JP2022032966A - 多環芳香族化合物 - Google Patents

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琢次 畠山
Takuji Hatakeyama
孝弘 小林
Takahiro Kobayashi
晃平 松井
Kohei Matsui
亮介 川角
Ryosuke Kawakado
敬太 田端
Keita Tabata
凌 南
Ryo Minami
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Abstract

【課題】有機電界発光素子などの有機デバイスのための材料としての新規化合物を提供する。【解決手段】具体的には、例えば、下式の様に合成した窒素とホウ素を含む多環芳香族化合物(1-7)が示される。TIFF2022032966000205.tif58170【選択図】なし

Description

本発明は、多環芳香族化合物に関する。本発明は特に、窒素とホウ素を含む多環芳香族化合物に関する。本発明はまた、上記多環芳香族化合物を含む有機デバイス用材料、有機電界発光素子、並びに、表示装置および照明装置に関する。
従来、電界発光する発光素子を用いた表示装置は、省電力化や薄型化が可能なことから、種々研究され、さらに、有機材料から成る有機電界発光素子は、軽量化や大型化が容易なことから活発に検討されてきた。特に、光の三原色の1つである青色などの発光特性を有する有機材料の開発、および正孔、電子などの電荷輸送能(半導体や超電導体となる可能性を有する)を備えた有機材料の開発については、高分子化合物、低分子化合物を問わずこれまで活発に研究されてきた。
有機電界発光素子は、陽極および陰極からなる一対の電極と、当該一対の電極間に配置され、有機化合物を含む一層または複数の層とからなる構造を有する。有機化合物を含む層には、発光層や、正孔、電子などの電荷を輸送または注入する電荷輸送/注入層などがあるが、これらの層に適当な種々の有機材料が開発されている。
その中で、特許文献1および特許文献2では、ホウ素を含有する多環芳香族化合物が、有機電界発光素子等の材料として有用であることが開示されている。この多環芳香族化合物を含有する有機電界発光素子は、良好な外部量子効率を有することが報告されている。
中国特許出願公開第106467554号明細書 国際公開第2015/102118号
上述のように、有機EL素子に用いられる材料としては種々の材料が開発されているが、有機EL素子用材料の選択肢を増やすために、従来とは異なる化合物からなる材料の開発が望まれている。
本発明は有機EL素子等の有機デバイス材料として有用な新規化合物を提供することを課題とする。
本発明者らは、上記課題を解決するため鋭意検討し、特許文献1に記載の化合物と類似の構造を有する多環芳香族化合物において、より発光特性に優れる新規多環芳香族化合物の製造に成功した。また、この多環芳香族化合物を含有する層を一対の電極間に配置して有機EL素子を構成することにより、優れた有機EL素子が得られることを見出し、本発明を完成させた。すなわち本発明は、以下のような多環芳香族化合物、さらには以下のような多環芳香族化合物を含む有機デバイス用材料等を提供する。
<1> 下記式(1)で表される構造単位の1つまたは2つ以上からなる構造を有する多環芳香族化合物;
Figure 2022032966000001
式(1)中、
A環、B環、およびC環はそれぞれ独立して、置換されていてもよいアリール環または置換されていてもよいヘテロアリール環であり、ただし、前記構造中のA環、B環、およびC環からなる群より選択される少なくとも1つの環は、式(Het)で表される環であり、
は、B、P、P=O、P=S、Al、Ga、As、Si-R、またはGe-Rであり、前記Si-RおよびGe-RのRは置換もしくは無置換のアリール、置換もしくは無置換のアルキルまたは置換もしくは無置換のシクロアルキルであり、
およびXは、それぞれ独立して、>O、>N-R、>C(-R)、>Si(-R)、>S、または>Seであり、前記>N-RのRは水素、置換もしくは無置換のアリール、置換もしくは無置換のヘテロアリール、置換もしくは無置換のアルキル、または置換もしくは無置換のシクロアルキルであり、前記>C(-R)、および>Si(-R)のRはそれぞれ独立して水素、置換もしくは無置換のアリール、置換もしくは無置換のヘテロアリール、置換もしくは無置換のアルキル、または置換もしくは無置換のシクロアルキルであり、前記>C(-R)および前記>Si(-R)の2つのRは互いに結合して環を形成してもよく、また、前記>N-RのRおよび/または前記>C(-R)のRは連結基または単結合によりA環および/もしくはB環、またはA環および/もしくはC環と結合していてもよく、
式(Het)中、XおよびXはそれぞれ独立して>O、>N-R、>C(-R)、>S、>Si(-R)、>C=O、>S=O、>S(=O)、または>Seであり、前記>N-RのRは水素、置換もしくは無置換のアリール、置換もしくは無置換のヘテロアリール、置換もしくは無置換のアルキル、置換もしくは無置換のシクロアルキルであり、前記>C(-R)のRおよび>Si(-R)のRはそれぞれ独立して水素、置換もしくは無置換のアリール、置換もしくは無置換のヘテロアリール、置換もしくは無置換のアルキル、または置換もしくは無置換のシクロアルキルであり、2つのRは互いに結合して環を形成してもよく、また、前記>N-RのRおよび/または前記>C(-R)のRは連結基または単結合により1つまたは2つのZと結合していてもよく、
いずれかの一組の連続する2つまたは3つのZは、YならびにXおよび/またはXとそれぞれ直接結合している炭素原子であり、その他のZは、それぞれ独立してNあるいはC-Rであり、前記C-RのRは水素あるいは置換基であり、2つの隣接するC-RのRは互いに結合してアリール環またはヘテロアリール環を形成していてもよく、前記形成された環は置換されていてもよく、
Z=Zはそれぞれ独立して>O、>N-R、>C(-R)、>Si(-R)、>S、>CO、>SO、>SO、または>Seであってもよく、前記>N-R、前記>C(-R)および前記>Si(-R)のRはそれぞれ独立して水素、置換もしくは無置換のアリール、置換もしくは無置換のヘテロアリール、置換もしくは無置換のアルキル、または置換もしくは無置換のシクロアルキルであり、前記>C(-R)および前記>Si(-R)の2つのRは互いに結合して環を形成していてもよく、
前記構造におけるアリール環またはヘテロアリール環の少なくとも1つは少なくとも1つのシクロアルカンで縮合されていてもよく、当該シクロアルカンにおける少なくとも1つの水素は置換されていてもよく、当該シクロアルカンにおける少なくとも1つの-CH-は-O-で置換されていてもよく、
前記構造における少なくとも1つの水素はシアノ、ハロゲン、または重水素で置換されていてもよい。
<2> 下記式(1-a)、式(1-b)、式(1-c)、式(1-d)、式(1-e)、または式(1-f)で表される、<1>に記載の多環芳香族化合物;
Figure 2022032966000002
式(1-a)、式(1-b)、式(1-c)、式(1-d)および式(1-e)中、
Zはそれぞれ独立してNまたはC-Rであり、前記C-RのRはそれぞれ独立して、水素、アリール、ヘテロアリール、ジアリールアミノ、ジヘテロアリールアミノ、アリールヘテロアリールアミノ、ジアリールボリル(2つのアリールは単結合または連結基を介して結合していてもよい)、アルキル、シクロアルキル、アルコキシ、アリールオキシ、または置換シリルであり、これらにおける少なくとも1つの水素は、アリール、ヘテロアリール、アルキル、シクロアルキル、または置換シリルで置換されていてもよく、
2つの隣接するC-RのRは互いに結合して環を形成してもよく、形成された環は水素、アリール、ヘテロアリール、ジアリールアミノ、ジヘテロアリールアミノ、アリールヘテロアリールアミノ、ジアリールボリル(2つのアリールは単結合または連結基を介して結合していてもよい)、アルキル、シクロアルキル、アルコキシ、アリールオキシ、または置換シリルで置換されていてもよく、これらにおける少なくとも1つの水素は、アルキル、シクロアルキル、または置換シリルで置換されていてもよく、
およびXは、それぞれ独立して、>O、>N-R、>C(-R)、>Si(-R)、>S、または>Seであり、前記>N-RのRは水素、置換もしくは無置換のアリール、置換もしくは無置換のヘテロアリール、置換もしくは無置換のアルキル、または置換もしくは無置換のシクロアルキルであり、前記>C(-R)、および>Si(-R)のRはそれぞれ独立して水素、置換もしくは無置換のアリール、置換もしくは無置換のヘテロアリール、置換もしくは無置換のアルキル、または置換もしくは無置換のシクロアルキルであり、前記>C(-R)および前記>Si(-R)の2つのRは互いに結合して環を形成してもよく、また、前記>N-RのRおよび/または前記>C(-R)のRは連結基または単結合によりC-RであるZにおけるRの1つまたは2つと結合していてもよく、
、X、XおよびXはそれぞれ独立して>O、>N-R、>C(-R)、>S、>Si(-R)、>C=O、>S=O、>S(=O)または>Seであり、前記>N-RのRは水素、置換もしくは無置換のアリール、置換もしくは無置換のヘテロアリール、置換もしくは無置換のアルキル、置換もしくは無置換のシクロアルキルであり、前記>C(-R)のRはそれぞれ独立して水素、置換もしくは無置換のアリール、置換もしくは無置換のヘテロアリール、置換もしくは無置換のアルキル、または置換もしくは無置換のシクロアルキルであり、2つのRは互いに結合して環を形成してもよく、
Z=Zはそれぞれ独立して>O、>N-R、>C(-R)、>Si(-R) >S、または>Seであってもよく、前記>N-R、前記>C(-R)および前記>Si(-R)のRはそれぞれ独立して水素、置換もしくは無置換のアリール、置換もしくは無置換のヘテロアリール、置換もしくは無置換のアルキル、または置換もしくは無置換のシクロアルキルであり、前記>C(-R)および前記>Si(-R)の2つのRは互いに結合して環を形成していてもよく、
式(1-a)、式(1-b)、式(1-c)、式(1-d)または式(1-e)で表される化合物における、アリール環またはヘテロアリール環の少なくとも1つは、少なくとも1つのシクロアルカンで縮合されていてもよく、当該シクロアルカンにおける少なくとも1つの水素は置換されていてもよく、当該シクロアルカンにおける少なくとも1つの-CH-は-O-で置換されていてもよく、
式(1-a)、式(1-b)、式(1-c)、(式1-d)または式(1-e)中で表される化合物における少なくとも1つの水素はシアノ、ハロゲン、または重水素で置換されていてもよい。
<3> 式(1-b)で表される、<2>に記載の多環芳香族化合物。
<4> ZがいずれもC-Rである、<3>に記載の多環芳香族化合物。
<5> Xが>N-Rであり、Xである>N-RのRが置換または無置換のアリールである、<1>~<4>のいずれかに記載の多環芳香族化合物。
<6> Xである>N-RのRがターシャリーアルキルで置換されているフェニルである、<5>に記載の多環芳香族化合物。
<7> Xが>C(-R)であり、Xである>C(-R)のRがいずれもメチルである、<1>~<6>のいずれかに記載の多環芳香族化合物。
<8> YがBである<1>~<7>のいずれかに記載の多環芳香族化合物。
<9> XおよびXがいずれも>N-Rである<1>~<8>のいずれかに記載の多環芳香族化合物。
<10> 式(1-b―Z)で表される、<4>に記載の多環芳香族化合物;
Figure 2022032966000003
式(1-b―Z)中、
X1およびRX2は、それぞれ独立して置換もしくは無置換のアリール、置換もしくは無置換のヘテロアリール、置換もしくは無置換のアルキル、または置換もしくは無置換のシクロアルキルであり、RX1は連結基または単結合によりRX1が結合するNが直接結合しているいずれかの環と結合していてもよく、RX2は連結基または単結合によりRX1およびRX2が結合するNが直接結合しているいずれかの環と結合していてもよく、
13はそれぞれ独立して>O、>N-R、または>C(-R)であり、前記>N-RのRは、置換もしくは無置換のアリールまたは置換もしくは無置換のヘテロアリールであり、前記>C(-R)のRはそれぞれ独立して無置換のアルキルであり、2つのRは互いに結合してシクロアルカン環を形成してもよく、
X4はそれぞれ独立して無置換のアルキルであり、2つのRX4は互いに結合してシクロアルカン環を形成していてもよく、
Z1は無置換のアルキルであり、
Z2はそれぞれ独立して無置換のアルキルであり、mは0~2の整数であり、
Z3はそれぞれ独立して無置換のアルキルであり、nは0~2の整数であり、
式(1-b―Z)で表される構造における、アリール環またはヘテロアリール環の少なくとも1つは隣接する炭素原子に式(B)で表される部分構造が結合した構造となっていてもよく、
Figure 2022032966000004
式(B)中、Meはメチルを示し、*は結合位置を示し、
式(1-b―Z)で表される構造における少なくとも1つの水素はシアノ、ハロゲン、または重水素で置換されていてもよい。
<11> 下記式のいずれかで表される<10>に記載の多環芳香族化合物;
Figure 2022032966000005
式中、Meはメチル、tBuはt-ブチルである。
<12> 式(1-b―T)で表される、<3>に記載の多環芳香族化合物;
Figure 2022032966000006
式(1-b―T)中、
X1およびRX2は、それぞれ独立して置換もしくは無置換のアリール、置換もしくは無置換のヘテロアリール、置換もしくは無置換のアルキル、または置換もしくは無置換のシクロアルキルであり、RX1は連結基または単結合によりRX1が結合するNが直接結合しているいずれかの環と結合していてもよく、RX2は連結基または単結合によりRX1およびRX2が結合するNが直接結合しているいずれかの環と結合していてもよく、
13はそれぞれ独立して>O、>N-R、または>C(-R)であり、前記>N-RのRは、置換もしくは無置換のアリールまたは置換もしくは無置換のヘテロアリールであり、前記>C(-R)のRはそれぞれ独立して無置換のアルキルであり、2つのRは互いに結合してシクロアルカン環を形成してもよく、
X4はそれぞれ独立して無置換のアルキルであり、2つのRX4は互いに結合してシクロアルカン環を形成していてもよく、
Z1は無置換のアルキルであり、
Z2はそれぞれ独立して無置換のアルキルであり、mは0~2の整数であり、
Z3はそれぞれ独立して無置換のアルキルであり、nは0~2の整数であり、
式(1-b―T)で表される構造における、アリール環またはヘテロアリール環の少なくとも1つは隣接する炭素原子に下記式(B)で表される部分構造が結合した構造となっていてもよく、
Figure 2022032966000007
式(B)中、Meはメチルを示し、*は結合位置を示し、
式(1-b―T)で表される構造における少なくとも1つの水素はシアノ、ハロゲン、または重水素で置換されていてもよい。
<13> 下記式のいずれかで表される<12>に記載の多環芳香族化合物;
Figure 2022032966000008
式中、Meはメチル、tBuはt-ブチルである。
<14> <1>~<13>のいずれかに記載の多環芳香族化合物を含有する、有機デバイス用材料。
<15> 陽極および陰極からなる一対の電極と、該一対の電極間に配置された発光層とを含み
前記発光層が<1>~<13>のいずれかに記載の多環芳香族化合物を含有する、有機電界発光素子。
<16> 前記発光層が、ホストと、ドーパントとしての前記多環芳香族化合物とを含む、<15>に記載の有機電界発光素子。
<17> 前記ホストが、アントラセン系化合物、フルオレン系化合物、またはジベンゾクリセン系化合物である、<16>に記載の有機電界発光素子。
<18> <15>~<17>のいずれかに記載の有機電界発光素子を備えた表示装置または照明装置。
本発明により、有機電界発光素子等の有機デバイス用材料として有用な新規多環芳香族化合物が提供される。本発明の多環芳香族化合物は有機電界発光素子等の有機デバイスの製造に用いることができる。
有機電界発光素子の一例を示す概略断面図である。 一般的な蛍光ドーパントを用いたTAF素子のホスト、アシスティングドーパントおよびエミッティングドーパントのエネルギー関係を示すエネルギー準位図である。 本発明の一態様の有機電界発光素子における、ホスト、アシスティングドーパントおよびエミッティングドーパントのエネルギー関係の一例を示すエネルギー準位図である。
以下において、本発明について詳細に説明する。以下に記載する構成要件の説明は、代表的な実施形態や具体例に基づいてなされることがあるが、本発明はそのような実施形態に限定されるものではない。なお、本明細書において「~」を用いて表される数値範囲は「~」前後に記載される数値を下限値および上限値として含む範囲を意味する。また、本明細書において構造式の説明における「水素」は「水素原子(H)」を意味する。
本明細書において、有機電界発光素子を有機EL素子ということがある。
本明細書において化学構造や置換基を炭素数で表すことがあるが、化学構造に置換基が置換した場合や、置換基にさらに置換基が置換した場合などにおける炭素数は、化学構造や置換基それぞれの炭素数を意味し、化学構造と置換基の合計の炭素数や、置換基と置換基の合計の炭素数を意味するものではない。例えば、「炭素数Xの置換基Aで置換された炭素数Yの置換基B」とは、「炭素数Yの置換基B」に「炭素数Xの置換基A」が置換することを意味し、炭素数Yは置換基Aおよび置換基Bの合計の炭素数ではない。また例えば、「置換基Aで置換された炭素数Yの置換基B」とは、「炭素数Yの置換基B」に「(炭素数限定がない)置換基A」が置換することを意味し、炭素数Yは置換基Aおよび置換基Bの合計の炭素数ではない。
本明細書では芳香族化合物の構造式について多数記載している。芳香族化合物は二重結合と単結合を組み合わせて記載しているが、実際にはπ電子が共鳴しているため単一の物質についても、二重結合と単結合が交互に入れ替わるなどする等価な共鳴構造が複数存在する。本明細書においては1つの物質につき1つの共鳴構造式しか記載しないが、特段断らない限りは、有機化学的に等価であるその他の共鳴構造式も含まれているものとする。このことは後述する「Z=Z」などの記載で参照される。すなわち、本明細書中で「Z=Z」というとき、記載されている構造中で「Z=Z」と示されているもののほか、共鳴構造中で「Z-Z」と示されているものを含む。例えば後述する式(1‐b)中の「Z=Z」に関しては例を示すと下記の通りになる。ただしこれに限定されず、記載されている1つの共鳴構造式だけではなく、考えられるそのほかの等価な共鳴構造式にも当然適用される。
Figure 2022032966000009
本明細書中において「隣接する」とは、特段の断りがない限り、同一の環上で互いに直接結合していることを意味し、また「隣接する基」は、同一の環上で互いに直接結合している原子にそれぞれ直接結合している基を意味する。
1.多環芳香族化合物
本発明の多環芳香族化合物は式(1)で表される構造単位の1つまたは2つ以上からなる構造を有する多環芳香族化合物である。本発明の多環芳香族化合物は式(1)中のA環、B環、またはC環として少なくとも1つの式(Het)で表される環を有する。本発明の多環芳香族化合物は発光量子収率(PLQY)が高く、発光半値幅が狭く、色純度に優れている。
Figure 2022032966000010
式(1)で表される構造単位の1つまたは2つ以上からなる構造中のA環、B環、およびC環からなる群より選択される少なくとも1つの環は、式(Het)で表される環である。
式(1)で表される構造単位の1つからなる構造においてはA環、B環、およびC環からなる群より選択される1つまたは2つの環が式(Het)で表される環であることが好ましい。1つの環が式(Het)で表される環であるとき、その環は特に限定されないが、B環またはC環であることが好ましい。2つの環が式(Het)で表される環であるとき、それらの環は特に限定されないが、B環およびC環であることが好ましい。式(1)で表される構造単位の1つからなる構造においては1つの環が式(Het)で表される環であることがより好ましい。
式(1)で表される構造単位の2つ以上からなる構造においては、式(1)で表される構造単位毎に少なくとも1つの式(Het)で表される環が含まれていてもよく、含まれていなくてもよい。すなわち、A環、B環、またはC環の少なくとも1つが2つ以上あるときも、式(1)で表される構造単位の1つまたは2つ以上からなる構造中の少なくとも1つの環が式(Het)で表される環であればよい。
式(Het)中、XおよびXは、それぞれ独立して、>O、>N-R、>C(-R)、>S、>Si(-R)、>C=O、>S=O、>S(=O)、または>Seである。XまたはXである>N-RのRは水素、置換もしくは無置換のアリール、置換もしくは無置換のヘテロアリール、置換もしくは無置換のアルキル、置換もしくは無置換のシクロアルキルである。XまたはXである>C(-R)および>Si(-R)のRはそれぞれ独立して水素、置換もしくは無置換のアリール、置換もしくは無置換のヘテロアリール、置換もしくは無置換のアルキル、または置換もしくは無置換のシクロアルキルであり、2つのRは互いに結合して環を形成していてもよい。
式(Het)において、XおよびXは、それぞれ独立して、>O、>N-R、>C(-R)、>S、>Si(-R)、または>Seであることが好ましく、それぞれ独立して>O、>C(-R)、または>N-Rであることがより好ましい。XおよびXは同一でも異なっていてもよい。Xが>N-R、>C(-R)、または>Oであり、かつXが>C(-R)であることが特に好ましい。
またはXである>N-RにおけるRは置換されていてもよいアリールであることが好ましく、無置換であるアリールまたはアルキルで置換されているアリールであることがより好ましく、フェニルまたはターシャリーアルキルで置換されているフェニルであることがさらに好ましい。XまたはXである>C(-R)および>Si(-R)におけるRはいずれも置換されていてもよいアルキルであることが好ましく、いずれも無置換のアルキルであることがより好ましく、いずれも無置換のメチルであることがさらに好ましい。
式(Het)中、Zのうち、いずれか一組の連続する2つまたは3つは、YならびにXおよび/またはXとそれぞれ直接結合しているC(炭素原子)である。すなわち、B環が式(Het)で表される環であるときはいずれか一組の連続する2つがYおよびXとそれぞれ直接結合しているCであり、C環が式(Het)で表される環であるときはいずれか一組の連続する2つがYおよびXとそれぞれ直接結合しているCであり、A環が式(Het)で表される環であるときはいずれか一組の連続する3つがY、XおよびXとそれぞれ直接結合しているCである。その他のZは、それぞれ独立してNあるいはC-Rであり、前記C-RのRは水素または置換基である。このときの置換基としては、置換もしくは無置換のアリール、置換もしくは無置換のヘテロアリール、置換もしくは無置換のジアリールアミノ、置換もしくは無置換のジヘテロアリールアミノ、置換もしくは無置換のアリールヘテロアリールアミノ(アリールとヘテロアリールを有するアミノ)、置換もしくは無置換のジアリールボリル(2つのアリールは単結合または連結基を介して結合していてもよい)、置換もしくは無置換のアルキル、置換もしくは無置換のシクロアルキル、置換もしくは無置換のアルコキシ、置換もしくは無置換のアリールオキシ、または置換シリルが好ましい。2つの隣接するC-RにおけるRは互いに結合して、アリール環またはヘテロアリール環を形成してもよく、前記形成された環は置換されていてもよく、この置換基は、置換もしくは無置換のアリール、置換もしくは無置換のヘテロアリール、置換もしくは無置換のジアリールアミノ、置換もしくは無置換のジヘテロアリールアミノ、置換もしくは無置換のアリールヘテロアリールアミノ(アリールとヘテロアリールを有するアミノ)、置換もしくは無置換のジアリールボリル(2つのアリールは単結合または連結基を介して結合していてもよい)、置換もしくは無置換のアルキル、置換もしくは無置換のシクロアルキル、置換もしくは無置換のアルコキシ、置換もしくは無置換のアリールオキシ、または置換シリルが好ましい。
これらの置換基の詳細については、後述の第1の置換基および第2の置換基の記載を参照することができる。
さらに、式(Het)中、Z=Zはそれぞれ独立して>O、>N-R、>C(-R)、>Si(-R)、>S、または>Seであってもよい。これらのうち、>O、>N-R、>C(-R)、または>Sが好ましい。前記>N-R、前記>C(-R)および前記>Si(-R)のRはそれぞれ独立して水素、置換もしくは無置換のアリール、置換もしくは無置換のヘテロアリール、置換もしくは無置換のアルキル、または置換もしくは無置換のシクロアルキルであり、前記>C(-R)および前記>Si(-R)の2つのRは互いに結合して環を形成していてもよい。式(Het)中の1つの環(単環)について、1つのZ=Zが>N-R、>O、>Sであって、残りのZがC-Hである例、および、1つのZ=Zが>N-R、>O、>Sであって、残りのZが隣接し、いずれもC-Rであって、これらのRが互いに結合してベンゼン環を形成している例を以下に示す。
Figure 2022032966000011
式(Het)において、XおよびXを含む環以外の2つの環のうち、少なくとも1つは6員環であることが好ましい。また、YならびにXおよび/またはXと結合する環は、6員環であることが好ましい。
式(Het)において、NであるZを含む環(単環)は0~2個であり、0~1個であることがより好ましい。式(Het)において、YならびにXおよび/またはXとの結合手を有するC(炭素原子)であるZ以外のZがいずれもC-Rであることも好ましい。
式(Het)中、NであるZを含む環(単環)においては、複数のZのうち1つまたは2つがNであることが好ましく、2つがNであるとき、2つのNは互いに隣接していないことが好ましい。6員環がNであるZを含む環であるときは、ピリジン環、ピリミジン環、ピリダジン環、または1,2,3-トリアジン環が好ましく、ピリジン環またはピリミジン環がより好ましい。
一組のZ=Zが>O、>N-R、>C(-R)、>Si(-R) >S、または>Seである5員環においてNであるZを含む環である例としては、チアゾール環、オキサゾール環があげられる。
式(Het)において、XまたはXが>N-Rであるときの>N-RのRおよび/またはXまたはXがC(-R)であるときの>C(-R)のRは連結基または単結合により、1つまたは2つのZと結合していてもよい。結合するZは、XまたはXが結合する原子に隣接するZが好ましい。また、結合するZは結合手を有する炭素原子であればよい。このような連結基としては、後述するX、Xと、B環およびC環とを結合する連結基の例が参照できる。XまたはXである>N-RのRが上記のような結合を形成した構造の例としては以下の各式で表される構造があげられる。
Figure 2022032966000012
上記の式においてMeはメチルであり、2つの*の位置でXまたはXが結合する2つの環の一方の環に、**の位置で他方の環に結合している。
このような構造の例としては、後述の式(1-182)~式(1-204)、および式(1-319)~式(1-333)のいずれかで表される化合物の構造などがあげられる。
式(1)で表される構造単位の1つまたは2つ以上からなる構造中、A環、B環、およびC環であって式(Het)で表される環となっているもの以外の環はそれぞれ独立して、置換されていてもよいアリール環または置換されていてもよいヘテロアリール環である。
A環、B環およびC環におけるアリール環またはヘテロアリール環は、YならびにXおよび/またはXと5員環または6員環で結合していることが好ましい。「YならびにXおよび/またはXと5員環または6員環で結合している」とは、この5員環または6員環だけで環が形成されているか、または、この5員環または6員環を含むようにさらに他の環が縮合して環が形成されていることを意味する。言い換えれば、環の全部または一部を構成する5員環または6員環がYならびにXおよび/またはXと結合していることを意味する。A環、B環およびC環におけるアリール環またはヘテロアリール環においては、連続している2つまたは3つの環構成原子(炭素原子)がYならびにXおよび/またはXと直接結合していればよい。すなわち、B環におけるアリール環またはヘテロアリール環においていずれか一組の連続する環構成原子(炭素原子)2つがYおよびXと直接結合しており、C環におけるアリール環またはヘテロアリール環においていずれか一組の連続する環構成原子(炭素原子)2つがYおよびXと直接結合しており、A環におけるアリール環またはヘテロアリール環においていずれか一組の連続する環構成原子(炭素原子)3つがY、XおよびXと直接結合している。
式(1)のA環、B環、およびC環における「アリール環」としては、例えば、炭素数6~30のアリール環があげられ、炭素数6~16のアリール環が好ましく、炭素数6~12のアリール環がより好ましく、炭素数6~10のアリール環が特に好ましい。
具体的な「アリール環」としては、単環系であるベンゼン環、二環系であるビフェニル環、縮合二環系であるナフタレン環、5,6,7,8-テトラヒドロナフタレン環、インデン環、三環系であるテルフェニル環(m-テルフェニル、o-テルフェニル、p-テルフェニル)、縮合三環系である、アセナフチレン環、フルオレン環、フェナレン環、フェナントレン環、アントラセン環、縮合四環系であるトリフェニレン環、ピレン環、ナフタセン環、クリセン環、縮合五環系であるペリレン環、ペンタセン環などがあげられる。また、フルオレン環、ベンゾフルオレン環、インデン環には、それぞれフルオレン環、ベンゾフルオレン環、シクロペンタン環などがスピロ結合した構造も含まれる。なお、テトラヒドロナフタレン環、フルオレン環、ベンゾフルオレン環およびインデン環は、メチレンの2つの水素のうちの2つがそれぞれ後述の第1の置換基としてのメチルなどのアルキルに置換して、1,1,4,4-テトラメチル-1,2,3,4-テトラヒドロナフタレン環、ジメチルフルオレン環、ジメチルベンゾフルオレン環およびジメチルインデン環などとなっているものも含まれる。
式(1)のA環、B環、およびC環である「ヘテロアリール環」としては、例えば、炭素数2~30のヘテロアリール環があげられ、炭素数2~25のヘテロアリール環が好ましく、炭素数2~20のヘテロアリール環がより好ましく、炭素数2~15のヘテロアリール環がさらに好ましく、炭素数2~10のヘテロアリール環が特に好ましい。また、「ヘテロアリール環」としては、例えば環構成原子として炭素以外に酸素、硫黄および窒素から選ばれるヘテロ原子を1ないし5個含有する複素環などがあげられる。
具体的な「ヘテロアリール環」としては、例えば、ピロール環、オキサゾール環、イソオキサゾール環、チアゾール環、イソチアゾール環、イミダゾール環、オキサジアゾール環、チアジアゾール環、トリアゾール環、テトラゾール環、ピラゾール環、ピリジン環、ピリミジン環、ピリダジン環、ピラジン環、トリアジン環、インドール環、イソインドール環、1H-インダゾール環、ベンゾイミダゾール環、ベンゾオキサゾール環、ベンゾチアゾール環、1H-ベンゾトリアゾール環、キノリン環、イソキノリン環、シンノリン環、キナゾリン環、キノキサリン環、フタラジン環、ナフチリジン環、プリン環、プテリジン環、カルバゾール環、アクリジン環、フェノチアジン環、フェナジン環、フェナザシリン環、インドリジン環、フラン環、ベンゾフラン環、イソベンゾフラン環、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、フラザン環、チアントレン環、インドロカルバゾール環、ベンゾインドロカルバゾール環、ベンゾベンゾインドロカルバゾール環、ナフトベンゾフラン環、ジオキシン環、ジヒドロアクリジン環、キサンテン環、チオキサンテン環、ジベンゾジオキシン環などがあげられる。また、ジヒドロアクリジン環、キサンテン環、チオキサンテン環、は、メチレンの2つの水素のうちの2つがそれぞれ後述の第1の置換基としてのメチルなどのアルキルに置換して、ジメチルジヒドロアクリジン環、ジメチルキサンテン環、ジメチルチオキサンテン環などとなっているものも好ましい。また二環系であるビピリジン環、フェニルピリジン環、ピリジルフェニル環、三環系であるテルピリジル環、ビスピリジルフェニル環、ピリジルビフェニル環も「ヘテロアリール環」としてあげられる。また、「ヘテロアリール環」にはピラン環も含まれるものとする。
また、ヘテロアリール環としては、下記式(BO)で表される環もあげられる。
Figure 2022032966000013
上記「アリール環」または「ヘテロアリール環」における少なくとも1つの水素は、第1の置換基である、置換もしくは無置換の「アリール」、置換もしくは無置換の「ヘテロアリール」、置換もしくは無置換の「ジアリールアミノ」、置換もしくは無置換の「ジヘテロアリールアミノ」、置換もしくは無置換の「アリールヘテロアリールアミノ」、置換もしくは無置換の「ジアリールボリル(2つのアリールは単結合または連結基を介して結合していてもよい)」、置換もしくは無置換の「アルキル」、置換もしくは無置換の「シクロアルキル」、置換もしくは無置換の「アルコキシ」、置換もしくは無置換の「アリールオキシ」、または、置換の「シリル」で置換されていてもよいが、この第1の置換基としての「アリール」や「ヘテロアリール」、「ジアリールアミノ」のアリール、「ジヘテロアリールアミノ」のヘテロアリール、「アリールヘテロアリールアミノ」のアリールとヘテロアリール、「ジアリールボリル」のアリール、また「アリールオキシ」のアリールとしては上述した「アリール環」または「ヘテロアリール環」の1価の基があげられる。
具体的に「アリール」としては、例えば、炭素数6~30のアリールが挙げられ、炭素数6~24のアリールが好ましく、炭素数6~20のアリールがより好ましく、炭素数6~16のアリールがさらに好ましく、炭素数6~12のアリールが特に好ましく、炭素数6~10のアリールが最も好ましい。
具体的なアリールとしては、例えば、単環系アリールであるフェニル、二環系アリールである(2-,3-,4-)ビフェニリル、縮合二環系アリールである(1-,2-)ナフチル、(1-,2-)5,6,7,8-テトラヒドロナフチル、(2-、3-、4-、5-、6-、7-)インデニル、三環系アリールであるテルフェニリル(m-テルフェニル-2’-イル、m-テルフェニル-4’-イル、m-テルフェニル-5’-イル、o-テルフェニル-3’-イル、o-テルフェニル-4’-イル、p-テルフェニル-2’-イル、m-テルフェニル-2-イル、m-テルフェニル-3-イル、m-テルフェニル-4-イル、o-テルフェニル-2-イル、o-テルフェニル-3-イル、o-テルフェニル-4-イル、p-テルフェニル-2-イル、p-テルフェニル-3-イル、p-テルフェニル-4-イル)、縮合三環系アリールである、アントラセン-(1-、2-、3-、4-、5-、6-、7-、8-、9-、10-)イル、アセナフチレン-(1-,3-,4-,5-)イル、フルオレン-(1-,2-,3-,4-,9-)イル、フェナレン-(1-,2-)イル、(1-,2-,3-,4-,9-)フェナントリル、四環系アリールであるクアテルフェニリル(5’-フェニル-m-テルフェニル-2-イル、5’-フェニル-m-テルフェニル-3-イル、5’-フェニル-m-テルフェニル-4-イル、m-クアテルフェニリル)、縮合四環系アリールであるトリフェニレン-(1-,2-)イル、ピレン-(1-,2-,4-)イル、ナフタセン-(1-,2-,5-)イル、縮合五環系アリールであるペリレン-(1-,2-,3-)イル、ペンタセン-(1-,2-,5-,6-)イルなどがあげられる。
また、「ヘテロアリール」としては、例えば、炭素数2~30のヘテロアリールが挙げられ、炭素数2~25のヘテロアリールが好ましく、炭素数2~20のヘテロアリールがより好ましく、炭素数2~15のヘテロアリールがさらに好ましく、炭素数2~10のヘテロアリールが特に好ましい。また、ヘテロアリールとしては、例えば環構成原子として炭素以外に酸素、硫黄および窒素から選ばれるヘテロ原子を1ないし5個含有する複素環などが挙げられる。
具体的なヘテロアリールとしては、例えば、フリル、チエニル、ピロリル、オキサゾリル、イソオキサゾリル、チアゾリル、イソチアゾリル、イミダゾリル、ピラゾリル、オキサジアゾリル、フラザニル、チアジアゾリル、トリアゾリル、テトラゾリル、ピリジル、ピリミジニル、ピリダジニル、ピラジニル、トリアジニル、ベンゾフラニル、イソベンゾフラニル、ジベンゾフラニル、ベンゾ[b]チエニル、ジベンゾチエニル、インドリル、イソインドリル、1H-インダゾリル、ベンゾイミダゾリル、ベンゾオキサゾリル、ベンゾチアゾリル、1H-ベンゾトリアゾリル、キノリル、イソキノリル、シンノリル、キナゾリル、キノキサリニル、フタラジニル、ナフチリジニル、プリニル、プテリジニル、カルバゾリル、アクリジニル、フェノキサジニル、フェノチアジニル、フェナジニル、フェノキサチイニル、チアントレニル、インドリジニルなどがあげられる。
また第1の置換基としての「アルキル」としては、直鎖および分岐鎖のいずれでもよく、例えば、炭素数1~24の直鎖アルキルまたは炭素数3~24の分岐鎖アルキルがあげられる。炭素数1~18のアルキル(炭素数3~18の分岐鎖アルキル)が好ましく、炭素数1~12のアルキル(炭素数3~12の分岐鎖アルキル)がより好ましく、炭素数1~8のアルキル(炭素数3~8の分岐鎖アルキル)がさらに好ましく、炭素数1~6のアルキル(炭素数3~6の分岐鎖アルキル)が特に好ましく、炭素数1~5のアルキル(炭素数3~5の分岐鎖アルキル)が最も好ましい。
具体的なアルキルとしては、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、s-ブチル、t-ブチル、n-ペンチル、イソペンチル、ネオペンチル、t-ペンチル(t-アミル)、n-ヘキシル、1-メチルペンチル、4-メチル-2-ペンチル、3,3-ジメチルブチル、2-エチルブチル、n-ヘプチル、1-メチルヘキシル、n-オクチル、t-オクチル(1,1,3,3-テトラメチルブチル)、1-メチルヘプチル、2-エチルヘキシル、2-プロピルペンチル、n-ノニル、2,2-ジメチルヘプチル、2,6-ジメチル-4-ヘプチル、3,5,5-トリメチルヘキシル、n-デシル、n-ウンデシル、1-メチルデシル、n-ドデシル、n-トリデシル、1-ヘキシルヘプチル、n-テトラデシル、n-ペンタデシル、n-ヘキサデシル、n-ヘプタデシル、n-オクタデシル、n-エイコシルなどがあげられる。
また、例えば、1-エチル-1-メチルプロピル、1,1-ジエチルプロピル、1,1-ジメチルブチル、1-エチル-1-メチルブチル、1,1,4-トリメチルペンチル、1,1,2-トリメチルプロピル、1,1-ジメチルオクチル、1,1-ジメチルペンチル、1,1-ジメチルヘプチル、1,1,5-トリメチルヘキシル、1-エチル-1-メチルヘキシル、1-エチル-1,3-ジメチルブチル、1,1,2,2-テトラメチルプロピル、1-ブチル-1-メチルペンチル、1,1-ジエチルブチル、1-エチル-1-メチルペンチル、1,1,3-トリメチルブチル、1-プロピル-1-メチルペンチル、1,1,2-トリメチルプロピル、1-エチル-1,2,2-トリメチルプロピル、1-プロピル-1-メチルブチル、1,1-ジメチルヘキシルなどもあげられる。
上記の「アルキル」を含む置換基として、下記式(tR)で表されるターシャリ-アルキルは、上記のアリール環またはヘテロアリール環における少なくとも1つの水素が、置換基で置換されているときの置換基として、特に好ましいものの1つである。このような嵩高い置換基により分子間距離が増加するため発光量子収率(PLQY)が向上するからである。また、式(tR)で表されるターシャリ-アルキルが第2の置換基として他の置換基に置換している置換基も好ましい。具体的には、(tR)で表されるターシャリ-アルキルで置換されたジアリールアミノ、(tR)で表されるターシャリ-アルキルで置換されたカルバゾリル(好ましくは、N-カルバゾリル)または(tR)で表されるターシャリ-アルキルで置換されたベンゾカルバゾリル(好ましくは、N-ベンゾカルバゾリル)があげられる。「ジアリールアミノ」については下記「第1の置換基」として説明する基があげられる。ジアリールアミノ、カルバゾリルおよびベンゾカルバゾリルへの式(tR)の基の置換形態としては、これらの基におけるアリール環またはベンゼン環の一部または全ての水素が式(tR)の基で置換された例があげられる。
Figure 2022032966000014
式(tR)中、R、R、およびRはそれぞれ独立して炭素数1~24のアルキルであり、前記アルキルにおける任意の-CH-は-O-で置換されていてもよく、式(tR)で表される基は*において式(1)で表される化合物または構造における少なくとも1つの水素と置換する。
、RおよびRの「炭素数1~24のアルキル」としては、直鎖および分岐鎖のいずれでもよく、例えば、炭素数1~24の直鎖アルキルまたは炭素数3~24の分岐鎖アルキル、炭素数1~18のアルキル(炭素数3~18の分岐鎖アルキル)、炭素数1~12のアルキル(炭素数3~12の分岐鎖アルキル)、炭素数1~6のアルキル(炭素数3~6の分岐鎖アルキル)、炭素数1~4のアルキル(炭素数3~4の分岐鎖アルキル)があげられる。
式(1)の式(tR)におけるR、R、およびRの炭素数の合計は炭素数3~20が好ましく、炭素数3~10が特に好ましい。
、R、およびRの具体的なアルキルとしては、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、s-ブチル、t-ブチル、n-ペンチル、イソペンチル、ネオペンチル、t-ペンチル、n-ヘキシル、1-メチルペンチル、4-メチル-2-ペンチル、3,3-ジメチルブチル、2-エチルブチル、n-ヘプチル、1-メチルヘキシル、n-オクチル、t-オクチル、1-メチルヘプチル、2-エチルヘキシル、2-プロピルペンチル、n-ノニル、2,2-ジメチルヘプチル、2,6-ジメチル-4-ヘプチル、3,5,5-トリメチルヘキシル、n-デシル、n-ウンデシル、1-メチルデシル、n-ドデシル、n-トリデシル、1-ヘキシルヘプチル、n-テトラデシル、n-ペンタデシル、n-ヘキサデシル、n-ヘプタデシル、n-オクタデシル、n-エイコシルなどがあげられる。
式(tR)で表される基としては、例えばt-ブチル、t-アミル、1-エチル-1-メチルプロピル、1,1-ジエチルプロピル、1,1-ジメチルブチル、1-エチル-1-メチルブチル、1,1,3,3-テトラメチルブチル、1,1,4-トリメチルペンチル、1,1,2-トリメチルプロピル、1,1-ジメチルオクチル、1,1-ジメチルペンチル、1,1-ジメチルヘプチル、1,1,5-トリメチルヘキシル、1-エチル-1-メチルヘキシル、1-エチル-1,3-ジメチルブチル、1,1,2,2-テトラメチルプロピル、1-ブチル-1-メチルペンチル、1,1-ジエチルブチル、1-エチル-1-メチルペンチル、1,1,3-トリメチルブチル、1-プロピル-1-メチルペンチル、1,1,2-トリメチルプロピル、1-エチル-1,2,2-トリメチルプロピル、1-プロピル-1-メチルブチル、1,1-ジメチルヘキシルなどがあげられる。これらのうち、t-ブチルおよびt-アミルが好ましい。
また第1の置換基としての「シクロアルキル」としては、炭素数3~24のシクロアルキル、炭素数3~20のシクロアルキル、炭素数3~16のシクロアルキル、炭素数3~14のシクロアルキル、炭素数5~10のシクロアルキル、炭素数5~8のシクロアルキル、炭素数5~6のシクロアルキル、炭素数5のシクロアルキルなどがあげられる。
具体的なシクロアルキルとしては、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、シクロヘプチル、シクロオクチル、シクロノニル、シクロデシル、およびこれらの炭素数1~5のアルキル(特にメチル)置換体や、ビシクロ[1.1.0]ブチル、ビシクロ[1.1.1]ペンチル、ビシクロ[2.1.0]ペンチル、ビシクロ[2.1.1]ヘキシル、ビシクロ[3.1.0]ヘキシル、ビシクロ[2.2.1]ヘプチル(ノルボルニル)、ビシクロ[2.2.2]オクチル、アダマンチル、ジアマンチル、デカヒドロナフタレニル、デカヒドロアズレニルなどがあげられる。
また第1の置換基としての「アルコキシ」としては、例えば、炭素数1~24の直鎖または炭素数3~24の分岐鎖のアルコキシがあげられる。炭素数1~18のアルコキシ(炭素数3~18の分岐鎖のアルコキシ)が好ましく、炭素数1~12のアルコキシ(炭素数3~12の分岐鎖のアルコキシ)がより好ましく、炭素数1~6のアルコキシ(炭素数3~6の分岐鎖のアルコキシ)がさらに好ましく、炭素数1~5のアルコキシ(炭素数3~5の分岐鎖のアルコキシ)が特に好ましい。
具体的なアルコキシとしては、メトキシ、エトキシ、プロポキシ、イソプロポキシ、ブトキシ、イソブトキシ、s-ブトキシ、t-ブトキシ、t-アミルオキシ、ペンチルオキシ、ヘキシルオキシ、ヘプチルオキシ、オクチルオキシなどがあげられる。
また第1の置換基としての「置換シリル」としては、例えば、アルキル、シクロアルキル、およびアリールからなる群より選択される3つの置換基で置換されたシリルがあげられる。例えば、トリアルキルシリル、トリシクロアルキルシリル、ジアルキルシクロアルキルシリル、アルキルジシクロアルキルシリル、トリアリールシリル、ジアルキルアリールシリル、およびアルキルジアリールシリルがあげられる。
「トリアルキルシリル」としては、シリル基における3つの水素がそれぞれ独立してアルキルで置換された基があげられ、このアルキルは上述した第1の置換基における「アルキル」として説明した基を引用することができる。置換するのに好ましいアルキルは、炭素数1~5のアルキルであり、具体的にはメチル、エチル、プロピル、i-プロピル、ブチル、sec-ブチル、t-ブチル、t-アミルなどがあげられる。
具体的なトリアルキルシリルとしては、トリメチルシリル、トリエチルシリル、トリプロピルシリル、トリi-プロピルシリル、トリブチルシリル、トリsec-ブチルシリル、トリt-ブチルシリル、トリt-アミルシリル、エチルジメチルシリル、プロピルジメチルシリル、i-プロピルジメチルシリル、ブチルジメチルシリル、sec-ブチルジメチルシリル、t-ブチルジメチルシリル、t-アミルジメチルシリル、メチルジエチルシリル、プロピルジエチルシリル、i-プロピルジエチルシリル、ブチルジエチルシリル、sec-ブチルジエチルシリル、t-ブチルジエチルシリル、t-アミルジエチルシリル、メチルジプロピルシリル、エチルジプロピルシリル、ブチルジプロピルシリル、sec-ブチルジプロピルシリル、t-ブチルジプロピルシリル、t-アミルジプロピルシリル、メチルジi-プロピルシリル、エチルジi-プロピルシリル、ブチルジi-プロピルシリル、sec-ブチルジi-プロピルシリル、t-ブチルジi-プロピルシリル、t-アミルジi-プロピルシリルなどがあげられる。
「トリシクロアルキルシリル」としては、シリル基における3つの水素がそれぞれ独立してシクロアルキルで置換された基があげられ、このシクロアルキルは上述した第1の置換基における「シクロアルキル」として説明した基を引用することができる。置換するのに好ましいシクロアルキルは、炭素数5~10のシクロアルキルであり、具体的にはシクロペンチル、シクロヘキシル、シクロヘプチル、シクロオクチル、シクロノニル、シクロデシル、ビシクロ[1.1.1]ペンチル、ビシクロ[2.1.0]ペンチル、ビシクロ[2.1.1]ヘキシル、ビシクロ[3.1.0]ヘキシル、ビシクロ[2.2.1]ヘプチル、ビシクロ[2.2.2]オクチル、アダマンチル、デカヒドロナフタレニル、デカヒドロアズレニルなどがあげられる。
具体的なトリシクロアルキルシリルとしては、トリシクロペンチルシリル、トリシクロヘキシルシリルなどがあげられる。
2つのアルキルと1つのシクロアルキルが置換したジアルキルシクロアルキルシリルと、1つのアルキルと2つのシクロアルキルが置換したアルキルジシクロアルキルシリルの具体例としては、上述した具体的なアルキルおよびシクロアルキルから選択される基が置換したシリルがあげられる。
2つのアルキルと1つのアリールが置換したジアルキルアリールシリル、1つのアルキルと2つのアリールが置換したアルキルジアリールシリル、および3つのアリールが置換したトリアリールシリルの具体例としては、上述した具体的なアルキルおよびアリールから選択される基が置換したシリルがあげられる。トリアリールシリルの具体例としては、特にトリフェニルシリルがあげられる。
また第1の置換基の「ジアリールボリル」中の「アリール」としては、上述したアリールの説明を引用できる。また、この2つのアリールは単結合または連結基(例えば>C(-R)、>O、>Sまたは>N-R)を介して結合していてもよい。ここで、>C(-R)および>N-RのRは、アリール、ヘテロアリール、ジアリールアミノ、アルキル、シクロアルキル、アルコキシまたはアリールオキシ(以上、第1置換基)であり、当該第1置換基にはさらにアリール、ヘテロアリール、アルキルまたはシクロアルキル(以上、第2置換基)が置換していてもよく、これらの基の具体例としては、上述した第1置換基としてのアリール、ヘテロアリール、ジアリールアミノ、アルキル、シクロアルキル、アルコキシ、またはアリールオキシの説明を引用できる。
第1の置換基である、置換もしくは無置換の「アリール」、置換もしくは無置換の「ヘテロアリール」、置換もしくは無置換の「ジアリールアミノ」、置換もしくは無置換の「ジヘテロアリールアミノ」、置換もしくは無置換の「アリールヘテロアリールアミノ」、置換もしくは無置換の「ジアリールボリル(2つのアリールは単結合または連結基を介して結合していてもよい)」、置換もしくは無置換の「アルキル」、置換もしくは無置換の「シクロアルキル」、置換もしくは無置換の「アルコキシ」、置換もしくは無置換の「アリールオキシ」、または、置換の「シリル」は、置換または無置換と説明されているとおり、それらにおける少なくとも1つの水素が第2の置換基で置換されていてもよい。この第2の置換基としては、例えば、アリール、ヘテロアリール、アルキル、またはシクロアルキルがあげられ、それらの具体例は、上述した「アリール環」または「ヘテロアリール環」の1価の基、また第1の置換基としての「アルキル」または「シクロアルキル」の説明を参照することができる。また、第2の置換基としてのアリールやヘテロアリールには、それらにおける少なくとも1つの水素が、フェニルなどのアリール(具体例は上述した基)、メチル、t-ブチルなどのアルキル(具体例は上述した基)またはシクロヘキシルなどのシクロアルキル(具体例は上述した基)で置換された構造も第2の置換基としてのアリールやヘテロアリールに含まれる。その一例としては、第2の置換基がカルバゾリルの場合には、9位における少なくとも1つの水素が、フェニルなどのアリール、メチルなどのアルキルまたはシクロヘキシルなどのシクロアルキルで置換されたカルバゾリルも第2の置換基としてのヘテロアリールに含まれる。
上記の第2の置換基の説明は、本明細書中で別に説明のない「置換または無置換」というときの置換基についても適用することができる。
第1置換基の構造の立体障害性、電子供与性および電子求引性によって、発光波長を調整することができる。好ましくは以下の構造式で表される基であり、より好ましくは、メチル、t-ブチル、t-アミル、t-オクチル、ネオペンチル、アダマンチル、フェニル、o-トリル、p-トリル、2,4-キシリル、2,5-キシリル、2,6-キシリル、2,4,6-メシチル、ジフェニルアミノ、ジ-p-トリルアミノ、ビス(p-(t-ブチル)フェニル)アミノ、カルバゾリル、3,6-ジメチルカルバゾリル、3,6-ジ-t-ブチルカルバゾリルおよびフェノキシであり、さらに好ましくは、メチル、t-ブチル、t-アミル、t-オクチル、ネオペンチル、アダマンチル、フェニル、o-トリル、2,6-キシリル、2,4,6-メシチル、ジフェニルアミノ、ジ-p-トリルアミノ、ビス(p-(t-ブチル)フェニル)アミノ、カルバゾリル、3,6-ジメチルカルバゾリルおよび3,6-ジ-t-ブチルカルバゾリルである。合成の容易さの観点からは、立体障害が大きい方が選択的な合成のために好ましく、具体的には、t-ブチル、t-アミル、t-オクチル、アダマンチル、o-トリル、p-トリル、2,4-キシリル、2,5-キシリル、2,6-キシリル、2,4,6-メシチル、ジ-p-トリルアミノ、ビス(p-(t-ブチル)フェニル)アミノ、3,6-ジメチルカルバゾリルおよび3,6-ジ-t-ブチルカルバゾリルが好ましい。
下記構造式において、「Me」はメチル、「tBu」はt-ブチル、「tAm」はt-アミル、「tOct」はt-オクチル、*は結合位置を表す。
Figure 2022032966000015
Figure 2022032966000016
Figure 2022032966000017
Figure 2022032966000018
Figure 2022032966000019
Figure 2022032966000020
Figure 2022032966000021
Figure 2022032966000022
Figure 2022032966000023
Figure 2022032966000024
Figure 2022032966000025
Figure 2022032966000026
Figure 2022032966000027
Figure 2022032966000028
Figure 2022032966000029
式(1)で表される構造単位の1つまたは2つ以上からなる構造を有する多環芳香族化合物は、上述の式(tR)で表されるターシャリ-アルキル(t-ブチルあるいはt-アミルなど)、ネオペンチルまたはアダマンチルを少なくとも1つ含む構造であることが好ましく、式(tR)で表されるターシャリ-アルキル(t-ブチルあるいはt-アミルなど)を含むことが好ましい。このような嵩高い置換基により分子間距離が増加するため発光量子収率(PLQY)が向上するからである。また、置換基としては、ジアリールアミノも好ましい。
式(1)中、Yは、それぞれ独立して、B、P、P=O、P=S、Al、Ga、As、Si-R、またはGe-Rであり、前記Si-RおよびGe-RのRは、置換もしくは無置換のアリール、置換もしくは無置換のアルキルまたは置換もしくは無置換のシクロアルキルである。このアリール、アルキルまたはシクロアルキルとしては上述する基があげられる。特に炭素数6~10のアリール(例えばフェニル、ナフチルなど)、炭素数1~5のアルキル(例えばメチル、エチルなど)または炭素数5~10のシクロアルキル(好ましくはシクロヘキシルやアダマンチル)が好ましい。Yは、B、P、P=O、P=S、またはSi-Rが好ましく、Bが特に好ましい。この式(1)のYに関する説明は後述の式(1-a)、式(1-b)、式(1-c)、式(1-d)、式(1-e)、および式(1-f)におけるYにも当てはまる。
式(1)におけるXおよびXは、それぞれ独立して、>O、>N-R、>Si(-R)、>C(-R)、>S、または>Seである。式(1)におけるXおよびXは、少なくともいずれかが>N-Rであることが好ましく、いずれも>N-Rであること、またはいずれか一方が>N-Rであり他方が>C(-R)もしくは>Oであることがより好ましく、いずれも>N-Rであることがさらに好ましい。なお、「いずれも>N-R」と記載されている場合は、2つの>N-RのRは同一であってもよく、また異なっていてもよい。
またはXである>N-RのRは、水素、置換されていてもよいアリール(ただし置換基としてアミノを除く)、置換されていてもよいヘテロアリール、置換されていてもよいアルキルまたは置換されていてもよいシクロアルキルである。XまたはXである>Si(-R)のRは、それぞれ独立して、水素、置換されていてもよいアリール、置換されていてもよいヘテロアリール、置換されていてもよいアルキルまたは置換されていてもよいシクロアルキルである。XまたはXである>C(-R)のRは、それぞれ独立して、水素、置換されていてもよいアリール、置換されていてもよいヘテロアリール、置換されていてもよいアルキル、または置換されていてもよいシクロアルキルであり、2つのRは同一であることが好ましく、そして2つのRは結合して環を形成していてもよい。XまたはXである>N-R、>Si(-R)、または>C(-R)のRにおけるアリール、ヘテロアリール、アルキル、シクロアルキルについては、上記の第1の置換基としてのそれらの説明を参照できる。
またはXである>N-RのRは置換されていてもよいアリール、置換されていてもよいヘテロアリール、または置換されていてもよいシクロアルキルであることが好ましく、置換されていてもよいアリールまたは置換されていてもよいヘテロアリールであることがより好ましい。シクロアルキルの例としては、後述する例があげられる。ここで、アリールとしては、フェニル、ビフェニリル(特に、2-ビフェニリル)、およびテルフェニリル(特に、テルフェニル-2’-イル)が好ましく、ヘテロアリールとしては、ベンゾチエニル(2-ベンゾチエニル、6-ベンゾチエニルなど)、ベンゾフラニル(2-ベンゾフラニル、3-ベンゾフラニル、5-ベンゾフラニルなど)、ジベンゾフラニル(4-ジベンゾフラニルなど)、ジメチルキサンテニル(2-ジメチルキサンテニルなど)、ジベンゾジオキシニルなどが好ましい。置換基としては上記式(tR)で表されるターシャリ-アルキル(特に、t-ブチル)、またはシクロアルキル(特に、アダマンチル)が好ましい。アリールおよびヘテロアリールにおける置換基数は0~2つが好ましく、1つまたは2つがより好ましく、1つがさらに好ましい。上記のアリールにおけるアリール環が後述のように置換されていてもよいシクロアルカンで縮合されている場合も好ましい。具体的なシクロアルカンとしては、後述されるものが参照できる。
またはXである>N-RのRとして特に好ましい例としては、置換されていてもよいフェニル、置換されていてもよい2-ビフェニリル、置換されていてもよいテルフェニル-2’-イル、置換されていてもよいテルフェニル-4’-イルおよびシクロアルカンで縮合されているアリール(置換されていてもよい)があげられる。置換されていてもよいフェニル、置換されていてもよい2-ビフェニリル、置換されていてもよいテルフェニル-2’-イルおよび置換されていてもよいテルフェニル-4’-イルとしては、1~3つのt-ブチルで置換されている形態が好ましい。シクロアルカンで縮合されているアリールとしては、特に以下が好ましい。
Figure 2022032966000030
(式中、Meはメチル、tBuはt-ブチル、*は結合位置を示す。)
またはXである>N-R、>Si(-R)および>C(-R)の少なくとも1つにおけるRは連結基または単結合によりA環および/もしくはB環、またはA環および/もしくはC環と結合していてもよい。すなわち、Xである>N-R、>Si(-R)または>C(-R)におけるRは連結基または単結合によりA環および/またはB環と結合していてもよく、Xである>N-R、>Si(-R)または>C(-R)におけるRは連結基または単結合によりA環および/またはC環と結合していてもよい。連結基としては、-O-、-S-、または-C(-R)-が好ましい。なお、前記「-C(-R)-」のRは、水素、アルキルまたはシクロアルキルである。この規定は、下記式(1-3-1)で表される、XやXが縮合環B’および縮合環C’に取り込まれた環構造を有する化合物で表現できる。すなわち、例えばベンゼン環であるB環(またはC環)に対してX(またはX)を取り込むようにして他の環が縮合して形成されるB’環(またはC’環)を有する化合物である。形成されてできた縮合環B’(または縮合環C’)は例えば、カルバゾール環、フェノキサジン環、フェノチアジン環またはアクリジン環である。
また、上記規定は、下記式(1-3-2)や式(1-3-3)で表される、Xおよび/またはXが縮合環A’に取り込まれた環構造を有する化合物でも表現できる。すなわち、例えばベンゼン環であるA環に対してX(および/またはX)を取り込むようにして他の環が縮合して形成されるA’環を有する化合物である。形成されてできた縮合環A’は例えば、カルバゾール環、フェノキサジン環、フェノチアジン環、またはアクリジン環である。
Figure 2022032966000031
一例として、前記>N-RのRが置換されていてもよいシクロアルキルであり、かつA環、B環、またはC環と単結合で結合している形態も好ましい。シクロアルキルとしては、置換されていてもよいシクロペンチル、または置換されていてもよいシクロヘキシルが好ましい。
特に好ましい例として式(A11)で表される構造をあげることができる。
Figure 2022032966000032
式(A11)中、Meはメチルであり、2つの*の位置でXまたはXが結合する2つの環の一方の環に、**の位置で他方の環に結合している。
このような構造の例としては、後述の式(1-7)、式(1-30)、式(1-53)、式(1-96)、式(1-112)、式(1-144)、式(1-174)、式(1-179)~式(1-181)、式(1-202)~式(1-204)、式(1-211)、式(1-223)のいずれかで表される化合物の構造などがあげられる。
上記の好ましい範囲のRである>N-RをXまたはXとして有する本発明の化合物を発光材料として用いることにより、さらに発光効率や素子寿命を向上させることができる。
式(1)のXまたはXである>Si(-R)のRは、置換されていてもよいアリール、置換されていてもよいヘテロアリール、置換されていてもよいアルキルまたは置換されていてもよいシクロアルキルである。ここで、置換されているときの置換基としては上述した第2の置換基をあげることができる。このアリール、ヘテロアリール、アルキルまたはシクロアルキルとしてはそれぞれ第1の置換基として上述する基があげられる。特に炭素数6~10のアリール(例えばフェニル、ナフチルなど)、炭素数2~15のヘテロアリール(例えばカルバゾリルなど)、炭素数1~5のアルキル(例えばメチル、エチルなど)または炭素数5~10のシクロアルキル(好ましくはシクロヘキシルやアダマンチル)が好ましい。
式(1)のXまたはXである>C(-R)のRのRは、水素、置換されていてもよいアリール、置換されていてもよいヘテロアリール、置換されていてもよいアルキルまたは置換されていてもよいシクロアルキルである。こで、置換されているときの置換基としては上述した第2の置換基をあげることができる。このアリール、ヘテロアリール、アルキルまたはシクロアルキルとしてはそれぞれ第1の置換基として上述する基があげられる。特に炭素数6~10のアリール(例えばフェニル、ナフチルなど)、炭素数2~15のヘテロアリール(例えばカルバゾリルなど)、炭素数1~5のアルキル(例えばメチル、エチルなど)または炭素数5~10のシクロアルキル(好ましくはシクロヘキシルやアダマンチル)が好ましい。
式(1)における、X、XがA環、B環、およびC環の少なくとも1つの環と結合する場合の連結基としては、例えば-O-、-S-、-C(-R)-または単結合などがあげられ、これらの中の「-C(-R)-」のRは、水素、アルキル、またはシクロアルキルであるが、このアルキルまたはシクロアルキルとしてはそれぞれ第1の置換基として上述する基があげられる。特に炭素数1~5のアルキル(例えばメチル、エチルなど)または炭素数5~10のシクロアルキル(好ましくはシクロヘキシルやアダマンチル)が好ましい。
以上の式(1)のX、Xに関する説明は後述の式(1-a)、式(1-b)、式(1-c)、式(1-d)、式(1-e)、および式(1-f)におけるX、Xにも当てはまる。
本発明の多環芳香族化合物は式(1)で表される構造単位の1つまたは2つ以上からなる構造を有する多環芳香族化合物である。上記構造単位の1つからなる構造を有する多環芳香族化合物としては、式(1)で表される構造単位として上記で説明した式で表される多環芳香族化合物があげられる。式(1)で表される構造単位の2つ以上からなる構造を有する多環芳香族化合物としては、式(1)で表される構造単位として上記で説明した式で表される多環芳香族化合物の多量体に該当する化合物があげられる。多量体は、2~6量体が好ましく、2~3量体がより好ましく、2量体が特に好ましい。多量体は、1つの化合物の中に上記単位構造を複数有する形態であればよく、上記構造単位に含まれる任意の環(A環、B環またはC環)を複数の単位構造で共有するようにして結合した形態であってもよく、また、上記単位構造に含まれる任意の環(A環、B環またはC環)同士が縮合するようにして結合した形態であればよい。また、上記単位構造が単結合、炭素数1~3のアルキレン、フェニレン、ナフチレンなどの連結基で複数結合した形態であってもよい。これらのうち、環を共有するようにして結合した形態が好ましい。
式(1)で表される構造単位の1つまたは2つ以上からなる構造を有する多環芳香族化合物におけるアリール環およびヘテロアリール環からなる群より選択される少なくとも1つは、少なくとも1つのシクロアルカンで縮合されていてもよい。後述の式(1-a)、式(1-b)、式(1-c)、式(1-d)、式(1-e)、または式(1-f)で表される多環芳香族化合物も同様であり、この後の説明は式(1-a)、式(1-b)、式(1-c)、式(1-d)、式(1-e)、または式(1-f)で表される多環芳香族化合物にも同様に当てはまる。
シクロアルカンとしては、炭素数3~24のシクロアルカンであればよい。このときのシクロアルカンにおける少なくとも1つの水素は、炭素数6~30のアリール、炭素数2~30のヘテロアリール、炭素数1~24のアルキルまたは炭素数3~24のシクロアルキルで置換されていてもよく、当該シクロアルカンにおける少なくとも1つの-CH-は-O-で置換されていてもよい。
式(1)で表される構造単位の1つまたは2つ以上からなる構造におけるアリール環およびヘテロアリール環からなる群より選択される少なくとも1つが少なくとも1つのシクロアルカンで縮合されている場合、少なくとも1つのシクロアルカンは、炭素数3~20のシクロアルカンであって、当該シクロアルカンにおける少なくとも1つの水素が、炭素数6~16のアリール、炭素数2~22のヘテロアリール、炭素数1~12のアルキルまたは炭素数3~16のシクロアルキルで置換されていてもよいシクロアルカンであることが好ましい。
「シクロアルカン」としては、炭素数3~24のシクロアルカンが好ましく、さらに好ましい例として順次、炭素数3~20のシクロアルカン、炭素数3~16のシクロアルカン、炭素数3~14のシクロアルカン、炭素数5~10のシクロアルカン、炭素数5~8のシクロアルカン、炭素数5~6のシクロアルカンがあげられる。
具体的なシクロアルカンとしては、シクロプロパン、シクロブタン、シクロペンタン、シクロヘキサン、シクロヘプタン、シクロオクタン、シクロノナン、シクロデカン、ビシクロ[1.1.0]ブタン、ビシクロ[1.1.1]ペンタン、ビシクロ[2.1.0]ペンタン、ビシクロ[2.1.1]ヘキサン、ビシクロ[3.1.0]ヘキサン、ビシクロ[2.2.1]ヘプタン(ノルボルナン)、ビシクロ[2.2.2]オクタン、アダマンタン、ジアマンタン、デカヒドロナフタレンおよびデカヒドロアズレン、ならびに、これらの炭素数1~5のアルキル(特にメチル)置換体、ハロゲン(特にフッ素)置換体および重水素置換体などがあげられる。
これらの中でも、例えば下記構造式に示すような、シクロアルカンのα位の炭素(アリール環またはヘテロアリール環に縮合するシクロアルキルにおいて、縮合部位の炭素に直接結合している位置の炭素)における少なくとも1つの水素が置換された構造が好ましく、α位の炭素における2つの水素が置換された構造がより好ましく、2つのα位の炭素における合計4つの水素が置換された構造がさらに好ましい。この置換基としては、炭素数1~5のアルキル(特にメチル)置換体、ハロゲン(特にフッ素)置換体および重水素置換体などがあげられる。特に、アリール環またはヘテロアリール環において隣接する炭素原子に下記式(B)で表される部分構造が結合した構造となっていることが好ましい。
Figure 2022032966000033
式(B)中、Meはメチルを示し、*は結合位置を示す。
このような構造の例としては、後述の式(1-10)、式(1-33)、式(1-56)、式(1-99)、式(1-115)、式(1-147)、式(1-188)~式(1-190)、式(1-196)~式(1-198)、式(1-226)、式(1-356)、式(1-357)、式(1-361)、式(1-365)~式(1-376)、式(1-380)~式(1-385)、式(1-404)、式(1-406)~式(1-408)、式(1-420)、式(1-422)~式(1-424)、式(1-435)、式(1-436)、(1-438)、式(1-439)、(1-444)、式(1-450)、式(1-451)、(1-456)、式(1-457)のいずれかで表される化合物の構造などがあげられる。
1つのアリール環またはヘテロアリール環に縮合するシクロアルカンの数は、1~3個が好ましく、1個または2個がより好ましく、1個がさらに好ましい。例えば1つのベンゼン環(フェニル)に1個または複数のシクロアルカンが縮合した例を以下に示す。*は結合位置を示し、その位置はベンゼン環を構成しかつシクロアルカンを構成していない炭素のいずれであってもよい。式(Cy-1-4)および式(Cy-2-4)のように縮合したシクロアルカン同士が縮合してもよい。縮合される環(基)がベンゼン環(フェニル)以外の他のアリール環またはヘテロアリール環の場合であっても、縮合するシクロアルカンがシクロペンタンまたはシクロヘキサン以外の他のシクロアルカンの場合であっても、同様である。
Figure 2022032966000034
シクロアルカンにおける少なくとも1つの-CH-は-O-で置換されていてもよい。例えば1つのベンゼン環(フェニル)に縮合したシクロアルカンにおける1個または複数の-CH-が-O-で置換された例を以下に示す。縮合される環(基)がベンゼン環(フェニル)以外の他の芳香族環または複素芳香族環の場合であっても、縮合するシクロアルカンがシクロペンタンまたはシクロヘキサン以外の他のシクロアルカンの場合であっても、同様である。
Figure 2022032966000035
シクロアルカンにおける少なくとも1つの水素は置換されていてもよく、この置換基としては、例えば、アリール、ヘテロアリール、ジアリールアミノ、ジヘテロアリールアミノ、アリールヘテロアリールアミノ、ジアリールボリル(2つのアリールは単結合または連結基を介して結合していてもよい)、アルキル、シクロアルキル、アルコキシ、アリールオキシ、置換シリル、重水素、シアノまたはハロゲンがあげられ、これらの詳細は、上述した第1の置換基の説明を引用することができる。これらの置換基の中でも、アルキル(例えば炭素数1~6のアルキル)、シクロアルキル(例えば炭素数3~14のシクロアルキル)、ハロゲン(例えばフッ素)および重水素などが好ましい。また、シクロアルキルが置換する場合はスピロ構造を形成する置換形態でもよく、この例を以下に示す。
Figure 2022032966000036
シクロアルカン縮合の形態としては、まず、式(1)で表される構造単位の1つまたは2つ以上からなる構造を有する多環芳香族化合物におけるA環、B環およびC環それぞれにおけるアリール環またはヘテロアリール環のいずれか1つ以上、(式(1-a)、式(1-b)、式(1-c)、式(1-d)、式(1-e)、および式(1-f)におけるa環、b環、c環、a11環、b11環、c11環、a13環、b13環、およびc13環)であるアリール環、ヘテロアリール環、または縮合環中のアリール環もしくはヘテロアリール環のいずれか1つ以上がシクロアルカンで縮合された形態があげられる。この形態の縮合環の例としては、テトラリン環またはテトラヒドロナフトチオフェン環があげられる。
シクロアルカン縮合の他の形態としては、式(1)で表される構造単位の1つまたは2つ以上からなる構造を有する多環芳香族化合物、または式(1-a)、式(1-b)、式(1-c)、式(1-d)、式(1-e)、もしくは式(1-f)で表される多環芳香族化合物が、シクロアルカンで縮合されたアリールまたはシクロアルカンで縮合されたヘテロアリールを置換基として、または置換基の一部として有する形態があげられる。例えば、X~Xのいずれかとしての>N-RにおけるRが、シクロアルカンで縮合されたアリールまたはシクロアルカンで縮合されたヘテロアリールである形態があげられる。そのほか、シクロアルカンで縮合されたジアリールアミノ(このアリール部分へ縮合)、シクロアルカンで縮合されたアリールヘテロアリールアミノ(このアリール部分および/またはヘテロアリール部分へ縮合)、シクロアルカンで縮合されたジアリールアミノ(このヘテロアリール部分へ縮合)シクロアルカンで縮合されたカルバゾリル(このベンゼン環部分へ縮合)またはシクロアルカンで縮合されたベンゾカルバゾリル(このベンゼン環部分へ縮合)、またそのほかの置換基としてのシクロアルカンで縮合されたアリール、またはシクロアルカンで縮合されたヘテロアリール、または置換基の部分構造(例えばアリールオキシのアリールの部分など)としてシクロアルカンで縮合されたアリール、またはシクロアルカンで縮合されたヘテロアリールを有する例があげられる。「ジアリールアミノ」については上記「第1の置換基」として説明した基があげられる。
また、さらに具体的な例としては、式(1-a)、式(1-b)、式(1-c)、式(1-d)、式(1-e)、および式(1-f)で表される多環芳香族化合物におけるa環においてYのパラ位にあるRが、シクロアルカンで縮合されたジアリールアミノ(このアリール部分へ縮合)またはシクロアルカンで縮合されたカルバゾリル(このベンゼン環部分へ縮合)である例があげられる。
式(1)で表される構造単位の1つまたは2つ以上からなる構造中の水素は、その全てまたは一部が重水素、シアノ、またはハロゲンであってもよい。後述の式(1-a)、式(1-b)、式(1-c)、式(1-d)、式(1-e)、または式(1-f)で表される多環芳香族化合物も同様であり、この後の説明は式(1-a)、式(1-b)、式(1-c)、式(1-d)、式(1-e)、または式(1-f)で表される多環芳香族化合物にも同様に当てはまる。
例えば、式(1)で表される構造単位の1つまたは2つ以上からなる構造においては、A環、B環、C環(A~C環はアリール環またはヘテロアリール環)、A~C環への置換基、YがSi-RまたはGe-RであるときのR(Rは、アルキル、シクロアルキル、またはアリール)、ならびに、XおよびXが>N-R、>C(-R)、または>Si(-R)であるときのR(Rは、アルキル、シクロアルキル、またはアリール)における水素が重水素、シアノまたはハロゲンで置換されうるが、これらの中でもアリールやヘテロアリールにおける全てまたは一部の水素が重水素、シアノ、またはハロゲンで置換された態様があげられる。ハロゲンは、フッ素、塩素、臭素またはヨウ素であり、好ましくはフッ素、塩素、または臭素、より好ましくはフッ素または塩素であり、フッ素がさらに好ましい。また耐久性の観点から、は式(1)で表される構造単位の1つまたは2つ以上からなる構造中の水素は、その全てまたは一部が重水素されていることも好ましいが、芳香族環に直接結合する水素がすべて重水素化された態様、またはすべての水素が重水素化された態様がより好ましく、芳香族環に直接結合する水素がすべて重水素化された態様が最も好ましい。
式(1)で表される構造単位の1つまたは2つ以上からなる構造を有する多環芳香族化合物の好ましい例として、下記式(1-a)、式(1-b)、式(1-c)、式(1-d)、式(1-e)、または式(1-f)のいずれかで表される多環芳香族化合物があげられる。なお、式(1-a)、式(1-b)、式(1-c)、式(1-d)、式(1-e)、および式(1-f)における置換基や含まれる環の構造、好ましい範囲については、対応する式(1)の各説明を参照できる。
Figure 2022032966000037
式(1-a)、式(1-b)、式(1-c)、式(1-d)、式(1-e)および式(1-f)中、Y、XおよびXは、式(1)におけるY、XおよびXとそれぞれ同義であり、好ましい範囲も同一である。また、式(1-a)、式(1-b)、式(1-c)、式(1-d)、式(1-e)および式(1-f)におけるXおよびXは式(Het)におけるXおよびXとそれぞれ同義であり、好ましい範囲も同一である。さらに式(1-d)および式(1-e)におけるXおよびXは式(Het)におけるXおよびXとそれぞれ同義であり、好ましい範囲も同一である。
ここで、式(1)におけるXおよびXについての「前記>N-R、>Si(-R)および>C(-R)の少なくとも1つにおけるRは連結基または単結合によりA環および/もしくはB環、またはA環および/もしくはC環と結合している」との規定は、式(1-a)、式(1-b)、式(1-c)、式(1-d)、式(1-e)、および式(1-f)では「前記>N-R、>Si(-R)および>C(-R)の少なくとも1つにおけるRは、-O-、-S-、-C(-R)-または単結合により、C-RであるZにおけるRの1つまたは2つと結合している」との規定に対応する。具体的には、上記Rは、以下に示す各環中の空間的に最も近いC-RであるZに結合していてもよい。
式(1-a):X中のRはa環、X中のRはa環および/またはc環。
式(1-b):X中のRはa環および/またはb11環、X中のRはa環および/またはc環。
式(1-c):X中のRはa環および/またはb11環、X中のRはa環および/またはc環。
式(1-d):X中のRはa環および/またはb11環、X中のRはa環および/またはc11環。
式(1-e):X中のRはa環、X中のRはa環。
式(1-f):X中のRはa11環および/またはb環、X中のRはc環。
式(1-a)、式(1-b)、式(1-c)、式(1-d)、式(1-e)、および式(1-f)中、Zはそれぞれ独立してNまたはC-Rであり、前記C-RのRとしては上述の式(Het)中のRの説明を参照できる。ZはいずれもC-Rである形態が好ましい。各式中の複数のRは同一であっても異なっていてもよい。
さらに、Z=Zはそれぞれ独立して>O、>N-R、>C(-R)、>Si(-R) >S、または>Seであってもよい。これらのうち、>O、>N-R、>C(-R)、または>Sが好ましい。前記>N-R、前記>C(-R)および前記>Si(-R)のRはそれぞれ独立して水素、置換もしくは無置換のアリール、置換もしくは無置換のヘテロアリール、置換もしくは無置換のアルキル、または置換もしくは無置換のシクロアルキルであり、前記>C(-R)および前記>Si(-R)の2つのRは互いに結合して環を形成してもよい。例えば、1つのZ=Zが>N-R、>O、>Sであるとき、式(Het)中の1つの環(単環)について上記したものと同様にピロール環、フラン環、チオフェン環が形成される。残りのZが隣接し、いずれもC-Rである場合には、これらがRが結合してベンゼン環を形成すると式(Het)中の1つの環(単環)について上記したものと同様にインドール環、ベンゾフラン環、またはベンゾチオフェン環が形成される。
式(1-a)、式(1-b)、式(1-c)、式(1-d)、式(1-e)および式(1-f)のそれぞれにおいて、NであるZを含む環(単環)は0~4個であり、0~3個であることが好ましく、0~2個であることがより好ましく、0~1個であることが特に好ましい。式(1-a)、式(1-b)、式(1-c)、式(1-d)および式(1-e)それぞれにおいて、Zは全てC-Rであることも好ましい。
式(1-a)、式(1-b)、式(1-c)、式(1-d)、式(1-e)および式(1-f)中、NであるZを含む環(単環)においては、複数のZのうち1つまたは2つがNであることが好ましく、2つがNであるとき、2つのNは互いに隣接していないことが好ましい。6員環がNであるZを含む環であるときは、ピリジン環、ピリミジン環、ピリダジン環、または1,2,3-トリアジン環が好ましく、ピリジン環またはピリミジン環がより好ましい。5員環がNであるZを含む環であるときは、チアゾール環、オキサゾール環が好ましい。
式(1-a)、式(1-b)、式(1-c)、式(1-d)、式(1-e)および式(1-f)中、式(1-a)、式(1-b)、式(1-c)または式(1-d)が好ましく、式(1-a)、式(1-b)または式(1-c)がより好ましく、式(1-b)が最も好ましい。
式(1-a)、式(1-b)、式(1-c)、式(1-d)および式(1-e)中、a11環、a13環、b環、b11環、b13環、c11環およびc13環それぞれにおけるZは、いずれもC-Rであることが好ましい。またc環においては、ZはいずれもC-Rであるか、または1つのZ=Zが>O、>N-R、>C(-R)、>Si(-R) >S、または>Seであり(その態様および好ましい例に関しては明細書中の記載が参照できる)、かつ残りのZはC-Rであり、Rが互いに結合してアリール環(好ましくはベンゼン環)またはヘテロアリール環を形成していることが好ましく、c環がベンゼン環であるか、ベンゾチオフェン環、ベンゾフラン環、インドール環、インデン環であることがより好ましく、ベンゼン環またはベンゾチオフェン環であることが最も好ましい。
式(1-b)で表される多環芳香族化合物としては以下の式(1-b―Z)または式(1-b―T)で表される多環芳香族化合物が特に好ましい。
Figure 2022032966000038
式(1-b―Z)および式(1-b―T)中、
X1およびRX2は、それぞれ独立して置換もしくは無置換のアリール、置換もしくは無置換のヘテロアリール、置換もしくは無置換のアルキル、または置換もしくは無置換のシクロアルキルであり、RX1は連結基または単結合によりRX1が結合するNが直接結合しているいずれかの環と結合していてもよく、RX2は連結基または単結合によりRX1およびRX2が結合するNが直接結合しているいずれかの環と結合していてもよく、X13はそれぞれ独立して>O、>N-R、または>C(-R)であり、前記>N-RのRは、置換もしくは無置換のアリールまたは置換もしくは無置換のヘテロアリールであり、前記>C(-R)のRはそれぞれ独立して無置換のアルキルであり、2つのRは互いに結合してシクロアルカン環を形成してもよく、
X4はそれぞれ独立して無置換のアルキルであり、2つのRX4は互いに結合してシクロアルカン環を形成していてもよく、
Z1はそれぞれ独立して無置換のアルキルであり、
Z2はそれぞれ独立して無置換のアルキルであり、mは0~2の整数であり、RZ3はそれぞれ独立して無置換のアルキルであり、nは0~2の整数であり、式(1-b―Z)または式(1-b―T)で表される構造におけるアリール環またはヘテロアリール環の少なくとも1つは、隣接する炭素原子に下記式(B)で表される部分構造が結合した構造となっていてもよく、
Figure 2022032966000039
式(B)中、Meはメチルを示し、*は結合位置を示し、
式(1-b―Z)または式(1-b―T)で表される構造における少なくとも1つの水素はシアノ、ハロゲン、または重水素で置換されていてもよい。
式(1-b―Z)および式(1-b―T)において、RX1およびRX2はいずれも置換もしくは無置換のアリール、または置換もしくは無置換のヘテロアリールであるか、またはN-RX1またはN-RX2として式(A11)で表される構造を形成していることが好ましい。RX1およびRX2の好ましい範囲については、上述の式(1)におけるXまたはXである>N-RにおけるRの好ましい範囲の記載を参照することができる。
13である>N-RのRはアルキルもしくはアリールで置換されていてもよいアリール、またはアルキルもしくはアリールで置換されていてもよいヘテロアリールであることが好ましく、炭素数1~6のアルキル(好ましくはt-ブチル)で置換されていてもよいフェニルであることがより好ましい。
13である>C(-R)のRはいずれもメチルであることが好ましい。
X4はいずれもメチルであることが好ましい。
Z1はそれぞれ独立して炭素数1~6のアルキルであることが好ましく、メチルまたはt-ブチルであることがより好ましい。RZ2はそれぞれ独立して炭素数1~6アルキルであることが好ましく、メチルまたはt-ブチルであることがより好ましい。mは0または1であることが好ましい。RZ3はそれぞれ独立して炭素数1~6アルキルであることが好ましく、メチルまたはt-ブチルであることがより好ましい。nは0または1であることが好ましい。nが1であるとき、RZ3はX13に対してパラ位にあることが好ましい。
また、式(1-b―Z)および式(1-b―T)それぞれで表される構造において、アリール環またはヘテロアリール環の0~2個が、当該環中で隣接する炭素原子に式(B)で表される部分構造が結合した構造となっていることが好ましい。式(1-b―Z)および式(1-b―T)それぞれで表される構造が式(B)で表される部分構造を含むとき、部分構式(B)で表される部分構造が結合している環は、RZ2が結合しているベンゼン環またはRX1もしくはRX2におけるアリール環のいずれかであることが好ましい。
本発明の式(1)で表される多環芳香族化合物の更なる具体例としては、以下の化合物があげられる。下記構造式において、「Me」はメチル、「tBu」はt-ブチル、「tAm」はt-アミル、「D」は重水素を表す。なお、下記構造は一例である。
Figure 2022032966000040
Figure 2022032966000041
Figure 2022032966000042
Figure 2022032966000043
Figure 2022032966000044
Figure 2022032966000045
Figure 2022032966000046
Figure 2022032966000047
Figure 2022032966000048
Figure 2022032966000049
Figure 2022032966000050
Figure 2022032966000051
Figure 2022032966000052
Figure 2022032966000053
Figure 2022032966000054
Figure 2022032966000055
Figure 2022032966000056
Figure 2022032966000057
Figure 2022032966000058
Figure 2022032966000059
Figure 2022032966000060
Figure 2022032966000061
Figure 2022032966000062
Figure 2022032966000063
Figure 2022032966000064
Figure 2022032966000065
Figure 2022032966000066
Figure 2022032966000067
Figure 2022032966000068
Figure 2022032966000069
本発明の多環芳香族化合物は置換基の種類等によって、エネンチオマーまたはジアステレオマーが存在し得るが、記載されている構造式にかかわらず、いずれの純粋な形態の任意の立体異性体、立体異性体の任意の混合物、ラセミ体などは、いずれも本発明の範囲に包含されるものとする。
式(1)で表される構造単位の1つまたは2つ以上からなる構造を有する多環芳香族化合物は、これらに反応性置換基が置換した反応性化合物をモノマーとして高分子化させた高分子化合物(この高分子化合物を得るための前記モノマーは重合性置換基を有する)、もしくは当該高分子化合物をさらに架橋させた高分子架橋体(この高分子架橋体を得るための前記高分子化合物は架橋性置換基を有する)、または、主鎖型高分子と前記反応性化合物とを反応させたペンダント型高分子化合物(このペンダント型高分子化合物を得るための前記反応性化合物は反応性置換基を有する)、もしくは当該ペンダント型高分子化合物をさらに架橋させたペンダント型高分子架橋体(このペンダント型高分子架橋体を得るための前記ペンダント型高分子化合物は架橋性置換基を有する)としても、有機デバイス用材料、例えば、有機電界発光素子用材料、有機電界効果トランジスタ用材料または有機薄膜太陽電池用材料に用いることができる。
上述した反応性置換基(前記重合性置換基、前記架橋性置換基、および、ペンダント型高分子を得るための反応性置換基を含み、以下、単に「反応性置換基」とも言う)としては、上記多環芳香族化合物を高分子量化できる置換基、そのようにして得られた高分子化合物をさらに架橋化できる置換基、また、主鎖型高分子にペンダント反応し得る置換基であれば特に限定されないが、アルケニル、アルキニル、シクロアルキルの不飽和体(例えばシクロブテニル)、シクロアルキルにおける少なくとも1つの-CH-が-O-で置換された基(例えばエポキシ)、縮合したシクロアルカンの不飽和体(例えば縮合したシクロブテン)などがあげられ、以下の構造の置換基が好ましい。各構造式中の*は結合位置を示す。
Figure 2022032966000070
Lは、それぞれ独立して、単結合、-O-、-S-、>C=O、-O-C(=O)-、炭素数1~12のアルキレン、炭素数1~12のオキシアルキレンおよび炭素数1~12のポリオキシアルキレンである。上記置換基の中でも、式(XLS-1)、式(XLS-2)、式(XLS-3)、式(XLS-9)、式(XLS-10)または式(XLS-17)で表される基が好ましく、式(XLS-1)、式(XLS-3)または式(XLS-17)で表される基がより好ましい。
このような高分子化合物、高分子架橋体、ペンダント型高分子化合物およびペンダント型高分子架橋体(以下、単に「高分子化合物および高分子架橋体」とも言う)の用途の詳細については後述する。
多環芳香族化合物の製造方法
式(1)で表される構造単位の1つまたは2つ以上からなる構造を有する多環芳香族化合物または式(1-a)、式(1-b)、式(1-c)、式(1-d)、式(1-e)、もしくは式(1-f)で表される多環芳香族化合物は、基本的には、まずA環(a環)とB環(b環)およびC環(c環)とを結合基(XやXを含む基)で結合させることで中間体を製造し(第1反応)、その後に、A環(a環)、B環(b環)およびC環(c環)を結合基(Yを含む基)で結合させることで最終生成物を製造することができる(第2反応)。第1反応では、例えばエーテル化反応であれば、求核置換反応、ウルマン反応といった一般的反応が利用でき、アミノ化反応で有ればブッフバルト-ハートウィッグ反応といった一般的反応が利用できる。また、第2反応では、タンデムヘテロフリーデルクラフツ反応(連続的な芳香族求電子置換反応、以下同様)が利用できる。反応工程のどこかで、所望の縮合環を有する原料を用いたり、環を縮合する工程を追加したりすることで、A環、B環およびC環からなる群より選択される少なくとも1つの環が式(Het)で表される環である化合物を製造することができる。
中間体-1を経由する製造方法
本発明の多環芳香族化合物は以下の工程を含む製造方法で製造することができる。以下各工程については、国際公開第2015/102118号の記載を参照することができる。
上記製造方法は、有機アルカリ化合物を用いて下記中間体-1におけるXとXの間のハロゲン原子(Hal)をメタル化する反応工程と、Yのハロゲン化物、Yのアミノ化ハロゲン化物、Yのアルコキシ化物およびYのアリールオキシ化物からなる群から選択される試薬を用いて前記メタルとYとを交換する反応工程と、ブレンステッド塩基を用いて連続的な芳香族求電子置換反応により前記YでB環とC環とを結合する反応工程とを含む。
Figure 2022032966000071
中間体-2を経由する製造方法
本発明の多環芳香族化合物は下記中間体-2に酸を作用させる反応工程を含む、製造方法で製造されることも好ましい。詳細については、特開2018-76281号公報等の記載を参照することができる。
Figure 2022032966000072
(中間体-2において、Zは、エステル化されていてもよい-B(OH)である。)
中間体-2におけるZは、エステル化されていてもよい-B(OH)である。好ましいYは-B(OH)がエステル化された基である。
-B(OH)がエステル化された基(-B(OR))としては特に限定されず、例えば、ジオールを含むアルコールやカルボン酸とボロン酸との反応で得られるような基があげられる。-B(OR)のRとしては置換されていてもよい炭素数1~4のアルキル(炭素数3~4の分岐鎖アルキル)があげられ、R同士が結合して環を形成していてもよく、また形成された環にベンゼンなどの芳香族環が含まれていてもよい。具体的には以下の構造の基があげられる。以下構造において、「Me」はメチル、「Et」はエチル、「iPr」はイソプロピル、*は結合位置を表す。
Figure 2022032966000073
中間体-2等のボロン酸またはボロン酸エステルの製造方法詳細については、特開2018-76281号公報を参照することができる。
2.有機デバイス
本発明の多環芳香族化合物は、有機デバイス用材料として用いることができる。有機デバイスとしては、例えば、有機電界発光素子、有機電界効果トランジスタまたは有機薄膜太陽電池などがあげられる。
2-1.有機電界発光素子
2-1-1.有機電界発光素子の構造
図1は、有機EL素子の一例を示す概略断面図である。
図1に示された有機EL素子100は、基板101と、基板101上に設けられた陽極102と、陽極102の上に設けられた正孔注入層103と、正孔注入層103の上に設けられた正孔輸送層104と、正孔輸送層104の上に設けられた発光層105と、発光層105の上に設けられた電子輸送層106と、電子輸送層106の上に設けられた電子注入層107と、電子注入層107の上に設けられた陰極108とを有する。
なお、有機EL素子100は、作製順序を逆にして、例えば、基板101と、基板101上に設けられた陰極108と、陰極108の上に設けられた電子注入層107と、電子注入層107の上に設けられた電子輸送層106と、電子輸送層106の上に設けられた発光層105と、発光層105の上に設けられた正孔輸送層104と、正孔輸送層104の上に設けられた正孔注入層103と、正孔注入層103の上に設けられた陽極102とを有する構成としてもよい。
上記各層すべてがなくてはならないわけではなく、最小構成単位を陽極102と発光層105と陰極108とからなる構成として、正孔注入層103、正孔輸送層104、電子輸送層106、電子注入層107は任意に設けられる層である。また、上記各層は、それぞれ単一層からなってもよいし、複数層からなってもよい。
有機EL素子を構成する層の態様としては、上述する「基板/陽極/正孔注入層/正孔輸送層/発光層/電子輸送層/電子注入層/陰極」の構成態様の他に、「基板/陽極/正孔輸送層/発光層/電子輸送層/電子注入層/陰極」、「基板/陽極/正孔注入層/発光層/電子輸送層/電子注入層/陰極」、「基板/陽極/正孔注入層/正孔輸送層/発光層/電子注入層/陰極」、「基板/陽極/正孔注入層/正孔輸送層/発光層/電子輸送層/陰極」、「基板/陽極/発光層/電子輸送層/電子注入層/陰極」、「基板/陽極/正孔輸送層/発光層/電子注入層/陰極」、「基板/陽極/正孔輸送層/発光層/電子輸送層/陰極」、「基板/陽極/正孔注入層/発光層/電子注入層/陰極」、「基板/陽極/正孔注入層/発光層/電子輸送層/陰極」、「基板/陽極/発光層/電子輸送層/陰極」、「基板/陽極/発光層/電子注入層/陰極」の構成態様であってもよい。
2-1-2.有機電界発光素子における発光層
本発明の多環芳香族化合物は、有機電界発光素子における、いずれか1つ以上の有機層を形成する材料として用いられることが好ましく、発光層を形成する材料として用いられることがより好ましい。
発光層105は、電界を与えられた電極間において、陽極102から注入された正孔と、陰極108から注入された電子とを再結合させることにより発光する層である。発光層105を形成する材料としては、正孔と電子との再結合によって励起されて発光する化合物(発光性化合物)であればよく、安定な薄膜形状を形成することができ、かつ、固体状態で強い発光(蛍光)効率を示す化合物であることが好ましい。
本発明の多環芳香族化合物は、発光層用の材料として用いることができ、ドーパント材料として用いてもよく、ホスト材料とを用いてもよい。
本発明の多環芳香族化合物は発光層用の材料であることが好ましく、ドーパント材料であることがより好ましい。
なお、ドーパントとしては、アシスティングドーパントとエミッティングドーパントとを併用して用いる例があるが、本明細書において、単に、「ドーパント」と記載した場合には、単独で用いる発光ドーパントのことを指す。
発光層は単一層でも複数層からなってもどちらでもよく、それぞれ発光層用材料(ホスト材料、ドーパント材料)により形成される。ホスト材料とドーパント材料は、それぞれ一種類であっても、複数の組み合わせであっても、いずれでもよい。ドーパント材料はホスト材料の全体に含まれていても、部分的に含まれていても、いずれであってもよい。ドーピング方法としては、ホスト材料との共蒸着法によって形成することができるが、ホスト材料と予め混合してから同時に蒸着してもよい。また複数のホスト材料をあらかじめ混合して、ドーパント材料と共蒸着をする形態も好ましい。ドーパントを複数の組み合わせにする場合の本発明の化合物と組み合わせるドーパントの具体例を下記に示す。下記構造式において、「Me」はメチル、「tBu」はt-ブチル、「D」は重水素を表す。
Figure 2022032966000074
Figure 2022032966000075
Figure 2022032966000076
Figure 2022032966000077
Figure 2022032966000078
ホスト材料の使用量はホスト材料の種類によって異なり、そのホスト材料の特性に合わせて決めればよい。ホスト材料の使用量の目安は、好ましくは発光層用材料全体の50~99.999質量%であり、より好ましくは80~99.95質量%であり、さらに好ましくは90~99.9質量%である。
ドーパント材料の使用量はドーパント材料の種類によって異なり、そのドーパント材料の特性に合わせて決めればよい。ドーパントの使用量の目安は、好ましくは発光層用材料全体の0.001~50質量%であり、より好ましくは0.05~20質量%であり、さらに好ましくは0.1~10質量%である。上記の範囲であれば、例えば、濃度消光現象を防止できるという点で好ましい。
ホスト材料
ホスト材料としては、以前から発光体として知られていたアントラセン、ピレン、ジベンゾクリセンまたはフルオレンなどの縮合環誘導体、ビススチリルアントラセン誘導体やジスチリルベンゼン誘導体などのビススチリル誘導体、テトラフェニルブタジエン誘導体、シクロペンタジエン誘導体、フルオレン誘導体、ベンゾフルオレン誘導体、ジベンゾクリセン系化合物などがあげられる。
また、ホスト材料としては、例えば、下記式(H1)、(H2)および(H3)のいずれかで表される化合物を用いることができる。
Figure 2022032966000079
式(H1)、(H2)および(H3)中、Lは炭素数6~24のアリーレン、炭素数2~24のヘテロアリーレン、炭素数6~24のヘテロアリーレンアリーレンおよび炭素数6~24のアリーレンヘテロアリーレンアリーレンであり、炭素数6~16のアリーレンが好ましく、炭素数6~12のアリーレンがより好ましく、炭素数6~10のアリーレンが特に好ましく、具体的には、ベンゼン環、ビフェニル環、テルフェニル環およびフルオレン環などの二価の基があげられる。ヘテロアリーレンとしては、炭素数2~24のヘテロアリーレンが好ましく、炭素数2~20のヘテロアリーレンがより好ましく、炭素数2~15のヘテロアリーレンがさらに好ましく、炭素数2~10のヘテロアリーレンが特に好ましく、具体的には、ピロール環、オキサゾール環、イソオキサゾール環、チアゾール環、イソチアゾール環、イミダゾール環、オキサジアゾール環、チアジアゾール環、トリアゾール環、テトラゾール環、ピラゾール環、ピリジン環、ピリミジン環、ピリダジン環、ピラジン環、トリアジン環、インドール環、イソインドール環、1H-インダゾール環、ベンゾイミダゾール環、ベンゾオキサゾール環、ベンゾチアゾール環、1H-ベンゾトリアゾール環、キノリン環、イソキノリン環、シンノリン環、キナゾリン環、キノキサリン環、フタラジン環、ナフチリジン環、プリン環、プテリジン環、カルバゾール環、アクリジン環、フェノキサチイン環、フェノキサジン環、フェノチアジン環、フェナジン環、インドリジン環、フラン環、ベンゾフラン環、イソベンゾフラン環、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、フラザン環、オキサジアゾール環およびチアントレン環などの二価の基があげられる。
上記各式で表される化合物における少なくとも1つの水素は、炭素数1~6のアルキル、シアノ、ハロゲンまたは重水素で置換されていてもよい。
好ましい具体例としては、以下に列挙したいずれかの構造式で表される化合物があげられる。なお、以下に列挙した構造式においては、少なくとも1つの水素が、ハロゲン、シアノ、炭素数1~4のアルキル(例えばメチルやt-ブチル)、フェニルまたはナフチルなどで置換されていてもよい。
Figure 2022032966000080
Figure 2022032966000081
Figure 2022032966000082
Figure 2022032966000083
<アントラセン系化合物>
ホストとしてのアントラセン系化合物としては、例えば下記式(3-H)で表される化合物および式(3-H2)で表される化合物があげられる。
Figure 2022032966000084
式(3-H)中、
XおよびArは、それぞれ独立して、水素、置換されていてもよいアリール、置換されていてもよいヘテロアリール、置換されていてもよいジアリールアミノ、置換されていてもよいジヘテロアリールアミノ、置換されていてもよいアリールヘテロアリールアミノ、置換されていてもよいアルキル、置換されていてもよいシクロアルキル、置換されていてもよいアルケニル、置換されていてもよいアルコキシ、置換されていてもよいアリールオキシ、置換されていてもよいアリールチオまたは置換されていてもよいシリルであり、全てのXおよびArは同時に水素になることはなく、
式(3-H)で表される化合物における少なくとも1つの水素はハロゲン、シアノ、重水素または置換されていてもよいヘテロアリールで置換されていてもよい。
また、式(3-H)で表される構造を単位構造として多量体(好ましくは二量体)を形成してもよい。この場合、例えば式(3-H)で表される単位構造同士がXを介して結合する形態があげられ、このXとしては単結合、アリーレン(フェニレン、ビフェニレンおよびナフチレン等)およびヘテロアリーレン(ピリジン環、ジベンゾフラン環、ジベンゾチオフェン環、カルバゾール環、ベンゾカルバゾール環およびフェニル置換カルバゾール環などが二価の結合価を有する基)等があげられる。
式(3-H)で表される化合物における各基の詳細は、上記の式(1)における説明を引用することができ、さらに以下の好ましい態様の欄で説明する。
上記アントラセン系化合物の好ましい態様を以下に説明する。下記構造における符号の定義は上述する定義と同じである。
Figure 2022032966000085
式(3-H)では、Xはそれぞれ独立して式(3-X1)、式(3-X2)または式(3-X3)で表される基であり、式(3-X1)、式(3-X2)または式(3-X3)で表される基は*において式(3-H)のアントラセン環と結合する。好ましくは、2つのXが同時に式(3-X3)で表される基になることはない。より好ましくは2つのXが同時に式(3-X2)で表される基になることもない。
また、式(3-H)で表される構造を単位構造として多量体(好ましくは二量体)を形成してもよい。この場合、例えば式(3-H)で表される単位構造同士がXを介して結合する形態があげられ、このXとしては単結合、アリーレン(フェニレン、ビフェニレンおよびナフチレン等)およびヘテロアリーレン(ピリジン環、ジベンゾフラン環、ジベンゾチオフェン環、カルバゾール環、ベンゾカルバゾール環およびフェニル置換カルバゾール環などが二価の結合価を有する基)等があげられる。
式(3-X1)および式(3-X2)におけるナフチレン部位は1つのベンゼン環で縮合されていてもよい。このようにして縮合した構造は以下のとおりである。
Figure 2022032966000086
ArおよびArは、それぞれ独立して、水素、フェニル、ビフェニリル、テルフェニリル、クアテルフェニリル、ナフチル、フェナントリル、フルオレニル、ベンゾフルオレニル、クリセニル、トリフェニレニル、ピレニリル、または、後述の式(A)で表される基(カルバゾリル、ベンゾカルバゾリルおよびフェニル置換カルバゾリルも含む)である。なお、ArまたはArが後述の式(A)で表される基である場合は、式(A)で表される基はその*において式(3-X1)または式(3-X2)中のナフタレン環と結合する。
Arは、フェニル、ビフェニリル、テルフェニリル、クアテルフェニリル、ナフチル、フェナントリル、フルオレニル、ベンゾフルオレニル、クリセニル、トリフェニレニル、ピレニリル、または、式(A)で表される基(カルバゾリル、ベンゾカルバゾリルおよびフェニル置換カルバゾリルも含む)である。なお、Arが式(A)で表される基である場合は、式(A)で表される基はその*において式(3-X3)中の直線で表される単結合と結合する。すなわち、式(3-H)のアントラセン環と式(A)で表される基が直接結合する。
また、Arは置換基を有していてもよく、Arにおける少なくとも1つの水素はさらに炭素数1~4のアルキル、炭素数5~10のシクロアルキル、フェニル、ビフェニリル、テルフェニリル、ナフチル、フェナントリル、フルオレニル、クリセニル、トリフェニレニル、ピレニリル、または、式(A)で表される基(カルバゾリルおよびフェニル置換カルバゾリルも含む)で置換されていてもよい。なお、Arが有する置換基が式(A)で表される基である場合は、式(A)で表される基はその*において式(3-X3)中のArと結合する。
Arは、それぞれ独立して、水素、フェニル、ビフェニリル、テルフェニリル、ナフチル、または炭素数1~4のアルキル(メチル、エチル、t-ブチルなど)および/もしくは炭素数5~10のシクロアルキルで置換されているシリルである。
シリルに置換する炭素数1~4のアルキルは、メチル、エチル、プロピル、i-プロピル、ブチル、sec-ブチル、t-ブチル、シクロブチルなどがあげられ、シリルにおける3つの水素が、それぞれ独立して、これらのアルキルで置換されている。
具体的な「炭素数1~4のアルキルで置換されているシリル」としては、トリメチルシリル、トリエチルシリル、トリプロピルシリル、トリi-プロピルシリル、トリブチルシリル、トリsec-ブチルシリル、トリt-ブチルシリル、エチルジメチルシリル、プロピルジメチルシリル、i-プロピルジメチルシリル、ブチルジメチルシリル、sec-ブチルジメチルシリル、t-ブチルジメチルシリル、メチルジエチルシリル、プロピルジエチルシリル、i-プロピルジエチルシリル、ブチルジエチルシリル、sec-ブチルジエチルシリル、t-ブチルジエチルシリル、メチルジプロピルシリル、エチルジプロピルシリル、ブチルジプロピルシリル、sec-ブチルジプロピルシリル、t-ブチルジプロピルシリル、メチルジi-プロピルシリル、エチルジi-プロピルシリル、ブチルジi-プロピルシリル、sec-ブチルジi-プロピルシリル、t-ブチルジi-プロピルシリルなどがあげられる。
シリルに置換する炭素数5~10のシクロアルキルは、シクロペンチル、シクロヘキシル、シクロヘプチル、シクロオクチル、シクロノニル、シクロデシル、ビシクロ[1.1.1]ペンチル、ビシクロ[2.1.0]ペンチル、ビシクロ[2.1.1]ヘキシル、ビシクロ[3.1.0]ヘキシル、ビシクロ[2.2.1]ヘプチル(ノルボルニル)、ビシクロ[2.2.2]オクチル、アダマンチル、デカヒドロナフタレニル、デカヒドロアズレニルなどがあげられ、シリルにおける3つの水素が、それぞれ独立して、これらのシクロアルキルで置換されている。
具体的な「炭素数5~10のシクロアルキルで置換されているシリル」としては、トリシクロペンチルシリル、トリシクロヘキシルシリルなどがあげられる。
置換されているシリルとしては、2つのアルキルと1つのシクロアルキルが置換したジアルキルシクロアルキルシリルと、1つのアルキルと2つのシクロアルキルが置換したアルキルジシクロアルキルシリルもあり、置換するアルキルおよびシクロアルキルの具体例としては上述した基があげられる。
また、式(3-H)で表されるアントラセン系化合物の化学構造中の水素は式(A)で表される基で置換されていてもよい。式(A)で表される基で置換される場合は、式(A)で表される基はその*において式(3-H)で表される化合物における少なくとも1つの水素と置換する。
式(A)で表される基は、式(3-H)で表されるアントラセン系化合物および後述の式(3-H2)で表されるアントラセン系化合物が有しうる置換基の1つである。
Figure 2022032966000087
式(A)中、Yは-O-、-S-または>N-R29であり、R21~R28はそれぞれ独立して水素、置換されていてもよいアルキル、置換されていてもよいシクロアルキル、置換されていてもよいアリール、置換されていてもよいヘテロアリール、置換されていてもよいアルコキシ、置換されていてもよいアリールオキシ、置換されていてもよいアリールチオ、トリアルキルシリル、トリシクロアルキルシリル、ジアルキルシクロアルキルシリル、アルキルジシクロアルキルシリル、置換されていてもよいアミノ、ハロゲン、ヒドロキシまたはシアノであり、R21~R28のうち隣接する基は互いに結合して炭化水素環、アリール環またはヘテロアリール環を形成していてもよく、R29は水素または置換されていてもよいアリールである。
式(A)中のYは-O-であることが好ましい。
21~R28における「置換されていてもよいアルキル」の「アルキル」としては、直鎖および分岐鎖のいずれでもよく、例えば、炭素数1~24の直鎖アルキルまたは炭素数3~24の分岐鎖アルキルがあげられる。炭素数1~18のアルキル(炭素数3~18の分岐鎖アルキル)が好ましく、炭素数1~12のアルキル(炭素数3~12の分岐鎖アルキル)がより好ましく、炭素数1~6のアルキル(炭素数3~6の分岐鎖アルキル)がさらに好ましく、炭素数1~4のアルキル(炭素数3~4の分岐鎖アルキル)が特に好ましい。
具体的な「アルキル」としては、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、s-ブチル、t-ブチル、n-ペンチル、イソペンチル、ネオペンチル、t-ペンチル、n-ヘキシル、1-メチルペンチル、4-メチル-2-ペンチル、3,3-ジメチルブチル、2-エチルブチル、n-ヘプチル、1-メチルヘキシル、n-オクチル、t-オクチル、1-メチルヘプチル、2-エチルヘキシル、2-プロピルペンチル、n-ノニル、2,2-ジメチルヘプチル、2,6-ジメチル-4-ヘプチル、3,5,5-トリメチルヘキシル、n-デシル、n-ウンデシル、1-メチルデシル、n-ドデシル、n-トリデシル、1-ヘキシルヘプチル、n-テトラデシル、n-ペンタデシル、n-ヘキサデシル、n-ヘプタデシル、n-オクタデシル、n-エイコシルなどがあげられる。
21~R28における「置換されていてもよいシクロアルキル」の「シクロアルキル」としては、炭素数3~24のシクロアルキル、炭素数3~20のシクロアルキル、炭素数3~16のシクロアルキル、炭素数3~14のシクロアルキル、炭素数5~10のシクロアルキル、炭素数5~8のシクロアルキル、炭素数5~6のシクロアルキル、炭素数5のシクロアルキルなどがあげられる。
具体的な「シクロアルキル」としては、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、シクロヘプチル、シクロオクチル、シクロノニル、シクロデシル、およびこれらの炭素数1~4のアルキル(特にメチル)置換体や、ビシクロ[1.1.0]ブチル、ビシクロ[1.1.1]ペンチル、ビシクロ[2.1.0]ペンチル、ビシクロ[2.1.1]ヘキシル、ビシクロ[3.1.0]ヘキシル、ビシクロ[2.2.1]ヘプチル(ノルボルニル)、ビシクロ[2.2.2]オクチル、アダマンチル、ジアマンチル、デカヒドロナフタレニル、デカヒドロアズレニルなどがあげられる。
21~R28における「置換されていてもよいアリール」の「アリール」としては、例えば、炭素数6~30のアリールがあげられ、炭素数6~16のアリールが好ましく、炭素数6~12のアリールがより好ましく、炭素数6~10のアリールが特に好ましい。
具体的な「アリール」としては、単環系であるフェニル、二環系であるビフェニリル、縮合二環系であるナフチル、三環系であるテルフェニリル(m-テルフェニリル、o-テルフェニリル、p-テルフェニリル)、縮合三環系である、アセナフチレニル、フルオレニル、フェナレニル、フェナントレニル、縮合四環系であるトリフェニレニル、ピレニル、ナフタセニル、縮合五環系であるペリレニル、ペンタセニルなどがあげられる。
21~R28における「置換されていてもよいヘテロアリール」の「ヘテロアリール」としては、例えば、炭素数2~30のヘテロアリールがあげられ、炭素数2~25のヘテロアリールが好ましく、炭素数2~20のヘテロアリールがより好ましく、炭素数2~15のヘテロアリールがさらに好ましく、炭素数2~10のヘテロアリールが特に好ましい。また、ヘテロアリールとしては、例えば環構成原子として炭素以外に酸素、硫黄および窒素から選ばれるヘテロ原子を1~5個含有する複素環などがあげられる。
具体的な「ヘテロアリール」としては、例えば、ピロリル、オキサゾリル、イソオキサゾリル、チアゾリル、イソチアゾリル、イミダゾリル、オキサジアゾリル、チアジアゾリル、トリアゾリル、テトラゾリル、ピラゾリル、ピリジル、ピリミジニル、ピリダジニル、ピラジニル、トリアジニル、インドリル、イソインドリル、1H-インダゾリル、ベンゾイミダゾリル、ベンゾオキサゾリル、ベンゾチアゾリル、1H-ベンゾトリアゾリル、キノリル、イソキノリル、シンノリル、キナゾリル、キノキサリニル、フタラジニル、ナフチリジニル、プリニル、プテリジニル、カルバゾリル、アクリジニル、フェノキサチイニル、フェノキサジニル、フェノチアジニル、フェナジニル、インドリジニル、フリル、ベンゾフラニル、イソベンゾフラニル、ジベンゾフラニル、チエニル、ベンゾ[b]チエニル、ジベンゾチエニル、フラザニル、オキサジアゾリル、チアントレニル、ナフトベンゾフラニル、ナフトベンゾチエニルなどがあげられる。
21~R28における「置換されていてもよいアルコキシ」の「アルコキシ」としては、例えば、炭素数1~24の直鎖または炭素数3~24の分岐鎖のアルコキシがあげられる。炭素数1~18のアルコキシ(炭素数3~18の分岐鎖のアルコキシ)が好ましく、炭素数1~12のアルコキシ(炭素数3~12の分岐鎖のアルコキシ)がより好ましく、炭素数1~6のアルコキシ(炭素数3~6の分岐鎖のアルコキシ)がさらに好ましく、炭素数1~4のアルコキシ(炭素数3~4の分岐鎖のアルコキシ)が特に好ましい。
具体的な「アルコキシ」としては、メトキシ、エトキシ、プロポキシ、イソプロポキシ、ブトキシ、イソブトキシ、s-ブトキシ、t-ブトキシ、ペンチルオキシ、ヘキシルオキシ、ヘプチルオキシ、オクチルオキシなどがあげられる。
21~R28における「置換されていてもよいアリールオキシ」の「アリールオキシ」としては、-OH基の水素がアリールで置換された基であり、このアリールは上述したR21~R28における「アリール」として説明した基を引用することができる。
21~R28における「置換されていてもよいアリールチオ」の「アリールチオ」としては、-SH基の水素がアリールで置換された基であり、このアリールは上述したR21~R28における「アリール」として説明した基を引用することができる。
21~R28における「トリアルキルシリル」としては、シリル基における3つの水素がそれぞれ独立してアルキルで置換された基があげられ、このアルキルは上述したR21~R28における「アルキル」として説明した基を引用することができる。置換するのに好ましいアルキルは、炭素数1~4のアルキルであり、具体的にはメチル、エチル、プロピル、i-プロピル、ブチル、sec-ブチル、t-ブチル、シクロブチルなどがあげられる。
具体的な「トリアルキルシリル」としては、トリメチルシリル、トリエチルシリル、トリプロピルシリル、トリi-プロピルシリル、トリブチルシリル、トリsec-ブチルシリル、トリt-ブチルシリル、エチルジメチルシリル、プロピルジメチルシリル、i-プロピルジメチルシリル、ブチルジメチルシリル、sec-ブチルジメチルシリル、t-ブチルジメチルシリル、メチルジエチルシリル、プロピルジエチルシリル、i-プロピルジエチルシリル、ブチルジエチルシリル、sec-ブチルジエチルシリル、t-ブチルジエチルシリル、メチルジプロピルシリル、エチルジプロピルシリル、ブチルジプロピルシリル、sec-ブチルジプロピルシリル、t-ブチルジプロピルシリル、メチルジi-プロピルシリル、エチルジi-プロピルシリル、ブチルジi-プロピルシリル、sec-ブチルジi-プロピルシリル、t-ブチルジi-プロピルシリルなどがあげられる。
21~R28における「トリシクロアルキルシリル」としては、シリル基における3つの水素がそれぞれ独立してシクロアルキルで置換された基があげられ、このシクロアルキルは上述したR21~R28における「シクロアルキル」として説明した基を引用することができる。置換するのに好ましいシクロアルキルは、炭素数5~10のシクロアルキルであり、具体的にはシクロペンチル、シクロヘキシル、シクロヘプチル、シクロオクチル、シクロノニル、シクロデシル、ビシクロ[1.1.1]ペンチル、ビシクロ[2.1.0]ペンチル、ビシクロ[2.1.1]ヘキシル、ビシクロ[3.1.0]ヘキシル、ビシクロ[2.2.1]ヘプチル、ビシクロ[2.2.2]オクチル、アダマンチル、デカヒドロナフタレニル、デカヒドロアズレニルなどがあげられる。
具体的な「トリシクロアルキルシリル」としては、トリシクロペンチルシリル、トリシクロヘキシルシリルなどがあげられる。
2つのアルキルと1つのシクロアルキルが置換したジアルキルシクロアルキルシリルと、1つのアルキルと2つのシクロアルキルが置換したアルキルジシクロアルキルシリルの具体例としては、上述した具体的なアルキルおよびシクロアルキルから選択される基が置換したシリルがあげられる。
21~R28における「置換されていてもよいアミノ」の「置換されたアミノ」としては、例えば2つの水素がアリールやヘテロアリールで置換されたアミノがあげられる。2つの水素がアリールで置換されたアミノがジアリール置換アミノであり、2つの水素がヘテロアリールで置換されたアミノがジヘテロアリール置換アミノであり、2つの水素がアリールとヘテロアリールで置換されたアミノがアリールヘテロアリール置換アミノである。このアリールやヘテロアリールは上述したR21~R28における「アリール」や「ヘテロアリール」として説明した基を引用することができる。
具体的な「置換されたアミノ」としては、ジフェニルアミノ、ジナフチルアミノ、フェニルナフチルアミノ、ジピリジルアミノ、フェニルピリジルアミノ、ナフチルピリジルアミノなどがあげられる。
21~R28における「ハロゲン」としては、フッ素、塩素、臭素、ヨウ素があげられる。
21~R28として説明した基のうち、いくつかは上述するように置換されてもよく、この場合の置換基としてはアルキル、シクロアルキル、アリールまたはヘテロアリールがあげられる。このアルキル、シクロアルキル、アリールまたはヘテロアリールは上述したR21~R28における「アルキル」、「シクロアルキル」、「アリール」または「ヘテロアリール」として説明した基を引用することができる。
Yとしての「>N-R29」におけるR29は水素または置換されていてもよいアリールであり、このアリールとしては上述したR21~R28における「アリール」として説明した基を引用することができ、またその置換基としてはR21~R28に対する置換基として説明した基を引用することができる。
21~R28のうち隣接する基は互いに結合して炭化水素環、アリール環またはヘテロアリール環を形成していてもよい。環を形成しない場合が下記式(A-1)で表される基であり、環を形成した場合としては例えば下記式(A-2)~式(A-14)で表される基があげられる。なお、式(A-1)~式(A-14)のいずれかで表される基における少なくとも1つの水素はアルキル、シクロアルキル、アリール、ヘテロアリール、アルコキシ、アリールオキシ、アリールチオ、トリアルキルシリル、トリシクロアルキルシリル、ジアルキルシクロアルキルシリル、アルキルジシクロアルキルシリル、ジアリール置換アミノ、ジヘテロアリール置換アミノ、アリールヘテロアリール置換アミノ、ハロゲン、ヒドロキシまたはシアノで置換されていてもよい。
Figure 2022032966000088
隣接する基が互いに結合してできた環としては、炭化水素環であれば例えばシクロヘキサン環があげられ、アリール環やヘテロアリール環としては上述したR21~R28における「アリール」や「ヘテロアリール」で説明した環構造があげられ、これらの環は式(A-1)における1つまたは2つのベンゼン環と縮合するように形成される。
式(A)で表される基は、式(A)のいずれかの位置の1つの水素を除いて得られる基であり、*が該位置を示す。すなわち、式(A)で表される基はいずれの位置を結合位置としていてもよい。例えば、式(A)の構造中の2つのベンゼン環上のいずれかの炭素原子、式(A)の構造中のR21~R28のうち隣接する基が互いに結合して形成されたいずれかの環上の原子、または式(A)の構造中のYとしての「>N-R29」におけるR29中のいずれかの位置、または「>N-R29」におけるN(R29が結合手となる)と直接結合する基となることができる。式(A-1)~式(A-14)のいずれかで表される基においても同様である。
式(A)で表される基としては、例えば式(A-1)~式(A-14)のいずれかで表される基があげられ、式(A-1)~式(A-5)および式(A-12)~式(A-14)のいずれかで表される基が好ましく、式(A-1)~式(A-4)のいずれかで表される基がより好ましく、式(A-1)、式(A-3)および式(A-4)のいずれかで表される基がさらに好ましく、式(A-1)で表される基が特に好ましい。
式(A)で表される基としては、例えば以下の基があげられる。式中のYおよび*は上記と同じ定義である。
Figure 2022032966000089
Figure 2022032966000090
式(3-H)で表される化合物においては、式(A)で表される基は、式(3-X1)または式(3-X2)中のナフタレン環、式(3-X3)中の単結合および/または式(3-X3)中のArと結合した形態が好ましい。
また、式(3-H)で表されるアントラセン系化合物の化学構造中の水素は、その全てまたは一部が重水素であってもよい。
ホストとしてのアントラセン系化合物は、例えば下記式(3-H2)で表される化合物であってもよい。
Figure 2022032966000091
式(3-H2)中、Arは、置換されていてもよいアリールまたは置換されていてもよいヘテロアリールであり、Rは、水素、アルキル、またはシクロアルキルであり、Ar11、Ar12、Ar13、Ar14、Ar15、Ar16、Ar17、およびAr18は、それぞれ独立して、水素、置換されていてもよいアリール、置換されていてもよいヘテロアリール、置換されていてもよいジアリールアミノ、置換されていてもよいジヘテロアリールアミノ、置換されていてもよいアリールヘテロアリールアミノ、置換されていてもよいアルキル、置換されていてもよいシクロアルキル、置換されていてもよいアルケニル、置換されていてもよいアルコキシ、置換されていてもよいアリールオキシ、置換されていてもよいアリールチオ、または置換されていてもよいシリルであり、式(3-H-2)で表される化合物における少なくとも1つの水素はハロゲン、シアノ、または重水素で置換されていてもよい。
式(3-H2)中の、「置換されていてもよいアリール」、「置換されていてもよいヘテロアリール」、「置換されていてもよいジアリールアミノ」、「置換されていてもよいジヘテロアリールアミノ」、「置換されていてもよいアリールヘテロアリールアミノ」、「置換されていてもよいアルキル」、「置換されていてもよいシクロアルキル」、「置換されていてもよいアルケニル」、「置換されていてもよいアルコキシ」、「置換されていてもよいアリールオキシ」、「置換されていてもよいアリールチオ」、または「置換されていてもよいシリル」の定義は上記式(3-H)でされたものと同様であり、式(1)における説明を引用することができる。
「置換されていてもよいアリール」としては、下記式(3-H2-X1)~式(3-H2-X7)のいずれかで表される基であることも好ましい。
Figure 2022032966000092
式(3-H2-X1)~式(3-H2-X7)において、*は結合位置を示す。
式(3-H2-X1)~式(3-H2-X3)において、Ar21、Ar22、およびAr23は、それぞれ独立して、水素、フェニル、ビフェニリル、テルフェニリル、クアテルフェニリル、ナフチル、フェナントリル、フルオレニル、ベンゾフルオレニル、クリセニル、トリフェニレニル、ピレニル、アントラセニル、または式(A)で表される基である。なお、式(3-H2)の説明において、式(A)で表される基は、式(3-H)で表されるアントラセン系化合物において説明したものと同じである。
式(3-H2-X4)~式(3-H2-X7)において、Ar24、Ar25、Ar26、Ar27およびAr28は、それぞれ独立して、水素、フェニル、ビフェニリル、テルフェニリル、ナフチル、フェナントリル、フルオレニル、クリセニル、トリフェニレニル、ピレニル、または後述の式(A)で表される基である。
また、式(3-H2-X1)~式(3-H2-X7)で表される基のそれぞれにおけるいずれか1つまたは2つ以上の水素は、炭素数1~6のアルキル(好ましくはメチルまたはt-ブチル)で置換されていてもよい。
さらに、「置換されていてもよいアリール」の好ましい例としては、フェニル、ビフェニリル、テルフェニリル、ナフチル、フェナントリル、フルオレニル、クリセニル、トリフェニレニル、ピレニル、および式(A)で表される基からなる群より選択される1つ以上の置換基で置換されていてもよい、テルフェニリル(特に、m-テルフェニル-5’-リル)があげられる。
「置換されていてもよいヘテロアリール」としては、式(A)で表される基もあげられる。
そのほか、「置換されていてもよいアリール」および「置換されていてもよいヘテロアリール」の具体例としては、ジベンゾフリル、ナフトベンゾフリル、フェニル置換ジベンゾフリル等があげられる。
式(3-H)で表される化合物における少なくとも1つの水素はハロゲン、シアノ、または重水素で置換されていてもよい。この場合の「ハロゲン」としては、フッ素、塩素、臭素、およびヨウ素があげられる。特に、式(3-H)で表される化合物における全ての水素が重水素で置換された化合物が好ましい。
式(3-H2)中、Rは水素、アルキル、またはシクロアルキルであり、水素、メチル、またはt-ブチルであることが好ましく、水素であることがより好ましい。
式(3-H2)中、Ar11~Ar18の少なくとも2つが置換されていてもよいアリールまたは置換されていてもよいヘテロアリールであることが好ましい。すなわち、式(3-H2)で表されるアントラセン系化合物は、アントラセン環に、置換されていてもよいアリールおよび置換されていてもよいヘテロアリールからなる群より選択される置換基が少なくとも3つ結合した構造を有することが好ましい。
式(3-H2)で表されるアントラセン系化合物は、Ar11~Ar18の2つが置換されていてもよいアリールまたは置換されていてもよいヘテロアリールであり、他の6つが水素、置換されていてもよいアルキル、置換されていてもよいシクロアルキル、置換されていてもよいアルケニル、または置換されていてもよいアルコキシであることがより好ましい。すなわち、式(3-H2)で表されるアントラセン系化合物は、置換されていてもよいアリールおよび置換されていてもよいヘテロアリールからなる群より選択される置換基が、アントラセン環に3つ結合した構造を有することがより好ましい。
式(3-H)で表されるアントラセン系化合物は、Ar11~Ar18のいずれか2つが置換されていてもよいアリールまたは置換されていてもよいヘテロアリールであり、他の6つが水素、メチル、またはt-ブチルであることがより好ましい。
さらに、式(3-H2)中、Rが水素であり、かつAr11~Ar18のいずれか6つが水素であることが好ましい。
式(3-H2)で表されるアントラセン系化合物は下記式(3-H-A)、(3-H-B)、(3-H2-C)、(3-H2-D)、または(3-H2-E)で表されるアントラセン系化合物であることが好ましい。
Figure 2022032966000093
式(3-H2-A)、(3-H2-B)、(3-H2-C)、(3-H2-D)または(3-H2-E)中、Ar’、Ar11’、Ar12’、Ar13’、Ar14’、Ar15’、Ar17’、およびAr18’はそれぞれ独立してフェニル、ビフェニリル、テルフェニリル、クアテルフェニリル、ナフチル、フェナントリル、フルオレニル、ベンゾフルオレニル、クリセニル、トリフェニレニル、ピレニル、または、式(A)で表される基であり、これらの基における少なくとも1つの水素は、フェニル、ビフェニリル、テルフェニリル、クアテルフェニリル、ナフチル、フェナントリル、フルオレニル、ベンゾフルオレニル、クリセニル、トリフェニレニル、ピレニル、または、式(A)で表される基で置換されていてもよい。ここで、フルオレニルおよびベンゾフルオレニルにおけるメチレンの水素がいずれもフェニルで置換されているときは、これらのフェニルは互いに単結合で結合していてもよい。Ar’、Ar11’、Ar12’、Ar13’、Ar14’、Ar15’、Ar17’、およびAr18’が結合していないアントラセン環の炭素原子には水素の代わりにメチルまたはt-ブチルが結合していてもよい。
Ar’、Ar11’、Ar12’、Ar13’、Ar14’、Ar15’、Ar17’、およびAr18’が、それぞれ置換もしくは無置換のフェニルまたは置換もしくは無置換のナフチルであるときは、上記の式(3-H2-X1)~式(3-H2-X7)のいずれかで表される基であることが好ましい。
Ar’、Ar11’、Ar12’、Ar13’、Ar14’、Ar15’、Ar17’、およびAr18’はそれぞれ独立してフェニル、ビフェニリル(特に、ビフェニル-2-イルまたはビフェニル-4-イル)、テルフェニリル(特に、m-テルフェニル-5’-イル)、ナフチル、フェナントリル、フルオレニル、または、上記の式(A-1)~式(A-4)のいずれかで表される基であることがより好ましく、このとき、これらの基における少なくとも1つの水素は、フェニル、ビフェニリル、ナフチル、フェナントリル、フルオレニル、または、上記の式(A-1)~式(A-4)のいずれかで表される基で置換されていてもよい。
また、式(3-H2-A)、(3-H2-B)、(3-H2-C)、(3-H2-D)、または(3-H2-E)で表される化合物における少なくとも1つの水素はハロゲン、シアノ、または重水素置換されていてもよい。
特に好ましい式(3-H2)で表されるアントラセン系化合物として、下記式(3-H2-Aa)で表されるアントラセン系化合物をあげることができる。
Figure 2022032966000094
式(3-H2-Aa)中、Ar’、Ar14’、およびAr15’はそれぞれ独立して、フェニル、ビフェニリル、テルフェニリル、ナフチル、フェナントリル、フルオレニル、ベンゾフルオレニル、クリセニル、トリフェニレニル、ピレニル、または上記式(A-1)~式(A-11)のいずれかで表される基であり、これらの基における少なくとも1つの水素は、フェニル、ビフェニリル、テルフェニリル、ナフチル、フェナントリル、フルオレニル、ベンゾフルオレニル、クリセニル、トリフェニレニル、ピレニル、または式(A-1)~式(A-11)のいずれかで表される基で置換されていてもよい。ここで、フルオレニルおよびベンゾフルオレニルにおけるメチレンの水素がいずれもフェニルで置換されているときは、これらのフェニルは互いに単結合で結合していてもよい。また、Ar’、Ar14’、およびAr15’が結合していないアントラセン環上の炭素原子には水素の代わりにメチルまたはt-ブチルが置換していてもよい。式(3-H2-Aa)で表される化合物における少なくとも1つの水素はハロゲンまたはシアノで置換されていてもよく、かつ式(3-H2-Aa)で表される化合物における少なくとも1つの水素は重水素で置換されている。
式(3-H2-Aa)中、Ar’、Ar14’、およびAr15’はそれぞれ独立してフェニル、ビフェニリル、テルフェニリル、ナフチル、フェナントリル、フルオレニル、または上記式(A-1)~式(A-4)のいずれかで表される基であることが好ましく、これらの基における少なくとも1つの水素は、フェニル、ナフチル、フェナントリル、フルオレニル、または式(A-1)~式(A-4)のいずれかで表される基で置換されていてもよい。
式(3-H2-Aa)で表される化合物においては、少なくとも、アントラセン環の10位の炭素(Ar’が結合する炭素を9位とする)に結合する水素が重水素に置換されていることが好ましい。すなわち、式(3-H2-Aa)で表される化合物は、下記式(3-H2-Ab)で表される化合物であることが好ましい。なお、式(3-H2-Ab)中、Dは重水素であり、Ar’、Ar14’、およびAr15’は式(3-H2-Aa)中の定義と同一である。式(3-H2-Ab)におけるDは少なくともこの位置が重水素であることを示し、式(3-H2-Aa)におけるその他のいずれか1つ以上の水素が同時に重水素であってもよく、式(3-H2-Aa)における水素がいずれも重水素であることも好ましい。
Figure 2022032966000095
アントラセン系化合物の具体的な例としては、例えば、下記化合物があげられる。なお、下記構造式中の「Me」はメチル、「D」は重水素、「tBu」はt-ブチルを示す。
Figure 2022032966000096
Figure 2022032966000097
Figure 2022032966000098
Figure 2022032966000099
Figure 2022032966000100
Figure 2022032966000101
Figure 2022032966000102
Figure 2022032966000103
また、アントラセン系化合物の他の具体的な例としては、例えば、下記式(3-131-Y)~式(3-179-Y)で表される化合物、下記式(3-180-Y)~式(3-182-Y)で表される化合物、下記式(3-183-N)、下記式(3-184-Y)~式(3-254-Y)、式(3-254-Y)~式(3-269-Y)、および下記式(3-500)~式(3-557)で表される化合物があげられる。下記式(3-131-Y)~式(3-179-Y)で表される化合物、下記式(3-180-Y)~式(3-182-Y)で表される化合物、下記式(3-183-N)、下記式(3-184-Y)~式(3-254-Y)、式(3-254-Y)~式(3-269-Y)、および下記式(3-500)~式(3-557)中、水素原子は部分的に、またはすべて重水素で置換されていてもよい。式中のYは-O-、-S-、>N-R29(R29は上記と同じ定義)または>C(-R30(R30は連結していてもよいアリール、またはアルキル)のいずれでもよく、R29は例えばフェニル、R30は例えばメチルである。式番号は、例えばYがOの場合は、式(3-131-Y)は式(3-131-O)とし、Yが-S-または>N-R29の場合はそれぞれ式(3-131-S)または式(3-131-N)とする。
Figure 2022032966000104
Figure 2022032966000105
Figure 2022032966000106
Figure 2022032966000107
Figure 2022032966000108
Figure 2022032966000109
Figure 2022032966000110
Figure 2022032966000111
Figure 2022032966000112
Figure 2022032966000113
Figure 2022032966000114
Figure 2022032966000115
Figure 2022032966000116
Figure 2022032966000117
Figure 2022032966000118
Figure 2022032966000119
Figure 2022032966000120
Figure 2022032966000121
Figure 2022032966000122
これらの化合物の中でも、式(3-131-Y)~式(3-134-Y)、式(3-138-Y)、式(3-140-Y)~式(3-143-Y)、式(3-150-Y)、式(3-153-Y)~式(3-156-Y)、式(3-166-Y)、式(3-168-Y)、式(3-173-Y)、式(3-177-Y)、式(3-180-Y)~式(3-183-N)、式(3-185-Y)、式(3-190-Y)、式(3-223-Y)、式(3-241-Y)、式(3-250-Y)、式(3-252-Y)~式(3-254-Y)、式(3-501)、式(3-507)、式(3-508)、式(3-509)、式(3-513)、式(3-514)、式(3-519)、式(3-521)、式(3-538)~式(3-547)もしくは式(3-600)~(3-620)で表される化合物が好ましい。また、Yは-O-であることが好ましい。
式(3-H)で表されるアントラセン系化合物は、アントラセン骨格の所望の位置に反応性基を有する化合物と、X、Arおよび式(A)の構造などの部分構造に反応性基を有する化合物を出発原料として、鈴木カップリング、根岸カップリング、その他の公知のカップリング反応を応用して製造することができる。これらの反応性化合物の反応性基としては、ハロゲンやボロン酸などがあげられる。具体的な製造方法としては、例えば国際公開第2014/141725号の段落[0089]~[0175]における合成法を参考にすることができる。
<フルオレン系化合物>
式(4-H)で表される化合物は基本的にはホストとして機能する。
Figure 2022032966000123
式(4-H)中、
からR10は、それぞれ独立して、水素、アリール、ヘテロアリール(当該ヘテロアリールは連結基を介して式(4-H)におけるフルオレン骨格と結合していてもよい)、ジアリールアミノ、ジヘテロアリールアミノ、アリールヘテロアリールアミノ、アルキル、シクロアルキル、アルケニル、アルコキシまたはアリールオキシであり、これらにおける少なくとも1つの水素はアリール、ヘテロアリール、アルキルまたはシクロアルキルで置換されていてもよく、
また、RとR、RとR、RとR、RとR、RとR、RとRまたはRとR10がそれぞれ独立して結合して縮合環またはスピロ環を形成していてもよく、形成された環における少なくとも1つの水素はアリール、ヘテロアリール(当該ヘテロアリールは連結基を介して当該形成された環と結合していてもよい)、ジアリールアミノ、ジヘテロアリールアミノ、アリールヘテロアリールアミノ、アルキル、シクロアルキル、アルケニル、アルコキシまたはアリールオキシで置換されていてもよく、これらにおける少なくとも1つの水素はアリール、ヘテロアリール、アルキルまたはシクロアルキルで置換されていてもよく、
式(4-H)で表される化合物における少なくとも1つの水素がハロゲン、シアノまたは重水素で置換されていてもよい。
式(4-H)の定義における各基の詳細は、上述した、式(1)の多環芳香族化合物における説明を引用することができる。
からR10におけるアルケニルとしては、例えば、炭素数2~30のアルケニルがあげられ、炭素数2~20のアルケニルが好ましく、炭素数2~10のアルケニルがより好ましく、炭素数2~6のアルケニルがさらに好ましく、炭素数2~4のアルケニルが特に好ましい。好ましいアルケニルは、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、1-ペンテニル、2-ペンテニル、3-ペンテニル、4-ペンテニル、1-ヘキセニル、2-ヘキセニル、3-ヘキセニル、4-ヘキセニル、または5-ヘキセニルである。
なお、ヘテロアリールの具体例として、下記式(4-Ar1)、式(4-Ar2)、式(4-Ar3)、式(4-Ar4)または式(4-Ar5)の化合物から任意の1つの水素原子を除いて表される1価の基もあげられる。
Figure 2022032966000124
式(4-Ar1)から式(4-Ar5)中、Yは、それぞれ独立して、O、SまたはN-Rであり、Rはフェニル、ビフェニリル、ナフチル、アントラセニルまたは水素であり、
式(4-Ar1)から式(4-Ar5)の構造における少なくとも1つの水素はフェニル、ビフェニリル、ナフチル、アントラセニル、フェナントレニル、メチル、エチル、プロピル、または、ブチルで置換されていてもよい。
これらのヘテロアリールは、連結基を介して、式(4-H)におけるフルオレン骨格と結合していてもよい。すなわち、式(4-H)におけるフルオレン骨格と上記ヘテロアリールとが直接結合するだけでなく、それらの間に連結基を介して結合してもよい。この連結基としては、フェニレン、ビフェニレン、ナフチレン、アントラセニレン、メチレン、エチレン、-OCHCH-、-CHCHO-、または、-OCHCHO-などがあげられる。
また、式(4-H)中のRとR、RとR、RとR、RとR、RとRまたはRとRがそれぞれ独立して結合して縮合環を、RとR10が結合してスピロ環を形成していてもよい。RからRにより形成された縮合環は、式(4-H)におけるベンゼン環に縮合する環であり、脂肪族環または芳香族環である。好ましくは芳香族環であり、式(4-H)におけるベンゼン環を含めた構造としてはナフタレン環やフェナントレン環などがあげられる。RとR10により形成されたスピロ環は、式(4-H)における5員環にスピロ結合する環であり、脂肪族環または芳香族環である。好ましくは芳香族環であり、フルオレン環などがあげられる。
式(4-H)で表される化合物は、好ましくは、下記式(4-H-1)、式(4-H-2)または式(4-H-3)で表される化合物であり、それぞれ、式(4-H)においてRとRが結合して形成されたベンゼン環が縮合した化合物、式(4-H)においてRとRが結合して形成されたベンゼン環が縮合した化合物、式(4-H)においてRからRのいずれもが結合していない化合物である。
Figure 2022032966000125
式(4-H-1)、式(4-H-2)および式(4-H-3)におけるRからR10の定義は式(4-H)において対応するRからR10と同じであり、式(4-H-1)および式(4-H-2)におけるR11からR14の定義も式(4-H)におけるRからR10と同じである。
式(4-H)で表される化合物は、さらに好ましくは、下記式(4-H-1A)、式(4-H-2A)または式(4-H-3A)で表される化合物であり、それぞれ、式(4-H-1)、式(4-H-1)または式(4-H-3)においてRとR10が結合してスピロ-フルオレン環が形成された化合物である。
Figure 2022032966000126
式(4-1A)、式(4-2A)および式(4-3A)におけるRからRの定義は式(4-1)、式(4-2)および式(4-3)において対応するRからRと同じであり、式(4-1A)および式(4-2A)におけるR11からR14の定義も式(4-1)および式(4-2)におけるR11からR14と同じである。
また、式(4-H)で表される化合物における水素は、その全てまたは一部がハロゲン、シアノまたは重水素で置換されていてもよい。
ホストとしてのフルオレン系化合物のさらに具体的な例としては、以下の構造式で表される化合物があげられる。なお、「Me」はメチルを示す。
Figure 2022032966000127
<ジベンゾクリセン系化合物>
ホストとしてのジベンゾクリセン系化合物は、例えば下記式(5-H)で表される化合物である。
Figure 2022032966000128
式(5-H)中、
からR16は、それぞれ独立して、水素、アリール、ヘテロアリール(当該ヘテロアリールは連結基を介して式(5-H)におけるジベンゾクリセン骨格と結合していてもよい)、ジアリールアミノ、ジヘテロアリールアミノ、アリールヘテロアリールアミノ、アルキル、シクロアルキル、アルケニル、アルコキシまたはアリールオキシであり、これらにおける少なくとも1つの水素はアリール、ヘテロアリール、アルキルまたはシクロアルキルで置換されていてもよく、
また、RからR16のうち隣接する基同士が結合して縮合環を形成していてもよく、形成された環における少なくとも1つの水素はアリール、ヘテロアリール(当該ヘテロアリールは連結基を介して当該形成された環と結合していてもよい)、ジアリールアミノ、ジヘテロアリールアミノ、アリールヘテロアリールアミノ、アルキル、シクロアルキル、アルケニル、アルコキシまたはアリールオキシで置換されていてもよく、これらにおける少なくとも1つの水素はアリール、ヘテロアリール、アルキルまたはシクロアルキルで置換されていてもよく、
式(5-H)で表される化合物における少なくとも1つの水素がハロゲン、シアノまたは重水素で置換されていてもよい。
式(5-H)の定義における各基の詳細は、上述した、式(1)の多環芳香族化合物における説明を引用することができる。
式(5-H)の定義におけるアルケニルとしては、例えば、炭素数2~30のアルケニルがあげられ、炭素数2~20のアルケニルが好ましく、炭素数2~10のアルケニルがより好ましく、炭素数2~6のアルケニルがさらに好ましく、炭素数2~4のアルケニルが特に好ましい。好ましいアルケニルは、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、1-ペンテニル、2-ペンテニル、3-ペンテニル、4-ペンテニル、1-ヘキセニル、2-ヘキセニル、3-ヘキセニル、4-ヘキセニル、または5-ヘキセニルである。
なお、ヘテロアリールの具体例として、下記式(5-Ar1)、式(5-Ar2)、式(5-Ar3)、式(5-Ar4)または式(5-Ar5)の化合物から任意の1つの水素原子を除いて表される1価の基もあげられる。
Figure 2022032966000129
式(5-Ar1)から式(5-Ar5)中、Yは、それぞれ独立して、O、SまたはN-Rであり、Rはフェニル、ビフェニリル、ナフチル、アントラセニルまたは水素であり、
式(5-Ar1)から式(5-Ar5)の構造における少なくとも1つの水素はフェニル、ビフェニリル、ナフチル、アントラセニル、フェナントレニル、メチル、エチル、プロピル、または、ブチルで置換されていてもよい。
これらのヘテロアリールは、連結基を介して、式(5-H)におけるジベンゾクリセン骨格と結合していてもよい。すなわち、式(5-H)におけるジベンゾクリセン骨格と上記ヘテロアリールとが直接結合するだけでなく、それらの間に連結基を介して結合してもよい。この連結基としては、フェニレン、ビフェニレン、ナフチレン、アントラセニレン、メチレン、エチレン、-OCHCH-、-CHCHO-、または、-OCHCHO-などがあげられる。
式(5-H)で表される化合物は、好ましくは、R、R、R、R、R、R12、R13およびR16は水素である。この場合、式(5-H)中のR、R、R、R、R10、R11、R14およびR15は、それぞれ独立して、水素、フェニル、ビフェニリル、ナフチル、アントラセニル、フェナントレニル、式(5-Ar1)、式(5-Ar2)、式(5-Ar3)、式(5-Ar4)もしくは式(5-Ar5)の構造を有する1価の基(当該構造を有する1価の基は、フェニレン、ビフェニレン、ナフチレン、アントラセニレン、メチレン、エチレン、-OCHCH-、-CHCHO-、または、-OCHCHO-を介して、式(5-H)におけるジベンゾクリセン骨格と結合していてもよい)、メチル、エチル、プロピル、または、ブチルであることが好ましい。
式(5-H)で表される化合物は、より好ましくは、R、R、R、R、R、R、R、R10、R12、R13、R15およびR16は水素である。この場合、式(5-H)中のR、R、R11およびR14の少なくとも1つ(好ましくは1つまたは2つ、より好ましくは1つ)は、単結合、フェニレン、ビフェニレン、ナフチレン、アントラセニレン、メチレン、エチレン、-OCHCH-、-CHCHO-、または、-OCHCHO-を介した、式(5-Ar1)、式(5-Ar2)、式(5-Ar3)、式(5-Ar4)または式(5-Ar5)の構造を有する1価の基であり、
前記少なくとも1つ以外(すなわち、前記構造を有する1価の基が置換した位置以外)は水素、フェニル、ビフェニリル、ナフチル、アントラセニル、メチル、エチル、プロピル、または、ブチルであり、これらにおける少なくとも1つの水素は、フェニル、ビフェニリル、ナフチル、アントラセニル、メチル、エチル、プロピル、または、ブチルで置換されていてもよい。
また、式(5-H)中のR、R、R、R、R10、R11、R14およびR15として、式(5-Ar1)から式(5-Ar5)で表される構造を有する1価の基が選択された場合には、当該構造における少なくとも1つの水素は式(5-H)中のRからR16のいずれかと結合して単結合を形成していてもよい。
ホストとしてのジベンゾクリセン系化合物のさらに具体的な例としては、以下の構造式で表される化合物があげられる。なお、「tBu」はt-ブチルを示す。
Figure 2022032966000130
Figure 2022032966000131
上述した発光層用材料(ホスト材料およびドーパント材料)は、これらに反応性置換基が置換した反応性化合物をモノマーとして高分子化させた高分子化合物、もしくはその高分子架橋体、または、主鎖型高分子と前記反応性化合物とを反応させたペンダント型高分子化合物、もしくはそのペンダント型高分子架橋体としても、発光層用材料に用いることができる。この場合の反応性置換基としては、式(1)で表される多環芳香族化合物での説明を引用できる。
このような高分子化合物および高分子架橋体の用途の詳細については後述する。
<高分子ホスト材料の一例>
Figure 2022032966000132
式(SPH-1)において、
MUはそれぞれ独立して2価の芳香族基、ECはそれぞれ独立して1価の芳香族基であり、MU中の2つの水素がECまたはMUと置換され、kは2~50000の整数である。
より具体的には、
MUは、それぞれ独立して、アリーレン、ヘテロアリーレン、ジアリーレンアリールアミノ、ジアリーレンアリールボリル、オキサボリン-ジイル、アザボリン-ジイルであり、
ECは、それぞれ独立して、水素、アリール、ヘテロアリール、ジアリールアミノ、ジヘテロアリールアミノ、アリールヘテロアリールアミノまたはアリールオキシであり、
MUおよびECにおける少なくとも1つの水素はさらに、アリール、ヘテロアリール、ジアリールアミノ、アルキルおよびシクロアルキルで置換されていてもよく、
kは2~50000の整数である。
kは20~50000の整数であることが好ましく、100~50000の整数であることがより好ましい。
式(SPH-1)中のMUおよびECにおける少なくとも1つの水素は、炭素数1~24のアルキル、炭素数3~24のシクロアルキル、ハロゲンまたは重水素で置換されていてもよく、さらに、前記アルキルにおける任意の-CH-は-O-または-Si(CH-で置換されていてもよく、前記アルキルにおける式(SPH-1)中のECに直結している-CH-を除く任意の-CH-は炭素数6~24のアリーレンで置換されていてもよく、前記アルキルにおける任意の水素はフッ素で置換されていてもよい。
MUとしては、例えば、以下の構造の2価の誘導体(例えば以下の構造のいずれかの化合物から任意の2つの水素原子を除いて表される2価の基、以下の構造のいずれかの化合物から任意の2つの水素原子を除いて表される2価の基の2つ以上の組み合わせから構成される2価の基、それらの基における水素の少なくとも1つがアルキル等で置換された2価の基など)があげられる。
Figure 2022032966000133
より具体的には、以下のいずれかの構造で表される2価の基があげられる。これらにおいて、MUは*において他のMUまたはECと結合する。
Figure 2022032966000134
Figure 2022032966000135
Figure 2022032966000136
Figure 2022032966000137
Figure 2022032966000138
Figure 2022032966000139
Figure 2022032966000140
Figure 2022032966000141
Figure 2022032966000142
また、ECとしては、例えば以下のいずれかの構造で表される1価の基があげられる。これらにおいて、ECは*においてMUと結合する。
Figure 2022032966000143
Figure 2022032966000144
式(SPH-1)で表される化合物は、溶解性および塗布成膜性の観点から、分子中のMU総数(k)の10~100%のMUが炭素数1~24のアルキルを有することが好ましく、分子中のMU総数(k)の30~100%のMUが炭素数1~18のアルキル(炭素数3~18の分岐鎖アルキル)を有することがより好ましく、分子内のMU総数(k)の50~100%のMUが炭素数1~12のアルキル(炭素数3~12の分岐鎖アルキル)を有することがさらに好ましい。一方、面内配向性および電荷輸送の観点からは、分子中のMU総数(k)の10~100%のMUが炭素数7~24のアルキルを有することが好ましく、分子中のMU総数(k)の30~100%のMUが炭素数7~24のアルキル(炭素数7~24の分岐鎖アルキル)を有することがより好ましい。
アシスティングドーパントとエミッティングドーパントとを含む発光層
有機電界発光素子における発光層は、第1成分としてのホスト化合物、第2成分としてのアシスティングドーパント(化合物)、および第3成分としてのエミッティングドーパント(化合物)を含むものであってもよい。
本発明の多環芳香族化合物はエミッティングドーパントとして用いることも好ましい。
アシスティングドーパント(化合物)としては熱活性型遅延蛍光体を用いることができる。
以下の説明では、熱活性型遅延蛍光体をアシスティングドーパントとして用いる有機電界発光素子を、「TAF素子」(TADF Assisting Fluorescence素子)ということがある。
TAF素子における「ホスト化合物」とは、蛍光スペクトルのピーク短波長側の肩より求められる励起一重項エネルギー準位が、第2成分としての熱活性型遅延蛍光体、および、第3成分としてのエミッティングドーパントよりも高い化合物のことを意味する。
「熱活性型遅延蛍光体」とは、熱エネルギーを吸収して励起三重項状態から励起一重項状態への逆項間交差を起こし、その励起一重項状態から放射失活して遅延蛍光を放射しうる化合物のことを意味する。ただし、「熱活性型遅延蛍光」とは、励起三重項状態から励起一重項状態への励起過程で高次三重項を経るものも含む。例えば、Durham大学 Monkmanらによる論文(NATURE COMMUNICATIONS,7:13680,DOI: 10.1038/ncomms13680)、産業技術総合研究所 細貝らによる論文(Hosokai et al., Sci. Adv. 2017;3: e1603282)、京都大学 佐藤らによる論文(Scientific Reports,7:4820, DOI:10.1038/s41598-017-05007-7)および、同じく京都大学 佐藤らによる学会発表(日本化学会第98春季年会、発表番号:2I4-15、DABNAを発光分子として用いた有機電界発光における高効率発光の機構、京都大学大学院工学研究科)などがあげられる。本発明では、対象化合物を含むサンプルについて、300Kで蛍光寿命を測定したとき、遅い蛍光成分が観測されたことをもって該対象化合物が「熱活性型遅延蛍光体」であると判定することとする。ここで、遅い蛍光成分とは、蛍光寿命が0.1μsec以上であるもののことを言う。蛍光寿命の測定は、例えば蛍光寿命測定装置(浜松ホトニクス社製、C11367-01)を用いて行うことができる。
本発明の多環芳香族化合物は、エミッティングドーパントとして機能させることができ、「熱活性型遅延蛍光体」は、本発明の多環芳香族化合物の発光をアシストするアシスティングドーパントとして機能させることができる。
図2に一般的な蛍光ドーパントをエミッティングドーパント(ED)に用いたTAF素子の発光層のエネルギー準位図を示す。図中、ホストの基底状態のエネルギー準位をE(1,G)、ホストの蛍光スペクトルの短波長側の肩より求められる励起一重項エネルギー準位をE(1,S,Sh)、ホストのリン光スペクトルの短波長側の肩より求められる励起三重項エネルギー準位をE(1,T,Sh)、第2成分であるアシスティングドーパントの基底状態のエネルギー準位をE(2,G)、第2成分であるアシスティングドーパントの蛍光スペクトルの短波長側の肩より求められる励起一重項エネルギー準位をE(2,S,Sh)、第2成分であるアシスティングドーパントのリン光スペクトルの短波長側の肩より求められる励起三重項エネルギー準位をE(2,T,Sh)、第3成分であるエミッティングドーパントの基底状態のエネルギー準位をE(3,G)、第3成分であるエミッティングドーパントの蛍光スペクトルの短波長側の肩より求められる励起一重項エネルギー準位をE(3,S,Sh)、第3成分であるエミッティングドーパントのリン光スペクトルの短波長側の肩より求められる励起三重項エネルギー準位をE(3,T,Sh)とする。TAF素子において、一般的な蛍光ドーパントをエミッティングドーパント(ED)として用いた場合、アシスティングドーパントでアップコンバージョンされたエネルギーはエミッティングドーパントの励起一重項エネルギー準位E(3,S,Sh)に移り発光する。しかし、アシスティングドーパント上の一部の励起三重項エネルギーE(2,T,Sh)がエミッティングドーパントの励起三重項エネルギー準位E(3,T,Sh)に移動したり、エミッティングドーパント上で励起一重項エネルギー準位E(3,S,Sh)から励起三重項エネルギー準位E(3,T,Sh)への項間交差が起こり、引き続いて基底状態E(3,G)へ熱的に失活する。この経路により一部のエネルギーは発光に利用されず、エネルギーの無駄が生じる。
これに対して、本態様の有機電界発光素子では、アシスティングドーパントからエミッティングドーパントに移動したエネルギーを効率よく発光に利用することができ、これにより高い発光効率を実現することができる。これは、以下の発光メカニズムによるものと推測される。
本態様の有機電界発光素子における好ましいエネルギー関係を図3に示す。本態様の有機電界発光素子においては、エミッティングドーパントとしての、ホウ素原子を有する化合物が高い励起三重項エネルギー準位E(3,T,Sh)を有する。そのため、アシスティングドーパントでアップコンバージョンされた励起一重項エネルギーが、例え、エミッティングドーパントで励起三重項エネルギー準位E(3,T,Sh)へ項間交差した場合にも、エミッティングドーパント上でアップコンバージョンされるか、アシスティングドーパント(熱活性型遅延蛍光体)上の励起三重項エネルギー準位E(2,T,Sh)へ回収される。したがって、生成した励起エネルギーを無駄なく発光に使用することができる。また、アップコンバージョンおよび発光の機能をそれぞれが得意な2種の分子に分けることで、高いエネルギーの滞留時間が減少し、化合物への負担が減少すると予想される。
本態様において、ホスト化合物としては、公知のものを用いることができ、例えばカルバゾール環およびフラン環の少なくとも一方を有する化合物をあげることができ、中でも、フラニルおよびカルバゾリルの少なくとも一方と、アリーレンおよびヘテロアリーレンの少なくとも一方とが結合した化合物を用いることが好ましい。具体例として、mCPやmCBPなどがあげられる。
ホスト化合物の燐光スペクトルのピーク短波長側の肩より求められる励起三重項エネルギー準位E(1,T,Sh)は、発光層内でのTADFの発生を阻害せず促進させる観点から、発光層内において最も高い励起三重項エネルギー準位を有するエミッティングドーパントまたはアシスティングドーパントの励起三重項エネルギー準位E(2,T,Sh)、E(3,T,Sh)に比べて高い方が好ましく、具体的には、ホスト化合物の励起三重項エネルギー準位E(1,T,Sh)はE(2,T,Sh)、E(3,T,Sh)に比べて、0.01eV以上が好ましく、0.03eV以上がより好ましく、0.1eV以上がさらに好ましい。また、ホスト化合物にTADF活性な化合物を用いてもよい。
ホスト化合物には、例えば、上記式(H1)、(H2)および(H3)のいずれかで表される化合物を用いることができる。
<熱活性型遅延蛍光体(アシスティングドーパント)>
TAF素子で用いる熱活性型遅延蛍光体(TADF化合物)は、ドナーと呼ばれる電子供与性の置換基とアクセプターと呼ばれる電子受容性の置換基を用いて分子内のHOMO(Highest Occupied Molecular Orbital)とLUMO(Lowest Unoccupied Molecular Orbital)を局在化させて、効率的な逆項間交差(reverse intersystem crossing)が起きるようにデザインされた、ドナー-アクセプター型熱活性型遅延蛍光体(D-A型TADF化合物)であることが好ましい。
ここで、本明細書中において「電子供与性の置換基」(ドナー)とは、熱活性型遅延蛍光体分子中でHOMO軌道が局在する置換基および部分構造のことを意味し、「電子受容性の置換基」(アクセプター)とは、熱活性型遅延蛍光体分子中でLUMO軌道が局在する置換基および部分構造のことを意味することとする。
一般的に、ドナーやアクセプターを用いた熱活性型遅延蛍光体は、構造に起因してスピン軌道結合(SOC: Spin Orbit Coupling)が大きく、かつ、HOMOとLUMOの交換相互作用が小さくΔESTが小さいために、非常に速い逆項間交差速度が得られる。一方、ドナーやアクセプターを用いた熱活性型遅延蛍光体は、励起状態での構造緩和が大きくなり(ある分子においては、基底状態と励起状態では安定構造が異なるため、外部刺激により基底状態から励起状態への変換が起きると、その後、励起状態における安定構造へと構造が変化する)、幅広な発光スペクトルを与えるため、発光材料として使うと色純度を低下させる可能性がある。
TAF素子における熱活性型遅延蛍光体として、例えばドナーおよびアクセプターが直接またはスペーサーを介して結合している化合物を用いることができる。本発明の熱活性型遅延蛍光体に用いられる電子供与性基(ドナー性の構造)および電子受容性基(アクセプター性の構造)としては、例えば、Chemistry of Materials, 2017, 29, 1946-1963に記載の構造を用いることができる。ドナー性の構造としては、カルバゾール、ジメチルカルバゾール、ジ-tert-ブチルカルバゾール、ジメトキシカルバゾール、テトラメチルカルバゾール、ベンゾフルオロカルバソール、ベンゾチエノカルバゾール、フェニルジヒドロインドロカルバゾール、フェニルビカルバゾール、ビカルバゾール、ターカルバゾール、ジフェニルカルバゾリルアミン、テトラフェニルカルバゾリルジアミン、フェノキサジン、ジヒドロフェナジン、フェノチアジン、ジメチルジヒドロアクリジン、ジフェニルアミン、ビス(tert-ブチル)フェニル)アミン、(ジフェニルアミノ)フェニル)ジフェニルベンゼンジアミン、ジメチルテトラフェニルジヒドロアクリジンジアミン、テトラメチル-ジヒドローインデノアクリジンおよびジフェニルージヒドロジベンゾアザシリンなどがあげられる。アクセプター性の構造としては、スルホニルジベンゼン、ベンゾフェノン、フェニレンビス(フェニルメタノン)、ベンゾニトリル、イソニコチノニトリル、フタロニトリル、イソフタロニトリル、パラフタロニトリル、ベンゼントリカルボニトリル、トリアゾール、オキサゾール、チアジアゾール、ベンゾチアゾール、ベンゾビス(チアゾール)、ベンゾオキサゾール、ベンゾビス(オキサゾール)、キノリン、ベンゾイミダゾール、ジベンゾキノキサリン、ヘプタアザフェナレン、チオキサントンジオキシド、ジメチルアントラセノン、アントラセンジオン、シクロヘプタビピリジン、フルオレンジカルボニトリル、トリエフェニルトリアジン、ピラジンジカルボニトリル、ピリミジン、フェニルピリミジン、メチルピリミジン、ピリジンジカルボニトリル、ジベンゾキノキサリンジカルボニトリル、ビス(フェニルスルホニル)ベンゼン、ジメチルチオキサンテンジオキド、チアンスレンテトラオキシドおよびトリス(ジメチルフェニル)ボランがあげられる。特に、TAF素子における熱活性型遅延蛍光を有する化合物は、部分構造として、カルバゾール、フェノキサジン、アクリジン、トリアジン、ピリミジン、ピラジン、チオキサンテン、ベンゾニトリル、フタロニトリル、イソフタロニトリル、ジフェニルスルホン、トリアゾール、オキサジアゾール、チアジアゾールおよびベンゾフェノンから選択される少なくとも1つを有する化合物であることが好ましい。
TAF素子における発光層の第2成分として用いる化合物は、熱活性型遅延蛍光体であって、その発光スペクトルがエミッティングドーパントの吸収ピークと少なくとも一部重なる化合物であることが好ましい。以下において、TAF素子における発光層の第2成分(熱活性型遅延蛍光体)として用いることができる化合物を例示する。ただしTAF素子において熱活性型遅延蛍光体として用いることができる化合物は、以下の例示化合物によって限定的に解釈されることはない。下記式において、Meはメチルを表し、tBuはt-ブチルを表し、Phはフェニルを表し、波線は結合位置を表す。
Figure 2022032966000145
Figure 2022032966000146
Figure 2022032966000147
Figure 2022032966000148
Figure 2022032966000149
Figure 2022032966000150
Figure 2022032966000151
Figure 2022032966000152
Figure 2022032966000153
Figure 2022032966000154
Figure 2022032966000155
Figure 2022032966000156
Figure 2022032966000157
Figure 2022032966000158
Figure 2022032966000159
Figure 2022032966000160
Figure 2022032966000161
Figure 2022032966000162
Figure 2022032966000163
さらに、熱活性型遅延蛍光体として、下記式(AD1)、(AD2)および(AD3)のいずれかで表される化合物も用いることができる。
Figure 2022032966000164
上記式(AD1)、(AD2)および(AD3)中、
Mは、それぞれ独立して、単結合、-O-、>N-Arまたは>CArであり、形成する部分構造のHOMOの深さおよび励起一重項エネルギー準位および励起三重項エネルギー準位の高さの観点から、好ましくは、単結合、-O-または>N-Arである。Jはドナー性の部分構造とアクセプター性の部分構造を分けるスペーサー構造であり、それぞれ独立して、炭素数6~18のアリーレンであり、ドナー性の部分構造とアクセプター性の部分構造から染み出す共役の大きさの観点から、炭素数6~12のアリーレンが好ましい。より具体的には、フェニレン、メチルフェニレンおよびジメチルフェニレンがあげられる。Qは、それぞれ独立して、=C(-H)-または=N-であり、形成する部分構造のLUMOの浅さおよび励起一重項エネルギー準位および励起三重項エネルギー準位の高さの観点から、好ましくは、=N-である。Arは、それぞれ独立して、水素、炭素数6~24のアリール、炭素数2~24のヘテロアリール、炭素数1~12のアルキルまたは炭素数3~18のシクロアルキルであり、形成する部分構造のHOMOの深さおよび励起一重項エネルギー準位および励起三重項エネルギー準位の高さの観点から、好ましくは、水素、炭素数6~12のアリール、炭素数2~14のヘテロアリール、炭素数1~4のアルキルまたは炭素数6~10のシクロアルキルであり、より好ましくは、水素、フェニル、トリル、キシリル、メシチル、ビフェニル、ピリジル、ビピリジル、トリアジル、カルバゾリル、ジメチルカルバゾリル、ジーtert-ブチルカルバゾリル、ベンゾイミダゾールまたはフェニルベンゾイミダゾールであり、さらに好ましくは、水素、フェニルまたはカルバゾリルである。mは、1または2である。nは、~(6-m)の整数であり、立体障害の観点から、好ましくは、4~(6-m)の整数である。さらに、上記各式で表される化合物における少なくとも1つの水素は、ハロゲンまたは重水素で置換されていてもよい。
本態様の第2成分として用いる化合物は、より具体的に言えば、4CzBN、4CzBN-Ph、5CzBN、3Cz2DPhCzBN、4CzIPN、2PXZーTAZ、Cz-TRZ3、BDPCC-TPTA、MA-TA、PA-TA、FA-TA、PXZ-TRZ、DMAC-TRZ、BCzT、DCzTrz、DDCzTRz、spiroAC-TRZ、Ac-HPM、Ac-PPM、Ac-MPM、TCzTrz、TmCzTrzおよびDCzmCzTrzであることが好ましい。
本態様の第2成分として用いる化合物は、1つのドナーDと1つのアクセプターAが直接結合または連結基を介して結合しているD-Aで表されるドナーアクセプター型TADF化合物でもよいが、1つのアクセプターAに複数のドナーDが直接結合または連結基を介して結合している下記式(DAD1)で表される構造を有するものであることが、有機電界発光素子の特性がより優れたものになるため好ましい。
(D-L)n-A (DAD1)
式(DAD1)には、下記式(DAD2)で表される化合物が含まれる。
-L-A-L-D (DAD2)
式(DAD1)および式(DAD2)において、D、DおよびDはそれぞれ独立してドナー性基を表す。ドナー性基としては、上記のドナー性の構造を採用することができる。AおよびAはそれぞれ独立してアクセプター性基を表す、アクセプター性基としては、上記のアクセプター性の構造を採用することができる。L、LおよびLはそれぞれ独立して単結合または共役連結基を表す。共役連結基はドナー性基とアクセプター性基を分けるスペーサー構造であり、炭素数6~18のアリーレンであることが好ましく、炭素数6~12のアリーレンがより好ましい。L、LおよびLは、それぞれ独立してフェニレン、メチルフェニレンまたはジメチルフェニレンであることがさらに好ましい。式(DAD1)におけるnは2以上であって、Aが置換しうる最大数以下の整数を表す。nは例えば2~10の範囲内で選択したり、2~6の範囲内で選択したりしてもよい。nが2であるとき、式(DAD2)で表される化合物になる。n個のDは同一であっても異なっていてもよく、n個のLは同一であっても異なっていてもよい。式(DAD1)および式(DAD2)で表される化合物の好ましい具体例として、2PXZ-TAZや下記の化合物をあげることができるが、本発明で採用することができる第2成分はこれらの化合物に限定されない。
Figure 2022032966000165
本態様において、発光層は単一層でも複数層からなってもどちらでもよい。また、ホスト化合物、熱活性型遅延蛍光体および本発明の多環芳香族化合物は、同一の層内に含まれていてもよく、複数層に少なくとも1成分ずつ含まれていてもよい。発光層が含むホスト化合物、熱活性型遅延蛍光体および本発明の多環芳香族化合物は、それぞれ一種類であっても、複数の組み合わせであっても、いずれでもよい。アシスティングドーパントおよびエミッティングドーパントは、マトリックスとしてのホスト化合物中に、全体的に含まれていてもよいし、部分的に含まれていてもよい。アシスティングドーパントおよびエミッティングドーパントがドープされた発光層は、ホスト化合物とアシスティングドーパントとエミッティングドーパントを三元共蒸着法によって成膜する方法、ホスト化合物とアシスティングドーパントとエミッティングドーパントを予め混合してから同時に蒸着する方法、ホスト化合物とアシスティングドーパントとエミッティングドーパントを有機溶媒に溶解して調製した発光層形成用組成物(塗料)を塗布する、湿式成膜法等により形成することができる。
ホスト化合物の使用量はホスト化合物の種類によって異なり、そのホスト化合物の特性に合わせて決めればよい。ホスト化合物の使用量の目安は、好ましくは発光層用材料全体の40~99.999質量%であり、より好ましくは50~99.99質量%であり、さらに好ましくは60~99.9質量%である。上記の範囲であれば、例えば、効率的な電荷の輸送と、ドーパントへの効率的なエネルギーの移動の点で好ましい。
アシスティングドーパント(熱活性型遅延蛍光体)の使用量はアシスティングドーパントの種類によって異なり、そのアシスティングドーパントの特性に合わせて決めればよい。アシスティングドーパントの使用量の目安は、好ましくは発光層用材料全体の1~60質量%であり、より好ましくは2~50質量%であり、さらに好ましくは5~30質量%である。上記の範囲であれば、例えば、効率的にエネルギーをエミッティングドーパントへ移動させられるという点で好ましい。
エミッティングドーパント(ホウ素原子を有する化合物)の使用量はエミッティングドーパントの種類によって異なり、そのエミッティングドーパントの特性に合わせて決めればよい。エミッティングドーパントの使用量の目安は、好ましくは発光層用材料全体の0.001~30質量%であり、より好ましくは0.01~20質量%であり、さらに好ましくは0.1~10質量%である。上記の範囲であれば、例えば、濃度消光現象を防止できるという点で好ましい。
エミッティングドーパントの使用量は低濃度である方が濃度消光現象を防止できるという点で好ましい。アシスティングドーパントの使用量が高濃度である方が熱活性型遅延蛍光機構の効率の点からは好ましい。さらには、アシスティングドーパントの熱活性型遅延蛍光機構の効率の点からは、アシスティングドーパントの使用量に比べてエミッティングドーパントの使用量が低濃度である方が好ましい。
2-1-3.有機電界発光素子における基板
基板101は、有機EL素子100の支持体であり、通常、石英、ガラス、金属、プラスチックなどが用いられる。基板101は、目的に応じて板状、フィルム状、またはシート状に形成され、例えば、ガラス板、金属板、金属箔、プラスチックフィルム、プラスチックシートなどが用いられる。なかでも、ガラス板、および、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製の板が好ましい。ガラス基板であれば、ソーダライムガラスや無アルカリガラスなどが用いられ、また、厚みも機械的強度を保つのに十分な厚みがあればよいので、例えば、0.2mm以上あればよい。厚さの上限値としては、例えば、2mm以下、好ましくは1mm以下である。ガラスの材質については、ガラスからの溶出イオンが少ない方がよいので無アルカリガラスの方が好ましいが、SiOなどのバリアコートを施したソーダライムガラスも市販されているのでこれを使用することができる。また、基板101には、ガスバリア性を高めるために、少なくとも片面に緻密なシリコン酸化膜などのガスバリア膜を設けてもよく、特にガスバリア性が低い合成樹脂製の板、フィルムまたはシートを基板101として用いる場合にはガスバリア膜を設けるのが好ましい。
2-1-4.有機電界発光素子における陽極
陽極102は、発光層105へ正孔を注入する役割を果たす。なお、陽極102と発光層105との間に正孔注入層103および/または正孔輸送層104が設けられている場合には、これらを介して発光層105へ正孔を注入することになる。
陽極102を形成する材料としては、無機化合物および有機化合物があげられる。無機化合物としては、例えば、金属(アルミニウム、金、銀、ニッケル、パラジウム、クロムなど)、金属酸化物(インジウムの酸化物、スズの酸化物、インジウム-スズ酸化物(ITO)、インジウム-亜鉛酸化物(IZO)など)、ハロゲン化金属(ヨウ化銅など)、硫化銅、カーボンブラック、ITOガラスやネサガラスなどがあげられる。有機化合物としては、例えば、ポリ(3-メチルチオフェン)などのポリチオフェン、ポリピロール、ポリアニリンなどの導電性ポリマーなどがあげられる。その他、有機EL素子の陽極として用いられている物質の中から適宜選択して用いることができる。
透明電極の抵抗は、発光素子の発光に十分な電流が供給できればよいので限定されないが、発光素子の消費電力の観点からは低抵抗であることが望ましい。例えば、300Ω/□以下のITO基板であれば素子電極として機能するが、現在では10Ω/□程度の基板の供給も可能になっていることから、例えば100~5Ω/□、好ましくは50~5Ω/□の低抵抗品を使用することが特に望ましい。ITOの厚みは抵抗値に合わせて任意に選ぶ事ができるが、通常50~300nmの間で用いられることが多い。
2-1-5.有機電界発光素子における正孔注入層、正孔輸送層
正孔注入層103は、陽極102から移動してくる正孔を、効率よく発光層105内または正孔輸送層104内に注入する役割を果たす。正孔輸送層104は、陽極102から注入された正孔または陽極102から正孔注入層103を介して注入された正孔を、効率よく発光層105に輸送する役割を果たす。正孔注入層103および正孔輸送層104は、それぞれ、正孔注入・輸送材料の一種または二種以上を積層、混合するか、正孔注入・輸送材料と高分子結着剤の混合物により形成される。また、正孔注入・輸送材料に塩化鉄(III)のような無機塩を添加して層を形成してもよい。
正孔注入・輸送性物質としては電界を与えられた電極間において正極からの正孔を効率よく注入・輸送することが必要で、正孔注入効率が高く、注入された正孔を効率よく輸送することが望ましい。そのためにはイオン化ポテンシャルが小さく、しかも正孔移動度が大きく、さらに安定性に優れ、トラップとなる不純物が製造時および使用時に発生しにくい物質であることが好ましい。
正孔注入層103および正孔輸送層104を形成する材料としては、光導電材料において、正孔の電荷輸送材料として従来から慣用されている化合物、p型半導体、有機EL素子の正孔注入層および正孔輸送層に使用されている公知の化合物の中から任意の化合物を選択して用いることができる。それらの具体例は、カルバゾール誘導体(N-フェニルカルバゾール、ポリビニルカルバゾールなど)、ビス(N-アリールカルバゾール)またはビス(N-アルキルカルバゾール)などのビスカルバゾール誘導体、トリアリールアミン誘導体(4,4’,4”-トリス(N-カルバゾリル)トリフェニルアミン、芳香族第3級アミノを主鎖または側鎖に持つポリマー、1,1-ビス(4-ジ-p-トリルアミノフェニル)シクロヘキサン、N,N’-ジフェニル-N,N’-ジ(3-メチルフェニル)-4,4’-ジアミノビフェニル、N,N’-ジフェニル-N,N’-ジナフチル-4,4’-ジアミノビフェニル、N,N’-ジフェニル-N,N’-ジ(3-メチルフェニル)-4,4’-ジフェニル-1,1’-ジアミン、N,N’-ジナフチル-N,N’-ジフェニル-4,4’-ジフェニル-1,1’-ジアミン、N,N4’-ジフェニル-N,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、N,N,N4’,N4’-テトラ[1,1’-ビフェニル]-4-イル)-[1,1’-ビフェニル]-4,4’-ジアミン、4,4’,4”-トリス(3-メチルフェニル(フェニル)アミノ)トリフェニルアミンなどのトリフェニルアミン誘導体、スターバーストアミン誘導体など)、スチルベン誘導体、フタロシアニン誘導体(無金属、銅フタロシアニンなど)、ピラゾリン誘導体、ヒドラゾン系化合物、ベンゾフラン誘導体やチオフェン誘導体、オキサジアゾール誘導体、キノキサリン誘導体(例えば、1,4,5,8,9,12-ヘキサアザトリフェニレン-2,3,6,7,10,11-ヘキサカルボニトリルなど)、ポルフィリン誘導体などの複素環化合物、ポリシランなどである。ポリマー系では前記単量体を側鎖に有するポリカーボネートやスチレン誘導体、ポリビニルカルバゾールおよびポリシランなどが好ましいが、発光素子の作製に必要な薄膜を形成し、陽極から正孔が注入できて、さらに正孔を輸送できる化合物であれば特に限定されない。
また、有機半導体の導電性は、そのドーピングにより、強い影響を受けることも知られている。このような有機半導体マトリックス物質は、電子供与性の良好な化合物、または、電子受容性の良好な化合物から構成されている。電子供与物質のドーピングのために、テトラシアノキノンジメタン(TCNQ)または2,3,5,6-テトラフルオロテトラシアノ-1,4-ベンゾキノンジメタン(F4TCNQ)などの強い電子受容体が知られている(例えば、文献「M.Pfeiffer,A.Beyer,T.Fritz,K.Leo,Appl.Phys.Lett.,73(22),3202-3204(1998)」および文献「J.Blochwitz,M.Pfeiffer,T.Fritz,K.Leo,Appl.Phys.Lett.,73(6),729-731(1998)」を参照)。これらは、電子供与型ベース物質(正孔輸送物質)における電子移動プロセスによって、いわゆる正孔を生成する。正孔の数および移動度によって、ベース物質の伝導性が、かなり大きく変化する。正孔輸送特性を有するマトリックス物質としては、例えばベンジジン誘導体(TPDなど)またはスターバーストアミン誘導体(TDATAなど)、または、特定の金属フタロシアニン(特に、亜鉛フタロシアニン(ZnPc)など)が知られている(特開2005-167175号公報)。
本発明の多環芳香族化合物は正孔注入層形成用材料または正孔輸送層形成用材料として用いてもよい。
2-1-6.有機電界発光素子における電子阻止層
正孔注入・輸送層と発光層との間には発光層からの電子の拡散を防ぐ電子阻止層を設けてもよい。電子阻止層の形成には、上述の式(H1)、(H2)および(H3)のいずれかで表される化合物を用いることができる。
本発明の多環芳香族化合物は電子阻止層形成用材料として用いてもよい。
2-1-7.有機電界発光素子における電子注入層、電子輸送層
電子注入層107は、陰極108から移動してくる電子を、効率よく発光層105内または電子輸送層106内に注入する役割を果たす。電子輸送層106は、陰極108から注入された電子または陰極108から電子注入層107を介して注入された電子を、効率よく発光層105に輸送する役割を果たす。電子輸送層106および電子注入層107は、それぞれ、電子輸送・注入材料の一種または二種以上を積層、混合するか、電子輸送・注入材料と高分子結着剤の混合物により形成される。
電子注入・輸送層とは、陰極から電子が注入され、さらに電子を輸送することをつかさどる層であり、電子注入効率が高く、注入された電子を効率よく輸送することが望ましい。そのためには電子親和力が大きく、しかも電子移動度が大きく、さらに安定性に優れ、トラップとなる不純物が製造時および使用時に発生しにくい物質であることが好ましい。しかしながら、正孔と電子の輸送バランスを考えた場合に、陽極からの正孔が再結合せずに陰極側へ流れるのを効率よく阻止できる役割を主に果たす場合には、電子輸送能力がそれ程高くなくても、発光効率を向上させる効果は電子輸送能力が高い材料と同等に有する。したがって、本実施形態における電子注入・輸送層は、正孔の移動を効率よく阻止できる層の機能も含まれてもよい。
電子輸送層106または電子注入層107を形成する材料(電子輸送材料)としては、光導電材料において電子伝達化合物として従来から慣用されている化合物、有機EL素子の電子注入層および電子輸送層に使用されている公知の化合物の中から任意に選択して用いることができる。
電子輸送層または電子注入層に用いられる材料としては、炭素、水素、酸素、硫黄、ケイ素およびリンの中から選ばれる一種以上の原子で構成される芳香族環または複素芳香族環からなる化合物、ピロール誘導体およびその縮合環誘導体および電子受容性窒素を有する金属錯体の中から選ばれる少なくとも一種を含有することが好ましい。具体的には、ナフタレン、アントラセンなどの縮合環系芳香族環誘導体、4,4’-ビス(ジフェニルエテニル)ビフェニルに代表されるスチリル系芳香族環誘導体、ペリノン誘導体、クマリン誘導体、ナフタルイミド誘導体、アントラキノンやジフェノキノンなどのキノン誘導体、リンオキサイド誘導体、アリールニトリル誘導体およびインドール誘導体などがあげられる。電子受容性窒素を有する金属錯体としては、例えば、ヒドロキシフェニルオキサゾール錯体などのヒドロキシアゾール錯体、アゾメチン錯体、トロポロン金属錯体、フラボノール金属錯体およびベンゾキノリン金属錯体などがあげられる。これらの材料は単独でも用いられるが、異なる材料と混合して使用しても構わない。
また、他の電子伝達化合物の具体例として、ピリジン誘導体、ナフタレン誘導体、フルオランテン誘導体、BO系誘導体、アントラセン誘導体、フェナントロリン誘導体、ペリノン誘導体、クマリン誘導体、ナフタルイミド誘導体、アントラキノン誘導体、ジフェノキノン誘導体、ジフェニルキノン誘導体、ペリレン誘導体、オキサジアゾール誘導体(1,3-ビス[(4-t-ブチルフェニル)1,3,4-オキサジアゾリル]フェニレンなど)、チオフェン誘導体、トリアゾール誘導体(N-ナフチル-2,5-ジフェニル-1,3,4-トリアゾールなど)、チアジアゾール誘導体、オキシン誘導体の金属錯体、キノリノール系金属錯体、キノキサリン誘導体、キノキサリン誘導体のポリマー、ベンザゾール類化合物、ガリウム錯体、ピラゾール誘導体、パーフルオロ化フェニレン誘導体、トリアジン誘導体、ピラジン誘導体、ベンゾキノリン誘導体(2,2’-ビス(ベンゾ[h]キノリン-2-イル)-9,9’-スピロビフルオレンなど)、イミダゾピリジン誘導体、ボラン誘導体、ベンゾイミダゾール誘導体(トリス(N-フェニルベンゾイミダゾール-2-イル)ベンゼンなど)、ベンゾオキサゾール誘導体、チアゾール誘導体、ベンゾチアゾール誘導体、キノリン誘導体、テルピリジンなどのオリゴピリジン誘導体、ビピリジン誘導体、テルピリジン誘導体(1,3-ビス(4’-(2,2’:6’,2”-テルピリジニル))ベンゼンなど)、ナフチリジン誘導体(ビス(1-ナフチル)-4-(1,8-ナフチリジン-2-イル)フェニルホスフィンオキサイドなど)、アルダジン誘導体、ピリミジン誘導体、アリールニトリル誘導体、インドール誘導体、リンオキサイド誘導体、ビススチリル誘導体、シロール誘導体およびアゾリン誘導体などがあげられる。
また、電子受容性窒素を有する金属錯体を用いることもでき、例えば、キノリノール系金属錯体やヒドロキシフェニルオキサゾール錯体などのヒドロキシアゾール錯体、アゾメチン錯体、トロポロン金属錯体、フラボノール金属錯体およびベンゾキノリン金属錯体などがあげられる。
上述した材料は単独でも用いられるが、異なる材料と混合して使用しても構わない。
上述した材料の中でも、ボラン誘導体、ピリジン誘導体、フルオランテン誘導体、BO系誘導体、アントラセン誘導体、ベンゾフルオレン誘導体、ホスフィンオキサイド誘導体、ピリミジン誘導体、アリールニトリル誘導体、トリアジン誘導体、ベンゾイミダゾール誘導体、フェナントロリン誘導体、キノリノール系金属錯体、チアゾール誘導体、ベンゾチアゾール誘導体、シロール誘導体およびアゾリン誘導体が好ましい。
本発明の多環芳香族化合物は電子注入層形成用材料または電子輸送層形成用材料として用いてもよい。
電子輸送層または電子注入層には、さらに、電子輸送層または電子注入層を形成する材料を還元できる物質を含んでいてもよい。この還元性物質は、一定の還元性を有する物質であれば、様々な物質が用いられ、例えば、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少なくとも1つを好適に使用することができる。
好ましい還元性物質としては、Na(仕事関数2.36eV)、K(同2.28eV)、Rb(同2.16eV)またはCs(同1.95eV)などのアルカリ金属や、Ca(同2.9eV)、Sr(同2.0~2.5eV)またはBa(同2.52eV)などのアルカリ土類金属があげられ、仕事関数が2.9eV以下の物質が特に好ましい。これらのうち、より好ましい還元性物質は、K、RbまたはCsのアルカリ金属であり、さらに好ましくはRbまたはCsであり、最も好ましいのはCsである。これらのアルカリ金属は、特に還元能力が高く、電子輸送層または電子注入層を形成する材料への比較的少量の添加により、有機EL素子における発光輝度の向上や長寿命化が図られる。また、仕事関数が2.9eV以下の還元性物質として、これら2種以上のアルカリ金属の組み合わせも好ましく、特に、Csを含んだ組み合わせ、例えば、CsとNa、CsとK、CsとRb、またはCsとNaとKとの組み合わせが好ましい。Csを含むことにより、還元能力を効率的に発揮することができ、電子輸送層または電子注入層を形成する材料への添加により、有機EL素子における発光輝度の向上や長寿命化が図られる。
2-1-8.有機電界発光素子における陰極
陰極108は、電子注入層107および電子輸送層106を介して、発光層105に電子を注入する役割を果たす。
陰極108を形成する材料としては、電子を有機層に効率よく注入できる物質であれば特に限定されないが、陽極102を形成する材料と同様の材料を用いることができる。なかでも、スズ、インジウム、カルシウム、アルミニウム、銀、銅、ニッケル、クロム、金、白金、鉄、亜鉛、リチウム、ナトリウム、カリウム、セシウムおよびマグネシウムなどの金属またはそれらの合金(マグネシウム-銀合金、マグネシウム-インジウム合金、フッ化リチウム/アルミニウムなどのアルミニウム-リチウム合金など)などが好ましい。電子注入効率をあげて素子特性を向上させるためには、リチウム、ナトリウム、カリウム、セシウム、カルシウム、マグネシウムまたはこれら低仕事関数金属を含む合金が有効である。しかしながら、これらの低仕事関数金属は一般に大気中で不安定であることが多い。この点を改善するために、例えば、有機層に微量のリチウム、セシウムやマグネシウムをドーピングして、安定性の高い電極を使用する方法が知られている。その他のドーパントとしては、フッ化リチウム、フッ化セシウム、酸化リチウムおよび酸化セシウムのような無機塩も使用することができる。ただし、これらに限定されない。
さらに、電極保護のために白金、金、銀、銅、鉄、スズ、アルミニウムおよびインジウムなどの金属、またはこれら金属を用いた合金、そしてシリカ、チタニアおよび窒化ケイ素などの無機物、ポリビニルアルコール、塩化ビニル、炭化水素系高分子化合物などを積層することが、好ましい例としてあげられる。これらの電極の作製法も、抵抗加熱、電子ビーム蒸着、スパッタリング、イオンプレーティングおよびコーティングなど、導通を取ることができれば特に制限されない。
2-1-9.各層で用いてもよい結着剤
以上の正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電子輸送層および電子注入層に用いられる材料は単独で各層を形成することができるが、高分子結着剤としてポリ塩化ビニル、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリ(N-ビニルカルバゾール)、ポリメチルメタクリレート、ポリブチルメタクリレート、ポリエステル、ポリスルホン、ポリフェニレンオキサイド、ポリブタジエン、炭化水素樹脂、ケトン樹脂、フェノキシ樹脂、ポリアミド、エチルセルロース、酢酸ビニル樹脂、ABS樹脂、ポリウレタン樹脂などの溶剤可溶性樹脂や、フェノール樹脂、キシレン樹脂、石油樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、アルキド樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂などの硬化性樹脂などに分散させて用いることも可能である。
2-1-10.有機電界発光素子の作製方法
有機EL素子を構成する各層は、各層を構成すべき材料を蒸着法、抵抗加熱蒸着、電子ビーム蒸着、スパッタリング、分子積層法、印刷法、インクジェット法、スピンコート法またはキャスト法、コーティング法などの方法で薄膜とすることにより、形成することができる。このようにして形成された各層の膜厚については特に限定はなく、材料の性質に応じて適宜設定することができるが、通常2nm~5000nmの範囲である。膜厚は通常、水晶発振式膜厚測定装置などで測定できる。蒸着法を用いて薄膜化する場合、その蒸着条件は、材料の種類、膜の目的とする結晶構造および会合構造などにより異なる。蒸着条件は一般的に、ボート加熱温度+50~+400℃、真空度10-6~10-3Pa、蒸着速度0.01~50nm/秒、基板温度-150~+300℃、膜厚2nm~5μmの範囲で適宜設定することが好ましい。
次に、有機EL素子を作製する方法の一例として、陽極/正孔注入層/正孔輸送層/ホスト材料とドーパント材料からなる発光層/電子輸送層/電子注入層/陰極からなる有機EL素子の作製法について説明する。適当な基板上に、陽極材料の薄膜を蒸着法などにより形成させて陽極を作製した後、この陽極上に正孔注入層および正孔輸送層の薄膜を形成させる。この上にホスト材料とドーパント材料を共蒸着し薄膜を形成させて発光層とし、この発光層の上に電子輸送層、電子注入層を形成させ、さらに陰極用物質からなる薄膜を蒸着法などにより形成させて陰極とすることにより、目的の有機EL素子が得られる。なお、上述の有機EL素子の作製においては、作製順序を逆にして、陰極、電子注入層、電子輸送層、発光層、正孔輸送層、正孔注入層、陽極の順に作製することも可能である。
このようにして得られた有機EL素子に直流電圧を印加する場合には、陽極を+、陰極を-の極性として印加すればよく、電圧2~40V程度を印加すると、透明または半透明の電極側(陽極または陰極、および両方)より発光が観測できる。また、この有機EL素子は、パルス電流や交流電流を印加した場合にも発光する。なお、印加する交流の波形は任意でよい。
2-1-11.有機電界発光素子の応用例
有機EL素子は表示装置または照明装置などにも応用することができる。
有機EL素子を備えた表示装置または照明装置は、有機EL素子と公知の駆動装置とを接続するなど公知の方法によって製造することができ、直流駆動、パルス駆動、交流駆動など公知の駆動方法を適宜用いて駆動することができる。
表示装置としては、例えば、カラーフラットパネルディスプレイなどのパネルディスプレイ、フレキシブルカラー有機電界発光(EL)ディスプレイなどのフレキシブルディスプレイなどがあげられる(例えば、特開平10-335066号公報、特開2003-321546号公報、特開2004-281086号公報など参照)。また、ディスプレイの表示方式としては、例えば、マトリクスおよび/またはセグメント方式などがあげられる。なお、マトリクス表示とセグメント表示は同じパネルの中に共存していてもよい。
マトリクスでは、表示のための画素が格子状やモザイク状など二次元的に配置されており、画素の集合で文字や画像を表示する。画素の形状やサイズは用途によって決まる。例えば、パソコン、モニター、テレビの画像および文字表示には、通常一辺が300μm以下の四角形の画素が用いられ、また、表示パネルのような大型ディスプレイの場合は、一辺がmmオーダーの画素を用いることになる。モノクロ表示の場合は、同じ色の画素を配列すればよいが、カラー表示の場合には、赤、緑、青の画素を並べて表示させる。この場合、典型的にはデルタタイプとストライプタイプがある。そして、このマトリクスの駆動方法としては、線順次駆動方法やアクティブマトリックスのどちらでもよい。線順次駆動の方が構造が簡単であるという利点があるが、動作特性を考慮した場合、アクティブマトリックスの方が優れる場合があるので、これも用途によって使い分けることが必要である。
セグメント方式(タイプ)では、予め決められた情報を表示するようにパターンを形成し、決められた領域を発光させることになる。例えば、デジタル時計や温度計における時刻や温度表示、オーディオ機器や電磁調理器などの動作状態表示および自動車のパネル表示などがあげられる。
照明装置としては、例えば、室内照明などの照明装置、液晶表示装置のバックライトなどがあげられる(例えば、特開2003-257621号公報、特開2003-277741号公報、特開2004-119211号公報など参照)。バックライトは、主に自発光しない表示装置の視認性を向上させる目的に使用され、液晶表示装置、時計、オーディオ装置、自動車パネル、表示板および標識などに使用される。特に、液晶表示装置、中でも薄型化が課題となっているパソコン用途のバックライトとしては、従来方式が蛍光灯や導光板からなっているため薄型化が困難であることを考えると、有機EL素子を用いたバックライトは薄型で軽量が特徴になる。
2-2.その他の有機デバイス
本発明に係る多環芳香族化合物は、上述した有機電界発光素子の他に、有機電界効果トランジスタまたは有機薄膜太陽電池などの作製に用いることができる。
有機電界効果トランジスタは、電圧入力によって発生させた電界により電流を制御するトランジスタのことであり、ソース電極とドレイン電極の他にゲート電極が設けられている。ゲート電極に電圧を印加すると電界が生じ、ソース電極とドレイン電極間を流れる電子(あるいはホール)の流れを任意にせき止めて電流を制御することができるトランジスタである。電界効果トランジスタは、単なるトランジスタ(バイポーラトランジスタ)に比べて小型化が容易であり、集積回路などを構成する素子としてよく用いられている。
有機電界効果トランジスタの構造は、通常、本発明に係る多環芳香族化合物を用いて形成される有機半導体活性層に接してソース電極およびドレイン電極が設けられており、さらに有機半導体活性層に接した絶縁層(誘電体層)を挟んでゲート電極が設けられていればよい。その素子構造としては、例えば以下の構造があげられる。
(1)基板/ゲート電極/絶縁体層/ソース電極・ドレイン電極/有機半導体活性層
(2)基板/ゲート電極/絶縁体層/有機半導体活性層/ソース電極・ドレイン電極
(3)基板/有機半導体活性層/ソース電極・ドレイン電極/絶縁体層/ゲート電極
(4)基板/ソース電極・ドレイン電極/有機半導体活性層/絶縁体層/ゲート電極
このように構成された有機電界効果トランジスタは、アクティブマトリックス駆動方式の液晶ディスプレイや有機エレクトロルミネッセンスディスプレイの画素駆動スイッチング素子などとして適用できる。
有機薄膜太陽電池は、ガラスなどの透明基板上にITOなどの陽極、ホール輸送層、光電変換層、電子輸送層、陰極が積層された構造を有する。光電変換層は陽極側にp型半導体層を有し、陰極側にn型半導体層を有している。本発明に係る多環芳香族化合物は、その物性に応じて、ホール輸送層、p型半導体層、n型半導体層、電子輸送層の材料として用いることが可能である。本発明に係る多環芳香族化合物は、有機薄膜太陽電池においてホール輸送材料や電子輸送材料として機能しうる。有機薄膜太陽電池は、上記の他にホールブロック層、電子ブロック層、電子注入層、ホール注入層、平滑化層などを適宜備えていてもよい。有機薄膜太陽電池には、有機薄膜太陽電池に用いられる既知の材料を適宜選択して組み合わせて用いることができる。
3.波長変換材料
本発明の多環芳香族化合物は、波長変換材料として使用することができる。
現在、色変換方式によるマルチカラー化技術を、液晶ディスプレイや有機ELディスプレイ、照明などへ応用することが盛んに検討されている。色変換とは、発光体からの発光をより長波長の光へと波長変換することであり、例えば、紫外光や青色光を緑色光や赤色発光へと変換することを表す。この色変換機能を有する波長変換材料をフィルム化し、例えば青色光源と組み合わせることにより、青色光源から、青、緑、赤色の3原色を取り出すこと、すなわち白色光を取り出すことが可能となる。このような青色光源と色変換機能を有する波長変換フィルムを組み合わせた白色光源を光源ユニットとし、液晶駆動部分と、カラーフィルターと組み合わせることで、フルカラーディスプレイの作製が可能になる。また、液晶駆動部分が無ければ、そのまま白色光源として用いることができ、例えばLED照明などの白色光源として応用できる。また、青色有機EL素子を光源として、青色光を緑色光および赤色光に変換する波長変換フィルムと組み合わせて用いることでメタルマスクを用いないフルカラー有機ELディスプレイの作製が可能になる。さらに、青色マイクロLEDを光源として、青色光を緑色光および赤色光に変換する波長変換フィルムと組み合わせて用いることで低コストのフルカラーマイクロLEDディスプレイの作製が可能になる。
本発明の多環芳香族化合物は、この波長変換材料として使用することができる。本発明の多環芳香族化合物を含む波長変換材料を用いて、紫外光やより短波長の青色を生成する光源や発光素子からの光を、表示装置(有機EL素子を利用した表示装置や液晶表示装置)での利用に適した色純度の高い青色光や緑色光に変換することができる。変換される色の調整は、本発明の多環芳香族化合物の置換基、後述の波長変換用組成物で用いるバインダー樹脂等を適宜選択することにより行うことができる。波長変換材料は本発明の多環芳香族化合物を含む波長変換用組成物として調製することができる。また、この波長変換用組成物を用いて波長変換フィルムを形成してもよい。
波長変換用組成物は、本発明の多環芳香族化合物のほか、バインダー樹脂、その他の添加剤、および溶媒を含んでいてもよい。バインダー樹脂としては、例えば国際効果2016/190283号の段落0173~0176に記載のものを用いることができる。その他の添加剤としては、国際効果2016/190283号の段落0177~0181に記載の化合物を用いることができる。溶媒としては、上記の発光層形成用組成物に含まれる溶媒の記載を参照することができる。
波長変換フィルムは波長変換用組成物の硬化により形成される波長変換層を含む。波長変換用組成物からの波長変換層の作製方法としては公知のフィルム形成方法を参照することができる。波長変換フィルムは本発明の多環芳香族化合物を含む組成物から形成される波長変換層のみからなっていてもよく、他の波長変換層(例えば、青色光を緑色光や赤色光に変換する波長変換層、青色光や緑色光を赤色光に変換する波長変換層)を含んでいてもよい。さらに波長変換フィルムは基材層や、色変換層の酸素、水分、または熱による劣化を防ぐためのバリア層を含んでいてもよい。
以下,実施例により本発明をさらに具体的に説明していくが,本発明はこれらに限定されるものではない。
なお、実施例における反応式中、Meはメチル、Etはエチル、tBuはそれぞれt―ブチル、iPrはイソプロピルを示す。
合成例(1):
化合物(1-1)の合成
Figure 2022032966000166
第1工程
窒素雰囲気下、化合物(T-1)(13.0g)、化合物(T-2)(17.8g)、tert-ブトキシナトリウム(NaOtBu、4.8g)、Pd-132(商品名:ジクロロビス(ジ-t-ブチル(4-ジメチルアミノフェニル)ホスフィノ)パラジウム、0.41g)およびキシレン(140ml)、を反応器に入れて時間加熱還流した。反応混合物を室温まで冷却したのち、水層をトルエンで抽出した。一緒にした有機層を水で洗浄し、無水硫酸マグネシウムで乾燥した。この溶液を減圧下で濃縮し、残渣をシリカゲルクロマトグラフィー(トルエン)で精製して、化合物(T-3)(25.6g)を得た。
化合物(1-1)の合成
化合物(T-3)(8.0g)およびtert-ブチルベンゼン(Bu-benzene、60ml)の入ったフラスコに、窒素雰囲気下、-30℃で、1.6Mのtert-ブチルリチウムペンタン溶液(tBuLi、10ml)を加えた。滴下終了後、60℃まで昇温して2時間撹拌した後、tert-ブチルベンゼンより低沸点の成分を減圧留去した。-30℃まで冷却して三臭化ホウ素(4.0g)を加え、室温まで昇温して0.5時間撹拌した。その後、再び0℃まで冷却してN,N-ジイソプロピルエチルアミン(EtN(iPr)、2.8ml)を加え、発熱が収まるまで室温で撹拌した後、120℃まで昇温して3時間加熱撹拌した。反応液を室温まで冷却し、氷浴で冷やした酢酸ナトリウム水溶液、次いでへプタンを加えて分液した。次いで、シリカゲルショートパスカラム(展開液:トルエン)で精製した後、溶媒を減圧留去し得られた固体をトルエンに溶かし、へプタンを加えて再沈殿させ、式(1-1)で表される化合物を得た。
H-NMR(CDCl):δ=9.04 (s,1H)、 8.99 (s,1H), 7.66 (d,2H), 7.53 (d,1H), 7.48 (dd,1H), 7.35 (d,2H), 7.29 (t,1H), 7.27-7.25 (m,2H), 7.02 (d,2H), 7.00 (d,2H), 6.93 (dd,1H), 6.65 (d,1H), 5.91 (s,1H), 5.89 (s,1H), 5.73 (s,2H), 2.09 (s,3H), 1.90 (s,6H), 1.51 (s,9H), 1.46 (s,9H), 1.38 (s,9H), 1.30 (s,9H), 1.26 (s,18H).
合成例(2):化合物(1-7)の合成
化合物(T-3)を化合物(T-3-7)に変更した以外は、合成例1と同様の手順で化合物(1-7)を得た。
MS測定(MALDI-TOFMS)によりm/z(M+H)=940.67
Figure 2022032966000167
合成例(3):化合物(1-10)の合成
化合物(T-3)を化合物(T-3-10)に変更した以外は、合成例1と同様の手順で化合物(1-10)を得た。
MS測定(MALDI-TOFMS)によりm/z(M+H)=1072.76
Figure 2022032966000168
合成例(4):化合物(1-42)の合成
化合物(T-3)を化合物(T-3-42)に変更した以外は、合成例1と同様の手順で化合物(1-42)を得た。
MS測定(MALDI-TOFMS)によりm/z(M+H)=1054.72
Figure 2022032966000169
合成例(5):化合物(1-350)の合成
化合物(T-3)を化合物(T-3-350)に変更した以外は、合成例1と同様の手順で化合物(1-350)を得た。
MS(MALDI-TOFMS)によりm/z(M+H)=1152.73
H-NMR(CDCl):δ=8.7(s、1H)、7.9(d、1H)、7.7(d、2H)、7.5(d、1H)、7.5~7.4(m、7H)、7.1~7.0(m、2H)、7.0(m、3H)、7.0(dd、1H)、6.9~6.8(m、2H)、6.6(d、1H)、6.2(d、1H)、6.0(d、1H)、6.0(d、1H)、5.9(s、1H)、1.9(s、3H)、1.9(s、3H)、1.5(s、9H)、1.4(s、9H)、1.4(s、9H)、1.3(s、9H)、1.1(s、9H)、1.1(s、9H)、1.0(s、9H).
Figure 2022032966000170
合成例(6):化合物(1-365)の合成
化合物(T-3)を化合物(T-3-365)に変更した以外は、合成例1と同様の手順で化合物(1-365)を得た。
MS測定(MALDI-TOFMS)によりm/z(M+H)=1148.79
Figure 2022032966000171
合成例(7):化合物(1-367)の合成
化合物(T-3)を化合物(T-3-367)に変更した以外は、合成例1と同様の手順で化合物(1-367)を得た。
MS測定(MALDI-TOFMS)によりm/z(M+H)=1038.68
Figure 2022032966000172
合成例(8):化合物(1-369)の合成
化合物(T-3)を化合物(T-3-369)に変更した以外は、合成例1と同様の手順で化合物(1-369)を得た。
H-NMR(CDCl):δ=9.00(br,1H)、8.89(br,1H)、7.60-7.50(m,2H)、7.39(d,1H)、7.37(d,1H)、7.33-7.27(m,2H)、7.11(d,2H)、7.07(d,1H)、6.99(br,2H)、6.96-6.89(m,2H)、6.60(br,1H)、6.23(dd,1H)、6.09(br,1H)、5.87(br,1H)、5.48(br,1H)、2.21―2.15(m,3H)、1.97(dd,6H)、1.91―1.68(m,26H)、1.53(s,6H)、1.40(s,6H)、1.25(s,6H)、1.09(s,6H)、0.93(s,9H).
Figure 2022032966000173
合成例(9):化合物(1-370)の合成
化合物(T-3)を化合物(T-3-370)に変更した以外は、合成例1と同様の手順で化合物(1-370)を得た。
MS測定(MALDI-TOFMS)によりm/z(M+H)=1148.79
Figure 2022032966000174
合成例(10):化合物(1-374)の合成
化合物(T-3)を化合物(T-3-374)に変更した以外は、合成例1と同様の手順で化合物(1-374)を得た。
MS測定(MALDI-TOFMS)によりm/z(M+H)=1116.73
H-NMR(CDCl):δ=8.97(br,1H)、8.79(br,1H)、7.70(br,1H)、7.61-7.48(m,2H)、7.42-7.26(m,5H)、7.17(d,1H)、7.14-7.08(m,4H)、7.05-6.96(m,4H)、6.95-6.88(m,2H)、6.61(br,1H)、6.26-5.47(m,4H)、2.22―2.16(m,3H)、1.97(d,6H)、1.91―1.61(m,16H)、1.48-1.42(m,15H)、1.11(s,9H)、1.09(s,3H)、1.07(s,3H)、0.92(s,9H).
Figure 2022032966000175
合成例(11):化合物(1-380)の合成
化合物(T-3)を化合物(T-3-380)に変更した以外は、合成例1と同様の手順で化合物(1-380)を得た。
MS測定(MALDI-TOFMS)によりm/z(M+H)=1128.82
Figure 2022032966000176
合成例(12):化合物(1-381)の合成
化合物(T-3)を化合物(T-3-381)に変更した以外は、合成例1と同様の手順で化合物(1-381)を得た。
MS測定(MALDI-TOFMS)によりm/z(M+H)=960.64
H-NMR(CDCl):δ=9.00(br,1H)、8.89(br,1H)、7.64-7.49(m,2H)、7.44-7.32(m,4H)、7.31-7.27(m,2H)、7.14(d,2H)、7.06(d,1H)、7.01(d,2H)、6.96-6.89(m,2H)、6.60(br,1H)、6.26-5.50(m,4H)、
1.87(br,6H)、1.82―1.68(m,8H)、1.57―1.47(m,6H)、1.40(s,9H)、1.40(s,6H)、1.24(s,6H)、1.10(s,6H)、0.93(s,9H).
Figure 2022032966000177
合成例(13):化合物(1-382)の合成
化合物(T-3)を化合物(T-3-382)に変更した以外は、合成例1と同様の手順で化合物(1-382)を得た。
MS測定(MALDI-TOFMS)によりm/z(M+H)=1092.73
H-NMR(CDCl):δ=8.87(br,1H)、8.82(br,1H)、7.57(d,1H)、7.51(m,1H)、7.47-7.40(m,3H)、7.38-7.32(m,2H)、7.29(br,1H)、7.15(dd,2H)、7.07(br,1H)、7.01(d,1H)、6.99-6.87(m,6H)、6.61(br,1H)、6.22-6.17(m,1H)、6.01(br,2H)、5.59(br,1H)、1.92―1.64(m,14H)、1.53(s,6H)、1.42(s,9H)、1.40(s,6H)、1.25(s,6H)、1.11(s,9H)、1.10(s,3H)、1.09(s,3H)、0.94(s,9H).
Figure 2022032966000178
合成例(14):化合物(1-383)の合成
化合物(T-3)を化合物(T-3-383)に変更した以外は、合成例1と同様の手順で化合物(1-383)を得た。
MS測定(MALDI-TOFMS)によりm/z(M+H)=1128.82
Figure 2022032966000179
合成例(15):化合物(1-386)の合成
化合物(T-3)を化合物(T-3-386)に変更した以外は、合成例1と同様の手順で化合物(1-386)を得た。
MS測定(MALDI-TOFMS)によりm/z(M+H)=1062.68
Figure 2022032966000180
合成例(16):化合物(1-435)の合成
化合物(T-3)を化合物(T-3-435)に変更した以外は、合成例1と同様の手順で化合物(1-435)を得た。
MS測定(MALDI-TOFMS)によりm/z(M+H)=991.54
Figure 2022032966000181
合成例(17):化合物(1-436)の合成
化合物(T-3)を化合物(T-3-436)に変更した以外は、合成例1と同様の手順で化合物(1-436)を得た。
H-NMR(CDCl):δ=8.85(s,1H),8.19(d,1H),8.07(t,1H),7.95(d,1H),7.67(dd,1H),7.56(dq,2H),7.49(d,1H),7.45(dd,1H),7.38-7.36(m,3H),7.24(q,1H),7.15(dd,1H),6.82(d,1H),6.76(s,1H),6.31(s,1H),6.27(s,1H),6.15(s,1H),1.89(dd,6H),1.83(d,4H),1.48(s,9H),1.44(d,6H),1.33(s,9H),1.30-1.27(m,6H),1.13(s,9H),0.90(s,9H)
Figure 2022032966000182
合成例(18):化合物(1-450)の合成
化合物(T-3)を化合物(T-3-450)に変更した以外は、合成例1と同様の手順で化合物(1-450)を得た。
MS測定(MALDI-TOFMS)によりm/z(M+H)=961.53
Figure 2022032966000183
合成例(19):化合物(1-456)の合成
化合物(T-3)を化合物(T-3-456)に変更した以外は、合成例1と同様の手順で化合物(1-456)を得た。
MS測定(MALDI-TOFMS)によりm/z(M+H)=1017.59
Figure 2022032966000184
合成例(20):化合物(1-465)の合成
化合物(T-3)を化合物(T-3-465)に変更した以外は、合成例1と同様の手順で化合物(1-465)を得た。
MS測定(MALDI-TOFMS)によりm/z(M+H)=1289.88
Figure 2022032966000185
合成例(21):化合物(1-466)の合成
化合物(T-3)を化合物(T-3-466)に変更した以外は、合成例1と同様の手順で化合物(1-466)を得た。
MS測定(MALDI-TOFMS)によりm/z(M+H)=1315.90
Figure 2022032966000186
合成例(22):化合物(1-467)の合成
化合物(T-3)を化合物(T-3-467)に変更した以外は、合成例1と同様の手順で化合物(1-467)を得た。
MS測定(MALDI-TOFMS)によりm/z(M+H)=1341.91
Figure 2022032966000187
合成例(23):化合物(1-480)の合成
化合物(T-3)を化合物(T-3-480)に変更した以外は、合成例1と同様の手順で化合物(1-480)を得た。
MS測定(MALDI-TOFMS)によりm/z(M+H)=1080.60
Figure 2022032966000188
原料の化合物を適宜変更することにより、上述した合成例に準じた方法で、本発明の他の化合物を合成することができる。
<基礎物性の評価方法>
サンプルの準備
評価対象の化合物の吸収特性と発光特性(蛍光と燐光)を評価する場合、評価対象の化合物を溶媒に溶解して溶媒中で評価する場合と薄膜状態で評価する場合がある。さらに、薄膜状態で評価する場合は、評価対象の化合物の有機EL素子における使用の態様に応じて、評価対象の化合物のみを薄膜化し評価する場合と評価対象の化合物を適切なマトリックス材料中に分散して薄膜化して評価する場合がある。ここでは、評価対象化合物のみを蒸着して得た薄膜を「単独膜」といい、評価対象化合物とマトリックス材料を含む塗工液を塗布、乾燥して得た薄膜を「塗膜」という。
マトリックス材料としては、市販のPMMA(ポリメチルメタクリレート)などを用いることができる。本実施例では、PMMAと評価対象の化合物をトルエン中で溶解させた後、スピンコーティング法により石英製の透明支持基板(10mm×10mm)上に薄膜を形成してサンプルを作製した。
蛍光スペクトルの測定は、式(1-1)、式(1-7)、式(1-10)、式(1-350)、式(1-369)および式(1-380)で表される化合物について行なった。各化合物(PMMAに対して1質量%)とPMMAとをトルエン中で溶解させた後、スピンコートで基板(石英基板、10mm×10mm)に塗布、乾燥することで薄膜形成基板を作製し、励起波長380nmで励起して測定することで、発光波長および発光スペクトルの半値幅(極大発光波長を中心として、その強度が50%になる上下の波長間の幅として求められる)を測定した。結果を下記表1に示す。
Figure 2022032966000189
表1の結果から、本発明の化合物は半値幅の小さい、高い色純度の発光をすることがわかる。
また、マトリックス材料がホスト化合物である場合の薄膜サンプルは、以下のようにして作製する。
石英製の透明支持基板(10mm×10mm×1.0mm)を市販の蒸着装置(長州産業(株)製)の基板ホルダーに固定し、ホスト化合物を入れたモリブデン製蒸着用ボート、ドーパント材料を入れたモリブデン製蒸着用ボートを装着した後、真空槽を5×10-4Paまで減圧する。次に、ホスト化合物が入った蒸着用ボートとドーパント材料が入った蒸着用ボートを同時に加熱して、ホスト化合物とドーパント材料を適切な膜厚になるように共蒸着してホスト化合物とドーパント材料の混合薄膜(サンプル)を形成する。ここで、ホスト化合物とドーパント材料の設定質量比に応じて蒸着速度を制御する。
吸収特性と発光特性の評価
サンプルの吸収スペクトルの測定は、紫外可視近赤外分光光度計((株)島津製作所、UV-2600)を用いて行う。また、サンプルの蛍光スペクトルまたは燐光スペクトルの測定は、分光蛍光光度計(日立ハイテク(株)製、F-7000)を用いて行う。
蛍光スペクトルの測定に対しては、室温で適切な励起波長で励起しフォトルミネッセンスを測定する。燐光スペクトルの測定に対しては、付属の冷却ユニットを使用して、前記サンプルを液体窒素に浸した状態(温度77K)で測定する。燐光スペクトルを観測するため、光学チョッパを使用して励起光照射から測定開始までの遅れ時間を調整する。サンプルは適切な励起波長で励起しフォトルミネッセンスを測定する。
また、絶対PL量子収率測定装置(浜松ホトニクス(株)製、C9920-02G)を用いて発光量子収率(PLQY)を測定する。
次に、本発明の多環芳香族化合物の基礎物性評価について記載する。
蛍光寿命(遅延蛍光)の評価
蛍光寿命測定装置(浜松ホトニクス(株)製、C11367-01)を用いて300Kで蛍光寿命を測定した。具体的には、適切な励起波長で測定される極大発光波長において蛍光寿命の早い発光成分と遅い発光成分を観測した。蛍光を発光する一般的な有機EL材料の室温における蛍光寿命測定では、熱による3重項成分の失活により、燐光に由来する3重項成分が関与する遅い発光成分が観測されることはほとんどない。評価対象の化合物において遅い発光成分が観測された場合は、励起寿命の長い3重項エネルギーが熱活性化により1重項エネルギーに移動して遅延蛍光として観測されたことを示すことになる。
エネルギーギャップ(Eg)の算出
前述の方法で得られた吸収スペクトルの長波長末端A(nm)からEg=1240/Aで算出する。
イオン化ポテンシャル(Ip)の測定
ITO(インジウム・スズ酸化物)の蒸着された透明支持基板(28mm×26mm×0.7mm)を市販の蒸着装置(長州産業(株)製)の基板ホルダーに固定し、対象化合物を入れたモリブデン製蒸着用ボートを装着した後、真空槽を5×10-4Paまで減圧する。次に、蒸着用ボートを加熱して対象化合物を蒸発させ、対象化合物の単独膜(Neat膜)を形成する。
得られた単独膜をサンプルとし、光電子分光計(住友重機械工業株式会社 PYS-201)を用いて対象化合物のイオン化ポテンシャルを測定する。
電子親和力(Ea)の算出
前述の方法で測定したイオン化ポテンシャルと前述の方法で算出したエネルギーギャップとの差より、電子親和力を見積ることができる。
励起一重項エネルギー準位E(S,Sh)、励起三重項エネルギー準位E(T,Sh)の測定
ガラス基板上に形成した対象化合物の単独膜について、77Kで、吸収スペクトルの蛍光ピークが重ならない程度に長波長側のピークを励起光に蛍光スペクトルを観測し、その蛍光スペクトルのピーク短波長側の肩より励起一重項エネルギー準位E(S,Sh)を求める。
また、ガラス基板上に形成した対象化合物の単独膜に、77Kで、吸収スペクトルの蛍光ピークが重ならない程度に長波長側のピークをnm励起光に燐光スペクトルを観測し、その燐光スペクトルのピーク短波長側の肩より励起三重項エネルギー準位E(T,Sh)を求める。
<有機EL素子の評価>
本発明の化合物は、適切なエネルギーギャップ(Eg)、高い三重項励起エネルギー(E)および小さいΔESTを特徴として有しているため、例えば発光層および電荷輸送層への適用が期待でき、特に発光層への適用が期待できる。
評価項目および評価方法
評価項目としては、駆動電圧(V)、発光波長(nm)、CIE色度(x,y)、外部量子効率(%)、発光スペクトルの最大波長(nm)および半値幅(nm)などがある。これらの評価項目は、適切な発光輝度時の値を用いることができる。
発光素子の量子効率には、内部量子効率と外部量子効率とがあるが、内部量子効率は、発光素子の発光層に電子(または正孔)として注入される外部エネルギーが純粋に光子に変換される割合を示している。一方、外部量子効率は、この光子が発光素子の外部にまで放出された量に基づいて算出され、発光層において発生した光子は、その一部が発光素子の内部で吸収されたりあるいは反射され続けたりして、発光素子の外部に放出されないため、外部量子効率は内部量子効率よりも低くなる。
分光放射輝度(発光スペクトル)と外部量子効率の測定方法は次の通りである。アドバンテスト社製電圧/電流発生器R6144を用いて、電圧を印加することにより素子を発光させた。TOPCON社製分光放射輝度計SR-3ARを用いて、発光面に対して垂直方向から可視光領域の分光放射輝度を測定した。発光面が完全拡散面であると仮定して、測定した各波長成分の分光放射輝度の値を波長エネルギーで割ってπを掛けた数値が各波長におけるフォトン数である。次いで、観測した全波長領域でフォトン数を積算し、素子から放出された全フォトン数とした。印加電流値を素電荷で割った数値を素子へ注入したキャリア数として、素子から放出された全フォトン数を素子へ注入したキャリア数で割った数値が外部量子効率である。また、発光スペクトルの半値幅は、極大発光波長を中心として、その強度が50%になる上下の波長間の幅として求められる。
次に、本発明の多環芳香族化合物を用いた有機EL素子の作製と評価について記載する。
有機EL素子の構成
本発明の多環芳香族化合物を用いて、以下の素子構成Aおよび素子構成Bの有機EL素子を製造した。
<素子構成A>
実施例(A-1)~(A-23)および比較例(1)に係る有機EL素子における各層の材料構成を下記表2に示す。
Figure 2022032966000190
Figure 2022032966000191
表2において、「HI」はN,N4’-ジフェニル-N,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’-ジアミンであり、「HAT-CN」は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であり、「HT-1」は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-アミンであり、「HT-2」はN,N-ビス(4-(ジベンゾ[b,d]フラン-4-イル)フェニル)-[1,1’:4’,1”-テルフェニル]-4-アミンであり、「BH」は、2-(10-フェニルアントラセン-9-イル)ジベンゾ[b、d]フランであり、「ET-1」は、9,9’-(5-(6-(1,1’-ビフェニル)-4-イル)-2-フェニルピリミジン-4-イル)-1,3-フェニレン]ビス(9H-カルバゾール)であり、「ET-2」は4,4’-((2-フェニルアントラセン-9,10-ジイル)ビス(4,1-フェニレン))ジピリジンである。「Liq」および「比較化合物1」と共に以下に化学構造を示す。
Figure 2022032966000192
実施例(A-1)の有機EL素子の作製
スパッタリングにより180nmの厚さに成膜したITOを150nmまで研磨した、26mm×28mm×0.7mmのガラス基板((株)オプトサイエンス製)を透明支持基板とした。この透明支持基板を市販の蒸着装置(昭和真空(株)製)の基板ホルダーに固定し、HI、HAT-CN、HT-1、HT-2、BH、化合物(1-1)、ET-1およびET-2をそれぞれ入れたモリブデン製蒸着用ボート、Liq、LiFおよびアルミニウムをそれぞれ入れた窒化アルミニウム製蒸着用ボートを装着した。
透明支持基板のITO膜の上に順次、下記各層を形成する。真空槽を5×10-4Paまで減圧し、まず、HIを加熱して膜厚40nmになるように蒸着し、次に、HAT-CNを加熱して膜厚5nmになるように蒸着し、次に、HT-1を加熱して膜厚45nmになるように蒸着し、次に、HT-2を加熱して膜厚10nmになるように蒸着して、4層からなる正孔層を形成した。次に、BHと化合物(1-1)を同時に加熱して膜厚25nmになるように蒸着して発光層を形成した。BHと化合物(1-1)の質量比がおよそ97対3になるように蒸着速度を調節した。さらに、ET-1を加熱して膜厚5nmになるように蒸着し、次に、ET-2とLiqを同時に加熱して膜厚25nmになるように蒸着して、2層からなる電子層を形成した。ET-2とLiqの質量比がおよそ50対50になるように蒸着速度を調節した。各層の蒸着速度は0.01~1nm/秒である。その後、LiFを加熱して膜厚1nmになるように0.01~0.1nm/秒の蒸着速度で蒸着し、次いで、アルミニウムを加熱して膜厚100nmになるように蒸着して陰極を形成し、実施例(A-1)の有機EL素子を得た。
実施例(A-2)~(A-23)および比較例(1)の有機EL素子の作製
化合物(1-1)に代えて表2に記載の化合物を用いる以外は実施例(A-1)と同様の手順で、実施例(A-2)~(A-23)および比較例(1)の有機EL素子をそれぞれ作製した。
評価項目および評価方法
評価項目としては、駆動電圧(V)、発光波長(nm)、CIE色度(x,y)、外部量子効率(%)、発光スペクトルの最大波長(nm)および半値幅(nm)等がある。これらの評価項目は、例えば1000cd/m発光時の値を用いることができる。
発光素子の量子効率には、内部量子効率と外部量子効率とがあるが、内部量子効率は、発光素子の発光層に電子(または正孔)として注入される外部エネルギーが純粋に光子に変換される割合を示している。一方、外部量子効率は、この光子が発光素子の外部にまで放出された量に基づいて算出され、発光層において発生した光子は、その一部が発光素子の内部で吸収されたりあるいは反射され続けたりして、発光素子の外部に放出されないため、外部量子効率は内部量子効率よりも低くなる。
分光放射輝度(発光スペクトル)と外部量子効率の測定方法は次の通りである。アドバンテスト社製電圧/電流発生器R6144を用いて、素子の輝度が1000cd/mになる電圧を印加して素子を発光させる。TOPCON社製分光放射輝度計SR-3ARを用いて、発光面に対して垂直方向から可視光領域の分光放射輝度を測定する。発光面が完全拡散面であると仮定して、測定した各波長成分の分光放射輝度の値を波長エネルギーで割ってπを掛けた数値が各波長におけるフォトン数である。次いで、観測した全波長領域でフォトン数を積算し、素子から放出された全フォトン数とする。印加電流値を素電荷で割った数値を素子へ注入したキャリア数として、素子から放出された全フォトン数を素子へ注入したキャリア数で割った数値が外部量子効率である。また、発光スペクトルの半値幅は、極大発光波長を中心として、その強度が50%になる上下の波長間の幅として求められる。
上記で作製した各有機EL素子について、ITO電極を陽極、LiF/アルミニウム電極を陰極として直流電圧を印加し、1000cd/m発光時の駆動電圧および外部量子効率を測定した。また、1000cd/m発光時の電圧で連続駆動をして、初期輝度の95%以上の輝度を保持する時間を測定した。結果を表3に示す。
Figure 2022032966000193
Figure 2022032966000194
<素子構成B>
実施例(B-1)に係る有機EL素子における各層の材料構成を下記表4に示す。
Figure 2022032966000195
表4において、「NPD」はN,N’-ジフェニル-N,N’-ジナフチル-4,4’-ジアミノビフェニルであり、「TcTa」は4,4’,4”-トリス(N-カルバゾリル)トリフェニルアミンであり、「mCP」は1,3-ビス(N-カルバゾリル)ベンゼンであり、「mCBP」は3,3’-ビス(N-カルバゾリル)-1,1’-ビフェニルであり「TSPO1」はジフェニル[4-(トリフェニルシリル)フェニル]ホスフィンオキシドであり、「2PXZ-TAZ」は10,10’-((4-フェニル-4H-1,2,4-トリアゾール-3,5-ジイル)ビス(4,1-フェニレン))ビス(10H-フェノキサジン)である。以下に化学構造を示す。
Figure 2022032966000196
[素子構成B:ホスト化合物をmCBP、アシスティングドーパントを2PXZ-TAZ、エミッティングドーパントを化合物(1-1)とした素子]
スパッタリングにより200nmの厚さに製膜したITOを50nmまで研磨した、26mm×28mm×0.7mmのガラス基板((株)オプトサイエンス製)を透明支持基板とする。この透明支持基板を市販の蒸着装置(長州産業(株)製)の基板ホルダーに固定し、NPD、TcTa、mCP、mCBP、2PXZ-TAZ、化合物(1-1)、およびTSPO1をそれぞれ入れたタンタル製蒸着用ボート、LiFおよびアルミニウムをそれぞれ入れた窒化アルミニウム製蒸着用ボートを装着した。
透明支持基板のITO膜の上に順次、下記各層を形成した。真空槽を5×10-4Paまで減圧し、まず、NPDを加熱して膜厚40nmになるように蒸着し、次に、TcTaを加熱して膜厚15nmになるように蒸着して2層からなる正孔注入輸送層を形成した。次に、mCPを加熱して膜厚15nmになるように蒸着して電子阻止層を形成した。次に、ホストとしてmCBP、アシスティングドーパントとして2PXZ-TAZおよびエミッティングドーパントとして化合物(1-1)を同時に加熱して膜厚20nmになるように共蒸着して発光層を形成した。ホスト、アシスティングドーパントおよびエミッティングドーパントの質量比がおよそ90対9対1になるように蒸着速度を調節した。次に、TSPO1を加熱して膜厚30nmになるように蒸着して電子輸送層を形成した。以上の各層の蒸着速度は0.01~1nm/秒とした。その後、LiFを加熱して膜厚1nmになるように0.01~0.1nm/秒の蒸着速度で蒸着し、次いで、アルミニウムを加熱して膜厚100nmになるように蒸着して陰極を形成し、有機EL素子を得た。このとき、アルミニウムの蒸着速度は1nm~10nm/秒になるように調節した。
実施例(B-1)に係る有機EL素子について、ITO電極を陽極、LiF/アルミニウム電極を陰極として直流電圧を印加し、100cd/m発光時の特性を測定したところ外部量子効率は25.3%であった、また、100cd/m発光時の電圧で連続駆動をして、初期輝度の90%以上の輝度を保持する時間を測定したところ、72時間であった。
素子構成Aは高い輝度において輝度を保持する時間が長いことを特徴とする素子構成であり、一方、素子構成Bは高い外部量子効率を得ることができることを特徴とする素子構成である。素子構成Aでは、本発明の化合物を発光層のドーパントとして用いた例において、比較例よりも、高い外部量子効率および長い保持時間を有する素子を得ることができた。
100 有機電界発光素子
101 基板
102 陽極
103 正孔注入層
104 正孔輸送層
105 発光層
106 電子輸送層
107 電子注入層
108 陰極

Claims (18)

  1. 下記式(1)で表される構造単位の1つまたは2つ以上からなる構造を有する多環芳香族化合物;
    Figure 2022032966000197
    式(1)中、
    A環、B環、およびC環はそれぞれ独立して、置換されていてもよいアリール環または置換されていてもよいヘテロアリール環であり、ただし、前記構造中のA環、B環、およびC環からなる群より選択される少なくとも1つの環は、式(Het)で表される環であり、
    は、B、P、P=O、P=S、Al、Ga、As、Si-R、またはGe-Rであり、前記Si-RおよびGe-RのRは置換もしくは無置換のアリール、置換もしくは無置換のアルキルまたは置換もしくは無置換のシクロアルキルであり、
    およびXは、それぞれ独立して、>O、>N-R、>C(-R)、>Si(-R)、>S、または>Seであり、前記>N-RのRは水素、置換もしくは無置換のアリール、置換もしくは無置換のヘテロアリール、置換もしくは無置換のアルキル、または置換もしくは無置換のシクロアルキルであり、前記>C(-R)、および>Si(-R)のRはそれぞれ独立して水素、置換もしくは無置換のアリール、置換もしくは無置換のヘテロアリール、置換もしくは無置換のアルキル、または置換もしくは無置換のシクロアルキルであり、前記>C(-R)および前記>Si(-R)の2つのRは互いに結合して環を形成してもよく、また、前記>N-RのRおよび/または前記>C(-R)のRは連結基または単結合によりA環および/もしくはB環、またはA環および/もしくはC環と結合していてもよく、
    式(Het)中、XおよびXはそれぞれ独立して>O、>N-R、>C(-R)、>S、>Si(-R)、>C=O、>S=O、>S(=O)、または>Seであり、前記>N-RのRは水素、置換もしくは無置換のアリール、置換もしくは無置換のヘテロアリール、置換もしくは無置換のアルキル、置換もしくは無置換のシクロアルキルであり、前記>C(-R)のRおよび>Si(-R)のRはそれぞれ独立して水素、置換もしくは無置換のアリール、置換もしくは無置換のヘテロアリール、置換もしくは無置換のアルキル、または置換もしくは無置換のシクロアルキルであり、2つのRは互いに結合して環を形成してもよく、また、前記>N-RのRおよび/または前記>C(-R)のRは連結基または単結合により1つまたは2つのZと結合していてもよく、
    いずれかの一組の連続する2つまたは3つのZは、YならびにXおよび/またはXとそれぞれ直接結合している炭素原子であり、その他のZは、それぞれ独立してNあるいはC-Rであり、前記C-RのRは水素あるいは置換基であり、2つの隣接するC-RのRは互いに結合してアリール環またはヘテロアリール環を形成していてもよく、前記形成された環は置換されていてもよく、
    Z=Zはそれぞれ独立して>O、>N-R、>C(-R)、>Si(-R)、>S、>CO、>SO、>SO、または>Seであってもよく、前記>N-R、前記>C(-R)および前記>Si(-R)のRはそれぞれ独立して水素、置換もしくは無置換のアリール、置換もしくは無置換のヘテロアリール、置換もしくは無置換のアルキル、または置換もしくは無置換のシクロアルキルであり、前記>C(-R)および前記>Si(-R)の2つのRは互いに結合して環を形成していてもよく、
    前記構造におけるアリール環またはヘテロアリール環の少なくとも1つは少なくとも1つのシクロアルカンで縮合されていてもよく、当該シクロアルカンにおける少なくとも1つの水素は置換されていてもよく、当該シクロアルカンにおける少なくとも1つの-CH-は-O-で置換されていてもよく、
    前記構造における少なくとも1つの水素はシアノ、ハロゲン、または重水素で置換されていてもよい。
  2. 下記式(1-a)、式(1-b)、式(1-c)、式(1-d)、式(1-e)、または式(1-f)で表される、請求項1に記載の多環芳香族化合物;
    Figure 2022032966000198
    式(1-a)、式(1-b)、式(1-c)、式(1-d)および式(1-e)中、
    Zはそれぞれ独立してNまたはC-Rであり、前記C-RのRはそれぞれ独立して、水素、アリール、ヘテロアリール、ジアリールアミノ、ジヘテロアリールアミノ、アリールヘテロアリールアミノ、ジアリールボリル(2つのアリールは単結合または連結基を介して結合していてもよい)、アルキル、シクロアルキル、アルコキシ、アリールオキシ、または置換シリルであり、これらにおける少なくとも1つの水素は、アリール、ヘテロアリール、アルキル、シクロアルキル、または置換シリルで置換されていてもよく、
    2つの隣接するC-RのRは互いに結合して環を形成してもよく、形成された環は水素、アリール、ヘテロアリール、ジアリールアミノ、ジヘテロアリールアミノ、アリールヘテロアリールアミノ、ジアリールボリル(2つのアリールは単結合または連結基を介して結合していてもよい)、アルキル、シクロアルキル、アルコキシ、アリールオキシ、または置換シリルで置換されていてもよく、これらにおける少なくとも1つの水素は、アルキル、シクロアルキル、または置換シリルで置換されていてもよく、
    およびXは、それぞれ独立して、>O、>N-R、>C(-R)、>Si(-R)、>S、または>Seであり、前記>N-RのRは水素、置換もしくは無置換のアリール、置換もしくは無置換のヘテロアリール、置換もしくは無置換のアルキル、または置換もしくは無置換のシクロアルキルであり、前記>C(-R)、および>Si(-R)のRはそれぞれ独立して水素、置換もしくは無置換のアリール、置換もしくは無置換のヘテロアリール、置換もしくは無置換のアルキル、または置換もしくは無置換のシクロアルキルであり、前記>C(-R)および前記>Si(-R)の2つのRは互いに結合して環を形成してもよく、また、前記>N-RのRおよび/または前記>C(-R)のRは連結基または単結合によりC-RであるZにおけるRの1つまたは2つと結合していてもよく、
    、X、XおよびXはそれぞれ独立して>O、>N-R、>C(-R)、>S、>Si(-R)、>C=O、>S=O、>S(=O)または>Seであり、前記>N-RのRは水素、置換もしくは無置換のアリール、置換もしくは無置換のヘテロアリール、置換もしくは無置換のアルキル、置換もしくは無置換のシクロアルキルであり、前記>C(-R)のRはそれぞれ独立して水素、置換もしくは無置換のアリール、置換もしくは無置換のヘテロアリール、置換もしくは無置換のアルキル、または置換もしくは無置換のシクロアルキルであり、2つのRは互いに結合して環を形成してもよく、
    Z=Zはそれぞれ独立して>O、>N-R、>C(-R)、>Si(-R) >S、または>Seであってもよく、前記>N-R、前記>C(-R)および前記>Si(-R)のRはそれぞれ独立して水素、置換もしくは無置換のアリール、置換もしくは無置換のヘテロアリール、置換もしくは無置換のアルキル、または置換もしくは無置換のシクロアルキルであり、前記>C(-R)および前記>Si(-R)の2つのRは互いに結合して環を形成していてもよく、
    式(1-a)、式(1-b)、式(1-c)、式(1-d)または式(1-e)で表される化合物における、アリール環またはヘテロアリール環の少なくとも1つは、少なくとも1つのシクロアルカンで縮合されていてもよく、当該シクロアルカンにおける少なくとも1つの水素は置換されていてもよく、当該シクロアルカンにおける少なくとも1つの-CH-は-O-で置換されていてもよく、
    式(1-a)、式(1-b)、式(1-c)、式(1-d)または式(1-e)中で表される化合物における少なくとも1つの水素はシアノ、ハロゲン、または重水素で置換されていてもよい。
  3. 式(1-b)で表される、請求項2に記載の多環芳香族化合物。
  4. ZがいずれもC-Rである、請求項3に記載の多環芳香族化合物。
  5. が>N-Rであり、Xである>N-RのRが置換または無置換のアリールである、請求項1~4のいずれか一項に記載の多環芳香族化合物。
  6. である>N-RのRがターシャリーアルキルで置換されているフェニルである、請求項5に記載の多環芳香族化合物。
  7. が>C(-R)であり、Xである>C(-R)のRがいずれもメチルである、請求項1~6のいずれか一項に記載の多環芳香族化合物。
  8. がBである請求項1~7のいずれか一項に記載の多環芳香族化合物。
  9. およびXがいずれも>N-Rである請求項1~8のいずれか一項に記載の多環芳香族化合物。
  10. 式(1-b―Z)で表される、請求項4に記載の多環芳香族化合物;
    Figure 2022032966000199
    式(1-b―Z)中、
    X1およびRX2は、それぞれ独立して置換もしくは無置換のアリール、置換もしくは無置換のヘテロアリール、置換もしくは無置換のアルキル、または置換もしくは無置換のシクロアルキルであり、RX1は連結基または単結合によりRX1が結合するNが直接結合しているいずれかの環と結合していてもよく、RX2は連結基または単結合によりRX1およびRX2が結合するNが直接結合しているいずれかの環と結合していてもよく、
    13はそれぞれ独立して>O、>N-R、または>C(-R)であり、前記>N-RのRは、置換もしくは無置換のアリールまたは置換もしくは無置換のヘテロアリールであり、前記>C(-R)のRはそれぞれ独立して無置換のアルキルであり、2つのRは互いに結合してシクロアルカン環を形成してもよく、
    X4はそれぞれ独立して無置換のアルキルであり、2つのRX4は互いに結合してシクロアルカン環を形成していてもよく、
    Z1は無置換のアルキルであり、
    Z2はそれぞれ独立して無置換のアルキルであり、mは0~2の整数であり、
    Z3はそれぞれ独立して無置換のアルキルであり、nは0~2の整数であり、
    式(1-b―Z)で表される構造における、アリール環またはヘテロアリール環の少なくとも1つは隣接する炭素原子に式(B)で表される部分構造が結合した構造となっていてもよく、
    Figure 2022032966000200
    式(B)中、Meはメチルを示し、*は結合位置を示し、
    式(1-b―Z)で表される構造における少なくとも1つの水素はシアノ、ハロゲン、または重水素で置換されていてもよい。
  11. 下記式のいずれかで表される請求項10に記載の多環芳香族化合物;
    Figure 2022032966000201
    式中、Meはメチル、tBuはt-ブチルである。
  12. 式(1-b―T)で表される、請求項3に記載の多環芳香族化合物;
    Figure 2022032966000202
    式(1-b―T)中、
    X1およびRX2は、それぞれ独立して置換もしくは無置換のアリール、置換もしくは無置換のヘテロアリール、置換もしくは無置換のアルキル、または置換もしくは無置換のシクロアルキルであり、RX1は連結基または単結合によりRX1が結合するNが直接結合しているいずれかの環と結合していてもよく、RX2は連結基または単結合によりRX1およびRX2が結合するNが直接結合しているいずれかの環と結合していてもよく、
    13はそれぞれ独立して>O、>N-R、または>C(-R)であり、前記>N-RのRは、置換もしくは無置換のアリールまたは置換もしくは無置換のヘテロアリールであり、前記>C(-R)のRはそれぞれ独立して無置換のアルキルであり、2つのRは互いに結合してシクロアルカン環を形成してもよく、
    X4はそれぞれ独立して無置換のアルキルであり、2つのRX4は互いに結合してシクロアルカン環を形成していてもよく、
    Z1は無置換のアルキルであり、
    Z2はそれぞれ独立して無置換のアルキルであり、mは0~2の整数であり、
    Z3はそれぞれ独立して無置換のアルキルであり、nは0~2の整数であり、
    式(1-b―T)で表される構造における、アリール環またはヘテロアリール環の少なくとも1つは隣接する炭素原子に下記式(B)で表される部分構造が結合した構造となっていてもよく、
    Figure 2022032966000203
    式(B)中、Meはメチルを示し、*は結合位置を示し、
    式(1-b―T)で表される構造における少なくとも1つの水素はシアノ、ハロゲン、または重水素で置換されていてもよい。
  13. 下記式のいずれかで表される請求項12に記載の多環芳香族化合物;
    Figure 2022032966000204
    式中、Meはメチル、tBuはt-ブチルである。
  14. 請求項1~13のいずれか一項に記載の多環芳香族化合物を含有する、有機デバイス用材料。
  15. 陽極および陰極からなる一対の電極と、該一対の電極間に配置された発光層とを含み
    前記発光層が請求項1~13のいずれか一項に記載の多環芳香族化合物を含有する、有機電界発光素子。
  16. 前記発光層が、ホストと、ドーパントとしての前記多環芳香族化合物とを含む、請求項15に記載の有機電界発光素子。
  17. 前記ホストが、アントラセン系化合物、フルオレン系化合物、またはジベンゾクリセン系化合物である、請求項16に記載の有機電界発光素子。
  18. 請求項15~17のいずれか一項に記載の有機電界発光素子を備えた表示装置または照明装置。
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