JP2023020998A - 有機化合物、発光デバイス、表示装置、電子機器、発光装置、照明装置 - Google Patents

有機化合物、発光デバイス、表示装置、電子機器、発光装置、照明装置 Download PDF

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Abstract

【課題】利便性、有用性または信頼性に優れた新規な有機化合物を提供する。【解決手段】下記一般式(G1)で表される有機化合物である。JPEG2023020998000035.jpg70167ただし、R1乃至R26の少なくとも一は重水素であり、他は、水素、アルキル基、シクロアルキル基、トリアルキルシリル基、アリール基等である。【選択図】なし

Description

本発明の一態様は、有機化合物、発光デバイス、表示装置、電子機器、発光装置、照明装置または半導体装置に関する。
なお、本発明の一態様は、上記の技術分野に限定されない。本明細書等で開示する発明の一態様の技術分野は、物、方法、または、製造方法に関するものである。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)に関するものである。そのため、より具体的に本明細書で開示する本発明の一態様の技術分野としては、半導体装置、表示装置、発光装置、蓄電装置、記憶装置、それらの駆動方法、または、それらの製造方法、を一例として挙げることができる。
有機化合物を用いたエレクトロルミネッセンス(EL:Electro luminescence)を利用する発光デバイス(有機EL素子)の実用化が進んでいる。これら発光デバイスの基本的な構成は、一対の電極間に発光材料を含む有機化合物層(EL層)を挟んだものである。この素子に電圧を印加して、キャリアを注入し、当該キャリアの再結合エネルギーを利用することにより、発光材料からの発光を得ることができる。
このような発光デバイスは自発光型であるため、液晶ディスプレイに比べ視認性が高くディスプレイの画素として好適である。また、このような発光デバイスを用いたディスプレイは、バックライトが不要であり薄型軽量に作製できることも大きな利点である。さらに非常に応答速度が速いことも特徴の一つである。
また、これらの発光デバイスは発光層を二次元に連続して形成することが可能であるため、面状に発光を得ることができる。これは、白熱電球またはLEDに代表される点光源、あるいは蛍光灯に代表される線光源では得難い特色であるため、照明等に応用できる面光源としての利用価値も高い。
このように発光デバイスを用いたディスプレイまたは照明装置はさまざまな電子機器に好適であるが、より良好な効率、寿命を有する発光デバイスを求めて研究開発が進められている。
発光デバイスの特性は、目覚ましく向上してきたが効率または耐久性をはじめ、あらゆる特性に対する高度な要求に対応するには未だ不十分と言わざるを得ない。特に、EL特有の問題として未だあげつらわれる焼き付きなどの問題を解決する為には、劣化による効率の低下は小さければ小さいほど都合が良い。
劣化に関しては、発光中心物質およびその周辺の材料により大きく左右されるため、良好な特性を有するホスト材料の開発が盛んにおこなわれている。
国際公開WO2020/165694号パンフレット
本発明の一態様は、利便性、有用性または信頼性に優れた新規な有機化合物を提供することを課題の一とする。または、利便性、有用性または信頼性に優れた新規な発光デバイスを提供することを課題の一とする。または、利便性、有用性または信頼性に優れた新規な表示装置を提供することを課題の一とする。または、利便性、有用性または信頼性に優れた新規な電子機器を提供することを課題の一とする。または、利便性、有用性または信頼性に優れた新規な発光装置を提供することを課題の一とする。または、利便性、有用性または信頼性に優れた新規な照明装置を提供することを課題の一とする。または、新規な有機化合物、新規な発光デバイス、新規な表示装置、新規な電子機器、新規な発光装置、新規な照明装置または新規な半導体装置を提供することを課題の一とする。
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。
(1)本発明の一態様は、下記一般式(G1)で表される有機化合物である。
Figure 2023020998000001
ただし、R乃至R26の少なくとも一は重水素である。
また、R乃至Rの少なくとも一は、置換もしくは無置換のアルキル基、置換もしくは無置換のシクロアルキル基、置換もしくは無置換のトリアルキルシリル基または置換もしくは無置換のアリール基のいずれか一であり、R乃至Rの他は、それぞれ独立に、水素、置換もしくは無置換のアルキル基、置換もしくは無置換のシクロアルキル基、置換もしくは無置換のトリアルキルシリル基または置換もしくは無置換のアリール基のいずれか一である。なお、本明細書において、水素は重水素を含む。
また、R乃至R26は、それぞれ独立に、水素、置換もしくは無置換のアルキル基、置換もしくは無置換のシクロアルキル基、置換もしくは無置換のトリアルキルシリル基または置換もしくは無置換のアリール基のいずれか一である。なお、アルキル基である場合は炭素数3以上10以下であり、シクロアルキル基である場合は炭素数3以上10以下であり、トリアルキルシリル基である場合は炭素数3以上12以下であり、アリール基である場合は炭素数6以上25以下である。
(2)また、本発明の一態様は、下記一般式(G1)で表される有機化合物である。
Figure 2023020998000002
ただし、R乃至Rは、水素である。
また、R20乃至R26の少なくとも一は、重水素であり、R20乃至R26の他およびR乃至R19は、それぞれ独立に、水素、置換もしくは無置換のアルキル基、置換もしくは無置換のシクロアルキル基、置換もしくは無置換のトリアルキルシリル基または置換もしくは無置換のアリール基のいずれか一である。なお、アルキル基である場合は炭素数3以上10以下であり、シクロアルキル基である場合は炭素数3以上10以下であり、トリアルキルシリル基である場合は炭素数3以上12以下であり、アリール基である場合は炭素数6以上25以下である。
(3)また、本発明の一態様は、下記一般式(G2)で表される有機化合物である。
Figure 2023020998000003
ただし、R乃至Rは、それぞれ独立に、水素または置換もしくは無置換のアリール基のいずれか一である。
また、R乃至R19は、それぞれ独立に、水素、置換もしくは無置換のアルキル基、置換もしくは無置換のシクロアルキル基、置換もしくは無置換のトリアルキルシリル基または置換もしくは無置換のアリール基のいずれか一である。なお、アルキル基である場合は炭素数3以上10以下であり、シクロアルキル基である場合は炭素数3以上10以下であり、トリアルキルシリル基である場合は炭素数3以上12以下であり、アリール基である場合は、炭素数6以上25以下である。なお、Dは重水素を表す。
(4)また、本発明の一態様は、下記一般式(G2)で表される有機化合物である。
Figure 2023020998000004
ただし、R乃至Rは、それぞれ独立に、水素または置換もしくは無置換のアリール基であり、当該アリール基は炭素数6以上25以下である。
また、R乃至R19は水素である。
これにより、炭素-水素結合より結合解離エネルギーが大きい炭素-重水素結合を利用して、化合物の結合解離エネルギーを大きくすることができる。また、励起状態における化合物構造内の結合解離を抑制することができる。また、炭素-重水素結合の解離による化合物の劣化または変質を抑制することができる。また、劣化物の生成を抑えることができる。なお、例えば、発光デバイスの発光層に好適に用いることができる。また、例えば、発光デバイスの発光層に接する層に好適に用いることができる。このように、利便性、有用性または信頼性に優れた新規な有機化合物を提供することができる。
(5)また、本発明の一態様は、第1の電極と、第2の電極と、ユニットと、を有する発光デバイスである。
ユニットは第1の電極および第2の電極の間に挟まれ、ユニットは、発光性の有機化合物および上記の有機化合物を含む。
これにより、炭素-水素結合より結合解離エネルギーが大きい炭素-重水素結合を利用して、化合物の結合解離エネルギーを大きくすることができる。また、励起状態における化合物構造内の結合解離を抑制することができる。また、炭素-重水素結合の解離による化合物の劣化または変質を抑制することができる。また、劣化物の生成を抑えることができる。また、劣化物による発光効率の低下を抑制することが可能となる。また、発光効率の高い発光デバイスを提供することができる。また、良好な駆動寿命を備える発光デバイスを提供することができる。また、駆動に伴う発光色の変化を抑制できる。また、色純度の高い発光デバイスを提供することができる。その結果、利便性、有用性または信頼性に優れた新規な発光デバイスを提供することができる。
(6)また、本発明の一態様は、第1の電極と、第2の電極と、ユニットと、を有する発光デバイスである。
ユニットは、第1の電極および第2の電極の間に挟まれ、ユニットは、第1の層、第2の層および第3の層を備える。
第1の層は、第2の層および第3の層の間に挟まれ、第3の層は、第2の電極および第1の層の間に挟まれる。
第2の層は、第1の層および第1の電極の間に挟まれ、第2の層は、正孔輸送性の材料を含む。
第1の層は、発光性の有機化合物および上記の有機化合物を含む。
(7)また、本発明の一態様は、第1の電極と、第2の電極と、ユニットと、を有する発光デバイスである。
ユニットは、第1の電極および第2の電極の間に挟まれ、ユニットは、第1の層、第2の層および第3の層を備える。
第1の層は、第2の層および第3の層の間に挟まれ、第3の層は、第2の電極および第1の層の間に挟まれる。
第2の層は、第1の層および第1の電極の間に挟まれ、第2の層は、正孔輸送性の材料を含み、第1の層は発光性の有機化合物を含む。
第3の層は、上記の有機化合物を含む。
(8)また、本発明の一態様は、発光性の有機化合物EMが、青色の蛍光を放出する、上記の発光デバイスである。
(9)また、本発明の一態様は、上記の発光デバイスと、トランジスタまたは基板と、を有する表示装置である。
(10)また、本発明の一態様は、上記の表示装置と、センサ、操作ボタン、スピーカまたはマイクと、を有する電子機器である。
(11)また、本発明の一態様は、上記の発光デバイスと、トランジスタまたは基板と、を有する発光装置である。
(12)また、本発明の一態様は、上記の発光装置と、筐体と、を有する照明装置である。
本明細書に添付した図面では、構成要素を機能ごとに分類し、互いに独立したブロックとしてブロック図を示しているが、実際の構成要素は機能ごとに完全に切り分けることが難しく、一つの構成要素が複数の機能に係わることもあり得る。
なお、本明細書中における発光装置とは、発光素子を用いた画像表示デバイスを含む。また、発光素子にコネクター、例えば異方導電性フィルム又はTCP(Tape Carrier Package)が取り付けられたモジュール、TCPの先にプリント配線板が設けられたモジュール、又は発光素子にCOG(Chip On Glass)方式によりIC(集積回路)が直接実装されたモジュールも、発光装置に含む場合がある。さらに、照明器具等は、発光装置を有する場合がある。
本発明の一態様によれば、利便性、有用性または信頼性に優れた新規な有機化合物を提供することができる。または、利便性、有用性または信頼性に優れた新規な発光デバイスを提供することができる。または、利便性、有用性または信頼性に優れた新規な表示装置を提供することができる。または、利便性、有用性または信頼性に優れた新規な電子機器を提供することができる。または、利便性、有用性または信頼性に優れた新規な発光装置を提供することができる。または、利便性、有用性または信頼性に優れた新規な照明装置を提供することができる。または、新規な有機化合物、新規な発光デバイス、新規な表示装置、新規な電子機器、新規な発光装置、新規な照明装置または新規な半導体装置を提供することができる。
なお、これらの効果の記載は、他の効果の存在を妨げるものではない。なお、本発明の一態様は、必ずしも、これらの効果の全てを有する必要はない。なお、これら以外の効果は、明細書、図面、請求項などの記載から、自ずと明らかとなるものであり、明細書、図面、請求項などの記載から、これら以外の効果を抽出することが可能である。
図1(A)および(B)は、本発明の一態様の発光デバイスの構成を説明する図である。 図2(A)および(B)は、本発明の一態様の発光デバイスの構成を説明する図である。 図3(A)および(B)は、実施の形態に係る表示装置の構成を説明する図である。 図4(A)および(B)は、実施の形態に係る表示装置の構成を説明する図である。 図5(A)および(B)はアクティブマトリクス型発光装置の概念図である。 図6(A)および(B)はアクティブマトリクス型発光装置の概念図である。 図7はアクティブマトリクス型発光装置の概念図である。 図8(A)および(B)はパッシブマトリクス型発光装置の概念図である。 図9(A)および(B)は照明装置を表す図である。 図10(A)乃至(D)は電子機器を表す図である。 図11(A)乃至(C)は電子機器を表す図である。 図12は照明装置を表す図である。 図13は照明装置を表す図である。 図14は車載表示装置及び照明装置を表す図である。 図15(A)乃至(C)は電子機器を表す図である。 図16(A)および(B)は、2αN-αNPhA-d7のH NMRスペクトルを表す図である。 図17は、2αN-αNPhA-d7のトルエン溶液における吸収スペクトルおよび発光スペクトルを表す図である。 図18は、実施例に係る発光デバイスの構成を説明する図である。 図19は、実施例に係る発光デバイスの電流密度-輝度特性を説明する図である。 図20は、実施例に係る発光デバイスの輝度-電流効率特性を説明する図である。 図21は、実施例に係る発光デバイスの電圧-輝度特性を説明する図である。 図22は、実施例に係る発光デバイスの電圧-電流特性を説明する図である。 図23は、実施例に係る発光デバイスの輝度-外部量子効率特性を説明する図である。 図24は、実施例に係る発光デバイスの発光スペクトルを説明する図である。 図25は、実施例に係る発光デバイスの規格化輝度の経時変化を説明する図である。
本発明の一態様の有機化合物は、下記一般式(G1)で表される。
Figure 2023020998000005
ただし、上記一般式(G1)において、R乃至R26の少なくとも一は、重水素であり、R乃至Rの少なくとも一は、置換もしくは無置換のアルキル基、置換もしくは無置換のシクロアルキル基、置換もしくは無置換のトリアルキルシリル基または置換もしくは無置換のアリール基のいずれか一であり、R乃至Rの他は、それぞれ独立に、水素、置換もしくは無置換のアルキル基、置換もしくは無置換のシクロアルキル基、置換もしくは無置換のトリアルキルシリル基または置換もしくは無置換のアリール基のいずれか一であり、R乃至R26は、それぞれ独立に、水素、置換もしくは無置換のアルキル基、置換もしくは無置換のシクロアルキル基、置換もしくは無置換のトリアルキルシリル基または置換もしくは無置換のアリール基のいずれか一である。なお、アルキル基は炭素数3以上10以下であり、シクロアルキル基は炭素数3以上10以下であり、トリアルキルシリル基は炭素数3以上12以下であり、アリール基は炭素数6以上25以下である。
これにより、炭素-水素結合より結合解離エネルギーが大きい炭素-重水素結合を利用して、化合物の結合解離エネルギーを大きくすることができる。また、励起状態における化合物構造内の結合解離を抑制することができる。また、炭素-重水素結合の解離による化合物の劣化または変質を抑制することができる。また、劣化物の生成を抑えることができる。なお、例えば、発光デバイスの発光層に好適に用いることができる。また、例えば、発光デバイスの発光層に接する層に好適に用いることができる。このように、利便性、有用性または信頼性に優れた新規な有機化合物を提供することができる。
実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。但し、本発明は以下の説明に限定されず、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。従って、本発明は以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。なお、以下に説明する発明の構成において、同一部分又は同様な機能を有する部分には同一の符号を異なる図面間で共通して用い、その繰り返しの説明は省略する。
(実施の形態1)
本実施の形態では、本発明の一態様の有機化合物について説明する。
<有機化合物の例1>
本実施の形態で説明する有機化合物は、下記一般式(G1)で表される有機化合物である。
Figure 2023020998000006
ただし、上記一般式(G1)において、R乃至R26の少なくとも一は、重水素である。
また、R乃至Rの少なくとも一は、置換もしくは無置換のアルキル基、置換もしくは無置換のシクロアルキル基、置換もしくは無置換のトリアルキルシリル基または置換もしくは無置換のアリール基のいずれか一である。また、R乃至Rの他は、それぞれ独立に、水素、置換もしくは無置換のアルキル基、置換もしくは無置換のシクロアルキル基、置換もしくは無置換のトリアルキルシリル基または置換もしくは無置換のアリール基のいずれか一である。なお、本明細書において、水素は重水素を含む。
乃至R26は、それぞれ独立に、水素、置換もしくは無置換のアルキル基、置換もしくは無置換のシクロアルキル基、置換もしくは無置換のトリアルキルシリル基または置換もしくは無置換のアリール基のいずれか一である。
なお、R乃至R26に置換するアルキル基は炭素数3以上10以下であり、R乃至R26に置換するシクロアルキル基は炭素数3以上10以下であり、R乃至R26に置換するトリアルキルシリル基は炭素数3以上12以下であり、R乃至R26に置換するアリール基は、炭素数6以上25以下である。
乃至R26に置換するアルキル基としては、例えば、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、オクチル基、デシル基等を挙げることができる。
また、R乃至R26に置換するシクロアルキル基としては、例えば、シクロプロピル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、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を挙げることができる。
また、R乃至R26に置換するトリアルキルシリル基としては、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を挙げることができる。
また、R乃至R26に置換するアリール基としては、例えば、フェニル基、ナフチル基、アセナフチレニル基、アントリル基、フェナントリル基、ビフェニル基、トリフェニレニル基、フルオレニル基、スピロフルオレニル基等を挙げることができる。
なお、R乃至R26に置換する上述の置換基は、いずれも、他の置換基を有してもよい。他の置換基としては、例えば、上述のアルキル基、上述のシクロアルキル基、上述のトリアルキルシリル基、上述のアリール基、または、重水素等を挙げることができる。
これにより、炭素-水素結合より結合解離エネルギーが大きい炭素-重水素結合を利用して、化合物の結合解離エネルギーを大きくすることができる。また、一般式(G1)においてR乃至R26の少なくとも一が重水素であると、分子構造が安定するため好ましく、R乃至R26全てが重水素であると、更に好ましい。また、励起状態における化合物構造内の結合解離を抑制することができる。また、炭素-重水素結合の解離による化合物の劣化、または変質を抑制することができる。また、劣化物の生成を抑えることができる。なお、例えば、発光デバイスの発光層に好適に用いることができる。また、例えば、発光デバイスの発光層に接する層に好適に用いることができる。なお、有機化合物の炭素に結合する水素を重水素に置換しても、当該有機化合物の発光スペクトルおよび量子収率が大きく変化することはない。従って、水素に換えて重水素を備える有機化合物は、それを用いる発光デバイスの発光特性を損なうことなく、耐熱性を向上させることができる。また、発光デバイスの製造工程において、例えば、真空蒸着工程などの加熱を伴う製造工程において、有機化合物の劣化を抑制することができる。また、発光デバイスの駆動にともなう劣化を抑制することができる。このように、利便性、有用性または信頼性に優れた新規な有機化合物を提供することができる。
《有機化合物の具体例1》
上記構成を有する有機化合物の具体的な例を以下に示す。
Figure 2023020998000007
Figure 2023020998000008
<有機化合物の例2>
また、本実施の形態で説明する有機化合物は、下記一般式(G1)で表される有機化合物である。
Figure 2023020998000009
ただし、上記一般式(G1)において、R乃至Rは、水素である。
また、R20乃至R26の少なくとも一は、重水素であり、R20乃至R26の他およびR乃至R19は、それぞれ独立に、水素、置換もしくは無置換のアルキル基、置換もしくは無置換のシクロアルキル基、置換もしくは無置換のトリアルキルシリル基または置換もしくは無置換のアリール基のいずれか一である。
なお、R乃至R26に置換するアルキル基は炭素数3以上10以下であり、R乃至R26に置換するシクロアルキル基は炭素数3以上10以下であり、R乃至R26に置換するトリアルキルシリル基は炭素数3以上12以下であり、R乃至R26に置換するアリール基は炭素数6以上25以下である。
なお、一般式(G1)で表される有機化合物の最高被占軌道(HOMO:Highest occupied molecular orbital)および最低空軌道(LUMO:Lowest unoccupied molecular orbital)は、アントラセン骨格に分布する。アントラセン骨格に直接結合する水素、具体的には、好ましくはR20乃至R26の少なくとも一、より好ましくはR20乃至R26のすべてを重水素化することにより、炭素-水素結合において起こりえる結合解離を抑制することができる。つまり、炭素-重水素結合の解離を抑制することができる。また、励起状態において、炭素-重水素結合の解離を抑制することができる。また、正孔を有する状態において、炭素-重水素結合の解離を抑制することができる。また、電子を有する状態において、炭素-重水素結合の解離を抑制することができる。また、例えば、発光デバイスの発光層に用いて、信頼性を向上することができる。また、発光デバイスの駆動に伴う発光効率の低下を抑制することができる。その結果、利便性、有用性または信頼性に優れた新規な有機化合物を提供することができる。
《有機化合物の具体例2》
上記構成を有する有機化合物の具体的な例を以下に示す。
Figure 2023020998000010
<有機化合物の例3>
また、本実施の形態で説明する有機化合物は、下記一般式(G2)で表される有機化合物である。
Figure 2023020998000011
ただし、上記一般式(G2)において、R乃至Rは、それぞれ独立に、水素または置換もしくは無置換のアリール基のいずれか一である。
また、R乃至R19は、それぞれ独立に、水素、置換もしくは無置換のアルキル基、置換もしくは無置換のシクロアルキル基、置換もしくは無置換のトリアルキルシリル基または置換もしくは無置換のアリール基のいずれか一である。
なお、R乃至R19に置換するアルキル基は炭素数3以上10以下であり、R乃至R19に置換するシクロアルキル基は炭素数3以上10以下であり、R乃至R19に置換するトリアルキルシリル基は炭素数3以上12以下であり、R乃至R19に置換するアリール基は炭素数6以上25以下である。
なお、一般式(G2)で表される有機化合物のHOMOおよびLUMOは、アントラセン骨格に分布する。アントラセン骨格に直接結合する水素、具体的には、R20乃至R26のすべてを重水素化することにより、炭素-水素結合において起こりえる結合解離を抑制することができる。つまり、炭素-重水素結合の解離を抑制することができる。また、励起状態において、炭素-重水素結合の解離を抑制することができる。また、正孔を有する状態において、炭素-重水素結合の解離を抑制することができる。また、電子を有する状態において、炭素-重水素結合の解離を抑制することができる。また、アントラセン骨格の2位および9位に置換したナフチル基並びに10位に置換したフェニル基に導入された置換基には、本発明の有機化合物の耐熱性を向上する効果が期待できる。また、分子配向を調整する効果が期待できる。また、発光デバイスの光取り出し効率を向上する効果が期待できる。また、キャリアの輸送性を調整する効果を期待できる。また、発光デバイスのキャリアバランスを調整することができる。また、発光デバイスの駆動電圧を低減することができる。その結果、利便性、有用性または信頼性に優れた新規な有機化合物を提供することができる。
《有機化合物の具体例3》
上記構成を有する有機化合物の具体的な例を以下に示す。
Figure 2023020998000012
<有機化合物の例4>
また、本実施の形態で説明する有機化合物は、下記一般式(G2)で表される有機化合物である。
Figure 2023020998000013
ただし、上記一般式(G2)において、R乃至Rは、それぞれ独立に、水素または置換もしくは無置換のアリール基である。
また、R乃至R19は、水素である。
なお、R乃至Rに置換するアリール基は、炭素数6以上25以下である。
《有機化合物の具体例4》
上記構成を有する有機化合物の具体的な例を以下に示す。
Figure 2023020998000014
Figure 2023020998000015
<有機化合物の合成方法>
本発明の一態様の有機化合物の合成方法を、以下に示す合成スキームを用いて説明する。
一般式(G1)で表される有機化合物は、例えば、アントラセン誘導体のハロゲン化合物またはトリフラート基を持つ化合物と、ナフタレン化合物のボロン酸または有機ホウ素化合物と、ベンゼン化合物のボロン酸または有機ホウ素化合物を、鈴木・宮浦カップリング反応によりカップリングして得ることができる。
なお、(a1)はアントラセン誘導体のハロゲン化合物またはトリフラート基を持つ化合物であり、(a2)および(a3)はナフタレン化合物のボロン酸または有機ホウ素化合物であり、(a4)はベンゼン化合物のボロン酸または有機ホウ素化合物である。
Figure 2023020998000016
上記合成スキームにおいて、R乃至R26の少なくとも一は重水素である。また、R乃至Rの少なくとも一は、置換もしくは無置換のアルキル基、置換もしくは無置換のシクロアルキル基、置換もしくは無置換のトリアルキルシリル基または置換もしくは無置換のアリール基のいずれか一である。また、R乃至Rの他は、それぞれ独立に、水素、置換もしくは無置換のアルキル基、置換もしくは無置換のシクロアルキル基、置換もしくは無置換のトリアルキルシリル基または置換もしくは無置換のアリール基のいずれか一である。R乃至R26は、それぞれ独立に、水素、置換もしくは無置換のアルキル基、置換もしくは無置換のシクロアルキル基、置換もしくは無置換のトリアルキルシリル基または置換もしくは無置換のアリール基のいずれか一である。また、R27およびR28は、水素である。
また、R29乃至R34は、それぞれ独立に、水素、又は炭素数1乃至6のアルキル基のいずれかを表し、R29およびR30、R31およびR32、R33およびR34は互いに結合して環を形成していても良い。
また、X乃至Xは、それぞれ独立に、ハロゲン、又は、トリフラート基を表し、X乃至Xがハロゲンの場合は特に塩素、臭素、ヨウ素が好ましい。
上記合成スキームで表されるカップリング反応において用いることができるパラジウム触媒としては、酢酸パラジウム(II)、テトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(0)、ビス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(II)ジクロライド等が挙げられる。
上記パラジウム触媒の配位子としては、トリ(オルト-トリル)ホスフィン、トリフェニルホスフィン、トリシクロヘキシルホスフィン等が挙げられる。
上記合成スキームで表されるカップリング反応において用いることができる塩基としては、ナトリウム tert-ブトキシド等の有機塩基、炭酸カリウム、炭酸ナトリウム等の無機塩基等が挙げられる。
上記合成スキームで表されるカップリング反応において、用いることができる溶媒としては、トルエンと水の混合溶媒、トルエンとエタノール等のアルコールと水の混合溶媒、キシレンと水の混合溶媒、キシレンとエタノール等のアルコールと水の混合溶媒、ベンゼンと水の混合溶媒、ベンゼンとエタノール等のアルコールと水の混合溶媒、エチレングリコールジメチルエーテル等のエーテル類と水の混合溶媒などが挙げられる。ただし、用いることができる溶媒はこれらに限られるものでは無い。また、トルエンと水、又はトルエンとエタノールと水の混合溶媒、エチレングリコールジメチルエーテル等のエーテル類と水の混合溶媒がより好ましい。
また、上記合成スキームに示す鈴木・宮浦カップリング反応において、アントラセン化合物の有機ホウ素化合物又はボロン酸と、ナフタレン化合物のハロゲン化物又はトリフラート置換体と、ベンゼン化合物のハロゲン化物又はトリフラート置換体をカップリングしてもよい。
また、上記合成スキームにおいて行う反応は、鈴木・宮浦カップリン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。
また、上記合成スキームにあるハロゲン化反応において、用いることができるハロゲン化試薬としては、臭素、ヨウ素、N-ブロモスクシンイミド、N-クロロスクシンイミド、N-ヨードスクシンイミド等が挙げられる。
また、上記合成スキームにあるハロゲン化反応において、用いることができる溶媒としては、アセトン、トルエン、N,N-ジメチルホルムアミド、酢酸エチル、クロロホルム、ジクロロメタン等が挙げられる。
また、上記スキームにおいて、(a1)乃至(a4)のうち、いずれかのユニットの水素を重水素化する場合、所望のユニットの重水素化反応により、重水素化体を得ることができる。
また、(G1)の合成法としては、(G1)におけるR乃至R26のいずれも重水素を含まない化合物を(G1)の前駆体として、前駆体を重水素化することにより(G1)を得ることもできる。
なお、上記重水素化反応において、用いることができる溶媒としては、ベンゼン-d6、トルエン-d8、キシレン-d10、重水等が挙げられる。ただし、用いることができる溶媒はこれらに限られるものでは無い。
また、上記重水素化反応において、用いることができる触媒としては塩化モリブデン(V)、塩化タングステン(VI)、塩化ニオブ(V)、塩化タンタル(V)、塩化アルミニウム(III)、塩化チタン(IV)、塩化スズ(IV)等が挙げられる。ただし、用いることができる触媒はこれらに限られるものでは無い。
本発明の一態様のホスト材料用アントラセン化合物は以上のように合成することが可能である。
なお、本実施の形態は、本明細書で示す他の実施の形態と適宜組み合わせることができる。
(実施の形態2)
本実施の形態では、本発明の一態様の発光デバイス550Xの構成について、図1(A)および(B)を参照しながら説明する。
図1(A)は、本発明の一態様の発光デバイスの構成を説明する断面図であり、図1(B)は、本発明の一態様の発光デバイスに用いる材料のエネルギー準位を説明するダイアグラムである。
なお、本明細書において、1以上の整数を値にとる変数を符号に用いる場合がある。例えば、1以上の整数の値をとる変数pを含む(p)を、最大p個の構成要素のいずれかを特定する符号の一部に用いる場合がある。また、例えば、1以上の整数の値をとる変数mおよび変数nを含む(m,n)を、最大m×n個の構成要素のいずれかを特定する符号の一部に用いる場合がある。
<発光デバイス550Xの構成例>
本実施の形態で説明する発光デバイス550Xは、電極551Xと、電極552Xと、ユニット103Xと、を有する。電極552Xは、電極551Xと重なり、ユニット103Xは、電極551Xおよび電極552Xの間に挟まれる。
<ユニット103Xの構成例>
ユニット103Xは単層構造または積層構造を備える。例えば、ユニット103Xは、層111X、層112および層113を備える(図1(A)参照)。ユニット103Xは光ELXを射出する機能を備える。
層111Xは層112および層113の間に挟まれ、層112は電極551Xおよび層111Xの間に挟まれ、層113は電極552Xおよび層111Xの間に挟まれる。
例えば、発光層、正孔輸送層、電子輸送層、キャリアブロック層、などの機能層から選択した層を、ユニット103Xに用いることができる。また、正孔注入層、電子注入層、励起子ブロック層および電荷発生層などの機能層から選択した層を、ユニット103Xに用いることができる。
《層111Xの構成例1》
キャリア輸送性を備える材料を層111Xに用いることができる。キャリア輸送性を備える材料を、例えば、ホスト材料に用いることができる。なお、層111Xに含まれる発光性の材料より大きいバンドギャップを備える材料を、ホスト材料に用いる構成が好ましい。これにより、層111Xにおいて生じる励起子からホスト材料へのエネルギー移動を、抑制することができる。
[アントラセン骨格を有するホスト材料の構成例1]
アントラセン骨格を有する有機化合物を、ホスト材料に用いることができる。特に、発光物質に蛍光発光物質を用いる場合において、アントラセン骨格を有する有機化合物は好適である。これにより、発光効率および耐久性が良好な発光デバイスを実現することができる。
例えば、実施の形態1で説明する有機化合物をホスト材料に用いることができる。
これにより、炭素-水素結合より結合解離エネルギーが大きい炭素-重水素結合を利用して、化合物の結合解離エネルギーを大きくすることができる。また、励起状態における化合物構造内の結合解離を抑制することができる。また、炭素-重水素結合の解離による化合物の劣化または変質を抑制することができる。また、劣化物の生成を抑えることができる。また、劣化物による発光効率の低下を抑制することが可能となる。また、発光効率の高い発光デバイスを提供することができる。また、良好な駆動寿命を備える発光デバイスを提供することができる。また、駆動に伴う発光色の変化を抑制できる。また、色純度の高い発光デバイスを提供することができる。その結果、利便性、有用性または信頼性に優れた新規な発光デバイスを提供することができる。
[混合材料の構成例]
また、複数種の物質を混合した材料を、ホスト材料に用いることができる。例えば、正孔輸送性を有する材料と電子輸送性を有する材料を、混合材料に用いることができる。例えば、層112に用いることができる正孔輸送性を有する材料を混合材料に用いることができる。また、例えば、層113に用いることができる電子輸送性を有する材料を混合材料に用いることができる。
混合材料に含まれる正孔輸送性を有する材料と電子輸送性を有する材料の重量比の値は、(正孔輸送性を有する材料/電子輸送性を有する材料)=(1/19)以上(19/1)以下とすればよい。これにより、層111Xのキャリア輸送性を容易に調整することができる。また、再結合領域の制御も簡便に行うことができる。
《層111Xの構成例2》
例えば、発光性の材料を層111Xに用いることができる。また、発光性の材料およびホスト材料を、層111Xに用いることができる。また、層111Xを発光層ということができる。なお、正孔と電子が再結合する領域に層111Xを配置する構成が好ましい。これにより、キャリアの再結合により生じるエネルギーを、効率よく光にして射出することができる。
また、電極等に用いる金属から遠ざけて層111Xを配置する構成が好ましい。これにより、電極等に用いる金属による消光現象を抑制することができる。
また、反射性を備える電極等から層111Xまでの距離を調節し、発光波長に応じた適切な位置に、層111Xを配置する構成が好ましい。これにより、電極等が反射する光と、層111Xが射出する光との干渉現象を利用して、振幅を強め合うことができる。また、所定の波長の光を強めて、光のスペクトルを狭線化することができる。また、鮮やかな発光色を強い強度で得ることができる。換言すれば、電極等の間の適切な位置に層111Xを配置して、微小共振器構造(マイクロキャビティ)を構成することができる。
例えば、蛍光発光物質、りん光発光物質または熱活性化遅延蛍光(TADF:Thermally Delayed Fluorescence)を示す物質を、発光性の材料に用いることができる。これにより、キャリアの再結合により生じたエネルギーを、発光性の材料から光ELXとして放出することができる(図1(A)参照)。
[蛍光発光物質]
蛍光発光物質を層111Xに用いることができる。例えば、以下に例示する蛍光発光物質を層111Xに用いることができる。なお、これに限定されず、さまざまな公知の蛍光性発光物質を層111Xに用いることができる。
具体的には、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’-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(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’-ビス[4-(9H-カルバゾール-9-イル)フェニル]-N,N’-ジフェニルスチルベン-4,4’-ジアミン(略称:YGA2S)、4-(9H-カルバゾール-9-イル)-4’-(10-フェニル-9-アントリル)トリフェニルアミン(略称:YGAPA)、4-(9H-カルバゾール-9-イル)-4’-(9,10-ジフェニル-2-アントリル)トリフェニルアミン(略称:2YGAPPA)、N,9-ジフェニル-N-[4-(10-フェニル-9-アントリル)フェニル]-9H-カルバゾール-3-アミン(略称:PCAPA)、ペリレン、2,5,8,11-テトラ(tert-ブチル)ペリレン(略称:TBP)、4-(10-フェニル-9-アントリル)-4’-(9-フェニル-9H-カルバゾール-3-イル)トリフェニルアミン(略称:PCBAPA)、N,N’’-(2-tert-ブチルアントラセン-9,10-ジイルジ-4,1-フェニレン)ビス[N,N’,N’-トリフェニル-1,4-フェニレンジアミン](略称:DPABPA)、N,9-ジフェニル-N-[4-(9,10-ジフェニル-2-アントリル)フェニル]-9H-カルバゾール-3-アミン(略称:2PCAPPA)、N,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)、3,10-ビス[N-(9-フェニル-9H-カルバゾール-2-イル)-N-フェニルアミノ]ナフト[2,3-b;6,7-b’]ビスベンゾフラン(略称:3,10PCA2Nbf(IV)-02)、3,10-ビス[N-(ジベンゾフラン-3-イル)-N-フェニルアミノ]ナフト[2,3-b;6,7-b’]ビスベンゾフラン(略称:3,10FrA2Nbf(IV)-02)、等を用いることができる。
特に、1,6FLPAPrnまたは1,6mMemFLPAPrn、1,6BnfAPrn-03のようなピレンジアミン化合物に代表される縮合芳香族ジアミン化合物は、ホールトラップ性が高く、発光効率または信頼性に優れているため好ましい。
また、N-[4-(9,10-ジフェニル-2-アントリル)フェニル]-N,N’,N’-トリフェニル-1,4-フェニレンジアミン(略称:2DPAPPA)、N,N,N’,N’,N’’,N’’,N’’’,N’’’-オクタフェニルジベンゾ[g,p]クリセン-2,7,10,15-テトラアミン(略称:DBC1)、クマリン30、9,10-ジフェニル-2-[N-フェニル-N-(9-フェニル-カルバゾール-3-イル)-アミノ]-アントラセン(略称:2PCAPA)、N-[9,10-ビス(1,1’-ビフェニル-2-イル)-2-アントリル]-N,9-ジフェニル-9H-カルバゾール-3-アミン(略称:2PCABPhA)、N-(9,10-ジフェニル-2-アントリル)-N,N’,N’-トリフェニル-1,4-フェニレンジアミン(略称:2DPAPA)、N-[9,10-ビス(1,1’-ビフェニル-2-イル)-2-アントリル]-N,N’,N’-トリフェニル-1,4-フェニレンジアミン(略称:2DPABPhA)、9,10-ビス(1,1’-ビフェニル-2-イル)-N-[4-(9H-カルバゾール-9-イル)フェニル]-N-フェニルアントラセン-2-アミン(略称:2YGABPhA)、N,N,9-トリフェニルアントラセン-9-アミン(略称:DPhAPhA)、クマリン545T、N,N’-ジフェニルキナクリドン(略称:DPQd)、ルブレン、5,12-ビス(1,1’-ビフェニル-4-イル)-6,11-ジフェニルテトラセン(略称:BPT)、等を用いることができる。
また、2-(2-{2-[4-(ジメチルアミノ)フェニル]エテニル}-6-メチル-4H-ピラン-4-イリデン)プロパンジニトリル(略称:DCM1)、2-{2-メチル-6-[2-(2,3,6,7-テトラヒドロ-1H,5H-ベンゾ[ij]キノリジン-9-イル)エテニル]-4H-ピラン-4-イリデン}プロパンジニトリル(略称:DCM2)、N,N,N’,N’-テトラキス(4-メチルフェニル)テトラセン-5,11-ジアミン(略称:p-mPhTD)、7,14-ジフェニル-N,N,N’,N’-テトラキス(4-メチルフェニル)アセナフト[1,2-a]フルオランテン-3,10-ジアミン(略称:p-mPhAFD)、2-{2-イソプロピル-6-[2-(1,1,7,7-テトラメチル-2,3,6,7-テトラヒドロ-1H,5H-ベンゾ[ij]キノリジン-9-イル)エテニル]-4H-ピラン-4-イリデン}プロパンジニトリル(略称:DCJTI)、2-{2-tert-ブチル-6-[2-(1,1,7,7-テトラメチル-2,3,6,7-テトラヒドロ-1H,5H-ベンゾ[ij]キノリジン-9-イル)エテニル]-4H-ピラン-4-イリデン}プロパンジニトリル(略称:DCJTB)、2-(2,6-ビス{2-[4-(ジメチルアミノ)フェニル]エテニル}-4H-ピラン-4-イリデン)プロパンジニトリル(略称:BisDCM)、2-{2,6-ビス[2-(8-メトキシ-1,1,7,7-テトラメチル-2,3,6,7-テトラヒドロ-1H,5H-ベンゾ[ij]キノリジン-9-イル)エテニル]-4H-ピラン-4-イリデン}プロパンジニトリル(略称:BisDCJTM)、等を用いることができる。
[熱活性化遅延蛍光(TADF)を示す物質]
TADF材料を層111Xに用いることができる。例えば、以下に例示するTADF材料を発光性の材料に用いることができる。なお、これに限定されず、さまざまな公知のTADF材料を、発光性の材料に用いることができる。
TADF材料は、S1準位とT1準位との差が小さく、わずかな熱エネルギーによって三重項励起状態から一重項励起状態に逆項間交差(アップコンバート)できる。これにより、三重項励起状態から一重項励起状態を効率よく生成することができる。また、三重項励起エネルギーを発光に変換することができる。
また、2種類の物質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。
なお、T1準位の指標としては、低温(例えば77Kから10K)で観測されるりん光スペクトルを用いればよい。TADF材料としては、そ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S1準位とし、りん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T1準位とした際に、そのS1とT1の差が0.3eV以下であることが好ましく、0.2eV以下であることがさらに好ましい。
また、TADF材料を発光物質として用いる場合、ホスト材料のS1準位はTADF材料のS1準位より高い方が好ましい。また、ホスト材料のT1準位はTADF材料のT1準位より高いことが好ましい。
例えば、フラーレン及びその誘導体、アクリジン及びその誘導体、エオシン誘導体等をTADF材料に用いることができる。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をTADF材料に用いることができる。
具体的には、構造式を以下に示す、プロトポルフィリン-フッ化スズ錯体(SnF(Proto IX))、メソポルフィリン-フッ化スズ錯体(SnF(Meso IX))、ヘマトポルフィリン-フッ化スズ錯体(SnF(Hemato IX))、コプロポルフィリンテトラメチルエステル-フッ化スズ錯体(SnF(Copro III-4Me))、オクタエチルポルフィリン-フッ化スズ錯体(SnF(OEP))、エチオポルフィリン-フッ化スズ錯体(SnF(Etio I))、オクタエチルポルフィリン-塩化白金錯体(PtClOEP)、等を用いることができる。
Figure 2023020998000017
また、例えば、π電子過剰型複素芳香環とπ電子不足型複素芳香環の一方または両方を有する複素環化合物をTADF材料に用いることができる。
具体的には、構造式を以下に示す、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)、9-(4,6-ジフェニル-1,3,5-トリアジン-2-イル)-9’-フェニル-9H,9’H-3,3’-ビカルバゾール(略称:PCCzTzn)、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)、等を用いることができる。
Figure 2023020998000018
該複素環化合物は、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ため、電子輸送性及び正孔輸送性が共に高く、好ましい。特に、π電子不足型複素芳香環を有する骨格のうち、ピリジン骨格、ジアジン骨格(ピリミジン骨格、ピラジン骨格、ピリダジン骨格)、およびトリアジン骨格は、安定で信頼性が良好なため好ましい。特に、ベンゾフロピリミジン骨格、ベンゾチエノピリミジン骨格、ベンゾフロピラジン骨格、ベンゾチエノピラジン骨格はアクセプタ性が高く、信頼性が良好なため好ましい。
また、π電子過剰型複素芳香環を有する骨格の中でも、アクリジン骨格、フェノキサジン骨格、フェノチアジン骨格、フラン骨格、チオフェン骨格、及びピロール骨格は、安定で信頼性が良好なため、当該骨格の少なくとも一を有することが好ましい。なお、フラン骨格としてはジベンゾフラン骨格が、チオフェン骨格としてはジベンゾチオフェン骨格が、それぞれ好ましい。また、ピロール骨格としては、インドール骨格、カルバゾール骨格、インドロカルバゾール骨格、ビカルバゾール骨格、3-(9-フェニル-9H-カルバゾール-3-イル)-9H-カルバゾール骨格が特に好ましい。
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電子供与性とπ電子不足型複素芳香環の電子受容性が共に強くなり、S1準位とT1準位のエネルギー差が小さくなるため、熱活性化遅延蛍光を効率よく得られることから特に好ましい。なお、π電子不足型複素芳香環の代わりに、シアノ基のような電子吸引基が結合した芳香環を用いても良い。また、π電子過剰型骨格として、芳香族アミン骨格、フェナジン骨格等を用いることができる。
また、π電子不足型骨格として、キサンテン骨格、チオキサンテンジオキサイド骨格、オキサジアゾール骨格、トリアゾール骨格、イミダゾール骨格、アントラキノン骨格、フェニルボランまたはボラントレン等の含ホウ素骨格、ベンゾニトリルまたはシアノベンゼン等のニトリル基またはシアノ基を有する芳香環または複素芳香環、ベンゾフェノン等のカルボニル骨格、ホスフィンオキシド骨格、スルホン骨格等を用いることができる。
このように、π電子不足型複素芳香環およびπ電子過剰型複素芳香環の少なくとも一方の代わりにπ電子不足型骨格およびπ電子過剰型骨格を用いることができる。
《層112の構成例》
例えば、正孔輸送性を有する材料を、層112に用いることができる。また、層112を正孔輸送層ということができる。なお、層111Xに含まれる発光性の材料より大きいバンドギャップを備える材料を、層112に用いる構成が好ましい。これにより、層111Xにおいて生じる励起子から層112へのエネルギー移動を、抑制することができる。
[正孔輸送性を有する材料]
正孔移動度が、1×10-6cm/Vs以上である材料を、正孔輸送性を有する材料に好適に用いることができる。
例えば、アミン化合物またはπ電子過剰型複素芳香環骨格を有する有機化合物を、正孔輸送性を有する材料に用いることができる。具体的には、芳香族アミン骨格を有する化合物、カルバゾール骨格を有する化合物、チオフェン骨格を有する化合物、フラン骨格を有する化合物等を用いることができる。特に、芳香族アミン骨格を有する化合物またはカルバゾール骨格を有する化合物は、信頼性が良好であり、また、正孔輸送性が高く、駆動電圧低減にも寄与するため好ましい。
芳香族アミン骨格を有する化合物としては、例えば、4,4’-ビス[N-(1-ナフチル)-N-フェニルアミノ]ビフェニル(略称:NPB)、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)、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)、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)、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)、等を用いることができる。
カルバゾール骨格を有する化合物としては、例えば、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)、3,3’-ビス(9-フェニル-9H-カルバゾール)(略称:PCCP)、等を用いることができる。
チオフェン骨格を有する化合物としては、例えば、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)、等を用いることができる。
フラン骨格を有する化合物としては、例えば、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)、等を用いることができる。
《層113の構成例》
例えば、電子輸送性を有する材料、アントラセン骨格を有する材料および混合材料等を、層113に用いることができる。また、層113を電子輸送層ということができる。なお、層111Xに含まれる発光性の材料より大きいバンドギャップを有する材料を、層113に用いる構成が好ましい。これにより、層111Xにおいて生じる励起子から層113へのエネルギー移動を、抑制することができる。
[電子輸送性を有する材料]
例えば、金属錯体またはπ電子不足型複素芳香環骨格を有する有機化合物を、電子輸送性を有する材料に用いることができる。
電界強度[V/cm]の平方根が600である条件において、電子移動度が1×10-7cm/Vs以上、5×10-5cm/Vs以下である材料を、電子輸送性を有する材料に好適に用いることができる。これにより、電子輸送層における電子の輸送性を抑制することができる。または、発光層への電子の注入量を制御することができる。または、発光層が電子過多の状態になることを防ぐことができる。
金属錯体としては、例えば、ビス(10-ヒドロキシベンゾ[h]キノリナト)ベリリウム(II)(略称:BeBq)、ビス(2-メチル-8-キノリノラト)(4-フェニルフェノラト)アルミニウム(III)(略称:BAlq)、ビス(8-キノリノラト)亜鉛(II)(略称:Znq)、ビス[2-(2-ベンゾオキサゾリル)フェノラト]亜鉛(II)(略称:ZnPBO)、ビス[2-(2-ベンゾチアゾリル)フェノラト]亜鉛(II)(略称:ZnBTZ)、等を用いることができる。
π電子不足型複素芳香環骨格を有する有機化合物としては、例えば、ポリアゾール骨格を有する複素環化合物、ジアジン骨格を有する複素環化合物、ピリジン骨格を有する複素環化合物、トリアジン骨格を有する複素環化合物等を用いることができる。特に、ジアジン骨格を有する複素環化合物、ピリジン骨格を有する複素環化合物は、信頼性が良好であり好ましい。また、ジアジン(ピリミジンまたはピラジン)骨格を有する複素環化合物は、電子輸送性が高く、駆動電圧を低減することができる。
ポリアゾール骨格を有する複素環化合物としては、例えば、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)、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)、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)、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)、等を用いることができる。
ジアジン骨格を有する複素環化合物としては、例えば、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-(3’-ジベンゾチオフェン-4-イル)ビフェニル]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)、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)、4,8-ビス[3-(ジベンゾチオフェン-4-イル)フェニル]ベンゾ[h]キナゾリン(略称:4,8mDBtP2Bqn)、等を用いることができる。
ピリジン骨格を有する複素環化合物としては、例えば、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)、等を用いることができる。
トリアジン骨格を有する複素環化合物としては、例えば、2-[3’-(9,9-ジメチル-9H-フルオレン-2-イル)-1,1’-ビフェニル-3-イル]-4,6-ジフェニル-1,3,5-トリアジン(略称:mFBPTzn)、2-[(1,1’-ビフェニル)-4-イル]-4-フェニル-6-[9,9’-スピロビ(9H-フルオレン)-2-イル]-1,3,5-トリアジン(略称:BP-SFTzn)、2-{3-[3-(ベンゾ[b]ナフト[1,2-d]フラン-8-イル)フェニル]フェニル}-4,6-ジフェニル-1,3,5-トリアジン(略称:mBnfBPTzn)、2-{3-[3-(ベンゾ[b]ナフト[1,2-d]フラン-6-イル)フェニル]フェニル}-4,6-ジフェニル-1,3,5-トリアジン(略称:mBnfBPTzn-02)、等を用いることができる。
[アントラセン骨格を有する材料1]
アントラセン骨格を有する有機化合物を、層113に用いることができる。特に、実施の形態1において説明するアントラセン骨格を有する有機化合物を、層113に用いることができる。
[アントラセン骨格を有する材料2]
また、アントラセン骨格と複素環骨格の両方を含む有機化合物を好適に用いることができる。例えば、アントラセン骨格と含窒素5員環骨格の両方を含む有機化合物を用いることができる。または、2つの複素原子を環に含む含窒素5員環骨格とアントラセン骨格の両方を含む有機化合物を用いることができる。具体的には、ピラゾール環、イミダゾール環、オキサゾール環、チアゾール環、等を当該複素環骨格に好適に用いることができる。
例えば、アントラセン骨格と含窒素6員環骨格の両方を含む有機化合物を用いることができる。または、2つの複素原子を環に含む含窒素6員環骨格とアントラセン骨格の両方を含む有機化合物を用いることができる。具体的には、ピラジン環、ピリミジン環、ピリダジン環等を当該複素環骨格に好適に用いることができる。
[混合材料の構成例]
また、複数種の物質を混合した材料を、層113に用いることができる。具体的には、アルカリ金属、アルカリ金属化合物またはアルカリ金属錯体と、電子輸送性を有する物質とを含む混合材料を、層113に用いることができる。なお、電子輸送性を有する材料のHOMO準位が-6.0eV以上であるとより好ましい。
なお、例えば、アクセプタ性を有する物質と正孔輸送性を有する材料の複合材料を層104に用いることができる。具体的には、アクセプタ性を有する物質と、-5.7eV以上-5.4eV以下の比較的深いHOMO準位HM1を有する物質との複合材料を、層104に用いることができる(図1(B)参照)。このような複合材料を層104に用いる構成と組み合わせて、当該混合材料を層113に好適に用いることができる。これにより、発光デバイスの信頼性を向上することができる。
また、当該混合材料を層113と、上記複合材料を層104に用いる構成に、さらに、正孔輸送性を有する材料を層112に用いる構成を組み合わせて、好適に用いることができる。例えば、上記比較的深いHOMO準位HM1に対して、-0.2eV以上0eV以下の範囲にHOMO準位HM2を有する物質を、層112に用いることができる(図1(B)参照)。これにより、発光デバイスの信頼性を向上することができる。なお、本明細書等において、上記の発光デバイスをRecombination-Site Tailoring Injection構造(ReSTI構造)と呼称する場合がある。
アルカリ金属、アルカリ金属化合物またはアルカリ金属錯体が、層113の厚さ方向において濃度差(0である場合も含む)をもって存在する構成が好ましい。
例えば、8-ヒドロキシキノリナト構造を含む金属錯体を用いることができる。また、8-ヒドロキシキノリナト構造を含む金属錯体のメチル置換体(例えば2-メチル置換体または5-メチル置換体)等を用いることもできる。
8-ヒドロキシキノリナト構造を含む金属錯体としては、8-ヒドロキシキノリナト-リチウム(略称:Liq)、8-ヒドロキシキノリナト-ナトリウム(略称:Naq)等を用いることができる。特に、一価の金属イオンの錯体、中でもリチウムの錯体が好ましく、Liqがより好ましい。
なお、本実施の形態は、本明細書で示す他の実施の形態と適宜組み合わせることができる。
(実施の形態3)
本実施の形態では、本発明の一態様の発光デバイス550Xの構成について、図1(A)を参照しながら説明する。
<発光デバイス550Xの構成例>
本実施の形態で説明する発光デバイス550Xは、電極551Xと、電極552Xと、ユニット103Xと、層104と、を有する。電極552Xは、電極551Xと重なり、ユニット103Xは、電極551Xおよび電極552Xの間に挟まれる。また、層104は、電極551Xおよびユニット103Xの間に挟まれる。なお、例えば、実施の形態2において説明する構成を、ユニット103Xに用いることができる。
<電極551Xの構成例>
例えば、導電性材料を電極551Xに用いることができる。具体的には、金属、合金または導電性化合物を含む膜を、単層または積層で電極551Xに用いることができる。
例えば、効率よく光を反射する膜を電極551Xに用いることができる。具体的には、銀および銅等を含む合金、銀およびパラジウム等を含む合金またはアルミニウム等の金属膜を電極551Xに用いることができる。
また、例えば、光の一部を透過し、光の他の一部を反射する金属膜を電極551Xに用いることができる。これにより、微小共振器構造(マイクロキャビティ)を発光デバイス550Xに設けることができる。または、所定の波長の光を他の光より効率よく取り出すことができる。または、スペクトルの半値幅が狭い光を取り出すことができる。または、鮮やかな色の光を取り出すことができる。
また、例えば、可視光について透光性を有する膜を、電極551Xに用いることができる。具体的には、光が透過する程度に薄い金属の膜、合金の膜または導電性酸化物の膜などを、単層または積層で、電極551Xに用いることができる。
特に、4.0eV以上の仕事関数を備える材料を電極551Xに好適に用いることができる。
例えば、インジウムを含む導電性酸化物を用いることができる。具体的には、酸化インジウム、酸化インジウム-酸化スズ(略称:ITO)、ケイ素若しくは酸化ケイ素を含有した酸化インジウム-酸化スズ(略称:ITSO)、酸化インジウム-酸化亜鉛、酸化タングステン及び酸化亜鉛を含有した酸化インジウム(略称:IWZO)等を用いることができる。
また、例えば、亜鉛を含む導電性酸化物を用いることができる。具体的には、酸化亜鉛、ガリウムを添加した酸化亜鉛、アルミニウムを添加した酸化亜鉛などを用いることができる。
また、例えば、金(Au)、白金(Pt)、ニッケル(Ni)、タングステン(W)、クロム(Cr)、モリブデン(Mo)、鉄(Fe)、コバルト(Co)、銅(Cu)、パラジウム(Pd)、または金属材料の窒化物(例えば、窒化チタン)等を用いることができる。または、グラフェンを用いることができる。
《層104の構成例1》
正孔注入性を有する材料を、層104に用いることができる。また、層104を正孔注入層ということができる。
例えば、正孔移動度が、電界強度[V/cm]の平方根が600であるときに、1×10-3cm/Vs以下である材料を層104に用いることができる。また、1×10[Ω・cm]以上1×10[Ω・cm]以下の抵抗率を備える膜を、層104に用いることができる。また、好ましくは、層104は、5×10[Ω・cm]以上1×10[Ω・cm]以下の抵抗率を備え、より好ましくは、1×10[Ω・cm]以上1×10[Ω・cm]以下の抵抗率を備える。
《層104の構成例2》
具体的には、アクセプタ性を有する物質を、層104に用いることができる。または、複数種の物質を含む複合材料を、層104に用いることができる。これにより、正孔を、例えば、電極551Xから注入しやすくすることができる。または、発光デバイス550Xの駆動電圧を小さくすることができる。
[アクセプタ性を有する物質]
有機化合物および無機化合物を、アクセプタ性を有する物質に用いることができる。アクセプタ性を有する物質は、電界の印加により、隣接する正孔輸送層あるいは正孔輸送性を有する材料から電子を引き抜くことができる。
例えば、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、アクセプタ性を有する物質に用いることができる。なお、アクセプタ性を有する有機化合物は蒸着が容易で成膜がしやすい。これにより、発光デバイス550Xの生産性を高めることができる。
具体的には、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、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)、2-(7-ジシアノメチレン-1,3,4,5,6,8,9,10-オクタフルオロ-7H-ピレン-2-イリデン)マロノニトリル、等を用いることができる。
特に、HAT-CNのように複素原子を複数有する縮合芳香環に電子吸引基が結合している化合物が、熱的に安定であり好ましい。
また、電子吸引基(特にフルオロ基のようなハロゲン基またはシアノ基)を有する[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い。
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]、等を用いることができる。
また、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、マンガン酸化物等を、アクセプタ性を有する物質に用いることができる。
また、フタロシアニン(略称:HPc)、銅フタロシアニン(CuPc)等のフタロシアニン系の錯体化合物、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)等の芳香族アミン骨格を有する化合物を用いることができる。
また、ポリ(3,4-エチレンジオキシチオフェン)/ポリ(スチレンスルホン酸)(PEDOT/PSS)等の高分子等を用いることができる。
[複合材料の構成例1]
また、例えば、アクセプタ性を有する物質と正孔輸送性を有する材料を含む複合材料を層104に用いることができる。これにより、仕事関数が大きい材料だけでなく、仕事関数の小さい材料を電極551Xに用いることができる。または、仕事関数に依らず、広い範囲の材料から、電極551Xに用いる材料を選ぶことができる。
例えば、芳香族アミン骨格を有する化合物、カルバゾール誘導体、芳香族炭化水素、ビニル基を有している芳香族炭化水素、高分子化合物(オリゴマー、デンドリマー、ポリマー等)などを、複合材料の正孔輸送性を有する材料に用いることができる。また、正孔移動度が、1×10-6cm/Vs以上である材料を、複合材料の正孔輸送性を有する材料に好適に用いることができる。
また、比較的深いHOMO準位を有する物質を、複合材料の正孔輸送性を有する材料に好適に用いることができる。具体的には、HOMO準位が-5.7eV以上-5.4eV以下であると好ましい。これにより、ユニット103Xへの正孔の注入を容易にすることができる。また、層112への正孔の注入を容易にすることができる。また、発光デバイス550Xの信頼性を向上することができる。
芳香族アミン骨格を有する化合物としては、例えば、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)、等を用いることができる。
カルバゾール誘導体としては、例えば、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)、4,4’-ジ(N-カルバゾリル)ビフェニル(略称:CBP)、1,3,5-トリス[4-(N-カルバゾリル)フェニル]ベンゼン(略称:TCPB)、9-[4-(10-フェニル-9-アントラセニル)フェニル]-9H-カルバゾール(略称:CzPA)、1,4-ビス[4-(N-カルバゾリル)フェニル]-2,3,5,6-テトラフェニルベンゼン、等を用いることができる。
芳香族炭化水素としては、例えば、2-tert-ブチル-9,10-ジ(2-ナフチル)アントラセン(略称:t-BuDNA)、2-tert-ブチル-9,10-ジ(1-ナフチル)アントラセン、9,10-ビス(3,5-ジフェニルフェニル)アントラセン(略称:DPPA)、2-tert-ブチル-9,10-ビス(4-フェニルフェニル)アントラセン(略称:t-BuDBA)、9,10-ジ(2-ナフチル)アントラセン(略称:DNA)、9,10-ジフェニルアントラセン(略称:DPAnth)、2-tert-ブチルアントラセン(略称:t-BuAnth)、9,10-ビス(4-メチル-1-ナフチル)アントラセン(略称:DMNA)、2-tert-ブチル-9,10-ビス[2-(1-ナフチル)フェニル]アントラセン、9,10-ビス[2-(1-ナフチル)フェニル]アントラセン、2,3,6,7-テトラメチル-9,10-ジ(1-ナフチル)アントラセン、2,3,6,7-テトラメチル-9,10-ジ(2-ナフチル)アントラセン、9,9’-ビアントリル、10,10’-ジフェニル-9,9’-ビアントリル、10,10’-ビス(2-フェニルフェニル)-9,9’-ビアントリル、10,10’-ビス[(2,3,4,5,6-ペンタフェニル)フェニル]-9,9’-ビアントリル、アントラセン、テトラセン、ルブレン、ペリレン、2,5,8,11-テトラ(tert-ブチル)ペリレン、ペンタセン、コロネン、等を用いることができる。
ビニル基を有している芳香族炭化水素としては、例えば、4,4’-ビス(2,2-ジフェニルビニル)ビフェニル(略称:DPVBi)、9,10-ビス[4-(2,2-ジフェニルビニル)フェニル]アントラセン(略称:DPVPA)、等を用いることができる。
高分子化合物としては、例えば、ポリ(N-ビニルカルバゾール)(略称:PVK)、ポリ(4-ビニルトリフェニルアミン)(略称:PVTPA)、ポリ[N-(4-{N’-[4-(4-ジフェニルアミノ)フェニル]フェニル-N’-フェニルアミノ}フェニル)メタクリルアミド](略称:PTPDMA)、ポリ[N,N’-ビス(4-ブチルフェニル)-N,N’-ビス(フェニル)ベンジジン](略称:Poly-TPD)、等を用いることができる。
また、例えば、カルバゾール骨格、ジベンゾフラン骨格、ジベンゾチオフェン骨格およびアントラセン骨格のいずれかを備える物質を、複合材料の正孔輸送性を有する材料に好適に用いることができる。また、ジベンゾフラン環またはジベンゾチオフェン環を含む置換基を有する芳香族アミン、ナフタレン環を有する芳香族モノアミン、または9-フルオレニル基がアリーレン基を介してアミンの窒素に結合する芳香族モノアミンを備える物質を、複合材料の正孔輸送性を有する材料に用いることができる。なお、N,N-ビス(4-ビフェニル)アミノ基を有する物質を用いると、発光デバイス550Xの信頼性を向上することができる。
これらの材料としては、例えば、N-(4-ビフェニル)-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:BnfABP)、N,N-ビス(4-ビフェニル)-6-フェニルベンゾ[b]ナフト[1,2-d]フラン-8-アミン(略称:BBABnf)、4,4’-ビス(6-フェニルベンゾ[b]ナフト[1,2-d]フラン-8-イル)-4’’-フェニルトリフェニルアミン(略称:BnfBB1BP)、N,N-ビス(4-ビフェニル)ベンゾ[b]ナフト[1,2-d]フラン-6-アミン(略称:BBABnf(6))、N,N-ビス(4-ビフェニル)ベンゾ[b]ナフト[1,2-d]フラン-8-アミン(略称:BBABnf(8))、N,N-ビス(4-ビフェニル)ベンゾ[b]ナフト[2,3-d]フラン-4-アミン(略称:BBABnf(II)(4))、N,N-ビス[4-(ジベンゾフラン-4-イル)フェニル]-4-アミノ-p-ターフェニル(略称:DBfBB1TP)、N-[4-(ジベンゾチオフェン-4-イル)フェニル]-N-フェニル-4-ビフェニルアミン(略称:ThBA1BP)、4-(2-ナフチル)-4’,4’’-ジフェニルトリフェニルアミン(略称:BBAβNB)、4-[4-(2-ナフチル)フェニル]-4’,4’’-ジフェニルトリフェニルアミン(略称:BBAβNBi)、4,4’-ジフェニル-4’’-(6;1’-ビナフチル-2-イル)トリフェニルアミン(略称:BBAαNβNB)、4,4’-ジフェニル-4’’-(7;1’-ビナフチル-2-イル)トリフェニルアミン(略称:BBAαNβNB-03)、4,4’-ジフェニル-4’’-(7-フェニル)ナフチル-2-イルトリフェニルアミン(略称:BBAPβNB-03)、4,4’-ジフェニル-4’’-(6;2’-ビナフチル-2-イル)トリフェニルアミン(略称:BBA(βN2)B)、4,4’-ジフェニル-4’’-(7;2’-ビナフチル-2-イル)トリフェニルアミン(略称:BBA(βN2)B-03)、4,4’-ジフェニル-4’’-(4;2’-ビナフチル-1-イル)トリフェニルアミン(略称:BBAβNαNB)、4,4’-ジフェニル-4’’-(5;2’-ビナフチル-1-イル)トリフェニルアミン(略称:BBAβNαNB-02)、4-(4-ビフェニリル)-4’-(2-ナフチル)-4’’-フェニルトリフェニルアミン(略称:TPBiAβNB)、4-(3-ビフェニリル)-4’-[4-(2-ナフチル)フェニル]-4’’-フェニルトリフェニルアミン(略称:mTPBiAβNBi)、4-(4-ビフェニリル)-4’-[4-(2-ナフチル)フェニル]-4’’-フェニルトリフェニルアミン(略称:TPBiAβNBi)、4-フェニル-4’-(1-ナフチル)トリフェニルアミン(略称:αNBA1BP)、4,4’-ビス(1-ナフチル)トリフェニルアミン(略称:αNBB1BP)、4,4’-ジフェニル-4’’-[4’-(カルバゾール-9-イル)ビフェニル-4-イル]トリフェニルアミン(略称:YGTBi1BP)、4’-[4-(3-フェニル-9H-カルバゾール-9-イル)フェニル]トリス(1,1’-ビフェニル-4-イル)アミン(略称:YGTBi1BP-02)、4-[4’-(カルバゾール-9-イル)ビフェニル-4-イル]-4’-(2-ナフチル)-4’’-フェニルトリフェニルアミン(略称:YGTBiβNB)、N-[4-(9-フェニル-9H-カルバゾール-3-イル)フェニル]-N-[4-(1-ナフチル)フェニル]-9,9’-スピロビ[9H-フルオレン]-2-アミン(略称:PCBNBSF)、N,N-ビス([1,1’-ビフェニル]-4-イル)-9,9’-スピロビ[9H-フルオレン]-2-アミン(略称:BBASF)、N,N-ビス([1,1’-ビフェニル]-4-イル)-9,9’-スピロビ[9H-フルオレン]-4-アミン(略称:BBASF(4))、N-(1,1’-ビフェニル-2-イル)-N-(9,9-ジメチル-9H-フルオレン-2-イル)-9,9’-スピロビ[9H-フルオレン]-4-アミン(略称:oFBiSF)、N-(4-ビフェニル)-N-(9,9-ジメチル-9H-フルオレン-2-イル)ジベンゾフラン-4-アミン(略称:FrBiF)、N-[4-(1-ナフチル)フェニル]-N-[3-(6-フェニルジベンゾフラン-4-イル)フェニル]-1-ナフチルアミン(略称:mPDBfBNBN)、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)、4-フェニル-4’-[4-(9-フェニルフルオレン-9-イル)フェニル]トリフェニルアミン(略称:BPAFLBi)、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)、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)、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)、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)、N,N-ビス(9,9-ジメチル-9H-フルオレン-2-イル)-9,9’-スピロビ-9H-フルオレン-4-アミン、N,N-ビス(9,9-ジメチル-9H-フルオレン-2-イル)-9,9’-スピロビ-9H-フルオレン-3-アミン、N,N-ビス(9,9-ジメチル-9H-フルオレン-2-イル)-9,9’-スピロビ-9H-フルオレン-2-アミン、N,N-ビス(9,9-ジメチル-9H-フルオレン-2-イル)-9,9’-スピロビ-9H-フルオレン-1-アミン、等を用いることができる。
[複合材料の構成例2]
例えば、アクセプタ性を有する物質と、正孔輸送性を有する材料と、アルカリ金属のフッ化物またはアルカリ土類金属のフッ化物とを、含む複合材料を、正孔注入性を有する材料に用いることができる。特に、原子比率において、フッ素原子が20%以上である複合材料を好適に用いることができる。これにより、層104の屈折率を低下することができる。または、発光デバイス550Xの内部に屈折率の低い層を形成することができる。または、発光デバイス550Xの外部量子効率を向上することができる。
なお、本実施の形態は、本明細書で示す他の実施の形態と適宜組み合わせることができる。
(実施の形態4)
本実施の形態では、本発明の一態様の発光デバイス550Xの構成について、図1(A)を参照しながら説明する。
<発光デバイス550Xの構成例>
本実施の形態で説明する発光デバイス550Xは、電極551Xと、電極552Xと、ユニット103Xと、層105と、を有する。電極552Xは、電極551Xと重なり、ユニット103Xは、電極551Xおよび電極552Xの間に挟まれる。また、層105は、ユニット103Xおよび電極552Xの間に挟まれる。なお、例えば、実施の形態2において説明する構成を、ユニット103Xに用いることができる。
<電極552Xの構成例>
例えば、導電性材料を電極552Xに用いることができる。具体的には、金属、合金または導電性化合物を含む材料を、単層または積層で電極552Xに用いることができる。
例えば、実施の形態3において説明する電極551Xに用いることができる材料を、電極552Xに用いることができる。特に、電極551Xより仕事関数が小さい材料を電極552Xに好適に用いることができる。具体的には、仕事関数が3.8eV以下である材料が好ましい。
例えば、元素周期表の第1族に属する元素、元素周期表の第2族に属する元素、希土類金属およびこれらを含む合金を、電極552Xに用いることができる。
具体的には、リチウム(Li)、セシウム(Cs)等、マグネシウム(Mg)、カルシウム(Ca)、ストロンチウム(Sr)等、ユウロピウム(Eu)、イッテルビウム(Yb)等およびこれらを含む合金(MgAg、AlLi)を、電極552Xに用いることができる。
《層105の構成例》
例えば、電子注入性を有する材料を、層105に用いることができる。また、層105を電子注入層ということができる。
具体的には、ドナー性を有する物質を、層105に用いることができる。または、ドナー性を有する物質と電子輸送性を有する材料を複合した材料を、層105に用いることができる。または、エレクトライドを、層105に用いることができる。これにより、例えば、電極552Xから電子を注入しやすくすることができる。または、仕事関数が小さい材料だけでなく、仕事関数の大きい材料を電極552Xに用いることができる。または、仕事関数に依らず、広い範囲の材料から、電極552Xに用いる材料を選ぶことができる。具体的には、Al、Ag、ITO、ケイ素または酸化ケイ素を含有した酸化インジウム-酸化スズなどを、電極552Xに用いることができる。または、発光デバイス550Xの駆動電圧を小さくすることができる。
[ドナー性を有する物質]
例えば、アルカリ金属、アルカリ土類金属、希土類金属またはこれらの化合物(酸化物、ハロゲン化物、炭酸塩等)を、ドナー性を有する物質に用いることができる。または、テトラチアナフタセン(略称:TTN)、ニッケロセン、デカメチルニッケロセン等の有機化合物を、ドナー性を有する物質に用いることもできる。
アルカリ金属化合物(酸化物、ハロゲン化物、炭酸塩を含む)としては、酸化リチウム、フッ化リチウム(LiF)、フッ化セシウム(CsF)、炭酸リチウム、炭酸セシウム、8-ヒドロキシキノリナト-リチウム(略称:Liq)、等を用いることができる。
アルカリ土類金属化合物(酸化物、ハロゲン化物、炭酸塩を含む)としては、フッ化カルシウム(CaF)、等を用いることができる。
[複合材料の構成例1]
また、複数種の物質を複合した材料を、電子注入性を有する材料に用いることができる。例えば、ドナー性を有する物質と電子輸送性を有する材料を、複合材料に用いることができる。
[電子輸送性を有する材料]
例えば、金属錯体またはπ電子不足型複素芳香環骨格を有する有機化合物を、電子輸送性を有する材料に用いることができる。例えば、実施の形態2において説明するユニット103Xに用いることができる電子輸送性を有する材料を、当該複合材料に用いることができる。
[複合材料の構成例2]
また、微結晶状態のアルカリ金属のフッ化物と電子輸送性を有する材料を、複合材料に用いることができる。または、微結晶状態のアルカリ土類金属のフッ化物と電子輸送性を有する材料を、複合材料に用いることができる。特に、アルカリ金属のフッ化物またはアルカリ土類金属のフッ化物を50wt%以上含む複合材料を好適に用いることができる。または、ビピリジン骨格を有する有機化合物を含む複合材料を好適に用いることができる。これにより、層105の屈折率を低下することができる。または、発光デバイス550Xの外部量子効率を向上することができる。
[複合材料の構成例3]
例えば、非共有電子対を備える第1の有機化合物および第1の金属を含む複合材料を、層105に用いることができる。また、第1の有機化合物の電子数と第1の金属の電子数の合計が奇数であると好ましい。また、第1の有機化合物1モルに対する第1の金属のモル比率は、好ましくは0.1以上10以下、より好ましくは0.2以上2以下、さらに好ましくは0.2以上0.8以下である。
これにより、非共有電子対を備える第1の有機化合物は、第1の金属と相互に作用し、半占有軌道(SOMO:Singly Occupied Molecular Orbital)を形成することができる。また、電極552Xから層105に電子を注入する場合に、両者の間にある障壁を低減することができる。また、第1の金属は水または酸素との反応性が乏しいため、発光デバイス550Xの耐湿性を向上することができる。
また、電子スピン共鳴法(ESR:Electron spin resonance)を用いて測定したスピン密度が、好ましくは1×1016spins/cm以上、より好ましくは5×1016spins/cm以上、さらに好ましくは1×1017spins/cm以上である複合材料を、層105に用いることができる。
[非共有電子対を備える有機化合物]
例えば、電子輸送性を有する材料を、非共有電子対を備える有機化合物に用いることができる。例えば、電子不足型複素芳香環を有する化合物を用いることができる。具体的には、ピリジン環、ジアジン環(ピリミジン環、ピラジン環、ピリダジン環)、トリアジン環の少なくとも一つを有する化合物を用いることができる。これにより、発光デバイス550Xの駆動電圧を低減することができる。
なお、非共有電子対を備える有機化合物のLUMO準位が、-3.6eV以上-2.3eV以下であると好ましい。また、一般にCV(サイクリックボルタンメトリ)、光電子分光法、光吸収分光法、逆光電子分光法等により、有機化合物のHOMO準位及びLUMO準位を見積もることができる。
例えば、4,7-ジフェニル-1,10-フェナントロリン(略称:BPhen)、2,9-ジ(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)、ジキノキサリノ[2,3-a:2’,3’-c]フェナジン(略称:HATNA)、2,4,6-トリス[3’-(ピリジン-3-イル)ビフェニル-3-イル]-1,3,5-トリアジン(略称:TmPPPyTz)等を、非共有電子対を備える有機化合物に用いることができる。なお、NBPhenはBPhenと比較して、高いガラス転移温度(Tg)を備え、耐熱性に優れる。
また、例えば、銅フタロシアニンを、非共有電子対を備える有機化合物に用いることができる。なお、銅フタロシアニンの電子数は奇数である。
[第1の金属]
例えば、非共有電子対を備える第1の有機化合物の電子数が偶数である場合、周期表における奇数の族である第1の金属および第1の有機化合物の複合材料を、層105に用いることができる。
例えば、第7族の金属であるマンガン(Mn)、第9族の金属であるコバルト(Co)、第11族の金属である銅(Cu)、銀(Ag)、金(Au)、第13族の金属であるアルミニウム(Al)、インジウム(In)は、周期表において奇数の族である。なお、第11族の元素は、第7族または第9族元素と比べて融点が低く、真空蒸着に好適である。特に、Agは融点が低く好ましい。
なお、電極552Xおよび層105にAgを用いることにより、層105および電極552Xの密着性を高めることができる。
また、非共有電子対を備える第1の有機化合物の電子数が奇数である場合、周期表における偶数の族である第1の金属および第1の有機化合物の複合材料を、層105に用いることができる。例えば、第8族の金属である鉄(Fe)は、周期表において偶数の族である。
[エレクトライド]
例えば、カルシウムとアルミニウムの混合酸化物に電子を高濃度添加した物質等を、電子注入性を有する材料に用いることができる。
なお、本実施の形態は、本明細書で示す他の実施の形態と適宜組み合わせることができる。
(実施の形態5)
本実施の形態では、本発明の一態様の発光デバイス550Xの構成について、図2(A)を参照しながら説明する。
図2(A)は本発明の一態様の発光デバイスの構成を説明する断面図である。
<発光デバイス550Xの構成例>
また、本実施の形態で説明する発光デバイス550Xは、電極551Xと、電極552Xと、ユニット103Xと、層106と、を有する(図2(A)参照)。電極552Xは、電極551Xと重なり、ユニット103Xは、電極551Xおよび電極552Xの間に挟まれる。層106は、電極552Xおよびユニット103Xの間に挟まれる。
《層106の構成例1》
層106は、電圧を加えることにより、陽極側に電子を供給し、陰極側に正孔を供給する機能を備える。また、層106を電荷発生層ということができる。
例えば、実施の形態3において説明する層104に用いることができる正孔注入性を有する材料を層106に用いることができる。具体的には、複合材料を層106に用いることができる。
また、例えば、当該複合材料を含む膜と、正孔輸送性を有する材料を含む膜を積層した積層膜を、層106に用いることができる。
《層106の構成例2》
層106は、層106_1および層106_2を備える。層106_2は、層106_1および電極552Xの間に挟まれる。
《層106_1の構成例》
例えば、電子輸送性を有する材料を層106_1に用いることができる。また、層106_1を電子リレー層ということができる。層106_1を用いると、層106_1の陽極側に接する層を、層106_1の陰極側に接する層から遠ざけることができる。層106_1の陽極側に接する層と、層106_1の陰極側に接する層の間の相互作用を軽減することができる。層106_1の陽極側に接する層に電子をスムーズに供給することができる。
層106_1の陽極側に接する層に含まれるアクセプタ性を有する物質のLUMO準位と、層106_1の陰極側と接する層に含まれる物質のLUMO準位の間に、LUMO準位を備える物質を、層106_1に好適に用いることができる。
例えば、-5.0eV以上、好ましくは-5.0eV以上-3.0eV以下の範囲にLUMO準位を備える材料を、層106_1に用いることができる。
具体的には、フタロシアニン系の材料を層106_1に用いることができる。または、金属-酸素結合および芳香族配位子を有する金属錯体を層106_1に用いることができる。
《層106_2の構成例》
例えば、実施の形態3において説明する層104に用いることができる正孔注入性を有する材料を層106_2に用いることができる。具体的には、複合材料を層106_2に用いることができる。
なお、本実施の形態は、本明細書で示す他の実施の形態と適宜組み合わせることができる。
(実施の形態6)
本実施の形態では、本発明の一態様の発光デバイス550Xの構成について、図2(B)を参照しながら説明する。
図2(B)は、図2(A)に図示する構成とは異なる構成を備える本発明の一態様の発光デバイスの構成を説明する断面図である。
<発光デバイス550Xの構成例>
本実施の形態で説明する発光デバイス550Xは、電極551Xと、電極552Xと、ユニット103Xと、層106と、ユニット103X2と、を有する(図2(B)参照)。
ユニット103Xは、電極552Xおよび電極551Xの間に挟まれ、層106は、電極552Xおよびユニット103Xの間に挟まれる。
ユニット103X2は、電極552Xおよび層106の間に挟まれる。なお、ユニット103X2は、光ELX2を射出する機能を備える。
また、発光デバイス550Xは層105_2を有し、層105_2は層106およびユニット103Xの間に挟まれる。
言い換えると、発光デバイス550Xは、積層された複数のユニットを、電極551Xおよび電極552Xの間に有する。なお、積層する複数のユニットの数は2に限られず、3以上のユニットを積層することができる。なお、電極551Xおよび電極552Xの間に挟まれた積層された複数のユニットと、複数のユニットの間に挟まれた層106と、を備える構成を、積層型の発光デバイスまたはタンデム型の発光デバイスという場合がある。
これにより、電流密度を低く保ったまま、高輝度の発光を得ることができる。または、信頼性を向上することができる。または、同一の輝度で比較して駆動電圧を低減することができる。または、消費電力を抑制することができる。
《ユニット103X2の構成例1》
ユニット103X2は、層111X2、層112_2および層113_2を備える。層111X2は、層112_2および層113_2の間に挟まれる。
ユニット103Xに用いることができる構成を、ユニット103X2に用いることができる。例えば、ユニット103Xと同一の構成をユニット103X2に用いることができる。
《ユニット103X2の構成例2》
また、ユニット103Xとは異なる構成をユニット103X2に用いることができる。例えば、ユニット103Xの発光色とは色相が異なる光を射出する構成を、ユニット103X2に用いることができる。
具体的には、赤色の光および緑色の光を射出するユニット103Xと、青色の光を射出するユニット103X2を積層して用いることができる。これにより、所望の色の光を射出する発光デバイスを提供することができる。例えば、白色の光を射出する発光デバイスを提供することができる。
《層106の構成例》
層106は、ユニット103Xまたはユニット103X2の一方に電子を供給し、他方に正孔を供給する機能を備える。例えば、実施の形態5において説明する層106を用いることができる。
《層105_2の構成例》
層105_2は、電子注入性を有する材料を含む。なお、層105_2を電子注入層ということができる。例えば、実施の形態4において説明する層105に用いることができる材料を、層105_2に用いることができる。
<発光デバイス550Xの作製方法>
例えば、乾式法、湿式法、蒸着法、液滴吐出法、塗布法または印刷法等を用いて、電極551X、電極552X、ユニット103X、層106、およびユニット103X2の各層を形成することができる。また、異なる方法を各構成の形成に用いることができる。
具体的には、真空蒸着装置、インクジェット装置、スピンコーター、コーティング装置、グラビア印刷装置、オフセット印刷装置、スクリーン印刷装置などを用いて発光デバイス550Xを作製することができる。
例えば、金属材料のペーストを用いる湿式法またはゾル-ゲル法を用いて、電極を形成することができる。また、酸化インジウムに対し1wt%以上20wt%以下の酸化亜鉛を加えたターゲットを用いて、スパッタリング法により、酸化インジウム-酸化亜鉛膜を形成することができる。また、酸化インジウムに対し酸化タングステンを0.5wt%以上5wt%以下、酸化亜鉛を0.1wt%以上1wt%以下含有したターゲットを用いて、スパッタリング法により酸化タングステン及び酸化亜鉛を含有した酸化インジウム(IWZO)膜を形成することができる。
なお、本実施の形態は、本明細書で示す他の実施の形態と適宜組み合わせることができる。
(実施の形態7)
本実施の形態では、本発明の一態様の表示装置700の構成について、図3(A)および図3(B)を参照しながら説明する。
図3(A)は、本発明の一態様の表示装置700の構成を説明する断面図であり、図3(B)は、図3(A)とは異なる本発明の一態様の表示装置700の構成を説明する断面図である。
なお、本明細書等において、メタルマスク、またはFMM(ファインメタルマスク、高精細なメタルマスク)を用いて作製されるデバイスをMM(メタルマスク)構造のデバイスと呼称する場合がある。また、本明細書等において、メタルマスク、またはFMMを用いることなく作製されるデバイスをMML(メタルマスクレス)構造のデバイスと呼称する場合がある。
ファインメタルマスクを用いた作製方法では、隣り合う発光デバイスの間隔を、例えば、10μm未満にすることは困難である。ガラス基板上のフォトリソグラフィ法を用いた作製方法では、隣り合う発光デバイスの間隔を、例えば、10μm未満、5μm以下、3μm以下、2μm以下、1.5μm以下、1μm以下、または、0.5μm以下にまで狭めることができる。また、シリコンウエハ上のフォトリソグラフィ法を用いた作製方法では、例えばLSI向けの露光装置を用いて、隣り合う発光デバイスの間隔を、500nm以下、200nm以下、100nm以下、さらには50nm以下にまで狭めることもできる。
これにより、隣り合う発光デバイスの間に存在する非発光領域の面積を大幅に縮小することができる。また、開口率を100%に近づけることが可能となる。例えば、本発明の一態様の表示装置においては、開口率を、40%以上、50%以上、60%以上、70%以上、80%以上、さらには90%以上であって、100%未満を実現することもできる。
<表示装置700の構成例1>
本実施の形態で説明する表示装置700は、発光デバイス550X(i,j)と、発光デバイス550Y(i,j)とを有する(図3(A)参照)。発光デバイス550Y(i,j)は、発光デバイス550X(i,j)と隣接する。
また、表示装置700は絶縁膜521を有し、発光デバイス550X(i,j)および発光デバイス550Y(i,j)は、絶縁膜521上に形成される。
《発光デバイス550X(i,j)の構成例》
発光デバイス550X(i,j)は、電極551X(i,j)と、電極552X(i,j)と、ユニット103X(i,j)を有する。また、層104および層105を有する。
例えば、実施の形態2乃至実施の形態6において説明する発光デバイスを、発光デバイス550X(i,j)に用いることができる。具体的には、電極551Xに用いることができる構成を電極551X(i,j)に用いることができる。また、ユニット103Xに用いることができる構成をユニット103X(i,j)に用いることができる。また、層104に用いることができる構成を発光デバイス550X(i,j)の層104に用いることができ、層105に用いることができる構成を発光デバイス550X(i,j)の層105に用いることができる。
《発光デバイス550Y(i,j)の構成例1》
本実施の形態で説明する発光デバイス550Y(i,j)は、電極551Y(i,j)と、電極552Y(i,j)と、ユニット103Y(i,j)と、を有する(図3(A)参照)。電極552Y(i,j)は電極551Y(i,j)と重なり、ユニット103Y(i,j)は、電極551Y(i,j)および電極552Y(i,j)の間に挟まれる。
電極551Y(i,j)は電極551X(i,j)に隣接し、電極551Y(i,j)は電極551X(i,j)との間に間隙551XY(i,j)を備える。
また、例えば、電極551X(i,j)に用いることができる材料を、電極551Y(i,j)に用いることができる。なお、電極551Y(i,j)に供給する電位は、電極551X(i,j)と同じであっても、異なってもよい。異なる電位を供給することで、発光デバイス550Y(i,j)を発光デバイス550X(i,j)とは異なる条件で駆動することができる。
《ユニット103Y(i,j)の構成例1》
ユニット103Y(i,j)は、単層構造または積層構造を備える。例えば、ユニット103Y(i,j)は、層111Y(i,j)、層112および層113を備える(図3(A)参照)。層111Y(i,j)は層112および層113の間に挟まれ、層112は電極551Y(i,j)および層111Y(i,j)の間に挟まれ、層113は電極552Y(i,j)および層111Y(i,j)の間に挟まれる。
例えば、発光層、正孔輸送層、電子輸送層、キャリアブロック層、などの機能層から選択した層を、ユニット103Y(i,j)に用いることができる。また、正孔注入層、電子注入層、励起子ブロック層および電荷発生層などの機能層から選択した層を、ユニット103Y(i,j)に用いることができる。
《発光デバイス550Y(i,j)の構成例2》
また、発光デバイス550Y(i,j)は、層104と、層105と、を有する。層104は、電極551Y(i,j)およびユニット103Y(i,j)の間に挟まれ、層105は、ユニット103Y(i,j)および電極552Y(i,j)に間に挟まれる。
なお、発光デバイス550X(i,j)の構成の一部を発光デバイス550Y(i,j)の構成の一部に用いることができる。これにより、構成の一部を共通にすることができる。また、作製工程を簡略化することができる。
<表示装置700の構成例2>
また、本実施の形態で説明する表示装置700は、絶縁膜528を有する(図3(A)参照)。
《絶縁膜528の構成例》
絶縁膜528は開口部を備え、一の開口部は電極551X(i,j)と重なり、他の開口部は電極551Y(i,j)と重なる。
<表示装置700の構成例3>
本実施の形態で説明する表示装置700は、発光デバイス550X(i,j)と、発光デバイス550Y(i,j)と、を有し、発光デバイス550Y(i,j)は発光デバイス550X(i,j)と隣接する(図3(B)参照)。
なお、発光デバイス550X(i,j)は、電極551X(i,j)と、電極552X(i,j)と、ユニット103X(i,j)と、を有する。また、層104X(i,j)および層105を備え、層104に用いることができる構成を層104X(i,j)に用いることができる。
発光デバイス550Y(i,j)は、電極551Y(i,j)と、電極552Y(i,j)と、ユニット103Y(i,j)と、を有する。また、層104Y(i,j)および層105を備え、電極551Y(i,j)は、電極551X(i,j)との間に、間隙551XY(i,j)を備える。
層104Y(i,j)は、電極551Y(i,j)および電極552Y(i,j)の間に挟まれ、層104Y(i,j)は電極551Y(i,j)に接し、層104Y(i,j)は正孔注入性を有する材料を含む。また、層104Y(i,j)は、層104X(i,j)との間に、間隙104XY(i,j)を備え、間隙104XY(i,j)は間隙551XY(i,j)と重なる。
また、発光デバイス550Y(i,j)はユニット103Y(i,j)を備え、ユニット103Y(i,j)は発光デバイス550X(i,j)との間に間隙を備える。
層104Y(i,j)が、層104X(i,j)との間に、間隙104XY(i,j)を備える点、ユニット103Y(i,j)の構成において、層112Y(i,j)が層112X(i,j)との間に間隙を備える点および層113Y(i,j)が層113X(i,j)との間に間隙を備える点が、図3(A)を用いて説明する表示装置700とは異なる。ここでは、異なる部分について詳細に説明し、同様の構成については、上記の説明を援用する。
《層104Y(i,j)の構成例》
正孔注入性を有する材料を、層104Y(i,j)に用いることができる。また、層104Y(i,j)を正孔注入層ということができる。例えば、層104に用いることができる構成を層104Y(i,j)に用いることができる。具体的には、1×10[Ω・cm]以上1×10[Ω・cm]以下の抵抗率を備える膜を、層104Y(i,j)に用いることができる。また、好ましくは、層104Y(i,j)は、5×10[Ω・cm]以上1×10[Ω・cm]以下の抵抗率を備え、より好ましくは、1×10[Ω・cm]以上1×10[Ω・cm]以下の抵抗率を備える。
また、層104Y(i,j)は、層104X(i,j)との間に、間隙104XY(i,j)を備える。これにより、層104Y(i,j)および層104X(i,j)の間を流れる電流を、抜本的に抑制することができる。また、隣接する発光デバイスが意図せず動作してしまう、クロストーク現象を抑制することができる。また、クロストーク現象の発生が抑制された表示装置700を提供できる。
《ユニット103Y(i,j)の構成例3》
ユニット103Y(i,j)は、層111Y(i,j)、層112Y(i,j)および層113Y(i,j)を備える(図3(B)参照)。
層111Y(i,j)は、層112Y(i,j)および層113Y(i,j)の間に挟まれ、層111Y(i,j)は層111X(i,j)との間に間隙を備える。
層112Y(i,j)は、層111Y(i,j)および電極551Y(i,j)の間に挟まれ、層112Y(i,j)は層112X(i,j)との間に間隙を備える。
層113Y(i,j)は、層111Y(i,j)および電極552Y(i,j)の間に挟まれ、層113Y(i,j)は層113X(i,j)との間に間隙を備える。
換言すれば、ユニット103Y(i,j)はユニット103X(i,j)との間に溝を備え、ユニット103Y(i,j)は当該溝に沿って一の側壁を備える。また、ユニット103X(i,j)も当該溝に沿って他の側壁を備え、当該他の側壁は当該一の側壁と対向する。
<表示装置700の構成例4>
本実施の形態で説明する表示装置700は、例えば、絶縁膜529XY(i,j)を有する(図3(B)参照)。
《絶縁膜529XY(i,j)の構成例》
絶縁膜529XY(i,j)は絶縁膜529(1)および絶縁膜529(2)を備える。
絶縁膜529(1)は絶縁膜529(2)および絶縁膜521の間に挟まれ、絶縁膜529(1)は絶縁膜521と接する。また、絶縁膜529(1)はユニット103Y(i,j)の側壁と接する領域と、ユニット103X(i,j)の側壁と接する領域と、を備える。
<表示装置700の構成例5>
また、本実施の形態で説明する表示装置700は、層111Y(i,j)を備える(図3(A)または図3(B)参照)。
《層111Y(i,j)の構成例1》
例えば、発光性の材料、または発光性の材料およびホスト材料を、層111Y(i,j)に用いることができる。また、層111Y(i,j)を発光層ということができる。なお、正孔と電子が再結合する領域に層111Y(i,j)を配置する構成が好ましい。これにより、キャリアの再結合により生じるエネルギーを、効率よく光にして射出することができる。また、電極等に用いる金属から遠ざけて層111Y(i,j)を配置する構成が好ましい。これにより、電極等に用いる金属による消光現象を抑制することができる。
例えば、層111X(i,j)に用いる発光性の材料とは異なる発光性の材料を層111Y(i,j)に用いることができる。具体的には、発光色の色相が異なる発光性の材料を層111Y(i,j)に用いることができる。これにより、色相が互いに異なる発光デバイスを配置することができる。または、色相が互いに異なる複数の発光デバイスを用いて加法混色することができる。または、個々の発光デバイスでは表示することができない色相の色を表現することができる。
例えば、青色の光を射出する発光デバイス、緑色の光を射出する発光デバイスおよび赤色の光を射出する発光デバイスを表示装置700に配置することができる。または、白色の光を射出する発光デバイス、黄色の光を射出する発光デバイスおよび赤外線を射出する発光デバイスを表示装置700に配置することができる。
《層111Y(i,j)の構成例2》
例えば、蛍光発光物質、りん光発光物質またはTADF材料を、発光性の材料に用いることができる。これにより、キャリアの再結合により生じたエネルギーを、発光性の材料から光ELYとして放出することができる(図3(A)または図3(B)参照)。
[蛍光発光物質]
例えば、層111Xに用いることができる蛍光発光物質を、層111Y(i,j)に用いることができる。なお、これに限定されず、さまざまな公知の蛍光性発光物質を層111Y(i,j)に用いることができる。
[りん光発光物質]
りん光発光物質を層111Y(i,j)に用いることができる。例えば、以下に例示するりん光発光物質を層111Y(i,j)に用いることができる。なお、これに限定されず、さまざまな公知のりん光性発光物質を層111Y(i,j)に用いることができる。
例えば、4H-トリアゾール骨格を有する有機金属イリジウム錯体、1H-トリアゾール骨格を有する有機金属イリジウム錯体、イミダゾール骨格を有する有機金属イリジウム錯体、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イリジウム錯体、ピリミジン骨格を有する有機金属イリジウム錯体、ピラジン骨格を有する有機金属イリジウム錯体、ピリジン骨格を有する有機金属イリジウム錯体、希土類金属錯体、白金錯体、等を層111Y(i,j)に用いることができる。
[りん光発光物質(青色)]
4H-トリアゾール骨格を有する有機金属イリジウム錯体等としては、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)])、等を用いることができる。
1H-トリアゾール骨格を有する有機金属イリジウム錯体等としては、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)])、等を用いることができる。
イミダゾール骨格を有する有機金属イリジウム錯体等としては、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)])、等を用いることができる。
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イリジウム錯体等としては、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:FIracac)、等を用いることができる。
なお、これらは青色のりん光発光を示す化合物であり、440nmから520nmに発光波長のピークを有する化合物である。
[りん光発光物質(緑色)]
ピリミジン骨格を有する有機金属イリジウム錯体等としては、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-ジフェニルピリミジナト)イリジウム(III)(略称:[Ir(dppm)(acac)])、等を用いることができる。
ピラジン骨格を有する有機金属イリジウム錯体等としては、(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)])、等を用いることができる。
ピリジン骨格を有する有機金属イリジウム錯体等としては、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)])、[2-d3-メチル-8-(2-ピリジニル-κN)ベンゾフロ[2,3-b]ピリジン-κC]ビス[2-(5-d3-メチル-2-ピリジニル-κN2)フェニル-κC]イリジウム(III)(略称:[Ir(5mppy-d3)(mbfpypy-d3)])、[2-d3-メチル-(2-ピリジニル-κN)ベンゾフロ[2,3-b]ピリジン-κC]ビス[2-(2-ピリジニル-κN)フェニル-κC]イリジウム(III)(略称:[Ir(ppy)(mbfpypy-d3)])、等を用いることができる。
希土類金属錯体としては、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)])、などが挙げられる。
なお、これらは主に緑色のりん光発光を示す化合物であり、500nmから600nmに発光波長のピークを有する。また、ピリミジン骨格を有する有機金属イリジウム錯体は、信頼性または発光効率において、際だって優れる。
[りん光発光物質(赤色)]
ピリミジン骨格を有する有機金属イリジウム錯体等としては、(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)])、ビス[4,6-ジ(ナフタレン-1-イル)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(d1npm)(dpm)])、等を用いることができる。
ピラジン骨格を有する有機金属イリジウム錯体等としては、(アセチルアセトナト)ビス(2,3,5-トリフェニルピラジナト)イリジウム(III)(略称:[Ir(tppr)(acac)])、ビス(2,3,5-トリフェニルピラジナト)(ジピバロイルメタナト)イリジウム(III)(略称:[Ir(tppr)(dpm)])、(アセチルアセトナト)ビス[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)])、等を用いることができる。
ピリジン骨格を有する有機金属イリジウム錯体等としては、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)])、等を用いることができる。
希土類金属錯体等としては、トリス(1,3-ジフェニル-1,3-プロパンジオナト)(モノフェナントロリン)ユーロピウム(III)(略称:[Eu(DBM)(Phen)])、トリス[1-(2-テノイル)-3,3,3-トリフルオロアセトナト](モノフェナントロリン)ユーロピウム(III)(略称:[Eu(TTA)(Phen)])、等を用いることができる。
白金錯体等としては、2,3,7,8,12,13,17,18-オクタエチル-21H,23H-ポルフィリン白金(II)(略称:PtOEP)、等を用いることができる。
なお、これらは、赤色のりん光発光を示す化合物であり、600nmから700nmに発光のピークを有する。また、ピラジン骨格を有する有機金属イリジウム錯体は、表示装置に良好に用いることができる色度の赤色発光が得られる。
[熱活性化遅延蛍光(TADF)を示す物質]
例えば、層111Xに用いることができるTADF材料を、層111Y(i,j)に用いることができる。なお、これに限定されず、さまざまな公知のTADF材料を層111Y(i,j)に用いることができる。
《層111Y(i,j)の構成例3》
キャリア輸送性を備える材料をホスト材料に用いることができる。例えば、正孔輸送性を有する材料、電子輸送性を有する材料、TADF材料、アントラセン骨格を有する材料および混合材料等をホスト材料に用いることができる。例えば、層111Xに用いることができるホスト材料を、層111Y(i,j)に用いることができる。なお、層111Y(i,j)に含まれる発光性の材料より大きいバンドギャップを備える材料を、ホスト材料に用いる構成が好ましい。これにより、層111Y(i,j)において生じる励起子からホスト材料へのエネルギー移動を、抑制することができる。
[正孔輸送性を有する材料]
正孔移動度が、1×10-6cm/Vs以上である材料を、正孔輸送性を有する材料に好適に用いることができる。
例えば、層112に用いることができる正孔輸送性を有する材料を、層111Y(i,j)に用いることができる。具体的には、正孔輸送層に用いることができる正孔輸送性を有する材料を、層111Y(i,j)に用いることができる。
[電子輸送性を有する材料]
例えば、金属錯体またはπ電子不足型複素芳香環骨格を有する有機化合物を、電子輸送性を有する材料に用いることができる。
例えば、層113に用いることができる電子輸送性を有する材料を、層111Y(i,j)に用いることができる。具体的には、電子輸送層に用いることができる電子輸送性を有する材料を、層111Y(i,j)に用いることができる。
[アントラセン骨格を有する材料]
アントラセン骨格を有する有機化合物を、ホスト材料に用いることができる。特に、発光物質に蛍光発光物質を用いる場合において、アントラセン骨格を有する有機化合物は好適である。これにより、発光効率および耐久性が良好な発光デバイスを実現することができる。また、実施の形態1で説明する有機化合物をホスト材料に用いることができる。
アントラセン骨格を有する有機化合物としては、ジフェニルアントラセン骨格、特に9,10-ジフェニルアントラセン骨格を有する有機化合物が化学的に安定であるため好ましい。また、ホスト材料がカルバゾール骨格を有する場合、正孔の注入・輸送性が高まるため好ましい。特に、ホスト材料がジベンゾカルバゾール骨格を含む場合、カルバゾールよりもHOMO準位が0.1eV程度浅くなり、正孔が入りやすくなる上に、正孔輸送性にも優れ、耐熱性も高くなるため好適である。なお、正孔注入・輸送性の観点から、カルバゾール骨格に換えて、ベンゾフルオレン骨格またはジベンゾフルオレン骨格を用いてもよい。
したがって、9,10-ジフェニルアントラセン骨格およびカルバゾール骨格を共に有する物質、9,10-ジフェニルアントラセン骨格およびベンゾカルバゾール骨格を共に有する物質、9,10-ジフェニルアントラセン骨格およびジベンゾカルバゾール骨格を共に有する物質は、ホスト材料として好ましい。
例えば、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-(1-ナフチル)-10-[4-(2-ナフチル)フェニル]アントラセン(略称:αN-βNPAnth)、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)、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)、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)、等を用いることができる。
特に、CzPA、cgDBCzPA、2mBnfPPA、PCzPAは非常に良好な特性を示す。
[熱活性化遅延蛍光(TADF)を示す物質]
TADF材料をホスト材料に用いることができる。TADF材料をホスト材料に用いると、TADF材料で生成した三重項励起エネルギーを、逆項間交差によって一重項励起エネルギーに変換することができる。さらに、励起エネルギーを発光物質に移動することができる。換言すれば、TADF材料はエネルギードナーとして機能し、発光物質はエネルギーアクセプターとして機能する。これにより、発光デバイスの発光効率を高めることができる。
これは、上記発光物質が蛍光発光物質である場合に、非常に有効である。また、このとき、高い発光効率を得るためには、TADF材料のS1準位は、蛍光発光物質のS1準位より高いことが好ましい。また、TADF材料のT1準位は、蛍光発光物質のS1準位より高いことが好ましい。したがって、TADF材料のT1準位は、蛍光発光物質のT1準位より高いことが好ましい。
また、蛍光発光物質の最も低エネルギー側の吸収帯の波長と重なるような発光を呈するTADF材料を用いることが好ましい。そうすることで、TADF材料から蛍光発光物質への励起エネルギーの移動がスムーズとなり、効率よく発光が得られるため、好ましい。
また、効率よく三重項励起エネルギーから逆項間交差によって一重項励起エネルギーが生成されるためには、TADF材料でキャリア再結合が生じることが好ましい。また、TADF材料で生成した三重項励起エネルギーが蛍光発光物質の三重項励起エネルギーに移動しないことが好ましい。そのためには、蛍光発光物質は、蛍光発光物質が有する発光団(発光の原因となる骨格)の周囲に保護基を有すると好ましい。該保護基としては、π結合を有さない置換基が好ましく、飽和炭化水素が好ましく、具体的には炭素数3以上10以下のアルキル基、置換もしくは無置換の炭素数3以上10以下のシクロアルキル基、炭素数3以上10以下のトリアルキルシリル基が挙げられ、保護基が複数あるとさらに好ましい。π結合を有さない置換基は、キャリアを輸送する機能に乏しいため、キャリア輸送またはキャリア再結合に影響をほとんど与えずに、TADF材料と蛍光発光物質の発光団との距離を遠ざけることができる。
ここで、発光団とは、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。発光団は、π結合を有する骨格が好ましく、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。
縮合芳香環または縮合複素芳香環としては、フェナントレン骨格、スチルベン骨格、アクリドン骨格、フェノキサジン骨格、フェノチアジン骨格等が挙げられる。特に、ナフタレン骨格、アントラセン骨格、フルオレン骨格、クリセン骨格、トリフェニレン骨格、テトラセン骨格、ピレン骨格、ペリレン骨格、クマリン骨格、キナクリドン骨格、ナフトビスベンゾフラン骨格を有する蛍光発光物質は蛍光量子収率が高いため好ましい。
例えば、発光性の材料に用いることができるTADF材料を、ホスト材料に用いることができる。
[混合材料の構成例1]
また、複数種の物質を混合した材料を、ホスト材料に用いることができる。例えば、電子輸送性を有する材料と正孔輸送性を有する材料を、混合材料に用いることができる。混合材料に含まれる正孔輸送性を有する材料と電子輸送性を有する材料の重量比は、正孔輸送性を有する材料:電子輸送性を有する材料の比の値を1/19以上19/1以下とすればよい。これにより、層111Y(i,j)のキャリア輸送性を容易に調整することができる。また、再結合領域の制御も簡便に行うことができる。
[混合材料の構成例2]
りん光発光物質を混合した材料を、ホスト材料に用いることができる。りん光発光物質は、発光物質として蛍光発光物質を用いる際に蛍光発光物質へ励起エネルギーを供与するエネルギードナーとして用いることができる。
励起錯体を形成する材料を含む混合材料を、ホスト材料に用いることができる。例えば、形成される励起錯体の発光スペクトルが、発光物質の最も低エネルギー側の吸収帯の波長と重なる材料を、ホスト材料に用いることができる。これにより、エネルギー移動がスムーズとなり、発光効率を向上することができる。または、駆動電圧を抑制することができる。
励起錯体を形成する材料の少なくとも一方に、りん光発光物質を用いることができる。これにより、逆項間交差を利用することができる。または、三重項励起エネルギーを効率よく一重項励起エネルギーへ変換することができる。
励起錯体を形成する材料の組み合わせとしては、正孔輸送性を有する材料のHOMO準位が電子輸送性を有する材料のHOMO準位以上であると好ましい。または、正孔輸送性を有する材料のLUMO準位が電子輸送性を有する材料のLUMO準位以上であると好ましい。これにより、効率よく励起錯体を形成することができる。なお、材料のLUMO準位およびHOMO準位は、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。具体的には、サイクリックボルタンメトリ(CV)測定法を用いて、還元電位および酸化電位を測定することができる。
なお、励起錯体の形成は、例えば正孔輸送性を有する材料の発光スペクトル、電子輸送性を有する材料の発光スペクトル、およびこれら材料を混合した混合膜の発光スペクトルを比較し、混合膜の発光スペクトルが、各材料の発光スペクトルよりも長波長シフトする(あるいは長波長側に新たなピークを持つ)現象を観測することにより確認することができる。あるいは、正孔輸送性を有する材料の過渡フォトルミネッセンス(PL)、電子輸送性を有する材料の過渡PL、及びこれら材料を混合した混合膜の過渡PLを比較し、混合膜の過渡PL寿命が、各材料の過渡PL寿命よりも長寿命成分を有する、あるいは遅延成分の割合が大きくなるなどの過渡応答の違いを観測することにより、確認することができる。また、上述の過渡PLは過渡エレクトロルミネッセンス(EL)と読み替えても構わない。すなわち、正孔輸送性を有する材料の過渡EL、電子輸送性を有する材料の過渡EL及びこれらの混合膜の過渡ELを比較し、過渡応答の違いを観測することによっても、励起錯体の形成を確認することができる。
《層112Y(i,j)の構成例》
例えば、正孔輸送性を有する材料を、層112Y(i,j)に用いることができる。また、層112Y(i,j)を正孔輸送層ということができる。なお、層111Y(i,j)に含まれる発光性の材料より大きいバンドギャップを備える材料を、層112Y(i,j)に用いる構成が好ましい。これにより、層111Y(i,j)において生じる励起子から層112Y(i,j)へのエネルギー移動を、抑制することができる。なお、実施の形態2において説明する層112に用いることができる構成を層112Y(i,j)に用いることができる。
《層113Y(i,j)の構成例》
例えば、電子輸送性を有する材料、アントラセン骨格を有する材料および混合材料等を、層113Y(i,j)に用いることができる。また、層113Y(i,j)を電子輸送層ということができる。なお、層111Y(i,j)に含まれる発光性の材料より大きいバンドギャップを有する材料を、層113Y(i,j)に用いる構成が好ましい。これにより、層111Y(i,j)において生じる励起子から層113Y(i,j)へのエネルギー移動を、抑制することができる。なお、実施の形態2において説明する層113に用いることができる構成を層113Y(i,j)に用いることができる。
なお、本実施の形態は、本明細書で示す他の実施の形態と適宜組み合わせることができる。
(実施の形態8)
本実施の形態では、本発明の一態様の表示装置700の構成について、図4(A)および図4(B)を参照しながら説明する。
図4(A)は、本発明の一態様の表示装置700の構成を説明する断面図であり、図4(B)は、図4(A)とは異なる本発明の一態様の表示装置700の構成を説明する断面図である。
<表示装置700の構成例1>
本実施の形態で説明する表示装置700は、発光デバイス550X(i,j)と、光電変換デバイス550S(i,j)とを有する(図4(A)参照)。光電変換デバイス550S(i,j)は、発光デバイス550X(i,j)と隣接する。
また、表示装置700は絶縁膜521を有し、発光デバイス550X(i,j)および光電変換デバイス550S(i,j)は、絶縁膜521上に形成される。
《発光デバイス550X(i,j)の構成例》
発光デバイス550X(i,j)は、電極551X(i,j)と、電極552X(i,j)と、ユニット103X(i,j)を有する。また、層104および層105を有する。
例えば、実施の形態2乃至実施の形態6において説明する発光デバイスを、発光デバイス550X(i,j)に用いることができる。具体的には、電極551Xに用いることができる構成を電極551X(i,j)に用いることができる。また、ユニット103Xに用いることができる構成をユニット103X(i,j)に用いることができる。また、層104に用いることができる構成を層104に用いることができ、層105に用いることができる構成を層105に用いることができる。
《光電変換デバイス550S(i,j)の構成例1》
光電変換デバイス550S(i,j)は、電極551S(i,j)と、電極552S(i,j)と、ユニット103S(i,j)と、を有する。電極552S(i,j)は電極551S(i,j)と重なり、ユニット103S(i,j)は、電極552S(i,j)および電極551S(i,j)の間に挟まれる。
電極551S(i,j)は、ユニット103S(i,j)および絶縁膜521の間に挟まれ、電極551S(i,j)は、電極551X(i,j)との間に間隙551XS(i,j)を備える。
《ユニット103S(i,j)の構成例1》
ユニット103S(i,j)は光hvを吸収して、一方の電極に電子を、他方の電極に正孔を供給する。例えば、ユニット103S(i,j)は電極551S(i,j)に正孔を、電極552S(i,j)に電子を供給する。
ユニット103S(i,j)は単層構造または積層構造を備える。例えば、ユニット103S(i,j)は、層114S(i,j)、層112および層113を備える(図4(A)参照)。層114S(i,j)は層112および層113の間に挟まれ、層112は電極551S(i,j)および層114S(i,j)の間に挟まれ、層113は電極552S(i,j)および層114S(i,j)の間に挟まれる。
例えば、光電変換層、正孔輸送層、電子輸送層、キャリアブロック層、などの機能層から選択した層を、ユニット103Sに用いることができる。
《層114S(i,j)の構成例1》
層114S(i,j)を光電変換層ということができる。層114S(i,j)は光hvを吸収し、一方に接する層に電子を、他方に接する層に正孔を供給する。例えば、層114S(i,j)は層112に正孔を、層113に電子を供給する。例えば、有機太陽電池に用いることができる材料を、層114S(i,j)に用いることができる。具体的には、電子受容性の材料および電子供与性の材料を、層114S(i,j)に用いることができる。
[電子受容性の材料の例]
例えば、フラーレン誘導体、非フラーレン電子受容体等を電子受容性の材料に用いることができる。
電子受容性の材料としては、例えば、C60フラーレン、C70フラーレン、[6,6]-フェニル-C71-酪酸メチルエステル(略称:PC71BM)、[6,6]-フェニル-C61-酪酸メチルエステル(略称:PC61BM)、1’,1’’,4’,4’’-テトラヒドロ-ジ[1,4]メタノナフタレノ[1,2:2’,3’,56,60:2’’,3’’][5,6]フラーレン-C60(略称:ICBA)等を用いることができる。
また、非フラーレン電子受容体としては、例えば、ペリレン誘導体、ジシアノメチレンインダノン基を有する化合物、等を用いることができる。N,N’-ジメチル-3,4,9,10-ペリレンテトラカルボン酸ジイミド(略称:Me-PTCDI)、等を用いることができる。
[電子供与性の材料の例]
例えば、フタロシアニン化合物、テトラセン誘導体、キナクリドン誘導体、ルブレン誘導体、等を電子供与性の材料に用いることができる。
電子供与性の材料としては、例えば、銅(II)フタロシアニン(略称:CuPc)、すず(II)フタロシアニン(略称:SnPc)、亜鉛フタロシアニン(略称:ZnPc)、テトラフェニルジベンゾペリフランテン(略称:DBP)、ルブレン等を用いることができる。
《層114S(i,j)の構成例2》
例えば、単層構造または積層構造を層114S(i,j)に用いることができる。具体的には、バルクヘテロ接合型の構造を層114S(i,j)に用いることができる。または、ヘテロ接合型の構造を層114S(i,j)に用いることができる。
[混合材料の構成例]
例えば、電子受容性の材料および電子供与性の材料を含む混合材料を層114S(i,j)に用いることができる(図4(A)参照)。なお、電子受容性の材料および電子供与性の材料を含む混合材料を層114S(i,j)に用いる構成をバルクヘテロ接合型ということができる。
具体的には、C70フラーレンおよびDBPを含む混合材料を層114S(i,j)に用いることができる。
[ヘテロ接合型の例]
層114N(i,j)および層114P(i,j)を層114S(i,j)に用いることができる(図4(B)参照)。層114N(i,j)は一方の電極および層114P(i,j)の間に挟まれ、層114P(i,j)は層114N(i,j)および他方の電極の間に挟まれる。例えば、層114N(i,j)は電極552S(i,j)および層114P(i,j)の間に挟まれ、層114P(i,j)は層114N(i,j)および電極551S(i,j)の間に挟まれる。
n型の半導体を層114N(i,j)に用いることができる。例えば、Me-PTCDIを層114N(i,j)に用いることができる。
また、p型の半導体を層114P(i,j)に用いることができる。例えば、ルブレンを層114P(i,j)に用いることができる。
なお、層114P(i,j)が層114N(i,j)と接する構成を備える光電変換デバイス550S(i,j)を、PN接合型のフォトダイオードということができる。
なお、本実施の形態は、本明細書で示す他の実施の形態と適宜組み合わせることができる。
(実施の形態9)
本実施の形態では、実施の形態2乃至実施の形態6のいずれか一に記載の発光デバイスを用いた発光装置について説明する。
本実施の形態では、実施の形態2乃至実施の形態6のいずれか一に記載の発光デバイスを用いて作製された発光装置について図5を用いて説明する。なお、図5(A)は、発光装置を示す上面図、図5(B)は図5(A)をA-BおよびC-Dで切断した断面図である。この発光装置は、発光デバイスの発光を制御するものとして、点線で示された画素部602および駆動回路部を有し、駆動回路部はソース線駆動回路601およびゲート線駆動回路603を含んでいる。また、発光装置は封止基板604およびシール材605を備え、シール材605は空間607を囲む。
なお、引き回し配線608はソース線駆動回路601及びゲート線駆動回路603に入力される信号を伝送するための配線であり、外部入力端子609となるFPC(フレキシブルプリントサーキット)からビデオ信号、クロック信号、スタート信号、リセット信号等を受け取る。なお、ここではFPCしか図示されていないが、このFPCにはプリント配線基板(PWB)が取り付けられていても良い。本明細書における発光装置には、発光装置本体だけでなく、それにFPCもしくはPWBが取り付けられた状態をも含むものとする。
次に、断面構造について図5(B)を用いて説明する。素子基板610上には駆動回路部及び画素部が形成されているが、ここでは、駆動回路部であるソース線駆動回路601と、画素部602中の一つの画素が示されている。
素子基板610はガラス、石英、有機樹脂、金属、合金、半導体などからなる基板の他、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て作製すればよい。
画素または駆動回路に用いられるトランジスタの構造は特に限定されない。例えば、逆スタガ型のトランジスタとしてもよいし、スタガ型のトランジスタとしてもよい。また、トップゲート型のトランジスタでもボトムゲート型トランジスタでもよい。トランジスタに用いる半導体材料は特に限定されず、例えば、シリコン、ゲルマニウム、炭化シリコン、窒化ガリウム等を用いることができる。または、In-Ga-Zn系金属酸化物などの、インジウム、ガリウム、亜鉛のうち少なくとも一つを含む酸化物半導体を用いてもよい。
トランジスタに用いる半導体材料の結晶性についても特に限定されず、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。結晶性を有する半導体を用いると、トランジスタ特性の劣化を抑制できるため好ましい。
ここで、上記画素または駆動回路に設けられるトランジスタの他、後述するタッチセンサ等に用いられるトランジスタなどの半導体装置には、酸化物半導体を適用することが好ましい。特にシリコンよりもバンドギャップの広い酸化物半導体を適用することが好ましい。シリコンよりもバンドギャップの広い酸化物半導体を用いることで、トランジスタのオフ状態における電流を低減できる。
上記酸化物半導体は、少なくともインジウム(In)又は亜鉛(Zn)を含むことが好ましい。また、In-M-Zn系酸化物(MはAl、Ti、Ga、Ge、Y、Zr、Sn、La、CeまたはHf等の金属)で表記される酸化物を含む酸化物半導体であることがより好ましい。
特に、半導体層として、複数の結晶部を有し、当該結晶部はc軸が半導体層の被形成面、または半導体層の上面に対し垂直に配向し、且つ隣接する結晶部間には粒界を有さない酸化物半導体膜を用いることが好ましい。
半導体層としてこのような材料を用いることで、電気特性の変動が抑制され、信頼性の高いトランジスタを実現できる。
また、上述の半導体層を有するトランジスタはその低いオフ電流により、トランジスタを介して容量に蓄積した電荷を長期間に亘って保持することが可能である。このようなトランジスタを画素に適用することで、各表示領域に表示した画像の階調を維持しつつ、駆動回路を停止することも可能となる。その結果、極めて消費電力の低減された電子機器を実現できる。
トランジスタの特性安定化等のため、下地膜を設けることが好ましい。下地膜としては、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、窒化酸化シリコン膜などの無機絶縁膜を用い、単層で又は積層して作製することができる。下地膜はスパッタリング法、CVD(Chemical Vapor Deposition)法(プラズマCVD法、熱CVD法、MOCVD(Metal Organic CVD)法など)、ALD(Atomic Layer Deposition)法、塗布法、印刷法等を用いて形成できる。なお、下地膜は、必要で無ければ設けなくてもよい。
なお、FET623はソース線駆動回路601に形成されるトランジスタの一つを示すものである。また、駆動回路は、種々のCMOS回路、PMOS回路もしくはNMOS回路で形成すれば良い。また、本実施の形態では、基板上に駆動回路を形成したドライバ一体型を示すが、必ずしもその必要はなく、駆動回路を基板上ではなく外部に形成することもできる。
また、画素部602はスイッチング用FET611と、電流制御用FET612とそのドレインに電気的に接続された第1の電極613とを含む複数の画素により形成されているが、これに限定されず、3つ以上のFETと、容量素子とを組み合わせた画素部としてもよい。
なお、第1の電極613の端部を覆って絶縁物614が形成されている。ここでは、ポジ型の感光性アクリル樹脂膜を用いることにより形成することができる。
また、後に形成するEL層等の被覆性を良好なものとするため、絶縁物614の上端部または下端部に曲率を有する曲面が形成されるようにする。例えば、絶縁物614の材料としてポジ型の感光性アクリル樹脂を用いた場合、絶縁物614の上端部のみに曲率半径(0.2μm以上3μm以下)を有する曲面を持たせることが好ましい。また、絶縁物614として、ネガ型の感光性樹脂、或いはポジ型の感光性樹脂のいずれも使用することができる。
第1の電極613上には、EL層616、および第2の電極617がそれぞれ形成されている。ここで、陽極として機能する第1の電極613に用いる材料としては、仕事関数の大きい材料を用いることが望ましい。例えば、ITO膜、またはケイ素を含有したインジウム錫酸化物膜、2wt%以上20wt%以下の酸化亜鉛を含む酸化インジウム膜、窒化チタン膜、クロム膜、タングステン膜、Zn膜、Pt膜などの単層膜の他、窒化チタン膜とアルミニウムを主成分とする膜との積層、窒化チタン膜とアルミニウムを主成分とする膜と窒化チタン膜との3層構造等を用いることができる。なお、積層構造とすると、配線としての抵抗も低く、良好なオーミックコンタクトがとれ、さらに陽極として機能させることができる。
また、EL層616は、蒸着マスクを用いた蒸着法、インクジェット法、スピンコート法等の種々の方法によって形成される。EL層616は、実施の形態2乃至実施の形態6のいずれか一で説明したような構成を含んでいる。また、EL層616を構成する他の材料としては、低分子化合物、または高分子化合物(オリゴマー、デンドリマーを含む)であっても良い。
さらに、EL層616上に形成され、陰極として機能する第2の電極617に用いる材料としては、仕事関数の小さい材料(Al、Mg、Li、Ca、またはこれらの合金または化合物(MgAg、MgIn、AlLi等)等)を用いることが好ましい。なお、EL層616で生じた光が第2の電極617を透過させる場合には、第2の電極617として、膜厚を薄くした金属薄膜と、透明導電膜(ITO、2wt%以上20wt%以下の酸化亜鉛を含む酸化インジウム、ケイ素を含有したインジウム錫酸化物、酸化亜鉛(ZnO)等)との積層を用いるのが良い。
なお、第1の電極613、EL層616、第2の電極617でもって、発光デバイスが形成されている。当該発光デバイスは実施の形態2乃至実施の形態6のいずれか一に記載の発光デバイスである。なお、画素部は複数の発光デバイスが形成されており、本実施の形態における発光装置では、実施の形態2乃至実施の形態6のいずれか一に記載の発光デバイスと、それ以外の構成を有する発光デバイスの両方が混在していても良い。
さらにシール材605で封止基板604を素子基板610と貼り合わせることにより、素子基板610、封止基板604、およびシール材605で囲まれた空間607に発光デバイス618が備えられた構造になっている。なお、空間607は、不活性気体(窒素またはアルゴン等)が充填される場合の他、シール材で充填される場合もある。封止基板には凹部を形成し、そこに乾燥材を設けることで水分の影響による劣化を抑制することができ、好ましい構成である。
なお、シール材605にはエポキシ系樹脂またはガラスフリットを用いるのが好ましい。また、これらの材料はできるだけ水分および酸素を透過しない材料であることが望ましい。また、封止基板604に用いる材料としてガラス基板または石英基板の他、FRP、PVF、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。
図5(A)および図5(B)には示されていないが、第2の電極617上に保護膜を設けても良い。保護膜は有機樹脂膜または無機絶縁膜で形成すればよい。また、シール材605の露出した部分を覆うように、保護膜が形成されていても良い。また、保護膜は、一対の基板の表面及び側面、封止層、絶縁層、等の露出した側面を覆って設けることができる。
保護膜には、水などの不純物を透過しにくい材料を用いることができる。したがって、水などの不純物が外部から内部に拡散することを効果的に抑制することができる。
保護膜を構成する材料としては、酸化物、窒化物、フッ化物、硫化物、三元化合物、金属またはポリマー等を用いることができ、例えば、酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、ハフニウムシリケート、酸化ランタン、酸化珪素、チタン酸ストロンチウム、酸化タンタル、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化ニオブ、酸化ジルコニウム、酸化スズ、酸化イットリウム、酸化セリウム、酸化スカンジウム、酸化エルビウム、酸化バナジウムまたは酸化インジウム等を含む材料または窒化アルミニウム、窒化ハフニウム、窒化珪素、窒化タンタル、窒化チタン、窒化ニオブ、窒化モリブデン、窒化ジルコニウムまたは窒化ガリウム等を含む材料、チタンおよびアルミニウムを含む窒化物、チタンおよびアルミニウムを含む酸化物、アルミニウムおよび亜鉛を含む酸化物、マンガンおよび亜鉛を含む硫化物、セリウムおよびストロンチウムを含む硫化物、エルビウムおよびアルミニウムを含む酸化物、イットリウムおよびジルコニウムを含む酸化物等を含む材料を用いることができる。
保護膜は、段差被覆性(ステップカバレッジ)の良好な成膜方法を用いて形成することが好ましい。このような手法の一つに、原子層堆積法がある。ALD法を用いて形成することができる材料を、保護膜に用いることが好ましい。ALD法を用いることで緻密な、クラックまたはピンホールなどの欠陥が低減された、または均一な厚さを備える保護膜を形成することができる。また、保護膜を形成する際に加工部材に与える損傷を、低減することができる。
例えばALD法を用いて保護膜を形成することで、複雑な凹凸形状を有する表面または、タッチパネルの上面、側面及び裏面にまで均一で欠陥の少ない保護膜を形成することができる。
以上のようにして、実施の形態2乃至実施の形態6のいずれか一に記載の発光デバイスを用いて作製された発光装置を得ることができる。
本実施の形態における発光装置は、実施の形態2乃至実施の形態6のいずれか一に記載の発光デバイスを用いているため、良好な特性を備えた発光装置を得ることができる。具体的には、実施の形態2乃至実施の形態6のいずれか一に記載の発光デバイスは発光効率が良好なため、消費電力の小さい発光装置とすることが可能である。
図6(A)および図6(B)には白色発光を呈する発光デバイスを形成し、着色層(カラーフィルタ)等を設けることによってフルカラー化した発光装置の例を示す。図6(A)には基板1001、下地絶縁膜1002、ゲート絶縁膜1003、ゲート電極1006、ゲート電極1007、ゲート電極1008、第1の層間絶縁膜1020、第2の層間絶縁膜1021、周辺部1042、画素部1040、駆動回路部1041、発光デバイスの電極1024W、電極1024R、電極1024G、電極1024B、隔壁1025、EL層1028、発光デバイスの電極1029、封止基板1031、シール材1032などが図示されている。
また、図6(A)では着色層(赤色の着色層1034R、緑色の着色層1034G、青色の着色層1034B)は透明な基材1033に設けている。また、ブラックマトリクス1035をさらに設けても良い。着色層及びブラックマトリクスが設けられた透明な基材1033は、位置合わせし、基板1001に固定する。なお、着色層、及びブラックマトリクス1035は、オーバーコート層1036で覆われている。また、図6(A)においては、光が着色層を透過せずに外部へと出る発光層と、各色の着色層を透過して外部に光が出る発光層とがあり、着色層を透過しない光は白、着色層を透過する光は赤、緑、青となることから、4色の画素で映像を表現することができる。
図6(B)では着色層(赤色の着色層1034R、緑色の着色層1034G、青色の着色層1034B)をゲート絶縁膜1003と第1の層間絶縁膜1020との間に形成する例を示した。このように、着色層は基板1001と封止基板1031の間に設けられていても良い。
また、以上に説明した発光装置では、FETが形成されている基板1001側に光を取り出す構造(ボトムエミッション型)の発光装置としたが、封止基板1031側に発光を取り出す構造(トップエミッション型)の発光装置としても良い。トップエミッション型の発光装置の断面図を図7に示す。この場合、基板1001は光を通さない基板を用いることができる。FETと発光デバイスの陽極とを接続する接続電極を作製するまでは、ボトムエミッション型の発光装置と同様に形成する。その後、第3の層間絶縁膜1037を、電極1022を覆って形成する。この絶縁膜は平坦化の役割を担っていても良い。第3の層間絶縁膜1037は第2の層間絶縁膜と同様の材料の他、他の公知の材料を用いて形成することができる。
発光デバイスの電極1024W、電極1024R、電極1024G、電極1024Bはここでは陽極とするが、陰極であっても構わない。また、図7のようなトップエミッション型の発光装置である場合、電極1024W、電極1024R、電極1024G、電極1024Bを反射電極とすることが好ましい。EL層1028の構成は、実施の形態2乃至実施の形態6のいずれか一においてユニット103として説明したような構成とし、且つ、白色の発光が得られるような素子構造とする。
図7のようなトップエミッションの構造では着色層(赤色の着色層1034R、緑色の着色層1034G、青色の着色層1034B)を設けた封止基板1031で封止を行うことができる。封止基板1031には画素と画素との間に位置するようにブラックマトリクス1035を設けても良い。着色層(赤色の着色層1034R、緑色の着色層1034G、青色の着色層1034B)またはブラックマトリックスはオーバーコート層1036によって覆われていても良い。なお封止基板1031は透光性を有する基板を用いることとする。また、ここでは赤、緑、青、白の4色でフルカラー表示を行う例を示したが特に限定されず、赤、黄、緑、青の4色または赤、緑、青の3色でフルカラー表示を行ってもよい。
トップエミッション型の発光装置では、マイクロキャビティ構造の適用が好適に行える。マイクロキャビティ構造を有する発光デバイスは、第1の電極を反射電極、第2の電極を半透過・半反射電極とすることにより得られる。反射電極と半透過・半反射電極との間には少なくともEL層を有し、少なくとも発光領域となる発光層を有している。
なお、反射電極は、可視光の反射率が40%乃至100%、好ましくは70%乃至100%であり、かつその抵抗率が1×10-2Ωcm以下の膜であるとする。また、半透過・半反射電極は、可視光の反射率が20%乃至80%、好ましくは40%乃至70%であり、かつその抵抗率が1×10-2Ωcm以下の膜であるとする。
EL層に含まれる発光層から射出される発光は、反射電極と半透過・半反射電極とによって反射され、共振する。
当該発光デバイスは、透明導電膜または上述の複合材料、キャリア輸送材料などの厚みを変えることで反射電極と半透過・半反射電極の間の光学的距離を変えることができる。これにより、反射電極と半透過・半反射電極との間において、共振する波長の光を強め、共振しない波長の光を減衰させることができる。
なお、反射電極によって反射されて戻ってきた光(第1の反射光)は、発光層から半透過・半反射電極に直接入射する光(第1の入射光)と大きな干渉を起こすため、反射電極と発光層の光学的距離を(2n-1)λ/4(ただし、nは1以上の自然数、λは増幅したい発光の波長)に調節することが好ましい。当該光学的距離を調節することにより、第1の反射光と第1の入射光との位相を合わせ発光層からの発光をより増幅させることができる。
なお、上記構成においてEL層は、複数の発光層を有する構造であっても、単一の発光層を有する構造であっても良く、例えば、上述のタンデム型発光デバイスの構成と組み合わせて、一つの発光デバイスに電荷発生層を挟んで複数のEL層を設け、それぞれのEL層に単数もしくは複数の発光層を形成する構成に適用してもよい。
マイクロキャビティ構造を有することで、特定波長の発光強度を強めることが可能となるため、低消費電力化を図ることができる。なお、赤、黄、緑、青の4色の副画素で映像を表示する発光装置の場合、黄色発光による輝度向上効果のうえ、全副画素において各色の波長に合わせたマイクロキャビティ構造を適用できるため良好な特性の発光装置とすることができる。
本実施の形態における発光装置は、実施の形態2乃至実施の形態6のいずれか一に記載の発光デバイスを用いているため、良好な特性を備えた発光装置を得ることができる。具体的には、実施の形態2乃至実施の形態6のいずれか一に記載の発光デバイスは発光効率が良好なため、消費電力の小さい発光装置とすることが可能である。
ここまでは、アクティブマトリクス型の発光装置について説明したが、以下からはパッシブマトリクス型の発光装置について説明する。図8(A)および図8(B)には本発明を適用して作製したパッシブマトリクス型の発光装置を示す。なお、図8(A)は、発光装置を示す斜視図、図8(B)は図8(A)をX-Yで切断した断面図である。図8(A)および図8(B)において、基板951上には、電極952と電極956との間にはEL層955が設けられている。電極952の端部は絶縁層953で覆われている。そして、絶縁層953上には隔壁層954が設けられている。隔壁層954の側壁は、基板面に近くなるに伴って、一方の側壁と他方の側壁との間隔が狭くなっていくような傾斜を有する。つまり、隔壁層954の短辺方向の断面は、台形状であり、底辺(絶縁層953の面方向と同様の方向を向き、絶縁層953と接する辺)の方が上辺(絶縁層953の面方向と同様の方向を向き、絶縁層953と接しない辺)よりも短い。このように、隔壁層954を設けることで、静電気等に起因した発光デバイスの不良を防ぐことが出来る。また、パッシブマトリクス型の発光装置においても、実施の形態2乃至実施の形態6のいずれか一に記載の発光デバイスを用いており、信頼性の良好な発光装置、又は消費電力の小さい発光装置とすることができる。
以上、説明した発光装置は、マトリクス状に配置された多数の微小な発光デバイスをそれぞれ制御することが可能であるため、画像の表現を行う表示装置として好適に利用できる発光装置である。
また、本実施の形態は他の実施の形態と自由に組み合わせることができる。
(実施の形態10)
本実施の形態では、実施の形態2乃至実施の形態6のいずれか一に記載の発光デバイスを照明装置として用いる例を、図9を参照しながら説明する。図9(B)は照明装置の上面図、図9(A)は図9(B)におけるe-fで切断した断面図である。
本実施の形態における照明装置は、支持体である透光性を有する基板400上に、第1の電極401が形成されている。第1の電極401は実施の形態2乃至実施の形態6のいずれか一における電極551Xに相当する。第1の電極401側から発光を取り出す場合、第1の電極401は透光性を有する材料により形成する。
第2の電極404に電圧を供給するためのパッド412が基板400上に形成される。
第1の電極401上にはEL層403が形成されている。EL層403は実施の形態2乃至実施の形態6のいずれか一における層104、ユニット103および層105を合わせた構成または層104、ユニット103X、層106、ユニット103X2および層105を合わせた構成などに相当する。なお、これらの構成については当該記載を参照されたい。
EL層403を覆って第2の電極404を形成する。第2の電極404は実施の形態2乃至実施の形態6のいずれか一における電極552Xに相当する。発光を第1の電極401側から取り出す場合、第2の電極404は反射率の高い材料によって形成される。第2の電極404はパッド412と接続することによって、電圧が供給される。
以上、第1の電極401、EL層403、及び第2の電極404を有する発光デバイスを本実施の形態で示す照明装置は有している。当該発光デバイスは発光効率の高い発光デバイスであるため、本実施の形態における照明装置は消費電力の小さい照明装置とすることができる。
以上の構成を有する発光デバイスが形成された基板400と、封止基板407とを、シール材405およびシール材406を用いて固着し、封止することによって照明装置が完成する。シール材405およびシール材406はどちらか一方でもかまわない。また、内側のシール材406(図9(B)では図示せず)には乾燥剤を混ぜることもでき、これにより、水分を吸着することができ、信頼性の向上につながる。
また、パッド412と第1の電極401の一部をシール材405、シール材406の外に伸張して設けることによって、外部入力端子とすることができる。また、その上にコンバーターなどを搭載したICチップ420などを設けても良い。
以上、本実施の形態に記載の照明装置は、実施の形態2乃至実施の形態6のいずれか一に記載の発光デバイスを備えており、消費電力の小さい照明装置とすることができる。
(実施の形態11)
本実施の形態では、実施の形態2乃至実施の形態6のいずれか一に記載の発光デバイスをその一部に含む電子機器の例について説明する。実施の形態2乃至実施の形態6のいずれか一に記載の発光デバイスは発光効率が良好であり、消費電力の小さい発光デバイスである。その結果、本実施の形態に記載の電子機器は、消費電力が小さい発光部を有する電子機器とすることが可能である。
上記発光デバイスを適用した電子機器として、例えば、テレビジョン装置(テレビ、またはテレビジョン受信機ともいう)、コンピュータ用などのモニタ、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラ、デジタルフォトフレーム、携帯電話機(携帯電話、携帯電話装置ともいう)、携帯型ゲーム機、携帯情報端末、音響再生装置、パチンコ機などの大型ゲーム機などが挙げられる。これらの電子機器の具体例を以下に示す。
図10(A)は、テレビジョン装置の一例を示している。テレビジョン装置は、筐体7101に表示部7103が組み込まれている。また、ここでは、スタンド7105により筐体7101を支持した構成を示している。表示部7103により、映像を表示することが可能であり、表示部7103は、実施の形態2乃至実施の形態6のいずれか一に記載の発光デバイスをマトリクス状に配列して構成されている。
テレビジョン装置の操作は、筐体7101が備える操作スイッチまたは、別体のリモコン操作機7110により行うことができる。リモコン操作機7110が備える操作キー7109により、チャンネルまたは音量の操作を行うことができ、表示部7103に表示される映像を操作することができる。また、表示部7107をリモコン操作機7110に設け、出力する情報を表示してもよい。
なお、テレビジョン装置は、受信機またはモデムなどを備えた構成とする。受信機により一般のテレビ放送の受信を行うことができ、さらにモデムを介して有線または無線による通信ネットワークに接続することにより、一方向(送信者から受信者)または双方向(送信者と受信者間、あるいは受信者間同士など)の情報通信を行うことも可能である。
図10(B)はコンピュータであり、本体7201、筐体7202、表示部7203、キーボード7204、外部接続ポート7205、ポインティングデバイス7206等を含む。なお、このコンピュータは、実施の形態2乃至実施の形態6のいずれか一に記載の発光デバイスをマトリクス状に配列して表示部7203に用いることにより作製される。図10(B)のコンピュータは、図10(C)のような形態であっても良い。図10(C)のコンピュータは、キーボード7204、ポインティングデバイス7206の代わりに第2の表示部7210が設けられている。第2の表示部7210はタッチパネル式となっており、第2の表示部7210に表示された入力用の表示を指または専用のペンで操作することによって入力を行うことができる。また、第2の表示部7210は入力用表示だけでなく、その他の画像を表示することも可能である。また表示部7203もタッチパネルであっても良い。二つの画面がヒンジで接続されていることによって、収納または運搬をする際に画面を傷つける、破損するなどのトラブルの発生も防止することができる。
図10(D)は、携帯端末の一例を示している。携帯端末は、筐体7401に組み込まれた表示部7402の他、操作ボタン7403、外部接続ポート7404、スピーカ7405、マイク7406などを備えている。なお、携帯端末は、実施の形態2乃至実施の形態6のいずれか一に記載の発光デバイスをマトリクス状に配列して作製された表示部7402を有している。
図10(D)に示す携帯端末は、表示部7402を指などで触れることで、情報を入力することができる構成とすることもできる。この場合、電話を掛ける、或いはメールを作成するなどの操作は、表示部7402を指などで触れることにより行うことができる。
表示部7402の画面は主として3つのモードがある。第1は、画像の表示を主とする表示モードであり、第2は、文字等の情報の入力を主とする入力モードである。第3は表示モードと入力モードの2つのモードが混合した表示+入力モードである。
例えば、電話を掛ける、或いはメールを作成する場合は、表示部7402を文字の入力を主とする文字入力モードとし、画面に表示させた文字の入力操作を行えばよい。この場合、表示部7402の画面のほとんどにキーボードまたは番号ボタンを表示させることが好ましい。
また、携帯端末内部に、ジャイロセンサ、加速度センサ等の傾きを検出するセンサを有する検出装置を設けることで、携帯端末の向き(縦か横か)を判断して、表示部7402の画面表示を自動的に切り替えるようにすることができる。
また、画面モードの切り替えは、表示部7402を触れること、又は筐体7401の操作ボタン7403の操作により行われる。また、表示部7402に表示される画像の種類によって切り替えるようにすることもできる。例えば、表示部に表示する画像信号が動画のデータであれば表示モード、テキストデータであれば入力モードに切り替える。
また、入力モードにおいて、表示部7402の光センサで検出される信号を検知し、表示部7402のタッチ操作による入力が一定期間ない場合には、画面のモードを入力モードから表示モードに切り替えるように制御してもよい。
表示部7402は、イメージセンサとして機能させることもできる。例えば、表示部7402に掌または指で触れ、掌紋、指紋等を撮像することで、本人認証を行うことができる。また、表示部に近赤外光を発光するバックライトまたは近赤外光を発光するセンシング用光源を用いれば、指静脈、掌静脈などを撮像することもできる。
図11(A)は、掃除ロボットの一例を示す模式図である。
掃除ロボット5100は、上面に配置されたディスプレイ5101、側面に配置された複数のカメラ5102、ブラシ5103、操作ボタン5104を有する。また図示されていないが、掃除ロボット5100の下面には、タイヤ、吸い込み口等が備えられている。掃除ロボット5100は、その他に赤外線センサ、超音波センサ、加速度センサ、ピエゾセンサ、光センサ、ジャイロセンサなどの各種センサを備えている。また、掃除ロボット5100は、無線による通信手段を備えている。
掃除ロボット5100は自走し、ゴミ5120を検知し、下面に設けられた吸い込み口からゴミを吸引することができる。
また、掃除ロボット5100はカメラ5102が撮影した画像を解析し、壁、家具または段差などの障害物の有無を判断することができる。また、画像解析により、配線などブラシ5103に絡まりそうな物体を検知した場合は、ブラシ5103の回転を止めることができる。
ディスプレイ5101には、バッテリーの残量または、吸引したゴミの量などを表示することができる。掃除ロボット5100が走行した経路をディスプレイ5101に表示させてもよい。また、ディスプレイ5101をタッチパネルとし、操作ボタン5104をディスプレイ5101に設けてもよい。
掃除ロボット5100は、スマートフォンなどの携帯電子機器5140と通信することができる。カメラ5102が撮影した画像は、携帯電子機器5140に表示させることができる。そのため、掃除ロボット5100の持ち主は、外出先からでも、部屋の様子を知ることができる。また、ディスプレイ5101の表示をスマートフォンなどの携帯電子機器5140で確認することもできる。
本発明の一態様の発光装置はディスプレイ5101に用いることができる。
図11(B)に示すロボット2100は、演算装置2110、マイクロフォン2102、上部カメラ2103、スピーカ2104、ディスプレイ2105、下部カメラ2106および障害物センサ2107、移動機構2108を備える。
マイクロフォン2102は、使用者の話し声及び環境音等を検知する機能を有する。また、スピーカ2104は、音声を発する機能を有する。ロボット2100は、マイクロフォン2102およびスピーカ2104を用いて、使用者とコミュニケーションをとることが可能である。
ディスプレイ2105は、種々の情報の表示を行う機能を有する。ロボット2100は、使用者の望みの情報をディスプレイ2105に表示することが可能である。ディスプレイ2105は、タッチパネルを搭載していてもよい。また、ディスプレイ2105は取り外しのできる情報端末であっても良く、ロボット2100の定位置に設置することで、充電およびデータの受け渡しを可能とする。
上部カメラ2103および下部カメラ2106は、ロボット2100の周囲を撮像する機能を有する。また、障害物センサ2107は、移動機構2108を用いてロボット2100が前進する際の進行方向における障害物の有無を察知することができる。ロボット2100は、上部カメラ2103、下部カメラ2106および障害物センサ2107を用いて、周囲の環境を認識し、安全に移動することが可能である。本発明の一態様の発光装置はディスプレイ2105に用いることができる。
図11(C)はゴーグル型ディスプレイの一例を表す図である。ゴーグル型ディスプレイは、例えば、筐体5000、表示部5001、スピーカ5003、LEDランプ5004、操作キー(電源スイッチ、又は操作スイッチを含む)、接続端子5006、センサ5007(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5008、表示部5002、支持部5012、イヤホン5013等を有する。
本発明の一態様の発光装置は表示部5001および表示部5002に用いることができる。
図12は、実施の形態2乃至実施の形態6のいずれか一に記載の発光デバイスを、照明装置である電気スタンドに用いた例である。図12に示す電気スタンドは、筐体2001と、光源2002を有し、光源2002としては、実施の形態10に記載の照明装置を用いても良い。
図13は、実施の形態2乃至実施の形態6のいずれか一に記載の発光デバイスを、室内の照明装置3001として用いた例である。実施の形態2乃至実施の形態6のいずれか一に記載の発光デバイスは発光効率の高い発光デバイスであるため、消費電力の小さい照明装置とすることができる。また、実施の形態2乃至実施の形態6のいずれか一に記載の発光デバイスは大面積化が可能であるため、大面積の照明装置として用いることができる。また、実施の形態2乃至実施の形態6のいずれか一に記載の発光デバイスは、薄型であるため、薄型化した照明装置として用いることが可能となる。
実施の形態2乃至実施の形態6のいずれか一に記載の発光デバイスは、自動車のフロントガラスまたはダッシュボードにも搭載することができる。図14に実施の形態2乃至実施の形態6のいずれか一に記載の発光デバイスを自動車のフロントガラスまたはダッシュボードに用いる一態様を示す。表示領域5200乃至表示領域5203は実施の形態2乃至実施の形態6のいずれか一に記載の発光デバイスを用いて設けられた表示領域である。
表示領域5200と表示領域5201は自動車のフロントガラスに設けられた実施の形態2乃至実施の形態6のいずれか一に記載の発光デバイスを搭載した表示装置である。実施の形態2乃至実施の形態6のいずれか一に記載の発光デバイスは、第1の電極と第2の電極を透光性を有する電極で作製することによって、反対側が透けて見える、いわゆるシースルー状態の表示装置とすることができる。シースルー状態の表示であれば、自動車のフロントガラスに設置したとしても、視界の妨げになることなく設置することができる。なお、駆動のためのトランジスタなどを設ける場合には、有機半導体材料による有機トランジスタまたは、酸化物半導体を用いたトランジスタなど、透光性を有するトランジスタを用いると良い。
表示領域5202はピラー部分に設けられた実施の形態2乃至実施の形態6のいずれか一に記載の発光デバイスを搭載した表示装置である。表示領域5202には、車体に設けられた撮像手段からの映像を映し出すことによって、ピラーで遮られた視界を補完することができる。また、同様に、ダッシュボード部分に設けられた表示領域5203は車体によって遮られた視界を、自動車の外側に設けられた撮像手段からの映像を映し出すことによって、死角を補い、安全性を高めることができる。見えない部分を補完するように映像を映すことによって、より自然に違和感なく安全確認を行うことができる。
表示領域5203は、ナビゲーション情報、速度または回転、走行距離、燃料残量、ギア状態、空調の設定などを表示することで、様々な情報を提供することができる。表示は使用者の好みに合わせて適宜その表示項目またはレイアウトを変更することができる。なお、これら情報は表示領域5200乃至表示領域5202にも設けることができる。また、表示領域5200乃至表示領域5203は照明装置として用いることも可能である。
また、図15(A)乃至図15(C)に、折りたたみ可能な携帯情報端末9310を示す。図15(A)に展開した状態の携帯情報端末9310を示す。図15(B)に展開した状態又は折りたたんだ状態の一方から他方に変化する途中の状態の携帯情報端末9310を示す。図15(C)に折りたたんだ状態の携帯情報端末9310を示す。携帯情報端末9310は、折りたたんだ状態では可搬性に優れ、展開した状態では、継ぎ目のない広い表示領域により表示の一覧性に優れる。
表示パネル9311はヒンジ9313によって連結された3つの筐体9315に支持されている。なお、表示パネル9311は、タッチセンサ(入力装置)を搭載したタッチパネル(入出力装置)であってもよい。また、表示パネル9311は、ヒンジ9313を介して2つの筐体9315間を屈曲させることにより、携帯情報端末9310を展開した状態から折りたたんだ状態に可逆的に変形させることができる。本発明の一態様の発光装置を表示パネル9311に用いることができる。
なお、本実施の形態に示す構成は、実施の形態2乃至実施の形態6に示した構成を適宜組み合わせて用いることができる。
以上の様に実施の形態2乃至実施の形態6のいずれか一に記載の発光デバイスを備えた発光装置の適用範囲は極めて広く、この発光装置をあらゆる分野の電子機器に適用することが可能である。実施の形態2乃至実施の形態6のいずれか一に記載の発光デバイスを用いることにより消費電力の小さい電子機器を得ることができる。
なお、本実施の形態は、本明細書で示す他の実施の形態と適宜組み合わせることができる。
(合成例1)
本実施例では、本発明の一態様の有機化合物の物性および合成方法について説明する。具体的には、実施の形態1において構造式(029)で示す、2,9-ジ(1-ナフチル)-10-フェニルアントラセン-1,3,4,5,6,7,8-d7(略称:2αN-αNPhA-d7)の合成方法について説明する。なお、2αN-αNPhA-d7の構造を以下に示す。
Figure 2023020998000019
<ステップ1:2-ブロモアントラセン-1,3,4,5,6,7,8,9,10-d9の合成>
2.6g(10mmol)の2-ブロモアントラセンを50mL三口フラスコに加え、フラスコ内を窒素置換した。ここに20mLのトルエン-d8(Toluene-d8)と0.90g(3.3mmol)の五塩化モリブデン(V)(MoCl)を加え、この混合物を窒素気流下、80℃で11時間攪拌した。
攪拌後、この混合物にトルエンと2N塩酸を加え、水層と有機層とに分けた。トルエンを用いて、水層に含まれる目的物を抽出した。得られた抽出液と有機層を合わせ、飽和炭酸水素ナトリウム水溶液と、飽和食塩水で洗浄後、硫酸マグネシウムで乾燥した。この混合物を自然濾過により濾別し、濾液を濃縮して褐色固体を得た。
得られた固体にトルエンを加えて加熱し、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。
得られた固体をトルエンとヘキサンにて再結晶し、不純物を再結晶化して取り除いた。吸引濾過して得た濾液を濃縮したところ、目的の白色固体を1.1g、収率41%で得た。ステップ1の合成スキームを下記(a-1)に示す。
Figure 2023020998000020
また、上記ステップ1で得られた固体のLC/MS(Liquid chromatography/mass spectrometry)による分子量測定をしたところ、目的物の分子量265に対して、m/e=265であったため、2-ブロモアントラセン-1,3,4,5,6,7,8,9,10-d9が得られたことが分かった。
<ステップ2:2-(1-ナフチル)アントラセン-1,3,4,5,6,7,8,9,10-d9の合成>
1.1g(4.1mmol)の2-ブロモアントラセン-1,3,4,5,6,7,8,9,10-d9と、0.90g(5.2mmol)の1-ナフタレンボロン酸と、60mg(0.20mmol)のトリ(o-トリル)ホスフィン(略称:P(o-tol))を100mL三口フラスコに加え、フラスコ内を窒素置換した。ここに、35mLのトルエン(略称:Toluene)と、10mLのエタノール(略称:EtOH)と、5mLの2M炭酸カリウム(略称:KCO)水溶液を加え、フラスコ内を減圧脱気した後、混合物に20mg(89μmol)の酢酸パラジウム(II)(略称:Pd(OAc))を加え、この混合物を窒素気流下、90℃で6時間攪拌した。
攪拌後、この混合物に水を加え、水層と有機層とに分けた。トルエンを用いて、水層に含まれる目的物を抽出した。得られた抽出液と有機層を合わせ、水と、飽和食塩水で洗浄後、硫酸マグネシウムで乾燥した。この混合物を自然濾過により濾別し、濾液を濃縮して褐色油状物を得た。
得られた油状物をシリカゲルカラムクロマトグラフィーにより精製したところ、目的物の白色固体を1.2g、収率93%で得た。合成スキームを下記(a-2)に示す。
Figure 2023020998000021
また、上記ステップ2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、2-(1-ナフチル)アントラセン-1,3,4,5,6,7,8,9,10-d9が得られたことがわかった。
H NMR(CDCl,300MHz):σ=8.14-7.90(m、3H)、7.66-7.42(m、4H)。
<ステップ3:2-(1-ナフチル)-9-ブロモアントラセン-1,3,4,5,6,7,8,10-d8の合成>
1.2g(3.8mmol)の2-(1-ナフチル)アントラセン-1,3,4,5,6,7,8,9,10-d9を1Lナスフラスコに加え、フラスコ内を窒素置換した。ここに30mLのトルエンと、30mLのN,N-ジメチルホルムアミド(略称:DMF)を加え、室温で攪拌した。この溶液に0.75g(4.2mmol)のN-ブロモスクシンイミド(略称:NBS)を加え、室温にて21時間撹拌した。
攪拌後、この混合物に水を加え、水層をトルエンで抽出した。得られた抽出液と有機層を合わせ、水と、飽和食塩水で洗浄後、硫酸マグネシウムで乾燥した。この混合物を自然濾過により濾別し、濾液を濃縮して褐色固体を得た。
得られた固体にトルエン、メタノールを加えて超音波照射することにより精製したところ、目的の白色固体を0.60g、収率40%で得た。ステップ3の合成スキームを下記(a-3)に示す。
Figure 2023020998000022
また、上記ステップ3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、2-(1-ナフチル)-9-ブロモアントラセン-1,3,4,5,6,7,8,10-d8が得られたことがわかった。
H NMR(CDCl,300MHz):σ=7.99-7.92(m、3H)、7.63-7.44(m、4H)。
<ステップ4:2,9-ジ(1-ナフチル)アントラセン-1,3,4,5,6,7,8,10-d8の合成>
0.60g(1.5mmol)の2-(1-ナフチル)-9-ブロモアントラセン-1,3,4,5,6,7,8,10-d8と、0.30g(1.7mmol)の1-ナフタレンボロン酸と、30mg(99μmol)のトリ(o-トリル)ホスフィンを50mL三口フラスコに加え、フラスコ内を窒素置換した。ここに、15mLのトルエンと、4mLのエタノールと、2mLの2M炭酸カリウム水溶液を加え、フラスコ内を減圧脱気した後、混合物に10mg(45μmol)の酢酸パラジウム(II)を加え、この混合物を窒素気流下、90℃で2時間攪拌した。
攪拌後、この混合物に水を加え、水層をトルエンで抽出した。得られた抽出液と有機層を合わせ、水と、飽和食塩水で洗浄後、硫酸マグネシウムで乾燥した。この混合物を自然濾過により濾別し、濾液を濃縮して褐色油状物を得た。
得られた油状物をシリカゲルカラムクロマトグラフィーにより精製したところ、目的物の白色固体を0.60g、収率89%で得た。合成スキームを下記(a-4)に示す。
Figure 2023020998000023
また、上記ステップ4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、2,9-ジ(1-ナフチル)アントラセン-1,3,4,5,6,7,8,10-d8が得られたことがわかった。
H NMR(CDCl,300MHz):σ=7.97-7.92(m、2H)、7.83-7.75(m、3H)、7.65-7.38(m、5H)、7.33-7.16(m、4H)。
<ステップ5:2,9-ジ(1-ナフチル)-10-ブロモアントラセン-1,3,4,5,6,7,8-d7の合成>
0.99g(2.3mmol)の2,9-ジ(1-ナフチル)アントラセン-1,3,4,5,6,7,8,10-d8を500mLナスフラスコに加え、フラスコ内を窒素置換した。ここに20mLのトルエンと、30mLのDMFを加え、50℃に昇温させて溶解させた後、室温に戻して攪拌した。この溶液に0.50g(2.8mmol)のN-ブロモスクシンイミドを加え、室温にて21時間撹拌した。
攪拌後、この混合物に水を加え、水層をトルエンで抽出した。得られた抽出液と有機層を合わせ、水と、飽和食塩水で洗浄後、硫酸マグネシウムで乾燥した。この混合物を自然濾過により濾別し、濾液を濃縮して褐色固体を得た。
得られた固体をトルエンにより再結晶したところ、目的の白色固体を1.0g、収率87%で得た。ステップ5の合成スキームを下記(a-5)に示す。
Figure 2023020998000024
また、上記ステップ5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、2,9-ジ(1-ナフチル)-10-ブロモアントラセン-1,3,4,5,6,7,8-d7が得られたことがわかった。
H NMR(CDCl,300MHz):σ=7.98-7.93(m、2H)、7.84-7.73(m、3H)、7.64-7.38(m、5H)、7.32-7.13(m、4H)。
<ステップ6:2αN-αNPhA-d7の合成>
0.7g(1.4mmol)の2,9-ジ(1-ナフチル)-10-ブロモアントラセン-1,3,4,5,6,7,8-d7と、0.20g(1.6mmol)のフェニルボロン酸と、60mg(0.20mmol)のトリ(o-トリル)ホスフィンを200mL三口フラスコに加え、フラスコ内を窒素置換した。ここに、15mLのトルエンと、4mLのエタノールと、2mLの2M炭酸カリウム水溶液を加え、フラスコ内を減圧脱気した後、混合物に20mg(89μmol)の酢酸パラジウム(II)を加え、この混合物を窒素気流下、90℃で2時間攪拌した。
攪拌後、この混合物に水を加え、水層をトルエンで抽出した。得られた抽出液と有機層を合わせ、水と、飽和食塩水で洗浄後、硫酸マグネシウムで乾燥した。この混合物を自然濾過により濾別し、濾液を濃縮して褐色固体を得た。
得られた固体をトルエンにより再結晶したところ、目的の黄白色固体を0.61g、収率88%で得た。ステップ6の合成スキームを下記(a-6)に示す。
Figure 2023020998000025
得られた化合物の重水素化クロロホルム(略称:CDCl)溶液のH NMRスペクトルを図16(A)および図16(B)に示す。また、黄白色固体のH NMRによる測定結果を以下に示す。この結果から、2αN-αNPhA-d7(構造式(029))が得られたことがわかった。
H NMR(CDCl,300MHz):σ=7.98-7.94(m、2H)、7.81-7.74(m、3H)、7.68-7.58(m、7H)、7.53-7.35(m、3H)、7.30-7.18(m、4H)。
得られた黄白色固体0.60g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3.0Paの条件で、黄白色固体を225℃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0.49g、回収率82%で得た。
<物性>
2αN-αNPhA-d7のトルエン溶液の紫外可視吸収スペクトルおよび発光スペクトルについて、図17を用いて説明する。
図17は、吸収強度の波長依存性および発光強度の波長依存性を説明する図である。
2αN-αNPhA-d7のトルエン溶液の紫外可視吸収スペクトルは、403nm付近に吸収強度のピークを備えていた(図17参照)。また、発光スペクトルは、420nm付近に発光強度のピークを備えていた。なお、波長380nmの光を励起光に用いた。
なお、紫外可視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 V-770DS)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。
本実施例では、本発明の一態様の発光デバイス1について、図18乃至図25を参照しながら説明する。
図18は、発光デバイス550Xの構成を説明する図である。
図19は、発光デバイス1及び比較デバイス1の電流密度-輝度特性を説明する図である。
図20は、発光デバイス1及び比較デバイス1の輝度-電流効率特性を説明する図である。
図21は、発光デバイス1及び比較デバイス1の電圧-輝度特性を説明する図である。
図22は、発光デバイス1及び比較デバイス1の電圧-電流特性を説明する図である。
図23は、発光デバイス1及び比較デバイス1の輝度-外部量子効率特性を説明する図である。なお、発光デバイスの配光特性がランバーシアン型と仮定して、輝度から外部量子効率を算出した。
図24は、発光デバイス1及び比較デバイス1を1000cd/mの輝度で発光させた際の発光スペクトルを説明する図である。
図25は、一定の電流密度(50mA/cm)で発光させた場合における、発光デバイス1及び比較デバイス1の規格化輝度の経時変化を説明する図である。
<発光デバイス1>
本実施例で説明する作製した発光デバイス1は、発光デバイス550Xと同様の構成を備える(図18参照)。
発光デバイス1は、電極551と、電極552と、ユニット103と、を有する。電極552は電極551と重なり、ユニット103は、電極551および電極552の間に挟まれる。
ユニット103は、層111、層112および層113を備え、層111は、層112および層113の間に挟まれる。
また、層113は、電極552および層111の間に挟まれ、層112は、層111および電極551の間に挟まれ、層112は、正孔輸送性の材料を含む。
層111は、発光性の有機化合物EMおよび下記一般式(G1)で表される有機化合物を含む。
Figure 2023020998000026
ただし、上記一般式(G1)において、R乃至R26の少なくとも一は、重水素である。
また、R乃至Rの少なくとも一は、置換もしくは無置換のアルキル基、置換もしくは無置換のシクロアルキル基、置換もしくは無置換のトリアルキルシリル基または置換もしくは無置換のアリール基のいずれか一である。また、R乃至Rの他は、それぞれ独立に、水素、置換もしくは無置換のアルキル基、置換もしくは無置換のシクロアルキル基、置換もしくは無置換のトリアルキルシリル基または置換もしくは無置換のアリール基のいずれか一である。
乃至R26は、それぞれ独立に、水素、置換もしくは無置換のアルキル基、置換もしくは無置換のシクロアルキル基、置換もしくは無置換のトリアルキルシリル基または置換もしくは無置換のアリール基のいずれか一である。
なお、R乃至R26に置換するアルキル基は炭素数3以上10以下であり、R乃至R26に置換するシクロアルキル基は炭素数3以上10以下であり、R乃至R26に置換するトリアルキルシリル基は炭素数3以上12以下であり、R乃至R26に置換するアリール基は、炭素数6以上25以下である。
《発光デバイス1の構成》
発光デバイス1の構成を表1に示す。また、本実施例で説明する発光デバイスに用いた材料の構造式を以下に示す。なお、本実施例の表中において、下付き文字および上付き文字は、便宜上、標準の大きさで記載される。例えば、略称に用いる下付き文字および単位に用いる上付き文字は、表中において、標準の大きさで記載される。表中のこれらの記載は、明細書の記載を参酌して読み替えることができる。
Figure 2023020998000027
Figure 2023020998000028
《発光デバイス1の作製方法》
下記のステップを有する方法を用いて、本実施例で説明する発光デバイス1を作製した。
[第1のステップ]
第1のステップにおいて、電極551を形成した。具体的には、ターゲットにケイ素若しくは酸化ケイ素を含有した酸化インジウム-酸化スズ(略称:ITSO)を用いて、スパッタリング法により形成した。
なお、電極551はITSOを含み、70nmの厚さと、4mm(2mm×2mm)の面積を備える。
次いで、電極551が形成された基材を水で洗浄し、200℃で1時間焼成した後、UVオゾン処理を370秒行った。その後、10-4Pa程度まで内部が減圧された真空蒸着装置に基材を導入し、真空蒸着装置内の加熱室において、170℃で30分間の真空焼成を行った。その後、基材を30分程度放冷した。
[第2のステップ]
第2のステップにおいて、電極551上に層104を形成した。具体的には、抵抗加熱法を用いて材料を共蒸着した。
なお、層104は、N,N-ビス(4-ビフェニル)-6-フェニルベンゾ[b]ナフト[1,2-d]フラン-8-アミン(略称:BBABnf)および電子アクセプタ材料(略称:OCHD-003)をBBABnf:OCHD-003=1:0.1(重量比)で含み、10nmの厚さを備える。なお、電子アクセプタ材料OCHD-003はフッ素を含み、その分子量は672である。
[第3のステップ]
第3のステップにおいて、層104上に層112(1)を形成した。具体的には、抵抗加熱法を用いて材料を蒸着した。
なお、層112(1)はBBABnfを含み、20nmの厚さを備える。
[第4のステップ]
第4のステップにおいて、層112(1)上に層112(2)を形成した。具体的には、抵抗加熱法を用いて材料を蒸着した。
なお、層112(2)は、3,3’-(ナフタレン-1,4-ジイル)ビス(9-フェニル-9H-カルバゾール)(略称:PCzN2)を含み、10nmの厚さを備える。
[第5のステップ]
第5のステップにおいて、層112(2)上に層111を形成した。具体的には、抵抗加熱法を用いて材料を共蒸着した。
なお、層111は、2,9-ジ(1-ナフチル)-10-フェニルアントラセン-1,3,4,5,6,7,8-d7(略称:2αN-αNPhA-d7)および3,10-ビス[N-(9-フェニル-9H-カルバゾール-2-イル)-N-フェニルアミノ]ナフト[2,3-b;6,7-b’]ビスベンゾフラン(略称:3,10PCA2Nbf(IV)-02)を2αN-αNPhA-d7:3,10PCA2Nbf(IV)-02=1:0.015(重量比)で含み、25nmの厚さを備える。3,10PCA2Nbf(IV)-02は青色の蛍光を放出する有機化合物であり、3,10PCA2Nbf(IV)-02を発光性の有機化合物EMに用いた。
[第6のステップ]
第6のステップにおいて、層111上に層113(1)を形成した。具体的には、抵抗加熱法を用いて材料を蒸着した。
なお、層113(1)は、2-[3-(3’-ジベンゾチオフェン-4-イル)ビフェニル]ジベンゾ[f,h]キノキサリン(略称:2mDBTBPDBq-II)を含み、10nmの厚さを備える。
[第7のステップ]
第7のステップにおいて、層113(1)上に層113(2)を形成した。具体的には、抵抗加熱法を用いて材料を蒸着した。
なお、層113(2)は、2,9-ジ(2-ナフチル)-4,7-ジフェニル-1,10-フェナントロリン(略称:NBPhen)を含み、20nmの厚さを備える。
[第8のステップ]
第8のステップにおいて、層113(2)上に層105を形成した。具体的には、抵抗加熱法を用いて材料を蒸着した。
なお、層105はフッ化リチウム(略称:LiF)を含み、1nmの厚さを備える。
[第9のステップ]
第9のステップにおいて、層105上に電極552を形成した。具体的には、抵抗加熱法を用いて材料を蒸着した。
なお、電極552はアルミニウム(略称:Al)を含み、150nmの厚さを備える。
《発光デバイス1の動作特性》
電力を供給すると発光デバイス1は光ELXを射出した(図18参照)。発光デバイス1の動作特性を、室温にて測定した(図19乃至図24参照)。なお、輝度、CIE色度および発光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。
作製した発光デバイスを輝度1000cd/m程度で発光させた場合の主な初期特性を表2に示す。また、発光デバイスを一定の電流密度(50mA/cm)で発光させ、輝度が初期輝度の95%に低下するまでの経過時間であるLT95を表2に示す。また、構成を後述する他の発光デバイスの特性も表2に記載する。
Figure 2023020998000029
発光デバイス1は、良好な特性を示すことがわかった。特に、初期輝度の95%に低下するまでの経過時間が、比較デバイス1に比べて長く、高い信頼性を備えていた。
炭素-水素結合より結合解離エネルギーが大きい炭素-重水素結合を利用して、化合物の結合解離エネルギーを大きくすることができる。また、励起状態における化合物構造内の結合解離を抑制することができる。また、炭素-重水素結合の解離による化合物の劣化または変質を抑制することができる。また、劣化物の生成を抑えることができる。また、劣化物による発光効率の低下を抑制することが可能となる。また、発光効率の高い発光デバイスを提供することができる。また、良好な駆動寿命を備える発光デバイスを提供することができる。また、駆動に伴う発光色の変化を抑制できる。また、色純度の高い発光デバイスを提供することができる。その結果、利便性、有用性または信頼性に優れた新規な発光デバイスを提供することができた。
(参考例)
本参考例で説明する作製した比較デバイス1は、発光デバイス550Xと同様の構成を備える(図18参照)。
《比較デバイス1の構成》
比較デバイス1の構成を表1に示す。なお、2αN-αNPhA-d7に換えて2,9-ジ(1-ナフチル)-10-フェニルアントラセン(略称:2αN-αNPhA)を用いた点が、発光デバイス1とは異なる。2αN-αNPhAの構造式を以下に示す。
Figure 2023020998000030
《比較デバイス1の作製方法》
下記のステップを有する方法を用いて、本参考例で説明する比較デバイス1を作製した。なお、比較デバイス1の作製方法は、層111を形成するステップにおいて、2αN-αNPhA-d7に換えて2αN-αNPhAを用いた点が、発光デバイス1の作製方法とは異なる。ここでは、異なる部分について詳細に説明し、同様の方法を用いた部分については、上記の説明を援用する。
[第5のステップ]
第5のステップにおいて、層112(2)上に層111を形成した。具体的には、抵抗加熱法を用いて材料を共蒸着した。
なお、層111は、2αN-αNPhAおよび3,10PCA2Nbf(IV)-02を2αN-αNPhA:3,10PCA2Nbf(IV)-02=1:0.015(重量比)で含み、25nmの厚さを備える。
ELX 光
ELX2 光
ELY 光
hv 光
HM1 HOMO準位
HM2 HOMO準位
103 ユニット
103S ユニット
103X ユニット
103X2 ユニット
103Y ユニット
104 層
104X 層
104XY 間隙
104Y 層
105 層
105_2 層
106 層
106_1 層
106_2 層
111 層
111X 層
111X2 層
111Y 層
112 層
112_2 層
112X 層
112X2 層
112Y 層
113 層
113_2 層
113X 層
113Y 層
114N 層
114P 層
114S 層
400 基板
401 電極
403 EL層
404 電極
405 シール材
406 シール材
407 封止基板
412 パッド
420 ICチップ
521 絶縁膜
528 絶縁膜
529 絶縁膜
529XY 絶縁膜
550S 光電変換デバイス
550X 発光デバイス
550Y 発光デバイス
551 電極
551S 電極
551X 電極
551XS 間隙
551XY 間隙
551Y 電極
552 電極
552S 電極
552X 電極
552Y 電極
601 ソース線駆動回路
602 画素部
603 ゲート線駆動回路
604 封止基板
605 シール材
607 空間
608 配線
609 外部入力端子
610 素子基板
611 スイッチング用FET
612 電流制御用FET
613 電極
614 絶縁物
616 EL層
617 電極
618 発光デバイス
623 FET
700 表示装置
951 基板
952 電極
953 絶縁層
954 隔壁層
955 EL層
956 電極
1001 基板
1002 下地絶縁膜
1003 ゲート絶縁膜
1006 ゲート電極
1007 ゲート電極
1008 ゲート電極
1020 層間絶縁膜
1021 層間絶縁膜
1022 電極
1024B 電極
1024G 電極
1024R 電極
1024W 電極
1025 隔壁
1028 EL層
1029 電極
1031 封止基板
1032 シール材
1033 基材
1034B 着色層
1034G 着色層
1034R 着色層
1035 ブラックマトリクス
1036 オーバーコート層
1037 層間絶縁膜
1040 画素部
1041 駆動回路部
1042 周辺部
2001 筐体
2002 光源
2100 ロボット
2102 マイクロフォン
2103 上部カメラ
2104 スピーカ
2105 ディスプレイ
2106 下部カメラ
2107 障害物センサ
2108 移動機構
2110 演算装置
3001 照明装置
5000 筐体
5001 表示部
5002 表示部
5003 スピーカ
5004 LEDランプ
5006 接続端子
5007 センサ
5008 マイクロフォン
5012 支持部
5013 イヤホン
5100 掃除ロボット
5101 ディスプレイ
5102 カメラ
5103 ブラシ
5104 操作ボタン
5120 ゴミ
5140 携帯電子機器
5200 表示領域
5201 表示領域
5202 表示領域
5203 表示領域
7101 筐体
7103 表示部
7105 スタンド
7107 表示部
7109 操作キー
7110 リモコン操作機
7201 本体
7202 筐体
7203 表示部
7204 キーボード
7205 外部接続ポート
7206 ポインティングデバイス
7210 表示部
7401 筐体
7402 表示部
7403 操作ボタン
7404 外部接続ポート
7405 スピーカ
7406 マイク
9310 携帯情報端末
9311 表示パネル
9313 ヒンジ
9315 筐体

Claims (10)

  1. 一般式(G1)で表される有機化合物。
    Figure 2023020998000031

    ただし、上記一般式(G1)において、R乃至R26の少なくとも一は、重水素であり、
    乃至Rの少なくとも一は、置換もしくは無置換のアルキル基、置換もしくは無置換のシクロアルキル基、置換もしくは無置換のトリアルキルシリル基または置換もしくは無置換のアリール基のいずれか一であり、
    乃至Rの他は、それぞれ独立に、水素、置換もしくは無置換のアルキル基、置換もしくは無置換のシクロアルキル基、置換もしくは無置換のトリアルキルシリル基または置換もしくは無置換のアリール基のいずれか一であり、
    乃至R26は、それぞれ独立に、水素、置換もしくは無置換のアルキル基、置換もしくは無置換のシクロアルキル基、置換もしくは無置換のトリアルキルシリル基または置換もしくは無置換のアリール基のいずれか一であり、
    前記アルキル基は、炭素数3以上10以下であり、
    前記シクロアルキル基は、炭素数3以上10以下であり、
    前記トリアルキルシリル基は、炭素数3以上12以下であり、
    前記アリール基は、炭素数6以上25以下である。
  2. 一般式(G1)で表される有機化合物。
    Figure 2023020998000032

    ただし、上記一般式(G1)において、R乃至Rは、水素であり、
    20乃至R26の少なくとも一は、重水素であり、
    20乃至R26の他およびR乃至R19は、それぞれ独立に、水素、置換もしくは無置換のアルキル基、置換もしくは無置換のシクロアルキル基、置換もしくは無置換のトリアルキルシリル基または置換もしくは無置換のアリール基のいずれか一であり、
    前記アルキル基は、炭素数3以上10以下であり、
    前記シクロアルキル基は、炭素数3以上10以下であり、
    前記トリアルキルシリル基は、炭素数3以上12以下であり、
    前記アリール基は、炭素数6以上25以下である。
  3. 一般式(G2)で表される有機化合物。
    Figure 2023020998000033

    ただし、上記一般式(G2)において、R乃至Rは、それぞれ独立に、水素または置換もしくは無置換のアリール基のいずれか一であり、
    乃至R19は、それぞれ独立に、水素、置換もしくは無置換のアルキル基、置換もしくは無置換のシクロアルキル基、置換もしくは無置換のトリアルキルシリル基または置換もしくは無置換のアリール基のいずれか一であり、
    前記アルキル基は、炭素数3以上10以下であり、
    前記シクロアルキル基は、炭素数3以上10以下であり、
    前記トリアルキルシリル基は、炭素数3以上12以下であり、
    前記アリール基は、炭素数6以上25以下である。
  4. 一般式(G2)で表される有機化合物。
    Figure 2023020998000034

    ただし、上記一般式(G2)において、R乃至Rは、それぞれ独立に、水素または置換もしくは無置換のアリール基であり、
    乃至R19は、水素であり、
    前記アリール基は、炭素数6以上25以下である。
  5. 第1の電極と、
    第2の電極と、
    ユニットと、を有し、
    前記ユニットは、前記第1の電極および前記第2の電極の間に挟まれ、
    前記ユニットは、発光性の有機化合物および請求項1乃至請求項4のいずれか一に記載の有機化合物を含む、発光デバイス。
  6. 第1の電極と、
    第2の電極と、
    ユニットと、を有し、
    前記ユニットは、前記第1の電極および前記第2の電極の間に挟まれ、
    前記ユニットは、第1の層、第2の層および第3の層を備え、
    前記第1の層は、前記第2の層および前記第3の層の間に挟まれ、
    前記第3の層は、前記第2の電極および前記第1の層の間に挟まれ、
    前記第2の層は、前記第1の層および前記第1の電極の間に挟まれ、
    前記第2の層は、正孔輸送性の材料を含み、
    前記第1の層は、発光性の有機化合物および請求項1乃至請求項4のいずれか一に記載の有機化合物を含む、発光デバイス。
  7. 第1の電極と、
    第2の電極と、
    ユニットと、を有し、
    前記ユニットは、前記第1の電極および前記第2の電極の間に挟まれ、
    前記ユニットは、第1の層、第2の層および第3の層を備え、
    前記第1の層は、前記第2の層および前記第3の層の間に挟まれ、
    前記第3の層は、前記第2の電極および前記第1の層の間に挟まれ、
    前記第2の層は、前記第1の層および前記第1の電極の間に挟まれ、
    前記第2の層は、正孔輸送性の材料を含み、
    前記第1の層は、発光性の有機化合物を含み、
    前記第3の層は、請求項1乃至請求項4のいずれか一に記載の有機化合物を含む、発光デバイス。
  8. 第1の電極と、
    第2の電極と、
    ユニットと、を有し、
    前記ユニットは、前記第1の電極および前記第2の電極の間に挟まれ、
    前記ユニットは、発光性の有機化合物および請求項1乃至請求項4のいずれか一に記載の有機化合物を含み、
    前記発光性の有機化合物は、青色の蛍光を放出する、発光デバイス。
  9. 第1の電極と、
    第2の電極と、
    ユニットと、を有し、
    前記ユニットは、前記第1の電極および前記第2の電極の間に挟まれ、
    前記ユニットは、第1の層、第2の層および第3の層を備え、
    前記第1の層は、前記第2の層および前記第3の層の間に挟まれ、
    前記第3の層は、前記第2の電極および前記第1の層の間に挟まれ、
    前記第2の層は、前記第1の層および前記第1の電極の間に挟まれ、
    前記第2の層は、正孔輸送性の材料を含み、
    前記第1の層は、発光性の有機化合物および請求項1乃至請求項4のいずれか一に記載の有機化合物を含み、
    前記発光性の有機化合物は、青色の蛍光を放出する、発光デバイス。
  10. 第1の電極と、
    第2の電極と、
    ユニットと、を有し、
    前記ユニットは、前記第1の電極および前記第2の電極の間に挟まれ、
    前記ユニットは、第1の層、第2の層および第3の層を備え、
    前記第1の層は、前記第2の層および前記第3の層の間に挟まれ、
    前記第3の層は、前記第2の電極および前記第1の層の間に挟まれ、
    前記第2の層は、前記第1の層および前記第1の電極の間に挟まれ、
    前記第2の層は、正孔輸送性の材料を含み、
    前記第1の層は、発光性の有機化合物を含み、
    前記第3の層は、請求項1乃至請求項4のいずれか一に記載の有機化合物を含み、
    前記発光性の有機化合物は、青色の蛍光を放出する、発光デバイス。
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