(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
キノリル基を有する下記一般式（２）または一般式（３）で表されるベンゾイミダゾール誘導体。
【化１】
0004718025.tif 000010
［式中、Ｒ１は水素原子、ハロゲン原子、アルキル基、アルケニル基、アルコキシ基、アリール基またはアラルキル基を表し、Ｒ２はＲ１と独立に水素原子、ハロゲン原子、アルキル基、アルケニル基、アルコキシ基、アリール基またはアラルキル基を表し、Ａｒ１は置換もしくは無置換の芳香族炭化水素基、置換もしくは無置換の芳香族複素環基または置換もしくは無置換の脂肪族環式炭化水素基を表し、Ａｒ２は下記（Ａ）〜（Ｃ）で表される２価基を表し、
【化２】
0004718025.tif 000011
（式中、Ｒ３、Ｒ４はそれぞれ独立に水素原子、ハロゲン原子、アルキル基、アルケニル基、アルコキシ基、アリール基またはアラルキル基を表し、ｎは１〜５の整数を表し、Ａｒ４、Ａｒ５は置換もしくは無置換の芳香族炭化水素基を表す。）
Ａｒ３は置換もしくは無置換の芳香族炭化水素基、置換もしくは無置換のジフェニルアミノフェニル基または置換もしくは無置換の芳香族複素環基を表す。］
【請求項２】
一対の電極とその間に挟まれた少なくとも一層の有機層を有する有機電界発光素子が、少なくとも一つの有機層の構成材料として下記一般式（２）または（３）で表されるキノリル基を有するベンゾイミダゾール誘導体を含むことを特徴とする有機電界発光素子。
【化３】
0004718025.tif 000012
［式中、Ｒ１は水素原子、ハロゲン原子、アルキル基、アルケニル基、アルコキシ基、アリール基またはアラルキル基を表し、Ｒ２はＲ１と独立に水素原子、ハロゲン原子、アルキル基、アルケニル基、アルコキシ基、アリール基またはアラルキル基を表し、Ａｒ１は置換もしくは無置換の芳香族炭化水素基、置換もしくは無置換の芳香族複素環基または置換もしくは無置換の脂肪族環式炭化水素基を表し、Ａｒ２は下記（Ａ）〜（Ｃ）で表される２価基を表し、
【化４】
0004718025.tif 000013
（式中、Ｒ３、Ｒ４はそれぞれ独立に水素原子、ハロゲン原子、アルキル基、アルケニル基、アルコキシ基、アリール基またはアラルキル基を表し、ｎは１〜５の整数を表し、Ａｒ４、Ａｒ５は置換もしくは無置換の芳香族炭化水素基を表す。）
Ａｒ３は置換もしくは無置換の芳香族炭化水素基、置換もしくは無置換のジフェニルアミノフェニル基または置換もしくは無置換の芳香族複素環基を表す。］
【請求項３】
前記した少なくとも一層の有機層が正孔阻止層であることを特徴とする請求項２記載の有機電界発光素子。
【請求項４】
前記した少なくとも一層の有機層が電子輸送層であることを特徴とする請求項２記載の有機電界発光素子。
【請求項５】
少なくとも一層の有機層が発光層であり、前記発光層が正孔輸送層か電子輸送層を兼ねていることを特徴とする請求項２記載の有機電界発光素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、各種の表示装置に好適な自発光素子である有機電界発光素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
有機電界発光素子においては、両電極から注入された電荷が発光層で再結合して発光が得られるが、電荷の一部が発光層を通り抜けてしまうことによる効率低下が問題となる。これに対し、発光層での電荷再結合の確率を向上させる目的や、任意の有機層における発光を得る目的のために正孔阻止層や電子阻止層を挿入することが提案されている。
【０００３】
正孔阻止層に適した化合物はこれまでに、トリアゾール誘導体（特開平７−４１７５９）、アルミニウム混合配位子錯体、アルミニウム二核錯体（特開平１１−４０３６７）などが提案されている。またバソクプロインを正孔阻止層として用いて正孔輸送層を発光させる試み（ＭＲＳ９８Spring Metting Ｇ２．１、１９９８）がなされている。しかし、いずれの材料も膜の安定性が不足していたり正孔を阻止する機能が不十分であったりして、満足な素子特性が得られていなかった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、有機電界発光素子に適用した時に正孔阻止の効果および発光層への電子注入効率を向上させる効果を有しており、しかも安定なアモルファス薄膜を生成して、高効率、高耐久性の有機電界発光素子を形成する有機電界発光素子材料を提供することを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは新規なベンゾイミダゾール誘導体が正孔阻止の効果および発光層への電子注入効率を向上させる効果を有しており、しかも安定なアモルファス薄膜を生成することを見出し、本発明を完成するに至った。すなわち本発明は、一般式（１）で表されるベンゾイミダゾール誘導体である。
【０００６】
【化９】
0004718025.tif 000002
【０００７】
［式中、R1は水素原子、ハロゲン原子、アルキル基、アルケニル基、アルコキシ基、アリール基またはアラルキル基を表し、Ar1は置換もしくは無置換の芳香族炭化水素基、置換もしくは無置換の芳香族複素環基または置換もしくは無置換の脂肪族環式炭化水素基を表し、Ｘは置換もしくは無置換の芳香族炭化水素基２個で置換されたアミノ基を有する置換もしくは無置換の芳香族炭化水素基、置換もしくは無置換の芳香族炭化水素基２個で置換されたアミノ基を有する置換もしくは無置換の芳香族複素環基、置換もしくは無置換の芳香族複素環基２個で置換されたアミノ基を有する置換もしくは無置換の芳香族炭化水素基、置換もしくは無置換の芳香族複素環基２個で置換されたアミノ基を有する置換もしくは無置換の芳香族複素環基、置換もしくは無置換の芳香族炭化水素基または置換もしくは無置換の芳香族複素環基（この芳香族複素環基が置換したことによって一般式（１）全体が対称形になる場合を除く）を表す。］
【０００８】
さらに本発明は、キノリル基を有する一般式（２）または一般式（３）で表されるベンゾイミダゾール誘導体である。
【０００９】
【化１０】
0004718025.tif 000003
【００１０】
［式中、R1は前記した定義と同一の基を表し、R2はR1と独立に水素原子、ハロゲン原子、アルキル基、アルケニル基、アルコキシ基、アリール基またはアラルキル基を表し、Ar１は前記した定義と同一の基を表し、Ar２は次の（Ａ）〜（Ｆ）で表される２価基を表し、
【００１１】
【化１１】
0004718025.tif 000004
【００１２】
（式中、R3、R４はそれぞれ独立に水素原子、ハロゲン原子、アルキル基、アルケニル基、アルコキシ基、アリール基またはアラルキル基を表し、nは１〜５の整数を表し、Ar4、Ar５は置換もしくは無置換の芳香族炭化水素基を表し、Ｙは酸素原子、硫黄原子、置換もしくは無置換のメチレン基、または次の（ａ）〜（ｇ）で表される２価基を表す。）
【００１３】
【化１２】
0004718025.tif 000005
【００１４】
（式中、R５、R６はそれぞれ独立に水素原子、ハロゲン原子、アルキル基、アルケニル基、アルコキシ基、アリール基、アラルキル基を表し、Ar６、Ar７はそれぞれ独立に置換もしくは無置換の芳香族炭化水素基、置換もしくは無置換の芳香族複素環基または置換もしくは無置換の脂肪族環式炭化水素基を表し、Ar８、Ar９はそれぞれ独立に置換もしくは無置換の芳香族炭化水素基を表す。）
Ar3は置換もしくは無置換の芳香族炭化水素基、置換もしくは無置換のジフェニルアミノフェニル基または置換もしくは無置換の芳香族複素環基を表す。］
以上のベンゾイミダゾール誘導体の定義において使用されている、アリール基、芳香族炭化水素基が縮合多環基を含むことはいうまでも無い。また同様に、芳香族複素環基が複数の環が縮合した複素環基を含むことはいうまでも無い。
【００１５】
また本発明は、一般式（１）で表されるベンゾイミダゾール誘導体を、一対の電極とその間に挟まれた少なくとも一層の有機層の構成材料に使用したことを特徴とする有機電界発光素子であり、さらに一般式（２）または一般式（３）で表されるベンゾイミダゾール誘導体を、一対の電極とその間に挟まれた少なくとも一層の有機層の構成材料に使用したことを特徴とする有機電界発光素子である。
【００１６】
本発明の有機電界発光素子では、前記した一対の電極とその間に挟まれた少なくとも一層の有機層は、正孔阻止層として作用することができる。正孔阻止層の構成材料として、一般式（１）、一般式（２）または一般式（３）で表されるベンゾイミダゾール誘導体を使用することにより、正孔が電子輸送層に注入されることを抑制できるという作用を有する。従って、従来の材料に比べ正孔のブロッキング性および電子輸送性に優れるので、素子の効率が向上すると共に耐久性が向上する。
【００１７】
本発明の有機電界発光素子では、前記した一対の電極とその間に挟まれた少なくとも一層の有機層は、電子輸送層として作用することができる。電子輸送層の構成材料として、一般式（１）、一般式（２）または一般式（３）で表されるベンゾイミダゾール誘導体を使用することによって、電極から注入された電子を発光領域まで効率よく輸送できる。また、電子輸送層の構成材料として、エネルギーギャップの小さい本発明の材料を用いることにより、電子輸送層から発光層への電子注入効率が向上する。
【００１８】
本発明の有機電界発光素子では、前記した一対の電極とその間に挟まれた少なくとも一層の有機層は、発光層として作用することができる。発光層の構成材料として、一般式（１）、一般式（２）または一般式（３）で表されるベンゾイミダゾール誘導体を使用する場合、この発光層が正孔輸送層または電子輸送層を兼ねていることが特徴であり、構成が簡単で製造の容易な有機電界発光素子を実現できる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明のベンゾイミダゾール誘導体の具体的化合物を例示すると、次の通りである。
（１）１−[４'−（Ｎ−フェニル−Ｎ−キノリン−３−イルアミノ）ビフェニル−４−イル]−２-フェニルベンゾイミダゾール
（２）１−[４'−（Ｎ−フェニル−Ｎ−キノリン−６−イルアミノ）ビフェニル−４−イル]−２-フェニルベンゾイミダゾール
（３）１−[６−（Ｎ−フェニル−Ｎ−キノリン−３−イルアミノ）ピレン−１−イル]−２-フェニルベンゾイミダゾール
（４）１−[４−（Ｎ−フェニル−Ｎ−キノリン−３−イルアミノ）フェニル]−２-フェニルベンゾイミダゾール
（５）Ｎ−［４−（２−フェニルベンゾイミダゾール−１−イル）ビフェニル−１−イル］−Ｎ−［４−（Ｎ−フェニル−Ｎ−キノリン−３−イルアミノ]アニリン
（６）１−[５−（Ｎ，Ｎ−ジ（１−ナフチル）アミノ）アントラセン−１−イル]−２-フェニルベンゾイミダゾール
（７）１−ピレニル−２-（１−ナフチル）ベンゾイミダゾール
（８）１−（３−キノリル）−２-（１−アントラニル）ベンゾイミダゾール
（９）１−[４'−（Ｎ−フェニル−Ｎ−イソキノリン−４−イルアミノ）ビフェニル−４−イル]−２-フェニルベンゾイミダゾール
（１０）１−[４'−（Ｎ−フェニル−Ｎ−カルバゾール−３−イルアミノ）ビフェニル−４−イル]−２-フェニルベンゾイミダゾール
（１１）１−[４'−（Ｎ−（４−メチルフェニル）−Ｎ−（６−メチルキノリン−３−イルアミノ）ビフェニル−４−イル]−２-フェニルベンゾイミダゾール
（１２）９−［４−（２−フェニルベンゾイミダゾール−１−イル）フェニル］−９−［４−（Ｎ−フェニル−Ｎ−キノリン−３−イルアミノ）フェニル]フルオレン
（１３）１−[４−（Ｎ，Ｎ−ビス（３−キノリル）アミノ）フェニル]−２-フェニルベンゾイミダゾール
【００２０】
以下、本発明の実施の形態について、実施例により具体的に説明する。
【実施例】
（実施例１）１−[４'−（Ｎ−フェニル−Ｎ−キノリン−３−イルアミノ）ビフェニル−４−イル]−２-フェニルベンゾイミダゾール（化合物（４））の合成
【００２１】
【化１３】
0004718025.tif 000006
【００２２】
１−[４'−（Ｎ−フェニルアミノ）ビフェニル−４−イル]−２−フェニルベンゾイミダゾール３．０ｇ、３−ブロモキノリン１．７ｇ、炭酸カリウム１．５ｇ、銅粉０．１２ｇ、ｎ−ヘプタデカン３０ｍＬを混合し、窒素雰囲気下にて約４０時間加熱還流撹拌した。反応生成物をトルエン２００ｍＬで抽出し、不溶分を濾別した。濾液を濃縮して得られた粗生成物を、シリカゲルを用いたカラムクロマトグラフィーによって精製した。精製によって得られた淡黄色粉体は２．４ｇで、収率は６２％、融点は１１０〜１３０℃であった。
得られた淡黄色粉体についてマススペクトルで分析したところ、化合物（４）に相当する分子量５６５のメインピークが検出された。以上のマススペクトル分析の結果から、化合物（４）の構造を同定した。
【００２３】
（実施例２）
実施例１の本発明のベンゾイミダゾール誘導体（化合物（４））について、表面分析装置ＡＣ１（理研計器製）で仕事関数を測定し、吸収スペクトルから求めたバンドギャップを用いて電子親和力を決定した。さらに、これらの値を代表的な正孔輸送材料である化合物（５）と比較して［表１］に示した。
【００２４】
【化１４】
0004718025.tif 000007
【００２５】
【表１】
0004718025.tif 000008
【００２６】
表１に示したように、本発明のベンゾイミダゾール誘導体は従来の代表的な正孔輸送材料より明らかに高い仕事関数を有しており、正孔阻止材料として適正である。しかも本発明のベンゾイミダゾール誘導体は電子親和力が高いことから、発光層への電子注入において高い効率が得られるという効果を有する。
【００２７】
（実施例３）
実施例１の本発明のベンゾイミダゾール誘導体（化合物（４））について、ＤＳＣ（示差走査熱量計、マックサイエンス製）による熱分析を実施したが、結晶の溶融による吸熱ピーク（融点）は観測されなかった。また、この化合物の蒸着膜と汎用の正孔輸送材料であるα−ＮＰＤ（化合物（６））の蒸着膜を２５℃で保存したところ、α−ＮＰＤの蒸着膜が１カ月以内に結晶化して白濁したのに対し、化合物（４）の蒸着膜は２カ月経過後も変化せず透明だった。これらの結果より、本発明のベンゾイミダゾール誘導体によって非常に安定なアモルファス薄膜が得られるという効果が明らかになった。
【００２８】
【化１５】
0004718025.tif 000009
【００２９】
（実施例４）
ガラス基板上にＩＴＯ透明電極膜を陽極として形成し、その上に順次、正孔輸送層兼発光層として化合物（５）を５０ｎｍ、正孔阻止層として本発明のベンゾイミダゾール誘導体（化合物（４））を２５ｎｍ、電子輸送層としてトリス（８−ヒドロキシキノリナト）アルミニウムを２５ｎｍ、陰極としてＡｌを１００ｎｍ製膜し、有機電界発光素子を作製した。有機層および陰極の製膜は１０―４Ｐａの真空下で行った。作製した素子に電圧を印加したところ、１０Ｖ印加時に１０８ｍＡ／ｃｍ２の電流が流れ、青色の発光が得られた。発光輝度は７２ｃｄ／ｍ２であった。
【００３０】
（比較例１）
正孔阻止層としてバソクプロインを使用したことを除いては、実施例４と同様の方法により有機電界発光素子を作製した。作製した素子に電圧を印加したところ、１４Ｖ印加時に９４ｍＡ／ｃｍ２の電流が流れ、青色の発光が得られた。発光輝度は４１ｃｄ／ｍ２であった。
【００３１】
実施例４と比較例１の結果より、実施例４の本発明のベンゾイミダゾール誘導体（化合物（４））を使用した有機電界発光素子の電圧電流特性、電流輝度特性は共に比較例の有機電界発光素子よりも優れており、高効率であった。
【００３２】
【発明の効果】
本発明のベンゾイミダゾール誘導体は正孔阻止の効果および発光層への電子注入効率を向上させる効果を有しており、しかも安定なアモルファス薄膜を形成する。したがって本発明のベンゾイミダゾール誘導体を使用することにより、安定かつ高効率な発光が可能な有機電界発光素子を作製できるという効果を有する。