JP2009167173A - トリアゾール誘導体およびトリアゾール誘導体を用いた発光素子、発光装置、電子機器 - Google Patents

トリアゾール誘導体およびトリアゾール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】三重項励起エネルギーが大きく、バイポーラ性を有する物質を発光素子に適用することにより、発光効率が高く駆動電圧の低い発光素子の提供。
【解決手段】一般式(G1)で表されるトリアゾール誘導体において、
Figure 2009167173

Ar1〜Ar3のいずれかが、N-アリーレン-カルバゾリ−ルであるトリアゾール誘導体及びそれを有する発光素子。
【選択図】なし

Description

本発明は、エレクトロルミネセンスを利用した発光素子に適用可能な発光材料に関する。また、該発光材料を用いた発光素子、該発光素子を用いた発光装置並びに電子機器に関する。
有機化合物は無機化合物に比べて種類が多様であり、様々な機能を有する物質を設計・合成できる可能性がある。このような利点から、近年、有機化合物を用いた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材料として用いた太陽電池や発光素子、トランジスタ等がその代表例である。
これらは有機化合物の電気物性や光物性を利用したデバイスであるが、中でも特に、有機化合物を発光物質とする発光素子の研究開発はめざましい発展を見せている。
この発光素子の構成は、電極間に発光物質である有機化合物を含む発光層を設けただけの単純な構造であり、薄型軽量・高速応答性・低駆動電圧などの特性から、次世代のフラットパネルディスプレイ素子として注目されている。また、この発光素子を用いたディスプレイは、コントラストや画質に優れ、視野角が広いという特徴も有している。
有機化合物を発光物質とする発光素子の発光機構は、キャリア注入型である。すなわち、電極間に発光層を挟んで電圧を印加することにより、電極から注入された正孔および電子が再結合して発光物質が励起状態となり、その励起状態が基底状態に戻る際に発光する。そして、励起状態の種類としては一重項励起状態(S*)と三重項励起状態(T*)がある。また、発光素子におけるその統計的な生成比は、S*:T*=1:3であると考えられている。
一重項励起状態を発光に変換する化合物(以下、蛍光性化合物と称す)は室温において、三重項励起状態からの発光(燐光)は観測されず、一重項励起状態からの発光(蛍光)のみが観測される。したがって、蛍光性化合物を用いた発光素子における内部量子効率(注入したキャリアに対して発生するフォトンの割合)の理論的限界は、S*:T*=1:3であることを根拠に25%とされている。
一方、三重項励起状態を発光に変換する化合物(以下、燐光性化合物と称す)を用いれば、内部量子効率は75〜100%まで理論上は可能となる。つまり、蛍光性化合物に比べて3〜4倍の発光効率が可能となる。このような理由から、高効率な発光素子を実現するために、燐光性化合物を用いた発光素子の開発が近年盛んに行われている。
上述した燐光性化合物を用いて発光素子の発光層を形成する場合、燐光性化合物の濃度消光や三重項−三重項消滅による消光を抑制するために、他の物質からなるマトリクス中に該燐光性化合物が分散するようにして形成することが多い。この時、マトリクスとなる物質はホスト材料、燐光性化合物のようにマトリクス中に分散される物質はゲスト材料と呼ばれる。
燐光性化合物をゲスト材料とする場合、ホスト材料に必要とされる性質は、該燐光性化合物よりも大きな三重項励起エネルギー(基底状態と三重項励起状態とのエネルギー差)を有することである。特許文献1では、緑色の発光を示す燐光性化合物のホスト材料としてTAZが使用されている。
しかし、TAZはその大きな三重項エネルギーと引き替えに、正孔がはいりにくく駆動電圧が高くなるという問題点があった。したがって、大きな三重項エネルギーを有すると共に、正孔・電子の両方を受け取り安く、また輸送できる物質(すなわちバイポーラ性を有する物質)が、燐光化合物に対するホスト材料として求められている。
また、一重項励起エネルギー(基底状態と一重項励起状態とのエネルギー差)は三重項励起エネルギーよりも大きいため、大きな三重項励起エネルギーを有する物質は大きな一重項励起エネルギーをも有する。したがって、上述したような大きな三重項励起エネルギーを有すると共に、バイポーラ性を有する物質は、蛍光性化合物を発光物質として用いた発光素子においても有益である。
特開2002−352957号公報
以上のことから、本発明では、励起エネルギーの大きな物質、特に、三重項励起エネルギーの大きな物質を提供することを課題とする。また本発明では、バイポーラ性を有する物質を提供することを課題とする。
また、本発明は、発光素子の発光効率を向上させることを目的の一とする。
また、本発明は、発光素子の駆動電圧を低減することを目的の一とする。
また、発光素子もしくは発光装置、電子機器の消費電力を低減することを目的の一とする。
本発明者らは鋭意検討を重ねた結果、ある特定のトリアゾール誘導体が前記課題を解決できることを見いだした。つまり、本発明の構成の一は下記一般式(G1)で表されるトリアゾール誘導体のAr1〜Ar3のいずれか一に一般式(G2)で表されるアミノ基が結合したトリアゾール誘導体である。
Figure 2009167173
Figure 2009167173
上記一般式(G1)において、式中、Ar1〜Ar3はそれぞれ炭素数6〜25のアリール基または炭素数3〜9のヘテロアリール基を表し、上記一般式(G2)において、Ar4は炭素数6〜25のアリール基を表し、αは炭素数6〜25のアリーレン基を表し、R1〜R2はそれぞれ水素、炭素数1〜4のアルキル基、炭素数6〜25のアリール基または炭素数1〜4のアルコキシ基を表す。
また、本発明の構成の一は一般式(G3)で表されるトリアゾール誘導体である。
Figure 2009167173
上記一般式(G3)において、Ar1〜Ar2はそれぞれ炭素数6〜25のアリール基または炭素数3〜9のヘテロアリール基を表し、Ar4は、炭素数6〜25のアリール基を表し、αは炭素数6〜25のアリーレン基を表し、R1〜R2はそれぞれ水素または炭素数1〜4のアルキル基または炭素数6〜25のアリール基または炭素数1〜4のアルコキシ基を表す。
また、本発明の構成の一は下記一般式(G4)で表されるトリアゾール誘導体である。
Figure 2009167173
上記一般式(G4)において、Ar1〜Ar2はそれぞれ炭素数6〜25のアリール基または炭素数3〜9のヘテロアリール基を表し、Ar4は、炭素数6〜25のアリール基を表し、αは炭素数6〜25のアリーレン基を表し、R1〜R2はそれぞれ水素または炭素数1〜4のアルキル基または炭素数6〜25のアリール基または炭素数1〜4のアルコキシ基を表す。
また、本発明の構成の一は下記一般式(G5)で表されるトリアゾール誘導体である。
Figure 2009167173
上記一般式(G5)において、Ar1〜Ar2はそれぞれ炭素数6〜25のアリール基または炭素数3〜9のヘテロアリール基を表し、Ar4は、炭素数6〜25のアリール基を表し、R1〜R2はそれぞれ水素または炭素数1〜4のアルキル基または炭素数6〜25のアリール基または炭素数1〜4のアルコキシ基を表す。
また、本発明の構成の一は下記一般式(G6)で表されるトリアゾール誘導体である。
Figure 2009167173
上記一般式(G6)において、Ar1〜Ar2はそれぞれ炭素数6〜25のアリール基または炭素数3〜9のヘテロアリール基を表し、Ar4は、炭素数6〜25のアリール基を表し、R1〜R2はそれぞれ水素、炭素数1〜4のアルキル基、炭素数6〜25のアリール基または炭素数1〜4のアルコキシ基を表す。
また、本発明の構成の一は下記一般式(G7)で表されるトリアゾール誘導体である。
Figure 2009167173
上記一般式(G7)において、Ar1〜Ar2はそれぞれ炭素数6〜25のアリール基または炭素数3〜9のヘテロアリール基を表し、R1〜R2はそれぞれ水素、炭素数1〜4のアルキル基、炭素数6〜25のアリール基または炭素数1〜4のアルコキシ基を表し、R11〜R15はそれぞれ水素または炭素数1〜4のアルキル基またはフェニル基のいずれかを表す。
上記構成において、前記Ar1および前記Ar2は、それぞれフェニル基またはピリジル基であることが好ましい。
また、本発明の構成の一は下記一般式(G8)で表されるトリアゾール誘導体である。
Figure 2009167173
上記一般式(G8)において、Ar1およびAr3はそれぞれ炭素数6〜25のアリール基または炭素数3〜9のヘテロアリール基を表し、Ar4は、炭素数6〜25のアリール基を表し、αは炭素数6〜25のアリーレン基を表し、R1〜R2はそれぞれ水素または炭素数1〜4のアルキル基または炭素数6〜25のアリール基または炭素数1〜4のアルコキシ基を表す。
また、本発明の構成の一は下記一般式(G9)で表されるトリアゾール誘導体である。
Figure 2009167173
上記一般式(G9)において、Ar1およびAr3はそれぞれ炭素数6〜25のアリール基または炭素数3〜9のヘテロアリール基を表し、Ar4は炭素数6〜25のアリール基を表し、αは炭素数6〜25のアリーレン基を表し、R1〜R2はそれぞれ水素、炭素数1〜4のアルキル基、炭素数6〜25のアリール基または炭素数1〜4のアルコキシ基を表す。
また、本発明の構成の一は下記一般式(G10)で表されるトリアゾール誘導体である。
Figure 2009167173
上記一般式(G10)において、Ar1およびAr3はそれぞれ炭素数6〜25のアリール基または炭素数3〜9のヘテロアリール基を表し、Ar4は、炭素数6〜25のアリール基を表し、R1〜R2はそれぞれ水素または炭素数1〜4のアルキル基または炭素数6〜25のアリール基または炭素数1〜4のアルコキシ基を表す。
また、本発明の構成の一は下記一般式(G11)で表されるトリアゾール誘導体である。
Figure 2009167173
上記一般式(G11)において、Ar1およびAr3はそれぞれ炭素数6〜25のアリール基または炭素数3〜9のヘテロアリール基を表し、Ar4は炭素数6〜25のアリール基を表し、R1〜R2はそれぞれ水素、炭素数1〜4のアルキル基、炭素数6〜25のアリール基または炭素数1〜4のアルコキシ基を表す。
また、本発明の構成の一は下記一般式(G12)で表されるトリアゾール誘導体である。
Figure 2009167173
上記一般式(G12)において、Ar1およびAr3はそれぞれ炭素数6〜25のアリール基または炭素数3〜9のヘテロアリール基を表し、R1〜R2はそれぞれ水素、炭素数1〜4のアルキル基、炭素数6〜25のアリール基または炭素数1〜4のアルコキシ基を表し、R11〜R15はそれぞれ水素、炭素数1〜4のアルキル基またはフェニル基のいずれかを表す。
上記構成において、前記Ar1および前記Ar3は、それぞれフェニル基またはピリジル基であることが好ましい。
また、本発明の構成の一は、一対の電極間に、上述のトリアゾール誘導体を含む発光素子である。
また、本発明の構成の一は、一対の電極間に発光層を有し、当該発光層は上記のいずれかに記載のトリアゾール誘導体を有することを特徴とする発光素子である。
また、本発明の構成の一は、一対の電極間に発光層を有し、当該発光層は上記のいずれかに記載のトリアゾール誘導体と、燐光を発光する物質とを有することを特徴とする発光素子である。
また、本発明の構成の一は、上記した発光素子と、当該発光素子の発光を制御する制御回路を有する発光装置である。
また、本発明の構成の一は、表示部を有し、当該表示部は上記した発光素子と当該発光素子の発光を制御する制御回路とを備えたことを特徴とする電子機器である。
本発明の発光装置とは、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、発光素子にコネクター、例えば異方導電性フィルムもしくはTAB(Tape Automated Bonding)テープもしくはTCP(Tape Carrier Package)が取り付けられたモジュールまたは発光素子に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全て発光装置に含むものとする。さらに、照明機器等に用いられる発光装置も含むものとする。
本発明を実施することで、励起エネルギーの大きな物質、特に、三重項励起エネルギーの大きな物質を得ることができる。また、バイポーラ性を有する物質を得ることができる。
また、このような物質を発光素子に適用することにより、発光効率の高い発光素子を提供することができる。また、駆動電圧の低い発光素子を提供することができる。
さらに、上述した発光素子を用いて発光装置を作製することにより、消費電力の少ない発光装置を提供することができる。また、このような発光装置を電子機器に適用することにより、消費電力の少ない電子機器を提供することができる。
以下、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。但し、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。従って、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)
本実施の形態1では、本発明のトリアゾール誘導体について説明する。
本発明のトリアゾール誘導体は、電子輸送性かつ三重項励起エネルギーが大きいトリアゾール骨格と、正孔輸送性であるアミン骨格とを同一分子内に有する。
具体的には、トリアゾールの3位,4位および5位に、それぞれアリール基またはヘテロアリール基が結合した1,2,4−トリアゾール誘導体であって、該アリール基またはヘテロアリール基のいずれか一にアミノ基を有するトリアゾール誘導体である。
つまり、一般式(G1)で表されるトリアゾール誘導体のAr1〜Ar3のいずれか一に一般式(G2)で表される2級アミンが結合したトリアゾール誘導体である。
Figure 2009167173
Figure 2009167173
前記した一般式(G1)および一般式(G2)において、Ar1〜Ar3はそれぞれ炭素数6〜25のアリール基または炭素数3〜9のヘテロアリール基を表し、αは炭素数6〜25のアリーレン基を表す。またR1およびR2は水素、炭素数6〜25のアリール基、炭素数1〜4のアルキル基または炭素数1〜4のアルコキシ基のいずれかを表す。
すなわち、本発明のトリアゾール誘導体としては、一般式(G1’)で表されるトリアゾール誘導体および一般式(G1’’)で表されるトリアゾール誘導体に大別できる。
Figure 2009167173
一般式(G1’)において、Ar1およびAr2はそれぞれ炭素数6〜25のアリール基または炭素数3〜9のヘテロアリール基を表し、Ar3は炭素数6〜25のアリーレン基または炭素数3〜9のヘテロアリーレン基を表し、Ar4は炭素数6〜25のアリール基を表す。αは炭素数6〜25のアリーレン基を表し、R11〜R12はそれぞれ水素、炭素数6〜25のアリール基、炭素数1〜4のアルキル基または炭素数1〜4のアルコキシ基を表す。
Figure 2009167173
一般式(G1’’)において、Ar1およびAr3はそれぞれ炭素数6〜25のアリール基または炭素数3〜9のヘテロアリール基を表し、Ar2は炭素数6〜25のアリーレン基または炭素数3〜9のヘテロアリーレン基を表し、Ar4は炭素数6〜25のアリール基を表す。αは炭素数6〜25のアリーレン基を表し、R11〜R12はそれぞれ水素、炭素数6〜25のアリール基、炭素数1〜4のアルキル基または炭素数1〜4のアルコキシ基を表す。
前記アリール基は置換基を有していてもよい。また、合成の容易さの点から炭素数6〜25のアリール基であることが好ましい。例えば、フェニル基、o−トリル基、m−トリル基、p−トリル基、4−tert−ブチルフェニル基、1−ナフチル基、2−ナフチル基、2−ビフェニル基、3−ビフェニル基、4−ビフェニル基、9,9−ジメチルフルオレン−2−イル基、スピロ−9,9’−ビフルオレン−2−イル基等が挙げられる。これらの置換基の具体例を構造式(1−1)〜構造式(1−9)に示す。
Figure 2009167173
また、ヘテロアリール基は置換基を有していてもよい。また、合成の容易さの点から炭素数3〜9のヘテロアリール基であることが好ましい。例えば、1,3,5−トリアジン−2−イル基、1,2,4−トリアジン−3−イル基、ピリミジン−4−イル基、ピラジン−2−イル基、2−ピリジル基、3−ピリジル基、4−ピリジル基、キノリル基等が挙げられる。これらの置換基の具体例を、構造式(2−1)〜構造式(2−14)に示す。
Figure 2009167173
また、アリーレン基は置換基を有していてもよい。また、合成の容易さの点から炭素数6〜25のアリーレン基であることが好ましい。例えば、1,2−フェニレン基、1,3−フェニレン基、1,4−フェニレン基、2,5−ジメチル−1,4−フェニレン基、1,4−ナフチレン基、1,5−ナフチレン基、4,4’−ビフェニレン基、9,9−ジメチルフルオレン−2,7−ジイル基、スピロ−9,9’−ビフルオレン−2,7−ジイル基等が挙げられる。これらの置換基の具体例を構造式(3−1)〜構造式(3−9)に示す。
Figure 2009167173
また、ヘテロアリーレン基は置換基を有していてもよい。また、合成の容易さの点から炭素数3〜9のヘテロアリーレン基であることが好ましい。例えば、ピリジン−2,5−ジイル基、ピリジン−2,6−ジイル基等が挙げられる。これらの置換基の具体例を構造式(4−1)〜構造式(4−3)に示す。
Figure 2009167173
また、アルキル基は、合成の容易さの点から、炭素数1〜4のアルキル基であることが好ましい。例えば、炭素数1〜4のアルキル基としては、メチル基、エチル基、イソプロピル基、n−プロピル基、イソブチル基、sec−ブチル基、n−ブチル基、tert−ブチル基などが挙げられる。
また、アルコキシ基は合成の容易さの点から炭素数1〜4のアルコキシ基であることが好ましい。例えば、炭素数1〜4のアルコキシ基としては、メトキシ基、エトキシ基、イソプロポキシ基、イソブトキシ基、tert−ブトキシ基などが挙げられる。
一般式(G1’)で表されるトリアゾール誘導体において、合成の容易さの点から一般式(G3)で表されるトリアゾール誘導体であることが好ましい。
Figure 2009167173
一般式(G3)において、Ar1およびAr2はそれぞれ炭素数6〜25のアリール基または炭素数3〜9のヘテロアリール基を表し、Ar4は炭素数6〜25のアリール基を表す。αは炭素数6〜25のアリーレン基を表し、R11〜R12はそれぞれ水素、炭素数6〜25のアリール基、炭素数1〜4のアルキル基または炭素数1〜4のアルコキシ基を表す。
一般式(G3)で表されるトリアゾール誘導体において、立体障害が少なく合成が容易であることから一般式(G4)で表されるトリアゾール誘導体であることが好ましい。
Figure 2009167173
一般式(G4)において、Ar1およびAr2はそれぞれ炭素数6〜25のアリール基または炭素数3〜9のヘテロアリール基を表し、Ar4は炭素数6〜25のアリール基を表す。αは炭素数6〜25のアリーレン基を表し、R11〜R12はそれぞれ水素、炭素数6〜25のアリール基、炭素数1〜4のアルキル基または炭素数1〜4のアルコキシ基を表す。
一般式(G4)で表されるトリアゾール誘導体において、立体障害が少なく合成が容易であることから一般式(G5)で表されるトリアゾール誘導体であることが好ましい。
Figure 2009167173
一般式(G5)において、Ar1およびAr2はそれぞれ炭素数6〜25のアリール基または炭素数3〜9のヘテロアリール基を表し、Ar4は炭素数6〜25のアリール基を表す。R11〜R12はそれぞれ水素、炭素数6〜25のアリール基、炭素数1〜4のアルキル基または炭素数1〜4のアルコキシ基を表す。
一般式(G5)で表されるトリアゾール誘導体において、立体障害が少なく合成が容易であることから一般式(G6)で表されるトリアゾール誘導体であることが好ましい。
Figure 2009167173
一般式(G6)において、Ar1およびAr2はそれぞれ炭素数6〜25のアリール基または炭素数3〜9のヘテロアリール基を表し、Ar4は炭素数6〜25のアリール基を表す。R11〜R12はそれぞれ水素、炭素数6〜25のアリール基、炭素数1〜4のアルキル基または炭素数1〜4のアルコキシ基を表す。
一般式(G6)で表されるトリアゾール誘導体において、立体障害が少なく合成が容易であることから一般式(G7)で表されるトリアゾール誘導体であることが好ましい。
Figure 2009167173
一般式(G7)において、Ar1およびAr2はそれぞれ炭素数6〜25のアリール基または炭素数3〜9のヘテロアリール基を表す。R11〜R12はそれぞれ水素、炭素数6〜25のアリール基、炭素数1〜4のアルキル基または炭素数1〜4のアルコキシ基を表す。
一般式(G1’)および一般式(G3)〜一般式(G7)において、合成の容易さの点から、Ar1およびAr2はそれぞれフェニル基またはピリジル基であることが好ましい。また、三重項励起エネルギーが高いことから、Ar1およびAr2は、それぞれフェニル基またはピリジル基であることが好ましい。特に、ピリジル基であることが好ましい。ピリジル基であることにより、トリアゾール誘導体の電子輸送性が高くなりキャリアのバランスが向上する。よって、発光素子に好適に用いることができる。特に、発光素子の発光層に用いる場合には、注入される電子と正孔のバランスが重要であるため、より好ましい。
一般式(G1’’)で表されるトリアゾール誘導体において、合成の容易さの点から一般式(G8)で表されるトリアゾール誘導体であることが好ましい。
Figure 2009167173
一般式(G8)において、Ar1およびAr3はそれぞれ炭素数6〜25のアリール基または炭素数3〜9のヘテロアリール基を表し、Ar4は炭素数6〜25のアリール基を表す。αは炭素数6〜25のアリーレン基を表し、R11〜R12はそれぞれ水素、炭素数6〜25のアリール基、炭素数1〜4のアルキル基または炭素数1〜4のアルコキシ基を表す。
一般式(G8)で表されるトリアゾール誘導体において、立体障害が少なく合成が容易であることから一般式(G9)で表されるトリアゾール誘導体であることが好ましい。
Figure 2009167173
一般式(G9)において、Ar1およびAr3はそれぞれ炭素数6〜25のアリール基または炭素数3〜9のヘテロアリール基を表し、Ar4は炭素数6〜25のアリール基を表す。αは炭素数6〜25のアリーレン基を表し、R11〜R12はそれぞれ水素、炭素数6〜25のアリール基、炭素数1〜4のアルキル基または炭素数1〜4のアルコキシ基を表す。
一般式(G9)で表されるトリアゾール誘導体において、立体障害が少なく合成が容易であることから一般式(G10)で表されるトリアゾール誘導体であることが好ましい。
Figure 2009167173
一般式(G10)において、Ar1およびAr3はそれぞれ炭素数6〜25のアリール基または炭素数3〜9のヘテロアリール基を表し、Ar4は炭素数6〜25のアリール基を表す。R11〜R12はそれぞれ水素、炭素数6〜25のアリール基、炭素数1〜4のアルキル基または炭素数1〜4のアルコキシ基を表す。
一般式(G10)で表されるトリアゾール誘導体において、立体障害が少なく合成が容易であることから一般式(G11)で表されるトリアゾール誘導体であることが好ましい。
Figure 2009167173
一般式(G11)において、Ar1およびAr3はそれぞれ炭素数6〜25のアリール基または炭素数3〜9のヘテロアリール基を表し、Ar4は炭素数6〜25のアリール基を表す。R11〜R12はそれぞれ水素、炭素数6〜25のアリール基、炭素数1〜4のアルキル基または炭素数1〜4のアルコキシ基を表す。
一般式(G11)で表されるトリアゾール誘導体において、立体障害が少なく合成が容易であることから一般式(G12)で表されるトリアゾール誘導体であることが好ましい。
Figure 2009167173
一般式(G12)において、Ar1およびAr3はそれぞれ炭素数6〜25のアリール基または炭素数3〜9のヘテロアリール基を表す。R11〜R12はそれぞれ水素、炭素数6〜25のアリール基、炭素数1〜4のアルキル基または炭素数1〜4のアルコキシ基を表す。
一般式(G1’’)および一般式(G8)〜一般式(G12)において、合成の容易さの点から、Ar1およびAr3はそれぞれフェニル基またはピリジル基であることが好ましい。また、三重項励起エネルギーが高いことから、Ar1およびAr3はそれぞれフェニル基またはピリジル基であることが好ましい。特に、ピリジル基であることが好ましい。ピリジル基であることにより、トリアゾール誘導体の電子輸送性が高くなりキャリアのバランスが向上する。よって、発光素子に好適に用いることができる。特に、発光素子の発光層に用いる場合には、注入される電子と正孔のバランスが重要であるため、より好ましい。
一般式(G1’)および一般式(G1’’)で表されるトリアゾール誘導体としては、具体的には構造式(1)〜構造式(119)および構造式(120)〜構造式(199)で表されるトリアゾール誘導体を挙げることができる。ただし、本発明はこれらに限定されない。
Figure 2009167173
Figure 2009167173
Figure 2009167173
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Figure 2009167173
Figure 2009167173
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Figure 2009167173
Figure 2009167173
Figure 2009167173
本発明のトリアゾール誘導体の合成方法としては種々の反応の適用が可能である。例えば、以下に示す合成反応を行うことによって、本発明のトリアゾール誘導体を合成することができる。なお、本発明のトリアゾール誘導体の合成方法は以下の合成方法に限定されない。
≪ハロゲン化トリアゾール誘導体(TAZ−1)および(TAZ−2)の合成法≫
<ハロゲン化トリアゾール誘導体(TAZ−1)の合成法>
ハロゲン化トリアゾール誘導体(TAZ−1)の合成スキームを(A−1)に示す。
Figure 2009167173
まず化合物A1(ハロゲン化アリールカルボン酸のエステルまたはハロゲン化ヘテロアリールカルボン酸のエステル)とヒドラジンとを反応させることにより、化合物B1(ハロゲン化アリールヒドラジドまたはハロゲン化ヘテロアリールヒドラジド)を合成する。次に、化合物B1(ハロゲン化アリールヒドラジドまたはハロゲン化ヘテロアリールヒドラジド)と化合物C1(アリールカルボン酸ハライドまたはヘテロアリールカルボン酸ハライド)とを反応させることにより、化合物D1(ジアシルヒドラジン誘導体)を得る。次に、化合物D1(ジアシルヒドラジン誘導体)を五塩化リンと反応させることにより、化合物E1(ヒドラゾン誘導体)を得る。さらに、化合物E1(ヒドラゾン誘導体)とアリールアミンまたはヘテロアリールとを反応させることで、1,2,4−トリアゾール環を形成させることにより、ハロゲン化トリアゾール誘導体(TAZ−1)を得ることができる。
合成スキーム(A−1)において、Ar1およびAr2はそれぞれ炭素数6〜25のアリール基または炭素数3〜9のヘテロアリール基を表し、Ar3は炭素数6〜25のアリーレン基または炭素数3〜9のヘテロアリーレン基を表す。また、R1は炭素数1または2のアルキル基を表す。X1およびX2はそれぞれハロゲン基を表し、X1において、好ましくはブロモ基またはヨード基であり、X2において、好ましくはクロロ基である。
<ハロゲン化トリアゾール誘導体(TAZ−2)の合成法>
ハロゲン化トリアゾール誘導体(TAZ−2)の合成スキームを(A−2)に示す。
Figure 2009167173
まず化合物A2(アリールカルボン酸のエステルまたはヘテロアリールカルボン酸のエステル)とヒドラジンとを反応させることにより、化合物B2(アリールヒドラジドまたはヘテロアリールヒドラジド)を合成する。次に、化合物B2(アリールヒドラジドまたはヘテロアリールヒドラジド)と化合物C2(アリールカルボン酸ハライドまたはヘテロアリールカルボン酸ハライド)とを反応させることにより、化合物D2(ジアシルヒドラジン誘導体)を得る。次に、化合物D2(ジアシルヒドラジン誘導体)を五塩化リンと反応させることにより、化合物E2(ヒドラゾン誘導体)を得る。さらに、化合物E2(ヒドラゾン誘導体)とハロゲン化アリールアミンまたはハロゲン化ヘテロアリールアミンとを反応させることで、1,2,4−トリアゾール環を形成させることにより、ハロゲン化トリアゾール誘導体(TAZ−2)を得ることができる。
なお、合成スキーム(A−2)において、Ar1およびAr3はそれぞれアリール基またはヘテロアリール基を表し、Ar2はアリーレン基またはヘテロアリーレン基を表し、R2は炭素数1または2のアルキル基を表す。また、X3およびX4はハロゲン基を表し、X3は好ましくはブロモ基またはヨード基であり、X4は好ましくはクロロ基である。
<2級アミン(Am−1)の合成法>
上述の一般式(G2)で表される2級アミンは、下記合成スキーム(B−1)のようにして合成することができる。すなわち、まずジハロゲン化アレーン(化合物A3)とカルバゾール誘導体(化合物B3)とを、塩基存在下にて金属触媒を用いてカップリングさせることにより、ハロゲン化アリールカルバゾール誘導体(化合物C3)を合成する。次に、ハロゲン化アリールカルバゾール誘導体(化合物C3)とアリールアミン(化合物D3)とを、塩基存在下にて金属触媒を用いてカップリングさせることにより2級アミン(Am−1)を得ることができる。
なお、下記スキーム(B−1)中において、αは炭素数6〜25のアリーレン基を表す。また、Ar4は炭素数6〜25のアリール基を表す。またR1〜R2は水素、炭素数1〜4のアルキル基または炭素数6〜25のアリール基のいずれかを表す。また、X3およびX4はハロゲン基を表し、好ましくはブロモ基またはヨード基である。
Figure 2009167173
なお、塩基としては炭酸カリウム、炭酸ナトリウムなどの無機塩基又はナトリウム tert−ブトキシド等の金属アルコキシドに代表される有機塩基を用いることができる。また、金属触媒としてはパラジウム化合物、銅あるいはその一価の化合物等が挙げられ、具体的には、酢酸パラジウム(II)、ビス(ジベンジリデンアセトン)パラジウム(0)、銅、ヨウ化銅(I)、酢酸銅(I)等が挙げられる。
また、2級アミン(Am−1)を合成する手法は上記スキーム(B−1)に限定されることはなく、他の種々の手法を用いることができる。
≪本発明のトリアゾール誘導体の合成法≫
上述の合成スキーム(A−1)で得られたハロゲン化トリアゾール誘導体(TAZ−1)または合成スキーム(A−2)で得られたハロゲン化トリアゾール誘導体(TAZ−2)のいずれかと、2級アミン誘導体(Am−1)とを塩基存在下にて金属触媒を用いてカップリングさせることにより、本発明のトリアゾール誘導体が得られる。合成スキーム(C−1)および(C−2)に示す。
Figure 2009167173
合成スキーム(C−1)に示すように、2級アミン化合物(Am−1)とハロゲン化トリアゾール誘導体(TAZ−1)とをパラジウム触媒を用いたハートウィック・ブッフバルト反応または銅や銅化合物を用いたウルマン反応によりカップリングすることで、一般式(G11)で表される本発明のトリアゾール誘導体を得ることができる。
合成スキーム(C−1)において、Ar1およびAr2はそれぞれ炭素数6〜25のアリール基または炭素数3〜9のヘテロアリール基を表し、Ar3は炭素数6〜25のアリーレン基または炭素数3〜9のヘテロアリーレン基を表し、Ar4は炭素数6〜25のアリール基を表す。αは炭素数6〜25のアリーレン基を表し、R5〜R6はそれぞれ水素、炭素数6〜25のアリール基、炭素数1〜4のアルキル基または炭素数1〜4のアルコキシ基を表す。また、X1およびX2はそれぞれハロゲン基を表し、X1は好ましくはブロモ基またはヨード基であり、X2は好ましくはクロロ基である。
合成スキーム(C−1)において、ハートウィック・ブッフバルト反応を行う場合、用いることができる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)等が挙げられるが、用いることができる触媒はこれらに限られるものでは無い。合成スキーム(C−1)において用いることができる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、トリ(n−ヘキシル)ホスフィン、トリシクロヘキシルホスフィン等が挙げられる。用いることができる配位子はこれらに限られるものでは無い。合成スキーム(C−1)において用いることができる塩基としては、ナトリウム tert−ブトキシド等の有機塩基、炭酸カリウム等の無機塩基等が挙げられるが、用いることができる塩基はこれらに限られるものでは無い。合成スキーム(C−1)において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、テトラヒドロフラン等が挙げられる。ただし、用いることができる溶媒はこれらに限られるものでは無い。
また、合成スキーム(C−1)において、ウルマン反応を行う場合について説明する。合成スキーム(C−1)において、R51とR52はそれぞれハロゲンやアセチル基等を表し、ハロゲンとしては塩素、臭素、ヨウ素が挙げられる。また、R51がヨウ素であるヨウ化銅(I)又はR52がアセチル基である酢酸銅(II)が好ましい。反応に用いられる銅化合物はこれらに限られるものでは無い。また、銅化合物の他に銅を用いることができる。合成スキーム(C−1)において、用いることができる塩基としては炭酸カリウム等の無機塩基が挙げられる。用いることができる塩基はこれらに限られるものでは無い。合成スキーム(C−1)において、用いることができる溶媒としては1,3−ジメチル−3,4,5,6−テトラヒドロ−2(1H)ピリミジノン(DMPU)、トルエン、キシレン、ベンゼン等が挙げられる。用いることができる溶媒はこれらに限られるものでは無い。ウルマン反応では、反応温度が100℃以上の方がより短時間かつ高収率で目的物が得られるため、沸点の高いDMPU、キシレンを用いることが好ましい。また、反応温度は150℃以上のより高い温度が更に好ましいため、より好ましくはDMPUを用いる。
Figure 2009167173
合成スキーム(C−2)に示すように、2級アミン化合物(Am−1)とハロゲン化トリアゾール誘導体(TAZ−2)とを、パラジウム触媒を用いたハートウィック・ブッフバルト反応または銅や銅化合物を用いたウルマン反応によりカップリングすることで、一般式(G12)で表される本発明のトリアゾール誘導体を得ることができる。
合成スキーム(C−2)において、Ar1およびAr3はそれぞれ炭素数6〜25のアリール基または炭素数3〜9のヘテロアリール基を表し、Ar2は炭素数6〜25のアリーレン基または炭素数3〜9のヘテロアリーレン基を表し、Ar4は炭素数6〜25のアリール基を表す。αは炭素数6〜25のアリーレン基を表し、R7〜R8はそれぞれ水素、炭素数6〜25のアリール基、炭素数1〜4のアルキル基または炭素数1〜4のアルコキシ基を表す。また、X3およびX4はハロゲン基を表し、X3は好ましくはブロモ基またはヨード基であり、X4は好ましくはクロロ基である。
合成スキーム(C−2)において、ハートウィック・ブッフバルト反応を行う場合、用いることができる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)等が挙げられるが用いることができる触媒はこれらに限られるものでは無い。合成スキーム(C−2)において、用いることができる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、トリ(n−ヘキシル)ホスフィン、トリシクロヘキシルホスフィン等が挙げられる。用いることができる配位子はこれらに限られるものでは無い。合成スキーム(C−2)において、用いることができる塩基としては、ナトリウム tert−ブトキシド等の有機塩基、炭酸カリウム等の無機塩基等が挙げられるが、用いることができる塩基はこれらに限られるものでは無い。合成スキーム(C−2)において、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、テトラヒドロフラン等が挙げられる。ただし、用いることができる溶媒はこれらに限られるものでは無い。
合成スキーム(C−2)において、ウルマン反応を行う場合について説明する。合成スキーム(C−2)において、R53とR54はハロゲンやアセチル基等を表し、ハロゲンとしては塩素、臭素、ヨウ素が挙げられる。また、R53がヨウ素であるヨウ化銅(I)又はR54がアセチル基である酢酸銅(II)が好ましい。反応に用いられる銅化合物はこれらに限られるものでは無い。また、銅化合物の他に銅を用いることができる。合成スキーム(C−2)において、用いることができる塩基としては炭酸カリウム等の無機塩基が挙げられる。用いることができる塩基はこれらに限られるものでは無い。合成スキーム(C−2)において、用いることができる溶媒としては、1,3−ジメチル−3,4,5,6−テトラヒドロ−2(1H)ピリミジノン(DMPU)、トルエン、キシレン、ベンゼン等が挙げられる。用いることができる溶媒はこれらに限られるものでは無い。ウルマン反応では、反応温度が100℃以上の方がより短時間かつ高収率で目的物が得られるため、沸点の高いDMPU、キシレンを用いることが好ましい。また、反応温度は150℃以上のより高い温度が更に好ましいため、より好ましくはDMPUを用いる。
本発明のトリアゾール誘導体は三重項励起エネルギーが高く、電子輸送性と正孔輸送性を有する。よって、発光素子に好適に用いることができる。特に、発光素子の発光層に用いる場合には、注入される電子と正孔のバランスが重要であるため、本発明のトリアゾール誘導体を発光層に用いることが好ましい。また、本発明のトリアゾール誘導体は、三重項励起エネルギーが大きいため、燐光を発光する物質とともに発光層に用いることができる。
また、一重項励起エネルギー(基底状態と一重項励起状態とのエネルギー差)は三重項励起エネルギーよりも大きいため、大きな三重項励起エネルギーを有する物質は大きな一重項励起エネルギーをも有する。したがって、三重項励起エネルギーの大きい本発明のトリアゾール誘導体は蛍光を発光する物質とともに発光層に用いた場合においても有益である。
また、本発明のトリアゾール誘導体は、キャリアを輸送することができるため、発光素子において、キャリア輸送層として用いることができる。特に、本発明のトリアゾール誘導体は、大きい三重項エネルギーを有するため、発光層と接する層に用いても発光層からのエネルギー移動が生じにくく、高い発光効率を実現することができる。
(実施の形態2)
本実施の形態2では、本発明のトリアゾール誘導体を用いた発光素子の一態様について図1を用いて説明する。
本発明の発光素子は、一対の電極間に複数の層を有する。当該複数の層は、電極から離れたところに発光領域が形成されるように、つまり電極から離れた部分でのキャリアの再結合が行われるように、キャリア注入性の高い物質やキャリア輸送性の高い物質からなる層を組み合わせて積層されたものである。
本実施の形態の発光素子は、図1において、第1の電極101と、第2の電極102と、第1の電極101と第2の電極102との間に設けられた有機化合物を含む層103とから構成されている。なお、本形態では第1の電極101は陽極として機能し、第2の電極102は陰極として機能するものとして、以下を説明する。つまり、第1の電極101の方が第2の電極102よりも電位が高くなるように第1の電極101と第2の電極102に電圧を印加したときに、発光が得られるものとして下記において説明する。
基板100は発光素子の支持体として用いられる。基板100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、発光素子を作製工程において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101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、導電性化合物又は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。
有機化合物を含む層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)の物質等を含む層と、本実施の形態で示す発光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。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:H2Pc)、銅フタロシアニン(略称:CuPc)等のフタロシアニン系の化合物、或いはポリ(3,4−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)等の高分子物質等によっても正孔注入層を形成することができる。
また、正孔注入層として、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101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:F4−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。
なお、本明細書中において、複合とは、単に2つの材料が混合している状態に加えて、複数の材料を混合することによって材料間での電荷の授受が行われ得る状態になることを言う。
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、複合材料に用いる正孔輸送性の高い物質としては、10-6cm2/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、複合材料に用いることのできる芳香族アミン化合物としては、N,N’−ビス(4−メチルフェニル)(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、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−(10−フェニル−9−アントリル)フェニル]−9H−カルバゾール(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)、9,10−ビス[2−(1−ナフチル)フェニル]−2−tert−ブチル−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、1×10-6cm2/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、正孔注入層111としては、高分子化合物(オリゴマー、デンドリマー、ポリマー等)を用いることができる。例えば、ポリ(N−ビニルカルバゾール)(略称:PVK)、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)などの高分子化合物が挙げられる。また、ポリ(3,4−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)、ポリアニリン/ポリ(スチレンスルホン酸)(PAni/PSS)等の酸を添加した高分子化合物を用いることができる。
また、上述したPVK、PVTPA、PTPDMA、Poly−TPD等の高分子化合物と、上述したアクセプター性物質を用いて複合材料を形成し、正孔注入層111として用いてもよい。
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またはα−NPD)、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10-6cm2/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、PVK、PVTPA、PTPDMA、Poly−TPDなどの高分子化合物を用いることもできる。
なお、発光層と接する正孔輸送層には、発光層の発光性物質よりも大きい励起エネルギーを有する物質を用いることが好ましい。具体的には、発光性物質が蛍光性化合物の場合には、蛍光化合物の一重項励起エネルギーよりも大きい一重項励起エネルギーを有する物質を正孔輸送層に用いることが好ましい。また、発光性物質が燐光性化合物の場合には、燐光性化合物の三重項励起エネルギーよりも大きい三重項励起エネルギーを有する物質を正孔輸送層に用いることが好ましい。このような構成にすることにより、発光層から正孔輸送層へのエネルギー移動を抑制することができ、高い発光効率を実現することができる。電子よりも正孔の輸送性が高く、かつ、三重項励起エネルギーが大きい物質としては、4,4’,4’’−トリ(N−カルバゾリル)トリフェニルアミン(略称:TCTA)、1,1−ビス[4−(ジフェニルアミノ)フェニル]シクロヘキサン(略称:TPAC)、9,9−ビス[4−(ジフェニルアミノ)フェニル]フルオレン(略称:TPAF)、4,4’−ジ(N−カルバゾリル)ビフェニル(略称:CBP)等が挙げられる。
発光層113は、発光性の高い物質を含む層である。実施の形態1で示したトリアゾール誘導体を用いて発光層113を形成することができる。実施の形態1で示したトリアゾール誘導体は紫色の発光を示すため、発光性の高い物質として発光層に用いることができる。
また、実施の形態1で示したトリアゾール誘導体に、発光性の高い物質を分散させた構成にすることも可能である。実施の形態1で示したトリアゾール誘導体は、大きい三重項励起エネルギーおよび大きい一重項励起エネルギーを有するため、実施の形態1で示したトリアゾール誘導体に発光性の高い物質を分散させた構成にすることが特に好ましい。
実施の形態1で示したトリアゾール誘導体に分散させる発光性の高い物質としては、蛍光を発光する物質や燐光を発光する物質を用いることができる。
燐光を発光する物質(燐光性化合物)を用いる場合には、実施の形態1で示したトリアゾール誘導体よりも三重項励起エネルギーが小さい物質を用いることが好ましい。実施の形態1で示したトリアゾール誘導体は、三重項励起エネルギーが大きいため、発光層に用いる燐光性化合物の選択肢が広がる。特に、発光ピーク波長が400nm以上500nm以下の短波長の発光(青色系の発光)を示す燐光性化合物とともに発光層に用いた場合であっても高い発光効率を実現することができる。
実施の形態1で示したトリアゾール誘導体とともに発光層に用いることのできる燐光性化合物としては、例えば、青色系の発光材料として、ビス[2−(4’,6’−ジフルオロフェニル)ピリジナト−N,C2']イリジウム(III)テトラキス(1−ピラゾリル)ボラート(略称:FIr6)、ビス[2−(4’,6’−ジフルオロフェニル)ピリジナト−N,C2']イリジウム(III)ピコリナート(略称:FIrpic)、ビス[2−(3’,5’ビストリフルオロメチルフェニル)ピリジナト−N,C2']イリジウム(III)ピコリナート(略称:Ir(CF3ppy)2(pic))、ビス[2−(4’,6’−ジフルオロフェニル)ピリジナト−N,C2']イリジウム(III)アセチルアセトナート(略称:FIracac)などが挙げられる。また、緑色系の発光材料として、トリス(2−フェニルピリジナト−N,C2')イリジウム(III)(略称:Ir(ppy)3)、ビス(2−フェニルピリジナト−N,C2')イリジウム(III)アセチルアセトナート(略称:Ir(ppy)2(acac))、ビス(1,2−ジフェニル−1H−ベンゾイミダゾラト)イリジウム(III)アセチルアセトナート(略称:Ir(pbi)2(acac))、ビス(ベンゾ[h]キノリナト)イリジウム(III)アセチルアセトナート(略称:Ir(bzq)2(acac))などが挙げられる。また、黄色系の発光材料として、ビス(2,4−ジフェニル−1,3−オキサゾラト−N,C2')イリジウム(III)アセチルアセトナート(略称:Ir(dpo)2(acac))、ビス[2−(4’−パーフルオロフェニルフェニル)ピリジナト]イリジウム(III)アセチルアセトナート(略称:Ir(p−PF−ph)2(acac))、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)2(acac))などが挙げられる。また、橙色系の発光材料として、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)3)、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)2(acac))などが挙げられる。また、赤色系の発光材料として、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)2(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)2(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)2(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)等の有機金属錯体が挙げられる。また、トリス(アセチルアセトナト)(モノフェナントロリン)テルビウム(III)(略称:Tb(acac)3(Phen))、トリス(1,3−ジフェニル−1,3−プロパンジオナト)(モノフェナントロリン)ユーロピウム(III)(略称:Eu(DBM)3(Phen))、トリス[1−(2−テノイル)−3,3,3−トリフルオロアセトナト](モノフェナントロリン)ユーロピウム(III)(略称:Eu(TTA)3(Phen))等の希土類金属錯体は、希土類金属イオンからの発光(異なる多重度間の電子遷移)であるため、燐光性化合物として用いることができる。
蛍光を発光する物質を用いる場合には、実施の形態1で示したトリアゾール誘導体よりも一重項励起エネルギーが小さい物質を用いることが好ましい。実施の形態1に示したトリアゾール誘導体は、大きい一重項励起エネルギーを有するため、発光層に用いる蛍光性化合物の選択肢が広がる。
実施の形態1で示したトリアゾール誘導体とともに発光層に用いることのできる蛍光性化合物としては、例えば、青色系の発光材料として、N,N’−ビス[4−(9H−カルバゾール−9−イル)フェニル]−N,N’−ジフェニルスチルベン−4,4’−ジアミン(略称:YGA2S)、4−(9H−カルバゾール−9−イル)−4’−(10−フェニル−9−アントリル)トリフェニルアミン(略称:YGAPA)などが挙げられる。また、緑色系の発光材料として、N−(9,10−ジフェニル−2−アントリル)−N,9−ジフェニル−9H−カルバゾール−3−アミン(略称:2PCAPA)、N−[9,10−ビス(1,1’−ビフェニル−2−イル)−2−アントリル]−N,9−ジフェニル−9H−カルバゾール−3−アミン(略称:2PCABPhA)、N−(9,10−ジフェニル−2−アントリル)−N,N’,N’−トリフェニル−1,4−フェニレンジアミン(略称:2DPAPA)、N−[9,10−ビス(1,1’−ビフェニル−2−イル)−2−アントリル]−N,N’,N’−トリフェニル−1,4−フェニレンジアミン(略称:2DPABPhA)、9,10−ビス(1,1’−ビフェニル−2−イル)−N−[4−(9H−カルバゾール−9−イル)フェニル]−N−フェニルアントラセン−2−アミン(略称:2YGABPhA)、N,N,9−トリフェニルアントラセン−9−アミン(略称:DPhAPhA)などが挙げられる。また、黄色系の発光材料として、ルブレン、5,12−ビス(1,1’−ビフェニル−4−イル)−6,11−ジフェニルテトラセン(略称:BPT)などが挙げられる。また、赤色系の発光材料として、N,N,N’,N’−テトラキス(4−メチルフェニル)テトラセン−5,11−ジアミン(略称:p−mPhTD)、7,13−ジフェニル−N,N,N’,N’−テトラキス(4−メチルフェニル)アセナフト[1,2−a]フルオランテン−3,10−ジアミン(略称:p−mPhAFD)などが挙げられる。
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:Almq3)、ビス(10−ヒドロキシベンゾ[h]キノリナト)ベリリウム(略称:BeBq2)、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を用いることができる。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)2)、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)2)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)、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)、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10-6cm2/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、電子輸送層114として、高分子化合物を用いることができる。例えば、ポリ[(9,9−ジヘキシルフルオレン−2,7−ジイル)−co−(ピリジン−3,5−ジイル)](略称:PF−Py)、ポリ[(9,9−ジオクチルフルオレン−2,7−ジイル)−co−(2,2’−ビピリジン−6,6’−ジイル)](略称:PF−BPy)などを用いることができる。
なお、発光層と接する電子輸送層には、発光層の発光性物質よりも大きい励起エネルギーを有する物質を用いることが好ましい。具体的には、発光性物質が蛍光性化合物の場合には、蛍光化合物の一重項励起エネルギーよりも大きい一重項励起エネルギーを有する物質を電子輸送層に用いることが好ましい。また、発光性物質が燐光性化合物の場合には、燐光性化合物の三重項励起エネルギーよりも大きい三重項励起エネルギーを有する物質を電子輸送層に用いることが好ましい。このような構成にすることにより、発光層から電子輸送層へのエネルギー移動を抑制することができ、高い発光効率を実現することができる。正孔よりも電子の輸送性が高く、かつ、三重項励起エネルギーが大きい物質としては、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:TAZ01)、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)、3−(4−tert−ブチルフェニル)−4−フェニル−5−(4−ビフェニリル)−1,2,4−トリアゾール(略称:TAZ)、3−(4−tert−ブチルフェニル)−4−(4−エチルフェニル)−5−(4−ビフェニリル)−1,2,4−トリアゾール(略称:p−EtTAZ)、9,9’,9’’−[1,3,5−トリアジン−2,4,6−トリイル]トリカルバゾール(略称:TCzTRZ)等が挙げられる。
また、電子注入層115を設けてもよい。電子注入層115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(CaF2)等のようなアルカリ金属化合物又はアルカリ土類金属化合物を用いることができる。さらに、電子輸送性を有する物質とアルカリ金属又はアルカリ土類金属とが組み合わされた層も使用できる。例えばAlq中にマグネシウム(Mg)を含有させたもの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とアルカリ金属又はアルカリ土類金属とを組み合わせた層を用いることは、第2の電極102からの電子注入が効率良く起こるためより好ましい。
第2の電極102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、電気伝導性化合物及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)、セシウム(Cs)等のアルカリ金属、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、これらを含む合金(MgAg、AlLi)又はユ−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。アルカリ金属、アルカリ土類金属、これらを含む合金の膜は、真空蒸着法を用いて形成することができる。また、アルカリ金属またはアルカリ土類金属を含む合金はスパッタリング法により形成することも可能である。また、銀ペーストなどをインクジェット法などにより成膜することも可能である。
また、第2の電極102と電子輸送層114との間に、電子注入層115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102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、有機化合物を含む層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。
以下、具体的な発光素子の形成方法を示す。例えば、本発明の発光素子を表示装置に適用し、大型基板を用いて作製する場合には、発光層は湿式法により形成することが好ましい。発光層を、インクジェット法を用いて形成することにより、大型基板を用いても発光層の塗り分けが容易となる。
例えば、本実施の形態で示した構成において、第1の電極を乾式法であるスパッタリング法、正孔注入層を湿式法であるインクジェット法、スピンコート法、正孔輸送層を乾式法である真空蒸着法、発光層を湿式法であるインクジェット法、電子注入層を乾式法である真空蒸着法、第2の電極を湿式法であるインクジェット法やスピンコート法を用いて形成してもよい。また、第1の電極を湿式法であるインクジェット法、正孔注入層を乾式法である真空蒸着法、正孔輸送層を湿式法であるインクジェット法やスピンコート法、発光層を湿式法であるインクジェット法、電子注入層を湿式法であるインクジェット法やスピンコート法、第2の電極を湿式法であるインクジェット法やスピンコート法を用いて形成してもよい。なお、上記の方法に限らず、湿式法と乾式法を適宜組み合わせればよい。
また、例えば、第1の電極を乾式法であるスパッタリング法、正孔注入層および正孔輸送層を湿式法であるインクジェット法、スピンコート法、発光層を湿式法であるインクジェット法、電子注入層を乾式法である真空蒸着法、第2の電極を乾式法である真空蒸着法で形成することができる。つまり、第1の電極が所望の形状で形成されている基板上に、正孔注入層から発光層までを湿式法で形成し、電子注入層から第2の電極までを乾式法で形成することができる。この方法では、正孔注入層から発光層までを大気圧で形成することができ、発光層の塗り分けも容易である。また、電子注入層から第2の電極までは、真空一貫で形成することができる。よって、工程を簡略化し、生産性を向上させることができる。
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101と第2の電極102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。
実施の形態1で示したトリアゾール誘導体は、電子輸送性と正孔輸送性を有しているバイポーラ性であるため、発光層に好適に用いることができる。また、バイポーラ性であるため、発光領域が発光層と正孔輸送層の界面や発光層と電子輸送層との界面に偏ることがなく、発光物質の濃度消光や三重項−三重項消滅(T−Tアニヒレイション)による消光を抑制することができ、高い発光効率を実現できる。
また、実施の形態1で示したトリアゾール誘導体は、バイポーラ性であるため、発光素子の駆動電圧を低減することができる。よって、発光素子の消費電力を低減することができる。
また、本発明のトリアゾール誘導体は、大きい三重項励起エネルギーを有するため、燐光性化合物とともに発光層に用いることができる。特に、400nm以上500nm以下の青色系の発光を示す燐光性化合物とともに発光層に用いることができるため、フルカラーディスプレイ等に用いることが可能である。よって、燐光性化合物の特徴である高い発光効率を生かしたフルカラーディスプレイを実現することができる。
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3)
本実施の形態3では、実施形態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1で示したトリアゾール誘導体は電子輸送性と正孔輸送性の両方を有しているため、キャリア輸送層として用いることが可能である。具体的には、正孔輸送層または電子輸送層として用いることができる。特に、実施の形態1で示したトリアゾール誘導体は、大きい三重項励起エネルギーおよび大きい一重項励起エネルギーを有しているため、発光層と接する層に用いた場合に、発光層からのエネルギー移動が生じにくく、高い発光効率を実現することができる。
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4)
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2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積層型発光素子である。各発光ユニットの構成としては、実施の形態2および実施の形態3で示した構成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る。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2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または実施の形態3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、モリブデン酸化物、タングステン酸化物等の金属酸化物とを含む。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10-6cm2/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材料は、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と他の材料と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とを含む層と、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とを含む層と、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、一方の側の発光ユニットに電子を注入し、他方の側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、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いかなる構成でもよい。
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。
実施の形態1で示したトリアゾール誘導体は、電子輸送性と正孔輸送性を有しているバイポーラ性であるため発光層に好適に用いることができる。また、バイポーラ性であるため発光領域が発光層と正孔輸送層との界面あるいは発光層と電子輸送層との界面に偏ることがなく、発光物質の濃度消光や三重項−三重項消滅(T−Tアニヒレイション)による消光を抑制することができ、高い発光効率を実現できる。また、実施の形態1で示したトリアゾール誘導体は、バイポーラ性であるため発光素子の駆動電圧を低減することができる。よって、発光素子の消費電力を低減することができる。
また、実施の形態1で示したトリアゾール誘導体は電子輸送性と正孔輸送性の両方を有しているため、キャリア輸送層として用いることが可能である。具体的には、正孔輸送層または電子輸送層として用いることができる。特に、実施の形態1で示したトリアゾール誘導体は、大きい三重項励起エネルギーおよび大きい一重項励起エネルギーを有しているため、発光層と接する層に用いた場合に、発光層からのエネルギー移動が生じにくく高い発光効率を実現することができる。
また、実施の形態1で示したトリアゾール誘導体は、バイポーラ性であるためキャリア輸送層として用いることができる。特に、実施の形態1で示したトリアゾール誘導体を発光層と接する層に用いた場合に、発光層からのエネルギー移動が生じにくく高い発光効率を実現することができる。
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5)
本実施の形態では、本発明のトリアゾール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、本発明のトリアゾール誘導体を用いて作製された発光装置について図3を用いて説明する。なお、図3(A)は、発光装置を示す上面図、図3(B)は図3(A)をA−A’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、点線で示した駆動回路(ソース側駆動回路)401、画素部402、駆動回路部(ゲート側駆動回路)403を含んでいる。また、404は封止基板、405はシール材であり、シール材405で囲まれた内側は、空間407になっている。
なお、引き回し配線408はソース側駆動回路401およびゲート側駆動回路403に入力される信号を伝達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)409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3(B)を用いて説明する。素子基板410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401と、画素部402中の一つの画素が示されている。
なお、ソース側駆動回路401はnチャネル型TFT423とpチャネル型TFT424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、画素部が形成された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、画素部が形成された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402はスイッチング用TFT411と、電流制御用TFT412とそのドレインに電気的に接続された第1の電極413とを含む複数の画素により形成される。なお、第1の電極413の端部を覆って絶縁物414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414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414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414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414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413上には、有機化合物を含む層416、および第2の電極417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413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、窒化チタンとアルミニウムを主成分とする膜との積層膜、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層構造膜等を用いることができる。なお、積層構造膜とすると、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、有機化合物を含む層416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。有機化合物を含む層416は、実施の形態1で示した本発明のトリアゾール誘導体を含んでいる。また、有機化合物を含む層416を構成する他の材料としては、低分子化合物、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、有機化合物を含む層416上に形成され、陰極として機能する第2の電極417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、CaF2等)を用いることが好ましい。なお、有機化合物を含む層416で生じた光が第2の電極417を透過させる場合には、第2の電極417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、酸化亜鉛(ZnO)等)との積層膜を用いるのが良い。
さらにシール材405で封止基板404を素子基板410と貼り合わせることにより、素子基板410、封止基板404およびシール材405で囲まれた空間407に発光素子418が備えられた構造になっている。なお、空間407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405で充填される場合もある。
なお、シール材405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404に用いる材料としてガラス基板、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、本発明のトリアゾール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で示したトリアゾール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、発光効率の高い発光装置を得ることができる。
また、本発明のトリアゾール誘導体を用いることにより、低消費電力の発光装置を得ることができる。
また、本発明のトリアゾール誘導体は、大きい三重項励起エネルギーを有するため、燐光性化合物とともに発光層に用いることができる。特に、400nm以上500nm以下の青色系の発光を示す燐光性化合物とともに発光層に用いることができるため、フルカラーディスプレイに用いることが可能である。よって、燐光性化合物の特徴である高い発光効率を生かしたフルカラーディスプレイを実現することができる。
以上のように、本実施の形態では、トランジスタ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4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を示す。なお、図4(A)は、発光装置を示す斜視図、図4(B)は図4(A)をX−Yで切断した断面図である。図4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。パッシブマトリクス型の発光装置においても、本発明の発光素子を含むことによって発光効率が高い発光装置を得ることができる。また、低消費電力の発光装置を得ることができる。
(実施の形態6)
本実施の形態では、実施の形態5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に示したトリアゾール誘導体を含み、発光効率の高い表示部を有する。また、消費電力の低減された表示部を有する。
本発明のトリアゾール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5に示す。
図5(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および実施の形態3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5(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および実施の形態3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5(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および実施の形態3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5(D)は本発明の係るカメラであり、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および実施の形態3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。本発明のトリアゾール誘導体を用いることにより、発光効率の高い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、低消費電力の表示部を有する電子機器を得ることができる。
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6を用いて説明する。
図6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6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ており、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、発光効率が高く、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7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7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、発光効率が高く、低消費電力であるため、電気スタンドも発光効率が高く低消費電力である。
図8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、大面積化も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5(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ができる。このような場合、両装置は低消費電力であるので、電気料金を心配せずに明るい部屋で迫力のある映像を鑑賞することができる。
(合成例1)
本実施例では、構造式(200)で表される4−(9H−カルバゾール−9−イル)−4’−(4,5−ジフェニル−4H−1,2,4−トリアゾール−3−イル)トリフェニルアミン(略称:YGATAZ1)の合成方法について説明する。
Figure 2009167173
[ステップ1:3−(4−ブロモフェニル)−4,5−ジフェニル−4H−1,2,4−トリアゾールの合成]
(1)4−ブロモベンゾイルヒドラジンの合成。
エチル−4−ブロモベンゾエート25g(0.19mol)を200mL三口フラスコに入れ、エタノール50mLを加えて撹拌した後、ヒドラジン一水和物20mLを加え,この混合物を78℃で5時間加熱撹拌し、反応させた。反応後、反応混合物に水を加え、析出した固体を吸引ろ過により回収した。得られた固体を水で洗浄し、吸引ろ過により回収したところ、目的物である4−ブロモベンゾイルヒドラジンの白色固体を収量24g、収率96%で得た。(合成スキーム(a−1))
Figure 2009167173
(2)N’−ベンゾイル−4−ブロモ−ベンゾヒドラジドの合成。
上記ステップ1(1)で得られた4−ブロモベンゾイルヒドラジン2.0g(13.9mmol)を300mL三口フラスコに入れ、N−メチル−2−ピロリドン7mlを加え、室温で撹拌した。この溶液にN−メチル−2−ピロリドン5.0mLとベンゾイルクロライド2.5mL(21.5mmol)の混合溶液を50mL滴下ロートにより滴下した。この混合物を80℃で3時間撹拌した。反応後、反応混合物を約200mLの水に加えたところ、固体が析出した。析出した固体を吸引ろ過により回収した。回収した固体を水、飽和炭酸水素ナトリウム水溶液、飽和食塩水の順に洗浄して得た固体をアセトンとヘキサンの混合溶媒で再結晶したところ、目的物であるN’−ベンゾイル−4−ブロモ−ベンゾヒドラジドの白色固体を収量3.6g、収率80%で得た。(合成スキーム(a−2))
Figure 2009167173
(3)1−[(4−ブロモフェニル)クロロメチリデン]−2−[クロロ(フェニル)メチリデン]ヒドラゾンの合成。
上記ステップ1(2)で得られたN’−ベンゾイル−4−ブロモ−ベンゾヒドラジド5.0g(16mmol),五塩化リン7.2g(34mmol)を200mL三口フラスコに入れ、この混合物にトルエン100mLを加えた。この混合物を120℃で3時間撹拌し、反応させた。反応後、反応溶液を約100mLの水に加えて撹拌した。有機層と水層を分離し、有機層を飽和炭酸ナトリウム水溶液、飽和食塩水で洗浄した。有機層に硫酸マグネシウムを加えて乾燥した。この混合物を吸引ろ過して硫酸マグネシウムを除去し、ろ液を得た。得られたろ液を濃縮して得た固体をメタノールで洗浄したところ、目的物である1−[(4−ブロモフェニル)クロロメチリデン]−2−[クロロ(フェニル)メチリデン]ヒドラゾンの粉末状淡黄色固体を収量4.8g、収率86%で得た。(合成スキーム(a−3))
Figure 2009167173
(4)3−(4−ブロモフェニル)−4,5−ジフェニル−4H−1,2,4−トリアゾールの合成。
上記ステップ1(3)で得られた1−[(4−ブロモフェニル)クロロメチリデン]−2−[クロロ(フェニル)メチリデン]ヒドラゾン4.5g(16mmol)、アニリン2.0g(16mmol)、N,N−ジメチルアニリン30mLを100mL三口フラスコに入れ、当該フラスコ内を窒素置換した。この混合物を135℃で5時間加熱撹拌した。反応後、反応溶液を約100mLの1M希塩酸に加えて30分撹拌したところ、固体が析出した。析出した固体を吸引ろ過して固体を得た。得られた固体をトルエンに溶解し水、飽和炭酸ナトリウム水溶液で洗浄した。有機層に硫酸マグネシウムを加えて乾燥した。この混合物を吸引ろ過し、硫酸マグネシウムを除去し、ろ液を得た。得られたろ液を濃縮して得た固体をエタノールとヘキサンの混合溶媒で再結晶したところ、目的物である3−(4−ブロモフェニル)−4,5−ジフェニル−4H−1,2,4−トリアゾールの粉末状淡黄色固体を収量3.3g、収率69%で得た。(合成スキーム(a−4))
Figure 2009167173
[ステップ2:4−(9H−カルバゾール−9−イル)ジフェニルアミン(略称:YGA)の合成]
(1)9−(4−ブロモフェニル)−9H−カルバゾールの合成。
p−ジブロモベンゼン56g(240mmol)、9H−カルバゾール 31g(180mmol)、ヨウ化銅(I)4.6g(24mmol)、炭酸カリウム66g(480mmol)、18−クラウン−6−エーテル2.1g(8mmol)を300mL三口フラスコに入れて窒素置換し、N,N’−ジメチルプロピレンウレア(略称:DMPU)8mLを加え、180℃で6時間撹拌した。反応混合物を室温まで冷ましてから、吸引ろ過により沈殿物を除去した。ろ液を希塩酸、飽和炭酸水素ナトリウム水溶液、飽和食塩水の順で洗浄した後、硫酸マグネシウムにより乾燥した。乾燥後、混合物を自然ろ過してから濃縮し、得られた油状物質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=9:1)により精製し、クロロホルムとヘキサンにより再結晶したところ、目的物である9−(4−ブロモフェニル)−9H−カルバゾールの淡褐色プレート状結晶を収量21g、収率35%で得た。(合成スキーム(a−5))
Figure 2009167173
(2)4−(9H−カルバゾール−9−イル)ジフェニルアミン(略称:YGA)の合成。
上記ステップ2(1)で得られた9−(4−ブロモフェニル)−9H−カルバゾール5.4g(17mmol)、アニリン1.8mL(20mmol)、ビス(ジベンジリデンアセトン)パラジウム(0)0.1g(0.2mmol)、ナトリウム tert−ブトキシド3.9g(40mmol)を200mL三口フラスコに入れて窒素置換し、トリ(tert−ブチル)ホスフィンの10%ヘキサン溶液0.1mLおよびトルエン50mLを加え、80℃で6時間撹拌した。反応混合物をフロリジール(和光純薬工業株式会社、カタログ番号:540−00135)、セライト(和光純薬工業株式会社、カタログ番号:531−16855)、アルミナを通してろ過し、ろ液を水、飽和食塩水で洗浄後、硫酸マグネシウムで乾燥した。乾燥後、混合物を自然ろ過し、得られたろ液を濃縮し、得られた油状物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=9:1)により精製したところ、本ステップ2の目的物である4−(9H−カルバゾール−9−イル)ジフェニルアミン(略称:YGA)を収量4.1g、収率73%で得た。合成スキーム(a−6))
Figure 2009167173
[ステップ3:4−(9H−カルバゾール−9−イル)−4’−(4,5−ジフェニル−4H−1,2,4−トリアゾール−3−イル)トリフェニルアミン(略称:YGATAZ1)の合成]
上記ステップ1(1)〜(4)で得られた3−(4−ブロモフェニル)−4,5−ジフェニル−4H−1,2,4−トリアゾール1.5g(4.0mmol)、上記ステップ2(1)〜(2)で得られた4−(9H−カルバゾール−9−イル)ジフェニルアミン(略称:YGA)1.3g(4.0mmol)、ナトリウム tert−ブトキシド1.0g(11mmol)、ビス(ジベンジリデンアセトン)パラジウム(0)0.1g(0.2mmol)を100mL三口フラスコに入れ、当該フラスコ内を窒素置換した。この混合物にトルエン30mL、トリ(tert−ブチル)ホスフィンの10%ヘキサン溶液0.1mLを加えた。この混合物を80℃で5時間加熱攪拌し反応させた。反応後、反応混合物にトルエンを加えて加熱した。この懸濁液をセライト(和光純薬工業株式会社、カタログ番号:531−16855)を通して吸引ろ過した。得られたろ液を水、飽和炭酸水素ナトリウム水溶液、飽和食塩水の順で洗浄した後、有機層と水層を分離し、有機層に硫酸マグネシウムを加えて乾燥した。この混合物を吸引ろ過し、硫酸マグネシウムを除去して得られたろ液を濃縮し固体を得た。得られた固体をトルエンに溶解し、シリカゲルカラムクロマトグラフィーにより精製した。カラムクロマトグラフィーはまずトルエンを展開溶媒として用い、次いでトルエン:酢酸エチル=1:4の混合溶媒を展開溶媒として用いた。得られたフラクションを濃縮し、固体を得た。得られた固体をクロロホルムとヘキサンの混合溶媒で再結晶をしたところ、目的物である4−(9H−カルバゾール−9−イル)−4’−(4,5−ジフェニル−4H−1,2,4−トリアゾール−3−イル)トリフェニルアミン(略称:YGATAZ1)の白色固体を収量1.8g、収率72%で得た。(合成スキーム(a−7))
Figure 2009167173
得られた白色固体1.8gの昇華精製をトレインサブリメーション法により行った。昇華精製は、7.0Paの減圧下アルゴンの流量を3mL/minとして白色固体を310℃で加熱し15時間行った。収量1.2gで収率は67%であった。
なお、上記ステップ2で得られた固体の1H NMRを測定した。以下に測定データを示す。また、1H NMRチャートを図9に示す。なお、図9(B)は、図9(A)における6.5ppm〜8.5ppmの範囲を拡大して表したチャートである。
1H NMR(CDCl3,300MHz):δ=7.05(d,J=8.8Hz,2H),7.09−7.51(m,27H),8.14(d,J=7.8Hz,2H)。
また、YGATAZ1のトルエン溶液の吸収スペクトルをおよび発光スペクトルを図10(A)に示す。また、YGATAZ1の薄膜の吸収スペクトルおよび発光スペクトルを図10(B)に示す。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。溶液は石英セルに入れ、薄膜は石英基板に蒸着してサンプルを作製し、それぞれ石英の吸収スペクトルを差し引いた吸収スペクトルを図10に示した。図10において横軸は波長(nm)、縦軸は強度(任意単位)を表す。YGATAZ1のトルエン溶液の場合では343nm付近に吸収が見られた。また、最大発光波長はトルエン溶液の場合では402nm(励起波長343nm)であった。また、YGATAZ1の薄膜の場合では343nm付近に吸収が見られた。また、最大発光波長は薄膜の場合では435nm(励起波長332nm)であった。
また、YGATAZ1の薄膜状態におけるイオン化ポテンシャルを大気中の光電子分光法(理研計器社製、AC−2)で測定した結果、5.46eVであった。その結果、HOMO準位が−5.46eVであることがわかった。さらに、YGATAZ1の薄膜の吸収スペクトルのデータを用い、直接遷移を仮定したTaucプロットから吸収端を求め、その吸収端を光学的エネルギーギャップとして見積もったところ、そのエネルギーギャップは3.27eVであった。得られたエネルギーギャップの値とHOMO準位からLUMO準位を求めたところ、−2.19eVであった。
よって、YGATAZ1は大きな一重項励起エネルギー(バンドギャップ)を有する物質であることがわかった。
また、YGATAZ1の基底状態における最適分子構造を、密度汎関数法(DFT)のB3LYP/6−311(d,p)により見積もった。DFTは、電子相関を考慮しないハートリー・フォック(HF)法に比較して計算精度が良く、同レベルの計算精度である摂動法(MP)法よりも計算コストが小さいため、本計算で採用した。計算は、ハイパフォーマンスコンピュータ(HPC)(SGI社製、Altix3700 DX)を用いて行った。DFTで構造最適化した分子構造において時間依存密度汎関数法(TDDFT)のB3LYP/6−311(d,p)を適用することにより、YGATAZ1の三重項励起エネルギーを算出したところ、2.76eVと算出された。波長に換算すると449.6nmである。以上の結果から、本発明のトリアゾール誘導体は、励起エネルギーの大きい物質であることがわかった。特に、三重項励起エネルギーの大きい物質であることがわかった。
(合成例2)
本実施例では、構造式(201)で表される4−(9H−カルバゾール−9−イル)−4’−(3,5−ジフェニル−4H−1,2,4−トリアゾール−4−イル)トリフェニルアミン((略称:YGATAZ2)の合成方法について説明する。
Figure 2009167173
[ステップ1:4−(4−ブロモフェニル)−3,5−ジフェニル−4H−1,2,4−トリアゾールの合成]
(1)ベンゾヒドラジドの合成。
安息香酸エチル25g(0.17mol)を200mL三口フラスコに入れ、エタノール60mLを加えて撹拌した後、ヒドラジン一水和物20mLを加え、この混合物を78℃で8時間加熱撹拌した。反応後、反応溶液を約500mLの水に加え、この水溶液に酢酸エチルを加えた。有機層と水層を分離し有機層を飽和炭酸水素ナトリウム水溶液、飽和食塩水の順に洗浄した。有機層に硫酸マグネシウムを加えて乾燥した。この混合物を吸引ろ過して硫酸マグネシウムを除去し、ろ液を得た。得られたろ液を濃縮して得た固体をエタノールとヘキサンの混合溶媒で再結晶したところ、目的物であるベンゾヒドラジドの白色固体を収量15g、収率66%で得た。(合成スキーム(b−1))
Figure 2009167173
(2)1,2−ジベンゾイルヒドラジンの合成。
上記合成例2のステップ1(1)で得られたベンゾヒドラジド10g(73mmol)を300mL三口フラスコに入れ、N−メチル−2−ピロリドン25mLを加え撹拌した後、N−メチル−2−ピロリドン10mLとベンゾイルクロライド10mL(88mmol)の混合溶液を50mL滴下ロートにより滴下し、この混合物を80℃で3時間撹拌し、反応させた。反応後、反応溶液を約500mLの水に加えて撹拌したところ固体が析出した。析出した固体を吸引ろ過により回収した。回収した固体を水で洗浄し、得られた固体にメタノールを加えて洗浄したところ目的物である1,2−ジベンゾイルヒドラジンの粉末状白色固体を収量10g、収率57%で得た。合成スキーム(b−2))
Figure 2009167173
(3)1,2−ビス[クロロ(フェニル)メチリデン]ヒドラゾンの合成。
上記合成例2のステップ1(2)で得られた1,2−ジベンゾイルヒドラジン5.0g(21mmol),五塩化リン9.5g(46mmol)を200mL三口フラスコに入れ、この混合物にトルエン80mLを加えた。この混合物を120℃で3時間撹拌し、反応させた。反応後、反応溶液を約100mLの水に加えて撹拌した。有機層と水層を分離し、有機層を水、飽和炭酸ナトリウム水溶液で洗浄した。有機層に硫酸マグネシウムを加えて乾燥した。この混合物を吸引ろ過により硫酸マグネシウムを除去し、ろ液を得た。得られたろ液を濃縮して得た固体をメタノールで洗浄したところ目的物である1,2−ビス[クロロ(フェニル)メチリデン]ヒドラゾンの粉末状淡黄色固体を収量4.9g、収率85%で得た。合成スキーム(b−3))
Figure 2009167173
(4)4−(4−ブロモフェニル)−3,5−ジフェニル−4H−1,2,4−トリアゾールの合成。
上記合成例2のステップ1(3)で得られた1,2−ビス(クロロ(フェニル)メチリデン)ヒドラゾン4.5g(16mmol)、4−ブロモアニリン2.0g(16mmol)、N,N−ジメチルアニリン30mLを100mL三口フラスコに入れ、フラスコ内を窒素置換した。この混合物を135℃で5時間加熱撹拌した。反応後、反応溶液を約100mLの1M希塩酸に加えて30分撹拌したところ固体が析出した。析出した固体を吸引ろ過して固体を得た。得られた固体をトルエンに溶解し水、飽和炭酸ナトリウム水溶液で洗浄した。有機層に硫酸マグネシウムを加えて乾燥した。この混合物を吸引ろ過し、硫酸マグネシウムを除去し、ろ液を得た。得られたろ液を濃縮して得た固体をエタノールとヘキサンの混合溶媒で再結晶したところ、目的物である4−(4−ブロモフェニル)−3,5−ジフェニル−4H−1,2,4−トリアゾールの粉末状白色固体を収量2.3g、収率38%で得た。(合成スキーム(b−4))
Figure 2009167173
[ステップ2:4−(9H−カルバゾール−9−イル)−4’−(3,5−ジフェニル−4H−1,2,4−トリアゾール−4−イル)トリフェニルアミン(略称:YGATAZ2)の合成]
上記合成例2のステップ1(1)〜(4)で得られた4−(4−ブロモフェニル)−3,5−ジフェニル−4H−1,2,4−トリアゾール0.80g(2.1mmol)、上記合成例1のステップ2(1)〜(2)で得られた4−(9H−カルバゾール−9−イル)ジフェニルアミン(略称:YGA)0.71g(2.1mmol)、ナトリウム tert−ブトキシド0.5g(5.5mmol)、ビス(ジベンジリデンアセトン)パラジウム(0)0.050g(0.10mmol)を100mL三口フラスコに入れ、当該フラスコ内を窒素置換した。この混合物にトルエン15mL、トリ(tert−ブチル)ホスフィンの10%ヘキサン溶液0.05mLを加えた。この混合物を80℃で5時間加熱攪拌し、反応させた。反応後、反応混合物にトルエンを加えて加熱した。この懸濁液をセライト(和光純薬工業株式会社、カタログ番号:531−16855)を通して吸引ろ過した。得られたろ液を水、飽和炭酸水素ナトリウム水溶液、飽和食塩水の順で洗浄した後、有機層と水層を分離し、有機層に硫酸マグネシウムを加えて乾燥した。この混合物を吸引ろ過し、硫酸マグネシウムを除去して得られたろ液を濃縮し固体を得た。得られた固体をトルエンに溶解し、シリカゲルカラムクロマトグラフィーにより精製した。カラムクロマトグラフィーはまずトルエンを展開溶媒として用い、次いでトルエン:酢酸エチル=1:4の混合溶媒を展開溶媒として用いた。得られたフラクションを濃縮し、固体を得た。得られた固体をクロロホルムとヘキサンの混合溶媒で再結晶をしたところ目的物である4−(9H−カルバゾール−9−イル)−4’−(3,5−ジフェニル−4H−1,2,4−トリアゾール−4−イル)トリフェニルアミン(略称:YGATAZ2)を収量0.85g、収率64%で得た。(合成スキーム(b−5))
Figure 2009167173
得られた白色固体0.85gの昇華精製をトレインサブリメーション法により行った。昇華精製は7.0Paの減圧下、アルゴンの流量を3mL/minとして白色固体を310℃で加熱し15時間行った。収量0.75gで収率は88%であった。
なお、上記ステップ2で得られた固体の1H NMRを測定した。以下に測定データを示す。また、1H NMRチャートを図11に示す。なお、図11(B)は、図11(A)における6.5ppm〜8.5ppmの範囲を拡大して表したチャートである。
1H NMR(CDCl3,300MHz):δ=7.03(d,J=9.3Hz,2H),7.11−7.59(m,27H),8.15(d,J=7.8Hz,2H)。
また、YGATAZ2のトルエン溶液の吸収スペクトルをおよび発光スペクトルを図12(A)に示す。また、YGATAZ2の薄膜の吸収スペクトルおよび発光スペクトルを図12(B)に示す。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。溶液は石英セルに入れ、薄膜は石英基板に蒸着してサンプルを作製し、それぞれ石英の吸収スペクトルを差し引いた吸収スペクトルを図12に示した。図12において横軸は波長(nm)、縦軸は強度(任意単位)を表す。YGATAZ2のトルエン溶液の場合では314nm付近に吸収が見られた。また、最大発光波長はトルエン溶液の場合では384nm(励起波長327nm)であった。また、YGATAZ2の薄膜の場合では321nm付近に吸収が見られた。また、最大発光波長は薄膜の場合では403nm(励起波長345nm)であった。なお、前記吸収スペクトルの波長に関しては最も長波長側のピークを示した。
また、YGATAZ2の薄膜状態におけるイオン化ポテンシャルを大気中の光電子分光法(理研計器社製、AC−2)で測定した結果、5.48eVであった。その結果、HOMO準位が−5.48eVであることがわかった。さらに、YGATAZ2の薄膜の吸収スペクトルのデータを用い、直接遷移を仮定したTaucプロットから吸収端を求め、その吸収端を光学的エネルギーギャップとして見積もったところ、そのエネルギーギャップは3.40eVであった。得られたエネルギーギャップの値とHOMO準位からLUMO準位を求めたところ、−2.08eVであった。
よって、YGATAZ2は大きな一重項励起エネルギー(バンドギャップ)を有する物質であることがわかった。
また、YGATAZ2の基底状態における最適分子構造を、密度汎関数法(DFT)のB3LYP/6−311(d,p)により見積もった。DFTは、電子相関を考慮しないハートリー・フォック(HF)法に比較して計算精度が良く、同レベルの計算精度である摂動法(MP)法よりも計算コストが小さいため、本計算で採用した。計算は、ハイパフォーマンスコンピュータ(HPC)(SGI社製、Altix3700 DX)を用いて行った。DFTで構造最適化した分子構造において時間依存密度汎関数法(TDDFT)のB3LYP/6−311(d,p)を適用することにより、YGATAZ2の三重項励起エネルギーを算出したところ、2.98eVと算出された。波長に換算すると416.4nmである。以上の結果から、本発明のトリアゾール誘導体は、励起エネルギーの大きい物質であることがわかった。特に、三重項励起エネルギーの大きい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13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 2009167173
Figure 2009167173
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2100上に、酸化珪素を含むインジウムスズ酸化物をスパッタリング法にて成膜し、第1の電極2101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、10-4Pa程度まで減圧した後、第1の電極2101上に、抵抗加熱を用いた蒸着法により、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、有機化合物と無機化合物とを複合してなる複合材料を含む層2111を形成した。その膜厚は40nm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。なお、共蒸着法とは、一つの処理室内で複数の蒸発源から同時に蒸着を行う蒸着法である。
次に、抵抗加熱を用いた蒸着法により、複合材料を含む層2111上に4,4’,4’’−トリス(カルバゾール−9−イル)トリフェニルアミン(略称:TCTA)を20nmの膜厚となるように成膜し、正孔輸送層2112を形成した。
さらに、実施例1の合成例2にて合成した本発明のトリアゾール誘導体であるYGATAZ2とビス[2−(4’,6’−ジフルオロフェニル)ピリジナト−N,C2']イリジウム(III)ピコリナート(略称:FIrpic)とを共蒸着することにより、正孔輸送層2112上に30nmの膜厚の発光層2113を形成した。ここで、YGATAZ2とFIrpicとの重量比は、1:0.05(=YGATAZ2:FIrpic)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2113上に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:TAZ01)を10nmの膜厚となるように成膜し、電子輸送層2114を形成した。
さらに、電子輸送層2114上に、バソフェナントロリン(略称:BPhen)とリチウムを共蒸着することにより、20nmの膜厚で電子注入層2115を形成した。ここで、BPhenとリチウムとの重量比は、1:0.01(=BPhen: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2115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2102を形成することで、発光素子1を作製した。
発光素子1の電流密度−輝度特性を図14に示す。また、電圧−輝度特性を図15に示す。また、輝度−電流効率特性を図16に示す。また、電圧−電流特性を図17に示す。また、1mAの電流を流した時の発光スペクトルを図18に示す。発光素子1のCIE色度座標は1000cd/m2の輝度の時(x,y)=(0.18,0.38)であり、発光素子1の発光色はゲスト材料であるFIrpicからの青色発光が得られた。
(発光素子2)
発光素子2では、発光素子1の発光層2113における、FIrpicの代わりに、ビス(2−フェニルピリジナト−N,C2')イリジウム(III)アセチルアセトナート(略称:Ir(ppy)2(acac))を用いてYGATAZ2との共蒸着を行い、正孔輸送層2112上に30nmの膜厚の発光層2113を形成した。ここで、YGATAZ2とIr(ppy)2(acac)との重量比は、1:0.05(=YGATAZ2:Ir(ppy)2(acac))となるように調節した。また、電子輸送層2114におけるTAZ01をBPhenに代えて発光層2113上に10nmの膜厚の電子輸送層2114を形成したこと以外は発光素子1と同様に作製した。
発光素子2の電流密度−輝度特性を図19に示す。また、電圧−輝度特性を図20に示す。また、輝度−電流効率特性を図21に示す。また、電圧−電流特性を図22に示す。また、1mAの電流を流した時の発光スペクトルを図23に示す。発光素子1のCIE色度座標は1000cd/m2の輝度の時(x,y)=(0.31,0.65)であり、発光素子2の発光色はゲスト材料であるIr(ppy)2(acac)からの緑色発光が得られた。
以上のことから、本発明のトリアゾール誘導体を発光層のホスト材料として用い、燐光性化合物をゲスト材料として用いて発光素子を作製することにより、効率よく発光し、かつ駆動電圧の低い発光素子が得られることがわかった。したがって、本発明を実施することにより、消費電力の少ない発光素子が得られることがわかった。
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。 YGATAZ1の1H NMRチャートを示す図。 YGATAZ1の吸収スペクトルおよび発光スペクトルを示す図。 YGATAZ2の1H NMRチャートを示す図。 YGATAZ2の吸収スペクトルおよび発光スペクトルを示す図。 実施例2の発光素子を説明する図。 実施例2で作製した発光素子の電流密度−輝度特性を示す図。 実施例2で作製した発光素子の電圧−輝度特性を示す図。 実施例2で作製した発光素子の輝度−電流効率特性を示す図。 実施例2で作製した発光素子の電圧−電流特性を示す図。 実施例2で作製した発光素子の発光スペクトルを示す図。 実施例2で作製した発光素子の電流密度−輝度特性を示す図。 実施例2で作製した発光素子の電圧−輝度特性を示す図。 実施例2で作製した発光素子の輝度−電流効率特性を示す図。 実施例2で作製した発光素子の電圧−電流特性を示す図。 実施例2で作製した発光素子の発光スペクトルを示す図。
符号の説明
100 基板
101 第1の電極
102 第2の電極
103 有機化合物を含む層
111 正孔注入層
112 正孔輸送層
113 発光層
114 電子輸送層
115 電子注入層
401 駆動回路(ソース側駆動回路)
402 画素部
403 駆動回路(ゲート側駆動回路)
404 封止基板
405 シール材
407 空間
408 配線
409 FPC(フレキシブルプリントサーキット)
410 素子基板
411 スイッチング用TFT
412 電流制御用TFT
413 第1の電極
414 絶縁物
416 有機化合物を含む層
417 第2の電極
418 発光素子
423 nチャネル型TFT
424 pチャネル型TFT
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
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
2001 筐体
2002 光源
2100 ガラス基板
2101 第1の電極
2102 第2の電極
2111 複合材料を含む層
2112 正孔輸送層
2113 発光層
2114 電子輸送層
2115 電子注入層
3001 照明装置
3002 テレビ装置
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 (18)

  1. 下記一般式(G1)で表されるトリアゾール誘導体のAr1〜Ar3のいずれか一に一般式(G2)で表されるアミノ基が結合したトリアゾール誘導体。
    Figure 2009167173
    Figure 2009167173
    (式中、Ar1〜Ar3はそれぞれ炭素数6〜25のアリール基または炭素数3〜9のヘテロアリール基を表し、Ar4は、炭素数6〜25のアリール基を表し、αは炭素数6〜25のアリーレン基を表し、R1〜R2はそれぞれ水素または炭素数1〜4のアルキル基または炭素数6〜25のアリール基または炭素数1〜4のアルコキシ基を表す。)
  2. 下記一般式(G3)で表されるトリアゾール誘導体。
    Figure 2009167173
    (式中、Ar1〜Ar2はそれぞれ炭素数6〜25のアリール基または炭素数3〜9のヘテロアリール基を表し、Ar4は、炭素数6〜25のアリール基を表し、αは炭素数6〜25のアリーレン基を表し、R1〜R2はそれぞれ水素または炭素数1〜4のアルキル基または炭素数6〜25のアリール基または炭素数1〜4のアルコキシ基を表す。)
  3. 下記一般式(G4)で表されるトリアゾール誘導体。
    Figure 2009167173
    (式中、Ar1〜Ar2はそれぞれ炭素数6〜25のアリール基または炭素数3〜9のヘテロアリール基を表し、Ar4は、炭素数6〜25のアリール基を表し、αは炭素数6〜25のアリーレン基を表し、R1〜R2はそれぞれ水素または炭素数1〜4のアルキル基または炭素数6〜25のアリール基または炭素数1〜4のアルコキシ基を表す。)
  4. 下記一般式(G5)で表されるトリアゾール誘導体。
    Figure 2009167173
    (式中、Ar1〜Ar2はそれぞれ炭素数6〜25のアリール基または炭素数3〜9のヘテロアリール基を表し、Ar4は、炭素数6〜25のアリール基を表し、R1〜R2はそれぞれ水素または炭素数1〜4のアルキル基または炭素数6〜25のアリール基または炭素数1〜4のアルコキシ基を表す。)
  5. 下記一般式(G6)で表されるトリアゾール誘導体。
    Figure 2009167173
    (式中、Ar1〜Ar2はそれぞれ炭素数6〜25のアリール基または炭素数3〜9のヘテロアリール基を表し、Ar4は、炭素数6〜25のアリール基を表し、R1〜R2はそれぞれ水素または炭素数1〜4のアルキル基または炭素数6〜25のアリール基または炭素数1〜4のアルコキシ基を表す。)
  6. 下記一般式(G7)で表されるトリアゾール誘導体。
    Figure 2009167173
    (式中、Ar1〜Ar2はそれぞれ炭素数6〜25のアリール基または炭素数3〜9のヘテロアリール基を表し、R1〜R2はそれぞれ水素または炭素数1〜4のアルキル基または炭素数6〜25のアリール基または炭素数1〜4のアルコキシ基を表し、R11〜R15はそれぞれ水素または炭素数1〜4のアルキル基またはフェニル基のいずれかを表す。)
  7. 請求項2乃至請求項6のいずれか一項において、前記Ar1および前記Ar2は、それぞれフェニル基またはピリジル基であるトリアゾール誘導体。
  8. 下記一般式(G8)で表されるトリアゾール誘導体。
    Figure 2009167173
    (式中、Ar1およびAr3はそれぞれ炭素数6〜25のアリール基または炭素数3〜9のヘテロアリール基を表し、Ar4は、炭素数6〜25のアリール基を表し、αは炭素数6〜25のアリーレン基を表し、R1〜R2はそれぞれ水素または炭素数1〜4のアルキル基または炭素数6〜25のアリール基または炭素数1〜4のアルコキシ基を表す。)
  9. 下記一般式(G9)で表されるトリアゾール誘導体。
    Figure 2009167173
    (式中、Ar1およびAr3はそれぞれ炭素数6〜25のアリール基または炭素数3〜9のヘテロアリール基を表し、Ar4は、炭素数6〜25のアリール基を表し、αは炭素数6〜25のアリーレン基を表し、R1〜R2はそれぞれ水素または炭素数1〜4のアルキル基または炭素数6〜25のアリール基または炭素数1〜4のアルコキシ基を表す。)
  10. 下記一般式(G10)で表されるトリアゾール誘導体。
    Figure 2009167173
    (式中、Ar1およびAr3はそれぞれ炭素数6〜25のアリール基または炭素数3〜9のヘテロアリール基を表し、Ar4は、炭素数6〜25のアリール基を表し、R1〜R2はそれぞれ水素または炭素数1〜4のアルキル基または炭素数6〜25のアリール基または炭素数1〜4のアルコキシ基を表す。)
  11. 下記一般式(G11)で表されるトリアゾール誘導体。
    Figure 2009167173
    (式中、Ar1およびAr3はそれぞれ炭素数6〜25のアリール基または炭素数3〜9のヘテロアリール基を表し、Ar4は、炭素数6〜25のアリール基を表し、R1〜R2はそれぞれ水素または炭素数1〜4のアルキル基または炭素数6〜25のアリール基または炭素数1〜4のアルコキシ基を表す。)
  12. 下記一般式(G12)で表されるトリアゾール誘導体。
    Figure 2009167173
    (式中、Ar1およびAr3はそれぞれ炭素数6〜25のアリール基または炭素数3〜9のヘテロアリール基を表し、R1〜R2はそれぞれ水素または炭素数1〜4のアルキル基または炭素数6〜25のアリール基または炭素数1〜4のアルコキシ基を表し、R11〜R15はそれぞれ水素または炭素数1〜4のアルキル基またはフェニル基のいずれかを表す。)
  13. 請求項8乃至請求項12のいずれか一項において、前記Ar1および前記Ar3は、それぞれフェニル基またはピリジル基であるトリアゾール誘導体。
  14. 一対の電極間に、請求項1乃至請求項13のいずれか一項に記載のトリアゾール誘導体を有することを特徴とする発光素子。
  15. 一対の電極間に発光層を有し、当該発光層は請求項1乃至請求項13のいずれか一項に記載のトリアゾール誘導体を有することを特徴とする発光素子。
  16. 一対の電極間に発光層を有し、当該発光層は請求項1乃至請求項13のいずれか一項に記載のトリアゾール誘導体と、燐光を発光する物質とを有することを特徴とする発光素子。
  17. 請求項14乃至請求項16のいずれか一項に記載の発光素子と、当該発光素子の発光を制御する制御回路を有する発光装置。
  18. 表示部を有し、当該表示部は請求項14乃至請求項16のいずれか一項に記載の発光素子と当該発光素子の発光を制御する制御回路とを備えたことを特徴とする電子機器。
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