JP7023452B2 - 発光材料、有機発光素子および化合物 - Google Patents

発光材料、有機発光素子および化合物 Download PDF

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Description

本発明は、発光材料として有用な化合物とそれを用いた有機発光素子に関する。
有機エレクトロルミネッセンス素子(有機EL素子)などの有機発光素子の発光効率を高める研究が盛んに行われている。特に、有機エレクトロルミネッセンス素子を構成する電子輸送材料、正孔輸送材料、発光材料などを新たに開発して組み合わせることにより、発光効率を高める工夫が種々なされてきている。その中には、遅延蛍光を放射する化合物に着目した研究も見受けられる。
遅延蛍光は、エネルギー供与により励起状態になった化合物において、励起三重項状態から励起一重項状態への逆項間交差が生じた後、その励起一重項状態から基底状態に戻る際に放射される蛍光であり、直接生じた励起一重項状態からの蛍光(通常の蛍光)よりも遅れて観測される蛍光である。こうした遅延蛍光を放射しうる化合物を有機エレクトロルミネッセンス素子の発光材料に用いると、その形成確率が大きい励起三重項状態のエネルギーが蛍光に変換されて発光に有効利用できるため、高い発光効率が見込めることになる。このため、遅延蛍光を放射する化合物の開発が盛んに進められ、そのような化合物を発光材料に利用する提案も幾つかなされている。
例えば、特許文献1には、ベンゼン環にシアノ基が2つとカルバゾリル基等が1つ以上置換した化合物が、遅延蛍光を放射することができる化合物であることが記載されている。そして、これらの化合物を有機エレクトロルミネッセンス素子等の発光材料として用いれば、発光効率を高めることができることが記載されている。
特許第5366106号
しかしながら、一般にどのような化学構造を有する場合に遅延蛍光を放射することができるのかという点については、いまだ解明されていない。また、一般にどのような化学構造を有する場合に優れた発光性を示すことができるのかという点についても、いまだ解明されていない。例えば、特許文献1に記載される化合物と類似する化合物であっても遅延蛍光を放射したり、良好な発光性を示したりするとは限らず、その構造から遅延蛍光を放射したり優れた発光性を示したりすることができるか否かを推測することは困難である。このため、より広範な化合物群から優れた発光性を示す化合物を採用できるようにするために、特許文献1で提案している化合物以外の範囲から、優れた発光性を示す化合物を見出して利用に供する必要があると考えられた。
そのような中で、本発明者らは、特許文献1に記載されていない構造を有していながら優れた発光性を示す化合物を見いだすことを目的として鋭意検討を進めた。そして、そのような化合物の一般式を導きだし、発光効率が高い有機発光素子の構成を一般化することを目的として鋭意検討を進めた。
鋭意検討を進めた結果、本発明者らは、ベンゼン環またはビフェニル環に、電子求引性基がアクセプターとして、特定の位置が置換された9-カルバゾリル基がドナーとして、それぞれ置換した化合物が、優れた発光性を示す有用な化合物であることを見出した。そして、そのような化合物を発光材料に用いることにより、発光効率が高い有機発光素子を提供できるとの知見を得るに至った。本発明は、このような知見に基づいて提案されたものであり、具体的に以下の構成を有する。
[1] 下記の一般式(1)で表される化合物からなる発光材料。
Figure 0007023452000001
[一般式(1)において、
Czは1位と8位の少なくとも一方に置換基を有する9-カルバゾリル基(ここにおいて、9-カルバゾリル基のカルバゾール環の環骨格を構成する1~8位の炭素原子の少なくとも1つは窒素原子で置換されていてもよいが、1位と8位がともに窒素原子で置換されていることはない。)を表し、
Arは、ハメットのσ値が正である構造部位を含む置換基(ただしシアノ基は除く)を有するベンゼン環、またはハメットのσ値が正である構造部位を含む置換基(ただしシアノ基は除く)を有するビフェニル環を表し、
aは1以上の整数を表すが、Arが表すベンゼン環またはビフェニル環に置換可能な最大置換基数を超えることはない。]
[2] 前記一般式(1)で表される化合物が、下記一般式(2)で表される構造を有する[1]に記載の発光材料。
Figure 0007023452000002
[一般式(2)において、
Spはベンゼン環またはビフェニル環を表し、
Czは1位と8位の少なくとも一方に置換基を有する9-カルバゾリル基(ここにおいて、9-カルバゾリル基のカルバゾール環の環骨格を構成する1~8位の炭素原子の少なくとも1つは窒素原子で置換されていてもよいが、1位と8位がともに窒素原子で置換されていることはない。)を表し、
Dはハメットのσ値が負である置換基を表し、
Aはハメットのσ値が正である置換基(ただし、シアノ基は除く)を表し、
aは1以上の整数を表し、mは0以上の整数を表し、nは1以上の整数を表すが、a+m+nはSpが表すベンゼン環またはビフェニル環に置換可能な最大置換基数を超えることはない。]
[3] Aが、窒素原子を環員として含むヘテロアリール基である[2]に記載の発光材料。
[4] 前記ヘテロアリール基が、アリール基で置換されていてもよいトリアジニル基である[3]に記載の発光材料。
[5] aとnが、同じ数である[2]~[4]のいずれか1項に記載の発光材料。
[6] 一般式(2)で表される化合物が、下記一般式(S)で表される化合物である[2]に記載の発光材料。
Figure 0007023452000003
[一般式(S)において、mDは、1位と8位の少なくとも一方に置換基を有する9-カルバゾリル基を表し、Aはハメットのσ値が正である置換基(ただし、シアノ基は除く)を表す。mDとAを連結しているベンゼン環またはビフェニル環はアルキル基で置換されていてもよい。tは0または1を表す。]
[7] 前記一般式(1)で表される化合物が、下記一般式(3)で表される構造を有する[1]に記載の発光材料。
Figure 0007023452000004
[一般式(3)において、
Spはベンゼン環またはビフェニル環を表し、
Czは1位と8位の少なくとも一方に置換基を有する9-カルバゾリル基(ここにおいて、9-カルバゾリル基のカルバゾール環の環骨格を構成する1~8位の炭素原子の少なくとも1つは窒素原子で置換されていてもよいが、1位と8位がともに窒素原子で置換されていることはない。)を表し、
Zは、Czおよび[Asp-(D’)m’]以外の置換基を表し、
spは、(D’)m’をすべて水素原子に置換したときにハメットのσ値が正になる置換基を表し、
D’はハメットのσ値が負である置換基を表し、
aは1以上の整数を表し、bは1以上の整数を表し、pは0以上の整数を表すが、a+b+pはSpが表すベンゼン環またはビフェニル環に置換可能な最大置換基数を超えることはない。]
[8] Aspが、窒素原子を環員として含むヘテロアリール基である[7]に記載の発光材料。
[9] 前記ヘテロアリール基が、アリール基で置換されていてもよいトリアジニル基である[8]に記載の発光材料。
[10] aとbが、同じ数である[7]~[9]のいずれか1項に記載の発光材料。
[11] 少なくとも1つのCzが、1位と8位の少なくとも一方と3位と6位の少なくとも一方に置換基を有する9-カルバゾリル基である[1]~[10]のいずれか1項に記載の発光材料
[12] 前記9-カルバゾリル基の1位と8位に置換している置換基が、アルキル基である[1]~[11]のいずれか1項に記載の発光材料。
[13] Spが、ベンゼン環である[1]~[12]のいずれか1項に記載の発光材料。
[14] 上記一般式(1)で表される化合物を含む発光層を基板上に有する有機発光素子。
[15] 上記一般式(2)で表される化合物を含む発光層を基板上に有する有機発光素子。
[16] 上記一般式(3)で表される化合物を含む発光層を基板上に有する有機発光素子。
[17] 遅延蛍光を放射する[14]~[16]のいずれか1項に記載の有機発光素子。
[18] 前記発光層にホスト材料を含む[14]~[17]のいずれか1項に記載の有機発光素子。
[19] 前記発光層における一般式(1)で表される化合物の含有量が50重量%未満である[14]~[18]のいずれか1項に記載の有機発光素子。
[20] 上記一般式(1)で表される構造を有する遅延蛍光体。
[21] 上記一般式(2)で表される構造を有する遅延蛍光体。
[22] 上記一般式(3)で表される構造を有する遅延蛍光体。
[23] 上記一般式(1)で表される化合物。
[24] 上記一般式(2)で表される化合物。
[25] 上記一般式(3)で表される化合物。
本発明の化合物は、発光材料として有用である。また、本発明の化合物の中には遅延蛍光を放射することができ、その励起三重項エネルギーを発光に有効利用することができる化合物も含まれる。このため、本発明の化合物を発光材料として用いた有機発光素子は、高い発光効率を実現しうる。
有機エレクトロルミネッセンス素子の層構成例を示す概略断面図である。 実施例1の化合物113のトルエン溶液および比較例1の比較化合物1のトルエン溶液の発光スペクトルである。 実施例1の化合物113のトルエン溶液および比較例1の比較化合物1の発光の過渡減衰曲線である。 実施例1の化合物113とDPEPOの薄膜および比較例1の比較化合物1とDPEPOの薄膜の発光スペクトルである。 実施例1の化合物113とDPEPOの薄膜および比較例1の比較化合物1とDPEPOの薄膜の発光の過渡減衰曲線である。 実施例2~4のトルエン溶液と薄膜の吸収発光スペクトルである。 実施例2~4のドープ薄膜の過渡減衰曲線である。 実施例2および3の有機エレクトロルミネッセンス素子の発光スペクトルである。 実施例2および3の有機エレクトロルミネッセンス素子の電圧-電流密度特性である。
以下において、本発明の内容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、本発明の代表的な実施態様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態様や具体例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、「~」の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、本発明に用いられる化合物の分子内に存在する水素原子の同位体種は特に限定されず、例えば分子内の水素原子がすべてHであってもよいし、一部または全部がH(デューテリウムD)であってもよい。
[一般式(1)で表される化合物]
Figure 0007023452000005
一般式(1)において、Arは、置換基を有するベンゼン環、または置換基を有するビフェニル環を表す。一般式(1)中のa個のCzは、それぞれArのベンゼン環またはビフェニル環に直接結合している。Arのベンゼン環またはビフェニル環は、a個のCz以外に環に直接結合する置換基を有する。その置換基の中には、ハメットのσ値が正である構造部位を含む置換基(ただしシアノ基は除く)が含まれている。また、ハメットのσ値が正である構造部位を含まない置換基も含まれていてもよい。
ここでいう「ハメットのσ値が正である構造部位を含む置換基」とは、ハメットのσ値が正である置換基の他に、置換基全体としてはハメットのσ値が正でない置換基であって、その置換基に含まれるドナー性基を水素原子に置換したときにハメットのσ値が正になる置換基も含む概念である。例えば、下記式:
Figure 0007023452000006
(*は結合部位を表し、Aspは連結基を表し、D’’はドナー性基を表す。)で表される置換基があるとき、ーAspーD’’がハメットのσ値が正である置換基である場合は、ーAspーD’’は「ハメットのσ値が正である構造部位を含む置換基」に該当する。また、ーAspーD’’がハメットのσ値が正でない置換基である場合であっても、D’’をHに置換したーAspーHのハメットのσ値が正である場合は、ーAspーD’’が「ハメットのσ値が正である構造部位を含む置換基」に該当する。
なお、「ハメットのσ値が正である構造部位を含む置換基」がシアノ基であることはない。
一般式(1)において、CzはArにおけるベンゼン環またはビフェニル環に置換している基であって、1位と8位の少なくとも一方に置換基を有する9-カルバゾリル基を表す。ただし、ここでいう9-カルバゾリル基のカルバゾール環の環骨格を構成する1~8位の炭素原子の少なくとも1つは窒素原子で置換されていてもよい。しかし、1位と8位がともに窒素原子で置換されていることはない。
aは1以上の整数を表す。ただし、Arが表すベンゼン環またはビフェニル環に置換可能な最大置換基数を超えることはない。
一般式(1)で表される化合物の好ましい一態様として、下記の一般式(2)で表される化合物を挙げることができる。
Figure 0007023452000007
一般式(2)において、Spはベンゼン環またはビフェニル環を表す。Spは、ベンゼン環であることが好ましい。
Czは、Spにおけるベンゼン環またはビフェニル環に置換している基であって、1位と8位の少なくとも一方に置換基を有する9-カルバゾリル基を表す。ただし、ここでいう9-カルバゾリル基のカルバゾール環の環骨格を構成する1~8位の炭素原子の少なくとも1つは窒素原子で置換されていてもよい。しかし、1位と8位がともに窒素原子で置換されていることはない。
Dは、Spにおけるベンゼン環またはビフェニル環に置換している、ハメットのσ値が負である置換基を表す。ただし、DはCzを含まない。
Aは、Spにおけるベンゼン環またはビフェニル環に置換している、ハメットのσ値が正である置換基(ただし、シアノ基は除く)を表す。
DとAには、1位と8位の少なくとも一方に置換基を有する9-カルバゾリル基(ここにおいて、9-カルバゾリル基のカルバゾール環の環骨格を構成する1~8位の炭素原子の少なくとも1つは窒素原子で置換されていてもよいが、1位と8位がともに窒素原子で置換されていることはない。)は含まれない。
一般式(1)で表される化合物の別の好ましい一態様として、下記の一般式(3)で表される化合物を挙げることができる。
Figure 0007023452000008
一般式(3)において、Spはベンゼン環またはビフェニル環を表す。Spはベンゼン環であることが好ましい。
Czは、Spにおけるベンゼン環またはビフェニル環に置換している基であって、1位と8位の少なくとも一方に置換基を有する9-カルバゾリル基を表す。ただし、ここでいう9-カルバゾリル基のカルバゾール環の環骨格を構成する1~8位の炭素原子の少なくとも1つは窒素原子で置換されていてもよい。しかし、1位と8位がともに窒素原子で置換されていることはない。
Zは、Czおよび[Asp-(D’)m’]以外の置換基を表す。
spは、(D’)m’をすべて水素原子に置換したときにハメットのσ値が正になる置換基を表す。
D’はハメットのσ値が負である置換基を表す。D’は、Czに相当する置換基であっても構わない。また、Spに結合しているCzと同一構造を有する基であっても構わない。
aは1以上の整数を表し、bは1以上の整数を表し、pは0以上の整数を表す。ただし、a+b+pはSpが表すベンゼン環またはビフェニル環に置換可能な最大置換基数を超えることはない。
以下において、一般式(1)~(3)で表される化合物について詳細に説明する。
以下の説明では、Czが表す「1位と8位の少なくとも一方に置換基を有する9-カルバゾリル基(ここにおいて、9-カルバゾリル基のカルバゾール環の環骨格を構成する1~8位の炭素原子の少なくとも1つは窒素原子で置換されていてもよいが、1位と8位がともに窒素原子で置換されていることはない。)」を「置換基Cz」といい、Dが表す「ハメットのσ値が負である置換基」を「置換基D」といい、Aが表す「ハメットのσ値が正である置換基(ただし、シアノ基は除く)」を「置換基A」ということがある。
ここで、ハメットのσ値は、L.P.ハメットにより提唱されたものであり、パラ置換ベンゼン誘導体の反応速度または平衡に及ぼす置換基の影響を定量化したものである。具体的には、パラ置換ベンゼン誘導体における置換基と反応速度定数または平衡定数の間に成立する下記式:
log(k/k0) = ρσ
または
log(K/K0) = ρσ
における置換基に特有な定数(σ)である。上式において、kは置換基を持たないベンゼン誘導体の速度定数、k0は置換基で置換されたベンゼン誘導体の速度定数、Kは置換基を持たないベンゼン誘導体の平衡定数、K0は置換基で置換されたベンゼン誘導体の平衡定数、ρは反応の種類と条件によって決まる反応定数を表す。ハメットのσ値に関する説明と各置換基の数値については、Hansch,C.et.al.,Chem.Rev.,91,165-195(1991)のσ値に関する記載を参照することができる。ハメットのσ値が負である置換基は電子供与性を示し、ハメットのσ値が正である置換基は電子求引性を示す傾向がある。
本発明の発光材料のArやSpを構成するベンゼン環またはビフェニル環には、電子を供与するドナー性を示す置換基Czとドナーからの電子を受容するアクセプター性を示す置換基(ここではAと称する)が少なくとも結合している。このため、励起状態において置換基Czと置換基Aの間で電子移動が生じ、その後、置換基Aに移動した電子が置換基Czに戻りつつ放射失活することにより発光が生じると推測される。本発明では、置換基Czが1位と8位の少なくとも一方に置換基を有する9-カルバゾリル基であることにより、励起状態からの放射失活が効率よく起こると推測され、高い発光効率を得ることができる。
Czが表す、1位と8位の少なくとも一方に置換基を有する9-カルバゾリル基において、置換基を有する位置は1位のみであってもよいし、8位のみであってもよいし、1位と8位の両方であってもよいが、1位と8位の両方であることが好ましい。9-カルバゾリル基の1位と8位の両方が置換基であるとき、それらの置換基は同一であっても異なっていてもよいが、同一であることが好ましい。9-カルバゾリル基の1位および8位以外の位置は、置換基を有していても、無置換であってもよいが、置換基を有するときの置換位置は、3位および6位の少なくとも一方であることが好ましい。すなわち、3位のみであっても、6位のみであっても、3位と6位の両方であっても、いずれも好ましい。1位と8位の少なくとも一方に置換基を有する9-カルバゾリル基の中で好ましいものは、1位および8位の両方に置換基を有する9-カルバゾリル基であり、より好ましいものは、1位および8位の両方と、3位および6位の両方に置換基を有する9-カルバゾリル基と1位および8位の両方に置換基を有する9-カルバゾリル基である。
この1位と8位の少なくとも一方に置換基を有する9-カルバゾリル基において、そのカルバゾール環の環骨格を構成する1~8位の炭素原子の少なくとも1つが窒素原子で置換されていてもよいが、1位と8位がともに窒素原子で置換されていることはない。窒素原子で置換される炭素原子の数は、特に制限されないが、1~4であることが好ましく、1または2であることがより好ましい。
1位と8位の少なくとも一方に置換基を有する9-カルバゾリル基に置換しうる置換基として、例えばヒドロキシ基、ハロゲン原子、シアノ基、アルキル基、アルコキシ基、チオアルコキシ基、2級アミノ基、3級アミノ基、アシル基、アリール基、ヘテロアリール基、アリールオキシ基、ヘテロアリールオキシ基、チオアリールオキシ基、チオヘテロアリールオキシ基、アルケニル基、アルキニル基、アルコキシカルボニル基、アルキルスルホニル基、ハロアルキル基、アミド基、アルキルアミド基、シリル基、トリアルキルシリルアルキル基、トリアルキルシリルアルケニル基、トリアルキルシリルアルキニル基およびニトロ基等が挙げられる。これらの具体例のうち、さらに置換基により置換可能なものは置換されていてもよい。より好ましい置換基は、置換もしくは無置換のアルキル基、置換もしくは無置換のアルコキシ基、置換もしくは無置換のチオアルコキシ基、置換もしくは無置換のアリール基、置換もしくは無置換のヘテロアリール基、置換もしくは無置換のアリールオキシ基、置換もしくは無置換のヘテロアリールオキシ基、置換もしくは無置換のチオアリールオキシ基、置換もしくは無置換のチオヘテロアリールオキシ基、2級アミノ基、3級アミノ基、または置換もしくは無置換のシリル基である。さらに好ましい置換基は、置換もしくは無置換のアルキル基、置換もしくは無置換のアルコキシ基、置換もしくは無置換のアリール基、置換もしくは無置換のヘテロアリール基である。これらの置換基の炭素数は、置換もしくは無置換のアルキル基で1~20、より好ましくは1~10、さらに好ましくは1~5であり、置換もしくは無置換のアルコキシ基および置換もしくは無置換のチオアルコキシ基で1~20、置換もしくは無置換のアリール基、置換もしくは無置換のアリールオキシ基および置換もしくは無置換のチオアリールオキシ基で6~40、置換もしくは無置換のヘテロアリール基、置換もしくは無置換のヘテロアリールオキシ基および置換もしくは無置換のチオヘテロアリールオキシ基で3~40、2級アミノ基および3級アミノ基で1~20、アルキル基で置換されたシリル基で3~20であることが好ましい。ここで、これらの炭素数は、各置換基がさらに置換基で置換されている場合(例えば、置換アルキル基等である場合)には、置換されている置換基の炭素数と、その置換基に置換している置換基の炭素数を含めた合計の炭素数のことを意味する。
以下において、Czが表す「1位と8位の少なくとも一方に置換基を有する9-カルバゾリル基」の具体例(m-D1~m-D14)を例示する。ただし、本発明において、Czが表す「1位と8位の少なくとも一方に置換基を有する9-カルバゾリル基」はこれらの具体例によって限定的に解釈されるべきものではない。下記式において、カルバゾール環の9位の窒素原子から出ている単結合は、Spにおけるベンゼン環またはビフェニル環の炭素原子へ結合する。
Figure 0007023452000009
一般式(2)で表される化合物においてDが表すハメットのσ値が負である置換基や、一般式(3)で表される化合物においてD’が表すハメットのσ値が負である置換基は、特に限定されないが、置換もしくは無置換の9-カルバゾリル基(ただし、1位と8位は置換されていない)、置換もしくは無置換の10-フェノキサジル基、または置換もしくは無置換の10-フェノチアジル基、アルキル基を挙げることができ、中でも、置換もしくは無置換の9-カルバゾリル基、置換もしくは無置換の10-フェノキサジル基、アルキル基であることが好ましく、置換もしくは無置換の9-カルバゾリル基、アルキル基であることがより好ましい(ただし、9-カルバゾリル基の1位と8位は置換されていない)。
DやD’が採りうるアルキル基は、炭素数が1~20であることが好ましく、1~10であることがより好ましく、1~5であることがさらに好ましい。アルキル基は、直鎖状、分枝状、環状のいずれの構造であってもよいが、直鎖状または分枝状であることが好ましい。例えば、メチル基、エチル基、n-プロピル基、イソプロピル基、n-ブチル基、イソブチル基、tert-ブチル基を挙げることができる。
なお、置換もしくは無置換の9-カルバゾリル基(ただし、1位と8位は置換されていない)とは、具体的には、1位と8位が無置換であり、2~7位は置換もしくは無置換である9-カルバゾリル基のことをいい、以下の説明では、単に「1位と8位が無置換の9-カルバゾリル基」ということがある。
1位と8位が無置換の9-カルバゾリル基において、1位および8位以外の位置は、置換基を有していても、無置換であってもよいが、置換基を有するときの置換位置は、3位および6位の少なくとも一方であることが好ましい。置換もしくは無置換の10-フェノキサジル基および置換もしくは無置換の10-フェノチアジル基が置換基を有するときの置換位置は、3位および7位の少なくとも一方であることが好ましい。1位と8位が無置換の9-カルバゾリル基、置換もしくは無置換の10-フェノキサジル基および置換もしくは無置換の10-フェノチアジル基に置換しうる置換基の好ましい範囲については、上記の1位と8位の少なくとも一方に置換基を有する9-カルバゾリル基等に置換しうる置換基の好ましい範囲を参照することができる。また、9-カルバゾリル基、10-フェノキサジル基、または10-フェノチアジル基は、その各環骨格を構成する1以上の炭素原子が窒素原子で置換されていてもよい。窒素原子で置換される炭素原子の数は、特に制限されないが、1~4であることが好ましく、1または2であることがより好ましい。これらの中でDが表す置換基として好ましいものは、1位と8位が無置換の9-カルバゾリル基であり、より好ましいものは、1~8位が全て無置換である9-カルバゾリル基である。
以下において、DやD’が表す置換基の具体例(Cz、Cz1~Cz12)を例示する。ただし、本発明において、DやD’が表す置換基はこれらの具体例によって限定的に解釈されるべきものではない。下記式において、カルバゾール環の9位の窒素原子から出ている単結合は、Spにおけるベンゼン環またはビフェニル環の炭素原子へ結合する。
Figure 0007023452000010
一方、本発明の化合物に含まれるσ値が正である置換基(例えば一般式(2)におけるA)において、そのσ値は特に制限されないが、0より大きくて1.0以下であることがより好ましく、0.1~1.0であることがさらに好ましい。また、分子中に存在するすべてのCzよりもσ値が大きいものであることが好ましい。
本発明の化合物に含まれるハメットのσ値が正である置換基は、特に限定されないが、ヘテロアリール基を挙げることができ、π電子欠如系のヘテロアリール基であることが好ましい。ヘテロアリール基が含むヘテロ原子として、窒素原子、酸素原子、硫黄原子、硼素原子を挙げることができ、ヘテロアリール基は、少なくとも1つの窒素原子を環員として含むことが好ましい。そのようなヘテロアリール基として、窒素原子を環員として含む5員環または6員環からなる基、または窒素原子を環員として含む5員環または6員環にベンゼン環が縮環した構造を有する基を挙げることができ、ピリジン環、ピラジン環、ピリミジン環、ピリダジン環、トリアジン環から水素原子を1つ除いた1価の基、または、これらの芳香族ヘテロ環同士が縮環した構造を有する基、これらの芳香族ヘテロ環にベンゼン環が縮環した構造を有する基であることが好ましい。これらのヘテロアリール基は、置換基で置換されていてもよい。置換基として、例えば炭素数1~20のアルキル基、炭素数6~40のアリール基、ハロゲン原子、炭素数5~40のヘテロアリール基等を挙げることができる。
以下において、本発明の化合物に含まれるハメットのσ値が正である置換基の具体例(A-1~A-48)を例示する。これらの具体例は、例えば一般式(2)のAとして採用しうるものである。ただし、本発明において、Aが表す置換基は、これらの具体例によって限定的に解釈されるべきものではない。下記式において、ヘテロ環、ベンゼン環、ヘテロ原子から出ている単結合は、Spにおけるベンゼン環またはビフェニル環の炭素原子へ結合する。ただし、ヘテロ環、ベンゼン環、ヘテロ原子から出ている単結合が2つ存在するとき、一方はSpにおけるベンゼン環またはビフェニル環の炭素原子へ結合し、他方はメチル基が結合している。ヘテロ環、ベンゼン環、ヘテロ原子から出ている単結合が3つ存在するとき、1つはSpにおけるベンゼン環またはビフェニル環の炭素原子へ結合し、他の2つはメチル基が結合している。
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一般式(1)において、aは、Arにおけるベンゼン環またはビフェニル環に置換している置換基Czの数を表し、aは1以上の整数を表すが、aがArが表すベンゼン環またはビフェニル環に置換可能な最大置換基数を超えることはない。
一般式(2)において、aは、Spにおけるベンゼン環またはビフェニル環に置換している置換基Czの数を表し、mは、Spにおけるベンゼン環またはビフェニル環に置換している置換基Dの数を表し、nは、Spにおけるベンゼン環またはビフェニル環に置換している置換基Aの数を表す。aおよびnは各々独立に1以上の整数を表し、mは0以上の整数を表すが、a+m+nはSpが表すベンゼン環またはビフェニル環に置換可能な最大置換基数を超えることはない。
一般式(3)において、aは、Spにおけるベンゼン環またはビフェニル環に置換している置換基Czの数を表し、bは、Spにおけるベンゼン環またはビフェニル環に置換している置換基Asp-(D’)m’の数を表し、pは、Spにおけるベンゼン環またはビフェニル環に置換している置換基Zの数を表す。aおよびbは各々独立に1以上の整数を表し、zは0以上の整数を表すが、a+b+pはSpが表すベンゼン環またはビフェニル環に置換可能な最大置換基数を超えることはない。
Spがベンゼン環であるとき、aがとりうる数は1~5の整数であり、1~3であることが好ましく、1または2であることがより好ましく、1であることがさらに好ましい。Spがビフェニル環であるとき、aがとりうる数は1~9の整数であり、1~3であることが好ましく、1または2であることがより好ましい。aが2以上であるとき、複数の置換基Czは同一であっても異なっていてもよい。
Spがベンゼン環であるとき、一般式(2)のmや一般式(3)のpがとりうる数は0~4の整数であり、0~2であることが好ましく、0または1であることがより好ましい。Spがビフェニル環であるとき、mやpがとりうる数は0~8の整数であり、0~2であることが好ましく、0または1であることがより好ましい。一般式(2)のmが2以上であるとき、複数の置換基Dは同一であっても異なっていてもよい。一般式(3)のpが2以上であるとき、複数の置換基Zは同一であっても異なっていてもよい。
Spがベンゼン環であるとき、一般式(2)のnや一般式(3)のbがとりうる数は1~5の整数であり、1~3であることが好ましく、1または2であることがより好ましい。Spがビフェニル環であるとき、nやbがとりうる数は1~9の整数であり、1~3であることが好ましく、1または2であることがより好ましい。一般式(2)のnが2以上であるとき、複数の置換基Aは同一であっても異なっていてもよい。一般式(3)のbが2以上であるとき、複数の置換基Asp-(D’)m’は同一であっても異なっていてもよい。
Spがベンゼン環であるとき、一般式(2)のa+m+nや一般式(3)のa+b+pがとりうる数は2~6の整数であり、2~4であることが好ましく、2であることがより好ましい。Spがビフェニル環であるとき、a+m+nやa+b+pがとりうる数は2~10の整数であり、2~4であることが好ましく、2であることがより好ましい。また、一般式(2)におけるaとnは、互いに同じ数であっても異なる数であってもよいが、同じ数であることが好ましい。具体的には、aおよびnの両方が1または2であることが好ましく、aおよびnの両方が1であることがより好ましい。また、一般式(3)におけるaとbは、互いに同じ数であっても異なる数であってもよいが、同じ数であることが好ましい。具体的には、aおよびbの両方が1または2であることが好ましく、aおよびbの両方が1であることがより好ましい。
Spにおけるベンゼン環またはビフェニル環の置換基Cz、置換基D、置換基A、置換基Z、置換基Asp-(D’)m’の置換位置は特に限定されないが、下記一般式S-1~S-18におけるR11~R15、R21~R24、R26~R29に対応する位置であることが好ましい。すなわち、本発明の化合物は、下記一般式S-1~S-18で表される化合物であることが好ましく、下記一般式S-1またはS-13で表される化合物であることがより好ましく、一般式S-1で表される化合物であることがさらに好ましい。一般式S-1~S-18において、R11~R15、R21~R24、R26~R29は、各々独立に置換基Cz、置換基D、置換基A、置換基Z、置換基Asp-(D’)m’のいずれかを表す。ただし、一般式S-1~S-18は、それぞれ、R11~R15、R21~R24、R26~R29のうちの該一般式が有するもの中に、置換基Czと置換基AまたはAsp-(D’)m’とを少なくとも1つずつ有する。R、R、R、Rは各々独立にアルキル基を表す。R同士、R同士、R同士、R同士は、同一であっても異なっていてもよい。
Figure 0007023452000014
また、一般式(1)のより好ましい範囲として一般式(S)を下記に示す。下記一般式(S)は、一般式S-1とS-13を合せたものである。
Figure 0007023452000015
一般式(S)において、mDは、1位と8位の少なくとも一方に置換基を有する9-カルバゾリル基(ここにおいて、9-カルバゾリル基のカルバゾール環の環骨格を構成する1~8位の炭素原子の少なくとも1つは窒素原子で置換されていてもよいが、1位と8位がともに窒素原子で置換されていることはない。)を表し、Aはハメットのσ値が正である置換基(ただし、シアノ基は除く)を表す。mDとAを連結しているベンゼン環またはビフェニル環はアルキル基で置換されていてもよい。そのアルキル基の炭素数は、1~20であることが好ましく、1~10であることがより好ましく、1~5であることがさらに好ましい。アルキル基は、直鎖状、分枝状、環状のいずれの構造であってもよいが、直鎖状または分枝状であることが好ましい。tは0または1を表す。
一般式S-1~S-18、(S)における1位と8位の少なくとも一方に置換基を有する9-カルバゾリル基(ここにおいて、9-カルバゾリル基のカルバゾール環の環骨格を構成する1~8位の炭素原子の少なくとも1つは窒素原子で置換されていてもよいが、1位と8位がともに窒素原子で置換されていることはない。)、ハメットのσ値が負である置換基、ハメットのσ値が正である置換基(ただし、シアノ基は除く)、アルキル基の説明と好ましい範囲、具体例については、一般式(1)についての対応する記載を参照することができる。
一般式(1)で表される化合物の具体例として、下記一般式(4)で表され、X~X10が下記表1~3に示す基であり、tが下記表1~3に示す数である化合物を挙げることができる。
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一般式(1)で表される化合物の具体例として、下記一般式(5)で表され、X11~X15、A11が下記表4に示す基である化合物を挙げることができる。
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一般式(1)で表される化合物の具体例として、下記一般式(6)で表され、Cz、A12が下記表5に示す基である化合物を挙げることができる。
Figure 0007023452000769
Figure 0007023452000770
Figure 0007023452000771
一般式(1)で表される化合物の分子量は、例えば一般式(1)で表される化合物を含む有機層を蒸着法により製膜して利用することを意図する場合には、1500以下であることが好ましく、1200以下であることがより好ましく、1000以下であることがさらに好ましく、900以下であることがさらにより好ましい。分子量の下限値は、一般式(1)で表される最小化合物の分子量である。
一般式(1)で表される化合物は、分子量にかかわらず塗布法で成膜してもよい。塗布法を用いれば、分子量が比較的大きな化合物であっても成膜することが可能である。
本発明を応用して、分子内に一般式(1)で表される構造を複数個含む化合物を、発光材料として用いることも考えられる。
例えば、一般式(1)で表される構造中にあらかじめ重合性基を存在させておいて、その重合性基を重合させることによって得られる重合体を、発光材料として用いることが考えられる。具体的には、一般式(1)のSp、Cz、D、Aのいずれかに重合性官能基を含むモノマーを用意して、これを単独で重合させるか、他のモノマーとともに共重合させることにより、繰り返し単位を有する重合体を得て、その重合体を発光材料として用いることが考えられる。あるいは、一般式(1)で表される構造を有する化合物どうしをカップリングさせることにより、二量体や三量体を得て、それらを発光材料として用いることも考えられる。
一般式(1)で表される構造を含む繰り返し単位を有する重合体の例として、下記一般式(11)または(12)で表される構造を含む重合体を挙げることができる。
Figure 0007023452000772
一般式(11)または(12)において、Qは一般式(1)で表される構造を含む基を表し、LおよびLは連結基を表す。連結基の炭素数は、好ましくは0~20であり、より好ましくは1~15であり、さらに好ましくは2~10である。連結基は-X11-L11-で表される構造を有するものであることが好ましい。ここで、X11は酸素原子または硫黄原子を表し、酸素原子であることが好ましい。L11は連結基を表し、置換もしくは無置換のアルキレン基、または置換もしくは無置換のアリーレン基であることが好ましく、炭素数1~10の置換もしくは無置換のアルキレン基、または置換もしくは無置換のフェニレン基であることがより好ましい。
一般式(11)または(12)において、R101、R102、R103およびR104は、各々独立に置換基を表す。好ましくは、炭素数1~6の置換もしくは無置換のアルキル基、炭素数1~6の置換もしくは無置換のアルコキシ基、ハロゲン原子であり、より好ましくは炭素数1~3の無置換のアルキル基、炭素数1~3の無置換のアルコキシ基、フッ素原子、塩素原子であり、さらに好ましくは炭素数1~3の無置換のアルキル基、炭素数1~3の無置換のアルコキシ基である。
およびLで表される連結基は、Qを構成する一般式(1)のCa、Arのいずれか、一般式(2)の構造のSp、Cz、D、Aのいずれか、あるいは一般式(3)のSp、Cz、Z、Asp、D’のいずれかに結合することができる。1つのQに対して連結基が2つ以上連結して架橋構造や網目構造を形成していてもよい。
繰り返し単位の具体的な構造例として、下記式(13)~(16)で表される構造を挙げることができる。
Figure 0007023452000773
これらの式(13)~(16)を含む繰り返し単位を有する重合体は、一般式(1)のCa、Arのいずれか、一般式(2)の構造のSp、Cz、D、Aのいずれか、あるいは一般式(3)のSp、Cz、Z、Asp、D’のいずれかにヒドロキシ基を導入しておき、それをリンカーとして下記化合物を反応させて重合性基を導入し、その重合性基を重合させることにより合成することができる。
Figure 0007023452000774
分子内に一般式(1)で表される構造を含む重合体は、一般式(1)で表される構造を有する繰り返し単位のみからなる重合体であってもよいし、それ以外の構造を有する繰り返し単位を含む重合体であってもよい。また、重合体の中に含まれる一般式(1)で表される構造を有する繰り返し単位は、単一種であってもよいし、2種以上であってもよい。一般式(1)で表される構造を有さない繰り返し単位としては、通常の共重合に用いられるモノマーから誘導されるものを挙げることができる。例えば、エチレン、スチレンなどのエチレン性不飽和結合を有するモノマーから誘導される繰り返し単位を挙げることができる。
[一般式(1)で表される化合物の合成方法]
一般式(1)で表される化合物は、新規化合物である。
一般式(1)で表される化合物は、既知の反応を組み合わせることによって合成することができる。例えば、一般式(1)のCzが1位、3位、6位、8位に置換基を有する9-カルバゾリル基である化合物は、以下の反応により合成することが可能である。
Figure 0007023452000775
上記の反応式におけるAの説明については、一般式(2)における対応する説明を参照することができる。R31~R34は各々独立に置換基を表し、tは0または1を表す。Xは各々独立にハロゲン原子を表し、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子を挙げることができ、臭素原子が好ましい。
上記の反応は、公知のカップリング反応を応用したものであり、公知の反応条件を適宜選択して用いることができる。上記の反応の詳細については、後述の合成例を参考にすることができる。また、一般式(1)で表される化合物は、その他の公知の合成反応を組み合わせることによっても合成することができる。
[有機発光素子]
本発明の一般式(1)で表される化合物は、有機発光素子の発光材料として有用である。このため、本発明の一般式(1)で表される化合物は、有機発光素子の発光層に発光材料として効果的に用いることができる。また、本発明の一般式(1)で表される化合物は、ホストまたはアシストドーパントとして用いてもよい。
一般式(1)で表される化合物の中には、遅延蛍光を放射する遅延蛍光材料(遅延蛍光体)が含まれている。すなわち本発明は、一般式(1)で表される構造を有する遅延蛍光体の発明と、一般式(1)で表される化合物を遅延蛍光体として使用する発明と、一般式(1)で表される化合物を用いて遅延蛍光を発光させる方法の発明も提供する。そのような化合物を発光材料として用いた有機発光素子は、遅延蛍光を放射し、発光効率が高いという特徴を有する。その原理を、有機エレクトロルミネッセンス素子を例にとって説明すると以下のようになる。
有機エレクトロルミネッセンス素子においては、正負の両電極より発光材料にキャリアを注入し、励起状態の発光材料を生成し、発光させる。通常、キャリア注入型の有機エレクトロルミネッセンス素子の場合、生成した励起子のうち、励起一重項状態に励起されるのは25%であり、残り75%は励起三重項状態に励起される。従って、励起三重項状態からの発光であるリン光を利用するほうが、エネルギーの利用効率が高い。しかしながら、励起三重項状態は寿命が長いため、励起状態の飽和や励起三重項状態の励起子との相互作用によるエネルギーの失活が起こり、一般にリン光の量子収率が高くないことが多い。一方、遅延蛍光材料は、項間交差等により励起三重項状態へとエネルギーが遷移した後、三重項-三重項消滅あるいは熱エネルギーの吸収により、励起一重項状態に逆項間交差され蛍光を放射する。有機エレクトロルミネッセンス素子においては、なかでも熱エネルギーの吸収による熱活性化型の遅延蛍光材料が特に有用であると考えられる。有機エレクトロルミネッセンス素子に遅延蛍光材料を利用した場合、励起一重項状態の励起子は通常通り蛍光を放射する。一方、励起三重項状態の励起子は、デバイスが発する熱を吸収して励起一重項へ項間交差され蛍光を放射する。このとき、励起一重項からの発光であるため蛍光と同波長での発光でありながら、励起三重項状態から励起一重項状態への逆項間交差により、生じる光の寿命(発光寿命)は通常の蛍光よりも長くなるため、これらよりも遅延した蛍光として観察される。これを遅延蛍光として定義できる。このような熱活性化型の逆項間交差機構を用いれば、キャリア注入後に熱エネルギーの吸収を経ることにより、通常は25%しか生成しなかった励起一重項状態の化合物の比率を25%以上に引き上げることが可能となる。100℃未満の低い温度でも強い蛍光および遅延蛍光を発する化合物を用いれば、デバイスの熱で充分に励起三重項状態から励起一重項状態への項間交差が生じて遅延蛍光を放射するため、発光効率を飛躍的に向上させることができる。
本発明の一般式(1)で表される化合物を発光層の発光材料として用いることにより、有機フォトルミネッセンス素子(有機PL素子)や有機エレクトロルミネッセンス素子(有機EL素子)などの優れた有機発光素子を提供することができる。有機フォトルミネッセンス素子は、基板上に少なくとも発光層を形成した構造を有する。また、有機エレクトロルミネッセンス素子は、少なくとも陽極、陰極、および陽極と陰極の間に有機層を形成した構造を有する。有機層は、少なくとも発光層を含むものであり、発光層のみからなるものであってもよいし、発光層の他に1層以上の有機層を有するものであってもよい。そのような他の有機層として、正孔輸送層、正孔注入層、電子阻止層、正孔阻止層、電子注入層、電子輸送層、励起子阻止層などを挙げることができる。正孔輸送層は正孔注入機能を有した正孔注入輸送層でもよく、電子輸送層は電子注入機能を有した電子注入輸送層でもよい。具体的な有機エレクトロルミネッセンス素子の構造例を図1に示す。図1において、1は基板、2は陽極、3は正孔注入層、4は正孔輸送層、5は発光層、6は電子輸送層、7は陰極を表わす。
以下において、有機エレクトロルミネッセンス素子の各部材および各層について説明する。なお、基板と発光層の説明は有機フォトルミネッセンス素子の基板と発光層にも該当する。
(基板)
本発明の有機エレクトロルミネッセンス素子は、基板に支持されていることが好ましい。この基板については、特に制限はなく、従来から有機エレクトロルミネッセンス素子に慣用されているものであればよく、例えば、ガラス、透明プラスチック、石英、シリコンなどからなるものを用いることができる。
(陽極)
有機エレクトロルミネッセンス素子における陽極としては、仕事関数の大きい(4eV以上)金属、合金、電気伝導性化合物およびこれらの混合物を電極材料とするものが好ましく用いられる。このような電極材料の具体例としてはAu等の金属、CuI、インジウムチンオキシド(ITO)、SnO、ZnO等の導電性透明材料が挙げられる。また、IDIXO(In-ZnO)等非晶質で透明導電膜を作製可能な材料を用いてもよい。陽極はこれらの電極材料を蒸着やスパッタリング等の方法により、薄膜を形成させ、フォトリソグラフィー法で所望の形状のパターンを形成してもよく、あるいはパターン精度をあまり必要としない場合は(100μm以上程度)、上記電極材料の蒸着やスパッタリング時に所望の形状のマスクを介してパターンを形成してもよい。あるいは、有機導電性化合物のように塗布可能な材料を用いる場合には、印刷方式、コーティング方式等湿式成膜法を用いることもできる。この陽極より発光を取り出す場合には、透過率を10%より大きくすることが望ましく、また陽極としてのシート抵抗は数百Ω/sq.(ohms per square)以下が好ましい。さらに膜厚は材料にもよるが、通常10~1000nm、好ましくは10~200nmの範囲で選ばれる。
(陰極)
一方、陰極としては、仕事関数の小さい(4eV以下)金属(電子注入性金属と称する)、合金、電気伝導性化合物およびこれらの混合物を電極材料とするものが用いられる。このような電極材料の具体例としては、ナトリウム、ナトリウム-カリウム合金、マグネシウム、リチウム、マグネシウム/銅混合物、マグネシウム/銀混合物、マグネシウム/アルミニウム混合物、マグネシウム/インジウム混合物、アルミニウム/酸化アルミニウム(Al)混合物、インジウム、リチウム/アルミニウム混合物、希土類金属等が挙げられる。これらの中で、電子注入性および酸化等に対する耐久性の点から、電子注入性金属とこれより仕事関数の値が大きく安定な金属である第二金属との混合物、例えば、マグネシウム/銀混合物、マグネシウム/アルミニウム混合物、マグネシウム/インジウム混合物、アルミニウム/酸化アルミニウム(Al)混合物、リチウム/アルミニウム混合物、アルミニウム等が好適である。陰極はこれらの電極材料を蒸着やスパッタリング等の方法により薄膜を形成させることにより、作製することができる。また、陰極としてのシート抵抗は数百Ω/sq.(ohms per square)以下が好ましく、膜厚は通常10nm~5μm、好ましくは50~200nmの範囲で選ばれる。なお、発光した光を透過させるため、有機エレクトロルミネッセンス素子の陽極または陰極のいずれか一方が、透明または半透明であれば発光輝度が向上し好都合である。
また、陽極の説明で挙げた導電性透明材料を陰極に用いることで、透明または半透明の陰極を作製することができ、これを応用することで陽極と陰極の両方が透過性を有する素子を作製することができる。
(発光層)
発光層は、陽極および陰極のそれぞれから注入された正孔および電子が再結合することにより励起子が生成した後、発光する層であり、発光材料を単独で発光層に使用しても良いが、好ましくは発光材料とホスト材料を含む。発光材料としては、一般式(1)で表される本発明の化合物群から選ばれる1種または2種以上を用いることができる。本発明の有機エレクトロルミネッセンス素子および有機フォトルミネッセンス素子が高い発光効率を発現するためには、発光材料に生成した一重項励起子および三重項励起子を、発光材料中に閉じ込めることが重要である。従って、発光層中に発光材料に加えてホスト材料を用いることが好ましい。ホスト材料としては、励起一重項エネルギー、励起三重項エネルギーの少なくとも何れか一方が本発明の発光材料よりも高い値を有する有機化合物を用いることができる。その結果、本発明の発光材料に生成した一重項励起子および三重項励起子を、本発明の発光材料の分子中に閉じ込めることが可能となり、その発光効率を十分に引き出すことが可能となる。もっとも、一重項励起子および三重項励起子を十分に閉じ込めることができなくても、高い発光効率を得ることが可能な場合もあるため、高い発光効率を実現しうるホスト材料であれば特に制約なく本発明に用いることができる。本発明の有機発光素子または有機エレクトロルミネッセンス素子において、発光は発光層に含まれる本発明の発光材料から生じる。この発光は蛍光発光および遅延蛍光発光の両方を含む。但し、発光の一部或いは部分的にホスト材料からの発光があってもかまわない。
発光層における一般式(1)で表される化合物の含有量は、50重量%未満とすることが好ましい。さらに、一般式(1)で表される化合物の含有量の上限値は30重量%未満とすることが好ましく、また、含有量の上限値は例えば20重量%未満、10重量%未満、5重量%未満、3重量%未満、1重量%未満、0.5重量%未満とすることもできる。下限値は0.001重量%以上とすることが好ましく、例えば0.01重量%超、0.1重量%超、0.5重量%超、1重量%超とすることもできる。
発光層におけるホスト材料としては、正孔輸送能、電子輸送能を有し、かつ発光の長波長化を防ぎ、なおかつ高いガラス転移温度を有する有機化合物であることが好ましい。
(注入層)
注入層とは、駆動電圧低下や発光輝度向上のために電極と有機層間に設けられる層のことで、正孔注入層と電子注入層があり、陽極と発光層または正孔輸送層の間、および陰極と発光層または電子輸送層との間に存在させてもよい。注入層は必要に応じて設けることができる。
(阻止層)
阻止層は、発光層中に存在する電荷(電子もしくは正孔)および/または励起子の発光層外への拡散を阻止することができる層である。電子阻止層は、発光層および正孔輸送層の間に配置されることができ、電子が正孔輸送層の方に向かって発光層を通過することを阻止する。同様に、正孔阻止層は発光層および電子輸送層の間に配置されることができ、正孔が電子輸送層の方に向かって発光層を通過することを阻止する。阻止層はまた、励起子が発光層の外側に拡散することを阻止するために用いることができる。すなわち電子阻止層、正孔阻止層はそれぞれ励起子阻止層としての機能も兼ね備えることができる。本明細書でいう電子阻止層または励起子阻止層は、一つの層で電子阻止層および励起子阻止層の機能を有する層を含む意味で使用される。
(正孔阻止層)
正孔阻止層とは広い意味では電子輸送層の機能を有する。正孔阻止層は電子を輸送しつつ、正孔が電子輸送層へ到達することを阻止する役割があり、これにより発光層中での電子と正孔の再結合確率を向上させることができる。正孔阻止層の材料としては、後述する電子輸送層の材料を必要に応じて用いることができる。
(電子阻止層)
電子阻止層とは、広い意味では正孔を輸送する機能を有する。電子阻止層は正孔を輸送しつつ、電子が正孔輸送層へ到達することを阻止する役割があり、これにより発光層中での電子と正孔が再結合する確率を向上させることができる。
(励起子阻止層)
励起子阻止層とは、発光層内で正孔と電子が再結合することにより生じた励起子が電荷輸送層に拡散することを阻止するための層であり、本層の挿入により励起子を効率的に発光層内に閉じ込めることが可能となり、素子の発光効率を向上させることができる。励起子阻止層は発光層に隣接して陽極側、陰極側のいずれにも挿入することができ、両方同時に挿入することも可能である。すなわち、励起子阻止層を陽極側に有する場合、正孔輸送層と発光層の間に、発光層に隣接して該層を挿入することができ、陰極側に挿入する場合、発光層と陰極との間に、発光層に隣接して該層を挿入することができる。また、陽極と、発光層の陽極側に隣接する励起子阻止層との間には、正孔注入層や電子阻止層などを有することができ、陰極と、発光層の陰極側に隣接する励起子阻止層との間には、電子注入層、電子輸送層、正孔阻止層などを有することができる。阻止層を配置する場合、阻止層として用いる材料の励起一重項エネルギーおよび励起三重項エネルギーの少なくともいずれか一方は、発光材料の励起一重項エネルギーおよび励起三重項エネルギーよりも高いことが好ましい。
(正孔輸送層)
正孔輸送層とは正孔を輸送する機能を有する正孔輸送材料からなり、正孔輸送層は単層または複数層設けることができる。
正孔輸送材料としては、正孔の注入または輸送、電子の障壁性のいずれかを有するものであり、有機物、無機物のいずれであってもよい。使用できる公知の正孔輸送材料としては例えば、トリアゾール誘導体、オキサジアゾール誘導体、イミダゾール誘導体、カルバゾール誘導体、インドロカルバゾール誘導体、ポリアリールアルカン誘導体、ピラゾリン誘導体およびピラゾロン誘導体、フェニレンジアミン誘導体、アリールアミン誘導体、アミノ置換カルコン誘導体、オキサゾール誘導体、スチリルアントラセン誘導体、フルオレノン誘導体、ヒドラゾン誘導体、スチルベン誘導体、シラザン誘導体、アニリン系共重合体、また導電性高分子オリゴマー、特にチオフェンオリゴマー等が挙げられるが、ポルフィリン化合物、芳香族第3級アミン化合物およびスチリルアミン化合物を用いることが好ましく、芳香族第3級アミン化合物を用いることがより好ましい。
(電子輸送層)
電子輸送層とは電子を輸送する機能を有する材料からなり、電子輸送層は単層または複数層設けることができる。
電子輸送材料(正孔阻止材料を兼ねる場合もある)としては、陰極より注入された電子を発光層に伝達する機能を有していればよい。使用できる電子輸送層としては例えば、ニトロ置換フルオレン誘導体、ジフェニルキノン誘導体、チオピランジオキシド誘導体、カルボジイミド、フレオレニリデンメタン誘導体、アントラキノジメタンおよびアントロン誘導体、オキサジアゾール誘導体等が挙げられる。さらに、上記オキサジアゾール誘導体において、オキサジアゾール環の酸素原子を硫黄原子に置換したチアジアゾール誘導体、電子吸引基として知られているキノキサリン環を有するキノキサリン誘導体も、電子輸送材料として用いることができる。さらにこれらの材料を高分子鎖に導入した、またはこれらの材料を高分子の主鎖とした高分子材料を用いることもできる。
有機エレクトロルミネッセンス素子を作製する際には、一般式(1)で表される化合物を1層の有機層(例えば、電子輸送層)に用いるだけでなく、複数の有機層にも用いてもよい。その際、各有機層に用いる一般式(1)で表される化合物は、互いに同一であっても異なっていてもよい。例えば、電子輸送層や発光層の他に、上記の注入層、阻止層、正孔阻止層、電子阻止層、励起子阻止層、正孔輸送層などにも一般式(1)で表される化合物を用いてもよい。これらの層の製膜方法は特に限定されず、ドライプロセス、ウェットプロセスのどちらで作製してもよい。
以下に、有機エレクトロルミネッセンス素子に用いることができる好ましい材料を具体的に例示する。ただし、本発明において用いることができる材料は、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。また、特定の機能を有する材料として例示した化合物であっても、その他の機能を有する材料として転用することも可能である。なお、以下の例示化合物の構造式におけるR、R’、R~R10は、各々独立に水素原子または置換基を表す。Xは環骨格を形成する炭素原子または複素原子を表し、nは3~5の整数を表し、Yは置換基を表し、mは0以上の整数を表す。
まず、発光層のホスト材料としても用いることができる好ましい化合物を挙げる。
Figure 0007023452000776
Figure 0007023452000777
Figure 0007023452000778
Figure 0007023452000779
Figure 0007023452000780
正孔注入材料として用いることができる好ましい化合物例を挙げる。
Figure 0007023452000781
次に、正孔輸送材料として用いることができる好ましい化合物例を挙げる。
Figure 0007023452000782
Figure 0007023452000783
Figure 0007023452000784
Figure 0007023452000785
Figure 0007023452000786
Figure 0007023452000787
次に、電子阻止材料として用いることができる好ましい化合物例を挙げる。
Figure 0007023452000788
次に、正孔阻止材料として用いることができる好ましい化合物例を挙げる。
Figure 0007023452000789
次に、電子輸送材料として用いることができる好ましい化合物例を挙げる。
Figure 0007023452000790
Figure 0007023452000791
Figure 0007023452000792
Figure 0007023452000793
次に、電子注入材料として用いることができる好ましい化合物例を挙げる。
Figure 0007023452000794
さらに添加可能な材料として好ましい化合物例を挙げる。例えば、安定化材料として添加すること等が考えられる。
Figure 0007023452000795
上述の方法により作製された有機エレクトロルミネッセンス素子は、得られた素子の陽極と陰極の間に電界を印加することにより発光する。このとき、励起一重項エネルギーによる発光であれば、そのエネルギーレベルに応じた波長の光が、蛍光発光および遅延蛍光発光として確認される。また、励起三重項エネルギーによる発光であれば、そのエネルギーレベルに応じた波長が、りん光として確認される。通常の蛍光は、遅延蛍光発光よりも蛍光寿命が短いため、発光寿命は蛍光と遅延蛍光で区別できる。
一方、りん光については、本発明の化合物のような通常の有機化合物では、励起三重項エネルギーは不安定であり、熱失活の速度定数が大きく、発光の速度定数が小さいことから直ちに失活するため、室温では殆ど観測できない。通常の有機化合物の励起三重項エネルギーを測定するためには、極低温の条件での発光を観測することにより測定可能である。
本発明の有機エレクトロルミネッセンス素子は、単一の素子、アレイ状に配置された構造からなる素子、陽極と陰極がX-Yマトリックス状に配置された構造のいずれにおいても適用することができる。本発明によれば、発光層に一般式(1)で表される化合物を含有させることにより、発光効率が大きく改善された有機発光素子が得られる。本発明の有機エレクトロルミネッセンス素子などの有機発光素子は、さらに様々な用途へ応用することが可能である。例えば、本発明の有機エレクトロルミネッセンス素子を用いて、有機エレクトロルミネッセンス表示装置を製造することが可能であり、詳細については、時任静士、安達千波矢、村田英幸共著「有機ELディスプレイ」(オーム社)を参照することができる。また、特に本発明の有機エレクトロルミネッセンス素子は、需要が大きい有機エレクトロルミネッセンス照明やバックライトに応用することもできる。
以下に合成例および実施例を挙げて本発明の特徴をさらに具体的に説明する。以下に示す材料、処理内容、処理手順等は、本発明の趣旨を逸脱しない限り適宜変更することができる。したがって、本発明の範囲は以下に示す具体例により限定的に解釈されるべきものではない。なお、紫外線吸収スペクトルの測定はLAMBDA950-PKA(パーキンエルマー社製)を用いて行い、発光スペクトルの測定はFluoromax-4(ホリバ・ジョバンイボン社製)を用いて行い、過渡減衰曲線の測定はQuantaurus-tau(浜松ホトニクス社製)を用いて行った。また、本実施例では、発光寿命が0.05μs以上の蛍光を遅延蛍光として判定した。
(合成例1) 化合物113の合成
まず、中間体1を下記反応により合成した。
Figure 0007023452000796
2-ブロモ-4,6-ジメチルアニリン(20.0g,100mmol)、1-ヨード-2,4-ジメチルベンゼン(25.5g,110mmol)、ナトリウムtert-ブトキシド(19.2g、200mmol)、トリス(ジベンジリデンアセトン)ジパラジウム(4.52g,5.0mmol)およびテトラフルオロほう酸トリ-tert-ブチルホスフィン(2.88g、10mmol)をフラスコに入れた。この混合物へトルエン200mLを加え、アルゴン雰囲気下で12時間還流を行った。室温に戻した後、反応生成物をクロロホルムで希釈し、水で洗浄した。洗浄後の有機層を、無水硫酸ナトリウムで乾燥し、ロータリーエバポレーターにて濃縮した。得られた濃縮物を、ジクロロメタン:石油=1:4を溶離液としてシリカゲルカラムクロマトグラフィーにて精製した。得られたフラクションを濃縮したところ、2-ブロモ-N-(2,4-ジメチルフェニル)-4,6-ジメチルアニリン(中間体1)である白色固体を収量25g、収率82%で得た。
次に、中間体2を下記反応により合成した。
Figure 0007023452000797
2-ブロモ-N-(2,4-ジメチルフェニル)-4,6-ジメチルアニリン(10g,32.9mmol)、炭酸カリウム(9.07g、65.7mmol)、酢酸パラジウム(0.73g,3.29mmol)およびテトラフルオロほう酸トリ-tert-ブチルホスフィン(1.91g,6.57mmol)をフラスコに入れた。この混合物へN,N-ジメチルアセトアミド60mLとトルエン60mLを加え、アルゴン雰囲気下で12時間還流を行った。室温に戻した後、反応生成物をクロロホルムで希釈し、水で洗浄した。洗浄後の有機層を、無水硫酸ナトリウムで乾燥し、ロータリーエバポレーターにて濃縮した。得られた濃縮物を、ジクロロメタン:石油=1:4を溶離液としてシリカゲルカラムクロマトグラフィーにて精製した。得られたフラクションを濃縮したところ、1,3,6,8-テトラメチル-9H-カルバゾール(中間体2)である白色固体を収量
3.82g、収率92%で得た。
次に、化合物113を下記反応により合成した。
Figure 0007023452000798
2-(4-ブロモフェニル)-4,6-ジフェニル-1,3,5-トリアジン(2.0g,5.15mmol)、1,3,6,8-テトラメチル-9H-カルバゾール(1.15g,5.15mmol)、トリス(ジベンジリデンアセトン)ジパラジウム(0)(0.24g,0.26mmol)、テトラフルオロほう酸トリ-tert-ブチルホスフィン(0.15g,0.52mmol)およびナトリウムtert-ブトキシド(0.99g,10.3mmo)を100mlの丸底フラスコに入れた。この混合物へトルエン40mLを加え、アルゴン雰囲気下で12時間還流を行った。室温に戻した後、反応生成物をクロロホルムで希釈し、水で洗浄した。洗浄後の有機層を、無水硫酸ナトリウムで乾燥し、ロータリーエバポレーターにて濃縮した。得られた濃縮物を、ジクロロメタン:石油=1:4を溶離液としてシリカゲルカラムクロマトグラフィーにて精製した。得られたフラクションを濃縮したところ、目的物の淡黄色固体を収率92%で得た。
H-NMR(500MHz,CDCl)δ(ppm):8.93(d,J=8.0Hz,2H)8.84(d,J=8.0Hz,4H)7.79(s,1H)7.72(d,J=8.0Hz,2H)7.68-7.60(m,6H)7.50(d,J=8.5Hz,2H)6.93(s,2H)2.51(s,6H)1.97(s,6H).13C-NMR(125MHz,CDCl)δ(ppm):171.8,170.8,146.4,139.2,136.4,136.0,132.7,131.5,130.2,129.1,129.0,128.8,128.7,124.2,121.2,117.8,21.1,19.6.HRMS m/z:530.25[M].Anal. calcd for C3730(%):C83.74,H5.70,N10.56;found:C83.72,H5.74,N10.55.
(合成例2)化合物51の合成
Figure 0007023452000799
200mLの三口フラスコに2-アミノフェノール2.98g(27.36mmol)、4-ブロモベンズアルデヒド6.09g(32.83mmol)を入れ、当該フラスコ内を窒素置換した。この混合物へ酢酸20mlを加えた後、窒素雰囲気下、室温で2時間撹拌した。撹拌後、この混合物に酢酸鉛(IV)13.4g(30.1mmol)を加えた後、窒素雰囲気下、120℃で89時間撹拌した。この混合物を室温に戻した後、混合物に氷水200mLを加えてアイスバスを用いて撹拌した。撹拌後、吸引ろ過して、黒色固体を回収した。得られた黒色固体を、クロロホルムを展開溶媒としたシリカゲルカラムクロマトグラフィーで精製した。得られたフラクションを濃縮し、淡茶色固体を得た。その後、得られた淡茶色固体を酢酸エチルで再結晶を行い、淡茶色の針状結晶を収量3.45g、収率46.0%で得た。
H NMR(500MHz,CDCl,δ):8.13(d,J=8.7Hz,2H),7.77-7.78(m,1H),7.68(d,J=8.7Hz,2H),7.57-7.59(m,1H),7.36-7.38(m,2H)
ASAPマススペクトル分析:理論値272.98、観測値273.19
Figure 0007023452000800
100mLの三口フラスコに2-(4-ブロモフェニル)ベンゾ[d]オキサゾール1.06g(3.86mmol)、1,8-ジメチル-9H-カルバゾール0.99g(4.63mmol)、ナトリウムtert-ブトキシド1.12g(11.6mmol)、トリス(ジベンジリデンアセトン)ジパラジウム(0)[(Pd(dba))]0.08g(0.08mmol)、トリ(tert-ブチル)ホスフィン テトラフルオロボロレイト[PtBuHBF]0.34g(1.23mmol)を入れ、当該フラスコ内を窒素置換した。この混合物へ脱水トルエン15mlを加えた後、窒素雰囲気下、120℃で18時間加熱撹拌した。撹拌後、この混合物を室温に戻した後、反応溶液を三角フラスコに移し、トルエン300mlと水100mlを加え、ホットプレート100℃で4時間攪拌した。撹拌後、この混合物を水と飽和食塩水で洗浄した。洗浄後、この混合物に硫酸マグネシウムを加えて乾燥し、この混合物をセライトとシリカゲルを用いて、吸引ろ過しトルエンで洗浄を実施し、ろ液を得た。得られたろ液を濃縮すると、淡黄色の固体を得た。その混合物をクロロホルム10mlに溶解かせ、メタノールを加え再沈殿した後、メタノールを用いて吸引ろ過し、淡黄色固体を収量1.32g、収率88.0%で得た。
H NMR(500MHz,CDCl,δ):8.38(d,J=8.6Hz,2H),8.01(d,J=7.7Hz,2H),7.82-7.84(m,1H),7.69(d,J=7.7Hz,2H),7.62-7.69(m,1H),7.40-7.42(m,1H),7.18(t,J=7.5Hz,2H),7.12(d,J=7.1Hz,2H),1.97(s,12H)
ASAPマススペクトル分析:理論値388.16、観測値388.44
(合成例3)化合物56の合成
Figure 0007023452000801
100mLのナスフラスコにo-フェニレンジアミン0.74g(6.82mmol)、ベンジル 4-ブロモフェニル ケトン1.88g(6.82mmol)、1,4-ジアザビシクロ[2.2.2]オクタン(DABCO)0.154g(1.36mmol)を入れ、この混合物へN,N-ジメチルホルムアミド(DMF)20mlを加えた後、大気雰囲気下、90℃で18時間加熱撹拌した。撹拌後、この混合物を室温に戻した後、水70mLを加えて撹拌した。撹拌後、吸引ろ過して、白色固体を回収した。得られた白色固体を、ヘキサン:クロロホルム=1:2を展開溶媒としたシリカゲルカラムクロマトグラフィーで精製した。得られたフラクションを濃縮し、白色固体を収量0.53g、収率18.0%で得た。
H NMR(500MHz,CDCl,δ):8.15-8.19(m,2H),7.78-7.80(m,2H),7.51-7.53(m,2H),7.46-7.51(m,2H),8.26-8.46(m,5H)
ASAPマススペクトル分析:理論値360.04、観測値361.23
Figure 0007023452000802
100mLのナスフラスコに2-(4-ブロモフェニル)-3-フェニルキノキサリン(BPQ)0.53g(1.47mmol)、1,8-ジメチル-9H-カルバゾール0.345g(1.77mmol)、ナトリウムtert-ブトキシド0.425g(4.42mmol)、トリス(ジベンジリデンアセトン)ジパラジウム(0)[(Pd(dba))]0.028g(0.03mmol)、トリ(tert-ブチル)ホスフィン テトラフルオロボロレイト[PtBuHBF]0.148g(0.47mmol)を入れ、当該フラスコ内を窒素置換した。この混合物へ脱水トルエン7mlを加えた後、窒素雰囲気下、90℃で16時間加熱撹拌した。撹拌後、この混合物を室温に戻した後、反応溶液を三角フラスコに移し、トルエン200mlと水100mlを加え、ホットプレート100℃で20分攪拌した。撹拌後、この混合物を水と飽和食塩水で洗浄した。洗浄後、この混合物に硫酸マグネシウムを加えて乾燥し、この混合物をセライトとシリカゲルを用いて、吸引ろ過しトルエンで洗浄を実施し、ろ液を得た。得られたろ液を濃縮すると、黄色い液体を得た。その混合物をクロロホルム10mlに溶解かせ、アセトニトリルを加えることで、白色固体が析出した。析出物を、メタノールを用いて吸引ろ過し、白色固体を収量0.52g、収率74.9%で得た。
H NMR(500MHz,CDCl,δ):8.20-8.25(m,2H),7.99(d,J=7.2Hz,2H),7.81-7.85(m,2H),7.62(d,J=8.2Hz,2H),7.57(d,J=7.9Hz,2H),7.49(d,J=7.9Hz,2H),7.36-7.42(m,3H),7.16(t,J=7.4Hz,2H),7.11(d,J=7.1Hz,2H),2.00(s,6H)
ASAPマススペクトル分析:理論値475.20、観測値475.50
(合成例4)化合物66の合成
Figure 0007023452000803
100mLの三口フラスコに1,8-ジメチル-9H-カルバゾール0.816g(4.18mmol)、合成例1で得た2-ブロモフェニル-4,6-ジフェニルトリアジン1.48g(mmol)、ナトリウム tert-ブトキシド0.73g(7.60mmol)、トリス(ジベンジリデンアセトン)ジパラジウム(0)67.0mg(0.076mmol)、テトラフルオロほう酸トリ-tert-ブチルホスフィン0.088g(0.304mmol)を入れ、当該フラスコ内を窒素置換した。
この混合物へ脱水トルエン30mLを加えた後、窒素雰囲気下、120℃で12時間加熱撹拌した。撹拌後、この混合物を室温に戻した後、クロロホルムと水を加えて撹拌した。撹拌後、この混合物を飽和食塩水で洗浄した。洗浄後、この混合物に硫酸マグネシウムを加えて乾燥し、この混合物を吸引ろ過してろ液を得た。得られたろ液を濃縮し、ヘキサン:クロロホルム=2:1を展開溶媒としたシリカゲルカラムクロマトグラフィーで精製した。得られたフラクションを濃縮し、クロロホルムとメタノールの混合溶媒で再結晶したところ白色固体を収量1.2g、収率63%で得た。
H-NMR(500MHz,CDCl,δ):8.15(d,J=7.6Hz,4H),7.95(dd,2.0Hz,2H),7.93(s,2H),7.52(td,J=7.7Hz,J=1.2Hz,4H),7.39-7.33(m,8H),7.22-7.17(m,4H),2.35(s,6H)
ASAPマススペクトル分析:理論値626.8、観測値626.8
(合成例5)化合物77の合成
Figure 0007023452000804
500mLの三口フラスコにカルコン6.15g(26.0mmol)、4-ブロモベンズアルミジン5.20g(26.0mmol)を入れ、当該フラスコ内を窒素置換した。この混合物へ脱水エタノール250mLを加えた後、水酸化カリウム5.20g(26.0mmol)のエタノール溶液150mLを滴下した。90℃で3時間加熱撹拌した。撹拌後、この混合物を室温に戻した後、固体をろ取し、メタノールと水で洗浄して目的物を収量4.67g、収率47%で得た。
H NMR(500MHz,CDCl,δ):8.61(d,J=8.5Hz,2H),8.29-8.27(m,4H),8.04(s,1H),7.66(d,J=8.5Hz,2H),7.58-7.55(m,6H)
ASAPマススペクトル分析:理論値387.0、観測値388.3
Figure 0007023452000805
100mLの三口フラスコに1,8-ジメチル-9H-カルバゾール1.10g(5.67mmol)、2-ブロモフェニル-4,6-ジフェニルトリアジン1.50g(4.72mmol)、ナトリウム tert-ブトキシド0.68g(7.09mmol)、トリス(ジベンジリデンアセトン)ジパラジウム(0)108mg(0.118mmol)、テトラフルオロほう酸トリ-tert-ブチルホスフィン0.14g(0.473mmol)を入れ、当該フラスコ内を窒素置換した。この混合物へ脱水キシレン60mLを加えた後、窒素雰囲気下、180℃で12時間加熱撹拌した。撹拌後、この混合物を室温に戻した後、クロロホルムと水を加えて撹拌した。撹拌後、この混合物を飽和食塩水で洗浄した。洗浄後、この混合物に硫酸マグネシウムを加えて乾燥し、この混合物を吸引ろ過してろ液を得た。得られたろ液を濃縮し、シリカゲルカラムクロマトグラフィーにて精製した。得られたフラクションを濃縮し白色固体を収量0.7g、収率30%で得た。
H NMR(500MHz,CDCl,δ):8.88(dd,J=7.5Hz,J=1.7Hz,4H),8.33(dd,7.5Hz,1.7Hz,4H),8.09(s,1H),8.02(d,J=7.5Hz,2H),7.69(d,J=7.5Hz,2H),7.61-7.57(m,6H),7.17(t,J=7.5Hz,4H),7.11(d,J=7.5Hz,4H),2.01(s,6H)
ASAPマススペクトル分析:理論値501.2、観測値501.6
(合成例6)化合物114の合成
Figure 0007023452000806
100mLの三口フラスコに1,3,6,8-テトラメチル-9H-カルバゾール1.26g(5.67mmol)、合成例5で得た2-ブロモフェニル-4,6-ジフェニルトリアジン1.50g(4.72mmol)、ナトリウム tert-ブトキシド0.68g(7.09mmol)、トリス(ジベンジリデンアセトン)ジパラジウム(0)108mg(0.118mmol)、テトラフルオロほう酸トリ-tert-ブチルホスフィン0.14g(0.473mmol)を入れ、当該フラスコ内を窒素置換した。この混合物へ脱水キシレン60mLを加えた後、窒素雰囲気下、180℃で12時間加熱撹拌した。撹拌後、この混合物を室温に戻した後、クロロホルムと水を加えて撹拌した。撹拌後、この混合物を飽和食塩水で洗浄した。洗浄後、この混合物に硫酸マグネシウムを加えて乾燥し、この混合物を吸引ろ過してろ液を得た。得られたろ液を濃縮し、シリカゲルカラムクロマトグラフィーにて精製した。得られたフラクションを濃縮し白色固体を収量1.13g、収率45%で得た。
H NMR(500MHz,CDCl,δ):8.85(d,J=7.5Hz,4H),8.33(dd,7.5Hz,1.7Hz,4H),8.08(s,1H),7.77(s,2H),7.65(d,J=7.5Hz,2H),7.59-7.57(m,6H),6.93(d,2H),2.49(s,6H),1.96(s,6H)
ASAPマススペクトル分析:理論値529.3、観測値529.6
(合成例7)化合物50467の合成
Figure 0007023452000807
100mLのナスフラスコにo-フェニレンジアミン0.74g(6.82mmol)、4,4’-ジブロモベンジル(90%)2.78g(6.82mmol)を入れ、この混合物へ酢酸20mlを加えた後、窒素雰囲気下、140℃で21時間加熱撹拌した。撹拌後、この混合物を室温に戻した後、水80mLを加えて撹拌した。撹拌後、吸引ろ過して、白色固体を回収した。得られた白色固体を、ヘキサン:クロロホルム=2:1を展開溶媒としたシリカゲルカラムクロマトグラフィーで精製した。得られたフラクションを濃縮し、白色固体を得た。その後、得られた白色固体をクロロホルムとメタノールで再沈殿を行い、白色固体を収量2.10g、収率70.3%で得た。
H NMR(500MHz,CDCl,δ):8.15-8.17(m,2H),7.79-7.81(m,2H),7.50(d,J=9.0Hz,4H),7.40(d,J=9.0Hz,4H)
ASAPマススペクトル分析:理論値437.94、観測値440.23
Figure 0007023452000808
100mLの三口フラスコに2,3-ビス(4-ブロモフェニル)キノキサリン(DBQ)1.18g(2.69mmol)、1,8-ジメチル-9H-カルバゾール1.32g(6.74mmol)、ナトリウムtert-ブトキシド0.78g(8.09mmol)、トリス(ジベンジリデンアセトン)ジパラジウム(0)[(Pd(dba))]0.056g(0.05mmol)、トリ(tert-ブチル)ホスフィン テトラフルオロボロレイト[PtBuHBF]0.25g(0.86mmol)を入れ、当該フラスコ内を窒素置換した。この混合物へ脱水トルエン16mlを加えた後、窒素雰囲気下、90℃で26時間加熱撹拌した。撹拌後、この混合物を室温に戻した後、反応溶液を三角フラスコに移し、トルエン400mlと水100mlを加え、ホットプレート100℃で20分攪拌した。撹拌後、この混合物を水と飽和食塩水で洗浄した。洗浄後、この混合物に硫酸マグネシウムを加えて乾燥し、この混合物をセライトとシリカゲルを用いて、吸引ろ過しトルエンで洗浄を実施し、ろ液を得た。得られたろ液を濃縮すると、黄色い液体を得た。その混合物をクロロホルム5mlに溶解かせ、メタノールを加えることで析出した固体を、メタノールを用いて吸引ろ過し、淡黄色固体を収量1.14g、収率64.0%で得た。
H NMR(500MHz,CDCl,δ):8.26-8.28(m,2H),7.99(d,J=7.5Hz,4H),7.86-7.88(m,2H),7.74(d,J=8.4Hz,4H),7.53(d,J=8.4Hz,4H),7.16(t,J=7.0Hz,4H),7.04(d,J=7.2Hz,4H),1.98(s,12H)
ASAPマススペクトル分析:理論値668.29、観測値668.70
(合成例8)化合物50470の合成
Figure 0007023452000809
100mLの三口フラスコに1,8-ジメチル-9H-カルバゾール1.85g(9.5mmol)、2,4-ジブロモフェニル-6-フェニルトリアジン2g(4.3mmol)、ナトリウム tert-ブトキシド1.24g(12.9mmol)、トリス(ジベンジリデンアセトン)ジパラジウム(0)200mg(0.216mmol)、テトラフルオロほう酸トリ-tert-ブチルホスフィン0.25g(0.864mmol)を入れ、当該フラスコ内を窒素置換した。この混合物へ脱水キシレン60mLを加えた後、窒素雰囲気下、180℃で12時間加熱撹拌した。撹拌後、この混合物を室温に戻した後、クロロホルムと水を加えて撹拌した。撹拌後、この混合物を飽和食塩水で洗浄した。洗浄後、この混合物に硫酸マグネシウムを加えて乾燥し、この混合物を吸引ろ過してろ液を得た。得られたろ液を濃縮し、シリカゲルカラムクロマトグラフィーにて精製した。得られたフラクションを濃縮し淡黄色固体を収量2.1g、収率96%で得た。
H NMR(500MHz,CDCl,δ):8.95(d,J=7.5Hz,4H),8.85(d,7.5Hz,2H),8.03(d,7.5Hz,4H),7.76(d,4H),7.67-7.62(m,3H),7.19(t,7.5Hz,4H),7.12(d,7.5Hz4H),2.00(s,12H)
ASAPマススペクトル分析:理論値695.3、観測値695.8
(合成例9)化合物50472の合成
Figure 0007023452000810
100mLの三口フラスコに4,6-ジアミノヒドロキノン二塩酸塩1.50g(7.02mmol)、4-ブロモ安息香酸3.30g(16.4mmol)を入れ、この混合物へポリリン酸20mlを加えた後、大気雰囲気下、100℃で63時間加熱撹拌した。撹拌後、この混合物を室温に戻した後、水20mLを加えて撹拌した。撹拌後、吸引ろ過して、白色固体を回収した。得られた白色固体に、メタノール200mlを加えて60℃で攪拌した後、室温に戻して一晩放置し、その後吸引ろ過して、白色固体を収量2.80g、収率85.0%で得た。
H NMR(500MHz,CDCl,δ):8.14(d,J=8.7Hz,4H),8.11(s,1H),7.79(s,1H),7.71(d,J=8.7Hz,4H)
ASAPマススペクトル分析:理論値467.91、観測値470.25
Figure 0007023452000811
100mLの三口フラスコに2,6-ビス(4-ブロモフェニル)ベンゾ[1,2-d:5,4-d’]ビス(オキサゾール)1.01g(2.15mmol)、1,8-ジメチル-9H-カルバゾール1.05g(5.38mmol)、ナトリウムtert-ブトキシド0.63g(6.45mmol)、トリス(ジベンジリデンアセトン)ジパラジウム(0)[(Pd(dba))]0.043g(0.04mmol)、トリ(tert-ブチル)ホスフィン テトラフルオロボロレイト[PtBuHBF]0.19g(0.68mmol)を入れ、当該フラスコ内を窒素置換した。この混合物へ脱水トルエン15mlを加えた後、窒素雰囲気下、90℃で70時間加熱撹拌し、その後150℃で18時間攪拌した。撹拌後、この混合物を室温に戻した後、メタノール70mlを加え攪拌した。撹拌後、混合物を吸引ろ過し、白色固体を得た。この白色固体にジクロロベンゼン200mlを加え、180℃で攪拌した後、セライトを用いて高温のまま吸引ろ過し、メタノールで洗浄した。その後、室温に戻し、析出してきた固体を吸引ろ過し、白色固体を収量0.80g、収率53.5%で得た。
H NMR(500MHz,CDCl,δ):8.42(d,J=8.5Hz,4H),8.21(d,J=0.7Hz,1H),8.02(d,J=7.2Hz,4H),7.78(d,J=0.7Hz,1H),7.19(t,J=7.5Hz,4H),7.13(d,J=7.1Hz,4H),1.98(s,12H)
ASAPマススペクトル分析:理論値698.27、観測値698.61
(合成例10)化合物50473の合成
Figure 0007023452000812
300mLの三口フラスコに2,5-ジアミノヒドロキノン二塩酸塩5.24g(24.4mmol)、4-ブロモ安息香酸11.56g(57.31mmol)を入れ、この混合物へポリリン酸30mlを加えた後、大気雰囲気下、120℃で93時間加熱撹拌した。撹拌後、この混合物を80℃まで冷ました後、水250mlを加えて撹拌した。撹拌後、吸引ろ過し、水とメタノールと、アセトンを用いて洗浄し、灰色固体を回収した。得られた灰色固体を1000mlナスフラスコに移し、o-ジクロロベンゼンを800ml加え、180℃で加熱攪拌した後、セライトを用いて高温のまま吸引ろ過し、メタノールで洗浄した。その後、室温に戻し、アイスバス中で一晩攪拌した後、析出してきた固体を吸引ろ過し、灰色固体を収量2.55g、収率22.2%で得た。
H NMR(500MHz,CDCl,δ):8.16(d,J=8.2Hz,4H),7.92(s,2H),7.71(d,J=8.2Hz,4H)
ASAPマススペクトル分析:理論値467.91、観測値470.22
Figure 0007023452000813
100mLの三口フラスコに2,6-bis(4-ブロモフェニル)ベンゾ[1,2-d:4,5-d’]ビス(オキサゾール)1.01g(2.15mmol)、1,8-ジメチル-9H-カルバゾール1.07g(5.38mmol)、ナトリウムtert-ブトキシド0.62g(6.45mmol)、トリス(ジベンジリデンアセトン)ジパラジウム(0)[(Pd(dba))]0.04g(0.04mmol)、トリ(tert-ブチル)ホスフィン テトラフルオロボロレイト[PtBuHBF]0.20g(0.68mmol)を入れ、当該フラスコ内を窒素置換した。この混合物へ脱水トルエン15mlを加えた後、窒素雰囲気下、90℃で70時間加熱撹拌し、その後130℃で18時間攪拌した。撹拌後、この混合物を室温に戻した後、トルエンを加え攪拌した。撹拌後、混合物を吸引ろ過し、白色固体を得た。この白色固体にo-ジクロロベンゼン500mlを加え、180℃で攪拌した後、セライトとシリカを用いて高温のまま吸引ろ過し、メタノールで洗浄した。その後、冷凍庫で冷やし析出してきた固体を吸引ろ過し、白色固体を収量0.77g、収率51.8%で得た。
H NMR(500MHz,CDCl,δ):8.43(d,J=8.5Hz,4H),8.01-8.03(m,6H),7.73(d,J=8.5Hz,4H),7.18(t,J=7.6Hz,4H),7.13(d,J=7.5Hz,4H),1.99(s,12H)
ASAPマススペクトル分析:理論値698.27、観測値698.73
(合成例11)化合物60014の合成
Figure 0007023452000814
1-ブロモ-3,5-ジフルオロベンゼン(20.0g、0.10mol)、フェノール(24.5g、0.26mol)およびKCO(36.0g、0.26mol)の混合物にN-メチルピロリドン(NMP、150mL)を窒素雰囲気下で室温にて添加した。反応混合物を170℃で12時間撹拌し、次いで室温に冷却した。トルエンおよび水の添加後、有機層を飽和食塩水で洗浄し、無水硫酸マグネシウムで乾燥させ、次いで減圧下で濃縮した。反応混合物をシリカゲルカラムクロマトグラフィー(溶出液;ヘキサン、ヘキサン/ジクロロメタン=5/1)で精製し、5-ブロモ-1,3-ジフェノキシベンゼンを無色液体として収量35.9g、収率80%で得た(H NMR分析による純度99%)。
H NMR(500MHz,CDCl,δ):7.29(td,J=7.1Hz,1.7Hz,4H),7.08(tt,J=7.4Hz,2.1Hz,2H),6.96(dd,J=8.7Hz,2.1Hz,4H),6.74(d,2.2Hz,2H),6.52(t,J=2.2Hz,1H)ASAPマススペクトル分析:理論値341.20、観測値342.00
Figure 0007023452000815
5-ブロモ-1,3-ジフェノキシベンゼン(20.0g、58.8mmol)に、1,3,6,8-テトラメチル-9H-カルバゾール(14.4g、64.7mmol)、Pd(dba)(2.6g、2.9mmol)、トリ-tert-ブチルホスフィン溶液(1.2g、5.8mmol)、ナトリウムtert-ブトキシド(11.3g、117.6mmol)およびトルエン(100ml)を添加した。110℃で6時間撹拌した後、水を反応混合物に室温で加えた。有機層を分離し、水層をトルエンで抽出した。有機層集めて無水硫酸マグネシウムで乾燥させた。ろ過して濃縮し、粗生成物をシリカゲルカラムクロマトグラフィーにより精製して、白色固体の目的化合物を収量22.7g、収率80%で得た(H NMR分析による純度99%)。
H NMR(500MHz,CDCl,δ):7.70(d,J=8.1Hz,2H),7.35(td,J=7.0Hz,1.7Hz,4H),7.13(tt,J=7.4Hz,2.1Hz,2H),7.07(dt,J=7.8Hz,1.5Hz,4H),6.94(s,2H),6.90(t,J=4.5Hz,1H),6.81(d,J=2.3Hz,2H)2.47(s,6H),2.08(s,6H)
ASAPマススペクトル分析:理論値483.60、観測値485.17
Figure 0007023452000816
前の工程で得られた化合物(3.0g、6.2mmol)のtert-ブチルベンゼン(30mL)溶液に、窒素雰囲気下でn-ブチルリチウムのヘキサン溶液(2.9mL、2.5M、7.4mmol)をゆっくりと加えた。50℃で4時間攪拌した後、ヘキサンを100℃にて窒素気流下で留去した。三臭化ホウ素のジクロロメタン溶液(9.3mL、1.0M、9.3mmol)を-20℃でゆっくりと添加した。次いで、反応混合物を室温に1時間かけて温め、次いで40℃で1時間撹拌した。溶媒の10%を減圧下で除去した後、0℃でN,N-ジイソプロピルエチルアミン(1.2mL、12.4mmol)を加えた。120℃で5時間撹拌した後、メタノールを室温で反応混合物に添加した。次いで、反応混合物をフロリジルのパッドでろ過した。粗生成物をメタノールで洗浄して黄色固体を収量0.4g、収率15%で得た(H NMR分析による純度99%)。
H NMR(500MHz,CDCl,δ):8.77(dd,7.8Hz,1.5Hz,2H),7.77(td,8.1Hz,1.5Hz,4H),7.58(dd,J=7.8Hz,0.6Hz,2H),7.46(td,J=7.4Hz,0.9Hz,2H),7.40(s,2H),6.95(s,2H),2.51(s,6H),1.97(s,6H)
ASAPマススペクトル分析:理論値493.39、観測値492.17
(合成例12)化合物60018の合成
Figure 0007023452000817
1-ブロモ-3,5-ジフルオロベンゼン(20.0g、0.10mol)、3-フェニルフェノール(44.0g、0.26mol)およびKCO(36.0g、0.26mol)の混合物にN-メチルピロリドン(NMP、150mL)を窒素雰囲気下にて室温で添加した。反応混合物を170℃で12時間撹拌し、次いで室温に冷却した。トルエンおよび水の添加後、有機層を飽和食塩水で洗浄し、無水硫酸マグネシウムで乾燥させ、次いで減圧下で濃縮した。反応液をシリカゲルカラムクロマトグラフィー(溶出液;ヘキサン、ヘキサン/ジクロロメタン=5/1)で精製し、無色液体の5-ブロモ-1,3-ジフェノキシベンゼンを収量35.9g、収率80%で得た(H NMR分析による純度>99%)。
H NMR(500MHz,CDCl,δ):7.49(dd,J=8.45Hz,1.2Hz,4H),7.36(t,J=7.5Hz,6H),7.33-7.27(m,4H),7.20(t,J=2.0Hz,2H),6.94(dm,J=7.6Hz,3.9Hz,2H),6.81(d,J=2.2Hz,2H),6.60(t,J=2.2Hz,1H)
ASAPマススペクトル分析:理論値493.39、観測値495.05
Figure 0007023452000818
前の工程で得られた化合物(20.0g、40.5mmol)に、1,3,6,8-テトラメチル-9H-カルバゾール(9.5g、42.5mmol)、Pd(dba)(1.8g、2.0mmol)、tert-ブチルホスフィン溶液(1.2g、5.8mmol)、ナトリウムtert-ブトキシド(7.8g、81.0mmol)およびトルエン(200ml)を加えた。110℃で6時間撹拌した後、水を反応混合物に室温で加えた。有機層を分離し、水層をトルエンで抽出した。有機層を集めて無水硫酸マグネシウムで乾燥させた。ろ過して濃縮した後、粗生成物をシリカゲルカラムクロマトグラフィーにより精製し、黄色味固体として目的化合物を収量20.5g、収率80%で得た(H NMR分析による純度99%)。
H NMR(500MHz,CDCl,δ):7.70(s,2H),7.53(dd,J=8.5Hz,1.2Hz,4H),7.46-7.41(m,5H),7.39-7.34(m,5H),7.29(t,J=4.0Hz,2H),7.06-7.03(m,2H),6.98(t,J=4.5Hz,1H),6.93(s,2H),6.91(d,J=2.3Hz,2H),2.47(s,6H),2.10(s,6H)
ASAPマススペクトル分析:理論値635.79、観測値635.27
Figure 0007023452000819
前の工程で得られた化合物(3.0g、4.7mmol)のtert-ブチルベンゼン(30mL)溶液に、n-ブチルリチウムのヘキサン溶液(2.3mL、2.5M、5.6mmol)を窒素雰囲気下でゆっくりと加えた。50℃で4時間攪拌した後、ヘキサンを100℃にて窒素気流下で留去した。三臭化ホウ素のジクロロメタン溶液(7.1mL、1.0M、7.1mmol)を-20℃でゆっくりと添加した。次いで、反応混合物を室温に1時間かけて温め、次いで40℃で1時間撹拌した。溶媒の10%を減圧除去した後、N、N-ジイソプロピルエチルアミン(1.5mL、9.4mmol)を0℃で加えた。120℃で5時間撹拌した後、メタノールを室温で反応混合物に添加した。次いで、反応混合物をフロリジルのパッドで濾過した。粗生成物をメタノールで洗浄することにより白色固体を収量0.4g、収率15%で得た(H NMR分析による純度>99%)。
H NMR(500MHz,CDCl,δ):8.74(d,J=8.1Hz,2H),7.70(td,J=7.6Hz,1.4Hz,8H),7.64(dd,J=8.0Hz,1.7Hz,2H),7.46(t,J=7.6Hz,4H),7.38(tt,J=7.35Hz,3.0Hz,2H),7.34(s,2H),6.90(s,2H),6.87(s,2H),2.42(s,6H),1.90(s,6H)
ASAPマススペクトル分析:理論値643.58、観測値643.23
(合成例13)化合物60017の合成
Figure 0007023452000820
1-ブロモ-3,5-ジフルオロベンゼン(20.0g、0.10mol)、4-フェニルフェノール(44.0g、0.26mol)およびKCO(36.0g、0.26mol)の混合物にN-メチルピロリドン(NMP、150mL)を窒素雰囲気下、室温で添加した。反応混合物を170℃で12時間撹拌し、次いで室温に冷却した。トルエンおよび水の添加後、有機層を飽和食塩水で洗浄し、無水硫酸マグネシウムで乾燥させ、次いで減圧下で濃縮した。反応液をシリカゲルカラムクロマトグラフィー(溶離液;ヘキサン、ヘキサン/ジクロロメタン=5/1)で精製し、白色固体の5-ブロモ-1,3-ジフェノキシベンゼンを収量35.9g、収率80%で得た(H NMR分析による純度99%)。
H NMR(500MHz,CDCl,δ):7.51(td,J=8.5Hz,1.5Hz,8H),7.37(td,J=6.9Hz,1.8Hz,4H),7.28(tt,J=7.4Hz,2.9Hz,2H),7.04(dd,J=8.7Hz,2.1Hz,4H),6.82(d,J=2.2Hz,2H),6.62(t,J=4.4Hz,1H)
ASAPマススペクトル分析:理論値493.39、観測値493.05
Figure 0007023452000821
前の工程で得られた化合物(20.0g、40.5mmol)に、1,3,6,8-テトラメチル-9H-カルバゾール(9.5g、42.5mmol)、Pd(dba)(1.8g、2.0mmol)、tert-ブチルホスフィン溶液(1.2g、5.8mmol)、ナトリウムtert-ブトキシド(7.8g、81.0mmol)およびトルエン(200ml)を加えた。110℃で6時間撹拌した後、水を反応混合物に室温で加えた。有機層を分離し、水層をトルエンで抽出した。有機層を集めて無水硫酸マグネシウムで乾燥させた。ろ過して濃縮した後、粗生成物をシリカゲルカラムクロマトグラフィーにより精製して、白色固体の目的化合物を収量20.5g、収率80%で得た(H NMR分析による純度99%)。
H NMR(500MHz,CDCl,δ):7.61(s,2H),7.49-7.45(m,8H),7.34(td,J=6.9Hz,2.0Hz,4H),7.25(tt,J=7.4Hz,2.8Hz,2H),7.05(dd,J=6.7Hz,2.1Hz,4H),6.90(t,J=4.5Hz,1H),6.90(s,2H),6.80(d,J=2.2Hz,2H),2.38(s,6H),2.02(s,6H)
ASAPマススペクトル分析:理論値635.79、観測値635.27
Figure 0007023452000822
前の工程で得られた化合物(3.0g、4.7mmol)のtert-ブチルベンゼン(30mL)溶液に、n-ブチルリチウムのヘキサン溶液(2.3mL、2.5M、5.6mmol)を窒素雰囲気下でゆっくりと加えた。50℃で4時間攪拌した後、ヘキサンを100℃にて窒素気流下で留去した。三臭化ホウ素のジクロロメタン溶液(7.1mL、1.0M、7.1mmol)を-20℃でゆっくりと添加した。次いで、反応混合物を室温に1時間かけて温め、次いで40℃で1時間撹拌した。溶媒の10%を減圧除去した後、N、N-ジイソプロピルエチルアミン(1.5mL、9.4mmol)を0℃で加えた。120℃で5時間撹拌した後、メタノールを室温で反応混合物に添加した。次いで、反応混合物をフロリジルのパッドでろ過した。粗生成物をメタノールで洗浄して黄色味固体を収量0.4g、収率15%で得た(H NMR分析による純度>99%)。
H NMR(500MHz,CDCl,δ):9.03(d,J=2.3Hz,2H),8.02(dd,J=8.7Hz,2.3Hz,2H),7.79(td,J=8.0Hz,2.4Hz,6H),7.68(d,J=8.7Hz,2H),7.56(t,J=7.7Hz,4H),7.45(tt,J=6.4Hz,2.1Hz,4H),6.96(s,2H),2.52(s,6H),1.99(s,6H)
ASAPマススペクトル分析:理論値643.58、観測値643.23
(比較合成例1) 比較化合物1の合成
Figure 0007023452000823
2-(4-ブロモフェニル)-4,6-ジフェニル-1,3,5-トリアジン(2.0g,5.15mmol)、3,6-ジメチル-9H-カルバゾール(1.0g,5.15mmol)、トリス(ジベンジリデンアセトン)ジパラジウム(0)(0.24g,0.26mmol)、テトラフルオロほう酸トリ-tert-ブチルホスフィン(0.15g,0.52mmol)およびナトリウムtert-ブトキシド(0.99g,10.3mmo)を100mlの丸底フラスコに入れた。この混合物へトルエン40mLを加え、アルゴン雰囲気下で12時間還流を行った。室温に戻した後、反応生成物をクロロホルムで希釈し、水で洗浄した。洗浄後の有機層を、無水硫酸ナトリウムで乾燥し、ロータリーエバポレーターにて濃縮した。得られた濃縮物を、ジクロロメタン:石油=1:4を溶離液としてシリカゲルカラムクロマトグラフィーにて精製した。得られたフラクションを濃縮したところ、目的物の淡黄色固体を収量2.26g、収率87.5%で得た。
H NMR(500MHz,CDCl)δ(ppm):9.03(d,J=8.5Hz,2H)8.86(d,J=8.5Hz,4H)7.95(s,1H)7.83(d,J=8.5Hz,2H)7.68-7.61(m,6H)7.50(d,J=8.5Hz,2H)7.28(d,J=8.5Hz,2H)2.58(s,6H).13C NMR(125MHz,CDCl)δ(ppm):171.3,170.9,142.1,138.8,136.1,134.4,132.6,130.5,129.6,129.0,128.7,127.2,126.3,123.8,120.2,21.4.HRMS m/z:502.64[M].Anal.calcd for C3526(%):C83.64,H5.21,N11.15; found:C83.62,H5.18,N11.17.
(実施例1) 化合物113を用いた有機フォトルミネッセンス素子の作製と評価
Ar雰囲気のグローブボックス中で化合物113のトルエン溶液(濃度1×10-5mol/L)を調製した。
また、石英基板上に真空蒸着法にて、真空度2~4×10-4Paの条件にて化合物113とDPEPOとを異なる蒸着源から蒸着し、化合物113の濃度が10重量%である薄膜を60nmの厚さで形成して有機フォトルミネッセンス素子とした。
化合物113のトルエン溶液について、320nm励起光を用いて測定した発光スペクトルを図2に示し、320nm励起光を用いて測定した発光の過渡減衰曲線を図3に示す。化合物113とDPEPOの薄膜について、365nm励起光を用いて測定した発光スペクトルを図4に示し、
365nm励起光を用いて測定した発光の過渡減衰曲線を図5に示す。フォトルミネッセンス量子効率は、化合物113のトルエン溶液で56%、化合物113とDPEPOの薄膜で80%であった。
(比較例1) 比較化合物1を用いた有機フォトルミネッセンス素子の作製と評価
化合物113の代わりに下記式で表される比較化合物1を用い、実施例1と同様の条件で、比較化合物1のトルエン溶液および比較化合物1とDPEPOの薄膜を作製した。
Figure 0007023452000824
比較化合物1のトルエン溶液について、320nm励起光を用いて測定した発光スペクトルを図2に示し、320nm励起光を用いて測定した発光の過渡減衰曲線を図3に示す。比較化合物1とDPEPOの薄膜について、365nm励起光を用いて測定した発光スペクトルを図4に示し、
365nm励起光を用いて測定した発光の過渡減衰曲線を図5に示す。
図3および図5の過渡減衰曲線を見ると、化合物113を含むトルエン溶液および薄膜は、比較化合物1を含むトルエン溶液および薄膜に比べて明らかに蛍光寿命が長く、減衰が速い蛍光成分と減衰が遅い蛍光成分(遅延蛍光)の2種類の蛍光成分が認められた。このことから、化合物113は遅延蛍光を放射しうる化合物であることを確認することができた。一方、比較化合物1を含むトルエン溶液および薄膜の過渡減衰曲線からは、減衰が速い蛍光成分しか認められず、遅延蛍光成分を観測することはできなかった。
(実施例2) 化合物60014を用いた有機発光素子の作製と評価
Ar雰囲気のグローブボックス中で化合物60014のトルエン溶液(濃度1×10-5mol/L)を調製した。
また、石英基板上に真空蒸着法にて、真空度2~4×10-4Paの条件にて化合物60014を蒸着して、化合物60014のみからなる薄膜(neat film)を60nmの厚さで形成した。また、石英基板上に真空蒸着法にて、真空度2~4×10-4Paの条件にて化合物60014とDPEPOを共蒸着して、化合物60014の濃度が10重量%であるドープ薄膜(doped film)を60nmの厚さで形成した。これら2つの薄膜を有機フォトルミネッセンス素子とした。
トルエン溶液と各薄膜の発光スペクトルを図6に示し、320nm励起光を用いて測定した5Kから300Kにおける発光の過渡減衰曲線を図7に示す。フォトルミネッセンス量子効率は、化合物60014のトルエン溶液で81%(370nm励起光)、化合物60014の薄膜で59%(360nm励起光)、化合物60014とDPEPOの薄膜で83%(390nm励起光)であった。
次に、膜厚100nmのインジウム・スズ酸化物(ITO)からなる陽極が形成されたガラス基板上に、各薄膜を真空蒸着法にて、真空度5×10-4Paで積層することにより、有機エレクトロルミネッセンス素子を作製した。まず、ITO上にTAPCを40nmの厚さに形成し、mCPを10nmの厚さに形成した。次に、化合物60014とDPEPOを異なる蒸着源から共蒸着し、20nmの厚さの層を形成して発光層とした。この時、化合物60014の濃度は6重量%とした。次に、PPTを10nmの厚さに形成し、TPBiを30nmの厚さに形成し、さらにフッ化リチウム(LiF)を0.8nm真空蒸着し、次いでアルミニウム(Al)を100nmの厚さに蒸着することにより陰極を形成し、有機エレクトロルミネッセンス素子とした。製造した有機エレクトロルミネッセンス素子の発光スペクトルを図8に示し、電圧-電流密度特性を図9に示す。最大外部量子効率12.3%を達成したことが確認された。
(実施例3) 化合物60018を用いた有機発光素子の作製と評価
化合物60014のかわりに化合物60018を用いて、実施例2と同じ方法でトルエン溶液、有機フォトルミネッセンス素子(薄膜)、有機エレクトロルミネッセンス素子を作製して評価した。
トルエン溶液と各薄膜の発光スペクトルを図6に示し、320nm励起光を用いて測定した50Kから300Kにおける発光の過渡減衰曲線を図7に示す。フォトルミネッセンス量子効率は、化合物60018のトルエン溶液で56%(370nm励起光)、化合物60018の薄膜で47%(330nm励起光)、化合物60018とDPEPOの薄膜で94%(380nm励起光)であった。また、有機エレクトロルミネッセンス素子の発光スペクトルを図8に示し、電圧-電流密度特性を図9に示す。最大外部量子効率13.5%を達成したことが確認された。
(実施例4) 化合物60017を用いた有機発光素子の作製と評価
化合物60014のかわりに化合物60017を用いて、実施例2と同じ方法でトルエン溶液、有機フォトルミネッセンス素子(薄膜)を作製して評価した。
トルエン溶液と各薄膜の発光スペクトルを図6に示し、320nm励起光を用いて測定した50Kから300Kにおける発光の過渡減衰曲線を図7に示す。フォトルミネッセンス量子効率は、化合物60017のトルエン溶液で46%(320nm励起光)、化合物60017の薄膜で51%(330nm励起光)、化合物60017とDPEPOの薄膜で50%(340nm励起光)であった。
Figure 0007023452000825
本発明の化合物は発光材料として有用である。このため本発明の化合物は、有機エレクトロルミネッセンス素子などの有機発光素子用の発光材料として効果的に用いられる。本発明の化合物の中には、遅延蛍光が放射するものも含まれているため、発光効率が高い有機発光素子を提供することも可能である。このため、本発明は産業上の利用可能性が高い。
1 基板
2 陽極
3 正孔注入層
4 正孔輸送層
5 発光層
6 電子輸送層
7 陰極

Claims (24)

  1. 下記の一般式(1)で表される化合物からなる発光材料。
    Figure 0007023452000826
    [一般式(1)において、
    Czは1位と8位に置換基を有する9-カルバゾリル基(ここにおいて、9-カルバゾリル基のカルバゾール環の環骨格を構成する1~8位の炭素原子の少なくとも1つは窒素原子で置換されていてもよいが、1位と8位がともに窒素原子で置換されていることはない。また、9-カルバゾリル基を構成する各ベンゼン環には、他の環が縮合していてもよい。前記置換基はアルキル基またはアルコキシ基を表す。)を表し、
    Arは、下記のいずれかの構造部位を含む置換基を表し、
    Figure 0007023452000827
    aは1以上の整数を表すが、Arが表すベンゼン環またはビフェニル環に置換可能な最大置換基数を超えることはない。aが2以上であるとき、複数のCzは互いに同一であっても異なっていてもよい。]
  2. 下記一般式(2)で表される構造を有する発光材料。
    Figure 0007023452000828
    [一般式(2)において、
    Spはベンゼン環を表し、
    Czは1位と8位に置換基を有する9-カルバゾリル基(ここにおいて、9-カルバゾリル基のカルバゾール環の環骨格を構成する1~8位の炭素原子の少なくとも1つは窒素原子で置換されていてもよいが、1位と8位がともに窒素原子で置換されていることはない。また、9-カルバゾリル基を構成する各ベンゼン環には、他の環が縮合していてもよい。前記置換基はアルキル基またはアルコキシ基を表す。)を表し、
    Dは置換もしくは無置換の9-カルバゾリル基(ただし、9-カルバゾリル基の1位と8位は置換されていない)、置換もしくは無置換の10-フェノキサジル基、置換もしくは無置換の10-フェノチアジル基、またはアルキル基を表し、
    Aはハメットのσ値が正であるヘテロアリール基を表し、
    aは1以上の整数を表し、mは0以上の整数を表し、nは1以上の整数を表すが、a+m+nはSpが表すベンゼン環に置換可能な最大置換基数を超えることはない。aが2以上であるとき、複数のCzは互いに同一であっても異なっていてもよい。mが2以上であるとき、複数のDは互いに同一であっても異なっていてもよい。nが2以上であるとき、複数のAは互いに同一であっても異なっていてもよい。ただし、一般式(2)は下記の構造を含まない。]
    Figure 0007023452000829
    Figure 0007023452000830
    Figure 0007023452000831
    Figure 0007023452000832
  3. Aが、窒素原子を環員として含むヘテロアリール基である請求項2に記載の発光材料。
  4. 前記ヘテロアリール基が、アリール基で置換されていてもよいトリアジニル基である請求項3に記載の発光材料。
  5. aとnが、同じ数である請求項2~4のいずれか1項に記載の発光材料。
  6. 一般式(2)で表される化合物が、下記一般式(S)で表される化合物である請求項2に記載の発光材料。
    Figure 0007023452000833
    [一般式(S)において、mDは、1位と8位に置換基を有する9-カルバゾリル基を表し、Aはハメットのσ値が正であるヘテロアリール基を表す。mDとAを連結しているベンゼン環はアルキル基で置換されていてもよい。tは0を表す。]
  7. 下記一般式(3)で表される構造を有する発光材料。
    Figure 0007023452000834
    [一般式(3)において、
    Spはベンゼン環を表し、
    Czは1位と8位に置換基を有する9-カルバゾリル基(ここにおいて、9-カルバゾリル基のカルバゾール環の環骨格を構成する1~8位の炭素原子の少なくとも1つは窒素原子で置換されていてもよいが、1位と8位がともに窒素原子で置換されていることはない。また、9-カルバゾリル基を構成する各ベンゼン環には、他の環が縮合していてもよい。前記置換基はアルキル基またはアルコキシ基を表す。)を表し、
    Zは、Czおよび[Asp-(D’)m’]以外の置換基を表し、
    spは、(D’)m’をすべて水素原子に置換したときにハメットのσ値が正になるヘテロアリール基を表し、
    D’は下記のいずれかの基を表し、
    Figure 0007023452000835
    aは1以上の整数を表し、bは1以上の整数を表し、pは0を表すが、a+b+pはSpが表すベンゼン環に置換可能な最大置換基数を超えることはない。aが2以上であるとき、複数のCzは互いに同一であっても異なっていてもよい。bが2以上であるとき、複数のAsp-(D’)m’は互いに同一であっても異なっていてもよい。pが2以上であるとき、複数のZは互いに同一であっても異なっていてもよい。また、m’は1以上の整数を表すが、Aspに置換可能な最大置換基数から1を引いた数を超えることはない。m’が2以上であるとき、複数のD’は互いに同一であっても異なっていてもよい。ただし、一般式(3)は下記の構造を含まない。]
    Figure 0007023452000836
    Figure 0007023452000837
    Figure 0007023452000838
    Figure 0007023452000839
  8. spが、窒素原子を環員として含むヘテロアリール基である請求項7に記載の発光材料。
  9. 前記ヘテロアリール基が、アリール基で置換されていてもよいトリアジニル基である請求項8に記載の発光材料。
  10. aとbが、同じ数である請求項7~9のいずれか1項に記載の発光材料。
  11. 少なくとも1つのCzが、1位と8位の他に3位と6位の少なくとも一方に置換基を有する9-カルバゾリル基である請求項1~10のいずれか1項に記載の発光材料
  12. 前記9-カルバゾリル基の1位と8位に置換している置換基が、アルキル基である請求項1~11のいずれか1項に記載の発光材料。
  13. 下記一般式(1)で表される化合物を含む発光層を基板上に有する有機発光素子。
    Figure 0007023452000840
    [一般式(1)において、
    Czは1位と8位に置換基を有する9-カルバゾリル基(ここにおいて、9-カルバゾリル基のカルバゾール環の環骨格を構成する1~8位の炭素原子の少なくとも1つは窒素原子で置換されていてもよいが、1位と8位がともに窒素原子で置換されていることはない。また、9-カルバゾリル基を構成する各ベンゼン環には、他の環が縮合していてもよい。前記置換基はアルキル基またはアルコキシ基を表す。)を表し、
    Arは、下記のいずれかの構造部位を含む置換基を表し、
    Figure 0007023452000841
    aは1以上の整数を表すが、Arが表すベンゼン環またはビフェニル環に置換可能な最大置換基数を超えることはない。aが2以上であるとき、複数のCzは互いに同一であっても異なっていてもよい。]
  14. 下記一般式(2)で表される化合物を含む発光層を基板上に有する有機発光素子。
    Figure 0007023452000842
    [一般式(2)において、
    Spはベンゼン環を表し、
    Czは1位と8位に置換基を有する9-カルバゾリル基(ここにおいて、9-カルバゾリル基のカルバゾール環の環骨格を構成する1~8位の炭素原子の少なくとも1つは窒素原子で置換されていてもよいが、1位と8位がともに窒素原子で置換されていることはない。また、9-カルバゾリル基を構成する各ベンゼン環には、他の環が縮合していてもよい。前記置換基はアルキル基またはアルコキシ基を表す。)を表し、
    Dは置換もしくは無置換の9-カルバゾリル基(ただし、9-カルバゾリル基の1位と8位は置換されていない)、置換もしくは無置換の10-フェノキサジル基、置換もしくは無置換の10-フェノチアジル基、またはアルキル基を表し、
    Aはハメットのσ値が正であるヘテロアリール基を表し、
    aは1以上の整数を表し、mは0以上の整数を表し、nは1以上の整数を表すが、a+m+nはSpが表すベンゼン環に置換可能な最大置換基数を超えることはない。aが2以上であるとき、複数のCzは互いに同一であっても異なっていてもよい。mが2以上であるとき、複数のDは互いに同一であっても異なっていてもよい。nが2以上であるとき、複数のAは互いに同一であっても異なっていてもよい。ただし、一般式(2)は下記の構造を含まない。]
    Figure 0007023452000843
    Figure 0007023452000844
    Figure 0007023452000845
    Figure 0007023452000846
  15. 下記一般式(3)で表される化合物を含む発光層を基板上に有する有機発光素子。
    Figure 0007023452000847
    [一般式(3)において、
    Spはベンゼン環を表し、
    Czは1位と8位に置換基を有する9-カルバゾリル基(ここにおいて、9-カルバゾリル基のカルバゾール環の環骨格を構成する1~8位の炭素原子の少なくとも1つは窒素原子で置換されていてもよいが、1位と8位がともに窒素原子で置換されていることはない。また、9-カルバゾリル基を構成する各ベンゼン環には、他の環が縮合していてもよい。前記置換基はアルキル基またはアルコキシ基を表す。)を表し、
    Zは、Czおよび[Asp-(D’)m’]以外の置換基を表し、
    spは、(D’)m’をすべて水素原子に置換したときにハメットのσ値が正になるヘテロアリール基を表し、
    D’は下記のいずれかの基を表し、
    Figure 0007023452000848
    aは1以上の整数を表し、bは1以上の整数を表し、pは0を表すが、a+b+pはSpが表すベンゼン環に置換可能な最大置換基数を超えることはない。aが2以上であるとき、複数のCzは互いに同一であっても異なっていてもよい。bが2以上であるとき、複数のAsp-(D’)m’は互いに同一であっても異なっていてもよい。pが2以上であるとき、複数のZは互いに同一であっても異なっていてもよい。また、m’は1以上の整数を表すが、Aspに置換可能な最大置換基数から1を引いた数を超えることはない。m’が2以上であるとき、複数のD’は互いに同一であっても異なっていてもよい。ただし、一般式(3)は下記の構造を含まない。]
    Figure 0007023452000849
    Figure 0007023452000850
    Figure 0007023452000851
    Figure 0007023452000852
  16. 遅延蛍光を放射する請求項1315のいずれか1項に記載の有機発光素子。
  17. 前記発光層にホスト材料を含む請求項1316のいずれか1項に記載の有機発光素子。
  18. 前記発光層における前記化合物の含有量が50重量%未満である請求項1317のいずれか1項に記載の有機発光素子。
  19. 下記一般式(1)で表される構造を有する遅延蛍光体。
    Figure 0007023452000853
    [一般式(1)において、
    Czは1位と8位に置換基を有する9-カルバゾリル基(ここにおいて、9-カルバゾリル基のカルバゾール環の環骨格を構成する1~8位の炭素原子の少なくとも1つは窒素原子で置換されていてもよいが、1位と8位がともに窒素原子で置換されていることはない。また、9-カルバゾリル基を構成する各ベンゼン環には、他の環が縮合していてもよい。前記置換基はアルキル基またはアルコキシ基を表す。)を表し、
    Arは、下記のいずれかの構造部位を含む置換基を表し、
    Figure 0007023452000854
    aは1以上の整数を表すが、Arが表すベンゼン環またはビフェニル環に置換可能な最大置換基数を超えることはない。aが2以上であるとき、複数のCzは互いに同一であっても異なっていてもよい。]
  20. 下記一般式(2)で表される構造を有する遅延蛍光体。
    Figure 0007023452000855
    [一般式(2)において、
    Spはベンゼン環を表し、
    Czは1位と8位に置換基を有する9-カルバゾリル基(ここにおいて、9-カルバゾリル基のカルバゾール環の環骨格を構成する1~8位の炭素原子の少なくとも1つは窒素原子で置換されていてもよいが、1位と8位がともに窒素原子で置換されていることはない。また、9-カルバゾリル基を構成する各ベンゼン環には、他の環が縮合していてもよい。前記置換基はアルキル基またはアルコキシ基を表す。)を表し、
    Dは置換もしくは無置換の9-カルバゾリル基(ただし、9-カルバゾリル基の1位と8位は置換されていない)、置換もしくは無置換の10-フェノキサジル基、置換もしくは無置換の10-フェノチアジル基、またはアルキル基を表し、
    Aはハメットのσ値が正であるヘテロアリール基を表し、
    aは1以上の整数を表し、mは0以上の整数を表し、nは1以上の整数を表すが、a+m+nはSpが表すベンゼン環に置換可能な最大置換基数を超えることはない。aが2以上であるとき、複数のCzは互いに同一であっても異なっていてもよい。mが2以上であるとき、複数のDは互いに同一であっても異なっていてもよい。nが2以上であるとき、複数のAは互いに同一であっても異なっていてもよい。ただし、一般式(2)は下記の構造を含まない。]
    Figure 0007023452000856
    Figure 0007023452000857
    Figure 0007023452000858
    Figure 0007023452000859
  21. 下記一般式(3)で表される構造を有する遅延蛍光体。
    Figure 0007023452000860
    [一般式(3)において、
    Spはベンゼン環を表し、
    Czは1位と8位に置換基を有する9-カルバゾリル基(ここにおいて、9-カルバゾリル基のカルバゾール環の環骨格を構成する1~8位の炭素原子の少なくとも1つは窒素原子で置換されていてもよいが、1位と8位がともに窒素原子で置換されていることはない。また、9-カルバゾリル基を構成する各ベンゼン環には、他の環が縮合していてもよい。前記置換基はアルキル基またはアルコキシ基を表す。)を表し、
    Zは、Czおよび[Asp-(D’)m’]以外の置換基を表し、
    spは、(D’)m’をすべて水素原子に置換したときにハメットのσ値が正になるヘテロアリール基を表し、
    D’は下記のいずれかの基を表し、
    Figure 0007023452000861
    aは1以上の整数を表し、bは1以上の整数を表し、pは0を表すが、a+b+pはSpが表すベンゼン環に置換可能な最大置換基数を超えることはない。aが2以上であるとき、複数のCzは互いに同一であっても異なっていてもよい。bが2以上であるとき、複数のAsp-(D’)m’は互いに同一であっても異なっていてもよい。pが2以上であるとき、複数のZは互いに同一であっても異なっていてもよい。また、m’は1以上の整数を表すが、Aspに置換可能な最大置換基数から1を引いた数を超えることはない。m’が2以上であるとき、複数のD’は互いに同一であっても異なっていてもよい。ただし、一般式(3)は下記の構造を含まない。]
    Figure 0007023452000862
    Figure 0007023452000863
    Figure 0007023452000864
    Figure 0007023452000865
  22. 下記一般式(1)で表される化合物。
    Figure 0007023452000866
    [一般式(1)において、
    Czは1位と8位に置換基を有する9-カルバゾリル基(ここにおいて、9-カルバゾリル基のカルバゾール環の環骨格を構成する1~8位の炭素原子の少なくとも1つは窒素原子で置換されていてもよいが、1位と8位がともに窒素原子で置換されていることはない。また、9-カルバゾリル基を構成する各ベンゼン環には、他の環が縮合していてもよい。前記置換基はアルキル基またはアルコキシ基を表す。)を表し、
    Arは、下記のいずれかの構造部位を含む置換基を表し、
    Figure 0007023452000867
    aは1以上の整数を表すが、Arが表すベンゼン環またはビフェニル環に置換可能な最大置換基数を超えることはない。aが2以上であるとき、複数のCzは互いに同一であっても異なっていてもよい。]
  23. 下記一般式(2)で表される化合物。
    Figure 0007023452000868
    [一般式(2)において、
    Spはベンゼン環を表し、
    Czは1位と8位に置換基を有する9-カルバゾリル基(ここにおいて、9-カルバゾリル基のカルバゾール環の環骨格を構成する1~8位の炭素原子の少なくとも1つは窒素原子で置換されていてもよいが、1位と8位がともに窒素原子で置換されていることはない。また、9-カルバゾリル基を構成する各ベンゼン環には、他の環が縮合していてもよい。前記置換基はアルキル基またはアルコキシ基を表す。)を表し、
    Dは置換もしくは無置換の9-カルバゾリル基(ただし、9-カルバゾリル基の1位と8位は置換されていない)、置換もしくは無置換の10-フェノキサジル基、置換もしくは無置換の10-フェノチアジル基、またはアルキル基を表し、
    Aはハメットのσ値が正であるヘテロアリール基を表し、
    aは1以上の整数を表し、mは0以上の整数を表し、nは1以上の整数を表すが、a+m+nはSpが表すベンゼン環に置換可能な最大置換基数を超えることはない。aが2以上であるとき、複数のCzは互いに同一であっても異なっていてもよい。mが2以上であるとき、複数のDは互いに同一であっても異なっていてもよい。nが2以上であるとき、複数のAは互いに同一であっても異なっていてもよい。ただし、一般式(2)は下記の構造を含まない。]
    Figure 0007023452000869
    Figure 0007023452000870
    Figure 0007023452000871
    Figure 0007023452000872
  24. 下記一般式(3)で表される化合物。
    Figure 0007023452000873
    [一般式(3)において、
    Spはベンゼン環を表し、
    Czは1位と8位に置換基を有する9-カルバゾリル基(ここにおいて、9-カルバゾリル基のカルバゾール環の環骨格を構成する1~8位の炭素原子の少なくとも1つは窒素原子で置換されていてもよいが、1位と8位がともに窒素原子で置換されていることはない。また、9-カルバゾリル基を構成する各ベンゼン環には、他の環が縮合していてもよい。前記置換基はアルキル基またはアルコキシ基を表す。)を表し、
    Zは、Czおよび[Asp-(D’)m’]以外の置換基を表し、
    spは、(D’)m’をすべて水素原子に置換したときにハメットのσ値が正になるヘテロアリール基を表し、
    D’は下記のいずれかの基を表し、
    Figure 0007023452000874
    aは1以上の整数を表し、bは1以上の整数を表し、pは0を表すが、a+b+pはSpが表すベンゼン環に置換可能な最大置換基数を超えることはない。aが2以上であるとき、複数のCzは互いに同一であっても異なっていてもよい。bが2以上であるとき、複数のAsp-(D’)m’は互いに同一であっても異なっていてもよい。pが2以上であるとき、複数のZは互いに同一であっても異なっていてもよい。また、m’は1以上の整数を表すが、Aspに置換可能な最大置換基数から1を引いた数を超えることはない。m’が2以上であるとき、複数のD’は互いに同一であっても異なっていてもよい。ただし、一般式(3)は下記の構造を含まない。]
    Figure 0007023452000875
    Figure 0007023452000876
    Figure 0007023452000877
    Figure 0007023452000878
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