JP7388658B2 - 有機電界発光素子、表示装置、照明装置、発光層形成用組成物、および化合物 - Google Patents
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Description
発光層を有する有機電界発光素子であって、前記発光層が、
第1成分として、少なくとも1種のホスト化合物と、
第2成分として、少なくとも1種の熱活性化型遅延蛍光体と、
第3成分として、少なくとも1種のホウ素原子を有する化合物とを含み、
前記第1成分の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をE(1,S,Sh)、前記第2成分の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をE(2,S,Sh)、前記第3成分の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をE(3,S,Sh)としたとき、以下の関係式(1)を満たし、
前記第1成分は、前記ホスト化合物の水素原子2個が脱離した構造を繰り返し単位とする高分子化合物として含まれていてもよく、
前記第2成分は、前記熱活性化型遅延蛍光体の水素原子2個が脱離した構造を繰り返し単位とする高分子化合物として含まれていてもよく、
前記第3成分は、前記ホウ素原子を有する化合物の水素原子2個が脱離した構造を繰り返し単位とする高分子化合物として含まれていてもよい、
有機電界発光素子。
関係式(1): E(1,S,Sh)≧E(2,S,Sh)≧E(3,S,Sh)
[2]
前記第3成分として、下記式(i)、(ii)および(iii)のいずれかで表される化合物、および下記式(i)で表される構造を複数有する多量体化合物の少なくとも1つを含む、[1]に記載の有機電界発光素子。
A環、B環およびC環は、それぞれ独立して、アリール環またはヘテロアリール環であり、これらの環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、
Y1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はアリールまたはアルキルであり、
X1およびX2は、それぞれ独立して、O、N-R、>CR2、SまたはSeであり、前記N-RのRおよび>CR2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、置換されてもよいシクロアルキルまたはアルキルであり、また、前記N-RのRは連結基または単結合により前記A環、B環およびC環から選択される少なくとも1つと結合していてもよく、そして、
式(i)で表される化合物または構造における少なくとも1つの水素がシアノ、ハロゲンまたは重水素で置換されていてもよい。)
A環、B環、C環およびD環は、それぞれ独立して、アリール環またはヘテロアリール環であり、これらの環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、
YはB(ホウ素)であり、
X1、X2、X3およびX4は、それぞれ独立して、>O、>N-R、>CR2、>Sまたは>Seであり、前記>N-RのRおよび>CR2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、置換されてもよいシクロアルキルまたは置換されていてもよいアルキルであり、また、前記>N-RのRは連結基または単結合により前記A環、B環、C環およびD環から選択される少なくとも1つと結合していてもよく、
R1およびR2は、それぞれ独立して、水素、炭素数1~6のアルキル、炭素数3~12のシクロアルキル、炭素数6~12のアリール、炭素数2~15のヘテロアリールまたはジアリールアミノ(ただしアリールは炭素数6~12のアリール)であり、
式(ii)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。)
A環、B環およびC環は、それぞれ独立して、アリール環またはヘテロアリール環であり、これらの環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、
Y1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はアリールまたはアルキルであり、
X1、X2およびX3は、それぞれ独立して、O、N-R、>CR2、SまたはSeであり、前記N-RのRおよび>CR2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、置換されてもよいシクロアルキルまたはアルキルであり、また、前記N-RのRは連結基または単結合により前記A環、B環およびC環から選択される少なくとも1つと結合していてもよく、そして、
式(iii)で表される化合物または構造における少なくとも1つの水素がシアノ、ハロゲンまたは重水素で置換されていてもよい。)
[3]
前記第3成分として、下記式(1)、(2)、(3)および(4)のいずれかで表される化合物を少なくとも1つ含む、[1]または[2]に記載の有機電界発光素子。
R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、R10およびR11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、ジアリールボリル、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であり、これらはさらにアリール、ヘテロアリールまたはアルキルで置換されていてもよく、また、R1~R3、R4~R7およびR8~R11のうちの隣接する基同士が結合してa環、b環またはc環と共に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、形成された環はアリール、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、アルコキシおよびアリールオキシから選択される少なくとも1つで置換されていてもよく、これらはさらにアリール、ヘテロアリールおよびアルキルから選択される少なくとも1つで置換されていてもよく、
X1およびX2は、それぞれ独立して、>O、>N-Rまたは>CR2であり、前記>N-RのRおよび>CR2のRはアリール、ヘテロアリール、シクロアルキルまたはアルキルであり、これらはアリール、ヘテロアリール、シクロアルキルおよびアルキルから選択される少なくとも1つで置換されていてもよく、
ただし、X1およびX2は、同時に>CR2になることはなく、
そして、
式(1)で表される化合物および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。)
R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、R10、R11、R12、R13およびR14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、ジアリールボリル、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、アルコキシ、アリールオキシ、ヘテロアリールオキシ、アリールチオ、ヘテロアリールチオまたはアルキル置換シリルであり、これらにおける少なくとも1つの水素は、アリール、ヘテロアリールまたはアルキルで置換されていてもよく、また、R5~R7およびR10~R12のうちの隣接する基同士が結合してb環またはd環と共に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、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、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、アルコキシ、アリールオキシ、ヘテロアリールオキシ、アリールチオ、ヘテロアリールチオまたはアルキル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、アリール、ヘテロアリールまたはアルキルで置換されていてもよく、
YはB(ホウ素)であり、
X1、X2、X3およびX4は、それぞれ独立して、>O、>N-Rまたは>CR2であり、前記>N-RのRおよび>CR2のRは、炭素数6~12のアリール、炭素数2~15のヘテロアリール、炭素数3~12のシクロアルキルまたは炭素数1~6のアルキルであり、また、前記>N-RのRおよび>CR2のRは、-O-、-S-、-C(-R)2-または単結合により前記a環、b環、c環およびd環から選択される少なくとも1つと結合していてもよく、前記-C(-R)2-のRは水素または炭素数1~6のアルキルであり、
ただし、X1、X2、X3、およびX4は、同時に>CR2になることはなく、
そして、
式(2)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。)
R1、R2、R3、R4、R5、R6、R9、R10およびR11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、ジアリールボリル、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であり、これらはさらにアリール、ヘテロアリールおよびアルキルから選択される少なくとも1つで置換されていてもよく、また、R1~R3、R4~R6およびR9~R11のうちの隣接する基同士が結合してa環、b環またはc環と共に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、形成された環はアリール、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、アルコキシおよびアリールオキシから選択される少なくとも1つで置換されていてもよく、これらはさらにアリール、ヘテロアリール、シクロアルキルおよびアルキルから選択される少なくとも1つで置換されていてもよく、
X1、X2およびX3は、それぞれ独立して、>O、>N-R、または>CR2であり、前記>N-RのRおよび>CR2 のRはアリール、ヘテロアリール、シクロアルキルまたはアルキルであり、これらはアリール、ヘテロアリールおよびアルキルから選択される少なくとも1つで置換されていてもよく、
ただし、X1、X2、およびX3は、同時に>CR2になることはなく、
そして、
式(3)で表される化合物および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。)
R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、R10、R11、R12、R13およびR14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、ジアリールボリル、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であり、これらはさらにアリール、ヘテロアリールおよびアルキルから選択される少なくとも1つで置換されていてもよく、また、R1~R3、R4~R7、R8~R10およびR11~R14のうちの隣接する基同士が結合してa環、b環、c環またはd環と共に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、形成された環はアリール、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、アルコキシおよびアリールオキシから選択される少なくとも1つで置換されていてもよく、これらはさらにアリール、ヘテロアリールおよびアルキルから選択される少なくとも1つで置換されていてもよく、
Xは、>O、>N-Rまたは>CR2であり、前記>N-RのRおよび>CR2のRはアリール、ヘテロアリールまたはアルキルであり、これらはアリール、ヘテロアリールおよびアルキルから選択される少なくとも1つで置換されていてもよく、
Lは、単結合、>CR2、>O、>Sまたは>N-Rであり、前記>CR2および>N-Rにおける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、アルキル、アルコキシまたはアリールオキシであり、これらはさらにアリール、ヘテロアリールおよびアルキルから選択される少なくとも1つで置換されていてもよく、
ただし、XおよびLは、同時に>CR2 になることはなく、
そして、
式(4)で表される化合物および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。)
[4]
前記第3成分として、前記式(1)、(2)および(4)のいずれかで表される化合物を少なくとも1つを含み、
前記式(1)において、X1およびX2が、それぞれ独立して、>Oまたは>N-Rであり、
前記式(2)において、X1、X2、X3およびX4が、それぞれ独立して、>Oまたは>N-Rであり、
前記式(4)において、Xが、>Oおよび>N-Rであり、Lが、単結合である、
[3]に記載の有機電界発光素子。
[5]
前記第3成分として、前記式(1)、(2)、(3)および(4)のいずれかで表される化合物を少なくとも1つを含み、その化合物に存在する環を構成する原子が、アリール、ヘテロアリール、ジアリールアミノ、ジアリールボリル、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、アルコキシ、アリールオキシ、ヘテロアリールオキシ、アリールチオ、ヘテロアリールチオおよびアルキル置換シリルから選択される少なくとも1つで置換されている、[3]または[4]に記載の有機電界発光素子。
[6]
前記第3成分として、前記式(2)で表される化合物を少なくとも1つを含み、その化合物に存在する環を構成する原子が、アリール、ヘテロアリール、ジアリールアミノ、ジアリールボリル、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、アルコキシ、アリールオキシ、ヘテロアリールオキシ、アリールチオ、ヘテロアリールチオおよびアルキル置換シリルから選択される少なくとも1つで置換され、これらはさらにアリール、ヘテロアリール、シクロアルキルおよびアルキルから選択される少なくとも1つで置換されていてもよい、[5]に記載の有機電界発光素子。
[7]
前記第3成分が、下記式で表される部分構造を含む、[1]~[6]のいずれか一項に記載の有機電界発光素子。ただし、前記部分構造における水素は、それぞれ独立して、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で置換されてもよく、これらはさらにアリール、ヘテロアリール、シクロアルキルおよびアルキルから選択される少なくとも1つで置換されていてもよい。
前記式(1)~(4)のいずれかで表される化合物が、以下に記載のいずれかの部分構造を含む、[3]~[6]のいずれか一項に記載の有機電界発光素子。
Meはメチルを表し、tBuはt-ブチルを表し、波線は結合位置を表す。
ただし、上記部分構造式における水素は、
それぞれ独立して、アリール、ヘテロアリール、ジアリールアミノ、アルキル、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、前記アリールにおける水素はさらにアリール、ヘテロアリールまたはアルキルで置換されていてもよく、前記ヘテロアリールにおける水素はさらにアリール、ヘテロアリールまたはアルキルで置換されていてもよく、前記ジアリールアミノにおける水素はさらにアリール、ヘテロアリールまたはアルキルで置換されていてもよい。)
[9]
前記式(1)~(4)のいずれかで表される化合物が、sp3炭素、ホウ素原子に対してm位またはp位に結合するsp2炭素原子、または、ホウ素に対してp位に置換する窒素原子、をいずれか1つ有する、[3]~[8]のいずれか一項に記載の有機電界発光素子。
[10]
前記式(2)で表される化合物が、以下の化合物である、[3]に記載の有機電界発光素子。
前記式(2)で表される化合物が、以下の化合物である、[4]に記載の有機電界発光素子。
前記第1成分が、部分構造として、カルバゾールおよびフランから選択される少なくとも一つを有する化合物である、[1]~[11]のいずれか一項に記載の有機電界発光素子。
[13]
前記第1成分が、下記式(H1)、(H2)および(H3)のいずれかで表される化合物を少なくとも一つ含有する、[1]~[12]のいずれか一項に記載の有機電界発光素子。
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。)
[14]
前記第2成分が、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一つを有する、[1]~[13]のいずれか一項に記載の有機電界発光素子。
[15]
前記第2成分が、下記式(AD1)、(AD2)および(AD3)のいずれかで表される化合物を少なくとも一つ含有する、[1]~[14]のいずれか一項に記載の有機電界発光素子。
Mは、それぞれ独立して、単結合、-O-、>N-Arまたは>CAr2であり、
Jは、それぞれ独立して、炭素数6~18のアリーレンであり、前記アリーレンは、フェニル、炭素数1~6のアルキルおよび炭素数3~12のシクロアルキルから選択される少なくとも1つで置換されてもよく、
Qは、それぞれ独立して、=C(-H)-または=N-であり、
Arは、それぞれ独立して、水素、炭素数6~18のアリール、炭素数6~18のヘテロアリール、炭素数1~6のアルキルまたは炭素数3~12のシクロアルキルであり、前記アリールおよびヘテロアリーレンにおける少なくとも1つの水素は、フェニル、炭素数1~6のアルキルまたは炭素数3~12のシクロアルキルで置換されてもよく、
mは、1または2であり、
nは、2~(6-m)の整数であり、
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。)
[16]
前記第2成分が、下記式(DAD1)で表される化合物を少なくとも一つ含有する、[1]~[14]のいずれか一項に記載の有機電界発光素子。
(D1-L1)n-A1 (DAD1)
(上記式(DAD1)中、D1はドナー性基であり、L1は単結合または共役連結基であり、A1はアクセプター性基であり、nは2以上であってA1が置換しうる最大数以下である整数である。)
[17]
前記第2成分が、下記式(DAD2)で表される化合物を少なくとも一つ含有する、[16]に記載の有機電界発光素子。
D2-L2-A2-L3-D3 (DAD2)
(上記式(DAD2)中、D2およびD3はそれぞれ独立してドナー性基であり、L2およびL3はそれぞれ独立しては単結合または共役連結基であり、A2はアクセプター性基である。)
[18]
前記式(AD1)、(AD2)および(AD3)において、
Mは、それぞれ独立して、単結合、-O-または>N-Arであり、
Jは、それぞれ独立して、フェニレンであり、前記フェニレンは、炭素数1~4のアルキルで置換されてもよく、
Qは、それぞれ独立して、=Nーであり、
Arは、それぞれ独立して、水素またはフェニルであり、前記フェニルは、フェニル、炭素数1~4のアルキルで置換されてもよく、
mは、1または2であり、
nは、4~(6-m)の整数である、
[17]に記載の有機電界発光素子。
[19]
前記第2成分の逆項間交差速度が、105s-1以上である、[1]~[18]のいずれか一項に記載の有機電界発光素子。
[20]
前記第3成分の遅延蛍光寿命が、0.05μsec~40μsecである、[1]~[19]のいずれか一項に記載の有機電界発光素子。
[21]
前記第3成分の遅延蛍光寿命が、0.05μsec~20μsecである、[1]~[19]のいずれか一項に記載の有機電界発光素子。
[22]
前記第3成分の蛍光スペクトルのピークトップおよび吸収スペクトルのピークトップの差より求められるストークスシフトが、14nm以下である、[1]~[21]のいずれか一項に記載の有機電界発光素子。
[23]
前記第3成分の蛍光スペクトルのピークトップおよび吸収スペクトルのピークトップの差より求められるストークスシフトが、10nm以下である、[1]~[21]のいずれか一項に記載の有機電界発光素子。
[24]
前記第2成分の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をE(2,S,Sh)、前記第2成分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をE(2,T,Sh)、前記第3成分の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をE(3,S,Sh)、前記第3成分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をE(3,T,Sh)としたとき、これらから求められる一重項三重項エネルギー差(ΔE(2,ST,Sh)およびΔE(3,ST,Sh))が以下の関係にある、[1]~[23]のいずれか一項に記載の有機電界発光素子。
ΔE(2,ST,Sh)=E(2,S,Sh)ーE(2,T,Sh)≦ 0.50 eV
ΔE(3,ST,Sh)=E(3,S,Sh)ーE(3,T,Sh)≦ 0.20 eV
[25]
前記第2成分の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をE(2,S,Sh)、前記第2成分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をE(2,T,Sh)、前記第3成分の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をE(3,S,Sh)、前記第3成分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をE(3,T,Sh)としたとき、これらから求められる一重項三重項エネルギー差(ΔE(2,ST,Sh)およびΔE(3,ST,Sh))が以下の関係にある、[1]~[24]のいずれか一項に記載の有機電界発光素子。
ΔE(2,ST,Sh)=E(2,S,Sh)ーE(2,T,Sh)
ΔE(3,ST,Sh)=E(3,S,Sh)ーE(3,T,Sh)
ΔE(2,ST,Sh)≧ ΔE(3,ST,Sh)
[26]
前記第2成分の一重項三重項エネルギー差(ΔE(2,ST,Sh))が以下の関係にある、[1]~[25]のいずれか一項に記載の有機電界発光素子。
ΔE(2,ST,Sh)=E(2,S,Sh)ーE(2,T,Sh)≦ 0.30 eV
[27]
前記第2成分の一重項三重項エネルギー差(ΔE(2,ST,Sh))が以下の関係にある、[1]~[26]のいずれか一項に記載の有機電界発光素子。
ΔE(2,ST,Sh)=E(2,S,Sh)ーE(2,T,Sh)≦ 0.15 eV
[28]
前記第2成分の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をE(2,S,Sh)、前記第2成分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をE(2,T,Sh)、前記第3成分の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をE(3,S,Sh)、前記第3成分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をE(3,T,Sh)としたとき、これらが以下の関係にある、[1]~[27]のいずれか一項に記載の有機電界発光素子。
E(2,S,Sh)≧E(3,S,Sh)
E(2,T,Sh)≦E(3,T,Sh)
[29]
前記第3成分の蛍光スペクトルのピークトップおよび吸収スペクトルのピークトップの差より求められるストークスシフトが、10nm以下である、[1]~[28]のいずれか一項に記載の有機電界発光素子。
[30]
前記第3成分が、前記ホウ素原子を有する化合物の水素原子2個が脱離した基を繰り返し単位とする高分子化合物として含まれている、[1]~[29]のいずれか一項に記載の有機電界発光素子。
[31]
前記ホウ素原子を有する化合物の水素原子2個が脱離した基を繰り返し単位とする高分子化合物が、前記ホスト化合物の水素原子2個が脱離した基も繰り返し単位として有する、[30]に記載の有機電界発光素子。
[32]
前記ホウ素原子を有する化合物の水素原子2個が脱離した基を繰り返し単位とする高分子化合物が、前記遅延蛍光体の水素原子2個が脱離した基も繰り返し単位として有する、[30]または[31]に記載の有機電界発光素子。
[33]
[1]~[32]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。
[34]
[1]~[32]のいずれか1項に記載の有機電界発光素子を備えた照明装置。
[35]
有機電界発光素子の発光層を塗布形成するための発光層形成用組成物であって、
[1]~[32]のいずれか一項に記載の第1成分、第2成分および第3成分に加えて、第4成分として、少なくとも1種の有機溶媒を含む、発光層形成用組成物(ただし、前記第3成分は下記化合物ではない。)。
前記第4成分における少なくとも1種の有機溶媒の沸点が130℃~350℃である、[35]に記載の発光層形成用組成物。
[37]
前記第4成分が、前記第1成分、前記第2成分、および前記第3成分である化合物の少なくとも1種に対する良溶媒(GS)と貧溶媒(PS)とを含み、前記良溶媒(GS)の沸点(BPGS)が前記貧溶媒(PS)の沸点(BPPS)よりも低い、[35]または[36]に記載の発光層形成用組成物。
[38]
前記第1成分が発光層形成用組成物の全質量に対して0.0998質量%~4.0質量%であり、
前記第2成分が発光層形成用組成物の全質量に対して0.0001質量%~2.0質量%であり、
前記第3成分が発光層形成用組成物の全質量に対して0.0001質量%~2.0質量%であり、
前記第4成分が発光層形成用組成物の全質量に対して90.0質量%~99.9質量%である、
[35]~[37]のいずれか一項に記載の発光層形成用組成物。
[39]
[35]~[38]のいずれか一項に記載の発光層形成用組成物を用いて形成される発光層を有する有機電界発光素子。
[40]
[2]に記載の式(ii)で表される化合物の少なくとも1つの水素が、下記部分構造(B)、塩素、臭素、またはヨウ素により置換された化合物。
[41]
ホウ素原子を有する化合物から水素原子2個を脱離した構造を含む繰り返し単位、熱活性化型遅延蛍光体から水素原子2個を脱離した構造を含む繰り返し単位、およびホスト化合物から水素原子2個を脱離した構造を含む繰り返し単位から選択される少なくとも2種の繰り返し単位を含む高分子化合物。
[42]
ホウ素原子を有する化合物から水素原子2個を脱離した構造を含む繰り返し単位の少なくとも1種、熱活性化型遅延蛍光体から水素原子2個を脱離した構造を含む繰り返し単位の少なくとも1種、およびホスト化合物から水素原子2個を脱離した構造を含む繰り返し単位の少なくとも1種を含む高分子化合物。
本発明の有機電界発光素子は、ホスト化合物、熱活性化型遅延蛍光体、分子中にホウ素原子を有する化合物を利用したものである。
本発明における「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化型遅延蛍光体、および、第3成分としてのホウ素原子を有する化合物よりも高い化合物のことを意味する。
「熱活性化型遅延蛍光体」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、「熱活性化型遅延蛍光」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)などが挙げられる。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「熱活性化型遅延蛍光体」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。
「分子中にホウ素原子を有する化合物」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、「熱活性化型遅延蛍光体」は、分子中にホウ素原子を有する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。
以下の説明では、熱活性化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。
すなわち、本発明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1に示す。本発明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(熱活性化型遅延蛍光体)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。
関係式(1): E(1,S,Sh)≧E(2,S,Sh)≧E(3,S,Sh)
つまり、エネルギーの閉じ込めおよび/または伝達は第1成分であるホスト化合物が、発光は第3成分であるエミッティングドーパントがそれぞれ担う。
ここで、E(1,S,Sh)ーE(2,S,Sh)は0~1.0eVであることが好ましく、E(2,S,Sh)ーE(3,S,Sh)は0~0.20eVであることが好ましい。
E(1,S,PT)>E(2,S,PT)
E(1,S,PT)>E(3,S,PT)
E(2,S,PT)とE(3,S,PT)はいずれが大きくても本発明を適用することができるが、E(3,S,PT)>E(2,S,PT)であることが好ましい。
ΔE(2,ST,Sh)=E(2,S,Sh)ーE(2,T,Sh)≦ 0.50 eV
ΔE(3,ST,Sh)=E(3,S,Sh)ーE(3,T,Sh)≦ 0.20 eV
つまり、第2成分においては、TADF活性の指標としてΔE(ST)の大きさを用いる。ΔE(ST)が小さければ小さいほどTADF活性を示すには有利になる。
ここで、ΔE(2,ST,Sh)は0.30eV以下であることがより好ましく、0.15eV以下であることがさらに好ましく、0.10eV以下であることがさらにより好ましい。ΔE(3,ST,Sh)は、0.15eV以下であることがより好ましく、0.10eV以下であることがさらに好ましい。
ΔE(2,ST,Sh)とΔE(3,ST,Sh)は以下の関係にあることが好ましい。
ΔE(2,ST,Sh)≧ΔE(3,ST,Sh)
E(2,S,Sh)≧E(3,S,Sh)
E(2,T,Sh)≦E(3,T,Sh)
ここで、E(2,S,Sh)ーE(3,S,Sh)は0~0.20eVであることが好ましく、E(3,T,Sh)ーE(2,T,Sh)は0~0.20eVであることが好ましい。
これらは図1で示した本発明のTAF素子の設計を示す。
k(2,RISC)>k(3,RISC)
k(2,Prompt)<k(3,Prompt)
ここで、「ピーク短波長側の肩」とは、発光ピークの短波長側の変曲点のことを意味し、「短波長側のピークトップ」とは、発光ピークの発光極大値のうち、最も短波長側の発光極大値に対応するピーク上の位置のことを意味する。
また、各エネルギー準位を測定するための測定サンプルとして、対象化合物がホスト化合物またはアシスティングドーパントである場合には、ガラス基板上に形成した対象化合物の単独膜(Neat膜、厚さ:50nm)を使用し、対象化合物がエミッティングドーパントである場合には、ガラス基板上に形成した、対象化合物を分散させたポリメチルメタクリレート膜(厚さ:
10μm、対象化合物の濃度:1質量%)を使用する。対象化合物を分散させたポリメチルメタクリレート膜の膜厚については、吸収スペクトル、蛍光スペクトルおよび燐光スペクトルの測定に十分な強度が得られる膜厚であればよく、強度が弱い場合には厚く、強度が強い場合には厚くすればよい。励起光には、吸収スペクトルにおいて得られた吸収ピークの波長を使用し、蛍光スペクトルまたは燐光スペクトルに出現した発光ピークのうち、青色の発光の場合は400~500nmの範囲に、緑色の発光の場合は480~600nmの範囲に、赤色の場合は580~700nmの範囲にそれぞれ出現した発光ピークから得たデータを用いて各エネルギー準位を求めることとする。また、吸収ピークと発光ピークが近く、発光ピーク中に励起光が混合する場合には、より短波長側の吸収ピークや吸収肩を用いてもよい。
[1]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E(S,Sh)
対象化合物を含む測定サンプルに、77Kで励起光を照射して蛍光スペクトルを観測する。その蛍光スペクトルに現れた発光ピークに対して、その短波長側の変曲点(肩)を通る接線をひき、その接線とベースラインとの交点の波長(BSh)[nm]から、下記式を用いて励起一重項エネルギー準位E(S,Sh)を算出する。
E(S,Sh) [eV]=1240/BSh
[2]蛍光スペクトルの短波長側のピークトップより求められる励起一重項エネルギー準位E(S,PT)
対象化合物を含む測定サンプルに、77Kで励起光を照射して蛍光スペクトルを観測する。その蛍光スペクトルに現れた発光ピークの最も短波長側のピークトップに対応する波長(発光極大波長、BPT)[nm]から、下記式を用いて励起一重項エネルギー準位E(S,PT)を算出する。
E(S,PT) [eV]=1240/BPT
[3]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(T,Sh)
対象化合物を含む測定サンプルに、77Kで励起光を照射して燐光スペクトルを観測する。その燐光スペクトルに現れた発光ピークに対して、その短波長側の変曲点(肩)を通る接線をひき、その接線とベースラインとの交点の波長(CSh)[nm]から、下記式を用いて励起三重項エネルギー準位E(T,Sh)を算出する。
E(T,Sh) [eV]=1240/CSh
[4]燐光スペクトルの短波長側のピークトップより求められる励起三重項エネルギー準位E(T,PT)
対象化合物を含む測定サンプルに、77Kで励起光を照射して燐光スペクトルを観測する。その燐光スペクトルに現れた発光ピークの最も短波長側のピークトップに対応する波長(発光極大波長、CPT)[nm]から、下記式を用いて励起三重項エネルギー準位E(T,PT)を算出する。
E(T,PT) [eV]=1240/CPT
短波長側の肩から求められる励起一重項エネルギー準位E(S,Sh)および励起三重項エネルギー準位E(T,Sh)は、ΔE(ST)の算出と議論に用いるとともに、第1成分であるホスト化合物とアシスティングドーパントとのエネルギーの閉じ込めおよび授受、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のエネルギーの閉じ込めおよび授受の議論にも用いる。
逆項間交差速度は、励起三重項から励起一重項への逆項間交差の速度を示す。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逆項間交差速度は、過渡蛍光分光測定により、Nat. Commun. 2015, 6, 8476.またはOrganic Electronics 2013, 14, 2721-2726に記載の方法を用いて算出することができ、具体的には、アシスティングドーパントの逆項間交差速度は105s-1であり、さらに好ましくは、106s-1である。
発光速度は、TADF過程を経ないで励起一重項から基底状態へ蛍光発光を経て遷移する速度を示す。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発光速度は、逆項間交差速度と同様にNat. Commun. 2015, 6, 8476.またはOrganic Electronics 2013, 14, 2721-2726に記載の方法を用いて算出することができ、具体的には、エミッティングドーパントの逆項間交差速度は107s-1であり、さらに好ましくは、108s-1である。
以下において、本発明の有機電界発光素子を構成する各層について説明する。
2-1.有機電界発光素子における発光層
発光層は、第1成分としてのホスト化合物、第2成分としての熱活性化型遅延蛍光体、および第3成分としてのホウ素原子を有する化合物を少なくとも含む。
本明細書中では、第2成分としての熱活性化型遅延蛍光体を「アシスティングドーパント」(化合物)といい、第3成分としての、ホウ素原子を有する化合物を「エミッティングドーパント」(化合物)ということがある。
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、熱活性化型遅延蛍光体およびホウ素原子を有する化合物は、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、熱活性化型遅延蛍光体およびホウ素原子を有する化合物は、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挙げることができ、中でも、フラニル基およびカルバゾリル基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などが挙げられる。
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。
本発明で用いる熱活性化型遅延蛍光体(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化型遅延蛍光体(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、熱活性化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し、「電子受容性の置換基」(アクセプター)とは、熱活性化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化型遅延蛍光体は、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ΔE(ST)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化型遅延蛍光体は、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。
Mは、それぞれ独立して、単結合、-O-、>N-Arまたは>CAr2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挙げられる。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。
(D1-L1)n-A1 (DAD1)
式(DAD1)には、下記式(DAD2)で表される化合物が含まれる。
D2-L2-A2-L3-D3 (DAD2)
式(DAD1)および式(DAD2)において、D1、D2およびD3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。A1およびA2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。L1、L2およびL3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。L1、L2およびL3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、A1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D1は同一であっても異なっていてもよく、n個のL1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。
本発明の有機電界発光素子の発光層は、第3成分としてホウ素原子を有する化合物を含む。発光層は、ホウ素原子を有する化合物として、下記式(i)、(ii)、および(iii)のいずれかで表される化合物、および下記式(i)で表される構造を複数有する多量体化合物の少なくとも1つを含むことが好ましい。
上記の式(i)、(ii)、および(iii)のいずれかで表される化合物、式(i)で表される構造を複数有する多量体化合物、式(1)、(2)、(3)および(4)のいずれかで表される化合物は、これらの具体的な化合物例について、さらに検討を行って一般化したものである。
第3成分は通常の蛍光体であっても、熱活性化型遅延蛍光体であってもよい。
以下において、各式およびその具体例について説明する。
A環、B環およびC環は、それぞれ独立して、アリール環またはヘテロアリール環であり、これらの環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、
Y1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はアリールまたはアルキルであり、
X1およびX2は、それぞれ独立して、O、N-R、>CR2、SまたはSeであり、前記N-RのRおよび>CR2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、置換されてもよいシクロアルキルまたはアルキルであり、また、前記N-RのRは連結基または単結合により前記A環、B環およびC環から選択される少なくとも1つと結合していてもよく、そして、
式(i)で表される化合物または構造における少なくとも1つの水素がシアノ、ハロゲンまたは重水素で置換されていてもよい。
R1~R11(以降、「R1等」ともいう)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、ジアリールボリル、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、これらはさらにアリール、ヘテロアリールおよびアルキルから選択される少なくとも1つ(以上、第2置換基)で置換されていてもよく、また、R1~R3、R4~R7およびR8~R11のうちの隣接する基同士が結合してa環、b環またはc環と共に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、形成された環はアリール、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、アルコキシおよびアリールオキシから選択される少なくとも1つ(以上、第1置換基)で置換されていてもよく、これらはさらにアリール、ヘテロアリールおよびアルキルから選択される少なくとも1つ(以上、第2置換基)で置換されていてもよく、
X1およびX2は、それぞれ独立して、>O、>N-Rまたは>CR2であり、前記>N-RのRおよび>CR2のRはアリール、ヘテロアリール、シクロアルキルまたはアルキルであり、これらはアリール、ヘテロアリール、シクロアルキルおよびアルキルから選択される少なくとも1つで置換されていてもよく、
ただし、X1およびX2は、同時に>CR2になることはなく、
そして、
式(1)で表される化合物および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。
A環、B環、C環およびD環は、それぞれ独立して、アリール環またはヘテロアリール環であり、これらの環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、
YはB(ホウ素)であり、
X1、X2、X3およびX4は、それぞれ独立して、>O、>N-R、>CR2、>Sまたは>Seであり、前記>N-RのRおよび>CR2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、置換されてもよいシクロアルキルまたは置換されていてもよいアルキルであり、また、前記>N-RのRは連結基または単結合により前記A環、B環、C環およびD環から選択される少なくとも1つと結合していてもよく、
R1およびR2は、それぞれ独立して、水素、炭素数1~6のアルキル、炭素数3~12のシクロアルキル、炭素数6~12のアリール、炭素数2~15のヘテロアリールまたはジアリールアミノ(ただしアリールは炭素数6~12のアリール)であり、
式(ii)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。
R1~R14(以降、「R1等」ともいう)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、ジアリールボリル、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、アルコキシ、アリールオキシ、ヘテロアリールオキシ、アリールチオ、ヘテロアリールチオまたはアルキル置換シリルであり、これらにおける少なくとも1つの水素は、アリール、ヘテロアリールまたはアルキルで置換されていてもよく、また、R5~R7およびR10~R12のうちの隣接する基同士が結合してb環またはd環と共に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、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、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、アルコキシ、アリールオキシ、ヘテロアリールオキシ、アリールチオ、ヘテロアリールチオまたはアルキル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、アリール、ヘテロアリールまたはアルキルで置換されていてもよく、
YはB(ホウ素)であり、
X1、X2、X3およびX4は、それぞれ独立して、>O、>N-Rまたは>CR2であり、前記>N-RのRおよび>CR2のRは、炭素数6~12のアリール、炭素数2~15のヘテロアリール、炭素数3~12のシクロアルキルまたは炭素数1~6のアルキルであり、また、前記>N-RのRおよび>CR2のRは、-O-、-S-、-C(-R)2-または単結合により前記a環、b環、c環およびd環から選択される少なくとも1つと結合していてもよく、前記-C(-R)2-のRは水素または炭素数1~6のアルキルであり、
ただし、X1、X2、X3、およびX4は、同時に>CR2になることはなく、
そして、
式(2)で表される化合物および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。)
A環、B環およびC環は、それぞれ独立して、アリール環またはヘテロアリール環であり、これらの環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、
Y1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はアリールまたはアルキルであり、
X1、X2およびX3は、それぞれ独立して、O、N-R、>CR2、SまたはSeであり、前記N-RのRおよび>CR2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、置換されてもよいシクロアルキルまたはアルキルであり、また、前記N-RのRは連結基または単結合により前記A環、B環およびC環から選択される少なくとも1つと結合していてもよく、そして、
式(iii)で表される化合物または構造における少なくとも1つの水素がシアノ、ハロゲンまたは重水素で置換されていてもよい。
R1~R11(以降、「R1等」ともいう)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、ジアリールボリル、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であり、これらはさらにアリール、ヘテロアリールおよびアルキルから選択される少なくとも1つで置換されていてもよく、また、R1~R3、R4~R6およびR9~R11のうちの隣接する基同士が結合してa環、b環またはc環と共に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、形成された環はアリール、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、アルコキシおよびアリールオキシから選択される少なくとも1つで置換されていてもよく、これらはさらにアリール、ヘテロアリール、シクロアルキルおよびアルキルから選択される少なくとも1つで置換されていてもよく、
X1、X2およびX3は、それぞれ独立して、>O、>N-R、または>CR2であり、前記>N-RのRおよび>CR2 のRはアリール、ヘテロアリール、シクロアルキルまたはアルキルであり、これらはアリール、ヘテロアリールおよびアルキルから選択される少なくとも1つで置換されていてもよく、
ただし、X1、X2、およびX3は、同時に>CR2になることはなく、
そして、
式(3)で表される化合物および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。
上記の式(i)で表される化合物は、下記式(4)で表される化合物であることも好ましい。
R1~R14(以降、「R1等」ともいう)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、ジアリールボリル、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であり、これらはさらにアリール、ヘテロアリールおよびアルキルから選択される少なくとも1つで置換されていてもよく、また、R1~R3、R4~R7、R8~R10およびR11~R14のうちの隣接する基同士が結合してa環、b環、c環またはd環と共に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、形成された環はアリール、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、アルコキシおよびアリールオキシから選択される少なくとも1つで置換されていてもよく、これらはさらにアリール、ヘテロアリールおよびアルキルから選択される少なくとも1つで置換されていてもよく、
Xは、>O、>N-Rまたは>CR2であり、前記>N-RのRはアリール、ヘテロアリールまたはアルキルであり、これらはアリール、ヘテロアリールおよびアルキルから選択される少なくとも1つで置換されていてもよく、
Lは、単結合、>CR2、>O、>Sまたは>N-Rであり、前記>CR2および>N-Rにおける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、アルキル、アルコキシまたはアリールオキシであり、これらはさらにアリール、ヘテロアリールおよびアルキルから選択される少なくとも1つで置換されていてもよく、
ただし、XおよびLは、同時に>CR2になることはなく、
そして、
式(4)で表される化合物および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。
第3成分として用いることができる式(i)~(iii)および式(1)~(4)で表される化合物は、化合物内に存在する環に置換基が結合していない無置換体であってもよいが、適切な置換基で置換されている化合物を用いることが好ましい。適切な置換基で置換されている化合物を第3成分として用いることにより、無置換体を用いた場合よりも、有機電界発光素子の特性がより優れたものになる。好ましい置換基として、アリール、ヘテロアリール、ジアリールアミノ、ジアリールボリル、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、アルコキシ、アリールオキシ、ヘテロアリールオキシ、アリールチオ、ヘテロアリールチオおよびアルキル置換シリルをあげることができ;より好ましい置換基として、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、アルコキシおよびアリールオキシをあげることができ;さらに好ましい置換基としてアリール、ジアリールアミノ、アルキルをあげることができ;さらにより好ましい置換基としてジアリールアミノ、アルキルをあげることができ;特に好ましい置換基としてジアリールアミノをあげることができる。ここでいうアリール、ヘテロアリール、ジアリールアミノ、ジアリールボリル、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、アルコキシ、アリールオキシ、ヘテロアリールオキシ、アリールチオ、ヘテロアリールチオおよびアルキル置換シリルは、これらにおける少なくとも1つの水素が、アリール、ヘテロアリール、シクロアルキルおよびアルキルから選択される少なくとも1つで置換されていてもよい。
適切に置換基を選択する等の手法をとることにより、第2成分と第3成分については下記の特に好ましいエネルギー構造を構築し、採用することができる。
E(3,T,Sh)≧E(2,T,Sh)
ΔE(2,ST,Sh)≧ΔE(3,ST,Sh)
第3成分のストークスシフトが10nm以下
また、下記のエネルギー構造も好ましい。
E(3,T,Sh)≦E(2,T,Sh)
ΔE(2,ST,Sh)≦ΔE(3,ST,Sh)
第3成分のストークスシフトが15nm以下
さらに、下記のエネルギー構造も好ましい。
E(3,T,Sh)≦E(2,T,Sh)
ΔE(2,ST,Sh)≧ΔE(3,ST,Sh)
第3成分のストークスシフトが15nmより大きい
また、上記のいずれのエネルギー構造においても、E(3,S,PT)≧E(2,S,PT)であることが好ましい。
本発明の有機電界発光素子の発光層に含まれる第1成分は、ホスト化合物から水素原子2個が脱離した構造を繰り返し単位として含む高分子化合物であってもよい。本発明の有機電界発光素子の発光層に含まれる第2成分は、熱活性型遅延蛍光体から水素原子2個が脱離した構造を繰り返し単位として含む高分子化合物であってもよい。本発明の有機電界発光素子の発光層に含まれる第3成分は、ホウ素原子を有する化合物から水素原子2個が脱離した構造を繰り返し単位として含む高分子化合物であってもよい。脱離する2個の水素原子は、化合物中の任意の2原子とすることができる。同一の環構造に結合している2個の水素原子であってもよいし、そうでなくてもよい。
本発明の有機電界発光素子は、発光層の他に、1以上の有機層を有していてもよい。有機層としては、例えば、電子輸送層、正孔輸送層、電子注入層および正孔注入層等を挙げることができ、さらに、その他の有機層を有していてもよい。
図4に、これらの有機層を備えた有機電界発光素子の層構成の一例を示す。図4において、101は基板、102は陽極、103は正孔注入層、104は正孔輸送層、105は発光層、106は電子輸送層、107は電子注入層、108は陰極をそれぞれ示す。
以下において、有機電界発光素子において、発光層の他に設けられる有機層、陰極および陽極、基板について説明する。
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、混合により形成される。
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、メチルシクロペンチル、シクロヘプチル、メチルシクロヘキシル、シクロオクチルまたはジメチルシクロヘキシルなどが挙げられる。
ホスフィンオキサイド誘導体は、例えば下記式(ETM-7-1)で表される化合物である。詳細は国際公開第2013/079217号公報にも記載されている。
R6は、CN、置換または無置換の、炭素数1~20のアルキル、炭素数1~20のヘテロアルキル、炭素数6~20のアリール、炭素数5~20のヘテロアリール、炭素数1~20のアルコキシまたは炭素数6~20のアリールオキシであり、
R7およびR8は、それぞれ独立して、置換または無置換の、炭素数6~20のアリールまたは炭素数5~20のヘテロアリールであり、
R9は酸素または硫黄であり、
jは0または1であり、kは0または1であり、rは0~4の整数であり、qは1~3の整数である。
ピリミジン誘導体は、例えば下記式(ETM-8)で表される化合物であり、好ましくは下記式(ETM-8-1)で表される化合物である。詳細は国際公開第2011/021689号公報にも記載されている。
トリアジン誘導体は、例えば下記式(ETM-10)で表される化合物であり、好ましくは下記式(ETM-10-1)で表される化合物である。詳細は米国公開公報2011/0156013号公報に記載されている。
フェナントロリン誘導体は、例えば下記式(ETM-12)または式(ETM-12-1)で表される化合物である。詳細は国際公開2006/021982号公報に記載されている。
キノリノール系金属錯体は、例えば下記式(ETM-13)で表される化合物である。
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。
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ものである。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ものである。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。
陽極102は、発光層105へ正孔を注入する役割を果たすものである。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。
基板101は、有機電界発光素子100の支持体となるものであり、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、SiO2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。
有機電界発光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、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、蒸着用ルツボの加熱温度+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。
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、ホスト化合物、熱活性化型遅延蛍光体およびホウ素原子を有する化合物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、目的の有機電界発光素子が得られる。なお、上述の有機電界発光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。
蒸着法で発光層を形成する際には、第3成分として式(ii)で表される化合物や式(2)で表される化合物を選択して用いることが好ましい。特に式(2)のR1~R14の少なくとも1つが置換基である化合物を選択して用いることが好ましい。ここでいう置換基としては、上記の第3成分における好ましい置換基を採用することができる。中でも、炭素数1~24のアルキル、置換されていてもよいジアリールアミノを特に好ましく採用することができる。これらの置換基を有する化合物を用いて発光層を蒸着法で形成した場合は、置換基を有しない対応化合物、式(i)で表される化合物、式(iii)で表される化合物、あるいは式(4)で表される化合物を用いて蒸着法で形成した場合よりも、有機電界発光素子の外部量子効率が高くて特性が優れている。
また、第3成分として式(i)または式(iii)で表される化合物を用いて蒸着法で発光層を形成する場合は、上記の第3成分における好ましい置換基を採用することが好ましく、炭素数1~24のアルキル、置換されていてもよいジアリールアミノを有する化合物を用いることが特に好ましい。これらの置換基を有する化合物を用いて発光層を蒸着法で形成した場合は、置換基を有しない対応化合物を用いて蒸着法で形成した場合よりも、有機電界発光素子の外部量子効率が高くて長寿命であり特性が優れている。
発光層形成用組成物を使用する場合は、湿式成膜法を用いることによって成膜される。
そこで、一般的には、幾つかの層だけを湿式成膜法を用い、残りを真空蒸着法で有機電界発光素子を作製するという方法が採用される。
(手順1)陽極の真空蒸着法による成膜
(手順2)正孔注入層の湿式成膜法による成膜
(手順3)正孔輸送層の湿式成膜法による成膜
(手順4)ホスト化合物、熱活性化型遅延蛍光体およびホウ素原子を有する化合物を含む発光層形成用組成物の湿式成膜法による成膜
(手順5)電子輸送層の真空蒸着法による成膜
(手順6)電子注入層の真空蒸着法による成膜
(手順7)陰極の真空蒸着法による成膜
この手順を経ることで、陽極/正孔注入層/正孔輸送層/ホスト材料、熱活性化型遅延蛍光体およびホウ素原子を有する化合物を含む発光層/電子輸送層/電子注入層/陰極からなる有機電界発光素子が得られる。
図6を参考にして、バンクを有する基板にインクジェット法を用いて有機電界発光素子を作製する方法を説明する。まず、バンク(200)は基板(110)上の電極(120)の上に設けられている。この場合、インクジェットヘッド(300)より、バンク(200)間にインクの液滴(310)を滴下し、乾燥させることで塗膜(130)を作製することができる。これを繰り返し、次の塗膜(140)、さらに発光層(150)まで作製し、真空蒸着法を用い電子輸送層、電子注入層および電極を成膜すれば、バンク材で発光部位が区切られた有機電界発光素子を作製することができる。
また、本発明は、有機電界発光素子を備えた表示装置または有機電界発光素子を備えた照明装置などにも応用することができる。
有機電界発光素子を備えた表示装置または照明装置は、本実施形態にかかる有機電界発光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。
本発明の発光層形成用組成物は、有機電界発光素子の発光層を湿式法により形成するための組成物である。発光層形成用組成物は、第1成分として少なくとも1種のホスト化合物と、第2成分として少なくとも1種の熱活性化型遅延蛍光体と、第3成分として少なくとも1種のホウ素原子を有する化合物と、第4成分として少なくとも1種の有機溶媒を含む組成物である。ホスト化合物、熱活性化型遅延蛍光体およびホウ素原子を有する化合物については、上記の有機電界発光素子における発光層の説明にて記載した化合物を用いることができる。
本発明の発光層形成用組成物は、少なくとも1種の有機溶媒を含むことが好ましい。成膜時に有機溶媒の蒸発速度を制御することで、成膜性および塗膜の欠陥の有無、表面粗さ、平滑性を制御および改善することができる。また、インクジェット法を用いた成膜時は、インクジェットヘッドのピンホールでのメニスカス安定性を制御し、吐出性を制御・改善することができる。加えて、膜の乾燥速度および誘導体分子の配向を制御することで、該発光層形成用組成物より得られる発光層を有する有機電界発光素子の電気特性、発光特性、効率、および寿命を改善することができる。
発光層形成用組成物に第4成分として含まれる少なくとも1種の有機溶媒の沸点は、130℃~350℃であり、140℃~300℃がより好ましく、150℃~250℃がさらに好ましい。沸点が130℃より高い場合、インクジェットの吐出性の観点から好ましい。また、沸点が350℃より低い場合、塗膜の欠陥、表面粗さ、残留溶媒および平滑性の観点から好ましい。良好なインクジェットの吐出性、製膜性、平滑性および低い残留溶媒の観点から、2種以上の有機溶媒を含む構成がより好ましい。一方で、場合によっては、運搬性などを考慮し、発光層形成用組成物中から溶媒を除去することで固形状態とした組成物であってもよい。
高沸点の貧溶媒を加えることで成膜時に低沸点の良溶媒が先に揮発し、組成物中の含有物の濃度と貧溶媒の濃度が増加し速やかな成膜が促される。これにより、欠陥が少なく、表面粗さが小さい、平滑性の高い塗膜が得られる。
発光層形成用組成物に用いられる有機溶媒としては、炭化水素系溶媒、アルキルベンゼン系溶媒、フェニルエーテル系溶媒、アルキルエーテル系溶媒、環状ケトン系溶媒、脂肪族ケトン系溶媒、単環性ケトン系溶媒、ジエステル骨格を有する溶媒および含フッ素系溶媒などが挙げられ、具体例として、ペンタノール、ヘキサノール、ヘプタノール、オクタノール、ノナノール、デカノール、ウンデカノール、ドデカノール、テトラデカノール、ヘキサン-2-オール、ヘプタン-2-オール、オクタン-2-オール、デカン-2-オール、ドデカン-2-オール、シクロヘキサノール、α-テルピネオール、β-テルピネオール、γ-テルピネオール、δ-テルピネオール、テルピネオール(混合物)、エチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジプロピレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールエチルメチルエーテル、ジエチレングリコールイソプロピルメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールブチルメチルエーテル、トリプロピレングリコールジメチルエーテル、トリエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、エチレングリコールモノフェニルエーテル、トリエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールジブチルエーテル、トリエチレングリコールブチルメチルエーテル、ポリエチレングリコールジメチルエーテル、テトラエチレングリコールジメチルエーテル、p-キシレン、m-キシレン、o-キシレン、2,6-ルチジン、2-フルオロ-m-キシレン、3-フルオロ-o-キシレン、2-クロロベンゾ三フッ化物、クメン、トルエン、2-クロロ-6-フルオロトルエン、2-フルオロアニソール、アニソール、2,3-ジメチルピラジン、ブロモベンゼン、4-フルオロアニソール、3-フルオロアニソール、3-トリフルオロメチルアニソール、メシチレン、1,2,4-トリメチルベンゼン、t-ブチルベンゼン、2-メチルアニソール、フェネトール、ベンゾジオキソール、4-メチルアニソール、s-ブチルベンゼン、3-メチルアニソール、4-フルオロ-3-メチルアニソール、シメン、1,2,3-トリメチルベンゼン、1,2-ジクロロベンゼン、2-フルオロベンゾニトリル、4-フルオロベラトロール、2,6-ジメチルアニソール、n-ブチルベンゼン、3-フルオロベンゾニトリル、デカリン(デカヒドロナフタレン)、ネオペンチルベンゼン、2,5-ジメチルアニソール、2,4-ジメチルアニソール、ベンゾニトリル、3,5-ジメチルアニソール、ジフェニルエーテル、1-フルオロ-3,5-ジメトキシベンゼン、安息香酸メチル、イソペンチルベンゼン、3,4-ジメチルアニソール、o-トルニトリル、n-アミルベンゼン、ベラトロール、1,2,3,4-テトラヒドロナフタレン、安息香酸エチル、n-ヘキシルベンゼン、安息香酸プロピル、シクロヘキシルベンゼン、1-メチルナフタレン、安息香酸ブチル、2-メチルビフェニル、3-フェノキシトルエン、2,2’-ビトリル、ドデシルベンゼン、ジペンチルベンゼン、テトラメチルベンゼン、トリメトキシベンゼン、トリメトキシトルエン、2,3-ジヒドロベンゾフラン、1-メチル-4-(プロポキシメチル)ベンゼン、1-メチル-4-(ブチルオキシメチル)ベンゼン、1-メチル-4-(ペンチルオキシメチル)ベンゼン、1-メチル-4-(ヘキシルオキシメチル)ベンゼン、1-メチル-4-(ヘプチルオキシメチル)ベンゼンベンジルブチルエーテル、ベンジルペンチルエーテル、ベンジルヘキシルエーテル、ベンジルヘプチルエーテル、ベンジルオクチルエーテル、ニトロベンゼン、ジメチルニトロベンゼン、アミノビフェニル、ジフェニルアミンなどが挙げられるが、それだけに限定されない。また、溶媒は単一で用いてもよく、混合してもよい。
発光層形成用組成物は、その性質を損なわない範囲で、任意成分を含んでいてもよい。任意成分としては、バインダーおよび界面活性剤等が挙げられる。
発光層形成用組成物は、バインダーを含有していてもよい。バインダーは、成膜時には膜を形成するとともに、得られた膜を基板と接合する。また、該発光層形成用組成物中で他の成分を溶解および分散および結着させる役割を果たす。
発光層形成用組成物は、例えば、発光層形成用組成物の膜面均一性、膜表面の親溶媒性および撥液性の制御のために界面活性剤を含有してもよい。界面活性剤は、親水性基の構造からイオン性および非イオン性に分類され、さらに、疎水性基の構造からアルキル系およびシリコン系およびフッ素系に分類される。また、分子の構造から、分子量が比較的小さく単純な構造を有する単分子系および分子量が大きく側鎖や枝分かれを有する高分子系に分類される。また、組成から、単一系、二種以上の界面活性剤および基材を混合した混合系に分類される。該発光層形成用組成物に用いることのできる界面活性剤としては、全ての種類の界面活性剤を用いることができる。
界面活性剤は1種で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
本発明の発光層形成用組成物では、第1成分、第2成分および第3成分として、優れた溶解性、成膜性、湿式塗布性、熱的安定性、および面内配向性の少なくとも1つを満たす化合物を選択する。また、優れた溶解性、製膜性、湿式塗布性、および面内配向性の観点から、炭素数1~24のアルキル、ジアリールアミノ、炭素数5~24のシクロアルキル、炭素数6~24のアリールおよび炭素数5~24のヘテロアリールで置換されている化合物を選択することが好ましい。
以下に、実施例で使用した化合物の合成例を示す。
合成例(1)
化合物(ED1):N7,N7,N13,N13,5,9,11,15-オクタフェニル-5,9,11,15-テトラヒドロ-5,9,11,15-テトラアザ-19b,20b-ジボラジナフト[3,2,1-de:1’,2’,3’-jk]ペンタセン-7,13-ジアミンの合成
窒素雰囲気下、1,3-ジブロモベンゼン(25.0g、106mmol)、アニリン(20.3ml、223mmol)、トリス(ジベンジリデンアセトン)二パラジウム(0)(Pd2(dba)3)(971mg、1.06mmol)、2,2’-ビス(ジフェニルホスフィノ)-1,1’-ビナフチル(BINAP:1.98g、3.18mmol)、NaOtBu(25.5g、265mmol)およびトルエン(400ml)の入ったフラスコを110℃に加熱し、18時間撹拌した。反応液を室温まで冷却し、シリカゲルを用いて濾過し(溶離液:トルエン)、溶媒を減圧留去して粗生成物を得た。得られた粗生成物をトルエンに溶解させた後、適当量を減圧留去し、ヘキサンを加え再沈殿させることで、N1,N3-ジフェニルベンゼン-1,3-ジアミン(16.5g、収率60%)を白色固体として得た。
1H-NMR(400MHz,CDCl3):δ=5.63(s,2H)、6.60(dd,2H)、6.74(t,1H)、6.90(t,2H)、7.06(d,4H)、7.12(t,1H)、7.24(dt,4H).
窒素雰囲気下、1,3-ジブロモ-5-クロロベンゼン(8.11g、30mmol)、ジフェニルアミン(10.1g、60mmol)、Pd2(dba)3(550mg、0.6mmol)、2-ジシクロヘキシルフェニルホスフィノ-2’,6’-ジメトキシジフェニル(SPhos:0.493g、1.2mmol)、ナトリウム tert-ブトキシド(NaOtBu)(8.60g、90mmol)およびトルエン(300ml)の入ったフラスコを80℃に加熱し、15時間撹拌した。反応液を室温まで冷却し、シリカゲルを用いて濾過し(溶離液:トルエン)、溶媒を減圧留去して粗生成物を得た。得られた粗生成物をトルエンに溶解させた後、減圧留去することで飽和溶液を調製し、ヘキサンを加え再沈殿させることで、5-クロロ-N1,N1,N3,N3-テトラフェニルベンゼン-1,3-ジアミン(5.66g、収率43%)を白色固体として得た。
1H-NMR(400MHz,CDCl3):δ=6.56(d,2H)、6.64(t,1H)、7.00(t,4H)、7.05(d,8H)、7.21(dd,8H).
窒素雰囲気下、第1段で合成したN1,N3-ジフェニルベンゼン-1,3-ジアミン(1.34g、5.1mmol)、第2段で合成した5-クロロ-N1,N1,N3,N3-テトラフェニルベンゼン-1,3-ジアミン(4.80g、11mmol)、Pd2(dba)3(0.140g、0.15mmol)、トリ-tert-ブチルホスフィン(60.7mg、0.30mmol)、NaOtBu(1.47g、15mmol)およびトルエン(200ml)の入ったフラスコを110℃に加熱し、8時間撹拌した。反応液を室温まで冷却し、シリカゲルを用いて濾過し(溶離液:トルエン)、溶媒を減圧留去して粗生成物を得た。得られた粗生成物をヘキサン、メタノールの順に洗浄することで、N1,N1’-(1,3-フェニレン)ビス(N1,N3,N3,N5,N5-ペンタフェニルベンゼン-1,3,5-トリアミン(4.80g、収率87%)を白色固体として得た。
1H-NMR(400MHz,CDCl3):δ=6.38(d,4H)、6.41(t,2H)、6.58(dd,2H)、6.70(t,1H)、6.88-6.90(m,14H)、6.85(t,1H)、6.99(d,16H)、7.08-7.15(m,20H).
N1,N1’-(1,3-フェニレン)ビス(N1,N3,N3,N5,N5-ペンタフェニルベンゼン-1,3,5-トリアミン(3.24g、3.0mmol)およびオルトジクロロベンゼン(400ml)の入ったフラスコに、窒素雰囲気下、室温で、三臭化ホウ素(1.13ml、12mmol)を加えた。滴下終了後、180℃まで昇温して20時間撹拌した。その後、再び室温まで冷却して、N-ジイソプロピルエチルアミン(7.70ml、45mmol)を加え、発熱が収まるまで撹拌した。その後、60℃で減圧下、反応溶液を留去して粗生成物を得た。得られた粗生成物をアセトニトリル、メタノール、トルエンの順に洗浄し、シリカゲルカラムクロマトグラフィー(溶離液:トルエン)で精製後粗体をo-ジクロロベンゼンで2回再結晶を行い、その後1×10-4mmHgの減圧下、440℃にて昇華精製を行うことで、化合物(ED1)を1.17g得た。
1H-NMR(400MHz,CDCl3):δ=5.72(s,2H)、5.74(s,2H)、5.86(s,1H)、6.83(d,2H)、6.88-6.93(m,12H)、7.05(t,8H)、7.12-7.19(m,6H)、7.24-7.26(m,4H)、7.05(d,4H)、7.12(dd,8H)、7.12-7.19(m,6H)、7.32(d,4H)、7.38(dd,2H)、7.42(t,2H)、7.46(dd,2H)、7.47(dd,4H)、9.30(d,2H)、10.5(s,1H).
化合物(1-41):2,12-ジ-t-ブチル-5,9-ビス(4-(t-ブチル)フェニル)-7-メチル-5,9-ジヒドロ-5,9-ジアザ-13b-ボラナフト[3,2,1-de]アントラセンの合成
化合物(1-53):2,12-ジ-t-ブチル-5,9-ビス(4-(t-ブチル)フェニル)-7-(9H-カルバゾール-9-イル)-5,9-ジヒドロ-5,9-ジアザ-13b-ボラナフト[3,2,1-de]アントラセンの合成
化合物(1-37):3,12-ジ-t-ブチル-9-(4-(t-ブチル)フェニル)-5-(3,5-ジ-t-ブチルフェニル)-5,9-ジヒドロ-5,9-ジアザ-13b-ボラナフト[3,2,1-de]アントラセンの合成
化合物(1-46):3,12-ジ-t-ブチル-9-(4-(t-ブチル)フェニル)-5-(3,5-ジ-t-ブチルフェニル)-7-メチル-5,9-ジヒドロ-5,9-ジアザ-13b-ボラナフト[3,2,1-de]アントラセンの合成
化合物(1-50):2,12-ジ-t-ブチル-N,N,5,9-テトラキス(4-(t-ブチル)フェニル)-5,9-ジヒドロ-5,9-ジアザ-13b-ボラナフト[3,2,1-de]アントラセン-7-アミンの合成
化合物(1-49):2,12-ジ-t-ブチル-5,9-ビス(4-(t-ブチル)フェニル)-N,N-ジフェニル-5,9-ジヒドロ-5,9-ジアザ-13b-ボラナフト[3,2,1-de]アントラセン-7-アミンの合成
式(1-340)の化合物:15,15-ジメチル-N,N-ジフェニル-15H-5,9-ジオキサ-16b-ボラインデノ[1,2-b]ナフト[1,2,3-fg]アントラセン-13-アミンの合成
式(1-351)の化合物:5-([1,1’-ビフェニル]-4-イル)-15,15-ジメチル-N,N,2-トリフェニル-5H,15H-9-オキサ-5-アザ-16b-ボラインデノ[1,2-b]ナフト[1,2,3-fg]アントラセン-13-アミンの合成
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)を評価する際には、評価対象の化合物のみを薄膜化し評価するか、あるいは、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した。
評価対象の化合物を適切なマトリックス材料中に分散する際の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)を用いた。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)上に厚さ10nmの薄膜を形成してサンプルを作製した。サンプルの濃度は1質量%とした。
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)を用いて行った。また、サンプルの蛍光スペクトルおよび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)を用いて行った。
さらに、直流電流を連続的に印加して発光強度が初期の50%になるまでの時間を測定し、素子寿命(LT50)を評価した。
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電界発光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。ここでは、遅延蛍光の蛍光寿命をTau(Delay)として測定した。
一重項励起エネルギー準位E(S,Sh)は、蛍光スペクトルのピーク短波長側の肩を通る接線とベースラインとの交点における波長BSh(nm)から、E(S,Sh)=1240/BShで算出した。また、三重項励起エネルギー準位E(T,Sh)は、燐光スペクトルのピーク短波長側の肩を通る接線とベースラインとの交点における波長CSh(nm)から、E(T,Sh)=1240/CShで算出した。さらに蛍光スペクトルの極大ピーク発光波長も測定した。
本明細書では、第1成分の一重項励起エネルギー準位をE(1,S,Sh)、第2成分の一重項励起エネルギー準位をE(2,S,Sh)、第3成分の一重項励起エネルギー準位をE(3,S,Sh)、第1成分の三重項励起エネルギー準位をE(1,T,Sh)、第2成分の三重項励起エネルギー準位をE(2,T,Sh)、第3成分の三重項励起エネルギー準位をE(3,T,Sh)と表示する。
本明細書では、第1成分のΔE(ST)をΔE(1,ST,Sh)、第2成分のΔE(ST)をΔE(2,ST,Sh)、第3成分のΔE(ST)をΔE(3,ST,Sh)と表示する。
有機電界発光素子を作製し、電圧を印加して電流密度、輝度、色度および外部量子効率を測定した。作製した有機電界発光素子の構成として、まず以下の構成A(表1)を選定して評価した。構成Aは熱活性化型遅延蛍光用材料に適合した構成である。構成Aは文献(Adv. Mater. 2016, 28, 2777-2781)で示された高い効率を期待できる素子構成である。ただし、本発明の化合物の適用はこれらの構成に限定されず、各層の膜厚や構成材料は本発明の化合物の基礎物性によって適宜変更することができる。
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)を透明支持基板とした。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、第1成分(mCBP)、第2成分(下の表に記載の化合物)、第3成分(ED1)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。
下の表に記載される材料を用いた点を変更し、その他は実施例1-1と同じ手順により、実施例1-4から1-11および比較例1-5の有機電界発光素子を製造した。実施例1-4、比較例1-5、実施例1-5では第3成分の化合物を替え、実施例1-6から1-11では第1成分の化合物を替えている。
また、式(i)の化合物であるRD-3を第3成分として用いた実施例1-5よりも、式(i)の二量体に相当する式(ii)の化合物であるRD-1やED1を第3成分として用いた実施例1-4および1-6から1-11の方が半値幅が小さくて、より好ましい特性を示した。また、実施例の中では、E(1,T,Sh)>E(3,T,Sh)>E(2,T,Sh)である実施例1-4および1-6から1-11の方が、E(1,T,Sh)>E(2,T,Sh)>E(3,T,Sh)である実施例1-5よりも、半値幅が小さくて外部量子効率も同等以上であった。特に、ジアリールアミノ基で置換された構造を有するED1を第3成分として用いた場合には、特に半値幅が小さくて外部量子効率が高く、有機電界発光素子としての特性が一段と優れたものであることが確認された。
下の表に記載される材料を用いた点を変更し、その他は実施例1-1と同じ手順により、実施例1-4から1-11および比較例1-5の有機電界発光素子を製造した。これらの具体例では、第2成分の化合物を替えている。
下の表に記載される材料を用いて、電子輸送層を厚み10nmの電子輸送層1と厚み20nmの電子輸送層2の2層形成して構成Bとした点を変更し、その他は実施例1-1と同じ手順により、実施例1-16から1-26の有機電界発光素子を製造した。実施例1-23の電子輸送層2は、BPy-TP2およびLiqを加熱してそれぞれの比が質量比で7:3になるように膜厚20nmに蒸着することにより形成した。また、実施例1-24の電子輸送層2は、SF3-TRZおよびLiqを加熱してそれぞれの比が質量比で7:3になるように膜厚20nmに蒸着することにより形成した。
下の表に記載される材料を用いた点を変更し、その他は実施例1-14と同じ手順により、実施例1-27から1-55および比較例1-7の構成Bの有機電界発光素子を製造した。実施例1-27から1-55では、式(ii)で表される多様な化合物を第3成分として用いて評価した。
実施例1-27から1-38および1-40から1-55は、いずれもE(1,T,Sh)>E(3,T,Sh)≧E(2,T,Sh)の関係式を満たすため、素子寿命が長く外部量子効率も高かった。一方、E(1,T,Sh)>E(2,T,Sh)>E(3,T,Sh)である有機電界発光素子のうち、実施例1-39はΔE(3,ST,Sh)が0.08eVで十分に低いことから、半値幅が小さく外部量子効率が高かった。一方、比較例1-7は、第3成分であるR-BD2からの燐光発光が認められず、ΔE(3,ST,Sh)が大きいことから、半値幅が大きくて外部量子効率が低かった。
実施例1-27から1-55は、いずれも式(ii)で表される構造を有する。式(i)の骨格が二量化した多量体骨格を有するとともに、骨格が対称形を有していることから、良好な特性を示すものと考えられる。
下の表に記載される材料を用いた点を変更し、その他は実施例1-14と同じ手順により、実施例1-56から1-72および比較例1-8の構成Bの有機電界発光素子を製造した。実施例1-56から1-72では、式(i)で表される多様な化合物を第3成分として用いて評価した。
実施例1-56から1-72の半値幅は22~30nmの範囲内であり、外部量子効率は12.0~16.8%の範囲内であり、素子寿命(LT50)は82~116時間の範囲内であった。いずれも良好な特性ではあるが、上記の実施例1-27から1-55の方がさらに良好な特性を示した。このことは、式(i)で表される構造を有する化合物を第3成分として用いる場合よりも、式(ii)のように式(i)が多量化した構造を有する化合物を第3化合物として用いる方が、特性が一段と良好になることを示している。
次に、本発明をさらに詳細に説明するために、本発明の発光層形成用組成物の具体例とその評価結果を示すが、本発明はこれらの具体例に限定されない。
下の表に示す第1成分、第2成分、第3成分および第4成分を表に記載される比率で混合して攪拌することにより、発光層形成用組成物を調製した。表中、第4成分として用いているTolはトルエン、DHNpはデカヒドロナフタレン、3PxTは3-フェノキシトルエン、c6Bはシクロヘキシルベンゼン、Anisはアニソール、Xylはキシレン(混合物)、1MNpは1-メチルナフタレン、8Bはn-オクチルベンゼン、DPEはジフェニルエーテル、4FAnisは4-フルオロアニソールである。
インクジェット塗布用インク組成物としての有用性を評価するために、各発光層形成用組成物の濁りおよび沈殿を確認して溶解性を評価した。濁りおよび沈殿のないものを「OK」、濁りまたは沈殿が起きたものを「NG」とした。
溶解性の評価において「OK」であった発光層形成用組成物に関して、下記の手順でスピンコート成膜またはインクジェット印刷後に得られた膜の製膜性を評価した。製膜後に、膜に、ピンホールまたは析出またはムラのあるものを「×」、ピンホール、化合物の析出およびムラのないものを「○」、ピンホール、化合物の析出およびムラがなく、平滑性が高いもの(Ra<5nm)を「◎」で示した。
厚み0.5mm、サイズ28×26mmの清浄なガラス基板に、照射エネルギー1000mJ/cm2(低圧水銀灯(254ナノメートル))を照射することでUV-O3処理を行った。次いで、0.3~0.6mLのインク組成物をガラス上に滴下し、スピンコート(スロープ、5秒間→500~5000rpm、10秒間→スロープ、5秒間)を行った。さらに、120℃のホットプレート上で10分間乾燥させた。
インクジェットを用いて、100ppiのピクセル内に吐出し、100℃で乾燥させた。
インクジェットの吐出安定性についても、インクジェット吐出開始直後と24時間連続運転後にそれぞれ評価を行った。吐出安定性が不良であるものを「×」、良好であるものを「○」、極めて良好であるものを「◎」とした。
次に、有機層を塗布形成して得られる有機電界発光素子について説明する。発光層の形成する際には、発光層形成用組成物を使用した。
まず、特開2018-61028号公報に記載の方法に従い、下記の反応により高分子正孔輸送化合物であるXLP-101を合成した。M4の隣にM5またはM6が結合した共重合体が得られ、仕込み比より各ユニットは40:10:50(モル比)であると推測される。なお、下記式において、Bpinはピナコラートボリルである。
市販のPEDOT:PSS溶液(Clevios(TM) P VP AI4083、PEDOT:PSSの水分散液、Heraeus Holdings社製)を用いた。
OTPD(LT-N159、Luminescence Technology Corp社製)およびIK-2(光カチオン重合開始剤、サンアプロ社製)をトルエンに溶解させ、OTPD濃度0.7質量%、IK-2濃度0.007質量%のOTPD溶液を調製した。
キシレンにXLP-101を0.6質量%の濃度で溶解させ、0.6質量%XLP-101溶液を調製した。
ITOが150nmの厚さに蒸着されたガラス基板上に、PEDOT:PSS溶液をスピンコートし、200℃のホットプレート上で1時間焼成することで、膜厚40nmのPEDOT:PSS膜を成膜した(正孔注入層)。次いで、OTPD溶液をスピンコートし、80℃のホットプレート上で10分間乾燥した後、露光機で露光強度100mJ/cm2で露光し、100℃のホットプレート上で1時間焼成することで、溶液に不溶な膜厚30nmのOTPD膜を成膜した(正孔輸送層)。次いで、実施例2-19で調製した発光層形成用組成物をスピンコートし、120℃のホットプレート上で1時間焼成することで、膜厚20nmの発光層を成膜した。
実施例3-1と同様の方法で有機電界発光素子を得た。なお、正孔輸送層は、XLP-101溶液をスピンコートし、200℃のホットプレート上で1時間焼成することで、膜厚30nmの膜を成膜した。
実施例2-19で調製した発光層形成用組成物の替わりに実施例2-2で調製した発光層形成用組成物を用いた以外、実施例3-1と同様の手順で有機電界発光素子を作製した。なお、正孔輸送層は、XLP-101溶液をスピンコートし、200℃のホットプレート上で1時間焼成することで、膜厚30nmの膜を成膜した。
実施例2-19で調製した発光層形成用組成物の替わりに実施例2-18で調製した発光層形成用組成物を用いた以外、実施例3-1と同様の手順で有機電界発光素子を作製した。なお、正孔輸送層は、XLP-101溶液をスピンコートし、200℃のホットプレート上で1時間焼成することで、膜厚30nmの膜を成膜した。
実施例2-18で調製した発光層形成用組成物の替わりに比較例2-2で調製した発光層形成用組成物を用いた以外、実施例3-4と同様の手順で有機電界発光素子を作製した。
実施例3-1と同様の方法で有機電界発光素子を得た。なお、正孔輸送層は、PCz溶液をスピンコートし、120℃のホットプレート上で1時間焼成することで、膜厚30nmの膜を成膜した。
本発明の発光層形成用組成物は高分子化合物や架橋性の化合物を含んでもよい。また、本発明の有機電界発光素子は高分子化合物や架橋性の化合物を含んでもよい。
国際特許公開番号WO2019/004248に記載の方法で以下の第1成分であるホストと第2成分である熱活性化型遅延蛍光体と第3成分であるホウ素原子を有する構造を含む高分子を合成することができる。
国際特許公開番号WO2019/004248に記載の方法で以下の第1成分であるホストと第3成分であるホウ素原子を有する構造を含む高分子を合成することができる。第2成分である熱活性化型遅延蛍光体を加えると本発明の発光層形成用組成物である。
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 (30)
- 発光層を有する有機電界発光素子であって、前記発光層が、
第1成分として、少なくとも1種のホスト化合物と、
第2成分として、少なくとも1種の熱活性化型遅延蛍光体と、
第3成分として、少なくとも1種のホウ素原子を有する化合物とを含み、
前記第1成分の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をE(1,S,Sh)、前記第2成分の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をE(2,S,Sh)、前記第3成分の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をE(3,S,Sh)としたとき、以下の関係式(1)を満たし、
前記第1成分は、前記ホスト化合物の水素原子2個が脱離した構造を繰り返し単位とする高分子化合物として含まれていてもよく、
前記第2成分は、前記熱活性化型遅延蛍光体の水素原子2個が脱離した構造を繰り返し単位とする高分子化合物として含まれていてもよく、
前記第3成分は、前記ホウ素原子を有する化合物の水素原子2個が脱離した構造を繰り返し単位とする高分子化合物として含まれていてもよく、
前記第3成分として、下記式(i)、(ii)および(iii)のいずれかで表される化合物、および下記式(i)で表される構造を複数有する多量体化合物の少なくとも1つを含む、
有機電界発光素子、
ただし、前記発光層が、化合物(A-1)と化合物(TADF-1)または化合物(TADF-3)と化合物(BN-1))とを含む有機電界発光素子を除く。
関係式(1): E(1,S,Sh)≧E(2,S,Sh)≧E(3,S,Sh)
A環、B環およびC環は、それぞれ独立して、アリール環またはヘテロアリール環であり、これらの環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、
Y1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はアリールまたはアルキルであり、
X1およびX2は、それぞれ独立して、O、N-R、>CR2、SまたはSeであり、前記N-RのRおよび>CR2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、置換されてもよいシクロアルキルまたはアルキルであり、また、前記N-RのRは連結基または単結合により前記A環、B環およびC環から選択される少なくとも1つと結合していてもよく、そして、
式(i)で表される化合物または構造における少なくとも1つの水素がシアノ、ハロゲンまたは重水素で置換されていてもよい。)
A環、B環、C環およびD環は、それぞれ独立して、アリール環またはヘテロアリール環であり、これらの環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、
YはB(ホウ素)であり、
X1、X2、X3およびX4は、それぞれ独立して、>O、>N-R、>CR2、>Sまたは>Seであり、前記>N-RのRおよび>CR2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、置換されてもよいシクロアルキルまたは置換されていてもよいアルキルであり、また、前記>N-RのRは連結基または単結合により前記A環、B環、C環およびD環から選択される少なくとも1つと結合していてもよく、
R1およびR2は、それぞれ独立して、水素、炭素数1~6のアルキル、炭素数3~12のシクロアルキル、炭素数6~12のアリール、炭素数2~15のヘテロアリールまたはジアリールアミノ(ただしアリールは炭素数6~12のアリール)であり、
式(ii)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。)
A環、B環およびC環は、それぞれ独立して、アリール環またはヘテロアリール環であり、これらの環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、
Y1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はアリールまたはアルキルであり、
X1、X2およびX3は、それぞれ独立して、O、N-R、>CR2、SまたはSeであり、前記N-RのRおよび>CR2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、置換されてもよいシクロアルキルまたはアルキルであり、また、前記N-RのRは連結基または単結合により前記A環、B環およびC環から選択される少なくとも1つと結合していてもよく、そして、
式(iii)で表される化合物または構造における少なくとも1つの水素がシアノ、ハロゲンまたは重水素で置換されていてもよい。)
- 前記第3成分として、下記式(1)、(2)、(3)および(4)のいずれかで表される化合物を少なくとも1つ含む、請求項1に記載の有機電界発光素子。
R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、R10およびR11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、ジアリールボリル、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であり、これらはさらにアリール、ヘテロアリールまたはアルキルで置換されていてもよく、また、R1~R3、R4~R7およびR8~R11のうちの隣接する基同士が結合してa環、b環またはc環と共に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、形成された環はアリール、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、アルコキシおよびアリールオキシから選択される少なくとも1つで置換されていてもよく、これらはさらにアリール、ヘテロアリールおよびアルキルから選択される少なくとも1つで置換されていてもよく、
X1およびX2は、それぞれ独立して、>O、>N-Rまたは>CR2であり、前記>N-RのRおよび>CR2のRはアリール、ヘテロアリール、シクロアルキルまたはアルキルであり、これらはアリール、ヘテロアリール、シクロアルキルおよびアルキルから選択される少なくとも1つで置換されていてもよく、
ただし、X1およびX2は、同時に>CR2になることはなく、
そして、
式(1)で表される化合物および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。)
R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、R10、R11、R12、R13およびR14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、ジアリールボリル、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、アルコキシ、アリールオキシ、ヘテロアリールオキシ、アリールチオ、ヘテロアリールチオまたはアルキル置換シリルであり、これらにおける少なくとも1つの水素は、アリール、ヘテロアリールまたはアルキルで置換されていてもよく、また、R5~R7およびR10~R12のうちの隣接する基同士が結合してb環またはd環と共に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、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、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、アルコキシ、アリールオキシ、ヘテロアリールオキシ、アリールチオ、ヘテロアリールチオまたはアルキル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、アリール、ヘテロアリールまたはアルキルで置換されていてもよく、
YはB(ホウ素)であり、
X1、X2、X3およびX4は、それぞれ独立して、>O、>N-Rまたは>CR2であり、前記>N-RのRおよび>CR2のRは、炭素数6~12のアリール、炭素数2~15のヘテロアリール、炭素数3~12のシクロアルキルまたは炭素数1~6のアルキルであり、また、前記>N-RのRおよび>CR2のRは、-O-、-S-、-C(-R)2-または単結合により前記a環、b環、c環およびd環から選択される少なくとも1つと結合していてもよく、前記-C(-R)2-のRは水素または炭素数1~6のアルキルであり、
ただし、X1、X2、X3、およびX4は、同時に>CR2になることはなく、
そして、
式(2)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。)
R1、R2、R3、R4、R5、R6、R9、R10およびR11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、ジアリールボリル、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であり、これらはさらにアリール、ヘテロアリールおよびアルキルから選択される少なくとも1つで置換されていてもよく、また、R1~R3、R4~R6およびR9~R11のうちの隣接する基同士が結合してa環、b環またはc環と共に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、形成された環はアリール、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、アルコキシおよびアリールオキシから選択される少なくとも1つで置換されていてもよく、これらはさらにアリール、ヘテロアリール、シクロアルキルおよびアルキルから選択される少なくとも1つで置換されていてもよく、
X1、X2およびX3は、それぞれ独立して、>O、>N-R、または>CR2であり、前記>N-RのRおよび>CR2 のRはアリール、ヘテロアリール、シクロアルキルまたはアルキルであり、これらはアリール、ヘテロアリールおよびアルキルから選択される少なくとも1つで置換されていてもよく、
ただし、X1、X2、およびX3は、同時に>CR2になることはなく、
そして、
式(3)で表される化合物および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。)
R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、R10、R11、R12、R13およびR14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、ジアリールボリル、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であり、これらはさらにアリール、ヘテロアリールおよびアルキルから選択される少なくとも1つで置換されていてもよく、また、R1~R3、R4~R7、R8~R10およびR11~R14のうちの隣接する基同士が結合してa環、b環、c環またはd環と共に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、形成された環はアリール、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、アルコキシおよびアリールオキシから選択される少なくとも1つで置換されていてもよく、これらはさらにアリール、ヘテロアリールおよびアルキルから選択される少なくとも1つで置換されていてもよく、
Xは、>O、>N-Rまたは>CR2であり、前記>N-RのRおよび>CR2のRはアリール、ヘテロアリールまたはアルキルであり、これらはアリール、ヘテロアリールおよびアルキルから選択される少なくとも1つで置換されていてもよく、
Lは、単結合、>CR2、>O、>Sまたは>N-Rであり、前記>CR2および>N-Rにおける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、アルキル、アルコキシまたはアリールオキシであり、これらはさらにアリール、ヘテロアリールおよびアルキルから選択される少なくとも1つで置換されていてもよく、
ただし、XおよびLは、同時に>CR2になることはなく、
そして、
式(4)で表される化合物および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。) - 前記第3成分として、前記式(1)、(2)および(4)のいずれかで表される化合物を少なくとも1つを含み、
前記式(1)において、X1およびX2が、それぞれ独立して、>Oまたは>N-Rであり、
前記式(2)において、X1、X2、X3およびX4が、それぞれ独立して、>Oまたは>N-Rであり、
前記式(4)において、Xが、>Oおよび>N-Rであり、Lが、単結合である、
請求項2に記載の有機電界発光素子。 - 前記第3成分として、前記式(1)、(2)、(3)および(4)のいずれかで表される化合物を少なくとも1つを含み、その化合物に存在する環を構成する原子が、アリール、ヘテロアリール、ジアリールアミノ、ジアリールボリル、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、アルコキシ、アリールオキシ、ヘテロアリールオキシ、アリールチオ、ヘテロアリールチオおよびアルキル置換シリルから選択される少なくとも1つで置換されている、請求項2または3に記載の有機電界発光素子。
- 前記第3成分として、前記式(2)で表される化合物を少なくとも1つを含み、その化合物に存在する環を構成する原子が、アリール、ヘテロアリール、ジアリールアミノ、ジアリールボリル、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、アルコキシ、アリールオキシ、ヘテロアリールオキシ、アリールチオ、ヘテロアリールチオおよびアルキル置換シリルから選択される少なくとも1つで置換され、これらはさらにアリール、ヘテロアリール、シクロアルキルおよびアルキルから選択される少なくとも1つで置換されていてもよい、請求項4に記載の有機電界発光素子。
- 前記第3成分が、下記式で表される部分構造を含む、請求項1~5のいずれか一項に記載の有機電界発光素子。ただし、前記部分構造における水素は、それぞれ独立して、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で置換されてもよく、これらはさらにアリール、ヘテロアリール、シクロアルキルおよびアルキルから選択される少なくとも1つで置換されていてもよい。
- 前記式(1)~(4)のいずれかで表される化合物が、以下に記載のいずれかの部分構造を含む、請求項2~5のいずれか一項に記載の有機電界発光素子。
Meはメチルを表し、tBuはt-ブチルを表し、波線は結合位置を表す。
ただし、上記部分構造式における水素は、
それぞれ独立して、アリール、ヘテロアリール、ジアリールアミノ、アルキル、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、前記アリールにおける水素はさらにアリール、ヘテロアリールまたはアルキルで置換されていてもよく、前記ヘテロアリールにおける水素はさらにアリール、ヘテロアリールまたはアルキルで置換されていてもよく、前記ジアリールアミノにおける水素はさらにアリール、ヘテロアリールまたはアルキルで置換されていてもよい。) - 前記式(1)で表される化合物が、以下の化合物である、請求項2に記載の有機電界発光素子。
- 前記式(2)で表される化合物が、以下の化合物である、請求項3に記載の有機電界発光素子。
- 前記第1成分が、部分構造として、カルバゾールおよびフランから選択される少なくとも一つを有する化合物である、請求項1~9のいずれか一項に記載の有機電界発光素子。
- 前記第1成分が、下記式(H1)、(H2)および(H3)のいずれかで表される化合物を少なくとも一つ含有する、請求項1~10のいずれか一項に記載の有機電界発光素子。
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。) - 前記第2成分が、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一つを有する、請求項1~11のいずれか一項に記載の有機電界発光素子。
- 前記第2成分が、下記式(AD1)、(AD2)および(AD3)のいずれかで表される化合物を少なくとも一つ含有する、請求項1~12のいずれか一項に記載の有機電界発光素子。
Mは、それぞれ独立して、単結合、-O-、>N-Arまたは>CAr2であり、
Jは、それぞれ独立して、炭素数6~18のアリーレンであり、前記アリーレンは、フェニル、炭素数1~6のアルキルおよび炭素数3~12のシクロアルキルから選択される少なくとも1つで置換されてもよく、
Qは、それぞれ独立して、=C(-H)-または=N-であり、
Arは、それぞれ独立して、水素、炭素数6~18のアリール、炭素数6~18のヘテロアリール、炭素数1~6のアルキルまたは炭素数3~12のシクロアルキルであり、前記アリールおよびヘテロアリーレンにおける少なくとも1つの水素は、フェニル、炭素数1~6のアルキルまたは炭素数3~12のシクロアルキルで置換されてもよく、
mは、1または2であり、
nは、2~(6-m)の整数であり、
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。) - 前記式(AD1)、(AD2)および(AD3)において、
Mは、それぞれ独立して、単結合、-O-または>N-Arであり、
Jは、それぞれ独立して、フェニレンであり、前記フェニレンは、炭素数1~4のアルキルで置換されてもよく、
Qは、それぞれ独立して、=Nーであり、
Arは、それぞれ独立して、水素またはフェニルであり、前記フェニルは、フェニル、炭素数1~4のアルキルで置換されてもよく、
mは、1または2であり、
nは、4~(6-m)の整数である、
請求項13に記載の有機電界発光素子。 - 前記第2成分の逆項間交差速度が、105s-1以上である、請求項1~14のいずれか一項に記載の有機電界発光素子。
- 前記第2成分の一重項三重項エネルギー差(ΔE(2,ST,Sh))が以下の関係にある、請求項1~15のいずれか一項に記載の有機電界発光素子。
ΔE(2,ST,Sh)=E(2,S,Sh)-E(2,T,Sh)≦0.15eV - 前記第2成分の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をE(2,S,Sh)、前記第2成分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をE(2,T,Sh)、前記第3成分の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をE(3,S,Sh)、前記第3成分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をE(3,T,Sh)としたとき、これらが以下の関係にある、請求項1~16のいずれか一項に記載の有機電界発光素子。
E(2,S,Sh)≧E(3,S,Sh)
E(2,T,Sh)≦E(3,T,Sh) - 前記第3成分が、前記ホウ素原子を有する化合物の水素原子2個が脱離した基を繰り返し単位とする高分子化合物として含まれている、請求項1~17のいずれか一項に記載の有機電界発光素子。
- 前記ホウ素原子を有する化合物の水素原子2個が脱離した基を繰り返し単位とする高分子化合物が、前記ホスト化合物の水素原子2個が脱離した基も繰り返し単位として有する、請求項18に記載の有機電界発光素子。
- 前記ホウ素原子を有する化合物の水素原子2個が脱離した基を繰り返し単位とする高分子化合物が、前記遅延蛍光体の水素原子2個が脱離した基も繰り返し単位として有する、請求項18または19に記載の有機電界発光素子。
- 請求項1~20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。
- 請求項1~20のいずれか1項に記載の有機電界発光素子を備えた照明装置。
- 有機電界発光素子の発光層を塗布形成するための発光層形成用組成物であって、
請求項1~20のいずれか一項に記載の第1成分、第2成分および第3成分に加えて、
第4成分として、少なくとも1種の有機溶媒を含む、発光層形成用組成物(ただし、前記第3成分は下記化合物ではない。)。
- 前記第4成分における少なくとも1種の有機溶媒の沸点が130℃~350℃である、請求項23に記載の発光層形成用組成物。
- 前記第4成分が、前記第1成分、前記第2成分、および前記第3成分である化合物の少なくとも1種に対する良溶媒(GS)と貧溶媒(PS)とを含み、前記良溶媒(GS)の沸点(BPGS)が前記貧溶媒(PS)の沸点(BPPS)よりも低い、請求項23または24に記載の発光層形成用組成物。
- 前記第1成分が発光層形成用組成物の全質量に対して0.0998質量%~4.0質量%であり、
前記第2成分が発光層形成用組成物の全質量に対して0.0001質量%~2.0質量%であり、
前記第3成分が発光層形成用組成物の全質量に対して0.0001質量%~2.0質量%であり、
前記第4成分が発光層形成用組成物の全質量に対して90.0質量%~99.9質量%である、
請求項23~25のいずれか一項に記載の発光層形成用組成物。 - 請求項23~26のいずれか一項に記載の発光層形成用組成物を用いて形成される発光層を有する有機電界発光素子。
- 式(2)で表される化合物の少なくとも1つの水素が、下記部分構造(B)、塩素、臭素、またはヨウ素により置換された化合物。
R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、R10、R11、R12、R13およびR14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、ジアリールボリル、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、アルコキシ、アリールオキシ、ヘテロアリールオキシ、アリールチオ、またはヘテロアリールチオであり、これらにおける少なくとも1つの水素は、アリール、ヘテロアリールまたはアルキルで置換されていてもよく、また、R5~R7およびR10~R12のうちの隣接する基同士が結合してb環またはd環と共に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、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、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、アルコキシ、アリールオキシ、ヘテロアリールオキシ、アリールチオ、ヘテロアリールチオまたはアルキル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、アリール、ヘテロアリールまたはアルキルで置換されていてもよく、
YはB(ホウ素)であり、
X1、X2、X3およびX4は、それぞれ独立して、>O、>N-Rまたは>CR2であり、前記>N-RのRおよび>CR2のRは、炭素数6~12のアリール、炭素数2~15のヘテロアリール、炭素数3~12のシクロアルキルまたは炭素数1~6のアルキルであり、また、前記>N-RのRおよび>CR2のRは、-O-、-S-、-C(-R)2-または単結合により前記a環、b環、c環およびd環から選択される少なくとも1つと結合していてもよく、前記-C(-R)2-のRは水素または炭素数1~6のアルキルであり、
ただし、X1、X2、X3、およびX4は、同時に>CR2になることはなく、
そして、
式(2)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。) - 式(ii)で表される化合物から水素原子2個を脱離した構造を含む繰り返し単位と、熱活性化型遅延蛍光体から水素原子2個を脱離した構造を含む繰り返し単位およびホスト化合物から水素原子2個を脱離した構造を含む繰り返し単位から選択される少なくとも1種の繰り返し単位とを含む高分子化合物。
A環、B環、C環およびD環は、それぞれ独立して、アリール環またはヘテロアリール環であり、これらの環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、
YはB(ホウ素)であり、
X1、X2、X3およびX4は、それぞれ独立して、>O、>N-R、>CR2、>Sまたは>Seであり、前記>N-RのRおよび>CR2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、置換されてもよいシクロアルキルまたは置換されていてもよいアルキルであり、また、前記>N-RのRは連結基または単結合により前記A環、B環、C環およびD環から選択される少なくとも1つと結合していてもよく、
R1およびR2は、それぞれ独立して、水素、炭素数1~6のアルキル、炭素数3~12のシクロアルキル、炭素数6~12のアリール、炭素数2~15のヘテロアリールまたはジアリールアミノ(ただしアリールは炭素数6~12のアリール)であり、
式(ii)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。) - ホウ素原子を有する化合物から水素原子2個を脱離した構造を含む繰り返し単位の少なくとも1種、熱活性化型遅延蛍光体から水素原子2個を脱離した構造を含む繰り返し単位の少なくとも1種、およびホスト化合物から水素原子2個を脱離した構造を含む繰り返し単位の少なくとも1種を含む高分子化合物。
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