JP5459903B2 - アントラセン誘導体、発光素子、発光装置、電子機器、及び照明装置 - Google Patents

アントラセン誘導体、発光素子、発光装置、電子機器、及び照明装置 Download PDF

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Description

本発明は、アントラセン誘導体に関する。また、当該アントラセン誘導体を用いた発光素子用材料、発光素子及び電子機器に関する。
発光材料を用いた発光素子は、薄型軽量、高速応答性、直流低電圧駆動などの特徴を有しており、次世代のフラットパネルディスプレイへの応用が期待されている。また、発光素子をマトリクス状に配置した発光装置は、従来の液晶表示装置と比較して、視野角が広く視認性が優れる点に優位性があると言われている。
発光素子の発光機構は、一対の電極間に発光層を挟んで電圧を印加することにより、陰極から注入された電子および陽極から注入された正孔が発光層の発光中心で再結合して分子励起子を形成し、その分子励起子が基底状態に戻る際にエネルギーを放出して発光するといわれている。励起状態には一重項励起と三重項励起が知られ、発光はどちらの励起状態を経ても可能であると考えられている。
発光素子の発光波長は、発光素子中に含まれる発光分子の励起状態から基底状態のエネルギー差、すなわちバンドギャップによって決定される。従って、発光分子の構造を工夫することで、種々の発光色を得ることが可能である。そして光の三原色である赤、青、緑の発光が可能な発光素子を用いて発光装置とすることで、フルカラーの発光装置を作製することができる。
優れた色再現性を有するフルカラーの発光装置を作製する為には、信頼性が高く、且つ色純度に優れた赤、青、緑の発光素子が必要である。近年の材料開発の結果、赤色、および緑色の発光素子に関しては、高い信頼性と優れた色純度が達成されている。しかし、青色の発光素子に関しては、十分な効率と色純度を持つ発光素子は実現されていない。例えば、非特許文献1では、比較的高い信頼性の青色発光素子が報告されている。しかしながら、十分な発光効率と色は実現されていない。
J.シ等,アプライド・フィジックス・レターズ,Vol.80,No.17,pp.3201−3203、2002.
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、青色〜緑色の発光を示すアントラセン誘導体を提供することを課題の一とする。また該アントラセン誘導体を用いた、高効率及び長寿命の発光素子を提供することを課題の一とする。また、該発光素子を有する、高品質及び高信頼性の発光装置及び電子機器を提供することを課題の一とする。
本発明の一は、一般式(1)で表されるアントラセン誘導体である。
(式中、Ar、Ar、Ar、Arは、炭素数6〜13のアリール基を表し、Ar、Arは、炭素数6〜13のアリーレン基を表し、R〜Rは、水素または、炭素数1〜4のアルキル基を表す。また、Ar〜Arは、置換基を有していても良く、二つ以上の置換基を有する場合、置換基同士が互いに結合して環を形成していても良い。また、Ar〜Arは、一つの炭素が二つの置換基を有している場合も置換基同士が互いに結合して、スピロ環を形成していても良い。)
本発明の一は、一般式(2)で表されるアントラセン誘導体である。
(式中、Ar、Ar、Ar、Arは、炭素数6〜13のアリール基を表し、Ar、Arは、炭素数6〜13のアリーレン基を表す。また、Ar〜Arは、置換基を有していても良く、二つ以上の置換基を有する場合、置換基同士が互いに結合して環を形成していても良い。また、Ar〜Arは、一つの炭素が二つの置換基を有している場合も置換基同士が互いに結合して、スピロ環を形成していても良い。)
本発明の一は、一般式(3)で表されるアントラセン誘導体である。
(式中、Ar、Ar、Arは、炭素数6〜13のアリール基を表し、Ar、Arは、炭素数6〜13のアリーレン基を表し、R11〜R15は、水素、または炭素数6〜13のアリール基、または炭素数1〜4のアルキル基、または炭素数1のハロアルキル基を表す。また、Ar〜Arは、置換基を有していても良く、二つ以上の置換基を有する場合、置換基同士が互いに結合して環を形成していても良い。また、Ar〜Arは、一つの炭素が二つの置換基を有している場合も置換基同士が互いに結合して、スピロ環を形成していても良い。)
本発明の一は、一般式(4)で表されるアントラセン誘導体である。
(式中、Arは、炭素数6〜13のアリール基を表し、Ar、Arは、炭素数6〜13のアリーレン基を表し、R11〜R15及びR21〜R30は、水素、または炭素数6〜13のアリール基、または炭素数1〜4のアルキル基、または炭素数1のハロアルキル基を表す。また、Ar、Ar、Arは、置換基を有していても良く、二つ以上の置換基を有する場合、置換基同士が互いに結合して環を形成していても良い。また、Ar、Ar、Arは、一つの炭素が二つの置換基を有している場合も置換基同士が互いに結合して、スピロ環を形成していても良い。)
本発明の一は、一般式(5)で表されるアントラセン誘導体である。
(式中、Ar、Arは、炭素数6〜13のアリーレン基を表し、R11〜R15及びR21〜R35は、水素、または炭素数6〜13のアリール基、または炭素数1〜4のアルキル基、または炭素数1のハロアルキル基を表す。また、Ar、Arは、置換基を有していても良く、二つ以上の置換基を有する場合、置換基同士が互いに結合して環を形成していても良い。また、Ar、Arは、一つの炭素が二つの置換基を有している場合も置換基同士が互いに結合して、スピロ環を形成していても良い。)
本発明の一は、一般式(6)で表されるアントラセン誘導体である。
(式中、Ar、Arは、フェニレン基、又はビフェニル−ジイル基を表し、R11〜R15及びR21〜R35は、水素、または炭素数6〜13のアリール基、または炭素数1〜4のアルキル基、または炭素数1のハロアルキル基を表す。)
また、本発明の一は、構造式(101)で表されるアントラセン誘導体である。
また、本発明の一は、構造式(201)で表されるアントラセン誘導体である。
また、本発明の一は、構造式(301)で表されるアントラセン誘導体である。
また、本発明の一は、構造式(401)で表されるアントラセン誘導体である。
また、本発明の一は、上記アントラセン誘導体を用いた発光素子である。具体的には、一対の電極間に上述したアントラセン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、発光層は上述したアントラセン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、光層の発光中心材料として上述したアントラセン誘導体を有することを特徴とする発光素子である。
また、本発明の発光装置は、一対の電極間に発光物質を含む層を有し、発光物質を含む層に、上記のアントラセン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手段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手段とを備えたことを特徴とする。
本発明のアントラセン誘導体は、ホール及び電子を共に流すことができるバイポーラ材料である。また本発明のアントラセン誘導体は電気化学的安定性及び熱的安定性が高い。
本発明のアントラセン誘導体は非常に大きなバンドギャップを有し、短波長に発光を示すため、色純度の良い青色〜緑色の発光を得ることができる。
本発明のアントラセン誘導体よりも大きなバンドギャップを有する材料(ホスト)に、本発明のアントラセン誘導体をドーパント材料として分散させて、本発明のアントラセン誘導体から色純度の良い青色〜緑色の発光を得ることができる。
また、本発明のアントラセン誘導体は非常に大きなバンドギャップを有するため、本発明のアントラセン誘導体をホスト材料として用いた発光層を有する発光素子は、比較的短波長、特に青色〜緑色に発光を有するドーパント材料を用いても、本発明のアントラセン誘導体からの発光ではなく、ドーパント材料からの発光が効率よく得られる。
したがって、本発明のアントラセン誘導体を、発光素子に用いることにより、高効率、高信頼性及び長寿命の発光素子を得ることができる。
また、本発明のアントラセン誘導体を用いることにより、高品質及び高信頼性の発光装置および電子機器を得ることができる。
発光素子を説明する図。 発光素子を説明する図。 本発光素子を説明する図。 発光装置を説明する図。 発光装置を説明する図。 電子機器を説明する図。 本電子機器を説明する図。 照明装置を説明する図。 照明装置を説明する図。 DPBAPBAのH NMRチャートを示す図。 DPBAPBAのトルエン溶液の吸収スペクトルを示す図。 DPBAPBAの薄膜の吸収スペクトルを示す図。 DPBAPBAのトルエン溶液の発光スペクトルを示す図。 DPBAPBAの薄膜の発光スペクトルを示す図。 DPBAPAのH NMRチャートを示す図。 DPBAPAのトルエン溶液の吸収スペクトルを示す図。 DPBAPAの薄膜の吸収スペクトルを示す図。 DPBAPAのトルエン溶液の発光スペクトルを示す図。 DPBAPAの薄膜の発光スペクトルを示す図。 DPBAPAのCV測定結果を示す図。 DPBAPAのCV測定結果を示す図。 DPAPBAのH NMRチャートを示す図。 DPAPBAのトルエン溶液の吸収スペクトルを示す図。 DPAPBAの薄膜の吸収スペクトルを示す図。 DPAPBAのトルエン溶液の発光スペクトルを示す図。 DPAPBAの薄膜の発光スペクトルを示す図。 DPAPBAのCV測定結果を示す図。 DPAPBAのCV測定結果を示す図。 DPAPAのH NMRチャートを示す図。 DPAPAのトルエン溶液の吸収スペクトルを示す図。 DPAPAの薄膜の吸収スペクトルを示す図。 DPAPAのトルエン溶液の発光スペクトルを示す図。 DPAPAの薄膜の発光スペクトルを示す図。 DPAPAのCV測定結果を示す図。 DPAPAのCV測定結果を示す図。 発光素子A乃至Cの輝度−電流効率特性を示す図。 発光素子A乃至Cの発光スペクトルを示す図。 発光素子A乃至Cの電流密度−輝度特性を示す図。 発光素子A乃至Cの電圧−輝度特性を示す図。 発光素子A乃至Cの信頼性試験の結果を示す図。 発光素子D及び発光素子Eの輝度−電流効率特性を示す図。 発光素子D及び発光素子Eの発光スペクトルを示す図。 発光素子D及び発光素子Eの電流密度−輝度特性を示す図。 発光素子D及び発光素子Eの電圧−輝度特性を示す図。 発光素子D及び発光素子Eの信頼性試験の結果を示す図。 実施例5及び実施例6の発光素子を説明する図。 発光素子を説明する図。
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は当業者であれば容易に理解される。従って、本発明は以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。
(実施の形態1)
本実施の形態では、本発明のアントラセン誘導体について説明する。
本実施の形態に係るアントラセン誘導体は、一般式(1)で表されるアントラセン誘導体である。
(式中、Ar、Ar、Ar、Arは、炭素数6〜13のアリール基を表し、Ar、Arは、炭素数6〜13のアリーレン基を表し、R〜Rは、水素または、炭素数1〜4のアルキル基を表す。また、Ar〜Arは、置換基を有していても良く、二つ以上の置換基を有する場合、置換基同士が互いに結合して環を形成していても良い。また、Ar〜Arは、一つの炭素が二つの置換基を有している場合も置換基同士が互いに結合して、スピロ環を形成していても良い。)
本実施の形態に係るアントラセン誘導体は、一般式(2)で表されるアントラセン誘導体である。
(式中、Ar、Ar、Ar、Arは、炭素数6〜13のアリール基を表し、Ar、Arは、炭素数6〜13のアリーレン基を表す。また、Ar〜Arは、置換基を有していても良く、二つ以上の置換基を有する場合、置換基同士が互いに結合して環を形成していても良い。また、Ar〜Arは、一つの炭素が二つの置換基を有している場合も置換基同士が互いに結合して、スピロ環を形成していても良い。)
本実施の形態に係るアントラセン誘導体は、一般式(3)で表されるアントラセン誘導体である。
(式中、Ar、Ar、Arは、炭素数6〜13のアリール基を表し、Ar、Arは、炭素数6〜13のアリーレン基を表し、R11〜R15は、水素、または炭素数6〜13のアリール基、または炭素数1〜4のアルキル基、または炭素数1のハロアルキル基を表す。また、Ar〜Arは、置換基を有していても良く、二つ以上の置換基を有する場合、置換基同士が互いに結合して環を形成していても良い。また、Ar〜Arは、一つの炭素が二つの置換基を有している場合も置換基同士が互いに結合して、スピロ環を形成していても良い。)
本実施の形態に係るアントラセン誘導体は、一般式(4)で表されるアントラセン誘導体である。
(式中、Arは、炭素数6〜13のアリール基を表し、Ar、Arは、炭素数6〜13のアリーレン基を表し、R11〜R15及びR21〜R30は、水素、または炭素数6〜13のアリール基、または炭素数1〜4のアルキル基、または炭素数1のハロアルキル基を表す。また、Ar、Ar、Arは、置換基を有していても良く、二つ以上の置換基を有する場合、置換基同士が互いに結合して環を形成していても良い。また、Ar、Ar、Arは、一つの炭素が二つの置換基を有している場合も置換基同士が互いに結合して、スピロ環を形成していても良い。)
本実施の形態に係るアントラセン誘導体は、一般式(5)で表されるアントラセン誘導体である。
(式中、Ar、Arは、炭素数6〜13のアリーレン基を表し、R11〜R15及びR21〜R35は、水素、または炭素数6〜13のアリール基、または炭素数1〜4のアルキル基、または炭素数1のハロアルキル基を表す。また、Ar、Arは、置換基を有していても良く、二つ以上の置換基を有する場合、置換基同士が互いに結合して環を形成していても良い。また、Ar、Arは、一つの炭素が二つの置換基を有している場合も置換基同士が互いに結合して、スピロ環を形成していても良い。)
本実施の形態に係るアントラセン誘導体は、一般式(6)で表されるアントラセン誘導体である。
(式中、Ar、Arは、フェニレン基、又はビフェニル−ジイル基を表し、R11〜R15及びR21〜R35は、水素、または炭素数6〜13のアリール基、または炭素数1〜4のアルキル基、または炭素数1のハロアルキル基を表す。)
なお、本明細書中で示すアリール基またはアリーレン基の炭素数は、主骨格の環を形成する炭素数を示しており、それに結合する置換基の炭素数を含むものではない。アリール基またはアリーレン基に結合する置換基としては、炭素数1〜4のアルキル基、炭素数6〜13のアリール基、または炭素数1のハロアルキル基が挙げられる。具体的には、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、フェニル基、ナフチル基フルオレニル基、またはトリフルオロメチル基等が挙げられる。また、アリール基またはアリーレン基が有する置換基は1つであっても複数であってもよく、アリール基またはアリーレン基が2つの置換基を有する場合、置換基同士が互いに結合して環を形成していてもよい。例えば、アリール基がフルオレニル基である場合、フルオレン骨格の9位の炭素が2つのフェニル基を有していてもよく、さらにその2つのフェニル基が互いに結合して、スピロ環構造を形成していてもよい。
一般式(1)〜(6)において、炭素数6〜13のアリール基またはアリーレン基は、置換基を有していても良く、複数の置換基を有する場合、置換基同士が互いに結合して環を形成していても良い。また、1つの炭素が2つの置換基を有している場合も置換基同士が互いに結合して、スピロ環を形成していても良い。例えば、Ar、Ar、Ar、Arで表される基の具体例として構造式(11−1)〜構造式(11−22)で表される置換基が挙げられる。
例えば、Ar、Arで表される基の具体例として構造式(12−1)〜構造式(12−9)で表される置換基が挙げられる。
例えば、R11〜R13及びR21〜R35で表される基の具体例として構造式(13−1)〜構造式(13−19)で表される置換基が挙げられる。
また、一般式(1)乃至(6)で表されるアントラセン誘導体において、合成および精製の容易さの点から、Ar、Ar、Ar、Arはフェニル基、Ar、Arはフェニレン基であることが好ましい。
一般式(1)乃至(6)で表されるアントラセン誘導体の具体例としては、構造式(101)、構造式(201)〜構造式(242)、構造式(301)〜構造式(396)、構造式(401)〜構造式(404)で表されるアントラセン誘導体を挙げることができる。但し、本発明はこれらに限定されない。
本発明のアントラセン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、下記の反応式1及び反応式2に示す合成反応を行うことによって合成することができる。
反応式1に示すように、アントラセン誘導体(化合物1)と、ハロゲン化アリールのボロン酸又は、ハロゲン化アリールの有機ホウ素化合物(化合物2)とを、パラジウム触媒を用いた鈴木・宮浦反応によりカップリングすることにより、ハロゲン化アリールアントラセン誘導体(化合物3)を得ることができる。
反応式1において、Arは炭素6〜13のアリール基を表す。また、Arは置換基を有していても良く、Arが二つ以上の置換基を有する場合、置換基同士が互いに結合して環を形成していても良い。また、Arの一つの炭素が二つの置換基を有している場合も置換基同士が互いに結合して、スピロ環を形成していても良い。反応式1において、Arは炭素数6〜13アリーレン基を表す。Arは、置換基を有していても良く、Arが二つ以上の置換基を有する場合、置換基同士が互いに結合して環を形成していても良い。また、Arの一つの炭素が二つの置換基を有している場合も置換基同士が互いに結合して、スピロ環を形成していても良い。反応式1において、R〜Rは、水素または、炭素数1〜4のアルキル基を表す。
反応式1において、Xはハロゲン又はトリフラート基を表し、Xはハロゲンを表す。Xがハロゲンの場合、XとXは同じであっても異なっていても良い。ハロゲンとしては、ヨウ素と臭素が好ましく、化合物2のホモカップリングを抑制するためには、Xがヨウ素、Xが臭素の組み合わせがより好ましい。反応式1において、R101とR102は、水素、又は炭素数1〜6のアルキル基を表し、R101とR102は、同じであっても異なっていても良く、互いに結合して環を形成していても良い。反応式1において、用いることができるパラジウム触媒としては、酢酸パラジウム(II)、テトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(0)等が挙げられる。反応式1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(オルトートリル)ホスフィンや、トリフェニルホスフィンや、トリシクロヘキシルホスフィン等が挙げられる。反応式1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。反応式1において、用いることができる溶媒としては、トルエンと水の混合溶媒、トルエンとエタノール等のアルコールと水の混合溶媒、キシレンと水の混合溶媒、キシレンとエタノール等のアルコールと水の混合溶媒、ベンゼンと水の混合溶媒、ベンゼンとエタノール等のアルコールと水の混合溶媒、エチレングリコールジメチルエーテル等のエーテル類と水の混合溶媒などが挙げられる。また、トルエンと水、又はトルエンとエタノールと水の混合溶媒がより好ましい。
次に反応式2に示すように、反応式1で得られたハロゲン化アリールアントラセン誘導体(化合物3)と、アミン骨格を有する化合物(化合物4)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(1)で表される化合物5を得ることができる。
反応式2において、Ar、Ar、Ar、Arは炭素6〜13のアリール基を表す。また、Ar、Ar、Ar、Arは置換基を有していても良く、Ar、Ar、Ar、Arが二つ以上の置換基を有する場合、置換基同士が互いに結合して環を形成していても良い。また、Ar、Ar、Ar、Arの一つの炭素が二つの置換基を有している場合も置換基同士が互いに結合して、スピロ環を形成していても良い。反応式2において、Ar、Arは炭素数6〜13アリーレン基を表す。Ar、Arは、置換基を有していても良く、Ar、Arが二つ以上の置換基を有する場合、置換基同士が互いに結合して環を形成していても良い。また、Ar、Arの一つの炭素が二つの置換基を有している場合も置換基同士が互いに結合して、スピロ環を形成していても良い。反応式2において、R〜Rは、水素または、炭素数1〜4のアルキル基を表す。
反応式2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。反応式2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。反応式2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。反応式2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。
反応式2において、ウルマン反応を行う場合について説明する。反応式2においてR103とR104は、ハロゲンやアセチル基等を表し、ハロゲンとしては塩素、臭素、ヨウ素が挙げられる。また、R103がヨウ素であるヨウ化銅(I)、又はR104がアセチル基である酢酸銅(II)等が好ましい。また、銅化合物の他に銅を用いることができる。反応式2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。反応式2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(DMPU)、トルエン、キシレン、ベンゼン等が挙げられる。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。
以上のようにして、本実施の形態におけるアントラセン誘導体を合成することができる。
本実施の形態におけるアントラセン誘導体はバンドギャップが非常に大きいことから色純度の良好な青色〜緑色の発光を得ることが可能である。また、本発明のアントラセン誘導体は、ホール輸送性及び電子輸送性を有するバイポーラ材料である。また、本実施の形態におけるアントラセン誘導体は電気化学的安定性及び熱的安定性の高いアントラセン誘導体である。
本実施の形態におけるアントラセン誘導体は、単独で発光中心材料として発光物質を含む層(発光層)に用いることのできる他、本実施の形態におけるアントラセン誘導体よりも大きなバンドギャップを有する材料(ホスト材料)に、本実施の形態におけるアントラセン誘導体をドーパント材料として分散させてなる層を、発光物質を含む層に用いることができ、本実施の形態におけるアントラセン誘導体からの発光を得ることができる。このとき、本実施の形態におけるアントラセン誘導体は非常に大きなバンドギャップを有し、短波長に発光を示すため、色純度の良い青色〜緑色の発光を得ることができる発光素子を作製することが可能である。
また、ホスト材料として用いることもでき、本発明のアントラセン誘導体に発光物質となるドーパント材料を分散させた構成とすることで、発光物質となるドーパント材料からの発光を得ることができる。ホスト材料として用いる場合は、青色〜緑色の発光を色純度良く得ることが可能となる。
本発明のアントラセン誘導体は、キャリア輸送材料として発光素子の機能層に用いることができる。例えば、正孔輸送層、正孔注入層、電子輸送層、又は電子注入層として用いることができる。本明細書では、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キャリアの注入、輸送などに機能する、機能層ともよぶ。
本発明のアントラセン誘導体を、発光素子に用いることにより、高効率、高信頼性及び長寿命の発光素子を得ることができる。
(実施の形態2)
本発明のアントラセン誘導体を用いた発光素子の一態様について図1(A)を用いて以下に説明する。
本発明の発光素子は、一対の電極間に少なくとも発光物質を含む層(発光層ともいう)を有するEL層を挟持して形成される。EL層は発光物質を含む層の他に複数の層を有してもよい。当該複数の層は、電極から離れたところに発光領域が形成されるように、つまり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、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組み合わせて積層されたものである。本明細書では、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キャリアの注入、輸送などに機能する、機能層ともよぶ。機能層としては、正孔注入性の高い物質を含む層(正孔注入層ともいう)、正孔輸送性の高い物質を含む層(正孔輸送層ともいう)、電子注入性の高い物質を含む層(電子注入層ともいう)、電子輸送性の高い物質を含む層(電子輸送層ともいう)などを用いることができる。
図1に示す本実施の形態の発光素子において、基板101上に第1の電極102及び第2の電極107の一対の電極間にEL層108が設けられている。EL層108は、第1の層103、第2の層104、第3の層105、及び第4の層106を有している。図1における発光素子は、基板101上に、第1の電極102と、第1の電極102の上に順に積層した第1の層103、第2の層104、第3の層105、第4の層106と、さらにその上に設けられた第2の電極107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102は陽極として機能し、第2の電極107は陰極として機能するものとして以下説明をする。
基板101は発光素子の支持体として用いられる。基板101としては、例えばガラス、石英、また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、折り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、ポリエーテルスルフォン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(ポリプロピレン、ポリエステル、ビニル、ポリフッ化ビニル、塩化ビニルなどからなる)、無機蒸着フィルムを用いることもできる。なお、発光素子に対して、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。
第1の電極102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。
第1の層103は、正孔注入性の高い物質を含む層である。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、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)等の芳香族アミン化合物、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第1の層103を形成することができる。
また、第1の層103として、有機化合物と無機化合物とを複合してなる複合材料を用いることができる。特に、有機化合物と、有機化合物に対して電子受容性を示す無機化合物とを含む複合材料は、有機化合物と無機化合物との間で電子の授受が行われ、有機化合物のキャリア密度が増大するため、正孔注入性、正孔輸送性に優れている。
また、第1の層103として有機化合物と無機化合物とを複合してなる複合材料を用いた場合、第1の電極102とオーム接触をすることが可能となるため、仕事関数に関わらず第1の電極を形成する材料を選ぶことができる。
複合材料に用いる無機化合物としては、遷移金属の酸化物であることが好ましい。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安定であり、吸湿性が低く、扱いやすいため好ましい。
複合材料に用いる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、複合材料に用いる有機化合物としては、正孔輸送性の高い有機化合物であることが好ましい。具体的には、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’−ジ(p−トリル)−N,N’−ジフェニル−p−フェニレンジアミン(略称:DTDPPA)、4,4’−ビス[N−(4−ジフェニルアミノフェニル)−N−フェニルアミノ]ビフェニル(略称:DPAB)、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、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)、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14〜42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、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)等の高分子化合物を用いることもできる。
第2の層104を形成する物質としては、正孔輸送性の高い物質、具体的には、芳香族アミン(すなわち、ベンゼン環−窒素の結合を有するもの)の化合物であることが好ましい。広く用いられている材料として、4,4’−ビス[N−(3−メチルフェニル)−N−フェニルアミノ]ビフェニル、その誘導体である4,4’−ビス[N−(1−ナフチル)−N−フェニルアミノ]ビフェニル(以下、NPBと記す)、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、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などのスターバースト型芳香族アミン化合物が挙げられる。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、第2の層104は、単層のものだけでなく、上記物質の混合層、あるいは二層以上積層したものであってもよい。
また、第2の層104は、PMMAのような電気的に不活性な高分子化合物に、正孔輸送性材料を添加した層であってもよい。
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)などの高分子化合物を用いてもよく、さらに上記高分子化合物に上記正孔輸送性材料を適宜添加してもよい。
第3の層105は、発光物質を含む層(発光層ともいう)である。本実施の形態では、第3の層105は実施の形態1で示した本発明のアントラセン誘導体を用いて形成する。本発明のアントラセン誘導体は、青色〜緑色の発光を示すため、発光物質として発光素子に好適に用いることができる。
また、本発明のアントラセン誘導体よりも大きなバンドギャップを有する材料(ホスト)に、本発明のアントラセン誘導体を分散させてなる発光物質を含む層に用いることができ、本発明のアントラセン誘導体からの発光を得ることができる。すなわち、本発明のアントラセン誘導体はドーパント材料として機能する。このとき、本発明のアントラセン誘導体は非常に大きなバンドギャップを有し、短波長に発光を示すため、色純度の良い青色〜緑色の発光を得ることができる発光素子を作製することが可能である。
本発明のアントラセン誘導体は発光効率が高いため、発光素子に用いることにより、発光効率の高い発光素子を得ることができる。
また、本発明のアントラセン誘導体を用いることにより、長寿命な発光素子を得ることができる。
ここで、本発明のアントラセン誘導体を分散させる物質としては、種々の材料を用いることができ、正孔輸送性の高い物質や電子輸送性の高い物質の他、4,4’−ビス(N−カルバゾリル)ビフェニル(略称:CBP)や、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)、9,10−ジ(2−ナフチル)アントラセン(略称:DNA)、2−tert−ブチル−9,10−ジ(2−ナフチル)アントラセン(略称:t−BuDNA)、9−[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)などが挙げられる。また、本発明のアントラセン誘導体を分散させる物質として高分子材料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)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)などや、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。
本発明のアントラセン誘導体を用いた発光素子は、高効率かつ色純度の高い青色〜緑色発光が可能であり、さらに長寿命の青色〜緑色発光が可能であるため、フルカラーディスプレイに好適に用いることができる。
また、第3の層105に、本発明のアントラセン誘導体はホスト材料として用いることもでき、本発明のアントラセン誘導体に発光物質となるドーパント材料を分散させた構成とすることで、発光物質となるドーパント材料からの発光を得ることができる。
本発明のアントラセン誘導体を他の発光物質を分散させる材料として用いる場合、発光物質に起因した発光色を得ることができる。
ここで、本発明のアントラセン誘導体に分散させる発光物質としては、種々の材料を用いることができる。具体的には、9,10−ジフェニル−2−[N−フェニル−N−(9−フェニル−9H−カルバゾール−3−イル)アミノ]アントラセン(略称:2PCAPA)、4−(ジシアノメチレン)−2−メチル−6−(p−ジメチルアミノスチリル)−4H−ピラン(略称:DCM1)、4−(ジシアノメチレン)−2−メチル−6−(ジュロリジン−4−イル−ビニル)−4H−ピラン(略称:DCM2)、N,N−ジメチルキナクリドン(略称:DMQd)、ルブレン、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)などの蛍光を発光する蛍光発光物質を用いることができる。また、(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−ポルフィリン白金(II)(略称:PtOEP)などの燐光を発光する燐光発光物質を用いることができる。
第4の層106は、電子輸送性の高い物質を用いることができる。例えば、トリス(8−キノリノラト)アルミニウム(略称:Alq)、トリス(4−メチル−8−キノリノラト)アルミニウム(略称:Almq)、ビス(10−ヒドロキシベンゾ[h]キノリナト)ベリリウム(略称:BeBq)、ビス(2−メチル−8−キノリノラト)(4−フェニルフェノラト)アルミニウム(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からなる層である。また、この他ビス[2−(2−ヒドロキシフェニル)ベンゾオキサゾラト]亜鉛(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(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)、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)、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として用いても構わない。また、電子輸送層は、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、第4の層106と第2の電極107と間に電子注入を促す機能を有する層(電子注入層)を設けても良い。電子注入を促す機能を有する層としては、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又はアルカリ土類金属又はそれらの化合物を用いることができる。例えば、電子輸送性を有する物質からなる層中にアルカリ金属又はアルカリ土類金属又はそれらの化合物を含有させたもの、例えばAlq中にマグネシウム(Mg)を含有させたもの等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からなる層中にアルカリ金属又はアルカリ土類金属を含有させたものを用いることにより、第2の電極107からの電子注入が効率良く行われるためより好ましい。
第2の電極107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1族または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)、ユウロピウム(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。しかしながら、第2の電極107と第4の層106との間に、電子注入を促す機能を有する層を、当該第2の電極と積層して設けることにより、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ITO等様々な導電性材料を第2の電極107として用いることができる。
また、本発明のアントラセン誘導体は、発光素子の機能層としても用いることができる。
また、第1の層103、第2の層104、第3の層105、第4の層106の形成方法は、蒸着法、スパッタ法、液滴吐出法(インクジェット法)、スピンコート法、印刷法などの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。
本発明のアントラセン誘導体が溶媒に溶解した溶液状の組成物を用いて、湿式法によって薄膜を形成する場合、本発明のアントラセン誘導体及び溶媒からなる溶液状の組成物を被形成領域に付着させ、溶媒を除去し固化させることによって薄膜として形成する。
湿式法としては、スピンコート法、ロールコート法、スプレー法、キャスト法、ディップ法、液滴吐出(噴出)法(インクジェット法)、ディスペンサ法、各種印刷法(スクリーン(孔版)印刷、オフセット(平版)印刷、凸版印刷やグラビア(凹版)印刷など所望なパターンで形成される方法)などを用いることができる。なお、液状の組成物を用いる方法であれば上記に限定されず、本発明の組成物を用いることができる。
また、上述した組成物において、溶媒としては種々の溶媒を用いることができる。例えば、トルエン、キシレン、メトキシベンゼン(アニソール)、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のような芳香環(例えばベンゼン環)を有する溶媒に溶解させることができる。また、上述したアントラセン誘導体は、ジメチルスルホキシド(DMSO)、ジメチルホルムアミド(DMF)、クロロホルムなど芳香環を有さない有機溶媒に対しても溶解することが可能である。
また、他の溶媒として、アセトン、メチルエチルケトン、ジエチルケトン、n−プロピルメチルケトン、或いはシクロヘキサノンなどのケトン系溶媒、酢酸エチル、酢酸n−プロピル、酢酸n−ブチル、プロピオン酸エチル、γ−ブチロラクトン、或いは炭酸ジエチルなどのエステル系溶媒、ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン、或いはジオキサンなどのエーテル系溶媒、エタノール、イソプロパノール、2−メトキシエタノール、或いは2−エトキシエタノールなどのアルコール系溶媒なども挙げられる。
また、本実施の形態で示す組成物は、さらに他の有機材料を含んでもよい。有機材料としては、常温で、固体状態である芳香族化合物、もしくはヘテロ芳香族化合物が挙げられる。有機材料としては、低分子化合物や高分子化合物を用いることができる。また、低分子化合物を用いる場合には、溶媒への溶解性を高める置換基を有している低分子化合物(中分子化合物と呼んでもよい)を用いることが好ましい。
また、成膜した膜の性質を向上させるために、さらに本実施の形態で示す組成物はバインダーを含んでいてもよい。バインダーとしては、電気的に不活性な高分子化合物を用いることが好ましい。具体的には、ポリメチルメタクリレート(略称:PMMA)や、ポリイミドなどを用いることができる。
以上のような構成を有する本発明の発光素子は、第1の電極102と第2の電極107との間に生じた電位差により電流が流れ、発光性の高い物質を含む層である第3の層105において正孔と電子とが再結合し、発光するものである。つまり第3の層105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102または第2の電極107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102または第2の電極107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102のみが透光性を有する物質からなるものである場合、図1(A)に示すように、発光は第1の電極102を通って基板側から取り出される。また、第2の電極107のみが透光性を有する物質からなるものである場合、図1(B)に示すように、発光は第2の電極107を通って基板と逆側から取り出される。第1の電極102および第2の電極107がいずれも透光性を有する物質からなるものである場合、図1(C)に示すように、発光は第1の電極102および第2の電極107を通って、基板側及び基板と逆側の両方から取り出される。
なお第1の電極102と第2の電極107との間に設けられる層の構成は、上記のものには限定されない。発光領域と金属とが近接することによって生じる消光を防ぐように、第1の電極102及び第2の電極107から離れた部位に正孔と電子とが再結合する発光領域を設けた構成であれば、上記以外のものでもよい。
つまり、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、正孔ブロック材料等から成る層を、本発明のアントラセン誘導体により形成される発光層と自由に組み合わせて構成すればよい。
図2に示す発光素子は、基板301上に、第1の電極302及び第2の電極307の一対の電極間に、EL層308が設けられている。EL層308は、電子輸送性の高い物質からなる第1の層303、発光物質を含む第2の層304、正孔輸送性の高い物質からなる第3の層305、正孔注入性の高い物質からなる第4の層306を含んでいる。陰極として機能する第1の電極302、電子輸送性の高い物質からなる第1の層303、発光物質を含む第2の層304、正孔輸送性の高い物質からなる第3の層305、正孔注入性の高い物質からなる第4の層306、陽極として機能する第2の電極307とが順に積層された構成となっている。
以下、具体的な発光素子の形成方法を示す。
本発明の発光素子は一対の電極間にEL層が挟持される構造となっている。EL層は少なくとも本発明のアントラセン誘導体を用いて形成された発光物質を含む層(発光層ともいう)を含む。また、EL層には、発光物質を含む層の他に機能層(正孔注入層、正孔輸送層、電子輸送層、電子注入層など)を含んでもよい。電極(第1の電極及び第2の電極)、発光物質を含む層、及び機能層は液滴吐出法(インクジェット法)、スピンコート法、印刷法などの湿式法を用いて形成してもよく、真空蒸着法、CVD法、スパッタリング法などの乾式法を用いて形成してもよい。湿式法を用いれば、大気圧下で形成することができるため、簡易な装置及び工程で形成することができ、工程が簡略化し、生産性が向上するという効果がある。一方乾式法は、材料を溶解させる必要がないために溶液に難溶の材料も用いることができ、材料の選択の幅が広い。
発光素子を構成する薄膜のすべての形成を湿式法で行ってもよい。この場合、湿式法で必要な設備のみで発光素子を作製することができる。また、発光物質を含む層を形成するまでの積層を湿式法で行い、発光物質を含む層上に積層する機能層や第2の電極などを乾式法により形成してもよい。さらに、発光物質を含む層を形成する前の第1の電極や機能層を乾式法により形成し、発光物質を含む層、及び発光物質を含む層上に積層する機能層や第2の電極を湿式法によって形成してもよい。もちろん、本発明はこれに限定されず、用いる材料や必要とされる膜厚、界面状態によって適宜湿式法と乾式法を選択し、組み合わせて発光素子を作製することができる。
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に用いる半導体の結晶性についても特に限定されず、非晶質半導体を用いてもよいし、結晶性半導体を用いてもよい。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型またはP型のいずれか一方からのみなるものであってもよい。
本発明のアントラセン誘導体は、ホール及び電子を共に流すことができるバイポーラ材料である。また本発明のアントラセン誘導体は電気化学的安定性及び熱的安定性の高い。
本発明のアントラセン誘導体は非常に大きなバンドギャップを有し、短波長に発光を示すため、色純度の良い青色〜緑色の発光を得ることができる。
また、本発明のアントラセン誘導体は非常に大きなバンドギャップを有するため、本発明のアントラセン誘導体をホスト材料として用いた発光層を有する発光素子は、比較的短波長、特に青色に発光を有するドーパント材料を用いても、本発明のアントラセン誘導体からの発光ではなく、ドーパント材料からの発光が効率よく得られる。
本発明のアントラセン誘導体を、発光素子に用いることにより、高効率、高信頼性及び長寿命の発光素子を得ることができる。
また、本発明のアントラセン誘導体を用いることにより、高品質及び高信頼性の発光装置および電子機器を得ることができる。
(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図47(A)(B)を用いて説明する。
電子輸送層と発光層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。図47(A)に、電子輸送層である第4の層106と発光層である第3の層105(発光層105とも記す)との間に電子キャリアの移動を制御する層130を設ける構成を示す。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、もしくは電子輸送性の高い材料に最低空軌道(LUMO)のエネルギー値の低いホール輸送性を有する材料を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、第3の層105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。
また、他の構成として、発光層105を2層以上の複数層で構成してもよい。図47(B)に、発光層105を第1の発光層105a、第2の発光層105bと2層の複数層でもって構成する例を示す。
例えば、第1の発光層105aと第2の発光層105bを正孔輸送層である第2の層104側から順に積層して発光層105とする場合、第1の発光層105a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105b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。
本発明のアントラセン誘導体は、単独で発光層として用いることのできる他、ドーパント材料として用いることもでき、さらにホスト材料として用いることもできる。
本発明のアントラセン誘導体をドーパント材料として用いる場合、本発明のアントラセン誘導体よりも大きなバンドギャップを有する材料(ホスト)よりなる層中に本発明のアントラセン誘導体を添加した構成とすることで、本発明のアントラセン誘導体からの発光を得ることができる。
一方、本発明のアントラセン誘導体をホスト材料として用いる場合、本発明のアントラセン誘導体に発光物質となるドーパント材料を分散させた構成とすることで、発光物質となるドーパント材料からの発光を得ることができる。
また本発明のアントラセン誘導体は正孔輸送性と、電子輸送性とのバイポーラ性を有するので、第1の発光層105a及び第2の発光層105bとして用いることができる。第1の発光層105a、第2の発光層105bには、単独で発光層として用いてもよいし、ホスト材料、ドーパント材料として用いてもよい。
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発光素子である。
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または実施の形態3で示した複合材料であり、有機化合物と酸化バナジウムや酸化モリブデンや酸化タングステン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。
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。
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、本発明のアントラセン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、本発明のアントラセン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−BおよびC−Dで切断した断面図である。点線で示された601は駆動回路部(ソース側駆動回路)、602は画素部、603は駆動回路部(ゲート側駆動回路)である。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、駆動回路を形成するTFT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、基板上に駆動回路を形成したドライバ一体型を示すが、必ずしもその必要はなく、駆動回路を基板上ではなく外部に形成することもできる。
また、画素部602はスイッチング用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、発光物質を含む層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、発光物質を含む層616は、蒸着マスクを用いた蒸着法、インクジェット法などの液滴吐出法、印刷法、スピンコート法等の種々の方法によって形成される。発光物質を含む層616は、実施の形態1で示した本発明のアントラセン誘導体を含んでいる。また、発光物質を含む層616を構成する他の材料としては、低分子材料、オリゴマー、デンドリマー、または高分子材料であっても良い。
さらに、発光物質を含む層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、発光物質を含む層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。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、本発明のアントラセン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。
本発明のアントラセン誘導体は、バンドギャップが広く、ホール及び電子を共に流すことができるバイポーラ材料である。したがって、本発明のアントラセン誘導体を、発光素子に用いることにより、キャリアバランスのよい高信頼性の発光素子を得ることができる。
また、本発明のアントラセン誘導体を用いることにより、高信頼性の発光装置および電子機器を得ることができる。
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の斜視図を示す。図5において、基板951上には、電極952と電極956との間には発光物質を含む層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、高信頼性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に示したアントラセン誘導体を含み、高信頼性の表示部を有する。
本発明のアントラセン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、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又は実施の形態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、信頼性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、このテレビ装置は画質の劣化が少なく、高信頼性化が図られている。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、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、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、信頼性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画質の劣化が少なく、高信頼性化が図られている。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、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、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、信頼性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、この携帯電話は画質の劣化が少なく、高信頼性化が図られている。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、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)は本発明の係るカメラであり、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、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、信頼性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、このカメラは画質の劣化が少なく、高信頼性化が図られている。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、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(E)は本発明の係る表示機能を有する可撓性の電子機器であり、本体9660、画像を表示する表示部9661、ドライバIC9662、受信装置9663、フィルムバッテリー9664などを含んでいる。ドライバICや受信装置などは半導体部品を用い実装しても良い。図6(E)の電子機器は本体9660を構成する材料をプラスチックやフィルムなど可撓性を有する材料で形成する。この電子機器において、表示部9661は、実施の形態2、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、信頼性が高いという特徴を有している。従ってその発光素子で構成される表示部9661も同様の特徴を有するため、この表示機能を有する可撓性の電子機器は画質の劣化が少なく、高信頼性化が図られている。このような特徴により、表示機能を有する可撓性の電子機器において、劣化補償機能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9660の小型軽量化を図ることが可能である。
また、本発明に係る表示機能を有する可撓性の電子機器は、高画質及び小型軽量化が図られていることから筒状に丸めることも可能であり、持ち運びに非常に有利な電子機器である。本発明の電子機器により大画面の表示媒体を自由に持ち運びすることができる。
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。本発明のアントラセン誘導体を用いることにより、高信頼性の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、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。本発明の発光素子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、高信頼性の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あるため、表示装置の薄型化も可能となる。
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(A)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、本発明を適用した発光装置が用いられている。図8(B)に示す電気スタンドは、筐体2011と、光源2012を有し、光源2012として、本発明を適用した発光装置が用いられている。本発明を適用した発光装置は、信頼性が高いため、電気スタンドも高信頼性である。
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、薄型であるため、薄型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。
本実施例では、構造式(101)で表される本発明のアントラセン誘導体であるN−[4’−(10−フェニル−9−アントリル)ビフェニル−4−イル]−N,N’,N’−トリフェニル−ベンジジン(略称:DPBAPBA)の合成方法を具体的に説明する。
[ステップ1]9−フェニルアントラセンの合成
9−フェニルアントラセンの合成スキームを(a−1)に示す。
200mL3口フラスコに、9−ブロモアントラセン6.4g(25mmol)、フェニルボロン酸3.0g(25mmol)、トリ(オルト−トリル)ホスフィン0.76g(2.5mmol)、1,2−ジメトキシエタン(DME)60mL、2.0M炭酸カリウム水溶液25mLを加えた。この混合物を減圧下で攪拌することで脱気し、フラスコ内を窒素置換した。この混合物に、酢酸パラジウム(II)0.11g(0.50mmol)を加え、窒素気流下、80℃で3時間攪拌した。所定時間経過後、この混合物に水を加え、水層をトルエンで抽出した。得られた抽出溶液と有機層とを合わせ、飽和食塩水で洗浄し、有機層を硫酸マグネシウムで乾燥した。得られた混合物を、セライト(和光純薬工業株式会社、カタログ番号:531−16855)、フロリジール(和光純薬工業株式会社、カタログ番号:540−00135)、アルミナを通して吸引濾過し、濾液を濃縮して固体を得た。得られた固体をトルエン/メタノールで再結晶したところ、目的物の白色粉末を収量5.8g、収率92%で得た。
[ステップ2]9−ヨード−10−フェニルアントラセンの合成
9−ヨード−10−フェニルアントラセンの合成スキームを(a−2)に示す。
4.5g(18mmol)の9−フェニルアントラセンを500mLエーレンマイヤーフラスコへ入れた。フラスコへ200mLの酢酸を加えて、70℃に加熱して9−フェニルアントラセンを溶かした。この溶液へ、5.2g(13mmol)の1,3−ジヨード−5,5−ジメチルイミダゾリジン−2,4−ジオン(DIH)を加えた。この溶液を70℃、空気下で3時間攪拌した。攪拌後、この溶液へ約100mLの水と約200mLのクロロホルムを加えた。この混合物を、水で2回洗浄し、水層をクロロホルムで抽出した。抽出溶液と有機層を合わせて、飽和食塩水で洗浄した後、有機層を硫酸マグネシウムで乾燥した。この混合物を自然ろ過し、得られたろ液を濃縮したところ、褐色固体を得た。この固体をヘキサンで洗浄したところ、目的物の黄色固体を5.8g、収率86%で得た。
[ステップ3]9−(4’−ブロモビフェニル−4−イル)−10−フェニルアントラセンの合成
9−(4’−ブロモビフェニル−4−イル)−10−フェニルアントラセンの合成スキームを(a−3)に示す。
2.8g(7.2mmol)の9−ヨード−10−フェニルアントラセンと、1.5g(7.2mmol)の4’−ブロモビフェニル−4−ボロン酸を100mL三口フラスコへ入れフラスコ内を窒素置換した。この混合物へ40mLのトルエンと、10mLの炭酸ナトリウム水溶液(2.0mol/L)を加えた。この混合物を減圧しながら攪拌することで脱気した後、120mg(0.10mmol)のテトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(0)を加えた。この混合物を90℃で4時間撹拌した。攪拌後、この混合物へ約50mLのトルエンを加えてから、アルミナ、セライト(和光純薬工業株式会社、カタログ番号:531−16855)、フロリジール(和光純薬工業株式会社、カタログ番号:540−00135)を通して吸引ろ過した。得られた、ろ液を濃縮して得た固体を、高速液体クロマトグラフィー(移動層:クロロホルム)により精製し、淡黄色固体を得た。得られた固体をクロロホルム/ヘキサンにより再結晶したところ、目的物の淡黄色粉末状固体を1.4g、収率40%で得た。
[ステップ4]トリフェニルアミン−4−ボロン酸の合成
トリフェニルアミン−4−ボロン酸の合成スキームを(a−5)に示す。
500mL三口フラスコへ10g(31mmol)の4−ブロモトリフェニルアミンを入れ、フラスコ内を窒素置換した。ここへ、150mLのテトラヒドロフラン(THF)を加えてから、この溶液を−80℃に冷却した。この溶液へ20mL(32mmol)のnーブチルリチウム(1.58mol/Lヘキサン溶液)をシリンジにより滴下した。滴下終了後、溶液を同温度で1時間攪拌した。この溶液へ3.8mL(34mmol)のホウ酸トリメチルを加えたのち、溶液の温度を室温に戻しながら約15時間攪拌した。撹拌後、この溶液に約150mLの希塩酸(1.0mol/L)を加えて、1時間攪拌した。攪拌後、この混合物の水層を酢酸エチルで抽出し、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で洗浄した。有機層を硫酸マグネシウムにより乾燥し、この混合物をろ過し、ろ液を濃縮したところ、淡褐色の油状物を得た。この油状物に約20mLのクロロホルムを加えてから、更に約50mLのヘキサンを加えて1時間放置したところ、白色固体が析出した。この固体を吸引ろ過により回収したところ、白色固体を5.2g、収率58%で得た。
[ステップ5]N,N’,N’−トリフェニルベンジジンの合成
N,N’,N’−トリフェニルベンジジンの合成スキームを(a−6)に示す。
4.3g(17mmol)の4−ブロモジフェニルアミンと、5g(17mmol)のトリフェニルアミン−4−ボロン酸と、532mg(1.8mmol)のトリ(o−トリル)ホスフィンを500mL三口フラスコへ入れ、フラスコ内を窒素置換した。この混合物へ60mLのトルエンと、40mLのエタノールと、14mLの炭酸カリウム水溶液(0.2mol/L)を加えた。この混合物を、減圧脱気し、脱気後、75mg(0.35mmol)の酢酸パラジウム(II)を加えた。この混合物を、100℃で10.5時間還流した。還流後、この混合物の水層をトルエンで抽出した。抽出溶液と有機層とを合わせて飽和食塩水で洗浄し、硫酸マグネシウムを加えて乾燥し、この混合物をろ過し、ろ液を濃縮したところ、淡褐色の油状物を得た。この油状物を約50mLのトルエンに溶かしてから、セライト(和光純薬工業株式会社、カタログ番号:531−16855)、アルミナ、フロリジール(和光純薬工業株式会社、カタログ番号:540−00135)を通して吸引ろ過した。ろ液を濃縮して得た固体を、シリカゲルカラムクロマトグラフィー(展開溶媒はヘキサン:トルエン=4:6)により精製し、得られた白色固体をクロロホルム/ヘキサンにより再結晶したところ、白色固体を3.5g、収率49%で得た。
[ステップ6]N−[4’−(10−フェニル−9−アントリル)ビフェニル−4−イル]−N,N’,N’−トリフェニル−ベンジジン(略称:DPBAPBA)の合成
DPBAPBAの合成スキームを(a−7)に示す。
1.1g(2.2mmol)の9−(4’−ブロモビフェニル−4−イル)−10−フェニルアントラセンと、0.93g(2.2mmol)のN,N’,N’−トリフェニルベンジジン(DPBA)と、1.0g(10mmol)のナトリウム tert−ブトキシドを50mLの三口フラスコへ入れ、フラスコ内を窒素置換した。この混合物へ、15mLのトルエンと、0.10mLのトリ(tert−ブチル)ホスフィン(10wt%ヘキサン溶液)を加えた。この混合物を、減圧下で攪拌しながら脱気し、脱気後、58mg(0.10mmol)のビス(ジベンジリデンアセトン)パラジウム(0)を加えた。この混合物を、90℃で3時間攪拌した。攪拌後、この混合物へ約20mLのトルエンを加えた。この混合物を吸引ろ過して固体を除去し、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)、アルミナ、フロリジール(和光純薬工業株式会社、カタログ番号:540−00135)を通して吸引ろ過した。得られたろ液を濃縮して得た固体を、トルエン/ヘキサンにより再結晶したところ、目的物の淡黄色固体を0.92g、収率50%で得た。
得られた0.92gの淡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。昇華精製条件は、減圧下、アルゴンガスを流量3.0mL/minでながしながら、340℃で淡黄色固体を加熱した。昇華精製後、淡黄色固体を0.50g、回収率54%で得た。
核磁気共鳴測定(NMR)によって、この化合物が、N−[4’−(10−フェニル−9−アントリル)ビフェニル−4−イル]−N,N’,N’−トリフェニル−ベンジジン(略称:DPBAPBA)であることを確認した。
得られた化合物のH NMRデータを以下に示す。H NMR(CDCl,300MHz):δ=7.15(d、J=8.7Hz、5H),7.32−7.38(m,8H),7.48−7.65(m、15H)、7.67−7.72(m、8H)、7.77−7.80(m、4H)、7.82(d,J=8.4Hz、4H)。
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〜8.0ppmの範囲を拡大して表したチャートである。
また、DPBAPBAのトルエン溶液の吸収スペクトルを図11に示す。また、DPBAPBAの薄膜の吸収スペクトルを図12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、溶液のスペクトルは石英セルにトルエンのみを入れて測定した吸収スペクトルを、薄膜のスペクトルは石英基板の吸収スペクトルを差し引いた吸収スペクトルを図11および図12に示した。図11および図12において横軸は波長(nm)、縦軸は吸収強度(任意単位)を表す。トルエン溶液の場合では、356,373、393nm付近に吸収が見られ、薄膜の場合では344、363、377、409nm付近に吸収が見られた。また、DPBAPBAのトルエン溶液(励起波長370nm)の発光スペクトルを図13に示す。また、DPBAPBAの薄膜(励起波長400nm)の発光スペクトルを図14に示す。図13および図14において横軸は波長(nm)、縦軸は発光強度(任意単位)を表す。最大発光波長はトルエン溶液の場合では438nm(励起波長370nm)、薄膜の場合で459nm(励起波長400nm)であった。
また、薄膜状態のDPBAPBAを大気中にて光電子分光法(理研計器社製、AC−2)で測定した結果、HOMO準位は−5.44eVであった。さらに、図12のDPBAPBA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2.91eVであった。HOMO準位の値と、エネルギーギャップから、LUMO準位を見積もったところ−2.53eVであった。
本実施例では、構造式(201)で表される本発明のアントラセン誘導体であるN−[4−(10−フェニル−9−アントリル)フェニル]−N,N’,N’−トリフェニルベンジジン
(略称:DPBAPA)の合成方法を具体的に説明する。
[ステップ1]9−(4−ブロモフェニル)−10−フェニルアントラセンの合成
9−(4−ブロモフェニル)−10−フェニルアントラセンの合成スキームを(a−4)に示す。
1.0g(2.63mmol)の9−ヨード−10−フェニルアントラセンと、542mg(2.70mmol)のp−ブロモフェニルボロン酸を、50mL三口フラスコへ入れた。フラスコ内を窒素置換してから、フラスコへ10mLのトルエンと、3mLの炭酸カリウム水溶液(2.0M)を入れた。この混合物を減圧脱気してから、46mg(0.03mmol)のテトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(0)を加えた。この混合物を窒素気流下、80℃で9時間撹拌した。攪拌後、この混合物へ約20mLのトルエンを加えてから、フロリジール(和光純薬工業株式会社、カタログ番号:540−00135)、セライト(和光純薬工業株式会社、カタログ番号:531−16855)、アルミナを通して吸引ろ過をした。得られたろ液を水、飽和食塩水で洗浄後、硫酸マグネシウムで乾燥した。この混合物を自然ろ過し、ろ液を濃縮したところ固体を得た。この固体をクロロホルム/ヘキサンにより再結晶したところ、目的物の淡褐色固体を0.56g、収率45%で得た。
[ステップ2]N−[4−(10−フェニル−9−アントリル)フェニル]−N,N’,N’−トリフェニルベンジジン(略称:DPBAPA)の合成
DPBAPAの合成スキームを(a−8)に示す。
1.0g(2.4mmol)の9−(4−ブロモフェニル)−10−フェニルアントラセンと、1.0g(2.4mmol)のN,N’,N’−トリフェニルベンジジン(DPBA)と、1.0g(10mmol)のナトリウム tert−ブトキシドを50mLの三口フラスコへ入れ、フラスコ内を窒素置換した。この混合物へ、15mLのトルエンと、0.10mLのトリ(tert−ブチル)ホスフィン(10wt%ヘキサン溶液)を加えた。この混合物を、減圧下で攪拌しながら脱気し、脱気後、58mg(0.10mmol)のビス(ジベンジリデンアセトン)パラジウム(0)を加えた。この混合物を、90℃で7.5時間攪拌した。攪拌後、この混合物へ約20mLのトルエンを加えてから、セライト(和光純薬工業株式会社、カタログ番号:531−16855)、アルミナ、フロリジール(和光純薬工業株式会社、カタログ番号:540−00135)を通して吸引ろ過した。得られたろ液を濃縮して得た固体を、シリカゲルカラムクロマトグラフィー(展開溶媒 トルエン:ヘキサン=4:6)により精製したところ、黄色固体を得た。この黄色固体を、トルエン/ヘキサンにより再結晶したところ、目的物の淡黄色粉末状固体を1.6g、収率86%で得た。
得られた1.0g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。昇華精製条件は、圧力4.7Pa、アルゴンガスを流量10mL/minで流しながら、300℃で淡黄色固体を加熱した。昇華精製後、黄色プリズム結晶を0.98g、回収率95%で得た。
核磁気共鳴測定(NMR)によって、この化合物が、N−[4−(10−フェニル−9−アントリル)フェニル]−N,N’,N’−トリフェニルベンジジン(略称:DPBAPA)であることを確認した。得られた化合物のH NMRデータを以下に示す。H NMR(DMSO−d,300MHz):δ=7.03−7.16(m、9H)、7.24−7.47(m、20H)、7.58−7.67(m、9H)、7.76(d、J=7.8Hz、2H)。また、H NMRチャートを図15(A)、図15(B)に示す。なお、図15(B)は、図15(A)における6.75ppm〜8.0ppmの範囲を拡大して表したチャートである。
また、DPBAPAのトルエン溶液の吸収スペクトルを図16に示す。また、DPBAPAの薄膜の吸収スペクトルを図17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、溶液のスペクトルは石英セルにトルエンのみを入れて測定した吸収スペクトルを、薄膜のスペクトルは石英基板の吸収スペクトルを差し引いた吸収スペクトルを図16および図17に示した。図16および図17において横軸は波長(nm)、縦軸は吸収強度(任意単位)を表す。トルエン溶液の場合では、307、353、392nm付近に吸収が見られ、薄膜の場合では、318、358、378、402nm付近に吸収が見られた。また、DPBAPAのトルエン溶液(励起波長370nm)の発光スペクトルを図18に示す。また、DPBAPAの薄膜(励起波長398nm)の発光スペクトルを図19に示す。図18および図19において横軸は波長(nm)、縦軸は発光強度(任意単位)を表す。最大発光波長はトルエン溶液の場合では458nm(励起波長370nm)、薄膜の場合で468nm(励起波長398nm)であった。
また、薄膜状態のDPBAPAを大気中にて光電子分光法(理研計器社製、AC−2)で測定した結果、HOMO準位は−5.44eVであった。さらに、図17のDPBAPA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2.85eVであった。HOMO準位の値と、エネルギーギャップから、LUMO準位を見積もったところ−2.59eVであった。
また、DPBAPAの酸化還元反応特性を測定した。酸化還元反応特性は、サイクリックボルタンメトリ(CV)測定によって調べた。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)を用いた。
CV測定における溶液は、溶媒として脱水ジメチルホルムアミド(DMF)((株)アルドリッチ製、99.8%、カタログ番号;22705−6)を用い、支持電解質である過塩素酸テトラ−n−ブチルアンモニウム(n−BuNClO)((株)東京化成製、カタログ番号;T0836)を100mmol/Lの濃度となるように溶解させ、さらに測定対象を1mmol/Lの濃度となるように溶解させて調製した。また、作用電極としては白金電極(ビー・エー・エス(株)製、PTE白金電極)を、補助電極としては白金電極(ビー・エー・エス(株)製、VC−3用Ptカウンター電極(5cm))を、参照電極としてはAg/Ag電極(ビー・エー・エス(株)製、RE5非水溶媒系参照電極)をそれぞれ用いた。なお、測定は室温で行った。
DPBAPAの酸化反応特性については次のようにして調べた。基準電極に対する作用電極の電位を0.27Vから0.70Vまで変化させた後、0.70Vから0.27Vまで変化させる走査を1サイクルとし、100サイクル測定した。なお、CV測定のスキャン速度は0.1V/sに設定した。
DPBAPAの還元反応特性については次のようにして調べた。基準電極に対する作用電極の電位を−1.23Vから−2.49Vまで変化させた後、−2.49Vから−1.23Vまで変化させる走査を1サイクルとし、100サイクル測定した。なお、CV測定のスキャン速度は0.1V/sに設定した。
図20にDPBAPAの酸化側のCV測定結果を、図21に還元側のCV測定結果を示す。図20及び図21において、横軸は基準電極に対する作用電極の電位(V)を表し、縦軸は作用電極と補助電極との間に流れた電流値(μA)を表す。図20から、+0.43V付近(vs.Ag/Ag電極)に酸化を示す電流が観測された。図21から、−2.24V付近(vs.Ag/Ag電極)に還元を示す電流が観測された。
100サイクルもの走査を繰り返しているにもかかわらず、酸化反応及び還元反応において、CV曲線のピーク位置やピーク強度にほとんど変化が見られない。このことから、本発明のアントラセン誘導体は酸化還元反応の繰り返しに対して極めて安定であることが分かった。
本実施例では、構造式(301)で表される本発明のアントラセン誘導体であるN−[4−(10−フェニル−9−アントリル)フェニル−N,N’,N’−トリフェニル−1,4−フェニレンジアミン(略称:DPAPA)の合成方法を具体的に説明する。
DPAPAの合成スキームを(a−9)に示す。
1.0g(2.4mmol)の9−(4−ブロモフェニル)−10−フェニルアントラセンと、824mg(2.4mmol)のN、N’、N’−トリフェニル−1,4−フェニレンジアミン(DPA)と、1.1g(10mmol)のナトリウム tert−ブトキシドを100mL三口フラスコへ入れ、フラスコ内を窒素置換した。この混合物へ、25mLのトルエンと、0.1mLのトリ(tert−ブチル)ホスフィン(10wt%ヘキサン溶液)を加えた。この混合物を、減圧下で攪拌しながら脱気し、脱気後、14mg(0.024mmol)のビス(ジベンジリデンアセトン)パラジウム(0)を加えた。この混合物を、80℃で5時間攪拌した。攪拌後、この混合物をフロリジール(和光純薬工業株式会社、カタログ番号:540−00135)、セライト(和光純薬工業株式会社、カタログ番号:531−16855)、アルミナを通して吸引濾過し、得られたろ液を濃縮して油状物を得た。得られた油状物をクロロホルム/ヘキサンにより再結晶したところ、目的物の黄色粉末状固体を1.3g、収率80%で得た。
核磁気共鳴測定(NMR)によって、この化合物が、N−[4−(10−フェニル−9−アントリル)フェニル−N,N’,N’−トリフェニル−1,4−フェニレンジアミン(DPAPA)であることを確認した。
得られた化合物のH NMRデータを以下に示す。H NMR(DMSO−d,300MHz):δ=7.05−7.13(m、8H)、7.18−7.26(m、7H)、7.29−7.47(m、14H)、7.56−7.69(m、5H)、7.73−7.76(m、2H)。また、H NMRチャートを図29(A)、図29(B)に示す。なお、図29(B)は、図29(A)における6.75ppm〜8.0ppmの範囲を拡大して表したチャートである。
また、DPAPAのトルエン溶液の吸収スペクトルを図30に示す。また、DPAPAの薄膜の吸収スペクトルを図31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、溶液のスペクトルは石英セルにトルエンのみを入れて測定した吸収スペクトルを、薄膜のスペクトルは石英基板の吸収スペクトルを差し引いた吸収スペクトルを図30および図31に示した。図30および図31において横軸は波長(nm)、縦軸は吸収強度(任意単位)を表す。トルエン溶液の場合では、314、373、395nm付近に吸収が見られ、薄膜の場合では314、376、402nm付近に吸収が見られた。また、DPAPAのトルエン溶液(励起波長370nm)の発光スペクトルを図32に示す。また、DPAPAの薄膜(励起波長402nm)の発光スペクトルを図33に示す。図32および図33において横軸は波長(nm)、縦軸は発光強度(任意単位)を表す。最大発光波長はトルエン溶液の場合で496nm(励起波長370nm)、薄膜の場合で502nm(励起波長402nm)であった。
また、薄膜状態のDPAPAを大気中にて光電子分光法(理研計器社製、AC−2)で測定した結果、HOMO準位は−5.31eVであった。さらに、図31のDPAPA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2.83eVであった。HOMO準位の値と、エネルギーギャップから、LUMO準位を見積もったところ−2.48eVであった。
また、DPAPAの酸化還元反応特性を測定した。酸化還元反応特性は、サイクリックボルタンメトリ(CV)測定によって調べた。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)を用いた。
CV測定における溶液は、溶媒として脱水ジメチルホルムアミド(DMF)((株)アルドリッチ製、99.8%、カタログ番号;22705−6)を用い、支持電解質である過塩素酸テトラ−n−ブチルアンモニウム(n−BuNClO)((株)東京化成製、カタログ番号;T0836)を100mmol/Lの濃度となるように溶解させ、さらに測定対象を1mmol/Lの濃度となるように溶解させて調製した。また、作用電極としては白金電極(ビー・エー・エス(株)製、PTE白金電極)を、補助電極としては白金電極(ビー・エー・エス(株)製、VC−3用Ptカウンター電極(5cm))を、参照電極としてはAg/Ag電極(ビー・エー・エス(株)製、RE5非水溶媒系参照電極)をそれぞれ用いた。なお、測定は室温で行った。
DPAPAの酸化反応特性については次のようにして調べた。基準電極に対する作用電極の電位を−0.46Vから0.50Vまで変化させた後、0.50Vから−0.46Vまで変化させる走査を1サイクルとし、100サイクル測定した。なお、CV測定のスキャン速度は0.1V/sに設定した。
DPAPAの還元反応特性については次のようにして調べた。基準電極に対する作用電極の電位を−0.43Vから−2.50Vまで変化させた後、−2.50Vから−0.43Vまで変化させる走査を1サイクルとし、100サイクル測定した。なお、CV測定のスキャン速度は0.1V/sに設定した。
図34にDPAPAの酸化側のCV測定結果を、図35に還元側のCV測定結果を示す。図34及び図35において、横軸は基準電極に対する作用電極の電位(V)を表し、縦軸は作用電極と補助電極との間に流れた電流値(μA)を表す。図34から、+0.25V付近(vs.Ag/Ag電極)に酸化を示す電流が観測された。図35から、−2.30V付近(vs.Ag/Ag電極)に還元を示す電流が観測された。
100サイクルもの走査を繰り返しているにもかかわらず、酸化反応及び還元反応において、CV曲線のピーク位置やピーク強度にほとんど変化が見られない。このことから、本発明のアントラセン誘導体は酸化還元反応の繰り返しに対して極めて安定であることが分かった。
本実施例では、構造式(401)で表される本発明のアントラセン誘導体であるN−[4’−(10−フェニル−9−アントリル)ビフェニル−4−イル]−N,N’,N’−トリフェニル−1,4−フェニレンジアミン(略称:DPAPBA)の合成方法を具体的に説明する。
DPAPBAの合成スキームを(a−10)に示す。
0.49g(1.0mmol)の9−(4’−ブロモビフェニル−4−イル)−10−フェニルアントラセンと、0.32g(3.1mmol)のナトリウム tert−ブトキシドを50mLの三口フラスコへ入れ、フラスコ内を窒素置換した。この混合物へ、15mLのトルエンと、0.10mLのトリ(tert−ブチル)ホスフィン(10wt%ヘキサン溶液)を加えた。この混合物を、減圧下で攪拌しながら脱気し、脱気後、80℃で攪拌し、この混合物へ、0.34g(1.0mmol)のN,N’,N’−トリフェニル−1,4−フェニレンジアミンン(DPA)と、58mg(0.10mmol)のビス(ジベンジリデンアセトン)パラジウム(0)を加えた。この混合物を、80℃で2.5時間攪拌した。攪拌後、この混合物を約100mLのトルエンが入った500mLビーカーへ加え、この懸濁液を加熱攪拌して、析出物を溶かした。攪拌後、得られた溶液をフロリジール(和光純薬工業株式会社、カタログ番号:540−00135)、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た。得られたろ液を濃縮したところ、黄色固体を得た。この固体をトルエンにより再結晶したところ、目的物の黄色固体を0.52g、収率70%で得た。
得られた黄色固体0.51gをトレインサブリメーション法により昇華精製した。昇華精製条件は、減圧下で、アルゴンガスを流量3mL/minで流しながら、330℃で黄色固体を加熱した。昇華精製後、黄色粉末状固体を0.48g、回収率94%で得た。
核磁気共鳴測定(NMR)によって、この化合物が、N−[4’−(10−フェニル−9−アントリル)ビフェニル−4−イル]−N,N’,N’−トリフェニル−1,4−フェニレンジアミン(略称:DPAPBA)であることを確認した。
得られた化合物のH NMRデータを以下に示す。H NMR(DMSO−d,300MHz):δ=7.00−7.09(m、11H)、7.14−7.16(m、4H)、7.27−7.40(m、10H)、7.45(d、J=7.8Hz、2H)、7.51(d、J=7.8Hz、2H)、7.60−7.69(m、7H)、7.76(d、J=7.8Hz、2H)、7.90(d、J=7.2Hz、2H)。また、H NMRチャートを図22(A)、図22(B)に示す。なお、図22(B)は、図22(A)における6.75ppm〜8.0ppmの範囲を拡大して表したチャートである。
また、DPAPBAのトルエン溶液の吸収スペクトルを図23に示す。また、DPAPBAの薄膜の吸収スペクトルを図24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、溶液のスペクトルは石英セルにトルエンのみを入れて測定した吸収スペクトルを、薄膜のスペクトルは石英基板の吸収スペクトルを差し引いた吸収スペクトルを図23および図24に示した。図23および図24において横軸は波長(nm)、縦軸は吸収強度(任意単位)を表す。トルエン溶液の場合では、327、353、373、396nm付近に吸収が見られ、薄膜の場合では339、359、380、401nm付近に吸収が見られた。また、DPAPBAのトルエン溶液(励起波長370nm)の発光スペクトルを図25に示す。また、DPAPBAの薄膜(励起波長399nm)の発光スペクトルを図26に示す。図25および図26において横軸は波長(nm)、縦軸は発光強度(任意単位)を表す。最大発光波長はトルエン溶液の場合では458nm(励起波長370nm)、薄膜の場合で526nm(励起波長399nm)であった。
また、薄膜状態のDPAPBAを大気中にて光電子分光法(理研計器社製、AC−2)で測定した結果、HOMO準位は−5.31eVであった。さらに、図24のDPAPBA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2.90eVであった。HOMO準位の値と、エネルギーギャップから、LUMO準位を見積もったところ−2.41eVであった。
また、DPAPBAの酸化還元反応特性を測定した。酸化還元反応特性は、サイクリックボルタンメトリ(CV)測定によって調べた。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)を用いた。
CV測定における溶液は、溶媒として脱水ジメチルホルムアミド(DMF)((株)アルドリッチ製、99.8%、カタログ番号;22705−6)を用い、支持電解質である過塩素酸テトラ−n−ブチルアンモニウム(n−BuNClO)((株)東京化成製、カタログ番号;T0836)を100mmol/Lの濃度となるように溶解させ、さらに測定対象を1mmol/Lの濃度となるように溶解させて調製した。また、作用電極としては白金電極(ビー・エー・エス(株)製、PTE白金電極)を、補助電極としては白金電極(ビー・エー・エス(株)製、VC−3用Ptカウンター電極(5cm))を、参照電極としてはAg/Ag電極(ビー・エー・エス(株)製、RE5非水溶媒系参照電極)をそれぞれ用いた。なお、測定は室温で行った。
DPAPBAの酸化反応特性については次のようにして調べた。基準電極に対する作用電極の電位を0.10Vから0.80Vまで変化させた後、0.80Vから0.10Vまで変化させる走査を1サイクルとし、100サイクル測定した。なお、CV測定のスキャン速度は0.1V/sに設定した。
DPAPBAの還元反応特性については次のようにして調べた。基準電極に対する作用電極の電位を−1.04Vから−2.50Vまで変化させた後、−2.50Vから−1.04Vまで変化させる走査を1サイクルとし、100サイクル測定した。なお、CV測定のスキャン速度は0.1V/sに設定した。
図27にDPAPBAの酸化側のCV測定結果を、図28に還元側のCV測定結果を示す。図27及び図28において、横軸は基準電極に対する作用電極の電位(V)を表し、縦軸は作用電極と補助電極との間に流れた電流値(μA)を表す。図27から、+0.24V付近(vs.Ag/Ag電極)に酸化を示す電流が観測された。図28から、−2.25V付近(vs.Ag/Ag電極)に還元を示す電流が観測された。
100サイクルもの走査を繰り返しているにもかかわらず、酸化反応及び還元反応において、CV曲線のピーク位置やピーク強度にほとんど変化が見られない。このことから、本発明のアントラセン誘導体は酸化還元反応の繰り返しに対して極めて安定であることが分かった。
本実施例では、本発明の発光素子において、単層構造の発光層を有する発光素子について示す。
本実施例の発光素子の構造を図46(A)に示す。本実施例の発光素子は、基板2101上に、第1の電極2102、第1の層2103、第2の層2104、第3の層2105、第4の層2106、第5の層2107、第2の電極2108が積層された構造を有する。本実施例では、本発明のアントラセン誘導体を用いて単層の発光層である第3の層2105を形成する。
本実施例で作製した発光素子A乃至Cの素子構成を表1に示す。表1では、混合比は全て重量比で表している。
以下に、本実施例の発光素子A乃至Cの作製方法を示す。
発光素子A乃至Cにおいて、まず、ガラス基板を用いた基板2101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2102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2102が形成された面が下方となるように、第1の電極2102が形成された基板2101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2102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、第1の層2103として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、NPBを10nm蒸着することにより、第2の層2104をホール輸送層として形成した。
発光素子Aにおいては、第2の層2104上に、CzPAと実施例1にて合成したDPBAPBAとを、CzPA:DPBAPBA=1:0.1(重量比)となるように共蒸着することにより、第3の層2105を発光層として形成した。膜厚は30nmとした。
発光素子Bにおいては、第2の層2104上に、CzPAと実施例2にて合成したDPBAPAとを、CzPA:DPBAPA=1:0.1(重量比)となるように共蒸着することにより、第3の層2105を発光層として形成した。膜厚は30nmとした。
発光素子Cにおいては、第2の層2104上に、CzPAと実施例3にて合成したDPAPAとを、CzPA:DPAPA=1:0.05(重量比)となるように共蒸着することにより、第3の層2105を発光層として形成した。膜厚は30nmとした。
発光素子A及び発光素子Bにおいては、第3の層2105上に、Alq膜を膜厚10nm、次いでBphen膜を20nm蒸着して積層することにより、第4の層2106を電子輸送層として形成した。
発光素子Cにおいては第3の層2105上に、Alq膜を膜厚30nm蒸着しすることにより、第4の層2106を電子輸送層として形成した。
発光素子A乃至Cにおいて、さらに第4の層2106上に、フッ化リチウム(LiF)を膜厚1nmで蒸着することにより第5の層2107を電子注入層として形成した。最後に、陰極として機能する第2の電極2108としてアルミニウムを200nm成膜し、本実施例の発光素子A乃至Cを得た。なお、上述した蒸着過程において、蒸着は全て抵抗加熱法を用いた。また、NPB、CzPA、Alq、及びBphen構造式を下記に示す。
以上により得られた発光素子A乃至Cを、窒素雰囲気のグローブボックス内において、発光素子A乃至C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A乃至C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A乃至Cの輝度−電流効率特性を図36に、電流密度−輝度特性を図38に、電圧−輝度特性を図39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37に示す。
図37から、発光素子Aからは、450nmにピークを有するDPBAPBAからの良好な青色発光が得られたことがわかった。発光素子Aは、輝度860cd/mのとき、CIE色度座標は(x=0.17、y=0.19)であり、良好な青色発光を示した。また、輝度860cd/mのときの電流効率は3.3cd/Aであり、外部量子効率は2.2%、電圧は4.4V、電流密度は26.3mA/cmであり、パワー効率は2.3lm/Wであった。
図37から、発光素子Bからは、464nmにピークを有するDPBAPAからの良好な青色発光が得られたことがわかった。発光素子Bは、輝度990cd/mのとき、CIE色度座標は(x=0.16、y=0.21)であり、青色発光を示した。また、輝度990cd/mのときの電流効率は5.9cd/Aであり、外部量子効率は3.8%、電圧は4.0V、電流密度は16.8mA/cmであり、パワー効率は4.6lm/Wであった。
図37から、発光素子Cからは、472nmにピークを有するDPAPAからの良好な青色発光が得られたことがわかった。発光素子Cは、輝度850cd/mのとき、CIE色度座標は(x=0.19、y=0.38)であり、青緑色発光を示した。また、輝度850cd/mのときの電流効率は4.5cd/Aであり、外部量子効率は2.0%、電圧は4.2V、電流密度は18.8mA/cmであり、パワー効率は3.4lm/Wであった。
また、作製した発光素子A乃至Cの信頼性試験を行った。信頼性試験とは以下のようにして行った。初期状態において、1000cd/mの輝度で発光させたときに発光素子A乃至Cに流れている電流と同じ値の電流を流し続け、或る時間が経過する毎に輝度を測定した。発光素子A乃至Cの信頼性試験によって得られた結果を図40に示す。図40は輝度の経時変化を示している。なお、図40において横軸は通電時間(hour)、縦軸はそれぞれの時間における初期輝度に対する輝度の割合、すなわち規格化輝度(%)を表す。
以上のように、本実施例により高効率及び高信頼性の発光素子A乃至Cが得られた。
本実施例により、本発明の発光素子が、発光素子として特性が得られ、十分機能することが確認できた。また信頼性試験の結果から、発光素子を連続点灯させた場合であっても、膜の欠陥等に由来する短絡が生じることがなく、信頼性の高い発光素子が得られたことがわかった。
本実施例では、本発明の発光素子において、積層構造の発光層を有する発光素子について示す。
本実施例の発光素子の構造を図46(B)に示す。本実施例の発光素子は、基板2201上に、第1の電極2202、第1の層2203、第2の層2204、第3の層2205(2205a、2205b)、第4の層2206、第5の層2207、第2の電極2208が積層された構造を有する。本実施例では、本発明のアントラセン誘導体を用いて積層の発光層である第3の層2205(2205a、2205b)を形成する。
本実施例で作製した発光素子D及び発光素子Eの素子構成を表2に示す。表2では、混合比は全て重量比で表している。
以下に、本実施例の発光素子D及び発光素子Eの作製方法を示す。
発光素子D及び発光素子Eにおいて、まず、ガラス基板を用いた基板2201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2202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2202が形成された面が下方となるように、第1の電極2202が形成された基板2201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2202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、第1の層2203として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、NPBを10nm蒸着することにより、第2の層2204をホール輸送層として形成した。
発光素子Dにおいては、まず第2の層2204上に、実施例1にて合成したDPBAPBAを蒸着して、DPBAPBA膜を膜厚30nm形成した。次にDPBAPBA膜上にCzPAとDPBAPBAとを、CzPA:DPBAPBA=1:0.1(重量比)となるように共蒸着して、CzPAとDPBAPBAの共蒸着膜を膜厚30nm積層することにより、第3の層2205を発光層として形成した。
発光素子Eにおいては、まず第2の層2204上に、実施例1にて合成したDPBAPAを蒸着して、DPBAPA膜を膜厚30nm形成した。次にDPBAPA膜上にCzPAとDPBAPAとを、CzPA:DPBAPA=1:0.1(重量比)となるように共蒸着して、CzPAとDPBAPAの共蒸着膜を膜厚30nm積層することにより、第3の層2205を発光層として形成した。
発光素子D及び発光素子Eにおいて、第3の層2205上に、Alq膜を膜厚10nm、次いでBphen膜を20nm蒸着して積層することにより、第4の層2206を電子輸送層として形成した。
さらに第4の層2206上に、フッ化リチウム(LiF)を膜厚1nmで蒸着することにより第5の層2207を電子注入層として形成した。最後に、陰極として機能する第2の電極2208としてアルミニウムを200nm成膜し、本実施例の発光素子D及び発光素子Eを得た。なお、上述した蒸着過程において、蒸着は全て抵抗加熱法を用いた。
以上により得られた発光素子D及び発光素子Eを、窒素雰囲気のグローブボックス内において、発光素子D及び発光素子E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D及び発光素子E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D及び発光素子Eの輝度−電流効率特性を図41に、電流密度−輝度特性を図43に、電圧−輝度特性を図44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。
図42から、発光素子Dからは、458nmにピークを有するDPBAPBAからの良好な青色発光が得られたことがわかった。発光素子Dは、輝度970cd/mのとき、CIE色度座標は(x=0.17、y=0.19)であり、良好な青色発光を示した。また、輝度970cd/mのときの電流効率は3.8cd/Aであり、外部量子効率は2.6%、電圧は4.6V、電流密度は25.6mA/cmであり、パワー効率は2.6lm/Wであった。
図42から、発光素子Eからは、464nmにピークを有するDPBAPAからの良好な青色発光が得られたことがわかった。発光素子Eは、輝度900cd/mのとき、CIE色度座標は(x=0.15、y=0.20)であり、良好な青色発光を示した。また、輝度905cd/mのときの電流効率は6.9cd/Aであり、外部量子効率は4.8%、電圧は4.2V、電流密度は13.2mA/cmであり、パワー効率は5.1lm/Wであった。
また、作製した発光素子D及び発光素子Eの信頼性試験を行った。信頼性試験とは以下のようにして行った。初期状態において、1000cd/mの輝度で発光させたときに発光素子D及び発光素子Eに流れている電流と同じ値の電流を流し続け、或る時間が経過する毎に輝度を測定した。発光素子D及び発光素子Eの信頼性試験によって得られた結果を図45に示す。図45は輝度の経時変化を示している。なお、図45において横軸は通電時間(hour)、縦軸はそれぞれの時間における初期輝度に対する輝度の割合、すなわち規格化輝度(%)を表す。
以上のように、本実施例により色純度が良い青色発光を示し、高効率及び高信頼性の発光素子D及び発光素子Eが得られた。
本実施例により、本発明の発光素子が、発光素子として特性が得られ、十分機能することが確認できた。また信頼性試験の結果から、発光素子を連続点灯させた場合であっても、膜の欠陥等に由来する短絡が生じることがなく、信頼性の高い発光素子が得られたことがわかった。

Claims (13)

  1. 式(1)で表されるアントラセン誘導体。

    (式中、Ar、Ar、Ar、Arは、炭素数6〜13のアリール基を表し、Ar、Arは、炭素数6〜13のアリーレン基を表し、R〜Rは、水素、または炭素数1〜4のアルキル基を表す。)
  2. 式(2)で表されるアントラセン誘導体。

    (式中、Ar、Ar、Ar、Arは、炭素数6〜13のアリール基を表し、Ar、Arは、炭素数6〜13のアリーレン基を表す。)
  3. 式(3)で表されるアントラセン誘導体。

    (式中、Ar、Ar、Arは、炭素数6〜13のアリール基を表し、Ar、Arは、炭素数6〜13のアリーレン基を表し、R11〜R15は、水素、炭素数6〜13のアリール基、炭素数1〜4のアルキル基、または炭素数1のハロアルキル基を表す。)
  4. 式(5)で表されるアントラセン誘導体。

    (式中、Ar、Arは、炭素数6〜13のアリーレン基を表し、R11〜R15及びR21〜R35は、水素、炭素数6〜13のアリール基、炭素数1〜4のアルキル基、または炭素数1のハロアルキル基を表す。)
  5. 式(6)で表されるアントラセン誘導体。

    (式中、Ar、Arは、フェニレン基、又はビフェニル−ジイル基を表し、R11〜R15及びR21〜R35は、水素、炭素数6〜13のアリール基、炭素数1〜4のアルキル基、または炭素数1のハロアルキル基を表す。)
  6. 式(101)で表されるアントラセン誘導体。
  7. 式(201)で表されるアントラセン誘導体。
  8. 式(301)で表されるアントラセン誘導体。
  9. 式(401)で表されるアントラセン誘導体。
  10. 請求項1乃至9のいずれか一項に記載のアントラセン誘導体を用いた発光素子。
  11. 請求項10に記載の発光素子と、前記発光素子を制御する手段とを備えた発光装置。
  12. 請求項11に記載の発光装置を表示部に備えた電子機器。
  13. 請求項11に記載の発光装置を備えた照明装置。

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