JP7353440B2 - 化合物 - Google Patents

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Description

本発明の一態様は、ベンゾフロピラジン化合物またはベンゾチエノピラジン化合物を有す
る発光素子に関する。または、新規な有機化合物に関する。または、ベンゾフロピラジン
化合物またはベンゾチエノピラジン化合物に関する。または、該有機化合物を含む発光装
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。本発明の一態様は物、方法、
または、製造方法に関する。または、本発明は、プロセス、マシン、マニュファクチャ、
または、組成物(コンポジション・オブ・マター)に関する。特に、本発明の一態様は、
半導体装置、発光装置、表示装置、照明装置、発光素子、それらの製造方法に関する。ま
た、本発明の一態様は、π電子過剰複素芳香環を有する、ベンゾフロピラジン化合物また
はベンゾチエノピラジン化合物の新規な合成方法に関する。そのため、より具体的に本明
細書で開示する本発明の一態様としては、該有機化合物を含む発光素子、発光装置、電子
機器、及び照明装置と、それらの製造方法、を一例として挙げることができる。
有機化合物を用いたエレクトロルミネッセンス(EL:Electrolumines
cence)を利用する発光素子(有機EL素子)の実用化が進んでいる。これら発光素
子の基本的な構成は、一対の電極間に発光材料を含む有機化合物層(EL層)を挟んだも
のである。この素子に電圧を印加して、キャリアを注入し、当該キャリアの再結合エネル
ギーを利用することにより、発光材料からの発光を得ることができる。
このような発光素子は自発光型であるため、ディスプレイの画素として用いると、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。また、このような発光素子を用いたディスプレイは、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。
また、これらの発光素子は発光層を二次元に連続して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。これは、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。また、有機化合物からの発光は材料
を選択することにより紫外光を含まない発光とできることから、照明等に応用できる面光
源としての利用価値も高い。
このように発光素子を用いたディスプレイや照明装置はさまざまな電子機器に好適であ
るため、より良好な効率、素子寿命を有する発光素子を求めて研究開発が進められている
。特に、EL層には、主として有機化合物が用いられており、発光素子の素子特性向上に
大きな影響を与えることから、様々な新規の有機化合物の開発が行われている。
有機化合物を用いた発光素子の場合、その素子寿命や特性に影響を及ぼす要素には様々な
ものが挙げられるが、ホスト材料や電子輸送材料の特性が大きく影響を及ぼす場合がある
ホスト材料は様々な骨格の物質が用いられるが、中でもジアジン骨格は高い三重項励起準
位を有するため、様々なジアジン骨格を有する化合物が報告されており、これら化合物を
用いた発光素子の特性及び信頼性は、向上が見られるものの、効率や耐久性をはじめ、あ
らゆる特性に対する高度な要求に対応するには未だ不十分と言える(例えば特許文献1及
び特許文献2)。
特開2014-209611号公報 特表2013-536196号公報
そこで、本発明の一態様では、新規な有機化合物を提供することを課題とする。特に新
規なベンゾフロピラジン化合物またはベンゾチエノピラジン化合物を提供することを課題
とする。または、本発明の一態様は、新規な電子輸送性を有する有機化合物を提供するこ
とを課題とする。または、信頼性の良好な発光素子を提供することを課題とする。または
、発光効率の良好な発光素子を提供することを課題とする。または、駆動電圧が低い発光
素子を提供することを課題とする。
または、本発明の他の一態様では、信頼性の高い発光素子、発光装置及び電子機器を各々
提供することを課題とする。または、本発明の他の一態様では、消費電力の小さい発光素
子、発光装置及び電子機器を各々提供することを課題とする。
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、必ずしも、これらの課題の全てを解決する必要はない。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、一対の電極間にEL層を有し、該EL層は、ベンゾフロピラジン骨格
またはベンゾチエノピラジン骨格を有する物質を含み、ベンゾフロピラジン骨格またはベ
ンゾチエノピラジン骨格におけるベンゼン環は、総炭素数6以上100以下の第一の置換
基を有し、ベンゾフロピラジン骨格またはベンゾチエノピラジン骨格におけるピラジン環
は、総炭素数6以上100以下の第二の置換基を有する発光素子である。
また、本発明の他の一態様は、一対の電極間にEL層を有し、該EL層は、ベンゾフロピ
ラジン骨格またはベンゾチエノピラジン骨格を有する物質を含み、ベンゾフロピラジン骨
格またはベンゾチエノピラジン骨格におけるベンゼン環は、総炭素数10以上100以下
の第一の置換基を有し、ベンゾフロピラジン骨格またはベンゾチエノピラジン骨格におけ
るピラジン環は、総炭素数10以上100以下の第二の置換基を有する発光素子である。
この時、第一の置換基及び第二の置換基はそれぞれ独立に、環を構成する炭素数が10以
上30以下の芳香環または複素芳香環を有することが好ましい。
また、上記構成において、第一の置換基及び第二の置換基はそれぞれ独立に、置換または
無置換のベンゼン環、置換または無置換のナフタレン環、置換または無置換のフェナント
レン環、置換または無置換のトリフェニレン環、置換又は無置換の炭素数が12以上30
以下の縮合複素芳香環、置換又は無置換のトリアリールアミン構造のいずれか一または複
数を有すると好ましい。また、該縮合複素芳香環は、ジベンゾフラン環、ジベンゾチオフ
ェン環、またはカルバゾール環のいずれか一を含むと好ましい。
また、上記構成において、第二の置換基が正孔輸送性の骨格を有すると好ましい。正孔輸
送性骨格としては、トリアリールアミン構造またはπ電子過剰型の複素芳香環を含むと好
ましい。正孔輸送骨格として特に好ましくは、カルバゾール環、ジベンゾフラン環、ジベ
ンゾチオフェン環のいずれか一を含む縮合複素芳香環である。
また、EL層が発光層を有し、該発光層は上述したベンゾフロピラジン骨格またはベンゾ
チエノピラジン骨格を有する物質と、三重項励起エネルギーを発光に変換できる物質とを
有していると好ましい。本構成は、該三重項励起エネルギーを発光に変換できる物質が燐
光性化合物である場合に特に効果的である。
また、本発明の他の一態様は、下記一般式(G0)で表される有機化合物である。
一般式(G0)中、Xは酸素または硫黄を表し、A及びAはそれぞれ独立に、炭素数
6以上100以下の置換基を表す。R乃至Rはそれぞれ独立に水素、炭素数1乃至6
のアルキル基、置換もしくは無置換の炭素数3乃至7のシクロアルキル基、置換もしくは
無置換の炭素数6乃至25のアリール基を表す。
また、一般式(G0)において、A及びAはそれぞれ独立に、炭素数10以上100
以下の置換基であることが好ましい。この時、A及びAはそれぞれ独立に、環を構成
する炭素数が10以上30以下の芳香環または複素芳香環を有すると好ましい。
また、上述した一般式(G0)で表される化合物において、より好ましくは、A及びA
が、それぞれ独立に置換または無置換のベンゼン環、置換または無置換のナフタレン環
、置換または無置換のフェナントレン環、置換または無置換のトリフェニレン環、置換ま
たは無置換の炭素数が12以上30以下の縮合複素芳香環、置換または無置換のトリフェ
ニルアミン構造のいずれか一または複数を有する構造である。また、該縮合複素芳香環は
ジベンゾフラン環、ジベンゾチオフェン環、またはカルバゾール環のいずれか一を含むと
好ましい。
なお上記構成において、Aが、カルバゾール環、ジベンゾフラン環、ジベンゾチオフェ
ン環のいずれか一を含む縮合複素芳香環を有することが好ましい。
また、本発明の他の一態様は、下記一般式(G1)で表される有機化合物である。
一般式(G1)中、Xは酸素または硫黄を表し、Aは、総炭素数6以上100以下の置
換基を表す。Htは、環を構成する炭素数が10以上30以下の置換もしくは無置換の
芳香環、または、環を構成する炭素数が10以上30以下の置換もしくは無置換の複素芳
香環を表す。Arは、置換もしくは無置換の炭素数6乃至25のアリーレン基を表し、
乃至Rはそれぞれ独立に水素、炭素数1乃至6のアルキル基、置換もしくは無置換
の炭素数3乃至7のシクロアルキル基、置換もしくは無置換の炭素数6乃至25のアリー
ル基を表す。mは0乃至3の整数を表す。
上記構成において、Aは総炭素数が10以上100以下の置換基であると好ましい。
Htは、カルバゾール環、ジベンゾフラン環、ジベンゾチオフェン環のいずれか一を含
む、置換もしくは無置換の縮合複素芳香環であると好ましい。
また、本発明の他の一態様は、下記一般式(G2)で表される有機化合物である。
一般式(G2)中、Xは酸素または硫黄を表し、Ht及びHtはそれぞれ独立に、環
を構成する炭素数が10以上30以下の芳香環または複素芳香環を表す。Ar及びAr
はそれぞれ独立に、置換もしくは無置換の炭素数6乃至25のアリーレン基を表し、R
乃至Rはそれぞれ独立に水素、炭素数1乃至6のアルキル基、置換もしくは無置換の
炭素数3乃至7のシクロアルキル基、置換もしくは無置換の炭素数6乃至25のアリール
基を表す。n及びmはそれぞれ独立に0乃至3の整数を表す。
上記構成において、Ht及びHtはそれぞれ独立に、カルバゾール環、ジベンゾフラ
ン環、ジベンゾチオフェン環のいずれか一を含む、置換もしくは無置換の縮合複素芳香環
であると好ましい。
上記構成において、ArまたはArが置換もしくは無置換のフェニレン基であると好
ましい。また、R乃至Rがすべて水素であると好ましい。
また、本発明の他の一態様は、下記一般式(G3)で表される有機化合物である。
一般式(G3)中、Xは酸素または硫黄を表し、Aは、総炭素数10以上100以下の
置換基を表す。またHtは、カルバゾール環、ジベンゾフラン環、ジベンゾチオフェン
環のいずれか一を含む、置換もしくは無置換の複素芳香環を表す。
また、本発明の他の一態様は、下記一般式(G4)で表される有機化合物である。
一般式(G4)中、Xは酸素または硫黄を表す。またHt及びHtはそれぞれ独立に
、カルバゾール環、ジベンゾフラン環、ジベンゾチオフェン環のいずれか一を含む、置換
もしくは無置換の複素芳香環を表す。
上記構成において、Ht及びHtがそれぞれ独立に、下記一般式(Ht-1)乃至(
Ht-7)で表される基のいずれかで表される基であると好ましい。
一般式(Ht-1)乃至(Ht-7)において、R10乃至R22はそれぞれ独立に水素
、炭素数1乃至6のアルキル基、置換もしくは無置換の炭素数3乃至7のシクロアルキル
基、置換もしくは無置換の炭素数6乃至25のアリール基のいずれかを表す。
また、本発明の他の一態様は、下記一般式(G5)で表される有機化合物である。
一般式(G5)において、Xは酸素または硫黄を表し、Z及びZはそれぞれ独立に、
酸素または硫黄を表す。
また、本発明の他の一態様は、下記構造式(100)または(101)で表される有機化
合物である。
また、本発明の他の一態様は、上記各構成に記載の有機化合物を含む発光素子である。
なお、上記各構成における発光素子は、陽極と、陰極と、の間にEL層を有する。また、
EL層は少なくとも、発光層、正孔輸送層、正孔注入層、電子輸送層、または電子注入層
のいずれかを有する。なお、EL層は他の機能層を含んでいても良い。
また、上記構成において、発光層が発光材料を含むことが好ましい。
また、本発明の他の一態様は、上記各構成の発光素子と、カラーフィルタまたはトラン
ジスタの少なくとも一と、を有する表示装置である。また、本発明の他の一態様は、当該
表示装置と、筐体またはタッチセンサの少なくとも一と、を有する電子機器である。また
、本発明の他の一態様は、上記各構成の発光素子と、筐体またはタッチセンサの少なくと
も一と、を有する照明装置である。また、本発明の一態様は、発光素子を有する発光装置
だけでなく、発光装置を有する電子機器も範疇に含める。従って、本明細書中における発
光装置とは、画像表示デバイス、もしくは光源(照明装置含む)を指す。また、発光装置
にコネクター、例えばFPC(Flexible Printed Circuit)、
TCP(Tape Carrier Package)が取り付けられた表示モジュール
、TCPの先にプリント配線板が設けられた表示モジュール、または発光素子にCOG(
Chip On Glass)方式によりIC(集積回路)が直接実装された表示モジュ
ールも本発明の一態様である。
本発明の一態様により、新規な有機化合物を提供することができる。特に新規なベンゾ
フロピラジン化合物またはベンゾチエノピラジン化合物を提供することができる。または
、本発明の一態様は、新規な電子輸送性を有する有機化合物を提供することができる。ま
たは、寿命の良好な発光素子を提供することができる。または、発光効率の良好な発光素
子を提供することができる。または、駆動電圧が低い発光素子を提供することができる。
または、信頼性の良い発光素子、発光装置及び電子機器を各々提供することができる。ま
たは、消費電力の小さい発光素子、発光装置及び電子機器を各々提供することができる。
なお、これらの効果の記載は、他の効果の存在を妨げない。なお、本発明の一態様は、
必ずしも、これらの効果の全てを有する必要はない。なお、これら以外の効果は、明細書
、図面、請求項などの記載から、自ずと明らかであり、明細書、図面、請求項などの記載
から、これら以外の効果を抽出することが可能である。
本発明の一態様の発光素子の断面模式図、及び発光層に係るエネルギー準位の相関を説明する模式図。 本発明の一態様の発光素子の断面模式図。 本発明の一態様に係る、アクティブマトリクス型発光装置の概念図。 本発明の一態様に係る、アクティブマトリクス型発光装置の概念図。 本発明の一態様に係る、アクティブマトリクス型発光装置の概念図。 本発明の一態様に係る、電子機器の概略図。 本発明の一態様に係る、電子機器の概略図。 本発明の一態様に係る、電子機器及び照明装置を表す図。 本発明の一態様に係る、照明装置を表す図。 実施例に係る、化合物のNMRチャートを説明する図。 実施例に係る、化合物の吸収スペクトル、及び発光スペクトルを説明する図。 実施例に係る、化合物の吸収スペクトル、及び発光スペクトルを説明する図。 実施例に係る、化合物のNMRチャートを説明する図。 実施例に係る、化合物の吸収スペクトル、及び発光スペクトルを説明する図。 実施例に係る、発光素子の電流効率-輝度特性を説明する図。 実施例に係る、発光素子の電流密度-電圧特性を説明する図。 実施例に係る、発光素子の外部量子効率-輝度特性を説明する図。 実施例に係る、発光素子の発光スペクトルを説明する図。 実施例に係る、発光素子の信頼性試験結果を説明する図。 実施例に係る、発光素子の電流効率-輝度特性を説明する図。 実施例に係る、発光素子の電流密度-電圧特性を説明する図。 実施例に係る、発光素子の外部量子効率-輝度特性を説明する図。 実施例に係る、発光素子の発光スペクトルを説明する図。 実施例に係る、発光素子の信頼性試験結果を説明する図。
以下、本発明の実施の形態について説明する。ただし、本発明は多くの異なる態様で実施
することが可能であり、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、本明細書で説明する各図において、陽極、EL層、中間層、陰極などの大きさや厚
さは、個々に説明の明瞭化のために誇張されている場合がある。よって、必ずしも各構成
要素はその大きさに限定されず、また各構成要素間での相対的な大きさに限定されない。
また、本明細書等において、第1、第2、第3などとして付される序数詞は、便宜上用い
るものであって工程の順番や上下の位置関係などを示すものではない。そのため、例えば
、「第1の」を「第2の」又は「第3の」などと適宜置き換えて説明することができる。
また、本明細書等に記載されている序数詞と、本発明の一態様を特定するために用いられ
る序数詞は一致しない場合がある。
また、本明細書等で説明する本発明の構成において、同一部分又は同様の機能を有する部
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
、同様の機能を有する部分を指す場合には、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、本明細書において色とは、色相(単色光の波長に相当)、彩度(あざやかさ即ち白
みを帯びていない度合)及び明度(明るさ即ち光の強弱)の三要素によって規定されたも
のである。また、本明細書において色とは、上述の三要素のうちのいずれか一つの要素の
み、または任意で選んだ2つの要素のみを示してもよい。また、本明細書において、2つ
の光の色が異なるとは、上述の三要素のうちいずれか少なくとも一つが異なることをいい
、さらに、2つの光のスペクトルの形状若しくは各ピークの相対強度比の分布が異なるこ
とをも含む。
なお、本明細書において、「膜」という言葉と、「層」という言葉とは、場合によっては
、または、状況に応じて、互いに入れ替えることが可能である。例えば、「導電層」とい
う用語を、「導電膜」という用語に変更することが可能な場合がある。または、例えば、
「絶縁膜」という用語を、「絶縁層」という用語に変更することが可能な場合がある。
(実施の形態1)
本実施の形態では、例えば本発明の一態様に係る有機化合物及び発光素子について、以下
説明する。
本発明の一態様に係る有機化合物は、下記一般式(G0)で表される。
一般式(G0)中、Xは酸素または硫黄を表し、A及びAはそれぞれ独立に、炭素数
6以上100以下の置換基を表す。R乃至Rはそれぞれ独立に水素、炭素数1乃至6
のアルキル基、置換もしくは無置換の炭素数3乃至7のシクロアルキル基、置換もしくは
無置換の炭素数6乃至25のアリール基を表す。
このような有機化合物を用いた発光素子は、発光効率が良好で、駆動電圧が低減される。
また、当該有機化合物は、酸化及び還元の繰返しに良好な耐性を有し、励起状態も安定で
あることから、信頼性の良好な発光素子を実現することができる。
が総炭素数6以上100以下であることにより、A及びR乃至Rが全て水素で
ある構造に比べ、発光素子の信頼性が大幅に改善される。このことは、発光層のホスト材
料として(G0)で表される有機化合物を用いた場合に、特に顕著である。これは、ベン
ゾフロピラジン骨格またはベンゾチエノピラジン骨格におけるベンゼン環側が置換基を有
することで、該有機化合物の励起状態における安定性や、膜質の安定性が高まるためと考
えられる。ピラジン環のような複素芳香環とは逆側の芳香環における置換基が、このよう
な信頼性を高める効果をもたらすということは、本発明者らの大きな発見の一つである。
一方で、一般式(G0)で示すように、ピラジン環側にAで表される総炭素数6以上1
00以下の第二の置換基を導入することで、ピラジン環上の炭素や窒素を保護しやすくな
るため、電子輸送時の電気的安定性及び励起状態の安定性を高めることができる。また、
が芳香環または複素芳香環を有する場合、ピラジン環との相互作用によりLUMO(
Lowest Unoccupied Molecular Orbital、最低空軌
道ともいう)が広がり、電子輸送性に有利となる。すなわち、該有機化合物はA及びA
の双方の置換基を有することが好ましい。
また、本発明の一態様に係る有機化合物は、上記一般式(G0)で表される有機化合物で
あり、一般式(G0)中、Xは酸素または硫黄を表し、A及びAはそれぞれ独立に、
炭素数10以上100以下の置換基を表す。R乃至Rはそれぞれ独立に水素、炭素数
1乃至6のアルキル基、置換もしくは無置換の炭素数3乃至7のシクロアルキル基、置換
もしくは無置換の炭素数6乃至25のアリール基を表す。
及びAの双方が総炭素数10以上100以下の置換基であることにより、耐熱性に
優れた分子構造となるため好ましい。重要なのは耐熱性だけでなく、励起状態における安
定性、膜質の安定性、電子輸送時の電気的安定性がさらに高まる点である。例えば、炭素
数6の置換基の代表例はベンゼン環(フェニル基)やそれに類する大きさの置換基である
が、これを縮合芳香環もしくは縮合複素芳香環を有する炭素数10以上の置換基に変える
ことで、上述した効果がより顕著となる。
したがって、上記または下記に示す、一般式(G0)乃至(G4)中、A及びAはい
ずれも、環を構成する置換または無置換の炭素数10以上30以下の芳香環または複素芳
香環を有すると好ましい。このような構造にすることによって、π共役系が分子全体に広
がった構造とすることができ、キャリア輸送性に優れた分子構造とすることもできるため
、信頼性が良好であり、駆動電圧が低い発光素子を提供することができる。また、電気化
学的な安定性向上及び膜質の改善に効果的であり、発光素子の信頼性を向上させることが
できる。また、昇華性を低下させることなく、分子量を増大することができるため、耐熱
性に優れた材料とすることができる。すなわち、このような総炭素数が10以上の嵩高い
置換基をベンゾフロピラジン骨格またはベンゾチエノピラジン骨格のベンゼン環側及びピ
ラジン環側双方に有する分子構造とすることが、本発明の一態様における重要な構成の一
つである。
上記構成において、環を構成する炭素数10以上30以下の芳香環または複素芳香環とし
ては、複数のベンゼン環を有する置換基や、ナフタレン環、フルオレン環、フェナントレ
ン環、トリフェニレン環のような縮合芳香環が挙げられる。また、カルバゾール環、ジベ
ンゾフラン環、又はジベンゾチオフェン環を含む縮合複素芳香環(例えば、カルバゾール
環、ジベンゾフラン環、ジベンゾチオフェン環、ベンゾナフトフラン環、ベンゾナフトチ
オフェン環、インドロカルバゾール環、ベンゾフロカルバゾール環、ベンゾチエノカルバ
ゾール環、インデノカルバゾール環、ジベンゾカルバゾール環など)が挙げられる。
なお、炭素数6以上100以下の置換基は、上述の環を構成する炭素数10以上30以下
の芳香環、複素芳香環、縮合芳香環、縮合複素芳香環を有していても良く、また、ベンゼ
ン環を含んでいても良い。すなわち、置換もしくは無置換の該縮合芳香環、置換もしくは
無置換の該縮合複素芳香環、及び置換もしくは無置換のベンゼン環を組み合わせて構成し
ても良い。例えば、該縮合複素芳香環が、フェニレン基やビフェニルジイル基を介してベ
ンゾフロピラジン骨格やベンゾチエノピラジン骨格に結合しても良い。
また、より好ましくは、上記または下記に示す、一般式(G0)乃至(G4)において、
及びAが置換または無置換のベンゼン環、置換または無置換のナフタレン環、置換
または無置換のフェナントレン環、置換または無置換のトリフェニレン環、置換または無
置換の炭素数が12以上30以下の縮合複素芳香環、置換または無置換のトリアリールア
ミン構造のいずれか一または複数を有する構造である。このような構造を選択することで
、合成が容易になる。また、これらの置換基は、電気化学的な安定性が高いため、信頼性
が良好な発光素子を提供することができる。また、上記構成において、縮合複素芳香環は
、ジベンゾフラン環、ジベンゾチオフェン環、またはカルバゾール環を含む環(例えば、
カルバゾール環、ジベンゾフラン環、ジベンゾチオフェン環、ベンゾナフトフラン環、ベ
ンゾナフトチオフェン環、インドロカルバゾール環、ベンゾフロカルバゾール環、ベンゾ
チエノカルバゾール環、インデノカルバゾール環、ジベンゾカルバゾール環など)である
ことが、環の安定性及び耐熱性の観点から好ましい。また、トリアリールアミン構造がト
リフェニルアミン構造であることにより、T1準位が高くなるため好ましい。なお、A
やAにおいて、ピリジン環のような孤立電子対を有する6員環の複素芳香環が多くなり
すぎると、励起状態における強力な塩基となり、安定性が低くなる。したがって、A
はそれぞれ、上述した環もしくは構造のいずれか一または複数で構成されることが好
ましい。
また、本発明の一態様に係る有機化合物は、下記一般式(G1)で表される。
一般式(G1)中、Xは酸素または硫黄を表し、Aは、総炭素数6以上100以下の置
換基を表す。Htは、環を構成する炭素数が10以上30以下の置換もしくは無置換の
芳香環、または、環を構成する炭素数が10以上30以下の置換もしくは無置換の複素芳
香環を表す。Arは、置換もしくは無置換の炭素数6乃至25のアリーレン基を表し、
乃至Rはそれぞれ独立に水素、炭素数1乃至6のアルキル基、置換もしくは無置換
の炭素数3乃至7のシクロアルキル基、置換もしくは無置換の炭素数6乃至25のアリー
ル基を表す。mは0乃至3の整数を表す。
上記構成において、Htは正孔輸送性の骨格を有すると好ましい。正孔輸送性の骨格を
ベンゾフロピラジン骨格またはベンゾチエノピラジン骨格に導入することによって、酸化
還元特性の双方に優れた構造とすることができ、信頼性の高い発光素子を提供することが
できるためである。また、キャリア(電子及び正孔)輸送性が向上するため、駆動電圧が
低い発光素子を提供することができる。中でも、Htはカルバゾール環、ジベンゾフラ
ン環、ジベンゾチオフェン環のいずれか一を含む、置換もしくは無置換の縮合複素芳香環
であると好ましい。このような構造を用いることで、耐熱性に優れ、励起状態が安定であ
り、特にT1準位が高い有機化合物とすることができる。
また、本発明の一態様に係る有機化合物は、下記一般式(G2)で表される。
一般式(G2)中、Xは酸素または硫黄を表し、Ht及びHtはそれぞれ独立に、環
を構成する炭素数が10以上30以下の芳香環または複素芳香環を表す。Ar及びAr
はそれぞれ独立に、置換もしくは無置換の炭素数6乃至25のアリーレン基を表し、R
乃至Rはそれぞれ独立に水素、炭素数1乃至6のアルキル基、置換もしくは無置換の
炭素数3乃至7のシクロアルキル基、置換もしくは無置換の炭素数6乃至25のアリール
基を表す。n及びmはそれぞれ独立に0乃至3の整数を表す。
上記構成において、ArまたはArが置換または無置換のフェニレン基であると好ま
しい。また、R乃至Rがすべて水素であると好ましい。このような構造とすることで
合成が容易になる。
上記構成において、Ht及びHtはそれぞれ独立に、カルバゾール環、ジベンゾフラ
ン環、ジベンゾチオフェン環のいずれか一を含む、置換もしくは無置換の縮合複素芳香環
であると好ましい。このような構造を用いることで、耐熱性に優れ、励起状態が安定であ
り、特にT1準位が高い有機化合物とすることができる。
また、本発明の一態様に係る有機化合物は、下記一般式(G3)で表される。
一般式(G3)中、Xは酸素または硫黄を表し、Aは、総炭素数10以上100以下の
置換基を表す。またHtは、カルバゾール環、ジベンゾフラン環、ジベンゾチオフェン
環のいずれか一を含む、置換もしくは無置換の複素芳香環を表す。
また、本発明の一態様に係る有機化合物は、下記一般式(G4)で表される。
一般式(G4)において、Xは酸素または硫黄を表す。またHt及びHtはそれぞれ
独立に、カルバゾール環、ジベンゾフラン環、ジベンゾチオフェン環のいずれか一を含む
、置換もしくは無置換の複素芳香環を表す。このような構造にすることによって、耐熱性
に優れ、励起状態が安定であり、特にT1準位が高い有機化合物とすることができる。
上記構成において、ベンゾフロピラジン骨格またはベンゾチエノピラジン骨格とHt
びHtとはフェニル基を介し、メタ位で結合する構造とすると好ましい。このような構
造にすることによって、特にT1準位が高い構造とすることができる。また、膜が結晶化
しにくい構造とすることができる。なお、ベンゾフロピラジン骨格またはベンゾチエノピ
ラジン骨格とHt及びHtとのフェニル基を介した場合の結合位置はメタ位に限定さ
れない。
また、上記構成において、Ht及びHtが下記一般式(Ht-1)乃至(Ht-7)
のいずれかで表される置換基であると好ましい。このような置換基を用いることで、特に
T1準位が高く、電気化学的安定性が高い構造とすることができる。
また、本発明の一態様に係る有機化合物は、下記一般式(G5)で表される。
一般式(G5)において、Xは酸素または硫黄を表し、Z及びZはそれぞれ独立に、
酸素または硫黄を表す。
ベンゾフロピラジン骨格またはベンゾチエノピラジン骨格とジベンゾフラン骨格またはジ
ベンゾチオフェン骨格がフェニル基を介し、メタ位で結合する構造とすることによって、
特にT1準位が高い構造とすることができるため好ましい。
また、本発明の一態様に係る有機化合物は、下記構造式(100)または(101)で表
される有機化合物である。
また、一般式(G1)及び(G2)において、Ar及びArはそれぞれ独立に置換も
しくは無置換の炭素数6乃至25のアリーレン基を表すが、該アリーレン基としては例え
ば、フェニレン基、ナフチレン基、ビフェニルジイル基、フルオレンジイル基、スピロフ
ルオレンジイル基などが挙げられる。例えば、下記構造式(Ar-1)乃至(Ar-27
)で表される基を適用することができる。なお、Ar及びArで表される基はこれら
に限定されず、さらに置換基を有していても良い。
また、一般式(G0)乃至(G2)及び一般式(Ht-1)乃至(Ht-7)において、
乃至R、R10乃至R22は、水素、炭素数1乃至6のアルキル基、置換もしくは
無置換の炭素数3乃至7のシクロアルキル基、または置換もしくは無置換の炭素数6乃至
25のアリール基を表す。該アルキル基としては例えば、メチル基、エチル基、プロピル
基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、tert-ブチル基、n-ヘキシル基な
どを挙げることができ、該シクロアルキル基としては例えば、シクロプロピル基、シクロ
ブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基などを挙げることができ、該アリール基
としては、フェニル基、ナフチル基、ビフェニル基、フルオレニル基、スピロフルオレニ
ル基などを具体例として挙げることができる。より具体的には例えば、下記構造式(R-
1)乃至(R-32)で表される基が挙げられる。なお、R乃至R、R10乃至R
で表される基はこれらに限定されない。
なお、上述した本発明の一態様の有機化合物においてA、A、Ht、Ht、R
乃至R、R10乃至R22が置換基を有する場合、該置換基としては、炭素数1乃至6
のアルキル基、置換もしくは無置換の炭素数3乃至7のシクロアルキル基、または置換も
しくは無置換の炭素数6乃至25のアリール基が挙げられる。該アルキル基としては例え
ば、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、te
rt-ブチル基、n-ヘキシル基などを挙げることができ、該シクロアルキル基としては
例えば、シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基など
を挙げることができ、該アリール基としては、フェニル基、ナフチル基、ビフェニル基、
フルオレニル基、スピロフルオレニル基などを具体例として挙げることができる。
<化合物の具体例>
一般式(G0)乃至(G5)として表される化合物の具体的な構造としては、下記構造式
(100)乃至(267)で表される化合物等を挙げることができる。なお、一般式(G
0)乃至(G5)として表される化合物は、下記例示に限られない。
本発明の一態様に係る有機化合物は、ベンゾフロピラジン骨格またはベンゾチエノピラジ
ン骨格を有し、該ベンゾフロピラジン骨格またはベンゾチエノピラジン骨格におけるベン
ゼン環は、総炭素数6以上100以下の置換基を有し、さらに、該ベンゾフロピラジン骨
格またはベンゾチエノピラジン骨格におけるピラジン環は総炭素数6以上100以下の置
換基を有する。
このような有機化合物を用いた発光素子は、発光効率が良好で、駆動電圧が低減される。
また、当該有機化合物は、酸化及び還元の繰返しに良好な耐性を有し、励起状態も安定で
あることから、信頼性の良好な発光素子を実現することができる。
発光素子のホスト材料や電子輸送性材料は一般に芳香族化合物に代表される、π共役系が
分子全体に広がった化合物が用いられる。特に、π電子不足化合物が好適に用いられる。
π電子不足化合物の中でも、ジアジン骨格を有する縮合複素環骨格は高いT1準位を有し
、安定で信頼性が良好なため好ましい。中でも、ベンゾフロピラジン骨格及びベンゾチエ
ノピラジン骨格は、アクセプター性が高いため特に好ましい。
ここで、本発明者らは、ベンゾフロピラジン骨格またはベンゾチエノピラジン骨格におけ
るベンゼン環側に、総炭素数6以上100以下の第一の置換基を導入し、さらに、該ベン
ゾフロピラジン骨格またはベンゾチエノピラジン骨格におけるピラジン環側にも総炭素数
6以上100以下の第二の置換基を導入した。そして、この有機化合物は、発光素子のホ
スト材料として好適に用いることができ、さらに、該有機化合物をホスト材料に用いた発
光素子は良好な発光効率と低い駆動電圧を有し、さらに高い信頼性を有することを見出し
た。
該ベンゾフロピラジン骨格またはベンゾチエノピラジン骨格におけるベンゼン環側が、総
炭素数6以上100以下の第一の置換基を有する構造は、無置換の構造に比べ、発光素子
の信頼性が大幅に改善する。このことは、発光層のホスト材料として本発明の一態様の有
機化合物を用いた場合に、特に顕著である。これは、ベンゾフロピラジン骨格またはベン
ゾチエノピラジン骨格におけるベンゼン環側に置換基を有することで、該有機化合物の励
起状態における安定性や、膜質の安定性が高まるためと考えられる。ピラジン環のような
複素芳香環とは逆側の芳香環における置換基が、このような信頼性を高める効果をもたら
すということは、本発明者らの大きな発見の一つである。一方で、該ベンゾフロピラジン
骨格またはベンゾチエノピラジン骨格におけるピラジン環側にも総炭素数6以上100以
下の第二の置換基を導入することで、ピラジン環上の炭素や窒素を保護しやすくなるため
、電子輸送時の電気的安定性及び励起状態の安定性を高めることができる。また、第二の
置換基が芳香環または複素芳香環を有する場合、ピラジン環との相互作用によりLUMO
が広がり、電子輸送性に有利となる。すなわち、該ベンゾフロピラジン骨格またはベンゾ
チエノピラジン骨格におけるベンゼン環側、ピラジン環側の双方の置換基を有することが
好ましい。
また、本発明の一態様に係る、ベンゾフロピラジン骨格やベンゾチエノピラジン骨格を有
する有機化合物は、ピラジン環を有するユニットとベンゼン環を有するユニットとのフラ
ン環若しくはチオフェン環を得る環化反応によって合成することができる。該反応を用い
ることによって、簡便かつ安価に目的物を得ることができるため好ましい。
なお、ベンゾフロピラジン骨格またはベンゾチエノピラジン骨格のピラジン環側において
、2位に置換基を有すると本発明の一態様の有機化合物はT1準位が高くなり、3位に置
換基を有するとT1準位が低くなる。この性質は、三重項励起エネルギーを発光に変換で
きる発光物質に対するホスト材料として好適である。例えば、2位置換は青色乃至緑色の
該発光物質に対して適切なT1準位となり、3位置換は赤色の該発光物質に対して適切な
T1準位となるのである。このような設計の自由度は、ベンゾフロピリミジンでは得られ
にくい効果である。
また、本発明の一態様に係る、ベンゾフロピラジン骨格やベンゾチエノピラジン骨格を有
する有機化合物は低いLUMO準位を有し、電子輸送性に優れるため、該有機化合物は駆
動電圧が低い発光素子を提供することができる。また、該有機化合物は低いLUMO準位
を有し、酸化還元特性に優れるため、信頼性が良好な発光素子を提供することができる。
ここで、上述した第一の置換基及び第二の置換基の双方が総炭素数10以上100以下の
置換基であることにより、耐熱性に優れた分子構造となるため好ましい。さらに、このよ
うな置換基を有すると、本発明の一態様の有機化合物は励起状態における安定性、膜質の
安定性、電子輸送時の電気的安定性がさらに高めることができる。例えば、炭素数6の置
換基の代表例はベンゼン環(フェニル基)やそれに類する大きさの置換基であるが、これ
を縮合芳香環もしくは縮合複素芳香環を有する炭素数10以上の置換基に変えることで、
上述した効果がより顕著となる。
このような観点から、前記第一の置換基及び前記第二の置換基がいずれも、環を構成する
炭素数10以上30以下の芳香環若しくは複素芳香環を有することが特に好ましい。この
ような構造とすることで、π共役系が分子全体に広がった構造とすることができ、キャリ
ア輸送性に優れた分子構造とすることもできるため、信頼性が良好であり、駆動電圧が低
い発光素子を提供することができる。すなわち、このような総炭素数が10以上の嵩高い
置換基をベンゾフロピラジン骨格またはベンゾチエノピラジン骨格のベンゼン環側及びピ
ラジン環側双方に有する分子構造とすることが、本発明の一態様における重要な構成の一
つである。
上記構成において、環を構成する炭素数10以上30以下の芳香環または複素芳香環とし
ては、ナフタレン環、フルオレン環、フェナントレン環、トリフェニレン環のような縮合
芳香環が挙げられる。また、カルバゾール環、ジベンゾフラン環、又はジベンゾチオフェ
ン環を含む縮合複素芳香環(例えば、カルバゾール環、ジベンゾフラン環、ジベンゾチオ
フェン環、ベンゾナフトフラン環、ベンゾナフトチオフェン環、インドロカルバゾール環
、ベンゾフロカルバゾール環、ベンゾチエノカルバゾール環、インデノカルバゾール環、
ジベンゾカルバゾール環など)が挙げられる。
なお、上記第一及び第二の置換基としては、例えば、芳香族炭化水素基や複素芳香族炭化
水素基や芳香族アミン骨格を有する置換基が挙げられる。より具体的には、置換又は無置
換のベンゼン環、置換又は無置換のナフタレン環、置換又は無置換のフェナントレン環、
置換又は無置換のトリフェニレン環、置換又は無置換の炭素数が12以上30以下の縮合
複素芳香環、トリアリールアミン構造のいずれか一または複数を有する置換基が挙げられ
る。これらの置換基は、電気化学的な安定性が高いため、信頼性が良好な発光素子を提供
することができる。前記縮合複素芳香環は、ジベンゾフラン環、ジベンゾチオフェン環、
またはカルバゾール環を含む環(例えば、カルバゾール環、ジベンゾフラン環、ジベンゾ
チオフェン環、ベンゾナフトフラン環、ベンゾナフトチオフェン環、インドロカルバゾー
ル環、ベンゾフロカルバゾール環、ベンゾチエノカルバゾール環、インデノカルバゾール
環、ジベンゾカルバゾール環など)であることが、環の安定性及び耐熱性の観点から好ま
しい。また、トリアリールアミン構造がトリフェニルアミン構造であることにより、T1
準位が高くなるため好ましい。
なお、第一の置換基や第二の置換基において、ピリジン環のような孤立電子対を有する6
員環の複素芳香環が多くなりすぎると、励起状態における強力な塩基となり、安定性が低
くなる。したがって、第一の置換基や第二の置換基は、上述した環もしくは構造のいずれ
か一または複数で構成されることが好ましい。
ここで、第二の置換基が正孔輸送性の骨格を有すると好ましい。正孔輸送性の骨格をベン
ゾフロピラジン骨格またはベンゾチエノピラジン骨格に導入することによって、酸化還元
特性の双方に優れた構造とすることができ、信頼性の高い発光素子を提供することができ
る。また、キャリア(電子及び正孔)輸送性が向上するため、駆動電圧が低い発光素子を
提供することができる。
また、該正孔輸送性の骨格がトリアリールアミン構造若しくは、π電子過剰型複素芳香環
を有すると好ましい。トリアリールアミン構造若しくは、π電子過剰型複素芳香環を有す
る有機化合物は正孔輸送性に優れるため、発光素子の駆動電圧を低減することができる。
また、該π電子過剰型複素芳香環としては例えば、ピロール環、フラン環、チオフェン環
のいずれかを含む環が挙げられる。また、該π電子過剰型複素芳香環がジベンゾフラン環
、ジベンゾチオフェン環、カルバゾール環のいずれかを有する構造である有機化合物は、
耐熱性に優れ、環の構造も安定であり、特に高いT1準位を有するため好ましい。トリア
リールアミン構造としては、トリフェニルアミン構造が正孔輸送性が高いため好ましい。
ただし、該正孔輸送性の骨格はこれらに限定されない。
また、ベンゾフロピラジン骨格またはベンゾチエノピラジン骨格のピラジン環側の置換基
は、一つまたは複数のアリーレン基と正孔輸送骨格を有していても良いが、該置換基の末
端は正孔輸送性骨格であると好ましい。ベンゾフロピラジン骨格またはベンゾチエノピラ
ジン骨格のピラジン環側の置換基はピラジン環と正孔輸送性骨格が直接結合する構造若し
くは、一つまたは複数のアリーレン基を介し、正孔輸送性骨格がベンゾフロピラジン骨格
またはベンゾチエノピラジン骨格と結合している構造が好ましい。このような構造とする
ことで高いT1準位を有する有機化合物を得ることができる。
また、ベンゾフロピラジン骨格またはベンゾチエノピラジン骨格のピラジン環側の置換基
は2位に置換基を有すると好ましい。このような構造とすることで、高いT1準位を有す
る有機化合物を得ることができる。なお、置換位置は2位に限定されない。
また、本発明の一態様に係る有機化合物は、一分子内に電子輸送性を有するベンゾフロピ
ラジン骨格またはベンゾチエノピラジン骨格と、正孔輸送性を有する置換基の両方を含む
ため、バイポーラ材料と見なすことができる。このような材料は良好なキャリア輸送性を
有するため、発光素子のホスト材料として用いることによって、駆動電圧が低い発光素子
を提供できるため好ましい。
また、本発明の一態様に係る有機化合物は、π電子過剰型複素芳香環(例えば、ジベン
ゾフラン骨格、ジベンゾチオフェン骨格、カルバゾール骨格)とπ電子不足型複素芳香環
(ベンゾフロピラジン骨格またはベンゾチエノピラジン骨格)とを有する。そのため、分
子内でドナー-アクセプター型の励起状態を形成しやすい。さらに、π電子過剰型複素芳
香環とπ電子不足型複素芳香環とが、直接またはアリーレン基を介して結合する構造とす
ることで、ドナー性とアクセプター性とを共に強くすることができる。分子内でのドナー
性とアクセプター性を共に強くすることで、化合物におけるHOMO(Highest
Occupied Molecular Orbital、最高被占軌道ともいう)の分
子軌道が分布する領域と、LUMOの分子軌道が分布する領域との重なりを小さくするこ
とができ、化合物の一重項励起エネルギー準位と三重項励起エネルギー準位との励起エネ
ルギー差を小さくすることが可能となる。また、化合物の三重項励起エネルギー準位を高
いエネルギーに保つことが可能となる。なお、分子軌道は、分子中の電子の空間分布を表
し、電子を見出す確率を表すことができる。分子軌道によって、分子の電子配置(電子の
空間的分布ならびにエネルギー)を詳細に記述することが可能である。
一重項励起エネルギー準位と三重項励起エネルギー準位とのエネルギー差が小さい場合
、100℃以下、好ましくは室温程度のわずかな熱エネルギーによって、三重項励起エネ
ルギーを一重項励起エネルギーへアップコンバージョン(逆項間交差)することが可能と
なる。すなわち、本発明の一態様の化合物は、三重項励起エネルギーを一重項励起エネル
ギーに変換する機能を有する化合物として好適である。また、三重項励起エネルギーを一
重項励起エネルギーに変換し、発光に変換する機能を有する化合物として好適である。効
率よく逆項間交差が生じるためには、一重項励起エネルギー準位と三重項励起エネルギー
準位とのエネルギー差が、好ましくは0eVより大きく0.3eV以下、より好ましくは
0eVより大きく0.2eV以下、さらに好ましくは0eVより大きく0.1eV以下で
あればよい。
なお、HOMOの分子軌道が分布する領域と、LUMOの分子軌道が分布する領域と、
が重なりを有し、HOMO準位とLUMO準位との間の遷移双極子モーメントが0より大
きい場合、HOMO準位とLUMO準位とが係わる励起状態(例えば最低励起一重項状態
)から発光を得ることが可能となる。以上のことから、本発明の一態様の化合物は、三重
項励起エネルギーを一重項励起エネルギーに変換する機能を有する発光材料として好適で
あり、すなわち、熱活性化遅延蛍光材料として好ましい。
また、上述した通り、本発明の一態様の有機化合物は、三重項励起エネルギーを発光に変
換できる発光物質に対するホスト材料として好適である。したがって、一対の電極間にE
L層を有し、前記EL層が、上述したベンゾフロピラジン骨格またはベンゾチエノピラジ
ン骨格を有する物質を含み、前記EL層は発光層を有し、前記発光層は、前記ベンゾフロ
ピラジン骨格またはベンゾチエノピラジン骨格を有する物質と、三重項励起エネルギーを
発光に変換できる物質とを有する発光素子も本発明の一態様である。この時、該三重項励
起エネルギーを発光に変換できる物質は、後述する燐光性化合物であることが好ましい。
なお、本実施の形態における有機化合物は、蒸着法(真空蒸着法を含む)、インクジェッ
ト法、塗布法、グラビア印刷法等の方法を用いて成膜することができる。
なお、本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせることが可能である。
(実施の形態2)
本実施の形態では、本発明の一態様に係る有機化合物である、一般式(G0)で表され
るベンゾフロピラジン化合物、またはベンゾチエノピラジン化合物の合成方法について説
明する。該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
下のような簡便な合成スキームにより一般式(G0)で表される化合物を合成できる。
まず、一般式(G0)の出発原料である(M-1)で表されるベンゾフロピラジン化合物
、またはベンゾチエノピラジン化合物は、下記合成スキーム(A-1)より合成できる。
メチルオキシ基またはメチルチオ基で置換されたアリールボロン酸(m-1)とアミノ基
とハロゲンで置換されたピラジン化合物(m-2)をカップリングして得られる中間体(
Am-3)を、亜硝酸tert-ブチルと環化反応させ、ベンゾフロピラジン化合物、ま
たはベンゾチエノピラジン化合物である(M-1)を得ることができる。
合成スキーム(A-1)において、Xは酸素または硫黄を表し、Y及びYはそれぞれ
独立にハロゲンを表す。R乃至Rはそれぞれ独立に水素、炭素数1乃至6のアルキル
基、置換もしくは無置換の炭素数3乃至7のシクロアルキル基、置換もしくは無置換の炭
素数6乃至25のアリール基を表す。Bはボロン酸またはボロン酸エステルまたは環状
トリオールボレート塩等を表す。また、環状トリオールボレート塩はリチウム塩の他に、
カリウム塩、ナトリウム塩を用いても良い。
次に、本発明の一態様に係る有機化合物である、一般式(G0)で表されるベンゾフロピ
ラジン化合物、またはベンゾチエノピラジン化合物は、合成スキーム(A-2)に示すよ
うに、上記合成スキーム(A-1)で得られた(M-1)とボロン酸化合物(M-2)及
び(M-3)をカップリングさせることにより得られる。また、一般式(G0)で表され
るベンゾフロピラジン化合物、またはベンゾチエノピラジン化合物は、(M-1)とボロ
ン酸化合物(M-3)をカップリングさせることにより得られる中間体に、さらにボロン
酸化合物(M-2)をカップリングさせても得られる。
合成スキーム(A-2)において、Xは酸素または硫黄を表し、A及びAはそれぞれ
独立に、炭素数6以上100以下の置換基を表す。R乃至Rはそれぞれ独立に水素、
炭素数1乃至6のアルキル基、置換もしくは無置換の炭素数3乃至7のシクロアルキル基
、置換もしくは無置換の炭素数6乃至25のアリール基を表す。Y及びYはそれぞれ
独立にハロゲンを表し、B及びBはそれぞれ独立にボロン酸またはボロン酸エステル
または環状トリオールボレート塩等を表す。また、環状トリオールボレート塩はリチウム
塩の他に、カリウム塩、ナトリウム塩を用いても良い。
上述の化合物(m-1)、(m-2)、(M-2)及び(M-3)は、様々な種類が市販
されているか、あるいは合成可能であるため、一般式(G0)で表されるベンゾフロピラ
ジン化合物、またはベンゾチエノピラジン化合物は数多くの種類を合成することができる
。したがって、本発明の一態様の化合物は、バリエーションが豊富であるという特徴があ
る。
以上、本発明の一態様の化合物であるベンゾフロピラジン化合物、またはベンゾチエノ
ピラジン化合物の合成方法の一例について説明したが、本発明はこれに限定されることは
なく、他のどのような合成方法によって合成されても良い。
なお、本実施の形態に示す化合物は、他の実施の形態に示した構成と適宜組み合わせて
用いることができる。
(実施の形態3)
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を用いて以下説明する。
<発光素子の構成例1>
まず、本発明の一態様の発光素子の構成について、図1(A)(B)(C)を用いて、
以下説明する。
図1(A)は、本発明の一態様の発光素子150の断面模式図である。
発光素子150は、一対の電極(電極101及び電極102)を有し、該一対の電極間
に設けられたEL層100を有する。EL層100は、少なくとも発光層140を有する
また、図1(A)に示すEL層100は、発光層140の他に、正孔注入層111、正
孔輸送層112、電子輸送層118、及び電子注入層119等の機能層を有する。
なお、本実施の形態においては、一対の電極のうち、電極101を陽極として、電極1
02を陰極として説明するが、発光素子150の構成としては、その限りではない。つま
り、電極101を陰極とし、電極102を陽極とし、当該電極間の各層の積層を、逆の順
番にしてもよい。すなわち、陽極側から、正孔注入層111と、正孔輸送層112と、発
光層140と、電子輸送層118と、電子注入層119と、が積層する順番とすればよい
なお、EL層100の構成は、図1(A)に示す構成に限定されず、正孔注入層111
、正孔輸送層112、電子輸送層118、及び電子注入層119の中から選ばれた少なく
とも一つを有する構成とすればよい。あるいは、EL層100は、正孔または電子の注入
障壁を低減する、正孔または電子の輸送性を向上する、正孔または電子の輸送性を阻害す
る、または電極による消光現象を抑制する、ことができる等の機能を有する機能層を有す
る構成としてもよい。なお、機能層はそれぞれ単層であっても、複数の層が積層された構
成であってもよい。
発光素子150はEL層100のいずれかの層に本発明の一態様に係る有機化合物が含ま
れていればよい。なお、該有機化合物が含まれる層として好ましくは電子輸送層118で
あり、さらに好ましくは発光層140である。また、上述した通り、発光層140のホス
ト材料141として本発明の一態様に係る有機化合物を用い、ゲスト材料142として三
重項励起エネルギーを発光に変換できる発光物質(特に燐光性化合物)を用いることが好
ましい。
図1(B)は、図1(A)に示す発光層140の一例を示す断面模式図である。図1(
B)に示す発光層140は、ホスト材料141と、ゲスト材料142と、を有する。また
、ホスト材料141は、単独の有機化合物で構成されていても良いが、有機化合物141
_1と、有機化合物141_2と、を有するco-host系でもよい。本発明の一態様
の有機化合物は、ホスト材料141や、あるいは有機化合物141_1として用いること
ができる。
また、ゲスト材料142としては、発光性の有機材料を用いればよく、該発光性の有機
材料としては、蛍光を発することができる材料(以下、蛍光材料という)や、燐光を発す
ることができる材料(以下、燐光材料ともいう)があげられる。以下の説明においては、
ゲスト材料142として、燐光材料を用いる構成について説明する。なお、ゲスト材料1
42を燐光材料として読み替えてもよい。
図1(B)に示すような、発光層に有機化合物141_1及び有機化合物141_2の
ように2種のホスト材料を用いる場合(co-host系)、一般的には、2種のホスト
材料には、電子輸送性の材料と正孔輸送性の材料が1種類ずつ用いられる。このような構
成は、正孔輸送層112と発光層140の間の正孔注入障壁と、電子輸送層118と発光
層140の間の電子注入障壁が小さくなるため、駆動電圧を低減することができるため好
ましい構成である。
<発光素子の発光機構>
次に、発光層140の発光機構について、以下説明を行う。
発光層140におけるホスト材料141が有する有機化合物141_1及び有機化合物
141_2は、励起錯体(エキサイプレックス、エキシプレックスまたはExciple
xともいう)を形成する。
発光層140における有機化合物141_1と、有機化合物141_2と、ゲスト材料
142とのエネルギー準位の相関を図1(C)に示す。なお、図1(C)における表記及
び符号は、以下の通りである。
・Host(141_1):有機化合物141_1(ホスト材料)
・Host(141_2):有機化合物141_2(ホスト材料)
・Guest(142):ゲスト材料142(燐光性化合物)
・SPH1:有機化合物141_1(ホスト材料)のS1準位
・TPH1:有機化合物141_1(ホスト材料)のT1準位
・SPH2:有機化合物141_2(ホスト材料)のS1準位
・TPH2:有機化合物141_2(ホスト材料)のT1準位
・SPG:ゲスト材料142(燐光性化合物)のS1準位
・TPG:ゲスト材料142(燐光性化合物)のT1準位
・SPE:励起錯体のS1準位
・TPE:励起錯体のT1準位
有機化合物141_1と有機化合物141_2とは励起錯体を形成し、該励起錯体のS
1準位(SPE)とT1準位(TPE)は互いに隣接するエネルギー準位となる(図1(
C) ルートE参照)。
有機化合物141_1及び有機化合物141_2は、一方がホールを、他方が電子を受
け取ることで速やかに励起錯体を形成する。あるいは、一方が励起状態となると、速やか
に他方と相互作用することで励起錯体を形成する。したがって、発光層140における励
起子のほとんどが励起錯体として存在する。励起錯体の励起エネルギー準位(SPEまた
はTPE)は、励起錯体を形成するホスト材料(有機化合物141_1及び有機化合物1
41_2)のS1準位(SPH1及びSPH2)より低くなるため、より低い励起エネル
ギーでホスト材料141の励起状態を形成することが可能となる。これによって、発光素
子の駆動電圧を下げることができる。
そして、励起錯体の(SPE)と(TPE)の双方のエネルギーを、ゲスト材料142
(燐光性化合物)のT1準位へ移動させて発光が得られる(図1(C) ルートE、E
参照)。
なお、励起錯体のT1準位(TPE)は、ゲスト材料142のT1準位(TPG)より
大きいことが好ましい。そうすることで、生成した励起錯体の一重項励起エネルギー及び
三重項励起エネルギーを、励起錯体のS1準位(SPE)及びT1準位(TPE)からゲ
スト材料142のT1準位(TPG)へエネルギー移動することができる。
また、励起錯体からゲスト材料142へ効率よく励起エネルギーを移動させるためには
、励起錯体のT1準位(TPE)が、励起錯体を形成する各有機化合物(有機化合物14
1_1及び有機化合物141_2)のT1準位(TPH1及びTPH2)と同等か、より
小さいことが好ましい。これにより、各有機化合物(有機化合物141_1及び有機化合
物141_2)による励起錯体の三重項励起エネルギーのクエンチが生じにくくなり、効
率よく励起錯体からゲスト材料142へエネルギー移動が発生する。
また、有機化合物141_1と有機化合物141_2との組み合わせが、正孔輸送性を
有する化合物と電子輸送性を有する化合物との組み合わせである場合、その混合比によっ
てキャリアバランスを容易に制御することが可能となる。具体的には、正孔輸送性を有す
る化合物:電子輸送性を有する化合物=1:9から9:1(重量比)の範囲が好ましい。
また、該構成を有することで、容易にキャリアバランスを制御することができることから
、キャリア再結合領域の制御も簡便に行うことができる。
なお、上記に示すルートE、Eの過程を、本明細書等においてExTET(Exc
iplex-Triplet Energy Transfer)と呼称する場合がある
。別言すると、発光層140は、励起錯体からゲスト材料142への励起エネルギーの供
与がある。なお、この場合は必ずしもTPEからSPEへの逆項間交差効率が高い必要は
なく、SPEからの発光量子収率が高い必要もないため、材料を幅広く選択することが可
能となる。
有機化合物141_1と有機化合物141_2との組み合わせは、励起錯体を形成する
ことが可能な組み合わせであればよいが、一方が他方のHOMO準位より低いHOMO準
位を有し、且つ、他方の最低空軌道(Lowest Unoccupied Molec
ular Orbital、LUMOともいう)準位より低いLUMO準位を有すること
が好ましい。
<材料>
次に、本発明の一態様に係る発光素子の構成要素の詳細について、以下説明を行う。
≪発光層≫
発光層140中では、ホスト材料141が重量比で最も多く存在し、ゲスト材料142
は、ホスト材料141中に分散される。ゲスト材料142が蛍光性化合物の場合、発光層
140のホスト材料141(有機化合物141_1及び有機化合物141_2)のS1準
位は、発光層140のゲスト材料(ゲスト材料142)のS1準位よりも高いことが好ま
しい。また、ゲスト材料142が燐光性化合物の場合、発光層140のホスト材料141
(有機化合物141_1及び有機化合物141_2)のT1準位は、発光層140のゲス
ト材料(ゲスト材料142)のT1準位よりも高いことが好ましい。
有機化合物141_1としては、含窒素六員複素芳香族骨格を有する化合物であると好
ましい。特に本発明の一態様に係る有機化合物はピラジン骨格を有するため、好適に用い
ることができる。他の具体例としては、ピリジン骨格、ジアジン骨格(ピラジン骨格、ピ
リミジン骨格、及びピリダジン骨格)、及びトリアジン骨格を有する化合物が挙げられる
。これらの塩基性を有する含窒素複素芳香族骨格を有する化合物としては、例えば、ピリ
ジン化合物、ビピリジン化合物、ピリミジン化合物、トリアジン化合物、キノキサリン化
合物、ジベンゾキノキサリン化合物、フェナントロリン化合物、プリン化合物などの化合
物が挙げられる。また、有機化合物141_1としては、正孔よりも電子の輸送性の高い
材料(電子輸送性材料)を用いることができ、1×10-6cm/Vs以上の電子移動
度を有する材料であることが好ましい。
具体的には、例えば、バソフェナントロリン(略称:BPhen)、バソキュプロイン
(略称:BCP)などのピリジン骨格を有する複素環化合物や、2-[3-(ジベンゾチ
オフェン-4-イル)フェニル]ジベンゾ[f,h]キノキサリン(略称:2mDBTP
DBq-II)、2-[3’-(ジベンゾチオフェン-4-イル)ビフェニル-3-イル
]ジベンゾ[f,h]キノキサリン(略称:2mDBTBPDBq-II)、2-[3’
-(9H-カルバゾール-9-イル)ビフェニル-3-イル]ジベンゾ[f,h]キノキ
サリン(略称:2mCzBPDBq)、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:6mDBTPD
Bq-II)、2-[3-(3,9’-ビ-9H-カルバゾール-9-イル)フェニル]
ジベンゾ[f,h]キノキサリン(略称:2mCzCzPDBq)、4,6-ビス[3-
(フェナントレン-9-イル)フェニル]ピリミジン(略称:4,6mPnP2Pm)、
4,6-ビス[3-(4-ジベンゾチエニル)フェニル]ピリミジン(略称:4,6mD
BTP2Pm-II)、4,6-ビス[3-(9H-カルバゾール-9-イル)フェニル
]ピリミジン(略称:4,6mCzP2Pm)などのジアジン骨格を有する複素環化合物
や、2-{4-[3-(N-フェニル-9H-カルバゾール-3-イル)-9H-カルバ
ゾール-9-イル]フェニル}-4,6-ジフェニル-1,3,5-トリアジン(略称:
PCCzPTzn)などのトリアジン骨格を有する複素環化合物や、3,5-ビス[3-
(9H-カルバゾール-9-イル)フェニル]ピリジン(略称:35DCzPPy)、1
,3,5-トリ[3-(3-ピリジル)フェニル]ベンゼン(略称:TmPyPB)など
のピリジン骨格を有する複素環化合物も用いることができる。上述した複素環化合物の中
でも、トリアジン骨格、ジアジン(ピリミジン、ピラジン、ピリダジン)骨格、またはピ
リジン骨格を有する複素環化合物は、安定で信頼性が良好であり好ましい。また、当該骨
格を有する複素環化合物は、電子輸送性が高く、駆動電圧低減にも寄与する。また、ポリ
(2,5-ピリジンジイル)(略称:PPy)、ポリ[(9,9-ジヘキシルフルオレン
-2,7-ジイル)-co-(ピリジン-3,5-ジイル)](略称:PF-Py)、ポ
リ[(9,9-ジオクチルフルオレン-2,7-ジイル)-co-(2,2’-ビピリジ
ン-6,6’-ジイル)](略称:PF-BPy)のような高分子化合物を用いることも
できる。ここに述べた物質は、主に1×10-6cm/Vs以上の電子移動度を有する
物質である。なお、正孔よりも電子の輸送性の高い物質であれば、上記以外の物質を用い
ても構わない。
有機化合物141_2としては、含窒素五員複素環骨格または3級アミン骨格を有する
化合物が好ましい。具体的には、ピロール骨格または芳香族アミン骨格を有する化合物が
挙げられる。例えば、インドール化合物、カルバゾール化合物、トリアリールアミン化合
物などが挙げられる。また、含窒素五員複素環骨格としては、イミダゾール骨格、トリア
ゾール骨格、及びテトラゾール骨格が挙げられる。また、有機化合物141_2としては
、電子よりも正孔の輸送性の高い材料(正孔輸送性材料)を用いることができ、1×10
-6cm/Vs以上の正孔移動度を有する材料であることが好ましい。また、該正孔輸
送性材料は高分子化合物であっても良い。
これら正孔輸送性の高い材料として、具体的には、芳香族アミン化合物としては、N,
N’-ジ(p-トリル)-N,N’-ジフェニル-p-フェニレンジアミン(略称:DT
DPPA)、4,4’-ビス[N-(4-ジフェニルアミノフェニル)-N-フェニルア
ミノ]ビフェニル(略称:DPAB)、N,N’-ビス{4-[ビス(3-メチルフェニ
ル)アミノ]フェニル}-N,N’-ジフェニル-(1,1’-ビフェニル)-4,4’
-ジアミン(略称:DNTPD)、1,3,5-トリス[N-(4-ジフェニルアミノフ
ェニル)-N-フェニルアミノ]ベンゼン(略称:DPA3B)等を挙げることができる
また、カルバゾール化合物としては、具体的には、3-[N-(4-ジフェニルアミノ
フェニル)-N-フェニルアミノ]-9-フェニルカルバゾール(略称:PCzDPA1
)、3,6-ビス[N-(4-ジフェニルアミノフェニル)-N-フェニルアミノ]-9
-フェニルカルバゾール(略称:PCzDPA2)、3,6-ビス[N-(4-ジフェニ
ルアミノフェニル)-N-(1-ナフチル)アミノ]-9-フェニルカルバゾール(略称
:PCzTPN2)、3-[N-(9-フェニルカルバゾール-3-イル)-N-フェニ
ルアミノ]-9-フェニルカルバゾール(略称:PCzPCA1)、3,6-ビス[N-
(9-フェニルカルバゾール-3-イル)-N-フェニルアミノ]-9-フェニルカルバ
ゾール(略称:PCzPCA2)、3-[N-(1-ナフチル)-N-(9-フェニルカ
ルバゾール-3-イル)アミノ]-9-フェニルカルバゾール(略称:PCzPCN1)
等を挙げることができる。
また、カルバゾール化合物としては、他に、4,4’-ジ(N-カルバゾリル)ビフェ
ニル(略称:CBP)、1,3,5-トリス[4-(N-カルバゾリル)フェニル]ベン
ゼン(略称:TCPB)、9-[4-(10-フェニル-9-アントリル)フェニル]-
9H-カルバゾール(略称:CzPA)、1,4-ビス[4-(N-カルバゾリル)フェ
ニル]-2,3,5,6-テトラフェニルベンゼン等を用いることができる。
また、N,N-ジフェニル-9-[4-(10-フェニル-9-アントリル)フェニル
]-9H-カルバゾール-3-アミン(略称:CzA1PA)、4-(10-フェニル-
9-アントリル)トリフェニルアミン(略称:DPhPA)、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)、N,9-ジフェニル-N-[4-(10-フェニル-9-アントリル)フ
ェニル]-9H-カルバゾール-3-アミン(略称:PCAPA)、N,9-ジフェニル
-N-{4-[4-(10-フェニル-9-アントリル)フェニル]フェニル}-9H-
カルバゾール-3-アミン(略称:PCAPBA)、N,9-ジフェニル-N-(9,1
0-ジフェニル-2-アントリル)-9H-カルバゾール-3-アミン(略称:2PCA
PA)、9-フェニル-3-[4-(10-フェニル-9-アントリル)フェニル]-9
H-カルバゾール(略称:PCzPA)、3,6-ジフェニル-9-[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:DPCzPA)、N,
N,N’,N’,N’’,N’’,N’’’,N’’’-オクタフェニルジベンゾ[g,
p]クリセン-2,7,10,15-テトラアミン(略称:DBC1)等を用いることが
できる。
また、ポリ(N-ビニルカルバゾール)(略称:PVK)やポリ(4-ビニルトリフェ
ニルアミン)(略称:PVTPA)、ポリ[N-(4-{N’-[4-(4-ジフェニル
アミノ)フェニル]フェニル-N’-フェニルアミノ}フェニル)メタクリルアミド](
略称:PTPDMA)、ポリ[N,N’-ビス(4-ブチルフェニル)-N,N’-ビス
(フェニル)ベンジジン](略称:Poly-TPD)等の高分子化合物を用いることも
できる。
さらに、正孔輸送性の高い材料としては、例えば、4,4’-ビス[N-(1-ナフチ
ル)-N-フェニルアミノ]ビフェニル(略称:NPBまたはα-NPD)やN,N’-
ビス(3-メチルフェニル)-N,N’-ジフェニル-[1,1’-ビフェニル]-4,
4’-ジアミン(略称:TPD)、4,4’,4’’-トリス(カルバゾール-9-イル
)トリフェニルアミン(略称:TCTA)、4,4’,4’’-トリス[N-(1-ナフ
チル)-N-フェニルアミノ]トリフェニルアミン(略称:1’-TNATA)、4,4
’,4’’-トリス(N,N-ジフェニルアミノ)トリフェニルアミン(略称:TDAT
A)、4,4’,4’’-トリス[N-(3-メチルフェニル)-N-フェニルアミノ]
トリフェニルアミン(略称:MTDATA)、4,4’-ビス[N-(スピロ-9,9’
-ビフルオレン-2-イル)-N―フェニルアミノ]ビフェニル(略称:BSPB)、4
-フェニル-4’-(9-フェニルフルオレン-9-イル)トリフェニルアミン(略称:
BPAFLP)、4-フェニル-3’-(9-フェニルフルオレン-9-イル)トリフェ
ニルアミン(略称:mBPAFLP)、N-(9,9-ジメチル-9H-フルオレン-2
-イル)-N-{9,9-ジメチル-2-[N’-フェニル-N’-(9,9-ジメチル
-9H-フルオレン-2-イル)アミノ]-9H-フルオレン-7-イル}フェニルアミ
ン(略称:DFLADFL)、N-(9,9-ジメチル-2-ジフェニルアミノ-9H-
フルオレン-7-イル)ジフェニルアミン(略称:DPNF)、2-[N-(4-ジフェ
ニルアミノフェニル)-N-フェニルアミノ]スピロ-9,9’-ビフルオレン(略称:
DPASF)、4-フェニル-4’-(9-フェニル-9H-カルバゾール-3-イル)
トリフェニルアミン(略称:PCBA1BP)、4,4’-ジフェニル-4’’-(9-
フェニル-9H-カルバゾール-3-イル)トリフェニルアミン(略称:PCBBi1B
P)、4-(1-ナフチル)-4’-(9-フェニル-9H-カルバゾール-3-イル)
トリフェニルアミン(略称:PCBANB)、4,4’-ジ(1-ナフチル)-4’’-
(9-フェニル-9H-カルバゾール-3-イル)トリフェニルアミン(略称:PCBN
BB)、4-フェニルジフェニル-(9-フェニル-9H-カルバゾール-3-イル)ア
ミン(略称:PCA1BP)、N,N’-ビス(9-フェニルカルバゾール-3-イル)
-N,N’-ジフェニルベンゼン-1,3-ジアミン(略称:PCA2B)、N,N’,
N’’-トリフェニル-N,N’,N’’-トリス(9-フェニルカルバゾール-3-イ
ル)ベンゼン-1,3,5-トリアミン(略称:PCA3B)、N-(4-ビフェニル)
-N-(9,9-ジメチル-9H-フルオレン-2-イル)-9-フェニル-9H-カル
バゾール-3-アミン(略称:PCBiF)、N-(1,1’-ビフェニル-4-イル)
-N-[4-(9-フェニル-9H-カルバゾール-3-イル)フェニル]-9,9-ジ
メチル-9H-フルオレン-2-アミン(略称:PCBBiF)、9,9-ジメチル-N
-フェニル-N-[4-(9-フェニル-9H-カルバゾール-3-イル)フェニル]フ
ルオレン-2-アミン(略称:PCBAF)、N-フェニル-N-[4-(9-フェニル
-9H-カルバゾール-3-イル)フェニル]スピロ-9,9’-ビフルオレン-2-ア
ミン(略称:PCBASF)、2-[N-(9-フェニルカルバゾール-3-イル)-N
-フェニルアミノ]スピロ-9,9’-ビフルオレン(略称:PCASF)、2,7-ビ
ス[N-(4-ジフェニルアミノフェニル)-N-フェニルアミノ]-スピロ-9,9’
-ビフルオレン(略称:DPA2SF)、N-[4-(9H-カルバゾール-9-イル)
フェニル]-N-(4-フェニル)フェニルアニリン(略称:YGA1BP)、N,N’
-ビス[4-(カルバゾール-9-イル)フェニル]-N,N’-ジフェニル-9,9-
ジメチルフルオレン-2,7-ジアミン(略称:YGA2F)などの芳香族アミン化合物
等を用いることができる。また、3-[4-(1-ナフチル)-フェニル]-9-フェニ
ル-9H-カルバゾール(略称:PCPN)、3-[4-(9-フェナントリル)-フェ
ニル]-9-フェニル-9H-カルバゾール(略称:PCPPn)、3,3’-ビス(9
-フェニル-9H-カルバゾール)(略称:PCCP)、1,3-ビス(N-カルバゾリ
ル)ベンゼン(略称:mCP)、3,6-ビス(3,5-ジフェニルフェニル)-9-フ
ェニルカルバゾール(略称:CzTP)、3,6-ジ(9H-カルバゾール-9-イル)
-9-フェニル-9H-カルバゾール(略称:PhCzGI)、2,8-ジ(9H-カル
バゾール-9-イル)-ジベンゾチオフェン(略称:Cz2DBT)等のアミン化合物、
カルバゾール化合物等を用いることができる。上述した化合物の中でも、ピロール骨格、
芳香族アミン骨格を有する化合物は、安定で信頼性が良好であり好ましい。また、当該骨
格を有する化合物は、正孔輸送性が高く、駆動電圧低減にも寄与する。
また、有機化合物141_2としては、イミダゾール骨格、トリアゾール骨格、及びテ
トラゾール骨格等の含窒素五員複素環骨格を有する化合物を用いることができる。具体的
には、例えば、3-(4-ビフェニリル)-4-フェニル-5-(4-tert-ブチル
フェニル)-1,2,4-トリアゾール(略称:TAZ)、9-[4-(4,5-ジフェ
ニル-4H-1,2,4-トリアゾール-3-イル)フェニル]-9H-カルバゾール(
略称:CzTAZ1)、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)等を用いることができる。
また、発光層140において、ゲスト材料142としては、特に限定はないが、蛍光性
化合物としては、アントラセン化合物、テトラセン化合物、クリセン化合物、フェナント
レン化合物、ピレン化合物、ペリレン化合物、スチルベン化合物、アクリドン化合物、ク
マリン化合物、フェノキサジン化合物、フェノチアジン化合物などが好ましく、例えば以
下の物質を用いることができる。
具体的には、5,6-ビス[4-(10-フェニル-9-アントリル)フェニル]-2
,2’-ビピリジン(略称:PAP2BPy)、5,6-ビス[4’-(10-フェニル
-9-アントリル)ビフェニル-4-イル]-2,2’-ビピリジン(略称:PAPP2
BPy)、N,N’-ジフェニル-N,N’-ビス[4-(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:1,6FLPAPrn)
、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:1,6mMem
FLPAPrn)、N,N’-ビス[4-(9-フェニル-9H-フルオレン-9-イル
)フェニル]-N,N’-ビス(4-tert-ブチルフェニル)ピレン-1,6-ジア
ミン(略称:1,6tBu-FLPAPrn)、N,N’-ジフェニル-N,N’-ビス
[4-(9-フェニル-9H-フルオレン-9-イル)フェニル]-3,8-ジシクロヘ
キシルピレン-1,6-ジアミン(略称:ch-1,6FLPAPrn)、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-(9H-カルバゾール-9-イル)-4’-(9,10-ジフェニル-2-アント
リル)トリフェニルアミン(略称:2YGAPPA)、N,9-ジフェニル-N-[4-
(10-フェニル-9-アントリル)フェニル]-9H-カルバゾール-3-アミン(略
称:PCAPA)、ペリレン、2,5,8,11-テトラ(tert-ブチル)ペリレン
(略称:TBP)、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)、N,N’
’-(2-tert-ブチルアントラセン-9,10-ジイルジ-4,1-フェニレン)
ビス[N,N’,N’-トリフェニル-1,4-フェニレンジアミン](略称:DPAB
PA)、N,9-ジフェニル-N-[4-(9,10-ジフェニル-2-アントリル)フ
ェニル]-9H-カルバゾール-3-アミン(略称:2PCAPPA)、N-[4-(9
,10-ジフェニル-2-アントリル)フェニル]-N,N’,N’-トリフェニル-1
,4-フェニレンジアミン(略称:2DPAPPA)、N,N,N’,N’,N’’,N
’’,N’’’,N’’’-オクタフェニルジベンゾ[g,p]クリセン-2,7,10
,15-テトラアミン(略称:DBC1)、クマリン30、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:2
PCAPA)、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:2PCABPh
A)、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)、クマリン6、クマリン545T
、N,N’-ジフェニルキナクリドン(略称:DPQd)、ルブレン、2,8-ジ-te
rt-ブチル-5,11-ビス(4-tert-ブチルフェニル)-6,12-ジフェニ
ルテトラセン(略称:TBRb)、ナイルレッド、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)、2-(2-{2-
[4-(ジメチルアミノ)フェニル]エテニル}-6-メチル-4H-ピラン-4-イリ
デン)プロパンジニトリル(略称:DCM1)、2-{2-メチル-6-[2-(2,3
,6,7-テトラヒドロ-1H,5H-ベンゾ[ij]キノリジン-9-イル)エテニル
]-4H-ピラン-4-イリデン}プロパンジニトリル(略称:DCM2)、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)、2-{2-イソプロピル-6-[2-(1,1,7,7-テトラメチ
ル-2,3,6,7-テトラヒドロ-1H,5H-ベンゾ[ij]キノリジン-9-イル
)エテニル]-4H-ピラン-4-イリデン}プロパンジニトリル(略称:DCJTI)
、2-{2-tert-ブチル-6-[2-(1,1,7,7-テトラメチル-2,3,
6,7-テトラヒドロ-1H,5H-ベンゾ[ij]キノリジン-9-イル)エテニル]
-4H-ピラン-4-イリデン}プロパンジニトリル(略称:DCJTB)、2-(2,
6-ビス{2-[4-(ジメチルアミノ)フェニル]エテニル}-4H-ピラン-4-イ
リデン)プロパンジニトリル(略称:BisDCM)、2-{2,6-ビス[2-(8-
メトキシ-1,1,7,7-テトラメチル-2,3,6,7-テトラヒドロ-1H,5H
-ベンゾ[ij]キノリジン-9-イル)エテニル]-4H-ピラン-4-イリデン}プ
ロパンジニトリル(略称:BisDCJTM)、5,10,15,20-テトラフェニル
ビスベンゾ[5,6]インデノ[1,2,3-cd:1’,2’,3’-lm]ペリレン
、などが挙げられる。
ゲスト材料142(燐光性化合物)としては、イリジウム、ロジウム、または白金系の
有機金属錯体、あるいは金属錯体が挙げられ、中でも有機イリジウム錯体、例えばイリジ
ウム系オルトメタル錯体が好ましい。オルトメタル化する配位子としては4H-トリアゾ
ール配位子、1H-トリアゾール配位子、イミダゾール配位子、ピリジン配位子、ピリミ
ジン配位子、ピラジン配位子、あるいはイソキノリン配位子などが挙げられる。金属錯体
としては、ポルフィリン配位子を有する白金錯体などが挙げられる。
青色または緑色に発光ピークを有する物質としては、例えば、トリス{2-[5-(2
-メチルフェニル)-4-(2,6-ジメチルフェニル)-4H-1,2,4-トリアゾ
ール-3-イル-κN2]フェニル-κC}イリジウム(III)(略称:Ir(mpp
tz-dmp))、トリス(5-メチル-3,4-ジフェニル-4H-1,2,4-ト
リアゾラト)イリジウム(III)(略称:Ir(Mptz))、トリス[4-(3-
ビフェニル)-5-イソプロピル-3-フェニル-4H-1,2,4-トリアゾラト]イ
リジウム(III)(略称:Ir(iPrptz-3b))、トリス[3-(5-ビフ
ェニル)-5-イソプロピル-4-フェニル-4H-1,2,4-トリアゾラト]イリジ
ウム(III)(略称:Ir(iPr5btz))、のような4H-トリアゾール骨格
を有する有機金属イリジウム錯体や、トリス[3-メチル-1-(2-メチルフェニル)
-5-フェニル-1H-1,2,4-トリアゾラト]イリジウム(III)(略称:Ir
(Mptz1-mp))、トリス(1-メチル-5-フェニル-3-プロピル-1H-
1,2,4-トリアゾラト)イリジウム(III)(略称:Ir(Prptz1-Me)
)のような1H-トリアゾール骨格を有する有機金属イリジウム錯体や、fac-トリ
ス[1-(2,6-ジイソプロピルフェニル)-2-フェニル-1H-イミダゾール]イ
リジウム(III)(略称:Ir(iPrpmi))、トリス[3-(2,6-ジメチ
ルフェニル)-7-メチルイミダゾ[1,2-f]フェナントリジナト]イリジウム(I
II)(略称:Ir(dmpimpt-Me))のようなイミダゾール骨格を有する有
機金属イリジウム錯体や、ビス[2-(4’,6’-ジフルオロフェニル)ピリジナト-
N,C2’]イリジウム(III)テトラキス(1-ピラゾリル)ボラート(略称:FI
r6)、ビス[2-(4’,6’-ジフルオロフェニル)ピリジナト-N,C2’]イリ
ジウム(III)ピコリナート(略称:FIrpic)、ビス{2-[3’,5’-ビス
(トリフルオロメチル)フェニル]ピリジナト-N,C2’}イリジウム(III)ピコ
リナート(略称:Ir(CFppy)(pic))、ビス[2-(4’,6’-ジフ
ルオロフェニル)ピリジナト-N,C2’]イリジウム(III)アセチルアセトナート
(略称:FIr(acac))のような電子吸引基を有するフェニルピリジン化合物を配
位子とする有機金属イリジウム錯体が挙げられる。上述した中でも、4H-トリアゾール
骨格、1H-トリアゾール骨格及びイミダゾール骨格のような含窒素五員複素環骨格を有
する有機金属イリジウム錯体は、高い三重項励起エネルギーを有し、信頼性や発光効率に
も優れるため、特に好ましい。
また、緑色または黄色に発光ピークを有する物質としては、例えば、トリス(4-メチ
ル-6-フェニルピリミジナト)イリジウム(III)(略称:Ir(mppm))、
トリス(4-t-ブチル-6-フェニルピリミジナト)イリジウム(III)(略称:I
r(tBuppm))、(アセチルアセトナト)ビス(6-メチル-4-フェニルピリ
ミジナト)イリジウム(III)(略称:Ir(mppm)(acac))、(アセチ
ルアセトナト)ビス(6-tert-ブチル-4-フェニルピリミジナト)イリジウム(
III)(略称:Ir(tBuppm)(acac))、(アセチルアセトナト)ビス
[4-(2-ノルボルニル)-6-フェニルピリミジナト]イリジウム(III)(略称
:Ir(nbppm)(acac))、(アセチルアセトナト)ビス[5-メチル-6
-(2-メチルフェニル)-4-フェニルピリミジナト]イリジウム(III)(略称:
Ir(mpmppm)(acac))、(アセチルアセトナト)ビス{4,6-ジメチ
ル-2-[6-(2,6-ジメチルフェニル)-4-ピリミジニル-κN3]フェニル-
κC}イリジウム(III)(略称:Ir(dmppm-dmp)(acac))、(
アセチルアセトナト)ビス(4,6-ジフェニルピリミジナト)イリジウム(III)(
略称:Ir(dppm)(acac))のようなピリミジン骨格を有する有機金属イリ
ジウム錯体や、(アセチルアセトナト)ビス(3,5-ジメチル-2-フェニルピラジナ
ト)イリジウム(III)(略称:Ir(mppr-Me)(acac))、(アセチ
ルアセトナト)ビス(5-イソプロピル-3-メチル-2-フェニルピラジナト)イリジ
ウム(III)(略称:Ir(mppr-iPr)(acac))のようなピラジン骨
格を有する有機金属イリジウム錯体や、トリス(2-フェニルピリジナト-N,C2’
イリジウム(III)(略称:Ir(ppy))、ビス(2-フェニルピリジナト-N
,C2’)イリジウム(III)アセチルアセトナート(略称:Ir(ppy)(ac
ac))、ビス(ベンゾ[h]キノリナト)イリジウム(III)アセチルアセトナート
(略称:Ir(bzq)(acac))、トリス(ベンゾ[h]キノリナト)イリジウ
ム(III)(略称:Ir(bzq))、トリス(2-フェニルキノリナト-N,C
)イリジウム(III)(略称:Ir(pq))、ビス(2-フェニルキノリナト-
N,C2’)イリジウム(III)アセチルアセトナート(略称:Ir(pq)(ac
ac))のようなピリジン骨格を有する有機金属イリジウム錯体や、ビス(2,4-ジフ
ェニル-1,3-オキサゾラト-N,C2’)イリジウム(III)アセチルアセトナー
ト(略称:Ir(dpo)(acac))、ビス{2-[4’-(パーフルオロフェニ
ル)フェニル]ピリジナト-N,C2’}イリジウム(III)アセチルアセトナート(
略称:Ir(p-PF-ph)(acac))、ビス(2-フェニルベンゾチアゾラト
-N,C2’)イリジウム(III)アセチルアセトナート(略称:Ir(bt)(a
cac))など有機金属イリジウム錯体の他、トリス(アセチルアセトナト)(モノフェ
ナントロリン)テルビウム(III)(略称:Tb(acac)(Phen))のよう
な希土類金属錯体が挙げられる。上述した中でも、ピリミジン骨格を有する有機金属イリ
ジウム錯体は、信頼性や発光効率にも際だって優れるため、特に好ましい。
また、黄色または赤色に発光ピークを有する物質としては、例えば、(ジイソブチリル
メタナト)ビス[4,6-ビス(3-メチルフェニル)ピリミジナト]イリジウム(II
I)(略称:Ir(5mdppm)(dibm))、ビス[4,6-ビス(3-メチル
フェニル)ピリミジナト](ジピバロイルメタナト)イリジウム(III)(略称:Ir
(5mdppm)(dpm))、ビス[4,6-ジ(ナフタレン-1-イル)ピリミジ
ナト](ジピバロイルメタナト)イリジウム(III)(略称:Ir(d1npm)
dpm))のようなピリミジン骨格を有する有機金属イリジウム錯体や、(アセチルアセ
トナト)ビス(2,3,5-トリフェニルピラジナト)イリジウム(III)(略称:I
r(tppr)(acac))、ビス(2,3,5-トリフェニルピラジナト)(ジピ
バロイルメタナト)イリジウム(III)(略称:Ir(tppr)(dpm))、(
アセチルアセトナト)ビス[2,3-ビス(4-フルオロフェニル)キノキサリナト]イ
リジウム(III)(略称:Ir(Fdpq)(acac))のようなピラジン骨格を
有する有機金属イリジウム錯体や、トリス(1-フェニルイソキノリナト-N,C2’
イリジウム(III)(略称:Ir(piq))、ビス(1-フェニルイソキノリナト
-N,C2’)イリジウム(III)アセチルアセトナート(略称:Ir(piq)
acac))のようなピリジン骨格を有する有機金属イリジウム錯体の他、2,3,7,
8,12,13,17,18-オクタエチル-21H,23H-ポルフィリン白金(II
)(略称:PtOEP)のような白金錯体や、トリス(1,3-ジフェニル-1,3-プ
ロパンジオナト)(モノフェナントロリン)ユーロピウム(III)(略称:Eu(DB
M)(Phen))、トリス[1-(2-テノイル)-3,3,3-トリフルオロアセ
トナト](モノフェナントロリン)ユーロピウム(III)(略称:Eu(TTA)
Phen))のような希土類金属錯体が挙げられる。上述した中でも、ピリミジン骨格を
有する有機金属イリジウム錯体は、信頼性や発光効率にも際だって優れるため、特に好ま
しい。また、ピラジン骨格を有する有機金属イリジウム錯体は、色度の良い赤色発光が得
られる。
ベンゾフロピラジン骨格またはベンゾチエノピラジン骨格を有する有機化合物は高いT
1準位を有するため、三重項励起エネルギーを発光に変換できる物質を発光材料とする発
光層のホスト材料として好適に用いることができる。したがって、発光層140に含まれ
る発光材料としては、三重項励起エネルギーを発光に変換できる材料であれば好ましい。
該三重項励起エネルギーを発光に変換できる材料としては、上述の燐光性化合物の他に、
熱活性化遅延蛍光(Thermally activated delayed flu
orescence:TADF)材料が挙げられる。したがって、燐光性化合物と記載し
た部分に関しては、熱活性化遅延蛍光材料と読み替えても構わない。なお、熱活性化遅延
蛍光材料とは、三重項励起エネルギー準位と一重項励起エネルギー準位との差が小さく、
逆項間交差によって三重項励起状態から一重項励起状態へエネルギーを変換する機能を有
する材料である。そのため、三重項励起状態をわずかな熱エネルギーによって一重項励起
状態にアップコンバート(逆項間交差)が可能で、一重項励起状態からの発光(蛍光)を
効率よく呈することができる。また、熱活性化遅延蛍光が効率良く得られる条件としては
、三重項励起エネルギー準位と一重項励起エネルギー準位のエネルギー差が好ましくは0
eVより大きく0.2eV以下、さらに好ましくは0eVより大きく0.1eV以下であ
ることが挙げられる。熱活性化遅延蛍光材料として、実施の形態1で示した化合物も好適
に用いることができる。
熱活性化遅延蛍光材料が、一種類の材料から構成される場合、例えば以下の材料を用い
ることができる。
まず、フラーレンやその化合物、プロフラビン等のアクリジン化合物、エオシン等が挙
げられる。また、マグネシウム(Mg)、亜鉛(Zn)、カドミウム(Cd)、スズ(S
n)、白金(Pt)、インジウム(In)、もしくはパラジウム(Pd)等を含む金属含
有ポルフィリンが挙げられる。該金属含有ポルフィリンとしては、例えば、プロトポルフ
ィリン-フッ化スズ錯体(SnF(Proto IX))、メソポルフィリン-フッ化
スズ錯体(SnF(Meso IX))、ヘマトポルフィリン-フッ化スズ錯体(Sn
(Hemato IX))、コプロポルフィリンテトラメチルエステル-フッ化スズ
錯体(SnF(Copro III-4Me))、オクタエチルポルフィリン-フッ化
スズ錯体(SnF(OEP))、エチオポルフィリン-フッ化スズ錯体(SnF(E
tio I))、オクタエチルポルフィリン-塩化白金錯体(PtClOEP)等が挙
げられる。
また、一種の材料から構成される熱活性化遅延蛍光材料としては、π電子過剰型複素芳
香環及びπ電子不足型複素芳香環を有する複素環化合物も用いることができる。具体的に
は、2-(ビフェニル-4-イル)-4,6-ビス(12-フェニルインドロ[2,3-
a]カルバゾール-11-イル)-1,3,5-トリアジン(略称:PIC-TRZ)、
2-{4-[3-(N-フェニル-9H-カルバゾール-3-イル)-9H-カルバゾー
ル-9-イル]フェニル}-4,6-ジフェニル-1,3,5-トリアジン(略称:PC
CzPTzn)、2-[4-(10H-フェノキサジン-10-イル)フェニル]-4,
6-ジフェニル-1,3,5-トリアジン(略称:PXZ-TRZ)、3-[4-(5-
フェニル-5,10-ジヒドロフェナジン-10-イル)フェニル]-4,5-ジフェニ
ル-1,2,4-トリアゾール(略称:PPZ-3TPT)、3-(9,9-ジメチル-
9H-アクリジン-10-イル)-9H-キサンテン-9-オン(略称:ACRXTN)
、ビス[4-(9,9-ジメチル-9,10-ジヒドロアクリジン)フェニル]スルホン
(略称:DMAC-DPS)、10-フェニル-10H,10’H-スピロ[アクリジン
-9,9’-アントラセン]-10’-オン(略称:ACRSA)等が挙げられる。該複
素環化合物は、π電子過剰型複素芳香環及びπ電子不足型複素芳香環を有するため、電子
輸送性及び正孔輸送性が高く、好ましい。中でも、π電子不足型複素芳香環を有する骨格
のうち、ジアジン骨格(ピリミジン骨格、ピラジン骨格、ピリダジン骨格)、またはトリ
アジン骨格は、安定で信頼性が良好なため、好ましい。また、π電子過剰型複素芳香環を
有する骨格の中でも、アクリジン骨格、フェノキサジン骨格、チオフェン骨格、フラン骨
格、及びピロール骨格は、安定で信頼性が良好なため、当該骨格の中から選ばれるいずれ
か一つまたは複数を有することが、好ましい。なお、ピロール骨格としては、インドール
骨格、カルバゾール骨格、及び3-(9-フェニル-9H-カルバゾール-3-イル)-
9H-カルバゾール骨格、が特に好ましい。なお、π電子過剰型複素芳香環とπ電子不足
型複素芳香環とが直接結合した物質は、π電子過剰型複素芳香環のドナー性とπ電子不足
型複素芳香環のアクセプター性が共に強く、一重項励起状態のエネルギー準位と三重項励
起状態のエネルギー準位との差が小さくなるため、特に好ましい。
また、発光層140において、ホスト材料141及びゲスト材料142以外の材料を有
していても良い。
発光層140に用いることが可能な材料としては、特に限定はないが、例えば、アント
ラセン化合物、フェナントレン化合物、ピレン化合物、クリセン化合物、ジベンゾ[g,
p]クリセン化合物等の縮合多環芳香族化合物が挙げられ、具体的には、9,10-ジフ
ェニルアントラセン(略称:DPAnth)、6,12-ジメトキシ-5,11-ジフェ
ニルクリセン、9,10-ビス(3,5-ジフェニルフェニル)アントラセン(略称:D
PPA)、9,10-ジ(2-ナフチル)アントラセン(略称:DNA)、2-tert
-ブチル-9,10-ジ(2-ナフチル)アントラセン(略称:t-BuDNA)、9,
9’-ビアントリル(略称:BANT)、9,9’-(スチルベン-3,3’-ジイル)
ジフェナントレン(略称:DPNS)、9,9’-(スチルベン-4,4’-ジイル)ジ
フェナントレン(略称:DPNS2)、1,3,5-トリ(1-ピレニル)ベンゼン(略
称:TPB3)などを挙げることができる。また、これら及び公知の物質の中から、上記
ゲスト材料142の励起エネルギー準位より高い一重項励起エネルギー準位または三重項
励起エネルギー準位を有する物質を、一種もしくは複数種選択して用いればよい。
また、例えば、オキサジアゾール化合物等の複素芳香族骨格を有する化合物を発光層1
40に用いることができる。具体的には、例えば、2-(4-ビフェニリル)-5-(4
-tert-ブチルフェニル)-1,3,4-オキサジアゾール(略称:PBD)や、1
,3-ビス[5-(p-tert-ブチルフェニル)-1,3,4-オキサジアゾール-
2-イル]ベンゼン(略称:OXD-7)、9-[4-(5-フェニル-1,3,4-オ
キサジアゾール-2-イル)フェニル]-9H-カルバゾール(略称:CO11)、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)
などの複素環化合物が挙げられる。
また、複素環を有する金属錯体(例えば亜鉛及びアルミニウム系金属錯体)などを発光
層140に用いることができる。例えば、キノリン配位子、ベンゾキノリン配位子、オキ
サゾール配位子、あるいはチアゾール配位子を有する金属錯体が挙げられる。具体的には
、例えば、トリス(8-キノリノラト)アルミニウム(III)(略称:Alq)、トリ
ス(4-メチル-8-キノリノラト)アルミニウム(III)(略称:Almq)、ビ
ス(10-ヒドロキシベンゾ[h]キノリナト)ベリリウム(II)(略称:BeBq
)、ビス(2-メチル-8-キノリノラト)(4-フェニルフェノラト)アルミニウム(
III)(略称:BAlq)、ビス(8-キノリノラト)亜鉛(II)(略称:Znq)
など、キノリン骨格またはベンゾキノリン骨格を有する金属錯体等が挙げられる。また、
この他ビス[2-(2-ベンゾオキサゾリル)フェノラト]亜鉛(II)(略称:ZnP
BO)、ビス[2-(2-ベンゾチアゾリル)フェノラト]亜鉛(II)(略称:ZnB
TZ)などのオキサゾール系、またはチアゾール系配位子を有する金属錯体なども用いる
ことができる。
なお、発光層140は2層以上の複数層でもって構成することもできる。例えば、第1
の発光層と第2の発光層を正孔輸送層側から順に積層して発光層140とする場合、第1
の発光層のホスト材料として正孔輸送性を有する物質を用い、第2の発光層のホスト材料
として電子輸送性を有する物質を用いる構成などがある。また、第1の発光層と第2の発
光層とが有する発光材料は、同じ材料であっても異なる材料であってもよく、同じ色の発
光を呈する機能を有する材料であっても、異なる色の発光を呈する機能を有する材料であ
ってもよい。2層の発光層に、互いに異なる色の発光を呈する機能を有する発光材料をそ
れぞれ用いることで、複数の発光を同時に得ることができる。特に、2層の発光層が呈す
る発光により、白色になるよう、各発光層に用いる発光材料を選択すると好ましい。
なお、発光層140は、蒸着法(真空蒸着法を含む)、インクジェット法、塗布法、グ
ラビア印刷等の方法で形成することができる。また、上述した材料の他、量子ドットなど
の無機化合物または高分子化合物(オリゴマー、デンドリマー、ポリマー等)を有しても
よい。
≪正孔注入層≫
正孔注入層111は、一対の電極の一方(電極101または電極102)からのホール
注入障壁を低減することでホール注入を促進する機能を有し、例えば遷移金属酸化物、フ
タロシアニン化合物、あるいは芳香族アミンなどによって形成される。遷移金属酸化物と
しては、モリブデン酸化物やバナジウム酸化物、ルテニウム酸化物、タングステン酸化物
、マンガン酸化物などが挙げられる。フタロシアニン化合物としては、フタロシアニンや
金属フタロシアニンなどが挙げられる。芳香族アミンとしてはベンジジン化合物やフェニ
レンジアミン化合物などが挙げられる。ポリチオフェンやポリアニリンなどの高分子化合
物を用いることもでき、例えば自己ドープされたポリチオフェンであるポリ(エチレンジ
オキシチオフェン)/ポリ(スチレンスルホン酸)などがその代表例である。
正孔注入層111として、正孔輸送性材料と、これに対して電子受容性を示す材料の複
合材料を有する層を用いることもできる。あるいは、電子受容性を示す材料を含む層と正
孔輸送性材料を含む層の積層を用いても良い。これらの材料間では定常状態、あるいは電
界存在下において電荷の授受が可能である。電子受容性を示す材料としては、キノジメタ
ン化合物やクロラニル化合物、ヘキサアザトリフェニレン化合物などの有機アクセプター
を挙げることができる。具体的には、7,7,8,8-テトラシアノ-2,3,5,6-
テトラフルオロキノジメタン(略称:F-TCNQ)、クロラニル、2,3,6,7,
10,11-ヘキサシアノ-1,4,5,8,9,12-ヘキサアザトリフェニレン(略
称:HAT-CN)等の電子吸引基(ハロゲン基やシアノ基)を有する化合物である。ま
た、遷移金属酸化物、例えば第4族から第8族金属の酸化物を用いることができる。具体
的には、酸化バナジウム、酸化ニオブ、酸化タンタル、酸化クロム、酸化モリブデン、酸
化タングステン、酸化マンガン、酸化レニウムなどである。中でも酸化モリブデンは大気
中でも安定であり、吸湿性が低く、扱いやすいため好ましい。
正孔輸送性材料としては、電子よりも正孔の輸送性の高い材料を用いることができ、1
×10-6cm/Vs以上の正孔移動度を有する材料であることが好ましい。具体的に
は、発光層140に用いることができる正孔輸送性材料として挙げた芳香族アミン、カル
バゾール化合物、芳香族炭化水素、スチルベン化合物などを用いることができる。また、
該正孔輸送性材料は高分子化合物であっても良い。
また、正孔輸送性材料として他には芳香族炭化水素が挙げられ、例えば、2-tert
-ブチル-9,10-ジ(2-ナフチル)アントラセン(略称:t-BuDNA)、2-
tert-ブチル-9,10-ジ(1-ナフチル)アントラセン、9,10-ビス(3,
5-ジフェニルフェニル)アントラセン(略称:DPPA)、2-tert-ブチル-9
,10-ビス(4-フェニルフェニル)アントラセン(略称:t-BuDBA)、9,1
0-ジ(2-ナフチル)アントラセン(略称:DNA)、9,10-ジフェニルアントラ
セン(略称:DPAnth)、2-tert-ブチルアントラセン(略称:t-BuAn
th)、9,10-ビス(4-メチル-1-ナフチル)アントラセン(略称:DMNA)
、2-tert-ブチル-9,10-ビス[2-(1-ナフチル)フェニル]アントラセ
ン、9,10-ビス[2-(1-ナフチル)フェニル]アントラセン、2,3,6,7-
テトラメチル-9,10-ジ(1-ナフチル)アントラセン、2,3,6,7-テトラメ
チル-9,10-ジ(2-ナフチル)アントラセン、9,9’-ビアントリル、10,1
0’-ジフェニル-9,9’-ビアントリル、10,10’-ビス(2-フェニルフェニ
ル)-9,9’-ビアントリル、10,10’-ビス[(2,3,4,5,6-ペンタフ
ェニル)フェニル]-9,9’-ビアントリル、アントラセン、テトラセン、ルブレン、
ペリレン、2,5,8,11-テトラ(tert-ブチル)ペリレン等が挙げられる。ま
た、この他、ペンタセン、コロネン等も用いることができる。このように、1×10-6
cm/Vs以上の正孔移動度を有し、炭素数14乃至炭素数42である芳香族炭化水素
を用いることがより好ましい。
なお、芳香族炭化水素は、ビニル骨格を有していてもよい。ビニル基を有している芳香
族炭化水素としては、例えば、4,4’-ビス(2,2-ジフェニルビニル)ビフェニル
(略称:DPVBi)、9,10-ビス[4-(2,2-ジフェニルビニル)フェニル]
アントラセン(略称:DPVPA)等が挙げられる。
また、4-{3-[3-(9-フェニル-9H-フルオレン-9-イル)フェニル]フ
ェニル}ジベンゾフラン(略称:mmDBFFLBi-II)、4,4’,4’’-(ベ
ンゼン-1,3,5-トリイル)トリ(ジベンゾフラン)(略称:DBF3P-II)、
1,3,5-トリ(ジベンゾチオフェン-4-イル)ベンゼン(略称:DBT3P-II
)、2,8-ジフェニル-4-[4-(9-フェニル-9H-フルオレン-9-イル)フ
ェニル]ジベンゾチオフェン(略称:DBTFLP-III)、4-[4-(9-フェニ
ル-9H-フルオレン-9-イル)フェニル]-6-フェニルジベンゾチオフェン(略称
:DBTFLP-IV)、4-[3-(トリフェニレン-2-イル)フェニル]ジベンゾ
チオフェン(略称:mDBTPTp-II)等のチオフェン化合物、フラン化合物、フル
オレン化合物、トリフェニレン化合物、フェナントレン化合物等を用いることができる。
上述した化合物の中でも、ピロール骨格、フラン骨格、チオフェン骨格、芳香族アミン骨
格を有する化合物は、安定で信頼性が良好であり好ましい。また、当該骨格を有する化合
物は、正孔輸送性が高く、駆動電圧低減にも寄与する。
≪正孔輸送層≫
正孔輸送層112は正孔輸送性材料を含む層であり、正孔注入層111の材料として例
示した正孔輸送性材料を使用することができる。正孔輸送層112は正孔注入層111に
注入された正孔を発光層140へ輸送する機能を有するため、正孔注入層111のHOM
O(Highest Occupied Molecular Orbital、最高被
占軌道ともいう)準位と同じ、あるいは近いHOMO準位を有することが好ましい。
また、1×10-6cm/Vs以上の正孔移動度を有する物質であることが好ましい
。但し、電子よりも正孔の輸送性の高い物質であれば、これら以外の物質を用いてもよい
。なお、正孔輸送性の高い物質を含む層は、単層だけでなく、上記物質からなる層が二層
以上積層してもよい。
≪電子輸送層≫
電子輸送層118は、電子注入層119を経て一対の電極の他方(電極101または電
極102)から注入された電子を発光層140へ輸送する機能を有する。電子輸送性材料
としては、正孔よりも電子の輸送性の高い材料を用いることができ、1×10-6cm
/Vs以上の電子移動度を有する材料であることが好ましい。電子を受け取りやすい化合
物(電子輸送性を有する材料)としては、含窒素複素芳香族化合物のようなπ電子不足型
複素芳香族化合物や金属錯体などを用いることができ、本発明の一態様に係る有機化合物
はピラジン骨格を有するため、好適に用いることができる。他の具体例としては、発光層
140に用いることができる電子輸送性材料として挙げたピリジン化合物、ビピリジン化
合物、ピリミジン化合物、トリアジン化合物、キノキサリン化合物、ジベンゾキノキサリ
ン化合物、フェナントロリン化合物、トリアゾール化合物、ベンゾイミダゾール化合物、
オキサジアゾール化合物などが挙げられる。また、1×10-6cm/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。なお、正孔よりも電子の輸送性の高い物質で
あれば、上記以外の物質を電子輸送層として用いても構わない。また、電子輸送層118
は、単層だけでなく、上記物質からなる層が二層以上積層してもよい。
また、複素環を有する金属錯体が挙げられ、例えば、キノリン配位子、ベンゾキノリン
配位子、オキサゾール配位子、あるいはチアゾール配位子を有する金属錯体が挙げられる
。具体的には、例えば、トリス(8-キノリノラト)アルミニウム(III)(略称:A
lq)、トリス(4-メチル-8-キノリノラト)アルミニウム(III)(略称:Al
mq)、ビス(10-ヒドロキシベンゾ[h]キノリナト)ベリリウム(II)(略称
:BeBq)、ビス(2-メチル-8-キノリノラト)(4-フェニルフェノラト)ア
ルミニウム(III)(略称:BAlq)、ビス(8-キノリノラト)亜鉛(II)(略
称:Znq)など、キノリン骨格またはベンゾキノリン骨格を有する金属錯体等が挙げら
れる。また、この他ビス[2-(2-ベンゾオキサゾリル)フェノラト]亜鉛(II)(
略称:ZnPBO)、ビス[2-(2-ベンゾチアゾリル)フェノラト]亜鉛(II)(
略称:ZnBTZ)などのオキサゾール系、またはチアゾール系配位子を有する金属錯体
なども用いることができる。
また、電子輸送層118と発光層140との間に電子キャリアの移動を制御する層を設
けても良い。これは上述したような電子輸送性の高い材料に、電子トラップ性の高い物質
を少量添加した層であって、電子キャリアの移動を抑制することによって、キャリアバラ
ンスを調節することが可能となる。このような構成は、電子輸送性材料の電子輸送性が正
孔輸送性材料の正孔輸送性と比べて著しく高い場合に発生する問題(例えば素子寿命の低
下)の抑制に大きな効果を発揮する。
≪電子注入層≫
電子注入層119と電極102の界面における電子注入障壁を低減することで電子注入
を促進する機能を有し、例えば第1族金属、第2族金属、あるいはこれらの酸化物、ハロ
ゲン化物、炭酸塩などを用いることができる。また、先に示す電子輸送性材料と、これに
対して電子供与性を示す材料の複合材料を用いることもできる。電子供与性を示す材料と
しては、第1族金属、第2族金属、あるいはこれらの酸化物などを挙げることができる。
具体的には、フッ化リチウム(LiF)、フッ化ナトリウム(NaF)、フッ化セシウム
(CsF)、フッ化カルシウム(CaF)、リチウム酸化物(LiO)等のようなア
ルカリ金属、アルカリ土類金属、またはそれらの化合物を用いることができる。また、フ
ッ化エルビウム(ErF)のような希土類金属化合物を用いることができる。また、電
子注入層119にエレクトライドを用いてもよい。該エレクトライドとしては、例えば、
カルシウムとアルミニウムの混合酸化物に電子を高濃度添加した物質等が挙げられる。ま
た、電子注入層119に、電子輸送層118で用いることが出来る物質を用いても良い。
また、電子注入層119に、有機化合物と電子供与体(ドナー)とを混合してなる複合
材料を用いてもよい。このような複合材料は、電子供与体によって有機化合物に電子が発
生するため、電子注入性及び電子輸送性に優れている。この場合、有機化合物としては、
発生した電子の輸送に優れた材料であることが好ましく、具体的には、例えば上述した電
子輸送層118を構成する物質(金属錯体や複素芳香族化合物等)を用いることができる
。電子供与体としては、有機化合物に対し電子供与性を示す物質であればよい。具体的に
は、アルカリ金属やアルカリ土類金属や希土類金属が好ましく、リチウム、ナトリウム、
セシウム、マグネシウム、カルシウム、エルビウム、イッテルビウム等が挙げられる。ま
た、アルカリ金属酸化物やアルカリ土類金属酸化物が好ましく、リチウム酸化物、カルシ
ウム酸化物、バリウム酸化物等が挙げられる。また、酸化マグネシウムのようなルイス塩
基を用いることもできる。また、テトラチアフルバレン(略称:TTF)等の有機化合物
を用いることもできる。
なお、上述した、発光層、正孔注入層、正孔輸送層、電子輸送層、及び電子注入層は、
それぞれ、蒸着法(真空蒸着法を含む)、インクジェット法、塗布法、グラビア印刷等の
方法で形成することができる。また、上述した、発光層、正孔注入層、正孔輸送層、電子
輸送層、及び電子注入層には、上述した材料の他、量子ドットなどの無機化合物や、高分
子化合物(オリゴマー、デンドリマー、ポリマー等)を用いてもよい。
≪量子ドット≫
量子ドットは、数nmから数十nmサイズの半導体ナノ結晶であり、1×10個から
1×10個程度の原子から構成されている。量子ドットはサイズに依存してエネルギー
シフトするため、同じ物質から構成される量子ドットであっても、サイズによって発光波
長が異なる。そのため、用いる量子ドットのサイズを変更することによって、容易に発光
波長を変更することができる。
また、量子ドットは、発光スペクトルのピーク幅が狭いため、色純度のよい発光を得る
ことができる。さらに、量子ドットの理論的な内部量子効率はほぼ100%であると言わ
れており、蛍光発光を呈する有機化合物の25%を大きく上回り、燐光発光を呈する有機
化合物と同等となっている。このことから、量子ドットを発光材料として用いることによ
って発光効率の高い発光素子を得ることができる。その上、無機材料である量子ドットは
、その本質的な安定性にも優れているため、寿命の観点からも好ましい発光素子を得るこ
とができる。
量子ドットを構成する材料としては、第14族元素、第15族元素、第16族元素、複
数の第14族元素からなる化合物、第4族から第14族に属する元素と第16族元素との
化合物、第2族元素と第16族元素との化合物、第13族元素と第15族元素との化合物
、第13族元素と第17族元素との化合物、第14族元素と第15族元素との化合物、第
11族元素と第17族元素との化合物、酸化鉄類、酸化チタン類、カルコゲナイドスピネ
ル類、半導体クラスターなどを挙げることができる。
具体的には、セレン化カドミウム、硫化カドミウム、テルル化カドミウム、セレン化亜
鉛、酸化亜鉛、硫化亜鉛、テルル化亜鉛、硫化水銀、セレン化水銀、テルル化水銀、砒化
インジウム、リン化インジウム、砒化ガリウム、リン化ガリウム、窒化インジウム、窒化
ガリウム、アンチモン化インジウム、アンチモン化ガリウム、リン化アルミニウム、砒化
アルミニウム、アンチモン化アルミニウム、セレン化鉛、テルル化鉛、硫化鉛、セレン化
インジウム、テルル化インジウム、硫化インジウム、セレン化ガリウム、硫化砒素、セレ
ン化砒素、テルル化砒素、硫化アンチモン、セレン化アンチモン、テルル化アンチモン、
硫化ビスマス、セレン化ビスマス、テルル化ビスマス、ケイ素、炭化ケイ素、ゲルマニウ
ム、錫、セレン、テルル、ホウ素、炭素、リン、窒化ホウ素、リン化ホウ素、砒化ホウ素
、窒化アルミニウム、硫化アルミニウム、硫化バリウム、セレン化バリウム、テルル化バ
リウム、硫化カルシウム、セレン化カルシウム、テルル化カルシウム、硫化ベリリウム、
セレン化ベリリウム、テルル化ベリリウム、硫化マグネシウム、セレン化マグネシウム、
硫化ゲルマニウム、セレン化ゲルマニウム、テルル化ゲルマニウム、硫化錫、セレン化錫
、テルル化錫、酸化鉛、フッ化銅、塩化銅、臭化銅、ヨウ化銅、酸化銅、セレン化銅、酸
化ニッケル、酸化コバルト、硫化コバルト、酸化鉄、硫化鉄、酸化マンガン、硫化モリブ
デン、酸化バナジウム、酸化タングステン、酸化タンタル、酸化チタン、酸化ジルコニウ
ム、窒化ケイ素、窒化ゲルマニウム、酸化アルミニウム、チタン酸バリウム、セレンと亜
鉛とカドミウムの化合物、インジウムと砒素とリンの化合物、カドミウムとセレンと硫黄
の化合物、カドミウムとセレンとテルルの化合物、インジウムとガリウムと砒素の化合物
、インジウムとガリウムとセレンの化合物、インジウムとセレンと硫黄の化合物、銅とイ
ンジウムと硫黄の化合物、及びこれらの組合せなどを挙げることができるが、これらに限
定されない。また、組成が任意の比率で表される、いわゆる合金型量子ドットを用いても
良い。例えば、カドミウムとセレンと硫黄の合金型量子ドットは、元素の含有比率を変化
させることで発光波長を変えることができるため、青色発光を得るには有効な手段の一つ
である。
量子ドットの構造としては、コア型、コア-シェル型、コア-マルチシェル型などがあ
り、そのいずれを用いても良いが、コアを覆ってより広いバンドギャップを持つ別の無機
材料でシェルを形成することによって、ナノ結晶表面に存在する欠陥やダングリングボン
ドの影響を低減することができる。これにより、発光の量子効率が大きく改善するためコ
ア-シェル型やコア-マルチシェル型の量子ドットを用いることが好ましい。シェルの材
料の例としては、硫化亜鉛や酸化亜鉛が挙げられる。
また、量子ドットは、表面原子の割合が高いことから、反応性が高く、凝集が起こりや
すい。そのため、量子ドットの表面には保護剤が付着している又は保護基が設けられてい
ることが好ましい。当該保護剤が付着している又は保護基が設けられていることによって
、凝集を防ぎ、溶媒への溶解性を高めることができる。また、反応性を低減させ、電気的
安定性を向上させることも可能である。保護剤(又は保護基)としては、例えば、ポリオ
キシエチレンラウリルエーテル、ポリオキシエチレンステアリルエーテル、ポリオキシエ
チレンオレイルエーテル等のポリオキシエチレンアルキルエーテル類、トリプロピルホス
フィン、トリブチルホスフィン、トリヘキシルホスフィン、トリオクチルホスフィン等の
トリアルキルホスフィン類、ポリオキシエチレンn-オクチルフェニルエーテル、ポリオ
キシエチレンn-ノニルフェニルエーテル等のポリオキシエチレンアルキルフェニルエー
テル類、トリ(n-ヘキシル)アミン、トリ(n-オクチル)アミン、トリ(n-デシル
)アミン等の第3級アミン類、トリプロピルホスフィンオキシド、トリブチルホスフィン
オキシド、トリヘキシルホスフィンオキシド、トリオクチルホスフィンオキシド、トリデ
シルホスフィンオキシド等の有機リン化合物、ポリエチレングリコールジラウレート、ポ
リエチレングリコールジステアレート等のポリエチレングリコールジエステル類、また、
ピリジン、ルチジン、コリジン、キノリン類等の含窒素芳香族化合物等の有機窒素化合物
、ヘキシルアミン、オクチルアミン、デシルアミン、ドデシルアミン、テトラデシルアミ
ン、ヘキサデシルアミン、オクタデシルアミン等のアミノアルカン類、ジブチルスルフィ
ド等のジアルキルスルフィド類、ジメチルスルホキシドやジブチルスルホキシド等のジア
ルキルスルホキシド類、チオフェン等の含硫黄芳香族化合物等の有機硫黄化合物、パルミ
チン酸、ステアリン酸、オレイン酸等の高級脂肪酸、アルコール類、ソルビタン脂肪酸エ
ステル類、脂肪酸変性ポリエステル類、3級アミン変性ポリウレタン類、ポリエチレンイ
ミン類等が挙げられる。
量子ドットは、サイズが小さくなるに従いバンドギャップが大きくなるため、所望の波
長の光が得られるように、そのサイズを適宜調整する。結晶のサイズが小さくなるにつれ
て、量子ドットの発光は青色側へ、つまり、高エネルギー側へシフトするため、量子ドッ
トのサイズを変更させることにより、紫外領域、可視領域、赤外領域のスペクトルの波長
領域にわたって、その発光波長を調整することができる。量子ドットのサイズ(直径)は
、0.5nm乃至20nm、好ましくは1nm乃至10nmの範囲のものが通常良く用い
られる。なお、量子ドットはそのサイズ分布が狭いほど、より発光スペクトルが狭線化し
、色純度の良好な発光を得ることができる。また、量子ドットの形状は特に限定されず、
球状、棒状、円盤状、その他の形状であってもよい。なお、棒状の量子ドットである量子
ロッドは、指向性を有する光を呈する機能を有するため、量子ロッドを発光材料として用
いることにより、より外部量子効率が良好な発光素子を得ることができる。
ところで、有機EL素子では多くの場合、発光材料をホスト材料に分散し、発光材料の
濃度消光を抑制することによって発光効率を高めている。ホスト材料は発光材料以上の一
重項励起エネルギー準位または三重項励起エネルギー準位を有する材料であることが必要
である。特に、青色燐光材料を発光材料に用いる場合、それ以上の三重項励起エネルギー
準位を有し、且つ、寿命の観点で優れたホスト材料が必要であり、その開発は困難を極め
ている。ここで、量子ドットは、ホスト材料を用いずに量子ドットのみで発光層を構成し
ても発光効率を保つことができるため、この点でも寿命という観点から好ましい発光素子
を得ることができる。量子ドットのみで発光層を形成する場合には、量子ドットはコア-
シェル構造(コア-マルチシェル構造を含む)であることが好ましい。
発光層の発光材料に量子ドットを用いる場合、当該発光層の膜厚は3nm乃至100n
m、好ましくは10nm乃至100nmとし、発光層中の量子ドットの含有率は1乃至1
00体積%とする。ただし、量子ドットのみで発光層を形成することが好ましい。なお、
当該量子ドットを発光材料としてホストに分散した発光層を形成する場合は、ホスト材料
に量子ドットを分散させる、またはホスト材料と量子ドットとを適当な液媒体に溶解また
は分散させてウェットプロセス(スピンコート法、キャスト法、ダイコート法、ブレード
コート法、ロールコート法、インクジェット法、印刷法、スプレーコート法、カーテンコ
ート法、ラングミュア・ブロジェット法など)により形成すればよい。燐光性の発光材料
を用いた発光層については、上記ウェットプロセスの他、真空蒸着法も好適に利用するこ
とができる。
ウェットプロセスに用いる液媒体としては、たとえば、メチルエチルケトン、シクロヘ
キサノン等のケトン類、酢酸エチル等の脂肪酸エステル類、ジクロロベンゼン等のハロゲ
ン化炭化水素類、トルエン、キシレン、メシチレン、シクロヘキシルベンゼン等の芳香族
炭化水素類、シクロヘキサン、デカリン、ドデカン等の脂肪族炭化水素類、ジメチルホル
ムアミド(DMF)、ジメチルスルホキシド(DMSO)等の有機溶媒を用いることがで
きる。
≪一対の電極≫
電極101及び電極102は、発光素子の陽極または陰極としての機能を有する。電極
101及び電極102は、金属、合金、導電性化合物、及びこれらの混合物や積層体など
を用いて形成することができる。
電極101または電極102の一方は、光を反射する機能を有する導電性材料により形
成されると好ましい。該導電性材料としては、アルミニウム(Al)またはAlを含む合
金等が挙げられる。Alを含む合金としては、AlとL(Lは、チタン(Ti)、ネオジ
ム(Nd)、ニッケル(Ni)、及びランタン(La)の一つまたは複数を表す)とを含
む合金等が挙げられ、例えばAlとTi、またはAlとNiとLaを含む合金等である。
アルミニウムは、抵抗値が低く、光の反射率が高い。また、アルミニウムは、地殻におけ
る存在量が多く、安価であるため、アルミニウムを用いることによる発光素子の作製コス
トを低減することができる。また、銀(Ag)、またはAgとN(Nは、イットリウム(
Y)、Nd、マグネシウム(Mg)、イッテルビウム(Yb)、Al、Ti、ガリウム(
Ga)、亜鉛(Zn)、インジウム(In)、タングステン(W)、マンガン(Mn)、
スズ(Sn)、鉄(Fe)、Ni、銅(Cu)、パラジウム(Pd)、イリジウム(Ir
)、または金(Au)の一つまたは複数を表す)とを含む合金等を用いても良い。銀を含
む合金としては、例えば、銀とパラジウムと銅を含む合金、銀と銅を含む合金、銀とマグ
ネシウムを含む合金、銀とニッケルを含む合金、銀と金を含む合金、銀とイッテルビウム
を含む合金等が挙げられる。その他、タングステン、クロム(Cr)、モリブデン(Mo
)、銅、チタンなどの遷移金属を用いることができる。
また、発光層から得られる発光は、電極101及び電極102の一方または双方を通し
て取り出される。したがって、電極101または電極102の少なくとも一方は、光を透
過する機能を有する導電性材料により形成されると好ましい。該導電性材料としては、可
視光の透過率が40%以上100%以下、好ましくは60%以上100%以下であり、か
つその抵抗率が1×10-2Ω・cm以下の導電性材料が挙げられる。
また、電極101及び電極102は、光を透過する機能と、光を反射する機能と、を有
する導電性材料により形成されても良い。該導電性材料としては、可視光の反射率が20
%以上80%以下、好ましくは40%以上70%以下であり、かつその抵抗率が1×10
-2Ω・cm以下の導電性材料が挙げられる。例えば、導電性を有する金属、合金、導電
性化合物などを1種又は複数種用いて形成することができる。具体的には、例えば、イン
ジウム錫酸化物(Indium Tin Oxide、以下ITO)、珪素または酸化珪
素を含むインジウム錫酸化物(略称:ITSO)、酸化インジウム-酸化亜鉛(Indi
um Zinc Oxide)、チタンを含有した酸化インジウム-錫酸化物、インジウ
ム-チタン酸化物、酸化タングステン及び酸化亜鉛を含有した酸化インジウムなどの金属
酸化物を用いることができる。また、光を透過する程度(好ましくは、1nm以上30n
m以下の厚さ)の金属薄膜を用いることができる。金属としては、例えば、Ag、または
AgとAl、AgとMg、AgとAu、AgとYbなどの合金等を用いることができる。
なお、本明細書等において、光を透過する機能を有する材料は、可視光を透過する機能
を有し、且つ導電性を有する材料であればよく、例えば上記のようなITOに代表される
酸化物導電体に加えて、酸化物半導体、または有機物を含む有機導電体を含む。有機物を
含む有機導電体としては、例えば、有機化合物と電子供与体(ドナー)とを混合してなる
複合材料、有機化合物と電子受容体(アクセプター)とを混合してなる複合材料等が挙げ
られる。また、グラフェンなどの無機炭素系材料を用いても良い。また、当該材料の抵抗
率としては、好ましくは1×10Ω・cm以下、さらに好ましくは1×10Ω・cm
以下である。
また、上記の材料の複数を積層することによって電極101及び電極102の一方また
は双方を形成してもよい。
また、光取り出し効率を向上させるため、光を透過する機能を有する電極と接して、該
電極より屈折率の高い材料を形成してもよい。このような材料としては、可視光を透過す
る機能を有する材料であればよく、導電性を有する材料であっても有さない材料であって
もよい。例えば、上記のような酸化物導電体に加えて、酸化物半導体、有機物が挙げられ
る。有機物としては、例えば、発光層、正孔注入層、正孔輸送層、電子輸送層、または電
子注入層に例示した材料が挙げられる。また、無機炭素系材料や光が透過する程度の金属
薄膜も用いることができ、数nm乃至数十nmの層を複数積層させてもよい。
電極101または電極102が陰極としての機能を有する場合には、仕事関数が小さい
(3.8eV以下)材料を有することが好ましい。例えば、元素周期表の第1族又は第2
族に属する元素(リチウム、ナトリウム、セシウム等のアルカリ金属、カルシウム、スト
ロンチウム等のアルカリ土類金属、マグネシウム等)、これら元素を含む合金(例えば、
AgとMg、AlとLi)、ユーロピウム(Eu)、Yb等の希土類金属、これら希土類
金属を含む合金、アルミニウム、銀を含む合金等を用いることができる。
また、電極101または電極102を陽極として用いる場合、仕事関数の大きい(4.
0eV以上)材料を用いることが好ましい。
また、電極101及び電極102は、光を反射する機能を有する導電性材料と、光を透
過する機能を有する導電性材料との積層としてもよい。その場合、電極101及び電極1
02は、各発光層からの所望の波長の光を共振させ、所望の波長の光を強めることができ
るように、光学距離を調整する機能を有することができるため好ましい。
電極101及び電極102の成膜方法は、スパッタリング法、蒸着法、印刷法、塗布法
、MBE(Molecular Beam Epitaxy)法、CVD法、パルスレー
ザ堆積法、ALD(Atomic Layer Deposition)法等を適宜用い
ることができる。
≪基板≫
また、本発明の一態様に係る発光素子は、ガラス、プラスチックなどからなる基板上に
作製すればよい。基板上に作製する順番としては、電極101側から順に積層しても、電
極102側から順に積層しても良い。
なお、本発明の一態様に係る発光素子を形成できる基板としては、例えばガラス、石英
、又はプラスチックなどを用いることができる。また可撓性基板を用いてもよい。可撓性
基板とは、曲げることができる(フレキシブル)基板のことであり、例えば、ポリカーボ
ネート、ポリアリレート、からなるプラスチック基板等が挙げられる。また、フィルム、
無機蒸着フィルムなどを用いることもできる。なお、発光素子、及び光学素子の作製工程
において支持体として機能するものであれば、これら以外のものでもよい。あるいは、発
光素子、及び光学素子を保護する機能を有するものであればよい。
例えば、本明細書等においては、様々な基板を用いて発光素子を形成することが出来る
。基板の種類は、特に限定されない。その基板の一例としては、半導体基板(例えば単結
晶基板又はシリコン基板)、SOI基板、ガラス基板、石英基板、プラスチック基板、金
属基板、ステンレス・スチル基板、ステンレス・スチル・ホイルを有する基板、タングス
テン基板、タングステン・ホイルを有する基板、可撓性基板、貼り合わせフィルム、繊維
状の材料を含む紙、又は基材フィルムなどがある。ガラス基板の一例としては、バリウム
ホウケイ酸ガラス、アルミノホウケイ酸ガラス、又はソーダライムガラスなどがある。可
撓性基板、貼り合わせフィルム、基材フィルムなどの一例としては、以下が挙げられる。
例えば、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート(PEN)
、ポリエーテルスルホン(PES)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)に代表さ
れるプラスチックがある。または、一例としては、アクリル等の樹脂などがある。または
、一例としては、ポリプロピレン、ポリエステル、ポリフッ化ビニル、又はポリ塩化ビニ
ルなどがある。または、一例としては、ポリアミド、ポリイミド、アラミド、エポキシ、
無機蒸着フィルム、又は紙類などがある。
また、基板として、可撓性基板を用い、可撓性基板上に直接、発光素子を形成してもよ
い。または、基板と発光素子との間に剥離層を設けてもよい。剥離層は、その上に発光素
子を一部あるいは全部完成させた後、基板より分離し、他の基板に転載するために用いる
ことができる。その際、耐熱性の劣る基板や可撓性の基板にも発光素子を転載できる。な
お、上述の剥離層には、例えば、タングステン膜と酸化シリコン膜との無機膜の積層構造
の構成や、基板上にポリイミド等の樹脂膜が形成された構成等を用いることができる。
つまり、ある基板を用いて発光素子を形成し、その後、別の基板に発光素子を転置し、
別の基板上に発光素子を配置してもよい。発光素子が転置される基板の一例としては、上
述した基板に加え、セロファン基板、石材基板、木材基板、布基板(天然繊維(絹、綿、
麻)、合成繊維(ナイロン、ポリウレタン、ポリエステル)若しくは再生繊維(アセテー
ト、キュプラ、レーヨン、再生ポリエステル)などを含む)、皮革基板、又はゴム基板な
どがある。これらの基板を用いることにより、壊れにくい発光素子、耐熱性の高い発光素
子、軽量化された発光素子、または薄型化された発光素子とすることができる。
また、上述した基板上に、例えば電界効果トランジスタ(FET)を形成し、FETと
電気的に接続された電極上に発光素子150を作製してもよい。これにより、FETによ
って発光素子150の駆動を制御するアクティブマトリクス型の表示装置を作製できる。
以上、本実施の形態に示す構成は、他の実施の形態と適宜組み合わせて用いることがで
きる。
(実施の形態4)
本実施の形態においては、実施の形態3に示す発光素子の構成と異なる構成の発光素子
、について、図2を用いて、以下説明を行う。なお、図2において、図1(A)に示す符
号と同様の機能を有する箇所には、同様のハッチパターンとし、符号を省略する場合があ
る。また、同様の機能を有する箇所には、同様の符号を付し、その詳細な説明は省略する
場合がある。
<発光素子の構成例2>
図2は、発光素子250の断面模式図である。
図2に示す発光素子250は、一対の電極(電極101及び電極102)の間に、複数
の発光ユニット(発光ユニット106及び発光ユニット110)を有する。複数の発光ユ
ニットのうちいずれか一つの発光ユニットは、図1(A)に示した、EL層100と同様
な構成を有すると好ましい。つまり、図1(A)で示した発光素子150は、1つの発光
ユニットを有し、発光素子250は、複数の発光ユニットを有すると好ましい。なお、発
光素子250において、電極101が陽極として機能し、電極102が陰極として機能す
るとして、以下説明するが、発光素子250の構成としては、逆であっても構わない。
また、図2に示す発光素子250において、発光ユニット106と発光ユニット110
とが積層されており、発光ユニット106と発光ユニット110との間には電荷発生層1
15が設けられる。なお、発光ユニット106と発光ユニット110は、同じ構成でも異
なる構成でもよい。例えば、発光ユニット110に、EL層100と同様な構成を用いる
と好ましい。
また、発光素子250は、発光層120と、発光層170と、を有する。また、発光ユ
ニット106は、発光層170の他に、正孔注入層111、正孔輸送層112、電子輸送
層113、及び電子注入層114を有する。また、発光ユニット110は、発光層120
の他に、正孔注入層116、正孔輸送層117、電子輸送層118、及び電子注入層11
9を有する。
電荷発生層115は、正孔輸送性材料に電子受容体であるアクセプター性物質が添加さ
れた構成であっても、電子輸送性材料に電子供与体であるドナー性物質が添加された構成
であってもよい。また、これらの両方の構成が積層されていても良い。
電荷発生層115に、有機化合物とアクセプター性物質の複合材料が含まれる場合、該
複合材料には実施の形態3に示す正孔注入層111に用いることができる複合材料を用い
ればよい。有機化合物としては、芳香族アミン化合物、カルバゾール化合物、芳香族炭化
水素、高分子化合物(オリゴマー、デンドリマー、ポリマー等)など、種々の化合物を用
いることができる。なお、有機化合物としては、正孔移動度が1×10-6cm/Vs
以上であるものを適用することが好ましい。ただし、電子よりも正孔の輸送性の高い物質
であれば、これら以外のものを用いてもよい。有機化合物とアクセプター性物質の複合材
料は、キャリア注入性、キャリア輸送性に優れているため、低電圧駆動、低電流駆動を実
現することができる。なお、発光ユニットの陽極側の面が電荷発生層115に接している
場合は、電荷発生層115が該発光ユニットの正孔注入層または正孔輸送層の役割も担う
ことができるため、該発光ユニットには正孔注入層または正孔輸送層を設けない構成であ
っても良い。あるいは、発光ユニットの陰極側の面が電荷発生層115に接している場合
は、電荷発生層115が該発光ユニットの電子注入層または電子輸送層の役割も担うこと
ができるため、該発光ユニットには電子注入層または電子輸送層を設けない構成であって
も良い。
なお、電荷発生層115は、有機化合物とアクセプター性物質の複合材料を含む層と他
の材料により構成される層を組み合わせた積層構造として形成してもよい。例えば、有機
化合物とアクセプター性物質の複合材料を含む層と、電子供与性物質の中から選ばれた一
の化合物と電子輸送性の高い化合物とを含む層とを組み合わせて形成してもよい。また、
有機化合物とアクセプター性物質の複合材料を含む層と、透明導電膜を含む層とを組み合
わせて形成してもよい。
なお、発光ユニット106と発光ユニット110とに挟まれる電荷発生層115は、電
極101と電極102とに電圧を印加したときに、一方の発光ユニットに電子を注入し、
他方の発光ユニットに正孔を注入するものであれば良い。例えば、図3(A)において、
電極101の電位の方が電極102の電位よりも高くなるように電圧を印加した場合、電
荷発生層115は、発光ユニット106に電子を注入し、発光ユニット110に正孔を注
入する。
なお、電荷発生層115は、光取出し効率の点から、可視光に対して透光性(具体的に
は、電荷発生層115に対する可視光の透過率が40%以上)を有することが好ましい。
また、電荷発生層115は、一対の電極(電極101及び電極102)よりも低い導電率
であっても機能する。
上述した材料を用いて電荷発生層115を形成することにより、発光層が積層された場
合における駆動電圧の上昇を抑制することができる。
また、図2においては、2つの発光ユニットを有する発光素子について説明したが、3
つ以上の発光ユニットを積層した発光素子についても、同様に適用することが可能である
。発光素子250に示すように、一対の電極間に複数の発光ユニットを電荷発生層で仕切
って配置することで、電流密度を低く保ったまま、高輝度発光を可能とし、さらに長寿命
な発光素子を実現できる。また、消費電力が低い発光素子を実現することができる。
なお、上記各構成において、発光ユニット106及び発光ユニット110、に用いるゲ
スト材料が呈する発光色としては、互いに同じであっても異なっていてもよい。発光ユニ
ット106及び発光ユニット110、で互いに同じ色の発光を呈する機能を有するゲスト
材料を有する場合、発光素子250は少ない電流値で高い発光輝度を呈する発光素子とな
り好ましい。また、発光ユニット106及び発光ユニット110、で互いに異なる色の発
光を呈する機能を有するゲスト材料を有する場合、発光素子250は多色発光を呈する発
光素子となり好ましい。この場合、発光層120及び発光層170のいずれか一方もしく
は双方、に発光波長の異なる複数の発光材料を用いることによって、発光素子250が呈
する発光スペクトルは異なる発光ピークを有する発光が合成された光となるため、少なく
とも二つの極大値を有する発光スペクトルとなる。
上記の構成は白色発光を得るためにも好適である。発光層120及び発光層170、の
光を互いに補色の関係とすることによって、白色発光を得ることができる。特に、演色性
の高い白色発光、あるいは少なくとも赤色と緑色と青色とを有する発光、になるようゲス
ト材料を選択することが好適である。
また、3つ以上の発光ユニットを積層した発光素子の場合、それぞれの発光ユニットに用
いるゲスト材料が呈する発光色は、互いに同じであっても異なっていてもよい。同色の発
光を呈する発光ユニットを複数有する場合、この複数の発光ユニットが呈する発光色は、
その他の色と比較して、少ない電流値で高い発光輝度を得ることができる。このような構
成は、発光色の調整に好適に用いることができる。特に、発光効率が異なり且つ、異なる
発光色を呈するゲスト材料を用いる場合に好適である。例えば、3層の発光ユニットを有
する場合、同色の蛍光材料を有する発光ユニットを2層、該蛍光材料とは異なる発光色を
呈する燐光材料を有する発光ユニットを1層とすることで、蛍光発光と燐光発光の発光強
度を調整することができる。すなわち、発光ユニットの数によって各色の発光強度の調整
が可能である。
このような蛍光発光ユニットを2層、燐光発光ユニットを1層有する発光素子の場合、青
色蛍光材料を含む発光ユニットを2層と黄色燐光材料を含む発光ユニットを1層含有する
発光素子または、青色蛍光材料を含む発光ユニットを2層と赤燐光材料及び緑燐光材料を
含む発光層ユニットを1層有する発光素子、青色蛍光材料を含む発光ユニットを2層と赤
燐光材料、黄色燐光材料、緑燐光材料を含む発光層ユニットを1層有する発光素子、であ
ると効率良く白色発光が得られるため好ましい。
また、発光層120または発光層170の少なくとも一つを層状にさらに分割し、当該
分割した層ごとに異なる発光材料を含有させるようにしても良い。すなわち、発光層12
0、または発光層170の少なくとも一つが2層以上の複数層でもって構成することもで
きる。例えば、第1の発光層と第2の発光層を正孔輸送層側から順に積層して発光層とす
る場合、第1の発光層のホスト材料として正孔輸送性を有する材料を用い、第2の発光層
のホスト材料として電子輸送性を有する材料を用いる構成などがある。この場合、第1の
発光層と第2の発光層とが有する発光材料は、同じ材料あっても異なる材料であってもよ
く、同じ色の発光を呈する機能を有する材料であっても、異なる色の発光を呈する機能を
有する材料であってもよい。互いに異なる色の発光を呈する機能を有する複数の発光材料
を有する構成により、三原色や、4色以上の発光色からなる演色性の高い白色発光を得る
こともできる。
また、発光ユニット110の発光層が燐光性化合物を有すると好適である。なお、複数
のユニットのうち、少なくとも一つのユニットに、本発明の一態様に係る有機化合物を適
用することによって、耐熱性、発光効率が良好な発光素子を提供することができる。なお
、本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせることが可能である。
(実施の形態5)
図3(A)は、発光装置を示す上面図、図3(B)は図3(A)をA-B及びC-Dで切
断した断面図である。この発光装置は、発光素子の発光を制御するものとして、点線で示
された駆動回路部(ソース側駆動回路)601、画素部602、駆動回路部(ゲート側駆
動回路)603を含んでいる。また、604は封止基板、625は乾燥材、605はシー
ル材であり、シール材605で囲まれた内側は、空間607になっている。
なお、引き回し配線608はソース側駆動回路601及びゲート側駆動回路603に入力
される信号を伝送するための配線であり、外部入力端子となるFPC(フレキシブルプリ
ントサーキット)609からビデオ信号、クロック信号、スタート信号、リセット信号等
を受け取る。なお、ここではFPCしか図示されていないが、このFPCにはプリント配
線基板(PWB:Printed Wiring Board)が取り付けられていても
良い。本明細書における発光装置には、発光装置本体だけでなく、それにFPCもしくは
PWBが取り付けられた状態を含むものとする。
次に、上記発光装置の断面構造について図3(B)を用いて説明する。素子基板610上
に駆動回路部及び画素部が形成されているが、ここでは、駆動回路部であるソース側駆動
回路601と画素部602中の一つの画素が示されている。
なお、ソース側駆動回路601はnチャネル型TFT623とpチャネル型TFT624
とを組み合わせたCMOS回路が形成される。また、駆動回路は種々のCMOS回路、P
MOS回路、NMOS回路で形成しても良い。また本実施の形態では、基板上に駆動回路
を形成したドライバー一体型を示すが、必ずしもその必要はなく、駆動回路を基板上では
なく、外部に形成することもできる。
また、画素部602はスイッチング用TFT611と電流制御用TFT612とそのドレ
インに電気的に接続された第1の電極613とを含む画素により形成される。なお、第1
の電極613の端部を覆うように絶縁物614が形成されている。絶縁物614は、ポジ
型の感光性樹脂膜を用いることにより形成することができる。
また、絶縁物614上に形成される膜の被覆性を良好なものとするため、絶縁物614の
上端部または下端部に曲率を有する面が形成されるようにする。例えば、絶縁物614の
材料として感光性アクリルを用いた場合、絶縁物614の上端部のみに曲面をもたせるこ
とが好ましい。該曲面の曲率半径は0.2μm以上0.3μm以下が好ましい。また、絶
縁物614として、ネガ型、ポジ型、いずれの感光材料も使用することができる。
第1の電極613上には、EL層616、及び第2の電極617がそれぞれ形成されてい
る。ここで、陽極として機能する第1の電極613に用いる材料としては、仕事関数の大
きい材料を用いることが望ましい。例えば、ITO膜、またはケイ素を含有したインジウ
ム錫酸化物膜、2wt%以上20wt%以下の酸化亜鉛を含む酸化インジウム膜、窒化チ
タン膜、クロム膜、タングステン膜、Zn膜、Pt膜などの単層膜の他、窒化チタンとア
ルミニウムを主成分とする膜との積層、窒化チタン膜とアルミニウムを主成分とする膜と
窒化チタン膜との3層構造等を用いることができる。なお、積層構造とすると、配線とし
ての抵抗も低く、良好なオーミックコンタクトがとれ、さらに陽極として機能させること
ができる。
また、EL層616は、蒸着マスクを用いた蒸着法、インクジェット法、スピンコート法
等の種々の方法によって形成される。EL層616を構成する材料としては、低分子化合
物、または高分子化合物(オリゴマー、デンドリマーを含む)であっても良い。
さらに、EL層616上に形成され、陰極として機能する第2の電極617に用いる材料
としては、仕事関数の小さい材料(Al、Mg、Li、Ca、またはこれらの合金や化合
物、MgAg、MgIn、AlLi等)を用いることが好ましい。なお、EL層616で
生じた光が第2の電極617を透過させる場合には、第2の電極617として、膜厚を薄
くした金属薄膜と、透明導電膜(ITO、2wt%以上20wt%以下の酸化亜鉛を含む
酸化インジウム、ケイ素を含有したインジウム錫酸化物、酸化亜鉛(ZnO)等)との積
層を用いるのが良い。
なお、第1の電極613、EL層616、第2の電極617により、発光素子618が形
成されている。発光素子618は実施の形態1及び実施の形態2の構成を有する発光素子
であると好ましい。なお、画素部は複数の発光素子が形成されてなっているが、本実施の
形態における発光装置では、実施の形態3及び実施の形態4で説明した構成を有する発光
素子と、それ以外の構成を有する発光素子の両方が含まれていても良い。
さらにシール材605で封止基板604を素子基板610と貼り合わせることにより、素
子基板610、封止基板604、及びシール材605で囲まれた空間607に発光素子6
18が備えられた構造になっている。なお、空間607には、充填材が充填されており、
不活性気体(窒素やアルゴン等)が充填される場合の他、樹脂若しくは乾燥材又はその両
方で充填される場合もある。
なお、シール材605にはエポキシ系樹脂やガラスフリットを用いるのが好ましい。また
、これらの材料はできるだけ水分や酸素を透過しない材料であることが望ましい。また、
封止基板604に用いる材料としてガラス基板や石英基板の他、FRP(Fiber R
einforced Plastics)、PVF(ポリビニルフロライド)、ポリエス
テルまたはアクリル等からなるプラスチック基板を用いることができる。
以上のようにして、実施の形態3及び実施の形態4で説明した発光素子を用いた発光装置
を得ることができる。
<発光装置の構成例1>
図4には発光装置の一例として、白色発光を呈する発光素子を形成し、着色層(カラーフ
ィルタ)を形成した発光装置の例を示す。
図4(A)には基板1001、下地絶縁膜1002、ゲート絶縁膜1003、ゲート電極
1006、1007、1008、第1の層間絶縁膜1020、第2の層間絶縁膜1021
、周辺部1042、画素部1040、駆動回路部1041、発光素子の第1の電極102
4W、1024R、1024G、1024B、隔壁1026、EL層1028、発光素子
の第2の電極1029、封止基板1031、シール材1032などが図示されている。
また、図4(A)、図4(B)には着色層(赤色の着色層1034R、緑色の着色層10
34G、青色の着色層1034B)を透明な基材1033に設けている。また、黒色層(
ブラックマトリックス)1035をさらに設けても良い。着色層及び黒色層が設けられた
透明な基材1033は、位置合わせし、基板1001に固定する。なお、着色層、及び黒
色層は、オーバーコート層1036で覆われている。また、図4(A)においては、光が
着色層を透過せずに外部へと出る発光層と、各色の着色層を透過して外部に光が出る発光
層とがあり、着色層を透過しない光は白、着色層を透過する光は赤、青、緑となることか
ら、4色の画素で映像を表現することができる。
図4(B)では赤色の着色層1034R、緑色の着色層1034G、青色の着色層103
4Bをゲート絶縁膜1003と第1の層間絶縁膜1020との間に形成する例を示した。
図4(B)に示すように着色層は基板1001と封止基板1031の間に設けられても良
い。
また、以上に説明した発光装置では、TFTが形成されている基板1001側に光を取り
出す構造(ボトムエミッション型)の発光装置としたが、封止基板1031側に発光を取
り出す構造(トップエミッション型)の発光装置としても良い。
<発光装置の構成例2>
トップエミッション型の発光装置の断面図を図5に示す。この場合、基板1001は光を
通さない基板を用いることができる。TFTと発光素子の陽極とを接続する接続電極を作
製するまでは、ボトムエミッション型の発光装置と同様に形成する。その後、第3の層間
絶縁膜1037を電極1022を覆って形成する。この絶縁膜は平坦化の役割を担ってい
ても良い。第3の層間絶縁膜1037は第2の層間絶縁膜1021と同様の材料の他、他
の様々な材料を用いて形成することができる。
発光素子の下部電極1025W、1025R、1025G、1025Bはここでは陽極と
するが、陰極であっても構わない。また、図5のようなトップエミッション型の発光装置
である場合、下部電極1025W、1025R、1025G、1025Bは反射電極とす
ることが好ましい。なお、第2の電極1029は光を反射する機能と、光を透過する機能
を有すると好ましい。また、第2の電極1029と下部電極1025W、1025R、1
025G、1025Bとの間でマイクロキャビティ構造を適用し特定波長の光を増幅する
機能を有すると好ましい。EL層1028の構成は、実施の形態2で説明したような構成
とし、白色の発光が得られるような素子構造とする。
図4(A)、図4(B)、図5において、白色の発光が得られるEL層の構成としては、
発光層を複数層用いること、複数の発光ユニットを用いることなどにより実現すればよい
。なお、白色発光を得る構成はこれらに限られない。
図5のようなトップエミッション構造では着色層(赤色の着色層1034R、緑色の着色
層1034G、青色の着色層1034B)を設けた封止基板1031で封止を行うことが
できる。封止基板1031には画素と画素との間に位置するように黒色層(ブラックマト
リックス)1035を設けても良い。着色層(赤色の着色層1034R、緑色の着色層1
034G、青色の着色層1034B)や黒色層(ブラックマトリックス)はオーバーコー
ト層によって覆われていても良い。なお封止基板1031は透光性を有する基板を用いる
また、ここでは赤、緑、青、白の4色でフルカラー表示を行う例を示したが特に限定され
ず、赤、緑、青の3色でフルカラー表示を行ってもよい。また、赤、緑、青、黄の4色で
フルカラー表示を行ってもよい。
以上のようにして、実施の形態3及び実施の形態4で説明した発光素子を用いた発光装置
を得ることができる。
なお、本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせることが可能である。
(実施の形態6)
本実施の形態では、本発明の一態様の電子機器について説明する。
本発明の一態様により、平面を有し、信頼性の高い電子機器を作製できる。また、本発明
の一態様により、曲面を有し、信頼性の高い電子機器を作製できる。また、本発明の一態
様により、可撓性を有し、信頼性の高い電子機器を作製できる。
電子機器としては、例えば、テレビジョン装置、デスクトップ型もしくはノート型のパー
ソナルコンピュータ、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。
また、本発明の一態様の発光装置は、外光の強さによらず、高い視認性を実現することが
できる。そのため、携帯型の電子機器、装着型の電子機器(ウェアラブル機器)、及び電
子書籍端末などに好適に用いることができる。
図6(A)、(B)に示す携帯情報端末900は、筐体901、筐体902、表示部90
3、及びヒンジ部905等を有する。
筐体901と筐体902は、ヒンジ部905で連結されている。携帯情報端末900は、
折り畳んだ状態(図6(A))から、図6(B)に示すように展開させることができる。
これにより、持ち運ぶ際には可搬性に優れ、使用するときには大きな表示領域により、視
認性に優れる。
携帯情報端末900には、ヒンジ部905により連結された筐体901と筐体902に亘
って、フレキシブルな表示部903が設けられている。
本発明の一態様を用いて作製された発光装置を、表示部903に用いることができる。こ
れにより、高い歩留まりで携帯情報端末を作製することができる。
表示部903は、文書情報、静止画像、及び動画像等のうち少なくとも一つを表示するこ
とができる。表示部に文書情報を表示させる場合、携帯情報端末900を電子書籍端末と
して用いることができる。
携帯情報端末900を展開すると、表示部903が大きく湾曲した形態で保持される。例
えば、曲率半径1mm以上50mm以下、好ましくは5mm以上30mm以下に湾曲した
部分を含んで、表示部903が保持される。表示部903の一部は、筐体901から筐体
902にかけて、連続的に画素が配置され、曲面状の表示を行うことができる。
表示部903は、タッチパネルとして機能し、指やスタイラスなどにより操作することが
できる。
表示部903は、一つのフレキシブルディスプレイで構成されていることが好ましい。こ
れにより、筐体901と筐体902の間で途切れることのない連続した表示を行うことが
できる。なお、筐体901と筐体902のそれぞれに、ディスプレイが設けられる構成と
してもよい。
ヒンジ部905は、携帯情報端末900を展開したときに、筐体901と筐体902との
角度が所定の角度よりも大きい角度にならないように、ロック機構を有することが好まし
い。例えば、ロックがかかる(それ以上に開かない)角度は、90度以上180度未満で
あることが好ましく、代表的には、90度、120度、135度、150度、または17
5度などとすることができる。これにより、携帯情報端末900の利便性、安全性、及び
信頼性を高めることができる。
ヒンジ部905がロック機構を有すると、表示部903に無理な力がかかることなく、表
示部903が破損することを防ぐことができる。そのため、信頼性の高い携帯情報端末を
実現できる。
筐体901及び筐体902は、電源ボタン、操作ボタン、外部接続ポート、スピーカ、マ
イク等を有していてもよい。
筐体901または筐体902のいずれか一方には、無線通信モジュールが設けられ、イン
ターネットやLAN(Local Area Network)、Wi-Fi(登録商標
)などのコンピュータネットワークを介して、データを送受信することが可能である。
図6(C)に示す携帯情報端末910は、筐体911、表示部912、操作ボタン913
、外部接続ポート914、スピーカ915、マイク916、カメラ917等を有する。
本発明の一態様を用いて作製された発光装置を、表示部912に用いることができる。こ
れにより、高い歩留まりで携帯情報端末を作製することができる。
携帯情報端末910は、表示部912にタッチセンサを備える。電話を掛ける、或いは文
字を入力するなどのあらゆる操作は、指やスタイラスなどで表示部912に触れることで
行うことができる。
また、操作ボタン913の操作により、電源のON、OFF動作や、表示部912に表示
される画像の種類の切り替えを行うことができる。例えば、メール作成画面から、メイン
メニュー画面に切り替えることができる。
また、携帯情報端末910の内部に、ジャイロセンサまたは加速度センサ等の検出装置を
設けることで、携帯情報端末910の向き(縦か横か)を判断して、表示部912の画面
表示の向きを自動的に切り替えることができる。また、画面表示の向きの切り替えは、表
示部912に触れること、操作ボタン913の操作、またはマイク916を用いた音声入
力等により行うこともできる。
携帯情報端末910は、例えば、電話機、手帳または情報閲覧装置等から選ばれた一つま
たは複数の機能を有する。具体的には、スマートフォンとして用いることができる。携帯
情報端末910は、例えば、移動電話、電子メール、文章閲覧及び作成、音楽再生、動画
再生、インターネット通信、ゲームなどの種々のアプリケーションを実行することができ
る。
図6(D)に示すカメラ920は、筐体921、表示部922、操作ボタン923、シャ
ッターボタン924等を有する。またカメラ920には、着脱可能なレンズ926が取り
付けられている。
本発明の一態様を用いて作製された発光装置を、表示部922に用いることができる。こ
れにより、高い歩留まりでカメラを作製することができる。
ここではカメラ920を、レンズ926を筐体921から取り外して交換することが可能
な構成としたが、レンズ926と筐体921とが一体となっていてもよい。
カメラ920は、シャッターボタン924を押すことにより、静止画または動画を撮像す
ることができる。また、表示部922はタッチパネルとしての機能を有し、表示部922
をタッチすることにより撮像することも可能である。
なお、カメラ920は、ストロボ装置や、ビューファインダーなどを別途装着することが
できる。または、これらが筐体921に組み込まれていてもよい。
図7(A)乃至(E)は、電子機器を示す図である。これらの電子機器は、筐体9000
、表示部9001、スピーカ9003、操作キー9005(電源スイッチまたは操作スイ
ッチを含む)、接続端子9006、センサ9007(力、変位、位置、速度、加速度、角
速度、回転数、距離、光、液、磁気、温度、化学物質、音声、時間、硬度、電場、電流、
電圧、電力、放射線、流量、湿度、傾度、振動、においまたは赤外線を測定する機能を含
むもの)、マイクロフォン9008等を有する。
本発明の一態様を用いて作製された発光装置を、表示部9001に好適に用いることがで
きる。これにより、高い歩留まりで電子機器を作製することができる。
図7(A)乃至(E)に示す電子機器は、様々な機能を有することができる。例えば、様
々な情報(静止画、動画、テキスト画像など)を表示部に表示する機能、タッチパネル機
能、カレンダー、日付または時刻などを表示する機能、様々なソフトウェア(プログラム
)によって処理を制御する機能、無線通信機能、無線通信機能を用いて様々なコンピュー
タネットワークに接続する機能、無線通信機能を用いて様々なデータの送信または受信を
行う機能、記録媒体に記録されているプログラムまたはデータを読み出して表示部に表示
する機能、等を有することができる。なお、図7(A)乃至(E)に示す電子機器が有す
る機能はこれらに限定されず、その他の機能を有していてもよい。
図7(A)は腕時計型の携帯情報端末9200を、図7(B)は腕時計型の携帯情報端末
9201を、それぞれ示す斜視図である。
図7(A)に示す携帯情報端末9200は、移動電話、電子メール、文章閲覧及び作成、
音楽再生、インターネット通信、コンピュータゲームなどの種々のアプリケーションを実
行することができる。また、表示部9001はその表示面が湾曲して設けられ、湾曲した
表示面に沿って表示を行うことができる。また、携帯情報端末9200は、通信規格され
た近距離無線通信を実行することが可能である。例えば無線通信可能なヘッドセットと相
互通信することによって、ハンズフリーで通話することもできる。また、携帯情報端末9
200は、接続端子9006を有し、他の情報端末とコネクターを介して直接データのや
りとりを行うことができる。また接続端子9006を介して充電を行うこともできる。な
お、充電動作は接続端子9006を介さずに無線給電により行ってもよい。
図7(B)に示す携帯情報端末9201は、図7(A)に示す携帯情報端末と異なり、表
示部9001の表示面が湾曲していない。また、携帯情報端末9201の表示部の外形が
非矩形状(図7(B)においては円形状)である。
図7(C)乃至(E)は、折り畳み可能な携帯情報端末9202を示す斜視図である。な
お、図7(C)が携帯情報端末9202を展開した状態の斜視図であり、図7(D)が携
帯情報端末9202を展開した状態または折り畳んだ状態の一方から他方に変化する途中
の状態の斜視図であり、図7(E)が携帯情報端末9202を折り畳んだ状態の斜視図で
ある。
携帯情報端末9202は、折り畳んだ状態では可搬性に優れ、展開した状態では、継ぎ目
のない広い表示領域により表示の一覧性に優れる。携帯情報端末9202が有する表示部
9001は、ヒンジ9055によって連結された3つの筐体9000に支持されている。
ヒンジ9055を介して2つの筐体9000間を屈曲させることにより、携帯情報端末9
202を展開した状態から折りたたんだ状態に可逆的に変形させることができる。例えば
、携帯情報端末9202は、曲率半径1mm以上150mm以下で曲げることができる。
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7)
本実施の形態では、本発明の一態様の発光素子を様々な電子機器、照明装置に適用する
一例について、図8及び図9を用いて説明する。
本発明の一態様の発光素子を、可撓性を有する基板上に作製することで、曲面に発光領
域を有する電子機器、照明装置を実現することができる。
また、本発明の一態様の発光素子を適用した発光装置は、自動車の照明にも適用するこ
とができ、例えば、フロントガラス、天井等に照明を設置することもできる。
図8(A)は、多機能端末3500の一方の面の斜視図を示し、図8(B)は、多機能
端末3500の他方の面の斜視図を示している。多機能端末3500は、筐体3502に
表示部3504、カメラ3506、照明3508等が組み込まれている。本発明の一態様
の発光装置を照明3508に用いることができる。
照明3508は、本発明の一態様の発光装置を用いることで、面光源として機能する。
したがって、LEDに代表される点光源と異なり、指向性が少ない発光が得られる。例え
ば、照明3508とカメラ3506とを組み合わせて用いる場合、照明3508を点灯ま
たは点滅させて、カメラ3506により撮像することができる。照明3508としては、
面光源としての機能を有するため、自然光の下で撮影したような写真を撮影することがで
きる。
なお、図8(A)、(B)に示す多機能端末3500は、図7(A)乃至図7(C)に
示す電子機器と同様に、様々な機能を有することができる。
また、筐体3502の内部に、スピーカ、センサ(力、変位、位置、速度、加速度、角
速度、回転数、距離、光、液、磁気、温度、化学物質、音声、時間、硬度、電場、電流、
電圧、電力、放射線、流量、湿度、傾度、振動、におい又は赤外線を測定する機能を含む
もの)、マイクロフォン等を有することができる。また、多機能端末3500の内部に、
ジャイロ、加速度センサ等の傾きを検出するセンサを有する検出装置を設けることで、多
機能端末3500の向き(縦か横か)を判断して、表示部3504の画面表示を自動的に
切り替えるようにすることができる。
表示部3504は、イメージセンサとして機能させることもできる。例えば、表示部3
504に掌や指で触れ、掌紋、指紋等を撮像することで、本人認証を行うことができる。
また、表示部3504に近赤外光を発光するバックライト又は近赤外光を発光するセンシ
ング用光源を用いれば、指静脈、掌静脈などを撮像することもできる。なお、表示部35
04に本発明の一態様の発光装置を適用してもよい。
図8(C)は、防犯用のライト3600の斜視図を示している。ライト3600は、筐
体3602の外側に照明3608を有し、筐体3602には、スピーカ3610等が組み
込まれている。本発明の一態様の発光素子を照明3608に用いることができる。
ライト3600としては、例えば、照明3608を握持する、掴持する、または保持す
ることで発光することができる。また、筐体3602の内部には、ライト3600からの
発光方法を制御できる電子回路を備えていてもよい。該電子回路としては、例えば、1回
または間欠的に複数回、発光が可能なような回路としてもよいし、発光の電流値を制御す
ることで発光の光量が調整可能なような回路としてもよい。また、照明3608の発光と
同時に、スピーカ3610から大音量の警報音が出力されるような回路を組み込んでもよ
い。
ライト3600としては、あらゆる方向に発光することが可能なため、例えば、暴漢等
に向けて光、または光と音で威嚇することができる。また、ライト3600にデジタルス
チルカメラ等のカメラ、撮影機能を有する機能を備えてもよい。
図9は、発光素子を室内の照明装置8501として用いた例である。なお、発光素子は
大面積化も可能であるため、大面積の照明装置を形成することもできる。その他、曲面を
有する筐体を用いることで、発光領域が曲面を有する照明装置8502を形成することも
できる。本実施の形態で示す発光素子は薄膜状であり、筐体のデザインの自由度が高い。
したがって、様々な意匠を凝らした照明装置を形成することができる。さらに、室内の壁
面に大型の照明装置8503を備えても良い。また、照明装置8501、8502、85
03に、タッチセンサを設けて、電源のオンまたはオフを行ってもよい。
また、発光素子をテーブルの表面側に用いることによりテーブルとしての機能を備えた
照明装置8504とすることができる。なお、その他の家具の一部に発光素子を用いるこ
とにより、家具としての機能を備えた照明装置とすることができる。
以上のようにして、本発明の一態様の発光素子を適用して照明装置及び電子機器を得る
ことができる。なお、適用できる照明装置及び電子機器は、本実施の形態に示したものに
限らず、あらゆる分野の照明装置及び電子機器に適用することが可能である。
また、本実施の形態に示す構成は、他の実施の形態に示した構成と適宜組み合わせて用
いることができる。
本実施例では、本発明の一態様である、一般式(G0)で表される化合物の一つである
、3,8-ビス[3-(ジベンゾチオフェン-4-イル)フェニル]ベンゾフロ[2,3
-b]ピラジン(略称:3,8mDBtP2Bfpr)(構造式(100))の合成方法
と、該化合物の特性について説明する。
<合成例1>
<ステップ1; 6-クロロ-3-(5-クロロ-2-メトキシフェニル)ピラジン-2
-アミンの合成>
3-ブロモ-6-クロロピラジン-2-アミン1.00gと5-クロロ-2-メトキシフ
ェニルボロン酸0.90g、フッ化カリウム0.93g、テトラヒドロフラン17mLを
、還流管を付けた三口フラスコに入れ、内部を窒素置換した。フラスコ内を減圧下で撹拌
することで脱気した後、トリス(ジベンジリデンアセトン)ジパラジウム(0)0.08
8g、トリ-t-ブチルホスフィン0.8mLを加え、80℃で40時間撹拌することで
反応させた。所定時間経過後、得られた混合物を吸引ろ過し、ろ液を濃縮した。得られた
残差を、ジクロロメタンを展開溶媒とするシリカゲルカラムクロマトグラフィーにより精
製し、得られたろ液を濃縮することで、目的物である6-クロロ-3-(5-クロロ-2
-メトキシフェニル)ピラジン-2-アミンの黄白色粉末を0.92g、収率71%で得
た。ステップ1の合成スキームを下記(a-1)に示す。
<ステップ2:3,8-ジクロロベンゾフロ[2,3-b]ピラジンの合成>
上記ステップ1で得た6-クロロ-3-(5-クロロ-2-メトキシフェニル)ピラジ
ン-2-アミン1.37gと脱水テトラヒドロフラン16mL、氷酢酸32mLを三口フ
ラスコに入れ、内部を窒素置換した。フラスコを-10℃に冷却した後、亜硝酸tert
-ブチル1.9mLを滴下し、-10℃で1時間、0℃で20時間攪拌した。所定時間経
過後、得られた懸濁液に水100mLを加え、吸引ろ過した。得られた固体を、ジクロロ
メタンに溶かし、セライト、アルミナ、セライトの順に積層したろ過補助剤を用いてろ過
し、ろ液を濃縮することにより、目的物である3,8-ジクロロベンゾフロ[2,3-b
]ピラジンの白色固体を0.87g、収率70%で得た。ステップ2の合成スキームを下
記(a-2)に示す。
<ステップ3; 3,8-ビス[3-(ジベンゾチオフェン-4-イル)フェニル]ベン
ゾフロ[2,3-b]ピラジン(略称:3,8mDBtP2Bfpr)の合成>
さらに、上記ステップ2で得た3,8-ジクロロベンゾフロ[2,3-b]ピラジン0.
87g、3-(4-ジベンゾチオフェン)フェニルボロン酸2.41g、リン酸三カリウ
ム4.57g、ジグリム29mL、tert-ブタノール2.0mLを三口フラスコに入
れ、内部を窒素置換した。フラスコ内を減圧下で撹拌することで脱気した後、酢酸パラジ
ウム(II)0.016g、ジ(1-アダマンチル)-n-ブチルホスフィン(略称:C
ataCXiumA)0.054gを加え、140℃で8時間撹拌し、反応させた。所定
時間経過後、得られた懸濁液を吸引ろ過し、水、エタノールで洗浄した。得られた固体を
、トルエンを展開溶媒とするシリカゲルカラムクロマトグラフィーで精製した後、トルエ
ンとヘキサンの混合溶媒にて再結晶することにより、目的物である、3,8mDBtP2
Bfprの黄白色固体を1.25g、収率52%で得た。ステップ3の合成スキームを下
記(a-3)に示す。
この黄白色固体1.14g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、圧力を2.6Paとし、アルゴンガスの流量を5mL/minで流しながら、
350℃で黄白色固体を加熱した。昇華精製後、目的物の黄白色固体を0.99g、回収
率87%で得た。
得られた固体の核磁気共鳴分光法(H NMR)による分析データを以下に示す。
H-NMR.δ(CDCl):7.49-7.54(m,4H),7.62-7
.65(m,4H),7.69(t,1H),7.74(t,1H),7.80-7.8
4(m,3H),7.89-7.91(m,3H),8.03(dd,1H),8.14
(s,1H),8.23-8.28(m,5H),8.56(d,1H),8.59(s
,1H),9.26(s,1H)。
また、得られた固体のH NMRチャートを図10(A)及び図10(B)に示す。な
お、図10(B)は図10(A)における7.0ppmから9.6ppmの範囲の拡大図
である。測定結果から目的物である、3,8mDBtP2Bfprが得られたことが分か
った。
<3,8mDBtP2Bfprの特性>
次に、トルエン溶液中の3,8mDBtP2Bfprの吸収スペクトル及び発光スペク
トルを図11に示す。
吸収スペクトルの測定には紫外可視分光光度計(日本分光株式会社製、V550型)を
用いた。トルエン溶液中の3,8mDBtP2Bfprの吸収スペクトルは、3,8mD
BtP2Bfprのトルエン溶液を石英セルに入れて測定し、この吸収スペクトルから、
石英セルを用いて測定した溶媒であるトルエンの吸収スペクトルを差し引いた吸収スペク
トルを示した。発光スペクトルの測定にはPL-EL測定装置(浜松ホトニクス社製)を
用いた。トルエン溶液中における3,8mDBtP2Bfprの発光スペクトルは、3,
8mDBtP2Bfprのトルエン溶液を石英セルに入れて測定した。
図11より、トルエン溶液中における3,8mDBtP2Bfprは、283nm及び3
52nm付近に吸収スペクトルのピークが見られ、386nm(励起波長:333nm)
付近に発光スペクトルのピークが見られた。
次に、3,8mDBtP2Bfprの固体薄膜の吸収スペクトル及び発光スペクトルを測
定した。固体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)マブチ・エスアンドティー製 U4100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。得られた固体薄膜の吸収スペクトル及び発光スペクトルの測定結果を図12に示
す。横軸は波長、縦軸は吸収強度及び発光強度を表す。
図12の結果より、3,8mDBtP2Bfprの固体薄膜では、247nm及び354
nm付近に吸収スペクトルのピークが見られ、437nm(励起波長:355nm)付近
に発光スペクトルのピークが見られた。
本実施例では、本発明の一態様である、一般式(G0)で表される化合物の一つである
、2,8-ビス[3-(ジベンゾチオフェン-4-イル)フェニル]ベンゾフロ[2,3
-b]ピラジン(略称:2,8mDBtP2Bfpr)(構造式(101))の合成方法
と、該化合物の特性について説明する。
<合成例2>
<ステップ1;5-クロロ-3-(5-クロロ-2-メトキシフェニル)ピラジン-2-
アミンの合成>
3-ブロモ-5-クロロピラジン-2-アミン2.48gと5-クロロ-2-メトキシフ
ェニルボロン酸2.19g、フッ化カリウム2.26g、テトラヒドロフラン43mLを
、還流管を付けた三口フラスコに入れ、内部を窒素置換した。フラスコ内を減圧下で撹拌
することで脱気した後、トリス(ジベンジリデンアセトン)ジパラジウム(0)0.44
g、トリ-t-ブチルホスフィン4.0mLを加え、80℃で42時間撹拌することで反
応させた。所定時間経過後、得られた混合物を吸引ろ過し、ろ液を濃縮した。得られた残
差を、トルエン:酢酸エチル=10:1を展開溶媒とするシリカゲルカラムクロマトグラ
フィーにより精製し、目的物である2,8-ビス[3-(ジベンゾチオフェン-4-イル
)フェニル]ベンゾフロ[2,3-b]ピラジン1.00g、収率31%で得た。ステッ
プ1の合成スキームを下記(b-1)に示す。
<ステップ2;2,8-ジクロロベンゾフロ[2,3-b]ピラジンの合成>
次に、上記ステップ1で得た5-クロロ-3-(5-クロロ-2-メトキシフェニル)ピ
ラジン-2-アミン1.00gと脱水テトラヒドロフラン12mL、氷酢酸24mLを三
口フラスコに入れ、内部を窒素置換した。フラスコを-10℃に冷却した後、亜硝酸te
rt-ブチル1.3mLを滴下し、-10℃で1時間、0℃で20時間攪拌した。所定時
間経過後、得られた懸濁液に水100mLを加え、吸引ろ過した。得られた固体を、ジク
ロロメタンを展開溶媒に用いたシリカゲルカラムクロマトグラフィーにより精製し、目的
物である2,8-ジクロロベンゾフロ[2,3-b]ピラジンを0.66g、収率75%
で得た。ステップ2の合成スキームを下記(b-2)に示す。
<ステップ3;2,8-ビス[3-(ジベンゾチオフェン-4-イル)フェニル]ベンゾ
フロ[2,3-b]ピラジン(略称:2,8mDBtP2Bfpr)の合成>
上記ステップ2で得た2,8-ジクロロベンゾフロ[2,3-b]ピラジン0.66g、
3-(4-ジベンゾチオフェン)フェニルボロン酸1.90g、リン酸三カリウム3.5
9g、ジグリム23mL、tert-ブタノール1.6mLを三口フラスコに入れ、内部
を窒素置換した。フラスコ内を減圧下で撹拌することで脱気した後、酢酸パラジウム(I
I)0.026g、ジ(1-アダマンチル)-n-ブチルホスフィン(略称:CataC
XiumA)0.086gを加え、140℃で15時間撹拌し、反応させた。所定時間経
過後、得られた懸濁液を吸引ろ過し、水、エタノールで洗浄した。得られた固体を、トル
エンを展開溶媒とするシリカゲルカラムクロマトグラフィーで精製した後、トルエンとヘ
キサンの混合溶媒にて再結晶することにより、目的物である2,8mDBtP2Bfpr
の白色固体を0.61g、収率32%で得た。ステップ3の合成スキームを下記(b-3
)に示す。
この黄白色粉末固体0.60gを、トレインサブリメーション法により二回昇華精製した
。昇華精製条件は、圧力2.7Pa、アルゴンガスを流量5mL/minで流しながら、
355℃で黄白色粉末固体を加熱した。昇華精製後、目的物の黄白色固体を0.44g、
回収率73%で得た。
得られた固体の核磁気共鳴分光法(H NMR)による分析データを以下に示す。
H-NMR.δ(CDCl):7.32(s,1H),7.46-7.52(m
,4H),7.61-7.64(m,4H),7.68(t,1H),7.74(t,1
H),7.79-7.90(m,5H),8.05(dd,1H),8.13(s,1H
),8.22-8.26(m,5H),8.56(s,1H),8.62(d,1H),
8.95(s,1H)。
また、得られた固体のH NMRチャートを図13(A)及び図13(B)に示す。な
お、図13(B)は図13(A)における7.0ppmから9.0ppmの範囲の拡大図
である。測定結果から目的物である、2,8mDBtP2Bfprが得られたことが分か
った。
<2,8mDBtP2Bfprの特性>
次に、トルエン溶液中の2,8mDBtP2Bfpr吸収スペクトル及び発光スペクト
ルを図14に示す。なお、トルエン溶液中における2,8mDBtP2Bfprの吸収ス
ペクトル及び発光スペクトルの測定方法は、実施例1と同様である。
図14より、トルエン溶液中における2,8mDBtP2Bfprは、283nm及び
336nm付近に吸収スペクトルのピークが見られ、383nm(励起波長:338nm
)付近に発光スペクトルのピークが見られた。
本実施例では、本発明の一態様に係る有機化合物を含む発光素子の作製例と、当該発光素
子の特性について説明する。本実施例で作製した素子構造の断面図は図1(A)と同様で
ある。また、素子構造の詳細を表1に示す。また、使用した化合物の構造と略称を以下に
示す。なお、他の有機化合物については先の実施例を参照すればよい。
≪発光素子1の作製≫
基板200上に電極101として、ITSO膜を厚さが70nmになるように形成した
。なお、電極101の電極面積は、4mm(2mm×2mm)とした。
次に、電極101上に正孔注入層111として、4,4’,4’’-(ベンゼン-1,
3,5-トリイル)トリ(ジベンゾチオフェン)(略称:DBT3P-II)と、酸化モ
リブデン(MoO)と、を重量比(DBT3P-II:MoO)が1:0.5になる
ように、且つ厚さが60nmになるように共蒸着した。
次に、正孔注入層111上に正孔輸送層112として、4-フェニル-4’-(9-フ
ェニルフルオレン-9-イル)トリフェニルアミン(略称:BPAFLP)を厚さが20
nmになるように蒸着した。
次に、正孔輸送層112上に発光層140(1)として、3,8mDBtP2Bfpr
と、N-(1,1’-ビフェニル-4-イル)-9,9-ジメチル-N-[4-(9-フ
ェニル-9H-カルバゾール-3-イル)フェニル]-9H-フルオレン-2-アミン(
略称:PCBBiF)と、ビス[2-(6-フェニル-4-ピリミジニル-κN)フェ
ニル-κC](2,4-ペンタンジオナト-κO,O’)イリジウム(III)(略称
:Ir(dppm)(acac))と、を重量比(3,8mDBtP2Bfpr:PC
BBiF:Ir(dppm)(acac))が0.7:0.3:0.05になるように
、且つ厚さが20nmになるように共蒸着し、続いて発光層140(2)として、重量比
(3,8mDBtP2Bfpr:PCBBiF:Ir(dppm)(acac))が0
.8:0.2:0.05になるように、且つ厚さが20nmになるように共蒸着した。な
お、発光層140において、Ir(dppm)(acac)が燐光発光を呈するゲスト
材料である。
次に、発光層140上に、電子輸送層118として、3,8mDBtP2Bfprを厚
さが20nmになるように、及びバソフェナントロリン(略称:BPhen)を厚さが2
0nmになるように、順次蒸着した。次に、電子輸送層118上に、電子注入層119と
して、LiFを厚さが1nmになるように蒸着した。
次に、電子注入層119上に、電極102として、アルミニウム(Al)を厚さが20
0nmになるように形成した。
次に、窒素雰囲気のグローブボックス内において、有機EL用シール材を用いて封止す
るための基板220を、有機材料を形成した基板200に固定することで、発光素子1を
封止した。具体的には、基板200に形成した有機材料の周囲にシール材を塗布し、該基
板200と基板220とを貼り合わせ、波長が365nmの紫外光を6J/cm照射し
、80℃にて1時間熱処理した。以上の工程により発光素子1を得た。
<発光素子の特性>
作製した発光素子1の電流効率-輝度特性を図15に示す。また、電流密度-電圧特性
を図16に示す。また、外部量子効率-輝度特性を図17に示す。なお、発光素子1の測
定は室温(23℃に保たれた雰囲気)で行った。また、発光素子1に2.5mA/cm
の電流密度で電流を流した際の電界発光スペクトルを図18に示す。なお、測定は室温で
行った。
また、1000cd/m付近における、発光素子1の素子特性を表2に示す。
図15及び図17、及び表2で示すように、発光素子1は、高い電流効率及び外部量子
効率を示した。また、高輝度側でも効率の低下(ロールオフ)が少ない優れた結果を示し
た。
また、表2に示すように発光素子1は、1000cd/m付近で2.6Vと低い駆動
電圧で駆動したため、優れた電力効率を示した。
また、図18に示すように、発光素子1は、電界発光スペクトルのピーク波長が584
nmであり、半値全幅が73nm、である橙色の発光を示した。得られた電界発光スペク
トルから、ゲスト材料であるIr(dppm)(acac)からの発光であることが分
かる。
<発光素子の信頼性>
次に、発光素子1の2mAにおける定電流駆動試験を行った。その結果を図19に示す。
図19から分かるように発光素子1の輝度半減寿命は1000時間を超えており、発光素
子1は非常に高い信頼性を有していることが分かった。
以上、本発明の一態様の化合物を発光層に用いることで、高い発光効率を示す発光素子
を作製することができる。また、駆動電圧が低く消費電力が低減された発光素子を作製す
ることができる。また、信頼性の高い発光素子を作製することができる。
本実施例では実施例3とは異なる、本発明の一態様に係る有機化合物を含む発光素子の作
製例と、当該発光素子の特性について説明する。本実施例で作製した素子構造の断面図は
図1(A)と同様である。また、素子構造の詳細を表3に示す。また、使用した化合物の
構造と略称を以下に示す。なお、他の有機化合物については先の実施例を参照すればよい
≪発光素子2の作製≫
基板200上に電極101として、ITSO膜を厚さが70nmになるように形成した
。なお、電極101の電極面積は、4mm(2mm×2mm)とした。
次に、電極101上に正孔注入層111として、DBT3P-IIと、酸化モリブデン
と、を重量比(DBT3P-II:MoO)が1:0.5になるように、且つ厚さが4
5nmになるように共蒸着した。
次に、正孔注入層111上に正孔輸送層112として、PCCPを厚さが20nmにな
るように蒸着した。
次に、正孔輸送層112上に発光層140(1)として、2,8mDBtP2Bfpr
と、PCCPと、Ir(ppy)と、を重量比(2,8mDBtP2Bfpr:PCC
P:Ir(ppy))が0.5:0.5:0.1になるように、且つ厚さが20nmに
なるように共蒸着し、続いて発光層140(2)として、重量比(2,8mDBtP2B
fpr:PCCP:Ir(ppy))が0.8:0.2:0.1になるように、且つ厚
さが20nmになるように共蒸着した。なお、発光層140において、Ir(ppy)
が燐光発光を呈するゲスト材料である。
次に、発光層140上に、電子輸送層118として、2,8mDBtP2Bfprを厚
さが15nmになるように、及びBPhenを厚さが10nmになるように、順次蒸着し
た。次に、電子輸送層118上に、電子注入層119として、LiFを厚さが1nmにな
るように蒸着した。
次に、電子注入層119上に、電極102として、アルミニウム(Al)を厚さが20
0nmになるように形成した。
次に、窒素雰囲気のグローブボックス内において、有機EL用シール材を用いて封止す
るための基板220を、有機材料を形成した基板200に固定することで、発光素子2を
封止した。具体的には、基板200に形成した有機材料の周囲にシール材を塗布し、該基
板200と基板220とを貼り合わせ、波長が365nmの紫外光を6J/cm照射し
、80℃にて1時間熱処理した。以上の工程により発光素子2を得た。
<発光素子の特性>
作製した発光素子2の電流効率-輝度特性を図20に示す。また、電流密度-電圧特性
を図21に示す。また、外部量子効率-輝度特性を図22に示す。なお、発光素子2の測
定は室温(23℃に保たれた雰囲気)で行った。また、発光素子2に2.5mA/cm
の電流密度で電流を流した際の電界発光スペクトルを図23に示す。なお、測定は室温で
行った。
また、1000cd/m付近における、発光素子2の素子特性を表4に示す。
図20及び図22、及び表4で示すように、発光素子1は、高い電流効率及び外部量子
効率を示した。また、高輝度側でも効率の低下(ロールオフ)が少ない優れた結果を示し
た。
また、図21及び表4に示すように発光素子2は低い駆動電圧で駆動及び、優れた電力
効率を示した。
また、図23に示すように、発光素子1は、電界発光スペクトルのピーク波長が520
nmであり、半値全幅が72nm、である緑色の発光を示した。得られた電界発光スペク
トルから、ゲスト材料であるIr(ppy)からの発光であることが分かる。
<発光素子の信頼性>
次に、発光素子2の2mAにおける定電流駆動試験を行った。その結果を図24に示す。
図24から分かるように発光素子2の輝度半減寿命は350時間を超えており、発光素子
2は高い信頼性を有していることが分かった。
以上、本発明の一態様の化合物を発光層に用いることで、高い発光効率を示す発光素子
を作製することができる。また、駆動電圧が低く消費電力が低減された発光素子を作製す
ることができる。また、信頼性の高い発光素子を作製することができる。
100 EL層
101 電極
102 電極
106 発光ユニット
110 発光ユニット
111 正孔注入層
112 正孔輸送層
113 電子輸送層
114 電子注入層
115 電荷発生層
116 正孔注入層
117 正孔輸送層
118 電子輸送層
119 電子注入層
120 発光層
130 発光層
140 発光層
141 ホスト材料
141_1 有機化合物
141_2 有機化合物
142 ゲスト材料
150 発光素子
170 発光層
200 基板
220 基板
250 発光素子
601 ソース側駆動回路
602 画素部
603 ゲート側駆動回路
604 封止基板
605 シール材
607 空間
608 配線
610 素子基板
611 スイッチング用TFT
612 電流制御用TFT
613 電極
614 絶縁物
616 EL層
617 電極
618 発光素子
623 nチャネル型TFT
624 pチャネル型TFT
900 携帯情報端末
901 筐体
902 筐体
903 表示部
905 ヒンジ部
910 携帯情報端末
911 筐体
912 表示部
913 操作ボタン
914 外部接続ポート
915 スピーカ
916 マイク
917 カメラ
920 カメラ
921 筐体
922 表示部
923 操作ボタン
924 シャッターボタン
926 レンズ
1001 基板
1002 下地絶縁膜
1003 ゲート絶縁膜
1006 ゲート電極
1007 ゲート電極
1008 ゲート電極
1020 層間絶縁膜
1021 層間絶縁膜
1022 電極
1024B 電極
1024G 電極
1024R 電極
1024W 電極
1025B 下部電極
1025G 下部電極
1025R 下部電極
1025W 下部電極
1026 隔壁
1028 EL層
1029 電極
1031 封止基板
1032 シール材
1033 基材
1034B 着色層
1034G 着色層
1034R 着色層
1035 黒色層
1036 オーバーコート層
1037 層間絶縁膜
1040 画素部
1041 駆動回路部
1042 周辺部
3500 多機能端末
3502 筐体
3504 表示部
3506 カメラ
3508 照明
3600 ライト
3602 筐体
3608 照明
3610 スピーカ
8501 照明装置
8502 照明装置
8503 照明装置
8504 照明装置
9000 筐体
9001 表示部
9003 スピーカ
9005 操作キー
9006 接続端子
9007 センサ
9008 マイクロフォン
9055 ヒンジ
9200 携帯情報端末
9201 携帯情報端末
9202 携帯情報端末

Claims (3)

  1. 下記式(M-1)で表される化合物。

    (式中、Xは酸素または硫黄を表し、Y及びYはそれぞれ独立にハロゲンを表す。R乃至Rはそれぞれ独立に水素を表す。)
  2. 請求項1において、
    及びYは塩素である化合物。
  3. 下記式(1)または式(2)で表される化合物。


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