JP2000268962A - 有機el素子 - Google Patents

有機el素子

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JP2000268962A
JP2000268962A JP11073983A JP7398399A JP2000268962A JP 2000268962 A JP2000268962 A JP 2000268962A JP 11073983 A JP11073983 A JP 11073983A JP 7398399 A JP7398399 A JP 7398399A JP 2000268962 A JP2000268962 A JP 2000268962A
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Hisamitsu Takahashi
尚光 高橋
Yasuhiro Iiizumi
安広 飯泉
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 高輝度、高効率、更には長期にわたって良好
な発光特性を持続した青色発光を得る。 【解決手段】 少なくとも一方が透明な一対の電極間に
有機化合物からなる有機層が積層された有機EL素子に
おいて、下記化学式(化1)で示される化合物を有機層
に含有する。 【化1】 (式中、R1 〜R22はそれぞれ独立に、水素原子、ハロ
ゲン原子、水酸基、メルカプト基、シアノ基、アミノ
基、ニトロ基、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コキシ基、置換もしくは無置換の
アルキルチオ基、置換もしくは無置換のN−モノアルキ
ルアミノ基、置換もしくは無置換のN,N−ジアルキル
アミノ基、置換もしくは無置換のアリール基、置換もし
くは無置換のアリールオキシ基、置換もしくは無置換の
アリールチオ基、置換もしくは無置換の複素環基を示
す。さらに隣接した置換基同士で結合して置換もしくは
無置換の芳香族環または置換もしくは無置換の複素環を
形成してもよい。)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、少なくとも一方が
透明である一対の電極間に有機化合物からなる有機層が
積層された有機エレクトロルミネッセンス素子(以下、
有機EL素子という)に関する。
【0002】
【従来の技術】有機EL素子は、蛍光性有機化合物を含
む薄膜を陰極と陽極の間に挟んだ構造を有し、前記薄膜
に電子およびホール(正孔)を注入して再結合させるこ
とにより励起子(エキシトン)を生成させ、この励起子
が失活する際の光の放出(蛍光・燐光)を利用して表示
を行う表示素子である。
【0003】図5は前記有機EL素子の基本構成を示す
図である。この有機EL素子21は、基板22上の陽極
(アノード)23にITO(Indium Tin Oxide)を使用
し、ホール輸送層24に下記化学式(化2)の構造式で
示すDiamine を使用し、有機発光層25に下記化学式
(化3)の構造式で示すトリス(8−キノリノラト)ア
ルミニウム(III) (Alq3 )を使用し、陰極(カソー
ド)26にマグネシウムと銀の合金を使用している。有
機の各層の厚みは50nm程度である。各層の成膜は真
空蒸着で行っている。この有機EL素子21に直流10
Vを加えると1000cd/m2 程度の緑色の発光が得
られる。この発光はITOの陽極23側から取り出す。
【0004】
【化2】
【0005】
【化3】
【0006】また、1989年のアプライドフィジクス
レタースでは、発光層であるAlq 3 にクマリンやDC
Mを数mol%ドープすることでドーパントからの発光
が得られ、多色化と同時に高効率化を可能にした。その
後、国内の研究機関からキナクリドンやルブレン等のド
ーパント材料が報告されている。
【0007】ところで、有機EL素子を青色に発光させ
るためのドーパント材料としては、下記化学式(化4)
の構造式で示すペリレンがE.Kodakより報告さ
れ、また、下記化学式(化5)の構造式で示すBCzV
Biが出光興産より報告されている。
【0008】
【化4】
【0009】
【化5】
【0010】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これま
でに報告されている青色ドーパント材料の発光効率は高
いが、上述したペリレンのELスペクトルのピーク波長
は455nm,485nmを示し、また、BCzVBi
のELスペクトルのピーク波長は478nmを示してお
り、青色発光する有機EL素子としては、まだ改善すべ
き点がある。
【0011】そこで、本発明は、上記問題点に鑑みてな
されたものであり、前記化学式(化1)の有機化合物を
発光層やドーパントに用いることにより青色発光が得ら
れ、また、上記有機化合物をホール輸送層として機能さ
せることができ、高輝度、高効率、更には長期にわたっ
て良好な発光特性を持続することができる有機EL素子
を提供することを目的としている。
【0012】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項1の発明は、少なくとも一方が透明である一
対の電極間に有機化合物からなる有機層が積層された有
機EL素子において、前記化学式(化1)で示される化
合物を前記有機層に含有することを特徴とする。
【0013】請求項2の発明は、請求項1の有機EL素
子において、前記一対の電極のうちの陰極と前記有機層
の発光層との間に有機化合物からなる電子輸送層が配さ
れたことを特徴とする。
【0014】請求項3の発明は、少なくとも一方が透明
である一対の電極間に有機化合物からなるホール注入
層、ホール輸送層、発光層が積層された有機EL素子に
おいて、前記化学式(化1)で示される化合物を前記ホ
ール輸送層に含有することを特徴とする。
【0015】
【発明の実施の形態】図1は本発明による有機EL素子
の構造を示す図である。
【0016】図1に示すように、有機EL素子1A
(1)は、絶縁性および透光性を有するガラス等の基板
2の上に陽極(アノード)3としてのITOが成膜され
ている。陽極3の上には有機層4が成膜されている。
【0017】有機層4は、陽極3の上に成膜されるホー
ル注入層4a、ホール注入層4aの上に成膜されるホー
ル輸送層4b、ホール輸送層4bの上に成膜される発光
層4c、発光層4cの上に成膜される電子輸送層4dか
ら構成される。
【0018】ホール注入層4aは、下記化学式(化6)
の構造式で示すCuPc(銅フタロシアニン)からな
り、陽極3の上に成膜される。
【0019】
【化6】
【0020】ホール輸送層4bは、下記化学式(化7)
の構造式で示すα−NPD(N,N’−ビス−(1−ナ
フチル)−N,N’−ジフェニルベンジジン)からな
り、ホール注入層4aの上に成膜される。
【0021】
【化7】
【0022】発光層4cは、前記化学式(化1)の構造
式で示す化合物(ホスト材料)からなり、ホール注入層
4bの上に成膜される。
【0023】なお、前記化1のR1 〜R22は、それぞれ
独立に、水素原子、ハロゲン原子、水酸基、メルカプト
基、シアノ基、アミノ基、ニトロ基、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コキシ基、
置換もしくは無置換のアルキルチオ基、置換もしくは無
置換のN−モノアルキルアミノ基、置換もしくは無置換
のN,N−ジアルキルアミノ基、置換もしくは無置換の
アリール基、置換もしくは無置換のアリールオキシ基、
置換もしくは無置換のアリールチオ基、置換もしくは無
置換の複素環基を示す。ただし、さらに隣接した置換基
同士で結合して置換もしくは無置換の芳香族環または置
換もしくは無置換の複素環を形成してもよい。
【0024】電子輸送層4dは、前記化学式(化3)の
構造式で示すAlq3 からなり、発光層4cの上に成膜
される。この電子輸送層4dを構成するAlq3 は、フ
ォトルミネッセンスのピーク波長が523nmにある。
【0025】有機層4(電子輸送層4d)の上には、電
子注入層5としてのLiFが成膜されている。電子注入
層5の上には、陰極(カソード)6としての金属薄膜か
らなるAlが成膜されている。
【0026】次に、図2は本発明による有機EL素子の
他の構成を示す図である。なお、図2において図1と同
一の構成要素には同一番号を付し、その説明を省略して
いる。
【0027】図2に示す有機EL素子1B(1)は、有
機層4の積層構造が異なる他は図1の有機EL素子1A
と同一である。すなわち、有機EL素子1Bの有機層4
は、陽極3の上に成膜されるCuPcからなるホール注
入層4a、α−NPDに前記化学式(化1)の化合物が
添加されてホール注入層4aの上に成膜される発光層4
c、発光層4cの上に成膜される下記化学式(化8)の
構造式で示すAl2 O(OXZ)4 からなるホールブロ
ッキング層4e、ホールブロッキング層4dの上に成膜
されるAlq3 からなる電子輸送層4dによって構成さ
れる。
【0028】
【化8】
【0029】次に、図3は本発明による有機EL素子の
他の構成を示す図である。なお、図3において図1と同
一の構成要素には同一番号を付し、その説明を省略して
いる。
【0030】図3に示す有機EL素子1C(1)は、有
機層4の積層構造が異なる他は図1の有機EL素子1A
と同一である。すなわち、有機EL素子1Cの有機層4
は、陽極3の上に成膜されるCuPcからなるホール注
入層4a、ホール注入層4aの上に成膜される前記化学
式(化1)の化合物からなるホール輸送層4b、ホール
輸送層4bの上に成膜されるAlq3 からなる電子輸送
層4dによって構成される。
【0031】次に、前記化学式(化1)の具体的な化合
物の構造式(化9〜化38)を示す。また、これら化合
物を代表して、化合物(化9、化14、化22)の合成
方法について説明する。
【0032】
【化9】
【0033】前記化9を合成する場合には、フラスコに
インジゴ(東京化成製)をジメチルスルホキシド(DM
SO)と共に入れ、攪拌溶解する。続いて、この溶液に
ナトリウムメトキシド(NaOMe)を加え、室温で3
0分間攪拌する。次に、この混合溶液に塩化ベンジルを
加えて80℃で1時間混合攪拌する。反応終了後、溶液
を氷水の中に投入する。この水溶液中から反応生成物を
トルエンで抽出する。さらに、エバポレーターによりト
ルエンを除去、真空乾燥して固形物を得る。この固形物
をトルエンで再溶解し、シリカゲルカラムクロマトグラ
フィーで分離・精製して目的の化合物(化9)が得られ
る。
【0034】このようにして得られる化合物(化9)の
フォトルミネッセンスを図4に示す。この図4に示すよ
うに、上記化合物(化9)は、クロロホルム溶液中での
蛍光スペクトルのピーク波長が418nmの青色の発光
を示した。
【0035】
【化10】
【0036】
【化11】
【0037】
【化12】
【0038】
【化13】
【0039】
【化14】
【0040】前記化14を合成する場合には、フラスコ
にインジゴ(東京化成製)をジメチルスルホキシド(D
MSO)と共に入れ、攪拌溶解する。続いて、この溶液
にナトリウムメトキシド(NaOMe)を加え、室温で
30分間攪拌する。次に、この混合溶液に1−(クロロ
メチル)ナフタレンを加えて80℃で1時間混合攪拌す
る。反応終了後、溶液を氷水の中に投入する。この水溶
液中から反応生成物をトルエンで抽出する。さらに、エ
バポレーターによりトルエンを除去、真空乾燥して固形
物を得る。この固形物をトルエンで再溶解し、シリカゲ
ルカラムクロマトグラフィーで分離・精製して目的の化
合物(化14)が得られる。上記合成方法によって得ら
れる化合物(化14)は、418nmにピークのある青
色の蛍光を示した。
【0041】
【化15】
【0042】
【化16】
【0043】
【化17】
【0044】
【化18】
【0045】
【化19】
【0046】
【化20】
【0047】
【化21】
【0048】
【化22】
【0049】前記化22を合成する場合には、フラスコ
にインジゴ(東京化成製)をジメチルスルホキシド(D
MSO)と共に入れ、攪拌溶解する。続いて、この溶液
にナトリウムメトキシド(NaOMe)を加え、室温で
30分間攪拌する。次に、この混合溶液に9−(クロロ
メチル)アントラセンを加えて80℃で1時間混合攪拌
する。反応終了後、溶液を氷水の中に投入する。この水
溶液中から反応生成物をトルエンで抽出する。さらに、
エバポレーターによりトルエンを除去、真空乾燥して固
形物を得る。この固形物をトルエンで再溶解し、シリカ
ゲルカラムクロマトグラフィーで分離・精製して目的の
化合物(化22)が得られる。上記合成方法によって得
られる化合物(化22)は、420nmにピークのある
青色の蛍光を示した。
【0050】
【化23】
【0051】
【化24】
【0052】
【化25】
【0053】
【化26】
【0054】
【化27】
【0055】
【化28】
【0056】
【化29】
【0057】
【化30】
【0058】
【化31】
【0059】
【化32】
【0060】
【化33】
【0061】
【化34】
【0062】
【化35】
【0063】
【化36】
【0064】
【化37】
【0065】
【化38】
【0066】なお、化合物(化9、化14、化22)以
外の化合物についても、同様にインジゴと対応するクロ
ロメチル化合物と反応させることで得ることができる。
【0067】
【実施例】(実施例1)…化合物(化9)を発光層に使
用した有機EL素子 ガラスからなる基板2の上にITOをストライプ状にパ
ターン形成(パターン幅2mm)して陽極3を形成し、
このITO付き基板2をアセトン等で湿式洗浄して乾燥
する。その後、ITO付き基板2を蒸着装置にセット
し、チャンバー内を10-5torrの真空にする。続い
て、ITO付き基板2の陽極3の上にマスクを介して1
0mm2 角に20nmの膜厚でCuPcを蒸着してホー
ル注入層4aとする。さらにホール注入層4aの上に6
0nmの膜厚でα−NPDを蒸着してホール輸送層4b
とする。そして、ホール輸送層4bの上に化合物(化
9)を40nmの膜厚で蒸着して発光層4cとする。そ
の後、マスクを介して0.5nmの膜厚でストライプ状
(パターン幅2mm)にLiFを蒸着して電子注入層5
とし、電子注入層5の上にAlを膜厚120nmで蒸着
して陰極6とする。
【0068】そして、上記のようにして完成された素子
の陽極3側にプラス、陰極6側にマイナスの直流電圧を
印加したところ、この素子のAlq3 から450nmに
ピークを持つ青色のELスペクトルが得られた。また、
駆動寿命も改善された。
【0069】(実施例2)…化合物(化9)をドーパン
トに使用した有機EL素子 ガラスからなる基板2の上にITOをストライプ状にパ
ターン形成(パターン幅2mm)して陽極3を形成し、
このITO付き基板2をアセトン等で湿式洗浄して乾燥
する。その後、ITO付き基板2を蒸着装置にセット
し、チャンバー内を10-5torrの真空にする。続い
て、ITO付き基板2の陽極3の上にマスクを介して1
0mm2 角に20nmの膜厚でCuPcを蒸着してホー
ル注入層4aとする。そして、ホール注入層4aの上に
化合物(化9)とα−NPDを共蒸着する。
【0070】このとき、化合物(化9)はα−NPDに
対して0.5mol%とする。そして、全体の膜厚が4
0nmからなる発光層4cとした。また、発光層4cの
上にAl2 O(OXZ)4 を膜厚1nmで蒸着してホー
ルブロッキング層4eとし、さらにホールブロッキング
層4eの上にAlq3 を膜厚20nmで蒸着して電子輸
送層4dとする。その後、マスクを介して0.5nmの
膜厚でストライプ状(パターン幅2mm)にLiFを蒸
着して電子注入層5とし、電子注入層5の上にAlを膜
厚120nmで蒸着して陰極6とする。
【0071】そして、上記のようにして完成された素子
の陽極3側にプラス、陰極6側にマイナスの直流電圧を
印加したところ、この素子から青色のELスペクトルが
得られた。また、駆動寿命も改善された。
【0072】(実施例3)…化合物(化14)を発光層
に使用した有機EL素子 ガラスからなる基板2の上にITOをストライプ状にパ
ターン形成(パターン幅2mm)して陽極3を形成し、
このITO付き基板2をアセトン等で湿式洗浄して乾燥
する。その後、ITO付き基板2を蒸着装置にセット
し、チャンバー内を10-5torrの真空にする。続い
て、ITO付き基板2の陽極3の上にマスクを介して1
0mm2 角に20nmの膜厚でCuPcを蒸着してホー
ル注入層4aとする。さらにホール注入層4aの上に6
0nmの膜厚でα−NPDを蒸着してホール輸送層4b
とする。そして、ホール輸送層4bの上に化合物(化1
4)を40nmの膜厚で蒸着して発光層4cとする。ま
た、発光層4cの上にAlq 3 を膜厚20nmで蒸着し
て電子輸送層4dとする。その後、マスクを介して0.
5nmの膜厚でストライプ状(パターン幅2mm)にL
iFを蒸着して電子注入層5とし、電子注入層5の上に
Alを膜厚120nmで蒸着して陰極6とする。
【0073】そして、上記のようにして完成された素子
の陽極3側にプラス、陰極6側にマイナスの直流電圧を
印加したところ、この素子から450nmにピークを持
つ青色のELスペクトルが得られた。また、駆動寿命も
改善された。
【0074】(実施例4)…化合物(化14)をホール
輸送層に使用した有機EL素子 ガラスからなる基板2の上にITOをストライプ状にパ
ターン形成(パターン幅2mm)して陽極3を形成し、
このITO付き基板2をアセトン等で湿式洗浄して乾燥
する。その後、ITO付き基板2を蒸着装置にセット
し、チャンバー内を10-5torrの真空にする。続い
て、ITO付き基板2の陽極3の上にマスクを介して1
0mm2 角に20nmの膜厚でCuPcを蒸着してホー
ル注入層4aとする。さらにホール注入層4aの上に化
合物(化14)を40nmの膜厚で蒸着してホール輸送
層4bとする。そして、ホール輸送層4bの上にAlq
3 を50nmの膜厚で蒸着して発光層4cとする。その
後、マスクを介して0.5nmの膜厚でストライプ状
(パターン幅2mm)にLiFを蒸着して電子注入層5
とし、電子注入層5の上にAlを膜厚120nmで蒸着
して陰極6とする。
【0075】そして、上記のようにして完成された素子
の陽極3側にプラス、陰極6側にマイナスの直流電圧を
印加したところ、この素子のAlq3 から520nmに
ピークを持つ青色のELスペクトルが得られた。また、
駆動寿命も改善された。
【0076】(実施例5)…化合物(化28)をホール
輸送層に使用した有機EL素子 ガラスからなる基板2の上にITOをストライプ状にパ
ターン形成(パターン幅2mm)して陽極3を形成し、
このITO付き基板2をアセトン等で湿式洗浄して乾燥
する。その後、ITO付き基板2を蒸着装置にセット
し、チャンバー内を10-5torrの真空にする。続い
て、ITO付き基板2の陽極3の上にマスクを介して1
0mm2 角に20nmの膜厚でCuPcを蒸着してホー
ル注入層4aとする。さらにホール注入層4aの上に化
合物(化28)を40nmの膜厚で蒸着してホール輸送
層4bとする。そして、ホール輸送層4bの上にAlq
3 を50nmの膜厚で蒸着して発光層4cとする。その
後、マスクを介して0.5nmの膜厚でストライプ状
(パターン幅2mm)にLiFを蒸着して電子注入層5
とし、電子注入層5の上にAlを膜厚120nmで蒸着
して陰極6とする。
【0077】そして、上記のようにして完成された素子
の陽極3側にプラス、陰極6側にマイナスの直流電圧を
印加したところ、この素子のAlq3 から520nmに
ピークを持つ青色のELスペクトルが得られた。また、
駆動寿命も改善された。
【0078】このように、本例の有機EL素子によれ
ば、前記化合物(化1)の具体的構造を示す化合物(化
9〜化38)を発光層や発光層のドーパントとして用い
た場合に、青色発光が得られた。
【0079】上記化合物(化9〜化38)は、蛍光の量
子収率が高いため、高輝度、高効率、また長期にわたっ
て良好な発光特性を持続する有機EL素子の作製が可能
となった。
【0080】上記化合物(化9〜化38)はホール輸送
層として機能し、化合物(化9〜化38)によりホール
輸送層を形成することにより、高輝度、高効率、また長
期にわたって良好な発光特性を持続する有機EL素子の
作製が可能となった。
【0081】
【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明の
有機EL素子によれば、青色発光が得られ、高輝度、高
効率、また長期にわたって良好な発光特性を持続する有
機EL素子の作製が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による有機EL素子の構造を示す図
【図2】本発明による有機EL素子の他の構造を示す図
【図3】本発明による有機EL素子の他の構造を示す図
【図4】発光材料として使用される化合物(化7)のフ
ォトルミネッセンスを示す図
【図5】従来の有機EL素子の構造を示す図
【符号の説明】
1…有機EL素子、2…基板、3…陽極、4…有機層、
4a…ホール注入層、4b…ホール輸送層、4c…発光
層、4d…電子輸送層、4e…ホールブロッキング層、
5…電子注入層、6…陰極。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 少なくとも一方が透明である一対の電極
    間に有機化合物からなる有機層が積層された有機EL素
    子において、 下記化学式(化1)で示される化合物を前記有機層に含
    有することを特徴とする有機EL素子。 【化1】 (式中、R1 〜R22はそれぞれ独立に、水素原子、ハロ
    ゲン原子、水酸基、メルカプト基、シアノ基、アミノ
    基、ニトロ基、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コキシ基、置換もしくは無置換の
    アルキルチオ基、置換もしくは無置換のN−モノアルキ
    ルアミノ基、置換もしくは無置換のN,N−ジアルキル
    アミノ基、置換もしくは無置換のアリール基、置換もし
    くは無置換のアリールオキシ基、置換もしくは無置換の
    アリールチオ基、置換もしくは無置換の複素環基を示
    す。さらに隣接した置換基同士で結合して置換もしくは
    無置換の芳香族環または置換もしくは無置換の複素環を
    形成してもよい。)
  2. 【請求項2】 前記一対の電極のうちの陰極と前記有機
    層の発光層との間に有機化合物からなる電子輸送層が配
    されたことを特徴とする有機EL素子。
  3. 【請求項3】 少なくとも一方が透明である一対の電極
    間に有機化合物からなるホール注入層、ホール輸送層、
    発光層が積層された有機EL素子において、 前記化学式(化1)で示される化合物を前記ホール輸送
    層に含有することを特徴とする有機EL素子。
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