JP2009155321A - キノキサリン誘導体、およびキノキサリン誘導体を用いた発光素子、発光装置、電子機器 - Google Patents

キノキサリン誘導体、およびキノキサリン誘導体を用いた発光素子、発光装置、電子機器 Download PDF

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Abstract

【課題】新規なバイポーラ性の有機化合物、また、キャリアバランスに優れた発光素子、また、駆動電圧が低く、消費電力の小さい発光素子および発光装置、また、消費電力の小さい電子機器を提供する。
【解決手段】一般式(G1)で表されるキノキサリン誘導体。
Figure 2009155321

(式中、α、αは、それぞれ独立に環を形成する炭素が13以下のアリーレン基を表し、Arは、環を形成する炭素数が13以下のアリール基を表し、R、Rは、それぞれ独立に水素原子、炭素数1〜6のアルキル基、環を形成する炭素が13以下のアリール基のいずれかを表し、R〜R、R〜R10は、それぞれ独立に水素原子、または炭素数1〜6のアルキル基、置換若しくは無置換のフェニル基または置換若しくは無置換のビフェニル基のいずれかを表す。)
【選択図】なし

Description

本発明は、キノキサリン誘導体、およびキノキサリン誘導体を用いた発光素子、発光装置、電子機器に関する。
有機化合物は無機化合物に比べて、材料が多様であり、分子設計により様々な機能を有する材料を合成できる可能性がある。これらの利点から、近年、機能性有機材料を用いたフォトエレクトロニクスやエレクトロニクスに注目が集まっている。
例えば、有機化合物を機能性有機材料として用いたエレクトロニクスデバイスの例として、太陽電池や発光素子、有機トランジスタ等が挙げられる。これらは有機化合物の電気物性および光物性を利用したデバイスであり、特に発光素子はめざましい発展を見せている。
発光素子の発光機構は、一対の電極間に発光層を挟んで電圧を印加することにより、陰極から注入された電子および陽極から注入された正孔が発光層の発光中心で再結合して分子励起子を形成し、その分子励起子が基底状態に戻る際にエネルギーを放出して発光するといわれている。励起状態には一重項励起と三重項励起が知られ、発光はどちらの励起状態を経ても可能であると考えられている。
このような発光素子に関しては、その素子特性を向上させる上で、材料に依存した問題が多く、これらを克服するために素子構造の改良や材料開発等が行われている。
発光素子の最も基本的な構造としては、正孔輸送性の有機化合物からなる正孔輸送層と、電子輸送性の有機化合物からなる電子輸送性発光層を積層させた合計約100nm程度の薄膜を電極で挟んだ構造が知られている(例えば、非特許文献1参照)。
非特許文献1に記載されている発光素子に電圧を印加すると、発光性および電子輸送性を有する有機化合物からの発光を得ることができる。
また、非特許文献1に記載されている発光素子は、正孔の輸送は正孔輸送層が行い、電子の輸送および発光は電子輸送層が行うという、機能分離が行われている。しかし、積層した層の界面では、様々な相互作用(例えば、エキサイプレックスの形成等)が生じ、その結果、発光スペクトルの変化や発光効率の低下が生じる場合がある。
界面での相互作用に起因した発光スペクトルの変化や発光効率の低下を改善するため、さらに機能分離した発光素子が考えられた。例えば、正孔輸送層と電子輸送層との間に発光層を挟む構造の発光素子が提案されている(例えば、非特許文献2参照)。
非特許文献2に記載されているような発光素子において、界面で生じる相互作用をさらに抑制するには、電子輸送性および正孔輸送性の両方を有するバイポーラ性の有機化合物を用いて発光層を形成することが好ましい。
しかしながら、有機化合物の多くは正孔輸送性または電子輸送性に偏ったモノポーラ性の材料である。
したがって、電子輸送性および正孔輸送性の両方を有するバイポーラ性の有機化合物の開発が求められている。
特許文献1では、バイポーラ性のキノキサリン誘導体について記載されている。しかしながら、特性は未だ十分ではなく、より多様なバイポーラ性の有機化合物の開発が求められている。
C.W.タン、外1名、アプライド フィジクス レターズ、vol.51、No.12、913−915(1987) チハヤ アダチ、外3名、ジャパニーズ ジャーナル オブ アプライド フィジクス、vol.27、No.2、L269−L271(1988) 国際公開第2004/094389号パンフレット
上記問題を鑑み、本発明は、新規なバイポーラ性の有機化合物を提供することを目的とする。
また、本発明のバイポーラ性の有機化合物を用いることで、キャリアバランスに優れた発光素子を提供することを目的とする。また、本発明のバイポーラ性の有機化合物を用いることで、色純度の良好な発光素子を提供する事を目的とする。また、本発明のバイポーラ性の有機化合物を用いることで、駆動電圧が低く、消費電力の小さい発光素子および発光装置を提供することを目的とする。
また、本発明のバイポーラ性の有機化合物を用いることで、消費電力の小さい電子機器を提供することを目的とする。また、本発明のバイポーラ性の有機化合物を用いることで、表示品質の良好な電子機器を提供する事を目的とする。
本発明者らは、鋭意研究を続けた結果、電子とホールの両方の輸送性を有するバイポーラ性の有機化合物として、下記一般式(G1)で表されるキノキサリン誘導体を合成することができた。
Figure 2009155321
(式中、α、αは、それぞれ独立に環を形成する炭素が13以下のアリーレン基を表し、Arは、環を形成する炭素数が13以下のアリール基を表し、R、Rは、それぞれ独立に水素原子、炭素数1〜6のアルキル基、環を形成する炭素が13以下のアリール基のいずれかを表し、R〜R、R〜R10は、それぞれ独立に水素原子、または炭素数1〜6のアルキル基、置換若しくは無置換のフェニル基または置換若しくは無置換のビフェニル基のいずれかを表す。)
また、本発明のキノキサリン誘導体は上記一般式(G1)におけるα、αが、それぞれ独立に下記一般式(2−1)〜(2−7)のいずれか一であるキノキサリン誘導体である。
Figure 2009155321
(式中、R11〜R15、R21〜R36はそれぞれ独立に水素原子、炭素数1〜6のアルキル基、フェニル基のいずれか一を表し、R37、R38はそれぞれ独立に水素原子又は炭素数1〜6のアルキル基を表す。)
また、本発明のキノキサリン誘導体は上記一般式(G1)におけるArが下記一般式(3−1)〜(3−7)のいずれか一であるキノキサリン誘導体である。
Figure 2009155321
(式中、R41〜R45、R51〜R68、R71〜R79はそれぞれ独立に水素原子、炭素数1〜6のアルキル基、フェニル基、またはビフェニル基のいずれかを表す。なお、R72及びR73は互いに結合し、環を形成していても良い。)
また、本発明のキノキサリン誘導体は上記一般式(G1)中におけるR、Rがそれぞれ独立に下記構造式(4−1)〜(4−6)、下記一般式(4−7)〜(4−12)のいずれか一であるキノキサリン誘導体である。
Figure 2009155321
(式中、R41〜R45、R51〜R68、R71〜R79はそれぞれ独立に水素原子、炭素数1〜6のアルキル基、フェニル基またはビフェニル基のいずれかを表す。なお、R72及びR73は互いに結合し、環を形成していても良い。)
また、本発明のキノキサリン誘導体は、上記一般式(G1)中におけるR〜R、R〜R10がそれぞれ独立に、下記構造式(5−1)〜(5−6)、下記一般式(5−7)〜(5−10)のいずれか一であるキノキサリン誘導体である。
Figure 2009155321
(式中、R41〜R45、R51〜R68、R71〜R79はそれぞれ独立に水素原子、炭素数1〜6のアルキル基、フェニル基またはビフェニル基のいずれかを表す。)
また、本発明のキノキサリン誘導体は下記構造式(1)で表されるキノキサリン誘導体である。
Figure 2009155321
上記構成を有する本発明のキノキサリン誘導体は、バイポーラ性を有する有機化合物である。また、当該キノキサリン誘導体を発光素子に適用することによって、駆動電圧の低い発光素子を作製することができる。また、発光色の色純度が良好な発光素子を得ることができる。
また、本発明の一は、上記キノキサリン誘導体を用いた発光素子である。具体的には、一対の電極間に上述したキノキサリン誘導体を有することを特徴とする発光素子である。
また、本発明の一は、一対の電極間に発光層を有し、発光層は上述したキノキサリン誘導体を有することを特徴とする発光素子である。
また、本発明の一は、一対の電極間に発光層を有し、発光層は上述したキノキサリン誘導体と蛍光発光性物質を有することを特徴とする発光素子である。
また、本発明の一は、一対の電極間に発光層を有し、発光層は上述したキノキサリン誘導体と燐光発光性物質を有することを特徴とする発光素子である。
上述のキノキサリン誘導体を含む発光素子は、当該キノキサリン誘導体がバイポーラ性を有するため、駆動電圧の低い発光素子とすることができる。また、当該キノキサリン誘導体がバイポーラ性を有することから、当該キノキサリン誘導体を発光層内に含む発光素子は、発光層内の発光性物質を効率良く発光させることができる。また、当該キノキサリン誘導体を発光層に含む発光素子は発光層内のキャリアバランスが良いこと、また、発光領域の偏りを抑制することができることから、発光層以外の層が発光することを抑制することができるため、色純度の良い発光を発する発光素子とすることができる。
本発明の発光装置は、一対の電極間に発光物質を含む層を有する発光素子と、発光素子の発光を制御する制御手段とを有し、当該発光素子が上記キノキサリン誘導体を含むことを特徴とする。なお、本明細書中における発光装置とは、発光素子を用いた画像表示デバイスもしくは発光デバイスを含む。また、本発明の発光装置には、発光素子が形成された基板にコネクター、例えば異方導電性フィルムやTCP(Tape Carrier Package)等のTAB(Tape Automated Bonding)テープが接続されたモジュールや、さらにその先にプリント配線板が設けられたモジュールも含み、また、発光素子が形成された基板にCOG(Chip On Glass)方式によりIC(集積回路)が直接実装されたモジュールも含むものとする。さらに、照明器具等に用いられる発光装置も含むものとする。
また、本発明の電子機器は、表示部を有し、表示部は、上述した発光素子と発光素子の発光を制御する制御手段とを備えたことを特徴とする。このような電子機器は、消費電力を低減することができ、且つ表示品質の良好な電子機器とすることができる。
本発明のキノキサリン誘導体は、バイポーラ性であり、電子輸送性および正孔輸送性の双方に優れている。また、本発明のキノキサリン誘導体は、電子による還元及び酸化に対して安定である。
上述のキノキサリン誘導体を用いた発光素子は、当該キノキサリン誘導体がバイポーラ性を有しているため、駆動電圧が低く、消費電力の小さい発光素子である。また、発光の色純度の良好な発光素子である。
また、本発明のキノキサリン誘導体を用いることで、消費電力の小さい表示装置及び電子機器を得ることができる。
以下では、本発明の実施の態様について図面を用いて詳細に説明する。ただし、本発明は以下の説明に限定されず、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し得ることは、当業者であれば容易に理解される。したがって、本発明は以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。
(実施の形態1)
本発明のキノキサリン誘導体について以下に説明する。本発明のキノキサリン誘導体は、下記一般式(G1)で表されるキノキサリン誘導体である。
Figure 2009155321
式中、α、αは、それぞれ独立に環を形成する炭素数が13以下のアリーレン基、例えば、ベンゼン、ナフタレン、フルオレン、ビフェニル等から誘導される2価の基を表す。これらの基は置換基を有していても有していなくとも良く、置換基を有する場合は炭素数1乃至6のアルキル基、フェニル基等を挙げることができる。
また、式中、Arは、環を形成する炭素数が13以下のアリール基を表し、具体的にはフェニル基、ビフェニル基、ナフチル基、フルオレニル基等を挙げることができる。これらの基は置換基を有していても良く、これらが置換基を有する場合には炭素数1乃至6のアルキル基、フェニル基、ビフェニル基等を有する。これら置換基は置換基同士若しくはArと結合することによって環を形成していても良い。
式中、R、Rは、それぞれ独立に水素原子、炭素数1〜6のアルキル基、フェニル基、ビフェニル基、ナフチル基、フルオレニル基のいずれかを表し、炭素数1〜6のアルキル基は環を形成していても良い。また、R、Rは置換基を有していても良く、その場合、当該置換基としては炭素数1〜6のアルキル基、フェニル基またはビフェニル基を挙げることができる。R、Rが置換基を有する場合、Rが有する置換基は置換基同士もしくはRと結合することによって環を形成しても良く、また、Rが有する置換基は置換基同士もしくはRと結合することによって環を形成していても良い。
また、式中、R〜R、R〜R10は、それぞれ独立に水素原子、または炭素数1〜6のアルキル基、フェニル基またはビフェニル基のいずれかを表し、炭素数1〜6のアルキル基は環を形成していても良い。また、R〜R、R〜R10は置換基を有していても良く、その場合、当該置換基としては炭素数1〜6のアルキル基、フェニル基またはビフェニル基を挙げることができる。
上記一般式(G1)におけるα、αは、具体的には以下に示した一般式(2−1)乃至(2−7)で表される基である。なお、式中、R11〜R15、R21〜R36はそれぞれ独立に水素原子、炭素数1〜6のアルキル基またはフェニル基のいずれかを表し、R37、R38はそれぞれ独立に水素原子または炭素数1〜6のアルキル基を表すものとする。
Figure 2009155321
α、αが、これら一般式(2−1)乃至(2−7)で表される基のいずれかであると、ナフチレン等の多環縮合環基を用いるよりリン光準位が大きくなるため、好ましい構成である。
また、上記一般式(G1)におけるArは、具体的には以下に示した一般式(3−1)乃至(3−7)で表される基である。式中、R41〜R45、R51〜R68、R71〜R79はArに対する置換基であり、それぞれ炭素数1〜6のアルキル基、フェニル基、またはビフェニル基のいずれかを表すものとする。またこれらは、置換基同士若しくはArと結合して環を形成していても良く、例えば、下記一般式(3−3)におけるR52とR53が結合して環を形成した場合、Arは下記一般式(3−3−1)のような基となり、下記一般式(3−7)におけるR72及びR73が各々フェニル基で且つ環を形成した場合、Arは下記一般式(3−7−1)のような基となる。なお、R41〜R45、R51〜R68、R71〜R79は水素原子であってもよい。
Figure 2009155321
Figure 2009155321
Arが、これら一般式(3−1)乃至(3−7)で表される基のいずれかであると、ナフチレン等の多環縮合環基を用いるよりリン光準位が大きくなるため、好ましい構成である。
また、上記一般式(G1)中におけるR、Rは具体的にはそれぞれ独立に以下に示した構造式(4−1)乃至(4−6)、一般式(4−7)乃至(4−12)のいずれかで表される基である。なお、式中、R41〜R45、R51〜R68、R71〜R79は、R、Rに対する置換基であり、それぞれ炭素数1〜6のアルキル基、フェニル基またはビフェニル基のいずれかを表す。R、Rが置換基を有する場合、Rが有する置換基は置換基同士もしくはRと結合することによって環を形成しても良く、また、Rが有する置換基は置換基同士もしくはRと結合することによって環を形成していても良い。なお、R41〜R45、R51〜R68、R71〜R79は水素原子であっても良い。
Figure 2009155321
また、上記一般式(G1)中におけるR〜R、R〜R10は具体的にはそれぞれ独立に以下に示した構造式(5−1)乃至(5−6)、一般式(5−7)乃至(5−10)のいずれかで表される。なお、式中、R41〜R45、R51〜R68、R71〜R79は水素原子、炭素数1〜6のアルキル基、フェニル基またはビフェニル基のいずれかを表す。
Figure 2009155321
なおR11〜R15、R21〜R36、R41〜R45、R51〜R68、R71〜R79は置換基を有していても良く、この場合、炭素数1〜6のアルキル基、フェニル基を有する。
一般式(G1)で表されるキノキサリン誘導体の具体例としては、以下に示す構造式(1)乃至(124)で表されるキノキサリン誘導体を例示することができる。但し、本発明はこれに限定されない。
Figure 2009155321
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本発明のキノキサリン誘導体の合成方法について説明する。本発明のキノキサリン誘導体は以下の(A−1)乃至(A−3)に示す合成反応を行う事によって製造することができる。
Figure 2009155321
上記合成法(A−1)のスキームにおいてXおよびXはハロゲンを表し、反応速度の観点から特に臭素またはヨウ素が好ましい。このようにすることで、XやXの部分がより速やかに反応する。また、ジハロゲン化合物C5とアセチレン化合物C4との反応において、上記ジハロゲン化合物C5のXの部位を選択的に反応させたい場合(αがX、Xに対して非対称の場合など)、Xが臭素で、Xがヨウ素であることが好ましい。
ジハロゲン化合物(化合物C5)と、末端アルキン化合物(化合物C4)とを反応させて、アルキニル化アリール化合物(化合物C3)を得る反応について述べる。この反応は、例えば薗頭(そのがしら)カップリングによって行われる。薗頭カップリング反応は、アミンを溶媒とし、銅塩とパラジウム錯体を同時に作用させることによって当該反応が進行する。パラジウム触媒としては、テトラキストリフェニルホスフィンパラジウム(0)等を用いることができる。銅塩としてはヨウ化銅などを用いることができる。溶媒としては塩基も兼ねてジエチルアミンやトリエチルアミン等を用いることができる。また基質の溶解性が悪い場合には、補助溶媒としてテトラヒドロフラン(THF)やジエチルエーテルなどを加えてもよい。また場合により、パラジウム触媒の配位子としてトリアリールホスフィンを用いても良い。ただし用いることができる触媒やその配位子、塩基、溶媒はこれらに限られるものでは無い。
このようにして得られたアルキニル化アリール化合物(化合物C3)に、ジメチルスルホキシド(DMSO)溶媒中、ヨウ素を作用させることによってハロゲン化アリールで置換されたジケトン化合物(化合物C2)を得ることができる。
そして、ジケトン化合物(化合物C2)と1,2−ジアミノベンゼンを骨格に含む化合物(化合物C1)との縮合反応によってハロゲン化アリールで置換されたキノキサリン化合物(化合物C)を合成することができる。
続いて、反応スキーム(A−1)で得られたハロゲン化アリールで置換されたキノキサリン誘導体(化合物C)を塩基存在下でアリールアミン(化合物A1)と金属触媒を用いてカップリングすることで、キノキサリン骨格とアミンがα1を介して結合しているキノキサリン誘導体(化合物A)を得ることができる。(反応スキーム(A−2))
Figure 2009155321
上記合成法(A−2)のスキームにおいてXはハロゲンを表し、反応速度の観点から特に臭素またはヨウ素が好ましい。このようにすることで、Xの部分がより速やかに反応する。
上記合成法(A−2)をハートウィック・ブッフバルト反応を用いて行う場合、パラジウム触媒を用いることができ、当該パラジウム触媒としては、ビス(ジベンジリデンアセトン)パラジウム(0)、酢酸パラジウム(II)を用いる事ができる。また上記パラジウム触媒の配位子としては、トリ(tert−ブチル)ホスフィンや、トリ(n−ヘキシル)ホスフィンや、トリシクロヘキシルホスフィンを用いる事ができる。また塩基としては、ナトリウム−tert−ブトキシド(略称:tert−BuONa)等の有機塩基や、炭酸カリウム等の無機塩基を用いることができる。溶媒としては、トルエン、キシレン、ベンゼンを用いることができる。ただし用いることができる触媒やその配位子、塩基、溶媒はこれらに限られるものでは無い。
この後、反応スキーム(A−2)で得られたキノキサリン骨格とアミンがα1を介して結合しているキノキサリン誘導体(化合物A)と、化合物Cと同様に合成された化合物B(ハロゲン化アリールで置換されたキノキサリン化合物)を塩基存在下で金属触媒を用いてカップリングすることで、本発明のキノキサリン誘導体である化合物Mを得ることができる。(反応スキーム(A−3))
Figure 2009155321
上記合成法(A−3)のスキームにおいてXはハロゲンを表し、反応速度の観点から特に臭素またはヨウ素が好ましい。このようにすることで、Xの部分がより速やかに反応する。
上記合成法(A−3)をハートウィック・ブッフバルト反応を用いて行う場合、パラジウム触媒を用いることができ、当該パラジウム触媒としては、ビス(ジベンジリデンアセトン)パラジウム(0)、酢酸パラジウム(II)を用いる事ができる。また上記パラジウム触媒の配位子としては、トリ(tert−ブチル)ホスフィンや、トリ(n−ヘキシル)ホスフィンや、トリシクロヘキシルホスフィンを用いる事ができる。また塩基としては、ナトリウム−tert−ブトキシド(略称:tert−BuONa)等の有機塩基や、炭酸カリウム等の無機塩基を用いることができる。溶媒としては、トルエン、キシレン、ベンゼンを用いることができる。ただし用いることができる触媒やその配位子、塩基、溶媒はこれらに限られるものでは無い。
本発明のキノキサリン誘導体は、バイポーラ性であり、電子輸送性および正孔輸送性の双方に優れている。よって、本発明のキノキサリン誘導体をエレクトロニクスデバイスに用いることにより、低駆動電圧化を図ることができる。また、本発明のキノキサリン誘導体はバイポーラ性であり、発光層のホスト材料として用いることで発光層内のキャリアバランスが改善し、発光中心物質を発光層内で効率良く発光させることができる。また、キャリアバランスが良いことから、キャリアの突き抜けや発光領域の偏りによって他の層が発光してしまうことを抑制することができることから、色純度の良い発光素子を作製することができる。
(実施の形態2)
本発明のキノキサリン誘導体を用いた発光素子の一態様について図1(A)を用いて以下に説明する。
本発明の発光素子は、一対の電極間に複数の層を有する。本形態において、発光素子は、第1の電極102と、第2の電極104と、第1の電極102と第2の電極104との間に設けられたEL層103とから構成されている。なお、本形態では第1の電極102は陽極として機能し、第2の電極104は陰極として機能するものとして、以下説明をする。つまり、第1の電極102の方が第2の電極104よりも電位が高くなるように、第1の電極102と第2の電極104に電圧を印加したときに、発光が得られるものとして、以下説明をする。
基板101は発光素子の支持体として用いられる。基板101としては、例えばガラス、またはプラスチックなどを用いることができる。なお、発光素子の支持体として機能するものであれば、これら以外のものでもよい。
第1の電極102としては、仕事関数の大きい(具体的には4.0eV以上)金属、合金、導電性化合物、およびこれらの混合物などを用いることが好ましい。具体的には、例えば、酸化インジウム−酸化スズ(ITO:Indium Tin Oxide)、珪素若しくは酸化珪素を含有した酸化インジウム−酸化スズ、酸化インジウム−酸化亜鉛(IZO:Indium Zinc Oxide)、酸化タングステン及び酸化亜鉛を含有した酸化インジウム(IWZO)等が挙げられる。これらの導電性金属酸化物膜は、通常スパッタにより成膜されるが、ゾル−ゲル法などを応用して作製しても構わない。例えば、酸化インジウム−酸化亜鉛(IZO)は、酸化インジウムに対し1〜20wt%の酸化亜鉛を加えたターゲットを用いてスパッタリング法により形成することができる。また、酸化タングステン及び酸化亜鉛を含有した酸化インジウム(IWZO)は、酸化インジウムに対し酸化タングステンを0.5〜5wt%、酸化亜鉛を0.1〜1wt%含有したターゲットを用いてスパッタリング法により形成することができる。この他、金(Au)、白金(Pt)、ニッケル(Ni)、タングステン(W)、クロム(Cr)、モリブデン(Mo)、鉄(Fe)、コバルト(Co)、銅(Cu)、パラジウム(Pd)、または金属材料の窒化物(例えば、窒化チタン)等が挙げられる。
EL層103は、層の積層構造については特に限定されず、電子輸送性の高い物質または正孔輸送性の高い物質、電子注入性の高い物質、正孔注入性の高い物質、バイポーラ性(電子及び正孔の輸送性の高い物質)の物質等から成る層と、実施の形態1で示した本発明のキノキサリン誘導体を含む層とを適宜組み合わせて構成すればよい。例えば、正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電子輸送層、電子注入層等を適宜組み合わせて構成することができる。本実施の形態では、EL層103は、第1の電極102の上に順に積層した正孔注入層111、正孔輸送層112、発光層113、電子輸送層114を有する構成について説明する。各層を構成する材料について以下に具体的に示す。
正孔注入層111は、正孔注入性の高い物質を含む層である。モリブデン酸化物やバナジウム酸化物、ルテニウム酸化物、タングステン酸化物、マンガン酸化物等を用いることができる。この他、フタロシアニン(略称:HPc)や銅フタロシアニン(CuPC)等のフタロシアニン系の化合物、4,4’−ビス[N−(4−ジフェニルアミノフェニル)−N−フェニルアミノ]ビフェニル(略称:DPAB)、4,4’−ビス(N−{4−[N−(3−メチルフェニル)−N−フェニルアミノ]フェニル}−N−フェニルアミノ)ビフェニル(略称:DNTPD)等の芳香族アミン化合物、或いはポリ(エチレンジオキシチオフェン)/ポリ(スチレンスルホン酸)(PEDOT/PSS)等の高分子等によっても正孔注入層111を形成することができる。
また、正孔注入層111として、正孔輸送性の高い物質にアクセプター性物質を含有させた複合材料を用いることができる。なお、正孔輸送性の高い物質にアクセプター性物質を含有させたものを用いることにより、電極の仕事関数に依らず電極を形成する材料を選ぶことができる。つまり、第1の電極102として仕事関数の大きい材料だけでなく、仕事関数の小さい材料を用いることができる。アクセプター性物質としては、7,7,8,8−テトラシアノ−2,3,5,6−テトラフルオロキノジメタン(略称:F−TCNQ)、クロラニル等を挙げることができる。また、遷移金属酸化物を挙げることができる。また元素周期表における第4族乃至第8族に属する金属の酸化物を挙げることができる。具体的には、酸化バナジウム、酸化ニオブ、酸化タンタル、酸化クロム、酸化モリブデン、酸化タングステン、酸化マンガン、酸化レニウムは電子受容性が高いため好ましい。中でも特に、酸化モリブデンは大気中でも安定であり、吸湿性が低く、扱いやすいため好ましい。
複合材料に用いる正孔輸送性の高い物質としては、芳香族アミン化合物、カルバゾール誘導体、芳香族炭化水素、高分子化合物(オリゴマー、デンドリマー、ポリマー等)など、種々の化合物を用いることができる。なお、複合材料に用いる有機化合物としては、正孔輸送性の高い有機化合物であることが好ましい。具体的には、10−6cm/Vs以上の正孔移動度を有する物質であることが好ましい。但し、電子よりも正孔の輸送性の高い物質であれば、これら以外のものを用いてもよい。以下では、複合材料に用いることのできる有機化合物を具体的に列挙する。
例えば、芳香族アミン化合物としては、N,N’−ジ(p−トリル)−N,N’−ジフェニル−p−フェニレンジアミン(略称:DTDPPA)、4,4’−ビス[N−(4−ジフェニルアミノフェニル)−N−フェニルアミノ]ビフェニル(略称:DPAB)、4,4’−ビス(N−{4−[N−(3−メチルフェニル)−N−フェニルアミノ]フェニル}−N−フェニルアミノ)ビフェニル(略称:DNTPD)、1,3,5−トリス[N−(4−ジフェニルアミノフェニル)−N−フェニルアミノ]ベンゼン(略称:DPA3B)等を挙げることができる。
複合材料に用いることのできるカルバゾール誘導体としては、具体的には、3−[N−(9−フェニルカルバゾール−3−イル)−N−フェニルアミノ]−9−フェニルカルバゾール(略称:PCzPCA1)、3,6−ビス[N−(9−フェニルカルバゾール−3−イル)−N−フェニルアミノ]−9−フェニルカルバゾール(略称:PCzPCA2)、3−[N−(1−ナフチル)−N−(9−フェニルカルバゾール−3−イル)アミノ]−9−フェニルカルバゾール(略称:PCzPCN1)等を挙げることができる。
また、複合材料に用いることのできるカルバゾール誘導体としては、他に、4,4’−ジ(N−カルバゾリル)ビフェニル(略称:CBP)、1,3,5−トリス[4−(N−カルバゾリル)フェニル]ベンゼン(略称:TCPB)、9−[4−(N−カルバゾリル)]フェニル−10−フェニルアントラセン(略称:CzPA)、1,4−ビス[4−(N−カルバゾリル)フェニル]−2,3,5,6−テトラフェニルベンゼン等を用いることができる。
また、複合材料に用いることのできる芳香族炭化水素としては、例えば、2−tert−ブチル−9,10−ジ(2−ナフチル)アントラセン(略称:t−BuDNA)、2−tert−ブチル−9,10−ジ(1−ナフチル)アントラセン、9,10−ビス(3,5−ジフェニルフェニル)アントラセン(略称:DPPA)、2−tert−ブチル−9,10−ビス(4−フェニルフェニル)アントラセン(略称:t−BuDBA)、9,10−ジ(2−ナフチル)アントラセン(略称:DNA)、9,10−ジフェニルアントラセン(略称:DPAnth)、2−tert−ブチルアントラセン(略称:t−BuAnth)、9,10−ビス(4−メチル−1−ナフチル)アントラセン(略称:DMNA)、2−tert−ブチル−9,10−ビス[2−(1−ナフチル)フェニル]アントラセン、9,10−ビス[2−(1−ナフチル)フェニル]アントラセン、2,3,6,7−テトラメチル−9,10−ジ(1−ナフチル)アントラセン、2,3,6,7−テトラメチル−9,10−ジ(2−ナフチル)アントラセン、9,9’−ビアントリル、10,10’−ジフェニル−9,9’−ビアントリル、10,10’−ビス(2−フェニルフェニル)−9,9’−ビアントリル、10,10’−ビス[(2,3,4,5,6−ペンタフェニル)フェニル]−9,9’−ビアントリル、アントラセン、テトラセン、ルブレン、ペリレン、2,5,8,11−テトラ(tert−ブチル)ペリレン等が挙げられる。また、この他、ペンタセン、コロネン等も用いることができる。このように、1×10−6cm/Vs以上の正孔移動度を有し、炭素数14〜42である芳香族炭化水素を用いることがより好ましい。
なお、複合材料に用いることのできる芳香族炭化水素は、ビニル骨格を有していてもよい。ビニル基を有している芳香族炭化水素としては、例えば、4,4’−ビス(2,2−ジフェニルビニル)ビフェニル(略称:DPVBi)、9,10−ビス[4−(2,2−ジフェニルビニル)フェニル]アントラセン(略称:DPVPA)等が挙げられる。
また、ポリ(N−ビニルカルバゾール)(略称:PVK)やポリ(4−ビニルトリフェニルアミン)(略称:PVTPA)、ポリ[N−(4−{N’−[4−(4−ジフェニルアミノ)フェニル]フェニル−N’−フェニルアミノ}フェニル)メタクリルアミド](略称:PTPDMA)ポリ[N,N’−ビス(4−ブチルフェニル)−N,N’−ビス(フェニル)ベンジジン](略称:Poly−TPD)等の高分子化合物を用いることもできる。
正孔輸送層112は、正孔輸送性の高い物質を含む層である。正孔輸送性の高い物質としては、例えば、4,4’−ビス[N−(1−ナフチル)−N−フェニルアミノ]ビフェニル(略称:NPB)や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(略称:TPD)、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(略称:TDATA)、4,4’,4’’−トリス[N−(3−メチルフェニル)−N−フェニルアミノ]トリフェニルアミン(略称:MTDATA)、4,4’−ビス[N−(スピロ−9,9’−ビフルオレン−2−イル)−N―フェニルアミノ]ビフェニル(略称:BSPB)などの芳香族アミン化合物等を用いることができる。ここに述べた物質は、主に10−6cm/Vs以上の正孔移動度を有する物質である。但し、電子よりも正孔の輸送性の高い物質であれば、これら以外のものを用いてもよい。なお、正孔輸送性の高い物質を含む層は、単層のものだけでなく、上記物質からなる層が二層以上積層したものとしてもよい。
また、正孔輸送層112として、ポリ(N−ビニルカルバゾール)(略称:PVK)やポリ(4−ビニルトリフェニルアミン)(略称:PVTPA)等の高分子化合物を用いることもできる。
発光層113は、発光性の物質を含む層である。本実施の形態では、発光層113は実施の形態1で示した本発明のキノキサリン誘導体を含む。本発明のキノキサリン誘導体は、青〜緑色の発光を示すため、発光性物質として発光素子に好適に用いることができる。
電子輸送層114は、電子輸送性の高い物質を含む層である。例えば、トリス(8−キノリノラト)アルミニウム(略称:Alq)、トリス(4−メチル−8−キノリノラト)アルミニウム(略称:Almq)、ビス(10−ヒドロキシベンゾ[h]キノリナト)ベリリウム(略称:BeBq)、ビス(2−メチル−8−キノリノラト)(4−フェニルフェノラト)アルミニウム(略称:BAlq)など、キノリン骨格またはベンゾキノリン骨格を有する金属錯体等からなる層である。また、この他ビス[2−(2−ヒドロキシフェニル)ベンズオキサゾラト]亜鉛(略称:Zn(BOX))、ビス[2−(2−ヒドロキシフェニル)ベンゾチアゾラト]亜鉛(略称:Zn(BTZ))などのオキサゾール系、チアゾール系配位子を有する金属錯体なども用いることができる。さらに、金属錯体以外にも、2−(4−ビフェニリル)−5−(4−tert−ブチルフェニル)−1,3,4−オキサジアゾール(略称:PBD)や、1,3−ビス[5−(p−tert−ブチルフェニル)−1,3,4−オキサジアゾール−2−イル]ベンゼン(略称:OXD−7)、3−(4−ビフェニリル)−4−フェニル−5−(4−tert−ブチルフェニル)−1,2,4−トリアゾール(略称:TAZ)、バソフェナントロリン(略称:BPhen)、バソキュプロイン(略称:BCP)なども用いることができる。ここに述べた物質は、主に10−6cm/Vs以上の電子移動度を有する物質である。なお、正孔よりも電子の輸送性の高い物質であれば、上記以外の物質を電子輸送層として用いても構わない。また、電子輸送層は、単層のものだけでなく、上記物質からなる層が二層以上積層したものとしてもよい。
また、電子注入層を設けてもよい。電子注入層としては、フッ化リチウム(LiF)、フッ化セシウム(CsF)、フッ化カルシウム(CaF)等のようなアルカリ金属又はアルカリ土類金属又はそれらの化合物を用いることができる。電子輸送性を有する物質からなる層中にアルカリ金属又はアルカリ土類金属又はそれらの化合物を含有させたもの、例えばAlq中にマグネシウム(Mg)を含有させたもの等を用いることができる。なお、電子注入層として、電子輸送性を有する物質からなる層中にアルカリ金属又はアルカリ土類金属を含有させたものを用いることにより、第2の電極104からの電子注入が効率良く行われるためより好ましい。
第2の電極104を形成する物質としては、仕事関数の小さい(具体的には3.8eV以下)金属、合金、電気伝導性化合物、およびこれらの混合物などを用いることができる。このような陰極材料の具体例としては、元素周期表の第1族または第2族に属する元素、すなわちリチウム(Li)やセシウム(Cs)等のアルカリ金属、およびマグネシウム(Mg)、カルシウム(Ca)、ストロンチウム(Sr)等のアルカリ土類金属、およびこれらを含む合金(MgAg、AlLi)、ユウロピウム(Eu)、イッテルビウム(Yb)等の希土類金属およびこれらを含む合金等が挙げられる。しかしながら、第2の電極104と電子輸送層114との間に、電子注入層を設けることにより、仕事関数の大小に関わらず、Al、Ag、ITO、珪素若しくは酸化珪素を含有した酸化インジウム−酸化スズ等様々な導電性材料を第2の電極104として用いることができる。これら導電性材料は、スパッタリング法やインクジェット法、スピンコート法等を用いて成膜することが可能である。
また、EL層103の形成方法としては、乾式法、湿式法を問わず、種々の方法を用いることができる。例えば、真空蒸着法、インクジェット法またはスピンコート法など用いても構わない。また各電極または各層ごとに異なる成膜方法を用いて形成しても構わない。
電極についても、ゾル−ゲル法を用いて湿式法で形成しても良いし、金属材料のペーストを用いて湿式法で形成してもよい。また、スパッタリング法や真空蒸着法などの乾式法を用いて形成しても良い。
以上のような構成を有する本発明の発光素子は、第1の電極102と第2の電極104との間に生じた電位差により電流が流れ、発光性の高い物質を含む層である発光層113において正孔と電子とが再結合し、発光するものである。つまり発光層113に発光領域が形成されるような構成となっている。
発光は、第1の電極102または第2の電極104のいずれか一方または両方を通って外部に取り出される。従って、第1の電極102または第2の電極104のいずれか一方または両方は、透光性を有する電極で成る。第1の電極102のみが透光性を有する電極である場合、図1(A)に示すように、発光は第1の電極102を通って基板101側から取り出される。また、第2の電極104のみが透光性を有する電極である場合、図1(B)に示すように、発光は第2の電極104を通って基板101と逆側から取り出される。第1の電極102および第2の電極104がいずれも透光性を有する電極である場合、図1(C)に示すように、発光は第1の電極102および第2の電極104を通って、基板101側および基板101と逆側の両方から取り出される。
なお第1の電極102と第2の電極104との間に設けられる層の構成は、上記のものには限定されない。発光領域と金属とが近接することによって生じる消光が抑制されるように、第1の電極102および第2の電極104から離れた部位に正孔と電子とが再結合する発光領域を設けた構成であれば、上記以外のものでもよい。
つまり、層の積層構造については特に限定されず、電子輸送性の高い物質または正孔輸送性の高い物質、電子注入性の高い物質、正孔注入性の高い物質、バイポーラ性(電子及び正孔の輸送性の高い物質)の物質等から成る層を、本発明のキノキサリン誘導体と自由に組み合わせて構成すればよい。
図2に示す発光素子は、基板301上に、陰極として機能する第1の電極302、電子輸送層311、発光層312、正孔輸送層313、正孔注入層314、陽極として機能する第2の電極304とが順に積層された構成となっている。
本実施の形態においては、ガラス、プラスチックなどからなる基板上に発光素子を作製している。一基板上にこのような発光素子を複数作製することで、パッシブマトリクス型の発光装置を作製することができる。また、ガラス、プラスチックなどからなる基板上に、例えば薄膜トランジスタ(TFT)を形成し、TFTと電気的に接続された電極上に発光素子を作製してもよい。これにより、TFTによって発光素子の駆動を制御するアクティブマトリクス型の発光装置を作製できる。なお、TFTの構造は、特に限定されない。スタガ型のTFTでもよいし逆スタガ型のTFTでもよい。また、TFTに用いる半導体の結晶性についても特に限定されず、非晶質半導体を用いてもよいし、結晶性半導体を用いてもよい。また、TFT基板に形成される駆動用回路についても、N型およびP型のTFTからなるものでもよいし、若しくはN型のTFTまたはP型のTFTのいずれか一方からのみなるものであってもよい。
本発明のキノキサリン誘導体は、バイポーラ性を有し、また発光性を有する材料であるため、本実施の形態に示すように、他の発光性物質を含有することなく発光層として用いることが可能である。
また、バイポーラ性であるため、積層した膜の界面に発光領域が偏りにくく、エキサイプレックス等の相互作用に起因した発光スペクトルの変化や、発光効率の低下が少ない良好な特性を有する発光素子を作製できる。また、発光効率の高い発光素子を得ることができる。
また、成膜中に含有される微結晶成分が非常に少なく、成膜した膜に微結晶成分が少なく、アモルファス状態の膜を得ることができる。つまり、膜質がよいため、電界集中による絶縁破壊などの素子不良の少ない良好な発光素子を作製することができる。
また、本発明のキノキサリン誘導体は、バイポーラ性であり、キャリア輸送性(電子輸送性および正孔輸送性)に優れた材料であるため、発光素子に用いることで、発光素子の駆動電圧を低減することができ、消費電力の低減に繋がる。
(実施の形態3)
本実施の形態では、実施の形態2で示した構成と異なる構成の発光素子について説明する。
実施の形態2で示した発光層113を、本発明のキノキサリン誘導体を他の物質に分散させた構成とすることで、本発明のキノキサリン誘導体からの発光を得ることができる。本発明のキノキサリン誘導体は青〜緑色の発光を示すため、青〜緑色の発光を示す発光素子を得ることができる。
ここで、本発明のキノキサリン誘導体を分散させる物質としては、種々の材料を用いることができ、実施の形態2で述べた正孔輸送の高い物質や電子輸送性の高い物質の他、4,4’−ジ(N−カルバゾリル)−ビフェニル(略称:CBP)や、2,2’,2”−(1,3,5−ベンゼントリ−イル)−トリス[1−フェニル−1H−ベンゾイミダゾール](略称:TPBI)、9,10−ジ(2−ナフチル)アントラセン(略称:DNA)、2−tert−ブチル−9,10−ジ(2−ナフチル)アントラセン(略称:t−BuDNA)などが挙げられる。
本発明のキノキサリン誘導体は、バイポーラ性であり、キャリア輸送性(電子輸送性および正孔輸送性)に優れた材料であるため、発光素子に用いることで、発光素子の駆動電圧を低減することができ、消費電力の低減に繋がる。
また、本発明のキノキサリン誘導体は、酸化反応および引き続く還元反応、還元反応および引き続く酸化反応を繰り返しても安定である。つまり、電気化学的に安定である。よって、本発明のキノキサリン誘導体を発光素子に用いることにより、長寿命な発光素子を得ることができる。
なお、発光層113以外は、実施の形態2に示した構成を適宜用いることができる。
(実施の形態4)
本実施の形態では、実施の形態2および実施の形態3で示した構成と異なる構成の発光素子について説明する。
実施の形態2で示した発光層113を、本発明のキノキサリン誘導体に発光性の物質を分散させた構成とすることで、発光性の物質からの発光を得ることができる。
本発明のキノキサリン誘導体はバイポーラ性を有し、また成膜中に含有される微結晶成分が非常に少なく膜質がよいため、他の発光性物質を分散させる材料として好適に用いることができる。
本発明のキノキサリン誘導体を他の発光性物質を分散させる材料として用いる場合、発光性物質に起因した発光色を得ることができる。また、本発明のキノキサリン誘導体に起因した発光色と、キノキサリン誘導体中に分散されている発光性物質に起因した発光色との混色の発光色を得ることもできる。
ここで、本発明のキノキサリン誘導体に分散させる発光性物質としては、種々の材料を用いることができる。具体的には、4−(ジシアノメチレン)−2−メチル−6−(p−ジメチルアミノスチリル)−4H−ピラン(略称:DCM1)、4−(ジシアノメチレン)−2−メチル−6−(ジュロリジン−4−イル−ビニル)−4H−ピラン(略称:DCM2)、N,N−ジメチルキナクリドン(略称:DMQd)、9,10−ジフェニルアントラセン(略称:DPA)、5,12−ジフェニルテトラセン(略称:DPT)、クマリン6、ペリレン、ルブレンなどの蛍光を発光する蛍光発光性物質を用いることができる。また、ビス(2−フェニルベンゾチアゾラト−N,C2’)イリジウム(III)アセチルアセトナート(略称:Ir(bt)(acac))、トリス(2−フェニルキノリナト−N,C2’)イリジウム(III)(略称:Ir(pq))、ビス(2−フェニルキノリナト−N,C2’)イリジウム(III)アセチルアセトナート(略称:Ir(pq)(acac))、ビス[2−(2’−ベンゾ[4,5−α]チエニル)ピリジナト−N,C3’]イリジウム(III)アセチルアセトナート(略称:Ir(btp)(acac))、ビス(1−フェニルイソキノリナト−N,C2’)イリジウム(III)アセチルアセトナート(略称:Ir(piq)(acac))、(アセチルアセトナト)ビス[2,3−ビス(4−フルオロフェニル)キノキサリナト]イリジウム(III)(略称:Ir(Fdpq)(acac))、2,3,7,8,12,13,17,18−オクタエチル−21H,23H−ポルフィリン白金(II)(略称:PtOEP)などの燐光を発光する燐光発光性物質を用いることができる。分散させる発光物質として、燐光発光性物質を用いる場合には、燐光性発光物質の発光スペクトルのピークが560nm以上700nm以下であることが好ましい。また、蛍光発光性物質を用いる場合には、発光スペクトルのピークが500nm以上700nm以下であることが好ましい。さらに好ましくは、500nm以上600nm以下であることが好ましい。
本発明のキノキサリン誘導体は、バイポーラ性であり、キャリア輸送性(電子輸送性および正孔輸送性)に優れた材料であるため、本発明のキノキサリン誘導体を用いることで、発光素子の駆動電圧を低減することができる。
また、本発明のキノキサリン誘導体は、バイポーラ性であるため、積層した膜の界面に発光領域が偏りにくく、エキサイプレックス等の相互作用に起因した発光スペクトルの変化や、発光効率の低下が少ない良好な特性を有する発光素子を作製できる。
また、本発明のキノキサリン誘導体は、バイポーラ性であるため、積層した膜の界面に発光領域が偏りにくい。そのため、本発明のキノキサリン誘導体をホストとして用い、燐光を発光する燐光発光性物質を発光性物質として用いた場合には、T−T消滅(アニヒレイション)を防ぐことができる。よって、発光効率の高い発光素子を得ることができる。
なお、発光層113以外は、実施の形態2に示した構成を適宜用いることができる。
(実施の形態5)
本実施の形態は、本発明に係る複数の発光ユニットを積層した構成の発光素子(以下、積層型素子という)の態様について、図3を参照して説明する。この発光素子は、第1の電極と第2の電極との間に、複数の発光ユニットを有する発光素子である。発光ユニットとしては、実施の形態2で示したEL層103と同様な構成を用いることができる。つまり、実施の形態2乃至実施の形態4で示した発光素子は、1つの発光ユニットを有する発光素子であり、本実施の形態では、複数の発光ユニットを有する発光素子について説明する。
図3において、第1の電極501と第2の電極502との間には、第1の発光ユニット511と第2の発光ユニット512が積層されており、第1の発光ユニット511と第2の発光ユニット512との間には電荷発生層513が設けられている。第1の電極501と第2の電極502は実施の形態2と同様なものを適用することができる。また、第1の発光ユニット511と第2の発光ユニット512は同じ構成であっても異なる構成であってもよく、その構成は実施の形態2乃至実施の形態4と同様なものを適用することができる。
電荷発生層513には、有機化合物と金属酸化物の複合材料が含まれている。この有機化合物と金属酸化物の複合材料は、実施の形態2で示した複合材料であり、有機化合物とバナジウム酸化物やモリブデン酸化物やタングステン酸化物等の金属酸化物を含む。有機化合物としては、芳香族アミン化合物、カルバゾール誘導体、芳香族炭化水素、高分子化合物(オリゴマー、デンドリマー、ポリマー等)など、種々の化合物を用いることができる。なお、有機化合物としては、正孔輸送性有機化合物として正孔移動度が10−6cm/Vs以上であるものを適用することが好ましい。但し、電子よりも正孔の輸送性の高い物質であれば、これら以外のものを用いてもよい。有機化合物と金属酸化物の複合体は、キャリア注入性、キャリア輸送性に優れているため、低電圧駆動、低電流駆動を実現することができる。
なお、電荷発生層513は、有機化合物と金属酸化物の複合材料を含む層と他の材料により構成される層を組み合わせて形成してもよい。例えば、有機化合物と金属酸化物の複合材料を含む層と、電子供与性物質の中から選ばれた一の化合物と電子輸送性の高い化合物とを含む層とを組み合わせて形成してもよい。また、有機化合物と金属酸化物の複合材料を含む層と、透明導電膜とを組み合わせて形成してもよい。
いずれにしても、第1の発光ユニット511と第2の発光ユニット512に挟まれる電荷発生層513は、第1の電極501と第2の電極502に電圧を印加したときに、一方の発光ユニットに電子を注入し、他方の発光ユニットに正孔を注入するものであれば良い。例えば、図3において、第1の電極の電位の方が第2の電極の電位よりも高くなるように電圧を印加した場合、電荷発生層513は、第1の発光ユニット511に電子を注入し、第2の発光ユニット512に正孔を注入するものであればよい。
本実施の形態では、2つの発光ユニットを有する発光素子について説明したが、同様に、3つ以上の発光ユニットを積層した発光素子についても、同様に適用することが可能である。本実施の形態に係る発光素子のように、一対の電極間に複数の発光ユニットを電荷発生層で仕切って配置することで、電流密度を低く保ったまま、高輝度領域での発光が可能であり、そのため長寿命素子を実現できる。また、照明を応用例とした場合は、電極材料の抵抗による電圧降下を小さくできるので、大面積での均一発光が可能となる。また、低電圧駆動が可能で消費電力が低い発光装置を実現することができる。
また、それぞれの発光ユニットの発光色を異なるものにすることで、発光素子全体として、所望の色の発光を得ることができる。例えば、2つの発光ユニットを有する発光素子において、第1の発光ユニットの発光色と第2の発光ユニットの発光色を補色の関係になるようにすることで、発光素子全体として白色発光する発光素子を得ることも可能である。なお、補色とは、混合すると無彩色になる色同士の関係をいう。つまり、補色の関係にある色を発光する物質から得られた光を混合すると、白色発光を得ることができる。また、3つの発光ユニットを有する発光素子の場合でも同様であり、例えば、第1の発光ユニットの発光色が赤色であり、第2の発光ユニットの発光色が緑色であり、第3の発光ユニットの発光色が青色である場合、発光素子全体としては、白色発光を得ることができる。
なお、本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせることが可能である。
(実施の形態6)
本実施の形態では、本発明のキノキサリン誘導体を有機半導体素子の一種である縦型トランジスタ(SIT)の活性層として用いる形態を例示する。
素子の構造としては、図4に示すように、本発明のキノキサリン誘導体を含む薄膜状の活性層1202をソース電極1201およびドレイン電極1203で挟み、ゲート電極1204が活性層1202に埋め込まれた構造を有する。ゲート電極1204は、ゲート電圧を印加するための手段に電気的に接続されており、ソース電極1201およびドレイン電極1203は、ソース−ドレイン間の電圧を制御するための手段に電気的に接続されている。
このような素子構造において、ゲート電圧を印加しない状態においてソース−ドレイン間に電圧を印加すると、電流が流れる(ON状態となる)。そして、その状態でゲート電圧を印加するとゲート電極1204周辺に空乏層が発生し、電流が流れなくなる(OFF状態となる)。以上の機構により、トランジスタとして動作する。
縦型トランジスタにおいては、発光素子と同様、キャリア輸送性と良好な膜質を兼ね備えた材料が活性層に求められるが、本発明のキノキサリン誘導体はその条件を十分に満たしており、有用である。
(実施の形態7)
本実施の形態では、本発明のキノキサリン誘導体を用いて作製された発光装置について説明する。
本実施の形態では、本発明のキノキサリン誘導体を用いて作製された発光装置について図5を用いて説明する。なお、図5(A)は、発光装置を示す上面図、図5(B)は図5(A)をA−A’およびB−B’で切断した断面図である。この発光装置は、発光素子の発光を制御するものとして、点線で示された駆動回路部(ソース側駆動回路)601、画素部602、駆動回路部(ゲート側駆動回路)603を含んでいる。また、604は封止基板、605はシール材であり、シール材605で囲まれた内側は、空間607になっている。
なお、引き回し配線608はソース側駆動回路601及びゲート側駆動回路603に入力される信号を伝送するための配線であり、外部入力端子となるFPC(フレキシブルプリントサーキット)609からビデオ信号、クロック信号、スタート信号、リセット信号等を受け取る。なお、ここではFPCしか図示されていないが、このFPCにはプリント配線基板(PWB)が取り付けられていても良い。本明細書における発光装置には、発光装置本体だけでなく、それにFPCもしくはPWBが取り付けられた状態をも含むものとする。
次に、断面構造について図5(B)を用いて説明する。素子基板610上には駆動回路部及び画素部が形成されているが、ここでは、駆動回路部であるソース側駆動回路601と、画素部602中の一つの画素が示されている。
なお、ソース側駆動回路601はnチャネル型TFT623とpチャネル型TFT624とを組み合わせたCMOS回路が形成される。また、駆動回路は、種々のCMOS回路、PMOS回路もしくはNMOS回路で形成しても良い。また、本実施の形態では、基板上に駆動回路を形成したドライバ一体型を示すが、必ずしもその必要はなく、駆動回路を基板上ではなく外部に形成することもできる。
また、画素部602はスイッチング用TFT611と、電流制御用TFT612とそのドレインに電気的に接続された第1の電極613とを含む複数の画素により形成される。なお、第1の電極613の端部を覆って絶縁物614が形成されている。ここでは、ポジ型の感光性アクリル樹脂膜を用いることにより形成する。
また、被覆性を良好なものとするため、絶縁物614の上端部または下端部に曲率を有する曲面が形成されるようにする。例えば、絶縁物614の材料としてポジ型の感光性アクリルを用いた場合、絶縁物614の上端部のみに曲率半径(0.2μm〜3μm)を有する曲面を持たせることが好ましい。また、絶縁物614として、光の照射によってエッチャントに不溶解性となるネガ型、或いは光の照射によってエッチャントに溶解性となるポジ型のいずれも使用することができる。
第1の電極613上には、EL層616、および第2の電極617がそれぞれ形成されている。ここで、陽極として機能する第1の電極613に用いる材料としては、仕事関数の大きい材料を用いることが望ましい。例えば、ITO膜、または珪素を含有したインジウム錫酸化物膜、2〜20wt%の酸化亜鉛を含む酸化インジウム膜、窒化チタン膜、クロム膜、タングステン膜、Zn膜、Pt膜などの単層膜の他、窒化チタン膜とアルミニウムを主成分とする膜との積層、窒化チタン膜とアルミニウムを主成分とする膜と窒化チタン膜との3層構造等を用いることができる。なお、積層構造とすると、配線としての抵抗も低く、良好なオーミックコンタクトがとれ、さらに陽極として機能させることができる。
また、EL層616は、蒸着マスクを用いた蒸着法、インクジェット法、スピンコート法等の種々の方法によって形成される。EL層616は、実施の形態1で示した本発明のキノキサリン誘導体を含んでいる。また、EL層616を構成する他の材料としては、低分子化合物、または高分子化合物(オリゴマー、デンドリマーを含む)であっても良い。
さらに、EL層616上に形成され、陰極として機能する第2の電極617に用いる材料としては、仕事関数の小さい材料(Al、Mg、Li、Ca、またはこれらの合金や化合物、MgAg、MgIn、AlLi、LiF、CaF等)を用いることが好ましい。なお、EL層616で生じた光が第2の電極617を透過させる場合には、第2の電極617として、膜厚を薄くした金属薄膜と、透明導電膜(ITO、2〜20wt%の酸化亜鉛を含む酸化インジウム、珪素を含有したインジウム錫酸化物、酸化亜鉛(ZnO)等)との積層を用いるのが良い。
さらにシール材605で封止基板604を素子基板610と貼り合わせることにより、素子基板610、封止基板604、およびシール材605で囲まれた空間607に発光素子618が備えられた構造になっている。なお、空間607には、充填材が充填されており、不活性気体(窒素やアルゴン等)が充填される場合の他、シール材605で充填される場合もある。
なお、シール材605にはエポキシ系樹脂を用いるのが好ましい。また、これらの材料はできるだけ水分や酸素を透過しない材料であることが望ましい。また、封止基板604に用いる材料としてガラス基板や石英基板の他、FRP(Fiberglass−Reinforced Plastics)、PVF(ポリビニルフロライド)、ポリエステルまたはアクリル等からなるプラスチック基板を用いることができる。
以上のようにして、本発明のキノキサリン誘導体を用いて作製された発光装置を得ることができる。
本発明の発光装置は、実施の形態1で示したキノキサリン誘導体を用いているため、良好な特性を備えた発光装置を得ることができる。具体的には、消費電力の低い発光装置を得ることができる。
本発明のキノキサリン誘導体は、バイポーラ性であり、キャリア輸送性(電子輸送性および正孔輸送性)に優れた材料であるため、本発明のキノキサリン誘導体を用いることで、発光素子の駆動電圧を低減することができ、発光装置の消費電力を低減することができる。特に、発光性物質として燐光発光性物質を用いた場合、発光効率も高く、より消費電力の低減された発光装置を得ることができる。
以上のように、本実施の形態では、アクティブマトリクス型の発光装置について説明したが、この他、パッシブマトリクス型の発光装置であってもよい。図6には本発明を適用して作製したパッシブマトリクス型の発光装置の斜視図及び断面図を示す。なお、図6(A)は、発光装置を示す斜視図、図6(B)は図6(A)をX−Yで切断した断面図である。図6において、基板951上には、電極952と電極956との間にはEL層955が設けられている。電極952の端部は絶縁層953で覆われている。そして、絶縁層953上には隔壁層954が設けられている。隔壁層954の側壁は、基板面に近くなるに伴って、一方の側壁と他方の側壁との間隔が狭くなっていくような傾斜を有する。つまり、隔壁層954の短辺方向の断面は、台形状であり、底辺(絶縁層953の面方向と同様の方向を向き、絶縁層953と接する辺)の方が上辺(絶縁層953の面方向と同様の方向を向き、絶縁層953と接しない辺)よりも短い。このように、隔壁層954を設けることで、静電気等に起因した発光素子の不良を防ぐことが出来る。また、パッシブマトリクス型の発光装置においても、低駆動電圧で動作する本発明の発光素子を含むことによって、低消費電力で駆動させることができる。
(実施の形態8)
本実施の形態では、実施の形態6に示す発光装置をその一部に含む本発明の電子機器について説明する。本発明の電子機器は、実施の形態1に示したキノキサリン誘導体を含み、その結果、消費電力が低減された表示部を有する。また、長寿命の表示部を有する。また、高品質な画像を提供する表示部を有する。
本発明のキノキサリン誘導体を用いて作製された発光素子を有する電子機器として、ビデオカメラ、デジタルカメラ等のカメラ、ゴーグル型ディスプレイ、ナビゲーションシステム、音響再生装置(カーオーディオ、オーディオコンポ等)、コンピュータ、ゲーム機器、携帯情報端末(モバイルコンピュータ、携帯電話、携帯型ゲーム機または電子書籍等)、記録媒体を備えた画像再生装置(具体的にはDigital Versatile Disc(DVD)等の記録媒体を再生し、その画像を表示しうる表示装置を備えた装置)などが挙げられる。これらの電子機器の具体例を図7に示す。
図7(A)は本発明に係るテレビ装置であり、筐体9101、支持台9102、表示部9103、スピーカー部9104、ビデオ入力端子9105等を含む。このテレビ装置において、表示部9103は、実施の形態2〜5で説明したものと同様の発光素子をマトリクス状に配列して構成されている。当該発光素子は、発光効率が高く、消費電力が小さいという特徴を有している。その発光素子で構成される表示部9103も同様の特徴を有するため、このテレビ装置は低消費電力化が図られている。このような特徴により、テレビ装置において、電源回路等を大幅に削減、若しくは縮小することができるので、筐体9101や支持台9102の小型軽量化を図ることが可能である。本発明に係るテレビ装置は、低消費電力、高画質及び小型軽量化が図られているので、それにより住環境に適合した製品を提供することができる。
図7(B)は本発明に係るコンピュータであり、本体9201、筐体9202、表示部9203、キーボード9204、外部接続ポート9205、ポインティングデバイス9206等を含む。このコンピュータにおいて、表示部9203は、実施の形態2〜5で説明したものと同様の発光素子をマトリクス状に配列して構成されている。当該発光素子は、発光効率が高く、消費電力が小さいという特徴を有している。その発光素子で構成される表示部9203も同様の特徴を有するため、このコンピュータは低消費電力化が図られている。このような特徴により、コンピュータにおいて、電源回路等を大幅に削減、若しくは縮小することができるので、本体9201や筐体9202の小型軽量化を図ることが可能である。本発明に係るコンピュータは、低消費電力、高画質及び小型軽量化が図られているので、環境に適合した製品を提供することができる。
図7(C)は本発明に係る携帯電話であり、本体9401、筐体9402、表示部9403、音声入力部9404、音声出力部9405、操作キー9406、外部接続ポート9407、アンテナ9408等を含む。この携帯電話において、表示部9403は、実施の形態2〜5で説明したものと同様の発光素子をマトリクス状に配列して構成されている。当該発光素子は、発光効率が高く、消費電力が小さいという特徴を有している。その発光素子で構成される表示部9403も同様の特徴を有するため、この携帯電話は低消費電力化が図られている。このような特徴により、携帯電話において、電源回路等を大幅に削減、若しくは縮小することができるので、本体9401や筐体9402の小型軽量化を図ることが可能である。本発明に係る携帯電話は、低消費電力、高画質及び小型軽量化が図られているので、携帯に適した製品を提供することができる。
図7(D)は本発明に係るカメラであり、本体9501、表示部9502、筐体9503、外部接続ポート9504、リモコン受信部9505、受像部9506、バッテリー9507、音声入力部9508、操作キー9509、接眼部9510等を含む。このカメラにおいて、表示部9502は、実施の形態2〜5で説明したものと同様の発光素子をマトリクス状に配列して構成されている。当該発光素子は、発光効率が高く、消費電力が小さいという特徴を有している。その発光素子で構成される表示部9502も同様の特徴を有するため、このカメラは低消費電力化が図られている。このような特徴により、カメラにおいて、電源回路等を大幅に削減、若しくは縮小することができるので、本体9501の小型軽量化を図ることが可能である。本発明に係るカメラは、低消費電力、高画質及び小型軽量化が図られているので、携帯に適した製品を提供することができる。
以上の様に、本発明の発光装置の適用範囲は極めて広く、この発光装置をあらゆる分野の電子機器に適用することが可能である。本発明のキノキサリン誘導体を用いることにより、低消費電力で、色再現性に優れた表示部を有する電子機器を提供することが可能となる。
また、本発明の発光装置は、照明装置として用いることもできる。本発明の発光素子を照明装置として用いる一態様を、図8を用いて説明する。
図8は、本発明の発光装置をバックライトとして用いた液晶表示装置の一例である。図8に示した液晶表示装置は、筐体901、液晶層902、バックライト903、筐体904を有し、液晶層902は、ドライバIC905と接続されている。また、バックライト903は、本発明の発光装置が用いられおり、端子906により、電流が供給されている。
本発明の発光装置を液晶表示装置のバックライトとして用いることにより、消費電力の低減されたバックライトが得られる。また、本発明の発光装置は、面発光の照明装置であり大面積化も可能であるため、バックライトの大面積化が可能であり、液晶表示装置の大面積化も可能になる。さらに、本発明の発光装置は薄型で低消費電力であるため、表示装置の薄型化、低消費電力化も可能となる。
図9は、本発明を適用した発光装置を、照明装置である電気スタンドとして用いた例である。図9に示す電気スタンドは、筐体2001と、光源2002を有し、光源2002として、本発明の発光装置が用いられている。本発明の発光装置は、高輝度の発光が可能であるため、手元を明るく照らすことが可能である。
図10は、本発明を適用した発光装置を、室内の照明装置3001として用いた例である。本発明の発光装置は大面積化が可能であるため、大面積の照明装置として用いることができる。また、本発明の発光装置は、薄型で低消費電力であるため、薄型化、低消費電力化の照明装置として用いることが可能となる。このように、本発明を適用した発光装置を、室内の照明装置3001として用いた部屋に、図7(A)で説明したような、本発明に係るテレビ装置3002を設置して公共放送や映画を鑑賞することもできる。
≪合成例1≫
本合成例1では、実施の形態1においての構造式(1)として示した本発明のキノキサリン誘導体、4,4’−ビス(3−フェニルキノキサリン−2−イル)トリフェニルアミン(略称:PQ2A)の合成例を具体的に例示する。
[ステップ1]
PQ2Aを合成する上での中間体となる2−(4−ブロモフェニル)−3−フェニルキノキサリンの合成方法について説明する。
(i)(4−ブロモフェニル)フェニルアセチレンの合成
(4−ブロモフェニル)フェニルアセチレンの合成スキームを(B−1)に示す。
Figure 2009155321
p−ブロモヨードベンゼン28.3g(0.10mol)、フェニルアセチレン10.2g (0.10mol)、ビス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(II)ジクロリド701mg(1mmol)、ヨウ化銅(I)190mg(1mmol)を1000mL三口フラスコへ入れ、窒素置換をしてからテトラヒドロフラン350mL、トリエチルアミン18mLを加えて室温で12時間攪拌した。反応後、反応混合物を3%塩酸水溶液で洗浄し、水層を酢酸エチルで抽出した。抽出液と有機層を合わせて飽和食塩水により洗浄し、硫酸マグネシウムにより乾燥した。混合物をセライト(和光純薬工業株式会社、カタログ番号:531−16855、以下同じ)、フロリジール(和光純薬工業株式会社、カタログ番号:540−00135、以下同じ)、アルミナを過して濾過し、ろ液を濃縮して得られた固体を、ヘキサンにより再結晶したところ、目的物の固体を15g収率58%で得た。
(ii)1−(4−ブロモフェニル)−2−フェニルエタンジオンの合成
1−(4−ブロモフェニル)−2−フェニルエタンジオンの合成スキームを(B−2)に示す。
Figure 2009155321
(i)で合成した(4−ブロモフェニル)フェニルアセチレン10.0g(38.9mmol)、ヨウ素4.7g(18.5mmol)、ジメチルスルホキシド100mLを300mL三口フラスコへ入れ155℃で4時間撹拌した。反応後、反応溶液を冷ましてから、1wt%硫酸ナトリウム水溶液へ反応溶液を投入し、固体を析出させた。析出した固体を吸引ろ過により回収し、回収したろ物をエタノールに溶かした後、セライトを通してろ過し、ろ液を濃縮した。得られた固体を酢酸エチルに溶かし、再度セライトを通してろ過し、ろ液を濃縮して固体を析出させた。得られた固体を酢酸エチル、ヘキサンにより再結晶をしたところ目的物の固体を1.5g得た。目的物固体を得た後のろ液を更にアセトン、ヘキサンにより再度再結晶をしたところ目的物の固体を6.7g得た。2回の再結晶で得られた目的物固体は合わせて8.2gであり、収率は72%であった。
(iii)2−(4−ブロモフェニル)−3−フェニルキノキサリンの合成
2−(4−ブロモフェニル)−3−フェニルキノキサリンの合成スキームを(B−3)に
示す。
Figure 2009155321
(ii)で得られた1−(4−ブロモフェニル)−2−フェニルエタンジオン8.2g(29mmol)、とo−フェニレンジアミン3.1g(31mmol)を300mLナスフラスコへ入れ、エタノール100mLを加えてから2時間還流した。反応後、析出した固体を吸引ろ過により回収した。回収した固体をエタノールにより洗浄し、乾燥したところ、目的物の淡黄色固体を7.3g収率69%で得た。
[ステップ2]
本発明のキノキサリン誘導体である4,4’−ビス(3−フェニルキノキサリン−2−イル)トリフェニルアミンの合成方法について説明する。
(i)4−(3−フェニルキノキサリン−2−イル)ジフェニルアミンの合成方法。
4−(2−フェニル−キノキサリン−3−イル)ジフェニルアミンの合成スキームを(B−4)に示す。
Figure 2009155321
ステップ1の(iii)で合成した2−(4−ブロモフェニル)−3−フェニルキノキサリン3.6g(10mmol)、アニリン1.5g(15mmol)、ビス(ジベンジリデンアセトン)パラジウム(0)290mg(0.5mmol)、トリ(tert−ブチル)ホスフィン(10%ヘキサン溶液)3.0mL(15mmol)、及びナトリウム−tert−ブトキシド1.5g(15mmol)を100mL三口フラスコに入れ、これに脱水キシレン20mLを加え、窒素雰囲気下、130℃で2.5時間加熱撹拌した。反応終了後、反応溶液である懸濁液にトルエン約300mLを加え、これをフロリジール、セライトを通して濾過した。得られたろ液を水で洗浄した後、硫酸マグネシウムで水分を取り除いた。この懸濁液をフロリジール、アルミナ、セライトを通して濾過し、得られた濾液を濃縮して2.2gの茶色粉末を得た。なお、シリカゲル薄層クロマトグラフィー(TLC)でのRf値(ヘキサン:酢酸エチル=2:1)は、目的物である4−(3−フェニルキノキサリン−2−イル)ジフェニルアミンが0.63、2−(4−ブロモフェニル)−3−フェニルキノキサリンが0.78だった。
(ii)4,4’−ビス(3−フェニルキノキサリン−2−イル)トリフェニルアミンの合成方法
4,4’−ビス(3−フェニルキノキサリン−2−イル)トリフェニルアミンの合成スキームを(B−5)に示す。
Figure 2009155321
上記ステップ2(i)に引き続き、4−(2−フェニル−キノキサリン−3−イル)ジフェニルアミン、2−(4−ブロモフェニル)−3−フェニルキノキサリン3.6g(10mmol)、ビス(ジベンジリデンアセトン)パラジウム(0)212mg(0.5mmol)、トリ(tert−ブチル)ホスフィン(10%ヘキサン溶液)1.2mL(0.6mmol)、ナトリウム−tert−ブトキシド1.2g(12mmol)を500mlなすフラスコ中で混合し、これに脱水キシレン50mLを加え、窒素雰囲気下、120℃で6時間加熱撹拌した。反応終了後、反応溶液である懸濁液にトルエンと酢酸エチル1:1の混合液を約1L加え、これをフロリジール、セライトを通してろ過した。得られたろ液を水で洗浄した後、硫酸マグネシウムで水分を取り除いた。この懸濁液をアルミナ、セライトを通して濾過し、得られたろ液を濃縮した。濃縮したろ液にアセトンとヘキサンを加えて超音波にかけてから再結晶を行い、収量4.5gで茶色粉末を得た(ステップ2(i)から通算して収率69%)。この目的物の融点を示差走査熱量分析(DSC)によって測定したところ、254℃であった。
上記ステップ2で得られた茶色粉末の核磁気共鳴分光法(H−NMR、13C−NMR)による分析結果を下記に示す。また、H−NMRチャートを図12に、13C−NMRチャートを図13に示す。このことから、本合成例1において、上述の構造式(1)で表される本発明のキノキサリン誘導体であるPQ2Aが得られたことを確認した。
H NMR(300MHz、CDCl):δ(ppm)=7.02−7.13(m、7H)、7.26−7.43(m、12H)、7.56−7.60(m、4H)、7.75−7.78(m、4H)、8.15−8.18(m、4H)
13C NMR(75.5MHz、CDCl):δ(ppm)=123.1、124.0、125.4、128.2、128.9、129.0、129.2、129.4、129.7、129.7、129.9、130.9、133.0、139.3、141.1、141.2、146.7、147.9、152.9、153.5
また、PQ2Aのトルエン溶液の吸収スペクトルを図14に示す。図14において横軸は波長(nm)、縦軸は吸収強度(任意単位)を表す。溶液は石英セルに入れて測定を行い、図14のスペクトルは石英の吸収スペクトルを差し引いた吸収スペクトルである。測定には紫外可視分光光度計(日本分光株式会社製、V550型)を用いた。これによると、PQ2Aのトルエン溶液は406nm付近に吸収が見られた。また、PQ2Aのトルエン溶液(励起波長400nm)の発光スペクトルを図15に示す。図15において横軸は波長(nm)、縦軸は発光強度(任意単位)を表す。最大発光波長は475nm(励起波長400nm)であった。
また、PQ2Aの薄膜の吸収スペクトルを図16に示す。図16において横軸は波長(nm)、縦軸は吸収強度(任意単位)を表す。測定用の薄膜サンプルはPQ2Aを石英基板に蒸着して作製し、図16のスペクトルは石英の吸収スペクトルを差し引いたスペクトルである。測定には紫外可視分光光度計(日本分光株式会社製、V550型)を用いた。この結果、PQ2Aの薄膜は416nm付近に吸収が見られた。また、PQ2A薄膜の発光スペクトル(励起波長416nm)を図17に示す。図17において横軸は波長(nm)、縦軸は発光強度(任意単位)を表す。最大発光波長は501nm(励起波長416nm)であった。
また、この薄膜を大気中にて光電子分光法(理研計器社製、AC−2)で測定した結果、HOMO準位は−5.53eVであった。図16の吸収スペクトルのTaucプロットから吸収端は2.69eVであった。従って、PQ2Aの固体状態のエネルギーギャップは2.69eVと見積もられ、このことはPQ2AのLUMO準位が−2.84eVであることを意味する。
また、PQ2Aの酸化反応特性および還元反応特性を測定した。酸化反応特性および還元反応特性は、サイクリックボルタンメトリ(CV)測定によって調べた。なお測定には、電気化学アナライザー(ビー・エー・エス(株)製、型番:ALSモデル600A)を用いた。
CV測定における溶液は、溶媒として脱水N,N−ジメチルホルムアミド(DMF)(Sigma−Aldrich社製、99.8%、カタログ番号;22705−6)を用い、支持電解質である過塩素酸テトラ−n−ブチルアンモニウム(n−BuNClO)((株)東京化成製、カタログ番号;T0836)を100mmol/Lの濃度となるように溶解させ、さらに測定対象を1mmol/Lの濃度となるように溶解させて調製した。また、作用電極としては白金電極(ビー・エー・エス(株)製、PTE白金電極)を、補助電極としては白金電極(ビー・エー・エス(株)製、VC−3用Ptカウンター電極(5cm))を、参照電極としてはAg/Ag電極(ビー・エー・エス(株)製、RE5非水溶媒系参照電極)をそれぞれ用いた。なお、測定は室温で行った。
PQ2Aの還元反応特性については次のようにして調べた。参照電極に対する作用電極の電位を−0.2Vから−2.3Vまで変化させた後、−2.3Vから−0.2Vまで変化させる走査を1サイクルとし、100サイクル測定した。なお、CV測定のスキャン速度は0.1V/sに設定した。
図18にPQ2Aの還元側のCV測定結果をそれぞれ示す。図18において、横軸は参照電極に対する作用電極の電位(V)を表し、縦軸は作用電極と補助電極との間に流れた電流値(μA)を表す。図18から、−2.03V付近(vs.Ag/Ag)に還元を示す電流が観測された。
100サイクルもの走査を繰り返しているにもかかわらず、PQ2Aは還元反応におけるCV曲線のピーク位置やピーク強度に大きな変化が見られなかった。これによりPQ2Aは中性状態から還元状態への還元反応と還元状態から中性状態への酸化の繰り返しに対して非常に安定な物質であることがわかった。
本実施例では、本発明の発光素子について、図11を用いて説明する。本実施例で用いた材料の化学式を以下に示す。
Figure 2009155321
以下に、本実施例の発光素子の作製方法を示す。
(発光素子1)
まず、ガラス基板2101上に、酸化珪素を含む酸化インジウム−酸化スズをスパッタリング法にて成膜し、第1の電極2102を形成した。なお、その膜厚は110nmとし、電極面積は2mm×2mmとした。
次に、第1の電極が形成された面が下方となるように、第1の電極が形成された基板を真空蒸着装置内に設けられた基板ホルダーに固定した。その後真空蒸着装置内を排気し、10−4Pa程度まで減圧した後、第1の電極2102上に、4,4’−ビス[N−(1−ナフチル)−N−フェニルアミノ]ビフェニル(略称:NPB)と酸化モリブデン(VI)とを共蒸着することにより、複合材料を含む層2103を形成した。その膜厚は50nmとし、NPBと酸化モリブデン(VI)との比率は、重量比で4:1(=NPB:酸化モリブデン)となるように調節した。
次に、抵抗加熱を用いた蒸着法により、複合材料を含む層2103上NPBを10nmの膜厚となるように成膜し、正孔輸送層2104を形成した。
さらに、実施の形態1において構造式(1)として示した本発明の4,4’−ビス(3−フェニル−キノキサリン−2−イル)トリフェニルアミン(略称:PQ2A)と(アセチルアセトナト)ビス[2,3−ビス(4−フルオロフェニル)キノキサリナト]イリジウム(III)(略称:Ir(Fdpq)(acac))とを共蒸着することにより、正孔輸送層2104上に30nmの膜厚の発光層2105を形成した。PQ2AとIr(Fdpq)(acac)との重量比は、1:0.06(=PQ2A:Ir(Fdpq)(acac))となるように調節した。
その後抵抗加熱による蒸着法を用いて、発光層2105上にトリス(8−キノリノラト)アルミニウム(略称:Alq)を10nmの膜厚となるように成膜し、電子輸送層2106を形成した。
さらに、電子輸送層2106上に、Alqとリチウムを共蒸着することにより、50nmの膜厚で電子注入層2107を形成した。ここで、Alqとリチウムとの重量比は、1:0.01(=Alq:リチウム)となるように調節した。
最後に、抵抗加熱による蒸着法を用い、電子注入層2107上にアルミニウムを200nmの膜厚となるように成膜することにより、第2の電極2108を形成することで、発光素子1を作製した。
(発光素子2)
発光素子2は、発光素子1において電子輸送層として形成したAlqをビス(2−メチル−8−キノリノラト)(4−フェニルフェノラト)アルミニウム(略称:BAlq)に替えた他は発光素子1と同様に形成した。
発光素子1及び発光素子2の電流密度−輝度特性を図19に、電圧−輝度特性を図20に、輝度−電流効率特性を図21に示す。また、1mAの電流を流したときの発光スペクトルを図22に示す。
発光素子1は、輝度1000cd/mのときのCIE色度座標は(x=0.68、y=0.31)であり、赤色の発光であった。また、輝度1000cd/mのときの電流効率は3.8cd/Aであり、外部量子効率は6.3%であった。また、輝度1000cd/mのときの電圧は5.6V、電流密度は、26.2mA/cmであり、パワー効率は2.1lm/Wであった。
発光素子2は、輝度1000cd/mのときのCIE色度座標は(x=0.71、y=0.29)であり、赤色の発光であった。また、輝度1000cd/mのときの電流効率は5.5cd/Aであり、外部量子効率は10%であった。また、輝度1000cd/mのときの電圧は5.8V、電流密度は、17.7mA/cmであり、パワー効率は3.00m/Wであった。
よって、本発明のキノキサリン誘導体を用いることにより、駆動電力の低い発光素子を得ることができる。
また、図22から分かるように発光素子1、発光素子2共にほぼ同じスペクトルを示し、Ir(Fdpq)(acac)由来の発光が得られていることがわかる。ここで、発光物質として用いたIr(Fdpq)(acac)はホール輸送性に乏しく、電子トラップ性の高い物質であることが分かっている。それにも係わらず、発光素子2においては効率良く発光が得られていることから、本発明のキノキサリン誘導体はホール輸送性を有することが分かる。また、発光素子1において、発光層に隣接して設けられている電子輸送層であるAlqはホールブロック性に乏しく、発光層において発光に寄与しなかったホールが抜けてくることで、発光してしまう。しかし、発光素子1においてはほとんどその発光が見られない。これは、発光層中のキャリアバランスが良いことから、ホールの殆ど全てが再結合に寄与していることで得られた結果であると考えられる。すなわち、本発明のキノキサリン誘導体は、ほどよいホール輸送性と電子輸送性を併せ持った物質であるということがわかり、バイポーラ性であるという事がいえる。また、実施例1および実施例2より、本実施例で用いたPQ2Aは、赤色のリン光を発する材料であるIr(Fdpq)(acac)を励起及び発光させることができることがわかった。
本発明の発光素子を説明する図。 本発明の発光素子を説明する図。 本発明の発光素子を説明する図。 本発明の有機半導体素子を説明する図。 本発明の発光装置を説明する図。 本発明の発光装置を説明する図。 本発明の電子機器を説明する図。 本発明の電子機器を説明する図。 本発明の照明装置を説明する図。 本発明の照明装置を説明する図。 実施例の発光素子を説明する図。 本発明のキノキサリン誘導体である4,4’−ビス(3−フェニルキノキサリン−2−イル)トリフェニルアミン(略称:PQ2A)のH−NMRチャートを表す図。 本発明のキノキサリン誘導体であるPQ2Aの13C−NMRチャートを表す図。 本発明のキノキサリン誘導体であるPQ2Aの溶液における吸収スペクトルを表す図。 本発明のキノキサリン誘導体であるPQ2Aの溶液における発光スペクトルを表す図。 本発明のキノキサリン誘導体であるPQ2Aの薄膜における吸収スペクトルを表す図。 本発明のキノキサリン誘導体であるPQ2Aの薄膜における発光スペクトルを表す図。 本発明のキノキサリン誘導体であるPQ2AのCV測定結果を表す図。 実施例2で作製した発光素子1及び発光素子2の電流密度−輝度特性を表す図。 実施例2で作製した発光素子1及び発光素子2の電圧−輝度特性を表す図。 実施例2で作製した発光素子1及び発光素子2の電流効率−輝度特性を表す図。 実施例2で作製した発光素子1及び発光素子2の発光スペクトルを表す図。
符号の説明
101 基板
102 第1の電極
103 EL層
104 第2の電極
111 正孔注入層
112 正孔輸送層
113 発光層
114 電子輸送層
301 基板
302 第1の電極
304 第2の電極
311 電子輸送層
312 発光層
313 正孔輸送層
314 正孔注入層
501 第1の電極
502 第2の電極
511 第1の発光ユニット
512 第2の発光ユニット
513 電荷発生層
601 駆動回路部(ソース側駆動回路)
602 画素部
603 駆動回路部(ゲート側駆動回路)
604 封止基板
605 シール材
607 空間
608 配線
609 FPC(フレキシブルプリントサーキット)
610 素子基板
611 スイッチング用TFT
612 電流制御用TFT
613 第1の電極
614 絶縁物
616 EL層
617 第2の電極
618 発光素子
623 nチャネル型TFT
624 pチャネル型TFT
901 筐体
902 液晶層
903 バックライト
904 筐体
905 ドライバIC
906 端子
951 基板
952 電極
953 絶縁層
954 隔壁層
955 EL層
956 電極
1201 ソース電極
1202 活性層
1203 ドレイン電極
1204 ゲート電極
2001 筐体
2002 光源
2101 ガラス基板
2102 第1の電極
2103 複合材料を含む層
2104 正孔輸送層
2105 発光層
2106 電子輸送層
2107 電子注入層
2108 第2の電極
3001 照明装置
9101 筐体
9102 支持台
9103 表示部
9104 スピーカー部
9105 ビデオ入力端子
9201 本体
9202 筐体
9203 表示部
9204 キーボード
9205 外部接続ポート
9206 ポインティングデバイス
9401 本体
9402 筐体
9403 表示部
9404 音声入力部
9405 音声出力部
9406 操作キー
9407 外部接続ポート
9408 アンテナ
9501 本体
9502 表示部
9503 筐体
9504 外部接続ポート
9505 リモコン受信部
9506 受像部
9507 バッテリー
9508 音声入力部
9509 操作キー
9510 接眼部

Claims (11)

  1. 下記一般式(G1)で表されるキノキサリン誘導体。
    Figure 2009155321
    (式中、α、αは、それぞれ独立に環を形成する炭素数が13以下のアリーレン基を表し、Arは、環を形成する炭素数が13以下のアリール基を表し、R、Rは、それぞれ独立に水素原子、炭素数1〜6のアルキル基、環を形成する炭素数が13以下のアリール基のいずれかを表し、R〜R、R〜R10は、それぞれ独立に水素原子、または炭素数1〜6のアルキル基、置換または無置換のフェニル基または置換または無置換のビフェニル基のいずれかを表す。)
  2. 請求項1において、
    前記一般式(G1)中におけるα、αが、それぞれ独立に下記一般式(2−1)〜(2−7)のいずれか一であるキノキサリン誘導体。
    Figure 2009155321
    (式中、R11〜R15、R21〜R36はそれぞれ独立に水素原子、炭素数1〜6のアルキル基、フェニル基のいずれか一を表し、R37、R38はそれぞれ独立に水素原子または炭素数1〜6のアルキル基を表す。)
  3. 請求項1または請求項2において、
    前記一般式(G1)中におけるArが、下記一般式(3−1)〜(3−7)のいずれか一であるキノキサリン誘導体。
    Figure 2009155321
    (式中、R41〜R45、R51〜R68、R71〜R79はそれぞれ独立に水素原子、炭素数1〜6のアルキル基、フェニル基、またはビフェニル基のいずれかを表す。なお、R72及びR73は互いに結合し、環を形成していても良い。)
  4. 請求項1乃至請求項3のいずれか一項において、
    前記一般式(G1)中におけるR、Rがそれぞれ独立に下記構造式(4−1)〜(4−6)、下記一般式(4−7)〜(4−12)のいずれか一であるキノキサリン誘導体。
    Figure 2009155321
    (式中、R41〜R45、R51〜R68、R71〜R79はそれぞれ独立に水素原子、炭素数1〜6のアルキル基、フェニル基またはビフェニル基のいずれかを表す。なお、R72及びR73は互いに結合し、環を形成していても良い。)
  5. 請求項1乃至請求項4のいずれか一項において、
    前記一般式(G1)中におけるR〜R、R〜R10がそれぞれ独立に、下記構造式(5−1)〜(5−6)、下記一般式(5−7)〜(5−10)のいずれか一であるキノキサリン誘導体。
    Figure 2009155321
    (式中、R41〜R45、R51〜R68、R71〜R79はそれぞれ独立に水素原子、炭素数1〜6のアルキル基、またはフェニル基またはビフェニル基のいずれかを表す。)
  6. 下記構造式(1)で表されるキノキサリン誘導体。
    Figure 2009155321
  7. 請求項1乃至請求項6のいずれか一項に記載のキノキサリン誘導体を含む発光素子。
  8. 請求項1乃至請求項6のいずれか一項に記載のキノキサリン誘導体と蛍光発光性物質とを含む発光素子。
  9. 請求項1乃至請求項6のいずれか一項に記載のキノキサリン誘導体と燐光発光性物質とを含む発光素子。
  10. 請求項8または請求項9に記載の発光素子と、前記発光素子の発光を制御する制御手段とを有する発光装置。
  11. 表示部を有し、
    前記表示部は、請求項8または請求項9記載の発光素子と前記発光素子の発光を制御する制御手段とを備えたことを特徴とする電子機器。
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