KR20200134232A

KR20200134232A - 벤조이미다졸 고리 구조를 갖는 화합물 및 유기 일렉트로 루미네선스 소자

Info

Publication number: KR20200134232A
Application number: KR1020207026774A
Authority: KR
Inventors: 고우키 가세; 수진 이; 시인 김; 가즈유키 스루가; 유타 히라야마
Original assignee: 호도가야 가가쿠 고교 가부시키가이샤
Priority date: 2018-03-23
Filing date: 2019-03-20
Publication date: 2020-12-01
Also published as: CN111902412B; US20210009584A1; JP7394050B2; TWI860991B; JPWO2019181997A1; WO2019181997A1; KR102705588B1; EP3770158A4; US12037332B2; EP3770158A1; CN111902412A; TW201941663A

Abstract

하기 일반식 (1) 로 나타내는, 벤조이미다졸 고리 구조를 갖는 화합물.

(식 중, X₁, X₂ 는 상호 동일해도 되고 상이해도 되고, 특정한 탄소 원자 또는 질소 원자를 나타내고, Ar 은 특정한 기를 나타내고, R₁ 및 R₂ 는 상호 동일해도 되고 상이해도 되고, 특정한 기를 나타내고, m 은 0 ∼ 4 의 정수를 나타낸다.)

Description

벤조이미다졸 고리 구조를 갖는 화합물 및 유기 일렉트로 루미네선스 소자

본 발명은, 각종 표시 장치에 적합한 자발광 소자인 유기 일렉트로 루미네선스 소자 (이하, 유기 EL 소자라고 약칭한다) 에 적합한 화합물과 소자에 관한 것이며, 상세하게는 벤조이미다졸 고리 구조를 갖는 화합물과, 그 화합물을 사용한 유기 EL 소자에 관한 것이다.

유기 EL 소자는 자기 발광성 소자이기 때문에, 액정 소자에 비해 밝아 시인성이 우수하고, 선명한 표시가 가능하다는 점에서, 활발한 연구가 이루어져 왔다.

1987년에 이스트만·코닥사의 C. W. Tang 등은 각종 역할을 각 재료에 분담한 적층 구조 소자를 개발함으로써 유기 재료를 사용한 유기 EL 소자를 실용적인 것으로 하였다. 그들은 전자를 수송할 수 있는 형광체와 정공을 수송할 수 있는 유기물을 적층하고, 양방의 전하를 형광체의 층 중에 주입하여 발광시킴으로써, 10 V 이하의 전압으로 1000 cd/㎡ 이상의 고휘도가 얻어지게 되었다 (예를 들어, 특허문헌 1 및 특허문헌 2 참조).

현재까지, 유기 EL 소자의 실용화를 위해서 많은 개량이 이루어져, 적층 구조의 각종 역할을 더욱 세분화하여, 기판 상에 순차적으로, 양극, 정공 주입층, 정공 수송층, 발광층, 전자 수송층, 전자 주입층, 및 음극을 형성한 전계 발광 소자에 의해 고효율과 내구성이 달성되게 되었다 (예를 들어, 비특허문헌 1 참조).

또, 발광 효율의 추가적인 향상을 목적으로 하여 삼중항 여기자의 이용이 시도되어, 인광 발광성 화합물의 이용이 검토되고 있다 (예를 들어, 비특허문헌 2 참조).

그리고, 열 활성화 지연 형광 (TADF) 에 의한 발광을 이용하는 소자도 개발되고 있다. 2011년에 큐슈 대학의 아다치 등은, 열 활성화 지연 형광 재료를 사용한 소자에 의해 5.3 ％ 의 외부 양자 효율을 실현시켰다. (예를 들어, 비특허문헌 3 참조)

발광층은, 일반적으로 호스트 재료라고 칭해지는 전하 수송성의 화합물에, 형광성 화합물이나 인광 발광성 화합물 또는 지연 형광을 방사하는 재료를 도프하여 제조할 수도 있다. 상기 비특허문헌에 기재되어 있는 바와 같이, 유기 EL 소자에 있어서의 유기 재료의 선택은, 그 소자의 효율이나 내구성 등 여러 특성에 큰 영향을 준다. (예를 들어, 비특허문헌 2 참조)

유기 EL 소자에 있어서는, 양 전극으로부터 주입된 전하가 발광층에서 재결합하여 발광이 얻어지는데, 정공, 전자의 양 전하를 어떻게 효율적으로 발광층에 주고 받을지가 중요하다. 전자 주입성을 높이고, 전자 이동도를 높이고, 또한 양극으로부터 주입된 정공을 블록하는 정공 저지성을 높이고, 정공과 전자가 재결합하는 확률을 향상시키고, 또한 발광층 내에서 생성한 여기자를 가둠으로써, 고효율 발광을 얻을 수 있다. 그 때문에 전자 수송 재료가 하는 역할은 중요하여, 전자 주입성이 높고, 전자 이동도가 크고, 정공 저지성이 높고, 나아가서는 정공에 대한 내구성이 높은 전자 수송 재료가 요구되고 있다.

또, 소자의 수명에 관해서는 재료의 내열성이나 아모르퍼스성도 중요하다. 내열성이 낮은 재료에서는, 소자 구동 시에 발생하는 열에 의해, 낮은 온도에서도 열 분해가 일어나, 재료가 열화한다. 아모르퍼스성이 낮은 재료에서는, 짧은 시간이라도 박막의 결정화가 일어나, 소자가 열화되어 버린다. 그 때문에 사용하는 재료에는 내열성이 높고, 아모르퍼스성이 양호한 성질이 요구된다.

대표적인 발광 재료인 트리스(8-하이드록시퀴놀린)알루미늄 (이후, Alq₃ 이라고 약칭한다) 은 전자 수송 재료로서도 일반적으로 사용되지만, 전자 이동이 느리고, 또 일함수가 5.6 eV 이므로 정공 저지 성능이 충분하다고는 할 수 없다.

전자 주입성이나 이동도 등의 특성을 개량한 화합물로서, 벤조트리아졸 구조를 갖는 화합물이 제안되어 있는데 (예를 들어, 특허문헌 3), 이들 화합물을 전자 수송층에 사용한 소자에서는, 발광 효율 등의 개량은 이루어져 있기는 하지만, 여전히 충분하다고는 할 수 없어, 추가적인 저구동 전압화나, 추가적인 고발광 효율화가 요구되고 있다.

또, 정공 저지성이 우수한 전자 수송 재료로서, 3-(4-비페닐릴)-4-페닐-5-(4-t-부틸페닐)-1,2,4-트리아졸 (이후, TAZ 라고 약칭한다) 이 제안되어 있다 (예를 들어, 특허문헌 4 참조).

TAZ 는 일함수가 6.6 eV 로 크고 정공 저지 능력이 높기 때문에, 진공 증착이나 도포 등에 의해 제조되는 형광 발광층이나 인광 발광층의, 음극측에 적층하는 전자 수송성의 정공 저지층으로서 사용되어, 유기 EL 소자의 고효율화에 기여하고 있다 (예를 들어, 비특허문헌 4 참조).

그러나 전자 수송성이 낮은 것이 TAZ 에 있어서의 큰 과제이며, 보다 전자 수송성이 높은 전자 수송 재료와 조합하여, 유기 EL 소자를 제조하는 것이 필요하였다 (예를 들어, 비특허문헌 5 참조).

또, 바소큐프로인 (이후, BCP 라고 약칭한다) 에 있어서도 일함수가 6.7 eV 로 크고 정공 저지 능력이 높기는 하지만, 유리 전이점 (Tg) 이 83 ℃ 로 낮기 때문에, 박막의 안정성이 부족하여, 정공 저지층으로서 충분히 기능하고 있다고는 할 수 없다.

어느 재료도 막 안정성이 부족하고, 혹은 정공을 저지하는 기능이 불충분하다. 유기 EL 소자의 소자 특성을 개선시키기 위해서, 전자의 주입·수송 성능과 정공 저지 능력이 우수하고, 박막 상태에서의 안정성이 높은 유기 화합물이 요구되고 있다.

일본 공개특허공보 평8-048656호 일본 특허공보 제3194657호 국제 공개 제2013/054764호 일본 특허공보 제2734341호 국제 공개 제2014/009310호 국제 공개 제2010/074422호 국제 공개 제2017/111439호

응용 물리학회 제 9 회 강습회 예고집 55 ∼ 61 페이지 (2001) 응용 물리학회 제 9 회 강습회 예고집 23 ∼ 31 페이지 (2001) Appl. Phys. Let., 98, 083302 (2011) 제 50 회 응용 물리학 관계 연합 강연회 28p-A-6 강연 예고집 1413 페이지 (2003) 응용 물리학회 유기 분자·바이오일렉트로닉스 분과회 회지 11 권 1 호 13 ∼ 19 페이지 (2000) EurJOC., 19, 2780 (2017) Tetrahedron, 14, 2993 (2012)

본 발명의 목적은 고효율, 고내구성의 유기 EL 소자용 재료로서, 전자 주입·수송 성능이 우수하고, 정공 저지 능력을 갖고, 박막 상태에서의 안정성이 높은 우수한 특성을 갖는 유기 화합물을 제공하고, 또한 이 화합물을 사용하여, 고효율, 고내구성의 유기 EL 소자를 제공하는 것에 있다.

본 발명이 제공하고자 하는 유기 화합물이 구비해야 할 물리적인 특성으로는, (1) 전자의 주입 특성이 좋은 것, (2) 전자의 이동도가 큰 것, (3) 정공 저지 능력이 우수한 것, (4) 박막 상태가 안정적인 것, (5) 내열성이 우수한 것을 들 수 있다. 또, 본 발명이 제공하고자 하는 유기 EL 소자가 구비해야 할 물리적인 특성으로는, (1) 발광 효율 및 전력 효율이 높은 것, (2) 발광 개시 전압이 낮은 것, (3) 실용 구동 전압이 낮은 것, (4) 장수명인 것을 들 수 있다.

그래서 본 발명자들은 상기의 목적을 달성하기 위해서, 전자 친화성인 벤조이미다졸 고리의 질소 원자가 금속에 배위하는 능력을 갖고 있는 것과, 내열성이 우수하다는 것에 주목하여, 벤조이미다졸 고리 구조를 갖는 화합물을 설계하여 화학 합성하고, 그 화합물을 사용하여 다양한 유기 EL 소자를 시작 (試作) 하고, 소자의 특성 평가를 예의 실시한 결과, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.

상기 과제를 해결할 수 있는 본 발명의 화합물은, 하기 일반식 (1) 로 나타낸다.

[화학식 1]

(식 중, X₁, X₂ 는 상호 동일해도 되고 상이해도 되고, 각각 수소 원자, 중수소 원자, 불소 원자, 염소 원자, 시아노기, 니트로기, 트리메틸실릴기, 혹은 트리페닐실릴기를 갖는 탄소 원자, 치환 혹은 무치환의 방향족 탄화수소기를 갖는 탄소 원자, 치환 혹은 무치환의 방향족 복소 고리기를 갖는 탄소 원자, 치환 혹은 무치환의 축합 다고리 방향족기를 갖는 탄소 원자, 치환기를 가지고 있어도 되는 탄소 원자수 1 ∼ 6 의 직사슬형 혹은 분기형의 알킬기를 갖는 탄소 원자, 치환기를 가지고 있어도 되는 탄소 원자수 5 ∼ 10 의 시클로알킬기를 갖는 탄소 원자, 치환기를 가지고 있어도 되는 탄소 원자수 2 ∼ 6 의 직사슬형 혹은 분기형의 알케닐기를 갖는 탄소 원자, 치환기를 가지고 있어도 되는 탄소 원자수 1 ∼ 6 의 직사슬형 혹은 분기형의 알킬옥시기를 갖는 탄소 원자, 치환기를 가지고 있어도 되는 탄소 원자수 5 ∼ 10 의 시클로알킬옥시기를 갖는 탄소 원자, 또는 질소 원자를 나타내고,

Ar 은 치환 혹은 무치환의 방향족 탄화수소기, 치환 혹은 무치환의 방향족 복소 고리기, 또는 치환 혹은 무치환의 축합 다고리 방향족기를 나타내고,

R₁및 R₂ 는 상호 동일해도 되고 상이해도 되고, 각각 수소 원자, 중수소 원자, 불소 원자, 염소 원자, 시아노기, 니트로기, 트리메틸실릴기, 트리페닐실릴기, 치환 혹은 무치환의 방향족 탄화수소기, 치환 혹은 무치환의 방향족 복소 고리기, 치환 혹은 무치환의 축합 다고리 방향족기, 치환기를 가지고 있어도 되는 탄소 원자수 1 ∼ 6 의 직사슬형 혹은 분기형의 알킬기, 치환기를 가지고 있어도 되는 탄소 원자수 5 ∼ 10 의 시클로알킬기, 치환기를 가지고 있어도 되는 탄소 원자수 2 ∼ 6 의 직사슬형 혹은 분기형의 알케닐기, 치환기를 가지고 있어도 되는 탄소 원자수 1 ∼ 6 의 직사슬형 혹은 분기형의 알킬옥시기, 또는 치환기를 가지고 있어도 되는 탄소 원자수 5 ∼ 10 의 시클로알킬옥시기를 나타내고,

m 은 0 ∼ 4 의 정수를 나타낸다.

또, m 이 2 이상의 정수인 경우, 동일한 벤젠 고리에 복수 개 결합하는 Ar 은 상호 동일해도 되고 상이해도 되고, 또, 치환한 동일한 벤젠 고리에 대하여, 단결합, 치환 혹은 무치환의 메틸렌기, 치환 혹은 무치환의 아미노기, 산소 원자 또는 황 원자를 개재하여 서로 결합하여 고리를 형성해도 된다.)

또, 상기 과제를 해결할 수 있는 본 발명의 유기 일렉트로 루미네선스 소자는, 1 쌍의 전극과 그 사이에 끼워진 적어도 한 층의 유기층을 갖는 유기 일렉트로 루미네선스 소자로서, 적어도 1 개의 상기 유기층이 상기 일반식 (1) 로 나타내는 화합물을 포함한다.

본 발명의 유기 EL 소자는 전자의 주입·수송의 역할을 효과적으로 발현할 수 있는 특정한 벤조이미다졸 고리 구조를 갖는 화합물을 선택한 것에 의해, 전자 수송층으로부터 발광층으로 전자를 효율적으로 주입·수송할 수 있음으로써, 전자의 주입·수송 성능, 박막의 안정성이나 내구성이 우수하고, 고효율, 저구동 전압, 장수명의 유기 EL 소자를 실현할 수 있다. 본 발명의 화합물에 의하면, 종래의 유기 EL 소자의 발광 효율 및 구동 전압, 그리고 내구성을 개량할 수 있다.

도 1 은, 실시예 8 ∼ 12, 비교예 1 ∼ 3 의 유기 EL 소자 구성을 나타낸 도면이다.

이하, 본 발명의 실시형태에 대해서 상세하게 설명한다. 먼저, 본 실시형태에 대해서, 그 양태를 열거하여 설명한다.

[1]

[화학식 2]

R₁ 및 R₂ 는 상호 동일해도 되고 상이해도 되고, 각각 수소 원자, 중수소 원자, 불소 원자, 염소 원자, 시아노기, 니트로기, 트리메틸실릴기, 트리페닐실릴기, 치환 혹은 무치환의 방향족 탄화수소기, 치환 혹은 무치환의 방향족 복소 고리기, 치환 혹은 무치환의 축합 다고리 방향족기, 치환기를 가지고 있어도 되는 탄소 원자수 1 ∼ 6 의 직사슬형 혹은 분기형의 알킬기, 치환기를 가지고 있어도 되는 탄소 원자수 5 ∼ 10 의 시클로알킬기, 치환기를 가지고 있어도 되는 탄소 원자수 2 ∼ 6 의 직사슬형 혹은 분기형의 알케닐기, 치환기를 가지고 있어도 되는 탄소 원자수 1 ∼ 6 의 직사슬형 혹은 분기형의 알킬옥시기, 또는 치환기를 가지고 있어도 되는 탄소 원자수 5 ∼ 10 의 시클로알킬옥시기를 나타내고,

m 은 0 ∼ 4 의 정수를 나타낸다.

[2]

하기 일반식 (2) 로 나타내는, [1] 에 기재된 벤조이미다졸 고리 구조를 갖는 화합물.

[화학식 3]

(식 중, Ar 은 치환 혹은 무치환의 방향족 탄화수소기, 치환 혹은 무치환의 방향족 복소 고리기, 또는 치환 혹은 무치환의 축합 다고리 방향족기를 나타내고,

R₃ ∼ R₆ 은 상호 동일해도 되고 상이해도 되고, 각각 수소 원자, 중수소 원자, 불소 원자, 염소 원자, 시아노기, 니트로기, 트리메틸실릴기, 트리페닐실릴기, 치환 혹은 무치환의 방향족 탄화수소기, 치환 혹은 무치환의 방향족 복소 고리기, 치환 혹은 무치환의 축합 다고리 방향족기, 치환기를 가지고 있어도 되는 탄소 원자수 1 ∼ 6 의 직사슬형 혹은 분기형의 알킬기, 치환기를 가지고 있어도 되는 탄소 원자수 5 ∼ 10 의 시클로알킬기, 치환기를 가지고 있어도 되는 탄소 원자수 2 ∼ 6 의 직사슬형 혹은 분기형의 알케닐기, 치환기를 가지고 있어도 되는 탄소 원자수 1 ∼ 6 의 직사슬형 혹은 분기형의 알킬옥시기, 또는 치환기를 가지고 있어도 되는 탄소 원자수 5 ∼ 10 의 시클로알킬옥시기를 나타내고,

m 은 0 ∼ 4 의 정수를 나타낸다.

[3]

하기 일반식 (3) 으로 나타내는, [1] 에 기재된 벤조이미다졸 고리 구조를 갖는 화합물.

[화학식 4]

R₇ ∼ R₉ 는 상호 동일해도 되고 상이해도 되고, 각각 수소 원자, 중수소 원자, 불소 원자, 염소 원자, 시아노기, 니트로기, 트리메틸실릴기, 트리페닐실릴기, 치환 혹은 무치환의 방향족 탄화수소기, 치환 혹은 무치환의 방향족 복소 고리기, 치환 혹은 무치환의 축합 다고리 방향족기, 치환기를 가지고 있어도 되는 탄소 원자수 1 ∼ 6 의 직사슬형 혹은 분기형의 알킬기, 치환기를 가지고 있어도 되는 탄소 원자수 5 ∼ 10 의 시클로알킬기, 치환기를 가지고 있어도 되는 탄소 원자수 2 ∼ 6 의 직사슬형 혹은 분기형의 알케닐기, 치환기를 가지고 있어도 되는 탄소 원자수 1 ∼ 6 의 직사슬형 혹은 분기형의 알킬옥시기, 또는 치환기를 가지고 있어도 되는 탄소 원자수 5 ∼ 10 의 시클로알킬옥시기를 나타내고,

m 은 0 ∼ 4 의 정수를 나타낸다.

[4]

하기 일반식 (4) 로 나타내는, [1] 에 기재된 벤조이미다졸 고리 구조를 갖는 화합물.

[화학식 5]

R₁₀ ∼ R₁₂ 는 상호 동일해도 되고 상이해도 되고, 각각 수소 원자, 중수소 원자, 불소 원자, 염소 원자, 시아노기, 니트로기, 트리메틸실릴기, 트리페닐실릴기, 치환 혹은 무치환의 방향족 탄화수소기, 치환 혹은 무치환의 방향족 복소 고리기, 치환 혹은 무치환의 축합 다고리 방향족기, 치환기를 가지고 있어도 되는 탄소 원자수 1 ∼ 6 의 직사슬형 혹은 분기형의 알킬기, 치환기를 가지고 있어도 되는 탄소 원자수 5 ∼ 10 의 시클로알킬기, 치환기를 가지고 있어도 되는 탄소 원자수 2 ∼ 6 의 직사슬형 혹은 분기형의 알케닐기, 치환기를 가지고 있어도 되는 탄소 원자수 1 ∼ 6 의 직사슬형 혹은 분기형의 알킬옥시기, 또는 치환기를 가지고 있어도 되는 탄소 원자수 5 ∼ 10 의 시클로알킬옥시기를 나타내고,

m 은 0 ∼ 4 의 정수를 나타낸다.

[5]

하기 일반식 (5) 로 나타내는, [1] 에 기재된 벤조이미다졸 고리 구조를 갖는 화합물.

[화학식 6]

R₁₃ 및 R₁₄는 상호 동일해도 되고 상이해도 되고, 각각 수소 원자, 중수소 원자, 불소 원자, 염소 원자, 시아노기, 니트로기, 트리메틸실릴기, 트리페닐실릴기, 치환 혹은 무치환의 방향족 탄화수소기, 치환 혹은 무치환의 방향족 복소 고리기, 치환 혹은 무치환의 축합 다고리 방향족기, 치환기를 가지고 있어도 되는 탄소 원자수 1 ∼ 6 의 직사슬형 혹은 분기형의 알킬기, 치환기를 가지고 있어도 되는 탄소 원자수 5 ∼ 10 의 시클로알킬기, 치환기를 가지고 있어도 되는 탄소 원자수 2 ∼ 6 의 직사슬형 혹은 분기형의 알케닐기, 치환기를 가지고 있어도 되는 탄소 원자수 1 ∼ 6 의 직사슬형 혹은 분기형의 알킬옥시기, 또는 치환기를 가지고 있어도 되는 탄소 원자수 5 ∼ 10 의 시클로알킬옥시기를 나타내고,

m 은 0 ∼ 4 의 정수를 나타낸다.

[6]

m 이 1 또는 2 의 정수로 나타내어지는, [1] ∼ [5] 중 어느 하나에 기재된 벤조이미다졸 고리 구조를 갖는 화합물.

[7]

m 이 1 의 정수로 나타내어지는, [1] ∼ [5] 중 어느 하나에 기재된 벤조이미다졸 고리 구조를 갖는 화합물.

[8]

m 이 2 의 정수로 나타내어지는, [1] ∼ [5] 중 어느 하나에 기재된 벤조이미다졸 고리 구조를 갖는 화합물.

[9]

1 쌍의 전극과 그 사이에 끼워진 적어도 한 층의 유기층을 갖는 유기 일렉트로 루미네선스 소자로서, 적어도 1 개의 상기 유기층이 [1] ∼ [5] 중 어느 하나에 기재된 벤조이미다졸 고리 구조를 갖는 화합물을 포함하는, 유기 일렉트로 루미네선스 소자.

[10]

상기 벤조이미다졸 고리 구조를 갖는 화합물을 포함하는 상기 유기층이 전자 수송층인, [9] 에 기재된 유기 일렉트로 루미네선스 소자.

[11]

상기 벤조이미다졸 고리 구조를 갖는 화합물을 포함하는 상기 유기층이 정공 저지층인, [9] 에 기재된 유기 일렉트로 루미네선스 소자.

[12]

상기 벤조이미다졸 고리 구조를 갖는 화합물을 포함하는 상기 유기층이 발광층인, [9] 에 기재된 유기 일렉트로 루미네선스 소자.

[13]

상기 벤조이미다졸 고리 구조를 갖는 화합물을 포함하는 상기 유기층이 전자 주입층인, [9] 에 기재된 유기 일렉트로 루미네선스 소자.

일반식 (1) 중의 X₁ 및 X₂ 로 나타내는 「치환 혹은 무치환의 방향족 탄화수소기를 갖는 탄소 원자」, 「치환 혹은 무치환의 방향족 복소 고리기를 갖는 탄소 원자」, 또는 「치환 혹은 무치환의 축합 다고리 방향족기를 갖는 탄소 원자」 에 있어서의 「방향족 탄화수소기」, 「방향족 복소 고리기」 또는 「축합 다고리 방향족기」 로는, 구체적으로는, 페닐기, 비페닐릴기, 터페닐릴기, 나프틸기, 안트라세닐기, 페난트레닐기, 플루오레닐기, 스피로비플루오레닐기, 인데닐기, 피레닐기, 페릴레닐기, 플루오란테닐기, 트리페닐레닐기, 피리딜기, 피리미디닐기, 트리아지닐기, 푸릴기, 피롤릴기, 티에닐기, 퀴놀릴기, 이소퀴놀릴기, 벤조푸라닐기, 벤조티에닐기, 인돌릴기, 카르바졸릴기, 벤조옥사졸릴기, 벤조티아졸릴기, 퀴녹살리닐기, 벤조이미다졸릴기, 피라졸릴기, 디벤조푸라닐기, 디벤조티에닐기, 나프티리디닐기, 페난트롤리닐기, 아크리디닐기, 및 카르보닐기 등을 들 수 있다. 그 외에, 탄소수 6 ∼ 30 으로 이루어지는 아릴기, 및 탄소수 2 ∼ 30 으로 이루어지는 헤테로아릴기에서 선택할 수 있다. 또, 상기 서술한 치환기와 치환된 벤젠 고리가, 또는 동일한 벤젠 고리에 복수 치환된 치환기끼리가, 단결합, 치환 혹은 무치환의 메틸렌기, 치환 혹은 무치환의 아미노기, 산소 원자 또는 황 원자를 개재하여 서로 결합하여 고리를 형성하고 있어도 된다.

일반식 (1) 중의 X₁ 및 X₂ 로 나타내는 「치환기를 가지고 있어도 되는 탄소 원자수 1 ∼ 6 의 직사슬형 혹은 분기형의 알킬기를 갖는 탄소 원자」, 「치환기를 가지고 있어도 되는 탄소 원자수 5 ∼ 10 의 시클로알킬기를 갖는 탄소 원자」, 또는 「치환기를 가지고 있어도 되는 탄소 원자수 2 ∼ 6 의 직사슬형 혹은 분기형의 알케닐기를 갖는 탄소 원자」 에 있어서의 「탄소 원자수 1 ∼ 6 의 직사슬형 혹은 분기형의 알킬기」, 「탄소 원자수 5 ∼ 10 의 시클로알킬기」, 또는 「탄소 원자수 2 ∼ 6 의 직사슬형 혹은 분기형의 알케닐기」 로는, 구체적으로는, 메틸기, 에틸기, n-프로필기, 이소프로필기, n-부틸기, 이소부틸기, tert-부틸기, n-펜틸기, 이소펜틸기, 네오펜틸기, n-헥실기, 시클로펜틸기, 시클로헥실기, 1-아다만틸기, 2-아다만틸기, 비닐기, 알릴기, 이소프로페닐기, 및 2-부테닐기 등을 들 수 있다. 또, 이들 치환기와 치환된 벤젠 고리가, 또는 동일한 벤젠 고리에 복수 치환된 치환기끼리가, 단결합, 치환 혹은 무치환의 메틸렌기, 치환 혹은 무치환의 아미노기, 산소 원자 또는 황 원자를 개재하여 서로 결합하여 고리를 형성하고 있어도 된다.

일반식 (1) 중의 X₁ 및 X₂ 로 나타내는 「치환기를 가지고 있어도 되는 탄소 원자수 1 ∼ 6 의 직사슬형 혹은 분기형의 알킬옥시기를 갖는 탄소 원자」, 또는 「치환기를 가지고 있어도 되는 탄소 원자수 5 ∼ 10 의 시클로알킬옥시기를 갖는 탄소 원자」 에 있어서의 「탄소 원자수 1 ∼ 6 의 직사슬형 혹은 분기형의 알킬옥시기」, 또는 「탄소 원자수 5 ∼ 10 의 시클로알킬옥시기」 로는, 구체적으로, 메틸옥시기, 에틸옥시기, n-프로필옥시기, 이소프로필옥시기, n-부틸옥시기, tert-부틸옥시기, n-펜틸옥시기, n-헥실옥시기, 시클로펜틸옥시기, 시클로헥실옥시기, 시클로헵틸옥시기, 시클로옥틸옥시기, 1-아다만틸옥시기, 2-아다만틸옥시기 등을 들 수 있다. 또, 이들 치환기와 치환된 벤젠 고리가, 또는 동일한 벤젠 고리에 복수 치환된 치환기끼리가, 단결합, 치환 혹은 무치환의 메틸렌기, 치환 혹은 무치환의 아미노기, 산소 원자 또는 황 원자를 개재하여 서로 결합하여 고리를 형성하고 있어도 된다.

일반식 (1) 중의 X₁ 및 X₂ 로 나타내는 「치환 방향족 탄화수소기를 갖는 탄소 원자」, 「치환 방향족 복소 고리기를 갖는 탄소 원자」, 「치환 축합 다고리 방향족기를 갖는 탄소 원자」, 「치환기를 가지고 있어도 되는 탄소 원자수 1 ∼ 6 의 직사슬형 혹은 분기형의 알킬기를 갖는 탄소 원자」, 「치환기를 가지고 있어도 되는 탄소 원자수 5 ∼ 10 의 시클로알킬기를 갖는 탄소 원자」, 「치환기를 가지고 있어도 되는 탄소 원자수 2 ∼ 6 의 직사슬형 혹은 분기형의 알케닐기를 갖는 탄소 원자」, 「치환기를 가지고 있어도 되는 탄소 원자수 1 ∼ 6 의 직사슬형 혹은 분기형의 알킬옥시기를 갖는 탄소 원자」, 또는 「치환기를 가지고 있어도 되는 탄소 원자수 5 ∼ 10 의 시클로알킬옥시기를 갖는 탄소 원자」 에 있어서의 「치환기」 로는, 구체적으로, 중수소 원자, 시아노기, 니트로기 ; 불소 원자, 염소 원자, 브롬 원자, 요오드 원자 등의 할로겐 원자 ; 트리메틸실릴기, 트리페닐실릴기 등의 실릴기 ; 메틸기, 에틸기, 프로필기 등의 탄소 원자수 1 ∼ 6 의 직사슬형 혹은 분기형의 알킬기 ; 메틸옥시기, 에틸옥시기, 프로필옥시기 등의 탄소 원자수 1 ∼ 6 의 직사슬형 혹은 분기형의 알킬옥시기 ; 비닐기, 알릴기 등의 알케닐기 ; 페닐옥시기, 톨릴옥시기 등의 아릴옥시기 ; 벤질옥시기, 페네틸옥시기 등의 아릴알킬옥시기 ; 페닐기, 비페닐릴기, 터페닐릴기, 나프틸기, 안트라세닐기, 페난트레닐기, 플루오레닐기, 스피로비플루오레닐기, 인데닐기, 피레닐기, 페릴레닐기, 플루오란테닐기, 트리페닐레닐기 등의 방향족 탄화수소기 혹은 축합 다고리 방향족기 ; 피리딜기, 티에닐기, 푸릴기, 피롤릴기, 퀴놀릴기, 이소퀴놀릴기, 벤조푸라닐기, 벤조티에닐기, 인돌릴기, 카르바졸릴기, 벤조옥사졸릴기, 벤조티아졸릴기, 퀴녹살리닐기, 벤조이미다졸릴기, 피라졸릴기, 디벤조푸라닐기, 디벤조티에닐기, 카르보닐기 등의 방향족 복소 고리기와 같은 기를 들 수 있다. 이들 치환기는 또한, 상기 예시한 치환기로 치환되어 있어도 된다. 또, 이들 치환기와 치환한 벤젠 고리가, 또는 동일한 벤젠 고리에 복수 치환된 치환기끼리가, 단결합, 치환 혹은 무치환의 메틸렌기, 치환 혹은 무치환의 아미노기, 산소 원자 또는 황 원자를 개재하여 서로 결합하여 고리를 형성하고 있어도 된다.

일반식 (1) ∼ (5) 중의 Ar 로 나타내는 「치환 혹은 무치환의 방향족 탄화수소기」, 「치환 혹은 무치환의 방향족 복소 고리기」 또는 「치환 혹은 무치환의 축합 다고리 방향족기」 에 있어서의 「방향족 탄화수소기」, 「방향족 복소 고리기」 또는 「축합 다고리 방향족기」 로는, 상기 일반식 (1) 중의 X₁ 및 X₂ 에 있어서의 「방향족 탄화수소기」, 「방향족 복소 고리기」 또는 「축합 다고리 방향족기」 에 관해서 나타낸 것과 동일한 것을 들 수 있으며, 취할 수 있는 양태도, 동일한 것을 들 수 있다.

일반식 (1) ∼ (5) 중의 Ar 로 나타내는 「치환 방향족 탄화수소기」, 「치환 방향족 복소 고리기」, 또는 「치환 축합 다고리 방향족기」 에 있어서의 「치환기」 로는, 상기 일반식 (1) 중의 X₁ 및 X₂ 에 있어서의 「치환기」 에 관해서 나타낸 것과 동일한 것을 들 수 있으며, 취할 수 있는 양태도, 동일한 것을 들 수 있다.

일반식 (1) ∼ (5) 중의 R₁ ∼ R₁₄ 로 나타내는 「치환 혹은 무치환의 방향족 탄화수소기」, 「치환 혹은 무치환의 방향족 복소 고리기」 또는 「치환 혹은 무치환의 축합 다고리 방향족기」 에 있어서의 「방향족 탄화수소기」, 「방향족 복소 고리기」 또는 「축합 다고리 방향족기」 로는, 상기 일반식 (1) 중의 X₁ 또는 X₂ 에 있어서의 「방향족 탄화수소기」, 「방향족 복소 고리기」 또는 「축합 다고리 방향족기」 에 관해서 나타낸 것과 동일한 것을 들 수 있으며, 취할 수 있는 양태도, 동일한 것을 들 수 있다.

일반식 (1) ∼ (5) 중의 R₁ ∼ R₁₄ 로 나타내는 「치환기를 가지고 있어도 되는 탄소 원자수 1 ∼ 6 의 직사슬형 혹은 분기형의 알킬기」, 「치환기를 가지고 있어도 되는 탄소 원자수 5 ∼ 10 의 시클로알킬기」, 또는 「치환기를 가지고 있어도 되는 탄소 원자수 2 ∼ 6 의 직사슬형 혹은 분기형의 알케닐기」 에 있어서의 「탄소 원자수 1 ∼ 6 의 직사슬형 혹은 분기형의 알킬기」, 「탄소 원자수 5 ∼ 10 의 시클로알킬기」, 또는 「탄소 원자수 2 ∼ 6 의 직사슬형 혹은 분기형의 알케닐기」 로는, 상기 일반식 (1) 중의 X₁ 또는 X₂ 에 있어서의 「탄소 원자수 1 ∼ 6 의 직사슬형 혹은 분기형의 알킬기」, 「탄소 원자수 5 ∼ 10 의 시클로알킬기」, 또는 「탄소 원자수 2 ∼ 6 의 직사슬형 혹은 분기형의 알케닐기」 에 관해서 나타낸 것과 동일한 것을 들 수 있으며, 취할 수 있는 양태도, 동일한 것을 들 수 있다.

일반식 (1) ∼ (5) 중의 R₁ ∼ R₁₄ 로 나타내는 「치환기를 가지고 있어도 되는 탄소 원자수 1 ∼ 6 의 직사슬형 혹은 분기형의 알킬옥시기」, 또는 「치환기를 가지고 있어도 되는 탄소 원자수 5 ∼ 10 의 시클로알킬옥시기」 에 있어서의 「탄소 원자수 1 ∼ 6 의 직사슬형 혹은 분기형의 알킬옥시기」, 또는 「탄소 원자수 5 ∼ 10 의 시클로알킬옥시기」 로는, 상기 일반식 (1) 중의 X₁ 또는 X₂ 에 있어서의 「탄소 원자수 1 ∼ 6 의 직사슬형 혹은 분기형의 알킬옥시기」, 또는 「탄소 원자수 5 ∼ 10 의 시클로알킬옥시기」 에 관해서 나타낸 것과 동일한 것을 들 수 있으며, 취할 수 있는 양태도, 동일한 것을 들 수 있다.

일반식 (1) ∼ (5) 중의 R₁ ∼ R₁₄ 로 나타내는 「치환 방향족 탄화수소기」, 「치환 방향족 복소 고리기」, 「치환 축합 다고리 방향족기」, 「치환기를 가지고 있어도 되는 탄소 원자수 1 ∼ 6 의 직사슬형 혹은 분기형의 알킬기」, 「치환기를 가지고 있어도 되는 탄소 원자수 5 ∼ 10 의 시클로알킬기」, 「치환기를 가지고 있어도 되는 탄소 원자수 2 ∼ 6 의 직사슬형 혹은 분기형의 알케닐기」, 「치환기를 가지고 있어도 되는 탄소 원자수 1 ∼ 6 의 직사슬형 혹은 분기형의 알킬옥시기」, 또는 「치환기를 가지고 있어도 되는 탄소 원자수 5 ∼ 10 의 시클로알킬옥시기」 에 있어서의 「치환기」 로는, 상기 일반식 (1) 중의 X₁ 및 X₂ 에 있어서의 「치환기」 에 관해서 나타낸 것과 동일한 것을 들 수 있으며, 취할 수 있는 양태도, 동일한 것을 들 수 있다.

일반식 (1) ∼ (5) 중의 m 은 1 또는 2 의 정수로 나타내면 바람직하고, 2 의 정수로 나타내면 바람직하다. 또, m 이 2 이상의 정수인 경우, 2 이상의 Ar 중의 적어도 2 개가 상이하면 바람직하다.

본 실시형태의 유기 EL 소자에 적합하게 사용되는, 상기 일반식 (1) ∼ (5) 로 나타내는 벤조이미다졸 고리 구조를 갖는 화합물은, 유기 EL 소자의 전자 주입층, 전자 수송층, 정공 저지층 또는 발광층의 구성 재료로서 사용할 수 있다. 전자의 이동도가 높아 전자 주입층 또는 전자 수송층의 재료로서 바람직한 화합물이다.

본 실시형태의 유기 EL 소자는 전자의 주입·수송 성능, 박막의 안정성이나 내구성이 우수한 유기 EL 소자용의 재료를 사용하고 있기 때문에, 종래의 유기 EL 소자에 비해, 전자 수송층으로부터 발광층으로의 전자 수송 효율이 향상되고, 발광 효율이 향상됨과 함께, 구동 전압이 저하되고, 유기 EL 소자의 내구성을 향상시킬 수 있어, 고효율, 저구동 전압, 장수명의 유기 EL 소자를 실현하는 것이 가능해졌다.

본 실시형태의 유기 EL 소자에 적합하게 사용되는, 상기 일반식 (1) 로 나타내는 벤조이미다졸 고리 구조를 갖는 화합물 중에서, 바람직한 화합물의 구체예를 이하에 나타내지만, 본 발명은 이들 화합물에 한정되는 것은 아니다.

[화학식 7]

[화학식 8]

[화학식 9]

[화학식 10]

[화학식 11]

본 실시형태의 일반식 (1) 로 나타내는 벤조이미다졸 고리 구조를 갖는 화합물은 신규 화합물이다. 이들 화합물은 예를 들어 이하와 같이, 그 자체 공지된 방법에 준하여 합성할 수 있다 (예를 들어, 비특허문헌 6, 7 참조).

[화학식 12]

일반식 (1) ∼ (5) 로 나타내는 벤조이미다졸 고리 구조를 갖는 화합물의 정제는 칼럼 크로마토그래프에 의한 정제, 실리카 겔, 활성탄, 활성 백토 등에 의한 흡착 정제, 용매에 의한 재결정이나 정석법, 승화 정제법 등에 의해 실시한다. 화합물의 동정 (同定) 은, NMR 분석에 의해 실시한다. 물성값으로서, 융점, 유리 전이점 (Tg) 과 일함수의 측정을 실시한다. 융점은 증착성의 지표가 되는 것이고, 유리 전이점 (Tg) 은 박막 상태의 안정성의 지표가 되고, 일함수는 정공 수송성이나 정공 저지성의 지표가 되는 것이다.

융점과 유리 전이점 (Tg) 은, 분체를 사용하여 고감도 시차 주사 열량계 (브루커·에이엑스에스 제조, DSC3100SA) 에 의해 측정한다. 일반식 (1) ∼ (5) 로 나타내는 벤조이미다졸 고리 구조를 갖는 화합물의 융점은, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 200 ℃ 이상이면 바람직하다. 융점의 상한은 특별히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들어 400 ℃ 이하의 화합물을 채용할 수 있다. 또, 일반식 (1) ∼ (5) 로 나타내는 벤조이미다졸 고리 구조를 갖는 화합물의 유리 전이점은, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 형성된 박막의 안정성의 관점에서 100 ℃ 이상이면 바람직하다. 유리 전이점의 상한은 특별히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들어 250 ℃ 이하의 화합물을 채용할 수 있다.

일함수는, ITO 기판 상에 100 ㎚ 의 박막을 제조하여, 이온화 포텐셜 측정 장치 (스미토모 중기계 공업 주식회사 제조, PYS-202) 에 의해 구한다. 일반식 (1) ∼ (5) 로 나타내는 벤조이미다졸 고리 구조를 갖는 화합물을 사용하여 ITO 기판 상에 제조한, 막두께 100 ㎚ 의 증착막에 있어서의 일함수는, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 5.5 eV 보다 크면 바람직하다. 이 증착막의 일함수의 상한은 특별히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들어 6.5 eV 이하의 증착막으로 할 수 있다.

본 실시형태의 유기 EL 소자의 구조로는, 기판 상에 순차적으로, 양극, 정공 주입층, 정공 수송층, 발광층, 전자 수송층, 전자 주입층 및 음극으로 이루어지는 것, 또, 정공 수송층과 발광층의 사이에 전자 저지층을 갖는 것, 발광층과 전자 수송층의 사이에 정공 저지층을 갖는 것을 들 수 있다. 이들의 다층 구조에 있어서는 유기층을 몇 층인가 생략 혹은 겸하는 것이 가능하며, 예를 들어 정공 주입층과 정공 수송층을 겸한 구성으로 하는 것, 전자 주입층과 전자 수송층을 겸한 구성으로 하는 것, 정공 수송층과 전자 저지층을 겸한 구성으로 하는 것, 전자 수송층과 정공 저지층을 겸한 구성으로 하는 것 등도 할 수 있다. 또, 동일한 기능을 갖는 유기층을 2 층 이상 적층한 구성으로 하는 것이 가능하며, 정공 수송층을 2 층 적층한 구성, 발광층을 2 층 적층한 구성, 전자 수송층을 2 층 적층한 구성 등도 할 수 있다.

본 실시형태의 유기 EL 소자의 양극으로는, ITO 나 금과 같은 일함수가 큰 전극 재료가 사용된다.

본 실시형태의 유기 EL 소자의 정공 주입층으로서, 구리 프탈로시아닌으로 대표되는 포르피린 화합물, 스타버스트형의 트리페닐아민 유도체, 분자 중에 트리페닐아민 구조 또는 카르바졸릴 구조를 2 개 이상 갖고, 각각이 단결합 또는 헤테로 원자를 함유하지 않는 2 가기로 연결한 구조를 갖는 아릴아민 화합물 등을 사용할 수 있다. 그 외에, 헥사시아노아자트리페닐렌과 같은 억셉터성의 복소 고리 화합물이나 도포형의 고분자 재료를 사용할 수 있다. 이들 재료는 증착법 외에, 스핀 코트법이나 잉크젯법 등의 공지된 방법에 의해 박막 형성을 실시할 수 있다.

본 실시형태의 유기 EL 소자의 정공 수송층으로서, N,N'-디페닐-N,N'-디(m-톨릴)-벤지딘 (이후, TPD 라고 약칭한다) 이나 N,N'-디페닐-N,N'-디(α-나프틸)-벤지딘 (이후, NPD 라고 약칭한다), N,N,N',N'-테트라비페닐릴벤지딘 등의 벤지딘 유도체, 1,1-비스[(디-4-톨릴아미노)페닐]시클로헥산 (이후, TAPC 라고 약칭한다), 분자 중에 트리페닐아민 구조 또는 카르바졸릴 구조를 2 개 이상 갖고, 각각이 단결합 또는 헤테로 원자를 함유하지 않는 2 가기로 연결한 구조를 갖는 아릴아민 화합물, 예를 들어, N,N,N',N'-테트라비페닐릴벤지딘 등을 사용할 수 있다. 이들은, 단독으로 성막해도 되지만, 다른 재료와 함께 혼합하여 성막한 단층으로서 사용해도 되고, 상기 복수의 재료에 의한 단독으로 성막한 층끼리, 상기 복수의 재료에 의한 혼합하여 성막한 층끼리, 또는 상기 복수의 재료에 의한 단독으로 성막한 층과 혼합하여 성막한 층의 적층 구조로 해도 된다. 또, 정공의 주입·수송층으로서, 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜) (이후, PEDOT 라고 약칭한다) / 폴리(스티렌술포네이트) (이후, PSS 라고 약칭한다) 등의 도포형의 고분자 재료를 사용할 수 있다. 이들 재료는 증착법 외에, 스핀 코트법이나 잉크젯법 등의 공지된 방법에 의해 박막 형성을 실시할 수 있다.

또, 정공 주입층 혹은 정공 수송층에 있어서, 그 층에 통상적으로 사용되는 재료에 대하여, 또한 트리스브로모페닐아민헥사클로르안티몬, 라디알렌 유도체 (예를 들어, 특허문헌 5 참조) 를 P 도핑한 것이나, TPD 등의 벤지딘 유도체의 구조를 그 부분 구조에 갖는 고분자 화합물 등을 사용할 수 있다.

본 실시형태의 유기 EL 소자의 전자 저지층으로서, 4,4',4''-트리(N-카르바졸릴)트리페닐아민 (이후, TCTA 라고 약칭한다), 9,9-비스[4-(카르바졸-9-일)페닐]플루오렌, 1,3-비스(카르바졸-9-일)벤젠 (이후, mCP 라고 약칭한다), 2,2-비스(4-카르바졸-9-일페닐)아다만탄 (이후, Ad-Cz 라고 약칭한다) 등의 카르바졸 유도체, 9-[4-(카르바졸-9-일)페닐]-9-[4-(트리페닐실릴)페닐]-9H-플루오렌으로 대표되는 트리페닐실릴기와 트리아릴아민 구조를 갖는 화합물 등의 전자 저지 작용을 갖는 화합물을 사용할 수 있다. 이들은, 단독으로 성막해도 되지만, 다른 재료와 함께 혼합하여 성막한 단층으로서 사용해도 되고, 상기 복수의 재료에 의한 단독으로 성막한 층끼리, 상기 복수의 재료에 의한 혼합하여 성막한 층끼리, 또는 상기 복수의 재료에 의한 단독으로 성막한 층과 혼합하여 성막한 층의 적층 구조로 해도 된다. 이들 재료는 증착법 외에, 스핀 코트법이나 잉크젯법 등의 공지된 방법에 의해 박막 형성을 실시할 수 있다.

본 실시형태의 유기 EL 소자의 발광층으로서, 본 실시형태의 벤조이미다졸 고리 구조를 갖는 화합물 외에, Alq₃ 을 비롯한 퀴놀리놀 유도체의 금속 착물, 각종 금속 착물, 안트라센 유도체, 비스스티릴벤젠 유도체, 피렌 유도체, 옥사졸 유도체, 폴리파라페닐렌비닐렌 유도체 등을 사용할 수 있다. 또, 발광층을 호스트 재료와 도펀트 재료로 구성해도 되고, 호스트 재료로서, 안트라센 유도체가 바람직하게 사용되지만, 그 외에, 본 실시형태의 벤조이미다졸 고리 구조를 갖는 화합물을 비롯한 상기 발광 재료에 더하여, 인돌 고리를 축합 고리의 부분 구조로서 갖는 복소 고리 화합물, 카르바졸 고리를 축합 고리의 부분 구조로서 갖는 복소 고리 화합물, 카르바졸 유도체, 티아졸 유도체, 벤즈이미다졸 유도체, 폴리디알킬플루오렌 유도체 등을 사용할 수 있다. 또 도펀트 재료로는, 퀴나크리돈, 쿠마린, 루브렌, 페릴렌 및 그들의 유도체, 벤조피란 유도체, 로다민 유도체, 아미노스티릴 유도체 등을 사용할 수 있다. 이들은, 단독으로 성막해도 되지만, 다른 재료와 함께 혼합하여 성막한 단층으로서 사용해도 되고, 상기 복수의 재료에 의한 단독으로 성막한 층끼리, 상기 복수의 재료에 의한 혼합하여 성막한 층끼리, 또는 상기 복수의 재료에 의한 단독으로 성막한 층과 혼합하여 성막한 층의 적층 구조로 해도 된다.

또, 발광 재료로서 인광 발광체를 사용하는 것도 가능하다. 인광 발광체로는, 이리듐이나 백금 등의 금속 착물의 인광 발광체를 사용할 수 있다. Ir(ppy)₃ 등의 녹색의 인광 발광체, FIrpic, FIr6 등의 청색의 인광 발광체, Btp₂Ir(acac) 등의 적색의 인광 발광체 등이 사용되며, 이 때의 호스트 재료로는 정공 주입·수송성의 호스트 재료로서 4,4'-디(N-카르바졸릴)비페닐 (이후, CBP 라고 약칭한다) 이나 TCTA, mCP 등의 카르바졸 유도체 등에 더하여, 본 실시형태의 벤조아졸 고리 구조와 피리도인돌 고리 구조를 갖는 화합물을 사용할 수 있다. 전자 수송성의 호스트 재료로서, p-비스(트리페닐실릴)벤젠 (이후, UGH2 라고 약칭한다) 이나 2,2',2''-(1,3,5-페닐렌)-트리스(1-페닐-1H-벤즈이미다졸) (이후, TPBI 라고 약칭한다) 등을 사용할 수 있고, 고성능의 유기 EL 소자를 제조할 수 있다.

인광성의 발광 재료의 호스트 재료에 대한 도프는 농도 소광을 피하기 위해서, 발광층 전체에 대하여 1 ∼ 30 중량퍼센트의 범위에서, 공증착에 의해 도프하는 것이 바람직하다.

또, 발광 재료로서 PIC-TRZ, CC2TA, PXZ-TRZ, 4CzIPN 등의 CDCB 유도체 등의 지연 형광을 방사하는 재료를 사용하는 것도 가능하다. (예를 들어, 비특허문헌 3 참조) 이들 재료는 증착법 외에, 스핀 코트법이나 잉크젯법 등의 공지된 방법에 의해 박막 형성을 실시할 수 있다.

본 실시형태의 유기 EL 소자의 정공 저지층으로서, 본 실시형태의 벤조이미다졸 고리 구조를 갖는 화합물 외에, BCP 등의 페난트롤린 유도체나, 알루미늄(III)비스(2-메틸-8-퀴놀리레이트)-4-페닐페놀레이트 (이후, BAlq 라고 생략한다) 등의 퀴놀리놀 유도체의 금속 착물, 각종 희토류 착물, 옥사졸 유도체, 트리아졸 유도체, 트리아진 유도체, 피리미딘 유도체, 옥사디아졸 유도체, 벤조아졸 유도체 등, 정공 저지 작용을 갖는 화합물을 사용할 수 있다. 이들 재료는 전자 수송층의 재료를 겸해도 된다. 이들은, 단독으로 성막해도 되지만, 다른 재료와 함께 혼합하여 성막한 단층으로서 사용해도 되고, 상기 복수의 재료에 의한 단독으로 성막한 층끼리, 상기 복수의 재료에 의한 혼합하여 성막한 층끼리, 또는 상기 복수의 재료에 의한 단독으로 성막한 층과 혼합하여 성막한 층의 적층 구조로 해도 된다. 이들 재료는 증착법 외에, 스핀 코트법이나 잉크젯법 등의 공지된 방법에 의해 박막 형성을 실시할 수 있다. 본 실시형태의 벤조이미다졸 고리 구조를 갖는 화합물과 그 밖의 재료를 병용하는 경우, 이들의 혼합비로는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들어, 본 실시형태의 벤조이미다졸 고리 구조를 갖는 화합물 : 그 밖의 재료 = 100 : 1 ∼ 1 : 100 으로 할 수 있고, 바람직하게는 본 실시형태의 벤조이미다졸 고리 구조를 갖는 화합물 : 그 밖의 재료 = 100 : 1 ∼ 1 : 4 로 할 수 있다.

본 실시형태의 유기 EL 소자의 전자 수송층으로서, 본 실시형태의 벤조이미다졸 고리 구조를 갖는 화합물 외에, Alq₃, BAlq 를 비롯한 퀴놀리놀 유도체의 금속 착물, 각종 금속 착물, 트리아졸 유도체, 트리아진 유도체, 피리미딘 유도체, 옥사디아졸 유도체, 피리딘 유도체, 벤즈이미다졸 유도체, 벤조아졸 유도체, 티아디아졸 유도체, 안트라센 유도체, 카르보디이미드 유도체, 퀴녹살린 유도체, 피리도인돌 유도체, 페난트롤린 유도체, 실롤 유도체 등을 사용할 수 있다. 이들은, 단독으로 성막해도 되지만, 다른 재료와 함께 혼합하여 성막한 단층으로서 사용해도 되고, 상기 복수의 재료에 의한 단독으로 성막한 층끼리, 상기 복수의 재료에 의한 혼합하여 성막한 층끼리, 또는 상기 복수의 재료에 의한 단독으로 성막한 층과 혼합하여 성막한 층의 적층 구조로 해도 된다. 이들 재료는 증착법 외에, 스핀 코트법이나 잉크젯법 등의 공지된 방법에 의해 박막 형성을 실시할 수 있다. 본 실시형태의 벤조이미다졸 고리 구조를 갖는 화합물과 그 밖의 재료를 병용하는 경우, 이들의 혼합비로는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들어, 본 실시형태의 벤조이미다졸 고리 구조를 갖는 화합물 : 그 밖의 재료 = 100 : 1 ∼ 1 : 100 으로 할 수 있고, 바람직하게는 본 실시형태의 벤조이미다졸 고리 구조를 갖는 화합물 : 그 밖의 재료 = 100 : 1 ∼ 1 : 4 로 할 수 있다.

본 실시형태의 유기 EL 소자의 전자 주입층으로서, 본 실시형태의 벤조이미다졸 고리 구조를 갖는 화합물 외에, 불화리튬, 불화세슘 등의 알칼리 금속염, 불화마그네슘 등의 알칼리 토금속염, 리튬퀴놀리놀 등의 퀴놀리놀 유도체의 금속 착물, 산화알루미늄 등의 금속 산화물, 혹은 이테르븀 (Yb), 사마륨 (Sm), 칼슘 (Ca), 스트론튬 (Sr), 세슘 (Cs) 등의 금속 등을 사용할 수 있지만, 전자 수송층과 음극의 바람직한 선택에 있어서는, 이것을 생략할 수 있다.

또한, 전자 주입층 혹은 전자 수송층에 있어서, 그 층에 통상적으로 사용되는 재료에 대하여, 추가로 세슘 등의 금속을 N 도핑한 것을 사용할 수 있다.

본 실시형태의 유기 EL 소자의 음극으로서, 알루미늄과 같은 일함수가 낮은 전극 재료나, 마그네슘은 합금, 마그네슘칼슘 합금, 마그네슘인듐 합금, 알루미늄마그네슘 합금과 같은, 보다 일함수가 낮은 합금이나 ITO, IZO 등이 전극 재료로서 사용된다.

이하, 본 발명의 실시형태에 대해서, 실시예에 의해 구체적으로 설명하는데, 본 발명은 그 요지를 넘지 않는 한, 이하의 실시예에 한정되는 것은 아니다.

실시예 1

＜6,8-비스{4-(피리딜-3-일)페닐}-벤조[4,5]이미다조[1,2-a]피리딘 (화합물-30) 의 합성＞

반응 용기에 2,4,6-트리브로모아닐린 : 10.0 g, 2-브로모피리딘 : 9.6 g, 탄산칼륨 : 12.6 g, 구리 분말 : 0.2 g, 자일렌 : 100 ㎖ 를 넣고, 가열 환류하에서 24 시간 교반하였다. 교반 후에 방랭하고, 여과 및 농축하여 조제물 (粗製物) 을 얻었다. 조제물을 칼럼 크로마토그래피 (담체 : 실리카 겔, 용리액 : 디클로로메탄/아세트산에틸) 에 의한 정제를 실시함으로써, 6,8-디브로모-벤조[4,5]이미다조[1,2-a]피리딘의 갈색 분체 : 5.9 g (수율 60 ％) 을 얻었다.

[화학식 13]

얻어진 갈색 분체에 대해 NMR 을 사용하여 구조를 동정하였다.

¹H-NMR (DMSO-d₆) 으로 이하의 6 개의 수소의 시그널을 검출하였다.

계속해서, 6,8-디브로모-벤조[4,5]이미다조[1,2-a]피리딘 : 5.0 g, 4-(피리딜-3-일)페닐보론산 : 6.7 g, 톨루엔 : 50 ㎖, 에탄올 : 10 ㎖ 를 넣고, 이어서, 미리 탄산칼륨 : 6.4 g 을 H₂O : 20 ㎖ 에 용해한 수용액을 첨가하여 30 분간 초음파를 조사하면서 질소 가스를 통기하였다. 질소 가스를 통기한 용액에, 테트라키스트리페닐포스핀팔라듐 : 0.5 g 을 첨가하여 가열 환류하에서 24 시간 교반하였다. 교반 후에 방랭하고, 메탄올을 첨가하여 석출한 고체를 채취하여 조제물을 얻었다. 조제물을 칼럼 크로마토그래피 (담체 : 실리카 겔, 용리액 : 톨루엔/아세트산에틸) 에 의한 정제를 실시함으로써, 6,8-비스{4-(피리딜-3-일)페닐}-벤조[4,5]이미다조[1,2-a]피리딘 (화합물-30) 의 황색 분체 : 3.6 g (수율 50 ％) 을 얻었다.

[화학식 14]

얻어진 황색 분체에 대해 NMR 을 사용하여 구조를 동정하였다.

¹H-NMR (DMSO-d₆) 으로 이하의 22 개의 수소의 시그널을 검출하였다.

실시예 2

＜6,8-비스{4-(나프탈렌-1-일-페닐)}-벤조[4,5]이미다조[1,2-a]피리딘 (화합물-21) 의 합성＞

반응 용기에 6,8-디브로모-벤조[4,5]이미다조[1,2-a]피리딘 : 5.0 g, 4-(나프탈렌-1-일)페닐보론산 : 8.4 g, 톨루엔 : 50 ㎖, 에탄올 : 10 ㎖ 를 넣고, 이어서, 미리 탄산칼륨 : 6.4 g 을 H₂O : 20 ㎖ 에 용해한 수용액을 첨가하여 30 분간 초음파를 조사하면서 질소 가스를 통기하였다. 질소 가스를 통기한 용액에, 테트라키스트리페닐포스핀팔라듐 : 0.5 g 을 첨가하여 가열 환류하에서 24 시간 교반하였다. 교반 후에 방랭하고, H₂O 를 첨가하여 추출 및 분액 조작을 실시하고, 취출한 유기층을 농축하여 미정제 생성물을 얻었다. 얻어진 미정제 생성물을 칼럼 크로마토그래피 (담체 : 실리카 겔, 용리액 : 톨루엔/아세트산에틸) 에 의한 정제를 실시함으로써, 6,8-비스{4-(나프탈렌-1-일-페닐)}-벤조[4,5]이미다조[1,2-a]피리딘 (화합물-21) 의 황색 분체 : 2.6 g (수율 30 ％) 을 얻었다.

[화학식 15]

¹H-NMR (DMSO-d₆) 으로 이하의 28 개의 수소의 시그널을 검출하였다.

실시예 3

＜8-(9,9-디페닐-9H-플루오렌-2-일)-6-(4-피리딘-3-일-페닐)-벤조[4,5]이미다조[1,2-a]피리딘 (화합물-56) 의 합성＞

반응 용기에 8-클로로-6-(4-피리딘-3-일-페닐)-벤조[4,5]이미다조[1,2-a]피리딘 : 4.5 g, 2-(9,9-디페닐-9H-플루오렌)-보론산 : 5.5 g, 1,4-디옥산 : 80 ㎖ 를 넣고, 이어서, 미리 인산3칼륨 : 8.1 g 을 H₂O : 20 ㎖ 에 용해한 수용액을 첨가하여 30 분간 초음파를 조사하면서 질소 가스를 통기하였다. 질소 가스를 통기한 용액에, 트리스(디벤질리덴아세톤)디팔라듐(0) : 0.3 g, 트리시클로헥실포스핀 : 0.4 g 을 첨가하여 가열 환류하에서 24 시간 교반하였다. 교반 후에 방랭하고, 메탄올을 첨가하여 석출한 고체를 채취하여 조제물을 얻었다. 조제물을 1,2-디클로로벤젠 용매에 의한 재결정 정제를 실시함으로써, 8-(9,9-디페닐-9H-플루오렌-2-일)-6-(4-피리딘-3-일-페닐)-벤조[4,5]이미다조[1,2-a]피리딘 (화합물-56) 의 황색 분체 : 3.7 g (수율 46 ％) 을 얻었다.

[화학식 16]

¹H-NMR (DMSO-d₆) 으로 이하의 31 개의 수소의 시그널을 검출하였다.

실시예 4

＜8-(9,9'-스피로비-9H-플루오렌-2-일)-6-(4-피리딜-3-일-페닐)-벤조[4,5]이미다조[1,2-a]피리딘 (화합물-57) 의 합성＞

반응 용기에 8-클로로-6-(4-피리딘-3-일-페닐)-벤조[4,5]이미다조[1,2-a]피리딘 : 3.5 g, 2-(9,9'-스피로비-9H-플루오렌)-보론산 : 4.6 g, 1,4-디옥산 : 70 ㎖ 를 넣고, 이어서, 미리 인산3칼륨 : 6.3 g 을 H₂O : 15 ㎖ 에 용해한 수용액을 첨가하여 30 분간 초음파를 조사하면서 질소 가스를 통기하였다. 질소 가스를 통기한 용액에, 트리스(디벤질리덴아세톤)디팔라듐(0) : 0.2 g, 트리시클로헥실포스핀 : 0.3 g 을 첨가하여 가열 환류하에서 24 시간 교반하였다. 교반 후에 방랭하고, 메탄올을 첨가하여 석출한 고체를 채취하여 조제물을 얻었다. 얻어진 미정제 생성물을 칼럼 크로마토그래피 (담체 : 실리카 겔, 용리액 : 톨루엔/아세트산에틸) 에 의한 정제를 실시함으로써, 8-(9,9'-스피로비-9H-플루오렌-2-일)-6-(4-피리딜-3-일-페닐)-벤조[4,5]이미다조[1,2-a]피리딘 (화합물-57) 의 황색 분체 : 4.3 g (수율 69 ％) 을 얻었다.

[화학식 17]

¹H-NMR (DMSO-d₆) 으로 이하의 29 개의 수소의 시그널을 검출하였다.

실시예 5

＜8-(4'-시아노-비페닐-4-일)-6-(4-피리딜-3-일-페닐)-벤조[4,5]이미다조[1,2-a]피리딘 (화합물-71) 의 합성＞

반응 용기에 8-클로로-6-(4-피리딘-3-일-페닐)-벤조[4,5]이미다조[1,2-a]피리딘 : 3.5 g, 4'-(4,4,5,5-테트라메틸-[1,3,2]디옥사보롤란-2-일)비페닐-4-카르보니트릴 : 3.3 g, 1,4-디옥산 : 60 ㎖, THF : 15 ㎖ 를 넣고, 이어서, 미리 인산3칼륨 : 6.3 g 을 H₂O : 15 ㎖ 에 용해한 수용액을 첨가하여 30 분간 초음파를 조사하면서 질소 가스를 통기하였다. 질소 가스를 통기한 용액에, 트리스(디벤질리덴아세톤)디팔라듐(0) : 0.2 g, 트리시클로헥실포스핀 : 0.3 g 을 첨가하여 가열 환류하에서 24 시간 교반하였다. 교반 후에 방랭하고, 메탄올을 첨가하여 석출한 고체를 채취하여 조제물을 얻었다. 얻어진 미정제 생성물을 칼럼 크로마토그래피 (담체 : 실리카 겔, 용리액 : 톨루엔/아세트산에틸) 에 의한 정제를 실시함으로써, 8-(4'-시아노-비페닐-4-일)-6-(4-피리딜-3-일-페닐)-벤조[4,5]이미다조[1,2-a]피리딘 (화합물-71) 의 황색 분체 : 3.2 g (수율 65 ％) 을 얻었다.

[화학식 18]

실시예 6

일반식 (1) 로 나타내는 벤조이미다졸 고리 구조를 갖는 화합물에 대해, 고감도 시차 주사 열량계 (브루커·에이엑스에스 제조, DSC3100SA) 에 의해 융점과 유리 전이점을 측정하였다.

융점 유리 전이점

실시예 1 의 화합물 238 ℃ 112 ℃

실시예 2 의 화합물 242 ℃ 130 ℃

실시예 3 의 화합물 334 ℃ 164 ℃

실시예 4 의 화합물 278 ℃ 177 ℃

실시예 5 의 화합물 240 ℃ 126 ℃

일반식 (1) 로 나타내는 벤조이미다졸 고리 구조를 갖는 화합물은 100 ℃ 이상의 유리 전이점을 가지고 있었다. 이것은, 박막 상태가 안정적인 것을 나타내는 것이다.

실시예 7

일반식 (1) 로 나타내는 벤조이미다졸 고리를 갖는 화합물을 사용하여, ITO 기판 상에 막두께 100 ㎚ 의 증착막을 제조하고, 이온화 포텐셜 측정 장치 (스미토모 중기계 공업 주식회사 제조, PYS-202) 에 의해 일함수를 측정하였다.

일함수

실시예 1 의 화합물 6.01 eV

실시예 2 의 화합물 5.97 eV

실시예 3 의 화합물 5.95 eV

실시예 4 의 화합물 5.95 eV

실시예 5 의 화합물 6.00 eV

일반식 (1) 로 나타내는 벤조이미다졸 고리를 갖는 화합물은 Alq₃ 등의 일반적인 전자 수송 재료가 갖는 일함수 5.8 ∼ 6.0 eV 와 비교하여, 적합한 에너지 준위를 나타내었다. 이로부터, 양호한 전자 수송 능력을 갖고 있는 것을 알 수 있다.

실시예 8

본 실시예에 있어서의 유기 EL 소자는, 도 1 에 나타내는 바와 같이, 유리 기판 (1) 상에 투명 양극 (2) 으로서 ITO 전극을 미리 형성한 것을 준비하고, 그 위에, 정공 주입층 (3), 정공 수송층 (4), 발광층 (5), 정공 저지층 겸 전자 수송층 (6), 전자 주입층 (7), 및 음극 (알루미늄 전극) (8) 을 이 순서로 증착하여 제조하였다.

구체적으로는, 이하의 순서에 의해 유기 EL 소자를 제조하였다. 막두께 50 ㎚ 의 ITO 를 성막한 유리 기판 (1) 을 이소프로필알코올 중에서 초음파 세정을 20 분간 실시한 후, 200 ℃ 로 가열한 핫 플레이트 상에서 10 분간 건조시켰다. 그 후, UV 오존 처리를 15 분간 실시한 후, 이 ITO 가 부착된 유리 기판을 진공 증착기 내에 장착하고, 0.001 ㎩ 이하까지 감압하였다. 계속해서, 하기 구조식의 전자 억셉터 (Acceptor-1) 와 하기 구조식의 화합물 (HTM-1) 을, 증착 속도비가 Acceptor-1 : HTM-1 = 3 : 97 이 되는 증착 속도로 투명 양극 (2) 상에 2 원 증착하였다. 이에 따라, 투명 양극 (2) 을 덮는 정공 주입층 (3) 을, 막두께 10 ㎚ 가 되도록 형성하였다. 이 정공 주입층 (3) 상에, 하기 구조식의 화합물 (HTM-1) 을 증착하고, 정공 수송층 (4) 을 막두께 60 ㎚ 가 되도록 형성하였다. 이 정공 수송층 (4) 상에, 하기 구조식의 화합물 (EMD-1) 과 하기 구조식의 화합물 (EMH-1) 을, 증착 속도비가 EMD-1 : EMH-1 = 5 : 95 가 되는 증착 속도로 2 원 증착하였다. 이에 따라, 발광층 (5) 을 막두께 20 ㎚ 가 되도록 형성하였다. 이 발광층 (5) 상에, 실시예 1 의 화합물 (화합물-30) 과 하기 구조식의 화합물 (ETM-1) 을, 증착 속도비가 화합물-30 : ETM-1 = 50 : 50 이 되는 증착 속도로 2 원 증착하였다. 이에 따라, 정공 저지층 겸 전자 수송층 (6) 을 막두께 30 ㎚ 가 되도록 형성하였다. 이 정공 저지층 겸 전자 수송층 (6) 상에 불화리튬을 증착하고, 전자 주입층 (7) 을 막두께 1 ㎚ 가 되도록 형성하였다. 마지막으로, 알루미늄을 증착하여, 음극 (8) 을 막두께 100 ㎚ 가 되도록 형성하였다. 제조한 유기 EL 소자에 대해, 대기 중, 상온에서 특성 측정을 실시하였다. 제조한 유기 EL 소자에 직류 전압을 인가했을 때의 발광 특성의 측정 결과를 표 1 에 정리하여 나타내었다.

[화학식 19]

실시예 9

실시예 8 에 있어서, 정공 저지층 겸 전자 수송층 (6) 의 재료로서 실시예 1 의 화합물 (화합물-30) 대신에, 실시예 2 의 화합물 (화합물-21) 을 사용하고, 증착 속도비가 화합물-21 : ETM-1 = 50 : 50 이 되는 증착 속도로 2 원 증착을 실시한 것 이외에는, 동일한 조건으로 유기 EL 소자를 제조하였다. 제조한 유기 EL 소자에 대해, 대기 중, 상온에서 특성 측정을 실시하였다. 제조한 유기 EL 소자에 직류 전압을 인가했을 때의 발광 특성의 측정 결과를 표 1 에 정리하여 나타내었다.

실시예 10

실시예 8 에 있어서, 정공 저지층 겸 전자 수송층 (6) 의 재료로서 실시예 1 의 화합물 (화합물-30) 대신에, 실시예 3 의 화합물 (화합물-56) 을 사용하고, 증착 속도비가 화합물-56 : ETM-1 = 50 : 50 이 되는 증착 속도로 2 원 증착을 실시한 것 이외에는, 동일한 조건으로 유기 EL 소자를 제조하였다. 제조한 유기 EL 소자에 대해, 대기 중, 상온에서 특성 측정을 실시하였다. 제조한 유기 EL 소자에 직류 전압을 인가했을 때의 발광 특성의 측정 결과를 표 1 에 정리하여 나타내었다.

실시예 11

실시예 8 에 있어서, 정공 저지층 겸 전자 수송층 (6) 의 재료로서 실시예 1 의 화합물 (화합물-30) 대신에, 실시예 4 의 화합물 (화합물-57) 을 사용하고, 증착 속도비가 화합물-57 : ETM-1 = 50 : 50 이 되는 증착 속도로 2 원 증착을 실시한 것 이외에는, 동일한 조건으로 유기 EL 소자를 제조하였다. 제조한 유기 EL 소자에 대해, 대기 중, 상온에서 특성 측정을 실시하였다. 제조한 유기 EL 소자에 직류 전압을 인가했을 때의 발광 특성의 측정 결과를 표 1 에 정리하여 나타내었다.

실시예 12

실시예 8 에 있어서, 정공 저지층 겸 전자 수송층 (6) 의 재료로서 실시예 1 의 화합물 (화합물-30) 대신에, 실시예 5 의 화합물 (화합물-71) 을 사용하고, 증착 속도비가 화합물-71 : ETM-1 = 50 : 50 이 되는 증착 속도로 2 원 증착을 실시한 것 이외에는, 동일한 조건으로 유기 EL 소자를 제조하였다. 제조한 유기 EL 소자에 대해, 대기 중, 상온에서 특성 측정을 실시하였다. 제조한 유기 EL 소자에 직류 전압을 인가했을 때의 발광 특성의 측정 결과를 표 1 에 정리하여 나타내었다.

[비교예 1]

비교를 위해서, 실시예 8 에 있어서, 정공 저지층 겸 전자 수송층 (6) 의 재료로서 실시예 1 의 화합물 (화합물-30) 대신에, 하기 구조식의 화합물 (ETM-2) (예를 들어, 특허문헌 6 참조) 를 사용하고, 증착 속도비가 ETM-2 : ETM-1 = 50 : 50 이 되는 증착 속도로 2 원 증착을 실시한 것 이외에는, 동일한 조건으로 유기 EL 소자를 제조하였다. 제조한 유기 EL 소자에 대해, 대기 중, 상온에서 특성 측정을 실시하였다. 제조한 유기 EL 소자에 직류 전압을 인가했을 때의 발광 특성의 측정 결과를 표 1 에 정리하여 나타내었다.

[화학식 20]

[비교예 2]

비교를 위해서, 실시예 8 에 있어서, 정공 저지층 겸 전자 수송층 (6) 의 재료로서 실시예 1 의 화합물 (화합물-30) 대신에, 하기 구조식의 화합물 (ETM-3) (예를 들어, 특허문헌 7 참조) 을 사용하고, 증착 속도비가 ETM-3 : ETM-1 = 50 : 50 이 되는 증착 속도로 2 원 증착을 실시한 것 이외에는, 동일한 조건으로 유기 EL 소자를 제조하였다. 제조한 유기 EL 소자에 대해, 대기 중, 상온에서 특성 측정을 실시하였다. 제조한 유기 EL 소자에 직류 전압을 인가했을 때의 발광 특성의 측정 결과를 표 1 에 정리하여 나타내었다.

[화학식 21]

[비교예 3]

비교를 위해서, 실시예 8 에 있어서, 정공 저지층 겸 전자 수송층 (6) 의 재료로서 실시예 1 의 화합물 (화합물-30) 대신에, 하기 구조식의 화합물 (ETM-4) (예를 들어, 특허문헌 7 참조) 를 사용하고, 증착 속도비가 ETM-4 : ETM-1 = 50 : 50 이 되는 증착 속도로 2 원 증착을 실시한 것 이외에는, 동일한 조건으로 유기 EL 소자를 제조하였다. 제조한 유기 EL 소자에 대해, 대기 중, 상온에서 특성 측정을 실시하였다. 제조한 유기 EL 소자에 직류 전압을 인가했을 때의 발광 특성의 측정 결과를 표 1 에 정리하여 나타내었다.

[화학식 22]

실시예 8 ∼ 12 및 비교예 1 ∼ 3 에서 제조한 유기 EL 소자를 사용하여, 소자 수명을 측정한 결과를 표 1 에 정리하여 나타내었다. 소자 수명은, 발광 개시 시의 발광 휘도 (초기 휘도) 를 2000 cd/㎡ 로 하여 정전류 구동을 실시했을 때, 발광 휘도가 1900 cd/㎡ (초기 휘도를 100 ％로 했을 때의 95 ％에 상당 : 95 ％ 감쇠) 에 감쇠할 때까지의 시간으로서 측정하였다.

표 1 에 나타내는 바와 같이, 전류 밀도 10 ㎃/㎠ 의 전류를 흘렸을 때의 구동 전압은, 상기 구조식의 화합물 ETM-2 ∼ ETM-4 를 사용한 비교예 1 ∼ 비교예 3 의 유기 EL 소자에서는 3.66 ∼ 3.81 V 였다. 이에 반해, 실시예 8 ∼ 12 의 유기 EL 소자에서는 구동 전압은 3.39 ∼ 3.53 V 이며, 저전압화가 확인되었다.

또, 발광 효율은, 비교예 1 ∼ 3 의 유기 EL 소자에서는 6.95 ∼ 7.62 cd/A 였다. 이에 반해, 실시예 8 ∼ 12 의 유기 EL 소자에서는 발광 효율은 8.62 ∼ 8.97 cd/A 이며, 발광 효율의 향상이 확인되었다.

전력 효율은, 비교예 1 ∼ 3 의 유기 EL 소자에서는 5.80 ∼ 6.45 lm/W 였다. 이에 반해, 실시예 8 ∼ 12 의 유기 EL 소자에서는 전력 효율은 7.68 ∼ 8.32 lm/W 이며, 전력 효율의 큰 향상이 확인되었다.

소자 수명 (95 ％ 감쇠) 은, 비교예 1 ∼ 3 의 유기 EL 소자에서는 43 ∼ 65 시간이었다. 이에 반해, 실시예 8 ∼ 12 의 유기 EL 소자에서는 소자 수명은 134 ∼ 178 시간이며, 특히 큰 장수명화가 확인되었다.

이와 같이 본 발명의 유기 EL 소자는, 비교예에서 나타낸 구조식의 화합물 (ETM-2 ∼ 4) 을 사용한 소자와 비교하여, 발광 효율 및 전력 효율이 우수하고, 장수명의 유기 EL 소자를 실현할 수 있는 것을 알 수 있었다.

본 발명을 특정한 양태를 참조하여 상세하게 설명했지만, 본 발명의 정신과 범위를 벗어나는 일 없이 다양한 변경 및 수정이 가능한 것은, 당업자에게 있어서 분명하다.

또한, 본원은, 2018년 3월 23일자로 출원된 일본 특허출원 (일본 특허출원 2018-55656) 에 기초하고 있으며, 그 전체가 인용에 의해 원용된다. 또, 여기에 인용되는 모든 참조는 전체로서 받아들여진다.

산업상 이용가능성

본 발명의, 특정한 벤조이미다졸 고리를 갖는 화합물은, 전자의 주입 특성이 좋고, 전자 수송 능력이 우수하고, 박막 상태가 안정적이기 때문에, 유기 EL 소자용의 화합물로서 우수하다. 그 화합물을 사용하여 유기 EL 소자를 제조함으로써, 높은 효율을 얻을 수 있음과 함께, 구동 전압을 저하시킬 수 있어, 내구성을 개선시킬 수 있다. 예를 들어, 가정 전화 제품이나 조명의 용도로의 전개가 가능하다.

1 : 유리 기판
2 : 투명 양극
3 : 정공 주입층
4 : 정공 수송층
5 : 발광층
6 : 정공 저지층 겸 전자 수송층
7 : 전자 주입층
8 : 음극

Claims

하기 일반식 (1) 로 나타내는, 벤조이미다졸 고리 구조를 갖는 화합물.

(식 중, X₁, X₂ 는 상호 동일해도 되고 상이해도 되고, 각각 수소 원자, 중수소 원자, 불소 원자, 염소 원자, 시아노기, 니트로기, 트리메틸실릴기, 혹은 트리페닐실릴기를 갖는 탄소 원자, 치환 혹은 무치환의 방향족 탄화수소기를 갖는 탄소 원자, 치환 혹은 무치환의 방향족 복소 고리기를 갖는 탄소 원자, 치환 혹은 무치환의 축합 다고리 방향족기를 갖는 탄소 원자, 치환기를 가지고 있어도 되는 탄소 원자수 1 ∼ 6 의 직사슬형 혹은 분기형의 알킬기를 갖는 탄소 원자, 치환기를 가지고 있어도 되는 탄소 원자수 5 ∼ 10 의 시클로알킬기를 갖는 탄소 원자, 치환기를 가지고 있어도 되는 탄소 원자수 2 ∼ 6 의 직사슬형 혹은 분기형의 알케닐기를 갖는 탄소 원자, 치환기를 가지고 있어도 되는 탄소 원자수 1 ∼ 6 의 직사슬형 혹은 분기형의 알킬옥시기를 갖는 탄소 원자, 치환기를 가지고 있어도 되는 탄소 원자수 5 ∼ 10 의 시클로알킬옥시기를 갖는 탄소 원자, 또는 질소 원자를 나타내고,
Ar 은 치환 혹은 무치환의 방향족 탄화수소기, 치환 혹은 무치환의 방향족 복소 고리기, 또는 치환 혹은 무치환의 축합 다고리 방향족기를 나타내고,
R₁ 및 R₂ 는 상호 동일해도 되고 상이해도 되고, 각각 수소 원자, 중수소 원자, 불소 원자, 염소 원자, 시아노기, 니트로기, 트리메틸실릴기, 트리페닐실릴기, 치환 혹은 무치환의 방향족 탄화수소기, 치환 혹은 무치환의 방향족 복소 고리기, 치환 혹은 무치환의 축합 다고리 방향족기, 치환기를 가지고 있어도 되는 탄소 원자수 1 ∼ 6 의 직사슬형 혹은 분기형의 알킬기, 치환기를 가지고 있어도 되는 탄소 원자수 5 ∼ 10 의 시클로알킬기, 치환기를 가지고 있어도 되는 탄소 원자수 2 ∼ 6 의 직사슬형 혹은 분기형의 알케닐기, 치환기를 가지고 있어도 되는 탄소 원자수 1 ∼ 6 의 직사슬형 혹은 분기형의 알킬옥시기, 또는 치환기를 가지고 있어도 되는 탄소 원자수 5 ∼ 10 의 시클로알킬옥시기를 나타내고,
m 은 0 ∼ 4 의 정수를 나타낸다.
또, m 이 2 이상의 정수인 경우, 동일한 벤젠 고리에 복수 개 결합하는 Ar 은 상호 동일해도 되고 상이해도 되고, 또, 치환한 동일한 벤젠 고리에 대하여, 단결합, 치환 혹은 무치환의 메틸렌기, 치환 혹은 무치환의 아미노기, 산소 원자 또는 황 원자를 개재하여 서로 결합하여 고리를 형성해도 된다.)
제 1 항에 있어서,
하기 일반식 (2) 로 나타내는, 벤조이미다졸 고리 구조를 갖는 화합물.

(식 중, Ar 은 치환 혹은 무치환의 방향족 탄화수소기, 치환 혹은 무치환의 방향족 복소 고리기, 또는 치환 혹은 무치환의 축합 다고리 방향족기를 나타내고,
R₃ ∼ R₆ 은 상호 동일해도 되고 상이해도 되고, 각각 수소 원자, 중수소 원자, 불소 원자, 염소 원자, 시아노기, 니트로기, 트리메틸실릴기, 트리페닐실릴기, 치환 혹은 무치환의 방향족 탄화수소기, 치환 혹은 무치환의 방향족 복소 고리기, 치환 혹은 무치환의 축합 다고리 방향족기, 치환기를 가지고 있어도 되는 탄소 원자수 1 ∼ 6 의 직사슬형 혹은 분기형의 알킬기, 치환기를 가지고 있어도 되는 탄소 원자수 5 ∼ 10 의 시클로알킬기, 치환기를 가지고 있어도 되는 탄소 원자수 2 ∼ 6 의 직사슬형 혹은 분기형의 알케닐기, 치환기를 가지고 있어도 되는 탄소 원자수 1 ∼ 6 의 직사슬형 혹은 분기형의 알킬옥시기, 또는 치환기를 가지고 있어도 되는 탄소 원자수 5 ∼ 10 의 시클로알킬옥시기를 나타내고,
m 은 0 ∼ 4 의 정수를 나타낸다.
또, m 이 2 이상의 정수인 경우, 동일한 벤젠 고리에 복수 개 결합하는 Ar 은 상호 동일해도 되고 상이해도 되고, 또, 치환한 동일한 벤젠 고리에 대하여, 단결합, 치환 혹은 무치환의 메틸렌기, 치환 혹은 무치환의 아미노기, 산소 원자 또는 황 원자를 개재하여 서로 결합하여 고리를 형성해도 된다.)
제 1 항에 있어서,
하기 일반식 (3) 으로 나타내는, 벤조이미다졸 고리 구조를 갖는 화합물.

(식 중, Ar 은 치환 혹은 무치환의 방향족 탄화수소기, 치환 혹은 무치환의 방향족 복소 고리기, 또는 치환 혹은 무치환의 축합 다고리 방향족기를 나타내고,
R₇ ∼ R₉ 는 상호 동일해도 되고 상이해도 되고, 각각 수소 원자, 중수소 원자, 불소 원자, 염소 원자, 시아노기, 니트로기, 트리메틸실릴기, 트리페닐실릴기, 치환 혹은 무치환의 방향족 탄화수소기, 치환 혹은 무치환의 방향족 복소 고리기, 치환 혹은 무치환의 축합 다고리 방향족기, 치환기를 가지고 있어도 되는 탄소 원자수 1 ∼ 6 의 직사슬형 혹은 분기형의 알킬기, 치환기를 가지고 있어도 되는 탄소 원자수 5 ∼ 10 의 시클로알킬기, 치환기를 가지고 있어도 되는 탄소 원자수 2 ∼ 6 의 직사슬형 혹은 분기형의 알케닐기, 치환기를 가지고 있어도 되는 탄소 원자수 1 ∼ 6 의 직사슬형 혹은 분기형의 알킬옥시기, 또는 치환기를 가지고 있어도 되는 탄소 원자수 5 ∼ 10 의 시클로알킬옥시기를 나타내고,
m 은 0 ∼ 4 의 정수를 나타낸다.
또, m 이 2 이상의 정수인 경우, 동일한 벤젠 고리에 복수 개 결합하는 Ar 은 상호 동일해도 되고 상이해도 되고, 또, 치환한 동일한 벤젠 고리에 대하여, 단결합, 치환 혹은 무치환의 메틸렌기, 치환 혹은 무치환의 아미노기, 산소 원자 또는 황 원자를 개재하여 서로 결합하여 고리를 형성해도 된다.)
제 1 항에 있어서,
하기 일반식 (4) 로 나타내는, 벤조이미다졸 고리 구조를 갖는 화합물.

(식 중, Ar 은 치환 혹은 무치환의 방향족 탄화수소기, 치환 혹은 무치환의 방향족 복소 고리기, 또는 치환 혹은 무치환의 축합 다고리 방향족기를 나타내고,
R₁₀ ∼ R₁₂ 는 상호 동일해도 되고 상이해도 되고, 각각 수소 원자, 중수소 원자, 불소 원자, 염소 원자, 시아노기, 니트로기, 트리메틸실릴기, 트리페닐실릴기, 치환 혹은 무치환의 방향족 탄화수소기, 치환 혹은 무치환의 방향족 복소 고리기, 치환 혹은 무치환의 축합 다고리 방향족기, 치환기를 가지고 있어도 되는 탄소 원자수 1 ∼ 6 의 직사슬형 혹은 분기형의 알킬기, 치환기를 가지고 있어도 되는 탄소 원자수 5 ∼ 10 의 시클로알킬기, 치환기를 가지고 있어도 되는 탄소 원자수 2 ∼ 6 의 직사슬형 혹은 분기형의 알케닐기, 치환기를 가지고 있어도 되는 탄소 원자수 1 ∼ 6 의 직사슬형 혹은 분기형의 알킬옥시기, 또는 치환기를 가지고 있어도 되는 탄소 원자수 5 ∼ 10 의 시클로알킬옥시기를 나타내고,
m 은 0 ∼ 4 의 정수를 나타낸다.
또, m 이 2 이상의 정수인 경우, 동일한 벤젠 고리에 복수 개 결합하는 Ar 은 상호 동일해도 되고 상이해도 되고, 또, 치환한 동일한 벤젠 고리에 대하여, 단결합, 치환 혹은 무치환의 메틸렌기, 치환 혹은 무치환의 아미노기, 산소 원자 또는 황 원자를 개재하여 서로 결합하여 고리를 형성해도 된다.)
제 1 항에 있어서,
하기 일반식 (5) 로 나타내는, 벤조이미다졸 고리 구조를 갖는 화합물.

(식 중, Ar 은 치환 혹은 무치환의 방향족 탄화수소기, 치환 혹은 무치환의 방향족 복소 고리기, 또는 치환 혹은 무치환의 축합 다고리 방향족기를 나타내고,
R₁₃ 및 R₁₄ 는 상호 동일해도 되고 상이해도 되고, 각각 수소 원자, 중수소 원자, 불소 원자, 염소 원자, 시아노기, 니트로기, 트리메틸실릴기, 트리페닐실릴기, 치환 혹은 무치환의 방향족 탄화수소기, 치환 혹은 무치환의 방향족 복소 고리기, 치환 혹은 무치환의 축합 다고리 방향족기, 치환기를 가지고 있어도 되는 탄소 원자수 1 ∼ 6 의 직사슬형 혹은 분기형의 알킬기, 치환기를 가지고 있어도 되는 탄소 원자수 5 ∼ 10 의 시클로알킬기, 치환기를 가지고 있어도 되는 탄소 원자수 2 ∼ 6 의 직사슬형 혹은 분기형의 알케닐기, 치환기를 가지고 있어도 되는 탄소 원자수 1 ∼ 6 의 직사슬형 혹은 분기형의 알킬옥시기, 또는 치환기를 가지고 있어도 되는 탄소 원자수 5 ∼ 10 의 시클로알킬옥시기를 나타내고,
m 은 0 ∼ 4 의 정수를 나타낸다.
또, m 이 2 이상의 정수인 경우, 동일한 벤젠 고리에 복수 개 결합하는 Ar 은 상호 동일해도 되고 상이해도 되고, 또, 치환한 동일한 벤젠 고리에 대하여, 단결합, 치환 혹은 무치환의 메틸렌기, 치환 혹은 무치환의 아미노기, 산소 원자 또는 황 원자를 개재하여 서로 결합하여 고리를 형성해도 된다.)
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
m 이 1 또는 2 의 정수로 나타내어지는, 벤조이미다졸 고리 구조를 갖는 화합물.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
m 이 1 의 정수로 나타내어지는, 벤조이미다졸 고리 구조를 갖는 화합물.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
m 이 2 의 정수로 나타내어지는, 벤조이미다졸 고리 구조를 갖는 화합물.
1 쌍의 전극과 그 사이에 끼워진 적어도 한 층의 유기층을 갖는 유기 일렉트로 루미네선스 소자로서, 적어도 1 개의 상기 유기층이 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 기재된 벤조이미다졸 고리 구조를 갖는 화합물을 포함하는, 유기 일렉트로 루미네선스 소자.
제 9 항에 있어서,
상기 벤조이미다졸 고리 구조를 갖는 화합물을 포함하는 상기 유기층이 전자 수송층인, 유기 일렉트로 루미네선스 소자.
제 9 항에 있어서,
상기 벤조이미다졸 고리 구조를 갖는 화합물을 포함하는 상기 유기층이 정공 저지층인, 유기 일렉트로 루미네선스 소자.
제 9 항에 있어서,
상기 벤조이미다졸 고리 구조를 갖는 화합물을 포함하는 상기 유기층이 발광층인, 유기 일렉트로 루미네선스 소자.
제 9 항에 있어서,
상기 벤조이미다졸 고리 구조를 갖는 화합물을 포함하는 상기 유기층이 전자 주입층인, 유기 일렉트로 루미네선스 소자.