JP2010254674A - キノキサリン誘導体、キノキサリン誘導体を用いた発光素子、発光装置、照明装置及び電子機器 - Google Patents

キノキサリン誘導体、キノキサリン誘導体を用いた発光素子、発光装置、照明装置及び電子機器 Download PDF

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Abstract

【課題】新規なバイポーラ性の有機化合物を提供することを目的の一とする。また、バイポーラ性の有機化合物を用いることで、効率のよい発光素子および発光装置を提供することを目的とする。
【解決手段】一般式(G1)で表されるキノキサリン誘導体を提供する。一般式(G1)で表されるキノキサリン誘導体は、バイポーラ性であり、電子輸送性および正孔輸送性の双方に優れている。また、一般式(G1)で表されるキノキサリン誘導体はガラス転移温度が高く、優れた熱的安定性を有する。また、一般式(G1)で表されるキノキサリン誘導体を用いることで、効率の良い発光素子および発光装置を得ることができる。

【選択図】なし

Description

本発明は、キノキサリン誘導体、キノキサリン誘導体を用いた発光素子、発光装置、照明装置及び電子機器に関する。
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可能であり、適切な分子設計により様々な機能を有する材料を与える可能性がある。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考えられている。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は有機材料に依存した問題が多く、これらを克服するために素子構造の改良や材料開発等が行われている。
発光素子の最も基本的な構造としては、正孔輸送性の有機化合物からなる正孔輸送層と、電子輸送性の有機化合物からなる電子輸送性発光層を積層させた合計約100nm程度の薄膜を電極で挟んだ構造が知られている(例えば、非特許文献1参照)。
非特許文献1に記載されている発光素子に電圧を印加すると、発光性および電子輸送性を有する有機化合物からの発光を得ることができる。
また、非特許文献1に記載されている発光素子は、正孔の輸送は正孔輸送層が行い、電子の輸送および発光は電子輸送層が行うという、機能分離が適切に行われている。しかし、積層した層の界面では、様々な相互作用(例えば、エキサイプレックスの形成等)が生じ、その結果、発光スペクトルの変化や発光効率の低下が生じる場合がある。
界面での相互作用に起因した発光スペクトルの変化や発光効率の低下を抑制するため、さらに機能分離した発光素子が考えられた。例えば、正孔輸送層と電子輸送層との間に発光層を挟む構造の発光素子が提案されている(例えば、非特許文献2参照)。
C.W.タン、外1名、アプライド フィジクス レターズ、vol.51、No.12、913−915(1987) チハヤ アダチ、外3名、ジャパニーズ ジャーナル オブ アプライド フィジクス、vol.27、No.2、L269−L271(1988)
本発明の一態様は、新規なバイポーラ性の有機化合物を提供することを目的とする。また、本発明の一態様は熱的安定性に優れたキノキサリン誘導体を提供することを目的とする。
本発明の一態様はバイポーラ性の有機化合物を用いることで、効率のよい発光素子および発光装置を提供することを目的とする。また、本発明の一態様であるバイポーラ性の有機化合物を用いることで、駆動電圧が低く、消費電力の小さい発光素子および発光装置を提供することを目的とする。
また、本発明の一態様であるバイポーラ性の有機化合物を用いることで、駆動電圧が低く、消費電力の小さな電子機器、および照明装置を提供することを目的とする。
本発明の一態様は、一般式(G1)で表されるキノキサリン誘導体である。
一般式(G1)において、R〜Rはそれぞれ独立に、水素、炭素数1〜4のアルキル基、又は、環を形成する炭素数が6〜10のアリール基を表す。またA及びAはそれぞれ独立して、水素原子、炭素数1〜4のアルキル基、環を形成する炭素数が6〜10のアリール基、又は下記一般式(A1)で表される置換基を表す。ただし、A、Aの少なくとも一方は、一般式(A1)で表される置換基を有する。
一般式(A1)において、Arは置換又は無置換の環を形成する炭素数が4〜9のヘテロアリール基を表す。なお、Arが置換基を有する場合、置換基としては炭素数1〜4のアルキル基、環を形成する炭素数が6〜10のアリール基、環を形成する炭素数が4〜9のヘテロアリール基を有する。またR11〜R18はそれぞれ独立に、水素原子、炭素数1〜4のアルキル基、又は置換もしくは無置換の環を形成する炭素数が6〜10のアリール基を表す。なお、R11〜R18が置換基を有する場合、置換基としてはそれぞれ独立に、炭素数1〜4のアルキル基、又は環を形成する炭素数が6〜10のアリール基を有する。またJは置換もしくは無置換の炭素数6〜12のアリーレン基を表す。なお、Jが置換基を有する場合、置換基としては炭素数1〜4のアルキル基を有する。
また、本発明の一態様は、一般式(G2)で表されるキノキサリン誘導体である。
一般式(G2)において、A、Aはそれぞれ独立して、水素原子、炭素数1〜4のアルキル基、環を形成する炭素数が6〜10のアリール基、又は一般式(A2)で表される置換基を表す。ただし、A、Aの少なくとも一方は、下記一般式(A2)で表される置換基を有する。
一般式(A2)において、Arは置換又は無置換の環を形成する炭素数が4〜9のヘテロアリール基を表す。なお、Arが置換基を有する場合、置換基としては炭素数1〜4のアルキル基、環を形成する炭素数が6〜10のアリール基、又は環を形成する炭素数が4〜9のヘテロアリール基を有する。またR11〜R18はそれぞれ独立に、水素原子、炭素数1〜4のアルキル基、又は、置換もしくは無置換の環を形成する炭素数が6〜10のアリール基を表す。なお、R11〜R18が置換基を有する場合、置換基としてはそれぞれ独立に、炭素数1〜4のアルキル基、又は環を形成する炭素数が6〜10のアリール基を有する。またJは置換もしくは無置換の炭素数6〜12のアリーレン基を表す。なお、Jが置換基を有する場合、置換基としては炭素数1〜4のアルキル基を有する。
また、本発明の一態様は、一般式(G3)で表されるキノキサリン誘導体である。
一般式(G3)において、A、Aはそれぞれ独立して、水素原子、炭素数1〜4のアルキル基、環を形成する炭素数が6〜10のアリール基、又は下記一般式(A3)で表される置換基を表す。ただし、A、Aの少なくとも一方は、一般式(A3)で表される置換基を有する。
一般式(A3)において、Arは置換又は無置換の環を形成する炭素数が4〜9のヘテロアリール基を表す。なお、Arが置換基を有する場合、置換基としては炭素数1〜4のアルキル基、環を形成する炭素数が6〜10のアリール基、又は環を形成する炭素数が4〜9のヘテロアリール基を有する。またR11〜R18はそれぞれ独立に、水素原子、炭素数1〜4のアルキル基、又は置換もしくは無置換の環を形成する炭素数が6〜10のアリール基を表す。なお、R11〜R18が置換基を有する場合、置換基としてはそれぞれ独立に、炭素数1〜4のアルキル基、又は環を形成する炭素数が6〜10のアリール基を有する。
また、本発明の一態様は、一般式(G4)で表されるキノキサリン誘導体である。
一般式(G4)において、A、Aはそれぞれ独立して、水素原子、炭素数1〜4のアルキル基、環を形成する炭素数が6〜10のアリール基、又は下記一般式(A4)で表される置換基を表す。ただし、A、Aの少なくとも一方は、一般式(A4)で表される置換基を有する。
一般式(A4)において、Arは置換又は無置換の環を形成する炭素数が4〜9のヘテロアリール基を表す。なお、Arが置換基を有する場合、置換基としては炭素数1〜4のアルキル基、環を形成する炭素数が6〜10のアリール基、又は環を形成する炭素数が4〜9のヘテロアリール基を有する。またR11〜R18はそれぞれ独立に、水素原子、炭素数1〜4のアルキル基、又は置換もしくは無置換の環を形成する炭素数が6〜10のアリール基を表す。なお、R11〜R18が置換基を有する場合、置換基としてはそれぞれ独立に、炭素数1〜4のアルキル基、又は環を形成する炭素数が6〜10のアリール基を有する。
また、本発明の一態様は、一般式(G5)で表されるキノキサリン誘導体である。
一般式(G5)において、A、Aはそれぞれ独立して、水素原子、炭素数1〜4のアルキル基、環を形成する炭素数が6〜10のアリール基、又は下記一般式(A5)で表される置換基を表す。ただし、A、Aの少なくとも一方は、一般式(A5)で表される置換基を有する。
一般式(A5)において、Arは置換又は無置換の環を形成する炭素数が4〜9のヘテロアリール基を表す。なお、Arが置換基を有する場合、置換基としては炭素数1〜4のアルキル基、環を形成する炭素数が6〜10のアリール基、又は環を形成する炭素数が4〜9のヘテロアリール基を有する。
また、本発明の一態様は、上記キノキサリン誘導体を用いた発光素子である。具体的には、一対の電極間に上述したキノキサリン誘導体を有する発光素子である。
また、本発明の一態様は、一対の電極間に発光層を有し、発光層に上述したキノキサリン誘導体を有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、発光層に上述したキノキサリン誘導体と蛍光を発光する物質を有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、発光層に上述したキノキサリン誘導体と燐光を発光する物質を有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、上述したキノキサリン誘導体を含む層を発光層に接して備える発光素子である。
また、本発明の一態様は一対の電極間に発光物質を含む層を有し、発光物質を含む層に上記のキノキサリン誘導体を含む発光素子を有する発光装置である。また、本発明の一態様は発光素子の発光を制御する制御手段を有する。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、発光デバイス、もしくは光源(照明装置含む)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を含む。また本明細書中における発光装置は、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含むものとする。
また、本発明の一態様である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、本発明の一態様は表示部を有し、表示部は、上述した発光素子と発光素子の発光を制御する制御手段とを備える電子機器である。
また本発明の一態様は発光装置を用いて形成される照明装置である。
本発明の一態様であるキノキサリン誘導体は、バイポーラ性であり、電子輸送性および正孔輸送性の双方に優れている。また、本発明の一態様であるキノキサリン誘導体はガラス転移温度が高く、優れた熱的安定性を有する。
さらに、本発明の一態様であるキノキサリン誘導体はバイポーラ性を有しているため、発光素子に用いることで、駆動電圧が低く、消費電力の小さい発光素子および発光装置を得ることができる。また、発光効率の高い発光素子を得ることができる。
また、本発明の一態様であるキノキサリン誘導体は高いガラス転移温度を有するため、発光素子に用いることで、熱的安定性の高い発光素子および発光装置を得ることができる。
また、本発明の一態様であるキノキサリン誘導体を用いることで、消費電力が小さく、駆動電圧の低い電子機器、および照明装置を得ることができる。
発光素子について説明する図である。 発光素子について説明する図である。 発光素子について説明する図である。 パッシブマトリクス型の発光装置を示す図である。 パッシブマトリクス型の発光装置を示す図である。 アクティブマトリクス型の発光装置を示す図である。 電子機器について説明する図である。 照明器具について説明する図である。 発光素子について説明する図である。 YGQPQ(略称)のNMRチャートを示す図である。 YGQPQ(略称)の吸収スペクトルおよび発光スペクトルを示す図である。 発光素子1および比較発光素子2の電流密度−輝度特性を示す図である。 発光素子1および比較発光素子2の電圧−輝度特性を示す図である。 発光素子1および比較発光素子2の輝度−電流効率特性を示す図である。 発光素子1および比較発光素子2の発光スペクトルを示す図である。 YGQPQの最高被占有軌道(HOMO)と最低空軌道(LUMO)を示す図である。
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)
本実施の形態では、本発明の一態様であるキノキサリン誘導体について説明する。
本発明の一態様であるキノキサリン誘導体は、一般式(G1)で表されるキノキサリン誘導体である。
一般式(G1)において、R〜Rはそれぞれ独立に、水素、炭素数1〜4のアルキル基、又は、環を形成する炭素数が6〜10のアリール基を表す。またA及びAはそれぞれ独立して、水素原子、炭素数1〜4のアルキル基、環を形成する炭素数が6〜10のアリール基、又は下記一般式(A1)で表される置換基を表す。ただし、A、Aの少なくとも一方は、一般式(A1)で表される置換基を有する。
一般式(A1)において、Arは置換又は無置換の環を形成する炭素数が4〜9のヘテロアリール基を表す。なお、Arが置換基を有する場合、置換基としては炭素数1〜4のアルキル基、環を形成する炭素数が6〜10のアリール基、又は環を形成する炭素数が4〜9のヘテロアリール基を有する。またR11〜R18はそれぞれ独立に、水素原子、炭素数1〜4のアルキル基、又は、置換もしくは無置換の環を形成する炭素数が6〜10のアリール基を表す。なお、R11〜R18が置換基を有する場合、置換基としてはそれぞれ独立に、炭素数1〜4のアルキル基、又は環を形成する炭素数が6〜10のアリール基を有する。またJは置換もしくは無置換の炭素数6〜12のアリーレン基を表す。なお、Jが置換基を有する場合、置換基としては炭素数1〜4のアルキル基を有する。なお、本明細書中で示すアリール基及び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。
一般式(G1)で表されるキノキサリン誘導体のうち、一般式(G2)で表されるキノキサリン誘導体は合成が容易であり、かつ原料が安価なため、好ましい。
一般式(G2)において、A及びAはそれぞれ独立して、水素原子、炭素数1〜4のアルキル基、環を形成する炭素数が6〜10のアリール基、又は下記一般式(A2)で表される置換基を表す。ただし、A、Aの少なくとも一方は、一般式(A2)で表される置換基を有する。
一般式(A2)において、Arは置換又は無置換の環を形成する炭素数が4〜9のヘテロアリール基を表す。なお、Arが置換基を有する場合、その置換基としては、炭素数1〜4のアルキル基、環を形成する炭素数が6〜10のアリール基、又は、環を形成する炭素数が4〜9のヘテロアリール基を有する。またR11〜R18はそれぞれ独立に、水素原子、炭素数1〜4のアルキル基、又は、置換もしくは無置換の環を形成する炭素数が6〜10のアリール基を表す。なお、R11〜R18が置換基を有する場合、その置換基としては、それぞれ独立に、炭素数1〜4のアルキル基、又は、環を形成する炭素数が6〜10のアリール基を有する。またJは置換もしくは無置換の炭素数6〜12のアリーレン基を表す。なお、Jが置換基を有する場合、置換基としては炭素数1〜4のアルキル基を有する。
一般式(G1)で表されるキノキサリン誘導体のうち、一般式(G3)で表されるキノキサリン誘導体は合成が容易であり、三重項準位が高いため、好ましい。
一般式(G3)において、A及びAはそれぞれ独立して、水素原子、炭素数1〜4のアルキル基、環を形成する炭素数が6〜10のアリール基、又は下記一般式(A3)で表される置換基を表す。ただし、A、Aの少なくとも一方は、一般式(A3)で表される置換基を有する。
一般式(A3)において、Arは置換又は無置換の環を形成する炭素数が4〜9のヘテロアリール基を表す。なお、Arが置換基を有する場合、置換基としては炭素数1〜4のアルキル基、環を形成する炭素数が6〜10のアリール基、又は環を形成する炭素数が4〜9のヘテロアリール基を有する。またR11〜R18はそれぞれ独立に、水素原子、炭素数1〜4のアルキル基、又は、置換もしくは無置換の環を形成する炭素数が6〜10のアリール基を表す。なお、R11〜R18が置換基を有する場合、置換基としてはそれぞれ独立に、炭素数1〜4のアルキル基、又は環を形成する炭素数が6〜10のアリール基を有する。
さらに、一般式(G1)で表されるキノキサリン誘導体のうち、一般式(G4)で表されるキノキサリン誘導体は合成が容易であるため、好ましい。
一般式(G4)において、A及びAはそれぞれ独立して、水素原子、炭素数1〜4のアルキル基、環を形成する炭素数が6〜10のアリール基、又は下記一般式(A4)で表される置換基を表す。ただし、A、Aの少なくとも一方は、一般式(A4)で表される置換基を有する。
一般式(A4)において、Arは置換又は無置換の環を形成する炭素数が4〜9のヘテロアリール基を表す。なお、Arが置換基を有する場合、置換基としては炭素数1〜4のアルキル基、環を形成する炭素数が6〜10のアリール基、又は環を形成する炭素数が4〜9のヘテロアリール基を有する。またR11〜R18はそれぞれ独立に、水素原子、炭素数1〜4のアルキル基、又は、置換もしくは無置換の環を形成する炭素数が6〜10のアリール基を表す。なお、R11〜R18が置換基を有する場合、置換基としてはそれぞれ独立に、炭素数1〜4のアルキル基、又は環を形成する炭素数が6〜10のアリール基を有する。
さらに、一般式(G1)で表されるキノキサリン誘導体のうち、一般式(G5)で表されるキノキサリン誘導体は合成が容易であり、かつ三重項準位が高いため、好ましい。
一般式(G5)において、A及びAはそれぞれ独立して、水素原子、炭素数1〜4のアルキル基、環を形成する炭素数が6〜10のアリール基、又は下記一般式(A5)で表される置換基を表す。ただし、A、Aの少なくとも一方は、一般式(A5)で表される置換基を有する。
一般式(A5)において、Arは置換又は無置換の環を形成する炭素数が4〜9のヘテロアリール基を表す。なお、Arが置換基を有する場合、置換基としては炭素数1〜4のアルキル基、環を形成する炭素数が6〜10のアリール基、又は環を形成する炭素数が4〜9のヘテロアリール基を有する。
上記一般式(G1)において、R〜Rの具体的な構造としては、例えば構造式(1−1)〜構造式(1−22)に示す置換基が挙げられる。
上記一般式(A1)および一般式(A2)におけるJの具体的な構造としては、例えば構造式(2−1)〜構造式(2−20)に示す置換基が挙げられる。
上記一般式一般式(A1)〜(A4)におけるR11〜R18の具体的な構造として、例えば構造式(3−1)〜構造式(3−30)に示す置換基が挙げられる。
上記一般式(A1)〜(A5)におけるArの具体的な構造としては、例えば構造式(4−1)〜構造式(4−29)に示す置換基が挙げられる。
上記一般式(G1)〜一般式(G5)においてA、Aで表される、水素原子、炭素数1〜4のアルキル基、又は、環を形成する炭素数6〜10のアリール基の具体的な構造としては、例えば構造式(5−1)〜構造式(5−22)に示す置換基が挙げられる。
一般式(G1)に示される本発明の一態様であるキノキサリン誘導体の具体例としては、構造式(100)〜構造式(218)に示されるキノキサリン誘導体を挙げることができる。但し、本実施の形態はこれらに限定されない。
本実施の形態のキノキサリン誘導体の合成には、種々の反応の適用が可能である。例えば、下記の反応式(A−1)および反応式(B−1)に示す反応によって、一般式(G1)で表されるキノキサリン誘導体を合成することができる。
ハロゲン化したキノキサリン化合物(化合物R)とアミン化合物(化合物S)を塩基存在下、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、又は、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(G1)で表される本実施の形態のキノキサリン誘導体を得ることができる(反応式(A−1))。
反応式(A−1)において、Xはハロゲンを表し、ハロゲンとしては、ヨウ素、臭素が好ましい。またR〜Rはそれぞれ独立に、水素、炭素数1〜4のアルキル基、又は環を形成する炭素数が6〜10のアリール基を表す。またAは、水素原子、炭素数1〜4のアルキル基、環を形成する炭素数が6〜10のアリール基、又は下記一般式(A1)で表される置換基を表す。またAは下記一般式(A1)で表される置換基を表す。
一般式(A1)において、Arは置換又は無置換の環を形成する炭素数が4〜9のヘテロアリール基を表す。なお、Arが置換基を有する場合、置換基としては炭素数1〜4のアルキル基、環を形成する炭素数が6〜10のアリール基、又は環を形成する炭素数が4〜9のヘテロアリール基を有する。またR11〜R18はそれぞれ独立に、水素原子、炭素数1〜4のアルキル基、又は、置換もしくは無置換の環を形成する炭素数が6〜10のアリール基を表す。なお、R11〜R18が置換基を有する場合、置換基としてはそれぞれ独立に、炭素数1〜4のアルキル基、又は環を形成する炭素数が6〜10のアリール基を有する。またJは置換もしくは無置換の炭素数6〜12のアリーレン基を表す。なお、Jが置換基を有する場合、置換基としては炭素数1〜4のアルキル基を有する。
反応式(A−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。反応式(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(tert−ブチル)ホスフィンや、トリ(n−ヘキシル)ホスフィンや、トリシクロヘキシルホスフィン等が挙げられる。反応式(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 tert−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。反応式(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、キシレン、ベンゼン、テトラヒドロフラン等が挙げられる。
反応式(A−1)においてウルマン反応を行う場合について説明する。反応式(A−1)において、用いることができる銅化合物としては、ヨウ化銅(I)、酢酸銅(II)等が挙げられる。また、銅化合物の他に銅を用いることができる。反応式(A−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。反応式(A−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。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。
また一般式(G1)におけるAおよびAが等しく、AおよびAが一般式(A1)で表される場合、反応式(B−1)のように合成できる。
ハロゲン化したキノキサリン化合物(化合物P)とアミン化合物(化合物Q)を塩基存在下、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、又は、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(G1’)で表される本実施の形態のキノキサリン誘導体を得ることができる(反応式(B−1))。
反応式(B−1)において、X及びXはハロゲンを表し、ハロゲンとしては、ヨウ素、臭素が好ましい。またR〜Rはそれぞれ独立に、水素、炭素数1〜4のアルキル基、又は、環を形成する炭素数が6〜10のアリール基を表す。またAは一般式(A1)で表される置換基を表す。
一般式(A1)において、Arは置換又は無置換の環を形成する炭素数が4〜9のヘテロアリール基を表す。なお、Arが置換基を有する場合、置換基としては炭素数1〜4のアルキル基、環を形成する炭素数が6〜10のアリール基、又は環を形成する炭素数が4〜9のヘテロアリール基を有する。またR11〜R18はそれぞれ独立に、水素原子、炭素数1〜4のアルキル基、又は、置換もしくは無置換の環を形成する炭素数が6〜10のアリール基を表す。なお、R11〜R18が置換基を有する場合、置換基としてはそれぞれ独立に、炭素数1〜4のアルキル基、又は環を形成する炭素数が6〜10のアリール基を有する。またJは置換もしくは無置換の炭素数6〜12のアリーレン基を表す。なお、Jが置換基を有する場合、置換基としては炭素数1〜4のアルキル基を有する。
反応式(B−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。反応式(B−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)ホスフィンや、トリ(n−ヘキシル)ホスフィンや、トリシクロヘキシルホスフィン等が挙げられる。反応式(B−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や、炭酸カリウム等の無機塩基等が挙げられる。反応式(B−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。
反応式(B−1)においてウルマン反応を行う場合について説明する。反応式(B−1)において、用いることができる銅化合物としては、ヨウ化銅(I)、酢酸銅(II)等が挙げられる。また、銅化合物の他に銅を用いることができる。反応式(B−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。反応式(B−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。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。
以上、合成方法の一例について説明したが、開示する発明の一態様である一般式(G1)乃至(G5)で表されるキノキサリン誘導体は、他のどのような合成方法によって合成されても良い。
また、本発明の一態様であるキノキサリン誘導体は、バイポーラ性であり、電子輸送性および正孔輸送性の双方に優れている。よって、本発明の一態様であるキノキサリン誘導体を発光素子に用いることにより、良好な電気特性を得ることができる。また、本発明の一態様であるキノキサリン誘導体はガラス転移温度が高く、熱的安定性に優れているため、本発明の一態様であるキノキサリン誘導体を発光素子に用いることにより、熱的安定性に優れた発光素子を得ることができる。
(実施の形態2)
本実施の形態では、先の実施の形態で説明したキノキサリン誘導体を発光層に用いた発光素子の一例について、図面を参照して説明する。
図1に、第1の電極101と第2の電極103との間に発光層113を有するEL層102を挟んでなる発光素子の一例を示す。
このような発光素子に対して電圧を印加することにより、第1の電極101側から注入された正孔と第2の電極103側から注入された電子とが、発光層113において再結合し、発光性の有機化合物を励起状態にする。そして、励起状態の有機化合物が基底状態に戻る際に発光する。なお、本実施の形態に示す発光素子において、第1の電極101は陽極として機能し、第2の電極103は陰極として機能する。なお、図1に示す構成において、積層順序を逆にしても良いことは言うまでもない。
陽極として機能する第1の電極101は、仕事関数の大きい(具体的には4.0eV以上)金属、合金、電気伝導性化合物、又はこれらの混合物などの材料を用いて形成することが好ましい。具体的には、例えば、酸化インジウム−酸化スズ(ITO:Indium Tin Oxide)、珪素又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)、酸化タングステンおよび酸化亜鉛を含有した酸化インジウム等が挙げられる。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)等を用いても良い。
ただし、EL層102のうち、第1の電極101に接する層が、有機化合物と電子受容体(アクセプター)との複合材料を用いて形成される場合には、第1の電極101に用いる物質は、仕事関数の大小により制限を受けることはない。例えば、アルミニウム(Al)、銀(Ag)、アルミニウムを含む合金(Al−Si)等を用いることもできる。
なお、第1の電極101は、例えばスパッタリング法や蒸着法(真空蒸着法を含む)等により形成することができる。
第1の電極101上に形成されるEL層102は、少なくとも発光層113を有しており、また、先の実施の形態において示したキノキサリン誘導体を含んで形成される。EL層102の一部には公知の物質を用いることが可能であり、低分子系化合物又は高分子系化合物のいずれを用いても良い。なお、EL層102を形成する物質は、無機化合物を一部に含んでいても良い。
また、EL層102は、発光層113の他、図1に示すように、正孔注入性の高い物質を含む正孔注入層111、正孔輸送性の高い物質を含む正孔輸送層112、電子輸送性の高い物質を含む電子輸送層114、電子注入性の高い物質を含む電子注入層115などを適宜組み合わせて積層することにより形成される。
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、モリブデン酸化物、チタン酸化物、バナジウム酸化物、レニウム酸化物、ルテニウム酸化物、クロム酸化物、ジルコニウム酸化物、ハフニウム酸化物、タンタル酸化物、銀酸化物、タングステン酸化物、マンガン酸化物等の金属酸化物を用いることができる。また、フタロシアニン(略称:HPc)、銅(II)フタロシアニン(略称:CuPc)、バナジルフタロシアニン(略称:VOPc)等のフタロシアニン系の化合物を用いることができる。
また、低分子の有機化合物である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を用いることができる。
また、高分子化合物(オリゴマー、デンドリマー、ポリマー等)を用いることもできる。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を用いることができる。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、正孔注入層111として、有機化合物と電子受容体(アクセプター)とを混合してなる複合材料を用いてもよい。このような複合材料は、電子受容体によって有機化合物に正孔が発生するため、正孔注入性および正孔輸送性に優れている。この場合、有機化合物としては、発生した正孔の輸送に優れた材料(正孔輸送性の高い物質)を用いることが好ましい。
上記複合材料に用いる有機化合物は、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。以下では、複合材料に用いることのできる有機化合物の例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、TDATA、MTDATA、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)、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−(N−カルバゾリル)]フェニル−10−フェニルアントラセン(略称:CzPA)、1,4−ビス[4−(N−カルバゾリル)フェニル]−2,3,5,6−テトラフェニルベンゼン等のカルバゾール誘導体を挙げることができる。
また、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)アントラセン等の芳香族炭化水素化合物を用いても良い。
また、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用いても良い。
また、実施の形態1で示したキノキサリン誘導体を用いることもできる。
複合材料に用いることのできる電子受容体としては、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、遷移金属酸化物などがある。周期表における第4族〜第8族に属する金属の酸化物を用いても良い。例えば、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く、好適である。中でも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。
なお、上述したPVK、PVTPA、PTPDMA、Poly−TPD等の高分子化合物と、上述した電子受容体を用いた複合材料を、正孔注入層111に用いてもよい。
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、NPB、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がある。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。なお、正孔輸送層112は、単層構造であっても良いし、積層構造としても良い。
また、正孔輸送層112には、PVK、PVTPA、PTPDMA、Poly−TPDなどの高分子化合物を用いることもできる。
また、実施の形態1で示したキノキサリン誘導体は、バイポーラ性であり、正孔輸送性を有しているため、正孔輸送材料として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。なお、本実施の形態では、先の実施の形態において示したキノキサリン誘導体を発光層に用いる場合について説明する。なお、上述のキノキサリン誘導体は、発光性の高い物質(ゲスト材料)を他の物質(ホスト材料)に分散させた構成の発光層において、ホスト材料として用いることが好適であるが、開示する発明の一態様はこれに限定して解釈されない。本発明の一態様であるキノキサリン誘導体を、発光層として単独で用いても良い。
先の実施の形態で示したキノキサリン誘導体をホスト材料として用いる場合であって、ゲスト材料として蛍光を発する材料を用いる場合には、ゲスト材料として、先の実施の形態に示したキノキサリン誘導体よりも最低空軌道準位(LUMO準位)が低く、最高被占有軌道準位(HOMO準位)が高い材料を用いることが好ましい。例えば、黄色系の発光材料としては、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は、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)、7,14−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。
また、先の実施の形態で示したキノキサリン誘導体をホスト材料として用いる場合であって、ゲスト材料として燐光を発する材料を用いる場合には、ゲスト材料として、先の実施の形態に示したキノキサリン誘導体よりも三重項励起エネルギーが小さい材料を用いることが好ましい。このような材料としては、例えば、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))、(アセチルアセトナト)ビス(2,3,5−トリフェニルピラジナト)イリジウム(III)(略称:Ir(tppr)(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)、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)(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)(Phen))等の有機金属錯体が挙げられる。
先の実施の形態で示したキノキサリン誘導体は、バイポーラ性であり、電子輸送性を有しているため、発光層に用いることにより、電子輸送性の高い発光層とすることができる。このような構成の発光層は、電子トラップ性の高いゲスト材料を用いた場合、極めて高効率の発光を得ることできる。
また、発光性の物質(ゲスト材料)を分散させるための物質(ホスト材料)は複数種用いることができる。よって、発光層は、先の実施の形態で示したキノキサリン誘導体以外に、第2のホスト材料を含んでいても良い。
また、実施の形態1で示したキノキサリン誘導体は、発光性の物質として、単独で、又はゲスト材料として用いることもできる。
電子輸送層114は、電子輸送性の高い物質を含む層である。電子輸送層114には、Alq、トリス(4−メチル−8−キノリノラト)アルミニウム(略称:Almq)、ビス(10−ヒドロキシベンゾ[h]キノリナト)ベリリウム(略称:BeBq)、BAlq、Zn(BOX)、ビス[2−(2−ヒドロキシフェニル)ベンゾチアゾラト]亜鉛(略称:Zn(BTZ))などの金属錯体を用いることができる。また、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−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)、バソフェナントロリン(略称:BPhen)、バソキュプロイン(略称:BCP)、4,4’−ビス(5−メチルベンゾオキサゾール−2−イル)スチルベン(略称:BzOs)などの複素芳香族化合物を用いることもできる。また、ポリ(2,5−ピリジン−ジイル)(略称:PPy)、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)のような高分子化合物を用いても良い。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。
また、実施の形態1で示したキノキサリン誘導体を電子輸送層に用いることもできる。
また、電子輸送層114は、単層構造であっても良いし、積層構造としても良い。
電子注入層115は、電子注入性の高い物質を含む層である。電子注入層115には、リチウム(Li)、セシウム(Cs)、カルシウム(Ca)、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)、リチウム酸化物(LiOx)等のようなアルカリ金属、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、フッ化エルビウム(ErF)のような希土類金属化合物を用いることができる。また、上述の電子輸送層114を構成する物質を用いても良い。
電子注入層115には、有機化合物と電子供与体(ドナー)とを混合してなる複合材料を用いてもよい。このような複合材料は、電子供与体によって有機化合物に電子が発生するため、電子注入性および電子輸送性に優れている。この場合、上記の有機化合物は、発生した電子の輸送に優れた材料であることが好ましく、例えば、上述した電子輸送層114を構成する物質を用いることができる。また、本発明の一態様であるキノキサリン誘導体を用いることもできる。また電子供与体は、有機化合物に対し電子供与性を示す物質であればよい。具体的には、アルカリ金属やアルカリ土類金属や希土類金属が好ましく、リチウム、セシウム、マグネシウム、カルシウム、エルビウム、イッテルビウム等を用いると良い。また、アルカリ金属酸化物やアルカリ土類金属酸化物が好ましく、リチウム酸化物、カルシウム酸化物、バリウム酸化物等を用いると良い。また、酸化マグネシウムのようなルイス塩基を用いることもできる。また、テトラチアフルバレン(略称:TTF)等の有機化合物を用いることもできる。
なお、上述した正孔注入層111、正孔輸送層112、発光層113、電子輸送層114、電子注入層115は、それぞれ、蒸着法(真空蒸着法を含む)、インクジェット法、塗布法等の方法で形成することができる。
陰極として機能する第2の電極103は、仕事関数の小さい(好ましくは3.8eV以下)金属、合金、電気伝導性化合物、又はこれらの混合物などの材料を用いて形成することが好ましい。具体的には、周期表の第1族又は第2族に属する元素、すなわちリチウムやセシウム等のアルカリ金属、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム等のアルカリ土類金属、又はこれらを含む合金、ユーロピウム、イッテルビウム等の希土類金属、又はこれらを含む合金の他、アルミニウムや銀などを用いることができる。
ただし、EL層102のうち、第2の電極103に接する層が、上述の有機化合物と電子供与体(ドナー)との複合材料を用いて形成される場合には、仕事関数の大小により制限を受けることはない。例えば、アルミニウム、銀、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用いることができる。
なお、第2の電極103を形成する場合には、真空蒸着法やスパッタリング法を用いることができる。また、銀ペーストなどを用いる場合には、塗布法やインクジェット法などを用いても良い。
上述の発光素子は、第1の電極101と第2の電極103との電位差により生じた電子と正孔が、EL層102において再結合することにより発光する。そして、この発光は、第1の電極101又は第2の電極103のいずれか一方又は両方を介して外部に取り出される。このため、第1の電極101又は第2の電極103のいずれか一方、又は両方が可視光に対する透光性を有している。
なお、本実施の形態で示した発光素子を用いて、パッシブマトリクス型の発光装置や、薄膜トランジスタ(TFT)によって発光素子の駆動が制御されるアクティブマトリクス型の発光装置を作製することができる。
なお、アクティブマトリクス型の発光装置を作製する場合において、そのTFTの構造は特に限定されない。また、n型又はp型のいずれのTFTを用いても良い。さらに、TFTに用いられる半導体材料についても特に限定されない。例えば、シリコン系の半導体材料(非晶質、結晶性、単結晶いずれも含む)、ゲルマニウム系の半導体材料、カルコゲナイド系の半導体材料、その他の各種半導体材料を用いることができる。もちろん、酸化物半導体材料を用いても良い。
本実施の形態では、上述のキノキサリン誘導体を用いて発光層113を形成している。これにより、電流効率の高い発光素子を提供することができる。
本実施の形態は、他の実施の形態に示す構成と適宜組み合わせて用いることができる。
(実施の形態3)
開示する発明の一態様である発光素子は、複数の発光層を有するものであってもよい。複数の発光層のそれぞれから発光させることで、混合された光を得ることができる。したがって、例えば、白色光を得ることができる。本実施の形態では、複数の発光層を有する発光素子の態様について、図面を参照して説明する。
図2において、第1の電極201と第2の電極203との間には、第1の発光層213と第2の発光層215を含むEL層202が設けられており、第1の発光層213における発光と第2の発光層215における発光が混合された発光を得ることができる。第1の発光層213と第2の発光層215との間には、分離層214を有することが好ましい。
第1の電極201の電位が第2の電極203の電位よりも高くなるように電圧を印加すると、第1の電極201と第2の電極203との間に電流が流れ、第1の発光層213又は第2の発光層215又は分離層214に正孔や電子が流れ込む。これにより、第1の発光層213に含まれる第1の発光物質と第2の発光層215に含まれる第2の発光物質が励起状態となる。そして、発光物質が励起状態から基底状態に戻る際に発光する。
第1の発光層213には、ペリレン、2,5,8,11−テトラ(tert−ブチル)ペリレン(略称:TBP)、DPVBi、4,4’−ビス[2−(N−エチルカルバゾール−3−イル)ビニル]ビフェニル(略称:BCzVBi)、BAlq、ビス(2−メチル−8−キノリノラト)ガリウムクロリド(GamqCl)などの蛍光性化合物や、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(CFppy)(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:FIr(acac))、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−(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(1−ピラゾリル)ボラート(略称:FIr6)などの燐光性化合物に代表される第1の発光物質が含まれており、450〜510nmに発光スペクトルのピークを有する発光(すなわち、青色〜青緑色)が得られる。
第1の発光物質を蛍光性化合物とする場合、第1の発光層213は、第1の発光物質よりも大きい一重項励起エネルギーを有する物質を第1のホストとして用い、第1の発光物質をゲストとして分散した層とすることが好ましい。また、第1の発光物質を燐光性化合物とする場合、第1の発光物質よりも大きい三重項励起エネルギーを有する物質を第1のホストとして用い、第1の発光物質をゲストとして分散した層とすることが好ましい。第1のホストとしては、先に述べたNPB、CBP、TCTA等の他、DNA、t−BuDNA等を用いることができる。なお、一重項励起エネルギーとは、基底状態と一重項励起状態とのエネルギー差をいう。また、三重項励起エネルギーとは、基底状態と三重項励起状態とのエネルギー差をいう。
一方、第2の発光層215は、先の実施の形態で説明したキノキサリン誘導体を含んでいる。第2の発光層215は、先の実施の形態で説明した発光層113と同様の構成とすればよい。
また、分離層214は、例えば、上述のTPAQn、NPB、CBP、TCTA、Znpp、ZnBOX等を用いて形成することができる。このような分離層214を設けることで、第1の発光層213と第2の発光層215のいずれか一方のみの発光強度が強くなってしまうという不具合を防ぐことができる。ただし、分離層214は必須の構成ではない。第1の発光層213の発光強度と第2の発光層215の発光強度との割合の調節が必要な場合などに分離層214を設ければよい。また、開示する発明の一態様であるキノキサリン誘導体を分離層214に用いても良い。
なお、本実施の形態では、第2の発光層215に先の実施の形態で説明したキノキサリン誘導体を用い、第1の発光層213に他の発光物質を適用したが、第1の発光層213に先の実施の形態で説明したキノキサリン誘導体を用い、第2の発光層215に他の物質を適用してもよい。
また、本実施の形態では、2つの発光層が設けられた発光素子について記載しているが、発光層の数は2つに限定されるものでは無く、3つ以上であってもよい。
なお、第1の電極201は、先の実施の形態で述べた第1の電極101と同様の構成とすればよい。また、第2の電極203も、先の実施の形態で述べた第2の電極103と同様の構成とすればよい。
また、本実施の形態では、正孔注入層211、正孔輸送層212、電子輸送層216、電子注入層217を設ける例について示しているが、これらの層に関しても、先の実施の形態で述べた構成を適用することができる。ただし、これらの層は必須の構成ではない。素子の特性に応じてこれらの層を適宜設ければよい。
本実施の形態に示す構成は、他の実施の形態に示した構成と適宜組み合わせて用いることができる。
(実施の形態4)
本実施の形態では、EL層を複数有する発光素子(以下、積層型素子という)について、図面を参照して説明する。
図3に、第1の電極301と第2の電極304との間に、複数のEL層(第1のEL層302、第2のEL層303)を有する積層型の発光素子を示す。なお、本実施の形態では、EL層を2層有する場合について示すが、3層以上としても良い。
本実施の形態において、第1の電極301は陽極として機能し、第2の電極304は陰極として機能する。なお、第1の電極301および第2の電極304は、先の実施の形態の電極と同様の構成とすることができる。また、複数のEL層(第1のEL層302、第2のEL層303)は、先の実施の形態で示したEL層と同様の構成としても良いが、いずれかが異なる構成であっても良い。すなわち、第1のEL層302と第2のEL層303は、同じ構成であっても異なる構成であってもよい。
また、複数のEL層(第1のEL層302、第2のEL層303)の間には、電荷発生層305が設けられている。電荷発生層305は、第1の電極301と第2の電極304に電圧を印加したときに、一方のEL層に電子を注入し、他方のEL層に正孔を注入する機能を有する。本実施の形態の場合には、第1の電極301に第2の電極304よりも電位が高くなるように電圧を印加すると、電荷発生層305から第1のEL層302に電子が注入され、第2のEL層303に正孔が注入される。
なお、電荷発生層305は、光の取り出し効率の点から、可視光に対する透光性を有することが好ましい。また、電荷発生層305の導電率は、第1の電極301や第2の電極304の導電率より低くとも構わない。
電荷発生層305は、正孔輸送性の高い有機化合物と電子受容体(アクセプター)とを含む構成であっても良いし、電子輸送性の高い有機化合物と電子供与体(ドナー)とを含む構成であっても良い。また、これらの両方が積層された構成であっても良い。
正孔輸送性の高い有機化合物や電子受容体の詳細については、先の実施の形態の記載を参照することができる。また、同様に、電子輸送性の高い有機化合物や電子供与体の詳細については、先の実施の形態の記載を参照することができる。
上述の材料を用いて電荷発生層305を形成することにより、EL層が積層された場合における駆動電圧の上昇を抑制することができる。
本実施の形態に係る発光素子のように、複数のEL層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、高輝度化を実現することができる。このため、高輝度かつ長寿命な発光素子を実現できる。
また、それぞれのEL層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の発光色を制御することができる。例えば、2層のEL層を有する発光素子において、第1のEL層の発光色と第2のEL層の発光色を補色の関係にすることで、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。
また、このように複数の異なるEL層を設けることによって、発光スペクトルの幅が広い発光素子を容易に提供することができる。例えば、第1のEL層の発光色が赤色であり、第2のEL層の発光色が緑色であり、第3のEL層の発光色が青色である場合、発光素子全体としては、演色性に優れた白色発光素子を得ることができる。
なお、本実施の形態に示す構成は、他の実施の形態に示した構成と適宜組み合わせて用いることができる。
(実施の形態5)
本実施の形態では、開示する発明の一態様として、発光素子を用いたパッシブマトリクス型の発光装置、およびアクティブマトリクス型の発光装置について説明する。
図4および図5にパッシブマトリクス型の発光装置の例を示す。
パッシブマトリクス型(単純マトリクス型ともいう)の発光装置は、ストライプ状(帯状)の複数の陽極と、ストライプ状の複数の陰極とが互いに直交するように設けられ、その交差部に発光層が形成された構成を有している。このため、選択された(電圧が印加された)陽極と選択された陰極との交点にあたる発光層(以下、画素と呼ぶ)が点灯することになる。
図4(A)〜図4(C)は、封止前における画素部の上面を示す図であり、図4(D)は、図4(A)〜図4(C)中の鎖線A−A’における断面を示す図である。
基板401上には、下地絶縁層として絶縁層402が形成されている。なお、下地絶縁層は必須の構成ではないから、必要に応じて形成すればよい。絶縁層402上には、第1の電極403が等間隔に複数配置されている(図4(A)参照)。
また、第1の電極403上には、各画素に対応する領域に開口部を有する隔壁404が設けられている。開口部を有する隔壁404は、有機材料(ポリイミド、アクリル、ポリアミド、ポリイミドアミド、レジスト又はベンゾシクロブテン)や無機材料(アルキル基を含むSiOxなど)などで構成されている。なお、各画素に対応する開口部405が発光領域となる(図4(B)参照)。
隔壁404上には、第1の電極403と交差する複数の隔壁406が設けられている(図4(C)参照)。複数の隔壁406は、それぞれ逆テーパー状になっており、互いに平行に配置される。
第1の電極403上の、隔壁406が形成されていない領域には、EL層407と、第2の電極408とが順に設けられている(図4(D)参照)。ここで、EL層407と、第2の電極408とは複数に分離され、それぞれ電気的に独立したものになっている。このような構造のEL層407および第2の電極408は、隔壁406の高さを、EL層407の膜厚と第2の電極408の膜厚の合計より大きくすることで形成することができる。
第2の電極408は、第1の電極403と交差する方向に伸長している。なお、隔壁406上にもEL層407と同一の材料層および第2の電極408と同一の材料層が形成されるが、これらと、EL層407および第2の電極408とは分断されている。
なお、本実施の形態における第1の電極403および第2の電極408は、いずれが陽極であり、いずれが陰極であるかを問わない。電極の極性に応じて、EL層407を構成する積層構造を適宜調整すればよい。
また、基板401を封止し、発光素子が密閉された空間に配置されるようにしても良い。封止は、シール材などの接着剤を用いて、基板401と、封止缶や封止材とを貼り合わせることで行われる。このような封止によって、発光素子の劣化を抑制することができる。なお、密閉された空間には、充填材や、乾燥した不活性ガス、乾燥剤などを封入してもよい。乾燥剤を封入する場合には、微量な水分が除去されるため、水分による発光素子の劣化が抑制される。なお、乾燥剤としては、化学吸着によって水分を吸収する物質を用いることが可能である。具体的には、例えば、酸化カルシウムや酸化バリウムなど、アルカリ土類金属の酸化物を用いることができる。その他、ゼオライトやシリカゲル等の物理吸着によって水分を吸着する物質を用いてもよい。
次に、図4(A)〜図4(D)に示すパッシブマトリクス型の発光装置に、FPCなどを実装した場合の構成を図5に示す。
図5の画素部においては、走査線群とデータ線群が互いに直交するように交差している。なお、図4における第1の電極403は、図5における走査線503に相当し、図4における第2の電極408は、図5におけるデータ線508に相当し、図4における隔壁406は、図5における隔壁506に相当する。データ線508と走査線503の間には、EL層が形成されており、領域505が1画素となる。
なお、走査線503は、その端部で接続配線509と電気的に接続され、接続配線509は、入力端子510を介してFPC511bに接続される。また、データ線508は、入力端子512を介してFPC511aに接続される。
光の取り出し面などには、偏光板、円偏光板(楕円偏光板を含む)、位相差板(λ/4板、λ/2板)、カラーフィルタ、反射防止膜などの光学フィルムを設けても良い。また、光の取り出し面や各種フィルムの表面に処理を施しても良い。例えば、表面に微細な凹凸を形成することで、反射光を散乱させて映り込みを低減することが可能である。
なお、図5では、駆動回路を有するICチップを基板上に設けない例を示したが、基板上にICチップを実装させてもよい。ICチップの実装方法としては、COG方式やワイヤボンディング方式、TCPなどを用いることができる。
図6に、アクティブマトリクス型の発光装置の例を示す。
図6(A)は発光装置の上面を示す図であり、図6(B)は、図6(A)中の鎖線A−A’における断面を示す図である。
本実施の形態に係るアクティブマトリクス型の発光装置は、素子基板601上に設けられた画素部602と、駆動回路部603(ソース側駆動回路)と、駆動回路部604(ゲート側駆動回路)とを有する。画素部602、駆動回路部603、および駆動回路部604は、シール材605によって、素子基板601と封止基板606との間に封止されている(図6(A)参照)。
また、素子基板601上には、外部入力端子を接続するための引き回し配線607が設けられている。なお、ここでは、外部入力端子としてFPC(フレキシブルプリントサーキット)を設ける例を示している。図6においては、FPC608のみを示しているが、FPC608にはプリント配線基板(PWB)が取り付けられていても良い。本明細書等における発光装置は、発光装置本体のみに限らず、FPCやPWBなどが取り付けられた状態をも含む。
駆動回路部603にはnチャネル型TFT609とpチャネル型TFT610とを組み合わせたCMOS回路が形成されている(図6(B)参照)。もちろん、回路構成はこれに限定されず、CMOS回路、PMOS回路、NMOS回路など、各種回路を適用することができる。また、本実施の形態では、基板上に駆動回路を形成した駆動回路一体型を示しているが、これに限定して解釈する必要は無い。外部に駆動回路を形成することもできる。なお、図6(B)では、ソース側駆動回路である駆動回路部603と、画素部602のみを例示している。
画素部602は、スイッチング用TFT611と、電流制御用TFT612と、電流制御用TFT612の電極(ソース電極又はドレイン電極)に電気的に接続された陽極613とを含む複数の画素により形成される。なお、陽極613の端部を覆うように絶縁物614が形成されている。なお、絶縁物614としては、光によってエッチャントに不溶解性となるネガ型の材料、又は光によってエッチャントに溶解性となるポジ型の材料のいずれを使用しても良い。また、有機化合物に限らず、酸化シリコンや酸化窒化シリコンなどの無機化合物を用いることもできる。
絶縁物614の上端部又は下端部は、所定の曲率半径を有する曲面形状を有していることが好ましい。曲面形状を有することにより、絶縁物614の上方に形成される膜の被覆性を向上させることができる。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る場合には、絶縁物614の上端部を、0.2μm〜3μmの曲率半径を有する曲面形状とすることが好ましい。
陽極613上には、EL層615および陰極616が積層形成されている。ここで、陽極613をITO膜とし、陽極613と接続する電流制御用TFT612の配線として窒化チタン膜とアルミニウムを主成分とする膜の積層膜、又は、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の積層膜を適用すると、ITO膜とのオーミックコンタクトが可能であり、配線としての抵抗も低く抑えることができる。なお、ここでは図示しないが、陰極616は外部入力端子であるFPC608に電気的に接続されている。
なお、EL層615には、少なくとも発光層が設けられている。また、発光層の他に、正孔注入層、正孔輸送層、電子輸送層、電子注入層などを設けてもよい。陽極613、EL層615および陰極616の積層構造で、発光素子617が形成されている。
また、図6(B)に示す断面では、一つの発光素子617を示しているが、画素部602においては、複数の発光素子がマトリクス状に配置されているものとする。なお、画素部602に3種類(R、G、B)の発光が得られる発光素子を選択的に設けることで、フルカラー表示が可能となる。カラーフィルタと組み合わせてフルカラー表示を可能にしても良い。
発光素子617は、素子基板601、封止基板606、およびシール材605で囲まれた空間618に設けられている。なお、空間618には、不活性気体(窒素やアルゴン等)が充填される構成の他、シール材605などの他の材料が充填される構成を含む。
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。素子基板601や封止基板606に用いる材料としては、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)、ポリエステル又はアクリル等からなるプラスチック基板などを用いることができる。
なお、本実施の形態に示す構成は、他の実施の形態に示した構成と適宜組み合わせて用いることができる。
(実施の形態6)
本実施の形態では、本発明の一態様である発光装置を用いて完成させた様々な電子機器および照明器具の一例について、図7、図8を用いて説明する。
発光装置を適用した電子機器としては、例えば、テレビジョン装置(テレビ、又はテレビジョン受信機ともいう)、コンピュータ用などのモニタ、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラ、デジタルフォトフレーム、携帯電話機(携帯電話、携帯電話装置ともいう)、携帯型ゲーム機、携帯情報端末、音響再生装置、パチンコ機などの大型ゲーム機などを挙げることができる。これらの電子機器および照明器具の具体例を図7に示す。
図7(A)は、テレビジョン装置7100の一例を示している。テレビジョン装置7100は、筐体7101に表示部7103が組み込まれている。表示部7103により、映像を表示することが可能であり、発光装置を表示部7103に用いることができる。また、ここでは、スタンド7105により筐体7101を支持した構成を示している。
テレビジョン装置7100の操作は、筐体7101が備える操作スイッチや、別体のリモコン操作機7110により行うことができる。リモコン操作機7110が備える操作キー7109により、チャンネルや音量の操作を行うことができ、表示部7103に表示される映像を操作することができる。また、リモコン操作機7110に、当該リモコン操作機7110から出力する情報を表示する表示部7107を設ける構成としてもよい。
なお、テレビジョン装置7100は、受信機やモデムなどを備えた構成とする。受信機により一般のテレビ放送の受信を行うことができ、さらにモデムを介して有線又は無線による通信ネットワークに接続することにより、一方向(送信者から受信者)又は双方向(送信者と受信者間、あるいは受信者間同士など)の情報通信を行うことも可能である。
図7(B)はコンピュータの一例を示しており、当該コンピュータは、本体7201、筐体7202、表示部7203、キーボード7204、外部接続ポート7205、マウス7206等を含む。なお、コンピュータは、発光装置をその表示部7203に用いることにより作製される。
図7(C)は携帯型遊技機の一例を示しており、当該携帯型遊技機は、筐体7301と筐体7302の2つの筐体で構成されており、連結部7303により、開閉可能に連結されている。筐体7301には表示部7304が組み込まれ、筐体7302には表示部7305が組み込まれている。また、図7(C)に示す携帯型遊技機は、その他、スピーカ部7306、記録媒体挿入部7307、LEDランプ7308、入力手段(操作キー7309、接続端子7310、センサ7311(力、変位、位置、速度、加速度、角速度、回転数、距離、光、液、磁気、温度、化学物質、音声、時間、硬度、電場、電流、電圧、電力、放射線、流量、湿度、傾度、振動、におい又は赤外線を測定する機能を含むもの)、マイクロフォン7312)等を備えている。もちろん、携帯型遊技機の構成は上述のものに限定されず、少なくとも表示部7304および表示部7305の両方、又は一方に発光装置を用いていればよい。図7(C)に示す携帯型遊技機は、記録媒体に記録されているプログラム又はデータを読み出して表示部に表示する機能や、他の携帯型遊技機と無線通信を行って情報を共有する機能を有する。なお、図7(C)に示す携帯型遊技機が有する機能はこれに限定されず、様々な機能を有することができる。
図7(D)は、携帯電話機の一例を示している。携帯電話機7400は、筐体7401に組み込まれた表示部7402の他、操作ボタン7403、外部接続ポート7404、スピーカ7405、マイク7406などを備えている。なお、携帯電話機7400は、発光装置を表示部7402に用いている。
図7(D)に示す携帯電話機7400は、表示部7402を指などで触れることで、情報を入力することができる。また、電話をかける、メールを作成する、などの操作は、表示部7402を指などで触れることにより行うことができる。
表示部7402の表示画面(表示画像)には主として3つのモードがある。第1は、画像の表示を主とする表示モードである。第2は、文字等の情報の入力を主とする入力モードである。第3は、表示モードと入力モードの2つのモードが混合した表示+入力モードである。
例えば、電話を掛ける、メールを作成する、等の場合には、表示部7402を文字の入力を主とする文字入力モード(第2のモード)とし、文字の入力操作を行えばよい。この場合、表示部7402には、キーボード又は番号ボタンを表示させることが好ましい。
また、携帯電話機7400内部に、ジャイロ、加速度センサ等の傾きを検出するセンサを有する検出装置を設けることで、携帯電話機7400の向きを判断して、表示部7402の画面表示を自動的に切り替えるようにすることができる。
また、画面モードの切り替えは、表示部7402を触れること、又は筐体7401の操作ボタン7403の操作などにより行われる。また、表示部7402に表示される画像の種類によって切り替えを行うようにしても良い。例えば、表示部に表示する画像信号が動画のデータであれば表示モード(第1のモード)、テキストデータであれば入力モード(第2のモード)に切り替える。
また、表示部7402のタッチ操作による入力が一定期間ない場合には、画面のモードを入力モード(第2のモード)から表示モード(第1のモード)に切り替えるなどの制御を行っても良い。
表示部7402は、イメージセンサとして機能させることもできる。例えば、表示部7402に掌や指を触れて、掌紋、指紋等を撮像することで、本人認証を行うことができる。また、表示部に近赤外光を発光するバックライト又は近赤外光を発光するセンシング用光源を用いれば、指静脈、掌静脈などを撮像することもできる。
図7(E)は卓上照明器具であり、照明部7501、傘7502、可変アーム7503、支柱7504、台7505、電源7506を含む。なお、卓上照明器具は、発光装置を照明部7501に用いることにより作製される。なお、照明器具には天井固定型の照明器具又は壁掛け型の照明器具なども含まれる。
図8は、発光装置を、室内の照明装置801として用いた例である。発光装置は大面積化が可能であるため、大型の照明装置として用いることができる。その他、ロール型の照明装置802として用いても良い。また、室内の照明装置801を備えた部屋で、図7(E)で説明した卓上照明器具803を併用してもよい。
先の実施の形態において説明した発光装置などを適用することで、上述のような電子機器、照明器具などを提供することができる。このように、発光装置の適用範囲は極めて広く、あらゆる分野の電子機器に適用することが可能である。
なお、本実施の形態に示す構成は、他の実施の形態に示した構成と適宜組み合わせて用いることができる。
本実施例では、構造式(100)で表されるキノキサリン誘導体であるN,N’−(キノキサリン−2,3−ジイルジ−4,1−フェニレン)ビス{N−[4−(9H−カルバゾ−ル−9−イル)フェニル]キノリン−8−アミン}(略称:YGQPQ)の合成方法を具体的に示す。
N,N’−(キノキサリン−2,3−ジイルジ−4,1−フェニレン)ビス{N−[4−(9H−カルバゾ−ル−9−イル)フェニル]キノリン−8−アミン}(略称:YGQPQ)の反応式を(C−1)に示す。
N−[4−(9H−カルバゾール−9−イル)フェニル]キノリン−8−アミン(略称:YGQ)1.2g(3.2mmol)、2,3−ビス(4−ブロモフェニル)キノキサリン0.70g(1.6mmol)、炭酸カリウム0.83g(6.0mmol)、ヨウ化銅0.045g(0.24mmol)、18−クラウンー6−エーテル0.050g(0.19mmol)を50mL三口フラスコに入れ、この混合物を減圧脱気したのち、フラスコ内を窒素置換した。この混合物へ1,3−ジメチル−3,4,5,6−テトラヒドロ−2(1H)−ピリミジノン(略称:DMPU)5mLを加え、この混合物を窒素気流下、180℃で5時間攪拌した。
撹拌後、この混合物にトルエンを加え、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)、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)を通して吸引ろ過してろ液を得た。得られたろ液を水で洗浄し、有機層を硫酸マグネシウムで乾燥した。乾燥後、この混合物を吸引ろ過してろ液を得た。得られたろ液を濃縮して得た化合物をクロロホルムとヘキサンの混合溶媒で再結晶したところ、目的物の粉末状黄色固体を収量1.0g、収率95%で得た。
核磁気共鳴法(NMR)によって、この化合物が目的物であるN,N’−(キノキサリン−2,3−ジイルジ−4,1−フェニレン)ビス{N−[4−(9H−カルバゾ−ル−9−イル)フェニル]キノリン−8−アミン}(略称:YGQPQ)であることを確認した。
得られた化合物のH NMRデータを以下に示す。
H NMR(CDCl,300MHz):δ=7.11(d,J=9.8Hz,4H)、7.20−7.73(m,36H)、8.03−8.15(m,8H)
また、H NMRチャートを図10(A)、(B)に示す。なお、図10(B)は、図10(A)における7.0ppm〜9.0ppmの範囲を拡大して表したチャートである。
また、得られたYGQPQに対して、熱重量測定−示差熱分析(TG−DTA:Thermogravimetry−Differential Thermal Analysis)を行った。示差熱熱重量同時測定装置(セイコー電子株式会社製,TG/DTA 320型)により大気圧下で、室温から500℃まで測定したところ、重量減少は見られなかった。また、示差走査熱量分析装置(DSC:Differencial Scanning Calorimetry、パーキンエルマー製、型番:Pyris1 DSC)を用いてYGQPQのガラス転移温度を測定した結果、145℃であった。これらの結果から、YGQPQは良好な耐熱性を有する材料であることが分かった。
また、YGQPQのトルエン溶液の吸収スペクトル及び発光スペクトルを図11(A)に示す。また、YGQPQの薄膜の吸収スペクトル及び発光スペクトルを図11(B)に示す。吸収スペクトルの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て測定を行った。吸収スペクトルについては、溶液については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、薄膜については石英基板の吸収スペクトルを差し引いた吸収スペクトルを、図11(A)および図11(B)に示した。図11(A)および図11(B)において横軸は波長(nm)、縦軸は強度(任意単位)を表す。トルエン溶液の場合では403nm付近に吸収が見られ、最大発光波長は490nm(励起波長408nm)であった。また、薄膜の場合では409nm付近に吸収が見られ、最大発光波長は536nm(励起波長412nm)であった。
また、YGQPQの薄膜状態におけるHOMO準位とLUMO準位の測定を行った。HOMO準位の値は、大気中の光電子分光法(理研計器社製、AC−2)で測定したイオン化ポテンシャルの値を、負の値に換算することにより得た。また、LUMO準位の値は、図11(B)に示したYGQPQ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HOMO準位の値に加算することにより得た。その結果、YGQPQのHOMO準位は、−5.49eVであり、エネルギーギャップは、2.66eVであり、LUMO準位は、−2.83eVであった。
また、YGQPQの基底状態における最適分子構造を、密度汎関数法(DFT)を用いて計算した。DFTの全エネルギーはポテンシャルエネルギー、電子間静電エネルギー、電子の運動エネルギーと複雑な電子間の相互作用を全て含む交換相関エネルギーの和で表される。DFTでは、交換相関相互作用を電子密度で表現された一電子ポテンシャルの汎関数(関数の関数の意)で近似しているため、計算は高速かつ高精度である。ここでは、混合汎関数であるB3LYPを用いて、交換と相関エネルギーに係る各パラメータの重みを規定した。また、基底関数として、6−311(それぞれの原子価軌道に三つの短縮関数を用いたtriple split valence基底系の基底関数)を全ての原子に適用した。上述の基底関数により、例えば、水素原子であれば、1s〜3sの軌道が考慮され、また、炭素原子であれば、1s〜4s、2p〜4pの軌道が考慮されることになる。さらに、計算精度向上のため、分極基底系として、水素原子にはp関数を、水素原子以外にはd関数を加えた。
なお、量子化学計算プログラムとしては、Gaussian03を使用した。計算は、ハイパフォーマンスコンピュータ(SGI社製、Altix4700)を用いて行った。
計算によって求めたYGQPQの最適分子構造における最高被占有軌道(HOMO)と最低空軌道(LUMO)を、Gauss View4.1により可視化して図16(A)、(B)に示す。図16(A)は、最高被占有軌道(HOMO)を表すものであり、図16(B)は、最低空軌道(LUMO)を表すものである。図中の球は、YGQPQを構成する原子を表しており、原子の周辺に存在する雲状物は、最高被占有軌道(HOMO)又は最低空軌道(LUMO)を表している。
図16より、YGQPQにおいては最高被占有軌道がアミン付近に存在していることが分かり、YGQPQのホール輸送性にはアミノ基の寄与が大きいことが判る。また、最低空軌道がキノキサリン付近に存在していることから、YGQPQの電子輸送性にはキノキサリル基の寄与が大きいことが判る。従って、YGQPQは、電子輸送性を有するヘテロ芳香環であるキノキサリン骨格と、正孔輸送性を有するアミン骨格が分子内に導入されているため、電子及び正孔の輸送性をもつバイポーラ材料であることが判る。
本実施例では、実施の形態1に記載のキノキサリン誘導体を発光層のホスト材料として用いた発光素子の作製方法および素子特性の測定結果を示す。具体的には、実施例1で説明したN,N’−(キノキサリン−2,3−ジイルジ−4,1−フェニレン)ビス{N−[4−(9H−カルバゾ−ル−9−イル)フェニル]キノリン−8−アミン}(略称:YGQPQ)を用いて形成した発光素子1について示す。
なお、本実施例における発光素子の素子構造は、図9に示す構造であり、発光層である第3の層913に上述したキノキサリン誘導体を用いて形成したものである。本実施例で用いる有機化合物の構造式を以下に示す。
(発光素子1)
まず、ガラス基板である基板900上に、酸化珪素を含む酸化インジウム−酸化スズをスパッタリング法にて成膜し、第1の電極901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901上に複数の層が積層されたEL層902を形成する。本実施例において、EL層902は、正孔注入層である第1の層911、正孔輸送層である第2の層912、発光層である第3の層913、電子輸送層である第4の層914、電子注入層である第5の層915が順次積層された構造を有する。
第1の電極901が形成された面が下方となるように、第1の電極901が形成された基板900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901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、正孔注入層である第1の層911を形成した。その膜厚は50nmとし、NPBと酸化モリブデン(VI)の比率は、重量比で4:1(=NPB:酸化モリブデン)となるように蒸着レートを調節した。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、第1の層911上に正孔輸送性材料を10nmの膜厚となるように成膜し、正孔輸送層である第2の層912を形成した。なお、第2の層912には、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)を用いた。
次に、抵抗加熱を用いた蒸着法により、第2の層912上に、発光層である第3の層913を形成した。なお、発光素子1を形成する場合には、N,N’−(キノキサリン−2,3−ジイルジ−4,1−フェニレン)ビス{N−[4−(9H−カルバゾ−ル−9−イル)フェニル]キノリン−8−アミン}(略称:YGQPQ)と(アセチルアセトナト)ビス(2,3,5−トリフェニルピラジナト)イリジウム(III)(略称:Ir(tppr)(acac))とを共蒸着することにより第3の層913を40nmの膜厚で形成した。ここで、YGQPQとIr(tppr)(acac)との重量比は、1:0.06(=YGQPQ:Ir(tppr)(acac))となるように蒸着レートを調節した。
さらに、第3の層913上に抵抗加熱による蒸着法を用いて、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)を10nm、その上にバソフェナントロリン(略称:BPhen)を20nmの膜厚となるように成膜し、電子輸送層である第4の層914を形成した。
さらに第4の層914上に、トリス(8−キノリノラト)アルミニウム(略称:Alq)とリチウムを共蒸着することにより、50nmの膜厚となるように成膜することにより、電子注入層である第5の層915を形成した。ここで、Alqとリチウムとの重量比は、1:0.01(=Alq:リチウム)となるように蒸着レートを調節した。
最後に、抵抗加熱による蒸着法を用い、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903を形成し、発光素子1を作製した。
(比較発光素子2)
比較発光素子2において、発光層以外は、発光素子1と同様に形成した。以下に比較発光素子2における発光層の作製方法を示す。
抵抗加熱を用いた蒸着法により、第2の層912上に、発光層である第3の層913を形成した。なお、比較発光素子2を形成する場合には、N,N’−(キノキサリン−2,3−ジイルジ−4,1−フェニレン)ビス{N−[4−(9H−カルバゾ−ル−9−イル)フェニル]ベンゼン−8−アミン}(略称:YGAPQ)と(アセチルアセトナト)ビス(2,3,5−トリフェニルピラジナト)イリジウム(III)(略称:Ir(tppr)(acac))とを共蒸着することにより第3の層913を40nmの膜厚で形成した。ここで、YGAPQとIr(tppr)(acac)との重量比は、1:0.06(=YGAPQ:Ir(tppr)(acac))となるように蒸着レートを調節した。
なお、比較発光素子2に用いたYGAPQ(略称)の構造式を(300)に示す

以上により得られた発光素子1および比較発光素子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および比較発光素子2の電流密度−輝度特性を図12に示す。また、電圧−輝度特性を図13に示す。また、輝度−電流効率特性を図14に示す。また、1mAの電流を流したときの発光スペクトルを図15に示す。図15から、発光素子1および比較発光素子2の発光は、Ir(tppr)(acac)の発光であることがわかる。
また、発光素子1において、輝度947cd/mのときのCIE色度座標は(x=0.66、y=0.34)であり、赤色の発光を示した。また、輝度947cd/mのときの電流効率は13.3cd/Aであった。また、輝度947cd/mのときの電圧は5.0Vであった。
一方、比較発光素子2において、輝度954cd/mのときのCIE色度座標は(x=0.66、y=0.34)であり、赤色の発光を示した。また、輝度954cd/mのときの電流効率は11.2cd/Aであった。また、輝度970cd/mのときの電圧は7.8Vであった。
このことから、発光素子1は比較発光素子2に比べ、電流効率、外部量子効率が向上していることがわかる。よって、本発明の一態様であるキノキサリン誘導体を用いることにより、効率の高い発光素子を得ることができる。
101 第1の電極
102 EL層
103 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
201 第1の電極
203 第2の電極
211 正孔注入層
212 正孔輸送層
213 第1の発光層
214 分離層
215 第2の発光層
216 電子輸送層
217 電子注入層
301 第1の電極
302 第1のEL層
303 第2のEL層
304 第2の電極
305 電荷発生層
401 基板
402 絶縁層
403 第1の電極
404 隔壁
405 開口部
406 隔壁
407 EL層
408 第2の電極
503 走査線
505 領域
506 隔壁
508 データ線
509 接続配線
510 入力端子
511a FPC
511b FPC
512 入力端子
601 素子基板
602 画素部
603 駆動回路部
604 駆動回路部
605 シール材
606 封止基板
607 配線
608 FPC
609 nチャネル型TFT
610 pチャネル型TFT
611 スイッチング用TFT
612 電流制御用TFT
613 陽極
614 絶縁物
615 EL層
616 陰極
617 発光素子
618 空間
801 照明装置
802 照明装置
803 卓上照明器具
900 基板
901 第1の電極
902 EL層
903 第2の電極
911 第1の層
912 第2の層
913 第3の層
914 第4の層
915 第5の層
7100 テレビジョン装置
7101 筐体
7103 表示部
7105 スタンド
7107 表示部
7109 操作キー
7110 リモコン操作機
7201 本体
7202 筐体
7203 表示部
7204 キーボード
7205 外部接続ポート
7206 マウス
7301 筐体
7302 筐体
7303 連結部
7304 表示部
7305 表示部
7306 スピーカ部
7307 記録媒体挿入部
7308 LEDランプ
7309 操作キー
7310 接続端子
7311 センサ
7312 マイクロフォン
7400 携帯電話機
7401 筐体
7402 表示部
7403 操作ボタン
7404 外部接続ポート
7405 スピーカ
7406 マイク
7501 照明部
7502 傘
7503 可変アーム
7504 支柱
7505 台
7506 電源

Claims (13)

  1. 下記一般式(G1)で表されるキノキサリン誘導体。

    (一般式(G1)において、R〜Rはそれぞれ独立に、水素、炭素数1〜4のアルキル基、又は環を形成する炭素数が6〜10のアリール基を表す。またA及びAはそれぞれ独立して、水素原子、炭素数1〜4のアルキル基、環を形成する炭素数が6〜10のアリール基、又は下記一般式(A1)で表される置換基を表す。ただし、A、Aの少なくとも一方は、一般式(A1)で表される置換基を有する。)

    (一般式(A1)において、Arは置換又は無置換の環を形成する炭素数が4〜9のヘテロアリール基を表す。またR11〜R18はそれぞれ独立に、水素原子、炭素数1〜4のアルキル基、又は、置換もしくは無置換の環を形成する炭素数が6〜10のアリール基を表す。またJは置換もしくは無置換の炭素数6〜12のアリーレン基を表す。)
  2. 下記一般式(G2)で表されるキノキサリン誘導体。

    (一般式(G2)において、A及びAはそれぞれ独立して、水素原子、炭素数1〜4のアルキル基、環を形成する炭素数が6〜10のアリール基、又は下記一般式(A2)で表される置換基を表す。ただし、A、Aの少なくとも一方は、一般式(A2)で表される置換基を有する。)

    (一般式(A2)において、Arは置換又は無置換の環を形成する炭素数が4〜9のヘテロアリール基を表す。またR11〜R18はそれぞれ独立に、水素原子、炭素数1〜4のアルキル基、又は置換もしくは無置換の環を形成する炭素数が6〜10のアリール基を表す。またJは置換もしくは無置換の炭素数6〜12のアリーレン基を表す。)
  3. 下記一般式(G3)で表されるキノキサリン誘導体。

    (一般式(G3)において、A、Aはそれぞれ独立して、水素原子、炭素数1〜4のアルキル基、環を形成する炭素数が6〜10のアリール基、又は下記一般式(A3)で表される置換基を表す。ただし、A、Aの少なくとも一方は、一般式(A3)で表される置換基を有する。)
    (一般式(A3)において、Arは置換又は無置換の環を形成する炭素数が4〜9のヘテロアリール基を表す。またR11〜R18はそれぞれ独立に、水素原子、炭素数1〜4のアルキル基、又は、置換もしくは無置換の環を形成する炭素数が6〜10のアリール基を表す。)
  4. 下記一般式(G4)で表されるキノキサリン誘導体。

    (一般式(G4)において、A及びAはそれぞれ独立して、水素原子、炭素数1〜4のアルキル基、環を形成する炭素数が6〜10のアリール基、又は下記一般式(A4)で表される置換基を表す。ただし、A、Aの少なくとも一方は、一般式(A4)で表される置換基を有する。)

    (一般式(A4)において、Arは置換又は無置換の環を形成する炭素数が4〜9のヘテロアリール基を表す。またR11〜R18はそれぞれ独立に、水素原子、炭素数1〜4のアルキル基、又は、置換もしくは無置換の環を形成する炭素数が6〜10のアリール基を表す。)
  5. 下記一般式(G5)で表されるキノキサリン誘導体。

    (一般式(G5)において、A及びAはそれぞれ独立して、水素原子、炭素数1〜4のアルキル基、環を形成する炭素数が6〜10のアリール基、又は下記一般式(A5)で表される置換基を表す。ただし、A、Aの少なくとも一方は、一般式(A5)で表される置換基を有する。)

    (一般式(A5)において、Arは置換又は無置換の環を形成する炭素数が4〜9のヘテロアリール基を表す。)
  6. 一対の電極間に、請求項1乃至請求項5のいずれか一項に記載のキノキサリン誘導体を有する発光素子。
  7. 一対の電極間に発光層を有し、前記発光層に請求項1乃至請求項5のいずれか一項に記載のキノキサリン誘導体を有する発光素子。
  8. 一対の電極間に発光層を有し、前記発光層に請求項1乃至請求項5のいずれか一項に記載のキノキサリン誘導体と蛍光を発光する物質を有する発光素子。
  9. 一対の電極間に発光層を有し、前記発光層に請求項1乃至請求項5のいずれか一項に記載のキノキサリン誘導体と燐光を発光する物質を有する発光素子。
  10. 請求項1乃至請求項5のいずれか一項に記載のキノキサリン誘導体を含む層を発光層に接して備えた発光素子。
  11. 請求項6乃至請求項10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手段とを有する発光装置。
  12. 請求項11に記載の発光装置を用いた電子機器。
  13. 請求項11に記載の発光装置を用いた照明装置。
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