JP2024019307A - 発光素子、表示装置、電子機器、及び照明装置 - Google Patents

発光素子、表示装置、電子機器、及び照明装置 Download PDF

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英子 吉住
唯 吉安
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辰義 高橋
朋香 原
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Abstract

【課題】発光効率の高い発光素子を提供する。【解決手段】第1の有機化合物と、第2の有機化合物と、ゲスト材料と、を有する発光素子である。第1の有機化合物のLUMO準位は、第2の有機化合物のLUMO準位より低く、第1の有機化合物のHOMO準位は、第2の有機化合物のHOMO準位より低い。ゲスト材料のLUMO準位は、第1の有機化合物のLUMO準位より高く、ゲスト材料のHOMO準位は、第2の有機化合物のHOMO準位より低い。ゲスト材料は、三重項励起エネルギーを発光に変換することができる機能を有する。第1の有機化合物と、第2の有機化合物と、が励起錯体を形成する。【選択図】図2

Description

本発明の一態様は、発光素子、または該発光素子を有する表示装置、電子機器、及び照
明装置に関する。
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。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。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、液晶表示装置、発光装置、照明装置、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
近年、エレクトロルミネッセンス(Electroluminescence:EL)
を利用した発光素子の研究開発が盛んに行われている。これら発光素子の基本的な構成は
、一対の電極間に発光性の物質を含む層(EL層)を挟んだ構成である。この素子の電極
間に電圧を印加することにより、発光性の物質からの発光が得られる。
上述の発光素子は自発光型であるため、これを用いた表示装置は、視認性に優れ、バッ
クライトが不要であり、消費電力が少ない等の利点を有する。さらに、該表示装置は、薄
型軽量に作製でき、応答速度が高いなどの利点も有する。
発光性の物質に有機化合物を用い、一対の電極間に当該発光性の物質を含むEL層を設
けた発光素子(例えば、有機EL素子)の場合、一対の電極間に電圧を印加することによ
り、陰極から電子が、陽極から正孔(ホール)がそれぞれ発光性のEL層に注入され、電
流が流れる。そして、注入された電子及び正孔が再結合することによって発光性の有機化
合物が励起状態となり、励起された発光性の有機化合物から発光を得ることができる。
有機化合物が形成する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)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。そのため、蛍光を発する化合物(蛍光性化合物)を用いた発光素子より、
燐光を発する化合物(燐光性化合物)を用いた発光素子の方が、高い発光効率を得ること
が可能となる。したがって、三重項励起状態を発光に変換することが可能な燐光性化合物
を用いた発光素子の開発が近年盛んに行われている(例えば、特許文献1参照)。
有機化合物を励起するために必要なエネルギーは、有機化合物のLUMO準位とHOM
O準位とのエネルギー差に依存し、そのエネルギー差は概ね一重項励起状態のエネルギー
に相当する。燐光性化合物を用いた発光素子においては、三重項励起エネルギーが、発光
のエネルギーに変換される。そのため、有機化合物が形成する一重項励起状態と三重項励
起状態とでエネルギー差が大きい場合、有機化合物を励起するために必要なエネルギーは
、該エネルギー差に相当するエネルギーの分だけ、発光のエネルギーより高くなってしま
う。有機化合物を励起するために必要なエネルギーと、発光のエネルギーとの差は、発光
素子において駆動電圧の上昇として素子特性に影響を与える。そのため、駆動電圧を低減
する手法が探索されている(特許文献2参照)。
また、燐光性化合物を用いた発光素子のうち、特に青色の発光を呈する発光素子におい
ては、高い三重項励起エネルギー準位を有する安定な化合物の開発が困難であるため、未
だ実用化に至っていない。そのため、高い発光効率を有し、安定な燐光性化合物の開発が
求められている。また、高い発光効率を示す、信頼性の優れた燐光性の発光素子の開発が
求められている。
特開2010-182699号公報 特開2012-212879号公報
高い発光効率を示す燐光性化合物として、イリジウム錯体が知られている。また、高い
発光エネルギーを有するイリジウム錯体として、含窒素五員複素環骨格を配位子に有する
イリジウム錯体が知られている。該含窒素五員複素環骨格は、高い三重項励起エネルギー
を有するが、含窒素六員複素環骨格と比較して電子受容性が低い。そのため、含窒素五員
複素環骨格を配位子に有するイリジウム錯体は、LUMO準位が高く、電子キャリアが注
入されにくい。そのため、含窒素五員複素環骨格を配位子に有するイリジウム錯体におい
ては、キャリアの直接再結合による励起が困難であり、効率よく発光させることが難しい
したがって、本発明の一態様では、燐光性化合物を有し、発光効率が高い発光素子を提
供することを課題の一とする。または、本発明の一態様では、消費電力が低減された発光
素子を提供することを課題の一とする。または、本発明の一態様では、信頼性の優れた発
光素子を提供することを課題の一とする。または、本発明の一態様では、新規な化合物を
提供することを課題の一とする。または、本発明の一態様では、新規な化合物を有する発
光素子を提供することを課題の一とする。または、本発明の一態様では、新規な発光素子
を提供することを課題の一とする。または、本発明の一態様では、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、本発明の一態様では、新規な表示装置を提供するこ
とを課題の一とする。
なお、上記の課題の記載は、他の課題の存在を妨げない。なお、本発明の一態様は、必
ずしも、これらの課題の全てを解決する必要はない。上記以外の課題は、明細書等の記載
から自ずと明らかであり、明細書等の記載から上記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、燐光性化合物を、効率よく励起することができる励起錯体を有する
発光素子である。また、高い発光エネルギーの発光を呈することができる新規な燐光性化
合物を有する発光素子である。
したがって、本発明の一態様は、第1の有機化合物と、第2の有機化合物と、ゲスト材
料と、を有する発光素子であって、第1の有機化合物のLUMO準位は、第2の有機化合
物のLUMO準位より低く、第1の有機化合物のHOMO準位は、第2の有機化合物のH
OMO準位より低く、ゲスト材料のLUMO準位とHOMO準位とのエネルギー差は、第
1の有機化合物のLUMO準位と、第2の有機化合物のHOMO準位と、のエネルギー差
より大きく、ゲスト材料は、三重項励起エネルギーを発光に変換することができる機能を
有し、第1の有機化合物と、第2の有機化合物と、が励起錯体を形成する組み合わせの発
光素子である。
また、本発明の他の一態様は、第1の有機化合物と、第2の有機化合物と、ゲスト材料
と、を有する発光素子であって、第1の有機化合物のLUMO準位は、第2の有機化合物
のLUMO準位より低く、第1の有機化合物のHOMO準位は、第2の有機化合物のHO
MO準位より低く、ゲスト材料のLUMO準位は、第1の有機化合物のLUMO準位より
高く、ゲスト材料のHOMO準位は、第2の有機化合物のHOMO準位より低く、ゲスト
材料は、三重項励起エネルギーを発光に変換することができる機能を有し、第1の有機化
合物と、第2の有機化合物と、が励起錯体を形成する組み合わせの発光素子である。
また、本発明の他の一態様は、第1の有機化合物と、第2の有機化合物と、ゲスト材料
と、を有する発光素子であって、第1の有機化合物のLUMO準位は、第2の有機化合物
のLUMO準位より低く、第1の有機化合物のHOMO準位は、第2の有機化合物のHO
MO準位より低く、ゲスト材料のLUMO準位は、第1の有機化合物のLUMO準位と同
等であり、ゲスト材料のHOMO準位は、第2の有機化合物のHOMO準位より低く、ゲ
スト材料は、三重項励起エネルギーを発光に変換することができる機能を有し、第1の有
機化合物と、第2の有機化合物と、が励起錯体を形成する組み合わせの発光素子である。
また、本発明の他の一態様は、第1の有機化合物と、第2の有機化合物と、ゲスト材料
と、を有する発光素子であって、第1の有機化合物のLUMO準位は、第2の有機化合物
のLUMO準位より低く、第1の有機化合物のHOMO準位は、第2の有機化合物のHO
MO準位より低く、ゲスト材料のLUMO準位は、第1の有機化合物のLUMO準位より
高く、ゲスト材料のHOMO準位は、第2の有機化合物のHOMO準位と同等であり、ゲ
スト材料は、三重項励起エネルギーを発光に変換することができる機能を有し、第1の有
機化合物と、第2の有機化合物と、が励起錯体を形成する組み合わせの発光素子である。
また、本発明の他の一態様は、第1の有機化合物と、第2の有機化合物と、ゲスト材料
と、を有する発光素子であって、第1の有機化合物の還元電位は、第2の有機化合物の還
元電位より高く、第1の有機化合物の酸化電位は、第2の有機化合物の酸化電位より高く
、ゲスト材料の還元電位は、第1の有機化合物の還元電位より低く、ゲスト材料の酸化電
位は、第2の有機化合物の酸化電位より高く、ゲスト材料は、三重項励起エネルギーを発
光に変換することができる機能を有し、第1の有機化合物と、第2の有機化合物と、が励
起錯体を形成する組み合わせの発光素子である。
また、本発明の他の一態様は、第1の有機化合物と、第2の有機化合物と、ゲスト材料
と、を有する発光素子であって、第1の有機化合物の還元電位は、第2の有機化合物の還
元電位より高く、第1の有機化合物の酸化電位は、第2の有機化合物の酸化電位より高く
、ゲスト材料の還元電位は、第1の有機化合物の還元電位と同等であり、ゲスト材料の酸
化電位は、第2の有機化合物の酸化電位より高く、ゲスト材料は、三重項励起エネルギー
を発光に変換することができる機能を有し、第1の有機化合物と、第2の有機化合物と、
が励起錯体を形成する組み合わせの発光素子である。
また、本発明の他の一態様は、第1の有機化合物と、第2の有機化合物と、ゲスト材料
と、を有する発光素子であって、第1の有機化合物の還元電位は、第2の有機化合物の還
元電位より高く、第1の有機化合物の酸化電位は、第2の有機化合物の酸化電位より高く
、ゲスト材料の還元電位は、第1の有機化合物の還元電位より低く、ゲスト材料の酸化電
位は、第2の有機化合物の酸化電位と同等であり、ゲスト材料は、三重項励起エネルギー
を発光に変換することができる機能を有し、第1の有機化合物と、第2の有機化合物と、
が励起錯体を形成する組み合わせの発光素子である。
また、上記各構成において、第1の有機化合物のLUMO準位と、第2の有機化合物の
HOMO準位と、のエネルギー差は、ゲスト材料の吸収端から算出される遷移エネルギー
以上であると好ましい。
また、上記各構成において、第1の有機化合物のLUMO準位と、第2の有機化合物の
HOMO準位と、のエネルギー差は、ゲスト材料が呈する発光のエネルギー以上であると
好ましい。
また、上記各構成において、ゲスト材料のLUMO準位とHOMO準位とのエネルギー
差は、ゲスト材料の吸収端から算出される遷移エネルギーより、0.4eV以上大きいと
好ましい。
また、上記各構成において、ゲスト材料のLUMO準位とHOMO準位とのエネルギー
差は、ゲスト材料が呈する発光のエネルギーより、0.4eV以上大きいと好ましい。
また、上記各構成において、ゲスト材料が呈する発光の発光スペクトルは、400nm
以上505nm未満の波長領域に少なくとも一つのピークを有すると好ましい。
また、上記各構成において、励起錯体は、ゲスト材料へ励起エネルギーを供与する機能
を有すると好ましい。また、励起錯体が呈する発光スペクトルは、ゲスト材料の最も低い
エネルギー側の吸収帯と重なる領域を有すると好ましい。
また、上記各構成において、ゲスト材料は、イリジウムを有すると好ましい。また、ゲ
スト材料は、イリジウムに配位する配位子を有し、配位子は、含窒素五員複素環骨格を有
すると好ましい。また、配位子は、トリアゾール骨格またはイミダゾール骨格を有すると
好ましい。
また、本発明の他の一態様は、一般式(G1)で表されるイリジウム錯体である。
一般式(G1)において、Arは、炭素数6乃至13の置換または無置換の第1のア
リール基を表す。また、Arは、炭素数6乃至13の置換または無置換の第2のアリー
ル基を表す。また、Q及びQは、それぞれ独立に、NまたはC-Rを表し、Rは、水
素、炭素数1乃至6のアルキル基、炭素数1乃至6のハロアルキル基、または炭素数6乃
至13の置換もしくは無置換の第3のアリール基のいずれかを表す。なお、Q及びQ
の少なくとも一方は、C-Rを有する。また、第1のアリール基乃至第3のアリール基の
少なくとも一は、シアノ基を有する。
また、本発明の他の一態様は、一般式(G2)で表されるイリジウム錯体である。
一般式(G2)において、Arは、炭素数6乃至13の置換または無置換の第1のア
リール基を表す。また、R乃至Rは、それぞれ独立に、水素、炭素数1乃至6のアル
キル基、炭素数3乃至6のシクロアルキル基、炭素数6乃至13の置換もしくは無置換の
第4のアリール基、またはシアノ基のいずれかを表す。また、Q及びQは、それぞれ
独立に、NまたはC-Rを表し、Rは、水素、炭素数1乃至6のアルキル基、炭素数1乃
至6のハロアルキル基、または炭素数6乃至13の置換もしくは無置換の第3のアリール
基のいずれかを表す。なお、Q及びQの少なくとも一方は、C-Rを有する。また、
第1のアリール基、第3のアリール基、第4のアリール基、及びR乃至Rの少なくと
も一は、シアノ基を有する。
また、本発明の他の一態様は、一般式(G3)で表されるイリジウム錯体である。
一般式(G3)において、Arは、炭素数6乃至13の置換または無置換の第1のア
リール基を表す。また、R乃至Rは、それぞれ独立に、水素、炭素数1乃至6のアル
キル基、炭素数3乃至6のシクロアルキル基、炭素数6乃至13の置換もしくは無置換の
第4のアリール基、またはシアノ基のいずれかを表す。また、Rは、水素、炭素数1乃
至6のアルキル基、炭素数1乃至6のハロアルキル基、または炭素数6乃至13の置換も
しくは無置換の第3のアリール基のいずれかを表す。また、第1のアリール基、第3のア
リール基、第4のアリール基、及びR乃至Rの少なくとも一は、シアノ基を有する。
また、本発明の他の一態様は、一般式(G4)で表されるイリジウム錯体である。
一般式(G4)において、Arは、炭素数6乃至13の置換または無置換の第1のア
リール基を表す。また、R乃至Rは、それぞれ独立に、水素、炭素数1乃至6のアル
キル基、炭素数3乃至6のシクロアルキル基、または炭素数6乃至13の置換もしくは無
置換の第4のアリール基のいずれかを表す。また、RおよびRは、それぞれ独立に、
水素、炭素数1乃至6のアルキル基、炭素数1乃至6のハロアルキル基、または炭素数6
乃至13の置換もしくは無置換の第3のアリール基のいずれかを表す。また、第1のアリ
ール基、第3のアリール基、第4のアリール基、及びR乃至Rの少なくとも一は、シ
アノ基を有する。
また、上記各構成において、Arは、置換または無置換のフェニル基であり、フェニ
ル基は、シアノ基を有することが好ましい。
また、本発明の他の一態様は、一般式(G5)で表されるイリジウム錯体である。
一般式(G5)において、R乃至Rは、それぞれ独立に、水素、炭素数1乃至6の
アルキル基、炭素数3乃至6のシクロアルキル基、または炭素数6乃至13の置換もしく
は無置換のアリール基のいずれかを表す。また、Rは、水素、炭素数1乃至6のアルキ
ル基、炭素数1乃至6のハロアルキル基、または炭素数6乃至13の置換もしくは無置換
のアリール基のいずれかを表す。また、R及びR11は、炭素数1乃至6のアルキル基
を表し、R及びR11は互いに同じ構造を有する。また、R乃至R10は、それぞれ
独立に、水素、炭素数1乃至6のアルキル基、炭素数3乃至6のシクロアルキル基、置換
もしくは無置換のフェニル基、またはシアノ基のいずれかを表し、R乃至R10の少な
くとも一はシアノ基を有する。
また、本発明の他の一態様は、一般式(G6)で表されるイリジウム錯体である。
一般式(G6)において、R乃至Rは、それぞれ独立に、水素、炭素数1乃至6の
アルキル基、炭素数3乃至6のシクロアルキル基、または炭素数6乃至13の置換もしく
は無置換のアリール基のいずれかを表す。また、RおよびRは、それぞれ独立に、水
素、炭素数1乃至6のアルキル基、炭素数1乃至6のハロアルキル基、または炭素数6乃
至13の置換もしくは無置換のアリール基のいずれかを表す。また、R及びR11は、
炭素数1乃至6のアルキル基を表し、R及びR11は互いに同じ構造を有する。また、
乃至R10は、それぞれ独立に、水素、炭素数1乃至6のアルキル基、炭素数3乃至
6のシクロアルキル基、置換もしくは無置換のフェニル基、またはシアノ基のいずれかを
表し、R乃至R10の少なくとも一はシアノ基を有する。
また、本発明の他の一態様は、一般式(G7)で表されるイリジウム錯体である。
一般式(G7)において、Arは、炭素数6乃至13の置換または無置換の第1のア
リール基を表す。また、R乃至Rは、それぞれ独立に、水素、炭素数1乃至6のアル
キル基、炭素数3乃至6のシクロアルキル基、または炭素数6乃至13の置換もしくは無
置換の第4のアリール基のいずれかを表す。また、Rは、水素、炭素数1乃至6のアル
キル基、炭素数1乃至6のハロアルキル基、または炭素数6乃至13の置換もしくは無置
換の第3のアリール基のいずれかを表す。また、第1のアリール基、第3のアリール基、
第4のアリール基、及びR乃至Rの少なくとも一は、シアノ基を有する。
上記構成に記載のArは、置換または無置換のフェニル基であり、フェニル基は、シ
アノ基を有することが好ましい。
また、本発明の他の一態様は、一般式(G8)で表されるイリジウム錯体である。
一般式(G8)において、R乃至Rは、それぞれ独立に、水素、炭素数1乃至6の
アルキル基、炭素数3乃至6のシクロアルキル基、または炭素数6乃至13の置換もしく
は無置換のアリール基のいずれかを表す。また、Rは、水素、炭素数1乃至6のアルキ
ル基、炭素数1乃至6のハロアルキル基、または炭素数6乃至13の置換もしくは無置換
のアリール基のいずれかを表す。また、R及びR11は、炭素数1乃至6のアルキル基
を表し、R及びR11は互いに同じ構造を有する。また、R乃至R10は、それぞれ
独立に、水素、炭素数1乃至6のアルキル基、炭素数3乃至6のシクロアルキル基、置換
もしくは無置換のフェニル基、またはシアノ基のいずれかを表し、R乃至R10の少な
くとも一はシアノ基を有する。
また、本発明の他の一態様は、上記各構成に記載のイリジウム錯体を有する発光素子で
ある。
また、本発明の他の一態様は、上記各構成に記載のイリジウム錯体と、第1の有機化合
物と、第2の有機化合物と、を有する発光素子であって、第1の有機化合物のLUMO準
位は、第2の有機化合物のLUMO準位より低く、第1の有機化合物のHOMO準位は、
第2の有機化合物のHOMO準位より低く、イリジウム錯体のLUMO準位とHOMO準
位とのエネルギー差は、第1の有機化合物のLUMO準位と、第2の有機化合物のHOM
O準位とのエネルギー差より大きく、第1の有機化合物と、第2の有機化合物と、が励起
錯体を形成する組み合わせの発光素子である。
また、本発明の他の一態様は、上記各構成に記載のイリジウム錯体と、第1の有機化合
物と、第2の有機化合物と、を有する発光素子であって、第1の有機化合物のLUMO準
位は、第2の有機化合物のLUMO準位より低く、第1の有機化合物のHOMO準位は、
第2の有機化合物のHOMO準位より低く、イリジウム錯体のLUMO準位は、第1の有
機化合物のLUMO準位より高く、イリジウム錯体のHOMO準位は、第2の有機化合物
のHOMO準位より低く、第1の有機化合物と、第2の有機化合物と、が励起錯体を形成
する組み合わせの発光素子である。
また、本発明の他の一態様は、上記各構成に記載のイリジウム錯体と、第1の有機化合
物と、第2の有機化合物と、を有する発光素子であって、第1の有機化合物のLUMO準
位は、第2の有機化合物のLUMO準位より低く、第1の有機化合物のHOMO準位は、
第2の有機化合物のHOMO準位より低く、イリジウム錯体のLUMO準位は、第1の有
機化合物のLUMO準位と同等であり、イリジウム錯体のHOMO準位は、第2の有機化
合物のHOMO準位より低く、第1の有機化合物と、第2の有機化合物と、が励起錯体を
形成する組み合わせの発光素子である。
また、本発明の他の一態様は、上記各構成に記載のイリジウム錯体と、第1の有機化合
物と、第2の有機化合物と、を有する発光素子であって、第1の有機化合物のLUMO準
位は、第2の有機化合物のLUMO準位より低く、第1の有機化合物のHOMO準位は、
第2の有機化合物のHOMO準位より低く、イリジウム錯体のLUMO準位は、第1の有
機化合物のLUMO準位より高く、イリジウム錯体のHOMO準位は、第2の有機化合物
のHOMO準位と同等であり、第1の有機化合物と、第2の有機化合物と、が励起錯体を
形成する組み合わせの発光素子である。
また、本発明の他の一態様は、上記各構成に記載のイリジウム錯体と、第1の有機化合
物と、第2の有機化合物と、を有する発光素子であって、第1の有機化合物の還元電位は
、第2の有機化合物の還元電位より高く、第1の有機化合物の酸化電位は、第2の有機化
合物の酸化電位より高く、イリジウム錯体の還元電位は、第1の有機化合物の還元電位よ
り低く、イリジウム錯体の酸化電位は、第2の有機化合物の酸化電位より高く、第1の有
機化合物と、第2の有機化合物と、が励起錯体を形成する組み合わせの発光素子である。
また、本発明の他の一態様は、上記各構成に記載のイリジウム錯体と、第1の有機化合
物と、第2の有機化合物と、を有する発光素子であって、第1の有機化合物の還元電位は
、第2の有機化合物の還元電位より高く、第1の有機化合物の酸化電位は、第2の有機化
合物の酸化電位より高く、イリジウム錯体の還元電位は、第1の有機化合物の還元電位と
同等であり、イリジウム錯体の酸化電位は、第2の有機化合物の酸化電位より高く、第1
の有機化合物と、第2の有機化合物と、が励起錯体を形成する組み合わせの発光素子であ
る。
また、本発明の他の一態様は、上記各構成に記載のイリジウム錯体と、第1の有機化合
物と、第2の有機化合物と、を有する発光素子であって、第1の有機化合物の還元電位は
、第2の有機化合物の還元電位より高く、第1の有機化合物の酸化電位は、第2の有機化
合物の酸化電位より高く、イリジウム錯体の還元電位は、第1の有機化合物の還元電位よ
り低く、イリジウム錯体の酸化電位は、第2の有機化合物の酸化電位と同等であり、第1
の有機化合物と、第2の有機化合物と、が励起錯体を形成する組み合わせの発光素子であ
る。
また、上記各構成において、励起錯体は、イリジウム錯体へ励起エネルギーを供与する
機能を有すると好ましい。また、励起錯体が呈する発光スペクトルは、イリジウム錯体の
最も低いエネルギー側の吸収帯と重なる領域を有すると好ましい。
また、上記構成において、第1の有機化合物のLUMO準位と、第2の有機化合物のH
OMO準位と、のエネルギー差は、イリジウム錯体の吸収端から算出される遷移エネルギ
ー以上であると好ましい。
また、上記構成において、第1の有機化合物のLUMO準位と、第2の有機化合物のH
OMO準位と、のエネルギー差は、イリジウム錯体が呈する発光のエネルギー以上である
と好ましい。
また、上記各構成において、第1の有機化合物は、電子を輸送することができる機能を
有し、第2の有機化合物は、正孔を輸送することができる機能を有すると好ましい。また
、第1の有機化合物は、π電子不足型複素芳香環骨格を有し、第2の有機化合物は、π電
子過剰型複素芳香環骨格または芳香族アミン骨格の少なくとも一方を有すると好ましい。
また、本発明の他の一態様は、上記各構成の発光素子と、カラーフィルタまたはトラン
ジスタの少なくとも一方と、を有する表示装置である。また、本発明の他の一態様は、当
該表示装置と、筐体またはタッチセンサの少なくとも一方と、を有する電子機器である。
また、本発明の他の一態様は、上記各構成の発光素子と、筐体またはタッチセンサの少な
くとも一方と、を有する照明装置である。また、本発明の一態様は、発光素子を有する発
光装置だけでなく、発光装置を有する電子機器も範疇に含める。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、もしくは光源(照明装置含む)を指す。また、発
光装置にコネクター、例えばFPC(Flexible Printed Circui
t)、TCP(Tape Carrier Package)が取り付けられた表示モジ
ュール、TCPの先にプリント配線板が設けられた表示モジュール、または発光素子にC
OG(Chip On Glass)方式によりIC(集積回路)が直接実装された表示
モジュールも発光装置を含む場合がある。
本発明の一態様により、燐光性化合物を有し、発光効率が高い発光素子を提供すること
ができる。または、本発明の一態様により、消費電力が低減された発光素子を提供するこ
とができる。または、本発明の一態様により、信頼性の優れた発光素子を提供することが
できる。または、本発明の一態様により、新規な化合物を提供することができる。または
、本発明の一態様により、新規な化合物を有する発光素子を提供することができる。また
は、本発明の一態様により、新規な発光素子を提供することができる。または、本発明の
一態様により、新規な発光装置を提供することができる。または、本発明の一態様により
、新規な表示装置を提供することができる。
なお、これらの効果の記載は、他の効果の存在を妨げない。なお、本発明の一態様は、
必ずしも、これらの効果の全てを有する必要はない。なお、これら以外の効果は、明細書
、図面、請求項などの記載から、自ずと明らかであり、明細書、図面、請求項などの記載
から、これら以外の効果を抽出することが可能である。
本発明の一態様の発光素子の断面模式図。 本発明の一態様の発光素子の発光層における、エネルギーバンドの相関、及びエネルギー準位の相関を説明する図。 本発明の一態様の発光素子の断面模式図。 本発明の一態様の発光素子の断面模式図。 本発明の一態様の発光素子の断面模式図。 本発明の一態様の発光素子の断面模式図。 本発明の一態様の発光素子の作製方法を説明する断面模式図。 本発明の一態様の発光素子の作製方法を説明する断面模式図。 本発明の一態様の表示装置を説明する上面図及び断面模式図。 本発明の一態様の表示装置を説明する断面模式図。 本発明の一態様の表示装置を説明する断面模式図。 本発明の一態様の表示装置を説明する断面模式図。 本発明の一態様の表示装置を説明する断面模式図。 本発明の一態様の表示装置を説明する断面模式図。 本発明の一態様の表示装置を説明する断面模式図。 本発明の一態様の表示装置を説明する断面模式図。 本発明の一態様の表示装置を説明する断面模式図。 本発明の一態様の表示装置を説明するブロック図及び回路図。 本発明の一態様の表示装置の画素回路を説明する回路図。 本発明の一態様の表示装置の画素回路を説明する回路図。 本発明の一態様のタッチパネルの一例を示す斜視図。 本発明の一態様の表示装置、及びタッチセンサの一例を示す断面図。 本発明の一態様のタッチパネルの一例を示す断面図。 本発明の一態様に係るタッチセンサのブロック図及びタイミングチャート図。 本発明の一態様に係るタッチセンサの回路図。 本発明の一態様の表示モジュールを説明する斜視図。 本発明の一態様の電子機器について説明する図。 本発明の一態様の電子機器について説明する図。 本発明の一態様の表示装置を説明する斜視図。 本発明の一態様の発光装置を説明する斜視図及び断面図。 本発明の一態様の発光装置を説明する断面図。 本発明の一態様の電子機器及び照明装置を説明する図。 本発明の一態様の照明装置について説明する図。 本発明の一態様の化合物のNMRチャートを説明する図。 本発明の一態様の化合物の吸収スペクトル、及び発光スペクトルを説明する図。 本発明の一態様の化合物の液体クロマトグラフを説明する図。 本発明の一態様の化合物のNMRチャートを説明する図。 本発明の一態様の化合物の吸収スペクトル、及び発光スペクトルを説明する図。 本発明の一態様の化合物のNMRチャートを説明する図。 本発明の一態様の化合物の吸収スペクトル、及び発光スペクトルを説明する図。 本発明の一態様の化合物の液体クロマトグラフを説明する図。 実施例に係る、発光素子を説明する断面模式図。 実施例に係る、ホスト材料の発光スペクトルを説明する図。 実施例に係る、発光素子の電流効率-輝度特性を説明する図。 実施例に係る、発光素子の輝度-電圧特性を説明する図。 実施例に係る、発光素子の外部量子効率-輝度特性を説明する図。 実施例に係る、発光素子の電力効率-輝度特性を説明する図。 実施例に係る、発光素子の電界発光スペクトルを説明する図。 実施例に係る、化合物の吸収スペクトルを説明する図。 実施例に係る、発光素子の信頼性試験結果を説明する図。 実施例に係る、発光素子の電流効率-輝度特性を説明する図。 実施例に係る、発光素子の輝度-電圧特性を説明する図。 実施例に係る、発光素子の外部量子効率-輝度特性を説明する図。 実施例に係る、発光素子の電力効率-輝度特性を説明する図。 実施例に係る、発光素子の電界発光スペクトルを説明する図。 実施例に係る、発光素子の電流効率-輝度特性を説明する図。 実施例に係る、発光素子の輝度-電圧特性を説明する図。 実施例に係る、発光素子の電流密度-電圧特性を説明する図。 実施例に係る、発光素子の外部量子効率-輝度特性を説明する図。 実施例に係る、発光素子の電力効率-輝度特性を説明する図。 実施例に係る、発光素子の電界発光スペクトルを説明する図。 実施例に係る、発光素子の信頼性試験結果を説明する図。 本発明の一態様の化合物のNMRチャートを説明する図。 本発明の一態様の化合物の吸収スペクトル、及び発光スペクトルを説明する図。 本発明の一態様の化合物の液体クロマトグラフを説明する図。 本発明の一態様の化合物のNMRチャートを説明する図。 本発明の一態様の化合物の吸収スペクトル、及び発光スペクトルを説明する図。 本発明の一態様の化合物の液体クロマトグラフを説明する図。 本発明の一態様の化合物のNMRチャートを説明する図。 本発明の一態様の化合物の吸収スペクトル、及び発光スペクトルを説明する図。 本発明の一態様の化合物の液体クロマトグラフを説明する図。 本発明の一態様の化合物のNMRチャートを説明する図。 本発明の一態様の化合物の吸収スペクトル、及び発光スペクトルを説明する図。 本発明の一態様の化合物の液体クロマトグラフを説明する図。 本発明の一態様の化合物のNMRチャートを説明する図。 本発明の一態様の化合物の吸収スペクトル、及び発光スペクトルを説明する図。 本発明の一態様の化合物の液体クロマトグラフを説明する図。 本発明の一態様の化合物のNMRチャートを説明する図。 本発明の一態様の化合物の吸収スペクトル、及び発光スペクトルを説明する図。 本発明の一態様の化合物の液体クロマトグラフを説明する図。 本発明の一態様の化合物のNMRチャートを説明する図。 本発明の一態様の化合物の吸収スペクトル、及び発光スペクトルを説明する図。 本発明の一態様の化合物のNMRチャートを説明する図。 本発明の一態様の化合物の吸収スペクトル、及び発光スペクトルを説明する図。 実施例に係る、発光素子の電流効率-輝度特性を説明する図。 実施例に係る、発光素子の輝度-電圧特性を説明する図。 実施例に係る、発光素子の外部量子効率-輝度特性を説明する図。 実施例に係る、発光素子の電力効率-輝度特性を説明する図。 実施例に係る、発光素子の電界発光スペクトルを説明する図。 実施例に係る、ホスト材料の発光スペクトルを説明する図。 実施例に係る、発光素子の電流効率-輝度特性を説明する図。 実施例に係る、発光素子の輝度-電圧特性を説明する図。 実施例に係る、発光素子の外部量子効率-輝度特性を説明する図。 実施例に係る、発光素子の電力効率-輝度特性を説明する図。 実施例に係る、発光素子の電界発光スペクトルを説明する図。 実施例に係る、発光素子の電流効率-輝度特性を説明する図。 実施例に係る、発光素子の輝度-電圧特性を説明する図。 実施例に係る、発光素子の外部量子効率-輝度特性を説明する図。 実施例に係る、発光素子の電力効率-輝度特性を説明する図。 実施例に係る、発光素子の電界発光スペクトルを説明する図。 実施例に係る、発光素子の電流効率-輝度特性を説明する図。 実施例に係る、発光素子の輝度-電圧特性を説明する図。 実施例に係る、発光素子の外部量子効率-輝度特性を説明する図。 実施例に係る、発光素子の電力効率-輝度特性を説明する図。 実施例に係る、発光素子の電界発光スペクトルを説明する図。 実施例に係る、ホスト材料の発光スペクトルを説明する図。 実施例に係る、発光素子の電流効率-輝度特性を説明する図。 実施例に係る、発光素子の輝度-電圧特性を説明する図。 実施例に係る、発光素子の外部量子効率-輝度特性を説明する図。 実施例に係る、発光素子の電力効率-輝度特性を説明する図。 実施例に係る、発光素子の電界発光スペクトルを説明する図。 実施例に係る、化合物の吸収スペクトルを説明する図。 実施例に係る、発光素子の電力効率-輝度特性を説明する図。 実施例に係る、発光素子の輝度-電圧特性を説明する図。 実施例に係る、発光素子の外部量子効率-輝度特性を説明する図。 実施例に係る、発光素子の電界発光スペクトルを説明する図。 実施例に係る、発光素子の発光の様子を説明する図。 本発明の一態様の化合物のNMRチャートを説明する図。 本発明の一態様の化合物の吸収スペクトル、及び発光スペクトルを説明する図。
以下、本発明の実施の態様について図面を用いて詳細に説明する。但し、本発明は以下
の説明に限定されず、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細
を様々に変更し得ることが可能である。従って、本発明は以下に示す実施の形態の記載内
容に限定して解釈されない。
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、第1、第2等として付される序数詞は便宜上用いており、
工程順又は積層順を示さない場合がある。そのため、例えば、「第1の」を「第2の」又
は「第3の」などと適宜置き換えて説明することができる。また、本明細書等に記載され
ている序数詞と、本発明の一態様を特定するために用いられる序数詞は一致しない場合が
ある。
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場合がある。
また、本明細書等において、「膜」という用語と、「層」という用語とは、互いに入れ
替えることが可能である。例えば、「導電層」という用語を、「導電膜」という用語に変
更することが可能な場合がある。または、例えば、「絶縁膜」という用語を、「絶縁層」
という用語に変更することが可能な場合がある。
なお、本明細書等において、一重項励起状態(S)は、励起エネルギーを有する一重
項状態のことである。また、一重項励起エネルギー準位の最も低い準位(S1準位)は、
最も低い一重項励起状態の励起エネルギー準位のことである。また、三重項励起状態(T
)は、励起エネルギーを有する三重項状態のことである。また、三重項励起エネルギー
準位の最も低い準位(T1準位)は、最も低い三重項励起状態の励起エネルギー準位のこ
とである。なお、本明細書等において、単に一重項励起状態および一重項励起エネルギー
準位と表記した場合であっても、最も低い一重項励起状態およびS1準位を表す場合があ
る。また、三重項励起状態および三重項励起エネルギー準位と表記した場合であっても、
最も低い三重項励起状態およびT1準位を表す場合がある。
また、本明細書等において、蛍光性化合物とは、一重項励起状態から基底状態へ緩和す
る際に可視光領域に発光を与える化合物である。一方、燐光性化合物とは、三重項励起状
態から基底状態へ緩和する際に、室温において可視光領域に発光を与える化合物である。
換言すると燐光性化合物とは、三重項励起エネルギーを可視光へ変換可能な化合物の一つ
である。
また、燐光発光エネルギーまたは三重項励起エネルギーは、燐光発光の最も短波長側の
発光ピーク(ショルダーを含む)の波長から導出することができる。なお、該燐光発光は
、低温(例えば、10K)環境下において、時間分解フォトルミネッセンス法を行うこと
で観測することができる。また、熱活性化遅延蛍光の発光エネルギーは、熱活性化遅延蛍
光の最も短波長側の発光ピーク(ショルダーを含む)の波長から導出することができる。
なお、本明細書等において、室温とは、0℃以上40℃以下のいずれかの温度をいう。
また、本明細書等において、青色の波長領域とは、400nm以上505nm未満の波
長領域であり、青色の発光とは該波長領域に少なくとも一つの発光スペクトルピークを有
する発光である。また、緑色の波長領域とは、505nm以上580nm未満の波長領域
であり、緑色の発光とは該波長領域に少なくとも一つの発光スペクトルピークを有する発
光である。また、赤色の波長領域とは、580nm以上680nm以下の波長領域であり
、赤色の発光とは該波長領域に少なくとも一つの発光スペクトルピークを有する発光であ
る。
(実施の形態1)
本実施の形態では、本発明の一態様の発光素子について、図1及び図2を用いて以下説
明する。
<発光素子の構成例>
まず、本発明の一態様の発光素子の構成について、図1(A)及び(B)を用いて、以
下説明する。
図1(A)は、本発明の一態様の発光素子150の断面模式図である。
発光素子150は、一対の電極(電極101及び電極102)を有し、該一対の電極間
に設けられたEL層100を有する。EL層100は、少なくとも発光層130を有する
また、図1(A)に示すEL層100は、発光層130の他に、正孔注入層111、正
孔輸送層112、電子輸送層118、及び電子注入層119等の機能層を有する。
なお、本実施の形態においては、一対の電極のうち、電極101を陽極として、電極1
02を陰極として説明するが、発光素子150の構成としては、その限りではない。つま
り、電極101を陰極とし、電極102を陽極とし、当該電極間の各層の積層を、逆の順
番にしてもよい。すなわち、陽極側から、正孔注入層111と、正孔輸送層112と、発
光層130と、電子輸送層118と、電子注入層119と、が積層する順番とすればよい
なお、EL層100の構成は、図1(A)に示す構成に限定されず、正孔注入層111
、正孔輸送層112、電子輸送層118、及び電子注入層119の中から選ばれた少なく
とも一つを有する構成とすればよい。あるいは、EL層100は、正孔または電子の注入
障壁を低減する、正孔または電子の輸送性を向上する、正孔または電子の輸送性を阻害す
る、または電極による消光現象を抑制する、ことができる等の機能を有する機能層を有す
る構成としてもよい。なお、機能層はそれぞれ単層であっても、複数の層が積層された構
成であってもよい。
図1(B)は、図1(A)に示す発光層130の一例を示す断面模式図である。図1(
B)に示す発光層130は、ホスト材料131と、ゲスト材料132と、を有する。また
、ホスト材料131は、有機化合物131_1と、有機化合物131_2と、を有する。
また、ゲスト材料132としては、発光性の有機化合物を用いればよく、該発光性の有
機化合物としては、燐光を発することができる物質(以下、燐光性化合物ともいう)であ
ると好適である。以下の説明においては、ゲスト材料132として、燐光性化合物を用い
る構成について説明する。なお、ゲスト材料132を燐光性化合物として読み替えてもよ
い。
<発光素子の発光機構>
次に、発光層130の発光機構について、以下説明を行う。
発光層130におけるホスト材料131が有する有機化合物131_1および有機化合
物131_2は、励起錯体(エキサイプレックス、エキシプレックスまたはExcipl
exともいう)を形成する。
有機化合物131_1と有機化合物131_2との組み合わせは、励起錯体を形成する
ことが可能な組み合わせであればよいが、一方が正孔を輸送する機能(正孔輸送性)を有
する化合物であり、他方が電子を輸送する機能(電子輸送性)を有する化合物であること
が、より好ましい。この場合、ドナー-アクセプター型の励起錯体を形成しやすくなり、
効率よく励起錯体を形成することができる。
また、有機化合物131_1と有機化合物131_2との組み合わせとしては、一方が
他方の最高被占軌道(Highest Occupied Molecular Orb
ital、HOMOともいう)準位より低いHOMO準位を有し、且つ、他方の最低空軌
道(Lowest Unoccupied Molecular Orbital、LU
MOともいう)準位より低いLUMO準位を有することが好ましい。
例えば、図2(A)に示すエネルギーバンド図のように、有機化合物131_1が電子
輸送性を有し、有機化合物131_2が正孔輸送性を有するとき、有機化合物131_1
のHOMO準位は、有機化合物131_2のHOMO準位より低く、且つ、有機化合物1
31_1のLUMO準位は、有機化合物131_2のLUMO準位より低いことが好まし
い。
このとき、有機化合物131_1と有機化合物131_2とで形成する励起錯体は、有
機化合物131_1のLUMO準位と、有機化合物131_2のHOMO準位とのエネル
ギー差に概ね相当する励起エネルギーを有する励起錯体となる。また、有機化合物131
_1のHOMO準位と有機化合物131_2のHOMO準位との差、及び有機化合物13
1_1のLUMO準位と有機化合物131_2のLUMO準位との差はそれぞれ、好まし
くは0.1eV以上であり、より好ましくは0.2eV以上である。該エネルギー差を有
することで、一対の電極(電極101および電極102)から注入された電子キャリアお
よび正孔キャリアが、有機化合物131_1および有機化合物131_2に、それぞれ注
入されやすくなるため好適である。なお、図2(A)において、Host(131_1)
は有機化合物131_1を表し、Host(131_2)は有機化合物131_2を表し
、Guest(132)はゲスト材料132を表し、ΔEExは有機化合物131_1の
LUMO準位と有機化合物131_2のHOMO準位とのエネルギー差を表し、ΔE
ゲスト材料132のLUMO準位とHOMO準位とのエネルギー差を表す、表記及び符号
である。
また、ゲスト材料132のHOMO準位は、有機化合物131_2のHOMO準位より
低く、且つ、ゲスト材料132のLUMO準位は、有機化合物131_1のLUMO準位
より高いことが好ましい。すなわち、ゲスト材料132のLUMO準位とHOMO準位と
のエネルギー差(ΔE)は、有機化合物131_1のLUMO準位と有機化合物131
_2のHOMO準位とのエネルギー差(ΔEEx)より大きい。そうすることで、ゲスト
材料132と、有機化合物131_1または有機化合物131_2と、で励起錯体を形成
する反応を抑制することができる。
例えば、ゲスト材料132のHOMO準位が、有機化合物131_2のHOMO準位以
上であり、発光層130が有する材料のうち、最も高いHOMO準位を有する材料がゲス
ト材料132であり、最も低いLUMO準位を有する材料が有機化合物131_1である
とき、ゲスト材料132と、有機化合物131_1とで、励起錯体を形成する可能性があ
る。特に、ゲスト材料132のHOMO準位と有機化合物131_1のLUMO準位との
エネルギー差が、ゲスト材料の発光のエネルギーよりも小さくなるにつれて、ゲスト材料
132と有機化合物131_1とで形成される励起錯体が生成されやすくなる。この場合
、ゲスト材料132単体で励起状態が生成されにくくなるため、発光素子の発光効率が低
下してしまう。
また、ゲスト材料132のLUMO準位が、有機化合物131_1のLUMO準位以下
であり、発光層130が有する材料のうち、最も低いLUMO準位を有する材料がゲスト
材料132であり、最も高いHOMO準位を有する材料が有機化合物131_2であると
き、ゲスト材料132と、有機化合物131_2とで、励起錯体を形成する可能性がある
。特に、ゲスト材料132のLUMO準位と有機化合物131_2のHOMO準位とのエ
ネルギー差が、ゲスト材料の発光のエネルギーよりも小さくなるにつれて、ゲスト材料1
32と有機化合物131_2とで形成される励起錯体が生成されやすくなる。この場合、
ゲスト材料132単体で励起状態が生成されにくくなるため、発光素子の発光効率が低下
してしまう。
しかしながら、本発明の一態様の発光素子においては、ゲスト材料132と、有機化合
物131_1または有機化合物131_2と、で励起錯体を形成する反応を抑制すること
ができるため、高い発光効率を示す発光素子を作製することができる。
また、ゲスト材料132のHOMO準位は、有機化合物131_2のHOMO準位より
低く、ゲスト材料132のLUMO準位は、有機化合物131_1のLUMO準位より高
いため、一対の電極(電極101および電極102)から注入されたキャリア(正孔およ
び電子)のうち、陽極から注入された正孔は、発光層130において有機化合物131_
2に注入されやすく、陰極から注入された電子は、有機化合物131_1に注入されやす
い。
なお、このような観点からは、ゲスト材料132のHOMO準位と有機化合物131_
2のHOMO準位、あるいは、ゲスト材料132のLUMO準位と有機化合物131_1
のLUMO準位は、同等であっても良く、本発明の一態様である。ただし、以下に述べる
理由により、ゲスト材料132のLUMO準位とHOMO準位とのエネルギー差(ΔE
)が、有機化合物131_1のLUMO準位と有機化合物131_2のHOMO準位との
エネルギー差(ΔEEx)より大きいことが好ましい。
有機化合物131_1のLUMO準位と有機化合物131_2のHOMO準位とのエネ
ルギー差(ΔEEx)は、有機化合物131_1および有機化合物131_2それぞれの
LUMO準位とHOMO準位とのエネルギー差より小さいため、有機化合物131_1お
よび有機化合物131_2が単体で励起状態を形成するより、励起錯体を形成した方がエ
ネルギー的に安定となる。また、ゲスト材料132のLUMO準位とHOMO準位とのエ
ネルギー差(ΔE)は、有機化合物131_1のLUMO準位と有機化合物131_2
のHOMO準位とのエネルギー差(ΔEEx)より大きいため、発光層130に注入され
たキャリア(正孔および電子)が再結合して形成する励起状態としては、有機化合物13
1_1と有機化合物131_2とで形成する励起錯体の方がエネルギー的に安定である。
そのため、発光層130で生成される励起状態のほとんどが、有機化合物131_1と有
機化合物131_2とで形成される励起錯体として存在することになる。
なお、ゲスト材料132は燐光性の発光材料であるため、三重項励起エネルギーを発光
に変換することができる機能を有する。また、三重項励起状態は、一重項励起状態よりエ
ネルギーが安定である。そのため、ゲスト材料132は、LUMO準位とHOMO準位と
のエネルギー差(ΔE)よりエネルギーが小さい発光を呈することができる。ここで、
このゲスト材料132のLUMO準位とHOMO準位とのエネルギー差(ΔE)が、有
機化合物131_1のLUMO準位と有機化合物131_2のHOMO準位とのエネルギ
ー差(ΔEEx)より大きい場合においても、ゲスト材料132が呈する発光エネルギー
あるいは吸収スペクトルから算出される遷移エネルギーが、ΔEExと同等か、より小さ
い場合であれば、有機化合物131_1と有機化合物131_2とで形成する励起錯体か
ら、ゲスト材料132への励起エネルギーの移動が可能となり、ゲスト材料132から発
光を得ることができることを本発明者らは見出した。ゲスト材料132のΔEが、ゲス
ト材料132が呈する発光エネルギーあるいは吸収スペクトルから算出される遷移エネル
ギーよりも大きい場合、ゲスト材料132を直接電気励起するのには、ΔEに相当する
大きな電気エネルギーが必要となり、駆動電圧が上昇する。しかし、上記の本発明の一態
様においては、ΔEEx(ΔEよりも小さい)に相当する電気エネルギーにより励起錯
体を電気励起し、そこからのエネルギー移動によってゲスト材料132の発光が得られる
ため、低い電圧で高効率なゲスト材料の発光を得ることができる。つまり、ΔEが、ゲ
スト材料132が呈する発光エネルギーあるいは吸収スペクトルから算出される遷移エネ
ルギーよりもかなり大きい場合(例えばゲスト材料が青色発光材料の場合)において、本
発明の一態様は有益である。
なお、ゲスト材料132が重金属を有する場合、スピン軌道相互作用(電子のスピン角
運動量と軌道角運動量との相互作用)により、一重項状態と三重項状態との項間交差が促
進されるため、ゲスト材料132において一重項基底状態と三重項励起状態との間の遷移
が禁制とならない場合がある。すなわち、ゲスト材料132の一重項基底状態と三重項励
起状態との間の遷移に係わる発光の効率および吸収の確率を高めることができる。そのた
め、ゲスト材料132は、スピン軌道相互作用の大きい金属元素を有すると好ましく、特
に白金族元素(ルテニウム(Ru)、ロジウム(Rh)、パラジウム(Pd)、オスミウ
ム(Os)、イリジウム(Ir)、または白金(Pt))を有することが好ましく、中で
もイリジウムを有することで、一重項基底状態と三重項励起状態との間の直接遷移に係わ
る吸収確率を高めることができ、好ましい。
また、上述した通り、ゲスト材料132のLUMO準位とHOMO準位とのエネルギー
差(ΔE)が、有機化合物131_1のLUMO準位と有機化合物131_2のHOM
O準位とのエネルギー差(ΔEEx)より大きい場合であっても、ゲスト材料132の吸
収端から算出される遷移エネルギー(略称:ΔEG_abs)が、ΔEExと同等か、よ
り小さければ、有機化合物131_1と有機化合物131_2とで形成される励起錯体か
ら、ゲスト材料132へ効率よく励起エネルギーが移動する。その結果、低電圧かつ高効
率な発光素子が得られることが本発明の一態様の特徴の一つである。この時、ΔEG_a
bs≦ΔEEx<ΔE(ΔEG_absはΔEEx以下であり、ΔEExはΔEより
小さい)となっている。したがって、ゲスト材料132の吸収端から算出される遷移エネ
ルギー(ΔEG_abs)が、ゲスト材料132のLUMO準位とHOMO準位とのエネ
ルギー差(ΔE)より小さい場合に、本発明の一態様のメカニズムは好適である。換言
すると、ゲスト材料132のLUMO準位とHOMO準位とのエネルギー差(ΔE)が
、ゲスト材料132の吸収端から算出される遷移エネルギー(ΔEG_abs)より大き
い場合に、本発明の一態様のメカニズムは好適である。より具体的には、ゲスト材料13
2のLUMO準位とHOMO準位とのエネルギー差(ΔE)は、ゲスト材料132の吸
収端から算出される遷移エネルギー(ΔEG_abs)より、0.4eV以上大きいと好
ましい。また、ゲスト材料132が呈する発光のエネルギーは、ΔEG_absと同等か
、それよりも小さいため、ゲスト材料132のLUMO準位とHOMO準位とのエネルギ
ー差(ΔE)が、ゲスト材料132が呈する発光のエネルギーより、0.4eV以上大
きいと好ましい。なお、発光のエネルギーは、発光スペクトルの最も短波長側の発光ピー
ク(極大値、またはショルダーを含む)の波長から導出することができる。
なお、ゲスト材料132の発光波長が短波長になる(発光エネルギーが大きくなる)ほ
ど、ゲスト材料132のLUMO準位とHOMO準位とのエネルギー差(ΔE)は大き
くなり、それに伴い、ゲスト材料を電気励起するには大きなエネルギーが必要となる。し
かしながら、ゲスト材料132の吸収端から算出される遷移エネルギー(ΔEG_abs
)が、ΔEExと同等か、より小さければ、本発明によりΔEよりも遥かに小さいΔE
Ex程度のエネルギーでゲスト材料132を励起することができるため、発光素子の消費
電力を低減することができる。したがって、ゲスト材料132の吸収端から算出される遷
移エネルギー(ΔEG_abs)と、ゲスト材料132のLUMO準位とHOMO準位と
のエネルギー差(ΔE)と、のエネルギー差がより大きい方が(すなわち、特に青色の
発光を呈するゲスト材料の場合は)、本発明の一態様のメカニズムの効果が顕著となる。
ただし、ゲスト材料132の吸収端から算出される遷移エネルギー(ΔEG_abs
が小さくなると、ゲスト材料132が呈する発光のエネルギーも小さくなってしまうため
、青色の発光のような高いエネルギーを有する発光を得ることが難しくなってしまう。す
なわち、ΔEG_absとΔEの差が大きくなりすぎると、青色の発光のような高いエ
ネルギーを有する発光が得られ難い。
これらのことから、ゲスト材料132のLUMO準位とHOMO準位とのエネルギー差
(ΔE)は、ゲスト材料132の吸収端から算出される遷移エネルギー(ΔEG_ab
)より、0.4eV以上0.8eV以下の範囲で大きいと好ましく、0.5eV以上0
.8eV以下の範囲で大きいとより好ましい。また、ゲスト材料132が呈する発光のエ
ネルギーは、ΔEG_absと同等か、それよりも小さいため、ゲスト材料132のLU
MO準位とHOMO準位とのエネルギー差(ΔE)は、ゲスト材料132が呈する発光
のエネルギーより、0.4eV以上0.8eV以下の範囲で大きいと好ましく、0.5e
V以上0.8eV以下の範囲で大きいとより好ましい。
また、ゲスト材料132のLUMO準位と、有機化合物131_1のLUMO準位との
差は、好ましくは0.05eV以上であり、より好ましくは0.1eV以上であり、さら
に好ましくは0.2eV以上である。また、ゲスト材料132のHOMO準位と、有機化
合物131_2のHOMO準位との差は、好ましくは0.05eV以上であり、より好ま
しくは0.1eV以上であり、さらに好ましくは0.2eV以上である。そうすることで
、電子キャリアおよび正孔キャリアが、有機化合物131_1および有機化合物131_
2に、それぞれ注入されやすくなるため好適である。
なお、ゲスト材料132のHOMO準位が有機化合物131_1のHOMO準位より高
くても良く、低くても良い。また、ゲスト材料132のLUMO準位が有機化合物131
_2のLUMO準位より高くても良く、低くても良い。
また、上述したLUMO準位とHOMO準位との関係から、有機化合物131_1と有
機化合物131_2との組み合わせとしては、一方が他方の酸化電位より高い酸化電位を
有し、且つ、他方の還元電位より高い還元電位を有することが好ましい。
例えば、有機化合物131_1が電子輸送性を有し、有機化合物131_2が正孔輸送
性を有するとき、有機化合物131_1の酸化電位は、有機化合物131_2の酸化電位
より高く、且つ、有機化合物131_1の還元電位は、有機化合物131_2の還元電位
より高いことが好ましい。なお、酸化電位および還元電位については、サイクリックボル
タンメトリ(CV)法によって測定することができる。
また、ゲスト材料132の酸化電位は、有機化合物131_2の酸化電位より高く、且
つ、ゲスト材料132の還元電位は、有機化合物131_1の還元電位より低いことが好
ましい。そうすることで、上記と同様に、ゲスト材料132と、有機化合物131_1ま
たは有機化合物131_2と、で励起錯体を形成する反応を抑制することができる。
また、有機化合物131_1と有機化合物131_2との組み合わせが、正孔輸送性を
有する化合物と電子輸送性を有する化合物との組み合わせである場合、その混合比によっ
てキャリアバランスを容易に制御することが可能となる。具体的には、正孔輸送性を有す
る化合物:電子輸送性を有する化合物=1:9から9:1(重量比)の範囲が好ましい。
また、該構成を有することで、容易にキャリアバランスを制御することができることから
、キャリア再結合領域の制御も簡便に行うことができる。
有機化合物131_1と有機化合物131_2とが形成する励起錯体は、一方の有機化
合物にHOMOを有し、他方の有機化合物にLUMOを有するため、HOMOとLUMO
との重なりが極めて小さい。すなわち、該励起錯体は、一重項励起エネルギー準位と三重
項励起エネルギー準位との差が小さくなる。したがって、有機化合物131_1と有機化
合物131_2とが形成する励起錯体は、三重項励起エネルギー準位と一重項励起エネル
ギー準位との差が、好ましくは0eVより大きく0.2eV以下である。
ここで、発光層130における有機化合物131_1と、有機化合物131_2と、ゲ
スト材料132とのエネルギー準位の相関を図2(B)に示す。なお、図2(B)におけ
る表記及び符号は、以下の通りである。
・Host(131_1):ホスト材料(有機化合物131_1)
・Host(131_2):ホスト材料(有機化合物131_2)
・Guest(132):ゲスト材料132(燐光性化合物)
・SPH:ホスト材料(有機化合物131_1)のS1準位
・TPH:ホスト材料(有機化合物131_1)のT1準位
・SPG:ゲスト材料132(燐光性化合物)のS1準位
・TPG:ゲスト材料132(燐光性化合物)のT1準位
・SPE:励起錯体のS1準位
・TPE:励起錯体のT1準位
本発明の一態様の発光素子においては、発光層130が有する有機化合物131_1と
有機化合物131_2とが励起錯体を形成する。励起錯体の一重項励起状態の最も低い準
位(SPE)と励起錯体の三重項励起状態の最も低い準位(TPE)とは互いに隣接する
ことになる(図2(B) ルートE参照)。
励起錯体は、2種類の物質からなる励起状態であり、光励起の場合、励起状態となった
一方の物質が他方の基底状態の物質と相互作用することによって形成される。そして、光
を発することによって基底状態になると、励起錯体を形成していた2種類の物質は、また
元の別々の物質として振る舞う。電気励起の場合は、一方が励起状態になると、速やかに
他方と相互作用することで励起錯体を形成する。あるいは、一方が正孔を、他方が電子を
受け取ることで速やかに励起錯体を形成することができる。この場合、いずれの物質にお
いても単体で励起状態を形成することなく励起錯体を形成することができるため、発光層
130における励起状態のほとんどが励起錯体として存在することが可能となる。励起錯
体の励起エネルギー準位(SまたはT)は、励起錯体を形成するホスト材料(有機化
合物131_1および有機化合物131_2)の一重項励起エネルギー準位(SPH)よ
り低くなるため、より低い励起エネルギーでホスト材料131の励起状態を形成すること
が可能となる。これによって、発光素子150の駆動電圧を低減することができる。
そして、励起錯体の(SPE)と(TPE)の双方のエネルギーを、ゲスト材料132
(燐光性化合物)の三重項励起状態の最も低い準位(TPG)へ移動させて発光が得られ
る(図2(B)ルートE、E参照)。
なお、励起錯体の三重項励起エネルギー準位(TPE)は、ゲスト材料132の三重項
励起エネルギー準位(TPG)より高いことが好ましい。そうすることで、生成した励起
錯体の一重項励起エネルギーおよび三重項励起エネルギーを、励起錯体の一重項励起エネ
ルギー準位(SPE)および三重項励起エネルギー準位(TPE)からゲスト材料132
の三重項励起エネルギー準位(TPG)へエネルギー移動することができる。
発光層130を上述の構成とすることで、発光層130のゲスト材料132(燐光性化
合物)からの発光を、効率よく得ることが可能となる。
なお、上記に示すルートE、ルートE、及びルートEの過程を、本明細書等にお
いてExTET(Exciplex-Triplet Energy Transfer
)と呼称する場合がある。別言すると、発光層130は、励起錯体からゲスト材料132
への励起エネルギーの供与がある。またこの場合、必ずしもTPEからSPEへの逆項間
交差効率が高い必要はなく、SPEからの発光量子収率が高い必要もないため、材料を幅
広く選択することが可能となる。
なお、以上の反応は、以下の一般式(G11)乃至(G13)で表すことができる。
+A → (D・A) (G11)
(D・A)+G → D+A+G (G12)
→ G+hν (G13)
一般式(G11)は、有機化合物131_1および有機化合物131_2の一方が正孔
を受け取り(D)、他方が電子を受け取る(A)ことで、有機化合物131_1およ
び有機化合物131_2が励起錯体((D・A))を生成する反応である。また、一般
式(G12)は、励起錯体((D・A))からゲスト材料132(G)へエネルギー移
動が生じ、ゲスト材料132の励起状態(G)が生成する反応である。その後、一般式
(G13)のように、励起状態のゲスト材料132から発光(hν)する。
なお、励起錯体からゲスト材料132へ効率よく励起エネルギーを移動させるためには
、励起錯体の三重項励起エネルギー準位が、励起錯体を形成するホスト材料を構成してい
る各有機化合物(有機化合物131_1および有機化合物131_2)の三重項励起エネ
ルギー準位よりも低いことが好ましい。これにより、各有機化合物による励起錯体の三重
項励起エネルギーのクエンチが生じにくくなり、効率よくゲスト材料132へエネルギー
移動が発生する。
また、有機化合物131_2がドナー性の強い骨格を有するとき、発光層130に注入
された正孔が、有機化合物131_2に注入されやすく、輸送されやすくなる。また、有
機化合物131_1がアクセプター性の強い骨格を有するとき、発光層130に注入され
た電子が、有機化合物131_1に注入され輸送されやすくなる。そうすることで、有機
化合物131_1と有機化合物131_2とで励起錯体を形成しやすくなる。
発光層130を上述の構成とすることで、発光層130のゲスト材料132からの発光
を効率よく得ることができる。
<エネルギー移動機構>
次に、ホスト材料131と、ゲスト材料132との分子間のエネルギー移動過程の支配
因子について説明する。分子間のエネルギー移動の機構としては、フェルスター機構(双
極子-双極子相互作用)と、デクスター機構(電子交換相互作用)の2つの機構が提唱さ
れている。ここでは、ホスト材料131とゲスト材料132との分子間のエネルギー移動
過程について説明するが、ホスト材料131が励起錯体の場合も同様である。
≪フェルスター機構≫
フェルスター機構では、エネルギー移動に、分子間の直接的接触を必要とせず、ホスト
材料131及びゲスト材料132間の双極子振動の共鳴現象を通じてエネルギー移動が起
こる。双極子振動の共鳴現象によってホスト材料131がゲスト材料132にエネルギー
を受け渡し、励起状態のホスト材料131が基底状態になり、基底状態のゲスト材料13
2が励起状態になる。なお、フェルスター機構の速度定数kh*→gを数式(1)に示す
数式(1)において、νは、振動数を表し、f’(ν)は、ホスト材料131の規格
化された発光スペクトル(一重項励起状態からのエネルギー移動を論じる場合は蛍光スペ
クトル、三重項励起状態からのエネルギー移動を論じる場合は燐光スペクトル)を表し、
ε(ν)は、ゲスト材料132のモル吸光係数を表し、Nは、アボガドロ数を表し、n
は、媒体の屈折率を表し、Rは、ホスト材料131とゲスト材料132の分子間距離を表
し、τは、実測される励起状態の寿命(蛍光寿命や燐光寿命)を表し、cは光速を表し、
φは、発光量子収率(一重項励起状態からのエネルギー移動を論じる場合は蛍光量子収率
、三重項励起状態からのエネルギー移動を論じる場合は燐光量子収率)を表し、Kは、
ホスト材料131とゲスト材料132の遷移双極子モーメントの配向を表す係数(0から
4)である。なお、ランダム配向の場合はK=2/3である。
≪デクスター機構≫
デクスター機構では、ホスト材料131とゲスト材料132が軌道の重なりを生じる接
触有効距離に近づき、励起状態のホスト材料131の電子と、基底状態のゲスト材料13
2との電子の交換を通じてエネルギー移動が起こる。なお、デクスター機構の速度定数k
h*→gを数式(2)に示す。
数式(2)において、hは、プランク定数であり、Kは、エネルギーの次元を持つ定数
であり、νは、振動数を表し、f’(ν)は、ホスト材料131の規格化された発光ス
ペクトル(一重項励起状態からのエネルギー移動を論じる場合は蛍光スペクトル、三重項
励起状態からのエネルギー移動を論じる場合は燐光スペクトル)を表し、ε’(ν)は
、ゲスト材料132の規格化された吸収スペクトルを表し、Lは、実効分子半径を表し、
Rは、ホスト材料131とゲスト材料132の分子間距離を表す。
ここで、ホスト材料131からゲスト材料132へのエネルギー移動効率φETは、数
式(3)で表される。kは、ホスト材料131の発光過程(一重項励起状態からのエネ
ルギー移動を論じる場合は蛍光、三重項励起状態からのエネルギー移動を論じる場合は燐
光)の速度定数を表し、kは、ホスト材料131の非発光過程(熱失活や項間交差)の
速度定数を表し、τは、実測されるホスト材料131の励起状態の寿命を表す。
数式(3)より、エネルギー移動効率φETを高くするためには、エネルギー移動の速
度定数kh*→gを大きくし、他の競合する速度定数k+k(=1/τ)が相対的に
小さくなれば良いことがわかる。
≪エネルギー移動を高めるための概念≫
フェルスター機構によるエネルギー移動においては、エネルギー移動効率φETは、量
子収率φ(一重項励起状態からのエネルギー移動を論じている場合は蛍光量子収率、三重
項励起状態からのエネルギー移動を論じる場合は燐光量子収率)が高い方が良い。また、
ホスト材料131の発光スペクトル(一重項励起状態からのエネルギー移動を論じる場合
は蛍光スペクトル)とゲスト材料132の吸収スペクトル(一重項基底状態から三重項励
起状態への遷移に相当する吸収)との重なりが大きいことが好ましい。さらに、ゲスト材
料132のモル吸光係数も高い方が好ましい。このことは、ホスト材料131の発光スペ
クトルと、ゲスト材料132の最も長波長側に現れる吸収帯とが重なることを意味する。
また、デクスター機構によるエネルギー移動において、速度定数kh*→gを大きくす
るにはホスト材料131の発光スペクトル(一重項励起状態からのエネルギー移動を論じ
る場合は蛍光スペクトル、三重項励起状態からのエネルギー移動を論じる場合は燐光スペ
クトル)とゲスト材料132の吸収スペクトル(一重項基底状態から三重項励起状態への
遷移に相当する吸収)との重なりが大きい方が良い。したがって、エネルギー移動効率の
最適化は、ホスト材料131の発光スペクトルと、ゲスト材料132の最も長波長側に現
れる吸収帯とが重なることによって実現される。
なお、ホスト材料131からゲスト材料132へのエネルギー移動と同様に、励起錯体
からゲスト材料132へのエネルギー移動過程についても、フェルスター機構、及びデク
スター機構の双方の機構によるエネルギー移動が生じる。
そこで、本発明の一態様は、ゲスト材料132に効率的にエネルギー移動が可能なエネ
ルギードナーとしての機能を有する励起錯体、を形成する組み合わせの有機化合物131
_1および有機化合物131_2をホスト材料131として有する発光素子を提供する。
有機化合物131_1および有機化合物131_2が形成する励起錯体は、有機化合物1
31_1および有機化合物131_2単体の励起状態より低い励起エネルギーで形成が可
能となる。したがって、発光素子150において駆動電圧を低減することができる。さら
に、励起錯体の一重項励起エネルギー準位からエネルギーアクセプターとなるゲスト材料
132の三重項励起エネルギー準位へのエネルギー移動が生じやすくするためには、励起
錯体の発光スペクトルと、ゲスト材料132の最も長波長側(低エネルギー側)に現れる
吸収帯と、が重なると好ましい。そうすることで、ゲスト材料132の三重項励起状態の
生成効率を高めることができる。なお、発光層130において生成する励起錯体は、一重
項励起エネルギー準位と三重項励起エネルギー準位とが近接しているという特徴を有する
ため、励起錯体の発光スペクトルとゲスト材料132の最も長波長側(低エネルギー側)
に現れる吸収帯を重ねることで、励起錯体の三重項励起エネルギー準位からゲスト材料1
32の三重項励起エネルギー準位へのエネルギー移動も生じやすくすることが可能となる
<材料>
次に、本発明の一態様に係わる発光素子の構成要素の詳細について、以下説明を行う。
≪発光層≫
発光層130中では、ホスト材料131が重量比で最も多く存在し、ゲスト材料132
(燐光性化合物)は、ホスト材料131中に分散される。発光層130のホスト材料13
1(有機化合物131_1及び有機化合物131_2)のT1準位は、発光層130のゲ
スト材料(ゲスト材料132)のT1準位よりも高いことが好ましい。
有機化合物131_1としては、正孔よりも電子の輸送性の高い材料を用いることがで
き、1×10-6cm/Vs以上の電子移動度を有する材料であることが好ましい。電
子を受け取りやすい材料(電子輸送性を有する材料)としては、含窒素複素芳香族化合物
のようなπ電子不足型複素芳香環骨格を有する化合物、及び亜鉛やアルミニウム系金属錯
体など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化合物の例としては
、オキサジアゾール誘導体、トリアゾール誘導体、ベンゾイミダゾール誘導体、キノキサ
リン誘導体、ジベンゾキノキサリン誘導体、フェナントロリン誘導体、ピリジン誘導体、
ビピリジン誘導体、ピリミジン誘導体、トリアジン誘導体などの化合物が挙げられる。亜
鉛やアルミニウム系金属錯体の例としては、キノリン配位子、ベンゾキノリン配位子、オ
キサゾール配位子、あるいはチアゾール配位子を有する金属錯体が挙げられる。
具体的には、例えば、トリス(8-キノリノラト)アルミニウム(III)(略称:A
lq)、トリス(4-メチル-8-キノリノラト)アルミニウム(III)(略称:Al
mq)、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)など、キノリン骨格またはベンゾキノリン骨格を有する金属錯体等が挙げら
れる。また、この他ビス[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)などのオキサゾール系、またはチアゾール系配位子を有する金属錯体
なども用いることができる。さらに、金属錯体以外にも、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)
や、1,3-ビス[5-(p-tert-ブチルフェニル)-1,3,4-オキサジアゾ
ール-2-イル]ベンゼン(略称:OXD-7)、9-[4-(5-フェニル-1,3,
4-オキサジアゾール-2-イル)フェニル]-9H-カルバゾール(略称:CO11)
、3-(4-ビフェニリル)-4-フェニル-5-(4-tert-ブチルフェニル)-
1,2,4-トリアゾール(略称:TAZ)、9-[4-(4,5-ジフェニル-4H-
1,2,4-トリアゾール-3-イル)フェニル]-9H-カルバゾール(略称:CzT
AZ1)、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:mDBTBI
m-II)、バソフェナントロリン(略称:BPhen)、バソキュプロイン(略称:B
CP)などの複素環化合物や、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:2mCzBPDB
q)、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:7mDB
TPDBq-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)、2-[3-(3,
9’-ビ-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:2mCzCzPDBq)、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)、4,6-
ビス[3-(9H-カルバゾール-9-イル)フェニル]ピリミジン(略称:4,6mC
zP2Pm)などのジアジン骨格を有する複素環化合物や、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)などのトリア
ジン骨格を有する複素環化合物や、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)などのピリジン骨格を有する複素環化
合物、4,4’-ビス(5-メチルベンゾオキサゾール-2-イル)スチルベン(略称:
BzOs)などの複素芳香族化合物も用いることができる。上述した複素環化合物の中で
も、トリアジン骨格、ジアジン(ピリミジン、ピラジン、ピリダジン)骨格、またはピリ
ジン骨格を有する複素環化合物は、安定で信頼性が良好であり好ましい。また、当該骨格
を有する複素環化合物は、電子輸送性が高く、駆動電圧低減にも寄与する。また、ポリ(
2,5-ピリジンジイル)(略称:PPy)、ポリ[(9,9-ジヘキシルフルオレン-
2,7-ジイル)-co-(ピリジン-3,5-ジイル)](略称:PF-Py)、ポリ
[(9,9-ジオクチルフルオレン-2,7-ジイル)-co-(2,2’-ビピリジン
-6,6’-ジイル)](略称:PF-BPy)のような高分子化合物を用いることもで
きる。ここに述べた物質は、主に1×10-6cm/Vs以上の電子移動度を有する物
質である。なお、正孔よりも電子の輸送性の高い物質であれば、上記以外の物質を用いて
も構わない。
有機化合物131_2としては、有機化合物131_1と励起錯体を形成できる組み合
わせが好ましい。具体的には、π電子過剰型複素芳香環骨格や芳香族アミン骨格のような
ドナー性の高い骨格を有することが好ましい。π電子過剰型複素芳香環骨格を有する化合
物としては、ジベンゾチオフェン誘導体、ジベンゾフラン誘導体、カルバゾール誘導体な
どの複素芳香族化合物が挙げられる。この場合、有機化合物131_1と有機化合物13
1_2とで形成される励起錯体の発光ピークが、ゲスト材料132(燐光性化合物)の三
重項MLCT(Metal to Ligand Charge Transfer)遷
移の吸収帯、より具体的には、最も長波長側の吸収帯と重なるように、有機化合物131
_1、有機化合物131_2、およびゲスト材料132(燐光性化合物)を選択すること
が好ましい。これにより、発光効率が飛躍的に向上した発光素子とすることができる。た
だし、燐光性化合物に替えて熱活性化遅延蛍光材料を用いる場合においては、最も長波長
側の吸収帯は一重項の吸収帯であることが好ましい。
また、有機化合物131_2としては、以下の正孔輸送性材料を用いることができる。
正孔輸送性材料としては、電子よりも正孔の輸送性の高い材料を用いることができ、1
×10-6cm/Vs以上の正孔移動度を有する材料であることが好ましい。具体的に
は、芳香族アミン、カルバゾール誘導体、芳香族炭化水素、スチルベン誘導体などを用い
ることができる。また、該正孔輸送性材料は高分子化合物であっても良い。
これら正孔輸送性の高い材料として、具体的には、芳香族アミン化合物としては、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:DT
DPPA)、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)等を挙げることができる
また、カルバゾール誘導体としては、具体的には、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:PCzPCA2)、3-[N-(1-ナフチル)-N-(9-フェニルカ
ルバゾール-3-イル)アミノ]-9-フェニルカルバゾール(略称:PCzPCN1)
等を挙げることができる。
また、カルバゾール誘導体としては、他に、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。
また、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)ペリレン等が挙げられる。また、この他、ペンタセン、コロ
ネン等も用いることができる。このように、1×10-6cm/Vs以上の正孔移動度
を有し、炭素数14以上炭素数42以下である芳香族炭化水素を用いることがより好まし
い。
なお、芳香族炭化水素は、ビニル骨格を有していてもよい。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)等が挙げられる。
また、ポリ(N-ビニルカルバゾール)(略称:PVK)やポリ(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)等の高分子化合物を用いることも
できる。
さらに、正孔輸送性の高い材料としては、例えば、4,4’-ビス[N-(1-ナフチ
ル)-N-フェニルアミノ]ビフェニル(略称:NPBまたはα-NPD)やN,N’-
ビス(3-メチルフェニル)-N,N’-ジフェニル-[1,1’-ビフェニル]-4,
4’-ジアミン(略称:TPD)、4,4’,4’’-トリス(カルバゾール-9-イル
)トリフェニルアミン(略称:TCTA)、4,4’,4’’-トリス[N-(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:TDAT
A)、4,4’,4’’-トリス[N-(3-メチルフェニル)-N-フェニルアミノ]
トリフェニルアミン(略称:MTDATA)、4,4’-ビス[N-(スピロ-9,9’
-ビフルオレン-2-イル)-N-フェニルアミノ]ビフェニル(略称:BSPB)、4
-フェニル-4’-(9-フェニルフルオレン-9-イル)トリフェニルアミン(略称:
BPAFLP)、4-フェニル-3’-(9-フェニルフルオレン-9-イル)トリフェ
ニルアミン(略称:mBPAFLP)、N-(9,9-ジメチル-9H-フルオレン-2
-イル)-N-{9,9-ジメチル-2-[N’-フェニル-N’-(9,9-ジメチル
-9H-フルオレン-2-イル)アミノ]-9H-フルオレン-7-イル}フェニルアミ
ン(略称:DFLADFL)、N-(9,9-ジメチル-2-ジフェニルアミノ-9H-
フルオレン-7-イル)ジフェニルアミン(略称:DPNF)、2-[N-(4-ジフェ
ニルアミノフェニル)-N-フェニルアミノ]スピロ-9,9’-ビフルオレン(略称:
DPASF)、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:PCBBi1B
P)、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:PCBN
BB)、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)、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)、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)、3-[4-(9-フェナントリル)-フェ
ニル]-9-フェニル-9H-カルバゾール(略称:PCPPn)、3,3’-ビス(9
-フェニル-9H-カルバゾール)(略称:PCCP)、1,3-ビス(N-カルバゾリ
ル)ベンゼン(略称:mCP)、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)、3,6-ジ(9H-カルバゾール-9-イル)
-9-フェニル-9H-カルバゾール(略称:PhCzGI)、2,8-ジ(9H-カル
バゾール-9-イル)-ジベンゾチオフェン(略称:Cz2DBT)、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)、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)、1,3,5-トリ(ジベン
ゾチオフェン-4-イル)-ベンゼン(略称:DBT3P-II)、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)
、4-[3-(トリフェニレン-2-イル)フェニル]ジベンゾチオフェン(略称:mD
BTPTp-II)等のアミン化合物、カルバゾール化合物、チオフェン化合物、フラン
化合物、フルオレン化合物、トリフェニレン化合物、フェナントレン化合物等を用いるこ
とができる。上述した化合物の中でも、ピロール骨格、フラン骨格、チオフェン骨格、芳
香族アミン骨格を有する化合物は、安定で信頼性が良好であり好ましい。また、当該骨格
を有する化合物は、正孔輸送性が高く、駆動電圧低減にも寄与する。
ゲスト材料132(燐光性化合物)としては、イリジウム、ロジウム、または白金系の
有機金属錯体、あるいは金属錯体が挙げられ、中でも有機イリジウム錯体、例えばイリジ
ウム系オルトメタル錯体が好ましい。オルトメタル化する配位子としては4H-トリアゾ
ール配位子、1H-トリアゾール配位子、イミダゾール配位子、ピリジン配位子、ピリミ
ジン配位子、ピラジン配位子、あるいはイソキノリン配位子などが挙げられる。金属錯体
としては、ポルフィリン配位子を有する白金錯体などが挙げられる。
また、ゲスト材料132(燐光性化合物)としては、有機化合物131_1のLUMO
準位より高いLUMO準位を有し、有機化合物131_2のHOMO準位より低いHOM
O準位を有するよう、有機化合物131_1、有機化合物131_2、およびゲスト材料
132(燐光性化合物)を選択することが好ましい。これにより、発光効率が高く、低い
電圧で駆動する発光素子とすることができる。
青色または緑色に発光ピークを有する物質としては、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(mpp
tz-dmp))、トリス(5-メチル-3,4-ジフェニル-4H-1,2,4-ト
リアゾラト)イリジウム(III)(略称:Ir(Mptz))、トリス[4-(3-
ビフェニル)-5-イソプロピル-3-フェニル-4H-1,2,4-トリアゾラト]イ
リジウム(III)(略称:Ir(iPrptz-3b))、トリス[3-(5-ビフ
ェニル)-5-イソプロピル-4-フェニル-4H-1,2,4-トリアゾラト]イリジ
ウム(III)(略称:Ir(iPr5btz))、のような4H-トリアゾール骨格
を有する有機金属イリジウム錯体や、トリス[3-メチル-1-(2-メチルフェニル)
-5-フェニル-1H-1,2,4-トリアゾラト]イリジウム(III)(略称:Ir
(Mptz1-mp))、トリス(1-メチル-5-フェニル-3-プロピル-1H-
1,2,4-トリアゾラト)イリジウム(III)(略称:Ir(Prptz1-Me)
)のような1H-トリアゾール骨格を有する有機金属イリジウム錯体や、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(I
II)(略称:Ir(dmpimpt-Me))のようなイミダゾール骨格を有する有
機金属イリジウム錯体や、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:FI
r6)、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))のような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が挙げられる。上述した中でも、4H-トリアゾール
骨格、1H-トリアゾール骨格およびイミダゾール骨格のような含窒素五員複素環骨格を
有する有機金属イリジウム錯体は、高い三重項励起エネルギーを有し、信頼性や発光効率
に優れるため、特に好ましい。
また、緑色または黄色に発光ピークを有する物質としては、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:I
r(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
[4-(2-ノルボルニル)-6-フェニルピリミジナト]イリジウム(III)(略称
:Ir(nbppm)(acac))、(アセチルアセトナト)ビス[5-メチル-6
-(2-メチルフェニル)-4-フェニルピリミジナト]イリジウム(III)(略称:
Ir(mpmppm)(acac))、(アセチルアセトナト)ビス{4,6-ジメチ
ル-2-[6-(2,6-ジメチルフェニル)-4-ピリミジニル-κN3]フェニル-
κC}イリジウム(III)(略称:Ir(dmppm-dmp)(acac))、(
アセチルアセトナト)ビス(4,6-ジフェニルピリミジナト)イリジウム(III)(
略称:Ir(dppm)(acac))のようなピリミジン骨格を有する有機金属イリ
ジウム錯体や、(アセチルアセトナト)ビス(3,5-ジメチル-2-フェニルピラジナ
ト)イリジウム(III)(略称:Ir(mppr-Me)(acac))、(アセチ
ルアセトナト)ビス(5-イソプロピル-3-メチル-2-フェニルピラジナト)イリジ
ウム(III)(略称:Ir(mppr-iPr)(acac))のようなピラジン骨
格を有する有機金属イリジウム錯体や、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)(ac
ac))、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,C
)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)(ac
ac))のようなピリジン骨格を有する有機金属イリジウム錯体や、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)(a
cac))など有機金属イリジウム錯体の他、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。上述した中でも、ピリミジン骨格を有する有機金属イリ
ジウム錯体は、信頼性や発光効率に際だって優れるため、特に好ましい。
また、黄色または赤色に発光ピークを有する物質としては、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(II
I)(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))のようなピリミジン骨格を有する有機金属イリジウム錯体や、(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:I
r(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
有する有機金属イリジウム錯体や、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イリジウム錯体の他、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)のような白金錯体や、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(DB
M)(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。上述した中でも、ピリミジン骨格を
有する有機金属イリジウム錯体は、信頼性や発光効率に際だって優れるため、特に好まし
い。また、ピラジン骨格を有する有機金属イリジウム錯体は、色度の良い赤色発光が得ら
れる。
発光層130に含まれる発光材料としては、三重項励起エネルギーを発光に変換できる
材料であればよい。該三重項励起エネルギーを発光に変換できる材料としては、燐光性化
合物の他に、熱活性化遅延蛍光(Thermally activated delay
ed fluorescence:TADF)材料が挙げられる。したがって、燐光性化
合物と記載した部分に関しては、熱活性化遅延蛍光材料と読み替えても構わない。なお、
熱活性化遅延蛍光材料とは、三重項励起エネルギー準位と一重項励起エネルギー準位との
差が小さく、逆項間交差によって三重項励起状態から一重項励起状態へエネルギーを変換
する機能を有する材料である。そのため、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)を効率よく呈することができる。また、熱活性化遅延蛍光が効率良く得られる
条件としては、三重項励起エネルギー準位と一重項励起エネルギー準位のエネルギー差が
好ましくは0eVより大きく0.2eV以下、さらに好ましくは0eVより大きく0.1
eV以下であることが挙げられる。
熱活性化遅延蛍光材料が、一種類の材料から構成される場合、例えば以下の材料を用い
ることができる。
まず、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(S
n)、白金(Pt)、インジウム(In)、もしくはパラジウム(Pd)等を含む金属含
有ポルフィリンが挙げられる。該金属含有ポルフィリンとしては、例えば、プロトポルフ
ィリン-フッ化スズ錯体(SnF(Proto IX))、メソポルフィリン-フッ化
スズ錯体(SnF(Meso IX))、ヘマトポルフィリン-フッ化スズ錯体(Sn
(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(E
tio I))、オクタエチルポルフィリン-塩化白金錯体(PtClOEP)等が挙
げられる。
また、一種の材料から構成される熱活性化遅延蛍光材料としては、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複素環化合物も用いることができる。具体的に
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:PC
CzPTzn)、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)等が挙げられる。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高く、好ましい。中でも、π電子不足型複素芳香環を有する骨格
のうち、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)、またはトリ
アジン骨格は、安定で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、チオフェン骨格、フラン骨
格、及びピロール骨格は、安定で信頼性が良好なため、当該骨格の中から選ばれるいずれ
か一つまたは複数を有することが、好ましい。なお、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、及び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、一重項励起エネルギー準位と三重項励起エネ
ルギー準位の差が小さくなるため、特に好ましい。
なお、発光層130は2層以上の複数層でもって構成することもできる。例えば、第1
の発光層と第2の発光層を正孔輸送層側から順に積層して発光層130とする場合、第1
の発光層のホスト材料として正孔輸送性を有する物質を用い、第2の発光層のホスト材料
として電子輸送性を有する物質を用いる構成などがある。また、第1の発光層と第2の発
光層とが有する発光材料は、同じ材料であっても異なる材料であってもよく、同じ色の発
光を呈する機能を有する材料であっても、異なる色の発光を呈する機能を有する材料であ
ってもよい。2層の発光層に、互いに異なる色の発光を呈する機能を有する発光材料をそ
れぞれ用いることで、複数の発光を同時に得ることができる。特に、2層の発光層が呈す
る発光により、白色になるよう、各発光層に用いる発光材料を選択すると好ましい。
また、発光層130において、ホスト材料131およびゲスト材料132以外の材料を
有していても良い。
なお、発光層130は、蒸着法(真空蒸着法を含む)、インクジェット法、塗布法、グ
ラビア印刷等の方法で形成することができる。また、上述した材料の他、量子ドットなど
の無機化合物または高分子化合物(オリゴマー、デンドリマー、ポリマー等)を有しても
よい。
≪正孔注入層≫
正孔注入層111は、一対の電極の一方(電極101または電極102)からのホール
注入障壁を低減することでホール注入を促進する機能を有し、例えば遷移金属酸化物、フ
タロシアニン誘導体、あるいは芳香族アミンなどによって形成される。遷移金属酸化物と
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
、マンガン酸化物などが挙げられる。フタロシアニン誘導体としては、フタロシアニンや
金属フタロシアニンなどが挙げられる。芳香族アミンとしてはベンジジン誘導体やフェニ
レンジアミン誘導体などが挙げられる。ポリチオフェンやポリアニリンなどの高分子化合
物を用いることもでき、例えば自己ドープされたポリチオフェンであるポリ(エチレンジ
オキシチオフェン)/ポリ(スチレンスルホン酸)などがその代表例である。
正孔注入層111として、正孔輸送性材料と、これに対して電子受容性を示す材料の複
合材料を有する層を用いることもできる。あるいは、電子受容性を示す材料を含む層と正
孔輸送性材料を含む層の積層を用いても良い。これらの材料間では定常状態、あるいは電
界存在下において電荷の授受が可能である。電子受容性を示す材料としては、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
を挙げることができる。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)等の電子吸引基(ハロゲン基やシアノ基)を有する化合物である。ま
た、遷移金属酸化物、例えば第4族から第8族金属の酸化物を用いることができる。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、酸化レニウムなどである。中でも酸化モリブデンは大気
中でも安定であり、吸湿性が低く、扱いやすいため好ましい。
正孔輸送性材料としては、電子よりも正孔の輸送性の高い材料を用いることができ、1
×10-6cm/Vs以上の正孔移動度を有する材料であることが好ましい。具体的に
は、発光層130に用いることができる正孔輸送性材料として挙げた芳香族アミン、カル
バゾール誘導体、芳香族炭化水素、スチルベン誘導体などを用いることができる。また、
該正孔輸送性材料は高分子化合物であっても良い。
≪正孔輸送層≫
正孔輸送層112は正孔輸送性材料を含む層であり、正孔注入層111の材料として例
示した正孔輸送性材料を使用することができる。正孔輸送層112は正孔注入層111に
注入された正孔を発光層130へ輸送する機能を有するため、正孔注入層111のHOM
O準位と同じ、あるいは近いHOMO準位を有することが好ましい。
また、1×10-6cm/Vs以上の正孔移動度を有する物質であることが好ましい
。但し、電子よりも正孔の輸送性の高い物質であれば、これら以外の物質を用いてもよい
。なお、正孔輸送性の高い物質を含む層は、単層だけでなく、上記物質からなる層が二層
以上積層してもよい。
≪電子輸送層≫
電子輸送層118は、電子注入層119を経て一対の電極の他方(電極101または電
極102)から注入された電子を発光層130へ輸送する機能を有する。電子輸送性材料
としては、正孔よりも電子の輸送性の高い材料を用いることができ、1×10-6cm
/Vs以上の電子移動度を有する材料であることが好ましい。電子を受け取りやすい化合
物(電子輸送性を有する材料)としては、含窒素複素芳香族化合物のようなπ電子不足型
複素芳香族や金属錯体などを用いることができる。具体的には、発光層130に用いるこ
とができる電子輸送性材料として挙げたキノリン配位子、ベンゾキノリン配位子、オキサ
ゾール配位子、あるいはチアゾール配位子を有する金属錯体が挙げられる。また、オキサ
ジアゾール誘導体、トリアゾール誘導体、ベンゾイミダゾール誘導体、キノキサリン誘導
体、ジベンゾキノキサリン誘導体、フェナントロリン誘導体、ピリジン誘導体、ビピリジ
ン誘導体、ピリミジン誘導体、トリアジン誘導体などが挙げられる。また、1×10-6
cm/Vs以上の電子移動度を有する物質であることが好ましい。なお、正孔よりも電
子の輸送性の高い物質であれば、上記以外の物質を電子輸送層として用いても構わない。
また、電子輸送層118は、単層だけでなく、上記物質からなる層が二層以上積層しても
よい。
また、電子輸送層118と発光層130との間に電子キャリアの移動を制御する層を設
けても良い。これは上述したような電子輸送性の高い材料に、電子トラップ性の高い物質
を少量添加した層であって、電子キャリアの移動を抑制することによって、キャリアバラ
ンスを調節することが可能となる。このような構成は、発光層を電子が突き抜けてしまう
ことにより発生する問題(例えば素子寿命の低下)の抑制に大きな効果を発揮する。
≪電子注入層≫
電子注入層119は電極102からの電子注入障壁を低減することで電子注入を促進す
る機能を有し、例えば第1族金属、第2族金属、あるいはこれらの酸化物、ハロゲン化物
、炭酸塩などを用いることができる。また、先に示す電子輸送性材料と、これに対して電
子供与性を示す材料の複合材料を用いることもできる。電子供与性を示す材料としては、
第1族金属、第2族金属、あるいはこれらの酸化物などを挙げることができる。具体的に
は、フッ化リチウム(LiF)、フッ化ナトリウム(NaF)、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
119にエレクトライドを用いてもよい。該エレクトライドとしては、例えば、カルシウ
ムとアルミニウムの混合酸化物に電子を高濃度添加した物質等が挙げられる。また、電子
注入層119に、電子輸送層118で用いることが出来る物質を用いても良い。
また、電子注入層119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118を構成する物質(金属錯体や複素芳香族化合物等)を用いることができ
る。電子供与体としては、有機化合物に対し電子供与性を示す物質であればよい。具体的
には、アルカリ金属やアルカリ土類金属や希土類金属が好ましく、リチウム、ナトリウム
、セシウム、マグネシウム、カルシウム、エルビウム、イッテルビウム等が挙げられる。
また、アルカリ金属酸化物やアルカリ土類金属酸化物が好ましく、リチウム酸化物、カル
シウム酸化物、バリウム酸化物等が挙げられる。また、酸化マグネシウムのようなルイス
塩基を用いることもできる。また、テトラチアフルバレン(略称:TTF)等の有機化合
物を用いることもできる。
なお、上述した、発光層、正孔注入層、正孔輸送層、電子輸送層、及び電子注入層は、
それぞれ、蒸着法(真空蒸着法を含む)、インクジェット法、塗布法、グラビア印刷等の
方法で形成することができる。また、上述した、発光層、正孔注入層、正孔輸送層、電子
輸送層、及び電子注入層には、上述した材料の他、量子ドットなどの無機化合物や、高分
子化合物(オリゴマー、デンドリマー、ポリマー等)を用いてもよい。
なお、量子ドットとしては、コロイド状量子ドット、合金型量子ドット、コア・シェル
型量子ドット、コア型量子ドット、などを用いてもよい。また、2族と16族、13族と
15族、13族と17族、11族と17族、または14族と15族の元素グループを含む
量子ドットを用いてもよい。または、カドミウム(Cd)、セレン(Se)、亜鉛(Zn
)、硫黄(S)、リン(P)、インジウム(In)、テルル(Te)、鉛(Pb)、ガリ
ウム(Ga)、ヒ素(As)、アルミニウム(Al)、等の元素を有する量子ドットを用
いてもよい。
≪一対の電極≫
電極101及び電極102は、発光素子の陽極または陰極としての機能を有する。電極
101及び電極102は、金属、合金、導電性化合物、およびこれらの混合物や積層体な
どを用いて形成することができる。
電極101または電極102の一方は、光を反射する機能を有する導電性材料により形
成されると好ましい。該導電性材料としては、アルミニウム(Al)またはAlを含む合
金等が挙げられる。Alを含む合金としては、AlとL(Lは、チタン(Ti)、ネオジ
ム(Nd)、ニッケル(Ni)、及びランタン(La)の一つまたは複数を表す)とを含
む合金等が挙げられ、例えばAlとTi、またはAlとNiとLaを含む合金等である。
アルミニウムは、抵抗値が低く、光の反射率が高い。また、アルミニウムは、地殻におけ
る存在量が多く、安価であるため、アルミニウムを用いることによる発光素子の作製コス
トを低減することができる。また、銀(Ag)、またはAgとN(Nは、イットリウム(
Y)、Nd、マグネシウム(Mg)、イッテルビウム(Yb)、Al、Ti、ガリウム(
Ga)、亜鉛(Zn)、インジウム(In)、タングステン(W)、マンガン(Mn)、
スズ(Sn)、鉄(Fe)、Ni、銅(Cu)、パラジウム(Pd)、イリジウム(Ir
)、または金(Au)の一つまたは複数を表す)とを含む合金等を用いても良い。銀を含
む合金としては、例えば、銀とパラジウムと銅を含む合金、銀と銅を含む合金、銀とマグ
ネシウムを含む合金、銀とニッケルを含む合金、銀と金を含む合金、銀とイッテルビウム
を含む合金等が挙げられる。その他、タングステン、クロム(Cr)、モリブデン(Mo
)、銅、チタンなどの遷移金属を用いることができる。
また、発光層から得られる発光は、電極101及び電極102の一方または双方を通し
て取り出される。したがって、電極101及び電極102の少なくとも一方は、光を透過
する機能を有する導電性材料により形成されると好ましい。該導電性材料としては、可視
光の透過率が40%以上100%以下、好ましくは60%以上100%以下であり、かつ
その抵抗率が1×10-2Ω・cm以下の導電性材料が挙げられる。
また、電極101及び電極102は、光を透過する機能と、光を反射する機能と、を有
する導電性材料により形成されても良い。該導電性材料としては、可視光の反射率が20
%以上80%以下、好ましくは40%以上70%以下であり、かつその抵抗率が1×10
-2Ω・cm以下の導電性材料が挙げられる。例えば、導電性を有する金属、合金、導電
性化合物などを1種又は複数種用いて形成することができる。具体的には、例えば、イン
ジウム錫酸化物(Indium Tin Oxide、以下ITO)、珪素または酸化珪
素を含むインジウム錫酸化物(略称:ITSO)、酸化インジウム-酸化亜鉛(Indi
um Zinc Oxide)、チタンを含有した酸化インジウム-錫酸化物、インジウ
ム-チタン酸化物、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などの金属
酸化物を用いることができる。また、光を透過する程度(好ましくは、1nm以上30n
m以下の厚さ)の金属薄膜を用いることができる。金属としては、例えば、Ag、または
AgとAl、AgとMg、AgとAu、AgとYbなどの合金等を用いることができる。
なお、本明細書等において、光を透過する機能を有する材料は、可視光を透過する機能
を有し、且つ導電性を有する材料であればよく、例えば上記のようなITOに代表される
酸化物導電体に加えて、酸化物半導体、または有機物を含む有機導電体を含む。有機物を
含む有機導電体としては、例えば、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、有機化合物と電子受容体(アクセプター)とを混合してなる複合材料等が挙げ
られる。また、グラフェンなどの無機炭素系材料を用いても良い。また、当該材料の抵抗
率としては、好ましくは1×10Ω・cm以下、さらに好ましくは1×10Ω・cm
以下である。
また、上記の材料の複数を積層することによって電極101及び電極102の一方また
は双方を形成してもよい。
また、光取り出し効率を向上させるため、光を透過する機能を有する電極と接して、該
電極より屈折率の高い材料を形成してもよい。このような材料としては、可視光を透過す
る機能を有する材料であればよく、導電性を有する材料であっても有さない材料であって
もよい。例えば、上記のような酸化物導電体に加えて、酸化物半導体、有機物が挙げられ
る。有機物としては、例えば、発光層、正孔注入層、正孔輸送層、電子輸送層、または電
子注入層に例示した材料が挙げられる。また、無機炭素系材料や光が透過する程度の金属
薄膜も用いることができ、数nm乃至数十nmの層を複数積層させてもよい。
電極101または電極102が陰極としての機能を有する場合には、仕事関数が小さい
(3.8eV以下)材料を有することが好ましい。例えば、元素周期表の第1族又は第2
族に属する元素(リチウム、ナトリウム、セシウム等のアルカリ金属、カルシウム、スト
ロンチウム等のアルカリ土類金属、マグネシウム等)、これら元素を含む合金(例えば、
AgとMg、AlとLi)、ユーロピウム(Eu)、Yb等の希土類金属、これら希土類
金属を含む合金、アルミニウム、銀を含む合金等を用いることができる。
また、電極101または電極102を陽極として用いる場合、仕事関数の大きい(4.
0eV以上)材料を用いることが好ましい。
また、電極101及び電極102は、光を反射する機能を有する導電性材料と、光を透
過する機能を有する導電性材料との積層としてもよい。その場合、電極101及び電極1
02は、各発光層からの所望の光を共振させ、その波長の光を強めることができるように
、光学距離を調整する機能を有することができるため好ましい。
電極101及び電極102の成膜方法は、スパッタリング法、蒸着法、印刷法、塗布法
、MBE(Molecular Beam Epitaxy)法、CVD法、パルスレー
ザ堆積法、ALD(Atomic Layer Deposition)法等を適宜用い
ることができる。
≪基板≫
また、本発明の一態様に係る発光素子は、ガラス、プラスチックなどからなる基板上に
作製すればよい。基板上に作製する順番としては、電極101側から順に積層しても、電
極102側から順に積層しても良い。
なお、本発明の一態様に係る発光素子を形成できる基板としては、例えばガラス、石英
、又はプラスチックなどを用いることができる。また可撓性基板を用いてもよい。可撓性
基板とは、曲げることができる(フレキシブル)基板のことであり、例えば、ポリカーボ
ネート、ポリアリレート、からなるプラスチック基板等が挙げられる。また、フィルム、
無機蒸着フィルムなどを用いることもできる。なお、発光素子、及び光学素子の作製工程
において支持体として機能するものであれば、これら以外のものでもよい。あるいは、発
光素子、及び光学素子を保護する機能を有するものであればよい。
例えば、本発明等においては、様々な基板を用いて発光素子を形成することが出来る。
基板の種類は、特に限定されることはない。その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セルロースナノファイバ(CNF)や紙、又は基材フィルムなどが
ある。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ある。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、以下が挙げられる。例えば、ポリエチレンテレフタレート(PE
T)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、ポリエーテルスルホン(PES)、ポリテ
トラフルオロエチレン(PTFE)に代表されるプラスチックがある。または、一例とし
ては、アクリル等の樹脂などがある。または、一例としては、ポリプロピレン、ポリエス
テル、ポリフッ化ビニル、又はポリ塩化ビニルなどがある。または、一例としては、ポリ
アミド、ポリイミド、アラミド、エポキシ、無機蒸着フィルム、又は紙類などがある。
また、基板として、可撓性基板を用い、可撓性基板上に直接、発光素子を形成してもよ
い。または、基板と発光素子との間に剥離層を設けてもよい。剥離層は、その上に発光素
子を一部あるいは全部完成させた後、基板より分離し、他の基板に転載するために用いる
ことができる。その際、耐熱性の劣る基板や可撓性の基板にも発光素子を転載できる。な
お、上述の剥離層には、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構造
の構成や、基板上にポリイミド等の樹脂膜が形成された構成等を用いることができる。
つまり、ある基板を用いて発光素子を形成し、その後、別の基板に発光素子を転置し、
別の基板上に発光素子を配置してもよい。発光素子が転置される基板の一例としては、上
述した基板に加え、セロファン基板、石材基板、木材基板、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
どがある。これらの基板を用いることにより、壊れにくい発光素子、耐熱性の高い発光素
子、軽量化された発光素子、または薄型化された発光素子とすることができる。
また、上述した基板上に、例えば電界効果トランジスタ(FET)を形成し、FETと
電気的に接続された電極上に発光素子150を作製してもよい。これにより、FETによ
って発光素子150の駆動を制御するアクティブマトリクス型の表示装置を作製できる。
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。または、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。例えば、場合によっては、または、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。または、例えば、本発明の一態様では、第1の有機化合物と、第2の
有機化合物と、三重項励起エネルギーを発光に変換することができる機能を有するゲスト
材料と、を有し、第1の有機化合物のLUMO準位は、第2の有機化合物のLUMO準位
より低く、第1の有機化合物のHOMO準位は、第2の有機化合物のHOMO準位より低
い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。場合によっては、また
は、状況に応じて、本発明の一態様では、例えば、第1の有機化合物のLUMO準位は、
第2の有機化合物のLUMO準位より低くなくてもよい。あるいは、第1の有機化合物の
HOMO準位は、第2の有機化合物のHOMO準位より低くなくてもよい。または、例え
ば、本発明の一態様では、第1の有機化合物と第2の有機化合物とが、励起錯体を形成す
る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。場合によっては、また
は、状況に応じて、本発明の一態様では、例えば、第1の有機化合物と第2の有機化合物
とが、励起錯体を形成しなくてもよい。または、例えば、本発明の一態様では、ゲスト材
料のLUMO準位は、第1の有機化合物のLUMO準位より高く、ゲスト材料のHOMO
準位は、第2の有機化合物のHOMO準位より低い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。場合によっては、または、状況に応じて、本発明の一態様では
、例えば、ゲスト材料のLUMO準位は、第1の有機化合物のLUMO準位より高くなく
ても良い。あるいは、ゲスト材料のHOMO準位は、第2の有機化合物のHOMO準位よ
り低くなくてもよい。
以上、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。
(実施の形態2)
本実施の形態では、本発明の一態様の発光素子に好適に用いることができる新たな化合
物について、以下説明する。
本発明の一態様の化合物は、含窒素五員複素環骨格を配位子に有するイリジウム錯体で
あって、該含窒素五員複素環骨格は、少なくともシアノ基を含む置換基を有する。イミダ
ゾール骨格やトリアゾール骨格などの含窒素五員複素環骨格は、高い三重項励起エネルギ
ー準位を有するが、含窒素六員複素環骨格と比較して電子受容性が低い。そのため、含窒
素五員複素環骨格を配位子に有するイリジウム錯体は、LUMO準位が高く、電子キャリ
アが注入されにくい。しかしながら、本発明の一態様のイリジウム錯体は、少なくともシ
アノ基を含む置換基を有するため、シアノ基の強い電子吸引性により、LUMO準位およ
びHOMO準位が低下する。そのため、当該イリジウム錯体を発光素子に用いることで、
発光効率の良好な発光素子を作製することができる。また、当該イリジウム錯体は高い三
重項励起エネルギー準位を有することから、当該イリジウム錯体を発光素子に用いること
で、発光効率の良好な青色を呈する発光素子を作製することができる。また、当該イリジ
ウム錯体は酸化および還元の繰返しに良好な耐性を有することから、当該イリジウム錯体
を発光素子に用いることで、駆動寿命の良好な発光素子を作製することができる。以上の
ように、本発明の一態様のイリジウム錯体を発光素子に用いることで、優れた発光特性を
有する高性能な発光素子を作製することができる。
また、本発明の一態様の化合物は、含窒素五員複素環骨格に、シアノ基を含むアリール
基が結合した配位子を有するイリジウム錯体である。当該配位子は合成する際、純度良く
合成することが容易であることから、不純物による劣化を抑制することが可能である。な
お、素子特性の安定性及び信頼性の観点から、含窒素五員複素環骨格に結合するシアノ基
を含むアリール基の炭素数は6乃至13であることが好ましい。この場合、当該イリジウ
ム錯体は、比較的低温で真空蒸着できるため、蒸着時の熱分解等の劣化が起こりにくい。
また、含窒素五員複素環骨格が有する窒素原子と、アリーレン基を介してシアノ基が結
合した配位子を有するイリジウム錯体は、三重項励起エネルギー準位を高く保つことがで
きるため、特に青色などエネルギーの高い発光を呈する発光素子に好適に用いることがで
きる。また、シアノ基を有さない場合に比べ、青色のようなエネルギーの高い発光を示し
つつ、効率の高い発光素子が得られる。さらに、このような特定の位置にシアノ基を導入
することで、青色のようなエネルギーの高い発光を示しつつ、信頼性の良い発光素子が得
られるという特徴もある。なお、上記含窒素五員複素環骨格とシアノ基との間には、フェ
ニレン基などのアリーレン基を介して結合することが好ましい。
なお、当該アリーレン基の炭素数が6乃至13である場合、当該イリジウム錯体は比較
的低分子量の化合物となるため、真空蒸着に適した(比較的低温で真空蒸着できる)化合
物となる。また、一般には分子量が低いと成膜後の耐熱性が乏しくなることが多いが、当
該イリジウム錯体は、複数の配位子を有するため、配位子の分子量が低くても十分な耐熱
性を確保できる利点がある。
すなわち、当該イリジウム錯体は、上述した蒸着の容易性、電気化学的安定性に加え、
三重項励起エネルギー準位が高いという特性をも有する。したがって、発光素子において
、発光層のゲスト材料として当該イリジウム錯体を用いることが好適である。その中でも
特に、青色発光素子のゲスト材料として用いることがより好適である。
<イリジウム錯体の例1>
上記のイリジウム錯体は、下記一般式(G1)で表されるイリジウム錯体である。
上記一般式(G1)において、Ar及びArは、それぞれ独立に、炭素数6乃至1
3の置換または無置換のアリール基を表す。炭素数6乃至13のアリール基としては、フ
ェニル基、ナフチル基、ビフェニル基、フルオレニル基などを具体例としてあげることが
できる。当該アリール基が置換基を有する場合、当該置換基としては、炭素数1乃至6の
アルキル基、炭素数3乃至6のシクロアルキル基、または炭素数6乃至13の置換もしく
は無置換のアリール基も置換基として選択することができる。炭素数1乃至6のアルキル
基としては具体的には、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、
イソブチル基、tert-ブチル基、n-ヘキシル基などを挙げることができる。また、
炭素数3乃至6のシクロアルキル基、としては具体的には、シクロプロピル基、シクロブ
チル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基などを挙げることができる。また、炭素数
6乃至13のアリール基としては、フェニル基、ナフチル基、ビフェニル基、フルオレニ
ル基などを具体例としてあげることができる。
また、Q及びQは、それぞれ独立に、NまたはC-Rを表し、Rは、水素、炭素数
1乃至6のアルキル基、炭素数1乃至6のハロアルキル基、または炭素数6乃至13の置
換もしくは無置換のアリール基を表す。なお、Q及びQの少なくとも一方は、C-R
を有する。炭素数1乃至6のアルキル基としては具体的には、メチル基、エチル基、プロ
ピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、tert-ブチル基、n-ヘキシル
基などを挙げることができる。また、炭素数1乃至6のハロアルキル基、としては、少な
くとも一つの水素が第17族元素(フッ素、塩素、臭素、ヨウ素、アスタチン)によって
置換されたアルキル基であって、フッ化アルキル基、塩化アルキル基、臭化アルキル基、
ヨウ化アルキル基などが挙げられ、具体的には、フッ化メチル基、塩化メチル基、フッ化
エチル基、塩化エチル基などを挙げることができるが、含まれるハロゲン元素の数または
種類は、それぞれ一であっても複数であってもよい。また、炭素数6乃至13のアリール
基としては、フェニル基、ナフチル基、ビフェニル基、フルオレニル基などを具体例とし
てあげることができる。さらに、当該アリール基は置換基を有していてもよく、前記置換
基は互いに結合して環を形成してもよい。当該置換基としては、炭素数1乃至6のアルキ
ル基、炭素数3乃至6のシクロアルキル基、または炭素数6乃至13のアリール基も置換
基として選択することができる。炭素数1乃至6のアルキル基としては具体的には、メチ
ル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、tert-ブ
チル基、n-ヘキシル基などを挙げることができる。また、炭素数3乃至6のシクロアル
キル基としては具体的には、シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、シ
クロヘキシル基などを挙げることができる。また、炭素数6乃至13のアリール基として
は、フェニル基、ナフチル基、ビフェニル基、フルオレニル基などを具体例としてあげる
ことができる。
また、Ar及びArが表すアリール基、及びRが表すアリール基、の少なくとも一
は、シアノ基を有する。
<イリジウム錯体の例2>
また、本発明の一態様におけるイリジウム錯体は、オルトメタル錯体であると好適であ
る。上記のイリジウム錯体は、下記一般式(G2)で表されるイリジウム錯体である。
上記一般式(G2)において、Arは、炭素数6乃至13の置換または無置換のアリ
ール基を表す。炭素数6乃至13のアリール基としては、フェニル基、ナフチル基、ビフ
ェニル基、フルオレニル基などを具体例としてあげることができる。当該アリール基が置
換基を有する場合、当該置換基としては、炭素数1乃至6のアルキル基、炭素数3乃至6
のシクロアルキル基、または炭素数6乃至13の置換もしくは無置換のアリール基も置換
基として選択することができる。炭素数1乃至6のアルキル基としては具体的には、メチ
ル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、tert-ブ
チル基、n-ヘキシル基などを挙げることができる。また、炭素数3乃至6のシクロアル
キル基、としては具体的には、シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、
シクロヘキシル基などを挙げることができる。また、炭素数6乃至13のアリール基とし
ては、フェニル基、ナフチル基、ビフェニル基、フルオレニル基などを具体例としてあげ
ることができる。
また、R乃至Rは、それぞれ独立に、水素、炭素数1乃至6のアルキル基、炭素数
3乃至6のシクロアルキル基、炭素数6乃至13の置換もしくは無置換のアリール基、ま
たはシアノ基のいずれかを表す。炭素数1乃至6のアルキル基としては具体的には、メチ
ル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、tert-ブ
チル基、n-ヘキシル基などを挙げることができる。また、炭素数3乃至6のシクロアル
キル基、としては具体的には、シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、
シクロヘキシル基などを挙げることができる。また、炭素数6乃至13のアリール基とし
ては、フェニル基、ナフチル基、ビフェニル基、フルオレニル基などを具体例としてあげ
ることができる。なお、R乃至Rはすべて水素であることが、合成の容易さや原料の
価格の面で有利である。
また、Q及びQは、それぞれ独立に、NまたはC-Rを表し、Rは、水素、炭素数
1乃至6のアルキル基、炭素数1乃至6のハロアルキル基、または炭素数6乃至13の置
換もしくは無置換のアリール基を表す。なお、Q及びQの少なくとも一方は、C-R
を有する。炭素数1乃至6のアルキル基としては具体的には、メチル基、エチル基、プロ
ピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、tert-ブチル基、n-ヘキシル
基などを挙げることができる。また、炭素数1乃至6のハロアルキル基、としては、少な
くとも一つの水素が第17族元素(フッ素、塩素、臭素、ヨウ素、アスタチン)によって
置換されたアルキル基であって、フッ化アルキル基、塩化アルキル基、臭化アルキル基、
ヨウ化アルキル基などが挙げられ、具体的には、フッ化メチル基、塩化メチル基、フッ化
エチル基、塩化エチル基などを挙げることができるが、含まれるハロゲン元素の数または
種類は、それぞれ一であっても複数であってもよい。また、炭素数6乃至13のアリール
基としては、フェニル基、ナフチル基、ビフェニル基、フルオレニル基などを具体例とし
てあげることができる。さらに、当該アリール基は置換基を有していてもよく、前記置換
基は互いに結合して環を形成してもよい。当該置換基としては、炭素数1乃至6のアルキ
ル基、炭素数3乃至6のシクロアルキル基、または炭素数6乃至13のアリール基も置換
基として選択することができる。炭素数1乃至6のアルキル基としては具体的には、メチ
ル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、tert-ブ
チル基、n-ヘキシル基などを挙げることができる。また、炭素数3乃至6のシクロアル
キル基としては具体的には、シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、シ
クロヘキシル基などを挙げることができる。また、炭素数6乃至13のアリール基として
は、フェニル基、ナフチル基、ビフェニル基、フルオレニル基などを具体例としてあげる
ことができる。
また、Ar及びR乃至Rが表すアリール基、Rが表すアリール基、及びR乃至
の少なくとも一は、シアノ基を有する。
<イリジウム錯体の例3>
また、本発明の一態様のイリジウム錯体においては、4H-トリアゾール骨格を配位子
として有することで、高い三重項励起エネルギー準位を有することができ、特に青色など
のエネルギーの高い発光を呈する発光素子に好適に用いることができるため、好ましい。
上記イリジウム錯体は、下記一般式(G3)で表されるイリジウム錯体である。
上記一般式(G3)において、Arは、炭素数6乃至13の置換または無置換のアリ
ール基を表す。炭素数6乃至13のアリール基としては、フェニル基、ナフチル基、ビフ
ェニル基、フルオレニル基などを具体例としてあげることができる。当該アリール基が置
換基を有する場合、当該置換基としては、炭素数1乃至6のアルキル基、炭素数3乃至6
のシクロアルキル基、または炭素数6乃至13の置換もしくは無置換のアリール基も置換
基として選択することができる。炭素数1乃至6のアルキル基としては具体的には、メチ
ル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、tert-ブ
チル基、n-ヘキシル基などを挙げることができる。また、炭素数3乃至6のシクロアル
キル基、としては具体的には、シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、
シクロヘキシル基などを挙げることができる。また、炭素数6乃至13のアリール基とし
ては、フェニル基、ナフチル基、ビフェニル基、フルオレニル基などを具体例としてあげ
ることができる。
また、R乃至Rは、それぞれ独立に、水素、炭素数1乃至6のアルキル基、炭素数
3乃至6のシクロアルキル基、炭素数6乃至13の置換もしくは無置換のアリール基、ま
たはシアノ基のいずれかを表す。炭素数1乃至6のアルキル基としては具体的には、メチ
ル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、tert-ブ
チル基、n-ヘキシル基などを挙げることができる。また、炭素数3乃至6のシクロアル
キル基、としては具体的には、シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、
シクロヘキシル基などを挙げることができる。また、炭素数6乃至13のアリール基とし
ては、フェニル基、ナフチル基、ビフェニル基、フルオレニル基などを具体例としてあげ
ることができる。なお、R乃至Rはすべて水素であることが、合成の容易さや原料の
価格の面で有利である。
また、Rは、水素、炭素数1乃至6のアルキル基、炭素数1乃至6のハロアルキル基
、または炭素数6乃至13の置換もしくは無置換のアリール基のいずれかを表す。炭素数
1乃至6のアルキル基としては具体的には、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロ
ピル基、ブチル基、イソブチル基、tert-ブチル基、n-ヘキシル基などを挙げるこ
とができる。また、炭素数1乃至6のハロアルキル基、としては、少なくとも一つの水素
が第17族元素(フッ素、塩素、臭素、ヨウ素、アスタチン)によって置換されたアルキ
ル基であって、フッ化アルキル基、塩化アルキル基、臭化アルキル基、ヨウ化アルキル基
などが挙げられ、具体的には、フッ化メチル基、塩化メチル基、フッ化エチル基、塩化エ
チル基などを挙げることができるが、含まれるハロゲン元素の数または種類は、それぞれ
一であっても複数であってもよい。また、炭素数6乃至13のアリール基としては、フェ
ニル基、ナフチル基、ビフェニル基、フルオレニル基などを具体例としてあげることがで
きる。さらに、当該アリール基は置換基を有していてもよく、前記置換基は互いに結合し
て環を形成してもよい。当該置換基としては、炭素数1乃至6のアルキル基、炭素数3乃
至6のシクロアルキル基、または炭素数6乃至13のアリール基も置換基として選択する
ことができる。炭素数1乃至6のアルキル基としては具体的には、メチル基、エチル基、
プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、tert-ブチル基、n-ヘキ
シル基などを挙げることができる。また、炭素数3乃至6のシクロアルキル基としては具
体的には、シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基な
どを挙げることができる。また、炭素数6乃至13のアリール基としては、フェニル基、
ナフチル基、ビフェニル基、フルオレニル基などを具体例としてあげることができる。
また、Ar及びR乃至Rが表すアリール基、及びR乃至Rの少なくとも一は
、シアノ基を有する。
<イリジウム錯体の例4>
また、本発明の一態様のイリジウム錯体においては、イミダゾール骨格を配位子として
有することで、高い三重項励起エネルギー準位を有することができ、特に青色などのエネ
ルギーの高い発光を呈する発光素子に好適に用いることができるため、好ましい。上記イ
リジウム錯体は、下記一般式(G4)で表されるイリジウム錯体である。
上記一般式(G4)において、Arは、炭素数6乃至13の置換または無置換のアリ
ール基を表す。炭素数6乃至13のアリール基としては、フェニル基、ナフチル基、ビフ
ェニル基、フルオレニル基などを具体例としてあげることができる。当該アリール基が置
換基を有する場合、当該置換基としては、炭素数1乃至6のアルキル基、炭素数3乃至6
のシクロアルキル基、または炭素数6乃至13の置換もしくは無置換のアリール基も置換
基として選択することができる。炭素数1乃至6のアルキル基としては具体的には、メチ
ル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、tert-ブ
チル基、n-ヘキシル基などを挙げることができる。また、炭素数3乃至6のシクロアル
キル基、としては具体的には、シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、
シクロヘキシル基などを挙げることができる。また、炭素数6乃至13のアリール基とし
ては、フェニル基、ナフチル基、ビフェニル基、フルオレニル基などを具体例としてあげ
ることができる。
また、R乃至Rは、それぞれ独立に、水素、炭素数1乃至6のアルキル基、炭素数
3乃至6のシクロアルキル基、または炭素数6乃至13の置換もしくは無置換のアリール
基のいずれかを表す。炭素数1乃至6のアルキル基としては具体的には、メチル基、エチ
ル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、tert-ブチル基、n
-ヘキシル基などを挙げることができる。また、炭素数3乃至6のシクロアルキル基、と
しては具体的には、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
シル基などを挙げることができる。また、炭素数6乃至13のアリール基としては、フェ
ニル基、ナフチル基、ビフェニル基、フルオレニル基などを具体例としてあげることがで
きる。なお、R乃至Rはすべて水素であることが、合成の容易さや原料の価格の面で
有利である。
また、R及びRは、それぞれ独立に、水素、炭素数1乃至6のアルキル基、炭素数
1乃至6のハロアルキル基、または炭素数6乃至13の置換もしくは無置換のアリール基
のいずれかを表す。炭素数1乃至6のアルキル基としては具体的には、メチル基、エチル
基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、tert-ブチル基、n-
ヘキシル基などを挙げることができる。また、炭素数1乃至6のハロアルキル基、として
は、少なくとも一つの水素が第17族元素(フッ素、塩素、臭素、ヨウ素、アスタチン)
によって置換されたアルキル基であって、フッ化アルキル基、塩化アルキル基、臭化アル
キル基、ヨウ化アルキル基などが挙げられ、具体的には、フッ化メチル基、塩化メチル基
、フッ化エチル基、塩化エチル基などを挙げることができるが、含まれるハロゲン元素の
数または種類は、それぞれ一であっても複数であってもよい。また、炭素数6乃至13の
アリール基としては、フェニル基、ナフチル基、ビフェニル基、フルオレニル基などを具
体例としてあげることができる。さらに、当該アリール基は置換基を有していてもよく、
前記置換基は互いに結合して環を形成してもよい。当該置換基としては、炭素数1乃至6
のアルキル基、炭素数3乃至6のシクロアルキル基、または炭素数6乃至13のアリール
基も置換基として選択することができる。炭素数1乃至6のアルキル基としては具体的に
は、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、te
rt-ブチル基、n-ヘキシル基などを挙げることができる。また、炭素数3乃至6のシ
クロアルキル基としては具体的には、シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチ
ル基、シクロヘキシル基などを挙げることができる。また、炭素数6乃至13のアリール
基としては、フェニル基、ナフチル基、ビフェニル基、フルオレニル基などを具体例とし
てあげることができる。
また、Ar、及びR乃至Rが表すアリール基、及びR乃至Rの少なくとも一
は、シアノ基を有する。
<イリジウム錯体の例5>
また、本発明の一態様のイリジウム錯体においては、含窒素五員複素環骨格の窒素に結
合するアリール基は、置換または無置換のフェニル基であると、比較的低温で真空蒸着で
き、且つ、三重項励起エネルギー準位が高くなるため、特に青色などエネルギーの高い発
光を呈する発光素子に好適に用いることができ、好ましい。上記イリジウム錯体は、下記
一般式(G5)及び(G6)で表されるイリジウム錯体である。
上記一般式(G5)において、R及びR11は、炭素数1乃至6のアルキル基を表し
、R及びR11は互いに同じ構造を有する。炭素数1乃至6のアルキル基としては具体
的には、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、
tert-ブチル基、n-ヘキシル基などを挙げることができる。
また、R乃至R10は、それぞれ独立に、水素、炭素数1乃至6のアルキル基、炭素
数3乃至6のシクロアルキル基、置換もしくは無置換のフェニル基、またはシアノ基のい
ずれかを表す。炭素数1乃至6のアルキル基としては具体的には、メチル基、エチル基、
プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、tert-ブチル基、n-ヘキ
シル基などを挙げることができる。また、炭素数3乃至6のシクロアルキル基、としては
具体的には、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
などを挙げることができる。なお、R乃至R10の少なくとも一は、シアノ基を有する
ことが好ましい。
また、R乃至Rは、それぞれ独立に、水素、炭素数1乃至6のアルキル基、炭素数
3乃至6のシクロアルキル基、または炭素数6乃至13の置換もしくは無置換のアリール
基のいずれかを表す。炭素数1乃至6のアルキル基としては具体的には、メチル基、エチ
ル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、tert-ブチル基、n
-ヘキシル基などを挙げることができる。また、炭素数3乃至6のシクロアルキル基、と
しては具体的には、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
シル基などを挙げることができる。また、炭素数6乃至13のアリール基としては、フェ
ニル基、ナフチル基、ビフェニル基、フルオレニル基などを具体例としてあげることがで
きる。なお、R乃至Rはすべて水素であることが、合成の容易さや原料の価格の面で
有利である。
また、Rは、水素、炭素数1乃至6のアルキル基、炭素数1乃至6のハロアルキル基
、または炭素数6乃至13の置換もしくは無置換のアリール基のいずれかを表す。炭素数
1乃至6のアルキル基としては具体的には、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロ
ピル基、ブチル基、イソブチル基、tert-ブチル基、n-ヘキシル基などを挙げるこ
とができる。また、炭素数1乃至6のハロアルキル基、としては、少なくとも一つの水素
が第17族元素(フッ素、塩素、臭素、ヨウ素、アスタチン)によって置換されたアルキ
ル基であって、フッ化アルキル基、塩化アルキル基、臭化アルキル基、ヨウ化アルキル基
などが挙げられ、具体的には、フッ化メチル基、塩化メチル基、フッ化エチル基、塩化エ
チル基などを挙げることができるが、含まれるハロゲン元素の数または種類は、それぞれ
一であっても複数であってもよい。また、炭素数6乃至13のアリール基としては、フェ
ニル基、ナフチル基、ビフェニル基、フルオレニル基などを具体例としてあげることがで
きる。さらに、当該アリール基は置換基を有していてもよく、前記置換基は互いに結合し
て環を形成してもよい。当該置換基としては、炭素数1乃至6のアルキル基、炭素数3乃
至6のシクロアルキル基、または炭素数6乃至13のアリール基も置換基として選択する
ことができる。炭素数1乃至6のアルキル基としては具体的には、メチル基、エチル基、
プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、tert-ブチル基、n-ヘキ
シル基などを挙げることができる。また、炭素数3乃至6のシクロアルキル基としては具
体的には、シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基な
どを挙げることができる。また、炭素数6乃至13のアリール基としては、フェニル基、
ナフチル基、ビフェニル基、フルオレニル基などを具体例としてあげることができる。
上記一般式(G6)において、R及びR11は、炭素数1乃至6のアルキル基を表し
、R及びR11は互いに同じ構造を有する。炭素数1乃至6のアルキル基としては具体
的には、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、
tert-ブチル基、n-ヘキシル基などを挙げることができる。
乃至R10は、それぞれ独立に、水素、炭素数1乃至6のアルキル基、炭素数3乃
至6のシクロアルキル基、置換もしくは無置換のフェニル基、またはシアノ基のいずれか
を表す。炭素数1乃至6のアルキル基としては具体的には、メチル基、エチル基、プロピ
ル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、tert-ブチル基、n-ヘキシル基
などを挙げることができる。また、炭素数3乃至6のシクロアルキル基、としては具体的
には、シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基などを
挙げることができる。なお、R乃至R10の少なくとも一は、シアノ基を有することが
好ましい。
また、R乃至Rは、それぞれ独立に、水素、炭素数1乃至6のアルキル基、炭素数
3乃至6のシクロアルキル基、または炭素数6乃至13の置換もしくは無置換のアリール
基のいずれかを表す。炭素数1乃至6のアルキル基としては具体的には、メチル基、エチ
ル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、tert-ブチル基、n
-ヘキシル基などを挙げることができる。また、炭素数3乃至6のシクロアルキル基、と
しては具体的には、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
シル基などを挙げることができる。また、炭素数6乃至13のアリール基としては、フェ
ニル基、ナフチル基、ビフェニル基、フルオレニル基などを具体例としてあげることがで
きる。なお、R乃至Rはすべて水素であることが、合成の容易さや原料の価格の面で
有利である。
また、R及びRは、それぞれ独立に、水素、炭素数1乃至6のアルキル基、炭素数
1乃至6のハロアルキル基、または炭素数6乃至13の置換もしくは無置換のアリール基
のいずれかを表す。炭素数1乃至6のアルキル基としては具体的には、メチル基、エチル
基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、tert-ブチル基、n-
ヘキシル基などを挙げることができる。また、炭素数1乃至6のハロアルキル基、として
は、少なくとも一つの水素が第17族元素(フッ素、塩素、臭素、ヨウ素、アスタチン)
によって置換されたアルキル基であって、フッ化アルキル基、塩化アルキル基、臭化アル
キル基、ヨウ化アルキル基などが挙げられ、具体的には、フッ化メチル基、塩化メチル基
、フッ化エチル基、塩化エチル基などを挙げることができるが、含まれるハロゲン元素の
数または種類は、それぞれ一であっても複数であってもよい。また、炭素数6乃至13の
アリール基としては、フェニル基、ナフチル基、ビフェニル基、フルオレニル基などを具
体例としてあげることができる。さらに、当該アリール基は置換基を有していてもよく、
前記置換基は互いに結合して環を形成してもよい。当該置換基としては、炭素数1乃至6
のアルキル基、炭素数3乃至6のシクロアルキル基、または炭素数6乃至13のアリール
基も置換基として選択することができる。炭素数1乃至6のアルキル基としては具体的に
は、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、te
rt-ブチル基、n-ヘキシル基などを挙げることができる。また、炭素数3乃至6のシ
クロアルキル基としては具体的には、シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチ
ル基、シクロヘキシル基などを挙げることができる。また、炭素数6乃至13のアリール
基としては、フェニル基、ナフチル基、ビフェニル基、フルオレニル基などを具体例とし
てあげることができる。
<イリジウム錯体の例6>
また、本発明の一態様のイリジウム錯体においては、1H-トリアゾール骨格を配位子
として有することで、高い三重項励起エネルギー準位を有することができるため、特に青
色などのエネルギーの高い発光を呈する発光素子に好適に用いることができるため、好ま
しい。上記イリジウム錯体は、下記一般式(G7)及び(G8)で表されるイリジウム錯
体である。
上記一般式(G7)において、Arは、炭素数6乃至13の置換または無置換のアリ
ール基を表す。炭素数6乃至13のアリール基としては、フェニル基、ナフチル基、ビフ
ェニル基、フルオレニル基などを具体例としてあげることができる。当該アリール基が置
換基を有する場合、当該置換基としては、炭素数1乃至6のアルキル基、炭素数3乃至6
のシクロアルキル基、または炭素数6乃至13の置換もしくは無置換のアリール基も置換
基として選択することができる。炭素数1乃至6のアルキル基としては具体的には、メチ
ル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、tert-ブ
チル基、n-ヘキシル基などを挙げることができる。また、炭素数3乃至6のシクロアル
キル基、としては具体的には、シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、
シクロヘキシル基などを挙げることができる。また、炭素数6乃至13のアリール基とし
ては、フェニル基、ナフチル基、ビフェニル基、フルオレニル基などを具体例としてあげ
ることができる。
また、R乃至Rは、それぞれ独立に、水素、炭素数1乃至6のアルキル基、炭素数
3乃至6のシクロアルキル基、または炭素数6乃至13の置換もしくは無置換のアリール
基のいずれかを表す。炭素数1乃至6のアルキル基としては具体的には、メチル基、エチ
ル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、tert-ブチル基、n
-ヘキシル基などを挙げることができる。また、炭素数3乃至6のシクロアルキル基、と
しては具体的には、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
シル基などを挙げることができる。また、炭素数6乃至13のアリール基としては、フェ
ニル基、ナフチル基、ビフェニル基、フルオレニル基などを具体例としてあげることがで
きる。なお、R乃至Rはすべて水素であることが、合成の容易さや原料の価格の面で
有利である。
また、Rは、水素、炭素数1乃至6のアルキル基、炭素数1乃至6のハロアルキル基
、または炭素数6乃至13の置換もしくは無置換のアリール基のいずれかを表す。炭素数
1乃至6のアルキル基としては具体的には、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロ
ピル基、ブチル基、イソブチル基、tert-ブチル基、n-ヘキシル基などを挙げるこ
とができる。また、炭素数1乃至6のハロアルキル基、としては、少なくとも一つの水素
が第17族元素(フッ素、塩素、臭素、ヨウ素、アスタチン)によって置換されたアルキ
ル基であって、フッ化アルキル基、塩化アルキル基、臭化アルキル基、ヨウ化アルキル基
などが挙げられ、具体的には、フッ化メチル基、塩化メチル基、フッ化エチル基、塩化エ
チル基などを挙げることができるが、含まれるハロゲン元素の数または種類は、それぞれ
一であっても複数であってもよい。また、炭素数6乃至13のアリール基としては、フェ
ニル基、ナフチル基、ビフェニル基、フルオレニル基などを具体例としてあげることがで
きる。さらに、当該アリール基は置換基を有していてもよく、前記置換基は互いに結合し
て環を形成してもよい。当該置換基としては、炭素数1乃至6のアルキル基、炭素数3乃
至6のシクロアルキル基、または炭素数6乃至13のアリール基も置換基として選択する
ことができる。炭素数1乃至6のアルキル基としては具体的には、メチル基、エチル基、
プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、tert-ブチル基、n-ヘキ
シル基などを挙げることができる。また、炭素数3乃至6のシクロアルキル基としては具
体的には、シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基な
どを挙げることができる。また、炭素数6乃至13のアリール基としては、フェニル基、
ナフチル基、ビフェニル基、フルオレニル基などを具体例としてあげることができる。
また、Ar、R乃至R、及びRが表すアリール基、及びR乃至Rの少なく
とも一は、シアノ基を有する。
上記一般式(G8)において、R及びR11は、炭素数1乃至6のアルキル基を表し
、R及びR11は互いに同じ構造を有する。炭素数1乃至6のアルキル基としては具体
的には、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、
tert-ブチル基、n-ヘキシル基などを挙げることができる。
また、R乃至R10は、それぞれ独立に、水素、炭素数1乃至6のアルキル基、炭素
数3乃至6のシクロアルキル基、置換もしくは無置換のフェニル基、またはシアノ基のい
ずれかを表す。炭素数1乃至6のアルキル基としては具体的には、メチル基、エチル基、
プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、tert-ブチル基、n-ヘキ
シル基などを挙げることができる。また、炭素数3乃至6のシクロアルキル基、としては
具体的には、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
などを挙げることができる。なお、R乃至R10の少なくとも一は、シアノ基を有する
ことが好ましい。
また、R乃至Rは、それぞれ独立に、水素、炭素数1乃至6のアルキル基、炭素数
3乃至6のシクロアルキル基、または炭素数6乃至13の置換もしくは無置換のアリール
基のいずれかを表す。炭素数1乃至6のアルキル基としては具体的には、メチル基、エチ
ル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、tert-ブチル基、n
-ヘキシル基などを挙げることができる。また、炭素数3乃至6のシクロアルキル基、と
しては具体的には、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
シル基などを挙げることができる。また、炭素数6乃至13のアリール基としては、フェ
ニル基、ナフチル基、ビフェニル基、フルオレニル基などを具体例としてあげることがで
きる。なお、R乃至Rはすべて水素であることが、合成の容易さや原料の価格の面で
有利である。
また、Rは、水素、炭素数1乃至6のアルキル基、炭素数1乃至6のハロアルキル基
、または炭素数6乃至13の置換もしくは無置換のアリール基のいずれかを表す。炭素数
1乃至6のアルキル基としては具体的には、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロ
ピル基、ブチル基、イソブチル基、tert-ブチル基、n-ヘキシル基などを挙げるこ
とができる。また、炭素数1乃至6のハロアルキル基、としては、少なくとも一つの水素
が第17族元素(フッ素、塩素、臭素、ヨウ素、アスタチン)によって置換されたアルキ
ル基であって、フッ化アルキル基、塩化アルキル基、臭化アルキル基、ヨウ化アルキル基
などが挙げられ、具体的には、フッ化メチル基、塩化メチル基、フッ化エチル基、塩化エ
チル基などを挙げることができるが、含まれるハロゲン元素の数または種類は、それぞれ
一であっても複数であってもよい。また、炭素数6乃至13のアリール基としては、フェ
ニル基、ナフチル基、ビフェニル基、フルオレニル基などを具体例としてあげることがで
きる。さらに、当該アリール基は置換基を有していてもよく、前記置換基は互いに結合し
て環を形成してもよい。当該置換基としては、炭素数1乃至6のアルキル基、炭素数3乃
至6のシクロアルキル基、または炭素数6乃至13のアリール基も置換基として選択する
ことができる。炭素数1乃至6のアルキル基としては具体的には、メチル基、エチル基、
プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、tert-ブチル基、n-ヘキ
シル基などを挙げることができる。また、炭素数3乃至6のシクロアルキル基としては具
体的には、シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基な
どを挙げることができる。また、炭素数6乃至13のアリール基としては、フェニル基、
ナフチル基、ビフェニル基、フルオレニル基などを具体例としてあげることができる。
<置換基の例>
上記一般式(G2)乃至(G8)のR乃至Rで表されるアルキル基およびアリール
基として、例えば、下記構造式(R-1)乃至(R-29)で表される基を適用すること
ができる。なお、アルキル基およびアリール基として用いることのできる基はこれらに限
られない。
また、一般式(G1)乃至(G4)、及び(G7)において、Arとして表されるア
リール基、及び一般式(G1)において、Arで表されるアリール基としては、例えば
、上記構造式(R-12)乃至(R-29)で表される基を適用することができる。なお
、Ar及びArとして用いることのできる基はこれらに限られない。
また、一般式(G5)、(G6)、及び(G8)のR及びR11で表されるアルキル
基は、例えば、上記構造式(R-1)乃至(R-10)で表される基を適用することがで
きる。なお、アルキル基として用いることのできる基はこれらに限られない。
また、一般式(G5)、(G6)、及び(G8)のR乃至R10で表されるアルキル
基または置換または無置換のフェニル基は、例えば、上記構造式(R-1)乃至(R-2
2)で表される基を適用することができる。なお、アルキル基またはフェニル基として用
いることのできる基はこれらに限られない。
また、上記一般式(G3)乃至(G6)のR、及び一般式(G4)、(G6)乃至(
G8)のRで表されるアルキル基、アリール基、またはハロアルキル基は、例えば、上
記構造式(R-1)乃至(R-29)、及び下記構造式(R-30)乃至(R-37)で
表される基を適用することができる。なお、アルキル基、アリール基、またはハロアルキ
ル基として用いることのできる基はこれらに限られない。
<イリジウム錯体の具体例>
上記一般式(G1)乃至(G8)として表されるイリジウム錯体の具体的な構造として
は、下記構造式(100)乃至(134)で表される化合物などが挙げられる。なお、一
般式(G1)乃至(G8)として表されるイリジウム錯体は下記例示に限られない。
以上のように、本発明の一態様のイリジウム錯体は、比較的低いHOMO準位およびL
UMO準位を有することから、発光素子のゲスト材料として好適である。これにより、発
光効率の良好な発光素子を作製することができる。また、本発明の一態様のイリジウム錯
体は、高い三重項励起エネルギー準位を有することから、特に青色の発光素子のゲスト材
料として好適である。これにより、発光効率の良好な青色発光素子を作製することができ
る。また、本発明の一態様のイリジウム錯体は、酸化および還元の繰返しに良好な耐性を
有することから、該イリジウム錯体を発光素子に用いることで、駆動寿命の良好な発光素
子を作製することができる。以上のように、本発明の一態様のイリジウム錯体は、発光素
子に用いるのに好適な材料である。
なお、本発明の一態様のイリジウム錯体は、蒸着法(真空蒸着法を含む)、インクジェ
ット法、塗布法、グラビア印刷等の方法を用いて成膜することができる。
なお、本実施の形態に示す化合物は、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。
(実施の形態3)
本実施の形態では、一般式(G1)、(G3)、(G4)、及び(G7)で表される構
造を含むイリジウム錯体の合成方法の一例について説明する。イリジウム錯体の合成方法
としては種々の反応を適用することができる。例えば、以下に示す合成反応を行うことに
よって、一般式(G1)、(G3)、(G4)、及び(G7)で表されるイリジウム錯体
を合成することができる。なお、本発明の一態様であるイリジウム錯体の合成方法は、以
下の合成方法に限定されない。
<一般式(G1)で表されるイリジウム錯体の合成方法>
一般式(G1)で表される構造を有するイリジウム錯体の合成方法の例について説明す
る。
下記合成スキーム(a)に示すように、一般式(G0)で表される含窒素五員環誘導体
と、ハロゲンを含むイリジウム金属化合物(塩化イリジウム水和物、ヘキサクロロイリジ
ウム酸アンモニウム等)、またはイリジウム有機金属錯体化合物(アセチルアセトナト錯
体、ジエチルスルフィド錯体等)とを混合した後、加熱することにより、一般式(G1)
で表される構造を有するイリジウム錯体を得ることができる。また、この加熱プロセスは
、一般式(G0)で表される含窒素五員環誘導体と、ハロゲンを含むイリジウム金属化合
物、またはイリジウム有機金属錯体化合物とをアルコール系溶媒(グリセロール、エチレ
ングリコール、2-メトキシエタノール、2-エトキシエタノール等)に溶解した後に行
ってもよい。
合成スキーム(a)において、Ar及びArは、それぞれ独立に、炭素数6乃至1
3の置換または無置換のアリール基を表す。また、Q及びQは、それぞれ独立に、N
またはC-Rを表し、Rは、水素、炭素数1乃至6のアルキル基、炭素数1乃至6のハロ
アルキル基、または炭素数6乃至13の置換もしくは無置換のアリール基を表す。なお、
及びQの少なくとも一方は、C-Rを有する。また、Ar及びArが表すアリ
ール基、及びRが表すアリール基の少なくとも一は、シアノ基を有する。
なお、一般式(G1)で表される構造を有するイリジウム錯体の合成方法としては、合
成スキーム(a)に限定されない。例えば、他の合成方法の一例として、下記合成スキー
ム(a’)に示すように、ArおよびArで表されるアリール基の少なくとも一がハ
ロゲン基で置換された配位子を有するイリジウム錯体と、シアノ基で置換されたアリール
ボロン酸化合物、またはシアン化銅と、を反応させることにより、一般式(G1)で表さ
れる構造を有するイリジウム錯体を得ることができる。なお、ArおよびArで表さ
れるアリール基の少なくとも一がボロン酸、ボロン酸エステル、または環状トリオールボ
レート塩である化合物を配位子とするイリジウム錯体と、シアノ基で置換されたハロゲン
化アリールと、を反応させても良い。
上記合成スキーム(a’)において、Ar及びArは、それぞれ独立に、炭素数6
乃至13の置換または無置換のアリール基を表す。また、Q及びQは、それぞれ独立
に、NまたはC-Rを表し、Rは、水素、炭素数1乃至6のアルキル基、炭素数1乃至6
のハロアルキル基、または炭素数6乃至13の置換もしくは無置換のアリール基を表す。
なお、Q及びQの少なくとも一方は、C-Rを有する。また、Ar及びArが表
すアリール基、及びRが表すアリール基の少なくとも一は、シアノ基を有する。
以上のように、一般式(G1)のイリジウム錯体を合成することができる。
<一般式(G3)で表されるイリジウム錯体の合成方法>
次に、一般式(G3)で表される構造を有するイリジウム錯体の合成方法の一例につい
て説明する。
≪1,2,4-トリアゾール誘導体の合成法≫
まず、下記一般式(G0-X1)で表される1,2,4-トリアゾール誘導体の合成法
の一例について説明する。
なお、一般式(G0-X1)中、Arは、炭素数6乃至13の置換または無置換のア
リール基を表す。また、R乃至Rは、それぞれ独立に水素、炭素数1乃至6のアルキ
ル基、炭素数3乃至6のシクロアルキル基、炭素数6乃至13の置換もしくは無置換のア
リール基、またはシアノ基のいずれかを表す。また、Rは、水素、炭素数1乃至6のア
ルキル基、炭素数1乃至6のハロアルキル基、または炭素数6乃至13の置換もしくは無
置換のアリール基のいずれかを表す。また、Ar及びR乃至Rが表すアリール基、
及びR乃至Rの少なくとも一は、シアノ基を有する。
下記合成スキーム(b)に示すように、ヒドラジド化合物(A1)と、チオエーテル化
合物、またはN-置換チオアミド化合物(A2)とを反応させることにより、一般式(G
0-X1)で表される1,2,4-トリアゾール誘導体を得ることができる。なお、合成
スキーム(b)において、Arは、炭素数6乃至13の置換または無置換のアリール基
を表す。また、R乃至Rは、それぞれ独立に水素、炭素数1乃至6のアルキル基、炭
素数3乃至6のシクロアルキル基、または炭素数6乃至13の置換もしくは無置換のアリ
ール基のいずれかを表す。また、Rは、水素、炭素数1乃至6のアルキル基、炭素数1
乃至6のハロアルキル基、または炭素数6乃至13の置換もしくは無置換のアリール基の
いずれかを表す。また、Ar及びR乃至Rが表すアリール基、及びR乃至R
少なくとも一は、シアノ基を有する。
ただし、一般式(G0-X1)で表される1,2,4-トリアゾール誘導体の合成法は
、合成スキーム(b)のみに限定されない。例えば、他の合成法の一例として、下記合成
スキーム(b’)に示すように、ジヒドラジド化合物(A1’)と第1級アミン化合物(
A2’)とを反応させる方法もある。なお、合成スキーム(b’)において、Arは、
炭素数6乃至13の置換または無置換のアリール基を表す。また、R乃至Rは、それ
ぞれ独立に水素、炭素数1乃至6のアルキル基、炭素数3乃至6のシクロアルキル基、炭
素数6乃至13の置換もしくは無置換のアリール基、またはシアノ基のいずれかを表す。
また、Rは、水素、炭素数1乃至6のアルキル基、炭素数1乃至6のハロアルキル基、
または炭素数6乃至13の置換もしくは無置換のアリール基のいずれかを表す。また、A
及びR乃至Rが表すアリール基、及びR乃至Rの少なくとも一は、シアノ基
を有する。
以上のように、一般式(G0-X1)で表される1,2,4-トリアゾール誘導体は、
ごく簡便な合成スキームにより合成することができる。
その後、上記合成スキーム(a)と同様の合成方法を用いて、一般式(G0-X1)で
表される1,2,4-トリアゾール誘導体と、ハロゲンを含むイリジウム金属化合物(塩
化イリジウム水和物、ヘキサクロロイリジウム酸アンモニウム等)、またはイリジウム有
機金属錯体化合物(アセチルアセトナト錯体、ジエチルスルフィド錯体等)とを混合した
後、加熱することにより、一般式(G3)で表される構造を有するイリジウム錯体を得る
ことができる。
以上のように、一般式(G3)のイリジウム錯体を合成することができる。
なお、本発明の一態様においては、一般式(G3)で表される1,2,4-トリアゾー
ル誘導体を配位子とするオルトメタル錯体であるイリジウム錯体を得るために、一般式(
G0-X1)で表される1,2,4-トリアゾール誘導体の5位(すなわちR)に置換
基を導入してもよい。特にRとして、炭素数1乃至6のアルキル基、炭素数1乃至6の
ハロアルキル基、または炭素数6乃至13の置換もしくは無置換のアリール基のいずれか
を用いた場合、Rとして水素を用いた場合と比較して、合成スキーム(a)における収
率を高めることができるため好ましい。
<一般式(G4)で表されるイリジウム錯体の合成方法>
次に、一般式(G4)で表される構造を有するイリジウム錯体の合成方法の一例につい
て説明する。
≪イミダゾール誘導体の合成法≫
まず、下記一般式(G0-X2)で表されるイミダゾール誘導体の合成法の一例につい
て説明する。
なお、一般式(G0-X2)中、Arは、炭素数6乃至13の置換または無置換のア
リール基を表す。また、R乃至Rは、それぞれ独立に水素、炭素数1乃至6のアルキ
ル基、炭素数3乃至6のシクロアルキル基、または炭素数6乃至13の置換もしくは無置
換のアリール基のいずれかを表す。また、Ar及びR乃至Rが表すアリール基、及
びR乃至Rの少なくとも一は、シアノ基を有する。
下記合成スキーム(c)に示すように、まずN-(2-クロロエチル)ベンズアミド化
合物(B1)とクロロ化剤を反応させ、次に第1級アミン化合物(B2)とを反応させる
ことにより、中間体(B3)を得ることができる。なお、クロロ化剤として、五塩化リン
や塩化ホスホリルなどが挙げられる。そして、中間体(B3)と脱水素化剤とを反応させ
ることにより、一般式(G0-X2)で表されるイミダゾール誘導体を得ることができる
。なお、脱水素化剤として、過マンガン酸カリウムやベンゾキノン誘導体などが挙げられ
る。なお、合成スキーム(c)において、Arは、炭素数6乃至13の置換または無置
換のアリール基を表す。また、R乃至Rは、それぞれ独立に水素、炭素数1乃至6の
アルキル基、炭素数3乃至6のシクロアルキル基、または炭素数6乃至13の置換もしく
は無置換のアリール基のいずれかを表す。また、Ar及びR乃至Rが表すアリール
基、及びR乃至Rの少なくとも一は、シアノ基を有する。
ただし、一般式(G0-X2)で表されるイミダゾール誘導体の合成法は、合成スキー
ム(c)のみに限定されない。例えば、他の合成法の一例として、下記合成スキーム(c
’)に示すように、チオエーテル化合物、またはイミノクロライド化合物(B1’)とア
ミノアセトアルデヒドジメチルアセタールをまず反応させ、次に無機酸を加えて反応させ
る方法もある。なお、無機酸として、リン酸や塩酸などが挙げられる。なお、合成スキー
ム(c’)において、Arは、炭素数6乃至13の置換または無置換のアリール基を表
す。また、R乃至Rは、それぞれ独立に、水素、炭素数1乃至6のアルキル基、炭素
数3乃至6のシクロアルキル基、または炭素数6乃至13の置換もしくは無置換のアリー
ル基のいずれかを表す。また、Ar及びR乃至Rが表すアリール基、及びR乃至
の少なくとも一は、シアノ基を有する。
次に、下記一般式(G0-X3)で表されるイミダゾール誘導体の合成法の一例につい
て説明する。
なお、一般式(G0-X3)中、Arは、炭素数6乃至13の置換または無置換のア
リール基を表す。また、R乃至Rは、それぞれ独立に、水素、炭素数1乃至6のアル
キル基、炭素数3乃至6のシクロアルキル基、または炭素数6乃至13の置換もしくは無
置換のアリール基のいずれかを表す。また、R及びRは、それぞれ独立に、水素、炭
素数1乃至6のアルキル基、炭素数1乃至6のハロアルキル基、または炭素数6乃至13
の置換もしくは無置換のアリール基のいずれかを表す。また、Ar及びR乃至R
表すアリール基、及びR乃至Rの少なくとも一は、シアノ基を有する。
下記合成スキーム(c’’)に示すように、βジケトン化合物(B1’’)と第1級ア
ミン化合物(B2)とベンズアルデヒド化合物(B3’’)と酢酸アンモニウムを混ぜて
反応させる方法もある。なお、合成スキーム(c’’)において、Arは、炭素数6乃
至13の置換または無置換のアリール基を表す。また、R乃至Rは、それぞれ独立に
、水素、炭素数1乃至6のアルキル基、炭素数3乃至6のシクロアルキル基、または炭素
数6乃至13の置換もしくは無置換のアリール基のいずれかを表す。また、R及びR
は、それぞれ独立に、水素、炭素数1乃至6のアルキル基、炭素数1乃至6のハロアルキ
ル基、または炭素数6乃至13の置換もしくは無置換のアリール基のいずれかを表す。ま
た、Ar及びR乃至Rが表すアリール基、及びR乃至Rの少なくとも一は、シ
アノ基を有する。
以上のように、一般式(G0-X3)で表されるイミダゾール誘導体は、ごく簡便な合
成スキームにより合成することができる。
その後、上記合成スキーム(a)と同様の合成方法を用いて、一般式(G0-X3)で
表されるイミダゾール誘導体と、ハロゲンを含むイリジウム金属化合物(塩化イリジウム
水和物、ヘキサクロロイリジウム酸アンモニウム等)、またはイリジウム有機金属錯体化
合物(アセチルアセトナト錯体、ジエチルスルフィド錯体等)とを混合した後、加熱する
ことにより、一般式(G4)で表される構造を有するイリジウム錯体を得ることができる
以上のように、一般式(G4)のイリジウム錯体を合成することができる。
<一般式(G7)で表されるイリジウム錯体の合成方法>
次に、一般式(G7)で表される構造を有するイリジウム錯体の合成方法の一例につい
て説明する。
≪1H-1,2,4-トリアゾール誘導体の合成法≫
まず、下記一般式(G0-X4)で表される1H-1,2,4-トリアゾール誘導体の
合成方法の一例について説明する。
なお、一般式(G0-X4)中、Arは、炭素数6乃至13の置換または無置換のア
リール基を表す。また、R乃至Rは、それぞれ独立に、水素、炭素数1乃至6のアル
キル基、炭素数3乃至6のシクロアルキル基、または炭素数6乃至13の置換もしくは無
置換のアリール基のいずれかを表す。また、Rは、水素、炭素数1乃至6のアルキル基
、炭素数1乃至6のハロアルキル基、または炭素数6乃至13の置換もしくは無置換のア
リール基のいずれかを表す。また、Ar、R乃至R、及びRが表すアリール基、
及びR乃至Rの少なくとも一は、シアノ基を有する。
下記合成スキーム(d)に示すように、アシルアミジン化合物(C1)と、ヒドラジン
化合物(C2)とを反応させることにより1H-1,2,4-トリアゾール誘導体が得ら
れる。なお、式中Zは閉環反応によって脱離する基(脱離基)を表し、アルコキシ基、ア
ルキルチオ基、アミノ基、シアノ基などが挙げられる。なお上記合成スキーム(d)にお
いて、Arは、炭素数6乃至13の置換または無置換のアリール基を表す。また、R
乃至Rは、それぞれ独立に、水素、炭素数1乃至6のアルキル基、炭素数3乃至6のシ
クロアルキル基、または炭素数6乃至13の置換もしくは無置換のアリール基のいずれか
を表す。また、Rは、水素、炭素数1乃至6のアルキル基、炭素数1乃至6のハロアル
キル基、または炭素数6乃至13の置換もしくは無置換のアリール基のいずれかを表す。
また、Ar、R乃至R、及びRが表すアリール基、及びR乃至Rの少なくと
も一は、シアノ基を有する。
ただし、1H-1,2,4-トリアゾール誘導体の合成法は、合成スキーム(d)のみ
に限定されない。以上のように、一般式(G0-X4)で表される1H-1,2,4-ト
リアゾール誘導体は、ごく簡便な合成スキームにより合成することができる。
その後、上記合成スキーム(a)と同様の合成方法を用いて、一般式(G0-X4)で
表される1H-1,2,4-トリアゾール誘導体と、ハロゲンを含むイリジウム金属化合
物(塩化イリジウム水和物、ヘキサクロロイリジウム酸アンモニウム等)、またはイリジ
ウム有機金属錯体化合物(アセチルアセトナト錯体、ジエチルスルフィド錯体等)とを混
合した後、加熱することにより、一般式(G7)で表される構造を有するイリジウム錯体
を得ることができる。
なお、本実施の形態に示す化合物は、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。
(実施の形態4)
本実施の形態では実施の形態2で説明したイリジウム錯体を用いた発光素子の構成例に
ついて図3(A)(B)を用いて以下に説明する。
<発光素子の構成例>
図3(A)は、本発明の一態様の発光素子152の断面模式図である。
発光素子152は、一対の電極間にEL層100を有し、EL層100中のいずれかの
層に、実施の形態2で説明したイリジウム錯体を有する発光素子である。
また、EL層100は、少なくとも発光層140を有する。EL層100の構成として
は、発光層140の他に、実施の形態1で示した正孔注入層111、正孔輸送層112、
電子輸送層118、電子注入層119を有する構成とすることができる。なお、EL層1
00の積層構造については、これに限らない。
また、本実施の形態における一対の電極(電極101及び電極102)、正孔注入層1
11、正孔輸送層112、電子輸送層118、電子注入層119としては、実施の形態1
で記載した材料を用いることができる。
また、図3(B)は、発光素子152が有する発光層140の一例を示す断面模式図で
ある。発光層140は、ホスト材料141と、ゲスト材料142と、を有する。ホスト材
料141は、実施の形態1で示したホスト材料131で記載した材料を用いることができ
る。すなわち、ホスト材料141が有する有機化合物141_1及び有機化合物141_
2は、それぞれ実施の形態1で示した有機化合物131_1及び有機化合物131_2で
記載した材料を用いることができる。
また、実施の形態2で説明したイリジウム錯体は、比較的低いHOMO準位およびLU
MO準位を有することから、本発明の一態様の発光素子のゲスト材料として好適である。
すなわち、実施の形態2で説明したイリジウム錯体を発光素子152のゲスト材料142
として用いることで、発光効率の良好な発光素子を作製することができる。また、該イリ
ジウム錯体は、三重項励起エネルギー準位が高いため、発光効率の良好な青色を呈する発
光素子を作製することができる。したがって、本実施の形態の構成を用いることにより、
発光効率が良好で、青色に発光スペクトルピークを有する発光素子を作製することができ
る。また、該イリジウム錯体は、酸化および還元の繰返しに良好な耐性を有することから
、駆動寿命の良好な発光素子を作製することができる。
また、図2(A)(B)で示した発光機構と同様に、ゲスト材料142のHOMO準位
は、有機化合物141_2のHOMO準位より低く、且つ、ゲスト材料142のLUMO
準位は、有機化合物141_1のLUMO準位より高いことが好ましい。実施の形態2で
示したイリジウム錯体は、比較的低いHOMO準位およびLUMO準位を有することから
、上記構成のゲスト材料として好適に用いることができる。すなわち、ゲスト材料142
のLUMO準位とHOMO準位とのエネルギー差が、有機化合物141_1のLUMO準
位と、有機化合物141_2のHOMO準位とのエネルギー差より大きくなるよう、有機
化合物141_1、有機化合物141_2、及びゲスト材料142を選択すればよく、該
ゲスト材料142として実施の形態2で示したイリジウム錯体が好適である。このような
構成とすることで、ゲスト材料142と、有機化合物141_1または有機化合物141
_2と、で励起錯体を形成することを抑制することができるため、高い発光効率を示す発
光素子を作製することができる。
なお、実施の形態2で示したイリジウム錯体は、三重項励起エネルギーを発光に変換す
る機能を有する。そのため、該イリジウム錯体は、LUMO準位とHOMO準位とのエネ
ルギー差より、エネルギーが小さい発光を呈することができる。したがって、該イリジウ
ム錯体のLUMO準位とHOMO準位とのエネルギー差が、有機化合物141_1のLU
MO準位と有機化合物141_2のHOMO準位とのエネルギー差より大きい場合におい
ても、該イリジウム錯体が呈する発光のエネルギーあるいは吸収のエネルギーが、有機化
合物141_1のLUMO準位と有機化合物141_2のHOMO準位とのエネルギー差
より小さい場合においては、有機化合物141_1と有機化合物141_2とで形成する
励起錯体から該イリジウム錯体への励起エネルギーの移動が可能となり、該イリジウム錯
体から発光を得ることができる。
また、ゲスト材料142の酸化電位は、有機化合物141_2の酸化電位より高く、且
つ、ゲスト材料142の還元電位は、有機化合物141_1の還元電位より低いことが好
ましい。実施の形態2で示したイリジウム錯体は、比較的高い酸化電位および還元電位を
示すことから、上記構成のゲスト材料として好適に用いることができる。このような構成
とすることで、ゲスト材料142と、有機化合物141_1または有機化合物141_2
と、で励起錯体を形成することを抑制することができるため、高い発光効率を示す発光素
子を作製することができる。なお、酸化電位および還元電位については、サイクリックボ
ルタンメトリ(CV)法によって測定することができる。
なお、発光層140は2層以上の複数層でもって構成することもできる。例えば、第1
の発光層と第2の発光層を正孔輸送層側から順に積層して発光層140とする場合、第1
の発光層のホスト材料として正孔輸送性を有する物質を用い、第2の発光層のホスト材料
として電子輸送性を有する物質を用いる構成などがある。また、第1の発光層と第2の発
光層とが有する発光材料は、同じ材料であっても異なる材料であってもよく、同じ色の発
光を呈する機能を有する材料であっても、異なる色の発光を呈する機能を有する材料であ
ってもよい。2層の発光層に、互いに異なる色の発光を呈する機能を有する発光材料をそ
れぞれ用いることで、複数の発光を同時に得ることができる。特に、2層の発光層が呈す
る発光により、白色になるよう、各発光層に用いる発光材料を選択すると好ましい。
また、発光層140において、ホスト材料141およびゲスト材料142以外の材料を
有していても良い。
なお、発光層140は、蒸着法(真空蒸着法を含む)、インクジェット法、塗布法、グ
ラビア印刷等の方法で形成することができる。また、上述した材料の他、量子ドットなど
の無機化合物または高分子化合物(オリゴマー、デンドリマー、ポリマー等)を有しても
よい。
なお、本実施の形態で示す発光素子152における、その他の構成としては、実施の形
態1で示した発光素子150の構成を参酌すればよい。
本実施の形態に示す構成は、他の実施の形態に示した構成と適宜組み合わせて用いるこ
とができる。
(実施の形態5)
本実施の形態においては、実施の形態1及び実施の形態4に示す発光素子の構成と異な
る構成の発光素子について、図4を用いて、以下説明を行う。なお、図4において、図1
(A)に示す符号と同様の機能を有する箇所には、同様のハッチパターンとし、符号を省
略する場合がある。また、同様の機能を有する箇所には、同様の符号を付し、その詳細な
説明は省略する場合がある。
図4は、発光素子250の断面模式図である。
図4に示す発光素子250は、一対の電極(電極101及び電極102)の間に、複数
の発光ユニット(図4においては、発光ユニット106及び発光ユニット108)を有す
る。複数の発光ユニットのうちいずれか一つの発光ユニットは、図1または図3で示すE
L層100と同様な構成を有すると好ましい。つまり、図1で示した発光素子150及び
図3で示した発光素子152は、1つの発光ユニットを有し、発光素子250は、複数の
発光ユニットを有すると好ましい。なお、発光素子250において、電極101が陽極と
して機能し、電極102が陰極として機能するとして、以下説明するが、発光素子250
の構成としては、逆であっても構わない。
また、図4に示す発光素子250において、発光ユニット106と発光ユニット108
とが積層されており、発光ユニット106と発光ユニット108との間には電荷発生層1
15が設けられる。なお、発光ユニット106と発光ユニット108は、同じ構成でも異
なる構成でもよい。例えば、発光ユニット108に、図1または図3で示すEL層100
を用いると好ましい。
また、発光素子250は、発光層170と、発光層180と、を有する。また、発光ユ
ニット106は、発光層170の他に、正孔注入層111、正孔輸送層112、電子輸送
層113、及び電子注入層114を有する。また、発光ユニット108は、発光層180
の他に、正孔注入層116、正孔輸送層117、電子輸送層118、及び電子注入層11
9を有する。
電荷発生層115は、正孔輸送性材料に電子受容体であるアクセプター性物質が添加さ
れた構成であっても、電子輸送性材料に電子供与体であるドナー性物質が添加された構成
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。
電荷発生層115に、有機化合物とアクセプター性物質の複合材料が含まれる場合、該
複合材料には実施の形態1に示す正孔注入層111に用いることができる複合材料を用い
ればよい。有機化合物としては、芳香族アミン化合物、カルバゾール化合物、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、種々の化合物を用
いることができる。なお、有機化合物としては、正孔移動度が1×10-6cm/Vs
以上である有機化合物を適用することが好ましい。ただし、電子よりも正孔の輸送性の高
い物質であれば、これら以外の物質を用いてもよい。有機化合物とアクセプター性物質の
複合材料は、キャリア注入性、キャリア輸送性に優れているため、低電圧駆動、低電流駆
動を実現することができる。なお、発光ユニット108のように、発光ユニットの陽極側
の面が電荷発生層115に接している場合は、電荷発生層115が該発光ユニットの正孔
注入層または正孔輸送層の役割も担うことができるため、該発光ユニットには正孔注入層
または正孔輸送層を設けない構成であっても良い。
なお、電荷発生層115は、有機化合物とアクセプター性物質の複合材料を含む層と他
の材料により構成される層を組み合わせた積層構造として形成してもよい。例えば、有機
化合物とアクセプター性物質の複合材料を含む層と、電子供与性物質の中から選ばれた一
の化合物と電子輸送性の高い化合物とを含む層とを組み合わせて形成してもよい。また、
有機化合物とアクセプター性物質の複合材料を含む層と、透明導電材料を含む層とを組み
合わせて形成してもよい。
なお、発光ユニット106と発光ユニット108とに挟まれる電荷発生層115は、電
極101と電極102とに電圧を印加したときに、一方の発光ユニットに電子を注入し、
他方の発光ユニットに正孔を注入するものであれば良い。例えば、図4において、電極1
01の電位の方が電極102の電位よりも高くなるように電圧を印加した場合、電荷発生
層115は、発光ユニット106に電子を注入し、発光ユニット108に正孔を注入する
なお、電荷発生層115は、光取出し効率の点から、可視光に対して透光性(具体的に
は、電荷発生層115に対する可視光の透過率が40%以上)を有することが好ましい。
また、電荷発生層115は、一対の電極(電極101及び電極102)よりも低い導電率
であっても機能する。
上述した材料を用いて電荷発生層115を形成することにより、発光層が積層された場
合における駆動電圧の上昇を抑制することができる。
また、図4においては、2つの発光ユニットを有する発光素子について説明したが、3
つ以上の発光ユニットを積層した発光素子についても、同様に適用することが可能である
。発光素子250に示すように、一対の電極間に複数の発光ユニットを電荷発生層で仕切
って配置することで、電流密度を低く保ったまま、高輝度発光を可能とし、さらに長寿命
な発光素子を実現できる。また、消費電力が低い発光素子を実現することができる。
なお、複数のユニットのうち、少なくとも一つのユニットに、実施の形態1及び実施の
形態4で示した構成を適用することによって、発光効率の高い、発光素子を提供すること
ができる。
なお、上記各構成において、発光ユニット106および発光ユニット108に用いるゲ
スト材料(発光材料)としては、同じであっても異なっていてもよい。発光ユニット10
6と発光ユニット108とで同じ色の発光を呈する機能を有するゲスト材料を有する場合
、発光素子250は少ない電流値で高い発光輝度を呈する発光素子となり好ましい。また
、発光ユニット106と発光ユニット108とで互いに異なる色の発光を呈する機能を有
するゲスト材料を有する場合、発光素子250は多色発光を呈する発光素子となり好まし
い。この場合、発光層170及び発光層180のいずれか一方または双方に発光波長の異
なる複数の発光物質を用いることによって、発光素子250が呈する発光スペクトルは異
なる発光ピークを有する発光が合成された光となるため、少なくとも二つのピークを有す
る発光スペクトルとなる。
上記の構成は白色発光を得るためにも好適である。発光層170と発光層180との光
を互いに補色の関係とすることによって、白色発光を得ることができる。特に、演色性の
高い白色発光、あるいは少なくとも赤色と緑色と青色とを有する発光、になるようゲスト
材料を選択することが好適である。
また、発光層170及び発光層180のいずれか一方または双方を層状にさらに分割し
、当該分割した層ごとに異なる発光材料を含有させるようにしても良い。すなわち、発光
層170及び発光層180のいずれか一方または双方は、2層以上の複数層でもって構成
することもできる。例えば、第1の発光層と第2の発光層を正孔輸送層側から順に積層し
て発光層とする場合、第1の発光層のホスト材料として正孔輸送性を有する物質を用い、
第2の発光層のホスト材料として電子輸送性を有する物質を用いる構成などがある。この
場合、第1の発光層と第2の発光層とが有する発光材料は、同じ材料であっても異なる材
料であってもよく、同じ色の発光を呈する機能を有する材料であっても、異なる色の発光
を呈する機能を有する材料であってもよい。互いに異なる色の発光を呈する機能を有する
複数の発光材料を有する構成により、三原色や、4色以上の発光色からなる演色性の高い
白色発光を得ることもできる。
発光層170及び発光層180に用いることのできる材料としては、先の実施の形態1
に示す発光層130及び実施の形態4に示す発光層140に用いることのできる材料を援
用すればよい。また、実施の形態2で示したイリジウム錯体をゲスト材料として有するこ
とが好ましい。そうすることで、発光効率の高い発光素子を作製することができる。
なお、発光ユニット106、発光ユニット108、及び電荷発生層115は、蒸着法(
真空蒸着法を含む)、インクジェット法、塗布法、グラビア印刷等の方法で形成すること
ができる。
以上、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、実施の形態1、実施の形態4、及び実施の形態5に示す構成と異な
る構成の発光素子の例について、図5乃至図8を用いて以下に説明する。
<発光素子の構成例1>
図5(A)(B)は、本発明の一態様の発光素子を示す断面図である。なお、図5(A
)(B)において、図1(A)に示す符号と同様の機能を有する箇所には、同様のハッチ
パターンとし、符号を省略する場合がある。また、同様の機能を有する箇所には、同様の
符号を付し、その詳細な説明は省略する場合がある。
図5(A)(B)に示す発光素子260a及び発光素子260bは、基板200側に光
を取り出す下面射出(ボトムエミッション)型の発光素子であってもよく、基板200と
反対方向に光を取り出す上面射出(トップエミッション)型の発光素子であってもよい。
なお、本発明の一態様はこれに限定されず、発光素子が呈する光を基板200の上方およ
び下方の双方に取り出す両面射出(デュアルエミッション)型の発光素子であっても良い
発光素子260a及び発光素子260bが、ボトムエミッション型である場合、電極1
01は、光を透過する機能を有することが好ましい。また、電極102は、光を反射する
機能を有することが好ましい。あるいは、発光素子260a及び発光素子260bが、ト
ップエミッション型である場合、電極101は、光を反射する機能を有することが好まし
い。また、電極102は、光を透過する機能を有することが好ましい。
発光素子260a及び発光素子260bは、基板200上に電極101と、電極102
とを有する。また、電極101と電極102との間に、発光層123Bと、発光層123
Gと、発光層123Rと、を有する。また、正孔注入層111と、正孔輸送層112と、
電子輸送層118と、電子注入層119と、を有する。
また、発光素子260bは、電極101の構成の一部として、導電層101aと、導電
層101a上の導電層101bと、導電層101a下の導電層101cとを有する。すな
わち、発光素子260bは、導電層101aが、導電層101bと、導電層101cとで
挟持された電極101の構成を有する。
発光素子260bにおいて、導電層101bと、導電層101cとは、異なる材料で形
成されてもよく、同じ材料で形成されても良い。電極101が、同じ導電性材料で挟持さ
れる構成を有する場合、電極101の形成過程におけるエッチング工程によるパターン形
成が容易になるため好ましい。
なお、発光素子260bにおいて、導電層101bまたは導電層101cにおいて、い
ずれか一方のみを有する構成としてもよい。
なお、電極101が有する導電層101a、101b、及び101cは、それぞれ実施
の形態1で示した電極101または電極102と同様の構成および材料を用いることがで
きる。
図5(A)(B)においては、電極101と電極102とで挟持された領域221B、
領域221G、及び領域221R、の間に隔壁145を有する。隔壁145は、絶縁性を
有する。隔壁145は、電極101の端部を覆い、該電極と重畳する開口部を有する。隔
壁145を設けることによって、各領域の基板200上の電極101を、それぞれ島状に
分離することが可能となる。
なお、発光層123Bと、発光層123Gとは、隔壁145と重畳する領域において、
互いに重なる領域を有していてもよい。あるいは、発光層123Gと、発光層123Rと
は、隔壁145と重畳する領域において、互いに重なる領域を有していてもよい。あるい
は、発光層123Rと、発光層123Bとは、隔壁145と重畳する領域において、互い
に重なる領域を有していてもよい。
隔壁145としては、絶縁性であればよく、無機材料または有機材料を用いて形成され
る。該無機材料としては、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン、窒化シ
リコン、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム等が挙げられる。該有機材料としては、例
えば、アクリル樹脂、またはポリイミド樹脂等の感光性の樹脂材料が挙げられる。
なお、酸化窒化シリコン膜とは、その組成として、窒素よりも酸素の含有量が多い膜を
指し、好ましくは酸素が55原子%以上65原子%以下、窒素が1原子%以上20原子%
以下、シリコンが25原子%以上35原子%以下、水素が0.1原子%以上10原子%以
下の範囲で含まれる膜をいう。窒化酸化シリコン膜とは、その組成として、酸素よりも窒
素の含有量が多い膜を指し、好ましくは窒素が55原子%以上65原子%以下、酸素が1
原子%以上20原子%以下、シリコンが25原子%以上35原子%以下、水素が0.1原
子%以上10原子%以下の濃度範囲で含まれる膜をいう。
また、発光層123R、発光層123G、発光層123Bは、それぞれ異なる色を呈す
る機能を有する発光材料を有することが好ましい。例えば、発光層123Rが赤色を呈す
る機能を有する発光材料を有することで、領域221Rは赤色の発光を呈し、発光層12
3Gが緑色を呈する機能を有する発光材料を有することで、領域221Gは緑色の発光を
呈し、発光層123Bが青色を呈する機能を有する発光材料を有することで、領域221
Bは青色の発光を呈する。このような構成を有する発光素子260aまたは発光素子26
0bを、表示装置の画素に用いることで、フルカラー表示が可能な表示装置を作製するこ
とができる。また、それぞれの発光層の膜厚は、同じであっても良いし、異なっていても
良い。
また、発光層123B、発光層123G、発光層123R、のいずれか一つまたは複数
の発光層は、実施の形態1で示した発光層130、及び実施の形態4で示した発光層14
0のうち少なくとも一つの構成を有することが好ましい。また、実施の形態2で示したイ
リジウム錯体を発光材料として有することが好ましい。そうすることで、発光効率の良好
な発光素子を作製することができる。
なお、発光層123B、発光層123G、発光層123R、のいずれか一つまたは複数
の発光層は、2層以上が積層された構成としても良い。
以上のように、少なくとも一つの発光層が実施の形態1及び実施の形態4で示した発光
層の構成、または実施の形態2で示した発光材料を有し、該発光層を有する発光素子26
0aまたは発光素子260bを、表示装置の画素に用いることで、発光効率の高い表示装
置を作製することができる。すなわち、発光素子260aまたは発光素子260bを有す
る表示装置は、消費電力を低減することができる。
なお、光を取り出す電極の光を取り出す方向に、光学素子(例えば、カラーフィルタ、
偏光板、反射防止膜等)を設けることで、発光素子260a及び発光素子260bの色純
度を向上させることができる。そのため、発光素子260aまたは発光素子260bを有
する表示装置の色純度を高めることができる。あるいは、発光素子260a及び発光素子
260bの外光反射を低減することができる。そのため、発光素子260aまたは発光素
子260bを有する表示装置のコントラスト比を高めることができる。
なお、発光素子260a及び発光素子260bにおける他の構成については、実施の形
態1、実施の形態4、及び実施の形態5における発光素子の構成を参酌すればよい。
<発光素子の構成例2>
次に、図5(A)(B)に示す発光素子と異なる構成例について、図6(A)(B)を
用いて、以下説明を行う。
図6(A)(B)は、本発明の一態様の発光素子を示す断面図である。なお、図6(A
)(B)において、図5(A)(B)に示す符号と同様の機能を有する箇所には、同様の
ハッチパターンとし、符号を省略する場合がある。また、同様の機能を有する箇所には、
同様の符号を付し、その詳細な説明は省略する場合がある。
図6(A)(B)は、一対の電極間に、発光層を有する発光素子の構成例である。図6
(A)に示す発光素子262aは、基板200と反対の方向に光を取り出す上面射出(ト
ップエミッション)型の発光素子、図6(B)に示す発光素子262bは、基板200側
に光を取り出す下面射出(ボトムエミッション)型の発光素子である。ただし、本発明の
一態様はこれに限定されず、発光素子が呈する光を発光素子が形成される基板200の上
方および下方の双方に取り出す両面射出(デュアルエミッション)型であっても良い。
発光素子262a及び発光素子262bは、基板200上に電極101と、電極102
と、電極103と、電極104とを有する。また、電極101と電極102との間、及び
電極102と電極103との間、及び電極102と電極104との間に、少なくとも発光
層170と、発光層190と、電荷発生層115とを有する。また、正孔注入層111と
、正孔輸送層112と、電子輸送層113と、電子注入層114と、正孔注入層116と
、正孔輸送層117と、電子輸送層118と、電子注入層119と、を有する。
また、電極101は、導電層101aと、導電層101a上に接する導電層101bと
、を有する。また、電極103は、導電層103aと、導電層103a上に接する導電層
103bと、を有する。電極104は、導電層104aと、導電層104a上に接する導
電層104bと、を有する。
図6(A)に示す発光素子262a、及び図6(B)に示す発光素子262bは、電極
101と電極102とで挟持された領域222B、電極102と電極103とで挟持され
た領域222G、及び電極102と電極104とで挟持された領域222R、の間に、隔
壁145を有する。隔壁145は、絶縁性を有する。隔壁145は、電極101、電極1
03、及び電極104の端部を覆い、該電極と重畳する開口部を有する。隔壁145を設
けることによって、各領域の基板200上の該電極を、それぞれ島状に分離することが可
能となる。
また、電荷発生層115としては、正孔輸送性材料に電子受容体(アクセプター)が添
加された材料、または電子輸送性材料に電子供与体(ドナー)が添加された材料により、
形成することができる。なお、電荷発生層115の導電率が一対の電極と同程度に高い場
合、電荷発生層115によって発生したキャリアが、隣接する画素に流れて、隣接する画
素が発光してしまう場合がある。したがって、隣接する画素が不正に発光することを抑制
するためには、電荷発生層115は、一対の電極よりも導電率が低い材料で形成されると
好ましい。
また、発光素子262a及び発光素子262bは、領域222B、領域222G、及び
領域222Rから呈される光が取り出される方向に、それぞれ光学素子224B、光学素
子224G、及び光学素子224Rを有する基板220を有する。各領域から呈される光
は、各光学素子を介して発光素子外部に射出される。すなわち、領域222Bから呈され
る光は、光学素子224Bを介して射出され、領域222Gから呈される光は、光学素子
224Gを介して射出され、領域222Rから呈される光は、光学素子224Rを介して
射出される。
また、光学素子224B、光学素子224G、及び光学素子224Rは、入射される光
から特定の色を呈する光を選択的に透過する機能を有する。例えば、光学素子224Bを
介して射出される領域222Bから呈される光は、青色を呈する光となり、光学素子22
4Gを介して射出される領域222Gから呈される光は、緑色を呈する光となり、光学素
子224Rを介して射出される領域222Rから呈される光は、赤色を呈する光となる。
光学素子224R、光学素子224G、及び光学素子224Bには、例えば、着色層(
カラーフィルタともいう)、バンドパスフィルタ、多層膜フィルタなどを適用できる。ま
た、光学素子に色変換素子を適用することができる。色変換素子は、入射される光を、当
該光の波長より長い波長の光に変換する光学素子である。色変換素子として、量子ドット
を用いる素子であると好適である。量子ドットを用いることにより、表示装置の色再現性
を高めることができる。
なお、光学素子224R、光学素子224G、及び光学素子224B上に他の光学素子
を一または複数、重ねて設けてもよい。他の光学素子としては、例えば円偏光板や反射防
止膜などを設けることができる。円偏光板を、表示装置の発光素子が発する光が取り出さ
れる側に設けると、表示装置の外部から入射した光が、表示装置の内部で反射されて、外
部に射出される現象を防ぐことができる。また、反射防止膜を設けると、表示装置の表面
で反射される外光を弱めることができる。これにより、表示装置が発する発光を、鮮明に
観察できる。
なお、図6(A)(B)において、各光学素子を介して各領域から射出される光を、青
色(B)を呈する光、緑色(G)を呈する光、赤色(R)を呈する光、として、それぞれ
破線の矢印で模式的に図示している。
また、各光学素子の間には、遮光層223を有する。遮光層223は、隣接する領域か
ら発せられる光を遮光する機能を有する。なお、遮光層223を設けない構成としても良
い。
遮光層223としては、外光の反射を抑制する機能を有する。または、遮光層223と
しては、隣接する発光素子から発せられる光の混色を防ぐ機能を有する。遮光層223と
しては、金属、黒色顔料を含んだ樹脂、カーボンブラック、金属酸化物、複数の金属酸化
物の固溶体を含む複合酸化物等を用いることができる。
なお、光学素子224Bと、光学素子224Gとは、遮光層223と重畳する領域にお
いて、互いに重なる領域を有していても良い。あるいは、光学素子224Gと、光学素子
224Rとは、遮光層223と重畳する領域において、互いに重なる領域を有していても
良い。あるいは、光学素子224Rと、光学素子224Bとは、遮光層223と重畳する
領域において、互いに重なる領域を有していても良い。
また、基板200、及び光学素子を有する基板220の構成としては、実施の形態1を
参酌すればよい。
さらに、発光素子262a及び発光素子262bは、マイクロキャビティ構造を有する
≪マイクロキャビティ構造≫
発光層170、及び発光層190から射出される光は、一対の電極(例えば、電極10
1と電極102)の間で共振される。また、発光層170及び発光層190は、射出され
る光のうち所望の波長の光が強まる位置に形成される。例えば、電極101の反射領域か
ら発光層170の発光領域までの光学距離と、電極102の反射領域から発光層170の
発光領域までの光学距離と、を調整することにより、発光層170から射出される光のう
ち所望の波長の光を強めることができる。また、電極101の反射領域から発光層190
の発光領域までの光学距離と、電極102の反射領域から発光層190の発光領域までの
光学距離と、を調整することにより、発光層190から射出される光のうち所望の波長の
光を強めることができる。すなわち、複数の発光層(ここでは、発光層170及び発光層
190)を積層する発光素子の場合、発光層170及び発光層190のそれぞれの光学距
離を最適化することが好ましい。
また、発光素子262a及び発光素子262bにおいては、各領域で導電層(導電層1
01b、導電層103b、及び導電層104b)の厚さを調整することで、発光層170
及び発光層190から呈される光のうち所望の波長の光を強めることができる。なお、各
領域で正孔注入層111及び正孔輸送層112のうち、少なくとも一つの厚さを異ならせ
ることで、発光層170及び発光層190から呈される光を強めても良い。
例えば、電極101乃至電極104において、光を反射する機能を有する導電性材料の
屈折率が、発光層170または発光層190の屈折率よりも小さい場合においては、電極
101が有する導電層101bの膜厚を、電極101と電極102との間の光学距離がm
λ/2(mは自然数、λは領域222Bで強める光の波長を、それぞれ表す)と
なるよう調整する。同様に、電極103が有する導電層103bの膜厚を、電極103と
電極102との間の光学距離がmλ/2(mは自然数、λは領域222Gで強め
る光の波長を、それぞれ表す)となるよう調整する。さらに、電極104が有する導電層
104bの膜厚を、電極104と電極102との間の光学距離がmλ/2(mは自
然数、λは領域222Rで強める光の波長を、それぞれ表す)となるよう調整する。
なお、電極101乃至電極104の反射領域を厳密に決定することが困難な場合、電極
101乃至電極104の任意の領域を反射領域と仮定することで、発光層170または発
光層190から射出される光を強める光学距離を導出してもよい。また、発光層170お
よび発光層190の発光領域を厳密に決定することが困難な場合、発光層170および発
光層190の任意の領域を発光領域と仮定することで、発光層170および発光層190
から射出される光を強める光学距離を導出してもよい。
上記のように、マイクロキャビティ構造を設け、各領域の一対の電極間の光学距離を調
整することで、各電極近傍における光の散乱および光の吸収を抑制し、高い光取り出し効
率を実現することができる。
なお、上記構成においては、導電層101b、導電層103b、導電層104bは、光
を透過する機能を有することが好ましい。また、導電層101b、導電層103b、導電
層104b、を構成する材料は、互いに同じであっても良いし、異なっていても良い。導
電層101b、導電層103b、及び導電層104bに同じ材料を用いる場合、電極10
1、電極103、電極104の形成過程におけるエッチング工程によるパターン形成が容
易になるため好ましい。また、導電層101b、導電層103b、導電層104bは、そ
れぞれ2層以上の層が積層された構成であっても良い。
なお、図6(A)に示す発光素子262aは、上面射出型の発光素子であるため、導電
層101a、導電層103a、及び導電層104aは、光を反射する機能を有することが
好ましい。また、電極102は、光を透過する機能と、光を反射する機能とを有すること
が好ましい。
また、図6(B)に示す発光素子262bは、下面射出型の発光素子であるため、導電
層101a、導電層103a、導電層104aは、光を透過する機能と、光を反射する機
能と、を有することが好ましい。また、電極102は、光を反射する機能を有することが
好ましい。
また、発光素子262a及び発光素子262bにおいて、導電層101a、導電層10
3a、または導電層104a、に同じ材料を用いても良いし、異なる材料を用いても良い
。導電層101a、導電層103a、導電層104a、に同じ材料を用いる場合、発光素
子262a及び発光素子262bの製造コストを低減できる。なお、導電層101a、導
電層103a、導電層104aは、それぞれ2層以上の層が積層された構成であっても良
い。
また、発光素子262a及び発光素子262bにおける発光層170及び発光層190
の少なくとも一方には、実施の形態1及び実施の形態4で示した構成のうち少なくとも一
を有することが好ましい。また、実施の形態2で示したイリジウム錯体を発光材料に有す
ることが好ましい。そうすることで、高い発光効率を示す発光素子を作製することができ
る。
また、発光層170及び発光層190は、例えば発光層190a及び発光層190bの
ように、一方または双方で2層が積層された構成としてもよい。2層の発光層に、第1の
化合物及び第2の化合物という、異なる色を呈する機能を有する2種類の発光材料をそれ
ぞれ用いることで、複数の色を含む発光を得ることができる。特に発光層170と、発光
層190と、が呈する発光により、白色となるよう、各発光層に用いる発光材料を選択す
ると好ましい。
また、発光層170または発光層190は、一方または双方で3層以上が積層された構
成としても良く、発光材料を有さない層が含まれていても良い。
以上のように、実施の形態1及び実施の形態4で示した発光層の構成を少なくとも一つ
有する発光素子262aまたは発光素子262bを、表示装置の画素に用いることで、発
光効率の高い表示装置を作製することができる。すなわち、発光素子262aまたは発光
素子262bを有する表示装置は、消費電力を低減することができる。
なお、発光素子262a及び発光素子262bにおける他の構成については、発光素子
260aまたは発光素子260b、あるいは実施の形態1、実施の形態4、及び実施の形
態5で示した発光素子の構成を参酌すればよい。
<発光素子の作製方法>
次に、本発明の一態様の発光素子の作製方法について、図7及び図8を用いて以下説明
を行う。なお、ここでは、図6(A)に示す発光素子262aの作製方法について説明す
る。
図7及び図8は、本発明の一態様の発光素子の作製方法を説明するための断面図である
以下で説明する発光素子262aの作製方法は、第1乃至第7の7つのステップを有す
る。
≪第1のステップ≫
第1のステップは、発光素子の電極(具体的には、電極101を構成する導電層101
a、電極103を構成する導電層103a、及び電極104を構成する導電層104a)
を、基板200上に形成する工程である(図7(A)参照)。
本実施の形態においては、基板200上に、光を反射する機能を有する導電層を形成し
、該導電層を所望の形状に加工することで、導電層101a、導電層103a、及び導電
層104aを形成する。上記光を反射する機能を有する導電層としては、銀とパラジウム
と銅の合金膜(Ag-Pd-Cu膜、またはAPCともいう)を用いる。このように、導
電層101a、導電層103a、及び導電層104aを、同一の導電層を加工する工程を
経て形成することで、製造コストを安くすることができるため好適である。
なお、第1のステップの前に、基板200上に複数のトランジスタを形成してもよい。
また、該複数のトランジスタと、導電層101a、導電層103a、及び導電層104a
とを、それぞれ電気的に接続させてもよい。
≪第2のステップ≫
第2のステップは、電極101を構成する導電層101a上に光を透過する機能を有す
る導電層101bを、電極103を構成する導電層103a上に光を透過する機能を有す
る導電層103bを、電極104を構成する導電層104a上に光を透過する機能を有す
る導電層104bを、形成する工程である(図7(B)参照)。
本実施の形態においては、光を反射する機能を有する導電層101a、103a、及び
104a、の上にそれぞれ、光を透過する機能を有する導電層101b、103b、及び
104bを形成することで、電極101、電極103、及び電極104を形成する。上記
の導電層101b、103b、及び104bとしては、ITSO膜を用いる。
なお、光を透過する機能を有する導電層101b、103b、及び104bは、複数回
に分けて形成してもよい。複数回に分けて形成することで、各領域で適したマイクロキャ
ビティ構造となる膜厚で、導電層101b、103b、及び104bを形成することがで
きる。
≪第3のステップ≫
第3のステップは、発光素子の各電極の端部を覆う隔壁145を形成する工程である(
図7(C)参照)。
隔壁145は、電極と重なるように開口部を有する。該開口部によって露出する導電膜
が発光素子の陽極として機能する。本実施の形態では、隔壁145として、ポリイミド樹
脂を用いる。
なお、第1乃至第3のステップにおいては、EL層(有機化合物を含む層)を損傷する
おそれがないため、さまざまな成膜方法及び微細加工技術を適用できる。本実施の形態で
は、スパッタリング法を用いて反射性の導電層を成膜し、リソグラフィ法を用いて、該導
電層にパターンを形成し、その後ドライエッチング法またはウエットエッチング法を用い
て、該導電層を島状に加工することで、電極101を構成する導電層101a、電極10
3を構成する導電層103a、及び電極104を構成する導電層104a、を形成する。
その後、スパッタリング法を用いて透明性を有する導電膜を成膜し、リソグラフィ法を用
いて、該透明性を有する導電膜にパターンを形成し、その後ウエットエッチング法を用い
て、該透明性を有する導電膜を島状に加工して、電極101、電極103、及び電極10
4を形成する。
≪第4のステップ≫
第4のステップは、正孔注入層111、正孔輸送層112、発光層190、電子輸送層
113、電子注入層114、及び電荷発生層115を形成する工程である(図8(A)参
照)。
正孔注入層111としては、正孔輸送性材料とアクセプター性物質を含む材料とを共蒸
着することで形成することができる。なお、共蒸着とは、異なる複数の物質をそれぞれ異
なる蒸発源から同時に蒸発させる蒸着法である。また、正孔輸送層112としては、正孔
輸送性材料を蒸着することで形成することができる。
発光層190としては、紫色、青色、青緑色、緑色、黄緑色、黄色、橙色、または赤色
の中から選ばれる少なくとも一つの発光を呈するゲスト材料を蒸着することで形成するこ
とができる。ゲスト材料としては、蛍光または燐光を呈する発光性の有機化合物を用いる
ことができる。また、実施の形態1及び実施の形態4で示した発光層の構成を用いること
が好ましい。また、発光層190として、2層の構成としてもよい。その場合、2層の発
光層は、それぞれ互いに異なる発光色を呈する発光物質を有することが好ましい。
電子輸送層113としては、電子輸送性の高い物質を蒸着することで形成することがで
きる。また、電子注入層114としては、電子注入性の高い物質を蒸着することで形成す
ることができる。
電荷発生層115としては、正孔輸送性材料に電子受容体(アクセプター)が添加され
た材料、または電子輸送性材料に電子供与体(ドナー)が添加された材料を蒸着すること
で形成することができる。
≪第5のステップ≫
第5のステップは、正孔注入層116、正孔輸送層117、発光層170、電子輸送層
118、電子注入層119、及び電極102を形成する工程である(図8(B)参照)。
正孔注入層116としては、先に示す正孔注入層111と同様の材料及び同様の方法に
より形成することができる。また、正孔輸送層117としては、先に示す正孔輸送層11
2と同様の材料及び同様の方法により形成することができる。
発光層170としては、紫色、青色、青緑色、緑色、黄緑色、黄色、橙色、または赤色
の中から選ばれる少なくとも一つの発光を呈するゲスト材料を蒸着することで形成するこ
とができる。ゲスト材料としては、蛍光または燐光を呈する発光性の有機化合物を用いる
ことができる。また、実施の形態1及び実施の形態4で示した発光層の構成を用いること
が好ましい。なお、発光層170及び発光層190の少なくとも一方が、実施の形態1及
び実施の形態4で示した発光層の構成を有することが好ましい。また、発光層170及び
発光層190は、互いに異なる発光を呈する機能を有する発光性の有機化合物を有すると
好ましい。
電子輸送層118としては、先に示す電子輸送層113と同様の材料及び同様の方法に
より形成することができる。また、電子注入層119としては、先に示す電子注入層11
4と同様の材料及び同様の方法により形成することができる。
電極102としては、反射性を有する導電膜と、透光性を有する導電膜を積層すること
で形成することができる。また、電極102としては、単層構造、または積層構造として
もよい。
上記工程を経て、電極101、電極103、及び電極104上に、それぞれ領域222
B、領域222G、及び領域222Rを有する発光素子が基板200上に形成される。
≪第6のステップ≫
第6のステップは、基板220上に遮光層223、光学素子224B、光学素子224
G、及び光学素子224Rを形成する工程である(図8(C)参照)。
遮光層223としては、黒色顔料の含んだ樹脂膜を所望の領域に形成する。その後、基
板220及び遮光層223上に、光学素子224B、光学素子224G、及び光学素子2
24Rを形成する。光学素子224Bとしては、青色顔料の含んだ樹脂膜を所望の領域に
形成する。また、光学素子224Gとしては、緑色顔料の含んだ樹脂膜を所望の領域に形
成する。また、光学素子224Rとしては、赤色顔料の含んだ樹脂膜を所望の領域に形成
する。
≪第7のステップ≫
第7のステップは、基板200上に形成された発光素子と、基板220上に形成された
遮光層223、光学素子224B、光学素子224G、及び光学素子224Rと、を貼り
合わせ、シール材を用いて封止する工程である(図示しない)。
以上の工程により、図6(A)に示す発光素子262aを形成することができる。
なお、本実施の形態に示す構成は、他の実施の形態に示した構成と適宜組み合わせて用
いることができる。
(実施の形態7)
本実施の形態では、本発明の一態様の表示装置について、図9乃至図17を用いて説明
する。
<表示装置の構成例1>
図9(A)は表示装置600を示す上面図、図9(B)は図9(A)の一点鎖線A-B
、及び一点鎖線C-Dで切断した断面図である。表示装置600は、駆動回路部(信号線
駆動回路部601、及び走査線駆動回路部603)、並びに画素部602を有する。なお
、信号線駆動回路部601、走査線駆動回路部603、及び画素部602は、発光素子の
発光を制御する機能を有する。
また、表示装置600は、素子基板610と、封止基板604と、シール材605と、
シール材605で囲まれた領域607と、引き回し配線608と、FPC609と、を有
する。
なお、引き回し配線608は、信号線駆動回路部601及び走査線駆動回路部603に
入力される信号を伝送するための配線であり、外部入力端子となるFPC609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FP
C609しか図示されていないが、FPC609にはプリント配線基板(PWB:Pri
nted Wiring Board)が取り付けられていても良い。
また、信号線駆動回路部601は、Nチャネル型のトランジスタ623とPチャネル型
のトランジスタ624とを組み合わせたCMOS回路が形成される。なお、信号線駆動回
路部601または走査線駆動回路部603は、種々のCMOS回路、PMOS回路、また
はNMOS回路を用いることが出来る。また、本実施の形態では、基板上に駆動回路部を
形成したドライバと画素とを同一の表面上に設けた表示装置を示すが、必ずしもその必要
はなく、駆動回路部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、スイッチング用のトランジスタ611と、電流制御用のトラン
ジスタ612と、電流制御用のトランジスタ612のドレインに電気的に接続された下部
電極613と、を有する。なお、下部電極613の端部を覆って隔壁614が形成されて
いる。隔壁614としては、ポジ型の感光性アクリル樹脂膜を用いることができる。
また、被覆性を良好にするため、隔壁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、隔壁614の材料としてポジ型の感光性アクリルを用
いた場合、隔壁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、隔壁614として、ネガ型の感光性樹脂、またはポ
ジ型の感光性樹脂のいずれも使用することができる。
なお、トランジスタ(トランジスタ611、612、623、624)の構造は、特に
限定されない。例えば、スタガ型のトランジスタを用いてもよい。また、トランジスタの
極性についても特に限定はなく、Nチャネル型およびPチャネル型のトランジスタを有す
る構造、及びNチャネル型のトランジスタまたはPチャネル型のトランジスタのいずれか
一方のみからなる構造を用いてもよい。また、トランジスタに用いられる半導体膜の結晶
性についても特に限定はない。例えば、非晶質半導体膜、結晶性半導体膜を用いることが
できる。また、半導体材料としては、14族(ケイ素等)半導体、化合物半導体(酸化物
半導体を含む)、有機半導体等を用いることができる。トランジスタとしては、例えば、
エネルギーギャップが2eV以上、好ましくは2.5eV以上、さらに好ましくは3eV
以上の酸化物半導体を用いることで、トランジスタのオフ電流を低減することができるた
め好ましい。該酸化物半導体としては、In-Ga酸化物、In-M-Zn酸化物(Mは
、アルミニウム(Al)、ガリウム(Ga)、イットリウム(Y)、ジルコニウム(Zr
)、ランタン(La)、セリウム(Ce)、錫(Sn)、ハフニウム(Hf)、またはネ
オジム(Nd)を表す)等が挙げられる。
下部電極613上には、EL層616、および上部電極617がそれぞれ形成されてい
る。なお、下部電極613は、陽極として機能し、上部電極617は、陰極として機能す
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。また、EL層616を構成する材料としては、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。
なお、下部電極613、EL層616、及び上部電極617により、発光素子618が
形成される。発光素子618は、実施の形態1、実施の形態4乃至実施の形態6の構成を
有する発光素子であると好ましい。なお、画素部に複数の発光素子が形成される場合、実
施の形態1、実施の形態4乃至実施の形態6に記載の発光素子と、それ以外の構成を有す
る発光素子の両方が含まれていても良い。
また、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で囲まれた領域607に発光素
子618が備えられた構造になっている。なお、領域607には、充填材が充填されてお
り、不活性気体(窒素やアルゴン等)が充填される場合の他、シール材605に用いるこ
とができる紫外線硬化樹脂または熱硬化樹脂で充填される場合もあり、例えば、PVC(
ポリビニルクロライド)系樹脂、アクリル系樹脂、ポリイミド系樹脂、エポキシ系樹脂、
シリコーン系樹脂、PVB(ポリビニルブチラル)系樹脂、またはEVA(エチレンビニ
ルアセテート)系樹脂を用いることができる。封止基板には凹部を形成し、そこに乾燥剤
を設けると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。
また、発光素子618と互いに重なるように、光学素子621が封止基板604の下方
に設けられる。また、封止基板604の下方には、遮光層622が設けられる。光学素子
621及び遮光層622としては、それぞれ、実施の形態6に示す光学素子、及び遮光層
と同様の構成とすればよい。
なお、シール材605にはエポキシ系樹脂やガラスフリットを用いるのが好ましい。ま
た、これらの材料はできるだけ水分や酸素を透過しにく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や石英基板の他、FRP(Fiber
Reinforced Plastics)、PVF(ポリビニルフロライド)、ポリ
エステルまたはアクリル等からなるプラスチック基板を用いることができる。
以上のようにして、実施の形態1、実施の形態4乃至実施の形態6に記載の発光素子及
び光学素子を有する表示装置を得ることができる。
<表示装置の構成例2>
次に、表示装置の別の一例について、図10(A)(B)及び図11を用いて説明を行
う。なお、図10(A)(B)及び図11は、本発明の一態様の表示装置の断面図である
図10(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、1007、1008、第1の層間絶縁膜1020、第2の層間絶縁膜10
21、周辺部1042、画素部1040、駆動回路部1041、発光素子の下部電極10
24R、1024G、1024B、隔壁1025、EL層1028、発光素子の上部電極
1026、封止層1029、封止基板1031、シール材1032などが図示されている
また、図10(A)では、光学素子の一例として、着色層(赤色の着色層1034R、
緑色の着色層1034G、及び青色の着色層1034B)を透明な基材1033に設けて
いる。また、遮光層1035をさらに設けても良い。着色層及び遮光層が設けられた透明
な基材1033は、位置合わせし、基板1001に固定する。なお、着色層、及び遮光層
は、オーバーコート層1036で覆われている。また、図10(A)においては、着色層
を透過する光は赤、緑、青となることから、3色の画素で映像を表現することができる。
図10(B)では、光学素子の一例として、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ている。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。
図11では、光学素子の一例として、着色層(赤色の着色層1034R、緑色の着色層
1034G、青色の着色層1034B)を第1の層間絶縁膜1020と第2の層間絶縁膜
1021との間に形成する例を示している。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、以上に説明した表示装置では、トランジスタ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)の表示装置としたが、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)の表示装置としても良い。
<表示装置の構成例3>
トップエミッション型の表示装置の断面図の一例を図12(A)(B)に示す。図12
(A)(B)は、本発明の一態様の表示装置を説明する断面図であり、図10(A)(B
)及び図11に示す駆動回路部1041、周辺部1042等を省略して例示している。
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。トランジスタと発
光素子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表示装置
と同様に形成する。その後、電極1022を覆うように、第3の層間絶縁膜1037を形
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、他の様々な材料を用いて形成することができる。
発光素子の下部電極1024R、1024G、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12(A)(B)のようなトップエミッション型の表示
装置である場合、下部電極1024R、1024G、1024Bは光を反射する機能を有
することが好ましい。また、EL層1028上に上部電極1026が設けられる。上部電
極1026は光を反射する機能と、光を透過する機能を有し、下部電極1024R、10
24G、1024Bと、上部電極1026との間で、マイクロキャビティ構造を採用し、
特定波長における光強度を増加させると好ましい。
図12(A)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1034
R、緑色の着色層1034G、及び青色の着色層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遮
光層1035を設けても良い。なお、封止基板1031は透光性を有する基板を用いると
好適である。
また、図12(A)においては、複数の発光素子と、該複数の発光素子にそれぞれ着色
層を設ける構成を例示したが、これに限定されない。例えば、図12(B)に示すように
、緑色の着色層を設けずに、赤色の着色層1034R、及び青色の着色層1034Bを設
けて、赤、緑、青の3色でフルカラー表示を行う構成としてもよい。図12(A)に示す
ように、発光素子にそれぞれ着色層を設ける構成とした場合、外光反射を抑制できるとい
った効果を奏する。一方で、図12(B)に示すように、発光素子に緑色の着色層を設け
ずに、赤色の着色層、及び青色の着色層を設ける構成とした場合、緑色の発光素子から射
出された光のエネルギー損失が少ないため、消費電力を低くできるといった効果を奏する
<表示装置の構成例4>
以上に示す表示装置は、3色(赤色、緑色、青色)の副画素を有する構成を示したが、
4色(赤色、緑色、青色、黄色、あるいは赤色、緑色、青色、白色)の副画素を有する構
成としてもよい。図13乃至図15は、下部電極1024R、1024G、1024B、
及び1024Yを有する表示装置の構成である。図13(A)(B)及び図14は、トラ
ンジスタ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)
の表示装置であり、図15(A)(B)は、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)の表示装置である。
図13(A)は、光学素子(着色層1034R、着色層1034G、着色層1034B
、着色層1034Y)を透明な基材1033に設ける表示装置の例である。また、図13
(B)は、光学素子(着色層1034R、着色層1034G、着色層1034B、着色層
1034Y)をゲート絶縁膜1003と第1の層間絶縁膜1020との間に形成する表示
装置の例である。また、図14は、光学素子(着色層1034R、着色層1034G、着
色層1034B、着色層1034Y)を第1の層間絶縁膜1020と第2の層間絶縁膜1
021との間に形成する表示装置の例である。
着色層1034Rは赤色の光を透過し、着色層1034Gは緑色の光を透過し、着色層
1034Bは青色の光を透過する機能を有する。また、着色層1034Yは黄色の光を透
過する機能、あるいは青色、緑色、黄色、赤色の中から選ばれる複数の光を透過する機能
を有する。着色層1034Yが青色、緑色、黄色、赤色の中から選ばれる複数の光を透過
する機能を有するとき、着色層1034Yを透過した光は白色であってもよい。黄色ある
いは白色の発光を呈する発光素子は発光効率が高いため、着色層1034Yを有する表示
装置は、消費電力を低減することができる。
また、図15に示すトップエミッション型の表示装置においては、下部電極1024Y
を有する発光素子においても、図12(A)の表示装置と同様に、下部電極1024R、
1024G、1024B、1024Yと、上部電極1026との間で、マイクロキャビテ
ィ構造を有する構成が好ましい。また、図15(A)の表示装置では、着色層(赤色の着
色層1034R、緑色の着色層1034G、青色の着色層1034B、及び黄色の着色層
1034Y)を設けた封止基板1031で封止を行うことができる。
マイクロキャビティ、及び黄色の着色層1034Yを介して呈される発光は、黄色の領
域に発光スペクトルを有する発光となる。黄色は視感度が高い色であるため、黄色の発光
を呈する発光素子は発光効率が高い。すなわち、図15(A)の構成を有する表示装置は
、消費電力を低減することができる。
また、図15(A)においては、複数の発光素子と、該複数の発光素子にそれぞれ着色
層を設ける構成を例示したが、これに限定されない。例えば、図15(B)に示すように
、黄色の着色層を設けずに、赤色の着色層1034R、緑色の着色層1034G、及び青
色の着色層1034Bを設けて、赤、緑、青、黄の4色、または赤、緑、青、白の4色で
フルカラー表示を行う構成としてもよい。図15(A)に示すように、発光素子と、該発
光素子にそれぞれ着色層を設ける構成とした場合、外光反射を抑制できるといった効果を
奏する。一方で、図15(B)に示すように、発光素子と、黄色の着色層を設けずに、赤
色の着色層、緑色の着色層、及び青色の着色層を設ける構成とした場合、黄色または白色
の発光素子から射出された光のエネルギー損失が少ないため、消費電力を低くできるとい
った効果を奏する。
<表示装置の構成例5>
次に、本発明の他の一態様の表示装置について、図16に示す。図16は、図9(A)
の一点鎖線A-B、及び一点鎖線C-Dで切断した断面図である。なお、図16において
、図9(B)に示す符号と同様の機能を有する箇所には同様の符号を付し、その詳細な説
明は省略する。
図16に示す表示装置600は、素子基板610、封止基板604、及びシール材60
5で囲まれた領域607に、封止層607a、封止層607b、封止層607cを有する
。封止層607a、封止層607b、封止層607cのいずれか一つまたは複数には、例
えば、PVC(ポリビニルクロライド)系樹脂、アクリル系樹脂、ポリイミド系樹脂、エ
ポキシ系樹脂、シリコーン系樹脂、PVB(ポリビニルブチラル)系樹脂、またはEVA
(エチレンビニルアセテート)系樹脂等の樹脂を用いることができる。また、酸化シリコ
ン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン、窒化シリコン、酸化アルミニウム、窒化アル
ミニウム等の無機材料を用いてもよい。封止層607a、封止層607b、封止層607
cを形成することで、水などの不純物による発光素子618の劣化を抑制することができ
好ましい。なお、封止層607a、封止層607b、封止層607cを形成する場合、シ
ール材605を設けなくてもよい。
また、封止層607a、封止層607b、封止層607cは、いずれか一つまたは二つ
であってもよく、4つ以上の封止層が形成されてもよい。封止層を多層にすることで、水
などの不純物が、表示装置600の外部から表示装置内部の発光素子618まで侵入する
のを効果的に防ぐことができるため好ましい。なお、封止層が多層の場合、樹脂と無機材
料とを積層させると好ましい構成である。
<表示装置の構成例6>
また、本実施の形態における構成例1乃至構成例4に示す表示装置は、光学素子を有す
る構成を例示したが、本発明の一態様としては、光学素子を設けなくてもよい。
図17(A)(B)に示す表示装置は、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)の表示装置である。図17(A)は、発光層1028R、発光層1
028G、発光層1028B、を有する表示装置の例である。また、図17(B)は、発
光層1028R、発光層1028G、発光層1028B、発光層1028Y、を有する表
示装置の例である。
発光層1028Rは、赤色の発光を呈し、発光層1028Gは、緑色の発光を呈し、発
光層1028Bは、青色の発光を呈する機能を有する。また、発光層1028Yは、黄色
の発光を呈する機能、または青色、緑色、赤色の中から選ばれる複数の発光を呈する機能
を有する。発光層1028Yが呈する発光は、白色であってもよい。黄色あるいは白色の
発光を呈する発光素子は発光効率が高いため、発光層1028Yを有する表示装置は、消
費電力を低減することができる。
図17(A)及び図17(B)に示す表示装置は、異なる色の発光を呈するEL層を副
画素に有するため、光学素子となる着色層を設けなくてもよい。
また、封止層1029は、例えば、PVC(ポリビニルクロライド)系樹脂、アクリル
系樹脂、ポリイミド系樹脂、エポキシ系樹脂、シリコーン系樹脂、PVB(ポリビニルブ
チラル)系樹脂、またはEVA(エチレンビニルアセテート)系樹脂等の樹脂を用いるこ
とができる。また、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン、窒化シリコン
、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム等の無機材料を用いてもよい。封止層1029を
形成することで、水などの不純物による発光素子の劣化を抑制することができ好ましい。
また、封止層1029は、いずれか一つまたは二つであってもよく、4つ以上の封止層
が形成されてもよい。封止層を多層にすることで、水などの不純物が、表示装置の外部か
ら表示装置内部まで侵入するのを効果的に防ぐことができるため好ましい。なお、封止層
が多層の場合、樹脂と無機材料とを積層させると好ましい構成である。
なお、封止基板1031は、発光素子を保護する機能を有するものであればよい。その
ため、封止基板1031には、可撓性を有する基板やフィルムを用いることができる。
なお、本実施の形態に示す構成は、他の実施の形態や本実施の形態中の他の構成と適宜
組み合わせることが可能である。
(実施の形態8)
本実施の形態では、本発明の一態様の発光素子を有する表示装置について、図18乃至
図20を用いて説明を行う。
なお、図18(A)は、本発明の一態様の表示装置を説明するブロック図であり、図1
8(B)は、本発明の一態様の表示装置が有する画素回路を説明する回路図である。
<表示装置に関する説明>
図18(A)に示す表示装置は、表示素子の画素を有する領域(以下、画素部802と
いう)と、画素部802の外側に配置され、画素を駆動するための回路を有する回路部(
以下、駆動回路部804という)と、素子の保護機能を有する回路(以下、保護回路80
6という)と、端子部807と、を有する。なお、保護回路806は、設けない構成とし
てもよい。
駆動回路部804の一部、または全部は、画素部802と同一基板上に形成されている
ことが望ましい。これにより、部品数や端子数を減らすことが出来る。駆動回路部804
の一部、または全部が、画素部802と同一基板上に形成されていない場合には、駆動回
路部804の一部、または全部は、COGやTAB(Tape Automated B
onding)によって、実装することができる。
画素部802は、X行(Xは2以上の自然数)Y列(Yは2以上の自然数)に配置され
た複数の表示素子を駆動するための回路(以下、画素回路801という)を有し、駆動回
路部804は、画素を選択する信号(走査信号)を出力する回路(以下、走査線駆動回路
804aという)、画素の表示素子を駆動するための信号(データ信号)を供給するため
の回路(以下、信号線駆動回路804b)などの駆動回路を有する。
走査線駆動回路804aは、シフトレジスタ等を有する。走査線駆動回路804aは、
端子部807を介して、シフトレジスタを駆動するための信号が入力され、信号を出力す
る。例えば、走査線駆動回路804aは、スタートパルス信号、クロック信号等が入力さ
れ、パルス信号を出力する。走査線駆動回路804aは、走査信号が与えられる配線(以
下、走査線GL_1乃至GL_Xという)の電位を制御する機能を有する。なお、走査線
駆動回路804aを複数設け、複数の走査線駆動回路804aにより、走査線GL_1乃
至GL_Xを分割して制御してもよい。または、走査線駆動回路804aは、初期化信号
を供給することができる機能を有する。ただし、これに限定されず、走査線駆動回路80
4aは、別の信号を供給することも可能である。
信号線駆動回路804bは、シフトレジスタ等を有する。信号線駆動回路804bは、
端子部807を介して、シフトレジスタを駆動するための信号の他、データ信号の元とな
る信号(画像信号)が入力される。信号線駆動回路804bは、画像信号を元に画素回路
801に書き込むデータ信号を生成する機能を有する。また、信号線駆動回路804bは
、スタートパルス、クロック信号等が入力されて得られるパルス信号に従って、データ信
号の出力を制御する機能を有する。また、信号線駆動回路804bは、データ信号が与え
られる配線(以下、データ線DL_1乃至DL_Yという)の電位を制御する機能を有す
る。または、信号線駆動回路804bは、初期化信号を供給することができる機能を有す
る。ただし、これに限定されず、信号線駆動回路804bは、別の信号を供給することも
可能である。
信号線駆動回路804bは、例えば複数のアナログスイッチなどを用いて構成される。
信号線駆動回路804bは、複数のアナログスイッチを順次オン状態にすることにより、
画像信号を時分割した信号をデータ信号として出力できる。また、シフトレジスタなどを
用いて信号線駆動回路804bを構成してもよい。
複数の画素回路801のそれぞれは、走査信号が与えられる複数の走査線GLの一つを
介してパルス信号が入力され、データ信号が与えられる複数のデータ線DLの一つを介し
てデータ信号が入力される。また、複数の画素回路801のそれぞれは、走査線駆動回路
804aによりデータ信号のデータの書き込み及び保持が制御される。例えば、m行n列
目の画素回路801は、走査線GL_m(mはX以下の自然数)を介して走査線駆動回路
804aからパルス信号が入力され、走査線GL_mの電位に応じてデータ線DL_n(
nはY以下の自然数)を介して信号線駆動回路804bからデータ信号が入力される。
図18(A)に示す保護回路806は、例えば、走査線駆動回路804aと画素回路8
01の間の配線である走査線GLに接続される。または、保護回路806は、信号線駆動
回路804bと画素回路801の間の配線であるデータ線DLに接続される。または、保
護回路806は、走査線駆動回路804aと端子部807との間の配線に接続することが
できる。または、保護回路806は、信号線駆動回路804bと端子部807との間の配
線に接続することができる。なお、端子部807は、外部の回路から表示装置に電源及び
制御信号、及び画像信号を入力するための端子が設けられた部分をいう。
保護回路806は、自身が接続する配線に一定の範囲外の電位が与えられたときに、該
配線と別の配線とを導通状態にする回路である。
図18(A)に示すように、画素部802と駆動回路部804にそれぞれ保護回路80
6を設けることにより、ESD(Electro Static Discharge:
静電気放電)などにより発生する過電流に対する表示装置の耐性を高めることができる。
ただし、保護回路806の構成はこれに限定されず、例えば、走査線駆動回路804aに
保護回路806を接続した構成、または信号線駆動回路804bに保護回路806を接続
した構成とすることもできる。あるいは、端子部807に保護回路806を接続した構成
とすることもできる。
また、図18(A)においては、走査線駆動回路804aと信号線駆動回路804bに
よって駆動回路部804を形成している例を示しているが、この構成に限定されない。例
えば、走査線駆動回路804aのみを形成し、別途用意された信号線駆動回路が形成され
た基板(例えば、単結晶半導体膜、多結晶半導体膜で形成された駆動回路基板)を実装す
る構成としても良い。
<画素回路の構成例>
図18(A)に示す複数の画素回路801は、例えば、図18(B)に示す構成とする
ことができる。
図18(B)に示す画素回路801は、トランジスタ852、854と、容量素子86
2と、発光素子872と、を有する。
トランジスタ852のソース電極及びドレイン電極の一方は、データ信号が与えられる
配線(データ線DL_n)に電気的に接続される。さらに、トランジスタ852のゲート
電極は、ゲート信号が与えられる配線(走査線GL_m)に電気的に接続される。
トランジスタ852は、データ信号のデータの書き込みを制御する機能を有する。
容量素子862の一対の電極の一方は、電位が与えられる配線(以下、電位供給線VL
_aという)に電気的に接続され、他方は、トランジスタ852のソース電極及びドレイ
ン電極の他方に電気的に接続される。
容量素子862は、書き込まれたデータを保持する保持容量としての機能を有する。
トランジスタ854のソース電極及びドレイン電極の一方は、電位供給線VL_aに電
気的に接続される。さらに、トランジスタ854のゲート電極は、トランジスタ852の
ソース電極及びドレイン電極の他方に電気的に接続される。
発光素子872のアノード及びカソードの一方は、電位供給線VL_bに電気的に接続
され、他方は、トランジスタ854のソース電極及びドレイン電極の他方に電気的に接続
される。
発光素子872としては、実施の形態1、実施の形態4乃至実施の形態6に示す発光素
子を用いることができる。
なお、電位供給線VL_a及び電位供給線VL_bの一方には、高電源電位VDDが与
えられ、他方には、低電源電位VSSが与えられる。
図18(B)の画素回路801を有する表示装置では、例えば、図18(A)に示す走
査線駆動回路804aにより各行の画素回路801を順次選択し、トランジスタ852を
オン状態にしてデータ信号のデータを書き込む。
データが書き込まれた画素回路801は、トランジスタ852がオフ状態になることで
保持状態になる。さらに、書き込まれたデータ信号の電位に応じてトランジスタ854の
ソース電極とドレイン電極の間に流れる電流量が制御され、発光素子872は、流れる電
流量に応じた輝度で発光する。これを行毎に順次行うことにより、画像を表示できる。
また、画素回路に、トランジスタのしきい値電圧等の変動の影響を補正する機能を持た
せてもよい。図19(A)(B)及び図20(A)(B)に画素回路の一例を示す。
図19(A)に示す画素回路は、6つのトランジスタ(トランジスタ303_1乃至3
03_6)と、容量素子304と、発光素子305と、を有する。また、図19(A)に
示す画素回路には、配線301_1乃至301_5、並びに配線302_1及び配線30
2_2が電気的に接続されている。なお、トランジスタ303_1乃至303_6につい
ては、例えばPチャネル型のトランジスタを用いることができる。
図19(B)に示す画素回路は、図19(A)に示す画素回路に、トランジスタ303
_7を追加した構成である。また、図19(B)に示す画素回路には、配線301_6及
び配線301_7が電気的に接続されている。ここで、配線301_5と配線301_6
とは、それぞれ電気的に接続されていてもよい。なお、トランジスタ303_7について
は、例えばPチャネル型のトランジスタを用いることができる。
図20(A)に示す画素回路は、6つのトランジスタ(トランジスタ308_1乃至3
08_6)と、容量素子304と、発光素子305と、を有する。また、図20(A)に
示す画素回路には、配線306_1乃至306_3、並びに配線307_1乃至307_
3が電気的に接続されている。ここで配線306_1と配線306_3とは、それぞれ電
気的に接続されていてもよい。なお、トランジスタ308_1乃至308_6については
、例えばPチャネル型のトランジスタを用いることができる。
図20(B)に示す画素回路は、2つのトランジスタ(トランジスタ309_1及びト
ランジスタ309_2)と、2つの容量素子(容量素子304_1及び容量素子304_
2)と、発光素子305と、を有する。また、図20(B)に示す画素回路には、配線3
11_1乃至配線311_3、配線312_1、及び配線312_2が電気的に接続され
ている。また、図20(B)に示す画素回路の構成とすることで、例えば、電圧入力-電
流駆動方式(CVCC方式ともいう)とすることができる。なお、トランジスタ309_
1及び309_2については、例えばPチャネル型のトランジスタを用いることができる
また、本発明の一態様の発光素子は、表示装置の画素に能動素子を有するアクティブマ
トリクス方式、または、表示装置の画素に能動素子を有しないパッシブマトリクス方式の
それぞれの方式に適用することができる。
アクティブマトリクス方式では、能動素子(アクティブ素子、非線形素子)として、ト
ランジスタだけでなく、さまざまな能動素子(アクティブ素子、非線形素子)を用いるこ
とが出来る。例えば、MIM(Metal Insulator Metal)、又はT
FD(Thin Film Diode)などを用いることも可能である。これらの素子
は、製造工程が少ないため、製造コストの低減、又は歩留まりの向上を図ることができる
。または、これらの素子は、素子のサイズが小さいため、開口率を向上させることができ
、低消費電力化や高輝度化をはかることが出来る。
アクティブマトリクス方式以外として、能動素子(アクティブ素子、非線形素子)を用
いないパッシブマトリクス型を用いることも可能である。能動素子(アクティブ素子、非
線形素子)を用いないため、製造工程が少ないため、製造コストの低減、又は歩留まりの
向上を図ることができる。または、能動素子(アクティブ素子、非線形素子)を用いない
ため、開口率を向上させることができ、低消費電力化、又は高輝度化などを図ることが出
来る。
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。
(実施の形態9)
本実施の形態においては、本発明の一態様の発光素子を有する表示装置、及び該表示装
置に入力装置を取り付けた電子機器について、図21乃至図25を用いて説明を行う。
<タッチパネルに関する説明1>
なお、本実施の形態において、電子機器の一例として、表示装置と、入力装置とを合わ
せたタッチパネル2000について説明する。また、入力装置の一例として、タッチセン
サを有する場合について説明する。
図21(A)(B)は、タッチパネル2000の斜視図である。なお、図21(A)(
B)において、明瞭化のため、タッチパネル2000の代表的な構成要素を示す。
タッチパネル2000は、表示装置2501とタッチセンサ2595とを有する(図2
1(B)参照)。また、タッチパネル2000は、基板2510、基板2570、及び基
板2590を有する。なお、基板2510、基板2570、及び基板2590はいずれも
可撓性を有する。ただし、基板2510、基板2570、及び基板2590のいずれか一
つまたは全てが可撓性を有さない構成としてもよい。
表示装置2501は、基板2510上に複数の画素及び該画素に信号を供給することが
できる複数の配線2511を有する。複数の配線2511は、基板2510の外周部にま
で引き回され、その一部が端子2519を構成している。端子2519はFPC2509
(1)と電気的に接続する。また、複数の配線2511は、信号線駆動回路2503s(
1)からの信号を複数の画素に供給することができる。
基板2590は、タッチセンサ2595と、タッチセンサ2595と電気的に接続する
複数の配線2598とを有する。複数の配線2598は、基板2590の外周部に引き回
され、その一部は端子を構成する。そして、該端子はFPC2509(2)と電気的に接
続される。なお、図21(B)では明瞭化のため、基板2590の裏面側(基板2510
と対向する面側)に設けられるタッチセンサ2595の電極や配線等を実線で示している
タッチセンサ2595として、例えば静電容量方式のタッチセンサを適用できる。静電
容量方式としては、表面型静電容量方式、投影型静電容量方式等がある。
投影型静電容量方式としては、主に駆動方式の違いから自己容量方式、相互容量方式な
どがある。相互容量方式を用いると同時多点検出が可能となるため好ましい。
なお、図21(B)に示すタッチセンサ2595は、投影型静電容量方式のタッチセン
サを適用した構成である。
なお、タッチセンサ2595には、指等の検知対象の近接または接触を検知することが
できる、様々なセンサを適用することができる。
投影型静電容量方式のタッチセンサ2595は、電極2591と電極2592とを有す
る。電極2591は、複数の配線2598のいずれかと電気的に接続し、電極2592は
複数の配線2598の他のいずれかと電気的に接続する。
電極2592は、図21(A)(B)に示すように、一方向に繰り返し配置された複数
の四辺形が角部で接続される形状を有する。
電極2591は四辺形であり、電極2592が延在する方向と交差する方向に繰り返し
配置されている。
配線2594は、電極2592を挟む二つの電極2591と電気的に接続する。このと
き、電極2592と配線2594の交差部の面積ができるだけ小さくなる形状が好ましい
。これにより、電極が設けられていない領域の面積を低減でき、透過率のバラツキを低減
できる。その結果、タッチセンサ2595を透過する光の輝度のバラツキを低減すること
ができる。
なお、電極2591及び電極2592の形状はこれに限定されず、様々な形状を取りう
る。例えば、複数の電極2591をできるだけ隙間が生じないように配置し、絶縁層を介
して電極2592を、電極2591と重ならない領域ができるように離間して複数設ける
構成としてもよい。このとき、隣接する2つの電極2592の間に、これらとは電気的に
絶縁されたダミー電極を設けると、透過率の異なる領域の面積を低減できるため好ましい
<表示装置に関する説明>
次に、図22(A)を用いて、表示装置2501の詳細について説明する。図22(A
)は、図21(B)に示す一点鎖線X1-X2間の断面図に相当する。
表示装置2501は、マトリクス状に配置された複数の画素を有する。該画素は表示素
子と、該表示素子を駆動する画素回路とを有する。
以下の説明においては、白色の光を射出する発光素子を表示素子に適用する場合につい
て説明するが、表示素子はこれに限定されない。例えば、隣接する画素毎に射出する光の
色が異なるように、発光色が異なる発光素子を適用してもよい。
基板2510及び基板2570としては、例えば、水蒸気の透過率が1×10-5g・
-2・day-1以下、好ましくは1×10-6g・m-2・day-1以下である可
撓性を有する材料を好適に用いることができる。または、基板2510の熱膨張率と、基
板2570の熱膨張率とが、およそ等しい材料を用いると好適である。例えば、線膨張率
が1×10-3/K以下、好ましくは5×10-5/K以下、より好ましくは1×10
/K以下である材料を好適に用いることができる。
なお、基板2510は、発光素子への不純物の拡散を防ぐ絶縁層2510aと、可撓性
基板2510bと、絶縁層2510a及び可撓性基板2510bを貼り合わせる接着層2
510cと、を有する積層体である。また、基板2570は、発光素子への不純物の拡散
を防ぐ絶縁層2570aと、可撓性基板2570bと、絶縁層2570a及び可撓性基板
2570bを貼り合わせる接着層2570cと、を有する積層体である。
接着層2510c及び接着層2570cとしては、例えば、ポリエステル、ポリオレフ
ィン、ポリアミド(ナイロン、アラミド等)、ポリイミド、ポリカーボネートまたはアク
リル樹脂、ポリウレタン、エポキシ樹脂を用いることができる。もしくは、シリコーンな
どのシロキサン結合を有する樹脂を含む材料を用いることができる。
また、基板2510と基板2570との間に封止層2560を有する。封止層2560
は、空気より大きい屈折率を有すると好ましい。また、図22(A)に示すように、封止
層2560側に光を取り出す場合は、封止層2560は光学的な接合層を兼ねることがで
きる。
また、封止層2560の外周部にシール材を形成してもよい。当該シール材を用いるこ
とにより、基板2510、基板2570、封止層2560、及びシール材で囲まれた領域
に発光素子2550Rを有する構成とすることができる。なお、封止層2560として、
不活性気体(窒素やアルゴン等)を充填してもよい。また、当該不活性気体内に、乾燥剤
を設けて、水分等を吸着させる構成としてもよい。あるいは、アクリルやエポキシ等の樹
脂によって充填してもよい。また、上述のシール材としては、例えば、エポキシ系樹脂や
ガラスフリットを用いるのが好ましい。また、シール材に用いる材料としては、水分や酸
素を透過しない材料を用いると好適である。
また、表示装置2501は、画素2502Rを有する。また、画素2502Rは発光モ
ジュール2580Rを有する。
画素2502Rは、発光素子2550Rと、発光素子2550Rに電力を供給すること
ができるトランジスタ2502tとを有する。なお、トランジスタ2502tは、画素回
路の一部として機能する。また、発光モジュール2580Rは、発光素子2550Rと、
着色層2567Rとを有する。
発光素子2550Rは、下部電極と、上部電極と、下部電極と上部電極の間にEL層と
を有する。発光素子2550Rとして、例えば、実施の形態1、実施の形態4乃至実施の
形態6に示す発光素子を適用することができる。
また、下部電極と上部電極との間で、マイクロキャビティ構造を採用し、特定波長にお
ける光強度を増加させてもよい。
また、封止層2560が光を取り出す側に設けられている場合、封止層2560は、発
光素子2550Rと着色層2567Rに接する。
着色層2567Rは、発光素子2550Rと重なる位置にある。これにより、発光素子
2550Rが発する光の一部は着色層2567Rを透過して、図中に示す矢印の方向の発
光モジュール2580Rの外部に射出される。
また、表示装置2501には、光を射出する方向に遮光層2567BMが設けられる。
遮光層2567BMは、着色層2567Rを囲むように設けられている。
着色層2567Rとしては、特定の波長領域の光を透過する機能を有していればよく、
例えば、赤色の波長領域の光を透過するカラーフィルタ、緑色の波長領域の光を透過する
カラーフィルタ、青色の波長領域の光を透過するカラーフィルタ、黄色の波長領域の光を
透過するカラーフィルタなどを用いることができる。各カラーフィルタは、様々な材料を
用いて、印刷法、インクジェット法、フォトリソグラフィ技術を用いたエッチング方法な
どで形成することができる。
また、表示装置2501には、絶縁層2521が設けられる。絶縁層2521はトラン
ジスタ2502tを覆う。なお、絶縁層2521は、画素回路に起因する凹凸を平坦化す
るための機能を有する。また、絶縁層2521に不純物の拡散を抑制できる機能を付与し
てもよい。これにより、不純物の拡散によるトランジスタ2502t等の信頼性の低下を
抑制できる。
また、発光素子2550Rは、絶縁層2521の上方に形成される。また、発光素子2
550Rが有する下部電極には、該下部電極の端部に重なる隔壁2528が設けられる。
なお、基板2510と、基板2570との間隔を制御するスペーサを、隔壁2528上に
形成してもよい。
走査線駆動回路2503g(1)は、トランジスタ2503tと、容量素子2503c
とを有する。なお、駆動回路を画素回路と同一の工程で同一基板上に形成することができ
る。
また、基板2510上には、信号を供給することができる配線2511が設けられる。
また、配線2511上には、端子2519が設けられる。また、端子2519には、FP
C2509(1)が電気的に接続される。また、FPC2509(1)は、ビデオ信号、
クロック信号、スタート信号、リセット信号等を供給する機能を有する。なお、FPC2
509(1)にはプリント配線基板(PWB)が取り付けられていても良い。
また、表示装置2501には、様々な構造のトランジスタを適用することができる。図
22(A)においては、ボトムゲート型のトランジスタを適用する場合について、例示し
ているが、これに限定されず、例えば、図22(B)に示す、トップゲート型のトランジ
スタを表示装置2501に適用する構成としてもよい。
また、トランジスタ2502t及びトランジスタ2503tの極性については、特に限
定はなく、Nチャネル型およびPチャネル型のトランジスタを有する構造、Nチャネル型
のトランジスタまたはPチャネル型のトランジスタのいずれか一方のみからなる構造を用
いてもよい。また、トランジスタ2502t及び2503tに用いられる半導体膜の結晶
性についても特に限定はない。例えば、非晶質半導体膜、結晶性半導体膜を用いることが
できる。また、半導体材料としては、14族の半導体(例えば、ケイ素を有する半導体)
、化合物半導体(酸化物半導体を含む)、有機半導体等を用いることができる。トランジ
スタ2502t及びトランジスタ2503tのいずれか一方または双方に、エネルギーギ
ャップが2eV以上、好ましくは2.5eV以上、さらに好ましくは3eV以上の酸化物
半導体を用いることで、トランジスタのオフ電流を低減することができるため好ましい。
当該酸化物半導体としては、In-Ga酸化物、In-M-Zn酸化物(Mは、Al、G
a、Y、Zr、La、Ce、Sn、Hf、またはNdを表す)等が挙げられる。
<タッチセンサに関する説明>
次に、図22(C)を用いて、タッチセンサ2595の詳細について説明する。図22
(C)は、図21(B)に示す一点鎖線X3-X4間の断面図に相当する。
タッチセンサ2595は、基板2590上に千鳥状に配置された電極2591及び電極
2592と、電極2591及び電極2592を覆う絶縁層2593と、隣り合う電極25
91を電気的に接続する配線2594とを有する。
電極2591及び電極2592は、透光性を有する導電材料を用いて形成する。透光性
を有する導電性材料としては、酸化インジウム、インジウム錫酸化物、インジウム亜鉛酸
化物、酸化亜鉛、ガリウムを添加した酸化亜鉛などの導電性酸化物を用いることができる
。なお、グラフェンを含む膜を用いることもできる。グラフェンを含む膜は、例えば膜状
に形成された酸化グラフェンを含む膜を還元して形成することができる。還元する方法と
しては、熱を加える方法等を挙げることができる。
例えば、透光性を有する導電性材料を基板2590上にスパッタリング法により成膜し
た後、フォトリソグラフィ法等の様々なパターン形成技術により、不要な部分を除去して
、電極2591及び電極2592を形成することができる。
また、絶縁層2593に用いる材料としては、例えば、アクリル、エポキシなどの樹脂
、シロキサン結合を有する樹脂の他、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、酸化アルミニウ
ムなどの無機絶縁材料を用いることもできる。
また、電極2591に達する開口が絶縁層2593に設けられ、配線2594が隣接す
る電極2591と電気的に接続する。透光性の導電性材料は、タッチパネルの開口率を高
めることができるため、配線2594に好適に用いることができる。また、電極2591
及び電極2592より導電性の高い材料は、電気抵抗を低減できるため配線2594に好
適に用いることができる。
電極2592は、一方向に延在し、複数の電極2592がストライプ状に設けられてい
る。また、配線2594は電極2592と交差して設けられている。
一対の電極2591が1つの電極2592を挟んで設けられる。また、配線2594は
一対の電極2591を電気的に接続している。
なお、複数の電極2591は、1つの電極2592と必ずしも直交する方向に配置され
る必要はなく、0度より大きく90度未満の角度をなすように配置されてもよい。
また、配線2598は、電極2591または電極2592と電気的に接続される。また
、配線2598の一部は、端子として機能する。配線2598としては、例えば、アルミ
ニウム、金、白金、銀、ニッケル、チタン、タングステン、クロム、モリブデン、鉄、コ
バルト、銅、またはパラジウム等の金属材料や、該金属材料を含む合金材料を用いること
ができる。
なお、絶縁層2593及び配線2594を覆う絶縁層を設けて、タッチセンサ2595
を保護してもよい。
また、接続層2599は、配線2598とFPC2509(2)を電気的に接続させる
接続層2599としては、異方性導電フィルム(ACF:Anisotropic C
onductive Film)や、異方性導電ペースト(ACP:Anisotrop
ic Conductive Paste)などを用いることができる。
<タッチパネルに関する説明2>
次に、図23(A)を用いて、タッチパネル2000の詳細について説明する。図23
(A)は、図21(A)に示す一点鎖線X5-X6間の断面図に相当する。
図23(A)に示すタッチパネル2000は、図22(A)で説明した表示装置250
1と、図22(C)で説明したタッチセンサ2595と、を貼り合わせた構成である。
また、図23(A)に示すタッチパネル2000は、図22(A)及び図22(C)で
説明した構成の他、接着層2597と、反射防止層2567pと、を有する。
接着層2597は、配線2594と接して設けられる。なお、接着層2597は、タッ
チセンサ2595が表示装置2501に重なるように、基板2590を基板2570に貼
り合わせている。また、接着層2597は、透光性を有すると好ましい。また、接着層2
597としては、熱硬化性樹脂、または紫外線硬化樹脂を用いることができる。例えば、
アクリル系樹脂、ウレタン系樹脂、エポキシ系樹脂、またはシロキサン系樹脂を用いるこ
とができる。
反射防止層2567pは、画素に重なる位置に設けられる。反射防止層2567pとし
て、例えば円偏光板を用いることができる。
次に、図23(A)に示す構成と異なる構成のタッチパネルについて、図23(B)を
用いて説明する。
図23(B)は、タッチパネル2001の断面図である。図23(B)に示すタッチパ
ネル2001は、図23(A)に示すタッチパネル2000と、表示装置2501に対す
るタッチセンサ2595の位置が異なる。ここでは異なる構成について詳細に説明し、同
様の構成を用いることができる部分は、タッチパネル2000の説明を援用する。
着色層2567Rは、発光素子2550Rと重なる位置にある。また、図23(B)に
示す発光素子2550Rは、トランジスタ2502tが設けられている側に光を射出する
。これにより、発光素子2550Rが発する光の一部は、着色層2567Rを透過して、
図中に示す矢印の方向の発光モジュール2580Rの外部に射出される。
また、タッチセンサ2595は、表示装置2501の基板2510側に設けられている
接着層2597は、基板2510と基板2590の間にあり、表示装置2501とタッ
チセンサ2595を貼り合わせる。
図23(A)(B)に示すように、発光素子から射出される光は、基板2510側及び
基板2570側のいずれか一方または双方を通して射出されればよい。
<タッチパネルの駆動方法に関する説明>
次に、タッチパネルの駆動方法の一例について、図24(A)(B)を用いて説明を行
う。
図24(A)は、相互容量方式のタッチセンサの構成を示すブロック図である。図24
(A)では、パルス電圧出力回路2601、電流検出回路2602を示している。なお、
図24(A)では、パルス電圧が与えられる電極2621をX1-X6として、電流の変
化を検知する電極2622をY1-Y6として、それぞれ6本の配線で例示している。ま
た、図24(A)は、電極2621と、電極2622とが重畳することで形成される容量
2603を示している。なお、電極2621と電極2622とはその機能を互いに置き換
えてもよい。
パルス電圧出力回路2601は、X1-X6の配線に順にパルスを印加するための回路
である。X1-X6の配線にパルス電圧が印加されることで、容量2603を形成する電
極2621と電極2622との間に電界が生じる。この電極間に生じる電界が遮蔽等によ
り容量2603の相互容量に変化を生じさせることを利用して、被検知体の近接、または
接触を検出することができる。
電流検出回路2602は、容量2603での相互容量の変化による、Y1-Y6の配線
での電流の変化を検出するための回路である。Y1-Y6の配線では、被検知体の近接、
または接触がないと検出される電流値に変化はないが、検出する被検知体の近接、または
接触により相互容量が減少する場合には電流値が減少する変化を検出する。なお電流の検
出は、積分回路等を用いて行えばよい。
次に、図24(B)には、図24(A)で示す相互容量方式のタッチセンサにおける入
出力波形のタイミングチャートを示す。図24(B)では、1フレーム期間で各行列での
被検知体の検出を行うとする。また図24(B)では、被検知体を検出しない場合(非タ
ッチ)と被検知体を検出する場合(タッチ)との2つの場合について示している。なお、
図24(B)では、Y1-Y6の配線で検出される電流値に対応する電圧値の波形を示し
ている。
X1-X6の配線には、順にパルス電圧が与えられ、該パルス電圧にしたがってY1-
Y6の配線での波形が変化する。被検知体の近接または接触がない場合には、X1-X6
の配線の電圧の変化に応じてY1-Y6の波形が一様に変化する。一方、被検知体が近接
または接触する箇所では、電流値が減少するため、これに対応する電圧値の波形も変化す
る。
このように、相互容量の変化を検出することにより、被検知体の近接または接触を検知
することができる。
<センサ回路に関する説明>
また、図24(A)ではタッチセンサとして配線の交差部に容量2603のみを設ける
パッシブマトリクス型のタッチセンサの構成を示したが、トランジスタと容量とを有する
アクティブマトリクス型のタッチセンサとしてもよい。アクティブマトリクス型のタッチ
センサに含まれるセンサ回路の一例を図25に示す。
図25に示すセンサ回路は、容量2603と、トランジスタ2611と、トランジスタ
2612と、トランジスタ2613とを有する。
トランジスタ2613はゲートに信号G2が与えられ、ソースまたはドレインの一方に
電圧VRESが与えられ、他方が容量2603の一方の電極およびトランジスタ2611
のゲートと電気的に接続する。トランジスタ2611は、ソースまたはドレインの一方が
トランジスタ2612のソースまたはドレインの一方と電気的に接続し、他方に電圧VS
Sが与えられる。トランジスタ2612は、ゲートに信号G1が与えられ、ソースまたは
ドレインの他方が配線MLと電気的に接続する。容量2603の他方の電極には電圧VS
Sが与えられる。
次に、図25に示すセンサ回路の動作について説明する。まず、信号G2としてトラン
ジスタ2613をオン状態とする電位が与えられることで、トランジスタ2611のゲー
トが接続されるノードnに電圧VRESに対応した電位が与えられる。次に、信号G2と
してトランジスタ2613をオフ状態とする電位が与えられることで、ノードnの電位が
保持される。
続いて、指等の被検知体の近接または接触により、容量2603の相互容量が変化する
ことに伴い、ノードnの電位がVRESから変化する。
読み出し動作は、信号G1にトランジスタ2612をオン状態とする電位を与える。ノ
ードnの電位に応じてトランジスタ2611に流れる電流、すなわち配線MLに流れる電
流が変化する。この電流を検出することにより、被検知体の近接または接触を検出するこ
とができる。
トランジスタ2611、トランジスタ2612、及びトランジスタ2613としては、
酸化物半導体層をチャネル領域が形成される半導体層に用いることが好ましい。とくにト
ランジスタ2613にこのようなトランジスタを適用することにより、ノードnの電位を
長期間に亘って保持することが可能となり、ノードnにVRESを供給しなおす動作(リ
フレッシュ動作)の頻度を減らすことができる。
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。
(実施の形態10)
本実施の形態では、本発明の一態様の発光素子を有する表示モジュール及び電子機器に
ついて、図26乃至図29を用いて説明を行う。
<表示モジュールに関する説明>
図26に示す表示モジュール8000は、上部カバー8001と下部カバー8002と
の間に、FPC8003に接続されたタッチセンサ8004、FPC8005に接続され
た表示装置8006、フレーム8009、プリント基板8010、バッテリ8011を有
する。
本発明の一態様の発光素子は、例えば、表示装置8006に用いることができる。
上部カバー8001及び下部カバー8002は、タッチセンサ8004及び表示装置8
006のサイズに合わせて、形状や寸法を適宜変更することができる。
タッチセンサ8004は、抵抗膜方式または静電容量方式のタッチセンサを表示装置8
006に重畳して用いることができる。また、表示装置8006の対向基板(封止基板)
に、タッチセンサ機能を持たせるようにすることも可能である。また、表示装置8006
の各画素内に光センサを設け、光学式のタッチセンサとすることも可能である。
フレーム8009は、表示装置8006の保護機能の他、プリント基板8010の動作
により発生する電磁波を遮断するための電磁シールドとしての機能を有する。またフレー
ム8009は、放熱板としての機能を有していてもよい。
プリント基板8010は、電源回路、ビデオ信号及びクロック信号を出力するための信
号処理回路を有する。電源回路に電力を供給する電源としては、外部の商用電源であって
も良いし、別途設けたバッテリ8011による電源であってもよい。バッテリ8011は
、商用電源を用いる場合には、省略可能である。
また、表示モジュール8000は、偏光板、位相差板、プリズムシートなどの部材を追
加して設けてもよい。
<電子機器に関する説明>
図27(A)乃至図27(G)は、電子機器を示す図である。これらの電子機器は、筐
体9000、表示部9001、スピーカ9003、操作キー9005(電源スイッチ、又
は操作スイッチを含む)、接続端子9006、センサ9007(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)、マイクロフォン9008、等を有することができる。また、センサ900
7は、脈拍センサや指紋センサ等のように生体情報を測定する機能を有してもよい。
図27(A)乃至図27(G)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
チセンサ機能、カレンダー、日付または時刻などを表示する機能、様々なソフトウェア(
プログラム)によって処理を制御する機能、無線通信機能、無線通信機能を用いて様々な
コンピュータネットワークに接続する機能、無線通信機能を用いて様々なデータの送信ま
たは受信を行う機能、記録媒体に記録されているプログラムまた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。なお、図27(A)乃至図27(G)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。また、図27(A)乃至図27(G)には図示していないが、電子機器には、
複数の表示部を有する構成としてもよい。また、該電子機器にカメラ等を設け、静止画を
撮影する機能、動画を撮影する機能、撮影した画像を記録媒体(外部またはカメラに内蔵
)に保存する機能、撮影した画像を表示部に表示する機能、等を有していてもよい。
図27(A)乃至図27(G)に示す電子機器の詳細について、以下説明を行う。
図27(A)は、携帯情報端末9100を示す斜視図である。携帯情報端末9100が
有する表示部9001は、可撓性を有する。そのため、湾曲した筐体9000の湾曲面に
沿って表示部9001を組み込むことが可能である。また、表示部9001はタッチセン
サを備え、指やスタイラスなどで画面に触れることで操作することができる。例えば、表
示部9001に表示されたアイコンに触れることで、アプリケーションを起動することが
できる。
図27(B)は、携帯情報端末9101を示す斜視図である。携帯情報端末9101は
、例えば電話機、手帳又は情報閲覧装置等から選ばれた一つ又は複数の機能を有する。具
体的には、スマートフォンとして用いることができる。なお、携帯情報端末9101は、
スピーカ9003、接続端子9006、センサ9007等を省略して図示しているが、図
27(A)に示す携帯情報端末9100と同様の位置に設けることができる。また、携帯
情報端末9101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。例えば、
3つの操作ボタン9050(操作アイコンまたは単にアイコンともいう)を表示部900
1の一の面に表示することができる。また、破線の矩形で示す情報9051を表示部90
01の他の面に表示することができる。なお、情報9051の一例としては、電子メール
やSNS(ソーシャル・ネットワーキング・サービス)や電話などの着信を知らせる表示
、電子メールやSNSなどの題名、電子メールやSNSなどの送信者名、日時、時刻、バ
ッテリの残量、アンテナ受信の強度などがある。または、情報9051が表示されている
位置に、情報9051の代わりに、操作ボタン9050などを表示してもよい。
図27(C)は、携帯情報端末9102を示す斜視図である。携帯情報端末9102は
、表示部9001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9052、
情報9053、情報9054がそれぞれ異なる面に表示されている例を示す。例えば、携
帯情報端末9102の使用者は、洋服の胸ポケットに携帯情報端末9102を収納した状
態で、その表示(ここでは情報9053)を確認することができる。具体的には、着信し
た電話の発信者の電話番号又は氏名等を、携帯情報端末9102の上方から観察できる位
置に表示する。使用者は、携帯情報端末9102をポケットから取り出すことなく、表示
を確認し、電話を受けるか否かを判断できる。
図27(D)は、腕時計型の携帯情報端末9200を示す斜視図である。携帯情報端末
9200は、移動電話、電子メール、文章閲覧及び作成、音楽再生、インターネット通信
、コンピュータゲームなどの種々のアプリケーションを実行することができる。また、表
示部9001はその表示面が湾曲して設けられ、湾曲した表示面に沿って表示を行うこと
ができる。また、携帯情報端末9200は、通信規格された近距離無線通信を実行するこ
とが可能である。例えば無線通信可能なヘッドセットと相互通信することによって、ハン
ズフリーで通話することもできる。また、携帯情報端末9200は、接続端子9006を
有し、他の情報端末とコネクターを介して直接データのやりとりを行うことができる。ま
た接続端子9006を介して充電を行うこともできる。なお、充電動作は接続端子900
6を介さずに無線給電により行ってもよい。
図27(E)(F)(G)は、折り畳み可能な携帯情報端末9201を示す斜視図であ
る。また、図27(E)が携帯情報端末9201を展開した状態の斜視図であり、図27
(F)が携帯情報端末9201を展開した状態または折り畳んだ状態の一方から他方に変
化する途中の状態の斜視図であり、図27(G)が携帯情報端末9201を折り畳んだ状
態の斜視図である。携帯情報端末9201は、折り畳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。携帯情報端末92
01が有する表示部9001は、ヒンジ9055によって連結された3つの筐体9000
に支持されている。ヒンジ9055を介して2つの筐体9000間を屈曲させることによ
り、携帯情報端末9201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。例えば、携帯情報端末9201は、曲率半径1mm以上150mm以下で曲
げることができる。
また、電子機器としては、例えば、テレビジョン装置(テレビ、又はテレビジョン受信
機ともいう)、コンピュータ用などのモニタ、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラ、
デジタルフォトフレーム、携帯電話機(携帯電話、携帯電話装置ともいう)、ゴーグル型
ディスプレイ(ヘッドマウントディスプレイ)、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。
図28(A)にテレビジョン装置の一例を示す。テレビジョン装置9300は、筐体9
000に表示部9001が組み込まれている。ここでは、スタンド9301により筐体9
000を支持した構成を示している。
図28(A)に示すテレビジョン装置9300の操作は、筐体9000が備える操作ス
イッチや、別体のリモコン操作機9311により行うことができる。または、表示部90
01にタッチセンサを備えていてもよく、指等で表示部9001に触れることで操作して
もよい。リモコン操作機9311は、当該リモコン操作機9311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9311が備える操作キー又はタッチ
パネルにより、チャンネルや音量の操作を行うことができ、表示部9001に表示される
映像を操作することができる。
なお、テレビジョン装置9300は、受信機やモデムなどを備えた構成とする。受信機
により一般のテレビ放送の受信を行うことができる。また、モデムを介して有線又は無線
による通信ネットワークに接続することにより、一方向(送信者から受信者)又は双方向
(送信者と受信者間、あるいは受信者間同士など)の情報通信を行うことも可能である。
また、本発明の一態様の電子機器又は照明装置は可撓性を有するため、家屋やビルの内
壁もしくは外壁、又は、自動車の内装もしくは外装の曲面に沿って組み込むことも可能で
ある。
図28(B)に自動車9700の外観を示す。図28(C)に自動車9700の運転席
を示す。自動車9700は、車体9701、車輪9702、ダッシュボード9703、ラ
イト9704等を有する。本発明の一態様の表示装置又は発光装置等は、自動車9700
の表示部などに用いることができる。例えば、図28(C)に示す表示部9710乃至表
示部9715に本発明の一態様の表示装置又は発光装置等を設けることができる。
表示部9710と表示部9711は、自動車のフロントガラスに設けられた表示装置で
ある。本発明の一態様の表示装置又は発光装置等は、電極や配線を、透光性を有する導電
性材料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とする
ことができる。表示部9710や表示部9711がシースルー状態であれば、自動車97
00の運転時にも視界の妨げになることがない。よって、本発明の一態様の表示装置又は
発光装置等を自動車9700のフロントガラスに設置することができる。なお、表示装置
又は発光装置等を駆動するためのトランジスタなどを設ける場合には、有機半導体材料を
用いた有機トランジスタや、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よい。
表示部9712はピラー部分に設けられた表示装置である。例えば、車体に設けられた
撮像手段からの映像を表示部9712に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。表示部9713はダッシュボード部分に設けられた表示装置であ
る。例えば、車体に設けられた撮像手段からの映像を表示部9713に映し出すことによ
って、ダッシュボードで遮られた視界を補完することができる。すなわち、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。また、見えない部分を補完する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。
また、図28(D)は、運転席と助手席にベンチシートを採用した自動車の室内を示し
ている。表示部9721は、ドア部に設けられた表示装置である。例えば、車体に設けら
れた撮像手段からの映像を表示部9721に映し出すことによって、ドアで遮られた視界
を補完することができる。また、表示部9722は、ハンドルに設けられた表示装置であ
る。表示部9723は、ベンチシートの座面の中央部に設けられた表示装置である。なお
、表示装置を座面や背もたれ部分などに設置して、当該表示装置を、当該表示装置の発熱
を熱源としたシートヒーターとして利用することもできる。
表示部9714、表示部9715、または表示部9722はナビゲーション情報、スピ
ードメーターやタコメーター、走行距離、給油量、ギア状態、エアコンの設定など、その
他様々な情報を提供することができる。また、表示部に表示される表示項目やレイアウト
などは、使用者の好みに合わせて適宜変更することができる。なお、上記情報は、表示部
9710乃至表示部9713、表示部9721、表示部9723にも表示することができ
る。また、表示部9710乃至表示部9715、表示部9721乃至表示部9723は照
明装置として用いることも可能である。また、表示部9710乃至表示部9715、表示
部9721乃至表示部9723は加熱装置として用いることも可能である。
また、本発明の一態様の電子機器は、二次電池を有していてもよく、非接触電力伝送を
用いて、二次電池を充電することができると好ましい。
二次電池としては、例えば、ゲル状電解質を用いるリチウムポリマー電池(リチウムイ
オンポリマー電池)等のリチウムイオン二次電池、リチウムイオン電池、ニッケル水素電
池、ニカド電池、有機ラジカル電池、鉛蓄電池、空気二次電池、ニッケル亜鉛電池、銀亜
鉛電池などが挙げられる。
本発明の一態様の電子機器は、アンテナを有していてもよい。アンテナで信号を受信す
ることで、表示部で映像や情報等の表示を行うことができる。また、電子機器が二次電池
を有する場合、アンテナを、非接触電力伝送に用いてもよい。
図29(A)(B)に示す表示装置9500は、複数の表示パネル9501と、軸部9
511と、軸受部9512と、を有する。また、複数の表示パネル9501は、表示領域
9502と、透光性を有する領域9503と、を有する。
また、複数の表示パネル9501は、可撓性を有する。また、隣接する2つの表示パネ
ル9501は、それらの一部が互いに重なるように設けられる。例えば、隣接する2つの
表示パネル9501の透光性を有する領域9503を重ね合わせることができる。複数の
表示パネル9501を用いることで、大画面の表示装置とすることができる。また、使用
状況に応じて、表示パネル9501を巻き取ることが可能であるため、汎用性に優れた表
示装置とすることができる。
また、図29(A)(B)においては、表示領域9502が隣接する表示パネル950
1で離間する状態を図示しているが、これに限定されず、例えば、隣接する表示パネル9
501の表示領域9502を隙間なく重ねあわせることで、連続した表示領域9502と
してもよい。
本実施の形態において述べた電子機器は、何らかの情報を表示するための表示部を有す
る。ただし、本発明の一態様の発光素子は、表示部を有さない電子機器にも適用すること
ができる。また、本実施の形態において述べた電子機器の表示部においては、可撓性を有
し、湾曲した表示面に沿って表示を行うことができる構成、または折り畳み可能な表示部
の構成について例示したが、これに限定されず、可撓性を有さず、平面部に表示を行う構
成としてもよい。
本実施の形態に示す構成は、他の実施の形態に示す構成と適宜組み合わせて用いること
ができる。
(実施の形態11)
本実施の形態では、本発明の一態様の発光素子を有する発光装置について、図30及び
図31を用いて説明する。
本実施の形態で示す、発光装置3000の斜視図を図30(A)に、図30(A)に示
す一点鎖線E-F間に相当する断面図を図30(B)に、それぞれ示す。なお、図30(
A)において、図面の煩雑さを避けるために、構成要素の一部を破線で表示している。
図30(A)(B)に示す発光装置3000は、基板3001と、基板3001上の発
光素子3005と、発光素子3005の外周に設けられた第1の封止領域3007と、第
1の封止領域3007の外周に設けられた第2の封止領域3009と、を有する。
また、発光素子3005からの発光は、基板3001及び基板3003のいずれか一方
または双方から射出される。図30(A)(B)においては、発光素子3005からの発
光が下方側(基板3001側)に射出される構成について説明する。
また、図30(A)(B)に示すように、発光装置3000は、発光素子3005が第
1の封止領域3007と、第2の封止領域3009とに、囲まれて配置される二重封止構
造である。二重封止構造とすることで、発光素子3005側に入り込む外部の不純物(例
えば、水、酸素など)を、好適に抑制することができる。ただし、第1の封止領域300
7及び第2の封止領域3009を、必ずしも設ける必要はない。例えば、第1封止領域3
007のみの構成としてもよい。
なお、図30(B)において、第1の封止領域3007及び第2の封止領域3009は
、基板3001及び基板3003と接して設けられる。ただし、これに限定されず、例え
ば、第1の封止領域3007及び第2の封止領域3009の一方または双方は、基板30
01の上方に形成される絶縁膜、あるいは導電膜と接して設けられる構成としてもよい。
または、第1の封止領域3007及び第2の封止領域3009の一方または双方は、基板
3003の下方に形成される絶縁膜、あるいは導電膜と接して設けられる構成としてもよ
い。
基板3001及び基板3003としては、それぞれ先の実施の形態に記載の基板200
と、基板220と同様の構成とすればよい。発光素子3005としては、先の実施の形態
に記載の発光素子と同様の構成とすればよい。
第1の封止領域3007としては、ガラスを含む材料(例えば、ガラスフリット、ガラ
スリボン等)を用いればよい。また、第2の封止領域3009としては、樹脂を含む材料
を用いればよい。第1の封止領域3007として、ガラスを含む材料を用いることで、生
産性や封止性を高めることができる。また、第2の封止領域3009として、樹脂を含む
材料を用いることで、耐衝撃性や耐熱性を高めることができる。ただし、第1の封止領域
3007と、第2の封止領域3009とは、これに限定されず、第1の封止領域3007
が樹脂を含む材料で形成され、第2の封止領域3009がガラスを含む材料で形成されて
もよい。
また、上述のガラスフリットとしては、例えば、酸化マグネシウム、酸化カルシウム、
酸化ストロンチウム、酸化バリウム、酸化セシウム、酸化ナトリウム、酸化カリウム、酸
化ホウ素、酸化バナジウム、酸化亜鉛、酸化テルル、酸化アルミニウム、二酸化珪素、酸
化鉛、酸化スズ、酸化リン、酸化ルテニウム、酸化ロジウム、酸化鉄、酸化銅、二酸化マ
ンガン、酸化モリブデン、酸化ニオブ、酸化チタン、酸化タングステン、酸化ビスマス、
酸化ジルコニウム、酸化リチウム、酸化アンチモン、ホウ酸鉛ガラス、リン酸スズガラス
、バナジン酸塩ガラス又はホウケイ酸ガラス等を含む。赤外光を吸収させるため、少なく
とも一種類以上の遷移金属を含むことが好ましい。
また、上述のガラスフリットとしては、例えば、基板上にフリットペーストを塗布し、
これに加熱処理、またはレーザ照射などを行う。フリットペーストには、上記ガラスフリ
ットと、有機溶媒で希釈した樹脂(バインダとも呼ぶ)とが含まれる。また、ガラスフリ
ットにレーザ光の波長の光を吸収する吸収剤を添加しても良い。また、レーザとして、例
えば、Nd:YAGレーザや半導体レーザなどを用いることが好ましい。また、レーザ照
射の際のレーザの照射形状は、円形でも四角形でもよい。
また、上述の樹脂を含む材料としては、例えば、ポリエステル、ポリオレフィン、ポリ
アミド(ナイロン、アラミド等)、ポリイミド、ポリカーボネートまたはアクリル樹脂、
ポリウレタン、エポキシ樹脂を用いることができる。もしくは、シリコーンなどのシロキ
サン結合を有する樹脂を含む材料を用いることができる。
なお、第1の封止領域3007及び第2の封止領域3009のいずれか一方または双方
にガラスを含む材料を用いる場合、当該ガラスを含む材料と、基板3001との熱膨張率
が近いことが好ましい。上記構成とすることで、熱応力によりガラスを含む材料または基
板3001にクラックが入るのを抑制することができる。
例えば、第1の封止領域3007にガラスを含む材料を用い、第2の封止領域3009
に樹脂を含む材料を用いる場合、以下の優れた効果を有する。
第2の封止領域3009は、第1の封止領域3007よりも、発光装置3000の外周
部に近い側に設けられる。発光装置3000は、外周部に向かうにつれ、外力等による歪
みが大きくなる。よって、歪みが大きくなる発光装置3000の外周部側、すなわち第2
の封止領域3009に、樹脂を含む材料によって封止し、第2の封止領域3009よりも
内側に設けられる第1の封止領域3007にガラスを含む材料を用いて封止することで、
外力等の歪みが生じても発光装置3000が壊れにくくなる。
また、図30(B)に示すように、基板3001、基板3003、第1の封止領域30
07、及び第2の封止領域3009に囲まれた領域には、第1の領域3011が形成され
る。また、基板3001、基板3003、発光素子3005、及び第1の封止領域300
7に囲まれた領域には、第2の領域3013が形成される。
第1の領域3011及び第2の領域3013としては、例えば、希ガスまたは窒素ガス
等の不活性ガスが充填されていると好ましい。あるいは、アクリルやエポキシ等の樹脂が
充填されていると好ましい。なお、第1の領域3011及び第2の領域3013としては
、大気圧状態よりも減圧状態であると好ましい。
また、図30(B)に示す構成の変形例を図30(C)に示す。図30(C)は、発光
装置3000の変形例を示す断面図である。
図30(C)は、基板3003の一部に凹部を設け、該凹部に乾燥剤3018を設ける
構成である。それ以外の構成については、図30(B)に示す構成と同じである。
乾燥剤3018としては、化学吸着によって水分等を吸着する物質、または物理吸着に
よって水分等を吸着する物質を用いることができる。例えば、乾燥剤3018として用い
ることができる物質としては、アルカリ金属の酸化物、アルカリ土類金属の酸化物(酸化
カルシウムや酸化バリウム等)、硫酸塩、金属ハロゲン化物、過塩素酸塩、ゼオライト、
シリカゲル等が挙げられる。
次に、図30(B)に示す発光装置3000の変形例について、図31(A)(B)(
C)(D)を用いて説明する。なお、図31(A)(B)(C)(D)は、図30(B)
に示す発光装置3000の変形例を説明する断面図である。
図31(A)(B)(C)(D)に示す発光装置は、第2の封止領域3009を設けず
に、第1の封止領域3007とした構成である。また、図31(A)(B)(C)(D)
に示す発光装置は、図30(B)に示す第2の領域3013の代わりに領域3014を有
する。
領域3014としては、例えば、ポリエステル、ポリオレフィン、ポリアミド(ナイロ
ン、アラミド等)、ポリイミド、ポリカーボネートまたはアクリル樹脂、ポリウレタン、
エポキシ樹脂を用いることができる。もしくは、シリコーンなどのシロキサン結合を有す
る樹脂を含む材料を用いることができる。
領域3014として、上述の材料を用いることで、いわゆる固体封止の発光装置とする
ことができる。
また、図31(B)に示す発光装置は、図31(A)に示す発光装置の基板3001側
に、基板3015を設ける構成である。
基板3015は、図31(B)に示すように凹凸を有する。凹凸を有する基板3015
を、発光素子3005の光を取り出す側に設ける構成とすることで、発光素子3005か
らの光の取出し効率を向上させることができる。なお、図31(B)に示すような凹凸を
有する構造の代わりに、拡散板として機能する基板を設けてもよい。
また、図31(C)に示す発光装置は、図31(A)に示す発光装置が基板3001側
から光を取り出す構造であったのに対し、基板3003側から光を取り出す構造である。
図31(C)に示す発光装置は、基板3003側に基板3015を有する。それ以外の
構成は、図31(B)に示す発光装置と同様である。
また、図31(D)に示す発光装置は、図31(C)に示す発光装置の基板3003、
3015を設けずに、基板3016を設ける構成である。
基板3016は、発光素子3005の近い側に位置する第1の凹凸と、発光素子300
5の遠い側に位置する第2の凹凸と、を有する。図31(D)に示す構成とすることで、
発光素子3005からの光の取出し効率をさらに、向上させることができる。
したがって、本実施の形態に示す構成を実施することにより、水分や酸素などの不純物
による発光素子の劣化が抑制された発光装置を実現することができる。または、本実施の
形態に示す構成を実施することにより、光取出し効率の高い発光装置を実現することがで
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ること
ができる。
(実施の形態12)
本実施の形態では、本発明の一態様の発光素子を様々な照明装置及び電子機器に適用す
る一例について、図32及び図33を用いて説明する。
本発明の一態様の発光素子を、可撓性を有する基板上に作製することで、曲面を有する
発光領域を有する電子機器、照明装置を実現することができる。
また、本発明の一態様を適用した発光装置は、自動車の照明にも適用することができ、
例えば、ダッシュボードや、フロントガラス、天井等に照明を設置することもできる。
図32(A)は、多機能端末3500の一方の面の斜視図を示し、図32(B)は、多
機能端末3500の他方の面の斜視図を示している。多機能端末3500は、筐体350
2に表示部3504、カメラ3506、照明3508等が組み込まれている。本発明の一
態様の発光装置を照明3508に用いることができる。
照明3508は、本発明の一態様の発光装置を用いることで、面光源として機能する。
したがって、LEDに代表される点光源と異なり、指向性が少ない発光が得られる。例え
ば、照明3508とカメラ3506とを組み合わせて用いる場合、照明3508を点灯ま
たは点滅させて、カメラ3506により撮像することができる。照明3508としては、
面光源としての機能を有するため、自然光の下で撮影したような写真を撮影することがで
きる。
なお、図32(A)、(B)に示す多機能端末3500は、図27(A)乃至図27(
G)に示す電子機器と同様に、様々な機能を有することができる。
また、筐体3502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
)、マイクロフォン等を有することができる。また、多機能端末3500の内部に、ジャ
イロ、加速度センサ等の傾きを検出するセンサを有する検出装置を設けることで、多機能
端末3500の向き(縦か横か)を判断して、表示部3504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。
表示部3504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3
504に掌や指で触れ、掌紋、指紋等を撮像することで、本人認証を行うことができる。
また、表示部3504に近赤外光を発光するバックライト又は近赤外光を発光するセンシ
ング用光源を用いれば、指静脈、掌静脈などを撮像することもできる。なお、表示部35
04に本発明の一態様の発光装置を適用してもよい。
図32(C)は、防犯用のライト3600の斜視図を示している。ライト3600は、
筐体3602の外側に照明3608を有し、筐体3602には、スピーカ3610等が組
み込まれている。本発明の一態様の発光装置を照明3608に用いることができる。
ライト3600としては、例えば、照明3608を握持する、掴持する、または保持す
ることで発光することができる。また、筐体3602の内部には、ライト3600からの
発光方法を制御できる電子回路を備えていてもよい。該電子回路としては、例えば、1回
または間欠的に複数回、発光が可能なような回路としてもよいし、発光の電流値を制御す
ることで発光の光量が調整可能なような回路としてもよい。また、照明3608の発光と
同時に、スピーカ3610から大音量の警報音が出力されるような回路を組み込んでもよ
い。
ライト3600としては、あらゆる方向に発光することが可能なため、例えば、暴漢等
に向けて光、または光と音で威嚇することができる。また、ライト3600にデジタルス
チルカメラ等のカメラ、撮影機能を有する機能を備えてもよい。
図33は、発光素子を室内の照明装置8501として用いた例である。なお、発光素子
は大面積化も可能であるため、大面積の照明装置を形成することもできる。その他、曲面
を有する筐体を用いることで、発光領域が曲面を有する照明装置8502を形成すること
もできる。本実施の形態で示す発光素子は薄膜状であり、筐体のデザインの自由度が高い
。したがって、様々な意匠を凝らした照明装置を形成することができる。さらに、室内の
壁面に大型の照明装置8503を備えても良い。また、照明装置8501、8502、8
503に、タッチセンサを設けて、電源のオンまたはオフを行ってもよい。
また、発光素子をテーブルの表面側に用いることによりテーブルとしての機能を備えた
照明装置8504とすることができる。なお、その他の家具の一部に発光素子を用いるこ
とにより、家具としての機能を備えた照明装置とすることができる。
以上のようにして、本発明の一態様の発光装置を適用して照明装置及び電子機器を得る
ことができる。なお、適用できる照明装置及び電子機器は、本実施の形態に示したものに
限らず、あらゆる分野の照明装置および電子機器に適用することが可能である。
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2で構造式(108)として示した本発明の一態様の有機金
属錯体である、(OC-6-22)-トリス{5-シアノ-2-[4-(2,6-ジイソ
プロピルフェニル)-5-(2-メチルフェニル)-4H-1,2,4-トリアゾール-
3-イル-κN]フェニル-κC}イリジウム(III)(略称:fac-Ir(mp
CNptz-diPrp))の合成方法について説明する。fac-Ir(mpCNp
tz-diPrp)の構造を以下に示す。
≪ステップ1:N-4-シアノベンゾイル-N’-2-メチルベンゾイルヒドラジドの合
成≫
13g(89mmol)のo-トルイル酸ヒドラジドと、60mLのN-メチル-2-
ピロリジノン(NMP)と、を300mLの三口フラスコに加え、窒素気流下、氷浴で撹
拌した。この混合溶液に15g(91mmol)の4-シアノベンゾイルクロリドと30
mLのNMPとの混合溶液をゆっくり滴下し、16時間撹拌し反応させた。反応後、この
反応溶液を500mLの水にゆっくり加えると、固体が析出した。析出した固体を水と1
M塩酸で交互に2回ずつ超音波洗浄した。その後、エタノールで超音波洗浄を行い、20
gの白色固体を、収率82%で得た。得られた白色固体がN-4-シアノベンゾイル-N
’-2-メチルベンゾイルヒドラジドであることを、核磁気共鳴法(NMR)により確認
した。ステップ1の合成スキームを下記式(a-0)に示す。
≪ステップ2:N-クロロ-4-シアノフェニルメチリデン-N’-クロロ-2-メチル
フェニルメチリデンヒドラゾンの合成≫
ステップ1で合成した20g(73mmol)のN-4-シアノベンゾイル-N’-2
-メチルベンゾイルヒドラジドと、500mLのトルエンと、を1000mLの三口フラ
スコに入れた。この混合溶液に50g(240mmol)の五塩化リンを加え、窒素気流
下、120℃で7時間撹拌し反応させた。反応後、この反応溶液を300mLの水にゆっ
くりと加え、室温で30分撹拌した。この混合物の水層と有機層を分液し、水層をトルエ
ンで抽出した。得られた抽出溶液と有機層を合わせた混合物を400mLの1M水酸化カ
リウム水溶液にゆっくりと加え、室温で30分撹拌した。この混合物の水層と有機層を分
液し、水層をトルエンで抽出した。得られた抽出溶液と有機層を合わせて、飽和炭酸水素
ナトリウム水溶液、次いで飽和食塩水で洗浄した。洗浄後、有機層に無水硫酸マグネシウ
ムを加えて乾燥させ、得られた混合物を自然ろ過して、ろ液を得た。得られたろ液を濃縮
して油状物を得た。得られた油状物をシリカカラムクロマトグラフィーにより精製した。
展開溶媒には、トルエンを用いた。得られたフラクションを濃縮して、固体を得た。得ら
れた固体にヘキサンを加えて超音波を照射し、固体を吸引ろ過により濾取したところ、1
7gの黄色固体を、収率72%で得た。得られた黄色固体がN-クロロ-4-シアノフェ
ニルメチリデン-N’-クロロ-2-メチルフェニルメチリデンヒドラゾンであることを
、核磁気共鳴法(NMR)により確認した。ステップ2の合成スキームを下記式(b-0
)に示す。
≪ステップ3:5-(4-シアノフェニル)-4-(2,6-ジイソプロピルフェニル)
-3-(2-メチルフェニル)-4H-1,2,4-トリアゾール(略称:HmpCNp
tz-diPrp)の合成≫
ステップ2で合成したN-クロロ-4-シアノフェニルメチリデン-N’-クロロ-2
-メチルフェニルメチリデンヒドラゾンのうち4.7g(16mmol)と、17g(9
5mmol)の2,6-ジイソプロピルアニリンと、100mLのN,N-ジメチルアニ
リンと、を500mLの三口フラスコに入れ、窒素気流下、160℃で8時間撹拌し反応
させた。反応後、反応溶液を300mLの1M塩酸に入れ、1時間撹拌した。有機層と水
層を分液し、水層を酢酸エチルで抽出した。有機層と得られた抽出溶液とを合わせて、飽
和炭酸水素ナトリウム、及び飽和食塩水で洗浄し、有機層に無水硫酸マグネシウムを加え
て乾燥させた。得られた混合物を自然ろ過し、ろ液を濃縮して油状物を得た。得られた油
状物をシリカカラムクロマトグラフィーにより精製した。展開溶媒には、ヘキサン:酢酸
エチル=5:1の混合溶媒を用いた。得られたフラクションを濃縮して、固体を得た。得
られた固体に酢酸エチルを加えて超音波を照射し、吸引ろ過することで、4.7gの白色
固体を、収率35%で得た。得られた白色固体が5-(4-シアノフェニル)-4-(2
,6-ジイソプロピルフェニル)-3-(2-メチルフェニル)-4H-1,2,4-ト
リアゾール(略称:HmpCNptz-diPrp)であることを、核磁気共鳴法(NM
R)により確認した。ステップ3の合成スキームを下記式(c-0)に示す。
≪ステップ4:fac-Ir(mpCNptz-diPrp)の合成≫
ステップ3で合成した4.7g(11mmol)のHmpCNptz-diPrpと、
1.1g(2.2mmol)のトリス(アセチルアセトナト)イリジウム(III)とを
、三方コックを付けた反応容器に入れ、アルゴン気流下、250℃にて40時間撹拌した
。得られた反応混合物をジクロロメタンに加えてろ過し、不溶物を取り除いた。得られた
ろ液を濃縮し、固体を得た。得られた固体をシリカカラムクロマトグラフィーにより精製
した。展開溶媒はジクロロメタン:ヘキサン=4:1を用いた。得られたフラクションを
濃縮して、固体を得た。得られた固体は、fac体および、mer体の異性体混合物であ
ることを確認した。H-NMRによる異性体比はfac体:mer体=2:3の割合で
あることを確認した。異性体を分離するために、再度、シリカカラムクロマトグラフィー
により精製した。展開溶媒には、まずジクロロメタン:ヘキサン=1:1の混合溶媒を用
い、次いで、ジクロロメタン:ヘキサン=4:1を用い、mer体のフラクションがなく
なったことをシリカゲル薄層クロマトグラフィー(TLC)で確認した後、展開溶媒をジ
クロロメタンに変えた。得られたフラクションを濃縮して、固体を得た。得られた固体を
酢酸エチル/ヘキサンで再結晶し、0.31gの黄色固体を、収率10%で得た。得られ
た黄色固体のうち0.30gをトレインサブリメーション法により昇華精製した。圧力2
.6Pa、アルゴン流量5.0mL/minの条件で、320℃で24時間加熱して行っ
た。昇華精製後、0.21gの黄色固体を、回収率70%で得た。ステップ4の合成スキ
ームを下記式(d-0)に示す。
上記ステップ4で得られた黄色固体のプロトン(H)を核磁気共鳴法(NMR)によ
り測定した。以下に得られた値を示す。また、H-NMRチャートを図34に示す。こ
のことから、本合成例1において、上述の構造式(108)で表される本発明の一態様の
有機金属錯体である、fac-Ir(mpCNptz-diPrp)が得られたことが
わかった。
H-NMR δ(CDCl):0.72-0.79(m,27H),0.96(
d,9H),2.11-2.17(m,3H),2.25(s,9H),2.64-2.
69(m,3H),6.23(d,3H),6.80(d,3H),6.87-6.91
(m,6H),7.05(s,3H),7.18-7.29(m,12H),7.53(
t,3H)。
<fac-Ir(mpCNptz-diPrp)の特性>
続いて、fac-Ir(mpCNptz-diPrp)のジクロロメタン溶液(0.
0100mmol/L)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。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、該ジクロロメタン溶液を石英セルに入れ、室温
で測定を行った。また、発光スペクトルの測定には、絶対PL量子収率測定装置((株)
浜松ホトニクス製 C11347-01)を用い、グローブボックス((株)ブライト製
LABstarM13(1250/780))にて、窒素雰囲気下でジクロロメタン脱
酸素溶液を石英セルに入れ、密栓し、室温で測定を行った。得られた吸収スペクトル及び
発光スペクトルの測定結果を図35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。なお、図35に示す吸収スペクトルは、ジクロロメタン溶液を石英セルに入れて
測定した吸収スペクトルから、ジクロロメタンのみを石英セルに入れて測定した吸収スペ
クトルを差し引いた結果を示している。
図35に示す通り、fac-Ir(mpCNptz-diPrp)のジクロロメタン
溶液からは、513nm、及び550nmに発光ピークを有する緑色の発光が観測された
次に、本実施例で得られたfac-Ir(mpCNptz-diPrp)を液体クロ
マトグラフ質量分析(Liquid Chromatography Mass Spe
ctrometry(略称:LC/MS分析))によって質量(MS)分析した。
LC/MS分析は、LC(液体クロマトグラフィー)分離をウォーターズ社製Acqu
ity UPLCにより、MS分析(質量分析)をウォーターズ社製Xevo G2 T
of MSにより行った。LC分離で用いたカラムはAcquity UPLC BEH
C8(2.1×100mm 1.7μm)、カラム温度は40℃とした。移動相は移動
相Aをアセトニトリル、移動相Bを0.1%のギ酸水溶液とした。また、サンプルは任意
の濃度のfac-Ir(mpCNptz-diPrp)をクロロホルムに溶解し、アセ
トニトリルで希釈して調整し、注入量は5.0μLとした。
LC分離には移動相の組成を変化させるグラジエント法を用い、測定開始後0分から1
分までが、移動相A:移動相B=85:15、その後組成を変化させ、10分における移
動相Aと移動相Bとの比が移動相A:移動相B=95:5となるようにした。組成の変化
はリニアに変化させた。
MS分析では、エレクトロスプレーイオン化法(ElectroSpray Ioni
zation(略称:ESI))によるイオン化を行った。この時のキャピラリー電圧は
3.0kV、サンプルコーン電圧は30Vとし、検出はポジティブモードで行った。以上
の条件でイオン化されたm/z=1450.63の成分を衝突室(コリジョンセル)内で
アルゴンガスと衝突させてプロダクトイオンに解離させた。アルゴンを衝突させる際のエ
ネルギー(コリジョンエネルギー)は50eVとした。なお、測定する質量範囲はm/z
=100から2000とした。図36に、解離させたプロダクトイオンを飛行時間(TO
F)型MSで検出した結果を示す。
図36の結果から、fac-Ir(mpCNptz-diPrp)は、主としてm/
z=1031付近にプロダクトイオンが検出されることがわかった。なお、図36に示す
結果は、fac-Ir(mpCNptz-diPrp)に由来する特徴的な結果を示す
データであることから、混合物中に含まれるfac-Ir(mpCNptz-diPrp
を同定する上での重要なデータであるといえる。
なお、m/z=1031付近のプロダクトイオンは、fac-Ir(mpCNptz-
diPrp)から配位子であるHmpCNptz-diPrpが離脱した状態のカチオ
ンと推定され、fac-Ir(mpCNptz-diPrp)の特徴の一つである。
<合成例2>
本実施例では、実施の形態2で構造式(108)として示した本発明の一態様の有機金
属錯体である、(OC-6-21)-トリス{5-シアノ-2-[4-(2,6-ジイソ
プロピルフェニル)-5-(2-メチルフェニル)-4H-1,2,4-トリアゾール-
3-イル-κN]フェニル-κC}イリジウム(III)(略称:mer-Ir(mp
CNptz-diPrp))の合成方法について説明する。mer-Ir(mpCNp
tz-diPrp)の構造を以下に示す。
≪mer-Ir(mpCNptz-diPrp)の合成≫
実施例1の合成例1に記載の方法で合成したfac体および、mer体の異性体混合物
をシリカカラムクロマトグラフィーにより精製した。展開溶媒には、まずジクロロメタン
:ヘキサン=1:1の混合溶媒を用い、次いで、ジクロロメタン:ヘキサン=4:1を用
いた。得られたフラクションを濃縮して、固体を得た。得られた固体を酢酸エチル/ヘキ
サンで再結晶し、0.38gの黄色固体を、収率12%で得た。得られた黄色固体のうち
0.37gをトレインサブリメーション法により昇華精製した。圧力2.6Pa、アルゴ
ン流量5.0mL/minの条件で、305℃で42時間加熱して行った。昇華精製後、
0.25gの黄色固体を、回収率68%で得た。
上記ステップで得られた黄色固体のプロトン(H)を核磁気共鳴法(NMR)により
測定した。以下に得られた値を示す。また、H-NMRチャートを図37に示す。この
ことから、本合成例2において、構造式(108)で表される本発明の一態様の有機金属
錯体である、mer-Ir(mpCNptz-diPrp)が得られたことがわかった
H-NMR δ(CDCl):0.40(d,3H),0.63(t,6H),
0.72(d,3H),0.92-1.01(m,21H),1.07(d,3H),2
.14-2.19(m,1H),2.29(s,3H),2.38-2.54(m,9H
),2.60-2.66(m,2H),6.16-6.25(m,3H),6.77-6
.86(m,5H),6.92-6.99(m,4H),7.13(s,1H),7.2
0-7.30(m,11H),7.34-7.40(m,3H),7.48(t,1H)
,7.55-7.59(m,2H)。
<mer-Ir(mpCNptz-diPrp)の特性>
続いて、mer-Ir(mpCNptz-diPrp)のジクロロメタン溶液(0.
0100mmol/L)の吸収スペクトル及び発光スペクトルを測定した。吸収スペクト
ル及び発光スペクトルの測定方法は、実施例1と同様である。得られた吸収スペクトル及
び発光スペクトルの測定結果を図38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38に示す通り、mer-Ir(mpCNptz-diPrp)のジクロロメタン
溶液からは、518nm、及び556nmに発光ピークを有する緑色の発光が観測された
次に、本実施例で得られたmer-Ir(mpCNptz-diPrp)を液体クロ
マトグラフ質量分析(LC/MS分析)によって質量(MS)分析した。分析条件は実施
例1と同様である。得られた結果も実施例1と同様の結果であったため、本測定から立体
異性の帰属は困難であるが、フラグメンテーションの特徴は実施例1の化合物と同様であ
ることがわかった。
<合成例3>
本実施例では、実施の形態2で構造式(112)として示した本発明の一態様の有機金
属錯体である、トリス{2-[4-(4-シアノ-2,6-ジイソブチルフェニル)-5
-(2-メチルフェニル)-4H-1,2,4-トリアゾール-3-イル-κN]フェ
ニル-κC}イリジウム(III)(略称:Ir(mpptz-diBuCNp))の
合成方法について説明する。Ir(mpptz-diBuCNp)の構造を以下に示す
≪ステップ1:4-アミノ-3,5-ジイソブチルベンゾニトリルの合成≫
9.4g(50mmol)の4-アミノ-3,5-ジクロロベンゾニトリルと、26g
(253mmol)のイソブチルボロン酸と、54g(253mmol)のリン酸三カリ
ウムと、2.0g(4.8mmol)の2-ジシクロヘキシルホスフィノ-2’,6’-
ジメトキシビフェニル(S-phos)と、500mLのトルエンと、を1000mLの
三口フラスコに入れ、フラスコ内を窒素置換し、フラスコ内を減圧しながら撹拌し、この
混合物を脱気した。脱気後、0.88g(0.96mmol)のトリス(ジベンジリデン
アセトン)パラジウム(0)を加え、窒素気流下、130℃で8時間撹拌し反応させた。
得られた反応溶液にトルエンを加えて、セライト、酸化アルミニウム、セライトの順で積
層したろ過補助剤を通してろ過した。得られたろ液を濃縮し、油状物を得た。得られた油
状物をシリカカラムクロマトグラフィーにより精製した。展開溶媒には、トルエンを用い
た。得られたフラクションを濃縮して、10gの黄色油状物を、収率87%で得た。得ら
れた黄色油状物が4-アミノ-3,5-ジイソブチルベンゾニトリルであることを、核磁
気共鳴法(NMR)により確認した。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2:4-(4-シアノ-2,6-ジイソブチルフェニル)-3-(2-メチル
フェニル)-5-フェニル-4H-1,2,4-トリアゾール(略称:Hmpptz-d
iBuCNp)の合成≫
ステップ1で合成した4-アミノ-3,5-ジイソブチルベンゾニトリルを11g(4
8mmol)と、4.7g(16mmol)のN-(2-メチルフェニル)クロロメチリ
デン-N’-フェニルクロロメチリデンヒドラジンと、40mLのN,N-ジメチルアニ
リンと、を300mLの三口フラスコに入れ、窒素気流下、160℃で7時間撹拌し反応
させた。反応後、反応溶液を300mLの1M塩酸に入れ3時間撹拌した。有機層と水層
を分液し、水層を酢酸エチルで抽出した。有機層と得られた抽出溶液を合わせて、飽和炭
酸水素ナトリウム、及び飽和食塩水で洗浄し、有機層に無水硫酸マグネシウムを加えて乾
燥させた。得られた混合物を自然ろ過し、ろ液を濃縮して油状物を得た。得られた油状物
をシリカカラムクロマトグラフィーにより精製した。展開溶媒には、ヘキサン:酢酸エチ
ル=5:1の混合溶媒を用いた。得られたフラクションを濃縮して、固体を得た。得られ
た固体にヘキサンを加えて超音波を照射し、吸引ろ過することで、2.0gの白色固体を
、収率28%で得た。得られた白色固体がHmpptz-diBuCNpであることを、
核磁気共鳴法(NMR)により確認した。ステップ2の合成スキームを下記式(b-1)
に示す。
≪ステップ3:トリス{2-[4-(4-シアノ-2,6-ジイソブチルフェニル)-5
-(2-メチルフェニル)-4H-1,2,4-トリアゾール-3-イル-κN]フェ
ニル-κC}イリジウム(III)(略称:Ir(mpptz-diBuCNp))の
合成≫
ステップ2で合成した2.0g(4.5mmol)のHmpptz-diBuCNpと
、0.44g(0.89mmol)のトリス(アセチルアセトナト)イリジウム(III
)とを、三方コックを付けた反応容器に入れ、アルゴン気流下、250℃にて43時間撹
拌し反応させた。得られた反応混合物をジクロロメタンに加え、不溶物を取り除いた。得
られたろ液を濃縮し、固体を得た。得られた固体をシリカカラムクロマトグラフィーによ
り精製した。展開溶媒には、ジクロロメタンを用いた。得られたフラクションを濃縮して
、固体を得た。得られた固体を酢酸エチル/ヘキサンで再結晶し、0.32gの黄色固体
を、収率23%で得た。得られた黄色固体のうち0.31gをトレインサブリメーション
法により昇華精製した。圧力が2.6Pa、アルゴン流量が5.0mL/minの条件で
、310℃で19時間加熱して行った。昇華精製後、0.26gの黄色固体を、回収率8
4%で得た。ステップ3の合成スキームを下記式(c-1)に示す。
上記ステップ3で得られた黄色固体のプロトン(H)を核磁気共鳴法(NMR)によ
り測定した。以下に得られた値を示す。また、H-NMRチャートを図39に示す。こ
のことから、本合成例3において、上述の構造式(112)で表される本発明の一態様の
有機金属錯体である、Ir(mpptz-diBuCNp)が得られたことがわかった
H-NMR δ(CDCl):0.33(d,18H),0.92(d,18H)
,1.51-1.58(m,3H),1.80-1.88(m,6H),2.10-2.
15(m,6H),2.26-2.30(m,3H),2.55(s,9H),6.12
(d,3H),6.52(t,3H),6.56(d,3H),6.72(t,3H),
6.83(t,3H),6.97(d,3H),7.16(t,3H),7.23(d,
3H),7.38(s,3H),7.55(s,3H)。
<Ir(mpptz-diBuCNp)の特性>
続いて、Ir(mpptz-diBuCNp)のジクロロメタン溶液(0.0104
mmol/L)の吸収スペクトル及び発光スペクトルを測定した。吸収スペクトル及び発
光スペクトルの測定方法は、実施例1と同様である。得られた吸収スペクトル及び発光ス
ペクトルの測定結果を図40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40に示す通り、Ir(mpptz-diBuCNp)のジクロロメタン溶液から
は、502nmに発光ピークを有する青色の発光が観測された。
次に、本実施例で得られたIr(mpptz-diBuCNp)を液体クロマトグラ
フ質量分析(LC/MS分析)によって質量(MS)分析した。
LC/MS分析は、LC(液体クロマトグラフィー)分離をウォーターズ社製Acqu
ity UPLCにより、MS分析(質量分析)をウォーターズ社製Xevo G2 T
of MSにより行った。LC分離で用いたカラムはAcquity UPLC BEH
C8(2.1×100mm 1.7μm)、カラム温度は40℃とした。移動相は移動
相Aをアセトニトリル、移動相Bを0.1%のギ酸水溶液とした。また、サンプルは任意
の濃度のIr(mpptz-diBuCNp)をクロロホルムに溶解し、アセトニトリ
ルで希釈して調整し、注入量は5.0μLとした。
LC分離には移動相の組成を変化させるグラジエント法を用い、測定開始後0分から1
分までが、移動相A:移動相B=90:10、その後組成を変化させ、10分における移
動相Aと移動相Bとの比が移動相A:移動相B=95:5となるようにした。組成の変化
はリニアに変化させた。
MS分析では、エレクトロスプレーイオン化法(ESI)によるイオン化を行った。こ
の時のキャピラリー電圧は3.0kV、サンプルコーン電圧は30Vとし、検出はポジテ
ィブモードで行った。以上の条件でイオン化されたm/z=1534.73の成分を衝突
室(コリジョンセル)内でアルゴンガスと衝突させてプロダクトイオンに解離させた。ア
ルゴンを衝突させる際のエネルギー(コリジョンエネルギー)は50eVとした。なお、
測定する質量範囲はm/z=100から2000とした。図41に、解離させたプロダク
トイオンを飛行時間(TOF)型MSで検出した結果を示す。
図41の結果から、Ir(mpptz-diBuCNp)は、主としてm/z=10
87付近にプロダクトイオンが検出されることがわかった。なお、図41に示す結果は、
Ir(mpptz-diBuCNp)に由来する特徴的な結果を示すデータであること
から、混合物中に含まれるIr(mpptz-diBuCNp)を同定する上での重要
なデータであるといえる。
なお、m/z=1087付近のプロダクトイオンは、Ir(mpptz-diBuCN
p)から配位子であるHmpptz-diBuCNpが離脱した状態のカチオンと推定
され、Ir(mpptz-diBuCNp)の特徴の一つである。
本実施例では、本発明の一態様である発光素子(発光素子1、発光素子2)と比較発光
素子(比較発光素子1、比較発光素子2)の作製例を示す。本実施例で作製した発光素子
の断面模式図を図42に、素子構造の詳細を表1に、それぞれ示す。また、使用した化合
物の構造と略称を以下に示す。なお、他の化合物については、実施例3を参酌すればよい
<発光素子の作製>
≪発光素子1の作製≫
基板200上に電極101として、ITSO膜を厚さが70nmになるように形成した
。なお、電極101の電極面積は、4mm(2mm×2mm)とした。
次に、電極101上に正孔注入層111として、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(MoO)と、を重量比(DBT3P-II:MoO)が1:0.5になる
ように、且つ厚さが20nmになるように共蒸着した。
次に、正孔注入層111上に正孔輸送層112として、3,3’-ビス(9-フェニル
-9H-カルバゾール)(略称:PCCP)を厚さが20nmになるように蒸着した。
次に、正孔輸送層112上に発光層160として、3,5-ビス[3-(9H-カルバ
ゾール-9-イル)フェニル]ピリジン(略称:35DCzPPy)と、PCCPと、I
r(mpptz-diBuCNp)と、を重量比(35DCzPPy:PCCP:Ir
(mpptz-diBuCNp))が0.65:0.65:0.06になるように、且
つ厚さが30nmになるように共蒸着し、続いて、35DCzPPyとIr(mpptz
-diBuCNp)と、を重量比(35DCzPPy:Ir(mpptz-diBuC
Np))が1:0.06になるように、且つ厚さが10nmになるように共蒸着した。
なお、発光層160において、35DCzPPyが第1の有機化合物であり、PCCPが
第2の有機化合物であり、Ir(mpptz-diBuCNp)がゲスト材料(燐光性
化合物)である。
次に、発光層160上に、電子輸送層118として、35DCzPPyを厚さが10n
mになるよう、及びバソフェナントロリン(略称:BPhen)を厚さが15nmとにな
るよう、順次蒸着した。次に、電子輸送層118上に、電子注入層119として、フッ化
リチウム(LiF)を厚さが1nmになるように蒸着した。
次に、電子注入層119上に、電極102として、アルミニウム(Al)を厚さが20
0nmになるように形成した。
次に、窒素雰囲気のグローブボックス内において、有機EL用シール材を用いて封止す
るための基板220を、有機材料を形成した基板200に固定することで、発光素子1を
封止した。具体的には、基板200に形成した有機材料の周囲にシール材を塗布し、該基
板200と基板220とを貼り合わせ、波長が365nmの紫外光を6J/cm照射し
、80℃にて1時間熱処理した。以上の工程により発光素子1を得た。
≪発光素子2の作製≫
発光素子2は、先に示す発光素子1と、発光層160の形成工程のみ異なり、それ以外
の工程は発光素子1と同様の作製方法とした。
発光素子2の発光層160として、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)と、PCCPと、Ir(mp
ptz-diBuCNp)とを重量比(4,6mCzP2Pm:PCCP:Ir(mp
ptz-diBuCNp))が0.4:0.6:0.06になるように、且つ厚さが3
0nmになるように共蒸着し、続いて、重量比(4,6mCzP2Pm:PCCP:Ir
(mpptz-diBuCNp))が0.8:0.2:0.06になるように、且つ厚
さが10nmになるように共蒸着した。なお、発光層160において、4,6mCzP2
Pmが第1の有機化合物であり、PCCPが第2の有機化合物であり、Ir(mpptz
-diBuCNp)がゲスト材料(燐光性化合物)である。
≪比較発光素子1の作製≫
比較発光素子1は、先に示す発光素子1の作製と、発光層160の形成工程のみ異なり
、それ以外の工程は発光素子1と同様の作製方法とした。
比較発光素子1の発光層160として、35DCzPPyと、PCCPと、トリス{2
-[5-(2-メチルフェニル)-4-(2,6-ジイソプロピルフェニル)-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-diPrp))と、を重量比(35DCzPPy:PCCP
:Ir(mpptz-diPrp))が0.3:1:0.06になるように、且つ厚さ
が30nmになるように共蒸着し、続いて、35DCzPPyとIr(mpptz-di
Prp)と、を重量比(35DCzPPy:Ir(mpptz-diPrp))が1
:0.06になるように、且つ厚さが10nmになるように共蒸着した。なお、発光層1
60において、35DCzPPyが第1の有機化合物であり、PCCPが第2の有機化合
物であり、Ir(mpptz-diPrp)がゲスト材料(燐光性化合物)である。
≪比較発光素子2の作製≫
基板200上に電極101として、ITSO膜を厚さが110nmになるように形成し
た。なお、電極101の電極面積は、4mm(2mm×2mm)とした。
次に、電極101上に正孔注入層111として、DBT3P-IIと、MoOとを重
量比(DBT3P-II:MoO)が1:0.5になるように、且つ厚さが20nmに
なるように共蒸着した。次に、正孔注入層111上に正孔輸送層112として、PCCP
を厚さが20nmになるように蒸着した。
次に、正孔輸送層112上に発光層160として、4,6mCzP2Pmと、PCCP
と、Ir(mpptz-diPrp)と、を重量比(4,6mCzP2Pm:PCCP
:Ir(mpptz-diPrp))が0.5:0.5:0.05になるように、且つ
厚さが30nmになるように共蒸着し、続いて、重量比(4,6mCzP2Pm:PCC
P:Ir(mpptz-diPrp))が0.8:0.2:0.05になるように、且
つ厚さが10nmになるように共蒸着した。なお、発光層160において、4,6mCz
P2Pmが第1の有機化合物であり、PCCPが第2の有機化合物であり、Ir(mpp
tz-diPrp)がゲスト材料(燐光性化合物)である。
次に、発光層160上に電子輸送層118として、4,6mCzP2Pmを厚さが20
nmになるよう、及びBPhenを厚さが10nmになるよう、順次蒸着した。次に、電
子輸送層118上に、電子注入層119として、LiFを厚さが1nmになるよう蒸着し
た。
次に電子注入層119上に電極102として、アルミニウム(Al)を、厚さが200
nmになるように形成した。
次に、窒素雰囲気のグローブボックス内において、有機EL用シール材を用いて封止す
るための基板220を、有機材料を形成した基板200に固定することで、比較発光素子
2を封止した。なお、具体的な方法は、発光素子1と同様である。以上の工程により比較
発光素子2を得た。
<ホスト材料の発光スペクトル>
ここで、上記作製した発光素子(発光素子1、発光素子2、比較発光素子1及び比較発
光素子2)のホスト材料(第1の有機化合物および第2の有機化合物)として用いた、P
CCP単体、35DCzPPy単体、及び4,6mCzP2Pm単体の薄膜の発光スペク
トルを測定した結果と、35DCzPPyとPCCPの混合薄膜、及び4,6mCzP2
PmとPCCPの混合薄膜の発光スペクトルを測定した結果を図43(A)(B)に示す
上記の発光スペクトルを測定するため、石英基板上に真空蒸着法により薄膜サンプルを
作製した。また、発光スペクトルの測定にはPL-EL測定装置(浜松ホトニクス社製)
を用い、室温(23℃に保たれた雰囲気)で測定を行った。なお、薄膜の膜厚は50nm
とした。また、混合薄膜における2種類の化合物の混合比(第1の有機化合物:第2の有
機化合物)は1:1とした。
図43(A)に示すように、35DCzPPy単体及びPCCP単体の発光スペクトル
のピーク波長は、それぞれ377nm及び412nmであり非常に短波長なピーク波長を
有する発光スペクトルを示した。また、35DCzPPyとPCCPとの混合薄膜の発光
スペクトルは、ピーク波長が414nmであり、PCCP単体の発光スペクトルと同程度
の発光スペクトルを示した。そのため、35DCzPPyとPCCPとは、励起錯体を形
成しない組み合わせであるといえる。
また、図43(B)に示すように、4,6mCzP2PmとPCCPとの混合薄膜の発
光スペクトルはピーク波長が501nmであり、ピーク波長が440nmである4,6m
CzP2Pm単体、及びピーク波長が412nmであるPCCP単体の発光スペクトルと
互いに異なる発光スペクトルを示す結果が得られた。後に示すように、4,6mCzP2
PmのLUMO準位は、PCCPのLUMO準位より低く、PCCPのHOMO準位は、
4,6mCzP2PmのHOMO準位より高い。また、4,6mCzP2PmとPCCP
との混合薄膜の発光は、4,6mCzP2PmのLUMO準位と、PCCPのHOMO準
位と、のエネルギー差に概ね相当するエネルギーを有し、該混合薄膜が呈する発光が、4
,6mCzP2Pm単体及びPCCP単体の発光より長波長(低エネルギー)であること
から、該混合薄膜の発光は、両化合物が形成する励起錯体からの発光であるといえる。す
なわち、4,6mCzP2PmとPCCPとは、互いに励起錯体を形成する組み合わせの
有機化合物であり、4,6mCzP2PmとPCCPとをホスト材料として有することで
、ExTETを利用する発光素子を作製することができる。
また、図40に示したように、Ir(mpptz-diBuCNp)の吸収スペクト
ルにおける最も低エネルギー側(長波長側)の吸収帯は450nm付近であり、4,6m
CzP2PmとPCCPとで形成する励起錯体が呈する発光スペクトルと重なる領域を有
している。したがって、4,6mCzP2PmおよびPCCPをホスト材料として有する
発光素子は、効果的にゲスト材料へ励起エネルギーを移動することができる。
上記のように、発光素子1及び比較発光素子1は、ホスト材料が励起錯体を形成しない
発光素子である。一方、発光素子2及び比較発光素子2は、第1の有機化合物である4,
6mCzP2Pmと、第2の有機化合物であるPCCPとが励起錯体を形成する組み合わ
せのホスト材料を有する発光素子である。
次に、ホスト材料として用いた第1の有機化合物(4,6mCzP2Pm)及び第2の
有機化合物(PCCP)の三重項励起エネルギー準位(T1準位)を測定した。
三重項励起エネルギー準位の測定は、各化合物の薄膜サンプルについて燐光発光測定を
行うことにより測定した。測定には、顕微PL装置 LabRAM HR-PL((株)
堀場製作所)を用い、測定温度は10K、励起光としてHe-Cdレーザ(325nm)
を用い、検出器にはCCD検出器を用いた。測定から得られた燐光スペクトルにおける最
も短波長側のピークより、三重項励起エネルギー準位(T1準位)を求めた。
第1の有機化合物(4,6mCzP2Pm)及び第2の有機化合物(PCCP)の燐光
発光スペクトルの最も短波長側のピークの波長は、それぞれ459nm、467nmであ
り、三重項励起エネルギー準位(T1準位)は、それぞれ2.70eV、2.66eVと
導出することができた。
また、4,6mCzP2PmおよびPCCPの燐光発光スペクトルの最も短波長側のピ
ーク波長は、図43(B)で示した4,6mCzP2PmとPCCPとで形成する励起錯
体の発光スペクトルの最も短波長側のピーク波長より、それぞれ短波長である。なお、励
起錯体は、一重項励起エネルギー準位(S1準位)と三重項励起エネルギー準位(T1準
位)とのエネルギー差が小さいという特徴を有するため、励起錯体の三重項励起エネルギ
ー準位(T1準位)は、発光スペクトルの最も短波長側のピーク波長から導出することが
できる。すなわち、第1の有機化合物(4,6mCzP2Pm)及び第2の有機化合物(
PCCP)の三重項励起エネルギー準位(T1準位)は、励起錯体の三重項励起エネルギ
ー準位(T1準位)より高いと言える。
また、後に示すように、吸収スペクトルの吸収端から導出されたゲスト材料の遷移エネ
ルギーより、4,6mCzP2Pm及びPCCPの三重項励起エネルギー準位(T1準位
)は高い。
したがって、本実施例でホスト材料として用いた第1の有機化合物(4,6mCzP2
Pm)及び第2の有機化合物(PCCP)は、ホスト材料として十分な三重項励起エネル
ギー準位(T1準位)を有する。
<発光素子の特性>
作製した発光素子1、発光素子2、比較発光素子1及び比較発光素子2の電流効率-輝
度特性を図44に示す。また、輝度-電圧特性を図45に示す。また、外部量子効率-輝
度特性を図46に示す。また、電力効率-輝度特性を図47に示す。なお、各発光素子の
測定は室温(23℃に保たれた雰囲気)で行った。
また、1000cd/m付近における、発光素子1、発光素子2、比較発光素子1及
び比較発光素子2の素子特性を表2に示す。
また、発光素子1及び比較発光素子1にそれぞれ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48(A)に示し、発光素子2及び比較発光素子2にそ
れぞれ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48(B)
に示す。
図44乃至図47、及び表2で示すように、発光素子1は、比較発光素子1と比べて、
高い発光効率(電流効率および外部量子効率)を示した。また、発光素子1の外部量子効
率の最大値は35%と極めて優れた値を示した。また、図48(A)に示すように、発光
素子1の電界発光スペクトルのピーク波長は487nmであり、半値全幅が65nmであ
る、青色の発光を示した。すなわち、シアノ基を含むアリール基を配位子に有するイリジ
ウム錯体をゲスト材料として用いることで、高い発光効率を呈する青色の発光素子を作製
できる。
また、図44乃至図47、及び表2で示すように、発光素子2は、比較発光素子2と比
べて、高い電流効率を示した。また、発光素子2の外部量子効率の最大値は35%と極め
て優れた値を示した。また、発光素子2は、発光素子1、比較発光素子1、及び比較発光
素子2と比べて、低い駆動電圧で駆動した。そのため、発光素子2は優れた電力効率を示
した。
また、図48(B)に示すように、発光素子2の電界発光スペクトルのピーク波長は4
87nmであり、半値全幅が65nmである、青色の発光を示した。一方、比較発光素子
2の電界発光スペクトルのピーク波長は517nmであり、半値全幅が108nmと広い
結果となった。比較発光素子2の電界発光スペクトルは、ゲスト材料が同じ比較発光素子
1の電界発光スペクトルと大きく異なる結果となった。
<CV測定結果>
ここで、上記発光素子のホスト材料(第1の有機化合物および第2の有機化合物)、及
びゲスト材料に用いた化合物の電気化学的特性(酸化反応特性および還元反応特性)をサ
イクリックボルタンメトリ(CV)測定によって測定した。なお測定には、電気化学アナ
ライザー(ビー・エー・エス(株)製、型番:ALSモデル600Aまたは600C)を
用いた。測定では、参照電極に対する作用電極の電位を適切な範囲で変化させて各々酸化
ピーク電位、還元電位ピーク電位を得た。また、参照電極のレドックスポテンシャルが-
4.94eVであることが見積もられているため、この数値と得られたピーク電位から、
各化合物のHOMO準位およびLUMO準位を算出した。
ホスト材料(PCCP、35DCzPPy、及び4,6mCzP2Pm)については、
ホスト材料をN,N-ジメチルホルムアミド(略称:DMF)に溶解させた溶液を用いて
酸化反応特性および還元反応特性を測定した。なお、一般に有機EL素子に用いられる有
機化合物の屈折率は1.7から1.8程度であり、その比誘電率は3程度であるため、極
性の高い溶媒であるDMF(比誘電率が38)を用いて、シアノ基のような極性の高い(
特に電子吸引性の高い)置換基を有する化合物の酸化反応特性を測定すると、正確さに欠
ける場合がある。したがって、本実施例においては、極性の低いクロロホルム(比誘電率
が4.8)にゲスト材料(Ir(mpptz-diBuCNp)及びIr(mpptz
-diPrp))を溶解させた溶液を用いて酸化反応特性を測定した。また、ゲスト材
料の還元反応特性は、ゲスト材料をDMFに溶解させた溶液を用いて測定した。
CV測定より得られた酸化電位および還元電位、及びCV測定の結果より算出した各化
合物のHOMO準位およびLUMO準位を、表3に示す。
表3に示すように、発光素子2においては、第1の有機化合物(4,6mCzP2Pm
)の還元電位は、第2の有機化合物(PCCP)の還元電位より高く、第1の有機化合物
(4,6mCzP2Pm)の酸化電位は、第2の有機化合物(PCCP)の酸化電位より
高い。また、第1の有機化合物(4,6mCzP2Pm)のLUMO準位は、第2の有機
化合物(PCCP)のLUMO準位より低く、第1の有機化合物(4,6mCzP2Pm
)のHOMO準位は、第2の有機化合物(PCCP)のHOMO準位より低い。そのため
、一対の電極から注入されたキャリア(電子および正孔)が、効率よくホスト材料である
第1の有機化合物(4,6mCzP2Pm)と第2の有機化合物(PCCP)にそれぞれ
注入され、第1の有機化合物(4,6mCzP2Pm)と第2の有機化合物(PCCP)
とが励起錯体を形成することができる。したがって、発光素子2は、高い発光効率と低い
駆動電圧を両立した優れた特性を示している。
比較発光素子2においては、ゲスト材料(Ir(mpptz-diPrp))のLU
MO準位は、第1の有機化合物(4,6mCzP2Pm)のLUMO準位より高いが、ゲ
スト材料(Ir(mpptz-diPrp))のHOMO準位は、第2の有機化合物(
PCCP)のHOMO準位より0.3eV以上高い。そのため、ゲスト材料(Ir(mp
ptz-diPrp))と第1の有機化合物(4,6mCzP2Pm)とで励起錯体を
形成してしまう可能性がある。
実際、図48(B)に示したように、比較発光素子2の電界発光スペクトルは、半値全
幅が108nmと広く、ゲスト材料が同じ比較発光素子1の電界発光スペクトルと大きく
異なる発光スペクトルを示す結果となった。このことから、比較発光素子2においては、
ゲスト材料(Ir(mpptz-diPrp))と第1の有機化合物(4,6mCzP
2Pm)とで励起錯体を形成しており、その結果、電界発光スペクトルが長波長になった
といえる。また、比較発光素子2は、電流効率および外部量子効率が十分に高い値となっ
ていないのも同様の理由である。
<ゲスト材料の吸収スペクトル>
次に、上記発光素子に用いたゲスト材料であるIr(mpptz-diPrp)の吸
収スペクトルの測定結果を図49に示す。なお、Ir(mpptz-diBuCNp)
の吸収スペクトルは、実施例3の図40で示している。
吸収スペクトルを測定するため、Ir(mpptz-diPrp)を溶解させたジク
ロロメタン溶液を作製し、石英セルを用いて吸収スペクトルを測定した。吸収スペクトル
の測定には紫外可視分光光度計(日本分光株式会社製、V550型)を用いた。測定した
サンプルのスペクトルから石英セルの吸収スペクトルを差し引いた。
次に、測定した吸収スペクトルのデータより、吸収端を求め、直接遷移を仮定した遷移
エネルギーを見積もった。その結果、Ir(mpptz-diBuCNp)の吸収端は
478nmであり、遷移エネルギーは2.59eVと算出された。また、Ir(mppt
z-diPrp)の吸収端は471nmであり、遷移エネルギーは2.63eVと算出
された。
一方、表3に示したCV測定の結果より算出されたLUMO準位とHOMO準位とのエ
ネルギー差については、Ir(mpptz-diBuCNp)は2.91eVであり、
Ir(mpptz-diPrp)は3.28eVであった。
したがって、Ir(mpptz-diBuCNp)及びIr(mpptz-diPr
p)においては、LUMO準位とHOMO準位とのエネルギー差が、吸収端から算出さ
れる遷移エネルギーより、0.32eV及び0.65eV大きい結果であった。
また、Ir(mpptz-diBuCNp)及びIr(mpptz-diPrp)
の発光エネルギーは、図48(A)に示した発光素子1及び比較発光素子1の電界発光ス
ペクトルの最も短波長側のピーク波長がそれぞれ、487nm、477nmであったこと
から、それぞれ2.55eV、2.60eVと算出された。
したがって、Ir(mpptz-diBuCNp)及びIr(mpptz-diPr
p)においては、LUMO準位とHOMO準位とのエネルギー差が、発光エネルギーよ
り、0.36eV及び0.68eV大きい結果であった。
すなわち、上記発光素子に用いたゲスト材料においては、LUMO準位とHOMO準位
とのエネルギー差が、吸収端から算出される遷移エネルギーより0.3eV以上大きい。
また、LUMO準位とHOMO準位とのエネルギー差が、発光エネルギーより0.3eV
以上大きい。そのため、一対の電極から注入されたキャリアが、該ゲスト材料において直
接再結合する場合には、LUMO準位とHOMO準位とのエネルギー差に相当する大きな
エネルギーが必要となり、高い電圧が必要となる。
しかしながら、本発明の一態様の発光素子においては、ゲスト材料においてキャリアが
直接再結合することなく、励起錯体からのエネルギー移動によってゲスト材料を励起する
ことが可能であるため、駆動電圧を低減することができる。したがって、本発明の一態様
の発光素子は消費電力を低減することができる。
なお、発光素子2におけるホスト材料である第1の有機化合物(4,6mCzP2Pm
)のLUMO準位と、第2の有機化合物(PCCP)のHOMO準位とのエネルギー差は
、表3より2.75eVと算出された。すなわち、発光素子2のホスト材料である励起錯
体のLUMO準位とHOMO準位とのエネルギー差に相当するエネルギーは、ゲスト材料
(Ir(mpptz-diBuCNp))のLUMO準位とHOMO準位とのエネルギ
ー差(2.91eV)より小さく、吸収端から算出される遷移エネルギー(2.59eV
)より大きい。したがって、発光素子2においては、励起錯体を経由してゲスト材料を励
起させることが可能であるため、駆動電圧を低減することができる。したがって、本発明
の一態様の発光素子は消費電力を低減することができる。
<信頼性試験結果>
次に、上記発光素子の信頼性試験の測定結果を図50に示す。なお、信頼性試験は、各
発光素子(発光素子1、発光素子2、及び比較発光素子1)の初期輝度を2000cd/
に設定し、電流密度を一定の条件で各発光素子を連続駆動させた。
その結果、発光素子1、発光素子2、及び比較発光素子1において、初期輝度の90%
に劣化した時間(LT90)はそれぞれ、54時間、160時間、40時間であり、発光
素子2は特に優れた信頼性を示す結果が得られた。
すなわち、発光素子2のように、第1の有機化合物のLUMO準位が、第2の有機化合
物のLUMO準位より低く、第1の有機化合物のHOMO準位が、第2の有機化合物のH
OMO準位より低く、第1の有機化合物と第2の有機化合物とが励起錯体を形成する組み
合わせであり、ゲスト材料に、シアノ基を含むイリジウム錯体を用いる、ことで、高い発
光効率と低い駆動電圧を両立し、且つ優れた信頼性を有する青色発光を呈する発光素子を
提供することができる。
以上、本発明の一態様の構成を用いることで、発光効率が高い発光素子を提供すること
ができる。また、消費電力が低減された発光素子を提供することができる。また、信頼性
の優れた発光素子を提供することができる。また、発光効率が高く、信頼性の優れた、青
色の発光を呈する発光素子を提供することができる。
本実施例に示す構成は、他の実施例及び実施の形態と適宜組み合わせて用いることがで
きる。
本実施例では、本発明の一態様である発光素子(発光素子3及び発光素子4)の作製例
を示す。本実施例で作製する発光素子の断面模式図は図42を参酌すればよい。また、素
子構造の詳細を表4に示す。また、使用した化合物の構造と略称については、先の実施例
を参酌すればよい。
<発光素子の作製>
≪発光素子3の作製≫
基板200上に電極101として、ITSO膜を厚さが110nmになるように形成し
た。なお、電極101の電極面積は、4mm(2mm×2mm)とした。
次に、電極101上に正孔注入層111として、DBT3P-IIと、MoOと、を
重量比(DBT3P-II:MoO)が1:0.5になるように、且つ厚さが20nm
になるように共蒸着した。
次に、正孔注入層111上に正孔輸送層112として、PCCPを厚さが20nmにな
るように蒸着した。
次に、正孔輸送層112上に発光層160として、4,6mCzP2Pmと、PCCP
と、fac-Ir(mpCNptz-diPrp)と、を重量比(4,6mCzP2P
m:PCCP:fac-Ir(mpCNptz-diPrp))が0.5:0.5:0
.05になるように、且つ厚さが20nmになるように共蒸着し、続いて、4,6mCz
P2Pmと、PCCPと、fac-Ir(mpCNptz-diPrp))と、を重量
比(4,6mCzP2Pm:PCCP:fac-Ir(mpCNptz-diPrp)
)が0.8:0.2:0.05になるように、且つ厚さが20nmになるように共蒸着し
た。なお、発光層160において、4,6mCzP2Pmが第1の有機化合物であり、P
CCPが第2の有機化合物であり、fac-Ir(mpCNptz-diPrp)がゲ
スト材料(燐光性化合物)である。
次に、発光層160上に、電子輸送層118として、4,6mCzP2Pmを厚さが2
0nmになるよう、及びBPhenを厚さが10nmになるよう、順次蒸着した。次に、
電子輸送層118上に、電子注入層119として、フッ化リチウム(LiF)を厚さが1
nmになるように蒸着した。
次に、電子注入層119上に、電極102として、アルミニウム(Al)を厚さが20
0nmになるように形成した。
次に、窒素雰囲気のグローブボックス内において、有機EL用シール材を用いて封止す
るための基板220を、有機材料を形成した基板200に固定することで、発光素子3を
封止した。なお、具体的な方法は、発光素子1と同様である。以上の工程により発光素子
3を得た。
≪発光素子4の作製≫
発光素子4は、先に示す発光素子3と、発光層160の形成工程のみ異なり、それ以外
の工程は発光素子3と同様の作製方法とした。
発光素子4の発光層160として、4,6mCzP2Pmと、PCCPと、mer-I
r(mpCNptz-diPrp)と、を重量比(4,6mCzP2Pm:PCCP:
mer-Ir(mpCNptz-diPrp))が0.5:0.5:0.05になるよ
うに、且つ厚さが20nmになるように共蒸着し、続いて、4,6mCzP2Pmと、P
CCPと、mer-Ir(mpCNptz-diPrp)と、を重量比(4,6mCz
P2Pm:PCCP:mer-Ir(mpCNptz-diPrp))が0.8:0.
2:0.05になるように、且つ厚さが20nmになるように共蒸着した。なお、発光層
160において、4,6mCzP2Pmが第1の有機化合物であり、PCCPが第2の有
機化合物であり、mer-Ir(mpCNptz-diPrp)がゲスト材料(燐光性
化合物)である。すなわち、発光素子4は、発光素子3とゲスト材料のみ異なる発光素子
である。
<発光素子の特性>
作製した発光素子3及び発光素子4の電流効率-輝度特性を図51に示す。また、輝度
-電圧特性を図52に示す。また、外部量子効率-輝度特性を図53に示す。また、電力
効率-輝度特性を図54に示す。なお、図51乃至図54においては、実施例4で作製し
た比較発光素子2の特性も併せて表示した。また、各発光素子の測定は室温(23℃に保
たれた雰囲気)で行った。
また、1000cd/m付近における、発光素子3及び発光素子4の素子特性を表5
に示す。
また、発光素子3及び発光素子4にそれぞれ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55に示す。
図51乃至図54、及び表5で示すように、発光素子3及び発光素子4は、比較発光素
子2と比べて、高い発光効率(電流効率および外部量子効率)を示した。また、発光素子
3及び発光素子4の外部量子効率の最大値はそれぞれ25%、及び24%と良好な値を示
した。また、発光素子3及び発光素子4は、比較発光素子2と比べて、低い駆動電圧で駆
動した。そのため、発光素子3及び発光素子4は優れた電力効率を示した。また、図55
に示すように、発光素子3及び発光素子4の電界発光スペクトルのピーク波長はそれぞれ
、509nm、及び511nmであり、緑色の発光を示した。すなわち、配位子にシアノ
基を含むアリール基を有するイリジウム錯体をゲスト材料として用いることで、高い発光
効率を呈する緑色の発光素子を作製できる。
<CV測定結果>
ここで、上記発光素子のゲスト材料の電気化学的特性をCV測定によって測定した。な
お、測定方法は、実施例4と同様である。すなわち、ゲスト材料(fac-Ir(mpC
Nptz-diPrp)及びmer-Ir(mpCNptz-diPrp))の酸化
反応特性は、クロロホルムにゲスト材料を溶解させた溶液を用いて測定し、還元反応特性
は、DMFにゲスト材料を溶解させた溶液を用いて測定した。
CV測定より得られた酸化電位および還元電位、及びCV測定の結果より算出した各化
合物のHOMO準位およびLUMO準位を、表6に示す。
表6及び実施例4の表3に示したCV測定の結果より、発光素子3及び発光素子4にお
いては、第1の有機化合物(4,6mCzP2Pm)の還元電位は、第2の有機化合物(
PCCP)の還元電位より高く、第1の有機化合物(4,6mCzP2Pm)の酸化電位
は、第2の有機化合物(PCCP)の酸化電位より高く、ゲスト材料(fac-Ir(m
pCNptz-diPrp)及びmer-Ir(mpCNptz-diPrp))の
還元電位は、第1の有機化合物(4,6mCzP2Pm)の還元電位より低く、ゲスト材
料(fac-Ir(mpCNptz-diPrp)及びmer-Ir(mpCNptz
-diPrp))の酸化電位は、第2の有機化合物(PCCP)の酸化電位より高い。
また、第1の有機化合物(4,6mCzP2Pm)のLUMO準位は、第2の有機化合物
(PCCP)のLUMO準位より低く、第1の有機化合物(4,6mCzP2Pm)のH
OMO準位は、第2の有機化合物(PCCP)のHOMO準位より低く、ゲスト材料(f
ac-Ir(mpCNptz-diPrp)及びmer-Ir(mpCNptz-di
Prp))のLUMO準位は、第1の有機化合物(4,6mCzP2Pm)のLUMO
準位より高く、ゲスト材料(fac-Ir(mpCNptz-diPrp)及びmer
-Ir(mpCNptz-diPrp))のHOMO準位は、第2の有機化合物(PC
CP)のHOMO準位より低い。そのため、一対の電極から注入されたキャリア(電子お
よび正孔)が、効率よくホスト材料である第1の有機化合物(4,6mCzP2Pm)と
第2の有機化合物(PCCP)にそれぞれ注入され、第1の有機化合物(4,6mCzP
2Pm)と第2の有機化合物(PCCP)とが励起錯体を形成することができる。したが
って、発光素子3及び発光素子4は、高い発光効率と低い駆動電圧を両立した優れた特性
を示している。
<ゲスト材料の吸収スペクトル>
次に、上記発光素子に用いたゲスト材料の吸収スペクトルの測定結果より、吸収端を求
め、直接遷移を仮定した遷移エネルギーを見積もった。なお、fac-Ir(mpCNp
tz-diPrp)、及びmer-Ir(mpCNptz-diPrp)の吸収スペ
クトルは、先の実施例の図35及び図38で示している。
その結果、fac-Ir(mpCNptz-diPrp)の吸収端は513nmであ
り、遷移エネルギーは2.42eVと算出された。また、mer-Ir(mpCNptz
-diPrp)の吸収端は516nmであり、遷移エネルギーは2.40eVと算出さ
れた。
一方、表6に示したCV測定の結果より算出されたLUMO準位とHOMO準位とのエ
ネルギー差については、fac-Ir(mpCNptz-diPrp)は3.21eV
であり、mer-Ir(mpCNptz-diPrp)は3.15eVであった。
したがって、fac-Ir(mpCNptz-diPrp)及びmer-Ir(mp
CNptz-diPrp)においては、LUMO準位とHOMO準位とのエネルギー差
が、吸収端から算出される遷移エネルギーより、それぞれ0.79eV及び0.75eV
大きい結果であった。
また、fac-Ir(mpCNptz-diPrp)及びmer-Ir(mpCNp
tz-diPrp)の発光エネルギーは、図55に示した発光素子3及び発光素子4の
電界発光スペクトルの最も短波長側のピーク波長がそれぞれ、509nm、511nmで
あったことから、それぞれ2.44eV、2.43eVと算出された。
したがって、fac-Ir(mpCNptz-diPrp)及びmer-Ir(mp
CNptz-diPrp)においては、LUMO準位とHOMO準位とのエネルギー差
が、発光エネルギーより、それぞれ0.77eV及び0.72eV大きい結果であった。
すなわち、上記発光素子に用いたゲスト材料においては、LUMO準位とHOMO準位
とのエネルギー差が、吸収端から算出される遷移エネルギーより0.4eV以上大きい。
また、LUMO準位とHOMO準位とのエネルギー差が、発光エネルギーより0.4eV
以上大きい。そのため、一対の電極から注入されたキャリアが、該ゲスト材料において直
接再結合する場合には、LUMO準位とHOMO準位とのエネルギー差に相当する大きな
エネルギーが必要となり、高い電圧が必要となる。
しかしながら、本発明の一態様の発光素子においては、ゲスト材料においてキャリアが
直接再結合することなく、励起錯体からのエネルギー移動によってゲスト材料を励起する
ことが可能であるため、駆動電圧を低減することができる。したがって、本発明の一態様
の発光素子は消費電力を低減することができる。
なお、発光素子3及び発光素子4におけるホスト材料である第1の有機化合物(4,6
mCzP2Pm)のLUMO準位と、第2の有機化合物(PCCP)のHOMO準位との
エネルギー差は、実施例4で示した表3より2.75eVと算出された。すなわち、発光
素子3及び発光素子4のホスト材料である励起錯体のLUMO準位とHOMO準位とのエ
ネルギー差に相当するエネルギーは、ゲスト材料(fac-Ir(mpCNptz-di
Prp)及びmer-Ir(mpCNptz-diPrp))のLUMO準位とHO
MO準位とのエネルギー差(それぞれ3.21eVおよび3.15eV)より小さく、吸
収端から算出される遷移エネルギー(それぞれ2.42eVおよび2.40eV)より大
きい。したがって、発光素子3及び発光素子4においては、励起錯体を経由してゲスト材
料を励起させることが可能であるため、駆動電圧を低減することができる。したがって、
本発明の一態様の発光素子は消費電力を低減することができる。
以上、本発明の一態様の構成を用いることで、発光効率が高い発光素子を提供すること
ができる。また、消費電力が低減された発光素子を提供することができる。また、発光効
率が高い、消費電力が低減された、緑色の発光を呈する発光素子を提供することができる
本実施例に示す構成は、他の実施例及び実施の形態と適宜組み合わせて用いることがで
きる。
実施の形態5で示したように、本発明の一態様の発光素子と、他の発光素子と、を組み
合わせることで、消費電力が低減された表示装置を作製することができる。そこで、本実
施例では、本発明の一態様である表示装置に好適に用いることができる発光素子(発光素
子5乃至発光素子7)の作製例を示す。本実施例で作製する発光素子の断面模式図は図4
2を参酌すればよい。また、素子構造の詳細を表7に示す。また、使用した化合物の構造
と略称を以下に示す。なお、他の化合物については、先の実施例を参酌すればよい。
<発光素子の作製>
≪発光素子5の作製≫
基板200上に電極101として、ITSO膜を厚さが70nmになるように形成した
。なお、電極101の電極面積は、4mm(2mm×2mm)とした。
次に、電極101上に正孔注入層111として、DBT3P-IIと、MoOと、を
重量比(DBT3P-II:MoO)が1:0.5になるように、且つ厚さが40nm
になるように共蒸着した。
次に、正孔注入層111上に正孔輸送層112として、4-フェニル-4’-(9-フ
ェニルフルオレン-9-イル)トリフェニルアミン(略称:BPAFLP)を厚さが20
nmになるように蒸着した。
次に、正孔輸送層112上に発光層160として、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:2mDB
TBPDBq-II)と、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)と、(アセチルアセトナト)ビス(6-te
rt-ブチル-4-フェニルピリミジナト)イリジウム(III)(略称:Ir(tBu
ppm)(acac))と、を重量比(2mDBTBPDBq-II:PCBBiF:
Ir(tBuppm)(acac))が0.7:0.3:0.05になるように、且つ
厚さが20nmになるように共蒸着し、続いて、2mDBTBPDBq-IIと、PCB
BiFと、Ir(tBuppm)(acac)と、を重量比(2mDBTBPDBq-
II:PCBBiF:Ir(tBuppm)(acac))が0.8:0.2:0.0
5になるように、且つ厚さが20nmになるように共蒸着した。なお、発光層160にお
いて、2mDBTBPDBq-IIが第1の有機化合物であり、PCBBiFが第2の有
機化合物であり、Ir(tBuppm)(acac)がゲスト材料(燐光性化合物)で
ある。
次に、発光層160上に、電子輸送層118として、2mDBTBPDBq-IIを厚
さが20nmになるよう、及び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)を厚さが15nmになるよう
、順次蒸着した。次に、電子輸送層118上に、電子注入層119として、フッ化リチウ
ム(LiF)を厚さが1nmになるように蒸着した。
次に、電子注入層119上に、電極102として、アルミニウム(Al)を厚さが20
0nmになるように形成した。
次に、窒素雰囲気のグローブボックス内において、有機EL用シール材を用いて封止す
るための基板220を、有機材料を形成した基板200に固定することで、発光素子5を
封止した。なお、具体的な方法は、発光素子1と同様である。以上の工程により発光素子
5を得た。
≪発光素子6の作製≫
基板200上に電極101として、ITSO膜を厚さが70nmになるように形成した
。なお、電極101の電極面積は、4mm(2mm×2mm)とした。
次に、電極101上に正孔注入層111として、BPAFLPと、MoOと、を重量
比(BPAFLP:MoO)が1:0.5になるように、且つ厚さが50nmになるよ
うに共蒸着した。
次に、正孔注入層111上に正孔輸送層112として、BPAFLPを厚さが20nm
になるように蒸着した。
次に、正孔輸送層112上に発光層160として、2mDBTBPDBq-IIと、P
CBBiFと、ビス{4,6-ジメチル-2-[5-(2,6-ジメチルフェニル)-3
-(3,5-ジメチルフェニル)-2-ピラジニル-κN]フェニル-κC}(2,8-
ジメチル-4,6-ノナンジオナト-κO,O’)イリジウム(III)(略称:Ir
(dmdppr-dmp)(divm))と、を重量比(2mDBTBPDBq-II
:PCBBiF:Ir(dmdppr-dmp)(divm))が0.7:0.3:0
.05になるように、且つ厚さが20nmになるように共蒸着し、続いて、2mDBTB
PDBq-IIと、PCBBiFと、Ir(dmdppr-dmp)(divm)と、
を重量比(2mDBTBPDBq-II:PCBBiF:Ir(dmdppr-dmp)
(divm))が0.8:0.2:0.05になるように、且つ厚さが20nmになる
ように共蒸着した。なお、発光層160において、2mDBTBPDBq-IIが第1の
有機化合物であり、PCBBiFが第2の有機化合物であり、Ir(dmdppr-dm
p)(divm)がゲスト材料(燐光性化合物)である。
次に、発光層160上に、電子輸送層118として、2mDBTBPDBq-IIを厚
さが25nmになるよう、及びBPhenを厚さが15nmになるよう、順次蒸着した。
次に、電子輸送層118上に、電子注入層119として、フッ化リチウム(LiF)を厚
さが1nmになるように蒸着した。
次に、電子注入層119上に、電極102として、アルミニウム(Al)を厚さが20
0nmになるように形成した。
次に、窒素雰囲気のグローブボックス内において、有機EL用シール材を用いて封止す
るための基板220を、有機材料を形成した基板200に固定することで、発光素子6を
封止した。なお、具体的な方法は、発光素子1と同様である。以上の工程により発光素子
6を得た。
≪発光素子7の作製≫
基板200上に電極101として、ITSO膜を厚さが70nmになるように形成した
。なお、電極101の電極面積は、4mm(2mm×2mm)とした。
次に、電極101上に正孔注入層111として、DBT3P-IIと、MoOと、を
重量比(DBT3P-II:MoO)が1:0.5になるように、且つ厚さが15nm
になるように共蒸着した。
次に、正孔注入層111上に正孔輸送層112として、PCCPを厚さが20nmにな
るように蒸着した。
次に、正孔輸送層112上に発光層160として、35DCzPPyと、PCCPと、
Ir(mpptz-diBuCNp)と、を重量比(35DCzPPy:PCCP:I
r(mpptz-diBuCNp))が0.65:0.65:0.06になるように、
且つ厚さが30nmになるように共蒸着し、続いて、35DCzPPyとIr(mppt
z-diBuCNp)とを重量比(35DCzPPy:Ir(mpptz-diBuC
Np))が1:0.06になるように、且つ厚さが10nmになるように共蒸着した。
なお、発光層160において、35DCzPPyが第1の有機化合物であり、PCCPが
第2の有機化合物であり、Ir(mpptz-diBuCNp)がゲスト材料(燐光性
化合物)である。
次に、発光層160上に、電子輸送層118として、35DCzPPyを厚さが10n
mになるよう、及びBPhenを厚さが15nmになるよう、順次蒸着した。次に、電子
輸送層118上に、電子注入層119として、フッ化リチウム(LiF)を厚さが1nm
になるように蒸着した。
次に、電子注入層119上に、電極102として、アルミニウム(Al)を厚さが20
0nmになるように形成した。
次に、窒素雰囲気のグローブボックス内において、有機EL用シール材を用いて封止す
るための基板220を、有機材料を形成した基板200に固定することで、発光素子7を
封止した。なお、具体的な方法は、発光素子1と同様である。以上の工程により発光素子
7を得た。
<発光素子の特性>
作製した発光素子5乃至発光素子7の電流効率-輝度特性を図56に示す。また、輝度
-電圧特性を図57に示す。また、電流密度-電圧特性を図58に示す。また、外部量子
効率-輝度特性を図59に示す。また、電力効率-輝度特性を図60に示す。また、各発
光素子の測定は室温(23℃に保たれた雰囲気)で行った。
また、1000cd/m付近における、発光素子5乃至発光素子7の素子特性を表8
に示す。
また、発光素子5乃至発光素子7にそれぞれ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61に示す。
図56乃至図60、及び表8で示すように、発光素子5乃至発光素子7は、高い電流効
率を示した。また、発光素子5、発光素子6、及び発光素子7の外部量子効率の最大値は
それぞれ33%、29%、及び31%と優れた値を示した。また、発光素子5乃至発光素
子7は、低い駆動電圧で駆動した。そのため、発光素子5乃至発光素子7は優れた電力効
率を示した。また、図61に示すように、発光素子5、発光素子6、及び発光素子7の電
界発光スペクトルのピーク波長はそれぞれ、543nm、612nm、及び483nmで
あり、色純度の良好な緑色、赤色、及び青色の発光を示した。
<表示装置の消費電力>
上記、作製した発光素子5乃至発光素子7を用いて、表示装置を作製する場合の消費電
力を見積もった。
表示装置の消費電力の見積もりとしてとしては、縦横比が16:9で対角4.3インチ
の大きさで、表示領域の面積が50.97cmの表示装置において、開口率(略称:R
)が35%と仮定して算出した。
該表示装置の表示素子に発光素子5乃至発光素子7を用いた場合、下記数式(4)のよ
うに、発光素子5の構造を有する表示素子の輝度Lが284cd/m、発光素子6の
構造を有する表示素子の輝度Lが979cd/m、発光素子7の構造を有する表示素
子の輝度Lが1309cd/mのときに、色温度が3500Kの白色(色度(x,y
)が(0.405,0.391))を300cd/mで表示領域全面に表示させること
ができる。
また、このときの表示素子部の消費電力は1.7mW/cmと見積もることができた
。したがって、発光素子5乃至発光素子7の構造を有する表示素子を用いることで、極め
て低消費電力な表示装置を作製することができることが分かった。
<信頼性試験結果>
次に、発光素子5及び発光素子6の信頼性試験の測定結果を図62に示す。なお、信頼
性試験は、各発光素子(発光素子5、及び発光素子6)の初期輝度を5000cd/m
に設定し、電流密度を一定の条件で各発光素子を連続駆動させた。
その結果、発光素子5及び発光素子6において、初期輝度の50%に劣化する時間(L
T50)はそれぞれ、20000時間以上、及び10000時間以上と見積もられ、発光
素子5及び発光素子6は優れた信頼性を示す結果が得られた。
すなわち、本発明の一態様の青色発光を呈する発光素子(発光素子7)と、上記の発光
素子5及び発光素子6のような優れた特性を示す緑色発光素子および赤色発光素子を組み
合わせることで、三原色とも発光効率が良好で、信頼性に優れた、発光素子および表示装
置を提供することができる。
以上、本発明の一態様の構成と、本実施例の構成を組み合わせることで、発光効率が高
い発光素子を提供することができる。また、消費電力が低減された発光素子を提供するこ
とができる。また、信頼性の優れた発光素子を提供することができる。また、発光効率が
高く、消費電力が低減され、信頼性の優れた、表示装置を提供することができる。
<合成例4>
本実施例では、実施の形態2で構造式(118)として示した本発明の一態様の有機金
属錯体である、トリス{2-[1-(4-シアノ-2,6-ジイソブチルフェニル)-1
H-イミダゾール-2-イル-κN]フェニル-κC}イリジウム(III)(略称:
Ir(pim-diBuCNp))の合成方法について説明する。Ir(pim-di
BuCNp)の構造を以下に示す。
≪ステップ1:1-(4-シアノ-2,6-ジイソブチルフェニル)-2-フェニル-4
,5-ジヒドロ-1H-イミダゾールの合成≫
22g(117mmol)のN-(2-クロロエチル)ベンズアミドと、260mLの
脱水キシレンと、を1000mLの三口フラスコに入れた。この混合溶液に33g(15
8mmol)の五塩化リンを加え、140℃で1時間加熱撹拌し反応させた。反応後、室
温まで冷やし、28g(120mmol)の4-アミノ-3,5-ジイソブチルベンゾニ
トリルと60mLの脱水キシレンとの混合溶液を滴下し、140℃で5時間加熱撹拌した
。この反応混合物を500mLの水にゆっくりと加え、室温で30分撹拌した。この混合
物にクロロホルムを加えて抽出した。得られた抽出液を1M水酸化ナトリウム水溶液にゆ
っくりと加え、室温で30分撹拌した。この混合物の水層と有機層を分液し、得られた抽
出溶液を飽和炭酸水素ナトリウム水溶液、次いで飽和食塩水で洗浄した。洗浄後、有機層
に無水硫酸マグネシウムを加えて乾燥させ、得られた混合物を自然ろ過して、ろ液を得た
。得られたろ液を濃縮して固体を得た。得られた固体に酢酸エチル/ヘキサンの混合溶媒
を加えて吸引ろ過をし、白色固体を33g、収率79%で得た。核磁気共鳴法(NMR)
により得られた白色固体が1-(4-シアノ-2,6-ジイソブチルフェニル)-2-フ
ェニル-4,5-ジヒドロ-1H-イミダゾールであることを確認した。ステップ1の合
成スキームを下記式(a-2)に示す。
≪ステップ2:1-(4-シアノ-2,6-ジイソブチルフェニル)-2-フェニル-1
H-イミダゾール(略称:Hpim-diBuCNp)の合成≫
ステップ1で合成した1-(4-シアノ-2,6-ジイソブチルフェニル)-2-フェ
ニル-4,5-ジヒドロ-1H-イミダゾールのうち15g(42mmol)と、アセト
ニトリルとを200mLの三口フラスコに入れた。13g(84mmol)の過マンガン
酸カリウムと29gの酸化アルミニウムとを乳鉢に一緒に入れて細かくすり潰した粉末を
、上記混合溶液に加え、室温で17時間撹拌し反応させた。この反応混合物をセライトに
通して吸引ろ過した。得られたろ液を濃縮し、油状物を得た。得られた油状物にトルエン
を加え、セライト、酸化アルミニウム、セライトの順で積層したろ過補助剤を通してろ過
した。得られたろ液を濃縮し、油状物を得た。得られた油状物をシリカカラムクロマトグ
ラフィーにより精製した。展開溶媒には、ヘキサン:酢酸エチル=5:1の混合溶媒を用
いた。得られたフラクションを濃縮して、無色油状物を8.0g、収率53%で得た。核
磁気共鳴法(NMR)により得られた無色油状物が1-(4-シアノ-2,6-ジイソブ
チルフェニル)-2-フェニル-1H-イミダゾール(略称:Hpim-diBuCNp
)であることを確認した。ステップ2の合成スキームを下記式(b-2)に示す。
≪ステップ3:トリス{2-[1-(4-シアノ-2,6-ジイソブチルフェニル)-1
H-イミダゾール-2-イル-κN]フェニル-κC}イリジウム(III)(略称:
Ir(pim-diBuCNp))の合成≫
ステップ2で合成したHpim-diBuCNpのうち5.0g(14mmol)と、
1.4g(2.8mmol)のトリス(アセチルアセトナト)イリジウム(III)とを
、三方コックを付けた反応容器に入れ、アルゴン気流下、250℃にて38時間加熱し反
応させた。得られた反応混合物にトルエンを加え、不溶物を取り除いた。得られたろ液を
濃縮し、固体を得た。得られた固体をシリカカラムクロマトグラフィーにより精製した。
展開溶媒には、まずトルエンを用いた。次いで、トルエン:酢酸エチル=9:1の混合溶
媒を用いた。得られたフラクションを濃縮して、固体を得た。得られた固体を酢酸エチル
/ヘキサンで再結晶し、0.6gの黄色固体を、収率18%で得た。得られた0.6gの
黄色固体をトレインサブリメーション法により昇華精製した。圧力が2.6Pa、アルゴ
ン流量が5.0mL/minの条件で、280℃で17時間加熱した。昇華精製後、0.
4gの黄色固体を、回収率67%で得た。ステップ3の合成スキームを下記式(c-2)
に示す。
上記ステップ3で得られた黄色固体のプロトン(H)を核磁気共鳴法(NMR)によ
り測定した。以下に得られた値を示す。また、H-NMRチャートを図63に示す。こ
のことから、本合成例4において、上述の構造式(118)で表される本発明の一態様の
有機金属錯体である、Ir(pim-diBuCNp)が得られたことがわかった。
H-NMR δ(CDCl):0.43(d,9H),0.56(d,9H),0
.79(t,18H),1.42-1.50(m,3H),1.73-1.81(m,3
H),1.97-2.02(m,3H),2.12-2.17(m,3H),2.24-
2.29(m,3H),2.46-2.50(m,3H),6.05(d,3H),6.
40(t,3H),6.59(t,3H),6.71-6.76(m,9H),7.54
(d,6H)。
<Ir(pim-diBuCNp)の特性>
続いて、Ir(pim-diBuCNp)のジクロロメタン溶液(0.0115mm
ol/L)の吸収スペクトル及び発光スペクトルを測定した。吸収スペクトル及び発光ス
ペクトルの測定方法は、実施例1と同様である。得られた吸収スペクトル及び発光スペク
トルの測定結果を図64に示す。横軸は波長を、縦軸は吸収強度および発光強度を表す。
図64に示す通り、Ir(pim-diBuCNp)のジクロロメタン溶液からは、
526nmに発光ピークを有する緑色の発光が観測された。
次に、本実施例で得られたIr(pim-diBuCNp)を液体クロマトグラフ質
量分析(LC/MS分析)によって質量(MS)分析した。
LC/MS分析は、LC(液体クロマトグラフィー)分離をウォーターズ社製Acqu
ity UPLCにより、MS分析(質量分析)をウォーターズ社製Xevo G2 T
of MSにより行った。LC分離で用いたカラムはAcquity UPLC BEH
C8 (2.1×100mm 1.7μm)、カラム温度は40℃とした。移動相は移
動相Aをアセトニトリル、移動相Bを0.1%ギ酸水溶液とした。また、サンプルは任意
の濃度のIr(pim-diBuCNp)をクロロホルムに溶解し、アセトニトリルで
希釈して調整し、注入量は5.0μLとした。
LC分離には移動相の組成を変化させるグラジエント法を用い、測定開始後0分から1
分までが、移動相A:移動相B=70:30、その後組成を変化させ、10分における移
動相Aと移動相Bとの比が移動相A:移動相B=95:5となるようにした。組成変化は
リニアに変化させた。
MS分析では、エレクトロスプレーイオン化法(ESI)によるイオン化を行った。こ
の時のキャピラリー電圧は3.0kV、サンプルコーン電圧は30Vとし、検出はポジテ
ィブモードで行った。以上の条件でイオン化されたm/z=1261.60の成分を衝突
室(コリジョンセル)内でアルゴンガスと衝突させてプロダクトイオンに解離させた。ア
ルゴンを衝突させる際のエネルギー(コリジョンエネルギー)は50eVとした。なお、
測定する質量範囲はm/z=100から2000とした。図65に、解離させたプロダク
トイオンを飛行時間(TOF)型MSで検出した結果を示す。
図65の結果から、Ir(pim-diBuCNp)は、主としてm/z=905付
近にプロダクトイオンが検出されることがわかった。なお、図65に示す結果は、Ir(
pim-diBuCNp)に由来する特徴的な結果を示すデータであることから、混合
物中に含まれるIr(pim-diBuCNp)を同定する上での重要なデータである
といえる。
なお、m/z=905付近のプロダクトイオンは、Ir(pim-diBuCNp)
から配位子であるHpim-diBuCNpが離脱した状態のカチオンと推定され、Ir
(pim-diBuCNp)の特徴の一つである。
次に、Ir(pim-diBuCNp)の電気化学的特性(酸化反応特性および還元
反応特性)をサイクリックボルタンメトリ(CV)測定によって測定した。なお測定には
、電気化学アナライザー(ビー・エー・エス(株)製、型番:ALSモデル600Aまた
は600C)を用いた。なお、酸化反応特性では、Ir(pim-diBuCNp)
クロロホルムに溶解させた溶液を、還元反応特性では、Ir(pim-diBuCNp)
をN,N-ジメチルホルムアミド(略称:DMF)に溶解させた溶液を、それぞれ測定
した。測定では、参照電極に対する作用電極の電位を適切な範囲で変化させて各々酸化ピ
ーク電位、還元電位ピーク電位を得た。また、参照電極のレドックスポテンシャルが-4
.94eVであることが見積もられているため、この数値と得られたピーク電位から、H
OMO準位およびLUMO準位を算出した。
CV測定の結果、Ir(pim-diBuCNp)の酸化電位は0.28V、還元電
位は-2.54Vであった。また、CV測定より算出したIr(pim-diBuCNp
のHOMO準位は-5.22eV、LUMO準位は-2.41eVであった。
<合成例5>
本合成例5では、実施の形態2の構造式(124)で表される本発明の一態様の有機金
属錯体である、トリス{2-[4-(4-シアノ-2,6-ジメチルフェニル)-5-(
2-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-dmCNp))の合成例を
具体的に例示する。Ir(mpptz-dmCNp)の構造を以下に示す。
≪ステップ1:4-(4-シアノ-2,6-ジメチルフェニル)-3-(2-メチルフェ
ニル)-5-フェニル-4H-1,2,4-トリアゾール(略称:Hmpptz-dmC
Np)の合成≫
6.5g(44mmol)の4-アミノ-2,6-ジメチルベンゾニトリルと、10g
(34mmol)のN-(2-メチルフェニル)クロロメチリデン-N’-フェニルクロ
ロメチリデンヒドラジンと、80mLのN,N-ジメチルアニリンを300mLの三口フ
ラスコに入れ、窒素気流下、160℃で21時間撹拌し反応させた。反応後、反応溶液を
300mLの1M塩酸に入れ3時間撹拌した。有機層と水層を分液し、水層をトルエンで
抽出した。有機層と得られた抽出溶液を合わせて、飽和炭酸水素ナトリウム、及び飽和食
塩水で洗浄し、有機層に無水硫酸マグネシウムを加えて乾燥させた。得られた混合物を自
然ろ過し、ろ液を濃縮して油状物を得た。得られた油状物をシリカカラムクロマトグラフ
ィーにより精製した。展開溶媒には、まずトルエン:酢酸エチル=10:1(v:v)の
混合溶媒を用い、トルエン:酢酸エチル=2:1(v:v)まで高極性溶媒比率を徐々に
あげていった。得られたフラクションを濃縮して得た固体を酢酸エチルにより再結晶し、
3.5gの白色固体を、収率27%で得た。核磁気共鳴法(NMR)により得られた白色
固体が、4-(4-シアノ-2,6-ジメチルフェニル)-3-(2-メチルフェニル)
-5-フェニル-4H-1,2,4-トリアゾール(略称:Hmpptz-dmCNp)
であることを確認した。ステップ1の合成スキームを下記式(a-3)に示す。
≪ステップ2:トリス{2-[4-(4-シアノ-2,6-ジメチルフェニル)-5-(
2-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-dmCNp))の合成≫
次に、上記ステップ1で得られたHmpptz-dmCNpのうち3.0g(8.2m
mol)と、0.81g(1.6mmol)のトリス(アセチルアセトナト)イリジウム
(III)とを、三方コックを付けた反応容器に入れ、250℃にて37時間加熱し反応
させた。得られた反応混合物をシリカカラムクロマトグラフィーにより精製した。展開溶
媒には、ジクロロメタン:酢酸エチル=20:1(v:v)を用いた。得られたフラクシ
ョンを濃縮して、固体を得た。得られた固体を酢酸エチルで再結晶し、150mgの黄色
固体を、収率7.3%で得た。ステップ3の合成スキームを下記式(b-3)に示す。
上記ステップ2で得られた黄色固体のプロトン(H)を核磁気共鳴法(NMR)によ
り測定した。以下に得られた値を示す。また、H-NMRチャートを図66に示す。こ
のことから、本合成例5において、上述の構造式(124)で表される本発明の一態様の
有機金属錯体である、Ir(mpptz-dmCNp)が得られたことがわかった。
H-NMR δ(CDCl):1.99(s,9H),2.02(s,9H),2
.36(s,9H),6.22(d,3H),6.61(t,3H),6.66(d,3
H),6.78(t,3H),6.90-6.93(m,3H),6.99(d,3H)
,7.19-7.23(m,6H),7.41(s,3H),7.48(s,3H)。
<Ir(mpptz-dmCNp)の特性>
続いて、Ir(mpptz-dmCNp)のジクロロメタン溶液(0.0100mm
ol/L)の吸収スペクトル及び発光スペクトルを測定した。吸収スペクトル及び発光ス
ペクトルの測定方法は、実施例1と同様である。得られた吸収スペクトル及び発光スペク
トルの測定結果を図67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67に示す通り、Ir(mpptz-dmCNp)のジクロロメタン溶液からは、
494nmに発光ピークを有する青緑色の発光が観測された。
次に、本実施例で得られたIr(mpptz-dmCNp)を液体クロマトグラフ質
量分析(LC/MS分析)によって質量(MS)分析した。
LC/MS分析は、LC(液体クロマトグラフィー)分離をウォーターズ社製Acqu
ity UPLCにより、MS分析(質量分析)をウォーターズ社製Xevo G2 T
of MSにより行った。LC分離で用いたカラムはAcquity UPLC BEH
C8 (2.1×100mm 1.7μm)、カラム温度は40℃とした。移動相は移
動相Aをアセトニトリル、移動相Bを0.1%ギ酸水溶液とした。また、サンプルは任意
の濃度のIr(mpptz-dmCNp)をクロロホルムに溶解し、アセトニトリルで
希釈して調整し、注入量は5.0μLとした。
LC分離には移動相の組成を変化させるグラジエント法を用い、測定開始後0分から1
分までが、移動相A:移動相B=70:10、その後組成を変化させ、10分における移
動相Aと移動相Bとの比が移動相A:移動相B=95:5となるようにした。組成変化は
リニアに変化させた。
MS分析では、エレクトロスプレーイオン化法(ElectroSpray Ioni
zation(略称:ESI))によるイオン化を行った。この時のキャピラリー電圧は
3.0kV、サンプルコーン電圧は30Vとし、検出はポジティブモードで行った。以上
の条件でイオン化されたm/z=1282.45の成分を衝突室(コリジョンセル)内で
アルゴンガスと衝突させてプロダクトイオンに解離させた。アルゴンを衝突させる際のエ
ネルギー(コリジョンエネルギー)は70eVとした。なお、測定する質量範囲はm/z
=100から1500とした。図68に、解離させたプロダクトイオンを飛行時間(TO
F)型MSで検出した結果を示す。
図68の結果から、Ir(mpptz-dmCNp)は、主としてm/z=919お
よび891付近にプロダクトイオンが検出されることがわかった。なお、図68に示す結
果は、Ir(mpptz-dmCNp)に由来する特徴的な結果を示すデータであるこ
とから、混合物中に含まれるIr(mpptz-dmCNp)を同定する上での重要な
データであるといえる。
なお、m/z=919付近のプロダクトイオンは、Ir(mpptz-dmCNp)
から配位子であるHmpptz-dmCNpが離脱した状態のカチオンと推定され、m/
z=891付近のプロダクトイオンは、m/z=919付近のプロダクトイオンから、さ
らにメチル基が2つ解離した状態のカチオンと推定され、Ir(mpptz-dmCNp
の特徴の一つである。
次に、Ir(mpptz-dmCNp)の電気化学的特性(酸化反応特性および還元
反応特性)をサイクリックボルタンメトリ(CV)測定によって測定した。なお測定には
、電気化学アナライザー(ビー・エー・エス(株)製、型番:ALSモデル600Aまた
は600C)を用いた。なお、酸化反応特性では、Ir(mpptz-dmCNp)
クロロホルムに溶解させた溶液を、還元反応特性では、Ir(mpptz-dmCNp)
をN,N-ジメチルホルムアミド(略称:DMF)に溶解させた溶液を、それぞれ測定
した。測定では、参照電極に対する作用電極の電位を適切な範囲で変化させて各々酸化ピ
ーク電位、還元電位ピーク電位を得た。また、参照電極のレドックスポテンシャルが-4
.94eVであることが見積もられているため、この数値と得られたピーク電位から、H
OMO準位およびLUMO準位を算出した。
CV測定の結果、Ir(mpptz-dmCNp)の酸化電位は0.48V、還元電
位は-2.44Vであった。また、CV測定より算出したIr(mpptz-dmCNp
のHOMO準位は-5.42eV、LUMO準位は-2.51eVであった。
<合成例6>
本合成例6では、実施の形態2の構造式(125)で表される本発明の一態様の有機金
属錯体である、トリス{2-[4-(3-シアノ-2,4,6-トリメチルフェニル)-
5-(2-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-tm5CNp))の
合成例を具体的に例示する。Ir(mpptz-tm5CNp)の構造を以下に示す。
≪ステップ1:3-アミノ-2,4,6-トリメチルベンゾニトリルの合成≫
13g(61mmol)の3-ブロモ-2,4,6-トリメチルアニリンと、200m
Lのジメチルホルムアミドと、8.2g(91mmol)のシアン化銅とを、500mL
の三口フラスコに入れ、窒素気流下、150℃で16時間加熱撹拌し反応させた。得られ
た反応溶液に100mLのアンモニア水と100mLの水を加え室温で撹拌した。得られ
た混合物を有機層と水層に分液し、水層をジクロロメタンで抽出し、有機層を水、及び飽
和食塩水で洗浄した。得られた有機層に無水硫酸マグネシウムを加えて乾燥させ、この混
合物を自然ろ過してろ液を得た。このろ液を濃縮して褐色固体を得た。この褐色固体をエ
タノールで洗浄して、7.1gの淡赤色固体を、収率73%で得た。核磁気共鳴法(NM
R)により得られた淡赤色固体が3-アミノ-2,4,6-トリメチルベンゾニトリルで
あることを確認した。ステップ2の合成スキームを下記式(a-4)に示す。
≪ステップ2:4-(3-シアノ-2,4,6-トリメチルフェニル)-3-(2-メチ
ルフェニル)-5-フェニル-4H-1,2,4-トリアゾール(略称:Hmpptz-
tm5CNp)の合成≫
次に、ステップ1で合成した3-アミノ-2,4,6-トリメチルベンゾニトリルのう
ち6.5g(41mmol)と、9.4g(34mmol)のN-(2-メチルフェニル
)クロロメチリデン-N’-フェニルクロロメチリデンヒドラジンと、110mLのN,
N-ジメチルアニリンとを、300mLの三口フラスコに入れ、窒素気流下、160℃で
19時間撹拌し反応させた。反応後、反応溶液を300mLの1M塩酸に入れ3時間撹拌
した。有機層と水層を分液し、水層をトルエンで抽出した。有機層と得られた抽出溶液と
を合わせて、飽和炭酸水素ナトリウム、及び飽和食塩水で洗浄し、有機層に無水硫酸マグ
ネシウムを加えて乾燥させた。得られた混合物を自然ろ過し、ろ液を濃縮して油状物を得
た。得られた油状物をシリカカラムクロマトグラフィーにより精製した。展開溶媒には、
トルエン:酢酸エチル=1:1(v:v)の混合溶媒を用いた。得られたフラクションを
濃縮して、白色固体を得た。得られた白色固体を酢酸エチルにより再結晶し、5.2gの
白色固体を、収率40%で得た。核磁気共鳴法(NMR)により得られた白色固体が4-
(3-シアノ-2,4,6-トリメチルフェニル)-3-(2-メチルフェニル)-5-
フェニル-4H-1,2,4-トリアゾール(略称:Hmpptz-tm5CNp)であ
ることを確認した。ステップ2の合成スキームを下記式(b-4)に示す。
≪ステップ3:トリス{2-[4-(3-シアノ-2,4,6-トリメチルフェニル)-
5-(2-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-tm5CNp))の
合成≫
次に、上記ステップ2で得られたHmpptz-tm5CNpのうち4.5g(12m
mol)と、1.2g(2.4mmol)のトリス(アセチルアセトナト)イリジウム(
III)とを、三方コックを付けた反応容器に入れ、250℃にて40時間加熱した。得
られた反応混合物をシリカカラムクロマトグラフィーにより精製した。展開溶媒には、ジ
クロロメタン:酢酸エチル=20:1(v:v)を用いた。得られたフラクションを濃縮
して、固体を得た。得られた固体を酢酸エチル/ヘキサンで再結晶し、0.80gの黄色
固体を、収率25%で得た。得られた黄色固体のうち0.31gをトレインサブリメーシ
ョン法により昇華精製した。圧力を4.7×10-3Paとし、315℃で16時間、及
び320℃で8.5時間加熱した。昇華精製後、0.18gの黄色固体を、回収率58%
で得た。ステップ3の合成スキームを下記式(c-4)に示す。
上記ステップ3で得られた黄色固体のプロトン(H)を核磁気共鳴法(NMR)によ
り測定した。以下に得られた値を示す。また、H-NMRチャートを図69に示す。こ
のことから、本合成例6において、上述の構造式(125)で表される本発明の一態様の
有機金属錯体である、Ir(mpptz-tm5CNp)が得られたことがわかった。
H-NMR δ(CDCl):1.37-2.18(m,18H),2.30-2
.34(m,9H),2.56(s,9H),6.20-6.22(m,3H),6.5
8-6.62(m,3H),6.72(d,3H),6.75-6.78(m,3H),
6.91-7.02(m,6H),7.05-7.07(m,3H),7.19-7.2
0(m,6H)。
<Ir(mpptz-tm5CNp)の特性>
続いて、Ir(mpptz-tm5CNp)のジクロロメタン溶液(0.0100m
mol/L)の吸収スペクトル及び発光スペクトルを測定した。吸収スペクトル及び発光
スペクトルの測定方法は、実施例1と同様である。得られた吸収スペクトル及び発光スペ
クトルの測定結果を図70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70に示す通り、Ir(mpptz-tm5CNp)のジクロロメタン溶液からは
、484nm、及び502nmに発光ピークを有する青緑色の発光が観測された。
次に、本実施例で得られたIr(mpptz-tm5CNp)を液体クロマトグラフ
質量分析(LC/MS分析)によって質量(MS)分析した。
LC/MS分析は、LC(液体クロマトグラフィー)分離をウォーターズ社製Acqu
ity UPLCにより、MS分析(質量分析)をウォーターズ社製Xevo G2 T
of MSにより行った。LC分離で用いたカラムはAcquity UPLC BEH
C8 (2.1×100mm 1.7μm)、カラム温度は40℃とした。移動相は移
動相Aをアセトニトリル、移動相Bを0.1%ギ酸水溶液とした。また、サンプルは任意
の濃度のIr(mpptz-tm5CNp)をクロロホルムに溶解し、アセトニトリル
で希釈して調整し、注入量は5.0μLとした。
LC分離には移動相の組成を変化させるグラジエント法を用い、測定開始後0分から1
分までが、移動相A:移動相B=70:10、その後組成を変化させ、10分における移
動相Aと移動相Bとの比が移動相A:移動相B=95:5となるようにした。組成変化は
リニアに変化させた。
MS分析では、エレクトロスプレーイオン化法(ESI)によるイオン化を行った。こ
の時のキャピラリー電圧は3.0kV、サンプルコーン電圧は30Vとし、検出はポジテ
ィブモードで行った。以上の条件でイオン化されたm/z=1324.49の成分を衝突
室(コリジョンセル)内でアルゴンガスと衝突させてプロダクトイオンに解離させた。ア
ルゴンを衝突させる際のエネルギー(コリジョンエネルギー)は50eVとした。なお、
測定する質量範囲はm/z=100から2000とした。図71に、解離させたプロダク
トイオンを飛行時間(TOF)型MSで検出した結果を示す。
図71の結果から、Ir(mpptz-tm5CNp)は、主としてm/z=947
および919付近にプロダクトイオンが検出されることがわかった。なお、図71に示す
結果は、Ir(mpptz-tm5CNp)に由来する特徴的な結果を示すデータであ
ることから、混合物中に含まれるIr(mpptz-tm5CNp)を同定する上での
重要なデータであるといえる。
なお、m/z=947付近のプロダクトイオンは、Ir(mpptz-tm5CNp)
から配位子であるHmpptz-tm5CNpが離脱した状態のカチオンと推定され、
m/z=919付近のプロダクトイオンは、m/z=947付近のプロダクトイオンから
、さらにメチル基が2つ解離した状態のカチオンと推定され、Ir(mpptz-tm5
CNp)の特徴の一つである。
次に、Ir(mpptz-tm5CNp)の電気化学的特性(酸化反応特性および還
元反応特性)をサイクリックボルタンメトリ(CV)測定によって測定した。なお測定に
は、電気化学アナライザー(ビー・エー・エス(株)製、型番:ALSモデル600Aま
たは600C)を用いた。なお、酸化反応特性では、Ir(mpptz-tm5CNp)
をクロロホルムに溶解させた溶液を、還元反応特性では、Ir(mpptz-tm5C
Np)をN,N-ジメチルホルムアミド(略称:DMF)に溶解させた溶液を、それぞ
れ測定した。測定では、参照電極に対する作用電極の電位を適切な範囲で変化させて各々
酸化ピーク電位、還元電位ピーク電位を得た。また、参照電極のレドックスポテンシャル
が-4.94eVであることが見積もられているため、この数値と得られたピーク電位か
ら、HOMO準位およびLUMO準位を算出した。
CV測定の結果、Ir(mpptz-tm5CNp)の酸化電位は0.46V、還元
電位は-2.58Vであった。また、CV測定より算出したIr(mpptz-tm5C
Np)のHOMO準位は-5.40eV、LUMO準位は-2.37eVであった。
<合成例7>
本実施例では、実施の形態2で構造式(126)として示した本発明の一態様の有機金
属錯体である、トリス{4-シアノ-2-[4-(2,6-ジイソプロピルフェニル)-
5-(2-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(mp5CNptz-diPrp)
)の合成方法について説明する。Ir(mp5CNptz-diPrp)の構造を以下
に示す。
≪ステップ1:N-3-ブロモベンゾイル-N’-2-メチルベンゾイルヒドラジドの合
成≫
25g(166mmol)のO-トルイル酸ヒドラジドと、120mLのN-メチル-
2-ピロリジノン(NMP)と、を500mLの三口フラスコに加え、フラスコ内を窒素
置換し、氷冷下で撹拌した。この混合溶液に37g(166mmol)の3-ブロモベン
ゾイルクロリドと50mLのNMPとの混合溶液をゆっくり滴下し、20時間撹拌し反応
させた。反応後、この反応溶液を300mLの水にゆっくり加えると、固体が析出した。
析出した固体を水と1M塩酸で交互に超音波洗浄した。その後、固体をエタノールで超音
波洗浄し、白色固体を40g、収率71%で得た。核磁気共鳴法(NMR)により得られ
た白色固体がN-3-ブロモベンゾイル-N’-2-メチルベンゾイルヒドラジドである
ことを確認した。ステップ1の合成スキームを下記式(a-5)に示す。
≪ステップ2:N-クロロ-3-ブロモフェニルメチリデン-N’-クロロ-2-メチル
フェニルメチリデンヒドラゾンの合成≫
ステップ1で合成した40g(119mmol)のN-3-ブロモベンゾイル-N’-
2-メチルベンゾイルヒドラジドと、800mLのトルエンと、を2000mLの三口フ
ラスコに入れた。この混合溶液に75g(360mmol)の五塩化リンを加え、窒素気
流下、120℃で8時間加熱撹拌し反応させた。反応後、この反応溶液を400mLの水
にゆっくりと加え、室温で30分撹拌した。撹拌後、析出した固体をろ過で取り除き、得
られたろ液を水層と有機層に分液し、水層をトルエンで抽出した。得られた抽出溶液と有
機層を合わせた溶液を、400mLの2M水酸化カリウム水溶液にゆっくりと加え、室温
で48時間撹拌した。この混合物の水層と有機層を分液し、水層をトルエンで抽出した。
得られた抽出溶液と有機層とを合わせた溶液を飽和食塩水で洗浄した。洗浄後の溶液に無
水硫酸マグネシウムを加えて乾燥させ、得られた混合物を自然ろ過して、ろ液を得た。得
られたろ液を濃縮して油状物を得た。得られた油状物をシリカカラムクロマトグラフィー
により精製した。展開溶媒には、トルエンを用いた。得られたフラクションを濃縮して、
黄色固体を43g、収率97%で得た。核磁気共鳴法(NMR)により得られた黄色固体
がN-クロロ-3-ブロモフェニルメチリデン-N’-クロロ-2-メチルフェニルメチ
リデンヒドラゾンであることを確認した。ステップ2の合成スキームを下記式(b-5)
に示す。
≪ステップ3:3-(3-ブロモフェニル)-4-(2,6-ジイソプロピルフェニル)
-5-(2-メチルフェニル)-4H-1,2,4-トリアゾールの合成≫
ステップ2で合成したN-クロロ-3-ブロモフェニルメチリデン-N’-クロロ-2
-メチルフェニルメチリデンヒドラゾンのうち30g(81.0mmol)と、43g(
243mmol)の2,6-ジイソプロピルアニリンと、250mLのN,N-ジメチル
アニリンと、を1000mLの三口フラスコに入れ、窒素気流下、160℃で13時間加
熱撹拌し反応させた。反応後、反応溶液を500mLの3M塩酸に入れ、30分間撹拌し
た。有機層と水層を分液し、水層をトルエンで抽出した。有機層と得られた抽出溶液を合
わせて、水、飽和炭酸水素ナトリウム、及び飽和食塩水で洗浄し、ここに無水硫酸マグネ
シウムを加えて乾燥させた。得られた混合物を自然ろ過し、ろ液を濃縮して油状物を得た
。得られた油状物をシリカカラムクロマトグラフィーにより精製した。展開溶媒には、ヘ
キサン:酢酸エチル=5:1の混合溶媒を用いた。得られたフラクションを濃縮して、固
体を得た。得られた固体を酢酸エチル/ヘキサンの混合溶媒で再結晶し、白色固体を18
g、収率46%で得た。核磁気共鳴法(NMR)により得られた白色固体が3-(3-ブ
ロモフェニル)-4-(2,6-ジイソプロピルフェニル)-5-(2-メチルフェニル
)-4H-1,2,4-トリアゾールであることを確認した。ステップ3の合成スキーム
を下記式(c-5)に示す。
≪ステップ4:トリス{4-ブロモ-2-[4-(2,6-ジイソプロピルフェニル)-
5-(2-メチルフェニル)-4H-1,2,4-トリアゾール-3-イル-κN]フ
ェニル-κC}イリジウム(III)の合成≫
次に、上記ステップ3で得られた3-(3-ブロモフェニル)-4-(2,6-ジイソ
プロピルフェニル)-5-(2-メチルフェニル)-4H-1,2,4-トリアゾールの
うち4.8g(10mmol)と、1.0g(2.0mmol)のトリス(アセチルアセ
トナト)イリジウム(III)とを、三方コックを付けた反応容器に入れ、250℃にて
40時間加熱し反応させた。得られた反応混合物をジクロロメタンに溶解し、不溶固体を
吸引ろ過にて除去した。得られたろ液を、シリカカラムクロマトグラフィーにより精製し
た。展開溶媒には、ジクロロメタンを用いた。得られたフラクションを濃縮して、固体を
得た。この固体をジクロロメタンとヘキサンの混合溶媒で洗浄し、黄色固体を1.7g、
収率53%で得た。核磁気共鳴法(NMR)により得られた黄色固体がトリス{4-ブロ
モ-2-[4-(2,6-ジイソプロピルフェニル)-5-(2-メチルフェニル)-4
H-1,2,4-トリアゾール-3-イル-κN]フェニル-κC}イリジウム(II
I)であることを確認した。ステップ4の合成スキームを下記式(d-5)に示す。
≪ステップ5:トリス{4-シアノ-2-[4-(2,6-ジイソプロピルフェニル)-
5-(2-メチルフェニル)-4H-1,2,4-トリアゾール-3-イル-κN]フ
ェニル-κC}イリジウム(III)(略称:Ir(mp5CNptz-diPrp)
)の合成≫
次に、上記ステップ4で得られたトリス{4-ブロモ-2-[4-(2,6-ジイソプ
ロピルフェニル)-5-(2-メチルフェニル)-4H-1,2,4-トリアゾール-3
-イル-κN]フェニル-κC}イリジウム(III)のうち1.2g(0.74mm
ol)と、10mLのジメチルホルムアミド(DMF)と、を50mLの三口フラスコに
入れ、この混合物に0.30g(3.4mmol)のシアン化銅を加えて、窒素気流下1
50℃で44時間加熱撹拌し反応させた。反応後、反応溶液に10mLのアンモニア水、
10mLの水を加え、室温で撹拌した。得られた混合溶液をジクロロメタンで抽出し、抽
出溶液を水、及び飽和食塩水で洗浄した。この溶液に無水硫酸マグネシウムを加えて乾燥
し、得られた混合物を自然ろ過してろ液を得た。得られたろ液を濃縮して油状物を得た。
この油状物をシリカカラムクロマトグラフィーにより精製した。展開溶媒にはジクロロメ
タンを用いた。得られたフラクションを濃縮して固体を得た。この固体を酢酸エチルにて
再結晶し、黄色固体を0.61g、収率57%で得た。ステップ5の合成スキームを下記
式(e-5)に示す。
上記ステップ5で得られた黄色固体のプロトン(H)を核磁気共鳴法(NMR)によ
り測定した。以下に得られた値を示す。また、H-NMRチャートを図72に示す。こ
のことから、本合成例7において、上述の構造式(126)で表される本発明の一態様の
有機金属錯体である、Ir(mp5CNptz-diPrp)が得られたことがわかっ
た。
H-NMR δ(CDCl):0.74-0.80(m,27H),0.93(d
,9H),2.13-2.17(m,3H),2.32(s,9H),2.65-2.7
0(m,3H),6.33(d,3H),6.81(d,3H),6.91(t,3H)
,6.96-7.01(m,6H),7.12-7.27(m,9H),7.30(d,
3H),7.56(t,3H)。
<Ir(mp5CNptz-diPrp)の特性>
続いて、Ir(mp5CNptz-diPrp)のジクロロメタン溶液(0.010
0mmol/L)の吸収スペクトル及び発光スペクトルを測定した。吸収スペクトル及び
発光スペクトルの測定方法は、実施例1と同様である。得られた吸収スペクトル及び発光
スペクトルの測定結果を図73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。なお、図73に示す吸収スペクトルは、ジクロロメタン溶液を石英セルに入れて測定
した吸収スペクトルから、ジクロロメタンのみを石英セルに入れて測定した吸収スペクト
ルを差し引いた結果を示している。
図73に示す通り、Ir(mp5CNptz-diPrp)のジクロロメタン溶液か
らは、460nm、及び489nmに発光ピークを有する青色の発光が観測された。
次に、本実施例で得られたIr(mp5CNptz-diPrp)を液体クロマトグ
ラフ質量分析(LC/MS分析)によって質量(MS)分析した。
LC/MS分析は、LC(液体クロマトグラフィー)分離をウォーターズ社製Acqu
ity UPLCにより、MS分析(質量分析)をウォーターズ社製Xevo G2 T
of MSにより行った。LC分離で用いたカラムはAcquity UPLC BEH
C8 (2.1×100mm 1.7μm)、カラム温度は40℃とした。移動相は移
動相Aをアセトニトリル、移動相Bを0.1%ギ酸水溶液とした。また、サンプルは任意
の濃度のIr(mp5CNptz-diPrp)をクロロホルムに溶解し、アセトニト
リルで希釈して調整し、注入量は5.0μLとした。
LC分離には移動相の組成を変化させるグラジエント法を用い、測定開始後0分から1
分までが、移動相A:移動相B=85:15、その後組成を変化させ、10分における移
動相Aと移動相Bとの比が移動相A:移動相B=95:5となるようにした。組成変化は
リニアに変化させた。
MS分析では、エレクトロスプレーイオン化法(ESI)によるイオン化を行った。こ
の時のキャピラリー電圧は3.0kV、サンプルコーン電圧は30Vとし、検出はポジテ
ィブモードで行った。以上の条件でイオン化されたm/z=1451.64の成分を衝突
室(コリジョンセル)内でアルゴンガスと衝突させてプロダクトイオンに解離させた。ア
ルゴンを衝突させる際のエネルギー(コリジョンエネルギー)は50eVとした。なお、
測定する質量範囲はm/z=100から2000とした。図74に、解離させたプロダク
トイオンを飛行時間(TOF)型MSで検出した結果を示す。
図74の結果から、Ir(mp5CNptz-diPrp)は、主としてm/z=1
031付近にプロダクトイオンが検出されることがわかった。なお、図74に示す結果は
、Ir(mp5CNptz-diPrp)に由来する特徴的な結果を示すデータである
ことから、混合物中に含まれるIr(mp5CNptz-diPrp)を同定する上で
の重要なデータであるといえる。
なお、m/z=1031付近のプロダクトイオンは、Ir(mp5CNptz-diP
rp)から配位子である3-(3-シアノフェニル)-4-(2,6-ジイソプロピル
フェニル)-5-(2-メチルフェニル)-4H-1,2,4-トリアゾール(略称:H
mp5CNptz-diPrp)が離脱した状態のカチオンと推定され、Ir(mp5C
Nptz-diPrp)の特徴の一つである。
次に、Ir(mp5CNptz-diPrp)の電気化学的特性(酸化反応特性およ
び還元反応特性)をサイクリックボルタンメトリ(CV)測定によって測定した。なお測
定には、電気化学アナライザー(ビー・エー・エス(株)製、型番:ALSモデル600
Aまたは600C)を用いた。なお、酸化反応特性では、Ir(mp5CNptz-di
Prp)をクロロホルムに溶解させた溶液を、還元反応特性では、Ir(mp5CNp
tz-diPrp)をN,N-ジメチルホルムアミド(略称:DMF)に溶解させた溶
液を、それぞれ測定した。測定では、参照電極に対する作用電極の電位を適切な範囲で変
化させて各々酸化ピーク電位、還元電位ピーク電位を得た。また、参照電極のレドックス
ポテンシャルが-4.94eVであることが見積もられているため、この数値と得られた
ピーク電位から、HOMO準位およびLUMO準位を算出した。
CV測定の結果、Ir(mp5CNptz-diPrp)の酸化電位は0.96V、
還元電位は-2.59Vであった。また、CV測定より算出したIr(mp5CNptz
-diPrp)のHOMO準位は-5.90eV、LUMO準位は-2.35eVであ
った。
<合成例8>
本実施例では、実施の形態2で構造式(128)として示した本発明の一態様の有機金
属錯体である、トリス{4,6-ジシアノ-2-[4-(2,6-ジイソプロピルフェニ
ル)-5-(2-メチルフェニル)-4H-1,2,4-トリアゾール-3-イル-κN
]フェニル-κC}イリジウム(III)(略称:Ir(mpdCNptz-diPr
p))の合成方法について説明する。Ir(mpdCNptz-diPrp)の構造
を以下に示す。
≪ステップ1:N-3,5-ジブロモベンゾイル-N’-2-メチルベンゾイルヒドラジ
ドの合成≫
24g(80mmol)の3,5-ジブロモベンゾイルヒドラジドと、150mLのN
-メチル-2-ピロリジノン(NMP)と、を500mLの三口フラスコに加え、窒素気
流下、氷浴で撹拌した。この混合溶液に12g(80mmol)のo-トルオイルクロリ
ドと25mLのNMPとの混合溶液をゆっくり滴下し、20時間撹拌し反応させた。反応
後、この反応溶液を300mLの水にゆっくり加えると、固体が析出した。析出した固体
を水と1M塩酸で交互に超音波洗浄した。その後、固体をエタノールで超音波洗浄し、白
色固体を31g、収率93%で得た。核磁気共鳴法(NMR)により得られた白色固体が
N-3,5-ジブロモベンゾイル-N’-2-メチルベンゾイルヒドラジドであることを
確認した。ステップ1の合成スキームを下記式(a-6)に示す。
≪ステップ2:N-クロロ-3,5-ジブロモフェニルメチリデン-N’-クロロ-2-
メチルフェニルメチリデンヒドラゾンの合成≫
ステップ1で合成した31g(75mmol)のN-3,5-ジブロモベンゾイル-N
’-2-メチルベンゾイルヒドラジドと、500mLのトルエンを、1000mLの三口
フラスコに入れた。この混合溶液に50g(240mmol)の五塩化リンを加え、12
0℃で4時間加熱撹拌し反応させた。反応後、この反応溶液を500mLの水にゆっくり
と加え、室温で30分撹拌した。この混合物の水層と有機層を分液し、水層をジクロロメ
タンで抽出した。得られた抽出溶液と有機層とを合わせた溶液を400mLの1M水酸化
ナトリウム水溶液にゆっくりと加え、室温で30分撹拌した。この混合物の水層と有機層
を分液し、水層をジクロロメタンで抽出した。得られた抽出溶液を飽和炭酸水素ナトリウ
ム水溶液、次いで飽和食塩水で洗浄した。洗浄後の溶液に無水硫酸マグネシウムを加えて
乾燥させ、得られた混合物を自然濾過して、ろ液を得た。得られたろ液を濃縮して固体を
得た。得られた固体にヘキサンを加えて超音波を照射し、吸引ろ過することで黄色固体を
27g、収率81%で得た。核磁気共鳴法(NMR)により得られた黄色固体がN-クロ
ロ-3,5-ジブロモフェニルメチリデン-N’-クロロ-2-メチルフェニルメチリデ
ンヒドラゾンであることを確認した。ステップ2の合成スキームを下記式(b-6)に示
す。
≪ステップ3:3-(3,5-ジブロモフェニル)-4-(2,6-ジイソプロピルフェ
ニル)-5-(2-メチルフェニル)-4H-1,2,4-トリアゾールの合成≫
ステップ2で合成した27g(60mmol)のN-クロロ-3,5-ジブロモフェニ
ルメチリデン-N’-クロロ-2-メチルフェニルメチリデンヒドラゾンと、32g(1
80mmol)の2,6-ジイソプロピルアニリンと、200mLのN,N-ジメチルア
ニリンと、を500mLの三口フラスコに入れ、窒素気流下、160℃で14時間撹拌し
反応させた。反応後、反応溶液を500mLの3M塩酸に入れ、1時間撹拌した。水層を
酢酸エチルで抽出した。有機層と得られた抽出溶液を合わせて、飽和炭酸水素ナトリウム
、飽和食塩水で洗浄した溶液に無水硫酸マグネシウムを加えて乾燥させた。得られた混合
物を自然ろ過し、ろ液を濃縮して油状物を得た。得られた油状物をシリカカラムクロマト
グラフィーにより精製した。展開溶媒には、ヘキサン:酢酸エチル=5:1の混合溶媒を
用いた。得られたフラクションを濃縮して、固体を得た。得られた固体にヘキサンを加え
て超音波を照射し、吸引ろ過で固体を得た。得られた固体を酢酸エチル/ヘキサンで再結
晶し、白色固体を9.4g、収率28%で得た。核磁気共鳴法(NMR)により得られた
白色固体が3-(3,5-ジブロモフェニル)-4-(2,6-ジイソプロピルフェニル
)-5-(2-メチルフェニル)-4H-1,2,4-トリアゾールであることを確認し
た。ステップ3の合成スキームを下記式(c-6)に示す。
≪ステップ4:3-(3,5-ジシアノフェニル)-4-(2,6-ジイソプロピルフェ
ニル)-5-(2-メチルフェニル)-4H-1,2,4-トリアゾール(略称:Hmp
dCNptz-diPrp)の合成≫
ステップ3で合成した3-(3,5-ジブロモフェニル)-4-(2,6-ジイソプロ
ピルフェニル)-5-(2-メチルフェニル)-4H-1,2,4-トリアゾールのうち
6.0g(11mmol)と、36mLのN,N-ジメチルホルムアミドと、を200m
Lの三口フラスコに入れた。この混合溶液に2.9g(33mmol)のシアン化銅を加
え、150℃で29.5時間加熱撹拌し反応させた。反応後、この反応溶液に60mLの
アンモニア水と60mLの水とを加えて室温で2時間撹拌した。この混合物にクロロホル
ムを加えて抽出した。得られた抽出溶液を飽和食塩水で2回洗浄した。洗浄後の溶液に無
水硫酸マグネシウムを加えて乾燥させ、得られた混合物を自然ろ過して、ろ液を得た。得
られたろ液を濃縮して油状物を得た。得られた油状物をシリカカラムクロマトグラフィー
により精製した。展開溶媒には、酢酸エチル:ヘキサン=1:5の混合溶媒を用いた。得
られたフラクションを濃縮して、固体を得た。得られた固体を酢酸エチル/ヘキサンで再
結晶し、白色固体を2.0g、収率42%で得た。核磁気共鳴法(NMR)により得られ
た白色固体が3-(3,5-ジシアノフェニル)-4-(2,6-ジイソプロピルフェニ
ル)-5-(2-メチルフェニル)-4H-1,2,4-トリアゾール(略称:Hmpd
CNptz-diPrp)であることを確認した。ステップ4の合成スキームを下記式(
d-6)に示す。
≪ステップ5:トリス{4,6-ジシアノ-2-[4-(2,6-ジイソプロピルフェニ
ル)-5-(2-メチルフェニル)-4H-1,2,4-トリアゾール-3-イル-κN
]フェニル-κC}イリジウム(III)(略称:Ir(mpdCNptz-diPr
p))の合成≫
ステップ4で合成した2.0g(4.5mmol)のHmpdCNptz-diPrp
と、0.44g(0.90mmol)のトリス(アセチルアセトナト)イリジウム(II
I)とを、三方コックを付けた反応容器に入れ、アルゴン気流下、250℃にて37時間
撹拌し反応させた。得られた反応混合物をジクロロメタンに加えてろ過し、不溶物を取り
除いた。得られたろ液を濃縮し、固体を得た。得られた固体をシリカカラムクロマトグラ
フィーにより精製した。展開溶媒には、まずジクロロメタンを用い、次いで、ジクロロメ
タン:酢酸エチル=100:3を用いた。得られたフラクションを濃縮して、固体を得た
。得られた固体を酢酸エチル/ヘキサンで再結晶し、黄色固体を0.31g、収率22%
で得た。得られた0.31gの黄色固体をトレインサブリメーション法により昇華精製し
た。圧力が3.0×10-3Paの条件で、310℃で38時間加熱して行った。昇華精
製後、0.19gの黄色固体を、回収率60%で得た。ステップ5の合成スキームを下記
式(e-6)に示す。
上記ステップ5で得られた黄色固体のプロトン(H)を核磁気共鳴法(NMR)によ
り測定した。以下に得られた値を示す。また、H-NMRチャートを図75に示す。こ
のことから、本合成例において、上述の構造式(128)で表される本発明の一態様の有
機金属錯体である、Ir(mpdCNptz-diPrp)が得られたことがわかった
H-NMR.δ(CDCl):0.17(d,3H),0.32(d,3H),
0.37(d,3H),0.54(d,3H),0.64-0.67(m,6H),0.
74-0.78(m,6H),0.92(d,3H),1.02(d,3H),1.06
-1.11(m,6H),1.88-1.97(m,2H),2.23-2.28(m,
1H),2.38(s,3H),2.45(s,3H),2.48(s,3H),2.8
2-2.87(m,1H),3.11-3.16(m,1H),6.23(d,1H),
6.46(d,1H),6.58(d,1H),6.69(d,1H),6.73(d,
1H),6.77-6.83(m,2H),6.87-6.94(m,2H),7.16
-7.39(m,14H),7.49-7.50(m,2H),7.57(t,3H)。
<Ir(mpdCNptz-diPrp)の特性>
続いて、Ir(mpdCNptz-diPrp)のジクロロメタン溶液(0.012
5mmol/L)の吸収スペクトル及び発光スペクトルを測定した。吸収スペクトル及び
発光スペクトルの測定方法は、実施例1と同様である。得られた吸収スペクトル及び発光
スペクトルの測定結果を図76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。なお、図76に示す吸収スペクトルは、ジクロロメタン溶液(0.0125mmol
/L)を石英セルに入れて測定した吸収スペクトルから、ジクロロメタンのみを石英セル
に入れて測定した吸収スペクトルを差し引いた結果を示している。
図76に示すように、Ir(mpdCNptz-diPrp)のジクロロメタン溶液
からは、470nmおよび499nmに発光ピークを有する青色の発光が観測された。
次に、本実施例で得られたIr(mpdCNptz-diPrp)を液体クロマトグ
ラフ質量分析(LC/MS分析)によって質量(MS)分析した。
LC/MS分析は、LC(液体クロマトグラフィー)分離をウォーターズ社製Acqu
ity UPLCにより、MS分析(質量分析)をウォーターズ社製Xevo G2 T
of MSにより行った。LC分離で用いたカラムはAcquity UPLC BEH
C8 (2.1×100mm 1.7μm)、カラム温度は40℃とした。移動相は移
動相Aをアセトニトリル、移動相Bを0.1%ギ酸水溶液とした。また、サンプルは任意
の濃度のIr(mpdCNptz-diPrp)をクロロホルムに溶解し、アセトニト
リルで希釈して調整し、注入量は5.0μLとした。
LC分離には移動相の組成を変化させるグラジエント法を用い、測定開始後0分から1
分までが、移動相A:移動相B=80:20、その後組成を変化させ、10分における移
動相Aと移動相Bとの比が移動相A:移動相B=95:5となるようにした。組成変化は
リニアに変化させた。
MS分析では、エレクトロスプレーイオン化法(ESI)によるイオン化を行った。こ
の時のキャピラリー電圧は3.0kV、サンプルコーン電圧は30Vとし、検出はポジテ
ィブモードで行った。以上の条件でイオン化されたm/z=1526.62の成分を衝突
室(コリジョンセル)内でアルゴンガスと衝突させてプロダクトイオンに解離させた。ア
ルゴンを衝突させる際のエネルギー(コリジョンエネルギー)は50eVとした。なお、
測定する質量範囲はm/z=100から2000とした。図77に、解離させたプロダク
トイオンを飛行時間(TOF)型MSで検出した結果を示す。
図77の結果から、Ir(mpdCNptz-diPrp)は、主としてm/z=1
081付近にプロダクトイオンが検出されることがわかった。なお、図77に示す結果は
、Ir(mpdCNptz-diPrp)に由来する特徴的な結果を示すデータである
ことから、混合物中に含まれるIr(mpdCNptz-diPrp)を同定する上で
の重要なデータであるといえる。
なお、m/z=1081付近のプロダクトイオンは、Ir(mpdCNptz-diP
rp)から配位子であるHmpdCNptz-diPrpが離脱した状態のカチオンと
推定され、Ir(mpdCNptz-diPrp)の特徴の一つである。
次に、Ir(mpdCNptz-diPrp)の電気化学的特性(酸化反応特性およ
び還元反応特性)をサイクリックボルタンメトリ(CV)測定によって測定した。なお測
定には、電気化学アナライザー(ビー・エー・エス(株)製、型番:ALSモデル600
Aまたは600C)を用いた。なお、酸化反応特性では、Ir(mpdCNptz-di
Prp)をクロロホルムに溶解させた溶液を、還元反応特性では、Ir(mpdCNp
tz-diPrp)をN,N-ジメチルホルムアミド(略称:DMF)に溶解させた溶
液を、それぞれ測定した。測定では、参照電極に対する作用電極の電位を適切な範囲で変
化させて各々酸化ピーク電位、還元電位ピーク電位を得た。また、参照電極のレドックス
ポテンシャルが-4.94eVであることが見積もられているため、この数値と得られた
ピーク電位から、HOMO準位およびLUMO準位を算出した。
CV測定の結果、Ir(mpdCNptz-diPrp)の還元電位は-2.20V
であった。また、CV測定より算出したIr(mpdCNptz-diPrp)のLU
MO準位は-2.75eVであった。一方、Ir(mpdCNptz-diPrp)
酸化電位は非常に高く正確な値が測定できなかった。そのため、CV測定より算出される
Ir(mpdCNptz-diPrp)のHOMO準位は低く、-6eV以下であると
見積もられる。
<合成例9>
本実施例では、実施の形態2で構造式(129)として示した本発明の一態様の有機金
属錯体である、トリス{2-[5-(5-シアノ-2-メチルフェニル)-4-(2,6
-ジイソプロピルフェニル)-4H-1,2,4-トリアゾール-3-イル-κN]フ
ェニル-κC}イリジウム(III)(略称:Ir(mCNpptz-diPrp)
の合成方法について説明する。Ir(mCNpptz-diPrp)の構造を以下に示
す。
≪ステップ1:N-5-ブロモ-2-メチルベンゾイル-N’-ベンゾイルヒドラジドの
合成≫
15g(107mmol)のベンゾイルヒドラジドと、75mLのN-メチル-2-ピ
ロリジノン(NMP)と、を500mLの三口フラスコに加え、窒素気流下、氷浴で撹拌
した。この混合溶液に25g(107mmol)の5-ブロモ-2-メチルベンゾイルク
ロリドと32mLのNMPの混合溶液をゆっくり滴下し、23時間撹拌し反応させた。反
応後、この反応溶液を500mLの水にゆっくり加えると、固体が析出した。析出した固
体を水と1M塩酸で交互に超音波洗浄した。その後、エタノールで超音波洗浄を行い、白
色固体を33g、収率92%で得た。核磁気共鳴法(NMR)により得られた白色固体が
N-5-ブロモ-2-メチルベンゾイル-N’-ベンゾイルヒドラジドであることを確認
した。ステップ1の合成スキームを下記式(a-7)に示す。
≪ステップ2:N-クロロ-5-ブロモ-2-メチルフェニルメチリデン-N’-クロロ
フェニルメチリデンヒドラゾンの合成≫
ステップ1で合成したN-5-ブロモ-2-メチルベンゾイル-N’-ベンゾイルヒド
ラジドのうち27g(80mmol)と、500mLのトルエンと、を1000mLの三
口フラスコに入れた。この混合溶液に50g(240mmol)の五塩化リンを加え、1
20℃で8時間加熱撹拌し反応させた。反応後、この反応溶液を500mLの水にゆっく
りと加え、室温で30分撹拌した。この混合物の水層と有機層を分液し、水層をトルエン
で抽出した。得られた抽出溶液と有機層を回収し、この有機層を400mLの1M水酸化
ナトリウム水溶液にゆっくりと加え、室温で30分撹拌した。この混合物の水層と有機層
を分液し、水層をトルエンで抽出した。得られた抽出溶液を飽和炭酸水素ナトリウム水溶
液、次いで飽和食塩水で洗浄した。洗浄後の溶液に無水硫酸マグネシウムを加えて乾燥さ
せ、得られた混合物を自然ろ過して、ろ液を得た。得られたろ液を濃縮して固体を得た。
得られた固体にヘキサンを加えて超音波を照射し、吸引ろ過をすることで黄色固体を22
g、収率75%で得た。核磁気共鳴法(NMR)により得られた黄色固体がN-クロロ-
5-ブロモ-2-メチルフェニルメチリデン-N’-クロロフェニルメチリデンヒドラゾ
ンであることを確認した。ステップ2の合成スキームを下記式(b-7)に示す。
≪ステップ3:3-(5-ブロモ-2-メチルフェニル)-4-(2,6-ジイソプロピ
ルフェニル)-5-フェニル-4H-1,2,4-トリアゾールの合成≫
ステップ2で合成した22g(66mmol)のN-クロロ-5-ブロモ-2-メチル
フェニルメチリデン-N’-クロロフェニルメチリデンヒドラゾンと、35g(199m
mol)の2,6-ジイソプロピルアニリンと、200mLのN,N-ジメチルアニリン
と、を500mLの三口フラスコに入れ、窒素気流下、160℃で11.5時間撹拌し反
応させた。反応後、反応溶液を500mLの3M塩酸に入れ、1時間撹拌した。有機層と
水層を分液し、水層を酢酸エチルで抽出した。有機層と得られた抽出溶液を合わせて、飽
和炭酸水素ナトリウム及び飽和食塩水で洗浄し、得られた溶液に無水硫酸マグネシウムを
加えて乾燥させた。得られた混合物を自然ろ過し、ろ液を濃縮して油状物を得た。得られ
た油状物をシリカカラムクロマトグラフィーにより精製した。展開溶媒には、トルエン:
酢酸エチル=5:1の混合溶媒を用いた。得られたフラクションを濃縮して、固体を得た
。得られた固体を酢酸エチル/ヘキサンで再結晶し、白色固体を13g、収率42%で得
た。核磁気共鳴法(NMR)により得られた白色固体が3-(5-ブロモ-2-メチルフ
ェニル)-4-(2,6-ジイソプロピルフェニル)-5-フェニル-4H-1,2,4
-トリアゾールであることを確認した。ステップ3の合成スキームを下記式(c-7)に
示す。
≪ステップ4:3-(5-シアノ-2-メチルフェニル)-4-(2,6-ジイソプロピ
ルフェニル)-5-フェニル-4H-1,2,4-トリアゾール(略称:HmCNppt
z-diPrp)の合成≫
ステップ3で合成した3-(5-ブロモ-2-メチルフェニル)-4-(2,6-ジイ
ソプロピルフェニル)-5-フェニル-4H-1,2,4-トリアゾールのうち10g(
21mmol)と、70mLのN,N-ジメチルホルムアミドと、を300mLの三口フ
ラスコに入れた。この混合溶液に2.8g(32mmol)のシアン化銅を加え、150
℃で43時間加熱撹拌し反応させた。反応後、この反応溶液に100mLのアンモニア水
と100mLの水とを加えて室温で30分間撹拌した。この混合物にクロロホルムを加え
て、抽出した。得られた抽出溶液を飽和食塩水で2回洗浄した。洗浄後の溶液に無水硫酸
マグネシウムを加えて乾燥させ、得られた混合物を自然ろ過して、ろ液を得た。得られた
ろ液を濃縮して油状物を得た。得られた油状物をシリカカラムクロマトグラフィーにより
精製した。展開溶媒には、まず酢酸エチル:ヘキサン=1:5の混合溶媒を用い、次いで
、酢酸エチル:ヘキサン=1:3の混合溶媒を用いた。得られたフラクションを濃縮して
、固体を得た。得られた固体を酢酸エチル/ヘキサンで再結晶し、白色固体を1.9g、
収率21%で得た。核磁気共鳴法(NMR)により得られた白色固体が3-(5-シアノ
-2-メチルフェニル)-4-(2,6-ジイソプロピルフェニル)-5-フェニル-4
H-1,2,4-トリアゾール(略称:HmCNpptz-diPrp)であることを確
認した。ステップ4の合成スキームを下記式(d-7)に示す。
≪ステップ5:トリス{2-[5-(5-シアノ-2-メチルフェニル)-4-(2,6
-ジイソプロピルフェニル)-4H-1,2,4-トリアゾール-3-イル-κN]フ
ェニル-κC}イリジウム(III)(略称:Ir(mCNpptz-diPrp)
の合成≫
ステップ4で合成した1.9g(4.4mmol)のHmCNpptz-diPrpと
、0.43g(0.89mmol)のトリス(アセチルアセトナト)イリジウム(III
)とを、三方コックを付けた反応容器に入れ、アルゴン気流下、250℃にて40.5時
間撹拌し反応させた。得られた反応混合物をジクロロメタンに加えてろ過し、不溶物を取
り除いた。得られたろ液を濃縮し、固体を得た。得られた固体をシリカカラムクロマトグ
ラフィーにより精製した。展開溶媒には、まずジクロロメタンを用い、次いで、ジクロロ
メタン:酢酸エチル=100:3を用いた。得られたフラクションを濃縮して、固体を得
た。得られた固体を酢酸エチル/ヘキサンで再結晶し、黄色固体を0.27g、収率21
%で得た。得られた0.27gの黄色固体をトレインサブリメーション法により昇華精製
した。圧力が8.6×10-3Paの条件で、310℃で17時間加熱して行った。昇華
精製後、0.16gの黄色固体を、回収率61%で得た。ステップ5の合成スキームを下
記式(e-7)に示す。
上記ステップ5で得られた黄色固体のプロトン(H)を核磁気共鳴法(NMR)によ
り測定した。以下に得られた値を示す。また、H-NMRチャートを図78に示す。こ
のことから、本合成例において、上述の構造式(129)で表される本発明の一態様の有
機金属錯体である、Ir(mCNpptz-diPrp)が得られたことがわかった。
H-NMR.δ(CDCl):0.72(d,9H),0.80-0.83(m
,18H),0.93(d,9H),2.15-2.21(m,3H),2.35(s,
9H),2.69-2.74(m,3H),6.21(d,3H),6.52(t,3H
),6.70(t,3H),6.80(d,3H),7.07(d,3H),7.29-
7.31(m,6H),7.34(d,3H),7.45(d,3H),7.56(t,
3H)。
<Ir(mCNpptz-diPrp)の特性>
続いて、Ir(mCNpptz-diPrp)のジクロロメタン溶液(0.0100
mmol/L)の吸収スペクトル及び発光スペクトルを測定した。吸収スペクトル及び発
光スペクトルの測定方法は、実施例1と同様である。得られた吸収スペクトル及び発光ス
ペクトルの測定結果を図79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
。なお、図79に示す吸収スペクトルは、ジクロロメタン溶液(0.0100mmol/
L)を石英セルに入れて測定した吸収スペクトルから、ジクロロメタンのみを石英セルに
入れて測定した吸収スペクトルを差し引いた結果を示している。
図79に示すように、Ir(mCNpptz-diPrp)のジクロロメタン溶液か
らは、499nmに発光ピークを有する青緑色の発光が観測された。
次に、本実施例で得られたIr(mCNpptz-diPrp)を液体クロマトグラ
フ質量分析(LC/MS分析)によって質量(MS)分析した。
LC/MS分析は、LC(液体クロマトグラフィー)分離をウォーターズ社製Acqu
ity UPLCにより、MS分析(質量分析)をウォーターズ社製Xevo G2 T
of MSにより行った。LC分離で用いたカラムはAcquity UPLC BEH
C8 (2.1×100mm 1.7μm)、カラム温度は40℃とした。移動相は移
動相Aをアセトニトリル、移動相Bを0.1%ギ酸水溶液とした。また、サンプルは任意
の濃度のIr(mCNpptz-diPrp)をクロロホルムに溶解し、アセトニトリ
ルで希釈して調整し、注入量は5.0μLとした。
LC分離には移動相の組成を変化させるグラジエント法を用い、測定開始後0分から1
分までが、移動相A:移動相B=80:20、その後組成を変化させ、10分における移
動相Aと移動相Bとの比が移動相A:移動相B=95:5となるようにし、その比で15
分まで保持した。組成変化はリニアに変化させた。
MS分析では、エレクトロスプレーイオン化法(ESI)によるイオン化を行った。こ
の時のキャピラリー電圧は3.0kV、サンプルコーン電圧は30Vとし、検出はポジテ
ィブモードで行った。以上の条件でイオン化されたm/z=1451.65の成分を衝突
室(コリジョンセル)内でアルゴンガスと衝突させてプロダクトイオンに解離させた。ア
ルゴンを衝突させる際のエネルギー(コリジョンエネルギー)は50eVとした。なお、
測定する質量範囲はm/z=100から2000とした。図80に、解離させたプロダク
トイオンを飛行時間(TOF)型MSで検出した結果を示す。
図80の結果から、Ir(mCNpptz-diPrp)は、主としてm/z=10
31付近にプロダクトイオンが検出されることがわかった。なお、図80に示す結果は、
Ir(mCNpptz-diPrp)に由来する特徴的な結果を示すデータであること
から、混合物中に含まれるIr(mCNpptz-diPrp)を同定する上での重要
なデータであるといえる。
なお、m/z=1031付近のプロダクトイオンは、Ir(mCNpptz-diPr
p)から配位子であるHmCNpptz-diPrpが離脱した状態のカチオンと推定
され、Ir(mCNpptz-diPrp)の特徴の一つである。
次に、Ir(mCNpptz-diPrp)の電気化学的特性(酸化反応特性および
還元反応特性)をサイクリックボルタンメトリ(CV)測定によって測定した。なお測定
には、電気化学アナライザー(ビー・エー・エス(株)製、型番:ALSモデル600A
または600C)を用いた。なお、酸化反応特性では、Ir(mCNpptz-diPr
p)をクロロホルムに溶解させた溶液を、還元反応特性では、Ir(mCNpptz-
diPrp)をN,N-ジメチルホルムアミド(略称:DMF)に溶解させた溶液を、
それぞれ測定した。測定では、参照電極に対する作用電極の電位を適切な範囲で変化させ
て各々酸化ピーク電位、還元電位ピーク電位を得た。また、参照電極のレドックスポテン
シャルが-4.94eVであることが見積もられているため、この数値と得られたピーク
電位から、HOMO準位およびLUMO準位を算出した。
CV測定の結果、Ir(mCNpptz-diPrp)の酸化電位は0.48V、還
元電位は-2.51Vであった。また、CV測定より算出したIr(mCNpptz-d
iPrp)のHOMO準位は-5.42eV、LUMO準位は-2.43eVであった
<合成例10>
本実施例では、実施の形態2の構造式(130)で表される本発明の一態様の有機金属
錯体である、トリス{4’-シアノ-3-[3-メチル-1-(2,4,6-トリメチル
フェニル)-1H-1,2,4-トリアゾール-5-イル-κN]-1,1’-ビフェ
ニル-4-イル-κC}イリジウム(III)(略称:Ir(MCN5btz1-tmp
)の合成例を具体的に例示する。Ir(MCN5btz1-tmp)の構造を以下
に示す。
≪ステップ1:N-(1-エトキシエチリデン)-3-ブロモベンズアミドの合成≫
10g(81mmol)のアセトイミド酸エチル 塩酸塩と、150mLのトルエンと
、20g(202mmol)のトリエチルアミン(EtN)と、を500mLの三口フ
ラスコに入れ、窒素気流下、室温で10分間撹拌した。その後、この混合物に18g(8
1mmol)の3-ブロモベンゾイルクロリドと30mLのトルエンとの混合溶媒を滴下
し、室温で24時間撹拌し反応させた。反応後、得られた反応溶液を吸引ろ過し、固体を
除去した。得られたろ液を濃縮し、黄色油状物を19g,収率87%得た。核磁気共鳴法
(NMR)により得られた黄色油状物がN-(1-エトキシエチリデン)-3-ブロモベ
ンズアミドであることを確認した。ステップ1の合成スキームを下記式(a-8)に示す
≪ステップ2:5-(3-ブロモフェニル)-1-(2,4,6-トリメチルフェニル)
-3-メチル-1H-1,2,4-トリアゾールの合成≫
次に、13g(70mmol)の2,4,6-トリメチルフェニルヒドラジン塩酸塩と
、140mLの四塩化炭素と、を500mLの三口フラスコに入れ、この混合物に14g
(140mmol)のトリエチルアミン(EtN)を加え、室温で1時間撹拌した。そ
の後、上記ステップ1で合成した19g(70mmol)のN-(1-エトキシエチリデ
ン)-3-ブロモベンズアミドを加え、窒素気流下、室温で17時間撹拌し反応させた。
反応後、得られた反応溶液に水を加え、水層をクロロホルムで抽出した。得られた抽出溶
液と有機層を合わせて、水、及び飽和食塩水で洗浄した。有機層に無水硫酸マグネシウム
を加えて乾燥させ、得られた混合物を自然ろ過し、ろ液を濃縮して油状物を得た。得られ
た油状物をシリカカラムクロマトグラフィーにより精製した。展開溶媒には、ジクロロメ
タンを用い、続いてジクロロメタン:酢酸エチル=9:1(v:v)の混合溶媒を用いた
。得られたフラクションを濃縮して、黄色油状物を16g、収率65%で得た。核磁気共
鳴法(NMR)により得られた黄色油状物が5-(3-ブロモフェニル)-1-(2,4
,6-トリメチルフェニル)-3-メチル-1H-1,2,4-トリアゾールであること
を確認した。ステップ2の合成スキームを下記式(b-8)に示す。
≪ステップ3:トリス[3-ブロモ-2-{1-(2,4,6-トリメチルフェニル)-
3-メチル-1H-1,2,4-トリアゾール-5-イル-κN}フェニル-κC]イ
リジウム(III)の合成≫
次に、上記ステップ2で得られた5-(3-ブロモフェニル)-1-(2,4,6-ト
リメチルフェニル)-3-メチル-1H-1,2,4-トリアゾールのうち5.2g(1
4mmol)と、1.4g(2.9mmol)のトリス(アセチルアセトナト)イリジウ
ム(III)とを、三方コックを付けた反応容器に入れ、250℃にて42時間加熱し反
応させた。反応後、得られた反応混合物をシリカカラムクロマトグラフィーにより精製し
た。展開溶媒には、ジクロロメタン:酢酸エチル=40:1(v:v)を用いた。得られ
たフラクションを濃縮して、固体を得た。この固体を酢酸エチル/ヘキサンで再結晶し、
黄色固体を0.77g、収率22%で得た。核磁気共鳴法(NMR)により得られた黄色
固体がトリス[3-ブロモ-2-{1-(2,4,6-トリメチルフェニル)-3-メチ
ル-1H-1,2,4-トリアゾール-5-イル-κN}フェニル-κC]イリジウム
(III)であることを確認した。ステップ3の合成スキームを下記式(c-8)に示す
≪ステップ4:トリス{4’-シアノ-3-[3-メチル-1-(2,4,6-トリメチ
ルフェニル)-1H-1,2,4-トリアゾール-5-イル-κN]-1,1’-ビフ
ェニル-4-イル-κC}イリジウム(III)(略称:Ir(MCN5btz1-tm
p))の合成≫
次に、上記ステップ3で得られたトリス[3-ブロモ-2-{1-(2,4,6-トリ
メチルフェニル)-3-メチル-1H-1,2,4-トリアゾール-5-イル-κN
フェニル-κC]イリジウム(III)のうち0.76g(0.61mmol)と、0.
54g(3.67mmol)の4-シアノフェニルボロン酸と、68mg(0.15mm
ol)の2-ジシクロヘキシルホスフィノ-2’,6’-ジメトキシビフェニル(S-p
hos)と、0.59g(0.15mmol)のリン酸カリウムと、を100mLの三口
フラスコに入れ、この混合物に40mLのトルエン、及び5mLの水を加え、フラスコ内
を窒素置換した。この混合物に42mg(0.073mmol)のビス(ジベンジリデン
アセトン)パラジウム(0)を加え、90℃で18時間加熱した。この混合物にさらに6
4mg(0.15mmol)の2-ジシクロヘキシルホスフィノ-2’,6’-ジメトキ
シビフェニル(S-phos)と、42mg(0.073mmol)のビス(ジベンジリ
デンアセトン)パラジウム(0)と、を加え、90℃で3.5時間加熱撹拌した。その後
、水層をトルエンで抽出し、得られた抽出溶液と有機層を合わせて水、及び飽和食塩水で
洗浄した。有機層に無水硫酸マグネシウムを加えて乾燥させ、得られた混合物を自然ろ過
し、ろ液を濃縮して固体を得た。この固体をシリカカラムクロマトグラフィーにより精製
した。展開溶媒には、ジクロロメタン:酢酸エチル=10:1(v:v)を用いた。得ら
れたフラクションを濃縮して、固体を得た。この固体を酢酸エチル/ヘキサンで再結晶し
、黄色固体を0.146g、収率18%で得た。核磁気共鳴法(NMR)により得られた
黄色固体がトリス{4’-シアノ-3-[3-メチル-1-(2,4,6-トリメチルフ
ェニル)-1H-1,2,4-トリアゾール-5-イル-κN]-1,1’-ビフェニ
ル-4-イル-κC}イリジウム(III)(略称:Ir(MCN5btz1-tmp)
)であることを確認した。ステップ4の合成スキームを下記式(d-8)に示す。
上記ステップ4で得られた黄色固体のプロトン(H)を核磁気共鳴法(NMR)によ
り測定した。以下に得られた値を示す。また、H-NMRチャートを図81に示す。こ
のことから、本合成例10において、上述の構造式(130)で表される本発明の一態様
の有機金属錯体である、Ir(MCN5btz1-tmp)が得られたことがわかった
H-NMR δ(CDCl):1.8(s,9H),2.15(s,9H),2.
17(s,9H),2.44(s,9H),6.62(d,3H),6.67(d,3H
),6.97(dd,3H),7.08(s,3H),7.15(s,3H),7.21
(d,6H),7.51(d,6H)。
<Ir(MCN5btz1-tmp)の特性>
続いて、Ir(MCN5btz1-tmp)のジクロロメタン溶液(0.0029m
mol/L)の吸収スペクトル及び発光スペクトルを測定した。吸収スペクトル及び発光
スペクトルの測定方法は、実施例1と同様である。得られた吸収スペクトル及び発光スペ
クトルの測定結果を図82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。
なお、図82に示す吸収スペクトルは、ジクロロメタン溶液を石英セルに入れて測定した
吸収スペクトルから、ジクロロメタンのみを石英セルに入れて測定した吸収スペクトルを
差し引いた結果を示している。
図82に示す通り、Ir(MCN5btz1-tmp)のジクロロメタン溶液からは
、506nm、及び541nmに発光ピークを有する緑色の発光が観測された。
<合成例11>
本実施例では、実施の形態2の構造式(131)で表される本発明の一態様の有機金属
錯体である、トリス{4’-シアノ-2’,6’-ジメチル-3-[3-メチル-1-(
2,4,6-トリメチルフェニル)-1H-1,2,4-トリアゾール-5-イル-κN
]-1,1’-ビフェニル-4-イル-κC}イリジウム(III)(略称:Ir(M
dmCN5btz1-tmp))の合成例を具体的に例示する。Ir(MdmCN5b
tz1-tmp)の構造を以下に示す。
≪ステップ1:4-シアノ-2,6-ジメチルフェニルボロン酸 ピナコールエステルの
合成≫
まず、5.0g(24mmol)の4-ブロモ-3,5-ジメチルベンゾニトリルと、
7.3g(29mmol)のビス(ピナコラト)ジボロンと、8.4g(86mmol)
の酢酸カリウムと、120mLのジメチルスルホキシド(DMSO)と、を三口フラスコ
に入れ、フラスコ内を窒素置換した。この混合物に、0.20g(0.24mmol)の
[1,1’-ビス(ジフェニルホスフィノ)フェロセン]パラジウム(II)ジクロロメ
タン付加物と、0.20g(0.48mmol)の2-ジシクロヘキシルホスフィノ-2
’,6’-ジメトキシビフェニル(S-phos)と、を加え、90℃で7時間加熱撹拌
した。その後、この混合物にさらに0.20g(0.24mmol)の[1,1’-ビス
(ジフェニルホスフィノ)フェロセン]パラジウム(II)ジクロロメタン付加物と、0
.20g(0.48mmol)の2-ジシクロヘキシルホスフィノ-2’,6’-ジメト
キシビフェニル(S-phos)と、3.5g(14mmol)のビス(ピナコラト)ジ
ボロンと、を加え、100℃で17時間加熱撹拌し反応させた。得られた反応溶液に水を
加え、有機層と水層に分液し、水層はトルエンで抽出した。有機層と抽出溶液を合わせた
溶液を、水、及び飽和食塩水で洗浄し、無水硫酸マグネシウムを加えて乾燥させた。得ら
れた混合物を自然ろ過し、ろ液を濃縮して固体を得た。この固体をフラッシュカラムクロ
マトグラフィーにより精製した。展開溶媒には、最初にトルエン:酢酸エチル=10:1
(v:v)の混合溶媒を用い、次いでトルエン:酢酸エチル=5:1(v:v)の混合溶
媒を用いた。得られたフラクションを濃縮して、固体を得た。この固体をトルエンとヘキ
サンで洗浄し、白色固体を3.5g、収率57%で得た。核磁気共鳴法(NMR)により
得られた白色固体が4-シアノ-2,6-ジメチルフェニルボロン酸 ピナコールエステ
ルであることを確認した。ステップ1の合成スキームを下記式(a-9)に示す。
≪ステップ2:5-(4’-シアノ-2’,6’-ジメチル-1,1’-ビフェニル-3
-イル)-3-メチル-1-(2,4,6-トリメチルフェニル)-1H-1,2,4-
トリアゾール(略称:HMdmCN5btz1-tmp)の合成≫
次に、上記合成例10のステップ2で得られる5-(3-ブロモフェニル)-1-(2
,4,6-トリメチルフェニル)-3-メチル-1H-1,2,4-トリアゾールを4.
0g(11mmol)と、上記ステップ1で得られた4-シアノ-2,6-ジメチルフェ
ニルボロン酸 ピナコールエステルを3.2g(12mmol)と、4.1g(20mm
ol)のリン酸カリウムと、75mLのトルエンと、7mLの水と、を三口フラスコに入
れ、フラスコ内を窒素置換した。この混合物に、0.26g(0.45mmol)のビス
(ジベンジリデンアセトン)パラジウム(0)と、0.37g(0.90mmol)の2
-ジシクロヘキシルホスフィノ-2’,6’-ジメトキシビフェニル(S-phos)と
、を加え、90℃で7.5時間加熱撹拌し反応させた。反応後、得られた反応溶液を有機
層と水層に分液し、水層をトルエンで抽出し、抽出溶液と有機層を合わせて水、及び飽和
食塩水で洗浄した。有機層に無水硫酸マグネシウムを加えて乾燥させ、得られた混合物を
自然ろ過し、ろ液を濃縮して油状物を得た。この油状物をフラッシュカラムクロマトグラ
フィーにより精製した。展開溶媒には、トルエンを用い、その後酢酸エチルを添加してト
ルエン:酢酸エチル=4:1まで極性をあげて行った。得られたフラクションを濃縮して
、固体を得た。この固体をエタノールで洗浄し、白色固体を3.9g、収率85%で得た
。核磁気共鳴法(NMR)により得られた白色固体が5-(4’-シアノ-2’,6’-
ジメチル-1,1’-ビフェニル-3-イル)-3-メチル-1-(2,4,6-トリメ
チルフェニル)-1H-1,2,4-トリアゾール(略称:HMdmCN5btz1-t
mp)であることを確認した。ステップ2の合成スキームを下記式(b-9)に示す。
≪ステップ3:トリス{4’-シアノ-2’,6’-ジメチル-3-[3-メチル-1-
(2,4,6-トリメチルフェニル)-1H-1,2,4-トリアゾール-5-イル-κ
]-1,1’-ビフェニル-4-イル-κC}イリジウム(III)(略称:Ir(
MdmCN5btz1-tmp))の合成≫
次に、上記ステップ2で得られた配位子であるHMdmCN5btz1-tmpのうち
1.0g(2.5mmol)と、0.33g(1.1mmol)の塩化イリジウム水和物
と、15mLの2-エトキシエタノールと、5mLの水と、を50mLのナス型フラスコ
に入れ、フラスコ内をアルゴン置換した。このフラスコに100W、100℃の条件でマ
イクロ波を1時間照射することにより加熱し、反応を行った。反応後、得られた反応溶液
を濃縮し、黄色油状物を得た。この油状物に、0.58g(2.2mmol)のトリフル
オロメタンスルホン酸銀と、配位子であるHMdmCN5btz1-tmpのうち2.2
8g(5.61mmol)と、を加え、フラスコ内を窒素置換し、165℃で23時間加
熱撹拌し反応させた。反応後、得られた反応混合物をジクロロメタンに溶解し、吸引ろ過
して不溶固体を除去した。得られたろ液をシリカカラムクロマトグラフィーにより精製し
た。展開溶媒には、ジクロロメタン:酢酸エチル=5:1(v:v)を用いた。得られた
フラクションを濃縮して、固体を得た。この固体を酢酸エチル/ヘキサンで再結晶し、黄
色固体を8mg、収率0.5%で得た。核磁気共鳴法(NMR)により得られた黄色固体
がトリス{4’-シアノ-2’,6’-ジメチル-3-[3-メチル-1-(2,4,6
-トリメチルフェニル)-1H-1,2,4-トリアゾール-5-イル-κN]-1,
1’-ビフェニル-4-イル-κC}イリジウム(III)(略称:Ir(MdmCN5
btz1-tmp))であることを確認した。ステップ3の合成スキームを下記式(c
-9)に示す。
上記ステップ3で得られた黄色固体のプロトン(H)を核磁気共鳴法(NMR)によ
り測定した。以下に得られた値を示す。また、H-NMRチャートを図83に示す。こ
のことから、本合成例11において、上述の構造式(131)で表される本発明の一態様
の有機金属錯体である、Ir(MdmCN5btz1-tmp)が得られたことがわか
った。
H-NMR δ(CDCl):1.71(s,9H),1.86(s,9H),
1.90(s,9H),2.10(s,9H),2.12(s,9H),2.28(s,
9H),6.19(d,3H),6.44(dd,3H),6.70(d,3H),6.
95(s,3H),7.00(s,3H),7.25(s,6H)。
<Ir(MdmCN5btz1-tmp)の特性>
続いて、Ir(MdmCN5btz1-tmp)のジクロロメタン溶液(0.014
mmol/L)の吸収スペクトル及び発光スペクトルを測定した。吸収スペクトル及び発
光スペクトルの測定方法は、実施例1と同様である。得られた吸収スペクトル及び発光ス
ペクトルの測定結果を図84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
。なお、図84に示す吸収スペクトルは、ジクロロメタン溶液を石英セルに入れて測定し
た吸収スペクトルから、ジクロロメタンのみを石英セルに入れて測定した吸収スペクトル
を差し引いた結果を示している。
図84に示す通り、Ir(MdmCN5btz1-tmp)のジクロロメタン溶液か
らは、462nm、及び490nmに発光ピークを有する青色の発光が観測された。
次に、Ir(MdmCN5btz1-tmp)の電気化学的特性(酸化反応特性およ
び還元反応特性)をサイクリックボルタンメトリ(CV)測定によって測定した。なお測
定には、電気化学アナライザー(ビー・エー・エス(株)製、型番:ALSモデル600
Aまたは600C)を用いた。なお、酸化反応特性では、Ir(MdmCN5btz1-
tmp)をクロロホルムに溶解させた溶液を、還元反応特性では、Ir(MdmCN5
btz1-tmp)をN,N-ジメチルホルムアミド(略称:DMF)に溶解させた溶
液を、それぞれ測定した。測定では、参照電極に対する作用電極の電位を適切な範囲で変
化させて各々酸化ピーク電位、還元電位ピーク電位を得た。また、参照電極のレドックス
ポテンシャルが-4.94eVであることが見積もられているため、この数値と得られた
ピーク電位から、HOMO準位およびLUMO準位を算出した。
CV測定の結果、Ir(MdmCN5btz1-tmp)の酸化電位は0.72V、
還元電位は-2.70Vであった。また、CV測定より算出したIr(MdmCN5bt
z1-tmp)のHOMO準位は-5.66eV、LUMO準位は-2.24eVであ
った。
本実施例では、本発明の一態様である発光素子(発光素子8乃至発光素子11)の作製
例を示す。本実施例で作製した発光素子の断面模式図は図42を参酌すればよい。また、
素子構造の詳細を表9に示す。また、使用した化合物の構造と略称については、先の実施
例を参酌すればよい。
<発光素子の作製>
≪発光素子8の作製≫
基板200上に電極101として、ITSO膜を厚さが70nmになるように形成した
。なお、電極101の電極面積は、4mm(2mm×2mm)とした。
次に、電極101上に正孔注入層111として、DBT3P-IIと、MoOと、を
重量比(DBT3P-II:MoO)が1:0.5になるように、且つ厚さが20nm
になるように共蒸着した。
次に、正孔注入層111上に正孔輸送層112として、PCCPを厚さが20nmにな
るように蒸着した。
次に、正孔輸送層112上に発光層160として、4,6mCzP2Pmと、PCCP
と、Ir(pim-diBuCNp)とを重量比(4,6mCzP2Pm:PCCP:
Ir(pim-diBuCNp))が0.2:0.8:0.125になるように、且つ
厚さが30nmになるように共蒸着し、続いて、重量比(4,6mCzP2Pm:PCC
P:Ir(pim-diBuCNp))が0.6:0.4:0.125になるように、
且つ厚さが10nmになるように共蒸着した。なお、発光層160において、4,6mC
zP2Pmが第1の有機化合物であり、PCCPが第2の有機化合物であり、Ir(pi
m-diBuCNp)がゲスト材料(燐光性化合物)である。
次に、発光層160上に、電子輸送層118として、4,6mCzP2Pmを厚さが1
0nmになるよう、及びBPhenを厚さが15nmになるよう、順次蒸着した。次に、
電子輸送層118上に、電子注入層119として、フッ化リチウム(LiF)を厚さが1
nmになるように蒸着した。
次に、電子注入層119上に、電極102として、アルミニウム(Al)を厚さが20
0nmになるように形成した。
次に、窒素雰囲気のグローブボックス内において、有機EL用シール材を用いて封止す
るための基板220を、有機材料を形成した基板200に固定することで、発光素子8を
封止した。なお、具体的な方法は、発光素子1と同様である。以上の工程により発光素子
8を得た。
≪発光素子9の作製≫
発光素子9は、先に示す発光素子8と、発光層160及び電子輸送層118の形成工程
のみ異なり、それ以外の工程は発光素子8と同様の作製方法とした。
発光素子9の発光層160として、35DCzPPyと、PCCPと、Ir(pim-
diBuCNp)と、を重量比(35DCzPPy:PCCP:Ir(pim-diB
uCNp))が0.6:0.4:0.125になるように、且つ厚さが40nmになる
ように共蒸着した。なお、発光層160において、35DCzPPyが第1の有機化合物
であり、PCCPが第2の有機化合物であり、Ir(pim-diBuCNp)がゲス
ト材料(燐光性化合物)である。
次に、発光層160上に、電子輸送層118として、35DCzPPyを厚さが10n
mになるよう、及びBPhenを厚さが15nmになるよう、順次蒸着した。
≪発光素子10の作製≫
発光素子10は、先に示す発光素子8と、発光層160の形成工程のみ異なり、それ以
外の工程は発光素子8と同様の作製方法とした。
発光素子10の発光層160として、4,6mCzP2Pmと、PCCPと、Ir(m
pptz-dmCNp)とを重量比(4,6mCzP2Pm:PCCP:Ir(mpp
tz-dmCNp))が0.4:0.6:0.125になるように、且つ厚さが30n
mになるように共蒸着し、続いて、重量比(4,6mCzP2Pm:PCCP:Ir(m
pptz-dmCNp))が0.8:0.2:0.125になるように、且つ厚さが1
0nmになるように共蒸着した。なお、発光層160において、4,6mCzP2Pmが
第1の有機化合物であり、PCCPが第2の有機化合物であり、Ir(mpptz-dm
CNp)がゲスト材料(燐光性化合物)である。
≪発光素子11の作製≫
発光素子11は、先に示す発光素子8と、発光層160の形成工程のみ異なり、それ以
外の工程は発光素子8と同様の作製方法とした。
発光素子11の発光層160として、4,6mCzP2Pmと、PCCPと、Ir(m
pptz-tmCNp)と、を重量比(4,6mCzP2Pm:PCCP:Ir(mp
ptz-tmCNp))が0.6:0.4:0.125になるように、且つ厚さが30
nmになるように共蒸着し、続いて、重量比(4,6mCzP2Pm:PCCP:Ir(
mpptz-tmCNp))が0.8:0.2:0.125になるように、且つ厚さが
10nmになるように共蒸着した。なお、発光層160において、4,6mCzP2Pm
が第1の有機化合物であり、PCCPが第2の有機化合物であり、Ir(mpptz-t
mCNp)がゲスト材料(燐光性化合物)である。
<発光素子の特性>
作製した発光素子8乃至発光素子11の電流効率-輝度特性を図85に示す。また、輝
度-電圧特性を図86に示す。また、外部量子効率-輝度特性を図87に示す。また、電
力効率-輝度特性を図88に示す。なお、各発光素子の測定は室温(23℃に保たれた雰
囲気)で行った。
また、1000cd/m付近における、発光素子8乃至発光素子11の素子特性を表
10に示す。
また、発光素子8乃至発光素子11にそれぞれ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89に示す。
図85乃至図88、及び表10で示すように、発光素子8乃至発光素子11は、高い発
光効率(電流効率および外部量子効率)を示した。また、発光素子8、発光素子9、発光
素子10、及び発光素子11の外部量子効率の最大値は、それぞれ25%、32%、31
%、30%と優れた値を示した。
また、図89に示すように、発光素子8、発光素子9、発光素子10、及び発光素子1
1の電界発光スペクトルのピーク波長はそれぞれ498nm、502nm、488nm、
485nmであり、半値全幅はそれぞれで70nm、67nm、64nm、77nmであ
る、青色の発光を示した。すなわち、配位子にシアノ基を含むアリール基を有するイリジ
ウム錯体をゲスト材料として用いることで、高い発光効率を呈する青色の発光素子を作製
できる。
また、図85乃至図88、及び表10で示すように、発光素子8、発光素子10、及び
発光素子11は、発光素子9と比べて、低い駆動電圧で駆動した。
先の実施例で示したように、発光素子8、発光素子10、及び発光素子11においては
、第1の有機化合物(4,6mCzP2Pm)のLUMO準位は、第2の有機化合物(P
CCP)のLUMO準位より低く、第1の有機化合物(4,6mCzP2Pm)のHOM
O準位は、第2の有機化合物(PCCP)のHOMO準位より低い。そのため、一対の電
極から注入されたキャリア(電子および正孔)が、効率よくホスト材料である第1の有機
化合物(4,6mCzP2Pm)と第2の有機化合物(PCCP)にそれぞれ注入され、
第1の有機化合物(4,6mCzP2Pm)と第2の有機化合物(PCCP)とが励起錯
体を形成することができる。したがって、発光素子8、発光素子10、及び発光素子11
は、高い発光効率と低い駆動電圧を両立した優れた特性を示している。
また、先の実施例で示したIr(pim-diBuCNp)の吸収スペクトル(図6
4)、Ir(mpptz-dmCNp)の吸収スペクトル(図67)、及びIr(mp
ptz-tm5CNp)の吸収スペクトル(図70)より、それぞれ吸収端を求め、直
接遷移を仮定した遷移エネルギーを見積もった。その結果、Ir(pim-diBuCN
p)の吸収端は484nmであり、遷移エネルギーは2.56eVと算出された。また
、Ir(mpptz-dmCNp)の吸収端は475nmであり、遷移エネルギーは2
.61eVと算出された。また、Ir(mpptz-tm5CNp)の吸収端は474
nmであり、遷移エネルギーは2.62eVと算出された。
また、先の実施例で示したように、第1の有機化合物(4,6mCzP2Pm)及び第
2の有機化合物(PCCP)の三重項励起エネルギー準位(T1準位)は、それぞれ2.
70eV及び2.66eVであり、ゲスト材料の吸収スペクトルの吸収端から導出された
遷移エネルギーよりそれぞれ高い。したがって、ホスト材料として用いた第1の有機化合
物(4,6mCzP2Pm)及び第2の有機化合物(PCCP)は、ホスト材料として十
分な三重項励起エネルギー準位(T1準位)を有する。
また、CV測定の結果より算出されたLUMO準位とHOMO準位とのエネルギー差に
ついては、Ir(pim-diBuCNp)は2.81eVであり、Ir(mpptz
-dmCNp)は2.91eVであり、Ir(mpptz-tm5CNp)は3.0
3eVであった。
したがって、Ir(pim-diBuCNp)、Ir(mpptz-dmCNp)
、及びIr(mpptz-tm5CNp)においては、LUMO準位とHOMO準位と
のエネルギー差が、吸収端から算出される遷移エネルギーより、それぞれ0.25eV、
0.30eV、及び0.41eV大きい結果であった。
また、Ir(pim-diBuCNp)、Ir(mpptz-dmCNp)、及び
Ir(mpptz-tm5CNp)の発光エネルギーは、図89に示した発光素子8、
発光素子10、及び発光素子11の電界発光スペクトルの最も短波長側のピーク波長がそ
れぞれ、498nm、488nm、及び485nmであったことから、それぞれ2.49
eV、2.54eV、及び2.56eVと算出された。
したがって、Ir(pim-diBuCNp)、Ir(mpptz-dmCNp)
、及びIr(mpptz-tm5CNp)においては、LUMO準位とHOMO準位と
のエネルギー差が、発光エネルギーより、それぞれ0.32eV、0.37eV、及び0
.47eV大きい結果であった。
すなわち、上記発光素子に用いたゲスト材料においては、LUMO準位とHOMO準位
とのエネルギー差が、吸収端から算出される遷移エネルギーより大きい。また、LUMO
準位とHOMO準位とのエネルギー差が、発光エネルギーより0.3eV以上大きい。そ
のため、一対の電極から注入されたキャリアが、該ゲスト材料において直接再結合する場
合には、LUMO準位とHOMO準位とのエネルギー差に相当する大きなエネルギーが必
要となり、高い電圧が必要となる。
しかしながら、本発明の一態様の発光素子においては、ゲスト材料においてキャリアが
直接再結合することなく、励起錯体からのエネルギー移動によってゲスト材料を励起する
ことが可能であるため、駆動電圧を低減することができる。したがって、本発明の一態様
の発光素子は消費電力を低減することができる。
なお、発光素子8、発光素子10、及び発光素子11におけるホスト材料である第1の
有機化合物(4,6mCzP2Pm)のLUMO準位と、第2の有機化合物(PCCP)
のHOMO準位とのエネルギー差は、表3より2.75eVと算出された。すなわち、発
光素子8、発光素子10、及び発光素子11のホスト材料である励起錯体のLUMO準位
とHOMO準位とのエネルギー差に相当するエネルギーは、ゲスト材料(Ir(pim-
diBuCNp)、Ir(mpptz-dmCNp)、及びIr(mpptz-tm
5CNp))のLUMO準位とHOMO準位とのエネルギー差(それぞれ2.81eV
、2.91eV、3.03eV)より小さく、吸収端から算出される遷移エネルギー(そ
れぞれ2.56eV、2.61eV、2.62eV)より大きい。したがって、発光素子
8、発光素子10、及び発光素子11においては、励起錯体を経由してゲスト材料を励起
させることが可能であるため、駆動電圧を低減することができる。したがって、本発明の
一態様の発光素子は消費電力を低減することができる。
以上、本発明の一態様の構成を用いることで、発光効率が高い発光素子を提供すること
ができる。また、消費電力が低減された発光素子を提供することができる。また、発光効
率が高く、青色の発光を呈する発光素子を提供することができる。
本実施例に示す構成は、他の実施例及び実施の形態と適宜組み合わせて用いることがで
きる。
本実施例では、本発明の一態様である発光素子(発光素子12及び発光素子13)の作
製例を示す。本実施例で作製した発光素子の断面模式図は図42を参酌すればよい。また
、素子構造の詳細を表11に示す。また、使用した化合物の構造と略称を以下に示す。な
お、他の化合物については、先の実施例を参酌すればよい。
<発光素子の作製>
≪発光素子12の作製≫
基板200上に電極101として、ITSO膜を厚さが70nmになるように形成した
。なお、電極101の電極面積は、4mm(2mm×2mm)とした。
次に、電極101上に正孔注入層111として、DBT3P-IIと、MoOと、を
重量比(DBT3P-II:MoO)が1:0.5になるように、且つ厚さが20nm
になるように共蒸着した。
次に、正孔注入層111上に正孔輸送層112として、4,4’-ビス(9-カルバゾ
ール)-2,2’-ジメチルビフェニル(略称:dmCBP)を厚さが20nmになるよ
うに蒸着した。
次に、正孔輸送層112上に発光層160として、4,6mCzP2Pmと、12-[
3-(9H-カルバゾール-9-イル)フェニル]-5,12-ジヒドロ-5-フェニル
-インドロ[3,2-a]カルバゾール(略称:mCzPICz)と、Ir(mp5CN
ptz-diPrp)とを重量比(4,6mCzP2Pm:mCzPICz:Ir(m
p5CNptz-diPrp))が0.6:0.4:0.125になるように、且つ厚
さが30nmになるように共蒸着し、続いて、重量比(4,6mCzP2Pm:mCzP
ICz:Ir(mp5CNptz-diPrp))が0.8:0.2:0.125にな
るように、且つ厚さが10nmになるように共蒸着した。なお、発光層160において、
4,6mCzP2Pmが第1の有機化合物であり、mCzPICzが第2の有機化合物で
あり、Ir(mp5CNptz-diPrp)がゲスト材料(燐光性化合物)である。
次に、発光層160上に、電子輸送層118として、4,6mCzP2Pmを厚さが1
0nmになるよう、及びBPhenを厚さが15nmになるよう、順次蒸着した。次に、
電子輸送層118上に、電子注入層119として、フッ化リチウム(LiF)を厚さが1
nmになるように蒸着した。
次に、電子注入層119上に、電極102として、アルミニウム(Al)を厚さが20
0nmになるように形成した。
次に、窒素雰囲気のグローブボックス内において、有機EL用シール材を用いて封止す
るための基板220を、有機材料を形成した基板200に固定することで、発光素子12
を封止した。なお、具体的な方法は、発光素子1と同様である。以上の工程により発光素
子12を得た。
≪発光素子13の作製≫
発光素子13は、先に示す発光素子12と、発光層160の形成工程のみ異なり、それ
以外の工程は発光素子12と同様の作製方法とした。
発光素子13の発光層160として、4,6mCzP2Pmと、mCzPICzと、I
r(mpdCNptz-diPrP)とを重量比(4,6mCzP2Pm:mCzPI
Cz:Ir(mpdCNptz-diPrP))が0.8:0.2:0.125になる
ように、且つ厚さが40nmになるように共蒸着した。なお、発光層160において、4
,6mCzP2Pmが第1の有機化合物であり、mCzPICzが第2の有機化合物であ
り、Ir(mpdCNptz-diPrP)がゲスト材料(燐光性化合物)である。
<ホスト材料の発光スペクトル>
ここで、上記作製した発光素子(発光素子12及び発光素子13)のホスト材料(第1
の有機化合物および第2の有機化合物)として用いた、4,6mCzP2Pm単体、及び
mCzPICz単体の薄膜の発光スペクトルを測定した結果と、4,6mCzP2Pmと
mCzPICzとの混合薄膜の発光スペクトルを測定した結果を図90に示す。
上記の発光スペクトルを測定するため、石英基板上に真空蒸着法により薄膜サンプルを
作製した。また、発光スペクトルの測定にはPL-EL測定装置(浜松ホトニクス社製)
を用い、室温(23℃に保たれた雰囲気)で測定を行った。なお、薄膜の膜厚は50nm
とした。また、混合薄膜における2種類の化合物の混合比(4,6mCzP2Pm:mC
zPICz)は1:1とした。
図90に示すように、4,6mCzP2PmとmCzPICzとの混合薄膜の発光スペ
クトルはピーク波長が477nmであり、ピーク波長が440nmである4,6mCzP
2Pm単体、及びピーク波長が372nmであるmCzPICz単体の発光スペクトルと
互いに異なる発光スペクトルを示す結果が得られた。後に示すように、4,6mCzP2
PmのLUMO準位は、mCzPICzのLUMO準位より低く、mCzPICzのHO
MO準位は、4,6mCzP2PmのHOMO準位より高い。また、4,6mCzP2P
mとmCzPICzとの混合薄膜の発光は、4,6mCzP2PmのLUMO準位と、m
CzPICzのHOMO準位と、のエネルギー差に概ね相当するエネルギーを有し、該混
合薄膜が呈する発光が、4,6mCzP2Pm単体及びmCzPICz単体の発光より長
波長(低エネルギー)であることから、該混合薄膜の発光は、両化合物が形成する励起錯
体からの発光であるといえる。すなわち、4,6mCzP2PmとmCzPICzとは、
互いに励起錯体を形成する組み合わせの有機化合物であり、4,6mCzP2PmとmC
zPICzとをホスト材料として有することで、ExTETを利用する発光素子を作製す
ることができる。
また、図73及び図76に示したように、Ir(mp5CNptz-diPrp)
びIr(mpdCNptz-diPrp)の吸収スペクトルにおける最も低エネルギー
側(長波長側)の吸収帯は450nm付近であり、4,6mCzP2PmとmCzPIC
zとで形成する励起錯体が呈する発光スペクトルと重なる領域を有している。したがって
、4,6mCzP2PmおよびmCzPICzをホスト材料として有する発光素子は、効
果的にゲスト材料へ励起エネルギーを移動することができる。
上記のように、発光素子12及び発光素子13は、第1の有機化合物である4,6mC
zP2Pmと、第2の有機化合物であるmCzPICzとが励起錯体を形成する組み合わ
せのホスト材料を有する発光素子である。
次に、ホスト材料として用いた第2の有機化合物(mCzPICz)の三重項励起エネ
ルギー準位(T1準位)を測定した。なお、第1の有機化合物(4,6mCzP2Pm)
の三重項励起エネルギー準位(T1準位)は先の実施例4で示したとおりである。
三重項励起エネルギー準位の測定は、化合物の薄膜サンプルについて燐光発光測定を行
うことにより測定した。測定には、顕微PL装置 LabRAM HR-PL((株)堀
場製作所)を用い、測定温度は10K、励起光としてHe-Cdレーザ(325nm)を
用い、検出器にはCCD検出器を用いた。測定から得られた燐光スペクトルにおける最も
短波長側のピークより、三重項励起エネルギー準位(T1準位)を求めた。
第2の有機化合物(mCzPICz)の燐光発光スペクトルの最も短波長側のピークの
波長は441nmであり、三重項励起エネルギー準位(T1準位)は2.81eVと導出
することができた。また、実施例4で示したように、第1の有機化合物(4,6mCzP
2Pm)の燐光発光スペクトルの最も短波長側のピークの波長は、459nmであり、三
重項励起エネルギー準位(T1準位)は2.70eVであった。
また、4,6mCzP2PmおよびmCzPICzの燐光発光スペクトルの最も短波長
側のピーク波長は、図90で示した4,6mCzP2PmとmCzPICzとで形成する
励起錯体の発光スペクトルの最も短波長側のピーク波長より、それぞれ短波長である。な
お、励起錯体は、一重項励起エネルギー準位(S1準位)と三重項励起エネルギー準位(
T1準位)とのエネルギー差が小さいという特徴を有するため、励起錯体の三重項励起エ
ネルギー準位(T1準位)は、発光スペクトルの最も短波長側のピーク波長から導出する
ことができる。すなわち、第1の有機化合物(4,6mCzP2Pm)及び第2の有機化
合物(mCzPICz)の三重項励起エネルギー準位(T1準位)は、励起錯体の三重項
励起エネルギー準位(T1準位)より高いと言える。
また、後に示すように、吸収スペクトルの吸収端から導出されたゲスト材料の遷移エネ
ルギーより、4,6mCzP2Pm及びmCzPICzの三重項励起エネルギー準位(T
1準位)は高い。
したがって、本実施例でホスト材料として用いた第1の有機化合物(4,6mCzP2
Pm)及び第2の有機化合物(mCzPICz)は、ホスト材料として十分な三重項励起
エネルギー準位(T1準位)を有する。
<発光素子の特性>
作製した発光素子12及び発光素子13の電流効率-輝度特性を図91に示す。また、
輝度-電圧特性を図92に示す。また、外部量子効率-輝度特性を図93に示す。また、
電力効率-輝度特性を図94に示す。なお、各発光素子の測定は室温(23℃に保たれた
雰囲気)で行った。
また、1000cd/m付近における、発光素子12及び発光素子13の素子特性を
表12に示す。
また、発光素子12及び発光素子13にそれぞれ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95に示す。
図91乃至図94、及び表12で示すように、発光素子12及び発光素子13は、高い
発光効率(電流効率および外部量子効率)を示した。また、発光素子12及び発光素子1
3の外部量子効率の最大値はそれぞれ26%及び28%と良好な値を示した。
また、図95に示すように、発光素子12及び発光素子13の電界発光スペクトルのピ
ーク波長はそれぞれ464nm及び471nmであり、半値全幅がそれぞれ60nm及び
70nmである、色純度の高い青色の発光を示した。すなわち、配位子にシアノ基を含む
アリール基を有するイリジウム錯体をゲスト材料として用いることで、高い発光効率を呈
する青色の発光素子を作製できる。
また、図91乃至図94、及び表12で示すように、発光素子12及び発光素子13は
、低い駆動電圧で駆動した。
<CV測定結果>
ここで、上記発光素子のホスト材料に用いた化合物(mCzPICz)の電気化学的特
性(酸化反応特性および還元反応特性)をサイクリックボルタンメトリ(CV)測定によ
って測定した。なお測定には、電気化学アナライザー(ビー・エー・エス(株)製、型番
:ALSモデル600Aまたは600C)を用い、化合物(mCzPICz)をDMFに
溶解させた溶液を測定した。測定では、参照電極に対する作用電極の電位を適切な範囲で
変化させて各々酸化ピーク電位、還元電位ピーク電位を得た。また、参照電極のレドック
スポテンシャルが-4.94eVであることが見積もられているため、この数値と得られ
たピーク電位から、各化合物のHOMO準位およびLUMO準位を算出した。
CV測定の結果より得られたmCzPICzの酸化電位は0.68Vであり、還元電位
は-3.00Vであったことから、CV測定より算出したmCzPICzのHOMO準位
は-5.62eVであり、LUMO準位は-1.95eVと算出された。なお、4,6m
CzP2Pm、及びゲスト材料(Ir(mp5CNptz-diPrp)及びIr(m
pdCNptz-diPrp))のHOMO準位及びLUMO準位は、先の実施例を参
酌すればよい。
以上のように、発光素子12及び発光素子13においては、第1の有機化合物(4,6
mCzP2Pm)のLUMO準位は、第2の有機化合物(mCzPICz)のLUMO準
位より低く、第1の有機化合物(4,6mCzP2Pm)のHOMO準位は、第2の有機
化合物(mCzPICz)のHOMO準位より低く、ゲスト材料(Ir(mp5CNpt
z-diPrp)及びIr(mpdCNptz-diPrp))のLUMO準位は、
第1の有機化合物(4,6mCzP2Pm)のLUMO準位より高く、ゲスト材料(Ir
(mp5CNptz-diPrp)及びIr(mpdCNptz-diPrp))の
HOMO準位は、第2の有機化合物(mCzPICz)のHOMO準位より低い。そのた
め、一対の電極から注入されたキャリア(電子および正孔)が、効率よくホスト材料であ
る第1の有機化合物(4,6mCzP2Pm)と第2の有機化合物(mCzPICz)に
それぞれ注入され、第1の有機化合物(4,6mCzP2Pm)と第2の有機化合物(m
CzPICz)とが励起錯体を形成することができる。したがって、発光素子12及び発
光素子13は、高い発光効率と低い駆動電圧を両立した優れた特性を示している。
また、先の実施例で示したIr(mp5CNptz-diPrp)の吸収スペクトル
(図73)、及びIr(mpdCNptz-diPrp)の吸収スペクトル(図76)
より、それぞれ吸収端を求め、直接遷移を仮定した遷移エネルギーを見積もった。その結
果、Ir(mp5CNptz-diPrp)の吸収端は467nmであり、遷移エネル
ギーは2.65eVと算出された。また、Ir(mpdCNptz-diPrp)の吸
収端は466nmであり、遷移エネルギーは2.66eVと算出された。
一方、CV測定の結果より算出されたLUMO準位とHOMO準位とのエネルギー差に
ついては、Ir(mp5CNptz-diPrp)は3.55eVであった。また、I
r(mpdCNptz-diPrp)は3.25eV以上と見積もられた。
したがって、Ir(mp5CNptz-diPrp)においては、LUMO準位とH
OMO準位とのエネルギー差が、吸収端から算出される遷移エネルギーより、0.9eV
大きい結果であった。また、Ir(mpdCNptz-diPrp)においては、LU
MO準位とHOMO準位とのエネルギー差が、吸収端から算出される遷移エネルギーより
、0.59eV以上大きいと見積もられた。
また、Ir(mp5CNptz-diPrp)及びIr(mpdCNptz-diP
rp)の発光エネルギーは、図95に示した発光素子12及び発光素子13の電界発光
スペクトルの最も短波長側のピーク波長がそれぞれ、464nm及び471nmであった
ことから、それぞれ2.67eV及び2.63eVと算出された。
したがって、Ir(mp5CNptz-diPrp)においては、LUMO準位とH
OMO準位とのエネルギー差が、発光エネルギーより0.88eV大きい結果であった。
また、Ir(mpdCNptz-diPrp)においては、LUMO準位とHOMO準
位とのエネルギー差が、発光エネルギーより0.62eV以上大きいと見積もられた。
すなわち、上記発光素子に用いたゲスト材料においては、LUMO準位とHOMO準位
とのエネルギー差が、吸収端から算出される遷移エネルギーより0.4eV以上大きい。
また、LUMO準位とHOMO準位とのエネルギー差が、発光エネルギーより0.4eV
以上大きい。そのため、一対の電極から注入されたキャリアが、該ゲスト材料において直
接再結合する場合には、LUMO準位とHOMO準位とのエネルギー差に相当する大きな
エネルギーが必要となり、高い電圧が必要となる。
しかしながら、本発明の一態様の発光素子においては、ゲスト材料においてキャリアが
直接再結合することなく、励起錯体からのエネルギー移動によってゲスト材料を励起する
ことが可能であるため、駆動電圧を低減することができる。したがって、本発明の一態様
の発光素子は消費電力を低減することができる。
なお、発光素子12及び発光素子13におけるホスト材料である第1の有機化合物(4
,6mCzP2Pm)のLUMO準位と、第2の有機化合物(mCzPICz)のHOM
O準位とのエネルギー差は、2.74eVと算出された。すなわち、発光素子12及び発
光素子13のホスト材料である励起錯体のLUMO準位とHOMO準位とのエネルギー差
に相当するエネルギーは、ゲスト材料(Ir(mp5CNptz-diPrp)及びI
r(mpdCNptz-diPrp))のLUMO準位とHOMO準位とのエネルギー
差より小さく、吸収端から算出される遷移エネルギー(それぞれ2.65eV及び2.6
6eV)より大きい。したがって、発光素子12及び発光素子13においては、励起錯体
を経由してゲスト材料を励起させることが可能であるため、駆動電圧を低減することがで
きる。したがって、本発明の一態様の発光素子は消費電力を低減することができる。
以上のように、第1の有機化合物のLUMO準位が、第2の有機化合物のLUMO準位
より低く、第1の有機化合物のHOMO準位が、第2の有機化合物のHOMO準位より低
く、ゲスト材料のLUMO準位が、第1の有機化合物のLUMO準位より高く、ゲスト材
料のHOMO準位が、第2の有機化合物のHOMO準位より低く、第1の有機化合物と第
2の有機化合物とが励起錯体を形成する組み合わせであることで、高い発光効率と低い駆
動電圧を両立した青色発光を呈する発光素子を提供することができる。また、本構成のゲ
スト材料としては、シアノ基を含むイリジウム錯体が好適である。
以上、本発明の一態様の構成を用いることで、発光効率が高い発光素子を提供すること
ができる。また、消費電力が低減された発光素子を提供することができる。また、発光効
率が高く、青色の発光を呈する発光素子を提供することができる。
本実施例に示す構成は、他の実施例及び実施の形態と適宜組み合わせて用いることがで
きる。
本実施例では、本発明の一態様である発光素子(発光素子14)の作製例を示す。本実
施例で作製した発光素子の断面模式図は図42を参酌すればよい。また、素子構造の詳細
を表13に示す。また、使用した化合物の構造と略称については、先の実施例を参酌すれ
ばよい。
<発光素子14の作製>
基板200上に電極101として、ITSO膜を厚さが70nmになるように形成した
。なお、電極101の電極面積は、4mm(2mm×2mm)とした。
次に、電極101上に正孔注入層111として、DBT3P-IIと、MoOと、を
重量比(DBT3P-II:MoO)が1:0.5になるように、且つ厚さが20nm
になるように共蒸着した。
次に、正孔注入層111上に正孔輸送層112として、PCCPを厚さが20nmにな
るように蒸着した。
次に、正孔輸送層112上に発光層160として、4,6mCzP2Pmと、PCCP
と、Ir(mCNpptz-diPrp)とを重量比(4,6mCzP2Pm:PCC
P:Ir(mCNpptz-diPrp))が0.4:0.6:0.125になるよう
に、且つ厚さが30nmになるように共蒸着し、続いて、重量比(4,6mCzP2Pm
:PCCP:Ir(mCNpptz-diPrp))が0.8:0.2:0.125に
なるように、且つ厚さが10nmになるように共蒸着した。なお、発光層160において
、4,6mCzP2Pmが第1の有機化合物であり、PCCPが第2の有機化合物であり
、Ir(mCNpptz-diPrp)がゲスト材料(燐光性化合物)である。
次に、発光層160上に、電子輸送層118として、4,6mCzP2Pmを厚さが1
0nmになるよう、及びBPhenを厚さが15nmになるよう、順次蒸着した。次に、
電子輸送層118上に、電子注入層119として、フッ化リチウム(LiF)を厚さが1
nmになるように蒸着した。
次に、電子注入層119上に、電極102として、アルミニウム(Al)を厚さが20
0nmになるように形成した。
次に、窒素雰囲気のグローブボックス内において、有機EL用シール材を用いて封止す
るための基板220を、有機材料を形成した基板200に固定することで、発光素子14
を封止した。なお、具体的な方法は、発光素子1と同様である。以上の工程により発光素
子14を得た。
<発光素子の特性>
作製した発光素子14の電流効率-輝度特性を図96に示す。また、輝度-電圧特性を
図97に示す。また、外部量子効率-輝度特性を図98に示す。また、電力効率-輝度特
性を図99に示す。なお、発光素子の測定は室温(23℃に保たれた雰囲気)で行った。
また、1000cd/m付近における、発光素子14の素子特性を表14に示す。
また、発光素子14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100に示す。
図96乃至図99、及び表14で示すように、発光素子14は、高い発光効率(電流効
率および外部量子効率)を示した。また、発光素子14の外部量子効率の最大値は27%
と良好な値を示した。また、図100に示すように、発光素子14の電界発光スペクトル
のピーク波長は490nmであり、半値全幅が70nmである、青色の発光を示した。す
なわち、配位子にシアノ基を含むアリール基を有するイリジウム錯体をゲスト材料として
用いることで、高い発光効率を呈する青色の発光素子を作製できる。
また、図96乃至図99、及び表14で示すように、発光素子14は、低い駆動電圧で
駆動した。
先の実施例で示したように、発光素子14においては、第1の有機化合物(4,6mC
zP2Pm)のLUMO準位は、第2の有機化合物(PCCP)のLUMO準位より低く
、第1の有機化合物(4,6mCzP2Pm)のHOMO準位は、第2の有機化合物(P
CCP)のHOMO準位より低い。そのため、一対の電極から注入されたキャリア(電子
および正孔)が、効率よくホスト材料である第1の有機化合物(4,6mCzP2Pm)
と第2の有機化合物(PCCP)にそれぞれ注入され、第1の有機化合物(4,6mCz
P2Pm)と第2の有機化合物(PCCP)とが励起錯体を形成することができる。した
がって、発光素子14は、高い発光効率と低い駆動電圧を両立した優れた特性を示してい
る。
また、先の実施例で示したIr(mCNpptz-diPrp)の吸収スペクトル(
図79)より、吸収端を求め、直接遷移を仮定した遷移エネルギーを見積もった。その結
果、Ir(mCNpptz-diPrp)の吸収端は472nmであり、遷移エネルギ
ーは2.63eVと算出された。
また、先の実施例で示したように、第1の有機化合物(4,6mCzP2Pm)及び第
2の有機化合物(PCCP)の三重項励起エネルギー準位(T1準位)は、それぞれ2.
70eV及び2.66eVであり、ゲスト材料の吸収スペクトルの吸収端から導出された
遷移エネルギーよりそれぞれ高い。したがって、ホスト材料として用いた第1の有機化合
物(4,6mCzP2Pm)及び第2の有機化合物(PCCP)は、ホスト材料として十
分な三重項励起エネルギー準位(T1準位)を有する。
また、CV測定の結果より算出されたIr(mCNpptz-diPrp)のLUM
O準位とHOMO準位とのエネルギー差は2.99eVであった。
したがって、Ir(mCNpptz-diPrp)においては、LUMO準位とHO
MO準位とのエネルギー差が、吸収端から算出される遷移エネルギーより、0.36eV
大きい結果であった。
また、Ir(mCNpptz-diPrp)の発光エネルギーは、図100に示した
発光素子14の電界発光スペクトルの最も短波長側のピーク波長が490nmであったこ
とから、2.53eVと算出された。
したがって、Ir(mCNpptz-diPrp)においては、LUMO準位とHO
MO準位とのエネルギー差が、発光エネルギーより、0.46eV大きい結果であった。
すなわち、上記発光素子に用いたゲスト材料においては、LUMO準位とHOMO準位
とのエネルギー差が、吸収端から算出される遷移エネルギーより0.3eV以上大きい。
また、LUMO準位とHOMO準位とのエネルギー差が、発光エネルギーより0.4eV
以上大きい。そのため、一対の電極から注入されたキャリアが、該ゲスト材料において直
接再結合する場合には、LUMO準位とHOMO準位とのエネルギー差に相当する大きな
エネルギーが必要となり、高い電圧が必要となる。
しかしながら、本発明の一態様の発光素子においては、ゲスト材料においてキャリアが
直接再結合することなく、励起錯体からのエネルギー移動によってゲスト材料を励起する
ことが可能であるため、駆動電圧を低減することができる。したがって、本発明の一態様
の発光素子は消費電力を低減することができる。
なお、発光素子14におけるホスト材料である第1の有機化合物(4,6mCzP2P
m)のLUMO準位と、第2の有機化合物(PCCP)のHOMO準位とのエネルギー差
は、表3より2.75eVと算出された。すなわち、発光素子14のホスト材料である励
起錯体のLUMO準位とHOMO準位とのエネルギー差に相当するエネルギーは、ゲスト
材料(Ir(mCNpptz-diPrp))のLUMO準位とHOMO準位とのエネ
ルギー差(2.99eV)より小さく、吸収端から算出される遷移エネルギー(2.63
eV)より大きい。したがって、発光素子14においては、励起錯体を経由してゲスト材
料を励起させることが可能であるため、駆動電圧を低減することができる。したがって、
本発明の一態様の発光素子は消費電力を低減することができる。
以上、本発明の一態様の構成を有することで、発光効率が高い発光素子を提供すること
ができる。また、消費電力が低減された発光素子を提供することができる。また、発光効
率が高く、青色の発光を呈する発光素子を提供することができる。
本実施例に示す構成は、他の実施例及び実施の形態と適宜組み合わせて用いることがで
きる。
本実施例では、本発明の一態様である発光素子(発光素子15)の作製例を示す。本実
施例で作製した発光素子の断面模式図は図42を参酌すればよい。また、素子構造の詳細
を表15に示す。また、使用した化合物の構造と略称については、先の実施例を参酌すれ
ばよい。
<発光素子15の作製>
基板200上に電極101として、ITSO膜を厚さが70nmになるように形成した
。なお、電極101の電極面積は、4mm(2mm×2mm)とした。
次に、電極101上に正孔注入層111として、DBT3P-IIと、MoOと、を
重量比(DBT3P-II:MoO)が1:0.5になるように、且つ厚さが20nm
になるように共蒸着した。
次に、正孔注入層111上に正孔輸送層112として、dmCBPを厚さが20nmに
なるように蒸着した。
次に、正孔輸送層112上に発光層160として、4,6mCzP2Pmと、mCzP
ICzと、Ir(MdmCN5btz1-tmp)と、を重量比(4,6mCzP2P
m:mCzPICz:Ir(MdmCN5btz1-tmp))が0.4:0.6:0
.125になるように、且つ厚さが22nmになるように共蒸着した。なお、発光層16
0において、4,6mCzP2Pmが第1の有機化合物であり、mCzPICzが第2の
有機化合物であり、Ir(MdmCN5btz1-tmp)がゲスト材料(燐光性化合
物)である。
次に、発光層160上に、電子輸送層118として、4,6mCzP2Pmを厚さが3
0nmになるよう、及びBPhenを厚さが15nmになるよう、順次蒸着した。次に、
電子輸送層118上に、電子注入層119として、フッ化リチウム(LiF)を厚さが1
nmになるように蒸着した。
次に、電子注入層119上に、電極102として、アルミニウム(Al)を厚さが20
0nmになるように形成した。
次に、窒素雰囲気のグローブボックス内において、有機EL用シール材を用いて封止す
るための基板220を、有機材料を形成した基板200に固定することで、発光素子15
を封止した。具体的な方法は、発光素子1と同様である。以上の工程により発光素子15
を得た。
<発光素子の特性>
作製した発光素子15の電流効率-輝度特性を図101に示す。また、輝度-電圧特性
を図102に示す。また、外部量子効率-輝度特性を図103に示す。また、電力効率-
輝度特性を図104に示す。なお、発光素子の測定は室温(23℃に保たれた雰囲気)で
行った。
また、1000cd/m付近における、発光素子15の素子特性を表16に示す。
また、発光素子15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105に示す。
図101乃至図104、及び表16で示すように、発光素子15は、高い発光効率(電
流効率および外部量子効率)を示した。また、発光素子15の外部量子効率の最大値は3
1%と優れた値を示した。
また、図105に示すように、発光素子15の電界発光スペクトルのピーク波長は46
4nmであり、半値全幅が55nmである、色純度の高い青色の発光を示した。すなわち
、配位子にシアノ基を含むアリール基を有するイリジウム錯体をゲスト材料として用いる
ことで、高い発光効率を呈する青色の発光素子を作製できる。
また、図101乃至図104、及び表16で示すように、発光素子15は、低い駆動電
圧で駆動した。
先の実施例で示したように、発光素子15においては、第1の有機化合物(4,6mC
zP2Pm)のLUMO準位は、第2の有機化合物(mCzPICz)のLUMO準位よ
り低く、第1の有機化合物(4,6mCzP2Pm)のHOMO準位は、第2の有機化合
物(mCzPICz)のHOMO準位より低く、ゲスト材料(Ir(MdmCN5btz
1-tmp))のLUMO準位は、第1の有機化合物(4,6mCzP2Pm)のLU
MO準位より高く、ゲスト材料(Ir(MdmCN5btz1-tmp))のHOMO
準位は、第2の有機化合物(mCzPICz)のHOMO準位より低い。そのため、一対
の電極から注入されたキャリア(電子および正孔)が、効率よくホスト材料である第1の
有機化合物(4,6mCzP2Pm)と第2の有機化合物(mCzPICz)にそれぞれ
注入され、第1の有機化合物(4,6mCzP2Pm)と第2の有機化合物(mCzPI
Cz)とが励起錯体を形成することができる。したがって、発光素子15は、高い発光効
率と低い駆動電圧を両立した優れた特性を示している。
また、先の実施例で示したIr(MdmCN5btz1-tmp)の吸収スペクトル
(図82)より、吸収端を求め、直接遷移を仮定した遷移エネルギーを見積もった。その
結果、Ir(MdmCN5btz1-tmp)の吸収端は464nmであり、遷移エネ
ルギーは2.67eVと算出された。
また、先の実施例で示したように、第1の有機化合物(4,6mCzP2Pm)及び第
2の有機化合物(mCzPICz)の三重項励起エネルギー準位(T1準位)は、それぞ
れ2.70eV及び2.81eVであり、ゲスト材料の吸収スペクトルの吸収端から導出
された遷移エネルギーよりそれぞれ高い。したがって、ホスト材料として用いた第1の有
機化合物(4,6mCzP2Pm)及び第2の有機化合物(mCzPICz)は、ホスト
材料として十分な三重項励起エネルギー準位(T1準位)を有する。
また、CV測定の結果より算出されたIr(MdmCN5btz1-tmp)のLU
MO準位とHOMO準位とのエネルギー差は、3.42eVであった。
したがって、Ir(MdmCN5btz1-tmp)においては、LUMO準位とH
OMO準位とのエネルギー差が、吸収端から算出される遷移エネルギーより、0.75e
V大きい結果であった。
また、Ir(MdmCN5btz1-tmp)の発光エネルギーは、図105に示し
た発光素子15の電界発光スペクトルの最も短波長側のピーク波長が464nmであった
ことから、2.67eVと算出された。
したがって、Ir(MdmCN5btz1-tmp)においては、LUMO準位とH
OMO準位とのエネルギー差が、発光エネルギーより、0.75eV大きい結果であった
すなわち、上記発光素子に用いたゲスト材料においては、LUMO準位とHOMO準位
とのエネルギー差が、吸収端から算出される遷移エネルギーより0.4eV以上大きい。
また、LUMO準位とHOMO準位とのエネルギー差が、発光エネルギーより0.4eV
以上大きい。そのため、一対の電極から注入されたキャリアが、該ゲスト材料において直
接再結合する場合には、LUMO準位とHOMO準位とのエネルギー差に相当する大きな
エネルギーが必要となり、高い電圧が必要となる。
しかしながら、本発明の一態様の発光素子においては、ゲスト材料においてキャリアが
直接再結合することなく、励起錯体からのエネルギー移動によってゲスト材料を励起する
ことが可能であるため、駆動電圧を低減することができる。したがって、本発明の一態様
の発光素子は消費電力を低減することができる。
なお、発光素子15におけるホスト材料である第1の有機化合物(4,6mCzP2P
m)のLUMO準位と、第2の有機化合物(mCzPICz)のHOMO準位とのエネル
ギー差は、表3より2.74eVと算出された。すなわち、発光素子15のホスト材料で
ある励起錯体のLUMO準位とHOMO準位とのエネルギー差に相当するエネルギーは、
ゲスト材料(Ir(MdmCN5btz1-tmp))のLUMO準位とHOMO準位
とのエネルギー差(3.42eV)より小さく、吸収端から算出される遷移エネルギー(
2.67eV)より大きい。したがって、発光素子15においては、励起錯体を経由して
ゲスト材料を励起させることが可能であるため、駆動電圧を低減することができる。した
がって、本発明の一態様の発光素子は消費電力を低減することができる。
以上のように、第1の有機化合物のLUMO準位が、第2の有機化合物のLUMO準位
より低く、第1の有機化合物のHOMO準位が、第2の有機化合物のHOMO準位より低
く、ゲスト材料のLUMO準位が、第1の有機化合物のLUMO準位より高く、ゲスト材
料のHOMO準位が、第2の有機化合物のHOMO準位より低く、第1の有機化合物と第
2の有機化合物とが励起錯体を形成する組み合わせであることで、高い発光効率と低い駆
動電圧とを両立した青色発光呈する発光素子を提供することができる。また、本構成のゲ
スト材料としては、シアノ基を含むイリジウム錯体が好適である。
以上、本発明の一態様の構成を有することで、発光効率が高い発光素子を提供すること
ができる。また、消費電力が低減された発光素子を提供することができる。また、発光効
率が高く、青色の発光を呈する発光素子を提供することができる。
本実施例に示す構成は、他の実施例及び実施の形態と適宜組み合わせて用いることがで
きる。
本実施例では、本発明の一態様である発光素子(発光素子16)の作製例を示す。本実
施例で作製した発光素子の断面模式図は図42を参酌すればよい。また、素子構造の詳細
を表17に示す。また、使用した化合物の構造と略称を以下に示す。なお、他の化合物に
ついては、先の実施例を参酌すればよい。
<発光素子16の作製>
基板200上に電極101として、ITSO膜を厚さが70nmになるように形成した
。なお、電極101の電極面積は、4mm(2mm×2mm)とした。
次に、電極101上に正孔注入層111として、DBT3P-IIと、MoOと、を
重量比(DBT3P-II:MoO)が1:0.5になるように、且つ厚さが20nm
になるように共蒸着した。
次に、正孔注入層111上に正孔輸送層112として、dmCBPを厚さが20nmに
なるように蒸着した。
次に、正孔輸送層112上に発光層160として、4,6mCzP2Pmと、5,12
-ビス[3-(9H-カルバゾール-9-イル)フェニル]-5,12-ジヒドロ-イン
ドロ[3,2-a]カルバゾール(略称:mCzP2ICz)と、FIr6とを重量比(
4,6mCzP2Pm:mCzP2ICz:FIr6)が0.6:0.2:0.2になる
ように、且つ厚さが40nmになるように共蒸着した。なお、発光層160において、4
,6mCzP2Pmが第1の有機化合物であり、mCzP2ICzが第2の有機化合物で
あり、FIr6がゲスト材料(燐光性化合物)である。
次に、発光層160上に、電子輸送層118として、4,6mCzP2Pmを厚さが1
0nmになるよう、及びBPhenを厚さが15nmになるよう、順次蒸着した。次に、
電子輸送層118上に、電子注入層119として、フッ化リチウム(LiF)を厚さが1
nmになるように蒸着した。
次に、電子注入層119上に、電極102として、アルミニウム(Al)を厚さが20
0nmになるように形成した。
次に、窒素雰囲気のグローブボックス内において、有機EL用シール材を用いて封止す
るための基板220を、有機材料を形成した基板200に固定することで、発光素子16
を封止した。なお、具体的な方法は、発光素子1と同様である。以上の工程により発光素
子16を得た。
<ホスト材料の発光スペクトル>
ここで、上記作製した発光素子16のホスト材料(第1の有機化合物および第2の有機
化合物)として用いた、4,6mCzP2Pm単体、及びmCzP2ICz単体の薄膜の
発光スペクトルを測定した結果と、4,6mCzP2PmとmCzP2ICzの混合薄膜
の発光スペクトルを測定した結果を図106に示す。
上記の発光スペクトルを測定するため、石英基板上に真空蒸着法により薄膜サンプルを
作製した。また、発光スペクトルの測定にはPL-EL測定装置(浜松ホトニクス社製)
を用い、室温(23℃に保たれた雰囲気)で測定を行った。なお、薄膜の膜厚は50nm
とした。また、混合薄膜における2種類の化合物の混合比(第1の有機化合物:第2の有
機化合物)は1:1とした。
図106に示すように、4,6mCzP2PmとmCzP2ICzとの混合薄膜の発光
スペクトルはピーク波長が460nmであり、ピーク波長が440nmである4,6mC
zP2Pm単体、及び388nmであるmCzP2ICz単体の発光スペクトルと互いに
異なる発光スペクトルを示す結果が得られた。後に示すように、4,6mCzP2Pmの
LUMO準位は、mCzP2ICzのLUMO準位より低く、mCzP2ICzのHOM
O準位は、4,6mCzP2PmのHOMO準位より高い。また、4,6mCzP2Pm
とmCzP2ICzとの混合薄膜の発光は、4,6mCzP2PmのLUMO準位と、m
CzP2ICzのHOMO準位と、のエネルギー差に概ね相当するエネルギーを有し、該
混合薄膜が呈する発光が、4,6mCzP2Pm単体及びmCzP2ICz単体の発光よ
り長波長(低エネルギー)であることから、該混合薄膜の発光は、両化合物が形成する励
起錯体からの発光であるといえる。すなわち、4,6mCzP2PmとmCzP2ICz
とは、互いに励起錯体を形成する組み合わせの有機化合物であり、4,6mCzP2Pm
とmCzP2ICzとをホスト材料として有することで、ExTETを利用する発光素子
を作製することができる。
したがって、発光素子16は、第1の有機化合物と、第2の有機化合物とが励起錯体を
形成する組み合わせのホスト材料を有する発光素子である。
また、後に示すように、FIr6の吸収スペクトルにおける最も低エネルギー側(長波
長側)の吸収帯は、4,6mCzP2PmとmCzP2ICzとで形成する励起錯体が呈
する発光スペクトルと重なる領域を有している。したがって、4,6mCzP2Pmおよ
びmCzP2ICzをホスト材料として有する発光素子は、効果的にゲスト材料へ励起エ
ネルギーを移動することができる。
次に、ホスト材料として用いたmCzP2ICzの三重項励起エネルギー準位(T1準
位)を測定した。なお、4,6mCzP2Pmの三重項励起エネルギー準位(T1準位)
は、先の実施例で示したとおりである。
三重項励起エネルギー準位の測定は、化合物の薄膜サンプルについて燐光発光測定を行
うことにより測定した。測定には、顕微PL装置 LabRAM HR-PL((株)堀
場製作所)を用い、測定温度は10K、励起光としてHe-Cdレーザ(325nm)を
用い、検出器にはCCD検出器を用いた。測定から得られた燐光スペクトルにおける最も
短波長側のピークより、三重項励起エネルギー準位(T1準位)を求めた。
mCzP2ICzの燐光発光スペクトルの最も短波長側のピークの波長は442nmで
あり、三重項励起エネルギー準位(T1準位)は2.81eVと導出することができた。
なお、先の実施例で示したように、4,6mCzP2Pmの三重項励起エネルギー準位(
T1準位)は2.70eVであった。
また、4,6mCzP2PmおよびmCzP2ICzの燐光発光スペクトルの最も短波
長側のピーク波長は、図106で示した4,6mCzP2PmとmCzP2ICzとで形
成する励起錯体の発光スペクトルの最も短波長側のピーク波長より、それぞれ短波長であ
る。なお、励起錯体は、一重項励起エネルギー準位(S1準位)と三重項励起エネルギー
準位(T1準位)とのエネルギー差が小さいという特徴を有するため、励起錯体の三重項
励起エネルギー準位(T1準位)は、発光スペクトルの最も短波長側のピーク波長から導
出することができる。すなわち、第1の有機化合物(4,6mCzP2Pm)及び第2の
有機化合物(mCzP2ICz)の三重項励起エネルギー準位(T1準位)は、励起錯体
の三重項励起エネルギー準位(T1準位)より高いと言える。
また、後に示すように、吸収スペクトルの吸収端から導出されたFIr6の遷移エネル
ギーより、4,6mCzP2Pm及びmCzP2ICzの三重項励起エネルギー準位(T
1準位)は高い。
したがって、本実施例でホスト材料として用いた第1の有機化合物(4,6mCzP2
Pm)及び第2の有機化合物(mCzP2ICz)は、ホスト材料として十分な三重項励
起エネルギー準位(T1準位)を有する。
<発光素子の特性>
作製した発光素子16の電流効率-輝度特性を図107に示す。また、輝度-電圧特性
を図108に示す。また、外部量子効率-輝度特性を図109に示す。また、電力効率-
輝度特性を図110に示す。なお、発光素子の測定は室温(23℃に保たれた雰囲気)で
行った。
また、1000cd/m付近における、発光素子16の素子特性を表18に示す。
また、発光素子16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111に示す。
図107乃至図110、及び表18で示すように、発光素子16は、高い発光効率(電
流効率および外部量子効率)を示した。また、発光素子16の外部量子効率の最大値は、
30%と優れた値を示した。
また、図111に示すように、発光素子16の電界発光スペクトルのピーク波長は45
8nmであり、半値全幅が54nmである、色純度の高い青色の発光を示した。
また、図107乃至図110、及び表18で示すように、発光素子16は、低い駆動電
圧で駆動した。
<CV測定結果>
ここで、上記発光素子のホスト材料に用いた第2の有機化合物(mCzP2ICz)、
及びゲスト材料(FIr6)の電気化学的特性(酸化反応特性および還元反応特性)をサ
イクリックボルタンメトリ(CV)測定によって測定した。なお測定には、電気化学アナ
ライザー(ビー・エー・エス(株)製、型番:ALSモデル600Aまたは600C)を
用い、各化合物をDMFに溶解させた溶液を用いて酸化反応特性および還元反応特性を測
定した。測定では、参照電極に対する作用電極の電位を適切な範囲で変化させて各々酸化
ピーク電位、還元電位ピーク電位を得た。また、参照電極のレドックスポテンシャルが-
4.94eVであることが見積もられているため、この数値と得られたピーク電位から、
各化合物のHOMO準位およびLUMO準位を算出した。
CV測定の結果より得られた酸化電位と還元電位、及びCV測定より算出した各化合物
のHOMO準位とLUMO準位を、表19にそれぞれ示す。なお、4,6mCzP2Pm
の測定値は、先の実施例を参酌した。
表19に示すように、発光素子16においては、第1の有機化合物(4,6mCzP2
Pm)のLUMO準位は、第2の有機化合物(mCzP2ICz)のLUMO準位より低
く、第1の有機化合物(4,6mCzP2Pm)のHOMO準位は、第2の有機化合物(
mCzP2ICz)のHOMO準位より低く、ゲスト材料(FIr6)のLUMO準位は
、第1の有機化合物(4,6mCzP2Pm)のLUMO準位より高く、ゲスト材料(F
Ir6)のHOMO準位は、第2の有機化合物(mCzP2ICz)のHOMO準位より
低い。そのため、一対の電極から注入されたキャリア(電子および正孔)が、効率よくホ
スト材料である第1の有機化合物(4,6mCzP2Pm)と第2の有機化合物(mCz
P2ICz)にそれぞれ注入され、第1の有機化合物(4,6mCzP2Pm)と第2の
有機化合物(mCzP2ICz)とが励起錯体を形成することができる。したがって、発
光素子16は、高い発光効率と低い駆動電圧を両立した優れた特性を示している。
<ゲスト材料の吸収スペクトル>
次に、上記発光素子に用いたゲスト材料であるFIr6の吸収スペクトルの測定結果を
図112に示す。
吸収スペクトルを測定するため、FIr6を溶解させたジクロロメタン溶液を作製し、
石英セルを用いて吸収スペクトルを測定した。吸収スペクトルの測定には紫外可視分光光
度計(日本分光株式会社製、V550型)を用いた。測定したサンプルのスペクトルから
石英セルの吸収スペクトルを差し引いた。
次に、測定した吸収スペクトルのデータより、吸収端を求め、直接遷移を仮定した遷移
エネルギーを見積もった。その結果、FIr6の吸収端は454nmであり、遷移エネル
ギーは2.73eVと算出された。
一方、表19に示したCV測定の結果より算出されたFIr6のLUMO準位とHOM
O準位とのエネルギー差は3.52eVであった。
したがって、FIr6においては、LUMO準位とHOMO準位とのエネルギー差が、
吸収端から算出される遷移エネルギーより、0.79eV大きい結果であった。
また、FIr6の発光エネルギーは、図111に示した発光素子16の電界発光スペク
トルの最も短波長側のピーク波長が458nmであったことから、2.70eVと算出さ
れた。
したがって、FIr6においては、LUMO準位とHOMO準位とのエネルギー差が、
発光エネルギーより、0.82eV大きい結果であった。
すなわち、上記発光素子に用いたゲスト材料においては、LUMO準位とHOMO準位
とのエネルギー差が、吸収端から算出される遷移エネルギーより0.4eV以上大きい。
また、LUMO準位とHOMO準位とのエネルギー差が、発光エネルギーより0.4eV
以上大きい。そのため、一対の電極から注入されたキャリアが、該ゲスト材料において直
接再結合する場合には、LUMO準位とHOMO準位とのエネルギー差に相当する大きな
エネルギーが必要となり、高い電圧が必要となる。
しかしながら、本発明の一態様の発光素子においては、ゲスト材料においてキャリアが
直接再結合することなく、励起錯体からのエネルギー移動によってゲスト材料を励起する
ことが可能であるため、駆動電圧を低減することができる。したがって、本発明の一態様
の発光素子は消費電力を低減することができる。
なお、発光素子16におけるホスト材料である第1の有機化合物(4,6mCzP2P
m)のLUMO準位と、第2の有機化合物(mCzP2ICz)のHOMO準位とのエネ
ルギー差は、表19より2.76eVと算出された。すなわち、発光素子16のホスト材
料である励起錯体のLUMO準位とHOMO準位とのエネルギー差に相当するエネルギー
は、ゲスト材料(FIr6)のLUMO準位とHOMO準位とのエネルギー差(3.52
eV)より小さく、吸収端から算出される遷移エネルギー(2.73eV)より大きい。
したがって、発光素子16においては、励起錯体を経由してゲスト材料を励起させること
が可能であるため、駆動電圧を低減することができる。したがって、本発明の一態様の発
光素子は消費電力を低減することができる。
以上のように、第1の有機化合物のLUMO準位が、第2の有機化合物のLUMO準位
より低く、第1の有機化合物のHOMO準位が、第2の有機化合物のHOMO準位より低
く、ゲスト材料のLUMO準位が、第1の有機化合物のLUMO準位より高く、ゲスト材
料のHOMO準位が、第2の有機化合物のHOMO準位より低く、第1の有機化合物と第
2の有機化合物とが励起錯体を形成する組み合わせであることで、高い発光効率と低い駆
動電圧を両立した青色発光を呈する発光素子を提供することができる。
以上、本発明の一態様の構成を有することで、発光効率が高い発光素子を提供すること
ができる。また、消費電力が低減された発光素子を提供することができる。また、発光効
率が高く、青色の発光を呈する発光素子を提供することができる。
本実施例に示す構成は、他の実施例及び実施の形態と適宜組み合わせて用いることがで
きる。
本実施例では、本発明の一態様である照明装置に好適な発光素子(発光素子17)の作
製例を示す。本実施例で作製した発光素子の断面模式図は図42を参酌すればよい。また
、素子構造の詳細を表20に示す。また、使用した化合物の構造と略称を以下に示す。な
お、他の化合物については、先の実施例を参酌すればよい。
<発光素子17の作製>
屈折率が1.84の高屈折率ガラスを用いた基板200上に電極101として、ITO
膜を厚さが70nmになるようにスパッタリング法にて形成した。なお、電極101は、
発光素子の発光面積が8100mm(90mm×90mm)となるよう形成した。
次に、電極101上に正孔注入層111として、DBT3P-IIと、MoOと、を
重量比(DBT3P-II:MoO)が1:0.5になるように、且つ厚さが30nm
になるように共蒸着した。
次に、正孔注入層111上に正孔輸送層112として、PCCPを厚さが20nmにな
るように蒸着した。
次に、正孔輸送層112上に発光層160として、4,6mCzP2Pmと、PCCP
と、Ir(mpptz-diBuCNp)と、を重量比(4,6mCzP2Pm:PC
CP:Ir(mpptz-diBuCNp))が0.3:0.7:0.12になるよう
に、且つ厚さが10nmになるように共蒸着し、続いて、4,6mCzP2Pmと、PC
CPと、Ir(dppm)(acac)と、を重量比(4,6mCzP2Pm:PCC
P:Ir(dppm)(acac))が0.8:0.2:0.05になるように、且つ
厚さが30nmになるように共蒸着した。なお、発光層160において、4,6mCzP
2Pmが第1の有機化合物であり、PCCPが第2の有機化合物であり、Ir(mppt
z-diBuCNp)及びIr(dppm)(acac)がゲスト材料(燐光性化合
物)である。
次に、発光層160上に、電子輸送層118として、4,6mCzP2Pmを厚さが2
0nmになるよう、及びBPhenを厚さが20nmとになるよう、順次蒸着した。次に
、電子輸送層118上に、電子注入層119として、フッ化リチウム(LiF)を厚さが
1nmになるように蒸着した。
次に、電子注入層119上に、電極102として、銀(Ag)とマグネシウム(Mg)
とを厚さが1nmになるよう共蒸着し、さらに、銀(Ag)を厚さが100nmになるよ
うに形成した。なお、AgとMgとの共蒸着膜としては、体積比(Ag:Mg)が0.6
:0.2となるよう共蒸着した。
次に、窒素雰囲気のグローブボックス内において、有機EL用シール材を用いて封止す
るための基板220を、有機材料を形成した基板200に固定することで、発光素子17
を封止した。具体的な方法は、発光素子1と同様である。
さらに、光が放出される側の基板200の表面をフロスト加工し凹凸を形成した。以上
の工程により発光素子17を得た。
<発光素子の特性>
作製した発光素子17の電力効率-輝度特性を図113に示す。また、輝度-電圧特性
を図114に示す。また、外部量子効率-輝度特性を図115に示す。なお、発光素子の
測定は積分球を用い、発光素子が放出する全光束を測定した。また、発光素子の測定は、
室温(23℃に保たれた雰囲気)で行った。
また、1000cd/m付近における、発光素子17の素子特性を表21に示す。
また、発光素子17に60mAの電流を流した際の発光スペクトルを図116に示す。
また、発光素子17の発光の様子を撮影した写真を図117に示す。
図113乃至図115、及び表21で示すように、発光素子17は、外部量子効率が高
く、駆動電圧が低いため、高い電力効率を示した。発光素子17の電力効率及び外部量子
効率の最大値はそれぞれ166lm/W及び50%と極めて優れた値を示した。
また、図116に示すように、発光素子17の電界発光スペクトルは、ゲスト材料であ
るIr(mpptz-diBuCNp)が呈する青色およびIr(dppm)(ac
ac)が呈する橙色の発光を有する発光を示した。また、表21に示すように、発光素子
17が呈する発光は、相関色温度が2880Kの電球色で、duvは0.02以下と良好
であった。すなわち、配位子にシアノ基を含むアリール基を有するイリジウム錯体をゲス
ト材料として用いることで、高い発光効率を呈する照明装置に好適な発光素子を作製でき
る。
また、先の実施例4で示したように、発光素子17においては、第1の有機化合物(4
,6mCzP2Pm)のLUMO準位は、第2の有機化合物(PCCP)のLUMO準位
より低く、第1の有機化合物(4,6mCzP2Pm)のHOMO準位は、第2の有機化
合物(PCCP)のHOMO準位より低い。そのため、一対の電極から注入されたキャリ
ア(電子および正孔)が、効率よくホスト材料である第1の有機化合物(4,6mCzP
2Pm)と第2の有機化合物(PCCP)にそれぞれ注入され、第1の有機化合物(4,
6mCzP2Pm)と第2の有機化合物(PCCP)とが励起錯体を形成することができ
る。したがって、発光素子17は、高い発光効率と低い駆動電圧を両立した優れた特性を
示している。
また、図117に示すように、発光素子17は、発光面積が8100mmの発光面全
面において均一な発光を示した。このように、発光素子17は、照明装置に好適な発光素
子である。
以上、本発明の一態様の構成を有することで、発光効率が高い発光素子を提供すること
ができる。また、消費電力が低減された発光素子を提供することができる。また、発光効
率が高く、照明装置に好適な発光を呈する発光素子を提供することができる。
本実施例に示す構成は、他の実施例及び実施の形態と適宜組み合わせて用いることがで
きる。
<合成例12>
本合成例では、実施の形態2の構造式(132)で表される本発明の一様態である有機
金属錯体である、トリス[5’-シアノ-2’-メチル-3-{3-メチル-1-(2,
4,6-トリメチルフェニル)-1H-1,2,4-トリアゾール-5-イル-κN
-1,1’-ビフェニル-4-イル-κC]イリジウム(III)(略称:Ir(Mm3
CN5btz1-tmp))の合成例を具体的に例示する。Ir(Mm3CN5btz
1-tmp)の構造を以下に示す。
≪ステップ1:5-シアノ-2-メチルフェニルボロン酸の合成≫
まず、9.5g(50mmol)の3-ブロモ-4-メチルベンゾニトリルを500m
Lの三口フラスコに入れ、フラスコ内を窒素置換した。ここに250mLのテトラヒドロ
フラン(THF)を加え、-78℃で30分間撹拌した。この混合溶液に、1.63Mの
n-ブチルリチウム(n-BuLi)のヘキサン溶液を34mL(55mmol)滴下し
、-78℃で1.5時間撹拌した。その後、7.3mL(65mmol)のホウ酸トリメ
チルを加え、室温まで昇温しながら20時間撹拌した。その後、この溶液に100mLの
1M塩酸を加え30分間撹拌した。得られた混合物を水層と有機層に分液し、水層を酢酸
エチルで抽出した。有機層と抽出溶液を合わせて、飽和食塩水で洗浄し、無水硫酸マグネ
シウムを加えて乾燥させた。得られた混合物を自然ろ過し、ろ液を濃縮して固体を得た。
この固体をトルエンとヘキサンで洗浄し、白色固体を4.3g、収率53%で得た。核磁
気共鳴法(NMR)により得られた白色固体が5-シアノ-2-メチルフェニルボロン酸
であることを確認した。ステップ1の合成スキームを下記式(a-10)に示す。
≪ステップ2:5-(5’-シアノ-2’-メチル-1,1’-ビフェニル-3-イル)
-3-メチル-1-(2,4,6-トリメチルフェニル)-1H-1,2,4-トリアゾ
ール(略称:HMm3CN5btz1-tmp)の合成≫
次に、合成例10のステップ2で得られる5-(3-ブロモフェニル)-1-(2,4
,6-トリメチルフェニル)-3-メチル-1H-1,2,4-トリアゾールを7.6g
(21mmol)と、本合成例のステップ1で得られた5-シアノ-2-メチルフェニル
ボロン酸のうち4.12g(26mmol)と、16g(77mmol)のリン酸カリウ
ムと、130mLのトルエンと、13mLの水と、を300mLの三口フラスコに入れ、
フラスコ内を窒素置換した。この混合物に、0.84g(2.1mmol)のビス(ジベ
ンジリデンアセトン)パラジウム(0)と、0.59g(1.0mmol)の2-ジシク
ロヘキシルホスフィノ-2’,6’-ジメトキシビフェニル(S-phos)とを加え、
90℃で3.5時間加熱撹拌し反応させた。反応後、得られた反応溶液を有機層と水層に
分液し、得られた水層をトルエンで抽出した。抽出溶液と有機層を合わせて水、飽和食塩
水で洗浄し、無水硫酸マグネシウムを加えて乾燥させた。得られた混合物を自然ろ過し、
ろ液を濃縮して油状物を得た。この油状物をフラッシュカラムクロマトグラフィーにより
精製した。展開溶媒には、トルエン:酢酸エチル=5:1(v:v)の混合溶媒を用いた
。得られたフラクションを濃縮して、黄色油状物を6.5g、収率78%で得た。核磁気
共鳴法(NMR)により得られた黄色油状物がHMm3CN5btz1-tmpであるこ
とを確認した。ステップ2の合成スキームを下記式(b-10)に示す。
≪ステップ3:Ir(Mm3CN5btz1-tmp)の合成≫
次に、上記ステップ2で得られたHMm3CN5btz1-tmpを2.0g(5.1
mmol)と、0.69g(2.3mmol)の塩化イリジウム水和物と、21mLの2
-エトキシエタノールと、7mLの水と、を50mLのナス型フラスコに入れ、フラスコ
内をアルゴン置換した。このフラスコに100W、100℃の条件でマイクロ波を1時間
照射することにより加熱し、反応を行った。反応後、得られた反応溶液を濃縮し、褐色油
状物を得た。この油状物に、1.2g(4.6mmol)のトリフルオロメタンスルホン
酸銀と、4.5g(11.5mmol)のHMm3CN5btz1-tmpとを加え、フ
ラスコ内を窒素置換し、170℃で23時間加熱撹拌し反応させた。反応後、得られた反
応混合物をジクロロメタンに溶解し、セライトを通して吸引ろ過して不溶固体を除去した
。得られたろ液をシリカカラムクロマトグラフィーにより精製した。展開溶媒には、ジク
ロロメタン:酢酸エチル=5:1(v:v)を用いた。得られたフラクションを濃縮して
、固体を得た。この固体を酢酸エチル/ヘキサンで再結晶し、黄色固体を23mg、収率
0.73%で得た。核磁気共鳴法(NMR)により得られた黄色固体がIr(Mm3CN
5btz1-tmp)であることを確認した。ステップ3の合成スキームを下記式(c
-10)に示す。
上記ステップ3で得られた黄色固体のプロトン(H)を核磁気共鳴法(NMR)によ
り測定した。以下に得られた値を示す。また、H-NMRチャートを図118に示す。
このことから、本合成例12において、上述の構造式(132)で表される本発明の一態
様の有機金属錯体である、Ir(Mm3CN5btz1-tmp)が得られたことがわ
かった。
H-NMR δ(CDCl):1.83(s,9H),2.12(s,9H),
2.14-2.15(m,18H),2.38(s,9H),6.44(s,3H),6
.70(s,6H),7.08(d,6H),7.24(d,3H),7.26(d,3
H),7.40(dd,3H)。
<Ir(Mm3CN5btz1-tmp)の特性>
続いて、Ir(Mm3CN5btz1-tmp)のジクロロメタン溶液(0.015
mmol/L)の吸収スペクトル及び発光スペクトルを測定した。吸収スペクトル及び発
光スペクトルの測定方法は、実施例1と同様である。得られた吸収スペクトル及び発光ス
ペクトルの測定結果を図119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。なお、図119に示す吸収スペクトルは、ジクロロメタン溶液を石英セルに入れて測
定した吸収スペクトルから、ジクロロメタンのみを石英セルに入れて測定した吸収スペク
トルを差し引いた結果を示している。
図119に示す通り、Ir(Mm3CN5btz1-tmp)のジクロロメタン溶液
からは、462nm、及び489nmに発光ピークを有する青色の発光が観測された。
100 EL層
101 電極
101a 導電層
101b 導電層
101c 導電層
102 電極
103 電極
103a 導電層
103b 導電層
104 電極
104a 導電層
104b 導電層
106 発光ユニット
108 発光ユニット
111 正孔注入層
112 正孔輸送層
113 電子輸送層
114 電子注入層
115 電荷発生層
116 正孔注入層
117 正孔輸送層
118 電子輸送層
119 電子注入層
123B 発光層
123G 発光層
123R 発光層
130 発光層
131 ホスト材料
131_1 有機化合物
131_2 有機化合物
132 ゲスト材料
140 発光層
141 ホスト材料
141_1 有機化合物
141_2 有機化合物
142 ゲスト材料
145 隔壁
150 発光素子
152 発光素子
160 発光層
170 発光層
180 発光層
190 発光層
190a 発光層
190b 発光層
200 基板
220 基板
221B 領域
221G 領域
221R 領域
222B 領域
222G 領域
222R 領域
223 遮光層
224B 光学素子
224G 光学素子
224R 光学素子
250 発光素子
260a 発光素子
260b 発光素子
262a 発光素子
262b 発光素子
301_1 配線
301_5 配線
301_6 配線
301_7 配線
302_1 配線
302_2 配線
303_1 トランジスタ
303_6 トランジスタ
303_7 トランジスタ
304 容量素子
304_1 容量素子
304_2 容量素子
305 発光素子
306_1 配線
306_3 配線
307_1 配線
307_3 配線
308_1 トランジスタ
308_6 トランジスタ
309_1 トランジスタ
309_2 トランジスタ
311_1 配線
311_3 配線
312_1 配線
312_2 配線
600 表示装置
601 信号線駆動回路部
602 画素部
603 走査線駆動回路部
604 封止基板
605 シール材
607 領域
607a 封止層
607b 封止層
607c 封止層
608 配線
609 FPC
610 素子基板
611 トランジスタ
612 トランジスタ
613 下部電極
614 隔壁
616 EL層
617 上部電極
618 発光素子
621 光学素子
622 遮光層
623 トランジスタ
624 トランジスタ
801 画素回路
802 画素部
804 駆動回路部
804a 走査線駆動回路
804b 信号線駆動回路
806 保護回路
807 端子部
852 トランジスタ
854 トランジスタ
862 容量素子
872 発光素子
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 下部電極
1024G 下部電極
1024R 下部電極
1024Y 下部電極
1025 隔壁
1026 上部電極
1028 EL層
1028B 発光層
1028G 発光層
1028R 発光層
1028Y 発光層
1029 封止層
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
1034Y 着色層
1035 遮光層
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
2000 タッチパネル
2001 タッチパネル
2501 表示装置
2502R 画素
2502t トランジスタ
2503c 容量素子
2503g 走査線駆動回路
2503s 信号線駆動回路
2503t トランジスタ
2509 FPC
2510 基板
2510a 絶縁層
2510b 可撓性基板
2510c 接着層
2511 配線
2519 端子
2521 絶縁層
2528 隔壁
2550R 発光素子
2560 封止層
2567BM 遮光層
2567p 反射防止層
2567R 着色層
2570 基板
2570a 絶縁層
2570b 可撓性基板
2570c 接着層
2580R 発光モジュール
2590 基板
2591 電極
2592 電極
2593 絶縁層
2594 配線
2595 タッチセンサ
2597 接着層
2598 配線
2599 接続層
2601 パルス電圧出力回路
2602 電流検出回路
2603 容量
2611 トランジスタ
2612 トランジスタ
2613 トランジスタ
2621 電極
2622 電極
3000 発光装置
3001 基板
3003 基板
3005 発光素子
3007 封止領域
3009 封止領域
3011 領域
3013 領域
3014 領域
3015 基板
3016 基板
3018 乾燥剤
3500 多機能端末
3502 筐体
3504 表示部
3506 カメラ
3508 照明
3600 ライト
3602 筐体
3608 照明
3610 スピーカ
8000 表示モジュール
8001 上部カバー
8002 下部カバー
8003 FPC
8004 タッチセンサ
8005 FPC
8006 表示装置
8009 フレーム
8010 プリント基板
8011 バッテリ
8501 照明装置
8502 照明装置
8503 照明装置
8504 照明装置
9000 筐体
9001 表示部
9003 スピーカ
9005 操作キー
9006 接続端子
9007 センサ
9008 マイクロフォン
9050 操作ボタン
9051 情報
9052 情報
9053 情報
9054 情報
9055 ヒンジ
9100 携帯情報端末
9101 携帯情報端末
9102 携帯情報端末
9200 携帯情報端末
9201 携帯情報端末
9300 テレビジョン装置
9301 スタンド
9311 リモコン操作機
9500 表示装置
9501 表示パネル
9502 表示領域
9503 領域
9511 軸部
9512 軸受部
9700 自動車
9701 車体
9702 車輪
9703 ダッシュボード
9704 ライト
9710 表示部
9711 表示部
9712 表示部
9713 表示部
9714 表示部
9715 表示部
9721 表示部
9722 表示部
9723 表示部

Claims (20)

  1. 一対の電極間に発光層を有し、
    前記発光層は、第1の有機化合物と、第2の有機化合物と、燐光性化合物であるゲスト材料と、を有し、
    前記第1の有機化合物は、トリアジン骨格、ピリミジン骨格、ピリダジン骨格またはピリジン骨格を有する複素環化合物であり、
    前記第1の有機化合物のLUMO準位は、前記第2の有機化合物のLUMO準位より低く、
    前記第1の有機化合物のHOMO準位は、前記第2の有機化合物のHOMO準位より低く、
    前記ゲスト材料のLUMO準位とHOMO準位とのエネルギー差は、前記第1の有機化合物のLUMO準位と前記第2の有機化合物のHOMO準位とのエネルギー差よりも大きく、
    前記第1の有機化合物と、前記第2の有機化合物と、が励起錯体を形成する組み合わせである、
    (ただし、前記第1の有機化合物が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)であり、前記第2の有機化合物が9-フェニル-9H-3-(9-フェニル-9H-カルバゾール-3-イル)カルバゾール(略称:PCCP)であり、前記ゲスト材料が、トリス[2-メチル-3-(6-tert-ブチル-4-ピリミジニル-κN3)ピリジル-κC4]イリジウム(III)(略称:[Ir(tBumpypm)])である組み合わせ、を除く)発光素子。
  2. 一対の電極間に発光層を有し、
    前記発光層は、第1の有機化合物と、第2の有機化合物と、燐光性化合物であるゲスト材料と、を有し、
    前記第1の有機化合物は、トリアジン骨格、ピリミジン骨格、ピリダジン骨格またはピリジン骨格を有する複素環化合物であり、
    前記第1の有機化合物のLUMO準位は、前記第2の有機化合物のLUMO準位より低く、
    前記第1の有機化合物のHOMO準位は、前記第2の有機化合物のHOMO準位より低く、
    前記ゲスト材料のLUMO準位とHOMO準位とのエネルギー差は、前記第1の有機化合物のLUMO準位と前記第2の有機化合物のHOMO準位とのエネルギー差よりも大きく、
    前記ゲスト材料のLUMO準位と前記第1の有機化合物のLUMO準位との差は、0.1eV以上であり、
    前記第1の有機化合物と、前記第2の有機化合物と、が励起錯体を形成する組み合わせである、発光素子。
  3. 一対の電極間に発光層を有し、
    前記発光層は、第1の有機化合物と、第2の有機化合物と、燐光性化合物であるゲスト材料と、を有し、
    前記第1の有機化合物は、トリアジン骨格、ピリミジン骨格、ピリダジン骨格またはピリジン骨格を有する複素環化合物であり、
    前記第1の有機化合物のLUMO準位は、前記第2の有機化合物のLUMO準位より低く、
    前記第1の有機化合物のHOMO準位は、前記第2の有機化合物のHOMO準位より低く、
    前記ゲスト材料のLUMO準位とHOMO準位とのエネルギー差は、前記第1の有機化合物のLUMO準位と前記第2の有機化合物のHOMO準位とのエネルギー差よりも大きく、
    前記ゲスト材料のLUMO準位と前記第1の有機化合物のLUMO準位との差は、0.2eV以上であり、
    前記第1の有機化合物と、前記第2の有機化合物と、が励起錯体を形成する組み合わせである、発光素子。
  4. 一対の電極間に発光層を有し、
    前記発光層は、第1の有機化合物と、第2の有機化合物と、燐光性化合物であるゲスト材料と、を有し、
    前記第1の有機化合物は、トリアジン骨格、ピリミジン骨格、ピリダジン骨格またはピリジン骨格を有する複素環化合物であり、
    前記第1の有機化合物の還元電位は、前記第2の有機化合物の還元電位より高く、
    前記第1の有機化合物の酸化電位は、前記第2の有機化合物の酸化電位より高く、
    前記ゲスト材料の還元電位と酸化電位との差は、前記第1の有機化合物の還元電位と前記第2の有機化合物の酸化電位との差よりも大きく、
    前記第1の有機化合物と、前記第2の有機化合物と、が励起錯体を形成する組み合わせである、
    (ただし、前記第1の有機化合物が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)であり、前記第2の有機化合物が9-フェニル-9H-3-(9-フェニル-9H-カルバゾール-3-イル)カルバゾール(略称:PCCP)であり、前記ゲスト材料が、トリス[2-メチル-3-(6-tert-ブチル-4-ピリミジニル-κN3)ピリジル-κC4]イリジウム(III)(略称:[Ir(tBumpypm)])である組み合わせ、を除く)発光素子。
  5. 一対の電極間に発光層を有し、
    前記発光層は、第1の有機化合物と、第2の有機化合物と、燐光性化合物であるゲスト材料と、を有し、
    前記第1の有機化合物は、トリアジン骨格、ピリミジン骨格、ピリダジン骨格またはピリジン骨格を有する複素環化合物であり、
    前記第1の有機化合物の還元電位は、前記第2の有機化合物の還元電位より高く、
    前記第1の有機化合物の酸化電位は、前記第2の有機化合物の酸化電位より高く、
    前記ゲスト材料の還元電位と酸化電位との差は、前記第1の有機化合物の還元電位と前記第2の有機化合物の酸化電位との差よりも大きく、
    前記ゲスト材料のLUMO準位と前記第1の有機化合物のLUMO準位との差は、0.1eV以上であり、
    前記第1の有機化合物と、前記第2の有機化合物と、が励起錯体を形成する組み合わせである、発光素子。
  6. 一対の電極間に発光層を有し、
    前記発光層は、第1の有機化合物と、第2の有機化合物と、燐光性化合物であるゲスト材料と、を有し、
    前記第1の有機化合物は、トリアジン骨格、ピリミジン骨格、ピリダジン骨格またはピリジン骨格を有する複素環化合物であり、
    前記第1の有機化合物の還元電位は、前記第2の有機化合物の還元電位より高く、
    前記第1の有機化合物の酸化電位は、前記第2の有機化合物の酸化電位より高く、
    前記ゲスト材料の還元電位と酸化電位との差は、前記第1の有機化合物の還元電位と前記第2の有機化合物の酸化電位との差よりも大きく、
    前記ゲスト材料のLUMO準位と前記第1の有機化合物のLUMO準位との差は、0.2eV以上であり、
    前記第1の有機化合物と、前記第2の有機化合物と、が励起錯体を形成する組み合わせである、発光素子。
  7. 一対の電極間に発光層を有し、
    前記発光層は、第1の有機化合物と、第2の有機化合物と、白金族元素を有するゲスト材料と、を有し、
    前記第1の有機化合物は、トリアジン骨格、ピリミジン骨格、ピリダジン骨格またはピリジン骨格を有する複素環化合物であり、
    前記第1の有機化合物のLUMO準位は、前記第2の有機化合物のLUMO準位より低く、
    前記第1の有機化合物のHOMO準位は、前記第2の有機化合物のHOMO準位より低く、
    前記ゲスト材料のLUMO準位とHOMO準位とのエネルギー差は、前記第1の有機化合物のLUMO準位と前記第2の有機化合物のHOMO準位とのエネルギー差よりも大きく、
    前記第1の有機化合物と、前記第2の有機化合物と、が励起錯体を形成する組み合わせである、
    (ただし、前記第1の有機化合物が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)であり、前記第2の有機化合物が9-フェニル-9H-3-(9-フェニル-9H-カルバゾール-3-イル)カルバゾール(略称:PCCP)であり、前記ゲスト材料が、トリス[2-メチル-3-(6-tert-ブチル-4-ピリミジニル-κN3)ピリジル-κC4]イリジウム(III)(略称:[Ir(tBumpypm)])である組み合わせ、を除く)発光素子。
  8. 一対の電極間に発光層を有し、
    前記発光層は、第1の有機化合物と、第2の有機化合物と、白金族元素を有するゲスト材料と、を有し、
    前記第1の有機化合物は、トリアジン骨格、ピリミジン骨格、ピリダジン骨格またはピリジン骨格を有する複素環化合物であり、
    前記第1の有機化合物のLUMO準位は、前記第2の有機化合物のLUMO準位より低く、
    前記第1の有機化合物のHOMO準位は、前記第2の有機化合物のHOMO準位より低く、
    前記ゲスト材料のLUMO準位とHOMO準位とのエネルギー差は、前記第1の有機化合物のLUMO準位と前記第2の有機化合物のHOMO準位とのエネルギー差よりも大きく、
    前記ゲスト材料のLUMO準位と前記第1の有機化合物のLUMO準位との差は、0.1eV以上であり、
    前記第1の有機化合物と、前記第2の有機化合物と、が励起錯体を形成する組み合わせである、発光素子。
  9. 一対の電極間に発光層を有し、
    前記発光層は、第1の有機化合物と、第2の有機化合物と、白金族元素を有するゲスト材料と、を有し、
    前記第1の有機化合物は、トリアジン骨格、ピリミジン骨格、ピリダジン骨格またはピリジン骨格を有する複素環化合物であり、
    前記第1の有機化合物のLUMO準位は、前記第2の有機化合物のLUMO準位より低く、
    前記第1の有機化合物のHOMO準位は、前記第2の有機化合物のHOMO準位より低く、
    前記ゲスト材料のLUMO準位とHOMO準位とのエネルギー差は、前記第1の有機化合物のLUMO準位と前記第2の有機化合物のHOMO準位とのエネルギー差よりも大きく、
    前記ゲスト材料のLUMO準位と前記第1の有機化合物のLUMO準位との差は、0.2eV以上であり、
    前記第1の有機化合物と、前記第2の有機化合物と、が励起錯体を形成する組み合わせである、発光素子。
  10. 一対の電極間に発光層を有し、
    前記発光層は、第1の有機化合物と、第2の有機化合物と、白金族元素を有するゲスト材料と、を有し、
    前記第1の有機化合物は、トリアジン骨格、ピリミジン骨格、ピリダジン骨格またはピリジン骨格を有する複素環化合物であり、
    前記第1の有機化合物の還元電位は、前記第2の有機化合物の還元電位より高く、
    前記第1の有機化合物の酸化電位は、前記第2の有機化合物の酸化電位より高く、
    前記ゲスト材料の還元電位と酸化電位との差は、前記第1の有機化合物の還元電位と前記第2の有機化合物の酸化電位との差よりも大きく、
    前記第1の有機化合物と、前記第2の有機化合物と、が励起錯体を形成する組み合わせである、
    (ただし、前記第1の有機化合物が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)であり、前記第2の有機化合物が9-フェニル-9H-3-(9-フェニル-9H-カルバゾール-3-イル)カルバゾール(略称:PCCP)であり、前記ゲスト材料が、トリス[2-メチル-3-(6-tert-ブチル-4-ピリミジニル-κN3)ピリジル-κC4]イリジウム(III)(略称:[Ir(tBumpypm)])である組み合わせ、を除く)発光素子。
  11. 一対の電極間に発光層を有し、
    前記発光層は、第1の有機化合物と、第2の有機化合物と、白金族元素を有するゲスト材料と、を有し、
    前記第1の有機化合物は、トリアジン骨格、ピリミジン骨格、ピリダジン骨格またはピリジン骨格を有する複素環化合物であり、
    前記第1の有機化合物の還元電位は、前記第2の有機化合物の還元電位より高く、
    前記第1の有機化合物の酸化電位は、前記第2の有機化合物の酸化電位より高く、
    前記ゲスト材料の還元電位と酸化電位との差は、前記第1の有機化合物の還元電位と前記第2の有機化合物の酸化電位との差よりも大きく、
    前記ゲスト材料のLUMO準位と前記第1の有機化合物のLUMO準位との差は、0.1eV以上であり、
    前記第1の有機化合物と、前記第2の有機化合物と、が励起錯体を形成する組み合わせである、発光素子。
  12. 一対の電極間に発光層を有し、
    前記発光層は、第1の有機化合物と、第2の有機化合物と、白金族元素を有するゲスト材料と、を有し、
    前記第1の有機化合物は、トリアジン骨格、ピリミジン骨格、ピリダジン骨格またはピリジン骨格を有する複素環化合物であり、
    前記第1の有機化合物の還元電位は、前記第2の有機化合物の還元電位より高く、
    前記第1の有機化合物の酸化電位は、前記第2の有機化合物の酸化電位より高く、
    前記ゲスト材料の還元電位と酸化電位との差は、前記第1の有機化合物の還元電位と前記第2の有機化合物の酸化電位との差よりも大きく、
    前記ゲスト材料のLUMO準位と前記第1の有機化合物のLUMO準位との差は、0.2eV以上であり、
    前記第1の有機化合物と、前記第2の有機化合物と、が励起錯体を形成する組み合わせである、発光素子。
  13. 請求項7乃至請求項12のいずれか一において、
    前記白金族元素は、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、オスミウム、イリジウムまたは白金である、発光素子。
  14. 請求項1乃至請求項13のいずれか一において、
    前記ゲスト材料のHOMO準位と前記第2の有機化合物のHOMO準位との差は、0.1eV以上である、発光素子。
  15. 請求項1乃至請求項13のいずれか一において、
    前記ゲスト材料のHOMO準位と前記第2の有機化合物のHOMO準位との差は、0.2eV以上である、発光素子。
  16. 請求項1乃至請求項15のいずれか一において、
    前記ゲスト材料のLUMO準位と前記ゲスト材料のHOMO準位とのエネルギー差は、前記ゲスト材料の吸収スペクトルにおける吸収端から算出される遷移エネルギーより、0.4eV以上大きい、発光素子。
  17. 請求項1乃至請求項15のいずれか一において、
    前記ゲスト材料のLUMO準位と前記ゲスト材料のHOMO準位とのエネルギー差は、前記ゲスト材料の発光スペクトルの最も短波長側の発光ピークの波長から算出されるエネルギーより、0.4eV以上大きい、発光素子。
  18. 請求項1乃至請求項17のいずれか一に記載の発光素子と、
    カラーフィルタまたはトランジスタの少なくとも一方と、
    を有する表示装置。
  19. 請求項18に記載の表示装置と、
    筐体またはタッチセンサの少なくとも一方と、
    を有する電子機器。
  20. 請求項1乃至請求項17のいずれか一項に記載の発光素子と、
    筐体またはタッチセンサの少なくとも一方と、
    を有する照明装置。
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