JP7752866B2 - 化合物、発光材料および発光素子 - Google Patents
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Description
[2] 極大発光波長が420nm~575nmの範囲内にある、[1]に記載の化合物。
[3] R2がアクセプター性基である、[1]または[2]に記載の化合物。
[4] R3がアクセプター性基である、[1]または[2]に記載の化合物。
[5] 前記アクセプター性基がAと同じ構造を有する基である、[1]~[4]のいずれか1つに記載の化合物。
[6] 前記アクセプター性基が、環骨格構成原子として窒素原子を含む置換もしくは無置換のヘテロアリール基、またはシアノ基である、[1]~[5]のいずれか1つに記載の化合物。
[7] R1~R5の少なくとも2個が、各々独立に置換もしくは無置換のベンゾフロ縮環カルバゾール-9-イル基、または置換もしくは無置換のベンゾチエノ縮環カルバゾール-9-イル基である、[1]~[6]のいずれか1つに記載の化合物。
[8] R2およびR5が各々独立にドナー性基である、[1]~[7]のいずれか1つに記載の化合物。
[9] 前記ドナー性基が、置換もしくは無置換のジアリールアミノ基(ただし、ジアリールアミノ基を構成する2つのアリール基は互いに結合していてもよい)である、[1]~[8]のいずれか1つに記載の化合物。
[10] 対称構造を有する、[1]~[9]のいずれか1つに記載の化合物。
[11] [1]~[10]のいずれか1つに記載の化合物からなる発光材料。
[12] [1]~[10]のいずれか1つに記載の化合物からなる遅延蛍光体。
[13] [1]~[10]のいずれか1つに記載の化合物を含む膜。
[14] [1]~[10]のいずれか1つに記載の化合物を含む有機半導体素子。
[15] [1]~[10]のいずれか1つに記載の化合物を含む有機発光素子。
[16] 前記素子が前記化合物を含む層を有しており、前記層がホスト材料も含む、[15]に記載の有機発光素子。
[17] 前記化合物を含む層が、前記化合物および前記ホスト材料の他に遅延蛍光材料も含み、前記遅延蛍光材料の最低励起一重項エネルギーが前記ホスト材料より低く、前記化合物よりも高い、[16]に記載の有機発光素子。
[18] 前記素子が前記化合物を含む層を有しており、前記層が前記化合物とは異なる構造を有する発光材料も含む、[16]に記載の有機発光素子。
[19] 前記素子に含まれる材料のうち、前記化合物からの発光量が最大である、[16]~[18]のいずれか1つに記載の有機発光素子。
[20] 前記発光材料からの発光量が前記化合物からの発光量よりも多い、[18]に記載の有機発光素子。
[21] 有機エレクトロルミネッセンス素子である、[15]~[20]のいずれか1つに記載の有機発光素子。
[22] 遅延蛍光を放射する、[15]~[21]のいずれか1つに記載の有機発光素子。
Aが採りうるシアノピリジル基のシアノ基の結合位置はピリジン環の2~4位のいずれであってもよい。本発明の好ましい一態様では、ピリジン環の2位がシアノ基である。本発明の一態様では、ピリジン環の3位がシアノ基である。本発明の一態様では、ピリジン環の4位がシアノ基である。また、シアノピリジル基の結合手はピリジン環の2~6位のいずれであってもよい。Aが表すシアノピリジル基の各水素原子は、各々独立に、重水素原子、フェニル基およびナフチル基からなる群より選択される1個以上の原子または基で置換されていてもよい。ここでいうフェニル基の一部または全部は重水素原子で置換されていてもよい。ここでいうナフチル基の一部または全部も重水素原子で置換されていてもよい。本発明の一態様では、シアノピリジル基は少なくとも1個のフェニル基で置換されている。本発明の一態様では、シアノピリジル基は少なくとも1個のナフチル基で置換されている。本発明の好ましい一態様では、シアノピリジル基はフェニル基でもナフチル基でも置換されていない。
本発明の一態様では、Aは少なくとも1個の重水素原子を有する。本発明の一態様では、Aが表す2-シアノフェニル基、4-シアノフェニル基、およびフェニル基またはナフチル基で置換されていてもよいシアノピリジル基は、これらの基に存在するすべての水素原子が重水素原子で置換されている。
本発明の好ましい一態様では、一般式(1)のAはA1~A95からなる群より選択される。本発明の一態様では、AはA78~A95、A1(D)~A95(D)からなる群より選択される。本発明の一態様では、AはA3~A95からなる群より選択される。本発明の一態様では、AはA3~A14からなる群より選択される。本発明の一態様では、AはA15~A95からなる群より選択される。本発明の一態様では、AはA3~A6、A15~A32、A78~A82からなる群より選択される。本発明の一態様では、AはA7~A10、A33~A59、A83~A91からなる群より選択される。本発明の一態様では、AはA11~A14、A60~77、A92~95からなる群より選択される。
R2およびR3が採りうるアクセプター性基は、2-シアノフェニル基、4-シアノフェニル基、またはフェニル基またはナフチル基で置換されていてもよいシアノピリジル基(これらの基の水素原子は重水素原子で置換されていてもよい)であってもよい。これらの基の説明と好ましい範囲については、上記のAの説明を参照することができる。本発明の好ましい一態様では、アクセプター性基はAと同じ基である。このとき、AとR2が同じ基であるか、AとR3が同じ基である。本発明の一態様では、R2およびR3の一方は、2-シアノフェニル基、4-シアノフェニル基、またはフェニル基またはナフチル基で置換されていてもよいシアノピリジル基(これらの基の水素原子は重水素原子で置換されていてもよい)であるが、Aとは異なる基である。
本発明の一態様では、R2およびR3の一方はアクセプター性基であるが、2-シアノフェニル基、4-シアノフェニル基、またはフェニル基またはナフチル基で置換されていてもよいシアノピリジル基(これらの基の水素原子は重水素原子で置換されていてもよい)ではない。そのようなアクセプター性基は、ハメットのσp値が正の基の中から選択することができる。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:
log(k/k0) = ρσp
または
log(K/K0) = ρσp
における置換基に特有な定数(σp)である。上式において、k0は置換基を持たないベンゼン誘導体の速度定数、kは置換基で置換されたベンゼン誘導体の速度定数、K0は置換基を持たないベンゼン誘導体の平衡定数、K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。本発明における「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、Hansch,C.et.al.,Chem.Rev.,91,165-195(1991)のσp値に関する記載を参照することができる。
R2およびR3の一方が採りうるアクセプター性基は、σpが0.3以上であることが好ましく、0.5以上であることがより好ましく、0.7以上であることがさらに好ましい。例えば、0.9以上の範囲から選択したり、1.1以上の範囲から選択したりしてもよい。
本発明の一群では、R3がアクセプター性基であって、R1、R2、R4、R5のうちの少なくとも1個が、各々独立に縮環カルバゾール-9-イル基である。本発明の一態様では、R2が縮環カルバゾール-9-イル基である。本発明の一態様では、R2だけが縮環カルバゾール-9-イル基である。本発明の好ましい一態様では、R2およびR5が縮環カルバゾール-9-イル基である。本発明の好ましい一態様では、R2およびR5だけが縮環カルバゾール-9-イル基である。本発明の好ましい一態様では、R2、R4、R5が縮環カルバゾール-9-イル基である。本発明の一態様では、R1~R4が縮環カルバゾール-9-イル基である。
本発明の別の一群では、R2がアクセプター性基であって、R1、R3、R4、R5のうちの少なくとも1個が、各々独立に縮環カルバゾール-9-イル基を表す。本発明の一態様では、R1が縮環カルバゾール-9-イル基である。本発明の一態様では、R3が縮環カルバゾール-9-イル基である。本発明の一態様では、R4が縮環カルバゾール-9-イル基である。本発明の一態様では、R5が縮環カルバゾール-9-イル基である。本発明の一態様では、R3だけが縮環カルバゾール-9-イル基である。本発明の一態様では、R4だけが縮環カルバゾール-9-イル基である。本発明の一態様では、R5だけが縮環カルバゾール-9-イル基である。本発明の好ましい一態様では、R3およびR5が縮環カルバゾール-9-イル基である。本発明の一態様では、R3およびR4が縮環カルバゾール-9-イル基である。本発明の一態様では、R4およびR5が縮環カルバゾール-9-イル基である。本発明の好ましい一態様では、R3およびR5だけが縮環カルバゾール-9-イル基である。本発明の好ましい一態様では、R3~R5が縮環カルバゾール-9-イル基である。本発明の一態様では、R1、R3、R4、R5が縮環カルバゾール-9-イル基である。
複数の縮環カルバゾール-9-イル基が存在するとき、本発明の好ましい一態様では、それらの縮環カルバゾール-9-イル基は同一である。本発明の一態様では、それらの縮環カルバゾール-9-イル基は互いに異なる。
本発明の好ましい一態様では、縮環カルバゾール-9-イル基はベンゾフロ縮環カルバゾール-9-イル基である。本発明の一態様では、縮環カルバゾール-9-イル基はベンチエノ縮環カルバゾール-9-イル基である。
好ましいベンゾフロ縮環カルバゾール-9-イル基は、ベンゾフラン環が2,3位で1つだけ縮合し、その他に環が縮合していないカルバゾール-9-イル基である。具体的には、下記のいずれかの構造を有する基であり、下記構造中の水素原子の少なくとも1つは置換されていてもよい。
好ましいベンゾエノ縮環カルバゾール-9-イル基は、ベンゾチオフェン環が2,3位で1つだけ縮合し、その他に環が縮合していないカルバゾール-9-イル基である。具体的には、下記のいずれかの構造を有する基であり、下記構造中の水素原子の少なくとも1つは置換されていてもよい。
「アリール基」は、単環であってもよいし、2つ以上の環が縮合した縮合環であってもよい。縮合環である場合、縮合している環の数は2~6であることが好ましく、例えば2~4の中から選択することができる。環の具体例として、ベンゼン環、ナフタレン環、アントラセン環、フェナントレン環、トリフェニレン環を挙げることができる。本発明の一態様では、アリール基は置換もしくは無置換のフェニル基、置換もしくは無置換のナフタレン-1-イル基、または置換もしくは無置換のナフタレン-2-イル基であり、好ましくは置換もしくは無置換のフェニル基である。アリール基の置換基は、例えば置換基群Aから選択してもよいし、置換基群Bから選択してもよいし、置換基群Cから選択してもよいし、置換基群Dから選択してもよいし、置換基群Eから選択してもよい。本発明の一態様では、アリール基の置換基は、アルキル基、アリール基および重水素原子からなる群より選択される1つ以上である。本発明の好ましい一態様では、アリール基は無置換である。
「アルキル基」は、直鎖状、分枝状、環状のいずれであってもよい。また、直鎖部分と環状部分と分枝部分のうちの2種以上が混在していてもよい。アルキル基の炭素数は、例えば1以上、2以上、4以上とすることができる。また、炭素数は30以下、20以下、10以下、6以下、4以下とすることができる。アルキル基の具体例として、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、tert-ブチル基、n-ペンチル基、イソペンチル基、n-ヘキシル基、イソヘキシル基、2-エチルヘキシル基、n-ヘプチル基、イソヘプチル基、n-オクチル基、イソオクチル基、n-ノニル基、イソノニル基、n-デカニル基、イソデカニル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロヘプチル基を挙げることができる。置換基たるアルキル基は、さらに例えば重水素原子、アリール基、アルコキシ基、アリールオキシ基、ハロゲン原子で置換されていてもよい。本発明の一態様では、アルキル基の置換基は、アリール基および重水素原子からなる群より選択される1つ以上である。本発明の好ましい一態様では、アルキル基は無置換である。
縮環カルバゾール-9-イル基に置換している置換基の数は、1~10個であることが好ましく、1~6個であることがより好ましく、1~4個であることがさらに好ましく、例えば1個であってもよく、例えば2個であってもよい。本発明の好ましい一態様では、縮環カルバゾール-9-イル基の3位または6位のいずれかが置換されている。本発明の好ましい一態様では、縮環カルバゾール-9-イル基に存在するヘテロ原子からみてベンゼン環のパラ位に置換基を少なくとも1つ有する。本発明の好ましい一態様では、環縮合カルバゾール-9-イル基に存在するヘテロ原子からみてベンゼン環のパラ位にだけ置換基を少なくとも1つ有する。本発明の好ましい一態様では、環縮合カルバゾール-9-イル基に存在するヘテロ原子からみてベンゼン環の置換可能なパラ位のすべてに置換基を有する。
本発明の一態様では、一般式(1)のR1~R5が採りうる縮環カルバゾール-9-イル基はD1~D459からなる群より選択される。本発明の一態様では、一般式(1)のR1~R5が採りうる縮環カルバゾール-9-イル基はD1~D30からなる群より選択される。本発明の一態様では、一般式(1)のR1~R5が採りうる縮環カルバゾール-9-イル基はD31~D60からなる群より選択される。本発明の一態様では、一般式(1)のR1~R5が採りうる縮環カルバゾール-9-イル基はD61~D84からなる群より選択される。本発明の一態様では、一般式(1)のR1~R5が採りうる縮環カルバゾール-9-イル基はD88~D91、D95~D198、D287~D293、D306~D317、D330~D459からなる群より選択される。本発明の一態様では、一般式(1)のR1~R5が採りうる縮環カルバゾール-9-イル基はD92、D93、D199~D286からなる群より選択される。本発明の一態様では、一般式(1)のR1~R5が採りうる縮環カルバゾール-9-イル基はD294~D459からなる群より選択される。
残りのR1~R5の数は0~3個である。本発明の一態様では、残りのR1~R5は水素原子または重水素原子である。本発明の一態様では、残りのR1~R5は置換もしくは無置換のアリール基を含む。本発明の一態様では、残りのR1~R5はドナー性基を含む。本発明の一態様では、残りのR1~R5はすべてがドナー性基である。本発明の一態様では、残りのR1~R5は水素原子、重水素原子またはドナー性基である。本発明の一態様では、残りのR1~R5は水素原子、重水素原子または置換もしくは無置換のアリール基である。本発明の一態様では、残りのR1~R5には重水素原子が含まれる。
残りのR1~R5が採るドナー性基の個数が2個以上である場合、それらのドナー性基はすべてが同一であることが好ましい。本発明の一態様では、2個以上のドナー性基は、それぞれ互いに異なる。
残りのR1~R5が採りうるドナー性基は、置換アミノ基を含む基であることが好ましい。置換アミノ基であってもよいし、置換アミノ基が結合したアリール基、なかでも置換アミノ基が結合したフェニル基であってもよい。本発明の好ましい一態様では、ドナー性基は置換アミノ基である。
置換アミノ基の窒素原子に結合する置換基は、置換もしくは無置換のアルキル基、置換もしくは無置換のアルケニル基、置換もしくは無置換のアリール基、または置換もしくは無置換のヘテロ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アリール基、または置換もしくは無置換のヘテロアリール基であることがより好ましい。置換アミノ基は、特に、置換もしくは無置換のジアリールアミノ基、または置換もしくは無置換のジヘテロアリールアミノ基であることが好ましい。ここでいうジアリールアミノ基を構成する2つのアリール基は互いに結合していてもよく、またジヘテロアリールアミノ基を構成する2つのヘテロアリール基は互いに結合していてもよい。ここでいうアリール基とアルキル基の説明と好ましい範囲については、上記の縮環カルバゾール-9-イル基の置換基としてのアリール基とアルキル基の説明と好ましい範囲を参照することができる。ここでいう「ヘテロアリール基」は、単環であってもよいし、2つ以上の環が縮合した縮合環であってもよい。縮合環である場合、縮合している環の数は2~6であることが好ましく、例えば2~4の中から選択することができる。環の具体例として、ピリジン環、ピリミジン環を挙げることができ、これらの環にはさらに別の環が縮合していてもよい。ヘテロアリール基の具体例として、2-ピリジル基、3-ピリジル基、4-ピリジル基を挙げることができる。ヘテロアリール基の環骨格構成原子数は4~40であることが好ましく、5~20であることがより好ましく、5~14の範囲内で選択したり、5~10の範囲内で選択したりしてもよい。
本発明の一態様では、一般式(1)の残りのR1~R5が採りうるドナー性基はZ1~Z36からなる群より選択される。本発明の一態様では、一般式(1)の残りのR1~R5が採りうるドナー性基はZ1~Z6からなる群より選択される。本発明の一態様では、一般式(1)の残りのR1~R5が採りうるドナー性基はZ7~Z36からなる群より選択される。
本発明の好ましい一態様では、一般式(1)で表される化合物は対称構造を有する。例えば、一般式(1)で表される化合物は線対称構造を有する。例えば、一般式(1)で表される化合物は回転対称構造を有する。本発明の一態様では、一般式(1)で表される化合物は非対称構造を有する。
本明細書において「置換基群B」とは、アルキル基(例えば炭素数1~40)、アルコキシ基(例えば炭素数1~40)、アリール基(例えば炭素数6~30)、アリールオキシ基(例えば炭素数6~30)、ヘテロアリール基(例えば環骨格構成原子数5~30)、ヘテロアリールオキシ基(例えば環骨格構成原子数5~30)、ジアリールアミノアミノ基(例えば炭素原子数0~20)からなる群より選択される1つの基または2つ以上を組み合わせた基を意味する。
本明細書において「置換基群C」とは、アルキル基(例えば炭素数1~20)、アリール基(例えば炭素数6~22)、ヘテロアリール基(例えば環骨格構成原子数5~20)、ジアリールアミノ基(例えば炭素原子数12~20)からなる群より選択される1つの基または2つ以上を組み合わせた基を意味する。
本明細書において「置換基群D」とは、アルキル基(例えば炭素数1~20)、アリール基(例えば炭素数6~22)およびヘテロアリール基(例えば環骨格構成原子数5~20)からなる群より選択される1つの基または2つ以上を組み合わせた基を意味する。
本明細書において「置換基群E」とは、アルキル基(例えば炭素数1~20)およびアリール基(例えば炭素数6~22)からなる群より選択される1つの基または2つ以上を組み合わせた基を意味する。
本明細書において「置換基」や「置換もしくは無置換の」と記載されている場合の置換基は、例えば置換基群Aの中から選択してもよいし、置換基群Bの中から選択してもよいし、置換基群Cの中から選択してもよいし、置換基群Dの中から選択してもよいし、置換基群Eの中から選択してもよい。
表2では各段に複数の化合物のA、R1~R5をまとめて表示することにより、化合物1~24786の構造を示している。例えば、表2の化合物1~459の段であれば、AとR3がA1、R1とR4がZ1に固定されていて、R2およびR5が同じでD1~D459であるものを、順に化合物1~459としている。すなわち、表2の化合物1~459の段は、表1で特定される化合物1~459をまとめて表示したものである。同様にして、表2の化合物460~918の段であれば、AとR3がA1、R1とR4がZ6に固定されていて、R2およびR5が同じでD1~D459であるものを、順に化合物460~918としている。同じ要領により、表2の化合物919~8262も特定している。
表2の化合物8263~16524は、R3とR5が同じであってD1~D459であるものを特定している。例えば、表2の化合物8263~8721の段であれば、AとR2がA1、R1が水素原子(H)、R4がZ1に固定されていて、R3およびR5が同じでD1~D459であるものを、順に化合物8263~8721としている。
表2の化合物16525~20655は、R3~R5が同じであってD1~D459であるものを特定している。例えば、表2の化合物16525~16983の段であれば、AとR2がA1、R1が水素原子(H)に固定されていて、R3~R5が同じでD1~D459であるものを、順に化合物16525~16983としている。
表2の化合物20656~24786は、R3とR5が同じであってD1~D459であるものを特定している。例えば、表2の化合物20656~21114の段であれば、AとR2がA1、R1が水素原子(H)、R4がフェニル基(Ph)に固定されていて、R3およびR5が同じでD1~D459であるものを、順に化合物20656~21114としている。
以上の番号で特定される化合物は、すべてが個別に開示されているものとする。なお、上記の化合物具体例のうち、回転異性体が存在する場合は、回転異性体の混合物と、分離した各回転異性体も、本明細書に開示されているものとする。
本発明の一態様では、化合物1~1324の中から化合物を選択する。本発明の一態様では、化合物1325~2648の中から化合物を選択する。本発明の一態様では、化合物2649~3972の中から化合物を選択する。本発明の一態様では、化合物3973~5296の中から化合物を選択する。
本発明の一態様では、化合物1~8262の中から化合物を選択する。本発明の一態様では、化合物8263~16524の中から化合物を選択する。本発明の一態様では、化合物16525~20655の中から化合物を選択する。本発明の一態様では、化合物20656~24786の中から化合物を選択する。
本発明の一態様では、化合物1~918、2755~3672、5509~6426、8263~9180、11017~11934、13771~14688、16525~16983、17902~18360、19279~19737、20656~21114、22033~22491、23410~23868の中から化合物を選択する。本発明の一態様では、化合物919~2754、3673~5508、6427~8262、9181~11016、11935~13770、14689~16524、16984~17901、18361~19278、19738~20655、21115~22032、22492~23409、23869~24786の中から化合物を選択する。
一般式(1)で表される化合物は、分子量にかかわらず塗布法で成膜してもよい。塗布法を用いれば、分子量が比較的大きな化合物であっても成膜することが可能である。一般式(1)で表される化合物は、有機溶媒に溶解しやすいという利点がある。このため、一般式(1)で表される化合物は塗布法を適用しやすいうえ、精製して純度を高めやすい。
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。例えば、一般式(1)のいずれかの部位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。
上の一般式において、R101、R102、R103およびR104は、各々独立に置換基を表す。好ましくは、炭素数1~6の置換もしくは無置換のアルキル基、炭素数1~6の置換もしくは無置換のアルコキシ基、ハロゲン原子であり、より好ましくは炭素数1~3の無置換のアルキル基、炭素数1~3の無置換のアルコキシ基、フッ素原子、塩素原子であり、さらに好ましくは炭素数1~3の無置換のアルキル基、炭素数1~3の無置換のアルコキシ基である。
L1およびL2で表される連結基は、Qを構成する一般式(1)のいずれかの部位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。
ある実施形態では、一般式(1)で表される化合物は、遅延蛍光を発することができる化合物である。
本開示のある実施形態では、一般式(1)で表される化合物は、熱的または電子的手段で励起されるとき、UV領域、可視スペクトルのうち青色領域(例えば約420nm~約500nm、特に420nm~480nm)および緑色領域(例えば約490nm~約575nm、約510nm)で光を発することができる。本発明の一態様では、極大発光波長が530nm~575nmの範囲内にある。本発明の一態様では、極大発光波長が480nm~530nmの範囲内にある。本発明の一態様では、極大発光波長が460nm~480nmの範囲内にある。本発明の一態様では、極大発光波長が440nm~460nmの範囲内にある。本発明の一態様では、極大発光波長が420nm~440nmの範囲内にある。
本開示のある実施形態では、一般式(1)で表される化合物は、熱的または電子的手段で励起されるとき、紫外スペクトル領域(例えば280~400nm)で光を発することができる。
本開示のある実施形態では、一般式(1)で表される化合物を用いた有機半導体素子を作製することができる。ここでいう有機半導体素子は、光が介在する有機光素子であってもよいし、光が介在しない有機素子であってもよい。有機光素子は、素子が光を放射する有機発光素子であってもよいし、光を受け取る有機受光素子であってもよいし、素子内で光によるエネルギー移動を生じる素子であってもよい。本開示のある実施形態では、一般式(1)で表される化合物を用いて有機エレクトロルミネッセンス素子や固体撮像素子(例えばCMOSイメージセンサー)などの有機光素子を作製することができる。本開示のある実施形態では、一般式(1)で表される化合物を用いたCMOS(相補型金属酸化膜半導体)などを作製することができる。
それにより、例えば-6.5eV以上のHOMOエネルギー(例えばイオン化ポテンシャル)があるときは、供与体部分(「D」)が選抜できる。また例えば、-0.5eV以下のLUMOエネルギー(例えば電子親和力)があるときは、受容体部分(「A」)が選抜できる。ブリッジ部分(「B」)は、例えば受容体と供与体部分を特異的な立体構成に厳しく制限できる強い共役系であることにより、供与体および受容体部分のπ共役系間の重複が生じるのを防止する。
ある実施形態では、化合物ライブラリは、以下の特性のうちの1つ以上を用いて選別される。
1.特定の波長付近における発光
2.算出された、特定のエネルギー準位より上の三重項状態
3.特定値より下のΔEST値
4.特定値より上の量子収率
5.HOMO準位
6.LUMO準位
ある実施形態では、77Kにおける最低の一重項励起状態と最低の三重項励起状態との差(ΔEST)は、約0.5eV未満、約0.4eV未満、約0.3eV未満、約0.2eV未満または約0.1eV未満である。ある実施形態ではΔEST値は、約0.09eV未満、約0.08eV未満、約0.07eV未満、約0.06eV未満、約0.05eV未満、約0.04eV未満、約0.03eV未満、約0.02eV未満または約0.01eV未満である。
ある実施形態では、一般式(1)で表される化合物は、25%超の、例えば約30%、約35%、約40%、約45%、約50%、約55%、約60%、約65%、約70%、約75%、約80%、約85%、約90%、約95%またはそれ以上の量子収率を示す。
一般式(1)で表される化合物は、新規化合物を含む。
一般式(1)で表される化合物は、既知の反応を組み合わせることによって合成することができる。例えば、A1とアクセプター性基を有するベンゼンに対して、ベンゾフロ縮環カルバゾールまたはベンゾチエノ縮環カルバゾールを反応させることにより、ベンゾフロ縮環カルバゾール-9-イル基またはベンゾチエノ縮環カルバゾール-9-イル基を有する一般式(1)の化合物を合成することができる。反応条件の詳細については、後述の合成例を参考にすることができる。
ある実施形態では、一般式(1)で表される化合物と組み合わせ、同化合物を分散させ、同化合物と共有結合し、同化合物をコーティングし、同化合物を担持し、あるいは同化合物と会合する1つ以上の材料(例えば小分子、ポリマー、金属、金属錯体等)と共に用い、固体状のフィルムまたは層を形成させる。例えば、一般式(1)で表される化合物を電気活性材料と組み合わせてフィルムを形成することができる。いくつかの場合、一般式(1)で表される化合物を正孔輸送ポリマーと組み合わせてもよい。いくつかの場合、一般式(1)で表される化合物を電子輸送ポリマーと組み合わせてもよい。いくつかの場合、一般式(1)で表される化合物を正孔輸送ポリマーおよび電子輸送ポリマーと組み合わせてもよい。いくつかの場合、一般式(1)で表される化合物を、正孔輸送部と電子輸送部との両方を有するコポリマーと組み合わせてもよい。以上のような実施形態により、固体状のフィルムまたは層内に形成される電子および/または正孔を、一般式(1)で表される化合物と相互作用させることができる。
ある実施形態では、一般式(1)で表される化合物を含むフィルムは、湿式工程で形成することができる。湿式工程では、本発明の化合物を含む組成物を溶解した溶液を面に塗布し、溶媒の除去後にフィルムを形成する。湿式工程として、スピンコート法、スリットコート法、インクジェット法(スプレー法)、グラビア印刷法、オフセット印刷法、フレキソ印刷法を挙げることができるが、これらに限定されるものではない。湿式工程では、本発明の化合物を含む組成物を溶解することができる適切な有機溶媒を選択して用いる。ある実施形態では、組成物に含まれる化合物に、有機溶媒に対する溶解性を上げる置換基(例えばアルキル基)を導入することができる。
ある実施形態では、本発明の化合物を含むフィルムは、乾式工程で形成することができる。ある実施形態では、乾式工程として真空蒸着法を採用することができる、これに限定されるものではない。真空蒸着法を採用する場合は、フィルムを構成する化合物を個別の蒸着源から共蒸着させてもよいし、化合物を混合した単一の蒸着源から共蒸着させてもよい。単一の蒸着源を用いる場合は、化合物の粉末を混合した混合粉を用いてもよいし、その混合粉を圧縮した圧縮成形体を用いてもよいし、各化合物を加熱溶融して冷却した混合物を用いてもよい。ある実施形態では、単一の蒸着源に含まれる複数の化合物の蒸着速度(重量減少速度)が一致ないしほぼ一致する条件で共蒸着を行うことにより、蒸着源に含まれる複数の化合物の組成比に対応する組成比のフィルムを形成することができる。形成されるフィルムの組成比と同じ組成比で複数の化合物を混合して蒸着源とすれば、所望の組成比を有するフィルムを簡便に形成することができる。ある実施形態では、共蒸着される各化合物が同じ重量減少率になる温度を特定して、その温度を共蒸着時の温度として採用することができる。
一般式(1)で表される化合物は、有機発光素子の材料として有用である。特に有機発光ダイオード等に好ましく用いられる。
有機発光ダイオード:
本発明の一態様は、有機発光素子の発光材料としての、本発明の一般式(1)で表される化合物の使用に関する。ある実施形態では、本発明の一般式(1)で表される化合物は、有機発光素子の発光層における発光材料として効果的に使用できる。ある実施形態では、一般式(1)で表される化合物は、遅延蛍光を発する遅延蛍光(遅延蛍光体)を含む。ある実施形態では、本発明は一般式(1)で表される構造を有する遅延蛍光体を提供する。ある実施形態では、本発明は遅延蛍光体としての一般式(1)で表される化合物の使用に関する。ある実施形態では、本発明は一般式(1)で表される化合物は、ホスト材料として使用することができ、かつ、1つ以上の発光材料と共に使用することができ、発光材料は蛍光材料、燐光材料またはTADFでよい。ある実施形態では、一般式(1)で表される化合物は、正孔輸送材料として使用することもできる。ある実施形態では、一般式(1)で表される化合物は、電子輸送材料として使用することができる。ある実施形態では、本発明は一般式(1)で表される化合物から遅延蛍光を生じさせる方法に関する。ある実施形態では、化合物を発光材料として含む有機発光素子は、遅延蛍光を発し、高い光放射効率を示す。
ある実施形態では、発光層は一般式(1)で表される化合物を含み、一般式(1)で表される化合物は、基材と平行に配向される。ある実施形態では、基材はフィルム形成表面である。ある実施形態では、フィルム形成表面に対する一般式(1)で表される化合物の配向は、整列させる化合物によって発せられる光の伝播方向に影響を与えるか、あるいは、当該方向を決定づける。ある実施形態では、一般式(1)で表される化合物によって発される光の伝播方向を整列させることで、発光層からの光抽出効率が改善される。
本発明の一態様は、有機発光素子に関する。ある実施形態では、有機発光素子は発光層を含む。ある実施形態では、発光層は発光材料として一般式(1)で表される化合物を含む。ある実施形態では、有機発光素子は有機光ルミネッセンス素子(有機PL素子)である。ある実施形態では、有機発光素子は、有機エレクトロルミネッセンス素子(有機EL素子)である。ある実施形態では、一般式(1)で表される化合物は、発光層に含まれる他の発光材料の光放射を(いわゆるアシストドーパントとして)補助する。ある実施形態では、発光層に含まれる一般式(1)で表される化合物は、その最低の励起一重項エネルギー準位にあり、発光層に含まれるホスト材料の最低励起一重項エネルギー準位と発光層に含まれる他の発光材料の最低励起一重項エネルギー準位との間に含まれる。
ある実施形態では、有機光ルミネッセンス素子は、少なくとも1つの発光層を含む。ある実施形態では、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、および前記陽極と前記陰極との間の有機層を含む。ある実施形態では、有機層は、少なくとも発光層を含む。ある実施形態では、有機層は、発光層のみを含む。ある実施形態では、有機層は、発光層に加えて1つ以上の有機層を含む。有機層の例としては、正孔輸送層、正孔注入層、電子障壁層、正孔障壁層、電子注入層、電子輸送層および励起子障壁層が挙げられる。ある実施形態では、正孔輸送層は、正孔注入機能を有する正孔注入輸送層であってもよく、電子輸送層は、電子注入機能を有する電子注入輸送層であってもよい。
ある実施形態では、発光層は、陽極および陰極からそれぞれ注入された正孔および電子が再結合して励起子を形成する層である。ある実施形態では、層は光を発する。
ある実施形態では、発光材料のみが発光層として用いられる。ある実施形態では、発光層は発光材料とホスト材料とを含む。ある実施形態では、発光材料は、一般式(1)で表される1つ以上の化合物である。ある実施形態では、有機エレクトロルミネッセンス素子および有機光ルミネッセンス素子の光放射効率を向上させるため、発光材料において発生する一重項励起子および三重項励起子を、発光材料内に閉じ込める。ある実施形態では、発光層中に発光材料に加えてホスト材料を用いる。ある実施形態では、ホスト材料は有機化合物である。ある実施形態では、有機化合物は励起一重項エネルギーおよび励起三重項エネルギーを有し、その少なくとも1つは、本発明の発光材料のそれらよりも高い。ある実施形態では、本発明の発光材料中で発生する一重項励起子および三重項励起子は、本発明の発光材料の分子中に閉じ込められる。ある実施形態では、一重項および三重項の励起子は、光放射効率を向上させるために十分に閉じ込められる。ある実施形態では、高い光放射効率が未だ得られるにもかかわらず、一重項励起子および三重項励起子は十分に閉じ込められず、すなわち、高い光放射効率を達成できるホスト材料は、特に限定されることなく本発明で使用されうる。ある実施形態では、本発明の素子の発光層中の発光材料において、光放射が生じる。ある実施形態では、放射光は蛍光および遅延蛍光の両方を含む。ある実施形態では、放射光は、ホスト材料からの放射光を含む。ある実施形態では、放射光は、ホスト材料からの放射光からなる。ある実施形態では、放射光は、一般式(1)で表される化合物からの放射光と、ホスト材料からの放射光とを含む。ある実施形態では、TADF分子とホスト材料とが用いられる。ある実施形態では、TADFはアシストドーパントであり、発光層中のホスト材料よりも励起一重項エネルギーが低く、発光層中の発光材料よりも励起一重項エネルギーが高い。
以下において、一般式(1)で表される構造を有するアシストドーパントと組み合わせて用いることができる発光材料を例示する。
ある実施形態では、発光層のホスト材料は、正孔輸送機能および電子輸送機能を有する有機化合物である。ある実施形態では、発光層のホスト材料は、放射光の波長が増加することを防止する有機化合物である。ある実施形態では、発光層のホスト材料は、高いガラス転移温度を有する有機化合物である。
ある実施形態では、発光層は、ホスト材料、アシストドーパント、および発光材料からからなる群より選択される材料で構成することができる。ある実施形態では、発光層は金属元素を含まない。ある実施形態では、発光層は炭素原子、水素原子、重水素原子、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原子のみから構成される材料で構成することができる。あるいは、発光層は、炭素原子、水素原子、重水素原子、窒素原子および酸素原子からなる群より選択される原子のみから構成される材料で構成することもできる。あるいは、発光層は、炭素原子、水素原子、窒素原子および酸素原子からなる群より選択される原子のみから構成される材料で構成することもできる。
発光層が本発明の化合物以外のTADF材料を含むとき、そのTADF材料は公知の遅延蛍光材料であってよい。好ましい遅延蛍光材料として、WO2013/154064号公報の段落0008~0048および0095~0133、WO2013/011954号公報の段落0007~0047および0073~0085、WO2013/011955号公報の段落0007~0033および0059~0066、WO2013/081088号公報の段落0008~0071および0118~0133、特開2013-256490号公報の段落0009~0046および0093~0134、特開2013-116975号公報の段落0008~0020および0038~0040、WO2013/133359号公報の段落0007~0032および0079~0084、WO2013/161437号公報の段落0008~0054および0101~0121、特開2014-9352号公報の段落0007~0041および0060~0069、特開2014-9224号公報の段落0008~0048および0067~0076、特開2017-119663号公報の段落0013~0025、特開2017-119664号公報の段落0013~0026、特開2017-222623号公報の段落0012~0025、特開2017-226838号公報の段落0010~0050、特開2018-100411号公報の段落0012~0043、WO2018/047853号公報の段落0016~0044に記載される一般式に包含される化合物、特に例示化合物であって、遅延蛍光を放射しうるものが含まれる。また、ここでは、特開2013-253121号公報、WO2013/133359号公報、WO2014/034535号公報、WO2014/115743号公報、WO2014/122895号公報、WO2014/126200号公報、WO2014/136758号公報、WO2014/133121号公報、WO2014/136860号公報、WO2014/196585号公報、WO2014/189122号公報、WO2014/168101号公報、WO2015/008580号公報、WO2014/203840号公報、WO2015/002213号公報、WO2015/016200号公報、WO2015/019725号公報、WO2015/072470号公報、WO2015/108049号公報、WO2015/080182号公報、WO2015/072537号公報、WO2015/080183号公報、特開2015-129240号公報、WO2015/129714号公報、WO2015/129715号公報、WO2015/133501号公報、WO2015/136880号公報、WO2015/137244号公報、WO2015/137202号公報、WO2015/137136号公報、WO2015/146541号公報、WO2015/159541号公報に記載される発光材料であって、遅延蛍光を放射しうるものを好ましく採用することができる。なお、この段落に記載される上記の公報は、本明細書の一部としてここに引用する。
いくつかの実施形態では、本発明の有機エレクトロルミネッセンス素子は基材により保持され、当該基材は特に限定されず、有機エレクトロルミネッセンス素子で一般的に用いられる、例えばガラス、透明プラスチック、クォーツおよびシリコンにより形成されたいずれかの材料を用いればよい。
いくつかの実施形態では、有機エレクトロルミネッセンス装置の陽極は、金属、合金、導電性化合物またはそれらの組み合わせから製造される。いくつかの実施形態では、前記の金属、合金または導電性化合物は高い仕事関数(4eV以上)を有する。いくつかの実施形態では、前記金属はAuである。いくつかの実施形態では、導電性の透明材料は、CuI、酸化インジウム・スズ(ITO)、SnO2およびZnOから選択される。いくつかの実施形態では、IDIXO(In2O3-ZnO)などの、透明な導電性フィルムを形成できるアモルファス材料を使用する。いくつかの実施形態では、前記陽極は薄膜である。いくつかの実施形態では、前記薄膜は蒸着またはスパッタリングにより作製される。いくつかの実施形態では、前記フィルムはフォトリソグラフィー方法によりパターン化される。いくつかの実施形態では、パターンが高精度である必要がない(例えば約100μm以上)場合、当該パターンは、電極材料への蒸着またはスパッタリングに好適な形状のマスクを用いて形成してもよい。いくつかの実施形態では、有機導電性化合物などのコーティング材料を塗布しうるとき、プリント法やコーティング法などの湿式フィルム形成方法が用いられる。いくつかの実施形態では、放射光が陽極を通過するとき、陽極は10%超の透過度を有し、当該陽極は、単位面積あたり数百オーム以下のシート抵抗を有する。いくつかの実施形態では、陽極の厚みは10~1,000nmである。いくつかの実施形態では、陽極の厚みは10~200nmである。いくつかの実施形態では、陽極の厚みは用いる材料に応じて変動する。
いくつかの実施形態では、前記陰極は、低い仕事関数を有する金属(4eV以下)(電子注入金属と称される)、合金、導電性化合物またはその組み合わせなどの電極材料で作製される。いくつかの実施形態では、前記電極材料は、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および希土類元素から選択される。いくつかの実施形態では、電子注入金属と、電子注入金属より高い仕事関数を有する安定な金属である第2の金属との混合物が用いられる。いくつかの実施形態では、前記混合物は、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およびアルミニウムから選択される。いくつかの実施形態では、前記混合物は電子注入特性および酸化に対する耐性を向上させる。いくつかの実施形態では、陰極は、蒸着またはスパッタリングにより電極材料を薄膜として形成させることによって製造される。いくつかの実施形態では、前記陰極は単位面積当たり数百オーム以下のシート抵抗を有する。いくつかの実施形態では、前記陰極の厚は10nm~5μmである。いくつかの実施形態では、前記陰極の厚は50~200nmである。いくつかの実施形態では、放射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および陰極のいずれか1つは透明または半透明である。いくつかの実施形態では、透明または半透明のエレクトロルミネッセンス素子は光放射輝度を向上させる。
いくつかの実施形態では、前記陰極を、前記陽極に関して前述した導電性の透明な材料で形成されることにより、透明または半透明の陰極が形成される。いくつかの実施形態では、素子は陽極と陰極とを含むが、いずれも透明または半透明である。
注入層は、電極と有機層との間の層である。いくつかの実施形態では、前記注入層は駆動電圧を減少させ、光放射輝度を増強する。いくつかの実施形態では、前記注入層は、正孔注入層と電子注入層とを含む。前記注入層は、陽極と発光層または正孔輸送層との間、並びに陰極と発光層または電子輸送層との間に配置することがきる。いくつかの実施形態では、注入層が存在する。いくつかの実施形態では、注入層が存在しない。
以下に、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。
障壁層は、発光層に存在する電荷(電子または正孔)および/または励起子が、発光層の外側に拡散することを阻止できる層である。いくつかの実施形態では、電子障壁層は、発光層と正孔輸送層との間に存在し、電子が発光層を通過して正孔輸送層へ至ることを阻止する。いくつかの実施形態では、正孔障壁層は、発光層と電子輸送層との間に存在し、正孔が発光層を通過して電子輸送層へ至ることを阻止する。いくつかの実施形態では、障壁層は、励起子が発光層の外側に拡散することを阻止する。いくつかの実施形態では、電子障壁層および正孔障壁層は励起子障壁層を構成する。本明細書で用いる用語「電子障壁層」または「励起子障壁層」には、電子障壁層の、および励起子障壁層の機能の両方を有する層が含まれる。
正孔障壁層は、電子輸送層として機能する。いくつかの実施形態では、電子の輸送の間、正孔障壁層は正孔が電子輸送層に至ることを阻止する。いくつかの実施形態では、正孔障壁層は、発光層における電子と正孔との再結合の確率を高める。正孔障壁層に用いる材料は、電子輸送層について前述したのと同じ材料であってもよい。
以下に、正孔障壁層に用いることができる好ましい化合物例を挙げる。
電子障壁層は、正孔を輸送する。いくつかの実施形態では、正孔の輸送の間、電子障壁層は電子が正孔輸送層に至ることを阻止する。いくつかの実施形態では、電子障壁層は、発光層における電子と正孔との再結合の確率を高める。電子障壁層に用いる材料は、正孔輸送層について前述したのと同じ材料であってもよい。
以下に電子障壁材料として用いることができる好ましい化合物の具体例を挙げる。
励起子障壁層は、発光層における正孔と電子との再結合を通じて生じた励起子が電荷輸送層まで拡散することを阻止する。いくつかの実施形態では、励起子障壁層は、発光層における励起子の有効な閉じ込め(confinement)を可能にする。いくつかの実施形態では、装置の光放射効率が向上する。いくつかの実施形態では、励起子障壁層は、陽極の側と陰極の側のいずれかで、およびその両側の発光層に隣接する。いくつかの実施形態では、励起子障壁層が陽極側に存在するとき、当該層は、正孔輸送層と発光層との間に存在し、当該発光層に隣接してもよい。いくつかの実施形態では、励起子障壁層が陰極側に存在するとき、当該層は、発光層と陰極との間に存在し、当該発光層に隣接してもよい。いくつかの実施形態では、正孔注入層、電子障壁層または同様の層は、陽極と、陽極側の発光層に隣接する励起子障壁層との間に存在する。いくつかの実施形態では、正孔注入層、電子障壁層、正孔障壁層または同様の層は、陰極と、陰極側の発光層に隣接する励起子障壁層との間に存在する。いくつかの実施形態では、励起子障壁層は、励起一重項エネルギーと励起三重項エネルギーを含み、その少なくとも1つが、それぞれ、発光材料の励起一重項エネルギーと励起三重項エネルギーより高い。
正孔輸送層は、正孔輸送材料を含む。いくつかの実施形態では、正孔輸送層は単層である。いくつかの実施形態では、正孔輸送層は複数の層を有する。
いくつかの実施形態では、正孔輸送材料は、正孔の注入または輸送特性および電子の障壁特性のうちの1つの特性を有する。いくつかの実施形態では、正孔輸送材料は有機材料である。いくつかの実施形態では、正孔輸送材料は無機材料である。本発明で使用できる公知の正孔輸送材料の例としては、限定されないが、トリアゾール誘導体、オキサジアゾール誘導剤、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剤、ピラゾリン誘導体、ピラゾロン誘導体、フェニレンジアミン誘導体、アリルアミン誘導体、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剤、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、アニリンコポリマーおよび導電性ポリマーオリゴマー(特にチオフェンオリゴマー)、またはその組合せが挙げられる。いくつかの実施形態では、正孔輸送材料はポルフィリン化合物、芳香族三級アミン化合物およびスチリルアミン化合物から選択される。いくつかの実施形態では、正孔輸送材料は芳香族三級アミン化合物である。以下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の具体例を挙げる。
電子輸送層は、電子輸送材料を含む。いくつかの実施形態では、電子輸送層は単層である。いくつかの実施形態では、電子輸送層は複数の層を有する。
いくつかの実施形態では、電子輸送材料は、陰極から注入された電子を発光層に輸送する機能さえあればよい。いくつかの実施形態では、電子輸送材料はまた、正孔障壁材料としても機能する。本発明で使用できる電子輸送層の例としては、限定されないが、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、フルオレニリデンメタン誘導体、アントラキノジメタン、アントロン誘導体、オキサジアゾール誘導体、アゾール誘導体、アジン誘導体またはその組合せ、またはそのポリマーが挙げられる。いくつかの実施形態では、電子輸送材料はチアジアゾール誘導剤またはキノキサリン誘導体である。いくつかの実施形態では、電子輸送材料はポリマー材料である。以下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の具体例を挙げる。
いくつかの実施形態では、発光層はデバイス中に組み込まれる。例えば、デバイスには、OLEDバルブ、OLEDランプ、テレビ用ディスプレイ、コンピューター用モニター、携帯電話およびタブレットが含まれるが、これらに限定されない。
いくつかの実施形態では、電子デバイスは、陽極、陰極、および当該陽極と当該陰極との間の発光層を含む少なくとも1つの有機層を有するOLEDを含む。
いくつかの実施形態では、本願明細書に記載の構成物は、OLEDまたは光電子デバイスなどの、様々な感光性または光活性化デバイスに組み込まれうる。いくつかの実施形態では、前記構成物はデバイス内の電荷移動またはエネルギー移動の促進に、および/または正孔輸送材料として有用でありうる。前記デバイスとしては、例えば有機発光ダイオード(OLED)、有機集積回線(OIC)、有機電界効果トランジスタ(O-FET)、有機薄膜トランジスタ(O-TFT)、有機発光トランジスタ(O-LET)、有機太陽電池(O-SC)、有機光学検出装置、有機光受容体、有機磁場クエンチ(field-quench)装置(O-FQD)、発光燃料電池(LEC)または有機レーザダイオード(O-レーザー)が挙げられる。
いくつかの実施形態では、電子デバイスは、陽極、陰極、当該陽極と当該陰極との間の発光層を含む少なくとも1つの有機層を含むOLEDを含む。
いくつかの実施形態では、デバイスは色彩の異なるOLEDを含む。いくつかの実施形態では、デバイスはOLEDの組合せを含むアレイを含む。いくつかの実施形態では、OLEDの前記組合せは、3色の組合せ(例えばRGB)である。いくつかの実施形態では、OLEDの前記組合せは、赤色でも緑色でも青色でもない色(例えばオレンジ色および黄緑色)の組合せである。いくつかの実施形態では、OLEDの前記組合せは、2色、4色またはそれ以上の色の組合せである。
いくつかの実施形態では、デバイスは、
取り付け面を有する第1面とそれと反対の第2面とを有し、少なくとも1つの開口部を画定する回路基板と、
前記取り付け面上の少なくとも1つのOLEDであって、当該少なくとも1つのOLEDが、陽極、陰極、および当該陽極と当該陰極との間の発光層を含む少なくとも1つの有機層を含む、発光する構成を有する少なくとも1つのOLEDと、
回路基板用のハウジングと、
前記ハウジングの端部に配置された少なくとも1つのコネクターであって、前記ハウジングおよび前記コネクターが照明設備への取付けに適するパッケージを画定する、少なくとも1つのコネクターと、を備えるOLEDライトである。
いくつかの実施形態では、前記OLEDライトは、複数の方向に光が放射されるように回路基板に取り付けられた複数のOLEDを有する。いくつかの実施形態では、第1方向に発せられた一部の光は偏光されて第2方向に放射される。いくつかの実施形態では、反射器を用いて第1方向に発せられた光を偏光する。
いくつかの実施形態では、本発明の発光層はスクリーンまたはディスプレイにおいて使用できる。いくつかの実施形態では、本発明に係る化合物は、限定されないが真空蒸発、堆積、蒸着または化学蒸着(CVD)などの工程を用いて基材上へ堆積させる。いくつかの実施形態では、前記基材は、独特のアスペクト比のピクセルを提供する2面エッチングにおいて有用なフォトプレート構造である。前記スクリーン(またマスクとも呼ばれる)は、OLEDディスプレイの製造工程で用いられる。対応するアートワークパターンの設計により、垂直方向ではピクセルの間の非常に急な狭いタイバーの、並びに水平方向では大きな広範囲の斜角開口部の配置を可能にする。これにより、TFTバックプレーン上への化学蒸着を最適化しつつ、高解像度ディスプレイに必要とされるピクセルの微細なパターン構成が可能となる。
ピクセルの内部パターニングにより、水平および垂直方向での様々なアスペクト比の三次元ピクセル開口部を構成することが可能となる。更に、ピクセル領域中の画像化された「ストライプ」またはハーフトーン円の使用は、これらの特定のパターンをアンダーカットし基材から除くまで、特定の領域におけるエッチングが保護される。その時、全てのピクセル領域は同様のエッチング速度で処理されるが、その深さはハーフトーンパターンにより変化する。ハーフトーンパターンのサイズおよび間隔を変更することにより、ピクセル内での保護率が様々異なるエッチングが可能となり、急な垂直斜角を形成するのに必要な局在化された深いエッチングが可能となる。
蒸着マスク用の好ましい材料はインバーである。インバーは、製鉄所で長い薄型シート状に冷延された金属合金である。インバーは、ニッケルマスクとしてスピンマンドレル上へ電着することができない。蒸着用マスク内に開口領域を形成するための適切かつ低コストの方法は、湿式化学エッチングによる方法である。
いくつかの実施形態では、スクリーンまたはディスプレイパターンは、基材上のピクセルマトリックスである。いくつかの実施形態では、スクリーンまたはディスプレイパターンは、リソグラフィー(例えばフォトリソグラフィーおよびeビームリソグラフィー)を使用して加工される。いくつかの実施形態では、スクリーンまたはディスプレイパターンは、湿式化学エッチングを使用して加工される。更なる実施形態では、スクリーンまたはディスプレイパターンは、プラズマエッチングを使用して加工される。
OLEDディスプレイは、一般的には、大型のマザーパネルを形成し、次に当該マザーパネルをセルパネル単位で切断することによって製造される。通常は、マザーパネル上の各セルパネルは、ベース基材上に、活性層とソース/ドレイン電極とを有する薄膜トランジスタ(TFT)を形成し、前記TFTに平坦化フィルムを塗布し、ピクセル電極、発光層、対電極およびカプセル化層、を順に経時的に形成し、前記マザーパネルから切断することにより形成される。
OLEDディスプレイは、一般的には、大型のマザーパネルを形成し、次に当該マザーパネルをセルパネル単位で切断することによって製造される。通常は、マザーパネル上の各セルパネルは、ベース基材上に、活性層とソース/ドレイン電極とを有する薄膜トランジスタ(TFT)を形成し、前記TFTに平坦化フィルムを塗布し、ピクセル電極、発光層、対電極およびカプセル化層、を順に経時的に形成し、前記マザーパネルから切断することにより形成される。
マザーパネルのベース基材上に障壁層を形成する工程と、
前記障壁層上に、セルパネル単位で複数のディスプレイユニットを形成する工程と、
前記セルパネルのディスプレイユニットのそれぞれの上にカプセル化層を形成する工程と、
前記セルパネル間のインタフェース部に有機フィルムを塗布する工程と、を含む。
いくつかの実施形態では、障壁層は、例えばSiNxで形成された無機フィルムであり、障壁層の端部はポリイミドまたはアクリルで形成された有機フィルムで被覆される。いくつかの実施形態では、有機フィルムは、マザーパネルがセルパネル単位で軟らかく切断されるように補助する。
いくつかの実施形態では、薄膜トランジスタ(TFT)層は、発光層と、ゲート電極と、ソース/ドレイン電極と、を有する。複数のディスプレイユニットの各々は、薄膜トランジスタ(TFT)層と、TFT層上に形成された平坦化フィルムと、平坦化フィルム上に形成された発光ユニットと、を有してもよく、前記インタフェース部に塗布された有機フィルムは、前記平坦化フィルムの材料と同じ材料で形成され、前記平坦化フィルムの形成と同時に形成される。いくつかの実施形態では、前記発光ユニットは、不動態化層と、その間の平坦化フィルムと、発光ユニットを被覆し保護するカプセル化層と、によりTFT層と連結される。前記製造方法のいくつかの実施形態では、前記有機フィルムは、ディスプレイユニットにもカプセル化層にも連結されない。
いくつかの実施形態では、前記不動態化層は、TFT層の被覆のためにTFT層上に配置された有機フィルムである。いくつかの実施形態では、前記平坦化フィルムは、不動態化層上に形成された有機フィルムである。いくつかの実施形態では、前記平坦化フィルムは、障壁層の端部に形成された有機フィルムと同様、ポリイミドまたはアクリルで形成される。いくつかの実施形態では、OLEDディスプレイの製造の際、前記平坦化フィルムおよび有機フィルムは同時に形成される。いくつかの実施形態では、前記有機フィルムは、障壁層の端部に形成されてもよく、それにより、当該有機フィルムの一部が直接ベース基材と接触し、当該有機フィルムの残りの部分が、障壁層の端部を囲みつつ、障壁層と接触する。
いくつかの実施形態では、TFT層を通じてピクセル電極に電圧が印加されるとき、ピクセル電極と対電極との間に適切な電圧が形成され、それにより有機発光層が光を放射し、それにより画像が形成される。以下、TFT層と発光ユニットとを有する画像形成ユニットを、ディスプレイユニットと称する。
いくつかの実施形態では、ディスプレイユニットを被覆し、外部の水分の浸透を防止するカプセル化層は、有機フィルムと無機フィルムとが交互に積層する薄膜状のカプセル化構造に形成されてもよい。いくつかの実施形態では、前記カプセル化層は、複数の薄膜が積層した薄膜状カプセル化構造を有する。いくつかの実施形態では、インタフェース部に塗布される有機フィルムは、複数のディスプレイユニットの各々と間隔を置いて配置される。いくつかの実施形態では、前記有機フィルムは、一部の有機フィルムが直接ベース基材と接触し、有機フィルムの残りの部分が障壁層の端部を囲む一方で障壁層と接触する態様で形成される。
いくつかの実施形態では、障壁層は、キャリア基材の反対側のベース基材の表面に形成される。一実施形態では、前記障壁層は、各セルパネルのサイズに従いパターン化される。例えば、ベース基材がマザーパネルの全ての表面上に形成される一方で、障壁層が各セルパネルのサイズに従い形成され、それにより、セルパネルの障壁層の間のインタフェース部に溝が形成される。各セルパネルは、前記溝に沿って切断できる。
いくつかの実施形態では、マザーパネルは、セルパネル単位で切断される。いくつかの実施形態では、マザーパネルは、カッターを用いてセルパネル間のインタフェース部に沿って切断される。いくつかの実施形態では、マザーパネルが沿って切断されるインタフェース部の溝が有機フィルムで被覆されているため、切断の間、当該有機フィルムが衝撃を吸収する。いくつかの実施形態では、切断の間、障壁層でひびが生じるのを防止できる。
いくつかの実施形態では、前記方法は製品の不良率を減少させ、その品質を安定させる。
他の態様は、ベース基材上に形成された障壁層と、障壁層上に形成されたディスプレイユニットと、ディスプレイユニット上に形成されたカプセル化層と、障壁層の端部に塗布された有機フィルムと、を有するOLEDディスプレイである。
以下の合成例において、一般式(1)に含まれる化合物を合成した。
窒素気流下、1,4-ジブロモテトラフルオロベンゼン(5.01g,16.2mmol)、4-シアノフェニルボロン酸(5.25g,35.7mmol)のテトラヒドロフラン(200mL)溶液に1M炭酸カリウム水溶液(50mL)、テトラキストリフェニルホスフィンパラジウム(0)(0.93g,0.81mmol)を加え、80℃で15時間撹拌した。反応溶液を室温に戻し、クロロホルムで抽出後、無水硫酸マグネシウムで乾燥した。溶媒を留去し、シリカゲルカラムクロマトグラフィー(ヘキサン:トルエン=1:4)で精製し、白色固体の化合物Aを2.00g(5.68mmol,収率35%)得た。
1H-NMR (400 MHz, CDCl3): δ 7.83 (d, J= 8.0 Hz, 4H), 7.65 (d, J = 8.0 Hz, 4H).
ASAP MSスペクトル分析: C20H8F4N2: 理論値352.06, 観測値353.22 [M+H+]
窒素気流下、化合物A(0.77g,2.18mmol)、カルバゾール(0.73g,4.37mmol)のN,N-ジメチルホルムアミド(150mL)溶液に炭酸カリウム(0.60g,4.37mmol)を加え、100℃で15時間攪拌した。反応混合物を室温に戻し、水とメタノールを加えて、ろ過した。残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフィー(ヘキサン:クロロホルム=1:9)で精製し、黄色固体の化合物Bを0.95g(1.47mmol,収率67%)得た。
1H-NMR (400 MHz, CDCl3): δ 8.06 (d, J = 7.8 Hz, 4H), 7.39 (t, J = 7.8 Hz, 4H), 7.31-7.28 (m, 8H), 7.23 (d, J = 7.2 Hz, 4H), 7.16 (d, J = 7.8 Hz, 4H).
ASAP MSスペクトル分析: C44H24F2N4: 理論値646.20, 観測値647.48 [M+H+]
窒素気流下、化合物B(0.70g,1.08mmol)、5H-ベンゾフロ[3,2-C]カルバゾール(0.70g,2.71mmol)のN,N-ジメチルホルムアミド(140mL)溶液に炭酸カリウム(0.37g,2.71mmol)を加え、150℃で15時間攪拌した。反応混合物を室温に戻し、水とメタノールを加えて、ろ過した。残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフィー(ヘキサン:クロロホルム:酢酸エチル=1:1:0.1)で精製し、淡黄色固体の化合物3を0.56g(0.50mmol,収率46%)得た。
1H-NMR (400 MHz, CDCl3): δ 8.06 (d, J = 7.2 Hz, 2H), 7.87 (d, J = 7.2 Hz, 2H), 7.61-7.56 (m, 8H), 7.39 (t, J = 7.8 Hz, 2H), 7.33 (t, J = 7.2 Hz, 2H), 7.22-6.89 (m, 20H), 6.80-6.77 (m, 4H) 6.67-6.62 (m, 4H).
ASAP MSスペクトル分析: C80H44N6O2: 理論値1120.35, 観測値1121.84 [M+H+]
1,5-ジブロモ-2,3,4-トリフルオロベンゼン(5.80g,20.0mmol)とビス(ピナコラート)ジボロン(12.7g,50.0mmol)の1,4-ジオキサン(100mL)溶液に、[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)(0.88g,1.20mmol)、酢酸カリウム(9.82g,100mmol)を窒素気流下で加え110℃で攪拌した。15時間後、反応混合物を室温に戻し、この混合物を室温に戻し、溶媒を留去した。残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフィー(ヘキサン:酢酸エチル=4:1)で精製し、褐色固体の化合物C(7.36g,19.2mmol,収率96%)を得た。
ASAPマススペクトル分析: 理論値384.19,観測値385.21.
化合物C(3.84g,10.0mmol)と3-ブロモ-2-ピリジンカルボニトリル(4.21g,23.0mmol)のトルエン/水(90mL/10mL)溶液に2-ジシクロへキシルホスフィノ-2′,6′-ジメトキシシビフェニル(82.0mg,0.20mmol)とトリス(ジベンジリデンアセトン)ジパラジウム(0)(92.0mg,0.10mmol),リン酸三カリウム(4.25g,20.0mmol)を窒素気流下で加え,室温で15時間攪拌した。この混合物を室温に戻し,反応溶液を飽和塩化アンモニウム水溶液と飽和食塩水で洗浄し,無水硫酸マグネシウムで乾燥後,溶媒を留去した。これをシリカゲルカラムクロマトグラフィー(ヘキサン:酢酸エチル=2:1)で精製し,白色固体の化合物D(0.51g,1.50mmol,収率15%)を得た。
1H-NMR (400 MHz, CDCl3): δ 8.81 (dd, J = 4.8, 1.5 Hz, 2H), 7.96 (dd, J = 8.0, 1.3 Hz, 2H), 7.68 (d, J = 8.0 Hz, 1H), 7.67 (d, J= 8.0 Hz, 1H), 7.38 (td, J = 7.1, 2.4 Hz, 1H).
ASAPマススペクトル分析:理論値336.06,観測値338.18
窒素気流下、5H-ベンゾフロ[3,2-c]カルバゾール2.26g(8.80mmol)と炭酸カリウム1.66g(12.0mmol)にN,N-ジメチルホルムアミド(25mL)を加え、室温で1時間攪拌した。その反応混合物に化合物Dを1.35g(4.00mmol)加え、室温で15時間撹拌した後、60℃まで昇温し24時間攪拌した。反応溶液を室温に戻し、水を加え、析出物を濾別した。濾上物をメタノールで洗浄し、真空乾燥した。残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフィー(トルエン:酢酸エチル=85:15)で精製し、薄黄色固体として化合物19281(1.32g,1.26mmol,収率32%)と化合物E(0.89g,1.10mmol,収率27%)を得た。
化合物19281: 1H NMR (400 MHz, CDCl3,): δ 8.49 (s, 1H), 8.39-8.29 (m, 2H), 8.07-7.94 (m, 4H), 7.74-7.15 (m, 18H), 7.01-6.98 (m, 5H), 6.89-6.79 (m, 5H), 6.69-6.62 (m, 2H).
ASAP MSスペクトル分析: 理論値1047.30, 観測値1048.53
化合物E: 1H NMR (400 MHz, CDCl3): δ 8.45 (d, J = 7.7 Hz, 2H), 8.41-8.04 (m, 2H), 8.05 (s, 1H), 7.98 (t, J = 8.1 Hz, 4H), 7.70 (d, J = 8.1 Hz, 2H), 7.54-7.29 (m, 17H), 7.03-6.98 (m, 2H).
ASAP MSスペクトル分析: 理論値810.22, 観測値811.39
窒素気流下、9H-カルバゾール(0.33g,1.95mmol)と炭酸カリウム(0.31g,2.25mmol)にN,N-ジメチルホルムアミド(25mL)を加え、室温で1時間攪拌した。その反応混合物に化合物E(1.22g,1.50mmol)を加え、100℃で20時間撹拌した。反応溶液を室温に戻し、水を加え、析出物を濾別した。濾上物をメタノールで洗浄し、真空乾燥した。残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフィー(トルエン:酢酸エチル=98:2)で精製し、薄黄色固体として化合物13773(1.09g,1.14mmol,収率76%)を得た。
1H NMR (400 MHz, CDCl3): δ 8.45 (s, 1H), 8.33 (s, 2H), 8.04-7.97 (m, 4H), 7.73-7.72 (m, 1H), 7.57-7.51 (m, 5H), 7.39 (d, J = 6.4 Hz, 4H), 7.17-7.13 (m, 3H), 6.99 (t, 5H), 6.82-6.77 (m, 2H), 6.76-6.65 (td, 4H), 6.60 (t, J = 7.2 Hz, 1H).
ASAP MSスペクトル分析: 理論値957.29, 観測値958.46
石英基板上に真空蒸着法にて、真空度1×10-3Pa未満の条件にて化合物3を蒸着し、化合物3のニート薄膜を100nmの厚さで形成した。
これとは別に、石英基板上に真空蒸着法にて、真空度1×10-3Pa未満の条件にて化合物3とPYD2Czとを異なる蒸着源から蒸着し、化合物3の濃度が20重量%であるドープ薄膜を100nmの厚さで形成した。
化合物3の代わりに化合物13773、化合物19281を用いて、同様にしてニート薄膜とドープ薄膜を形成した。
形成した各ニート薄膜を用いて最低励起一重項エネルギーと最低励起三重項エネルギーを測定し、その差ΔESTを算出した。また、形成した各ドープ薄膜に300nmの励起光を照射したときの極大発光波長(λmax)とフォトルミネッセンス量子収率(PLQY)を測定した。結果を表3に示す。また、参考化合物1と参考化合物2についても同様に極大発光波長を測定したところ、458nmと469nmであった。化合物3、化合物13773、化合物19281、参考化合物1、参考化合物2は、いずれも深青色の良好な発光色を有することが確認された。
膜厚50nmのインジウム・スズ酸化物(ITO)からなる陽極が形成されたガラス基板上に、各薄膜を真空蒸着法にて、真空度5.0×10-5Paで積層した。まず、ITO上にHAT-CNを10nmの厚さに形成し、その上にNPDを35nmの厚さに形成し、その上にPTCzを10nmの厚さに形成した。次に、PYD2Czと化合物3を異なる蒸着源から共蒸着し、40nmの厚さの層を形成して発光層とした。発光層における化合物3の濃度は30質量%とした。次に、ET1を10nmの厚さに形成した後、LiqとSF3-TRZを異なる蒸着源から共蒸着し、20nmの厚さの層を形成した。この層におけるLiqとSF3-TRZの濃度はそれぞれ30質量%と70質量%であった。さらにLiqを2nm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。
Claims (15)
- 下記一般式(1)で表される化合物。
[一般式(1)において、Aは、シアノピリジル基を表し、前記シアノピリジル基の水素原子は重水素原子で置換されていてもよい。R2は、アクセプター性基を表し、前記アクセプター性基は、環骨格構成原子として窒素原子を含む置換もしくは無置換のヘテロアリール基またはシアノ基である。R1、R3、R4、R5のうちの少なくとも2個は、各々独立に置換もしくは無置換のベンゾフロ縮環カルバゾール-9-イル基を表す。残りのR1~R5は、各々独立に水素原子、重水素原子、無置換のアリール基、またはドナー性基を表し、前記ドナー性基は、置換もしくは無置換のジアリールアミノ基である(ただし、前記ジアリールアミノ基を構成する2つのアリール基は互いに結合していてもよく、前記置換もしくは無置換のジアリールアミノ基には、置換もしくは無置換のベンゾフロ縮環カルバゾール-9-イル基、および置換もしくは無置換のベンゾチエノ縮環カルバゾール-9-イル基は含まれない)。] - 極大発光波長が420nm~480nmの範囲内にある、請求項1に記載の化合物。
- 対称構造を有する、請求項1または2に記載の化合物。
- 請求項1~3のいずれか1項に記載の化合物からなる発光材料。
- 請求項1~3のいずれか1項に記載の化合物からなる遅延蛍光体。
- 請求項1~3のいずれか1項に記載の化合物を含む膜。
- 請求項1~3のいずれか1項に記載の化合物を含む有機半導体素子。
- 請求項1~3のいずれか1項に記載の化合物を含む有機発光素子。
- 前記素子が前記化合物を含む層を有しており、前記層がホスト材料も含む、請求項8に記載の有機発光素子。
- 前記化合物を含む層が、前記化合物および前記ホスト材料の他に遅延蛍光材料も含み、前記遅延蛍光材料の最低励起一重項エネルギーが前記ホスト材料より低く、前記化合物よりも高い、請求項9に記載の有機発光素子。
- 前記素子が前記化合物を含む層を有しており、前記層が前記化合物とは異なる構造を有する発光材料も含む、請求項9に記載の有機発光素子。
- 前記素子に含まれる材料のうち、前記化合物からの発光量が最大である、請求項9~11のいずれか1項に記載の有機発光素子。
- 前記発光材料からの発光量が前記化合物からの発光量よりも多い、請求項11に記載の有機発光素子。
- 有機エレクトロルミネッセンス素子である、請求項8~13のいずれか1項に記載の有機発光素子。
- 遅延蛍光を放射する、請求項8~14のいずれか1項に記載の有機発光素子。
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