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JP6668152B2 - 化合物、発光材料および有機発光素子 - Google Patents

化合物、発光材料および有機発光素子 Download PDF

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Description

本発明は、発光材料として有用な化合物とそれを用いた有機発光素子に関する。
有機エレクトロルミネッセンス素子(有機EL素子)などの有機発光素子の発光効率を高める研究が盛んに行われている。特に、有機エレクトロルミネッセンス素子を構成する電子輸送材料、正孔輸送材料、発光材料などを新たに開発して組み合わせることにより、発光効率を高める工夫が種々なされてきている。その中には、遅延蛍光を放射する化合物に着目した研究も見受けられる。
遅延蛍光は、エネルギー供与により励起状態になった化合物において、励起三重項態から励起一重項状態への逆項間交差が生じた後、その励起一重項状態から基底状態に戻る際に放射される蛍光であり、直接生じた励起一重項状態からの蛍光(通常の蛍光)よりも遅れて観測される蛍光である。こうした遅延蛍光を放射しうる化合物を有機エレクトロルミネッセンス素子の発光材料に用いると、その形成確率が大きい励起三重項状態のエネルギーが蛍光に変換されて発光に有効利用できるため、高い発光効率が見込めることになる。このため、遅延蛍光を放射する化合物の開発が盛んに進められ、そのような化合物を発光材料に利用する提案も幾つかなされている。
例えば、特許文献1には、ベンゼン環にシアノ基が2つとカルバゾリル基等が1つ以上置換した化合物が、遅延蛍光を放射することができる化合物であることが記載されている。そして、これらの化合物を有機エレクトロルミネッセンス素子等の発光材料として用いれば、発光効率を高めることができることが記載されている。
特許第5366106号
しかしながら、一般にどのような化学構造を有する場合に遅延蛍光を放射することができるのかという点については、いまだ解明されていない。例えば、特許文献1に記載される化合物と類似する化合物であっても遅延蛍光を放射しうるとは限らず、その構造から遅延蛍光を放射することができるか否かを推測することは困難である。このため、より広範な化合物群から遅延蛍光を放射しうる化合物を採用できるよう、特許文献1で提案している化合物以外の範囲から、さらに遅延蛍光を放射しうる化合物を見出して利用に供する必要があると考えられた。
そのような中で、本発明者らは、特許文献1に記載されていない構造を有していながら遅延蛍光を放射する化合物を見いだすことを目的として鋭意検討を進めた。そして、そのような化合物の一般式を導きだし、発光効率が高い有機発光素子の構成を一般化することを目的として鋭意検討を進めた。
鋭意検討を進めた結果、本発明者らは、ベンゼン環にシアノ基が1つだけ置換した構造を有する化合物の中にも、遅延蛍光を放射しうる化合物が存在することを見出した。そして、そのような遅延蛍光を放射しうる化合物を発光材料に用いることにより、発光効率が高い有機発光素子を提供できるとの知見を得るに至った。本発明は、このような知見に基づいて提案されたものであり、具体的に以下の構成を有する。
[1] 下記一般式(1)で表される構造を有する化合物。
Figure 0006668152
[一般式(1)において、R1、R2、R3、R4およびR5のうちの1つ以上は、各々独立に、1位か8位の少なくとも一方に置換基を有する9−カルバゾリル基、1位か9位の少なくとも一方に置換基を有する10−フェノキサジル基、または1位か9位の少なくとも一方に置換基を有する10−フェノチアジル基を表す。残りは水素原子または置換基を表すが、該置換基は、1位か8位の少なくとも一方に置換基を有する9−カルバゾリル基、1位か9位の少なくとも一方に置換基を有する10−フェノキサジル基、または1位か9位の少なくとも一方に置換基を有する10−フェノチアジル基ではない。前記9−カルバゾリル基、前記10−フェノキサジル基および前記10−フェノチアジル基の各環骨格を構成する1以上の炭素原子は窒素原子で置換されていてもよい。]
[2] 前記置換基が、置換もしくは無置換のアルキル基、置換もしくは無置換のアルコキシ基、置換もしくは無置換のチオアルコキシ基、置換もしくは無置換のアリール基、置換もしくは無置換のヘテロアリール基、置換もしくは無置換のアリールオキシ基、置換もしくは無置換のヘテロアリールオキシ基、置換もしくは無置換のチオアリールオキシ基、置換もしくは無置換のチオヘテロアリールオキシ基、2級アミノ基、3級アミノ基、または置換もしくは無置換のシリル基であることを特徴とする[1]に記載の化合物。
[3] R1、R2、R3、R4およびR5のうちの1〜3つが、各々独立に、1位か8位の少なくとも一方に置換基を有する9−カルバゾリル基、1位か9位の少なくとも一方に置換基を有する10−フェノキサジル基、または1位か9位の少なくとも一方に置換基を有する10−フェノチアジル基であり、残りの少なくとも1つが、各々独立に、1位と8位が置換されていない9−カルバゾリル基、1位と9位が置換されていない10−フェノキサジル基、または1位と9位が置換されていない10−フェノチアジル基であり、前記9−カルバゾリル基、前記10−フェノキサジル基および前記10−フェノチアジル基の各環骨格を構成する1以上の炭素原子は窒素原子で置換されていてもよいことを特徴とする[1]または[2]に記載の化合物。
[4] R1、R2、R3、R4およびR5のうちの2〜4つが、各々独立に、置換もしくは無置換の9−カルバゾリル基、置換もしくは無置換の10−フェノキサジル基、または置換もしくは無置換の10−フェノチアジル基であることを特徴とする[1]〜[3]のいずれか1項に記載の化合物。
[5] R1、R3およびR5が、各々独立に、置換もしくは無置換の9−カルバゾリル基、置換もしくは無置換の10−フェノキサジル基、または置換もしくは無置換の10−フェノチアジル基であることを特徴とする[1]〜[4]のいずれか1項に記載の化合物。
[6] R3が、1位か8位の少なくとも一方に置換基を有する9−カルバゾリル基、1位か9位の少なくとも一方に置換基を有する10−フェノキサジル基、または1位か9位の少なくとも一方に置換基を有する10−フェノチアジル基であることを特徴とする[5]に記載の化合物。
[7] R1およびR5が、各々独立に、1位と8位が置換されていない9−カルバゾリル基、1位と9位が置換されていない10−フェノキサジル基、または1位と9位が置換されていない10−フェノチアジル基であることを特徴とする[6]に記載の化合物。
[8] R2およびR4が、各々独立に、置換もしくは無置換の9−カルバゾリル基、置換もしくは無置換の10−フェノキサジル基、または置換もしくは無置換の10−フェノチアジル基であることを特徴とする[1]〜[4]のいずれか1項に記載の化合物。
[9] R2およびR4が、各々独立に、1位か8位の少なくとも一方に置換基を有する9−カルバゾリル基、1位か9位の少なくとも一方に置換基を有する10−フェノキサジル基、または1位か9位の少なくとも一方に置換基を有する10−フェノチアジル基であることを特徴とする[8]に記載の化合物。
[10] [1]〜[9]のいずれか1項に記載の化合物を含む発光材料。
[11] 遅延蛍光を放射することを特徴とする[10]に記載の発光材料。
[12] [10]または[11]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。
[13] 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[12]に記載の有機発光素子。
[14] 前記一般式(1)で表される構造を有する遅延蛍光体。
本発明の化合物は、発光材料として有用である。また、本発明の化合物は遅延蛍光を放射することができ、その励起三重項エネルギーを発光に有効利用することができる。このため、本発明の化合物を発光材料として用いた有機発光素子は、高い発光効率を実現しうる。
有機エレクトロルミネッセンス素子の層構成例を示す概略断面図である。 実施例1の化合物291のトルエン溶液の発光スペクトルと吸収スペクトルである。 実施例1の化合物291のトルエン溶液の過渡減衰曲線である。 比較化合物1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241のトルエン溶液の発光スペクトルと吸収スペクトルである。 実施例2の化合物241のトルエン溶液の過渡減衰曲線である。 実施例3の化合物135のトルエン溶液の発光スペクトルと吸収スペクトルである。 実施例3の化合物135のトルエン溶液の過渡減衰曲線である。 比較化合物2のトルエン溶液の過渡減衰曲線である。
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を含むことを特徴とする。
Figure 0006668152
一般式(1)において、R1、R2、R3、R4およびR5のうちの1つ以上は、各々独立に、1位か8位の少なくとも一方に置換基を有する9−カルバゾリル基、1位か9位の少なくとも一方に置換基を有する10−フェノキサジル基、または1位か9位の少なくとも一方に置換基を有する10−フェノチアジル基を表す。
1位か8位の少なくとも一方に置換基を有する9−カルバゾリル基、1位か9位の少なくとも一方に置換基を有する10−フェノキサジル基、または1位か9位の少なくとも一方に置換基を有する10−フェノチアジル基(以下、これらを総称して「特定の位置に置換基を有する9−カルバゾリル基等」ということがある)は、R1、R2、R3、R4およびR5のうちの1つのみであってもよいし、2つ以上であってもよい。
特定の位置に置換基を有する9−カルバゾリル基等がR1、R2、R3、R4およびR5のうちの1つのみであるときは、R2、R3、R4のいずれかが特定の位置に置換基を有する9−カルバゾリル基等であることが好ましく、R3が特定の位置に置換基を有する9−カルバゾリル基等であることがより好ましい。特定の位置に置換基を有する9−カルバゾリル基等がR1、R2、R3、R4およびR5のうちの2つであるときは、R1とR5またはR2とR4が特定の位置に置換基を有する9−カルバゾリル基等あることが好ましく、R2とR4が特定の位置に置換基を有する9−カルバゾリル基等であることがより好ましい。R1、R2、R3、R4およびR5のうちの3つが特定の位置に置換基を有する9−カルバゾリル基等であるときは、R2とR3とR4が特定の位置に置換基を有する9−カルバゾリル基等であることが好ましい。R1、R2、R3、R4およびR5のうちの4つが特定の位置に置換基を有する9−カルバゾリル基等であるときは、R1とR2とR4とR5が特定の位置に置換基を有する9−カルバゾリル基等であることが好ましい。好ましい化合物は、一般式(1)のR3が特定の位置に置換基を有する9−カルバゾリル基等である化合物、一般式(1)のR2とR4が特定の位置に置換基を有する9−カルバゾリル基等である化合物である。一般式(1)中に特定の位置に置換基を有する9−カルバゾリル基等が複数存在するとき、それらは同一であっても異なっていてもよいが、同一であることが好ましい。また、一般式(1)で表される化合物は、R1とR5、R2とR4がそれぞれ同一であることも好ましい。
1位か8位の少なくとも一方に置換基を有する9−カルバゾリル基において、置換基を有する位置は1位のみであってもよいし、8位のみであってもよいし、1位と8位の両方であってもよいが、1位と8位の両方であることが好ましい。9−カルバゾリル基の1位と8位の両方が置換基であるとき、それらの置換基は同一であっても異なっていてもよいが、同一であることが好ましい。9−カルバゾリル基の1位および8位以外の位置は、置換基を有していても、無置換であってもよいが、置換基を有するときの置換位置は、3位および6位の少なくとも一方であることが好ましい。すなわち、3位のみであっても、6位のみであっても、3位と6位の両方であっても、いずれも好ましい。
1位か9位の少なくとも一方に置換基を有する10−フェノキサジル基において、置換基を有する位置は1位のみであってもよいし、9位のみであってもよいし、1位と9位の両方であってもよいが、1位と9位の両方であることが好ましい。10−フェノキサジル基の1位と9位の両方が置換基であるとき、それらの置換基は同一であっても異なっていてもよいが、同一であることが好ましい。10−フェノキサジル基の1位および9位以外の位置は、置換基を有していても、無置換であってもよいが、置換基を有するときの置換位置は、3位および7位の少なくとも一方であることが好ましい。すなわち、3位のみであっても、7位のみであっても、3位と7位の両方であっても、いずれも好ましい。
1位か9位の少なくとも一方に置換基を有する10−フェノチアジル基において、置換基を有する位置は1位のみであってもよいし、9位のみであってもよいし、1位と9位の両方であってもよいが、1位と9位の両方であることが好ましい。10−フェノチアジル基の1位と9位の両方が置換基であるとき、それらの置換基は同一であっても異なっていてもよいが、同一であることが好ましい。10−フェノチアジル基の1位および9位以外の位置は、置換基を有していても、無置換であってもよいが、置換基を有するときの置換位置は、3位および7位の少なくとも一方であることが好ましい。すなわち、3位のみであっても、7位のみであっても、3位と7位の両方であっても、いずれも好ましい。
これらの特定の位置に置換基を有する9−カルバゾリル基等の中で好ましいものは、1位か8位の少なくとも一方に置換基を有する9−カルバゾリル基であり、より好ましいものは1位および8位の両方に置換基を有する9−カルバゾリル基であり、さらに好ましいものは1位および8位の両方と、3位および6位の両方に置換基を有する9−カルバゾリル基である。
1位か8位の少なくとも一方に置換基を有する9−カルバゾリル基、1位か9位の少なくとも一方に置換基を有する10−フェノキサジル基、1位か9位の少なくとも一方に置換基を有する10−フェノチアジル基に置換しうる置換基として、例えばヒドロキシ基、ハロゲン原子、シアノ基、アルキル基、アルコキシ基、チオアルコキシ基、2級アミノ基、3級アミノ基、アシル基、アリール基、ヘテロアリール基、アリールオキシ基、ヘテロアリールオキシ基、チオアリールオキシ基、チオヘテロアリールオキシ基、アルケニル基、アルキニル基、アルコキシカルボニル基、アルキルスルホニル基、ハロアルキル基、アミド基、アルキルアミド基、シリル基、トリアルキルシリルアルキル基、トリアルキルシリルアルケニル基、トリアルキルシリルアルキニル基およびニトロ基等が挙げられる。これらの具体例のうち、さらに置換基により置換可能なものは置換されていてもよい。より好ましい置換基は、置換もしくは無置換のアルキル基、置換もしくは無置換のアルコキシ基、置換もしくは無置換のチオアルコキシ基、置換もしくは無置換のアリール基、置換もしくは無置換のヘテロアリール基、置換もしくは無置換のアリールオキシ基、置換もしくは無置換のヘテロアリールオキシ基、置換もしくは無置換のチオアリールオキシ基、置換もしくは無置換のチオヘテロアリールオキシ基、2級アミノ基、3級アミノ基、または置換もしくは無置換のシリル基である。さらに好ましい置換基は、置換もしくは無置換のアルキル基、置換もしくは無置換のアルコキシ基、置換もしくは無置換のアリール基、置換もしくは無置換のヘテロアリール基であり、特に好ましい置換基は、置換もしくは無置換のアルキル基である。これらの置換基の炭素数は、置換もしくは無置換のアルキル基で1〜20、より好ましくは1〜10、さらに好ましくは1〜5であり、置換もしくは無置換のアルコキシ基および置換もしくは無置換のチオアルコキシ基で1〜20、置換もしくは無置換のアリール基、置換もしくは無置換のアリールオキシ基および置換もしくは無置換のチオアリールオキシ基で6〜40、置換もしくは無置換のヘテロアリール基、置換もしくは無置換のヘテロアリールオキシ基および置換もしくは無置換のチオヘテロアリールオキシ基で3〜40、2級アミノ基および3級アミノ基で1〜20、アルキル基で置換されたシリル基で3〜20であることが好ましい。ここで、これらの炭素数は、各置換基がさらに置換基で置換されている場合(例えば、置換アルキル基等である場合)には、置換されている置換基の炭素数と、その置換基に置換している置換基の炭素数を含めた合計の炭素数のことを意味する。
一般式(1)において、R1、R2、R3、R4およびR5の1〜4つが、各々独立に、1位か8位の少なくとも一方に置換基を有する9−カルバゾリル基、1位か9位の少なくとも一方に置換基を有する10−フェノキサジル基、または1位か9位の少なくとも一方に置換基を有する10−フェノチアジル基であるとき、その残りは、水素原子または置換基を表すが、該置換基は、1位か8位の少なくとも一方に置換基を有する9−カルバゾリル基、1位か9位の少なくとも一方に置換基を有する10−フェノキサジル基、または1位か9位の少なくとも一方に置換基を有する10−フェノチアジル基ではない。該置換基の好ましい範囲については、上記の1位か8位の少なくとも一方に置換基を有する9−カルバゾリル基等に置換しうる置換基の好ましい範囲を参照することができる。ただし、「置換もしくは無置換のヘテロアリール基」は、1位か8位の少なくとも一方に置換基を有する9−カルバゾリル基、1位か9位の少なくとも一方に置換基を有する10−フェノキサジル基、または1位か9位の少なくとも一方に置換基を有する10−フェノチアジル基を含まない。
1、R2、R3、R4およびR5のうち1〜3つが、各々独立に、1位か8位の少なくとも一方に置換基を有する9−カルバゾリル基、1位か9位の少なくとも一方に置換基を有する10−フェノキサジル基、または1位か9位の少なくとも一方に置換基を有する10−フェノチアジル基(特定の位置に置換基を有する9−カルバゾリル基等)であるとき、その残りの少なくとも1つは、各々独立に、1位と8位が置換されていない9−カルバゾリル基、1位と9位が置換されていない10−フェノキサジル基、または1位と9位が置換されていない10−フェノチアジル基(以下、これらを総称して「特定の位置が置換されていない9−カルバゾリル基等」ということがある)であることが好ましい。また、シアノ基以外の置換基を選択することも好ましい。特に、R1、R2、R3、R4およびR5のうちの1つが特定の位置に置換基を有する9−カルバゾリル基等であるとき、その残りの4つのうちの少なくとも2つは、特定の位置が置換されていない9−カルバゾリル基等であることが好ましく、中でも、R3が特定の位置に置換基を有する9−カルバゾリル基等であって、R1とR5が特定の位置が置換されていない9−カルバゾリル基等であることがより好ましい。一方、R1、R2、R3、R4およびR5の2〜3つが特定の位置に置換基を有する9−カルバゾリル基等であるときの残りのものは、その少なくとも1つが特定の位置が置換されていない9−カルバゾリル基等を有することも好ましいが、全てが水素原子であることも好ましい。
1位と8位が置換されていない9−カルバゾリル基において、1位および8位以外の位置は、置換基を有していても、無置換であってもよいが、置換基を有するときの置換位置は、3位および6位の少なくとも一方であることが好ましい。1位と9位が置換されていない10−フェノキサジル基および1位と9位が置換されていない10−フェノチアジル基において、1位および9位以外の位置は、置換基を有していても、無置換であってもよいが、置換基を有するときの置換位置は、3位および7位の少なくとも一方であることが好ましい。特定の位置が置換されていない9−カルバゾリル基等に置換しうる置換基の好ましい範囲については、上記の1位か8位の少なくとも一方に置換基を有する9−カルバゾリル基等に置換しうる置換基の好ましい範囲を参照することができる。
これらの特定の位置が置換されていない9−カルバゾリル基等の中で好ましいものは、1位と8位が置換されていない9−カルバゾリル基であり、より好ましいものは、1〜8位が全て無置換である9−カルバゾリル基である。
本発明の一般式(1)で表される化合物は、R1、R2、R3、R4およびR5のうちの2〜4つが、各々独立に、置換もしくは無置換の9−カルバゾリル基、置換もしくは無置換の10−フェノキサジル基、または置換もしくは無置換の10−フェノチアジル基であることが好ましく、R1、R3およびR5が、各々独立に、置換もしくは無置換の9−カルバゾリル基、置換もしくは無置換の10−フェノキサジル基、または置換もしくは無置換の10−フェノチアジル基であることがより好ましく、R2およびR4が、各々独立に、置換もしくは無置換の9−カルバゾリル基、置換もしくは無置換の10−フェノキサジル基、または置換もしくは無置換の10−フェノチアジル基であることもより好ましい。9−カルバゾリル基、10−フェノキサジル基、または10−フェノチアジル基が、それぞれ複数の置換基を有するとき、それらは同一であっても異なっていてもよい。
また、R1、R2、R3、R4およびR5における9−カルバゾリル基、10−フェノキサジル基、または10−フェノチアジル基は、その各環骨格を構成する1以上の炭素原子が窒素原子で置換されていてもよい。窒素原子で置換される炭素原子の数は、特に制限されないが、1〜4であることが好ましく、1または2であることがより好ましい。
以下において、一般式(1)のR1、R2、R3、R4およびR5のうちの1つ以上が表す「1位か8位の少なくとも一方に置換基を有する9−カルバゾリル基」の具体例、そのR1、R2、R3、R4およびR5のうちの1つ以上を除いた残りが表す「置換基」の具体例、および一般式(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、一般式(1)のR1、R2、R3、R4およびR5のうちの1つ以上が表す「1位か8位の少なくとも一方に置換基を有する9−カルバゾリル基」、その1つ以上を除いた残りが表す「置換基」、および一般式(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。
まず、一般式(1)のR1、R2、R3、R4およびR5のうちの1つ以上が表す「1位か8位の少なくとも一方に置換基を有する9−カルバゾリル基」の具体例(m−D1〜m−D9)を挙げる。
Figure 0006668152
次に、一般式(1)のR1、R2、R3、R4およびR5のうちの上記の「1つ以上」を除いた残りが表す「置換基」の具体例(Cz、Cz1〜Cz11)を挙げる。
Figure 0006668152
次に、一般式(1)で表される化合物の具体例を挙げる。
Figure 0006668152
上記3つの化合物例を含む具体例を表形式にして以下に掲載する。
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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〜R5のいずれかに重合性官能基を含むモノマーを用意して、これを単独で重合させるか、他のモノマーとともに共重合させることにより、繰り返し単位を有する重合体を得て、その重合体を発光材料として用いることが考えられる。あるいは、一般式(1)で表される構造を有する化合物どうしをカップリングさせることにより、二量体や三量体を得て、それらを発光材料として用いることも考えられる。
一般式(1)で表される構造を含む繰り返し単位を有する重合体の例として、下記一般式(11)または(12)で表される構造を含む重合体を挙げることができる。
Figure 0006668152
一般式(11)または(12)において、Qは一般式(1)で表される構造を含む基を表し、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(11)または(12)において、R101、R102、R103およびR104は、各々独立に置換基を表す。好ましくは、炭素数1〜6の置換もしくは無置換のアルキル基、炭素数1〜6の置換もしくは無置換のアルコキシ基、ハロゲン原子であり、より好ましくは炭素数1〜3の無置換のアルキル基、炭素数1〜3の無置換のアルコキシ基、フッ素原子、塩素原子であり、さらに好ましくは炭素数1〜3の無置換のアルキル基、炭素数1〜3の無置換のアルコキシ基である。
1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R1〜R5のいずれかに結合することができる。1つのQに対して連結基が2つ以上連結して架橋構造や網目構造を形成していてもよい。
繰り返し単位の具体的な構造例として、下記式(13)〜(16)で表される構造を挙げることができる。
Figure 0006668152
これらの式(13)〜(16)を含む繰り返し単位を有する重合体は、一般式(1)の構造のR1〜R5のいずれかにヒドロキシ基を導入しておき、それをリンカーとして下記化合物を反応させて重合性基を導入し、その重合性基を重合させることにより合成することができる。
Figure 0006668152
分子内に一般式(1)で表される構造を含む重合体は、一般式(1)で表される構造を有する繰り返し単位のみからなる重合体であってもよいし、それ以外の構造を有する繰り返し単位を含む重合体であってもよい。また、重合体の中に含まれる一般式(1)で表される構造を有する繰り返し単位は、単一種であってもよいし、2種以上であってもよい。一般式(1)で表される構造を有さない繰り返し単位としては、通常の共重合に用いられるモノマーから誘導されるものを挙げることができる。例えば、エチレン、スチレンなどのエチレン性不飽和結合を有するモノマーから誘導される繰り返し単位を挙げることができる。
[一般式(1)で表される化合物の合成方法]
一般式(1)で表される化合物は、新規化合物である。
一般式(1)で表される化合物は、既知の反応を組み合わせることによって合成することができる。例えば、一般式(1)のR1とR5が無置換の9−カルバゾリル基、無置換の10−フェノキサジル基、または無置換の10−フェノチアジル基であり、R3が1位、3位、6位、8位に置換基を有する9−カルバゾリル基、1位、3位、7位、9位に置換基を有する10−フェノキサジル基、または1位、3位、7位、9位に置換基を有する10−フェノチアジル基である化合物は、以下の反応(I)、(II)により合成することが可能である。
Figure 0006668152
上記の反応式におけるR2、R4の説明については、一般式(1)における対応する説明を参照することができる。R11〜R14は各々独立に置換基を表す。La、Lbは単結合、酸素原子または硫黄原子を表す。X1、X2は各々独立にハロゲン原子を表し、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子を挙げることができ、X1は臭素原子が好ましく、X2はフッ素原子が好ましい。
上記の反応は、公知のカップリング反応を応用したものであり、公知の反応条件を適宜選択して用いることができる。上記の反応の詳細については、後述の合成例を参考にすることができる。また、一般式(1)で表される化合物は、その他の公知の合成反応を組み合わせることによっても合成することができる。
[有機発光素子]
本発明の一般式(1)で表される化合物は、有機発光素子の発光材料として有用である。このため、本発明の一般式(1)で表される化合物は、有機発光素子の発光層に発光材料として効果的に用いることができる。また、本発明の一般式(1)で表される化合物は、ホストまたはアシストドーパントとして用いてもよい。
一般式(1)で表される化合物の中には、遅延蛍光を放射する遅延蛍光材料(遅延蛍光体)が含まれている。すなわち本発明は、一般式(1)で表される構造を有する遅延蛍光体の発明と、一般式(1)で表される化合物を遅延蛍光体として使用する発明と、一般式(1)で表される化合物を用いて遅延蛍光を発光させる方法の発明も提供する。そのような化合物を発光材料として用いた有機発光素子は、遅延蛍光を放射し、発光効率が高いという特徴を有する。その原理を、有機エレクトロルミネッセンス素子を例にとって説明すると以下のようになる。
有機エレクトロルミネッセンス素子においては、正負の両電極より発光材料にキャリアを注入し、励起状態の発光材料を生成し、発光させる。通常、キャリア注入型の有機エレクトロルミネッセンス素子の場合、生成した励起子のうち、励起一重項状態に励起されるのは25%であり、残り75%は励起三重項状態に励起される。従って、励起三重項状態からの発光であるリン光を利用するほうが、エネルギーの利用効率が高い。しかしながら、励起三重項状態は寿命が長いため、励起状態の飽和や励起三重項状態の励起子との相互作用によるエネルギーの失活が起こり、一般にリン光の量子収率が高くないことが多い。一方、遅延蛍光材料は、項間交差等により励起三重項状態へとエネルギーが遷移した後、三重項−三重項消滅あるいは熱エネルギーの吸収により、励起一重項状態に逆項間交差され蛍光を放射する。有機エレクトロルミネッセンス素子においては、なかでも熱エネルギーの吸収による熱活性化型の遅延蛍光材料が特に有用であると考えられる。有機エレクトロルミネッセンス素子に遅延蛍光材料を利用した場合、励起一重項状態の励起子は通常通り蛍光を放射する。一方、励起三重項状態の励起子は、デバイスが発する熱を吸収して励起一重項へ項間交差され蛍光を放射する。このとき、励起一重項からの発光であるため蛍光と同波長での発光でありながら、励起三重項状態から励起一重項状態への逆項間交差により、生じる光の寿命(発光寿命)は通常の蛍光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(In23−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(Al23)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(Al23)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1層の有機層(例えば、電子輸送層)に用いるだけでなく、複数の有機層にも用いてもよい。その際、各有機層に用いる一般式(1)で表される化合物は、互いに同一であっても異なっていてもよい。例えば、電子輸送層や発光層の他に、上記の注入層、阻止層、正孔阻止層、電子阻止層、励起子阻止層、正孔輸送層などにも一般式(1)で表される化合物を用いてもよい。これらの層の製膜方法は特に限定されず、ドライプロセス、ウェットプロセスのどちらで作製してもよい。
以下に、有機エレクトロルミネッセンス素子に用いることができる好ましい材料を具体的に例示する。ただし、本発明において用いることができる材料は、以下の例示化合物によって限定的に解釈されることはない。また、特定の機能を有する材料として例示した化合物であっても、その他の機能を有する材料として転用することも可能である。なお、以下の例示化合物の構造式におけるR、R’、R1〜R10は、各々独立に水素原子または置換基を表す。Xは環骨格を形成する炭素原子または複素原子を表し、nは3〜5の整数を表し、Yは置換基を表し、mは0以上の整数を表す。
まず、発光層のホスト材料としても用いることができる好ましい化合物を挙げる。
Figure 0006668152
Figure 0006668152
Figure 0006668152
Figure 0006668152
Figure 0006668152
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 0006668152
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 0006668152
Figure 0006668152
Figure 0006668152
Figure 0006668152
Figure 0006668152
Figure 0006668152
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 0006668152
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 0006668152
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 0006668152
Figure 0006668152
Figure 0006668152
Figure 0006668152
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 0006668152
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 0006668152
上述の方法により作製された有機エレクトロルミネッセンス素子は、得られた素子の陽極と陰極の間に電界を印加することにより発光する。このとき、励起一重項エネルギーによる発光であれば、そのエネルギーレベルに応じた波長の光が、蛍光発光および遅延蛍光発光として確認される。また、励起三重項エネルギーによる発光であれば、そのエネルギーレベルに応じた波長が、りん光として確認される。通常の蛍光は、遅延蛍光発光よりも蛍光寿命が短いため、発光寿命は蛍光と遅延蛍光で区別できる。
一方、りん光については、本発明の化合物のような通常の有機化合物では、励起三重項エネルギーは不安定であり、熱失活の速度定数が大きく、発光の速度定数が小さいことから直ちに失活するため、室温では殆ど観測できない。通常の有機化合物の励起三重項エネルギーを測定するためには、極低温の条件での発光を観測することにより測定可能である。
本発明の有機エレクトロルミネッセンス素子は、単一の素子、アレイ状に配置された構造からなる素子、陽極と陰極がX−Yマトリックス状に配置された構造のいずれにおいても適用することができる。本発明によれば、発光層に一般式(1)で表される化合物を含有させることにより、発光効率が大きく改善された有機発光素子が得られる。本発明の有機エレクトロルミネッセンス素子などの有機発光素子は、さらに様々な用途へ応用することが可能である。例えば、本発明の有機エレクトロルミネッセンス素子を用いて、有機エレクトロルミネッセンス表示装置を製造することが可能であり、詳細については、時任静士、安達千波矢、村田英幸共著「有機ELディスプレイ」(オーム社)を参照することができる。また、特に本発明の有機エレクトロルミネッセンス素子は、需要が大きい有機エレクトロルミネッセンス照明やバックライトに応用することもできる。
以下に合成例および実施例を挙げて本発明の特徴をさらに具体的に説明する。以下に示す材料、処理内容、処理手順等は、本発明の趣旨を逸脱しない限り適宜変更することができる。したがって、本発明の範囲は以下に示す具体例により限定的に解釈されるべきものではない。なお、紫外線吸収スペクトルの測定はLAMBDA950−PKA(パーキンエルマー社製)を用いて行い、発光スペクトルの測定はFluoromax−4(ホリバ・ジョバンイボン社製)を用いて行い、過渡減衰曲線の測定はQuantaurus−tau(浜松ホトニクス社製)を用いて行った。また、本実施例では、発光寿命が0.05μs以上の蛍光を遅延蛍光として判定した。
(合成例1) 化合物291の合成
Figure 0006668152
1,3,6,8−テトラメチル−9H−カルバゾール(1.07g,4.80mmol)、3,5−ジブロモベンゾニトリル(0.522g,2.00mmol)、ナトリウムtert−ブトキシド(0.768g,8.00mmol)、トリス(ジベンジリデンアセトン)ジパラジウム(0)(92.8mg,0.101mmol)、テトラフルオロほう酸トリ−tert−ブチルホスフィン(0.220g,0.758mmol)を、窒素置換した100mLの三口フラスコに入れた。この混合物へ脱水トルエン35mLを加え、95℃で12時間加熱撹拌した。室温に戻した後、この混合物にクロロホルムを加えて撹拌し、この溶液を飽和食塩水で洗浄した。洗浄後、この溶液に無水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濃縮し、ろ液を得た。得られたろ液を、ヘキサン:クロロホルム =2:1を展開溶媒としたシリカゲルカラムクロマトグラフィーにて精製した。得られたフラクションを濃縮して得た白色固体を、ヘキサンにて加熱撹拌し、ろ過した。ろ過により回収した固体をトルエンで再結晶したところ、目的物の白色結晶を収量470 mg、収率45.0%で得た。
1H−NMR(500MHz,CDCl3,δ):8.07(d,J=2.0Hz,2H),7.63(s,4H),7.07(t,J=2.0Hz,1H),6.88(s,4H),2.42(s,12H,),1.98(s,12H)
ASAPマススペクトル分析:理論値545.7、観測値545.7
(合成例2) 化合物241の合成
まず、中間体である2,6−ジフルオロ−4−(1,3,6,8−テトラメチル−9H−カルバゾール−9−イル)ベンゾニトリルを下記反応により合成した。
Figure 0006668152
1,3,6,8−テトラメチル−9H−カルバゾール(1.20g,5.40mmol)、4−ブロモ−2,6−ジフロオロベンゾニトリル(1.00g,4.59mmol)、ナトリウムtert−ブトキシド(0.882g,9.18mmol)、トリス(ジベンジリデンアセトン)ジパラジウム(0)(0.210g,0.230mmol)、テトラフルオロほう酸トリ−tert−ブチルホスフィン(0.267g,0.920mmol)を、窒素置換した100mLの三口フラスコに入れた。この混合物に脱水トルエン50mLを加え、90℃で12時間加熱撹拌した。撹拌後、この混合物を室温に戻した後、クロロホルムを加えて撹拌した。撹拌後、この混合物を飽和食塩水で洗浄した。洗浄後、この混合物に無水硫酸マグネシウムを加えて乾燥し、吸引ろ過して濃縮し、ろ液を得た。得られたろ液をヘキサン:クロロホルム =7:3を展開溶媒としたシリカゲルカラムクロマトグラフィーにて精製した。得られたフラクションを濃縮したところ、2,6−ジフルオロ−4−(1,3,6,8−テトラメチル−9H−カルバゾール−9−イル)ベンゾニトリルである白色固体を収量940mg、収率56.8%で得た。
1H−NMR(500MHz,CDCl3,δ):7.71(s,2H),7.18(d,J=8.0Hz,2H),6.94(s,2H),2.47(s,6H),1.96(s,6H)
ASAPマススペクトル分析:理論値360.4、観測値360.4
次に、化合物241を下記反応により合成した。
Figure 0006668152
水素化ナトリウム(0.42g,10.4mmol)、9H−カルバゾール(1.30g,7.81mmol)、脱水テトラヒドロフラン50mLを、窒素置換した100mL三口フラスコに入れ、1時間室温で撹拌した。撹拌後、この混合物へ2,6−ジフルオロ−4−(1,3,6,8−テトラメチル−9H−カルバゾール−9−イル)ベンゾニトリル(0.930g,2.60mmol)を窒素気流下で加えた後、室温で12時間撹拌した。撹拌後、この混合物にクロロホルムを加えて撹拌し、この溶液を飽和食塩水で洗浄した。洗浄後、この溶液に無水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。得られたろ液を濃縮して得た固体を、メタノールに加えて加熱撹拌した後、吸引ろ過して固体を回収した。回収した固体を酢酸エチルで再結晶したところ、目的物の白色の固体を収量1.20g、収率70.5%で得た。
1H−NMR(500MHz,CDCl3,δ):8.15(d,J=7.5Hz,4H),7.87(s,2H),7.69(s,2H),7.51(t,J=8.0Hz,4H),7.37(t,J=7.0Hz,4H),7.31(d,J=8.0Hz,4H),6.99(s,2H),2.46(s,6H),2.29(s,6H)
ASAPマススペクトル分析:理論値654.8、観測値654.8
(合成例3)
まず、中間体である4−ブロモ−2,6−ジ(9H−カルバゾール−9−イル)ベンゾニトリルを下記反応により合成した。
Figure 0006668152
60%水素化ナトリウム(0.275g,6.88mmol)、脱水テトラヒドロフラン40mL、9H−カルバゾール(0.960g,5.73mmol)を、窒素置換した100mLの三口フラスコに入れ、室温で1時間撹拌した。この混合物を氷浴で冷やしながら、窒素気流下で、4−ブロモ−2,6−ジフロオロベンゾニトリル(0.500g,2.29mmol)を加え、一晩撹拌した。撹拌後、この混合物にクロロホルムと水を加えて撹拌し、飽和食塩水で洗浄した。洗浄後、この混合物に無水硫酸マグネシウムを加えて乾燥し、吸引ろ過して濃縮し、固体を得た。得られた固体をヘキサン:クロロホルム =1:1を展開溶媒としたシリカゲルカラムクロマトグラフィーにて精製した。得られたフラクションを濃縮したところ、4−ブロモ−2,6−ジ(9H−カルバゾール−9−イル)ベンゾニトリルである淡黄色の固体を収量310mg、収率26.5%で得た。
1H−NMR(500MHz,CDCl3,δ):8.16(d,J=7.5Hz,4H),7.94(s,2H),7.52(td,J=9.4Hz,J=1.2Hz,4H),7.38(td,J=8.0Hz,J=1.0Hz,8H)
ASAPマススペクトル分析:理論値512.4、観測値512.4
次に、化合物135を下記反応により合成した。
Figure 0006668152
4−ブロモ−2,6−ジ(9H―カルバゾール−9−イル)ベンゾニトリル(0.300g,0.585mmol)、1,8−ジメチル−9H−カルバゾール(0.125g,0.643mmol)、ナトリウムtert−ブトキシド(0.170g,1.76mmol)、トリス(ジベンジリデンアセトン)ジパラジウム(0)(54.0mg,0.0585mmol)、テトラフルオロほう酸トリ−tert−ブチルホスフィン(17.0g,0.0585mmol)を、窒素置換した100mLの三口フラスコに入れた。この混合物に脱水トルエン50mLを加え、120℃で12時間加熱撹拌した。撹拌後、この混合物を室温に戻した後、クロロホルムと水を加えて撹拌した。撹拌後、この混合物を飽和食塩水で洗浄した。洗浄後、この混合物に無水硫酸マグネシウムを加えて乾燥し、吸引ろ過して濃縮し、ろ液を得た。得られたろ液をヘキサン:クロロホルム =6:4を展開溶媒としたシリカゲルカラムクロマトグラフィーにて精製した。得られたフラクションを濃縮したところ、目的物の白色固体を収量0.170g、収率46.3%で得た。
1H−NMR(500MHz,CDCl3,δ):8.15(d,J=7.6Hz,4H),7.95(dd,2.0Hz,2H),7.93(s,2H),7.52(td,J=7.7Hz,J=1.2Hz,4H),7.39−7.33(m,8H),7.22−7.17(m,4H),2.35(s,6H)
ASAPマススペクトル分析:理論値626.8、観測値626.8
(実施例1) 化合物291を用いた有機フォトルミネッセンス素子の調製と評価
Ar雰囲気のグローブボックス中で化合物291のトルエン溶液(濃度1×10-5mol/L)を調製した。
化合物291のトルエン溶液について、337nm励起光を用いて測定した発光スペクトルと吸収スペクトルを図2に示し、アルゴンでバブリングした後に280nm励起光を用いて測定した過渡減衰曲線を図3に示す。図2において、実線は発光スペクトルを表し、点線は吸収スペクトルを表す。フォトルミネッセンス量子効率は、バブリング前のトルエン溶液で4.60%、アルゴンでバブリングした後のトルエン溶液で10.4%であった。また、図3から、減衰が速い蛍光成分と減衰が遅い遅延蛍光成分が確認され、減衰が速い蛍光成分の発光寿命は12.0ns(ナノ秒)であり、遅延蛍光成分の発光寿命は8.72μsであった。
これらの結果から、化合物291が遅延蛍光を放射しうる化合物であり、高い発光効率を有することを確認することができた。
(比較例1) 比較化合物1を用いた有機フォトルミネッセンス素子の調製と評価
化合物291の代わりに下記式で表される比較化合物1を用い、実施例1と同様の条件でトルエン溶液(濃度1×10-5mol/L)を調製した。
Figure 0006668152
比較化合物1のトルエン溶液について、アルゴンでバブリングした後に280nm励起光を用いて測定した過渡減衰曲線を図4に示す。フォトルミネッセンス量子効率は、バブリング前のトルエン溶液で8.60%、アルゴンでバブリングした後のトルエン溶液で10.7%であった。図4から遅延蛍光成分は確認されず、観測されたのは減衰が速い蛍光成分(発光寿命:4.10ns)のみであった。
(実施例2) 化合物241を用いた有機フォトルミネッセンス素子の調製と評価
化合物291の代わりに化合物241を用い、実施例1と同様の条件でトルエン溶液(濃度1×10-5mol/L)を調製した。
化合物241のトルエン溶液について、337nm励起光を用いて測定した発光スペクトルと吸収スペクトルを図5に示し、アルゴンでバブリングした後に280nm励起光を用いて測定した過渡減衰曲線を図6に示す。図5において、実線は発光スペクトルを表し、点線は吸収スペクトルを表す。フォトルミネッセンス量子効率は、バブリング前のトルエン溶液で10.3%、アルゴンでバブリングした後のトルエン溶液で100%であった。また、図6から、減衰が速い蛍光成分と減衰が遅い遅延蛍光成分が確認され、減衰が速い蛍光成分の発光寿命は15.4nsであり、遅延蛍光成分の発光寿命は3.54μsであった。
これらの結果から、化合物241が遅延蛍光を放射しうる化合物であり、極めて高い発光効率を有することを確認することができた。
(実施例3) 化合物135を用いた有機フォトルミネッセンス素子の調製と評価
化合物291の代わりに化合物135を用い、実施例1と同様の条件でトルエン溶液(濃度1×10-5mol/L)を調製した。
化合物135のトルエン溶液について、337nm励起光を用いて測定した発光スペクトルと吸収スペクトルを図7に示し、アルゴンでバブリングした後に340nm励起光を用いて測定した過渡減衰曲線を図8に示す。図7において、実線は発光スペクトルを表し、点線は吸収スペクトルを表す。フォトルミネッセンス量子効率は、バブリング前のトルエン溶液で7.6%、アルゴンでバブリングした後のトルエン溶液で100%であった。また、図8から、減衰が速い蛍光成分と減衰が遅い遅延蛍光成分が確認され、減衰が速い蛍光成分の発光寿命は6.5nsであり、遅延蛍光成分の発光寿命は37μsであった。
これらの結果から、化合物135が遅延蛍光を放射しうる化合物であり、極めて高い発光効率を有することを確認することができた。
(比較例2) 比較化合物2を用いた有機フォトルミネッセンス素子の調製と評価
化合物291の代わりに下記式で表される比較化合物2を用い、実施例1と同様の条件でトルエン溶液(濃度1×10-5mol/L)を調製した。
Figure 0006668152
比較化合物2のトルエン溶液について、アルゴンでバブリングした後に280nm励起光を用いて測定した過渡減衰曲線を図9に示す。フォトルミネッセンス量子効率は、バブリング前のトルエン溶液で14.4%、アルゴンでバブリングした後のトルエン溶液で18.9%であった。図9から遅延蛍光成分は確認されず、観測されたのは減衰が速い蛍光成分(発光寿命:3.75ns)のみであった。
本発明の化合物は発光材料として有用である。このため本発明の化合物は、有機エレクトロルミネッセンス素子などの有機発光素子用の発光材料として効果的に用いられる。本発明の化合物の中には、遅延蛍光が放射するものも含まれているため、発光効率が高い有機発光素子を提供することも可能である。このため、本発明は産業上の利用可能性が高い。
1 基板
2 陽極
3 正孔注入層
4 正孔輸送層
5 発光層
6 電子輸送層
7 陰極

Claims (15)

  1. 下記一般式(1)で表される構造を有する化合物。
    Figure 0006668152
    [一般式(1)において、R1、R2、R3、R4およびR5のうちの1つ以上は、各々独立に、1位か8位の少なくとも一方に置換基を有する9−カルバゾリル基、1位か9位の少なくとも一方に置換基を有する10−フェノキサジル基、または1位か9位の少なくとも一方に置換基を有する10−フェノチアジル基を表す。残りは水素原子または置換基を表すが、該置換基は、1位か8位の少なくとも一方に置換基を有する9−カルバゾリル基、1位か9位の少なくとも一方に置換基を有する10−フェノキサジル基、1位か9位の少なくとも一方に置換基を有する10−フェノチアジル基、またはシアノ基ではない。 2 およびR 4 は、各々独立に、置換もしくは無置換の9−カルバゾリル基、置換もしくは無置換の10−フェノキサジル基、または置換もしくは無置換の10−フェノチアジル基を表す。1、R2、R3、R4およびR5のいずれかが置換もしくは無置換の9−カルバゾリル基であるとき、R1、R2、R3、R4およびR5のうちの2〜4つが、各々独立に置換もしくは無置換の9−カルバゾリル基であるか、または、R1、R2、R3、R4およびR5のうちの2つ以上が、各々独立に1位か8位の少なくとも一方に置換基を有する9−カルバゾリル基である。前記9−カルバゾリル基、前記10−フェノキサジル基および前記10−フェノチアジル基の各環骨格を構成する1以上の炭素原子は窒素原子で置換されていてもよい。]
  2. 下記一般式(1)で表される構造を有する化合物。
    Figure 0006668152
    [一般式(1)において、R1、R2、R3、R4およびR5のうちの1つ以上は、各々独立に、1位か8位の少なくとも一方に置換基を有する9−カルバゾリル基、1位か9位の少なくとも一方に置換基を有する10−フェノキサジル基、または1位か9位の少なくとも一方に置換基を有する10−フェノチアジル基を表す。残りは水素原子または置換基を表すが、該置換基は、1位か8位の少なくとも一方に置換基を有する9−カルバゾリル基、1位か9位の少なくとも一方に置換基を有する10−フェノキサジル基、1位か9位の少なくとも一方に置換基を有する10−フェノチアジル基、またはシアノ基ではない。 2 は、1位か8位の少なくとも一方に置換基を有する9−カルバゾリル基、1位か9位の少なくとも一方に置換基を有する10−フェノキサジル基、または1位か9位の少なくとも一方に置換基を有する10−フェノチアジル基を表す。1、R2、R3、R4およびR5のいずれかが置換もしくは無置換の9−カルバゾリル基であるとき、R1、R2、R3、R4およびR5のうちの2〜4つが、各々独立に置換もしくは無置換の9−カルバゾリル基であるか、または、R1、R2、R3、R4およびR5のうちの2つ以上が、各々独立に1位か8位の少なくとも一方に置換基を有する9−カルバゾリル基である。前記9−カルバゾリル基、前記10−フェノキサジル基および前記10−フェノチアジル基の各環骨格を構成する1以上の炭素原子は窒素原子で置換されていてもよい。]
  3. 前記置換基が、置換もしくは無置換のアルキル基、置換もしくは無置換のアルコキシ基、置換もしくは無置換のチオアルコキシ基、置換もしくは無置換のアリール基、置換もしくは無置換のヘテロアリール基、置換もしくは無置換のアリールオキシ基、置換もしくは無置換のヘテロアリールオキシ基、置換もしくは無置換のチオアリールオキシ基、置換もしくは無置換のチオヘテロアリールオキシ基、2級アミノ基、3級アミノ基、または置換もしくは無置換のシリル基であることを特徴とする請求項1または2に記載の化合物。
  4. 1、R2、R3、R4およびR5のうちの1〜3つが、各々独立に、1位か8位の少なくとも一方に置換基を有する9−カルバゾリル基、1位か9位の少なくとも一方に置換基を有する10−フェノキサジル基、または1位か9位の少なくとも一方に置換基を有する10−フェノチアジル基であり、
    残りの少なくとも1つが、各々独立に、1位と8位が置換されていない9−カルバゾリル基、1位と9位が置換されていない10−フェノキサジル基、または1位と9位が置換されていない10−フェノチアジル基であり、
    前記9−カルバゾリル基、前記10−フェノキサジル基および前記10−フェノチアジル基の各環骨格を構成する1以上の炭素原子は窒素原子で置換されていてもよいことを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の化合物。
  5. 1、R2、R3、R4およびR5のうちの2〜4つが、各々独立に、置換もしくは無置換の9−カルバゾリル基、置換もしくは無置換の10−フェノキサジル基、または置換もしくは無置換の10−フェノチアジル基であることを特徴とする請求項1〜のいずれか1項に記載の化合物。
  6. 1、R3およびR5が、各々独立に、置換もしくは無置換の9−カルバゾリル基、置換もしくは無置換の10−フェノキサジル基、または置換もしくは無置換の10−フェノチアジル基であることを特徴とする請求項1〜のいずれか1項に記載の化合物。
  7. 3が、1位か8位の少なくとも一方に置換基を有する9−カルバゾリル基、1位か9位の少なくとも一方に置換基を有する10−フェノキサジル基、または1位か9位の少なくとも一方に置換基を有する10−フェノチアジル基であることを特徴とする請求項に記載の化合物。
  8. 1およびR5が、各々独立に、1位と8位が置換されていない9−カルバゾリル基、1位と9位が置換されていない10−フェノキサジル基、または1位と9位が置換されていない10−フェノチアジル基であることを特徴とする請求項に記載の化合物。
  9. 2およびR4が、各々独立に、1位か8位の少なくとも一方に置換基を有する9−カルバゾリル基、1位か9位の少なくとも一方に置換基を有する10−フェノキサジル基、または1位か9位の少なくとも一方に置換基を有する10−フェノチアジル基であることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の化合物。
  10. 請求項1〜9のいずれか1項に記載の化合物を含む発光材料。
  11. 遅延蛍光を放射することを特徴とする請求項10に記載の発光材料。
  12. 請求項10または11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。
  13. 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12に記載の有機発光素子。
  14. 下記一般式(1)で表される構造を有する遅延蛍光体。
    Figure 0006668152
    [一般式(1)において、R1、R2、R3、R4およびR5のうちの1つ以上は、各々独立に、1位か8位の少なくとも一方に置換基を有する9−カルバゾリル基、1位か9位の少なくとも一方に置換基を有する10−フェノキサジル基、または1位か9位の少なくとも一方に置換基を有する10−フェノチアジル基を表す。残りは水素原子または置換基を表すが、該置換基は、1位か8位の少なくとも一方に置換基を有する9−カルバゾリル基、1位か9位の少なくとも一方に置換基を有する10−フェノキサジル基、または1位か9位の少なくとも一方に置換基を有する10−フェノチアジル基、またはシアノ基ではない。 2 およびR 4 は、各々独立に、置換もしくは無置換の9−カルバゾリル基、置換もしくは無置換の10−フェノキサジル基、または置換もしくは無置換の10−フェノチアジル基を表す。R 1 、R 2 、R 3 、R 4 およびR 5 のいずれかが置換もしくは無置換の9−カルバゾリル基であるとき、R 1 、R 2 、R 3 、R 4 およびR 5 のうちの2〜4つが、各々独立に置換もしくは無置換の9−カルバゾリル基であるか、または、R 1 、R 2 、R 3 、R 4 およびR 5 のうちの2つ以上が、各々独立に1位か8位の少なくとも一方に置換基を有する9−カルバゾリル基である。前記9−カルバゾリル基、前記10−フェノキサジル基および前記10−フェノチアジル基の各環骨格を構成する1以上の炭素原子は窒素原子で置換されていてもよい。]
  15. 下記一般式(1)で表される構造を有する遅延蛍光体。
    Figure 0006668152
    [一般式(1)において、R1、R2、R3、R4およびR5のうちの1つ以上は、各々独立に、1位か8位の少なくとも一方に置換基を有する9−カルバゾリル基、1位か9位の少なくとも一方に置換基を有する10−フェノキサジル基、または1位か9位の少なくとも一方に置換基を有する10−フェノチアジル基を表す。残りは水素原子または置換基を表すが、該置換基は、1位か8位の少なくとも一方に置換基を有する9−カルバゾリル基、1位か9位の少なくとも一方に置換基を有する10−フェノキサジル基、または1位か9位の少なくとも一方に置換基を有する10−フェノチアジル基、またはシアノ基ではない。 2 は、1位か8位の少なくとも一方に置換基を有する9−カルバゾリル基、1位か9位の少なくとも一方に置換基を有する10−フェノキサジル基、または1位か9位の少なくとも一方に置換基を有する10−フェノチアジル基を表す。R 1 、R 2 、R 3 、R 4 およびR 5 のいずれかが置換もしくは無置換の9−カルバゾリル基であるとき、R 1 、R 2 、R 3 、R 4 およびR 5 のうちの2〜4つが、各々独立に置換もしくは無置換の9−カルバゾリル基であるか、または、R 1 、R 2 、R 3 、R 4 およびR 5 のうちの2つ以上が、各々独立に1位か8位の少なくとも一方に置換基を有する9−カルバゾリル基である。前記9−カルバゾリル基、前記10−フェノキサジル基および前記10−フェノチアジル基の各環骨格を構成する1以上の炭素原子は窒素原子で置換されていてもよい。]
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