Ｃ１−Ｃ４）アルキル基で置換されたジベンゾフラニル基；
置換されていないかまたは（Ｃ１−Ｃ４）アルキル基で置換されたジベンゾフラニル基で置換されたフェニル、ビフェニル、もしくはナフチル基；
置換されていないかまたはフェニル基で置換されたカルバゾール基；
カルバゾール基で置換されたフェニル、ビフェニル、もしくはナフチル基；
置換されていないかまたは（Ｃ１−Ｃ４）アルキル基で置換されたベンゾチアゾール基；
あるいは置換されていないかまたは（Ｃ１−Ｃ４）アルキル基で置換されたベンゾチアゾール基で置換されたフェニル、ビフェニル、もしくはナフチル基を表してもよい。
式１中のＬは、単結合、置換もしくは非置換（Ｃ６−Ｃ３０）アリーレン基、または置換もしくは非置換５〜３０員ヘテロアリーレン基；好ましくは単結合、置換もしくは非置換（Ｃ６−Ｃ２０）アリーレン基、または置換もしくは非置換５〜２０員ヘテロアリーレン基；さらに好ましくは単結合、非置換（Ｃ６−Ｃ２０）アリーレン基、または非置換５〜２０員ヘテロアリーレン基；なお一層好ましくは単結合または非置換（Ｃ６−Ｃ１２）アリーレン基を表す。特に、Ｌは単結合、フェニレン、ビフェニレン、またはナフチレンを表してもよい。
式１中のＸはＯまたはＳを表す。
式１中のＲ１およびＲ２は各々独立して、水素、重水素、ハロゲン、シアノ基、置換もしくは非置換（Ｃ１−Ｃ３０）アルキル基、置換もしくは非置換（Ｃ６−Ｃ３０）アリール基、置換もしくは非置換５〜３０員ヘテロアリール基、置換もしくは非置換（Ｃ６−Ｃ３０）アリール（Ｃ１−Ｃ３０）アルキル基、置換もしくは非置換（Ｃ３−Ｃ３０）シクロアルキル基、置換もしくは非置換（Ｃ１−Ｃ３０）アルコキシ基、置換もしくは非置換（Ｃ１−Ｃ３０）アルキルシリル基、置換もしくは非置換（Ｃ６−Ｃ３０）アリールシリル基、置換もしくは非置換（Ｃ６−Ｃ３０）アリール（Ｃ１−Ｃ３０）アルキルシリル基、置換もしくは非置換（Ｃ１−Ｃ３０）アルキルアミノ基、置換もしくは非置換（Ｃ６−Ｃ３０）アリールアミノ基、または置換もしくは非置換（Ｃ１−Ｃ３０）アルキル（Ｃ６−Ｃ３０）アリールアミノ基を表すか；あるいは１つもしくは複数の隣接置換基と結合して、その１つもしくは複数の炭素原子が、窒素、酸素、および硫黄から選択される少なくとも１つのヘテロ原子で置換されていてもよい置換もしくは非置換単環式もしくは多環式（Ｃ３−Ｃ３０）脂環式もしくは芳香環を形成してもよく；好ましくは、水素、置換もしくは非置換（Ｃ６−Ｃ２０）アリール基、または置換もしくは非置換５〜２０員ヘテロアリール基であり；さらに好ましくは、水素、置換されていないかまたは（Ｃ６−Ｃ１２）アリール基で置換された（Ｃ６−Ｃ２０）アリール基、あるいは置換されていないかまたは（Ｃ６−Ｃ２０）アリール基で置換された５〜２０員ヘテロアリール基を表す。特に、Ｒ１およびＲ２は各々独立して、水素、置換されていないかまたは（Ｃ１−Ｃ４）アルキル基で置換されたフェニル基；置換されていないかまたは（Ｃ１−Ｃ４）アルキル基で置換されたビフェニル基；置換されていないかまたは（Ｃ１−Ｃ４）アルキル基で置換されたテルフェニル基；置換されていないか、または（Ｃ１−Ｃ４）アルキル基で置換されたナフチル基；置換されていないか、または（Ｃ１−Ｃ４）アルキル基で置換されたフェナントレニル基；置換されていないか、または（Ｃ１−Ｃ４）アルキル基で置換されたフルオレニル基；置換されていないか、または（Ｃ１−Ｃ４）アルキル基もしくはフェニル基で置換されたカルバゾール基；置換されていないか、または（Ｃ１−Ｃ４）アルキル基もしくはフェニル基で置換されたジベンゾチオフェニル基；あるいは置換されていないか、または（Ｃ１−Ｃ４）アルキル基もしくはフェニル基で置換されたジベンゾフラニル基を表してもよい。
式１中のＲ３は、水素、重水素、ハロゲン、シアノ基、置換もしくは非置換（Ｃ１−Ｃ３０）アルキル基、置換もしくは非置換（Ｃ６−Ｃ３０）アリール基、または置換もしくは非置換５〜３０員ヘテロアリール基を表すか；あるいは１つもしくは複数の隣接置換基と結合して、その１つもしくは複数の炭素原子が、窒素、酸素、および硫黄から選択される少なくとも１つのヘテロ原子で置換されていてもよい、置換もしくは非置換単環式もしくは多環式（Ｃ３−Ｃ３０）脂環式もしくは芳香環を形成してもよく；好ましくは水素、置換もしくは非置換（Ｃ６−Ｃ２０）アリール基、または置換もしくは非置換５〜２０員ヘテロアリール基を表す。特に、Ｒ３は水素を表す。
式１中のａおよびｂは各々独立して１〜４の整数を表し；好ましくは１〜２の整数を表し；ａまたはｂが２以上の整数である場合、Ｒ１の各々またはＲ２の各々は同一であってもよいし、異なっていてもよい。
式１中のｃは１〜２の整数を表し；好ましくは１の整数を表す。
式１中のヘテロアリール（エン）基は、Ｂ、Ｎ、Ｏ、Ｓ、Ｓｉ、およびＰから選択される少なくとも１つのヘテロ原子を含み；好ましくはＮ、Ｏ、およびＳから選択される少なくとも１つのヘテロ原子を含む。
本発明の１つの実施形態によると、式１中、Ａは置換もしくは非置換５〜２０員ヘテロアリール基を表し；Ｌは単結合、置換もしくは非置換（Ｃ６−Ｃ２０）アリーレン基、または置換もしくは非置換５〜２０員ヘテロアリーレン基を表し；ＸはＯまたはＳを表し；Ｒ１およびＲ２は各々独立して、水素、置換もしくは非置換（Ｃ６−Ｃ２０）アリール基、または置換もしくは非置換５〜２０員ヘテロアリール基を表し；Ｒ３は水素を表し；ａおよびｂは各々独立して、１〜２の整数を表し；そしてｃは１を表す。
本発明の別の実施形態によると、式１中、Ａは、非置換５〜２０員ヘテロアリール基、置換されていないかまたは（Ｃ１−Ｃ２０）アルキル基もしくは（Ｃ６−Ｃ２０）アリール基で置換された５〜２０員ヘテロアリール基で置換された５〜２０員ヘテロアリール基、（Ｃ６−Ｃ２０）アリール基で置換された５〜２０員ヘテロアリール基、５〜２０員ヘテロアリール基で置換された（Ｃ６−Ｃ２０）アリール基で置換された５〜２０員ヘテロアリール基、トリ（Ｃ１−Ｃ６）アルキルシリル基で置換された（Ｃ６−Ｃ２０）アリール基で置換された５〜２０員ヘテロアリール基、トリ（Ｃ６−Ｃ２０）アリールシリル基で置換された（Ｃ６−Ｃ２０）アリール基で置換された５〜２０員ヘテロアリール基、または（Ｃ１−Ｃ６）アルキル（Ｃ６−Ｃ２０）アリール基で置換された５〜２０員ヘテロアリール基を表し；Ｌは、単結合、非置換（Ｃ６−Ｃ２０）アリーレン基、または非置換５〜２０員ヘテロアリーレン基を表し；ＸはＯまたはＳを表し；Ｒ１およびＲ２は各々独立して、水素、置換されていないかもしくは（Ｃ６−Ｃ１２）アリール基で置換された（Ｃ６−Ｃ２０）アリール基、または置換されていないかもしくは（Ｃ６−Ｃ２０）アリール基で置換された５〜２０員ヘテロアリール基を表し；Ｒ３は水素を表し；ａおよびｂは各々独立して、１〜２の整数を表し；そしてｃは１の整数を表す。
式１の化合物、以下の化合物からなる群から選択することができるが、それらに限定されるものではない：
Figure 2017522732
Figure 2017522732
本発明の電子輸送物質に含まれる式１の化合物は、当業者に公知の方法で調製することができ、例えば以下の反応スキーム１にしたがって調製することができる：
反応スキーム１
Figure 2017522732
（式中、
Ａ、Ｌ、Ｘ、Ｒ１〜Ｒ３、ａ、ｂ、およびｃは式１で定義したとおりであり、Ｈａｌはハロゲンを表す）。
本発明はさらに、式１の化合物を含む電子輸送物質、および前記電子輸送物質を含む有機ＥＬ素子を提供する。電子輸送物質は式１の化合物だけから構成され得るか、または電子輸送物質に概して含まれる通常の物質をさらに含む電子輸送層用の混合物もしくは組成物であり得る。
本発明はさらに、もう１つ別の実施形態として、本発明の電子輸送物質を含む有機ＥＬ素子を提供する。
有機ＥＬ素子はさらに還元ドーパントを含んでもよい。還元ドーパントは、アルカリ金属、アルカリ土類金属、希土類金属、アルカリ金属の酸化物、アルカリ金属のハロゲン化物、アルカリ土類金属の酸化物、アルカリ土類金属のハロゲン化物、希土類金属の酸化物、希土類金属のハロゲン化物、アルカリ金属の有機錯体、アルカリ土類金属の有機錯体、および希土類金属の有機錯体からなる群から選択される１以上であり得る。還元ドーパントの具体例は、リチウムキノレート、ナトリウムキノレート、セシウムキノレート、カリウムキノレート、ＬｉＦ、ＮａＣｌ、ＣｓＦ、Ｌｉ２Ｏ、ＢａＯ、ＢａＦ２などであり得るが、これらに限定されるものではない。還元ドーパントは、電子輸送物質との組み合わせとして有機ＥＬ素子中に含まれていてもよく、電子輸送物質とは別の層を形成し得る。
本発明の有機ＥＬ素子は、アノードとカソードと２つの電極間の少なくとも１つの有機層とを含む。有機層はホスト化合物とドーパント化合物とを含む発光層を含む。発光層とは、発光する層を意味し、単層または２以上の層を有する多層であり得る。発光層中のホスト化合物に対するドーパント化合物のドーピング濃度は、好ましくは２０重量％未満である。
本発明の有機ＥＬ素子は、有機層中にアリールアミン系化合物およびスチリルアリールアミン系化合物からなる群から選択される少なくとも１つの化合物をさらに含んでもよい。
本発明の有機ＥＬ素子において、有機層は、周期律表の１族の金属、２族の金属、第４周期の遷移金属、第５周期の遷移金属、ランタニド、およびｄ遷移元素の有機金属からなる群から選択される少なくとも１つの金属、または金属を含む少なくとも１つの錯体化合物をさらに含んでもよい。
好ましくは、本発明の有機ＥＬ素子において、カルコゲニド層、金属ハロゲン化物層、および金属酸化物層から選択される少なくとも１つの層（以下で、「表面層」）が一方または両方の電極の内面上に配置されていてもよい。特に、ケイ素またはアルミニウムのカルコゲニド（酸化物を含む）層が発光媒体層（ｌｉｇｈｔ−ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｍｅｄｉｕｍ ｌａｙｅｒ）のアノード表面上に配置され、金属ハロゲン化物層または金属酸化物層がエレクトロルミネセント媒体層のカソード表面上に配置されているのが好ましい。表面層は有機ＥＬ素子の動作安定性を提供する。好ましくは、カルコゲニドは、ＳｉＯＸ（１≦Ｘ≦２）、ＡｌＯＸ（１≦Ｘ≦１．５）、ＳｉＯＮ、ＳｉＡｌＯＮなどを含み；金属ハロゲン化物はＬｉＦ、ＭｇＦ２、ＣａＦ２、希土類金属フッ化物などを含み；金属酸化物はＣｓ２Ｏ、Ｌｉ２Ｏ、ＭｇＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ、ＣａＯなどを含む。
正孔注入層（ＨＩＬ）、正孔輸送層（ＨＴＬ）、電子ブロック層（ＥＢＬ）、またはそれらの組み合わせを、アノードと発光層との間で使用することができる。正孔注入層は、アノードから正孔輸送層または電子ブロック層への正孔注入バリア（または正孔注入電圧）を低くするために多層であってよく、多層の各々は２つの化合物を同時に使用することができる。正孔輸送層または電子ブロック層も多層であってもよい。
電子バッファ層、正孔ブロック層（ＨＢＬ）、電子輸送層（ＥＴＬ）、電子注入層（ＥＩＬ）、またはそれらの組み合わせを発光層とカソードとの間で使用できる。電子バッファ層は、電子の注入を制御し、かつ発光層と電子注入層との間の界面特性を改善するために多層であってよく、多層の各々は同時に２つの化合物を使用してもよい。正孔ブロック層または電子輸送層も多層であってよく、多層の各々は多成分の化合物を使用することができる。
好ましくは、本発明の有機ＥＬ素子において、電子輸送化合物と還元ドーパントとの混合領域、または正孔輸送化合物と酸化ドーパントとの混合領域が１対の電極の少なくとも１つの表面上に配置されていてもよい。この場合、電子輸送化合物はアニオンに還元され、したがって混合領域から発光媒体への電子の注入および輸送がより容易になる。さらに、正孔輸送化合物はカチオンに酸化され、したがって混合領域から発光媒体への正孔の注入および輸送がより容易になる。ここで、電子輸送化合物は、本発明の電子輸送物質で使用する式１の化合物以外の従来型電子輸送化合物であってよい。好ましくは、酸化ドーパントは様々なルイス酸およびアクセプター化合物を含み；還元ドーパントは上述のものを含む。還元ドーパント層を電荷発生層として用いて、２以上の発光層を有し、かつ白色に発光する有機ＥＬ素子を調製することができる。
本発明の有機ＥＬ素子を構成する各層を形成するために、真空蒸着、スパッタリング、プラズマ、イオンめっき法などの乾式フィルム形成法、またはスピンコーティング、ディップコーティング、フローコーティング法などの湿式フィルム形成法を使用できる。
湿式フィルム形成法を使用する場合、各層を構成する物質をエタノール、クロロホルム、テトラヒドロフラン、ジオキサンなどの好適な溶媒中に溶解または分散させることによって薄膜を形成する。溶媒は、各層を構成する物質が溶媒中に可溶性または分散性である限り特に限定されず、層の形成で何も問題を起こさない。
以下、図１を参照して本発明の有機ＥＬ素子の構成を詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施形態による電子輸送物質を含む電子輸送層を含む有機ＥＬ素子の典型的な断面図を示す。
図１を参照して、有機ＥＬ素子（１００）は、第１電極（１１０）と、第１電極（１１０）上に形成された有機層（１２０）と、第１電極（１１０）に相対し、かつ有機層（１２０）上に形成された第２電極（１３０）とを含む。
第１電極（１１０）はアノードであり得、第２電極（１３０）はカソードであり得る。
有機層（１２０）は、正孔注入層（１２２）と、正孔注入層（１２２）上に形成された正孔輸送層（１２３）と、正孔輸送層（１２３）上に形成された発光層（１２５）と、発光層（１２５）上に形成された電子輸送ゾーン（１２８）とを含み、電子輸送ゾーン（１２８）は発光層（１２５）上に形成された電子輸送層（１２６）と電子輸送層（１２６）上に形成された電子注入層（１２７）とを含む。正孔注入層（１２２）、正孔輸送層（１２３）、発光層（１２５）、電子輸送層（１２６）、および電子注入層（１２７）の各々は単層または２以上の層を有する多層であり得る。
発光層（１２５）はホスト化合物およびドーパント化合物を用いることによって形成することができる。ホスト化合物およびドーパント化合物は特に限定されず、公知化合物から好適に選択することができる。
電子輸送ゾーン（１２８）は本発明の電子輸送物質を含む。さらに、図１は、電子輸送ゾーン（１２８）が電子輸送層（１２６）と電子注入層（１２７）とを含むが、電子輸送層（１２６）だけを含み得ることを示す。本発明の電子輸送物質は、好ましくは電子輸送ゾーンの電子輸送層中に含まれる。
図１の有機ＥＬ素子は、当業者に対して本発明の要素を充分に説明するための単なる一実施形態であるが、本発明はそれらに限定されず、他の実施形態でも明示され得る。例えば、図１の有機ＥＬ素子において、発光層および電子輸送ゾーンを除いて正孔注入層などのいずれか１つの要素を省略してもよい。さらに、任意の要素を素子に加えてもよい。付加される１つの要素の例は電子バッファ層であり得る。
図２は、本発明の一実施形態による有機ＥＬ素子中に配置された層間のエネルギーギャップの関係を簡単に示す。
図２では、正孔輸送層、発光層、および電子輸送層が順次積み重ねられ、電子輸送層を介してカソードからの電子が発光層に注入される。電子輸送層のＬＵＭＯエネルギー値は、発光層中のホスト化合物およびドーパント化合物のＬＵＭＯエネルギー値よりも高い。さらに、図２中で図示するように、発光層と電子輸送層との間に大きなバリアが存在する場合でさえも、本発明による電子輸送物質を使用する場合、有機ＥＬ素子は電子流特性が速く、したがって駆動電圧は低く、効率は高い。
以下で、本発明の化合物、その調製法、および電子輸送物質として当該化合物を含む素子の発光特性を、本発明の代表的な化合物を参照して詳細に説明する。
実施例１：化合物３の調製
Figure 2017522732
化合物１−１の調製
１−ブロモ−２−ニトロベンゼン（３９．０ｇ、０．１９ｍｏｌ）、ジベンゾ［ｂ，ｄ］フラン−４−イルボロン酸（４５．０ｇ、０．２１ｍｏｌ）、テトラキス（トリフェニルホスフィン）パラジウム（Ｏ）（Ｐｄ（ＰＰｈ３）４）（１１．１ｇ、０．００９６ｍｏｌ）、２ＭのＫ２ＣＯ３水溶液（２９０．０ｍＬ）、エタノール（ＥｔＯＨ）（２９０．０ｍＬ）、およびトルエン（５８０．０ｍＬ）を混合した後、混合物を１２０℃まで加熱しながら４時間撹拌した。反応が完了したら、混合物を蒸留水ですすぎ、酢酸エチル（ＥＡ）で抽出し、有機層を無水ＭｇＳＯ４で乾燥させ、ロータリーエバポレーターを使用することによって溶媒を除去し、そして得られた生成物をカラムクロマトグラフィーによって精製して、化合物１−１（４７．０ｇ、８５％）を得た。
化合物１−２の調製
化合物１−１（４７．０ｇ、０．１６ｍｏｌ）、亜リン酸トリエチル（６００．０ｍＬ）、および１，２−ジクロロベンゼン（３００．０ｍＬ）を混合した後、混合物を１５０℃まで加熱しながら１２時間撹拌した。反応が完了したら、蒸留装置を用いることによって未反応の亜リン酸トリエチルおよび１，２−ジクロロベンゼンを除去した。残留物を蒸留水ですすぎ、ＥＡで抽出し、そして有機層を無水ＭｇＳＯ４で乾燥させた。ロータリーエバポレーターを用いることによって溶媒を除去した後、得られた生成物をカラムクロマトグラフィーによって精製して、化合物１−２（３９．０ｇ、８１％）を得た。
化合物３の調製
ＮａＨ（１．９ｍｇ、４２．１ｍｍｏｌ）をジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）中に溶解させ、そして混合物を撹拌した。化合物１−２（７．０ｇ、２７．２ｍｍｏｌ）をＤＭＦ中に溶解させた後、この溶液を撹拌したＮａＨ溶液に添加し、結果として得られた混合物を１時間撹拌した。２−クロロ−４，６−ジフェニルピリミジン（８．７ｇ、３２．６ｍｍｏｌ）をＤＭＦ中に溶解させ、撹拌した。先のステップで１時間撹拌した混合物をジフェニルピリミジン溶液に添加し、結果として得られた混合物を室温で２４時間撹拌した。反応が完了したら、結果として得られた固体を濾過し、ＥＡですすぎ、カラムクロマトグラフィーによって精製して、化合物３（３．５ｇ、２５％）を得た。
実施例２：化合物１０の調製
Figure 2017522732
化合物２−１の調製
ジベンゾ［ｂ，ｄ］チオフェン−４−イルボロン酸（１０．０ｇ、４３．８４ｍｍｏｌ）を使用することによって化合物１−１の調製においてと同じ方法で化合物２−１（１０．０ｇ、３２．７４ｍｍｏｌ、７４．６８％）を製造した。
化合物２−２の調製
化合物２−１（１０．０ｇ、３２．７４ｍｍｏｌ）を使用することによって化合物１−２の調製においてと同じ方法で化合物２−２（７．０ｇ、２５．６０ｍｍｏｌ、７８．１９％）を製造した。
化合物１０の調製
化合物２−２（７．０ｇ、２５．６ｍｍｏｌ）および２−クロロ−４，６−ジフェニル−１，３，５−トリアジン（８．７ｇ、３２．６ｍｍｏｌ）を使用することによって化合物３の調製においてと同じ方法で化合物１０（５．６ｇ、４０％）を製造した。
実施例３：化合物２２の調製
Figure 2017522732
化合物２−２（７．０ｇ、２５．６ｍｍｏｌ）および化合物３−１（８．２ｇ、３２．６ｍｍｏｌ）を使用することによって化合物３の調製においてと同じ方法で標的化合物２２（５．３ｇ、４９％）を製造した。
実施例１〜３においてと同じ方法で化合物１〜７２を製造した。製造した化合物のうちの代表的な化合物の物理的特性の具体的なデータを以下の表１に提示する。
Figure 2017522732
比較例１：本発明によらない青色発光有機ＥＬ素子の製造
本発明によらない電子輸送物質の有機化合物を含むＯＬＥＤ素子を以下のようにして製造した：ＯＬＥＤ素子（ＧＥＯＭＡＴＥＣ ＣＯ．， ＬＴＤ．， Ｊａｐａｎ）のガラス基板上の透明電極インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）薄膜（１０Ω／ｓｑ）は、アセトン、エタノール、および蒸留水を連続して使用することによって超音波洗浄し、次いでイソプロパノール中で保存した。次に、ＩＴＯ基板を真空蒸着装置の基板ホルダー上に取り付けた。Ｎ４，Ｎ４’−ジフェニル−Ｎ４，Ｎ４’−ビス（９−フェニル−９Ｈ−カルバゾール−３−イル）−［１，１’−ビフェニル］−４，４’−ジアミン（化合物ＨＩ−１）を真空蒸着装置のセルに導入し、装置のチャンバー中の圧力を次いで１０−６ｔｏｒｒに制御した。その後、セルに電流を印加して導入した物質を蒸発させ、それによって、ＩＴＯ基板上に６０ｎｍの厚さを有する正孔注入層１を形成した。１，４，５，８，９，１２−ヘキサアザトリフェニレン−ヘキサカルボニトリル（化合物ＨＩ−２）を次いで真空蒸着装置の別のセルに導入し、セルに電流を印加して導入した物質を蒸発させ、それによって正孔注入層１上に５ｎｍの厚さを有する正孔注入層２を形成した。Ｎ−（［１，１’−ビフェニル］−４−イル）−９，９−ジメチル−Ｎ−（４−（９−フェニル−９Ｈ−カルバゾール−３−イル）フェニル）−９Ｈ−フルオレン−２−アミン（化合物ＨＴ−１）を真空蒸着装置の別のセルに導入した。その後、セルに電流を印加して導入した物質を蒸発させ、それによって正孔注入層２上に２０ｎｍの厚さを有する正孔輸送層１を形成した。Ｎ，Ｎ−ジ（［１，１’−ビフェニル］−４−イル）−４’−（９Ｈ−カルバゾール−９−イル）−［１，１’−ビフェニル］−４−アミン（化合物ＨＴ−２）を次いで真空蒸着装置の別のセルに導入し、電流をセルに印加して導入した物質を蒸発させ、それによって正孔輸送層１上に５ｍｍの厚さを有する正孔輸送層２を形成した。正孔注入層および正孔輸送層を形成した後、発光層を以下のように蒸着させた。ホスト化合物としての化合物ＢＨ−１を真空蒸着装置の１つのセルに導入し、そしてドーパントとしての化合物ＢＤ−１を装置の別のセルに導入した。２つの物質を異なる割合で蒸発させ、ドーパントをホストおよびドーパントの総重量に基づいて２重量％のドーピング量で蒸着させて、正孔輸送層上に２０ｎｍの厚さを有する発光層を形成した。次に、電子輸送物質としての化合物ＥＴＬ−１を１つのセル上に蒸発させて、発光層上に３３ｎｍの厚さを有する電子輸送層を形成した。電子輸送層上に電子注入層として４ｎｍの厚さを有するリチウムキノレートを蒸着させた後、８０ｎｍの厚さを有するＡｌカソードを次いで電子注入層上に別の真空蒸着装置によって蒸着させた。このようにしてＯＬＥＤ素子を製造した。ＯＬＥＤ素子を製造するために使用したすべての物質は、使用前に１０−６ｔｏｒｒでの真空昇華によって精製した。
上記で製造したＯＬＥＤ素子の電流効率対輝度値を図３中のグラフで示す。さらに、１，０００ｎｉｔの輝度での駆動電圧、発光効率、および比較例１で製造したＯＬＥＤ素子のＣＩＥ色座標を以下の表２で提示する。
素子例１〜１２：本発明の青色発光有機ＥＬ素子の製造
電子輸送物質を以下の表２で示す化合物に変える以外は比較例１においてと同様にしてＯＬＥＤ素子を製造した。素子例１〜１２の各々で製造したＯＬＥＤ素子の評価結果を下記表２で提示する。さらに、素子例１で製造したＯＬＥＤ素子の電流効率対輝度値を図３のグラフで示す。
比較例２：本発明によらない青色発光有機ＥＬ素子の製造
化合物ＥＴＬ−２を電子輸送物質として使用する以外は比較例１においてと同様にしてＯＬＥＤ素子を製造した。比較例２で製造したＯＬＥＤ素子の評価結果を以下の表２で提供する。
Figure 2017522732
上記の表２に基づいて、本発明の電子輸送層（ＥＴＬ）は速い電子流特性を有し、したがって素子例１〜１２は比較例１および２と比較して高い効率を提供する。さらに、図３から、素子例１のＯＬＥＤ素子は比較例１のＯＬＥＤ素子と比べて全輝度領域にわたって高い電流効率を有することがわかる。比較例２を素子例２と比較すると、比較例２の電子輸送物質で使用する化合物は、カルバゾール環がベンゾフラン環と直接結合によって結合した構造を有し、しがたってその二面角は、ベンゾフラン環がカルバゾール環と直接縮合している素子例２の電子輸送物質で使用する化合物の二面角よりも相対的に大きい。したがって、電子注入は、素子例２と比べて比較例２では円滑に進行しないと考えられ、したがって比較例２は高い駆動電圧および低い発光効率を示す。
Figure 2017522732
Figure 2017522732
本発明の化合物を含む電子輸送物質の特徴的な性質
式１によって表される化合物は、ベンゾフランまたはベンゾチオフェンがカルバゾール誘導体と縮合してベンゾフロカルバゾールまたはベンゾチエノカルバゾールを形成する構造を有する。
上記構造はカルバゾール環をベンゾチオフェン環またはベンゾフラン環に縮合させることによって硬質であり、したがってほぼ０°の二面角を有する。この構造によると、関連性のある嵩高い基は大きな分子間π軌道の重なりを有し、したがって分子間電荷遷移はさらに容易になり、分子間π−πスタッキングが強化される場合、共平面構造によって速い電子流特性を達成することができると考えられる。それに対して、比較例で使用される化合物は、カルバゾール環がベンゾチオフェン環またはベンゾフラン環と直接結合によって結合している構造を有しているので、その二面角は約３６°の偏差があり、これによって比較的ランダムな分子配向になり、したがって電子流特性が低下し、効率が低減するといういくつかの問題生じる。したがって、本発明の化合物を含む電子輸送物質は、ＯＬＥＤ素子の低駆動電圧および高効率に大きく貢献し得る。
上記表２中のデータは、電子輸送層の電子親和力（Ａｂ）がホストの電子親和力（Ａｈ、ＬＵＭＯ＝１．６ｅＶ）よりも高い条件下で測定され、本発明の素子例の電子輸送層は比較例１におけるよりも高い電子親和力を有する。ＬＵＭＯ（最低空分子軌道）エネルギー値およびＨＯＭＯ（最高被占分子軌道）エネルギー値は本質的に負の数値を有するが、本発明ではＬＵＭＯエネルギー値（Ａ）およびＨＯＭＯエネルギー値を便宜上それらの絶対値として表す。さらに、ＬＵＭＯエネルギー値間の比較はそれらの絶対値に基づく。本発明におけるＬＵＭＯエネルギー値およびＨＯＭＯエネルギー値は密度関数理論（ＤＦＴ）によって算出する。
各々の電子輸送層および電子注入層は２以上の層から構成されていてもよい。電子輸送層のＬＵＭＯエネルギー値は発光層のＬＵＭＯエネルギー値よりも小さい可能性がある。例えば、電子輸送層および発光層のＬＵＭＯエネルギー値はそれぞれ１．９ｅＶおよび１．６ｅＶであり得る。したがって、２層のＬＵＭＯエネルギー値の差は０．３ｅＶであり得る。電子輸送層が上記のようなＬＵＭＯエネルギー値を有する場合、電子輸送層を介して発光層に電子を注入することは困難である。しかしながら、式１の化合物を含む電子輸送物質を使用することによって製造される電子輸送層は電子を発光層へと容易に輸送する。したがって、本発明のＯＬＥＤ素子は低い駆動電圧と高い発光効率とを有する。
ＬＵＭＯエネルギー値は、様々な公知方法を使用して容易に測定できる。慣例的に、ＬＵＭＯエネルギー値は、サイクリックボルタンメトリーまたは紫外線光電子分光法（ＵＰＳ）を使用することによって測定できる。したがって、当業者は本発明のＬＵＭＯエネルギー値の関係を満足し、かつ本発明を特に具体化する、電子バッファ層、ホスト材料、および電子輸送ゾーンが容易にわかる。ＨＯＭＯエネルギー値も、ＬＵＭＯエネルギー値について使用したものと同じ方法で容易に測定できる。
本発明によると、図２で示すように、本発明の素子では、比較例１の素子と比べて、電子を輸送する過程で、発光層と電子輸送層との間に大きな障壁があるが（ＬＵＭＯエネルギー値を参照）、本発明の素子は速い電子流特性を有し、したがって比較例１の素子よりも駆動電圧が低く、かつ効率が高い。さらに、本発明の化合物は比較化合物よりもＨＯＭＯエネルギー値が高く、したがって図３に示すように発光層中で生じた励起子および正孔キャリアの動きを効率よく制限する。このために、本発明の化合物は、比較化合物と比べて純粋な青色に最も近い色座標を示すものとみなされる。
１００：有機発光素子 １１０：第１電極
１２０：有機層 １２２：正孔注入層
１２３：正孔輸送層 １２５：発光層
１２６：電子輸送層 １２７：電子注入層
１２８：電子輸送ゾーン １３０：第２電極

Claims (10)

  1. 以下の式１：
    Figure 2017522732
     （式中、
    Ａは置換もしくは非置換５〜３０員ヘテロアリール基を表し；
    Ｌは、単結合、置換もしくは非置換（Ｃ６−Ｃ３０）アリーレン基、または置換もしくは非置換５〜３０員ヘテロアリーレン基を表し；
    ＸはＯまたはＳを表し；
    Ｒ１およびＲ２は各々独立して、水素、重水素、ハロゲン、シアノ基、置換もしくは非置換（Ｃ１−Ｃ３０）アルキル基、置換もしくは非置換（Ｃ６−Ｃ３０）アリール基、置換もしくは非置換５〜３０員ヘテロアリール基、置換もしくは非置換（Ｃ６−Ｃ３０）アリール（Ｃ１−Ｃ３０）アルキル基、置換もしくは非置換（Ｃ３−Ｃ３０）シクロアルキル基、置換もしくは非置換（Ｃ１−Ｃ３０）アルコキシ基、置換もしくは非置換トリ（Ｃ１−Ｃ３０）アルキルシリル基、置換もしくは非置換トリ（Ｃ６−Ｃ３０）アリールシリル基、置換もしくは非置換ジ（Ｃ１−Ｃ３０）アルキル（Ｃ６−Ｃ３０）アリールシリル基、置換もしくは非置換（Ｃ１−Ｃ３０）アルキルジ（Ｃ６−Ｃ３０）アリールシリル基、置換もしくは非置換モノもしくはジ（Ｃ１−Ｃ３０）アルキルアミノ基、置換もしくは非置換モノもしくはジ（Ｃ６−Ｃ３０）アリールアミノ基、または置換もしくは非置換（Ｃ１−Ｃ３０）アルキル（Ｃ６−Ｃ３０）アリールアミノ基を表すか；あるいは１つもしくは複数の隣接置換基と結合して、その１つもしくは複数の炭素原子が、窒素、酸素、および硫黄から選択される少なくとも１つのヘテロ原子で置換されていてもよい置換もしくは非置換単環式もしくは多環式（Ｃ３−Ｃ３０）脂環式もしくは芳香環を形成してもよく；
    Ｒ３は、水素、重水素、ハロゲン、シアノ基、置換もしくは非置換（Ｃ１−Ｃ３０）アルキル基、置換もしくは非置換（Ｃ６−Ｃ３０）アリール基、または置換もしくは非置換５〜３０員ヘテロアリール基を表すか；あるいは１つもしくは複数の隣接置換基と結合して、その１つもしくは複数の炭素原子が、窒素、酸素、および硫黄から選択される少なくとも１つのヘテロ原子で置換されていてもよい置換もしくは非置換単環式もしくは多環式（Ｃ３−Ｃ３０）脂環式もしくは芳香環を形成してもよく；
    ａおよびｂは各々独立して１〜４の整数を表し；ａまたはｂが２またはそれ以上の整数である場合、Ｒ１の各々またはＲ２の各々は同一であってもまたは異なっていてもよく；
    ｃは１〜２の整数を表し；ｃが２の整数である場合、Ｒ３の各々は同一であっても、異なっていてもよく；そして
    前記ヘテロアリール（エン）基は、Ｂ、Ｎ、Ｏ、Ｓ、Ｓｉ、およびＰから選択される少なくとも１つのヘテロ原子を含む）
    によって表される化合物を含む電子輸送物質。
  2. 前記式１の化合物が、以下の式２〜７：
    Figure 2017522732
     （式中、Ａ、Ｌ、Ｒ１〜Ｒ３、ａ、ｂ、およびｃは請求項１で定義するとおりである）
    のうちの１つによって表される、請求項１に記載の電子輸送物質。
  3. Ａ、Ｌ、およびＲ１〜Ｒ３中の前記置換アルキル基、前記置換アルコキシ、前記置換シクロアルキル基、前記置換アリール（エン）基、前記置換ヘテロアリール（エン）基、前記置換トリアルキルシリル基、前記置換トリアリールシリル基、前記置換ジアルキルアリールシリル基、前記置換アルキルジアリールシリル基、前記置換モノもしくはジアリールアミノ基、前記置換モノもしくはジアルキルアミノ基、前記置換アルキルアリールアミノ基、前記置換アラルキル基、および前記置換単環式もしくは多環式（Ｃ３−Ｃ３０）脂環式もしくは芳香環の前記置換基が、各々独立して、重水素；ハロゲン；シアノ基；カルボキシル基；ニトロ基；ヒドロキシル基；（Ｃ１−Ｃ３０）アルキル基；ハロ（Ｃ１−Ｃ３０）アルキル基；（Ｃ２−Ｃ３０）アルケニル基；（Ｃ２−Ｃ３０）アルキニル基；（Ｃ１−Ｃ３０）アルコキシ基；（Ｃ１−Ｃ３０）アルキルチオ基；（Ｃ３−Ｃ３０）シクロアルキル基；（Ｃ３−Ｃ３０）シクロアルケニル基；３〜７員ヘテロシクロアルキル基；（Ｃ６−Ｃ３０）アリールオキシ基；（Ｃ６−Ｃ３０）アリールチオ基；置換されていないか、または（Ｃ１−Ｃ３０）アルキル基もしくは（Ｃ６−Ｃ３０）アリール基で置換された３〜３０員ヘテロアリール基；置換されていないか、または（Ｃ１−Ｃ３０）アルキル基もしくは３〜３０員ヘテロアリール基で置換された（Ｃ６−Ｃ３０）アリール基；トリ（Ｃ１−Ｃ３０）アルキルシリル基で置換された（Ｃ６−Ｃ３０）アリール基；トリ（Ｃ６−Ｃ３０）アリールシリル基で置換された（Ｃ６−Ｃ３０）アリール基；トリ（Ｃ１−Ｃ３０）アルキルシリル基；トリ（Ｃ６−Ｃ３０）アリールシリル基；ジ（Ｃ１−Ｃ３０）アルキル（Ｃ６−Ｃ３０）アリールシリル基；（Ｃ１−Ｃ３０）アルキルジ（Ｃ６−Ｃ３０）アリールシリル基；アミノ基；モノもしくはジ（Ｃ１−Ｃ３０）アルキルアミノ基；モノもしくはジ（Ｃ６−Ｃ３０）アリールアミノ基；（Ｃ１−Ｃ３０）アルキル（Ｃ６−Ｃ３０）アリールアミノ基；（Ｃ１−Ｃ３０）アルキルカルボニル基；（Ｃ１−Ｃ３０）アルコキシカルボニル基；（Ｃ６−Ｃ３０）アリールカルボニル基；ジ（Ｃ６−Ｃ３０）アリールボロニル基；ジ（Ｃ１−Ｃ３０）アルキルボロニル基；（Ｃ１−Ｃ３０）アルキル（Ｃ６−Ｃ３０）アリールボロニル基；（Ｃ６−Ｃ３０）アリール（Ｃ１−Ｃ３０）アルキル基；および（Ｃ１−Ｃ３０）アルキル（Ｃ６−Ｃ３０）アリール基からなる群から選択される少なくとも１つである、請求項１に記載の電子輸送物質。
  4. Ａが置換もしくは非置換５〜２０員ヘテロアリール基を表し；Ｌが、単結合、置換もしくは非置換（Ｃ６−Ｃ２０）アリーレン基、または置換もしくは非置換５〜２０員ヘテロアリーレン基を表し；ＸがＯまたはＳを表し；Ｒ１およびＲ２が各々独立して、水素、置換もしくは非置換（Ｃ６−Ｃ２０）アリール基、または置換もしくは非置換５〜２０員ヘテロアリール基を表し；Ｒ３が水素を表し；ａおよびｂが各々独立して１〜２の整数を表し；そしてｃが１を表す、請求項１に記載の電子輸送物質。
  5. Ａが、非置換５〜２０員ヘテロアリール基、置換されていないかまたは（Ｃ１−Ｃ２０）アルキル基もしくは（Ｃ６−Ｃ２０）アリール基で置換された５〜２０員ヘテロアリール基で置換された５〜２０員ヘテロアリール基、（Ｃ６−Ｃ２０）アリール基で置換された５〜２０員ヘテロアリール基、５〜２０員ヘテロアリール基で置換された（Ｃ６−Ｃ２０）アリール基で置換された５〜２０員ヘテロアリール基、トリ（Ｃ１−Ｃ６）アルキルシリル基で置換された（Ｃ６−Ｃ２０）アリール基で置換された５〜２０員ヘテロアリール基、トリ（Ｃ６−Ｃ２０）アリールシリル基で置換された（Ｃ６−Ｃ２０）アリール基で置換された５〜２０員ヘテロアリール基、または（Ｃ１−Ｃ６）アルキル（Ｃ６−Ｃ２０）アリール基で置換された５〜２０員ヘテロアリール基を表し；Ｌが、単結合、非置換（Ｃ６−Ｃ２０）アリーレン基、または非置換５〜２０員ヘテロアリーレン基を表し；ＸがＯまたはＳを表し；Ｒ１およびＲ２が各々独立して、水素、置換されていないかもしくは（Ｃ６−Ｃ１２）アリール基で置換された（Ｃ６−Ｃ２０）アリール基、または置換されていないかもしくは（Ｃ６−Ｃ２０）アリール基で置換された５〜２０員ヘテロアリール基を表し；Ｒ３が水素を表し；ａおよびｂが各々独立して１〜２の整数を表し；そしてｃが１の整数を表す、請求項１に記載の電子輸送物質。
  6. Ａが、置換もしくは非置換ピリジン、置換もしくは非置換ピリミジン、置換もしくは非置換トリアジン、置換もしくは非置換ピラジン、置換もしくは非置換キノリン、置換もしくは非置換キナゾリン、置換もしくは非置換キノキサリン、置換もしくは非置換ナフチリジン、または置換もしくは非置換フェナンスロリンを表す、請求項１に記載の電子輸送物質。
  7. 式１によって表される前記化合物が、以下の化合物：
    Figure 2017522732
    Figure 2017522732
     からなる群から選択される、請求項１に記載の電子輸送物質。
  8. 請求項１で定義される前記電子輸送物質を含む有機エレクトロルミネセント素子。
  9. 還元ドーパントをさらに含む、請求項８に記載の有機エレクトロルミネセント素子。
  10. ドーパントが、アルカリ金属、アルカリ土類金属、希土類金属、アルカリ金属の酸化物、アルカリ金属のハロゲン化物、アルカリ土類金属の酸化物、アルカリ土類金属のハロゲン化物、希土類金属の酸化物、希土類金属のハロゲン化物、アルカリ金属の有機錯体、アルカリ土類金属の有機錯体、および希土類金属の有機錯体からなる群から選択される１以上である、請求項９に記載の有機エレクトロルミネセント素子。
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