JP2023113638A - 発光素子 - Google Patents

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Tomoya Yamaguchi
英子 吉住
Eiko Yoshizumi
裕允 木戸
Hiromitsu Kido
藍莉 植田
Airi Ueda
哲史 瀬尾
Tetsushi Seo
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Abstract

【課題】新規な有機化合物を有する発光素子を提供する。【解決手段】ジベンゾベンゾフロキノキサリン骨格またはジベンゾベンゾチエノキノキサリン骨格を有する下記一般式(G1)で表される有機化合物である。JPEG2023113638000053.jpg63167(式中、QはOまたはSを表し、R1~R12の少なくとも一は、環を形成する炭素数が3~30の置換もしくは無置換の、縮合芳香環または縮合複素芳香環のいずれかを有する第一の基を表す。)【選択図】なし

Description

本発明の一態様は、有機化合物、発光素子、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。
また、具体的には、半導体装置、表示装置、液晶表示装置などを一例として挙げることが
できる。
一対の電極間にEL層を挟んでなる発光素子(有機EL素子ともいう)は、薄型軽量、入
力信号に対する高速な応答性、低消費電力などの特性を有することから、これを適用した
ディスプレイは、次世代のフラットパネルディスプレイとして注目されている。
発光素子は、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、発光素子におけるそ
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。発光物質から
得られる発光スペクトルはその発光物質特有のものであり、異なる種類の有機化合物を発
光物質として用いることによって、様々な発光色の発光素子を得ることができる。
この様な発光素子に関しては、その素子特性を向上させる為に、素子構造の改良や材料開
発等が盛んに行われている(例えば、特許文献1参照。)。
特開2010-182699号公報
発光素子の開発において、発光素子に用いる有機化合物は、その特性や信頼性を高める上
で非常に重要である。そこで、本発明の一態様では、新規な有機化合物を提供する。すな
わち、素子特性や信頼性を高める上で有効な新規の有機化合物を提供する。また、本発明
の一態様では、発光素子に用いることができる新規な有機化合物を提供する。また、本発
明の一態様では、発光素子のEL層に用いることができる、新規な有機化合物を提供する
。また、本発明の一態様である新規な有機化合物を用いた高効率で信頼性の高い新規な発
光素子を提供する。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、必ずしも、これらの課題の全てを解決する必要はない。なお、これら以
外の課題は、明細書、図面、請求項などの記載から、自ずと明らかとなるものであり、明
細書、図面、請求項などの記載から、これら以外の課題を抽出することが可能である。
本発明の一態様は、下記一般式(G1)で表される有機化合物である。
但し、一般式(G1)中、QはOまたはSを表し、R~R12の少なくとも一は、環を
形成する炭素数が3~30の置換もしくは無置換の、縮合芳香環または縮合複素芳香環の
いずれかを有する第一の基であり、他はそれぞれ独立に、水素、ハロゲノ基、ヒドロキシ
基、アミノ基、ニトロ基、または炭素数1~50の基のいずれかを表す。
また、本発明の別の一態様は、下記一般式(G1)で表される有機化合物である。
但し、一般式(G1)中、QはOまたはSを表し、R~R12の少なくとも一は、環を
形成する炭素数が3~30の置換もしくは無置換の正孔輸送性の骨格を有する第一の基で
あり、他はそれぞれ独立に、水素、ハロゲノ基、ヒドロキシ基、アミノ基、ニトロ基、ま
たは炭素数1~50の基のいずれかを表す。
また、本発明の別の一態様は、下記一般式(G1)で表される有機化合物である。
但し、一般式(G1)中、QはOまたはSを表し、R~R12の少なくとも一は、フル
オレン骨格、フェナントレン骨格、トリフェニレン骨格、ナフタレン骨格、ジベンゾチオ
フェン骨格、ジベンゾフラン骨格、またはカルバゾール骨格のいずれかを有する第一の基
であり、他はそれぞれ独立に、水素、ハロゲノ基、ヒドロキシ基、アミノ基、ニトロ基、
または炭素数1~50の基のいずれかを表す。
なお、上記各構成において、第一の基の総炭素数は、3~100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(G1)で表される有機化合物である。
但し、一般式(G1)中、QはOまたはSを表し、R~R12の少なくとも一は、環を
形成する炭素数が6~24の置換もしくは無置換のアリーレン基、または環を形成する炭
素数が3~24の置換もしくは無置換のヘテロアリーレン基を介して下記一般式(A-1
)~(A-21)のいずれか一で示される構造が結合した第一の基であり、他はそれぞれ
独立に、水素、ハロゲノ基、ヒドロキシ基、アミノ基、ニトロ基、または炭素数1~50
の基のいずれかを表す。
但し、一般式(A-1)~(A-21)中、Q’はOまたはSを表し、R13~R24
それぞれ独立に、水素、炭素数1~6のアルキル基、環を形成する炭素数が5~7の置換
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フェニル基、または置換もし
くは無置換のカルバゾリル基のいずれかを表す。
また、本発明の別の一態様は、下記一般式(G1)で表される有機化合物である。
但し、一般式(G1)中、QはOまたはSを表し、R~R12の少なくとも一は、下記
一般式(A-1)~(A-21)のいずれか一で示される第一の基であり、他はそれぞれ
独立に、水素、ハロゲノ基、ヒドロキシ基、アミノ基、ニトロ基、または炭素数1~50
の基のいずれかを表す。
但し、一般式(A-1)~(A-21)中、Q’はOまたはSを表し、R13~R24
それぞれ独立に、水素、炭素数1~6のアルキル基、環を形成する炭素数が5~7の置換
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フェニル基、または置換もし
くは無置換のカルバゾリル基のいずれかを表す。
また、本発明の別の一態様は、下記一般式(G1)で表される有機化合物である。
但し、一般式(G1)中、QはOまたはSを表し、Rは、環を形成する炭素数が3~3
0の置換もしくは無置換の、縮合芳香環または縮合複素芳香環のいずれかを有する第一の
基であり、R、RおよびR~R12はそれぞれ独立に、水素、ハロゲノ基、ヒドロ
キシ基、アミノ基、ニトロ基、または炭素数1~50の基のいずれかを表す。
また、本発明の別の一態様は、下記一般式(G1)で表される有機化合物である。
但し、一般式(G1)中、QはOまたはSを表し、Rは、環を形成する炭素数が3~3
0の置換もしくは無置換の正孔輸送性の骨格を有する第一の基であり、R、Rおよび
~R12はそれぞれ独立に、水素、ハロゲノ基、ヒドロキシ基、アミノ基、ニトロ基
、または炭素数1~50の基のいずれかを表す。
また、本発明の別の一態様は、下記一般式(G1)で表される有機化合物である。
但し、一般式(G1)中、QはOまたはSを表し、Rは、フルオレン骨格、フェナント
レン骨格、トリフェニレン骨格、ナフタレン骨格、ジベンゾチオフェン骨格、ジベンゾフ
ラン骨格、またはカルバゾール骨格のいずれかを有する第一の基であり、R、Rおよ
びR~R12はそれぞれ独立に、水素、ハロゲノ基、ヒドロキシ基、アミノ基、ニトロ
基、または炭素数1~50の基のいずれかを表す。
なお、上記各構成において、Rの総炭素数は、3~100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(G1)で表される有機化合物である。
但し、一般式(G1)中、QはOまたはSを表し、Rは、環を形成する炭素数が6~2
4の置換もしくは無置換のアリーレン基、または環を形成する炭素数が3~24の置換も
しくは無置換のヘテロアリーレン基を介して下記一般式(A-1)~(A-21)のいず
れか一で示される構造が結合した第一の基であり、R、RおよびR~R12はそれ
ぞれ独立に、水素、ハロゲノ基、ヒドロキシ基、アミノ基、ニトロ基、または炭素数1~
50の基のいずれかを表す。
但し、一般式(A-1)~(A-21)中、Q’はOまたはSを表し、R13~R24
それぞれ独立に、水素、炭素数1~6のアルキル基、環を形成する炭素数が5~7の置換
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フェニル基、または置換もし
くは無置換のカルバゾリル基のいずれかを表す。
また、本発明の別の一態様は、下記一般式(G1)で表される有機化合物である。
但し、一般式(G1)中、QはOまたはSを表し、Rは、下記一般式(A-1)~(A
-21)のいずれか一で示される第一の基であり、R、RおよびR~R12はそれ
ぞれ独立に、水素、ハロゲノ基、ヒドロキシ基、アミノ基、ニトロ基、または炭素数1~
50の基のいずれかを表す。
但し、一般式(A-1)~(A-21)中、Q’はOまたはSを表し、R13~R24
それぞれ独立に、水素、炭素数1~6のアルキル基、環を形成する炭素数が5~7の置換
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フェニル基、または置換もし
くは無置換のカルバゾリル基のいずれかを表す。
上記各構成において、炭素数1~50の基は、アルキルオキシ基、アリールオキシ基、ア
ルキル基で置換されたアミノ基、アリール基で置換されたアミノ基、シアノ基、カルボキ
シル基、アルキルオキシカルボニル基、アリールオキシカルボニル基、アルキル基で置換
されたシリル基、アリール基で置換されたシリル基、アルキル基、シクロアルキル基、ヘ
テロアリール基、またはアリール基のいずれかである。
また、本発明の別の一態様は、構造式(100)または構造式(125)で表される有機
化合物である。
また、本発明の別の一態様は、ベンゾフロキノキサリン骨格またはベンゾチエノキノキサ
リン骨格を有する有機化合物を用いた発光素子である。さらに、ジベンゾ[f,h][1
]ベンゾフロ[2,3-b]キノキサリン骨格またはジベンゾ[f,h][1]ベンゾチ
エノ[2,3-b]キノキサリン骨格を有する有機化合物を用いた発光素子であるとなお
好ましい。なお、上記有機化合物に加えて三重項励起エネルギーを発光に変える物質、例
えば、有機金属錯体を含む燐光材料やTADF材料を有する発光素子も本発明の一態様に
含める。
また、本発明の別の一態様は、上述した本発明の一態様である有機化合物を用いた発光素
子である。なお、一対の電極間に有するEL層や、EL層に含まれる発光層に本発明の一
態様である有機化合物を用いて形成された発光素子も本発明の一態様に含まれることとす
る。また、発光素子に加えて、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、支持台または、スピーカ等を有する電子機器や照明装置も発明の範疇
に含める。
本発明の一態様である有機化合物は、発光物質として用いることができるが、燐光を発光
する発光物質(燐光性化合物)と組み合わせて発光素子の発光層に用いることができる。
すなわち、発光層において三重項励起状態からの発光を得ることが可能であるため、発光
素子の高効率化が可能となり、非常に有効である。したがって、本発明の一態様である有
機化合物と、燐光性化合物と、を組み合わせて発光層に用いた発光素子は、本発明の一態
様に含まれるものとする。さらに上記に加えて第3の物質を発光層に加えた構成としても
よい。
なお、本発明の一態様は、発光素子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、発光装置にコネクター、例えばF
PC(Flexible printed circuit)もしくはTCP(Tape
Carrier Package)が取り付けられたモジュール、TCPの先にプリン
ト配線板が設けられたモジュール、または発光素子にCOG(Chip On Glas
s)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。
本発明の一態様は、新規な有機化合物を提供することができる。すなわち、素子特性や信
頼性を高める上で有効な新規の有機化合物を提供することができる。また、本発明の一態
様では、発光素子に用いることができる新規な有機化合物を提供することができる。また
、本発明の一態様では、発光素子のEL層に用いることができる、新規な有機化合物を提
供することができる。また、本発明の一態様である新規な有機化合物を用いた高効率で信
頼性の高い新規な発光素子を提供することができる。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ことができる。なお、これらの効果の記載は、他
の効果の存在を妨げるものではない。なお、本発明の一態様は、必ずしも、これらの効果
の全てを有する必要はない。なお、これら以外の効果は、明細書、図面、請求項などの記
載から、自ずと明らかとなるものであり、明細書、図面、請求項などの記載から、これら
以外の効果を抽出することが可能である。
発光素子の構造について説明する図。 発光装置について説明する図。 発光装置について説明する図。 電子機器について説明する図。 電子機器について説明する図。 自動車について説明する図。 照明装置について説明する図。 構造式(100)に示す有機化合物のH-NMRチャート。 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。 発光素子について説明する図。 発光素子1および比較発光素子2の電流密度-輝度特性を示す図。 発光素子1および比較発光素子2の電圧-輝度特性を示す図。 発光素子1および比較発光素子2の輝度-電流効率特性を示す図。 発光素子1および比較発光素子2の電圧-電流特性を示す図。 発光素子1および比較発光素子2の発光スペクトルを示す図。 発光素子1および比較発光素子2の信頼性を示す図。 構造式(125)に示す有機化合物のH-NMRチャート。
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。
(実施の形態1)
本実施の形態では、本発明の一態様である有機化合物について説明する。
本発明の一態様である有機化合物は、ジベンゾベンゾフロキノキサリン骨格またはジベン
ゾベンゾチエノキノキサリン骨格を有する下記一般式(G1)で表される構造を有する有
機化合物である。
なお、一般式(G1)において、QはOまたはSを表し、R~R12の少なくとも一は
、環を形成する炭素数が3~30の置換もしくは無置換の、縮合芳香環または縮合複素芳
香環のいずれかを有する第一の基であり、他はそれぞれ独立に、水素、ハロゲノ基、ヒド
ロキシ基、アミノ基、ニトロ基、または炭素数1~50の基のいずれかを表す。
また、上述した一般式(G1)は、上記構成の他に「一般式(G1)中、QはOまたはS
を表し、R~R12の少なくとも一は、環を形成する炭素数が3~30の置換もしくは
無置換の正孔輸送性の骨格を有する第一の基であり、他はそれぞれ独立に、水素、ハロゲ
ノ基、ヒドロキシ基、アミノ基、ニトロ基、または炭素数1~50の基のいずれかを表す
。」としても良い。
また、上述した一般式(G1)は、上記構成の他に「一般式(G1)中、QはOまたはS
を表し、R~R12の少なくとも一は、フルオレン骨格、フェナントレン骨格、トリフ
ェニレン骨格、ナフタレン骨格、ジベンゾチオフェン骨格、ジベンゾフラン骨格、または
カルバゾール骨格のいずれかを有する第一の基であり、他はそれぞれ独立に、水素、ハロ
ゲノ基、ヒドロキシ基、アミノ基、ニトロ基、または炭素数1~50の基のいずれかを表
す。」としても良い。
また、上述した各構成における第1の基は、総炭素数が、3~100であることが好まし
い。
また、上述した一般式(G1)は、上記構成の他に「一般式(G1)中、QはOまたはS
を表し、R~R12の少なくとも一は、環を形成する炭素数が6~24の置換もしくは
無置換のアリーレン基、または環を形成する炭素数が3~24の置換もしくは無置換のヘ
テロアリーレン基を介して下記一般式(A-1)~(A-21)のいずれか一で示される
構造が結合した第一の基であり、他はそれぞれ独立に、水素、ハロゲノ基、ヒドロキシ基
、アミノ基、ニトロ基、または炭素数1~50の基のいずれかを表す。」としても良い。
また、上述した一般式(G1)は、上記構成の他に「一般式(G1)中、QはOまたはS
を表し、R~R12の少なくとも一は、下記一般式(A-1)~(A-21)のいずれ
か一で示される第一の基であり、他はそれぞれ独立に、水素、ハロゲノ基、ヒドロキシ基
、アミノ基、ニトロ基、または炭素数1~50の基のいずれかを表す。」としても良い。
なお、一般式(A-1)~(A-21)において、Q’はOまたはSを表し、R13~R
24はそれぞれ独立に、水素、炭素数1~6のアルキル基、環を形成する炭素数が5~7
の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フェニル基、または置
換もしくは無置換のカルバゾリル基のいずれかを表す。
また、上述した一般式(G1)は、上記構成の他に「一般式(G1)中、QはOまたはS
を表し、Rは、環を形成する炭素数が3~30の置換もしくは無置換の、縮合芳香環ま
たは縮合複素芳香環のいずれかを有する第一の基であり、R、RおよびR~R12
はそれぞれ独立に、水素、ハロゲノ基、ヒドロキシ基、アミノ基、ニトロ基、または炭素
数1~50の基のいずれかを表す。」としても良い。
また、上述した一般式(G1)は、上記構成の他に「一般式(G1)中、QはOまたはS
を表し、Rは、環を形成する炭素数が3~30の置換もしくは無置換の正孔輸送性の骨
格を有する第一の基であり、R、RおよびR~R12はそれぞれ独立に、水素、ハ
ロゲノ基、ヒドロキシ基、アミノ基、ニトロ基、または炭素数1~50の基のいずれかを
表す。」としても良い。
また、上述した一般式(G1)は、上記構成の他に「一般式(G1)中、QはOまたはS
を表し、Rは、フルオレン骨格、フェナントレン骨格、トリフェニレン骨格、ナフタレ
ン骨格、ジベンゾチオフェン骨格、ジベンゾフラン骨格、またはカルバゾール骨格のいず
れかを有する第一の基であり、R、RおよびR~R12はそれぞれ独立に、水素、
ハロゲノ基、ヒドロキシ基、アミノ基、ニトロ基、または炭素数1~50の基のいずれか
を表す。」としても良い。
また、上述した各構成におけるRは、総炭素数が、3~100であることが好ましい。
また、上述した一般式(G1)は、上記構成の他に「一般式(G1)中、QはOまたはS
を表し、Rは、環を形成する炭素数が6~24の置換もしくは無置換のアリーレン基、
または環を形成する炭素数が3~24の置換もしくは無置換のヘテロアリーレン基を介し
て下記一般式(A-1)~(A-21)のいずれか一で示される構造が結合した第一の基
であり、R、RおよびR~R12はそれぞれ独立に、水素、ハロゲノ基、ヒドロキ
シ基、アミノ基、ニトロ基、または炭素数1~50の基のいずれかを表す。」としても良
い。
また、上述した一般式(G1)は、上記構成の他に「一般式(G1)中、QはOまたはS
を表し、Rは、下記一般式(A-1)~(A-21)のいずれか一で示される第一の基
であり、R、RおよびR~R12はそれぞれ独立に、水素、ハロゲノ基、ヒドロキ
シ基、アミノ基、ニトロ基、または炭素数1~50の基のいずれかを表す。」としても良
い。
なお、一般式(A-1)~(A-21)において、Q’はOまたはSを表し、R13~R
24はそれぞれ独立に、水素、炭素数1~6のアルキル基、環を形成する炭素数が5~7
の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フェニル基、または置
換もしくは無置換のカルバゾリル基のいずれかを表す。
なお、上記各構成において、炭素数1~50の基は、アルキルオキシ基、アリールオキシ
基、アルキル基で置換されたアミノ基、アリール基で置換されたアミノ基、シアノ基、カ
ルボキシル基、アルキルオキシカルボニル基、アリールオキシカルボニル基、アルキル基
で置換されたシリル基、アリール基で置換されたシリル基、アルキル基、シクロアルキル
基、ヘテロアリール基、またはアリール基のいずれかであることが好ましい。なお、これ
らの具体例としては、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、tert-ブトキシ基、
フェノキシ基、4-メチルフェノキシ基、3,5-ジメチルフェノキシ基、1-ナフトキ
シ基、2-ナフトキシ基、メチルアミノ基、エチルアミノ基、ジメチルアミノ基、ジエチ
ルアミノ基、メチルエチルアミノ基、フェニルメチルアミノ基、フェニルアミノ基、ジフ
ェニルアミノ基、1-ナフチルアミノ基、2-ナフチルアミノ基、N-1-ナフチル-N
-フェニルアミノ基、N-2-ナフチル-N-フェニルアミノ基、ビス(ビフェニル-4
-イル)アミノ基、N,N-ビス(p-ターフェニル)アミノ基、メトキシカルボニル基
、エトキシカルボニル基、フェノキシカルボニル基、トリメチルシリル基、トリフェニル
シリル基、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
、tert-ブチル基、n-ヘキシル基、ベンジル基、シクロプロピル基、シクロブチル
基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、フェニル基、1-ナフチル基、2-ナフチル
基、2-ビフェニル基、3-ビフェニル基、4-ビフェニル基、フェナントレニル基、ト
リフェニレニル基、9,9-ジメチルフルオレニル基、ピリジル基、キノリル基、9-カ
ルバゾリル基、9-フェニル-2-カルバゾリル基、9-フェニル-3-カルバゾリル基
、ジベンゾフラニル基、ジベンゾチオフェニル基などが挙げられる。その他、スピロフル
オレニル基や、N,N-ビス(p-ビフェニリル)アミノ基などの炭素数25以下、すな
わち炭素数1~25の基は、昇華性を考慮する上で好ましい。
なお、本発明の一態様の有機化合物において、骨格中に含まれる水素は、重水素であって
も良い。
また、上記各構成において、一般式(G1)または一般式(A-1)~(A-21)にお
ける置換とは、好ましくは、メチル基、エチル基、n-プロピル基、イソプロピル基、s
ec-ブチル基、tert-ブチル基、n-ペンチル基、n-ヘキシル基のような炭素数
1~6のアルキル基や、フェニル基、o-トリル基、m-トリル基、p-トリル基、1-
ナフチル基、2-ナフチル基、2-ビフェニル基、3-ビフェニル基、4-ビフェニル基
のような炭素数6~12のアリール基のような置換基による置換を表す。また、これらの
置換基は互いに結合し、環を形成していても良い。例えば、前記アリーレン基が、置換基
として9位に二つのフェニル基を有する2,7-フルオレニレン基である場合、該フェニ
ル基が互いに結合し、スピロ-9,9’-ビフルオレン-2,7-ジイル基となっても良
い。
また、上記各構成において、一般式(G1)中のR~R12が表す、環を形成する炭素
数が3~30の縮合芳香環または縮合複素芳香環の具体例としては、キノリン環、イソキ
ノリン環、キナゾリン環、キノキサリン環、ナフタレン環、ベンゾチオフェン環、ベンゾ
フラン環、インドール環、フルオレン環、フェナントレン環、トリフェニレン環、ジベン
ゾチオフェン環、ベンゾナフトチオフェン環、ジベンゾフラン環、ベンゾナフトフラン環
、カルバゾール環、ベンゾカルバゾール環、またはジベンゾカルバゾール環等が挙げられ
る。
また、上記各構成において、一般式(G1)中のR~R12が表す、環を形成する炭素
数が3~30の正孔輸送性の骨格の具体例としては、ナフタレン環、ベンゾチオフェン環
、ベンゾフラン環、インドール環、フルオレン環、フェナントレン環、トリフェニレン環
、ジベンゾチオフェン環、ベンゾナフトチオフェン環、ジベンゾフラン環、ベンゾナフト
フラン環、カルバゾール環、ベンゾカルバゾール環またはジベンゾカルバゾール環等が挙
げられる。
また、上記各構成において、一般式(G1)中のR~R12が表す、環を形成する炭素
数が6~24のアリーレン基の具体例としては、フェニレン基、ナフタレンジイル基、ビ
フェニルジイル基、ターフェニルジイル基、フルオレンジイル基、フェナントレンジイル
基、トリフェニレンジイル基等が挙げられる。
また、上記各構成において、一般式(G1)中のR~R12が表す、環を形成する炭素
数が3~24のヘテロアリーレン基の具体例としては、ピリジンジイル基、ピラジンジイ
ル基、ピリミジンジイル基、トリアジンジイル基、トリアゾールジイル基、オキサジアゾ
ールジイル基、チアジアゾールジイル基、オキサゾールジイル基、チアゾールジイル基、
チオフェンジイル基、ピロールジイル基、フランジイル基、セレノフェンジイル基、ベン
ゾチオフェンジイル基、ベンゾピロールジイル基、ベンゾフランジイル基、キノリンジイ
ル基、イソキノリンジイル基、ジベンゾチオフェンジイル基、カルバゾールジイル基、ジ
ベンゾフランジイル基等が挙げられる。
また、上記各構成において、一般式(A-1)~(A-21)中のR13~R24が表す
、炭素数1~6のアルキル基の具体例としては、メチル基、エチル基、プロピル基、イソ
プロピル基、ブチル基、sec-ブチル基、イソブチル基、tert-ブチル基、ペンチ
ル基、イソペンチル基、sec-ペンチル基、tert-ペンチル基、ネオペンチル基、
ヘキシル基、イソヘキシル基、sec-ヘキシル基、tert-ヘキシル基、ネオヘキシ
ル基、3-メチルペンチル基、2-メチルペンチル基、2-エチルブチル基、1,2-ジ
メチルブチル基、2,3-ジメチルブチル基等が挙げられる。
また、上記各構成において、一般式(A-1)~(A-21)中のR13~R24が表す
、環を形成する炭素数が5~7のシクロアルキル基の具体例としては、シクロペンチル基
、シクロヘキシル基、シクロヘプチル基、などが挙げられる。
次に、上述した本発明の一態様である有機化合物の具体的な構造式を下記に示す。
なお、上記構造式(100)~(175)で表される有機化合物は、上記一般式(G1)
で表される有機化合物に含まれる一例であり、本発明の一態様である有機化合物は、これ
に限られない。
次に、一般式(G1)で表される、本発明の一態様である有機化合物の合成方法の一例に
ついて説明する。
まず、下記一般式(G1)で表される有機化合物、ジベンゾベンゾフロキノキサリン誘導
体、またはジベンゾベンゾチエノキノキサリン誘導体の合成方法の一例について説明する
一般式(G1)において、QはOまたはSを表し、R~R12はそれぞれ独立に、水素
、または置換基を表し、かつR~R12の少なくとも一は、環を形成する炭素数が3~
30の置換もしくは無置換の、縮合芳香環または縮合複素芳香環のいずれかを表す。
≪一般式(G0)で表されるハロゲン化合物の合成方法≫
まず、上記一般式(G1)で表される、ジベンゾベンゾフロキノキサリン誘導体、または
ジベンゾベンゾチエノキノキサリン誘導体の合成に用いる、ハロゲン化合物(一般式(G
0))の合成方法について説明する。
下記一般式(G0)で表されるハロゲン化合物は、例えば、以下に示す合成方法により簡
便に合成することができる。ここでは、第1の合成方法および第2の合成方法を示す。
上記一般式(G0)において、QはOまたはSを表し、R31~R42はそれぞれ独立に
、水素、または置換基を表し、かつR31~R42の少なくとも一は、ハロゲンを表す。
<第1の合成方法>
上記一般式(G0)で表されるハロゲン化合物は、下記合成スキーム(A-1)に示すよ
うに、ヒドロキシ基またはスルファニル基が置換されたフェニル基を有する、ハロゲン化
ジベンゾキノキサリン誘導体(A1)を炭酸カリウムなどの塩基(A2)と反応させるこ
とにより得ることができる。
なお、合成スキーム(A-1)において、QはOまたはSを表し、Xはハロゲンを表し、
31~R42はそれぞれ独立に、水素、または置換基を表し、かつR31~R42の少
なくとも一は、ハロゲンを表す。
<第2の合成方法>
上記一般式(G0)で表されるハロゲン化合物は、下記合成スキーム(A-1’)に示す
ように、メチルオキシ基またはメチルスルファニル基が置換されたフェニル基と、アミノ
基を有するジベンゾキノキサリン誘導体(A1’)と、亜硝酸tert-ブチルとを反応
させても得ることができる。
なお、合成スキーム(A-1’)において、QはOまたはSを表し、R31~R42はそ
れぞれ独立に、水素、または置換基を表し、かつR31~R42の少なくとも一は、ハロ
ゲンを表す。
≪一般式(G1)で表される有機化合物の合成方法≫
次に、上記一般式(G1)で表される、ジベンゾベンゾフロキノキサリン誘導体、または
ジベンゾベンゾチエノキノキサリン誘導体の合成方法について説明する。
上記一般式(G1)で表される、ジベンゾベンゾフロキノキサリン誘導体、またはジベン
ゾベンゾチエノキノキサリン誘導体は、下記合成スキーム(A-2)に示すように、上記
スキーム(A-1)もしくは(A-1’)で得られたハロゲン化合物(G0)と、ボロン
酸化合物(B1)、とをカップリングさせることにより得られる。
なお、合成スキーム(A-2)において、QはOまたはSを表し、R~R12、および
31~R42はそれぞれ独立に、水素、または置換基を表し、かつR~R12の少な
くとも一は、環を形成する炭素数が3~30の置換もしくは無置換の、縮合芳香環または
縮合複素芳香環のいずれかを有する。また、Bはボロン酸またはボロン酸エステルまた
は環状トリオールボレート塩等を表す。
上述の化合物(A1)および(A1’)は、様々な種類が市販されているか、あるいは合
成可能であるため、一般式(G1)で表され、本発明の一態様であるジベンゾベンゾフロ
キノキサリン誘導体、またはジベンゾベンゾチエノキノキサリン誘導体は数多くの種類を
合成することができる。したがって、本発明の一態様である有機化合物は、バリエーショ
ンが豊富であるという特徴がある。
また、上述の化合物(G0)の具体的な構造式を下記に示す。
なお、上記構造式(200)~(223)で表される有機化合物は、上記一般式(G0)
で表されるハロゲン化合物に含まれる一例であり、これに限定されない。
以上、本発明の一態様である有機化合物、ジベンゾベンゾフロキノキサリン誘導体、また
はジベンゾベンゾチエノキノキサリン誘導体の合成方法の一例について説明したが、本発
明はこれに限定されることはなく、他のどのような合成方法によって合成されても良い。
なお、本実施の形態に示す有機化合物は、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。
なお、上述した本発明の一態様である有機化合物は、電子輸送性及び正孔輸送性を有する
ため、発光層のホスト材料として、あるいは電子輸送層、正孔輸送層にも用いることがで
きる。また、本発明の一態様である有機化合物は、比較的高いT1準位を保つことができ
るため、燐光を発光する物質(燐光材料)と組み合わせて、ホスト材料として用いること
が好ましい。また、蛍光発光を示すため、それ自体、発光素子の発光物質として使うこと
も可能である。従って、これらの有機化合物を含む発光素子も本発明の一態様に含まれる
また、本発明の一態様である有機化合物はLUMO準位が低く、電子を受け取りやすい化
合物として好適である。従って、電子輸送層や発光層のホスト材料として用いることが好
ましく、それにより発光素子の駆動電圧を低減することができる。
なお、本発明の一態様である有機化合物と、HOMO準位が高く(具体的には-5.7e
V以上)、正孔を受け取りやすい有機化合物と、を組み合わせることにより、励起錯体を
形成し、この励起錯体から発光物質へ効率よく励起エネルギーを移動させることができ、
燐光発光素子の効率向上、信頼性向上、駆動電圧低減を図ることができる。なお、本発明
の一態様である有機化合物と組み合わせる有機化合物(正孔輸送性材料および電子輸送性
材料)の具体例については、実施の形態2で示す材料を適宜用いることができる。
また、本発明の一態様である有機化合物を用いることで、発光効率の高い発光素子、発光
装置、電子機器、または照明装置を実現することができる。また、消費電力が低い発光素
子、発光装置、電子機器、または照明装置を実現することができる。
なお、本実施の形態において、本発明の一態様について述べた。また、他の実施の形態に
おいて、本発明の一態様について述べる。ただし、本発明の一態様は、これらに限定され
ない。つまり、本実施の形態および他の実施の形態では、様々な発明の態様が記載されて
いるため、本発明の一態様は、特定の態様に限定されない。例えば、本発明の一態様とし
て、発光素子に適用した場合の例を示したが、本発明の一態様は、これに限定されない。
また、状況に応じて、本発明の一態様は、発光素子以外のものに適用してもよい。また、
状況に応じて、本発明の一態様は、発光素子に適用しなくてもよい。
本実施の形態に示す構成は、他の実施の形態に示した構成と適宜組み合わせて用いること
ができる。
(実施の形態2)
本実施の形態では、本発明の一態様である発光素子について説明する。なお、本実施の形
態で説明する発光素子には、本発明の一態様である有機化合物を用いることができる。
≪発光素子の基本的な構造≫
図1(A)には、一対の電極間にEL層を挟んでなる発光素子を示す。具体的には、第1
の電極101と第2の電極102との間に発光層を含むEL層103が挟まれた構造を有
する。
図1(B)には、一対の電極間に複数(図1(B)では、2層)のEL層(103a、1
03b)を有し、EL層の間に電荷発生層104を挟んでなる積層構造(タンデム構造)
の発光素子を示す。このようなタンデム構造の発光素子は、低電圧駆動が可能で消費電力
が低い発光装置を実現することができる。
なお、電荷発生層104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、一方のEL層(103aまたは103b)に電子を注入し、他方のEL層(103b
または103a)に正孔を注入する機能を有する。従って、図1(B)において、第1の
電極101に第2の電極102よりも電位が高くなるように電圧を印加すると、電荷発生
層104からEL層103aに電子が注入され、EL層103bに正孔が注入される。
電荷発生層104は、光の取り出し効率の点から、可視光に対して透光性を有する(具体
的には、電荷発生層104に対する可視光の透過率が、40%以上)ことが好ましい。ま
た、電荷発生層104は、第1の電極101や第2の電極102よりも低い導電率であっ
ても機能する。
図1(C)には、EL層103の積層構造について示す。図1(C)において、第1の電
極101が陽極として機能する場合、EL層103は、第1の電極101上に、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が順次積層された構造を有する。図1(B)に示すタンデム構造のよう
に複数のEL層を有する場合も、図1(D)に示すように各EL層が、陽極側から上記の
ように順次積層される構造とする。なお、第1の電極101が陰極で、第2の電極102
が陽極の場合は、積層順は逆になる。
なお、複数のEL層が積層される構成については、図1(E)に示すようにEL層が電荷
発生層(104a、104b)をそれぞれ介して3層積層(103a、103b、103
c)される構成としても良い。ただし、積層数については、2層や3層に限られることは
無く、4層以上が積層された構成であっても良い。また、EL層(103、103a、1
03b、103c)に含まれる発光層(113、113a、113b、113c)は、そ
れぞれ発光物質や複数の物質を適宜組み合わせて有しており、所望の発光色を呈する蛍光
発光や燐光発光が得られる構成とすることができる。また、発光層113(113a、1
13b、113c)を複数有する場合は、各発光層の発光色が異なる構成としてもよい。
なお、この場合、積層された各発光層に用いる発光物質やその他の物質は、それぞれ異な
る材料を用いればよい。例えば、発光層113aを青色、発光層113bを赤色、緑色、
または黄色のいずれか、発光層113cを青色とすることができるが、発光層113aを
赤色、発光層113bを青色、緑色、または黄色のいずれか、発光層113cを赤色とす
ることもできる。なお、複数の発光の輝度や色特性を考慮した上で、適宜その他の発光色
の組み合わせを用いることができる。
また、本発明の一態様である発光素子において、EL層(103、103a、103b)
で得られた発光を両電極間で共振させることにより、得られる発光を強める構成としても
良い。例えば、図1(C)において、第1の電極101を反射電極とし、第2の電極10
2を半透過・半反射電極とすることにより微小光共振器(マイクロキャビティ)構造を形
成し、EL層103から得られる発光を強めることができる。
なお、発光素子の第1の電極101が、反射性を有する導電性材料と透光性を有する導電
性材料(透明導電膜)との積層構造からなる反射電極である場合、透明導電膜の膜厚を制
御することにより光学調整を行うことができる。具体的には、発光層113から得られる
光の波長λに対して、第1の電極101と、第2の電極102との電極間距離がmλ/2
(ただし、mは自然数)近傍となるように調整するのが好ましい。
また、発光層113から得られる所望の光(波長:λ)を増幅させるために、第1の電極
101から発光層113の所望の光が得られる領域(発光領域)までの光学距離と、第2
の電極102から発光層113の所望の光が得られる領域(発光領域)までの光学距離と
、をそれぞれ(2m’+1)λ/4(ただし、m’は自然数)近傍となるように調節する
のが好ましい。なお、ここでいう発光領域とは、発光層113における正孔(ホール)と
電子との再結合領域を示す。
このような光学調整を行うことにより、発光層113から得られる特定の単色光のスペク
トルを狭線化させ、色純度の良い発光を得ることができる。
但し、上記の場合、第1の電極101と第2の電極102との光学距離は、厳密には第1
の電極101における反射領域から第2の電極102における反射領域までの総厚という
ことができる。しかし、第1の電極101や第2の電極102における反射領域を厳密に
決定することは困難であるため、第1の電極101と第2の電極102の任意の位置を反
射領域と仮定することで充分に上述の効果を得ることができるものとする。また、第1の
電極101と、所望の光が得られる発光層との光学距離は、厳密には第1の電極101に
おける反射領域と、所望の光が得られる発光層における発光領域との光学距離であるとい
うことができる。しかし、第1の電極101における反射領域や、所望の光が得られる発
光層における発光領域を厳密に決定することは困難であるため、第1の電極101の任意
の位置を反射領域、所望の光が得られる発光層の任意の位置を発光領域と仮定することで
充分に上述の効果を得ることができるものとする。
図1(C)に示す発光素子が、マイクロキャビティ構造を有する場合、EL層が共通であ
っても異なる波長の光(単色光)を取り出すことができる。従って、異なる発光色を得る
ための塗り分け(例えば、RGB)が不要となり、高精細化が可能となる。また、着色層
(カラーフィルタ)との組み合わせも可能である。また、特定波長の正面方向の発光強度
を強めることが可能なため、低消費電力化を図ることができる。
なお、上述した本発明の一態様である発光素子において、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素子において、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。
≪発光素子の具体的な構造および作製方法≫
次に、本発明の一態様である発光素子の具体的な構造および作製方法について説明する。
なお、図1(A)~図1(D)において、符号が共通である場合は説明も共通とする。
<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、上述した素子構造に
おける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(A
g)、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。
図1に示す発光素子において、図1(C)のように積層構造を有するEL層103を有し
、第1の電極101が陽極である場合、第1の電極101上にEL層103の正孔注入層
111、正孔輸送層112が真空蒸着法により順次積層形成される。また、図1(D)の
ように、積層構造を有する複数のEL層(103a、103b)が電荷発生層104を挟
んで積層され、第1の電極101が陽極である場合、第1の電極101上にEL層103
aの正孔注入層111a、正孔輸送層112aが真空蒸着法により順次積層形成されるだ
けでなく、EL層103a、電荷発生層104が順次積層形成された後、電荷発生層10
4上にEL層103bの正孔注入層111b、正孔輸送層112bが同様に順次積層形成
される。
<正孔注入層および正孔輸送層>
正孔注入層(111、111a、111b)は、陽極である第1の電極101や電荷発生
層(104)からEL層(103、103a、103b)に正孔(ホール)を注入する層
であり、正孔注入性の高い材料を含む層である。
正孔注入性の高い材料としては、モリブデン酸化物やバナジウム酸化物、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)や銅フタロシアニン(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、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:PCz
PCN1)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:P
VTPA)、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)(略称: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、111a、111b)で正孔
が発生し、正孔輸送層(112、112a、112b)を介して発光層(113、113
a、113b、113c)に正孔が注入される。なお、正孔注入層(111、111a、
111b)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。
正孔輸送層(112、112a、112b)は、正孔注入層(111、111a、111
b)によって、第1の電極101や電荷発生層104から注入された正孔を発光層(11
3、113a、113b、113c)に輸送する層である。なお、正孔輸送層(112、
112a、112b)は、正孔輸送性材料を含む層である。正孔輸送層(112、112
a、112b)に用いる正孔輸送性材料は、特に正孔注入層(111、111a、111
b)のHOMO準位と同じ、あるいは近いHOMO準位を有するものを用いることが好ま
しい。
正孔注入層(111、111a、111b)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、キノジメタン
誘導体やクロラニル誘導体、ヘキサアザトリフェニレン誘導体などの有機アクセプターを
用いることができる。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、2,3,6,7,1
0,11-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)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やシアノ基)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]などが挙げら
れる。
正孔注入層(111、111a、111b)および正孔輸送層(112、112a、11
2b)に用いる正孔輸送性材料としては、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骨格を有
する化合物やフラン骨格を有する化合物)や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。
正孔輸送性材料の具体例としては、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:mBPA
FLP)、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)、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)、3-[4-(9-フェナントリル)-フェニル]-9-フェニル-9
H-カルバゾール(略称:PCPPn)、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)、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)、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)、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)などの芳香族アミン化合物等を用い
ることができる。また、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)、4,4’,4’’-トリス(カルバゾール-9-イ
ル)トリフェニルアミン(略称:TCTA)、4,4’,4’’-トリス[N-(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:TDA
TA)、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:DP
AB)、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)等の芳香族アミン骨格を有する化合物、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)、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)、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:PCzPCA
2)、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)、1,3,5-トリス[4-
(N-カルバゾリル)フェニル]ベンゼン(略称:TCPB)、9-[4-(10-フェ
ニル-9-アントラセニル)フェニル]-9H-カルバゾール(略称:CzPA)等のカ
ルバゾール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:mmD
BFFLBi-II)等のフラン骨格を有する化合物が挙げられる。
さらに、ポリ(N-ビニルカルバゾール)(略称:PVK)、ポリ(4-ビニルトリフェ
ニルアミン)(略称:PVTPA)、ポリ[N-(4-{N’-[4-(4-ジフェニル
アミノ)フェニル]フェニル-N’-フェニルアミノ}フェニル)メタクリルアミド](
略称:PTPDMA)、ポリ[N,N’-ビス(4-ブチルフェニル)-N,N’-ビス
(フェニル)ベンジジン](略称:Poly-TPD)などの高分子化合物を用いること
もできる。
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正孔注入層(111、111a、111b)および正
孔輸送層(112、112a、112b)に用いることができる。なお、正孔輸送層(1
12、112a、112b)は、各々複数の層から形成されていても良い。すなわち、例
えば第1の正孔輸送層と第2の正孔輸送層とが積層されていても良い。
図1(D)に示す発光素子において、EL層103aの正孔輸送層112a上に発光層1
13aが真空蒸着法により形成される。また、EL層103aおよび電荷発生層104が
形成された後、EL層103bの正孔輸送層112b上に発光層113bが真空蒸着法に
より形成される。
<発光層>
発光層(113、113a、113b、113c)は、発光物質を含む層である。なお、
発光物質としては、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。また、複数の発光層(113a、113b、113c)に異
なる発光物質を用いることにより異なる発光色を呈する構成(例えば、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)とすることができる。さらに、一つの発光層が
異なる発光物質を有する積層構造であっても良い。
また、発光層(113、113a、113b、113c)は、発光物質(ゲスト材料)に
加えて、1種または複数種の有機化合物(ホスト材料、アシスト材料)を有していても良
い。また、1種または複数種の有機化合物としては、本実施の形態で説明する正孔輸送性
材料や電子輸送性材料の一方または両方を用いることができる。
発光層(113、113a、113b、113c)に用いることができる発光物質として
は、特に限定は無く、一重項励起エネルギーを可視光領域の発光に変える発光物質、また
は三重項励起エネルギーを可視光領域の発光に変える発光物質を用いることができる。本
発明の一態様である有機化合物は蛍光発光を示すため、一重項励起エネルギーを可視光領
域の発光に変える発光物質として用いることができる。なお、その他の上記発光物質とし
ては、例えば、以下のようなものが挙げられる。
一重項励起エネルギーを発光に変える発光物質としては、蛍光を発する物質(蛍光材料)
が挙げられ、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:PAPP2B
Py)、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:PC
BAPA)、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。
また、三重項励起エネルギーを発光に変える発光物質としては、例えば、燐光を発する物
質(燐光材料)や熱活性化遅延蛍光を示す熱活性化遅延蛍光(Thermally ac
tivated delayed fluorescence:TADF)材料が挙げら
れる。
燐光材料としては、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。これらは、物質ごとに異なる発光色(発光ピーク)を示すため、必要に応じて適宜選
択して用いる。
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
ある燐光材料としては、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(iPrp
tz-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(iPr5
btz)])、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(II
I)(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
ある燐光材料としては、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(m
ppm)(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)(a
cac)])、(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-κN]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:[I
r(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(m
ppr-iPr)(acac)])のようなピラジン骨格を有する有機金属錯体、トリ
ス(2-フェニルピリジナト-N,C2’)イリジウム(III)(略称:[Ir(pp
y)])、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)(ac
ac)])、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)])のような
ピリジン骨格を有する有機金属錯体、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
ある燐光材料としては、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)])、(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や、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)])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(II
I)(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。
発光層(113、113a、113b、113c)に用いる有機化合物(ホスト材料、ア
シスト材料)としては、発光物質(ゲスト材料)のエネルギーギャップより大きなエネル
ギーギャップを有する物質を、一種もしくは複数種選択して用いればよい。なお、上述し
た正孔輸送性材料として挙げたものや、後述する電子輸送性材料として挙げられる材料を
このような有機化合物(ホスト材料、アシスト材料)として用いることもできる。本発明
の一態様である有機化合物はLUMO準位が低いのでホスト材料やアシスト材料として用
いる事で駆動電圧を下げることができる。先述した比較的高いT1準位も求められる特性
の一つである。励起錯体を形成する組み合わせの一方として用いる場合にも、LUMO準
位が低いために多くの材料と組み合わせることができる。他の材料を例に挙げる事で、こ
のような有機化合物(ホスト材料、アシスト材料)に求められる特性について詳述する。
発光物質が蛍光材料である場合、ホスト材料としては一重項励起状態のエネルギー準位が
大きく、三重項励起状態のエネルギー準位が小さい有機化合物を用いるのが好ましい。な
お、本実施の形態で示す正孔輸送性の材料や電子輸送性の材料の他、バイポーラ性の材料
をホスト材料として用いることができるが、上記の条件を満たす物質であれば、より好ま
しい。例えば、アントラセン誘導体やテトラセン誘導体なども好適である。
従って、蛍光性の発光物質と組み合わせるホスト材料としては、例えば、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)、PCPN、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:F
LPPA)、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。
発光物質が燐光材料である場合、ホスト材料としては発光物質の三重項励起エネルギー(
基底状態と三重項励起状態とのエネルギー差)よりも三重項励起エネルギーの大きい有機
化合物を選択すれば良い。なお、本実施の形態で示す正孔輸送性の材料や電子輸送性の材
料の他、バイポーラ性の材料をホスト材料として用いることができるが、上記の条件を満
たす物質であれば、より好ましい。例えば、アントラセン誘導体、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
族化合物なども好適である。
従って、燐光性の発光物質と組み合わせるホスト材料としては、例えば、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:Cz
A1PA)、4-(10-フェニル-9-アントリル)トリフェニルアミン(略称:DP
hPA)、YGAPA、PCAPA、9-(4-{4’-[N-フェニル-N-(N-フ
ェニル-3-カルバゾリル)]アミノ}フェニル)フェニル-10-フェニルアントラセ
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)、CzPA、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)、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)等が
挙げられる。
また、発光層(113、113a、113b、113c)に複数の有機化合物を用いる場
合、励起錯体を形成する化合物を燐光発光物質と混合して用いることが好ましい。なお、
このような構成とすることにより、励起錯体から発光物質へのエネルギー移動であるEx
TET(Exciplex-Triplet Energy Transfer)を用い
た発光を得ることができる。この場合、様々な有機化合物を適宜組み合わせて用いること
ができるが、効率よく励起錯体を形成するためには、正孔を受け取りやすい化合物(正孔
輸送性材料)と、電子を受け取りやすい化合物(電子輸送性材料)とを組み合わせること
が特に好ましい。
TADF材料とは、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
重項励起準位と一重項励起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、フラーレンやその誘導体、プロフラビン等のアクリジン
誘導体、エオシン等が挙げられる。また、マグネシウム(Mg)、亜鉛(Zn)、カドミ
ウム(Cd)、スズ(Sn)、白金(Pt)、インジウム(In)、もしくはパラジウム
(Pd)等を含む金属含有ポルフィリンが挙げられる。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。
その他のTADF材料としては、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-1
0-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,1
0’H-スピロ[アクリジン-9,9’-アントラセン]-10’-オン(略称:ACR
SA)等のπ電子過剰型複素芳香環及びπ電子不足型複素芳香環を有する複素環化合物を
用いることができる。なお、π電子過剰型複素芳香環とπ電子不足型複素芳香環とが直接
結合した物質は、π電子過剰型複素芳香環のドナー性とπ電子不足型複素芳香環のアクセ
プター性が共に強くなり、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。
なお、TADF材料を用いる場合、他の有機化合物と組み合わせて用いることもできる。
上記の材料を適宜用いることにより、発光層(113、113a、113b、113c)
を形成することができる。また、上記の材料は、低分子材料や高分子材料と組み合わせる
ことにより発光層(113、113a、113b、113c)の形成に用いることができ
る。
図1(D)に示す発光素子においては、EL層103aの発光層113a上に電子輸送層
114aが形成される。また、EL層103aおよび電荷発生層104が形成された後、
EL層103bの発光層113b上に電子輸送層114bが形成される。
<電子輸送層>
電子輸送層(114、114a、114b)は、電子注入層(115、115a、115
b)によって、第2の電極102から注入された電子を発光層(113、113a、11
3b、113c)に輸送する層である。なお、電子輸送層(114、114a、114b
)は、電子輸送性材料を含む層である。電子輸送層(114、114a、114b)に用
いる電子輸送性材料は、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。本発明の一態様である有機化合物はこうした要求を満たす。加えてLUMO
準位の低さは駆動電圧を下げることにつながるので、電子輸送層に本発明の一態様である
有機化合物を用いる事は好ましい。その他の使いうる材料について以下に示す。
電子輸送性材料としては、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を用いることができる。
電子輸送性材料の具体例としては、トリス(8-キノリノラト)アルミニウム(III)
(略称:Alq)、トリス(4-メチル-8-キノリノラト)アルミニウム(III)
(略称:Almq)、ビス(10-ヒドロキシベンゾ[h]キノリナト)ベリリウム(
II)(略称:BeBq)、ビス(2-メチル-8-キノリノラト)(4-フェニルフ
ェノラト)アルミニウム(III)(略称:BAlq)、ビス(8-キノリノラト)亜鉛
(II)(略称:Znq)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
)、ビス[2-(2-ヒドロキシフェニル)ベンゾチアゾラト]亜鉛(II)(略称:Z
n(BTZ))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-te
rt-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)等のオキサジアゾール誘導体、3-
(4’-tert-ブチルフェニル)-4-フェニル-5-(4’’-ビフェニル)-1
,2,4-トリアゾール(略称:TAZ)、3-(4-tert-ブチルフェニル)-4
-(4-エチルフェニル)-5-(4-ビフェニリル)-1,2,4-トリアゾール(略
称:p-EtTAZ)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)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)や、4,4’-ビス(5-メチルベンゾオキサゾール-2-イル)
スチルベン(略称:BzOS)などのオキサゾール誘導体、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)など
のフェナントロリン誘導体、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:7mDBT
PDBq-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、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、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:4,6mPnP
2Pm)、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)、4,6-ビス[3-(9H-カルバゾール-9-イル
)フェニル]ピリミジン(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:PCCzP
Tzn)、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:mPCCzPTz
n-02)等のトリアジン誘導体を用いることができる。
また、ポリ(2,5-ピリジンジイル)(略称:PPy)、ポリ[(9,9-ジヘキシル
フルオレン-2,7-ジイル)-co-(ピリジン-3,5-ジイル)](略称:PF-
Py)、ポリ[(9,9-ジオクチルフルオレン-2,7-ジイル)-co-(2,2’
-ビピリジン-6,6’-ジイル)](略称:PF-BPy)のような高分子化合物を用
いることもできる。
また、電子輸送層(114、114a、114b)は、単層のものだけでなく、上記物質
からなる層が2層以上積層した構造であってもよい。
次に、図1(D)に示す発光素子において、EL層103aの電子輸送層114a上に電
子注入層115aが真空蒸着法により形成される。その後、EL層103aおよび電荷発
生層104が形成され、EL層103bの電子輸送層114bまで形成された後、上に電
子注入層115bが真空蒸着法により形成される。
<電子注入層>
電子注入層(115、115a、115b)は、電子注入性の高い物質を含む層である。
電子注入層(115、115a、115b)には、フッ化リチウム(LiF)、フッ化セ
シウム(CsF)、フッ化カルシウム(CaF)、リチウム酸化物(LiO)等のよ
うなアルカリ金属、アルカリ土類金属、またはそれらの化合物を用いることができる。ま
た、フッ化エルビウム(ErF)のような希土類金属化合物を用いることができる。ま
た、電子注入層(115、115a、115b)にエレクトライドを用いてもよい。エレ
クトライドとしては、例えば、カルシウムとアルミニウムの混合酸化物に電子を高濃度添
加した物質等が挙げられる。なお、上述した電子輸送層(114、114a、114b)
を構成する物質を用いることもできる。
また、電子注入層(115、115a、115b)に、有機化合物と電子供与体(ドナー
)とを混合してなる複合材料を用いてもよい。このような複合材料は、電子供与体によっ
て有機化合物に電子が発生するため、電子注入性および電子輸送性に優れている。この場
合、有機化合物としては、発生した電子の輸送に優れた材料であることが好ましく、具体
的には、例えば上述した電子輸送層(114、114a、114b)に用いる電子輸送性
材料(金属錯体や複素芳香族化合物等)を用いることができる。電子供与体としては、有
機化合物に対し電子供与性を示す物質であればよい。具体的には、アルカリ金属やアルカ
リ土類金属や希土類金属が好ましく、リチウム、セシウム、マグネシウム、カルシウム、
エルビウム、イッテルビウム等が挙げられる。また、アルカリ金属酸化物やアルカリ土類
金属酸化物が好ましく、リチウム酸化物、カルシウム酸化物、バリウム酸化物等が挙げら
れる。また、酸化マグネシウムのようなルイス塩基を用いることもできる。また、テトラ
チアフルバレン(略称:TTF)等の有機化合物を用いることもできる。
なお、図1(D)に示す発光素子において、発光層113bから得られる光を増幅させる
場合には、第2の電極102と、発光層113bとの光学距離が、発光層113bが呈す
る光の波長λの1/4未満となるように形成するのが好ましい。この場合、電子輸送層1
14bまたは電子注入層115bの膜厚を変えることにより、調整することができる。
<電荷発生層>
図1(D)に示す発光素子において、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。
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。
<基板>
本実施の形態で示した発光素子は、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、
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素子の作製には、蒸着法などの真空プロセスや、スピンコ
ート法や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)や、化学蒸着法(CVD法)等を用いることがで
きる。特に発光素子のEL層に含まれる機能層(正孔注入層(111、111a、111
b)、正孔輸送層(112、112a、112b)、発光層(113、113a、113
b、113c)、電子輸送層(114、114a、114b)、電子注入層(115、1
15a、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素子の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、113c)、電子輸送層(114
、114a、114b)、電子注入層(115、115a、115b))や電荷発生層(
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400~4000)、無機化合物(量子ドット材
料等)等を用いることができる。また、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3)
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2(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と発光素子(2
03R、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、複数の発光素子(203R、203G、203B、203W)は
、共通のEL層204を有し、また、各発光素子の発光色に応じて、各発光素子の電極間
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、206
B)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2(A)に示す発光装置は、第1の電極207を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を半透過・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、適宜用いればよい。
また、図2(A)において、例えば、発光素子203Rを赤色発光素子、発光素子203
Gを緑色発光素子、発光素子203Bを青色発光素子、発光素子203Wを白色発光素子
とする場合、図2(B)に示すように発光素子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、発光素子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、発光素子2
03B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2(B)に示すように、発光素子203Rにおいて導電層210Rを
第1の電極207に積層し、発光素子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2(A)に示すように、発光素子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、発光素
子203Rから赤色発光を得ることができる。また、発光素子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、発光素子203
Gから緑色発光を得ることができる。また、発光素子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、発光素子203Bから青
色発光を得ることができる。但し、発光素子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)や黒色層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2(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2(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2(C)に示すように発光素子(203
R、203G、203B)よりも第1の基板201側に設ければよい。
また、図2(A)において、発光素子が、赤色発光素子、緑色発光素子、青色発光素子、
白色発光素子の場合について示したが、本発明の一態様である発光素子はその構成に限ら
れることはなく、黄色の発光素子や橙色の発光素子を有する構成であっても良い。なお、
これらの発光素子を作製するために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、発光素子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素子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。
本発明の一態様である発光素子の素子構成を適用することで、アクティブマトリクス型の
発光装置や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、発光素子とトランジスタ(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素子を適用することが可能である。
本実施の形態では、アクティブマトリクス型の発光装置について図3を用いて説明する。
なお、図3(A)は発光装置21を示す上面図であり、図3(B)は図3(A)を鎖線A
-A’で切断した断面図である。アクティブマトリクス型の発光装置は、第1の基板30
1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)や電位を伝達する。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やのPW
Bが取り付けられた状態は、発光装置に含まれる。
次に、図3(B)に発光装置の断面構造を示す。
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
型や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、トップゲート型やボ
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、FET309とF
ET310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や、ポジ型の感光性樹脂(アクリル樹脂)などの有機化合物や、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素子317の構成は、他の実施の形態で説明した構成や材
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3(B)に示す断面図では発光素子317を1つのみ図示しているが、画素部3
02において、複数の発光素子がマトリクス状に配置されているものとする。画素部30
2には、3種類(R、G、B)の発光が得られる発光素子をそれぞれ選択的に形成し、フ
ルカラー表示可能な発光装置を形成することができる。また、3種類(R、G、B)の発
光が得られる発光素子の他に、例えば、ホワイト(W)、イエロー(Y)、マゼンタ(M
)、シアン(C)等の発光が得られる発光素子を形成してもよい。例えば、3種類(R、
G、B)の発光が得られる発光素子に上述の数種類の発光が得られる発光素子を追加する
ことにより、色純度の向上、消費電力の低減等の効果が得ることができる。また、カラー
フィルタと組み合わせることによってフルカラー表示可能な発光装置としてもよい。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)や、発光素子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には、不活性気体(窒素やアルゴン等)や
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、エポキシ樹脂や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、できるだけ水分や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や石英基板の他、FRP(Fiber-Reinforce
d 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と発光素子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と発光素
子を形成した後、熱、力、レーザ照射などを与えることによりFETと発光素子を剥離層
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や、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
や耐熱性に優れ、軽量化および薄型化を図ることができる。
なお、本実施の形態に示す構成は、他の実施の形態に示した構成を適宜組み合わせて用い
ることができる。
(実施の形態5)
本実施の形態では、本発明の一態様である発光素子、本発明の一態様である発光素子を有
する発光装置を適用して完成させた様々な電子機器や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4(A)乃至図4(C)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4(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4(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4(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4(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4(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7
001、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、文字や画像情報をその複
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
子メールや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4(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7
001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4(A)乃至図4(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4(A)乃至図4(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4(G)は、腕時計型の携帯情報端末であり、例えばスマートウォッチとして用いるこ
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や、
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7027、その他のアイコン702
8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4(G)に示すスマートウォッチは、様々な機能を有することができる。例えば
、様々な情報(静止画、動画、テキスト画像など)を表示部に表示する機能、タッチパネ
ル機能、カレンダー、日付又は時刻などを表示する機能、様々なソフトウエア(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および本発明の一態様である発光素子を有する表示
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5(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5(A)には、展開した状態の携帯情報端末93
10を示す。また、図5(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5(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931
1における表示領域9312は折りたたんだ状態の携帯情報端末9310の側面に位置す
る表示領域である。表示領域9312には、情報アイコンや使用頻度の高いアプリやプロ
グラムのショートカットなどを表示させることができ、情報の確認やアプリなどの起動を
スムーズに行うことができる。
また、発光装置を適用した自動車について、図6(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6(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6(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等に適用することができる。その他、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や表示装置を適用した電子機器や自動
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。なお、適
用できる電子機器や自動車は、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6)
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素子を適
用して作製される照明装置の構成について図7を用いて説明する。
図7(A)、(B)は、照明装置の断面図の一例を示す。なお、図7(A)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7(B)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7(A)に示す照明装置4000は、基板4001上に発光素子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。発光素子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4
008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と発光素子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7(A)のような凹凸を有するため、発光素子40
02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7(B)の照明装置4200は、基板4201上に発光素子4202を有する。発光素
子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4
208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4
209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と発光素子4202の間にバリア膜4213および平坦化膜421
4を設けてもよい。なお、封止基板4211は、図7(B)のような凹凸を有するため、
発光素子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、天井直付型や天井埋め込み型等がある。なお、このよう
な照明装置は、発光装置を筐体や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、寝室や階段や通路などに使用するのが有効である。そ
の場合、部屋の広さや構造に応じて適宜サイズや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、曲面を有する壁面や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素子を適用し、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有機化
合物、13-[3-(ジベンゾチオフェン-4-イル)フェニル]ジベンゾ[f,h][
1]ベンゾフロ[2,3-b]キノキサリン(略称:13mDBtPBfdbq)の合成
方法について説明する。なお、13mDBtPBfdbqの構造を以下に示す。
<ステップ1:1,4-ジヒドロフェナントロ[9,10-b]ピラジン-2,3-ジオ
ンの合成>
フェナントレン-9,10-ジアミン塩酸塩5.97gと炭酸水素ナトリウム16.51
g、シュウ酸ジエチル230mLを、還流管を付けた三口フラスコに入れ、内部を窒素置
換した。その後、130℃で23時間撹拌することで反応させた。所定時間経過後、これ
に水1Lを加え、室温で30分撹拌した。その後、得られた混合物を吸引ろ過し、エタノ
ールで洗浄することにより、目的のピラジン誘導体を得た(黄土色粉末、収量3.91g
、収率61%)。ステップ1の合成スキームを下記式(a-1)に示す。
<ステップ2:2,3-ジクロロジベンゾ[f,h]キノキサリンの合成>
次に、上記ステップ1で得た、1,4-ジヒドロフェナントロ[9,10-b]ピラジン
-2,3-ジオン3.91gと脱水DMF60mLを、還流管を付けた三口フラスコに入
れ、内部を窒素置換した。フラスコを氷冷した後、塩化ホスホリル5.4mLを加え、1
00℃で7時間半攪拌した。所定時間経過後、得られた混合物を1M水酸化ナトリウム水
溶液130mLに注いだ後、吸引ろ過した。得られた固体を水、エタノールで洗浄した後
、トルエンに溶かし、セライトを通して濾過した。得られた濾液を濃縮することにより、
目的のキノキサリン誘導体を得た(黄白色粉末、収量1.00g、収率22%)。ステッ
プ2の合成スキームを下記式(a-2)に示す。
<ステップ3:2-クロロ-3-(5-クロロ-2-メトキシフェニル)キノキサリンの
合成>
次に、上記ステップ2で得た、2,3-ジクロロジベンゾ[f,h]キノキサリン1.8
5g、5-クロロ-2-メトキシフェニルボロン酸1.16g、炭酸ナトリウム0.66
g、エチレングリコールジメチルエーテル(略称:DME)27mL、水27mLを、還
流管を付けた三口フラスコに入れ、内部を窒素置換した。フラスコ内を減圧下で撹拌して
脱気した後、テトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(0)(略称:Pd(P
Ph)0.48gを加え、100℃で20時間半撹拌し、反応させた。所定時間経
過後、これに水を加え、吸引ろ過により得られた固体をジクロロメタンに溶解させて濾過
し、濾液を濃縮させた。得られた固体を、トルエン:ヘキサン=1:2を展開溶媒とする
シリカゲルカラムクロマトグラフィーにより精製し、目的のキノキサリン誘導体を得た(
白色粉末、収量1.86g、収率74%)。ステップ3の合成スキームを下記式(a-3
)に示す。
<ステップ4:2-クロロ-3-(5-クロロ-2-ヒドロキシフェニル)キノキサリン
の合成>
次に、上記ステップ3で得た、2-クロロ-3-(5-クロロ-2-メトキシフェニル)
キノキサリン2.56g、脱水ジクロロメタン70mLを三口フラスコに入れ、内部を窒
素置換した。フラスコを-20℃に冷却した後、三臭化ホウ素(1Mジクロロメタン溶液
)13mLを滴下し、室温で16時間撹拌した。所定時間経過後、水を加え、ジクロロメ
タンによる抽出操作を行った。操作により得られた固体を、ジクロロメタンを展開溶媒と
するシリカゲルカラムクロマトグラフィーにより精製し、目的のキノキサリン誘導体を得
た(黄色粉末、収量2.12g、収率84%)。ステップ4の合成スキームを下記式(a
-4)に示す。
<ステップ5:13-クロロジベンゾ[f,h][1]ベンゾフロ[2,3-b]キノキ
サリンの合成>
次に、上記ステップ4で得た2-クロロ-3-(5-クロロ-2-ヒドロキシフェニル)
キノキサリン2.12g、脱水N-メチル-2-ピロリドン(略称:NMP)27mLを
、還流管を付けた三口フラスコに入れ、内部を窒素置換した。ここに炭酸カリウム1.5
1gを加えた後、120℃で8時間撹拌した。所定時間経過後、水を加え、得られた混合
物を吸引ろ過した。得られた固体をエタノールで洗浄することにより、目的のキノキサリ
ン誘導体を得た(淡黄色粉末、収量1.56g、収率84%)。ステップ5の合成スキー
ムを下記式(a-5)に示す。
<ステップ6:13-[3-(ジベンゾチオフェン-4-イル)フェニル]ジベンゾ[f
,h][1]ベンゾフロ[2,3-b]キノキサリン(略称:13mDBtPBfdbq
)の合成>
さらに、上記ステップ5で得た13-クロロジベンゾ[f,h][1]ベンゾフロ[2,
3-b]キノキサリン0.78g、(ジベンゾチオフェン-4-イル)フェニル-3-ボ
ロン酸1.10g、フッ化セシウム1.26g、メシチレン44mLを、還流管を付けた
三口フラスコに入れ、内部を窒素置換した。フラスコ内を減圧下で撹拌することで脱気し
た後、トリス(ジベンジリデンアセトン)ジパラジウム(0)(略称:Pd(dba)
)0.075g、2’-(ジシクロヘキシルホスフィノ)アセトフェノンエチレンケタ
ール0.059gを加え、120℃で17時間半撹拌した。所定時間経過後、得られた混
合物にエタノールを加えて吸引ろ過し、水、エタノールで洗浄した。得られた固体をトル
エンで溶かし、セライト、アルミナ、セライトの順で積層した濾過補助剤を通して濾過し
て濃縮乾固した後、トルエンで再結晶することにより、目的物を得た(黄白色粉末、収量
0.71g、収率56%)。得られた黄白色粉末0.70gを、トレインサブリメーショ
ン法により昇華精製した。昇華精製条件は、圧力2.7Pa、アルゴンガスを流量10.
5mL/minで流しながら、330℃で固体を加熱した。昇華精製後、目的物の黄白色
固体を収量0.56g、収率80%で得た。ステップ6の合成スキームを下記式(a-6
)に示す。
上記ステップ6で得られた黄白色固体の核磁気共鳴分光法(H-NMR)による分析結
果を下記に示す。また、H-NMRチャートを図8に示す。この結果から、本実施例に
おいて、上述の構造式(100)で表される本発明の一態様である有機化合物、13mD
BtPBfdbq得られたことがわかった。
H-NMR.δ(CDCl):7.49-7.51(m,2H),7.63-7.6
4(m,2H),7.71(t,1H),7.80-7.89(m,8H),8.06(
d,1H),8.16(s,1H),8.22-8.25(m,2H),8.70-8.
74(m,3H),9.36(d,1H),9.49-9.51(m,1H).
次に、13mDBtPBfdbqのトルエン溶液および固体薄膜の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。
トルエン溶液中の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、トルエン溶液中の発光スペクトルの測定には、蛍光光度計
((株)浜松ホトニクス製 FS920)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9(A)に示す。横軸は波長、縦軸は吸収強度
および発光強度を表す。
図9(A)の結果より、13mDBtPBfdbqのトルエン溶液では、281nmおよ
び397nm付近に吸収ピークが見られ、405nm(励起波長372nm)付近に発光
波長のピークが見られた。
固体薄膜の吸収スペクトルの測定には、石英基板上に真空蒸着法にて作製した固体薄膜を
用い、紫外可視分光光度計(日立ハイテクノロジーズ製 U4100型)を用いて測定し
た。また、固体薄膜の発光スペクトルの測定には、上記同様の固体薄膜を用い、蛍光光度
計((株)浜松ホトニクス製 FS920)を用いて測定した。得られた固体薄膜の吸収
スペクトルおよび発光スペクトルの測定結果を図9(B)に示す。横軸は波長、縦軸は吸
収強度および発光強度を表す。
図9(B)の結果より、13mDBtPBfdbqの固体薄膜では、383nm及び40
3nm付近に吸収ピークが見られ、511nm(励起波長380nm)付近に発光波長の
ピークが見られた。
また、13mDBtPBfdbqの示差走査熱量測定を行った。測定には示差走査熱量測
定装置(株式会社パーキンエルマージャパン製、Pyris 1)を用いた。測定は、-
10℃から350℃までの範囲を40℃/minの速度で昇温させた後、350℃で1分
間保持し、その後350℃から-10℃までの範囲を100℃/minの速度で降温させ
ることにより、1サイクルとした。なお、本実施例では、3サイクルの測定を行った。そ
して、2サイクル目の昇温時の結果からガラス転移温度(Tg)は、141℃であること
がわかった。従って、本実施例で合成した、13mDBtPBfdbqは、非常に耐熱性
に優れる材料であることがわかった。
本実施例では、本発明の一態様である発光素子として、実施例1で説明した13-[3-
(ジベンゾチオフェン-4-イル)フェニル]ジベンゾ[f,h][1]ベンゾフロ[2
,3-b]キノキサリン(略称:13mDBtPBfdbq)(構造式(100))を発
光層に用いた発光素子1、および比較のための発光素子として、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:2m
DBTBPDBq-II)(構造式(200))を発光層に用いた比較発光素子2につい
て、素子構造、作製方法およびその特性について説明する。なお、本実施例で用いる発光
素子の素子構造を図10に示し、具体的な構成について表1に示す。また、本実施例で用
いる材料の化学式を以下に示す。
≪発光素子の作製≫
本実施例で示す発光素子は、図10に示すように基板900上に形成された第1の電極9
01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。
まず、基板900上に第1の電極901を形成した。電極面積は、4mm(2mm×2
mm)とした。また、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)をスパッタリング法により、70nm
の膜厚で成膜して形成した。
ここで、前処理として、基板の表面を水で洗浄し、200℃で1時間焼成した後、UVオ
ゾン処理を370秒行った。その後、10-4Pa程度まで内部が減圧された真空蒸着装
置に基板を導入し、真空蒸着装置内の加熱室において、170℃で30分間の真空焼成を
行った後、基板を30分程度放冷した。
次に、第1の電極901上に正孔注入層911を形成した。正孔注入層911は、真空蒸
着装置内を1×10-4Paに減圧した後、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)と酸化モリブデン
とを、DBT3P-II:酸化モリブデン=2:1(質量比)とし、膜厚が70nmとな
るように共蒸着して形成した。
次に、正孔注入層911上に正孔輸送層912を形成した。正孔輸送層912は、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)を用い、膜厚が20nmになるように蒸着して形成
した。
次に、正孔輸送層912上に発光層913を形成した。
発光素子1の場合の発光層913は、ホスト材料として、本発明の一態様である有機化合
物、13mDBtPBfdbqを用い、アシスト材料としてPCBBiF、ゲスト材料(
燐光材料)として、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:[I
r(dmpqn)(acac)])を用い、重量比が13mDBtPBfdbq:PC
BBiF:[Ir(dmpqn)(acac)]=0.75:0.25:0.1となる
ように共蒸着した。なお、膜厚は、40nmとした。
比較発光素子2の場合の発光層913は、ホスト材料として、2mDBTBPDBq-I
Iを用い、アシスト材料としてPCBBiF、ゲスト材料(燐光材料)として[Ir(d
mpqn)(acac)]を用い、重量比が2mDBTBPDBq-II:PCBBi
F:[Ir(dmpqn)(acac)]=0.75:0.25:0.1となるように
共蒸着した。なお、膜厚は、40nmとした。
次に、発光層913上に電子輸送層914を形成した。電子輸送層914は、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)の膜厚が3
0nm、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)の膜厚が15nmとなるように順次蒸着して形成し
た。
次に、電子輸送層914上に電子注入層915を形成した。電子注入層915は、フッ化
リチウム(LiF)を用い、膜厚が1nmになるように蒸着して形成した。
次に、電子注入層915上に第2の電極903を形成した。第2の電極903は、アルミ
ニウムを蒸着法により、膜厚が200nmとなるように形成した。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。
以上の工程により、基板900上に一対の電極間にEL層を挟んでなる発光素子を形成し
た。なお、上記工程で説明した正孔注入層911、正孔輸送層912、発光層913、電
子輸送層914、電子注入層915は、本発明の一態様におけるEL層を構成する機能層
である。また、上述した作製方法における蒸着工程では、全て抵抗加熱法による蒸着法を
用いた。
また、上記に示すように作製した発光素子は、別の基板(図示せず)により封止される。
なお、別の基板(図示せず)を用いた封止の際は、窒素雰囲気のグローブボックス内にお
いて、紫外光により固化するシール剤を塗布した別の基板(図示せず)を基板900上に
固定し、基板900上に形成された発光素子の周囲にシール剤が付着するよう基板同士を
接着させた。封止時には365nmの紫外光を6J/cm照射してシール剤を固化し、
80℃にて1時間熱処理することによりシール剤を安定化させた。
≪発光素子の動作特性≫
作製した各発光素子の動作特性について測定した。なお、測定は室温(25℃に保たれた
雰囲気)で行った。また、結果を図11~図14に示す。
以下の表2に1000cd/m付近における各発光素子の主な初期特性値を示す。
なお、上記結果において、本実施例で作製した発光素子1は、比較発光素子2に比べて良
好な電流-電圧特性を示していることがわかる。このことは、発光素子1の発光層に用い
た本発明の一態様である、13mDBtPBfdbqが、酸素を有する五員環で縮環され
た構造に起因して深いLUMO準位を有するためであると言える。なお、サイクリックボ
ルタンメトリー(CV)による還元電位測定の結果、2mDBTBPDBq-IIのLU
MO準位は、-2.94eVであるのに対し、13mDBtPBfdbqのLUMO準位
は、-3.17eVであった。
また、発光素子1および比較発光素子2に2.5mA/cmの電流密度で電流を流した
際の発光スペクトルを、図15に示す。図15に示す通り、発光素子1および比較発光素
子2の発光スペクトルは628nm付近にピークを有しており、いずれも発光層913に
含まれる有機金属錯体、[Ir(dmpqn)(acac)]の発光に由来しているこ
とが示唆される。
次に、発光素子1および比較発光素子2に対する信頼性試験を行った。信頼性試験の結果
を図16に示す。図16において、縦軸は初期輝度を100%とした時の規格化輝度(%
)を示し、横軸は素子の駆動時間(h)を示す。なお、信頼性試験は、電流密度を75m
A/cmに設定し、発光素子を駆動させた。
信頼性試験の結果より、発光素子1は、比較発光素子2に比べて、高い信頼性を示すこと
が分かった。これは、本発明の一態様である有機化合物、13mDBtPBfdbq(構
造式(100))を発光素子1の発光層に用いたことによる効果と見ることができる。す
なわち、13mDBtPBfdbqは、実施の形態1で説明したように、ジベンゾキノキ
サリン骨格の2位と3位を縮合位置とし、酸素を有する五員環で縮環された構造を有する
ため、2mDBTBPDBq-II(構造式(200))のように、ジベンゾキノキサリ
ン骨格の2位の置換フェニレン基が3位の水素との立体反発により、捩じれるということ
が無く、分子の堅牢性および安定性が向上するという特徴を有する。なお、表2において
、発光素子1が比較発光素子2に比べて良好な電流-電圧特性を示したことは、発光層に
おけるキャリアの再結合領域が狭く局所的な劣化が生じやすい素子構造であることが示唆
されるが、図16に示すように信頼性を向上させることができたのは、本発明の一態様で
ある有機化合物において、立体障害が小さいという特徴を有するのに加えて、良好な堅牢
性および安定性を有するためであると解することができる。すなわち、本発明の一態様で
ある有機化合物は、駆動電圧が低下すると信頼性も低下してしまうという、発光素子に良
くみられるトレードオフの現象を克服した材料であると言える。
さらに、本発明の一態様である有機化合物、13mDBtPBfdbqは、上述した分子
構造とすることにより信頼性の向上を図るだけでなく、酸素を有する五員環で縮環された
構造を有することで、多環の縮合分子構造とした際に問題となるT1準位の低下を最小限
に抑えることを可能とした。具体的には、T1準位を液化窒素温度(77K)で観測され
た燐光スペクトルの短波長側ピークに対応するとして求めたところ、2mDBTBPDB
q-IIのT1準位が515nmであるのに対し、13mDBtPBfdbqのT1準位
が538nmと、およそ20nmの長波長シフトに抑えられた。従って、本発明の一態様
である有機化合物、13mDBtPBfdbq(構造式(100))を発光素子のEL層
に用いることは、発光素子の信頼性を向上させるだけでなく、T1準位をある程度維持で
きるという点で有用であると言える。
≪合成例2≫
本実施例では、実施の形態1の構造式(101)で表される本発明の一態様である有機化
合物、13-[3-(ジベンゾフラン-4-イル)フェニル]ジベンゾ[f,h][1]
ベンゾフロ[2,3-b]キノキサリン(略称:13mDBfPBfdbq)の合成方法
について説明する。なお、13mDBfPBfdbqの構造を以下に示す。
<13mDBfPBfdbqの合成>
本実施例で示す13mDBfPBfdbqは、実施例1で説明した13mDBtPBfd
bqの合成方法と同様に、下記合成スキーム(b-1)に示す方法を用いて合成する。
以上により、本発明の一態様である有機化合物、13mDBfPBfdbqを得ることが
できる。
≪合成例3≫
本実施例では、実施の形態1の構造式(102)で表される本発明の一態様である有機化
合物、13-[3-(9H-カルバゾール-9-イル)フェニル]ジベンゾ[f,h][
1]ベンゾフロ[2,3-b]キノキサリン(略称:13mCzPBfdbq)の合成方
法について説明する。なお、13mCzPBfdbqの構造を以下に示す。
<13mCzPBfdbqの合成>
本実施例で示す13mCzPBfdbqは、実施例1で説明した13mDBtPBfdb
qの合成方法と同様に、下記合成スキーム(c-1)に示す方法を用いて合成する。
以上により、本発明の一態様である有機化合物、13mCzPBfdbqを得ることがで
きる。
≪合成例4≫
本実施例では、実施の形態1の構造式(110)で表される本発明の一態様である有機化
合物、13-[3-(トリフェニレン-2-イル)フェニル]ジベンゾ[f,h][1]
ベンゾフロ[2,3-b]キノキサリン(略称:13mTpPBfdbq)の合成方法に
ついて説明する。なお、13mTpPBfdbqの構造を以下に示す。
<13mTpPBfdbqの合成>
本実施例で示す13mTpPBfdbqは、実施例1で説明した13mDBtPBfdb
qの合成方法と同様に、下記合成スキーム(d-1)に示す方法を用いて合成する。
以上により、本発明の一態様である有機化合物、13mTpPBfdbqを得ることがで
きる。
≪合成例5≫
本実施例では、実施の形態1の構造式(123)で表される本発明の一態様である有機化
合物、13-[3-(9’-フェニル-3,3’-ビ-9H-カルバゾール-9-イル)
フェニル]ジベンゾ[f,h][1]ベンゾフロ[2,3-b]キノキサリン(略称:1
3mPCCzPBfdbq)の合成方法について説明する。なお、13mPCCzPBf
dbqの構造を以下に示す。
<13mPCCzPBfdbqの合成>
本実施例で示す13mPCCzPBfdbqは、実施例1で説明した13mDBtPBf
dbqの合成方法と同様に、下記合成スキーム(e-1)に示す方法を用いて合成する。
以上により、本発明の一態様である有機化合物、13mPCCzPBfdbqを得ること
ができる。
≪合成例6≫
本実施例では、実施の形態1の構造式(125)で表される本発明の一態様である有機化
合物、13-(9’-フェニル-3,3’-ビ-9H-カルバゾール-9-イル)ジベン
ゾ[f,h][1]ベンゾフロ[2,3-b]キノキサリン(略称:13PCCzBfd
bq)の合成方法について説明する。なお、13PCCzBfdbqの構造を以下に示す
<13PCCzBfdbqの合成>
実施例1のステップ5で得た、13-クロロジベンゾ[f,h][1]ベンゾフロ[2,
3-b]キノキサリン0.78g、9’-フェニル-3,3’-ビ-9H-カルバゾール
0.90g、メシチレン22mLを、還流管を付けた三口フラスコに入れ、内部を窒素置
換した。フラスコ内を減圧下で撹拌することで脱気した後、ナトリウムtert-ブトキ
シド0.42g、ビス(ジベンジリデンアセトン)パラジウム(0)(略称:Pd(db
a))0.013g、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:S-Phos)0.018gを加え、150℃で13時間撹拌した。
所定時間経過後、得られた混合物にエタノールを加えて吸引ろ過し、水、エタノールで洗
浄した。得られた固体を、トルエンを展開溶媒とするシリカゲルカラムクロマトグラフィ
ーにより精製した後、トルエンで再結晶することにより、目的物を得た(黄色固体、収量
0.56g、収率35%)。本実施例に示す合成方法の合成スキームを下記式(f-1)
に示す。
なお、上記で得られた黄色固体の核磁気共鳴分光法(H-NMR)による分析結果を下
記に示す。また、H-NMRチャートを図17に示す。この結果から、本実施例におい
て、上述の構造式(125)で表される本発明の一態様である有機化合物、13PCCz
Bfdbqが得られたことがわかった。
H-NMR.δ(CDCl):7.33(t,1H),7.39(t,1H),7.
45-7.56(m,6H),7.62-7.69(m,5H),7.79-7.90(
m,6H),7.95(d,1H),8.06(d,1H),8.27(d,1H),8
.32(d,1H),8.56(d,2H),8.70-8.76(m,3H),9.3
6(d,1H),9.44(d,1H).
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
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 発光素子
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 発光素子
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 発光素子
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 発光素子
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
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 (8)

  1. ジベンゾベンゾフロキノキサリン骨格またはジベンゾベンゾチエノキノキサリン骨格を有する有機化合物を有する発光素子。
  2. ジベンゾベンゾフロキノキサリン骨格またはジベンゾベンゾチエノキノキサリン骨格を有する有機化合物と、三重項励起エネルギーを発光に変える物質と、を有する発光素子。
  3. ジベンゾベンゾフロキノキサリン骨格またはジベンゾベンゾチエノキノキサリン骨格を有する有機化合物と、燐光材料と、を有する発光素子。
  4. ジベンゾベンゾフロキノキサリン骨格またはジベンゾベンゾチエノキノキサリン骨格を有する有機化合物と、熱活性化遅延蛍光材料と、を有する発光素子。
  5. 請求項1乃至請求項4のいずれか一において、
    前記有機化合物が、ジベンゾ[f,h][1]ベンゾフロ[2,3-b]キノキサリン骨格またはジベンゾ[f,h][1]ベンゾチエノ[2,3-b]キノキサリン骨格を有する、発光素子。
  6. 請求項1乃至請求項5のいずれか一に記載の発光素子と、
    トランジスタ、または基板のいずれか一と、
    を有する発光装置。
  7. 請求項6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、スピーカのいずれか一と、
    を有する電子機器。
  8. 請求項6に記載の発光装置と、
    筐体、カバー、または、支持台のいずれか一と、
    を有する照明装置。
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