JP2009280576A - アントラセン誘導体、発光素子、発光装置、電子機器 - Google Patents

アントラセン誘導体、発光素子、発光装置、電子機器 Download PDF

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Abstract

【課題】新規なアントラセン誘導体とそれを用いた発光素子、発光装置、電子機器を提供。
【解決手段】色純度の良い青色発光とキャリア輸送性を有する、一般式(G11)および一般式(G21)で表されるアントラセン誘導体とそれを用いた発光素子、発光装置、電子機器。

【選択図】なし

Description

本発明は、アントラセン誘導体、および該アントラセ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、多様な構造をとることができ、適切な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緩和す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の特性を向上させる上では、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。
例えば、特許文献1では、緑色の発光を示すアントラセン誘導体について記載されている。しかしながら、特許文献1では、アントラセン誘導体のPLスペクトルを示しているだけであり、発光素子に適用した場合に、どのような特性を示すかは開示されていない。
また、特許文献2では、アントラセン誘導体を電荷輸送層として用いた発光素子について記載されている。しかしながら、特許文献2では、発光素子の寿命については、記載されていない。
商品化を踏まえれば長寿命化は重要な課題であり、また、より良い特性を持つ発光素子の開発が望まれている。
米国特許出願公開第2005/0260442号明細書 特開2004−91334号公報
上記問題を鑑み、本発明の一態様は、新規なアントラセン誘導体を提供することを目的とする。
また、本発明の一態様は、新規なアントラセン誘導体を用いた発光素子、発光装置、電子機器を提供することを目的とする。
本発明の一態様は、一般式(G11)で表されるアントラセン誘導体である。
(式中、Ar〜Arは、それぞれ、置換または無置換の炭素数6〜13のアリール基を表し、Arは、置換または無置換の炭素数6〜13のアリーレン基を表し、Arは、置換または無置換の炭素数6〜13のアリール基を表し、Arは、置換または無置換の炭素数6〜13のアリール基を表し、ArとAr、またはArとAr、またはArとArのうちいずれか一は互いに直接結合して5員環を形成し、カルバゾール骨格を形成する。)
また、本発明の一態様は、一般式(G12−1)で表されるアントラセン誘導体である。
(式中、Ar〜Arは、それぞれ、置換または無置換の炭素数6〜13のアリール基を表し、Arは、置換または無置換の炭素数6〜13のアリール基を表し、R11は、水素、もしくは、炭素数1〜4のアルキル基、もしくは、置換または無置換の炭素数6〜13のアリール基を表す。)
また、本発明の一態様は、一般式(G12−2)で表されるアントラセン誘導体である。
(式中、Ar〜Arは、それぞれ、置換または無置換の炭素数6〜13のアリール基を表し、Arは、置換または無置換の炭素数6〜13のアリーレン基を表し、R21〜R22は、それぞれ、水素、もしくは、炭素数1〜4のアルキル基、もしくは、置換または無置換の炭素数6〜13のアリール基を表す。)
また、本発明の一態様は、一般式(G13−1)で表されるアントラセン誘導体である。
(式中、Ar〜Arは、それぞれ、置換または無置換の炭素数6〜13のアリール基を表し、R11は、水素、もしくは、炭素数1〜4のアルキル基、もしくは、置換または無置換の炭素数6〜13のアリール基を表し、R12〜R16は、それぞれ、水素、もしくは、炭素数1〜4のアルキル基、もしくは、置換または無置換の炭素数6〜10のアリール基を表す。)
また、本発明の一態様は、一般式(G13−2)で表されるアントラセン誘導体である。
(式中、Ar〜Arは、それぞれ、置換または無置換の炭素数6〜13のアリール基を表し、R21〜R22は、それぞれ、水素、もしくは、炭素数1〜4のアルキル基、もしくは、置換または無置換の炭素数6〜13のアリール基を表し、R23〜R26は、それぞれ、水素、もしくは、炭素数1〜4のアルキル基、もしくは、置換または無置換のフェニル基を表す。)
また、本発明の一態様は、一般式(G14−1)で表されるアントラセン誘導体である。
(式中、Ar〜Arは、それぞれ、置換または無置換の炭素数6〜13のアリール基を表し、R11は、水素、もしくは、炭素数1〜4のアルキル基、もしくは、置換または無置換の炭素数6〜13のアリール基を表す。)
また、本発明の一態様は、一般式(G14−2)で表されるアントラセン誘導体である。
(式中、Ar〜Arは、それぞれ、置換または無置換の炭素数6〜13のアリール基を表し、R21〜R22は、それぞれ、水素、もしくは、炭素数1〜4のアルキル基、もしくは、置換または無置換の炭素数6〜13のアリール基を表す。)
また、本発明の一態様は、一般式(G15−1)で表されるアントラセン誘導体である。
(式中、R11は、水素、もしくは、炭素数1〜4のアルキル基、もしくは、置換または無置換の炭素数6〜13のアリール基を表し、R31〜R40は、それぞれ、水素、もしくは、炭素数1〜4のアルキル基、もしくは、置換または無置換の炭素数6〜10のアリール基、もしくは、ハロゲン、もしくは、炭素数1〜4のハロアルキル基を表す。)
また、本発明の一態様は、一般式(G15−2)で表されるアントラセン誘導体である。
(式中、R21〜R22は、それぞれ、水素、もしくは、炭素数1〜4のアルキル基、もしくは、置換または無置換の炭素数6〜13のアリール基を表し、R31〜R40は、それぞれ、水素、もしくは、炭素数1〜4のアルキル基、もしくは、置換または無置換の炭素数6〜10のアリール基、もしくは、ハロゲン、もしくは、炭素数1〜4のハロアルキル基を表す。)
また、本発明の一態様は、一般式(G21)で表されるアントラセン誘導体である。
(式中、Ar〜Arは、それぞれ、置換または無置換の炭素数6〜13のアリール基を表し、Arは、置換または無置換の炭素数6〜13のアリーレン基を表し、Arは、置換または無置換の炭素数6〜13のアリール基を表し、Arは、置換または無置換の炭素数6〜13のアリール基を表し、ArとAr、またはArとAr、またはArとArのうちいずれか一は互いに直接結合して5員環を形成し、カルバゾール骨格を形成する。)
また、本発明の一態様は、一般式(G22−1)で表されるアントラセン誘導体である。
(式中、Ar〜Arは、それぞれ、置換または無置換の炭素数6〜13のアリール基を表し、Arは、置換または無置換の炭素数6〜13のアリール基を表し、R11は、水素、もしくは、炭素数1〜4のアルキル基、もしくは、置換または無置換の炭素数6〜13のアリール基を表す。)
また、本発明の一態様は、一般式(G22−2)で表されるアントラセン誘導体である。
(式中、Ar〜Arは、それぞれ、置換または無置換の炭素数6〜13のアリール基を表し、Arは、置換または無置換の炭素数6〜13のアリーレン基を表し、R21〜R22は、それぞれ、水素、もしくは、炭素数1〜4のアルキル基、もしくは、置換または無置換の炭素数6〜13のアリール基を表す。)
また、本発明の一態様は、一般式(G23−1)で表されるアントラセン誘導体である。
(式中、Ar〜Arは、それぞれ、置換または無置換の炭素数6〜13のアリール基を表し、R11は、水素、もしくは、炭素数1〜4のアルキル基、もしくは、置換または無置換の炭素数6〜13のアリール基を表し、R12〜R16は、それぞれ、水素、もしくは、炭素数1〜4のアルキル基、もしくは、置換または無置換の炭素数6〜10のアリール基を表す。)
また、本発明の一態様は、一般式(G23−2)で表されるアントラセン誘導体である。
(式中、Ar〜Arは、それぞれ、置換または無置換の炭素数6〜13のアリール基を表し、R21〜R22は、それぞれ、水素、もしくは、炭素数1〜4のアルキル基、もしくは、置換または無置換の炭素数6〜13のアリール基を表し、R23〜R26は、それぞれ、水素、もしくは、炭素数1〜4のアルキル基、もしくは、置換または無置換のフェニル基を表す。)
また、本発明の一態様は、一般式(G24−1)で表されるアントラセン誘導体である。
(式中、Ar〜Arは、それぞれ、置換または無置換の炭素数6〜13のアリール基を表し、R11は、水素、もしくは、炭素数1〜4のアルキル基、もしくは、置換または無置換の炭素数6〜13のアリール基を表す。)
また、本発明の一態様は、一般式(G24−2)で表されるアントラセン誘導体である。
(式中、Ar〜Arは、それぞれ、置換または無置換の炭素数6〜13のアリール基を表し、R21〜R22は、それぞれ、水素、もしくは、炭素数1〜4のアルキル基、もしくは、置換または無置換の炭素数6〜13のアリール基を表す。)
また、本発明の一態様は、一般式(G25−1)で表されるアントラセン誘導体である。
(式中、R11は、水素、もしくは、炭素数1〜4のアルキル基、もしくは、置換または無置換の炭素数6〜13のアリール基を表し、R31〜R40は、それぞれ、水素、もしくは、炭素数1〜4のアルキル基、もしくは、置換または無置換の炭素数6〜10のアリール基、もしくは、ハロゲン、もしくは、炭素数1〜4のハロアルキル基を表す。)
また、本発明の一態様は、一般式(G25−2)で表されるアントラセン誘導体である。
(式中、R21〜R22は、それぞれ、水素、もしくは、炭素数1〜4のアルキル基、もしくは、置換または無置換の炭素数6〜13のアリール基を表し、R31〜R40は、それぞれ、水素、もしくは、炭素数1〜4のアルキル基、もしくは、置換または無置換の炭素数6〜10のアリール基、もしくは、ハロゲン、もしくは、炭素数1〜4のハロアルキル基を表す。)
上記構成において、合成のしやすさの観点から、ArとArは、同一の構造を有する置換基であることが好ましい。
また、本発明の一態様は、構造式(101)で表されるアントラセン誘導体である。
また、本発明の一態様は、構造式(201)で表されるアントラセン誘導体である。
また、本発明の一態様は、上記アントラセ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アントラセ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、本発明の一態様は、一対の電極間に発光層を有し、発光層は上述したアントラセン誘導体を有することを特徴とする発光素子である。特に、上述したアントラセン誘導体を発光物質として用いることが好ましい。つまり、上述したアントラセン誘導体が発光する構成とすることが好ましい。
また、本発明の発光装置は、一対の電極間にEL層を有し、EL層に、上記のアントラセン誘導体を含む発光素子と、発光素子の発光を制御する制御回路とを有することを特徴とする。なお、本明細書中における発光装置とは、画像表示デバイス、もしくは光源(照明装置を含む)を含む。また、パネルにコネクター、例えばFPC(Flexible printed circuit)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、TABテープやTCPの先にプリント配線板が設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。
また、本発明の発光素子を表示部に用いた電子機器も本発明の範疇に含めるものとする。したがって、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回路とを備えたことを特徴とする。
本発明のアントラセン誘導体は、色純度の良い青色発光を示す。また、キャリア輸送性を有する。したがって、本発明のアントラセン誘導体は発光素子、発光装置、電子機器に好適に用いることができる。
本発明の一態様に係る発光素子を説明する図。 本発明の一態様に係る発光素子を説明する図。 本発明の一態様に係る発光素子を説明する図。 本発明の一態様に係る発光装置を説明する図。 本発明の一態様に係る発光装置を説明する図。 本発明の一態様に係る電子機器を説明する図。 本発明の一態様に係る電子機器を説明する図。 本発明の一態様に係る電子機器を説明する図。 本発明の一態様に係る電子機器を説明する図。 本発明の一態様に係る照明装置を説明する図。 本発明の一態様に係る照明装置を説明する図。 本発明の一態様に係る電子機器を説明する図。 3−(9,10−ジフェニル−2−アントリル)−9−フェニル−9H−カルバゾール(略称:2PCzPA)のH NMRデータを示す図。 3−(9,10−ジフェニル−2−アントリル)−9−フェニル−9H−カルバゾール(略称:2PCzPA)のトルエン溶液の吸収スペクトルを示す図。 3−(9,10−ジフェニル−2−アントリル)−9−フェニル−9H−カルバゾール(略称:2PCzPA)のトルエン溶液の発光スペクトルを示す図。 3−(9,10−ジフェニル−2−アントリル)−9−フェニル−9H−カルバゾール(略称:2PCzPA)の薄膜の吸収スペクトルを示す図。 3−(9,10−ジフェニル−2−アントリル)−9−フェニル−9H−カルバゾール(略称:2PCzPA)の薄膜の発光スペクトルを示す図。 3−(9,10−ジフェニル−2−アントリル)−9−フェニル−9H−カルバゾール(略称:2PCzPA)のCV測定結果を示す図。 3−(9,10−ジフェニル−2−アントリル)−9−フェニル−9H−カルバゾール(略称:2PCzPA)のCV測定結果を示す図。 9−[4−(9,10−ジフェニル−2−アントリル)フェニル]−9H−カルバゾール(略称:2CzPPA)のH NMRデータを示す図。 9−[4−(9,10−ジフェニル−2−アントリル)フェニル]−9H−カルバゾール(略称:2CzPPA)のトルエン溶液の吸収スペクトルを示す図。 9−[4−(9,10−ジフェニル−2−アントリル)フェニル]−9H−カルバゾール(略称:2CzPPA)のトルエン溶液の発光スペクトルを示す図。 9−[4−(9,10−ジフェニル−2−アントリル)フェニル]−9H−カルバゾール(略称:2CzPPA)の薄膜の吸収スペクトルを示す図。 9−[4−(9,10−ジフェニル−2−アントリル)フェニル]−9H−カルバゾール(略称:2CzPPA)の薄膜の発光スペクトルを示す図。 9−[4−(9,10−ジフェニル−2−アントリル)フェニル]−9H−カルバゾール(略称:2CzPPA)のCV測定結果を示す図。 9−[4−(9,10−ジフェニル−2−アントリル)フェニル]−9H−カルバゾール(略称:2CzPPA)のCV測定結果を示す図。 実施例の発光素子を説明する図。 実施例3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3で作製した発光素子の電圧―輝度特性を示す図。 実施例3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3で作製した発光素子の電圧―電流特性を示す図。 実施例3で作製した発光素子の発光スペクトルを示す図。 実施例4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4で作製した発光素子の電圧―輝度特性を示す図。 実施例4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4で作製した発光素子の電圧―電流特性を示す図。 実施例4で作製した発光素子の発光スペクトルを示す図。 実施例4で作製した発光素子の駆動時間に対する輝度変化を示す図。 実施例5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5で作製した発光素子の電圧―輝度特性を示す図。 実施例5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5で作製した発光素子の電圧―電流特性を示す図。 実施例5で作製した発光素子の発光スペクトルを示す図。 実施例5で作製した発光素子の駆動時間に対する輝度変化を示す図。 実施例の発光素子を説明する図。 実施例6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6で作製した発光素子の電圧―輝度特性を示す図。 実施例6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6で作製した発光素子の電圧―電流特性を示す図。 実施例6で作製した発光素子の発光スペクトルを示す図。 実施例6で作製した発光素子の駆動時間に対する輝度変化を示す図。 9−{4−[9,10−ビス(ビフェニル−2−イル)−2−アントリル]フェニル}−9H−カルバゾール(略称:2CzPBPhA)のH NMRデータを示す図。 9−{4−[9,10−ビス(ビフェニル−2−イル)−2−アントリル]フェニル}−9H−カルバゾール(略称:2CzPBPhA)のトルエン溶液の吸収スペクトルを示す図。 9−{4−[9,10−ビス(ビフェニル−2−イル)−2−アントリル]フェニル}−9H−カルバゾール(略称:2CzPBPhA)のトルエン溶液の発光スペクトルを示す図。 9−{4−[9,10−ビス(ビフェニル−2−イル)−2−アントリル]フェニル}−9H−カルバゾール(略称:2CzPBPhA)の薄膜の吸収スペクトルを示す図。 9−{4−[9,10−ビス(ビフェニル−2−イル)−2−アントリル]フェニル}−9H−カルバゾール(略称:2CzPBPhA)の薄膜の発光スペクトルを示す図。 9−{4−[9,10−ビス(ビフェニル−2−イル)−2−アントリル]フェニル}−9H−カルバゾール(略称:2CzPBPhA)のCV測定結果を示す図。 9−{4−[9,10−ビス(ビフェニル−2−イル)−2−アントリル]フェニル}−9H−カルバゾール(略称:2CzPBPhA)のCV測定結果を示す図。
以下、本発明の実施の形態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)
本実施の形態では、本発明のアントラセン誘導体について説明する。
本発明の一態様は、一般式(G11)で表されるアントラセン誘導体である。
(式中、Ar〜Arは、それぞれ、置換または無置換の炭素数6〜13のアリール基を表し、Arは、置換または無置換の炭素数6〜13のアリーレン基を表し、Arは、置換または無置換の炭素数6〜13のアリール基を表し、Arは、置換または無置換の炭素数6〜13のアリール基を表し、ArとAr、またはArとAr、またはArとArのうちいずれか一は互いに直接結合して5員環を形成し、カルバゾール骨格を形成する。)
一般式(G11)で表されるアントラセン誘導体は、具体的には、一般式(G11−1)〜(G11−3)で表されるアントラセン誘導体である。
一般式(G11−1)において、Ar〜Arは、それぞれ、置換または無置換の炭素数6〜13のアリール基を表す。また、Arはベンゼン環を有しており、Arはベンゼン環を有しており、ArとArは互いに直接結合して5員環を形成し、カルバゾール骨格を形成している。また、Arは、置換または無置換の炭素数6〜13のアリール基を表す。
一般式(G11−2)において、Ar〜Arは、それぞれ、置換または無置換の炭素数6〜13のアリール基を表し、Arは、置換または無置換の炭素数6〜13のアリール基を表し、Arはベンゼン環を有しており、Arはベンゼン環を有しており、ArとArは互いに直接結合して5員環を形成し、カルバゾール骨格を形成している。
一般式(G11−3)において、Ar〜Arは、それぞれ、置換または無置換の炭素数6〜13のアリール基を表し、Arは、置換または無置換の炭素数6〜13のアリール基を表す。また、Arはベンゼン環を有しており、Arはベンゼン環を有しており、ArとArは互いに直接結合して5員環を形成し、カルバゾール骨格を形成している。
または、本発明の一態様は、一般式(G21)で表されるアントラセン誘導体である。
(式中、Ar〜Arは、それぞれ、置換または無置換の炭素数6〜13のアリール基を表し、Arは、置換または無置換の炭素数6〜13のアリーレン基を表し、Arは、置換または無置換の炭素数6〜13のアリール基を表し、Arは、置換または無置換の炭素数6〜13のアリール基を表し、ArとAr、またはArとAr、またはArとArのうちいずれか一は互いに直接結合して5員環を形成し、カルバゾール骨格を形成する。)
一般式(G21)で表されるアントラセン誘導体は、具体的には、一般式(G21−1)〜(G21−3)で表されるアントラセン誘導体である。
一般式(G21−1)において、Ar〜Arは、それぞれ、置換または無置換の炭素数6〜13のアリール基を表す。また、Arはベンゼン環を有しており、Arはベンゼン環を有しており、ArとArは互いに直接結合して5員環を形成し、カルバゾール骨格を形成している。また、Arは、置換または無置換の炭素数6〜13のアリール基を表す。
一般式(G21−2)において、Ar〜Arは、それぞれ、置換または無置換の炭素数6〜13のアリール基を表し、Arは、置換または無置換の炭素数6〜13のアリール基を表し、Arはベンゼン環を有しており、Arはベンゼン環を有しており、ArとArは互いに直接結合して5員環を形成し、カルバゾール骨格を形成している。
一般式(G21−3)において、Ar〜Arは、それぞれ、置換または無置換の炭素数6〜13のアリール基を表し、Arは、置換または無置換の炭素数6〜13のアリール基を表す。また、Arはベンゼン環を有しており、Arはベンゼン環を有しており、ArとArは互いに直接結合して5員環を形成し、カルバゾール骨格を形成している。
なお、本明細書中で示すアリール基またはアリーレン基の炭素数は、主骨格の環を形成する炭素数を示しており、それに結合する置換基の炭素数を含むものではない。アリール基またはアリーレン基に結合する置換基としては、炭素数1〜4のアルキル基または炭素数6〜13のアリール基が挙げられる。具体的には、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、フェニル基、ナフチル基またはフルオレニル基等が挙げられる。また、アリール基またはアリーレン基が有する置換基は1つであっても複数であってもよく、アリール基またはアリーレン基が2つの置換基を有する場合、置換基同士が互いに結合して環を形成していてもよい。例えば、アリール基がフルオレニル基である場合、9位の炭素が2つのフェニル基を有していてもよく、さらにその2つのフェニル基が互いに結合して、スピロ環構造を形成していてもよい。
一般式(G11)および一般式(G21)において、炭素数6〜13のアリール基は、置換基を有していても良く、複数の置換基を有する場合、置換基同士が互いに結合して環を形成していても良い。また、1つの炭素が2つの置換基を有している場合も置換基同士が互いに結合して、スピロ環を形成していても良い。例えば、構造式(11−1)〜構造式(11−16)で表される置換基が挙げられる。
また、一般式(G11)および一般式(G21)において、炭素数6〜13のアリーレン基は、置換基を有していても良く、複数の置換基を有する場合、置換基同士が互いに結合して環を形成していても良い。また、1つの炭素が2つの置換基を有している場合も置換基同士が互いに結合して、スピロ環を形成していても良い。例えば、構造式(12−1)〜構造式(12−9)で表される置換基が挙げられる。
一般式(G11)で表されるアントラセン誘導体において、合成および精製の容易さの点から、一般式(G12−1)または一般式(G12−2)で表されるアントラセン誘導体であることが好ましい。
(式中、Ar〜Arは、それぞれ、置換または無置換の炭素数6〜13のアリール基を表し、Arは、置換または無置換の炭素数6〜13のアリール基を表し、R11は、水素、もしくは、炭素数1〜4のアルキル基、もしくは、置換または無置換の炭素数6〜13のアリール基を表す。)
(式中、Ar〜Arは、それぞれ、置換または無置換の炭素数6〜13のアリール基を表し、Arは、置換または無置換の炭素数6〜13のアリーレン基を表し、R21〜R22は、それぞれ、水素、もしくは、炭素数1〜4のアルキル基、もしくは、置換または無置換の炭素数6〜13のアリール基を表す。)
同様に、一般式(G21)で表されるアントラセン誘導体において、合成および精製の容易さの点から、一般式(G22−1)または一般式(G22−2)で表されるアントラセン誘導体であることが好ましい。
(式中、Ar〜Arは、それぞれ、置換または無置換の炭素数6〜13のアリール基を表し、Arは、置換または無置換の炭素数6〜13のアリール基を表し、R11は、水素、もしくは、炭素数1〜4のアルキル基、もしくは、置換または無置換の炭素数6〜13のアリール基を表す。)
(式中、Ar〜Arは、それぞれ、置換または無置換の炭素数6〜13のアリール基を表し、Arは、置換または無置換の炭素数6〜13のアリーレン基を表し、R21〜R22は、それぞれ、水素、もしくは、炭素数1〜4のアルキル基、もしくは、置換または無置換の炭素数6〜13のアリール基を表す。)
また、一般式(G11)で表されるアントラセン誘導体において、合成および精製の容易さの点から、Arは置換または無置換のベンゼン環であり、Arは置換または無置換のベンゼン環であり、Arは置換または無置換のベンゼン環であることがより好ましい。つまり、一般式(G13−1)または一般式(G13−2)で表されるアントラセン誘導体であることが好ましい。
(式中、Ar〜Arは、それぞれ、置換または無置換の炭素数6〜13のアリール基を表し、R11は、水素、もしくは、炭素数1〜4のアルキル基、もしくは、置換または無置換の炭素数6〜13のアリール基を表し、R12〜R16は、それぞれ、水素、もしくは、炭素数1〜4のアルキル基、もしくは、置換または無置換の炭素数6〜10のアリール基を表す。)
(式中、Ar〜Arは、それぞれ、置換または無置換の炭素数6〜13のアリール基を表し、R21〜R22は、それぞれ、水素、もしくは、炭素数1〜4のアルキル基、もしくは、置換または無置換の炭素数6〜13のアリール基を表し、R23〜R26は、それぞれ、水素、もしくは、炭素数1〜4のアルキル基、もしくは、置換または無置換のフェニル基を表す。)
同様に、一般式(G21)で表されるアントラセン誘導体において、合成および精製の容易さの点から、Arは置換または無置換のベンゼン環であり、Arは置換または無置換のベンゼン環であり、Arは置換または無置換のベンゼン環であることがより好ましい。つまり、一般式(G23−1)または一般式(G23−2)で表されるアントラセン誘導体であることが好ましい。
(式中、Ar〜Arは、それぞれ、置換または無置換の炭素数6〜13のアリール基を表し、R11は、水素、もしくは、炭素数1〜4のアルキル基、もしくは、置換または無置換の炭素数6〜13のアリール基を表し、R12〜R16は、それぞれ、水素、もしくは、炭素数1〜4のアルキル基、もしくは、置換または無置換の炭素数6〜10のアリール基を表す。)
(式中、Ar〜Arは、それぞれ、置換または無置換の炭素数6〜13のアリール基を表し、R21〜R22は、それぞれ、水素、もしくは、炭素数1〜4のアルキル基、もしくは、置換または無置換の炭素数6〜13のアリール基を表し、R23〜R26は、それぞれ、水素、もしくは、炭素数1〜4のアルキル基、もしくは、置換または無置換のフェニル基を表す。)
一般式(G13−1)〜一般式(G13−2)および一般式(G23−1)〜一般式(G23−2)において、炭素数6〜10のアリール基としては、例えば、構造式(13−1)〜構造式(13−8)で表される置換基が挙げられる。
また、一般式(G11)で表されるアントラセン誘導体において、合成および精製の容易さの点から、一般式(G14−1)または一般式(G14−2)で表されるアントラセン誘導体であることが好ましい。
(式中、Ar〜Arは、それぞれ、置換または無置換の炭素数6〜13のアリール基を表し、R11は、水素、もしくは、炭素数1〜4のアルキル基、もしくは、置換または無置換の炭素数6〜13のアリール基を表す。)
(式中、Ar〜Arは、それぞれ、置換または無置換の炭素数6〜13のアリール基を表し、R21〜R22は、それぞれ、水素、もしくは、炭素数1〜4のアルキル基、もしくは、置換または無置換の炭素数6〜13のアリール基を表す。)
同様に、一般式(G21)で表されるアントラセン誘導体において、合成および精製の容易さの点から、一般式(G24−1)または一般式(G24−2)で表されるアントラセン誘導体であることが好ましい。
(式中、Ar〜Arは、それぞれ、置換または無置換の炭素数6〜13のアリール基を表し、R11は、水素、もしくは、炭素数1〜4のアルキル基、もしくは、置換または無置換の炭素数6〜13のアリール基を表す。)
(式中、Ar〜Arは、それぞれ、置換または無置換の炭素数6〜13のアリール基を表し、R21〜R22は、それぞれ、水素、もしくは、炭素数1〜4のアルキル基、もしくは、置換または無置換の炭素数6〜13のアリール基を表す。)
また、一般式(G11)で表されるアントラセン誘導体において、合成および精製の容易さの点から、Ar〜Arは、それぞれ、置換または無置換のフェニル基であることがより好ましい。つまり、一般式(G15−1)または一般式(G15−2)で表されるアントラセン誘導体であることが好ましい。
(式中、R11は、水素、もしくは、炭素数1〜4のアルキル基、もしくは、置換または無置換の炭素数6〜13のアリール基を表し、R31〜R40は、それぞれ、水素、もしくは、炭素数1〜4のアルキル基、もしくは、置換または無置換の炭素数6〜10のアリール基、もしくは、ハロゲン、もしくは、炭素数1〜4のハロアルキル基を表す。)
(式中、R21〜R22は、それぞれ、水素、もしくは、炭素数1〜4のアルキル基、もしくは、置換または無置換の炭素数6〜13のアリール基を表し、R31〜R40は、それぞれ、水素、もしくは、炭素数1〜4のアルキル基、もしくは、置換または無置換の炭素数6〜10のアリール基、もしくは、ハロゲン、もしくは、炭素数1〜4のハロアルキル基を表す。)
同様に、一般式(G21)で表されるアントラセン誘導体において、合成および精製の容易さの点から、Ar〜Arは、それぞれ、置換または無置換のフェニル基であることがより好ましい。つまり、一般式(G25−1)または一般式(G25−2)で表されるアントラセン誘導体であることが好ましい。
(式中、R11は、水素、もしくは、炭素数1〜4のアルキル基、もしくは、置換または無置換の炭素数6〜13のアリール基を表し、R31〜R40は、それぞれ、水素、もしくは、炭素数1〜4のアルキル基、もしくは、置換または無置換の炭素数6〜10のアリール基、もしくは、ハロゲン、もしくは、炭素数1〜4のハロアルキル基を表す。)
(式中、R21〜R22は、それぞれ、水素、もしくは、炭素数1〜4のアルキル基、もしくは、置換または無置換の炭素数6〜13のアリール基を表し、R31〜R40は、それぞれ、水素、もしくは、炭素数1〜4のアルキル基、もしくは、置換または無置換の炭素数6〜10のアリール基、もしくは、ハロゲン、もしくは、炭素数1〜4のハロアルキル基を表す。)
一般式(G15−1)〜一般式(G15−2)および一般式(G25−1)〜一般式(G25−2)において、炭素数1〜4のハロアルキル基としては、トリフルオロメチル基などが挙げられる。
また、一般式(G11)で表されるアントラセン誘導体において、合成および精製の容易さの点から、ArとArは同一の構造を有する置換基であることが好ましい。
同様に、一般式(G21)で表されるアントラセン誘導体において、合成および精製の容易さの点から、ArとArは同一の構造を有する置換基であることが好ましい。
一般式(G11)で表されるアントラセン誘導体の具体例としては、構造式(101)〜構造式(149)、構造式(201)〜構造式(242)で表されるアントラセン誘導体を挙げることができる。また、一般式(G21)で表されるアントラセン誘導体の具体例としては、構造式(301)〜構造式(349)、構造式(401)〜構造式(441)で表されるアントラセン誘導体を挙げることができる。但し、本発明はこれらに限定されない。
構造式(101)〜構造式(149)で表されるアントラセン誘導体は、一般式(G11)において、ArとArもしくはArとArのうちいずれか一が結合した場合の具体例であり、構造式(201)〜構造式(242)で表されるアントラセン誘導体は、一般式(G11)において、ArとArが結合した場合の具体例である。
また、構造式(301)〜構造式(349)で表されるアントラセン誘導体は、一般式(G21)において、ArとArもしくはArとArのうちいずれか一が結合した場合の具体例であり、構造式(401)〜構造式(441)で表されるアントラセン誘導体は、一般式(G21)において、ArとArが結合した場合の具体例である。
本発明のアントラセン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、本発明のアントラセン誘導体を合成することができる。なお、本発明のアントラセン誘導体の合成方法は、以下の合成方法に限定されない。
<一般式(G11)で表されるアントラセン誘導体の合成方法>
合成スキーム(A−1)に示すように、アントラセン誘導体(化合物1)と、カルバゾール誘導体のボロン酸または有機ホウ素化合物(化合物2)とを、鈴木・宮浦反応によりカップリングさせることで、目的物である2位にカルバゾール骨格を有するアントラセン誘導体(化合物3)を得ることができる。合成スキーム(A−1)において、Xはハロゲン、又は、トリフラート基を示し、Ar〜Arは、それぞれ、置換または無置換の炭素数6〜13のアリール基を表し、Arは、置換または無置換の炭素数6〜13のアリーレン基を表し、Arは、置換または無置換の炭素数6〜13のアリール基を表し、Arは、置換または無置換の炭素数6〜13のアリール基を表し、ArとAr、またはArとAr、またはArとArのうちいずれか一は互いに直接結合して5員環を形成し、カルバゾール骨格を形成する。また、Xがハロゲンである場合は塩素、臭素、ヨウ素が好ましい。
合成スキーム(A−1)において、用いることができるパラジウム触媒としては、酢酸パラジウム(II)、テトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(0)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(A−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(オルトートリル)ホスフィンや、トリフェニルホスフィンや、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パラジウム触媒の配位子はこれらに限られるものでは無い。合成スキーム(A−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 t−ブトキシド等の有機塩基や、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(A−1)において、用いることができる溶媒としては、トルエンと水の混合溶媒、トルエンとエタノール等のアルコールと水の混合溶媒、キシレンと水の混合溶媒、キシレンとエタノール等のアルコールと水の混合溶媒、ベンゼンと水の混合溶媒、ベンゼンとエタノール等のアルコールと水の混合溶媒、エチレングリコールジメチルエーテル等のエーテル類と水の混合溶媒などが挙げられる。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、トルエンと水、又はトルエンとエタノールと水の混合溶媒がより好ましい。
<一般式(G21)で表されるアントラセン誘導体の合成方法>
合成スキーム(A−2)に示すように、アントラセン誘導体(化合物4)と、カルバゾール誘導体のボロン酸または有機ホウ素化合物(化合物2)とを、鈴木・宮浦反応によりカップリングさせることで、目的物である2位および6位にカルバゾール骨格を2つ有するアントラセン誘導体(化合物5)を得ることができる。合成スキーム(A−2)において、X〜Xはハロゲン、又は、トリフラート基を示し、Ar〜Arは、それぞれ、置換または無置換の炭素数6〜13のアリール基を表し、Arは、置換または無置換の炭素数6〜13のアリーレン基を表し、Arは、置換または無置換の炭素数6〜13のアリール基を表し、Arは、置換または無置換の炭素数6〜13のアリール基を表し、ArとAr、またはArとAr、またはArとArのうちいずれか一は互いに直接結合して5員環を形成し、カルバゾール骨格を形成する。また、X〜Xがハロゲンである場合は塩素、臭素、ヨウ素が好ましく、XとXは同じであっても異なっていても良い。
合成スキーム(A−2)において、用いることができるパラジウム触媒としては、酢酸パラジウム(II)、テトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(0)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(A−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(オルトートリル)ホスフィンや、トリフェニルホスフィンや、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パラジウム触媒の配位子はこれらに限られるものでは無い。合成スキーム(A−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 t−ブトキシド等の有機塩基や、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(A−2)において、用いることができる溶媒としては、トルエンと水の混合溶媒、トルエンとエタノール等のアルコールと水の混合溶媒、キシレンと水の混合溶媒、キシレンとエタノール等のアルコールと水の混合溶媒、ベンゼンと水の混合溶媒、ベンゼンとエタノール等のアルコールと水の混合溶媒、エチレングリコールジメチルエーテル等のエーテル類と水の混合溶媒などが挙げられる。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、トルエンと水、又はトルエンとエタノールと水の混合溶媒がより好ましい。
本発明のアントラセン誘導体は、色純度の良い青色発光を示す。よって、発光素子に好適に用いることができる。また、本発明のアントラセン誘導体は、酸化還元反応を繰り返しても安定である。よって、本発明のアントラセ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。また、本発明のアントラセン誘導体は、色純度の良い青色発光が可能なため、該アントラセン誘導体を用いた発光素子は、フルカラーディスプレイの発光素子として好適に用いることができる。
また、本発明のアントラセン誘導体は、多くの種類の溶媒に対して溶解性を示す。例えば、ジクロロエタン、クロロホルム、テトラヒドロフラン、シクロヘキサノン、ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、アセトン、ジオキサン、アニソール、酢酸エチル、トルエン、キシレン、テトラリン、クロロベンゼン、ジクロロベンゼン、フルオロベンゼンなどが挙げられる。また、ニトロベンゼン、ピリジン、メチルイソブチルケトン、ジグライムなども挙げられる。よって、これらの溶媒と本発明のアントラセン誘導体を含む混合物を、湿式法により成膜することで、本発明のアントラセン誘導体を含む層を成膜することも可能である。
(実施の形態2)
本実施の形態では、本発明のアントラセン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位で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。なお、発光素子からの発光を、基板を通して外部へ取り出す場合には、基板101は透光性を有する基板であることが好ましい。
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以上であることが好ましい)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。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、インクジェット法、スピンコート法などにより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)、チタン(Ti)、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。
また、第1の電極102と接する層として、後述する複合材料を含む層を用いた場合には、第1の電極102として、仕事関数の大小に関わらず、様々な金属、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。例えば、アルミニウム(Al)、銀(Ag)、アルミニウムを含む合金(AlSi)等を用いることができる。また、仕事関数の小さい材料である、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を用いることもできる。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の膜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。
本実施の形態で示すEL層103は、正孔注入層111、正孔輸送層112、発光層113、電子輸送層114、電子注入層115を有している。なお、EL層103は、実施の形態1で示したアントラセン誘導体を有していればよく、その他の層の積層構造については特に限定されない。つまり、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、発光性の高い物質等を含む層と、実施の形態1で示したアントラセン誘導体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。正孔注入性の高い物質としては、酸化モリブデンや酸化バナジウム、酸化ルテニウム、酸化タングステン、酸化マンガン等を用いることができる。この他、低分子の有機化合物としては、フタロシアニン(略称:HPc)、銅(II)フタロシアニン(略称:CuPc)、バナジル(IV)フタロシアニン(略称:VOPc)等のフタロシアニン系の化合物、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−(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)、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)等の芳香族アミン化合物等が挙げられる。
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。これらの複合材料は、正孔輸送性の高い物質とアクセプター物質とを共蒸着することにより形成することができる。
なお、本明細書中において、複合とは、単に2つの材料を混合させるだけでなく、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、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。
複合材料に用いることのできる有機化合物としては、例えば、MTDATA、TDATA、DPAB、DNTPD、DPA3B、PCzPCA1、PCzPCA2、PCzPCN1、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)等の芳香族アミン化合物や、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のカルバゾール誘導体や、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、ペンタセン、コロネン、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)等の芳香族炭化水素化合物を挙げることができる。
また、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)、クロラニル等の有機化合物や、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。
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、低分子の有機化合物としては、NPB(またはα−NPD)、TPD、4,4’−ビス[N−(9,9−ジメチルフルオレン−2−イル)−N−フェニルアミノ]ビフェニル(略称:DFLDPBi)、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、上述した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正孔輸送層112として用いても良い。
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。
発光層113は、発光性の高い物質を含む層である。本実施の形態で示す発光素子は、発光層113は実施の形態1で示した本発明のアントラセン誘導体を含む。本発明のアントラセン誘導体は、色純度の良い青色の発光を示すため、発光性の高い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、低分子の有機化合物として、トリス(8−キノリノラト)アルミニウム(III)(略称:Alq)、トリス(4−メチル−8−キノリノラト)アルミニウム(III)(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(II)(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(III)(略称:BAlq)、ビス(8−キノリノラト)亜鉛(II)(略称:Znq)、ビス[2−(2−ベンゾオキサゾリル)フェノラト]亜鉛(II)(略称:ZnPBO)、ビス[2−(2−ベンゾチアゾリル)フェノラト]亜鉛(II)(略称:ZnBTZ)などの金属錯体が挙げられる。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)、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)、バソフェナントロリン(略称:BPhen)、バソキュプロイン(略称:BCP)などの複素環化合物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。
電子注入層115は、電子注入性の高い物質を含む層である。電子注入性の高い物質としては、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。また、電子輸送性を有する物質と電子輸送性を有する物質に対して電子供与性を示す物質を含む層を用いることができる。具体的には、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と電子輸送性を有する物質に対して電子供与性を示す物質を含む層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以下であることが好ましい)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。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104と電子輸送層114との間に、電子注入を促す機能を有する層である電子注入層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。
例えば、上述した材料のうち、高分子化合物を用いて湿式法でEL層を形成してもよい。または、低分子の有機化合物を用いて湿式法で形成することもできる。また、低分子の有機化合物を用いて真空蒸着法などの乾式法を用いてEL層を形成してもよい。
また、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。
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。
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との間に印加した電位差により電流が流れ、EL層103において正孔と電子とが再結合し、発光するものである。
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ある。例えば、第1の電極102のみが透光性を有する電極である場合、発光は第1の電極102を通って基板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、発光は第2の電極104を通って基板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、発光は第1の電極102および第2の電極104を通って、基板側および基板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を防ぐように、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り、実施の形態1で示したアントラセン誘導体を有する構成であれば、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と、本発明のアントラセン誘導体を自由に組み合わせて構成すればよい。
また、図1(B)に示すように、基板101上に、陰極として機能する第2の電極104、EL層103、陽極として機能する第1の電極102とが順に積層された構成としてもよい。図1(B)では、第2の電極104上に、電子注入層115、電子輸送層114、発光層113、正孔輸送層112、正孔注入層111が順に積層された構成となっている。
なお、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。また、TFTに用いられる半導体膜の結晶性についても特に限定されない。非晶質半導体膜を用いてもよいし、結晶性半導体膜を用いてもよい。また、単結晶半導体膜を用いてもよい。単結晶半導体膜は、スマートカット法(登録商標)などを用いて作製することができる。
本発明のアントラセン誘導体は、色純度の良い青色の発光を示すため、本実施の形態に示すように、他の発光性物質を加えることなく発光層として用いることが可能である。本発明のアントラセン誘導体を用いることにより、色純度の良い青色発光を示す発光素子を得ることができる。
また、本発明のアントラセン誘導体は酸化還元反応を繰り返しても安定であるため、発光素子に用いることにより、長寿命の発光素子を得ることができる。
また、本発明のアントラセン誘導体を用いた発光素子は、色純度の良い青色発光が可能なため、フルカラーディスプレイに好適に用いることができる。特に、青色発光素子は、緑色発光素子、赤色発光素子に比べ、寿命、色純度、効率の点で開発が遅れており、良好な特性を有する青色発光素子が望まれている。本発明のアントラセン誘導体を用いた発光素子は、長寿命の青色発光が可能であり、フルカラーディスプレイに好適である。
また、本発明のアントラセン誘導体は、色純度の良い青色の発光が可能なため、他の発光材料と組み合わせて発光素子に適用することより、白色発光素子を得ることも可能である。
(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、本発明のアントラセン誘導体を他の物質(ホスト材料)に分散させた構成とすることで、本発明のアントラセン誘導体からの発光を得ることができる。本発明のアントラセン誘導体は色純度の良い青色の発光を示すため、色純度の良い青色の発光を示す発光素子を得ることができる。
ここで、本発明のアントラセ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る。例えば、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’−ビス(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)、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)などが挙げられる。また、本発明のアントラセン誘導体を分散させる物質として高分子材料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)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)などや、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。
本発明のアントラセン誘導体は、色純度の良い青色の発光を示すため、発光性物質として用いることが可能である。本発明のアントラセン誘導体を用いることにより、色純度の良い青色発光を示す発光素子を得ることができる。
また、本発明のアントラセン誘導体は酸化還元反応を繰り返しても安定であるため、発光素子に用いることにより、長寿命の発光素子を得ることができる。
また、本発明のアントラセン誘導体を用いた発光素子は、色純度の良い青色発光が可能なため、フルカラーディスプレイに好適に用いることができる。特に、青色発光素子は、緑色発光素子、赤色発光素子に比べ、寿命、色純度、効率の点で開発が遅れており、良好な特性を有する青色発光素子が望まれている。本発明のアントラセン誘導体を用いた発光素子は、長寿命の青色発光が可能であり、フルカラーディスプレイに好適である。
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、本発明のアントラセン誘導体に発光性の物質(ゲスト材料)を分散させた構成とすることで、発光性の物質(ゲスト材料)からの発光を得ることができる。
本発明のアントラセ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、本発明のアントラセン誘導体に起因した発光色と、アントラセ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、本発明のアントラセ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。例えば、蛍光を発光する蛍光性化合物としては、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)、2−(2−{2−[4−(ジメチルアミノ)フェニル]エテニル}−6−メチル−4H−ピラン−4−イリデン)プロパンジニトリル(略称:DCM1)、2−{2−メチル−6−[2−(2,3,6,7−テトラヒドロ−1H,5H−ベンゾ[ij]キノリジン−9−イル)エテニル]−4H−ピラン−4−イリデン}プロパンジニトリル(略称:DCM2)などが挙げられる。また、燐光を発光する燐光発光性物質としては、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)などが挙げられる。
本発明のアントラセン誘導体は、エネルギーギャップが大きいため、短波長の発光を示す発光性物質を分散させた場合でも、発光性物質からの発光を得ることができる。つまり、短波長の発光性物質を励起させ、発光させることが可能である。
本発明のアントラセン誘導体は、酸化還元反応を繰り返しても安定である。よって、本発明のアントラセン誘導体をホスト材料として用いることにより、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5)
本実施の形態では、実施の形態2〜実施の形態4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。
本発明のアントラセン誘導体は、キャリア輸送性を有する。よって、発光素子のキャリア輸送層として用いることができる。
本発明のアントラセン誘導体は、電子輸送性を有する。よって、陰極と発光層との間に本発明のアントラセン誘導体を含む層を用いることができる。具体的には、実施の形態2で示した電子注入層115や電子輸送層114に用いることができる。
また、電子注入層115に本発明のアントラセン誘導体を用いる場合には、本発明のアントラセン誘導体と、本発明のアントラセン誘導体に対して電子供与性を示す物質とを含む層とすることが好ましい。このような構成とすることで電子注入性が向上する。また、仕事関数に関わらず第2の電極を形成する材料を選ぶことができる。本発明のアントラセン誘導体に対して電子供与性を示す物質としては、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。
また、本発明のアントラセン誘導体は、正孔輸送性も有するので、正孔輸送層として用いることも可能である。また、本発明のアントラセン誘導体にアクセプター性物質を含有させた複合材料を正孔注入層または正孔輸送層として用いることも可能である。アクセプター物質としては、実施の形態2で示した物質を用いることができる。
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、実施の形態2〜実施の形態5で示した構成と異なる構成の発光素子について図2を用いて説明する。
本実施の形態で示す発光素子は、実施の形態2で示した発光素子における発光層113と電子輸送層114の間に新たに機能層116を設けたものである。機能層116は第2の電極104から注入された電子の移動速度を制御する働きを有する。
機能層116は、第1の有機化合物と第2の有機化合物とを含んでおり、第1の有機化合物は、第2の有機化合物よりも多く含まれている。つまり、第2の有機化合物は、第1の有機化合物中に分散されている。また、電子の移動を制御する層は、発光層113よりも陰極として機能する第2の電極104側に設けることが好ましい。つまり、発光層113と第2の電極104との間に設けることが好ましい。
機能層116としては複数の構成が可能である。一つめの構成としては、電子輸送性を有する第1の有機化合物に、電子をトラップする機能を有する第2の有機化合物を添加した構成とすることができる。この構成の場合、陰極として機能する第2の電極104から注入された電子は、電子輸送層などを通り、機能層116に注入される。機能層116に注入された電子は、第2の有機化合物に一時的にトラップされ、その移動が遅くなり、発光層113への電子注入が制御される。
この構成の場合、機能層116に含まれる第2の有機化合物は、電子をトラップする機能を有する有機化合物である。したがって、第2の有機化合物は、機能層116に含まれる第1の有機化合物の最低空軌道準位(LUMO準位)より0.3eV以上低い最低空軌道準位(LUMO準位)を有する有機化合物であることが好ましい。第2の有機化合物が含まれることにより、層全体としては、第1の有機化合物のみからなる層よりも電子の移動速度が小さくなる。つまり、第2の有機化合物を添加することにより、キャリアの移動を制御することが可能となる。また、第2の有機化合物の濃度を制御することにより、キャリアの移動速度を制御することが可能となる。具体的には、第2の有機化合物の濃度は、0.1重量%〜5重量%、または、0.1mol%〜5mol%であることが好ましい。
機能層116に含まれる第2の有機化合物としては、例えば、N,N’−ジメチルキナクリドン(略称:DMQd)、N,N’−ジフェニルキナクリドン(略称:DPQd)、9,18−ジヒドロベンゾ[h]ベンゾ[7,8]キノ[2,3−b]アクリジン−7,16−ジオン(略称:DMNQd−1)、9,18−ジヒドロ−9,18−ジメチルベンゾ[h]ベンゾ[7,8]キノ[2,3−b]アクリジン−7,16−ジオン(略称:DMNQd−2)、クマリン30、クマリン6、クマリン545T、クマリン153などを用いることができる。
機能層116に含まれる第1の有機化合物は、電子輸送性を有する有機化合物である。つまり、正孔輸送性よりも電子輸送性の方が高い物質である。具体的には、トリス(8−キノリノラト)アルミニウム(III)(略称:Alq)、Almq、BeBq、BAlq、Znq、BAlq、ZnPBO、ZnBTZなどの金属錯体、PBD、OXD−7、TAZ、TPBI、BPhen、BCPなどの複素環化合物、CzPA、DPCzPA、DPPA、DNA、t−BuDNA、BANT、DPNS、DPNS2、TPB3などの縮合芳香族化合物を用いることができる。中でも電子に対して安定な金属錯体であることが好ましい。また、先に述べたように、第2の有機化合物のLUMO準位は、第1の有機化合物のLUMO準位より0.3eV以上低いことが好ましい。したがって、用いる第2の有機化合物の種類に応じて、そのような条件を満たすように適宜第1の有機化合物を選択すればよい。
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との間に印加した電位差により電流が流れ、EL層103において正孔と電子とが再結合し、発光するものである。より具体的には、EL層103中の発光層113から、発光層113と機能層116との界面付近にかけて発光領域が形成されるような構成となっている。この原理に関し、以下に説明する。
第2の電極104から注入された電子は、電子注入層115および電子輸送層114を通り機能層116に注入される。機能層116に注入された電子は、電子トラップ性を有する第2の有機化合物により、その移動が遅くなり、発光層113への電子注入が制御される。その結果、従来では正孔輸送層112と発光層113との界面近傍で形成されたはずの発光領域が、発光層113から、発光層113と機能層116との界面付近にかけて形成されることになる。したがって、電子が正孔輸送層112にまで達してしまい、正孔輸送層112を劣化させる可能性が低くなる。また正孔に関しても、発光層113が電子輸送性であるため、正孔が電子輸送層114にまで達して電子輸送層114を劣化させる可能性は低い。
機能層116の二つめの構成としては、第1の有機化合物は、第2の有機化合物よりも多く含まれており、第1の有機化合物と第2の有機化合物のキャリア輸送の極性は異なっている構成を用いることができる。機能層116を、発光層と陰極として機能する第2の電極との間に設ける場合、第1の有機化合物は電子輸送性の有機化合物であり、第2の有機化合物は正孔輸送性の有機化合物であることが好ましい。また、第1の有機化合物の最低空軌道準位(LUMO準位)と、第2の有機化合物の最低空軌道準位(LUMO準位)との差は0.3eVよりも小さいことが好ましく、より好ましくは0.2eV以下である。つまり、熱力学的には、第1の有機化合物と第2の有機化合物との間でキャリアである電子の移動が容易であることが好ましい。
この構成の場合、上述したように、第1の有機化合物は、電子輸送性の有機化合物であることが好ましい。具体的には、Alq、Almq、BeBq、BAlq、Znq、ZnPBO、ZnBTZなどの金属錯体、PBD、OXD−7、TAZ、TPBI、BPhen、BCPなどの複素環化合物、CzPA、DPCzPA、DPPA、DNA、t−BuDNA、BANT、DPNS、DPNS2、TPB3などの縮合芳香族化合物を用いることができる。
また、第2の有機化合物としては、正孔輸送性の有機化合物であることが好ましい。具体的には、9,10−ジフェニルアントラセン(略称:DPAnth)、6,12−ジメトキシ−5,11−ジフェニルクリセンのような縮合芳香族炭化水素や、N,N−ジフェニル−9−[4−(10−フェニル−9−アントリル)フェニル]−9H−カルバゾール−3−アミン(略称:CzA1PA)、4−(10−フェニル−9−アントリル)トリフェニルアミン(略称:DPhPA)、N,9−ジフェニル−N−[4−(10−フェニル−9−アントリル)フェニル]−9H−カルバゾール−3−アミン(略称:PCAPA)、N,9−ジフェニル−N−{4−[4−(10−フェニル−9−アントリル)フェニル]フェニル}−9H−カルバゾール−3−アミン(略称:PCAPBA)、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)、NPB(またはα−NPD)、TPD、DFLDPBi、BSPBなどの芳香族アミン化合物、クマリン7、クマリン30などのアミノ基を有する化合物を用いることができる。
このような組み合わせにより、第1の有機化合物から第2の有機化合物へ、あるいは第2の有機化合物から第1の有機化合物への電子移動が抑制され、機能層116の電子移動速度を抑制することができる。
なお、上述した組み合わせの中でも、第1の有機化合物として金属錯体を、第2の有機化合物として芳香族アミン化合物を組み合わせることが好ましい。金属錯体は電子輸送性が高い上に双極子モーメントが大きく、一方で芳香族アミン化合物は正孔輸送性が高い上に比較的双極子モーメントが小さい。このように、双極子モーメントが大きく異なる物質を組み合わせることで、上述した電子移動の抑制効果はより顕著となる。具体的には、第1の有機化合物の双極子モーメントをP、第2の有機化合物の双極子モーメントをPとすると、P/P≧3またはP/P≦0.33となる組み合わせが好ましい。
以上のような構成を有する本発明の発光素子においても、第1の電極102と第2の電極104との間に印加した電位差により電流が流れ、EL層103において正孔と電子とが再結合し、発光するものである。より具体的には、EL層103中の発光層113から、発光層113と機能層116との界面付近にかけて発光領域が形成されるような構成となっている。この原理に関し、以下に説明する。
機能層116において、電子輸送性の有機化合物である第1の有機化合物は、電子輸送性であるため、電子が注入されやすく、電子が近傍の第1の有機化合物に移動しやすい。つまり、第1の有機化合物から第1の有機化合物へ電子が注入される速度(v)が大きい。
一方、正孔輸送性の有機化合物である第2の有機化合物は、第1の有機化合物のLUMO準位と近いLUMO準位を有するため、熱力学的には電子が注入されうる。しかし、電子輸送性の有機化合物である第1の有機化合物から正孔輸送性の有機化合物である第2の有機化合物に電子が注入される速度(v)、もしくは、第2の有機化合物から第1の有機化合物へ電子が注入される速度(v)は、第1の有機化合物から第1の有機化合物へ電子が注入される速度(v)よりも小さい。
よって、機能層116全体としては、第2の有機化合物が含まれることにより、第1の有機化合物のみからなる層よりも電子輸送速度が小さくなる。つまり、第2の有機化合物を添加することにより、キャリアの移動を制御することが可能となる。また、第2の有機化合物の濃度を制御することにより、キャリアの移動速度を制御することが可能となる。
もし上記どちらの構成の機能層116も設けない従来の発光素子であれば、第2の電極から注入された電子は、電子の移動は遅くならないまま発光層113へ注入される。発光層113へ注入された電子は、発光層113が電子輸送性の場合、つまり、発光層113に含まれる最も多い材料が電子輸送性の場合には、発光層中を移動して、正孔輸送層112まで達してしまう可能性がある。電子が正孔輸送層112まで達してしまうと、正孔輸送層112に含まれる材料を劣化させてしまい、発光素子の劣化に繋がる。またその劣化によって、経時的に電子輸送層114にまで達してしまう正孔の量が増えていくと、経時的に発光層113における再結合確率が低下していくことになるため、素子寿命の低下(輝度の経時劣化)に繋がってしまう。
本実施の形態で示す発光素子においては、機能層116がさらに設けられている点が特徴である。第2の電極104から注入された電子は、電子注入層115および電子輸送層114を通り機能層116に注入される。機能層116に注入された電子は、その移動が遅くなり、発光層113への電子注入が制御される。その結果、従来では正孔輸送層112と発光層113との界面近傍で形成されたはずの発光領域が、発光層113から、発光層113と機能層116との界面付近にかけて形成されることになる。したがって、電子が正孔輸送層112にまで達してしまい、正孔輸送層112を劣化させる可能性が低くなる。また正孔に関しても、発光層113が電子輸送性であるため、正孔が電子輸送層114にまで達して電子輸送層114を劣化させる可能性は低い。
また、従来のように、発光層内からの電子の突き抜けを防ぐため、電子ブロック層を発光層の陽極側に設けた場合、その電子ブロック機能が経時的に劣化すると、再結合領域が電子ブロック層内(あるいは正孔輸送層内)にまで及んでしまい、電流効率の低下(すなわち輝度劣化)が顕著となる。一方、本実施の形態で示す発光素子の場合は、逆に、発光層の手前(陰極側)において電子の移動を制御しているため、ホールの移動に対して多少電子のバランスが崩れたとしても、発光層内における再結合の割合は変化しにくく、輝度が低下しにくい。
さらに、本実施の形態においては、機能層116において、単に電子移動度の遅い物質を適用するのではなく、電子輸送性を有する有機化合物に、電子をトラップする機能を有する有機化合物または正孔輸送性を有する有機化合物を添加している点が重要である。このような構成とすることで、単に発光層113への電子注入を制御するだけではなく、その制御された電子注入量が経時的に変化するのを抑制することができる。
以上のように、電子の発光層への注入量を制御することにより、経時的にキャリアバランスが悪化して再結合確率が低下していく現象を防ぐことができるため、素子寿命の向上(輝度の経時劣化の抑制)に繋がる。
また、本実施の形態で示すキャリアの移動を制御する層は、2種類以上の物質を含むため、物質の組み合わせや混合比、膜厚などを制御することにより、キャリアバランスを精密に制御することが可能である。
また、物質の組み合わせや混合比、膜厚などの制御でキャリアバランスを制御することが可能であるので、従来よりも容易にキャリアバランスの制御が可能となる。つまり、用いる物質そのものの物性を変化させなくても、混合比や膜厚等により、キャリアの移動を制御することができる。
また、キャリアの移動を制御する層に含まれる2種類以上の物質のうち、少なく含まれている有機化合物を用いてキャリアの移動を制御している。つまり、キャリアの移動を制御する層に含まれている成分のうち少ない成分でキャリアの移動を制御することが可能であるので、経時変化に強く、発光素子の長寿命化を実現することができる。つまり、単一物質によりキャリアバランスを制御する場合に比べ、キャリアバランスの変化が起きにくい。例えば、単一物質により形成された層でキャリアの移動を制御する場合には、部分的にモルフォロジーが変化することや、部分的に結晶化が起こることなどが生じると、層全体のバランスが変化してしまう。そのため、経時変化に弱い。しかし、本実施の形態で示すように、キャリアの移動を制御する層に含まれている成分のうち少ない成分でキャリアの移動を制御することにより、モルフォロジーの変化や結晶化、凝集等の影響が小さくなり、経時変化が起きにくい。よって、経時的なキャリアバランスの低下、ひいては経時的な発光効率の低下が起こりにくい長寿命の発光素子を得ることができる。
また、機能層116の膜厚は、5nm以上20nm以下であることが好ましい。厚すぎる膜厚だと、電子の移動速度を低下させすぎてしまい、駆動電圧が高くなってしまう。また、薄すぎる膜厚だと、電子の移動を制御する機能を実現しなくなってしまう。よって、5nm以上20nm以下の膜厚であることが好ましい。
また、機能層は、電子の移動を制御するものであるため、発光層と陰極として機能する電極との間に設けることが好ましい。特に、機能層は発光層と接するように設けることがより好ましい。機能層を発光層と接するように設けることにより、発光層への電子注入を直接制御できるため、発光層内におけるキャリアバランスの経時変化をより抑制することができ、素子寿命向上に関してより大きな効果が得られる。また、プロセス的にも簡便となる。
また、機能層は発光層と接するように設けるのが好ましく、その場合には、機能層に含まれる第1の有機化合物と、発光層に多く含まれている有機化合物とは、異なる種類の有機化合物であることが好ましい。特に、発光層の構成が、発光性の高い物質を分散させる物質(ホスト材料)と、発光性の高い物質(ゲスト材料)とを含む場合、ホスト材料と、第1の有機化合物とは、異なる種類の有機化合物であることが好ましい。このような構成により、機能層から発光層への電子の移動が、第1の有機化合物とホスト材料との間においても抑制され、電子の移動を制御する層を設ける効果がより高くなる。
本発明のアントラセン誘導体は電子輸送性を有するため、本実施の形態で示す発光素子の発光層における発光性の高い物質を分散させる物質(ホスト材料)として好適に用いることができる。本発明のアントラセン誘導体に分散させる発光性の高い物質(ゲスト材料)としては、例えば、実施の形態4に示した物質を用いることができる。
ただし、発光層113と電子の移動を制御する機能層116との間に層が形成されていてもよい。
本実施の形態の発光素子において、発光層に含まれる発光性の高い物質の発光色と、第2の有機化合物の発光色とが同系色であることが好ましい。これによって、第2の有機化合物が意に反して発光した場合にも発光素子の色純度を保つことができる。ただし、必ずしも第2の有機化合物が発光する必要はない。例えば、発光性の高い物質の方が発光効率が高い場合は、実質的に発光性の高い物質の発光のみが得られるように、電子の移動を制御する機能層116における第2の有機化合物の濃度を調節する(第2の有機化合物の発光が抑制されるように、その濃度を若干低くする)ことが好ましい。この場合、発光性の高い物質の発光色と第2の有機化合物の発光色は同系統の発光色である(すなわち、同程度のエネルギーギャップを持つ)ため、発光性の高い物質から第2の有機化合物へのエネルギー移動は生じにくく、高い発光効率が得られる。
もしくは、発光層に含まれる発光性の高い物質の発光よりも第2の有機化合物の発光の方が短波長であることが好ましい。つまり、発光層に含まれる発光性の高い物質の発光ピーク波長よりも第2の有機化合物の発光ピーク波長の方は短波長であることが好ましい。すなわち、発光性の高い物質のエネルギーギャップよりも第2の有機化合物のエネルギーギャップの方が大きいため、発光性の高い物質から第2の有機化合物へのエネルギー移動は生じにくく、第2の有機化合物が意に反して発光することを抑制することができる。
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7)
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)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〜実施の形態6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〜実施の形態6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。発光ユニットは少なくとも発光層を有していればよく、その他の層の積層構造については特に限定されない。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〜実施の形態6と同様なものを適用することができる。
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層であり、単層でも複数の層を積層した構成であってもよい。複数の層を積層した構成としては、正孔を注入する層と電子を注入する層とを積層する構成であることが好ましい。
正孔を注入する層としては、酸化モリブデン、酸化バナジウム、酸化レニウム、酸化ルテニウム等の半導体や絶縁体を用いることができる。あるいは、正孔輸送性の高い物質に、アクセプター物質が添加された構成であってもよい。正孔輸送性の高い物質とアクセプター性物質を含む層は、実施の形態2で示した複合材料であり、アクセプター物質として、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)や、酸化バナジウムや酸化モリブデンや酸化タングステン等の金属酸化物を含む。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、正孔輸送性の高い物質としては、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。正孔輸送性の高い物質とアクセプター性物質を含む複合材料は、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。
電子を注入する層としては、酸化リチウム、フッ化リチウム、炭酸セシウム等の絶縁体や半導体を用いることができる。あるいは、電子輸送性の高い物質に、ドナー性物質が添加された構成であってもよい。ドナー性物質としては、アルカリ金属またはアルカリ土類金属または希土類金属または元素周期表における第13族に属する金属およびその酸化物、炭酸塩を用いることができる。具体的には、リチウム(Li)、セシウム(Cs)、マグネシウム(Mg)、カルシウム(Ca)、イッテルビウム(Yb)、インジウム(In)、酸化リチウム、炭酸セシウムなどを用いることが好ましい。また、テトラチアナフタセンのような有機化合物をドナー性物質として用いてもよい。電子輸送性の高い物質としては、実施の形態2で示した材料を用いることができる。なお、電子輸送性の高い物質としては、電子移動度が10−6cm/Vs以上であるものを適用することが好ましい。但し、正孔よりも電子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。電子輸送性の高い物質とドナー性物質とを有する複合材料は、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。
また、電荷発生層513として、実施の形態2で示した電極材料を用いることもできる。例えば、正孔輸送性の高い物質と金属酸化物を含む層と透明導電膜とを組み合わせて形成しても良い。なお、光取り出し効率の点から、電荷発生層は透光性の高い層とすることが好ましい。
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。
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8)
本実施の形態では、本発明のアントラセ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、本発明のアントラセン誘導体を用いて作製された発光装置について図4を用いて説明する。なお、図4(A)は、発光装置を示す上面図、図4(B)は図4(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4(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、画素部が形成された基板と同一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と同一基板上ではなく、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、良好な被覆性を得るため、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樹脂を用いた場合、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樹脂、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樹脂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、第1の電極613に用いる材料としては、さまざまな金属、合金、電気伝導性化合物、およびこれらの混合物を用いることができる。第1の電極を陽極として用いる場合には、その中でも、仕事関数の大きい(好ましくは仕事関数4.0eV以上)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好ましい。例えば、珪素を含有した酸化インジウム−酸化スズ膜、酸化インジウム−酸化亜鉛膜、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、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層構造等の積層膜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で示したアントラセン誘導体を有している。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、ポリマー等)のいずれを用いてもよい。また、EL層に用いる材料としては、有機化合物だけでなく、無機化合物を用いてもよい。
また、第2の電極617に用いる材料としては、さまざまな金属、合金、電気伝導性化合物、およびこれらの混合物を用いることができる。第2の電極を陰極として用いる場合には、その中でも、仕事関数の小さい(好ましくは仕事関数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好ましい。例えば、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)等が挙げられる。なお、EL層616で生じた光を第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(酸化インジウム−酸化スズ(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、酸化インジウム−酸化亜鉛(IZO)、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)との積層膜を用いることも可能である。
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が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、本発明の発光素子を有する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で示したアントラセン誘導体を用いているため、優れた特性を備えた発光装置を得ることができる。具体的には、寿命の長い発光装置を得ることができる。
また、本発明のアントラセン誘導体は、色純度の良い青色発光が可能であるため、フルカラーディスプレイに好適に用いることができる。本発明のアントラセン誘導体を発光性物質としてフルカラーディスプレイに用いることにより、色再現性に優れた表示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、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5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5(A)は、発光装置を示す斜視図、図5(B)は図5(A)をX−Yで切断した断面図である。図5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、EL層955及び電極956をそれぞれパターニングが可能となる。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用いることによって、寿命の長い発光装置を得ることができる。また、色再現性に優れた発光装置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9)
本実施の形態では、実施の形態8に示す発光装置を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に示したアントラセン誘導体を含み、長寿命の表示部を有する。
本発明のアントラセ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6に示す。
図6(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〜実施の形態7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、長寿命である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、このテレビ装置は画質の劣化が少ない。このような特徴により、テレビ装置において、劣化補償機能回路や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、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。また、実施の形態1で示したアントラセン誘導体は、色純度の良い青色発光が可能であるため色再現性に優れた表示部を有するテレビ装置を得ることができる。
図6(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〜実施の形態7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、長寿命である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画質の劣化が少ない。このような特徴により、コンピュータにおいて、劣化補償機能回路や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、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。また、実施の形態1で示したアントラセン誘導体は、色純度の良い青色発光が可能であるため色再現性に優れた表示部を有するコンピュータを得ることができる。
図6(C)は本発明に係るカメラであり、本体9301、表示部9302、筐体9303、外部接続ポート9304、リモコン受信部9305、受像部9306、バッテリー9307、音声入力部9308、操作キー9309、接眼部9310等を含む。このカメラにおいて、表示部9302は、実施の形態2〜実施の形態7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。当該発光素子は長寿命である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9302も同様の特徴を有するため、このカメラは画質の劣化が少ない。このような特徴により、カメラにおいて、劣化補償機能回路や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9301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、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。また、実施の形態1で示したアントラセン誘導体は、色純度の良い青色発光が可能であるため色再現性に優れた表示部を有するカメラを得ることができる。
図6(D)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〜実施の形態7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、長寿命である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、この携帯電話は画質の劣化が少ない。このような特徴により、携帯電話において、劣化補償機能回路や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、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。また、実施の形態1で示したアントラセン誘導体は、色純度の良い青色発光が可能であるため色再現性に優れた表示部を有する携帯電話を得ることができる。
図12には、図6(D)とは異なる構成の携帯電話の一例を示す。図12(A)が正面図、図12(B)が背面図、図12(C)が展開図である。図12に示す携帯電話は、電話と携帯情報端末の双方の機能を備えており、コンピュータを内蔵し、音声通話以外にも様々なデータ処理が可能な所謂スマートフォンである。
図12に示す携帯電話は、筐体1001及び1002二つの筐体で構成されている。筐体1001には、表示部1101、スピーカー1102、マイクロフォン1103、操作キー1104、ポインティングデバイス1105、カメラ用レンズ1106、外部接続端子1107等を備え、筐体1002には、イヤホン端子1008、キーボード1201、外部メモリスロット1202、カメラ用レンズ1203、ライト1204等を備えている。また、アンテナは筐体1001内部に内蔵されている。
また、上記構成に加えて、非接触ICチップ、小型記録装置等を内蔵していてもよい。
表示部1101には、実施の形態8で示した発光装置を組み込むことが可能であり、使用形態に応じて表示の方向が適宜変化する。表示部1101と同一面上にカメラ用レンズ1106を備えているため、テレビ電話が可能である。また、表示部1101をファインダーとしカメラ用レンズ1203及びライト1204で静止画及び動画の撮影が可能である。スピーカー1102及びマイクロフォン1103は音声通話に限らず、テレビ電話、録音、再生等が可能である。操作キー1104では、電話の発着信、電子メール等の簡単な情報入力、画面のスクロール、カーソル移動等が可能である。更に、重なり合った筐体1001と筐体1002(図12(A))は、スライドし、図12(C)のように展開し、携帯情報端末として使用できる。この場合、キーボード1201、ポインティングデバイス1105を用い円滑な操作が可能である。外部接続端子1107はACアダプタ及びUSBケーブル等の各種ケーブルと接続可能であり、充電及びコンピュータ等とのデータ通信が可能である。また、外部メモリスロット1202に記録媒体を挿入しより大量のデータ保存及び移動に対応できる。
また、上記機能に加えて、赤外線通信機能、テレビ受信機能等を備えたものであってもよい。
図7は音響再生装置、具体例としてカーオーディオであり、本体701、表示部702、操作スイッチ703、704を含む。表示部702は実施の形態8の発光装置(パッシブマトリクス型またはアクティブマトリクス型)で実現することができる。また、この表示部702はセグメント方式の発光装置で形成しても良い。いずれにしても、本発明に係る発光素子を用いることにより、車両用電源(12〜42V)を使って、長寿命の表示部を構成することができる。また、本実施の形態では車載用オーディオを示すが、携帯型や家庭用のオーディオ装置に用いても良い。
図8は、音響再生装置の一例としてデジタルプレーヤーを示している。図8に示すデジタルプレーヤーは、本体710、表示部711、メモリ部712、操作部713、イヤホン714等を含んでいる。なお、イヤホン714の代わりにヘッドホンや無線式イヤホンを用いることができる。表示部711として、実施の形態8の発光装置(パッシブマトリクス型またはアクティブマトリクス型)で実現することができる。また、この表示部711はセグメント方式の発光装置で形成しても良い。いずれにしても、本発明に係る発光素子を用いることにより、二次電池(ニッケル−水素電池など)を使っても表示が可能であり、長寿命の表示部を構成することができる。メモリ部712は、ハードディスクや不揮発性メモリを用いている。例えば、記録容量が20〜200ギガバイト(GB)のNAND型不揮発性メモリを用い、操作部713を操作することにより、映像や音声(音楽)を記録、再生することができる。なお、表示部702及び表示部711は黒色の背景に白色の文字を表示することで消費電力を抑えられる。これは携帯型のオーディオ装置において特に有効である。
以上の様に、本発明を適用して作製した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。本発明のアントラセン誘導体を用いることにより、寿命の長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、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。本発明の発光装置を照明装置として用いる一態様を、図9を用いて説明する。
図9は、本発明に係る発光装置を用いた照明装置として用いた電子機器の一例として、本発明を適用した発光装置をバックライトとして用いた液晶表示装置を示す。図9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、本発明を適用した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。また、本発明の発光装置は長寿命であるため、本発明の発光装置を用いた液晶表示装置も長寿命である。
図10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10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長寿命であるため、電気スタンドも長寿命である。
図11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、大発光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、薄型で長寿命であるため、薄型化、長寿命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6(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、両装置は長寿命であるので、照明装置やテレビ装置の買い換え回数を減らすことができ、環境への負荷を低減することができる。
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。
本実施例では、構造式(101)で表される本発明のアントラセン誘導体である3−(9,10−ジフェニル−2−アントリル)−9−フェニル−9H−カルバゾール(略称:2PCzPA)の合成方法を具体的に説明する。
[ステップ1]2−ブロモ−9,10−ジフェニルアントラセン(略称:2PAユニット)の合成
(i)2−ブロモ−9,10−アントラキノンの合成
2−ブロモ−9,10−アントラキノンの合成スキームを(C−1)に示す。
46g(206mmol)の臭化銅(II)、500mLのアセトニトリルを1L三口フラスコへ入れ、17.3g(168mmol)の亜硝酸tert−ブチルを加えた。この混合物を65℃に加熱し、加熱しながら、この混合物へ25g(111mmol)の2−アミノ−9,10−アントラキノンを加えた。この混合物を同温度で6時間撹拌した。攪拌後、この溶液を約500mLの塩酸(3.0mol/L)中に注ぎ、この混合物を3時間撹拌した。攪拌後、混合物中の析出物を濾過し、得られた濾物を水とエタノールで洗浄した。洗浄後、濾物をトルエンに溶かし、この溶液をフロリジール(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)、アルミナを通して吸引ろ過した。得られたろ液を濃縮して得た固体を、クロロホルム/ヘキサンにより再結晶したところ目的物の2−ブロモ−9,10−アントラキノンの淡黄色粉末状固体を18.6g、収率58%で得た。
(ii)2−ブロモ−9,10−ジフェニルアントラセン−9,10−ジオールの合成
2−ブロモ−9,10−ジフェニルアントラセン−9,10−ジオールの合成スキームを(C−2)に示す。
4.90g(17.0mmol)の2−ブロモ−9,10−アントラキノンを、300mLの三口フラスコへ入れ窒素置換をし、フラスコへ100mLのテトラヒドロフラン(THF)を加えた。この溶液へ、17.8mL(37.3mmol)のフェニルリチウムを滴下して加え、滴下終了後、この溶液を室温で15時間撹拌した。攪拌後、この溶液を水で洗浄し、水層を酢酸エチルで抽出した。抽出溶液と有機層を合わせて硫酸マグネシウムで乾燥した。乾燥後、この混合物を自然ろ過し、得られたろ液を濃縮したところ、目的物の2−ブロモ−9,10−ジフェニルアントラセン−9,10−ジオールを得た。
(iii)2−ブロモ−9,10−ジフェニルアントラセンの合成
2−ブロモ−9,10−ジフェニルアントラセンの合成スキームを(C−3)に示す。
得られた7.55g(17.0mmol)の2−ブロモ−9,10−ジフェニルアントラセン−9,10−ジオールと、5.06g(30.5mmol)のヨウ化カリウムと、9.70g(91.5mmol)のホスフィン酸ナトリウム一水和物と、50mLの氷酢酸を500mLの三口フラスコへ入れ、この混合物を120℃で2時間攪拌した。攪拌後、この混合物へ30mLの50%ホスフィン酸を加え、さらに120℃で1時間撹拌した。攪拌後、この溶液を水で洗浄し、水層を酢酸エチルで抽出した。抽出溶液と有機層を合わせて硫酸マグネシウムで乾燥した。この混合物を自然ろ過し、得られたろ液を濃縮したところ、淡黄色固体を得た。得られた固体をトルエンに溶かし、この溶液をセライト(和光純薬工業株式会社、カタログ番号:531−16855)、フロリジール(和光純薬工業株式会社、カタログ番号:540−00135)、アルミナを通して吸引ろ過した。得られたろ液を濃縮して得た個体を、クロロホルム/ヘキサンにより再結晶したところ目的物の淡黄色粉末状固体を5.1g、収率74%(スキーム(C−2)および(C−3)の2段階での収率)で得た。
[ステップ2]2PCzPAの合成
2PCzPAの合成スキームを(C−4)に示す。
1.5g(3.7mmol)の2−ブロモ−9,10−ジフェニルアントラセンと、1.1g(3.7mmol)の4−(9H−カルバゾール−9−イル)フェニルボロン酸と、0.16g(0.50mmol)のトリ(オルト−トリル)ホスフィンを100mLの三口フラスコへ入れ、フラスコ内を窒素置換した。この混合物へ、20mLのトルエンと、10mLのエタノールと、13mLの炭酸カリウム水溶液(2.0mol/L)を加えた。この混合物を、減圧下で攪拌しながら脱気し、脱気後、フラスコ内を窒素置換した。この混合物へ、28mg(0.10mmol)の酢酸パラジウム(II)を加えた。この混合物を、110℃で12時間還流した。還流後、この混合物を室温までさました後、約20mLのトルエンを加えてから、セライト(和光純薬工業株式会社、カタログ番号:531−16855)を通してろ過した。得られた混合物の有機層を水と飽和食塩水で洗浄し、硫酸マグネシウムにより乾燥した。この混合物を自然ろ過して、得られたろ液を濃縮したところ、褐色油状物を得た。この油状物を、シリカゲルカラムクロマトグラフィー(展開溶媒はヘキサン:トルエン=7:3)により精製し、得られた淡黄色固体をエタノールにより再結晶したところ、淡黄色粉末状固体を1.2g、収率58%で得た。
得られた、淡黄色粉末状固体1.2gをトレインサブリメーション法により昇華精製した。昇華精製条件は、圧力8.7Pa、アルゴンガスを流量3.0mL/minでながしながら、280℃で2PCzPAを加熱した。昇華精製後、2PCzPAの淡黄色固体を0.83g回収率74%で得た。
核磁気共鳴測定(NMR)によって、この化合物が3−(9,10−ジフェニル−2−アントリル)−9−フェニル−9H−カルバゾール(略称:2PCzPA)であることを確認した。
2PCzPAのH NMRデータを以下に示す。H NMR(CDCl、300MHz):δ=7.30−7.34(m、3H)、7.41−7.49(m、4H)、7.53−7.65(m、15H)、7.70−7.74(m、2H)、7.79−7.84(m、2H)、7.98(s、1H)、8.15(d、J=7.8Hz、1H)、8.31(d、J=2.1Hz、1H)。また、H NMRチャートを図13(A)、図13(B)に示す。なお、図13(B)は、図13(A)における7.0ppm〜8.5ppmの範囲を拡大して表したチャートである。
また、得られた2PCzPAの分解温度を高真空差動型示差熱天秤(ブルカー・エイエックスエス株式会社製、TG−DTA2410SA)により測定した。昇温速度を10℃/minに設定し、常圧下で昇温したところ、416℃にて5%の重量減少が見られた。よって、2PCzPAは熱安定性に優れていることがわかった。
また、2PCzPAのトルエン溶液の吸収スペクトルを図14に、2PCzPAのトルエン溶液の発光スペクトルを図15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て測定し、石英セルにトルエンのみを入れて測定した吸収スペクトルを差し引いた吸収スペクトルを図示した。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。また、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。トルエン溶液の場合では302nm、331nm、366nm、386nm、409nm付近に吸収が見られた。また、発光波長のピーク波長はトルエン溶液の場合では436nmおよび459nm(励起波長370nm)であった。
また、2PCzPAの薄膜の吸収スペクトルを図16に、2PCzPAの薄膜の発光スペクトルを図17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。石英基板に蒸着してサンプルを作製し、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示した。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。また、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。薄膜の場合では283nm、305nm、340nm、395nm、423nm付近に吸収が見られた。また、発光波長のピーク波長は薄膜の場合では456nmおよび476nm(励起波長418nm)であった。
また、2PCzPA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計(理研計器社製、AC−2)で測定した結果、5.49eVであった。その結果、HOMO準位が−5.49eVであることがわかった。さらに、2PCzPA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2.77eV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、−2.72eVであった。
また、2PCzPAの酸化還元反応特性を測定した。酸化還元反応特性は、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、溶媒として脱水ジメチルホルムアミド(DMF)((株)アルドリッチ製、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た。さらに測定対象である2PCzPAを2mmol/Lの濃度となるように溶解させた。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。
2PCzPAの酸化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−0.16Vから1.30Vまで変化させた後、1.30Vから−0.16V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。また、2PCzPA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−1.02Vから−2.54Vまで変化させた後、−2.54Vから−1.02V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2PCzPAの酸化側のCV測定結果を、図19に2PCzPAの還元側のCV測定結果をそれぞれ示す。図18および図19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(A)を表す。図18から、0.79V付近(vs.Ag/Ag電極)に酸化を示す電流が観測された。また、図19から、−2.24V付近(vs.Ag/Ag電極)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、酸化反応および還元反応において、CV曲線のピーク位置やピーク強度にあまり変化が見られない。このことから、本発明のアントラセン誘導体は酸化還元反応の繰り返しに対して極めて安定であることが分かった。
本実施例では、構造式(201)で表される本発明のアントラセン誘導体である9−[4−(9,10−ジフェニル−2−アントリル)フェニル]−9H−カルバゾール(略称:2CzPPA)の合成方法を具体的に説明する。
[ステップ1]9−[4−(9,10−ジフェニル−2−アントリル)フェニル]−9H−カルバゾール(略称:2CzPPA)の合成
2CzPPAの合成スキームを(D−1)に示す。
2.0g(4.9mmol)の2−ブロモ−9,10−ジフェニルアントラセンと、1.4g(4.9mmol)の4−(9H−カルバゾール−9−イル)フェニルボロン酸と、0.15g(0.50mmol)のトリ(オルト−トリル)ホスフィンを100mLの三口フラスコへ入れ、フラスコ内を窒素置換した。この混合物へ、15mLのトルエンと、15mLのエタノールと、10mLの炭酸カリウム水溶液(2.0mol/L)を加えた。この混合物を、減圧下で攪拌しながら脱気し、脱気後、フラスコ内を窒素置換した。この混合物へ、23mg(0.10mmol)の酢酸パラジウム(II)を加えた。この混合物を、100℃で20時間還流した。還流後、この混合物を室温までさました後、約50mLのトルエンを加えてから、濾紙を通してろ過した。得られた混合物を水で洗浄し、水層をトルエンで抽出した。抽出溶液と、有機層を合わせて飽和食塩水で洗浄し、有機層を硫酸マグネシウムにより乾燥した。この混合物を自然ろ過して、得られたろ液を濃縮したところ、淡黄色固体を得た。この固体を、トルエンにより洗浄したところ、目的物の淡黄色粉末状固体を1.5g、収率54%で得た。
得られた、淡黄色粉末状固体1.5gをトレインサブリメーション法により昇華精製した。昇華精製条件は、アルゴンガスを流量3.0mL/minで流しながら、260℃で2CzPPAを加熱した。昇華精製後、2CzPPAの淡黄色固体を1.4g、回収率94%で得た。
核磁気共鳴測定(NMR)によって、この化合物が9−[4−(9,10−ジフェニル−2−アントリル)フェニル]−9H−カルバゾール(略称:2CzPPA)であることを確認した。
2CzPPAのH NMRデータを以下に示す。H NMR(CDCl、300MHz):δ=7.30(d、J=6.3Hz、2H)、7.33−7.75(m、21H)、7.77(d、J=8.1Hz、2H)、7.85(d、J=9.0Hz、1H)、8.01(d、J=2.1Hz、1H)、8.15(d、J=7.8Hz、2H)。また、H NMRチャートを図20(A)、図20(B)に示す。なお、図20(B)は、図20(A)における7.0ppm〜8.5ppmの範囲を拡大して表したチャートである。
また、得られた2CzPPAの分解温度を高真空差動型示差熱天秤(ブルカー・エイエックスエス株式会社製、TG−DTA2410SA)により測定した。昇温速度を10℃/minに設定し、常圧下で昇温したところ、421℃にて5%の重量減少が見られた。よって、2CzPPAは熱安定性に優れていることがわかった。
また、2CzPPAのトルエン溶液の吸収スペクトルを図21に、2CzPPAのトルエン溶液の発光スペクトルを図22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て測定し、石英セルにトルエンのみを入れて測定した吸収スペクトルを差し引いた吸収スペクトルを図示した。図21において横軸は波長(nm)、縦軸は吸収強度(任意単位)を表す。また、図22において横軸は波長(nm)、縦軸は発光強度(任意単位)を表す。トルエン溶液の場合では282nm、337nm、366nm、385nm、407nm付近に吸収が見られた。また、発光波長のピーク波長はトルエン溶液の場合では426nmおよび451nm(励起波長370nm)であった。
また、2CzPPAの薄膜の吸収スペクトルを図23に、2CzPPAの薄膜の発光スペクトルを図24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。石英基板に蒸着してサンプルを作製し、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示した。図23において横軸は波長(nm)、縦軸は吸収強度(任意単位)を表す。また、図24において横軸は波長(nm)、縦軸は発光強度(任意単位)を表す。薄膜の場合では240nm、290nm、344nm、393nm、415nm付近に吸収が見られた。また、発光波長のピーク波長は薄膜の場合では461nm(励起波長341nm)であった。
また、2CzPPA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計(理研計器社製、AC−2)で測定した結果、5.72eVであった。その結果、HOMO準位が−5.72eVであることがわかった。さらに、2CzPPA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2.84eV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、−2.88eVであった。
また、2CzPPAの酸化還元反応特性を測定した。酸化還元反応特性は、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、溶媒として脱水ジメチルホルムアミド(DMF)((株)アルドリッチ製、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た。さらに測定対象である2CzPPAを2mmol/Lの濃度となるように溶解させた。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。
2CzPPAの酸化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−0.03Vから1.30Vまで変化させた後、1.30Vから−0.03V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。また、2CzPPA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−1.08Vから−2.50Vまで変化させた後、−2.50Vから−1.08V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25に2CzPPAの酸化側のCV測定結果を、図26に2CzPPAの還元側のCV測定結果をそれぞれ示す。図25および図26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(A)を表す。図25から、0.89V付近(vs.Ag/Ag電極)に酸化を示す電流が観測された。また、図26から、−2.17V付近(vs.Ag/Ag電極)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、酸化反応および還元反応において、CV曲線のピーク位置やピーク強度にあまり変化が見られない。このことから、本発明のアントラセン誘導体は酸化還元反応の繰り返しに対して極めて安定であることが分かった。
本実施例では、本発明の発光素子について、図27を用いて説明する。本実施例で用いた材料の構造式を以下に示す。
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、酸化珪素を含むインジウム錫酸化物(ITSO)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2102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。成膜室を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、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。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’−ビス[N−(1−ナフチル)−N−フェニルアミノ]ビフェニル(略称:NPB)を10nm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、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)と構造式(101)で表される本発明のアントラセン誘導体である3−(9,10−ジフェニル−2−アントリル)−9−フェニル−9H−カルバゾール(略称:2PCzPA)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、CzPAと2PCzPAとの重量比は、1:0.1(=CzPA:2PCzPA)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、トリス(8−キノリノラト)アルミニウム(III)(略称:Alq)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、トリス(8−キノリノラト)アルミニウム(III)(略称:Alq)とリチウム(Li)を共蒸着することにより、電子輸送層2114上に20nmの膜厚の電子注入層2115を形成した。ここで、AlqとLiとの重量比は、1:0.01(=Alq:Li)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て、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2104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1と同一基板を用い、2PCzPAの代わりに、構造式(201)で表される本発明のアントラセン誘導体である9−[4−(9,10−ジフェニル−2−アントリル)フェニル]−9H−カルバゾール(略称:2CzPPA)を用いて、発光素子1と同様に作製した。つまり、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)と構造式(201)で表される本発明のアントラセン誘導体である9−[4−(9,10−ジフェニル−2−アントリル)フェニル]−9H−カルバゾール(略称:2CzPPA)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、CzPAと2CzPPAとの重量比は、1:0.1(=CzPA:2CzPPA)となるように調節した。発光層2113以外は発光素子1と同様に作製した。
以上により得られた発光素子1および発光素子2を、窒素雰囲気のグローブボックス内において、発光素子が大気に曝されないように封止する作業を行った後、これらの発光素子の動作特性について測定を行った。なお、測定は室温(25℃に保たれた雰囲気)で行った。
発光素子1および発光素子2の電流密度−輝度特性を図28に示す。また、電圧−輝度特性を図29に示す。また、輝度−電流効率特性を図30に示す。また、電圧−電流特性を図31に示す。
また、発光素子1および発光素子2に1mAの電流を流したときの発光スペクトルを図32に示す。図32から、発光素子1の発光は、2PCzPAに由来した発光であることがわかる。また、発光素子2の発光は、2CzPPAに由来した発光であることがわかる。
発光素子1において、輝度800cd/mのときのCIE色度座標は(x=0.16、y=0.13)であり、色純度の良い青色の発光を示した。また、輝度800cd/mのときの電流効率は2.0cd/Aであり、外部量子効率は1.8%であった。また、輝度800cd/mのときの電圧は6.6V、電流密度は39.5mA/cm、パワー効率は1.0lm/Wであった。
発光素子2において、輝度990cd/mのときのCIE色度座標は(x=0.16、y=0.11)であり、色純度の良い青色の発光を示した。また、輝度990cd/mのときの電流効率は1.5cd/Aであり、外部量子効率は1.4%であった。また、輝度990cd/mのときの電圧は6.8V、電流密度は67.3mA/cm、パワー効率は0.68lm/Wであった。
このように発光素子1および発光素子2は、色純度の良い青色発光を示す。よって、本発明のアントラセン誘導体を発光層の発光性物質として用いることにより、色純度の良い青色発光を示す発光素子を得ることができる。
本実施例では、本発明の発光素子について、図27を用いて説明する。本実施例で用いた材料の構造式を以下に示す。なお、すでに構造式を示した材料については省略する。
以下に、本実施例の発光素子の作製方法を示す。
(発光素子3)
まず、ガラス基板2101上に、酸化珪素を含むインジウム錫酸化物(ITSO)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2102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。成膜室を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、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。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’−ビス[N−(1−ナフチル)−N−フェニルアミノ]ビフェニル(略称:NPB)を10nm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、(101)で表される本発明のアントラセン誘導体である3−(9,10−ジフェニル−2−アントリル)−9−フェニル−9H−カルバゾール(略称:2PCzPA)と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)とを共蒸着することにより、正孔輸送層2112上に40nmの膜厚の発光層2113を形成した。ここで、2PCzPAと2PCAPAとの重量比は、1:0.05(=2PCzPA:2PCAPA)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、トリス(8−キノリノラト)アルミニウム(III)(略称:Alq)を30nmの膜厚となるように成膜し、電子輸送層2114を形成した。
その後抵抗加熱による蒸着法を用いて、電子輸送層2114上に、フッ化リチウムを1nmの膜厚となるように成膜し、電子注入層2115を形成した。
最後に、抵抗加熱による蒸着法を用いて、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2104を形成することで、発光素子3を作製した。
(発光素子4)
発光素子3と同一基板を用い、2PCzPAの代わりに、構造式(201)で表される本発明のアントラセン誘導体である9−[4−(9,10−ジフェニル−2−アントリル)フェニル]−9H−カルバゾール(略称:2CzPPA)を用いて、発光素子3と同様に作製した。つまり、構造式(201)で表される本発明のアントラセン誘導体である9−[4−(9,10−ジフェニル−2−アントリル)フェニル]−9H−カルバゾール(略称:2CzPPA)と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)とを共蒸着することにより、正孔輸送層2112上に40nmの膜厚の発光層2113を形成した。ここで、2CzPPAと2PCAPAとの重量比は、1:0.05(=2CzPPA:2PCAPA)となるように調節した。発光層2113以外は発光素子3と同様に作製した。
以上により得られた発光素子3および発光素子4を、窒素雰囲気のグローブボックス内において、発光素子が大気に曝されないように封止する作業を行った後、これらの発光素子の動作特性について測定を行った。なお、測定は室温(25℃に保たれた雰囲気)で行った。
発光素子3および発光素子4の電流密度−輝度特性を図33に示す。また、電圧−輝度特性を図34に示す。また、輝度−電流効率特性を図35に示す。また、電圧−電流特性を図36に示す。
また、発光素子3および発光素子4に1mAの電流を流したときの発光スペクトルを図37に示す。図37から、発光素子3および発光素子4の発光は、2PCAPAに由来した発光であることがわかる。
発光素子3において、輝度3400cd/mのときのCIE色度座標は(x=0.30、y=0.62)であり、緑色の発光を示した。また、輝度3400cd/mのときの電流効率は14.2cd/Aであった。また、輝度3400cd/mのときの電圧は6.0V、電流密度は24.0mA/cm、パワー効率は7.4lm/Wであった。
発光素子4において、輝度2800cd/mのときのCIE色度座標は(x=0.29、y=0.62)であり、緑色の発光を示した。また、輝度2800cd/mのときの電流効率は13.2cd/Aであった。また、輝度2800cd/mのときの電圧は6.8V、電流密度は21.0mA/cm、パワー効率は6.1lm/Wであった。
また、発光素子3および発光素子4に関し、初期輝度を3000cd/mとして、定電流駆動による連続点灯試験を行った結果を図38に示す(縦軸は、3000cd/mを100%とした時の規格化輝度である)。図38からわかるように、710時間後において、発光素子3は初期輝度の85%の輝度を保っていた。また、発光素子4は初期輝度の82%の輝度を保っていた。よって、本発明の発光素子は長寿命であることがわかる。
よって、本発明のアントラセン誘導体を発光層のホスト材料として用いることにより、長寿命な発光素子を得ることができる。
本実施例では、本発明の発光素子について、図27を用いて説明する。本実施例で用いた材料の構造式を以下に示す。なお、すでに構造式を示した材料については省略する。
以下に、本実施例の発光素子の作製方法を示す。
(発光素子5)
まず、ガラス基板2101上に、酸化珪素を含むインジウム錫酸化物(ITSO)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2102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。成膜室を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、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。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’−ビス[N−(1−ナフチル)−N−フェニルアミノ]ビフェニル(略称:NPB)を10nm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、(101)で表される本発明のアントラセン誘導体である3−(9,10−ジフェニル−2−アントリル)−9−フェニル−9H−カルバゾール(略称:2PCzPA)と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)とを共蒸着することにより、正孔輸送層2112上に40nmの膜厚の発光層2113を形成した。ここで、2PCzPAと2PCAPAとの重量比は、1:0.05(=2PCzPA:2PCAPA)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、バソフェナントロリン(略称:BPhen)を30nmの膜厚となるように成膜し、電子輸送層2114を形成した。
その後抵抗加熱による蒸着法を用いて、電子輸送層2114上に、フッ化リチウムを1nmの膜厚となるように成膜し、電子注入層2115を形成した。
最後に、抵抗加熱による蒸着法を用いて、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2104を形成することで、発光素子5を作製した。
(発光素子6)
発光素子5と同一基板を用い、2PCzPAの代わりに、構造式(201)で表される本発明のアントラセン誘導体である9−[4−(9,10−ジフェニル−2−アントリル)フェニル]−9H−カルバゾール(略称:2CzPPA)を用いて、発光素子5と同様に作製した。つまり、構造式(201)で表される本発明のアントラセン誘導体である9−[4−(9,10−ジフェニル−2−アントリル)フェニル]−9H−カルバゾール(略称:2CzPPA)と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)とを共蒸着することにより、正孔輸送層2112上に40nmの膜厚の発光層2113を形成した。ここで、2CzPPAと2PCAPAとの重量比は、1:0.05(=2CzPPA:2PCAPA)となるように調節した。発光層2113以外は発光素子5と同様に作製した。
以上により得られた発光素子5および発光素子6を、窒素雰囲気のグローブボックス内において、発光素子が大気に曝されないように封止する作業を行った後、これらの発光素子の動作特性について測定を行った。なお、測定は室温(25℃に保たれた雰囲気)で行った。
発光素子5および発光素子6の電流密度−輝度特性を図39に示す。また、電圧−輝度特性を図40に示す。また、輝度−電流効率特性を図41に示す。また、電圧−電流特性を図42に示す。
また、発光素子5および発光素子6に1mAの電流を流したときの発光スペクトルを図43に示す。図43から、発光素子5および発光素子6の発光は、2PCAPAに由来した発光であることがわかる。
発光素子5において、輝度3500cd/mのときのCIE色度座標は(x=0.28、y=0.61)であり、緑色の発光を示した。また、輝度3500cd/mのときの電流効率は13.1cd/Aであった。また、輝度3500cd/mのときの電圧は3.2V、電流密度は26.3mA/cm、パワー効率は12.9lm/Wであった。
発光素子6において、輝度3500cd/mのときのCIE色度座標は(x=0.28、y=0.61)であり、緑色の発光を示した。また、輝度3500cd/mのときの電流効率は10.1cd/Aであった。また、輝度3500cd/mのときの電圧は3.0V、電流密度は35.0mA/cm、パワー効率は10.5lm/Wであった。
また、発光素子5および発光素子6に関し、初期輝度を3000cd/mとして、定電流駆動による連続点灯試験を行った結果を図44に示す(縦軸は、3000cd/mを100%とした時の規格化輝度である)。図44からわかるように、140時間後において、発光素子5は初期輝度の81%の輝度を保っていた。また、発光素子6は初期輝度の84%の輝度を保っていた。よって、本発明の発光素子は長寿命であることがわかる。
よって、本発明のアントラセン誘導体を発光層のホスト材料として用いることにより、長寿命な発光素子を得ることができる。
本実施例では、本発明の発光素子について、図45を用いて説明する。本実施例で用いた材料の構造式を以下に示す。なお、すでに構造式を示した材料については省略する。
以下に、本実施例の発光素子の作製方法を示す。
(発光素子7)
まず、ガラス基板2101上に、酸化珪素を含むインジウム錫酸化物(ITSO)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2102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。成膜室を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、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。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’−ビス[N−(1−ナフチル)−N−フェニルアミノ]ビフェニル(略称:NPB)を10nm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、(101)で表される本発明のアントラセン誘導体である3−(9,10−ジフェニル−2−アントリル)−9−フェニル−9H−カルバゾール(略称:2PCzPA)と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)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、2PCzPAと2PCAPAとの重量比は、1:0.05(=2PCzPA:2PCAPA)となるように調節した。
さらに、発光層2113上に、トリス(8−キノリノラト)アルミニウム(III)(略称:Alq)とN,N’−ジフェニルキナクリドン(略称:DPQd)とを共蒸着することにより、電子の移動を制御する機能層2116を10nmの膜厚で形成した。ここで、AlqとDPQdとの重量比は、1:0.005(=Alq:DPQd)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、機能層2116上に、バソフェナントロリン(略称:BPhen)を30nmの膜厚となるように成膜し、電子輸送層2114を形成した。
その後抵抗加熱による蒸着法を用いて、電子輸送層2114上に、フッ化リチウムを1nmの膜厚となるように成膜し、電子注入層2115を形成した。
最後に、抵抗加熱による蒸着法を用いて、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2104を形成することで、発光素子7を作製した。
(発光素子8)
発光素子7と同一基板を用い、2PCzPAの代わりに、構造式(201)で表される本発明のアントラセン誘導体である9−[4−(9,10−ジフェニル−2−アントリル)フェニル]−9H−カルバゾール(略称:2CzPPA)を用いて、発光素子7と同様に作製した。つまり、構造式(201)で表される本発明のアントラセン誘導体である9−[4−(9,10−ジフェニル−2−アントリル)フェニル]−9H−カルバゾール(略称:2CzPPA)と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)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、2CzPPAと2PCAPAとの重量比は、1:0.05(=2CzPPA:2PCAPA)となるように調節した。発光層2113以外は発光素子7と同様に作製した。
以上により得られた発光素子7および発光素子8を、窒素雰囲気のグローブボックス内において、発光素子が大気に曝されないように封止する作業を行った後、これらの発光素子の動作特性について測定を行った。なお、測定は室温(25℃に保たれた雰囲気)で行った。
発光素子7および発光素子8の電流密度−輝度特性を図46に示す。また、電圧−輝度特性を図47に示す。また、輝度−電流効率特性を図48に示す。また、電圧−電流特性を図49に示す。
また、発光素子7および発光素子8に1mAの電流を流したときの発光スペクトルを図50に示す。図50から、発光素子7および発光素子8の発光は、2PCAPAに由来した発光であることがわかる。
発光素子7において、輝度3300cd/mのときのCIE色度座標は(x=0.31、y=0.62)であり、緑色の発光を示した。また、輝度3300cd/mのときの電流効率は14.9cd/Aであった。また、輝度3300cd/mのときの電圧は4.4V、電流密度は22.2mA/cm、パワー効率は10.6lm/Wであった。
発光素子8において、輝度2700cd/mのときのCIE色度座標は(x=0.29、y=0.62)であり、緑色の発光を示した。また、輝度2700cd/mのときの電流効率は14.6cd/Aであった。また、輝度2700cd/mのときの電圧は4.6V、電流密度は18.2mA/cm、パワー効率は10.0lm/Wであった。
また、発光素子7および発光素子8に関し、初期輝度を5000cd/mとして、定電流駆動による連続点灯試験を行った結果を図51に示す(縦軸は、5000cd/mを100%とした時の規格化輝度である)。図51からわかるように、140時間後において、発光素子7は初期輝度の92%の輝度を保っていた。また、発光素子8は初期輝度の90%の輝度を保っていた。初期輝度を5000cd/mと高い輝度に設定しても、本発明の発光素子は長寿命であることがわかる。
よって、本発明のアントラセン誘導体を用いることにより、長寿命な発光素子を得ることができる。特に、電子の移動を制御する機能層とともに適用することにより、さらに長寿命な発光素子を得ることができる。
本実施例では、構造式(206)で表される本発明のアントラセン誘導体である9−{4−[9,10−ビス(ビフェニル−2−イル)−2−アントリル]フェニル}−9H−カルバゾール(略称:2CzPBPhA)の合成方法を具体的に説明する。
[ステップ1]9−{4−[9,10−ビス(ビフェニル−2−イル)−2−アントリル]フェニル}−9H−カルバゾール(略称:2CzPBPhA)の合成
2CzPBPhAの合成スキームを(E−1)に示す。
1.7g(3.0mmol)の2−ブロモ−9,10−ビス(2−ビフェニル)アントラセンと、0.86g(3.0mmol)の4−(9H−カルバゾール−9−イル)ベンゼンボロン酸と、0.13g(0.12mmol)のテトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(0)を100mL三つ口フラスコへ入れ、フラスコ内を窒素置換した。この混合物へ15mLのトルエンと、7mLの炭酸ナトリウム水溶液(2.0mol/L)を加えた。この混合物を減圧しながら攪拌することで脱気した。この混合物を110℃で10時間還流した。還流後、混合物を室温に冷ましてから約100mLのトルエンを加え、この混合物をアルミナ、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)を通して吸引ろ過した。得られたろ液を水、飽和食塩水の順に洗浄し、有機層を硫酸マグネシウムで乾燥した。この混合物を自然濾過し、得られたろ液を濃縮して得た固体を、ジクロロメタン/ヘキサンにより再結晶したところ、目的物の淡黄色粉末状固体を1.4g、収率66%で得た。
得られた、淡黄色粉末状固体490mgをトレインサブリメーション法により昇華精製をした。昇華精製は、圧力200Paにおいて、アルゴンガスを15.0mL/minで流しながら、材料を360℃に加熱して行った。昇華精製後、2CzPBPhAを430mg回収し、回収率は86%であった。
核磁気共鳴測定(NMR)によって、この化合物が9−{4−[9,10−ビス(ビフェニル−2−イル)−2−アントリル]フェニル}−9H−カルバゾール(略称:2CzPBPhA)であることを確認した。
2CzPBPhAのH NMRデータを以下に示す。H NMR(CDCl,300MHz):δ=6.89−6.96(m、6H)、7.00−7.06(m、4H)、7.21−7.32(m、4H)、7.37−7.45(m、7H)、7.54−7.74(m、15H)、7.85(d、J=1.5Hz、1H)、8.15(d、J=8.4Hz、2H)。また、H NMRチャートを図52(A)、図52(B)に示す。なお、図52(B)は、図52(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。
また、得られた2CzPBPhAの分解温度を高真空差動型示差熱天秤(ブルカー・エイエックスエス株式会社製、TG−DTA2410SA)により測定した。昇温速度を10℃/minに設定し、常圧下で昇温したところ、455℃にて5%の重量減少が見られた。よって、2CzPBPhAは熱安定性に優れていることがわかった。
また、示差走査熱量測定装置(DSC、パーキンエルマー社製、Pyris1)を用いて、2CzPBPhAのガラス転移点を測定した。まず、サンプルを40℃/minで350℃まで加熱して試料を溶融させた後、40℃/minで室温まで冷却した。その後10℃/minで350℃まで昇温することにより、測定した。その結果、2CzPBPhAのガラス転移点(Tg)は143℃、融点は296℃であることがわかった。このことから、2CzPBPhAは高いガラス転移点を有することがわかった。
また、2CzPBPhAのトルエン溶液の吸収スペクトルを図53に、2CzPBPhAのトルエン溶液の発光スペクトルを図54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て測定し、石英セルにトルエンのみを入れて測定した吸収スペクトルを差し引いた吸収スペクトルを図示した。図53において横軸は波長(nm)、縦軸は吸収強度(任意単位)を表す。また、図54において横軸は波長(nm)、縦軸は発光強度(任意単位)を表す。トルエン溶液の場合では291nm付近、340nm付近、369nm付近、389nm付近、412nm付近に吸収が見られた。また、発光波長のピーク波長はトルエン溶液の場合では429nmおよび455nm(励起波長370nm)であった。
また、2CzPBPhAの薄膜の吸収スペクトルを図55に、2CzPBPhAの薄膜の発光スペクトルを図56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。石英基板に蒸着して薄膜サンプルを作製し、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示した。図55において横軸は波長(nm)、縦軸は吸収強度(任意単位)を表す。また、図56において横軸は波長(nm)、縦軸は発光強度(任意単位)を表す。薄膜の場合では293nm付近、344nm付近、398nm付近、419nm付近に吸収が見られた。また、発光波長のピーク波長は薄膜の場合では438nmおよび463nm(励起波長380nm)であった。
また、2CzPBPhA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計(理研計器社製、AC−2)で測定した結果、5.72eVであった。その結果、HOMO準位が−5.72eVであることがわかった。さらに、2CzPBPhA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2.82eV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、−2.90eVであった。
また、2CzPBPhAの酸化還元反応特性を測定した。酸化還元反応特性は、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、溶媒として脱水ジメチルホルムアミド(DMF)((株)アルドリッチ製、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た。さらに測定対象である2CzPBPhAを2mmol/Lの濃度となるように溶解させた。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。
2CzPBPhAの酸化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−0.26Vから1.30Vまで変化させた後、1.30Vから−0.26V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。また、2CzPBPhA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−0.28Vから−2.40Vまで変化させた後、−2.40Vから−0.28V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57に2CzPBPhAの酸化側のCV測定結果を、図58に2CzPBPhAの還元側のCV測定結果をそれぞれ示す。図57および図58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(A)を表す。図57から、0.89V付近(vs.Ag/Ag電極)に酸化を示す電流が観測された。また、図58から、−2.16V付近(vs.Ag/Ag電極)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、酸化反応および還元反応において、CV曲線のピーク位置やピーク強度にあまり変化が見られない。このことから、本発明のアントラセン誘導体は酸化還元反応の繰り返しに対して極めて安定であることが分かった。
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
115 電子注入層
116 機能層
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 ソース側駆動回路
602 画素部
603 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
701 本体
702 表示部
703 操作スイッチ
704 操作スイッチ
710 本体
711 表示部
712 メモリ部
713 操作部
714 イヤホン
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
1001 筐体
1002 筐体
1008 イヤホン端子
1101 表示部
1102 スピーカー
1103 マイクロフォン
1104 操作キー
1105 ポインティングデバイス
1106 カメラ用レンズ
1107 外部接続端子
1201 キーボード
1202 外部メモリスロット
1203 カメラ用レンズ
1204 ライト
2001 筐体
2002 光源
2101 ガラス基板
2102 第1の電極
2104 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
2116 機能層
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
9301 本体
9302 表示部
9303 筐体
9304 外部接続ポート
9305 リモコン受信部
9306 受像部
9307 バッテリー
9308 音声入力部
9309 操作キー
9310 接眼部
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

Claims (26)

  1. 一般式(G11)で表されるアントラセン誘導体。

    (式中、Ar〜Arは、それぞれ、置換または無置換の炭素数6〜13のアリール基を表し、Arは、置換または無置換の炭素数6〜13のアリーレン基を表し、Arは、置換または無置換の炭素数6〜13のアリール基を表し、Arは、置換または無置換の炭素数6〜13のアリール基を表し、ArとAr、またはArとAr、またはArとArのうちいずれか一は互いに直接結合して5員環を形成し、カルバゾール骨格を形成する。)
  2. 一般式(G12−1)で表されるアントラセン誘導体。

    (式中、Ar〜Arは、それぞれ、置換または無置換の炭素数6〜13のアリール基を表し、Arは、置換または無置換の炭素数6〜13のアリール基を表し、R11は、水素、もしくは、炭素数1〜4のアルキル基、もしくは、置換または無置換の炭素数6〜13のアリール基を表す。)
  3. 一般式(G12−2)で表されるアントラセン誘導体。

    (式中、Ar〜Arは、それぞれ、置換または無置換の炭素数6〜13のアリール基を表し、Arは、置換または無置換の炭素数6〜13のアリーレン基を表し、R21〜R22は、それぞれ、水素、もしくは、炭素数1〜4のアルキル基、もしくは、置換または無置換の炭素数6〜13のアリール基を表す。)
  4. 一般式(G13−1)で表されるアントラセン誘導体。

    (式中、Ar〜Arは、それぞれ、置換または無置換の炭素数6〜13のアリール基を表し、R11は、水素、もしくは、炭素数1〜4のアルキル基、もしくは、置換または無置換の炭素数6〜13のアリール基を表し、R12〜R16は、それぞれ、水素、もしくは、炭素数1〜4のアルキル基、もしくは、置換または無置換の炭素数6〜10のアリール基を表す。)
  5. 一般式(G13−2)で表されるアントラセン誘導体。

    (式中、Ar〜Arは、それぞれ、置換または無置換の炭素数6〜13のアリール基を表し、R21〜R22は、それぞれ、水素、もしくは、炭素数1〜4のアルキル基、もしくは、置換または無置換の炭素数6〜13のアリール基を表し、R23〜R26は、それぞれ、水素、もしくは、炭素数1〜4のアルキル基、もしくは、置換または無置換のフェニル基を表す。)
  6. 一般式(G14−1)で表されるアントラセン誘導体。

    (式中、Ar〜Arは、それぞれ、置換または無置換の炭素数6〜13のアリール基を表し、R11は、水素、もしくは、炭素数1〜4のアルキル基、もしくは、置換または無置換の炭素数6〜13のアリール基を表す。)
  7. 一般式(G14−2)で表されるアントラセン誘導体。

    (式中、Ar〜Arは、それぞれ、置換または無置換の炭素数6〜13のアリール基を表し、R21〜R22は、それぞれ、水素、もしくは、炭素数1〜4のアルキル基、もしくは、置換または無置換の炭素数6〜13のアリール基を表す。)
  8. 一般式(G15−1)で表されるアントラセン誘導体。

    (式中、R11は、水素、もしくは、炭素数1〜4のアルキル基、もしくは、置換または無置換の炭素数6〜13のアリール基を表し、R31〜R40は、それぞれ、水素、もしくは、炭素数1〜4のアルキル基、もしくは、置換または無置換の炭素数6〜10のアリール基、もしくは、ハロゲン、もしくは、炭素数1〜4のハロアルキル基を表す。)
  9. 一般式(G15−2)で表されるアントラセン誘導体。

    (式中、R21〜R22は、それぞれ、水素、もしくは、炭素数1〜4のアルキル基、もしくは、置換または無置換の炭素数6〜13のアリール基を表し、R31〜R40は、それぞれ、水素、もしくは、炭素数1〜4のアルキル基、もしくは、置換または無置換の炭素数6〜10のアリール基、もしくは、ハロゲン、もしくは、炭素数1〜4のハロアルキル基を表す。)
  10. 一般式(G21)で表されるアントラセン誘導体。

    (式中、Ar〜Arは、それぞれ、置換または無置換の炭素数6〜13のアリール基を表し、Arは、置換または無置換の炭素数6〜13のアリーレン基を表し、Arは、置換または無置換の炭素数6〜13のアリール基を表し、Arは、置換または無置換の炭素数6〜13のアリール基を表し、ArとAr、またはArとAr、またはArとArのうちいずれか一は互いに直接結合して5員環を形成し、カルバゾール骨格を形成する。)
  11. 一般式(G22−1)で表されるアントラセン誘導体。

    (式中、Ar〜Arは、それぞれ、置換または無置換の炭素数6〜13のアリール基を表し、Arは、置換または無置換の炭素数6〜13のアリール基を表し、R11は、水素、もしくは、炭素数1〜4のアルキル基、もしくは、置換または無置換の炭素数6〜13のアリール基を表す。)
  12. 一般式(G22−2)で表されるアントラセン誘導体。

    (式中、Ar〜Arは、それぞれ、置換または無置換の炭素数6〜13のアリール基を表し、Arは、置換または無置換の炭素数6〜13のアリーレン基を表し、R21〜R22は、それぞれ、水素、もしくは、炭素数1〜4のアルキル基、もしくは、置換または無置換の炭素数6〜13のアリール基を表す。)
  13. 一般式(G23−1)で表されるアントラセン誘導体。

    (式中、Ar〜Arは、それぞれ、置換または無置換の炭素数6〜13のアリール基を表し、R11は、水素、もしくは、炭素数1〜4のアルキル基、もしくは、置換または無置換の炭素数6〜13のアリール基を表し、R12〜R16は、それぞれ、水素、もしくは、炭素数1〜4のアルキル基、もしくは、置換または無置換の炭素数6〜10のアリール基を表す。)
  14. 一般式(G23−2)で表されるアントラセン誘導体。

    (式中、Ar〜Arは、それぞれ、置換または無置換の炭素数6〜13のアリール基を表し、R21〜R22は、それぞれ、水素、もしくは、炭素数1〜4のアルキル基、もしくは、置換または無置換の炭素数6〜13のアリール基を表し、R23〜R26は、それぞれ、水素、もしくは、炭素数1〜4のアルキル基、もしくは、置換または無置換のフェニル基を表す。)
  15. 一般式(G24−1)で表されるアントラセン誘導体。

    (式中、Ar〜Arは、それぞれ、置換または無置換の炭素数6〜13のアリール基を表し、R11は、水素、もしくは、炭素数1〜4のアルキル基、もしくは、置換または無置換の炭素数6〜13のアリール基を表す。)
  16. 一般式(G24−2)で表されるアントラセン誘導体。

    (式中、Ar〜Arは、それぞれ、置換または無置換の炭素数6〜13のアリール基を表し、R21〜R22は、それぞれ、水素、もしくは、炭素数1〜4のアルキル基、もしくは、置換または無置換の炭素数6〜13のアリール基を表す。)
  17. 一般式(G25−1)で表されるアントラセン誘導体。

    (式中、R11は、水素、もしくは、炭素数1〜4のアルキル基、もしくは、置換または無置換の炭素数6〜13のアリール基を表し、R31〜R40は、それぞれ、水素、もしくは、炭素数1〜4のアルキル基、もしくは、置換または無置換の炭素数6〜10のアリール基、もしくは、ハロゲン、もしくは、炭素数1〜4のハロアルキル基を表す。)
  18. 一般式(G25−2)で表されるアントラセン誘導体。

    (式中、R21〜R22は、それぞれ、水素、もしくは、炭素数1〜4のアルキル基、もしくは、置換または無置換の炭素数6〜13のアリール基を表し、R31〜R40は、それぞれ、水素、もしくは、炭素数1〜4のアルキル基、もしくは、置換または無置換の炭素数6〜10のアリール基、もしくは、ハロゲン、もしくは、炭素数1〜4のハロアルキル基を表す。)
  19. 請求項1乃至請求項18のいずれか一項において、ArとArは、同一の構造を有する置換基であるアントラセン誘導体。
  20. 構造式(101)で表されるアントラセン誘導体。
  21. 構造式(201)で表されるアントラセン誘導体。
  22. 一対の電極間に、
    請求項1乃至請求項21のいずれか一項に記載のアントラセン誘導体を有することを特徴とする発光素子。
  23. 一対の電極間に発光層を有し、
    前記発光層は請求項1乃至請求項21のいずれか一項に記載のアントラセン誘導体を有することを特徴とする発光素子。
  24. 一対の電極間に発光層を有し、
    前記発光層は請求項1乃至請求項21のいずれか一項に記載のアントラセン誘導体を有し、
    前記アントラセン誘導体が発光することを特徴とする発光素子。
  25. 請求項22乃至請求項24のいずれか一項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回路と、を有する発光装置。
  26. 表示部を有し、
    前記表示部は、請求項22乃至請求項24のいずれか一項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回路と、を備えたことを特徴とする電子機器。
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