JPWO2016031785A1 - 有機エレクトロルミネッセンス素子および電子機器 - Google Patents

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Abstract

陽極と、発光層と、陰極と、を含み、前記発光層は、第一の化合物、第二の化合物、および第三の化合物を含み、前記第一の化合物は、遅延蛍光発光性の化合物であり、前記第一の化合物の77[K]におけるエネルギーギャップT77Kは、前記第二の化合物の77[K]におけるエネルギーギャップT77Kよりも大きく、前記第三の化合物の77[K]におけるエネルギーギャップT77Kは、前記第二の化合物の77[K]におけるエネルギーギャップT77Kよりも大きく、前記第二の化合物は、下記一般式(2)で表され、かつ環の総数が8環以内の縮合環構造を有する化合物である有機エレクトロルミネッセンス素子。

Description

本発明は、有機エレクトロルミネッセンス素子および電子機器に関する。
有機エレクトロルミネッセンス素子(以下、「有機EL素子」という場合がある。)に電圧を印加すると、陽極から正孔が、また陰極から電子が、それぞれ発光層に注入される。そして、発光層において、注入された正孔と電子とが再結合し、励起子が形成される。このとき、電子スピンの統計則により、一重項励起子、および三重項励起子が25%:75%の割合で生成する。
一重項励起子からの発光を用いる蛍光型の有機EL素子は、携帯電話やテレビ等のフルカラーディスプレイへ応用されつつあるが、内部量子効率25%が限界といわれている。一重項励起子に加えて三重項励起子を利用し、有機EL素子をさらに効率的に発光させることが期待されている。
このような背景から、遅延蛍光を利用した高効率の蛍光型の有機EL素子が提案され、研究がなされている。
例えば、TADF(Thermally Activated Delayed Fluorescence、熱活性化遅延蛍光)機構が研究されている。このTADF機構は、一重項準位と三重項準位とのエネルギー差(ΔST)の小さな材料を用いた場合に、三重項励起子から一重項励起子への逆項間交差が熱的に生じる現象を利用する機構である。熱活性化遅延蛍光については、例えば、『安達千波矢編、「有機半導体のデバイス物性」、講談社、2012年3月22日、261−262ページ』に記載されている。このTADF機構を利用した有機EL素子が、例えば、非特許文献1に開示されている。
このようなTADF機構を利用した有機EL素子においても、素子性能のさらなる向上が望まれている。
H. Nakanotani, Nat. Commun., 5, 4016, 2014
本発明の目的は、高性能の有機エレクトロルミネッセンス素子、および当該有機エレクトロルミネッセンス素子を備える電子機器を提供することである。
本発明の一態様によれば、陽極と、発光層と、陰極と、を含み、前記発光層は、第一の化合物、第二の化合物、および第三の化合物を含み、前記第一の化合物は、遅延蛍光発光性の化合物であり、前記第一の化合物の77[K]におけるエネルギーギャップT77Kは、前記第二の化合物の77[K]におけるエネルギーギャップT77Kよりも大きく、前記第三の化合物の77[K]におけるエネルギーギャップT77Kは、前記第二の化合物の77[K]におけるエネルギーギャップT77Kよりも大きく、前記第二の化合物は、下記一般式(2)で表され、かつ環の総数が8環以内の縮合環構造を有する化合物である有機エレクトロルミネッセンス素子が提供される。
(前記一般式(2)において、a,c,d,e,f,h,i,およびjの位置の少なくともいずれかの位置において単環または縮合環が縮合していてもよく、bおよびgの位置の少なくともいずれかの位置において、5員環または5員環を有する縮合環が縮合していてもよく、ただし、
iおよびjの位置に6員環が縮合するとき、dおよびeの位置にも単環または縮合環が縮合し、
dおよびeの位置に6員環が縮合するとき、iおよびjの位置にも単環または縮合環が縮合し、
bの位置に5員環を有する縮合環が縮合するとき、該縮合環中の5員環がbの位置に直接縮合し、
gの位置に5員環を有する縮合環が縮合するとき、該縮合環中の5員環がgの位置に直接縮合する。)
また、本発明の一態様によれば、陽極と、発光層と、陰極と、を含み、前記発光層は、第一の化合物および第二の化合物を含み、前記第一の化合物は、下記一般式(10)で表される化合物であり、前記第二の化合物は、下記一般式(2)で表され、かつ環の総数が8環以内の縮合環構造を有する化合物である有機エレクトロルミネッセンス素子が提供される。
(前記一般式(10)において、a1は0または1であり、a2は0または1であり、ただし、a1+a2≧1であり、m1は、1〜5の整数であり、a2が0のとき、RおよびRは、それぞれ独立に、水素原子または1価の置換基であり、RおよびRが置換基である場合の置換基は、それぞれ独立に、置換または無置換の環形成炭素数6〜30の芳香族炭化水素基、置換または無置換の環形成原子数5〜30の複素環基、置換または無置換の炭素数1〜30のアルキル基、置換または無置換の炭素数1〜30のアルコキシ基、置換または無置換の炭素数7〜30のアラルキル基、置換または無置換の環形成炭素数6〜30のアリールオキシ基、および置換シリル基からなる群から選択され、a2が1のとき、RおよびRは、それぞれ独立に、置換または無置換の環形成炭素数6〜30の芳香族炭化水素基、置換または無置換の環形成原子数5〜30の複素環基、置換または無置換の炭素数1〜30のアルキル基、置換または無置換の炭素数1〜30のアルコキシ基、置換または無置換の炭素数7〜30のアラルキル基、置換または無置換の環形成炭素数6〜30のアリールオキシ基、および置換シリル基からなる群から選択される連結基であり、m1が2以上の場合、複数のRは互いに同一または異なり、複数のRは互いに同一または異なり、AおよびAは、それぞれ独立に、下記一般式(a−1)〜(a−7)から選ばれる部分構造を有する基であり、m1が2以上の場合、複数のAは互いに同一または異なり、a1が0のとき、Lは水素原子または1価の置換基であり、Lが1価の置換基である場合の置換基は、置換または無置換の環形成炭素数6〜30の芳香族炭化水素基、および置換または無置換の環形成原子数5〜30の複素環基からなる群から選択され、a1が1のとき、Lは単結合または連結基であり、Lが連結基である場合の連結基は、置換または無置換の環形成炭素数6〜30の芳香族炭化水素基、および置換または無置換の環形成原子数5〜30の複素環基からなる群から選択され、Lは、単結合または連結基であり、Lが連結基である場合の連結基は、置換または無置換の環形成炭素数6〜30の芳香族炭化水素基、および置換または無置換の環形成原子数5〜30の複素環基からなる群から選択され、m1が2以上の場合、複数のLは互いに同一または異なる。)
(前記一般式(2)において、a,c,d,e,f,h,i,およびjの位置の少なくともいずれかの位置において単環または縮合環が縮合していてもよく、bおよびgの位置の少なくともいずれかの位置において、5員環または5員環を有する縮合環が縮合していてもよく、ただし、
iおよびjの位置に6員環が縮合するとき、dおよびeの位置にも単環または縮合環が縮合し、
dおよびeの位置に6員環が縮合するとき、iおよびjの位置にも単環または縮合環が縮合し、
bの位置に5員環を有する縮合環が縮合するとき、該縮合環中の5員環がbの位置に直接縮合し、
gの位置に5員環を有する縮合環が縮合するとき、該縮合環中の5員環がgの位置に直接縮合する。)
また、本発明の一態様によれば、陽極と、発光層と、陰極と、を含み、前記発光層は、第一の化合物および第二の化合物を含み、前記第一の化合物は、下記一般式(10’)で表される化合物であり、前記第二の化合物は、下記一般式(2)で表され、かつ環の総数が8環以内の縮合環構造を有する化合物である有機エレクトロルミネッセンス素子が提供される。
(前記一般式(10’)において、m2は2であり、a2は0または1であり、複数のa2は互いに同一または異なり、m1は、1〜5の整数であり、複数のm1は互いに同一または異なり、a2が0のとき、RおよびRは、それぞれ独立に、水素原子または1価の置換基であり、RおよびRが置換基である場合の置換基は、それぞれ独立に、置換または無置換の環形成炭素数6〜30の芳香族炭化水素基、置換または無置換の環形成原子数5〜30の複素環基、置換または無置換の炭素数1〜30のアルキル基、置換または無置換の炭素数1〜30のアルコキシ基、置換または無置換の炭素数7〜30のアラルキル基、置換または無置換の環形成炭素数6〜30のアリールオキシ基、および置換シリル基からなる群から選択され、a2が1のとき、RおよびRは、それぞれ独立に、置換または無置換の環形成炭素数6〜30の芳香族炭化水素基、置換または無置換の環形成原子数5〜30の複素環基、置換または無置換の炭素数1〜30のアルキル基、置換または無置換の炭素数1〜30のアルコキシ基、置換または無置換の炭素数7〜30のアラルキル基、置換または無置換の環形成炭素数6〜30のアリールオキシ基、および置換シリル基からなる群から選択される連結基であり、複数のRは互いに同一または異なり、複数のRは互いに同一または異なり、AおよびAは、それぞれ独立に、下記一般式(a−1)〜(a−7)から選ばれる部分構造を有する基であり、複数のAは互いに同一または異なり、Lは単結合または連結基であり、Lが連結基である場合の連結基は、置換または無置換の環形成炭素数6〜30の芳香族炭化水素基、および置換または無置換の環形成原子数5〜30の複素環基からなる群から選択され、複数のLは互いに同一または異なり、Lは、単結合または連結基であり、Lが連結基である場合の連結基は、置換または無置換の環形成炭素数6〜30の芳香族炭化水素基、および置換または無置換の環形成原子数5〜30の複素環基からなる群から選択され、複数のLは互いに同一または異なる。)
(前記一般式(2)において、a,c,d,e,f,h,i,およびjの位置の少なくともいずれかの位置において単環または縮合環が縮合していてもよく、bおよびgの位置の少なくともいずれかの位置において、5員環または5員環を有する縮合環が縮合していてもよく、ただし、
iおよびjの位置に6員環が縮合するとき、dおよびeの位置にも単環または縮合環が縮合し、
dおよびeの位置に6員環が縮合するとき、iおよびjの位置にも単環または縮合環が縮合し、
bの位置に5員環を有する縮合環が縮合するとき、該縮合環中の5員環がbの位置に直接縮合し、
gの位置に5員環を有する縮合環が縮合するとき、該縮合環中の5員環がgの位置に直接縮合する。)
また、本発明の一態様によれば、前述の本発明の一態様に係る有機エレクトロルミネッセンス素子を備える電子機器が提供される。
本発明の一態様によれば、高性能の有機エレクトロルミネッセンス素子を提供すること、および当該有機エレクトロルミネッセンス素子を備える電子機器を提供することができる。
一実施形態に係る有機エレクトロルミネッセンス素子の一例の概略構成を示す図である。 過渡PLを測定する装置の概略図である。 過渡PLの減衰曲線の一例を示す図である。 発光層における第一の化合物、第二の化合物、および第三の化合物の、エネルギー準位およびエネルギー移動の関係を示す図である。 発光層における第一の化合物および第二の化合物の、エネルギー準位およびエネルギー移動の関係を示す図である。
〔第一実施形態〕
(有機EL素子の素子構成)
本実施形態に係る有機EL素子は、一対の電極間に有機層を備える。この有機層は、有機化合物で構成される少なくとも一層からなる。あるいは、この有機層は、有機化合物で構成される複数の層が積層されてなる。有機層は、無機化合物をさらに含んでいてもよい。本実施形態の有機EL素子において、有機層のうち少なくとも一層は、発光層である。ゆえに、有機層は、例えば、一つの発光層で構成されていてもよいし、正孔注入層、正孔輸送層、電子注入層、電子輸送層、および障壁層等の有機EL素子で採用され得る層を含んでいてもよい。
有機EL素子の代表的な素子構成としては、例えば、次の(a)〜(e)等の構成を挙げることができる。
(a)陽極/発光層/陰極
(b)陽極/正孔注入・輸送層/発光層/陰極
(c)陽極/発光層/電子注入・輸送層/陰極
(d)陽極/正孔注入・輸送層/発光層/電子注入・輸送層/陰極
(e)陽極/正孔注入・輸送層/発光層/障壁層/電子注入・輸送層/陰極
上記の中で(d)の構成が好ましく用いられる。ただし、本発明は、これらの構成に限定されない。なお、上記「発光層」とは、発光機能を有する有機層である。前記「正孔注入・輸送層」は「正孔注入層および正孔輸送層のうちの少なくともいずれか1つ」を意味する。前記「電子注入・輸送層」は「電子注入層および電子輸送層のうちの少なくともいずれか1つ」を意味する。有機EL素子が、正孔注入層および正孔輸送層を有する場合には、正孔輸送層と陽極との間に正孔注入層が設けられていることが好ましい。また、有機EL素子が電子注入層および電子輸送層を有する場合には、電子輸送層と陰極との間に電子注入層が設けられていることが好ましい。また、正孔注入層、正孔輸送層、電子輸送層および電子注入層は、それぞれ、一層で構成されていてもよいし、複数の層で構成されていてもよい。
図1に、本実施形態に係る有機EL素子の一例の概略構成を示す。
有機EL素子1は、透光性の基板2と、陽極3と、陰極4と、陽極3と陰極4との間に配置された有機層10と、を含む。有機層10は、陽極3側から順に、正孔注入層6、正孔輸送層7、発光層5、電子輸送層8、および電子注入層9が、この順番で積層されて構成される。
(発光層)
本実施形態に係る有機EL素子1の発光層5は、第一の化合物、第二の化合物、および第三の化合物を含む。発光層5は、金属錯体を含んでもよい。
<第一の化合物>
本実施形態の第一の化合物は、遅延蛍光発光性の化合物である。第一の化合物の77[K]におけるエネルギーギャップT77K(M1)は、第二の化合物の77[K]におけるエネルギーギャップT77K(M2)よりも大きい。
本実施形態において、第一の化合物としては、例えば、下記一般式(1)で表される化合物が挙げられる。
前記一般式(1)において、
Aは下記一般式(a−1)〜(a−7)から選ばれる部分構造を有する基であり、Aが複数存在する場合、複数のAは互いに同一または異なり、A同士が結合して飽和または不飽和の環を形成してもよく、
Bは下記一般式(b−1)〜(b−6)から選ばれる部分構造を有する基であり、Bが複数存在する場合、複数のBは互いに同一または異なり、B同士が結合して飽和または不飽和の環を形成してもよく、
a,b,およびdは、それぞれ独立に、1〜5の整数であり、
cは0〜5の整数であり、
cが0のとき、AとBとは単結合またはスピロ結合で結合し、
cが1〜5の整数のとき、Lは、
置換または無置換の環形成炭素数6〜30の芳香族炭化水素基、および
置換または無置換の環形成原子数5〜30の複素環基からなる群から選択される連結基であり、Lが複数存在する場合、複数のLは互いに同一または異なり、L同士が結合して飽和または不飽和の環を形成してもよい。
前記一般式(b−1)〜(b−6)において、
Rは、それぞれ独立に、水素原子または置換基であり、Rが置換基である場合の置換基は、
置換または無置換の環形成炭素数6〜30の芳香族炭化水素基、
置換または無置換の環形成原子数5〜30の複素環基、および
置換または無置換の炭素数1〜30のアルキル基からなる群から選択され、Rが複数存在する場合、複数のRは互いに同一または異なり、R同士が結合して飽和または不飽和の環を形成してもよい。
前記一般式(a−1)〜(a−7)から選ばれる部分構造を有する基としては、例えば、前記一般式(a−3)の部分構造を有する基として、下記一般式(a−3−1)で表される基が挙げられる。
前記一般式(a−3−1)において、Xaは、単結合、酸素原子、硫黄原子、または前記一般式(1)中のLもしくはBと結合する炭素原子である。
また、前記一般式(b−1)〜(b−6)から選ばれる部分構造を有する基としては、例えば、前記一般式(b−2)の部分構造を有する基として、下記一般式(b−2−1)で表される基が挙げられる。
前記一般式(b−2−1)において、Xbは、単結合、酸素原子、硫黄原子、CRb1b2、または前記一般式(1)中のLもしくはAと結合する炭素原子である。
b1およびRb2は、それぞれ独立に、水素原子または置換基であり、Rb1およびRb2が置換基である場合の置換基は、それぞれ独立に、置換または無置換の炭素数1〜30のアルキル基、および置換または無置換の環形成炭素数6〜30の芳香族炭化水素基からなる群から選択される。
b1およびRb2は、置換または無置換の炭素数1〜30のアルキル基、および置換または無置換の環形成炭素数6〜30の芳香族炭化水素基からなる群から選択される置換基であることが好ましく、置換または無置換の炭素数1〜30のアルキル基からなる群から選択される置換基であることがより好ましい。
前記一般式(1)で表される化合物の結合様式の一例として、例えば下記表1に示す結合様式が挙げられる。
本実施形態において、前記一般式(1)におけるBが、下記一般式(100)で表されることが好ましい。
前記一般式(100)において、
101〜R108は、それぞれ独立に、水素原子または置換基であり、R101〜R108が置換基である場合の置換基は、それぞれ独立に、
置換または無置換の環形成炭素数6〜30の芳香族炭化水素基、
置換または無置換の環形成原子数5〜30の複素環基、
置換または無置換の炭素数1〜30のアルキル基、
置換シリル基、
置換または無置換の炭素数1〜30のアルコキシ基、
置換または無置換の環形成炭素数6〜30のアリールオキシ基、
置換または無置換の炭素数2〜30のアルキルアミノ基、
置換または無置換の環形成炭素数6〜60のアリールアミノ基、
置換または無置換の炭素数1〜30のアルキルチオ基、および
置換または無置換の環形成炭素数6〜30のアリールチオ基からなる群から選択され、ただし、R101とR102、R102とR103、R103とR104、R105とR106、R106とR107、およびR107とR108のいずれかの組み合わせが、飽和または不飽和の環構造を形成していてもよく、
100は、下記一般式(111)〜(117)から選ばれるいずれかの連結基であり、
sは1〜3の整数であり、sが2または3の場合、複数のL100は、互いに同一または異なり、
100は、下記一般式(121)〜(125)から選ばれるいずれかの連結基である。
前記一般式(113)〜(117)において、R109は、それぞれ独立に、前記一般式(100)におけるR101〜R108と同義である。
ただし、前記一般式(100)において、R101〜R108のうち一つまたはR109のうち一つは、前記一般式(1)中のLまたはAに対して結合する単結合である。
109と、前記一般式(100)中のR104またはR105とは、互いに結合して飽和または不飽和の環構造を形成してもよい。
複数のR109が存在する場合は、互いに同一または異なる。
前記一般式(123)〜(125)において、
110は、それぞれ独立に、水素原子または置換基であり、R110が置換基である場合の置換基は、
置換または無置換の環形成炭素数6〜30の芳香族炭化水素基、
置換または無置換の環形成原子数5〜30の複素環基、および
置換または無置換の炭素数1〜30のアルキル基からなる群から選択され、複数のR110が存在する場合は、互いに同一または異なる。
110と、前記一般式(100)中のR101またはR108とは、互いに結合して飽和または不飽和の環構造を形成してもよい。
本実施形態において、L100は、前記一般式(111)〜(114)のいずれかで表されることが好ましく、前記一般式(113)または(114)で表されることがより好ましい。
本実施形態において、X100は、前記一般式(121)〜(124)のいずれかで表されることが好ましく、前記一般式(123)または(124)で表されることがより好ましい。
前記一般式(1)で表される化合物としては、例えば、下記一般式(10)で表される化合物が挙げられる。
前記一般式(10)において、
a1は0または1であり、
a2は0または1であり、
ただし、a1+a2≧1であり、
m1は、1〜5の整数であり、
a2が0のとき、RおよびRは、それぞれ独立に、水素原子または1価の置換基であり、RおよびRが置換基である場合の置換基は、それぞれ独立に、
置換または無置換の環形成炭素数6〜30の芳香族炭化水素基、
置換または無置換の環形成原子数5〜30の複素環基、
置換または無置換の炭素数1〜30のアルキル基、
置換または無置換の炭素数1〜30のアルコキシ基、
置換または無置換の炭素数7〜30のアラルキル基、
置換または無置換の環形成炭素数6〜30のアリールオキシ基、および
置換シリル基からなる群から選択され、
a2が1のとき、RおよびRは、それぞれ独立に、
置換または無置換の環形成炭素数6〜30の芳香族炭化水素基、
置換または無置換の環形成原子数5〜30の複素環基、
置換または無置換の炭素数1〜30のアルキル基、
置換または無置換の炭素数1〜30のアルコキシ基、
置換または無置換の炭素数7〜30のアラルキル基、
置換または無置換の環形成炭素数6〜30のアリールオキシ基、および
置換シリル基からなる群から選択される連結基であり、
m1が2以上の場合、複数のRは互いに同一または異なり、複数のRは互いに同一または異なり、
およびAは、それぞれ独立に、前記一般式(a−1)〜(a−7)から選ばれる部分構造を有する基であり、m1が2以上の場合、複数のAは互いに同一または異なり、
a1が0のとき、Lは水素原子または1価の置換基であり、Lが1価の置換基である場合の置換基は、
置換または無置換の環形成炭素数6〜30の芳香族炭化水素基、および
置換または無置換の環形成原子数5〜30の複素環基からなる群から選択され、
a1が1のとき、Lは単結合または連結基であり、Lが連結基である場合の連結基は、
置換または無置換の環形成炭素数6〜30の芳香族炭化水素基、および
置換または無置換の環形成原子数5〜30の複素環基からなる群から選択され、
は、単結合または連結基であり、Lが連結基である場合の連結基は、
置換または無置換の環形成炭素数6〜30の芳香族炭化水素基、および
置換または無置換の環形成原子数5〜30の複素環基からなる群から選択され、m1が2以上の場合、複数のLは互いに同一または異なる。
本実施形態において、a2が0のとき、RおよびRは、置換または無置換の環形成炭素数6〜30の芳香族炭化水素基、置換または無置換の環形成原子数5〜30の複素環基、および置換シリル基からなる群から選択される置換基であることが好ましく、置換または無置換の環形成炭素数6〜30の芳香族炭化水素基、および置換または無置換の環形成原子数5〜30の複素環基からなる群から選択される置換基であることがより好ましい。
本実施形態において、a2が1のとき、RおよびRは、置換または無置換の環形成炭素数6〜30の芳香族炭化水素基、置換または無置換の環形成原子数5〜30の複素環基、および置換シリル基からなる群から選択される連結基であることが好ましく、置換または無置換の環形成炭素数6〜30の芳香族炭化水素基、および置換または無置換の環形成原子数5〜30の複素環基からなる群から選択される連結基であることがより好ましい。
また例えば、前記一般式(1)で表される化合物としては、下記一般式(10’)で表される化合物が挙げられる。
前記一般式(10’)において、
m2は2であり、
a2は0または1であり、複数のa2は互いに同一または異なり、
m1は、1〜5の整数であり、複数のm1は互いに同一または異なり、
a2が0のとき、RおよびRは、それぞれ独立に、水素原子または1価の置換基であり、RおよびRが置換基である場合の置換基は、それぞれ独立に、
置換または無置換の環形成炭素数6〜30の芳香族炭化水素基、
置換または無置換の環形成原子数5〜30の複素環基、
置換または無置換の炭素数1〜30のアルキル基、
置換または無置換の炭素数1〜30のアルコキシ基、
置換または無置換の炭素数7〜30のアラルキル基、
置換または無置換の環形成炭素数6〜30のアリールオキシ基、および
置換シリル基からなる群から選択され、
a2が1のとき、RおよびRは、それぞれ独立に、
置換または無置換の環形成炭素数6〜30の芳香族炭化水素基、
置換または無置換の環形成原子数5〜30の複素環基、
置換または無置換の炭素数1〜30のアルキル基、
置換または無置換の炭素数1〜30のアルコキシ基、
置換または無置換の炭素数7〜30のアラルキル基、
置換または無置換の環形成炭素数6〜30のアリールオキシ基、および
置換シリル基からなる群から選択される連結基であり、
複数のRは互いに同一または異なり、複数のRは互いに同一または異なり、
およびAは、それぞれ独立に、前記一般式(a−1)〜(a−7)から選ばれる部分構造を有する基であり、複数のAは互いに同一または異なり、
は単結合または連結基であり、Lが連結基である場合の連結基は、
置換または無置換の環形成炭素数6〜30の芳香族炭化水素基、および
置換または無置換の環形成原子数5〜30の複素環基からなる群から選択され、複数のLは互いに同一または異なり、
は、単結合または連結基であり、Lが連結基である場合の連結基は、
置換または無置換の環形成炭素数6〜30の芳香族炭化水素基、および
置換または無置換の環形成原子数5〜30の複素環基からなる群から選択され、複数のLは互いに同一または異なる。
例えば、前記一般式(10)で表される化合物としては、例えば、下記一般式(10A)で表される化合物が挙げられる。
前記一般式(10A)において、a1,m1,A,A,L,およびLは、前記一般式(10)におけるa1,m1,A,A,L,およびLと、それぞれ同義である。
また例えば、前記一般式(10)または前記一般式(10’)で表される化合物としては、下記一般式(10B)〜(10E)で表される化合物が挙げられる。
前記一般式(10D)において、Xは、=N−L−L−A、酸素原子、硫黄原子、およびセレン原子からなる群から選択される。前記一般式(10B),(10C),(10D),および(10E)において、R,R,A,A,L,およびLは、前記一般式(10)におけるR,R,A,A,L,およびLと、それぞれ同義である。
・遅延蛍光発光性
遅延蛍光(熱活性化遅延蛍光)については、「有機半導体のデバイス物性」(安達千波矢編、講談社発行)の261〜268ページで解説されている。その文献の中で、蛍光発光材料の励起一重項状態と励起三重項状態のエネルギー差ΔE13を小さくすることができれば、通常は遷移確率が低い励起三重項状態から励起一重項状態への逆エネルギー移動が高効率で生じ、熱活性化遅延蛍光(Thermally Activated delayed Fluorescence, TADF)が発現すると説明されている。さらに、当該文献中の図10.38で、遅延蛍光の発生メカニズムが説明されている。本実施形態における第一の化合物は、このようなメカニズムで発生する熱活性化遅延蛍光を示す化合物である。
遅延蛍光の発光は過渡PL(Photo Luminescence)測定により確認できる。
過渡PL測定から得た減衰曲線に基づいて遅延蛍光の挙動を解析することもできる。過渡PL測定とは、試料にパルスレーザーを照射して励起させ、照射を止めた後のPL発光の減衰挙動(過渡特性)を測定する手法である。TADF材料におけるPL発光は、最初のPL励起で生成する一重項励起子からの発光成分と、三重項励起子を経由して生成する一重項励起子からの発光成分に分類される。最初のPL励起で生成する一重項励起子の寿命は、ナノ秒オーダーであり、非常に短い。そのため、当該一重項励起子からの発光は、パルスレーザーを照射後、速やかに減衰する。
一方、遅延蛍光は、寿命の長い三重項励起子を経由して生成する一重項励起子からの発光のため、ゆるやかに減衰する。このように最初のPL励起で生成する一重項励起子からの発光と、三重項励起子を経由して生成する一重項励起子からの発光とでは、時間的に大きな差がある。そのため、遅延蛍光由来の発光強度を求めることができる。
図2には、過渡PLを測定するための例示的装置の概略図が示されている。
本実施形態の過渡PL測定装置100は、所定波長の光を照射可能なパルスレーザー部101と、測定試料を収容する試料室102と、測定試料から放射された光を分光する分光器103と、2次元像を結像するためのストリークカメラ104と、2次元像を取り込んで解析するパーソナルコンピュータ105とを備える。なお、過渡PLの測定は、本実施形態で説明する装置に限定されない。
試料室102に収容される試料は、マトリックス材料に対し、ドーピング材料が12質量%の濃度でドープされた薄膜を石英基板に成膜することで得られる。
試料室102に収容された薄膜試料に対し、パルスレーザー部101からパルスレーザーを照射して、ドーピング材料を励起させる。励起光の照射方向に対して90度の方向へ発光を取り出し、取り出した光を分光器103で分光し、ストリークカメラ104内で2次元像を結像する。その結果、縦軸が時間に対応し、横軸が波長に対応し、輝点が発光強度に対応する2次元画像を得ることができる。この2次元画像を所定の時間軸で切り出すと、縦軸が発光強度であり、横軸が波長である発光スペクトルを得ることができる。また、当該2次元画像を波長軸で切り出すと、縦軸が発光強度の対数であり、横軸が時間である減衰曲線(過渡PL)を得ることができる。
例えば、マトリックス材料として、下記参考化合物H1を用い、ドーピング材料として下記参考化合物D1を用いて上述のようにして薄膜試料Aを作製し、過渡PL測定を行った。
ここでは、前述の薄膜試料A、および薄膜試料Bを用いて減衰曲線を解析した。薄膜試料Bは、マトリックス材料として下記参考化合物H2を用い、ドーピング材料として前記参考化合物D1を用いて、上述のようにして薄膜試料を作製した。
図3には、薄膜試料Aおよび薄膜試料Bについて測定した過渡PLから得た減衰曲線が示されている。
上記したように過渡PL測定によって、縦軸を発光強度とし、横軸を時間とする発光減衰曲線を得ることができる。この発光減衰曲線に基づいて、光励起により生成した一重項励起状態から発光する蛍光と、三重項励起状態を経由し、逆エネルギー移動により生成する一重項励起状態から発光する遅延蛍光との、蛍光強度比を見積もることができる。遅延蛍光発光性の材料では、素早く減衰する蛍光の強度に対し、緩やかに減衰する遅延蛍光の強度の割合が、ある程度大きい。
本実施形態における遅延蛍光発光量は、図2の装置を用いて求めることができる。前記第一の化合物は、当該第一の化合物が吸収する波長のパルス光(パルスレーザーから照射される光)で励起された後、当該励起状態から即座に観察されるPrompt発光(即時発光)と、当該励起後、即座には観察されず、その後観察されるDelay発光(遅延発光)とが存在する。本実施形態においては、Delay発光(遅延発光)の量がPrompt発光(即時発光)の量に対して5%以上であることが好ましい。
Prompt発光とDelay発光の量は、“Nature 492, 234−238, 2012”に記載された方法と同様の方法により求めることができる。なお、Prompt発光とDelay発光の量の算出に使用される装置は、前記の文献に記載の装置に限定されない。
また、遅延蛍光発光性の測定に用いられる試料は、例えば、第一の化合物と後述する化合物TH−2とを、第一の化合物の割合が12質量%となるように石英基板上に共蒸着し、膜厚100nmの薄膜を形成した試料を使用することができる。
・三重項エネルギーと77[K]におけるエネルギーギャップとの関係
ここで、三重項エネルギーと77[K]におけるエネルギーギャップとの関係について説明する。本実施形態では、77[K]におけるエネルギーギャップは、通常定義される三重項エネルギーとは異なる点がある。
測定対象となる第一の化合物に関しては、三重項エネルギーの測定は、次のようにして行われる。測定対象となる化合物(第一の化合物)と、化合物TH−2とを石英基板上に共蒸着し、NMR管内に封入した試料を作製する。なお、この試料は、下記の条件にて作られた試料である。
石英基板/TH−2:第一の化合物(膜厚100nm,第一の化合物濃度:12質量%)
この測定試料について、低温(77[K])で燐光スペクトル(縦軸:燐光発光強度、横軸:波長とする。)を測定し、この燐光スペクトルの短波長側の立ち上がりに対して接線を引き、その接線と横軸との交点の波長値λedge[nm]に基づいて、次の換算式1から算出されるエネルギー量を77[K]におけるエネルギーギャップT77Kとした。
換算式1:T77K[eV]=1239.85/λedge
燐光の測定には、(株)日立ハイテクノロジー製のF−4500形分光蛍光光度計本体を用いた。なお、燐光測定装置は、ここで用いた装置に限定されない。
燐光スペクトルの短波長側の立ち上がりに対する接線は以下のように引く。燐光スペクトルの短波長側から、スペクトルの極大値のうち、最も短波長側の極大値までスペクトル曲線上を移動する際に、長波長側に向けて曲線上の各点における接線を考える。この接線は、曲線が立ち上がるにつれ(つまり縦軸が増加するにつれ)、傾きが増加する。この傾きの値が極大値をとる点において引いた接線(すなわち変曲点における接線)が、当該燐光スペクトルの短波長側の立ち上がりに対する接線とする。
なお、スペクトルの最大ピーク強度の15%以下のピーク強度をもつ極大点は、上述の最も短波長側の極大値には含めず、最も短波長側の極大値に最も近い、傾きの値が極大値をとる点において引いた接線を当該燐光スペクトルの短波長側の立ち上がりに対する接線とする。
・第一の化合物の製造方法
第一の化合物は、例えば、Chemical Communications p.10385−10387(2013)およびNATURE Photonics p.326−332(2014)に記載した方法により製造することができる。
本実施形態に係る第一の化合物の具体例を以下に示す。なお、本発明における第一の化合物は、これらの具体例に限定されない。
<第二の化合物>
本実施形態の第二の化合物は、縮合環構造を有する化合物である。前記縮合環構造は、下記一般式(2)で表される構造を有し、かつ環の総数が8環以内である。
前記一般式(2)において、a,c,d,e,f,h,i,およびjの位置の少なくともいずれかの位置において単環または縮合環が縮合していてもよく、bおよびgの位置の少なくともいずれかの位置において、5員環(単環)または5員環を有する縮合環が縮合していてもよく、ただし、
iおよびjの位置に6員環が縮合するとき、dおよびeの位置にも単環または縮合環が縮合し、
dおよびeの位置に6員環が縮合するとき、iおよびjの位置にも単環または縮合環が縮合し、
bの位置に5員環を有する縮合環が縮合するとき、該縮合環中の5員環がbの位置に直接縮合し、
gの位置に5員環を有する縮合環が縮合するとき、該縮合環中の5員環がgの位置に直接縮合する。
なお、bおよびgの位置には、6員環(単環)および縮合環中の6員環のいずれも直接縮合しない。さらに、a,c,f,およびhの位置の少なくともいずれかの位置において環が縮合するとき、単環が縮合することが好ましく、縮合環が縮合するときは、当該縮合環に5員環を有していることが好ましい。
前記縮合環構造は、環の総数が、6環以内であることが好ましく、5環以内であることがより好ましく、4環以内であることがさらに好ましい。
前記一般式(2)で表される構造を有し、かつ環の総数が8環以内の縮合環構造の一例として、以下の縮合環構造が挙げられる。
例えば、前記一般式(2)において、aの位置に6員環(例えば、ベンゼン環)が縮合した場合は、下記一般式(2A)で表される縮合環構造となる。
また例えば、前記一般式(2)において、iおよびjの位置に6員環が縮合し、eおよびdの位置にも6員環が縮合した場合は、下記一般式(2B)で表される縮合環構造となる。
また例えば、前記一般式(2)において、iおよびjの位置に5員環が縮合した場合は、下記一般式(2C)で表される縮合環構造となる。また例えば、iおよびjの位置に5員環が直接縮合し、さらに10員環(例えば、ナフタレン環)が縮合した場合は、下記一般式(2D)で表される縮合環構造となる。あるいは、bの位置に、5員環を有する縮合環としてアセナフテン環が縮合する場合であって、該アセナフテン環中の5員環がbの位置に直接縮合した場合は、下記一般式(2D)で表される縮合環構造となる。
また例えば、前記一般式(2)において、cの位置に5員環が直接縮合し、さらに6員環が縮合した場合は、下記一般式(2E)で表される縮合環構造となる。
また例えば、前記一般式(2)において、aの位置に10員環が縮合した場合は、下記一般式(2F)で表される縮合環構造となる。
また例えば、前記一般式(2)において、aおよびcの位置のそれぞれに6員環が縮合した場合は、下記一般式(2G)で表される縮合環構造となる。
本実施形態において、「環の総数」とは、主骨格となる縮合環構造を構成する5員環および6員環の総数を意味する。
例えば、前記一般式(2A)で表される縮合環構造、および前記一般式(2C)で表される縮合環構造の場合、環の総数は3環であり、前記一般式(2B)で表される縮合環構造、前記一般式(2E)で表される縮合環構造、前記一般式(2F)で表される縮合環構造、および前記一般式(2G)で表される縮合環構造の場合、環の総数は4環であり、前記一般式(2D)で表される縮合環構造の場合、環の総数は5環である。
第二の化合物が有する縮合環構造としては、青色領域において発光可能なエネルギーを有し、かつ熱活性化遅延蛍光発光性材料である第一の化合物の励起一重項状態から第二の化合物の励起一重項状態へのエネルギー移動効率が高くなる構造が望ましい。熱活性化遅延蛍光性材料(第一の化合物)の励起一重項状態から第二の化合物の励起一重項状態へのエネルギー移動効率を高くするためには、競合する熱活性化遅延蛍光性材料(第一の化合物)の励起三重項状態から第二の化合物の励起三重項状態へのエネルギー移動を抑制することが好ましい。熱活性化遅延蛍光性材料(第一の化合物)から第二の化合物の励起三重項状態へのエネルギー移動は、熱失活による効率低下の要因となるためである。
ここで、励起三重項状態間のエネルギー移動は、熱活性化遅延蛍光性材料である第一の化合物と第二の化合物の電子雲の重なりの大小に大きく依存する。
そのため、例えば第二の化合物の主骨格上の分子軌道の広がりを小さくすることでエネルギー移動を抑制することができる。
すなわち、本願発明のように第二の化合物の主骨格を構成する縮合環中、前記一般式(2)で表される構造を有すること、および主骨格の5員環および6員環の総数が8環以内とすることで、前記一般式(2)で表される構造の位置bや位置gに6員環が直接縮合し、3つ以上の6員環が直線的に縮合した構造(例えば、アントラセン環、ナフタセン環など)を有する場合や、5員環および6員環の総数が9環以上の構造を有する場合と比較して、主骨格上の分子軌道の広がりを小さくし、励起三重項状態へのエネルギー移動を抑えることができると考えられる。
その結果、熱活性化遅延蛍光性材料である第一の化合物の励起一重項状態から第二の化合物の励起一重項状態へのエネルギー移動効率が高くなり、発光効率が向上すると推測される。
本実施形態において、主骨格の側鎖として、ジベンゾフラニル基、ジベンゾチオフェニル基等を有する場合、さらに電子雲の重なりを抑制し、発光効率がさらに向上すると推測される。
本実施形態において、第二の化合物は、下記一般式(20)で表される部分構造を有し、かつ下記一般式(20)におけるX−Y軸に対して非対称の構造、を有する化合物であることも好ましい。
前記一般式(20)において、Zは、置換または無置換の環形成炭素数5または6の環構造である。
本実施形態において、第二の化合物が、置換基として縮合環構造を有する場合、当該置換基としての縮合環構造が、前記一般式(2)で表される構造中のbおよびgの位置に、6員環(単環)および縮合環中の6員環のいずれも直接縮合していない構造であることが好ましい。また、当該置換基としての縮合環構造が、前記一般式(2)で表される構造中のbの位置のみ、gの位置のみ、またはbおよびgの2つの位置のみに、単環および縮合環が縮合した構造でないことが好ましい。また、当該置換基としての縮合環構造は、iおよびjの2つの位置のみ、またはdおよびeの2つの位置のみに、6員環が縮合した構造でないことが好ましい。また、当該置換基としての縮合環構造は、環の総数が、8環以内であることが好ましく、6環以内であることがより好ましく、5環以内であることがさらに好ましく、4環以内であることがさらにより好ましい。
本実施形態において、前記一般式(2)で表される構造を有し、かつ環の総数が8環以内の縮合環構造としては、ベンゾフルオレン(ベンゾ[a]フルオレン、ベンゾ[b]フルオレン、ベンゾ[c]フルオレン)、フルオランテン、ベンゾフルオランテン(ベンゾ[b]フルオランテン、ベンゾ[k]フルオランテン)、ピレン、ベンゾ[a]ピレン、クリセン、ベンゾ[a]アントラセン、トリフェニレン等が挙げられる。
本実施形態において、第二の化合物は、77[K]におけるエネルギーギャップT77K(M2)が1.9eV以上であることが好ましく、2.0eV以上であることがより好ましい。
本実施形態において、発光効率を向上させる観点から、第二の化合物は、ベンゾフルオレン骨格、フルオランテン骨格、ピレン骨格、またはクリセン骨格を有する化合物であることが好ましい。
本実施形態において、第二の化合物は、下記一般式(21)で表される化合物であることが好ましい。
前記一般式(21)において、
n1は1以上の整数であり、
Arは、ベンゾフルオレン骨格、フルオランテン骨格、ピレン骨格、またはクリセン骨格を有する基であり、
ArおよびArは、それぞれ独立に、
置換または無置換の環形成炭素数6〜30の芳香族炭化水素基、
置換または無置換の環形成原子数5〜30の複素環基、
置換または無置換の炭素数1〜30のアルキル基、および
置換または無置換の炭素数7〜30のアラルキル基からなる群から選択される置換基であり、ArとArとが結合して飽和または不飽和の環を形成してもよく、n1が2以上の場合、複数のArは、互いに同一または異なり、複数のArは、互いに同一または異なり、
は、単結合または連結基であり、Lが連結基である場合の連結基は、
置換または無置換の環形成炭素数6〜30の芳香族炭化水素基、および
置換または無置換の環形成原子数5〜30の複素環基からなる群から選択され、n1が2以上の場合、複数のLは、互いに同一または異なる。
本実施形態において、前記一般式(21)中のArは、ピレン骨格またはクリセン骨格を有する基であることが好ましい。
また、本実施形態において、前記一般式(21)中のn1が2であり、Lがいずれも単結合であることも好ましい。
Arがピレン骨格であり、n1が2であり、Lが単結合である場合、前記一般式(21)中の窒素原子は、ピレン骨格の1位および6位に結合することが好ましく、Arがクリセン骨格であり、n1が2であり、Lが単結合である場合、前記一般式(21)中の窒素原子は、クリセン骨格の6位および12位に結合することが好ましい。
本実施形態において、前記一般式(21)中のArは、ベンゾフルオレン骨格を有する基であることも好ましく、前記Arとしてのベンゾフルオレン骨格を有する基は、下記一般式(Ar−1)で表される基であることが好ましい。
前記一般式(Ar−1)において、
11およびR12は、それぞれ独立に、水素原子または置換基であり、R11およびR12が置換基である場合の置換基は、それぞれ独立に、
置換または無置換の炭素数1〜30のアルキル基、および
置換または無置換の環形成炭素数6〜30の芳香族炭化水素基からなる群から選択され、
13,R14,R15,R16,R17,R18,R19,R20,R21,およびR22は、それぞれ独立に、水素原子、置換基、またはLと結合する単結合であり、ただし、R13,R14,R15,R16,R17,R18,R19,R20,R21,およびR22の少なくとも1つは、Lと結合する単結合であり、
13,R14,R15,R16,R17,R18,R19,R20,R21,およびR22が置換基である場合の置換基は、それぞれ独立に、
ハロゲン原子、
シアノ基、
ニトロ基、
ヒドロキシル基、
置換シリル基、
カルボキシル基、
置換または無置換の環形成炭素数6〜30の芳香族炭化水素基、
置換または無置換の炭素数1〜30のアルキル基、
置換または無置換の炭素数1〜30のアルキルアミノ基、
置換または無置換の環形成炭素数6〜30のアリールアミノ基、
置換または無置換の炭素数1〜30のアルコキシ基、
置換または無置換の環形成炭素数6〜30のアリールオキシ基、
置換または無置換の環形成炭素数6〜30のアリールチオ基、および
置換または無置換の炭素数1〜30のアルコキシカルボニル基からなる群から選択され、R13とR14、R14とR15、R15とR16、R17とR18、R18とR19、R19とR20、R20とR21、およびR21とR22のいずれか1組以上が結合して飽和または不飽和の環を形成してもよい。
本実施形態において、前記一般式(Ar−1)で表される基は、下記一般式(Ar−2)で表される基であることが好ましい。
前記一般式(Ar−2)において、
11,R12,R,およびRは、それぞれ独立に、水素原子または置換基であり、R11,R12,R,およびRが置換基である場合の置換基は、それぞれ独立に、
置換または無置換の炭素数1〜30のアルキル基、および
置換または無置換の環形成炭素数6〜30の芳香族炭化水素基からなる群から選択され、
13,R16,R17,R18,R19,R20,R21,R22,R23,R24,R25,およびR26は、それぞれ独立に、水素原子、置換基、またはLと結合する単結合であり、ただし、R13,R16,R17,R18,R19,R20,R21,R22,R23,R24,R25,およびR26の少なくとも1つは、Lと結合する単結合であり、
13,R16,R17,R18,R19,R20,R21,R22,R23,R24,R25,およびR26が置換基である場合の置換基は、それぞれ独立に、
ハロゲン原子、
シアノ基、
ニトロ基、
ヒドロキシル基、
置換シリル基、
カルボキシル基、
置換または無置換の環形成炭素数6〜30の芳香族炭化水素基、
置換または無置換の炭素数1〜30のアルキル基、
置換または無置換の炭素数1〜30のアルキルアミノ基、
置換または無置換の環形成炭素数6〜30のアリールアミノ基、
置換または無置換の炭素数1〜30のアルコキシ基、
置換または無置換の環形成炭素数6〜30のアリールオキシ基、
置換または無置換の環形成炭素数6〜30のアリールチオ基、および
置換または無置換の炭素数1〜30のアルコキシカルボニル基からなる群から選択され、R17とR18、R18とR19、R19とR20、R20とR21、R21とR22、R23とR24、R24とR25、およびR25とR26のいずれか1組以上が結合して飽和または不飽和の環を形成してもよい。
本実施形態において、前記R21および前記R25の少なくとも1つは、Lと結合する単結合であることが好ましい。
本実施形態において、前記R11,前記R12,前記R,および前記Rは、それぞれ独立に、置換または無置換の炭素数1〜30のアルキル基、および置換または無置換の環形成炭素数6〜30の芳香族炭化水素基からなる群から選択される置換基であることが好ましい。
本実施形態において、前記一般式(21)中の前記Arおよび前記Arは、それぞれ独立に、置換または無置換の環形成炭素数6〜30の芳香族炭化水素基、および置換または無置換の環形成原子数5〜30の複素環基からなる群から選択される置換基であることが好ましく、置換または無置換の環形成炭素数6〜30の芳香族炭化水素基からなる群から選択される置換基であることがより好ましい。
本実施形態において、前記一般式(21)中の前記Arおよび前記Arの少なくとも1つは、下記一般式(22)で表される基であることが好ましい。この場合、前記一般式(21)中のArは、ピレン骨格またはクリセン骨格を有する基であることが好ましい。
前記一般式(22)において、
xは0〜3の整数であり、
yは0〜7の整数であり、
は酸素原子、硫黄原子、またはセレン原子であり、
xが0のとき、前記一般式(22)で表される基と前記一般式(21)中の窒素原子とは単結合で結合し、
xが1〜3の整数のとき、Arは、置換または無置換の環形成炭素数6〜30の芳香族炭化水素基であり、xが2以上の場合、複数のArは互いに同一または異なり、Ar同士が結合して飽和または不飽和の環を形成してもよく、
は、
ハロゲン原子、
シアノ基、
ニトロ基、
ヒドロキシル基、
置換シリル基、
カルボキシル基、
置換または無置換の環形成炭素数6〜30の芳香族炭化水素基、
置換または無置換の炭素数1〜30のアルキル基、
置換または無置換の炭素数1〜30のアルキルアミノ基、
置換または無置換の環形成炭素数6〜30のアリールアミノ基、
置換または無置換の炭素数1〜30のアルコキシ基、
置換または無置換の環形成炭素数6〜30のアリールオキシ基、
置換または無置換の環形成炭素数6〜30のアリールチオ基、および
置換または無置換の炭素数1〜30のアルコキシカルボニル基からなる群から選択され、yが2以上の場合、複数のRは互いに同一または異なり、R同士が結合して飽和または不飽和の環を形成してもよい。
本実施形態において、前記一般式(22)中の前記Xは、酸素原子または硫黄原子であることが好ましく、酸素原子であることがより好ましい。
本実施形態において、前記一般式(21)中の前記Arは、置換または無置換の環形成炭素数6〜30の芳香族炭化水素基からなる群から選択される置換基であることが好ましく、置換または無置換の環形成炭素数6〜20の芳香族炭化水素基からなる群から選択される置換基であることがより好ましく、フェニル基、ビフェニル基、ナフチル基、フェナントリル基、ターフェニル基、およびフルオレニル基からなる群から選択される基であることがさらに好ましい。
本実施形態において、前記一般式(21)中の前記Arは、前記一般式(22)で表される基であることが好ましい。
本実施形態において、前記一般式(21)中の前記Arおよび前記Arの少なくとも1つは、前記一般式(Ar−1)で表される基であることも好ましく、前記一般式(Ar−2)で表される基であることがより好ましい。この場合、前記一般式(21)中のArが、ベンゾフルオレン骨格を有する基であることが好ましい。
本実施形態において、前記一般式(21)中のn1は、1または2であることが好ましい。
本実施形態において、第二の化合物は、下記一般式(23)で表される化合物であることも好ましい。
前記一般式(23)において、
pは0〜5の整数であり、
qおよびrは、それぞれ独立に、1〜5の整数であり、
Ar10は、ベンゾフルオレン骨格、フルオランテン骨格、ピレン骨格、またはクリセン骨格を有する基であり、
10は、
置換または無置換の環形成炭素数6〜30の芳香族炭化水素基、
置換または無置換の環形成原子数5〜30の複素環基、
置換または無置換の炭素数1〜30のアルキル基、および
置換または無置換の炭素数7〜30のアラルキル基からなる群から選択される置換基であり、R10が複数存在する場合、複数のR10は互いに同一または異なり、R10同士が結合して飽和または不飽和の環を形成してもよく、
pが0のとき、Ar10とR10とは単結合で結合し、
pが1〜5の整数のとき、L10は、
置換または無置換の環形成炭素数6〜30の芳香族炭化水素基、および
置換または無置換の環形成原子数5〜30の複素環基からなる群から選択される連結基であり、L10が複数存在する場合、複数のL10は互いに同一または異なり、L10同士が結合して飽和または不飽和の環を形成してもよい。
前記一般式(23)で表される化合物の結合様式の一例として、例えば下記表2に示す結合様式が挙げられる。
本実施形態において、前記一般式(23)中のAr10は、フルオランテン骨格を有する基であることが好ましく、ベンゼン環が縮合したフルオランテン骨格(ベンゾフルオランテン骨格)を有する基であることがより好ましい。
本実施形態において、第二の化合物は蛍光発光性の化合物であることが好ましい。その発光色や発光波長は特に限定されないが、例えば、第二の化合物は、発光ピーク波長が550nm以下の蛍光発光性の化合物であることが好ましく、発光ピーク波長が400nm以上500nm以下の蛍光発光性の化合物であることがより好ましく、発光ピーク波長が430nm以上480nm以下の蛍光発光性の化合物であることがさらに好ましい。
また、例えば、第二の化合物は、緑色または青色の蛍光発光性化合物であることが好ましく、青色蛍光発光性の化合物であることがより好ましい。
なお、発光ピーク波長とは、測定対象化合物が10−6モル/リットル以上10−5モル/リットル以下の濃度で溶解しているトルエン溶液について、測定した発光スペクトラムにおける発光強度が最大となる発光スペクトルのピーク波長をいう。
第二の化合物は、蛍光量子収率の高い材料であることが好ましい。
・第二の化合物の製造方法
第二の化合物は、国際公開第2008/059713号、および国際公開第2010/122810号等に記載の方法により製造することができる。
本実施形態に係る第二の化合物の具体例を以下に示す。なお、本発明における第二の化合物は、これらの具体例に限定されない。
<第三の化合物>
本実施形態における第三の化合物のエネルギーギャップT77K(M3)は、本実施形態に係る第二の化合物のエネルギーギャップT77K(M2)よりも大きい。また、本実施形態における第三の化合物のエネルギーギャップT77K(M3)は、本実施形態における第一の化合物のエネルギーギャップT77K(M1)よりも大きいことが好ましい。
・77[K]におけるエネルギーギャップT77Kの測定
第二の化合物および第三の化合物に関しては、77[K]におけるエネルギーギャップT77Kの測定は、次のようにして行われる。
測定対象となる化合物(第二の化合物および第三の化合物)をEPA(ジエチルエーテル:イソペンタン:エタノール=5:5:2(容積比))中に、濃度が10μmol/Lとなるように溶解し、この溶液を石英セル中に入れて測定試料とした。この測定試料について、低温(77[K])で燐光スペクトル(縦軸:燐光発光強度、横軸:波長とする。)を測定し、この燐光スペクトルの短波長側の立ち上がりに対して接線を引き、その接線と横軸との交点の波長値λedge[nm]に基づいて、次の換算式2から算出されるエネルギー量を77[K]におけるエネルギーギャップT77Kとした。
換算式2:T77K[eV]=1239.85/λedge
燐光の測定には、(株)日立ハイテクノロジー製のF−4500形分光蛍光光度計本体を用いた。なお、燐光測定装置は、ここで用いた装置に限定されない。
燐光スペクトルの短波長側の立ち上がりに対する接線は以下のように引く。燐光スペクトルの短波長側から、スペクトルの極大値のうち、最も短波長側の極大値までスペクトル曲線上を移動する際に、長波長側に向けて曲線上の各点における接線を考える。この接線は、曲線が立ち上がるにつれ(つまり縦軸が増加するにつれ)、傾きが増加する。この傾きの値が極大値をとる点において引いた接線(すなわち変曲点における接線)が、当該燐光スペクトルの短波長側の立ち上がりに対する接線とする。
なお、スペクトルの最大ピーク強度の15%以下のピーク強度をもつ極大点は、上述の最も短波長側の極大値には含めず、最も短波長側の極大値に最も近い、傾きの値が極大値をとる点において引いた接線を当該燐光スペクトルの短波長側の立ち上がりに対する接線とする。
第三の化合物としては、各種化合物を単独で使用しても良いし、2種以上を併用しても良い。
(発光層における第一の化合物、第二の化合物、および第三の化合物の関係性)
本実施形態では、第三の化合物は、発光層において、上述の本実施形態に係る第一の化合物同士が分子会合することを抑制する分散材としての機能を有すると考えられる。
さらに、第三の化合物によって、第一の化合物と第二の化合物との化合物間の距離を離すことにより、第一の化合物の励起一重項状態から第二の化合物の励起一重項状態へのエネルギー移動を促進し、かつ第一の化合物の励起三重項状態から第二の化合物の励起三重項状態へのエネルギー移動を抑制する結果、発光効率の向上に寄与すると推測される。
本実施形態において、前記第一の化合物の77[K]におけるエネルギーギャップT77K(M1)は、前記第二の化合物の77[K]におけるエネルギーギャップT77K(M2)よりも大きく、前記第三の化合物の77[K]におけるエネルギーギャップT77K(M3)は、前記第二の化合物の77[K]におけるエネルギーギャップT77K(M1)よりも大きい。
本実施形態において、前記第三の化合物の77[K]におけるエネルギーギャップT77K(M3)は、2.9eV以上であることが好ましい。第三の化合物が、このようなエネルギーギャップT77K(M3)を有することで、発光層において第三の化合物が励起子生成やキャリア輸送に関与し難くさせることができる。
<TADF機構>
本実施形態に係る有機EL素子では、第一の化合物としてΔST(M1)が小さい化合物を用いることが好ましい。ΔST(M1)が小さいと、外部から与えられる熱エネルギーによって、第一の化合物の三重項準位から第一の化合物の一重項準位への逆項間交差が起こり易くなる。有機EL素子内部の電気励起された励起子の励起三重項状態が、逆項間交差によって、励起一重項状態へスピン交換がされるエネルギー状態変換機構をTADF機構と呼ぶ。
図4は、発光層における第一の化合物、第二の化合物、および第三の化合物の、エネルギー準位およびエネルギー移動の関係の一例を示す図である。図4において、S0は、基底状態を表し、S1(M1)は、第一の化合物の最低励起一重項状態を表し、T1(M1)は、第一の化合物の最低励起三重項状態を表し、S1(M2)は、第二の化合物の最低励起一重項状態を表し、T1(M2)は、第二の化合物の最低励起三重項状態を表し、S1(M3)は、第三の化合物の最低励起一重項状態を表し、T1(M3)は、第三の化合物の最低励起三重項状態を表す。図4中のS1(M1)からS1(M2)へ向かう破線の矢印は、第一の化合物の最低励起一重項状態から第二の化合物の最低励起一重項状態へのフェルスター型エネルギー移動を表す。
図4に示すように、第一の化合物としてΔST(M1)の小さな化合物を用いると、最低励起三重項状態T1(M1)は、熱エネルギーにより、最低励起一重項状態S1(M1)に逆項間交差が可能である。そして、第一の化合物の最低励起一重項状態S1(M1)から第二の化合物の最低励起一重項状態S1(M2)へのフェルスター型エネルギー移動が生じる。この結果、第二の化合物の最低励起一重項状態S1(M2)からの蛍光発光を観測することができる。このTADF機構による遅延蛍光を利用することによっても、理論的に内部効率を100%まで高めることができると考えられている。
本実施形態の有機EL素子1を発光させたときに、発光層5において、主に第二の化合物が発光していることが好ましい。
・発光層の膜厚
本実施形態の有機EL素子1における発光層5の膜厚は、好ましくは5nm以上50nm以下、より好ましくは7nm以上50nm以下、さらに好ましくは10nm以上50nm以下である。5nm以上であれば発光層5の形成が容易となり、色度の調整も容易となる。また、50nm以下であれば、駆動電圧の上昇を抑制することができる。
・発光層における化合物の含有率
本実施形態の有機EL素子1では、発光層5において、第一の化合物の含有率は、5質量%以上であることが好ましく、10質量%以上60質量%以下であることがより好ましく、20質量%以上40質量%以下または40質量%以上60質量%以下であることがさらに好ましい。第二の化合物の含有率は、10質量%以下であることが好ましく、5質量%以下であることがより好ましく、0.01質量%以上1質量%以下であることがさらに好ましい。発光層5における第一の化合物、第二の化合物、および第三の化合物の合計含有率の上限は、100質量%である。なお、本実施形態は、発光層5に、第一の化合物、第二の化合物、および第三の化合物以外の材料が含まれることを除外しない。
(基板)
基板2は、有機EL素子1の支持体として用いられる。基板2としては、例えば、ガラス、石英、およびプラスチック等を用いることができる。また、可撓性基板を用いてもよい。可撓性基板とは、折り曲げることができる(フレキシブル)基板のことであり、例えば、プラスチック基板等が挙げられる。プラスチック基板を形成する材料としては、例えば、ポリカーボネート、ポリアリレート、ポリエーテルスルフォン、ポリプロピレン、ポリエステル、ポリフッ化ビニル、ポリ塩化ビニル、ポリイミド、およびポリエチレンナフタレート等が挙げられる。また、無機蒸着フィルムを用いることもできる。
(陽極)
基板2上に形成される陽極3には、仕事関数の大きい(具体的には4.0eV以上)金属、合金、電気伝導性化合物、およびこれらの混合物等を用いることが好ましい。具体的には、例えば、酸化インジウム−酸化スズ(ITO:Indium Tin Oxide)、珪素または酸化珪素を含有した酸化インジウム−酸化スズ、酸化インジウム−酸化亜鉛、酸化タングステンおよび酸化亜鉛を含有した酸化インジウム、並びにグラフェン等が挙げられる。この他、金(Au)、白金(Pt)、ニッケル(Ni)、タングステン(W)、クロム(Cr)、モリブデン(Mo)、鉄(Fe)、コバルト(Co)、銅(Cu)、パラジウム(Pd)、チタン(Ti)、およびこれら金属材料の窒化物(例えば、窒化チタン)等が挙げられる。
これらの材料は、通常、スパッタリング法により成膜される。例えば、酸化インジウム−酸化亜鉛は、酸化インジウムに対し1質量%以上10質量%以下の酸化亜鉛を加えたターゲットを用いることにより、スパッタリング法で形成することができる。また、例えば、酸化タングステンおよび酸化亜鉛を含有した酸化インジウムは、酸化インジウムに対し酸化タングステンを0.5質量%以上5質量%以下、酸化亜鉛を0.1質量%以上1質量%以下含有したターゲットを用いることにより、スパッタリング法で形成することができる。その他、真空蒸着法、塗布法、インクジェット法、およびスピンコート法等により作製してもよい。
陽極3上に形成される有機層のうち、陽極3に接して形成される正孔注入層6は、陽極3の仕事関数に関係なく正孔(ホール)注入が容易である複合材料を用いて形成される。そのため、その他電極材料として使用可能な材料(例えば、金属、合金、電気伝導性化合物、およびこれらの混合物、その他、元素周期表の第1族または第2族に属する元素も含む)を陽極3として用いることもできる。
仕事関数の小さい材料である、元素周期表の第1族に属する元素、元素周期表の第2族に属する元素、希土類金属、およびこれらを含む合金等を陽極3として用いることもできる。元素周期表の第1族に属する元素としては、アルカリ金属が挙げられる。元素周期表の第2族に属する元素としては、アルカリ土類金属が挙げられる。アルカリ金属としては、例えば、リチウム(Li)およびセシウム(Cs)等が挙げられる。アルカリ土類金属としては、例えば、マグネシウム(Mg)、カルシウム(Ca)、ストロンチウム(Sr)等が挙げられる。希土類金属としては、例えば、ユーロピウム(Eu)、およびイッテルビウム(Yb)等が挙げられる。これらの金属を含む合金としては、例えば、MgAg、およびAlLi等が挙げられる。
なお、アルカリ金属、アルカリ土類金属、およびこれらを含む合金を用いて陽極3を形成する場合には、真空蒸着法やスパッタリング法を用いることができる。さらに、銀ペースト等を用いる場合には、塗布法やインクジェット法等を用いることができる。
(正孔注入層)
正孔注入層6は、正孔注入性の高い物質を含む層である。正孔注入性の高い物質としては、例えば、モリブデン酸化物、チタン酸化物、バナジウム酸化物、レニウム酸化物、ルテニウム酸化物、クロム酸化物、ジルコニウム酸化物、ハフニウム酸化物、タンタル酸化物、銀酸化物、タングステン酸化物、およびマンガン酸化物等を用いることができる。
また、正孔注入性の高い物質としては、例えば、低分子の有機化合物である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(略称:TDATA)、4,4’,4’’−トリス[N−(3−メチルフェニル)−N−フェニルアミノ]トリフェニルアミン(略称:MTDATA)、4,4’−ビス[N−(4−ジフェニルアミノフェニル)−N−フェニルアミノ]ビフェニル(略称:DPAB)、4,4’−ビス(N−{4−[N’−(3−メチルフェニル)−N’−フェニルアミノ]フェニル}−N−フェニルアミノ)ビフェニル(略称:DNTPD)、1,3,5−トリス[N−(4−ジフェニルアミノフェニル)−N−フェニルアミノ]ベンゼン(略称:DPA3B)、3−[N−(9−フェニルカルバゾール−3−イル)−N−フェニルアミノ]−9−フェニルカルバゾール(略称:PCzPCA1)、3,6−ビス[N−(9−フェニルカルバゾール−3−イル)−N−フェニルアミノ]−9−フェニルカルバゾール(略称:PCzPCA2)、および3−[N−(1−ナフチル)−N−(9−フェニルカルバゾール−3−イル)アミノ]−9−フェニルカルバゾール(略称:PCzPCN1)等の芳香族アミン化合物等、並びにジピラジノ[2,3−f:20,30−h]キノキサリン−2,3,6,7,10,11−ヘキサカルボニトリル(HAT−CN)等も挙げられる。
また、正孔注入性の高い物質としては、高分子化合物を用いることもできる。高分子化合物としては、例えば、オリゴマー、デンドリマー、およびポリマー等が挙げられる。具体的には、ポリ(N−ビニルカルバゾール)(略称:PVK)、ポリ(4−ビニルトリフェニルアミン)(略称:PVTPA)、ポリ[N−(4−{N’−[4−(4−ジフェニルアミノ)フェニル]フェニル−N’−フェニルアミノ}フェニル)メタクリルアミド](略称:PTPDMA)、およびポリ[N,N’−ビス(4−ブチルフェニル)−N,N’−ビス(フェニル)ベンジジン](略称:Poly−TPD)等の高分子化合物が挙げられる。また、ポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)/ポリ(スチレンスルホン酸)(PEDOT/PSS)、およびポリアニリン/ポリ(スチレンスルホン酸)(PAni/PSS)等の酸を添加した高分子化合物を用いることもできる。
(正孔輸送層)
正孔輸送層7は、正孔輸送性の高い物質を含む層である。正孔輸送層7には、例えば、芳香族アミン化合物、カルバゾール誘導体、およびアントラセン誘導体等を使用することができる。具体的には、4,4’−ビス[N−(1−ナフチル)−N−フェニルアミノ]ビフェニル(略称:NPB)、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(略称:TPD)、4−フェニル−4’−(9−フェニルフルオレン−9−イル)トリフェニルアミン(略称:BAFLP)、4,4’−ビス[N−(9,9−ジメチルフルオレン−2−イル)−N−フェニルアミノ]ビフェニル(略称:DFLDPBi)、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(略称:TDATA)、4,4’,4’’−トリス[N−(3−メチルフェニル)−N−フェニルアミノ]トリフェニルアミン(略称:MTDATA)、および4,4’−ビス[N−(スピロ−9,9’−ビフルオレン−2−イル)−N―フェニルアミノ]ビフェニル(略称:BSPB)等の芳香族アミン化合物等を用いることができる。ここに述べた物質は、主に10−6cm/(V・s)以上の正孔移動度を有する物質である。
正孔輸送層7には、CBP、9−[4−(N−カルバゾリル)]フェニル−10−フェニルアントラセン(CzPA)、および9−フェニル−3−[4−(10−フェニル−9−アントリル)フェニル]−9H−カルバゾール(PCzPA)のようなカルバゾール誘導体、並びにt−BuDNA、DNA、およびDPAnthのようなアントラセン誘導体等を用いてもよい。ポリ(N−ビニルカルバゾール)(略称:PVK)、およびポリ(4−ビニルトリフェニルアミン)(略称:PVTPA)等の高分子化合物を用いることもできる。
但し、電子よりも正孔の輸送性の高い物質であれば、これら以外の物質を用いてもよい。なお、正孔輸送性の高い物質を含む層は、単層だけでなく、上記物質からなる層が二層以上積層した層としてもよい。
正孔輸送層を二層以上配置する場合、エネルギーギャップのより大きい材料を含む層を、発光層5に近い側に配置することが好ましい。
本実施形態において、正孔輸送層7は、発光層5で生成する三重項励起子が正孔輸送層7および正孔注入層6へ拡散することを防止し、三重項励起子を発光層5内に閉じ込める機能を有することが好ましい。
(電子輸送層)
電子輸送層8は、電子輸送性の高い物質を含む層である。電子輸送層8には、1)アルミニウム錯体、ベリリウム錯体、および亜鉛錯体等の金属錯体、2)イミダゾール誘導体、ベンゾイミダゾール誘導体、アジン誘導体、カルバゾール誘導体、およびフェナントロリン誘導体等の複素芳香族化合物、並びに3)高分子化合物を使用することができる。具体的には低分子の有機化合物として、Alq、トリス(4−メチル−8−キノリノラト)アルミニウム(略称:Almq)、ビス(10−ヒドロキシベンゾ[h]キノリナト)ベリリウム(略称:BeBq)、BAlq、Znq、ZnPBO、およびZnBTZ等の金属錯体等を用いることができる。また、金属錯体以外にも、2−(4−ビフェニリル)−5−(4−tert−ブチルフェニル)−1,3,4−オキサジアゾール(略称:PBD)、1,3−ビス[5−(ptert−ブチルフェニル)−1,3,4−オキサジアゾール−2−イル]ベンゼン(略称:OXD−7)、3−(4−tert−ブチルフェニル)−4−フェニル−5−(4−ビフェニリル)−1,2,4−トリアゾール(略称:TAZ)、3−(4−tert−ブチルフェニル)−4−(4−エチルフェニル)−5−(4−ビフェニリル)−1,2,4−トリアゾール(略称:p−EtTAZ)、バソフェナントロリン(略称:BPhen)、バソキュプロイン(略称:BCP)、および4,4’−ビス(5−メチルベンゾオキサゾール−2−イル)スチルベン(略称:BzOs)等の複素芳香族化合物も用いることができる。本実施態様においては、ベンゾイミダゾール化合物を好適に用いることができる。ここに述べた物質は、主に10−6cm/(V・s)以上の電子移動度を有する物質である。なお、正孔輸送性よりも電子輸送性の高い物質であれば、上記以外の物質を電子輸送層8として用いてもよい。また、電子輸送層8は、単層だけでなく、上記物質からなる層が二層以上積層した層としてもよい。
また、電子輸送層8には、高分子化合物を用いることもできる。例えば、ポリ[(9,9−ジヘキシルフルオレン−2,7−ジイル)−co−(ピリジン−3,5−ジイル)](略称:PF−Py)、およびポリ[(9,9−ジオクチルフルオレン−2,7−ジイル)−co−(2,2’−ビピリジン−6,6’−ジイル)](略称:PF−BPy)等を用いることができる。
本実施形態において、電子輸送層8は、発光層5で生成する三重項励起子が電子輸送層8や電子注入層9へ拡散することを防止し、三重項励起子を発光層5内に閉じ込める機能を有することが好ましい。
(電子注入層)
電子注入層9は、電子注入性の高い物質を含む層である。電子注入層9には、リチウム(Li)、セシウム(Cs)、カルシウム(Ca)、フッ化リチウム(LiF)、フッ化セシウム(CsF)、フッ化カルシウム(CaF)、およびリチウム酸化物(LiOx)等のような、アルカリ金属、アルカリ土類金属、またはそれらの化合物を用いることができる。その他、電子輸送性を有する物質にアルカリ金属、アルカリ土類金属、またはそれらの化合物を含有させた物質、具体的にはAlq中にマグネシウム(Mg)を含有させた物質等を用いてもよい。なお、この場合には、陰極4からの電子注入をより効率よく行うことができる。
あるいは、電子注入層9に、有機化合物と電子供与体(ドナー)とを混合してなる複合材料を用いてもよい。このような複合材料は、電子供与体によって有機化合物に電子が発生するため、電子注入性および電子輸送性に優れている。この場合、有機化合物としては、発生した電子の輸送に優れた材料であることが好ましく、具体的には、例えば上述した電子輸送層8を構成する物質(金属錯体や複素芳香族化合物等)を用いることができる。電子供与体としては、有機化合物に対し電子供与性を示す物質であればよい。具体的には、アルカリ金属、アルカリ土類金属、または希土類金属が好ましく、例えば、リチウム、セシウム、マグネシウム、カルシウム、エルビウム、およびイッテルビウム等が挙げられる。また、アルカリ金属酸化物、またはアルカリ土類金属酸化物を電子供与体として用いることも好ましく、例えば、リチウム酸化物、カルシウム酸化物、およびバリウム酸化物等が挙げられる。また、酸化マグネシウムのようなルイス塩基を用いることもできる。また、テトラチアフルバレン(略称:TTF)等の有機化合物を用いることもできる。
(陰極)
陰極4には、仕事関数の小さい(具体的には3.8eV以下)金属、合金、電気伝導性化合物、およびこれらの混合物等を用いることが好ましい。このような陰極材料の具体例としては、元素周期表の第1族に属する元素、元素周期表の第2族に属する元素、希土類金属、およびこれらを含む合金等が挙げられる。元素周期表の第1族に属する元素としては、アルカリ金属が挙げられる。元素周期表の第2族に属する元素としては、アルカリ土類金属が挙げられる。アルカリ金属としては、例えば、リチウム(Li)、およびセシウム(Cs)等が挙げられる。アルカリ土類金属としては、例えば、マグネシウム(Mg)、カルシウム(Ca)、およびストロンチウム(Sr)等が挙げられる。希土類金属としては、例えば、ユーロピウム(Eu)、およびイッテルビウム(Yb)等が挙げられる。これらの金属を含む合金としては、例えば、MgAg、およびAlLi等が挙げられる。
なお、アルカリ金属、アルカリ土類金属、およびこれらを含む合金を用いて陰極4を形成する場合には、真空蒸着法やスパッタリング法を用いることができる。また、銀ペースト等を用いる場合には、塗布法やインクジェット法等を用いることができる。
なお、電子注入層9を設けることにより、仕事関数の大小に関わらず、Al、Ag、ITO、グラフェン、および珪素または酸化珪素を含有した酸化インジウム−酸化スズ等、様々な導電性材料を用いて陰極4を形成することができる。これらの導電性材料は、スパッタリング法、インクジェット法、およびスピンコート法等を用いて成膜することができる。
(層形成方法)
本実施形態の有機EL素子1の各層の形成方法としては、上記で特に言及した以外には制限されず、乾式成膜法、および湿式成膜法等の公知の方法を採用できる。乾式成膜法としては、真空蒸着法、スパッタリング法、プラズマ法、イオンプレーティング法等が挙げられる。湿式成膜法としては、スピンコーティング法、ディッピング法、フローコーティング法、インクジェット法等が挙げられる。
(膜厚)
本実施形態の有機EL素子1の各有機層の膜厚は、上記で特に言及した以外には制限されない。一般に、ピンホール等の欠陥が生じ難く、かつ高い印加電圧が必要となることによる効率の悪化を防止するため、通常、膜厚は、数nmから1μmの範囲が好ましい。
本実施形態において、環形成炭素数とは、原子が環状に結合した構造の化合物(例えば、単環化合物、縮合環化合物、架橋化合物、炭素環化合物、複素環化合物)の当該環自体を構成する原子のうちの炭素原子の数を表す。当該環が置換基によって置換される場合、置換基に含まれる炭素は環形成炭素数には含まない。以下で記される「環形成炭素数」については、特筆しない限り同様とする。例えば、ベンゼン環は環形成炭素数が6であり、ナフタレン環は環形成炭素数が10であり、ピリジニル基は環形成炭素数5であり、フラニル基は環形成炭素数4である。また、ベンゼン環やナフタレン環に置換基として例えばアルキル基が置換している場合、当該アルキル基の炭素数は、環形成炭素数の数に含めない。また、フルオレン環に置換基として例えばフルオレン環が結合している場合(スピロフルオレン環を含む)、置換基としてのフルオレン環の炭素数は環形成炭素数の数に含めない。
本実施形態において、環形成原子数とは、原子が環状に結合した構造(例えば単環、縮合環、環集合)の化合物(例えば単環化合物、縮合環化合物、架橋化合物、炭素環化合物、複素環化合物)の当該環自体を構成する原子の数を表す。環を構成しない原子(例えば環を構成する原子の結合手を終端する水素原子)や、当該環が置換基によって置換される場合の置換基に含まれる原子は環形成原子数には含まない。以下で記される「環形成原子数」については、特筆しない限り同様とする。例えば、ピリジン環は、環形成原子数が6であり、キナゾリン環は、環形成原子数が10であり、フラン環は、環形成原子数が5である。ピリジン環やキナゾリン環の炭素原子にそれぞれ結合している水素原子や置換基を構成する原子については、環形成原子数の数に含めない。また、フルオレン環に置換基として例えばフルオレン環が結合している場合(スピロフルオレン環を含む)、置換基としてのフルオレン環の原子数は環形成原子数の数に含めない。
次に前記一般式に記載の各置換基について説明する。
本実施形態における環形成炭素数6〜30の芳香族炭化水素基(アリール基と称する場合がある。)としては、例えば、フェニル基、ビフェニル基、ターフェニル基、ナフチル基、アントリル基、フェナントリル基、フルオレニル基、ピレニル基、クリセニル基、フルオランテニル基、ベンゾ[a]アントリル基、ベンゾ[c]フェナントリル基、トリフェニレニル基、ベンゾ[k]フルオランテニル基、ベンゾ[g]クリセニル基、ベンゾ[b]トリフェニレニル基、ピセニル基、およびペリレニル基等が挙げられる。
本実施形態におけるアリール基としては、環形成炭素数が6〜20であることが好ましく、6〜14であることがより好ましく、6〜12であることがさらに好ましい。上記アリール基の中でもフェニル基、ビフェニル基、ナフチル基、フェナントリル基、ターフェニル基、フルオレニル基がさらにより好ましい。1−フルオレニル基、2−フルオレニル基、3−フルオレニル基および4−フルオレニル基については、9位の炭素原子に、後述する本実施形態における置換または無置換の炭素数1〜30のアルキル基や、置換または無置換の環形成炭素数6〜18のアリール基が置換されていることが好ましい。
本実施形態における環形成原子数5〜30の複素環基(ヘテロアリール基、ヘテロ芳香族環基、または芳香族複素環基と称する場合がある。)は、ヘテロ原子として、窒素、硫黄、酸素、ケイ素、セレン原子、およびゲルマニウム原子からなる群から選択される少なくともいずれかの原子を含むことが好ましく、窒素、硫黄、および酸素からなる群から選択される少なくともいずれかの原子を含むことがより好ましい。
本実施形態における環形成原子数5〜30の複素環基としては、例えば、ピリジル基、ピリミジニル基、ピラジニル基、ピリダジニル基、トリアジニル基、キノリル基、イソキノリニル基、ナフチリジニル基、フタラジニル基、キノキサリニル基、キナゾリニル基、フェナントリジニル基、アクリジニル基、フェナントロリニル基、ピロリル基、イミダゾリル基、ピラゾリル基、トリアゾリル基、テトラゾリル基、インドリル基、ベンズイミダゾリル基、インダゾリル基、イミダゾピリジニル基、ベンズトリアゾリル基、カルバゾリル基、フリル基、チエニル基、オキサゾリル基、チアゾリル基、イソキサゾリル基、イソチアゾリル基、オキサジアゾリル基、チアジアゾリル基、ベンゾフラニル基、ベンゾチオフェニル基、ベンゾオキサゾリル基、ベンゾチアゾリル基、ベンゾイソキサゾリル基、ベンゾイソチアゾリル基、ベンゾオキサジアゾリル基、ベンゾチアジアゾリル基、ジベンゾフラニル基、ジベンゾチオフェニル基、ピペリジニル基、ピロリジニル基、ピペラジニル基、モルホリル基、フェナジニル基、フェノチアジニル基、およびフェノキサジニル基等が挙げられる。
本実施形態における複素環基の環形成原子数は、5〜20であることが好ましく、5〜14であることがさらに好ましい。上記複素環基の中でも1−ジベンゾフラニル基、2−ジベンゾフラニル基、3−ジベンゾフラニル基、4−ジベンゾフラニル基、1−ジベンゾチオフェニル基、2−ジベンゾチオフェニル基、3−ジベンゾチオフェニル基、4−ジベンゾチオフェニル基、1−カルバゾリル基、2−カルバゾリル基、3−カルバゾリル基、4−カルバゾリル基、および9−カルバゾリル基がさらにより好ましい。1−カルバゾリル基、2−カルバゾリル基、3−カルバゾリル基および4−カルバゾリル基については、9位の窒素原子に、本実施形態における置換または無置換の環形成炭素数6〜30のアリール基や、置換または無置換の環形成原子数5〜30の複素環基が置換していることが好ましい。
また、本実施形態において、複素環基は、例えば、下記一般式(XY−1)〜(XY−18)で表される部分構造から誘導される基であってもよい。
前記一般式(XY−1)〜(XY−18)において、XおよびYは、それぞれ独立に、ヘテロ原子であり、酸素原子、硫黄原子、セレン原子、ケイ素原子、またはゲルマニウム原子であることが好ましい。前記一般式(XY−1)〜(XY−18)で表される部分構造は、任意の位置で結合手を有して複素環基となり、この複素環基は、置換基を有していてもよい。
また、本実施形態において、置換または無置換のカルバゾリル基としては、例えば、下記式で表されるような、カルバゾール環に対してさらに環が縮合した基も含み得る。このような基も置換基を有していてもよい。また、結合手の位置も適宜変更され得る。
本実施形態における炭素数1〜30のアルキル基としては、直鎖、分岐鎖または環状のいずれであってもよい。直鎖または分岐鎖のアルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、s−ブチル基、イソブチル基、t−ブチル基、n−ペンチル基、n−ヘキシル基、n−ヘプチル基、n−オクチル基、n−ノニル基、n−デシル基、n−ウンデシル基、n−ドデシル基、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、n−ヘプタデシル基、n−オクタデシル基、ネオペンチル基、アミル基、イソアミル基、1−メチルペンチル基、2−メチルペンチル基、1−ペンチルヘキシル基、1−ブチルペンチル基、1−ヘプチルオクチル基、および3−メチルペンチル基等が挙げられる。
本実施形態における直鎖または分岐鎖のアルキル基の炭素数は、1〜10であることが好ましく、1〜6であることがさらに好ましい。上記直鎖または分岐鎖のアルキル基の中でもメチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、s−ブチル基、イソブチル基、t−ブチル基、n−ペンチル基、n−ヘキシル基、アミル基、イソアミル基、およびネオペンチル基がさらにより好ましい。
本実施形態における炭素数3〜30のシクロアルキル基としては、シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、4−メチルシクロヘキシル基、アダマンチル基、およびノルボルニル基等が挙げられる。シクロアルキル基の環形成炭素数は、3〜10であることが好ましく、5〜8であることがさらに好ましい。上記シクロアルキル基の中でも、シクロペンチル基やシクロヘキシル基がさらにより好ましい。
アルキル基がハロゲン原子で置換されたハロゲン化アルキル基としては、例えば、上記炭素数1〜30のアルキル基が1以上のハロゲン原子で置換された基が挙げられる。具体的には、フルオロメチル基、ジフルオロメチル基、トリフルオロメチル基、フルオロエチル基、トリフルオロメチルメチル基、トリフルオロエチル基、ペンタフルオロエチル基等が挙げられる。
本実施形態における置換シリル基としては、炭素数3〜30のアルキルシリル基、および環形成炭素数6〜30のアリールシリル基が挙げられる。
本実施形態における炭素数3〜30のアルキルシリル基としては、上記炭素数1〜30のアルキル基で例示したアルキル基を有するトリアルキルシリル基が挙げられ、具体的にはトリメチルシリル基、トリエチルシリル基、トリ−n−ブチルシリル基、トリ−n−オクチルシリル基、トリイソブチルシリル基、ジメチルエチルシリル基、ジメチルイソプロピルシリル基、ジメチル−n−プロピルシリル基、ジメチル−n−ブチルシリル基、ジメチル−t−ブチルシリル基、ジエチルイソプロピルシリル基、ビニルジメチルシリル基、プロピルジメチルシリル基、およびトリイソプロピルシリル基等が挙げられる。トリアルキルシリル基における3つのアルキル基は、それぞれ同一でも異なっていてもよい。
本実施形態における環形成炭素数6〜30のアリールシリル基としては、例えば、ジアルキルアリールシリル基、アルキルジアリールシリル基、およびトリアリールシリル基が挙げられる。
ジアルキルアリールシリル基は、例えば、上記炭素数1〜30のアルキル基で例示したアルキル基を2つ有し、上記環形成炭素数6〜30のアリール基を1つ有するジアルキルアリールシリル基が挙げられる。ジアルキルアリールシリル基の炭素数は、8〜30であることが好ましい。
アルキルジアリールシリル基は、例えば、上記炭素数1〜30のアルキル基で例示したアルキル基を1つ有し、上記環形成炭素数6〜30のアリール基を2つ有するアルキルジアリールシリル基が挙げられる。アルキルジアリールシリル基の炭素数は、13〜30であることが好ましい。
トリアリールシリル基は、例えば、上記環形成炭素数6〜30のアリール基を3つ有するトリアリールシリル基が挙げられる。トリアリールシリル基の炭素数は、18〜30であることが好ましい。
本実施形態における炭素数1〜30のアルコキシ基は、−OZと表される。このZの例として、上記炭素数1〜30のアルキル基が挙げられる。アルコキシ基は、例えばメトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、ブトキシ基、ペンチルオキシ基、およびヘキシルオキシ基が挙げられる。アルコキシ基の炭素数は、1〜20であることが好ましい。
アルコキシ基がハロゲン原子で置換されたハロゲン化アルコキシ基としては、例えば、上記炭素数1〜30のアルコキシ基が1以上のフッ素原子で置換された基が挙げられる。
本実施形態における環形成炭素数6〜30のアリールオキシ基は、−OZと表される。このZの例として、上記環形成炭素数6〜30のアリール基が挙げられる。アリールオキシ基の環形成炭素数は、6〜20であることが好ましい。このアリールオキシ基としては、例えば、フェノキシ基が挙げられる。
炭素数1〜30のアルキルアミノ基は、−NHR、または−N(Rと表される。このRの例として、上記炭素数1〜30のアルキル基が挙げられる。
環形成炭素数6〜30のアリールアミノ基は、−NHR、または−N(Rと表される。このRの例として、上記環形成炭素数6〜30のアリール基が挙げられる。
炭素数1〜30のアルキルチオ基は、−SRと表される。このRの例として、上記炭素数1〜30のアルキル基が挙げられる。アルキルチオ基の炭素数は、1〜20であることが好ましい。
環形成炭素数6〜30のアリールチオ基は、−SRと表される。このRの例として、上記環形成炭素数6〜30のアリール基が挙げられる。アリールチオ基の環形成炭素数は、6〜20であることが好ましい。
炭素数7〜30のアラルキル基としては、環形成炭素数6〜30のアラルキル基が好ましく、−Z−Zと表される。このZの例として、上記炭素数1〜30のアルキル基に対応するアルキレン基が挙げられる。このZの例として、上記環形成炭素数6〜30のアリール基の例が挙げられる。このアラルキル基は、炭素数7〜30のアラルキル基(アリール部分は炭素数6〜30、好ましくは6〜20、より好ましくは6〜12)、アルキル部分は炭素数1〜30(好ましくは1〜20、より好ましくは1〜10、さらに好ましくは1〜6)であることが好ましい。このアラルキル基としては、例えば、ベンジル基、2−フェニルプロパン−2−イル基、1−フェニルエチル基、2−フェニルエチル基、1−フェニルイソプロピル基、2−フェニルイソプロピル基、フェニル−t−ブチル基、α−ナフチルメチル基、1−α−ナフチルエチル基、2−α−ナフチルエチル基、1−α−ナフチルイソプロピル基、2−α−ナフチルイソプロピル基、β−ナフチルメチル基、1−β−ナフチルエチル基、2−β−ナフチルエチル基、1−β−ナフチルイソプロピル基、および2−β−ナフチルイソプロピル基が挙げられる。
炭素数1〜30のアルコキシカルボニル基は、−COOY’と表される。このY’の例として、上記アルキル基が挙げられる。
ハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、およびヨウ素原子等が挙げられ、フッ素原子が好ましい。
本実施形態において、「環形成炭素」とは飽和環、不飽和環、または芳香環を構成する炭素原子を意味する。「環形成原子」とはヘテロ環(飽和環、不飽和環、および芳香環を含む)を構成する炭素原子およびヘテロ原子を意味する。
また、本実施形態において、水素原子とは、中性子数の異なる同位体、すなわち、軽水素(Protium)、重水素(Deuterium)、三重水素(Tritium)を包含する。
また、「置換または無置換の」という場合における置換基としては、上述のようなアリール基、複素環基、アルキル基(直鎖または分岐鎖のアルキル基、シクロアルキル基、ハロアルキル基)、アルキルシリル基、アリールシリル基、アルコキシ基、アリールオキシ基、アルキルアミノ基、アリールアミノ基、アルキルチオ基、アリールチオ基、アラルキル基、ハロゲン原子の他に、アルケニル基、アルキニル基、シアノ基、ヒドロキシル基、ニトロ基、およびカルボキシ基が挙げられる。
ここで挙げた置換基の中では、アリール基、複素環基、アルキル基、ハロゲン原子、アルキルシリル基、アリールシリル基、シアノ基が好ましく、さらには、各置換基の説明において好ましいとした具体的な置換基が好ましい。
これらの置換基は、上記のアリール基、複素環基、アルキル基、アルキルシリル基、アリールシリル基、アルコキシ基、アリールオキシ基、アルキルアミノ基、アリールアミノ基、アルキルチオ基、アリールチオ基の他に、アルケニル基、アルキニル基、アラルキル基、ハロゲン原子、シアノ基、ヒドロキシル基、ニトロ基、およびカルボキシ基によってさらに置換されてもよい。また、これらの置換基は複数が互いに結合して環を形成してもよい。
アルケニル基としては、炭素数2〜30のアルケニル基が好ましく、直鎖、分岐鎖、または環状のいずれであってもよく、例えば、ビニル基、プロペニル基、ブテニル基、オレイル基、エイコサペンタエニル基、ドコサヘキサエニル基、スチリル基、2,2−ジフェニルビニル基、1,2,2−トリフェニルビニル基、2−フェニル−2−プロペニル基、シクロペンタジエニル基、シクロペンテニル基、シクロヘキセニル基、およびシクロヘキサジエニル基等が挙げられる。
アルキニル基としては、炭素数2〜30のアルキニル基が好ましく、直鎖、分岐鎖、または環状のいずれであってもよく、例えば、エチニル、プロピニル、および2−フェニルエチニル等が挙げられる。
「置換または無置換の」という場合における「無置換」とは前記置換基で置換されておらず、水素原子が結合していることを意味する。
なお、本実施形態において、「置換または無置換の炭素数XX〜YYのZZ基」という表現における「炭素数XX〜YY」は、ZZ基が無置換である場合の炭素数を表し、置換されている場合の置換基の炭素数は含めない。ここで、「YY」は「XX」よりも大きく、「XX」と「YY」はそれぞれ1以上の整数を意味する。
本実施形態において、「置換または無置換の原子数XX〜YYのZZ基」という表現における「原子数XX〜YY」は、ZZ基が無置換である場合の原子数を表し、置換されている場合の置換基の原子数は含めない。ここで、「YY」は「XX」よりも大きく、「XX」と「YY」はそれぞれ1以上の整数を意味する。
以下に説明する化合物またはその部分構造において、「置換または無置換の」という場合についても、前記と同様である。
本実施形態において、置換基同士が互いに結合して環構造が構築される場合、環構造は、飽和環、不飽和環、芳香族炭化水素環、または複素環である。
本実施形態において、連結基におけるアリール基等としては、上述した一価の基から、1つ以上の原子を除いて得られる二価以上の基が挙げられる。
(電子機器)
本発明の一実施形態に係る有機EL素子1は、表示装置や発光装置等の電子機器に使用できる。表示装置としては、例えば、有機ELパネルモジュール等の表示部品、テレビ、携帯電話、タブレット、およびパーソナルコンピュータ等が挙げられる。発光装置としては、例えば、照明、および車両用灯具等が挙げられる。
〔第二実施形態〕
第二実施形態に係る有機EL素子の構成について説明する。第二実施形態の説明において、第一実施形態と同一の構成要素は、同一符号や名称を付す等して、説明を省略または簡略にする。また、第二実施形態では、具体例も含め、特に言及されない材料および化合物については、第一実施形態で説明した材料および化合物と同様の材料や化合物を用いることができる。
第二実施形態の有機EL素子は、陽極と、発光層と、陰極と、を含む。本実施形態に係る発光層は、第一の化合物および第二の化合物を含み、第三の化合物を含まない点で、上述の第一実施形態に係る発光層(第一の化合物、第二の化合物、および第三の化合物を含む)と相違する。
本実施形態に係る第一の化合物は、下記一般式(10)または下記一般式(10’)で表される化合物である。
前記一般式(10)において、
a1は0または1であり、
a2は0または1であり、
ただし、a1+a2≧1であり、
m1は、1〜5の整数であり、
a2が0のとき、RおよびRは、それぞれ独立に、水素原子または1価の置換基であり、RおよびRが置換基である場合の置換基は、それぞれ独立に、
置換または無置換の環形成炭素数6〜30の芳香族炭化水素基、
置換または無置換の環形成原子数5〜30の複素環基、
置換または無置換の炭素数1〜30のアルキル基、
置換または無置換の炭素数1〜30のアルコキシ基、
置換または無置換の炭素数7〜30のアラルキル基、
置換または無置換の環形成炭素数6〜30のアリールオキシ基、および
置換シリル基からなる群から選択され、
a2が1のとき、RおよびRは、それぞれ独立に、
置換または無置換の環形成炭素数6〜30の芳香族炭化水素基、
置換または無置換の環形成原子数5〜30の複素環基、
置換または無置換の炭素数1〜30のアルキル基、
置換または無置換の炭素数1〜30のアルコキシ基、
置換または無置換の炭素数7〜30のアラルキル基、
置換または無置換の環形成炭素数6〜30のアリールオキシ基、および
置換シリル基からなる群から選択される連結基であり、
m1が2以上の場合、複数のRは互いに同一または異なり、複数のRは互いに同一または異なり、
およびAは、それぞれ独立に、下記一般式(a−1)〜(a−7)から選ばれる部分構造を有する基であり、m1が2以上の場合、複数のAは互いに同一または異なり、
a1が0のとき、Lは水素原子または1価の置換基であり、Lが1価の置換基である場合の置換基は、
置換または無置換の環形成炭素数6〜30の芳香族炭化水素基、および
置換または無置換の環形成原子数5〜30の複素環基からなる群から選択され、
a1が1のとき、Lは単結合または連結基であり、Lが連結基である場合の連結基は、
置換または無置換の環形成炭素数6〜30の芳香族炭化水素基、および
置換または無置換の環形成原子数5〜30の複素環基からなる群から選択され、
は、単結合または連結基であり、Lが連結基である場合の連結基は、
置換または無置換の環形成炭素数6〜30の芳香族炭化水素基、および
置換または無置換の環形成原子数5〜30の複素環基からなる群から選択され、m1が2以上の場合、複数のLは互いに同一または異なる。
前記一般式(10’)において、
m2は2であり、
a2は0または1であり、複数のa2は互いに同一または異なり、
m1は、1〜5の整数であり、複数のm1は互いに同一または異なり、
a2が0のとき、RおよびRは、それぞれ独立に、水素原子または1価の置換基であり、RおよびRが置換基である場合の置換基は、それぞれ独立に、
置換または無置換の環形成炭素数6〜30の芳香族炭化水素基、
置換または無置換の環形成原子数5〜30の複素環基、
置換または無置換の炭素数1〜30のアルキル基、
置換または無置換の炭素数1〜30のアルコキシ基、
置換または無置換の炭素数7〜30のアラルキル基、
置換または無置換の環形成炭素数6〜30のアリールオキシ基、および
置換シリル基からなる群から選択され、
a2が1のとき、RおよびRは、それぞれ独立に、
置換または無置換の環形成炭素数6〜30の芳香族炭化水素基、
置換または無置換の環形成原子数5〜30の複素環基、
置換または無置換の炭素数1〜30のアルキル基、
置換または無置換の炭素数1〜30のアルコキシ基、
置換または無置換の炭素数7〜30のアラルキル基、
置換または無置換の環形成炭素数6〜30のアリールオキシ基、および
置換シリル基からなる群から選択される連結基であり、
複数のRは互いに同一または異なり、複数のRは互いに同一または異なり、
およびAは、それぞれ独立に、前記一般式(a−1)〜(a−7)から選ばれる部分構造を有する基であり、複数のAは互いに同一または異なり、
は単結合または連結基であり、Lが連結基である場合の連結基は、
置換または無置換の環形成炭素数6〜30の芳香族炭化水素基、および
置換または無置換の環形成原子数5〜30の複素環基からなる群から選択され、複数のLは互いに同一または異なり、
は、単結合または連結基であり、Lが連結基である場合の連結基は、
置換または無置換の環形成炭素数6〜30の芳香族炭化水素基、および
置換または無置換の環形成原子数5〜30の複素環基からなる群から選択され、複数のLは互いに同一または異なる。
本実施形態において、第一の化合物は、遅延蛍光発光性の化合物であることが好ましい。
本実施形態における第二の化合物は、縮合環構造を有する化合物である。前記縮合環構造は、下記一般式(2)で表される構造を有し、かつ環の総数が8環以内である。
前記一般式(2)において、a,c,d,e,f,h,i,およびjの位置の少なくともいずれかの位置において単環または縮合環が縮合していてもよく、bおよびgの位置の少なくともいずれかの位置において、5員環または5員環を有する縮合環が縮合していてもよく、ただし、
iおよびjの位置に6員環が縮合するとき、dおよびeの位置にも単環または縮合環が縮合し、
dおよびeの位置に6員環が縮合するとき、iおよびjの位置にも単環または縮合環が縮合し、
bの位置に5員環を有する縮合環が縮合するとき、該縮合環中の5員環がbの位置に直接縮合し、
gの位置に5員環を有する縮合環が縮合するとき、該縮合環中の5員環がgの位置に直接縮合する。
なお、bおよびgの位置には、6員環(単環)および縮合環中の6員環のいずれも直接縮合しない。
本実施形態において、第二の化合物は蛍光発光性の化合物であることが好ましい。その発光色や発光波長は特に限定されないが、例えば、第二の化合物は、発光ピーク波長が550nm以下の蛍光発光性の化合物であることが好ましく、発光ピーク波長が400nm以上500nm以下の蛍光発光性の化合物であることがより好ましく、発光ピーク波長が430nm以上480nm以下の蛍光発光性の化合物であることがさらに好ましい。
また、例えば、第二の化合物は、緑色または青色の蛍光発光性化合物であることが好ましく、青色蛍光発光性の化合物であることがより好ましい。
第二の化合物は、蛍光量子収率の高い材料であることが好ましい。
<TADF機構>
本実施形態の有機EL素子では、第一の化合物としてΔST(M1)が小さい化合物を用いることが好ましい。ΔST(M1)が小さいと、外部から与えられる熱エネルギーによって、第一の化合物の三重項準位から第一の化合物の一重項準位への逆項間交差が起こり易くなる。有機EL素子内部の電気励起された励起子の励起三重項状態が、逆項間交差によって、励起一重項状態へスピン交換がされるエネルギー状態変換機構をTADF機構と呼ぶ。
図5は、発光層における第一の化合物および第二の化合物の、エネルギー準位およびエネルギー移動の関係の一例を示す図である。図5において、S0は、基底状態を表し、S1(M1)は、第一の化合物の最低励起一重項状態を表し、T1(M1)は、第一の化合物の最低励起三重項状態を表し、S1(M2)は、第二の化合物の最低励起一重項状態を表し、T1(M2)は、第二の化合物の最低励起三重項状態を表す。図5中のS1(M1)からS1(M2)へ向かう破線の矢印は、第一の化合物の最低励起一重項状態から第二の化合物の最低励起一重項状態へのフェルスター型エネルギー移動を表す。
図5に示すように、第一の化合物としてΔST(M1)の小さな化合物を用いると、最低励起三重項状態T1(M1)は、熱エネルギーにより、最低励起一重項状態S1(M1)に逆項間交差が可能である。そして、第一の化合物の最低励起一重項状態S1(M1)から第二の化合物の最低励起一重項状態S1(M2)へのフェルスター型エネルギー移動が生じる。この結果、第二の化合物の最低励起一重項状態S1(M2)からの蛍光発光を観測することができる。このTADF機構による遅延蛍光を利用することによっても、理論的に内部効率を100%まで高めることができると考えられている。
また、本実施形態において、第一の化合物の77[K]におけるエネルギーギャップT77K(M1)は、第二の化合物の77[K]におけるエネルギーギャップT77K(M2)よりも大きいことが好ましい。
本実施形態に係る有機EL素子1を発光させたときに、発光層5において、主に第二の化合物が発光していることが好ましい。
・発光層における化合物の含有率
本実施形態に係る有機EL素子1では、発光層5において、第二の化合物の含有率は、10質量%以下であることが好ましく、5質量%以下であることがより好ましく、0.01質量%以上1質量%以下であることがさらに好ましい。
〔実施形態の変形〕
なお、本発明は、上述の実施形態に限定されず、本発明の目的を達成できる範囲での変更、改良等は、本発明に含まれる。
例えば、発光層は、1層に限られず、複数の発光層が積層されていてもよい。有機EL素子が複数の発光層を有する場合、少なくとも1つの発光層が上記実施形態で説明した条件を満たしていればよい。例えば、その他の発光層が、蛍光発光型の発光層であっても、三重項励起状態から直接基底状態への電子遷移による発光を利用した燐光発光型の発光層であってもよい。
また、有機EL素子が複数の発光層を有する場合、これらの発光層が互いに隣接して設けられていてもよいし、中間層を介して複数の発光ユニットが積層された、いわゆるタンデム型の有機EL素子であってもよい。
また、例えば、発光層の陽極側および陰極側の少なくとも一方に障壁層を隣接させて設けてもよい。障壁層は、発光層に接して配置され、正孔、電子および励起子の少なくともいずれかを阻止することが好ましい。
例えば、発光層の陰極側で接して障壁層が配置された場合、当該障壁層は、電子を輸送し、かつ正孔が当該障壁層よりも陰極側の層(例えば、電子輸送層)に到達することを阻止する。有機EL素子が、電子輸送層を含む場合は、発光層と電子輸送層との間に当該障壁層を含むことが好ましい。
また、発光層の陽極側で接して障壁層が配置された場合、当該障壁層は、正孔を輸送し、かつ電子が当該障壁層よりも陽極側の層(例えば、正孔輸送層)に到達することを阻止する。有機EL素子が、正孔輸送層を含む場合は、発光層と正孔輸送層との間に当該障壁層を含むことが好ましい。
また、励起エネルギーが発光層からその周辺層に漏れ出さないように、障壁層を発光層に隣接させて設けてもよい。発光層で生成した励起子が、当該障壁層よりも電極側の層(例えば、電子輸送層や正孔輸送層)に移動することを阻止する。
発光層と障壁層とは接合していることが好ましい。
その他、本発明の実施における具体的な構造および形状等は、本発明の目的を達成できる範囲で他の構造等としてもよい。
以下、本発明に係る実施例を説明するが、本発明はこれらの実施例によって限定されない。
<有機EL素子の作製および評価>
有機EL素子を以下のように作製し、評価した。
(実施例1)
25mm×75mm×1.1mm厚のITO透明電極(陽極)付きガラス基板(ジオマティック社製)を、イソプロピルアルコール中で5分間超音波洗浄を行った後、UVオゾン洗浄を30分間行った。ITOの膜厚は、130nmとした。
洗浄後の透明電極ライン付き前記ガラス基板を真空蒸着装置の基板ホルダーに装着し、まず透明電極ラインが形成されている側の面上に透明電極を覆うようにして化合物HIを蒸着し、膜厚5nmの正孔注入層を形成した。
次に、正孔注入層上に、化合物HT−1を蒸着し、HI膜上に膜厚80nmの第一正孔輸送層を形成した。
次に、この第一正孔輸送層上に、化合物HT−2を蒸着し、膜厚10nmの第二正孔輸送層を形成した。
次に、第二正孔輸送層上に、化合物EBを蒸着し、膜厚5nmの障壁層を形成した。
さらに、この障壁層上に、第一の化合物としての化合物BHと、第二の化合物としての化合物BD−1と、第三の化合物としての化合物DA−1と、を共蒸着し、膜厚25nmの発光層を形成した。発光層における化合物BHの濃度を14質量%とし、化合物BD−1の濃度を1質量%とし、化合物DA−1の濃度を85質量%とした。
次に、この発光層上に、化合物DA−2を蒸着し、膜厚5nmの障壁層を形成した。
次に、この障壁層上に、化合物ETを蒸着し、膜厚20nmの電子輸送層を形成した。
次に、この電子輸送層上に、フッ化リチウム(LiF)を蒸着し、膜厚1nmの電子注入性電極(陰極)を形成した。
そして、この電子注入性電極上に、金属アルミニウム(Al)を蒸着し、膜厚80nmの金属Al陰極を形成した。
実施例1の有機EL素子の素子構成を略式的に示すと、次のとおりである。
ITO(130) / HI(5) / HT-1(80) / HT-2(10) / EB (5)/ DA-1 : BH : BD-1(25, 85% : 14% : 1%) / DA-2(5) / ET(20) / LiF(1) / Al(80)
なお、括弧内の数字は、膜厚(単位:nm)を示す。また、同じく括弧内において、パーセント表示された数字は、発光層における各化合物の割合(質量%)を示す。
(実施例2)
実施例2の有機EL素子は、実施例1の発光層における化合物BHの濃度を49質量%とし、化合物BD−1の濃度を1質量%とし、化合物DA−1の濃度を50質量%としたこと以外は、実施例1と同様にして作製した。
実施例2の有機EL素子の素子構成を略式的に示すと、次のとおりである。
ITO(130) / HI(5) / HT-1(80) / HT-2(10) / EB (5)/ DA-1 : BH : BD-1(25, 50% : 49% : 1%) / DA-2(5) / ET(20) / LiF(1) / Al(80)
(実施例3)
実施例3の有機EL素子は、実施例1の発光層における化合物BD−1に代えて化合物BD−2を用いたこと以外は、実施例1と同様にして作製した。
実施例3の有機EL素子の素子構成を略式的に示すと、次のとおりである。
ITO(130) / HI(5) / HT-1(80) / HT-2(10) / EB (5)/ DA-1 : BH : BD-2(25, 85% : 14% : 1%) / DA-2(5) / ET(20) / LiF(1) / Al(80)
(実施例4)
実施例4の有機EL素子は、実施例2の発光層における化合物BD−1に代えて化合物BD−2を用いたこと以外は、実施例2と同様にして作製した。
実施例4の有機EL素子の素子構成を略式的に示すと、次のとおりである。
ITO(130) / HI(5) / HT-1(80) / HT-2(10) / EB (5)/ DA-1 : BH : BD-2(25, 50% : 49% : 1%) / DA-2(5) / ET(20) / LiF(1) / Al(80)
(実施例5)
実施例5の有機EL素子は、実施例1の発光層における化合物BD−1に代えて化合物BD−3を用いたこと以外は、実施例1と同様にして作製した。
実施例5の有機EL素子の素子構成を略式的に示すと、次のとおりである。
ITO(130) / HI(5) / HT-1(80) / HT-2(10) / EB (5)/ DA-1 : BH : BD-3(25, 85% : 14% : 1%) / DA-2(5) / ET(20) / LiF(1) / Al(80)
(実施例6)
実施例6の有機EL素子は、実施例2の発光層における化合物BD−1に代えて化合物BD−3を用いたこと以外は、実施例2と同様にして作製した。
実施例6の有機EL素子の素子構成を略式的に示すと、次のとおりである。
ITO(130) / HI(5) / HT-1(80) / HT-2(10) / EB (5)/ DA-1 : BH : BD-3(25, 50% : 49% : 1%) / DA-2(5) / ET(20) / LiF(1) / Al(80)
(実施例7)
実施例7の有機EL素子は、実施例1の発光層における化合物DA−1に代えて化合物DA−2を用いたこと以外は、実施例1と同様にして作製した。
実施例7の有機EL素子の素子構成を略式的に示すと、次のとおりである。
ITO(130) / HI(5) / HT-1(80) / HT-2(10) / EB (5)/ DA-2 : BH : BD-1(25, 85% : 14% : 1%) / DA-2(5) / ET(20) / LiF(1) / Al(80)
(実施例8)
実施例8の有機EL素子は、実施例2の発光層における化合物DA−1に代えて化合物DA−2を用いたこと以外は、実施例2と同様にして作製した。
実施例8の有機EL素子の素子構成を略式的に示すと、次のとおりである。
ITO(130) / HI(5) / HT-1(80) / HT-2(10) / EB (5)/ DA-2 : BH : BD-1(25, 50% : 49% : 1%) / DA-2(5) / ET(20) / LiF(1) / Al(80)
(実施例9)
実施例9の有機EL素子は、実施例5の発光層における化合物DA−1に代えて化合物DA−2を用いたこと以外は、実施例5と同様にして作製した。
実施例9の有機EL素子の素子構成を略式的に示すと、次のとおりである。
ITO(130) / HI(5) / HT-1(80) / HT-2(10) / EB (5)/ DA-2 : BH : BD-3(25, 85% : 14% : 1%) / DA-2(5) / ET(20) / LiF(1) / Al(80)
(実施例10)
実施例10の有機EL素子は、実施例6の発光層における化合物DA−1に代えて化合物DA−2を用いたこと以外は、実施例6と同様にして作製した。
実施例10の有機EL素子の素子構成を略式的に示すと、次のとおりである。
ITO(130) / HI(5) / HT-1(80) / HT-2(10) / EB (5)/ DA-2 : BH : BD-3(25, 50% : 49% : 1%) / DA-2(5) / ET(20) / LiF(1) / Al(80)
(比較例1)
比較例1の有機EL素子は、実施例1の発光層における化合物BD−1を用いず、実施例1の発光層における化合物BHの濃度を14質量%とし、化合物DA−1の濃度を86質量%としたこと以外は、実施例1と同様にして作製した。
比較例1の有機EL素子の素子構成を略式的に示すと、次のとおりである。
ITO(130) / HI(5) / HT-1(80) / HT-2(10) / EB (5)/ DA-1 : BH(25, 86% : 14%) / DA-2(5) / ET(20) / LiF(1) / Al(80)
有機EL素子の製造に用いた化合物を以下に示す。
〔化合物の評価〕
化合物BHの遅延蛍光発光性を測定した。測定方法および算出方法を以下に示す。
・遅延蛍光発光性
遅延蛍光発光性は図2に示す装置を利用して過渡PLを測定することにより確認した。前記化合物BHと前記化合物TH−2とを、化合物BHの割合が12質量%となるように石英基板上に共蒸着し、膜厚100nmの薄膜を形成して試料を作製した。前記化合物BHが吸収する波長のパルス光(パルスレーザーから照射される光)で励起された後、当該励起状態から即座に観察されるPrompt発光(即時発光)と、当該励起後、即座には観察されず、その後観察されるDelay発光(遅延発光)とが存在する。本実施例における遅延蛍光発光とは、Delay発光(遅延発光)の量がPrompt発光(即時発光)の量に対して5%以上を意味する。化合物BHはDelay発光(遅延発光)の量がPrompt発光(即時発光)の量に対して5%以上あることを確認している。Prompt発光とDelay発光の量は、“Nature 492, 234−238, 2012”に記載された方法と同様の方法により求めることができる。なお、Prompt発光とDelay発光の量の算出に使用される装置は、図2の装置や文献に記載された装置に限定されない。
・77[K]におけるエネルギーギャップT77K
77Kの測定は、次のようにして行った。
測定対象となる第二の化合物および第三の化合物に関しては、T77Kの測定は、次のようにして行った。ここでは、化合物BD−1,化合物BD−2,化合物BD−3,化合物DA−1,および化合物DA−2を測定対象とした。測定対象となる化合物(第二の化合物および第三の化合物)の各々について、EPA(ジエチルエーテル:イソペンタン:エタノール=5:5:2(容積比))中に、濃度が10μmol/Lとなるように溶解し、この溶液を石英セル中に入れて測定試料とした。この各々の測定試料について、低温(77[K])で燐光スペクトル(縦軸:燐光発光強度、横軸:波長とする。)を測定し、この燐光スペクトルの短波長側の立ち上がりに対して接線を引き、その接線と横軸との交点の波長値λedge[nm]に基づいて、次の換算式2から算出されるエネルギー量を77[K]におけるエネルギーギャップT77Kとした。
換算式2:T77K[eV]=1239.85/λedge
測定対象となる第一の化合物に関しては、T77Kの測定は、次のようにして行った。ここでは、化合物BHを測定対象とした。測定対象となる化合物(第一の化合物)と、化合物TH−2とを石英基板上に共蒸着し、NMR管内に封入した試料を作製した。なお、この試料は、下記の条件にて作製した試料である。
石英基板/TH−2:化合物BH(膜厚100nm,化合物BH濃度:12質量%)
この測定試料について、低温(77[K])で燐光スペクトル(縦軸:燐光発光強度、横軸:波長とする。)を測定し、この燐光スペクトルの短波長側の立ち上がりに対して接線を引き、その接線と横軸との交点の波長値λedge[nm]に基づいて、次の換算式1から算出されるエネルギー量を77[K]におけるエネルギーギャップT77Kとした。
換算式1:T77K[eV]=1239.85/λedge
燐光の測定には、(株)日立ハイテクノロジー製のF−4500形分光蛍光光度計本体を用いた。
燐光スペクトルの短波長側の立ち上がりに対する接線は以下のように引いた。
燐光スペクトルの短波長側から、スペクトルの極大値のうち、最も短波長側の極大値までスペクトル曲線上を移動する際に、長波長側に向けて曲線上の各点における接線を考える。この接線は、曲線が立ち上がるにつれ(つまり縦軸が増加するにつれ)、傾きが増加する。この傾きの値が極大値をとる点において引いた接線(すなわち変曲点における接線)が、当該燐光スペクトルの短波長側の立ち上がりに対する接線とした。
なお、スペクトルの最大ピーク強度の15%以下のピーク強度をもつ極大点は、上述の最も短波長側の極大値には含めず、最も短波長側の極大値に最も近い、傾きの値が極大値をとる点において引いた接線を当該燐光スペクトルの短波長側の立ち上がりに対する接線とした。
算出したエネルギーギャップT77Kを以下に示す。
BH:3.1eV
BD−1:2.0eV
BD−2:2.3eV
BD−3:2.1eV
DA−1:3.5eV
DA−2:3.0eV
〔有機EL素子の評価〕
実施例1〜10および比較例1において作製した有機EL素子について、駆動電圧および発光ピーク波長λの評価を行った。また、実施例1〜2および比較例1において作製した有機EL素子については、外部量子効率EQEの評価も行った。また、実施例1〜2,5〜10および比較例1において作製した有機EL素子については、CIE1931色度の評価も行った。さらに、実施例1〜4,7〜8および比較例1において作製した有機EL素子については、半値幅(FWHM)の評価も行った。評価方法は、以下の通りである。評価結果を表3〜6に示す。
・駆動電圧
電流密度が0.1mA/cmとなるようにITO透明電極と金属Al陰極との間に通電したときの電圧(単位:V)を計測した。
・CIE1931色度
電流密度が0.1mA/cmとなるように素子に電圧を印加した時のCIE1931色度座標(x、y)を、分光放射輝度計CS−1000(コニカミノルタ社製)で計測した。
・外部量子効率EQE
電流密度が0.1mA/cmとなるように素子に電圧を印加した時の分光放射輝度スペクトルを上記分光放射輝度計で計測した。得られた分光放射輝度スペクトルから、ランバシアン放射を行なったと仮定し外部量子効率EQE(単位:%)を算出した。
・発光ピーク波長λ
上記で得られた分光放射輝度スペクトルから発光ピーク波長λを求めた。
・半値幅(FWHM)
上記で得られた分光放射輝度スペクトルから半値幅(単位は、nm)を測定した。
表3〜6が示すように、発光層における、第一の化合物としての化合物BHの濃度が高くなると、電圧が低下することが確認できた。
また、実施例1〜2に係る有機EL素子は、いずれも比較例1と同等の発光効率であった。
また、実施例1〜2,5〜10に係る有機EL素子において、いずれも比較例1と同等またはそれ以上に色純度の高い青色発光が得られた。特に、化合物BD−3を用いた実施例5〜6,9〜10に係る有機EL素子において、高色純度の発光が得られた。
また、実施例1〜4,7〜8に係る有機EL素子において、いずれも比較例1よりも半値幅が狭かった。
以上のように、第一の化合物、第二の化合物、および第三の化合物の組み合わせにより、実施例1〜10に係る有機EL素子は、比較例1と比べ、いずれも素子性能の向上が見られた。
(実施例11〜18)
実施例11〜18に係る有機EL素子の作製には、前記実施例で用いた化合物の他に、下記化合物も用いた。
<有機EL素子の作製および評価>
有機EL素子を以下のように作製し、評価した。
(実施例11)
実施例11の有機EL素子は、実施例1の発光層における化合物BD−1に代えて化合物BD−4を用い、かつ、化合物BD−4の発光層における濃度を1質量%とし、さらに、実施例1の発光層における化合物BHの濃度を24質量%とし、化合物DA−1の濃度を75質量%としたこと以外は、実施例1と同様にして作製した。
実施例11の有機EL素子の素子構成を略式的に示すと、次のとおりである。
ITO(130) / HI(5) / HT-1(80) / HT-2(10) / EB (5)/ DA-1 : BH : BD-4(25, 75% : 24% : 1%) / DA-2(5) / ET(20) / LiF(1) / Al(80)
なお、括弧内の数字は、膜厚(単位:nm)を示す。また、同じく括弧内において、パーセント表示された数字は、発光層における各化合物の割合(質量%)を示す。
(実施例12)
実施例12の有機EL素子は、実施例11の発光層における化合物BD−4に代えて化合物BD−5を用いたこと以外は、実施例11と同様にして作製した。
実施例12の有機EL素子の素子構成を略式的に示すと、次のとおりである。
ITO(130) / HI(5) / HT-1(80) / HT-2(10) / EB (5)/ DA-1 : BH : BD-5(25, 75% : 24% : 1%) / DA-2(5) / ET(20) / LiF(1) / Al(80)
(実施例13)
実施例13の有機EL素子は、実施例11の発光層における化合物BD−4に代えて化合物BD−6を用いたこと以外は、実施例11と同様にして作製した。
実施例13の有機EL素子の素子構成を略式的に示すと、次のとおりである。
ITO(130) / HI(5) / HT-1(80) / HT-2(10) / EB (5)/ DA-1 : BH : BD-6(25, 75% : 24% : 1%) / DA-2(5) / ET(20) / LiF(1) / Al(80)
(実施例14)
実施例14の有機EL素子は、実施例11の発光層における化合物BD−4に代えて化合物BD−7を用いたこと以外は、実施例11と同様にして作製した。
実施例14の有機EL素子の素子構成を略式的に示すと、次のとおりである。
ITO(130) / HI(5) / HT-1(80) / HT-2(10) / EB (5)/ DA-1 : BH : BD-7(25, 75% : 24% : 1%) / DA-2(5) / ET(20) / LiF(1) / Al(80)
(実施例15)
実施例15の有機EL素子は、実施例11の発光層における化合物BD−4に代えて化合物BD−8を用いたこと以外は、実施例11と同様にして作製した。
実施例15の有機EL素子の素子構成を略式的に示すと、次のとおりである。
ITO(130) / HI(5) / HT-1(80) / HT-2(10) / EB (5)/ DA-1 : BH : BD-8(25, 75% : 24% : 1%) / DA-2(5) / ET(20) / LiF(1) / Al(80)
(実施例16)
実施例16の有機EL素子は、実施例11の発光層における化合物BD−4に代えて化合物BD−9を用いたこと以外は、実施例11と同様にして作製した。
実施例16の有機EL素子の素子構成を略式的に示すと、次のとおりである。
ITO(130) / HI(5) / HT-1(80) / HT-2(10) / EB (5)/ DA-1 : BH : BD-9(25, 75% : 24% : 1%) / DA-2(5) / ET(20) / LiF(1) / Al(80)
(実施例17)
実施例17の有機EL素子は、実施例11の発光層における化合物BD−4に代えて化合物BD−10を用いたこと以外は、実施例11と同様にして作製した。
実施例17の有機EL素子の素子構成を略式的に示すと、次のとおりである。
ITO(130) / HI(5) / HT-1(80) / HT-2(10) / EB (5)/ DA-1 : BH : BD-10(25, 75% : 24% : 1%) / DA-2(5) / ET(20) / LiF(1) / Al(80)
(実施例18)
実施例18の有機EL素子は、実施例11の発光層における化合物BD−4に代えて化合物BD−11を用いたこと以外は、実施例11と同様にして作製した。
実施例18の有機EL素子の素子構成を略式的に示すと、次のとおりである。
ITO(130) / HI(5) / HT-1(80) / HT-2(10) / EB (5)/ DA-1 : BH : BD-11(25, 75% : 24% : 1%) / DA-2(5) / ET(20) / LiF(1) / Al(80)
(比較例2)
比較例2の有機EL素子は、実施例11の発光層における化合物BD−4を用いず、実施例11の発光層における化合物BHの濃度を24質量%とし、化合物DA−1の濃度を76質量%としたこと以外は、実施例11と同様にして作製した。
比較例2の有機EL素子の素子構成を略式的に示すと、次のとおりである。
ITO(130) / HI(5) / HT-1(80) / HT-2(10) / EB (5)/ DA-1 : BH(25, 76% : 24%) / DA-2(5) / ET(20) / LiF(1) / Al(80)
〔化合物の評価〕
・77[K]におけるエネルギーギャップT77K
測定対象となる第二の化合物(化合物BD−4〜化合物BD−11)に関しては、T77Kの測定は、化合物BD−1と同様にして行った。
算出したエネルギーギャップT77Kを以下に示す。
BD−4:2.0eV
BD−5:2.0eV
BD−6:2.0eV
BD−7:2.0eV
BD−8:2.0eV
BD−9:2.0eV
BD−10:2.0eV
BD−11:2.0eV
〔有機EL素子の評価〕
実施例11〜18および比較例2において作製した有機EL素子について、CIE1931色度、発光ピーク波長λ、および半値幅(FWHM)の評価を行った。評価方法は、前述と同様である。なお、実施例11〜18および比較例2では、有機EL素子を駆動させる際の電流密度を、0.1mA/cmとした。各評価の結果を表7に示す。
表7が示すように、実施例11〜18に係る有機EL素子において、いずれも比較例2よりも色純度の高い青色発光が得られた。
また、実施例11〜18に係る有機EL素子において、いずれも比較例2よりも半値幅が狭かった。
以上のように、第一の化合物、第二の化合物、および第三の化合物の組み合わせにより、実施例11〜18に係る有機EL素子は、比較例2と比べ、いずれも素子性能の向上が見られた。
(実施例19〜22)
実施例19〜22に係る有機EL素子の作製には、前記実施例で用いた化合物の他に、下記化合物も用いた。
<有機EL素子の作製および評価>
有機EL素子を以下のように作製し、評価した。
(実施例19)
実施例19の有機EL素子は、実施例1の発光層における化合物BD−1に代えて化合物BD−12を用いたこと以外は、実施例1と同様にして作製した。
実施例19の有機EL素子の素子構成を略式的に示すと、次のとおりである。
ITO(130) / HI(5) / HT-1(80) / HT-2(10) / EB (5)/ DA-1 : BH : BD-12(25, 85% : 14% : 1%) / DA-2(5) / ET(20) / LiF(1) / Al(80)
なお、括弧内の数字は、膜厚(単位:nm)を示す。また、同じく括弧内において、パーセント表示された数字は、発光層における各化合物の割合(質量%)を示す。
(実施例20)
実施例20の有機EL素子は、実施例2の発光層における化合物BD−1に代えて化合物BD−12を用いたこと以外は、実施例2と同様にして作製した。
実施例20の有機EL素子の素子構成を略式的に示すと、次のとおりである。
ITO(130) / HI(5) / HT-1(80) / HT-2(10) / EB (5)/ DA-1 : BH : BD-12(25, 50% : 49% : 1%) / DA-2(5) / ET(20) / LiF(1) / Al(80)
(実施例21)
実施例21の有機EL素子は、実施例1の発光層における化合物BD−1に代えて化合物BD−13を用いたこと以外は、実施例1と同様にして作製した。
実施例21の有機EL素子の素子構成を略式的に示すと、次のとおりである。
ITO(130) / HI(5) / HT-1(80) / HT-2(10) / EB (5)/ DA-1 : BH : BD-13(25, 85% : 14% : 1%) / DA-2(5) / ET(20) / LiF(1) / Al(80)
(実施例22)
実施例22の有機EL素子は、実施例2の発光層における化合物BD−1に代えて化合物BD−13を用いたこと以外は、実施例2と同様にして作製した。
実施例22の有機EL素子の素子構成を略式的に示すと、次のとおりである。
ITO(130) / HI(5) / HT-1(80) / HT-2(10) / EB (5)/ DA-1 : BH : BD-13(25, 50% : 49% : 1%) / DA-2(5) / ET(20) / LiF(1) / Al(80)
(比較例3)
比較例3の有機EL素子は、実施例19の発光層における化合物BD−12を用いず、実施例19の発光層における化合物BHの濃度を15質量%とし、化合物DA−1の濃度を85質量%としたこと以外は、実施例19と同様にして作製した。
比較例3の有機EL素子の素子構成を略式的に示すと、次のとおりである。
ITO(130) / HI(5) / HT-1(80) / HT-2(10) / EB (5)/ DA-1 : BH(25, 85% : 15%) / DA-2(5) / ET(20) / LiF(1) / Al(80)
〔化合物の評価〕
・77[K]におけるエネルギーギャップT77K
測定対象となる第二の化合物(化合物BD−12および化合物BD−13)に関しては、T77Kの測定は、化合物BD−1と同様にして行った。
算出したエネルギーギャップT77Kを以下に示す。
BD−12:2.2eV
BD−13:2.2eV
〔有機EL素子の評価〕
実施例19〜22および比較例3において作製した有機EL素子について、電圧(V)、CIE1931色度、発光ピーク波長λ、および半値幅(FWHM)の評価を行った。また、実施例19〜20および比較例3において作製した有機EL素子については、外部量子効率EQE(%)の評価も行った。評価方法は、前述と同様である。なお、実施例19〜22および比較例3では、有機EL素子を駆動させる際の電流密度を、0.1mA/cmとした。各評価の結果を表8〜9に示す。
表8〜9が示すように、発光層における第一の化合物としての化合物BHの濃度が高くなると、電圧が低下することが確認できた。
また、実施例19〜20に係る有機EL素子は、いずれも比較例3と同程度の発光効率であった。
また、実施例19〜22に係る有機EL素子において、いずれも比較例3と同等またはそれ以上に色純度の高い青色発光が得られた。
また、実施例19〜22に係る有機EL素子において、いずれも比較例3よりも半値幅が狭かった。
以上のように、第一の化合物、第二の化合物、および第三の化合物の組み合わせにより、実施例19〜22に係る有機EL素子は、比較例3と比べ、いずれも素子性能の向上が見られた。
(比較例4〜5)
比較例4〜5に係る有機EL素子の作製には、前記実施例で用いた化合物の他に、下記化合物も用いた。
<有機EL素子の作製および評価>
有機EL素子を以下のように作製し、評価した。
(比較例4)
比較例4の有機EL素子は、実施例1の発光層における化合物BD−1に代えて化合物BD−Xを用いたこと以外は、実施例1と同様にして作製した。
比較例4の有機EL素子の素子構成を略式的に示すと、次のとおりである。
ITO(130) / HI(5) / HT-1(80) / HT-2(10) / EB (5)/ DA-1 : BH : BD-X(25, 85% : 14% : 1%) / DA-2(5) / ET(20) / LiF(1) / Al(80)
なお、括弧内の数字は、膜厚(単位:nm)を示す。また、同じく括弧内において、パーセント表示された数字は、発光層における各化合物の割合(質量%)を示す。
(比較例5)
比較例5の有機EL素子は、実施例2の発光層における化合物BD−1に代えて化合物BD−Xを用いたこと以外は、実施例2と同様にして作製した。
比較例5の有機EL素子の素子構成を略式的に示すと、次のとおりである。
ITO(130) / HI(5) / HT-1(80) / HT-2(10) / EB (5)/ DA-1 : BH : BD-X(25, 50% : 49% : 1%) / DA-2(5) / ET(20) / LiF(1) / Al(80)
〔化合物の評価〕
・77[K]におけるエネルギーギャップT77K
測定対象となる化合物BD−Xに関しては、T77Kの測定は、化合物BD−1と同様にして行った。
算出したエネルギーギャップT77Kを以下に示す。
BD−X:1.8eV
〔有機EL素子の評価〕
比較例4〜5において作製した有機EL素子について、電圧(V)、CIE1931色度、外部量子効率EQE(%)、発光ピーク波長λ、および半値幅(FWHM)の評価を行った。評価方法は、前述と同様である。なお、比較例4〜5では、有機EL素子を駆動させる際の電流密度を、0.1mA/cmとした。各評価の結果を表10に示す。
表10が示すように、比較例4〜5に係る有機EL素子は、いずれも実施例1,2,19,および20に係る有機EL素子よりも発光効率が劣っていた。
また、比較例4〜5に係る有機EL素子において、いずれも実施例に係る有機EL素子よりも半値幅が広かった。
1…有機EL素子、2…基板、3…陽極、4…陰極、5…発光層、6…正孔注入層、
7…正孔輸送層、8…電子輸送層、9…電子注入層。

Claims (31)

  1. 陽極と、
    発光層と、
    陰極と、を含み、
    前記発光層は、第一の化合物、第二の化合物、および第三の化合物を含み、
    前記第一の化合物は、遅延蛍光発光性の化合物であり、
    前記第一の化合物の77[K]におけるエネルギーギャップT77Kは、前記第二の化合物の77[K]におけるエネルギーギャップT77Kよりも大きく、
    前記第三の化合物の77[K]におけるエネルギーギャップT77Kは、前記第二の化合物の77[K]におけるエネルギーギャップT77Kよりも大きく、
    前記第二の化合物は、下記一般式(2)で表され、かつ環の総数が8環以内の縮合環構造を有する化合物である有機エレクトロルミネッセンス素子。


    (前記一般式(2)において、a,c,d,e,f,h,i,およびjの位置の少なくともいずれかの位置において単環または縮合環が縮合していてもよく、bおよびgの位置の少なくともいずれかの位置において、5員環または5員環を有する縮合環が縮合していてもよく、ただし、
    iおよびjの位置に6員環が縮合するとき、dおよびeの位置にも単環または縮合環が縮合し、
    dおよびeの位置に6員環が縮合するとき、iおよびjの位置にも単環または縮合環が縮合し、
    bの位置に5員環を有する縮合環が縮合するとき、該縮合環中の5員環がbの位置に直接縮合し、
    gの位置に5員環を有する縮合環が縮合するとき、該縮合環中の5員環がgの位置に直接縮合する。)
  2. 請求項1に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子において、
    前記発光層における前記第一の化合物の含有率が、10質量%以上60質量%以下である有機エレクトロルミネッセンス素子。
  3. 請求項1または請求項2に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子において、
    前記第一の化合物は、下記一般式(1)で表される化合物である有機エレクトロルミネッセンス素子。


    [前記一般式(1)において、
    Aは下記一般式(a−1)〜(a−7)から選ばれる部分構造を有する基であり、Aが複数存在する場合、複数のAは互いに同一または異なり、A同士が結合して飽和または不飽和の環を形成してもよく、
    Bは下記一般式(b−1)〜(b−6)から選ばれる部分構造を有する基であり、Bが複数存在する場合、複数のBは互いに同一または異なり、B同士が結合して飽和または不飽和の環を形成してもよく、
    a、b、およびdは、それぞれ独立に、1〜5の整数であり、
    cは0〜5の整数であり、
    cが0のとき、AとBとは単結合またはスピロ結合で結合し、
    cが1〜5の整数のとき、Lは、
    置換または無置換の環形成炭素数6〜30の芳香族炭化水素基、および
    置換または無置換の環形成原子数5〜30の複素環基からなる群から選択される連結基であり、Lが複数存在する場合、複数のLは互いに同一または異なり、L同士が結合して飽和または不飽和の環を形成してもよい。




    (前記一般式(b−1)〜(b−6)において、
    Rは、それぞれ独立に、水素原子または置換基であり、Rが置換基である場合の置換基は、
    置換または無置換の環形成炭素数6〜30の芳香族炭化水素基、
    置換または無置換の環形成原子数5〜30の複素環基、および
    置換または無置換の炭素数1〜30のアルキル基からなる群から選択され、Rが複数存在する場合、複数のRは互いに同一または異なり、R同士が結合して飽和または不飽和の環を形成してもよい。)]
  4. 請求項3に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子において、
    前記第一の化合物は、下記一般式(10)で表される化合物である有機エレクトロルミネッセンス素子。


    (前記一般式(10)において、
    a1は0または1であり、
    a2は0または1であり、
    ただし、a1+a2≧1であり、
    m1は、1〜5の整数であり、
    a2が0のとき、RおよびRは、それぞれ独立に、水素原子または1価の置換基であり、RおよびRが置換基である場合の置換基は、それぞれ独立に、
    置換または無置換の環形成炭素数6〜30の芳香族炭化水素基、
    置換または無置換の環形成原子数5〜30の複素環基、
    置換または無置換の炭素数1〜30のアルキル基、
    置換または無置換の炭素数1〜30のアルコキシ基、
    置換または無置換の炭素数7〜30のアラルキル基、
    置換または無置換の環形成炭素数6〜30のアリールオキシ基、および
    置換シリル基からなる群から選択され、
    a2が1のとき、RおよびRは、それぞれ独立に、
    置換または無置換の環形成炭素数6〜30の芳香族炭化水素基、
    置換または無置換の環形成原子数5〜30の複素環基、
    置換または無置換の炭素数1〜30のアルキル基、
    置換または無置換の炭素数1〜30のアルコキシ基、
    置換または無置換の炭素数7〜30のアラルキル基、
    置換または無置換の環形成炭素数6〜30のアリールオキシ基、および
    置換シリル基からなる群から選択される連結基であり、
    m1が2以上の場合、複数のRは互いに同一または異なり、複数のRは互いに同一または異なり、
    およびAは、それぞれ独立に、前記一般式(a−1)〜(a−7)から選ばれる部分構造を有する基であり、m1が2以上の場合、複数のAは互いに同一または異なり、
    a1が0のとき、Lは水素原子または1価の置換基であり、Lが1価の置換基である場合の置換基は、
    置換または無置換の環形成炭素数6〜30の芳香族炭化水素基、および
    置換または無置換の環形成原子数5〜30の複素環基からなる群から選択され、
    a1が1のとき、Lは単結合または連結基であり、Lが連結基である場合の連結基は、
    置換または無置換の環形成炭素数6〜30の芳香族炭化水素基、および
    置換または無置換の環形成原子数5〜30の複素環基からなる群から選択され、
    は、単結合または連結基であり、Lが連結基である場合の連結基は、
    置換または無置換の環形成炭素数6〜30の芳香族炭化水素基、および
    置換または無置換の環形成原子数5〜30の複素環基からなる群から選択され、m1が2以上の場合、複数のLは互いに同一または異なる。)
  5. 請求項3に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子において、
    前記第一の化合物は、下記一般式(10’)で表される化合物である有機エレクトロルミネッセンス素子。

    (前記一般式(10’)において、
    m2は2であり、
    a2は0または1であり、複数のa2は互いに同一または異なり、
    m1は、1〜5の整数であり、複数のm1は互いに同一または異なり、
    a2が0のとき、RおよびRは、それぞれ独立に、水素原子または1価の置換基であり、RおよびRが置換基である場合の置換基は、それぞれ独立に、
    置換または無置換の環形成炭素数6〜30の芳香族炭化水素基、
    置換または無置換の環形成原子数5〜30の複素環基、
    置換または無置換の炭素数1〜30のアルキル基、
    置換または無置換の炭素数1〜30のアルコキシ基、
    置換または無置換の炭素数7〜30のアラルキル基、
    置換または無置換の環形成炭素数6〜30のアリールオキシ基、および
    置換シリル基からなる群から選択され、
    a2が1のとき、RおよびRは、それぞれ独立に、
    置換または無置換の環形成炭素数6〜30の芳香族炭化水素基、
    置換または無置換の環形成原子数5〜30の複素環基、
    置換または無置換の炭素数1〜30のアルキル基、
    置換または無置換の炭素数1〜30のアルコキシ基、
    置換または無置換の炭素数7〜30のアラルキル基、
    置換または無置換の環形成炭素数6〜30のアリールオキシ基、および
    置換シリル基からなる群から選択される連結基であり、
    複数のRは互いに同一または異なり、複数のRは互いに同一または異なり、
    およびAは、それぞれ独立に、前記一般式(a−1)〜(a−7)から選ばれる部分構造を有する基であり、複数のAは互いに同一または異なり、
    は単結合または連結基であり、Lが連結基である場合の連結基は、
    置換または無置換の環形成炭素数6〜30の芳香族炭化水素基、および
    置換または無置換の環形成原子数5〜30の複素環基からなる群から選択され、複数のLは互いに同一または異なり、
    は、単結合または連結基であり、Lが連結基である場合の連結基は、
    置換または無置換の環形成炭素数6〜30の芳香族炭化水素基、および
    置換または無置換の環形成原子数5〜30の複素環基からなる群から選択され、複数のLは互いに同一または異なる。)
  6. 請求項4または請求項5に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子において、
    前記第一の化合物は、下記一般式(10B)、一般式(10C)、一般式(10D)および一般式(10E)で表される化合物からなる群から選択される有機エレクトロルミネッセンス素子。




    (前記一般式(10D)において、Xは、=N−L−L−A、酸素原子、硫黄原子、およびセレン原子からなる群から選択される。前記一般式(10B),(10C),(10D),および(10E)において、R,R,A,A,L,およびLは、前記一般式(10)におけるR,R,A,A,L,およびLと、それぞれ同義である。)
  7. 陽極と、
    発光層と、
    陰極と、を含み、
    前記発光層は、第一の化合物および第二の化合物を含み、
    前記第一の化合物は、下記一般式(10)で表される化合物であり、
    前記第二の化合物は、下記一般式(2)で表され、かつ環の総数が8環以内の縮合環構造を有する化合物である有機エレクトロルミネッセンス素子。


    (前記一般式(10)において、
    a1は0または1であり、
    a2は0または1であり、
    ただし、a1+a2≧1であり、
    m1は、1〜5の整数であり、
    a2が0のとき、RおよびRは、それぞれ独立に、水素原子または1価の置換基であり、RおよびRが置換基である場合の置換基は、それぞれ独立に、
    置換または無置換の環形成炭素数6〜30の芳香族炭化水素基、
    置換または無置換の環形成原子数5〜30の複素環基、
    置換または無置換の炭素数1〜30のアルキル基、
    置換または無置換の炭素数1〜30のアルコキシ基、
    置換または無置換の炭素数7〜30のアラルキル基、
    置換または無置換の環形成炭素数6〜30のアリールオキシ基、および
    置換シリル基からなる群から選択され、
    a2が1のとき、RおよびRは、それぞれ独立に、
    置換または無置換の環形成炭素数6〜30の芳香族炭化水素基、
    置換または無置換の環形成原子数5〜30の複素環基、
    置換または無置換の炭素数1〜30のアルキル基、
    置換または無置換の炭素数1〜30のアルコキシ基、
    置換または無置換の炭素数7〜30のアラルキル基、
    置換または無置換の環形成炭素数6〜30のアリールオキシ基、および
    置換シリル基からなる群から選択される連結基であり、
    m1が2以上の場合、複数のRは互いに同一または異なり、複数のRは互いに同一または異なり、
    およびAは、それぞれ独立に、下記一般式(a−1)〜(a−7)から選ばれる部分構造を有する基であり、m1が2以上の場合、複数のAは互いに同一または異なり、
    a1が0のとき、Lは水素原子または1価の置換基であり、Lが1価の置換基である場合の置換基は、
    置換または無置換の環形成炭素数6〜30の芳香族炭化水素基、および
    置換または無置換の環形成原子数5〜30の複素環基からなる群から選択され、
    a1が1のとき、Lは単結合または連結基であり、Lが連結基である場合の連結基は、
    置換または無置換の環形成炭素数6〜30の芳香族炭化水素基、および
    置換または無置換の環形成原子数5〜30の複素環基からなる群から選択され、
    は、単結合または連結基であり、Lが連結基である場合の連結基は、
    置換または無置換の環形成炭素数6〜30の芳香族炭化水素基、および
    置換または無置換の環形成原子数5〜30の複素環基からなる群から選択され、m1が2以上の場合、複数のLは互いに同一または異なる。)




    (前記一般式(2)において、a,c,d,e,f,h,i,およびjの位置の少なくともいずれかの位置において単環または縮合環が縮合していてもよく、bおよびgの位置の少なくともいずれかの位置において、5員環または5員環を有する縮合環が縮合していてもよく、ただし、
    iおよびjの位置に6員環が縮合するとき、dおよびeの位置にも単環または縮合環が縮合し、
    dおよびeの位置に6員環が縮合するとき、iおよびjの位置にも単環または縮合環が縮合し、
    bの位置に5員環を有する縮合環が縮合するとき、該縮合環中の5員環がbの位置に直接縮合し、
    gの位置に5員環を有する縮合環が縮合するとき、該縮合環中の5員環がgの位置に直接縮合する。)
  8. 陽極と、
    発光層と、
    陰極と、を含み、
    前記発光層は、第一の化合物および第二の化合物を含み、
    前記第一の化合物は、下記一般式(10’)で表される化合物であり、
    前記第二の化合物は、下記一般式(2)で表され、かつ環の総数が8環以内の縮合環構造を有する化合物である有機エレクトロルミネッセンス素子。

    (前記一般式(10’)において、
    m2は2であり、
    a2は0または1であり、複数のa2は互いに同一または異なり、
    m1は、1〜5の整数であり、複数のm1は互いに同一または異なり、
    a2が0のとき、RおよびRは、それぞれ独立に、水素原子または1価の置換基であり、RおよびRが置換基である場合の置換基は、それぞれ独立に、
    置換または無置換の環形成炭素数6〜30の芳香族炭化水素基、
    置換または無置換の環形成原子数5〜30の複素環基、
    置換または無置換の炭素数1〜30のアルキル基、
    置換または無置換の炭素数1〜30のアルコキシ基、
    置換または無置換の炭素数7〜30のアラルキル基、
    置換または無置換の環形成炭素数6〜30のアリールオキシ基、および
    置換シリル基からなる群から選択され、
    a2が1のとき、RおよびRは、それぞれ独立に、
    置換または無置換の環形成炭素数6〜30の芳香族炭化水素基、
    置換または無置換の環形成原子数5〜30の複素環基、
    置換または無置換の炭素数1〜30のアルキル基、
    置換または無置換の炭素数1〜30のアルコキシ基、
    置換または無置換の炭素数7〜30のアラルキル基、
    置換または無置換の環形成炭素数6〜30のアリールオキシ基、および
    置換シリル基からなる群から選択される連結基であり、
    複数のRは互いに同一または異なり、複数のRは互いに同一または異なり、
    およびAは、それぞれ独立に、下記一般式(a−1)〜(a−7)から選ばれる部分構造を有する基であり、複数のAは互いに同一または異なり、
    は単結合または連結基であり、Lが連結基である場合の連結基は、
    置換または無置換の環形成炭素数6〜30の芳香族炭化水素基、および
    置換または無置換の環形成原子数5〜30の複素環基からなる群から選択され、複数のLは互いに同一または異なり、
    は、単結合または連結基であり、Lが連結基である場合の連結基は、
    置換または無置換の環形成炭素数6〜30の芳香族炭化水素基、および
    置換または無置換の環形成原子数5〜30の複素環基からなる群から選択され、複数のLは互いに同一または異なる。)


    (前記一般式(2)において、a,c,d,e,f,h,i,およびjの位置の少なくともいずれかの位置において単環または縮合環が縮合していてもよく、bおよびgの位置の少なくともいずれかの位置において、5員環または5員環を有する縮合環が縮合していてもよく、ただし、
    iおよびjの位置に6員環が縮合するとき、dおよびeの位置にも単環または縮合環が縮合し、
    dおよびeの位置に6員環が縮合するとき、iおよびjの位置にも単環または縮合環が縮合し、
    bの位置に5員環を有する縮合環が縮合するとき、該縮合環中の5員環がbの位置に直接縮合し、
    gの位置に5員環を有する縮合環が縮合するとき、該縮合環中の5員環がgの位置に直接縮合する。)
  9. 請求項7または請求項8に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子において、
    前記第一の化合物は、遅延蛍光発光性の化合物である有機エレクトロルミネッセンス素子。
  10. 請求項7から請求項9のいずれか1項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子において、
    前記第一の化合物の77[K]におけるエネルギーギャップT77Kが、前記第二の化合物の77[K]におけるエネルギーギャップT77Kよりも大きい有機エレクトロルミネッセンス素子。
  11. 請求項1から請求項10のいずれか1項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子において、
    前記第二の化合物は、発光ピーク波長が550nm以下の蛍光発光性の化合物である有機エレクトロルミネッセンス素子。
  12. 請求項1から請求項10のいずれか1項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子において、
    前記第二の化合物は、青色蛍光発光性の化合物である有機エレクトロルミネッセンス素子。
  13. 請求項1から請求項12のいずれか1項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子において、
    前記第二の化合物は、ベンゾフルオレン骨格、フルオランテン骨格、ピレン骨格、またはクリセン骨格を有する化合物である有機エレクトロルミネッセンス素子。
  14. 請求項13に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子において、
    前記第二の化合物は、下記一般式(21)で表される化合物である有機エレクトロルミネッセンス素子。


    (前記一般式(21)において、
    n1は1以上の整数であり、
    Arは、ベンゾフルオレン骨格、フルオランテン骨格、ピレン骨格、またはクリセン骨格を有する基であり、
    ArおよびArは、それぞれ独立に、
    置換または無置換の環形成炭素数6〜30の芳香族炭化水素基、
    置換または無置換の環形成原子数5〜30の複素環基、
    置換または無置換の炭素数1〜30のアルキル基、および
    置換または無置換の炭素数7〜30のアラルキル基からなる群から選択される置換基であり、ArとArとが結合して飽和または不飽和の環を形成してもよく、n1が2以上の場合、複数のArは、互いに同一または異なり、複数のArは、互いに同一または異なり、
    は、単結合または連結基であり、Lが連結基である場合の連結基は、
    置換または無置換の環形成炭素数6〜30の芳香族炭化水素基、および
    置換または無置換の環形成原子数5〜30の複素環基からなる群から選択され、n1が2以上の場合、複数のLは、互いに同一または異なる。)
  15. 請求項14に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子において、
    前記Arおよび前記Arが、それぞれ独立に、置換または無置換の環形成炭素数6〜30の芳香族炭化水素基および置換または無置換の環形成原子数5〜30の複素環基からなる群から選択される有機エレクトロルミネッセンス素子。
  16. 請求項14または請求項15に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子において、
    前記Arおよび前記Arの少なくとも1つは、置換または無置換の環形成炭素数6〜30の芳香族炭化水素基からなる群から選択される置換基である有機エレクトロルミネッセンス素子。
  17. 請求項14から請求項16のいずれか1項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子において、
    前記Arおよび前記Arの少なくとも1つは、下記一般式(22)で表される基である有機エレクトロルミネッセンス素子。


    (前記一般式(22)において、
    xは0〜3の整数であり、
    yは0〜7の整数であり、
    は酸素原子、硫黄原子、またはセレン原子であり、
    xが0のとき、前記一般式(22)で表される基と前記一般式(21)中の窒素原子とは単結合で結合し、
    xが1〜3の整数のとき、Arは、置換または無置換の環形成炭素数6〜30の芳香族炭化水素基であり、xが2以上の場合、複数のArは互いに同一または異なり、Ar同士が結合して飽和または不飽和の環を形成してもよく、
    は、
    ハロゲン原子、
    シアノ基、
    ニトロ基、
    ヒドロキシル基、
    置換シリル基、
    カルボキシル基、
    置換または無置換の環形成炭素数6〜30の芳香族炭化水素基、
    置換または無置換の炭素数1〜30のアルキル基、
    置換または無置換の炭素数1〜30のアルキルアミノ基、
    置換または無置換の環形成炭素数6〜30のアリールアミノ基、
    置換または無置換の炭素数1〜30のアルコキシ基、
    置換または無置換の環形成炭素数6〜30のアリールオキシ基、
    置換または無置換の環形成炭素数6〜30のアリールチオ基、および
    置換または無置換の炭素数1〜30のアルコキシカルボニル基からなる群から選択され、yが2以上の場合、複数のRは互いに同一または異なり、R同士が結合して飽和または不飽和の環を形成してもよい。)
  18. 請求項17に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子において、
    前記Arは、置換または無置換の環形成炭素数6〜30の芳香族炭化水素基からなる群から選択される置換基であり、
    前記Arは、前記一般式(22)で表される基である有機エレクトロルミネッセンス素子。
  19. 請求項18に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子において、
    前記Arは、置換または無置換の環形成炭素数6〜20の芳香族炭化水素基からなる群から選択される置換基である有機エレクトロルミネッセンス素子。
  20. 請求項18に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子において、
    前記Arは、フェニル基、ビフェニル基、ナフチル基、フェナントリル基、ターフェニル基、およびフルオレニル基からなる群から選択される基である有機エレクトロルミネッセンス素子。
  21. 請求項17から請求項20のいずれか1項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子において、
    前記Xは酸素原子である有機エレクトロルミネッセンス素子。
  22. 請求項14から請求項21のいずれか1項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子において、
    前記Arは、ピレン骨格またはクリセン骨格を有する基である有機エレクトロルミネッセンス素子。
  23. 請求項14から請求項16のいずれか1項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子において、
    前記一般式(21)におけるArとしてのベンゾフルオレン骨格を有する基は、下記一般式(Ar−1)で表される基である有機エレクトロルミネッセンス素子。


    (前記一般式(Ar−1)において、
    11およびR12は、それぞれ独立に、水素原子または置換基であり、RおよびRが置換基である場合の置換基は、それぞれ独立に、
    置換または無置換の炭素数1〜30のアルキル基、および
    置換または無置換の環形成炭素数6〜30の芳香族炭化水素基からなる群から選択され、
    13,R14,R15,R16,R17,R18,R19,R20,R21,およびR22は、それぞれ独立に、水素原子、置換基、またはLと結合する単結合であり、ただし、R13,R14,R15,R16,R17,R18,R19,R20,R21,およびR22の少なくとも1つは、Lと結合する単結合であり、
    13,R14,R15,R16,R17,R18,R19,R20,R21,およびR22が置換基である場合の置換基は、それぞれ独立に、
    ハロゲン原子、
    シアノ基、
    ニトロ基、
    ヒドロキシル基、
    置換シリル基、
    カルボキシル基、
    置換または無置換の環形成炭素数6〜30の芳香族炭化水素基、
    置換または無置換の炭素数1〜30のアルキル基、
    置換または無置換の炭素数1〜30のアルキルアミノ基、
    置換または無置換の環形成炭素数6〜30のアリールアミノ基、
    置換または無置換の炭素数1〜30のアルコキシ基、
    置換または無置換の環形成炭素数6〜30のアリールオキシ基、
    置換または無置換の環形成炭素数6〜30のアリールチオ基、および
    置換または無置換の炭素数1〜30のアルコキシカルボニル基からなる群から選択され、R13とR14、R14とR15、R15とR16、R17とR18、R18とR19、R19とR20、R20とR21、およびR21とR22のいずれか1組以上が結合して飽和または不飽和の環を形成してもよい。)
  24. 請求項23に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子において、
    前記Arおよび前記Arの少なくとも1つは、前記一般式(Ar−1)で表される基である有機エレクトロルミネッセンス素子。
  25. 請求項23または請求項24に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子において、
    前記一般式(Ar−1)で表される基が、下記一般式(Ar−2)で表される基である有機エレクトロルミネッセンス素子。


    (前記一般式(Ar−2)において、
    11,R12,R,およびRは、それぞれ独立に、水素原子または置換基であり、R11,R12,R,およびRが置換基である場合の置換基は、それぞれ独立に、
    置換または無置換の炭素数1〜30のアルキル基、および
    置換または無置換の環形成炭素数6〜30の芳香族炭化水素基からなる群から選択され、
    13,R16,R17,R18,R19,R20,R21,R22,R23,R24,R25,およびR26は、それぞれ独立に、水素原子、置換基、またはLと結合する単結合であり、ただし、R13,R16,R17,R18,R19,R20,R21,R22,R23,R24,R25,およびR26の少なくとも1つは、Lと結合する単結合であり、
    13,R16,R17,R18,R19,R20,R21,R22,R23,R24,R25,およびR26が置換基である場合の置換基は、それぞれ独立に、
    ハロゲン原子、
    シアノ基、
    ニトロ基、
    ヒドロキシル基、
    置換シリル基、
    カルボキシル基、
    置換または無置換の環形成炭素数6〜30の芳香族炭化水素基、
    置換または無置換の炭素数1〜30のアルキル基、
    置換または無置換の炭素数1〜30のアルキルアミノ基、
    置換または無置換の環形成炭素数6〜30のアリールアミノ基、
    置換または無置換の炭素数1〜30のアルコキシ基、
    置換または無置換の環形成炭素数6〜30のアリールオキシ基、
    置換または無置換の環形成炭素数6〜30のアリールチオ基、および
    置換または無置換の炭素数1〜30のアルコキシカルボニル基からなる群から選択され、R17とR18、R18とR19、R19とR20、R20とR21、R21とR22、R23とR24、R24とR25、およびR25とR26のいずれか1組以上が結合して飽和または不飽和の環を形成してもよい。)
  26. 請求項25に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子において、
    前記R21および前記R25の少なくとも1つは、Lと結合する単結合である有機エレクトロルミネッセンス素子。
  27. 請求項13に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子において、
    前記第二の化合物は、下記一般式(23)で表される化合物である有機エレクトロルミネッセンス素子。


    (前記一般式(23)において、
    pは0〜5の整数であり、
    qおよびrは、それぞれ独立に、1〜5の整数であり、
    Ar10は、ベンゾフルオレン骨格、フルオランテン骨格、ピレン骨格、またはクリセン骨格を有する基であり、
    10は、
    置換または無置換の環形成炭素数6〜30の芳香族炭化水素基、
    置換または無置換の環形成原子数5〜30の複素環基、
    置換または無置換の炭素数1〜30のアルキル基、および
    置換または無置換の炭素数7〜30のアラルキル基からなる群から選択される置換基であり、R10が複数存在する場合、複数のR10は互いに同一または異なり、R10同士が結合して飽和または不飽和の環を形成してもよく、
    pが0のとき、Ar10とR10とは単結合で結合し、
    pが1〜5の整数のとき、L10は、
    置換または無置換の環形成炭素数6〜30の芳香族炭化水素基、および
    置換または無置換の環形成原子数5〜30の複素環基からなる群から選択される連結基であり、L10が複数存在する場合、複数のL10は互いに同一または異なり、L10同士が結合して飽和または不飽和の環を形成してもよい。)
  28. 請求項27に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子において、
    前記Ar10は、ベンゾフルオランテン骨格を有する基である有機エレクトロルミネッセンス素子。
  29. 請求項1から請求項28のいずれか1項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子において、
    前記陽極と前記発光層との間に、正孔輸送層を含む有機エレクトロルミネッセンス素子。
  30. 請求項1から請求項29のいずれか1項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子において、
    前記発光層と前記陰極との間に、電子輸送層を含む有機エレクトロルミネッセンス素子。
  31. 請求項1から請求項30のいずれか1項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子を備える電子機器。
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