JP2021107386A - 化合物、発光デバイス、発光装置、電子機器、および照明装置 - Google Patents

化合物、発光デバイス、発光装置、電子機器、および照明装置 Download PDF

Info

Publication number
JP2021107386A
JP2021107386A JP2020213843A JP2020213843A JP2021107386A JP 2021107386 A JP2021107386 A JP 2021107386A JP 2020213843 A JP2020213843 A JP 2020213843A JP 2020213843 A JP2020213843 A JP 2020213843A JP 2021107386 A JP2021107386 A JP 2021107386A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
light emitting
compound
carbon atoms
emitting device
group
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2020213843A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2021107386A5 (ja
Inventor
拓哉 春山
Takuya Haruyama
拓哉 春山
信晴 大澤
Nobuharu Osawa
信晴 大澤
瀬尾 哲史
Tetsushi Seo
哲史 瀬尾
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Original Assignee
Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd filed Critical Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Publication of JP2021107386A publication Critical patent/JP2021107386A/ja
Publication of JP2021107386A5 publication Critical patent/JP2021107386A5/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07DHETEROCYCLIC COMPOUNDS
    • C07D403/00Heterocyclic compounds containing two or more hetero rings, having nitrogen atoms as the only ring hetero atoms, not provided for by group C07D401/00
    • C07D403/02Heterocyclic compounds containing two or more hetero rings, having nitrogen atoms as the only ring hetero atoms, not provided for by group C07D401/00 containing two hetero rings
    • C07D403/12Heterocyclic compounds containing two or more hetero rings, having nitrogen atoms as the only ring hetero atoms, not provided for by group C07D401/00 containing two hetero rings linked by a chain containing hetero atoms as chain links
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07DHETEROCYCLIC COMPOUNDS
    • C07D471/00Heterocyclic compounds containing nitrogen atoms as the only ring hetero atoms in the condensed system, at least one ring being a six-membered ring with one nitrogen atom, not provided for by groups C07D451/00 - C07D463/00
    • C07D471/12Heterocyclic compounds containing nitrogen atoms as the only ring hetero atoms in the condensed system, at least one ring being a six-membered ring with one nitrogen atom, not provided for by groups C07D451/00 - C07D463/00 in which the condensed system contains three hetero rings
    • C07D471/14Ortho-condensed systems
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07DHETEROCYCLIC COMPOUNDS
    • C07D209/00Heterocyclic compounds containing five-membered rings, condensed with other rings, with one nitrogen atom as the only ring hetero atom
    • C07D209/56Ring systems containing three or more rings
    • C07D209/80[b, c]- or [b, d]-condensed
    • C07D209/82Carbazoles; Hydrogenated carbazoles
    • C07D209/88Carbazoles; Hydrogenated carbazoles with hetero atoms or with carbon atoms having three bonds to hetero atoms with at the most one bond to halogen, e.g. ester or nitrile radicals, directly attached to carbon atoms of the ring system
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C211/00Compounds containing amino groups bound to a carbon skeleton
    • C07C211/43Compounds containing amino groups bound to a carbon skeleton having amino groups bound to carbon atoms of six-membered aromatic rings of the carbon skeleton
    • C07C211/57Compounds containing amino groups bound to a carbon skeleton having amino groups bound to carbon atoms of six-membered aromatic rings of the carbon skeleton having amino groups bound to carbon atoms of six-membered aromatic rings being part of condensed ring systems of the carbon skeleton
    • C07C211/61Compounds containing amino groups bound to a carbon skeleton having amino groups bound to carbon atoms of six-membered aromatic rings of the carbon skeleton having amino groups bound to carbon atoms of six-membered aromatic rings being part of condensed ring systems of the carbon skeleton with at least one of the condensed ring systems formed by three or more rings
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07DHETEROCYCLIC COMPOUNDS
    • C07D209/00Heterocyclic compounds containing five-membered rings, condensed with other rings, with one nitrogen atom as the only ring hetero atom
    • C07D209/56Ring systems containing three or more rings
    • C07D209/80[b, c]- or [b, d]-condensed
    • C07D209/82Carbazoles; Hydrogenated carbazoles
    • C07D209/86Carbazoles; Hydrogenated carbazoles with only hydrogen atoms, hydrocarbon or substituted hydrocarbon radicals, directly attached to carbon atoms of the ring system
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07DHETEROCYCLIC COMPOUNDS
    • C07D209/00Heterocyclic compounds containing five-membered rings, condensed with other rings, with one nitrogen atom as the only ring hetero atom
    • C07D209/56Ring systems containing three or more rings
    • C07D209/80[b, c]- or [b, d]-condensed
    • C07D209/94[b, c]- or [b, d]-condensed containing carbocyclic rings other than six-membered
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07DHETEROCYCLIC COMPOUNDS
    • C07D307/00Heterocyclic compounds containing five-membered rings having one oxygen atom as the only ring hetero atom
    • C07D307/77Heterocyclic compounds containing five-membered rings having one oxygen atom as the only ring hetero atom ortho- or peri-condensed with carbocyclic rings or ring systems
    • C07D307/91Dibenzofurans; Hydrogenated dibenzofurans
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07DHETEROCYCLIC COMPOUNDS
    • C07D407/00Heterocyclic compounds containing two or more hetero rings, at least one ring having oxygen atoms as the only ring hetero atoms, not provided for by group C07D405/00
    • C07D407/02Heterocyclic compounds containing two or more hetero rings, at least one ring having oxygen atoms as the only ring hetero atoms, not provided for by group C07D405/00 containing two hetero rings
    • C07D407/12Heterocyclic compounds containing two or more hetero rings, at least one ring having oxygen atoms as the only ring hetero atoms, not provided for by group C07D405/00 containing two hetero rings linked by a chain containing hetero atoms as chain links
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07DHETEROCYCLIC COMPOUNDS
    • C07D409/00Heterocyclic compounds containing two or more hetero rings, at least one ring having sulfur atoms as the only ring hetero atoms
    • C07D409/02Heterocyclic compounds containing two or more hetero rings, at least one ring having sulfur atoms as the only ring hetero atoms containing two hetero rings
    • C07D409/12Heterocyclic compounds containing two or more hetero rings, at least one ring having sulfur atoms as the only ring hetero atoms containing two hetero rings linked by a chain containing hetero atoms as chain links
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07DHETEROCYCLIC COMPOUNDS
    • C07D411/00Heterocyclic compounds containing two or more hetero rings, at least one ring having oxygen and sulfur atoms as the only ring hetero atoms
    • C07D411/02Heterocyclic compounds containing two or more hetero rings, at least one ring having oxygen and sulfur atoms as the only ring hetero atoms containing two hetero rings
    • C07D411/12Heterocyclic compounds containing two or more hetero rings, at least one ring having oxygen and sulfur atoms as the only ring hetero atoms containing two hetero rings linked by a chain containing hetero atoms as chain links
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07DHETEROCYCLIC COMPOUNDS
    • C07D491/00Heterocyclic compounds containing in the condensed ring system both one or more rings having oxygen atoms as the only ring hetero atoms and one or more rings having nitrogen atoms as the only ring hetero atoms, not provided for by groups C07D451/00 - C07D459/00, C07D463/00, C07D477/00 or C07D489/00
    • C07D491/02Heterocyclic compounds containing in the condensed ring system both one or more rings having oxygen atoms as the only ring hetero atoms and one or more rings having nitrogen atoms as the only ring hetero atoms, not provided for by groups C07D451/00 - C07D459/00, C07D463/00, C07D477/00 or C07D489/00 in which the condensed system contains two hetero rings
    • C07D491/04Ortho-condensed systems
    • C07D491/044Ortho-condensed systems with only one oxygen atom as ring hetero atom in the oxygen-containing ring
    • C07D491/048Ortho-condensed systems with only one oxygen atom as ring hetero atom in the oxygen-containing ring the oxygen-containing ring being five-membered
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07DHETEROCYCLIC COMPOUNDS
    • C07D519/00Heterocyclic compounds containing more than one system of two or more relevant hetero rings condensed among themselves or condensed with a common carbocyclic ring system not provided for in groups C07D453/00 or C07D455/00
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07FACYCLIC, CARBOCYCLIC OR HETEROCYCLIC COMPOUNDS CONTAINING ELEMENTS OTHER THAN CARBON, HYDROGEN, HALOGEN, OXYGEN, NITROGEN, SULFUR, SELENIUM OR TELLURIUM
    • C07F7/00Compounds containing elements of Groups 4 or 14 of the Periodic Table
    • C07F7/02Silicon compounds
    • C07F7/08Compounds having one or more C—Si linkages
    • C07F7/0803Compounds with Si-C or Si-Si linkages
    • C07F7/081Compounds with Si-C or Si-Si linkages comprising at least one atom selected from the elements N, O, halogen, S, Se or Te
    • C07F7/0812Compounds with Si-C or Si-Si linkages comprising at least one atom selected from the elements N, O, halogen, S, Se or Te comprising a heterocyclic ring
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09KMATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K11/00Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials
    • C09K11/06Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing organic luminescent materials
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10KORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K50/00Organic light-emitting devices
    • H10K50/10OLEDs or polymer light-emitting diodes [PLED]
    • H10K50/11OLEDs or polymer light-emitting diodes [PLED] characterised by the electroluminescent [EL] layers
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10KORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K85/00Organic materials used in the body or electrodes of devices covered by this subclass
    • H10K85/40Organosilicon compounds, e.g. TIPS pentacene
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10KORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K85/00Organic materials used in the body or electrodes of devices covered by this subclass
    • H10K85/60Organic compounds having low molecular weight
    • H10K85/615Polycyclic condensed aromatic hydrocarbons, e.g. anthracene
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10KORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K85/00Organic materials used in the body or electrodes of devices covered by this subclass
    • H10K85/60Organic compounds having low molecular weight
    • H10K85/615Polycyclic condensed aromatic hydrocarbons, e.g. anthracene
    • H10K85/626Polycyclic condensed aromatic hydrocarbons, e.g. anthracene containing more than one polycyclic condensed aromatic rings, e.g. bis-anthracene
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10KORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K85/00Organic materials used in the body or electrodes of devices covered by this subclass
    • H10K85/60Organic compounds having low molecular weight
    • H10K85/631Amine compounds having at least two aryl rest on at least one amine-nitrogen atom, e.g. triphenylamine
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10KORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K85/00Organic materials used in the body or electrodes of devices covered by this subclass
    • H10K85/60Organic compounds having low molecular weight
    • H10K85/631Amine compounds having at least two aryl rest on at least one amine-nitrogen atom, e.g. triphenylamine
    • H10K85/633Amine compounds having at least two aryl rest on at least one amine-nitrogen atom, e.g. triphenylamine comprising polycyclic condensed aromatic hydrocarbons as substituents on the nitrogen atom
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10KORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K85/00Organic materials used in the body or electrodes of devices covered by this subclass
    • H10K85/60Organic compounds having low molecular weight
    • H10K85/631Amine compounds having at least two aryl rest on at least one amine-nitrogen atom, e.g. triphenylamine
    • H10K85/636Amine compounds having at least two aryl rest on at least one amine-nitrogen atom, e.g. triphenylamine comprising heteroaromatic hydrocarbons as substituents on the nitrogen atom
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10KORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K85/00Organic materials used in the body or electrodes of devices covered by this subclass
    • H10K85/60Organic compounds having low molecular weight
    • H10K85/649Aromatic compounds comprising a hetero atom
    • H10K85/654Aromatic compounds comprising a hetero atom comprising only nitrogen as heteroatom
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10KORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K85/00Organic materials used in the body or electrodes of devices covered by this subclass
    • H10K85/60Organic compounds having low molecular weight
    • H10K85/649Aromatic compounds comprising a hetero atom
    • H10K85/657Polycyclic condensed heteroaromatic hydrocarbons
    • H10K85/6572Polycyclic condensed heteroaromatic hydrocarbons comprising only nitrogen in the heteroaromatic polycondensed ring system, e.g. phenanthroline or carbazole
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10KORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K85/00Organic materials used in the body or electrodes of devices covered by this subclass
    • H10K85/60Organic compounds having low molecular weight
    • H10K85/649Aromatic compounds comprising a hetero atom
    • H10K85/657Polycyclic condensed heteroaromatic hydrocarbons
    • H10K85/6574Polycyclic condensed heteroaromatic hydrocarbons comprising only oxygen in the heteroaromatic polycondensed ring system, e.g. cumarine dyes
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10KORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K85/00Organic materials used in the body or electrodes of devices covered by this subclass
    • H10K85/60Organic compounds having low molecular weight
    • H10K85/649Aromatic compounds comprising a hetero atom
    • H10K85/657Polycyclic condensed heteroaromatic hydrocarbons
    • H10K85/6576Polycyclic condensed heteroaromatic hydrocarbons comprising only sulfur in the heteroaromatic polycondensed ring system, e.g. benzothiophene
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C2603/00Systems containing at least three condensed rings
    • C07C2603/02Ortho- or ortho- and peri-condensed systems
    • C07C2603/04Ortho- or ortho- and peri-condensed systems containing three rings
    • C07C2603/06Ortho- or ortho- and peri-condensed systems containing three rings containing at least one ring with less than six ring members
    • C07C2603/10Ortho- or ortho- and peri-condensed systems containing three rings containing at least one ring with less than six ring members containing five-membered rings
    • C07C2603/12Ortho- or ortho- and peri-condensed systems containing three rings containing at least one ring with less than six ring members containing five-membered rings only one five-membered ring
    • C07C2603/18Fluorenes; Hydrogenated fluorenes
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C2603/00Systems containing at least three condensed rings
    • C07C2603/02Ortho- or ortho- and peri-condensed systems
    • C07C2603/04Ortho- or ortho- and peri-condensed systems containing three rings
    • C07C2603/22Ortho- or ortho- and peri-condensed systems containing three rings containing only six-membered rings
    • C07C2603/24Anthracenes; Hydrogenated anthracenes
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C2603/00Systems containing at least three condensed rings
    • C07C2603/56Ring systems containing bridged rings
    • C07C2603/58Ring systems containing bridged rings containing three rings
    • C07C2603/70Ring systems containing bridged rings containing three rings containing only six-membered rings
    • C07C2603/74Adamantanes
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09KMATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K2211/00Chemical nature of organic luminescent or tenebrescent compounds
    • C09K2211/10Non-macromolecular compounds
    • C09K2211/1003Carbocyclic compounds
    • C09K2211/1011Condensed systems
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09KMATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K2211/00Chemical nature of organic luminescent or tenebrescent compounds
    • C09K2211/10Non-macromolecular compounds
    • C09K2211/1003Carbocyclic compounds
    • C09K2211/1014Carbocyclic compounds bridged by heteroatoms, e.g. N, P, Si or B
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09KMATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K2211/00Chemical nature of organic luminescent or tenebrescent compounds
    • C09K2211/10Non-macromolecular compounds
    • C09K2211/1018Heterocyclic compounds
    • C09K2211/1025Heterocyclic compounds characterised by ligands
    • C09K2211/1029Heterocyclic compounds characterised by ligands containing one nitrogen atom as the heteroatom
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09KMATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K2211/00Chemical nature of organic luminescent or tenebrescent compounds
    • C09K2211/10Non-macromolecular compounds
    • C09K2211/1018Heterocyclic compounds
    • C09K2211/1025Heterocyclic compounds characterised by ligands
    • C09K2211/1044Heterocyclic compounds characterised by ligands containing two nitrogen atoms as heteroatoms
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10KORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K2101/00Properties of the organic materials covered by group H10K85/00
    • H10K2101/10Triplet emission
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10KORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K2101/00Properties of the organic materials covered by group H10K85/00
    • H10K2101/90Multiple hosts in the emissive layer
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10KORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K85/00Organic materials used in the body or electrodes of devices covered by this subclass
    • H10K85/30Coordination compounds
    • H10K85/341Transition metal complexes, e.g. Ru(II)polypyridine complexes
    • H10K85/342Transition metal complexes, e.g. Ru(II)polypyridine complexes comprising iridium

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Electroluminescent Light Sources (AREA)
  • Indole Compounds (AREA)

Abstract

【課題】発光デバイスのEL層において、デクスター機構によるエネルギー移動が抑制可能な、新規の化合物を提供する。【解決手段】具体的には、例えば9,10−ジ(ビフェニル−2−イル)−N,N’−ビス(3,5−ジ−tert−ブチルフェニル)−N,N’−ビス(9−フェニル−9H−カルバゾール−3−イル)アントラセン−2,6−ジアミン等のカルバゾール誘導体である。【選択図】なし

Description

本発明の一態様は、化合物、発光デバイス、発光装置、電子機器、および照明装置に関する。但し、本発明の一態様は、それらに限定されない。すなわち、本発明の一態様は、物、方法、製造方法、または駆動方法に関する。または、本発明の一態様は、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。
近年、エレクトロルミネッセンス(Electroluminescence:EL)を利用した発光デバイスの研究が盛んに行われている。これらの発光デバイスは、一対の電極間にEL層(発光物質を含む)を挟んだ構造を有する。発光デバイスは、一対の電極間に電圧を印加することにより、各電極から注入された電子およびホールがEL層において再結合し、EL層に含まれる発光物質(有機化合物)が励起状態となり、その励起状態が基底状態に戻る際に発光する。なお、励起状態の種類としては、一重項励起状態(S)と三重項励起状態(T)とがあり、一重項励起状態からの発光が蛍光、三重項励起状態からの発光が燐光と呼ばれている。また、発光デバイスにおけるそれらの統計的な生成比率は、S:T=1:3であると考えられている。そのため、三重項励起状態のエネルギーを発光に変換できる燐光発光物質を用いた発光デバイスが高い効率が得られるとして、近年盛んに開発が行われている。
三重項励起状態のエネルギーの一部もしくは全てを発光に変換することが可能な材料として、燐光発光物質の他に、熱活性化遅延蛍光(Thermally Activated Delayed Fluorescence:TADF)材料が知られている。TADF材料は、逆項間交差により三重項励起状態から一重項励起状態を生成することができる。
TADF材料を用いた発光デバイスとして、蛍光発光物質と組み合わせることにより、TADF材料の一重項励起エネルギーを蛍光発光物質へ移動させ、蛍光発光物質を効率よく発光させる方法が提案されている(特許文献1および非特許文献1参照)。
また、発光デバイスの発光層におけるホスト材料からゲスト材料への励起エネルギーのエネルギー移動に関して、一般にフェルスター機構によるエネルギー移動効率を高める(エネルギー移動速度を向上させる)ために、ホスト材料に対するゲスト材料(蛍光発光物質)の濃度比を高めることが好ましいが、ゲスト材料の濃度比を高めると、デクスター機構によるエネルギー移動の移動速度が向上し、結果的に発光効率が低下するというトレードオフの関係を有することが知られている。従って、ゲスト材料の濃度比を高めることは発光効率を向上させるための有効な手段とは言えなかった。
特開2014−45179号公報
Hiroki Noda et al.,"SCIENCE ADVANCES", 2018, vol. 4,no. 6, eaao6910
本発明の一態様では、新規の化合物を提供する。また、発光デバイスのEL層において、濃度比を高めても、ホスト材料の一重項励起状態(S)からのエネルギー(以下、一重項励起エネルギーという)を効率良く受け取り、ホスト材料の三重項励起状態(T)からのエネルギー(以下、三重項励起エネルギーという)移動が起こりにくい(デクスター機構によるエネルギー移動が抑制可能な)新規の化合物を提供する。
また、本発明の一態様では、発光デバイスに用いることができる新規な化合物を提供する。また、本発明の一態様では、発光デバイスのEL層に用いることができる、新規な化合物を提供する。また、本発明の一態様である新規な化合物を用いた発光効率の高い新規な発光デバイスを提供する。また、新規な発光装置、新規な電子機器、または新規な照明装置を提供する。
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、これらの課題の全てを解決する必要はないものとする。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、蛍光発光物質であり、下記一般式(G1)で表される化合物である。
Figure 2021107386
上記一般式(G1)において、AおよびAはそれぞれ独立に、置換若しくは無置換の炭素数10乃至30の縮合芳香環、または置換若しくは無置換の炭素数3乃至30の縮合複素芳香環、または一般式(Z−1)または一般式(Z−2)で表される構造を表し、ZおよびZはそれぞれ独立に、一般式(Z−1)または一般式(Z−2)で表される構造を有する。一般式(Z−1)中、XおよびXはそれぞれ独立に、炭素数3乃至10のアルキル基、置換若しくは無置換の炭素数3乃至10のシクロアルキル基、架橋構造を有する炭素数7乃至10のシクロアルキル基、炭素数3乃至12のトリアルキルシリル基のいずれか一を表す。また、ArおよびArはそれぞれ独立に置換若しくは無置換の炭素数6乃至13の芳香族炭化水素基を表し、かつArおよびArの少なくとも一は、Xと同じ置換基を有する。また、R〜R16はそれぞれ独立に、水素、炭素数3乃至10のアルキル基、置換若しくは無置換の炭素数3乃至10のシクロアルキル基、炭素数3乃至12のトリアルキルシリル基、または置換若しくは無置換の炭素数6乃至25のアリール基のいずれか一を表す。
また、本発明の別の一態様は、下記一般式(G2)で表される化合物である。
Figure 2021107386
上記一般式(G2)において、BおよびBはそれぞれ独立に、置換若しくは無置換の炭素数3乃至30の縮合複素芳香環を表し、ZおよびZはそれぞれ独立に、一般式(Z−1)または一般式(Z−2)で表される構造を有する。一般式(Z−1)中、XおよびXはそれぞれ独立に、炭素数3乃至10のアルキル基、置換若しくは無置換の炭素数3乃至10のシクロアルキル基、架橋構造を有する炭素数7乃至10のシクロアルキル基、炭素数3乃至12のトリアルキルシリル基のいずれか一を表す。また、ArおよびArはそれぞれ独立に置換若しくは無置換の炭素数6乃至13の芳香族炭化水素基を表し、かつArおよびArの少なくとも一は、Xと同じ置換基を有する。また、R〜R16はそれぞれ独立に、水素、炭素数3乃至10のアルキル基、置換若しくは無置換の炭素数3乃至10のシクロアルキル基、炭素数3乃至12のトリアルキルシリル基、または置換若しくは無置換の炭素数6乃至25のアリール基のいずれか一を表す。
なお、上記一般式(G1)および一般式(G2)における縮合複素芳香環は、ピロール環を含む。ピロール環を含む縮合複素芳香環としては、インドール環、カルバゾール環、インデノカルバゾール環、インドロカルバゾール環、ジベンゾカルバゾール環などが好ましい。
また、本発明の別の一態様は、下記一般式(G3)で表される化合物である。
Figure 2021107386
上記一般式(G3)において、ZおよびZはそれぞれ独立に、一般式(Z−1)または一般式(Z−2)で表される構造を有する。一般式(Z−1)中、XおよびXはそれぞれ独立に、炭素数3乃至10のアルキル基、置換若しくは無置換の炭素数3乃至10のシクロアルキル基、架橋構造を有する炭素数7乃至10のシクロアルキル基、炭素数3乃至12のトリアルキルシリル基のいずれか一を表す。また、ArおよびArはそれぞれ独立に置換若しくは無置換の炭素数6乃至13の芳香族炭化水素基を表し、かつArおよびArの少なくとも一は、Xと同じ置換基を有する。また、R〜R42はそれぞれ独立に、水素、炭素数3乃至10のアルキル基、置換若しくは無置換の炭素数3乃至10のシクロアルキル基、炭素数3乃至12のトリアルキルシリル基、または置換若しくは無置換の炭素数6乃至25のアリール基のいずれか一を表し、R17〜R29のいずれか一は、Zと結合する窒素原子と結合し、かつR30〜R42のいずれか一は、Zと結合する窒素原子と結合する。
また、本発明の別の一態様は、一般式(G4)で表される化合物である。
Figure 2021107386
上記一般式(G4)において、ZおよびZはそれぞれ独立に、一般式(Z−1)または一般式(Z−2)で表される構造を有する。一般式(Z−1)中、XおよびXはそれぞれ独立に、炭素数3乃至10のアルキル基、置換若しくは無置換の炭素数3乃至10のシクロアルキル基、架橋構造を有する炭素数7乃至10のシクロアルキル基、炭素数3乃至12のトリアルキルシリル基のいずれか一を表す。また、ArおよびArはそれぞれ独立に置換若しくは無置換の炭素数6乃至13の芳香族炭化水素基を表し、かつArおよびArの少なくとも一は、Xと同じ置換基を有する。また、R〜R17、R19〜R30、およびR32〜R42はそれぞれ独立に、水素、炭素数3乃至10のアルキル基、置換若しくは無置換の炭素数3乃至10のシクロアルキル基、炭素数3乃至12のトリアルキルシリル基、置換若しくは無置換の炭素数6乃至25のアリール基のいずれか一を表す。
また、本発明の別の一態様は、構造式(100)で表される化合物である。
Figure 2021107386
本発明の別の一態様は、上述した本発明の一態様である化合物を用いた発光デバイスである。なお、一対の電極間に有するEL層、またはEL層に含まれる発光層に本発明の一態様である化合物を用いて形成された発光デバイスも本発明に含まれることとする。また、上記発光デバイスに加え、電極と接して有機化合物を有する層(例えばキャップ層)を有する場合も発光デバイスに含め、本発明に含まれることとする。また、発光デバイスに加えて、トランジスタ、基板などを有する発光装置も発明の範疇に含める。さらに、これらの発光装置に加えて、マイク、カメラ、操作用ボタン、外部接続部、筐体、カバー、支持台、スピーカ等を有する電子機器、または照明装置も発明の範疇に含める。
また、本発明の一態様は、発光デバイスを有する発光装置を含み、さらに発光装置を有する照明装置も範疇に含めるものである。従って、本明細書中における発光装置とは、画像表示デバイス、または光源(照明装置含む)を指す。また、発光装置に、例えばFPC(Flexible printed circuit)もしくはTCP(Tape Carrier Package)等のコネクター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、または発光デバイスに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、新規の化合物を提供することができる。または、本発明の一態様では、発光デバイスに用いることができる新規な化合物を提供することができる。または、本発明の一態様では、発光デバイスのEL層に用いることができる、新規な化合物を提供することができる。または、本発明の一態様により、発光効率が高い発光デバイスを提供することができる。または、本発明の一態様では、信頼性が高い発光デバイスを提供することができる。または、本発明の一態様では、新規な発光デバイスを提供することができる。または、本発明の一態様では、新規な発光装置、新規な電子機器、または新規な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。
図1(A)は、発光デバイスの構造を示す図である。図1(B)は、発光層を説明する図である。 図2(A)は、一般のゲスト材料とホスト材料とのエネルギー移動の概念図である。図2(B)は、本発明の一態様である化合物(ゲスト材料)とホスト材料とのエネルギー移動の概念図である。 図3(A)は、発光層における化合物間のエネルギー移動の概念図である。図3(B)は、発光層における化合物間のエネルギー移動の概念図である。図3(C)は、発光層における化合物間のエネルギー移動の概念図である。 図4(A)は、発光層における化合物間のエネルギー移動の概念図である。図4(B)は、発光層における化合物間のエネルギー移動の概念図である。図4(C)は、発光層における化合物間のエネルギー移動の概念図である。 図5(A)は、発光層における化合物間のエネルギー移動の概念図である。図5(B)は、発光層における化合物間のエネルギー移動の概念図である。 図6(A)および図6(B)は、発光デバイスの構造について説明する図である。 図7(A)、図7(B)、および図7(C)は、発光装置について説明する図である。 図8(A)は、発光装置について説明する上面図である。図8(B)は、発光装置について説明する断面図である。 図9(A)は、モバイルコンピュータについて説明する図である。図9(B)は、携帯型の画像再生装置について説明する図である。図9(C)は、デジタルカメラについて説明する図である。図9(D)は、携帯情報端末について説明する図である。図9(E)は、携帯情報端末について説明する図である。図9(F)は、テレビジョン装置について説明する図である。図9(G)は、携帯情報端末について説明する図である。 図10(A)、図10(B)、および図10(C)は、折りたたみ可能な携帯情報端末について説明する図である。 図11(A)、および図11(B)は、自動車について説明する図である。 照明装置について説明する図である。 照明装置について説明する図である。 図14は、構造式(100)に示す有機化合物のH−NMRチャートである。 図15は、構造式(100)に示す有機化合物の紫外・可視吸収スペクトル及び発光スペクトルである。 図16は、発光デバイスについて説明する図である。 図17は、発光デバイス1−1、発光デバイス1−2、比較発光デバイス1−a、および比較発光デバイス1−bの電流密度−輝度特性を示す図である。 図18は、発光デバイス1−1、発光デバイス1−2、比較発光デバイス1−a、および比較発光デバイス1−bの電圧−輝度特性を示す図である。 図19は、発光デバイス1−1、発光デバイス1−2、比較発光デバイス1−a、および比較発光デバイス1−bの輝度−電流効率特性を示す図である。 図20は、発光デバイス1−1、発光デバイス1−2、比較発光デバイス1−a、および比較発光デバイス1−bの電圧−電流密度特性を示す図である。 図21は、発光デバイス1−1、発光デバイス1−2、比較発光デバイス1−a、および比較発光デバイス1−bの輝度−外部量子効率特性を示す図である。 図22は、発光デバイス1−1、発光デバイス1−2、比較発光デバイス1−a、および比較発光デバイス1−bの電界発光スペクトルを示す図である。 図23は、発光デバイス1−1、発光デバイス1−2、および比較発光デバイス1−bの信頼性測定結果を説明する図である。
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。
なお、図面等において示す各構成の、位置、大きさ、範囲などは、理解の簡単のため、実際の位置、大きさ、範囲などを表していない場合がある。このため、開示する発明は、必ずしも、図面等に開示された位置、大きさ、範囲などに限定されない。
また、本明細書等において、図面を用いて発明の構成を説明するにあたり、同じものを指す符号は異なる図面間でも共通して用いる。
また、本明細書等において、一重項励起状態(S)は、励起エネルギーを有する一重項状態のことである。また、S1準位は一重項励起エネルギー準位の最も低い準位であり、最も低い一重項励起状態(S1状態)の励起エネルギー準位のことである。また、三重項励起状態(T)は、励起エネルギーを有する三重項状態のことである。また、T1準位は、三重項励起エネルギー準位の最も低い準位であり、最も低い三重項励起状態(T1状態)の励起エネルギー準位のことである。なお、本明細書等において、単に一重項励起状態および一重項励起エネルギー準位と表記した場合であっても、S1状態およびS1準位を表す場合がある。また、三重項励起状態および三重項励起エネルギー準位と表記した場合であっても、T1状態およびT1準位を表す場合がある。
また、本明細書等において蛍光発光物質とは、一重項励起状態から基底状態へ緩和する際に可視光領域または近赤外領域に発光を与える化合物である。燐光発光物質とは、三重項励起状態から基底状態へ緩和する際に、室温において可視光領域または近赤外領域に発光を与える化合物である。換言すると燐光発光物質とは、三重項励起エネルギーを発光へ変換可能な化合物の一つである。
(実施の形態1)
本実施の形態では、本発明の一態様である化合物について説明する。なお、本発明の一態様である化合物は、下記一般式(G1)で表される化合物である。
Figure 2021107386
なお、一般式(G1)において、AおよびAはそれぞれ独立に、置換若しくは無置換の炭素数10乃至30の縮合芳香環、または置換若しくは無置換の炭素数3乃至30の縮合複素芳香環、または一般式(Z−1)または一般式(Z−2)で表される構造を表し、ZおよびZはそれぞれ独立に、一般式(Z−1)または一般式(Z−2)で表される構造を有する。一般式(Z−1)中、XおよびXはそれぞれ独立に、炭素数3乃至10のアルキル基、置換若しくは無置換の炭素数3乃至10のシクロアルキル基、架橋構造を有する炭素数7乃至10のシクロアルキル基、炭素数3乃至12のトリアルキルシリル基のいずれか一を表す。また、ArおよびArはそれぞれ独立に置換若しくは無置換の炭素数6乃至13の芳香族炭化水素基を表し、かつArおよびArの少なくとも一は、Xと同じ置換基を有する。また、R〜R16はそれぞれ独立に、水素、炭素数3乃至10のアルキル基、置換若しくは無置換の炭素数3乃至10のシクロアルキル基、炭素数3乃至12のトリアルキルシリル基、または置換若しくは無置換の炭素数6乃至25のアリール基のいずれか一を表す。
また、本発明の別の一態様は、下記一般式(G2)で表される化合物である。
Figure 2021107386
なお、一般式(G2)において、BおよびBはそれぞれ独立に、置換若しくは無置換の炭素数3乃至30の縮合複素芳香環を表し、ZおよびZはそれぞれ独立に、一般式(Z−1)または一般式(Z−2)で表される構造を有する。一般式(Z−1)中、XおよびXはそれぞれ独立に、炭素数3乃至10のアルキル基、置換若しくは無置換の炭素数3乃至10のシクロアルキル基、架橋構造を有する炭素数7乃至10のシクロアルキル基、炭素数3乃至12のトリアルキルシリル基のいずれか一を表す。また、ArおよびArはそれぞれ独立に置換若しくは無置換の炭素数6乃至13の芳香族炭化水素基を表し、かつArおよびArの少なくとも一は、Xと同じ置換基を有する。また、R〜R16はそれぞれ独立に、水素、炭素数3乃至10のアルキル基、置換若しくは無置換の炭素数3乃至10のシクロアルキル基、炭素数3乃至12のトリアルキルシリル基、または置換若しくは無置換の炭素数6乃至25のアリール基のいずれか一を表す。
なお、上記一般式(G1)中のAおよびA、一般式(G2)中のBおよびBで表される縮合複素芳香環は、ピロール環を含む縮合複素芳香環であることが好ましい。
また、上記一般式(G1)中のAおよびA、一般式(G2)中のBおよびBで表される縮合複素芳香環は、インドール環、カルバゾール環、インデノカルバゾール環、インドロカルバゾール環、ジベンゾカルバゾール環であることが好ましい。
また、本発明の別の一態様は、下記一般式(G3)で表される化合物である。
Figure 2021107386
なお、一般式(G3)において、ZおよびZはそれぞれ独立に、一般式(Z−1)または一般式(Z−2)で表される構造を有する。一般式(Z−1)中、XおよびXはそれぞれ独立に、炭素数3乃至10のアルキル基、置換若しくは無置換の炭素数3乃至10のシクロアルキル基、架橋構造を有する炭素数7乃至10のシクロアルキル基、炭素数3乃至12のトリアルキルシリル基のいずれか一を表す。また、ArおよびArはそれぞれ独立に置換若しくは無置換の炭素数6乃至13の芳香族炭化水素基を表し、かつArおよびArの少なくとも一は、Xと同じ置換基を有する。また、R〜R42はそれぞれ独立に、水素、炭素数3乃至10のアルキル基、置換若しくは無置換の炭素数3乃至10のシクロアルキル基、炭素数3乃至12のトリアルキルシリル基、または置換若しくは無置換の炭素数6乃至25のアリール基のいずれか一を表し、R17〜R29のいずれか一は、Zと結合する窒素原子と結合し、かつR30〜R42のいずれか一は、Zと結合する窒素原子と結合する。
また、本発明の別の一態様は、一般式(G4)で表される化合物である。
Figure 2021107386
なお、一般式(G4)において、ZおよびZはそれぞれ独立に、一般式(Z−1)または一般式(Z−2)で表される構造を有する。一般式(Z−1)中、XおよびXはそれぞれ独立に、炭素数3乃至10のアルキル基、置換若しくは無置換の炭素数3乃至10のシクロアルキル基、架橋構造を有する炭素数7乃至10のシクロアルキル基、炭素数3乃至12のトリアルキルシリル基のいずれか一を表す。また、ArおよびArはそれぞれ独立に置換若しくは無置換の炭素数6乃至13の芳香族炭化水素基を表し、かつArおよびArの少なくとも一は、Xと同じ置換基を有する。また、R〜R17、R19〜R30、およびR32〜R42はそれぞれ独立に、水素、炭素数3乃至10のアルキル基、置換若しくは無置換の炭素数3乃至10のシクロアルキル基、炭素数3乃至12のトリアルキルシリル基、置換若しくは無置換の炭素数6乃至25のアリール基のいずれか一を表す。
本発明の一態様である化合物は、一重項励起エネルギーを発光に変換する機能を有する材料(蛍光発光物質)であるため、ゲスト材料として、発光デバイスの発光層において、ホスト材料と共に用いることができる。本発明の一態様である化合物は、発光に寄与する発光団と、ホスト材料から該化合物へのデクスター機構による三重項励起エネルギー移動を抑制する保護基を有する。なお、本発明の一態様である化合物が有する発光団は、縮合芳香環または縮合複素芳香環であり、また、本発明の一態様である化合物が有する保護基は、本発明の一態様である化合物が有する2つ以上のジアリールアミノ基において、アリール基のそれぞれが少なくとも2つずつ有する基であり、具体的には、架橋構造を有する炭素数7乃至10のシクロアルキル基、炭素数3乃至10のアルキル基、置換若しくは無置換の炭素数3乃至10のシクロアルキル基、及び炭素数3乃至12のトリアルキルシリル基のいずれかである。
なお、本発明の一態様である化合物は、発光団に対して、保護基を有する2つ以上のジアリールアミノ基が対称の位置に結合する構造とすることにより、量子収率を高めることができる。また、本発明の一態様である化合物において、ジアリールアミノ基を用いることにより、分子量の増大を抑制し、昇華性を保つことができる。
また、本発明の一態様である化合物において、保護基は、発光団と結合するジアリールアミノ基のアリール基と結合する構造を有するため、発光団を覆うように保護基を配置することができ、ホスト材料から発光団へのデクスター機構に基づくエネルギー移動が起こりにくい程度の距離を持たせて、両者を遠ざけることができる。
なお、上記一般式(G1)、一般式(G2)、一般式(G3)、および一般式(G4)において、炭素数10乃至30の縮合芳香環、または炭素数3乃至30の縮合複素芳香環としては、例えばフェナントレン環、スチルベン環、アクリドン環、フェノキサジン環、フェノチアジン環等が挙げられる。また、蛍光量子収率をより高めることができる、ナフタレン環、アントラセン環、フルオレン環、クリセン環、トリフェニレン環、テトラセン環、ピレン環、ペリレン環、キノリン環、ベンゾイミダゾール環、キナゾリン環、カルバゾール環、アクリジン環、クマリン環、キナクリドン環、ナフトビスベンゾフラン環、ジベンゾフラン環、ジベンゾチオフェン環、インデノカルバゾール環、インドロカルバゾール環、ジベンゾカルバゾール環等が挙げられる。
なお、上記一般式(G1)、一般式(G2)、一般式(G3)、および一般式(G4)において、炭素数6乃至13の芳香族炭化水素基としては、フェニル基、ビフェニル基、ナフチル基、フルオレニル基等が挙げられる。
なお、上記一般式(G1)、一般式(G2)、一般式(G3)、および一般式(G4)において、炭素数3乃至10のアルキル基の具体例としては、例えば、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、等が挙げられる。
また、上記一般式(G1)、一般式(G2)、一般式(G3)、および一般式(G4)において、炭素数3乃至10のシクロアルキル基の具体例としては、例えば、シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロヘキシル基、等が挙げられる。なお、上記シクロアルキル基が置換基を有する場合の置換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、イソブチル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基のような炭素数1乃至7のアルキル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロヘプチル基、8,9,10−トリノルボルナニル基のような炭素数5乃至7のシクロアルキル基、フェニル基、ナフチル基、ビフェニル基のような炭素数6乃至12のアリール基等が挙げられる。
また、上記一般式(G1)、一般式(G2)、一般式(G3)、および一般式(G4)において、架橋構造を有する炭素数7乃至10のシクロアルキル基の具体例としては、例えば、アダマンチル基、ビシクロ[2.2.1]ヘプチル基、トリシクロ[5.2.1.02,6]デカニル基、ノルアダマンチル基等が挙げられる。
また、上記一般式(G1)、一般式(G2)、一般式(G3)、および一般式(G4)において、炭素数3乃至12のトリアルキルシリル基の具体例としては、例えば、トリメチルシリル基、トリエチルシリル基、tert−ブチルジメチルシリル基等が挙げられる。
上記一般式(G1)、一般式(G2)、一般式(G3)、および一般式(G4)において、縮合芳香環、縮合複素芳香環、炭素数6乃至13の芳香族炭化水素基、炭素数3以上10以下のシクロアルキル基、または炭素数6乃至25のアリール基のいずれかが置換基を有する場合、該置換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、イソブチル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基のような炭素数1乃至7のアルキル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロヘプチル基、8,9,10−トリノルボルナニル基のような炭素数5乃至7のシクロアルキル基、またはフェニル基、ナフチル基、ビフェニル基のような炭素数6乃至12のアリール基等が挙げられる。
上記一般式(G1)、一般式(G2)、一般式(G3)、および一般式(G4)において、炭素数6乃至25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、フルオレニル基、スピロフルオレニル基等が挙げられる。なお、該アリール基が置換基を有する場合、該置換基としては上述の炭素数3乃至10のアルキル基、置換若しくは無置換の炭素数3乃至10のシクロアルキル基、炭素数3乃至12のトリアルキルシリル基が挙げられる。
次に、上記一般式(G1)〜一般式(G4)で示される化合物の具体例を、以下の構造式(100)〜構造式(139)に示す。なお、一般式(G1)〜一般式(G4)で示される化合物の具体例は、これらに限定されない。
Figure 2021107386
Figure 2021107386
Figure 2021107386
Figure 2021107386
Figure 2021107386
Figure 2021107386
Figure 2021107386
Figure 2021107386
Figure 2021107386
Figure 2021107386
<一般式(G1)で表される有機化合物の合成方法>
次に、下記一般式(G1)で表される化合物の合成方法について説明する。
Figure 2021107386
上記一般式(G1)中、AおよびAはそれぞれ独立に、置換若しくは無置換の炭素数10乃至30の縮合芳香環、または置換若しくは無置換の炭素数3乃至30の縮合複素芳香環、または一般式(Z−1)または一般式(Z−2)で表される構造を表し、ZおよびZはそれぞれ独立に、一般式(Z−1)または一般式(Z−2)で表される構造を有する。一般式(Z−1)中、XおよびXはそれぞれ独立に、炭素数3乃至10のアルキル基、置換若しくは無置換の炭素数3乃至10のシクロアルキル基、架橋構造を有する炭素数7乃至10のシクロアルキル基、炭素数3乃至12のトリアルキルシリル基のいずれか一を表す。また、ArおよびArはそれぞれ独立に置換若しくは無置換の炭素数6乃至13の芳香族炭化水素基を表し、かつArおよびArの少なくとも一は、Xと同じ置換基を有する。また、R〜R16はそれぞれ独立に、水素、炭素数3乃至10のアルキル基、置換若しくは無置換の炭素数3乃至10のシクロアルキル基、炭素数3乃至12のトリアルキルシリル基、または置換若しくは無置換の炭素数6乃至25のアリール基のいずれか一を表す。
上記一般式(G1)で表される化合物は、例えば、下記合成スキーム(S−1)および合成スキーム(S−2)に示す方法により合成することができる。
まず、化合物1、化合物2(アニリン化合物)、および化合物3(アニリン化合物)をカップリングさせることにより、化合物4(ジアミン化合物)を得ることができる(合成スキーム(S−1))。
Figure 2021107386
続いて、化合物4(ジアミン化合物)、化合物5(ハロゲン化アリール)、および化合物6(ハロゲン化アリール)をカップリングさせることにより、一般式(G1)で表される化合物を得ることができる(合成スキーム(S−2))。
Figure 2021107386
また、上記一般式(G1)で表される化合物は、下記合成スキーム(S−3)、合成スキーム(S−4)、および合成スキーム(S−5)に示す方法により合成することもできる。
まず、化合物2(アニリン化合物)と、化合物5(ハロゲン化アリール)とをカップリングすることにより、化合物7(アミン化合物)を得ることができる(合成スキーム(S−3))。
Figure 2021107386
また、化合物3(アニリン化合物)と、化合物6(ハロゲン化アリール)とをカップリングすることにより、化合物8(アミン化合物)を得ることができる(合成スキーム(S−4))。
Figure 2021107386
続いて、化合物1、化合物7(アミン化合物)、および化合物8(アミン化合物)をカップリングさせることにより、一般式(G1)で表される化合物を得ることができる(合成スキーム(S−5))。
Figure 2021107386
なお、上記合成スキーム(S−1)〜(S−5)において、AおよびAはそれぞれ独立に、置換若しくは無置換の炭素数10乃至30の縮合芳香環、または置換若しくは無置換の炭素数3乃至30の縮合複素芳香環、または一般式(Z−1)または一般式(Z−2)で表される構造を表し、ZおよびZはそれぞれ独立に、一般式(Z−1)または一般式(Z−2)で表される構造を有する。一般式(Z−1)中、XおよびXはそれぞれ独立に、炭素数3乃至10のアルキル基、置換若しくは無置換の炭素数3乃至10のシクロアルキル基、架橋構造を有する炭素数7乃至10のシクロアルキル基、炭素数3乃至12のトリアルキルシリル基のいずれか一を表す。また、ArおよびArはそれぞれ独立に置換若しくは無置換の炭素数6乃至13の芳香族炭化水素基を表し、かつArおよびArの少なくとも一は、Xと同じ置換基を有する。また、R〜R16はそれぞれ独立に、水素、炭素数3乃至10のアルキル基、置換若しくは無置換の炭素数3乃至10のシクロアルキル基、炭素数3乃至12のトリアルキルシリル基、または置換若しくは無置換の炭素数6乃至25のアリール基のいずれか一を表す。
なお、上記合成スキーム(S−1)〜(S−5)において、パラジウム触媒を用いたブッフバルト・ハートウィッグ反応を行う場合、X10〜X13はハロゲン基又はトリフラート基を表し、ハロゲンとしては、ヨウ素又は臭素又は塩素が好ましい。当該反応では、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)等のパラジウム化合物と、トリ(tert−ブチル)ホスフィン、トリ(n−ヘキシル)ホスフィン、トリシクロヘキシルホスフィン、ジ(1−アダマンチル)−n−ブチルホスフィン、2−ジシクロヘキシルホスフィノ−2’,6’−ジメトキシ−1,1’−ビフェニル等の配位子を用いることができる。また、ナトリウム tert−ブトキシド等の有機塩基、炭酸カリウム、炭酸セシウム、炭酸ナトリウム等の無機塩基等を用いることができる。また、溶媒として、トルエン、キシレン、メシチレン、ベンゼン、テトラヒドロフラン、ジオキサン等を用いることができる。なお、当該反応で用いることができる試薬類は、これらの試薬類に限られるものではない。
また、上記合成スキーム(S−1)〜(S−5)において行う反応は、ブッフバルト・ハートウィッグ反応に限られるものではなく、有機錫化合物を用いた右田・小杉・スティルカップリング反応、グリニヤール試薬を用いたカップリング反応、銅、又は銅化合物を用いたウルマン反応等を用いることができる。
上記合成スキーム(S−1)において、化合物2と化合物3とが異なる構造である場合、化合物1と化合物2とを反応させてカップリング体とした後、得られたカップリング体と、化合物3とを反応させることが好ましい。なお、化合物1に対して、化合物2及び化合物3を段階的に反応させる場合は、化合物1は、ジハロゲン体であることが好ましく、X10及びX11は異なるハロゲンを用いて選択的に1つずつアミノ化反応を行うことが好ましい。
さらに合成スキーム(S−2)において、化合物4と化合物5とを反応させてカップリング体を得た後、得られたカップリング体と化合物6とを反応させることが好ましい。
また、合成スキーム(S−5)において、化合物1と化合物7とを反応させてカップリング体を得た後、得られたカップリング体と化合物8とを反応させることが好ましい。
以上、本発明の一態様である化合物の合成法について示したが、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してもよい。
(実施の形態2)
本実施の形態では、本発明の一態様である化合物を用いることが好ましい発光デバイスの一例について説明する。なお、発光デバイスは、図1(A)に示すように、第1の電極101(図1(A)では、陽極の場合を示す)、および第2の電極102(図1(A)では、陰極の場合を示す)からなる、一対の電極間に、EL層103が挟まれた構造を有し、EL層103は、少なくとも発光層113を有し、その他に正孔(ホール)注入層111、正孔(ホール)輸送層112、電子輸送層114、電子注入層115、等の機能層を設けることができる。
また、発光層113は、発光物質(ゲスト材料)およびホスト材料を有する。発光デバイスにおいて、一対の電極間に電圧を印加することにより、陰極から電子が、陽極から正孔(ホール)が、それぞれEL層103に注入され、電流が流れる。このとき発光層113にてキャリア(電子及び正孔)が再結合することで励起子が生じ、励起子の励起エネルギーが発光に変換されることで、発光デバイスから発光が得られる。なお、本実施の形態で示す発光層113は、図1(B)に示すように、エネルギーアクセプターであり、発光物質(ゲスト材料)として機能する化合物132、およびエネルギードナーであり、ホスト材料として機能する化合物131を有する。したがって、本実施の形態では、本発明の一態様である化合物を発光物質(ゲスト材料)として用いる場合について説明する。なお、発光層113において、ホスト材料として機能する化合物は複数であっても良い。
キャリアの再結合によって生じる励起子のうち、一重項励起子が生成する割合は25%であり、三重項励起子が生成する割合は75%であるため、一重項励起子に加えて三重項励起子を発光に寄与させることが、発光デバイスの発光効率を向上させるためには好ましい。ここで、発光層113において、ゲスト材料とホスト材料との間で生じるエネルギー移動の概念について、図2を用いて説明する。なお、図2(A)には、通常のゲスト材料(蛍光発光物質)の構成を示し、これを用いた場合における、ゲスト材料とホスト材料との間のエネルギー移動の概念を示す。また、図2(B)には、本発明の一態様である化合物132の構成を示し、これをゲスト材料として用いた場合における、ゲスト材料とホスト材料との間のエネルギー移動の概念を示す。
図2(A)は、ホスト材料である化合物131と、ゲスト材料である蛍光発光物質124が存在する様子を示す。なお、蛍光発光物質124は、一般的な蛍光発光物質であり、発光団124aを有するが、保護基を有さない蛍光発光物質である。
また、図2(B)は、ホスト材料である化合物131と、ゲスト材料である、本発明の一態様である化合物(蛍光発光物質)132が存在する様子を示す。なお、化合物132は、発光デバイスにおいて、エネルギーアクセプターとして機能する蛍光発光物質であり、発光団132aと保護基132bを有する。なお、保護基132bは、化合物(ホスト材料)131から発光団132aへのデクスター機構に基づくエネルギー移動が起こりにくい程度の距離を持たせて、両者を遠ざける機能を有する。
図2(A)(B)に示すように、発光層113において、ホスト材料である化合物131と、ゲスト材料である蛍光発光物質124および化合物(蛍光発光物質)132は、いずれも近い位置に存在する。そのため、図2(A)に示すように、蛍光発光物質124が保護基を有さない場合は、発光団124aと化合物131との距離が近くなるため、化合物131から蛍光発光物質124へのエネルギー移動として、フェルスター機構によるエネルギー移動(図2(A)中、ルートA)とデクスター機構によるエネルギー移動(図2(A)中、ルートA)の両方が生じうる。デクスター機構によるホスト材料からゲスト材料への三重項励起エネルギーのエネルギー移動が生じ、ゲスト材料の三重項励起状態が生成してもゲスト材料が蛍光発光物質である場合には、三重項励起エネルギーが無放射(非放射)失活してしまうため、発光デバイスの発光効率低下の一因となる。
一方、図2(B)では、ゲスト材料である化合物(蛍光発光物質)132が、保護基132bを有するため、発光団132aとホスト材料である化合物131との距離を長くすることができる。これにより、デクスター機構によるエネルギー移動(ルートA)を抑制することができる。
ここで、図2(A)に示す蛍光発光物質124が有する発光団124a、および図2(B)に示す化合物(蛍光発光物質)132が有する発光団132aについて説明する。発光団(124a、132a)とは、蛍光発光物質において、発光の原因となる原子団(骨格)を指す。発光団(124a、132a)は一般的にπ結合を有しており、芳香環を含むことが好ましく、縮合芳香環または縮合複素芳香環を有すると好ましい。なお、発光団(124a、132a)が有する縮合芳香環または縮合複素芳香環としては、例えば、フェナントレン環、スチルベン環、アクリドン環、フェノキサジン環、フェノチアジン環等が挙げられる。特にナフタレン環、アントラセン環、フルオレン環、クリセン環、トリフェニレン環、テトラセン環、ピレン環、ペリレン環、キノリン環、ベンゾイミダゾール環、キナゾリン環、カルバゾール環、アクリジン環、クマリン環、キナクリドン環、ナフトビスベンゾフラン環、ジベンゾフラン環、ジベンゾチオフェン環、インデノカルバゾール環、インドロカルバゾール環、ジベンゾカルバゾール環等が挙げられる。なお、本発明の一態様である化合物132が有する発光団132aとしては、特にアントラセン骨格が好ましい。
また、図2(B)に示す化合物(蛍光発光物質)132が有する保護基132bとしては、発光団132a、およびホスト材料である化合物131が有するT1準位よりも高いT1準位を有することが好ましい。なお、本発明の一態様である化合物132が有する保護基132bの具体例としては架橋構造を有する炭素数7乃至10のシクロアルキル基が好ましい。また、炭素数3乃至10のアルキル基、置換若しくは無置換の炭素数3乃至10のシクロアルキル基、炭素数3乃至12のトリアルキルシリル基等が挙げられる。このような保護基132bを有することで、嵩高い構造とすることができるので、ゲスト材料である化合物132の発光団132aと、ホスト材料である化合物131との距離を長くすることができる。
次に、本発明の一態様である発光デバイスの発光層の構成について説明する。
<発光層の構成例1>
本構成例において、発光デバイス中の発光層113は、ホスト材料として機能する化合物131と、発光物質(ゲスト材料)として機能する化合物132を有し、化合物131としてTADF材料を用い、発光物質(ゲスト材料)として機能する化合物132として、蛍光発光物質を用いる場合について示す。したがって、本発明の一態様である化合物を蛍光発光物質である化合物132として、用いることが好ましい。なお、本構成例における発光層113でのエネルギー準位の相関の一例は、図3(A)に示す通りである。なお、図3(A)に示す表記及び符号は、以下の通りである。
・Host(131):化合物131
・Guest(132):化合物132
・TC1:化合物131のT1準位
・SC1:化合物131のS1準位
・S:化合物132のS1準位
・T:化合物132のT1準位
本構成例において、化合物131はTADFを有する材料であるため、三重項励起エネルギーをアップコンバージョンによって一重項励起エネルギーに変換する機能を有する(図3(A)中のルートA)。化合物131が有する一重項励起エネルギーは、速やかに化合物132へ移動する(図3(A)中のルートA)。このとき、化合物131のSC1と化合物132のSとの関係は、SC1≧Sであると好ましい。但し、SC1は化合物131の蛍光スペクトルの短波長側の裾において接線を引き、その外挿線の波長のエネルギーとする。また、Sは、化合物132の吸収スペクトルの吸収端の波長のエネルギーとする。
このように、化合物131で生じた三重項励起エネルギーをルートA及びルートAを経て、ゲスト材料である化合物132のS1準位へエネルギー移動させることにより、化合物132を効率よく発光させ、発光デバイスの発光効率を高めることができる。なお、ルートAにおいて、化合物131はエネルギードナーとして機能し、化合物132はエネルギーアクセプターとして機能する。但し、本構成例に示す発光デバイスの発光層113では、上記の他に、化合物131で生じた三重項励起エネルギーが、化合物132のT1準位に移動する経路(図3(A)中のルートA)とも競合し得る。このようなエネルギー移動(ルートA)が生じる場合、蛍光発光物質である化合物132は、三重項励起エネルギーを発光に寄与させることができないため、発光デバイスの発光効率が低下する。
一般に、分子間のエネルギー移動機構として、フェルスター機構(双極子−双極子相互作用)と、デクスター機構(電子交換相互作用)が知られている。また、デクスター機構はエネルギードナーである化合物とエネルギーアクセプターである化合物との距離が1nm以下である場合に優位に生じる。そのため、エネルギーアクセプターである化合物の濃度が高くなるとデクスター機構が生じやすくなる。したがって、本構成例のように、エネルギーアクセプターである化合物132が、三重項励起エネルギー準位の低い蛍光性材料であり、その濃度が高くなると、エネルギードナーである化合物131の三重項励起エネルギーはデクスター機構によるルートAのエネルギー移動と、その後の無放射失活が支配的になる。そのため、ルートAを抑制するためには、デクスター機構によるエネルギー移動が起こりにくい程度に化合物131と化合物132の距離を長くすることが重要である。
また、エネルギーアクセプターである化合物132のT1準位(T)は、化合物132が有する発光団に由来するエネルギー準位であることが多い。そのため、発光層113におけるルートAを抑制するために、化合物131と化合物132が有する発光団との距離を長くすることが重要となる。
エネルギードナーと、エネルギーアクセプターが有する発光団との距離を長くするための手法として一般には、その混合膜中のエネルギーアクセプターの濃度を低くすることが挙げられる。しかし、エネルギーアクセプターの濃度を低くすると、エネルギードナーからエネルギーアクセプターへのデクスター機構に基づくエネルギー移動だけでなく、フェルスター機構に基づくエネルギー移動も抑制されてしまう。その場合、ルートAがフェルスター機構に基づくため、発光デバイスの発光効率の低下、または信頼性の低下といった問題が生じる。一方、本発明の一態様である化合物は、その構造の一部に発光団と保護基を有しており、発光層113でエネルギーアクセプターとして機能する場合において、保護基は、他のエネルギードナーと、該発光団との距離を長くする機能を有する。したがって、本発明の一態様である化合物を、本構成の化合物132として用いた場合、化合物132と化合物131との距離を長くすることができる。また、エネルギードナーとエネルギーアクセプターの距離が1nm以下ではデクスター機構が優勢となり、1nm以上10nm以下ではフェルスター機構が優勢となる。そのため、保護基は発光団から1nm以上10nm以下の範囲で広がる嵩高い置換基が好ましく、本発明の一態様の化合物が有する保護基としては、先に挙げた保護基を有することが好ましい。したがって、本発明の一態様である化合物を、化合物132として用いることにより、化合物132の濃度を高めてもデクスター機構によるエネルギー移動を抑制しつつ、フェルスター機構によるエネルギー移動速度を高めることができる。すなわち、化合物131のS1準位(SC1)から化合物132のS1準位(S)への一重項励起エネルギーのエネルギー移動(ルートA)が起こりやすくなる一方、化合物131から化合物132のT1準位(T)への三重項励起エネルギーの移動(ルートA:デクスター機構によるエネルギー移動)を起こりにくくすることができ、ルートAのエネルギー移動に伴う発光効率の低下を抑制しつつ、発光デバイスの発光効率を高めることができる。また、フェルスター機構によるエネルギー移動速度を高めることによって、発光層中のエネルギーアクセプターの励起寿命が短くなるため、発光デバイスの信頼性を向上させることができる。具体的には、発光層113における化合物132の濃度は、エネルギードナーである化合物131に対して、2wt%以上50wt%以下が好ましく、より好ましくは5wt%以上30wt%以下、さらに好ましくは5wt%以上20wt%以下とする。
<発光層の構成例2>
本構成例において、発光デバイス中の発光層113は、化合物131、化合物132、および化合物133を有し、化合物131および化合物133は励起錯体を形成する組み合わせであり、発光物質(ゲスト材料)として機能する化合物132として、蛍光発光物質を用いる場合(ExEFを利用する場合)について示す。したがって、本発明の一態様である化合物は、蛍光発光物質である化合物132として、用いることが好ましい。なお、本構成例における発光層113でのエネルギー準位の相関の一例は、図3(B)に示す通りである。なお、図3(B)に示す表記及び符号は、以下の通りである。
・Comp(131):化合物131
・Comp(133):化合物133
・Guest(132):化合物132
・SC1:化合物131のS1準位
・TC1:化合物131のT1準位
・SC3:化合物133のS1準位
・TC3:化合物133のT1準位
・S:化合物132のS1準位
・T:化合物132のT1準位
・S:励起錯体のS1準位
・T:励起錯体のT1準位
なお、化合物131と化合物133との組み合わせは、励起錯体を形成することが可能な組み合わせであればよいが、一方が正孔を輸送する機能(正孔輸送性)を有する化合物であり、他方が電子を輸送する機能(電子輸送性)を有する化合物であることが、より好ましい。この場合、ドナー−アクセプター型の励起錯体を形成しやすくなり、効率よく励起錯体を形成することができる。また、化合物131と化合物133との組み合わせが、正孔輸送性を有する化合物と電子輸送性を有する化合物との組み合わせである場合、その混合比によってキャリアバランスを容易に制御することが可能となる。具体的には、正孔輸送性を有する化合物:電子輸送性を有する化合物=1:9から9:1(重量比)の範囲が好ましい。また、該構成を有することで、容易にキャリアバランスを制御することができることから、キャリア再結合領域の制御も簡便に行うことができる。
また、効率よく励起錯体を形成するホスト材料の組み合わせとしては、化合物131及び化合物133のうち一方のHOMO準位が他方のHOMO準位より高く、一方のLUMO準位が他方のLUMO準位より高いことが好ましい。なお、化合物131のHOMO準位が化合物133のHOMO準位と同等、または化合物131のLUMO準位が化合物133のLUMO準位と同等であってもよい。
なお、化合物のLUMO準位およびHOMO準位は、サイクリックボルタンメトリ(CV)測定によって測定される化合物の電気化学特性(還元電位および酸化電位)から導出することができる。
図3(B)に示すように、化合物131と化合物133により形成される、励起錯体のS1準位(S)およびT1準位(T)は、互いに隣接したエネルギー準位となる(図3(B)中のルートA参照)。
励起錯体の励起エネルギー準位(SおよびT)は、励起錯体を形成する各物質(化合物131および化合物133)のS1準位(SC1およびSC3)より低くなるため、より低い励起エネルギーで励起状態を形成することが可能となる。これにより、発光デバイスの駆動電圧を低減することができる。
なお、励起錯体のS1準位(S)とT1準位(T)は、互いに隣接したエネルギー準位であるため、逆項間交差しやすく、TADF性を有する。そのため、励起錯体は三重項励起エネルギーをアップコンバージョンによって一重項励起エネルギーに変換する機能を有する(図3(B)中のルートA)。励起錯体が有する一重項励起エネルギーは、速やかに化合物132へ移動することができる(図3(B)中のルートA)。このとき、S≧Sであると好ましい。ルートAにおいて、励起錯体がエネルギードナーであり、化合物132がエネルギーアクセプターとして機能する。具体的には、励起錯体の蛍光スペクトルの短波長側の裾において接線を引き、その外挿線の波長のエネルギーをSとし、化合物132の吸収スペクトルの吸収端の波長のエネルギーをSとした際に、S≧Sであることが好ましい。
なお、TADF性を高めるには、化合物131および化合物133の双方のT1準位、すなわちTC1およびTC3が、T以上であることが好ましい。その指標としては、化合物131および化合物133の燐光スペクトルの最も短波長側の発光ピーク波長が、いずれも励起錯体の最大発光ピーク波長以下であることが好ましい。あるいは、励起錯体の蛍光スペクトルの短波長側の裾において接線を引き、その外挿線の波長のエネルギーをSとし、化合物131および化合物133の燐光スペクトルの短波長側の裾において各々接線を引き、それらの外挿線の波長のエネルギーを各化合物のTC1およびTC3とした際に、S−TC1≦0.2eV、かつ、S−TC3≦0.2eVであることが好ましい。
発光層113で生じた三重項励起エネルギーをルートA及びルートAを経て、ゲスト材料である化合物132のS1準位へエネルギー移動させることにより、化合物132を発光させることができる。よって、発光層113に励起錯体を形成する組み合わせの材料を用いることで、蛍光発光デバイスの発光効率を高めることができる。しかし、発光層113で生じた三重項励起エネルギーが、化合物132のT1準位にエネルギー移動する経路(図3(B)中のルートA)と競合して起こり得る。このようなエネルギー移動(ルートA)が生じた場合、蛍光発光物質である化合物132は、三重項励起エネルギーを発光に寄与させることができないため、発光デバイスの発光効率が低下してしまう。
このようなエネルギー移動(図3(B)中のルートA)を抑制するためには、上記構成例1で説明した通り、化合物131および化合物133により形成された励起錯体と、化合物132との距離、および励起錯体と、化合物132が有する発光団との距離が長いことが重要となる。
本発明の一態様である化合物は、その構造の一部に発光団と保護基を有しており、発光層113でエネルギーアクセプターとして機能する場合において、保護基は、他のエネルギードナーと、該発光団との距離を長くする機能を有する。したがって、本発明の一態様である化合物を、本構成の化合物132として用いた場合、化合物132の濃度を高めても、化合物131および化合物133により形成された励起錯体と、化合物132との距離を長くすることができ、デクスター機構によるエネルギー移動を抑制しつつ、フェルスター機構によるエネルギー移動速度を高めることができる。したがって、本発明の一態様である化合物を、化合物132として用いることにより、励起錯体から化合物132のS1準位(S)への三重項励起エネルギーのエネルギー移動(図3(B)中のルートA及びルートA)が起こりやすくなる一方、励起錯体から化合物132のT1準位(T)への三重項励起エネルギーの移動(ルートA:デクスター機構によるエネルギー移動)を起こりにくくすることができ、ルートAのエネルギー移動に伴う発光効率の低下を抑制しつつ、発光デバイスの発光効率を高めることができる。また、発光デバイスの信頼性を向上させることができる。
なお、本明細書中では、上述したルートA、ルートA、およびルートAの経路について、ExSET(Exciplex−Singlet Energy Transfer)またはExEF(Exciplex−Enhanced Fluorescence)ともいう。すなわち、本明細書中の発光層113において、励起錯体から蛍光性材料への励起エネルギーの供与があることを示す。
<発光層の構成例3>
本構成例において、発光デバイス中の発光層113は、化合物131、化合物132、および化合物133を有し、化合物131および化合物133は励起錯体を形成する組み合わせであり、発光物質(ゲスト材料)として機能する化合物132として、蛍光発光物質を用いる場合(ExEFを利用する場合)について示す。また、上記構成例2とは、化合物133が、燐光性材料である点で異なる。また、本発明の一態様である化合物は、蛍光発光物質である化合物132として、用いることが好ましい。なお、本構成例における発光層113でのエネルギー準位の相関の一例は、図3(C)に示す通りである。なお、図3(C)に示す表記及び符号は、図3(B)と共通するため、記載を省略する。
本構成例では励起錯体を形成する一方の化合物に重原子を有する化合物を用いる。そのため、一重項状態と三重項状態との間の項間交差が促進される。よって、三重項励起状態から一重項基底状態への遷移が可能な(すなわち燐光を呈することが可能な)励起錯体を形成することができる。この場合、通常の励起錯体とは異なり、励起錯体の三重項励起エネルギー準位(T)がエネルギードナーの準位となるため、Tが発光材料である化合物132の一重項励起エネルギー準位(S)以上であることが好ましい。具体的には、重原子を用いた励起錯体の発光スペクトルの短波長側の裾において接線を引き、その外挿線の波長のエネルギーをTとし、化合物132の吸収スペクトルの吸収端の波長のエネルギーをSとした際に、T≧Sであることが好ましい。
このようなエネルギー準位の相関とすることで、生成した励起錯体の三重項励起エネルギーは、励起錯体の三重項励起エネルギー準位(T)から化合物132の一重項励起エネルギー準位(S)へエネルギー移動することができる。なお、励起錯体のS1準位(S)とT1準位(T)は、互いに隣接したエネルギー準位であるため、発光スペクトルにおいて、蛍光と燐光とを明確に区別することが困難な場合がある。その場合、発光寿命によって、蛍光または燐光を区別することが可能な場合がある。
なお、上記構成で用いる燐光性材料はIr、Pt、Os、Ru、Pd等の重原子を含んでいることが好ましい。一方、本構成例では燐光性材料はエネルギードナーとして作用するため、量子収率は高くても低くても構わない。すなわち、励起錯体が有する三重項励起エネルギー準位からゲスト材料の一重項励起エネルギー準位へのエネルギー移動が許容遷移となれば良い。上述のような燐光性材料から構成される励起錯体、または燐光性材料からゲスト材料へのエネルギー移動は、エネルギードナーの三重項励起エネルギー準位からゲスト材料(エネルギーアクセプター)の一重項励起エネルギー準位へのエネルギー移動が許容遷移となるため好ましい構成である。
よって、図3(C)に示すように、本構成例に示す発光デバイスの発光層113において、励起錯体の三重項励起エネルギーは、ルートAの経路(図3(C)中のルートAの経路を経ることなく)でゲスト材料のS1準位(S)へ移動する。すなわち、ルートA及びルートAの経路を経て、ゲスト材料のS1準位へ三重項励起エネルギー及び一重項励起エネルギーを移動させることができる。なお、ルートAにおいて、励起錯体はエネルギードナーであり、化合物132はエネルギーアクセプターとして機能する。但し、本構成例に示す発光デバイスの発光層113では、上記の他に、励起錯体の三重項励起エネルギーが、化合物132のT1準位に移動する経路(図3(C)中のルートA)とも競合し得る。このようなエネルギー移動(ルートA)が生じる場合、蛍光発光物質である化合物132は、三重項励起エネルギーを発光に寄与させることができないため、発光デバイスの発光効率が低下する。
このようなエネルギー移動(ルートA)を抑制するためには、上記構成例1で説明した通り、化合物131と化合物132の距離、および化合物131と化合物132が有する発光団との距離が長いことが重要となる。
本発明の一態様である化合物は、その構造の一部に発光団と保護基を有しており、発光層113でエネルギーアクセプターとして機能する場合において、保護基は、他のエネルギードナーと、該発光団との距離を長くする機能を有する。したがって、本発明の一態様である化合物を、本構成の化合物132として用いた場合、化合物132の濃度を高めても、化合物131および化合物133により形成された励起錯体と、化合物132との距離を長くすることができ、デクスター機構によるエネルギー移動を抑制しつつ、フェルスター機構によるエネルギー移動速度を高めることができる。したがって、本発明の一態様である化合物を、化合物132として用いることにより、励起錯体から化合物132のS1準位(S)への三重項励起エネルギーのエネルギー移動(ルートA及びルートA)が起こりやすくなる一方、励起錯体から化合物132のT1準位(T)への三重項励起エネルギーの移動(ルートA:デクスター機構によるエネルギー移動)を起こりにくくすることができ、ルートAのエネルギー移動に伴う発光効率の低下を抑制しつつ、発光デバイスの発光効率を高めることができる。また、発光デバイスの信頼性を向上させることができる。
<発光層の構成例4>
本構成例において、発光デバイス中の発光層113は、3種類の物質、すなわち、化合物131、化合物132、および化合物133を有する。なお、化合物131および化合物133は励起錯体を形成する組み合わせであり、発光物質(ゲスト材料)として機能する化合物132として、蛍光発光物質を用いる場合(ExEFを利用する場合)について示す。したがって、本発明の一態様である化合物は、蛍光発光物質である化合物132として、用いることが好ましい。なお、本構成例は、化合物133が、TADF性を有する材料である点で上記構成例3とは異なる。また、本構成例における発光層113でのエネルギー準位の相関の一例は、図4(A)に示す通りである。なお、図4(A)に示す表記及び符号は、図3(B)と共通するため、記載を省略する。
本構成例において、化合物133はTADF材料であるため、励起錯体を形成していない化合物133は、三重項励起エネルギーをアップコンバージョンによって一重項励起エネルギーに変換する機能を有する(図4(A)中のルートA10)。したがって、化合物133が有する一重項励起エネルギーは、速やかに化合物132へ移動する(図4(A)中のルートA11)。このとき、SC3≧Sであると好ましい。
したがって、本構成例に示す発光デバイスの発光層113において、上記の構成例3と同様に、図4(A)中のルートA乃至ルートAを経て、三重項励起エネルギーがゲスト材料である化合物132へ移動する経路と、図4(A)中のルートA10及びルートA11を経て化合物132へ移動する経路とが存在する。このように、三重項励起エネルギーが、蛍光発光物質である化合物132へ移動する経路が複数存在することで、発光効率をより高めることができる。ルートAにおいて、励起錯体がエネルギードナーであり、化合物132がエネルギーアクセプターとして機能する。ルートA11において、化合物133がエネルギードナーであり、化合物132がエネルギーアクセプターとして機能する。但し、本構成例に示す発光デバイスの発光層113では、上記の他に、励起錯体の三重項励起エネルギーが、化合物132のT1準位に移動する経路(図4(A)中のルートA)とも競合し得る。このようなエネルギー移動(ルートA)が生じる場合、蛍光発光物質である化合物132は、三重項励起エネルギーを発光に寄与させることができないため、発光デバイスの発光効率が低下する。
このようなエネルギー移動(ルートA)を抑制するためには、上記構成例1で説明した通り、化合物131および化合物133により形成される励起錯体と、化合物132との距離、すなわち化合物131および化合物133により形成される励起錯体と、化合物132が有する発光団との距離が長いことが重要となる。
本発明の一態様である化合物は、その構造の一部に発光団と保護基を有しており、発光層113でエネルギーアクセプターとして機能する場合において、保護基は、他のエネルギードナーと、該発光団との距離を長くする機能を有する。したがって、本発明の一態様である化合物を、本構成の化合物132として用いた場合、化合物132の濃度を高めても、化合物131および化合物133により形成された励起錯体と、化合物132との距離を長くすることができ、デクスター機構によるエネルギー移動を抑制しつつ、フェルスター機構によるエネルギー移動速度を高めることができる。したがって、本発明の一態様である化合物を、化合物132として用いることにより、励起錯体から化合物132のS1準位(S)への三重項励起エネルギーのエネルギー移動(ルートA及びルートA)と、励起錯体から化合物132のS1準位(S)への三重項励起エネルギーの移動(ルートA10及びルートA11)の両方が起こりやすくなる一方、励起錯体から化合物132のT1準位(T)への三重項励起エネルギーの移動(ルートA:デクスター機構によるエネルギー移動)を起こりにくくすることができ、ルートAのエネルギー移動に伴う発光効率の低下を抑制しつつ、発光デバイスの発光効率を高めることができる。また、発光デバイスの信頼性を向上させることができる。
<発光層の構成例5>
本構成例において、発光デバイス中の発光層113は、4種類の物質、すなわち、化合物131、化合物132、化合物133、および化合物134を有する。なお、化合物133は、三重項励起エネルギーを発光に変換できる機能を有する物質として、燐光発光物質を用いる場合について説明する。また、化合物131および化合物134は励起錯体を形成する組み合わせであり、発光物質(ゲスト材料)として機能する化合物132として、蛍光発光物質を用いる場合について示す。したがって、本発明の一態様である化合物は、蛍光発光物質である化合物132として、用いることが好ましい。なお、本構成例における発光層113でのエネルギー準位の相関の一例は、図4(B)に示す通りである。なお、図4(B)における表記及び符号は、図3(B)に示す表記及び符号と同様であり、それ以外は、以下に示す通りである。
・SC4:化合物134のS1準位
・TC4:化合物134のT1準位
本構成例において、化合物131と化合物134は、励起錯体を形成する。なお、励起錯体のS1準位(S)と励起錯体のT1準位(T)は、互いに隣接したエネルギー準位となる(図4(B)中のルートA12参照)。但し、上記の経路で2種類の物質により生成した励起錯体が励起エネルギーを失うと、2種類の物質は、元の別々の物質として存在する。
励起錯体の励起エネルギー準位(SおよびT)は、励起錯体を形成する各物質(化合物131および化合物134)のS1準位(SC1およびSC4)より低くなるため、より低い励起エネルギーで励起状態を形成することが可能となる。これにより、発光デバイスの駆動電圧を低減することができる。
また、化合物133は燐光性材料であるため、一重項状態と三重項状態との間の項間交差が許容される。そのため、励起錯体から一重項励起エネルギー及び三重項励起エネルギーの双方が速やかに化合物133へと移動する(ルートA13)。このとき、T≧TC3であると好ましい。
また、化合物133が有する三重項励起エネルギーは、化合物132の一重項励起エネルギーへと変換される(ルートA14)。この時、図4(B)に示すように、T≧TC3≧Sであると、化合物133から化合物132へのエネルギー移動が効率良く行われるため好ましい。より具体的には、化合物133の燐光スペクトルの短波長側の裾において接線を引き、その外挿線の波長のエネルギーをTC3とし、化合物132の吸収スペクトルの吸収端の波長のエネルギーをSとした際に、TC3≧Sであることが好ましい。なお、ルートA14において、化合物133はエネルギードナー、化合物132はエネルギーアクセプターとして機能する。
本構成例において、化合物131と化合物134との組み合わせは、励起錯体を形成することが可能な組み合わせであればよいが、一方が正孔輸送性有する化合物であり、他方が電子輸送性を有する化合物であることが、より好ましい。
また、効率よく励起錯体を形成する材料の組み合わせとしては、化合物131及び化合物134のうち一方のHOMO準位が他方のHOMO準位より高く、一方のLUMO準位が他方のLUMO準位より高いことが好ましい。
また、化合物131と化合物134とのエネルギー準位の相関は、図4(B)に限定されない。すなわち、化合物131の一重項励起エネルギー準位(SC1)は、化合物134の一重項励起エネルギー準位(SC4)より高くても低くてもよい。また、化合物131の三重項励起エネルギー準位(TC1)は、化合物134の三重項励起エネルギー準位(TC4)より高くても低くてもよい。
また、本構成の発光デバイスにおいて、化合物131はπ電子不足骨格を有すると好ましい。該構成とすることで、化合物131のLUMO準位が低くなり、励起錯体の形成に好適となる。
また、本構成の発光デバイスにおいて、化合物131はπ電子過剰骨格を有すると好ましい。該構成とすることで、化合物131のHOMO準位が高くなり、励起錯体の形成に好適となる。
本発明の一態様である化合物は、その構造の一部に発光団と保護基を有しており、発光層113でエネルギーアクセプターとして機能する場合において、保護基は、他のエネルギードナーと、該発光団との距離を長くする機能を有する。したがって、本発明の一態様である化合物を、本構成の化合物132として用いた場合、化合物133と、化合物132との距離を長くすることができる。したがって、本発明の一態様である化合物を、化合物132として用いることにより、化合物133から化合物132のS1準位(S)への三重項励起エネルギーのエネルギー移動(ルートA14)が起こりやすくなる一方、化合物133から化合物132のT1準位(T)への三重項励起エネルギーの移動(ルートA15:デクスター機構によるエネルギー移動)を起こりにくくすることができ、ルートA15のエネルギー移動に伴う発光効率の低下を抑制しつつ、発光デバイスの発光効率を高めることができる。
また、本構成例において、エネルギーアクセプターである化合物132の濃度を高めることにより、デクスター機構によるエネルギー移動を抑制しつつ、フェルスター機構によるエネルギー移動速度を高めることができる。なお、フェルスター機構によるエネルギー移動速度を高めることによって、発光層中のエネルギーアクセプターの励起寿命が短くなるため、発光デバイスの信頼性を向上させることができる。具体的には、発光層113における化合物132の濃度は、エネルギードナーである化合物133に対して、2wt%以上50wt%以下が好ましく、より好ましくは5wt%以上30wt%以下、さらに好ましくは5wt%以上20wt%以下とする。
なお、本明細書中では、上述したルートA12及びルートA13の経路について、ExTET(Exciplex−Triplet Energy Transfer)ともいう。すなわち、本明細書中の発光層113において、励起錯体から化合物133への励起エネルギーの供与があることを示す。
<発光層の構成例6>
本構成例において、発光デバイス中の発光層113は、4種類の物質、すなわち、化合物131、化合物132、化合物133、および化合物134を有する。なお、化合物133は、三重項励起エネルギーを発光に変換できる機能を有する物質として、燐光発光物質を用いる場合について説明する。また、化合物131および化合物134は励起錯体を形成する組み合わせであり、発光物質(ゲスト材料)として機能する化合物132として、蛍光発光物質を用いる場合について示す。したがって、本発明の一態様である化合物は、蛍光発光物質である化合物132として、用いることが好ましい。なお、本構成例は、化合物134が、TADF性を有する材料である点で上記構成例5とは異なる。また、本構成例における発光層113でのエネルギー準位の相関の一例は、図4(C)に示す通りである。なお、図4(C)に示す表記及び符号は、図3(B)および図4(B)と共通するため、記載を省略する。
本構成例において、化合物134はTADF材料であるため、励起錯体を形成していない化合物134は、三重項励起エネルギーをアップコンバージョンによって一重項励起エネルギーに変換する機能を有する(図4(C)中のルートA16)。したがって、化合物134が有する一重項励起エネルギーは、速やかに化合物132へ移動する(図4(C)中のルートA17)。このとき、SC4≧Sであると好ましい。より具体的には、化合物134の蛍光スペクトルの短波長側の裾において接線を引き、その外挿線の波長のエネルギーをSC4とし、化合物132の吸収スペクトルの吸収端の波長のエネルギーをSとした際に、SC4≧Sであることが好ましい。
したがって、本構成例に示す発光デバイスの発光層113において、上記の構成例5と同様に、図4(C)中のルートA12、ルートA13、およびルートA14を経て、三重項励起エネルギーがゲスト材料である化合物132へ移動する経路と、図4(C)中のルートA16及びルートA17を経て化合物132へ移動する経路とが存在する。このように、三重項励起エネルギーが、蛍光発光物質である化合物132へ移動する経路が複数存在することで、発光効率をより高めることができる。ルートA14において、化合物133はエネルギードナー、化合物132はエネルギーアクセプターとして機能する。また、ルートA17において、化合物134はエネルギードナー、化合物132はエネルギーアクセプターとして機能する。但し、本構成例に示す発光デバイスの発光層113では、上記の他に、化合物133の三重項励起エネルギーが、化合物132のT1準位に移動する経路(図4(C)中のルートA15)とも競合し得る。このようなエネルギー移動(ルートA15)が生じる場合、蛍光発光物質である化合物132は、三重項励起エネルギーを発光に寄与させることができないため、発光デバイスの発光効率が低下する。
このようなエネルギー移動(ルートA15)を抑制するためには、上記構成例1で説明した通り、化合物133と化合物132との距離、すなわち化合物133と化合物132が有する発光団との距離が長いことが重要となる。
本発明の一態様である化合物は、その構造の一部に発光団と保護基を有しており、発光層113でエネルギーアクセプターとして機能する場合において、保護基は、他のエネルギードナーと、該発光団との距離を長くする機能を有する。したがって、本発明の一態様である化合物を、本構成の化合物132として用いた場合、化合物132の濃度を高めても、化合物133と化合物132との距離を長くすることができ、デクスター機構によるエネルギー移動を抑制しつつ、フェルスター機構によるエネルギー移動速度を高めることができる。したがって、本発明の一態様である化合物を、化合物132として用いることにより、励起錯体から化合物132のS1準位(S)への三重項励起エネルギーのエネルギー移動(ルートA12及びルートA13およびルートA14)と、励起錯体から化合物132のS1準位(S)への三重項励起エネルギーの移動(ルートA16及びルートA17)の両方が起こりやすくなる一方、化合物133から化合物132のT1準位(T)への三重項励起エネルギーの移動(ルートA15:デクスター機構によるエネルギー移動)を起こりにくくすることができ、ルートA15のエネルギー移動に伴う発光効率の低下を抑制しつつ、発光デバイスの発光効率を高めることができる。また、発光デバイスの信頼性を向上させることができる。
<発光層の構成例7>
本構成例において、発光デバイス中の発光層113は、化合物131、化合物132、および化合物133を有する。なお、化合物133は、三重項励起エネルギーを発光に変換できる機能を有する物質として、燐光発光物質を用いる場合について説明する。また、発光物質(ゲスト材料)として機能する化合物132として、蛍光発光物質を用いる場合について示す。したがって、本発明の一態様である化合物は、蛍光発光物質である化合物132として、用いることが好ましい。なお、本構成例における発光層113でのエネルギー準位の相関の一例は、図5(A)に示す通りである。なお、図5(A)における表記及び符号は、以下に示す通りである。
・Comp(131):化合物131
・Comp(133):化合物133
・Guest(132):化合物132
・SC1:化合物131のS1準位
・TC1:化合物131のT1準位
・TC3:化合物133のT1準位
・T:化合物132のT1準位
・S:化合物132のS1準位
本構成例において、化合物131で主としてキャリアの再結合が生じることにより、一重項励起子及び三重項励起子が生じる。なお、化合物133として、TC3≦TC1という関係を有する燐光発光物質を選択することで、化合物131で生じた一重項励起エネルギー及び三重項励起エネルギーの双方を化合物133のTC3準位へ移動させることができる(図5(A)中のルートA18)。なお、一部のキャリアは、化合物133でも再結合し得る。
なお、上記構成で用いる燐光発光物質はIr、Pt、Os、Ru、Pd等の重原子を含んでいることが好ましい。燐光発光物質を化合物133として用いた場合、エネルギードナーの三重項励起エネルギー準位からゲスト材料(エネルギーアクセプター)の一重項励起エネルギー準位へのエネルギー移動は許容遷移となるため好ましい。よって、化合物133の三重項励起エネルギーをルートA19の経路によってゲスト材料のS1準位(S)へ移動させることができる。ルートA19において、化合物133はエネルギードナー、化合物132はエネルギーアクセプターとして機能する。この場合、TC3≧Sであると、化合物133の励起エネルギーが効率良くゲスト材料である化合物132の一重項励起状態へ移動するため好ましい。具体的には、化合物133の燐光スペクトルの短波長側の裾において接線を引き、その外挿線の波長のエネルギーをTC3とし、化合物132の吸収スペクトルの吸収端の波長のエネルギーをSとした際に、TC3≧Sであることが好ましい。但し、本構成例に示す発光デバイスの発光層113では、上記の他に、化合物133の三重項励起エネルギーが、化合物132のT1準位に移動する経路(図5(A)中のルートA20)とも競合し得る。このようなエネルギー移動(ルートA20)が生じる場合、蛍光発光物質である化合物132は、三重項励起エネルギーを発光に寄与させることができないため、発光デバイスの発光効率が低下する。
このようなエネルギー移動(ルートA20)を抑制するためには、上記構成例1で説明した通り、化合物133と化合物132との距離、すなわち化合物133と化合物132が有する発光団との距離が長いことが重要となる。
本発明の一態様である化合物は、その構造の一部に発光団と保護基を有しており、発光層113でエネルギーアクセプターとして機能する場合において、保護基は、他のエネルギードナーと、該発光団との距離を長くする機能を有する。したがって、本発明の一態様である化合物を、本構成の化合物132として用いた場合、化合物132の濃度を高めても、化合物133と、化合物132との距離を長くすることができ、デクスター機構によるエネルギー移動を抑制しつつ、フェルスター機構によるエネルギー移動速度を高めることができる。したがって、本発明の一態様である化合物を、化合物132として用いることにより、化合物133から化合物132のS1準位(S)への三重項励起エネルギーのエネルギー移動(ルートA19)が起こりやすくなる一方、化合物133から化合物132のT1準位(T)への三重項励起エネルギーの移動(ルートA20:デクスター機構によるエネルギー移動)を起こりにくくすることができ、ルートA20のエネルギー移動に伴う発光効率の低下を抑制しつつ、発光デバイスの発光効率を高めることができる。また、発光デバイスの信頼性を向上させることができる。
<発光層の構成例8>
本構成例において、発光デバイス中の発光層113は、化合物131、化合物132、および化合物133を有する。なお、化合物133は、三重項励起エネルギーを発光に変換できる機能を有する物質として、TADF性を有する材料を用いる場合について説明する。また、発光物質(ゲスト材料)として機能する化合物132として、蛍光発光物質を用いる場合について示す。したがって、本発明の一態様である化合物は、蛍光発光物質である化合物132として、用いることが好ましい。なお、本構成例における発光層113でのエネルギー準位の相関の一例は、図5(B)に示す通りである。なお、図5(B)における表記及び符号は、図5(A)に示す表記及び符号と同様であり、それ以外は、以下に示す通りである。
・SC3:化合物133のS1準位
本構成例において、化合物131で主としてキャリアの再結合が生じることにより、一重項励起子及び三重項励起子が生じる。なお、化合物133として、SC3≦SC1かつTC3≦TC1という関係を有するTADF性を有する材料を選択することで、化合物131で生じた一重項励起エネルギー及び三重項励起エネルギーの双方を化合物133のSC3及びTC3準位へ移動することができる(図5(B)中のルートA21)。なお、一部のキャリアは、化合物133でも再結合し得る。
なお、化合物133はTADF性を有する材料であるため、三重項励起エネルギーをアップコンバージョンによって一重項励起エネルギーに変換する機能を有する(図5(B)中のルートA22)。また、化合物133が有する一重項励起エネルギーは、速やかに化合物132へ移動することができる(図5(B)中のルートA23)。このとき、SC3≧Sであると好ましい。より具体的には、化合物133の蛍光スペクトルの短波長側の裾において接線を引き、その外挿線の波長のエネルギーをSC3とし、化合物132の吸収スペクトルの吸収端の波長のエネルギーをSとした際に、SC3≧Sであることが好ましい。
したがって、本構成例に示す発光デバイスの発光層113において、図5(B)中のルートA21、ルートA22、およびルートA23の経路を経ることで、化合物133で生じた三重項励起エネルギーを化合物132の蛍光発光へ変換することができる。ルートA23において、化合物133はエネルギードナー、化合物132はエネルギーアクセプターとして機能する。但し、本構成例に示す発光デバイスの発光層113では、上記の他に、化合物133の三重項励起エネルギーが、化合物132のT1準位に移動する経路(図5(B)中のルートA24)とも競合し得る。このようなエネルギー移動(ルートA24)が生じる場合、蛍光発光物質である化合物132は、三重項励起エネルギーを発光に寄与させることができないため、発光デバイスの発光効率が低下する。
このようなエネルギー移動(ルートA24)を抑制するためには、上記構成例1で説明した通り、化合物133と化合物132との距離、すなわち化合物133と化合物132が有する発光団との距離が長いことが重要となる。
本発明の一態様である化合物は、その構造の一部に発光団と保護基を有しており、発光層113でエネルギーアクセプターとして機能する場合において、保護基は、他のエネルギードナーと、該発光団との距離を長くする機能を有する。したがって、本発明の一態様である化合物を、本構成の化合物132として用いた場合、化合物132の濃度を高めても、化合物133と化合物132との距離を長くすることができ、デクスター機構によるエネルギー移動を抑制しつつ、フェルスター機構によるエネルギー移動速度を高めることができる。したがって、本発明の一態様である化合物を、化合物132として用いることにより、化合物133から化合物132のS1準位(S)への三重項励起エネルギーのエネルギー移動(ルートA23)が起こりやすくなる一方、化合物133から化合物132のT1準位(T)への三重項励起エネルギーの移動(ルートA24:デクスター機構によるエネルギー移動)を起こりにくくすることができるため、ルートA24のエネルギー移動に伴う発光効率の低下を抑制しつつ、発光デバイスの発光効率を高めることができる。また、発光デバイスの信頼性を向上させることができる。
(実施の形態3)
本実施の形態では、本発明の一態様である発光デバイスについて説明する。
<発光デバイスの構成例>
図6(A)には、一対の電極間に発光層を含むEL層を有する発光デバイスの一例を示す。具体的には、第1の電極101と第2の電極102との間にEL層103が挟まれた構造を有する。なお、EL層103は、例えば、第1の電極101を陽極とした場合、正孔(ホール)注入層111、正孔(ホール)輸送層112、発光層113、電子輸送層114、電子注入層115が機能層として、順次積層された構造を有する。また、発光層113は、ホスト材料と、ゲスト材料を有し、ホスト材料として、第3の有機化合物123を用い、ゲスト材料として、一重項励起エネルギーを発光に変換する機能を有する材料(蛍光発光物質)である第1の有機化合物121と、三重項励起エネルギーを発光に変換する機能を有する材料(燐光発光物質またはTADF材料)である第2の有機化合物122を用いる。
また、その他の発光デバイスの構造として、一対の電極間に電荷発生層を挟んで形成される複数のEL層を有する構成(タンデム構造)とすることにより低電圧駆動を可能とする発光デバイス、または一対の電極間に微小光共振器(マイクロキャビティ)構造を形成することにより光学特性を向上させた発光デバイス等も本発明の一態様に含めることとする。なお、電荷発生層は、第1の電極101と第2の電極102に電圧を印加したときに、隣り合う一方の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。
なお、上記発光デバイスの第1の電極101と第2の電極102の少なくとも一方は、透光性を有する電極(透明電極、半透過・半反射電極など)とする。透光性を有する電極が透明電極の場合、透明電極の可視光の透過率は、40%以上とする。また、半透過・半反射電極の場合、半透過・半反射電極の可視光の反射率は、20%以上80%以下、好ましくは40%以上70%以下とする。また、これらの電極は、抵抗率が1×10−2Ωcm以下とするのが好ましい。
また、上述した本発明の一態様である発光デバイスにおいて、第1の電極101と第2の電極102の一方が、反射性を有する電極(反射電極)である場合、反射性を有する電極の可視光の反射率は、40%以上100%以下、好ましくは70%以上100%以下とする。また、この電極は、抵抗率が1×10−2Ωcm以下とするのが好ましい。
<第1の電極および第2の電極>
第1の電極101および第2の電極102を形成する材料としては、上述した両電極の機能が満たせるのであれば、以下に示す材料を適宜組み合わせて用いることができる。例えば、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適宜用いることができる。具体的には、In−Sn酸化物(ITOともいう)、In−Si−Sn酸化物(ITSOともいう)、In−Zn酸化物、In−W−Zn酸化物が挙げられる。その他、アルミニウム(Al)、チタン(Ti)、クロム(Cr)、マンガン(Mn)、鉄(Fe)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)、銅(Cu)、ガリウム(Ga)、亜鉛(Zn)、インジウム(In)、スズ(Sn)、モリブデン(Mo)、タンタル(Ta)、タングステン(W)、パラジウム(Pd)、金(Au)、白金(Pt)、銀(Ag)、イットリウム(Y)、ネオジム(Nd)などの金属、およびこれらを適宜組み合わせて含む合金を用いることもできる。その他、上記例示のない元素周期表の第1族または第2族に属する元素(例えば、リチウム(Li)、セシウム(Cs)、カルシウム(Ca)、ストロンチウム(Sr))、ユウロピウム(Eu)、イッテルビウム(Yb)などの希土類金属およびこれらを適宜組み合わせて含む合金、その他グラフェン等を用いることができる。
なお、これらの電極の作製には、スパッタ法、または真空蒸着法を用いることができる。
<正孔注入層>
正孔注入層111は、陽極である第1の電極101からEL層103に正孔(ホール)を注入する層であり、有機アクセプター材料、または正孔注入性の高い材料を含む層である。
有機アクセプター材料は、そのLUMO準位の値とHOMO準位の値が近い他の有機化合物との間で電荷分離させることにより、当該有機化合物に正孔(ホール)を発生させることができる材料である。従って、有機アクセプター材料としては、キノジメタン誘導体、クロラニル誘導体、ヘキサアザトリフェニレン誘導体などの電子吸引基(ハロゲン基またはシアノ基)を有する化合物を用いることができる。例えば、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)、3,6−ジフルオロ−2,5,7,7,8,8−ヘキサシアノキノジメタン、クロラニル、2,3,6,7,10,11−ヘキサシアノ−1,4,5,8,9,12−ヘキサアザトリフェニレン(略称:HAT−CN)、1,3,4,5,7,8−ヘキサフルオロテトラシアノ−ナフトキノジメタン(略称:F6−TCNNQ)等を用いることができる。なお、有機アクセプター材料の中でも特にHAT−CNは、アクセプター性が高く、熱に対して膜質が安定であるため好適である。その他にも、[3]ラジアレン誘導体は、電子受容性が非常に高いため好ましく、具体的にはα,α’,α’’−1,2,3−シクロプロパントリイリデントリス[4−シアノ−2,3,5,6−テトラフルオロベンゼンアセトニトリル]、α,α’,α’’−1,2,3−シクロプロパントリイリデントリス[2,6−ジクロロ−3,5−ジフルオロ−4−(トリフルオロメチル)ベンゼンアセトニトリル]、α,α’,α’’−1,2,3−シクロプロパントリイリデントリス[2,3,4,5,6−ペンタフルオロベンゼンアセトニトリル]などを用いることができる。
また、正孔注入性の高い材料としては、モリブデン酸化物、バナジウム酸化物、ルテニウム酸化物、タングステン酸化物、マンガン酸化物等の遷移金属酸化物が挙げられる。この他、フタロシアニン(略称:HPc)、または銅フタロシアニン(略称:CuPc)等のフタロシアニン系の化合物、等を用いることができる。
また、上記材料に加えて低分子化合物である、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)である、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)等を用いることができる。または、ポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)/ポリ(スチレンスルホン酸)(略称: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系化合物、等を用いることもできる。
また、正孔注入性の高い材料としては、正孔輸送性材料とアクセプター性材料(電子受容性材料)を含む複合材料を用いることもできる。この場合、アクセプター性材料により正孔輸送性材料から電子が引き抜かれて正孔注入層111で正孔が発生し、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、正孔注入層111は、正孔輸送性材料とアクセプター性材料(電子受容性材料)を含む複合材料からなる単層で形成しても良いが、正孔輸送性材料とアクセプター性材料(電子受容性材料)とをそれぞれ別の層で積層して形成しても良い。
なお、正孔輸送性材料としては、電界強度[V/cm]の平方根が600における正孔移動度が1×10−6cm/Vs以上の正孔移動度を有する物質が好ましい。なお、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ることができる。
正孔輸送性材料としては、π電子過剰型複素芳香族化合物(例えばカルバゾール誘導体またはフラン誘導体)、芳香族アミン(芳香族アミン骨格を有する化合物)等の正孔輸送性の高い材料が好ましい。
なお、上記カルバゾール誘導体(カルバゾール骨格を有する化合物)としては、ビカルバゾール誘導体(例えば、3,3’−ビカルバゾール誘導体)、カルバゾリル基を有する芳香族アミン等が挙げられる。
また、上記ビカルバゾール誘導体(例えば、3,3’−ビカルバゾール誘導体)としては、具体的には、3,3’−ビス(9−フェニル−9H−カルバゾール)(略称:PCCP)、9,9’−ビス(1,1’−ビフェニル−4−イル)−3,3’−ビ−9H−カルバゾール、9,9’−ビス(1,1’−ビフェニル−3−イル)−3,3’−ビ−9H−カルバゾール、9−(1,1’−ビフェニル−3−イル)−9’−(1,1’−ビフェニル−4−イル)−9H,9’H−3,3’−ビカルバゾール(略称:mBPCCBP)、9−(2−ナフチル)−9’−フェニル−9H,9’H−3,3’−ビカルバゾール(略称:βNCCP)などが挙げられる。
また、上記カルバゾリル基を有する芳香族アミンとしては、具体的には、4−フェニル−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:PCBA1BP)、N−(4−ビフェニル)−N−(9,9−ジメチル−9H−フルオレン−2−イル)−9−フェニル−9H−カルバゾール−3−アミン(略称:PCBiF)、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)、4,4’−ジフェニル−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:PCBBi1BP)、4−(1−ナフチル)−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:PCBANB)、4,4’−ジ(1−ナフチル)−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:PCBNBB)、4−フェニルジフェニル−(9−フェニル−9H−カルバゾール−3−イル)アミン(略称:PCA1BP)、N,N’−ビス(9−フェニルカルバゾール−3−イル)−N,N’−ジフェニルベンゼン−1,3−ジアミン(略称:PCA2B)、N,N’,N’’−トリフェニル−N,N’,N’’−トリス(9−フェニルカルバゾール−3−イル)ベンゼン−1,3,5−トリアミン(略称:PCA3B)、9,9−ジメチル−N−フェニル−N−[4−(9−フェニル−9H−カルバゾール−3−イル)フェニル]フルオレン−2−アミン(略称:PCBAF)、N−フェニル−N−[4−(9−フェニル−9H−カルバゾール−3−イル)フェニル]スピロ−9,9’−ビフルオレン−2−アミン(略称:PCBASF)、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)、3−[N−(4−ジフェニルアミノフェニル)−N−フェニルアミノ]−9−フェニルカルバゾール(略称:PCzDPA1)、3,6−ビス[N−(4−ジフェニルアミノフェニル)−N−フェニルアミノ]−9−フェニルカルバゾール(略称:PCzDPA2)、3,6−ビス[N−(4−ジフェニルアミノフェニル)−N−(1−ナフチル)アミノ]−9−フェニルカルバゾール(略称:PCzTPN2)、2−[N−(9−フェニルカルバゾール−3−イル)−N−フェニルアミノ]スピロ−9,9’−ビフルオレン(略称:PCASF)、N−[4−(9H−カルバゾール−9−イル)フェニル]−N−(4−フェニル)フェニルアニリン(略称:YGA1BP)、N,N’−ビス[4−(カルバゾール−9−イル)フェニル]−N,N’−ジフェニル−9,9−ジメチルフルオレン−2,7−ジアミン(略称:YGA2F)、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)などが挙げられる。
なお、カルバゾール誘導体としては、上記に加えて、3−[4−(9−フェナントリル)−フェニル]−9−フェニル−9H−カルバゾール(略称:PCPPn)、3−[4−(1−ナフチル)−フェニル]−9−フェニル−9H−カルバゾール(略称:PCPN)、1,3−ビス(N−カルバゾリル)ベンゼン(略称:mCP)、4,4’−ジ(N−カルバゾリル)ビフェニル(略称:CBP)、3,6−ビス(3,5−ジフェニルフェニル)−9−フェニルカルバゾール(略称:CzTP)、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)等が挙げられる。
また、上記フラン誘導体(フラン骨格を有する化合物)としては、具体的には、4,4’,4’’−(ベンゼン−1,3,5−トリイル)トリ(ジベンゾチオフェン)(略称:DBT3P−II)、2,8−ジフェニル−4−[4−(9−フェニル−9H−フルオレン−9−イル)フェニル]ジベンゾチオフェン(略称:DBTFLP−III)、4−[4−(9−フェニル−9H−フルオレン−9−イル)フェニル]−6−フェニルジベンゾチオフェン(略称:DBTFLP−IV)などのチオフェン骨格を有する化合物、4,4’,4’’−(ベンゼン−1,3,5−トリイル)トリ(ジベンゾフラン)(略称:DBF3P−II)、4−{3−[3−(9−フェニル−9H−フルオレン−9−イル)フェニル]フェニル}ジベンゾフラン(略称:mmDBFFLBi−II)等が挙げられる。
また、上記芳香族アミンとしては、具体的には、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またはα−NPD)、N,N’−ビス(3−メチルフェニル)−N,N’−ジフェニル−[1,1’−ビフェニル]−4,4’−ジアミン(略称:TPD)、4,4’−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)、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)、4−フェニル−3’−(9−フェニルフルオレン−9−イル)トリフェニルアミン(略称:mBPAFLP)、N−(9,9−ジメチル−9H−フルオレン−2−イル)−N−{9,9−ジメチル−2−[N’−フェニル−N’−(9,9−ジメチル−9H−フルオレン−2−イル)アミノ]−9H−フルオレン−7−イル}フェニルアミン(略称:DFLADFL)、N−(9,9−ジメチル−2−ジフェニルアミノ−9H−フルオレン−7−イル)ジフェニルアミン(略称:DPNF)、2−[N−(4−ジフェニルアミノフェニル)−N−フェニルアミノ]スピロ−9,9’−ビフルオレン(略称:DPASF)、2,7−ビス[N−(4−ジフェニルアミノフェニル)−N−フェニルアミノ]−スピロ−9,9’−ビフルオレン(略称:DPA2SF)、4,4’,4’’−トリス[N−(1−ナフチル)−N−フェニルアミノ]トリフェニルアミン(略称:1’−TNATA)、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:m−MTDATA)、N,N’−ジ(p−トリル)−N,N’−ジフェニル−p−フェニレンジアミン(略称:DTDPPA)、4,4’−ビス[N−(4−ジフェニルアミノフェニル)−N−フェニルアミノ]ビフェニル(略称:DPAB)、N,N’−ビス{4−[ビス(3−メチルフェニル)アミノ]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:DNTPD)、1,3,5−トリス[N−(4−ジフェニルアミノフェニル)−N−フェニルアミノ]ベンゼン(略称:DPA3B)等が挙げられる。
正孔輸送性材料としては、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。
但し、正孔輸送性材料は、上記に限られることなく公知の様々な材料を1種または複数種組み合わせて正孔輸送性材料として用いてもよい。
正孔注入層111に用いるアクセプター性材料としては、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用いることができる。具体的には、酸化モリブデン、酸化バナジウム、酸化ニオブ、酸化タンタル、酸化クロム、酸化タングステン、酸化マンガン、酸化レニウムが挙げられる。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。その他、上述した有機アクセプターを用いることもできる。
なお、正孔注入層111は、公知の様々な成膜方法を用いて形成することができるが、例えば、真空蒸着法を用いて形成することができる。
<正孔輸送層>
正孔輸送層112は、正孔注入層111によって、第1の電極101から注入された正孔を発光層113に輸送する層である。なお、正孔輸送層112は、正孔輸送性材料を含む層である。従って、正孔輸送層112には、正孔注入層111に用いることができる正孔輸送性材料を用いることができる。
なお、本発明の一態様である発光デバイスにおいて、正孔輸送層112と同じ有機化合物を発光層113に用いることが好ましい。正孔輸送層112と発光層113に同じ有機化合物を用いることで、正孔輸送層112から発光層113へのホールの輸送が効率よく行えるためである。
<発光層>
発光層113は、発光物質を含む層である。本発明の一態様である、発光デバイスにおける発光層113は、ホスト材料と、ゲスト材料を有し、ホスト材料として、第3の有機化合物123を用い、ゲスト材料として、一重項励起エネルギーを発光に変換する機能を有する材料(蛍光発光物質)である第1の有機化合物121と、三重項励起エネルギーを発光に変換する機能を有する材料(燐光発光物質またはTADF材料)である第2の有機化合物122を用いる。なお、発光層113に用いることができる発光物質としては、上記を満たせば、特に限定は無く、青色、紫色、青紫色、緑色、黄緑色、黄色、橙色、赤色などの発光色を呈する物質を適宜用いることができる。
但し、発光層113に用いるホスト材料としては、複数種の有機化合物を用いても良く、またこれらにより形成される励起錯体であっても良い。また、ホスト材料として用いる第3の有機化合物123は、ゲスト材料として用いる、第1の有機化合物121および第2の有機化合物122のエネルギーギャップよりも大きなエネルギーギャップを有する物質を用いるのが好ましい。また、第3の有機化合物123の最低一重項励起エネルギー準位(S1準位)は、第1の有機化合物121のS1準位よりも高く、第3の有機化合物123の最低三重項励起エネルギー準位(T1準位)は、第1の有機化合物121のT1準位よりも高いことが好ましい。また、第3の有機化合物123の最低三重項励起エネルギー準位(T1準位)は、第2の有機化合物122のT1準位よりも高いことが好ましい。
なお、ホスト材料として用いる一種または複数種の有機化合物としては、発光層に用いるホスト材料としての条件を満たせば、前述の正孔輸送層112に用いることができる正孔輸送性材料、後述の電子輸送層114に用いることができる電子輸送性材料、等の有機化合物が挙げられ、複数種の有機化合物からなる励起錯体であっても良い。なお、複数種の有機化合物で励起状態を形成する励起錯体(エキサイプレックス、エキシプレックスまたはExciplexともいう)は、S1準位とT1準位との差が極めて小さく、三重項励起エネルギーを一重項励起エネルギーに変換することが可能なTADF材料としての機能を有する。また、励起錯体を形成する複数種の有機化合物の組み合わせとしては、例えば一方がπ電子不足型複素芳香環を有し、他方がπ電子過剰型複素芳香環を有すると好ましい。なお、励起錯体を形成する組み合わせとして、一方にイリジウム、ロジウム、または白金系の有機金属錯体、あるいは金属錯体等の燐光発光物質を用いても良い。
なお、発光層113のゲスト材料として用いる、第1の有機化合物121、および第2の有機化合物122は、それぞれ異なる発光色を呈する構成とするのが好ましい。また、補色の関係にある発光色を組み合わせて得られる白色発光としても良い。
なお、発光層113の1つ目のゲスト材料であり、一重項励起エネルギーを発光に変換する機能を有する材料である、第1の有機化合物121は、発光層に用いるゲスト材料としての条件を満たす組み合わせにおいて、実施の形態2に示した材料を用いることができる。また、発光層113の2つ目のゲスト材料であり、三重項励起エネルギーを発光に変換する機能を有する材料である第2の有機化合物122としては、例えば、燐光を発する物質(燐光発光物質)、または熱活性化遅延蛍光を示す熱活性化遅延蛍光(Thermally activated delayed fluorescence:TADF)材料が挙げられる。これらも同様に発光層に用いるゲスト材料としての条件を満たす組み合わせにおいて用いることができる。また、第1の有機化合物121の最低一重項励起エネルギー準位(S1準位)は、第2の有機化合物122のT1準位よりも高い。すなわち、第2の有機化合物122から得られる発光は、第1の有機化合物121から得られる発光よりも発光スペクトルのピーク波長が長波長である。
燐光発光物質とは、低温(例えば77K)以上室温以下の温度範囲(すなわち、77K以上313K以下)のいずれかにおいて、燐光を呈し、且つ蛍光を呈さない化合物のことをいう。該燐光発光物質としては、スピン軌道相互作用の大きい金属元素を有すると好ましく、有機金属錯体、金属錯体(白金錯体)、希土類金属錯体等が挙げられる。具体的には遷移金属元素が好ましく、特に白金族元素(ルテニウム(Ru)、ロジウム(Rh)、パラジウム(Pd)、オスミウム(Os)、イリジウム(Ir)、または白金(Pt))を有することが好ましく、中でもイリジウムを有することで、一重項基底状態と三重項励起状態との間の直接遷移に係わる遷移確率を高めることができ好ましい。
青色または緑色を呈し、発光スペクトルのピーク波長が450nm以上570nm以下である燐光発光物質としては、以下のような物質が挙げられる。
例えば、トリス{2−[5−(2−メチルフェニル)−4−(2,6−ジメチルフェニル)−4H−1,2,4−トリアゾール−3−イル−κN2]フェニル−κC}イリジウム(III)(略称:[Ir(mpptz−dmp)])、トリス(5−メチル−3,4−ジフェニル−4H−1,2,4−トリアゾラト)イリジウム(III)(略称:[Ir(Mptz)])、トリス[4−(3−ビフェニル)−5−イソプロピル−3−フェニル−4H−1,2,4−トリアゾラト]イリジウム(III)(略称:[Ir(iPrptz−3b)])、トリス[3−(5−ビフェニル)−5−イソプロピル−4−フェニル−4H−1,2,4−トリアゾラト]イリジウム(III)(略称:[Ir(iPr5btz)])、のような4H−トリアゾール骨格を有する有機金属錯体、トリス[3−メチル−1−(2−メチルフェニル)−5−フェニル−1H−1,2,4−トリアゾラト]イリジウム(III)(略称:[Ir(Mptz1−mp)])、トリス(1−メチル−5−フェニル−3−プロピル−1H−1,2,4−トリアゾラト)イリジウム(III)(略称:[Ir(Prptz1−Me)])のような1H−トリアゾール骨格を有する有機金属錯体、fac−トリス[1−(2,6−ジイソプロピルフェニル)−2−フェニル−1H−イミダゾール]イリジウム(III)(略称:[Ir(iPrpmi)])、トリス[3−(2,6−ジメチルフェニル)−7−メチルイミダゾ[1,2−f]フェナントリジナト]イリジウム(III)(略称:[Ir(dmpimpt−Me)])のようなイミダゾール骨格を有する有機金属錯体、ビス[2−(4’,6’−ジフルオロフェニル)ピリジナト−N,C2’]イリジウム(III)テトラキス(1−ピラゾリル)ボラート(略称:FIr6)、ビス[2−(4’,6’−ジフルオロフェニル)ピリジナト−N,C2’]イリジウム(III)ピコリナート(略称:Firpic)、ビス{2−[3’,5’−ビス(トリフルオロメチル)フェニル]ピリジナト−N,C2’}イリジウム(III)ピコリナート(略称:[Ir(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))のように電子吸引基を有するフェニルピリジン誘導体を配位子とする有機金属錯体等が挙げられる。
緑色または黄色を呈し、発光スペクトルのピーク波長が495nm以上590nm以下である燐光発光物質としては、以下のような物質が挙げられる。
例えば、トリス(4−メチル−6−フェニルピリミジナト)イリジウム(III)(略称:[Ir(mppm)])、トリス(4−t−ブチル−6−フェニルピリミジナト)イリジウム(III)(略称:[Ir(tBuppm)])、(アセチルアセトナト)ビス(6−メチル−4−フェニルピリミジナト)イリジウム(III)(略称:[Ir(mppm)(acac)])、(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[6−(2−ノルボルニル)−4−フェニルピリミジナト]イリジウム(III)(略称:[Ir(nbppm)(acac)])、(アセチルアセトナト)ビス[5−メチル−6−(2−メチルフェニル)−4−フェニルピリミジナト]イリジウム(III)(略称:[Ir(mpmppm)(acac)])、(アセチルアセトナト)ビス{4,6−ジメチル−2−[6−(2,6−ジメチルフェニル)−4−ピリミジニル−κN3]フェニル−κC}イリジウム(III)(略称:[Ir(dmppm−dmp)(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)])のようなピリミジン骨格を有する有機金属イリジウム錯体、(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)])のようなピラジン骨格を有する有機金属イリジウム錯体、トリス(2−フェニルピリジナト−N,C2’)イリジウム(III)(略称:[Ir(ppy)])、ビス(2−フェニルピリジナト−N,C2’)イリジウム(III)アセチルアセトナート(略称:[Ir(ppy)(acac)])、ビス(ベンゾ[h]キノリナト)イリジウム(III)アセチルアセトナート(略称:[Ir(bzq)(acac)])、トリス(ベンゾ[h]キノリナト)イリジウム(III)(略称:[Ir(bzq)])、トリス(2−フェニルキノリナト−N,C2’)イリジウム(III)(略称:[Ir(pq)])、ビス(2−フェニルキノリナト−N,C2’)イリジウム(III)アセチルアセトナート(略称:[Ir(pq)(acac)])、ビス[2−(2−ピリジニル−κN)フェニル−κC][2−(4−フェニル−2−ピリジニル−κN)フェニル−κC]イリジウム(III)(略称:[Ir(ppy)(4dppy)])、ビス[2−(2−ピリジニル−κN)フェニル−κC][2−(4−メチル−5−フェニル−2−ピリジニル−κN)フェニル−κC]のようなピリジン骨格を有する有機金属イリジウム錯体、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)])などの有機金属錯体の他、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)])のような希土類金属錯体が挙げられる。
黄色または赤色を呈し、発光スペクトルのピーク波長が570nm以上750nm以下である燐光発光物質としては、以下のような物質が挙げられる。
例えば、(ジイソブチリルメタナト)ビス[4,6−ビス(3−メチルフェニル)ピリミジナト]イリジウム(III)(略称:[Ir(5mdppm)(dibm)])、ビス[4,6−ビス(3−メチルフェニル)ピリミジナト](ジピバロイルメタナト)イリジウム(III)(略称:[Ir(5mdppm)(dpm)])、(ジピバロイルメタナト)ビス[4,6−ジ(ナフタレン−1−イル)ピリミジナト]イリジウム(III)(略称:[Ir(d1npm)(dpm)])のようなピリミジン骨格を有する有機金属錯体、(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)])、ビス{4,6−ジメチル−2−[3−(3,5−ジメチルフェニル)−5−フェニル−2−ピラジニル−κN]フェニル−κC}(2,6−ジメチル−3,5−ヘプタンジオナト−κO,O’)イリジウム(III)(略称:[Ir(dmdppr−P)(dibm)])、ビス{4,6−ジメチル−2−[5−(4−シアノ−2,6−ジメチルフェニル)−3−(3,5−ジメチルフェニル)−2−ピラジニル−κN]フェニル−κC}(2,2,6,6−テトラメチル−3,5−ヘプタンジオナト−κO,O’)イリジウム(III)(略称:[Ir(dmdppr−dmCP)(dpm)])、ビス[2−(5−(2,6−ジメチルフェニル)−3−(3,5−ジメチルフェニル)−2−ピラジニル−κN)−4,6−ジメチルフェニル−κC](2,2’,6,6’−テトラメチル−3,5−ヘプタンジオナト−κO,O’)イリジウム(III)(略称:[Ir(dmdppr−dmp)(dpm)])、(アセチルアセトナト)ビス[2−メチル−3−フェニルキノキサリナト−N,C2’]イリジウム(III)(略称:[Ir(mpq)(acac)])、(アセチルアセトナト)ビス(2,3−ジフェニルキノキサリナト−N,C2’)イリジウム(III)(略称:[Ir(dpq)(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)])のようなピラジン骨格を有する有機金属錯体、トリス(1−フェニルイソキノリナト−N,C2’)イリジウム(III)(略称:[Ir(piq)])、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)])、ビス[4,6−ジメチル−2−(2−キノリニル−κN)フェニル−κC](2,4−ペンタンジオナト−κO,O’)イリジウム(III)(略称:[Ir(dmpqn)(acac)])のようなピリジン骨格を有する有機金属錯体、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])のような白金錯体、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)])のような希土類金属錯体が挙げられる。
また、TADF材料としては、以下に示す材料を用いることができる。TADF材料とは、S1準位とT1準位との差が小さく(好ましくは、0.2eV以下)、三重項励起状態をわずかな熱エネルギーによって一重項励起状態にアップコンバート(逆項間交差)が可能で、一重項励起状態からの発光(蛍光)を効率よく呈する材料のことである。また、熱活性化遅延蛍光が効率良く得られる条件としては、三重項励起エネルギー準位と一重項励起エネルギー準位のエネルギー差が0eV以上0.2eV以下、好ましくは0eV以上0.1eV以下であることが挙げられる。また、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、1×10−6秒以上、好ましくは1×10−3秒以上である。
TADF材料としては、例えば、フラーレン、またはその誘導体、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。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(略称:SnF(Proto IX))、メソポルフィリン−フッ化スズ錯体(略称:SnF(Meso IX))、ヘマトポルフィリン−フッ化スズ錯体(略称: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(略称:SnF(Copro III−4Me))、オクタエチルポルフィリン−フッ化スズ錯体(略称:SnF(OEP))、エチオポルフィリン−フッ化スズ錯体(略称:SnF(Etio I))、オクタエチルポルフィリン−塩化白金錯体(略称:PtClOEP)等が挙げられる。
Figure 2021107386
その他にも、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(略称:PIC−TRZ)、2−{4−[3−(N−フェニル−9H−カルバゾール−3−イル)−9H−カルバゾール−9−イル]フェニル}−4,6−ジフェニル−1,3,5−トリアジン(略称:PCCzPTzn)、2−[4−(10H−フェノキサジン−10−イル)フェニル]−4,6−ジフェニル−1,3,5−トリアジン(略称:PXZ−TRZ)、3−[4−(5−フェニル−5,10−ジヒドロフェナジン−10−イル)フェニル]−4,5−ジフェニル−1,2,4−トリアゾール(略称:PPZ−3TPT)、3−(9,9−ジメチル−9H−アクリジン−10−イル)−9H−キサンテン−9−オン(略称:ACRXTN)、ビス[4−(9,9−ジメチル−9,10−ジヒドロアクリジン)フェニル]スルホン(略称:DMAC−DPS)、10−フェニル−10H,10’H−スピロ[アクリジン−9,9’−アントラセン]−10’−オン(略称:ACRSA)、4−(9’−フェニル−3,3’−ビ−9H−カルバゾール−9−イル)ベンゾフロ[3,2−d]ピリミジン(略称:4PCCzBfpm)、4−[4−(9’−フェニル−3,3’−ビ−9H−カルバゾール−9−イル)フェニル]ベンゾフロ[3,2−d]ピリミジン(略称:4PCCzPBfpm)、9−[3−(4,6−ジフェニル−1,3,5−トリアジン−2−イル)フェニル]−9’−フェニル−2,3’−ビ−9H−カルバゾール(略称:mPCCzPTzn−02)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てもよい。
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、一重項励起状態と三重項励起状態のエネルギー差が小さくなるため、特に好ましい。
Figure 2021107386
また、上記の他に、三重項励起エネルギーを発光に変換する機能を有する材料である第2の有機化合物122としては、ペロブスカイト構造を有する遷移金属化合物のナノ構造体が挙げられる。特に金属ハロゲンペロブスカイト類のナノ構造体がこのましい。該ナノ構造体としては、ナノ粒子、ナノロッドが好ましい。
上記以外にも、発光層113に用いることのでき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、以下に示す蛍光を発する物質(蛍光発光物質)が挙げられる。例えば、ピレン誘導体、アントラセン誘導体、トリフェニレン誘導体、フルオレン誘導体、カルバゾール誘導体、ジベンゾチオフェン誘導体、ジベンゾフラン誘導体、ジベンゾキノキサリン誘導体、キノキサリン誘導体、ピリジン誘導体、ピリミジン誘導体、フェナントレン誘導体、ナフタレン誘導体などが挙げられる。特にピレン誘導体は発光量子収率が高いので好ましい。ピレン誘導体の具体例としては、N,N’−ビス(3−メチルフェニル)−N,N’−ビス[3−(9−フェニル−9H−フルオレン−9−イル)フェニル]ピレン−1,6−ジアミン(略称:1,6mMemFLPAPrn)、N,N’−ジフェニル−N,N’−ビス[4−(9−フェニル−9H−フルオレン−9−イル)フェニル]ピレン−1,6−ジアミン(略称:1,6FLPAPrn)、N,N’−ビス(ジベンゾフラン−2−イル)−N,N’−ジフェニルピレン−1,6−ジアミン(略称:1,6FrAPrn)、N,N’−ビス(ジベンゾチオフェン−2−イル)−N,N’−ジフェニルピレン−1,6−ジアミン(略称:1,6ThAPrn)、N,N’−(ピレン−1,6−ジイル)ビス[(N−フェニルベンゾ[b]ナフト[1,2−d]フラン)−6−アミン](略称:1,6BnfAPrn)、N,N’−(ピレン−1,6−ジイル)ビス[(N−フェニルベンゾ[b]ナフト[1,2−d]フラン)−8−アミン](略称:1,6BnfAPrn−02)、N,N’−(ピレン−1,6−ジイル)ビス[(6,N−ジフェニルベンゾ[b]ナフト[1,2−d]フラン)−8−アミン](略称:1,6BnfAPrn−03)などが挙げられる。
その他にも、5,6−ビス[4−(10−フェニル−9−アントリル)フェニル]−2,2’−ビピリジン(略称:PAP2BPy)、5,6−ビス[4’−(10−フェニル−9−アントリル)ビフェニル−4−イル]−2,2’−ビピリジン(略称:PAPP2BPy)、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)、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)、4−[4−(10−フェニル−9−アントリル)フェニル]−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:PCBAPBA)、ペリレン、2,5,8,11−テトラ−tert−ブチルペリレン(略称:TBP)、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)等を用いることができる。
次に、発光層113のホスト材料である第3の有機化合物123として、例えば、アントラセン誘導体、テトラセン誘導体、フェナントレン誘導体、ピレン誘導体、クリセン誘導体、ジベンゾ[g,p]クリセン誘導体等の縮合多環芳香族化合物が挙げられる。
上記の具体例としては、9−フェニル−3−[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:PCzPA)、3,6−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(略称:DPCzPA)、3−[4−(1−ナフチル)−フェニル]−9−フェニル−9H−カルバゾール(略称:PCPN)、9,10−ジフェニルアントラセン(略称:DPAnth)、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)、YGAPA、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)、6,12−ジメトキシ−5,11−ジフェニルクリセン、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)、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)、7−[4−(10−フェニル−9−アントリル)フェニル]−7H−ジベンゾ[c,g]カルバゾール(略称:cgDBCzPA)、6−[3−(9,10−ジフェニル−2−アントリル)フェニル]−ベンゾ[b]ナフト[1,2−d]フラン(略称:2mBnfPPA)、9−フェニル−10−{4−(9−フェニル−9H−フルオレン−9−イル)−ビフェニル−4’−イル}−アントラセン(略称:FLPPA)、9,10−ビス(3,5−ジフェニルフェニル)アントラセン(略称:DPPA)、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)、9,9’−ビアントリル(略称:BANT)、9,9’−(スチルベン−3,3’−ジイル)ジフェナントレン(略称:DPNS)、9,9’−(スチルベン−4,4’−ジイル)ジフェナントレン(略称:DPNS2)、1,3,5−トリ(1−ピレニル)ベンゼン(略称:TPB3)、5,12−ジフェニルテトラセン、5,12−ビス(ビフェニル−2−イル)テトラセンなどが挙げられる。
その他にも、発光層113のホスト材料である第3の有機化合物123として、例えば、芳香族アミン、カルバゾール誘導体、ジベンゾチオフェン誘導体、ジベンゾフラン誘導体、亜鉛またはアルミニウム系の金属錯体、オキサジアゾール誘導体、トリアゾール誘導体、ベンゾイミダゾール誘導体、キノキサリン誘導体、ジベンゾキノキサリン誘導体、ピリミジン誘導体、ピラジン誘導体、トリアジン誘導体、ピリジン誘導体、ビピリジン誘導体、フェナントロリン誘導体等、を用いることができる。
また、これらの具体例としては、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)、9−[4−(5−フェニル−1,3,4−オキサジアゾール−2−イル)フェニル]−9H−カルバゾール(略称:CO11)、3−(4−ビフェニリル)−4−フェニル−5−(4−tert−ブチルフェニル)−1,2,4−トリアゾール(略称:TAZ)、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)等のトリアゾール誘導体、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)、2−[3−(ジベンゾチオフェン−4−イル)フェニル]−1−フェニル−1H−ベンゾイミダゾール(略称:mDBTBIm−II)、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)、バソフェナントロリン(略称:Bphen)、バソキュプロイン(略称:BCP)、2,9−ビス(ナフタレン−2−イル)−4,7−ジフェニル−1,10−フェナントロリン(略称:NBphen)、2−[3−(ジベンゾチオフェン−4−イル)フェニル]ジベンゾ[f,h]キノキサリン(略称:2mDBTPDBq−II)、2−[3’−(ジベンゾチオフェン−4−イル)ビフェニル−3−イル]ジベンゾ[f,h]キノキサリン(略称:2mDBTBPDBq−II)、2−[3’−(9H−カルバゾール−9−イル)ビフェニル−3−イル]ジベンゾ[f,h]キノキサリン(略称:2mCzBPDBq)、2−[4−(3,6−ジフェニル−9H−カルバゾール−9−イル)フェニル]ジベンゾ[f,h]キノキサリン(略称:2CzPDBq−III)、7−[3−(ジベンゾチオフェン−4−イル)フェニル]ジベンゾ[f,h]キノキサリン(略称:7mDBTPDBq−II)、及び6−[3−(ジベンゾチオフェン−4−イル)フェニル]ジベンゾ[f,h]キノキサリン(略称:6mDBTPDBq−II)等のキノキサリン誘導体、またはジベンゾキノキサリン誘導体などが挙げられる。
さらに、4,6−ビス[3−(フェナントレン−9−イル)フェニル]ピリミジン(略称:4,6mPnP2Pm)、4,6−ビス[3−(4−ジベンゾチエニル)フェニル]ピリミジン(略称:4,6mDBTP2Pm−II)、9,9’−(ピリミジン−4,6−ジイルジ−3,1−フェニレン)ビス(9H−カルバゾール)(略称:4,6mCzP2Pm)等のピリミジン誘導体、2−{4−[3−(N−フェニル−9H−カルバゾール−3−イル)−9H−カルバゾール−9−イル]フェニル}−4,6−ジフェニル−1,3,5−トリアジン(略称:PCCzPTzn)、9−[3−(4,6−ジフェニル−1,3,5−トリアジン−2−イル)フェニル]−9’−フェニル−2,3’−ビ−9H−カルバゾール(略称:mPCCzPTzn−02)等のトリアジン誘導体、3,5−ビス[3−(9H−カルバゾール−9−イル)フェニル]ピリジン(略称:35DCzPPy)、1,3,5−トリ[3−(3−ピリジル)フェニル]ベンゼン(略称:TmPyPB)等のピリジン誘導体、などが挙げられる。
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。
<電子輸送層>
電子輸送層114は、後述する電子注入層115によって第2の電極102から注入された電子を発光層113に輸送する層である。なお、電子輸送層114は、電子輸送性材料を含む層である。電子輸送層114に用いる電子輸送性材料は、電界強度[V/cm]の平方根が600における電子移動度が1×10−6cm/Vs以上の電子移動度を有する物質が好ましい。なお、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ることができる。また、電子輸送層(114、114a、114b)は、単層でも機能するが、必要に応じて2層以上の積層構造とすることにより、デバイス特性を向上させることもできる。
電子輸送層114に用いることができる有機化合物としては、フロジアジン骨格のフラン環に芳香環が縮合した構造を有する有機化合物、キノリン骨格を有する金属錯体、ベンゾキノリン骨格を有する金属錯体、オキサゾール骨格を有する金属錯体、チアゾール骨格を有する金属錯体等の他、オキサジアゾール誘導体、トリアゾール誘導体、イミダゾール誘導体、オキサゾール誘導体、チアゾール誘導体、フェナントロリン誘導体、キノリン配位子を有するキノリン誘導体、ベンゾキノリン誘導体、キノキサリン誘導体、ジベンゾキノキサリン誘導体、ピリジン誘導体、ビピリジン誘導体、ピリミジン誘導体、その他含窒素複素芳香族化合物を含むπ電子不足型複素芳香族化合物等の電子輸送性の高い材料(電子輸送性材料)を用いることができる。
なお、電子輸送性材料の具体例としては、2−[3’−(ジベンゾチオフェン−4−イル)ビフェニル−3−イル]ジベンゾ[f,h]キノキサリン(略称:2mDBTBPDBq−II)、2−[3’−(ジベンゾチオフェン−4−イル)ビフェニル−3−イル]ジベンゾ[f,h]キノキサリン(略称:2mDBTBPDBq−II)、5−[3−(4,6−ジフェニル−1,3,5−トリアジン−2イル)フェニル]−7,7−ジメチル−5H,7H−インデノ[2,1−b]カルバゾール(略称:mINc(II)PTzn)、4−[3−(ジベンゾチオフェン−4−イル)フェニル]−8−(ナフタレン−2−イル)−[1]ベンゾフロ[3,2−d]ピリミジン(略称:8βN−4mDBtPBfpm)、3,8−ビス[3−(ジベンゾチオフェン−4−イル)フェニル]ベンゾフロ[2,3−b]ピラジン(略称:3,8mDBtP2Bfpr)、4,8−ビス[3−(ジベンゾチオフェン−4−イル)フェニル]−[1]ベンゾフロ[3,2−d]ピリミジン(略称:4,8mDBtP2Bfpm)、9−[(3’−ジベンゾチオフェン−4−イル)ビフェニル−3−イル]ナフト[1’,2’:4,5]フロ[2,3−b]ピラジン(略称:9mDBtBPNfpr)、8−[3’−(ジベンゾチオフェン−4−イル)(1,1’−ビフェニル−3−イル)]ナフト[1’,2’:4,5]フロ[3,2−d]ピリミジン(略称:8mDBtBPNfpm)、8−[(2,2’−ビナフタレン)−6−イル]−4−[3−(ジベンゾチオフェン−4−イル)フェニル−[1]ベンゾフロ[3,2−d]ピリミジン(略称:8(βN2)−4mDBtPBfpm)、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(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(III)(略称:BAlq)、ビス(8−キノリノラト)亜鉛(II)(略称:Znq)等の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、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)等のオキサゾール骨格またはチアゾール骨格を有する金属錯体等が挙げられる。
また、金属錯体以外にもPBD、OXD−7、CO11等のオキサジアゾール誘導体、TAZ、p−EtTAZ等のトリアゾール誘導体、TPBI、mDBTBIm−II等のイミダゾール誘導体(ベンゾイミダゾール誘導体を含む)、BzOsなどのオキサゾール誘導体、Bphen、BCP、NBphenなどのフェナントロリン誘導体、2mDBTPDBq−II、2mDBTBPDBq−II、2mCzBPDBq、2CzPDBq−III、7mDBTPDBq−II、及び、6mDBTPDBq−II等のキノキサリン誘導体、ジベンゾキノキサリン誘導体、35DCzPPy、TmPyPB等のピリジン誘導体、4,6mPnP2Pm、4,6mDBTP2Pm−II、4,6mCzP2Pm等のピリミジン誘導体、またはPCCzPTzn、mPCCzPTzn−02等のトリアジン誘導体を用いることができる。
また、PPy、PF−Py、PF−BPyのような高分子化合物を用いることもできる。
<電子注入層>
電子注入層115は、第2の電極(陰極)102からの電子の注入効率を高めるための層であり、第2の電極(陰極)102に用いる材料の仕事関数の値と、電子注入層115に用いる材料のLUMO準位の値とを比較した際、その差が小さい(0.5eV以下)材料を用いることが好ましい。従って、電子注入層115には、リチウム、セシウム、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)、8−(キノリノラト)リチウム(略称:Liq)、2−(2−ピリジル)フェノラトリチウム(略称:LiPP)、2−(2−ピリジル)−3−ピリジノラトリチウム(略称:LiPPy)、4−フェニル−2−(2−ピリジル)フェノラトリチウム(略称:LiPPP)、リチウム酸化物(LiO)、炭酸セシウム等のようなアルカリ金属、アルカリ土類金属、またはこ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、図6(B)に示す発光デバイスのように、2つのEL層(103a、103b)の間に電荷発生層104を設けることにより、複数のEL層が一対の電極間に積層された構造(タンデム構造ともいう)とすることもできる。なお、本実施の形態において図6(A)で説明する、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)のそれぞれは、図6(B)で説明する、正孔注入層(111a、111b)、正孔輸送層(112a、112b)、発光層(113a、113b)、電子輸送層(114a、114b)、電子注入層(115a、115b)のそれぞれと、機能および用いる材料は共通である。
<電荷発生層>
なお、図6(B)の発光デバイスにおける電荷発生層104は、第1の電極(陽極)101と第2の電極(陰極)102との間に電圧を印加したときに、EL層103aに電子を注入し、EL層103bに正孔を注入する機能を有する。なお、電荷発生層104は、正孔輸送性材料に電子受容体(アクセプター)が添加された構成であっても、電子輸送性材料に電子供与体(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。なお、上述した材料を用いて電荷発生層104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。
電荷発生層104において、正孔輸送性材料に電子受容体が添加された構成とする場合、正孔輸送性材料としては、本実施の形態で示した材料を用いることができる。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、酸化レニウムなどが挙げられる。
また、電荷発生層104において、電子輸送性材料に電子供与体が添加された構成とする場合、電子輸送性材料としては、本実施の形態で示した材料を用いることができる。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、図6(B)では、EL層103が2層積層された構成を示したが、異なるEL層の間に電荷発生層を設けることにより3層以上のEL層の積層構造としてもよい。
<基板>
本実施の形態で示した発光デバイスは、様々な基板上に形成することができる。なお、基板の種類は、特定のものに限定されることはない。基板の一例としては、半導体基板(例えば単結晶基板又はシリコン基板)、SOI基板、ガラス基板、石英基板、プラスチック基板、金属基板、ステンレス・スチル基板、ステンレス・スチル・ホイルを有する基板、タングステン基板、タングステン・ホイルを有する基板、可撓性基板、貼り合わせフィルム、繊維状の材料を含む紙、又は基材フィルムなどが挙げられる。
なお、ガラス基板の一例としては、バリウムホウケイ酸ガラス、アルミノホウケイ酸ガラス、又はソーダライムガラスなどが挙げられる。また、可撓性基板、貼り合わせフィルム、基材フィルムなどの一例としては、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、ポリエーテルサルフォン(PES)に代表されるプラスチック、アクリル樹脂等の合成樹脂、ポリプロピレン、ポリエステル、ポリフッ化ビニル、又はポリ塩化ビニル、ポリアミド、ポリイミド、アラミド樹脂、エポキシ樹脂、無機蒸着フィルム、又は紙類などが挙げられる。
なお、本実施の形態で示す発光デバイスの作製には、蒸着法などの真空プロセス、スピンコート法またはインクジェット法などの溶液プロセスを用いることができる。蒸着法を用いる場合には、スパッタ法、イオンプレーティング法、イオンビーム蒸着法、分子線蒸着法、真空蒸着法などの物理蒸着法(PVD法)または、化学蒸着法(CVD法)等を用いることができる。特に発光デバイスのEL層に含まれる機能層(正孔注入層(111、111a、111b)、正孔輸送層(112、112a、112b)、発光層(113、113a、113b)、電子輸送層(114、114a、114b)、電子注入層(115、115a、115b))、および電荷発生層(104、104a、104b)については、蒸着法(真空蒸着法等)、塗布法(ディップコート法、ダイコート法、バーコート法、スピンコート法、スプレーコート法等)、印刷法(インクジェット法、スクリーン(孔版印刷)法、オフセット(平版印刷)法、フレキソ(凸版印刷)法、グラビア法、マイクロコンタクト法、ナノインプリント法等)などの方法により形成することができる。
なお、本実施の形態で示す発光デバイスのEL層(103、103a、103b)を構成する各機能層(正孔注入層(111、111a、111b)、正孔輸送層(112、112a、112b)、発光層(113、113a、113b)、電子輸送層(114、114a、114b)、電子注入層(115、115a、115b))、および電荷発生層(104、104a、104b)は、上述した材料に限られることはなく、それ以外の材料であっても各層の機能を満たせるものであれば組み合わせて用いることができる。一例としては、高分子化合物(オリゴマー、デンドリマー、ポリマー等)、中分子化合物(低分子と高分子の中間領域の化合物:分子量400乃至4000)、無機化合物(量子ドット材料等)等を用いることができる。なお、量子ドット材料としては、コロイド状量子ドット材料、合金型量子ドット材料、コア・シェル型量子ドット材料、コア型量子ドット材料などを用いることができる。
本実施の形態に示す構成は、他の実施の形態に示す構成と適宜組み合わせて用いることができるものとする。
(実施の形態4)
本実施の形態では、本発明の一態様である発光装置について説明する。なお、図7(A)に示す発光装置は、第1の基板201上のトランジスタ(FET)202と発光デバイス(203R、203G、203B、203W)が電気的に接続されてなるアクティブマトリクス型の発光装置であり、複数の発光デバイス(203R、203G、203B、203W)は、共通のEL層204を有し、また、各発光デバイスの発光色に応じて、各発光デバイスの電極間の光学距離が調整されたマイクロキャビティ構造を有する。また、EL層204から得られた発光が第2の基板205に形成されたカラーフィルタ(206R、206G、206B)を介して射出されるトップエミッション型の発光装置である。
図7(A)に示す発光装置において、第1の電極207は、反射電極として機能するように形成する。また、第2の電極208は、光(可視光または近赤外光)に対する透過性および反射性の両機能を有する、半透過・半反射電極として機能するように形成する。なお、第1の電極207および第2の電極208を形成する電極材料としては、他の実施形態の記載を参照し、適宜用いることができる。
また、図7(A)において、例えば、発光デバイス203Rを赤色発光デバイス、発光デバイス203Gを緑色発光デバイス、発光デバイス203Bを青色発光デバイス、発光デバイス203Wを白色発光デバイスとする場合、図7(B)に示すように発光デバイス203Rは、第1の電極207と第2の電極208との間が光学距離200Rとなるように調整し、発光デバイス203Gは、第1の電極207と第2の電極208との間が光学距離200Gとなるように調整し、発光デバイス203Bは、第1の電極207と第2の電極208との間が光学距離200Bとなるように調整する。なお、図7(B)に示すように、発光デバイス203Rにおいて導電層210Rを第1の電極207に積層し、発光デバイス203Gにおいて導電層210Gを積層することにより、光学調整を行うことができる。
第2の基板205には、カラーフィルタ(206R、206G、206B)が形成されている。なお、カラーフィルタは、可視光のうち特定の波長域を通過させ、特定の波長域を阻止するフィルタである。従って、図7(A)に示すように、発光デバイス203Rと重なる位置に赤の波長域のみを通過させるカラーフィルタ206Rを設けることにより、発光デバイス203Rから赤色発光を得ることができる。また、発光デバイス203Gと重なる位置に緑の波長域のみを通過させるカラーフィルタ206Gを設けることにより、発光デバイス203Gから緑色発光を得ることができる。また、発光デバイス203Bと重なる位置に青の波長域のみを通過させるカラーフィルタ206Bを設けることにより、発光デバイス203Bから青色発光を得ることができる。但し、発光デバイス203Wは、カラーフィルタを設けることなく白色発光を得ることができる。なお、1種のカラーフィルタの端部には、黒色層(ブラックマトリックス)209が設けられていてもよい。さらに、カラーフィルタ(206R、206G、206B)、および黒色層209は、透明な材料を用いたオーバーコート層で覆われていても良い。
図7(A)では、第2の基板205側に発光を取り出す構造(トップエミッション型)の発光装置を示したが、図7(C)に示すようにFET202が形成されている第1の基板201側に光を取り出す構造(ボトムエミッション型)の発光装置としても良い。なお、ボトムエミッション型の発光装置の場合には、第1の電極207を半透過・半反射電極として機能するように形成し、第2の電極208を反射電極として機能するように形成する。また、第1の基板201は、少なくとも透光性の基板を用いる。また、カラーフィルタ(206R’、206G’、206B’)は、図7(C)に示すように発光デバイス(203R、203G、203B)よりも第1の基板201側に設ければよい。
また、図7(A)において、発光デバイスが、赤色発光デバイス、緑色発光デバイス、青色発光デバイス、白色発光デバイスの場合について示したが、本発明の一態様である発光デバイスはその構成に限られることはなく、黄色の発光デバイス、または橙色の発光デバイスを有する構成であっても良い。なお、これらの発光デバイスを作製するためにEL層(発光層、正孔注入層、正孔輸送層、電子輸送層、電子注入層、電荷発生層など)に用いる材料としては、他の実施形態の記載を参照し、適宜用いればよい。なお、その場合には、また、発光デバイスの発光色に応じてカラーフィルタを適宜選択する必要がある。
以上のような構成とすることにより、複数の発光色を呈する発光デバイスを備えた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す構成と適宜組み合わせて用いることができるものとする。
(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について説明する。
本発明の一態様である発光デバイスのデバイス構成を適用することで、アクティブマトリクス型の発光装置、または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。なお、アクティブマトリクス型の発光装置は、発光デバイスとトランジスタ(FET)とを組み合わせた構成を有する。従って、パッシブマトリクス型の発光装置、アクティブマトリクス型の発光装置は、いずれも本発明の一態様に含まれる。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デバイス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8を用いて説明する。
なお、図8(A)は発光装置を示す上面図であり、図8(B)は図8(A)を鎖線A−A’で切断した断面図である。アクティブマトリクス型の発光装置は、第1の基板301上に設けられた画素部302、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、304b)を有する。画素部302および駆動回路部(303、304a、304b)は、シール材305によって、第1の基板301と第2の基板306との間に封止される。
また、第1の基板301上には、引き回し配線307が設けられる。引き回し配線307は、外部入力端子であるFPC308と電気的に接続される。なお、FPC308は、駆動回路部(303、304a、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、リセット信号等)、または電位を伝達する。また、FPC308にはプリント配線基板(PWB)が取り付けられていても良い。なお、これらFPCおよびPWBが取り付けられた状態は、発光装置に含まれる。
次に、図8(B)に断面構造を示す。
画素部302は、FET(スイッチング用FET)311、FET(電流制御用FET)312、およびFET312と電気的に接続された第1の電極313を有する複数の画素により形成される。なお、各画素が有するFETの数は、特に限定されることはなく、必要に応じて適宜設けることができる。
FET309、310、311、312は、特に限定されることはなく、例えば、スタガ型または逆スタガ型などのトランジスタを適用することができる。また、トップゲート型またはボトムゲート型などのトランジスタ構造であってもよい。
なお、これらのFET309、310、311、312に用いることのできる半導体の結晶性については特に限定されず、非晶質半導体、結晶性を有する半導体(微結晶半導体、多結晶半導体、単結晶半導体、又は一部に結晶領域を有する半導体)のいずれを用いてもよい。なお、結晶性を有する半導体を用いることで、トランジスタ特性の劣化を抑制することができるため好ましい。
また、これらの半導体としては、例えば、第14族の元素、化合物半導体、酸化物半導体、有機半導体などを用いることができる。代表的には、シリコンを含む半導体、ガリウムヒ素を含む半導体、インジウムを含む酸化物半導体などを適用することができる。
駆動回路部303は、FET309とFET310とを有する。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、外部に駆動回路を有する構成としても良い。
第1の電極313の端部は、絶縁物314により覆われている。なお、絶縁物314には、ネガ型の感光性樹脂、またはポジ型の感光性樹脂(アクリル樹脂)などの有機化合物、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化シリコン等の無機化合物を用いることができる。絶縁物314の上端部または下端部には、曲率を有する曲面を有するのが好ましい。これにより、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。
第1の電極313上には、EL層315及び第2の電極316が積層形成される。EL層315は、発光層、正孔注入層、正孔輸送層、電子輸送層、電子注入層、電荷発生層等を有する。
なお、本実施の形態で示す発光デバイス317の構成は、他の実施の形態で説明した構成または材料を適用することができる。なお、ここでは図示しないが、第2の電極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8(B)に示す断面図では発光デバイス317を1つのみ図示しているが、画素部302において、複数の発光デバイス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デバイス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デバイスの他に、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デバイスを形成してもよい。例えば、3種類(R、G、B)の発光が得られる発光デバイスに上述の数種類の発光が得られる発光デバイス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。なお、カラーフィルタの種類としては、赤(R)、緑(G)、青(B)、シアン(C)、マゼンタ(M)、イエロー(Y)等を用いることができる。
第1の基板301上のFET(309、310、311、312)、および発光デバイス317は、第2の基板306と第1の基板301とをシール材305により貼り合わせることにより、第1の基板301、第2の基板306、およびシール材305で囲まれた空間318に備えられた構造を有する。なお、空間318は、不活性気体(窒素またはアルゴン等)、または有機物(シール材305を含む)で充填されていてもよい。
シール材305には、エポキシ樹脂、またはガラスフリットを用いることができる。なお、シール材305には、できるだけ水分、または酸素を透過しない材料を用いることが好ましい。また、第2の基板306は、第1の基板301に用いることができるものを同様に用いることができる。従って、他の実施形態で説明した様々な基板を適宜用いることができるものとする。基板としてガラス基板、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、接着性の観点から第1の基板301及び第2の基板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。
また、アクティブマトリクス型の発光装置を可撓性基板に形成する場合、可撓性基板上にFETと発光デバイスとを直接形成しても良いが、剥離層を有する別の基板にFETと発光デバイスを形成した後、熱、力、レーザ照射などを与えることによりFETと発光デバイスを剥離層で剥離し、さらに可撓性基板に転載して作製しても良い。なお、剥離層としては、例えば、タングステン膜と酸化シリコン膜との無機膜の積層、またはポリイミド等の有機樹脂膜等を用いることができる。また可撓性基板としては、トランジスタを形成することが可能な基板に加え、紙基板、セロファン基板、アラミドフィルム基板、ポリイミドフィルム基板、布基板(天然繊維(絹、綿、麻)、合成繊維(ナイロン、ポリウレタン、ポリエステル)若しくは再生繊維(アセテート、キュプラ、レーヨン、再生ポリエステル)などを含む)、皮革基板、又はゴム基板などが挙げられる。これらの基板を用いることにより、耐久性および耐熱性に優れ、軽量化および薄型化を図ることができる。
また、アクティブマトリクス型の発光装置が有する発光デバイスの駆動は、発光デバイスをパルス状(例えば、kHz、MHz等の周波数を用いる)に発光させ、表示に用いる構成としても良い。上記有機化合物を用いて形成される発光デバイスは、優れた周波数特性を備えるため、発光デバイスを駆動する時間を短縮し、消費電力を低減することができる。また、駆動時間の短縮に伴い発熱が抑制されるため、発光デバイスの劣化を軽減することも可能である。
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を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デバイス、本発明の一態様である発光デバイスを有する発光装置を適用して完成させた様々な電子機器または自動車の一例について、説明する。なお、発光装置は、本実施の形態で説明する電子機器において、主に表示部に適用することができる。
図9(A)乃至図9(E)に示す電子機器は、筐体7000、表示部7001、スピーカ7003、LEDランプ7004、操作キー7005(電源スイッチ、又は操作スイッチを含む)、接続端子7006、センサ7007(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7008、等を有することができる。
図9(A)はモバイルコンピュータであり、上述したものの他に、スイッチ7009、赤外線ポート7010、等を有することができる。
図9(B)は記録媒体を備えた携帯型の画像再生装置(たとえば、DVD再生装置)であり、上述したものの他に、第2表示部7002、記録媒体読込部7011、等を有することができる。
図9(C)はテレビ受像機能付きデジタルカメラであり、上述したものの他に、アンテナ7014、シャッターボタン7015、受像部7016、等を有することができる。
図9(D)は携帯情報端末である。携帯情報端末は、表示部7001の3面以上に情報を表示する機能を有する。ここでは、情報7052、情報7053、情報7054がそれぞれ異なる面に表示されている例を示す。例えば使用者は、洋服の胸ポケットに携帯情報端末を収納した状態で、携帯情報端末の上方から観察できる位置に表示された情報7053を確認することもできる。使用者は、携帯情報端末をポケットから取り出すことなく表示を確認し、例えば電話を受けるか否かを判断できる。
図9(E)は携帯情報端末(スマートフォンを含む)であり、筐体7000に、表示部7001、操作キー7005、等を有することができる。なお、携帯情報端末は、スピーカ、接続端子、センサ等を設けてもよい。また、携帯情報端末は、文字または画像情報をその複数の面に表示することができる。ここでは3つのアイコン7050を表示した例を示している。また、破線の矩形で示す情報7051を表示部7001の他の面に表示することもできる。情報7051の一例としては、電子メール、SNS、電話などの着信の通知、電子メールまたはSNSなどの題名、送信者名、日時、時刻、バッテリーの残量、アンテナ受信の強度などがある。または、情報7051が表示されている位置にはアイコン7050などを表示してもよい。
図9(F)は、大型のテレビジョン装置(テレビ、又はテレビジョン受信機ともいう)であり、筐体7000、表示部7001、等を有することができる。また、ここでは、スタンド7018により筐体7000を支持した構成を示している。また、テレビジョン装置の操作は、別体のリモコン操作機7111、等により行うことができる。なお、表示部7001にタッチセンサを備えていてもよく、指等で表示部7001に触れることで操作してもよい。リモコン操作機7111は、当該リモコン操作機7111から出力する情報を表示する表示部を有していてもよい。リモコン操作機7111が備える操作キーまたはタッチパネルにより、チャンネル及び音量の操作を行うことができ、表示部7001に表示される画像を操作することができる。
図9(A)乃至図9(F)に示す電子機器は、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、様々なソフトウエア(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。さらに、複数の表示部を有する電子機器においては、一つの表示部を主として画像情報を表示し、別の一つの表示部を主として文字情報を表示する機能、または、複数の表示部に視差を考慮した画像を表示することで立体的な画像を表示する機能、等を有することができる。さらに、受像部を有する電子機器においては、静止画を撮影する機能、動画を撮影する機能、撮影した画像を自動または手動で補正する機能、撮影した画像を記録媒体(外部又はカメラに内蔵)に保存する機能、撮影した画像を表示部に表示する機能、等を有することができる。なお、図9(A)乃至図9(F)に示す電子機器が有することのできる機能はこれらに限定されず、様々な機能を有することができる。
図9(G)は、腕時計型の携帯情報端末であり、例えば時計型電子デバイスとして用いることができる。この腕時計型の携帯情報端末は、筐体7000、表示部7001、操作用ボタン7022、7023、接続端子7024、バンド7025、マイクロフォン7026、センサ7029、スピーカ7030等を有している。表示部7001は、表示面が湾曲しており、湾曲した表示面に沿って表示を行うことができる。また、この携帯情報端末は、例えば無線通信可能なヘッドセットとの相互通信によりハンズフリーでの通話が可能である。なお、接続端子7024により、他の情報端末と相互にデータ伝送を行うこと、または充電を行うこともできる。充電動作は無線給電により行うこともできる。
ベゼル部分を兼ねる筐体7000に搭載された表示部7001は、非矩形状の表示領域を有している。表示部7001は、時刻を表すアイコン、その他のアイコン等を表示することができる。また、表示部7001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9(G)に示す時計型電子デバイスは、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、様々なソフトウエア(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7000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、本発明の一態様である発光装置は、本実施の形態に示す電子機器の各表示部に用いることができ、長寿命な電子機器を実現できる。
また、発光装置を適用した電子機器として、図10(A)乃至(C)に示すような折りたたみ可能な携帯情報端末が挙げられる。図10(A)には、展開した状態の携帯情報端末9310を示す。また、図10(B)には、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。さらに、図10(C)には、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。
表示部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、表示部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、表示部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。なお、本発明の一態様の発光装置は、表示部9311に用いることができる。また、長寿命な電子機器を実現できる。表示部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、使用頻度の高いアプリ、または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、またはアプリなどの起動をスムーズに行うことができる。
また、発光装置を適用した自動車について、図11(A)(B)に示す。すなわち、発光装置を、自動車と一体にして設けることができる。具体的には、図11(A)に示す自動車の外側のライト5101(車体後部も含む)、タイヤのホイール5102、ドア5103の一部または全体などに適用することができる。また、図11(B)に示す自動車の内側の表示部5104、ハンドル5105、シフトレバー5106、座席シート5107、インナーリアビューミラー5108、フロントガラス5109等に適用することができる。その他のガラス窓の一部に適用してもよい。
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た電子機器、または自動車を得ることができる。なお、その場合には、長寿命な電子機器を実現できる。また、適用できる電子機器、または自動車は、本実施の形態に示したものに限らず、あらゆる分野において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7)
本実施の形態では、本発明の一態様である発光装置、またはその一部である発光デバイスを適用して作製される照明装置の構成について図12および図13を用いて説明する。
図12および図13は、照明装置の断面図の一例を示す。なお、図12は基板側に光を取り出すボトムエミッション型の照明装置であり、図13は、封止基板側に光を取り出すトップエミッション型の照明装置である。
図12に示す照明装置4000は、基板4001上に発光デバイス4002を有する。また、基板4001の外側に凹凸を有する基板4003を有する。発光デバイス4002は、第1の電極4004と、EL層4005と、第2の電極4006を有する。
第1の電極4004は、電極4007と電気的に接続され、第2の電極4006は電極4008と電気的に接続される。また、第1の電極4004と電気的に接続される補助配線4009を設けてもよい。なお、補助配線4009上には、絶縁層4010が形成されている。
また、基板4001と封止基板4011は、シール材4012で接着されている。また、封止基板4011と発光デバイス4002の間には、乾燥剤4013が設けられていることが好ましい。なお、基板4003は、図12のような凹凸を有するため、発光デバイス4002で生じた光の取り出し効率を向上させることができる。
図13の照明装置4200は、基板4201上に発光デバイス4202を有する。発光デバイス4202は第1の電極4204と、EL層4205と、第2の電極4206とを有する。
第1の電極4204は、電極4207と電気的に接続され、第2の電極4206は電極4208と電気的に接続される。また第2の電極4206と電気的に接続される補助配線4209を設けてもよい。また、補助配線4209の下部に、絶縁層4210を設けてもよい。
基板4201と凹凸のある封止基板4211は、シール材4212で接着されている。また、封止基板4211と発光デバイス4202の間にバリア膜4213および平坦化膜4214を設けてもよい。なお、封止基板4211は、図13のような凹凸を有するため、発光デバイス4202で生じた光の取り出し効率を向上させることができる。
また、これらの照明装置の応用例としては、室内の照明用であるシーリングライトが挙げられる。シーリングライトには、天井直付型、または天井埋め込み型等がある。なお、このような照明装置は、発光装置を筐体、またはカバーと組み合わせることにより構成される。
その他にも床面に灯りを照射し、足元の安全性を高めることができる足元灯などへの応用も可能である。足元灯は、例えば、寝室、階段、または通路などに使用するのが有効である。その場合、部屋の広さ、または構造に応じて、適宜サイズ、または形状を変えることができる。また、発光装置と支持台とを組み合わせて構成される据え置き型の照明装置とすることも可能である。
また、シート状の照明装置(シート状照明)として応用することも可能である。シート状照明は、壁面に張り付けて使用するため、場所を取らず幅広い用途に用いることができる。なお、大面積化も容易である。なお、曲面を有する壁面、または筐体に用いることもできる。
なお、上記以外にも室内に備えられた家具の一部に本発明の一態様である発光装置、またはその一部である発光デバイスを適用し、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1≫
本実施例では、実施の形態1の構造式(100)で表される本発明の一態様である化合物、9,10−ジ(ビフェニル−2−イル)−N,N’−ビス(3,5−ジ−tert−ブチルフェニル)−N,N’−ビス(9−フェニル−9H−カルバゾール−3−イル)アントラセン−2,6−ジアミン(略称:2,6PCAPA−03)の合成方法について説明する。なお、2,6PCAPA−03の構造を以下に示す。
Figure 2021107386
<ステップ1:N−(3,5−ジ−tert−ブチルフェニル)−9−フェニル−9H−カルバゾール−3−アミンの合成>
3.7g(10mmol)の3−ヨード−9−フェニルカルバゾールと、2.2g(11mmol)の3,5−ジ−tert−ブチルフェニルアニリンと2.1g(22mmol)のナトリウム−t−ブトキシドを200mL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100mLのトルエンを加え、減圧下で撹拌することにより脱気した。この混合物に0.5mL(0.16mmol)のトリ−tert−ブチルホスフィン(10wt%ヘキサン溶液)と90mg(0.16mmol)のビス(ジベンジリデンアセトン)パラジウム(0)を加え、窒素気流下、90℃で3時間攪拌した。
撹拌後、得られた混合物にトルエン500mLを加えてから、フロリジール(和光純薬工業株式会社、カタログ番号:066−05265)、セライト(和光純薬工業株式会社、カタログ番号:537−02305)、アルミナを通して吸引ろ過し、ろ液を得た。得られたろ液を濃縮し、褐色固体を得た。
得られた固体をシリカゲルクロマトグラフィー(展開溶媒:ヘキサン:トルエン=7:3)で精製し、白色固体を3.9g、収率87%で得た。ステップ1の合成スキームを下記(a−1)に示す。
Figure 2021107386
また、上記ステップ1で得られた白色固体のH NMRによる測定結果を以下に示す。この結果から、N−(3,5−ジ−tert−ブチルフェニル)−9−フェニル−9H−カルバゾール−3−アミンが得られたことがわかった。
H NMR(CDCl,300MHz):σ=8.05−8.02(m、1H)、7.92(d、J=2.1Hz、1H)、7.66−7.58(m、4H)、7.50−7.35(m、4H)、7.27−7.19(m、2H)、6.98−6.94(m、3H)、5.83(bs、1H)、1.31(s、18H)。
<ステップ2:2,6PCAPA−03の合成>
1.0g(1.6mmol)の9,10−ジ(ビフェニル−2−イル)−2,6−ジブロモアントラセンと1.4g(3.2mmol)のN−(3,5−ジ−tert−ブチルフェニル)−9−フェニル−9H−カルバゾール−3−アミンと0.60g(6.2mmol)のナトリウム−t−ブトキシドと60mg(0.15mmol)の2−ジシクロヘキシルホスフィノ−2’,6’−ジメトキシビフェニル(略称:SPhos)を200mL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20mLのキシレンを加え、減圧下で撹拌することにより脱気した。この混合物に40mg(70μmol)のビス(ジベンジリデンアセトン)パラジウム(0)を加え、窒素気流下、150℃で6時間攪拌した。
撹拌後、得られた混合物にトルエン500mLを加えてから、フロリジール(和光純薬工業株式会社、カタログ番号:066−05265)、セライト(和光純薬工業株式会社、カタログ番号:537−02305)、アルミナを通して吸引ろ過し、ろ液を得た。得られたろ液を濃縮し、褐色固体を得た。
この固体をシリカゲルカラムクロマトグラフィー(展開溶媒:ヘキサン:トルエン=3:2)により精製したところ、目的物の黄色固体を得た。得られた黄色固体をトルエンにて再結晶したところ、目的物の黄色固体を0.96g、収率45%で得た。ステップ2の合成スキームを下記(a−2)に示す。
Figure 2021107386
得られた黄色固体0.96g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3.2Paの条件で、黄色固体を345℃で15時間加熱して行った。昇華精製後、目的物の黄色固体を収量0.91g、回収率95%で得た。
また、上記ステップ2で得られた黄色固体のH NMRによる測定結果を以下に示す。また、H NMRチャートを図14に示す。この結果から、2,6PCAPA−03(構造式(100))が得られたことがわかった。
H NMR(CDCl,300MHz):σ=7.99−7.94(m,2H),7.83−7.74(m,2H),7.67−7.59(m,8H),7.52−7.37(m,6H),7.32−7.14(m,14H),7.12−6.74(m,22H),1.19(s,36H)。
次に、2,6PCAPA−03のトルエン溶液の吸収スペクトルおよび発光スペクトルを測定した。紫外可視吸収スペクトル(以下、単に「吸収スペクトル」という)及び発光スペクトルを測定した。吸収スペクトルの測定には、紫外可視分光光度計((株)日本分光製 V550型)を用いた。また、発光スペクトルの測定には、分光蛍光光度計((株)日本分光製 FP−8600DS)を用いた。得られたトルエン溶液の吸収スペクトルおよび発光スペクトルの測定結果を図15に示す。横軸は波長、縦軸は吸収強度を表す。
図15より、2,6PCAPA−03のトルエン溶液は、493nm付近に吸収ピークが見られ、発光波長のピークは534nm(励起波長480nm)であった。
本実施例では、本発明の一態様である化合物を用いて発光デバイスを作製し、動作特性について測定した。本実施例で示す発光デバイスは、発光デバイス1−1、発光デバイス1−2、比較発光デバイス1−a、および比較発光デバイス1−bであり、これらの発光デバイスは、図16に示すデバイス構造を有し、本実施例の発光層913は、実施の形態1の発光層の構成例7で説明した構成を有し、具体的には表1に示す構成を有する。なお、発光デバイス1−1および発光デバイス1−2は、発光デバイスの発光層において、3,5−ビス(3−(9H−カルバゾール−9−イル)フェニル)ピリジン(略称:35DCzPPy)およびfac−トリス[(2,6−ジイソプロピルフェニル)−2−フェニル−1H−イミダゾール]イリジウム(III)(略称:[Ir(iPrpim)])に加えて、本発明の一態様である化合物、9,10−ジ(ビフェニル−2−イル)−N,N’−ビス(3,5−ジ−tert−ブチルフェニル)−N,N’−ビス(9−フェニル−9H−カルバゾール−3−イル)アントラセン−2,6−ジアミン(略称:2,6PCAPA−03)を有し、2,6PCAPA−03の含有量がそれぞれ異なる。また、比較例として示す、比較発光素子1−aは、発光デバイス1−1および発光デバイス1−2の発光層に用いた、2,6PCAPA−03の代わりに、9,10−ジフェニル−N,N’−ジフェニル−N,N’−ビス(9−フェニル−9H−カルバゾール−3−イル)アントラセン−2,6−ジアミン(略称:2,6PCAPA)を用いた発光デバイスである。また、比較発光デバイス1−bは、発光層に35DCzPPyおよび[Ir(iPrpim)]のみを有する発光デバイスである。本実施例で用いる材料の化学式を以下に示す。
Figure 2021107386
Figure 2021107386
≪発光デバイスの構成≫
本実施例で示す発光デバイスは、図16に示すように基板900上に形成された第1の電極901上に正孔注入層911、正孔輸送層912、発光層913、電子輸送層914、電子注入層915が順次積層され、電子注入層915上に第2の電極903が積層された構造を有する。
なお、基板900には、ガラス基板を用いた。また、第1の電極901は、酸化珪素を含むインジウム錫酸化物(ITSO)膜を用い、膜厚を70nmとした。なお、第1の電極901の電極面積は、4mm(2mm×2mm)である。
正孔注入層911には、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の共蒸着膜(DBT3P−II:酸化モリブデン=1:0.5(質量比))とし、膜厚を40nmとした。
正孔輸送層912には、3,3’−ビス(9−フェニル−9H−カルバゾール)(略称:PCCP)を用い、膜厚を20nmとした。
発光デバイス1−1および発光デバイス1−2の発光層913には、35DCzPPy、[Ir(iPrpim)]、および2,6PCAPA−03を有する膜を用い、膜厚を40nmとした。また、比較発光デバイス1−aの発光層913には、35DCzPPy、[Ir(iPrpim)]、および2,6PCAPAを有する膜を用い、膜厚を40nmとした。また、比較発光デバイス1−bの発光層913には、35DCzPPyおよび[Ir(iPrpim)]を有する膜を用い、膜厚を30nmとした。なお、各発光デバイスで異なる発光層913中の重量比は、表1に示す通りである。
電子輸送層914には、膜厚が10nmの35DCzPPyと、膜厚が20nmの1,3,5−トリ[(3−ピリジル)−フェニル−3−イル]ベンゼン(略称:TmPyPB)との積層膜を用いた。
電子注入層915には、フッ化リチウム(LiF)を用い、膜厚を1nmとした。
また、第2の電極903には、アルミニウムを用い、膜厚を200nmとした。なお、本実施例において、第2の電極903は、陰極として機能する。
≪発光デバイスの動作特性≫
作製した発光デバイスの動作特性について測定した。輝度、色度(CIE色度)、および電界発光(EL)スペクトルの測定には分光放射計(トプコン社製、SR−UL1R)を用いた。なお、測定は室温(23℃に保たれた雰囲気)で行った。
本実施例で作製した、発光デバイス1−1、発光デバイス1−2、比較発光デバイス1−a、および比較発光デバイス1−bの動作特性の結果として、電流密度−輝度特性を図17、電圧−輝度特性を図18、輝度−電流効率特性を図19、電圧−電流密度特性を図20、輝度−外部量子効率特性を図21にそれぞれ示す。
また、各発光デバイスに2.5mA/cmの電流密度で電流を流した際の電界発光スペクトル(ELスペクトル)を、図22に示す。
次に、1000cd/m付近における各発光デバイスの主な初期特性値を以下の表2に示す。
Figure 2021107386
発光デバイス1−1および発光デバイス1−2は、比較発光デバイス1−bの発光層に本発明の一態様の化合物である2,6PCAPA−03を加えた素子である。図22に示すように、比較発光デバイス1−bのELスペクトルは、ピーク波長が472nmである、燐光発光物質、[Ir(iPrpim)]に由来する水色発光を示した。また、発光デバイス1−1のELスペクトルは、ピーク波長が530nm付近の2,6PCAPA−03に由来する発光と、ピーク波長が472nm付近の[Ir(iPrpim)]に由来する発光の双方を示した。発光デバイス1−2のELスペクトルは、ピーク波長が530nm付近である、2,6PCAPA−03に由来する緑色発光を示した。このことから、発光デバイス1−1および発光デバイス1−2では、蛍光発光物質である2,6PCAPA−03が励起エネルギーを受け取り発光していることがわかる。また、蛍光発光物質の濃度が高い発光デバイス1−2のELスペクトルは、ほとんど2,6PCAPA−03に由来する発光を示している。このことから、蛍光発光物質の濃度が高い方が、蛍光発光物質が励起エネルギーを受け取りやすく発光しやすいことが分かる。また、上記の結果から、発光デバイス1−2は蛍光発光物質に由来する発光にも関わらず最大で20%以上の高い外部量子効率を示すことがわかる。一対の電極から注入されたキャリア(正孔及び電子)の再結合によって生成する一重項励起子の生成確率が最大で25%であるため、外部への光取り出し効率を30%とした場合、蛍光発光素子の外部量子効率は、最大で7.5%となる。しかし、発光デバイス1−2においては、外部量子効率が7.5%より高い効率が得られている。これは、一対の電極から注入されたキャリア(正孔及び電子)の再結合によって生成した一重項励起子に由来する発光に加えて、三重項励起子からのエネルギー移動に由来する発光が蛍光発光物質より得られているためである。
したがって、本発明の一態様である化合物、2,6PCAPA−03は、発光デバイスの発光層において、高濃度の場合に特に問題となる三重項励起エネルギーの失活を抑制でき、効率よく発光していることが示された。また、発光デバイス1−2と、比較発光デバイス1−aとの比較では、発光デバイスの発光層に同濃度の2,6PCAPAを含む比較発光デバイス1−aは、発光デバイス1−2に比べて低い外部量子効率を示した。このことは、発光デバイス1−2に用いた、2,6PCAPA−03が保護基を有することで、比較発光デバイス1−aに用いた保護基を有さない2,6PCAPAよりも、ホストからのデクスター機構に伴う三重項励起エネルギーの移動を抑制することができ、一重項励起エネルギーと三重項励起エネルギーの双方を効率よく発光に変換することができるため、外部量子効率に大きな影響を与えることが示されていることを意味する。
また、発光デバイス1−1、発光デバイス1−2、および比較発光デバイス1−bについて、12.5mA/cmにおける定電流密度駆動試験を行った。その結果を図23に示す。この結果からゲストである、2,6PCAPA−03の濃度を高めると、高い発光効率を示しつつ信頼性が良好になることが分かった。これは、発光層におけるゲストの濃度を高めることで、発光層内の励起エネルギーを効率良くゲストの発光に変換でき、非放射失活を抑制できることを示すものである。すなわち、ゲストの濃度を高めることで、ホストからゲストへのデクスター機構に伴うエネルギー移動を抑制すると共にホストからゲストへのフェルスター機構によるエネルギー移動速度を高めることができていることが示唆される。よって、本発明の一態様である化合物を用いた発光デバイスは、発光効率及び信頼性が良好な発光デバイスであるといえる。
≪合成例2≫
本実施例では、実施の形態1の構造式(112)で表される本発明の一態様である化合物、9,10−ジ(ビフェニル−2−イル)−N,N’−ビス[3,5−ビス−(2−アダマンチル)フェニル]−N,N’−ビス(ジベンゾフラン−3−イル)アントラセン−2,6−ジアミン(略称:2,6FrAPA)の合成方法について説明する。なお、2,6FrAPAの構造を以下に示す。
Figure 2021107386
上記の2,6FrAPAは、実施例1のステップ1において用いた、3−ヨード−9−フェニルカルバゾールと、3,5−ジ−tert−ブチルフェニルアニリンの代わりに、3,5−ビス(2−アダマンチル)フェニルトリフルオロメタンスルホン酸と、ジベンゾ[b,d]フラン−3−アミンを用い、合成スキーム(b−1)、合成スキーム(b−2)に示す方法を用いることにより、同様に合成することができる。また、上記の化合物は緑色の発光を示す。
Figure 2021107386
Figure 2021107386
以上により、構造式(112)で表される本発明の一態様である化合物、2,6FrAPAを得ることができる。
101 第1の電極
102 第2の電極
103 EL層
103a、103b EL層
104 電荷発生層
111、111a、111b 正孔注入層
112、112a、112b 正孔輸送層
113、113a、113b 発光層
114、114a、114b 電子輸送層
115、115a、115b 電子注入層
124 蛍光発光物質
124a 発光団
131 化合物
132 化合物(蛍光発光物質)
132a 発光団
132b 保護基
200R、200G、200B 光学距離
201 第1の基板
202 トランジスタ(FET)
203R、203G、203B、203W 発光デバイス
204 EL層
205 第2の基板
206R、206G、206B カラーフィルタ
206R’、206G’、206B’ カラーフィルタ
207 第1の電極
208 第2の電極
209 黒色層(ブラックマトリックス)
210R、210G 導電層
301 第1の基板
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 第2の基板
307 引き回し配線
308 FPC
309 FET
310 FET
311 FET
312 FET
313 第1の電極
314 絶縁物
315 EL層
316 第2の電極
317 発光デバイス
318 空間
900 基板
901 第1の電極
902 EL層
903 第2の電極
911 正孔注入層
912 正孔輸送層
913 発光層
914 電子輸送層
915 電子注入層
4000 照明装置
4001 基板
4002 発光デバイス
4003 基板
4004 第1の電極
4005 EL層
4006 第2の電極
4007 電極
4008 電極
4009 補助配線
4010 絶縁層
4011 封止基板
4012 シール材
4013 乾燥剤
4015 拡散板
4200 照明装置
4201 基板
4202 発光デバイス
4204 第1の電極
4205 EL層
4206 第2の電極
4207 電極
4208 電極
4209 補助配線
4210 絶縁層
4211 封止基板
4212 シール材
4213 バリア膜
4214 平坦化膜
4215 拡散板
5101 ライト
5102 ホイール
5103 ドア
5104 表示部
5105 ハンドル
5106 シフトレバー
5107 座席シート
5108 インナーリアビューミラー
5109 フロントガラス
7000 筐体
7001 表示部
7002 第2表示部
7003 スピーカ
7004 LEDランプ
7005 操作キー
7006 接続端子
7007 センサ
7008 マイクロフォン
7009 スイッチ
7010 赤外線ポート
7011 記録媒体読込部
7012 支持部
7013 イヤホン
7014 アンテナ
7015 シャッターボタン
7016 受像部
7018 スタンド
7020 カメラ
7021 外部接続部
7022、7023 操作用ボタン
7024 接続端子
7025 バンド
7026 マイクロフォン
7027 時刻を表すアイコン
7028 その他のアイコン
7029 センサ
7030 スピーカ
7052、7053、7054 情報
9310 携帯情報端末
9311 表示部
9312 表示領域
9313 ヒンジ
9315 筐体

Claims (13)

  1. 一般式(G1)で表される化合物。
    Figure 2021107386

    (式中、AおよびAはそれぞれ独立に、置換若しくは無置換の炭素数10乃至30の縮合芳香環、または置換若しくは無置換の炭素数3乃至30の縮合複素芳香環、または一般式(Z−1)または一般式(Z−2)で表される構造を表し、ZおよびZはそれぞれ独立に、一般式(Z−1)または一般式(Z−2)で表される構造を有する。一般式(Z−1)中、XおよびXはそれぞれ独立に、炭素数3乃至10のアルキル基、置換若しくは無置換の炭素数3乃至10のシクロアルキル基、架橋構造を有する炭素数7乃至10のシクロアルキル基、炭素数3乃至12のトリアルキルシリル基のいずれか一を表す。また、ArおよびArはそれぞれ独立に置換若しくは無置換の炭素数6乃至13の芳香族炭化水素基を表し、かつArおよびArの少なくとも一は、Xと同じ置換基を有する。また、R〜R16はそれぞれ独立に、水素、炭素数3乃至10のアルキル基、置換若しくは無置換の炭素数3乃至10のシクロアルキル基、炭素数3乃至12のトリアルキルシリル基、または置換若しくは無置換の炭素数6乃至25のアリール基のいずれか一を表す。)
  2. 一般式(G2)で表される化合物。
    Figure 2021107386

    (式中、BおよびBはそれぞれ独立に、置換若しくは無置換の炭素数3乃至30の縮合複素芳香環を表し、ZおよびZはそれぞれ独立に、一般式(Z−1)または一般式(Z−2)で表される構造を有する。一般式(Z−1)中、XおよびXはそれぞれ独立に、炭素数3乃至10のアルキル基、置換若しくは無置換の炭素数3乃至10のシクロアルキル基、架橋構造を有する炭素数7乃至10のシクロアルキル基、炭素数3乃至12のトリアルキルシリル基のいずれか一を表す。また、ArおよびArはそれぞれ独立に置換若しくは無置換の炭素数6乃至13の芳香族炭化水素基を表し、かつArおよびArの少なくとも一は、Xと同じ置換基を有する。また、R〜R16はそれぞれ独立に、水素、炭素数3乃至10のアルキル基、置換若しくは無置換の炭素数3乃至10のシクロアルキル基、炭素数3乃至12のトリアルキルシリル基、または置換若しくは無置換の炭素数6乃至25のアリール基のいずれか一を表す。)
  3. 一般式(G3)で表される化合物。
    Figure 2021107386

    (式中、ZおよびZはそれぞれ独立に、一般式(Z−1)または一般式(Z−2)で表される構造を有する。一般式(Z−1)中、XおよびXはそれぞれ独立に、炭素数3乃至10のアルキル基、置換若しくは無置換の炭素数3乃至10のシクロアルキル基、架橋構造を有する炭素数7乃至10のシクロアルキル基、炭素数3乃至12のトリアルキルシリル基のいずれか一を表す。また、ArおよびArはそれぞれ独立に置換若しくは無置換の炭素数6乃至13の芳香族炭化水素基を表し、かつArおよびArの少なくとも一は、Xと同じ置換基を有する。また、R〜R42はそれぞれ独立に、水素、炭素数3乃至10のアルキル基、置換若しくは無置換の炭素数3乃至10のシクロアルキル基、炭素数3乃至12のトリアルキルシリル基、または置換若しくは無置換の炭素数6乃至25のアリール基のいずれか一を表し、R17〜R29のいずれか一は、Zと結合する窒素原子と結合し、かつR30〜R42のいずれか一は、Zと結合する窒素原子と結合する。)
  4. 一般式(G4)で表される化合物。
    Figure 2021107386

    (式中、ZおよびZはそれぞれ独立に、一般式(Z−1)または一般式(Z−2)で表される構造を有する。一般式(Z−1)中、XおよびXはそれぞれ独立に、炭素数3乃至10のアルキル基、置換若しくは無置換の炭素数3乃至10のシクロアルキル基、架橋構造を有する炭素数7乃至10のシクロアルキル基、炭素数3乃至12のトリアルキルシリル基のいずれか一を表す。また、ArおよびArはそれぞれ独立に置換若しくは無置換の炭素数6乃至13の芳香族炭化水素基を表し、かつArおよびArの少なくとも一は、Xと同じ置換基を有する。また、R〜R17、R19〜R30、およびR32〜R42はそれぞれ独立に、水素、炭素数3乃至10のアルキル基、置換若しくは無置換の炭素数3乃至10のシクロアルキル基、炭素数3乃至12のトリアルキルシリル基、置換若しくは無置換の炭素数6乃至25のアリール基のいずれか一を表す。)
  5. 構造式(100)で表される化合物。
    Figure 2021107386
  6. 請求項1乃至請求項5のいずれか一に記載の化合物を用いた発光デバイス。
  7. 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5のいずれか一に記載の化合物を有する発光デバイス。
  8. 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5のいずれか一に記載の化合物を有する発光デバイス。
  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5のいずれか一に記載の化合物と、燐光材料とを有する発光デバイス。
  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、請求項1乃至請求項5のいずれか一に記載の化合物と、TADF材料とを有する発光デバイス。
  11. 請求項6乃至請求項10のいずれか一に記載の発光デバイスと、
    トランジスタ、または基板の少なくとも一と、
    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、スピーカの少なくとも一と、
    を有する電子機器。
  13. 請求項6乃至請求項10のいずれか一に記載の発光デバイスと、
    筐体、カバー、または、支持台の少なくとも一と、
    を有する照明装置。
JP2020213843A 2019-12-27 2020-12-23 化合物、発光デバイス、発光装置、電子機器、および照明装置 Pending JP2021107386A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019239346 2019-12-27
JP2019239346 2019-12-27

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2021107386A true JP2021107386A (ja) 2021-07-29
JP2021107386A5 JP2021107386A5 (ja) 2023-12-18

Family

ID=76310552

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2020213843A Pending JP2021107386A (ja) 2019-12-27 2020-12-23 化合物、発光デバイス、発光装置、電子機器、および照明装置

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20210206767A1 (ja)
JP (1) JP2021107386A (ja)
KR (1) KR20210086513A (ja)
CN (1) CN113045482A (ja)
DE (1) DE102020134845A1 (ja)
TW (1) TW202134233A (ja)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11930701B2 (en) * 2019-08-29 2024-03-12 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Compound, light-emitting device, light-emitting apparatus, electronic device, and lighting device

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8647753B2 (en) * 2005-10-12 2014-02-11 Lg Display Co., Ltd. Organic electroluminescence device
TWI679790B (zh) 2012-08-03 2019-12-11 日商半導體能源研究所股份有限公司 發光元件
KR102293436B1 (ko) * 2014-11-19 2021-08-25 덕산네오룩스 주식회사 유기전기소자용 조성물을 이용한 디스플레이 장치 및 유기전기소자

Also Published As

Publication number Publication date
CN113045482A (zh) 2021-06-29
TW202134233A (zh) 2021-09-16
DE102020134845A1 (de) 2021-07-01
KR20210086513A (ko) 2021-07-08
US20210206767A1 (en) 2021-07-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7440219B2 (ja) 発光素子、発光装置、電子機器および照明装置
JP7330176B2 (ja) 発光素子、発光装置、電子機器および照明装置
JP7441297B2 (ja) 混合材料
JPWO2020095141A1 (ja) 発光デバイス、発光機器、表示装置、電子機器及び照明装置
JP7354100B2 (ja) 有機化合物、発光素子、発光装置、電子機器、および照明装置
JP2020205412A (ja) 発光デバイス、発光装置、電子機器、および照明装置
WO2020026088A1 (ja) 発光素子、発光装置、電子機器、および照明装置
WO2022003502A1 (ja) 化合物、発光デバイス、発光装置、電子機器、および照明装置
WO2020217129A1 (ja) 発光デバイス、発光装置、電子機器、および照明装置
JP2021107386A (ja) 化合物、発光デバイス、発光装置、電子機器、および照明装置
JP2021038211A (ja) 化合物、発光デバイス、発光装置、電子機器、および照明装置
JP7066499B2 (ja) 有機化合物、発光素子、発光装置、電子機器、および照明装置
JP2021095397A (ja) 有機化合物、光デバイス、発光デバイス、発光装置、電子機器および照明装置
WO2020136496A1 (ja) 有機化合物、発光デバイス、発光装置、電子機器、および照明装置
JP2021024863A (ja) 有機化合物、発光デバイス、発光装置、電子機器、および照明装置
WO2021191720A1 (ja) 発光デバイス用組成物、発光デバイス、発光装置、電子機器、および照明装置
JP2021038208A (ja) 化合物、発光デバイス、発光装置、電子機器、および照明装置
WO2020058811A1 (ja) 有機化合物、発光デバイス、発光装置、電子機器、および照明装置
WO2020109922A1 (ja) 発光デバイス用組成物
JPWO2019207409A1 (ja) 有機化合物、発光デバイス、発光装置、電子機器、および照明装置

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20231208

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20231208