JP6530227B2 - 化合物、発光素子、発光装置、電子機器、及び照明装置 - Google Patents

化合物、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

本発明の一態様は、化合物、エレクトロルミネッセンス(EL:Electroluminescence)を利用した発光素子(EL素子ともいう)、発光装置、電子機器、及び照明装置に関する。
なお、本発明の一態様は、上記の技術分野に限定されない。本明細書等で開示する発明の一態様は、物、方法、又は製造方法に関する。本発明の一態様は、プロセス、マシン、マニュファクチャ、又は組成物(コンポジション・オブ・マター)に関する。そのため、より具体的に本明細書で開示する発明の一態様の技術分野としては、半導体装置、表示装置、発光装置、蓄電装置、記憶装置、電子機器、照明装置、それらの駆動方法、又はそれらの製造方法、を一例として挙げることができる。
近年、発光物質に有機化合物を用いた発光素子(有機EL素子ともいう)の研究開発が盛んに行われている。該発光素子の基本的な構成は、一対の電極間に発光物質を含む層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、発光物質からの発光を得ることができる。
該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、該発光素子は、薄型軽量に作製できることも大きな利点である。さらに非常に応答速度が速いことも特徴の一つである。
該発光素子は膜状に形成することが可能であるため、面状に発光を得ることができる。よって、大面積の素子を容易に形成することができる。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、照明等に応用できる面光源としての利用価値も高い。
発光物質に有機化合物を用い、一対の電極間に該有機化合物を含む層を設けた発光素子の場合、該素子に電圧を印加することにより、陰極から電子が、陽極から正孔(ホール)がそれぞれ該有機化合物を含む層に注入され、電流が流れる。そして、注入した電子及び正孔が該有機化合物を励起状態に至らしめ、励起された該有機化合物から発光を得るものである。
有機化合物が形成する励起状態の種類としては、一重項励起状態と三重項励起状態が可能であり、一重項励起状態(S)からの発光が蛍光、三重項励起状態(T)からの発光が燐光と呼ばれている。また、発光素子におけるそ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)では室温において、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、三重項励起状態からの発光(燐光)が観測される。また、燐光性化合物は項間交差(一重項励起状態から三重項励起状態へ移ること)が起こりやすいため、内部量子効率は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高い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−三重項消滅による消光を抑制するために、他の化合物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、マトリクスとなる化合物はホスト材料、燐光性化合物のようにマトリクス中に分散される化合物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。
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、上述したような大きな三重項励起エネルギーを有する物質は、蛍光性化合物を発光物質として用いた発光素子においても有益である。
燐光性化合物をゲスト材料とする場合のホスト材料の一例として、ジベンゾ[f,h]キノキサリン環を有する化合物の研究がなされている(例えば、特許文献1〜2)。
国際公開第03/058667号 特開2007−189001号公報
発光素子に関しては、その素子特性を向上させる上で、物質に依存した問題が多く、これらを克服するために、素子構造の改良や物質開発等が行われている。発光素子の開発は、発光効率、信頼性、コスト等の面で未だ改善の余地が残されている。
また、発光素子を用いたディスプレイや照明の実用化に向け、発光素子は、長寿命化が求められている。
そこで、本発明の一態様は、新規な化合物を提供することを目的の一とする。または、本発明の一態様は、発光素子において、発光物質を分散させるホスト材料として用いることのできる新規な化合物を提供することを目的の一とする。または、本発明の一態様は、三重項励起エネルギーの高い化合物を提供することを目的の一とする。または、本発明の一態様は、溶解性の高い化合物を提供することを目的の一とする。または、本発明の一態様は、耐熱性の高い化合物を提供することを目的の一とする。
または、本発明の一態様は、発光効率の高い発光素子を提供することを目的の一とする。または、本発明の一態様は、駆動電圧の低い発光素子を提供することを目的の一とする。または、本発明の一態様は、長寿命の発光素子を提供することを目的の一とする。または、本発明の一態様は、耐熱性の高い発光素子を提供することを目的の一とする。または、本発明の一態様は、新規な発光素子を提供することを目的の一とする。
または、本発明の一態様は、該発光素子を用いた、信頼性の高い発光装置、電子機器、又は照明装置を提供することを目的の一とする。または、本発明の一態様は、該発光素子を用いた、消費電力の低い発光装置、電子機器、又は照明装置を提供することを目的の一とする。
なお、これらの課題の記載は、他の課題の存在を妨げるものではない。なお、本発明の一態様は、これらの課題の全てを解決する必要はないものとする。なお、これら以外の課題は、明細書、図面、請求項などの記載から、自ずと明らかとなるものであり、明細書、図面、請求項などの記載から、これら以外の課題を抽出することが可能である。
本発明の一態様は、一般式(G0)で表される化合物である。
一般式(G0)中、Aは、置換もしくは無置換のジベンゾチオフェニレン基、又は、置換もしくは無置換のジベンゾフラニレン基を表し、Xは、置換もしくは無置換のフルオレニル基を表し、Eは、置換もしくは無置換のジベンゾ[f,h]キノキサリニル基を表し、Arは、置換もしくは無置換の炭素数6〜30のアリーレン基を表す。
本発明の一態様は、一般式(G1)で表される化合物である。
一般式(G1)中、Aは、置換もしくは無置換のジベンゾチオフェニレン基、又は、置換もしくは無置換のジベンゾフラニレン基を表し、Xは、置換もしくは無置換のフルオレニル基を表し、R11〜R19は、それぞれ独立に、水素、炭素数1〜6のアルキル基、又は置換もしくは無置換の炭素数6〜13のアリール基を表し、Arは、置換もしくは無置換の炭素数6〜30のアリーレン基を表す。
本発明の一態様は、一般式(G2)で表される化合物である。
一般式(G2)中、Zは、酸素又は硫黄を表し、R11〜R19は、それぞれ独立に、水素、炭素数1〜4のアルキル基、又は置換もしくは無置換の炭素数6〜13のアリール基を表し、R21〜R27のうち少なくともいずれか一が、置換もしくは無置換のフルオレニル基を表し、その他はそれぞれ独立に、水素、炭素数1〜6のアルキル基、又は置換もしくは無置換の炭素数6〜13のアリール基を表し、Arは、置換もしくは無置換の炭素数6〜30のアリーレン基を表す。
本発明の一態様は、一般式(G3)で表される化合物である。
一般式(G3)中、Zは、酸素又は硫黄を表し、Xは、置換もしくは無置換のフルオレニル基を表し、R11〜R19及びR21〜R26は、それぞれ独立に、水素、炭素数1〜6のアルキル基、又は置換もしくは無置換の炭素数6〜13のアリール基を表し、Arは、置換もしくは無置換の炭素数6〜30のアリーレン基を表す。
本発明の一態様は、一般式(G4)で表される化合物である。
一般式(G4)中、Zは、酸素又は硫黄を表し、R11〜R19、R21〜R26、及びR31〜R37は、それぞれ独立に、水素、炭素数1〜6のアルキル基、又は置換もしくは無置換の炭素数6〜13のアリール基を表し、R41及びR42は、それぞれ独立に、水素、又は、炭素数1〜6のアルキル基を表し、Arは、置換もしくは無置換の炭素数6〜30のアリーレン基を表す。
上記一般式(G4)において、R41及びR42は、メチル基であることが好ましい。
上記各構成において、Xは、置換もしくは無置換の9,9−ジアルキルフルオレニル基であることが好ましい。
上記各構成において、Arは、置換もしくは無置換のフェニレン基、又は、置換もしくは無置換のビフェニルジイル基であることが好ましい。
また、本発明の一態様は、一対の電極間に発光性の有機化合物を含む層を有し、該発光性の有機化合物を含む層は、上記各構成の化合物のいずれかを含む発光素子である。
また、本発明の一態様は、一対の電極間に発光性の有機化合物を含む層を有し、該発光性の有機化合物を含む層は、発光物質と、上記各構成の化合物のいずれかと、を含む発光素子である。
また、本発明の一態様は、上記発光素子を発光部に備える発光装置である。例えば、本発明の一態様の発光装置は、上記発光素子と、トランジスタ又は基板と、を有していてもよい。また、本発明の一態様は、該発光装置を表示部に備える電子機器である。例えば、本発明の一態様の電子機器は、上記発光装置と、マイク、スピーカ、又は外部接続端子と、を有していてもよい。また、本発明の一態様は、該発光装置を発光部に備える照明装置である。例えば、本発明の一態様の照明装置は、上記発光装置と、支柱、筐体、又はカバーと、を有していてもよい。
なお、本明細書中における発光装置とは、発光素子を用いた表示装置を含む。また、発光素子にコネクター、例えば異方導電性フィルム、もしくはTCP(Tape Carrier Package)が取り付けられたモジュール、TCPの先にプリント配線板が設けられたモジュール、又は発光素子に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は発光装置を有する場合がある。さらに、照明器具等も発光装置を含む場合がある。
本発明の一態様により、新規な化合物を提供することができる。または、本発明の一態様により、発光素子において、発光物質を分散させるホスト材料として用いることのできる新規な化合物を提供することができる。または、本発明の一態様により、三重項励起エネルギーの高い化合物を提供することができる。または、本発明の一態様により、溶解性の高い化合物を提供することができる。または、本発明の一態様により、耐熱性の高い化合物を提供することができる。
または、本発明の一態様により、発光効率の高い発光素子を提供することができる。または、本発明の一態様により、駆動電圧の低い発光素子を提供することができる。または、本発明の一態様により、長寿命の発光素子を提供することができる。または、本発明の一態様により、耐熱性の高い発光素子を提供することができる。または、本発明の一態様により、新規な発光素子を提供することができる。
または、本発明の一態様により、該発光素子を用いた、信頼性の高い発光装置、電子機器、又は照明装置を提供することができる。または、本発明の一態様により、該発光素子を用いた、消費電力の低い発光装置、電子機器、又は照明装置を提供することができる。
なお、これらの効果の記載は、他の効果の存在を妨げるものではない。なお、本発明の一態様は、必ずしも、これらの効果の全てを有する必要はない。なお、これら以外の効果は、明細書、図面、請求項などの記載から、自ずと明らかとなるものであり、明細書、図面、請求項などの記載から、これら以外の効果を抽出することが可能である。
本発明の一態様の発光素子の一例を示す図。 本発明の一態様の発光装置の一例を示す図。 本発明の一態様の発光装置の一例を示す図。 電子機器の一例を示す図。 電子機器の一例を示す図。 照明装置の一例を示す図。 2−{3−[6−(9,9−ジメチルフルオレン−2−イル)ジベンゾチオフェン−4−イル]フェニル}ジベンゾ[f,h]キノキサリン(略称:2mFDBtPDBq)のH NMRチャートを示す図。 2mFDBtPDBqのLC/MS分析の結果を示す図。 2mFDBtPDBqのトルエン溶液の吸収スペクトル及び発光スペクトルを示す図。 2mFDBtPDBqの薄膜の吸収スペクトル及び発光スペクトルを示す図。 2−(3−{3−[6−(9,9−ジメチルフルオレン−2−イル)ジベンゾチオフェン−4−イル]フェニル}フェニル)ジベンゾ[f,h]キノキサリン(略称:2mDBtBPDBq−VIII)のH NMRチャートを示す図。 2mDBtBPDBq−VIIIのLC/MS分析の結果を示す図。 2mDBtBPDBq−VIIIのトルエン溶液の吸収スペクトル及び発光スペクトルを示す図。 2mDBtBPDBq−VIIIの薄膜の吸収スペクトル及び発光スペクトルを示す図。 実施例4〜9の発光素子を説明する図。 実施例4の発光素子の電圧−輝度特性を示す図。 実施例4の発光素子の輝度−電流効率特性を示す図。 実施例4の発光素子の電圧−電流特性を示す図。 実施例4の発光素子の発光スペクトルを示す図。 実施例4の発光素子の信頼性試験の結果を示す図。 発光素子1bの電圧‐電流特性を示す図。 発光素子1bの輝度‐外部量子効率特性を示す図。 比較発光素子2bの電圧‐電流特性を示す図。 比較発光素子2bの輝度‐外部量子効率特性を示す図。 比較発光素子3bの電圧‐電流特性を示す図。 比較発光素子3bの輝度‐外部量子効率特性を示す図。 実施例5の発光素子の保存試験の結果を示す図。 実施例6の発光素子の電圧−輝度特性を示す図。 実施例6の発光素子の輝度−電流効率特性を示す図。 実施例6の発光素子の電圧−電流特性を示す図。 実施例6の発光素子の発光スペクトルを示す図。 実施例6の発光素子の信頼性試験の結果を示す図。 実施例7の発光素子の電圧−輝度特性を示す図。 実施例7の発光素子の輝度−電流効率特性を示す図。 実施例7の発光素子の電圧−電流特性を示す図。 実施例7の発光素子の発光スペクトルを示す図。 発光素子6bの電圧‐電流特性を示す図。 発光素子6bの輝度‐外部量子効率特性を示す図。 比較発光素子7bの電圧‐電流特性を示す図。 比較発光素子7bの輝度‐外部量子効率特性を示す図。 実施例8の発光素子の保存試験の結果を示す図。 実施例9の発光素子の電圧−輝度特性を示す図。 実施例9の発光素子の輝度−電流効率特性を示す図。 実施例9の発光素子の電圧−電流特性を示す図。 実施例9の発光素子の発光スペクトルを示す図。
実施の形態について、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。
なお、以下に説明する発明の構成において、同一部分又は同様な機能を有する部分には同一の符号を異なる図面間で共通して用い、その繰り返しの説明は省略する。また、同様の機能を指す場合には、ハッチパターンを同じくし、特に符号を付さない場合がある。
また、図面等において示す各構成の、位置、大きさ、範囲などは、理解の簡単のため、実際の位置、大きさ、範囲などを表していない場合がある。このため、開示する発明は、必ずしも、図面等に開示された位置、大きさ、範囲などに限定されない。
(実施の形態1)
本実施の形態では、本発明の一態様の化合物について説明する。
本発明の一態様は、ジベンゾ[f,h]キノキサリン骨格と、ジベンゾチオフェン骨格又はジベンゾフラン骨格と、がアリーレン骨格を介して結合した化合物である。該ジベンゾチオフェン骨格又はジベンゾフラン骨格は、置換基としてフルオレニル基を有する。
ジベンゾ[f,h]キノキサリン骨格は平面的な構造である。平面的な構造の有機化合物は結晶化しやすい。結晶化しやすい有機化合物を用いた発光素子は寿命が短い。しかし、本発明の一態様の化合物は、ジベンゾ[f,h]キノキサリン骨格にアリーレン骨格を介してジベンゾチオフェン骨格又はジベンゾフラン骨格が結合しているため、立体的に嵩高い構造である。本発明の一態様の化合物は結晶化しにくいため、発光素子の寿命の低下を抑制することができる。また、本発明の一態様の化合物は、ジベンゾチオフェン骨格又はジベンゾフラン骨格に置換基としてフルオレニル基を有するため、耐熱性が非常に高く、発光素子に用いることで、高耐熱性、かつ長寿命な素子を実現できる。
また、本発明の一態様の化合物は、溶解性が高い。ジベンゾ[f,h]キノキサリン骨格と、ジベンゾチオフェン骨格又はジベンゾフラン骨格とを組み合わせた化合物は元来、溶媒への溶解性に乏しい。しかし、本発明の一態様のように、ジベンゾチオフェン骨格又はジベンゾフラン骨格にフルオレニル基(例えば、9,9−ジアルキルフルオレニル基)を導入することで、極度に溶解性が増すことを本発明者らは見出した。溶解性の高い化合物は、精製しやすく不純物を除去しやすい。したがって、本発明の一態様の化合物を発光素子に用いることで、初期劣化が抑制された、信頼性の高い素子を実現できる。
また、電子又は正孔を容易に受け取ることができない化合物を発光層のホスト材料に用いると、電子と正孔の再結合領域が発光層と他の層との界面に集中し、発光素子の寿命の低下を招く。ここで、本発明の一態様の化合物は、電子輸送骨格であるジベンゾ[f,h]キノキサリン骨格と、正孔輸送骨格であるジベンゾチオフェン骨格又はジベンゾフラン骨格と、を有するため、電子及び正孔を容易に受け取ることができる。したがって、本発明の一態様の化合物を発光層のホスト材料に用いることで、電子と正孔の再結合が発光層内の広い領域で行われると考えられるため、発光素子の寿命の低下を抑制することができる。
また、ジベンゾ[f,h]キノキサリン骨格及び正孔輸送骨格が直接結合している化合物に比べ、これら2つの骨格がアリーレン基を介して結合している本発明の一態様の化合物の方が、共役系の広がりを抑制でき、バンドギャップの低下及び三重項励起エネルギーの低下を防ぐことができる。さらに、本発明の一態様の化合物の方が、高い耐熱性を示し、また、膜質が良好であるという利点もある。
本発明の一態様の化合物は、広いバンドギャップを有するため、発光素子において、発光層の発光物質を分散させるホスト材料として好適に用いることができる。特に、赤色〜緑色の範囲に含まれる光を発する燐光性化合物を分散させるホスト材料として好適である。
また、本発明の一態様の化合物は、電子輸送性の高い物質であるため、発光素子における電子輸送層の材料として好適に用いることができる。
これらのことから、本発明の一態様の化合物は発光素子や有機トランジスタなどの有機デバイスの材料として好適に用いることができる。
本発明の一態様は、一般式(G0)で表される化合物である。ジベンゾチオフェン骨格又はジベンゾフラン骨格が、置換基としてフルオレニル基を有することで、該置換基を有していない場合に比べて、耐熱性及び溶解性を高くすることができる。
一般式(G0)中、Aは、置換もしくは無置換のジベンゾチオフェニレン基、又は、置換もしくは無置換のジベンゾフラニレン基を表し、Xは、置換もしくは無置換のフルオレニル基を表し、Eは、置換もしくは無置換のジベンゾ[f,h]キノキサリニル基を表し、Arは、置換もしくは無置換の炭素数6〜30のアリーレン基を表す。
一般式(G0)において、ジベンゾ[f,h]キノキサリン骨格の2位、6位、又は7位にArが結合していると、合成が容易である、高純度化しやすい、T準位が高い、等の理由により、好ましい。該2位にArが結合していると、該6位や該7位にArが結合している場合に比べて、合成が容易であり、高純度化しやすいため、低コストで提供でき好ましい。該6位にArが結合していると、該2位又は該7位にArが結合している場合に比べて、T準位が高く好ましい。また、該7位にArが結合していると、該2位にArが結合している場合に比べて、T準位が高く好ましい。
本発明の一態様は、一般式(G1)で表される化合物である。
一般式(G1)中、Aは、置換もしくは無置換のジベンゾチオフェニレン基、又は、置換もしくは無置換のジベンゾフラニレン基を表し、Xは、置換もしくは無置換のフルオレニル基を表し、R11〜R19は、それぞれ独立に、水素、炭素数1〜6のアルキル基、又は置換もしくは無置換の炭素数6〜13のアリール基を表し、Arは、置換もしくは無置換の炭素数6〜30のアリーレン基を表す。
本発明の一態様は、一般式(G2)で表される化合物である。ジベンゾチオフェニレン基又はジベンゾフラニレン基の4位にArが結合していると、合成が容易であるため好ましい。
一般式(G2)中、Zは、酸素又は硫黄を表し、R11〜R19は、それぞれ独立に、水素、炭素数1〜4のアルキル基、又は炭素数6〜13の置換もしくは無置換のアリール基を表し、R21〜R27のうち少なくともいずれか一が、置換もしくは無置換のフルオレニル基を表し、その他はそれぞれ独立に、水素、炭素数1〜6のアルキル基、又は置換もしくは無置換の炭素数6〜13のアリール基を表し、Arは、置換もしくは無置換の炭素数6〜30のアリーレン基を表す。
本発明の一態様は、一般式(G3)で表される化合物である。置換基としてフルオレニル基を有する4,6−ジベンゾチオフェンジイル基又は4,6−ジベンゾフランジイル基は、合成が容易であるため好ましい。
一般式(G3)中、Zは、酸素又は硫黄を表し、Xは、置換もしくは無置換のフルオレニル基を表し、R11〜R19及びR21〜R26は、それぞれ独立に、水素、炭素数1〜6のアルキル基、又は炭素数6〜13の置換もしくは無置換のアリール基を表し、Arは、置換もしくは無置換の炭素数6〜30のアリーレン基を表す。
本発明の一態様は、一般式(G4)で表される化合物である。フルオレニル基の2位に、ジベンゾチオフェニレン基又はジベンゾフラニレン基が結合していると、合成が容易であるため好ましい。
一般式(G4)中、Zは、酸素又は硫黄を表し、R11〜R19、R21〜R26及びR31〜R37は、それぞれ独立に、水素、炭素数1〜6のアルキル基、又は炭素数6〜13の置換もしくは無置換のアリール基を表し、R41及びR42は、それぞれ独立に、水素、又は、炭素数1〜6のアルキル基を表し、Arは、置換もしくは無置換の炭素数6〜30のアリーレン基を表す。
三重項励起エネルギーの準位(T準位)を高くする観点から、上記各一般式中に示すArは、炭素数6〜13のアリーレン基を表すことが好ましい。このとき、該アリーレン基は1以上の置換基を有していてもよく、該置換基は互いに結合して環を形成してもよい。
また、三重項励起エネルギーの準位(T準位)を高くする観点から、上記各一般式中に示すArは、アントリレン基やピレニレン基ではないことが好ましい。
上記の各一般式中に示すArの具体的な構造としては、例えば、構造式(1−1)〜構造式(1−24)に示す置換基が挙げられる。三重項励起エネルギーの準位(T準位)を高くする観点、耐熱性を向上する観点、容易に合成する観点などから、特に、Arは、置換もしくは無置換のフェニレン基、又は、置換もしくは無置換のビフェニルジイル基であることが好ましい。なお、Arは、さらに炭素数1〜4のアルキル基、又は炭素数6〜13のアリール基を置換基として有していてもよい。該炭素数6〜13のアリール基としては、例えば、フェニル基、ナフチル基、フルオレニル基等が挙げられる。
上記の各一般式中に示すR11〜R19、R21〜R27、及びR31〜R37の具体的な構造としては、例えば、構造式(2−1)〜構造式(2−22)に示す置換基が挙げられる。R11〜R19、R21〜R27、及びR31〜R37は、それぞれアリール基である場合には、さらに炭素数1〜6のアルキル基、又は炭素数6〜13のアリール基を置換基として有していてもよい。該炭素数6〜13のアリール基としては、例えば、フェニル基、ナフチル基、フルオレニル基等が挙げられる。具体的には、構造式(2−13)〜構造式(2−22)が、アリール基が置換基を有している場合の構造である。なお、R11〜R19、R21〜R27、及びR31〜R37が置換基を有している構造は、これらに限られるものではない。
また、上記一般式(G4)中に示すR41及びR42の具体的な構造としては、例えば、上記の構造式(2−1)〜構造式(2−9)に示す置換基が挙げられる。特に、容易に合成する観点やコストの観点から、R41及びR42は、メチル基であることが好ましい。
本発明の一態様の化合物の具体例としては、構造式(100)〜構造式(148)に示される化合物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。
本発明の一態様の化合物の合成方法としては種々の反応を適用することができる。例えば、以下に示す合成反応を行うことによって、一般式(G1)で表される本発明の一態様の化合物を合成することができる。なお、本発明の一態様である化合物の合成方法は、以下の合成方法に限定されない。
<一般式(G1)で表される化合物の合成方法1>
一般式(G1)で表される化合物は、合成スキーム(A−1)のようにして合成することができる。すなわち、ジベンゾ[f,h]キノキサリン誘導体の、ハロゲン化合物又はトリフラート基を有する化合物(a1)と、フルオレニル基が結合したジベンゾチオフェニレン基もしくはジベンゾフラニレン基を有するアリール誘導体の、ボロン酸又は有機ホウ素化合物(a2)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で、一般式(G1)で表される化合物を得ることができる。
合成スキーム(A−1)において、Aは、置換もしくは無置換のジベンゾチオフェニレン基、又は、置換もしくは無置換のジベンゾフラニレン基を表し、Xは、置換もしくは無置換のフルオレニル基を表し、R11〜R19は、それぞれ独立に、水素、炭素数1〜6のアルキル基、又は置換もしくは無置換の炭素数6〜13のアリール基を表し、Arは、置換もしくは無置換の炭素数6〜30のアリーレン基を表す。
また、合成スキーム(A−1)において、Yは、ハロゲン又はトリフラート基を表す。Yがハロゲンの場合、特に塩素、臭素、又はヨウ素が好ましい。
また、合成スキーム(A−1)において、化合物(a2)がボロン酸の場合、R43及びR44は水素を表す。また、化合物(a2)は有機ホウ素化合物であってもよく、例えば、ボロン酸がエチレングリコール等により保護されていてもよい。化合物(a2)が有機ホウ素化合物の場合、R43及びR44は、それぞれ独立に、炭素数1〜6のアルキル基を表す。このとき、R43及びR44は同じであっても異なっていてもよく、互いに結合して環を形成していてもよい。
合成スキーム(A−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。また、合成スキーム(A−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−トリル)ホスフィン、トリフェニルホスフィン、トリシクロヘキシルホスフィン等が挙げられる。また、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、炭酸ナトリウム等の無機塩基等が挙げられる。また、用いることができる溶媒としては、トルエン、キシレン、エタノール等のアルコール、トルエンとエタノール等のアルコールとの混合溶媒、キシレンとエタノール等のアルコールとの混合溶媒、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、1,2−ジメトキシエタン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。なお、当該反応で用いることができる試薬類は、これらの試薬類に限られるものではない。
または、ジベンゾ[f,h]キノキサリン誘導体の、有機ホウ素化合物又はボロン酸(具体的には、化合物(a1)におけるYが、有機ホウ素基又はボロン酸基である)と、フルオレニル基が結合したジベンゾチオフェニレン基もしくはジベンゾフラニレン基を有するアリール誘導体の、ハロゲン化合物又はトリフラート基を有する化合物(具体的には、化合物(a2)におけるArと結合する基が、有機ホウ素基又はボロン酸基でなく、ハロゲン又はトリフラート基である)との組み合わせを、鈴木・宮浦反応によりカップリングさせてもよい。
<一般式(G1)で表される化合物の合成方法2>
一般式(G1)で表される化合物は、合成スキーム(A−2)のようにして合成することもできる。すなわち、ジベンゾ[f,h]キノキサリニル基が結合したアリール誘導体の、ハロゲン化合物又はトリフラート基を持つ化合物(a3)と、フルオレニル基が結合したジベンゾチオフェン誘導体もしくはジベンゾフラン誘導体の、ボロン酸又は有機ホウ素化合物(a4)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でも、一般式(G1)で表される化合物を得ることができる。
合成スキーム(A−2)において、Aは、置換もしくは無置換のジベンゾチオフェニレン基、又は、置換もしくは無置換のジベンゾフラニレン基を表し、Xは、置換もしくは無置換のフルオレニル基を表し、R11〜R19は、それぞれ独立に、水素、炭素数1〜6のアルキル基、又は置換もしくは無置換の炭素数6〜13のアリール基を表し、Arは、置換もしくは無置換の炭素数6〜30のアリーレン基を表す。
また、合成スキーム(A−2)において、Yはハロゲン又はトリフラート基を表す。Yがハロゲンの場合、特に塩素、臭素、又はヨウ素が好ましい。
また、合成スキーム(A−2)において、化合物(a4)がボロン酸の場合、R43及びR44は水素を表す。また、化合物(a4)は有機ホウ素化合物であってもよく、例えば、ボロン酸がエチレングリコール等により保護されていてもよい。化合物(a4)が有機ホウ素化合物の場合、R43及びR44は、それぞれ独立に、炭素数1〜6のアルキル基を表す。このとき、R43及びR44は同じであっても異なっていてもよく、互いに結合して環を形成していてもよい。
合成スキーム(A−2)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。また、合成スキーム(A−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(オルト−トリル)ホスフィン、トリフェニルホスフィン、トリシクロヘキシルホスフィン等が挙げられる。また、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、炭酸ナトリウム等の無機塩基等が挙げられる。また、用いることができる溶媒としては、トルエン、キシレン、エタノール等のアルコール、トルエンとエタノール等のアルコールとの混合溶媒、キシレンとエタノール等のアルコールとの混合溶媒、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、1,2−ジメトキシエタン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。なお、当該反応で用いることができる試薬類は、これらの試薬類に限られるものではない。
または、ジベンゾ[f,h]キノキサリニル基が結合したアリール誘導体の、有機ホウ素化合物又はボロン酸(具体的には、化合物(a3)におけるYが、有機ホウ素基又はボロン酸基である)と、フルオレニル基が結合したジベンゾチオフェン誘導体もしくはジベンゾフラン誘導体の、ハロゲン化合物又はトリフラート基を有する化合物(具体的には、化合物(a4)におけるArと結合する基が、有機ホウ素基又はボロン酸基でなく、ハロゲン又はトリフラート基である)との組み合わせを、鈴木・宮浦反応によりカップリングさせてもよい。
以上によって、本実施の形態の化合物を合成することができる。
本実施の形態の化合物は、発光素子において、発光層の発光物質を分散させるホスト材料や電子輸送層の材料として好適である。本実施の形態の化合物を用いることで、長寿命の発光素子を得ることができる。また、本実施の形態の化合物を用いることで、信頼性の高い発光素子を得ることができる。
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できる。
(実施の形態2)
本実施の形態では、本発明の一態様の発光素子について図1を用いて説明する。
本発明の一態様の発光素子は、一対の電極間に実施の形態1で示した化合物を含む層を有する。
本発明の一態様の発光素子が備える該化合物は立体的に嵩高い構造である。また、該化合物は耐熱性が高い。したがって、該化合物を用いることで、長寿命の発光素子を実現できる。また、該化合物は溶解性が高い。不純物が十分に除去された本発明の一態様の化合物を発光素子に用いることで、初期劣化が抑制された、信頼性の高い素子を実現できる。
また、該化合物は、電子輸送骨格であるジベンゾ[f,h]キノキサリン骨格及び正孔輸送骨格であるジベンゾチオフェン骨格又はジベンゾフラン骨格を有するため、電子及び正孔を受け取ることができる。したがって、該化合物を発光層のホスト材料に用いることで、電子と正孔の再結合が発光層内で行われ、発光素子の寿命の低下を抑制することができる。つまり、本発明の好ましい一態様は、一対の電極間に発光層を有し、該発光層は、発光物質(ゲスト材料)と、該発光物質を分散するホスト材料と、を有し、該ホスト材料が、該化合物である発光素子である。
本実施の形態の発光素子は、一対の電極(第1の電極及び第2の電極)間に発光性の有機化合物を含む層(EL層)を有する。第1の電極又は第2の電極の一方は陽極として機能し、他方は陰極として機能する。本実施の形態では、EL層が、実施の形態1で説明した本発明の一態様の化合物を含む。
≪発光素子の構成例≫
図1(A)に示す発光素子は、第1の電極201及び第2の電極205の間にEL層203を有する。本実施の形態では、第1の電極201が陽極として機能し、第2の電極205が陰極として機能する。
第1の電極201と第2の電極205の間に、発光素子の閾値電圧より高い電圧を印加すると、EL層203に第1の電極201側から正孔が注入され、第2の電極205側から電子が注入される。注入された電子と正孔はEL層203において再結合し、EL層203に含まれる発光物質が発光する。
EL層203は、発光物質を含む発光層303を少なくとも有する。
また、EL層中に発光層を複数設け、それぞれの層の発光色を異なるものにすることで、発光素子全体として、所望の色の発光を得ることができる。例えば、発光層を2つ有する発光素子において、第1の発光層の発光色と第2の発光層の発光色を補色の関係になるようにすることで、発光素子全体として白色発光する発光素子を得ることも可能である。なお、補色とは、混合すると無彩色になる色同士の関係をいう。つまり、補色の関係にある色を発光する物質から得られた光を混合すると、白色発光を得ることができる。また、発光層を3つ以上有する発光素子の場合でも同様である。
また、EL層203は、発光層以外の層として、正孔注入性の高い物質、正孔輸送性の高い物質、電子輸送性の高い物質、電子注入性の高い物質、又はバイポーラ性の物質(電子輸送性及び正孔輸送性が高い物質)等を含む層をさらに有していてもよい。EL層203には低分子系化合物及び高分子系化合物のいずれを用いることもでき、無機化合物を含んでいてもよい。
図1(B)に示す発光素子は、第1の電極201及び第2の電極205の間にEL層203を有し、該EL層203では、正孔注入層301、正孔輸送層302、発光層303、電子輸送層304及び電子注入層305が、第1の電極201側からこの順に積層されている。
本発明の一態様の化合物は、発光層303や、電子輸送層304に用いることが好適である。本実施の形態では、本発明の一態様の化合物を発光層303のホスト材料として用いる場合を例に挙げて説明する。
図1(C)(D)に示す発光素子のように、第1の電極201及び第2の電極205の間に複数のEL層が積層されていてもよい。この場合、積層されたEL層の間には、中間層207を設けることが好ましい。中間層207は、電荷発生領域を少なくとも有する。
例えば、図1(C)に示す発光素子は、第1のEL層203aと第2のEL層203bとの間に、中間層207を有する。また、図1(D)に示す発光素子は、EL層をn層(nは2以上の自然数)有し、各EL層の間には、中間層207を有する。
EL層203(m)とEL層203(m+1)の間に設けられた中間層207における電子と正孔の挙動について説明する。第1の電極201と第2の電極205の間に、発光素子の閾値電圧より高い電圧を印加すると、中間層207において正孔と電子が発生し、正孔は第2の電極205側に設けられたEL層203(m+1)へ移動し、電子は第1の電極201側に設けられたEL層203(m)へ移動する。EL層203(m+1)に注入された正孔は、第2の電極205側から注入された電子と再結合し、当該EL層203(m+1)に含まれる発光物質が発光する。また、EL層203(m)に注入された電子は、第1の電極201側から注入された正孔と再結合し、当該EL層203(m)に含まれる発光物質が発光する。よって、中間層207において発生した正孔と電子は、それぞれ異なるEL層において発光に至る。
なお、EL層同士を接して設けることで、両者の間に中間層と同じ構成が形成される場合は、中間層を介さずにEL層同士を接して設けることができる。例えば、EL層の一方の面に電荷発生領域が形成されている場合、その面に接してEL層を設けることができる。
また、それぞれのEL層の発光色を異なるものにすることで、発光素子全体として、所望の色の発光を得ることができる。例えば、2つのEL層を有する発光素子において、第1のEL層の発光色と第2のEL層の発光色を補色の関係になるようにすることで、発光素子全体として白色発光する発光素子を得ることも可能である。また、3つ以上のEL層を有する発光素子の場合でも同様である。
≪発光素子の材料≫
以下に、それぞれの層に用いることができる材料を例示する。なお、各層は、単層に限られず、二層以上積層してもよい。
〈陽極〉
陽極として機能する電極(本実施の形態では第1の電極201)は、導電性を有する金属、合金、導電性化合物等を1種又は複数種用いて形成することができる。特に、仕事関数の大きい(4.0eV以上)材料を用いることが好ましい。例えば、インジウムスズ酸化物(ITO:Indium Tin Oxide)、珪素もしくは酸化珪素を含有したインジウムスズ酸化物、インジウム亜鉛酸化物、酸化タングステン及び酸化亜鉛を含有した酸化インジウム、グラフェン、金、白金、ニッケル、タングステン、クロム、モリブデン、鉄、コバルト、銅、パラジウム、チタン、又は金属材料の窒化物(例えば、窒化チタン)等が挙げられる。
なお、陽極が電荷発生領域と接する場合は、仕事関数の大きさを考慮せずに、様々な導電性材料を用いることができ、例えば、アルミニウム、銀、アルミニウムを含む合金等も用いることができる。
〈陰極〉
陰極として機能する電極(本実施の形態では第2の電極205)は、導電性を有する金属、合金、導電性化合物などを1種又は複数種用いて形成することができる。特に、仕事関数が小さい(3.8eV以下)材料を用いることが好ましい。例えば、元素周期表の第1族又は第2族に属する元素(例えば、リチウム、セシウム等のアルカリ金属、カルシウム、ストロンチウム等のアルカリ土類金属、マグネシウム等)、これら元素を含む合金(例えば、Mg−Ag、Al−Li)、ユーロピウム、イッテルビウム等の希土類金属、これら希土類金属を含む合金、アルミニウム、銀等を用いることができる。
なお、陰極が電荷発生領域と接する場合は、仕事関数の大きさを考慮せずに、様々な導電性材料を用いることができる。例えば、ITO、珪素又は酸化珪素を含有したインジウムスズ酸化物等も用いることができる。
電極は、それぞれ、真空蒸着法やスパッタリング法を用いて形成すればよい。また、銀ペースト等を用いる場合には、塗布法やインクジェット法を用いればよい。
〈発光層〉
発光層303は、発光物質を含む層である。本実施の形態では、発光層303が、ゲスト材料と、ゲスト材料を分散するホスト材料とを含み、該ホスト材料として本発明の一態様の化合物を用いる場合を例に挙げて説明する。本発明の一態様の化合物は、発光物質が蛍光性化合物や、赤色〜緑色の範囲に含まれる光を発する燐光性化合物である場合の発光層のホスト材料として好適である。
発光層において、ゲスト材料をホスト材料に分散させた構成とすることにより、発光層の結晶化を抑制することができる。また、ゲスト材料の濃度が高いことによる濃度消光を抑制し、発光素子の発光効率を高くすることができる。
発光層は、ゲスト材料及びホスト材料に加えて他の化合物を含んでいてもよい。また、本発明の一態様の発光素子は、本発明の一態様の化合物を含む発光層とは別に、さらに発光層を有していてもよい。このとき、発光物質としては、蛍光性化合物や燐光性化合物、熱活性化遅延蛍光を示す物質を用いることができ、ホスト材料としては、後述の電子を受け取りやすい化合物や正孔を受け取りやすい化合物を用いることができる。
なお、ホスト材料(もしくは、発光層に含まれるゲスト材料以外の材料)のT準位は、ゲスト材料のT準位よりも高いことが好ましい。ホスト材料のT準位がゲスト材料のT準位よりも低いと、発光に寄与するゲスト材料の三重項励起エネルギーをホスト材料が消光(クエンチ)してしまい、発光効率の低下を招くためである。
ここで、ホスト材料からゲスト材料へのエネルギー移動効率を高めるため、分子間の移動機構として知られているフェルスター機構(双極子−双極子相互作用)及びデクスター機構(電子交換相互作用)を考慮した上で、ホスト材料の発光スペクトル(一重項励起状態からのエネルギー移動を論じる場合は蛍光スペクトル、三重項励起状態からのエネルギー移動を論じる場合は燐光スペクトル)とゲスト材料の吸収スペクトル(より詳細には、最も長波長(低エネルギー)側の吸収帯におけるスペクトル)との重なりが大きくなることが好ましい。
しかしながら通常、ホスト材料の蛍光スペクトルを、ゲスト材料の最も長波長(低エネルギー)側の吸収帯における吸収スペクトルと重ねることは困難である。なぜならば、そのようにしてしまうと、ホスト材料の燐光スペクトルは蛍光スペクトルよりも長波長(低エネルギー)側に位置するため、ホスト材料のT準位が燐光性化合物のT準位を下回ってしまい、上述したクエンチの問題が生じてしまうからである。一方、クエンチの問題を回避するため、ホスト材料のT準位が燐光性化合物のT準位を上回るように設計すると、今度はホスト材料の蛍光スペクトルが短波長(高エネルギー)側にシフトするため、その蛍光スペクトルはゲスト材料の最も長波長(低エネルギー)側の吸収帯における吸収スペクトルと重ならなくなる。したがって、ホスト材料の蛍光スペクトルをゲスト材料の最も長波長(低エネルギー)側の吸収帯における吸収スペクトルと重ね、ホスト材料の一重項励起状態からのエネルギー移動を最大限に高めることは、通常困難である。
そこで燐光性化合物をゲスト材料として用いる発光素子において、発光層は、燐光性化合物とホスト材料(それぞれ、発光層に含まれる第1の物質、第2の物質とみなす)の他に、第3の物質を含み、ホスト材料と第3の物質は励起錯体(エキサイプレックスともいう)を形成する組み合わせであることが好ましい。この場合、発光層におけるキャリア(電子及び正孔)の再結合の際にホスト材料と第3の物質は、励起錯体を形成する。これにより、発光層において、ホスト材料の蛍光スペクトル及び第3の物質の蛍光スペクトルは、より長波長側に位置する励起錯体の発光スペクトルに変換される。そして、励起錯体の発光スペクトルとゲスト材料の吸収スペクトルとの重なりが大きくなるように、ホスト材料と第3の物質を選択すれば、一重項励起状態からのエネルギー移動を最大限に高めることができる。なお、三重項励起状態に関しても、ホスト材料ではなく励起錯体からのエネルギー移動が生じると考えられる。このような構成を適用した本発明の一態様では、励起錯体の発光スペクトルと燐光性化合物の吸収スペクトルとの重なりを利用したエネルギー移動により、エネルギー移動効率を高めることができるため、外部量子効率の高い発光素子を実現することができる。
ゲスト材料としては、後述の燐光性化合物を用いることができる。また、ホスト材料と第3の物質としては、励起錯体を生じる組み合わせであればよいが、電子を受け取りやすい化合物(電子トラップ性化合物)と、正孔を受け取りやすい化合物(正孔トラップ性化合物)とを組み合わせることが好ましい。本発明の一態様の化合物は電子トラップ性化合物として用いることができる。
したがって、本発明の一態様の発光素子は、赤色〜緑色の範囲に含まれる光を発する燐光性化合物と、本発明の一態様の化合物と、正孔を受け取りやすい化合物と、を含む発光層を一対の電極間に有する。
ホスト材料や第3の物質として用いることができる正孔を受け取りやすい化合物は、例えば、π電子過剰型複素芳香族化合物(例えばカルバゾール誘導体やインドール誘導体)や芳香族アミン化合物である。
具体的には、N−(1,1’−ビフェニル−4−イル)−N−[4−(9−フェニル−9H−カルバゾール−3−イル)フェニル]−9,9−ジメチル−9H−フルオレン−2−アミン(略称:PCBBiF)、4−フェニル−4’−(9−フェニル−9H−カルバゾール−3−イル)トリフェニルアミン(略称:PCBA1BP)、4,4’−ジ(1−ナフチル)−4’’−(9−フェニル−9H−カルバゾール−3−イル)トリフェニルアミン(略称:PCBNBB)、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)、4,4’,4’’−トリス[N−(1−ナフチル)−N−フェニルアミノ]トリフェニルアミン(略称:1’−TNATA)、2,7−ビス[N−(4−ジフェニルアミノフェニル)−N−フェニルアミノ]スピロ−9,9’−ビフルオレン(略称:DPA2SF)、N,N’−ビス(9−フェニルカルバゾール−3−イル)−N,N’−ジフェニルベンゼン−1,3−ジアミン(略称:PCA2B)、N−(9,9−ジメチル−2−ジフェニルアミノ−9H−フルオレン−7−イル)ジフェニルアミン(略称:DPNF)、N,N’,N’’−トリフェニル−N,N’,N’’−トリス(9−フェニルカルバゾール−3−イル)ベンゼン−1,3,5−トリアミン(略称:PCA3B)、2−[N−(9−フェニルカルバゾール−3−イル)−N−フェニルアミノ]スピロ−9,9’−ビフルオレン(略称:PCASF)、2−[N−(4−ジフェニルアミノフェニル)−N−フェニルアミノ]スピロ−9,9’−ビフルオレン(略称:DPASF)、N,N’−ビス[4−(カルバゾール−9−イル)フェニル]−N,N’−ジフェニル−9,9−ジメチルフルオレン−2,7−ジアミン(略称:YGA2F)、N,N’−ビス(3−メチルフェニル)−N,N’−ジフェニル−[1,1’−ビフェニル]−4,4’−ジアミン(略称:TPD)、4,4’−ビス[N−(4−ジフェニルアミノフェニル)−N−フェニルアミノ]ビフェニル(略称:DPAB)、N−(9,9−ジメチル−9H−フルオレン−2−イル)−N−{9,9−ジメチル−2−[N’−フェニル−N’−(9,9−ジメチル−9H−フルオレン−2−イル)アミノ]−9H−フルオレン−7−イル}フェニルアミン(略称:DFLADFL)、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−(4−ジフェニルアミノフェニル)−N−フェニルアミノ]−9−フェニルカルバゾール(略称:PCzDPA1)、3,6−ビス[N−(4−ジフェニルアミノフェニル)−N−フェニルアミノ]−9−フェニルカルバゾール(略称:PCzDPA2)、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)、3,6−ビス[N−(4−ジフェニルアミノフェニル)−N−(1−ナフチル)アミノ]−9−フェニルカルバゾール(略称:PCzTPN2)等が挙げられる。
さらに、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又はα−NPD)、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)、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)、4−フェニル−4’−(9−フェニルフルオレン−9−イル)トリフェニルアミン(略称:BPAFLP)、4,4’−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)などの芳香族アミン化合物や、4,4’−ジ(N−カルバゾリル)ビフェニル(略称:CBP)、9−[4−(10−フェニル−9−アントラセニル)フェニル]−9H−カルバゾール(略称:CzPA)、9−フェニル−3−[4−(10−フェニル−9−アントリル)フェニル]−9H−カルバゾール(略称:PCzPA)などのカルバゾール誘導体が挙げられる。また、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)等の高分子化合物が挙げられる。
ホスト材料や第3の物質として用いることができる電子を受け取りやすい化合物は、本発明の一態様の化合物のほか、含窒素複素芳香族化合物のようなπ電子不足型複素芳香族化合物や、キノリン骨格又はベンゾキノリン骨格を有する金属錯体、オキサゾール系配位子又はチアゾール系配位子を有する金属錯体等を用いることもできる。
具体的には、例えば、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)、ビス(8−キノリノラト)亜鉛(II)(略称:Znq)、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))などの金属錯体、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)、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)、1,3−ビス[5−(p−tert−ブチルフェニル)−1,3,4−オキサジアゾール−2−イル]ベンゼン(略称:OXD−7)、9−[4−(5−フェニル−1,3,4−オキサジアゾール−2−イル)フェニル]−9H−カルバゾール(略称:CO11)、2,2’,2’’−(1,3,5−ベンゼントリイル)トリス(1−フェニル−1H−ベンゾイミダゾール)(略称:TPBI)、2−[3−(ジベンゾチオフェン−4−イル)フェニル]−1−フェニル−1H−ベンゾイミダゾール(略称:mDBTBIm−II)などのポリアゾール骨格を有する複素環化合物、2−[3−(ジベンゾチオフェン−4−イル)フェニル]ジベンゾ[f,h]キノキサリン(略称:2mDBTPDBq−II)、2−[3’−(ジベンゾチオフェン−4−イル)ビフェニル−3−イル]ジベンゾ[f,h]キノキサリン(略称:2mDBTBPDBq−II)、2−[4−(3,6−ジフェニル−9H−カルバゾール−9−イル)フェニル]ジベンゾ[f,h]キノキサリン(略称:2CzPDBq−III)、7−[3−(ジベンゾチオフェン−4−イル)フェニル]ジベンゾ[f,h]キノキサリン(略称:7mDBTPDBq−II)、及び6−[3−(ジベンゾチオフェン−4−イル)フェニル]ジベンゾ[f,h]キノキサリン(略称:6mDBTPDBq−II)、2−[3’−(9H−カルバゾール−9−イル)ビフェニル−3−イル]ジベンゾ[f,h]キノキサリン(略称:2mCzBPDBq)などのキノキサリン骨格又はジベンゾキノキサリン骨格を有する複素環化合物、4,6−ビス[3−(フェナントレン−9−イル)フェニル]ピリミジン(略称:4,6mPnP2Pm)、4,6−ビス[3−(9H−カルバゾール−9−イル)フェニル]ピリミジン(略称:4,6mCzP2Pm)、4,6−ビス[3−(4−ジベンゾチエニル)フェニル]ピリミジン(略称:4,6mDBTP2Pm−II)などのジアジン骨格(ピリミジン骨格やピラジン骨格)を有する複素環化合物、3,5−ビス[3−(9H−カルバゾール−9−イル)フェニル]ピリジン(略称:3,5DCzPPy)、1,3,5−トリ[3−(3−ピリジル)フェニル]ベンゼン(略称:TmPyPB)、3,3’,5,5’−テトラ[(m−ピリジル)−フェン−3−イル]ビフェニル(略称:BP4mPy)などのピリジン骨格を有する複素環化合物が挙げられる。上述した中でも、キノキサリン骨格又はジベンゾキノキサリン骨格を有する複素環化合物、ジアジン骨格を有する複素環化合物、ピリジン骨格を有する複素環化合物は、信頼性が良好であり好ましい。
さらに、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)などのキノリン骨格又はベンゾキノリン骨格を有する金属錯体や、バソフェナントロリン(略称:BPhen)、バソキュプロイン(略称:BCP)、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)、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)等の複素芳香族化合物が挙げられる。また、ポリ(2,5−ピリジンジイル)(略称:PPy)、ポリ[(9,9−ジヘキシルフルオレン−2,7−ジイル)−co−(ピリジン−3,5−ジイル)](略称:PF−Py)、ポリ[(9,9−ジオクチルフルオレン−2,7−ジイル)−co−(2,2’−ビピリジン−6,6’−ジイル)](略称:PF−BPy)等の高分子化合物が挙げられる。
ホスト材料や第3の物質に用いることができる材料は、上述した材料に限定されることなく、励起錯体を形成できる組み合わせであり、励起錯体の発光スペクトルが、ゲスト材料の吸収スペクトルと重なり、励起錯体の発光スペクトルのピークが、ゲスト材料の吸収スペクトルのピークよりも長波長であればよい。
なお、電子を受け取りやすい化合物と正孔を受け取りやすい化合物でホスト材料と第3の物質を構成する場合、その混合比によってキャリアバランスを制御することができる。具体的には、ホスト材料:第3の物質=1:9〜9:1の範囲が好ましい。
また、励起錯体は、二層の界面において形成されていても良い。例えば、電子を受け取りやすい化合物を含む層と正孔を受け取りやすい化合物を含む層を積層すれば、その界面近傍では励起錯体が形成されるが、この二層をもって本発明の一態様の発光素子における発光層としても良い。この場合、燐光性化合物は、該界面近傍に添加されていれば良い。また、二層のうち、少なくともいずれか一方、又は双方に添加されていれば良い。
《ゲスト材料》
発光層303に用いることができる蛍光性化合物の一例を挙げる。例えば、青色系の発光材料として、N,N’−ビス(3−メチルフェニル)−N,N’−ビス[3−(9−フェニル−9H−フルオレン−9−イル)フェニル]ピレン−1,6−ジアミン(略称:1,6mMemFLPAPrn)、N,N’−ビス(ジベンゾフラン−4−イル)−N,N’−ジフェニルピレン−1,6−ジアミン(略称:1,6FrAPrn−II)、N,N’−ビス[4−(9H−カルバゾール−9−イル)フェニル]−N,N’−ジフェニルスチルベン−4,4’−ジアミン(略称:YGA2S)、4−(9H−カルバゾール−9−イル)−4’−(10−フェニル−9−アントリル)トリフェニルアミン(略称:YGAPA)、4−(10−フェニル−9−アントリル)−4’−(9−フェニル−9H−カルバゾール−3−イル)トリフェニルアミン(略称:PCBAPA)等が挙げられる。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)、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)等が挙げられる。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)等が挙げられる。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)、7,14−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)等が挙げられる。
発光層303に用いることができる燐光性化合物の一例を挙げる。例えば、440nm〜520nmに発光のピークを有する燐光性化合物としては、トリス{2−[5−(2−メチルフェニル)−4−(2,6−ジメチルフェニル)−4H−1,2,4−トリアゾール−3−イル−κN2]フェニル−κC}イリジウム(III)(略称:[Ir(mpptz−dmp)])、トリス(5−メチル−3,4−ジフェニル−4H−1,2,4−トリアゾラト)イリジウム(III)(略称:[Ir(Mptz)])、トリス[4−(3−ビフェニル)−5−イソプロピル−3−フェニル−4H−1,2,4−トリアゾラト]イリジウム(III)(略称:[Ir(iPrptz−3b)])のような4H−トリアゾール骨格を有する有機金属イリジウム錯体や、トリス[3−メチル−1−(2−メチルフェニル)−5−フェニル−1H−1,2,4−トリアゾラト]イリジウム(III)(略称:[Ir(Mptz1−mp)])、トリス(1−メチル−5−フェニル−3−プロピル−1H−1,2,4−トリアゾラト)イリジウム(III)(略称:[Ir(Prptz1−Me)])のような1H−トリアゾール骨格を有する有機金属イリジウム錯体や、fac−トリス[1−(2,6−ジイソプロピルフェニル)−2−フェニル−1H−イミダゾール]イリジウム(III)(略称:[Ir(iPrpmi)])、トリス[3−(2,6−ジメチルフェニル)−7−メチルイミダゾ[1,2−f]フェナントリジナト]イリジウム(III)(略称:[Ir(dmpimpt−Me)])のようなイミダゾール骨格を有する有機金属イリジウム錯体や、ビス[2−(4’,6’−ジフルオロフェニル)ピリジナト−N,C2’]イリジウム(III)テトラキス(1−ピラゾリル)ボラート(略称:FIr6)、ビス[2−(4’,6’−ジフルオロフェニル)ピリジナト−N,C2’]イリジウム(III)ピコリナート(略称:FIrpic)、ビス{2−[3’,5’−ビス(トリフルオロメチル)フェニル]ピリジナト−N,C2’}イリジウム(III)ピコリナート(略称:[Ir(CFppy)(pic)])、ビス[2−(4’,6’−ジフルオロフェニル)ピリジナト−N,C2’]イリジウム(III)アセチルアセトナート(略称:FIr(acac))のような電子吸引基を有するフェニルピリジン誘導体を配位子とする有機金属イリジウム錯体が挙げられる。上述した中でも、4H−トリアゾール骨格を有する有機金属イリジウム錯体は、信頼性や発光効率が優れるため、特に好ましい。
例えば、520nm〜600nmに発光のピークを有する燐光性化合物としては、トリス(4−メチル−6−フェニルピリミジナト)イリジウム(III)(略称:[Ir(mppm)])、トリス(4−t−ブチル−6−フェニルピリミジナト)イリジウム(III)(略称:[Ir(tBuppm)])、(アセチルアセトナト)ビス(6−メチル−4−フェニルピリミジナト)イリジウム(III)(略称:[Ir(mppm)(acac)])、(アセチルアセトナト)ビス(6−tert−ブチル−4−フェニルピリミジナト)イリジウム(III)(略称:[Ir(tBuppm)(acac)])、(アセチルアセトナト)ビス[4−(2−ノルボルニル)−6−フェニルピリミジナト]イリジウム(III)(略称:[Ir(nbppm)(acac)])、(アセチルアセトナト)ビス[5−メチル−6−(2−メチルフェニル)−4−フェニルピリミジナト]イリジウム(III)(略称:[Ir(mpmppm)(acac)])、(アセチルアセトナト)ビス(4,6−ジフェニルピリミジナト)イリジウム(III)(略称:[Ir(dppm)(acac)])のようなピリミジン骨格を有する有機金属イリジウム錯体や、(アセチルアセトナト)ビス(3,5−ジメチル−2−フェニルピラジナト)イリジウム(III)(略称:[Ir(mppr−Me)(acac)])、(アセチルアセトナト)ビス(5−イソプロピル−3−メチル−2−フェニルピラジナト)イリジウム(III)(略称:[Ir(mppr−iPr)(acac)])のようなピラジン骨格を有する有機金属イリジウム錯体や、トリス(2−フェニルピリジナト−N,C2’)イリジウム(III)(略称:[Ir(ppy)])、ビス(2−フェニルピリジナト−N,C2’)イリジウム(III)アセチルアセトナート(略称:[Ir(ppy)(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)])、トリス(ベンゾ[h]キノリナト)イリジウム(III)(略称:[Ir(bzq)])、トリス(2−フェニルキノリナト−N,C2’)イリジウム(III)(略称:[Ir(pq)])、ビス(2−フェニルキノリナト−N,C2’)イリジウム(III)アセチルアセトナート(略称:[Ir(pq)(acac)])のようなピリジン骨格を有する有機金属イリジウム錯体の他、トリス(アセチルアセトナト)(モノフェナントロリン)テルビウム(III)(略称:[Tb(acac)(Phen)])のような希土類金属錯体が挙げられる。上述した中でも、ピリミジン骨格を有する有機金属イリジウム錯体は、信頼性や発光効率が際だって優れるため、特に好ましい。
また、例えば、600nm〜700nmに発光のピークを有する燐光性化合物としては、(ジイソブチリルメタナト)ビス[4,6−ビス(3−メチルフェニル)ピリミジナト]イリジウム(III)(略称:[Ir(5mdppm)(dibm)])、ビス[4,6−ビス(3−メチルフェニル)ピリミジナト](ジピバロイルメタナト)イリジウム(III)(略称:[Ir(5mdppm)(dpm)])、ビス[4,6−ジ(ナフタレン−1−イル)ピリミジナト](ジピバロイルメタナト)イリジウム(III)(略称:[Ir(d1npm)(dpm)])のようなピリミジン骨格を有する有機金属イリジウム錯体や、(アセチルアセトナト)ビス(2,3,5−トリフェニルピラジナト)イリジウム(III)(略称:[Ir(tppr)(acac)])、ビス(2,3,5−トリフェニルピラジナト)(ジピバロイルメタナト)イリジウム(III)(略称:[Ir(tppr)(dpm)])、(アセチルアセトナト)ビス[2,3−ビス(4−フルオロフェニル)キノキサリナト]イリジウム(III)(略称:[Ir(Fdpq)(acac)])のようなピラジン骨格を有する有機金属イリジウム錯体や、トリス(1−フェニルイソキノリナト−N,C2’)イリジウム(III)(略称:[Ir(piq)])、ビス(1−フェニルイソキノリナト−N,C2’)イリジウム(III)アセチルアセトナート(略称:[Ir(piq)(acac)])のようなピリジン骨格を有する有機金属イリジウム錯体の他、2,3,7,8,12,13,17,18−オクタエチル−21H,23H−ポルフィリン白金(II)(略称:PtOEP)のような白金錯体や、トリス(1,3−ジフェニル−1,3−プロパンジオナト)(モノフェナントロリン)ユーロピウム(III)(略称:[Eu(DBM)(Phen)])、トリス[1−(2−テノイル)−3,3,3−トリフルオロアセトナト](モノフェナントロリン)ユーロピウム(III)(略称:[Eu(TTA)(Phen)])のような希土類金属錯体が挙げられる。上述した中でも、ピリミジン骨格を有する有機金属イリジウム錯体は、信頼性や発光効率が際だって優れるため、特に好ましい。また、ピラジン骨格を有する有機金属イリジウム錯体は、色度のよい赤色発光が得られる。
また、発光層303には、高分子化合物を用いることもできる。例えば、青色系の発光材料として、ポリ(9,9−ジオクチルフルオレン−2,7−ジイル)(略称:POF)、ポリ[(9,9−ジオクチルフルオレン−2,7−ジイル)−co−(2,5−ジメトキシベンゼン−1,4−ジイル)](略称:PF−DMOP)、ポリ{(9,9−ジオクチルフルオレン−2,7−ジイル)−co−[N,N’−ジ−(p−ブチルフェニル)−1,4−ジアミノベンゼン]}(略称:TAB−PFH)等が挙げられる。また、緑色系の発光材料として、ポリ(p−フェニレンビニレン)(略称:PPV)、ポリ[(9,9−ジヘキシルフルオレン−2,7−ジイル)−alt−co−(ベンゾ[2,1,3]チアジアゾール−4,7−ジイル)](略称:PFBT)、ポリ[(9,9−ジオクチル−2,7−ジビニレンフルオレニレン)−alt−co−(2−メトキシ−5−(2−エチルヘキシルオキシ)−1,4−フェニレン)]等が挙げられる。また、橙色〜赤色系の発光材料として、ポリ[2−メトキシ−5−(2−エチルヘキソキシ)−1,4−フェニレンビニレン](略称:MEH−PPV)、ポリ(3−ブチルチオフェン−2,5−ジイル)、ポリ{[9,9−ジヘキシル−2,7−ビス(1−シアノビニレン)フルオレニレン]−alt−co−[2,5−ビス(N,N’−ジフェニルアミノ)−1,4−フェニレン]}、ポリ{[2−メトキシ−5−(2−エチルヘキシルオキシ)−1,4−ビス(1−シアノビニレンフェニレン)]−alt−co−[2,5−ビス(N,N’−ジフェニルアミノ)−1,4−フェニレン]}(略称:CN−PPV−DPD)等が挙げられる。
〈正孔輸送層〉
正孔輸送層302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、電子よりも正孔の輸送性の高い物質であればよく、特に、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。
正孔輸送層302には、例えば、発光層303に用いることができる物質として例示した正孔を受け取りやすい化合物を適用することができる。
また、2−tert−ブチル−9,10−ジ(2−ナフチル)アントラセン(略称:t−BuDNA)、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)等の芳香族炭化水素化合物も用いることができる。
〈電子輸送層〉
電子輸送層304は、電子輸送性の高い物質を含む層である。
電子輸送性の高い物質としては、正孔よりも電子の輸送性の高い有機化合物であればよく、特に、10−6cm/Vs以上の電子移動度を有する物質であることが好ましい。
電子輸送層304には、例えば、発光層303に用いることができる物質として例示した電子を受け取りやすい化合物を適用することができる。
〈正孔注入層〉
正孔注入層301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、例えば、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、マンガン酸化物等の金属酸化物等を用いることができる。
また、フタロシアニン(略称:HPc)、銅(II)フタロシアニン(略称:CuPc)等のフタロシアニン系の化合物を用いることができる。
また、低分子の有機化合物であるTDATA、MTDATA、DPAB、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)、PCzPCA1、PCzPCA2、PCzPCN1等の芳香族アミン化合物を用いることができる。
また、PVK、PVTPA、PTPDMA、Poly−TPD等の高分子化合物、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、正孔注入層301を、電荷発生領域としても良い。陽極と接する正孔注入層301が電荷発生領域であると、仕事関数を考慮せずに様々な導電性材料を該陽極に用いることができる。電荷発生領域を構成する材料については後述する。
〈電子注入層〉
電子注入層305は、電子注入性の高い物質を含む層である。
電子注入性の高い物質としては、例えば、リチウム、セシウム、カルシウム、酸化リチウム、炭酸リチウム、炭酸セシウム、フッ化リチウム、フッ化セシウム、フッ化カルシウム、フッ化エルビウム等のようなアルカリ金属、アルカリ土類金属、希土類金属又はこれらの化合物(酸化物、炭酸塩、ハロゲン化物など)を用いることができる。また、エレクトライドを用いることもできる。エレクトライドとしては、例えば、カルシウムとアルミニウムを含む酸化物に電子を高濃度で添加した物質が挙げられる。
また、電子注入層305を、電荷発生領域としてもよい。陰極と接する電子注入層305が電荷発生領域であると、仕事関数を考慮せずに様々な導電性材料を該陰極に用いることができる。電荷発生領域を構成する材料については後述する。
〈電荷発生領域〉
電荷発生領域は、正孔輸送性の高い有機化合物に電子受容体(アクセプター)が添加された構成であっても、電子輸送性の高い有機化合物に電子供与体(ドナー)が添加された構成であってもよい。また、これらの両方の構成が積層されていてもよい。
正孔輸送性の高い有機化合物としては、例えば、上述の正孔輸送層に用いることができる材料が挙げられ、電子輸送性の高い有機化合物としては、例えば、上述の電子輸送層に用いることができる材料が挙げられる。
また、電子受容体としては、7,7,8,8−テトラシアノ−2,3,5,6−テトラフルオロキノジメタン(略称:F4−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。
また、電子供与体としては、アルカリ金属、アルカリ土類金属、希土類金属、又は元素周期表における第2、13族に属する金属及びその酸化物、炭酸塩を用いることができる。具体的には、リチウム、セシウム、マグネシウム、カルシウム、イッテルビウム、インジウム、酸化リチウム、炭酸セシウムなどを用いることが好ましい。また、テトラチアナフタセンのような有機化合物を電子供与体として用いてもよい。
なお、上述したEL層203及び中間層207を構成する層は、それぞれ、蒸着法(真空蒸着法を含む)、転写法、印刷法、インクジェット法、塗布法等の方法で形成することができる。
本実施の形態は、他の実施の形態と自由に組み合わせることができる。
(実施の形態3)
本実施の形態では、本発明の一態様の発光装置について図2及び図3を用いて説明する。
本実施の形態では、本発明の一態様の発光素子を含む発光装置を例示する。該発光素子は、長寿命であるため、信頼性の高い発光装置を実現できる。
なお、本発明の一態様はこれに限られず、本発明の一態様の発光素子や本発明の一態様の化合物を含んでいなくてもよい。
図2(A)は、本発明の一態様の発光装置を示す平面図であり、図2(B)は、図2(A)を一点鎖線A−Bで切断した断面図である。
本実施の形態の発光装置は、支持基板401、封止基板405及び封止材407に囲まれた空間415内に、発光素子403を備える。発光素子403は、ボトムエミッション構造の有機EL素子であり、具体的には、支持基板401上に可視光を透過する第1の電極421を有し、第1の電極421上にEL層423を有し、EL層423上に可視光を反射する第2の電極425を有する。EL層423は、実施の形態1で示した本発明の一態様の化合物を含む。
第1の端子409aは、補助配線417及び第1の電極421と電気的に接続する。第1の電極421上には、補助配線417と重なる領域に、絶縁層419が設けられている。第1の端子409aと第2の電極425は、絶縁層419によって電気的に絶縁されている。第2の端子409bは、第2の電極425と電気的に接続する。なお、本実施の形態では、補助配線417上に第1の電極421が形成されている構成を示すが、第1の電極421上に補助配線417を形成してもよい。
支持基板401と大気との界面に光取り出し構造411aを有することが好ましい。大気と支持基板401の界面に光取り出し構造411aを設けることで、全反射の影響で大気に取り出せない光を低減し、発光装置の光の取り出し効率を向上させることができる。
また、発光素子403と支持基板401との界面に光取り出し構造411bを有することが好ましい。光取り出し構造411bが凹凸を有する場合、光取り出し構造411bと第1の電極421の間に、平坦化層413を設けることが好ましい。これによって、第1の電極421を平坦な膜とすることができ、EL層423における第1の電極421の凹凸に起因するリーク電流の発生を抑制することができる。また、平坦化層413と支持基板401との界面に、光取り出し構造411bを有するため、全反射の影響で大気に取り出せない光を低減し、発光装置の光の取り出し効率を向上させることができる。
光取り出し構造411a及び光取り出し構造411bの材料としては、例えば、樹脂を用いることができる。また、光取り出し構造411a及び光取り出し構造411bとして、半球レンズ、マイクロレンズアレイや、凹凸構造が施されたフィルム、光拡散フィルム等を用いることもできる。例えば、支持基板401上に上記レンズやフィルムを、支持基板401又は該レンズもしくはフィルムと同程度の屈折率を有する接着剤等を用いて接着することで、光取り出し構造411a及び光取り出し構造411bを形成することができる。
平坦化層413は、光取り出し構造411bと接する面よりも、第1の電極421と接する面のほうが平坦である。平坦化層413の材料としては、透光性を有し、高屈折率であるガラス、液体、樹脂等を用いることができる。
図3(A)は、本発明の一態様の発光装置を示す平面図であり、図3(B)は、図3(A)を一点鎖線C−Dで切断した断面図であり、図3(C)は発光部の変形例を示す断面図である。
本実施の形態に係るアクティブマトリクス型の発光装置は、支持基板501上に、発光部551(断面は図3(B)の発光部551a又は図3(C)の発光部551bである)、駆動回路部552(ゲート側駆動回路部)、駆動回路部553(ソース側駆動回路部)及び封止材507を有する。発光部551及び駆動回路部552、553は、支持基板501、封止基板505及び封止材507で形成された空間515に封止されている。
本発明の一態様の発光装置には、塗り分け方式、カラーフィルタ方式、色変換方式のいずれを適用してもよい。図3(B)にはカラーフィルタ方式を適用して作製した場合の発光部551aを示し、図3(C)には塗り分け方式を適用して作製した場合の発光部551bを示す。
発光部551a及び発光部551bは、それぞれ、スイッチング用のトランジスタ541aと、電流制御用のトランジスタ541bと、トランジスタ541bの配線(ソース電極又はドレイン電極)に電気的に接続された第2の電極525とを含む複数の発光ユニットにより形成されている。
発光部551aが有する発光素子503は、ボトムエミッション構造であり、可視光を透過する第1の電極521と、EL層523と、第2の電極525とで構成されている。また、第1の電極521の端部を覆って隔壁519が形成されている。
発光部551bが有する発光素子504は、トップエミッション構造であり、第1の電極561と、EL層563と、可視光を透過する第2の電極565とで構成されている。また、第1の電極561の端部を覆って隔壁519が形成されている。EL層563において、少なくとも発光素子によって異なる材料からなる層(例えば発光層)は塗り分けられている。
支持基板501上には、駆動回路部552、553に外部からの信号(ビデオ信号、クロック信号、スタート信号、又はリセット信号等)や電位を伝達する外部入力端子を接続するための引き出し配線517が設けられる。ここでは、外部入力端子としてFPC509(Flexible Printed Circuit)を設ける例を示している。
駆動回路部552、553は、トランジスタを複数有する。図3(B)では、駆動回路部552が有するトランジスタのうち、2つのトランジスタ(トランジスタ542及びトランジスタ543)を示している。
工程数の増加を防ぐため、引き出し配線517は、発光部や駆動回路部に用いる電極や配線と同一の材料、同一の工程で作製することが好ましい。本実施の形態では、引き出し配線517を、発光部551及び駆動回路部552に含まれるトランジスタのソース電極及びドレイン電極と同一の材料、同一の工程で作製した例を示す。
図3(B)において、封止材507は、引き出し配線517上の第1の絶縁層511と接している。封止材507は金属との密着性が低い場合がある。したがって、封止材507は、引き出し配線517上に設けられた無機絶縁膜と接することが好ましい。このような構成とすることで、封止性及び密着性が高く、信頼性の高い発光装置を実現することができる。無機絶縁膜としては、金属や半導体の酸化物膜、金属や半導体の窒化物膜、金属や半導体の酸窒化物膜が挙げられ、具体的には、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、窒化酸化シリコン膜、酸化アルミニウム膜、酸化チタン膜等が挙げられる。
また、第1の絶縁層511は、トランジスタを構成する半導体への不純物の拡散を抑制する効果を奏する。また、第2の絶縁層513は、トランジスタ起因の表面凹凸を低減するために平坦化機能を有する絶縁膜を選択することが好適である。
本発明の一態様の発光装置に用いるトランジスタの構造、材料は特に限定されない。トップゲート型のトランジスタを用いてもよいし、逆スタガ型などのボトムゲート型のトランジスタを用いてもよい。また、チャネルエッチ型やチャネル保護型としてもよい。また、nチャネル型トランジスタを用いても、pチャネル型トランジスタを用いてもよい。
半導体層は、シリコンや酸化物半導体を用いて形成することができる。半導体層として、In−Ga−Zn系金属酸化物である酸化物半導体を用い、オフ電流の低いトランジスタとすることで、発光素子のオフ時のリーク電流が抑制できるため、好ましい。
図3(B)に示す封止基板505には、発光素子503(の発光領域)と重なる位置に、着色層であるカラーフィルタ533が設けられており、隔壁519と重なる位置に、ブラックマトリクス531が設けられている。さらに、カラーフィルタ533及びブラックマトリクス531を覆うオーバーコート層535が設けられている。また、図3(C)に示す封止基板505には、乾燥剤506が設けられている。
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できる。
(実施の形態4)
本実施の形態では、本発明の一態様の電子機器及び照明装置の一例について、図4及び図6を用いて説明する。
本実施の形態の電子機器は、表示部に本発明の一態様の発光装置を備える。また、本実施の形態の照明装置は、発光部(照明部)に本発明の一態様の発光装置を備える。本発明の一態様の発光装置を適用することで、信頼性の高い電子機器や照明装置を実現できる。
なお、本発明の一態様はこれに限られず、本発明の一態様の発光装置を含んでいなくてもよい。
発光装置を適用した電子機器として、例えば、テレビジョン装置(テレビ、又はテレビジョン受信機ともいう)、コンピュータ用などのモニタ、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラ、デジタルフォトフレーム、携帯電話機(携帯電話、携帯電話装置ともいう)、携帯型ゲーム機、携帯情報端末、音響再生装置、パチンコ機などの大型ゲーム機などが挙げられる。これらの電子機器及び照明装置の具体例を図4及び図6に示す。
また、本発明の一態様の電子機器や照明装置は可撓性を有していてもよい。該電子機器や該照明装置は、家屋やビルの内壁もしくは外壁、又は、自動車の内装もしくは外装の曲面に沿って組み込むことも可能である。
図4(A)は、テレビジョン装置の一例を示している。テレビジョン装置7100は、筐体7101に表示部7102が組み込まれている。表示部7102では、映像を表示することが可能である。本発明の一態様の発光装置は、表示部7102に用いることができる。また、ここでは、スタンド7103により筐体7101を支持した構成を示している。
テレビジョン装置7100の操作は、筐体7101が備える操作スイッチや、別体のリモコン操作機7111により行うことができる。リモコン操作機7111が備える操作キーにより、チャンネルや音量の操作を行うことができ、表示部7102に表示される映像を操作することができる。また、リモコン操作機7111に、当該リモコン操作機7111から出力する情報を表示する表示部を設ける構成としてもよい。
なお、テレビジョン装置7100は、受信機やモデムなどを備えた構成とする。受信機により一般のテレビ放送の受信を行うことができ、さらにモデムを介して有線又は無線による通信ネットワークに接続することにより、一方向(送信者から受信者)又は双方向(送信者と受信者間、あるいは受信者間同士など)の情報通信を行うことも可能である。
図4(B)は、コンピュータの一例を示している。コンピュータ7200は、本体7201、筐体7202、表示部7203、キーボード7204、外部接続ポート7205、ポインティングデバイス7206等を含む。なお、コンピュータは、本発明の一態様の発光装置をその表示部7203に用いることにより作製される。
図4(C)は、携帯型ゲーム機の一例を示している。携帯型ゲーム機7300は、筐体7301a及び筐体7301bの2つの筐体で構成されており、連結部7302により、開閉可能に連結されている。筐体7301aには表示部7303aが組み込まれ、筐体7301bには表示部7303bが組み込まれている。また、図4(C)に示す携帯型ゲーム機は、スピーカ部7304、記録媒体挿入部7305、操作キー7306、接続端子7307、センサ7308(力、変位、位置、速度、加速度、角速度、回転数、距離、光、液、磁気、温度、化学物質、音声、時間、硬度、電場、電流、電圧、電力、放射線、流量、湿度、傾度、振動、におい又は赤外線を測定する機能を含むもの)、LEDランプ、マイクロフォン等を備えている。もちろん、携帯型ゲーム機の構成は上述のものに限定されず、少なくとも表示部7303a、表示部7303bの両方、又は一方に本発明の一態様の発光装置を用いていればよく、その他付属設備が適宜設けられた構成とすることができる。図4(C)に示す携帯型ゲーム機は、記録媒体に記録されているプログラム又はデータを読み出して表示部に表示する機能や、他の携帯型ゲーム機と無線通信を行って情報を共有する機能を有する。なお、図4(C)に示す携帯型ゲーム機が有する機能はこれに限定されず、様々な機能を有することができる。
図4(D)は、携帯電話機の一例を示している。携帯電話機7400は、筐体7401に組み込まれた表示部7402の他、操作ボタン7403、外部接続ポート7404、スピーカ7405、マイク7406などを備えている。なお、携帯電話機7400は、本発明の一態様の発光装置を表示部7402に用いることにより作製される。
図4(D)に示す携帯電話機7400は、表示部7402を指などで触れることで、情報を入力することができる。また、電話を掛ける、或いはメールを作成するなどの操作は、表示部7402を指などで触れることにより行うことができる。
表示部7402の画面は主として3つのモードがある。第1は、画像の表示を主とする表示モードであり、第2は、文字等の情報の入力を主とする入力モードである。第3は表示モードと入力モードの2つのモードが混合した表示+入力モードである。
例えば、電話を掛ける、或いはメールを作成する場合は、表示部7402を文字の入力を主とする文字入力モードとし、画面に表示させた文字の入力操作を行えばよい。
また、携帯電話機7400内部に、ジャイロセンサ、加速度センサ等の傾きを検出するセンサを有する検出装置を設けることで、携帯電話機7400の向き(縦か横か)を判断して、表示部7402の画面表示を自動的に切り替えるようにすることができる。
また、画面モードの切り替えは、表示部7402を触れること、又は筐体7401の操作ボタン7403の操作により行われる。また、表示部7402に表示される画像の種類によって切り替えるようにすることもできる。例えば、表示部に表示する画像信号が動画のデータであれば表示モード、テキストデータであれば入力モードに切り替える。
また、入力モードにおいて、表示部7402の光センサで検出される信号を検知し、表示部7402のタッチ操作による入力が一定期間ない場合には、画面のモードを入力モードから表示モードに切り替えるように制御してもよい。
表示部7402は、イメージセンサとして機能させることもできる。例えば、表示部7402に掌や指で触れ、掌紋、指紋等を撮像することで、本人認証を行うことができる。また、表示部に近赤外光を発光するバックライト又は近赤外光を発光するセンシング用光源を用いれば、指静脈、掌静脈などを撮像することもできる。
図4(E)は、2つ折り可能なタブレット型端末(開いた状態)の一例を示している。タブレット型端末7500は、筐体7501a、筐体7501b、表示部7502a、表示部7502bを有する。筐体7501aと筐体7501bは、軸部7503により接続されており、該軸部7503を軸として開閉動作を行うことができる。また、筐体7501aは、電源7504、操作キー7505、スピーカ7506等を備えている。なお、タブレット型端末7500は、本発明の一態様の発光装置を表示部7502a、表示部7502bの両方、又は一方に用いることにより作製される。
表示部7502aや表示部7502bは、少なくとも一部をタッチパネルの領域とすることができ、表示された操作キーにふれることでデータ入力をすることができる。例えば、表示部7502aの全面にキーボードボタンを表示させてタッチパネルとし、表示部7502bを表示画面として用いることができる。
また、本発明の一態様の電子機器は、入出力装置(タッチパネルともいう)及び二次電池を有していてもよい。このとき、非接触電力伝送を用いて、二次電池を充電することができると好ましい。入出力装置は、表示部及び入力部を有し、表示部には本発明の一態様の発光装置を用いることができ、入力部には検知素子等を有する入力装置(タッチセンサともいう)を用いることができる。
二次電池としては、例えば、ゲル状電解質を用いるリチウムポリマー電池(リチウムイオンポリマー電池)等のリチウムイオン二次電池、ニッケル水素電池、ニカド電池、有機ラジカル電池、鉛蓄電池、空気二次電池、ニッケル亜鉛電池、銀亜鉛電池などが挙げられる。
本発明の一態様の電子機器は、タッチパネル及びアンテナを有していてもよい。アンテナで信号を受信することで、表示部で映像や情報等の表示を行うことができる。また、電子機器が二次電池を有する場合、アンテナを、非接触電力伝送に用いてもよい。
図5(A)〜(C)に、折りたたみ可能な携帯情報端末310を示す。図5(A)に展開した状態の携帯情報端末310を示す。図5(B)に展開した状態又は折りたたんだ状態の一方から他方に変化する途中の状態の携帯情報端末310を示す。図5(C)に折りたたんだ状態の携帯情報端末310を示す。携帯情報端末310は、折りたたんだ状態では可搬性に優れ、展開した状態では、継ぎ目のない広い表示領域により表示の一覧性に優れる。
表示パネル312はヒンジ313によって連結された3つの筐体315に支持されている。ヒンジ313を介して2つの筐体315間を屈曲させることにより、携帯情報端末310を展開した状態から折りたたんだ状態に可逆的に変形させることができる。本発明の一態様の発光装置(又は表示装置)を表示パネル312に用いることができる。例えば、曲率半径1mm以上150mm以下で曲げることができる表示装置を適用できる。
図5(D)、(E)に、折りたたみ可能な携帯情報端末320を示す。図5(D)に表示部322が外側になるように折りたたんだ状態の携帯情報端末320を示す。図5(E)に、表示部322が内側になるように折りたたんだ状態の携帯情報端末320を示す。携帯情報端末320を使用しない際に、非表示部325を外側に折りたたむことで、表示部322の汚れや傷つきを抑制できる。本発明の一態様の発光装置(又は表示装置)を表示部322に用いることができる。
図5(F)は携帯情報端末330の外形を説明する斜視図である。図5(G)は、携帯情報端末330の上面図である。図5(H)は携帯情報端末340の外形を説明する斜視図である。
携帯情報端末330、340は、例えば電話機、手帳又は情報閲覧装置等から選ばれた一つ又は複数の機能を有する。具体的には、スマートフォンとしてそれぞれ用いることができる。
携帯情報端末330、340は、文字や画像情報をその複数の面に表示することができる。例えば、3つの操作ボタン339を一の面に表示することができる(図5(F)、(H))。また、破線の矩形で示す情報337を他の面に表示することができる(図5(G)、(H))。なお、情報337の例としては、SNS(ソーシャル・ネットワーキング・サービス)の通知、電子メールや電話などの着信を知らせる表示、電子メールなどの題名又は送信者名、日時、時刻、バッテリの残量、アンテナ受信の強度などがある。または、情報337が表示されている位置に、情報337の代わりに、操作ボタン339、アイコンなどを表示してもよい。なお、図5(F)、(G)では、上側に情報337が表示される例を示したが、本発明の一態様は、これに限定されない。例えば、図5(H)に示す携帯情報端末340のように、横側に表示されていてもよい。
携帯情報端末330の筐体335、携帯情報端末340の筐体336がそれぞれ有する表示部333には、本発明の一態様の発光装置(又は表示装置)を用いることができる。
また、図5(I)に示す携帯情報端末345のように、3面以上に情報を表示してもよい。ここでは、情報355、情報356、情報357がそれぞれ異なる面に表示されている例を示す。携帯情報端末345の筐体351が有する表示部358には、本発明の一態様の発光装置(又は表示装置)を用いることができる。
図6(A)に示す室内の照明装置7601、ロール型の照明装置7602、卓上照明装置7603、及び面状照明装置7604は、それぞれ本発明の一態様の発光装置を用いた照明装置の一例である。本発明の一態様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、厚みが薄いため、壁に取り付けて使用することができる。
図6(B)に示す卓上照明装置は、照明部7701、支柱7703、支持台7705等を含む。照明部7701には、本発明の一態様の発光装置が用いられている。本発明の一態様では、発光部が曲面を有する照明装置、又はフレキシブルに曲がる照明部を有する照明装置を実現することができる。このように、フレキシブルな発光装置を照明装置に用いることで、照明装置のデザインの自由度が向上するのみでなく、例えば、自動車の天井、ダッシュボード等の曲面を有する場所にも照明装置を設置することが可能となる。なお、本発明の一態様の照明装置は、筐体又はカバーを有していてもよい。
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できる。
(合成例1)
本実施例では、下記構造式(100)に示される2−{3−[6−(9,9−ジメチルフルオレン−2−イル)ジベンゾチオフェン−4−イル]フェニル}ジベンゾ[f,h]キノキサリン(略称:2mFDBtPDBq)の合成方法について説明する。
まず、合成スキームを(B−1)に示す。
200mL三口フラスコに3.1g(8.0mmol)の2−(3−ブロモフェニル)ジベンゾ[f,h]キノキサリンと、3.4g(8.4mmol)の6−(9,9−ジメチルフルオレン−2−イル)ジベンゾチオフェン−4−イルボロン酸と、49mg(0.16mmol)のトリ(オルト−トリル)ホスフィンを入れ、フラスコ内を窒素置換した。この混合物に、30mLのトルエンと、10mLのエタノールと、8.0mLの炭酸カリウム水溶液(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。この混合物に18mg(0.080mmol)の酢酸パラジウム(II)を加え、窒素気流下、80℃で6時間攪拌した。攪拌後、この混合物の水層をトルエンで抽出し、抽出溶液と有機層を合わせて、飽和食塩水で洗浄した。有機層を硫酸マグネシウムにより乾燥し、この混合物を自然ろ過した。得られたろ液を濃縮して得た油状物をシリカゲルカラムクロマトグラフィー(展開溶媒 ヘキサン:トルエン=3:1)により精製したところ、淡黄色油状物を得た。得られた油状物をトルエン及び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3.8g、収率71%で得た。
得られた白色固体3.8g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10Pa、アルゴンガスを流量5.0mL/minで流しながら、335℃で白色固体を加熱した。昇華精製後、目的物の淡黄色ガラス状固体を2.1g、回収率55%で得た。
核磁気共鳴法(NMR)によって、この化合物が目的物である、2mFDBtPDBqであることを確認した。
得られた物質のH NMRデータを以下に示す。
H NMR(DMSO−d,500MHz):δ=1.27(s,6H),7.24−7.30(m,2H),7.36(dd,J=6.5Hz,J=1.0Hz,1H),7.66−7.95(m,15H),8.50(dd,J=8.0Hz,J=1.5Hz,1H),8.53(dd,J=7.5Hz,J=1.0Hz,1H),8.82(d,J=8.5Hz,1H),8.85(d,J=8.0Hz,1H),8.90(st,J=2.0Hz,1H),9.13(dd,J=8.0Hz,J=1.0Hz,1H),9.25(dd,J=8.0Hz,J=1.0Hz,1H),9.73(s,1H)
また、H NMRチャートを図7に示す。なお、図7(B)は、図7(A)における7.00ppm〜10.0ppmの範囲を拡大して表したチャートである。これにより、上述の構造式(100)で表される本発明の一態様の化合物である2mFDBtPDBqが得られたことがわかった。
また、2mFDBtPDBqを液体クロマトグラフ質量分析(Liquid Chromatography Mass Spectrometry,略称:LC/MS分析)によって分析した。
LC/MS分析は、ウォーターズ社製Acquity UPLC及びウォーターズ社製Xevo G2 Tof MSを用いて行った。
MS分析では、エレクトロスプレーイオン化法(ElectroSpray Ionization、略称:ESI)によるイオン化を行った。この時のキャピラリー電圧は3.0kV、サンプルコーン電圧は30Vとし、検出はポジティブモードで行った。以上の条件でイオン化された成分を衝突室(コリジョンセル)内でアルゴンガスと衝突させてプロダクトイオンに解離させた。アルゴンと衝突させる際のエネルギー(コリジョンエネルギー)は70eVとした。なお、測定する質量範囲はm/z=100乃至1200とした。
測定結果を図8に示す。図8の結果から、構造式(100)で表される本発明の一態様の化合物、2mFDBtPDBqは、主としてm/z=681付近、m/z=665付近、m/z=651付近、m/z=638付近、m/z=447付近、m/z=229付近にプロダクトイオンが検出されることがわかった。なお、図8に示す結果は、2mFDBtPDBqに由来する特徴的な結果を示すものであることから、混合物中に含まれる2mFDBtPDBqを同定する上での重要なデータであるといえる。
なお、ジベンゾ[f,h]キノキサリン環とフェニレン基のC−C結合が切れると、ジベンゾ[f,h]キノキサリン環側に電荷が残る。m/z=229付近にプロダクトイオンが検出されたことからは、構造式(100)で表される化合物のジベンゾ[f,h]キノキサリン環とフェニレン基のC−C結合が切れた状態の情報が得られていると推測され、有用である。また、m/z=651付近及びm/z=665付近のプロダクトイオンは、ジメチルフルオレン環からメチル基が二つ外れたものと、一つ外れたものとそれぞれ推察できる。以上のように、本測定結果は、本発明の一態様の化合物、2mFDBtPDBqが、ジベンゾキノキサリン環とジメチルフルオレン環を含んでいることを示唆するものである。
また、2mFDBtPDBqの熱重量測定−示差熱分析(TG−DTA:Thermogravimetry−Differential Thermal Analysis)を行った。測定には高真空差動型示差熱天秤(ブルカー・エイエックスエス株式会社製、TG−DTA2410SA)を用いた。常圧、昇温速度10℃/min、窒素気流下(流速:200mL/min)条件で測定したところ、重量と温度の関係(熱重量測定)から、2mFDBtPDBqの5%重量減少温度は495℃であった。このことから、2mFDBtPDBqの耐熱性が良好であることが示された。
次に、2mFDBtPDBqのトルエン溶液の紫外可視吸収スペクトル(以下、単に「吸収スペクトル」という)を図9(A)に、発光スペクトルを図9(B)にそれぞれ示す。また、2mFDBtPDBqの薄膜の吸収スペクトルを図10(A)に、発光スペクトルを図10(B)にそれぞれ示す。薄膜は石英基板上に真空蒸着法にて作製した。吸収スペクトルの測定には、紫外可視分光光度計((株)日本分光製 V550型)を用いた。また、発光スペクトルの測定には、蛍光光度計((株)浜松ホトニクス製 FS920)を用いた。吸収スペクトル及び発光スペクトルのグラフにおいて横軸は波長(nm)、縦軸は吸収強度又は発光強度(いずれも任意単位)を表す。図9(A)、(B)より、2mFDBtPDBqのトルエン溶液は282nm、298nm、342nm、360nm、及び375nm付近に吸収ピークが見られ、発光波長のピークは385nm及び405nm(励起波長344nm)であった。また、図10(A)、(B)より2mFDBtPDBqの薄膜は208nm、264nm、301nm、315nm、347nm、366nm、及び383nm付近に吸収ピークが見られ、発光波長のピークは420nm(励起波長350nm)であった。
また、薄膜状態の2mFDBtPDBqのイオン化ポテンシャルの値を大気中にて光電子分光法(理研計器社製、AC−3)で測定した。得られたイオン化ポテンシャルの値を、負の値に換算した結果、2mFDBtPDBqのHOMO準位は−6.25eVであった。図10(A)の薄膜の吸収スペクトルのデータより、直接遷移を仮定したTaucプロットから求めた2mFDBtPDBqの吸収端は3.09eVであった。従って、2mFDBtPDBqの固体状態の光学的エネルギーギャップは3.09eVと見積もられ、先に得たHOMO準位と、このエネルギーギャップの値から、2mFDBtPDBqのLUMO準位が−3.16eVと見積もることができる。このように、2mFDBtPDBqは固体状態において3.09eVの広いエネルギーギャップを有していることがわかった。
また、2mFDBtPDBqの合成方法の他の例を示す。
<ステップ1:6−ヨード−4−(9,9−ジメチルフルオレン−2−イル)ジベンゾチオフェンの合成>
ステップ1の合成スキームを(C−1)に示す。
200mL三口フラスコに、4.0g(10mmol)の4−(9,9−ジメチルフルオレン−2−イル)ジベンゾチオフェンを入れ、フラスコ内を窒素置換した。このフラスコに30mLのテトラヒドロフラン(THF)を加えて、この溶液を−80℃に冷却した。この溶液に7.5mL(12mmol)のn−ブチルリチウム(1.6mol/Lヘキサン溶液)を、シリンジにより滴下して加えた。滴下終了後、この溶液を室温に戻しながら2時間攪拌した。攪拌後、この溶液を再び−80℃まで冷却してから、この溶液へ0.90mL(8.0mmol)のホウ酸トリメチルを加え、室温に戻しながら2時間攪拌した。攪拌後、この溶液に20mLのTHFに溶解した3.6g(14mmol)のヨウ素を滴下ロートにより滴下して加え、室温に戻しながら18時間攪拌した。攪拌後、この溶液に100mLのチオ硫酸ナトリウム水溶液を加え、2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、チオ硫酸ナトリウム水溶液と飽和食塩水で洗浄した。有機層を硫酸マグネシウムにより乾燥し、乾燥後、この混合物を自然ろ過した。得られたろ液を濃縮したところ、褐色油状物を得た。この油状物に約40mLのヘキサンを加えて超音波を照射したところ、淡褐色固体が析出した。析出した固体を吸引ろ過により回収したところ、目的物の白色粉末を2.4g、収率45%で得た。
<ステップ2:2mFDBtPDBqの合成>
ステップ2の合成スキームを(C−2)に示す。
200mL三口フラスコに1.2g(2.8mmol)の4,4,5,5−テトラメチル−2−[3−(ジベンゾ[f,h]キノキサリン−2−イル)フェニル]−1,3,2−ジオキサボロランと、1.4g(2.8mmol)の6−ヨード−4−(9,9−ジメチルフルオレン−2−イル)ジベンゾチオフェンを入れ、フラスコ内を窒素置換した。この混合物に、15mLのエチレングリコールジメチルエーテルと、3.0mLの炭酸カリウム水溶液(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。この混合物に32mg(0.028mmol)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、窒素気流下で40時間、還流攪拌した。攪拌後、この混合物に30mLのトルエンと10mLの水を加え、この混合物の水層をトルエンで抽出し、抽出溶液と有機層を合わせて、飽和食塩水で洗浄した。有機層を硫酸マグネシウムにより乾燥し、この混合物を自然ろ過した。得られたろ液を濃縮して得た油状物をシリカゲルカラムクロマトグラフィー(展開溶媒 ヘキサン:トルエン=3:1)により精製したところ、淡褐色油状物を得た。得られた油状物に酢酸エチルとヘキサンを加え、超音波を照射したところ、淡褐色固体が析出した。析出した固体を吸引ろ過により回収したところ、目的物の淡褐色固体を1.2g、収率61%で得た。
得られた淡黄色固体1.1g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10Pa、アルゴンガスを流量5.0mL/minで流しながら、310℃で淡黄色固体を加熱した。昇華精製後、目的物の淡黄色ガラス状固体を0.95g、回収率79%で得た。
(合成例2)
本実施例では、下記構造式(112)に示される2−(3−{3−[6−(9,9−ジメチルフルオレン−2−イル)ジベンゾチオフェン−4−イル]フェニル}フェニル)ジベンゾ[f,h]キノキサリン(略称:2mDBtBPDBq−VIII)の合成方法について説明する。
<ステップ1:4−(9,9−ジメチルフルオレン−2−イル)ジベンゾチオフェンの合成>
ステップ1の合成スキームを(D−1)に示す。
300mL三口フラスコに5.0g(18mmol)の2−ブロモ−9,9−ジメチルフルオレンと、4.2g(18mmol)のジベンゾチオフェン−4−イルボロン酸と、0.11g(0.36mmol)のトリ(オルト−トリル)ホスフィンを入れ、フラスコ内を窒素置換した。この混合物に、65mLのトルエンと、25mLのエタノールと、18mLの炭酸カリウム水溶液(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。この混合物に40mg(0.18mmol)の酢酸パラジウム(II)を加え、窒素気流下、80℃で3時間攪拌した。攪拌後、この混合物の水層をトルエンで抽出し、抽出溶液と有機層を合わせて、飽和食塩水で洗浄した。有機層を硫酸マグネシウムにより乾燥し、この混合物を自然ろ過した。得られたろ液を濃縮して得た油状物を約10mLのトルエンに溶解し、この溶液をシリカゲルカラムクロマトグラフィー(展開溶媒 ヘキサン)により精製したところ、油状物を得た。得られた油状物をヘキサンにより再結晶したところ、目的物の白色固体を5.7g、収率84%で得た。
<ステップ2:6−(9,9−ジメチルフルオレン−2−イル)ジベンゾチオフェン−4−イルボロン酸の合成>
ステップ2の合成スキームを(D−2)に示す。
100mLの三口フラスコに2.7g(7.1mmol)の4−(9,9−ジメチルフルオレン−2−イル)ジベンゾチオフェンを入れ、フラスコ内を窒素置換した。このフラスコに36mLのテトラヒドロフラン(THF)を加えて、この溶液を−80℃に冷却した。この溶液に4.9mL(7.8mmol)のn−ブチルリチウム(1.6mol/Lヘキサン溶液)を、シリンジにより滴下して加えた。滴下終了後、この溶液を室温に戻しながら2時間攪拌した。攪拌後、この溶液を再び−80℃まで冷却してから、この溶液へ0.90mL(8.0mmol)のホウ酸トリメチルを加え、室温に戻しながら2時間攪拌した。攪拌後、この溶液に約10mL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と飽和食塩水で洗浄した。有機層を硫酸マグネシウムにより乾燥し、乾燥後、この混合物を自然ろ過した。得られたろ液を濃縮したところ、黄色油状物を得た。この油状物に約5mLのトルエンと約40mLのヘキサンを加えて超音波を照射したところ、白色固体が析出した。析出した固体を吸引ろ過により回収し、得られた固体に約10mLの酢酸エチルと約40mLのヘキサンを加えて洗浄したところ、目的物の白色粉末を1.4g、収率48%で得た。
<ステップ3:6−(3−ブロモフェニル)−4−(9,9−ジメチルフルオレン−2−イル)ジベンゾチオフェンの合成>
ステップ3の合成スキームを(D−3)に示す。
200mL三口フラスコに1.0g(3.6mmol)の3−ブロモヨードベンゼンと、1.4g(3.3mmol)の6−(9,9−ジメチルフルオレン−2−イル)ジベンゾチオフェン−4−イルボロン酸と、0.11g(0.36mmol)のトリ(オルト−トリル)ホスフィンを入れ、フラスコ内を窒素置換した。この混合物に、14mLのトルエンと、4.0mLのエタノールと、4.0mLの炭酸カリウム水溶液(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。この混合物に40mg(0.18mmol)の酢酸パラジウム(II)を加え、窒素気流下、80℃で2時間攪拌した。攪拌後、この混合物の水層をトルエンで抽出し、抽出溶液と有機層を合わせて、飽和食塩水で洗浄した。有機層を硫酸マグネシウムにより乾燥し、この混合物を自然ろ過した。得られたろ液を濃縮して得た油状物を約10mLのトルエンに溶解し、この溶液を、セライト(和光純薬工業株式会社、カタログ番号:531−16855、以下に記すセライトについても同様であるが繰り返しの記載は省略する)、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、以下に記すフロリジールについても同様であるが繰り返しの記載は省略する)を通してろ過し、油状物を得た。得られた油状物をシリカゲルカラムクロマトグラフィー(展開溶媒 ヘキサン:トルエン=19:1)により精製したところ、油状物を得た。得られた油状物を約15時間放置したところ、白色固体が析出した。この固体をメタノールで洗浄し、吸引ろ過により回収したところ、目的物の白色固体を0.90g、収率51%で得た。
<ステップ4:3−[6−(9,9−ジメチルフルオレン−2−イル)ジベンゾチオフェン−4−イル]フェニルボロン酸の合成>
ステップ4の合成スキームを(D−4)に示す。
100mLの三口フラスコに2.4g(4.5mmol)の6−(3−ブロモフェニル)−4−(9,9−ジメチルフルオレン−2−イル)ジベンゾチオフェンを入れ、フラスコ内を窒素置換した。このフラスコに57mLのテトラヒドロフラン(THF)を加えて、この溶液を−40℃に冷却した。この溶液に3.2mL(5.0mmol)のn−ブチルリチウム(1.6mol/Lヘキサン溶液)を、シリンジにより滴下して加えた。滴下終了後、この溶液を同温度で2時間攪拌した。攪拌後、この溶液へ0.67mL(6.0mmol)のホウ酸トリメチルを加え、室温に戻しながら22時間攪拌した。攪拌後、この溶液に約10mL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と飽和食塩水で洗浄した。有機層を硫酸マグネシウムにより乾燥し、乾燥後、この混合物を自然ろ過した。得られたろ液を濃縮したところ、褐色油状物を得た。この油状物に約5mLのトルエンと約100mLのヘキサンを加えて超音波を照射したところ、固体が析出した。析出した固体をヘキサンで洗浄したところ、淡褐色固体を得た。得られた固体を吸引ろ過により回収し、酢酸エチル及びヘキサンの混合溶媒で再結晶したところ、目的物の褐色粉末を1.3g、収率58%で得た。
<ステップ5:2mDBtBPDBq−VIIIの合成>
ステップ5の合成スキームを(D−5)に示す。
200mL三口フラスコに0.81g(2.1mmol)の2−(3−ブロモフェニル)ジベンゾ[f,h]キノキサリンと、1.1g(2.3mmol)の3−[6−(9,9−ジメチルフルオレン−2−イル)ジベンゾチオフェン−4−イル]フェニルボロン酸と、0.17g(0.55mmol)のトリ(オルト−トリル)ホスフィンを入れ、フラスコ内を窒素置換した。この混合物に、7.0mLのトルエンと、3.0mLのエタノールと、2.5mLの炭酸カリウム水溶液(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。この混合物に25mg(0.11mmol)の酢酸パラジウム(II)を加え、窒素気流下、80℃で12時間攪拌した。攪拌後、この混合物の水層をトルエンで抽出し、抽出溶液と有機層を合わせて、飽和食塩水で洗浄した。有機層を硫酸マグネシウムにより乾燥し、この混合物を自然ろ過した。得られたろ液を濃縮して得た油状物をシリカゲルカラムクロマトグラフィー(展開溶媒 ヘキサン:トルエン=9:1)により精製したところ、淡黄色固体を得た。得られた固体を酢酸エチルで再結晶したところ、目的物の淡黄色固体を0.70g、収率44%で得た。
得られた淡黄色固体0.70gをトレインサブリメーション法により昇華精製した。昇華精製条件は、圧力10Pa、アルゴンガスを流量5.0mL/minで流しながら、330℃で淡黄色固体を加熱した。昇華精製後、目的物の淡黄色ガラス状固体を0.56g、回収率80%で得た。
核磁気共鳴法(NMR)によって、この化合物が目的物である、2mDBtBPDBq−VIIIであることを確認した。
得られた物質のH NMRデータを以下に示す。
H NMR(DMSO−d,500MHz):δ=1.31(s,6H),7.22−7.28(m,2H),7.43(dd,J=6.0Hz,J=2.0Hz,1H),7.63−7.88(m,15H),7.96(d,J=7.5Hz,2H),8.28(s,1H),8.47−8.52(m,3H),8.78(s,1H),8.86(dd,J=8.5Hz,J=3.5Hz,2H),9.14(dd,J=8.0Hz,J=1.0Hz,1H),9.28(dd,J=8.0Hz,J=1.0Hz,1H),9.77(s,1H)
また、H NMRチャートを図11に示す。なお、図11(B)は、図11(A)における7.00ppm〜10.0ppmの範囲を拡大して表したチャートである。これにより、上述の構造式(112)で表される本発明の一態様の化合物である2mDBtBPDBq−VIIIが得られたことがわかった。
また、2mDBtBPDBq−VIIIをLC/MS分析によって分析した。測定条件は実施例1と同様である。
測定結果を図12に示す。図12の結果から、構造式(112)で表される本発明の一態様の化合物、2mDBtBPDBq−VIIIは、主としてm/z=757付近、m/z=741付近、m/z=727付近、m/z=714付近、m/z=523付近、m/z=229付近にプロダクトイオンが検出されることがわかった。なお、図12に示す結果は、2mDBtBPDBq−VIIIに由来する特徴的な結果を示すものであることから、混合物中に含まれる2mDBtBPDBq−VIIIを同定する上での重要なデータであるといえる。
なお、ジベンゾ[f,h]キノキサリン環とフェニレン基のC−C結合が切れると、ジベンゾ[f,h]キノキサリン環側に電荷が残る。m/z=229付近にプロダクトイオンが検出されたことからは、構造式(112)で表される化合物のジベンゾ[f,h]キノキサリン環とフェニレン基のC−C結合が切れた状態の情報が得られていると推測され、有用である。また、m/z=727付近及びm/z=741付近のプロダクトイオンは、ジメチルフルオレン環からメチル基が二つ外れたものと、一つ外れたものとそれぞれ推察できる。以上のように、本測定結果は、本発明の一態様の化合物、2mDBtBPDBq−VIIIが、ジベンゾキノキサリン環とジメチルフルオレン環を含んでいることを示唆するものである。
また、2mDBtBPDBq−VIIIの熱重量測定−示差熱分析を行った。測定条件は実施例1と同様である。熱重量測定から、2mDBtBPDBq−VIIIの5%重量減少温度は500℃以上であった。このことから、2mDBtBPDBq−VIIIの耐熱性が良好であることが示された。
次に、2mDBtBPDBq−VIIIのトルエン溶液の吸収スペクトルを図13(A)に、発光スペクトルを図13(B)にそれぞれ示す。また、2mDBtBPDBq−VIIIの薄膜の吸収スペクトルを図14(A)に、発光スペクトルを図14(B)にそれぞれ示す。測定条件は実施例1と同様である。図13(A)、(B)より、2mDBtBPDBq−VIIIのトルエン溶液は211nm、281nm、296nm、312nm、341nm、及び374nm付近に吸収ピークが見られ、発光波長のピークは385nm、及び407nmであった。また、図14(A)、(B)より2mDBtBPDBq−VIIIの薄膜は207nm、263nm、300nm、316nm、348nm、366nm、及び383nm付近に吸収ピークが見られ、発光波長のピークは424nm(励起波長346nm)であった。
また、薄膜状態の2mDBtBPDBq−VIIIのイオン化ポテンシャルの値を大気中にて光電子分光法(理研計器社製、AC−3)で測定した。得られたイオン化ポテンシャルの値を、負の値に換算した結果、2mDBtBPDBq−VIIIのHOMO準位は−6.31eVであった。図14(A)の薄膜の吸収スペクトルのデータより、直接遷移を仮定したTaucプロットから求めた2mDBtBPDBq−VIIIの吸収端は3.10eVであった。従って、2mDBtBPDBq−VIIIの固体状態の光学的エネルギーギャップは3.10eVと見積もられ、先に得たHOMO準位と、このエネルギーギャップの値から、2mDBtBPDBq−VIIIのLUMO準位が−3.21eVと見積もることができる。このように、2mDBtBPDBq−VIIIは固体状態において3.10eVの広いエネルギーギャップを有していることがわかった。
また、2mDBtBPDBq−VIIIの合成方法の他の例を示す。
<ステップ1:4,4,5,5−テトラメチル−2−[3−(ジベンゾ[f,h]キノキサリン−2−イル)フェニル]−1,3,2−ジオキサボロランの合成>
ステップ1の合成スキームを(E−1)に示す。
200mL三口フラスコに、5.0g(13mmol)の2−(3−ブロモフェニル)ジベンゾ[f,h]キノキサリンと、3.3g(13mmol)のビス(ピナコラト)ジボロンと、3.8g(39mmol)の酢酸カリウムを入れ、フラスコ内を窒素置換した。この混合物に、65mLの1,4−ジオキサンを加え、この混合物を減圧しながら攪拌することで脱気した。この混合物に0.48g(0.65mmol)の[1,1’−ビス(ジフェニルホスフィノ)フェロセン]パラジウム(II)ジクロリド・ジクロロメタン付加物を加え、窒素気流下、90℃で2時間攪拌した。攪拌後、この混合物に40mLの水を加え、室温で30分攪拌した。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、飽和食塩水で洗浄した。有機層を硫酸マグネシウムにより乾燥し、この混合物を自然ろ過した。得られたろ液を濃縮して得た黒色固体を約30mLの熱したトルエンに溶解し、この溶液を、セライト・アルミナ・フロリジールを通してろ過し、褐色固体を得た。得られた固体をトルエンにより洗浄したところ、目的物の褐色粉末を4.9g、収率87%で得た。
<ステップ2:2mDBtBPDBq−VIIIの合成>
ステップ2の合成スキームを(E−2)に示す。
200mL三口フラスコに1.8g(4.1mmol)の4,4,5,5−テトラメチル−2−[3−(ジベンゾ[f,h]キノキサリン−2−イル)フェニル]−1,3,2−ジオキサボロランと、2.2g(4.1mmol)の6−(3−ブロモフェニル)−4−(9,9−ジメチルフルオレン−2−イル)ジベンゾチオフェンと、0.30g(1.0mmol)のトリ(オルト−トリル)ホスフィンを入れ、フラスコ内を窒素置換した。この混合物に、15mLのトルエンと、5.0mLのエタノールと、4.2mLの炭酸カリウム水溶液(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。この混合物に46mg(0.20mmol)の酢酸パラジウム(II)を加え、窒素気流下、80℃で5時間攪拌した。攪拌後、この混合物の水層をトルエンで抽出し、抽出溶液と有機層を合わせて、飽和食塩水で洗浄した。有機層を硫酸マグネシウムにより乾燥し、この混合物を自然ろ過した。得られたろ液を濃縮して得た油状物をシリカゲルカラムクロマトグラフィー(展開溶媒 ヘキサン:トルエン=7:1)により精製したところ、白色固体を得た。得られた固体をトルエン及び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2.4g、収率77%で得た。
得られた白色固体2.4g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10Pa、アルゴンガスを流量5.0mL/minで流しながら、325℃で白色固体を加熱した。昇華精製後、目的物の淡黄色ガラス状固体を2.0g、回収率83%で得た。
本実施例では、本発明の一態様の化合物の溶解性について確認した結果を説明する。
本実施例で用いた本発明の一態様の化合物は、2mFDBtPDBq(試料1)及び2mDBTBPDBq−VIII(試料2)の2種類である。該化合物の合成方法は、上記合成例1、2を参照できる。また、本実施例で用いた比較の化合物は、2−[3’−(ジベンゾチオフェン−4−イル)ビフェニル−3−イル]ジベンゾ[f,h]キノキサリン(略称:2mDBTBPDBq−II)(比較試料3)及び2−[3−(ジベンゾチオフェン−4−イル)フェニル]ジベンゾ[f,h]キノキサリン(略称:2mDBTPDBq−II)(比較試料4)の2種類である。各化合物の純度は99.9%であった。各化合物の化学式を以下に示す。
本実施例で用いた溶媒は、トルエン、クロロホルム、酢酸エチル、及びアセトンの4種類である。
各試料における、化合物の溶解性の確認方法を説明する。まず、10mgの化合物を小瓶に取り、溶媒を1mL加えて、該化合物が室温で溶解するかを確認した。室温で該化合物が溶けない場合は、超音波をかけ、その後ドライヤーで加熱することで該化合物が溶解するかを確認した。
加熱しても該化合物が溶けない場合は、溶媒を10mLに増やし、該化合物が室温で溶解するかを確認した。室温で該化合物が溶けない場合は、超音波をかけ、その後ドライヤーで加熱することで該化合物が溶解するかを確認した。
溶解性の確認の結果を表1に示す。
本実施例の結果から、本発明の一態様の化合物は、比較の化合物に比べて溶解性が高いことがわかった。つまり、ジベンゾ[f,h]キノキサリン骨格と、ジベンゾチオフェン骨格とを有し、該ジベンゾチオフェン骨格に9,9−ジアルキルフルオレニル基を導入した本発明の一態様の化合物は、該2つの骨格を有し、9,9−ジアルキルフルオレニル基を導入していない、比較の化合物に比べ、極度に溶解性が増すことが示された。
溶解性の高い化合物は、有機溶媒に溶解させて行う分離、精製(抽出、カラムクロマトグラフィー、再結晶等)が容易であり、不純物を取り除きやすい。したがって、本発明の一態様の化合物では、有機溶媒に溶解させて行う分離、精製にて残存する不純物の量を極めて低減した上で昇華精製するため、高純度化が容易となる。また、高純度化するための昇華精製の回数を減らすことができる。不純物が十分に除去された化合物を発光素子に用いることで、初期劣化が抑制され、発光素子の信頼性を高めることができる。以降の実施例では、本発明の一態様の化合物を用いた発光素子を作製した結果について説明する。
本実施例では、本発明の一態様の発光素子について説明する。本実施例で用いる材料の化学式を以下に示す。なお、既に示した材料については省略する。
以下に、本実施例の発光素子1、比較発光素子2、及び比較発光素子3の作製方法を示す。本実施例の発光素子の構成は図15を参照できる。
(発光素子1)
ガラス基板1100上に、珪素を含むインジウム錫酸化物(ITSO)膜をスパッタリング法にて成膜することで、陽極として機能する第1の電極1101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、ガラス基板1100上に発光素子を形成するための前処理として、ガラス基板1100表面を水で洗浄し、200℃で1時間焼成した後、UVオゾン処理を370秒行った。
その後、10−4Pa程度まで内部が減圧された真空蒸着装置にガラス基板1100を導入し、真空蒸着装置内の加熱室において、170℃で30分間の真空焼成を行った後、ガラス基板1100を30分程度放冷した。
次に、第1の電極1101が形成された面が下方となるように、第1の電極1101が形成されたガラス基板1100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1101上に、4,4’,4’’−(1,3,5−ベンゼントリイル)トリ(ジベンゾチオフェン)(略称:DBT3P−II)と酸化モリブデン(VI)を共蒸着することで、正孔注入層1111を形成した。その膜厚は、20nmとし、DBT3P−IIと酸化モリブデンの比率は、重量比で4:2(=DBT3P−II: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、正孔注入層1111上に、4−フェニル−4’−(9−フェニルフルオレン−9−イル)トリフェニルアミン(略称:BPAFLP)を20nmの膜厚となるように成膜し、正孔輸送層1112を形成した。
次に、2mFDBtPDBq、N−(1,1’−ビフェニル−4−イル)−N−[4−(9−フェニル−9H−カルバゾール−3−イル)フェニル]−9,9−ジメチル−9H−フルオレン−2−アミン(略称:PCBBiF)、及び(アセチルアセトナト)ビス(6−tert−ブチル−4−フェニルピリミジナト)イリジウム(III)(略称:[Ir(tBuppm)(acac)])を共蒸着し、正孔輸送層1112上に発光層1113を形成した。ここでは、2mFDBtPDBq、PCBBiF、及び[Ir(tBuppm)(acac)]の重量比が、0.7:0.3:0.05(=2mFDBtPDBq:PCBBiF:[Ir(tBuppm)(acac)])となるように調整して成膜した膜厚20nmの層と、該重量比が、0.8:0.2:0.05(=2mFDBtPDBq:PCBBiF:[Ir(tBuppm)(acac)])となるように調節して成膜した膜厚20nmの層とを積層した。
次に、発光層1113上に、2mFDBtPDBqを膜厚20nmとなるように成膜し、さらに、バソフェナントロリン(略称:BPhen)を膜厚10nmとなるように成膜することで、電子輸送層1114を形成した。
その後、電子輸送層1114上に、フッ化リチウム(LiF)を1nmの膜厚で蒸着し、電子注入層1115を形成した。
最後に、陰極として機能する第2の電極1103として、アルミニウムを200nmの膜厚となるように蒸着することで、本実施例の発光素子1を作製した。
(比較発光素子2)
比較発光素子2は、発光層1113及び電子輸送層1114以外は発光素子1と同様に作製した。ここでは、発光素子1と異なる点のみ詳述する。
比較発光素子2の発光層1113は、2mDBTBPDBq−II、PCBBiF、及び[Ir(tBuppm)(acac)]を共蒸着することで形成した。ここでは、2mDBTBPDBq−II、PCBBiF、及び[Ir(tBuppm)(acac)]の重量比が、0.7:0.3:0.05(=2mDBTBPDBq−II:PCBBiF:[Ir(tBuppm)(acac)])となるように調整して成膜した膜厚20nmの層と、該重量比が、0.8:0.2:0.05(=2mDBTBPDBq−II:PCBBiF:[Ir(tBuppm)(acac)])となるように調節して成膜した膜厚20nmの層とを積層した。
比較発光素子2の電子輸送層1114は、2mDBTBPDBq−IIを膜厚20nmとなるように成膜し、さらに、BPhenを膜厚10nmとなるように成膜することで、形成した。
(比較発光素子3)
比較発光素子3は、発光層1113及び電子輸送層1114以外は発光素子1と同様に作製した。ここでは、発光素子1と異なる点のみ詳述する。
比較発光素子3の発光層1113は、2mDBTPDBq−II、PCBBiF、及び[Ir(tBuppm)(acac)]を共蒸着することで形成した。ここでは、2mDBTPDBq−II、PCBBiF、及び[Ir(tBuppm)(acac)]の重量比が、0.7:0.3:0.05(=2mDBTPDBq−II:PCBBiF:[Ir(tBuppm)(acac)])となるように調整して成膜した膜厚20nmの層と、該重量比が、0.8:0.2:0.05(=2mDBTPDBq−II:PCBBiF:[Ir(tBuppm)(acac)])となるように調節して成膜した膜厚20nmの層とを積層した。
比較発光素子3の電子輸送層1114は、2mDBTPDBq−IIを膜厚20nmとなるように成膜し、さらに、BPhenを膜厚10nmとなるように成膜することで、形成した。
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本実施例の発光素子の素子構造を表2に示す。なお、表2では、実施例5で説明する発光素子1b、比較発光素子2b、及び比較発光素子3bの素子構造についても示す。
本実施例の発光素子を大気に曝さないように、窒素雰囲気のグローブボックス内においてそれぞれガラス基板により封止する作業(シール材を素子の周囲に塗布し、封止時にUV処理、80℃にて1時間熱処理)を行った。その後、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。
本実施例の発光素子の電圧−輝度特性を図16に示す。各実施例で示す、電圧−輝度特性のグラフにおいて、横軸は電圧(V)を、縦軸は輝度(cd/m)を表す。また、輝度−電流効率特性を図17に示す。各実施例で示す、輝度−電流効率特性のグラフにおいて、横軸は輝度(cd/m)を、縦軸は電流効率(cd/A)を表す。また、電圧−電流特性を図18に示す。各実施例で示す、電圧−電流特性のグラフにおいて、横軸は電圧(V)を、縦軸は電流(mA)を表す。また、各発光素子における輝度1000cd/m付近のときの電圧(V)、電流密度(mA/cm)、CIE色度座標(x、y)、電流効率(cd/A)、パワー効率(lm/W)、外部量子効率(%)を表3に示す。
各発光素子は、1000cd/m付近の輝度の時のCIE色度座標が(x,y)=(0.42,0.57)であり、それぞれ黄緑色の発光を示した。また、各発光素子に2.5mA/cmの電流密度で電流を流した際の発光スペクトルを、図19に示す。各実施例で示す、発光スペクトルのグラフにおいて、横軸は波長(nm)、縦軸は発光強度(任意単位)を表す。図19に示す通り、各発光素子の発光スペクトルは546nm付近にピークを有していた。これらの結果から、本実施例の発光素子は、それぞれ[Ir(tBuppm)(acac)]に由来する黄緑色発光が得られたことがわかった。
動作特性を測定した結果、本実施例の発光素子は、それぞれ、発光効率が高く、駆動電圧が低いことがわかった。
また、本実施例の発光素子の信頼性を試験した。信頼性試験の結果を図20に示す。各実施例で示す信頼性試験の結果のグラフにおいて、縦軸は初期輝度を100%とした時の規格化輝度(%)を示し、横軸は素子の駆動時間(h)を示す。信頼性試験は、室温で行い、初期輝度を5000cd/mに設定し、電流密度一定の条件で各発光素子を駆動した。図20から、1500時間後の輝度は、発光素子1では初期輝度の80%を保っており、比較発光素子2では初期輝度の78%を保っており、比較発光素子3では初期輝度の60%を保っていた。この信頼性試験の結果から、発光素子1は比較発光素子2及び比較発光素子3に比べて長寿命であることが明らかとなった。
実施例3で示したように、発光素子1に用いた2mFDBtPDBqは、比較発光素子2に用いた2mDBTBPDBq−IIや比較発光素子3に用いた2mDBTPDBq−IIに比べて有機溶媒への溶解性が高い。溶解性の高い化合物は、精製しやすく不純物を除去しやすい。不純物が十分に除去された本発明の一態様の化合物を発光素子に用いることで、初期劣化が抑制された、信頼性の高い素子が実現できたと考えられる。
本実施例では、本発明の一態様の発光素子を作製し、保存試験を行った結果について説明する。
本実施例では、発光素子1b、比較発光素子2b、比較発光素子3bを作製した。発光素子1bは、実施例4の発光素子1と同じ構成、作製方法を適用して作製した。同様に、比較発光素子2bは比較発光素子2と、比較発光素子3bは比較発光素子3と、それぞれ同じ構成、作製方法を適用して作製した。
本実施例では、作製した各発光素子を、100℃に保たれた恒温槽で保存し、所定の時間経過した後、動作特性を測定した。なお、測定は、恒温槽から取り出した後、室温(25℃に保たれた雰囲気)で行った。
100℃で150時間保存した後の発光素子1bの電圧−電流特性を図21に示す。100℃で150時間保存した後の発光素子1bの輝度−外部量子効率特性を図22に示す。各実施例で示す、輝度−外部量子効率特性のグラフにおいて、横軸は輝度(cd/m)を、縦軸は外部量子効率(%)を表す。なお、図21及び図22では、発光素子1bの保存試験前の特性、並びに、50時間及び100時間保存した後の特性も合わせて示す。
また、100℃で20時間保存した後の比較発光素子2bの電圧−電流特性を図23に、輝度−外部量子効率特性を図24に示す。なお、図23及び図24では、比較発光素子2bの保存試験前の特性、並びに、1時間、10時間、13時間、及び16時間保存した後の特性も合わせて示す。
また、100℃で3時間保存した後の比較発光素子3bの電圧−電流特性を図25に、輝度−外部量子効率特性を図26に示す。なお、図25及び図26では、比較発光素子3bの保存試験前の特性、並びに、1時間及び2時間保存した後の特性も合わせて示す。
図21、図22より、発光素子1bは、100℃で150時間保存したにも関わらず、電圧−電流特性や輝度−外部量子効率特性の変化が小さく、素子の特性がほとんど劣化していないことがわかる。一方で、図23〜図26より、比較発光素子2b、3bは、100℃で保存することで、電圧−電流特性や輝度−外部量子効率特性が大きく変化し、素子の特性が劣化していることがわかる。そして、比較発光素子2bは100℃で20時間保存した後、比較発光素子3bは100℃で3時間保存した後には、ほとんど発光していないことがわかる。
また、本実施例の保存試験の結果を図27にまとめた。各実施例で示す保存試験の結果のグラフにおいて、縦軸は、各素子の保存試験前の1000cd/mの輝度における電流効率を100%とした時の規格化電流効率(%)を示し、横軸は100℃での保存時間(h)を示す。
測定結果からわかるように、発光素子1bは、100℃で150時間保存したにも関わらず、電流効率がほとんど変化していない。一方で、比較発光素子2b、3bは、電流効率が大きく低下しており、電流のリークが示唆される。
この結果から、9,9−ジアルキルフルオレニル基を有する2mFDBtPDBqを用いた発光素子1bと、9,9−ジアルキルフルオレニル基を有していない2mDBTBPDBq−II又は2mDBTPDBq−IIを用いた比較発光素子2b、3bとでは、高温保存試験における挙動が極端に変わっていることがわかる。すなわち、後者では大きな特性劣化が生じるが、前者ではほとんど特性が劣化しない。
ジベンゾチオフェン骨格の置換基として9,9−ジアルキルフルオレニル基を有する本発明の一態様の化合物を用いることで、9,9−ジアルキルフルオレニル基を置換基として有していない化合物を用いる場合に比べて、高耐熱性、かつ長寿命な発光素子を実現できることがわかった。
本実施例では、本発明の一態様の発光素子について説明する。本実施例で用いる材料の化学式を以下に示す。なお、既に示した材料については省略する。
以下に、本実施例の発光素子4及び比較発光素子5の作製方法を示す。本実施例の発光素子の構成は図15を参照できる。
(発光素子4)
発光素子4は、発光層1113以外は発光素子1と同様に作製した。ここでは、発光素子1と異なる点のみ詳述する。
発光素子4の発光層1113は、2mFDBtPDBq、PCBBiF、及び(アセチルアセトナト)ビス(4,6−ジフェニルピリミジナト)イリジウム(III)(略称:[Ir(dppm)(acac)])を共蒸着することで形成した。ここでは、2mFDBtPDBq、PCBBiF、及び[Ir(dppm)(acac)]の重量比が、0.7:0.3:0.05(=2mFDBtPDBq:PCBBiF:[Ir(dppm)(acac)])となるように調整して成膜した膜厚20nmの層と、該重量比が、0.8:0.2:0.05(=2mFDBtPDBq:PCBBiF:[Ir(dppm)(acac)])となるように調節して成膜した膜厚20nmの層とを積層した。
(比較発光素子5)
比較発光素子5は、発光層1113及び電子輸送層1114以外は比較発光素子2と同様に作製した。ここでは、比較発光素子2と異なる点のみ詳述する。
比較発光素子5の発光層1113は、2mDBTBPDBq−II、PCBBiF、及び[Ir(dppm)(acac)]を共蒸着することで形成した。ここでは、2mDBTBPDBq−II、PCBBiF、及び[Ir(dppm)(acac)]の重量比が、0.7:0.3:0.05(=2mDBTBPDBq−II:PCBBiF:[Ir(dppm)(acac)])となるように調整して成膜した膜厚20nmの層と、該重量比が、0.8:0.2:0.05(=2mDBTBPDBq−II:PCBBiF:[Ir(dppm)(acac)])となるように調節して成膜した膜厚20nmの層とを積層した。
以上により得られた本実施例の発光素子の素子構造を表4に示す。
本実施例の発光素子を大気に曝さないように、窒素雰囲気のグローブボックス内においてそれぞれガラス基板により封止する作業(シール材を素子の周囲に塗布し、封止時にUV処理、80℃にて1時間熱処理)を行った。その後、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。
本実施例の発光素子の電圧−輝度特性を図28に示す。また、輝度−電流効率特性を図29に示す。また、電圧−電流特性を図30に示す。また、各発光素子における輝度1000cd/m付近のときの電圧(V)、電流密度(mA/cm)、CIE色度座標(x、y)、電流効率(cd/A)、パワー効率(lm/W)、外部量子効率(%)を表5に示す。
発光素子4は、1000cd/mの輝度の時のCIE色度座標が(x,y)=(0.55,0.45)であり、比較発光素子5は、1200cd/mの輝度の時のCIE色度座標が(x,y)=(0.56,0.44)であり、それぞれ橙色の発光を示した。また、各発光素子に2.5mA/cmの電流密度で電流を流した際の発光スペクトルを、図31に示す。図31に示す通り、発光素子4の発光スペクトルは583nm付近にピークを有し、比較発光素子5の発光スペクトルは587nm付近にピークを有していた。これらの結果から、本実施例の発光素子は、それぞれ[Ir(dppm)(acac)]に由来する橙色発光が得られたことがわかった。
動作特性を測定した結果、本実施例の発光素子は、それぞれ、発光効率が高く、駆動電圧が低いことがわかった。
また、本実施例の発光素子の信頼性を試験した。信頼性試験の結果を図32に示す。信頼性試験は、室温で行い、初期輝度を5000cd/mに設定し、電流密度一定の条件で各発光素子を駆動した。図32から、3400時間後の輝度は、発光素子4では初期輝度の86%を保っており、比較発光素子5では初期輝度の80%を保っていた。この信頼性試験の結果から、発光素子4は比較発光素子5に比べて長寿命であることが明らかとなった。
実施例3で示したように、発光素子4に用いた2mFDBtPDBqは、比較発光素子5に用いた2mDBTBPDBq−IIに比べて有機溶媒への溶解性が高い。溶解性の高い化合物は、精製しやすく不純物を除去しやすい。不純物が十分に除去された本発明の一態様の化合物を発光素子に用いることで、初期劣化が抑制された、信頼性の高い素子が実現できたと考えられる。
本実施例では、本発明の一態様の発光素子について説明する。本実施例で用いる材料の化学式を以下に示す。なお、既に示した材料については省略する。
以下に、本実施例の発光素子6の作製方法を示す。本実施例の発光素子の構成は図15を参照できる。
(発光素子6)
発光素子6は、発光層1113及び電子輸送層1114以外は発光素子1と同様に作製した。ここでは、発光素子1と異なる点のみ詳述する。
発光素子6の発光層1113は、2mDBtBPDBq−VIII、PCBBiF、及び[Ir(tBuppm)(acac)]を共蒸着することで形成した。ここでは、2mDBtBPDBq−VIII、PCBBiF、及び[Ir(tBuppm)(acac)]の重量比が、0.7:0.3:0.05(=2mDBtBPDBq−VIII:PCBBiF:[Ir(tBuppm)(acac)])となるように調整して成膜した膜厚20nmの層と、該重量比が、0.8:0.2:0.05(=2mDBtBPDBq−VIII:PCBBiF:[Ir(tBuppm)(acac)])となるように調節して成膜した膜厚20nmの層とを積層した。
発光素子6の電子輸送層1114は、2mDBtBPDBq−VIIIを膜厚20nmとなるように成膜し、さらに、2,9−ジ(2−ナフチル)−4,7−ジフェニル−1,10−フェナントロリン(略称:NBphen)を膜厚10nmとなるように成膜することで、形成した。
以上により得られた本実施例の発光素子の素子構造を表6に示す。なお、表6では、実施例8で説明する発光素子6bの素子構造についても示す。
本実施例の発光素子を大気に曝さないように、窒素雰囲気のグローブボックス内においてガラス基板により封止する作業(シール材を素子の周囲に塗布し、封止時にUV処理、80℃にて1時間熱処理)を行った。その後、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。
本実施例の発光素子の電圧−輝度特性を図33に示す。また、輝度−電流効率特性を図34に示す。また、電圧−電流特性を図35に示す。また、本実施例の発光素子における輝度800cd/mのときの電圧(V)、電流密度(mA/cm)、CIE色度座標(x、y)、電流効率(cd/A)、パワー効率(lm/W)、外部量子効率(%)を表7に示す。
発光素子6は、800cd/mの輝度の時のCIE色度座標が(x,y)=(0.42,0.57)であり、黄緑色の発光を示した。また、発光素子6に2.5mA/cmの電流密度で電流を流した際の発光スペクトルを、図36に示す。図36に示す通り、発光素子6の発光スペクトルは548nm付近にピークを有していた。これらの結果から、発光素子6は、[Ir(tBuppm)(acac)]に由来する黄緑色発光が得られたことがわかった。
また、動作特性を測定した結果、発光素子6は、発光効率が高く、駆動電圧が低いことがわかった。
本実施例から、本発明の一態様の化合物を用いることで、発光効率が高く、駆動電圧が低い発光素子を実現できることがわかった。
本実施例では、本発明の一態様の発光素子を作製し、耐熱性試験を行った結果について説明する。
本実施例では、発光素子6b及び比較発光素子7bを作製した。
発光素子6bは、実施例7の発光素子6と同じ構成、作製方法を適用して作製した。
(比較発光素子7b)
比較発光素子7bは、発光層1113及び電子輸送層1114以外は発光素子1と同様に作製した。ここでは、発光素子1と異なる点のみ詳述する。
比較発光素子7bの発光層1113は、2mDBTBPDBq−II、PCBBiF、及び[Ir(tBuppm)(acac)]を共蒸着することで形成した。ここでは、2mDBTBPDBq−II、PCBBiF、及び[Ir(tBuppm)(acac)]の重量比が、0.7:0.3:0.05(=2mDBTBPDBq−II:PCBBiF:[Ir(tBuppm)(acac)])となるように調整して成膜した膜厚20nmの層と、該重量比が、0.8:0.2:0.05(=2mDBTBPDBq−II:PCBBiF:[Ir(tBuppm)(acac)])となるように調節して成膜した膜厚20nmの層とを積層した。
比較発光素子7bの電子輸送層1114は、2mDBTBPDBq−IIを膜厚20nmとなるように成膜し、さらに、NBphenを膜厚10nmとなるように成膜することで、形成した。
比較発光素子7bの素子構造を表8に示す。
本実施例では、作製した各発光素子を、100℃に保たれた恒温槽で保存し、所定の時間経過した後、動作特性を測定した。なお、測定は、恒温槽から取り出した後、室温(25℃に保たれた雰囲気)で行った。
100℃で1000時間保存した後の発光素子6bの電圧−電流特性を図37に示し、輝度−外部量子効率特性を図38に示す。なお、図37及び図38では、発光素子6bの保存試験前の特性、並びに、100時間、150時間、200時間、及び500時間保存した後の特性も合わせて示す。
また、100℃で200時間保存した後の比較発光素子7bの電圧−電流特性を図39に、輝度−外部量子効率特性を図40に示す。なお、図39及び図40では、発光素子7bの保存試験前の特性、並びに、20時間、50時間、100時間、及び150時間保存した後の特性も合わせて示す。
図37、図38より、発光素子6bは、100℃で1000時間保存したにも関わらず、電圧−電流特性や輝度−外部量子効率特性の変化が小さく、素子の特性がほとんど劣化していないことがわかる。一方で、図39、図40より、比較発光素子7bは、100℃で保存することで、電圧−電流特性や輝度−外部量子効率特性が大きく変化し、素子の特性が劣化していることがわかる。比較発光素子7bは100℃で200時間保存した後には、ほとんど発光していないことがわかる。
また、本実施例の保存試験の結果を図41にまとめた。測定結果からわかるように、発光素子6bは、100℃で1000時間保存したにも関わらず、電流効率がほとんど変化していない。一方で、比較発光素子7bは、電流効率が大きく低下しており、電流のリークが示唆される。
この結果から、9,9−ジアルキルフルオレニル基を有する2mDBtBPDBq−VIIIを用いた発光素子6bと、9,9−ジアルキルフルオレニル基を有していない2mDBTBPDBq−IIを用いた比較発光素子7bとでは、高温保存試験における挙動が極端に変わっていることがわかる。すなわち、後者では大きな特性劣化が生じるが、前者ではほとんど特性が劣化しない。
ジベンゾチオフェン骨格の置換基として9,9−ジアルキルフルオレニル基を有する本発明の一態様の化合物を用いることで、9,9−ジアルキルフルオレニル基を置換基として有していない化合物を用いる場合に比べて、高耐熱性、かつ長寿命な発光素子を実現できることがわかった。
本実施例では、本発明の一態様の発光素子について説明する。本実施例で用いる材料は、既に示した材料であるため、該材料の化学式は省略する。
以下に、本実施例の発光素子8の作製方法を示す。本実施例の発光素子の構成は図15を参照できる。
(発光素子8)
発光素子8は、発光層1113以外は発光素子6と同様に作製した。ここでは、発光素子6と異なる点のみ詳述する。
発光素子8の発光層1113は、2mDBtBPDBq−VIII、PCBBiF、及び[Ir(dppm)(acac)]を共蒸着することで形成した。ここでは、2mDBtBPDBq−VIII、PCBBiF、及び[Ir(dppm)(acac)]の重量比が、0.7:0.3:0.05(=2mDBtBPDBq−VIII:PCBBiF:[Ir(dppm)(acac)])となるように調整して成膜した膜厚20nmの層と、該重量比が、0.8:0.2:0.05(=2mDBtBPDBq−VIII:PCBBiF:[Ir(dppm)(acac)])となるように調節して成膜した膜厚20nmの層とを積層した。
以上により得られた本実施例の発光素子の素子構造を表9に示す。
本実施例の発光素子を大気に曝さないように、窒素雰囲気のグローブボックス内においてガラス基板により封止する作業(シール材を素子の周囲に塗布し、封止時にUV処理、80℃にて1時間熱処理)を行った。その後、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。
本実施例の発光素子の電圧−輝度特性を図42に示す。また、輝度−電流効率特性を図43に示す。また、電圧−電流特性を図44に示す。また、本実施例の発光素子における輝度1100cd/mのときの電圧(V)、電流密度(mA/cm)、CIE色度座標(x、y)、電流効率(cd/A)、パワー効率(lm/W)、外部量子効率(%)を表10に示す。
発光素子8は、1100cd/mの輝度の時のCIE色度座標が(x,y)=(0.55,0.45)であり、橙色の発光を示した。また、発光素子8に2.5mA/cmの電流密度で電流を流した際の発光スペクトルを、図45に示す。図45に示す通り、発光素子8の発光スペクトルは583nm付近にピークを有していた。これらの結果から発光素子8は、[Ir(dppm)(acac)]に由来する橙色発光が得られたことがわかった。
また、動作特性を測定した結果、発光素子8は、発光効率が高く、駆動電圧が低いことがわかった。
本実施例から、本発明の一態様の化合物を用いることで、発光効率が高く、駆動電圧が低い発光素子を実現できることがわかった。
201 第1の電極
203 EL層
203a 第1のEL層
203b 第2のEL層
205 第2の電極
207 中間層
301 正孔注入層
302 正孔輸送層
303 発光層
304 電子輸送層
305 電子注入層
310 携帯情報端末
312 表示パネル
313 ヒンジ
315 筐体
320 携帯情報端末
322 表示部
325 非表示部
330 携帯情報端末
333 表示部
335 筐体
336 筐体
337 情報
339 操作ボタン
340 携帯情報端末
345 携帯情報端末
351 筐体
355 情報
356 情報
357 情報
358 表示部
401 支持基板
403 発光素子
405 封止基板
407 封止材
409a 第1の端子
409b 第2の端子
411a 光取り出し構造
411b 光取り出し構造
413 平坦化層
415 空間
417 補助配線
419 絶縁層
421 第1の電極
423 EL層
425 第2の電極
501 支持基板
503 発光素子
504 発光素子
505 封止基板
506 乾燥剤
507 封止材
509 FPC
511 第1の絶縁層
513 第2の絶縁層
515 空間
517 引き出し配線
519 隔壁
521 第1の電極
523 EL層
525 第2の電極
531 ブラックマトリクス
533 カラーフィルタ
535 オーバーコート層
541a トランジスタ
541b トランジスタ
542 トランジスタ
543 トランジスタ
551 発光部
551a 発光部
551b 発光部
552 駆動回路部
553 駆動回路部
561 第1の電極
563 EL層
565 第2の電極
1100 ガラス基板
1101 第1の電極
1103 第2の電極
1111 正孔注入層
1112 正孔輸送層
1113 発光層
1114 電子輸送層
1115 電子注入層
7100 テレビジョン装置
7101 筐体
7102 表示部
7103 スタンド
7111 リモコン操作機
7200 コンピュータ
7201 本体
7202 筐体
7203 表示部
7204 キーボード
7205 外部接続ポート
7206 ポインティングデバイス
7300 携帯型ゲーム機
7301a 筐体
7301b 筐体
7302 連結部
7303a 表示部
7303b 表示部
7304 スピーカ部
7305 記録媒体挿入部
7306 操作キー
7307 接続端子
7308 センサ
7400 携帯電話機
7401 筐体
7402 表示部
7403 操作ボタン
7404 外部接続ポート
7405 スピーカ
7406 マイク
7500 タブレット型端末
7501a 筐体
7501b 筐体
7502a 表示部
7502b 表示部
7503 軸部
7504 電源
7505 操作キー
7506 スピーカ
7601 照明装置
7602 照明装置
7603 卓上照明装置
7604 面状照明装置
7701 照明部
7703 支柱
7705 支持台

Claims (11)

  1. 式(G0)で表される化合物。

    (式中、Aは、置換もしくは無置換のジベンゾチオフェニレン基、又は、置換もしくは無置換のジベンゾフラニレン基を表し、Xは、置換もしくは無置換のフルオレニル基を表し、Eは、置換もしくは無置換のジベンゾ[f,h]キノキサリニル基を表し、Arは、置換もしくは無置換のフェニレン基、又は、置換もしくは無置換のビフェニルジイル基を表す。)
  2. 式(G1)で表される化合物。

    (式中、Aは、置換もしくは無置換のジベンゾチオフェニレン基、又は、置換もしくは無置換のジベンゾフラニレン基を表し、Xは、置換もしくは無置換のフルオレニル基を表し、R11〜R19は、それぞれ独立に、水素、炭素数1〜6のアルキル基、又は置換もしくは無置換の炭素数6〜13のアリール基を表し、Arは、置換もしくは無置換のフェニレン基、又は、置換もしくは無置換のビフェニルジイル基を表す。)
  3. 式(G2)で表される化合物。

    (式中、Zは、酸素又は硫黄を表し、R11〜R19は、それぞれ独立に、水素、炭素数1〜4のアルキル基、又は置換もしくは無置換の炭素数6〜13のアリール基を表し、R21〜R27のうち少なくともいずれか一が、置換もしくは無置換のフルオレニル基を表し、その他はそれぞれ独立に、水素、炭素数1〜6のアルキル基、又は置換もしくは無置換の炭素数6〜13のアリール基を表し、Arは、置換もしくは無置換のフェニレン基、又は、置換もしくは無置換のビフェニルジイル基を表す。)
  4. 式(G3)で表される化合物。

    (式中、Zは、酸素又は硫黄を表し、Xは、置換もしくは無置換のフルオレニル基を表し、R11〜R19、及びR21〜R26は、それぞれ独立に、水素、炭素数1〜6のアルキル基、又は置換もしくは無置換の炭素数6〜13のアリール基を表し、Arは、置換もしくは無置換のフェニレン基、又は、置換もしくは無置換のビフェニルジイル基を表す。)
  5. 請求項1乃至4のいずれか一項において、
    前記置換もしくは無置換のフルオレニル基は、置換もしくは無置換の9,9−ジアルキルフルオレニル基である、化合物。
  6. 式(G4)で表される化合物。

    (式中、Zは、酸素又は硫黄を表し、R11〜R19、R21〜R26、及びR31〜R37は、それぞれ独立に、水素、炭素数1〜6のアルキル基、又は、置換もしくは無置換の炭素数6〜13のアリール基を表し、R41及びR42は、それぞれ独立に、水素、又は、炭素数1〜6のアルキル基を表し、Arは、置換もしくは無置換のフェニレン基、又は、置換もしくは無置換のビフェニルジイル基を表す。)
  7. 請求項6において、
    前記R41及び前記R42は、メチル基である、化合物。
  8. 一対の電極間に、請求項1乃至のいずれか一項に記載の化合物を有する発光素子。
  9. 請求項に記載の発光素子と、
    トランジスタ又は基板と、を有する、発光装置。
  10. 請求項9に記載の発光装置と、
    マイク、スピーカ、又は外部接続端子と、を有する、電子機器。
  11. 請求項に記載の発光装置と、
    支柱、筐体、又はカバーと、を有する、照明装置。
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