JP2016000724A - 複素環化合物、発光素子、発光装置、電子機器、および照明装置 - Google Patents

複素環化合物、発光素子、発光装置、電子機器、および照明装置 Download PDF

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Abstract

【課題】新規な複素環化合物を提供する。また、発光素子に用いることができる新規な複素環化合物を提供する。新規な複素環化合物を用いた発光素子を適用した信頼性の高い発光装置、電子機器、及び照明装置を提供する。
【解決手段】本発明の一態様は、一般式(G1)で表される複素環化合物。

(但し、一般式(G1)中、AおよびAは、窒素または水素と結合する炭素を表し、AおよびAの少なくとも一方は窒素を表す。また、Arは、置換もしくは無置換の炭素数6〜18のアリーレン基を表し、Bは、置換もしくは無置換のフルオレニル基を表す。また、Rは、水素、炭素数1〜6のアルキル基、炭素数6〜13のアリール基のいずれかを表す。)
【選択図】なし

Description

本発明は、物、方法、または、製造方法に関する。または、本発明は、プロセス、マシン、マニュファクチャ、または、組成物(コンポジション・オブ・マター)に関する。特に、本発明の一態様は、半導体装置、表示装置、発光装置、それらの駆動方法、または、それらの製造方法に関する。特に、本発明の一態様は、複素環化合物およびその新規な合成方法に関する。また、上記複素環化合物を用いた発光素子、発光装置、電子機器、及び照明装置に関する。
薄型軽量、高速応答性、直流低電圧駆動などの特徴を有する有機化合物を発光体として用いた発光素子は、次世代のフラットパネルディスプレイへの応用が期待されている。特に、発光素子をマトリクス状に配置した表示装置は、従来の液晶表示装置と比較して、視野角が広く視認性が優れる点に優位性があると考えられている。
発光素子の発光機構は、一対の電極間に発光体を含むEL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EL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において、EL層には、主として有機化合物が用いられており、発光素子の素子特性向上に大きな影響を与えることから、様々な新規の有機化合物の開発が行われている(例えば、特許文献1参照)。
特開2011−201869号公報
そこで、本発明の一態様では、新規な複素環化合物を提供する。また、安定した分子構造を有する新規な複素環化合物を提供する。また、発光素子に用いることができる新規な複素環化合物を提供する。また、発光素子のEL層に用いることができる、新規な複素環化合物を提供する。また、本発明の一態様である新規な複素環化合物を用いた発光素子を提供する。また、本発明の一態様である新規な複素環化合物を用いた発光素子を適用した信頼性の高い発光装置、電子機器、及び照明装置を提供する。または、本発明の一態様は、新規な発光素子、新規な発光装置、または、新規な照明装置などを提供する。なお、これらの課題の記載は、他の課題の存在を妨げるものではない。なお、本発明の一態様は、必ずしも、これらの課題の全てを解決する必要はない。なお、これら以外の課題は、明細書、図面、請求項などの記載から、自ずと明らかとなるものであり、明細書、図面、請求項などの記載から、これら以外の課題を抽出することが可能である。
本発明の一態様は、複素環骨格とフルオレン骨格とが、アリーレン基を介して結合した化合物である。
本発明の一態様は、下記一般式(G1)で表される複素環化合物である。

(但し、一般式(G1)中、AおよびAは、窒素または水素と結合する炭素を表し、AおよびAの少なくとも一方は窒素を表す。また、Arは、置換もしくは無置換の炭素数6〜18のアリーレン基を表し、Bは、置換もしくは無置換のフルオレニル基を表す。また、Rは、水素、炭素数1〜6のアルキル基、炭素数6〜13のアリール基のいずれかを表す。)
また、本発明の別の一態様は、上記一般式(G1)中のBが、置換もしくは無置換の2−フルオレニル基である。
また、本発明の別の一態様は、上記一般式(G1)中のBが、下記一般式(α)で表される複素環化合物である。

(但し、一般式(α)中、R11〜R19は、それぞれ独立に、水素、炭素数1〜6のアルキル基、炭素数6〜12のアリール基を表す。)
また、本発明の別の一態様は、上記一般式(G1)中のBが、下記一般式(β)で表される複素環化合物である。

(但し、一般式(β)中、R17およびR18は、それぞれ独立に、水素、炭素数1〜6のアルキル基、炭素数6〜12のアリール基を表す。)
なお、上述した一般式(G1)におけるArは、置換もしくは無置換の炭素数6〜18のアリーレン基であり、フェニレン基、ビフェニレン基などが挙げられる。また、上述した一般式(α)、一般式(β)および一般式(G1)における炭素数1〜6のアルキル基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基などが挙げられる。また、上述した一般式(α)および一般式(β)における炭素数6〜12のアリール基としては、フェニル基、ナフチル基、ビフェニル基などが挙げられる。
また、本発明の別の一態様は、下記構造式(100)で表される複素環化合物である。
また、本発明の別の一態様は、下記構造式(109)で表される複素環化合物である。
また、本発明の別の一態様は、上記各構成に示す複素環化合物を有する発光素子である。
また、本発明の別の一態様は、上記各構成に示す発光素子と、トランジスタ、または、基板と、を有する発光装置である。
なお、本発明の一態様は、発光素子を有する発光装置だけでなく、発光装置を適用した電子機器および照明装置も範疇に含めるものである。
従って、本発明の別の一態様は、上記各構成に示す発光装置と、マイク、カメラ、操作用ボタン、外部接続部、または、スピーカと、を有する電子機器である。さらに、本発明の別の一態様は、上記各構成に示す発光装置と、筐体、カバー、または、支持台を有する電子機器である。
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(照明装置含む)を指す。また、発光装置にコネクター、例えばFPC(Flexible printed circuit)もしくはTCP(Tape Carrier Package)が取り付けられたモジュール、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。
本発明の一態様により、新規な複素環化合物を提供することができる。また、本発明の一態様である新規な複素環化合物は、複素環骨格(ピリミジン骨格、またはトリアジン骨格)とフルオレン骨格とがアリーレン基を介して結合した構造を有する。また、本発明の一態様である新規な複素環化合物は、反応中間体であるフルオレン誘導体の高純度化が可能であるため、この中間体より合成することで高純度な複素環化合物を得ることができる。また、フルオレン骨格を有することで複素環化合物の有機溶媒への溶解性が高まり、溶媒を用いた精製による不純物の低減が可能であるため、高純度な複素環化合物を得ることができる。また、上記高純度な複素環化合物をEL材料として用いることで、信頼性の高い新規な発光素子、発光装置、電子機器、または照明装置を提供することができる。なお、これらの効果の記載は、他の効果の存在を妨げるものではない。なお、本発明の一態様は、必ずしも、これらの効果の全てを有する必要はない。なお、これら以外の効果は、明細書、図面、請求項などの記載から、自ずと明らかとなるものであり、明細書、図面、請求項などの記載から、これら以外の効果を抽出することが可能である。
発光素子の構造について説明する図。 発光素子の構造について説明する図。 発光装置について説明する図。 電子機器について説明する図。 電子機器について説明する図。 照明器具について説明する図。 構造式(100)に示す複素環化合物のH−NMRチャート。 構造式(100)に示す複素環化合物のLC−MS測定結果を示す図。 構造式(109)に示す複素環化合物のH−NMRチャート。 構造式(109)に示す複素環化合物のLC−MS測定結果を示す図。 実施例3で示す発光素子の構造を説明する図。 発光素子1の電圧−輝度特性を示す図。 発光素子1の輝度−電流効率特性を示す図。 発光素子1の電圧−電流特性を示す図。 発光素子1の発光スペクトルを示す図。 発光素子1の信頼性を示す図。 発光素子2の電圧−輝度特性を示す図。 発光素子2の輝度−電流効率特性を示す図。 発光素子2の電圧−電流特性を示す図。 発光素子2の発光スペクトルを示す図。 発光素子3の電圧−輝度特性を示す図。 発光素子3の輝度−電流効率特性を示す図。 発光素子3の電圧−電流特性を示す図。 発光素子3の発光スペクトルを示す図。 発光素子2の信頼性を示す図。
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が可能である。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複素環化合物について説明する。なお、本発明の一態様である複素環化合物は、複素環骨格(ピリミジン骨格、またはトリアジン骨格)とフルオレン骨格とが、アリーレン基を介して結合した構造を有する化合物である。
本発明の一態様は、下記一般式(G1)で表される複素環化合物である。

(但し、一般式(G1)中、AおよびAは、窒素または水素と結合する炭素を表し、AおよびAの少なくとも一方は窒素を表す。また、Arは、置換もしくは無置換の炭素数6〜18のアリーレン基を表し、Bは、置換もしくは無置換のフルオレニル基を表す。また、Rは、水素、炭素数1〜6のアルキル基、炭素数6〜13のアリール基のいずれかを表す。)
また、本発明の別の一態様は、上記一般式(G1)中のBが、置換もしくは無置換の2−フルオレニル基である。
また、本発明の別の一態様は、上記一般式(G1)中のBが、下記一般式(α)で表される複素環化合物である。

(但し、一般式(α)中、R11〜R19は、それぞれ独立に、水素、炭素数1〜6のアルキル基、炭素数6〜12のアリール基を表す。)
また、本発明の別の一態様は、上記一般式(G1)中のBが、下記一般式(β)で表される複素環化合物である。

(但し、一般式(β)中、R17およびR18は、それぞれ独立に、水素、炭素数1〜6のアルキル基、炭素数6〜12のアリール基を表す。)
なお、上述した一般式(G1)におけるArは、置換もしくは無置換の炭素数6〜18のアリーレン基であり、フェニレン基、ビフェニレン基などが挙げられる。具体的には、1,2−または1,3−または1,4−フェニレン基、2,6−または3,5−または2,4−トルイレン基、4,6−ジメチルベンゼン−1,3−ジイル基、2,4,6−トリメチルベンゼン−1,3−ジイル基、2,3,5,6−テトラメチルベンゼン−1,4−ジイル基、3,3’−または3,4’−または4,4’−ビフェニレン基、1,1’:3’,1’’−テルベンゼン−3,3’’−ジイル基、1,1’:4’,1’’−テルベンゼン−3,3’’−ジイル基、1,1’:4’,1’’−テルベンゼン−4,4’’−ジイル基、1,4−または1,5−または2,6−または2,7−ナフチレン基、2,7−フルオレニレン基、9,9−ジメチル−2,7−フルオレニレン基、9,9−ジフェニル−2,7−フルオレニレン基、9,9−ジメチル−1,4−フルオレニレン基、スピロ−9,9’−ビフルオレン−2,7−ジイル基、9,10−ジヒドロ−2,7−フェナントレニレン基、2,7−フェナントレニレン基、3,6−フェナントレニレン基、9,10−フェナントレニレン基等が挙げられる。なお、結合位置は、可能であればいずれでもよい。
また、上述した一般式(α)、一般式(β)および一般式(G1)における炭素数1〜6のアルキル基の具体例としては、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、sec−ブチル基、イソブチル基、tert−ブチル基、ペンチル基、イソペンチル基、sec−ペンチル基、tert−ペンチル基、ネオペンチル基、ヘキシル基、イソヘキシル基、sec−ヘキシル基、tert−ヘキシル基、ネオヘキシル基、3−メチルペンチル基、2−メチルペンチル基、2−エチルブチル基、1,2−ジメチルブチル基、2,3−ジメチルブチル基等が挙げられる。
また、上述した一般式(α)、一般式(β)および一般式(G1)における炭素数6〜12のアリール基の具体例としては、フェニル基、ナフチル基、ビフェニル基などが挙げられる。なお、結合位置は、可能であればいずれでもよい。
次に、本発明の一態様である複素環化合物の合成方法の一例として、上記一般式(G1)で表される複素環化合物の合成方法の一例について説明する。
≪一般式(G1)で表される複素環化合物の合成方法≫
一般式(G1)で表される複素環化合物は、以下のような簡便な合成スキームにより合成できる。例えば、下記スキーム(a)に示すように、ピリミジンまたはトリアジン誘導体のハロゲン化合物(A1)とフルオレン誘導体で置換されたアリールボロン酸化合物(A2)とを反応させることにより得られる。
また、下記スキーム(b)に示すように、アリール基で置換されたピリミジンまたはトリアジン誘導体(B1)を得た後、フルオレン誘導体のボロン酸化合物(B2)を反応させても良い。
なお、上記合成スキーム(a)および合成スキーム(b)において、AおよびAは、窒素または水素と結合する炭素を表し、AおよびAの少なくとも一方は窒素を表す。また、Arは、置換もしくは無置換の炭素数6〜18のアリーレン基を表し、Bは、置換もしくは無置換のフルオレニル基を表す。また、Bはボロン酸またはボロン酸エステルまたは環状トリオールボレート塩等を表し、環状トリオールボレート塩はリチウム塩の他に、カリウム塩、ナトリウム塩を用いても良い。また、Rは、水素、炭素数1〜6のアルキル基、炭素数6〜13のアリール基のいずれかを表す。また、Xはハロゲンを表し、特に塩素、臭素、又はヨウ素が好ましい。また、上記合成スキーム(a)および合成スキーム(b)において、パラジウム触媒などの公知の触媒を用いることができる。また、溶媒としては、トルエン、キシレン、エタノール等のアルコール類、または、これらの混合溶媒などを用いることができる。
その他、ここではスキームで示さないが、ピリミジンまたはトリアジン誘導体のボロン酸化合物とフルオレン誘導体のハロゲン化合物とを反応させても良い。
なお、上記合成スキーム(a)および合成スキーム(b)において示す化合物(A1)、(A2)、(B1)、(B2)は、様々な種類が市販されているか、あるいは合成可能であるため、一般式(G1)で表される複素環化合物は数多くの種類を合成することができる。したがって、本発明の一態様である複素環化合物は、バリエーションが豊富であるという特徴がある。
以上、本発明の一態様として複素環化合物の合成方法の一例について説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、他の合成方法によって合成されたものであっても良い。
また、本発明の一態様である、複素環化合物(一般式(G1))の具体的な構造式を以下に示す。(下記構造式(100)〜(123)。)ただし、本発明の一態様はこれらに限定されることはない。
また、本発明の一態様である複素環化合物は、電子輸送骨格である複素環骨格(ピリミジン骨格またはトリアジン骨格)と、正孔輸送骨格であるフルオレン骨格と、を有するため、電子及び正孔を容易に受け取ることができる。したがって、本発明の一態様である複素環化合物を発光層のホスト材料に用いることで、電子と正孔の再結合が発光層内の所望の領域で行うことが可能となるため、発光素子の寿命の低下を抑制することができる。
また、本発明の一態様である複素環化合物は、複素環骨格がアリーレン基を介してフルオレン骨格と結合する構造を有するため、共役系の広がりを抑制でき、バンドギャップの低下及び三重項励起エネルギーの低下を防ぐことができる。
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2)
本実施の形態では、本発明の一態様である複素環化合物をEL材料として用いることができる発光素子の一態様について図1を用いて説明する。
本実施の形態に示す発光素子は、図1に示すように一対の電極(第1の電極(陽極)101と第2の電極(陰極)103)間に発光層113を含むEL層102が挟まれており、EL層102は、発光層113の他に、正孔(または、ホール)注入層111、正孔(または、ホール)輸送層112、電子輸送層114、電子注入層115などを含んで形成される。
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、発光層113に含まれる発光物質を励起状態にする。そして、励起状態の発光物質が基底状態に戻る際に発光する。
なお、本発明の一態様である複素環化合物は、本実施の形態で説明するEL層102のいずれか一層または複数層に用いることができるが、発光層113や、正孔(または、ホール)輸送層112、または電子輸送層114に用いるのがより好ましい。すなわち、以下に説明する発光素子の構成の一部に用いることとする。
以下に本実施の形態に示す発光素子を作製する上での好ましい具体例について説明する。
第1の電極(陽極)101および第2の電極(陰極)103には、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。具体的には、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(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、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)の他、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、およびカルシウム(Ca)、ストロンチウム(Sr)等のアルカリ土類金属、マグネシウム(Mg)、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、その他グラフェン等を用いることができる。なお、第1の電極(陽極)101および第2の電極(陰極)103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。
正孔注入層111は、正孔輸送性の高い正孔輸送層112を介して発光層113に正孔を注入する層であり、正孔輸送性の高い物質とアクセプター性物質を含む層である。正孔輸送性の高い物質とアクセプター性物質を含むことで、アクセプター性物質により正孔輸送性の高い物質から電子が引き抜かれて正孔(ホール)が発生し、正孔輸送層112を介して発光層113に正孔が注入される。なお、正孔輸送層112は、正孔輸送性の高い物質を用いて形成される。
正孔注入層111および正孔輸送層112に用いる正孔輸送性の高い物質としては、例えば、4,4’−ビス[N−(1−ナフチル)−N−フェニルアミノ]ビフェニル(略称:NPBまたはα−NPD)やN,N’−ビス(3−メチルフェニル)−N,N’−ジフェニル−[1,1’−ビフェニル]−4,4’−ジアミン(略称:TPD)、4,4’,4’’−トリス(カルバゾール−9−イル)トリフェニルアミン(略称:TCTA)、4,4’,4’’−トリス(N,N−ジフェニルアミノ)トリフェニルアミン(略称:TDATA)、4,4’,4’’−トリス[N−(3−メチルフェニル)−N−フェニルアミノ]トリフェニルアミン(略称:MTDATA)、4,4’−ビス[N−(スピロ−9,9’−ビフルオレン−2−イル)−N―フェニルアミノ]ビフェニル(略称:BSPB)などの芳香族アミン化合物、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)等が挙げられる。その他、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−アントラセニル)フェニル]−9H−カルバゾール(略称:CzPA)等のカルバゾール誘導体、等を用いることができる。ここに述べた物質は、主に1×10−6cm/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。
さらに、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もできる。
また、正孔注入層111に用いるアクセプター性物質としては、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、酸化モリブデンが特に好ましい。
発光層113は、発光物質を含む層である。なお、発光層113は、発光物質のみで構成されていても、ホスト材料中に発光中心物質(ゲスト材料)が分散された状態で構成されていても良い。なお、ホスト材料としては、上述した正孔輸送性の高い物質や、後述する電子輸送性の高い物質を用いることができ、三重項励起エネルギーの大きい物質を用いる構成がより好ましい。また、実施の形態1で示した本発明の一態様である複素環化合物を組み合わせて用いることができる。
発光層113において、発光物質、および発光中心物質として用いることが可能な材料には、特に限定は無く、一重項励起エネルギーを発光に変える発光物質、または三重項励起エネルギーを発光に変える発光物質を用いることができる。なお、上記発光物質および発光中心物質としては、例えば、以下のようなものが挙げられる。
一重項励起エネルギーを発光に変える発光物質としては、例えば、蛍光を発する物質が挙げられる。
蛍光を発する物質としては、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)、4−(9H−カルバゾール−9−イル)−4’−(9,10−ジフェニル−2−アントリル)トリフェニルアミン(略称:2YGAPPA)、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)、ペリレン、2,5,8,11−テトラ−(tert−ブチル)ペリレン(略称:TBP)、4−(10−フェニル−9−アントリル)−4’−(9−フェニル−9H−カルバゾール−3−イル)トリフェニルアミン(略称:PCBAPA)、N,N’’−(2−tert−ブチルアントラセン−9,10−ジイルジ−4,1−フェニレン)ビス[N,N’,N’−トリフェニル−1,4−フェニレンジアミン](略称:DPABPA)、N,9−ジフェニル−N−[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−3−アミン(略称:2PCAPPA)、N−[4−(9,10−ジフェニル−2−アントリル)フェニル]−N,N’,N’−トリフェニル−1,4−フェニレンジアミン(略称:2DPAPPA)、N,N,N’,N’,N’’,N’’,N’’’,N’’’−オクタフェニルジベンゾ[g,p]クリセン−2,7,10,15−テトラアミン(略称:DBC1)、クマリン30、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)、クマリン545T、N,N’−ジフェニルキナクリドン、(略称:DPQd)、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)、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)、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)、{2−イソプロピル−6−[2−(1,1,7,7−テトラメチル−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:DCJTI)、{2−tert−ブチル−6−[2−(1,1,7,7−テトラメチル−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:DCJTB)、2−(2,6−ビス{2−[4−(ジメチルアミノ)フェニル]エテニル}−4H−ピラン−4−イリデン)プロパンジニトリル(略称:BisDCM)、2−{2,6−ビス[2−(8−メトキシ−1,1,7,7−テトラメチル−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:BisDCJTM)などが挙げられる。
三重項励起エネルギーを発光に変える発光物質としては、例えば、燐光を発する物質や熱活性化遅延蛍光を示す熱活性化遅延蛍光(TADF)材料が挙げられる。なお、TADF材料における遅延蛍光とは、通常の蛍光と同様のスペクトルを持ちながら、寿命が著しく長い発光をいう。その寿命は、10−6秒以上、好ましくは10−3秒以上である。
燐光を発する物質としては、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:FIracac)、トリス(2−フェニルピリジナト)イリジウム(III)(略称:[Ir(ppy)])、ビス(2−フェニルピリジナト)イリジウム(III)アセチルアセトナート(略称:Ir(ppy)(acac))、トリス(アセチルアセトナト)(モノフェナントロリン)テルビウム(III)(略称:Tb(acac)(Phen))、ビス(ベンゾ[h]キノリナト)イリジウム(III)アセチルアセトナート(略称:Ir(bzq)(acac))、ビス(2,4−ジフェニル−1,3−オキサゾラト−N,C2’)イリジウム(III)アセチルアセトナート(略称:Ir(dpo)(acac))、ビス{2−[4’−(パーフルオロフェニル)フェニル]ピリジナト−N,C2’}イリジウム(III)アセチルアセトナート(略称:Ir(p−PF−ph)(acac))、ビス(2−フェニルベンゾチアゾラト−N,C2’)イリジウム(III)アセチルアセトナート(略称:Ir(bt)(acac))、ビス[2−(2’−ベンゾ[4,5−a]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(3,5−ジメチル−2−フェニルピラジナト)イリジウム(III)(略称:[Ir(mppr−Me)(acac)])、(アセチルアセトナト)ビス(5−イソプロピル−3−メチル−2−フェニルピラジナト)イリジウム(III)(略称:[Ir(mppr−iPr)(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))、ビス(2,3,5−トリフェニルピラジナト)(ジピバロイルメタナト)イリジウム(III)(略称:[Ir(tppr)(dpm)])、(アセチルアセトナト)ビス(6−tert−ブチル−4−フェニルピリミジナト)イリジウム(III)(略称:[Ir(tBuppm)(acac)])、(アセチルアセトナト)ビス(4,6−ジフェニルピリミジナト)イリジウム(III)(略称:[Ir(dppm)(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))などが挙げられる。
なお、上述した三重項励起エネルギーを発光に変える発光物質を分散状態にするために用いる物質(すなわちホスト材料)としては、例えば、2,3−ビス(4−ジフェニルアミノフェニル)キノキサリン(略称:TPAQn)、NPBのようなアリールアミン骨格を有する化合物の他、CBP、4,4’,4’’−トリス(カルバゾール−9−イル)トリフェニルアミン(略称:TCTA)等のカルバゾール誘導体や、ビス[2−(2−ヒドロキシフェニル)ピリジナト]亜鉛(略称:Znpp)、ビス[2−(2−ヒドロキシフェニル)ベンズオキサゾラト]亜鉛(略称:Zn(BOX))、ビス(2−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)、トリス(8−キノリノラト)アルミニウム(略称:Alq)等の金属錯体が好ましい。また、PVKのような高分子化合物を用いることもできる。
また、TADF材料としては、例えば、フラーレンやその誘導体、プロフラビン等のアクリジン誘導体、エオシン等が挙げられる。また、マグネシウム(Mg)、亜鉛(Zn)、カドミウム(Cd)、スズ(Sn)、白金(Pt)、インジウム(In)、もしくはパラジウム(Pd)等を含む金属含有ポルフィリンが挙げられる。該金属含有ポルフィリンとしては、例えば、プロトポルフィリン−フッ化スズ錯体(SnF(Proto IX))、メソポルフィリン−フッ化スズ錯体(SnF(Meso IX))、ヘマトポルフィリン−フッ化スズ錯体(SnF(Hemato IX))、コプロポルフィリンテトラメチルエステル−フッ化スズ錯体(SnF(Copro III−4Me))、オクタエチルポルフィリン−フッ化スズ錯体(SnF(OEP))、エチオポルフィリン−フッ化スズ錯体(SnF(Etio I))、オクタエチルポルフィリン−塩化白金錯体(PtClOEP)等が挙げられる。さらに、2−(ビフェニル−4−イル)−4,6−ビス(12−フェニルインドロ[2,3−a]カルバゾール−11−イル)−1,3,5−トリアジン(PIC−TRZ)等のπ電子過剰型複素芳香環及びπ電子不足型複素芳香環を有する複素環化合物を用いることもできる。なお、π電子過剰型複素芳香環とπ電子不足型複素芳香環とが直接結合した物質は、π電子過剰型複素芳香環のドナー性とπ電子不足型複素芳香環のアクセプター性が共に強くなり、S1とT1のエネルギー差が小さくなるため、特に好ましい。
なお、発光層113において、上述した一重項励起エネルギーを発光に変える発光物質や三重項励起エネルギーを発光に変える発光物質(ゲスト材料)とホスト材料とを一種または複数種含んで形成することにより、発光層113からは、発光効率の高い発光を得ることができる。さらに、ホスト材料を複数種用いる場合には、励起錯体(エキサイプレックスとも言う)を形成する組み合わせにするのが好ましい。
また、発光層113は、積層構造を有していてもよい。但し、この場合には、積層された各層からそれぞれの発光が得られる構成とする。例えば、1層目の発光層からは、蛍光発光が得られる構成とし、1層目に積層される2層目の発光層からは燐光発光が得られる構成とすればよい。なお、積層順については、この逆であってもよい。また、燐光発光が得られる層においては、励起錯体からドーパントへのエネルギー移動による発光が得られる構成とするのが好ましい。また、発光色については、一方の層から青色発光が得られる構成とする場合、他方の層からは橙色発光または黄色発光などが得られる構成とすることができる。また、各層において、複数種のドーパントが含まれる構成としてもよい。
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、トリス(8−キノリノラト)アルミニウム(略称:Alq)、トリス(4−メチル−8−キノリノラト)アルミニウム(略称:Almq)、ビス(10−ヒドロキシベンゾ[h]キノリナト)ベリリウム(略称:BeBq)、ビス(2−メチル−8−キノリノラト)(4−フェニルフェノラト)アルミニウム(略称:BAlq)、ビス[2−(2−ヒドロキシ
フェニル)ベンズオキサゾラト]亜鉛(略称:Zn(BOX))、ビス[2−(2−ヒドロキシフェニル)ベンゾチアゾラト]亜鉛(略称:Zn(BTZ))などの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も用いることができる。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ることもできる。ここに述べた物質は、主に1×10−6cm/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114として用いてもよい。また、実施の形態1で示した本発明の一態様である複素環化合物を用いることもできる。
また、電子輸送層114は、単層のものだけでなく、上記物質からなる層が2層以上積層したものとしてもよい。
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、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(LiO)等のようなアルカリ金属、アルカリ土類金属、また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、電子注入層115にエレクトライドを用いてもよい。該エレクトライドとしては、例えば、カルシウムとアルミニウムの混合酸化物に電子を高濃度添加した物質等が挙げられる。なお、上述した電子輸送層114を構成する物質を用いることもできる。
また、電子注入層115に、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、有機化合物としては、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、具体的には、例えば上述した電子輸送層114を構成する物質(金属錯体や複素芳香族化合物等)を用いることができる。電子供与体としては、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、イッテルビウム等が挙げられる。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、バリウム酸化物等が挙げられる。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。
上述した発光素子は、EL層102において正孔と電子とが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および第2の電極103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101および第2の電極103のいずれか一方、または両方が透光性を有する電極となる。
なお、本実施の形態で示した発光素子は、本発明の一態様である複素環化合物をEL材料として用いた発光素子の一例である。なお、本発明の一態様である複素環化合物は、高い溶解性を示し、合成時における昇華精製が容易であることから高純度化が可能である。従って、本発明の一態様である複素環化合物を用いることで、信頼性の高い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3)
本実施の形態では、本発明の一態様である複素環化合物をEL材料としてEL層に用い、電荷発生層を挟んでEL層を複数有する構造の発光素子(以下、タンデム型発光素子という)について説明する。
本実施の形態に示す発光素子は、図2(A)に示すように一対の電極(第1の電極201および第2の電極204)間に、複数のEL層(第1のEL層202(1)、第2のEL層202(2))を有するタンデム型発光素子である。
本実施の形態において、第1の電極201は、陽極として機能する電極であり、第2の電極204は陰極として機能する電極である。なお、第1の電極201および第2の電極204は、実施の形態2と同様な構成を用いることができる。また、複数のEL層(第1のEL層202(1)、第2のEL層202(2))は、実施の形態2で示したEL層と両方とも同様な構成であっても良いが、いずれか一方が同様の構成であっても良い。すなわち、第1のEL層202(1)と第2のEL層202(2)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と同様なものを適用することができる。
また、複数のEL層(第1のEL層202(1)、第2のEL層202(2))の間には、電荷発生層205が設けられている。電荷発生層205は、第1の電極201と第2の電極204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201に第2の電極204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205から第1のEL層202(1)に電子が注入され、第2のEL層202(2)に正孔が注入される。
なお、電荷発生層205は、光の取り出し効率の点から、可視光に対して透光性を有する(具体的には、電荷発生層205の可視光の透過率が、40%以上)ことが好ましい。また、電荷発生層205は、第1の電極201や第2の電極204よりも低い導電率であっても機能する。
電荷発生層205は、正孔輸送性の高い有機化合物に電子受容体(アクセプター)が添加された構成であっても、電子輸送性の高い有機化合物に電子供与体(ドナー)が添加された構成であってもよい。また、これらの両方の構成が積層されていても良い。
正孔輸送性の高い有機化合物に電子受容体が添加された構成とする場合において、正孔輸送性の高い有機化合物としては、例えば、NPBやTPD、TDATA、MTDATA、BSPBなどの芳香族アミン化合物等を用いることができる。ここに述べた物質は、主に1×10−6cm/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有機化合物であれば、上記以外の物質を用いても構わない。
また、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。
一方、電子輸送性の高い有機化合物に電子供与体が添加された構成とする場合において、電子輸送性の高い有機化合物としては、例えば、Alq、Almq、BeBq、BAlqなど、キノリン骨格またはベンゾキノリン骨格を有する金属錯体等を用いることができる。また、この他、Zn(BOX)、Zn(BTZ)などのオキサゾール系、チアゾール系配位子を有する金属錯体なども用いることができる。さらに、金属錯体以外にも、PBDやOXD−7、TAZ、BPhen、BCPなども用いることができる。ここに述べた物質は、主に1×10−6cm/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有機化合物であれば、上記以外の物質を用いても構わない。
また、電子供与体としては、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2、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電子供与体として用いてもよい。
なお、上述した材料を用いて電荷発生層205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。
本実施の形態では、EL層を2層有する発光素子について説明したが、図2(B)に示すように、n層(ただし、nは、3以上)のEL層(202(1)〜202(n))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EL層を有する場合、EL層とEL層との間にそれぞれ電荷発生層(205(1)〜205(n−1))を配置することで、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る。電流密度を低く保てるため、長寿命素子を実現できる。また、大きな発光面を有する発光装置、電子機器、及び照明装置等に応用した場合は、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、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、所望の色の発光を得ることができる。例えば、2つの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の光を互いに混合すると、白色発光を得ることができる。具体的には、第1のEL層から青色発光が得られ、第2のEL層から黄色発光または橙色発光が得られる組み合わせが挙げられる。この場合、青色発光と黄色発光(または橙色発光)が両方とも同じ蛍光発光、または燐光発光である必要はなく、青色発光が蛍光発光であり、黄色発光(または橙色発光)が燐光発光である組み合わせや、その逆の組み合わせとしてもよい。
また、3つのEL層を有する発光素子の場合でも同様であり、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、白色発光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4)
本実施の形態では、本発明の一態様である複素環化合物をEL層に用いた発光素子を有する発光装置について説明する。
また、上記発光装置は、パッシブマトリクス型の発光装置でもアクティブマトリクス型の発光装置でもよい。なお、本実施の形態に示す発光装置には、他の実施形態で説明した発光素子を適用することが可能である。
本実施の形態では、アクティブマトリクス型の発光装置について図3を用いて説明する。
なお、図3(A)は発光装置を示す上面図であり、図3(B)は図3(A)を鎖線A−A’で切断した断面図である。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301上に設けられた画素部302と、駆動回路部(ソース線駆動回路)303と、駆動回路部(ゲート線駆動回路)304a及び304bと、を有する。画素部302、駆動回路部303、及び駆動回路部304は、シール材305によって、素子基板301と封止基板306との間に封止されている。
また、素子基板301上には、駆動回路部303、及び駆動回路部304a及び304bに外部からの信号(例えば、ビデオ信号、クロック信号、スタート信号、又はリセット信号等)や電位を伝達する外部入力端子を接続するための引き回し配線307が設けられる。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)308を設ける例を示している。なお、ここではFPCしか図示されていないが、このFPCにはプリント配線基板(PWB)が取り付けられていても良い。本明細書における発光装置には、発光装置本体だけでなく、それにFPCもしくはPWBが取り付けられた状態をも含むものとする。
次に、断面構造について図3(B)を用いて説明する。素子基板301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、ソース線駆動回路である駆動回路部303と、画素部302が示されている。
駆動回路部303はFET309とFET310とを組み合わせた構成について例示している。なお、駆動回路部303は、単極性(N型またはP型のいずれか一方のみ)のトランジスタを含む回路で形成されても良いし、N型のトランジスタとP型のトランジスタを含むCMOS回路で形成されても良い。また、本実施の形態では、基板上に駆動回路を形成したドライバー一体型を示すが、必ずしもその必要はなく、基板上ではなく外部に駆動回路を形成することもできる。
また、画素部302はスイッチング用FET311と、電流制御用FET312と電流制御用FET312の配線(ソース電極又はドレイン電極)に電気的に接続された第1の電極(陽極)313とを含む複数の画素により形成される。また、本実施の形態においては、スイッチング用FET311と、電流制御用FET312との2つのFETにより画素部302を構成する例について示したが、これに限定されない。例えば、3つ以上のFETと、容量素子とを組み合わせた画素部302としてもよい。
FET309、310、311、312としては、例えば、スタガ型や逆スタガ型のトランジスタを適用することができる。FET309、310、311、312に用いることのできる半導体材料としては、例えば、第13族(ガリウム等)半導体、第14族(ケイ素等)半導体、化合物半導体、酸化物半導体、有機半導体を用いることができる。また、該半導体材料の結晶性については、特に限定されず、例えば、非晶質半導体、または結晶性半導体を用いることができる。特に、FET309、310、311、312としては、酸化物半導体を用いると好ましい。該酸化物半導体としては、例えば、In−Ga酸化物、In−M−Zn酸化物(Mは、Al、Ga、Y、Zr、La、Ce、またはNd)等が挙げられる。FET309、310、311、312として、例えば、エネルギーギャップが2eV以上、好ましくは2.5eV以上、さらに好ましくは3eV以上の酸化物半導体を用いることで、トランジスタのオフ電流を低減することができる。
また、第1の電極313の端部を覆って絶縁物314が形成されている。ここでは、絶縁物314として、ポジ型の感光性アクリル樹脂を用いることにより形成する。また、本実施の形態においては、第1の電極313を陽極として用いる。
また、絶縁物314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のが好ましい。絶縁物314の形状を上記のように形成することで、絶縁物314の上層に形成される膜の被覆性を良好なものとすることができる。例えば、絶縁物314の材料として、ネガ型の感光性樹脂、或いはポジ型の感光性樹脂のいずれかを使用することができ、有機化合物に限らず無機化合物、例えば、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化シリコン等を使用することができる。
第1の電極(陽極)313上には、EL層315及び第2の電極(陰極)316が積層形成されている。EL層315は、少なくとも発光層が設けられている。また、EL層315には、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、電荷発生層等を適宜設けることができる。
なお、第1の電極(陽極)313、EL層315及び第2の電極(陰極)316との積層構造で、発光素子317が形成されている。第1の電極(陽極)313、EL層315及び第2の電極(陰極)316に用いる材料としては、実施の形態2に示す材料を用いることができる。また、ここでは図示しないが、第2の電極(陰極)316は外部入力端子であるFPC308に電気的に接続されている。
また、図3(B)に示す断面図では発光素子317を1つのみ図示しているが、画素部302において、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。画素部302には、3種類(R、G、B)の発光が得られる発光素子をそれぞれ選択的に形成し、フルカラー表示可能な発光装置を形成することができる。また、3種類(R、G、B)の発光が得られる発光素子の他に、例えば、ホワイト(W)、イエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)等の発光が得られる発光素子を形成してもよい。例えば、3種類(R、G、B)の発光が得られる発光素子に上述の数種類の発光が得られる発光素子を追加することにより、色純度の向上、消費電力の低減等の効果が得ることができる。また、カラーフィルタと組み合わせることによってフルカラー表示可能な発光装置としてもよい。さらに、量子ドットとの組み合わせにより発光効率を向上させ、消費電力を低減させた発光装置としてもよい。
さらに、シール材305で封止基板306を素子基板301と貼り合わせることにより、素子基板301、封止基板306、およびシール材305で囲まれた空間318に発光素子317が備えられた構造になっている。なお、空間318には、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305で充填される構成も含むものとする。
なお、シール材305にはエポキシ系樹脂やガラスフリット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306に用いる材料としてガラス基板や石英基板の他、FRP(Fiber−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樹脂等からなるプラスチック基板を用いることができる。シール材としてガラスフリットを用いる場合には、接着性の観点から素子基板301及び封止基板306はガラス基板であることが好ましい。
以上のようにして、アクティブマトリクス型の発光装置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、本発明の一態様である発光装置を適用して完成させた様々な電子機器の一例について、図4、図5を用いて説明する。
発光装置を適用した電子機器として、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が挙げられる。これらの電子機器の具体例を図4に示す。
図4(A)は、テレビジョン装置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、タッチセンサ(入力装置)を搭載したタッチパネル(入出力装置)であってもよい。なお、本発明の一態様である発光装置を表示部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4(B)はコンピュータであり、本体7201、筐体7202、表示部7203、キーボード7204、外部接続ポート7205、ポインティングデバイス7206等を含む。なお、コンピュータは、本発明の一態様である発光装置をその表示部7203に用いることにより作製することができる。また、表示部7203は、タッチセンサ(入力装置)を搭載したタッチパネル(入出力装置)であってもよい。
図4(C)は、スマートウオッチであり、筐体7302、表示パネル7304、操作ボタン7311、7312、接続端子7313、バンド7321、留め金7322、等を有する。
ベゼル部分を兼ねる筐体7302に搭載された表示パネル7304は、非矩形状の表示領域を有している。表示パネル7304は、時刻を表すアイコン7305、その他のアイコン7306等を表示することができる。また、表示パネル7304は、タッチセンサ(入力装置)を搭載したタッチパネル(入出力装置)であってもよい。
なお、図4(C)に示すスマートウオッチは、様々な機能を有することができる。例えば、様々な情報(静止画、動画、テキスト画像など)を表示部に表示する機能、タッチパネル機能、カレンダー、日付又は時刻などを表示する機能、様々なソフトウェア(プログラム)によって処理を制御する機能、無線通信機能、無線通信機能を用いて様々なコンピュータネットワークに接続する機能、無線通信機能を用いて様々なデータの送信又は受信を行う機能、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、等を有することができる。
また、筐体7302の内部に、スピーカ、センサ(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)、マイクロフォン等を有することができる。なお、スマートウオッチは、発光装置をその表示パネル7304に用いることにより作製することができる。
図4(D)は、携帯電話機(スマートフォンを含む)の一例を示している。携帯電話機7400は、筐体7401に、表示部7402、マイク7406、スピーカ7405、カメラ7407、外部接続部7404、操作用ボタン7403などを備えている。また、本発明の一態様に係る発光素子を、可撓性を有する基板に形成して発光装置を作製した場合、図4(D)に示すような曲面を有する表示部7402に適用することが可能である。
図4(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、電話を掛ける、或いは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の画面は主として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り、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、或いはメールを作成する場合は、表示部7402を文字の入力を主とする文字入力モードとし、画面に表示させた文字の入力操作を行えばよい。この場合、表示部7402の画面のほとんどに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、ジャイロセンサや加速度センサ等の検出装置を設けることで、携帯電話機7400の向き(縦か横か)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の操作用ボタン7403の操作により行われる。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るようにすることもできる。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、テキストデータであれば入力モードに切り替える。
また、入力モードにおいて、表示部7402の光センサで検出される信号を検知し、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から表示モードに切り替えるように制御してもよい。
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に掌や指で触れ、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。
さらに、携帯電話機(スマートフォンを含む)の別の構成として、図4(D’−1)や図4(D’−2)のような構造を有する携帯電話機に適用することもできる。
なお、図4(D’−1)や図4(D’−2)のような構造を有する場合には、文字情報や画像情報などを筐体7500(1)、7500(2)の第1面7501(1)、7501(2)だけでなく、第2面7502(1)、7502(2)に表示させることができる。このような構造を有することにより、携帯電話機を胸ポケットに収納したままの状態で、第2面7502(1)、7502(2)などに表示された文字情報や画像情報などを使用者が容易に確認することができる。
また、図5(A)〜(C)に、折りたたみ可能な携帯情報端末9310を示す。図5(A)に展開した状態の携帯情報端末9310を示す。図5(B)に展開した状態又は折りたたんだ状態の一方から他方に変化する途中の状態の携帯情報端末9310を示す。図5(C)に折りたたんだ状態の携帯情報端末9310を示す。携帯情報端末9310は、折りたたんだ状態では可搬性に優れ、展開した状態では、継ぎ目のない広い表示領域により表示の一覧性に優れる。
表示パネル9311はヒンジ9313によって連結された3つの筐体9315に支持されている。なお、表示パネル9311は、タッチセンサ(入力装置)を搭載したタッチパネル(入出力装置)であってもよい。また、表示パネル9311は、ヒンジ9313を介して2つの筐体9315間を屈曲させることにより、携帯情報端末9310を展開した状態から折りたたんだ状態に可逆的に変形させることができる。本発明の一態様の発光装置を表示パネル9311に用いることができる。表示パネル9311における表示領域9312は折りたたんだ状態の携帯情報端末9310の側面に位置する表示領域である。表示領域9312には、情報アイコンや使用頻度の高いアプリやプログラムのショートカットなどを表示させることができ、情報の確認やアプリなどの起動をスムーズに行うことができる。
以上のようにして、本発明の一態様である発光装置を適用して電子機器を得ることができる。なお、適用できる電子機器は、本実施の携帯に示したものに限らず、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。
(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適用した照明装置の一例について、図6を用いて説明する。
図6は、発光装置を室内の照明装置8001として用いた例である。なお、発光装置は大面積化も可能であるため、大面積の照明装置を形成することもできる。その他、曲面を有する筐体を用いることで、筐体、カバー、または支持台を有し、発光領域が曲面を有する照明装置8002を形成することもできる。本実施の形態で示す発光装置に含まれる発光素子は薄膜状であり、筐体のデザインの自由度が高い。したがって、様々な意匠を凝らした照明装置を形成することができる。さらに、室内の壁面に大型の照明装置8003を備えても良い。
また、発光装置をテーブルの表面に用いることによりテーブルとしての機能を備えた照明装置8004とすることができる。なお、その他の家具の一部に発光装置を用いることにより、家具としての機能を備えた照明装置とすることができる。
以上のように、発光装置を適用した様々な照明装置が得られる。なお、これらの照明装置は本発明の一態様に含まれるものとする。
また、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。
≪合成例≫
本実施例では、本発明の一態様である複素環化合物、4,6−ビス[3−(9,9−ジメチルフルオレン−2−イル)フェニル]ピリミジン(略称:4,6mFP2Pm)(構造式(100))の合成方法について説明する。なお、4,6mFP2Pmの構造を以下に示す。
<ステップ1:2−(3−ブロモフェニル)−9,9−ジメチルフルオレンの合成>
まず、9,9−ジメチルフルオレン−2−ボロン酸ピナコールエステル7.8g(24mmol)、3−ブロモヨードベンゼン6.2g(22mmol)、炭酸ナトリウム5.0g(47mmol)、トルエン100mL、エタノール10mLを300mL三口フラスコに入れ、フラスコ内を窒素置換した。この混合物に、テトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(0)(略称:Pd(PPh)0.42g(0.36mmol)を加え、80℃で10時間加熱撹拌した。得られた混合物に水を加え、再び水層をトルエンで抽出した。
得られた抽出溶液と有機層を合わせて飽和食塩水で洗浄した。有機層に無水硫酸マグネシウムを加えて乾燥させ、得られた混合物を自然ろ過してろ液を得た。このろ液を濃縮して油状物を得た。この油状物をフラッシュカラムクロマトグラフィーにより精製した。展開溶媒には、ヘキサン:トルエン=3:2(v/v)の混合溶媒を用いた。得られたフラクションを濃縮して油状物を得た。この油状物にヘキサンを加えて超音波をかけたところ、固体が析出した。この固体を吸引ろ過した後、トルエンとヘキサンで洗浄して2−(3−ブロモフェニル)−9,9−ジメチルフルオレンを得た(白色固体4.8g、収率57%)。
ステップ1の合成スキームを下記(A−1)に示す。
<ステップ2:3−(9,9−ジメチルフルオレン−2−イル)フェニルボロン酸の合成>
2−(3−ブロモフェニル)−9,9−ジメチルフルオレン4.8g(14mmol)を300mL三口フラスコに入れ、フラスコ内を窒素置換した後、テトラヒドロフラン(THF)70mLを加え、−78℃で撹拌した。この混合溶液に、n−ブチルリチウム(1.58mol/Lヘキサン溶液)10mL(15mmol)を滴下し、−78℃で1.5時間撹拌した。この混合溶液に、ホウ酸トリメチル1.8mL(16mmol)を滴下し、20℃に昇温しながら18時間撹拌した。所定時間経過後、この混合溶液に1mol/L塩酸100mLを加え、室温で撹拌した。これにより、水層と有機層を含む混合溶液を得た。
次に、混合溶液の水層を酢酸エチルで抽出し、得られた抽出溶液と有機層を合わせて水、飽和食塩水で洗浄した。有機層に無水硫酸マグネシウムを加えて乾燥させ、得られた混合物を自然ろ過してろ液を得た。このろ液を濃縮して得た油状物に、ヘキサンを加えたところ固体が析出した。この混合物を吸引ろ過して得た固体を、少量のトルエンで洗浄して3−(9,9−ジメチルフルオレン−2−イル)フェニルボロン酸を得た(白色固体1.9g、収率45%)。
ステップ2の合成スキームを下記(A−2)に示す。
<ステップ3:4,6−ビス[3−(9,9−ジメチルフルオレン−2−イル)フェニル}ピリミジン(略称:4,6mFP2Pm)の合成>
3−(9,9−ジメチルフルオレン−2−イル)フェニルボロン酸1.9g(6.1mmol)、4,6−ジクロロピリミジン0.36g(2.4mmol)、炭酸ナトリウム1.3g(12mmol)、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)25mL、水15mLを100mL丸底フラスコに入れフラスコ内をアルゴン置換した。この混合物にビス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(II)ジクロリド17mg(0.020mmol)を加え、150℃、100Wの条件でマイクロ波を1時間照射して反応させた。
得られた反応溶液に水を加え、水層をトルエンで抽出した。得られた抽出溶液を水、飽和食塩水で洗浄して、有機層に無水硫酸マグネシウムを加えて乾燥させた。得られた混合物を自然ろ過して得たろ液を濃縮して油状物を得た。この油状物をトルエンに溶解し、ろ紙上にセライト、アルミナ、フロリジールを順に積層して吸引ろ過した。得られたろ液を濃縮して固体を得た。この固体をトルエンにて再結晶して4,6mFP2Pmを得た(白色固体0.9g,収率61%)。
ステップ3の合成スキームを下記(A−3)に示す。
得られた固体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2.6Pa、アルゴンガスを流量5mL/min、加熱温度260℃にて行った。昇華精製後、白色固体の目的物を回収率46%で得た。
上記ステップ3で得られた白色固体の核磁気共鳴分光法(H−NMR)による分析結果を下記に示す。また、H−NMRチャートを図7に示す。このことから、上記ステップ3において、本発明の一態様である複素環化合物、4,6mFP2Pm(構造式(100))が得られたことがわかった。
H NMR(CDCl,500MHz):δ(ppm)=1.57(s,12H),7.33−7.39(m,4H),7.46−7.48(m,2H),7.64−7.69(m,4H),7.74(s,2H),7.77(d,2H),7.82−7.85(m,4H),8.13(d,2H),8.25(d,1H),8.45(s,2H).
また、4,6mFP2Pmを液体クロマトグラフ質量分析(Liquid Chromatography Mass Spectrometry,略称:LC/MS分析)によって分析した。
LC/MS分析は、ウォーターズ社製Acquity UPLCおよびウォーターズ社製Xevo G2 Tof MSを用いて行った。
MS分析では、エレクトロスプレーイオン化法(ElectroSpray Ionization、略称:ESI)によるイオン化を行った。この時のキャピラリー電圧は3.0kV、サンプルコーン電圧は30Vとし、検出はポジティブモードで行った。さらに、以上の条件でイオン化された成分を衝突室(コリジョンセル)内でアルゴンガスに衝突させてプロダクトイオンに解離させた。アルゴンに衝突させる際のエネルギー(コリジョンエネルギー)は70eVとした。なお、測定する質量範囲はm/z=100乃至1200とした。
測定結果を図8に示す。図8の結果から、構造式(100)で表される本発明の一態様である複素環化合物、4,6mFP2Pmは、主としてm/z=617付近、m/z=601付近、m/z=585付近、m/z=572付近にプロダクトイオンが検出されることがわかった。なお、図8に示す結果は、4,6mFP2Pmに由来する特徴的な結果を示すものであることから、混合物中に含まれる4,6mFP2Pmを同定する上での重要なデータであるといえる。
なお、m/z=601付近のピークは、構造式(100)の化合物からメチル基とプロトンが離脱した状態のカチオンに由来し、m/z=585付近のピークは、さらに一つのメチル基が脱離した状態のカチオンに由来し、m/z=572付近のピークは、さらに一つのメチル基が脱離した状態のカチオンに由来すると推察でき、本発明の一態様である複素環化合物、4,6mFP2Pmが、メチル基を複数含んでいることを示唆するものである。
≪合成例≫
本実施例では、本発明の一態様である複素環化合物、4,6−ビス{3−[3−(9,9−ジメチルフルオレン−2−イル)フェニル]フェニル}ピリミジン(略称:4,6mFBP2Pm)(構造式(109))の合成方法について説明する。なお、4,6mFBP2Pmの構造を以下に示す。
<ステップ1:2−[3−(4,4,5,5−テトラメチル−1,3,2−ジオキサボロラン−2−イル)フェニル]−9,9−ジメチルフルオレンの合成>
3L三口フラスコに2−(3−ブロモフェニル)−9,9−ジメチルフルオレン130g(0.37mol)、4,4,4’,4’,5,5,5’,5’−オクタメチル−2,2’−ビ−1,3,2−ジオキサボロラン103g(0.41mol)、酢酸カリウム109g(1.1mol)、N,N−ジメチルホルムアミド(DMF)1.2Lを加えた。この混合物を、減圧下で撹拌することで脱気し、フラスコ内を窒素置換した。この混合物に、酢酸パラジウム(II)2.5g(0.011mol)を加えた。この混合物を窒素気流下、100℃で5時間撹拌した。所定時間経過後、この混合物をろ紙上にセライト、アルミナの順に積層して吸引ろ過し、得られたろ液を濃縮して油状物を得た。この固体をエタノールで再結晶したところ、褐色固体118g、収率81%で得た。
ステップ1の合成スキームを下記(B−1)に示す。
<ステップ2:4,6−ビス{3−[3−(9,9−ジメチルフルオレン−2−イル)フェニル]フェニル}ピリミジン(略称:4,6mFBP2Pm)の合成>
100mL三口フラスコに4,6−ビス(3−クロロフェニル)ピリミジン1.0g(3.3mmol)、2−[3−(4,4,5,5−テトラメチル−1,3,2−ジオキサボロラン−2−イル)フェニル]−9,9−ジメチルフルオレン2.9g(7.3mmol)、t−ブタノール0.70g(9.9mmol)、リン酸三カリウム5.6g(11mmol)、1,4−ジオキサン22mL加えた。この混合物を、減圧下で撹拌することで脱気し、フラスコ内を窒素置換した。この混合物に、酢酸パラジウム(II)22mg(1.0mmol)、ジ(1−アダマンチル)−n−ブチルホスフィン(別名:cataCXium(登録商標) A 、Aldrich製)(略称:cataCXium)71g(2.0mmol)を加えた。
この混合物を窒素気流下、100℃で8時間撹拌した。所定時間経過後、この混合物をセライトを通して吸引ろ過し、得られたろ液を濃縮して固体を得た。この固体をシリカゲルカラムクロマトグラフィーにより精製した。展開溶媒にはトルエン:ヘキサン=1:1を用いた。得られたフラクションを濃縮乾固し、アセトニトリルで再結晶したところ、白色固体3.7g、収率74%で得た。
ステップ2の合成スキームを下記(B−2)に示す。
得られた白色固体0.81gをトレインサブリメーション法により昇華精製した。昇華精製は、圧力 2.7Pa、アルゴン流量10mL/minの条件で、白色固体を328℃で加熱して行った。昇華精製後、目的物の白色固体を0.52g、回収率64%で得た。
上記ステップ2で得られた白色固体の核磁気共鳴分光法(H−NMR)による分析結果を下記に示す。また、H−NMRチャートを図9(A)(B)に示す。なお、図9(B)は、図9(A)に対して横軸(δ)を7(ppm)から10(ppm)の範囲とした拡大図である。このことから、上記ステップ2において、本発明の一態様である複素環化合物、4,6mFBP2Pm(構造式(109))が得られたことがわかった。
H NMR(CDCl,500MHz):δ(ppm)=1.54(s、12H)、7.31−7.37(m、4H)、7.46(d、J=6.9Hz、2H)、7.57(t、J=7.5Hz、2H)、7.63−7.70(m、10H)、7.75−7.95(m、6H)、7.93(d、J=1.7Hz、2H)、8.16(d、J=7.4Hz、2H)、8.24(d、J=1.2Hz、1H)、8.45(d、J=1.7Hz、2H)、9.38(s、1H).
また、4,6mFBP2PmをLC/MS分析によって分析した。
LC/MS分析は、ウォーターズ社製Acquity UPLCおよびウォーターズ社製Xevo G2 Tof MSを用いて行った。
MS分析では、エレクトロスプレーイオン化法(ElectroSpray Ionization、略称:ESI)によるイオン化を行った。この時のキャピラリー電圧は3.0kV、サンプルコーン電圧は30Vとし、検出はポジティブモードで行った。さらに、以上の条件でイオン化された成分を衝突室(コリジョンセル)内でアルゴンガスに衝突させてプロダクトイオンに解離させた。アルゴンに衝突させる際のエネルギー(コリジョンエネルギー)は70eVとした。なお、測定する質量範囲はm/z=100乃至1200とした。
測定結果を図10に示す。図10の結果から、構造式(109)で表される本発明の一態様である複素環化合物、4,6mFBP2Pmは、主としてm/z=769付近、m/z=754付近、m/z=738付近、m/z=724付近にプロダクトイオンが検出されることがわかった。なお、図10に示す結果は、4,6mFBP2Pmに由来する特徴的な結果を示すものであることから、混合物中に含まれる4,6mFBP2Pmを同定する上での重要なデータであるといえる。
なお、m/z=754付近のピークは、構造式(109)の化合物からメチル基とプロトンが離脱した状態のカチオンに由来し、m/z=738付近はさらに一つのメチル基が脱離した状態のカチオンに由来し、m/z=724付近のピークは、さらに一つのメチル基が脱離した状態のカチオンに由来すると推察でき、本発明の一態様である複素環化合物、4,6mFBP2Pmが、メチル基を複数含んでいることを示唆するものである。
本実施例では、本発明の一態様である発光素子として発光素子1を作製した。なお、発光素子1について図11を用いて説明する。また、本実施例で用いる材料の化学式を以下に示す。
≪発光素子1の作製≫
まず、ガラス製の基板800上に酸化珪素を含むインジウム錫酸化物(ITO−2)をスパッタリング法により成膜し、陽極として機能する第1の電極801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、基板800上に発光素子1を形成するための前処理として、基板表面を水で洗浄し、200℃で1時間焼成した後、UVオゾン処理を370秒行った。
その後、10−4Pa程度まで内部が減圧された真空蒸着装置に基板を導入し、真空蒸着装置内の加熱室において、170℃で30分間の真空焼成を行った後、基板800を30分程度放冷した。
次に、第1の電極801が形成された面が下方となるように、基板800を真空蒸着装置内に設けられたホルダーに固定した。本実施例では、真空蒸着法により、EL層802を構成する正孔注入層811、正孔輸送層812、発光層813、電子輸送層814、電子注入層815が順次形成される場合について説明する。
真空蒸着装置内を10−4Paに減圧した後、1,3,5−トリ(ジベンゾチオフェン−4−イル)−ベンゼン(略称:DBT3P−II)と酸化モリブデンとを、DBT3P−II:酸化モリブデン=4:2(質量比)となるように共蒸着することにより、第1の電極801上に正孔注入層811を形成した。膜厚は20nmとした。なお、共蒸着とは、異なる複数の物質をそれぞれ異なる蒸発源から同時に蒸発させる蒸着法である。
次に、4−フェニル−4’−(9−フェニルフルオレン−9−イル)トリフェニルアミン(略称:BPAFLP)を20nm蒸着することにより、正孔輸送層812を形成した。
次に、正孔輸送層812上に発光層813を形成した。
4,6mFP2Pm、N−(1,1’−ビフェニル−4−イル)−N−[4−(9−フェニル−9H−カルバゾール−3−イル)フェニル]−9,9−ジメチル−9H−フルオレン−2−アミン(略称:PCBBiF)、(アセチルアセトナト)ビス(6−tert−ブチル−4−フェニルピリミジナト)イリジウム(III)(略称:[Ir(tBuppm)(acac)])、を、4,6mFP2Pm:PCBBiF:[Ir(tBuppm)(acac)]=0.7:0.3:0.05(質量比)となるよう共蒸着し、20nmの膜厚で形成した後、4,6mFP2Pm:PCBBiF:[Ir(tBuppm)(acac)]=0.8:0.2:0.05(質量比)となるよう共蒸着し、20nmの膜厚で形成することにより積層構造を有する発光層813を40nmの膜厚で形成した。
次に、発光層813上に電子輸送層814を形成した。
まず、4,6mFP2Pmを25nm蒸着した後、バソフェナントロリン(略称:Bphen)を10nm蒸着することにより電子輸送層814を形成した。
次に、電子輸送層814上に、フッ化リチウムを1nm蒸着することにより、電子注入層815を形成した。
最後に、電子注入層815上にアルミニウムを200nmの膜厚となるように蒸着し、陰極となる第2の電極803を形成し、発光素子1を得た。なお、上述した蒸着過程において、蒸着は全て抵抗加熱法を用いた。
以上により得られた発光素子1の素子構造を表1に示す。
また、作製した発光素子1は、大気に曝されないように窒素雰囲気のグローブボックス内において封止した(シール材を素子の周囲に塗布し、封止時にUV処理、及び80℃にて1時間熱処理)。
≪発光素子1の動作特性≫
作製した発光素子1の動作特性について測定した。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の電圧−輝度特性を図12に示す。なお、図12において、縦軸は、輝度(cd/m)、横軸は電圧(V)を示す。また、発光素子1の輝度−電流効率特性を図13に示す。なお、図13において、縦軸は、電流効率(cd/A)、横軸は、輝度(cd/m)を示す。また、発光素子1の電圧−電流特性を図14に示す。なお、図14において、縦軸は、電流(mA)、横軸は、電圧(V)を示す。
図13の結果より、本発明の一態様である発光素子1は、高効率な素子であることがわかった。また、1000cd/m付近における発光素子1の主な初期特性値を以下の表2に示す。
また、発光素子1に25mA/cmの電流密度で電流を流した際の発光スペクトルを、図15に示す。図15に示す通り、発光素子1の発光スペクトルは545nm付近にピークを有しており、発光層に用いたゲスト材料である有機金属錯体[Ir(tBuppm)(acac)](略称)の発光に由来した緑色発光が得られたことがわかる。
次に、発光素子1に対する信頼性試験を行った。信頼性試験の結果を図16に示す。図16において、縦軸は初期輝度を100%とした時の規格化輝度(%)を示し、横軸は素子の駆動時間(h)を示す。なお、信頼性試験は、初期輝度を5000cd/mに設定し、電流密度一定の条件で発光素子1を駆動させた。その結果、発光素子1の100時間後の輝度は、初期輝度のおよそ96%を保っていた。
したがって、本発明の一態様である複素環化合物(4,6mFP2Pm)を発光層に用いた発光素子1は、高い信頼性を示すことがわかった。また、本発明の一態様である複素環化合物を発光素子に用いることにより、高効率なだけでなく長寿命の発光素子が得られることがわかった。
本実施例では、本発明の一態様である発光素子として、発光素子2および発光素子3を作製した。なお、発光素子2および発光素子3の作製について、一部の材料や比率、膜厚等が異なる以外は実施例3に示す発光素子1と同様であるので詳細な説明は省略する。また、本実施例で用いる材料の化学式を以下に示す。
≪発光素子2および発光素子3の作製≫
本実施例で作製した発光素子2および発光素子3の素子構造を表3に示す。なお、発光素子2および発光素子3の第1の電極には、酸化珪素を含むインジウム錫酸化物(ITO−3)を用いてスパッタリング法により成膜し、形成した。また、発光素子3の正孔輸送層には、9−フェニル−9H−3−(9−フェニル−9H−カルバゾール−3−イル)カルバゾール(略称:PCCP)を用いた。また、発光素子2および発光素子3の発光層には、実施例2で合成した4,6mFBP2Pmを用いた。
また、作製した発光素子2および発光素子3は、大気に曝されないように窒素雰囲気のグローブボックス内において封止した(シール材を素子の周囲に塗布し、封止時にUV処理、及び80℃にて1時間熱処理)。
≪発光素子2および発光素子3の動作特性≫
作製した発光素子2および発光素子3の動作特性について測定した。なお、測定は室温(25℃に保たれた雰囲気)で行った。
発光素子2の電圧−輝度特性を図17、発光素子3の電圧−輝度特性を図21にそれぞれ示す。なお、図17および図21において、縦軸は、輝度(cd/m)、横軸は電圧(V)を示す。また、発光素子2の輝度−電流効率特性を図18、発光素子3の輝度−電流効率特性を図22にそれぞれ示す。なお、図18および図22において、縦軸は、電流効率(cd/A)、横軸は、輝度(cd/m)を示す。また、発光素子2の電圧−電流特性を図19、発光素子3の電圧−電流特性を図23にそれぞれ示す。なお、図19および図23において、縦軸は、電流(mA)、横軸は、電圧(V)を示す。
図18および図22の結果より、本発明の一態様である発光素子2および発光素子3は、高効率な素子であることがわかった。また、1000cd/m付近における発光素子2および発光素子3の主な初期特性値を以下の表4に示す。
また、上記の各発光素子に25mA/cmの電流密度で電流を流し、発光スペクトルを測定した。得られた発光素子2の発光スペクトルを図20、発光素子3の発光スペクトルを図24にそれぞれ示す。その結果、発光素子2の発光スペクトルは545nm付近にピークを有しており、発光層に用いたゲスト材料である有機金属錯体[Ir(tBuppm)(acac)]の発光に由来した黄緑色発光が得られた。また、発光素子3の発光スペクトルは518nm付近にピークを有しており、発光層に用いたゲスト材料である有機金属錯体[Ir(ppy)]の発光に由来した緑色発光が得られた。
次に、発光素子2に対する信頼性試験を行った。信頼性試験の結果を図25に示す。図25において、縦軸は初期輝度を100%とした時の規格化輝度(%)を示し、横軸は素子の駆動時間(h)を示す。なお、信頼性試験は、初期輝度を5000cd/mに設定し、電流密度一定の条件で発光素子2を駆動させた。その結果、発光素子2の100時間後の輝度は、初期輝度のおよそ92%を保っていた。
したがって、本発明の一態様である発光素子は、高い信頼性を示すことがわかった。また、本発明の一態様である複素環化合物を発光素子に用いることにより、高効率なだけでなく長寿命の発光素子が得られることがわかった。
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
202(1) 第1のEL層
202(2) 第2のEL層
202(n−1) 第(n−1)のEL層
202(n) 第(n)のEL層
204 第2の電極
205 電荷発生層
205(1) 第1の電荷発生層
205(2) 第2の電荷発生層
205(n−2) 第(n−2)の電荷発生層
205(n−1) 第(n−1)の電荷発生層
301 素子基板
302 画素部
303 駆動回路部(ソース線駆動回路)
304a、304b 駆動回路部(ゲート線駆動回路)
305 シール材
306 封止基板
307 配線
308 FPC(フレキシブルプリントサーキット)
309 FET
310 FET
311 スイッチング用FET
312 電流制御用FET
313 第1の電極(陽極)
314 絶縁物
315 EL層
316 第2の電極(陰極)
317 発光素子
318 空間
800 基板
801 第1の電極
802 EL層
803 第2の電極
811 正孔注入層
812 正孔輸送層
813 発光層
814 電子輸送層
815 電子注入層
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 ポインティングデバイス
7302 筐体
7304 表示パネル
7305 時刻を表すアイコン
7306 その他のアイコン
7311 操作ボタン
7312 操作ボタン
7313 接続端子
7321 バンド
7322 留め金
7400 携帯電話機
7401 筐体
7402 表示部
7403 操作用ボタン
7404 外部接続部
7405 スピーカ
7406 マイク
7407 カメラ
8001 照明装置
8002 照明装置
8003 照明装置
8004 照明装置
9310 携帯情報端末
9311 表示パネル
9312 表示領域
9313 ヒンジ
9315 筐体

Claims (13)

  1. 一般式(G1)で表される複素環化合物。

    (一般式(G1)中、AおよびAは、窒素または水素と結合する炭素を表し、AおよびAの少なくとも一方は窒素を表す。また、Arは、置換もしくは無置換の炭素数6〜18のアリーレン基を表し、Bは、置換もしくは無置換のフルオレニル基を表す。また、Rは、水素、炭素数1〜6のアルキル基、炭素数6〜13のアリール基のいずれかを表す。)
  2. 請求項1において、
    前記一般式(G1)中のBは、置換もしくは無置換の2−フルオレニル基である複素環化合物。
  3. 請求項1または請求項2において、
    前記一般式(G1)中のBは、下記一般式(α)で表される複素環化合物。

    (一般式(α)中、R11〜R19は、それぞれ独立に、水素、炭素数1〜6のアルキル基、炭素数6〜12のアリール基を表す。)
  4. 請求項1または請求項2において、
    前記一般式(G1)中のBは、下記一般式(β)で表される複素環化合物。

    (一般式(β)中、R17およびR18は、それぞれ独立に、水素、炭素数1〜6のアルキル基、炭素数6〜12のアリール基を表す。)
  5. 構造式(100)で表される複素環化合物。
  6. 構造式(109)で表される複素環化合物。
  7. 請求項1乃至請求項6のいずれか一に記載の複素環化合物を用いた発光素子。
  8. 一対の電極間にEL層を有し、
    前記EL層は、請求項1乃至請求項6のいずれか一に記載の複素環化合物を有する発光素子。
  9. 一対の電極間にEL層を有し、
    前記EL層は、発光層を有し、
    前記発光層は、請求項1乃至請求項6のいずれか一に記載の複素環化合物を有する発光素子。
  10. 一対の電極間にEL層を有し、
    前記EL層は、発光層を有し、
    前記発光層は、3種以上の有機化合物を有し、
    前記3種以上の有機化合物のうちの一は、
    請求項1乃至請求項6のいずれか一に記載の複素環化合物である発光素子。
  11. 請求項7乃至請求項10のいずれか一に記載の発光素子と、
    トランジスタ、または、基板と、
    を有する発光装置。
  12. 請求項11に記載の発光装置と、
    マイク、カメラ、操作用ボタン、外部接続部、または、スピーカと、
    を有する電子機器。
  13. 請求項11に記載の発光装置と、
    筐体、カバー、または、支持台を有する照明装置。
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