JPWO2014034535A1 - 発光材料、化合物、およびそれらを用いた有機発光素子 - Google Patents

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Abstract

有機発光素子の発光材料として有用な材料を提供すること。下記一般式で表される化合物からなる発光材料［ＸはＯ、Ｓ、Ｎ−Ｒ11、Ｃ＝Ｏ、Ｃ（Ｒ12）（Ｒ13）またはＳｉ（Ｒ14）（Ｒ15）；ＹはＯ、ＳまたはＮ−Ｒ16；Ａｒ1は置換もしくは無置換のアリーレン基；Ａｒ2は芳香環または複素芳香環；Ｒ1〜Ｒ8およびＲ11〜Ｒ16は、各々独立に水素原子または置換基を表す。］。

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、フェナジン構造を含む化合物を利用した有機エレクトロルミネッセンス素子に関する研究も見受けられる。例えば特許文献１には、下記の一般式で表されるフェナジン構造を含む化合物を、有機エレクトロルミネセンス素子などのホスト材料として用いることが記載されている。下記の一般式において、Ｒ1〜Ｒ8は水素原子、アルキル基、アリール基等であり、Ｒ9およびＲ10は水素原子、アルキル基、アリール基、ヘテロ環基またはアルケニル基であることが規定されている。しかしながら、Ｒ9およびＲ10として、ベンゾオキサゾリルフェニル基、ベンゾチアゾリルフェニル基、インダゾリルフェニル基は記載されていない。
Figure 2014034535
また、ベンゾオキサゾリルフェニル基、ベンゾチアゾリルフェニル基またはインダゾリルフェニル基を含む化合物として、以下の構造を有する化合物が知られている。しかしながら、これらの化合物はドナー部位がジフェニルアミノ基であり、フェナジン構造、フェノキサジン構造、フェノチアジン構造にすることについてはまったく示唆されていない。
Figure 2014034535
特許文献２には、下記の一般式で表される化合物がホスト材料として有用であることが記載されている。
Figure 2014034535
 上記の一般式において、Ｒ1、Ｒ2は水素原子、炭素数１〜４のアルキル基、置換または無置換の炭素数６〜１３のアリール基のいずれかであり、Ｒ11〜Ｒ14は水素原子、ハロゲン、炭素数１〜４のアルキル基、無置換の炭素数６〜１０のアリール基のいずれかであり、また、α、β、γのいずれか２つが結合して１つの結合を形成し、カルバゾール骨格を形成しており、ｎは０〜３であるとされている。特許文献２には、上記の一般式に包含される具体的な化合物として、以下の構造を有する化合物をホスト材料として用いた発光素子も記載されているが、この化合物からの発光は観測されなかったことが明記されている。
Figure 2014034535
米国特許第６８６９６９９号公報 特開２０１０−８３８６２号公報
このようにフェナジン構造を含む化合物や、ベンゾオキサゾリルフェニル基、ベンゾチアゾリルフェニル基またはインダゾリルフェニル基を含む化合物については、既知の化合物も存在する。しかしながら、フェナジン構造、フェノキサジン構造またはフェノチアジン構造を有する基と、ベンゾオキサゾリルフェニル基、ベンゾチアゾリルフェニル基またはインダゾリルフェニル基をともに含む化合物については、具体的な検討がほとんどなされていない。このため、合成例すら報告されていないものがほとんどである。したがって、これらの基を組み合わせた化合物がどのような性質を示すのかを正確に予測することは極めて困難である。特に、発光材料としての有用性については、予測の根拠となりうる文献を見出すことすら困難である。
本発明者らはこれらの従来技術の課題を考慮して、フェナジン構造、フェノキサジン構造、フェノチアジン構造等と、ベンゾオキサゾリルフェニル基、ベンゾチアゾリルフェニル基、インダゾリルフェニル基等をともに分子中に含む化合物を合成して、発光材料としての有用性を評価することを目的として検討を進めた。また、発光材料として有用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も目的として鋭意検討を進めた。
上記の目的を達成するために鋭意検討を進めた結果、本発明者らは、目的の化合物を合成することに成功するとともに、これらの化合物が発光材料として有用であることを初めて明らかにした。また、そのような化合物の中に、遅延蛍光材料として有用なものがあることを見出し、発光効率が高い有機発光素子を安価に提供しうることを明らかにした。本発明者らは、これらの知見に基づいて、上記の課題を解決する手段として、以下の本発明を提供するに至った。
［１］ 下記一般式（１）で表される化合物からなることを特徴とする発光材料。
Figure 2014034535
 ［一般式（１）において、ＸはＯ、Ｓ、Ｎ−Ｒ11、Ｃ＝Ｏ、Ｃ（Ｒ12）（Ｒ13）またはＳｉ（Ｒ14）（Ｒ15）を表し、ＹはＯ、ＳまたはＮ−Ｒ16を表す。Ａｒ1は置換もしくは無置換のアリーレン基を表し、Ａｒ2は芳香環または複素芳香環を表す。Ｒ1〜Ｒ8およびＲ11〜Ｒ16は、各々独立に水素原子または置換基を表す。Ｒ1とＲ2、Ｒ2とＲ3、Ｒ3とＲ4、Ｒ5とＲ6、Ｒ6とＲ7、Ｒ7とＲ8は、それぞれ互いに結合して環状構造を形成していてもよい。］
［２］ 前記一般式（１）で表される化合物が、下記一般式（２）で表される化合物であることを特徴とする［１］に記載の発光材料。
Figure 2014034535
 ［一般式（２）において、ＸはＯ、Ｓ、Ｎ−Ｒ11、Ｃ＝Ｏ、Ｃ（Ｒ12）（Ｒ13）またはＳｉ（Ｒ14）（Ｒ15）を表し、ＹはＯ、ＳまたはＮ−Ｒ16を表す。Ａｒ2は芳香環または複素芳香環を表す。Ｒ1〜Ｒ8、Ｒ11〜Ｒ16およびＲ21〜Ｒ24は、各々独立に水素原子または置換基を表す。Ｒ1とＲ2、Ｒ2とＲ3、Ｒ3とＲ4、Ｒ5とＲ6、Ｒ6とＲ7、Ｒ7とＲ8、Ｒ21とＲ22、Ｒ23とＲ24は、それぞれ互いに結合して環状構造を形成していてもよい。］
［３］ 前記一般式（１）で表される化合物が、下記一般式（３）で表される化合物であることを特徴とする［１］に記載の発光材料。
Figure 2014034535
 ［一般式（３）において、ＸはＯ、Ｓ、Ｎ−Ｒ11、Ｃ＝Ｏ、Ｃ（Ｒ12）（Ｒ13）またはＳｉ（Ｒ14）（Ｒ15）を表し、ＹはＯ、ＳまたはＮ−Ｒ16を表す。Ｒ1〜Ｒ8、Ｒ11〜Ｒ16、Ｒ21〜Ｒ24およびＲ31〜Ｒ34は、各々独立に水素原子または置換基を表す。Ｒ1とＲ2、Ｒ2とＲ3、Ｒ3とＲ4、Ｒ5とＲ6、Ｒ6とＲ7、Ｒ7とＲ8、Ｒ21とＲ22、Ｒ23とＲ24、Ｒ31とＲ32、Ｒ32とＲ33、Ｒ33とＲ34は、それぞれ互いに結合して環状構造を形成していてもよい。］
［４］ ＸがＯまたはＳであることを特徴とする［１］〜［３］のいずれか１項に記載の発光材料。
［５］ ＹがＯ、ＳまたはＮ−Ｒ16であって、Ｒ16が置換もしくは無置換のアリール基であることを特徴とする［１］〜［４］のいずれか１項に記載の発光材料。
［６］ Ｒ1〜Ｒ8が、各々独立に水素原子、フッ素原子、塩素原子、シアノ基、炭素数１〜１０の置換もしくは無置換のアルキル基、炭素数１〜１０の置換もしくは無置換のアルコキシ基、炭素数１〜１０の置換もしくは無置換のジアルキルアミノ基、炭素数１２〜４０の置換もしくは無置換のジアリールアミノ基、炭素数６〜１５の置換もしくは無置換のアリール基、または炭素数３〜１２の置換もしくは無置換のヘテロアリール基であることを特徴とする［１］〜［５］のいずれか１項に記載の発光材料。
［７］ ［１］〜［６］のいずれか１項に記載の発光材料からなる遅延蛍光体。
［８］ 下記一般式（１’）で表される化合物。
Figure 2014034535
 ［一般式（１’）において、ＸはＯ、Ｓ、Ｎ−Ｒ11、Ｃ＝Ｏ、Ｃ（Ｒ12）（Ｒ13）またはＳｉ（Ｒ14）（Ｒ15）を表し、ＹはＯ、ＳまたはＮ−Ｒ16を表す。Ａｒ1は置換もしくは無置換のアリーレン基を表し、Ａｒ2は芳香環または複素芳香環を表す。Ｒ1〜Ｒ8およびＲ11〜Ｒ16は、各々独立に水素原子または置換基を表すが、ＸがＯであるときＲ16がフェニル基であることはない。Ｒ1とＲ2、Ｒ2とＲ3、Ｒ3とＲ4、Ｒ5とＲ6、Ｒ6とＲ7、Ｒ7とＲ8は、それぞれ互いに結合して環状構造を形成していてもよい。］
［９］ ［１］〜［６］のいずれか１項に記載の発光材料を含む発光層を基板上に有することを特徴とする有機発光素子。
［１０］ 遅延蛍光を放射することを特徴とする［９］に記載の有機発光素子。
［１１］ 有機エレクトロルミネッセンス素子であることを特徴とする［９］または［１０］に記載の有機発光素子。
一般式（１）で表される化合物は、発光材料として有用である。また、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ものが含まれている。さらに、一般式（１）で表される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。 合成例１で合成した化合物１の1Ｈ ＮＭＲスペクトルである。 合成例２で合成した化合物２の1Ｈ ＮＭＲスペクトルである。 実施例１の化合物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１のトルエン溶液の過渡減衰曲線である。 実施例１の化合物２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２のトルエン溶液の過渡減衰曲線である。 実施例１の化合物３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３のトルエン溶液の過渡減衰曲線である。 比較例１の比較化合物のトルエン溶液の過渡減衰曲線である。 実施例２の化合物１を用いた薄膜型有機フォトルミネッセンス素子の発光スペクトルである。 実施例２の化合物１を用いた薄膜型有機フォトルミネッセンス素子の過渡減衰曲線である。 実施例２の化合物２を用いた薄膜型有機フォトルミネッセンス素子の発光スペクトルである。 実施例２の化合物２を用いた薄膜型有機フォトルミネッセンス素子の過渡減衰曲線である。 実施例２の化合物３を用いた薄膜型有機フォトルミネッセンス素子の発光スペクトルである。 実施例２の化合物３を用いた薄膜型有機フォトルミネッセンス素子の過渡減衰曲線である。 実施例３の化合物１を用いた有機エレクトロミネッセンス素子の発光スペクトルである。 実施例３の化合物１を用いた有機エレクトロルミネッセンス素子の電流密度−電圧特性を示すグラフである。 実施例３の化合物１を用いた有機エレクトロルミネッセンス素子の外部量子効率−電流密度特性を示すグラフである。 実施例３の化合物２を用いた有機エレクトロミネッセンス素子の発光スペクトルである。 実施例３の化合物２を用いた有機エレクトロルミネッセンス素子の電流密度−電圧特性を示すグラフである。 実施例３の化合物２を用いた有機エレクトロルミネッセンス素子の外部量子効率−電流密度特性を示すグラフである。
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1Ｈであってもよいし、一部または全部が2Ｈ（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］
本発明の発光材料は、下記一般式（１）で表される構造を有する化合物からなることを特徴とする。
Figure 2014034535
一般式（１）において、ＸはＯ、Ｓ、Ｎ−Ｒ11、Ｃ＝Ｏ、Ｃ（Ｒ12）（Ｒ13）またはＳｉ（Ｒ14）（Ｒ15）を表し、ＹはＯ、ＳまたはＮ−Ｒ16を表す。Ａｒ1は置換もしくは無置換のアリーレン基を表し、Ａｒ2は芳香環または複素芳香環を表す。Ｒ1〜Ｒ8およびＲ11〜Ｒ16は、各々独立に水素原子または置換基を表す。Ｒ1とＲ2、Ｒ2とＲ3、Ｒ3とＲ4、Ｒ5とＲ6、Ｒ6とＲ7、Ｒ7とＲ8は、それぞれ互いに結合して環状構造を形成していてもよい。
一般式（１）におけるＲ1〜Ｒ8は、各々独立に水素原子または置換基を表す。Ｒ1〜Ｒ8はすべてが水素原子であってもよい。また、２個以上が置換基である場合、それらの置換基は同じであっても異なっていてもよい。置換基としては、例えばヒドロキシ基、ハロゲン原子、シアノ基、炭素数１〜２０のアルキル基、炭素数１〜２０のアルコキシ基、炭素数１〜２０のアルキルチオ基、炭素数１〜２０のアルキル置換アミノ基、炭素数１２〜４０のジアリール置換アミノ基、炭素数２〜２０のアシル基、炭素数６〜４０のアリール基、炭素数３〜４０のヘテロアリール基、炭素数１２〜４０の置換もしくは無置換のカルバゾリル基、炭素数２〜１０のアルケニル基、炭素数２〜１０のアルキニル基、炭素数２〜１０のアルコキシカルボニル基、炭素数１〜１０のアルキルスルホニル基、炭素数１〜１０のハロアルキル基、アミド基、炭素数２〜１０のアルキルアミド基、炭素数３〜２０のトリアルキルシリル基、炭素数４〜２０のトリアルキルシリルアルキル基、炭素数５〜２０のトリアルキルシリルアルケニル基、炭素数５〜２０の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、ハロゲン原子、シアノ基、炭素数１〜２０の置換もしくは無置換のアルキル基、炭素数１〜２０のアルコキシ基、炭素数６〜４０の置換もしくは無置換のアリール基、炭素数３〜４０の置換もしくは無置換のヘテロアリール基、炭素数１〜１０の置換もしくは無置換のジアルキルアミノ基、炭素数１２〜４０の置換もしくは無置換のジアリールアミノ基、炭素数１２〜４０の置換もしくは無置換のカルバゾリル基である。さらに好ましい置換基は、フッ素原子、塩素原子、シアノ基、炭素数１〜１０の置換もしくは無置換のアルキル基、炭素数１〜１０の置換もしくは無置換のアルコキシ基、炭素数１〜１０の置換もしくは無置換のジアルキルアミノ基、炭素数１２〜４０の置換もしくは無置換のジアリールアミノ基、炭素数６〜１５の置換もしくは無置換のアリール基、炭素数３〜１２の置換もしくは無置換のヘテロアリール基である。
本明細書でいうアルキル基は、直鎖状、分枝状、環状のいずれであってもよく、より好ましくは炭素数１〜６であり、具体例としてメチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、tert−ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、イソプロピル基を挙げることができる。アリール基は、単環でも融合環でもよく、具体例としてフェニル基、ナフチル基を挙げることができる。アルコキシ基は、直鎖状、分枝状、環状のいずれであってもよく、より好ましくは炭素数１〜６であり、具体例としてメトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、ブトキシ基、tert−ブトキシ基、ペンチルオキシ基、ヘキシルオキシ基、イソプロピポキシ基を挙げることができる。ジアルキルアミノ基の２つのアルキル基は、互いに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。ジアルキルアミノ基の２つのアルキル基は、各々独立に直鎖状、分枝状、環状のいずれであってもよく、より好ましくは炭素数１〜６であり、具体例としてメチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、イソプロピル基を挙げることができる。ジアルキルアミノ基の２つのアルキル基は互いに結合してアミノ基の窒素原子とともに環状構造を形成していてもよい。置換基として採用しうるアリール基は、単環でも融合環でもよく、具体例としてフェニル基、ナフチル基を挙げることができる。ヘテロアリール基も、単環でも融合環でもよく、具体例としてピリジル基、ピリダジル基、ピリミジル基、トリアジル基、トリアゾリル基、ベンゾトリアゾリル基を挙げることができる。これらのヘテロアリール基は、ヘテロ原子を介して結合する基であっても、ヘテロアリール環を構成する炭素原子を介して結合する基であってもよい。ジアリールアミノ基の２つのアリール基は、単環でも融合環でもよく、具体例としてフェニル基、ナフチル基を挙げることができる。ジアリールアミノ基の２つのアリール基は互いに結合してアミノ基の窒素原子とともに環状構造を形成していてもよい。例えば、９−カルバゾリル基を挙げることができる。
一般式（１）におけるＲ1とＲ2、Ｒ2とＲ3、Ｒ3とＲ4、Ｒ5とＲ6、Ｒ6とＲ7、Ｒ7とＲ8は、それぞれ互いに結合して環状構造を形成していてもよい。環状構造は芳香環であっても脂肪環であってもよく、またヘテロ原子を含むものであってもよい。ここでいうヘテロ原子としては、窒素原子、酸素原子および硫黄原子からなる群より選択されるものであることが好ましい。形成される環状構造の例として、ベンゼン環、ナフタレン環、ピリジン環、ピリダジン環、ピリミジン環、ピラジン環、ピロール環、イミダゾール環、ピラゾール環、トリアゾール環、イミダゾリン環、オキサゾール環、イソオキサゾール環、チアゾール環、イソチアゾール環、シクロヘキサジエン環、シクロヘキセン環、シクロペンタエン環、シクロヘプタトリエン環、シクロヘプタジエン環、シクロヘプタエン環などを挙げることができる。
一般式（１）におけるＸは、Ｏ、Ｓ、Ｎ−Ｒ11、Ｃ＝Ｏ、Ｃ（Ｒ12）（Ｒ13）またはＳｉ（Ｒ14）（Ｒ15）であり、Ｏ、Ｓ、Ｎ−Ｒ11またはＣ＝Ｏであることが好ましく、ＯまたはＳであることがより好ましい。
一般式（１）におけるＸがＮ−Ｒ11であるとき、Ｒ11は水素原子または置換基を表すが、なかでも置換もしくは無置換のアルキル基、または置換もしくは無置換のアリール基であることが好ましい。置換もしくは無置換のアルキル基は、炭素数１〜２０であることが好ましく、炭素数１〜１０であることがより好ましく、炭素数１〜６であることがさらに好ましく、炭素数１〜３であることがさらにより好ましい。置換もしくは無置換のアリール基は、炭素数６〜２０であることが好ましく、炭素数６〜１４であることがより好ましく、炭素数６〜１０であることがさらに好ましい。アルキル基やアリール基に対する置換基としては、上記のＲ1〜Ｒ8がとりうる置換基の説明と好ましい範囲を参照することができるが、好ましく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ミノ基、置換もしくは無置換のヘテロアリール基などを挙げることができる。Ｒ11の具体例として、メチル基、エチル基、ｎ−プロピル基、フェニル基、ｐ−トリル基、ジフェニルアミノフェニル基、ジナフチルアミノフェニル基、トリアジニルフェニル基や、それらがさらに置換基（例えば炭素数１〜６のアルキル基や炭素数６〜１０のアリール基）で置換された基などを挙げることができる。
一般式（１）におけるＸがＣ（Ｒ12）（Ｒ13）またはＳｉ（Ｒ14）（Ｒ15）であるとき、Ｒ12〜Ｒ15は水素原子または置換基を表す。置換基としては、上記のＲ1〜Ｒ8がとりうる置換基の説明と好ましい範囲を参照することができるが、好ましくは置換もしくは無置換のアルキル基である。置換もしくは無置換のアルキル基は、炭素数１〜２０であることが好ましく、炭素数１〜１０であることがより好ましく、炭素数１〜６であることがさらに好ましく、炭素数１〜３であることがさらにより好ましい。Ｒ12とＲ13は同一であっても異なっていてもよく、また、Ｒ14とＲ15も同一であっても異なっていてもよい。好ましいのは、同一である場合である。Ｃ（Ｒ12）（Ｒ13）またはＳｉ（Ｒ14）（Ｒ15）の具体例として、Ｃ（ＣＨ3）2、Ｃ（Ｃ2Ｈ5）2、Ｃ（ＣＨ3）（Ｃ2Ｈ5）、Ｃ（Ｃ3Ｈ7）2、Ｓｉ（ＣＨ3）2、Ｓｉ（Ｃ2Ｈ5）2、Ｓｉ（ＣＨ3）（Ｃ2Ｈ5）、Ｓｉ（Ｃ3Ｈ7）2などを挙げることができるが、Ｃ（Ｒ12）（Ｒ13）やＳｉ（Ｒ14）（Ｒ15）の具体例はこれらに限定されるものではない。
一般式（１）におけるＹはＯ、ＳまたはＮ−Ｒ16を表すが、ＯまたはＳであることが好ましい。
一般式（１）におけるＹがＮ−Ｒ16であるとき、Ｒ16は水素原子または置換基を表す。好ましいＲ16については、上記のＲ11の説明を参照することができる。
一般式（１）におけるＡｒ1は置換もしくは無置換のアリーレン基を表す。置換もしくは無置換のアリーレン基は、炭素数６〜２０であることが好ましく、炭素数６〜１４であることがより好ましく、炭素数６〜１０であることがさらに好ましい。アリーレン基に対する置換基としては、上記のＲ1〜Ｒ8がとりうる置換基の説明と好ましい範囲を参照することができるが、好ましく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を挙げることができる。ここでいう置換もしくは無置換のアルキル基、および置換もしくは無置換のアルコキシ基は、炭素数１〜１０であることが好ましく、炭素数１〜６であることがより好ましく、炭素数１〜３であることがさらに好ましい。Ａｒ1の具体例として、１，４−フェニレン基、１，３−フェニレン基、１，４−ナフチレン基、１，３−ナフチレン基を挙げることができ、なかでも１，４−フェニレン基、１，３−フェニレン基を好ましく挙げることができる。
一般式（１）におけるＡｒ2は芳香環または複素芳香環を表す。複素芳香環の環骨格を構成する複素原子としては、窒素原子を好ましく例示することができ、環骨格を構成する複素原子数は１〜３であることがより好ましく、１または２であることがさらに好ましい。Ａｒ2を構成する芳香環または複素芳香環の具体例として、ベンゼン環、ピリジン環、ピリダジン環。ピリミジン環、ピラジン環などを挙げることができる。Ａｒ2を構成する芳香環や複素芳香環には、さらに別の環状構造が融合していてもよい。そのような融合環として、芳香環、複素芳香環、脂肪族炭化水素環、非芳香族複素環を挙げることができる。これらの融合環を構成する環骨格原子として、炭素原子、窒素原子、酸素原子、硫黄原子を好ましく挙げることができる。また、これらの融合環は５〜７員環であることが好ましく、５または６員環であることがより好ましい。
一般式（１）で表される化合物は、下記一般式（２）で表される構造を有するものであることが好ましい。
Figure 2014034535
一般式（２）において、ＸはＯ、Ｓ、Ｎ−Ｒ11、Ｃ＝Ｏ、Ｃ（Ｒ12）（Ｒ13）またはＳｉ（Ｒ14）（Ｒ15）を表し、ＹはＯ、ＳまたはＮ−Ｒ16を表す。Ａｒ2は芳香環または複素芳香環を表す。Ｒ1〜Ｒ8、Ｒ11〜Ｒ16およびＲ21〜Ｒ24は、各々独立に水素原子または置換基を表す。Ｒ1とＲ2、Ｒ2とＲ3、Ｒ3とＲ4、Ｒ5とＲ6、Ｒ6とＲ7、Ｒ7とＲ8、Ｒ21とＲ22、Ｒ23とＲ24は、それぞれ互いに結合して環状構造を形成していてもよい。
一般式（２）におけるＸ、Ｙ、Ａｒ2、Ｒ1〜Ｒ8、Ｒ11〜Ｒ16の説明と好ましい範囲については、一般式（１）の対応する説明と好ましい範囲を参照することができる。また、一般式（２）におけるＲ21〜Ｒ24の説明と好ましい範囲については、一般式（１）のＲ1〜Ｒ8の説明と好ましい範囲を参照することができる。
一般式（２）におけるＲ21〜Ｒ24としては、水素原子、炭素数１〜１０の置換もしくは無置換のアルキル基、または炭素数１〜１０の置換もしくは無置換のアルコキシ基であることが好ましく、水素原子、炭素数１〜６の置換もしくは無置換のアルキル基、または炭素数１〜６の置換もしくは無置換のアルコキシ基であることが好ましく、水素原子、炭素数１〜３の置換もしくは無置換のアルキル基、または炭素数１〜３の置換もしくは無置換のアルコキシ基であることがより好ましい。Ｒ21〜Ｒ24は、すべてが水素原子であってもよいし、すべてが置換基であってもよい。２つ以上が置換基である場合は、それらは互いに同一であっても異なっていてもよい。また、Ｒ21とＲ22、Ｒ23とＲ24が互いに結合して形成しうる環状構造については、Ｒ1〜Ｒ8の対応する説明と好ましい範囲を参照することができる。
一般式（１）で表される化合物は、下記一般式（３）で表される構造を有するものであることがさらに好ましい。
Figure 2014034535
一般式（３）において、ＸはＯ、Ｓ、Ｎ−Ｒ11、Ｃ＝Ｏ、Ｃ（Ｒ12）（Ｒ13）またはＳｉ（Ｒ14）（Ｒ15）を表し、ＹはＯ、ＳまたはＮ−Ｒ16を表す。Ｒ1〜Ｒ8、Ｒ11〜Ｒ16、Ｒ21〜Ｒ24およびＲ31〜Ｒ34は、各々独立に水素原子または置換基を表す。Ｒ1とＲ2、Ｒ2とＲ3、Ｒ3とＲ4、Ｒ5とＲ6、Ｒ6とＲ7、Ｒ7とＲ8、Ｒ21とＲ22、Ｒ23とＲ24、Ｒ31とＲ32、Ｒ32とＲ33、Ｒ33とＲ34は、それぞれ互いに結合して環状構造を形成していてもよい。
一般式（３）におけるＸ、Ｙ、Ａｒ2、Ｒ1〜Ｒ8、Ｒ11〜Ｒ16、Ｒ21〜Ｒ24の説明と好ましい範囲については、一般式（１）および一般式（２）の対応する説明と好ましい範囲を参照することができる。
一般式（３）におけるＲ31〜Ｒ34としては、水素原子、炭素数１〜１０の置換もしくは無置換のアルキル基、または炭素数１〜１０の置換もしくは無置換のアルコキシ基であることが好ましく、水素原子、炭素数１〜６の置換もしくは無置換のアルキル基、または炭素数１〜６の置換もしくは無置換のアルコキシ基であることが好ましい。Ｒ31〜Ｒ34は、すべてが水素原子であってもよいし、すべてが置換基であってもよい。２つ以上が置換基である場合は、それらは互いに同一であっても異なっていてもよい。また、Ｒ31とＲ32、Ｒ32とＲ33、Ｒ33とＲ34が互いに結合して形成しうる環状構造については、Ｒ1〜Ｒ8の対応する説明と好ましい範囲を参照することができる。
以下において、一般式（１）で表される化合物の具体例を例示する。ただし、本発明において用いることができる一般式（１）で表される化合物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。
Figure 2014034535
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、８００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Ｒ1〜Ｒ8、Ｘ、Ｙ、Ａｒ1、Ａｒ2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（４）または（５）で表される構造を含む重合体を挙げることができる。
Figure 2014034535
一般式（４）および（５）において、Ｑは一般式（１）で表される構造を含む基を表し、Ｌ1およびＬ2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（４）および（５）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。
Ｌ1およびＬ2で表される連結基は、Ｑを構成する一般式（１）の構造のいずれかに結合する。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（６）〜（９）で表される構造を挙げることができる。
Figure 2014034535
これらの式（６）〜（９）を含む繰り返し単位を有する重合体は、一般式（１）の構造の一部をヒドロキシ基にしておき、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 2014034535
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が、例示された繰り返し単位に限定されるものではない。
一般式（１）で表される化合物のうち、下記一般式（１’）で表される化合物は、新規化合物である。
Figure 2014034535
一般式（１’）において、ＸはＯ、Ｓ、Ｎ−Ｒ11、Ｃ＝Ｏ、Ｃ（Ｒ12）（Ｒ13）またはＳｉ（Ｒ14）（Ｒ15）を表し、ＹはＯ、ＳまたはＮ−Ｒ16を表す。Ａｒ1は置換もしくは無置換のアリーレン基を表し、Ａｒ2は芳香環または複素芳香環を表す。Ｒ1〜Ｒ8およびＲ11〜Ｒ16は、各々独立に水素原子または置換基を表すが、ＸがＯであるときＲ16がフェニル基であることはない。Ｒ1とＲ2、Ｒ2とＲ3、Ｒ3とＲ4、Ｒ5とＲ6、Ｒ6とＲ7、Ｒ7とＲ8は、それぞれ互いに結合して環状構造を形成していてもよい。
一般式（１’）におけるＸ、Ｙ、Ａｒ1、Ａｒ2、Ｒ1〜Ｒ8、Ｒ11〜Ｒ16の説明と好ましい範囲については、一般式（１’）の対応する説明と好ましい範囲を参照することができる。
［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、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、以下のスキームにしたがって一般式（１１）で表される化合物と一般式（１２）で表される化合物を反応させることにより行うことができる。この反応自体は公知の反応であり、公知の反応条件を適宜選択して用いることができる。また、一般式（１２）で表される化合物は、例えば、対応する塩化物をアミンに変換し、さらに臭化物へと変換することにより合成することが可能である。
Figure 2014034535
上記スキームにおけるＸ、Ｙ、Ａｒ1、Ａｒ2、Ｒ1〜Ｒ8の定義については、一般式（１）の対応する記載を参照することができる。
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。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。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）は通常の蛍光やりん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励起子移動機構を用いれば、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）、ＳｎＯ2、ＺｎＯ等の導電性透明材料が挙げられる。また、ＩＤＩＸＯ（Ｉｎ2Ｏ3−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／□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（Ａｌ2Ｏ3）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（Ａｌ2Ｏ3）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／□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。
ホスト材料を用いる場合、発光材料である本発明の化合物が発光層中に含有される量は０．１重量％以上であることが好ましく、１重量％以上であることがより好ましく、また、５０重量％以下であることが好ましく、２０重量％以下であることがより好ましく、１０重量％以下であることがさらに好ましい。
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発光層に用いるだけでなく、発光層以外の層にも用いてもよい。その際、発光層に用いる一般式（１）で表される化合物と、発光層以外の層に用いる一般式（１）で表される化合物は、同一であっても異なっていてもよい。例えば、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、電子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、Ｒ1〜Ｒ10は、各々独立に水素原子または置換基を表す。ｎは３〜５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 2014034535
Figure 2014034535
Figure 2014034535
Figure 2014034535
Figure 2014034535
次に、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 2014034535
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 2014034535
Figure 2014034535
Figure 2014034535
Figure 2014034535
Figure 2014034535
Figure 2014034535
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 2014034535
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 2014034535
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 2014034535
Figure 2014034535
Figure 2014034535
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 2014034535
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 2014034535
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熱等に変換され、寿命が短く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。
（合成例１） 化合物１の合成
Figure 2014034535
フェノキサジン０．７０ｇ（３．８ｍｍｏｌ）、２−（４−ブロモフェニル）ベンゾチアゾール０．７４ｇ（２．５ｍｍｏｌ）を窒素置換した１００ｍＬ二つ口フラスコに入れた。この混合物へ、脱気、脱水トルエン１０ｍＬ、炭酸カリウム１．０ｇ（７．２ｍｍｏｌ）、酢酸パラジウム０．０６０ｇ（０．２５ｍｍｏｌ）、トリ-tert-ブチルホスフィン０．０５１ｇ（０．２５ｍｍｏｌ）を加えた。この混合物を窒素雰囲気下、１００℃で１５時間攪拌した。攪拌後、この混合物に酢酸エチル２００ｍｌと飽和食塩水を入れ、有機層と水層を分離した。有機層に硫酸マグネシウムを加えて、乾燥した。乾燥後、この混合物を吸引ろ過してろ液を得た。得られたろ液をクロロホルムに溶解した後、シリカゲルカラムクロマトグラフィーにより精製した（展開溶媒：クロロホルム／ヘキサン＝１／３(ｖ／ｖ)）。精製後、得られたフラクションを濃縮し、固体を回収したところ、黄色粉末状固体を得た（収量０．７８ｇ、収率７８％）。図２に1Ｈ−ＮＭＲ（ＣＤＣｌ3，５００ＭＨｚ）を示す。
（合成例２） 化合物２の合成
Figure 2014034535
フェノキサジン０．５０ｇ（２．７ｍｍｏｌ）、２−（４−ブロモフェニル）ベンゾオキサゾール０．７３ｇ（２．７ｍｍｏｌ）を窒素置換した１００ｍＬ二つ口フラスコに入れた。この混合物へ、脱気、脱水トルエン１０ｍＬ、炭酸カリウム１．１ｇ（８．０ｍｍｏｌ）、酢酸パラジウム０．１８ｇ（０．８５ｍｍｏｌ）、トリ-tert-ブチルホスフィン０．２２ｇ（１．０ｍｍｏｌ）を加えた。この混合物を窒素雰囲気下、１００℃で１５時間攪拌した。攪拌後、この混合物に酢酸エチル２００ｍｌと飽和食塩水２００ｍｌを入れ、有機層と水層を分離した。有機層に硫酸マグネシウムを加えて、乾燥した。乾燥後、この混合物を吸引ろ過してろ液を得た。得られたろ液をクロロホルムに溶解した後、シリカゲルカラムクロマトグラフィーにより精製した（展開溶媒：クロロホルム／ヘキサン＝１／１(ｖ／ｖ)）。精製後、得られたフラクションを濃縮し、固体を回収したところ、黄色粉末状固体を得た（収量０．６５ｇ、収率６５％）。図３に1Ｈ−ＮＭＲ（ＣＤＣｌ3，５００ＭＨｚ）を示す。
（実施例１） 溶液の作製と評価
合成例１で合成した化合物１のトルエン溶液（濃度１０-5ｍｏｌ／Ｌ）を調製して、窒素をバブリングしながら３００Ｋで紫外光を照射したところ、図４に示すようにピーク波長が５１２ｎｍの蛍光が観測された。また、窒素バブル前後に小型蛍光寿命測定装置（浜松ホトニクス（株）製Ｑｕａｎｔａｕｒｕｓ−ｔａｕ）による測定を行って、図５に示す過渡減衰曲線を得た。この過渡減衰曲線は、化合物に励起光を当てて発光強度が失活してゆく過程を測定した発光寿命測定結果を示すものである。通常の一成分の発光（蛍光もしくはリン光）では発光強度は単一指数関数的に減衰する。これは、グラフの縦軸がセミlog である場合には、直線的に減衰することを意味している。図５に示す化合物１の過渡減衰曲線では、観測初期にこのような直線的成分（蛍光）が観測されているが、数μ秒以降には直線性から外れる成分が現れている。これは遅延成分の発光であり、初期の成分と加算される信号は、長時間側に裾をひくゆるい曲線になる。このように発光寿命を測定することによって、化合物１は蛍光成分のほかに遅延成分を含む発光体であることが確認された。すなわち、化合物１のトルエン溶液において、励起寿命が０．０１３μｓの短寿命成分と、３９μｓの長寿命成分が観測された。化合物１のトルエン溶液中でのフォトルミネッセンス量子効率を絶対ＰＬ量子収率測定装置（浜松ホトニクス（株）製Ｑｕａｎｔａｕｒｕｓ−ＱＹ）により３００Ｋで測定したところ、窒素バブル前が１６．０％であり、窒素バブル後が３３．４％であった。
同様にして、化合物１のかわりに合成例２で合成した化合物２を用いてトルエン溶液の作製と評価を行った。図６にピーク波長が５０３ｎｍの発光スペクトルを示し、図７に窒素バブル後の過渡減衰曲線を示す。励起寿命が０．０１２μｓの短寿命成分と、１４０μｓの長寿命成分が観測された。フォトルミネッセンス量子効率は、窒素バブル前が１７．５％であり、窒素バブル後が２４．７％であった。
同様にして、化合物３を用いてトルエン溶液の作製と評価を行った。図８にピーク波長が４６８ｎｍの発光スペクトルを示し、図９に窒素バブル後の過渡減衰曲線を示す。励起寿命が０．０１μｓの短寿命成分と、４９０μｓの長寿命成分が観測された。フォトルミネッセンス量子効率は、窒素バブル前が１４．１％であり、窒素バブル後が２１．１％であった。
（比較例１） 溶液の作製と評価
実施例１と同様にして、下記の構造を有する比較化合物のトルエン溶液を作成した。窒素バブリング前後の過渡減衰曲線は、図１０に示すように重なっていた。窒素バブリング後に明確な遅延蛍光が確認できなかったため、比較化合物は遅延蛍光体ではないことが確認された。
Figure 2014034535
（実施例２） 薄膜型有機フォトルミネッセンス素子の作製と評価（薄膜）
シリコン基板上に真空蒸着法にて、真空度５．０×１０-4Ｐａの条件にて化合物１とＣＢＰとを異なる蒸着源から蒸着し、化合物１の濃度が６．０重量％である薄膜を０．３ｎｍ／秒にて１００ｎｍの厚さで形成して薄膜型有機フォトルミネッセンス素子とした。実施例１と同じ測定装置を用いて測定したところ、ピーク波長が５０４ｎｍの発光スペクトルを得た（図１１）。フォトルミネッセンス量子効率は３００Ｋで６２．０％であった。実施例１と同じ測定装置を用いて励起子の寿命を測定したところ、図１２に示す過渡減衰曲線を得た。短寿命成分は０．０１３μｓであり、長寿命成分は５７６μｓであった。
同様にして、化合物２を用いて薄膜を形成して評価したところ、ピーク波長が４９８ｎｍの発光スペクトルを得て（図１３）、図１４に示す過渡減衰曲線を得た。フォトルミネッセンス量子効率は３００Ｋで６５．０％であった。短寿命成分は０．０１３μｓであり、長寿命成分は３００μｓであった。
同様にして、化合物３を用いて薄膜を形成して評価したところ、ピーク波長が４６９ｎｍの発光スペクトルを得て（図１５）、図１６に示す過渡減衰曲線を得た。フォトルミネッセンス量子効率は３００Ｋで３５％であった。短寿命成分は０．０１３μｓであり、長寿命成分は４６２μｓであった。
（実施例３） 有機エレクトロルミネッセンス素子の作製と評価
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５．０×１０-4Ｐａで積層した。まず、ＩＴＯ上にα−ＮＰＤを３５ｎｍの厚さに形成した。次に、化合物１とＣＢＰを異なる蒸着源から共蒸着し、１５ｎｍの厚さの層を形成して発光層とした。この時、化合物１の濃度は６．０重量％とした。次に、ＴＰＢｉを６５ｎｍ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８０ｎｍ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を、半導体パラメータ・アナライザ（アジレント・テクノロジー社製：Ｅ５２７３Ａ）、光パワーメータ測定装置（ニューポート社製：１９３０Ｃ）、および光学分光器（オーシャンオプティクス社製：ＵＳＢ２０００）を用いて測定したところ、図１７に示すようにピーク波長が５０８ｎｍの発光が認められた。電流密度−電圧特性を図１８に示し、電流密度−外部量子効率特性を図１９に示す。化合物１を発光材料として用いた有機エレクトロルミネッセンス素子は１０．２９％の高い外部量子効率を達成した。仮に発光量子効率が１００％の蛍光材料を用いてバランスの取れた理想的な有機エレクトロルミネッセンス素子を試作したとすると、光取り出し効率が２０〜３０％であれば、蛍光発光の外部量子効率は５〜７．５％となる。この値が一般に、蛍光材料を用いた有機エレクトロルミネッセンス素子の外部量子効率の理論限界値とされている。化合物１を用いた本発明の有機エレクトロルミネッセンス素子は、理論限界値を超える高い外部量子効率を実現している点で極めて優れている。
同様にして、化合物２を用いて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ところ、図２０に示すようにピーク波長が５０４ｎｍの発光が認められた。電流密度−電圧特性を図２１に示し、電流密度−外部量子効率特性を図２２に示す。化合物２を発光材料として用いた有機エレクトロルミネッセンス素子は６．３１％の高い外部量子効率を達成した。
Figure 2014034535
一般式（１）で表される化合物は発光材料として有用である。このため一般式（１）で表される化合物は、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。一般式（１）で表される化合物の中には、遅延蛍光が放射するものも含まれており、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 (11)

  1. 下記一般式（１）で表される化合物からなることを特徴とする発光材料。
    Figure 2014034535
     ［一般式（１）において、ＸはＯ、Ｓ、Ｎ−Ｒ11、Ｃ＝Ｏ、Ｃ（Ｒ12）（Ｒ13）またはＳｉ（Ｒ14）（Ｒ15）を表し、ＹはＯ、ＳまたはＮ−Ｒ16を表す。Ａｒ1は置換もしくは無置換のアリーレン基を表し、Ａｒ2は芳香環または複素芳香環を表す。Ｒ1〜Ｒ8およびＲ11〜Ｒ16は、各々独立に水素原子または置換基を表す。Ｒ1とＲ2、Ｒ2とＲ3、Ｒ3とＲ4、Ｒ5とＲ6、Ｒ6とＲ7、Ｒ7とＲ8は、それぞれ互いに結合して環状構造を形成していてもよい。］
  2. 前記一般式（１）で表される化合物が、下記一般式（２）で表される化合物であることを特徴とする請求項１に記載の発光材料。
    Figure 2014034535
     ［一般式（２）において、ＸはＯ、Ｓ、Ｎ−Ｒ11、Ｃ＝Ｏ、Ｃ（Ｒ12）（Ｒ13）またはＳｉ（Ｒ14）（Ｒ15）を表し、ＹはＯ、ＳまたはＮ−Ｒ16を表す。Ａｒ2は芳香環または複素芳香環を表す。Ｒ1〜Ｒ8、Ｒ11〜Ｒ16およびＲ21〜Ｒ24は、各々独立に水素原子または置換基を表す。Ｒ1とＲ2、Ｒ2とＲ3、Ｒ3とＲ4、Ｒ5とＲ6、Ｒ6とＲ7、Ｒ7とＲ8、Ｒ21とＲ22、Ｒ23とＲ24は、それぞれ互いに結合して環状構造を形成していてもよい。］
  3. 前記一般式（１）で表される化合物が、下記一般式（３）で表される化合物であることを特徴とする請求項１に記載の発光材料。
    Figure 2014034535
     ［一般式（３）において、ＸはＯ、Ｓ、Ｎ−Ｒ11、Ｃ＝Ｏ、Ｃ（Ｒ12）（Ｒ13）またはＳｉ（Ｒ14）（Ｒ15）を表し、ＹはＯ、ＳまたはＮ−Ｒ16を表す。Ｒ1〜Ｒ8、Ｒ11〜Ｒ16、Ｒ21〜Ｒ24およびＲ31〜Ｒ34は、各々独立に水素原子または置換基を表す。Ｒ1とＲ2、Ｒ2とＲ3、Ｒ3とＲ4、Ｒ5とＲ6、Ｒ6とＲ7、Ｒ7とＲ8、Ｒ21とＲ22、Ｒ23とＲ24、Ｒ31とＲ32、Ｒ32とＲ33、Ｒ33とＲ34は、それぞれ互いに結合して環状構造を形成していてもよい。］
  4. ＸがＯまたはＳであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の発光材料。
  5. ＹがＯ、ＳまたはＮ−Ｒ16であって、Ｒ16が置換もしくは無置換のアリール基であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の発光材料。
  6. Ｒ1〜Ｒ8が、各々独立に水素原子、フッ素原子、塩素原子、シアノ基、炭素数１〜１０の置換もしくは無置換のアルキル基、炭素数１〜１０の置換もしくは無置換のアルコキシ基、炭素数１〜１０の置換もしくは無置換のジアルキルアミノ基、炭素数１２〜４０の置換もしくは無置換のジアリールアミノ基、炭素数６〜１５の置換もしくは無置換のアリール基、または炭素数３〜１２の置換もしくは無置換のヘテロアリール基であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の発光材料。
  7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の発光材料からなる遅延蛍光体。
  8. 下記一般式（１’）で表される化合物。
    Figure 2014034535
     ［一般式（１’）において、ＸはＯ、Ｓ、Ｎ−Ｒ11、Ｃ＝Ｏ、Ｃ（Ｒ12）（Ｒ13）またはＳｉ（Ｒ14）（Ｒ15）を表し、ＹはＯ、ＳまたはＮ−Ｒ16を表す。Ａｒ1は置換もしくは無置換のアリーレン基を表し、Ａｒ2は芳香環または複素芳香環を表す。Ｒ1〜Ｒ8およびＲ11〜Ｒ16は、各々独立に水素原子または置換基を表すが、ＸがＯであるときＲ16がフェニル基であることはない。Ｒ1とＲ2、Ｒ2とＲ3、Ｒ3とＲ4、Ｒ5とＲ6、Ｒ6とＲ7、Ｒ7とＲ8は、それぞれ互いに結合して環状構造を形成していてもよい。］
  9. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の発光材料を含む発光層を基板上に有することを特徴とする有機発光素子。
  10. 遅延蛍光を放射することを特徴とする請求項９に記載の有機発光素子。
  11. 有機エレクトロルミネッセンス素子であることを特徴とする請求項９または１０に記載の有機発光素子。
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