本发明涉及一种多环芳香族化合物及其多聚体、与使用其的有机电场发光元件、有机场效晶体管、有机薄膜太阳电池及波长转换滤波器等有机器件、以及显示装置及照明装置。此外，在本说明书中，有时将“多环芳香族化合物”及其“多聚体”一并表述为“多环芳香族化合物”，将“有机电场发光元件”表述为“有机el元件”或简单表述为“元件”，尤其涉及一种多环芳香族化合物及其多聚体、有机器件用材料及其应用、有机电场发光元件及其应用。
背景技术：
1、从前，使用进行电场发光的发光元件的显示装置因能够实现省电力化或薄型化而得到各种研究，进而，包含有机材料的有机电场发光元件因容易轻量化或大型化而得到积极研究。特别是，关于具有作为光的三原色之一的蓝色等的发光特性的有机材料的开发，以及关于包括空穴、电子等的电荷传输能力(具有成为半导体或超导电体的可能性)的有机材料的开发，迄今为止，不论是高分子化合物还是低分子化合物均得到积极研究。
2、有机电致发光(electroluminescence，el)元件具有如下结构，所述结构包括：包含阳极及阴极的一对电极，以及配置于所述一对电极间、且包含有机化合物的一层或多层。在包含有机化合物的层中，有发光层，或者传输或注入空穴、电子等的电荷的电荷传输/注入层等，且开发有对于这些层而言适当的各种有机材料。
3、例如，作为有机el元件或有机薄膜太阳电池中使用的材料，还报告有对三苯基胺衍生物进行改良而成的材料(国际公开第2012/118164号公报)。所述材料为以如下情况，即参考已实用化的n,n'-二苯基-n,n'-双(3-甲基苯基)-1,1'-联苯基-4,4'-二胺(n,n'-diphenyl-n,n'-bis(3-methylphenyl)-1,1'-biphenyl-4,4'-diamine，tpd)，使构成三苯基胺的芳香环彼此连结，由此将氮配置于环结构的中心并提高其平面性为特征的材料。在所述文献中对例如no连结系化合物(63页的化合物1)的电荷传输特性进行了评价，但并未记载no连结系化合物以外的材料的制造方法，另外，若连结的元素不同，则化合物整体的电子状态不同，因此由no连结系化合物以外的材料所获得的特性也未知。
4、一般而言，有机el元件的主体材料是通过单键或磷原子或硅原子将多个苯或咔唑等现有的芳香环连结而成的分子。这是因为，通过连结大量共轭系较小的芳香环，确保了主体材料所需的大的最高占据分子轨道(highest occupied molecular orbital，homo)-最低未占分子轨道(lowest unoccupied molecular orbital，lumo)间隙(薄膜中的带隙eg)。进而，在使用磷光材料或热活性型延迟荧光材料的有机el元件的主体材料中也需要高的三重态激发能量(et)，但通过在分子上连结施体性或受体性的芳香环或取代基，使三重态激发状态(t1)的单占分子轨道(singly occupied molecular orbital，somo)1及somo2局部存在化，减小两轨道间的交换相互作用，由此能够提高三重态激发能量(et)。但是，共轭系小的芳香环的氧化还原稳定性不充分，将连结现有的芳香环的分子用作主体材料的元件的寿命并不充分。另一方面，一般而言，具有扩展π共轭系的多环芳香族化合物的氧化还原稳定性优异，但由于homo-lumo间隙(薄膜中的带隙eg)或三重态激发能量(et)低，因此被认为不适合主体材料。
5、在此种状况下，近年来，还报告有以硼等为中心原子并将多个芳香族环缩合而成的化合物(国际公开第2015/102118号公报)。在所述文献中，实施了如下有机el元件评价，所述有机el元件使用所述将多个芳香族环缩合而成的化合物作为发光层的掺杂剂材料。另外，报告有将此种化合物进一步多量化而成的例子(国际公开第2018/212169号公报)或在分子内通过连结基使共轭体系扩张而成的例子(韩国公开专利第10-2020-0121228号、国际公开第2020/217229号公报)。
6、[现有技术文献]
7、[专利文献]
8、[专利文献1]国际公开第2012/118164号公报
9、[专利文献2]国际公开第2015/102118号公报
10、[专利文献3]国际公开第2018/212169号公报
11、[专利文献4]韩国公开专利第10-2020-0121228号
12、[专利文献5]国际公开第2020/217229号公报
技术实现思路
1、[发明所要解决的问题]
2、如专利文献1～专利文献5中所报告的那样，作为有机el元件中所使用的材料，开发有各种材料，但为了增加有机el元件用材料的选择项，期望开发出包含与以前不同的化合物的材料。特别是，对由将氮配置于环结构的中心而成的no连结系化合物以外的材料获得的有机el特性或其制造方法进行探索是有益的。
3、另外，专利文献2～专利文献5中报告有一种包含硼的多环芳香族化合物与使用其的有机el元件，但所述文献中公开有极其大量的化合物，且为了进一步提高元件特性，对可提高发光效率或元件寿命等有机el特性的发光层用材料、特别是掺杂剂材料等进行探索是有益的。
4、另外，作为构成有机el元件的有机层的形成方法，目前，除真空蒸镀法以外还使用湿式成膜法，因此特别是用于形成空穴注入层、空穴传输层及发光层的湿式成膜用油墨材料的开发正积极地进行，对此种油墨材料进行探索也是有益的。
5、[解决问题的技术手段]
6、本发明人等人为了解决所述课题而进行了努力研究，结果发现，通过将含有具有新颖的结构的多环芳香族化合物的层配置于一对电极间来构成例如有机el元件，可获得优异的有机el元件，从而完成了本发明。即，本发明提供以下那样的多环芳香族化合物，进而提供包含以下那样的多环芳香族化合物的有机el元件用材料等有机器件用材料。
7、此外，在本说明书中，有时由碳数表示化学结构或取代基，但在化学结构上取代有取代基时或者在取代基上进一步取代有取代基时等的碳数是指化学结构或取代基各自的碳数，并非指化学结构与取代基的合计碳数或取代基与取代基的合计碳数。例如，所谓“由碳数x的取代基a取代的碳数y的取代基b”，是指“碳数x的取代基a”在“碳数y的取代基b”上进行取代，碳数y并非取代基a及取代基b的合计碳数。另外，例如所谓“由取代基a取代的碳数y的取代基b”，是指“(不限定碳数的)取代基a”在“碳数y的取代基b”上进行取代，碳数y并非取代基a及取代基b的合计碳数。
8、[1]一种多环芳香族化合物或多环芳香族化合物的多聚体，所述多环芳香族化合物由下述式(a-1)表示，所述多环芳香族化合物的多聚体具有所述式(a-1)所表示的单元结构的至少两个：
9、[化1]
10、
11、所述式(a-1)中，
12、ra1～ra3、rb1～rb4及rc1～rc4分别独立地为氢、经取代或未经取代的芳基、经取代或未经取代的杂芳基、经取代或未经取代的二芳基氨基、经取代或未经取代的二杂芳基氨基、经取代或未经取代的芳基杂芳基氨基、经取代或未经取代的二芳基硼基、经取代或未经取代的烷基、经取代或未经取代的环烷基、经取代或未经取代的烯基、经取代或未经取代的烷氧基、经取代或未经取代的芳氧基、经取代或未经取代的芳硫基或者取代硅烷基，所述二芳基氨基的两个芳基可相互经由连结基而键结，所述二杂芳基氨基的两个杂芳基可相互经由连结基而键结，所述芳基杂芳基氨基的芳基与杂芳基可相互经由连结基而键结，所述二芳基硼基的两个芳基可相互经由单键或连结基而键结，
13、另外，ra1～ra3、rb1～rb4及rc1～rc4的邻接的两个基可相互键结而形成芳基环或杂芳基环，所形成的芳基环及杂芳基环的至少一个氢可由经取代或未经取代的芳基、经取代或未经取代的杂芳基、经取代或未经取代的二芳基氨基、经取代或未经取代的二杂芳基氨基、经取代或未经取代的芳基杂芳基氨基、经取代或未经取代的二芳基硼基、经取代或未经取代的烷基、经取代或未经取代的环烷基、经取代或未经取代的烯基、经取代或未经取代的烷氧基、经取代或未经取代的芳氧基、经取代或未经取代的芳硫基或者取代硅烷基取代，所述二芳基氨基的两个芳基可相互经由连结基而键结，所述二杂芳基氨基的两个杂芳基可相互经由连结基而键结，所述芳基杂芳基氨基的芳基与杂芳基可相互经由连结基而键结，所述二芳基硼基的两个芳基可相互经由单键或连结基而键结，
14、其中，ra1～ra3的至少一个为经取代或未经取代的芳基或者经取代或未经取代的杂芳基，
15、y1为b、p、p＝o、p＝s、al、ga、as、si-r或ge-r，所述si-r及所述ge-r的r分别独立地为经取代或未经取代的芳基、经取代或未经取代的杂芳基、经取代或未经取代的烷基或者经取代或未经取代的环烷基；
16、x1及x2分别独立地为o、n-r、c(-r)2、si(-r)2、s或se，所述n-r的r为氢、经取代或未经取代的芳基、经取代或未经取代的杂芳基、经取代或未经取代的烷基、经取代或未经取代的环烷基或者式(g-1)所表示的基，所述c(-r)2及si(-r)2的r分别独立地为氢、经取代或未经取代的芳基、经取代或未经取代的杂芳基、经取代或未经取代的烷基或者经取代或未经取代的环烷基，所述c(-r)2及所述si(-r)2的两个r可相互键结而形成环，另外，所述n-r的r和/或所述c(-r)2的r可通过连结基或单键而与a环和/或b环或者a环和/或c2环键结，
17、其中，x1及x2的至少一个为n-r，此时，所述n-r的r为式(g-1)所表示的基，
18、[化2]
19、
20、(所述式(g-1)中，
21、rd1～rd8分别独立地为氢、经取代或未经取代的芳基、经取代或未经取代的杂芳基、经取代或未经取代的二芳基氨基、经取代或未经取代的二杂芳基氨基、经取代或未经取代的芳基杂芳基氨基、经取代或未经取代的二芳基硼基、经取代或未经取代的烷基、经取代或未经取代的环烷基、经取代或未经取代的烯基、经取代或未经取代的烷氧基、经取代或未经取代的芳氧基、经取代或未经取代的芳硫基或者取代硅烷基，所述二芳基氨基的两个芳基可相互经由连结基而键结，所述二杂芳基氨基的两个杂芳基可相互经由连结基而键结，所述芳基杂芳基氨基的芳基与杂芳基可相互经由连结基而键结，所述二芳基硼基的两个芳基可相互经由单键或连结基而键结，
22、另外，rd1～rd4及rd5～rd8的邻接的两个基可相互键结而形成芳基环或杂芳基环，所形成的芳基环及杂芳基环可由经取代或未经取代的芳基、经取代或未经取代的杂芳基、经取代或未经取代的二芳基氨基、经取代或未经取代的二杂芳基氨基、经取代或未经取代的芳基杂芳基氨基、经取代或未经取代的二芳基硼基、经取代或未经取代的烷基、经取代或未经取代的环烷基、经取代或未经取代的烯基、经取代或未经取代的烷氧基、经取代或未经取代的芳氧基、经取代或未经取代的芳硫基或者取代硅烷基取代，所述二芳基氨基的两个芳基可相互经由连结基而键结，所述二杂芳基氨基的两个杂芳基可相互经由连结基而键结，所述芳基杂芳基氨基的芳基与杂芳基可相互经由连结基而键结，所述二芳基硼基的两个芳基可相互经由单键或连结基而键结，
23、其中，rd1～rd8的任一个为与氮原子的键结键)
24、所述式(a-1)所表示的化合物或单元结构中的a环、b环、c2环、芳基环或杂芳基环的至少一个可由至少一个环烷烃缩合，所述环烷烃中的至少一个氢可经取代，所述环烷烃中的至少一个-ch2-可经-o-取代，而且，
25、所述式(a-1)所表示的化合物或单元结构中的至少一个氢可经氰基、卤素或氘取代。
26、[2]根据所述[1]所记载的多环芳香族化合物或其多聚体，其中所述式(g-1)为由式(g-2)～式(g-44)的任一者表示的基：
27、[化3]
28、
29、[化4]
30、
31、式中，me为甲基；
32、(所述式(g-2)～式(g-44)中，
33、r1分别独立地为烷基、芳基，
34、*为与氮原子的键结键)。
35、[3]根据所述[1]或[2]所记载的多环芳香族化合物或其多聚体，其中所述式(a-1)由下述式(a-2)～式(a-13)的任一者表示：
36、[化5]
37、
38、(所述式(a-2)～式(a-13)中，
39、ra2为经取代或未经取代的芳基或者经取代或未经取代的杂芳基，
40、rb2及rb3分别独立地为氢、经取代或未经取代的芳基、经取代或未经取代的杂芳基、经取代或未经取代的二芳基氨基或者经取代或未经取代的烷基，
41、rc2及rc3分别独立地为氢、经取代或未经取代的芳基、经取代或未经取代的二芳基氨基或者经取代或未经取代的烷基，
42、两个r中的一个为式(g-1)所表示的基，另一个为经取代或未经取代的芳基、经取代或未经取代的杂芳基、经取代或未经取代的烷基、经取代或未经取代的环烷基或者式(g-1)所表示的基，
43、r2分别独立地为氢或烷基，
44、x3及x4分别独立地为o、n-r3或c(-r3)2，
45、r3分别独立地为烷基、经取代或未经取代的芳基，
46、此处，邻接的r2及r3可相互键结而形成环己基，
47、x5及x6分别独立地为o、n-r4或c(-r4)2，
48、r4分别独立地为烷基、经取代或未经取代的芳基)。
49、[4]根据所述[1]至[3]中任一项所记载的多环芳香族化合物或其多聚体，由下述式的任一个表示：
50、[化6]
51、
52、[化7]
53、
54、[化8]
55、
56、[化9]
57、
58、[化10]
59、
60、[化11]
61、
62、[化12]
63、
64、[化13]
65、
66、[化14]
67、
68、[化15]
69、
70、[化16]
71、
72、[化17]
73、
74、[化18]
75、
76、[化19]
77、
78、[化20]
79、
80、[化21]
81、
82、[化22]
83、
84、[化23]
85、
86、[化24]
87、
88、[化25]
89、
90、[化26]
91、
92、[化27]
93、
94、[化28]
95、
96、[化29]
97、
98、[化30]
99、
100、式中，me为甲基，tbu为叔丁基，tam为叔戊基，d为氘。
101、[5]一种有机器件用材料，含有根据所述[1]至[4]中任一项所记载的多环芳香族化合物或其多聚体。
102、[6]根据所述[5]所记载的有机器件用材料，为有机电场发光元件用材料、有机场效晶体管用材料、有机薄膜太阳电池用材料或波长转换滤波器用材料。
103、[7]根据所述[6]所记载的有机器件用材料，其中，所述有机电场发光元件用材料为发光层用材料。
104、[8]一种有机电场发光元件，包括：一对电极，包含阳极及阴极；以及有机层，配置于所述一对电极间，所述有机层含有根据所述[1]至[4]中任一项所记载的多环芳香族化合物或其多聚体。
105、[9]根据所述[8]所记载的有机电场发光元件，其中，所述有机层为发光层。
106、[10]根据所述[9]所记载的有机电场发光元件，其中，所述发光层包含作为根据所述[1]至[4]中任一项所记载的多环芳香族化合物或其多聚体的掺杂剂及主体。
107、[11]根据所述[10]所记载的有机电场发光元件，其中所述主体为蒽化合物、芴化合物或二苯并化合物。
108、[12]一种显示装置或照明装置，包括根据所述[9]所记载的有机电场发光元件。
109、[13]一种波长转换滤波器，包含根据所述[6]所记载的波长转换滤波器用材料。
110、[发明的效果]
111、根据本发明的优选的方式，可提供一种例如可用作有机el元件用材料等有机器件用材料的具有新颖的结构的多环芳香族化合物，通过使用所述多环芳香族化合物，可提供优异的有机el元件等有机器件。
112、具体而言，本发明人等人发现，利用硼、氮、氧、硫等异质元素将芳香环连结而成的多环芳香族化合物具有大的homo-lumo间隙(薄膜中的带隙eg)。认为其原因在于：包含异质元素的6元环的芳香族性低，抑制了伴随共轭系的扩展的homo-lumo间隙的减少。另外发现，可根据异质元素的种类及连结方法来任意地变更homo-lumo间隙。认为，这是由于根据异质元素的空轨道或孤电子对的空间扩展及能量而任意地变动homo、lumo的能量。
113、这些多环芳香族化合物由于异质元素的电子的摄动而使激发状态的somo1及somo2局部存在于各原子上，由此荧光发光峰值的半值宽度窄，在用作有机el元件的掺杂剂的情况下可获得高的颜色纯度的发光。由于相同的理由，单重态能量(s1)与三重态能量(t1)的能量差(δs1t1)变小，显示热活性型延迟荧光，在用作有机el元件的发射掺杂剂的情况下，可获得高的效率。
114、进而，通过导入取代基，可任意地变动homo与lumo的能量，因此能够对应周边材料而使电离电位(ionization potential)或电子亲和力最优化。其中，本发明并不特别限定于这些原理。
1.一种多环芳香族化合物或多环芳香族化合物的多聚体，所述多环芳香族化合物由下述式(a-1)表示，所述多环芳香族化合物的多聚体具有所述式(a-1)所表示的单元结构的至少两个：
2.根据权利要求1所述的多环芳香族化合物或其多聚体，其中所述式(g-1)为由式(g-2)～式(g-44)的任一者表示的基：
3.根据权利要求1所述的多环芳香族化合物或其多聚体，其中所述式(a-1)由下述式(a-2)～式(a-13)的任一者表示：
4.根据权利要求1所述的多环芳香族化合物或其多聚体，由下述式的任一个表示：
5.一种有机器件用材料，含有如权利要求1至4中任一项所述的多环芳香族化合物或其5多聚体。
6.根据权利要求5所述的有机器件用材料，为有机电场发光元件用材料、有机场效晶体管用材料、有机薄膜太阳电池用材料或波长转换滤波器用材料。
7.根据权利要求6所述的有机器件用材料，其中，所述有机电场发光元件用材料为发光层用材料。
8.一种有机电场发光元件，包括：一对电极，包含阳极及阴极；以及有机层，配置于所述一对电极间，所述有机层含有如权利要求1至4中任一项所述的多环芳香族化合物或其多聚体。
9.根据权利要求8所述的有机电场发光元件，其中，所述有机层为发光层。
10.根据权利要求9所述的有机电场发光元件，其中，所述发光层包含作为如权利要求1至4中任一项所述的多环芳香族化合物或其多聚体的掺杂剂及主体。
11.根据权利要求10所述的有机电场发光元件，其中所述主体为蒽化合物、芴化合物或二苯并化合物。
12.一种显示装置或照明装置，包括如权利要求9所述的有机电场发光元件。
13.一种波长转换滤波器，包含如权利要求6所述的有机器件用材料作为波长转换滤波器用材料。
