WO2017155102A1 - 発光材料、有機発光素子および化合物 - Google Patents
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- H10K50/11—OLEDs or polymer light-emitting diodes [PLED] characterised by the electroluminescent [EL] layers
Definitions
- the present invention relates to a compound useful as a light emitting material and an organic light emitting device using the compound.
- organic light emitting devices such as organic electroluminescence devices (organic EL devices)
- organic compounds that serve as light-emitting materials
- molecular structures focused on charge transfer and energy states within the molecule have been energetically studied, and as a result, several compound groups that can achieve high luminous efficiency have been found.
- a compound group having a structure in which a donor group and an acceptor group are linked has been proposed. When the compound having such a structure is excited by the recombination energy of carriers supplied from each electrode of the organic electroluminescence element, electrons move from the donor group to the acceptor group.
- Non-Patent Document 1 Non-Patent Document 1
- organic compounds capable of realizing efficient light emission were considered to be compounds having a donor group and an acceptor group.
- search for useful compounds has been made on the premise that they have a donor group and an acceptor group.
- the present inventors have studied the usefulness of a compound group having a donor group but not an acceptor group as a luminescent material, and aiming to find a compound having excellent luminescent properties. Repeated research. In addition, studies have been conducted with the aim of generalizing the structure of an organic light-emitting device having high light-emitting efficiency by deriving that there is a common feature in the structure of a compound useful as a light-emitting material.
- the present inventors have obtained a compound having a structure in which two or more donor groups having different structures are linked via a linking group, and having no acceptor group. It has been found that it has excellent properties as a light emitting material. In addition, it has been clarified that an organic light-emitting element with high luminous efficiency can be provided by using such a compound as a light-emitting material. Based on these findings, the present inventors have provided the following present invention as means for solving the above problems.
- a luminescent material composed of a compound comprising two or more donor groups and one or more linking groups, The compound has a donor group having a structure different from each other, The light emitting material, wherein the linking group is an aromatic group composed of one or more benzene rings optionally substituted with an alkyl group or a halogeno group.
- L 1 [ ⁇ D 1 ⁇ L 2 ⁇ (D 2 ′ ⁇ L 2 ′ ) n1 ⁇ D 2 ⁇ n2 ] m
- L 1 , L 2 and L 2 ′ each independently represents an aromatic group composed of one or more benzene rings which may be substituted with an alkyl group or a halogeno group.
- D 1 , D 2 and D 2 ′ each independently represent a donor group. However, at least two of the donor groups present in the molecule of the compound having the structure represented by the general formula (1) have different structures.
- m represents an integer of 2 or more.
- n1 represents an integer of 0 or more
- n2 represents an integer of 0 or more.
- the plurality of D 1 , L 2 , D 2 ′ , L 2 ′ , D 2 , n1, and n2 may be the same as or different from each other.
- the plurality of D 2 ′ and L 2 ′ may be the same as or different from each other.
- the plurality of L 2 , D 2 ′ , L 2 ′ , D 2 and n 1 may be the same as or different from each other.
- D 1 ′ , D 1 and D 2 each independently represents a donor group other than a substituted or unsubstituted diarylamino group. However, at least two donor groups present in the molecule of the compound having the structure represented by the general formula (3) have structures different from each other. n2 ′ represents 0 or 1. ]
- D 1 ′ , D 1 and D 2 are each a group consisting of only two or more atoms selected from the group consisting of a hydrogen atom, a carbon atom, a nitrogen atom, an oxygen atom and a sulfur atom.
- the light emitting material according to any one of [8].
- At least one of D 1 ′ , D 1 , and D 2 is a group consisting of only a hydrogen atom and a carbon atom, and at least one of the other groups is a group consisting of only a hydrogen atom, a carbon atom and a nitrogen atom,
- the luminescent material as described in [9] which is a group which consists only of 1 or more types of atoms selected from an oxygen atom and a sulfur atom, and a hydrogen atom, a carbon atom, and a nitrogen atom.
- a group D 1 is to be bonded to the linking group with a nitrogen atom, D 1 'is a group attached to the linking group via a carbon atom, the light emitting according to any one of [4] to [10] material.
- D 2 is a group bonded to the linking group by a carbon atom.
- D 1 is a group bonded to the linking group at the carbon atom, a group D 1 'is bound to the linking group at the nitrogen atom, the light emitting according to any one of [4] to [10] material.
- R 11 and R 12 , R 12 and R 13 , R 13 and R 14 , R 17 and R 18 , R 18 and R 19 , and R 19 and R 20 may be bonded to each other to form a cyclic structure.
- * Represents a bonding position with a linking group.
- R 71 to R 79 each independently represents a hydrogen atom or a substituent.
- R 71 and R 72 , R 72 and R 73 , R 73 and R 74 , R 74 and R 75 , R 76 and R 77 , R 77 and R 78 , R 78 and R 79 are bonded to each other to form a cyclic structure. You may do it.
- * Represents a bonding position with a linking group.
- the group bonded to the linking group at the nitrogen atom is divalent, it is further bonded at any one of R 71 to R 79 .
- R 21 to R 24 , R 27 to R 38 , R 41 to R 48 , R 51 to R 59 , R 81 to R 90 are each independently a hydrogen atom or a substituent. Represents a group.
- R 21 and R 22 , R 22 and R 23 , R 23 and R 24 , R 27 and R 28 , R 28 and R 29 , R 29 and R 30 , R 31 and R 32 , R 32 and R 33 , R 33 And R 34 , R 35 and R 36 , R 36 and R 37 , R 37 and R 38 , R 41 and R 42 , R 42 and R 43 , R 43 and R 44 , R 45 and R 46 , R 46 and R 47 , R 47 and R 48 , R 51 and R 52 , R 52 and R 53 , R 53 and R 54 , R 55 and R 56 , R 56 and R 57 , R 57 and R 58 , R 54 and R 59 , R55 and R59 , R81 and R82 , R82 and R83 , R83 and R84 , R85 and R86 , R86 and R87 , R87 and R88 , R89 and R90 are bonded to each other.
- a ring structure may be formed.
- * Represents a bonding position with a linking group.
- the light-emitting material according to any one of [11] to [17], wherein the group bonded to the linking group at the carbon atom is a group represented by the following general formula (11).
- R 91 to R 99 each independently represents a hydrogen atom or a substituent.
- R 91 and R 92, R 92 and R 93, R 93 and R 94, R 94 and R 95, R 95 and R 96, R 96 and R 97, R 97 and R 98, R 98 and R 99, R 91 And R 99 may be bonded to each other to form a cyclic structure.
- * Represents a bonding position with a linking group. When the group bonded to the linking group at the carbon atom is divalent, it is further bonded at any one of R 91 to R 99 .
- [19] The light emitting material according to any one of [1] to [18], wherein an energy difference between HOMO and LUMO of the compound is 2.5 to 3.6 eV.
- An organic light emitting device comprising the light emitting material according to any one of [1] to [22] as a light emitting material in a light emitting layer.
- the luminescent material of the present invention can emit light efficiently while being composed of a compound having no acceptor group.
- the compound of the present invention is useful as a light emitting material.
- An organic light emitting device using the compound of the present invention as a light emitting material can realize high luminous efficiency.
- a numerical range represented by using “to” means a range including numerical values described before and after “to” as a lower limit value and an upper limit value.
- the isotope species of the hydrogen atom present in the molecule of the compound used in the present invention is not particularly limited. For example, all the hydrogen atoms in the molecule may be 1 H, or a part or all of them are 2 H. (Deuterium D) may be used.
- the light emitting material of the present invention is a light emitting material composed of a compound (referred to as “compound of the present invention”) composed of two or more donor groups and one or more linking groups.
- the compound of the present invention has donor groups having different structures.
- the linking group connects at least two donor groups and is an aromatic group composed of one or more benzene rings which may be substituted with an alkyl group or a halogeno group.
- the “donor group” constituting the compound of the present invention is an atom or atomic group constituting a part of the compound and donating the electrons held by the atom to the atomic group constituting the other part of the compound It has the function to do.
- the compound of the present invention has two or more donor groups as described above in the molecule.
- the number of donor groups that the compound has is preferably 2 or more, more preferably 2 to 4, and still more preferably 2 or 3.
- the compound of this invention has a donor group from which a structure mutually differs. That is, each donor group that the compound of the present invention has has a structure different from that of at least one other donor group that the compound has. Each donor group that the compound of the present invention has may have a structure different from all of the other donor groups that the compound has, or a structure that differs from only some of the other donor groups. The structure may be the same as a part of. Donor groups having different structures have different electron-donating strengths. For the electron donating strength, the oxidation-reduction potential can be used as an index.
- the electron donating strengths of the donor groups D are compared. be able to.
- the donor groups present in the compound of the present invention having different structures from each other preferably have a difference in redox potential measured in this way of 0.01 V or more, more preferably 0.05 V or more, More preferably, it is 0.1 V or more, and even more preferably 0.2 V or more.
- the difference in redox potential between donor groups having different structures is preferably 1.5 V or less, more preferably 1.2 V or less, and even more preferably 1.0 V or less.
- the donor group present in the compound of the present invention has a Hammett ⁇ p + value of less than 0, preferably less than ⁇ 0.15, preferably less than ⁇ 0.3, and ⁇ 0 It is more preferably .45 or less, and further preferably -0.6 or less.
- the “Hammett ⁇ p + value” in the present invention is the L. P. Proposed by Hammett, it quantifies the effect of substituents on the reaction rate or equilibrium of para-substituted benzene derivatives. Specifically, the following formula is established between the substituent in the para-substituted benzene derivative and the reaction rate constant or equilibrium constant: This is a constant ( ⁇ p ) peculiar to the substituent in.
- k is a rate constant of a benzene derivative having no substituent
- k 0 is a rate constant of a benzene derivative substituted with a substituent
- K is an equilibrium constant of a benzene derivative having no substituent
- K 0 is a substituent.
- the equilibrium constant of the benzene derivative substituted with ⁇ , ⁇ represents the reaction constant determined by the type and conditions of the reaction.
- the linking group in the compound of the present invention links at least two donor groups.
- the compound of the present invention comprises such a linking group and a donor group, and is characterized in that it does not contain a group having a high electron withdrawing property (acceptor group), which has been considered essential in conventional luminescent materials.
- acceptor group a group having a high electron withdrawing property
- the term “acceptor group” is a group that does not belong to any of the donor group and the linking group.
- the “donor group” in the present application does not include an alkyl group or a halogeno group substituted on a benzene ring constituting a linking group.
- the compound of the present invention does not have a group having a Hammett ⁇ p + value exceeding 0.3 in the molecule, and has a group having a Hammett ⁇ p + value exceeding 0.2 in the molecule. It is preferable that the molecule does not have a group having a Hammett's ⁇ p + value exceeding 0.1, and the Hammett's ⁇ p + value is 0.
- the linking group may link two donor groups, or may link three or more donor groups radially.
- the number of donor groups to which the linking group is linked is preferably 2 to 6, more preferably 2 to 4, still more preferably 2 or 3, and particularly preferably 2.
- the linking group may form a chain structure in which the donor group and the linking group are sequentially and repeatedly bonded together with the donor group.
- the linking group is an aromatic group composed of one or more benzene rings which may be substituted with an alkyl group or a halogeno group.
- the alkyl group herein is preferably an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, and more preferably an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms. Specific examples include a methyl group, an ethyl group, an n-propyl group, an isopropyl group, an n-butyl group, an isobutyl group, and a t-butyl group.
- the halogeno group include a group consisting of a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom, and an iodine atom.
- the halogeno group and the alkyl group it is preferable to employ an alkyl group.
- the benzene ring constituting the aromatic group may be only one, or two or more. When there are two or more, the benzene rings may be connected to each other or may be condensed. Preference is given to benzene rings linked together.
- a preferred aromatic group is an aromatic group consisting of a benzene ring optionally substituted with an alkyl group or a halogeno group, and a more preferred aromatic group consists of a benzene ring optionally substituted with an alkyl group. It is an aromatic group.
- the compound of the present invention has one or more linking groups as described above in the molecule.
- the number of linking groups possessed by the compound of the present invention is preferably 1 to 5, more preferably 1 to 3, and even more preferably 1 or 2.
- the compound constituting the light emitting material of the present invention preferably has a structure represented by the following general formula (1).
- General formula (1) L 1 [ ⁇ D 1 ⁇ L 2 ⁇ (D 2 ′ ⁇ L 2 ′ ) n1 ⁇ D 2 ⁇ n2 ] m
- L 1 , L 2 and L 2 ′ each independently represent an aromatic group composed of one or more benzene rings optionally substituted with an alkyl group or a halogeno group.
- the aromatic group here is a linking group having a structure in which a hydrogen atom corresponding to the bonding position of D 1 , D 2 , D 2 ′ is removed from an aromatic compound composed of one or more benzene rings.
- the valence of L 2 and L 2 ′ is 2.
- the valence of L 1 is equal to m and is 2 or more.
- the valence of L 1 is preferably 2 to 6, more preferably 2 to 4, still more preferably 2 or 3, and particularly preferably 2.
- D 1 , D 2 and D 2 ′ each independently represent a donor group. However, at least two of the donor groups present in the molecule of the compound represented by the general formula (1) have structures different from each other.
- D 1 , D 2 , and D 2 ′ preferably have an aromatic ring, and more preferably have an aromatic polycyclic structure.
- the aromatic polycyclic structure may be a polycyclic structure constituting an aromatic hydrocarbon group or a polycyclic structure constituting a heteroaromatic group.
- the “structure” may be a polycyclic condensed structure or a ring assembly structure in which a plurality of aromatic rings are connected by a single bond, but is preferably a polycyclic condensed structure.
- the aromatic polycyclic structure preferably has 8 to 40 carbon atoms, more preferably 12 to 20 carbon atoms.
- Examples of the heteroatom of the polycyclic structure constituting the heteroaromatic group include a nitrogen atom, an oxygen atom and a sulfur atom, and the polycyclic structure constituting the heteroaromatic group preferably contains at least one nitrogen atom. .
- D 1 , D 2 and D 2 ′ are also preferably groups consisting of only two or more atoms selected from the group consisting of a hydrogen atom, a carbon atom, a nitrogen atom, an oxygen atom and a sulfur atom.
- a combination of two or more kinds of atoms a combination of a binary system composed of a hydrogen atom and a carbon atom, a combination of a ternary system composed of a hydrogen atom, a carbon atom and a nitrogen atom, a hydrogen atom, a carbon atom, a nitrogen atom and an oxygen atom
- the combination of the binary system consisting of a hydrogen atom and a carbon atom, the combination of the ternary system consisting of a hydrogen atom, a carbon atom and a nitrogen atom, the quaternary system consisting of a hydrogen atom, a carbon atom, a nitrogen atom and an oxygen atom It is more preferable that it is a combination.
- the group consisting only of these atoms may be in any form of linear, branched or cyclic, but preferably forms a cyclic structure, more preferably forms an aromatic ring.
- an aromatic polycyclic structure is formed.
- the number of carbon atoms of the group consisting of only two or more atoms selected from the group consisting of a hydrogen atom, a carbon atom, a nitrogen atom, an oxygen atom and a sulfur atom is preferably 8 to 40, and preferably 12 to 24. Is more preferable.
- At least two of the donor groups present in the molecule of the compound having the structure represented by the general formula (1) have structures different from each other.
- the above description of the “donor group having a different structure” can be referred to.
- the following can be mentioned as a preferable example of the aspect in which at least two of the donor groups have different structures.
- At least one of D 1 , D 2 and D 2 ′ is a group consisting of only a hydrogen atom and a carbon atom, and the remaining at least one is a group consisting of only a hydrogen atom, a carbon atom and a nitrogen atom, or oxygen
- a group consisting of only one or more atoms selected from an atom and a sulfur atom, and a hydrogen atom, a carbon atom and a nitrogen atom is preferred.
- at least one of D 1 , D 2 , and D 2 ′ is a donor group consisting of an aromatic hydrocarbon ring, and at least one of the other is a donor group consisting of a heteroaromatic ring containing a nitrogen atom. Is also preferable.
- At least one of D 1 , D 2 and D 2 ′ is a group bonded to the linking group by a nitrogen atom, and at least one of the remaining is a group bonded to the linking group by a carbon atom.
- the group bonded to the linking group with a nitrogen atom is preferably a group represented by the following general formulas (4) to (10), and the group bonded to the linking group with a carbon atom constitutes a ring skeleton of a benzene ring. It is preferable that it is a group couple
- n1 represents an integer of 0 or more, preferably 0 to 4, more preferably 0 or 1, and still more preferably 0.
- n2 represents an integer of 0 or more, preferably 0 to 5, more preferably 0 to 3, still more preferably 0 to 2, and particularly preferably 0 or 1.
- the partial structure represented by -D 1 ⁇ -L 2- (D 2 ' -L 2' ) n1 -D 2 ⁇ n2 is A structure represented by -D 1 ⁇ -L 2 -D 2 ⁇ 3 , that is, four bonds extend radially from D 1 , and -L 2 -D 2 is bonded to three of them, The remaining bond is bonded to L 1 . Also at this time, the three -L 2 -D 2 may be the same or different.
- the plurality of D 1 , L 2 , D 2 ′ , L 2 ′ , D 2 , n1, and n2 may be the same as or different from each other.
- the plurality of D 2 ′ and L 2 ′ may be the same as or different from each other.
- the plurality of L 2 , D 2 ′ , L 2 ′ , D 2 and n 1 may be the same as or different from each other.
- the compound constituting the light emitting material of the present invention more preferably has a structure represented by the following general formula (2).
- General formula (2) D 1 ′ ⁇ L 1 ⁇ D 1 ⁇ L 2 ⁇ D 2 ⁇ n2 ′
- L 1 and L 2 are each independently an aromatic group composed of one or more benzene rings optionally substituted with an alkyl group or a halogeno group.
- L 1 and described with preferred ranges of L 2 for example, referring to the preferred range, specific examples and description of the L 1 and L 2 linking groups and the general formula (1) of the compounds of the present invention Can do.
- D 1 ′ , D 1 and D 2 each independently represents a donor group.
- at least two of the donor groups present in the molecule of the compound having the structure represented by the general formula (2) have structures different from each other.
- the explanation and preferred ranges of D 1 ′ , D 1 and D 2 the explanation and preferred ranges of D 1 and D 2 in the general formula (1) can be referred to.
- the explanation about “at least two of the donor groups have different structures” the corresponding description in the explanation of the general formula (1) can be referred to.
- n2 ′ represents 0 or 1, and is preferably 0.
- D 1 ′ and D 1 are donor groups having different structures.
- D 1 , D 1 and D 2 may all be donor groups having a structure different from the other two donor groups, or D 1 ′ , Two of D 1 and D 2 may be a donor group having the same structure, and the other one may be a donor group having a structure different from these donor groups.
- D 1 ′ and D 2 are preferably donor groups having the same structure, and D 1 is preferably a donor group having a structure different from D 1 ′ and D 2 .
- one of D 1 ′ and D 1 is a group consisting of only a hydrogen atom and a carbon atom, and the other is a group consisting of only a hydrogen atom, a carbon atom and a nitrogen atom, Or it is also preferable that it is a group which consists only of 1 or more types of atoms selected from an oxygen atom and a sulfur atom, and a hydrogen atom, a carbon atom, and a nitrogen atom.
- n2 ′ when n2 ′ is 1, at least one of D 1 ′ , D 1 , and D 2 is a group consisting of only a hydrogen atom and a carbon atom, and at least one of the remaining is a hydrogen atom and a carbon atom.
- a group consisting of only a nitrogen atom, or a group consisting of only one or more atoms selected from an oxygen atom and a sulfur atom, a hydrogen atom, a carbon atom and a nitrogen atom is also preferred.
- either D 1 ′ or D 1 is a group bonded to the linking group by a nitrogen atom, and the other is a group bonded to the linking group by a carbon atom. preferable.
- n2 ' when it is 1, a group D 1 is bonded to a linking group with a nitrogen atom
- D 1' is preferably is a group attached to the linking group via a carbon atom
- D 2 carbon More preferably, it is a group bonded to the linking group by an atom.
- D 1 is preferably a group bonded to the linking group by a carbon atom
- D 1 ′ is preferably a group bonded to the linking group by a nitrogen atom
- D 2 is a group bonded to the linking group by a nitrogen atom.
- D 1 is a group bonded to the linking group by a carbon atom
- D 1 ′ and D 2 are groups bonded to the linking group by a nitrogen atom.
- the group bonded to the linking group with a nitrogen atom is preferably a group represented by the following general formulas (4) to (10), and the group bonded to the linking group with a carbon atom constitutes a ring skeleton of a benzene ring. It is preferable that it is a group couple
- the compound constituting the light emitting material of the present invention further preferably has a structure represented by the following general formula (3).
- General formula (3) D 1 ' -Ph 1 -D 1 ⁇ -L 2 -D 2 ⁇ n2'
- Ph 1 represents a phenylene group which may be substituted with an alkyl group or a halogeno group.
- D 1 ′ , D 1 and D 2 each independently represents a donor group other than a substituted or unsubstituted diarylamino group. However, at least two of the donor groups present in the molecule represented by the general formula (1) have structures different from each other.
- n2 ′ represents 0 or 1.
- L 2, D 1 of the general formula (3) ', D 1, D 2, n2 is, L 2, D 1 of the general formula (2)', has the same meaning as D 1, D 2, n2, and their description
- the phenylene group in Ph 1 may be any of 1,2-phenylene group, 1,3-phenylene group, and 1,4-phenylene group, but may be 1,3-phenylene group or 1,4-phenylene group. Preferably, it is a 1,4-phenylene group.
- the corresponding descriptions in the description on the linking group can be referred to.
- D 1 , D 2 and D 2 ′ in the general formula ( 1 ) are groups in which D 1 ′ , D 1 and D 2 in the general formulas (2) and (3) are linked to a linking group by a nitrogen atom, A group represented by formula (4) or (5) is preferred.
- R 11 to R 20 and R 71 to R 79 each independently represents a hydrogen atom or a substituent.
- R 15 and R 16 are bonded to each other to form a cyclic structure. Binding of R 15 and R 16 may be a so as to form a single bond between the carbon atoms to carbon atoms and R 16 which R 15 is bonded is bonded, by bonding R 15 It may be a bond that forms a divalent linking group between the carbon atom to which R 16 is bonded.
- divalent linking group examples include an alkylene group, an imino group (—NH—), an oxy group (—O—), a thio group (—S—), and a divalent linking group in which two or more of these groups are combined. Groups and the like. Among these linking groups, those capable of taking a substituent may be substituted with a substituent. For the explanation and preferred ranges of substituents, the explanation and preferred ranges of substituents that can be taken by the following R 11 to R 14 and the like can be referred to.
- the number of substituents among R 11 to R 14 , R 17 to R 20 , R 71 to R 79 is not particularly limited, and all of R 11 to R 14 , R 17 to R 20 , and R 71 to R 79 are all It may be unsubstituted (that is, a hydrogen atom).
- R 11 to R 14 and R 17 to R 20 are substituents
- R 71 to R 79 are substituents
- the plurality of substituents are the same as each other. Or different.
- the substituent is preferably any one of R 72 to R 74 , R 77 and R 78 .
- R 11 to R 14 , R 17 to R 20 , and R 71 to R 79 can take include, for example, a hydroxy group, a halogen atom, a cyano group, an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, and an alkoxy group having 1 to 20 carbon atoms.
- substituents are a halogen atom, a cyano group, a substituted or unsubstituted alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, an alkoxy group having 1 to 20 carbon atoms, a substituted or unsubstituted aryl group having 6 to 40 carbon atoms, carbon A substituted or unsubstituted heteroaryl group having 3 to 40 carbon atoms, and a dialkyl-substituted amino group having 1 to 20 carbon atoms.
- substituents are a halogen atom, a cyano group, a substituted or unsubstituted alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, an alkoxy group having 1 to 20 carbon atoms, a substituted or unsubstituted aryl group having 6 to 40 carbon atoms, carbon A substituted or unsubstituted heteroaryl group having 3 to 40 carbon atoms, and a dialkyl-substituted amino group having 1 to 20 carbon
- substituents are a fluorine atom, a chlorine atom, a cyano group, a substituted or unsubstituted alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, a substituted or unsubstituted alkoxy group having 1 to 10 carbon atoms, and a substituted group having 6 to 15 carbon atoms.
- it is an unsubstituted aryl group or a substituted or unsubstituted heteroaryl group having 3 to 12 carbon atoms.
- R 11 and R 12 , R 12 and R 13 , R 13 and R 14 , R 17 and R 18 , R 18 and R 19 , R 19 and R 20 , R 71 and R 72 , R 72 and R 73 , R 73 And R 74 , R 74 and R 75 , R 76 and R 77 , R 77 and R 78 , and R 78 and R 79 may be bonded to each other to form a cyclic structure.
- the cyclic structure may be an aromatic ring or an alicyclic ring, may contain a hetero atom, and the cyclic structure may be a condensed ring of two or more rings.
- the hetero atom here is preferably selected from the group consisting of a nitrogen atom, an oxygen atom and a sulfur atom.
- cyclic structures formed include benzene ring, naphthalene ring, pyridine ring, pyridazine ring, pyrimidine ring, pyrazine ring, pyrrole ring, imidazole ring, pyrazole ring, triazole ring, imidazoline ring, oxazole ring, isoxazole ring, thiazole And a ring, an isothiazole ring, a cyclohexadiene ring, a cyclohexene ring, a cyclopentaene ring, a cycloheptatriene ring, a cycloheptadiene ring, and a cycloheptaene ring.
- the groups represented by general formula (4) and general formula (5) may be divalent. In that case, the group represented by the general formula (4) is further bonded at any one of R 11 to R 20 , and the group represented by the general formula (5) is further represented at any one of R 71 to R 79. Join.
- the group connected to the linking group by a nitrogen atom is more preferably a group represented by any one of the following general formulas (6) to (10).
- R 21 to R 24 , R 27 to R 38 , R 41 to R 48 , R 51 to R 59 , and R 81 to R 90 are each independently a hydrogen atom or a substituent. Represents.
- R 21 to R 24 , R 27 to R 38 , R 41 to R 48 , R 51 to R 59 , and R 81 to R 90 are each independently a hydrogen atom or a substituent.
- R 21 to R 24 , R 27 to R 38 , R 41 to R 48 , R 51 to R 59 , and R 81 to R 90 are each independently a hydrogen atom or a substituent. Represents.
- R 21 to R 24 , R 27 to R 38 , R 41 to R 48 , R 51 to R 59 , and R 81 to R 90 are each independently a hydrogen atom or a substituent. Represents.
- R 11 to R 14 and the like can be referred.
- the number of substituents in the general formulas (6) to (10) is not particularly
- R 21 to R 24 , R 27 to R 38 , R 41 to R 48 , R 51 to R 59 , R 81 to R 90 and the above R 71 to R 79 are each independently the above general formulas (5) to ( The group represented by any one of 10) is also preferable. It is also preferred that all are unsubstituted (ie hydrogen atoms). Further, in each of the general formulas (6) to (10), when there are two or more substituents, these substituents may be the same or different. Further, when a substituent is present in the general formulas (6) to (10), the substituent is any one of R 22 to R 24 and R 27 to R 29 in the general formula (6). And more preferably at least one of R 23 and R 28.
- R is preferable. It is preferably any one of 42 to R 47 , and is preferably any of R 52 to R 57 and R 59 in the case of the general formula (9), and R 82 to R in the case of the general formula (10).
- 87 , R 89 , or R 90 is preferable, and R 89 and R 90 are preferable.
- the substituent represented by R 89 and R 90 is preferably a substituted or unsubstituted aryl group having 6 to 40 carbon atoms, and more preferably a substituted or unsubstituted phenyl group.
- the substituents represented by R 89 and R 90 are preferably the same.
- R 21 and R 22 , R 22 and R 23 , R 23 and R 24 , R 27 and R 28 , R 28 and R 29 , R 29 and R 30 , R 31 and R 32 , R 32 and R 33 , R 33 and R 34 , R 35 and R 36 , R 36 and R 37 , R 37 and R 38 , R 41 and R 42 , R 42 and R 43 , R 43 and R 44 R 45 and R 46 , R 46 and R 47 , R 47 and R 48 , R 51 and R 52 , R 52 and R 53 , R 53 and R 54 , R 55 and R 56 , R 56 and R 57 , R 57 and R 58 , R 54 and R 59 , R 55 and R 59 , R 81 and R 82 , R 82 and R 83 , R 83 and R 84 , R 85 and R 86 , R 86 and R 87 , R 87 and R 88 , R 89 and R 90 may
- the groups represented by the general formulas (6) to (10) may be divalent. In that case, in the group represented by the general formula (6), further bonding is performed at any of R 21 to R 24 and R 27 to R 30 , and in the group represented by the general formula (7), R 31 to R In the group represented by the general formula (8) further bonded at any one of 38 , further bonded at any one of R 41 to R 48 , and as the group represented by the general formula (9), R 51 to R In the group represented by general formula (10), further bonding is performed at any one of 59 , and further bonding is performed at any of R 81 to R 90 .
- R 91 to R 99 each independently represents a hydrogen atom or a substituent.
- R 91 and R 92, R 92 and R 93, R 93 and R 94, R 94 and R 95, R 95 and R 96, R 96 and R 97, R 97 and R 98, R 98 and R 99, R 91 And R 99 may be bonded to each other to form a cyclic structure.
- * Represents a bonding position with a linking group.
- R 91 to R 99 each independently represents a hydrogen atom or a substituent.
- the number of substituents in general formula (11) is not particularly limited.
- R 91 to R 99 are preferably all unsubstituted (that is, hydrogen atoms).
- the substituent when there are two or more substituents, these substituents may be the same or different.
- the substituent is preferably any one of R 93 to R 96 .
- R 91 and R 92 , R 92 and R 93 , R 93 and R 94 , R 94 and R 95 , R 95 and R 96 , R 96 and R 97 , R 97 and R 98 , R 98 and R 99 and R 91 and R 99 may be bonded to each other to form a cyclic structure.
- R 91 and R 92 are preferably bonded to each other to form a cyclic structure.
- R 91 and R 92 When R 91 and R 92 are bonded to each other to form a cyclic structure, R 91 and R 92 have a linking group between the carbon atom to which R 91 is bonded and the carbon atom to which R 92 is bonded. It is preferable to combine so as to form, and it is more preferable to combine so as to form an alkylene group.
- the alkylene group preferably has 1 to 3 carbon atoms, more preferably 1 or 2, and still more preferably 1.
- the alkylene group may be substituted with a substituent.
- substituents reference can be made to the explanations and preferred ranges of the substituents that can be taken by the above R 11 to R 14 and the like.
- the substituent of the alkylene group is preferably an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, more preferably an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, and an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms. More preferably.
- * Represents a bonding position with a linking group. The position of * may be the para position relative to the bonding position of the other benzene ring (the benzene ring in which substituents and the like are defined by R 92 to R 96 ), or the meta position.
- R 98 and R 99 are bonded to the remaining positions excluding the bonding positions of R 91 , R 97 and * on one benzene ring (the benzene ring whose substituents are defined by R 91 and R 97 to R 99 ). To do.
- R 98 and R 99 are both bonded to the meta position, and the position of * is meta to the bonding position of the other benzene ring.
- one of R 91 and R 97 is bonded to the para position, and the other is bonded to the meta position which is in a line symmetry position with the position of *.
- the group represented by the general formula (11) is a divalent group bonded to a linking group different from the linking group bonded with * in any of R 91 to R 99. May be.
- R 91 to R 99 R 93 to R 95 are preferable, and R 94 is more preferable as the bonding position with the linking group.
- the molecular weight of the compound constituting the luminescent material of the present invention is preferably 1500 or less, and preferably 1200 or less, when, for example, the organic layer containing the compound is intended to be formed by vapor deposition. More preferably, it is more preferably 1000 or less, and even more preferably 800 or less.
- the compound constituting the light emitting material may be formed by a coating method regardless of the molecular weight. If a coating method is used, a film can be formed even with a compound having a relatively large molecular weight.
- the energy difference between HOMO and LUMO of the compound constituting the light emitting material of the present invention is preferably 2.5 to 3.6 eV, more preferably 2.5 to 3.4 eV, and more preferably 2.8 to 3 More preferably, it is 1 eV.
- the energy level of HOMO of the compound is preferably ⁇ 5.7 eV or more, and more preferably ⁇ 5.3 eV or more.
- the difference ⁇ E ST between the lowest excited singlet energy level E S1 and the lowest excited triplet energy level E T1 of the compound constituting the light emitting material of the present invention is preferably 0.3 eV or less, and 0.2 eV or less. It is more preferable that it is 0.1 eV or less.
- the energy level of HOMO may be expressed as “HOMO level” and the energy level of LUMO may be expressed as “LUMO level”.
- a compound containing a plurality of structures represented by the general formula (1) in the molecule as a light emitting material.
- a polymer obtained by previously polymerizing a polymerizable group in the structure represented by the general formula (1) and polymerizing the polymerizable group as a light emitting material Specifically, a monomer containing a polymerizable functional group is prepared in any one of L 1 , L 2 , L 2 ′ , D 1 , D 2 , and D 2 ′ in the general formula (1), and this is used alone.
- a polymer having a repeating unit is obtained by polymerization or copolymerization with other monomers, and the polymer is used as a light emitting material.
- a dimer or trimer by coupling compounds having a structure represented by the general formula (1) and use them as a light emitting material.
- a polymer having a repeating unit including the structure represented by the general formula (1) a polymer including a structure represented by the following general formula (10) or (11) can be given.
- Q represents a group including the structure represented by general formula (1)
- L 1a and L 2a represent a linking group.
- the linking group preferably has 0 to 20 carbon atoms, more preferably 1 to 15 carbon atoms, and still more preferably 2 to 10 carbon atoms.
- X 11 represents an oxygen atom or a sulfur atom, and is preferably an oxygen atom.
- L 11 represents a linking group, preferably a substituted or unsubstituted alkylene group, or a substituted or unsubstituted arylene group, and a substituted or unsubstituted alkylene group having 1 to 10 carbon atoms, or a substituted or unsubstituted group A phenylene group is more preferable.
- R 101 , R 102 , R 103 and R 104 each independently represent a substituent.
- it is a substituted or unsubstituted alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, a substituted or unsubstituted alkoxy group having 1 to 6 carbon atoms, or a halogen atom, more preferably an unsubstituted alkyl group having 1 to 3 carbon atoms.
- An unsubstituted alkoxy group having 1 to 3 carbon atoms, a fluorine atom, and a chlorine atom and more preferably an unsubstituted alkyl group having 1 to 3 carbon atoms and an unsubstituted alkoxy group having 1 to 3 carbon atoms.
- the linking group represented by L 1a and L 2a is any one of L 1 , L 2 , L 2 ′ , D 1 , D 2 , D 2 ′ having the structure of the general formula (1) constituting Q, Any one of L 1 , L 2 , D 1 ′ , D 1 , D 2 in (2), Ph 1 , L 2 , D 1 ′ , D 1 , D 2 of the structure of the general formula (3) Can be combined. Two or more linking groups may be linked to one Q to form a crosslinked structure or a network structure.
- the polymer having a repeating unit containing these formulas (12) to (15) is any one of L 1 , L 2 , L 2 ′ , D 1 , D 2 , D 2 ′ having the structure of the general formula (1). It can be synthesized by introducing a hydroxy group into the polymer, reacting the following compound with it as a linker to introduce a polymerizable group, and polymerizing the polymerizable group.
- the polymer containing the structure represented by the general formula (1) in the molecule may be a polymer composed only of repeating units having the structure represented by the general formula (1), or other structures may be used. It may be a polymer containing repeating units.
- the repeating unit having a structure represented by the general formula (1) contained in the polymer may be a single type or two or more types. Examples of the repeating unit not having the structure represented by the general formula (1) include those derived from monomers used in ordinary copolymerization. Examples thereof include a repeating unit derived from a monomer having an ethylenically unsaturated bond such as ethylene and styrene.
- the compound represented by the general formula (3) is a novel compound.
- General formula (3) D 1 ' -Ph 1 -D 1 ⁇ -L 2 -D 2 ⁇ n2' Ph 1 represents a phenylene group which may be substituted with an alkyl group or a halogeno group.
- D 1 ′ , D 1 and D 2 each independently represents a donor group other than a substituted or unsubstituted diarylamino group. However, at least two of the donor groups present in the molecule represented by the general formula (1) have structures different from each other.
- n2 ′ represents 0 or 1.
- the compound represented by the general formula (3) of the present invention is useful as a light emitting material for an organic light emitting device. For this reason, the compound represented by General formula (3) of this invention can be effectively used as a luminescent material for the light emitting layer of an organic light emitting element.
- the compound represented by the general formula (3) can be synthesized by combining known reactions.
- D 1 ′ in the general formula (3) is a group represented by the general formula (4)
- D 1 is a group represented by the general formula (11)
- Ph 1 is a 1,4-phenylene group.
- the compound in which n2 ′ is 0 can be synthesized by reacting the following two compounds.
- X represents a halogen atom, and examples thereof include a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom, and an iodine atom, and a chlorine atom, a bromine atom, and an iodine atom are preferable.
- the above reaction is an application of a known coupling reaction, and known reaction conditions can be appropriately selected and used. The details of the above reaction can be referred to the synthesis examples described below.
- the compound represented by the general formula (3) can also be synthesized by combining other known synthesis reactions.
- the light emitting material of the present invention can be effectively used for a light emitting layer of an organic light emitting device.
- the light emitting material of the present invention includes a delayed fluorescent material (delayed phosphor) that emits delayed fluorescence.
- the light emitting material used for the light emitting layer may or may not emit delayed fluorescence, but preferably emits.
- a light emitting material that emits delayed fluorescence for the light emitting layer high luminous efficiency can be obtained.
- the principle will be described below by taking an organic electroluminescence element as an example.
- the organic electroluminescence element carriers are injected into the light emitting material from both positive and negative electrodes to generate an excited light emitting material and emit light.
- 25% of the generated excitons are excited to the excited singlet state, and the remaining 75% are excited to the excited triplet state. Therefore, the use efficiency of energy is higher when phosphorescence, which is light emission from an excited triplet state, is used.
- the excited triplet state has a long lifetime, energy saturation occurs due to saturation of the excited state and interaction with excitons in the excited triplet state, and in general, the quantum yield of phosphorescence is often not high.
- delayed fluorescent materials after energy transition to an excited triplet state due to intersystem crossing, etc., are then crossed back to an excited singlet state due to triplet-triplet annihilation or absorption of thermal energy, and emit fluorescence.
- a thermally activated delayed fluorescent material by absorption of thermal energy is particularly useful.
- excitons in the excited singlet state emit fluorescence as usual.
- excitons in the excited triplet state absorb heat generated by the device and cross between the excited singlets to emit fluorescence.
- the light is emitted from the excited singlet, the light is emitted at the same wavelength as the fluorescence, but the light lifetime (luminescence lifetime) generated by the reverse intersystem crossing from the excited triplet state to the excited singlet state is normal. Since the fluorescence becomes longer than the fluorescence and phosphorescence, it is observed as fluorescence delayed from these. This can be defined as delayed fluorescence. If such a heat-activated exciton transfer mechanism is used, the ratio of the compound in an excited singlet state, which normally generated only 25%, is increased to 25% or more by absorbing thermal energy after carrier injection. It can be raised.
- the heat of the device will sufficiently cause intersystem crossing from the excited triplet state to the excited singlet state and emit delayed fluorescence. Efficiency can be improved dramatically.
- an excellent organic light emitting device such as an organic photoluminescence device (organic PL device) or an organic electroluminescence device (organic EL device) can be provided.
- the organic photoluminescence element has a structure in which at least a light emitting layer is formed on a substrate.
- the organic electroluminescence element has a structure in which an organic layer is formed at least between an anode, a cathode, and an anode and a cathode.
- the organic layer includes at least a light emitting layer, and may consist of only the light emitting layer, or may have one or more organic layers in addition to the light emitting layer.
- Examples of such other organic layers include a hole transport layer, a hole injection layer, an electron blocking layer, a hole blocking layer, an electron injection layer, an electron transport layer, and an exciton blocking layer.
- the hole transport layer may be a hole injection / transport layer having a hole injection function
- the electron transport layer may be an electron injection / transport layer having an electron injection function.
- FIG. 1 A specific example of the structure of an organic electroluminescence element is shown in FIG. In FIG. 1, 1 is a substrate, 2 is an anode, 3 is a hole injection layer, 4 is a hole transport layer, 5 is a light emitting layer, 6 is an electron transport layer, and 7 is a cathode. Below, each member and each layer of an organic electroluminescent element are demonstrated. In addition, description of a board
- the organic electroluminescence device of the present invention is preferably supported on a substrate.
- the substrate is not particularly limited and may be any substrate conventionally used for organic electroluminescence elements.
- a substrate made of glass, transparent plastic, quartz, silicon, or the like can be used.
- an electrode material made of a metal, an alloy, an electrically conductive compound, or a mixture thereof having a high work function (4 eV or more) is preferably used.
- electrode materials include metals such as Au, and conductive transparent materials such as CuI, indium tin oxide (ITO), SnO 2 , and ZnO.
- conductive transparent materials such as CuI, indium tin oxide (ITO), SnO 2 , and ZnO.
- an amorphous material such as IDIXO (In 2 O 3 —ZnO) that can form a transparent conductive film may be used.
- a thin film may be formed by vapor deposition or sputtering of these electrode materials, and a pattern of a desired shape may be formed by photolithography, or when pattern accuracy is not so high (about 100 ⁇ m or more) ), A pattern may be formed through a mask having a desired shape at the time of vapor deposition or sputtering of the electrode material.
- wet film-forming methods such as a printing system and a coating system, can also be used.
- the transmittance be greater than 10%, and the sheet resistance as the anode is preferably several hundred ⁇ / ⁇ or less.
- the film thickness depends on the material, it is usually selected in the range of 10 to 1000 nm, preferably 10 to 200 nm.
- cathode a material having a low work function (4 eV or less) metal (referred to as an electron injecting metal), an alloy, an electrically conductive compound, and a mixture thereof as an electrode material is used.
- electrode materials include sodium, sodium-potassium alloy, magnesium, lithium, magnesium / copper mixture, magnesium / silver mixture, magnesium / aluminum mixture, magnesium / indium mixture, aluminum / aluminum oxide (Al 2 O 3 ) Mixtures, indium, lithium / aluminum mixtures, rare earth metals and the like.
- a mixture of an electron injecting metal and a second metal which is a stable metal having a larger work function value than this for example, a magnesium / silver mixture, Magnesium / aluminum mixtures, magnesium / indium mixtures, aluminum / aluminum oxide (Al 2 O 3 ) mixtures, lithium / aluminum mixtures, aluminum and the like are preferred.
- the cathode can be produced by forming a thin film of these electrode materials by a method such as vapor deposition or sputtering.
- the sheet resistance as the cathode is preferably several hundred ⁇ / ⁇ or less, and the film thickness is usually selected in the range of 10 nm to 5 ⁇ m, preferably 50 to 200 nm.
- the emission luminance is advantageously improved.
- a transparent or semi-transparent cathode can be produced. By applying this, an element in which both the anode and the cathode are transparent is used. Can be produced.
- the light emitting layer is a layer that emits light after excitons are generated by recombination of holes and electrons injected from each of the anode and the cathode, and the light emitting material may be used alone for the light emitting layer.
- the luminescent material is composed of the compound defined in the present invention (the luminescent material of the present invention), and may be composed of one kind of the compound defined in the present invention, or defined by the present invention. It may contain two or more types of compounds.
- the organic electroluminescence device and the organic photoluminescence device of the present invention In order for the organic electroluminescence device and the organic photoluminescence device of the present invention to exhibit high luminous efficiency, it is important to confine singlet excitons and triplet excitons generated in the light emitting material in the light emitting material. Therefore, it is preferable to use a host material in addition to the light emitting material in the light emitting layer.
- a host material an organic compound having at least one of excited singlet energy and excited triplet energy higher than that of the light emitting material of the present invention can be used.
- singlet excitons and triplet excitons generated in the light emitting material of the present invention can be confined in the molecules of the light emitting material of the present invention, and the light emission efficiency can be sufficiently extracted.
- light emission is generated from the light emitting material of the present invention contained in the light emitting layer.
- This light emission may be only normal fluorescent light emission that is not delayed (simply referred to as “fluorescent light emission”), or may include both fluorescent light emission and delayed fluorescent light emission.
- light emission from the host material may be partly or partly emitted.
- the amount of the compound of the present invention which is a light emitting material, is preferably 0.1% by weight or more, more preferably 1% by weight or more, and 50% or more. It is preferably no greater than wt%, more preferably no greater than 20 wt%, and even more preferably no greater than 10 wt%.
- the host material in the light-emitting layer is preferably an organic compound that has a hole transporting ability and an electron transporting ability, prevents the emission of longer wavelengths, and has a high glass transition temperature.
- the injection layer is a layer provided between the electrode and the organic layer for lowering the driving voltage and improving the luminance of light emission.
- the injection layer can be provided as necessary.
- the blocking layer is a layer that can prevent diffusion of charges (electrons or holes) and / or excitons existing in the light emitting layer to the outside of the light emitting layer.
- the electron blocking layer can be disposed between the light emitting layer and the hole transport layer and blocks electrons from passing through the light emitting layer toward the hole transport layer.
- a hole blocking layer can be disposed between the light emitting layer and the electron transporting layer to prevent holes from passing through the light emitting layer toward the electron transporting layer.
- the blocking layer can also be used to block excitons from diffusing outside the light emitting layer. That is, each of the electron blocking layer and the hole blocking layer can also function as an exciton blocking layer.
- the term “electron blocking layer” or “exciton blocking layer” as used herein is used in the sense of including a layer having the functions of an electron blocking layer and an exciton blocking layer in one layer.
- the hole blocking layer has a function of an electron transport layer in a broad sense.
- the hole blocking layer has a role of blocking holes from reaching the electron transport layer while transporting electrons, thereby improving the recombination probability of electrons and holes in the light emitting layer.
- the material for the hole blocking layer the material for the electron transport layer described later can be used as necessary.
- the electron blocking layer has a function of transporting holes in a broad sense.
- the electron blocking layer has a role to block electrons from reaching the hole transport layer while transporting holes, thereby improving the probability of recombination of electrons and holes in the light emitting layer. .
- the exciton blocking layer is a layer for preventing excitons generated by recombination of holes and electrons in the light emitting layer from diffusing into the charge transport layer. It becomes possible to efficiently confine in the light emitting layer, and the light emission efficiency of the device can be improved.
- the exciton blocking layer can be inserted on either the anode side or the cathode side adjacent to the light emitting layer, or both can be inserted simultaneously.
- the layer when the exciton blocking layer is provided on the anode side, the layer can be inserted adjacent to the light emitting layer between the hole transport layer and the light emitting layer, and when inserted on the cathode side, the light emitting layer and the cathode Between the luminescent layer and the light-emitting layer.
- a hole injection layer, an electron blocking layer, or the like can be provided between the anode and the exciton blocking layer adjacent to the anode side of the light emitting layer, and the excitation adjacent to the cathode and the cathode side of the light emitting layer can be provided.
- an electron injection layer, an electron transport layer, a hole blocking layer, and the like can be provided.
- the blocking layer is disposed, at least one of the excited singlet energy and the excited triplet energy of the material used as the blocking layer is preferably higher than the excited singlet energy and the excited triplet energy of the light emitting material.
- the hole transport layer is made of a hole transport material having a function of transporting holes, and the hole transport layer can be provided as a single layer or a plurality of layers.
- the hole transport material has any one of hole injection or transport and electron barrier properties, and may be either organic or inorganic.
- hole transport materials that can be used include, for example, triazole derivatives, oxadiazole derivatives, imidazole derivatives, carbazole derivatives, indolocarbazole derivatives, polyarylalkane derivatives, pyrazoline derivatives and pyrazolone derivatives, phenylenediamine derivatives, arylamine derivatives, Examples include amino-substituted chalcone derivatives, oxazole derivatives, styrylanthracene derivatives, fluorenone derivatives, hydrazone derivatives, stilbene derivatives, silazane derivatives, aniline copolymers, and conductive polymer oligomers, particularly thiophene oligomers.
- An aromatic tertiary amine compound and an styrylamine compound are preferably used, and an aromatic tertiary amine compound is more preferably used.
- the electron transport layer is made of a material having a function of transporting electrons, and the electron transport layer can be provided as a single layer or a plurality of layers.
- the electron transport material (which may also serve as a hole blocking material) may have a function of transmitting electrons injected from the cathode to the light emitting layer.
- Examples of the electron transport layer that can be used include nitro-substituted fluorene derivatives, diphenylquinone derivatives, thiopyran dioxide oxide derivatives, carbodiimides, fluorenylidenemethane derivatives, anthraquinodimethane and anthrone derivatives, oxadiazole derivatives, and the like.
- a thiadiazole derivative in which the oxygen atom of the oxadiazole ring is substituted with a sulfur atom, and a quinoxaline derivative having a quinoxaline ring known as an electron withdrawing group can also be used as an electron transport material.
- a polymer material in which these materials are introduced into a polymer chain or these materials are used as a polymer main chain can also be used.
- the compound represented by the general formula (1) may be used not only for the light emitting layer but also for layers other than the light emitting layer.
- the compound represented by General formula (1) used for a light emitting layer and the compound represented by General formula (1) used for layers other than a light emitting layer may be same or different.
- the compound represented by the general formula (1) may be used for the injection layer, blocking layer, hole blocking layer, electron blocking layer, exciton blocking layer, hole transporting layer, electron transporting layer, and the like. .
- the method for forming these layers is not particularly limited, and the layer may be formed by either a dry process or a wet process.
- the preferable material which can be used for an organic electroluminescent element is illustrated concretely.
- the material that can be used in the present invention is not limited to the following exemplary compounds.
- R, R ′, and R 1 to R 10 each independently represent a hydrogen atom or a substituent.
- X represents a carbon atom or a hetero atom forming a ring skeleton
- n represents an integer of 3 to 5
- Y represents a substituent
- m represents an integer of 0 or more.
- the organic electroluminescence device produced by the above-described method emits light by applying an electric field between the anode and the cathode of the obtained device. At this time, if the light is emitted by excited singlet energy, light having a wavelength corresponding to the energy level is confirmed as fluorescence emission and delayed fluorescence emission. In addition, in the case of light emission by excited triplet energy, a wavelength corresponding to the energy level is confirmed as phosphorescence. Since normal fluorescence has a shorter fluorescence lifetime than delayed fluorescence, the emission lifetime can be distinguished from fluorescence and delayed fluorescence.
- the excited triplet energy is unstable and is converted into heat and the like, and the lifetime is short and it is immediately deactivated.
- the excited triplet energy of a normal organic compound it can be measured by observing light emission under extremely low temperature conditions.
- the organic electroluminescence element of the present invention can be applied to any of a single element, an element having a structure arranged in an array, and a structure in which an anode and a cathode are arranged in an XY matrix. According to the present invention, an organic light emitting device with greatly improved luminous efficiency can be obtained by incorporating a compound having a specific structure in the light emitting layer.
- the organic light emitting device such as the organic electroluminescence device of the present invention can be further applied to various uses. For example, it is possible to produce an organic electroluminescence display device using the organic electroluminescence element of the present invention. For details, see “Organic EL Display” (Ohm Co., Ltd.) ) Can be referred to.
- the organic electroluminescence device of the present invention can be applied to organic electroluminescence illumination and backlights that are in great demand.
- source meter manufactured by Keithley: 2400 series
- semiconductor parameter analyzer manufactured by Agilent Technologies: E5273A
- optical power meter measuring device manufactured by Newport: 1930C
- optical spectrometer Ocean Optics, USB2000
- spectroradiometer Topcon, SR-3
- streak camera Haamamatsu Photonics C4334
- the HOMO and LUMO energy levels of the compounds used in the examples and comparative examples were determined by the following methods.
- the energy level of HOMO is obtained by measuring the oxidation potential (half-wave potential of the first oxidation wave) of each compound in dichloromethane and using the following formula provided in Org. Electronics, 2005, 6, 11-20. It was.
- HOMO (ev) ⁇ 1.4E 1/2 (vs. Fc / Fc + ) ⁇ 4.6
- E 1/2 (vs. Fc / Fc + ) is a half-wave potential of the first oxidation wave with reference to the ferrocene electrode.
- the LUMO energy level is determined by determining the energy gap E gap between the HOMO energy level and the LUMO energy level from the absorption spectrum, and calculating the difference between the measured value of the HOMO energy level and the energy gap E gap. Asked.
- the energy gap E gap was determined from the wavelength value at the intersection of the rising tangent on the short wavelength side of the absorption spectrum and the horizontal axis.
- the reaction solution was cooled to room temperature, and separated into two layers, an aqueous layer and an organic layer. Among these, the aqueous layer was collected and extracted three times with 30 mL of ethyl acetate. The obtained organic layer was washed twice with 30 mL of saturated brine, dried by adding sodium sulfate, and then filtered. The solvent was removed from the filtrate, and the obtained residue was purified by silica gel column chromatography using a mixed solvent of dichloromethane: hexane (1: 3) as an eluent. When the obtained fraction was concentrated, a white solid of the target compound 1 was obtained in a yield of 1.1 g and a yield of 77%.
- the reaction solution was cooled to room temperature and 50 mL of water was added to separate the aqueous layer and the organic layer into two layers. Among these, the aqueous layer was collected and extracted three times with 30 mL of ethyl acetate. The obtained organic layer was washed twice with 30 mL of saturated brine, dried by adding sodium sulfate, and then filtered. The solvent was removed from the obtained filtrate, and the remaining residue was purified by silica gel column chromatography using hexane as an eluent. By concentrating the obtained fraction, a white solid of intermediate a was obtained in a yield of 5.25 g and a yield of 52%.
- 5-phenyl-5,10-dihydrophenazine (20 mmol, 30 mL as a toluene solution), 4-iodo-bromobenzene (5.66 g, 20 mmol), copper iodide (110 mg, 0.6 mmol), sodium tert-butoxide (2 .95 g, 30 mmol), 0.20 mL of 1,2-diaminocyclohexane and 50 mL of 1,4-dioxane were placed in a container, the inside of the container was replaced with nitrogen, and the mixture in the container was stirred at 100 ° C. for 24 hours.
- Compound 9 was synthesized according to the following procedure. 9,9-dimethyl-10- (4- (4,4,5,5-tetramethyl-1,3,2-dioxaborolan-2-yl) phenyl) -9,10-dihydroacridine (2.05 g, 5 mmol ), Di-2,7-bromo-9,9-dimethylfluorene (704 mg, 2 mmol), tetrakis (triphenylphosphine) palladium (0) (232 mg, 0.2 mmol), potassium carbonate (6.91 g), 150 mL of tetrahydrofuran And 70 mL of water was put into the container, and the inside of the container was degassed under reduced pressure, and then replaced with nitrogen.
- the container was placed in an oil bath and the mixture in the container was heated at 80 ° C. for 24 hours. After heating, the reaction solution was cooled to room temperature, and the deposited precipitate was collected by filtration. The obtained crude product was purified by a sublimation method to obtain the target compound 9 as a white solid in a yield of 852 mg and a yield of 56%.
- the starting material 4- (9,9-dimethyl-9,10-dihydroacridine) bromobenzene was synthesized by the method described in J. Am. Chem. Soc. 2014, 136, 18070-18081
- 4- (3,6-di-tert-butylcarbazole) bromobenzene was synthesized by the method described in W. Chem. Lett. 2008, 37, 986
- 5-phenyl-5,10-dihydrophenazine was Synthesized by the method described in J. Org. Chem. 70, 10073-10081 (2005).
- Examples 1 to 11 Preparation and Evaluation of Solutions Using Compounds 1 to 11 Toluene solutions of compounds 1 to 11 (concentration 10 ⁇ 5 mol / L) were prepared, and nitrogen gas replacement was performed. With respect to the prepared solutions of each compound, an absorption spectrum and an emission spectrum by 340 nm excitation light were obtained. Table 1 shows the maximum absorption wavelength of the absorption spectrum and the minimum emission wavelength of the emission spectrum of each solution. Table 1 also shows the HOMO level and the LUMO level.
- Example 12 Production and evaluation of solid organic thin film using compound 2 A thin film of compound 2 having a thickness of 250 nm was formed on a quartz substrate by a vacuum deposition method under a vacuum degree of 2 ⁇ 10 -4 Pa. Thus, a solid organic thin film was obtained. Table 3 shows the maximum emission wavelength and photoluminescence quantum efficiency of the prepared compound 2 thin film.
- Example 13 Production and evaluation of solid organic thin film using compound 11 A thin film of compound 11 having a thickness of 200 nm was formed on a quartz substrate by a vacuum vapor deposition method under the condition of a vacuum degree of 2 ⁇ 10 -4 Pa. Thus, a solid organic thin film was obtained. Separately, the compound 11 and PPT or DPEPO are co-deposited from different vapor deposition sources on a quartz substrate by a vacuum vapor deposition method under a vacuum degree of 2 ⁇ 10 ⁇ 4 Pa, and the concentration of the compound 11 is 8 wt%. A thin film having a thickness of 200 nm was formed into a solid organic thin film. Table 2 shows the results of measuring the maximum emission wavelength and the photoluminescence quantum yield (PL quantum yield) of each thin film produced.
- PL quantum yield photoluminescence quantum yield
- Example 14 Production and evaluation of organic electroluminescence device using compound 2 Each thin film was vacuum-deposited on a glass substrate on which an anode made of indium tin oxide (ITO) having a thickness of 100 nm was formed. And a degree of vacuum of 2 ⁇ 10 ⁇ 4 Pa. First, ⁇ -NPD was formed to a thickness of 40 nm on ITO, and mCP was formed to a thickness of 10 nm thereon. Next, Compound 2 was deposited to a thickness of 25 nm to form a light emitting layer, and TPBi was formed to a thickness of 40 nm thereon.
- ITO indium tin oxide
- FIG. 2 shows the emission spectrum (PL) of the solid organic thin film produced in Example 12.
- Example 15 Preparation and evaluation of organic electroluminescence device using compound 11 [1] Each thin film was laminated at a vacuum degree of 2 ⁇ 10 ⁇ 4 Pa by a vacuum deposition method on a glass substrate on which an anode made of indium tin oxide (ITO) having a thickness of 100 nm was formed. First, TAPC was formed to a thickness of 40 nm on ITO. Next, Compound 11 was deposited to a thickness of 20 nm to form a light emitting layer. Subsequently, DPEPO was formed to a thickness of 10 nm, and TPBi was formed thereon to a thickness of 40 nm.
- ITO indium tin oxide
- LiF lithium fluoride
- Al aluminum
- Example 16 Preparation and evaluation of organic electroluminescence device using compound 11 [2] Each thin film was laminated at a vacuum degree of 2 ⁇ 10 ⁇ 4 Pa by a vacuum deposition method on a glass substrate on which an anode made of indium tin oxide (ITO) having a thickness of 100 nm was formed. First, TAPC was formed to a thickness of 40 nm on ITO. Next, Compound 11 and PPT were co-evaporated from different vapor deposition sources to form a 20 nm thick layer to be a light emitting layer. At this time, the concentration of Compound 11 was 8% by weight.
- ITO indium tin oxide
- PPT was formed to a thickness of 10 nm, and TPBi was formed thereon to a thickness of 40 nm. Further, lithium fluoride (LiF) was formed to a thickness of 1 nm, and then aluminum (Al) was evaporated to a thickness of 100 nm to form a cathode, whereby an organic electroluminescent element was obtained.
- Table 3 shows the element characteristics of the manufactured organic electroluminescence element.
- Example 17 Preparation and evaluation of organic electroluminescence device using compound 11 [3] Each thin film was laminated at a vacuum degree of 2 ⁇ 10 ⁇ 4 Pa by a vacuum deposition method on a glass substrate on which an anode made of indium tin oxide (ITO) having a thickness of 100 nm was formed. First, TAPC was formed to a thickness of 40 nm on ITO. Next, Compound 11 and DPEPO were co-deposited from different vapor deposition sources to form a 20 nm thick layer as a light emitting layer. At this time, the concentration of Compound 11 was 8% by weight.
- ITO indium tin oxide
- DPEPO was formed to a thickness of 10 nm, and TPBi was formed thereon to a thickness of 40 nm. Further, lithium fluoride (LiF) was formed to a thickness of 1 nm, and then aluminum (Al) was evaporated to a thickness of 100 nm to form a cathode, whereby an organic electroluminescent element was obtained.
- Table 3 shows the element characteristics of the manufactured organic electroluminescence element.
- Example 18 Production and evaluation of organic electroluminescence device using compound 11 [4] Each thin film was laminated at a vacuum degree of 2 ⁇ 10 ⁇ 4 Pa by a vacuum deposition method on a glass substrate on which an anode made of indium tin oxide (ITO) having a thickness of 100 nm was formed. First, TAPC was formed to a thickness of 40 nm on ITO. Next, Compound 11 and DPEPO were co-deposited from different vapor deposition sources to form a 20 nm thick layer as a light emitting layer. At this time, the concentration of Compound 11 was 8% by weight. Subsequently, a layer gradually changing from DPEPO to TPBi was formed to a thickness of 10 nm.
- ITO indium tin oxide
- FIG. 4 shows the emission spectrum of the produced organic electroluminescence device
- FIG. 5 shows the voltage-current density-luminance characteristics
- FIG. 6 shows the current density-external quantum efficiency characteristics.
- Table 3 shows element characteristics of the organic electroluminescence element.
- Each of the manufactured organic electroluminescence elements had good element characteristics. From this, it was confirmed that a compound having a donor group but not having an acceptor group has a sufficient function as a light-emitting material of an organic electroluminescence element.
- the compound of the present invention is useful as a luminescent material. For this reason, the compound of this invention is effectively used as a luminescent material for organic light emitting elements, such as an organic electroluminescent element. Since the compounds of the present invention include those that emit delayed fluorescence, it is also possible to provide an organic light-emitting device with high luminous efficiency. For this reason, this invention has high industrial applicability.
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Abstract
2つ以上の構造が異なるドナー性基とこれらのドナー性基を連結する連結基からなる化合物であって、前記連結基がアルキル基またはハロゲノ基で置換されていてもよい1つ以上のベンゼン環で構成される芳香族基である化合物は、良好な発光特性を有する。
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、発光材料となる有機化合物について、分子内での電荷移動やエネルギー状態に着目した分子構造の検討が精力的に進められた結果、高い発光効率が得られる幾つかの化合物群が見出されるに至っている。
例えば、そのような化合物群として、ドナー性基とアクセプター性基が連結した構造を有する化合物群が提案されている。こうした構造を有する化合物は、有機エレクトロルミネッセンス素子の各電極から供給されるキャリアの再結合エネルギーにより励起状態になると、ドナー性基からアクセプター性基に電子が移動する。その後、励起状態になった化合物は光を放射しつつ失活し、それと同時に、アクセプター性基に移動した電子がドナー性基に戻る。このように、この化合物群に含まれる化合物は、エネルギー状態に応じてドナー性基とアクセプター性基の間を電子が行き交う特徴を有し、そのドナー性基やアクセプター性基の化学構造や配置を変えることにより、各種エネルギー準位を制御することができる。これにより、発光効率を顕著に改善できるとされている(非特許文献1)。
例えば、そのような化合物群として、ドナー性基とアクセプター性基が連結した構造を有する化合物群が提案されている。こうした構造を有する化合物は、有機エレクトロルミネッセンス素子の各電極から供給されるキャリアの再結合エネルギーにより励起状態になると、ドナー性基からアクセプター性基に電子が移動する。その後、励起状態になった化合物は光を放射しつつ失活し、それと同時に、アクセプター性基に移動した電子がドナー性基に戻る。このように、この化合物群に含まれる化合物は、エネルギー状態に応じてドナー性基とアクセプター性基の間を電子が行き交う特徴を有し、そのドナー性基やアクセプター性基の化学構造や配置を変えることにより、各種エネルギー準位を制御することができる。これにより、発光効率を顕著に改善できるとされている(非特許文献1)。
Nature 492, 234-238
これまで、種々の有機化合物が発光材料として提案されているが、上記のように、効率がよい発光を実現できる有機化合物は、ドナー性基とアクセプター性基を有する化合物であると考えられていた。このため、近年の発光材料の開発や分子設計では、もっぱらドナー性基とアクセプター性基を有することを前提として有用な化合物の探索が行われていた。
このような状況下において本発明者らは、ドナー性基を有するが、アクセプター性基を有しない化合物群の発光材料としての有用性について検討を進め、発光特性が優れた化合物を見出すことを目指して研究を重ねた。そして、発光材料として有用な化合物の構造に共通の特徴があることを導きだし、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、互いに構造が異なる2つ以上のドナー性基が連結基を介して連結した構造を有する化合物であって、且つ、アクセプター基を持たない化合物が、発光材料として優れた性質を有することを見出した。また、そのような化合物を発光材料として用いることにより、発光効率が高い有機発光素子を提供しうることを明らかにした。本発明者らは、これらの知見に基づいて、上記の課題を解決する手段として、以下の本発明を提供するに至った。
[1] 2つ以上のドナー性基と1つ以上の連結基からなる化合物で構成される発光材料であって、
前記化合物は、互いに構造が異なるドナー性基を有しており、
前記連結基は、アルキル基またはハロゲノ基で置換されていてもよい1つ以上のベンゼン環で構成される芳香族基である、発光材料。
[2] 前記化合物は、互いに構造が異なるドナー性基を有する、[1]に記載の発光材料。
[3] 前記化合物が下記一般式(1)で表される構造を有する、[1]または[2]に記載の発光材料。
一般式(1)
L1[-D1{-L2-(D2'-L2')n1-D2}n2]m
[一般式(1)において、L1、L2、L2'は各々独立に、アルキル基またはハロゲノ基で置換されていてもよい1つ以上のベンゼン環で構成される芳香族基を表す。D1、D2、D2'は各々独立に、ドナー性基を表す。ただし、一般式(1)で表される構造を有する化合物の分子内に存在するドナー性基の少なくとも2つは、互いに異なる構造を有する。mは2以上の整数を表す。n1は0以上の整数を表し、n2は0以上の整数を表す。mが2以上であるとき、複数のD1、L2、D2'、L2'、D2、n1、n2は各々互いに同一であっても異なっていてもよい。n1が2以上であるとき、複数のD2'、L2'は各々互いに同一であっても異なっていてもよい。n2が2以上であるとき、複数のL2、D2'、L2'、D2、n1は各々互いに同一であっても異なっていてもよい。]
[4] 前記化合物が下記一般式(2)で表される構造を有する、[1]または[2]に記載の発光材料。
一般式(2)
D1'-L1-D1{-L2-D2}n2'
[一般式(2)において、L1およびL2は各々独立に、アルキル基またはハロゲノ基で置換されていてもよい1つ以上のベンゼン環で構成される芳香族基を表す。D1'、D1、D2は各々独立に、ドナー性基を表す。ただし、一般式(2)で表される構造を有する化合物の分子内に存在するドナー性基の少なくとも2つは、互いに異なる構造を有する。n2’は0または1を表す。]
[5] 前記L1が、アルキル基またはハロゲノ基で置換されていてもよいフェニレン基またはビフェニレン基である、[3]または[4]に記載の発光材料。
[6] 前記化合物が下記一般式(3)で表される構造を有する、[1]または[2]に記載の発光材料。
一般式(3)
D1'-Ph1-D1{-L2-D2}n2'
[一般式(3)において、Ph1はアルキル基またはハロゲノ基で置換されていてもよいフェニレン基を表す。D1'、D1、D2は各々独立に、置換もしくは無置換のジアリールアミノ基以外のドナー性基を表す。ただし、一般式(3)で表される構造を有する化合物の分子内に存在するドナー性基の少なくとも2つは、互いに異なる構造を有する。n2’は0または1を表す。]
[7] D1'、D1、D2が各々独立に芳香族多環構造を有する、[4]~[6]のいずれか1項に記載の発光材料。
[8] 前記芳香族多環構造は、芳香族多環縮合構造である、[7]に記載の発光材料。
[9] D1'、D1、D2が各々独立に水素原子、炭素原子、窒素原子、酸素原子および硫黄原子からなる群より選択される2種以上の原子のみからなる基である、[4]~[8]のいずれか1項に記載の発光材料。
[10] D1'、D1、D2のうちの少なくとも1つが、水素原子と炭素原子のみからなる基であり、残りの少なくとも1つが、水素原子と炭素原子と窒素原子のみからなる基、もしくは、酸素原子および硫黄原子から選択される1種以上の原子と、水素原子と炭素原子と窒素原子のみからなる基である、[9]に記載の発光材料。
[11] D1が窒素原子で連結基に結合する基であり、D1'が炭素原子で連結基に結合する基である、[4]~[10]のいずれか1項に記載の発光材料。
[12] D2が炭素原子で連結基に結合する基である、[11]に記載の発光材料。
[13] D1が炭素原子で連結基に結合する基であり、D1'が窒素原子で連結基に結合する基である、[4]~[10]のいずれか1項に記載の発光材料。
[14] D2が窒素原子で連結基に結合する基である、[13]に記載の発光材料。
前記化合物は、互いに構造が異なるドナー性基を有しており、
前記連結基は、アルキル基またはハロゲノ基で置換されていてもよい1つ以上のベンゼン環で構成される芳香族基である、発光材料。
[2] 前記化合物は、互いに構造が異なるドナー性基を有する、[1]に記載の発光材料。
[3] 前記化合物が下記一般式(1)で表される構造を有する、[1]または[2]に記載の発光材料。
一般式(1)
L1[-D1{-L2-(D2'-L2')n1-D2}n2]m
[一般式(1)において、L1、L2、L2'は各々独立に、アルキル基またはハロゲノ基で置換されていてもよい1つ以上のベンゼン環で構成される芳香族基を表す。D1、D2、D2'は各々独立に、ドナー性基を表す。ただし、一般式(1)で表される構造を有する化合物の分子内に存在するドナー性基の少なくとも2つは、互いに異なる構造を有する。mは2以上の整数を表す。n1は0以上の整数を表し、n2は0以上の整数を表す。mが2以上であるとき、複数のD1、L2、D2'、L2'、D2、n1、n2は各々互いに同一であっても異なっていてもよい。n1が2以上であるとき、複数のD2'、L2'は各々互いに同一であっても異なっていてもよい。n2が2以上であるとき、複数のL2、D2'、L2'、D2、n1は各々互いに同一であっても異なっていてもよい。]
[4] 前記化合物が下記一般式(2)で表される構造を有する、[1]または[2]に記載の発光材料。
一般式(2)
D1'-L1-D1{-L2-D2}n2'
[一般式(2)において、L1およびL2は各々独立に、アルキル基またはハロゲノ基で置換されていてもよい1つ以上のベンゼン環で構成される芳香族基を表す。D1'、D1、D2は各々独立に、ドナー性基を表す。ただし、一般式(2)で表される構造を有する化合物の分子内に存在するドナー性基の少なくとも2つは、互いに異なる構造を有する。n2’は0または1を表す。]
[5] 前記L1が、アルキル基またはハロゲノ基で置換されていてもよいフェニレン基またはビフェニレン基である、[3]または[4]に記載の発光材料。
[6] 前記化合物が下記一般式(3)で表される構造を有する、[1]または[2]に記載の発光材料。
一般式(3)
D1'-Ph1-D1{-L2-D2}n2'
[一般式(3)において、Ph1はアルキル基またはハロゲノ基で置換されていてもよいフェニレン基を表す。D1'、D1、D2は各々独立に、置換もしくは無置換のジアリールアミノ基以外のドナー性基を表す。ただし、一般式(3)で表される構造を有する化合物の分子内に存在するドナー性基の少なくとも2つは、互いに異なる構造を有する。n2’は0または1を表す。]
[7] D1'、D1、D2が各々独立に芳香族多環構造を有する、[4]~[6]のいずれか1項に記載の発光材料。
[8] 前記芳香族多環構造は、芳香族多環縮合構造である、[7]に記載の発光材料。
[9] D1'、D1、D2が各々独立に水素原子、炭素原子、窒素原子、酸素原子および硫黄原子からなる群より選択される2種以上の原子のみからなる基である、[4]~[8]のいずれか1項に記載の発光材料。
[10] D1'、D1、D2のうちの少なくとも1つが、水素原子と炭素原子のみからなる基であり、残りの少なくとも1つが、水素原子と炭素原子と窒素原子のみからなる基、もしくは、酸素原子および硫黄原子から選択される1種以上の原子と、水素原子と炭素原子と窒素原子のみからなる基である、[9]に記載の発光材料。
[11] D1が窒素原子で連結基に結合する基であり、D1'が炭素原子で連結基に結合する基である、[4]~[10]のいずれか1項に記載の発光材料。
[12] D2が炭素原子で連結基に結合する基である、[11]に記載の発光材料。
[13] D1が炭素原子で連結基に結合する基であり、D1'が窒素原子で連結基に結合する基である、[4]~[10]のいずれか1項に記載の発光材料。
[14] D2が窒素原子で連結基に結合する基である、[13]に記載の発光材料。
[15] 前記炭素原子で連結基に結合する基が、ベンゼン環の環骨格を構成する炭素原子で連結基に結合する基である、[11]~[14]のいずれか1項に記載の発光材料。
[16] 前記窒素原子で連結基に結合する基が、下記一般式(4)または(5)で表される基である、[11]~[15]のいずれか1項に記載の発光材料。
[一般式(4)において、R11~R20は各々独立に水素原子または置換基を表す。R15とR16は互いに結合して環状構造を形成している。R11とR12、R12とR13、R13とR14、R17とR18、R18とR19、R19とR20は互いに結合して環状構造を形成していてもよい。*は連結基との結合位置を表す。前記窒素原子で連結基に結合する基が2価である場合は、R11~R20のいずれかにおいてさらに結合する。]
[一般式(5)において、R71~R79は各々独立に水素原子または置換基を表す。R71とR72、R72とR73、R73とR74、R74とR75、R76とR77、R77とR78、R78とR79は互いに結合して環状構造を形成していてもよい。*は連結基との結合位置を表す。前記窒素原子で連結基に結合する基が2価である場合は、R71~R79のいずれかにおいてさらに結合する。]
[17]
前記窒素原子で連結基に結合する基が、下記一般式(6)~(10)のいずれかで表される基である、[11]~[15]のいずれか1項に記載の発光材料。
[一般式(6)~(10)において、R21~R24、R27~R38、R41~R48、R51~R59、R81~R90は、各々独立に水素原子または置換基を表す。R21とR22、R22とR23、R23とR24、R27とR28、R28とR29、R29とR30、R31とR32、R32とR33、R33とR34、R35とR36、R36とR37、R37とR38、R41とR42、R42とR43、R43とR44、R45とR46、R46とR47、R47とR48、R51とR52、R52とR53、R53とR54、R55とR56、R56とR57、R57とR58、R54とR59、R55とR59、R81とR82、R82とR83、R83とR84、R85とR86、R86とR87、R87とR88、R89とR90は互いに結合して環状構造を形成していてもよい。*は連結基との結合位置を表す。前記窒素原子で連結基に結合する基が2価である場合は、R21~R24、R27~R38、R41~R48、R51~R59、R81~R90のいずれかにおいてさらに結合する。]
[18] 前記炭素原子で連結基に結合する基が、下記一般式(11)で表される基である、[11]~[17]のいずれか1項に記載の発光材料。
[一般式(11)において、R91~R99は、各々独立に水素原子または置換基を表す。R91とR92、R92とR93、R93とR94、R94とR95、R95とR96、R96とR97、R97とR98、R98とR99、R91とR99は互いに結合して環状構造を形成していてもよい。*は連結基との結合位置を表す。前記炭素原子で連結基に結合する基が2価である場合は、R91~R99のいずれかにおいてさらに結合する。]
[19] 前記化合物のHOMOとLUMOのエネルギー差が2.5~3.6eVである、[1]~[18]のいずれか1項に記載の発光材料。
[20] 前記化合物のHOMOのエネルギー準位が-5.7eV以上である、[1]~[19]のいずれか1項に記載の発光材料。
[21] 前記化合物のHOMOのエネルギー準位が-5.3eV以上である、[1]~[19]のいずれか1項に記載の発光材料。
[22] 前記化合物の最低励起一重項エネルギー準位ES1と最低励起三重項エネルギー準位ET1の差ΔESTが0.3eV以下である、[1]~[21]のいずれか1項に記載の発光材料。
[16] 前記窒素原子で連結基に結合する基が、下記一般式(4)または(5)で表される基である、[11]~[15]のいずれか1項に記載の発光材料。
[17]
前記窒素原子で連結基に結合する基が、下記一般式(6)~(10)のいずれかで表される基である、[11]~[15]のいずれか1項に記載の発光材料。
[18] 前記炭素原子で連結基に結合する基が、下記一般式(11)で表される基である、[11]~[17]のいずれか1項に記載の発光材料。
[19] 前記化合物のHOMOとLUMOのエネルギー差が2.5~3.6eVである、[1]~[18]のいずれか1項に記載の発光材料。
[20] 前記化合物のHOMOのエネルギー準位が-5.7eV以上である、[1]~[19]のいずれか1項に記載の発光材料。
[21] 前記化合物のHOMOのエネルギー準位が-5.3eV以上である、[1]~[19]のいずれか1項に記載の発光材料。
[22] 前記化合物の最低励起一重項エネルギー準位ES1と最低励起三重項エネルギー準位ET1の差ΔESTが0.3eV以下である、[1]~[21]のいずれか1項に記載の発光材料。
[23] 発光材料として、[1]~[22]のいずれか1項に記載の発光材料を発光層に含む有機発光素子。
[24] 上記一般式(3)で表される化合物。
[24] 上記一般式(3)で表される化合物。
本発明の発光材料は、アクセプター性基を有しない化合物で構成されるものでありながら、効率よく発光することができる。
本発明の化合物は、発光材料として有用である。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。
本発明の化合物は、発光材料として有用である。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。
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。
[発光材料]
本発明の発光材料は、2つ以上のドナー性基と1つ以上の連結基からなる化合物(「本発明の化合物」という)で構成される発光材料である。本発明の化合物は、互いに構造が異なるドナー性基を有している。また連結基は、少なくとも2つのドナー性基を連結するものであって、アルキル基またはハロゲノ基で置換されていてもよい1つ以上のベンゼン環で構成される芳香族基である。
本発明の発光材料は、2つ以上のドナー性基と1つ以上の連結基からなる化合物(「本発明の化合物」という)で構成される発光材料である。本発明の化合物は、互いに構造が異なるドナー性基を有している。また連結基は、少なくとも2つのドナー性基を連結するものであって、アルキル基またはハロゲノ基で置換されていてもよい1つ以上のベンゼン環で構成される芳香族基である。
本発明の化合物を構成する「ドナー性基」は、化合物の一部を構成する原子または原子団であって、その原子が保有する電子を、化合物の他の一部を構成する原子団に供与する機能を有するものをいう。本発明の化合物は、上記のようなドナー性基を分子中に2つ以上有する。化合物が有するドナー性基の数は、2以上であることが好ましく、2~4であることがより好ましく、2または3であることがさらに好ましい。
また、本発明の化合物は、互いに構造が異なるドナー性基を有する。すなわち、本発明の化合物が有する各ドナー性基は、該化合物が有する他のドナー性基の少なくとも1つと構造が異なる。本発明の化合物が有する各ドナー性基は、該化合物が有する他のドナー性基の全てと構造が異なっていてもよいし、他のドナー性基のうちの一部のみと構造が異なり、他の一部とは構造が同じであってもよい。
互いに構造が異なるドナー性基は、互いに電子供与性の強度が異なる。電子供与性の強度については、酸化還元電位を指標にすることができる。例えば、下記の構造を有していて、ドナー性基Dが異なる複数の化合物を合成して、それらの酸化還元電位を測定することにより、各ドナー性基Dの電子供与性の強度を比較することができる。本発明の化合物に存在する互いに構造が異なるドナー性基は、このようにして測定される酸化還元電位の差が0.01V以上であることが好ましく、0.05V以上であることがより好ましく、0.1V以上であることがさらに好ましく、0.2V以上であることがさらにより好ましい。また、互いに構造が異なるドナー性基の酸化還元電位の差は、1.5V以下であることが好ましく、1.2V以下であることがより好ましく、1.0V以下であることがさらに好ましい。
互いに構造が異なるドナー性基は、互いに電子供与性の強度が異なる。電子供与性の強度については、酸化還元電位を指標にすることができる。例えば、下記の構造を有していて、ドナー性基Dが異なる複数の化合物を合成して、それらの酸化還元電位を測定することにより、各ドナー性基Dの電子供与性の強度を比較することができる。本発明の化合物に存在する互いに構造が異なるドナー性基は、このようにして測定される酸化還元電位の差が0.01V以上であることが好ましく、0.05V以上であることがより好ましく、0.1V以上であることがさらに好ましく、0.2V以上であることがさらにより好ましい。また、互いに構造が異なるドナー性基の酸化還元電位の差は、1.5V以下であることが好ましく、1.2V以下であることがより好ましく、1.0V以下であることがさらに好ましい。
本発明の化合物に存在するドナー性基は、いずれもハメットのσp
+値が0未満であり、-0.15未満であることが好ましく、-0.3未満であることが好ましく、-0.45以下であることがより好ましく、-0.6以下であることがさらに好ましい。
本発明における「ハメットのσp +値」は、L.P.ハメットにより提唱されたものであり、パラ置換ベンゼン誘導体の反応速度または平衡に及ぼす置換基の影響を定量化したものである。具体的には、パラ置換ベンゼン誘導体における置換基と反応速度定数または平衡定数の間に成立する下記式:
における置換基に特有な定数(σp)である。上式において、kは置換基を持たないベンゼン誘導体の速度定数、k0は置換基で置換されたベンゼン誘導体の速度定数、Kは置換基を持たないベンゼン誘導体の平衡定数、K0は置換基で置換されたベンゼン誘導体の平衡定数、ρは反応の種類と条件によって決まる反応定数を表す。ハメットのσp値に関する説明と各置換基の数値については、J.A.Dean編 "Lange's Handbook of Chemistry 第13版"、1985年、3-132~3-137頁、McGrow-Hill を参照することができる。
本発明における「ハメットのσp +値」は、L.P.ハメットにより提唱されたものであり、パラ置換ベンゼン誘導体の反応速度または平衡に及ぼす置換基の影響を定量化したものである。具体的には、パラ置換ベンゼン誘導体における置換基と反応速度定数または平衡定数の間に成立する下記式:
ドナー性基の化学構造の好ましい範囲については、後述する一般式(1)のD1、D2、D2'がとりうるドナー性基の好ましい範囲を参照することができる。
本発明の化合物における連結基は、少なくとも2つのドナー性基を連結するものである。本発明の化合物は、こうした連結基とドナー性基からなっており、従来の発光材料において必須と考えられていた電子求引性が大きな基(アクセプター性基)を含まない点に特徴がある。本発明では、このような化合物を発光材料に採用することにより、発光材料として使用しうる化合物の範囲を拡大できるとともに、従来の発光材料では得られない特有の発光特性が得られることが期待され、利用価値が非常に高い発光材料を実現することができる。
本願において「アクセプター性基」という用語は、上記のドナー性基と上記の連結基のいずれにも属さない基である。また、本願における「ドナー性基」には、連結基を構成するベンゼン環に置換されるアルキル基とハロゲノ基は含まれない。
本発明の化合物は、分子内にハメットのσp +値が0.3超である基を有さないものであり、分子内にハメットのσp +値が0.2超である基を有さないものであることが好ましく、分子内にハメットのσp +値が0.1超である基を有さないものであることがより好ましく、分子内にハメットのσp +値が0.05超である基を有さないものであることがさらに好ましく、分子内にハメットのσp +値が0超である基を有さないものであることがさらにより好ましい。
連結基は、2つのドナー性基を連結するものであってもよいし、3つ以上のドナー性基を放射状に連結するものであってもよい。連結基が連結するドナー性基の数は、2~6であることが好ましく、2~4であることがより好ましく、2または3であることがさらに好ましく、2であることが特に好ましい。また、連結基は、ドナー性基とともに、ドナー性基と連結基が順次繰り返して結合した鎖状構造を形成していても構わない。
本願において「アクセプター性基」という用語は、上記のドナー性基と上記の連結基のいずれにも属さない基である。また、本願における「ドナー性基」には、連結基を構成するベンゼン環に置換されるアルキル基とハロゲノ基は含まれない。
本発明の化合物は、分子内にハメットのσp +値が0.3超である基を有さないものであり、分子内にハメットのσp +値が0.2超である基を有さないものであることが好ましく、分子内にハメットのσp +値が0.1超である基を有さないものであることがより好ましく、分子内にハメットのσp +値が0.05超である基を有さないものであることがさらに好ましく、分子内にハメットのσp +値が0超である基を有さないものであることがさらにより好ましい。
連結基は、2つのドナー性基を連結するものであってもよいし、3つ以上のドナー性基を放射状に連結するものであってもよい。連結基が連結するドナー性基の数は、2~6であることが好ましく、2~4であることがより好ましく、2または3であることがさらに好ましく、2であることが特に好ましい。また、連結基は、ドナー性基とともに、ドナー性基と連結基が順次繰り返して結合した鎖状構造を形成していても構わない。
連結基は、アルキル基またはハロゲノ基で置換されていてもよい1つ以上のベンゼン環で構成される芳香族基である。ここでいうアルキル基は、炭素数1~20のアルキル基であることが好ましく、炭素数1~6のアルキル基であることがより好ましい。具体的には、メチル基、エチル基、n-プロピル基、イソプロピル基、n-ブチル基、イソブチル基、t-ブチル基を例示することができる。ハロゲノ基としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子からなる基を挙げることができる。ハロゲノ基とアルキル基では、アルキル基を採用する方が好ましい。また、ベンゼン環が置換されていない無置換体も採用することが可能である。
また、芳香族基を構成するベンゼン環は、1つだけであってもよいし、2つ以上であってもよい。2つ以上である場合は、ベンゼン環どうしが連結したものであってもよいし、縮合したものであってもよい。好ましいのはベンゼン環どうしが連結したものである。例えば、ビフェニレン構造を挙げることができる。また、好ましい芳香族基は、アルキル基またはハロゲノ基で置換されていてもよいベンゼン環からなる芳香族基であり、より好ましい芳香族基は、アルキル基で置換されていてもよいベンゼン環からなる芳香族基である。
本発明の化合物は、上記のような連結基を分子中に1つ以上有する。本発明の化合物が有する連結基の数は、1~5であることが好ましく、1~3であることがより好ましく、1または2であることがさらに好ましい。
本発明の発光材料を構成する化合物は、下記一般式(1)で表される構造を有することが好ましい。
一般式(1)
L1[-D1{-L2-(D2'-L2')n1-D2}n2]m
一般式(1)において、L1、L2、L2'は各々独立に、アルキル基またはハロゲノ基で置換されていてもよい1つ以上のベンゼン環で構成される芳香族基を表す。ここで言う芳香族基は、1つ以上のベンゼン環から構成される芳香族化合物からD1、D2、D2'の結合位置に対応する水素原子を除去した構造を有する連結基である。
L2、L2'の価数は2である。L1の価数はmに等しく、2以上である。L1の価数は2~6であることが好ましく、2~4であることがより好ましく、2または3であることがさらに好ましく、2であることが特に好ましい。
一般式(1)
L1[-D1{-L2-(D2'-L2')n1-D2}n2]m
一般式(1)において、L1、L2、L2'は各々独立に、アルキル基またはハロゲノ基で置換されていてもよい1つ以上のベンゼン環で構成される芳香族基を表す。ここで言う芳香族基は、1つ以上のベンゼン環から構成される芳香族化合物からD1、D2、D2'の結合位置に対応する水素原子を除去した構造を有する連結基である。
L2、L2'の価数は2である。L1の価数はmに等しく、2以上である。L1の価数は2~6であることが好ましく、2~4であることがより好ましく、2または3であることがさらに好ましく、2であることが特に好ましい。
D1、D2、D2'は各々独立に、ドナー性基を表す。ただし、一般式(1)で表される化合物の分子内に存在するドナー性基の少なくとも2つは、互いに異なる構造を有する。
D1、D2、D2'は、芳香環を有することが好ましく、芳香族多環構造を有することがより好ましい。芳香族多環構造は、芳香族炭化水素基を構成する多環構造であってもよいし、ヘテロ芳香族基を構成する多環構造であってもよい、芳香族多環構造における「多環構造」は、多環縮合構造であってもよいし、複数の芳香環が単結合で連結した環集合構造であってもよいが、多環縮合構造であることが好ましい。芳香族多環構造の炭素数は8~40であることが好ましく、12~20であることがより好ましい。ヘテロ芳香族基を構成する多環構造のヘテロ原子として、窒素原子、酸素原子、硫黄原子を挙げることができ、ヘテロ芳香族基を構成する多環構造は少なくとも1つの窒素原子を含むことが好ましい。
D1、D2、D2'は、芳香環を有することが好ましく、芳香族多環構造を有することがより好ましい。芳香族多環構造は、芳香族炭化水素基を構成する多環構造であってもよいし、ヘテロ芳香族基を構成する多環構造であってもよい、芳香族多環構造における「多環構造」は、多環縮合構造であってもよいし、複数の芳香環が単結合で連結した環集合構造であってもよいが、多環縮合構造であることが好ましい。芳香族多環構造の炭素数は8~40であることが好ましく、12~20であることがより好ましい。ヘテロ芳香族基を構成する多環構造のヘテロ原子として、窒素原子、酸素原子、硫黄原子を挙げることができ、ヘテロ芳香族基を構成する多環構造は少なくとも1つの窒素原子を含むことが好ましい。
D1、D2、D2'は、水素原子、炭素原子、窒素原子、酸素原子および硫黄原子からなる群より選択される2種以上の原子のみからなる基であることも好ましい。2種以上の原子の組み合わせとしては、水素原子と炭素原子からなる2元系の組み合わせ、水素原子、炭素原子および窒素原子からなる3元系の組み合わせ、水素原子、炭素原子、窒素原子および酸素原子からなる4元系の組み合わせ、水素原子、炭素原子、窒素原子および硫黄原子からなる4元系の組み合わせ、水素原子、炭素原子、窒素原子、酸素原子および硫黄原子からなる5元系の組み合わせ等を挙げることができ、水素原子と炭素原子からなる2元系の組み合わせ、水素原子、炭素原子および窒素原子からなる3元系の組み合わせ、水素原子、炭素原子、窒素原子および酸素原子からなる4元系の組み合わせであることがより好ましい。これらの原子のみからなる基は、直鎖状、分枝状、環状のいずれの形態であってもよいが、環状構造を形成していることが好ましく、芳香環を形成していることがより好ましく、芳香族多環構造を形成していることがさらに好ましい。水素原子、炭素原子、窒素原子、酸素原子および硫黄原子からなる群より選択される2種以上の原子のみからなる基の炭素数は、8~40であることが好ましく、12~24であることがより好ましい。
一般式(1)で表される構造を有する化合物の、分子内に存在するドナー性基の少なくとも2つは、互いに異なる構造を有する。互いに異なる構造を有するドナー性基の説明については、上記の「互いに構造が異なるドナー性基」についての説明を参照することができる。また、ドナー性基の少なくとも2つが互いに異なる構造を有する態様の好ましい例として、下記のものを挙げることができる。
すなわち、D1、D2、D2'の少なくとも1つが、水素原子と炭素原子のみからなる基であり、残りの少なくとも1つが、水素原子と炭素原子と窒素原子のみからなる基、もしくは、酸素原子および硫黄原子から選択される1種以上の原子と、水素原子と炭素原子と窒素原子のみからなる基であることが好ましい。
また、D1、D2、D2'の少なくとも1つが、芳香族炭化水素環からなるドナー性基であり、残りの少なくとも1つが、窒素原子を含むヘテロ芳香環からなるドナー性基であることも好ましい。
さらに、D1、D2、D2'の少なくとも1つが、窒素原子で連結基に結合する基であり、残りの少なくとも1つが、炭素原子で連結基に結合する基であることも好ましい。
窒素原子で連結基に結合する基は、下記一般式(4)~(10)で表される基であることが好ましく、炭素原子で連結基に結合する基は、ベンゼン環の環骨格を構成する炭素原子で連結基に結合する基であることが好ましく、下記一般式(11)で表される基であることがより好ましい。
すなわち、D1、D2、D2'の少なくとも1つが、水素原子と炭素原子のみからなる基であり、残りの少なくとも1つが、水素原子と炭素原子と窒素原子のみからなる基、もしくは、酸素原子および硫黄原子から選択される1種以上の原子と、水素原子と炭素原子と窒素原子のみからなる基であることが好ましい。
また、D1、D2、D2'の少なくとも1つが、芳香族炭化水素環からなるドナー性基であり、残りの少なくとも1つが、窒素原子を含むヘテロ芳香環からなるドナー性基であることも好ましい。
さらに、D1、D2、D2'の少なくとも1つが、窒素原子で連結基に結合する基であり、残りの少なくとも1つが、炭素原子で連結基に結合する基であることも好ましい。
窒素原子で連結基に結合する基は、下記一般式(4)~(10)で表される基であることが好ましく、炭素原子で連結基に結合する基は、ベンゼン環の環骨格を構成する炭素原子で連結基に結合する基であることが好ましく、下記一般式(11)で表される基であることがより好ましい。
mは2以上の整数を表し、2~6であることが好ましく、2~4であることがより好ましく、2または3であることがさらに好ましく、2であることが特に好ましい。
n1は0以上の整数を表し、0~4であることが好ましく、0または1であることがより好ましく、0であることがさらに好ましい。
n2は0以上の整数を表し、0~5であることが好ましく、0~3であることがより好ましく、0~2であることがさらに好ましく、0または1であることが特に好ましい。
一般式(1)で表される構造において、例えばn1が2である場合、-(D2'-L2')n1-で表される部分構造は-D2'-L2'-D2'-L2'-で表される鎖状構造になり、この鎖状構造の末端のL2'がD2に結合した構造になる。このとき、2つのL2'は同一であっても異なっていてもよく、また、2つのD2'も同一であっても異なっていてもよい。また、例えば、n2が3であり、且つ、n1が0である場合、-D1{-L2-(D2'-L2')n1-D2}n2で表される部分構造は、-D1{-L2-D2}3で表される構造、すなわち、D1から4つの結合手が放射状に伸び、そのうちの3つの結合手に-L2-D2がそれぞれ結合し、残りの結合手がL1に結合した構造になる。このときも、3つの-L2-D2は同一であっても異なっていてもよい。
mが2以上であるとき、複数のD1、L2、D2'、L2'、D2、n1、n2は各々互いに同一であっても異なっていてもよい。n1が2以上であるとき、複数のD2'、L2'は各々互いに同一であっても異なっていてもよい。n2が2以上であるとき、複数のL2、D2'、L2'、D2、n1は各々互いに同一であっても異なっていてもよい。
n1は0以上の整数を表し、0~4であることが好ましく、0または1であることがより好ましく、0であることがさらに好ましい。
n2は0以上の整数を表し、0~5であることが好ましく、0~3であることがより好ましく、0~2であることがさらに好ましく、0または1であることが特に好ましい。
一般式(1)で表される構造において、例えばn1が2である場合、-(D2'-L2')n1-で表される部分構造は-D2'-L2'-D2'-L2'-で表される鎖状構造になり、この鎖状構造の末端のL2'がD2に結合した構造になる。このとき、2つのL2'は同一であっても異なっていてもよく、また、2つのD2'も同一であっても異なっていてもよい。また、例えば、n2が3であり、且つ、n1が0である場合、-D1{-L2-(D2'-L2')n1-D2}n2で表される部分構造は、-D1{-L2-D2}3で表される構造、すなわち、D1から4つの結合手が放射状に伸び、そのうちの3つの結合手に-L2-D2がそれぞれ結合し、残りの結合手がL1に結合した構造になる。このときも、3つの-L2-D2は同一であっても異なっていてもよい。
mが2以上であるとき、複数のD1、L2、D2'、L2'、D2、n1、n2は各々互いに同一であっても異なっていてもよい。n1が2以上であるとき、複数のD2'、L2'は各々互いに同一であっても異なっていてもよい。n2が2以上であるとき、複数のL2、D2'、L2'、D2、n1は各々互いに同一であっても異なっていてもよい。
本発明の発光材料を構成する化合物は、下記一般式(2)で表される構造を有することがより好ましい。
一般式(2)
D1'-L1-D1{-L2-D2}n2'
一般式(2)において、L1およびL2は各々独立に、アルキル基またはハロゲノ基で置換されていてもよい1つ以上のベンゼン環で構成される芳香族基である。L1およびL2の説明と好ましい範囲、具体例については、上記の本発明の化合物の連結基や一般式(1)のL1およびL2についての説明と好ましい範囲、具体例を参照することができる。
一般式(2)
D1'-L1-D1{-L2-D2}n2'
一般式(2)において、L1およびL2は各々独立に、アルキル基またはハロゲノ基で置換されていてもよい1つ以上のベンゼン環で構成される芳香族基である。L1およびL2の説明と好ましい範囲、具体例については、上記の本発明の化合物の連結基や一般式(1)のL1およびL2についての説明と好ましい範囲、具体例を参照することができる。
D1'、D1、D2は各々独立に、ドナー性基を表す。ただし、一般式(2)で表される構造を有する化合物の、分子内に存在するドナー性基の少なくとも2つは、互いに異なる構造を有する。D1' 、D1、D2の説明と好ましい範囲については、上記の一般式(1)のD1およびD2についての説明と好ましい範囲を参照することができる。また、「ドナー性基の少なくとも2つは、互いに異なる構造を有する」ことについての説明は、上記の一般式(1)の説明の対応する記載を参照することができる。
n2’は0または1を表し、0であることが好ましい。
一般式(2)で表される構造において、n2’が0であるとき、D1'とD1は互いに異なる構造を有するドナー性基である。一方、n2’が1であるときは、D1 、D1、D2は、その全てが他の2つのドナー性基と異なる構造を有するドナー性基であってもよいし、D1'、D1、D2のうちの2つが同じ構造のドナー性基であり、残りの1つが、これらドナー性基と異なる構造を有するドナー性基であってもよい。これらのうち、D1'とD2が同じ構造のドナー性基であり、D1が、D1'とD2と異なる構造を有するドナー性基であることが好ましい。
また、n2’が0であるとき、D1'およびD1のいずれか一方は、水素原子と炭素原子のみからなる基であり、他方は、水素原子と炭素原子と窒素原子のみからなる基、もしくは、酸素原子および硫黄原子から選択される1種以上の原子と、水素原子と炭素原子と窒素原子のみからなる基であることも好ましい。一方、n2’が1であるとき、D1'、D1、D2の少なくとも1つは、水素原子と炭素原子のみからなる基であり、残りの少なくとも1つは、水素原子と炭素原子と窒素原子のみからなる基、もしくは、酸素原子および硫黄原子から選択される1種以上の原子と、水素原子と炭素原子と窒素原子のみからなる基であることも好ましい。
さらに、n2’が0であるとき、D1'およびD1のいずれか一方は、窒素原子で連結基に結合する基であり、他方は、炭素原子で連結基に結合する基であることが好ましい。一方、n2’が1であるとき、D1が窒素原子で連結基に結合する基であり、D1'が炭素原子で連結基に結合する基であることが好ましく、さらに、D2が炭素原子で連結基に結合する基であることがより好ましい。あるいは、D1が炭素原子で連結基に結合する基であり、D1'が窒素原子で連結基に結合する基であることが好ましく、さらに、D2が窒素原子で連結基に結合する基であることがより好ましい。これらのうちでは、D1が炭素原子で連結基に結合する基であり、D1'およびD2が窒素原子で連結基に結合する基であることが好ましい。
窒素原子で連結基に結合する基は、下記一般式(4)~(10)で表される基であることが好ましく、炭素原子で連結基に結合する基は、ベンゼン環の環骨格を構成する炭素原子で連結基に結合する基であることが好ましく、下記一般式(11)で表される基であることがより好ましい。
一般式(2)で表される構造において、n2’が0であるとき、D1'とD1は互いに異なる構造を有するドナー性基である。一方、n2’が1であるときは、D1 、D1、D2は、その全てが他の2つのドナー性基と異なる構造を有するドナー性基であってもよいし、D1'、D1、D2のうちの2つが同じ構造のドナー性基であり、残りの1つが、これらドナー性基と異なる構造を有するドナー性基であってもよい。これらのうち、D1'とD2が同じ構造のドナー性基であり、D1が、D1'とD2と異なる構造を有するドナー性基であることが好ましい。
また、n2’が0であるとき、D1'およびD1のいずれか一方は、水素原子と炭素原子のみからなる基であり、他方は、水素原子と炭素原子と窒素原子のみからなる基、もしくは、酸素原子および硫黄原子から選択される1種以上の原子と、水素原子と炭素原子と窒素原子のみからなる基であることも好ましい。一方、n2’が1であるとき、D1'、D1、D2の少なくとも1つは、水素原子と炭素原子のみからなる基であり、残りの少なくとも1つは、水素原子と炭素原子と窒素原子のみからなる基、もしくは、酸素原子および硫黄原子から選択される1種以上の原子と、水素原子と炭素原子と窒素原子のみからなる基であることも好ましい。
さらに、n2’が0であるとき、D1'およびD1のいずれか一方は、窒素原子で連結基に結合する基であり、他方は、炭素原子で連結基に結合する基であることが好ましい。一方、n2’が1であるとき、D1が窒素原子で連結基に結合する基であり、D1'が炭素原子で連結基に結合する基であることが好ましく、さらに、D2が炭素原子で連結基に結合する基であることがより好ましい。あるいは、D1が炭素原子で連結基に結合する基であり、D1'が窒素原子で連結基に結合する基であることが好ましく、さらに、D2が窒素原子で連結基に結合する基であることがより好ましい。これらのうちでは、D1が炭素原子で連結基に結合する基であり、D1'およびD2が窒素原子で連結基に結合する基であることが好ましい。
窒素原子で連結基に結合する基は、下記一般式(4)~(10)で表される基であることが好ましく、炭素原子で連結基に結合する基は、ベンゼン環の環骨格を構成する炭素原子で連結基に結合する基であることが好ましく、下記一般式(11)で表される基であることがより好ましい。
本発明の発光材料を構成する化合物は、下記一般式(3)で表される構造を有することがさらに好ましい。
一般式(3)
D1'-Ph1-D1{-L2-D2}n2'
一般式(3)において、Ph1はアルキル基またはハロゲノ基で置換されていてもよいフェニレン基を表す。D1' 、D1、D2は各々独立に、置換もしくは無置換のジアリールアミノ基以外のドナー性基を表す。ただし、一般式(1)で表される分子内に存在するドナー性基の少なくとも2つは、互いに異なる構造を有する。n2’は0または1を表す。
一般式(3)のL2、D1' 、D1、D2、n2は、一般式(2)のL2、D1' 、D1、D2、n2と同義であり、その説明と好ましい範囲、具体例については、一般式(2)で表される構造についての説明の対応する記載を参照することができる。
Ph1におけるフェニレン基は、1,2-フェニレン基、1,3-フェニレン基、1,4-フェニレン基のいずれでもよいが、1,3-フェニレン基、1,4-フェニレン基であることが好ましく、1,4-フェニレン基であることがより好ましい。フェニレン基および連結基に置換してもよいアルキル基とハロゲノ基については、上記の連結基に関する説明の対応する記載を参照することができる。
一般式(3)
D1'-Ph1-D1{-L2-D2}n2'
一般式(3)において、Ph1はアルキル基またはハロゲノ基で置換されていてもよいフェニレン基を表す。D1' 、D1、D2は各々独立に、置換もしくは無置換のジアリールアミノ基以外のドナー性基を表す。ただし、一般式(1)で表される分子内に存在するドナー性基の少なくとも2つは、互いに異なる構造を有する。n2’は0または1を表す。
一般式(3)のL2、D1' 、D1、D2、n2は、一般式(2)のL2、D1' 、D1、D2、n2と同義であり、その説明と好ましい範囲、具体例については、一般式(2)で表される構造についての説明の対応する記載を参照することができる。
Ph1におけるフェニレン基は、1,2-フェニレン基、1,3-フェニレン基、1,4-フェニレン基のいずれでもよいが、1,3-フェニレン基、1,4-フェニレン基であることが好ましく、1,4-フェニレン基であることがより好ましい。フェニレン基および連結基に置換してもよいアルキル基とハロゲノ基については、上記の連結基に関する説明の対応する記載を参照することができる。
一般式(1)のD1、D2、D2'一般式(2)および(3)のD1'、D1、D2が窒素原子で連結基に連結する基であるとき、下記一般式(4)または(5)で表される基であることが好ましい。
一般式(4)および(5)において、R11~R20、R71~R79は各々独立に水素原子または置換基を表す。R15とR16は互いに結合して環状構造を形成している。R15とR16の結合は、R15が結合している炭素原子とR16が結合している炭素原子の間に単結合を形成するものであってもよいし、R15が結合している炭素原子とR16が結合している炭素原子の間に2価の連結基を形成する結合であってもよい。2価の連結基としては、アルキレン基、イミノ基(-NH-)、オキシ基(-O-)、チオ基(-S-)、およびこれらの基の2種以上を組み合わせた2価の連結基等を挙げることができる。これらの連結基のうち置換基をとりうるものは置換基で置換されていてもよい。置換基の説明と好ましい範囲については、下記のR11~R14等がとりうる置換基の説明と好ましい範囲を参照することができる。R11~R14、R17~R20、R71~R79のうちの置換基の数は特に制限されず、R11~R14、R17~R20、R71~R79のすべてが無置換(すなわち水素原子)であってもよい。R11~R14、R17~R20のうちの2つ以上が置換基である場合およびR71~R79のうちの2つ以上が置換基である場合、それぞれ複数の置換基は互いに同一であっても異なっていてもよい。一般式(5)に置換基が存在している場合、その置換基はR72~R74、R77、R78のいずれかであることが好ましい。
R11~R14、R17~R20、R71~R79がとりうる置換基として、例えばヒドロキシ基、ハロゲン原子、シアノ基、炭素数1~20のアルキル基、炭素数1~20のアルコキシ基、炭素数1~20のアルキルチオ基、炭素数1~20のアルキル置換アミノ基、炭素数2~20のアシル基、炭素数6~40のアリール基、炭素数3~40のヘテロアリール基、炭素数2~10のアルケニル基、炭素数2~10のアルキニル基、炭素数2~10のアルコキシカルボニル基、炭素数1~10のアルキルスルホニル基、炭素数1~10のハロアルキル基、アミド基、炭素数2~10のアルキルアミド基、炭素数3~20のトリアルキルシリル基、炭素数4~20のトリアルキルシリルアルキル基、炭素数5~20のトリアルキルシリルアルケニル基、炭素数5~20のトリアルキルシリルアルキニル基およびニトロ基等が挙げられる。これらの具体例のうち、さらに置換基により置換可能なものは置換されていてもよい。より好ましい置換基は、ハロゲン原子、シアノ基、炭素数1~20の置換もしくは無置換のアルキル基、炭素数1~20のアルコキシ基、炭素数6~40の置換もしくは無置換のアリール基、炭素数3~40の置換もしくは無置換のヘテロアリール基、炭素数1~20のジアルキル置換アミノ基である。さらに好ましい置換基は、フッ素原子、塩素原子、シアノ基、炭素数1~10の置換もしくは無置換のアルキル基、炭素数1~10の置換もしくは無置換のアルコキシ基、炭素数6~15の置換もしくは無置換のアリール基、炭素数3~12の置換もしくは無置換のヘテロアリール基である。
R11~R14、R17~R20、R71~R79がとりうる置換基として、例えばヒドロキシ基、ハロゲン原子、シアノ基、炭素数1~20のアルキル基、炭素数1~20のアルコキシ基、炭素数1~20のアルキルチオ基、炭素数1~20のアルキル置換アミノ基、炭素数2~20のアシル基、炭素数6~40のアリール基、炭素数3~40のヘテロアリール基、炭素数2~10のアルケニル基、炭素数2~10のアルキニル基、炭素数2~10のアルコキシカルボニル基、炭素数1~10のアルキルスルホニル基、炭素数1~10のハロアルキル基、アミド基、炭素数2~10のアルキルアミド基、炭素数3~20のトリアルキルシリル基、炭素数4~20のトリアルキルシリルアルキル基、炭素数5~20のトリアルキルシリルアルケニル基、炭素数5~20のトリアルキルシリルアルキニル基およびニトロ基等が挙げられる。これらの具体例のうち、さらに置換基により置換可能なものは置換されていてもよい。より好ましい置換基は、ハロゲン原子、シアノ基、炭素数1~20の置換もしくは無置換のアルキル基、炭素数1~20のアルコキシ基、炭素数6~40の置換もしくは無置換のアリール基、炭素数3~40の置換もしくは無置換のヘテロアリール基、炭素数1~20のジアルキル置換アミノ基である。さらに好ましい置換基は、フッ素原子、塩素原子、シアノ基、炭素数1~10の置換もしくは無置換のアルキル基、炭素数1~10の置換もしくは無置換のアルコキシ基、炭素数6~15の置換もしくは無置換のアリール基、炭素数3~12の置換もしくは無置換のヘテロアリール基である。
R11とR12、R12とR13、R13とR14、R17とR18、R18とR19、R19とR20、R71とR72、R72とR73、R73とR74、R74とR75、R76とR77、R77とR78、R78とR79は互いに結合して環状構造を形成していてもよい。環状構造は芳香環であっても脂肪環であってもよく、またヘテロ原子を含むものであってもよく、さらに環状構造は2環以上の縮合環であってもよい。ここでいうヘテロ原子としては、窒素原子、酸素原子および硫黄原子からなる群より選択されるものであることが好ましい。形成される環状構造の例として、ベンゼン環、ナフタレン環、ピリジン環、ピリダジン環、ピリミジン環、ピラジン環、ピロール環、イミダゾール環、ピラゾール環、トリアゾール環、イミダゾリン環、オキサゾール環、イソオキサゾール環、チアゾール環、イソチアゾール環、シクロヘキサジエン環、シクロヘキセン環、シクロペンタエン環、シクロヘプタトリエン環、シクロヘプタジエン環、シクロヘプタエン環などを挙げることができる。
*は連結基との結合位置を表す。一般式(4)および一般式(5)で表される基は2価であってもよい。その場合、一般式(4)で表される基では、R11~R20のいずれかにおいてさらに結合し、一般式(5)で表される基では、R71~R79のいずれかにおいてさらに結合する。
一般式(6)~(10)において、R21~R24、R27~R38、R41~R48、R51~R59、R81~R90は、各々独立に水素原子または置換基を表す。ここでいう置換基の説明と好ましい範囲については、上記のR11~R14等がとりうる置換基の説明と好ましい範囲を参照することができる。一般式(6)~(10)における置換基の数は特に制限されない。R21~R24、R27~R38、R41~R48、R51~R59、R81~R90と上記のR71~R79は、各々独立に上記一般式(5)~(10)のいずれかで表される基であることも好ましい。すべてが無置換(すなわち水素原子)である場合も好ましい。また、一般式(6)~(10)のそれぞれにおいて置換基が2つ以上ある場合、それらの置換基は同一であっても異なっていてもよい。
また、一般式(6)~(10)に置換基が存在している場合、その置換基は一般式(6)であればR22~R24、R27~R29のいずれかであることが好ましく、R23およびR28の少なくとも1つであることがより好ましく、一般式(7)であればR32~R37のいずれかであることが好ましく、一般式(8)であればR42~R47のいずれかであることが好ましく、一般式(9)であればR52~R57、R59のいずれかであることが好ましく、一般式(10)であればR82~R87、R89、R90のいずれかであることが好ましく、R89およびR90であることが好ましい。R89およびR90が表す置換基は、炭素数6~40の置換もしくは無置換のアリール基であることが好ましく、置換もしくは無置換のフェニル基であることがより好ましい。また、R89およびR90が表す置換基は同一であることが好ましい。
また、一般式(6)~(10)に置換基が存在している場合、その置換基は一般式(6)であればR22~R24、R27~R29のいずれかであることが好ましく、R23およびR28の少なくとも1つであることがより好ましく、一般式(7)であればR32~R37のいずれかであることが好ましく、一般式(8)であればR42~R47のいずれかであることが好ましく、一般式(9)であればR52~R57、R59のいずれかであることが好ましく、一般式(10)であればR82~R87、R89、R90のいずれかであることが好ましく、R89およびR90であることが好ましい。R89およびR90が表す置換基は、炭素数6~40の置換もしくは無置換のアリール基であることが好ましく、置換もしくは無置換のフェニル基であることがより好ましい。また、R89およびR90が表す置換基は同一であることが好ましい。
一般式(6)~(10)において、R21とR22、R22とR23、R23とR24、R27とR28、R28とR29、R29とR30、R31とR32、R32とR33、R33とR34、R35とR36、R36とR37、R37とR38、R41とR42、R42とR43、R43とR44、R45とR46、R46とR47、R47とR48、R51とR52、R52とR53、R53とR54、R55とR56、R56とR57、R57とR58、R54とR59、R55とR59、R81とR82、R82とR83、R83とR84、R85とR86、R86とR87、R87とR88、R89とR90は互いに結合して環状構造を形成していてもよい。環状構造の説明と好ましい例については、上記の一般式(4)において、R11とR12等が互いに結合して形成する環状構造の説明と好ましい例を参照することができる。
*は連結基との結合位置を表す。一般式(6)~一般式(10)で表される基は2価であってもよい。その場合、一般式(6)で表される基では、R21~R24、R27~R30のいずれかにおいてさらに結合し、一般式(7)で表される基では、R31~R38のいずれかにおいてさらに結合し、一般式(8)で表される基では、R41~R48のいずれかにおいてさらに結合し、一般式(9)で表される基では、R51~R59のいずれかにおいてさらに結合し、一般式(10)で表される基では、R81~R90のいずれかにおいてさらに結合する。
一般式(1)のD1、D2、D2'一般式(2)および(3)のD1'、D1、D2が炭素原子で連結基に連結する基であるとき、下記一般式(11)で表される基であることが好ましい。
[一般式(11)において、R91~R99は、各々独立に水素原子または置換基を表す。R91とR92、R92とR93、R93とR94、R94とR95、R95とR96、R96とR97、R97とR98、R98とR99、R91とR99は互いに結合して環状構造を形成していてもよい。*は連結基との結合位置を表す。前記炭素原子で連結基に結合する基が2価である場合は、R91~R99のいずれかにおいてさらに結合する。]
一般式(11)において、R91~R99は、各々独立に水素原子または置換基を表す。ここでいう置換基の説明と好ましい範囲については、上記のR11~R14等がとりうる置換基の説明と好ましい範囲を参照することができる。一般式(11)における置換基の数は特に制限されない。R91~R99は、すべてが無置換(すなわち水素原子)である場合も好ましい。また、一般式(11)において置換基が2つ以上ある場合、それらの置換基は同一であっても異なっていてもよい。
また、一般式(11)に置換基が存在している場合、その置換基はR93~R96のいずれかであることが好ましい。
また、一般式(11)に置換基が存在している場合、その置換基はR93~R96のいずれかであることが好ましい。
一般式(11)において、R91とR92、R92とR93、R93とR94、R94とR95、R95とR96、R96とR97、R97とR98、R98とR99、R91とR99は互いに結合して環状構造を形成していてもよい。特に、R91とR92が互いに結合して環状構造を形成していることが好ましい。環状構造の説明と好ましい例については、上記の一般式(4)において、R11とR12等が互いに結合して形成する環状構造の説明と好ましい例を参照することができる。R91とR92が互いに結合して環状構造を形成する場合、R91とR92は、R91が結合している炭素原子とR92が結合している炭素原子との間に連結基を形成するように結合することが好ましく、アルキレン基を形成するように結合することがより好ましい。アルキレン基の炭素数は、1~3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く、1であることがさらに好ましい。アルキレン基は置換基で置換されていてもよい。置換基の説明と好ましい範囲については、上記のR11~R14等がとりうる置換基の説明と好ましい範囲を参照することができる。これらのうち、アルキレン基の置換基は、炭素数1~20のアルキル基であることが好ましく、炭素数1~10のアルキル基であることがより好ましく、炭素数1~5のアルキル基であることがさらに好ましい。
*は、連結基との結合位置を表す。*の位置は、他方のベンゼン環(R92~R96で置換基等が定義されるベンゼン環)の結合位置に対するパラ位であってもよいし、メタ位であってもよいが、パラ位であることが好ましい。R98およびR99は、一方のベンゼン環(R91、R97~R99で置換基等が定義されるベンゼン環)のR91、R97および*の結合位置を除いた残りの位置に結合する。*の位置が、他方のベンゼン環の結合位置に対するパラ位である場合には、R98およびR99は、いずれもメタ位に結合し、*の位置が、他方のベンゼン環の結合位置に対するメタ位である場合には、R91およびR97の一方はパラ位に結合し、他方は*の位置と線対称位置にあるメタ位に結合する。
また、一般式(11)で表される基は、R91~R99のいずれかにおいて、さらに、*で結合している連結基とは異なる連結基に結合して2価の基になっていてもよい。R91~R99のうち、連結基との結合位置になるのは、R93~R95であることが好ましく、R94であることがより好ましい。
*は、連結基との結合位置を表す。*の位置は、他方のベンゼン環(R92~R96で置換基等が定義されるベンゼン環)の結合位置に対するパラ位であってもよいし、メタ位であってもよいが、パラ位であることが好ましい。R98およびR99は、一方のベンゼン環(R91、R97~R99で置換基等が定義されるベンゼン環)のR91、R97および*の結合位置を除いた残りの位置に結合する。*の位置が、他方のベンゼン環の結合位置に対するパラ位である場合には、R98およびR99は、いずれもメタ位に結合し、*の位置が、他方のベンゼン環の結合位置に対するメタ位である場合には、R91およびR97の一方はパラ位に結合し、他方は*の位置と線対称位置にあるメタ位に結合する。
また、一般式(11)で表される基は、R91~R99のいずれかにおいて、さらに、*で結合している連結基とは異なる連結基に結合して2価の基になっていてもよい。R91~R99のうち、連結基との結合位置になるのは、R93~R95であることが好ましく、R94であることがより好ましい。
以下において、本発明の発光材料を構成する化合物の具体例を例示する。ただし、本発明において発光材料に用いることができる化合物は、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。
本発明の発光材料を構成する化合物の分子量は、例えば、その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。
発光材料を構成する化合物は、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。
発光材料を構成する化合物は、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。
本発明の発光材料を構成する化合物のHOMOとLUMOのエネルギー差は、2.5~3.6eVであることが好ましく、2.5~3.4eVであることがより好ましく、2.8~3.1eVであることがさらに好ましい。化合物のHOMOのエネルギー準位は-5.7eV以上であることが好ましく、-5.3eV以上であることがより好ましい。
さらに、本発明の発光材料を構成する化合物の最低励起一重項エネルギー準位ES1と最低励起三重項エネルギー準位ET1の差ΔESTは0.3eV以下であることが好ましく、0.2eV以下であることがより好ましく、0.1eV以下であることがさらにより好ましい。
発光材料を構成する化合物が、上記のエネルギー条件を満たすことにより、より高い発光効率を実現することができる。
化合物のHOMOおよびLUMOの各エネルギー準位を求める方法については、実施例の欄に記載の方法を参照することができる。
なお、本明細書中では、HOMOのエネルギー準位を「HOMO準位」、LUMOのエネルギー準位を「LUMO準位」と表記することがある。
さらに、本発明の発光材料を構成する化合物の最低励起一重項エネルギー準位ES1と最低励起三重項エネルギー準位ET1の差ΔESTは0.3eV以下であることが好ましく、0.2eV以下であることがより好ましく、0.1eV以下であることがさらにより好ましい。
発光材料を構成する化合物が、上記のエネルギー条件を満たすことにより、より高い発光効率を実現することができる。
化合物のHOMOおよびLUMOの各エネルギー準位を求める方法については、実施例の欄に記載の方法を参照することができる。
なお、本明細書中では、HOMOのエネルギー準位を「HOMO準位」、LUMOのエネルギー準位を「LUMO準位」と表記することがある。
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L1、L2、L2'、D1、D2、D2'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。
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L1、L2、L2'、D1、D2、D2'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(10)または(11)において、Qは一般式(1)で表される構造を含む基を表し、L1aおよびL2a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(10)または(11)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。
L1aおよびL2aで表される連結基は、Qを構成する一般式(1)の構造のL1、L2、L2'、D1、D2、D2'のいずれか、一般式(2)のL1、L2、D1'、D1、D2のいずれか、一般式(3)の構造のPh1、L2、D1'、D1、D2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。
一般式(10)または(11)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。
L1aおよびL2aで表される連結基は、Qを構成する一般式(1)の構造のL1、L2、L2'、D1、D2、D2'のいずれか、一般式(2)のL1、L2、D1'、D1、D2のいずれか、一般式(3)の構造のPh1、L2、D1'、D1、D2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。
これらの式(12)~(15)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L1、L2、L2'、D1、D2、D2'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。
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(3)で表される化合物]
一般式(3)で表される化合物は新規化合物である。
一般式(3)
D1'-Ph1-D1{-L2-D2}n2'
一般式(3)において、Ph1はアルキル基またはハロゲノ基で置換されていてもよいフェニレン基を表す。D1'、D1、D2は各々独立に、置換もしくは無置換のジアリールアミノ基以外のドナー性基を表す。ただし、一般式(1)で表される分子内に存在するドナー性基の少なくとも2つは、互いに異なる構造を有する。n2’は0または1を表す。
本発明の一般式(3)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(3)で表される化合物は、有機発光素子の発光層に発光材料として効果的に用いることができる。
一般式(3)で表される化合物は新規化合物である。
一般式(3)
D1'-Ph1-D1{-L2-D2}n2'
一般式(3)において、Ph1はアルキル基またはハロゲノ基で置換されていてもよいフェニレン基を表す。D1'、D1、D2は各々独立に、置換もしくは無置換のジアリールアミノ基以外のドナー性基を表す。ただし、一般式(1)で表される分子内に存在するドナー性基の少なくとも2つは、互いに異なる構造を有する。n2’は0または1を表す。
本発明の一般式(3)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(3)で表される化合物は、有機発光素子の発光層に発光材料として効果的に用いることができる。
[一般式(3)で表される化合物の合成方法]
一般式(3)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(3)のD1'が一般式(4)で表される基であり、D1が一般式(11)で表される基であり、Ph1が1,4-フェニレン基であり、n2’が0である化合物は、以下の2つの化合物を反応させることにより合成することが可能である。
一般式(3)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(3)のD1'が一般式(4)で表される基であり、D1が一般式(11)で表される基であり、Ph1が1,4-フェニレン基であり、n2’が0である化合物は、以下の2つの化合物を反応させることにより合成することが可能である。
上記の反応式におけるR11~R20、R91~R99の説明については、一般式(4)、一般式(11)における対応する記載を参照することができる。Xは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、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子が好ましい。
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(3)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。
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(3)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]
本発明の発光材料は、有機発光素子の発光層に効果的に用いることができる。
本発明の発光材料の中には、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。発光層に用いる発光材料は、遅延蛍光を放射するものであっても、放射しないものであっても構わないが、放射するものであることが好ましい。遅延蛍光を放射する発光材料を発光層に用いることにより、高い発光効率を得ることができる。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。
本発明の発光材料は、有機発光素子の発光層に効果的に用いることができる。
本発明の発光材料の中には、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。発光層に用いる発光材料は、遅延蛍光を放射するものであっても、放射しないものであっても構わないが、放射するものであることが好ましい。遅延蛍光を放射する発光材料を発光層に用いることにより、高い発光効率を得ることができる。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。
本発明の発光材料を発光層に用いることにより、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。
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。
本発明の有機エレクトロルミネッセンス素子は、基板に支持されていることが好ましい。この基板については、特に制限はなく、従来から有機エレクトロルミネッセンス素子に慣用されているものであればよく、例えば、ガラス、透明プラスチック、石英、シリコンなどからなるものを用いることができる。
(陽極)
有機エレクトロルミネッセンス素子における陽極としては、仕事関数の大きい(4eV以上)金属、合金、電気伝導性化合物およびこれらの混合物を電極材料とするものが好ましく用いられる。このような電極材料の具体例としてはAu等の金属、CuI、インジウムチンオキシド(ITO)、SnO2、ZnO等の導電性透明材料が挙げられる。また、IDIXO(In2O3-ZnO)等非晶質で透明導電膜を作製可能な材料を用いてもよい。陽極はこれらの電極材料を蒸着やスパッタリング等の方法により、薄膜を形成させ、フォトリソグラフィー法で所望の形状のパターンを形成してもよく、あるいはパターン精度をあまり必要としない場合は(100μm以上程度)、上記電極材料の蒸着やスパッタリング時に所望の形状のマスクを介してパターンを形成してもよい。あるいは、有機導電性化合物のように塗布可能な材料を用いる場合には、印刷方式、コーティング方式等湿式成膜法を用いることもできる。この陽極より発光を取り出す場合には、透過率を10%より大きくすることが望ましく、また陽極としてのシート抵抗は数百Ω/□以下が好ましい。さらに膜厚は材料にもよるが、通常10~1000nm、好ましくは10~200nmの範囲で選ばれる。
有機エレクトロルミネッセンス素子における陽極としては、仕事関数の大きい(4eV以上)金属、合金、電気伝導性化合物およびこれらの混合物を電極材料とするものが好ましく用いられる。このような電極材料の具体例としてはAu等の金属、CuI、インジウムチンオキシド(ITO)、SnO2、ZnO等の導電性透明材料が挙げられる。また、IDIXO(In2O3-ZnO)等非晶質で透明導電膜を作製可能な材料を用いてもよい。陽極はこれらの電極材料を蒸着やスパッタリング等の方法により、薄膜を形成させ、フォトリソグラフィー法で所望の形状のパターンを形成してもよく、あるいはパターン精度をあまり必要としない場合は(100μm以上程度)、上記電極材料の蒸着やスパッタリング時に所望の形状のマスクを介してパターンを形成してもよい。あるいは、有機導電性化合物のように塗布可能な材料を用いる場合には、印刷方式、コーティング方式等湿式成膜法を用いることもできる。この陽極より発光を取り出す場合には、透過率を10%より大きくすることが望ましく、また陽極としてのシート抵抗は数百Ω/□以下が好ましい。さらに膜厚は材料にもよるが、通常10~1000nm、好ましくは10~200nmの範囲で選ばれる。
(陰極)
一方、陰極としては、仕事関数の小さい(4eV以下)金属(電子注入性金属と称する)、合金、電気伝導性化合物およびこれらの混合物を電極材料とするものが用いられる。このような電極材料の具体例としては、ナトリウム、ナトリウム-カリウム合金、マグネシウム、リチウム、マグネシウム/銅混合物、マグネシウム/銀混合物、マグネシウム/アルミニウム混合物、マグネシウム/インジウム混合物、アルミニウム/酸化アルミニウム(Al2O3)混合物、インジウム、リチウム/アルミニウム混合物、希土類金属等が挙げられる。これらの中で、電子注入性および酸化等に対する耐久性の点から、電子注入性金属とこれより仕事関数の値が大きく安定な金属である第二金属との混合物、例えば、マグネシウム/銀混合物、マグネシウム/アルミニウム混合物、マグネシウム/インジウム混合物、アルミニウム/酸化アルミニウム(Al2O3)混合物、リチウム/アルミニウム混合物、アルミニウム等が好適である。陰極はこれらの電極材料を蒸着やスパッタリング等の方法により薄膜を形成させることにより、作製することができる。また、陰極としてのシート抵抗は数百Ω/□以下が好ましく、膜厚は通常10nm~5μm、好ましくは50~200nmの範囲で選ばれる。なお、発光した光を透過させるため、有機エレクトロルミネッセンス素子の陽極または陰極のいずれか一方が、透明または半透明であれば発光輝度が向上し好都合である。
また、陽極の説明で挙げた導電性透明材料を陰極に用いることで、透明または半透明の陰極を作製することができ、これを応用することで陽極と陰極の両方が透過性を有する素子を作製することができる。
一方、陰極としては、仕事関数の小さい(4eV以下)金属(電子注入性金属と称する)、合金、電気伝導性化合物およびこれらの混合物を電極材料とするものが用いられる。このような電極材料の具体例としては、ナトリウム、ナトリウム-カリウム合金、マグネシウム、リチウム、マグネシウム/銅混合物、マグネシウム/銀混合物、マグネシウム/アルミニウム混合物、マグネシウム/インジウム混合物、アルミニウム/酸化アルミニウム(Al2O3)混合物、インジウム、リチウム/アルミニウム混合物、希土類金属等が挙げられる。これらの中で、電子注入性および酸化等に対する耐久性の点から、電子注入性金属とこれより仕事関数の値が大きく安定な金属である第二金属との混合物、例えば、マグネシウム/銀混合物、マグネシウム/アルミニウム混合物、マグネシウム/インジウム混合物、アルミニウム/酸化アルミニウム(Al2O3)混合物、リチウム/アルミニウム混合物、アルミニウム等が好適である。陰極はこれらの電極材料を蒸着やスパッタリング等の方法により薄膜を形成させることにより、作製することができる。また、陰極としてのシート抵抗は数百Ω/□以下が好ましく、膜厚は通常10nm~5μm、好ましくは50~200nmの範囲で選ばれる。なお、発光した光を透過させるため、有機エレクトロルミネッセンス素子の陽極または陰極のいずれか一方が、透明または半透明であれば発光輝度が向上し好都合である。
また、陽極の説明で挙げた導電性透明材料を陰極に用いることで、透明または半透明の陰極を作製することができ、これを応用することで陽極と陰極の両方が透過性を有する素子を作製することができる。
(発光層)
発光層は、陽極および陰極のそれぞれから注入された正孔および電子が再結合することにより励起子が生成した後、発光する層であり、発光材料を単独で発光層に使用しても良いが、好ましくは発光材料とホスト材料を含む。ここで、発光材料は、本発明で規定する化合物で構成されたもの(本発明の発光材料)であり、本発明で規定する化合物の1種類で構成されていてもよいし、本発明で規定する化合物を2種類以上含むものであってもよい。
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、遅延ではない通常の蛍光発光(単に「、蛍光発光」という)のみであってもよいし、蛍光発光および遅延蛍光発光の両方を含むものであってもよい。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。
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。ここで、発光材料は、本発明で規定する化合物で構成されたもの(本発明の発光材料)であり、本発明で規定する化合物の1種類で構成されていてもよいし、本発明で規定する化合物を2種類以上含むものであってもよい。
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、遅延ではない通常の蛍光発光(単に「、蛍光発光」という)のみであってもよいし、蛍光発光および遅延蛍光発光の両方を含むものであってもよい。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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
電子輸送層とは電子を輸送する機能を有する材料からなり、電子輸送層は単層または複数層設けることができる。
電子輸送材料(正孔阻止材料を兼ねる場合もある)としては、陰極より注入された電子を発光層に伝達する機能を有していればよい。使用できる電子輸送層としては例えば、ニトロ置換フルオレン誘導体、ジフェニルキノン誘導体、チオピランジオキシド誘導体、カルボジイミド、フレオレニリデンメタン誘導体、アントラキノジメタンおよびアントロン誘導体、オキサジアゾール誘導体等が挙げられる。さらに、上記オキサジアゾール誘導体において、オキサジアゾール環の酸素原子を硫黄原子に置換したチアジアゾール誘導体、電子吸引基として知られているキノキサリン環を有するキノキサリン誘導体も、電子輸送材料として用いることができる。さらにこれらの材料を高分子鎖に導入した、またはこれらの材料を高分子の主鎖とした高分子材料を用いることもできる。
有機エレクトロルミネッセンス素子を作製する際には、一般式(1)で表される化合物を発光層に用いるだけでなく、発光層以外の層にも用いてもよい。その際、発光層に用いる一般式(1)で表される化合物と、発光層以外の層に用いる一般式(1)で表される化合物は、同一であっても異なっていてもよい。例えば、上記の注入層、阻止層、正孔阻止層、電子阻止層、励起子阻止層、正孔輸送層、電子輸送層などにも一般式(1)で表される化合物を用いてもよい。これらの層の製膜方法は特に限定されず、ドライプロセス、ウェットプロセスのどちらで作製してもよい。
以下に、有機エレクトロルミネッセンス素子に用いることができる好ましい材料を具体的に例示する。ただし、本発明において用いることができる材料は、以下の例示化合物によって限定的に解釈されることはない。また、特定の機能を有する材料として例示した化合物であっても、その他の機能を有する材料として転用することも可能である。なお、以下の例示化合物の構造式におけるR、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。
次に、正孔注入材料として用いることができる好ましい化合物例を挙げる。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
上述の方法により作製された有機エレクトロルミネッセンス素子は、得られた素子の陽極と陰極の間に電界を印加することにより発光する。このとき、励起一重項エネルギーによる発光であれば、そのエネルギーレベルに応じた波長の光が、蛍光発光および遅延蛍光発光として確認される。また、励起三重項エネルギーによる発光であれば、そのエネルギーレベルに応じた波長が、りん光として確認される。通常の蛍光は、遅延蛍光発光よりも蛍光寿命が短いため、発光寿命は蛍光と遅延蛍光で区別できる。
一方、りん光については、本発明の化合物のような通常の有機化合物では、励起三重項エネルギーは不安定で熱等に変換され、寿命が短く直ちに失活するため、室温では殆ど観測できない。通常の有機化合物の励起三重項エネルギーを測定するためには、極低温の条件での発光を観測することにより測定可能である。
一方、りん光については、本発明の化合物のような通常の有機化合物では、励起三重項エネルギーは不安定で熱等に変換され、寿命が短く直ちに失活するため、室温では殆ど観測できない。通常の有機化合物の励起三重項エネルギーを測定するためには、極低温の条件での発光を観測することにより測定可能である。
本発明の有機エレクトロルミネッセンス素子は、単一の素子、アレイ状に配置された構造からなる素子、陽極と陰極がX-Yマトリックス状に配置された構造のいずれにおいても適用することができる。本発明によれば、特定の構造を有する化合物を発光層に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、発光特性の評価は、ソースメータ(ケースレー社製:2400シリーズ)、半導体パラメータ・アナライザ(アジレント・テクノロジー社製:E5273A)、光パワーメータ測定装置(ニューポート社製:1930C)、光学分光器(オーシャンオプティクス社製:USB2000)、分光放射計(トプコン社製:SR-3)およびストリークカメラ(浜松ホトニクス(株)製C4334型)を用いて行った
[HOMOのエネルギー準位とLUMOのエネルギー準位の測定]
実施例および比較例で用いた化合物のHOMOとLUMOの各エネルギー準位は、以下の方法により求めた。
HOMOのエネルギー準位は、各化合物の酸化電位(第1酸化波の半波電位)をジクロロメタン中で測定し、Org. Electronics, 2005, 6, 11-20において提供される下記式を用いて求めた。
HOMO(ev)=-1.4E1/2(vs.Fc/Fc+)-4.6
上記式中、E1/2(vs.Fc/Fc+)はフェロセン電極を基準にした第1酸化波の半波電位である。
LUMOのエネルギー準位は、吸収スペクトルからHOMOのエネルギー準位とLUMOのエネルギー準位のエネルギーギャップEgapを決定し、HOMOのエネルギー準位の測定値とエネルギーギャップEgapの差を計算することにより求めた。エネルギーギャップEgapは、吸収スペクトルの短波長側の立ち上がりの接線と横軸の交点での波長値から決定した。
実施例および比較例で用いた化合物のHOMOとLUMOの各エネルギー準位は、以下の方法により求めた。
HOMOのエネルギー準位は、各化合物の酸化電位(第1酸化波の半波電位)をジクロロメタン中で測定し、Org. Electronics, 2005, 6, 11-20において提供される下記式を用いて求めた。
HOMO(ev)=-1.4E1/2(vs.Fc/Fc+)-4.6
上記式中、E1/2(vs.Fc/Fc+)はフェロセン電極を基準にした第1酸化波の半波電位である。
LUMOのエネルギー準位は、吸収スペクトルからHOMOのエネルギー準位とLUMOのエネルギー準位のエネルギーギャップEgapを決定し、HOMOのエネルギー準位の測定値とエネルギーギャップEgapの差を計算することにより求めた。エネルギーギャップEgapは、吸収スペクトルの短波長側の立ち上がりの接線と横軸の交点での波長値から決定した。
4-(9,9-ジメチル-9,10-ジヒドロアクリジン)ブロモベンゼン(1.1g,3mmol)、9,9-ジメチル-2-フルオレンボロン酸(850mg,3.6mmol)、テトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(0)(170mg,0.15mmol)、トルエン60mL、t-ブタノール15mLおよび炭酸ナトリウム水溶液(2M,20mL)を容器に入れ、容器内を減圧脱気した後、窒素で置換した。この容器を油浴に入れ、容器内の混合物を100℃で24時間加熱した。加熱後、反応液を室温まで冷却したところ、水層と有機層の2層に分離した。このうち、水層を採取し、酢酸エチル30mLを用いて3回抽出を行った。得られた有機層を、飽和食塩水30mLで2回洗浄し、硫酸ナトリウムを加えて乾燥した後、ろ過した。そのろ液から溶媒を除去し、得られた残留物を、ジクロロメタン:ヘキサン(1:3)の混合溶媒を溶離液に用いてシリカゲルカラムクロマトグラフィにより精製した。得られたフラクションを濃縮したところ、目的の化合物1の白色固形物を収量1.1g、収率77%で得た。
1H-NMR(500MHz,CDCl3):δ=7.92(d,J=8.4Hz,2H),7.85(d,J=7.9Hz,1H),7.82-7.75(m,2H),7.69(dd,J=7.8,1.6Hz,1H),7.49-7.47(m,3H),7.43(d,J=8.4Hz,2H),7.37(pd,J=7.4,1.4Hz,2H),7.05-6.98(m,2H),6.98-6.91(m,2H),6.40(dd,J=8.2,1.2Hz,2H),1.73(s,6H),1.59(s,6H).13C-NMR(125MHz,CDCl3):δ=154.4,153.9,141.4,140.9,140.2,139.4,138.9,138.8,131.6,130.0,129.5,127.4,127.1,126.4,126.3,125.3,122.7,121.4,120.5,120.4,120.2,114.1,47.0,36.0,31.3,27.3.;APCI-MSm/z:477M+;Anal.calcd for C36H31N:C,90.53;H,6.54;N,2.93.Found:C,90.54;H,6.53;N,2.97.
1H-NMR(500MHz,CDCl3):δ=7.92(d,J=8.4Hz,2H),7.85(d,J=7.9Hz,1H),7.82-7.75(m,2H),7.69(dd,J=7.8,1.6Hz,1H),7.49-7.47(m,3H),7.43(d,J=8.4Hz,2H),7.37(pd,J=7.4,1.4Hz,2H),7.05-6.98(m,2H),6.98-6.91(m,2H),6.40(dd,J=8.2,1.2Hz,2H),1.73(s,6H),1.59(s,6H).13C-NMR(125MHz,CDCl3):δ=154.4,153.9,141.4,140.9,140.2,139.4,138.9,138.8,131.6,130.0,129.5,127.4,127.1,126.4,126.3,125.3,122.7,121.4,120.5,120.4,120.2,114.1,47.0,36.0,31.3,27.3.;APCI-MSm/z:477M+;Anal.calcd for C36H31N:C,90.53;H,6.54;N,2.93.Found:C,90.54;H,6.53;N,2.97.
(合成例2)化合物2の合成
まず、中間体aを下記の反応により合成した。
フェノキサジン(3.67g,20mmol)、4-ヨード-ブロモベンゼン(5.66g,20mmol)、ヨウ化銅(110mg,0.6mmol)、ナトリウムtert-ブトキシド(2.95g,30mmol)、1,2-ジアミノシクロヘキサン0.20mLおよび1,4-ジオキサン50mLを容器に入れ、容器内を窒素で置換した後、容器内の混合物を、100℃で24時間攪拌した。攪拌後、反応液を室温まで冷却し、水50mLを加えたところ、水層と有機層の2層に分離した。このうち、水層を採取し、酢酸エチル30mLを用いて3回抽出を行った。得られた有機層を、飽和食塩水30mLで2回洗浄し、硫酸ナトリウムを加えて乾燥した後、ろ過した。得られたろ液から溶媒を除去し、残った残留物を、ヘキサンを溶離液に用いてシリカゲルカラムクロマトグラフィにより精製した。得られたフラクションを濃縮することにより、中間体aの白色固形物を収量5.25g、収率52%で得た。
1H-NMR(500MHz,CDCl3):δ=7.73(d,J=8.6Hz,2H),7.24(d,J=8.6Hz,2H),6.71-6.64(m,4H),6.63-6.57(m,2H),5.91(dd,J=7.9,1.5Hz,2H);13C-NMR(125MHz,CDCl3):δ=143.9,138.1,134.4,134.0,132.7,123.3,122.4,121.6,115.6;APCI-MSm/z:337M+,339M+;Anal.calcd for C18H12BrNO:C,63.93;H,3.58;N,4.14.Found:C,63.96;H,3.63;N,4.12
まず、中間体aを下記の反応により合成した。
1H-NMR(500MHz,CDCl3):δ=7.73(d,J=8.6Hz,2H),7.24(d,J=8.6Hz,2H),6.71-6.64(m,4H),6.63-6.57(m,2H),5.91(dd,J=7.9,1.5Hz,2H);13C-NMR(125MHz,CDCl3):δ=143.9,138.1,134.4,134.0,132.7,123.3,122.4,121.6,115.6;APCI-MSm/z:337M+,339M+;Anal.calcd for C18H12BrNO:C,63.93;H,3.58;N,4.14.Found:C,63.96;H,3.63;N,4.12
次に、化合物2を下記の反応により合成した。
中間体a(4-フェノキサジン-ブロモベンゼン)(2.03g,6mmol)、9,9-ジメチル-2-フルオレンボロン酸(2.11g,6.6mmol)、テトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(0)(350mg,0.3mmol)、トルエン120mL、t-ブタノール30mLおよび炭酸ナトリウム水溶液(2M,50mL)を容器に入れ、、容器内を減圧脱気した後、窒素で置換した。この容器を油浴に入れ、容器内の混合物を100℃で24時間加熱した。加熱後、反応液を室温まで冷却したところ、水層と有機層の2層に分離した。このうち、水層を採取し、酢酸エチル60mLを用いて3回抽出を行った。得られた有機層を、飽和食塩水60mLで2回洗浄し、硫酸ナトリウムを加えて乾燥した後、ろ過した。得られたろ液から溶媒を除去し、残った残留物を、ジクロロメタン:ヘキサン=1:4の混合溶媒を溶離液に用いてシリカゲルカラムクロマトグラフィにより精製した。得られたフラクションを濃縮することにより、目的の化合物2の白色固形物を収量1.85g、収率68%で得た。
1H-NMR(500MHz,CDCl3):δ=7.88(d,J=7.6Hz,2H),7.83(d,J=7.8Hz,1H),7.80-7.76(m,1H),7.71(d,J=1.3Hz,1H),7.64(dd,J=7.8,1.7Hz,1H),7.49-7.46(m,1H),7.43(d,J=8.0Hz,2H),7.39-7.33(m,2H),6.81-6.55(m,6H),6.03(s,2H),1.57(s,6H);13C-NMR(125MHz,CDCl3):δ=154.4,153.9,144.0,141.8,139.2,139.0,138.7,137.9,134.4,131.1,129.7,127.5,127.1,126.2,123.3,122.7,121.4,121.3,120.4,120.2,115.4,113.3,47.0,27.2;APCI-MSm/z:451M+;Anal.calcd for C33H25NO:C,87.77;H,5.58;N,3.10.Found:C,87.82;H,5.58;N,3.12.
1H-NMR(500MHz,CDCl3):δ=7.88(d,J=7.6Hz,2H),7.83(d,J=7.8Hz,1H),7.80-7.76(m,1H),7.71(d,J=1.3Hz,1H),7.64(dd,J=7.8,1.7Hz,1H),7.49-7.46(m,1H),7.43(d,J=8.0Hz,2H),7.39-7.33(m,2H),6.81-6.55(m,6H),6.03(s,2H),1.57(s,6H);13C-NMR(125MHz,CDCl3):δ=154.4,153.9,144.0,141.8,139.2,139.0,138.7,137.9,134.4,131.1,129.7,127.5,127.1,126.2,123.3,122.7,121.4,121.3,120.4,120.2,115.4,113.3,47.0,27.2;APCI-MSm/z:451M+;Anal.calcd for C33H25NO:C,87.77;H,5.58;N,3.10.Found:C,87.82;H,5.58;N,3.12.
5-フェニル-5,10-ジヒドロフェナジン(20mmol,トルエン溶液として30mL)、4-ヨード-ブロモベンゼン(5.66g,20mmol)、ヨウ化銅(110mg,0.6mmol),ナトリウムtert-ブトキシド(2.95g,30mmol)、1,2-ジアミノシクロヘキサン0.20mLおよび1,4-ジオキサン50mLを容器に入れ、容器内を窒素で置換した後、容器内の混合物を100℃で24時間攪拌した。攪拌後、反応液を室温まで冷却し、水50mLを加えたところ、水層と有機層の2層に分離した。このうち、水層を採取し、酢酸エチル30mLを用いて3回抽出を行った。得られた有機層を、飽和食塩水30mLで2回洗浄し、硫酸ナトリウムを加えて乾燥した後、ろ過した。得られたろ液から溶媒を除去し、残った残留物を、ジクロロメタン:ヘキサン=110の混合溶媒を溶離液に用いてシリカゲルカラムクロマトグラフィにより精製した。得られたフラクションを濃縮することにより、中間体bの黄色固形物を収量1.65g、収率20%で得た。
1H-NMR(500MHz,Pyridine-D5)δ=7.79(d,J=8.6Hz,2H),7.63(t,J=7.8Hz,2H),7.51-7.45(m,1H),7.42(dd,J=8.3,1.1Hz,2H),7.27(d,J=8.6Hz,2H),6.47-6.40(m,4H),5.83(dd,J=7.6,1.6Hz,2H),5.78(dd,J=7.6,1.6Hz,2H);13C-NMR(126MHz,Pyridine-D5)δ=137.4,137.0,135.4,134.0,132.2,131.8,129.0,122.1,121.9,113.6,113.5.APCI-MSm/z:412M+,414M+;Anal.calcd for C24H17BrN2:C,69.74;H,4.15;N,6.78.Found:C,69.94;H,4.21;N,6.72.
1H-NMR(500MHz,Pyridine-D5)δ=7.79(d,J=8.6Hz,2H),7.63(t,J=7.8Hz,2H),7.51-7.45(m,1H),7.42(dd,J=8.3,1.1Hz,2H),7.27(d,J=8.6Hz,2H),6.47-6.40(m,4H),5.83(dd,J=7.6,1.6Hz,2H),5.78(dd,J=7.6,1.6Hz,2H);13C-NMR(126MHz,Pyridine-D5)δ=137.4,137.0,135.4,134.0,132.2,131.8,129.0,122.1,121.9,113.6,113.5.APCI-MSm/z:412M+,414M+;Anal.calcd for C24H17BrN2:C,69.74;H,4.15;N,6.78.Found:C,69.94;H,4.21;N,6.72.
中間体B[4-(5-フェニル-5,10-ジヒドロフェナジン)ブロモベンゼン](1.65g,4mmol)、9,9-ジメチル-2-フルオレンボロン酸(1.14g,4.8mmol)、 テトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(0)(230mg,0.2mmol)、トルエン80mL、t-ブタノール15mLおよび炭酸ナトリウム水溶液(2M,30mL)を容器に入れ、容器内を減圧脱気した後、窒素で置換した。この容器を油浴に入れ、容器内の混合物を100℃で24時間加熱した。加熱後、反応液を室温まで冷却したところ、水層と有機層の2層に分離した。このうち、水層を採取し、酢酸エチル50mLを用いて3回抽出を行った。得られた有機層を、飽和食塩水50mLで2回洗浄し、硫酸ナトリウムを加えて乾燥した後、ろ過した。得られたろ液から溶媒を除去し、残った残留物を、ジクロロメタン:ヘキサン=1:4の混合溶媒を溶離液に用いてシリカゲルカラムクロマトグラフィにより精製した。得られたフラクションを濃縮することにより、目的の化合物3の黄色固形物を収量0.82g、収率39%で得た。
1H-NMR(500MHz,Pyridine-D5):δ=8.05(dd,J=10.9,4.3Hz,4H),7.98-7.94(m,1H),7.88(dd,J=7.8,1.7Hz,1H),7.65(t,J=7.8Hz,2H),7.60-7.57(m,1H),7.56-7.52(m,2H),7.52-7.41(m,5H),6.49-6.42(m,4H),5.98(dd,J=7.6,1.6Hz,2H),5.87(dd,J=7.6,1.6Hz,2H),1.63(s,6H);13C-NMR(125MHz,Pyridine-D5)δ=155.4,154.8,142.0,141.1,140.1,140.0,139.8,139.5,137.5,137.5,132.3,132.2,131.9,130.8,129.0,128.5,128.1,127.1,122.4,121.9,121.5,121.1,113.6,113.6,47.7,27.6.APCI-MSm/z:526M+;Anal.calcd for C39H30N2:C,88.94;H,5.74;N,5.32.Found:C,89.19;H,5.74;N,5.31
1H-NMR(500MHz,Pyridine-D5):δ=8.05(dd,J=10.9,4.3Hz,4H),7.98-7.94(m,1H),7.88(dd,J=7.8,1.7Hz,1H),7.65(t,J=7.8Hz,2H),7.60-7.57(m,1H),7.56-7.52(m,2H),7.52-7.41(m,5H),6.49-6.42(m,4H),5.98(dd,J=7.6,1.6Hz,2H),5.87(dd,J=7.6,1.6Hz,2H),1.63(s,6H);13C-NMR(125MHz,Pyridine-D5)δ=155.4,154.8,142.0,141.1,140.1,140.0,139.8,139.5,137.5,137.5,132.3,132.2,131.9,130.8,129.0,128.5,128.1,127.1,122.4,121.9,121.5,121.1,113.6,113.6,47.7,27.6.APCI-MSm/z:526M+;Anal.calcd for C39H30N2:C,88.94;H,5.74;N,5.32.Found:C,89.19;H,5.74;N,5.31
4-(9,9-ジメチル-9,10-ジヒドロアクリジン)ブロモベンゼン(1.1g,3mmol)、9-フェニルカルバゾール-3-ボロン酸(1g,3.6mmol)、テトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(0)(170mg,0.15mmol)、トルエン60mL、t-ブタノール15mLおよび炭酸ナトリウム水溶液(2M,20mL)を容器に入れ、、容器内を減圧脱気した後、窒素で置換した。この容器を油浴に入れ、容器内の混合物を100℃で24時間加熱した。加熱後、反応液を室温まで冷却したところ、水層と有機層の2層に分離した。このうち、水層を採取し、酢酸エチル30mLを用いて3回抽出を行った。得られた有機層を、飽和食塩水30mLで2回洗浄し、硫酸ナトリウムを加えて乾燥した後、ろ過した。得られたろ液から溶媒を除去し、残った残留物を、ジクロロメタン:ヘキサン=1:4の混合溶媒を溶離液に用いてシリカゲルカラムクロマトグラフィにより精製した。得られたフラクションを濃縮することにより、目的の化合物4の白色固形物を収量1.15g、収率72%で得た。
1H-NMR(500MHz,CDCl3):δ=8.47(d,J=1.5Hz,1H)、8.23(d,J=7.7Hz,1H),7.97(d,J=8.4Hz,2H),7.76(dd,J=8.5,1.8Hz,1H),7.69-7.59(m,4H),7.54-7.50(m,2H),7.50-7.47(m,2H),7.46-7.43(m,4H),7.36-7.31(m,1H),7.02(ddd,J=8.4,7.2,1.6Hz,2H),6.95(td,J=7.6,1.2Hz,2H),6.43(dd,J=8.2,1.1Hz,2H),1.73(s,6H).13C-NMR(125MHz,CDCl3):δ=141.9,141.4,141.0,140.6,139.6,137.6,132.5,131.6,130.00,129.9,129.6,127.6,127.1,126.4,126.3,125.4,125.2,124.0,123.4,120.5,120.4,120.2,118.9,114.1,110.2,110.0,36.0,31.3;APCI-MSm/z:526M+;Anal.calcd for C39H30N2:C,88.94;H,5.74;N,5.32.Found:C,88.97;H,5.72;N,5.37.
1H-NMR(500MHz,CDCl3):δ=8.47(d,J=1.5Hz,1H)、8.23(d,J=7.7Hz,1H),7.97(d,J=8.4Hz,2H),7.76(dd,J=8.5,1.8Hz,1H),7.69-7.59(m,4H),7.54-7.50(m,2H),7.50-7.47(m,2H),7.46-7.43(m,4H),7.36-7.31(m,1H),7.02(ddd,J=8.4,7.2,1.6Hz,2H),6.95(td,J=7.6,1.2Hz,2H),6.43(dd,J=8.2,1.1Hz,2H),1.73(s,6H).13C-NMR(125MHz,CDCl3):δ=141.9,141.4,141.0,140.6,139.6,137.6,132.5,131.6,130.00,129.9,129.6,127.6,127.1,126.4,126.3,125.4,125.2,124.0,123.4,120.5,120.4,120.2,118.9,114.1,110.2,110.0,36.0,31.3;APCI-MSm/z:526M+;Anal.calcd for C39H30N2:C,88.94;H,5.74;N,5.32.Found:C,88.97;H,5.72;N,5.37.
4-(3,6-ジ-tert-ブチルカルバゾール)ブロモベンゼン(870mg,2mmol)、9,9-ジメチル-2-フルオレンボロン酸(570mg,2.4mmol)、 テトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(0)(116mg,0.1mmol)、トルエン60mL、t-ブタノール15mLおよび炭酸ナトリウム水溶液(2M,20mL)を容器に入れ、、容器内を減圧脱気した後、窒素で置換した。この容器を油浴に入れ、容器内の混合物を100℃で24時間加熱した。加熱後、反応液を室温まで冷却したところ、水層と有機層の2層に分離した。このうち、水層を採取し、酢酸エチル30mLを用いて3回抽出を行った。得られた有機層を、飽和食塩水30mLで2回洗浄し、硫酸ナトリウムを加えて乾燥した後、ろ過した。得られたろ液から溶媒を除去し、残った残留物を、ジクロロメタン:ヘキサン=1:5の混合溶媒を溶離液に用いてシリカゲルカラムクロマトグラフィにより精製した。得られたフラクションを濃縮することにより、目的の化合物5の白色固形物を収量790mg、収率72%で得た。
1H-NMR(500MHz,CDCl3):δ=8.16(d,J=1.8Hz,2H),7.89-7.86(m,2H),7.84(d,J=7.7Hz,1H),7.80-7.77(m,1H),7.75(d,J=1.3Hz,1H),7.68(dd,J=7.8,1.7Hz,1H),7.67-7.63 (m, 2H), 7.49 (ddd, J = 7.3, 4.2, 1.9Hz,3H),7.45-7.41(m,2H),7.40-7.32(m,2H),1.58(s,6H),1.48(s,18H);13C-NMR(125MHz,CDCl3):δ=154.4,153.9,142.9,140.2,139.5,139.2,138.78,138.76,137.2,128.4,127.6,127.4,127.09,127.05,127.0,126.2,123.6,123.4,122.7,122.6,121.4,121.3,120.4,120.1,120.0,116.3,109.3,47.0,34.8,32.0,27.3;APCI-MSm/z:547M+;Anal.calcd for C41H41N:C,89.90;H,7.54;N,2.56.Found:C,90.01;H,7.49;N,2.52.
1H-NMR(500MHz,CDCl3):δ=8.16(d,J=1.8Hz,2H),7.89-7.86(m,2H),7.84(d,J=7.7Hz,1H),7.80-7.77(m,1H),7.75(d,J=1.3Hz,1H),7.68(dd,J=7.8,1.7Hz,1H),7.67-7.63 (m, 2H), 7.49 (ddd, J = 7.3, 4.2, 1.9Hz,3H),7.45-7.41(m,2H),7.40-7.32(m,2H),1.58(s,6H),1.48(s,18H);13C-NMR(125MHz,CDCl3):δ=154.4,153.9,142.9,140.2,139.5,139.2,138.78,138.76,137.2,128.4,127.6,127.4,127.09,127.05,127.0,126.2,123.6,123.4,122.7,122.6,121.4,121.3,120.4,120.1,120.0,116.3,109.3,47.0,34.8,32.0,27.3;APCI-MSm/z:547M+;Anal.calcd for C41H41N:C,89.90;H,7.54;N,2.56.Found:C,90.01;H,7.49;N,2.52.
4-(9,9-ジメチル-9,10-ジヒドロアクリジン)ブロモベンゼン(728mg,2mmol)、3,6-ジ-tert-ブチル-9-(4-(4,4,5,5-テトラメチル-1,3,2-ジオキサボロラン-2-イル)フェニル)-9H-カルバゾール(1.15g,2.4mmol)、テトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(0)(116mg,0.1mmol)、トルエン60mL、t-ブタノール15mLおよび炭酸ナトリウム水溶液(2M,20mL)を容器に入れ、、容器内を減圧脱気した後、窒素で置換した。この容器を油浴に入れ、容器内の混合物を100℃で24時間加熱した。加熱後、反応液を室温まで冷却したところ、水層と有機層の2層に分離した。このうち、水層を採取し、酢酸エチル30mLを用いて3回抽出を行った。得られた有機層を、飽和食塩水30mLで2回洗浄し、硫酸ナトリウムを加えて乾燥した後、ろ過した。得られたろ液から溶媒を除去し、残った残留物を、ジクロロメタン:ヘキサン=1:5の混合溶媒を溶離液に用いてシリカゲルカラムクロマトグラフィにより精製した。得られたフラクションを濃縮することにより、目的の化合物6の白色固形物を収量0.79g、収率62%で得た。
3,6-ジ-tert-ブチル-9-(4-(4,4,5,5-テトラメチル-1,3,2-ジオキサボロラン-2-イル)フェニル)-9H-カルバゾールは、Lai, W.-Y.; He, Q.-Y.; Chen, D.-Y.; Huang, W. Chem. Lett. 2008, 37, 986に記載された方法で合成した。
1H-NMR(500MHz,CDCl3):δ=8.17(d,J=1.6Hz,2H),7.95(d,J=8.4Hz,2H),7.91(d,J=8.5Hz,2H),7.70(d,J=8.5Hz,2H),7.53-7.42(m,8H),7.04-6.99(m,2H),6.95(td,J=7.5,1.3Hz,2H),6.36(dd,J=8.2,1.2Hz,2H),1.72(s,6H),1.49(s,18H);13C-NMR(125MHz,CDCl3):δ=143.0,141.0,140.7,140.2,139.2,138.7,137.8,131.8,130.1,129.5,128.5,127.0,126.4,125.3,123.7,123.5,120.6,116.3,114.1,109.2,36.0,34.8,32.0,31.3;APCI-MSm/z:638M+;Anal.calcd for C47H46N2:C,88.36;H,7.26;N,4.38.Found:C,88.42;H,7.23;N,4.39
3,6-ジ-tert-ブチル-9-(4-(4,4,5,5-テトラメチル-1,3,2-ジオキサボロラン-2-イル)フェニル)-9H-カルバゾールは、Lai, W.-Y.; He, Q.-Y.; Chen, D.-Y.; Huang, W. Chem. Lett. 2008, 37, 986に記載された方法で合成した。
1H-NMR(500MHz,CDCl3):δ=8.17(d,J=1.6Hz,2H),7.95(d,J=8.4Hz,2H),7.91(d,J=8.5Hz,2H),7.70(d,J=8.5Hz,2H),7.53-7.42(m,8H),7.04-6.99(m,2H),6.95(td,J=7.5,1.3Hz,2H),6.36(dd,J=8.2,1.2Hz,2H),1.72(s,6H),1.49(s,18H);13C-NMR(125MHz,CDCl3):δ=143.0,141.0,140.7,140.2,139.2,138.7,137.8,131.8,130.1,129.5,128.5,127.0,126.4,125.3,123.7,123.5,120.6,116.3,114.1,109.2,36.0,34.8,32.0,31.3;APCI-MSm/z:638M+;Anal.calcd for C47H46N2:C,88.36;H,7.26;N,4.38.Found:C,88.42;H,7.23;N,4.39
4-(9,9-ジメチル-9,10-ジヒドロアクリジン)ブロモベンゼン(1.1g,3mmol)、3,5-ビフェニルベンゼンボロン酸(987mg,3.6mmol)、 テトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(0)(170 mg, 0.15 mmol)、トルエン60mL、t-ブタノール15mLおよび炭酸ナトリウム水溶液(2M,20 mL)を容器に入れ、容器内を減圧脱気した後、窒素で置換した。この容器を油浴に入れ、容器内の混合物を100℃で24時間加熱した。加熱後、反応液を室温まで冷却したところ、水層と有機層の2層に分離した。このうち、水層を採取し、酢酸エチル30mLを用いて3回抽出を行った。得られた有機層を、飽和食塩水30mLで2回洗浄し、硫酸ナトリウムを加えて乾燥した後、ろ過した。得られたろ液から溶媒を除去し、残った残留物を、ジクロロメタン:ヘキサン=1:5の混合溶媒を溶離液に用いてシリカゲルカラムクロマトグラフィにより精製した。得られたフラクションを濃縮することにより、目的の化合物7の白色固形物を収量1.1g、収率70%で得た。
1H-NMR(500MHz,CDCl3):δ=7.99-7.93(m,2H),7.90(d,J=1.7Hz,2H),7.86(t,J=1.6Hz,1H),7.78-7.73(m,4H),7.55-7.37(m,10H),7.04-6.98(m,2H),6.95(td,J=7.5,1.3Hz,2H),6.39(dd,J=8.2,1.2Hz,2H),1.72(s,6H);13C-NMR(125MHz,CDCl3):δ=142.5,141.4,141.0,141.1,141.0,140.6,131.7,130.0,129.7,128.9,127.7,127.4,126.4,125.5,125.3,125.2,120.6,114.1,36.0,31.3;APCI-MSm/z:513M+;Anal.calcd for C39H31N:C,91.19;H,6.08;N,2.73.Found:C,91.23;H,6.00;N,2.63.
1H-NMR(500MHz,CDCl3):δ=7.99-7.93(m,2H),7.90(d,J=1.7Hz,2H),7.86(t,J=1.6Hz,1H),7.78-7.73(m,4H),7.55-7.37(m,10H),7.04-6.98(m,2H),6.95(td,J=7.5,1.3Hz,2H),6.39(dd,J=8.2,1.2Hz,2H),1.72(s,6H);13C-NMR(125MHz,CDCl3):δ=142.5,141.4,141.0,141.1,141.0,140.6,131.7,130.0,129.7,128.9,127.7,127.4,126.4,125.5,125.3,125.2,120.6,114.1,36.0,31.3;APCI-MSm/z:513M+;Anal.calcd for C39H31N:C,91.19;H,6.08;N,2.73.Found:C,91.23;H,6.00;N,2.63.
4-(カルバゾール-9-イル)ブロモベンゼン(967mg,3mmol),9,9-ジメチル-2-フルオレンボロン酸(786mg,3.3mmol), テトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(0)(170mg,0.15mmol)、炭酸カリウム(6.91g)、テトラヒドロフラン100mLおよび水50mLを容器に入れ、、容器内を減圧脱気した後、窒素で置換した。この容器を油浴に入れ、容器内の混合物を80℃で24時間加熱した。加熱後、反応液を室温まで冷却したところ、水層と有機層の2層に分離した。このうち、水層を採取し、酢酸エチル30mLを用いて3回抽出を行った。得られた有機層を、飽和食塩水30mLで2回洗浄し、硫酸ナトリウムを加えて乾燥した後、ろ過した。得られたろ液から溶媒を除去し、残った残留物を、ジクロロメタン:ヘキサン=1:3の混合溶媒を溶離液に用いてシリカゲルカラムクロマトグラフィにより精製した。得られたフラクションを濃縮することにより、目的の化合物8の白色固形物を収量941mg、収率72%で得た。
1H-NMR(500MHz,CDCl3):δ=8.18(d,J=7.8Hz,2H),7.93-7.87(m,2H),7.85(d,J=7.8Hz,1H),7.79(d,J=6.9Hz,1H),7.75(s,1H),7.68(dd,J=11.6,5.0Hz,3H),7.50(t,J=7.6Hz,3H),7.44(t,J=7.6Hz,2H),7.41-7.34(m,2H)7.32(t,J=7.4Hz,2H),1.59(s,6H);13C-NMR(125MHz,CDCl3):δ=140.9,140.8,140.7,140.1,139.3,137.3,131.9,130.1,129.5,128.6,128.5,127.5,127.4,126.4,126.0,125.3,123.5,120.6,120.4,120.1,114.1,109.8,36.0,31.3;APCI-MSm/z:435M+;Anal.calcd for C33H25N:C,91.00;H,5.79;N,3.22;Found:C,91.09;H,5.77;N,3.24.
1H-NMR(500MHz,CDCl3):δ=8.18(d,J=7.8Hz,2H),7.93-7.87(m,2H),7.85(d,J=7.8Hz,1H),7.79(d,J=6.9Hz,1H),7.75(s,1H),7.68(dd,J=11.6,5.0Hz,3H),7.50(t,J=7.6Hz,3H),7.44(t,J=7.6Hz,2H),7.41-7.34(m,2H)7.32(t,J=7.4Hz,2H),1.59(s,6H);13C-NMR(125MHz,CDCl3):δ=140.9,140.8,140.7,140.1,139.3,137.3,131.9,130.1,129.5,128.6,128.5,127.5,127.4,126.4,126.0,125.3,123.5,120.6,120.4,120.1,114.1,109.8,36.0,31.3;APCI-MSm/z:435M+;Anal.calcd for C33H25N:C,91.00;H,5.79;N,3.22;Found:C,91.09;H,5.77;N,3.24.
4-(9,9-ジメチル-9,10-ジヒドロアクリジン)ブロモベンゼン(1.46g,4mmol)、ビス(ピナコレート)ジボラン(1.52g,6mmol)、[1,1′-ビス(ジフェニルホスフィノ)フェロセン]ジクロロパラジウム(II)(90mg,0.12mmol)、酢酸カリウム(1.18g)および1,4-ジオキサン50mLを容器に入れ、、容器内を減圧脱気した後、窒素で置換した。この容器を油浴に入れ、容器内の混合物を80℃で24h間時間加熱した。加熱後、反応液を室温まで冷却し、水50mlを加えたところ、水層と有機層の2層に分離した。このうち、水層を採取し、酢酸エチル30mLを用いて3回抽出を行った。得られた有機層を、飽和食塩水30mLで2回洗浄し、硫酸ナトリウムを加えて乾燥した後、ろ過した。得られたろ液から溶媒を除去し、残った残留物を、ジクロロメタン:ヘキサン=1:1の混合溶媒を溶離液に用いてシリカゲルカラムクロマトグラフィにより精製した。得られたフラクションを濃縮することにより、中間体cの白色固形物を収量1.56g、収率95%で得た。
1H-NMR(500MHz,CDCl3):δ=8.06(d,J=8.2Hz,2H),7.45(dd,J=7.5,1.8Hz,2H),7.34(d,J=8.2Hz,2H),6.98-6.87(m,4H),6.25(dd,J=7.9,1.5Hz,2H),1.69(s,6H),1.40(s,12H);13C-NMR(125MHz,CDCl3):δ=144.1,140.9,137.5,130.8,130.1,126.5,125.4,120.7,114.2,84.3,83.7,36.1,31.5,25.2,25.1;APCI-MSm/z:411M+.
1H-NMR(500MHz,CDCl3):δ=8.06(d,J=8.2Hz,2H),7.45(dd,J=7.5,1.8Hz,2H),7.34(d,J=8.2Hz,2H),6.98-6.87(m,4H),6.25(dd,J=7.9,1.5Hz,2H),1.69(s,6H),1.40(s,12H);13C-NMR(125MHz,CDCl3):δ=144.1,140.9,137.5,130.8,130.1,126.5,125.4,120.7,114.2,84.3,83.7,36.1,31.5,25.2,25.1;APCI-MSm/z:411M+.
次に、化合物9を下記の手順で合成した。
9,9-ジメチル-10-(4-(4,4,5,5-テトラメチル-1,3,2-ジオキサボロラン-2-イル)フェニル)-9,10-ジヒドロアクリジン(2.05g,5mmol)、ジ-2,7-ブロモ-9,9-ジメチルフルオレン(704mg,2mmol)、テトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(0)(232mg,0.2mmol)、炭酸カリウム(6.91g)、テトラヒドロフラン150mLおよび水70mLを容器に入れ、、容器内を減圧脱気した後、窒素で置換した。この容器を油浴に入れ、容器内の混合物を80℃で24時間加熱した。加熱後、反応液を室温まで冷却し、析出した沈殿物をろ過により回収した。得られた粗精製物を昇華法で精製することにより、目的の化合物9の白色固体を収量852mg、収率56%で得た。
1H-NMR(500MHz,CDCl3):δ=7.97-7.91(m,4H),7.90(d,J=7.8Hz,2H),7.80(d,J=1.3Hz,2H),7.73(dd,J=7.8,1.6Hz,2H),7.48(dd,J=7.7,1.5Hz,4H),7.44(d,J=8.3Hz,4H),7.04-6.97(m,4H),6.95(td,J=7.5,1.2Hz,4H),6.40(dd,J=8.2,1.1Hz,4H),1.72(s,12H),1.67(s,6H);13C-NMR(125MHz,CDCl3):δ=154.9,141.53,141.1,140.4,139.7,138.6,131.8,130.2,129.7,126.6,126.5,125.4,121.7,120.8,120.7,114.3,47.4,36.2,31.5,27.5;APCI-MSm/z:760M+;Anal.calcd for C57H48N2:C,89.96;H,6.36;N,3.68.Found:C,89.87;H,6.33;N,3.73.
1H-NMR(500MHz,CDCl3):δ=7.97-7.91(m,4H),7.90(d,J=7.8Hz,2H),7.80(d,J=1.3Hz,2H),7.73(dd,J=7.8,1.6Hz,2H),7.48(dd,J=7.7,1.5Hz,4H),7.44(d,J=8.3Hz,4H),7.04-6.97(m,4H),6.95(td,J=7.5,1.2Hz,4H),6.40(dd,J=8.2,1.1Hz,4H),1.72(s,12H),1.67(s,6H);13C-NMR(125MHz,CDCl3):δ=154.9,141.53,141.1,140.4,139.7,138.6,131.8,130.2,129.7,126.6,126.5,125.4,121.7,120.8,120.7,114.3,47.4,36.2,31.5,27.5;APCI-MSm/z:760M+;Anal.calcd for C57H48N2:C,89.96;H,6.36;N,3.68.Found:C,89.87;H,6.33;N,3.73.
なお、出発物質である4-(9,9-ジメチル-9,10-ジヒドロアクリジン)ブロモベンゼンは、J. Am. Chem. Soc. 2014, 136, 18070-18081に記載された方法で合成し、4-(3,6-ジ-tert-ブチルカルバゾール)ブロモベンゼンは、W. Chem. Lett. 2008, 37, 986に記載された方法で合成し、5-フェニル-5,10-ジヒドロフェナジンは、J. Org. Chem. 70, 10073-10081 (2005)に記載された方法で合成した。
4-(9,9-ジメチル-9,10-ジヒドロアクリジン)ブロモベンゼン(1.1g,3mmol)、4-(カルバゾール-9-イル)ベンゼンボロン酸(1.03g,3.6mmol)、テトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(0)(170mg,0.15mmol)、トルエン60mL、t-ブタノール15mLおよび炭酸ナトリウム水溶液(2M,20mL)を容器に入れ、容器内を減圧脱気した後、窒素で置換した。この容器を油浴に入れ、容器内の混合物を100℃で24時間加熱した。加熱後、反応液を室温まで冷却したところ、水層と有機層の2層に分離した。このうち、水層を採取し、酢酸エチル30mLを用いて3回抽出を行った。得られた有機層を、飽和食塩水30mLで2回洗浄し、硫酸ナトリウムを加えて乾燥した後、ろ過した。得られたろ液から溶媒を除去し、残った残留物を、ジクロロメタン:ヘキサン=1:3の混合溶媒を溶離液に用いてシリカゲルカラムクロマトグラフィにより精製した。得られたフラクションを濃縮することにより、目的の化合物12の白色固形物を収量1.03g、収率65%で得た。
1H-NMR(500MHz,CDCl3):δ=8.19(d,J=7.8Hz,2H),7.99-7.89(m,4H),7.74-7.69(m,2H),7.53-7.44(m,8H),7.37-7.28(m,2H),7.09-7.00(m,2H),6.96(td,J=7.5,1.3Hz,2H),6.40(dd,J=8.2,1.2Hz,2H),1.73(s,6H);13C-NMR(125MHz,CDCl3):δ154.6,154.1,1411,140.9,139.5,139.0,138.9,136.9,128.7,127.6,127.5,127.3,126.3,126.1,123.6,122.8,121.6,120.6,120.5,120.3,120.1,110.0,47.2,27.4;APCI-MSm/z:526M+;Anal.calcd for C39H30N2:C,88.94;H,5.74;N,5.32.Found:C,89.01;H,5.68;N,5.39
1H-NMR(500MHz,CDCl3):δ=8.19(d,J=7.8Hz,2H),7.99-7.89(m,4H),7.74-7.69(m,2H),7.53-7.44(m,8H),7.37-7.28(m,2H),7.09-7.00(m,2H),6.96(td,J=7.5,1.3Hz,2H),6.40(dd,J=8.2,1.2Hz,2H),1.73(s,6H);13C-NMR(125MHz,CDCl3):δ154.6,154.1,1411,140.9,139.5,139.0,138.9,136.9,128.7,127.6,127.5,127.3,126.3,126.1,123.6,122.8,121.6,120.6,120.5,120.3,120.1,110.0,47.2,27.4;APCI-MSm/z:526M+;Anal.calcd for C39H30N2:C,88.94;H,5.74;N,5.32.Found:C,89.01;H,5.68;N,5.39
また、化合物10、11も上記の各合成例を応用して合成した。
(実施例1~11)化合物1~11を用いた溶液の作製と評価
化合物1~11のトルエン溶液(濃度10-5mol/L)を調製し、窒素ガス置換を行った。
調製した各化合物の溶液について、吸収スペクトル、340nm励起光による発光スペクトルを得た。各溶液の吸収スペクトルの最大吸収波長、発光スペクトルの最小発光波長を表1に示す。また、HOMO準位とLUMO準位もあわせて表1に示す。
化合物1~11のトルエン溶液(濃度10-5mol/L)を調製し、窒素ガス置換を行った。
調製した各化合物の溶液について、吸収スペクトル、340nm励起光による発光スペクトルを得た。各溶液の吸収スペクトルの最大吸収波長、発光スペクトルの最小発光波長を表1に示す。また、HOMO準位とLUMO準位もあわせて表1に示す。
表1に示すように、化合物1~11の全ての溶液で発光を観測することができた。
(実施例12)化合物2を用いた固体有機薄膜の作製と評価
石英基板上に真空蒸着法にて、真空度2×10-4Paの条件にて化合物2の薄膜を250nmの厚さで形成して固体有機薄膜とした。
作製した化合物2の薄膜について、最大発光波長およびフォトルミネッセンス量子効率を表3に示す。
石英基板上に真空蒸着法にて、真空度2×10-4Paの条件にて化合物2の薄膜を250nmの厚さで形成して固体有機薄膜とした。
作製した化合物2の薄膜について、最大発光波長およびフォトルミネッセンス量子効率を表3に示す。
(実施例13)化合物11を用いた固体有機薄膜の作製と評価
石英基板上に真空蒸着法にて、真空度2×10-4Paの条件にて化合物11の薄膜を200nmの厚さで形成して固体有機薄膜とした。
これとは別に、石英基板上に真空蒸着法にて、真空度2×10-4Paの条件にて化合物11とPPTまたはDPEPOを異なる蒸着源から共蒸着し、化合物11の濃度が8重量%である薄膜を200nmの厚さで形成して固体有機薄膜とした。
作製した各薄膜について、最大発光波長およびフォトルミネッセンス量子収率(PL量子収率)を測定した結果を表2に示す。
石英基板上に真空蒸着法にて、真空度2×10-4Paの条件にて化合物11の薄膜を200nmの厚さで形成して固体有機薄膜とした。
これとは別に、石英基板上に真空蒸着法にて、真空度2×10-4Paの条件にて化合物11とPPTまたはDPEPOを異なる蒸着源から共蒸着し、化合物11の濃度が8重量%である薄膜を200nmの厚さで形成して固体有機薄膜とした。
作製した各薄膜について、最大発光波長およびフォトルミネッセンス量子収率(PL量子収率)を測定した結果を表2に示す。
(実施例14)化合物2を用いた有機エレクトロルミネッセンス素子の作製と評価
膜厚100nmのインジウム・スズ酸化物(ITO)からなる陽極が形成されたガラス基板上に、各薄膜を真空蒸着法にて、真空度2×10-4Paで積層した。まず、ITO上にα-NPDを40nmの厚さに形成し、その上に、mCPを10nmの厚さに形成した。次に、化合物2を25nmの厚さに蒸着して発光層を形成し、その上に、TPBiを40nmの厚さに形成した。さらにフッ化リチウム(LiF)を1nmの厚さに形成し、次いでアルミニウム(Al)を100nmの厚さに蒸着することにより陰極を形成し、有機エレクトロルミネッセンス素子とした。また、これとは別に、上記と同様の製造工程で、同じ層構成を有する有機エレクトロルミネッセンス素子を3個作製して、合計4個の有機エレクトロルミネッセンス素子を得た。各有機エレクトロルミネッセンス素子を素子14-1~14-4とする。
製造した素子14-2の発光スペクトル(EL)を図2に示し、素子14-1~14-4の電流密度-外部量子効率特性を図3に示す。また、代表として、素子14-2の素子特性を表3に示す。なお、図2には、参考のため、実施例12で作製した固体有機薄膜の発光スペクトル(PL)を併せて示す。
膜厚100nmのインジウム・スズ酸化物(ITO)からなる陽極が形成されたガラス基板上に、各薄膜を真空蒸着法にて、真空度2×10-4Paで積層した。まず、ITO上にα-NPDを40nmの厚さに形成し、その上に、mCPを10nmの厚さに形成した。次に、化合物2を25nmの厚さに蒸着して発光層を形成し、その上に、TPBiを40nmの厚さに形成した。さらにフッ化リチウム(LiF)を1nmの厚さに形成し、次いでアルミニウム(Al)を100nmの厚さに蒸着することにより陰極を形成し、有機エレクトロルミネッセンス素子とした。また、これとは別に、上記と同様の製造工程で、同じ層構成を有する有機エレクトロルミネッセンス素子を3個作製して、合計4個の有機エレクトロルミネッセンス素子を得た。各有機エレクトロルミネッセンス素子を素子14-1~14-4とする。
製造した素子14-2の発光スペクトル(EL)を図2に示し、素子14-1~14-4の電流密度-外部量子効率特性を図3に示す。また、代表として、素子14-2の素子特性を表3に示す。なお、図2には、参考のため、実施例12で作製した固体有機薄膜の発光スペクトル(PL)を併せて示す。
(実施例15)化合物11を用いた有機エレクトロルミネッセンス素子の作製と評価[1]
膜厚100nmのインジウム・スズ酸化物(ITO)からなる陽極が形成されたガラス基板上に、各薄膜を真空蒸着法にて、真空度2×10-4Paで積層した。まず、ITO上にTAPCを40nmの厚さに形成した。次に、化合物11を20nmの厚さに蒸着して発光層を形成した。続いて、DPEPOを10nmの厚さに形成し、その上に、TPBiを厚さ40nmに形成した。さらに、フッ化リチウム(LiF)を1nmの厚さに形成し、次いでアルミニウム(Al)を100nmの厚さに蒸着することにより陰極を形成し、有機エレクトロルミネッセンス素子とした。
製造した有機エレクトロルミネッセンス素子の素子特性を表3に示す。
膜厚100nmのインジウム・スズ酸化物(ITO)からなる陽極が形成されたガラス基板上に、各薄膜を真空蒸着法にて、真空度2×10-4Paで積層した。まず、ITO上にTAPCを40nmの厚さに形成した。次に、化合物11を20nmの厚さに蒸着して発光層を形成した。続いて、DPEPOを10nmの厚さに形成し、その上に、TPBiを厚さ40nmに形成した。さらに、フッ化リチウム(LiF)を1nmの厚さに形成し、次いでアルミニウム(Al)を100nmの厚さに蒸着することにより陰極を形成し、有機エレクトロルミネッセンス素子とした。
製造した有機エレクトロルミネッセンス素子の素子特性を表3に示す。
(実施例16)化合物11を用いた有機エレクトロルミネッセンス素子の作製と評価[2]
膜厚100nmのインジウム・スズ酸化物(ITO)からなる陽極が形成されたガラス基板上に、各薄膜を真空蒸着法にて、真空度2×10-4Paで積層した。まず、ITO上にTAPCを40nmの厚さに形成した。次に、化合物11とPPTを異なる蒸着源から共蒸着し、20nmの厚さの層を形成して発光層とした。この時、化合物11の濃度は8重量%とした。続いて、PPTを10nmの厚さに形成し、その上に、TPBiを厚さ40nmに形成した。さらに、フッ化リチウム(LiF)を1nmの厚さに形成し、次いでアルミニウム(Al)を100nmの厚さに蒸着することにより陰極を形成し、有機エレクトロルミネッセンス素子とした。
製造した有機エレクトロルミネッセンス素子の素子特性を表3に示す。
膜厚100nmのインジウム・スズ酸化物(ITO)からなる陽極が形成されたガラス基板上に、各薄膜を真空蒸着法にて、真空度2×10-4Paで積層した。まず、ITO上にTAPCを40nmの厚さに形成した。次に、化合物11とPPTを異なる蒸着源から共蒸着し、20nmの厚さの層を形成して発光層とした。この時、化合物11の濃度は8重量%とした。続いて、PPTを10nmの厚さに形成し、その上に、TPBiを厚さ40nmに形成した。さらに、フッ化リチウム(LiF)を1nmの厚さに形成し、次いでアルミニウム(Al)を100nmの厚さに蒸着することにより陰極を形成し、有機エレクトロルミネッセンス素子とした。
製造した有機エレクトロルミネッセンス素子の素子特性を表3に示す。
(実施例17)化合物11を用いた有機エレクトロルミネッセンス素子の作製と評価[3]
膜厚100nmのインジウム・スズ酸化物(ITO)からなる陽極が形成されたガラス基板上に、各薄膜を真空蒸着法にて、真空度2×10-4Paで積層した。まず、ITO上にTAPCを40nmの厚さに形成した。次に、化合物11とDPEPOを異なる蒸着源から共蒸着し、20nmの厚さの層を形成して発光層とした。この時、化合物11の濃度は8重量%とした。続いて、DPEPOを10nmの厚さに形成し、その上に、TPBiを40nmの厚さに形成した。さらに、フッ化リチウム(LiF)を1nmの厚さに形成し、次いでアルミニウム(Al)を100nmの厚さに蒸着することにより陰極を形成し、有機エレクトロルミネッセンス素子とした。
製造した有機エレクトロルミネッセンス素子の素子特性を表3に示す。
膜厚100nmのインジウム・スズ酸化物(ITO)からなる陽極が形成されたガラス基板上に、各薄膜を真空蒸着法にて、真空度2×10-4Paで積層した。まず、ITO上にTAPCを40nmの厚さに形成した。次に、化合物11とDPEPOを異なる蒸着源から共蒸着し、20nmの厚さの層を形成して発光層とした。この時、化合物11の濃度は8重量%とした。続いて、DPEPOを10nmの厚さに形成し、その上に、TPBiを40nmの厚さに形成した。さらに、フッ化リチウム(LiF)を1nmの厚さに形成し、次いでアルミニウム(Al)を100nmの厚さに蒸着することにより陰極を形成し、有機エレクトロルミネッセンス素子とした。
製造した有機エレクトロルミネッセンス素子の素子特性を表3に示す。
(実施例18)化合物11を用いた有機エレクトロルミネッセンス素子の作製と評価[4]
膜厚100nmのインジウム・スズ酸化物(ITO)からなる陽極が形成されたガラス基板上に、各薄膜を真空蒸着法にて、真空度2×10-4Paで積層した。まず、ITO上にTAPCを40nmの厚さに形成した。次に、化合物11とDPEPOを異なる蒸着源から共蒸着し、20nmの厚さの層を形成して発光層とした。この時、化合物11の濃度は8重量%とした。続いて、DPEPOからTPBiに漸次的に変化させた層を10nmの厚さに形成した。さらに、TPBiを40nmの厚さに形成した後、フッ化リチウム(LiF)を1nmの厚さに形成し、次いでアルミニウム(Al)を100nmの厚さに蒸着することにより陰極を形成し、有機エレクトロルミネッセンス素子とした。
製造した有機エレクトロルミネッセンス素子の発光スペクトルを図4に示し、電圧-電流密度-輝度特性を図5に示し、電流密度-外部量子効率特性を図6に示す。また、この有機エレクトロルミネッセンス素子の素子特性を表3に示す。なお、図4には、参考のため、実施例13で作製した固体有機薄膜のうち、薄膜の組成が化合物11:DPEPO=8重量%:92重量%の固体有機薄膜の発光スペクトル(PL)を併せて示す。
膜厚100nmのインジウム・スズ酸化物(ITO)からなる陽極が形成されたガラス基板上に、各薄膜を真空蒸着法にて、真空度2×10-4Paで積層した。まず、ITO上にTAPCを40nmの厚さに形成した。次に、化合物11とDPEPOを異なる蒸着源から共蒸着し、20nmの厚さの層を形成して発光層とした。この時、化合物11の濃度は8重量%とした。続いて、DPEPOからTPBiに漸次的に変化させた層を10nmの厚さに形成した。さらに、TPBiを40nmの厚さに形成した後、フッ化リチウム(LiF)を1nmの厚さに形成し、次いでアルミニウム(Al)を100nmの厚さに蒸着することにより陰極を形成し、有機エレクトロルミネッセンス素子とした。
製造した有機エレクトロルミネッセンス素子の発光スペクトルを図4に示し、電圧-電流密度-輝度特性を図5に示し、電流密度-外部量子効率特性を図6に示す。また、この有機エレクトロルミネッセンス素子の素子特性を表3に示す。なお、図4には、参考のため、実施例13で作製した固体有機薄膜のうち、薄膜の組成が化合物11:DPEPO=8重量%:92重量%の固体有機薄膜の発光スペクトル(PL)を併せて示す。
製造した各有機エレクトロルミネッセンス素子は、いずれも良好な素子特性を有していた。このことから、ドナー性基を有するが、アクセプター性基を有しない化合物が、有機エレクトロルミネッセンス素子の発光材料として十分な機能を奏することを確認することができた。
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
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 (24)
- 2つ以上のドナー性基と1つ以上の連結基からなる化合物で構成される発光材料であって、
前記化合物は、互いに構造が異なるドナー性基を有しており、
前記連結基は、少なくとも2つのドナー性基を連結するものであって、アルキル基またはハロゲノ基で置換されていてもよい1つ以上のベンゼン環で構成される芳香族基である、発光材料。 - 前記化合物は、互いに構造が異なるドナー性基を有する、請求項1に記載の発光材料。
- 前記化合物が下記一般式(1)で表される構造を有する、請求項1または2に記載の発光材料。
一般式(1)
L1[-D1{-L2-(D2'-L2')n1-D2}n2]m
[一般式(1)において、L1、L2、L2'は各々独立に、アルキル基またはハロゲノ基で置換されていてもよい1つ以上のベンゼン環で構成される芳香族基を表す。D1、D2、D2'は各々独立に、ドナー性基を表す。ただし、一般式(1)で表される構造を有する化合物の分子内に存在するドナー性基の少なくとも2つは、互いに異なる構造を有する。mは2以上の整数を表す。n1は0以上の整数を表し、n2は0以上の整数を表す。mが2以上であるとき、複数のD1、L2、D2'、L2'、D2、n1、n2は各々互いに同一であっても異なっていてもよい。n1が2以上であるとき、複数のD2'、L2'は各々互いに同一であっても異なっていてもよい。n2が2以上であるとき、複数のL2、D2'、L2'、D2、n1は各々互いに同一であっても異なっていてもよい。] - 前記化合物が下記一般式(2)で表される構造を有する、請求項1または2に記載の発光材料。
一般式(2)
D1'-L1-D1{-L2-D2}n2'
[一般式(2)において、L1およびL2は各々独立に、アルキル基またはハロゲノ基で置換されていてもよい1つ以上のベンゼン環で構成される芳香族基を表す。D1'、D1、D2は各々独立に、ドナー性基を表す。ただし、一般式(2)で表される構造を有する化合物の分子内に存在するドナー性基の少なくとも2つは、互いに異なる構造を有する。n2’は0または1を表す。] - 前記L1が、アルキル基またはハロゲノ基で置換されていてもよいフェニレン基またはビフェニレン基である、請求項3または4に記載の発光材料。
- 前記化合物が下記一般式(3)で表される構造を有する、請求項1または2に記載の発光材料。
一般式(3)
D1'-Ph1-D1{-L2-D2}n2'
[一般式(3)において、Ph1はアルキル基またはハロゲノ基で置換されていてもよいフェニレン基を表す。D1'、D1、D2は各々独立に、置換もしくは無置換のジアリールアミノ基以外のドナー性基を表す。ただし、一般式(3)で表される構造を有する化合物の分子内に存在するドナー性基の少なくとも2つは、互いに異なる構造を有する。n2’は0または1を表す。] - D1'、D1、D2が各々独立に芳香族多環構造を有する、請求項4~6のいずれか1項に記載の発光材料。
- 前記芳香族多環構造は、芳香族多環縮合構造である、請求項7に記載の発光材料。
- D1'、D1、D2が各々独立に水素原子、炭素原子、窒素原子、酸素原子および硫黄原子からなる群より選択される2種以上の原子のみからなる基である、請求項4~8のいずれか1項に記載の発光材料。
- D1'、D1、D2のうちの少なくとも1つが、水素原子と炭素原子のみからなる基であり、残りの少なくとも1つが、水素原子と炭素原子と窒素原子のみからなる基、もしくは、酸素原子および硫黄原子から選択される1種以上の原子と、水素原子と炭素原子と窒素原子のみからなる基である、請求項9に記載の発光材料。
- D1が窒素原子で連結基に結合する基であり、D1'が炭素原子で連結基に結合する基である、請求項4~10のいずれか1項に記載の発光材料。
- D2が炭素原子で連結基に結合する基である、請求項11に記載の発光材料。
- D1が炭素原子で連結基に結合する基であり、D1'が窒素原子で連結基に結合する基である、請求項4~10のいずれか1項に記載の発光材料。
- D2が窒素原子で連結基に結合する基である、請求項13に記載の発光材料。
- 前記炭素原子で連結基に結合する基が、ベンゼン環の環骨格を構成する炭素原子で連結基に結合する基である、請求項11~14のいずれか1項に記載の発光材料。
- 前記窒素原子で連結基に結合する基が、下記一般式(4)または(5)で表される基である、請求項11~15のいずれか1項に記載の発光材料。
[一般式(4)において、R11~R20は各々独立に水素原子または置換基を表す。R15とR16は互いに結合して環状構造を形成している。R11とR12、R12とR13、R13とR14、R17とR18、R18とR19、R19とR20は互いに結合して環状構造を形成していてもよい。*は連結基との結合位置を表す。前記窒素原子で連結基に結合する基が2価である場合は、R11~R20のいずれかにおいてさらに結合する。]
[一般式(5)において、R71~R79は各々独立に水素原子または置換基を表す。R71とR72、R72とR73、R73とR74、R74とR75、R76とR77、R77とR78、R78とR79は互いに結合して環状構造を形成していてもよい。*は連結基との結合位置を表す。前記窒素原子で連結基に結合する基が2価である場合は、R71~R79のいずれかにおいてさらに結合する。] - 前記窒素原子で連結基に結合する基が、下記一般式(6)~(10)のいずれかで表される基である、請求項11~15のいずれか1項に記載の発光材料。
[一般式(6)~(10)において、R21~R24、R27~R38、R41~R48、R51~R59、R81~R90は、各々独立に水素原子または置換基を表す。R21とR22、R22とR23、R23とR24、R27とR28、R28とR29、R29とR30、R31とR32、R32とR33、R33とR34、R35とR36、R36とR37、R37とR38、R41とR42、R42とR43、R43とR44、R45とR46、R46とR47、R47とR48、R51とR52、R52とR53、R53とR54、R55とR56、R56とR57、R57とR58、R54とR59、R55とR59、R81とR82、R82とR83、R83とR84、R85とR86、R86とR87、R87とR88、R89とR90は互いに結合して環状構造を形成していてもよい。*は連結基との結合位置を表す。前記窒素原子で連結基に結合する基が2価である場合は、R21~R24、R27~R38、R41~R48、R51~R59、R81~R90のいずれかにおいてさらに結合する。] - 前記化合物のHOMOとLUMOのエネルギー差が2.5~3.6eVである、請求項1~18のいずれか1項に記載の発光材料。
- 前記化合物のHOMOのエネルギー準位が-5.7eV以上である、請求項1~19のいずれか1項に記載の発光材料。
- 前記化合物のHOMOのエネルギー準位が-5.3eV以上である、請求項1~19のいずれか1項に記載の発光材料。
- 前記化合物の最低励起一重項エネルギー準位ES1と最低励起三重項エネルギー準位ET1の差ΔESTが0.3eV以下である、請求項1~21のいずれか1項に記載の発光材料。
- 発光材料として、請求項1~22のいずれか1項に記載の発光材料を発光層に含む有機発光素子。
- 下記一般式(3)で表される化合物。
一般式(3)
D1'-Ph1-D1{-L2-D2}n2'
[一般式(3)において、Ph1はアルキル基またはハロゲノ基で置換されていてもよいフェニレン基を表す。D1'、D1、D2は各々独立に、置換もしくは無置換のジアリールアミノ基以外のドナー性基を表す。ただし、一般式(3)で表される構造を有する化合物の分子内に存在するドナー性基の少なくとも2つは、互いに異なる構造を有する。n2’は0または1を表す。]
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