JP6306875B2 - 有機エレクトロルミネッセンス素子および電子機器 - Google Patents

有機エレクトロルミネッセンス素子および電子機器 Download PDF

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Description

本発明は、有機エレクトロルミネッセンス素子および電子機器に関する。
有機物質を使用した有機エレクトロルミネッセンス素子(以下、有機EL素子と略記する場合がある。)は、固体発光型の安価な大面積フルカラー表示素子としての用途が有望視され、多くの開発が行われている。一般に有機EL素子は、発光層および該発光層を挟んだ一対の対向電極を備えている。両電極間に電界が印加されると、陰極側から電子が注入され、陽極側から正孔が注入される。さらに、この電子が発光層において正孔と再結合し、励起状態を生成し、励起状態が基底状態に戻る際にエネルギーを光として放出する。
近年では、発光層にホスト材料とドーパント材料を含有させ、励起はホスト材料、発光はドーパント材料と、それぞれ機能を分離させる技術が検討されている。
特許文献3には、ホスト材料としてアントラセン化合物を用い、ドーパント材料としてアミノピレン化合物を用いた有機EL素子が開示されている。
特表2009−518831号公報 特開2011−225546号公報 国際公開第2010/122810号
しかしながら、有機EL素子の実用化のためには、駆動電圧の更なる低下が求められている。
本発明の目的は、駆動電圧を低下させることのできる有機エレクトロルミネッセンス素子、並びにこの有機エレクトロルミネッセンス素子を備えた電子機器を提供することである。
本発明の一態様に係る有機エレクトロルミネッセンス素子は、陽極と、陰極と、発光層とを備え、前記発光層は、下記一般式(1)で表される第一の化合物と、下記一般式(20)で表される第二の化合物とを含むことを特徴とする。
(前記一般式(1)において、R101〜R107は、それぞれ独立に、水素原子または置換基であり、R101〜R107における置換基は、
ハロゲン原子、
シアノ基、
置換もしくは無置換の炭素数1〜20のアルキル基、
置換もしくは無置換の環形成炭素数3〜20のシクロアルキル基、
置換もしくは無置換の炭素数1〜20のアルコキシ基、
置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜30のアリールオキシ基、
置換もしくは無置換の炭素数1〜20のアルキルチオ基、
置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜30のアリールチオ基、
−Si(R100で表されるシリル基、
置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜30の芳香族炭化水素基、および
置換もしくは無置換の環形成原子数5〜30の複素環基からなる群から選択される置換基であり、
100は、それぞれ独立に、水素原子または置換基であり、R100における置換基は、
置換もしくは無置換の炭素数1〜20のアルキル基、又は
置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜30の芳香族炭化水素基である。)
(前記一般式(20)において、
21、L22、L23、L24、L25およびL26は、それぞれ独立に、単結合または連結基であり、
21、L22、L23、L24、L25およびL26における連結基としては、
置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜30の芳香族炭化水素基、
置換もしくは無置換の環形成原子数5〜30の複素環基、
前記芳香族炭化水素基から選ばれる2個から3個の基が結合してなる多重連結基、
前記複素環基から選ばれる2個から3個の基が結合してなる多重連結基、又は
前記芳香族炭化水素基及び前記複素環基から選ばれる2個から3個の基が結合してなる多重連結基であり、
Ar21およびAr23は、それぞれ独立に、下記一般式(2b)で表される環構造から誘導される一価の基であり、
Ar22およびAr24は、それぞれ独立に、
置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜30の芳香族炭化水素基、
置換もしくは無置換の環形成原子数5〜30の複素環基、又は
下記一般式(2b)で表される環構造から誘導される一価の基である。)
(前記一般式(2b)において、
21は、酸素原子または硫黄原子であり、
211からR218までは、それぞれ独立に、
水素原子、
21、L22、L24、もしくはL25に結合する単結合、または
置換基であり、
211からR218までにおける置換基は、前記R101〜R107における置換基として挙げられた置換基と同義であり、
211からR218までのうち、2つの炭素原子の置換基同士は、互いに結合して環構造が構築されていてもよい。
ただし、Ar21におけるR211からR218までのうち1つは、前記一般式(20)のL21に結合する単結合であり、Ar23におけるR211からR218までのうち1つは、前記一般式(20)のL24に結合する単結合である。
また、前記一般式(20)において、Ar22が、前記一般式(2b)で表される環構造から誘導される一価の基であるときは、R211からR218までのうち1つは、L22に対して結合する単結合であり、Ar24が、前記一般式(2b)で表される環構造から誘導される一価の基であるときは、R211からR218までのうち1つは、L25に対して結合する単結合である。)
本発明の一態様に係る電子機器は、上述の本発明の一態様に係る有機エレクトロルミネッセンス素子を備えることを特徴とする。
本発明によれば、駆動電圧を低下させることのできる有機エレクトロルミネッセンス素子を提供することができる。
本発明の一実施形態に係る有機EL素子の一例の概略構成を示す図である。
[有機EL素子]
本発明の第一実施形態における有機EL素子は、陰極と、陽極と、陰極と陽極との間に配置された有機層とを有する。有機層は、一層又は複数層で構成される。
また、本発明の第一実施形態の有機EL素子において、有機層のうち少なくとも1層は、発光層である。そのため、有機層は、例えば、一層の発光層で構成されていてもよいし、正孔注入層、正孔輸送層、電子注入層、電子輸送層、正孔障壁層、電子障壁層等の公知の有機EL素子で採用される層を有していてもよい。有機層は、無機化合物を含んでいてもよい。
有機EL素子の代表的な素子構成としては、例えば、次の(a)〜(e)などの構成を挙げることができる。
(a)陽極/発光層/陰極
(b)陽極/正孔注入・輸送層/発光層/陰極
(c)陽極/発光層/電子注入・輸送層/陰極
(d)陽極/正孔注入・輸送層/発光層/電子注入・輸送層/陰極
(e)陽極/正孔注入・輸送層/発光層/障壁層/電子注入・輸送層/陰極
上記の中で(d)の構成が好ましく用いられるが、もちろんこれらに限定されるものではない。
なお、上記「発光層」とは、発光機能を有する有機層である。
上記「正孔注入・輸送層」は「正孔注入層および正孔輸送層のうちの少なくともいずれか1つ」を意味し、「電子注入・輸送層」は「電子注入層および電子輸送層のうちの少なくともいずれか1つ」を意味する。ここで、正孔注入層および正孔輸送層を有する場合には、陽極側に正孔注入層が設けられていることが好ましい。また、電子注入層および電子輸送層を有する場合には、陰極側に電子注入層が設けられていることが好ましい。
本発明の実施形態において電子輸送層といった場合には、発光層と陰極との間に存在する電子輸送領域の有機層のうち、最も電子移動度の高い有機層をいう。電子輸送領域が一層で構成されている場合には、当該層が電子輸送層である。
図1に、本発明の実施形態における有機EL素子の一例の概略構成を示す。
図1に示す有機EL素子1は、基板2と、陽極3と、陰極4と、陽極3と陰極4との間に配置された有機層10と、を有する。
そして、有機層10は、陽極3側から順に、正孔注入・輸送層6、発光層5、および電子注入・輸送層7が積層されて構成される。
(発光層)
本実施形態に係る発光層5は、第一の化合物および第二の化合物を含む。
・第一の化合物
第一の化合物は、下記一般式(1)で表される。
(前記一般式(1)において、R101〜R107は、それぞれ独立に、水素原子または置換基であり、R101〜R107における置換基は、
ハロゲン原子、
シアノ基、
置換もしくは無置換の炭素数1〜20のアルキル基、
置換もしくは無置換の環形成炭素数3〜20のシクロアルキル基、
置換もしくは無置換の炭素数1〜20のアルコキシ基、
置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜30のアリールオキシ基、
置換もしくは無置換の炭素数1〜20のアルキルチオ基、
置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜30のアリールチオ基、
−Si(R100で表されるシリル基、
置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜30の芳香族炭化水素基、および
置換もしくは無置換の環形成原子数5〜30の複素環基からなる群から選択される置換基であり、
100は、それぞれ独立に、水素原子または置換基であり、R100における置換基は、
置換もしくは無置換の炭素数1〜20のアルキル基、又は
置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜30の芳香族炭化水素基である。)
本実施形態において、前記R101〜R107は、水素原子であることが好ましい。
本実施形態において、前記第一の化合物の化合物は、下記一般式(10)で表されることも好ましい。
(前記一般式(10)において、R101,R102,R107は、それぞれ独立に、水素原子または、置換基であり、R101,R102,R107における置換基は、前記R101〜R107における置換基として挙げられた置換基と同義である。)
本実施形態において、前記第一の化合物の化合物は、下記一般式(11)で表されることも好ましい。
(前記一般式(11)において、R103〜R106は、それぞれ独立に、水素原子または、置換基であり、R103〜R106における置換基は、前記R101〜R107における置換基として挙げられた置換基と同義である。)
または、本実施形態において、前記R101〜R107のうち少なくともいずれかは、置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜30の芳香族炭化水素基または置換もしくは無置換の環形成原子数5〜30の複素環基であることが好ましく、置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜20の芳香族炭化水素基であることがより好ましい。
本実施形態において、前記R101〜R107における芳香族炭化水素基は、置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜12の芳香族炭化水素基であることが好ましい。
本実施形態において、前記R101〜R107における環形成炭素数6〜30の芳香族炭化水素基は、フェニル基、ビフェニル基、ターフェニル基、ナフチル基、アントリル基、フェナントリル基、フルオレニル基、ピレニル基、クリセニル基、フルオランテニル基、ベンゾ[a]アントリル基、ベンゾ[c]フェナントリル基、トリフェニレニル基、ベンゾ[k]フルオランテニル基、ベンゾ[g]クリセニル基、ベンゾ[b]トリフェニレニル基、ピセニル基、およびペリレニル基からなる群から選択される芳香族炭化水素基であることが好ましい。
本実施形態において、前記R101〜R107における環形成炭素数6〜30の芳香族炭化水素基は、フェニル基、ビフェニル基、ナフチル基、フェナントリル基、ターフェニル基、およびフルオレニル基からなる群から選択される芳香族炭化水素基であることがより好ましい。
以下に第1の化合物の具体例を示すが、本発明は、これらの例示化合物に限定されるものではない。
・第二の化合物
本実施形態に係る第二の化合物は、下記一般式(20)で表される。
(前記一般式(20)において、
21、L22、L23、L24、L25およびL26は、それぞれ独立に、単結合または連結基であり、
21、L22、L23、L24、L25およびL26における連結基としては、
置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜30の芳香族炭化水素基、
置換もしくは無置換の環形成原子数5〜30の複素環基、
前記芳香族炭化水素基から選ばれる2個から3個の基が結合してなる多重連結基、
前記複素環基から選ばれる2個から3個の基が結合してなる多重連結基、又は
前記芳香族炭化水素基及び前記複素環基から選ばれる2個から3個の基が結合してなる多重連結基であり、
Ar21およびAr23は、それぞれ独立に、下記一般式(2b)で表される環構造から誘導される一価の基であり、
Ar22およびAr24は、それぞれ独立に、
置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜30の芳香族炭化水素基、
置換もしくは無置換の環形成原子数5〜30の複素環基、又は
下記一般式(2b)で表される環構造から誘導される一価の基である。)
(前記一般式(2b)において、
21は、酸素原子または硫黄原子であり、
211からR218までは、それぞれ独立に、
水素原子、
21、L22、L24、もしくはL25に結合する単結合、または
置換基であり、
211からR218までにおける置換基は、前記R101〜R107における置換基として挙げられた置換基と同義であり、
211からR218までのうち、2つの炭素原子の置換基同士は、互いに結合して環構造が構築されていてもよい。
ただし、Ar21におけるR211からR218までのうち1つは、前記一般式(20)のL21に結合する単結合であり、Ar23におけるR211からR218までのうち1つは、前記一般式(20)のL24に結合する単結合である。
また、前記一般式(20)において、Ar22が、前記一般式(2b)で表される環構造から誘導される一価の基であるときは、R211からR218までのうち1つは、L22に対して結合する単結合であり、Ar24が、前記一般式(2b)で表される環構造から誘導される一価の基であるときは、R211からR218までのうち1つは、L25に対して結合する単結合である。)
前記一般式(20)で表されるように、本実施形態に係る第二の化合物は、置換アミノ基がピレン環の1位および6位に結合し、ピレン環のその他の2位〜5位,7位〜10位には、置換基が置換されていない。
前記一般式(2b)において、R211からR218までのうち、1つがL21、L22、L24、およびL25等に結合する単結合である場合の前記一般式(2b)の構造は、下記一般式(2b−1)から一般式(2b−4)までの通りである。ここで、下記一般式(2b−1)は、前記一般式(2b)におけるR211が、単結合であることを示すものであり、メチル基であること示すものではない。この点は、他の一般式(2b−2)から一般式(2b−4)についても同様である。
[前記一般式(2b−1)〜(2b−4)において、X21およびR211〜R218は、それぞれ独立に、前記一般式(2b)におけるX21および前記一般式(2b)におけるR211〜R218と同義である。]
また、前記一般式(2b)において、R211からR218までのうち、隣接する炭素原子の置換基同士が結合して環構造が構築されている場合の例としては、下記一般式(2b−5)〜(2b−7)が挙げられる。
(前記一般式(2b−5)〜(2b−7)において、X21およびR211〜R218は、それぞれ独立に、前記一般式(2b)におけるX21および前記一般式(2b)におけるR211〜R218と同義である。
221〜R224は、それぞれ独立に、前記一般式(2b)におけるR211〜R218と同義である。)
前記一般式(2b),(2b−1)〜(2b−7)において、R211からR218までのうち少なくとも一つは、置換もしくは無置換の炭素数1〜30のアルキル基であることが好ましい。
本実施形態において、前記R211から前記R218までのうち少なくとも一つは、置換もしくは無置換の炭素数1〜30のアルキル基であることが好ましい。
前記一般式(20)のAr21におけるR211またはR213が、L21に対して単結合で結合することが好ましい。中でも、Ar21が前記一般式(2b−1)または(2b−3)で表されることが好ましく、Ar21が前記一般式(2b−1)で表されることがさらに好ましい。
本実施形態において、前記Ar21におけるR211が、L21に対して単結合で結合することが好ましい。この場合、例えば、下記一般式(2a−1)で表される。また、前記Ar23におけるR211が、L24に対して単結合で結合することが好ましい。また、前記Ar21におけるR211が、L21に対して単結合で結合し、前記Ar23におけるR211が、L24に対して単結合で結合することが更に好ましい。
前記一般式(2a−1)において、R212〜R218、X21、Ar22、L21、L22およびL23は、前記一般式(20)におけるR212〜R218、X21、Ar22、L21、L22およびL23と同義である。
前記一般式(2a−1)において、波線部分は、前記一般式(20)で表されるピレン環との結合箇所を表す。
本実施形態において、前記Ar21におけるR218、および前記Ar23におけるR218のうち少なくともいずれかが、置換もしくは無置換の炭素数1〜30のアルキル基であることが好ましく、置換もくしは無置換の炭素数1〜10のアルキル基であることがより好ましい。
さらに、前記一般式(20)のAr21およびAr23におけるR218、すなわち、前記一般式(2b−1)のR218が、置換もしくは無置換の炭素数1〜30のアルキル基であることが好ましく、置換もくしは無置換の炭素数1〜10のアルキル基であることがより好ましい。
本実施形態において、前記Ar22および前記Ar24のうち少なくともいずれかが、置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜30のアリール基であることが好ましい。
本実施形態において、前記L21、前記L22、L23、L24、L25および前記L26がいずれも単結合であることが好ましい。
この場合、例えば、前記一般式(20)は、下記一般式(20a)で表される。
前記一般式(20a)において、Ar21、Ar22、Ar23およびAr24は、それぞれ独立に、前記一般式(20)におけるAr21、Ar22、Ar23およびAr24と同義である。
前記一般式(20a)において、前記Ar21におけるR211が、L21に対して単結合で結合し、前記Ar23におけるR211が、L24に対して単結合で結合し、L21〜L26が単結合である場合、前記一般式(20a)は、例えば、下記一般式(20b)で表される。
前記一般式(20b)において、R212〜R218、R232〜R238は、それぞれ独立に、前記一般式(2b)におけるR212〜R218と同義である。
前記一般式(20b)において、X21、およびX22は、それぞれ独立に、前記一般式(2b)におけるX21と同義である。
前記一般式(20b)において、Ar22およびAr24は、それぞれ独立に、前記一般式(20)におけるAr22およびAr24と同義である。
本実施形態において、前記X21は、酸素原子であることが好ましい。また、前記一般式(20b)において、X21、およびX22は、酸素原子であることが好ましい。
本実施形態において、前記一般式(20)は、下記一般式(21)で表されることが好ましい。
前記一般式(21)において、Ar22およびAr24は、それぞれ独立に、前記一般式(20)におけるAr22およびAr24と同義であり、R218およびR238は、それぞれ独立に、前記R101〜R107における置換基として挙げられた置換基と同義である。
本実施形態において、前記Ar22およびAr24が、置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜30の芳香族炭化水素基であることが好ましく、置換もしくは無置換のフェニル基であることがより好ましい。
本実施形態において、前記一般式(20)は、下記一般式(22)で表されることが好ましい。
(前記一般式(22)において、R220,R221は、それぞれ独立に、水素原子、または置換基であり、R220,R221における置換基は、前記R101〜R107における置換基として挙げられた置換基と同義であり
218およびR238は、それぞれ独立に、前記R101〜R107における置換基として挙げられた置換基と同義であり、
sおよびtは、5であり、
220は、それぞれ6員環を構築している炭素原子に結合し、2つの炭素原子の置換基R220同士は、互いに結合して環構造が構築されていてもよく、R221は、それぞれ6員環を構築している炭素原子に結合し、2つの炭素原子の置換基R221同士は、互いに結合して環構造が構築されていてもよい。)
本実施形態において、前記R218およびR238は、置換もしくは無置換の炭素数1〜30のアルキル基であることが好ましく、置換もくしは無置換の炭素数1〜10のアルキル基であることがより好ましい。R218およびR238が、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、s−ブチル基、イソブチル基、t−ブチル基、n−ペンチル基、n−ヘキシル基、アミル基、イソアミル基、ネオペンチル基、シクロペンチル基、又はシクロヘキシル基であることがさらに好ましい。
以下に、本実施形態に係る第二の化合物の具体例を示すが、本発明は、これらの例示化合物に限定されるものではない。
・発光層の膜厚
本実施形態の有機EL素子における発光層の膜厚は、好ましくは5nm以上50nm以下、より好ましくは7nm以上50nm以下、最も好ましくは10nm以上50nm以下である。5nm未満では発光層形成が困難となり、色度の調整が困難となるおそれがあり、50nmを超えると駆動電圧が上昇するおそれがある。
・発光層における材料の含有率
発光層における第二の化合物の含有率は、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、0.1質量%以上70質量%以下が好ましく、1質量%以上30質量%以下がより好ましい。第二の化合物の含有率が、0.1質量%以上であると十分な発光が得られ、70質量%以下であると濃度消光を避けることができる。
・第一の化合物と第二の化合物との組み合わせ
本実施形態においては、発光層5が、前記一般式(1)で表される第一の化合物および前記一般式(2)で表される第二の化合物を含有する。この第一の化合物と第二の化合物との組み合わせにより、発光層へのキャリア注入性が向上し、有機EL素子の駆動電圧が低くなると考えられる。発光層5において、前記第一の化合物をホスト材料として用い、前記第二の化合物をドーパント材料として用いるドーピングシステムを採用することが好ましい。ドーピングシステムを採用する場合、ホスト材料は、主に電子と正孔の再結合を促し、励起子を発光層内に閉じ込める機能を有し、ドーパント材料は、再結合で得られた励起子を効率的に発光させる機能を有する。ドーパント材料である前記第二の化合物の具体例示化合物に対して、ホスト材料である前記第一の化合物の前記具体例示化合物の組合せは好適な組み合わせといえる。
(基板)
基板は、有機EL素子の支持体として用いられる。基板としては、例えば、ガラス、石英、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、ポリプロピレン、ポリエステル、ポリフッ化ビニル、ポリ塩化ビニル、ポリイミド、ポリエチレンナフタレートからなるプラスチック基板等が挙げられる。また、無機蒸着フィルムを用いることもできる。
(陽極)
基板上に形成される陽極には、仕事関数の大きい(具体的には4.0eV以上)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)、珪素も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、酸化タングステン、および酸化亜鉛を含有した酸化インジウム、グラフェン等が挙げられる。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)、チタン(Ti)、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。
これらの材料は、通常、スパッタリング法により成膜される。例えば、酸化インジウム−酸化亜鉛は、酸化インジウムに対し1質量%以上10質量%以下の酸化亜鉛を加えたターゲットを用いることにより、スパッタリング法で形成することができる。また、例えば、酸化タングステン、および酸化亜鉛を含有した酸化インジウムは、酸化インジウムに対し酸化タングステンを0.5質量%以上5質量%以下、酸化亜鉛を0.1質量%以上1質量%以下含有したターゲットを用いることにより、スパッタリング法で形成することができる。その他、真空蒸着法、塗布法、インクジェット法、スピンコート法などにより作製してもよい。
陽極上に形成されるEL層のうち、陽極に接して形成される正孔注入層は、陽極の仕事関数に関係なく正孔(ホール)注入が容易である複合材料を用いて形成されるため、電極材料として可能な材料(例えば、金属、合金、電気伝導性化合物、およびこれらの混合物、その他、元素周期表の第1族または第2族に属する元素も含む)を用いることができる。
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(例えば、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。なお、アルカリ金属、アルカリ土類金属、およびこれらを含む合金を用いて陽極を形成する場合には、真空蒸着法やスパッタリング法を用いることができる。さらに、銀ペーストなどを用いる場合には、塗布法やインクジェット法などを用いることができる。
(陰極)
陰極には、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好ましい。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(例えば、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が挙げられる。
なお、アルカリ金属、アルカリ土類金属、これらを含む合金を用いて陰極を形成する場合には、真空蒸着法やスパッタリング法を用いることができる。また、銀ペーストなどを用いる場合には、塗布法やインクジェット法などを用いることができる。
なお、電子注入層を設けることにより、仕事関数の大小に関わらず、Al、Ag、ITO、グラフェン、珪素も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用いて陰極を形成することができる。これらの導電性材料は、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できる。
(正孔注入層)
正孔注入層は、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、チタン酸化物、バナジウム酸化物、レニウム酸化物、ルテニウム酸化物、クロム酸化物、ジルコニウム酸化物、ハフニウム酸化物、タンタル酸化物、銀酸化物、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。
また、正孔注入性の高い物質としては、低分子の有機化合物である4,4’,4’’−トリス(N,N−ジフェニルアミノ)トリフェニルアミン(略称:TDATA)、4,4’,4’’−トリス[N−(3−メチルフェニル)−N−フェニルアミノ]トリフェニルアミン(略称:MTDATA)、4,4’−ビス[N−(4−ジフェニルアミノフェニル)−N−フェニルアミノ]ビフェニル(略称:DPAB)、4,4’−ビス(N−{4−[N’−(3−メチルフェニル)−N’−フェニルアミノ]フェニル}−N−フェニルアミノ)ビフェニル(略称:DNTPD)、1,3,5−トリス[N−(4−ジフェニルアミノフェニル)−N−フェニルアミノ]ベンゼン(略称:DPA3B)、3−[N−(9−フェニルカルバゾール−3−イル)−N−フェニルアミノ]−9−フェニルカルバゾール(略称:PCzPCA1)、3,6−ビス[N−(9−フェニルカルバゾール−3−イル)−N−フェニルアミノ]−9−フェニルカルバゾール(略称:PCzPCA2)、3−[N−(1−ナフチル)−N−(9−フェニルカルバゾール−3−イル)アミノ]−9−フェニルカルバゾール(略称:PCzPCN1)等の芳香族アミン化合物等やジピラジノ[2,3−f:20,30−h]キノキサリン−2,3,6,7,10,11−ヘキサカルボニトリル(HAT−CN)も挙げられる。
また、正孔注入性の高い物質としては、高分子化合物(オリゴマー、デンドリマー、ポリマー等)を用いることもできる。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もできる。
(正孔輸送層)
正孔輸送層は、正孔輸送性の高い物質を含む層である。正孔輸送層には、芳香族アミン化合物、カルバゾール誘導体、アントラセン誘導体等を使用する事ができる。具体的には、4,4’−ビス[N−(1−ナフチル)−N−フェニルアミノ]ビフェニル(略称:NPB)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−フェニル−4’−(9−フェニルフルオレン−9−イル)トリフェニルアミン(略称:BAFLP)、4,4’−ビス[N−(9,9−ジメチルフルオレン−2−イル)−N−フェニルアミノ]ビフェニル(略称:DFLDPBi)、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]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10−6cm2/Vs以上の正孔移動度を有する物質である。
正孔輸送層には、CBP、9−[4−(N−カルバゾリル)]フェニル−10−フェニルアントラセン(CzPA)、9−フェニル−3−[4−(10−フェニル−9−アントリル)フェニル]−9H−カルバゾール(PCzPA)のようなカルバゾール誘導体や、t−BuDNA、DNA、DPAnthのようなアントラセン誘導体を用いても良い。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。
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、正孔輸送性の高い物質を含む層は、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。
正孔輸送層を二層以上配置する場合、エネルギーギャップのより大きい材料を発光層に近い側に配置することが好ましい。このような材料として、後記する実施例で用いた、HT−2が挙げられる。
(電子輸送層)
電子輸送層は、電子輸送性の高い物質を含む層である。電子輸送層には、1)アルミニウム錯体、ベリリウム錯体、亜鉛錯体等の金属錯体、2)イミダゾール誘導体、ベンゾイミダゾール誘導体、アジン誘導体、カルバゾール誘導体、フェナントロリン誘導体等の複素芳香族化合物、3)高分子化合物を使用することができる。具体的には低分子の有機化合物として、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)、BAlq、Znq、ZnPBO、ZnBTZなどの金属錯体等を用いることができる。また、金属錯体以外にも、2−(4−ビフェニリル)−5−(4−tert−ブチルフェニル)−1,3,4−オキサジアゾール(略称:PBD)、1,3−ビス[5−(ptert−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−tert−ブチルフェニル)−4−フェニル−5−(4−ビフェニリル)−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)、バソフェナントロリン(略称:BPhen)、バソキュプロイン(略称:BCP)、4,4’−ビス(5−メチルベンゾオキサゾール−2−イル)スチルベン(略称:BzOs)などの複素芳香族化合物も用いることができる。本実施態様においては、ベンゾイミダゾール化合物を好適に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、正孔輸送性よりも電子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よい。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、電子輸送層には、高分子化合物を用いることもできる。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。
(電子注入層)
電子注入層は、電子注入性の高い物質を含む層である。電子注入層には、リチウム(Li)、セシウム(Cs)、カルシウム(Ca)、フッ化リチウム(LiF)、フッ化セシウム(CsF)、フッ化カルシウム(CaF)、リチウム酸化物(LiOx)等のようなアルカリ金属、アルカリ土類金属、またはそれらの化合物を用いることができる。その他、電子輸送性を有する物質にアルカリ金属、アルカリ土類金属、またはそれらの化合物を含有させたもの、具体的にはAlq中にマグネシウム(Mg)を含有させたもの等を用いてもよい。なお、この場合には、陰極からの電子注入をより効率良く行うことができる。
あるいは、電子注入層に、有機化合物と電子供与体(ドナー)とを混合してなる複合材料を用いてもよい。このような複合材料は、電子供与体によって有機化合物に電子が発生するため、電子注入性および電子輸送性に優れている。この場合、有機化合物としては、発生した電子の輸送に優れた材料であることが好ましく、具体的には、例えば上述した電子輸送層を構成する物質(金属錯体や複素芳香族化合物等)を用いることができる。電子供与体としては、有機化合物に対し電子供与性を示す物質であればよい。具体的には、アルカリ金属やアルカリ土類金属や希土類金属が好ましく、リチウム、セシウム、マグネシウム、カルシウム、エルビウム、イッテルビウム等が挙げられる。また、アルカリ金属酸化物やアルカリ土類金属酸化物が好ましく、リチウム酸化物、カルシウム酸化物、バリウム酸化物等が挙げられる。また、酸化マグネシウムのようなルイス塩基を用いることもできる。また、テトラチアフルバレン(略称:TTF)等の有機化合物を用いることもできる。
(層形成方法)
本実施形態の有機EL素子の各層の形成方法としては、上記で特に言及した以外には制限されないが、真空蒸着法、スパッタリング法、プラズマ法、イオンプレーティング法などの乾式成膜法や、スピンコーティング法、ディッピング法、フローコーティング法、インクジェット法などの湿式成膜法などの公知の方法を採用することができる。
(膜厚)
本実施形態の有機EL素子の各有機層の膜厚は、上記で特に言及した以外には制限されないが、一般に膜厚が薄すぎるとピンホール等の欠陥が生じやすく、逆に厚すぎると高い印加電圧が必要となり効率が悪くなるため、通常は数nmから1μmの範囲が好ましい。
本明細書において、環形成炭素数とは、原子が環状に結合した構造の化合物(例えば、単環化合物、縮合環化合物、架橋化合物、炭素環化合物、複素環化合物)の当該環自体を構成する原子のうちの炭素原子の数を表す。当該環が置換基によって置換される場合、置換基に含まれる炭素は環形成炭素数には含まない。以下で記される「環形成炭素数」については、特筆しない限り同様とする。例えば、ベンゼン環は環形成炭素数が6であり、ナフタレン環は環形成炭素数が10であり、ピリジニル基は環形成炭素数5であり、フラニル基は環形成炭素数4である。また、ベンゼン環やナフタレン環に置換基として例えばアルキル基が置換している場合、当該アルキル基の炭素数は、環形成炭素数の数に含めない。また、フルオレン環に置換基として例えばフルオレン環が結合している場合(スピロフルオレン環を含む)、置換基としてのフルオレン環の炭素数は環形成炭素数の数に含めない。 本明細書において、環形成原子数とは、原子が環状に結合した構造(例えば単環、縮合環、環集合)の化合物(例えば単環化合物、縮合環化合物、架橋化合物、炭素環化合物、複素環化合物)の当該環自体を構成する原子の数を表す。環を構成しない原子(例えば環を構成する原子の結合手を終端する水素原子)や、当該環が置換基によって置換される場合の置換基に含まれる原子は環形成原子数には含まない。以下で記される「環形成原子数」については、特筆しない限り同様とする。例えば、ピリジン環は、環形成原子数が6であり、キナゾリン環は、環形成原子数が10であり、フラン環は、環形成原子数が5である。ピリジン環やキナゾリン環の炭素原子にそれぞれ結合している水素原子や置換基を構成する原子については、環形成原子数の数に含めない。また、フルオレン環に置換基として例えばフルオレン環が結合している場合(スピロフルオレン環を含む)、置換基としてのフルオレン環の原子数は環形成原子数の数に含めない。
次に前記一般式に記載の各置換基について説明する。
本実施形態における環形成炭素数6〜30の芳香族炭化水素基(アリール基と称する場合がある。)としては、例えば、フェニル基、ビフェニル基、ターフェニル基、ナフチル基、アントリル基、フェナントリル基、フルオレニル基、ピレニル基、クリセニル基、フルオランテニル基、ベンゾ[a]アントリル基、ベンゾ[c]フェナントリル基、トリフェニレニル基、ベンゾ[k]フルオランテニル基、ベンゾ[g]クリセニル基、ベンゾ[b]トリフェニレニル基、ピセニル基、ペリレニル基などが挙げられる。
本実施形態におけるアリール基としては、環形成炭素数が6〜20であることが好ましく、より好ましくは6〜12であることが更に好ましい。上記アリール基の中でもフェニル基、ビフェニル基、ナフチル基、フェナントリル基、ターフェニル基、フルオレニル基が特に好ましい。1−フルオレニル基、2−フルオレニル基、3−フルオレニル基および4−フルオレニル基については、9位の炭素原子に、後述する本実施形態における置換もしくは無置換の炭素数1〜30のアルキル基が置換されていることが好ましい。
本実施形態における環形成原子数5〜30の複素環基(ヘテロアリール基、ヘテロ芳香族環基、または芳香族複素環基と称する場合がある。)としては、例えば、ピリジル基、ピリミジニル基、ピラジニル基、ピリダジニル基、トリアジニル基、キノリル基、イソキノリニル基、ナフチリジニル基、フタラジニル基、キノキサリニル基、キナゾリニル基、フェナントリジニル基、アクリジニル基、フェナントロリニル基、ピロリル基、イミダゾリル基、ピラゾリル基、トリアゾリル基、テトラゾリル基、インドリル基、ベンズイミダゾリル基、インダゾリル基、イミダゾピリジニル基、ベンズトリアゾリル基、カルバゾリル基、フリル基、チエニル基、オキサゾリル基、チアゾリル基、イソキサゾリル基、イソチアゾリル基、オキサジアゾリル基、チアジアゾリル基、ベンゾフラニル基、ベンゾチオフェニル基、ベンゾオキサゾリル基、ベンゾチアゾリル基、ベンゾイソキサゾリル基、ベンゾイソチアゾリル基、ベンゾオキサジアゾリル基、ベンゾチアジアゾリル基、ジベンゾフラニル基、ジベンゾチオフェニル基、ピペリジニル基、ピロリジニル基、ピペラジニル基、モルホリル基、フェナジニル基、フェノチアジニル基、フェノキサジニル基などが挙げられる。
本実施形態における複素環基の環形成原子数は、5〜20であることが好ましく、5〜14であることがさらに好ましい。上記複素環基の中でも1−ジベンゾフラニル基、2−ジベンゾフラニル基、3−ジベンゾフラニル基、4−ジベンゾフラニル基、1−ジベンゾチオフェニル基、2−ジベンゾチオフェニル基、3−ジベンゾチオフェニル基、4−ジベンゾチオフェニル基、1−カルバゾリル基、2−カルバゾリル基、3−カルバゾリル基、4−カルバゾリル基、9−カルバゾリル基が特に好ましい。1−カルバゾリル基、2−カルバゾリル基、3−カルバゾリル基および4−カルバゾリル基については、9位の窒素原子に、本実施形態における置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜30のアリール基または置換もしくは無置換の環形成原子数5〜30の複素環基が置換されていることが好ましい。
また、本実施形態において、複素環基は、例えば、下記一般式(XY−1)〜(XY−18)で表される部分構造から誘導される基であってもよい。
前記一般式(XY−1)〜(XY−18)において、XおよびYは、それぞれ独立に、ヘテロ原子であり、酸素原子、硫黄原子、セレン原子、ケイ素原子、またはゲルマニウム原子であることが好ましい。前記一般式(XY−1)〜(XY−18)で表される部分構造は、任意の位置で結合手を有して複素環基となり、この複素環基は、置換基を有していてもよい。
また、本実施形態において、置換もしくは無置換のカルバゾリル基としては、例えば、下記式で表されるようなカルバゾール環に対してさらに環が縮合した基も含み得る。このような基も置換基を有していてもよい。また、結合手の位置も適宜変更され得る。
本実施形態における炭素数1〜30のアルキル基としては、直鎖、分岐鎖又は環状のいずれであってもよい。直鎖または分岐鎖のアルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、s−ブチル基、イソブチル基、t−ブチル基、n−ペンチル基、n−ヘキシル基、n−ヘプチル基、n−オクチル基、n−ノニル基、n−デシル基、n−ウンデシル基、n−ドデシル基、n−トリデシル基、n−テトラデシル基、n−ペンタデシル基、n−ヘキサデシル基、n−ヘプタデシル基、n−オクタデシル基、ネオペンチル基、アミル基、イソアミル基、1−メチルペンチル基、2−メチルペンチル基、1−ペンチルヘキシル基、1−ブチルペンチル基、1−ヘプチルオクチル基、3−メチルペンチル基、が挙げられる。
本実施形態における直鎖または分岐鎖のアルキル基の炭素数は、1〜10であることが好ましく、1〜6であることがさらに好ましい。上記直鎖または分岐鎖のアルキル基の中でもメチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、s−ブチル基、イソブチル基、t−ブチル基、n−ペンチル基、n−ヘキシル基、アミル基、イソアミル基、ネオペンチル基が特に好ましい。
本実施形態におけるシクロアルキル基としては、シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、4−メチルシクロヘキシル基、アダマンチル基、ノルボルニル基等が挙げられる。シクロアルキル基の環形成炭素数は、3〜10であることが好ましく、5〜8であることがさらに好ましい。上記シクロアルキル基の中でも、シクロペンチル基やシクロヘキシル基が特に好ましい。
アルキル基がハロゲン原子で置換されたハロゲン化アルキル基としては、例えば、上記炭素数1〜30のアルキル基が1以上のハロゲン基で置換されたものが挙げられる。具体的には、フルオロメチル基、ジフルオロメチル基、トリフルオロメチル基、フルオロエチル基、トリフルオロメチルメチル基、トリフルオロエチル基、ペンタフルオロエチル基等が挙げられる。
本実施形態における炭素数3〜30のアルキルシリル基としては、上記炭素数1〜30のアルキル基で例示したアルキル基を有するトリアルキルシリル基が挙げられ、具体的にはトリメチルシリル基、トリエチルシリル基、トリ−n−ブチルシリル基、トリ−n−オクチルシリル基、トリイソブチルシリル基、ジメチルエチルシリル基、ジメチルイソプロピルシリル基、ジメチル−n−プロピルシリル基、ジメチル−n−ブチルシリル基、ジメチル−t−ブチルシリル基、ジエチルイソプロピルシリル基、ビニルジメチルシリル基、プロピルジメチルシリル基、トリイソプロピルシリル基等が挙げられる。トリアルキルシリル基における3つのアルキル基は、それぞれ同一でも異なっていてもよい。
本実施形態における環形成炭素数6〜30のアリールシリル基としては、ジアルキルアリールシリル基、アルキルジアリールシリル基、トリアリールシリル基が挙げられる。
ジアルキルアリールシリル基は、例えば、上記炭素数1〜30のアルキル基で例示したアルキル基を2つ有し、上記環形成炭素数6〜30のアリール基を1つ有するジアルキルアリールシリル基が挙げられる。ジアルキルアリールシリル基の炭素数は、8〜30であることが好ましい。
アルキルジアリールシリル基は、例えば、上記炭素数1〜30のアルキル基で例示したアルキル基を1つ有し、上記環形成炭素数6〜30のアリール基を2つ有するアルキルジアリールシリル基が挙げられる。アルキルジアリールシリル基の炭素数は、13〜30であることが好ましい。
トリアリールシリル基は、例えば、上記環形成炭素数6〜30のアリール基を3つ有するトリアリールシリル基が挙げられる。トリアリールシリル基の炭素数は、18〜30であることが好ましい。
本実施形態における炭素数1〜30のアルコキシ基は、−OZと表される。このZの例として、上記炭素数1〜30のアルキル基が挙げられる。アルコキシ基は、例えばメトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、ブトキシ基、ペンチルオキシ基、ヘキシルオキシ基があげられる。
アルコキシ基がハロゲン原子で置換されたハロゲン化アルコキシ基としては、例えば、上記炭素数1〜30のアルコキシ基が1以上のハロゲン基で置換されたものが挙げられる。
本実施形態における環形成炭素数6〜30のアリールオキシ基は、−OZと表される。このZの例として、上記環形成炭素数6〜30のアリール基が挙げられる。このアリールオキシ基としては、例えば、フェノキシ基が挙げられる。
炭素数2〜30のアルキルアミノ基は、−NHR、または−N(Rと表される。このRの例として、上記炭素数1〜30のアルキル基が挙げられる。
環形成炭素数6〜60のアリールアミノ基は、−NHR、または−N(Rと表される。このRの例として、上記環形成炭素数6〜30のアリール基が挙げられる。
炭素数1〜30のアルキルチオ基は、−SRと表される。このRの例として、上記炭素数1〜30のアルキル基が挙げられる。
環形成炭素数6〜30のアリールチオ基は、−SRと表される。このRの例として、上記環形成炭素数6〜30のアリール基が挙げられる。
本発明において、「環形成炭素」とは飽和環、不飽和環、又は芳香環を構成する炭素原子を意味する。「環形成原子」とはヘテロ環(飽和環、不飽和環、および芳香環を含む)を構成する炭素原子およびヘテロ原子を意味する。
また、本発明において、水素原子とは、中性子数の異なる同位体、すなわち、軽水素(Protium)、重水素(Deuterium)、三重水素(Tritium)を包含する。
また、「置換もしくは無置換の」という場合における置換基、環構造A,環構造B,環構造E,環構造F,環構造Gにおける置換基等、本実施形態における置換基としては、上述のようなアリール基、複素環基、アルキル基(直鎖または分岐鎖のアルキル基、シクロアルキル基、ハロアルキル基)、アルキルシリル基、アリールシリル基、アルコキシ基、アリールオキシ基、アルキルアミノ基、アリールアミノ基、アルキルチオ基、アリールチオ基の他に、アルケニル基、アルキニル基、アラルキル基、ハロゲン原子、シアノ基、ヒドロキシル基、ニトロ基、およびカルボキシ基が挙げられる。
ここで挙げた置換基の中では、アリール基、複素環基、アルキル基、ハロゲン原子、アルキルシリル基、アリールシリル基、シアノ基が好ましく、さらには、各置換基の説明において好ましいとした具体的な置換基が好ましい。
これらの置換基には、上記の置換基によって更に置換されてもよい。また、これらの置換基は複数が互いに結合して環を形成してもよい。
アルケニル基としては、炭素数2〜30のアルケニル基が好ましく、直鎖、分岐鎖又は環状のいずれであってもよく、例えば、ビニル基、プロペニル基、ブテニル基、オレイル基、エイコサペンタエニル基、ドコサヘキサエニル基、スチリル基、2,2−ジフェニルビニル基、1,2,2−トリフェニルビニル基、2−フェニル−2−プロペニル基、シクロペンタジエニル基、シクロペンテニル基、シクロヘキセニル基、シクロヘキサジエニル基等が挙げられる。
アルキニル基としては、炭素数2〜30のアルキニル基が好ましく、直鎖、分岐鎖又は環状のいずれであってもよく、例えば、エチニル、プロピニル、2−フェニルエチニル等が挙げられる。
アラルキル基としては、環形成炭素数6〜30のアラルキル基が好ましく、−Z−Zと表される。このZの例として、上記炭素数1〜30のアルキル基に対応するアルキレン基が挙げられる。このZの例として、上記環形成炭素数6〜30のアリール基の例が挙げられる。このアラルキル基は、炭素数7〜30のアラルキル基(アリール部分は炭素数6〜30、好ましくは6〜20、より好ましくは6〜12)、アルキル部分は炭素数1〜30(好ましくは1〜20、より好ましくは1〜10、さらに好ましくは1〜6)であることが好ましい。このアラルキル基としては、例えば、ベンジル基、2−フェニルプロパン−2−イル基、1−フェニルエチル基、2−フェニルエチル基、1−フェニルイソプロピル基、2−フェニルイソプロピル基、フェニル−t−ブチル基、α−ナフチルメチル基、1−α−ナフチルエチル基、2−α−ナフチルエチル基、1−α−ナフチルイソプロピル基、2−α−ナフチルイソプロピル基、β−ナフチルメチル基、1−β−ナフチルエチル基、2−β−ナフチルエチル基、1−β−ナフチルイソプロピル基、2−β−ナフチルイソプロピル基が挙げられる。
ハロゲン原子として、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子等が挙げられ、好ましくはフッ素原子である。
「置換もしくは無置換の」という場合における「無置換」とは前記置換基で置換されておらず、水素原子が結合していることを意味する。
なお、本明細書において、「置換もしくは無置換の炭素数XX〜YYのZZ基」という表現における「炭素数XX〜YY」は、ZZ基が無置換である場合の炭素数を表すものであり、置換されている場合の置換基の炭素数は含めない。ここで、「YY」は「XX」よりも大きく、「XX」と「YY」はそれぞれ1以上の整数を意味する。
本明細書において、「置換もしくは無置換の原子数XX〜YYのZZ基」という表現における「原子数XX〜YY」は、ZZ基が無置換である場合の原子数を表すものであり、置換されている場合の置換基の原子数は含めない。ここで、「YY」は「XX」よりも大きく、「XX」と「YY」はそれぞれ1以上の整数を意味する。
以下に説明する化合物またはその部分構造において、「置換もしくは無置換の」という場合についても、前記と同様である。
本実施形態において、前記芳香族炭化水素基から選ばれる2個から4個の基が結合してなる多重連結基、前記複素環基から選ばれる2個から4個の基が結合してなる多重連結基、又は前記芳香族炭化水素基及び前記複素環基から選ばれる2個から4個の基が結合してなる多重連結基の例としては、前記芳香族炭化水素基および前記複素環基から選ばれる2個から4個の基が結合してなる2価の基が挙げられる。前記芳香族炭化水素基及び前記複素環基から選ばれる2個から4個の基が結合してなる多重連結基としては、複素環基−芳香族炭化水素基、芳香族炭化水素基−複素環基、芳香族炭化水素基−複素環基−芳香族炭化水素基、複素環基−芳香族炭化水素基−複素環基、芳香族炭化水素基−複素環基−芳香族炭化水素基−複素環基、複素環基−芳香族炭化水素基−複素環基−芳香族炭化水素基等が挙げられる。好ましくは、前記芳香族炭化水素基と前記複素環基が1つずつ結合してなる2価の基、つまり複素環基−芳香族炭化水素基、及び芳香族炭化水素基−複素環基である。なお、これらの多重連結基における芳香族炭化水素基および複素環基の具体例としては、芳香族炭化水素基および複素環基について説明した前述の基が挙げられる。
[実施形態の変形]
なお、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変更、改良などは、本発明に含まれるものである。
発光層は、1層に限られず、複数の発光層が積層されていてもよい。有機EL素子が複数の発光層を有する場合、少なくとも1つの発光層が前記第一の化合物、および第二の化合物を含んでいればよい。例えば、その他の発光層が、蛍光発光型の発光層であっても、三重項励起状態から直接基底状態への電子遷移による発光を利用した燐光発光型の発光層であってもよい。
また、有機EL素子が複数の発光層を有する場合、これらの発光層が互いに隣接して設けられていてもよいし、中間層を介して複数の発光ユニットが積層された、いわゆるタンデム型の有機EL素子であってもよい。
また、例えば、発光層の陽極側や陰極側に障壁層を隣接させて設けてもよい。障壁層は、発光層に接して配置され、正孔、電子および励起子の少なくともいずれかを阻止することが好ましい。
例えば、発光層の陰極側で接して障壁層が配置された場合、当該障壁層は、電子を輸送し、正孔が当該障壁層よりも陰極側の層(例えば、電子輸送層)に到達することを阻止する。
また、発光層の陽極側で接して障壁層が配置された場合、当該障壁層は、正孔を輸送し、電子が当該障壁層よりも陽極側の層(例えば、正孔輸送層)に到達することを阻止する。
また、励起エネルギーが発光層からその周辺層に漏れ出さないように、障壁層を発光層に隣接させて設けてもよい。発光層で生成した励起子が、当該障壁層よりも電極側の層(例えば、電子輸送層や正孔輸送層)に移動することを阻止する。
発光層と障壁層とは接合していることが好ましい。
(電子機器)
本発明の一実施形態に係る有機EL素子は、有機ELパネルモジュール等の表示部品、テレビ、携帯電話、タブレットもしくはパーソナルコンピュータ等の表示装置、および照明、もしくは車両用灯具の発光装置等の電子機器に使用できる。
その他、本発明の実施における具体的な構造および形状などは、本発明の目的を達成できる範囲で他の構造などとしてもよい。
以下、本発明に係る実施例を説明するが、本発明はこれらの実施例によって限定されない。
本実施例で用いた化合物は、次の通りである。
[合成例]
化合物BH1の合成スキームを以下に示す。
中間体1(17mmol)および中間体2(17mmol)に1,2−ジメトキシエタンおよびトルエンを加え、さらに、テトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(0)(0.84mmol)および2M炭酸ナトリウム水溶液を加え、7時間加熱還流した。反応終了後、溶媒を減圧留去し、水を加えて得られた固体をろ取し、水およびメタノールで洗浄して減圧乾燥した。得られた粗生成物をシリカゲルカラムクロマトグラフィー(トルエン)で精製し、得られた固体をメタノールで洗浄した後、減圧乾燥し、化合物BH1を固体として得た。化合物BH1の同定は、FD−MS(フィールドディソープションマススペクトル)の分析により行った。
上記反応に倣い、目的物に合わせた既知の代替反応や原料を用いることで、請求項の範囲内である化合物を合成することができる。
[有機EL素子の製造例]
・実施例1
25mm×75mm×厚さ1.1mmのITO透明電極付きガラス基板(ジオマティック株式会社製)をイソプロピルアルコール中で超音波洗浄を5分間行なった後、UVオゾン洗浄を30分間行った。ITO透明電極の厚さは130nmとした。
洗浄後のITO透明電極ライン付きガラス基板を真空蒸着装置の基板ホルダーに装着し、まずITO透明電極ラインが形成されている側の面上に前記透明電極を覆うようにして化合物HI−1を蒸着して、膜厚5nmのHI−1膜を成膜し、正孔注入層を形成した。
次に、このHI−1膜上に、正孔輸送材料として化合物HT−1を蒸着して膜厚110nmのHT−1膜を成膜し、第一正孔輸送層を形成した。
ついで、このHT−1膜上に、第二正孔輸送材料として化合物HT−2を蒸着して、膜厚55nmのHT−2膜を成膜し、第二正孔輸送層を形成した。
さらに、このHT−2膜上に、第一の化合物としての化合物BH−1と、第二の化合物として化合物BD1とを共蒸着した。これにより、厚さ25nmの発光層を形成した。なお、発光層における第二の化合物の濃度は5質量%とした。
そして、この発光層の上に、化合物ET−1を蒸着して膜厚25nmのET−1膜を成膜し、正孔阻止層を形成した。
ついで、このET−1膜上に、化合物ET−2とLiq(8-hydroxy-quinolinato-lithium)を共蒸着し、膜厚15nmの電子輸送層を形成した。Liqの濃度は、50質量%とした。
次に、この電子輸送層上に、Liqを成膜速度0.1オングストローム/minで蒸着して膜厚1nmのLiq膜を成膜し、電子注入性電極(陰極)を形成した。
そして、このLiq膜上に金属Alを蒸着して膜厚80nmの金属Al膜を成膜し、金属Al陰極を形成した。
実施例1の有機EL素子の素子構成を略式的に示すと、次のとおりである。
ITO(130) / HI-1(5) / HT-1(110) / HT-2(55) / BH-1 : BD1(25, 95% : 5%) / ET-1(25) / ET-2 : Liq(15, 50% : 50%) / Liq(1) / Al(80)
なお、括弧内の数字は、膜厚(単位:nm)を示す。また、同じく括弧内において、パーセント表示された数字は、発光層における各材料の割合(質量%)を示す。
・比較例1
比較例1の有機EL素子は、実施例1の発光層における化合物BH−1の代わりに、化合物BH−Cを用いたこと以外は、実施例1と同様にして作製した。
比較例1の有機EL素子の素子構成を略式的に示すと、次のとおりである。
ITO(130) / HI-1(5) / HT-1(110) / HT-2(55) / BH-C : BD1(25, 95% : 5%) / ET-1(25) / ET-2 : Liq(15, 50% : 50%) / Liq(1) / Al(80)
〔有機EL素子の評価〕
実施例1〜3、および比較例1において作製した有機EL素子について、以下の評価を行った。評価結果を表1に示す。
・駆動電圧
電流密度が10mA/cmとなるようにITO透明電極と金属Al陰極との間に通電したときの電圧(単位:V)を計測した。
・CIE1931色度
電流密度が10mA/cmとなるように素子に電圧を印加した時のCIE1931色度座標(x、y)を分光放射輝度計CS−1000(コニカミノルタ社製)で計測した。
・主ピーク波長λ
電流密度が10mA/cmとなるように素子に電圧を印加した時の分光放射輝度スペクトルを上記分光放射輝度計で計測し、得られた分光放射輝度スペクトルから主ピーク波長λを求めた。
・電流効率L/J、及び電力効率η
電流密度が10mA/cmとなるように素子に電圧を印加した時の分光放射輝度スペクトルを上記分光放射輝度計で計測し、得られた分光放射輝度スペクトルから、電流効率(単位:cd/A)、及び電力効率η(単位:lm/W)を算出した。
表1に示されているように、本発明に係る第一の化合物および第二の化合物を組み合わせて発光層を構成した実施例1の有機EL素子は、比較例1の有機EL素子と比べて駆動電圧を低下させることができた。実施例1の有機EL素子は、表1に示すように青色発光しており、駆動電圧の低い青色発光型有機EL素子を提供することができた。比較例1の有機EL素子は、第一の化合物とは異なる構造の化合物と、第二の化合物とを組み合わせて発光層を構成したが、駆動電圧は高かった。更に、実施例1の有機EL素子は、比較例1と比べて高い電力効率および電流効率を発揮しつつ、低い駆動電圧を実現している。
1…有機EL素子
2…基板
3…陽極
4…陰極
5…発光層
6…正孔注入・輸送層
7…電子注入・輸送層
10…有機層

Claims (12)

  1. 陽極と、陰極と、発光層とを備え、
    前記発光層は、下記一般式(1)で表される第一の化合物と、下記一般式(20)で表される第二の化合物とを含むことを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子。
    (前記一般式(1)において、R101〜R107、水素原子である。)
    (前記一般式(20)において、
    21、L22、L23、L24、L25およびL26は、それぞれ独立に、単結合または連結基であり、
    21、L22、L23、L24、L25およびL26における連結基としては、
    置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜30の芳香族炭化水素基、
    置換もしくは無置換の環形成原子数5〜30の複素環基、
    前記芳香族炭化水素基から選ばれる2個から3個の基が結合してなる多重連結基、
    前記複素環基から選ばれる2個から3個の基が結合してなる多重連結基、又は
    前記芳香族炭化水素基及び前記複素環基から選ばれる2個から3個の基が結合してなる多重連結基であり、
    Ar21およびAr23は、それぞれ独立に、下記一般式(2b)で表される環構造から誘導される一価の基であり、
    Ar22およびAr24は、それぞれ独立に、
    置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜30の芳香族炭化水素基、
    置換もしくは無置換の環形成原子数5〜30の複素環基、又は
    下記一般式(2b)で表される環構造から誘導される一価の基である。)
    (前記一般式(2b)において、
    21は、酸素原子または硫黄原子であり、
    211からR218までは、それぞれ独立に、
    水素原子、
    21、L22、L24、もしくはL25に結合する単結合、または
    置換基であり、
    211からR218までにおける置換基は、
    ハロゲン原子、
    シアノ基、
    置換もしくは無置換の炭素数1〜20のアルキル基、
    置換もしくは無置換の環形成炭素数3〜20のシクロアルキル基、
    置換もしくは無置換の炭素数1〜20のアルコキシ基、
    置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜30のアリールオキシ基、
    置換もしくは無置換の炭素数1〜20のアルキルチオ基、
    置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜30のアリールチオ基、
    −Si(R 100 で表されるシリル基、
    置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜30の芳香族炭化水素基、および
    置換もしくは無置換の環形成原子数5〜30の複素環基からなる群から選択される置換基であり、
    100 は、それぞれ独立に、水素原子または置換基であり、R 100 における置換基は、
    置換もしくは無置換の炭素数1〜20のアルキル基、又は
    置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜30の芳香族炭化水素基であり、
    211からR218までのうち、2つの炭素原子の置換基同士は、互いに結合して環構造が構築されていてもよい。
    ただし、Ar21におけるR211からR218までのうち1つは、前記一般式(20)のL21に結合する単結合であり、Ar23におけるR211からR218までのうち1つは、前記一般式(20)のL24に結合する単結合である。
    また、前記一般式(20)において、Ar22が、前記一般式(2b)で表される環構造から誘導される一価の基であるときは、R211からR218までのうち1つは、L22に対して結合する単結合であり、Ar24が、前記一般式(2b)で表される環構造から誘導される一価の基であるときは、R211からR218までのうち1つは、L25に対して結合する単結合である。)
  2. 請求項1に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子において、
    前記一般式(2b)のR211からR218までのうち少なくとも一つは、置換もしくは無置換の炭素数1〜30のアルキル基であることを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子。
  3. 請求項1または請求項2に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子において、
    前記Ar21におけるR211が、L21に対して単結合で結合し、前記Ar23におけるR211が、L24に対して単結合で結合することを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子。
  4. 請求項1から請求項までのいずれか一項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子において、
    前記Ar21におけるR218および前記Ar23におけるR218が、置換もしくは無置換の炭素数1〜30のアルキル基であることを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子。
  5. 請求項1から請求項までのいずれか一項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子において、
    前記Ar22および前記Ar24が、置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜30のアリール基であることを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子。
  6. 請求項1から請求項までのいずれか一項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子において、
    前記L21、前記L22、L23、L24、L25および前記L26がいずれも単結合であることを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子。
  7. 請求項1から請求項までのいずれか一項に記載の有機エレクトロルミネセンス素子において、
    前記一般式(20)は、下記一般式(21)で表されることを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子。
    (前記一般式(21)において、Ar22およびAr24は、それぞれ独立に、前記一般式(20)におけるAr22およびAr24と同義であり、R218およびR238は、それぞれ独立に、
    ハロゲン原子、
    シアノ基、
    置換もしくは無置換の炭素数1〜20のアルキル基、
    置換もしくは無置換の環形成炭素数3〜20のシクロアルキル基、
    置換もしくは無置換の炭素数1〜20のアルコキシ基、
    置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜30のアリールオキシ基、
    置換もしくは無置換の炭素数1〜20のアルキルチオ基、
    置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜30のアリールチオ基、
    −Si(R 100 で表されるシリル基、
    置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜30の芳香族炭化水素基、および
    置換もしくは無置換の環形成原子数5〜30の複素環基からなる群から選択される置換基であり、
    100 は、それぞれ独立に、水素原子または置換基であり、R 100 における置換基は、
    置換もしくは無置換の炭素数1〜20のアルキル基、又は
    置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜30の芳香族炭化水素基である。
  8. 請求項1から請求項までのいずれか一項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子において、
    前記一般式(2)は、下記一般式(22)で表されることを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子。
    (前記一般式(22)において、R220,R221は、それぞれ独立に、水素原子、または置換基であり、R220,R221における置換基は、
    ハロゲン原子、
    シアノ基、
    置換もしくは無置換の炭素数1〜20のアルキル基、
    置換もしくは無置換の環形成炭素数3〜20のシクロアルキル基、
    置換もしくは無置換の炭素数1〜20のアルコキシ基、
    置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜30のアリールオキシ基、
    置換もしくは無置換の炭素数1〜20のアルキルチオ基、
    置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜30のアリールチオ基、
    −Si(R 100 で表されるシリル基、
    置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜30の芳香族炭化水素基、および
    置換もしくは無置換の環形成原子数5〜30の複素環基からなる群から選択される置換基であり、
    100 は、それぞれ独立に、水素原子または置換基であり、R 100 における置換基は、
    置換もしくは無置換の炭素数1〜20のアルキル基、又は
    置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜30の芳香族炭化水素基であり、
    218およびR238は、それぞれ独立に、
    ハロゲン原子、
    シアノ基、
    置換もしくは無置換の炭素数1〜20のアルキル基、
    置換もしくは無置換の環形成炭素数3〜20のシクロアルキル基、
    置換もしくは無置換の炭素数1〜20のアルコキシ基、
    置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜30のアリールオキシ基、
    置換もしくは無置換の炭素数1〜20のアルキルチオ基、
    置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜30のアリールチオ基、
    −Si(R 100 で表されるシリル基、
    置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜30の芳香族炭化水素基、および
    置換もしくは無置換の環形成原子数5〜30の複素環基からなる群から選択される置換基であり、
    100 は、それぞれ独立に、水素原子または置換基であり、R 100 における置換基は、
    置換もしくは無置換の炭素数1〜20のアルキル基、又は
    置換もしくは無置換の環形成炭素数6〜30の芳香族炭化水素基であり、
    sおよびtは、5であり、
    220は、それぞれ6員環を構築している炭素原子に結合し、2つの炭素原子の置換基R220同士は、互いに結合して環構造が構築されていてもよく、R221は、それぞれ6員環を構築している炭素原子に結合し、2つの炭素原子の置換基R221同士は、互いに結合して環構造が構築されていてもよい。)
  9. 請求項1から請求項までのいずれか一項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子において、
    前記R218が、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、s−ブチル基、イソブチル基、t−ブチル基、n−ペンチル基、n−ヘキシル基、アミル基、イソアミル基、ネオペンチル基、シクロペンチル基、およびシクロヘキシル基からなる群から選択される置換基であることを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子。
  10. 請求項1から請求項までのいずれか一項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子において、
    前記発光層と前記陰極との間に電子輸送層を有することを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子。
  11. 請求項1から請求項10までのいずれか一項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子において、
    前記発光層と前記陽極との間に正孔輸送層を有することを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子。
  12. 請求項1から請求項11までのいずれか一項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子を備えた電子機器。
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