JP7481119B2 - 有機電界発光素子及び有機電界発光素子用多環化合物 - Google Patents
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Description
本発明は、有機電界発光素子及びそれに使用される多環化合物に関する。
最近、映像表示装置として、有機電界発光表示装置（Ｏｒｇａｎｉｃ Ｅｌｅｃｔｒｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ Ｄｉｓｐｌａｙ）の開発が盛んに行われている。有機電界発光表示装置は液晶表示装置などとは異なって、第１電極及び第２電極から注入された正孔及び電子を発光層において再結合させることで、発光層において有機化合物を含む発光材料を発光させて表示を実現するいわゆる自発光型表示装置である。
有機電界発光素子を表示装置に応用するに当たっては、有機電界発光素子の低駆動電圧化、高発光効率化及び長寿命化が要求されており、これを安定的に実現し得る有機電界発光素子用材料の開発が持続的に要求されている。
特に、最近は高効率の有機電界発光素子を実現するために三重項状態のエネルギーを利用するりん光発光や、三重項励起子の衝突によって一重項例励起子が生成される三重項―三重項消滅（Ｔｒｉｐｌｅｔ－ｔｒｉｐｌｅｔ ａｎｎｉｈｉｌａｔｉｏｎ、ＴＴＡ）を利用した遅延蛍光発光に関する技術が開発されており、遅延蛍光現象を利用した熱活性遅延蛍光（Ｔｈｅｒｍａｌｌｙ Ａｃｔｉｖａｔｅｄ Ｄｅｌａｙｅｄ Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ、ＴＡＤＦ）材料に関する開発が進んでいる。
本発明の目的は、長寿命、高効率の有機電界発光素子及びそれに使用される多環化合物を提供することである。
本発明の他の目的は、熱活性遅延蛍光発光材料を含む有機電界発光素子及び熱活性遅延蛍光発光材料として使用される多環化合物を提供することである。
本発明の一実施形態によれば、第１電極と、第１電極の上に設けられる正孔輸送領域と、正孔輸送領域の上に設けられる発光層と、発光層の上に設けられる電子輸送領域と、電子輸送領域の上に設けられる第２電極と、を含み、発光層は電子供与性基と電子受容性基を含む多環化合物を含み、前記電子供与性基はアザボリン環を含み、前記電子受容性基はシアノ基、カルボニル基、ボリル基、スルホニル基、スルフィニル基、ホスフィンオキシド基、含窒素５員環、及び含窒素６員単環のうちのいずれか一つを含む有機電界発光素子が提供される。
電子受容性基は、アザボリン環の窒素と直接またはリンカを介して結合してもよい。
発光層は遅延蛍光を放出し、発光層はホスト及びドーパントを含む遅延蛍光発光層であってもよい。
ドーパントは、前記多環化合物であってもよい。
発光層は、青色光を放出する熱活性遅延蛍光発光層であってもよい。
多環化合物は、下記化学式１で表されてもよい。
化学式１において、Ｒ１及びＲ２はそれぞれ独立して重水素原子、ハロゲン原子、ボリル基、置換若しくは無置換のアミノ基、シアノ基、カルボニル基、ニトロ基、シロキシ基、シリル基、ホスホリル基、チオホスホリル基、置換若しくは無置換のチオール基、スルフィニル基、スルホニル基、置換若しくは無置換の炭素数１以上２０以下のアルコキシ基、置換若しくは無置換の環形成炭素数６以上３０以下のアリールオキシ基、置換若しくは無置換の炭素数１以上２０以下のアルキル基、置換若しくは無置換の炭素数７以上３０以下のアラルキル基、置換若しくは無置換の環形成炭素数６以上３０以下のアリール基、置換若しくは無置換の環形成炭素数２以上３０以下のヘテロアリール基であり、Ｒ１及びＲ２はそれぞれ隣接する基と結合して環を形成してもよく、Ｌは単結合、置換若しくは無置換の環形成炭素数６以上３０以下のアリーレン基、または置換若しくは無置換の環形成炭素数２以上３０以下のヘテロアリーレン基であり、Ａｒ１は置換若しくは無置換の環形成炭素数６以上３０以下のアリール基、または置換若しくは無置換の環形成炭素数２以上３０以下のヘテロアリール基であり、ｍ及びｎはそれぞれ独立して０以上４以下の整数であり、Ｘは下記化学式２－１～化学式２－８のうちのいずれか一つで表されてもよい。
化学式２－１～化学式２－８において、ａ～ｃはそれぞれ独立して１以上４以下の整数であり、Ｚ１はＯ、Ｓ、またはＮＡｒ１０であり、Ｙ１及びＹ２はそれぞれ独立してＮまたはＣＲ４であり、Ｙ１及びＹ２のうち少なくとも一つはＮであり、Ｗ１～Ｗ５はそれぞれ独立してＮまたはＣＲ５であり、Ｗ１～Ｗ５のうち少なくとも一つはＮであり、Ａｒ３～Ａｒ１０はそれぞれ独立して置換若しくは無置換の環形成炭素数６以上３０以下のアリール基、置換若しくは無置換の環形成炭素数２以上３０以下ヘテロアリール基であり、隣接する基と単結合で、或はＣ（炭素）原子又はＯ（酸素）、Ｓ（硫黄）、Ｎ（窒素）原子などのヘテロ原子を介して結合して環を形成してもよく、Ｒ３及びＲ４はそれぞれ独立して水素原子、重水素原子、ハロゲン原子、ボリル基、置換若しくは無置換のアミノ基、シアノ基、カルボニル基、ニトロ基、オキシ基、シロキシ基、シリル基、ホスフィンオキシド基、ホスフィンスルフィド基、スルフィニル基、スルホニル基、置換若しくは無置換の炭素数１以上２０以下のアルキル基、置換若しくは無置換の炭素数２以上２０以下のアルケニル基、置換若しくは無置換の環形成炭素数６以上３０以下のアリール基、置換若しくは無置換の環形成炭素数２以上３０以下のヘテロアリール基であり、隣接する基と単結合で、或はＣ（炭素）原子又はＯ（酸素）、Ｓ（硫黄）、Ｎ（窒素）原子などのヘテロ原子を介して結合して環を形成してもよく、Ｒ５は水素原子、重水素原子、ハロゲン原子、ボリル基、置換若しくは無置換のアミノ基、シアノ基、カルボニル基、ニトロ基、オキシ基、シロキシ基、シリル基、ホスフィンオキシド基、ホスフィンスルフィド基、スルフィニル基、スルホニル基、置換若しくは無置換の炭素数１以上２０以下のアルキル基、置換若しくは無置換の炭素数２以上２０以下のアルケニル基、置換若しくは無置換の環形成炭素数６以上３０以下のアリール基、または置換若しくは無置換の環形成炭素数２以上３０以下のヘテロアリール基であってもよい。
Ａｒ１は、下記化学式３で表されてもよい。
化学式３において、Ｖ１～Ｖ５はそれぞれ独立してＮまたはＣＲ６であり、Ｒ６は水素原子、重水素原子、ハロゲン原子、ボリル基、置換若しくは無置換のアミノ基、シアノ基、カルボニル基、オキシ基、シリル基、チオール基、ホスフィンオキシド基、ホスフィンスルフィド基、置換若しくは無置換の炭素数１以上２０以下のアルキル基、置換若しくは無置換の炭素数１以上２０以下のアルケニル基、置換若しくは無置換の環形成炭素数６以上３０以下のアリール基、置換若しくは無置換の炭素数７以上３０以下のアラルキル基、置換若しくは無置換の環形成炭素数２以上３０以下のヘテロアリール基であり、隣接する基と結合して環を形成してもよい。
化学式３において、Ｖ１～Ｖ５のうち少なくとも一つはＣＲ７であり、Ｒ７は置換若しくは無置換の炭素数２以上２０以下のアルキル基であってもよい。
化学式２－２は、下記化学式２－２－１～化学式２－２－５のうちのいずれか一つで表されてもよい。
化学式２－２－１～化学式２－２－５において、Ｒ３、Ｒ４、及びＡｒ１０は化学式２－２で定義した通りである。
化学式２－３は、下記化学式２－３－１～化学式２－３－５のうちのいずれか一つで表されてもよい。
化学式２－３－１～化学式２－３－５において、Ｒ５、Ｒ５’、Ｒ５’’、Ｒ５’’’はそれぞれ独立して水素原子、重水素原子、ハロゲン原子、ボリル基、置換若しくは無置換のアミノ基、シアノ基、カルボニル基、ニトロ基、オキシ基、シロキシ基、シリル基、ホスフィンオキシド基、ホスフィンスルフィド基、スルフィニル基、スルホニル基、置換若しくは無置換の炭素数１以上２０以下のアルキル基、置換若しくは無置換の炭素数２以上２０以下のアルケニル基、置換若しくは無置換の環形成炭素数６以上３０以下のアリール基、または置換若しくは無置換の環形成炭素数２以上３０以下のヘテロアリール基であってもよい。
Ｌは単結合、置換若しくは無置換のフェニレン基、または置換若しくは無置換のビフェニリレン基であってもよい。
化学式１で表される化合物は、下記第１化合物群に示した化合物のうちのいずれか一つであってもよい。
［第１化合物群］
［第１化合物群］
本発明の一実施形態によれば、第１電極と、第１電極の上に設けられる正孔輸送領域と、正孔輸送領域の上に設けられる発光層と、発光層の上に設けられる電子輸送領域と、電子輸送領域の上に設けられる第２電極と、を含み、発光層は化学式１で表される多環化合物を含む有機電界発光素子が提供される。
本発明の一実施形態によれば、化学式１で表される多環化合物が提供される。
本発明の一実施形態による有機電界発光素子は、高効率及び長寿命を得ることができる。
本発明の一実施形態による多環化合物は、有機電界発光素子の寿命と効率を改善することができる。
本発明は、多様な変更を加えることができ、多様な形態を有することができるため、特定の実施形態を図面に示し、本文に詳細に説明する。しかし、これは本発明を特定の開示形態に限定しようとするのではなく、本発明の思想及び技術範囲に含まれる全ての変更、均等物又は代替物を含むと理解すべきである。
各図面を説明しながら、類似した参照符号を類似した構成要素に対して使用している。添付した図面において、構造物の寸法は本発明の明確性のために実際より拡大して示している。第１、第２などの用語は多様な構成要素を説明するのに使用されるが、前記構成要素は前記用語に限らない。用語は一つの構造要素を他の構成要素から区別する目的にのみ使用される。例えば、本発明の権利範囲を逸脱しない限り、第１構成要素は第２構成要素と称されてもよく、同様に第２構成要素も第１構成要素と称されてもよい。単数の表現は、文脈上明白に異なるような意味にならない限り、複数の表現を含む。
本出願において、「含む」または「有する」などの用語は明細書の上に記載された特徴、数字、ステップ、動作、構成要素、部品またはこれらを組み合わせたものが存在することを意味するものであって、一つまたはそれ以上の他の特徴や数字、ステップ、動作、構成要素、部分品またはこれらを組み合わせたものの存在または付加可能性を予め排除しないと理解すべきである。また、層、膜、領域、板などの部分が他の部分の「上」にあるとする場合、これは他の部分の「直上」にある場合だけでなく、その中間にまた他の部分がある場合も含む。
本明細書において、「置換若しくは無置換の」とは重水素原子、ハロゲン原子、シアノ基、ニトロ基、アミノ基、シリル基、ボリル基、ホスフィンオキシド基、ホスフィンスルフィド基、アルキル基、アリール基、及びジベンゾアザボリン環、アクリジン環などのヘテロ環基から成る群から選択される一つ以上の置換基に置換される若しくは無置換であることを意味する。また、前記例示された置換基それぞれは、置換若しくは無置換であってもよい。例えば、ビフェニリル基はアリール基と解釈されてもよく、フェニル基に置換されたフェニル基と解釈されてもよい。また、前記例示された置換基それぞれは、さらに前記例示された置換基によって置換されてもよい。
本明細書において、「隣接する基と結合して環を形成」するとは、隣接する基と単結合で、或はＣ（炭素）原子又はＯ（酸素）、Ｓ（硫黄）、Ｎ（窒素）原子などのヘテロ原子を介して結合して置換若しくは無置換の炭化水素環、または置換若しくは無置換のヘテロ環を形成することを意味する。炭化水素環は、脂肪族炭化水素環及び芳香族炭化水素環を含む。ヘテロ環は、脂肪族ヘテロ環及び芳香族ヘテロ環を含む。炭化水素環及びヘテロ環は、単環または多環である。また、隣接する基と結合して形成される環は、他の環と結合されてスピロ構造を形成してもよい。
本明細書において、「隣接する基」とは当該置換基が置換された原子と直接結合された原子に置換された置換基、当該置換基が置換された原子に置換された他の置換基または当該置換基と立体構造的に最も隣接した置換基を意味する。例えば、１，２－ジメチルベンゼンにおける２つのメチル基は互いに「隣接する基」と解釈され、１，１－ジエチルシクロペンタンにおける２つのエチル基は互いに「隣接する基」と解釈される。
本明細書において、ハロゲン原子の例としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、またはヨウ素原子が挙げられる。
本明細書において、アルキル基は直鎖、分枝鎖、または環状である。アルキル基の炭素数は、１以上５０以下、１以上３０以下、１以上２０以下、１以上１０以下、または１以上６以下である。アルキル基の例としては、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、ｓ－ブチル基、ｔ－ブチル基、ｉ－ブチル基、２－エチルブチル基、３，３－ジメチルブチル基、ｎ－ペンチル基、ｉ－ペンチル基、ネオペンチル基、ｔ－ペンチル基、シクロペンチル基、１－メチルペンチル基、３－メチルペンチル基、２－エチルペンチル基、４－メチル－２－ペンチル基、ｎ－ヘキシル基、１－メチルヘキシル基、２－エチルヘキシル基、２－ブチルヘキシル基、シクロヘキシル基、４－メチルシクロヘキシル基、４－ｔ－ブチルシクロヘキシル基、ｎ－ヘプチル基、１－メチルペプチル基、２，２－ジメチルヘプチル基、２－エチルヘプチル基、２－ブチルヘプチル基、ｎ－オクチル基、ｔ－オクチル基、２－エチルオクチル基、２－ブチルオクチル基、２－ヘキシルオクチル基、３，７－ジメチルオクチル基、シクロオクチル基、ｎ－ノニル基、ｎ－デシル基、アダマンチル基、２－エチルデシル基、２－ブチルデシル基、２－ヘキシルデシル基、２－オクチルデシル基、ｎ－ウンデシル基、ｎ－ドデシル基、２－エチルドデシル基、２－ブチルドデシル基、２－ヘキシルドデシル基、２－オクチルデシル基、ｎ－トリデシル基、ｎ－テトラデシル基、ｎ－ペンタデシル基、ｎ－ヘキサデシル基、２－エチルヘキサデシル基、２－ブチルヘキサデシル基、２－ヘキシルヘキサデシル基、２－オクチルヘキサデシル基、ｎ－ヘプタデシル基、ｎ－オクタデシル基、ｎ－ノナデシル基、ｎ－イコシル基、２－エチルイコシル基、２－ブチルイコシル基、２－ヘキシルイコシル基、２－オクチルイコシル基、ｎ－ヘンイコシル基、ｎ－ドコシル基、ｎ－トリコシル基、ｎ－テトラコシル基、ｎ－ペンタコシル基、ｎ－ヘキサコシル基、ｎ－ヘプタコシル基、ｎ－オクタコシル基、ｎ－ノナコシル基、及びｎ－トリアコンチル基などが挙げられるが、これらに限らない。
本明細書において、アリール基は芳香族炭化水素環から誘導された任意の作用基または置換基を意味する。アリール基は、単環式アリール基または多環式アリール基である。アリール基の環形成炭素数は、６以上３０以下、６以上２０以下、または６以上１５以下である。アリール基の例としては、フェニル基、ナフチル基、フルオレニル基、アントラセニル基、フェナントリル基、ビフェニリル基、ターフェニリル基、クォーターフェニリル基、キンクフェニリル基、セクシフェニリル基、トリフェニレニル基、ピレニル基、ベンゾフルオランテニル基、クリセニル基などが挙げられるが、これらに限らない。
本明細書において、フルオレニル基は置換されてもよく、２つの置換基が互いに結合してスピロ構造を形成してもよい。フルオレニル基が置換される場合の例示は以下のようである。但し、これに限らない。
本明細書において、ヘテロアリール基は異種元素としてＯ、Ｎ、Ｐ、Ｓｉ、Ｂ及びＳのうち一つ以上を含むヘテロアリール基である。ヘテロアリール基の環形成炭素数は、２以上３０以下、または２以上２０以下である。多環式ヘテロアリール基は、例えば２環または３還構造を有してもよい。ヘテロアリール基の例としては、チオフェニル基、フラニル基、ピロリル基、イミダゾリル基、チアゾリル基、オキサゾリル基、オキサジアゾリル基、トリアゾリル基、ピリジル基、ビピリジル基、ピリミジル基、トリアジニル基、トリアゾリル基、アクリジニル基、ピリダジニル基、キノリニル基、キナゾリン基、キノキサリニル基、フェノキサジニル基、フタラジニル基、ピリドピリミジニル基、ピリドピラジニル基、ピラジノピラジニル基、イソキノリニル基、インドリル基、カルバゾリル基、Ｎ－アリールカルバゾリル基、Ｎ－ヘテロアリールカルバゾリル基、Ｎ－アルキルカルバゾリル基、ベンゾオキサゾリル基、ベンゾイミダゾリル基、ベンゾチアゾリル基、ベンゾカルバゾリル基、ベンゾチオフェニル基、ジベンゾチオフェニル基、チエノチオフェニル基、ベンゾフラニル基、フェナントロリニル基、イソオキサゾリル基、オキサジアゾリル基、チアジアゾリル基、フェノチアジニル基、ジベンゾシリル基、ジベンゾフラニル基、及びジベンゾアザボリン環の１価基などが挙げられるが、これらに限らない。
本明細書において、シリル基はアルキルシリル基及びアリールシリル基を含む。シリル基の例としては、トリメチルシリル基、トリエチルシリル基、ｔ－ブチルジメチルシリル基、ビニルジメチルシリル基、プロピルジメチルシリル基、トリフェニリルシリル基、ジフェニルシリル基、フェニルシリル基などが挙げられるが、これらに限らない。
本明細書において、アミノ基の炭素数は特に限らないが、１以上３０以下である。アミノ基は、アルキルアミノ基及びアリールアミノ基を含む。アミノ基の例としては、メチルアミノ基、ジメチルアミノ基、フェニルアミノ基、ナフチルアミノ基、９－メチル－アントラセニルアミノ基、トリフェニルアミノ基などが挙げられるが、これらに限らない。
本明細書において、アリーレン基は２価基であることを除いては、上述したアリール基に関する説明が適用される。
本明細書において、ヘテロアリーレン基は２価基であることを除いては、上述したヘテロアリール基に関する説明が適用される。
以下、図１～図３を参照して本発明の一実施形態による有機電界発光素子について説明する。
図１～図３を参照すると、本発明の一実施形態による有機電界発光素子１０は、順次に積層される第１電極ＥＬ１、正孔輸送領域ＨＴＲ、発光層ＥＭＬ、電子輸送領域ＥＴＲ、及び第２電極ＥＬ２を含む。
図１を参照すると、一実施形態に係る有機電界発光素子１０において、第１電極ＥＬ１及び第２電極ＥＬ２は互いに対向して配置され、第１電極ＥＬ１と第２電極ＥＬ２との間には複数の有機層が配置される。複数の有機層は正孔輸送領域ＨＴＲ、発光層ＥＭＬ、及び電子輸送領域ＥＴＲを含む。一実施形態に係る有機電界発光素子１０は、発光層ＥＭＬに上述した一実施形態に係る多環化合物を含む。
一方、図２は図１とは異なり、正孔輸送領域ＨＴＲが正孔注入層ＨＩＬ及び正孔輸送層ＨＴＬを含み、電子輸送領域ＥＴＲが電子注入層ＥＩＬ及び電子輸送層ＥＴＬを含む一実施形態に係る有機電界発光素子１０の断面図を示す。また、図３は図１とは異なり、正孔輸送領域ＨＴＲが正孔注入層ＨＩＬ、正孔輸送層ＨＴＬ、及び電子阻止層ＥＢＬを含み、電子輸送領域ＥＴＲが電子注入層ＥＩＬ、電子輸送層ＥＴＬ、及び正孔阻止層ＨＢＬを含む一実施形態に係る有機電界発光素子１０の断面図を示す。
図１～図３に示した一実施形態に係る有機電界発光素子１０は、複数の有機層のうち少なくとも一つの有機層に一つの電子供与性基と一つの電子受容性基とを含む、本発明の一実施形態に係る多環化合物を含む。該多環化合物において、電子供与性基はアザボリン環を含み、受容性基はシアノ基、カルボニル基、ボリル基、スルホニル基、スルフィニル基、ホスフィンオキシド基、含窒素５員環、及び含窒素６員単環のうちのいずれか一つを含む。
一実施形態に係る有機電界発光素子１０において、第１電極ＥＬ１は導電性を有する。第１電極ＥＬ１は、金属合金または導電性化合物からなる。第１電極ＥＬ１はアノード（ａｎｏｄｅ)である。
第１電極ＥＬ１は、透過型電極、半透過型電極、または反射型電極である。第１電極ＥＬ１が透過型電極であれば、第１電極ＥＬ１透明金属酸化物、例えば、ＩＴＯ（ｉｎｄｉｕｍ ｔｉｎ ｏｘｉｄｅ）、ＩＺＯ（ｉｎｄｉｕｍ ｚｉｎｃ ｏｘｉｄｅ）、ＺｎＯ（ｚｉｎｃ ｏｘｉｄｅ）、ＩＴＺＯ（ｉｎｄｉｕｍ ｔｉｎ ｚｉｎｃ ｏｘｉｄｅ）などからなる。第１電極ＥＬ１が半透過型電極または反射型電極であれば、第１電極ＥＬ１はＡｇ、Ｍｇ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ａｕ、Ｎｉ、Ｎｄ、Ｉｒ、Ｃｒ、Ｌｉ、Ｃａ、ＬｉＦ／Ｃａ、ＬｉＦ／Ａｌ、Ｍｏ、Ｔｉ、またはこれらの化合物や混合物（例えば、ＡｇとＭｇの合金）を含む。また、前記例示された物質で形成された反射膜や半透過膜、及びＩＴＯ、ＩＺＯ、ＺｎＯ、ＩＴＺＯなどからなる透明導電膜を含む複数の層構造であってもよい。例えば、第１電極ＥＬ１はＩＴＯ／Ａｇ／ＩＴＯの複数の層を含んでもよい。
正孔輸送領域ＨＴＲは第１電極ＥＬ１の上に設けられる。正孔輸送領域ＨＴＲは、正孔注入層ＨＩＬ、正孔輸送層ＨＴＬ、正孔バッファ層、及び電子阻止層ＥＢＬのうち少なくとも一つを含む。
正孔輸送領域ＨＴＲは、単一物質からなる単一層、複数の互いに異なる物質からなる単一層、または複数の互いに異なる物質からなる複数の層を有する多層構造を有する。
例えば、正孔輸送領域ＨＴＲは正孔注入層ＨＩＬまたは正孔輸送層ＨＴＬの単一層の構造を有してもよく、正孔注入物質と正孔輸送物質とからなる単一構造を有してもよい。また、正孔輸送領域ＨＴＲは、複数の互いに異なる物質からなる単一層の構造を有するか、第１電極ＥＬ１から順番に積層される正孔注入層ＨＩＬ／正孔輸送層ＨＴＬ、正孔注入層ＨＩＬ／正孔輸送層ＨＴＬ／正孔バッファ層、正孔注入層ＨＩＬ／正孔バッファ層、正孔輸送層ＨＴＬ／正孔バッファ層、または正孔注入層ＨＩＬ／正孔輸送層ＨＴＬ／電子阻止層ＥＢＬの構造を有してもよいが、これらに限らない。
正孔輸送領域ＨＴＲは、真空蒸着法、スピンコート法、キャスト法、ＬＢ法（Ｌａｎｇｍｕｉｒ－Ｂｌｏｄｇｅｔｔ）、インクジェットプリント法、レーザプリント法、レーザ熱転写法（Ｌａｓｅｒ Ｉｎｄｕｃｅｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ｉｍａｇｉｎｇ、ＬＩＴＩ）などのような多様な方法を利用して形成される。
正孔注入層ＨＩＬは、公知の正孔注入材料を含む。例えば、正孔注入層ＨＩＬは、トリフェニルアミン含有ポリエーテルケトン（ＴＰＡＰＥＫ）、４－イソプロピル－４’－メチルジフェニルヨードニウムテトラキス（ペンタフルオロフェニル）ボラート（ＰＰＢＩ）、Ｎ，Ｎ’－ジフェニル－Ｎ，Ｎ’－ビス－［４－（フェニル－ｍ－トリル－アミノ）－フェニル］－フェニル－４，４’－ジアミン（ＤＮＴＰＤ）、銅フタロシアニンなどのフタロシアニン化合物、４，４’，４”－トリス（３－メチルフェニルフェニルアミノ）トリフェニルアミン（ｍ－ＭＴＤＡＴＡ）、Ｎ，Ｎ’－ジ（１－ナフチル）－Ｎ，Ｎ’－ジフェニルベンジジン（ＮＰＢ）、Ｎ，Ｎ’－ビス（１－ナフチル）Ｎ，Ｎ’－ジフェニル－４，４’－ジアミン（α－ＮＰＤ）、４，４’，４”－トリス｛Ｎ，Ｎジフェニルアミノ｝トリフェニルアミン（ＴＤＡＴＡ）、４，４’，４”－トリス（Ｎ，Ｎ－２－ナフチルフェニルアミノ）トリフェニルアミン（２－ＴＮＡＴＡ）、ポリアニリン／ドデシルベンゼンスルホン酸（ＰＡＮＩ／ＤＢＳＡ）、ポリ（３，４－エチレンジオキシチオフェン）／ポリ（４－スチレンスルホナート）（ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ）、ポリアニリン／カンファースルホン酸（ＰＡＮＩ／ＣＳＡ）、ポリアニリン／ポリ（４－スチレンスルホナート）（ＰＡＮＩ／ＰＳＳ）、またはＨＡＴ－ＣＮ（ジピラジノ［２，３－ｆ：２’，３’－ｈ］キノキサリン－２、３、６、７、１０、１１－ヘキサカルボニトリル）などを含んでもよいが、これらに限らない。
正孔輸送層ＨＴＬは、公知の正孔輸送材料を含む。例えば、正孔輸送層ＨＴＬは、１，１－ビス［（ジ－４－トリルアミノ）フェニル］シクロヘキサン（ＴＡＰＣ）、Ｎ－フェニルカルバゾール、ポリビニルカルバゾールなどのカルバゾール誘導体、Ｎ，Ｎ’－ビス（３－メチルフェニル）－Ｎ，Ｎ’－ジフェニル－［１，１－ビフェニル］－４，４’－ジアミン（ＴＰＤ）、４，４’，４”－トリス（Ｎーカルバゾリル）トリフェニルアミン（ＴＣＴＡ）、またはＮ，Ｎ’－ジ（１－ナフチル）－Ｎ，Ｎ’－ジフェニルベンジジン（ＮＰＢ）、Ｎ，Ｎ’－ビス（１－ナフチル）－Ｎ，Ｎ’－ジフェニル－４，４’－ジアミン（α－ＮＰＤ）などを含んでもよいがこれらに限らない。
一方、正孔輸送領域ＨＴＲは電子阻止層ＥＢＬを更に含み、電子阻止層ＥＢＬは正孔輸送層ＨＴＬと発光層ＥＭＬとの間に配置される。電子阻止層ＥＢＬは、電子輸送領域ＥＴＲから正孔輸送領域ＨＴＲへの電子の注入を防止する役割をする層である。
電子阻止層ＥＢＬは、当該技術分野で知られている一般的な材料を含む。電子阻止層ＥＢＬは、例えば、Ｎ－フェニルカルバゾール、ポリビニルカルバゾールなどのカルバゾール系誘導体、フルオレン系誘導体、ＴＰＤ（Ｎ，Ｎ’－ビス（３－メチルフェニル）－Ｎ，Ｎ’－ジフェニル－［１，１－ビフェニル］－４，４’－ジアミン）、ＴＣＴＡ（４，４’，４”－トリス（Ｎ－カルバゾリル）トリフェニルアミン）などのようなトリフェニルアミン系誘導体、ＮＰＢ（Ｎ，Ｎ’－ジ（ナフタレン－１－イル）－Ｎ，Ｎ’－ジフェニル－ベンジジン）、ＴＡＰＣ（４，４’－シクロへキシリデンビス［Ｎ，Ｎ－ビス（４－メチルフェニル）ベンゼンアミン］）、ＨＭＴＰＤ（４，４’－ビス［Ｎ，Ｎ’－（３－トリル）アミノ］－３，３’－ジメチルビフェニル）、またはｍＣＰなどを含んでもよい。また、上述したように、電子阻止層ＥＢＬは、本発明の一実施形態に係る多環化合物を含んでもよい。
正孔輸送領域ＨＴＲの厚さは、約１０ｎｍ～約１０００ｎｍ、例えば約１０ｎｍ～約５００ｎｍであってもよい。正孔注入層ＨＩＬの厚さは、例えば約３ｎｍ～約１００ｎｍであり、正孔輸送層ＨＴＬの厚さは、約３ｎｍ～約１００ｎｍであってもよい。例えば、電子阻止層ＥＢＬの厚さは、約１ｎｍ～約１００ｎｍであってもよい。正孔輸送領域ＨＴＲ、正孔注入層ＨＩＬ、正孔輸送層ＨＴＬ、及び電子阻止層ＥＢＬの厚さが上述したような範囲を満たせば、実質的な駆動電圧の上昇なしに十分な正孔輸送特性が得られる。
正孔輸送領域ＨＴＲは、上述した物質以外に、導電性を向上するために電荷生成物質を更に含んでもよい。電荷発生物質は、正孔輸送領域ＨＴＲ内に均一にまたは不均一に分散されている。電荷発生物質は、例えば、ｐ－ドーパント（ｄｏｐａｎｔ）である。ｐ－ドーパントはキノン誘導体、金属酸化物及びシアノ基含有化合物のうちの一つであってもよいが、これらに限らない。例えば、ｐ－ドーパントの例としては、ＴＣＮＱ（テトラシアノキノジメタン）及びＦ４－ＴＣＮＱ（２，３，５，６－テトラフルオロ－テトラシアノキノジメタン）などのようなキノン誘導体、タングステン酸化物、及びモリブデン酸化物のような金属酸化物などが挙げられるが、これらに限らない。
上述したように、正孔輸送領域ＨＴＲは、正孔輸送層ＨＴＬ及び正孔注入層ＨＩＬ以外に、正孔バッファ層及び電子阻止層ＥＢＬのうち少なくとも一つを更に含んでもよい。正孔バッファ層は、発光層ＥＭＬから放出される光の波長による共振距離を補償して光放出効率を増加させる。正孔バッファ層に含まれる物質としては、正孔輸送領域ＨＴＲに含まれ得る物質を使用する。
発光層ＥＭＬは正孔輸送領域ＨＴＲの上に設けられる。発光層ＥＭＬの厚さは、例えば、１０ｎｍ以上６０ｎｍ以下であってもよい。発光層ＥＭＬは、単一物質からなる単一層、複数の互いに異なる物質からなる単一層、または複数の互いに異なる物質からなる複数の層を有する多層構造を有する。
発光層ＥＭＬは、真空蒸着法、スピンコート法、キャスト法、ＬＢ法、インクジェットプリント法、レーザプリント法、レーザ熱転写法などのような多様な方法を利用して形成される。
発光層ＥＭＬは、赤色光、緑色光、青色光、白色光、黄色光、シアン光のうちの一つを発光する。発光層ＥＭＬは、蛍光発光物質またはりん光発光物質を含む。
一実施形態において、発光層ＥＭＬは一つの電子供与性基と一つの電子受容性基とを含む、本発明の一実施形態に係る多環化合物を含む。多環化合物において、電子供与性基はアザボリン環を含み、受容性基はシアノ基、カルボニル基、ボリル基、スルホニル基、スルフィニル基、ホスフィンオキシド基、含窒素５員環、及び含窒素６員単環のうちのいずれか一つを含む。
多環化合物において、電子受容性基は、アザボリン環の窒素と直接またはリンカーを介して結合する。
一実施形態において、発光層ＥＭＬは蛍光発光層である。例えば、発光層ＥＭＬから放出された光のうち一部は熱活性遅延蛍光発光によるものであってもよい。詳しくは、発光層ＥＭＬは熱活性遅延蛍光発光する発光成分を含み、一実施形態において、発光層ＥＭＬは青色光を放出する熱活性遅延蛍光発光する発光層である。
発光層ＥＭＬは一つの電子供与性基と一つの電子受容性基を含む多環化合物を含む。また、発光層ＥＭＬはホスト及びドーパントを含み、ドーパントが一つの電子供与性基と一つの電子受容性基を含む多環化合物を含む。
多環化合物は、例えば下記化学式１で表される構造を有する。
化学式１において、Ｒ１及びＲ２はそれぞれ独立して重水素原子、ハロゲン原子、ボリル基、置換若しくは無置換のアミノ基、シアノ基、カルボニル基、ニトロ基、シロキシ基、シリル基、ホスホリル基、チオホスホリル基、置換若しくは無置換のチオール基、スルフィニル基、スルホニル基、置換若しくは無置換の炭素数１以上２０以下のアルコキシ基、置換若しくは無置換の環形成炭素数６以上３０以下のアリールオキシ基、置換若しくは無置換の炭素数１以上２０以下のアルキル基、置換若しくは無置換の炭素数７以上３０以下のアラルキル基、置換若しくは無置換の環形成炭素数６以上３０以下のアリール基、置換若しくは無置換の環形成炭素数２以上３０以下のヘテロアリール基であり、隣接する基と結合して環を形成してもよい。
化学式１において、ｍ及びｎはそれぞれ独立して０以上４以下の整数である。一方、ｍが２以上の整数であれば、複数個のＲ１は互いに同じであるかまたは互いに異なり、ｎが２以上の整数であれば、複数個のＲ２は互いに同じであるかまたは互いに異なる。
化学式１において、Ｌは単結合、置換若しくは無置換の環形成炭素数６以上３０以下のアリーレン基、または置換若しくは無置換の環形成炭素数２以上３０以下のヘテロアリーレン基である。
化学式１において、Ａｒ１は置換若しくは無置換の環形成炭素数６以上３０以下のアリール基、または置換若しくは無置換の環形成炭素数２以上３０以下のヘテロアリール基である。
化学式１において、Ｘは下記化学式２－１～化学式２－８のうちのいずれか一つで表される。
化学式２－２において、Ｚ１はＯ、Ｓ、またはＮＡｒ１０であり、Ｙ１及びＹ２はそれぞれ独立してＮまたはＣＲ４であり、Ｙ１及びＹ２のうち少なくとも一つはＮであり、Ｒ３及びＲ４はそれぞれ独立して水素原子、重水素原子、ハロゲン原子、ボリル基、置換若しくは無置換のアミノ基、シアノ基、カルボニル基、ニトロ基、オキシ基、シロキシ基、シリル基、ホスフィンオキシド基、ホスフィンスルフィド基、スルフィニル基、スルホニル基、置換若しくは無置換の炭素数１以上２０以下のアルキル基、置換若しくは無置換の炭素数２以上２０以下のアルケニル基、置換若しくは無置換の環形成炭素数６以上３０以下のアリール基、置換若しくは無置換の環形成炭素数２以上３０以下のヘテロアリール基であり、隣接する基と単結合で、或はＣ（炭素）原子又はＯ（酸素）、Ｓ（硫黄）、Ｎ（窒素）原子などのヘテロ原子を介して結合して環を形成してもよい。
化学式２－３において、Ｗ１～Ｗ５はそれぞれ独立してＮまたはＣＲ５であり、Ｗ１～Ｗ５のうち少なくとも一つはＮであり、Ｒ５は水素原子、重水素原子、ハロゲン原子、ボリル基、置換若しくは無置換のアミノ基、シアノ基、カルボニル基、ニトロ基、オキシ基、シロキシ基、シリル基、ホスフィンオキシド基、ホスフィンスルフィド基、スルフィニル基、スルホニル基、置換若しくは無置換の炭素数１以上２０以下のアルキル基、置換若しくは無置換の炭素数２以上２０以下のアルケニル基、置換若しくは無置換の環形成炭素数６以上３０以下のアリール基、または置換若しくは無置換の環形成炭素数２以上３０以下のヘテロアリール基である。
化学式２－１～化学式２－８において、ａ～ｃはそれぞれ独立して１以上４以下の整数であり、Ａｒ３～Ａｒ１０はそれぞれ独立して置換若しくは無置換の環形成炭素数６以上３０以下のアリール基、置換若しくは無置換の環形成炭素数２以上３０以下のヘテロアリール基であり、隣接する基と単結合で、或はＣ（炭素）原子又はＯ（酸素）、Ｓ（硫黄）、Ｎ（窒素）原子などのヘテロ原子を介して結合して環を形成してもよい。
化学式２－１は電子受容性基としてシアノ基が含まれる。シアノ基は一つ以上含まれる。化学式２－２は電子受容性基として含窒素５員環を含む。含窒素５員環は、含窒素５角単環または含窒素５角多環である。化学式２－３は電子受容性基として含窒素６員単環を含む。化学式２－４は電子受容性基としてカルボニル基を含む。カルボニル基は一つ以上含まれる。化学式２－５は電子受容性基としてボリル基を含む。化学式２－６は電子受容性基としてスルフィニル基を含む。化学式２－７は電子受容性基としてスルホニル基を含む。スルホニル基は一つ以上含まれる。化学式２－８は電子受容性基としてホスフィンオキシド基を含む。
該多環化合物は、ホウ素を含むアザボリン環を電子供与性基として含み、化学式２－１～化学式２－８で表される化学式１のＸを電子受容部として含み、該受容部が直接またはリンカを介して電子供与性基の窒素と結合することで優れた効果を発揮することができ、特に、熱活性遅延蛍光発光材料として使用されて有機電界発光素子の効率を向上させることができる。
化学式１において、リンカ（ｌｉｎｋｅｒ）に当たるＬが単結合であれば、電子受容部は電子供与性基と直接結合し、リンカに当たるＬが置換若しくは無置換の環形成炭素数６以上３０以下のアリーレン基、または置換若しくは無置換の環形成炭素数２以上３０以下のヘテロアリーレン基であれば、電子受容部はＬを介して電子供与性基と結合する。
一実施形態において、化学式１のＬは単結合、置換若しくは無置換のフェニリレン基、または置換若しくは無置換の２価のビフェニリレン基である。
一実施形態において、化学式１におけるＡｒ１は下記化学式３で表される。
化学式３において、Ｖ１～Ｖ５はそれぞれ独立してＮまたはＣＲ６であり、Ｒ６は水素原子、重水素原子、ハロゲン原子、ボリル基、置換若しくは無置換のアミノ基、シアノ基、カルボニル基、オキシ基、シリル基、チオール基、ホスフィンオキシド基、ホスフィンスルフィド基、置換若しくは無置換の炭素数１以上２０以下のアルキル基、置換若しくは無置換の炭素数２以上２０以下のアルケニル基、置換若しくは無置換の環形成炭素数６以上３０以下のアリール基、置換若しくは無置換の炭素数７以上３０以下のアラルキル基、置換若しくは無置換の環形成炭素数２以上３０以下のヘテロアリール基であり、隣接する基と結合して環を形成してもよい。
一実施形態において、化学式３のＶ１～Ｖ５のうち少なくとも一つはＣＲ７である。Ｒ７は、置換若しくは無置換のアミノ基、置換若しくは無置換の炭素数２以上２０以下のアルキル基、置換若しくは無置換の炭素数２以上２０以下のアルケニル基、置換若しくは無置換の環形成炭素数６以上３０以下のアリール基、または置換若しくは無置換の環形成炭素数２以上３０以下のヘテロアリール基である。
一実施形態において、Ｒ７は置換若しくは無置換の炭素数２以上２０以下のアルキル基であってもよい。他の一実施形態において、Ｒ７は一つ以上の枝を有する炭素数３以上２０以下のアルキル基である。化学式１のホウ素Ｂの周辺に炭素数２以上２０以下のアルキル基のような置換基が導入されれば、不安定なホウ素が立体的に保護されて、素子の特性向上に寄与する。
一実施形態において、Ｖ１～Ｖ５はそれぞれ独立してＣＲ７であってもよい。
一実施形態において、化学式３は置換若しくは無置換のフェニル基であってもよい。
一実施形態において、化学式２－２は、下記化学式２－２－１～化学式２－２－５のうちのいずれか一つであってもよい。
化学式２－２－１～化学式２－２－５において、Ｒ３、Ｒ４、及びＡｒ１０は化学式２－２で定義した通りである。一方、化学式２－２－１及び化学式２－２－５は化学式２－２のＺ１がＳである場合を示し、化学式２－２－２～化学式２－２－３はＺ１がＯである場合を示し、化学式２－２－４はＺ１がＮＡｒ１０である場合の一例である。
化学式２－３は、下記化学式２－３－１～化学式２－３-５のうちのいずれか一つであってもよい。
化学式２－３－１～化学式２－３－５において、Ｒ５、Ｒ５’、Ｒ５’’、Ｒ５’’’はそれぞれ独立して水素原子、重水素原子、ハロゲン原子、ボリル基、置換若しくは無置換のアミノ基、シアノ基、カルボニル基、ニトロ基、オキシ基、シロキシ基、シリル基、ホスフィンオキシド基、ホスフィンスルフィド基、スルフィニル基、スルホニル基、置換若しくは無置換の炭素数１以上２０以下のアルキル基、置換若しくは無置換の炭素数２以上２０以下のアルケニル基、置換若しくは無置換の環形成炭素数６以上３０以下のアリール基、または置換若しくは無置換の環形成炭素数２以上３０以下のヘテロアリール基である。
また、上記Ｒ１～Ｒ４において、「置換若しくは無置換の」の置換基からシアノ基は除外される。詳しくは、Ｒ１～Ｒ４において、置換基はそれぞれ独立して水素原子、フッ素原子、メチル基、無置換の環形成炭素数６以上３０以下のアリール基、または無置換の環形成炭素数２以上３０以下のヘテロアリール基である。
一実施形態において、化学式１は、下記化学式４－１～化学式４－５のうちのいずれか一つで表される。
化学式４－１～化学式４－５において、Ａ１～Ａ５はそれぞれ独立して重水素原子、ハロゲン原子、ボリル基、置換若しくは無置換のアミノ基、シアノ基、カルボニル基、オキシ基、シリル基、チオール基、ホスフィンオキシド基、ホスフィンスルフィド基、置換若しくは無置換の炭素数１以上２０以下のアルキル基、置換若しくは無置換の環形成炭素数６以上３０以下のアリール基、アラルキル基、置換若しくは無置換の環形成炭素数２以上３０以下のヘテロアリール基であり、隣接する基と単結合で、或はＣ（炭素）原子又はＯ（酸素）、Ｓ（硫黄）、Ｎ（窒素）原子などのヘテロ原子を介して結合して環を形成してもよい。
化学式４－１～化学式４－５において、ｄ～ｈはそれぞれ独立して０以上４以下の整数である。一方、ｄが２以上の整数であれば複数個のＡ１は互いに同じであるかまたは互いに異なり、ｅが２以上の整数であればＡ２は互いに同じであるかまたは互いに異なり、ｆが２以上の整数であればＡ３は互いに同じであるかまたは互いに異なり、ｇが２以上の整数であればＡ４は互いに同じであるかまたは互いに異なり、ｈが２以上の整数であればＡ５は互いに同じであるかまたは互いに異なる。一方、化学式４－１において、ｄとａの和は０以上５以下の整数である。
化学式４－１～化学式４－５において、Ｗ１～Ｗ５、Ｒ１、Ｒ２、Ａｒ１、ａ、ｍ、ｎは化学式１及び化学式２で定義した通りである。
化学式１で表される一実施形態に係る多環化合物は、遅延蛍光発光材料である。
化学式１で表される一実施形態に係る多環化合物は、一重項エネルギー準位Ｓ１と三重項エネルギー準位Ｔ１との差の絶対値ΔＥｓｔが０．２５ｅＶ以下である。例えば、Ｓ１－Ｔ１＝０．２５ｅであってもよい。
例えば、化学式１で表される多環化合物は一重項エネルギー準位Ｓ１と三重項エネルギー準位Ｔ１との差が小さく、熱活性遅延蛍光発光材料として使用されてもよい。詳しくは、化学式１で表される多環化合物は、熱活性遅延蛍光発光する青色光発光材料として使用される。但し、これに限らず、一実施形態に係る多環化合物は、緑色光または赤色光を発光する熱活性遅延蛍光材料であってもよい。
化学式１で表される一実施形態に係る多環化合物は、下記第１化合物群に示した化合物のうちのいずれか一つで表されてもよい。
［第１化合物群］
［第１化合物群］
上述した化学式１で表される多環化合物は、一実施形態に係る有機電界発光素子１０に使用されて有機電界発光素子の効率及び寿命を改善させる。詳しくは、上述した化学式１で表される多環化合物は、一実施形態に係る有機電界発光素子１０の発光層ＥＭＬに使用されて有機電界発光素子の発光効率及び寿命を改善させる。
一実施形態において、発光層ＥＭＬはホスト及びドーパントを含み、ホストは遅延蛍光発光用ホストであり、ドーパントは遅延蛍光発光用ドーパントである。一方、化学式１で表される一実施形態に係る多環化合物は、発光層ＥＭＬのドーパント材料として含まれる。例えば、化学式１で表される一実施形態に係る多環化合物は、熱活性型遅延蛍光（ＴＡＤＦ）ドーパントとして使用されてもよい。
一方、一実施形態において、発光層ＥＭＬは公知のホスト材料を含む。例えば、一実施形態において、発光層ＥＭＬはドーパント材料として、Ａｌｑ３（トリス（８－ヒドロキシキノリノ）アルミニウム）、ＣＢＰ（４，４’－ビス（Ｎ－カルバゾリル）－１，１’－ビフェニル）、ＰＶＫ（ポリ（ｎ－ビニルカルバゾール）、ＡＤＮ（９，１０－ジ（ナフタレン－２－イル）アントラセン）、ＴＣＴＡ（４，４’，４”－トリス（カルバゾール－９－イル）－トリフェニルアミン）、ＴＰＢｉ（１，３，５－トリス（Ｎ－フェニルベンゾイミダゾール－２－イル）ベンゼン）、ＴＢＡＤＮ（３－ｔｅｒｔ－ブチル－９，１０－ジ（ナフト－２－イル）アントラセン）、ＤＳＡ（ジスチリルアリレン）、ＣＤＢＰ（４，４’－ビス（９－カルバゾリル）－２，２’－ジメチル－ビフェニル）、ＭＡＤＮ（２－メチル－９，１０－ビス（ナフタレン－２－イル）アントラセン）、ＤＰＥＰＯ（ビス［２－（ジフェニルホスフィノ）フェニル］エーテルオキシド）、ＣＰ１（ヘキサフェニルシクロトリホスファゼン）、ＵＧＨ２（１，４－ビス（トリフェニルシリル）ベンゼン）、ＤＰＳｉＯ３（ヘキサフェニルシクロトリシロキサン）、ＤＰＳｉＯ４（オクタフェニルシクロテトラシロキサン）、またはＰＰＦ（２，８－ビス（ジフェニルホスフォリル）ジゼンゾフラン）などを含んでもよい。しかしながら、これらに限らず、提示されたホスト材料以外にも公知の遅延蛍光発光ホスト材料が含まれてもよい。
一方、本発明の一実施形態に係る有機電界発光素子１０において、発光層ＥＭＬは公知のドーパント材料を更に含んでもよい。一実施形態において、発光層ＭＥＬは、ドーパントとして、スチリル誘導体（例えば、１，４－ビス［２－（３－Ｎ－エチルカルバゾリル）ビニル］ベンゼン（ＢＣｚＶＢ）、４－（ジ－ｐ－トリルアミノ）－４’－［（ジ－ｐ－トリルアミノ）スチリル］スチルベン（ＤＰＡＶＢ）、Ｎ－（４－（（Ｅ）－２－（６－（（Ｅ）－４－（ジフェニルアミノ）スチリル）ナフタレン－２－イル）ビニル）フェニル）－Ｎ－フェニルベンゼンアミン（Ｎ－ＢＤＡＶＢｉ）、ぺリレン及びその誘導体（例えば、２，５，８，１１－テトラ－ｔ－ブチルぺリレン（ＴＢＰ））、ピレン及びその誘導体（例えば、１，１－ジピレン、１，４－ジピレニルベンゼン、１，４－ビス（Ｎ、Ｎ－ジフェニルアミノ）ピレン）などを含む。
更に図１～図３を参照すると、一実施形態に係る有機電界発光素子１０において、電子輸送領域ＥＴＲは発光層ＥＭＬの上に設けられる。電子輸送領域ＥＴＲは電子阻止層、電子輸送層ＥＴＬ、及び電子注入層のＥＩＬのうち少なくとも一つを含むが、これらに限らない。
電子輸送領域ＥＴＲは、単一物質からなる単一層、複数の互いに異なる物質からなる単一層、または複数の互いに異なる物質からなる複数の層を有する多層構造を有する。
例えば、電子輸送領域ＥＴＲは電子注入層のＥＩＬまたは電子輸送層ＥＴＬの単一層構造を有してもよく、電子注入物質と電子輸送物質からなる単一層構造を有してもよい。また、電子輸送領域ＥＴＲは、複数の互いに異なる物質からなる単一層構造を有するか、第１電極ＥＬ１から順番に積層された電子輸送層ＥＴＬ／電子注入層ＥＩＬ、正孔阻止層／電子輸送層ＥＴＬ／電子注入層ＥＩＬの構造を有してもよいが、これらに限らない。電子輸送領域ＥＴＲの厚さは、例えば、約１０ｎｍ～約１５０ｎｍであってもよい。
電子輸送領域ＥＴＲは、真空蒸着法、スピンコート法、キャスト法、ＬＢ法、インクジェットプリント法、レーザプリント法、レーザ熱転写法などのような多様な方法を利用して形成される。
電子輸送領域ＥＴＲが電子輸送層ＥＴＬを含む場合、例えば、電子輸送領域ＥＴＲは、Ａｌｑ３（トリス（８－ヒドロキシキノリナト）アルミニウム）、１，３，５－トリ［（３－ピリジル）－フェン－３－イル］ベンゼン、２，４，６－トリス（３’－ピリジン－３－イル）ビフェニル－３－イル）－１，３，５－トリアジン、２－（４－（Ｎ－フェニルベンゾイミダゾリル－１－イルフェニル）－９，１０－ジナフチルアントラセン、ＴＰＢｉ（１，３，５－トリ（１－フェニル－１Ｈ－ベンゾ［ｄ］イミダゾール－２－イル）ベンゼン）、ＢＣｓＰ（２，９－ジメチル－４，７－ジフェニル－１，１０－フェナントロリン）、Ｂｐｈｅｎ（４，７－ジフェニル－１，１０－フェナントロリン）、ＴＡＺ（３－（４－ビフェニルイル）－４－フェニル－５－テルト－ブチルフェニル－１，２，４－トリアゾール）、ＮＴＡＺ（４－（ナフタレン－１－イル）－３，５－ジフェニル－４Ｈ－１，２，４－トリアゾール）、ｔＢｕ－ＰＢＤ（２－（４－ビフェニルイル）－５－（４－ｔｅｒｔ－ブチルフェニル）－１，３，４－オキサジアゾール）、ＢＡｌｑ（ビス（２－メチル－８－キノリノラト－Ｎ１，Ｏ８）－（１，１’－ビフェニル－４－オラト）アルミニウム）、Ｂｅｂｑ２（ベリリウムビス（ベンゾキノリン－１０－オラト）、ＡＤＮ（９，１０－ジ（ナフタレン－２－イル）アントラセン）、またはこれらの混合物を含んでもよいが、これらに限らない。
電子輸送領域ＥＴＲが電子輸送層ＥＴＬを含む場合、電子輸送層ＥＴＬの厚さは、約１０ｎｍ～約１００ｎｍ、例えば約１５ｎｍ～約５０ｎｍであってもよい。電子輸送層ＨＴＬの厚さが上述したような範囲を満たせば、実質的な駆動電圧の上昇なしに十分な電子輸送特性が得られる。
電子輸送領域ＥＴＲが電子注入層ＥＩＬを含む場合、電子輸送領域ＥＴＲは、例えば、ＬｉＦ、ＬｉＱ（Ｌｉｔｈｕｍ ｑｕｉｎｏｌａｔｅ）、Ｌｉ２Ｏ、ＢａＯ、ＮａＣｌ、ＣｓＦ、Ｙｂのようなランタノイド金属、またはＲｂＣｌ、ＲｂＩ、ＫＩのようなハロゲン化金属などが使用されてもよいが、これらに限らない。電子注入層ＥＩＬはまた、電子輸送物質と絶縁性の有機金属塩（ｏｒｇａｎｏ ｍｅｔａｌ ｓａｌｔ)が混合された物質を含んでもよい。有機金属塩は、エネルギーバンドギャップ（ｅｎｅｒｇｙ ｂａｎｄ ｇａｐ)が約４ｅＶ以上の物質である。詳しくは、例えば、有機金属塩は、酢酸金属塩（ｍｅｔａｌ ａｃｅｔａｔｅ)、安息香酸金属塩（ｍｅｔａｌ ｂｅｎｚｏａｔｅ)、アセト酢酸金属塩（ｍｅｔａｌ ａｃｅｔｏａｃｅｔａｔｅ）、金属アセチルアセトナート（ｍｅｔａｌ ａｃｅｔｙｌａｃｅｔｏｎａｔｅ）、またはステアリン酸金属塩（ｓｔｅａｒａｔｅ）を含む。
電子輸送領域ＥＴＲが電子注入層ＥＩＬを含む場合、電子注入層ＥＩＬの厚さは、約０．１ｎｍ～約１０ｎｍ、約０．３ｎｍ～約９ｎｍであってもよい。電子注入層ＥＩＬの厚さが上述したような範囲を満たせば、実質的な駆動電圧の上昇なしに十分な電子注入特性が得られる。
電子輸送領域ＥＴＲは、上述したように、正孔阻止層を含んでもよい。正孔阻止層は、例えば、ＢＣＰ（２，９－ジメチル－４，７－ジフェニル－１，１０－フェナントロリン）、及びＢｐｈｅｎ（４，７－ジフェニル－１，１０－フェナントロリン）のうち少なくとも一つを含んでもよいが、これらに限らない。
第２電極ＥＬ２は、電子輸送領域ＥＴＲの上に設けられる。第２電極ＥＬ２は導電性を有する。第２電極ＥＬ２は金属合金または導電性化合物からなる。第２電極層ＥＬ２はカソード（ｃａｔｈｏｄｅ）である。第２電極層ＥＬ２は、透過型電極、半透過型電極、または反射型電極である。第２電極ＥＬ２が透過型電極であれば、第２電極ＥＬ２は透明金属酸化物、例えば、ＩＴＯ、ＩＺＯ、ＺｎＯ、ＩＴＺＯなどからなる。
第２電極ＥＬ２半透過型電極または反射型電極であれば、第２電極ＥＬ２はＡｇ、Ｍｇ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ａｕ、Ｎｉ、Ｎｄ、Ｉｒ、Ｃｒ、Ｌｉ、Ｃａ、ＬｉＦ／Ｃａ、ＬｉＦ／Ａｌ、Ｍｏ、Ｔｉ、またはこれらの化合物や混合物（例えば、ＡｇとＭｇの合金）を含む。また、前記例示された物質で形成された反射膜や半透過膜、及びＩＴＯ、ＩＺＯ、ＺｎＯ、ＩＴＺＯなどからなる透明導電膜を含む複数の層構造であってもよい。
図示していないが、第２電極ＥＬ２は補助電極と接続される。第２電極ＥＬ２が補助電極と接続されれば、第２電極ＥＬ２の抵抗を減少させることができる。
有機電界発光素子１０において、第１電極ＥＬ１と第２電極ＥＬ２とにそれぞれ電圧が印加されることで、第１電極ＥＬ１から注入された正孔（ｈｏｌｅ)は正孔輸送領域ＨＴＲを経て発光層ＥＭＬに移動し、第２電極ＥＬ２から注入された電子は電子輸送領域ＥＴＲを経て発光層ＥＭＬに移動する。電子と正孔は発光層ＥＭＬで再結合して励起子（ｅｘｃｉｔｏｎ)を生成し、励起子が励起状態から基底状態に落ちる際に発光する。
有機電界発光素子１０が前面発光型であれば、第１電極ＥＬ１は反射型電極であり、第２電極ＥＬ２は透過型電極または半透過型電極である。有機電界発光素子１０が背面発光型であれば、第１電極ＥＬ１は透過型電極または半透過型電極であり、第２電極ＥＬ２は反射型電極である。
本発明の一実施形態に係る有機電界発光素子１０は、上述した多環化合物を発光層材料として使用することで、改善された発光効率及び寿命特性を示す。
本発明の一実施形態によれば、下記化学式１で表される多環化合物が提供される。
化学式１において、Ｒ１及びＲ２はそれぞれ独立して、重水素原子、ハロゲン原子、ボリル基、置換若しくは無置換のアミノ基、シアノ基、カルボニル基、ニトロ基、シロキシ基、シリル基、ホスホリル基、チオホスホリル基、置換若しくは無置換のチオール基、スルフィニル基、スルホニル基、置換若しくは無置換の炭素数１以上２０以下のアルコキシ基、置換若しくは無置換の環形成炭素数６以上３０以下のアリールオキシ基、置換若しくは無置換の炭素数１以上２０以下のアルキル基、置換若しくは無置換の炭素数７以上３０以下のアラルキル基、置換若しくは無置換の環形成炭素数６以上３０以下のアリール基、置換若しくは無置換の環形成炭素数２以上３０以下のヘテロアリール基であり、隣接する基と結合して環を形成してもよい。
化学式１において、ｍ及びｎはそれぞれ独立して０以上４以下の整数である。一方、ｍが２以上の整数であれば、複数個のＲ１は互いに同じであるかまたは互いに異なり、ｎが２以上の整数であれば、Ｒ２は互いに同じであるかまたは互いに異なる。
化学式１において、Ｌは単結合、置換若しくは無置換の環形成炭素数６以上３０以下のアリーレン基、または置換若しくは無置換の環形成炭素数２以上３０以下のヘテロアリーレン基である。
化学式１において、Ａｒ１は置換若しくは無置換の環形成炭素数６以上３０以下のアリール基、または置換若しくは無置換の環形成炭素数２以上３０以下のヘテロアリール基である。
化学式１において、Ｘは下記化学式２－１乃至化学式２－８のうちのいずれか一つで表される。
化学式２－２において、Ｚ１はＯ、Ｓ、またはＮＡｒ１０であり、Ｙ１及びＹ２はそれぞれ独立してＮまたはＣＲ４であり、Ｙ１及びＹ２のうち少なくとも一つはＮであり、Ｒ３及びＲ４はそれぞれ独立して水素原子、重水素原子、ハロゲン原子、ボリル基、置換若しくは無置換のアミノ基、シアノ基、カルボニル基、ニトロ基、オキシ基、シロキシ基、シリル基、ホスフィンオキシド基、ホスフィンスルフィド基、スルフィニル基、スルホニル基、置換若しくは無置換の炭素数１以上２０以下のアルキル基、置換若しくは無置換の炭素数２以上２０以下のアルケニル基、置換若しくは無置換の環形成炭素数６以上３０以下のアリール基、置換若しくは無置換の環形成炭素数２以上３０以下のヘテロアリール基であり、隣接する基と単結合で、或はＣ（炭素）原子又はＯ（酸素）、Ｓ（硫黄）、Ｎ（窒素）原子などのヘテロ原子を介して結合して環を形成してもよい。
化学式２－３において、Ｗ１～Ｗ５はそれぞれ独立してＮまたはＣＲ５であり、Ｗ１～Ｗ５のうち少なくとも一つはＮであり、Ｒ５は水素原子、重水素原子、ハロゲン原子、ボリル基、置換若しくは無置換のアミノ基、シアノ基、カルボニル基、ニトロ基、オキシ基、シロキシ基、シリル基、ホスフィンオキシド基、ホスフィンスルフィド基、スルフィニル基、スルホニル基、置換若しくは無置換の炭素数１以上２０以下のアルキル基、置換若しくは無置換の炭素数２以上２０以下のアルケニル基、置換若しくは無置換の環形成炭素数６以上３０以下のアリール基、または置換若しくは無置換の環形成炭素数２以上３０以下のヘテロアリール基である。
化学式２－１～化学式２－８において、ａ～ｃはそれぞれ独立して１以上４以下の整数であり、Ａｒ３～Ａｒ１０はそれぞれ独立して置換若しくは無置換の環形成炭素数６以上３０以下のアリール基、置換若しくは無置換の環形成炭素数２以上３０以下のヘテロアリール基であり、隣接する基と単結合で、或はＣ（炭素）原子又はＯ（酸素）、Ｓ（硫黄）、Ｎ（窒素）原子などのヘテロ原子を介して結合して環を形成してもよい。
化学式１で表される一実施形態に係る多環化合物については、上述した一実施形態に係る有機電界発光素子で説明した多環化合物に関する説明が適用される。
一実施形態に係る多環化合物は、上述した第１化合物群に示した化合物のうちから選択されるいずれか一つであってもよい。
以下、具体的な実施例及び比較例を介して本発明をより詳細に説明する。下記実施例は、本発明の理解を助けるための例示に過ぎず、本発明の範囲はこれらに限らない。
１．多環化合物の合成
まず、本実施形態による多環素化合物の合成方法について、化合物２、化合物１２、化合物３０、化合物６４、及び化合物５４の合成方法を例示して具体的に説明する。また、以下で説明する多環化合物の合成法は一実施例であって、本発明の実施形態による多環化合物の合成法は下記実施例に限らない。
まず、本実施形態による多環素化合物の合成方法について、化合物２、化合物１２、化合物３０、化合物６４、及び化合物５４の合成方法を例示して具体的に説明する。また、以下で説明する多環化合物の合成法は一実施例であって、本発明の実施形態による多環化合物の合成法は下記実施例に限らない。
（１）化合物２の合成
（中間体化合物Ｂの合成）
（中間体化合物Ｂの合成）
アルゴン雰囲気下、１０００ｍＬの三口フラスコに、化合物Ａ（２２ｇ、４２ｍｍｏｌ）に脱水ジエチルエーテル４００ｍＬを加えて溶解させ、－７８℃で１時間攪拌した。ここに、１．６Ｍのｎ－ＢｕＬｉヘキサン溶液５２ｍＬ（８３ｍｍｏｌ）を滴下し、２時間攪拌した。ここに、２，４，６－トリイソプロピルフェニルボロン酸メチルエステル１２．７ｇ（４６ｍｍｏｌ）を追加した後、攪拌しながら反応溶液の温度を室温まで昇温させた。反応後、この混合液を水で洗浄した。得られた有機相を濃縮し、粘性の物質を得た。得られた粗生成物をカラムクロマトグラフィ（シリカゲル）で精製した後、固体の化合物Ｂを１６．３ｇ（２８ｍｍｏｌ、収率６４％）を得た。ＦＡＢ－ＭＳ測定によって測定された化合物Ｂの分子量は５８１であった。
（化合物Ｃ、Ｄの合成）
Ａｒ雰囲気下、１０００ｍＬの三口フラスコに、化合物Ｂ（１６．３ｇ、２８ｍｍｏｌ）に脱水ＴＨＦを２００ｍＬ加えて溶解させ、－７８℃で１時間攪拌した。ここに、１．６Ｍのｎ－ＢｕＬｉヘキサン溶液３６ｍＬ（５８ｍｍｏｌ）を滴下し、２時間攪拌した。ここに、飽和塩化アンモニウム水溶液を加えた後、反応溶液からＴＨＦ成分を減圧流去した。得られた水溶液から有機物をクロロホルムによって抽出し、得られた有機相を濃縮して、得られた粗生成物をカラムクロマトグラフィ（シリカゲル）で精製した後、化合物Ｃを得た。得られた化合物Ｃを脱水ジエチルエーテル１００ｍＬに溶解させた後、塩酸水溶液（１２Ｍ、４０ｍＬ）を加えて、室温で１時間攪拌した。溶液に飽和炭酸ナトリウム水溶液を加えて反応を停止した後、分液操作を行って得られた有機相を濃縮し、化合物Ｄを白色固体として得た（７．３ｇ、１９ｍｍｏｌ、６８％）。ＦＡＢ－ＭＳ測定によって測定された化合物Ｄの分子量は３８１であった。
Ａｒ雰囲気下、１０００ｍＬの三口フラスコに、化合物Ｂ（１６．３ｇ、２８ｍｍｏｌ）に脱水ＴＨＦを２００ｍＬ加えて溶解させ、－７８℃で１時間攪拌した。ここに、１．６Ｍのｎ－ＢｕＬｉヘキサン溶液３６ｍＬ（５８ｍｍｏｌ）を滴下し、２時間攪拌した。ここに、飽和塩化アンモニウム水溶液を加えた後、反応溶液からＴＨＦ成分を減圧流去した。得られた水溶液から有機物をクロロホルムによって抽出し、得られた有機相を濃縮して、得られた粗生成物をカラムクロマトグラフィ（シリカゲル）で精製した後、化合物Ｃを得た。得られた化合物Ｃを脱水ジエチルエーテル１００ｍＬに溶解させた後、塩酸水溶液（１２Ｍ、４０ｍＬ）を加えて、室温で１時間攪拌した。溶液に飽和炭酸ナトリウム水溶液を加えて反応を停止した後、分液操作を行って得られた有機相を濃縮し、化合物Ｄを白色固体として得た（７．３ｇ、１９ｍｍｏｌ、６８％）。ＦＡＢ－ＭＳ測定によって測定された化合物Ｄの分子量は３８１であった。
（化合物２の合成）
Ａｒ雰囲気下、１００ｍＬの三口フラスコに、化合物Ｄを３．１ｇ（８．１ｍｍｏｌ）とＣ６Ｈ３－１，３－（ＣＮ）２－２－Ｂｒを１．７ｇ（８．０ｍｍｏｌ）、Ｐｄ２（ｄｂａ）３を０．１８３ｇ（０．２０ｍｍｏｌ）、（ｔ－Ｂｕ）３Ｐを０．１６２ｇ（０．８０ｍｍｏｌ）、ナトリウムｔ－ブトキシド０．７７０ｇ（８．０ｍｍｏｌ）を加え、２０ｍＬのトルエン溶液中で９０℃で１２時間攪拌した。空冷後、水を加えて有機層を分取し、溶媒流去した。得られた粗生成物をシリカゲルカラムクロマトグラフィで精製した後、白色固体の化合物２を２．６ｇ（５．１ｍｍｏｌ、収率６４％）を得た。ＦＡＢ－ＭＳ測定によって測定された化合物２の分子量は５０７であった。
（２）化合物１２の合成
Ａｒ雰囲気下、１００ｍＬの三口フラスコに、化合物Ｄを３．１ｇ（８．１ｍｍｏｌ）と４，６－ビス（４－ブロモフェニル）ピリミジン１．５６ｇ（４．０ｍｍｏｌ）、Ｐｄ２（ｄｂａ）３を０．１８３ｇ（０．２０ｍｍｏｌ）、（ｔ－Ｂｕ）３Ｐを０．１６２ｇ（０．８０ｍｍｏｌ）、ナトリウムｔ－ブトキシド０．７６９ｇ（８．０ｍｍｏｌ）を加え、２０ｍＬのトルエン溶液中で８０℃で１２時間攪拌した。空冷後、水を加えて有機層を分取し、溶媒流去した。得られた粗生成物をシリカゲルカラムクロマトグラフィで精製した後、白色固体の化合物１２を３．１ｇ（３．１ｍｍｏｌ、収率３９％）得た。ＦＡＢ－ＭＳ測定によって測定された化合物１２の分子量は９９１であった。
（３）化合物３０の合成
Ａｒ雰囲気下、１００ｍＬの三口フラスコに、化合物Ｄを３．１ｇ（８．１ｍｍｏｌ）と４、４’－ジブロモベンゾフェノン１．３６ｇ（４．０ｍｍｏｌ）、Ｐｄ２（ｄｂａ）３を０．１８３ｇ（０．２０ｍｍｏｌ）、（ｔ－Ｂｕ）３Ｐを０．１６２ｇ（０．８０ｍｍｏｌ）、ナトリウムｔ－ブトキシド０．７６９ｇ（８．０ｍｍｏｌ）を加え、２０ｍＬのトルエン溶液中で４時間加熱還流した。空冷後、水を加えて有機層を分取し、溶媒流去した。得られた粗生成物をシリカゲルカラムクロマトグラフィ、及びヘキサンによる洗浄によって精製した後、白色固体の化合物３０を１．５１ｇ（１．６ｍｍｏｌ、収率４０％）を得た。ＦＡＢ－ＭＳ測定によって測定された化合物３０の分子量は９４１であった。
（４）化合物６４の合成
Ａｒ雰囲気下、１００ｍＬの三口フラスコに、化合物Ｄを３．１ｇ（８．１ｍｍｏｌ）と３－ブロモ－１０－［２，４，６－トリス（１－メイルエチル）フェニル］－１０Ｈ－フェノキサボリン３．６９ｇ（８．０ｍｍｏｌ）、Ｐｄ２（ｄｂａ）３を０．１８３ｇ（０．２０ｍｍｏｌ）、（ｔ－Ｂｕ）３Ｐを０．１６３ｇ（０．８０ｍｍｏｌ）、ナトリウムｔ－ブトキシド０．７６８ｇ（８．０ｍｍｏｌ）を加え、３０ｍＬのトルエン溶液中で６時間、加熱還流した。空冷後、水を加えて有機層を分取し、溶媒流去した。得られた粗生成物をシリカゲルカラムクロマトグラフィで精製した後、白色固体の化合物６４を２．８ｇ（３．７ｍｍｏｌ、収率４６％）を得た。ＦＡＢ－ＭＳ測定で測定された化合物６４の分子量は７６２であった。
（５）化合物５４の合成
Ａｒ雰囲気下、１００ｍＬの三口フラスコに、化合物Ｄを３．１ｇ（８．１ｍｍｏｌ）と１，１’－スルホニルビス［４－ブロモベンゼン］１．５０ｇ（４．０ｍｍｏｌ）、Ｐｄ２（ｄｂａ）３を０．１８３ｇ（０．２０ｍｍｏｌ）、（ｔ－Ｂｕ）３Ｐを０．１６１ｇ（０．８０ｍｍｏｌ）、ナトリウムｔ－ブトキシド０．７６８ｇ（８．０ｍｍｏｌ）を加え、２０ｍＬのトルエン溶液中で６時間加熱還流した。空冷後、水を加えて有機層を分取し、溶媒流去した。得られた粗生成物をシリカゲルカラムクロマトグラフィで精製した後、白色固体の化合物５４を２．４ｇ（２．６ｍｍｏｌ、収率６１％）を得た。ＦＡＢ－ＭＳ測定によって測定された化合物５４の分子量は９７７であった。
２．多環化合物を含む有機電界発光素子の製作及び評価
（有機電界発光素子の製作）
一実施例の多環化合物を発光層に含む有機電界発光素子を下記方法で作製した。上述した化合物２、化合物１２、化合物３０、化合物６４、及び化合物５４の多環化合物を発光層材料として使用し、実施例１～実施例５の有機電界発光素子を作製した。下記では、実施例１～実施例５、及び比較例１～比較例４において、発光層に使用された化合物２、化合物１２、化合物３０、化合物６４、化合物５４、比較例化合物ｃ１、比較例化合物ｃ２、比較例化合物ｃ３及び比較例化合物ｃ４を示している。
（有機電界発光素子の製作）
一実施例の多環化合物を発光層に含む有機電界発光素子を下記方法で作製した。上述した化合物２、化合物１２、化合物３０、化合物６４、及び化合物５４の多環化合物を発光層材料として使用し、実施例１～実施例５の有機電界発光素子を作製した。下記では、実施例１～実施例５、及び比較例１～比較例４において、発光層に使用された化合物２、化合物１２、化合物３０、化合物６４、化合物５４、比較例化合物ｃ１、比較例化合物ｃ２、比較例化合物ｃ３及び比較例化合物ｃ４を示している。
実施例及び比較例の有機電界発光素子は、以下の方法で作製した。
ガラス基板の上に１５０ｎｍの厚さでＩＴＯをパターニングした後、超純水で洗浄し、ＵＶオゾン処理を１０分間実施した。次に、１０ｎｍの厚さでＨＡＴ－ＣＮを蒸着し、厚さ８０ｎｍでα－ＮＰＤを蒸着し、５ｎｍの厚さでｍＣＰを蒸着して、正孔輸送領域を形成した。
次に、発光層を形成する際、一実施例の多環化合物または比較例化合物とＤＰＥＰＯとを２０：８０の割合で共蒸着し、厚さ２０ｎｍの層を形成した。次に、ＤＰＥＰＯを利用して１０ｎｍの厚さの層を形成した。つまり、共蒸着して形成された発光層は、実施例１～実施例５では、それぞれ化合物２、化合物１２、化合物３０、化合物６４、及び化合物５４をＤＰＥＰＯと混合して蒸着し、比較例１乃至比較例４では、比較例化合物ｃ１、比較例化合物ｃ２、比較例化合物ｃ３、及び比較例化合物ｃ４をＤＰＥＰＯと混合して蒸着した。
発光層の上にＴＰＢｉで厚さ３０ｎｍの層を形成し、厚さ０．５ｎｍのＬｉＦ層を形成して、電子輸送領域を形成した。次に、アルミニウム（Ａｌ）で厚さ１００ｎｍの第２電極を形成した。
上記実施例及び比較例において、正孔輸送領域、発光層、電子輸送領域、及び第２電極は、真空蒸着装置を利用して形成した。
（有機電界発光素子の特性評価）
実施例及び比較例による有機電界発光素子の特性を評価するために、最大発光波長（ｎｍ）及び外部量子収率（％）を測定した。浜松ホトニクス社製Ｃ９９２０－１１輝度配向特性測定装置を利用して測定した。
実施例及び比較例による有機電界発光素子の特性を評価するために、最大発光波長（ｎｍ）及び外部量子収率（％）を測定した。浜松ホトニクス社製Ｃ９９２０－１１輝度配向特性測定装置を利用して測定した。
表１を参照すると、一実施例の多環化合物を発光層のドーパント物質として使用した実施例１～実施例５の有機電界発光素子は、比較例１～比較例４に比べ、高い効率及び長寿命を示すことが分かる。また、一実施例の多環化合物を発光層のドーパント物質として使用した実施例１～実施例５の有機電界発光素子は、発光波長が４８５ｎｍ以下の相対的に短波長である深青色光を発光することが分かる。
詳しくは、実施例２と比較例１、実施例３と比較例２、実施例４と比較例３、及び実施例５と比較例４の化合物は同じ電子受容部を含む。しかし、電子供与性基としてアザボリン環を含む実施例化合物を使用した実施例において、それぞれ比較例より高い効率及び長寿命を示すことが分かる。特に、実施例３と比較例２を参照すると、同じベンゾフェノン基を電子受容基として有する化合物であるが、アザボリン環基を電子供与基として含む化合物を使用した実施例３は、比較例２に比べ寿命が２１％向上された。
実施例１～実施例５は、電子供与性基としてホウ素原子を含むアザボリン環を含み、ホウ素原子の空いているｐ軌道に由来する弱い電子求引性によって、比較例に含まれるアクリジンより弱い電子供与性基として作用する。よって、電子受容性基との間で電荷の移動が弱くなって短波長化していると判断され、同時にドナーとアクセプターを結合する炭素－窒素結合の分極が弱化し、その結合の安定性が上昇しているため、比較例１～比較例４に比べ外部量子効率及び寿命が向上されていると考えられる。
一実施例の有機電界発光素子は、電子供与性基と電子受容性基を含むが、電子供与性基としてはアザボリン環を含み、電子受容性基としてはシアノ基、カルボニル基、ボリル基、スルホニル基、スルフィニル基、ホスフィンオキシド基、含窒素５員環、及び含窒素６員単環のうちのいずれか一つを含む多環化合物を発光層材料として使用することで、青色光波長領域で高い発光効率を実現することができる。
これまで本発明の好ましい実施例を参照して説明したが、該当技術分野における熟練した当業者または該当技術分野における通常の知識を有する者であれば、後述する特許請求の範囲に記載された本発明の思想及び技術領域から逸脱しない範囲内で本発明を多様に修正及び変更し得ることを理解できるはずである。
よって、本発明の技術的範囲は明細書の詳細な説明に記載されている内容に限らず、特許請求の範囲によって決められるべきである。
１０：有機電界発光素子 ＥＬ１：第１電極
ＥＬ２：第２電極 ＨＴＲ：正孔輸送領域
ＥＭＬ：発光層 ＥＴＲ：電子輸送領域
ＥＬ２：第２電極 ＨＴＲ：正孔輸送領域
ＥＭＬ：発光層 ＥＴＲ：電子輸送領域
Claims (10)
- 下記化学式１で表される多環化合物。
（前記化学式１において、
Ｒ１及びＲ２はそれぞれ独立して重水素原子、ハロゲン原子、ボリル基、置換若しくは無置換のアミノ基、シアノ基、カルボニル基、ニトロ基、シロキシ基、シリル基、ホスホリル基、チオホスホリル基、置換若しくは無置換のチオール基、スルフィニル基、スルホニル基、置換若しくは無置換の炭素数１以上２０以下のアルコキシ基、置換若しくは無置換の環形成炭素数６以上３０以下のアリールオキシ基、置換若しくは無置換の炭素数１以上２０以下のアルキル基、置換若しくは無置換の炭素数７以上３０以下のアラルキル基、置換若しくは無置換の環形成炭素数６以上３０以下のアリール基、置換若しくは無置換の環形成炭素数２以上３０以下のヘテロアリール基であり、Ｒ １ は隣接するＲ １ と結合して環を形成するか又は形成せず、Ｒ ２ は隣接するＲ ２ と結合して環を形成するか又は形成せず、
Ｌは単結合、置換若しくは無置換の環形成炭素数６以上３０以下のアリーレン基、または置換若しくは無置換の環形成炭素数２以上３０以下のヘテロアリーレン基であり、
Ａｒ１は置換若しくは無置換の環形成炭素数６以上３０以下のアリール基、または置換若しくは無置換の環形成炭素数２以上３０以下のヘテロアリール基であり、
ｍ及びｎはそれぞれ独立して０以上４以下の整数であり、
Ｘは下記化学式２－１～化学式２－８のうちのいずれか一つで表され、
前記化学式２－１～化学式２－８において、
ａ～ｃはそれぞれ独立して１以上４以下の整数であり、
Ｚ１はＯ、Ｓ、またはＮＡｒ１０であり、
Ｙ１及びＹ２はそれぞれ独立してＮまたはＣＲ４であり、Ｙ１及びＹ２のうち少なくとも一つはＮであり、
Ｗ１～Ｗ５はそれぞれ独立してＮまたはＣＲ５であり、Ｗ１～Ｗ５のうち少なくとも一つはＮであり、
Ａｒ３～Ａｒ１０はそれぞれ独立して置換若しくは無置換の環形成炭素数６以上３０以下のアリール基、置換若しくは無置換の環形成炭素数２以上３０以下ヘテロアリール基であり、隣接する基と単結合で、或はＣ（炭素）原子又はＯ（酸素）、Ｓ（硫黄）、Ｎ（窒素）原子などのヘテロ原子を介して結合して環を形成するか、又は形成せず、
Ｒ３及びＲ４はそれぞれ独立して水素原子、重水素原子、ハロゲン原子、ボリル基、置換若しくは無置換のアミノ基、シアノ基、カルボニル基、ニトロ基、オキシ基、シロキシ基、シリル基、ホスフィンオキシド基、ホスフィンスルフィド基、スルフィニル基、スルホニル基、置換若しくは無置換の炭素数１以上２０以下のアルキル基、置換若しくは無置換の炭素数２以上２０以下のアルケニル基、置換若しくは無置換の環形成炭素数６以上３０以下のアリール基、置換若しくは無置換の環形成炭素数２以上３０以下のヘテロアリール基であり、隣接する基と単結合で、或はＣ（炭素）原子又はＯ（酸素）、Ｓ（硫黄）、Ｎ（窒素）原子などのヘテロ原子を介して結合して環を形成するか又は形成せず、
Ｒ５は水素原子、重水素原子、ハロゲン原子、ボリル基、置換若しくは無置換のアミノ基、シアノ基、カルボニル基、ニトロ基、オキシ基、シロキシ基、シリル基、ホスフィンオキシド基、ホスフィンスルフィド基、スルフィニル基、スルホニル基、置換若しくは無置換の炭素数１以上２０以下のアルキル基、置換若しくは無置換の炭素数２以上２０以下のアルケニル基、置換若しくは無置換の環形成炭素数６以上３０以下のアリール基、または置換若しくは無置換の環形成炭素数２以上３０以下のヘテロアリール基であり、
前記Ｘが前記化学式２－３で表される基であり、Ｗ １ ～Ｗ ５ のうち一つがＮである場合、前記Ｘは置換基としてアザボリン環基またはカルバゾリル基を含む。） - 前記Ａｒ１は、下記化学式３で表される請求項１に記載の多環化合物。
（前記化学式３において、
Ｖ１～Ｖ５はそれぞれ独立してＮまたはＣＲ６であり、
Ｒ６は水素原子、重水素原子、ハロゲン原子、ボリル基、置換若しくは無置換のアミノ基、シアノ基、カルボニル基、オキシ基、シリル基、チオール基、ホスフィンオキシド基、ホスフィンスルフィド基、置換若しくは無置換の炭素数１以上２０以下のアルキル基、置換若しくは無置換の炭素数２以上２０以下のアルケニル基、置換若しくは無置換の環形成炭素数６以上３０以下のアリール基、置換若しくは無置換の炭素数７以上３０以下のアラルキル基、置換若しくは無置換の環形成炭素数２以上３０以下のヘテロアリール基であり、隣接する基と結合して環を形成するか又は形成しない。） - 前記Ｖ１～Ｖ５のうち少なくとも一つはＣＲ７であり、
前記Ｒ７は置換若しくは無置換の炭素数２以上２０以下のアルキル基である請求項２に記載の多環化合物。 - 前記化学式１で表される化合物は、熱活性遅延蛍光発光材料である請求項１に記載の多環化合物。
- 前記化学式２－２は、下記化学式２－２－１～化学式２－２－５のうちのいずれか一つで表される請求項１に記載の多環化合物。
- 化学式２－３は、下記化学式２－３－１～化学式２－３－５のうちのいずれか一つで表される請求項１に記載の多環化合物。
（前記化学式２－３－１～化学式２－３－５において、
Ｒ５、Ｒ５’、Ｒ５’’、Ｒ５’’’はそれぞれ独立して水素原子、重水素原子、ハロゲン原子、ボリル基、置換若しくは無置換のアミノ基、シアノ基、カルボニル基、ニトロ基、オキシ基、シロキシ基、シリル基、ホスフィンオキシド基、ホスフィンスルフィド基、スルフィニル基、スルホニル基、置換若しくは無置換の炭素数１以上２０以下のアルキル基、置換若しくは無置換の炭素数２以上２０以下のアルケニル基、置換若しくは無置換の環形成炭素数６以上３０以下のアリール基、または置換若しくは無置換の環形成炭素数２以上３０以下のヘテロアリール基であり、
化学式２－３－４および化学式２－３－５において、Ｒ ５ 、Ｒ ５ ’、Ｒ ５ ’’、Ｒ ５ ’’’のうち少なくとも一つはアザボリン環基またはカルバゾリル基である。） - Ｌは単結合、置換若しくは無置換のフェニレン基、または置換若しくは無置換のビフェニリレン基である請求項１に記載の有機電界発光素子。
- 前記化学式１は、下記化学式４－１～化学式４－５のうちのいずれか一つで表される請求項１に記載の有機電界発光素子。
（前記化学式４－１～化学式４－５において、
Ａ１～Ａ５はそれぞれ独立して重水素原子、ハロゲン原子、ボリル基、置換若しくは無置換のアミノ基、シアノ基、カルボニル基、オキシ基、シリル基、チオール基、ホスフィンオキシド基、ホスフィンスルフィド基、置換若しくは無置換の炭素数１以上２０以下のアルキル基、置換若しくは無置換の環形成炭素数６以上３０以下のアリール基、アラルキル基、置換若しくは無置換の環形成炭素数２以上３０以下のヘテロアリール基であり、隣接する基と単結合で、或はＣ（炭素）原子又はＯ（酸素）、Ｓ（硫黄）、Ｎ（窒素）原子などのヘテロ原子を介して結合して環を形成するか又は形成せず、
ｄ～ｈはそれぞれ独立して０以上４以下の整数である。） - 前記化学式１で表される化合物は、下記第１化合物群に示した化合物のうちのいずれか一つである請求項１に記載の多環化合物。
［第１化合物群］
- 第１電極と、
前記第１電極の上に配置される正孔輸送領域と、
前記正孔輸送領域の上に配置される発光層と、
前記発光層の上に配置される電子輸送領域と、
前記電子輸送領域の上に配置される第２電極と、を含み、
前記第１電極及び前記第２電極はそれぞれ独立して、Ａｇ，Ｍｇ，Ｃｕ，Ａｌ，Ｐｔ，Ｐｄ，Ａｕ，Ｎｉ，Ｎｄ，Ｉｒ，Ｃｒ，Ｌｉ，Ｃａ，ＬｉＦ／Ｃａ，ＬｉＦ／Ａｌ，Ｍｏ，Ｔｉ，Ｉｎ，Ｓｎ及びＺｎからなる群から選択される一つ、これらの中から選択される複数を含む化合物、これらの中から選択される複数を含む混合物、又はこれらの中から選択される１つ以上の酸化物を含み、
前記発光層は、請求項１乃至請求項９のうちのいずれか一項に記載の多環化合物を含む有機電界発光素子。
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