JP2000252066A - 有機電界発光素子 - Google Patents

有機電界発光素子

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JP2000252066A
JP2000252066A JP11050065A JP5006599A JP2000252066A JP 2000252066 A JP2000252066 A JP 2000252066A JP 11050065 A JP11050065 A JP 11050065A JP 5006599 A JP5006599 A JP 5006599A JP 2000252066 A JP2000252066 A JP 2000252066A
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benzo
organic
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Hideji Iwasaki
秀治 岩崎
Morio Taniguchi
彬雄 谷口
Chihaya Adachi
千波矢 安達
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 低電圧で駆動可能な有機電界発光素子を提供
すること。 【解決手段】 相対する陽極と陰極との間に、有機電界
発光層が介在された有機電界発光素子において、前記有
機電界発光層を構成する材料として下記一般式(I) 【化1】 で示されるベンゾオキサゾール類またはベンゾチアゾー
ル類を配位子とする亜鉛錯体を含む。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、有機電界発光素子
に関するものである。詳しくは、有機化合物から成る有
機発光層に電界をかけて光を放出する薄膜型デバイスに
関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来薄膜型の電界発光素子(以下、これ
をEL素子と略称することがある。)としては、無機材
料のII−VI族化合物半導体であるZnS、CaS、
SrS等に、発光中心であるMnや希土類元素(Eu、
Ce、Tb、Sm等)をドープしたものが一般的であっ
たが、上記無機材料から作製したEL素子には、 1)交流駆動が必要(50〜1000Hz) 2)駆動電圧が高い(〜200V) 3)フルカラー化が困難(特に青色が問題) 4)周辺駆動回路のコストが高い という問題点がある。したがって、高い電圧と交流電源
が必要であることから使用できる場所が限定され、また
発光材料が限定されることから発光色が少なくディスプ
レイとしては使用範囲が限定される。また、電力を必要
とする割に発光効率が低く標示が暗いため用途が限定さ
れている。さらに、装置的にも駆動回路などが高価にな
り製品全体のコストが高かった。
【0003】そこで、低電圧、高効率で発光を得るEL
素子用の材料として、亜鉛錯体、アルミニウム錯体など
の種々の金属錯体が提案されてきた。近年、上記1)、
2)、4)の問題点を意識した新しい有機電界発光素子
(以下、これを有機EL素子と略称することがある。)
の開発が行われ、コダック社のTangらが開発した芳
香族ジアミンからなる有機正孔輸送層と8−ヒドロキシ
キノリンのアルミニウム錯体からなる有機発光層を設け
た有機EL素子(アプライド・フィジクス・レターズ
(Appl.Phys.Lett.)、51巻、913
ページ、1987年)では、それ以前のアントラセンな
どの単結晶を用いたEL素子に比較し発光効率の点で大
幅に改善が認められている。しかしながら、Tangら
が開発した比較的高い輝度が得られている有機EL素子
にしても、安定に駆動させることの出来る十分な発光色
が得られたとはいえないし、また、駆動電圧の点でも、
この有機EL素子を安定に駆動させるためには依然とし
て高い駆動電圧が必要で、実用化可能なレベルまで低下
したとは言えない。したがって、本発明の目的は上記の
問題点をすべて解決した、低電圧で駆動可能な有機EL
素子の開発にある。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明に従って、相対す
る陽極と陰極との間に、有機電界発光層が介在された電
界発光素子において、前記有機電界発光層を構成する材
料として下記一般式(I)
【0005】
【化2】
【0006】(式中、AおよびBはそれぞれ酸素原子ま
たは硫黄原子をあらわし、R1、R2、R3、R4、R5
6およびR7はそれぞれ水素原子、ハロゲン原子、置換
基を有していてもよいアルキル基、アラルキル基、アル
ケニル基、アリル基、アルコキシル基、芳香族炭化水素
基もしくは芳香族複素環基を表すか、またはそれぞれ互
いに隣接するものが一緒になって脂環式化合物、芳香族
炭化水素化合物もしくは複素環式化合物の環構造の一部
を形成していてもよい。)で示されるベンゾオキサゾー
ル類またはベンゾチアゾール類を配位子とする亜鉛錯体
(以下、これを亜鉛錯体(I)と称することがある。)
が含まれる有機EL素子を提供することにより上記の目
的を達成することができた。
【0007】
【発明の実施の形態】上記一般式中、R1、R2、R3
4、R5、R6およびR7が表すハロゲン原子としては、
フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子が挙げら
れ、アルキル基としては、メチル基、エチル基、プロピ
ル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、t−
ブチル基、アミル基、イソアミル基、ヘキシル基、シク
ロへキシル基などの炭素数1〜20のアルキル基が挙げ
られる。これらのアルキル基は置換基を有していてもよ
く、かかる置換基としては、例えばフッ素原子、塩素原
子、臭素原子、ヨウ素原子などのハロゲン原子、メチル
基、エチル基などのアルキル基;メトキシ基、エトキシ
基などのアルコキシル基;アセチル基、プロピオニル
基、ベンゾイル基などのアシル基などが挙げられる。
【0008】R1、R2、R3、R4、R5、R6およびR7
が表すアラルキル基としては、例えばベンジル基が挙げ
られ、アルケニル基としては、例えばビニル基、プロペ
ニル基、スチリル基などが挙げられ、アリル基として
は、例えばアリル基、ジメチルアリル基などが挙げら
れ、アルコキシル基としては、例えばメトキシ基、エト
キシ基が挙げられ、芳香族炭化水素基としては例えばフ
ェニル基、ナフチル基、アントラニル基などが挙げら
れ、芳香族複素環基としては、例えばピリジル基が挙げ
られる。これらのアラルキル基、アルケニル基、アリル
基、アルコキシル基、芳香族炭化水素基または芳香族複
素環基は置換基を有していてもよく、かかる置換基とし
ては、例えばフッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素
原子などのハロゲン原子、メチル基、エチル基などのア
ルキル基; メトキシ基、エトキシ基などのアルコキシ
ル基;アセチル基、プロピオニル基、ベンゾイル基など
のカルボニル基などが挙げられる。
【0009】配位子として使用される一般式(II)
【0010】
【化3】
【0011】(式中、A、B、R1、R2、R3、R4、R
5、R6およびR7は前記定義のとおりである。)で示さ
れるベンゾオキサゾール類またはベンゾチアゾール類
(以下、これをベンゾオキサゾール類またはベンゾチア
ゾール類(II)と称することがある。)は、一般式
(III)
【0012】
【化4】
【0013】(式中、A、R4、R5、R6およびR7は前
記定義のとおりである。)で示されるアミノフェノール
またはアミノチオフェノール(以下、これをアミノフェ
ノールまたはアミノチオフェノール(III)と称する
ことがある。)と一般式(IV)
【0014】
【化5】
【0015】(式中、B、R1、R2およびR3は前記定
義のとおりである。)で示されるニコチン酸誘導体(以
下、これをニコチン酸誘導体(IV)と称することがあ
る。)から容易に合成することができる。
【0016】亜鉛錯体(I)は、ベンゾオキサゾール類
またはベンゾチアゾール類(II)と2価の亜鉛化合物
を塩基性物質の存在下に反応せしめることによって合成
することが出来る。
【0017】以下、本発明に係る有機EL素子について
説明する。本発明の有機EL素子は、相対する陽極と陰
極との間に、有機電界発光層が介在されたものである。
本発明の陽極としては、光を取り出すために透明な材
料、例えば酸化錫、酸化インジウム、酸化錫インジウム
(以下、これをITO透明電極と称す。)などの導電性
金属酸化物;あるいは金、銀、クロムなどの金属;よう
化銅、硫化銅などの無機導電性物質;ポリチオフェン、
ポリピロール、ポリアニリンなどの導電性ポリマー;な
どが使用され、特に限定されるものではない。その中
で、特にITO透明電極を使用することが好ましい。I
TO透明電極の電気抵抗は、素子への通電性が確保でき
て、発光の維持に十分な電流が供給できる範囲内であれ
ば、素子の消費電力の観点から低抵抗であることが好ま
しい。例えば500Ω/□以下のITO透明電極であれ
ば陽極として機能することが出来るが、10Ω/□以下
の透明電極の方がより好ましい。ITO透明電極の厚み
は適する抵抗値にあわせて任意に選択可能であるが、通
常100〜300nmの間のものを使用する。ITO透
明電極は透明ガラス板の上に成膜して作成するが、その
成膜方法としては、電子ビーム法、スパッタリング法、
化学反応法などが使用される。また、この透明ガラス板
としてはソーダライムガラス、無アルカリガラスなどが
用いられる。電圧をかけた時にガラスから溶出してくる
イオンが少ないという点で、無アルカリガラスが好まし
いが、SiO2などでバリアコートされたソーダライム
ガラスも使用することが出来る。ガラス基板の厚みは機
械強度を保つのに十分な厚みであればよく、0.1〜5
mm、好ましくは0.5〜3mmである。
【0018】陰極は、電子を有機電界発光層に効率よく
注入できる金属であれば特に限定されないが、一般に白
金、金、銀、銅、鉄、錫、アルミニウム、インジウム、
リチウム、ナトリウム、カリウム、カルシウム、マグネ
シウムなどがあげられる。電子注入効率を上げて素子特
性を向上させるためにはリチウム、ナトリウム、カリウ
ム、カルシウム、マグネシウム、アルミニウムなどの低
仕事関数の金属またはこれらの金属を含む合金が有効で
ある。さらに、電極保護のために白金、金、銀、銅、
鉄、錫、アルミニウム、インジウムなどの金属、および
これらの金属からなる合金、並びにシリカ、チタニアな
どの無機化合物、ポリビニルアルコール、塩化ビニル、
炭化水素高分子などを陰極表面に積層することが好まし
い。これらの電極の作製法も抵抗加熱、電子線、スパッ
タリング、イオンプレーティング、コーティングなど導
通をとることが出来る限り特に制限されるものではな
い。
【0019】本発明の有機EL素子は、相対する陽極と
陰極との間に、有機電界発光層が介在された有機EL素
子であり、有機電界発光層以外の層として、正孔輸送層
および/または電子輸送層が存在する有機EL素子をも
含む。このような多層構造を有する有機EL素子とし
て、陽極(ITO透明電極)/正孔輸送層/有機電界発
光層/陰極、陽極(ITO透明電極)/正孔輸送層/電
子輸送層/有機電界発光層/陰極を例示することができ
る。
【0020】正孔輸送層は、正孔輸送物質を単独でまた
は正孔輸送物質と高分子接着剤との混合物としたもの
を、単独でまたは積層することより形成したものであ
る。正孔輸送物質としては、N,N’−ジフェニル−
N,N’−ジ(3−メチルフェニル)−4,4’−ジフ
ェニル−1,1’−ジアミンなどのトリフェニルアミン
類、ビス(N−アリルカルバゾール)類、ピラゾリン誘
導体、スチルベン化合物、オキサジアゾール誘導体やフ
タロシアニン誘導体、ポルフィリン誘導体に代表される
複素環化合物、ポリマー系では前記単量体を側鎖に有す
るポリカーボネート、スチレン誘導体、ポリビニルカル
バゾール、ポリシランおよびポリチオフェンなどが好ま
しいが、素子作製に必要な薄膜を形成し、陽極から正孔
を注入することができ、かつ正孔を輸送することができ
る化合物であれば特に限定されるものではない。正孔輸
送層の厚みは、素子作製に用いる正孔輸送材料の抵抗値
次第で異なってくるが通常10〜1000nmの範囲で
ある。
【0021】有機電界発光層及び電子輸送層は、それら
を構成する材料として亜鉛錯体(I)を含む。
【0022】有機電界発光層は、正孔と電子を再結合さ
せ電子的に中性化させ、光としてエネルギーを外部に取
り出すという役割を有している。有機電界発光層には、
一般的性質として固体状態での蛍光が高い物質が用いら
れる。例えば、キナクリドン、クマリンの如き蛍光色素
を挙げることができる。有機EL素子の構成材料として
使用される場合には、10〜1000nm程度の膜厚で
使用される。
【0023】電子輸送層は、陰極界面から電子を受け取
り、正孔輸送層または発光層まで、エネルギーロスな
く、電子を輸送する役割を有している。電子輸送層に
は、一般的性質として、安定なラジカルアニオンを形成
し、イオン化ポテンシャルの大きい物質が用いられる。
例えば、オキサジアゾール類、アルミニウムキノリノー
ル錯体などを挙げることができる。有機EL素子の構成
材料として使用される場合には、10〜1000nm程
度の膜厚で使用される。
【0024】これらの有機電界発光層及び電子輸送層
は、それぞれ抵抗加熱蒸着、電子ビーム蒸着、スパッタ
リング、分子積層法、コーティング法などの方法で形成
され、特に限定されるものではないが、抵抗加熱蒸着、
電子ビーム蒸着で形成したものが特性面で好ましい。
【0025】電子輸送層は、上記の金属錯体を1種類の
み蒸着したものでもよいし、数種類重ねて蒸着したもの
でも、数種類を共蒸着したものであっても良い。
【0026】以下に参考例および実施例を示し、本発明
を詳細に説明するが、本発明は以下の参考例および実施
例に限定されるものではない。
【0027】参考例1 3口フラスコに2−ヒドロキシニコチン酸12.3g
(0.1mol)、アミノフェノール10.9g(0.
1mol)、ポリリン酸200gを取り、160℃で6
時間加熱攪拌した。反応終了後、室温まで冷却し、氷冷
水1000gに注ぎ、ポリリン酸を分解した。得られた
液を50%苛性ソーダ水溶液を用いて中和し、析出した
固体を濾取した。固体を乾燥した後、熱エタノールより
再結晶して目的の、2’−ヒドロキシ−3−ピリジル−
2−ベンゾオキサゾール13.03g(0.058mo
l、収率58.2%)を得た。得られた2’−ヒドロキ
シ−3−ピリジル−2−ベンゾオキサゾール3.0g
(0.013mol)をTHF20mlに溶解した。得
られた溶液を40℃に加温し、塩化亜鉛 1.0g
(0.0075mol)を加えた。混合液を2時間加熱
還流したのち、25%アンモニア水溶液 2mlを加
え、更に2時間加熱攪拌した。反応液を室温に冷却した
後、THFを留去し、残さにジメチルホルムアミドを1
0ml加えて溶解し不溶物を除去した。水5mlを加
え、析出した結晶を集め、減圧乾燥することによって目
的のジ−(2’−ヒドロキシ−3−ピリジル−2−ベン
ゾオキサゾール)亜鉛錯体2.5g(収率69.9%)
を得た。1 H−NMR(DMSO) δ 7.96(d,2H,J=1.0Hz) 7.22(d,2H,J=1.4Hz) 7.02(m,4H) 6.22−6.44(m,4H) 6.12(t,2H,J=1.0Hz) UV(nm) 210,282,385 MASS 511(M+) m.p. 224℃
【0028】参考例2 参考例1で使用したアミノフェノール10.9g(0.
1mol)に代えてアミノチオフェノール12.5g
(0.1mol)を使用した以外は、参考例1と同様に
して、2’−ヒドロキシ−3−ピリジル−2−ベンゾチ
アゾール12.5g(0.052mol、収率52.2
%)を得た。参考例1で使用した2’−ヒドロキシ−3
−ピリジル−2−ベンゾオキサゾール3.0g(0.0
13mol)に代えて、得られた2’−ヒドロキシ−3
−ピリジル−2−ベンゾチアゾール3.20gを使用し
た以外は参考例1と同様にして、ジ−(2’−ヒドロキ
シ−3−ピリジル−2−ベンゾチアゾール)亜鉛錯体
1.43g(収率42%)を得た。1 H−NMR(DMSO) δ 8.02(d,2H,J=1.0Hz) 7.32(d,2H,J=1.4Hz) 7.11(m,4H) 6.22−6.44(m,4H) 6.14 (t,2H,J=1.0Hz) UV(nm) 210,256,367 MASS 527(M+) m.p. 221℃
【0029】参考例3 参考例1で使用した2−ヒドロキシニコチン酸12.3
g(0.1mol)に代えて2−メルカプトニコチン酸
13.9g(0.1mol)を使用した以外は、参考例
1と同様にして、2’−メルカプト−3−ピリジル−2
−ベンゾオキサゾール12.6g(0.052mol、
収率52.4%)を得た。参考例1で使用した2’−ヒ
ドロキシ−3−ピリジル−2−ベンゾオキサゾール3.
0g(0.013mol)に代えて、得られた2’−メ
ルカプト−3−ピリジル−2−ベンゾオキサゾール3.
40gを使用した以外は参考例1と同様にして、ジ−
(2’−チオキシ−3−ピリジル−2−ベンゾオキサゾ
ール)亜鉛錯体2.12g(収率62%)を得た。1 H−NMR(DMSO) δ 8.12(d,2H,J=1.0Hz) 7.22(d,2H,J=1.4Hz) 7.08(m,4H) 6.33−6.44(m,4H) 6.14 (t,2H,J=1.0Hz) UV(nm) 240,287,384 MASS 527(M+) m.p. 198℃
【0030】参考例4 参考例1で使用した2−ヒドロキシニコチン酸12.3
g(0.1mol)に代えて2−メルカプトニコチン酸
13.9g(0.1mol)、アミノフェノール12.
3gに代えてアミノチオフェノール13.9g(0.1
mol)を使用した以外は、参考例1と同様にして、
2’−メルカプト−3−ピリジル−2−ベンゾチアゾー
ル15.4g(0.060mol、収率60.3%)を
得た。参考例1で使用した2’−ヒドロキシ−3−ピリ
ジル−2−ベンゾオキサゾール3.0g(0.013m
ol)に代えて、得られた2’−メルカプト−3−ピリ
ジル−2−ベンゾチアゾール3.45gを使用した以外
は参考例1と同様にして、ジ−(2’−チオキシ−3−
ピリジル−2−ベンゾチアゾール)亜鉛錯体2.01g
(収率57%)を得た。1 H−NMR(DMSO) δ 8.12(d,2H,J=1.0Hz) 7.12(d,2H,J=1.4Hz) 7.02(m,4H) 6.33−6.44(m,4H) 6.13 (t,2H,J=1.0Hz) UV(nm) 240,287,384 MASS 543(M+) m.p. 177℃
【0031】実施例 このようにして得られた亜鉛錯体(I)を用いて図1で
示される有機EL素子を作成し、その性能を評価した。
【0032】実施例1 透明ガラス板11の上に形成された酸化インジウム合金
からなる透明電極(以下、これをITO透明電極と称
す。)12上にテトラフェニレンジアミン誘導体からな
る正孔輸送層13、参考例1で得たジ−(2’−ヒドロ
キシ−3−ピリジル−2−ベンゾオキサゾール)亜鉛錯
体からなる発光層14、及びマグネシウム等の金属から
なる上部電極15の各々を順次形成し、図1に示す有機
EL素子を製造した。これらの正孔輸送層13、発光層
14、及び上部金属電極15は、真空蒸着法によって形
成した。なお、正孔輸送層13と発光層14とは10-6
Torr程度の高真空下で真空状態を破ることなく、連続蒸
着によって形成した。真空蒸着によって、正孔輸送層、
発光層、上部金属電極をそれぞれ50nm、50nm、
20nm蒸着した。図1に示す有機EL素子のITO透
明電極12を陽極とし、かつ、上部電極15を陰極とし
て、電源から直流またはパルス電圧7.5Vを印加した
ところ460nmの発光を観測した。
【0033】実施例2 実施例1で用いたジ−(2’−ヒドロキシ−3−ピリジ
ル−2−ベンゾオキサゾール)亜鉛錯体からなる発光層
の代わりに、参考例2で得たジ−(2’−ヒドロキシ−
3−ピリジル−2−ベンゾチアゾール)亜鉛錯体からな
る発光層を用いる以外は実施例1と同様にして作成した
有機EL素子を評価した。図1に示す有機EL素子のI
TO透明電極12を陽極とし、かつ、上部電極15を陰
極として、電源から直流またはパルス電圧7.5Vを印
加したところ480nmの発光を観測した。
【0034】実施例3 実施例1で用いたジ−(2’−ヒドロキシ−3−ピリジ
ル−2−ベンゾオキサゾール)亜鉛錯体からなる発光層
の代わりに、参考例3で得たジ−(2’−チオキシ−3
−ピリジル−2−ベンゾオキサゾール)亜鉛錯体からな
る発光層を用いる以外は実施例1と同様にして作成した
有機EL素子を評価した。図1に示すEL素子のITO
透明電極12を陽極とし、かつ、上部電極15を陰極と
して、電源から直流またはパルス電圧7.5Vを印加し
たところ478nmの発光を観測した。
【0035】実施例4 実施例1で用いたジ−(2’−ヒドロキシ−3−ピリジ
ル−2−ベンゾオキサゾール)亜鉛錯体からなる発光層
の代わりに、参考例4で得たジ−(2’−チオキシ−3
−ピリジル−2−ベンゾチアゾール)亜鉛錯体からなる
発光層を用いる以外は実施例1と同様にして作成した有
機EL素子を評価した。図1に示すEL素子のITO透
明電極12を陽極とし、かつ、上部電極15を陰極とし
て、電源から直流またはパルス電圧7.5Vを印加した
ところ496nmの発光を観測した。
【0036】
【発明の効果】相対する陽極と陰極との間に、有機電界
発光層が介在された有機EL素子において、前記有機電
界発光層を構成する材料として一般式(I)で示される
ベンゾオキサゾール類またはベンゾチアゾール類を配位
子とする亜鉛錯体が含まれる有機EL素子を見出したこ
とにより、 低電圧で駆動可能な有機EL素子を提供す
ることができた。
【0037】
【図面の簡単な説明】
【図1】有機EL素子の構成および有機EL素子のIT
O透明電極12を陽極とし、上部電極15を陰極とする
接続を示す。
【符号の説明】
11 透明ガラス板 12 ITO透明電極 13 正孔輸送層 14 本発明の亜鉛錯体からなる発光層 15 上部電極

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 相対する陽極と陰極との間に、有機電界
    発光層が介在された有機電界発光素子において、前記有
    機電界発光層を構成する材料として下記一般式(I) 【化1】 (式中、AおよびBはそれぞれ酸素原子または硫黄原子
    をあらわし、R1、R2、R3、R4、R5、R6およびR7
    はそれぞれ水素原子、ハロゲン原子、置換基を有してい
    てもよいアルキル基、アラルキル基、アルケニル基、ア
    リル基、アルコキシル基、芳香族炭化水素基もしくは芳
    香族複素環基を表すか、またはそれぞれ互いに隣接する
    ものが一緒になって脂環式化合物、芳香族炭化水素化合
    物もしくは複素環式化合物の環構造の一部を形成してい
    てもよい。)で示されるベンゾオキサゾール類またはベ
    ンゾチアゾール類を配位子とする亜鉛錯体が含まれるこ
    とを特徴とする有機電界発光素子。
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