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技術 有機電界発光素子及び有機電界発光素子用縮合多環化合物

出願人 三星ディスプレイ株式會社
発明者 坂本直也
出願日 2020年4月24日 (1年0ヶ月経過) 出願番号 2020-077324
公開日 2021年1月7日 (4ヶ月経過) 公開番号 2021-002648
状態 未査定
技術分野 発光性組成物 第1-3族元素を含む化合物及びその製造 エレクトロルミネッセンス光源
主要キーワード 多重共鳴 部分品 共振距離 青色光波長 シアノ基含有化合物 ジフェニルボリル フルオレン系誘導体 EBL
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2021年1月7日)のものです。
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図面 (4)

課題

発光効率が改善された有機電界発光素子を提供する。また、有機電界発光素子の発光効率を改善することができる縮合多環化合物を提供する。

解決手段

互いに向かい合う第1電極EL1と第2電極EL2、及び第1電極と第2電極との間に配置される複数個有機層を含み、発光層EMLは、ホウ素原子および窒素原子を含有する、特定の縮合多環化合物を含む、有機電界発光素子10。

概要

背景

最近、映像表示装置として、有機電界発光表示装置(Organic Electroluminescence Display)の開発が盛んに行われている。有機電界発光表示装置は液晶表示装置などとは異なって、第1電極及び第2電極から注入された正孔及び電子発光層において再結合させることで、発光層において有機化合物を含む発光材料発光させて表示を実現するいわゆる自発光型表示装置である。

有機電界発光素子表示装置に応用するに当たっては、有機電界発光素子の低駆動電圧化、高発光効率化、及び長寿命化が要求されており、これを安定的に実現し得る有機電界発光素子用材料の開発が持続的に要求されている。

特に、最近は高効率の有機電界発光素子を実現するために三重項状態エネルギーを利用するりん光発光や、三重項励起子衝突によって一重項励起子が生成される現象(Triplet−triplet annihilation、TTA)を利用した遅延蛍光発光に関する技術が開発されており、遅延蛍光現象を利用した熱活性遅延蛍光(Thermally Activated Delayed Fluorescence、TADF)材料に関する開発が進められている。

概要

発光効率が改善された有機電界発光素子を提供する。また、有機電界発光素子の発光効率を改善することができる縮合多環化合物を提供する。互いに向かい合う第1電極EL1と第2電極EL2、及び第1電極と第2電極との間に配置される複数個有機層を含み、発光層EMLは、ホウ素原子および窒素原子を含有する、特定の縮合多環化合物を含む、有機電界発光素子10。

目的

本発明の目的は、発光効率が改善された有機電界発光素子を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

第1電極と、前記第1電極の上に配置される正孔輸送領域と、前記正孔輸送領域の上に配置される発光層と、前記発光層の上に配置される電子輸送領域と、前記電子輸送領域の上に配置される第2電極と、を含み、前記第1電極及び前記第2電極はそれぞれ独立して、Ag,Mg,Cu,Al,Pt,Pd,Au,Ni,Nd,Ir,Cr,Li,Ca,LiF/Ca,LiF/Al,Mo,Ti,In,Sn及びZnからなる群から選択される一つ、これらの中から選択される複数を含む化合物、これらの中から選択される複数を含む混合物、又はこれらの中から選択される1つ以上の酸化物を含み、前記発光層は、下記化学式1で表される縮合多環化合物を含む、有機電界発光素子。(前記化学式1において、X1及びX2はそれぞれ独立してBAr5、O、S、またはNAr6であり、Ar1〜Ar6はそれぞれ独立して置換若しくは無置換の環形成炭素数6以上60以下のアリール基、または置換若しくは無置換の環形成炭素2以上60以下のヘテロアリール基であり、Ar1〜Ar2は互いに結合して環を形成するか、又は結合せず、R1〜R4はそれぞれ独立して重水素原子ハロゲン原子、置換若しくは無置換のアミノ基、置換若しくは無置換のオキシ基、置換若しくは無置換のチオ基、置換若しくは無置換の炭素数1以上20以下のアルキル基、置換若しくは無置換の環形成炭素数6以上60以下のアリール基、または置換若しくは無置換の環形成炭素2以上60以下のヘテロアリール基であり、前記R1〜R4は隣接する基と互いに結合して環を形成するか、又は結合せず、n1及びn2は0以上2以下の整数であり、n3及びn4は0以上4以下の整数である。)

請求項2

前記化学式1で表される縮合多環化合物は、下記化学式2−1〜化学式2−3のうちいずれか一つで表される請求項1に記載の有機電界発光素子。(前記化学式2−1〜化学式2−3において、YはCR7R8、O、またはSであり、R5〜R6はそれぞれ独立して重水素原子、ハロゲン原子、置換若しくは無置換のオキシ基、置換若しくは無置換のチオ基、置換若しくは無置換の炭素数1以上20以下のアルキル基、置換若しくは無置換の環形成炭素数6以上60以下のアリール基、または置換若しくは無置換の環形成炭素数2以上60以下のヘテロアリール基であり、複数のR5及びR6それぞれは互いに結合して環を形成するか、又は互いに結合せず、R7〜R8はそれぞれ独立して水素原子、重水素原子、ハロゲン原子、置換若しくは無置換のオキシ基、置換若しくは無置換のチオ基、置換若しくは無置換の炭素数1以上20以下のアルキル基、置換若しくは無置換の環形成炭素数6以上60以下のアリール基、または置換若しくは無置換の環形成炭素数2以上60以下のヘテロアリール基であり、n5及びn6はそれぞれ独立して0以上4以下の整数である。)

請求項3

前記化学式1で表される縮合多環化合物は、下記化学式3−1〜化学式3−5のうちいずれか一つで表される請求項1に記載の有機電界発光素子。(前記化学式3−1〜化学式3−5において、X11及びX21はそれぞれ独立してO、S、またはNAr6であり、X12及びX22はそれぞれ独立してBAr5、O、またはSである。)

請求項4

前記Ar3及びAr4は、それぞれ独立して置換若しくは無置換のフェニル基、置換若しくは無置換のジベンゾフラニル基、または置換若しくは無置換のジベンゾチオフェニル基である請求項1に記載の有機電界発光素子。

請求項5

前記R3は、置換若しくは無置換のアミノ基、置換若しくは無置換のオキシ基、置換若しくは無置換のチオ基、または置換若しくは無置換のフェニル基であり、複数のR3が互いに結合して環を形成する請求項1に記載の有機電界発光素子。

請求項6

前記R4は、ハロゲン原子、置換若しくは無置換のメチル基、または置換若しくは無置換のフェニル基、又はn4が0である請求項1に記載の有機電界発光素子。

請求項7

前記縮合多環化合物は、下記第1化合物群に示された化合物のうちから選択される少なくとも一つである請求項1に記載の有機電界発光素子。[第1化合物群]

請求項8

前記発光層は、遅延蛍光を放出する請求項1に記載の有機電界発光素子。

請求項9

前記発光層はホスト及びドーパントを含む遅延蛍光発光層であり、前記ドーパントは前記縮合多環化合物を含む請求項1に記載の有機電界発光素子。

請求項10

下記化学式1で表される縮合多環化合物。(前記化学式1において、X1及びX2はそれぞれ独立してBAr5、O、S、またはNAr6であり、Ar1〜Ar6はそれぞれ独立して置換若しくは無置換の環形成炭素数6以上60以下のアリール基、または置換若しくは無置換の環形成炭素2以上60以下のヘテロアリール基であり、Ar1〜Ar2は互いに結合して環を形成するか、又は結合せず、R1〜R4はそれぞれ独立して重水素原子、ハロゲン原子、置換若しくは無置換のアミノ基、置換若しくは無置換のオキシ基、置換若しくは無置換のチオ基、置換若しくは無置換の炭素数1以上20以下のアルキル基、置換若しくは無置換の環形成炭素数6以上60以下のアリール基、または置換若しくは無置換の環形成炭素2以上60以下のヘテロアリール基であり、前記R1〜R4は隣接する基と互いに結合して環を形成するか、又は結合せず、n1及びn2は0以上2以下の整数であり、n3及びn4は0以上4以下の整数である。)

技術分野

0001

本発明は有機電界発光素子及びそれに使用される縮合多環化合物に関し、より詳しくは、発光材料として使用される縮合多環化合及びそれを含む有機電界発光素子に関する。

背景技術

0002

最近、映像表示装置として、有機電界発光表示装置(Organic Electroluminescence Display)の開発が盛んに行われている。有機電界発光表示装置は液晶表示装置などとは異なって、第1電極及び第2電極から注入された正孔及び電子発光層において再結合させることで、発光層において有機化合物を含む発光材料を発光させて表示を実現するいわゆる自発光型表示装置である。

0003

有機電界発光素子を表示装置に応用するに当たっては、有機電界発光素子の低駆動電圧化、高発光効率化、及び長寿命化が要求されており、これを安定的に実現し得る有機電界発光素子用材料の開発が持続的に要求されている。

0004

特に、最近は高効率の有機電界発光素子を実現するために三重項状態エネルギーを利用するりん光発光や、三重項励起子衝突によって一重項励起子が生成される現象(Triplet−triplet annihilation、TTA)を利用した遅延蛍光発光に関する技術が開発されており、遅延蛍光現象を利用した熱活性遅延蛍光(Thermally Activated Delayed Fluorescence、TADF)材料に関する開発が進められている。

先行技術

0005

韓国公開特許第10−2016−0119683号公報
韓国公開特許第10−2018−0108604号公報
韓国公開特許第10−2018−0108559号公報
韓国公開特許第10−2017−0130434号公報
韓国公開特許第10−2018−0122298号公報

発明が解決しようとする課題

0006

本発明の目的は、発光効率が改善された有機電界発光素子を提供することである。

0007

本発明の他の目的は、有機電界発光素子の発光効率を改善することができる縮合多環化合物を提供することである。

課題を解決するための手段

0008

本発明の一実施形態による有機電界発光素子は、第1電極と、前記第1電極と向かい合う第2電極と、前記第1電極と第2電極との間に配置される複数個有機層と、を含む。前記有機層のうち少なくとも一つの有機層は、縮合多環化合物を含む。前記縮合多環化合物は、5つの環が縮合され、1つのホウ素原子と2つの窒素原子を含む縮合多環ヘテロ環、前記縮合多環ヘテロ環のうち一つに結合されるアミノ基、及び前記縮合多環ヘテロ環のうちアミノ基が結合されていない環にホウ素原子、酸素原子硫黄原子、または窒素原子からなる群よりそれぞれ独立して選択される2つのヘテロ原子を介して結合される置換若しくは無置換のアリール基を含む。

0009

前記有機層は、前記第1電極の上に配置される正孔輸送領域と、前記正孔輸送領域の上に配置される発光層と、前記発光層の上に配置される電子輸送領域と、を含んでもよい。前記発光層は、前記縮合多環化合物を含んでもよい。

0010

前記発光層は遅延蛍光を放出してもよい。

0011

前記発光層はホスト及びドーパントを含む遅延蛍光発光層であり、前記ドーパントは前記縮合多環化合物を含んでもよい。

0012

前記縮合多環化合物は、置換若しくは無置換の3つのベンゼン環が前記1つのホウ素原子と2つの窒素原子を介して結合されることで前記5つの環を形成し、前記アミノ基と前記ホウ素原子は前記3つのベンゼン環のうち一つのベンゼン環のパラ位に結合してもよい。

0013

前記縮合多環化合物は、下記化学式1で表されてもよい。




前記化学式1において、X1及びX2はそれぞれ独立してBAr5、O、S、またはNAr6であり、Ar1〜Ar6はそれぞれ独立して置換若しくは無置換の環形成炭素数6以上60以下のアリール基、または置換若しくは無置換の環形成炭素2以上60以下のヘテロアリール基であり、Ar1〜Ar2は互いに結合して環を形成してもよく、R1〜R4はそれぞれ独立して重水素原子ハロゲン原子、置換若しくは無置換のアミノ基、置換若しくは無置換のオキシ基、置換若しくは無置換のチオ基、置換若しくは無置換の炭素数1以上20以下のアルキル基、置換若しくは無置換の環形成炭素数6以上60以下のアリール基、または置換若しくは無置換の環形成炭素2以上60以下のヘテロアリール基であり、隣接する基と互いに結合して環を形成してもよい。n1及びn2は0以上2以下の整数であり、n3及びn4は0以上4以下の整数である。

0014

前記化学式1で表される縮合多環化合物は、下記化学式2−1〜化学式2−3のうちいずれか一つで表されてもよい。












前記化学式2−1〜化学式2−3において、YはCR7R8、O、またはSであり、R5〜R8はそれぞれ独立して水素原子、重水素原子、ハロゲン原子、置換若しくは無置換のオキシ基、置換若しくは無置換のチオ基、置換若しくは無置換の炭素数1以上20以下のアルキル基、置換若しくは無置換の環形成炭素数6以上60以下のアリール基、または置換若しくは無置換の環形成炭素数2以上60以下のヘテロアリール基であり、複数のR5及びR6それぞれは互いに結合して環を形成し、n5及びn6はそれぞれ独立して0以上4以下の整数である。前記化学式2−1及び化学式2−3において、X1及びX2、R1〜R4、Ar3及びAr4、及びn1〜n4は、前記化学式1で定義した通りである。

0015

前記化学式1で表される縮合多環化合物は、下記化学式3−1〜化学式3−5のうちいずれか一つで表されてもよい。




















前記化学式3−1〜化学式3−5において、X11及びX21はそれぞれ独立してO、S、またはNAr6であり、X12及びX22はそれぞれ独立してBAr5、O、またはSである。前記化学式3−1〜化学式3−5において、R1及びR4、Ar1〜Ar6、及びn1〜n4は、前記化学式1で定義した通りである。

0016

前記Ar3及びAr4は、それぞれ独立して置換若しくは無置換のフェニル基、置換若しくは無置換のジベンゾフラニル基、または置換若しくは無置換のジベンゾチオフェニル基であってもよい。

0017

前記R3は、置換若しくは無置換のアミノ基、置換若しくは無置換のオキシ基、置換若しくは無置換のチオ基、または置換若しくは無置換のフェニル基であってもよく、複数のR3が互いに結合して環を形成してもよい。

0018

前記R4は、ハロゲン原子、置換若しくは無置換のメチル基、または置換若しくは無置換のフェニル基であってもよく、又はn4が0であってもよい。

0019

前記第1電極及び前記第2電極はそれぞれ独立して、Ag,Mg,Cu,Al,Pt,Pd,Au,Ni,Nd,Ir,Cr,Li,Ca,LiF/Ca,LiF/Al,Mo,Ti,In,Sn及びZnからなる群から選択される一つ、これらの中から選択される複数を含む化合物、これらの中から選択される複数を含む混合物、又はこれらの中から選択される1つ以上の酸化物を含んでもよい。

0020

本発明の一実施形態による縮合多環化合物は、下記化学式1で表される。




前記化学式1において、X1及びX2はそれぞれ独立してBAr5、O、S、またはNAr6であり、Ar1〜Ar6はそれぞれ独立して置換若しくは無置換の環形成炭素数6以上60以下のアリール基、または置換若しくは無置換の環形成炭素2以上60以下のヘテロアリール基であり、Ar1〜Ar2は互いに結合して環を形成してもよく、R1〜R4はそれぞれ独立して重水素原子、ハロゲン原子、置換若しくは無置換のアミノ基、置換若しくは無置換のオキシ基、置換若しくは無置換のチオ基、置換若しくは無置換の炭素数1以上20以下のアルキル基、置換若しくは無置換の環形成炭素数6以上60以下のアリール基、または置換若しくは無置換の環形成炭素2以上60以下のヘテロアリール基であり、隣接する基と互いに結合して環を形成してもよい。n1及びn2は0以上2以下の整数であり、n3及びn4は0以上4以下の整数である。

発明の効果

0021

一実施形態に係る有機電界発光素子は、高効率の改善された素子特性を示す。

0022

一実施形態に係る縮合多環化合物は、有機電界発光素子の発光層に含まれて有機電界発光素子の高効率化に寄与する。

図面の簡単な説明

0023

本発明の一実施形態による有機電界発光素子を概略的に示す断面図である。
本発明の一実施形態による有機電界発光素子を概略的に示す断面図である。
本発明の一実施形態による有機電界発光素子を概略的に示す断面図である。

0024

上述した本発明の目的、他の目的、特徴、及び利点は、添付した図面及び下記実施形態を介して容易に理解できるはずである。しかし、本発明はここで説明される実施形態に限らず、他の形態で実現されてもよい。むしろ、ここで紹介される実施形態は開示された内容が徹底で完全なものになるように、そして通常の技術者に本発明の思想が十分に伝達されるようにするために提供されるものである。

0025

各図面を説明しながら、類似した参照符号を類似した構成要素に対して使用している。添付した図面において、構造物の寸法は本発明の明確性のために実際より拡大して示している。第1、第2などの用語は多様な構成要素を説明するのに使用されるが、該構成要素は上述の用語に限らない。用語は一つの構造要素を他の構成要素から区別する目的にのみ使用される。例えば、本発明の権利範囲を逸脱しない限り第1構成要素は第2構成要素と称されてもよく、同様に第2構成要素は第1構成要素と称されてもよい。単数表現は、文脈上明白に異なるように意味しない限り、複数の表現を含む。

0026

本明細書において、「含む」または「有する」などの用語は明細書の上に記載された特徴、数字、ステップ、動作、構成要素、部品またはこれらを組み合わせが存在することを意味するものであって、一つまたはそれ以上の他の特徴や数字、ステップ、動作、構成要素、部分品またはこれらを組み合わせたものの存在または付加可能性を予め排除しないと理解すべきである。また、層、膜、領域、板などの部分が他の部分の「上」にあるとする場合、これは他の部分の「直上」にある場合だけでなく、その中間にまた他の部分がある場合も含む。同様に、層、膜、領域、板などの部分が他の部分の「下部に」にあるとする場合、これは他の部分の「直下」にある場合だけでなく、その中間にまた他の部分がある場合も含む。

0027

本明細書において、「置換若しくは無置換の」とは、重水素原子、ハロゲン原子、シアノ基ニトロ基、アミノ基、シリル基、オキシ基、チオ基、スルフィニル基スルホニル基カルボニル基ボリル基ホスフィンオキシド基ホスフィンスルフィド基、アルキル基、アルケニル基アルコキシ基炭化水素環基、アリール基、及びヘテロ環基からなる群より選択される一つ以上の置換基に置換される又は無置換であることを意味する。また、上記置換基それぞれは、置換又は無置換である。例えば、ビフェニリル基はアリール基と解釈されてもよく、フェニル基に置換されたフェニル基と解釈されてもよい。

0028

本明細書において、「隣接する基と互いに結合して環を形成」するとは、隣接する基と互いに結合して置換又は無置換の炭化水素環、或は置換又は無置換のヘテロ環を形成することを意味する。炭化水素環は、脂肪族炭化水素環及び芳香族炭化水素環を含む。ヘテロ環は、脂肪族ヘテロ環及び芳香族ヘテロ環を含む。隣接する基と互いに結合して形成された環は、単環または多環である。また、互いに結合して形成された環は、他の環と結合されてスピロ構造を形成してもよい。

0029

本明細書において、「隣接する基」とは、当該置換基が置換された原子直接結合される原子に置換された置換基、該当置換基が置換された原子に置換された他の置換基、または該当置換基と立体構造的に最も隣接する置換基を意味する。例えば、1,2−ジメチルベンゼンにおける2つのメチル基は互いに「隣接する基」と解釈され、1,1−ジエチルシクロペンタンにおける2つのエチル基は互いに「隣接する基」と解釈される。

0030

本明細書において、直接結合(direct likange)される、とは単結合であることを意味する。

0031

本明細書において、ハロゲン原子の例としては、フッ素原子塩素原子臭素原子、またはヨウ素原子が挙げられる。

0032

本明細書において、アルキル基は直鎖、分枝鎖、または環状である。アルキル基の炭素数は、1以上50以下、1以上30以下、1以上20以下、1以上10以下、または1以上6以下である。アルキル基の例としては、メチル基、エチル基、n−プロピル基イソプロピル基n−ブチル基、s−ブチル基、t−ブチル基、i−ブチル基、2−エチルブチル基、3、3−ジメチルブチル基、n−ペンチル基、i−ペンチル基、ネオペンチル基、t−ペンチル基、シクロペンチル基、1−メチルペンチル基、3−メチルペンチル基、2−エチルペンチル基、4−メチル−2−ペンチル基、n−ヘキシル基、1−メチルヘキシル基、2−エチルヘキシル基、2−ブチルヘキシル基、シクロヘキシル基、4−メチルシクロヘキシル基、4−t−ブチルシクロヘキシル基、n−ヘプチル基、1−メチルペプチル基、2、2−ジメチルヘプチル基、2−エチルヘプチル基、2−ブチルヘプチル基、n−オクチル基、tーオクチル基、2−エチルオクチル基、2−ブチルオクチル基、2−ヘキシルオクチル基、3、7−ジメチルオクチル基シクロオクチル基、n−ノニル基、n−デシル基、アダマンチル基、2−エチルデシル基、2−ブチルデシル基、2−ヘキシルデシル基、2−オクチルデシル基、n−ウンデシル基、n−ドデシル基、2−エチルドデシル基、2−ブチルドデシル基、2−ヘキシルドデシル基、2−オクチルデシル基、n−トリデシル基、n−テトラデシル基、n−ペンタデシル基、n−ヘキサデシル基、2−エチルヘキサデシル基、2−ブチルヘキサデシル基、2−ヘキシルヘキサデシル基、2−オクチルヘキサデシル基、n−ヘプタデシル基、n−オクタデシル基、n−ノナデシル基、n−イコシル基、2−エチルイコシル基、2−ブチルイコシル基、2−ヘキシルイコシル基、2−オクチルイコシル基、n−ヘンイコシル基、n−ドコシル基、n−トリコシル基、n−テトラコシル基、n−ペンタコシル基、n−ヘキサコシル基、n−ヘプタコシル基、n−オクタコシル基、n−ノナコシル基、及びn−トリアコンチル基などが挙げられるが、これらに限らない。

0033

本明細書において、炭化水素環は、脂肪族炭化水素環及び芳香族炭化水素環を含む。ヘテロ環は、脂肪族ヘテロ環及び芳香族ヘテロ環を含む。炭化水素環及びヘテロ環は、単環及び多環である。

0034

本明細書において、炭化水素環基は、脂肪族炭化水素環から誘導された任意の作用基または置換基、または芳香族炭化水素環から誘導された任意の作用基または置換基である。炭化水素環基の環形成炭素数は、5以上60以下である。

0035

本明細書において、アリール基は、芳香族炭化水素環から誘導された任意の作用基または置換基を意味する。アリール基は、単環式アリール基または多環式アリール基である。アリール基の環形成炭素数は、6以上30以下、6以上20以下、または6以上15以下である。アリール基の例としては、フェニル基、ナフチル基フルオレニル基アントラセニル基フェナントリル基、ビフェニリル基、ターフェニリル基クォーターフェニリル基、キンクフェニリル基、セクシフェニリル基、トリフェニルエニル基ピレニル基ベンゾフルオランテニル基クリニル基などが挙げられるが、これらに限らない。

0036

本明細書において、フルオレニル基は置換されてもよく、2つの置換基が互いに結合してスピロ構造を形成してもよい。フルオレニル基が置換される場合の例示は以下のようである。但し、これらに限らない。

0037

本明細書において、ヘテロアリール基はヘテロ原子としてB、O、N、P、Si、及びSのうち一つ以上を含む。ヘテロアリール基がヘテロ原子を2つ以上含めば、2つ以上のヘテロ原子は互いに同じであってもよく、異なってもよい。ヘテロアリール基は、単環式へテロ環基または多環式へテロ環基である。ヘテロアリール基の環形成炭素数は、2以上30以下、2以上20以下、または2以上10以下である。ヘテロアリール基の例としては、チオフェニル基、フラニル基、ピロリル基イミダゾリル基チアゾリル基オキサゾリル基オキサジアゾリル基、トリアゾリル基、ピリジニル基ビピリジニル基ピリミジニル基トリアジニル基、トリアゾリル基、アクリジニル基ピリダジニル基ピラジニル基、キノリニル基キナゾリニル基、キノキサリニル基、フェノサジニル基、フタラジニル基、ピリドピリミジニル基、ピリドピラジニル基、ピラジノピラジニル基、イソキノリニル基インドリル基カルバゾリル基、N−アリールカルバゾリル基、N−ヘテロアリールカルバゾリル基、N−アルキルカルバゾリル基、ベンゾオキサゾリル基ベンゾイミダゾリル基、ベンゾチアゾリル基ベンゾカルバゾリル基、ベンゾチオフェニル基、ジベンゾチオフェニル基、チエノチオフェニル基、ベンゾフラニル基、フェナントロリニル基イソオキサゾリル基、オキサジアゾリル基、チアジアゾニル基、フェノチアジニル基、ジベンゾシロリル基、及びジベンゾフラニル基などが挙げられるが、これらに限らない。

0038

本明細書において、シリル基はアルキルシリル基及びアリールシリル基を含む。シリル基の例としては、トリメチルシリル基トリエチルシリル基、t−ブチルジメチルシリル基、ビニルジメチルシリル基、プロピルジメチルシリル基、トリフェニルシリル基、ジフェニルシリル基、フェニルシリル基などが挙げられるが、これらに限らない。

0039

本明細書において、ボリル基はアルキルボリル基及びアリールボリル基を含む。ボリル基の例としては、トリメチルボリル基、トリエチルボリル基、t−ブチルジメチルボリル基、トリフェニルボリル基、ジフェニルボリル基、フェニルボリル基などが挙げられるが、これらに限らない。

0040

本明細書において、アミノ基の炭素数は特に限らないが、1以上30以下である。アミノ基は、アルキルアミノ基及びアリールアミノ基を含む。アミノ基の例としては、メチルアミノ基、ジメチルアミノ基フェニルアミノ基ジフェニルアミノ基、ナフチルアミノ基、9−メチル−アントラニルアミノ基、トリフェニルアミノ基などが挙げられるが、これらに限らない。

0041

本明細書において、炭化水素環基は脂肪族炭化水素環から誘導された任意の作用基または置換基を意味する。炭化水素環基は環形炭素数5以上20以下の飽和炭化水素環基である。

0042

本明細書において、ヘテロ環基は、少なくとも一つのヘテロ原子を環形成原子として含むヘテロ環から誘導された任意の作用基または置換基である。本明細書において、ヘテロ環基はヘテロ原子としてB、O、N、P、Si、及びSのうち一つ以上を含む。ヘテロ環基がヘテロ原子を2つ以上含めば、2つ以上のヘテロ原子は互いに同じであってもよく、異なってもよい。ヘテロ環基は単環式ヘテロ環基または多環式ヘテロ環基であってもよく、ヘテロアリール基を含む概念である。ヘテロ環基の環形成炭素数は、2以上60以下、2以上30以下、2以上20以下、または2以上10以下である。

0043

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態に係る有機電界発光素子、及びそれに含まれた一実施形態に係る縮合多環化合物について説明する。

0044

図1図3は、本発明の一実施形態に係る有機電界発光素子を概略的に示す断面図である。図1図3を参照すると、一実施形態に係る有機電界発光素子10において、第1電極EL1及び第2電極EL2は互いに向かい合って配置され、第1電極EL1と第2電極EL2との間には複数個の有機層が配置される。複数個の有機層は正孔輸送領域HTR、発光層EML、及び電子輸送領域ETRを含む。つまり、本発明の一実施形態に係る有機電界発光素子10は、順次積層される第1電極EL1、正孔輸送領域HTR、発光層EML、電子輸送領域ETR、及び第2電極EL2を含む。

0045

一実施形態に係る有機発光素子10は、第1電極EL1と第2電極EL2との間に配置される複数個の有機層の間のうち少なくとも一つの有機層に上述する本発明の一実施形態に係る多環化合物を含む。例えば、一実施形態に係る有機発光素子10は、第1電極EL1と第2電極EL2との間に配置される発光層EMLに後述する本発明の一実施形態に係る縮合多環化合物を含む。しかし、本発明の実施形態はこれに限らず、有機発光素子10は、発光層EML以外に、第1電極EL1と第2電極EL2との間に配置される複数の有機層である正孔輸送領域HTR、及び電子輸送領域ETRに含まれる少なくとも一つの有機層に後述する一実施形態に係る縮合多環化合物を含んでもよい。

0046

一方、図2図1とは異なり、正孔輸送領域HTRが正孔注入層IL及び正孔輸送層HTLを含み、電子輸送領域ETRが電子注入層EIL及び電子輸送層TLを含む一実施形態に係る有機電界発光素子10の断面図を示す。また、図3図1とは異なり、正孔輸送領域HTRが正孔注入層HIL、正孔輸送層HTL、及び電子阻止層EBLを含み、電子輸送領域ETRが電子注入層EIL、電子輸送層ETL、及び正孔阻止層BLを含む一実施形態に係る有機電界発光素子10の断面図を示す。

0047

一実施形態に係る有機電界発光素子10に関する説明において、発光層EMLに後述する一実施形態に係る縮合多環化合物を含む例を説明するが、本発明の実施形態はこれに限らず、後述する一実施形態に係る縮合多環化合物は正孔輸送領域HTR、または電子輸送領域ETRに含まれてもよい。

0048

第1電極EL1は導電性を有する。第1電極EL1は、金属合金または導電性化合物からなる。第1電極EL1はアノード(anode)である。また、第1電極EL1は画素電極である。第1電極EL1は、透過型電極半透過型電極、または反射型電極である。第1電極EL1が透過型電極であれば、第1電極EL1は透明金属酸化物、例えば、ITO(indium tin oxide)、IZO(indium zinc oxide)、ZnO(zinc oxide)、ITZO(indium tin zinc oxide)などを含む。第1電極EL1が半透過型電極または反射型電極であれば、第1電極EL1はAg、Mg、Cu、Al、Pt、Pd、Au、Ni、Nd、Ir、Cr、Li、Ca、LiF/Ca、LiF/Al、Mo、Ti、またはこれらの化合物や混合物(例えば、AgとMgの合金)を含む。また、第1電極EL1は、上述の物質からなる反射膜半透過膜、及びITO、IZO、ZnO、ITZOなどからなる透明導電膜を含む複数の層構造を有してもよい。例えば、第1電極EL1は、ITO/Ag/ITOの3槽構造を有してもよいが、これに限らない。第1電極EL1の厚さは、約100nm〜約1000nmであってもよく、例えば、約100nm〜約300nmであってもよい。

0049

正孔輸送領域HTRは第1電極EL1の上に配置される。正孔輸送領域HTRは、正孔注入層HIL、正孔輸送層HTL、正孔バッファ層、及び電子阻止層EBLのうち少なくとも一つを含む。正孔輸送領域HTRの厚さは、例えば、約5nm〜約150nmであってもよい。

0050

正孔輸送領域HTRは、単一物質からなる単一層、複数の互いに異なる物質からなる単一層、または複数の互いに異なる物質からなる複数の層を有する多層構造を有する。

0051

例えば、正孔輸送領域HTRは、正孔注入層HILまたは正孔輸送層HTLの単一層の構造を有してもよく、正孔注入物質及び正孔輸送物質からなる単一層構造を有してもよい。また、正孔輸送領域HTRは、複数の互いに異なる物質を有する単一層の構造を有してもよく、第1電極EL1から順番に積層される正孔注入層HIL/正孔輸送層HTL、正孔注入層HIL/正孔輸送層HTL/正孔バッファ層(図示せず)、正孔注入層HIL/正孔バッファ層(図示せず)、正孔輸送層HTL/正孔バッファ層(図示せず)、または正孔注入層HIL/正孔輸送層HTL/正孔阻止層EBLの構造を有してもよいが、これらに限らない。

0052

正孔輸送領域HTRは、真空蒸着法スピンコート法キャスト法、LB法(Langmuir−Blodgett)、インクジェットプリント法レーザプリント法レーザ熱転写法(Laser Induced Thermal Imaging、LITI)などのような多様な方法を利用して形成される。

0053

正孔注入層HTLは、例えば、銅フタロシアニンなどのフタロシアニン化合物DNTPD(N,N’−ジフェニル−N,N’−ビス−[4−フェニル−m−トリル−アミノ)−フェニル]−ビフェニル−4,4’−ジアミン)、m−MTDATA(4,4’,4”−[トリス(3−メチルフェニルフェニルアミノ)トリフェニルアミノ]、TDATA(4,4’,4”−トリス(N,N−ジフェニルアミノ)トリフェニルアミン)、2−TNATA(4,4’,4”−トリス{N,−(2−ナフチル)−N−フェニルアミノ}−トリフェニルアミン)、PEDOT/PSSポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)/ポリ(4−スチレンスルホナート))、PANI/DBSA(ポリアニリンドデシルベンゼンスルホン酸)、PANI/CSA(ポリアニリン/カンファースルホン酸)、PANI/PSS(ポリアニリン/ポリ(4−スチレンスルホナート))、NPB(N,N’−ジ(ナフタレン−1−イル)−N,N’−ジフェニル−ベンジジン)、NPD(N,N−ジ(1−ナフチル)−N,N’−ジフェニル−(1,1”−ビフェニル−4,4”−ジアミン)、トリフェニルアミンを含むポリエテールケトンTPAPEK)、4−イソプロピル−4’−メチルジフェニルヨードニウムテトラキスペンタフルオロフェニルボラート]、HAT−CN(ジピラジノ[2,3−f:2’,3’−h]キノキサリン−2,3,6,7,10,11−ヘキサカルボニトリル)などを含んでもよい。

0054

正孔輸送層HTLは、例えば、N−フェニルカルバゾール、ポリにビルカルバゾールなどのカルバゾール系誘導体フルオレン系誘導体、TPD(N,N’−ビス(3−メチルフェニル)−N,N’−ジフェニル−[1,1−ビフェニル]−4,4’−ジアミン)、TCTA(4,4’,4”−トリス(N−カルバゾリル)トリフェニルアミン)などのようなトリフェニルアミン系誘導体、NPB(N,N’−ジ(ナフタレン−1−イル)−N,N’−ジフェニル−ベンジジン)、TAPC(4,4’−シクロへキシリデンビス[N,N−ビス(4−メチルフェニル)ベンゼンアミン])、HMTPD(4,4’−ビス[N,N’−(3−トリル)アミノ]−3,3’−ジメチルビフェニル)、mCP(1,3−ビス(N−カルバゾリル)ベンゼン)、CzSi(9−(4−テルト−ブチルフェニル)−3,6−ビス(トリフェニルシリル)−9H−カルバゾール)などを含んでもよい。

0055

正孔輸送領域HTRの厚さは、約10nm〜約1000nmであってもよく、例えば、約10nm〜約500nmであってもよい。正孔注入層HILの厚さは、例えば、約3nm〜約100nmであってもよく、正孔輸送層HTLの厚さは、約3nm〜約100nmであってもよい。正孔輸送領域HTRが電子阻止層EBLを含む場合、電子阻止層EBLの厚さは、例えば、約1nm〜約100nmであってもよい。正孔輸送領域HTR、正孔注入層HIL、正孔輸送層HTL、及び電子阻止層EBLの厚さが上述したような範囲を満たせば、実質的な駆動電圧の上昇なしに十分な程度の正孔輸送特性が得られる。

0056

正孔輸送領域HTRは、上述した物質以外に、導電性を向上するために電荷生成物質を更に含んでもよい。電荷発生物質は、正孔輸送領域HTR内に均一にまたは不均一に分散されている。電荷発生物質は、例えば、p−ドーパント(dopant)である。p−ドーパントはキノン誘導体、金属酸化物及びシアノ基含有化合物のうち一つであってもよいが、これらに限らない。例えば、p−ドーパントの例としては、TCNQ(テトラシアノキノジメタン)、及びF4−TCNQ(2,3,5,6−テトラフルオロ−7,7’,8,8’−テトラシアノキノジメタン)などのようなキノン誘導体、タングステン酸化物及びモリブデン酸化物のような金属酸化物などが挙げられるが、これらに限らない。

0057

上述したように、正孔輸送領域HTRは、正孔輸送層HTL及び正孔注入層HIL以外に、正孔バッファ層(図示せず)及び電子阻止層EBLのうち少なくとも一つを更に含んでもよい。正孔バッファ層(図示せず)は、発光層EMLから放出される光の波長による共振距離補償して光放出効率を増加させる。正孔バッファ層(図示せず)に含まれる物質としては、正孔輸送領域HTRに含まれ得る物質を使用する。電子阻止層EBLは、電子輸送領域ETRから正孔輸送領域HTRへの電子の注入を防止する役割をする層である。

0058

発光層EMLは正孔輸送領域HTRの上に設けられる。発光層EMLの厚さは、約10nm〜約約100nmであってもよく、例えば、約10nm〜約30nmであってもよい。発光層EMLは、単一物質からなる単一層、複数の互いに異なる物質からなる単一層、または複数の互いに異なる物質からなる複数の層を有する多層構造を有する。

0059

一実施形態に係る有機電界発光素子10において、発光層EMLは一実施形態に係る縮合多環化合物を含む。

0060

一実施形態に係る縮合多環化合物は、5つの環が縮合され、1つのホウ素原子と2つの窒素原子を含む縮合多環ヘテロ環、該縮合多環ヘテロ環のうち一つに結合されるアミノ基、及びホウ素原子、酸素原子、硫黄原子、または窒素原子からなる群よりそれぞれ独立して選択される2つのヘテロ原子を介して該縮合多環ヘテロ環のうちアミノ基が結合されていない環に結合されるアリール基を含む。

0061

一実施形態において、縮合多環化合物に含まれる縮合多環ヘテロ環は、置換若しくは無置換の3つのベンゼン環が一つのホウ素原子と2つの窒素原子とを介して結合されることで5つの環を形成する。より詳しくは、縮合多環ヘテロ環に含まれる3つのベンゼン環において、3つのベンゼン環は一つのホウ素原子を中心に結合され、3つのベンゼン環のうち第1ベンゼン環と第2ベンゼン環とが一つの窒素原子を介して結合され、第3ベンゼン環が別の窒素原子を介して第1ベンゼン環に結合される。第1ベンゼン環には1つのホウ素原子と2つの窒素原子がいずれも結合される。

0062

縮合多環化合物に含まれるアミノ基は、第1ベンゼン環に結合される。第1ベンゼン環に結合されるアミノ基は、第1ベンゼン環に結合されるホウ素原子に対してパラ位に結合される。

0063

縮合多環化合物に含まれるアリール基は、アミノが結合される第1ベンゼン環ではない他のベンゼン環に結合される。一実施形態において、アリール基はホウ素原子、酸素原子、硫黄原子、または窒素原子からなる群よりそれぞれ独立して選択される2つのヘテロ原子を介して、第2ベンゼン環に結合される。

0064

一実施形態に係る縮合多環化合物は、下記化学式1で表される。

0065

化学式1において、X1及びX2はそれぞれ独立してBAr5、O、S、またはNAr6である。一実施形態において、X1及びX2のうち一つはBAr5であり、残りの一つはO、S、またはNAr6である。または、X1及びX2のうち一つはNAr6であり、残りの一つはBAr5、O、またはSであってもよい。または、X1及びX2はいずれもOであってもよい。

0066

Ar1〜Ar6はそれぞれ独立して置換若しくは無置換の環形成炭素数6以上60以下のアリール基、または置換若しくは無置換の環形成炭素数2以上60以下ヘテロアリール基である。Ar1及びAr6はそれぞれ独立して置換若しくは無置換のフェニル基であってもよいAr3及びAr4は、それぞれ独立して置換若しくは無置換のジベンゾフラニル基、または置換若しくは無置換のジベンゾチオフェニル基であってもよい。一実施形態において、Ar1及びAr2は互いに結合して環を形成してもよい。

0067

R1〜R4はそれぞれ独立して重水素原子、ハロゲン原子、置換若しくは無置換のアミノ基、置換若しくは無置換のオキシ基、置換若しくは無置換のチオ基、置換若しくは無置換の炭素数1以上20以下のアルキル基、置換若しくは無置換の環形成炭素数6以上60以下のアリール基、または置換若しくは無置換の環形成炭素数2以上60以下のヘテロアリール基である。R1及びR4はそれぞれ独立して、隣接する基と互いに結合して環を形成してもよい。一実施形態において、n1〜n2はいずれも0であってもよい。R4は、ハロゲン原子、置換若しくは無置換のメチル基、または置換若しくは無置換のフェニル基であってもよく、又はn4は0であってもよい。

0068

R3は、置換若しくは無置換のアミノ基、置換若しくは無置換のオキシ基、置換若しくは無置換のチオ基、または置換若しくは無置換のフェニル基であってもよい。または、複数のR3が互いに結合して環を形成してもよい。一実施形態において、R3は、置換若しくは無置換のオキシ基、置換若しくは無置換のチオ基、置換若しくは無置換のアミノ基のうちいずれか一つを含み、置換若しくは無置換のフェニル基一つを含み、隣接する2つのR3が互いに結合して環を形成してもよい。または、R3は、置換若しくは無置換のオキシ基、置換若しくは無置換のチオ基、置換若しくは無置換のアミノ基のうちいずれか2つを含み、隣接する2つのR3が互いに結合して環を形成してもよい。

0069

n1及びn2は0以上2以下の整数である。化学式1において、n1が0であれば、一実施形態に係る縮合多環化合物はR1によって置換されていない。化学式1において、n1が2であれば、複数のR1は互いに同じであるか、または互いに異なる。化学式1において、n2が0であれば、一実施形態に係る縮合多環化合物はR2に置換されていない。化学式1において、n2が2であれば、複数のR2は互いに同じであるか、または互いに異なる。

0070

n3及びn4は0以上4以下の整数である。化学式1において、n3が0であれば、一実施形態に係る縮合多環化合物はR3に置換されていない。化学式1において、n3が2であれば、複数のR3は互いに同じであるか、または互いに異なる。化学式1において、n4が0であれば、一実施形態に係る縮合多環化合物はR4に置換されていない。化学式1において、n4が2であれば、複数のR4は互いに同じであるか、または互いに異なる。

0071

一実施形態に係る縮合多環化合物は、一つのホウ素原子に2つの窒素原子を含む5つの環を含む縮合多環を有する構造に、ベンゼン環を介在してホウ素原子に対してパラ位に結合するアミノ基を含み、2つのヘテロ原子を介して結合されるアリール基を更に含む。一実施形態に係る縮合多環化合物は、上記構造的特徴を有することにより、多重共鳴効果の増大によって最低一重項励起エネルギー準位(S1 level)と最低三重項励起エネルギー準位(T1 level)の差が減少する。よって、一実施形態に係る縮合多環化合物を発光材料として含む有機電界発光素子は、逆項間交差が発生しやすくなり、素子の発光効率が改善される。

0072

化学式1で表される縮合多環化合物は、下記化学式2−1〜化学式2−3で表されてもよい。

0073

化学式2−1〜化学式2−3は、化学式1においてAr1及びAr2が置換若しくは無置換のフェニル基である場合を示す。

0074

化学式2−3において、YはCR7R8、O、またはSである。

0075

R5〜R6はそれぞれ独立して、重水素原子、ハロゲン原子置換若しくは無置換のオキシ基、置換若しくは無置換のチオ基、置換若しくは無置換の炭素数1以上20以下のアルキル基、置換若しくは無置換の環形成炭素数6以上60以下のアリール基、または置換若しくは無置換の環形成炭素数2以上60以下のヘテロアリール基である。R7〜R8はそれぞれ独立して、水素原子、重水素原子、ハロゲン原子置換若しくは無置換のオキシ基、置換若しくは無置換のチオ基、置換若しくは無置換の炭素数1以上20以下のアルキル基、置換若しくは無置換の環形成炭素数6以上60以下のアリール基、または置換若しくは無置換の環形成炭素数2以上60以下のヘテロアリール基である。複数のR5及びR6それぞれは互いに結合して環を形成してもよい。一実施形態において、R5及びR6は置換若しくは無置換のオキシ基あってもよい。R7及びR8はそれぞれ独立して置換若しくは無置換のメチル基であってもよい。

0076

n5及びn6は0以上4以下の整数である。化学式2−1〜化学式2−3において、n5が0であれば、一実施形態に係る縮合多環化合物はR5に置換されていない。化学式2−1〜化学式2−3において、n5が2であれば、複数のR5は互いに同じであるか、または互いに異なる。化学式2−1〜化学式2−3において、n6が0であれば、一実施形態に係る縮合多環化合物はR6に置換されていない。化学式2−1〜化学式2−3において、n6が2であれば、複数のR6は互いに同じであるか、または互いに異なる。

0077

一方、化学式2−1及び化学式2−3において、X1及びX2、R1〜R4、Ar3及びAr4、及びn1〜n4は、上記化学式1で説明した内容と同じ内容が適用される。

0078

化学式1で表される縮合多環化合物は、下記化学式3−1〜化学式3−5のうちいずれか一つで表されてもよい。

0079

化学式3−1〜化学式3−5は、化学式1におけるX1及びX2の少なくとも一方がそれぞれ独立してBAr5、O、またはNAr6のうちいずれか一つに特定されることを示す。

0080

化学式3−1及び化学式3−2において、X11及びX21はそれぞれ独立してO、S、またはNAr6である。化学式3−3及び化学式3−4において、X12及びX22はそれぞれ独立してBAr5、O、またはSである。

0081

一方、化学式3−1〜化学式3−5において、R1〜R4、Ar1〜Ar6、及びn1〜n4は、上記化学式1で説明した内容と同じ内容が適用される。

0082

一実施形態に係る縮合多環化合物は、例えば、下記第1化合物群に示した化合物のうちいずれか一つである。一実施形態に係る有機電界発光素子10は、第1化合物群に示した化合物のうち少なくとも一つの縮合多環化合物を発光層EMLに含んでもよい。
[第1化合物群]

0083

上記化学式1で表される一実施形態に係る縮合多環化合物は、熱活性遅延蛍光発光材料である。また、該化学式1で表される一実施形態に係る縮合多環化合物は、最低三重項励起エネルギー準位(T1 level)と最低一重項励起エネルギー準位(S1 level)の差(ΔEST)が0.2eV以下である熱活性遅延蛍光ドーパントである。例えば、化学式1で表される一実施形態に係る縮合多環化合物のΔESTは0.01eV以下であってもよい。化学式1で表される一実施形態に係る縮合多環化合物は、430nm以上490nm以下の波長領域に発光中心波長を有する発光材料である。例えば、化学式1で表される一実施形態に係る縮合多環化合物は、青色の熱活性遅延蛍光(TADF)ドーパントであってもよい。しかし、これに限らず、一実施形態に係る縮合多環化合物が発光材料として使用される場合、縮合多環化合物は赤色発光ドーパント緑色発光ドーパントなどの多様な波長領域の光を放出するドーパント物質として使用されてもよい。

0084

一実施形態に係る有機電界発光素子10において、発光層EMLは遅延蛍光を放出する。例えば、発光層EMLは熱活性遅延蛍(TADF)を発光してもよい。

0085

また、有機電界発光素子10の発光層EMLは青色光を放出する。例えば、一実施形態に係る有機電界発光素子10の発光層EMLは、490nm以上の領域の青色光を放出してもよい。しかし、これに限らず、発光層EMLは緑色光または赤色光を放出してもよい。

0086

図示していないが、一実施形態に係る有機電界発光素子10は、複数の発光層を含んでもよい。複数の発光層は順次に積層されてもよい。例えば、複数の発光層を含む有機電界発光素子10は白色光を放出してもよい。複数の発光層を含む有機電界発光素子10は、タンデム(Tandem)構造の有機電界発光素子である。有機電界発光素子10が複数の発光層を含む場合、少なくとも一つの発光層EMLは、上述した一実施形態に係る縮合多環化合物を含む。

0087

一実施形態において、発光層EMLはホスト及びドーパントを含み、上述した縮合多環化合物をドーパントとして含む。例えば、一実施形態に係る有機電界発光素子10において、発光層EMLは遅延蛍光発光用ホスト及び遅延蛍光発光用ドーパントを含むが、上述した縮合多環化合物を遅延蛍光発光用ドーパントとして含んでもよい。発光層EMLは、上述した第1化合物群に示した縮合多環化合物のうち少なくとも一つを熱活性遅延蛍光ドーパントとして含んでもよい。

0088

一方、発光層EMLのホスト材料としては公知の材料を使用してもよく、特に限定されないが、フルオランテン誘導体ピレン誘導体アリールアセチレン誘導体アントラセン誘導体フルオレン誘導体ペリレン誘導体クリセン誘導体などから選択される。好ましくは、ピレン誘導体、ペリレン誘導体、アントラセン誘導体が挙げられる。例えば、発光層EMLのホスト材料として、下記化学式6で表されるアントラセン誘導体を使用してもよい。

0089

化学式6において、W1〜W4はそれぞれ独立して重水素原子、ハロゲン原子、置換若しくは無置換のシリル基、置換若しくは無置換の炭素数1以上20以下のアルキル基、置換若しくは無置換の環形成炭素数6以上30以下のアリール基、または置換若しくは無置換の環形成炭素数2以上30以下のヘテロアリール基である。W1〜W4は、隣接する基と互いに結合して環を形成してもよい。m1及びm2はそれぞれ独立して0以上4以下の整数であり、m3及びm4はそれぞれ独立して0以上5以下の整数である。

0090

m1が1であればW1は水素原子ではなくてもよく、m2が1であればW2は水素原子ではなくてもよく、m3が1であればW3は水素原子ではなくてもよく、m4が1であればW4は水素原子ではなくてもよい。

0091

m1が2以上であれば、複数のW1は互いに同じであるか異なる。m2が2以上であれば、複数のW2は互いに同じであるか異なる。m3が2以上であれば、複数のW3は互いに同じであるか異なる。m4が2以上であれば、複数のW4は互いに同じであるか異なる。

0092

化学式6で示される化合物としては、一例として、下記構造式で表した化合物が挙げられる。但し、化学式6で表わされる化合物は以下に限らない。

0093

一実施形態において、発光層EMLはホスト材料として、Alq3(トリス(8−ヒドロキシキノリノアルミニウム)、CBP(4,4’−ビス(N−カルバゾリル)−1,1’−ビフェニル)、PVK(ポリ(n−ビニルカルバゾール)、ADN(9,10−ジ(ナフタレン−2−イル)アントラセン)、TCTA(4,4’,4”−トリス(カルバゾール−9−イル)−トリフェニルアミン)、TPBi(1,3,5−トリス(1−フェニル−1H−ベンゾ[d]イミダゾール−2−イル)ベンゼン)、TBADN(3−tert−ブチル−9,10−ジ(ナフト−2−イル)アントラセン)、DSA(ジスチリルアリレン)、CDBP(4,4’−ビス(9−カルバゾリル)−2,2’−ジメチル−ビフェニル)、MADN(2−メチル−9,10−ビス(ナフタレン−2−イル)アントラセン)、DPEPO(ビス[2−(ジフェニルホスフィノ)フェニル]エーテルオキシド)、CP1(ヘキサフェニルシクロトリホスファゼン)、UGH2(1,4−ビス(トリフェニルシリル)ベンゼン)、DPSiO3(ヘキサフェニルシクロトリシロキサン)、DPSiO4(オクタフェニルシクロテトラシロキサン)、またはPPF(2,8−ビス(ジフェニルホスフォリル)ジベンゾフラン)、mCBP(3,3’−ビス(N−カルバゾリル)−1,1’−ビフェニル)、mCP(1,3−ビス(N−カルバゾリル)ベンゼン)、DNA(9,10−ジ(ナフタレン−2−イル)アントラセン)などを含んでもよい。しかし、ホス地材料はこれらに限らず、提示されたホスト材料以外にも公知の遅延蛍光発光ホスト材料が含まれてもよい。

0094

一実施形態に係る有機電界発光素子10において、発光層EMLは公知のドーパント材料を更に含んでもよい。例えば、発光層MELは、ドーパント材料として、スチリル誘導体(例えば、1,4−ビス[2−(3−N−エチルカルバゾリル)ビニル]ベンゼン(BCzVB)、4−(ジ−p−トリルアミノ)−4’−[(ジ−p−トリルアミノ)スチリル]スチルベンDPAVB)、N−(4−((E)−2−(6−((E)−4−(ジフェニルアミノ)スチリル)ナフタレン−2−イル)ビニル)フェニル)−N−フェニルベンゼンアミン(N−BDAVBi)、ペリレン及びその誘導体(例えば、2,5,8,11−テトラ−t−ブチルペリレン(TBP))、ピレン及びその誘導体(例えば、1,1−ジピレン、1,4−ジピレニルベンゼン、1,4−ビス(N,N−ジフェニルアミノ)ピレン)などを含む。

0095

また、一実施形態において、発光層EMLは、最低三重項励起エネルギー準位(T1 level)が互いに異なる2つのドーパント材料を含んでもよい。この場合、有機電界発光素子10において、発光層EMLは、第1最低三重項励起エネルギー準位を有するホスト、第1最低三重項励起エネルギー準位より低い第2最低三重項励起エネルギー準位を有する第1ドーパント、及び第2最低三重項励起エネルギー準位より低い第3最低三重項励起エネルギー準位を有する第2ドーパントを含む。一実施形態において、発光層EMLは、第1ドーパントとして上述した一実施形態に係る縮合多環化合物を含む。

0096

発光層EMLにホスト、第1ドーパント、及び第2ドーパントを含む一実施形態に係る有機電界発光素子10において、第1ドーパントは遅延蛍光ドーパントであり、第2ドーパントは蛍光ドーパントである。また、一実施形態に係る有機電界発光素子10において、化学式1で表される縮合多環化合物は、補助ドーパント(assistant dopant)の役割をすることができる。

0097

例えば、一実施形態に係る有機電界発光素子10の発光層EMLが複数個のドーパントを含む場合、発光層EMLは上述した一実施形態に係る多環化合物を第1ドーパントとして含んでもよく、上述した公知のドーパント物質を第2ドーパントとして含んでもよい。例えば、発光層EMLが青色光を発光する際、発光層MELは第2ドーパントとして、スチリル誘導体(例えば、1,4−ビス[2−(3−N−エチルカルバゾリル)ビニル]ベンゼン(BCzVB)、4−(ジ−p−トリルアミノ)−4’−[(ジ−p−トリルアミノ)スチリル]スチルベン(DPAVB)、N−(4−((E)−2−(6−((E)−4−(ジフェニルアミノ)スチリル)ナフタレン−2−イル)ビニル)フェニル)−N−フェニルベンゼンアミン(N−BDAVBi)、ペリレン及びその誘導体(例えば、2,5,8,11−テトラ−t−ブチルペリレン(TBP))、ピレン及びその誘導体(例えば、1,1−ジピレン、1,4−ジピレニルベンゼン、1,4−ビス(N、N−ジフェニルアミノ)ピレン)などからなる群より選択されるいずれか一つを更に含む。また、第2ドーパントとしては、Ir、Pt、Pdなどをコア原子として含む金属錯化合物(metal complex)、または有機金属錯体(organometaliic complex)、ぺリレン(perlene)及びその誘導体などが使用されてもよい。

0098

一方、一実施形態に係る縮合多環化合物を発光層EMLの第1ドーパントとして含む有機電界発光素子10において、発光層EMLは緑色光または赤色光を放出してもよいが、この際に使用される第2ドーパント物質は上述した公知のドーパントであるか、または公知の緑色蛍光ドーパント、または公知の赤色蛍光ドーパントである。

0099

一実施形態に係る有機電界発光素子10において、発光層EMLはりん光発光層である。例えば、一実施形態に係る縮合多環化合物は、りん光ホスト物質として発光層EMLに含まれてもよい。

0100

図1図3に示した一実施形態に係る有機電界発光素子10において、電子輸送領域ETRは発光層EMLの上に配置される。電子輸送領域ETRは、正孔阻止層、電子輸送層ETL、及び電子注入層のEILうち少なくとも一つを含むが、これに限らない。

0101

電子輸送領域ETRは、単一物質からなる単一層、複数の互いに異なる物質からなる単一層、または複数の互いに異なる物質からなる複数の層を有する多層構造を有する。

0102

例えば、電子輸送領域ETRは電子注入層のEILまたは電子輸送層ETLの単一層構造を有してもよく、電子注入物質電子輸送物質からなる単一層構造を有してもよい。また、電子輸送領域ETRは、複数の互いに異なる物質からなる単一層の構造を有してもよく、発光層EMLから順番に積層される電子輸送層ETL/電子注入層EIL、正孔素子層/電子輸送層ETL/電子注入層EILの構造を有してもよいが、これらに限らない。電子輸送領域ETRの厚さは、例えば、約10nm〜約150nmである。

0103

電子輸送領域ETRは、真空蒸着法、スピンコート法、キャスト法、LB法、インクジェットプリント法、レーザプリント法、レーザ熱転写法(LITI)などのような多様な方法を利用して形成される。

0104

電子輸送領域ETRが電子輸送層ETLを含む場合、電子輸送領域ETRはアントラセン系化合物を含む。但し、これに限らず、電子輸送領域は、例えば、Alq3(トリス(8−ヒドロキシキノリナト)アルミニウム)、1,3,5−トリ[(3−ピリジル)−フェン−3−イル]ベンゼン、2,4,6−トリス(3’−ピリジン−3−イル)ビフェニル−3−イル)−1,3,5−トリアジン、2−(4−(N−フェニルベンゾイミダゾリル−1−イルフェニル)−9,10−ジナフチルアントラセン、TPBi(1,3,5−トリス(1−フェニル−1H−ベンゾ[d]イミダゾール−2−イル)ベンゼン)、BCP(2,9−ジメチル−4,7−ジフェニル−1,10−フェナントロリン)、Bphen(4,7−ジフェニル−1,10−フェナントロリン)、TAZ(3−(4−ビフェニルイル)−4−フェニル−5−テルト−ブチルフェニル−1,2,4−トリアゾール)、NTAZ(4−(ナフタレン−1−イル)−3,5−ジフェニル−4H−1,2,4−トリアゾール)、tBu−PBD(2−(4−ビフェニルイル)−5−(4−テルトーブチルフェニル)−1,3,4−オキサジアゾール)、BAlq(ビス(2−メチル−8−キノリノラト−N1,O8)−(1,1’−ビフェニル−4−オラート)アルミニウム)、Bebq2(ベリリウムビス(ベンゾキノリン−10−オラート)、ADN(9,10−ジ(ナフタレン−2−イル)アントラセン)、TSP01(ジフェニル(4−(トリフェニルシリル)フェニル)ホスフィンオキシド)、及びこれらの混合物を含んでもよい。電子輸送層ETLの厚さは、約10nm〜約100nmであり、例えば、約15nm〜約50nmであってもよい。電子輸送層HTLの厚さが上述したような範囲を満たせば、実質的な駆動電圧の上昇なしに十分な電子輸送特性が得られる。

0105

電子輸送領域ETRが電子注入層EILを含む場合、電子輸送領域ETRは、LiF、NaCl、CsF、RbCl、RbIのようなハロゲン化金属、Ybのようなランタノイド族金属、Li2O、BaOのような金属酸化物、またはLiQ(リチウムキノラート)などが使用されてもよいが、これらに限らない。電子注入層EILはまた、電子輸送物質と絶縁性有機金属塩(organo metal salt)が混合された物質を含んでもよい。有機金属塩は、エネルギーバンドギャップ(energy band gap)が約4eV以上の物質が用いられる。詳しくは、例えば、有機金属塩は、酢酸金属塩(metal acetate)、安息香酸金属塩(metal benzoate)、アセト酢酸金属塩(metal acetoacetate)、金属アセチルアセトネート(metal acetylacetonate)、またはステアリン酸金属塩(stearate)を含む。電子注入層EILの厚さは、約0.1nm〜約50nmであり、例えば、約0.3nm〜約30nmである。電子注入層EILの厚さが上述したような範囲を満たせば、実質的な駆動電圧の上昇なしに十分な電子注入特性が得られる。

0106

電子輸送領域ETRは、上述したように、正孔阻止層HBLを含んでもよい。正孔阻止層HBLは、例えば、BCP(2,9−ジメチル−4,7−ジフェニル−1,10−フェナントロリン)、及びBphen(4,7−ジフェニル−1,10−フェナントロリン)のうち少なくとも一つを含んでもよいが、これらに限らない。

0107

第2電極EL2は電子輸送領域ETRの上に配置される。第2電極EL2は、共通電極または負極である。第2電極EL2は、透過型電極、半透過型電極、または反射型電極である。第2電極EL2が透過型電極であれば、第2電極EL2は透明金属酸化物、例えば、ITO、IZO、ZnO、ITZOなどからなる。

0108

第2電極EL2が半透過型電極または反射型電極であれば、第2電極EL2は、Ag、Mg、Cu、Al、Pt、Pd、Au、Ni、Nd、Ir、Cr、Li、Ca、LiF/Ca、LiF/Al、Mo、Ti、またはこれらを含む化合物や混合物(例えば、AgとMgの合金)を含む。また、第2電極EL2は、上記物質からなる反射膜や半透過膜、及びITO、IZO、ZnO、ITZOなどからなる透明導電膜を含む複数の層構造であってもよい。

0109

図示していないが、第2電極EL2は補助電極と接続されてもよい。第2電極EL2が補助電極と接続されれば、第2電極EL2の抵抗を減少させることができる。

0110

上述した一実施形態に係る縮合多環化合物は、一つのホウ素原子に2つの窒素原子を含む5つの環を含む縮合多環環を有する構造に、ベンゼン環を介在してホウ素原子に対してパラ位に結合するアミノ基を含み、2つのヘテロ原子を介して結合されるアリール基を更に含む。それによって、一実施形態に係る縮合多環化合物は、多重共鳴効果の増大によって最低一重項励起エネルギー準位(S1 level)と最低三重項励起エネルギー準位(T1 level)との差が減少する。この一実施形態に係る縮合多環化合物を有機電界発光素子の発光材料として使用すると、有機電界発光素子の高効率化を実現することができる。

0111

以下、具体的な実施例及び比較例を介して、本発明の一実施形態に係る縮合多環化合物及び一実施形態に係る有機電界発光素子についてより詳しく説明する。下記実施例は、本発明の理解を助けるための例示に過ぎず、本発明の範囲はこれに限らない。

0112

1.縮合多環化合物の合成
まず、本実施形態による縮合多環素化合物合成方法について、化合物1、化合物2、化合物3、化合物41、化合物52、化合物55、及び化合物67の合成方法を例示して具体的に説明する。また、以下で説明する縮合多環化合物の合成法は一例であって、本発明の実施形態による縮合多環化合物の合成法は下記実施例に限らない。

0113

(1)化合物1の合成
(化合物Aの合成)

0114

アルゴン(Ar)雰囲気下、1000mLの三口フラスコに、1,3−ジブロモ−5−クロロベンゼン(25.0g)、ジフェニルアミン(31.3g)、ビス(ジベンジリデンアセトンパラジウム(O)(Pd(dba)2、1.06g)、2−ジシクロヘキシルホスフィノ−2’,6’−ジメトキシビフェニル(SPhos、0.76g)、ナトリウムt−ブトキシド(NaOtBu、18.0g)を入れ、トルエン(300mL)に溶解して、100℃で2時間加熱撹拌した。水を加えてCH2Cl2で抽出し、有機層を集めてMgSO4で乾燥した後、溶媒減圧蒸発させた。得られた粗生成物シリカゲルカラムクロマトグラフィで精製し、化合物Aを37.2g(収率90%)得た。FAB−MS測定で測定された化合物Aの分子量は、446であった。

0115

(化合物Bの合成)

0116

アルゴン(Ar)雰囲気下、500mLの三口フラスコに、化合物A(35.0g)、アニリン(10.9g)、Pd(dba)2(0.45g)、SPhos(0.32g)、NaOtBu(11.3g)を入れ、トルエン(200mL)に溶解して、1時間加熱還流した。水を加えてCH2Cl2で抽出し、有機層を集めてMgSO4で乾燥した後、溶媒を減圧蒸発させた。得られた粗生成物にエタノールを加えて超音波洗浄し、化合物Bを37.1g(収率94%)得た。FAB−MS測定で測定された化合物Bの分子量は、503であった。

0117

(化合物Dの合成)

0118

アルゴン(Ar)雰囲気下、500mLの三口フラスコに、化合物B(10.0g)、化合物C(10.7g)、Pd(dba)2(0.11g)、SPhos(0.08g)、NaOtBu(1.91g)を入れ、トルエン(100mL)に溶解して、3時間加熱還流した。アザボリニン類似体の化合物Cは、非特許文献(Adv.Funct.Mater.2018,28,1802031)を参照して合成した。水を加えてCH2Cl2で抽出し、有機層を集めてMgSO4で乾燥した後、溶媒を減圧蒸発させた。得られた粗生成物をシリカゲルカラムクロマトグラフィで精製し、化合物Dを16.9g(収率89%)得た。FAB−MS測定で測定された化合物Dの分子量は、959であった。

0119

(化合物1の合成)

0120

アルゴン(Ar)雰囲気下、300mLの三口フラスコに、化合物D(16.0g)を入れ、o−ジクロロベンゼンODCB、100mL)に溶解して、氷浴で0℃に冷却し、三臭化ホウ素(BBr3、3.1mL)を滴下した。滴下終了後、150℃で3時間加熱撹拌し、氷浴で0℃に冷却して、トリエチルアミン(23mL)を加えた。室温に戻した後、反応溶液シリカゲルでろ過し、ろ過溶媒を減圧蒸発させた。得られた粗生成物をトルエンからの再結晶で精製し、化合物1を1.29g(収率8%)得た。FAB−MS測定で測定された化合物1の分子量は、966であった。この結果を介して、得られた化合物が化合物1であることを確認した。

0121

(2)化合物2の合成
(化合物Fの合成)

0122

アルゴン(Ar)雰囲気下、500mLの三口フラスコに、化合物B(10.0g)、化合物E(9.16g)、Pd(dba)2(0.11g)、SPhos(0.08g)、NaOtBu(1.91g)を入れ、トルエン(100mL)に溶解して、3時間加熱還流した。オキサボリニン類似体の化合物Eは、非特許文献(Chem.Commun.2015,51,9443−9446)を参照して合成した。水を加えてCH2Cl2で抽出し、有機層を集めてMgSO4で乾燥した後、溶媒を減圧蒸発させた。得られた粗生成物をシリカゲルカラムクロマトグラフィで精製し、化合物Fを16.1g(収率92%)得た。FAB−MS測定で測定された化合物Fの分子量は、883であった。

0123

(化合物2の合成)

0124

アルゴン(Ar)雰囲気下、300mLの三口フラスコに、化合物F(16.0g)を入れ、ODCB(100mL)に溶解して、氷浴で0℃に冷却し、BBr3(3.4mL)を滴下した。滴下終了後、150℃で2時間加熱撹拌し、氷浴で0℃に冷却して、トリエチルアミン(25mL)を加えた。室温に戻した後、反応溶液をシリカゲルでろ過し、ろ過溶媒を減圧蒸発させた。得られた粗生成物をトルエンからの再結晶で精製し、化合物2を1.61g(収率10%)得た。FAB−MS測定で測定された化合物2の分子量は、891であった。この結果を介して、得られた化合物が化合物2であることを確認した。

0125

(3)化合物3の合成
(化合物Hの合成)

0126

アルゴン(Ar)雰囲気下、500mLの三口フラスコに、化合物B(10.0g)、化合物G(9.48g)、Pd(dba)2(0.11g)、SPhos(0.08g)、NaOtBu(1.91g)を入れ、トルエン(100mL)に溶解して、3時間加熱還流した。チアボリニン(Thiaborinine)の類似体の化合物Gは、非特許文献(Adv.Funct.Mater.2018,28,1802031)を参照して合成した。水を加えてCH2Cl2で抽出し、有機層を集めてMgSO4で乾燥した後、溶媒を減圧蒸発させた。得られた粗生成物をシリカゲルカラムクロマトグラフィで精製し、化合物Hを15.3g(収率86%)得た。FAB−MS測定で測定された化合物Hの分子量は、900であった。

0127

(化合物3の合成)

0128

アルゴン(Ar)雰囲気下、300mLの三口フラスコに、化合物H(15.0g)を入れ、ODCB(100mL)に溶解して、氷浴で0℃に冷却し、BBr3(3.1mL)を滴下した。滴下終了後、150℃で2時間加熱撹拌し、氷浴で0℃に冷却して、トリエチルアミン(23mL)を加えた。室温に戻した後、反応溶液をシリカゲルでろ過し、ろ過溶媒を減圧蒸発させた。得られた粗生成物をトルエンからの再結晶で精製し、化合物3を1.06g(収率7%)得た。FAB−MS測定で測定された化合物3の分子量は、907であった。この結果を介して、得られた化合物が化合物3であることを確認した。

0129

(4)化合物41の合成
(化合物Jの合成)

0130

アルゴン(Ar)雰囲気下、500mLの三口フラスコに、化合物B(15.0g)、3−ブロモ−10−フェニルフェノキサジン(10.1g)、Pd(dba)2(0.17g)、SPhos(0.12g)、NaOtBu(2.86g)を入れ、トルエン(100mL)に溶解して、3時間加熱還流した。水を加えてCH2Cl2で抽出し、有機層を集めてMgSO4で乾燥した後、溶媒を減圧蒸発させた。得られた粗生成物をシリカゲルカラムクロマトグラフィで精製し、化合物Jを17.4g(収率77%)得た。FAB−MS測定で測定された化合物Jの分子量は、760であった。

0131

(化合物41の合成)

0132

アルゴン(Ar)雰囲気下、300mLの三口フラスコに、化合物J(15.0g)を入れ、ODCB(100mL)に溶解して、氷浴で0℃に冷却し、BBr3(3.7mL)を滴下した。滴下終了後、150℃で2時間加熱撹拌し、氷浴で0℃に冷却して、トリエチルアミン(27mL)を加えた。室温に戻した後、反応溶液をシリカゲルでろ過し、ろ過溶媒を減圧蒸発させた。得られた粗生成物をトルエンからの再結晶で精製し、化合物41を2.27g(収率15%)得た。FAB−MS測定で測定された化合物41の分子量は、768であった。この結果を介して、得られた化合物が化合物41であることを確認した。

0133

(5)化合物52の合成
(化合物Kの合成)

0134

アルゴン(Ar)雰囲気下、1000mLの三口フラスコに、3−ブロモ−10−フェニルフェノキサジン(30.0g)、アニリン(8.26g)、Pd(dba)2(0.51g)、SPhos(0.36g)、NaOtBu(8.52g)を入れ、トルエン(300mL)に溶解して、1時間加熱還流した。水を加えてCH2Cl2で抽出し、有機層を集めてMgSO4で乾燥した後、溶媒を減圧蒸発させた。得られた粗生成物をシリカゲルカラムクロマトグラフィで精製し、化合物Kを23.3g(収率75%)得た。FAB−MS測定で測定された化合物Kの分子量は、350であった。

0135

(化合物Lの合成)

0136

アルゴン(Ar)雰囲気下、1000mLの三口フラスコに、1,3,5−トリブロモベンゼン(50.0g)、ジフェニルアミン(26.8g)、Pd(dba)2(0.91g)、ビス(ジフェニルホスフィノ)フェロセン(dppf、1.76g)、NaOtBu(15.3g)を入れ、トルエン(300mL)に溶解して、2時間加熱還流した。水を加えてCH2Cl2で抽出し、有機層を集めてMgSO4で乾燥した後、溶媒を減圧蒸発させた。得られた粗生成物をシリカゲルカラムクロマトグラフィで精製し、化合物Lを25.6g(収率40%)得た。FAB−MS測定で測定された化合物Lの分子量は、403であった。

0137

(化合物Mの合成)

0138

アルゴン(Ar)雰囲気下、500mLの三口フラスコに、化合物L(10.0g)、化合物K(17.4g)、Pd(dba)2(0.14g)、SPhos(0.10g)、NaOtBu(4.80g)を入れ、トルエン(100mL)に溶解して、3時間加熱還流した。水を加えてCH2Cl2で抽出し、有機層を集めてMgSO4で乾燥した後、溶媒を減圧蒸発させた。得られた粗生成物をシリカゲルカラムクロマトグラフィで精製し、化合物Mを15.9g(収率68%)得た。FAB−MS測定で測定された化合物Mの分子量は、942であった。

0139

(化合物52の合成)

0140

アルゴン(Ar)雰囲気下、300mLの三口フラスコに、化合物M(15.0g)を入れ、ODCB(100mL)に溶解して、氷浴で0℃に冷却し、BBr3(3.0mL)を滴下した。滴下終了後、150℃で4時間加熱撹拌し、氷浴で0℃に冷却して、トリエチルアミン(22mL)を加えた。室温に戻した後、反応溶液をシリカゲルでろ過し、ろ過溶媒を減圧蒸発させた。得られた粗生成物をトルエンからの再結晶で精製し、化合物52を3.02g(収率20%)得た。FAB−MS測定で測定された化合物52の分子量は、949であった。この結果を介して、得られた化合物が化合物52であることを確認した。

0141

(6)化合物55の合成
(化合物Nの合成)

0142

アルゴン(Ar)雰囲気下、1000mLの三口フラスコに、3−ブロモジベンゾジオキシン(Bromodibenzodioxine)(30.0g)、アニリン(10.6g)、Pd(dba)2(0.66g)、SPhos(0.46g)、NaOtBu(11.0g)を入れ、トルエン(400mL)に溶解して、3時間加熱還流した。水を加えてCH2Cl2で抽出し、有機層を集めてMgSO4で乾燥した後、溶媒を減圧蒸発させた。得られた粗生成物をシリカゲルカラムクロマトグラフィで精製し、化合物Nを21.9g(収率70%)得た。FAB−MS測定で測定された化合物Nの分子量は、275であった。

0143

(化合物Oの合成)

0144

アルゴン(Ar)雰囲気下、1000mLの三口フラスコに、化合物N(20.0g)、化合物L(14.6g)、Pd(dba)2(0.41g)、SPhos(0.30g)、NaOtBu(6.98g)を入れ、トルエン(250mL)に溶解して、4時間加熱還流した。水を加えてCH2Cl2で抽出し、有機層を集めてMgSO4で乾燥した後、溶媒を減圧蒸発させた。得られた粗生成物をシリカゲルカラムクロマトグラフィで精製し、化合物Oを18.7g(収率65%)得た。FAB−MS測定で測定された化合物Oの分子量は、791であった。

0145

(化合物55の合成)

0146

アルゴン(Ar)雰囲気下、300mLの三口フラスコに、化合物O(15.0g)を入れ、ODCB(100mL)に溶解して、氷浴で0℃に冷却し、BBr3(3.5mL)を滴下した。滴下終了後、150℃で2時間加熱撹拌し、氷浴で0℃に冷却して、トリエチルアミン(26mL)を加えた。室温に戻した後、反応溶液をシリカゲルでろ過し、ろ過溶媒を減圧蒸発させた。得られた粗生成物をトルエンからの再結晶で精製し、化合物55を2.73g(収率18%)得た。FAB−MS測定で測定された化合物55の分子量は、799であった。この結果を介して、得られた化合物が化合物55であることを確認した。

0147

(7)化合物67の合成
(化合物Pの合成)

0148

アルゴン(Ar)雰囲気下、1000mLの三口フラスコに、3−ブロモ-9−フェニルカルバゾールン(50.0g)、アニリン(14.5g)、Pd(dba)2(0.90g)、SPhos(0.64g)、NaOtBu(14.9g)を入れ、トルエン(400mL)に溶解して、3時間加熱還流した。水を加えてCH2Cl2で抽出し、有機層を集めてMgSO4で乾燥した後、溶媒を減圧蒸発させた。得られた粗生成物をシリカゲルカラムクロマトグラフィで精製し、化合物Pを35.3g(収率68%)得た。FAB−MS測定で測定された化合物Pの分子量は、334であった。

0149

(化合物Qの合成)

0150

アルゴン(Ar)雰囲気下、1000mLの三口フラスコに、化合物P(20.0g)、化合物L(24.1g)、Pd(dba)2(0.34g)、dppf(0.66g)、NaOtBu(5.74g)を入れ、トルエン(250mL)に溶解して、2時間加熱還流した。水を加えてCH2Cl2で抽出し、有機層を集めてMgSO4で乾燥した後、溶媒を減圧蒸発させた。得られた粗生成物をシリカゲルカラムクロマトグラフィで精製し、化合物Qを20.4g(収率52%)得た。FAB−MS測定で測定された化合物Qの分子量は、656であった。

0151

(化合物Rの合成)

0152

アルゴン(Ar)雰囲気下、500mLの三口フラスコに、化合物Q(19.0g)、化合物K(10.1g)、Pd(dba)2(0.16g)、SPhos(0.12g)、NaOtBu(2.78g)を入れ、トルエン(100mL)に溶解して、3時間加熱還流した。水を加えてCH2Cl2で抽出し、有機層を集めてMgSO4で乾燥した後、溶媒を減圧蒸発させた。得られた粗生成物をシリカゲルカラムクロマトグラフィで精製し、化合物Rを17.4g(収率65%)得た。FAB−MS測定で測定された化合物Rの分子量は、926であった。

0153

(化合物67の合成)

0154

アルゴン(Ar)雰囲気下、300mLの三口フラスコに、化合物R(15.0g)を入れ、ODCB(100mL)に溶解して、氷浴で0℃に冷却し、BBr3(3.1mL)を滴下した。滴下終了後、150℃で4時間加熱撹拌し、氷浴で0℃に冷却して、トリエチルアミン(22mL)を加えた。室温に戻した後、反応溶液をシリカゲルでろ過し、ろ過溶媒を減圧蒸発させた。得られた粗生成物をトルエンからの再結晶で精製し、化合物67を2.12g(収率14%)得た。FAB−MS測定で測定された化合物67の分子量は、933であった。この結果を介して、得られた化合物が化合物67であることを確認した。

0155

2.縮合多環化合物を含む有機電界発光素子の製作及び評価
(有機電界発光素子の製作)
上述した化合物1、2、3、41、52、55、及び67を発光層のドーパント材料として使用し、実施例1〜7の有機電界発光素子を作製した。
実施例化合物

0156

下記比較例化合物c1〜c4を使用し、比較例1〜4の有機電界発光素子を作製した。
[比較例化合物]

0157

一実施形態に係る縮合多環化合物を発光層に含む有機電界発光素子を下記方法で製造した。実施例1〜実施例7は、上述した実施例化合物である化合物1、化合物2、化合物3、化合物41、化合物52、化合物55、及び化合物67を発光材料として使用して作製された有機電界発光素子に当たる。比較例1〜比較例4は、比較例化合物c1〜比較例化合物c4を発光材料として使用して作製された有機電界発光素子に当たる。

0158

ITOで厚さ150nmの第1電極を形成し、HAT−CN(1,4,5,8,9,11−ヘキサアザトリフェニレンヘキサカルボニトリル)で厚さ10nmの正孔注入層を形成し、α−NPD(N,N−ジ(1−ナフチル)−N,N”−ジフェニル(1,1”−ビフェニル)−4,4”−ジアミン)で厚さ80nmの第1正孔輸送層を形成し、mCP(1,3−ビス(N−カルバゾリル)ベンゼン)で厚さ5nmの第2正孔輸送層を形成し、mCBP(3,3’−ビス(N−カルバゾリル)−1,1’−ビフェニル)に実施例化合物または比較例化合物を1%ドープした厚さ20nmの発光層を形成し、TPBi(1,3,5−トリス(N−フェニルベンズイミダゾール−2−イル)ベンゼン)で厚さ30nmの電子輸送層を形成し、LiFで厚さ0.5nmの電子注入層を形成し、Alで厚さ100nmの第2電極を形成した。各層は、真空雰囲気下で蒸着法によって形成した。

0159

実施例及び比較例の有機電界発光素子の製作に使用された化合物を以下に開示する。

0160

実験例)
述した化合物1、化合物2、化合物3、化合物41、化合物52、化合物55、及び化合物67、及び比較例化合物c1〜c4で作成した有機電界発光素子の発光効率を評価した。評価の結果を下記表1に示す。

0161

表1の結果を参照すると、本発明の一実施形態に係る縮合多環化合物を発光材料として使用した有機電界発光素子の実施例1〜7の場合、比較例1〜4に比べ、青色光の発光波長を維持しながらも、最大外部量子効率及び1000nitにおける外部量子効率がいずれも向上していることが分かる。

0162

本発明の一実施形態に係る化合物の場合、一つのホウ素原子に2つの窒素原子を含む5つの環を含む縮合多環を有する構造の多環化合物は、ベンゼン環を介在してホウ素原子に対してパラ位に結合するアミノ基を含み、2つのヘテロ原子を介して結合されるアリール基を更に含むことで、多重共鳴効果が増大される。それによって、2つのヘテロ原子を介して結合されるアリール基を含まないか、ホウ素原子に対してパラ位に結合するアミノ基を含まない比較例化合物に比べ、最低一重項励起エネルギー準位(S1 level)と最低三重項励起エネルギー準位(T1 level)との差が減少する。これにより、実施例の有機電界発光素子は、比較例の有機電界発光素子より改善された発光効率を示す。特に、実施例の有機電界発光素子は、一実施形態に係る縮合多環化合物を熱活性遅延蛍光(TADF)有機電界発光素子のドーパントとして含むことで、青色光波長領域で高い発光効率を実現する。

0163

比較例1〜3で用いられた比較例化合物c1〜c3の場合、一つのホウ素原子と2つの窒素原子をコア原子として含む5つの縮合多環ヘテロ環を含むが、縮合多環ヘテロ環に2つのヘテロ原子を介して結合されるアリール基を含んでいない。そのため、実施例化合物が有する多重共鳴の増大効果を有することができず、比較例1〜33は実施例に比べ低い発光効率を有する。さらに、比較例3に使用された比較例化合物c3の場合、ホウ素原子に対してパラ位に結合するアミノ基も含まないため、多重共鳴の範囲が更に減少する。

0164

比較例4で用いられた比較例化合物c4の場合、一つのホウ素原子と2つの窒素原子をコア原子として含む5つの縮合多環ヘテロ環に2つのヘテロ原子であるホウ素原子と窒素原子を介してアリール基が結合される構造を含むが、ホウ素原子に対してパラ位に結合するアミノ基を含んでいない。そのため、実施例化合物に比べ多重共鳴の増大効果が減少し、比較例4は実施例に比べ低い発光効率を有する。

0165

これまで本発明の実施例を参照して説明したが、該当技術分野における熟練した当業者または該当技術分野における通常の知識を有する者であれば、後述する特許請求の範囲に記載された本発明の思想及び技術領域から逸脱しない範囲内で本発明を多様に修正及び変更し得ることを理解できるはずである。

実施例

0166

よって、本発明の技術的範囲は明細書の詳細な説明に記載されている内容に限らず、特許請求の範囲によって決められるべきである。

0167

10:有機電界発光素子EL1:第1電極
EL2:第2電極HTR:正孔輸送領域
EML:発光層ETR:電子輸送領域

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