JP5301874B2 - トリアゾール誘導体、発光素子、発光装置、及び照明装置 - Google Patents

トリアゾール誘導体、発光素子、発光装置、及び照明装置 Download PDF

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Description

本発明は、トリアゾール誘導体に関する。また、電流励起型の発光素子および発光素子を有する発光装置、電子機器に関する。
近年、エレクトロルミネッセンス(Electroluminescence)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挟んだものである。この素子に電圧を印加することにより、発光性の物質からの発光を得ることができる。
このような発光素子は自発光型であるため、液晶ディスプレイに比べ画素の視認性が高く、バックライトが不要である等の利点があり、フラットパネルディスプレイ素子として好適であると考えられている。また、このような発光素子は、薄型軽量に作製できることも大きな利点である。また、非常に応答速度が速いことも特徴の一つである。
また、これらの発光素子は膜状に形成することが可能であるため、大面積の素子を形成することにより、面状の発光を容易に得ることができる。このことは、白熱電球やLEDに代表される点光源、あるいは蛍光灯に代表される線光源では得難い特色であるため、照明装置等に応用できる面光源としての利用価値も高い。
エレクトロルミネッセンスを利用した発光素子は、発光性の物質が有機化合物であるか、無機化合物であるかによって大きく分けられる。
発光性の物質が有機化合物である場合、発光素子に電圧を印加することにより、一対の電極から電子および正孔がそれぞれ発光性の有機化合物を含む層に注入され、電流が流れる。そして、それらキャリア(電子および正孔)が再結合することにより、発光性の有機化合物が励起状態を形成し、その励起状態が基底状態に戻る際に発光する。このようなメカニズムから、このような発光素子は、電流励起型の発光素子と呼ばれる。
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)がある。また、発光素子におけるその統計的な生成比率は、S:T=1:3であると考えられている。
一重項励起状態を発光に変換する化合物(以下、蛍光性化合物と称す)は室温において、三重項励起状態からの発光(燐光)は観測されず、一重項励起状態からの発光(蛍光)のみが観測される。したがって、蛍光性化合物を用いた発光素子における内部量子効率(注入したキャリアに対して発生するフォトンの割合)の理論的限界は、S:T=1:3であることを根拠に25%とされている。
一方、三重項励起状態を発光に変換する化合物(以下、燐光性化合物と称す)を用いれば、内部量子効率は75〜100%まで理論上は可能となる。つまり、蛍光性化合物に比べて3〜4倍の発光効率が可能となる。このような理由から、高効率な発光素子を実現するために、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。
上述した燐光性化合物を用いて発光素子の発光層を形成する場合、燐光性化合物の濃度消光や三重項−三重項消滅(T−Tアニヒレイション)による消光を抑制するために、他の物質からなるマトリクス中に該燐光性化合物が分散するようにして形成することが多い。この時、マトリクスとなる物質はホスト材料、燐光性化合物のようにマトリクス中に分散される物質はゲスト材料と呼ばれる。
燐光性化合物をゲスト材料とする場合、ホスト材料に必要とされる性質は、該燐光性化合物よりも大きな三重項励起エネルギー(基底状態と三重項励起状態とのエネルギー差)を有することである。特許文献1では、緑色の発光を示す燐光性化合物のホスト材料として、TAZが使用されている。
特開2002−352957号公報
TAZのように大きな三重項励起エネルギー(基底状態と三重項励起状態とのエネルギー差)を有する化合物は、燐光性化合物に対するホスト材料として有用である。
一方、TAZは、一重項励起エネルギー(基底状態と一重項励起状態とのエネルギー差)が大きく、正孔ブロック材料としても使用されている。つまり、TAZには正孔が非常に注入されにくいという特徴がある。よって、TAZを発光層のホスト材料として用いた場合、発光層に正孔が注入されにくく、発光領域が発光層と正孔輸送層との界面に偏る可能性がある。発光領域が局所的に界面に偏ると、発光物質の濃度消光や三重項−三重項消滅(T−Tアニヒレイション)による消光が生じてしまい、発光効率が低下してしまう。
上記問題に鑑み、本発明は、新規なトリアゾール誘導体を提供することを目的とする。
また、新規なトリアゾール誘導体を用いることにより、発光効率の高い発光素子を提供することを目的とする。また、消費電力の低い発光装置および電子機器を提供することを目的とする。
本発明者らは、電子輸送性かつ三重項励起エネルギーが大きいトリアゾール骨格と、正孔輸送性であるカルバゾール骨格とを同一分子内に有するトリアゾール誘導体を合成した。そして、該トリアゾール誘導体は三重項励起エネルギーが高く、電子輸送性と正孔輸送性を有することを見いだした。より具体的には、3位,4位および5位に、それぞれ、アリール基またはヘテロアリール基が結合した1,2,4−トリアゾール誘導体であって、該アリール基またはヘテロアリール基のいずれか一に9H−カルバゾール−9−イル基を有するトリアゾール誘導体は三重項励起エネルギーが高く、電子輸送性と正孔輸送性を有することを見いだした。
よって、本発明の一は、一般式(G1)で表されるトリアゾール誘導体のAr〜Arのいずれか一に一般式(G2)で表される9H−カルバゾール−9−イル基が結合したトリアゾール誘導体である。
Figure 0005301874
Figure 0005301874
(式中、Ar〜Arは、それぞれ、アリール基またはヘテロアリール基を表し、R〜Rは、それぞれ、水素またはアルキル基またはアルコキシ基またはアリール基を表す。)
また、本発明の一は、一般式(G3)で表されるトリアゾール誘導体である。
Figure 0005301874
(式中、ArおよびArは、それぞれ、アリール基またはヘテロアリール基を表し、Arは、アリーレン基またはヘテロアリーレン基を表し、R11〜R12は、それぞれ、水素またはアルキル基またはアルコキシ基またはアリール基を表す。)
また、本発明の一は、一般式(G4)で表されるトリアゾール誘導体である。
Figure 0005301874
(式中、ArおよびArは、それぞれ、アリール基またはヘテロアリール基を表し、R11〜R12は、それぞれ、水素またはアルキル基またはアルコキシ基またはアリール基を表す。)
また、本発明の一は、一般式(G5)で表されるトリアゾール誘導体である。
Figure 0005301874
(式中、ArおよびArは、それぞれ、アリール基またはヘテロアリール基を表し、R11〜R12は、それぞれ、水素またはアルキル基またはアルコキシ基またはアリール基を表す。)
上記構成において、ArおよびArは、それぞれ、フェニル基またはピリジル基であることが好ましい。
また、本発明の一は、一般式(G6)で表されるトリアゾール誘導体である。
Figure 0005301874
(式中、ArおよびArは、それぞれ、アリール基またはヘテロアリール基を表し、Arは、アリーレン基またはヘテロアリーレン基を表し、R11〜R12は、それぞれ、水素またはアルキル基またはアルコキシ基またはアリール基を表す。)
また、本発明の一は、一般式(G7)で表されるトリアゾール誘導体である。
Figure 0005301874
(式中、ArおよびArは、それぞれ、アリール基またはヘテロアリール基を表し、R11〜R12は、それぞれ、水素またはアルキル基またはアルコキシ基またはアリール基を表す。)
また、本発明の一は、一般式(G8)で表されるトリアゾール誘導体である。
Figure 0005301874
(式中、ArおよびArは、それぞれ、アリール基またはヘテロアリール基を表し、R11〜R12は、それぞれ、水素またはアルキル基またはアルコキシ基またはアリール基を表す。)
上記構成において、ArおよびArは、それぞれ、フェニル基またはピリジル基であることが好ましい。
また、本発明の一は、上記のトリアゾール誘導体を用いた発光素子である。具体的には、一対の電極間に上記のトリアゾール誘導体を有することを特徴とする発光素子である。
また、本発明の一は、一対の電極間に発光層を有し、発光層は上記のトリアゾール誘導体を有することを特徴とする発光素子である。
上記のトリアゾール誘導体は大きい三重項励起エネルギーを有するため、発光層が、上記のトリアゾール誘導体と、燐光を発光する物質とを有する構成である場合に、より効果を発揮する。特に、発光ピーク波長が400nm以上500nm以下という短波長の発光を示す燐光を発光する物質を用いた場合にも、上記のトリアゾール誘導体を用いることで高効率の発光を得ることができる。
また、本発明の発光装置は、上記のトリアゾール誘導体を含む発光素子と、発光素子の発光を制御する制御回路とを有することを特徴とする。なお、本明細書中における発光装置とは、画像表示デバイス、発光デバイス、もしくは光源(照明装置を含む)を含む。また、パネルにコネクター、例えばFPC(Flexible printed circuit)もしくはTAB(Tape Automated Bonding)テープもしくはTCP(Tape Carrier Package)が取り付けられたモジュール、TABテープやTCPの先にプリント配線板が設けられたモジュール、または発光素子にCOG(Chip On Glass)方式によりIC(集積回路)が直接実装されたモジュールも全て発光装置に含むものとする。
また、本発明の発光素子を表示部に用いた電子機器も本発明の範疇に含めるものとする。したがって、本発明の電子機器は、表示部を有し、表示部は、上述した発光素子と発光素子の発光を制御する制御回路とを備えたことを特徴とする。
本発明のトリアゾール誘導体は、三重項励起エネルギーが大きい。
また、本発明のトリアゾール誘導体を用いることにより、発光効率の高い発光素子を得ることができる。また、消費電力の低い発光装置および電子機器を得ることができる。
以下、本発明の実施の態様及び実施例について図面を用いて詳細に説明する。但し、本発明は以下の説明に限定されず、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。従って、本発明は以下に示す実施の形態及び実施例の記載内容に限定して解釈されるものではない。
(実施の形態1)
本実施の形態では、本発明のトリアゾール誘導体について説明する。
本発明のトリアゾール誘導体は、電子輸送性かつ三重項励起エネルギーが大きいトリアゾール骨格と、正孔輸送性であるカルバゾール骨格とを同一分子内に有する。
具体的には、3位,4位および5位に、それぞれ、アリール基またはヘテロアリール基が結合した1,2,4−トリアゾール誘導体であって、該アリール基またはヘテロアリール基のいずれか一に9H−カルバゾール−9−イル基を有するトリアゾール誘導体である。
つまり、一般式(G1)で表されるトリアゾール誘導体のAr〜Arのいずれか一に一般式(G2)で表される9H−カルバゾール−9−イル基が結合したトリアゾール誘導体である。
Figure 0005301874
Figure 0005301874
一般式(G1)および一般式(G2)において、Ar〜Arは、それぞれ、アリール基またはヘテロアリール基を表し、R〜Rは、それぞれ、水素またはアルキル基またはアルコキシ基またはアリール基を表す。)
上記のトリアゾール誘導体としては、一般式(G3)で表されるトリアゾール誘導体および一般式(G6)で表されるトリアゾール誘導体が挙げられる。
Figure 0005301874
一般式(G3)において、ArおよびArは、それぞれ、アリール基またはヘテロアリール基を表し、Arは、アリーレン基またはヘテロアリーレン基を表し、R11〜R12は、それぞれ、水素またはアルキル基またはアルコキシ基またはアリール基を表す。
Figure 0005301874
一般式(G6)において、ArおよびArは、それぞれ、アリール基またはヘテロアリール基を表し、Arは、アリーレン基またはヘテロアリーレン基を表し、R11〜R12は、それぞれ、水素またはアルキル基またはアルコキシ基またはアリール基を表す。
アリール基は、置換基を有していてもよい。また、合成の容易さの点から、炭素数6〜25のアリール基であることが好ましい。例えば、フェニル基、o−トリル基、m−トリル基、p−トリル基、4−tert−ブチルフェニル基、1−ナフチル基、2−ナフチル基、2−ビフェニル基、3−ビフェニル基、4−ビフェニル基、9,9−ジメチルフルオレン−2−イル基、スピロ−9,9’−ビフルオレン−2−イル基等が挙げられる。これらの置換基の一部を、構造式(11−1)〜構造式(11−9)に示す。
Figure 0005301874
また、ヘテロアリール基は、置換基を有していてもよい。また、合成の容易さの点から、炭素数3〜9のヘテロアリール基であることが好ましい。例えば、1,3,5−トリアジン−2−イル基、1,2,4−トリアジン−3−イル基、ピリミジン−4−イル基、ピラジン−2−イル基、2−ピリジル基、3−ピリジル基、4−ピリジル基等が挙げられる。これらの置換基の一部を、構造式(12−1)〜構造式(12−14)に示す。
Figure 0005301874
また、アリーレン基は、置換基を有していてもよい。また、合成の容易さの点から、炭素数6〜25のアリーレン基であることが好ましい。例えば、1,2−フェニレン基、1,3−フェニレン基、1,4−フェニレン基、2,5−ジメチル−1,4−フェニレン基、1,4−ナフチレン基、1,5−ナフチレン基、4,4’−ビフェニレン基、9,9−ジメチルフルオレン−2,7−ジイル基、スピロ−9,9’−ビフルオレン−2,7−ジイル基等が挙げられる。これらの置換基の一部を、構造式(13−1)〜構造式(13−9)に示す。
Figure 0005301874
また、ヘテロアリーレン基は、置換基を有していてもよい。また、合成の容易さの点から、炭素数3〜9のヘテロアリーレン基であることが好ましい。例えば、ピリジン−2,5−ジイル基、ピリジン−2,6−ジイル基等が挙げられる。これらの置換基の一部を、構造式(14−1)〜構造式(14−2)に示す。
Figure 0005301874
また、アルキル基は、合成の容易さの点から、炭素数1〜4のアルキル基であることが好ましい。例えば、炭素数1〜4のアルキル基としては、メチル基、エチル基、イソプロピル基、n−プロピル基、イソブチル基、sec−ブチル基、n−ブチル基、tert−ブチル基などが挙げられる。
また、アルコキシ基は、合成の容易さの点から、炭素数1〜4のアルコキシ基であることが好ましい。例えば、炭素数1〜4のアルコキシ基としては、メトキシ基、エトキシ基、イソプロポキシ基、イソブトキシ基、tert−ブトキシ基などが挙げられる。
一般式(G3)で表されるトリアゾール誘導体において、合成の容易さの点から、一般式(G4)で表されるトリアゾール誘導体であることが好ましい。
Figure 0005301874
一般式(G4)において、ArおよびArは、それぞれ、アリール基またはヘテロアリール基を表し、R11〜R12は、それぞれ、水素またはアルキル基またはアルコキシ基またはアリール基を表す。
一般式(G4)で表されるトリアゾール誘導体において、立体障害が少なく合成が容易であることから、一般式(G5)で表されるトリアゾール誘導体であることが好ましい。
Figure 0005301874
一般式(G5)において、ArおよびArは、それぞれ、アリール基またはヘテロアリール基を表し、R11〜R12は、それぞれ、水素またはアルキル基またはアルコキシ基またはアリール基を表す。
一般式(G3)〜一般式(G5)において、合成の容易さの点から、ArおよびArは、それぞれ、フェニル基またはピリジル基であることが好ましい。また、三重項励起エネルギーが高いことから、ArおよびArは、それぞれ、フェニル基またはピリジル基であることが好ましい。特に、ピリジル基であることが好ましい。ピリジル基であることにより、本発明のトリアゾール誘導体の電子輸送性が高くなり、キャリアのバランスが向上する。よって、本発明のトリアゾール誘導体は、発光素子に好適に用いることができる。特に、発光素子の発光層に用いる場合には、注入される電子と正孔のバランスが重要であるため、ピリジル基がより好ましい。
一般式(G6)で表されるトリアゾール誘導体において、合成の容易さの点から、一般式(G7)で表されるトリアゾール誘導体であることが好ましい。
Figure 0005301874
一般式(G7)において、ArおよびArは、それぞれ、アリール基またはヘテロアリール基を表し、R11〜R12は、それぞれ、水素またはアルキル基またはアルコキシ基またはアリール基を表す。
一般式(G7)で表されるトリアゾール誘導体において、立体障害が少なく合成が容易であることから、一般式(G8)で表されるトリアゾール誘導体であることが好ましい。
Figure 0005301874
一般式(G8)において、ArおよびArは、それぞれ、アリール基またはヘテロアリール基を表し、R11〜R12は、それぞれ、水素またはアルキル基またはアルコキシ基またはアリール基を表す。
一般式(G6)〜一般式(G8)において、合成の容易さの点から、ArおよびArは、それぞれ、フェニル基またはピリジル基であることが好ましい。また、三重項励起エネルギーが高いことから、ArおよびArは、それぞれ、フェニル基またはピリジル基であることが好ましい。特に、ピリジル基であることが好ましい。ピリジル基であることにより、本発明のトリアゾール誘導体の電子輸送性が高くなり、キャリアのバランスが向上する。よって、本発明のトリアゾール誘導体は、発光素子に好適に用いることができる。特に、発光素子の発光層に用いる場合には、注入される電子と正孔のバランスが重要であるため、ピリジル基がより好ましい。
一般式(G3)および一般式(G6)で表されるトリアゾール誘導体としては、具体的には、構造式(101)〜構造式(195)および構造式(201)〜構造式(248)で表されるトリアゾール誘導体を挙げることができる。ただし、本発明はこれらに限定されない。
Figure 0005301874
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本発明のトリアゾール誘導体の合成方法としては、種々の反応の適用が可能である。例えば、以下に示す合成反応を行うことによって、本発明のトリアゾール誘導体を合成することができる。なお、本発明のトリアゾール誘導体の合成方法は、以下の合成方法に限定されない。
≪ハロゲン化トリアゾール誘導体(TAZ−1)および(TAZ−2)の合成法≫
<ハロゲン化トリアゾール誘導体(TAZ−1)の合成法>
ハロゲン化トリアゾール誘導体(TAZ−1)の合成スキームを(A−1)に示す。
Figure 0005301874
まず化合物A1(ハロゲン化アリールカルボン酸のエステルまたはハロゲン化ヘテロアリールカルボン酸のエステル)とヒドラジンとを反応させることにより、化合物B1(ハロゲン化アリールヒドラジドまたはハロゲン化ヘテロアリールヒドラジド)を合成する。次に、化合物B1(ハロゲン化アリールヒドラジドまたはハロゲン化ヘテロアリールヒドラジド)と化合物C1(アリールカルボン酸ハライドまたはヘテロアリールカルボン酸ハライド)とを反応させることにより、化合物D1(ジアシルヒドラジン誘導体)を得る。次に、化合物D1(ジアシルヒドラジン誘導体)を五塩化リンと反応させることにより、化合物E1(ヒドラゾン誘導体)を得る。さらに、化合物E1(ヒドラゾン誘導体)とアリールアミンまたはヘテロアリールとを反応させることで、1,2,4−トリアゾール環を形成させることにより、ハロゲン化トリアゾール誘導体(TAZ−1)を得ることができる。
合成スキーム(A−1)において、ArおよびArは、それぞれ、アリール基またはヘテロアリール基を表し、Arは、アリーレン基またはヘテロアリーレン基を表し、R〜Rは、それぞれ、水素またはアルキル基またはアルコキシ基またはアリール基を表す。また、XおよびXはそれぞれハロゲン基を表し、Xにおいて、好ましくはブロモ基またはヨード基であり、Xにおいて、好ましくはクロロ基である。
なお、ハロゲン化トリアゾール誘導体(TAZ−1)を合成する方法は上記スキーム(A−1)に限定されることはなく、種々の方法を用いることができる。例えば、合成スキーム(A−5)に示す方法を用いてハロゲン化トリアゾール誘導体(TAZ−1)を合成するができる。
Figure 0005301874
まず、アリールアミンまたはヘテロアリールアミン(化合物A3)と、メチルアリールまたはメチルヘテロアリール(化合物B3)と、硫黄とを触媒下で反応させることによりチオカルボキシアミド化合物(化合物C3)を得ることができる。次に、チオカルボキシアミド化合物(化合物C3)とハロゲン化アルキル(化合物D3)を塩基存在下で反応させることにより、カルボキシイミドチオアート化合物(化合物E3)を得ることができる。次に、カルボキシイミドチオアート化合物(化合物E3)とハロゲン化アリールヒドラジドまたはハロゲン化ヘテロアリールヒドラジド(化合物F3)とを反応させて、1,2,4−トリアゾール環を形成させることにより、ハロゲン化トリアゾール誘導体(TAZ−1)を得ることができる。
なお、合成スキーム(A−5)において、Rは、炭素数1〜4のアルキル基を表す。また、ArおよびArは、それぞれ、アリール基またはヘテロアリール基を表し、Arは、アリーレン基またはヘテロアリーレン基を表す。また、XおよびXはハロゲン基を表し、Xにおいて、好ましくはブロモ基またはヨード基である。
<ハロゲン化トリアゾール誘導体(TAZ−2)の合成法>
ハロゲン化トリアゾール誘導体(TAZ−2)の合成スキームを(A−2)に示す。
Figure 0005301874
まず化合物A2(ハロゲン化アリールカルボン酸のエステルまたはハロゲン化ヘテロアリールカルボン酸のエステル)とヒドラジンとを反応させることにより、化合物B2(ハロゲン化アリールヒドラジドまたはハロゲン化ヘテロアリールヒドラジド)を合成する。次に、化合物B2(ハロゲン化アリールヒドラジドまたはハロゲン化ヘテロアリールヒドラジド)と化合物C2(アリールカルボン酸ハライドまたはヘテロアリールカルボン酸ハライド)とを反応させることにより、化合物D2(ジアシルヒドラジン誘導体)を得る。次に、化合物D2(ジアシルヒドラジン誘導体)を五塩化リンと反応させることにより、化合物E2(ヒドラゾン誘導体)を得る。さらに、化合物E2(ヒドラゾン誘導体)とアリールアミンまたはヘテロアリールとを反応させることで、1,2,4−トリアゾール環を形成させることにより、ハロゲン化トリアゾール誘導体(TAZ−2)を得ることができる。
なお、合成スキーム(A−2)において、ArおよびArは、それぞれ、アリール基またはヘテロアリール基を表し、Arは、アリーレン基またはヘテロアリーレン基を表し、R〜Rは、それぞれ、水素またはアルキル基またはアルコキシ基またはアリール基を表す。また、XおよびXはハロゲン基を表し、Xにおいて、好ましくはブロモ基またはヨード基であり、Xにおいて、好ましくはクロロ基である。
≪発明のトリアゾール誘導体の合成法≫
上述の合成スキーム(A−1)または合成スキーム(A−2)で得られたハロゲン化トリアゾール誘導体(TAZ−1)または(TAZ−2)のいずれかと、カルバゾール誘導体(Cz1)とを、塩基存在下にて金属触媒を用いてカップリングさせることにより、本発明のトリアゾール誘導体が得られる。合成スキーム(A−3)および(A−4)に示す。
Figure 0005301874
合成スキーム(A−3)に示すように、カルバゾール化合物(Cz1)と、ハロゲン化トリアゾール誘導体(TAZ−1)とを、パラジウム触媒を用いたハートウィック・ブッフバルト反応、または、銅や銅化合物を用いたウルマン反応によりカップリングすることで、一般式(G11)で表されるトリアゾール誘導体を得ることができる。
合成スキーム(A−3)において、ArおよびArは、それぞれ、アリール基またはヘテロアリール基を表し、Arは、アリーレン基またはヘテロアリーレン基を表し、R〜Rは、それぞれ、水素またはアルキル基またはアルコキシ基またはアリール基を表す。また、XおよびXはそれぞれハロゲン基を表し、Xにおいて、好ましくはブロモ基またはヨード基であり、Xにおいて、好ましくはクロロ基である。
合成スキーム(A−3)において、ハートウィック・ブッフバルト反応を行う場合、用いることができるパラジウム触媒としては、ビス(ジベンジリデンアセトン)パラジウム(0)、酢酸パラジウム(II)等が挙げられるが、用いることができる触媒はこれらに限られるものでは無い。合成スキーム(A−3)において用いることができるパラジウム触媒の配位子としては、トリ(tert−ブチル)ホスフィンや、トリ(n−ヘキシル)ホスフィンや、トリシクロヘキシルホスフィン等が挙げられる。用いることができる配位子はこれらに限られるものでは無い。合成スキーム(A−3)において用いることができる塩基としては、ナトリウム tert−ブトキシド等の有機塩基や、炭酸カリウム等の無機塩基等が挙げられるが、用いることができる塩基はこれらに限られるものでは無い。合成スキーム(A−3)において用いることができる溶媒としては、トルエン、キシレン、ベンゼン、テトラヒドロフラン等が挙げられる。ただし、用いることができる溶媒はこれらに限られるものでは無い。
また、合成スキーム(A−3)において、ウルマン反応を行う場合について説明する。合成スキーム(A−3)において、R51とR52は、それぞれ、ハロゲン基やアセチル基等を表し、ハロゲン基としては塩素、臭素、ヨウ素が挙げられる。また、R51がヨウ素であるヨウ化銅(I)、又はR52がアセチル基である酢酸銅(II)が好ましい。反応に用いられる銅化合物はこれらに限られるものでは無い。また、銅化合物の他に銅を用いることができる。合成スキーム(A−3)において、用いることができる塩基としては、炭酸カリウム等の無機塩基が挙げられる。用いることができる塩基はこれらに限られるものでは無い。合成スキーム(A−3)において、用いることができる溶媒としては、1,3−ジメチル−3,4,5,6−テトラヒドロ−2(1H)ピリミジノン(略称:DMPU)、トルエン、キシレン、ベンゼン等が挙げられる。用いることができる溶媒はこれらに限られるものでは無い。ウルマン反応では、反応温度が100℃以上の方がより短時間かつ高収率で目的物が得られるため、沸点の高いDMPU、キシレンを用いることが好ましい。また、反応温度は150℃以上のより高い温度が更に好ましいため、より好ましくはDMPUを用いる。
Figure 0005301874
合成スキーム(A−4)に示すように、カルバゾール化合物(Cz1)と、ハロゲン化トリアゾール誘導体(TAZ−2)とを、パラジウム触媒を用いたハートウィック・ブッフバルト反応、または、銅や銅化合物を用いたウルマン反応によりカップリングすることで、一般式(G12)で表されるトリアゾール誘導体を得ることができる。
合成スキーム(A−4)において、ArおよびArは、それぞれ、アリール基またはヘテロアリール基を表し、Arは、アリーレン基またはヘテロアリーレン基を表し、R〜Rは、それぞれ、水素またはアルキル基またはアルコキシ基またはアリール基を表す。また、XおよびXはハロゲン基を表し、Xにおいて、好ましくはブロモ基またはヨード基であり、Xにおいて、好ましくはクロロ基である。
合成スキーム(A−4)において、ハートウィック・ブッフバルト反応を行う場合、用いることができるパラジウム触媒としては、ビス(ジベンジリデンアセトン)パラジウム(0)、酢酸パラジウム(II)等が挙げられるが、用いることができる触媒はこれらに限られるものでは無い。合成スキーム(A−4)において、用いることができるパラジウム触媒の配位子としては、トリ(tert−ブチル)ホスフィンや、トリ(n−ヘキシル)ホスフィンや、トリシクロヘキシルホスフィン等が挙げられる。用いることができる配位子はこれらに限られるものでは無い。合成スキーム(A−4)において、用いることができる塩基としては、ナトリウム tert−ブトキシド等の有機塩基や、炭酸カリウム等の無機塩基等が挙げられるが、用いることができる塩基はこれらに限られるものでは無い。合成スキーム(A−4)において、用いることができる溶媒としては、トルエン、キシレン、ベンゼン、テトラヒドロフラン等が挙げられる。ただし、用いることができる溶媒はこれらに限られるものでは無い。
合成スキーム(A−4)において、ウルマン反応を行う場合について説明する。合成スキーム(A−4)において、R53とR54は、それぞれハロゲン基やアセチル基等を表し、ハロゲン基としては塩素、臭素、ヨウ素が挙げられる。また、R53がヨウ素であるヨウ化銅(I)、又はR54がアセチル基である酢酸銅(II)が好ましい。反応に用いられる銅化合物はこれらに限られるものでは無い。また、銅化合物の他に銅を用いることができる。合成スキーム(A−4)において、用いることができる塩基としては、炭酸カリウム等の無機塩基が挙げられる。用いることができる塩基はこれらに限られるものでは無い。合成スキーム(A−4)において、用いることができる溶媒としては、1,3−ジメチル−3,4,5,6−テトラヒドロ−2(1H)ピリミジノン(略称:DMPU)、トルエン、キシレン、ベンゼン等が挙げられる。用いることができる溶媒はこれらに限られるものでは無い。ウルマン反応では、反応温度が100℃以上の方がより短時間かつ高収率で目的物が得られるため、沸点の高いDMPU、キシレンを用いることが好ましい。また、反応温度は150℃以上のより高い温度が更に好ましいため、より好ましくはDMPUを用いる。
本発明のトリアゾール誘導体は三重項励起エネルギーが高く、電子輸送性と正孔輸送性を有する。よって、発光素子に好適に用いることができる。特に、発光素子の発光層に用いる場合には、注入される電子と正孔のバランスが重要であるため、本発明のトリアゾール誘導体を発光層に用いることが好ましい。また、本発明のトリアゾール誘導体は、三重項励起エネルギーが大きいため、燐光を発光する物質とともに発光層に用いることができる。特に、発光ピーク波長が400nm以上500nm以下の短波長の発光を示す燐光を発光する物質とともに本発明のトリアゾール誘導体を発光層に用いた場合であっても高い発光効率を実現することができる。
また、一重項励起エネルギー(基底状態と一重項励起状態とのエネルギー差)は三重項励起エネルギーよりも大きいため、大きな三重項励起エネルギーを有する物質は大きな一重項励起エネルギーをも有する。したがって、三重項励起エネルギーの大きい本発明のトリアゾール誘導体は蛍光を発光する物質とともに発光層に用いた場合においても有益である。
また、本発明のトリアゾール誘導体は、キャリアを輸送することができるため、発光素子において、キャリア輸送層として用いることができる。特に、本発明のトリアゾール誘導体は、大きい三重項エネルギーを有するため、発光層と接する層に用いても発光層からのエネルギー移動が生じにくく、高い発光効率を実現することができる。
(実施の形態2)
本実施の形態では、本発明のトリアゾール誘導体を用いた発光素子の一態様について図1〜図2を用いて以下に説明する。
本発明の発光素子は、一対の電極間に複数の層を有している。当該複数の層は、キャリア注入性の高い物質やキャリア輸送性の高い物質からなる層を積層することによって作製される。これらの層は、電極から離れたところに発光領域が形成されるように積層されている。すなわち、電極から離れた部位でキャリアの再結合が行われるように積層されたものである。
図1において、基板100は発光素子の支持体として用いられる。基板100としては、例えばガラス、またはプラスチックなどの基板を用いることができる。なお、発光素子の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。
また、本実施の形態において、発光素子は、第1の電極101と、第2の電極102と、第1の電極101と第2の電極102との間に設けられたEL層103とから構成されている。なお、本実施の形態では、第1の電極101は陽極として機能し、第2の電極102は陰極として機能するものとして、以下説明をする。つまり、第1の電極101の電位の方が、第2の電極102の電位よりも高くなるように、第1の電極101と第2の電極102に電圧を印加したときに発光が得られるものとして、以下説明をする。
第1の電極101としては、仕事関数の大きい(具体的には4.0eV以上)金属、合金、導電性化合物、およびこれらの混合物などを用いることが好ましい。具体的には、例えば、酸化インジウム−酸化スズ(ITO:Indium Tin Oxide)、珪素若しくは酸化珪素を含有した酸化インジウム−酸化スズ、酸化インジウム−酸化亜鉛(IZO:Indium Zinc Oxide)、酸化タングステン及び酸化亜鉛を含有した酸化インジウム(IWZO)等が挙げられる。これらの導電性金属酸化物膜は、通常スパッタにより成膜されるが、ゾル−ゲル法などを応用して作製しても構わない。例えば、酸化インジウム−酸化亜鉛(IZO)は、酸化インジウムに対し1〜20wt%の酸化亜鉛を加えたターゲットを用いてスパッタリング法により形成することができる。また、酸化タングステン及び酸化亜鉛を含有した酸化インジウム(IWZO)は、酸化インジウムに対し酸化タングステンを0.5〜5wt%、酸化亜鉛を0.1〜1wt%含有したターゲットを用いてスパッタリング法により形成することができる。この他、金(Au)、白金(Pt)、ニッケル(Ni)、タングステン(W)、クロム(Cr)、モリブデン(Mo)、鉄(Fe)、コバルト(Co)、銅(Cu)、パラジウム(Pd)、または金属材料の窒化物(例えば、窒化チタン)等が挙げられる。
また、第1の電極101と接する層として、後述する複合材料を含む層を用いた場合には、第1の電極101として、仕事関数の大小に関わらず、様々な金属、合金、電気伝導性化合物、およびこれらの混合物などを用いることができる。例えば、アルミニウム(Al)、銀(Ag)、アルミニウムを含む合金(AlSi)等を用いることができる。また、仕事関数の小さい材料である、元素周期表の第1族または第2族に属する元素、すなわちリチウム(Li)やセシウム(Cs)等のアルカリ金属、およびマグネシウム(Mg)、カルシウム(Ca)、ストロンチウム(Sr)等のアルカリ土類金属、およびこれらを含む合金(MgAg、AlLi)、ユーロピウム(Eu)、イッテルビウム(Yb)等の希土類金属およびこれらを含む合金等を用いることもできる。アルカリ金属、アルカリ土類金属、これらを含む合金の膜は、真空蒸着法を用いて形成することができる。また、アルカリ金属またはアルカリ土類金属を含む合金の膜はスパッタリング法により形成することも可能である。また、銀ペーストなどをインクジェット法などにより成膜することも可能である。
EL層103は、層の積層構造については特に限定されず、電子輸送性の高い物質または正孔輸送性の高い物質、電子注入性の高い物質、正孔注入性の高い物質、バイポーラ性(電子及び正孔の輸送性の高い物質)の物質等を含む層と、本実施の形態で示す発光層とを適宜組み合わせて構成すればよい。例えば、正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電子輸送層、電子注入層等を適宜組み合わせて構成することができる。各層を構成する材料について以下に具体的に示す。
正孔注入層111は、正孔注入性の高い物質を含む層である。正孔注入性の高い物質としては、モリブデン酸化物やバナジウム酸化物、ルテニウム酸化物、タングステン酸化物、マンガン酸化物等を用いることができる。この他、フタロシアニン(略称:HPc)や銅フタロシアニン(略称:CuPc)等のフタロシアニン系の化合物、或いはポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)/ポリ(スチレンスルホン酸)(PEDOT/PSS)等の高分子等によっても正孔注入層を形成することができる。
また、正孔注入層111として、正孔輸送性の高い物質にアクセプター性物質を含有させた複合材料を用いることができる。なお、正孔輸送性の高い物質にアクセプター性物質を含有させたものを用いることにより、電極の仕事関数に依らず電極を形成する材料を選ぶことができる。つまり、第1の電極101として仕事関数の大きい材料だけでなく、仕事関数の小さい材料を用いることができる。アクセプター性物質としては、7,7,8,8−テトラシアノ−2,3,5,6−テトラフルオロキノジメタン(略称:F−TCNQ)、クロラニル等を挙げることができる。また、遷移金属酸化物を挙げることができる。また元素周期表における第4族乃至第8族に属する金属の酸化物を挙げることができる。具体的には、酸化バナジウム、酸化ニオブ、酸化タンタル、酸化クロム、酸化モリブデン、酸化タングステン、酸化マンガン、酸化レニウムは電子受容性が高いため好ましい。中でも特に、酸化モリブデンは大気中でも安定であり、吸湿性が低く、扱いやすいため好ましい。
なお、本明細書中において、複合とは、単に2つの材料を混合させるだけでなく、複数の材料を混合することによって材料間での電荷の授受が行われ得る状態になることを言う。
複合材料に用いる正孔輸送性の高い物質としては、芳香族アミン化合物、カルバゾール誘導体、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、複合材料に用いる正孔輸送性の高い物質としては、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、これら以外のものを用いてもよい。以下では、複合材料に用いることのできる有機化合物を具体的に列挙する。
例えば、複合材料に用いることのできる芳香族アミン化合物としては、N,N’−ビス(4−メチルフェニル)−N,N’−ジフェニル−p−フェニレンジアミン(略称:DTDPPA)、4,4’−ビス[N−(4−ジフェニルアミノフェニル)−N−フェニルアミノ]ビフェニル(略称:DPAB)、4,4’−ビス(N−{4−[N’−(3−メチルフェニル)−N’−フェニルアミノ]フェニル}−N−フェニルアミノ)ビフェニル(略称:DNTPD)、1,3,5−トリス[N−(4−ジフェニルアミノフェニル)−N−フェニルアミノ]ベンゼン(略称:DPA3B)等を挙げることができる。
複合材料に用いることのできるカルバゾール誘導体としては、具体的には、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、複合材料に用いることのできるカルバゾール誘導体としては、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−(N−カルバゾリル)]フェニル−10−フェニルアントラセン(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、複合材料に用いることのできる芳香族炭化水素としては、例えば、2−tert−ブチル−9,10−ジ(2−ナフチル)アントラセン(略称:t−BuDNA)、2−tert−ブチル−9,10−ジ(1−ナフチル)アントラセン、9,10−ビス(3,5−ジフェニルフェニル)アントラセン(略称:DPPA)、2−tert−ブチル−9,10−ビス(4−フェニルフェニル)アントラセン(略称:t−BuDBA)、9,10−ジ(2−ナフチル)アントラセン(略称:DNA)、9,10−ジフェニルアントラセン(略称:DPAnth)、2−tert−ブチルアントラセン(略称:t−BuAnth)、9,10−ビス(4−メチル−1−ナフチル)アントラセン(略称:DMNA)、9,10−ビス[2−(1−ナフチル)フェニル]−2−tert−ブチル−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14〜42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、複合材料に用いることのできる芳香族炭化水素は、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、正孔注入層111としては、高分子化合物(オリゴマー、デンドリマー、ポリマー等)を用いることができる。例えば、ポリ(N−ビニルカルバゾール)(略称:PVK)、ポリ(4−ビニルトリフェニルアミン)(略称:PVTPA)、ポリ[N−(4−{N’−[4−(4−ジフェニルアミノ)フェニル]フェニル−N’−フェニルアミノ}フェニル)メタクリルアミド](略称:PTPDMA)ポリ[N,N’−ビス(4−ブチルフェニル)−N,N’−ビス(フェニル)ベンジジン](略称:Poly−TPD)などの高分子化合物が挙げられる。また、ポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)/ポリ(スチレンスルホン酸)(PEDOT/PSS)、ポリアニリン/ポリ(スチレンスルホン酸)(PAni/PSS)等の酸を添加した高分子化合物を用いることができる。
また、上述したPVK、PVTPA、PTPDMA、Poly−TPD等の高分子化合物と、上述したアクセプター性物質を用いて複合材料を形成し、正孔注入層111として用いてもよい。
正孔輸送層112は、正孔輸送性の高い物質を含む層である。正孔輸送性の高い物質としては、例えば、4,4’−ビス[N−(1−ナフチル)−N−フェニルアミノ]ビフェニル(略称:NPBまたはα−NPD)やN,N’−ビス(3−メチルフェニル)−N,N’−ジフェニル−[1,1’−ビフェニル]−4,4’−ジアミン(略称:TPD)、4,4’,4’’−トリス(N,N−ジフェニルアミノ)トリフェニルアミン(略称:TDATA)、4,4’,4’’−トリス[N−(3−メチルフェニル)−N−フェニルアミノ]トリフェニルアミン(略称:MTDATA)、4,4’−ビス[N−(スピロ−9,9’−ビフルオレン−2−イル)−N―フェニルアミノ]−1,1’−ビフェニル(略称:BSPB)などの芳香族アミン化合物等を用いることができる。ここに述べた物質は、主に10−6cm/Vs以上の正孔移動度を有する物質である。但し、電子よりも正孔の輸送性の高い物質であれば、これら以外のものを用いてもよい。なお、正孔輸送層112は、単層のものだけでなく、上記物質からなる層が二層以上積層したものとしてもよい。
また、正孔輸送層112として、PVK、PVTPA、PTPDMA、Poly−TPDなどの高分子化合物を用いることもできる。
なお、発光層と接する正孔輸送層112には、発光層の発光性物質よりも大きい励起エネルギーを有する物質を用いることが好ましい。具体的には、発光性物質が蛍光性化合物の場合には、蛍光化合物の一重項励起エネルギーよりも大きい一重項励起エネルギーを有する物質を正孔輸送層112に用いることが好ましい。また、発光性物質が燐光性化合物の場合には、燐光性化合物の三重項励起エネルギーよりも大きい三重項励起エネルギーを有する物質を正孔輸送層112に用いることが好ましい。このような構成にすることにより、発光層から正孔輸送層112へのエネルギー移動を抑制することができ、高い発光効率を実現することができる。電子よりも正孔の輸送性が高く、かつ、三重項励起エネルギーが大きい物質としては、4,4’,4’’−トリス(N−カルバゾリル)トリフェニルアミン(略称:TCTA)、1,1−ビス[4−(ジフェニルアミノ)フェニル]シクロヘキサン(略称:TPAC)、9,9−ビス[4−(ジフェニルアミノ)フェニル]フルオレン(略称:TPAF)、4,4’−ジ(N−カルバゾリル)ビフェニル(略称:CBP)等が挙げられる。
発光層113は、発光性の高い物質を含む層である。実施の形態1で示したトリアゾール誘導体を用いて発光層113を形成することができる。実施の形態1で示したトリアゾール誘導体は紫色の発光を示すため、発光性の高い物質として発光層113に用いることができる。
また、実施の形態1で示したトリアゾール誘導体に、発光性の高い物質を分散させた構成にすることも可能である。実施の形態1で示したトリアゾール誘導体は、大きい三重項励起エネルギーおよび大きい一重項励起エネルギーを有するため、実施の形態1で示したトリアゾール誘導体に発光性の高い物質を分散させた構成にすることが特に好ましい。
実施の形態1で示したトリアゾール誘導体に分散させる発光性の高い物質としては、蛍光を発光する物質や燐光を発光する物質を用いることができる。
燐光を発光する物質(燐光性化合物)を用いる場合には、実施の形態1で示したトリアゾール誘導体よりも三重項励起エネルギーが小さい物質を用いることが好ましい。実施の形態1で示したトリアゾール誘導体は、三重項励起エネルギーが大きいため、発光層113に用いる燐光性化合物の選択肢が広がる。特に、発光ピーク波長が400nm以上500nm以下の短波長の発光(青色系の発光)を示す燐光性化合物とともに実施の形態1で示したトリアゾール誘導体を発光層113に用いた場合であっても高い発光効率を実現することができる。
実施の形態1で示したトリアゾール誘導体とともに発光層113に用いることのできる燐光性化合物としては、以下に挙げる有機金属錯体のいずれかが用いられる。例えば、青色系の発光材料として、ビス[2−(4’,6’−ジフルオロフェニル)ピリジナト−N,C2’]イリジウム(III)テトラキス(1−ピラゾリル)ボラート(略称:FIr6)、ビス[2−(4’,6’−ジフルオロフェニル)ピリジナト−N,C2’]イリジウム(III)ピコリナート(略称:FIrpic)、ビス{2−[3’,5’−ビス(トリフルオロメチル)フェニル]ピリジナト−N,C2’}イリジウム(III)ピコリナート(略称:Ir(CFppy)(pic))、ビス[2−(4’,6’−ジフルオロフェニル)ピリジナト−N,C2’]イリジウム(III)アセチルアセトナート(略称:FIracac)などが挙げられる。また、緑色系の発光材料として、トリス(2−フェニルピリジナト−N,C2’)イリジウム(III)(略称:Ir(ppy))、ビス(2−フェニルピリジナト−N,C2’)イリジウム(III)アセチルアセトナート(略称:Ir(ppy)(acac))、ビス(1,2−ジフェニル−1H−ベンゾイミダゾラト)イリジウム(III)アセチルアセトナート(略称:Ir(pbi)(acac))、ビス(ベンゾ[h]キノリナト)イリジウム(III)アセチルアセトナート(略称:Ir(bzq)(acac))などが挙げられる。また、黄色系の発光材料として、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]イリジウム(III)アセチルアセトナート(略称:Ir(p−PF−ph)(acac))、ビス(2−フェニルベンゾチアゾラト−N,C2’)イリジウム(III)アセチルアセトナート(略称:Ir(bt)(acac))などが挙げられる。また、橙色系の発光材料として、トリス(2−フェニルキノリナト−N,C2’)イリジウム(III)(略称:Ir(pq))、ビス(2−フェニルキノリナト−N,C2’)イリジウム(III)アセチルアセトナート(略称:Ir(pq)(acac))などが挙げられる。また、赤色系の発光材料として、ビス[2−(2’−ベンゾ[4,5−α]チエニル)ピリジナト−N,C3’]イリジウム(III)アセチルアセトナート(略称:Ir(btp)(acac))、ビス(1−フェニルイソキノリナト−N,C2’)イリジウム(III)アセチルアセトナート(略称:Ir(piq)(acac))、(アセチルアセトナト)ビス[2,3−ビス(4−フルオロフェニル)キノキサリナト]イリジウム(III)(略称:Ir(Fdpq)(acac))、(2,3,7,8,12,13,17,18−オクタエチル−21H,23H−ポルフィリナト)白金(II)(略称:PtOEP)等が挙げられる。また、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))、トリス(1,3−ジフェニル−1,3−プロパンジオナト)(モノフェナントロリン)ユーロピウム(III)(略称:Eu(DBM)(Phen))、トリス[1−(2−テノイル)−3,3,3−トリフルオロアセトナト](モノフェナントロリン)ユーロピウム(III)(略称:Eu(TTA)(Phen))等の希土類金属錯体は、希土類金属イオンからの発光(異なる多重度間の電子遷移)であるため、燐光性化合物として用いることができる。
蛍光を発光する物質を用いる場合には、実施の形態1で示したトリアゾール誘導体よりも一重項励起エネルギーが小さい物質を用いることが好ましい。実施の形態1に示したトリアゾール誘導体は、大きい一重項励起エネルギーを有するため、発光層113に用いる蛍光性化合物の選択肢が広がる。
実施の形態1で示したトリアゾール誘導体とともに発光層113に用いることのできる蛍光性化合物としては、例えば、青色系の発光材料として、N,N’−ビス[4−(9H−カルバゾール−9−イル)フェニル]−N,N’−ジフェニルスチルベン−4,4’−ジアミン(略称:YGA2S)、4−(9H−カルバゾール−9−イル)−4’−(10−フェニル−9−アントリル)トリフェニルアミン(略称:YGAPA)などが挙げられる。また、緑色系の発光材料として、N−(9,10−ジフェニル−2−アントリル)−N,9−ジフェニル−9H−カルバゾール−3−アミン(略称:2PCAPA)、N−[9,10−ビス(1,1’−ビフェニル−2−イル)−2−アントリル]−N,9−ジフェニル−9H−カルバゾール−3−アミン(略称:2PCABPhA)、N−(9,10−ジフェニル−2−アントリル)−N,N’,N’−トリフェニル−1,4−フェニレンジアミン(略称:2DPAPA)、N−[9,10−ビス(1,1’−ビフェニル−2−イル)−2−アントリル]−N,N’,N’−トリフェニル−1,4−フェニレンジアミン(略称:2DPABPhA)、N−[9,10−ビス(1,1’−ビフェニル−2−イル)]−N−[4−(9H−カルバゾール−9−イル)フェニル]−N−フェニルアントラセン−2−アミン(略称:2YGABPhA)、N,N,9−トリフェニルアントラセン−9−アミン(略称:DPhAPhA)などが挙げられる。また、黄色系の発光材料として、ルブレン、5,12−ビス(1,1’−ビフェニル−4−イル)−6,11−ジフェニルテトラセン(略称:BPT)などが挙げられる。また、赤色系の発光材料として、N,N,N’,N’−テトラキス(4−メチルフェニル)テトラセン−5,11−ジアミン(略称:p−mPhTD)、7,13−ジフェニル−N,N,N’,N’−テトラキス(4−メチルフェニル)アセナフト[1,2−a]フルオランテン−3,10−ジアミン(略称:p−mPhAFD)などが挙げられる。
電子輸送層114は、電子輸送性の高い物質を含む層である。例えば、トリス(8−キノリノラト)アルミニウム(III)(略称:Alq)、トリス(4−メチル−8−キノリノラト)アルミニウム(III)(略称:Almq)、ビス(10−ヒドロキシベンゾ[h]キノリナト)ベリリウム(III)(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)など、キノリン骨格またはベンゾキノリン骨格を有する金属錯体等を用いることができる。また、この他ビス[2−(2’−ヒドロキシフェニル)ベンズオキサゾラト]亜鉛(II)(略称:Zn(BOX))、ビス[2−(2’−ヒドロキシフェニル)ベンゾチアゾラト]亜鉛(II)(略称:Zn(BTZ))などのオキサゾール系、チアゾール系配位子を有する金属錯体なども用いることができる。さらに、金属錯体以外にも、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)、バソフェナントロリン(略称:BPhen)、バソキュプロイン(略称:BCP)なども用いることができる。ここに述べた物質は、主に10−6cm/Vs以上の電子移動度を有する物質である。なお、正孔よりも電子の輸送性の高い物質であれば、上記以外の物質を電子輸送層114として用いても構わない。また、電子輸送層114は、単層のものだけでなく、上記物質からなる層が二層以上積層したものとしてもよい。
また、電子輸送層114として、高分子化合物を用いることができる。例えば、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)などを用いることができる。
なお、発光層113と接する電子輸送層114には、発光層113の発光性物質よりも大きい励起エネルギーを有する物質を用いることが好ましい。具体的には、発光性物質が蛍光性化合物の場合には、蛍光化合物の一重項励起エネルギーよりも大きい一重項励起エネルギーを有する物質を電子輸送層に用いることが好ましい。また、発光性物質が燐光性化合物の場合には、燐光性化合物の三重項励起エネルギーよりも大きい三重項励起エネルギーを有する物質を電子輸送層に用いることが好ましい。このような構成にすることにより、発光層113から電子輸送層114へのエネルギー移動を抑制することができ、高い発光効率を実現することができる。正孔よりも電子の輸送性が高く、かつ、三重項励起エネルギーが大きい物質としては、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:TAZ01)、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)、3−(4’−tert−ブチルフェニル)−4−フェニル−5−(4’’−ビフェニル)−1,2,4−トリアゾール(略称:TAZ)、3−(4−tert−ブチルフェニル)−4−(4−エチルフェニル)−5−(4−ビフェニリル)−1,2,4−トリアゾール(略称:p−EtTAZ)、9,9’,9’’−[1,3,5−トリアジン−2,4,6−トリイル]トリカルバゾール(略称:TCzTRZ)等が挙げられる。
また、電子注入層115を設けてもよい。電子注入層115としては、フッ化リチウム(LiF)、フッ化セシウム(CsF)、フッ化カルシウム(CaF)等のようなアルカリ金属化合物、又はアルカリ土類金属化合物を用いることができる。さらに、電子輸送性を有する物質とアルカリ金属又はアルカリ土類金属が組み合わされた層も使用できる。例えばAlq中にマグネシウム(Mg)を含有させたものを用いることができる。なお、電子注入層として、電子輸送性を有する物質とアルカリ金属又はアルカリ土類金属を組み合わせた層を用いることは、第2の電極102からの電子注入が効率良く起こるためより好ましい。
第2の電極102を形成する物質としては、仕事関数の小さい(具体的には3.8eV以下)金属、合金、電気伝導性化合物、およびこれらの混合物などを用いることができる。このような陰極材料の具体例としては、元素周期表の第1族または第2族に属する元素、すなわちリチウム(Li)やセシウム(Cs)等のアルカリ金属、およびマグネシウム(Mg)、カルシウム(Ca)、ストロンチウム(Sr)等のアルカリ土類金属、およびこれらを含む合金(MgAg、AlLi)、ユ−ロピウム(Eu)、イッテルビウム(Yb)等の希土類金属およびこれらを含む合金等が挙げられる。アルカリ金属、アルカリ土類金属、これらを含む合金の膜は、真空蒸着法を用いて形成することができる。また、アルカリ金属またはアルカリ土類金属を含む合金はスパッタリング法により形成することも可能である。また、銀ペーストなどをインクジェット法などにより成膜することも可能である。
また、第2の電極102と電子輸送層114との間に、電子注入層115を設けることにより、仕事関数の大小に関わらず、Al、Ag、ITO、珪素若しくは酸化珪素を含有した酸化インジウム−酸化スズ等様々な導電性材料を第2の電極102として用いることができる。これら導電性材料は、スパッタリング法やインクジェット法、スピンコート法等を用いて成膜することが可能である。
以上のような構成を有する本実施の形態で示した発光素子は、第1の電極101と第2の電極102との間に電圧を加えることにより電流が流れる。そして、発光性の高い物質を含む層である発光層113において正孔と電子とが再結合し、発光するものである。つまり発光層113に発光領域が形成されるような構成となっている。
発光は、第1の電極101または第2の電極102のいずれか一方または両方を通って外部に取り出される。従って、第1の電極101または第2の電極102のいずれか一方または両方は、透光性を有する物質で成る。第1の電極101のみが透光性を有する電極である場合、光は第1の電極101を通って基板側から取り出される。また、第2の電極102のみが透光性を有する電極である場合、光は第2の電極102を通って基板と逆側から取り出される。第1の電極101および第2の電極102がいずれも透光性を有する電極である場合、光は第1の電極101および第2の電極102を通って、基板側および基板側と逆側の両方から取り出される。
なお、図1では、陽極として機能する第1の電極101を基板100側に設けた構成について示したが、陰極として機能する第2の電極102を基板100側に設けてもよい。図2では、基板100上に、陰極として機能する第2の電極102、EL層103、陽極として機能する第1の電極101とが順に積層された構成となっている。EL層103は、図1に示す構成とは逆の順序に積層されている。
EL層の形成方法としては、乾式法、湿式法を問わず、種々の方法を用いることができる。また各電極または各層ごとに異なる成膜方法を用いて形成しても構わない。乾式法としては、真空蒸着法、スパッタリング法などが挙げられる。また、湿式法としては、インクジェット法またはスピンコート法などが挙げられる。
例えば、上述した材料のうち、高分子化合物を用いて湿式法でEL層を形成してもよい。または、低分子の有機化合物を用いて湿式法で形成することもできる。また、低分子の有機化合物を用いて真空蒸着法などの乾式法を用いてEL層を形成してもよい。
また、電極についても、ゾル−ゲル法を用いて湿式法で形成しても良いし、金属材料のペーストを用いて湿式法で形成してもよい。また、スパッタリング法や真空蒸着法などの乾式法を用いて形成しても良い。
なお、本実施の形態で示した発光素子を表示装置に適用し、発光層を塗り分ける場合には、発光層は湿式法により形成することが好ましい。発光層をインクジェット法を用いて形成することにより、大型基板であっても発光層の塗り分けが容易となり、生産性が向上する。
以下、具体的な発光素子の形成方法を示す。
例えば、図1に示した構成において、第1の電極101を乾式法であるスパッタリング法、正孔注入層111を湿式法であるインクジェット法やスピンコート法、正孔輸送層112を乾式法である真空蒸着法、発光層113を湿式法であるインクジェット法、電子輸送層114を乾式法である真空蒸着法、電子注入層115を乾式法である真空蒸着法、第2の電極102を湿式法であるインクジェット法やスピンコート法を用いて形成してもよい。また、第1の電極101を湿式法であるインクジェット法、正孔注入層111を乾式法である真空蒸着法、正孔輸送層112を湿式法であるインクジェット法やスピンコート法、発光層113を湿式法であるインクジェット法、電子輸送層114を湿式法であるインクジェット法やスピンコート法、電子注入層115を湿式法であるインクジェット法やスピンコート法、第2の電極102を湿式法であるインクジェット法やスピンコート法を用いて形成してもよい。なお、上記の方法に限らず、湿式法と乾式法を適宜組み合わせればよい。
例えば、図1に示した構成の場合、第1の電極101を乾式法であるスパッタリング法、正孔注入層111および正孔輸送層112を湿式法であるインクジェット法やスピンコート法、発光層113を湿式法であるインクジェット法、電子輸送層114および電子注入層115を乾式法である真空蒸着法、第2の電極102を乾式法である真空蒸着法で形成することができる。つまり、第1の電極101が所望の形状で形成されている基板上に、正孔注入層111から発光層113までを湿式法で形成し、電子輸送層114から第2の電極102までを乾式法で形成することができる。この方法では、正孔注入層111から発光層113までを大気圧で形成することができ、発光層113の塗り分けも容易である。また、電子輸送層114から第2の電極102までは、真空一貫で形成することができる。よって、工程を簡略化し、生産性を向上させることができる。
一例を以下に示す。第1の電極101上に、正孔注入層111としてPEDOT/PSSを形成する。PEDOT/PSSは水溶性であるため、水溶液としてスピンコート法やインクジェット法などにより、成膜することができる。正孔輸送層112は設けず、正孔注入層111上に発光層113を設ける。発光層113は、すでに形成されている正孔注入層111(PEDOT/PSS)が溶解しない溶媒(トルエン、ドデシルベンゼン、あるいはドデシルベンゼンとテトラリンとの混合溶媒、エーテル類、アルコール類など)と実施の形態1で示したトリアゾール誘導体とを含む組成物を用いてインクジェット法を用いて形成することができる。次に、発光層113上に電子輸送層114を形成するが、電子輸送層114を湿式法で形成する場合には、すでに形成されている正孔注入層111および発光層113が溶解しない溶媒を用いて形成しなくてはならない。その場合、溶媒の選択肢が狭まるため、乾式法を用いて形成する方が容易である。よって、電子輸送層114から第2の電極102までを乾式法である真空蒸着法を用いて真空一貫で形成することにより、工程を簡略化することができる。
また、図2に示した構成の場合、上記の方法とは逆の順番で、第2の電極102を乾式法であるスパッタリングまたは真空蒸着法、電子注入層115および電子輸送層114を乾式法である真空蒸着法、発光層113を湿式法であるインクジェット法、正孔輸送層112および正孔注入層111を湿式法であるインクジェット法やスピンコート法、第1の電極101を湿式法であるインクジェット法やスピンコート法により形成することができる。この方法では、第2の電極102から電子輸送層114までを乾式法により真空一貫で形成し、発光層113から第1の電極101までを大気圧で形成することができる。よって、工程を簡略化し、生産性を向上させることができる。実施の形態1で示した組成物は、蒸着法などを用いて形成した層の上に塗布することが可能であるため、このような作製方法も可能となる。
なお、本実施の形態においては、ガラス、プラスチックなどからなる基板上に発光素子を作製している。一基板上にこのような発光素子を複数作製することで、パッシブマトリクス型の発光装置を作製することができる。また、ガラス、プラスチックなどからなる基板上に、例えば、薄膜トランジスタ(TFT)を形成し、TFTと電気的に接続された電極上に発光素子を作製してもよい。これにより、TFTによって発光素子の駆動を制御するアクティブマトリクス型の発光装置を作製できる。なお、TFTの構造は、特に限定されない。スタガ型のTFTでもよいし、逆スタガ型のTFTでもよい。また、TFT基板に形成される駆動用回路についても、N型およびP型のTFTからなるものでもよいし、若しくはN型のTFTまたはP型のTFTのいずれか一方からのみなるものであってもよい。また、TFTに用いられる半導体膜の結晶性についても特に限定されない。非晶質半導体膜を用いてもよいし、結晶性半導体膜を用いてもよい。また、単結晶半導体膜を用いてもよい。単結晶半導体膜は、スマートカット法などを用いて作製することができる。
実施の形態1で示したトリアゾール誘導体は、電子輸送性と正孔輸送性を有しているバイポーラ性であるため、発光層に好適に用いることができる。また、バイポーラ性であるため、発光領域が発光層と正孔輸送層の界面や発光層と電子輸送層との界面に偏ることがなく、発光物質の濃度消光や三重項−三重項消滅(T−Tアニヒレイション)による消光を抑制することができ、高い発光効率を実現できる。
また、実施の形態1で示したトリアゾール誘導体は、バイポーラ性であるため、発光素子の駆動電圧を低減することができる。よって、発光素子の消費電力を低減することができる。
また、実施の形態1で示したトリアゾール誘導体は、大きい三重項励起エネルギーを有するため、燐光性化合物とともに発光層に用いることができる。特に、発光ピーク波長が400nm以上500nm以下の短波長の青色系の発光を示す燐光性化合物とともに発光層に用いることができるため、フルカラーディスプレイ等に用いることが可能である。よって、燐光性化合物の特徴である高い発光効率を生かしたフルカラーディスプレイを実現することができる。
また、青色系の発光を示す燐光性化合物とともに発光層に用いることができるため、複数の発光性物質を用いた白色発光素子であって、該発光性物質を全て燐光性化合物とした白色発光素子を作製することも可能である。
また、実施の形態1で示したトリアゾール誘導体は、一種の材料で上記の特徴を示す。よって、複数の材料を混合することにより上記の特徴を実現する場合よりも、ロットごとの特性のばらつきを低減することができる。
なお、本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせることが可能である。
(実施の形態3)
本実施の形態では、実施の形態2で示した構成と異なる構成の発光素子について説明する。
実施の形態1で示したトリアゾール誘導体は電子輸送性と正孔輸送性の両方を有しているため、キャリア輸送層として用いることが可能である。具体的には、正孔輸送層または電子輸送層として用いることができる。特に、実施の形態1で示したトリアゾール誘導体は、大きい三重項励起エネルギーおよび大きい一重項励起エネルギーを有しているため、発光層と接する層に用いた場合に、発光層からのエネルギー移動が生じにくく、高い発光効率を実現することができる。
なお、本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせることが可能である。
(実施の形態4)
本実施の形態は、本発明に係る複数の発光ユニットを積層した構成の発光素子(以下、積層型素子という)の態様について、図3を参照して説明する。この発光素子は、第1の電極と第2の電極との間に、複数の発光ユニットを有する積層型発光素子である。各発光ユニットの構成としては、実施の形態2および/または実施の形態3で示したEL層の構成と同様な構成を用いることができる。つまり、実施の形態2及び3で示した発光素子は、1つの発光ユニットを有する発光素子である。本実施の形態では、複数の発光ユニットを有する発光素子について説明する。
図3において、第1の電極501と第2の電極502との間には、第1の発光ユニット511と第2の発光ユニット512が積層されている。第1の電極501と第2の電極502は実施の形態2と同様なものを適用することができる。また、第1の発光ユニット511と第2の発光ユニット512は同じ構成であっても異なる構成であってもよく、その構成は実施の形態2および/または実施の形態3と同様なものを適用することができる。
電荷発生層513には、有機化合物と金属酸化物の複合材料が含まれている。この有機化合物と金属酸化物の複合材料は、実施の形態2で示した複合材料であり、有機化合物とバナジウム酸化物やモリブデン酸化物やタングステン酸化物等の金属酸化物を含む。有機化合物としては、芳香族アミン化合物、カルバゾール誘導体、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、正孔輸送性有機化合物として正孔移動度が10−6cm/Vs以上であるものを適用することが好ましい。但し、電子よりも正孔の輸送性の高い物質であれば、これら以外のものを用いてもよい。有機化合物と金属酸化物の複合材料は、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、電荷発生層513は、有機化合物と金属酸化物の複合材料と他の材料とを組み合わせて形成してもよい。例えば、有機化合物と金属酸化物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、有機化合物と金属酸化物の複合材料を含む層と、透明導電膜とを組み合わせて形成してもよい。
いずれにしても、第1の発光ユニット511と第2の発光ユニット512に挟まれる電荷発生層513は、第1の電極501と第2の電極502に電圧を印加したときに、一方の側の発光ユニットに電子を注入し、他方の側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、第1の電極の電位の方が第2の電極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513は、第1の発光ユニット511に電子を注入し、第2の発光ユニット512に正孔を注入するものであればいかなる構成でもよい。
本実施の形態では、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、同様に、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。本実施の形態に係る発光素子のように、一対の電極間に複数の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、高輝度領域での長寿命素子を実現できる。また、照明装置を応用例とした場合は、電極材料の抵抗による電圧降下を小さくできるので、大面積での均一発光が可能となる。また、低電圧駆動が可能で消費電力が低くい発光装置を実現することができる。
実施の形態1で示したトリアゾール誘導体は、電子輸送性と正孔輸送性を有しているバイポーラ性であるため、発光層に好適に用いることができる。また、バイポーラ性であるため、発光領域が発光層と正孔輸送層の界面や発光層と電子輸送層との界面に偏ることがなく、発光物質の濃度消光や三重項−三重項消滅(T−Tアニヒレイション)による消光を抑制することができ、高い発光効率を実現できる。また、実施の形態1で示したトリアゾール誘導体は、バイポーラ性であるため、発光素子の駆動電圧を低減することができる。よって、発光素子の消費電力を低減することができる。
また、実施の形態1で示したトリアゾール誘導体は、大きい三重項励起エネルギーを有するため、燐光性化合物とともに発光層に用いることができる。特に、発光ピーク波長が400nm以上500nm以下の短波長の青色系の発光を示す燐光性化合物とともに発光層に用いることができるため、本実施の形態で示す積層型発光素子に適用することにより、発光性物質として蛍光性化合物を用いず、燐光性化合物だけを用いた白色発光素子を作製することも可能である。例えば、第1の発光ユニット511の発光性物質として、青色発光を示すビス[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)を用い、第2の発光ユニット512の発光性物質として、ビス[2,3−ビス(4−フルオロフェニル)−5,6,7,8−テトラヒドロキノキサリナト](ピコリナト)イリジウム(III)(略称:Ir(FdpqtH)(pic))を用いることで、白色発光素子を得ることができる。
また、第1の発光ユニット511の発光性物質として、ビス[2−(4’,6’−ジフルオロフェニル)ピリジナト−N,C2’]イリジウム(III)テトラキス(1−ピラゾリル)ボラート(略称:FIr6)、ビス[2−(4’,6’−ジフルオロフェニル)ピリジナト−N,C2’]イリジウム(III)ピコリナート(略称:FIrpic)、ビス{2−[3’,5’−ビス(トリフルオロメチル)フェニル]ピリジナト−N,C2’}イリジウム(III)ピコリナート(略称:Ir(CFppy)(pic))、ビス[2−(4’,6’−ジフルオロフェニル)ピリジナト−N,C2’]イリジウム(III)アセチルアセトナート(略称:FIracac)等の発光ピーク波長が400nm以上500nm以下である燐光性化合物を用い、第2の発光ユニット512の発光性物質として、(アセチルアセトナト)ビス[2,3−ジフェニル−5,6,7,8−テトラヒドロキノキサリナト]イリジウム(III)(略称:Ir(dpqtH)(acac))、ビス[2,3−ビス(4−フルオロフェニル)−5,6,7,8−テトラヒドロキノキサリナト](ピコリナト)イリジウム(III)(略称:Ir(FdpqtH)(pic)、ビス[2,3−ビス(4−フルオロフェニル)−5,6,7,8−テトラヒドロキノキサリナト][テトラキス(1−ピラゾリル)ボラト]イリジウム(III)(略称:Ir(FdpqtH)(bpz))、(アセチルアセトナト)ビス[2,3−ビス(4−フルオロフェニル)−5,6,7,8−テトラヒドロキノキサリナト]イリジウム(III)(略称:Ir(FdpqtH)(acac))、(アセチルアセトナト)[2,3−ビス(4−フルオロフェニル)−5,6,7,8−テトラヒドロキノキサリナト]白金(II)(略称:Pt(FdpqtH)(acac))等の発光ピーク波長が550nm以上630nm以下である燐光性化合物を用いることで、白色発光素子を得ることができる。
また、実施の形態1で示したトリアゾール誘導体は電子輸送性と正孔輸送性の両方を有しているため、キャリア輸送層として用いることが可能である。具体的には、正孔輸送層または電子輸送層として用いることができる。特に、実施の形態1で示したトリアゾール誘導体は、大きい三重項励起エネルギーおよび大きい一重項励起エネルギーを有しているため、発光層と接する層に用いた場合に、発光層からのエネルギー移動が生じにくく、高い発光効率を実現することができる。
また、実施の形態1で示したトリアゾール誘導体は、バイポーラ性であるため、キャリア輸送層として用いることができる。特に、実施の形態1で示したトリアゾール誘導体を発光層と接する層に用いた場合に、発光層からのエネルギー移動が生じにくく、高い発光効率を実現することができる。
なお、本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせることが可能である。
(実施の形態5)
本実施の形態では、本発明のトリアゾール誘導体を用いて作製された発光装置について説明する。
本実施の形態では、本発明のトリアゾール誘導体を用いて作製された発光装置について図4を用いて説明する。なお、図4(A)は、発光装置を示す上面図、図4(B)は図4(A)をA−A’およびB−B’で切断した断面図である。この発光装置は、発光素子の発光を制御するものとして、点線で示された駆動回路部(ソース側駆動回路)601、画素部602、駆動回路部(ゲート側駆動回路)603を含んでいる。また、604は封止基板、605はシール材であり、シール材605で囲まれた内側は、空間607になっている。
なお、引き回し配線608はソース側駆動回路601及びゲート側駆動回路603に入力される信号を伝送するための配線であり、外部入力端子となるFPC(フレキシブルプリントサーキット)609からビデオ信号、クロック信号、スタート信号、リセット信号等を受け取る。なお、ここではFPCしか図示されていないが、このFPCにはプリント配線基板(PWB)が取り付けられていても良い。本明細書における発光装置には、発光装置本体だけでなく、それにFPCもしくはPWBが取り付けられた状態をも含むものとする。
次に、断面構造について図4(B)を用いて説明する。素子基板610上には駆動回路部及び画素部が形成されているが、ここでは、駆動回路部であるソース側駆動回路601と、画素部602中の一つの画素が示されている。
なお、ソース側駆動回路601はnチャネル型TFT623とpチャネル型TFT624とを組み合わせたCMOS回路が形成される。また、駆動回路は、種々のCMOS回路、PMOS回路もしくはNMOS回路で形成しても良い。また、本実施の形態では、画素部が形成された基板上に駆動回路を形成したドライバ一体型を示すが、必ずしもその必要はなく、駆動回路を画素部が形成された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TFT611と、電流制御用TFT612とそのドレインに電気的に接続された第1の電極613とを含む複数の画素により形成される。なお、第1の電極613の端部を覆って絶縁物614が形成されている。ここでは、ポジ型の感光性アクリル樹脂膜を用いることにより形成する。
また、被覆性を良好なものとするため、絶縁物614の上端部または下端部に曲率を有する曲面が形成されるようにする。例えば、絶縁物614の材料としてポジ型の感光性アクリルを用いた場合、絶縁物614の上端部のみに曲率半径(0.2μm〜3μm)を有する曲面を持たせることが好ましい。また、絶縁物614として、光の照射によってエッチャントに不溶解性となるネガ型、或いは光の照射によってエッチャントに溶解性となるポジ型のいずれも使用することができる。
第1の電極613上には、EL層616、および第2の電極617がそれぞれ形成されている。ここで、陽極として機能する第1の電極613に用いる材料としては、仕事関数の大きい材料を用いることが望ましい。例えば、ITO膜、または珪素を含有したインジウム錫酸化物膜、2〜20wt%の酸化亜鉛を含む酸化インジウム膜、窒化チタン膜、クロム膜、タングステン膜、Zn膜、Pt膜などの単層膜の他、窒化チタン膜とアルミニウムを主成分とする膜との積層、窒化チタン膜とアルミニウムを主成分とする膜と窒化チタン膜との3層構造等を用いることができる。なお、積層構造とすると、配線としての抵抗も低く、良好なオーミックコンタクトがとれ、さらに陽極として機能させることができる。
また、EL層616は、蒸着マスクを用いた蒸着法、インクジェット法、スピンコート法等の種々の方法によって形成される。EL層616は、実施の形態1で示した本発明のトリアゾール誘導体を含んでいる。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)のいずれを用いてもよい。また、EL層に用いる材料としては、有機化合物だけでなく、無機化合物を用いてもよい。
さらに、EL層616上に形成され、陰極として機能する第2の電極617に用いる材料としては、仕事関数の小さい材料(Al、Mg、Li、Ca、またはこれらの合金や化合物、MgAg、MgIn、AlLi、LiF、CaF等)を用いることが好ましい。なお、EL層616で生じた光が第2の電極617を透過させる場合には、第2の電極617として、膜厚を薄くした金属薄膜と、透明導電膜(ITO、2〜20wt%の酸化亜鉛を含む酸化インジウム、珪素若しくは酸化珪素を含有した酸化インジウム−酸化スズ、酸化亜鉛(ZnO)等)との積層を用いるのが良い。
さらにシール材605で封止基板604を素子基板610と貼り合わせることにより、素子基板610、封止基板604、およびシール材605で囲まれた空間607に、発光素子618が備えられた構造になっている。発光素子618は、実施の形態2〜実施の形態4の構成を適用できる。なお、空間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で充填される場合もある。
なお、シール材605にはエポキシ系樹脂を用いるのが好ましい。また、これらの材料はできるだけ水分や酸素を透過しない材料であることが望ましい。また、封止基板604に用いる材料としてガラス基板や石英基板の他、FRP(Fiberglass−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、本発明のトリアゾール誘導体を用いて作製された発光装置を得ることができる。
本発明の発光装置は、実施の形態1で示したトリアゾール誘導体を用いているため、良好な特性を備えた発光装置を得ることができる。具体的には、発光効率の高い発光装置を得ることができる。
また、実施の形態1で示したトリアゾール誘導体を用いることにより、低消費電力の発光装置を得ることができる。
また、実施の形態1で示したトリアゾール誘導体は、大きい三重項励起エネルギーを有するため、燐光性化合物とともに発光層に用いることができる。特に、発光ピーク波長が400nm以上500nm以下の短波長の青色系の発光を示す燐光性化合物とともに発光層に用いることができるため、フルカラーディスプレイに用いることが可能である。よって、燐光性化合物の特徴である高い発光効率を生かしたフルカラーディスプレイを実現することができる。
以上のように、本実施の形態では、トランジスタによって発光素子の駆動を制御するアクティブマトリクス型の発光装置について説明したが、この他、パッシブマトリクス型の発光装置であってもよい。図5には本発明を適用して作製したパッシブマトリクス型の発光装置を示す。なお、図5(A)は、発光装置を示す斜視図、図5(B)は図5(A)をX−Yで切断した断面図である。図5において、基板951上には、電極952と電極956との間にはEL層955が設けられている。電極952の端部は絶縁層953で覆われている。そして、絶縁層953上には隔壁層954が設けられている。隔壁層954の側壁は、基板面に近くなるに伴って、一方の側壁と他方の側壁との間隔が狭くなっていくような傾斜を有する。つまり、隔壁層954の短辺方向の断面は、台形状であり、底辺(絶縁層953の面方向と同様の方向を向き、絶縁層953と接する辺)の方が上辺(絶縁層953の面方向と同様の方向を向き、絶縁層953と接しない辺)よりも短い。このように、隔壁層954を設けることで、静電気等に起因した発光素子の不良を防ぐことが出来る。パッシブマトリクス型の発光装置においても、本発明の発光素子を含むことによって、発光効率が高い発光装置を得ることができる。また、低消費電力の発光装置を得ることができる。
(実施の形態6)
本実施の形態では、実施の形態5に示す発光装置をその一部に含む本発明の電子機器について説明する。本発明の電子機器は、実施の形態1に示したトリアゾール誘導体を含み、発光効率の高い表示部を有する。また、消費電力の低減された表示部を有する。
本発明のトリアゾール誘導体を用いて作製された発光素子を有する電子機器として、ビデオカメラ、デジタルカメラ等のカメラ、ゴーグル型ディスプレイ、ナビゲーションシステム、音響再生装置(カーオーディオ、オーディオコンポ等)、コンピュータ、ゲーム機器、携帯情報端末(モバイルコンピュータ、携帯電話、携帯型ゲーム機または電子書籍等)、記録媒体を備えた画像再生装置(具体的にはDigital Versatile Disc(DVD)等の記録媒体を再生し、その画像を表示しうる表示装置を備えた装置)などが挙げられる。これらの電子機器の具体例を図6に示す。
図6(A)は本発明に係るテレビ装置であり、筐体9101、支持台9102、表示部9103、スピーカー部9104、ビデオ入力端子9105等を含む。このテレビ装置において、表示部9103は、実施の形態2および実施の形態3で説明したものと同様の発光素子をマトリクス状に配列して構成されている。当該発光素子は、発光効率が高いという特徴を有している。その発光素子で構成される表示部9103も同様の特徴を有するため、このテレビ装置は低消費電力化が図られている。このような特徴により、テレビ装置において、劣化補償機能回路や電源回路を大幅に削減、若しくは縮小することができるので、筐体9101や支持台9102の小型軽量化を図ることが可能である。本発明に係るテレビ装置は、低消費電力、高画質及び小型軽量化が図られているので、それにより住環境に適合した製品を提供することができる。
図6(B)は本発明に係るコンピュータであり、本体9201、筐体9202、表示部9203、キーボード9204、外部接続ポート9205、ポインティングデバイス9206等を含む。このコンピュータにおいて、表示部9203は、実施の形態2および実施の形態3で説明したものと同様の発光素子をマトリクス状に配列して構成されている。当該発光素子は、発光効率が高いという特徴を有している。その発光素子で構成される表示部9203も同様の特徴を有するため、このコンピュータは低消費電力化が図られている。このような特徴により、コンピュータにおいて、劣化補償機能回路や電源回路を大幅に削減、若しくは縮小することができるので、本体9201や筐体9202の小型軽量化を図ることが可能である。本発明に係るコンピュータは、低消費電力、高画質及び小型軽量化が図られているので、環境に適合した製品を提供することができる。
図6(C)は本発明に係る携帯電話であり、本体9401、筐体9402、表示部9403、音声入力部9404、音声出力部9405、操作キー9406、外部接続ポート9407、アンテナ9408等を含む。この携帯電話において、表示部9403は、実施の形態2および実施の形態3で説明したものと同様の発光素子をマトリクス状に配列して構成されている。当該発光素子は、発光効率が高いという特徴を有している。その発光素子で構成される表示部9403も同様の特徴を有するため、この携帯電話は低消費電力化が図られている。このような特徴により、携帯電話において、劣化補償機能回路や電源回路を大幅に削減、若しくは縮小することができるので、本体9401や筐体9402の小型軽量化を図ることが可能である。本発明に係る携帯電話は、低消費電力、高画質及び小型軽量化が図られているので、携帯に適した製品を提供することができる。
図6(D)は本発明に係るカメラであり、本体9501、表示部9502、筐体9503、外部接続ポート9504、リモコン受信部9505、受像部9506、バッテリー9507、音声入力部9508、操作キー9509、接眼部9510等を含む。このカメラにおいて、表示部9502は、実施の形態2および実施の形態3で説明したものと同様の発光素子をマトリクス状に配列して構成されている。当該発光素子は、発光効率が高いという特徴を有している。その発光素子で構成される表示部9502も同様の特徴を有するため、このカメラは低消費電力化が図られている。このような特徴により、カメラにおいて、劣化補償機能回路や電源回路を大幅に削減、若しくは縮小することができるので、本体9501の小型軽量化を図ることが可能である。本発明に係るカメラは、低消費電力、高画質及び小型軽量化が図られているので、携帯に適した製品を提供することができる。
以上の様に、本発明の発光装置の適用範囲は極めて広く、この発光装置をあらゆる分野の電子機器に適用することが可能である。本発明のトリアゾール誘導体を用いることにより、発光効率の高い表示部を有する電子機器を提供することが可能となる。また、低消費電力の表示部を有する電子機器を得ることができる。
また、本発明の発光装置は、照明装置として用いることもできる。本発明の発光装置を照明装置として用いる一態様を、図7を用いて説明する。
図7は、本発明の発光装置をバックライトとして用いた液晶表示装置の一例である。図7に示した液晶表示装置は、筐体901、液晶層902、バックライト903、筐体904を有し、液晶層902は、ドライバIC905と接続されている。また、バックライト903は、本発明の発光装置が用いられおり、端子906により、電流が供給されている。
本発明の発光装置を液晶表示装置のバックライトとして用いることにより、発光効率が高く、消費電力の低減されたバックライトが得られる。また、本発明の発光装置は、面発光の照明装置であり大面積化も可能であるため、バックライトの大面積化が可能であり、液晶表示装置の大面積化も可能になる。さらに、本発明の発光装置は薄型で低消費電力であるため、表示装置の薄型化、低消費電力化も可能となる。
図8は、本発明を適用した発光装置を、照明装置である電気スタンドとして用いた例である。図8に示す電気スタンドは、筐体2001と、光源2002を有し、光源2002として、本発明の発光装置が用いられている。本発明の発光装置は、発光効率が高く、低消費電力であるため、電気スタンドも発光効率が高く、低消費電力である。
図9は、本発明を適用した発光装置を、室内の照明装置3001として用いた例である。本発明の発光装置は大面積化も可能であるため、大面積の照明装置として用いることができる。また、本発明の発光装置は、薄型で低消費電力であるため、薄型化、低消費電力化の照明装置として用いることが可能となる。このように、本発明を適用した発光装置を、室内の照明装置3001として用いた部屋に、図6(A)で説明したような、本発明に係るテレビ装置3002を設置して公共放送や映画を鑑賞することができる。このような場合、両装置は低消費電力であるので、電気料金を心配せずに、明るい部屋で迫力のある映像を鑑賞することができる。
本実施例では、構造式(101)で表される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:CzTAZ1)の合成方法について説明する。
Figure 0005301874
[ステップ1]3−(4−ブロモフェニル)−4,5−ジフェニル−4H−1,2,4−トリアゾールの合成
(i)4−ブロモベンゾイルヒドラジンの合成
4−ブロモベンゾイルヒドラジンの合成スキームを(B−1)に示す。
Figure 0005301874
エチル−4−ブロモベンゾエート25g(0.19mol)を200mL三口フラスコに入れ、エタノール50mLを加えて撹拌した後、ヒドラジン一水和物20mLを加え,この混合物を78℃で5時間加熱撹拌し、反応させた。反応後、反応混合物に水を加え、析出した固体を吸引ろ過した。得られた固体を水で洗浄し、吸引ろ過により回収したところ、目的物の白色固体を収量24g、収率96%で得た。
(ii)N’−ベンゾイル−4−ブロモ−ベンゾヒドラジドの合成
N’−ベンゾイル−4−ブロモ−ベンゾヒドラジドの合成スキームを(B−2)に示す。
Figure 0005301874
4−ブロモベンゾイルヒドラジン2.0g(13.9mmol)を300mL三口フラスコに入れ、N−メチル−2−ピロリドン7mLを加え、室温で撹拌した。この溶液にN−メチル−2−ピロリドン5.0mLとベンゾイルクロライド2.5mL(21.5mmol)の混合溶液を50mL滴下ロートにより滴下した。この混合物を80℃で3時間撹拌した。反応後、反応混合物を約200mLの水に加えたところ、固体が析出した。析出した固体を吸引ろ過により回収した。回収した固体を水、飽和炭酸水素ナトリウム水溶液、飽和食塩水の順に洗浄して得た固体をアセトンとヘキサンの混合溶媒で再結晶したところ、目的物の白色固体を収量3.6g、収率80%で得た。
(iii)1−[(4−ブロモフェニル)クロロメチリデン]−2−[クロロ(フェニル)メチリデン]ヒドラゾンの合成
1−[(4−ブロモフェニル)クロロメチリデン]−2−[クロロ(フェニル)メチリデン]ヒドラゾンの合成スキームを(B−3)に示す。
Figure 0005301874
N’−ベンゾイル−4−ブロモ−ベンゾヒドラジド5.0g(16mmol),五塩化リン7.2g(34mmol)を200mL三口フラスコに入れ、この混合物にトルエン100mLを加えた。この混合物を120℃で3時間撹拌し、反応させた。反応後、反応溶液を約100mLの水に加えて撹拌した。有機層と水層を分離し、有機層を飽和炭酸ナトリウム水溶液、飽和食塩水の順で洗浄した。有機層に硫酸マグネシウムを加えて乾燥した。この混合物を吸引ろ過して硫酸マグネシウムを除去し、ろ液を得た。得られたろ液を濃縮して得た固体をメタノールで洗浄したところ、目的物の粉末状淡黄色固体を収量4.8g、収率86%で得た。
(iv)3−(4−ブロモフェニル)−4,5−ジフェニル−4H−1,2,4−トリアゾールの合成
3−(4−ブロモフェニル)−4,5−ジフェニル−4H−1,2,4−トリアゾールの合成スキームを(B−4)に示す。
Figure 0005301874
(8Z,9Z)−1−((4−ブロモフェニル)クロロメチレン)−2−(クロロ(フェニル)メチレン)ヒドラジン4.5g(16mmol)、アニリン2.0g(16mmol)、N,N−ジメチルアニリン30mLを100mL三口フラスコに入れ、当該フラスコ内を窒素置換した。この混合物を135℃で5時間加熱撹拌した。反応後、反応溶液を約100mLの1N希塩酸に加えて30分撹拌したところ、固体が析出した。析出した固体を吸引ろ過して固体を得た。得られた固体をトルエンに溶解し水、飽和炭酸ナトリウム水溶液の順で洗浄した。有機層に硫酸マグネシウムを加えて乾燥した。この混合物を吸引ろ過し、硫酸マグネシウムを除去し、ろ液を得た。得られたろ液を濃縮して得た固体をエタノールとヘキサンの混合溶媒で再結晶したところ、目的物の粉末状淡黄色固体を収量3.3g、収率69%で得た。
[ステップ2]CzTAZ1の合成
CzTAZ1の合成スキームを(B−5)に示す。
Figure 0005301874
ステップ1で得た3−(4−ブロモフェニル)−4,5−ジフェニル−4H−1,2,4−トリアゾール1.5g(4.0mmol)、カルバゾール0.67g(6.6mmol)、炭酸カリウム2.0g(13mmol)、ヨウ化銅0.20g(1.1mmol)、18−クラウン−6−エーテル0.20g(0.73mmol)を50mL三口フラスコに入れ、当該フラスコ内を窒素置換した。この混合物に1,3−ジメチル−3,4,5,6−テトラヒドロ−2(1H)−ピリミジノン(略称:DMPU)1.5mLを加え、180℃で5時間攪拌し、反応させた。反応後、反応混合物にトルエンを加え、この懸濁液を1N希塩酸、飽和炭酸ナトリウム水溶液、飽和食塩水の順に洗浄した。有機層を硫酸マグネシウムにより乾燥した。乾燥後、この混合物を吸引ろ過して硫酸マグネシウムを除去し、ろ液を得た。得られたろ液をセライト(和光純薬工業株式会社、カタログ番号:531−16855)を通して吸引ろ過し、ろ液を得た。得られたろ液を濃縮して固体を得た。得られた固体をシリカゲルカラムクロマトグラフィーによる精製を行った。カラムクロマトグラフィーはまずトルエンを展開溶媒として用い、次いでトルエン:酢酸エチル=4:1の混合溶媒を展開溶媒として用いることにより行った。得られたフラクションを濃縮して得た固体をクロロホルムとヘキサンの混合溶媒で再結晶をしたところ、目的物の粉末状白色固体を収量1.6g、収率86%で得た。核磁気共鳴測定(NMR)によって、この化合物が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:CzTAZ1)であることを確認した。
得られた白色固体1.6gの昇華精製をトレインサブリメーション法により行った。昇華精製は7.0Paの減圧下、アルゴンの流量を3mL/minとして270℃で15時間行った。収量1.2gで収率は75%であった。
CzTAZ1のH NMRデータを以下に示す。H NMR(CDCl,300MHz):δ=7.26−7.56(m,18H),7.68(d,J=8.3Hz,2H),8.12(d,J=7.8Hz,2H)。また、H NMRチャートを図10(A)、図10(B)に示す。なお、図10(B)は、図10(A)における7.0ppm〜8.5ppmの範囲を拡大して表したチャートである。
また、CzTAZ1のトルエン溶液の吸収スペクトルをおよび発光スペクトルを図11(A)に示す。また、CzTAZ1の薄膜の吸収スペクトルおよび発光スペクトルを図11(B)に示す。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。溶液は石英セルに入れ、薄膜は石英基板に蒸着してサンプルを作製し、それぞれ石英の吸収スペクトルを差し引いた溶液および薄膜の吸収スペクトルを図11に示した。図11において横軸は波長(nm)、縦軸は強度(任意単位)を表す。CzTAZ1のトルエン溶液の場合では320nm付近に吸収が見られた。また、最大発光波長はトルエン溶液の場合では360nm(励起波長323nm)であった。また、CzTAZ1の薄膜の場合では324nm付近に吸収が見られた。また、最大発光波長は薄膜の場合では405nm(励起波長324nm)であった。
また、CzTAZ1の薄膜状態におけるイオン化ポテンシャルを大気中の光電子分光法(理研計器社製、AC−2)で測定した結果、5.77eVであった。その結果、HOMO準位が−5.77eVであることがわかった。さらに、CzTAZ1の薄膜の吸収スペクトルのデータを用い、直接遷移を仮定したTaucプロットから吸収端を求め、その吸収端を光学的エネルギーギャップとして見積もったところ、そのエネルギーギャップは3.47eVであった。得られたエネルギーギャップの値とHOMO準位からLUMO準位を求めたところ、−2.30eVであった。
よって、CzTAZ1は大きな一重項励起エネルギー(バンドギャップ)を有する物質であることがわかった。
また、CzTAZ1の基底状態における最適分子構造を、密度汎関数法(DFT)のB3LYP/6−311(d,p)により見積もった。DFTは、電子相関を考慮しないハートリー・フォック(HF)法に比較して計算精度が良く、同レベルの計算精度である摂動法(MP)法よりも計算コストが小さいため、本計算で採用した。計算は、ハイパフォーマンスコンピュータ(HPC)(SGI社製、Altix3700 DX)を用いて行った。DFTで構造最適化した分子構造において時間依存密度汎関数法(TDDFT)のB3LYP/6−311(d,p)を適用することにより、CzTAZ1の三重項励起エネルギーを算出したところ、2.98eVと算出された。波長に換算すると416nmである。以上の結果から、本発明のトリアゾール誘導体は、励起エネルギーの大きい物質であることがわかった。特に、三重項励起エネルギーの大きい物質であることがわかった。
本実施例では、構造式(201)で表される9−[4−(3,5−ジフェニル−4H−1,2,4−トリアゾール−4−イル)フェニル]−9H−カルバゾール(略称:CzTAZ2)の合成方法について説明する。
Figure 0005301874
[ステップ1]4−(4−ブロモフェニル)−3,5−ジフェニル−4H−1,2,4−トリアゾールの合成
(i)ベンゾヒドラジンの合成
ベンゾヒドラジンの合成スキームを(B−6)に示す。
Figure 0005301874
安息香酸エチル25g(0.17mol)を200mL三口フラスコに入れ、エタノール60mLを加えて撹拌した後、ヒドラジン一水和物20mLを加え、この混合物を78℃で8時間加熱撹拌した。反応後、反応溶液を約500mLの水に加え、この水溶液に酢酸エチルを加えて抽出した。有機層と水層を分離し、有機層を飽和炭酸水素ナトリウム水溶液、飽和食塩水の順に洗浄した。有機層に硫酸マグネシウムを加えて乾燥した。この混合物を吸引ろ過して硫酸マグネシウムを除去し、ろ液を得た。得られたろ液を濃縮し得た固体をエタノールとヘキサンの混合溶媒で再結晶したところ、目的物の白色固体を収量15g、収率66%で得た。
(ii)1,2−ジベンゾイルヒドラジンの合成
1,2−ジベンゾイルヒドラジンの合成スキームを(B−7)に示す。
Figure 0005301874
ベンゾヒドラジン10g(73mmol)を300mL三口フラスコに入れ、N−メチル−2−ピロリドン25mLを加え撹拌した後、N−メチル−2−ピロリドン10mLとベンゾイルクロライド10mL(88mmol)の混合溶液を50mL滴下ロートにより滴下し、この混合物を80℃で3時間撹拌し、反応させた。反応後、反応溶液を約500mLの水に加えて撹拌し、固体が析出した。析出した固体を吸引ろ過により回収した。回収した固体を水で洗浄し、得られた固体にメタノールを加えて洗浄したところ、目的物の粉末状白色固体を収量10g、収率57%で得た。
(iii)1,2−ビス[クロロ(フェニル)メチリデン]ヒドラゾンの合成
1,2−ビス[クロロ(フェニル)メチリデン]ヒドラゾンの合成スキームを(B−8)に示す。
Figure 0005301874
1,2−ジベンゾイルヒドラジン5.0g(21mmol),五塩化リン9.5g(46mmol)を200mL三口フラスコに入れ、この混合物にトルエン80mLを加えた。この混合物を120℃で3時間撹拌し、反応させた。反応後、反応溶液を約100mLの水に加えて撹拌した。有機層と水層を分離し、有機層を水、飽和炭酸ナトリウム水溶液の順で洗浄した。有機層に硫酸マグネシウムを加えて乾燥した。この混合物を吸引ろ過し、硫酸マグネシウムを除去し、ろ液を得た。得られたろ液を濃縮して得た固体をメタノールで洗浄したところ、目的物の粉末状淡黄色固体を収量4.9g、収率85%で得た。
(iv)4−(4−ブロモフェニル)−3,5−ジフェニル−4H−1,2,4−トリアゾールの合成
4−(4−ブロモフェニル)−3,5−ジフェニル−4H−1,2,4−トリアゾールの合成スキームを(B−9)に示す。
Figure 0005301874
1,2−ビス(クロロ(フェニル)メチレン)ヒドラジン4.5g(16mmol)、4−ブロモアニリン2.0g(16mmol)、N,N−ジメチルアニリン30mLを100mL三口フラスコに入れ、窒素置換した。この混合物を135℃で5時間加熱撹拌した。反応後、反応溶液を約100mLの1N希塩酸に加えて30分撹拌したところ、固体が析出した。析出した固体を吸引ろ過して固体を得た。得られた固体をトルエンに溶解し水、飽和炭酸ナトリウム水溶液の順で洗浄した。有機層に硫酸マグネシウムを加えて乾燥した。この混合物を吸引ろ過し、硫酸マグネシウムを除去し、ろ液を得た。得られたろ液を濃縮して得た固体をエタノールとヘキサンの混合溶媒で再結晶したところ、目的物の粉末状白色固体を収量2.3g、収率38%で得た。
[ステップ2]CzTAZ2の合成
CzTAZ2の合成スキームを(B−10)に示す。
Figure 0005301874
ステップ1で得た4−(4−ブロモフェニル)−3,5−ジフェニル−4H−1,2,4−トリアゾール1.5g(4.0mmol)、カルバゾール0.67g(6.6mmol)、炭酸カリウム2.0g(13mmol)、ヨウ化銅0.20g(1.1mmol)、18−クラウン−6−エーテル0.20g(0.73mmol)を50mL三口フラスコに入れ、当該フラスコ内を窒素置換した。この混合物に1,3−ジメチル−3,4,5,6−テトラヒドロ−2(1H)−ピリミジノン(略称:DMPU)3mLを加え、180℃で5時間攪拌し、反応させた。反応後、反応混合物にクロロホルムを加え、この懸濁液をセライト(和光純薬工業株式会社、カタログ番号:531−16855)を通してろ過し、ろ液を得た。得られたろ液を水、飽和炭酸水素ナトリウム水溶液、飽和食塩水の順で洗浄した。有機層を硫酸マグネシウムにより乾燥した。乾燥後、この混合物を吸引ろ過し、硫酸マグネシウムを除去してろ液を得た。得られたろ液を濃縮し、シリカゲルカラムクロマトグラフィーによる精製を行った。カラムクロマトグラフィーはまずトルエンを展開溶媒として用い、ついでトルエン:酢酸エチル=2:1の混合溶媒を展開溶媒として用いることにより行った。得られたフラクションを濃縮して得た固体をクロロホルムとヘキサンの混合溶媒で再結晶をしたところ、粉末状白色固体を収量0.90g、収率49%で得た。核磁気共鳴測定(NMR)によって、この化合物が9−[4−(3,5−ジフェニル−4H−1,2,4−トリアゾール−4−イル)フェニル]−9H−カルバゾール(略称:CzTAZ2)であることを確認した。
得られた白色固体0.90gの昇華精製をトレインサブリメーション法により行った。昇華精製は7.0Paの減圧下、アルゴンの流量を3mL/minとして270℃で15時間行った。収量0.71gで収率は79%であった。
CzTAZ2のH NMRデータを以下に示す。H NMR(CDCl,300MHz):δ=7.28−7.48(m,14H),7.49−7.57(m,4H),7.62(d,J=8.8Hz,2H),8.14(d,J=7.8Hz,2H)。また、H NMRチャートを図12(A)、図12(B)に示す。なお、図12(B)は、図12(A)における7.0ppm〜8.5ppmの範囲を拡大して表したチャートである。
また、CzTAZ2のトルエン溶液の吸収スペクトルをおよび発光スペクトルを図13(A)に示す。また、CzTAZ2の薄膜の吸収スペクトルおよび発光スペクトルを図13(B)に示す。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。溶液は石英セルに入れ、薄膜は石英基板上に蒸着してサンプルを作製し、石英の吸収スペクトルを差し引いた溶液および薄膜の吸収スペクトルを図13に示した。図13において横軸は波長(nm)、縦軸は強度(任意単位)を表す。CzTAZ2のトルエン溶液の場合では338nm付近に吸収が見られた。また、最大発光波長はトルエン溶液の場合では343nm(励起波長325nm)であった。また、CzTAZ2の薄膜の場合では243nm付近、295nm付近、341nm付近に吸収が見られた。また、最大発光波長は薄膜の場合では364nm(励起波長341nm)であった。
また、CzTAZ2の薄膜状態におけるイオン化ポテンシャルを大気中の光電子分光法(理研計器社製、AC−2)で測定した結果、5.53eVであった。その結果、HOMO準位が−5.53eVであることがわかった。さらに、CzTAZ2の薄膜の吸収スペクトルのデータを用い、直接遷移を仮定したTaucプロットから吸収端を求め、その吸収端を光学的エネルギーギャップとして見積もったところ、そのエネルギーギャップは3.49eVであった。得られたエネルギーギャップの値とHOMO準位からLUMO準位を求めたところ、−2.04eVであった。
よって、CzTAZ2は大きな一重項励起エネルギー(バンドギャップ)を有する物質であることがわかった。
また、CzTAZ2の基底状態における最適分子構造を、密度汎関数法(DFT)のB3LYP/6−311(d,p)により見積もった。DFTは、電子相関を考慮しないハートリー・フォック(HF)法に比較して計算精度が良く、同レベルの計算精度である摂動法(MP)法よりも計算コストが小さいため、本計算で採用した。計算は、ハイパフォーマンスコンピュータ(HPC)(SGI社製、Altix3700 DX)を用いて行った。DFTで構造最適化した分子構造において時間依存密度汎関数法(TDDFT)のB3LYP/6−311(d,p)を適用することにより、CzTAZ2の三重項励起エネルギーを算出したところ、3.03eVと算出された。波長に換算すると409nmである。以上の結果から、本発明のトリアゾール誘導体は、励起エネルギーの大きい物質であることがわかった。特に、三重項励起エネルギーの大きい物質であることがわかった。
本実施例では、本発明の発光素子について、図14を用いて説明する。本実施例で用いた材料の化学式を以下に示す。
Figure 0005301874
以下に、本実施例の発光素子の作製方法を示す。
(発光素子1)
まず、ガラス基板2100上に、酸化珪素を含むインジウム錫酸化物(ITSO)をスパッタリング法にて成膜し、第1の電極2101を形成した。なお、その膜厚は110nmとし、電極面積は2mm×2mmとした。
次に、第1の電極2101が形成された面が下方となるように、第1の電極2101が形成された基板を真空蒸着装置内に設けられた基板ホルダーに固定し、10−4Pa程度まで減圧した後、第1の電極2101上に、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)と酸化モリブデン(VI)とを共蒸着することにより、有機化合物と無機化合物とを複合してなる複合材料を含む層2111を形成した。その膜厚は40nmとし、NPBと酸化モリブデン(VI)との比率は、重量比で4:1(=NPB:酸化モリブデン)となるように調節した。なお、共蒸着法とは、一つの処理室内で複数の蒸発源から同時に蒸着を行う蒸着法である。
次に、抵抗加熱を用いた蒸着法により、複合材料を含む層2111上に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)を20nmの膜厚となるように成膜し、正孔輸送層2112を形成した。
さらに、構造式(101)で表される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:CzTAZ1)とビス[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)とを共蒸着することにより、正孔輸送層2112上に30nmの膜厚の発光層2113を形成した。ここで、CzTAZ1とFIrpicとの重量比は、1:0.05(=CzTAZ1:FIrpic)となるように調節した。
その後抵抗加熱による蒸着法を用いて、発光層2113上に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:TAZ01)を10nmの膜厚となるように成膜し、電子輸送層2114を形成した。
さらに、電子輸送層2114上に、バソフェナントロリン(略称:BPhen)とリチウムを共蒸着することにより、20nmの膜厚で電子注入層2115を形成した。ここで、BPhenとリチウムとの重量比は、1:0.01(=BPhen:リチウム)となるように調節した。
最後に、抵抗加熱による蒸着法を用い、電子注入層2115上にアルミニウムを200nmの膜厚となるように成膜することにより、第2の電極2102を形成することで、発光素子1を作製した。
(発光素子2)
発光素子1を形成した基板と同一基板上に、CzTAZ1の代わりに、構造式(201)で表される9−[4−(3,5−ジフェニル−4H−1,2,4−トリアゾール−4−イル)フェニル]−9H−カルバゾール(略称:CzTAZ2)を用いて、発光素子1と同様に発光素子2を作製した。つまり、構造式(201)で表される9−[4−(3,5−ジフェニル−4H−1,2,4−トリアゾール−4−イル)フェニル]−9H−カルバゾール(略称:CzTAZ2)とビス[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)とを共蒸着することにより、正孔輸送層2112上に30nmの膜厚の発光層2113を形成した。ここで、CzTAZ2とFIrpicとの重量比は、1:0.05(=CzTAZ2:FIrpic)となるように調節した。発光層2113以外の層は発光素子1と同様に作製した。
以上により得られた発光素子1および発光素子2を、窒素雰囲気のグローブボックス内において、発光素子が大気に曝されないように封止する作業を行った後、これらの発光素子の動作特性について測定を行った。なお、測定は室温(25℃に保たれた雰囲気)で行った。
発光素子1および発光素子2の電流密度−輝度特性を図15に示す。また、電圧−輝度特性を図16に示す。また、輝度−電流効率特性を図17に示す。また、電圧−電流特性を図18に示す。また、輝度−パワー効率特性を図19に示す。また、輝度−外部量子効率特性を図20に示す。また、1mAの電流を流したときの発光スペクトルを図21に示す。
発光素子1において、輝度910cd/mのときのCIE色度座標は(x=0.19、y=0.36)であり、青色の発光を示した。また、輝度910cd/mのときの電流効率は17cd/A、外部量子効率は8.2%であり、高い効率を示した。また、輝度910cd/mのときの電圧は9.2V、電流密度は5.2mA/cm、パワー効率は5.9lm/Wであり、高いパワー効率を示した。
また、発光素子2において、輝度1070cd/mのときのCIE色度座標は(x=0.19、y=0.36)であり、青色の発光を示した。また、輝度1070cd/mのときの電流効率は15cd/A、外部量子効率は6.8%であり、高い効率を示した。また、輝度1070cd/mのときの電圧は9.4V、電流密度は7.3mA/cm、パワー効率は4.9lm/Wであり、高いパワー効率を示した。
また、図21から、発光素子1および発光素子2の発光は、FIrpicに由来した発光であることがわかる。よって、本実施例の発光素子は、三重項励起エネルギーが大きいトリアゾール誘導体を用いているため、短波長の青色系発光を示すFIrpicを効率よく発光させることができることがわかる。
本発明を適用することにより、短波長の発光を示す燐光性化合物であるFIrpicを効率良く発光させることができる。つまり、短波長の発光を示す燐光性化合物を用いた場合にであっても高い発光効率を実現することができる。また、消費電力の低減された発光素子を実現することができる。
本実施例では、本発明の発光素子について、図22を用いて説明する。本実施例で用いた材料の化学式を以下に示す。なお、実施例3で示した材料に関しては省略する。
Figure 0005301874
以下に、本実施例の発光素子の作製方法を示す。
(発光素子3)
まず、ガラス基板4100上に、酸化珪素を含むインジウム錫酸化物(ITSO)をスパッタリング法にて成膜し、第1の電極4101を形成した。なお、その膜厚は110nmとし、電極面積は2mm×2mmとした。
次に、第1の電極4101が形成された面が下方となるように、第1の電極4101が形成された基板を真空蒸着装置内に設けられた基板ホルダーに固定し、10−4Pa程度まで減圧した後、第1の電極4101上に、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)と酸化モリブデン(VI)とを共蒸着することにより、有機化合物と無機化合物とを複合してなる複合材料を含む層4111を形成した。その膜厚は50nmとし、NPBと酸化モリブデン(VI)との比率は、重量比で4:1(=NPB:酸化モリブデン)となるように調節した。なお、共蒸着法とは、一つの処理室内で複数の蒸発源から同時に蒸着を行う蒸着法である。
次に、抵抗加熱を用いた蒸着法により、複合材料を含む層4111上にNPBを10nmの膜厚となるように成膜し、正孔輸送層4112を形成した。
さらに、4,4’−ジ(N−カルバゾリル)ビフェニル(略称:CBP)とビス[2,3−ビス(4−フルオロフェニル)−5,6,7,8−テトラヒドロキノキサリナト](ピコリナト)イリジウム(III)(略称:Ir(FdpqtH)(pic))とを共蒸着することにより、正孔輸送層4112上に30nmの膜厚の発光層4113を形成した。ここで、CBPとIr(FdpqtH)(pic)との重量比は、1:0.05(=CBP:Ir(FdpqtH)(pic))となるように調節した。
その後抵抗加熱による蒸着法を用いて、発光層4113上にバソフェナントロリン(略称:BPhen)を10nmの膜厚となるように成膜し、電子輸送層4114を形成した。
さらに、電子輸送層4114上に、トリス(8−キノリノラト)アルミニウム(III)(略称:Alq)とリチウムを共蒸着することにより、30nmの膜厚で電子注入層4115を形成した。ここで、Alqとリチウムとの重量比は、1:0.01(=Alq:リチウム)となるように調節した。
次に、電子注入層4115上に、NPBと酸化モリブデン(VI)とを共蒸着することにより、有機化合物と無機化合物とを複合してなる複合材料を含む層4116を50nmの膜厚で形成した。NPBと酸化モリブデン(VI)との重量比は、4:1(=NPB:酸化モリブデン)となるように調節した。
なお、電子注入層4115と複合材料を含む層4116は電荷発生層4201としての機能を担う。
次に、複合材料を含む層4116上に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)を20nmの膜厚となるように成膜し、正孔輸送層4117を形成した。
さらに、構造式(101)で表される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:CzTAZ1)とビス[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)とを共蒸着することにより、正孔輸送層4117上に30nmの膜厚の発光層4118を形成した。ここで、CzTAZ1とFIrpicとの重量比は、1:0.05(=CzTAZ1:FIrpic)となるように調節した。
その後抵抗加熱による蒸着法を用いて、発光層4118上に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:TAZ01)を10nmの膜厚となるように成膜し、電子輸送層4119を形成した。
さらに、電子輸送層4119上に、バソフェナントロリン(略称:BPhen)とリチウムを共蒸着することにより、20nmの膜厚で電子注入層4120を形成した。ここで、BPhenとリチウムとの重量比は、1:0.01(=BPhen:リチウム)となるように調節した。
最後に、抵抗加熱による蒸着法を用い、電子注入層4120上にアルミニウムを200nmの膜厚となるように成膜することにより、第2の電極4102を形成することで、発光素子3を作製した。
以上により得られた発光素子3を、窒素雰囲気のグローブボックス内において、発光素子が大気に曝されないように封止する作業を行った後、これらの発光素子の動作特性について測定を行った。なお、測定は室温(25℃に保たれた雰囲気)で行った。
発光素子3の電流密度−輝度特性を図23に示す。また、電圧−輝度特性を図24に示す。また、輝度−電流効率特性を図25に示す。また、電圧−電流特性を図26に示す。また、発光素子3に1mAの電流を流したときの発光スペクトルを図27に示す。
発光素子3において、輝度940cd/mのときのCIE色度座標は(x=0.37、y=0.39)であり、白色の発光を示した。また、輝度940cd/mのときの電流効率は9.3cd/A、外部量子効率は4.6%であり、高い効率を示した。また、輝度940cd/mのときの電圧は11.4V、電流密度は10.1mA/cm、パワー効率は2.6lm/Wであり、高いパワー効率を示した。
また、図27から、発光素子3の発光は、Ir(FdpqtH)(pic)に由来した発光とFIrpicに由来した発光とが混合した発光であることがわかる。また、ブロードな発光スペクトルであり、演色性に優れた白色発光を与えることがわかる。よって、本実施例で示した発光素子は、照明装置等に好適に用いることができる。
また、本実施例の発光素子は、三重項励起エネルギーが大きいトリアゾール誘導体を用いているため、短波長の青色系発光を示すFIrpicを効率よく発光させることができることがわかる。また、短波長の青色系発光を効率良く発光させることができるため、本実施例のように、発光性物質として、燐光性化合物のみで構成された白色発光素子を形成することが可能となる。
本発明を適用することにより、短波長の発光を示す燐光性化合物であるFIrpicを効率良く発光させることができる。つまり、短波長の発光を示す燐光性化合物を用いた場合にであっても高い発光効率を実現することができる。また、発光性物質として、燐光性化合物のみで構成された白色発光素子を形成することが可能となる。また、消費電力の低減された発光素子を実現することができる。
本実施例では、構造式(125)で表される9−{4−[4−フェニル−5−(2−ピリジル)−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:CPyTz1)の合成方法について説明する。
Figure 0005301874
[ステップ1]2−[5−(4−ブロモフェニル)−4−フェニル−4H−1,2,4−トリアゾール−3−イル]ピリジンの合成
(i)N−フェニルピリジン−2−チオアミドの合成
N−フェニルピリジン−2−チオアミドの合成スキームを(B−11)に示す。
Figure 0005301874
アニリン5.0g(53mmol)、硫黄粉末5.11g(0.16mol)、硫化ナトリウム9水和物0.26g(1.1mmol)、2−ピコリンを100mL三口フラスコに入れ、この混合物を130℃で16時間加熱撹拌した。反応後、反応混合物の溶媒を減圧留去したのち、この混合物にジクロロメタンを加えた。この混合物をセライト(和光純薬工業株式会社、カタログ番号:531−16855)、シリカゲルを通して吸引ろ過し、ろ液を得た。得られたろ液を飽和炭酸水素ナトリウム水溶液、飽和食塩水の順で洗浄した。有機層に硫酸マグネシウムを加えて乾燥した。乾燥後、この混合物を吸引ろ過してろ液を得た。得られたろ液を濃縮し、乾燥したところ、目的物の橙色油状物質を6.0g、収率53%得た。
(ii)エチル N−フェニルピリジン−2−カルボキシイミドチオアートの合成
エチル N−フェニルピリジン−2−カルボキシイミドチオアートの合成スキームを(B−12)に示す。
Figure 0005301874
ナトリウムエトキシド3.65g(53.6mmol)、N−フェニルピリジン−2−チオカルボキシアミド11.5g(53.6mmol)を100mL三口フラスコに入れ、エタノール100mLを加えて、室温で1時間撹拌した。撹拌後、この混合物にヨウ化エチル4.3mLを加え、この混合物を50℃で8時間加熱撹拌した。反応後、反応混合物の溶媒を留去し、固体を得た。得られた固体にジクロロメタンを加えた。この懸濁液を水、飽和炭酸水素ナトリウム水溶液、飽和食塩水の順で洗浄した。有機層に硫酸マグネシウムを加えて乾燥した。乾燥後、この混合物を吸引ろ過して硫酸マグネシウムを除去し、ろ液を得た。得られたろ液を濃縮して得た固体をメタノールで洗浄したところ、目的物の橙色の油状物質を収量10g、収率77%得た。
(iii)2−[5−(4−ブロモフェニル)−4−フェニル−4H−1,2,4−トリアゾール−3−イル]ピリジンの合成
2−[5−(4−ブロモフェニル)−4−フェニル−4H−1,2,4−トリアゾール−3−イル]ピリジンの合成スキームを(B−13)に示す。
Figure 0005301874
エチル N−フェニルピリジン−2−カルボキシイミドチオアート10g(41mmol)、4−ブロモベンゾヒドラジン11g(49mmol)を100mL三口フラスコに入れ、ブタノール30mLを加えた。この混合物を120℃で11時間加熱撹拌し、反応させた。反応後、反応混合物にエタノールを10mL加えて撹拌した。撹拌後、メタノールを加えて、氷浴下で撹拌した。撹拌後、この混合物を吸引ろ過し、固体を得た。得られた固体をメタノールで洗浄したところ、目的物の粉末状白色固体を収量7.5g、収率48%得た。
[ステップ2]CPyTz1の合成
CPyTz1の合成スキームを(B−14)に示す。
Figure 0005301874
ステップ1で得た2−[5−(4−ブロモフェニル)−4−フェニル−4H−1,2,4−トリアゾール−3−イル]ピリジン2.0g(5.3mmol)、カルバゾール1.33g(8.0mmol)、炭酸カリウム3.0g(22mmol)、よう化銅0.3g、18−クラウン−6−エーテル0.30gを50mL三口フラスコに入れ、1,3−ジメチル−3,4,5,6−テトラヒドロ−2(1H)−ピリミジノン(略称:DMPU)1.5mLを加えて、当該フラスコ内を窒素置換した。この混合物を170℃で6時間加熱撹拌した。反応後、反応混合物にクロロホルムを加えた。この懸濁液を1N希塩酸、飽和炭酸水素ナトリウム水溶液、飽和食塩水の順で洗浄した。有機層をセライト(和光純薬工業株式会社、カタログ番号:531−16855)を通して吸引ろ過し、ろ液を得た。得られたろ液を濃縮し、シリカゲルカラムクロマトグラフィーによる精製を行った。カラムクロマトグラフィーはまずクロロホルムを展開溶媒として用い、ついでクロロホルム:酢酸エチル=1:3の混合溶媒を展開溶媒として用いることにより行った。得られたフラクションを濃縮して固体を得た。得られた固体を溶かした溶液をTLCで確認したところ、原点付近のスポットが一緒に出てきてしまったので再度、シリカゲルカラムクロマトグラフィーによる精製を行った。カラムクロマトグラフィーはまずトルエンを展開溶媒として用い、ついでトルエン:酢酸エチル=1:3の混合溶媒を展開溶媒として用いることにより行った。得られたフラクションを濃縮して固体を得た。得られた固体をクロロホルムとエタノールの混合溶媒により再結晶したところ、目的物の白色の固体を収量1.2g得た。核磁気共鳴測定(NMR)によって、この化合物が9−{4−[4−フェニル−5−(2−ピリジル)−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:CPyTz1)であることを確認した。
得られた白色固体0.89gの昇華精製をトレインサブリメーション法により行った。昇華精製は7.0Paの減圧下、アルゴンの流量を3mL/minとして270℃で15時間行った。収量0.50gで収率は56%であった。
CPyTz1のH NMRデータを以下に示す。H NMR(CDCl,300MHz):δ=7.19−7.50(m,12H),7.52(d,J=8.3Hz,2H),7.70(d,J=8.3Hz,2H),7.78(td,J=7.8,2.0Hz,1H),8.12(d,J=7.8Hz,2H),8.16(d,J=7.8Hz,1H),8.35(d,J=5.4Hz,1H)。また、H NMRチャートを図28(A)、図28(B)に示す。なお、図28(B)は、図28(A)における7.0ppm〜8.5ppmの範囲を拡大して表したチャートである。
また、CPyTz1のトルエン溶液の吸収スペクトルをおよび発光スペクトルを図29(A)に示す。また、CPyTz1の薄膜の吸収スペクトルおよび発光スペクトルを図29(B)に示す。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。溶液は石英セルに入れ、薄膜は石英基板に蒸着してサンプルを作製し、それぞれ石英の吸収スペクトルを差し引いた溶液および薄膜の吸収スペクトルを図29に示した。図29において横軸は波長(nm)、縦軸は強度(任意単位)を表す。CPyTz1のトルエン溶液の場合では324nm付近に吸収が見られた。また、最大発光波長はトルエン溶液の場合では377nm(励起波長324nm)であった。また、CPyTz1の薄膜の場合では246nm付近、295nm付近、328nm付近に吸収が見られた。また、最大発光波長は薄膜の場合では403nm(励起波長267nm)であった。
また、CPyTz1の薄膜状態におけるイオン化ポテンシャルを大気中の光電子分光法(理研計器社製、AC−2)で測定した結果、5.76eVであった。その結果、HOMO準位が−5.76eVであることがわかった。さらに、CPyTz1の薄膜の吸収スペクトルのデータを用い、直接遷移を仮定したTaucプロットから吸収端を求め、その吸収端を光学的エネルギーギャップとして見積もったところ、そのエネルギーギャップは3.46eVであった。得られたエネルギーギャップの値とHOMO準位からLUMO準位を求めたところ、−2.30eVであった。
よって、CPyTz1は大きな一重項励起エネルギー(バンドギャップ)を有する物質であることがわかった。
本実施例では、構造式(137)で表される9−{4−[4−(4−ピリジル)−5−(2−ピリジル)−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:CPy2Tz1)の合成方法について説明する。
Figure 0005301874
[ステップ1]2−[5−(4−ブロモフェニル)−4−(4−ピリジル)−4H−1,2,4−トリアゾール−3−イル]ピリジンの合成
(i)N−(4−ピリジル)ピリジン−2−チオアミドの合成
N−(4−ピリジル)ピリジン−2−チオアミドの合成スキームを(B−15)に示す。
Figure 0005301874
4−アミノピリジン5.0g(53mmol)、硫黄粉末5.11g(0.16mol)、硫化ナトリウム9水和物0.26g(1.1mmol)、2−メチルピリジンを100mL三口フラスコに入れ、この混合物を130℃で20時間加熱撹拌した。反応後、反応混合物の溶媒を減圧留去した。この混合物に1N水酸化ナトリウム水溶液を加えた。この懸濁液を吸引ろ過して固体を除去し、ろ液を得た。得られたろ液に1N希塩酸を少量ずつ加え、pH5にしたところ、黄色固体が析出した。析出した固体を吸引ろ過し、固体を得た。得られた固体を水で洗浄したところ、目的物の黄土色固体を収量3.0g、収率26%得た。
(ii)2−[5−(4−ブロモフェニル)−4−(4−ピリジル)−4H−1,2,4−トリアゾール−3−イル]ピリジンの合成
2−[5−(4−ブロモフェニル)−4−(4−ピリジル)−4H−1,2,4−トリアゾール−3−イル]ピリジンの合成スキームを(B−16)に示す。
Figure 0005301874
N−(4−ピリジル)ピリジン−2−チオカルボキシアミド3.8g(17mmol)、4−ブロモベンゾヒドラジン4.0g(19mmol)を100mL三口フラスコに入れ、ブタノール30mLを加えた。この混合物を120℃で6時間加熱撹拌し、反応させた。反応後、反応混合物にエタノールを10mL加えて撹拌した。撹拌後、メタノールを加えて、氷浴下で撹拌した。撹拌後、この混合物を吸引ろ過し、固体を得た。得られた固体をメタノールで洗浄したところ、目的物の白色固体を収量3.0g、収率42%得た。
[ステップ2]CPy2Tz1の合成
CPy2Tz1の合成スキームを(B−17)に示す。
Figure 0005301874
ステップ1で得た2−[5−(4−ブロモフェニル)−4−(4−ピリジル)−4H−1,2,4−トリアゾール−3−イル]ピリジン2.0g(5.3mmol)、カルバゾール1.3g(8.0mmol)、炭酸カリウム2.0g(13mmol)、ヨウ化銅0.20g(1.1mmol)、18−クラウン−6−エーテル0.20g(0.73mmol)を50mL三口フラスコに入れ、当該フラスコ内を窒素置換した。この混合物に1,3−ジメチル−3,4,5,6−テトラヒドロ−2(1H)−ピリミジノン(略称:DMPU)3mLを加え、180℃で5時間攪拌し、反応させた。反応後、反応混合物にクロロホルムを加えた。この懸濁液を1N希塩酸、飽和炭酸水素ナトリウム水溶液、飽和食塩水の順で洗浄した。有機層をセライト(和光純薬工業株式会社、カタログ番号:531−16855)を通して吸引ろ過し、ろ液を得た。得られたろ液を濃縮し、シリカゲルカラムクロマトグラフィーによる精製を行った。カラムクロマトグラフィーはまずクロロホルムを展開溶媒として用い、ついでクロロホルム:酢酸エチル=1:3の混合溶媒を展開溶媒として用いることにより行った。得られたフラクションを濃縮して固体を得た。得られた固体をクロロホルムとエタノールで再結晶したところ、白色固体を収量1.2g、収率49%得た。核磁気共鳴測定(NMR)によって、この化合物が9−{4−[4−(4−ピリジル)−5−(2−ピリジル)−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:CPy2Tz1)であることを確認した。
得られた白色固体1.2gの昇華精製をトレインサブリメーション法により行った。昇
華精製は7.0Paの減圧下、アルゴンの流量を3mL/minとして270℃で15時
間行った。収量0.90gで収率は75%であった。
CPy2Tz1のH NMRデータを以下に示す。H NMR(CDCl,300MHz):δ=7.27−7.36(m,5H),7.37−7.48(m,4H),7.58(d,J=8.8Hz,2H),7.68(d,J=8.8Hz,2H),7.84(td,J=7.3,2.0Hz,1H),8.13(d,J=7.8Hz,2H),8.26−8.37(m,2H),8.77(dd,J=4.4,2.0Hz,2H)。また、H NMRチャートを図30(A)、図30(B)に示す。なお、図30(B)は、図30(A)における7.0ppm〜9.0ppmの範囲を拡大して表したチャートである。
また、CPy2Tz1のトルエン溶液の吸収スペクトルをおよび発光スペクトルを図31(A)に示す。また、CPy2Tz1の薄膜の吸収スペクトルおよび発光スペクトルを図31(B)に示す。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。溶液は石英セルに入れ、薄膜は石英基板に蒸着してサンプルを作製し、それぞれ石英の吸収スペクトルを差し引いた溶液および薄膜の吸収スペクトルを図31に示した。図31において横軸は波長(nm)、縦軸は強度(任意単位)を表す。CPy2Tz1のトルエン溶液の場合では325nm付近に吸収が見られた。また、最大発光波長はトルエン溶液の場合では388nm(励起波長325nm)であった。また、CPy2Tz1の薄膜の場合では244nm付近、296nm付近、329nm付近に吸収が見られた。また、最大発光波長は薄膜の場合では411nm(励起波長346nm)であった。
また、CPy2Tz1の薄膜状態におけるイオン化ポテンシャルを大気中の光電子分光法(理研計器社製、AC−2)で測定した結果、5.62eVであった。その結果、HOMO準位が−5.62eVであることがわかった。さらに、CPy2Tz1の薄膜の吸収スペクトルのデータを用い、直接遷移を仮定したTaucプロットから吸収端を求め、その吸収端を光学的エネルギーギャップとして見積もったところ、そのエネルギーギャップは3.43eVであった。得られたエネルギーギャップの値とHOMO準位からLUMO準位を求めたところ、−2.19eVであった。
よって、CPy2Tz1は大きな一重項励起エネルギー(バンドギャップ)を有する物質であることがわかった。
本実施例では、構造式(142)で表される9−{4−[5−フェニル−4−(4−ピリジル)−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:CPyTz2)の合成方法について説明する。
Figure 0005301874
[ステップ1]4−[3−(4−ブロモフェニル)−5−フェニル−4H−1,2,4−トリアゾール−4−イル]ピリジンの合成
4−[3−(4−ブロモフェニル)−5−フェニル−4H−1,2,4−トリアゾール−4−イル]ピリジンの合成スキームを(B−18)に示す。
Figure 0005301874
1−[(4−ブロモフェニル)クロロメチリデン]−2−[クロロ(フェニル)メチリデン]ヒドラゾン5.0g(14mmol)、4−アミノピリジン1.6g(17mmol)を50mL三口フラスコに入れ、この混合物にN,N−ジメチルアニリン20mLを加え、135℃で5時間攪拌し、反応させた。反応後、反応混合物にトルエンを加え攪拌した。この懸濁液を1N希塩酸、飽和炭酸ナトリウム水溶液、飽和食塩水の順に洗浄した。有機層と水層を分離し、有機層を硫酸マグネシウムにより乾燥した。乾燥後、この混合物を吸引ろ過して硫酸マグネシウムを除去し、ろ液を得た。得られたろ液をセライト(和光純薬工業株式会社、カタログ番号:531−16855)を通して吸引ろ過し、ろ液を得た。得られたろ液を濃縮して固体を得た。得られた固体をクロロホルムとメタノールの混合溶媒で再結晶をしたところ、目的物の粉末状淡褐色固体を収量1.1g、収率73%で得た。
[ステップ2]CPyTz2の合成
CPyTz2の合成スキームを(B−19)に示す。
Figure 0005301874
ステップ1で得た4−[3−(4−ブロモフェニル)−5−フェニル−4H−1,2,4−トリアゾール−4−イル]ピリジン1.2g(3.2mmol)、カルバゾール0.70g(4.2mmol)、炭酸カリウム1.0g(7.2mmol)、ヨウ化銅0.10g(0.52mmol)、18−クラウン−6−エーテル0.10g(0.37mmol)を50mL三口フラスコに入れ、当該フラスコ内を窒素置換した。この混合物に1,3−ジメチル−3,4,5,6−テトラヒドロ−2(1H)−ピリミジノン(略称:DMPU)1.0mLを加え、180℃で5時間攪拌し、反応させた。反応後、反応混合物にトルエンを加え、この懸濁液を1N希塩酸、飽和炭酸ナトリウム水溶液、飽和食塩水の順に洗浄した。有機層を硫酸マグネシウムにより乾燥した。乾燥後、この混合物を吸引ろ過して硫酸マグネシウムを除去し、ろ液を得た。得られたろ液をセライト(和光純薬工業株式会社、カタログ番号:531−16855)を通して吸引ろ過し、ろ液を得た。得られたろ液を濃縮して固体を得た。得られた固体をシリカゲルカラムクロマトグラフィーによる精製を行った。カラムクロマトグラフィーはまずトルエンを展開溶媒として用い、次いでトルエン:酢酸エチル=4:1の混合溶媒を展開溶媒として用いることにより行った。得られたフラクションを濃縮して得た固体をクロロホルムとヘキサンの混合溶媒で再結晶をしたところ、目的物の粉末状白色固体を収量0.62g、収率43%で得た。核磁気共鳴測定(NMR)によって、この化合物が9−{4−[5−フェニル−4−(4−ピリジル)−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:CPyTz2)であることを確認した。
得られた白色固体0.62gの昇華精製をトレインサブリメーション法により行った。昇華精製は7.0Paの減圧下、アルゴンの流量を3mL/minとして270℃で15時間行った。収量0.40gで収率は65%であった。
CPyTz2のH NMRデータを以下に示す。H NMR(CDCl,300MHz):δ=7.18(dd,J=4.4,2.0Hz,2H),7.28−7.53(m,11H),7.60(d,J=8.8Hz,2H),7.64(d,J=8.8Hz,2H),8.14(d,J=6.8Hz,2H),8.78(dd,J=4.4,2.0Hz,2H)。また、H NMRチャートを図32(A)、図32(B)に示す。なお、図32(B)は、図32(A)における7.0ppm〜9.0ppmの範囲を拡大して表したチャートである。
また、CPyTz2のトルエン溶液の吸収スペクトルをおよび発光スペクトルを図33(A)に示す。また、CPyTz2の薄膜の吸収スペクトルおよび発光スペクトルを図33(B)に示す。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。溶液は石英セルに入れ、薄膜は石英基板に蒸着してサンプルを作製し、それぞれ石英の吸収スペクトルを差し引いた溶液および薄膜の吸収スペクトルを図33に示した。図33において横軸は波長(nm)、縦軸は強度(任意単位)を表す。CPyTz2のトルエン溶液の場合では325nm付近に吸収が見られた。また、最大発光波長はトルエン溶液の場合では382nm(励起波長325nm)であった。また、CPyTz2の薄膜の場合では246nm付近、296nm付近、330nm付近に吸収が見られた。また、最大発光波長は薄膜の場合では408nm(励起波長345nm)であった。
また、CPyTz2の薄膜状態におけるイオン化ポテンシャルを大気中の光電子分光法(理研計器社製、AC−2)で測定した結果、5.72eVであった。その結果、HOMO準位が−5.72eVであることがわかった。さらに、CPyTz2の薄膜の吸収スペクトルのデータを用い、直接遷移を仮定したTaucプロットから吸収端を求め、その吸収端を光学的エネルギーギャップとして見積もったところ、そのエネルギーギャップは3.46eVであった。得られたエネルギーギャップの値とHOMO準位からLUMO準位を求めたところ、−2.26eVであった。
よって、CPyTz2は大きな一重項励起エネルギー(バンドギャップ)を有する物質であることがわかった。
本実施例では、構造式(146)で表される9−{4−[5−フェニル−4−(8−キノリル)−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:CQTZ1)の合成方法について説明する。
Figure 0005301874
[ステップ1]8−[3−(4−ブロモフェニル)−5−フェニル−4H−1,2,4−トリアゾール−4−イル]キノリンの合成
8−[3−(4−ブロモフェニル)−5−フェニル−4H−1,2,4−トリアゾール−4−イル]キノリンの合成スキームを(B−20)に示す。
Figure 0005301874
1−[(4−ブロモフェニル)クロロメチリデン]−2−[クロロ(フェニル)メチリデン]ヒドラゾン3.0g(8.4mmol)、8−アミノキノリン1.5g(10mmol)を50mL三口フラスコに入れ、この混合物にN,N−ジメチルアニリン15mLを加えた。この混合物を135℃で5時間加熱撹拌し、反応させた。反応後、反応混合物にトルエンを加え、1時間撹拌した。この溶液を1N希塩酸、飽和炭酸水素ナトリウム水溶液、飽和食塩水の順に洗浄した。有機層と水層を分離し、有機層を硫酸マグネシウムにより乾燥した。乾燥後、この混合物を吸引ろ過して硫酸マグネシウムを除去し、ろ液を得た。得られたろ液をセライト(和光純薬工業株式会社、カタログ番号:531−16855)を通して吸引ろ過し、ろ液を得た。得られたろ液を濃縮して固体を得た。得られた固体をメタノールで洗浄したところ、目的物の粉末状淡褐色固体を収量2.0g、収率55%得た。
[ステップ2]CQTZ1の合成
CQTZ1の合成スキームを(B−21)に示す。
Figure 0005301874
ステップ1で得た8−[3−(4−ブロモフェニル)−5−フェニル−4H−1,2,4−トリアゾール−4−イル]キノリン1.7g(4.0mmol)、カルバゾール1.0g(6.0mmol)、炭酸カリウム2.0g(13mmol)、ヨウ化銅0.20g(1.1mmol)、18−クラウン−6−エーテル0.20g(0.73mmol)を50mL三口フラスコに入れ、当該フラスコ内を窒素置換した。この混合物に1,3−ジメチル−3,4,5,6−テトラヒドロ−2(1H)−ピリミジノン(略称:DMPU)1.5mLを加え、180℃で5時間攪拌し、反応させた。反応後、反応混合物を室温に戻した後、ジクロロメタンを加え、この懸濁液を1N希塩酸、飽和炭酸ナトリウム水溶液、飽和食塩水の順に洗浄した。有機層を硫酸マグネシウムにより乾燥した。乾燥後、この混合物を吸引ろ過して硫酸マグネシウムを除去し、ろ液を得た。得られたろ液をセライト(和光純薬工業株式会社、カタログ番号:531−16855)を通して吸引ろ過し、ろ液を得た。得られたろ液を濃縮して固体を得た。得られた固体をシリカゲルカラムクロマトグラフィーによる精製を行った。カラムクロマトグラフィーはまずトルエンを展開溶媒として用い、次いでトルエン:酢酸エチル=4:1の混合溶媒を展開溶媒として用いることにより行った。得られたフラクションを濃縮して得た固体をクロロホルムとヘキサンの混合溶媒で再結晶をしたところ、目的物の粉末状白色固体を収量1.5g、収率73%で得た。核磁気共鳴測定(NMR)によって、この化合物が9−{4−[5−フェニル−4−(8−キノリル)−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:CQTZ1)であることを確認した。
得られた白色固体1.5gの昇華精製をトレインサブリメーション法により行った。昇
華精製は7.0Paの減圧下、アルゴンの流量を3mL/minとして270℃で15時
間行った。収量1.1gで収率は73%であった。
CQTZ1のH NMRデータを以下に示す。H NMR(CDCl,300MHz):δ=7.12−7.72(m,15H),8.01(dd,J=8.3,1.5Hz,1H),8.1(d,J=7.8Hz,2H),8.24(dd,J=8.3,2.0Hz,1H),8.86(dd,J=3.9,1.5Hz,1H)。また、H NMRチャートを図34(A)、図34(B)に示す。なお、図34(B)は、図34(A)における7.0ppm〜9.0ppmの範囲を拡大して表したチャートである。
また、CQTZ1のトルエン溶液の吸収スペクトルをおよび発光スペクトルを図35(A)に示す。また、CQTZ1の薄膜の吸収スペクトルおよび発光スペクトルを図35(B)に示す。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。溶液は石英セルに入れ、薄膜は石英基板に蒸着してサンプルを作製し、それぞれ石英の吸収スペクトルを差し引いた溶液および薄膜の吸収スペクトルを図35に示した。図35において横軸は波長(nm)、縦軸は強度(任意単位)を表す。CQTZ1のトルエン溶液の場合では314nm付近および341nm付近に吸収が見られた。また、最大発光波長はトルエン溶液の場合では434nm(励起波長341nm)であった。また、CQTZ1の薄膜の場合では206nm付近、295nm付近、317nm付近に吸収が見られた。また、最大発光波長は薄膜の場合では424nm(励起波長282nm)であった。
また、CQTZ1の薄膜状態におけるイオン化ポテンシャルを大気中の光電子分光法(理研計器社製、AC−2)で測定した結果、5.73eVであった。その結果、HOMO準位が−5.73eVであることがわかった。さらに、CQTZ1の薄膜の吸収スペクトルのデータを用い、直接遷移を仮定したTaucプロットから吸収端を求め、その吸収端を光学的エネルギーギャップとして見積もったところ、そのエネルギーギャップは3.46eVであった。得られたエネルギーギャップの値とHOMO準位からLUMO準位を求めたところ、−2.27eVであった。
よって、CQTZ1は大きな一重項励起エネルギー(バンドギャップ)を有する物質であることがわかった。
本実施例では、構造式(169)で表される9−{4−[4−(sec−ブチルフェニル)−5−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:sBCTAZ1)の合成方法について説明する。
Figure 0005301874
[ステップ1]3−(4−ブロモフェニル)−4−(4−sec−ブチルフェニル)−5−フェニル−4H−1,2,4−トリアゾールの合成
3−(4−ブロモフェニル)−4−(4−sec−ブチルフェニル)−5−フェニル−4H−1,2,4−トリアゾールの合成スキームを(B−22)に示す。
Figure 0005301874
1−[(4−ブロモフェニル)クロロメチリデン]−2−[クロロ(フェニル)メチリデン]ヒドラゾン2.9g(8.1mmol)、4−sec−ブチルアニリン1.2g(8.1mmol)を50mL三口フラスコに入れ、この混合物にN,N−ジメチルアニリン20mLを加え、135℃で5時間攪拌し、反応させた。反応後、反応混合物にトルエンを加え攪拌した。この懸濁液を1N希塩酸、飽和炭酸ナトリウム水溶液、飽和食塩水の順に洗浄した。有機層と水層を分離し、有機層を硫酸マグネシウムにより乾燥した。乾燥後、この混合物を吸引ろ過して硫酸マグネシウムを除去し、ろ液を得た。得られたろ液をセライト(和光純薬工業株式会社、カタログ番号:531−16855)を通して吸引ろ過し、ろ液を得た。得られたろ液を濃縮して固体を得た。得られた固体をメタノールで洗浄したところ、目的物の粉末状白色固体を収量1.3g、収率37%で得た。
[ステップ2]sBCTAZ1の合成
sBCTAZ1の合成スキームを(B−23)に示す。
Figure 0005301874
ステップ1で得た3−(4−ブロモフェニル)−4−(4−sec−ブチルフェニル)−5−フェニル−4H−1,2,4−トリアゾール1.0g(2.3mmol)、カルバゾール0.39g(2.3mmol)、炭酸カリウム2.0g(13mmol)、ヨウ化銅0.20g(1.1mmol)、18−クラウン−6−エーテル0.20g(0.73mmol)を50mL三口フラスコに入れ、当該フラスコ内を窒素置換した。この混合物に1,3−ジメチル−3,4,5,6−テトラヒドロ−2(1H)−ピリミジノン(略称:DMPU)1.5mLを加え、180℃で5時間攪拌し、反応させた。反応後、反応混合物を室温に冷ました後、ジクロロメタンを加え、この懸濁液を1N希塩酸、飽和炭酸ナトリウム水溶液、飽和食塩水の順に洗浄した。有機層を硫酸マグネシウムにより乾燥した。乾燥後、この混合物を吸引ろ過して硫酸マグネシウムを除去し、ろ液を得た。得られたろ液をセライト(和光純薬工業株式会社、カタログ番号:531−16855)を通して吸引ろ過し、ろ液を得た。得られたろ液を濃縮して固体を得た。得られた固体をシリカゲルカラムクロマトグラフィーによる精製を行った。カラムクロマトグラフィーはまずトルエンを展開溶媒として用い、次いでトルエン:酢酸エチル=4:1の混合溶媒を展開溶媒として用いることにより行った。得られたフラクションを濃縮して得た固体をクロロホルムとヘキサンの混合溶媒で再結晶をしたところ、目的物の粉末状白色固体を収量0.90g、収率75%で得た。核磁気共鳴測定(NMR)によって、この化合物が9−{4−[4−(sec−ブチルフェニル)−5−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:sBCTAZ1)であることを確認した。
得られた白色固体0.90gの昇華精製をトレインサブリメーション法により行った。昇華精製は7.0Paの減圧下、アルゴンの流量を3mL/minとして250℃で15時間行った。収量0.70gで収率は78%であった。
sBCTAZ1のH NMRデータを以下に示す。H NMR(CDCl,300MHz):δ=0.80(t,J=7.3Hz,3H),1.29(d,J=7.3Hz,3H),1.51−1.74(m,2H),2.70(q,J=6.8Hz,1H),7.18(d,J=8.3Hz,2H),7.26−7.44(m,11H),7.46−7.56(m,4H),7.68(d,J=8.3Hz,2H),8.13(d,J=7.3Hz,2H)。また、H NMRチャートを図36(A)、図36(B)に示す。なお、図36(B)は、図36(A)における7.0ppm〜8.5ppmの範囲を拡大して表したチャートである。
また、sBCTAZ1のトルエン溶液の吸収スペクトルをおよび発光スペクトルを図37(A)に示す。また、sBCTAZ1の薄膜の吸収スペクトルおよび発光スペクトルを図37(B)に示す。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。溶液は石英セルに入れ、薄膜は石英基板に蒸着してサンプルを作製し、それぞれ石英の吸収スペクトルを差し引いた溶液および薄膜の吸収スペクトルを図37に示した。図37において横軸は波長(nm)、縦軸は強度(任意単位)を表す。sBCTAZ1のトルエン溶液の場合では319nm付近に吸収が見られた。また、最大発光波長はトルエン溶液の場合では359nm(励起波長319nm)であった。また、sBCTAZ1の薄膜の場合では319nm付近に吸収が見られた。また、最大発光波長は薄膜の場合では377nm(励起波長347nm)であった。
また、sBCTAZ1の薄膜状態におけるイオン化ポテンシャルを大気中の光電子分光法(理研計器社製、AC−2)で測定した結果、5.58eVであった。その結果、HOMO準位が−5.58eVであることがわかった。さらに、sBCTAZ1の薄膜の吸収スペクトルのデータを用い、直接遷移を仮定したTaucプロットから吸収端を求め、その吸収端を光学的エネルギーギャップとして見積もったところ、そのエネルギーギャップは3.53eVであった。得られたエネルギーギャップの値とHOMO準位からLUMO準位を求めたところ、−2.05eVであった。
よって、sBCTAZ1は大きな一重項励起エネルギー(バンドギャップ)を有する物質であることがわかった。
本実施例では、本発明の発光素子について、図14を用いて説明する。以下に、本実施例の発光素子の作製方法を示す。
(発光素子4)
まず、ガラス基板2100上に、酸化珪素を含むインジウム錫酸化物(ITSO)をスパッタリング法にて成膜し、第1の電極2101を形成した。なお、その膜厚は110nmとし、電極面積は2mm×2mmとした。
次に、第1の電極2101が形成された面が下方となるように、第1の電極2101が形成された基板を真空蒸着装置内に設けられた基板ホルダーに固定し、10−4Pa程度まで減圧した後、第1の電極2101上に、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)と酸化モリブデン(VI)とを共蒸着することにより、有機化合物と無機化合物とを複合してなる複合材料を含む層2111を形成した。その膜厚は40nmとし、NPBと酸化モリブデン(VI)との比率は、重量比で4:1(=NPB:酸化モリブデン)となるように調節した。なお、共蒸着法とは、一つの処理室内で複数の蒸発源から同時に蒸着を行う蒸着法である。
次に、抵抗加熱を用いた蒸着法により、複合材料を含む層2111上に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)を10nmの膜厚となるように成膜し、正孔輸送層2112を形成した。
さらに、構造式(125)で表される9−{4−[4−フェニル−5−(2−ピリジル)−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:CPyTz1)とビス[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)とを共蒸着することにより、正孔輸送層2112上に30nmの膜厚の発光層2113を形成した。ここで、CPyTz1とFIrpicとの重量比は、1:0.05(=CPyTz1:FIrpic)となるように調節した。
その後抵抗加熱による蒸着法を用いて、発光層2113上に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:TAZ01)を10nmの膜厚となるように成膜し、電子輸送層2114を形成した。
さらに、電子輸送層2114上に、バソフェナントロリン(略称:BPhen)とリチウムを共蒸着することにより、20nmの膜厚で電子注入層2115を形成した。ここで、BPhenとリチウムとの重量比は、1:0.01(=BPhen:リチウム)となるように調節した。
最後に、抵抗加熱による蒸着法を用い、電子注入層2115上にアルミニウムを200nmの膜厚となるように成膜することにより、第2の電極2102を形成することで、発光素子4を作製した。
以上により得られた発光素子4を、窒素雰囲気のグローブボックス内において、発光素子が大気に曝されないように封止する作業を行った後、これらの発光素子の動作特性について測定を行った。なお、測定は室温(25℃に保たれた雰囲気)で行った。
発光素子4の電流密度−輝度特性を図38に示す。また、電圧−輝度特性を図39に示す。また、輝度−電流効率特性を図40に示す。また、電圧−電流特性を図41に示す。また、1mAの電流を流したときの発光スペクトルを図42に示す。
発光素子4において、輝度1050cd/mのときのCIE色度座標は(x=0.19、y=0.36)であり、青色の発光を示した。また、輝度1050cd/mのときの電流効率は15cd/A、外部量子効率は6.7%であり、高い効率を示した。また、輝度1050cd/mのときの電圧は7.2V、電流密度は7.1mA/cm、パワー効率は6.4lm/Wであり、高いパワー効率を示した。
また、図42から、発光素子4の発光は、FIrpicに由来した発光であることがわかる。よって、本実施例の発光素子は、三重項励起エネルギーが大きいトリアゾール誘導体を用いているため、短波長の青色系発光を示すFIrpicを効率よく発光させることができることがわかる。
本発明を適用することにより、短波長の発光を示す燐光性化合物であるFIrpicを効率良く発光させることができる。つまり、短波長の発光を示す燐光性化合物を用いた場合にであっても高い発光効率を実現することができる。また、消費電力の低減された発光素子を実現することができる。
本実施例では、本発明の発光素子について、図14を用いて説明する。以下に、本実施例の発光素子の作製方法を示す。
(発光素子5)
まず、ガラス基板2100上に、酸化珪素を含むインジウム錫酸化物(ITSO)をスパッタリング法にて成膜し、第1の電極2101を形成した。なお、その膜厚は110nmとし、電極面積は2mm×2mmとした。
次に、第1の電極2101が形成された面が下方となるように、第1の電極2101が形成された基板を真空蒸着装置内に設けられた基板ホルダーに固定し、10−4Pa程度まで減圧した後、第1の電極2101上に、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)と酸化モリブデン(VI)とを共蒸着することにより、有機化合物と無機化合物とを複合してなる複合材料を含む層2111を形成した。その膜厚は40nmとし、NPBと酸化モリブデン(VI)との比率は、重量比で4:1(=NPB:酸化モリブデン)となるように調節した。なお、共蒸着法とは、一つの処理室内で複数の蒸発源から同時に蒸着を行う蒸着法である。
次に、抵抗加熱を用いた蒸着法により、複合材料を含む層2111上に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)を20nmの膜厚となるように成膜し、正孔輸送層2112を形成した。
さらに、構造式(137)で表される9−{4−[4−(4−ピリジル)−5−(2−ピリジル)−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:CPy2Tz1)とビス[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)とを共蒸着することにより、正孔輸送層2112上に30nmの膜厚の発光層2113を形成した。ここで、CPy2Tz1とFIrpicとの重量比は、1:0.05(=CPy2Tz1:FIrpic)となるように調節した。
その後抵抗加熱による蒸着法を用いて、発光層2113上に、CPy2Tz1を10nmの膜厚となるように成膜し、発光層2113と接する層である電子輸送層2114を形成した。
さらに、電子輸送層2114上に、バソフェナントロリン(略称:BPhen)とリチウムを共蒸着することにより、20nmの膜厚で電子注入層2115を形成した。ここで、BPhenとリチウムとの重量比は、1:0.01(=BPhen:リチウム)となるように調節した。
最後に、抵抗加熱による蒸着法を用い、電子注入層2115上にアルミニウムを200nmの膜厚となるように成膜することにより、第2の電極2102を形成することで、発光素子5を作製した。
以上により得られた発光素子5を、窒素雰囲気のグローブボックス内において、発光素子が大気に曝されないように封止する作業を行った後、これらの発光素子の動作特性について測定を行った。なお、測定は室温(25℃に保たれた雰囲気)で行った。
発光素子5の電流密度−輝度特性を図43に示す。また、電圧−輝度特性を図44に示す。また、輝度−電流効率特性を図45に示す。また、電圧−電流特性を図46に示す。また、1mAの電流を流したときの発光スペクトルを図47に示す。
発光素子5において、輝度1030cd/mのときのCIE色度座標は(x=0.18、y=0.38)であり、青色の発光を示した。また、輝度1030cd/mのときの電流効率は23cd/A、外部量子効率は10%であり、青色系の発光を示す発光素子としては非常に高い効率を示した。また、輝度1030cd/mのときの電圧は4.8V、電流密度は4.5mA/cm、パワー効率は15lm/Wであり、青色系の発光を示す発光素子としては非常に高いパワー効率を示した。
また、図47から、発光素子5の発光は、FIrpicに由来した発光であることがわかる。よって、本実施例の発光素子は、三重項励起エネルギーが大きいトリアゾール誘導体を用いているため、短波長の青色系発光を示すFIrpicを効率よく発光させることができることがわかる。
また、本実施例の発光素子は、発光層と接する層である電子輸送層に本発明のトリアゾール誘導体を用いている。本発明のトリアゾール誘導体は三重項励起エネルギーが大きいため、発光層と接する層に用いた場合、発光層からのエネルギー移動が生じにくく、高い発光効率を得ることができることがわかる。
本発明を適用することにより、短波長の発光を示す燐光性化合物であるFIrpicを効率良く発光させることができる。つまり、短波長の発光を示す燐光性化合物を用いた場合にであっても高い発光効率を実現することができる。また、消費電力の低減された発光素子を実現することができる。特に、発光層および発光層と接する層に本発明のトリアゾール誘導体を用いることにより、より高い発光効率を得ることができる。
本実施例では、本発明の発光素子について、図14を用いて説明する。以下に、本実施例の発光素子の作製方法を示す。
(発光素子6)
まず、ガラス基板2100上に、酸化珪素を含むインジウム錫酸化物(ITSO)をスパッタリング法にて成膜し、第1の電極2101を形成した。なお、その膜厚は110nmとし、電極面積は2mm×2mmとした。
次に、第1の電極2101が形成された面が下方となるように、第1の電極2101が形成された基板を真空蒸着装置内に設けられた基板ホルダーに固定し、10−4Pa程度まで減圧した後、第1の電極2101上に、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)と酸化モリブデン(VI)とを共蒸着することにより、有機化合物と無機化合物とを複合してなる複合材料を含む層2111を形成した。その膜厚は40nmとし、NPBと酸化モリブデン(VI)との比率は、重量比で4:1(=NPB:酸化モリブデン)となるように調節した。なお、共蒸着法とは、一つの処理室内で複数の蒸発源から同時に蒸着を行う蒸着法である。
次に、抵抗加熱を用いた蒸着法により、複合材料を含む層2111上に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)を10nmの膜厚となるように成膜し、正孔輸送層2112を形成した。
さらに、構造式(125)で表される9−{4−[4−フェニル−5−(2−ピリジル)−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:CPyTz1)とビス(2−フェニルピリジナト−N,C2’)イリジウム(III)アセチルアセトナート(略称:Ir(ppy)(acac))とを共蒸着することにより、正孔輸送層2112上に40nmの膜厚の発光層2113を形成した。ここで、CPyTz1とIr(ppy)(acac)との重量比は、1:0.05(=CPyTz1:Ir(ppy)(acac))となるように調節した。
その後抵抗加熱による蒸着法を用いて、発光層2113上にバソフェナントロリン(略称:BPhen)を10nmの膜厚となるように成膜し、電子輸送層2114を形成した。
さらに、電子輸送層2114上に、バソフェナントロリン(略称:BPhen)とリチウムを共蒸着することにより、20nmの膜厚で電子注入層2115を形成した。ここで、BPhenとリチウムとの重量比は、1:0.01(=BPhen:リチウム)となるように調節した。
最後に、抵抗加熱による蒸着法を用い、電子注入層2115上にアルミニウムを200nmの膜厚となるように成膜することにより、第2の電極2102を形成することで、発光素子6を作製した。
(発光素子7)
発光素子6を形成した基板と同一基板上に、CPyTz1の代わりに、構造式(146)で表される9−{4−[5−フェニル−4−(8−キノリル)−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:CQTZ1)を用いて、発光素子6と同様に発光素子7を作製した。つまり、構造式(146)で表される9−{4−[5−フェニル−4−(8−キノリル)−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:CQTZ1)とビス(2−フェニルピリジナト−N,C2’)イリジウム(III)アセチルアセトナート(略称:Ir(ppy)(acac))とを共蒸着することにより、正孔輸送層2112上に40nmの膜厚の発光層2113を形成した。ここで、CQTZ1とIr(ppy)(acac)との重量比は、1:0.05(=CQTZ1:Ir(ppy)(acac))となるように調節した。発光層2113以外の層は発光素子6と同様に作製した。
(発光素子8)
発光素子6を形成した基板と同一基板上に、CPyTz1の代わりに、構造式(137)で表される9−{4−[4−(4−ピリジル)−5−(2−ピリジル)−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:CPy2Tz1)を用いて、発光素子6と同様に発光素子8を作製した。つまり、構造式(137)で表される9−{4−[4−(4−ピリジル)−5−(2−ピリジル)−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:CPy2Tz1)とビス(2−フェニルピリジナト−N,C2’)イリジウム(III)アセチルアセトナート(略称:Ir(ppy)(acac))とを共蒸着することにより、正孔輸送層2112上に40nmの膜厚の発光層2113を形成した。ここで、CPy2Tz1とIr(ppy)(acac)との重量比は、1:0.05(=CPy2Tz1:Ir(ppy)(acac))となるように調節した。発光層2113以外の層は発光素子6と同様に作製した。
(発光素子9)
発光素子6を形成した基板と同一基板上に、CPyTz1の代わりに、構造式(201)で表される9−[4−(3,5−ジフェニル−4H−1,2,4−トリアゾール−4−イル)フェニル]−9H−カルバゾール(略称:CzTAZ2)を用いて、発光素子6と同様に発光素子9を作製した。つまり、構造式(201)で表される9−[4−(3,5−ジフェニル−4H−1,2,4−トリアゾール−4−イル)フェニル]−9H−カルバゾール(略称:CzTAZ2)とビス(2−フェニルピリジナト−N,C2’)イリジウム(III)アセチルアセトナート(略称:Ir(ppy)(acac))とを共蒸着することにより、正孔輸送層2112上に40nmの膜厚の発光層2113を形成した。ここで、CzTAZ2とIr(ppy)(acac)との重量比は、1:0.05(=CzTAZ2:Ir(ppy)(acac))となるように調節した。発光層2113以外は発光素子6と同様に作製した。
以上により得られた発光素子6〜発光素子9を、窒素雰囲気のグローブボックス内において、発光素子が大気に曝されないように封止する作業を行った後、これらの発光素子の動作特性について測定を行った。なお、測定は室温(25℃に保たれた雰囲気)で行った。
発光素子6〜発光素子9の電流密度−輝度特性を図48に示す。また、電圧−輝度特性を図49に示す。また、輝度−電流効率特性を図50に示す。また、電圧−電流特性を図51に示す。また、1mAの電流を流したときの発光スペクトルを図52に示す。
また、図52から、発光素子6〜発光素子9の発光は、Ir(ppy)(acac)に由来した発光であることがわかる。よって、本実施例の発光素子は、三重項励起エネルギーが大きいトリアゾール誘導体を用いているため、緑色系発光を示すIr(ppy)(acac)を効率よく発光させることができることがわかる。
発光素子6において、輝度1040cd/mのときのCIE色度座標は(x=0.34、y=0.62)であり、緑色の発光を示した。また、輝度1040cd/mのときの電流効率は69cd/A、外部量子効率は19%であり、非常に高い効率を示した。また、輝度1040cd/mのときの電圧は4.2V、電流密度は1.5mA/cm、パワー効率は52lm/Wであり、非常に高いパワー効率を示した。
発光素子7において、輝度800cd/mのときのCIE色度座標は(x=0.34、y=0.63)であり、緑色の発光を示した。また、輝度800cd/mのときの電流効率は71cd/A、外部量子効率は19%であり、非常に高い効率を示した。また、輝度800cd/mのときの電圧は3.8V、電流密度は1.1mA/cm、パワー効率は59lm/Wであり、非常に高いパワー効率を示した。
発光素子8において、輝度1190cd/mのときのCIE色度座標は(x=0.34、y=0.63)であり、緑色の発光を示した。また、輝度1190cd/mのときの電流効率は54cd/A、外部量子効率は15%であり、非常に高い効率を示した。また、輝度1190cd/mのときの電圧は4.2V、電流密度は2.2mA/cm、パワー効率は40lm/Wであり、非常に高いパワー効率を示した。
発光素子9において、輝度1150cd/mのときのCIE色度座標は(x=0.32、y=0.64)であり、緑色の発光を示した。また、輝度1150cd/mのときの電流効率は50cd/A、外部量子効率は14%であり、非常に高い効率を示した。また、輝度1150cd/mのときの電圧は4.6V、電流密度は2.3mA/cm、パワー効率は34lm/Wであり、非常に高いパワー効率を示した。
本発明を適用することにより、緑色の発光を示す燐光性化合物であるIr(ppy)(acac)を効率良く発光させることができる。つまり、比較的短波長の発光を示す燐光性化合物を用いた場合にであっても高い発光効率を実現することができる。また、消費電力の低減された発光素子を実現することができる。
本実施例では、本発明の発光素子について、図14を用いて説明する。以下に、本実施例の発光素子の作製方法を示す。
(発光素子10)
まず、ガラス基板2100上に、酸化珪素を含むインジウム錫酸化物(ITSO)をスパッタリング法にて成膜し、第1の電極2101を形成した。なお、その膜厚は110nmとし、電極面積は2mm×2mmとした。
次に、第1の電極2101が形成された面が下方となるように、第1の電極2101が形成された基板を真空蒸着装置内に設けられた基板ホルダーに固定し、10−4Pa程度まで減圧した後、第1の電極2101上に、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)と酸化モリブデン(VI)とを共蒸着することにより、有機化合物と無機化合物とを複合してなる複合材料を含む層2111を形成した。その膜厚は40nmとし、NPBと酸化モリブデン(VI)との比率は、重量比で4:1(=NPB:酸化モリブデン)となるように調節した。なお、共蒸着法とは、一つの処理室内で複数の蒸発源から同時に蒸着を行う蒸着法である。
次に、抵抗加熱を用いた蒸着法により、複合材料を含む層2111上に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)を10nmの膜厚となるように成膜し、正孔輸送層2112を形成した。
さらに、構造式(125)で表される9−{4−[4−フェニル−5−(2−ピリジル)−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:CPyTz1)とビス(2−フェニルピリジナト−N,C2’)イリジウム(III)アセチルアセトナート(略称:Ir(ppy)(acac))とを共蒸着することにより、正孔輸送層2112上に40nmの膜厚の発光層2113を形成した。ここで、CPyTz1とIr(ppy)(acac)との重量比は、1:0.05(=CPyTz1:Ir(ppy)(acac))となるように調節した。
その後抵抗加熱による蒸着法を用いて、発光層2113上にCPyTz1を10nmの膜厚となるように成膜し、発光層2113と接する層である電子輸送層2114を形成した。
さらに、電子輸送層2114上に、バソフェナントロリン(略称:BPhen)とリチウムを共蒸着することにより、20nmの膜厚で電子注入層2115を形成した。ここで、BPhenとリチウムとの重量比は、1:0.01(=BPhen:リチウム)となるように調節した。
最後に、抵抗加熱による蒸着法を用い、電子注入層2115上にアルミニウムを200nmの膜厚となるように成膜することにより、第2の電極2102を形成することで、発光素子10を作製した。
(発光素子11)
発光素子10を形成した基板と同一基板上に、CPyTz1の代わりに、構造式(146)で表される9−{4−[5−フェニル−4−(8−キノリル)−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:CQTZ1)を用いて、発光素子10と同様に発光素子11を作製した。
つまり、構造式(146)で表される9−{4−[5−フェニル−4−(8−キノリル)−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:CQTZ1)とビス(2−フェニルピリジナト−N,C2’)イリジウム(III)アセチルアセトナート(略称:Ir(ppy)(acac))とを共蒸着することにより、正孔輸送層2112上に40nmの膜厚の発光層2113を形成した。ここで、CQTZ1とIr(ppy)(acac)との重量比は、1:0.05(=CQTZ1:Ir(ppy)(acac))となるように調節した。その後、発光層2113上にCQTZ1を10nmの膜厚となるように成膜し、発光層2113と接する層である電子輸送層2114を形成した。
発光層2113および電子輸送層2114以外の層は発光素子10と同様に作製した。
(発光素子12)
発光素子10を形成した基板と同一基板上に、CPyTz1の代わりに、構造式(137)で表される9−{4−[4−(4−ピリジル)−5−(2−ピリジル)−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:CPy2Tz1)を用いて、発光素子10と同様に発光素子12を作製した。
つまり、構造式(137)で表される9−{4−[4−(4−ピリジル)−5−(2−ピリジル)−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:CPy2Tz1)とビス(2−フェニルピリジナト−N,C2’)イリジウム(III)アセチルアセトナート(略称:Ir(ppy)(acac))とを共蒸着することにより、正孔輸送層2112上に40nmの膜厚の発光層2113を形成した。ここで、CPy2Tz1とIr(ppy)(acac)との重量比は、1:0.05(=CPy2Tz1:Ir(ppy)(acac))となるように調節した。その後、発光層2113上にCPy2Tz1を10nmの膜厚となるように成膜し、発光層2113と接する層である電子輸送層2114を形成した。
発光層2113および電子輸送層2114以外の層は発光素子10と同様に作製した。
(発光素子13)
発光素子10を形成した基板と同一基板上に、CPyTz1の代わりに、構造式(201)で表される9−[4−(3,5−ジフェニル−4H−1,2,4−トリアゾール−4−イル)フェニル]−9H−カルバゾール(略称:CzTAZ2)を用いて、発光素子10と同様に発光素子13を作製した。
つまり、構造式(201)で表される9−[4−(3,5−ジフェニル−4H−1,2,4−トリアゾール−4−イル)フェニル]−9H−カルバゾール(略称:CzTAZ2)とビス(2−フェニルピリジナト−N,C2’)イリジウム(III)アセチルアセトナート(略称:Ir(ppy)(acac))とを共蒸着することにより、正孔輸送層2112上に40nmの膜厚の発光層2113を形成した。ここで、CzTAZ2とIr(ppy)(acac)との重量比は、1:0.05(=CzTAZ2:Ir(ppy)(acac))となるように調節した。その後、発光層2113上にCzTAZ2を10nmの膜厚となるように成膜し、発光層2113と接する層である電子輸送層2114を形成した。
発光層2113および電子輸送層2114以外の層は発光素子10と同様に作製した。
以上により得られた発光素子10〜発光素子13を、窒素雰囲気のグローブボックス内において、発光素子が大気に曝されないように封止する作業を行った後、これらの発光素子の動作特性について測定を行った。なお、測定は室温(25℃に保たれた雰囲気)で行った。
発光素子10〜発光素子13の電流密度−輝度特性を図53に示す。また、電圧−輝度特性を図54に示す。また、輝度−電流効率特性を図55に示す。また、電圧−電流特性を図56に示す。また、1mAの電流を流したときの発光スペクトルを図57に示す。
また、図57から、発光素子10〜発光素子13の発光は、Ir(ppy)(acac)に由来した発光であることがわかる。よって、本実施例の発光素子は、三重項励起エネルギーが大きいトリアゾール誘導体を用いているため、緑色系発光を示すIr(ppy)(acac)を効率よく発光させることができることがわかる。
発光素子10において、輝度1050cd/mのときのCIE色度座標は(x=0.34、y=0.63)であり、緑色の発光を示した。また、輝度1050cd/mのときの電流効率は66cd/A、外部量子効率は18%であり、非常に高い効率を示した。また、輝度1050cd/mのときの電圧は5.2V、電流密度は1.8mA/cm、パワー効率は40lm/Wであり、非常に高いパワー効率を示した。
発光素子11において、輝度840cd/mのときのCIE色度座標は(x=0.34、y=0.63)であり、緑色の発光を示した。また、輝度840cd/mのときの電流効率は70cd/A、外部量子効率は19%であり、非常に高い効率を示した。また、輝度840cd/mのときの電圧は4.2V、電流密度は1.2mA/cm、パワー効率は53lm/Wであり、非常に高いパワー効率を示した。
発光素子12において、輝度1030cd/mのときのCIE色度座標は(x=0.33、y=0.63)であり、緑色の発光を示した。また、輝度1030cd/mのときの電流効率は54cd/A、外部量子効率は15%であり、非常に高い効率を示した。また、輝度1030cd/mのときの電圧は5.0V、電流密度は1.9mA/cm、パワー効率は34lm/Wであり、非常に高いパワー効率を示した。
発光素子13において、輝度1090cd/mのときのCIE色度座標は(x=0.32、y=0.64)であり、緑色の発光を示した。また、輝度1090cd/mのときの電流効率は48cd/A、外部量子効率は13%であり、非常に高い効率を示した。また、輝度1090cd/mのときの電圧は6.0V、電流密度は2.3mA/cm、パワー効率は25lm/Wであり、非常に高いパワー効率を示した。
また、本実施例の発光素子は、発光層と接する層である電子輸送層に本発明のトリアゾール誘導体を用いている。本発明のトリアゾールは三重項励起エネルギーが大きいため、発光層と接する層に用いた場合、発光層からのエネルギー移動が生じにくく、高い発光効率を得ることができることがわかる。
本発明を適用することにより、緑色の発光を示す燐光性化合物であるIr(ppy)(acac)を効率良く発光させることができる。つまり、比較的短波長の発光を示す燐光性化合物を用いた場合にであっても高い発光効率を実現することができる。また、消費電力の低減された発光素子を実現することができる。
本発明の発光素子を説明する図。 本発明の発光素子を説明する図。 本発明の発光素子を説明する図。 本発明の発光装置を説明する図。 本発明の発光装置を説明する図。 本発明の電子機器を説明する図。 本発明の電子機器の一部を説明する図。 本発明の照明装置を説明する図。 本発明の照明装置を説明する図。 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:CzTAZ1)のH NMRを示す図。 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:CzTAZ1)の吸収スペクトルおよび発光スペクトルを示す図。 9−[4−(3,5−ジフェニル−4H−1,2,4−トリアゾール−4−イル)フェニル]−9H−カルバゾール(略称:CzTAZ2)のH NMRを示す図。 9−[4−(3,5−ジフェニル−4H−1,2,4−トリアゾール−4−イル)フェニル]−9H−カルバゾール(略称:CzTAZ2)の吸収スペクトルおよび発光スペクトルを示す図。 実施例の発光素子を説明する図。 実施例3で作製した発光素子の電流密度−輝度特性を示す図。 実施例3で作製した発光素子の電圧−輝度特性を示す図。 実施例3で作製した発光素子の輝度−電流効率特性を示す図。 実施例3で作製した発光素子の電圧−電流特性を示す図。 実施例3で作製した発光素子の輝度−パワー効率特性を示す図。 実施例3で作製した発光素子の輝度−外部量子効率特性を示す図。 実施例3で作製した発光素子の発光スペクトルを示す図。 実施例の発光素子を説明する図。 実施例4で作製した発光素子の電流密度−輝度特性を示す図。 実施例4で作製した発光素子の電圧−輝度特性を示す図。 実施例4で作製した発光素子の輝度−電流効率特性を示す図。 実施例4で作製した発光素子の電圧−電流特性を示す図。 実施例4で作製した発光素子の発光スペクトルを示す図。 9−{4−[4−フェニル−5−(2−ピリジル)−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:CPyTz1)のH NMRを示す図。 9−{4−[4−フェニル−5−(2−ピリジル)−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:CPyTz1)の吸収スペクトルおよび発光スペクトルを示す図。 9−{4−[4−(4−ピリジル)−5−(2−ピリジル)−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:CPy2Tz1)のH NMRを示す図。 9−{4−[4−(4−ピリジル)−5−(2−ピリジル)−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:CPy2Tz1)の吸収スペクトルおよび発光スペクトルを示す図。 9−{4−[5−フェニル−4−(4−ピリジル)−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:CPyTz2)のH NMRを示す図。 9−{4−[5−フェニル−4−(4−ピリジル)−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:CPyTz2)の吸収スペクトルおよび発光スペクトルを示す図。 9−{4−[5−フェニル−4−(8−キノリル)−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:CQTZ1)のH NMRを示す図。 9−{4−[5−フェニル−4−(8−キノリル)−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:CQTZ1)の吸収スペクトルおよび発光スペクトルを示す図。 9−{4−[4−(sec−ブチルフェニル)−5−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:sBCTAZ1)のH NMRを示す図。 9−{4−[4−(sec−ブチルフェニル)−5−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:sBCTAZ1)の吸収スペクトルおよび発光スペクトルを示す図。 実施例10で作製した発光素子の電流密度−輝度特性を示す図。 実施例10で作製した発光素子の電圧−輝度特性を示す図。 実施例10で作製した発光素子の輝度−電流効率特性を示す図。 実施例10で作製した発光素子の電圧−電流特性を示す図。 実施例10で作製した発光素子の発光スペクトルを示す図。 実施例11で作製した発光素子の電流密度−輝度特性を示す図。 実施例11で作製した発光素子の電圧−輝度特性を示す図。 実施例11で作製した発光素子の輝度−電流効率特性を示す図。 実施例11で作製した発光素子の電圧−電流特性を示す図。 実施例11で作製した発光素子の発光スペクトルを示す図。 実施例12で作製した発光素子の電流密度−輝度特性を示す図。 実施例12で作製した発光素子の電圧−輝度特性を示す図。 実施例12で作製した発光素子の輝度−電流効率特性を示す図。 実施例12で作製した発光素子の電圧−電流特性を示す図。 実施例12で作製した発光素子の発光スペクトルを示す図。 実施例13で作製した発光素子の電流密度−輝度特性を示す図。 実施例13で作製した発光素子の電圧−輝度特性を示す図。 実施例13で作製した発光素子の輝度−電流効率特性を示す図。 実施例13で作製した発光素子の電圧−電流特性を示す図。 実施例13で作製した発光素子の発光スペクトルを示す図。
符号の説明
100 基板
101 第1の電極
102 第2の電極
103 EL層
111 正孔注入層
112 正孔輸送層
113 発光層
114 電子輸送層
115 電子注入層
501 第1の電極
502 第2の電極
511 第1の発光ユニット
512 第2の発光ユニット
513 電荷発生層
601 駆動回路部(ソース側駆動回路)
602 画素部
603 駆動回路部(ゲート側駆動回路)
604 封止基板
605 シール材
607 空間
608 配線
609 FPC(フレキシブルプリントサーキット)
610 素子基板
611 スイッチング用TFT
612 電流制御用TFT
613 第1の電極
614 絶縁物
616 EL層
617 第2の電極
618 発光素子
623 nチャネル型TFT
624 pチャネル型TFT
901 筐体
902 液晶層
903 バックライト
904 筐体
905 ドライバIC
906 端子
951 基板
952 電極
953 絶縁層
954 隔壁層
955 EL層
956 電極
2001 筐体
2002 光源
2100 ガラス基板
2101 第1の電極
2102 第2の電極
2111 複合材料を含む層
2112 正孔輸送層
2113 発光層
2114 電子輸送層
2115 電子注入層
3001 照明装置
3002 テレビ装置
4100 ガラス基板
4101 第1の電極
4102 第2の電極
4111 複合材料を含む層
4112 正孔輸送層
4113 発光層
4114 電子輸送層
4115 電子注入層
4116 複合材料を含む層
4117 正孔輸送層
4118 発光層
4119 電子輸送層
4120 電子注入層
4201 電荷発生層
9101 筐体
9102 支持台
9103 表示部
9104 スピーカー部
9105 ビデオ入力端子
9201 本体
9202 筐体
9203 表示部
9204 キーボード
9205 外部接続ポート
9206 ポインティングデバイス
9401 本体
9402 筐体
9403 表示部
9404 音声入力部
9405 音声出力部
9406 操作キー
9407 外部接続ポート
9408 アンテナ
9501 本体
9502 表示部
9503 筐体
9504 外部接続ポート
9505 リモコン受信部
9506 受像部
9507 バッテリー
9508 音声入力部
9509 操作キー
9510 接眼部

Claims (6)

  1. 構造式(101)で表されるトリアゾール誘導体。
    Figure 0005301874
  2. 一対の電極間に、請求項1に記載のトリアゾール誘導体を有する発光素子。
  3. 一対の電極間に、請求項1に記載のトリアゾール誘導体と、燐光を発光する物質とを含む発光層を有する発光素子。
  4. 請求項において、前記燐光を発光する物質の発光ピーク波長は、400nm以上500nm以下である発光素子。
  5. 請求項2乃至4のいずれか一に記載の発光素子を有する発光装置。
  6. 請求項2乃至4のいずれか一に記載の発光素子を有する照明装置。
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