説明

複素環化合物

【課題】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用いることのできる新規複素環化合物を提供する。
【解決手段】一般式(G1)で表される複素環化合物を提供する。式中、Aは、置換もしくは無置換のジベンゾチオフェニル基、置換もしくは無置換のジベンゾフラニル基、又は置換もしくは無置換のカルバゾリル基を表し、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、Arは、炭素数6〜13の置換又は無置換のアリーレン基を表す。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、複素環化合物に関する。特に、有機エレクトロルミネッセンス(EL:Electroluminescence)を利用した発光素子に用いることができる複素環化合物に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、ELを利用した発光素子の研究開発が盛んに行われている。これら発光素子の基本的な構成は、一対の電極間に発光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。
【0003】
このような発光素子は自発光型であるため、液晶ディスプレイに比べ画素の視認性が高く、バックライトが不要である等の利点があり、フラットパネルディスプレイ素子として好適であると考えられている。また、このような発光素子は、薄型軽量に作製できることも大きな利点である。さらに非常に応答速度が速いことも特徴の一つである。
【0004】
これらの発光素子は膜状に形成することが可能であるため、面状に発光を得ることができる。よって、面状の発光を利用した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。
【0005】
そのエレクトロルミネッセンスを利用した発光素子は、発光物質が有機化合物であるか、無機化合物であるかによって大別できる。発光物質に有機化合物を用い、一対の電極間に当該有機化合物を含む層を設けた有機EL素子の場合、発光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)がそれぞれ発光性の有機化合物を含む層に注入され、電流が流れる。そして、注入した電子及び正孔が発光性の有機化合物を励起状態に至らしめ、励起された発光性の有機化合物から発光を得るものである。
【0006】
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。
【0007】
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。
【0008】
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を得ることが可能となる。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。
【0009】
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。
【0010】
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。
【0011】
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。
【0012】
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)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0013】
【特許文献1】国際公開第03/058667号パンフレット
【特許文献2】特開2007−189001号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0014】
しかし、上記ジベンゾ[f,h]キノキサリン環を有する化合物は、平面的な構造を有しているため、結晶化しやすい。結晶化しやすい化合物を用いた発光素子は寿命が短い。また、立体的に嵩高い構造の化合物とするために、ジベンゾ[f,h]キノキサリン環に他の骨格を直接結合させると、共役系が広がり、三重項励起エネルギーの低下を引き起こす場合がある。
【0015】
また、低消費電力で信頼性の高い発光装置、電子機器、及び照明装置を実現するために、駆動電圧が低い発光素子、電流効率の高い発光素子、又は長寿命の発光素子が求められている。
【0016】
よって、本発明の一態様は、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として用いることのできる新規複素環化合物を提供することを目的とする。特に、燐光性化合物を発光物質に用いる場合のホスト材料として好適に用いることのできる新規複素環化合物を提供することを目的とする。
【0017】
本発明の一態様は、駆動電圧が低い発光素子を提供することを目的とする。また、本発明の一態様は、電流効率が高い発光素子を提供することを目的とする。また、本発明の一態様は、長寿命な発光素子を提供することを目的とする。本発明の一態様は、この発光素子を用いることにより、消費電力の低減された発光装置、電子機器、及び照明装置を提供することを目的とする。
【0018】
なお、以下に開示する発明は、上記課題の少なくともいずれか一つを解決することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0019】
キノキサリン骨格を有する化合物は電子輸送性が高く、発光素子に用いることで駆動電圧の低い素子を実現できる。一方で、キノキサリン骨格は平面的な構造である。平面的な構造の化合物は膜にした場合に結晶化しやすく、発光素子に用いても寿命が短いという問題がある。さらに、キノキサリン骨格は正孔受容性に乏しい。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の界面に集中し、発光素子の寿命の低下を招く。これらの課題を解決するためには、正孔輸送骨格を分子内に導入する手法が考えられるが、キノキサリン骨格と正孔輸送骨格を直接結合させると、共役系が広がり、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が起こる。
【0020】
しかし、本発明者らは、ジベンゾ[f,h]キノキサリン環と正孔輸送骨格とが、アリーレン基を介して結合した化合物を発光素子に用いることで、上記課題が解決できることを見いだした。
【0021】
ジベンゾ[f,h]キノキサリン環と正孔輸送骨格とが、アリーレン基を介して結合した化合物としては、下記に表される複素環化合物が挙げられる。
【0022】
本発明の一態様は、下記一般式(G1)で表される複素環化合物である。
【0023】
【化1】

【0024】
式中、Aは、置換もしくは無置換のジベンゾチオフェニル基、置換もしくは無置換のジベンゾフラニル基、又は置換もしくは無置換のカルバゾリル基を表し、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、Arは、炭素数6〜13の置換又は無置換のアリーレン基を表す。
【0025】
本発明の一態様は、下記一般式(G2−1)で表される複素環化合物である。
【0026】
【化2】

【0027】
式中、Qは、硫黄原子、酸素原子又は窒素原子を表し、窒素原子は、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置換基として有する。また、R11〜R19、及びR21〜R27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、Arは、炭素数6〜13の置換又は無置換のアリーレン基を表す。
【0028】
本発明の一態様は、下記一般式(G2−2)で表される複素環化合物である。
【0029】
【化3】

【0030】
式中、R11〜R19、及びR31〜R38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、Arは、炭素数6〜13の置換又は無置換のアリーレン基を表す。
【0031】
本発明の一態様は、下記一般式(G2−3)で表される複素環化合物である。
【0032】
【化4】

【0033】
式中、R11〜R19、及びR41〜R47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、Arは、炭素数6〜13の置換又は無置換のアリーレン基を表し、Qは、硫黄原子、酸素原子又は窒素原子を表し、窒素原子は、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置換基として有する。
【0034】
一般式(G1)及び一般式(G2−1)乃至一般式(G2−3)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。特にArは、置換又は無置換のフェニレン基であることが好ましい。さらにArは置換又は無置換のm−フェニレン基であることが、高い三重項励起エネルギーの準位(T1準位)を有する上で好ましい。
【0035】
本発明の一態様は、下記一般式(G3−1)で表される複素環化合物である。
【0036】
【化5】

【0037】
式中、Qは、硫黄原子、酸素原子又は窒素原子を表し、窒素原子は、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置換基として有する。また、R11〜R19、R21〜R27、及びR51〜R54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す。
【0038】
本発明の一態様は、下記一般式(G3−2)で表される複素環化合物である。
【0039】
【化6】

【0040】
式中、R11〜R19、R31〜R38、及びR51〜R54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す。
【0041】
本発明の一態様は、下記一般式(G3−3)で表される複素環化合物である。
【0042】
【化7】

【0043】
式中、R11〜R19、R41〜R47、及びR51〜R54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、Qは、硫黄原子、酸素原子又は窒素原子を表し、窒素原子は、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置換基として有する。
【0044】
本発明の一態様の化合物は、ジベンゾ[f,h]キノキサリン環に正孔輸送骨格が導入されることにより、立体的に嵩高い構造となり、膜にした場合に結晶化しにくく、発光素子に用いることで長寿命な素子を実現できる。その上、該化合物は、ジベンゾ[f,h]キノキサリン環と正孔輸送骨格とが、アリーレン基を介して結合しているため、直接結合する場合に比べて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、発光素子に用いることで、電流効率が高い素子を実現できる。
【0045】
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。
【0046】
本発明の一態様は、上述の複素環化合物を含む発光素子である。
【0047】
本発明の一態様は、一対の電極間に発光層を有し、発光層は、発光物質と、上述の複素環化合物とを含む発光素子である。
【0048】
本発明の一態様の複素環化合物を用いることで、駆動電圧の低い発光素子を実現することができる。また、本発明の一態様の複素環化合物を用いることで、電流効率が高い発光素子を実現することができる。また、本発明の一態様の複素環化合物を用いることで、長寿命の発光素子を実現することができる。このような発光素子を用いた発光装置(画像表示デバイス)は低消費電力を実現できる。したがって、本発明の一態様は、上述の発光素子を用いた発光装置である。また、その発光装置を用いた表示部に用いた電子機器及び発光部に用いた照明装置も本発明の一態様に含むものとする。
【0049】
なお、本明細書中における発光装置とは、発光素子を用いた画像表示デバイスを含む。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TAB(Tape Automated Bonding)テープもしくはTCP(Tape Carrier Package)が取り付けられたモジュール、TABテープやTCPの先にプリント配線板が設けられたモジュール、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も全て発光装置に含むものとする。さらに、照明器具等に用いられる発光装置も含むものとする。
【発明の効果】
【0050】
本発明の一態様は、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として用いることのできる新規複素環化合物を提供できる。本発明の一態様は、駆動電圧が低い発光素子を提供できる。また、本発明の一態様は、電流効率が高い発光素子を提供できる。また、本発明の一態様は、長寿命な発光素子を提供できる。本発明の一態様は、該発光素子を用いることにより、消費電力の低減された発光装置、電子機器、及び照明装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【0051】
【図1】本発明の一態様の発光素子を説明する図。
【図2】本発明の一態様の発光装置を説明する図。
【図3】本発明の一態様の発光装置を説明する図。
【図4】本発明の一態様の電子機器を説明する図。
【図5】本発明の一態様の照明装置を説明する図。
【図6】実施例の発光素子を説明する図。
【図7】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)のH NMRチャートを示す図。
【図8】7mDBTPDBq−II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。
【図9】7mDBTPDBq−IIの薄膜の吸収スペクトル及び発光スペクトルを示す図。
【図10】実施例2の発光素子の電流密度−輝度特性を示す図。
【図11】実施例2の発光素子の電圧−輝度特性を示す図。
【図12】実施例2の発光素子の輝度−電流効率特性を示す図。
【図13】実施例2の発光素子の電圧−電流特性を示す図。
【図14】本発明の一態様の発光装置を説明する図。
【図15】7−[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:7mDBTBPDBq−II)のH NMRチャートを示す図。
【図16】7mDBTBPDBq−II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。
【図17】7mDBTBPDBq−IIの薄膜の吸収スペクトル及び発光スペクトルを示す図。
【図18】実施例4の発光素子の電流密度−輝度特性を示す図。
【図19】実施例4の発光素子の電圧−輝度特性を示す図。
【図20】実施例4の発光素子の輝度−電流効率特性を示す図。
【図21】実施例4の発光素子の電圧−電流特性を示す図。
【図22】実施例4の発光素子の信頼性試験の結果を示す図。
【発明を実施するための形態】
【0052】
以下、本発明の実施の態様について図面を用いて詳細に説明する。但し、本発明は以下の説明に限定されず、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。従って、本発明は以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。
【0053】
(実施の形態1)
本実施の形態では、本発明の一態様の複素環化合物について説明する。
【0054】
本発明の一態様は、一般式(G1)で表される複素環化合物である。
【0055】
【化8】

【0056】
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ル基、置換もしくは無置換のジベンゾフラニル基、又は置換もしくは無置換のカルバゾリル基を表し、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、Arは、炭素数6〜13の置換又は無置換のアリーレン基を表す。
【0057】
本発明の一態様は、下記一般式(G2−1)で表される複素環化合物である。
【0058】
【化9】

【0059】
一般式(G2−1)中、Qは、硫黄原子、酸素原子又は窒素原子を表し、窒素原子は、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置換基として有する。また、R11〜R19、及びR21〜R27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、Arは、炭素数6〜13の置換又は無置換のアリーレン基を表す。
【0060】
本発明の一態様は、下記一般式(G2−2)で表される複素環化合物である。
【0061】
【化10】

【0062】
一般式(G2−2)中、R11〜R19、及びR31〜R38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、Arは、炭素数6〜13の置換又は無置換のアリーレン基を表す。
【0063】
本発明の一態様は、下記一般式(G2−3)で表される複素環化合物である。
【0064】
【化11】

【0065】
一般式(G2−3)中、R11〜R19、及びR41〜R47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、Arは、炭素数6〜13の置換又は無置換のアリーレン基を表し、Qは、硫黄原子、酸素原子又は窒素原子を表し、窒素原子は、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置換基として有する。
【0066】
一般式(G1)及び一般式(G2−1)乃至一般式(G2−3)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。特にArは、置換又は無置換のフェニレン基であることが好ましい。さらにArは置換又は無置換のm−フェニレン基であることが、T1準位を有する上で好ましい。
【0067】
本発明の一態様は、下記一般式(G3−1)で表される複素環化合物である。
【0068】
【化12】

【0069】
一般式(G3−1)中、Qは、硫黄原子、酸素原子又は窒素原子を表し、窒素原子は、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置換基として有する。また、R11〜R19、R21〜R27、及びR51〜R54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す。
【0070】
本発明の一態様は、下記一般式(G3−2)で表される複素環化合物である。
【0071】
【化13】

【0072】
一般式(G3−2)中、R11〜R19、R31〜R38、及びR51〜R54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す。
【0073】
本発明の一態様は、下記一般式(G3−3)で表される複素環化合物である。
【0074】
【化14】

【0075】
一般式(G3−3)中、R11〜R19、R41〜R47、及びR51〜R54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、Qは、硫黄原子、酸素原子又は窒素原子を表し、窒素原子は、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置換基として有する。
【0076】
一般式(G1)、(G2−1)、(G2−2)及び(G2−3)中におけるArの具体的な構造としては、例えば、構造式(1−1)〜構造式(1−15)に示す置換基が挙げられる。なお、構造式(1−1)〜構造式(1−15)に示す構造のArは、さらに炭素数1〜4のアルキル基を置換基として有していても良い。
【0077】
【化15】

【0078】
一般式(G1)、(G2−1)、(G2−2)、(G2−3)、(G3−1)、(G3−2)及び(G3−3)中におけるR11〜R19、R21〜R27、R31〜R38、R41〜R47、及びR51〜R54の具体的な構造としては、例えば、構造式(2−1)〜構造式(2−23)に示す置換基が挙げられる。また、一般式(G2−1)及び(G3−1)中においてQが窒素原子である場合や、一般式(G2−3)及び(G3−3)中においてQが窒素原子である場合に、窒素原子が有する置換基の一例としても、構造式(2−2)〜構造式(2−23)に示す置換基が挙げられる。なお、構造式(2−10)〜構造式(2−20)に示す構造は、さらに炭素数1〜4のアルキル基を置換基として有していても良い。
【0079】
【化16】

【0080】
一般式(G1)に示される複素環化合物の具体例としては、構造式(100)〜構造式(146)、構造式(200)〜構造式(246)、構造式(300)〜構造式(346)、構造式(400)〜構造式(459)、構造式(500)〜構造式(546)、及び構造式(600)〜構造式(646)に示される複素環化合物を挙げることができる。但し、本発明はこれらに限定されない。
【0081】
【化17】

【0082】
【化18】

【0083】
【化19】

【0084】
【化20】

【0085】
【化21】

【0086】
【化22】

【0087】
【化23】

【0088】
【化24】

【0089】
【化25】

【0090】
【化26】

【0091】
【化27】

【0092】
【化28】

【0093】
【化29】

【0094】
【化30】

【0095】
【化31】

【0096】
【化32】

【0097】
【化33】

【0098】
【化34】

【0099】
【化35】

【0100】
【化36】

【0101】
【化37】

【0102】
【化38】

【0103】
【化39】

【0104】
【化40】

【0105】
【化41】

【0106】
【化42】

【0107】
【化43】

【0108】
【化44】

【0109】
【化45】

【0110】
【化46】

【0111】
【化47】

【0112】
【化48】

【0113】
【化49】

【0114】
【化50】

【0115】
【化51】

【0116】
【化52】

【0117】
【化53】

【0118】
【化54】

【0119】
【化55】

【0120】
本発明の一態様の複素環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複素環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複素環化合物の合成方法は、以下の合成方法に限定されない。
【0121】
≪一般式(G1)で表される複素環化合物の合成方法1≫
はじめに合成スキーム(A−1)を以下に示す。
【0122】
【化56】

【0123】
本発明の一態様の複素環化合物(G1)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物(化合物1)と、ジベンゾチオフェン誘導体、ジベンゾフラン誘導体、又はカルバゾール誘導体の、有機ボロン化合物又はボロン酸(化合物2)とを、鈴木・宮浦反応によりカップリングさせることで、本実施の形態で示す複素環化合物(G1)を得ることができる。
【0124】
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ル基、置換もしくは無置換のジベンゾフラニル基、又は置換もしくは無置換のカルバゾリル基を表す。Arは、炭素数6〜13のアリーレン基を表し、アリーレン基は置換基を有していてもよく、置換基は互いに結合して環を形成しても良い。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のアリール基を表す。R60及びR61はそれぞれ独立に、水素、又は炭素数1〜6のアルキル基を表す。合成スキーム(A−1)において、R60とR61は互いに結合して環を形成していても良い。また、Xはハロゲンを表す。
【0125】
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)、ビス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(II)ジクロライド等が挙げられるが、用いることができるパラジウム触媒はこれらに限られるものでは無い。
【0126】
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)ホスフィンや、トリフェニルホスフィンや、トリシクロヘキシルホスフィン等が挙げられる。用いることができるパラジウム触媒の配位子はこれらに限られるものでは無い。
【0127】
合成スキーム(A−1)において、用いることができる塩基としては、ナトリウム tert−ブトキシド等の有機塩基や、炭酸カリウム、炭酸ナトリウム等の無機塩基等が挙げられるが、用いることができる塩基はこれらに限られるものでは無い。
【0128】
合成スキーム(A−1)において、用いることができる溶媒としては、トルエンと水の混合溶媒、トルエンとエタノール等のアルコールと水の混合溶媒、キシレンと水の混合溶媒、キシレンとエタノール等のアルコールと水の混合溶媒、ベンゼンと水の混合溶媒、ベンゼンとエタノール等のアルコールと水の混合溶媒、エチレングリコールジメチルエーテル等のエーテル類と水の混合溶媒などが挙げられる。ただし、用いることができる溶媒はこれらに限られるものでは無い。また、トルエンと水の混合溶媒、トルエンとエタノールと水の混合溶媒、及びエチレングリコールジメチルエーテル等のエーテル類と水の混合溶媒がより好ましい。
【0129】
合成スキーム(A−1)に示すカップリング反応としては、化合物2で示される有機ホウ素化合物、又はボロン酸を用いる鈴木・宮浦反応の代わりに、有機アルミニウムや、有機ジルコニウム、有機亜鉛、有機スズ化合物等を用いるクロスカップリング反応を用いてもよい。ただし、これらに限定されるものではない。
【0130】
また、合成スキーム(A−1)に示す鈴木・宮浦カップリング反応において、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と、ジベンゾチオフェン誘導体、ジベンゾフラン誘導体、もしくはカルバゾール誘導体のハロゲン化物又はトリフラート置換体とを、鈴木・宮浦反応によりカップリングしてもよい。
【0131】
以上によって、本実施の形態の複素環化合物を合成することができる。
【0132】
≪一般式(G1)で表される複素環化合物の合成方法2≫
以下では、一般式(G1)で表される複素環化合物の別の合成方法について説明する。はじめに、Aのホウ素化合物を原料に用いる場合の、合成スキーム(B−1)を以下に示す。
【0133】
【化57】

【0134】
合成スキーム(B−1)に示すように、ジベンゾ[f,h]キノキサリン誘導体のハロゲン化物(化合物3)と、ジベンゾチオフェン誘導体、ジベンゾフラン誘導体、又はカルバゾール誘導体の有機ボロン化合物、又はボロン酸(化合物4)とを、鈴木・宮浦反応によりカップリングさせることで、本実施の形態で示す複素環化合物(G1)を得ることができる。
【0135】
合成スキーム(B−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ル基、置換もしくは無置換のジベンゾフラニル基、又は置換もしくは無置換のカルバゾリル基のいずれかを表す。Arは、炭素数6〜13のアリーレン基を表し、アリーレン基は置換基を有していてもよく、置換基は互いに結合して環を形成しても良い。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のアリール基を表す。R62およびR63は水素、又は炭素数1〜6のアルキル基を表す。合成スキーム(B−1)においてR62とR63は互いに結合して環を形成していても良い。また、Xはハロゲン、又はトリフラート基を表し、ハロゲンとしては、ヨウ素及び臭素がより好ましい。
【0136】
合成スキーム(B−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)、ビス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(II)ジクロライド等が挙げられるが、用いることができるパラジウム触媒はこれらに限られるものでは無い。
【0137】
合成スキーム(B−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)ホスフィンや、トリフェニルホスフィンや、トリシクロヘキシルホスフィン等が挙げられる。用いることができるパラジウム触媒の配位子はこれらに限られるものでは無い。
【0138】
合成スキーム(B−1)において、用いることができる塩基としては、ナトリウム tert−ブトキシド等の有機塩基や、炭酸カリウム、炭酸ナトリウム等の無機塩基等が挙げられるが、用いることができる塩基はこれらに限られるものでは無い。
【0139】
合成スキーム(B−1)において、用いることができる溶媒としては、トルエンと水の混合溶媒、トルエンとエタノール等のアルコールと水の混合溶媒、キシレンと水の混合溶媒、キシレンとエタノール等のアルコールと水の混合溶媒、ベンゼンと水の混合溶媒、ベンゼンとエタノール等のアルコールと水の混合溶媒、エチレングリコールジメチルエーテル等のエーテル類と水の混合溶媒などが挙げられる。ただし、用いることができる溶媒はこれらに限られるものでは無い。また、トルエンと水の混合溶媒、トルエンとエタノールと水の混合溶媒、エチレングリコールジメチルエーテル等のエーテル類と水の混合溶媒がより好ましい。
【0140】
合成スキーム(B−1)に示すカップリング反応としては、化合物4で示される有機ホウ素化合物、又はボロン酸を用いる鈴木・宮浦反応の代わりに、有機アルミニウムや、有機ジルコニウム、有機亜鉛、有機スズ化合物等を用いるクロスカップリング反応を用いてもよい。ただし、これらに限定されるものではない。また、このカップリングにおいて、ハロゲン以外にもトリフラート基等を用いても良いが、これらに限定されるものではない。
【0141】
また、合成スキーム(B−1)に示す鈴木・宮浦カップリング反応において、ジベンゾ[f,h]キノキサリン誘導体の有機ホウ素化合物、又はボロン酸と、ジベンゾチオフェン誘導体、ジベンゾフラン誘導体、もしくはカルバゾール誘導体のハロゲン化物、又はトリフラート置換体とを、鈴木・宮浦反応によりカップリングしてもよい。
【0142】
一般式(G1)において、Aが置換又は無置換のN−カルバゾリル基である複素環化合物を合成する場合は、下記合成スキーム(B−2)に従って合成することで一般式(G2−2)に示す複素環化合物を得ることができる。
【0143】
【化58】

【0144】
合成スキーム(B−2)に示すように、ジベンゾ[f,h]キノキサリン誘導体のハロゲン化物(化合物3)と、9H−カルバゾール誘導体(化合物5)とを、塩基存在下で金属触媒、金属、または金属化合物によりカップリングさせることにより、本実施の形態で示す複素環化合物(G2−2)を得ることができる。
【0145】
合成スキーム(B−2)において、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のアリール基を表す。Arは、炭素数6〜13のアリーレン基を表し、アリーレン基は置換基を有していてもよく、置換基は互いに結合して環を形成しても良い。R31〜R38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のアリール基を表す。また、Xはハロゲン、又はトリフラート基を表し、ハロゲンとしては、ヨウ素及び臭素がより好ましい。
【0146】
合成スキーム(B−2)において、ハートウィック・ブッフバルト反応を行う場合、用いることができるパラジウム触媒としては、ビス(ジベンジリデンアセトン)パラジウム(0)、酢酸パラジウム(II)等が挙げられる。
【0147】
合成スキーム(B−2)において、用いることができるパラジウム触媒の配位子としては、トリ(tert−ブチル)ホスフィンや、トリ(n−ヘキシル)ホスフィンや、トリシクロヘキシルホスフィン等が挙げられる。
【0148】
合成スキーム(B−2)において、用いることができる塩基としては、ナトリウム tert−ブトキシド等の有機塩基や、炭酸カリウム等の無機塩基等が挙げられる。
【0149】
また、合成スキーム(B−2)において、用いることができる溶媒としては、トルエン、キシレン、ベンゼン、テトラヒドロフラン等が挙げられる。
【0150】
また、ハートウィック・ブッフバルト反応以外にも、ウルマン反応などを用いても良く、これらに限定されるものではない。
【0151】
以上によって、本実施の形態の複素環化合物を合成することができる。
【0152】
本実施の形態の複素環化合物は、広いエネルギー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に用いることで、高い電流効率を得ることができる。特に、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、本実施の形態の複素環化合物は、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。本実施の形態の複素環化合物を用いることにより、駆動電圧の低い発光素子を実現することができる。また、電流効率の高い発光素子を実現することができる。また、長寿命の発光素子を実現することができる。さらに、この発光素子を用いることで、消費電力の低減された発光装置、電子機器及び照明装置を得ることができる。
【0153】
(実施の形態2)
本実施の形態では、本発明の一態様として、実施の形態1で説明した複素環化合物を発光層に用いた発光素子について図1を用いて説明する。
【0154】
図1(A)は、第1の電極103と第2の電極108との間にEL層102を有する発光素子を示した図である。図1(A)における発光素子は、第1の電極103の上に順に積層した正孔注入層701、正孔輸送層702、発光層703、電子輸送層704、電子注入層705と、さらにその上に設けられた第2の電極108から構成されている。発光層703は、実施の形態1で説明した本発明の一態様の複素環化合物を含む。
【0155】
第1の電極103としては、仕事関数の大きい(具体的には4.0eV以上)金属、合金、導電性化合物、及びこれらの混合物などを用いることが好ましい。具体的には、例えば、酸化インジウム−酸化スズ(ITO:Indium Tin Oxide)、珪素若しくは酸化珪素を含有した酸化インジウム−酸化スズ、酸化インジウム−酸化亜鉛(Indium Zinc Oxide)、酸化タングステン及び酸化亜鉛を含有した酸化インジウム(IWZO)等が挙げられる。これらの導電性金属酸化物膜は、通常スパッタにより成膜されるが、ゾル−ゲル法などを応用して作製しても構わない。例えば、酸化インジウム−酸化亜鉛膜は、酸化インジウムに対し1〜20wt%の酸化亜鉛を加えたターゲットを用いてスパッタリング法により形成することができる。また、IWZO膜は、酸化インジウムに対し酸化タングステンを0.5〜5wt%、酸化亜鉛を0.1〜1wt%含有したターゲットを用いてスパッタリング法により形成することができる。この他、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、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。
【0156】
但し、EL層102のうち、第1の電極103に接して形成される層が、後述する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を用いて形成される場合には、第1の電極103に用いる物質は、仕事関数の大小に関わらず、様々な金属、合金、電気伝導性化合物、およびこれらの混合物などを用いることができる。例えば、アルミニウム、銀、アルミニウムを含む合金(例えば、Al−Si)等も用いることもできる。
【0157】
第1の電極103は、例えばスパッタリング法や蒸着法(真空蒸着法を含む)等により形成することができる。
【0158】
第2の電極108は、仕事関数の小さい(好ましくは3.8eV以下)金属、合金、電気伝導性化合物、及びこれらの混合物などを用いて形成することが好ましい。具体的には、元素周期表の第1族または第2族に属する元素、すなわちリチウムやセシウム等のアルカリ金属、およびマグネシウム、カルシウム、ストロンチウム等のアルカリ土類金属、およびこれらを含む合金(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およびこれらを含む合金の他、アルミニウムや銀などを用いることができる。
【0159】
但し、EL層102のうち、第2の電極108に接して形成される層が、後述する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る場合には、仕事関数の大小に関わらず、Al、Ag、ITO、珪素若しくは酸化珪素を含有した酸化インジウム−酸化スズ等様々な導電性材料を用いることができる。
【0160】
なお、第2の電極108を形成する場合には、真空蒸着法やスパッタリング法を用いることができる。また、銀ペーストなどを用いる場合には、塗布法やインクジェット法などを用いることができる。
【0161】
EL層102は、少なくとも発光層703を有しており、また、本発明の一態様の複素環化合物を含んで形成される。EL層102の一部には公知の物質を用いることもでき、低分子系化合物および高分子系化合物のいずれを用いることもできる。なお、EL層102を形成する物質には、有機化合物のみからなるものだけでなく、無機化合物を一部に含む構成も含めるものとする。
【0162】
EL層102は、発光層703の他、図1(A)に示すように正孔注入性の高い物質を含んでなる正孔注入層701、正孔輸送性の高い物質を含んでなる正孔輸送層702、電子輸送性の高い物質を含んでなる電子輸送層704、電子注入性の高い物質を含んでなる電子注入層705などを適宜組み合わせて積層することにより形成される。
【0163】
正孔注入層701は、正孔注入性の高い物質を含む層である。正孔注入性の高い物質としては、モリブデン酸化物、チタン酸化物、バナジウム酸化物、レニウム酸化物、ルテニウム酸化物、クロム酸化物、ジルコニウム酸化物、ハフニウム酸化物、タンタル酸化物、銀酸化物、タングステン酸化物、マンガン酸化物等の金属酸化物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。
【0164】
また、低分子の有機化合物である4,4’,4’’−トリス(N,N−ジフェニルアミノ)トリフェニルアミン(略称:TDATA)、4,4’,4’’−トリス[N−(3−メチルフェニル)−N−フェニルアミノ]トリフェニルアミン(略称:MTDATA)、4,4’−ビス[N−(4−ジフェニルアミノフェニル)−N−フェニルアミノ]ビフェニル(略称:DPAB)、4,4’−ビス(N−{4−[N’−(3−メチルフェニル)−N’−フェニルアミノ]フェニル}−N−フェニルアミノ)ビフェニル(略称:DNTPD)、1,3,5−トリス[N−(4−ジフェニルアミノフェニル)−N−フェニルアミノ]ベンゼン(略称:DPA3B)、3−[N−(9−フェニルカルバゾール−3−イル)−N−フェニルアミノ]−9−フェニルカルバゾール(略称:PCzPCA1)、3,6−ビス[N−(9−フェニルカルバゾール−3−イル)−N−フェニルアミノ]−9−フェニルカルバゾール(略称:PCzPCA2)、3−[N−(1−ナフチル)−N−(9−フェニルカルバゾール−3−イル)アミノ]−9−フェニルカルバゾール(略称:PCzPCN1)等の芳香族アミン化合物等を用いることができる。
【0165】
さらに、高分子化合物(オリゴマー、デンドリマー、ポリマー等)を用いることもできる。例えば、ポリ(N−ビニルカルバゾール)(略称:PVK)、ポリ(4−ビニルトリフェニルアミン)(略称:PVTPA)、ポリ[N−(4−{N’−[4−(4−ジフェニルアミノ)フェニル]フェニル−N’−フェニルアミノ}フェニル)メタクリルアミド](略称:PTPDMA)、ポリ[N,N’−ビス(4−ブチルフェニル)−N,N’−ビス(フェニル)ベンジジン](略称:Poly−TPD)などの高分子化合物が挙げられる。また、ポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)/ポリ(スチレンスルホン酸)(PEDOT/PSS)、ポリアニリン/ポリ(スチレンスルホン酸)(PAni/PSS)等の酸を添加した高分子化合物を用いることができる。
【0166】
また、正孔注入層701として、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を用いてもよい。このような複合材料は、電子受容体によって有機化合物に正孔が発生するため、正孔注入性および正孔輸送性に優れている。この場合、有機化合物としては、発生した正孔の輸送に優れた材料(正孔輸送性の高い物質)であることが好ましい。
【0167】
複合材料に用いる有機化合物としては、芳香族アミン化合物、カルバゾール誘導体、芳香族炭化水素、高分子化合物(オリゴマー、デンドリマー、ポリマー等)など、種々の化合物を用いることができる。なお、複合材料に用いる有機化合物としては、正孔輸送性の高い有機化合物であることが好ましい。具体的には、10−6cm/Vs以上の正孔移動度を有する物質であることが好ましい。但し、電子よりも正孔の輸送性の高い物質であれば、これら以外のものを用いてもよい。以下では、複合材料に用いることのできる有機化合物を具体的に列挙する。
【0168】
複合材料に用いることのできる有機化合物としては、例えば、TDATA、MTDATA、DPAB、DNTPD、DPA3B、PCzPCA1、PCzPCA2、PCzPCN1、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)、N,N’−ビス(3−メチルフェニル)−N,N’−ジフェニル−[1,1’−ビフェニル]−4,4’−ジアミン(略称:TPD)、4−フェニル−4’−(9−フェニルフルオレン−9−イル)トリフェニルアミン(略称:BPAFLP)等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)、1,3,5−トリス[4−(N−カルバゾリル)フェニル]ベンゼン(略称:TCPB)、9−[4−(N−カルバゾリル)]フェニル−10−フェニルアントラセン(略称:CzPA)、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)、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のカルバゾール誘導体を用いることができる。
【0169】
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)、2−tert−ブチル−9,10−ジ(1−ナフチル)アントラセン、9,10−ビス(3,5−ジフェニルフェニル)アントラセン(略称:DPPA)、2−tert−ブチル−9,10−ビス(4−フェニルフェニル)アントラセン(略称:t−BuDBA)、9,10−ジ(2−ナフチル)アントラセン(略称:DNA)、9,10−ジフェニルアントラセン(略称:DPAnth)、2−tert−ブチルアントラセン(略称:t−BuAnth)、9,10−ビス(4−メチル−1−ナフチル)アントラセン(略称:DMNA)、9,10−ビス[2−(1−ナフチル)フェニル]−2−tert−ブチルアントラセン、9,10−ビス[2−(1−ナフチル)フェニル]アントラセン、2,3,6,7−テトラメチル−9,10−ジ(1−ナフチル)アントラセン等の芳香族炭化水素化合物を用いることができる。
【0170】
さらに、2,3,6,7−テトラメチル−9,10−ジ(2−ナフチル)アントラセン、9,9’−ビアントリル、10,10’−ジフェニル−9,9’−ビアントリル、10,10’−ビス(2−フェニルフェニル)−9,9’−ビアントリル、10,10’−ビス[(2,3,4,5,6−ペンタフェニル)フェニル]−9,9’−ビアントリル、アントラセン、テトラセン、ルブレン、ペリレン、2,5,8,11−テトラ(tert−ブチル)ペリレン、ペンタセン、コロネン、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)等の芳香族炭化水素化合物を用いることができる。
【0171】
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:F−TCNQ)、クロラニル等の有機化合物や、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。
【0172】
なお、上述したPVK、PVTPA、PTPDMA、Poly−TPD等の高分子化合物と、上述した電子受容体を用いて複合材料を形成し、正孔注入層701に用いてもよい。
【0173】
正孔輸送層702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、NPB、TPD、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)、4,4’−ビス[N−(スピロ−9,9’−ビフルオレン−2−イル)−N―フェニルアミノ]ビフェニル(略称:BSPB)などの芳香族アミン化合物を用いることができる。ここに述べた物質は、主に10−6cm/Vs以上の正孔移動度を有する物質である。但し、電子よりも正孔の輸送性の高い物質であれば、これら以外のものを用いてもよい。なお、正孔輸送性の高い物質を含む層は、単層のものだけでなく、上記物質からなる層が二層以上積層したものとしてもよい。
【0174】
また、正孔輸送層702には、CBP、CzPA、PCzPAのようなカルバゾール誘導体や、t−BuDNA、DNA、DPAnthのようなアントラセン誘導体を用いても良い。
【0175】
また、正孔輸送層702には、PVK、PVTPA、PTPDMA、Poly−TPDなどの高分子化合物を用いることもできる。
【0176】
発光層703は、発光物質を含む層である。本実施の形態の発光層703は、本発明の一態様の複素環化合物を含む。本発明の一態様の複素環化合物は、発光物質(ゲスト材料)を他の物質(ホスト材料)に分散させた構成の発光層において、ホスト材料として用いることができる。本発明の一態様の複素環化合物に発光物質であるゲスト材料を分散させた構成とすることで、ゲスト材料からの発光を得ることができる。
【0177】
また、発光物質(ゲスト材料)を分散させるための物質(ホスト材料)は複数種用いることができる。よって、発光層は、ホスト材料として、本発明の一態様の複素環化合物だけでなく、その他の材料を含んでいても良い。
【0178】
発光物質としては、例えば、蛍光を発光する蛍光性化合物や燐光を発光する燐光性化合物を用いることができる。発光層703に用いることができる蛍光性物質としては、例えば、青色系の発光材料として、N,N’−ビス[4−(9H−カルバゾール−9−イル)フェニル]−N,N’−ジフェニルスチルベン−4,4’−ジアミン(略称:YGA2S)、4−(9H−カルバゾール−9−イル)−4’−(10−フェニル−9−アントリル)トリフェニルアミン(略称:YGAPA)、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)などが挙げられる。また、緑色系の発光材料として、N−(9,10−ジフェニル−2−アントリル)−N,9−ジフェニル−9H−カルバゾール−3−アミン(略称:2PCAPA)、N−[9,10−ビス(1,1’−ビフェニル−2−イル)−2−アントリル]−N,9−ジフェニル−9H−カルバゾール−3−アミン(略称:2PCABPhA)、N−(9,10−ジフェニル−2−アントリル)−N,N’,N’−トリフェニル−1,4−フェニレンジアミン(略称:2DPAPA)、N−[9,10−ビス(1,1’−ビフェニル−2−イル)−2−アントリル]−N,N’,N’−トリフェニル−1,4−フェニレンジアミン(略称:2DPABPhA)、N−[9,10−ビス(1,1’−ビフェニル−2−イル)]−N−[4−(9H−カルバゾール−9−イル)フェニル]−N−フェニルアントラセン−2−アミン(略称:2YGABPhA)、N,N,9−トリフェニルアントラセン−9−アミン(略称:DPhAPhA)などが挙げられる。また、黄色系の発光材料として、ルブレン、5,12−ビス(1,1’−ビフェニル−4−イル)−6,11−ジフェニルテトラセン(略称:BPT)などが挙げられる。また、赤色系の発光材料として、N,N,N’,N’−テトラキス(4−メチルフェニル)テトラセン−5,11−ジアミン(略称:p−mPhTD)、7,14−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)などが挙げられる。
【0179】
また、発光層703に用いることができる燐光性化合物としては、例えば、緑色系の発光材料として、トリス(2−フェニルピリジナト−N,C2’)イリジウム(III)(略称:[Ir(ppy)])、ビス(2−フェニルピリジナト−N,C2’)イリジウム(III)アセチルアセトナート(略称:[Ir(ppy)(acac)])、ビス(1,2−ジフェニル−1H−ベンゾイミダゾラト)イリジウム(III)アセチルアセトナート(略称:[Ir(pbi)(acac)])、ビス(ベンゾ[h]キノリナト)イリジウム(III)アセチルアセトナート(略称:[Ir(bzq)(acac)])、トリス(ベンゾ[h]キノリナト)イリジウム(III)(略称:[Ir(bzq)])などが挙げられる。また、黄色系の発光材料として、ビス(2,4−ジフェニル−1,3−オキサゾラト−N,C2’)イリジウム(III)アセチルアセトナート(略称:[Ir(dpo)(acac)])、ビス{2−[4’−(パーフルオロフェニルフェニル)]ピリジナト−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)(acac)])、(アセチルアセトナト)ビス[2,3−ビス(4−フルオロフェニル)−5−メチルピラジナト]イリジウム(III)(略称:[Ir(Fdppr−Me)(acac)])、(アセチルアセトナト)ビス[2−(4−メトキシフェニル)−3,5−ジメチルピラジナト]イリジウム(III)(略称:[Ir(dmmoppr)(acac)])などが挙げられる。また、橙色系の発光材料として、トリス(2−フェニルキノリナト−N,C2’)イリジウム(III)(略称:[Ir(pq)])、ビス(2−フェニルキノリナト−N,C2’)イリジウム(III)アセチルアセトナート(略称:[Ir(pq)(acac)])、(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)])などが挙げられる。また、赤色系の発光材料として、ビス[2−(2’−ベンゾ[4,5−α]チエニル)ピリジナト−N,C3’]イリジウム(III)アセチルアセトナート(略称:[Ir(btp)(acac)])、ビス(1−フェニルイソキノリナト−N,C2’)イリジウム(III)アセチルアセトナート(略称:[Ir(piq)(acac)])、(アセチルアセトナト)ビス[2,3−ビス(4−フルオロフェニル)キノキサリナト]イリジウム(III)(略称:[Ir(Fdpq)(acac))、(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)])、(ジピバロイルメタナト)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)(dpm)])、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)等の有機金属錯体が挙げられる。また、トリス(アセチルアセトナト)(モノフェナントロリン)テルビウム(III)(略称:[Tb(acac)(Phen)])、トリス(1,3−ジフェニル−1,3−プロパンジオナト)(モノフェナントロリン)ユーロピウム(III)(略称:[Eu(DBM)(Phen)])、トリス[1−(2−テノイル)−3,3,3−トリフルオロアセトナト](モノフェナントロリン)ユーロピウム(III)(略称:[Eu(TTA)(Phen)])等の希土類金属錯体は、希土類金属イオンからの発光(異なる多重度間の電子遷移)であるため、燐光性化合物として用いることができる。
【0180】
また、発光物質として高分子化合物を用いることができる。具体的には、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:PFO)、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)などが挙げられる。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−エチルヘキシロキシ)−1,4−フェニレン)]などが挙げられる。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)(略称:R4−PAT)、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−エチルヘキシロキシ)−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)などが挙げられる。
【0181】
また、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。
【0182】
電子輸送層704は、電子輸送性の高い物質を含む層である。電子輸送層704には、Alq、トリス(4−メチル−8−キノリノラト)アルミニウム(略称:Almq)、ビス(10−ヒドロキシベンゾ[h]キノリナト)ベリリウム(略称:BeBq)、BAlq、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))などの金属錯体が挙げられる。また、2−(4−ビフェニリル)−5−(4−tert−ブチルフェニル)−1,3,4−オキサジアゾール(略称:PBD)、1,3−ビス[5−(p−tert−ブチルフェニル)−1,3,4−オキサジアゾール−2−イル]ベンゼン(略称:OXD−7)、3−(4−tert−ブチルフェニル)−4−フェニル−5−(4−ビフェニリル)−1,2,4−トリアゾール(略称:TAZ)、3−(4−tert−ブチルフェニル)−4−(4−エチルフェニル)−5−(4−ビフェニリル)−1,2,4−トリアゾール(略称:p−EtTAZ)、バソフェナントロリン(略称:BPhen)、バソキュプロイン(略称:BCP)、4,4’−ビス(5−メチルベンゾオキサゾール−2−イル)スチルベン(略称:BzOs)などの複素芳香族化合物も用いることができる。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10−6cm/Vs以上の電子移動度を有する物質である。なお、正孔よりも電子の輸送性の高い物質であれば、上記以外の物質を電子輸送層として用いてもよい。
【0183】
また、電子輸送層は、単層のものだけでなく、上記物質からなる層が二層以上積層したものとしてもよい。
【0184】
電子注入層705は、電子注入性の高い物質を含む層である。電子注入層705には、リチウム、セシウム、カルシウム、フッ化リチウム、フッ化セシウム、フッ化カルシウム、リチウム酸化物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、フッ化エルビウムのような希土類金属化合物を用いることができる。また、上述した電子輸送層704を構成する物質を用いることもできる。
【0185】
あるいは、電子注入層705に、有機化合物と電子供与体(ドナー)とを混合してなる複合材料を用いてもよい。このような複合材料は、電子供与体によって有機化合物に電子が発生するため、電子注入性および電子輸送性に優れている。この場合、有機化合物としては、発生した電子の輸送に優れた材料であることが好ましく、具体的には、例えば上述した電子輸送層704を構成する物質(金属錯体や複素芳香族化合物等)を用いることができる。電子供与体としては、有機化合物に対し電子供与性を示す物質であればよい。具体的には、アルカリ金属やアルカリ土類金属や希土類金属が好ましく、リチウム、セシウム、マグネシウム、カルシウム、エルビウム、イッテルビウム等が挙げられる。また、アルカリ金属酸化物やアルカリ土類金属酸化物が好ましく、リチウム酸化物、カルシウム酸化物、バリウム酸化物等が挙げられる。また、酸化マグネシウムのようなルイス塩基を用いることもできる。また、テトラチアフルバレン(略称:TTF)等の有機化合物を用いることもできる。
【0186】
なお、上述した正孔注入層701、正孔輸送層702、発光層703、電子輸送層704、電子注入層705は、それぞれ、蒸着法(真空蒸着法を含む)、インクジェット法、塗布法等の方法で形成することができる。
【0187】
EL層は、図1(B)に示すように、第1の電極103と第2の電極108との間に複数積層されていても良い。この場合、積層された第1のEL層800と第2のEL層801との間には、電荷発生層803を設けることが好ましい。電荷発生層803は上述の複合材料で形成することができる。また、電荷発生層803は複合材料からなる層と他の材料からなる層との積層構造でもよい。この場合、他の材料からなる層としては、電子供与性物質と電子輸送性の高い物質とを含む層や、透明導電膜からなる層などを用いることができる。このような構成を有する発光素子は、エネルギーの移動や消光などの問題が起こり難く、材料の選択の幅が広がることで高い発光効率と長い寿命とを併せ持つ発光素子とすることが容易である。また、一方のEL層で燐光発光、他方で蛍光発光を得ることも容易である。この構造は上述のEL層の構造と組み合わせて用いることができる。
【0188】
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。
【0189】
EL層102は、図1(C)に示すように、第1の電極103と第2の電極108との間に、正孔注入層701、正孔輸送層702、発光層703、電子輸送層704、電子注入バッファー層706、電子リレー層707、及び第2の電極108と接する複合材料層708を有していても良い。
【0190】
第2の電極108と接する複合材料層708を設けることで、特にスパッタリング法を用いて第2の電極108を形成する際に、EL層102が受けるダメージを低減することができるため、好ましい。複合材料層708は、前述の、正孔輸送性の高い有機化合物にアクセプター性物質を含有させた複合材料を用いることができる。
【0191】
さらに、電子注入バッファー層706を設けることで、複合材料層708と電子輸送層704との間の注入障壁を緩和することができるため、複合材料層708で生じた電子を電子輸送層704に容易に注入することができる。
【0192】
電子注入バッファー層706には、アルカリ金属、アルカリ土類金属、希土類金属、およびこれらの化合物(アルカリ金属化合物(酸化リチウム等の酸化物、ハロゲン化物、炭酸リチウムや炭酸セシウム等の炭酸塩を含む)、アルカリ土類金属化合物(酸化物、ハロゲン化物、炭酸塩を含む)、または希土類金属の化合物(酸化物、ハロゲン化物、炭酸塩を含む))等の電子注入性の高い物質を用いることが可能である。
【0193】
また、電子注入バッファー層706が、電子輸送性の高い物質とドナー性物質を含んで形成される場合には、電子輸送性の高い物質に対して質量比で、0.001以上0.1以下の比率でドナー性物質を添加することが好ましい。なお、ドナー性物質としては、アルカリ金属、アルカリ土類金属、希土類金属、およびこれらの化合物(アルカリ金属化合物(酸化リチウム等の酸化物、ハロゲン化物、炭酸リチウムや炭酸セシウム等の炭酸塩を含む)、アルカリ土類金属化合物(酸化物、ハロゲン化物、炭酸塩を含む)、または希土類金属の化合物(酸化物、ハロゲン化物、炭酸塩を含む))の他、テトラチアナフタセン(略称:TTN)、ニッケロセン、デカメチルニッケロセン等の有機化合物を用いることもできる。なお、電子輸送性の高い物質としては、先に説明した電子輸送層704の材料と同様の材料を用いて形成することができる。
【0194】
さらに、電子注入バッファー層706と複合材料層708との間に、電子リレー層707を形成することが好ましい。電子リレー層707は、必ずしも設ける必要は無いが、電子輸送性の高い電子リレー層707を設けることで、電子注入バッファー層706へ電子を速やかに送ることが可能となる。
【0195】
複合材料層708と電子注入バッファー層706との間に電子リレー層707が挟まれた構造は、複合材料層708に含まれるアクセプター性物質と、電子注入バッファー層706に含まれるドナー性物質とが相互作用を受けにくく、互いの機能を阻害しにくい構造である。したがって、駆動電圧の上昇を抑制することができる。
【0196】
電子リレー層707は、電子輸送性の高い物質を含み、該電子輸送性の高い物質のLUMO準位は、複合材料層708に含まれるアクセプター性物質のLUMO準位と、電子輸送層704に含まれる電子輸送性の高い物質のLUMO準位との間となるように形成する。また、電子リレー層707がドナー性物質を含む場合には、当該ドナー性物質のドナー準位も複合材料層708に含まれるアクセプター性物質のLUMO準位と、電子輸送層704に含まれる電子輸送性の高い物質のLUMO準位との間となるようにする。具体的なエネルギー準位の数値としては、電子リレー層707に含まれる電子輸送性の高い物質のLUMO準位は−5.0eV以上、好ましくは−5.0eV以上−3.0eV以下とするとよい。
【0197】
電子リレー層707に含まれる電子輸送性の高い物質としてはフタロシアニン系の材料又は金属−酸素結合と芳香族配位子を有する金属錯体を用いることが好ましい。
【0198】
電子リレー層707に含まれるフタロシアニン系材料としては、具体的にはCuPc、SnPc(Phthalocyanine tin(II) complex)、ZnPc(Phthalocyanine zinc complex)、CoPc(Cobalt(II)phthalocyanine, β−form)、FePc(Phthalocyanine Iron)及びPhO−VOPc(Vanadyl 2,9,16,23−tetraphenoxy−29H,31H−phthalocyanine)のいずれかを用いることが好ましい。
【0199】
電子リレー層707に含まれる金属−酸素結合と芳香族配位子を有する金属錯体としては、金属−酸素の二重結合を有する金属錯体を用いることが好ましい。金属−酸素の二重結合はアクセプター性(電子を受容しやすい性質)を有するため、電子の移動(授受)がより容易になる。また、金属−酸素の二重結合を有する金属錯体は安定であると考えられる。したがって、金属−酸素の二重結合を有する金属錯体を用いることにより発光素子を低電圧でより安定に駆動することが可能になる。
【0200】
金属−酸素結合と芳香族配位子を有する金属錯体としてはフタロシアニン系材料が好ましい。具体的には、VOPc(Vanadyl phthalocyanine)、SnOPc(Phthalocyanine tin(IV) oxide complex)及びTiOPc(Phthalocyanine titanium oxide complex)のいずれかは、分子構造的に金属−酸素の二重結合が他の分子に対して作用しやすく、アクセプター性が高いため好ましい。
【0201】
なお、上述したフタロシアニン系材料としては、フェノキシ基を有するものが好ましい。具体的にはPhO−VOPcのような、フェノキシ基を有するフタロシアニン誘導体が好ましい。フェノキシ基を有するフタロシアニン誘導体は、溶媒に可溶である。そのため、発光素子を形成する上で扱いやすいという利点を有する。また、溶媒に可溶であるため、成膜に用いる装置のメンテナンスが容易になるという利点を有する。
【0202】
電子リレー層707はさらにドナー性物質を含んでいても良い。ドナー性物質としては、アルカリ金属、アルカリ土類金属、希土類金属及びこれらの化合物(アルカリ金属化合物(酸化リチウムなどの酸化物、ハロゲン化物、炭酸リチウムや炭酸セシウムなどの炭酸塩を含む)、アルカリ土類金属化合物(酸化物、ハロゲン化物、炭酸塩を含む)、又は希土類金属の化合物(酸化物、ハロゲン化物、炭酸塩を含む))の他、テトラチアナフタセン(略称:TTN)、ニッケロセン、デカメチルニッケロセンなどの有機化合物を用いることができる。電子リレー層707にこれらドナー性物質を含ませることによって、電子の移動が容易となり、発光素子をより低電圧で駆動することが可能になる。
【0203】
電子リレー層707にドナー性物質を含ませる場合、電子輸送性の高い物質としては上記した材料の他、複合材料層708に含まれるアクセプター性物質のアクセプター準位より高いLUMO準位を有する物質を用いることができる。具体的なエネルギー準位としては、−5.0eV以上、好ましくは−5.0eV以上−3.0eV以下の範囲にLUMO準位を有する物質を用いることが好ましい。このような物質としては例えば、ペリレン誘導体や、含窒素縮合芳香族化合物などが挙げられる。なお、含窒素縮合芳香族化合物は、安定であるため、電子リレー層707を形成する為に用いる材料として、好ましい材料である。
【0204】
ペリレン誘導体の具体例としては、3,4,9,10−ペリレンテトラカルボン酸二無水物(略称:PTCDA)、3,4,9,10−ペリレンテトラカルボキシリックビスベンゾイミダゾール(略称:PTCBI)、N,N’−ジオクチル−3,4,9,10−ペリレンテトラカルボン酸ジイミド(略称:PTCDI−C8H)、N,N’−ジヘキシル−3,4,9,10−ペリレンテトラカルボン酸ジイミド(略称:Hex PTC)等が挙げられる。
【0205】
また、含窒素縮合芳香族化合物の具体例としては、ピラジノ[2,3−f][1,10]フェナントロリン−2,3−ジカルボニトリル(略称:PPDN)、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))、2,3−ジフェニルピリド[2,3−b]ピラジン(略称:2PYPR)、2,3−ビス(4−フルオロフェニル)ピリド[2,3−b]ピラジン(略称:F2PYPR)等が挙げられる。
【0206】
その他にも、7,7,8,8−テトラシアノキノジメタン(略称:TCNQ)、1,4,5,8−ナフタレンテトラカルボン酸二無水物(略称:NTCDA)、パーフルオロペンタセン、銅ヘキサデカフルオロフタロシアニン(略称:F16CuPc)、N,N’−ビス(2,2,3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,8−ペンタデカフルオロオクチル)−1,4,5,8−ナフタレンテトラカルボン酸ジイミド(略称:NTCDI−C8F)、3’,4’−ジブチル−5,5’’−ビス(ジシアノメチレン)−5,5’’−ジヒドロ−2,2’:5’,2’’−テルチオフェン)(略称:DCMT)、メタノフラーレン(例えば、[6,6]−フェニルC61酪酸メチルエステル)等を用いることができる。
【0207】
なお、電子リレー層707にドナー性物質を含ませる場合、電子輸送性の高い物質とドナー性物質との共蒸着などの方法によって電子リレー層707を形成すれば良い。
【0208】
正孔注入層701、正孔輸送層702、発光層703、及び電子輸送層704は前述の材料を用いてそれぞれ形成すれば良い。
【0209】
以上により、本実施の形態のEL層102を作製することができる。
【0210】
上述した発光素子は、第1の電極103と第2の電極108との間に生じた電位差により電流が流れ、EL層102において正孔と電子とが再結合することにより発光する。そして、この発光は、第1の電極103または第2の電極108のいずれか一方または両方を通って外部に取り出される。従って、第1の電極103または第2の電極108のいずれか一方、または両方が可視光に対する透光性を有する電極となる。
【0211】
なお、第1の電極103と第2の電極108との間に設けられる層の構成は、上記のものに限定されない。発光領域と金属とが近接することによって生じる消光を防ぐように、第1の電極103及び第2の電極108から離れた部位に正孔と電子とが再結合する発光領域を設けた構成であれば上記以外のものでもよい。
【0212】
つまり、層の積層構造については特に限定されず、電子輸送性の高い物質、正孔輸送性の高い物質、電子注入性の高い物質、正孔注入性の高い物質、バイポーラ性の物質(電子及び正孔の輸送性の高い物質)、又は正孔ブロック材料等から成る層を、本発明の一態様の複素環化合物をホスト材料として含む発光層と自由に組み合わせて構成すればよい。
【0213】
なお、本発明の一態様の複素環化合物は、電子輸送性の高い物質であるため、電子輸送層に本発明の一態様の複素環化合物を用いることもできる。
【0214】
また、発光層のホスト材料および電子輸送層の双方に、本発明の一態様の複素環化合物を適用することで、極めて低い駆動電圧が実現できる。
【0215】
本実施の形態で示した発光素子を用いて、パッシブマトリクス型の発光装置や、トランジスタによって発光素子の駆動が制御されたアクティブマトリクス型の発光装置を作製することができる。
【0216】
なお、アクティブマトリクス型の発光装置を作製する場合におけるトランジスタの構造は、特に限定されない。例えば、スタガ型や逆スタガ型のトランジスタを適宜用いることができる。また、基板に形成される駆動用回路についても、N型およびP型のトランジスタからなるものでもよいし、N型のトランジスタのみ、またはP型のトランジスタのみからなるものであってもよい。さらに、トランジスタに用いられる半導体膜の結晶性についても特に限定されない。例えば、非晶質半導体膜、結晶性半導体膜を用いることができる。また、半導体膜の材料としてはシリコン、ゲルマニウムなどの単体のほか、GaAs、InP、SiC、ZnSe、GaN、SiGeなどのような化合物半導体も用いることができる。また酸化物半導体である酸化亜鉛、酸化スズ、酸化マグネシウム亜鉛、酸化ガリウム、インジウム酸化物、及び上記酸化物半導体の複数より構成される酸化物半導体などを用いることができる。
【0217】
以上のように、本発明の一態様の複素環化合物を用いて発光素子を作製することができる。本発明の一態様の複素環化合物を発光素子に用いることで、駆動電圧が低い発光素子を得ることができる。また、電流効率が高い発光素子を得ることができる。また、長寿命な発光素子を得ることができる。
【0218】
また、このようにして得られた本発明の一態様の発光素子を用いた発光装置(画像表示デバイス)は低消費電力を実現できる。
【0219】
(実施の形態3)
本実施の形態では、本発明の一態様を適用した発光装置について図2を用いて説明する。なお、図2(A)は、発光装置を示す上面図、図2(B)は図2(A)をA−B及びC−Dで切断した断面図である。
【0220】
本実施の形態の発光装置は、駆動回路部であるソース側駆動回路401及びゲート側駆動回路403、画素部402、封止基板404、シール材405、FPC(フレキシブルプリントサーキット)409、並びに素子基板410を有する。シール材405で囲まれた内側は、空間になっている。
【0221】
なお、引き回し配線408はソース側駆動回路401及びゲート側駆動回路403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FPC409からビデオ信号、クロック信号、スタート信号、リセット信号等を受け取る。なお、ここではFPCしか図示されていないが、このFPCにはプリント配線基板(PWB)が取り付けられていても良い。本明細書における発光装置には、発光装置本体だけでなく、それにFPC又はPWBが取り付けられた状態をも含むものとする。
【0222】
図2(A)に示す素子基板410上には駆動回路部及び画素部が形成されているが、図2(B)では、駆動回路部であるソース側駆動回路401と、画素部402中の一つの画素が示されている。
【0223】
なお、ソース側駆動回路401はnチャネル型TFT423とpチャネル型TFT424とを組み合わせたCMOS回路が形成される。また、駆動回路は、TFTで形成される種々のCMOS回路、PMOS回路又はNMOS回路で形成しても良い。また、本実施の形態では、基板上に駆動回路を形成したドライバ一体型を示すが、必ずしもその必要はなく、駆動回路を基板上ではなく外部に形成することもできる。
【0224】
また、画素部402はスイッチング用TFT411と、電流制御用TFT412とそのドレインに電気的に接続された第1の電極413とを含む複数の画素により形成される。なお、第1の電極413の端部を覆って絶縁物414が形成されている。ここでは、ポジ型の感光性アクリル樹脂膜を用いることにより形成する。
【0225】
また、被覆性を良好なものとするため、絶縁物414の上端部又は下端部に曲率を有する曲面が形成されるようにする。例えば、絶縁物414の材料としてポジ型の感光性アクリルを用いた場合、絶縁物414の上端部のみに曲率半径(0.2μm〜3μm)を有する曲面を持たせることが好ましい。また、絶縁物414として、光の照射によってエッチャントに不溶解性となるネガ型、或いは光の照射によってエッチャントに溶解性となるポジ型のいずれも使用することができる。
【0226】
第1の電極413上には、EL層416、及び第2の電極417がそれぞれ形成されている。第1の電極、EL層、及び第2の電極は、それぞれ実施の形態2に挙げた材料で形成することができる。また、EL層416には、本発明の一態様の複素環化合物が含まれる。
【0227】
さらにシール材405で封止基板404を素子基板410と貼り合わせることにより、素子基板410、封止基板404、及びシール材405で囲まれた空間407に発光素子418が備えられた構造になっている。なお、空間407には、充填材が充填されており、不活性気体(窒素やアルゴン等)が充填される場合の他、シール材で充填される場合もある。
【0228】
なお、シール材405にはエポキシ系樹脂を用いるのが好ましい。また、これらの材料はできるだけ水分や酸素を透過しない材料であることが望ましい。また、封止基板404に用いる材料としてガラス基板や石英基板の他、FRP(Fiberglass−Reinforced Plastics)、PVF(ポリビニルフロライド)、ポリエステル又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。
【0229】
以上のようにして、本発明の一態様の発光素子を有するアクティブマトリクス型の発光装置を得ることができる。
【0230】
また、本発明の一態様の発光素子は、上述したアクティブマトリクス型の発光装置のみならずパッシブマトリクス型の発光装置に用いることもできる。図3に本発明の一態様の発光素子を用いたパッシブマトリクス型の発光装置の斜視図及び断面図を示す。なお、図3(A)は、発光装置を示す斜視図、図3(B)は図3(A)をX−Yで切断した断面図である。
【0231】
図3において、基板501上の第1の電極502と第2の電極503との間にはEL層504が設けられている。第1の電極502の端部は絶縁層505で覆われている。そして、絶縁層505上には隔壁層506が設けられている。隔壁層506の側壁は、基板面に近くなるに伴って、一方の側壁と他方の側壁との間隔が狭くなるような傾斜を有する。つまり、隔壁層506の短辺方向の断面は、台形状であり、底辺(絶縁層505と接する辺)の方が上辺(絶縁層505と接しない辺)よりも短い。このように、隔壁層506を設けることで、クロストーク等に起因した発光素子の不良を防ぐことができる。
【0232】
図14に、本発明の一態様を適用した発光装置の一例を示す。図14(A)は、発光装置を示す上面図、図14(B)(C)は図14(A)をE−F間で切断した断面図である。
【0233】
図14(A)乃至(C)に示す発光装置900は、第1の基板901上に発光素子908(第1の電極103、EL層102、及び第2の電極108)を備える。発光素子908は、実施の形態2に示した材料を用いて形成することができる。EL層102は、本発明の一態様の複素環化合物を含む。
【0234】
本実施の形態の発光装置は、発光素子が上部方向に光を射出する構造(トップエミッション構造ともいう)、上部及び下部方向に光を射出する構造(デュアルエミッション構造ともいう)、及び、下部方向に光を射出する構造(ボトムエミッション構造ともいう)のいずれの構造も適用することができる。
【0235】
図14(B)にボトムエミッション構造の発光装置を示す。
【0236】
図14(B)に示す発光装置は、第1の基板901上に第1の電極103を有し、第1の電極103上にEL層102を有し、EL層102上に第2の電極108を有する。
【0237】
第1の端子903は、補助配線910及び第1の電極103と電気的に接続し、第2の端子904は、第2の電極108と電気的に接続する。また、第1の電極103の端部及び第2の電極108の端部の間、並びに補助配線910とEL層102の間には、絶縁層909が形成されている。なお、図14(B)において、補助配線910上に第1の電極103が形成されている構成を示すが、第1の電極103上に補助配線910が形成される構成としても良い。
【0238】
そして、第1の基板901及び第2の基板902は、シール材912によって貼り合わされている。また、第1の基板901と第2の基板902の間に、乾燥剤911を有していても良い。
【0239】
また、第1の基板901の上部、下部、または両方に、光取り出し構造を有していても良い。光取り出し構造としては、光が屈折率の高い側から低い側に透過する界面に、凹凸構造を設ければ良い。具体的には、図14(B)に示すように、微細な凹凸構造をもつ光取り出し構造913aを屈折率の高い発光素子908とそれより屈折率が低い第1の基板901との間に設け、凹凸構造をもつ光取り出し構造913bを第1の基板901と大気との間に設ける構成が挙げられる。
【0240】
しかし、発光素子において、第1の電極103が凹凸を有すると、第1の電極103上に形成されるEL層102においてリーク電流が生じる恐れがある。したがって、本実施の形態では、EL層102の屈折率以上の屈折率を有する平坦化層914を光取り出し構造913aと接して設ける。これによって、第1の電極103を平坦な膜とすることができ、第1の電極103の凹凸に起因するEL層におけ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914と第1の基板901との界面に、光取り出し構造913a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。
【0241】
なお、図14(B)において、第1の基板901、光取り出し構造913a、及び光取り出し構造913bを異なる要素として示したが、本発明はこれに限られない。これらのうち二つ又は全てが一体に形成されていても良い。また、光取り出し構造913aはシール領域の内側に全てが形成されていても良い。
【0242】
図14(C)にトップエミッション構造の発光装置を示す。
【0243】
図14(C)に示す発光装置は、第1の基板901上に第2の電極108を有し、第2の電極108上にEL層102を有し、EL層102上に第1の電極103を有する。
【0244】
第1の端子903は、第2の電極108と電気的に接続し、第2の端子904は、第1の電極103と電気的に接続する。また、第1の電極103の端部及び第2の電極108の端部の間には、絶縁層909が形成されている。
【0245】
そして、第1の基板901及び第2の基板902は、シール材912によって貼り合わされている。また、第1の電極103上に補助配線を形成しても良い。また、第1の基板901と第2の基板902の間に、乾燥剤911を有していても良い。乾燥剤911は、発光素子の発光領域と重ならない位置に設けることが好ましい。または、発光素子の光を透過する乾燥剤を用いることが好ましい。
【0246】
なお、図14(A)に示す発光装置900の形状は八角形であるが、本発明はこれに限られない。発光装置900および発光素子908は、その他の多角形または曲線をもつ形状としても良い。特に、発光装置900の形状としては、三角形、四角形、正六角形などが好ましい。なぜなら、限られた面積に複数の発光装置900を隙間無く設けることができるためである。また、限られた基板面積を有効に利用して発光装置900を形成できるためである。また、基板上に形成する素子は一つに限られず、複数の素子を設けても良い。
【0247】
第1の基板901及び第2の基板902の材料としては、ガラス、石英、有機樹脂などの透光性を有する材料を用いることができる。第1の基板901及び第2の基板902の少なくとも一方は、発光素子が発する光を透過する。
【0248】
基板として有機樹脂を用いる場合、有機樹脂としては、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)等のポリエステル樹脂、ポリアクリルニトリル樹脂、ポリイミド樹脂、ポリメチルメタクリレート樹脂、ポリカーボネート(PC)樹脂、ポリエーテルスルフォン(PES)樹脂、ポリアミド樹脂、シクロオレフィン樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリアミドイミド樹脂、またはポリ塩化ビニル樹脂などを用いることができる。また、ガラス繊維に有機樹脂を含浸した基板や、無機フィラーを有機樹脂に混ぜた基板を使用することもできる。
【0249】
以上により、本発明の一態様を適用した発光装置を得ることができる。
【0250】
なお、本実施の形態で示した発光装置は、いずれも本発明の一態様の発光素子を用いて形成されることから、消費電力の低い発光装置を得ることができる。
【0251】
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。
【0252】
(実施の形態4)
本実施の形態では、本発明の一態様の発光装置を用いて完成させた様々な電子機器および照明器具の一例について、図4及び図5を用いて説明する。
【0253】
電子機器としては、例えば、テレビジョン装置(テレビ、また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。
【0254】
本発明の一態様の複素環化合物を含む発光素子を、可撓性を有する基板上に作製することで、曲面を有する発光部を有する電子機器、照明装置を実現することができる。
【0255】
また、本発明の一態様の複素環化合物を含む発光素子が備える一対の電極を可視光に対する透光性を有する材料を用いて形成することで、シースルーの発光部を有する電子機器、照明装置を実現することができる。
【0256】
また、本発明の一態様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、ダッシュボードや、フロントガラス、天井等に照明を設置することもできる。
【0257】
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7103が組み込まれている。表示部7103により、映像を表示することが可能であり、発光装置を表示部7103に用いることができる。また、ここでは、スタンド7105により筐体7101を支持した構成を示している。
【0258】
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7110により行うことができる。リモコン操作機7110が備える操作キー7109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7103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7110に、当該リモコン操作機7110から出力する情報を表示する表示部7107を設ける構成としてもよい。
【0259】
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。
【0260】
図4(B)はコンピュータであり、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、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。
【0261】
図4(C)は携帯型遊技機であり、筐体7301と筐体7302の2つの筐体で構成されており、連結部7303により、開閉可能に連結されている。筐体7301には表示部7304が組み込まれ、筐体7302には表示部7305が組み込まれている。また、図4(C)に示す携帯型遊技機は、その他、スピーカ部7306、記録媒体挿入部7307、LEDランプ7308、入力手段(操作キー7309、接続端子7310、センサ7311(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7312)等を備えている。もちろん、携帯型遊技機の構成は上述のものに限定されず、少なくとも表示部7304および表示部7305の両方、又は一方に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)に示す携帯型遊技機は、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、他の携帯型遊技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)に示す携帯型遊技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。
【0262】
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、発光装置を表示部7402に用いることにより作製される。
【0263】
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。
【0264】
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。
【0265】
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。この場合、表示部7402の画面のほとんどにキーボード又は番号ボタンを表示させることが好ましい。
【0266】
また、携帯電話機7400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、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。
【0267】
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。
【0268】
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。
【0269】
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。
【0270】
図4(E)は卓上照明器具であり、照明部7501、傘7502、可変アーム7503、支柱7504、台7505、電源7506を含む。なお、卓上照明器具は、発光装置を照明部7501に用いることにより作製される。なお、照明器具には天井固定型の照明器具又は壁掛け型の照明器具なども含まれる。
【0271】
図5(A)は、発光装置を、室内の照明装置601として用いた例である。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。その他、ロール型の照明装置602として用いることもできる。なお、図5(A)に示すように、室内の照明装置601を備えた部屋で、図4(E)で説明した卓上照明器具603を併用してもよい。
【0272】
図5(B)に別の照明装置の例を示す。図5(B)に示す卓上照明装置は、照明部9501、支柱9503、支持台9505等を含む。照明部9501は、本発明の一態様の複素環化合物を含む。このように、可撓性を有する基板上に発光素子を作製することで、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とすることができる。このように、フレキシブルな発光装置を照明装置として用いることで、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。
【0273】
以上のようにして、発光装置を適用して電子機器や照明器具を得ることができる。発光装置の適用範囲は極めて広く、あらゆる分野の電子機器に適用することが可能である。
【0274】
なお、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を適宜組み合わせて用いることができる。
【実施例1】
【0275】
≪合成例1≫
本実施例では、実施の形態1の構造式(101)で表される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)の合成方法について具体的に説明する。7mDBTPDBq−IIの構造を以下に示す。
【0276】
【化59】

【0277】
7mDBTPDBq−IIの合成スキームを(C−1)に示す。
【0278】
【化60】

【0279】
50mL三口フラスコに7−ブロモジベンゾ[f,h]キノキサリン1.2g(4.0mmol)、3−(ジベンゾチオフェン−4−イル)フェニルボロン酸1.3g(4.3mmol)、トルエン20mL、エタノール4mL、2Mの炭酸カリウム水溶液4mLを加えた。この混合物を、減圧下で攪拌することで脱気し、フラスコ内を窒素置換した。この混合物に、テトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(0)93mg(81μmol)を加えた。この混合物を窒素気流下、80℃で7時間攪拌した。所定時間経過後、得られた混合物に水を加え、水層から有機物をトルエンにより抽出した。得られた抽出溶液と有機層とを合わせ水、飽和食塩水で洗浄し、硫酸マグネシウムにより乾燥した。この混合物を自然濾過し、濾液を濃縮して固体を得た。得られた固体をシリカゲルカラムクロマトグラフィー(展開溶媒:トルエン)により精製し、さらにトルエンにより再結晶したところ、目的物の淡黄色粉末を収量1.4g、収率61%で得た。
【0280】
得られた目的物の淡黄色粉末1.4gをトレインサブリメーション法により昇華精製した。昇華精製は、圧力2.5Pa、アルゴン流量5mL/minの条件で、目的物を255℃で加熱して行った。昇華精製後、目的物の淡黄色粉末を収量0.60g、収率42%で得た。
【0281】
核磁気共鳴法(NMR)によって、この化合物が目的物である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)であることを確認した。
【0282】
得られた化合物のH NMRデータを以下に示す。
H NMR(CDCl,300MHz):δ=7.47−7.51(m,2H),7.62(d,J=4.8Hz,2H),7.68−7.92(m,6H),8.08(dd,J=8.4Hz,1.5Hz,1H),8.19−8.24(m,3H),8.74(dd,J=7.8Hz,1.5Hz,1H),8.91−8.93(m,3H),9.24(dd,J=7.2Hz,2.1Hz,1H),9.31(d,J=8.4Hz,1H).
【0283】
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7.0ppm〜9.5ppmの範囲を拡大して表したチャートである。
【0284】
また、7mDBTPDBq−IIのトルエン溶液の吸収スペクトルを図8(A)に、発光スペクトルを図8(B)にそれぞれ示す。また、7mDBTPDBq−IIの薄膜の吸収スペクトルを図9(A)に、発光スペクトルを図9(B)にそれぞれ示す。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。溶液は石英セルに入れ、薄膜は石英基板に蒸着してサンプルを作製して測定を行った。吸収スペクトルに関して、溶液については石英セルにトルエンのみを入れて測定した吸収スペクトルを差し引いた吸収スペクトルを示し、薄膜については石英基板の吸収スペクトルを差し引いた吸収スペクトルを示した。図8(A)及び図9(A)において横軸は波長(nm)、縦軸は吸収強度(任意単位)を表し、図8(B)及び図9(B)において横軸は波長(nm)、縦軸は発光強度(任意単位)を表す。トルエン溶液の場合では304及び363nm付近に吸収ピークが見られ、発光波長のピークは、372及び389nm(励起波長360nm)であった。また、薄膜の場合では246、263、312、335、350及び371nm付近に吸収ピークが見られ、発光波長のピークは413nm(励起波長371nm)であった。
【実施例2】
【0285】
本実施例では、本発明の一態様の発光素子について図6を用いて説明する。本実施例で用いる材料の化学式を以下に示す。
【0286】
【化61】

【0287】
以下に、本実施例の発光素子1及び比較発光素子2の作製方法を示す。
【0288】
(発光素子1)
まず、ガラス基板1100上に、酸化珪素を含むインジウム錫酸化物(ITSO)をスパッタリング法にて成膜し、第1の電極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。ここで、第1の電極1101は、発光素子の陽極として機能する電極である。
【0289】
基板1100上に発光素子を形成するための前処理として、基板表面を水で洗浄し、200℃で1時間焼成した後、UVオゾン処理を370秒行った。
【0290】
その後、10−4Pa程度まで内部が減圧された真空蒸着装置に基板を導入し、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、基板1100を30分程度放冷した。
【0291】
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、抵抗加熱を用いた蒸着法により、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)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、40nmとし、BPAFLPと酸化モリブデンの比率は、重量比で4:2(=BPAFLP: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。
【0292】
次に、正孔注入層1111上に、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。
【0293】
次に、実施例1で合成した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(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)])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、7mDBTPDBq−II及び[Ir(mppr−Me)(acac)]の重量比は、1:0.06(=7mDBTPDBq−II:[Ir(mppr−Me)(acac)])となるように調節した。また、発光層1113の膜厚は40nmとした。
【0294】
さらに、発光層1113上に7mDBTPDBq−IIを膜厚10nmとなるように成膜し、第1の電子輸送層1114aを形成した。
【0295】
その後、第1の電子輸送層1114a上にバソフェナントロリン(略称:BPhen)を膜厚20nmとなるように成膜し、第2の電子輸送層1114bを形成した。
【0296】
さらに、第2の電子輸送層1114b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。
【0297】
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。
【0298】
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。
【0299】
(比較発光素子2)
比較発光素子2の発光層1113は、2−フェニルジベンゾ[f,h]キノキサリン(略称:2PDBq)及び[Ir(mppr−Me)(acac)]を共蒸着することで形成した。ここで、2PDBq及び[Ir(mppr−Me)(acac)]の重量比は、1:0.06(=2PDBq:[Ir(mppr−Me)(acac)])となるように調節した。また、発光層1113の膜厚は40nmとした。
【0300】
さらに、比較発光素子2の第1の電子輸送層1114aは、2PDBqを膜厚10nmとなるように成膜することで形成した。発光層1113及び第1の電子輸送層1114a以外は発光素子1と同様に作製した。
【0301】
以上により得られた発光素子1及び比較発光素子2の素子構造を表1に示す。
【0302】
【表1】

【0303】
発光素子1及び比較発光素子2を、窒素雰囲気のグローブボックス内において、発光素子が大気に曝されないようにガラス基板により封止する作業を行った後、これら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。
【0304】
発光素子1及び比較発光素子2の電流密度−輝度特性を図10に示す。図10において、横軸は電流密度(mA/cm)を、縦軸は輝度(cd/m)を表す。また、電圧−輝度特性を図11に示す。図11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12に示す。図12において、横軸は輝度(cd/m)、縦軸は電流効率(cd/A)を表す。また、電圧−電流特性を図13に示す。図13において、横軸は電圧(V)を、縦軸は電流(mA)を表している。また、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)、外部量子効率(%)を表2に示す。
【0305】
【表2】

【0306】
表2に示す通り、670cd/mの輝度の時の発光素子1のCIE色度座標は(x,y)=(0.54,0.45)であった。また、1000cd/mの輝度の時の比較発光素子2のCIE色度座標は(x,y)=(0.52,0.47)であった。発光素子1及び比較発光素子2は、それぞれ[Ir(mppr−Me)(acac)]に由来する発光が得られたことがわかった。
【0307】
本実施例で作製した比較発光素子2は、図13からわかるように、発光が開始する電圧(2V程度)よりも低電圧の領域で発光素子1に比べて電流が大きく流れており、また、表2より電流効率が著しく低いことがわかった。これは、比較発光素子2の発光層1113に用いた2PDBqが結晶化し、電流のリークが発生しているためと考えられる。
【0308】
一方、図10乃至図13から、発光素子1は、駆動電圧が低く、電流効率が高いことがわかる。従って、本発明の一態様を適用した化合物は、良好な電圧−輝度特性、及び輝度−電流効率特性の実現に効果があることが確認された。
【0309】
以上示したように、7mDBTPDBq−IIを発光層のホスト材料及び電子輸送層として用いることにより、駆動電圧が低く、電流効率が高い発光素子を作製することができた。
【実施例3】
【0310】
≪合成例2≫
本実施例では、実施の形態1の構造式(109)で表される7−[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:7mDBTBPDBq−II)の合成方法について具体的に説明する。7mDBTBPDBq−IIの構造を以下に示す。
【0311】
【化62】

【0312】
7mDBTBPDBq−IIの合成スキームを(D−1)に示す。
【0313】
【化63】

【0314】
100mL三口フラスコに7−ブロモジベンゾ[f、h]キノキサリン0.71g(2.3mmol)、3−[3−(ジベンゾチオフェン−4−イル)フェニル]フェニルボロン酸1.0g(2.5mmol)、トルエン30mL、エタノール3mL、2Mの炭酸カリウム水溶液3.5mLを加えた。この混合物を、減圧下で撹拌することで脱気し、フラスコ内を窒素置換した。この混合物に、テトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(0)53mg(46μmol)を加えた。この混合物を窒素気流下、80℃で18時間撹拌した。この混合物に水を加え、系内に析出した固体を吸引濾過し、固体を得た。さらに、得られた濾液の水層から有機物をトルエンで抽出した。得られた抽出溶液と有機層を合わせて、炭酸水素ナトリウム水溶液と飽和食塩水で洗浄し、有機層を硫酸マグネシウムで乾燥した。得られた混合物を自然濾過し、濾液を濃縮して固体を得た。これらの固体のトルエン溶液を、セライト(和光純薬工業株式会社、カタログ番号:531−16855)、アルミナを通して吸引濾過し、濾液を濃縮して固体を得た。得られた固体をシリカゲルカラムクロマトグラフィー(トルエン:ヘキサン=2:1)で精製し、さらにトルエンにより再結晶したところ、淡黄色粉末を収量0.70g、収率53%で得た。
【0315】
得られた淡黄色粉末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。昇華精製は、圧力3.1Pa、アルゴン流量5mL/minの条件で、淡黄色粉末を280℃で20時間加熱して行った。昇華精製後、目的物の淡黄色粉末を収量0.62g、収率88%で得た。
【0316】
核磁気共鳴法(NMR)によって、この化合物が目的物である7−[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:7mDBTBPDBq−II)であることを確認した。
【0317】
得られた化合物のH NMRデータを以下に示す。
H NMR(CDCl,300MHz):δ=7.42−7.51(m,2H),7.58−7.69(m,4H),7.74−7.85(m,7H),8.05(dd,J=8.1Hz,1.5Hz,1H),8.12−8.13(m,2H),8.17−8.22(m,2H),8.73−8.76(m,1H),8.90−8.93(m,3H),9.23−9.28(m,1H),9.31(d,J=8.4Hz,1H).
【0318】
また、H NMRチャートを図15に示す。なお、図15(B)は、図15(A)における7.0ppm〜9.5ppmの範囲を拡大して表したチャートである。
【0319】
また、7mDBTBPDBq−IIのトルエン溶液の吸収スペクトルを図16(A)に、発光スペクトルを図16(B)にそれぞれ示す。また、7mDBTBPDBq−IIの薄膜の吸収スペクトルを図17(A)に、発光スペクトルを図17(B)にそれぞれ示す。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。溶液は石英セルに入れ、薄膜は石英基板に蒸着してサンプルを作製して測定を行った。吸収スペクトルに関して、溶液については石英セルにトルエンのみを入れて測定した吸収スペクトルを差し引いた吸収スペクトルを示し、薄膜については石英基板の吸収スペクトルを差し引いた吸収スペクトルを示した。図16(A)及び図17(A)において横軸は波長(nm)、縦軸は吸収強度(任意単位)を表し、図16(B)及び図17(B)において横軸は波長(nm)、縦軸は発光強度(任意単位)を表す。トルエン溶液の場合では281、303及び363nm付近に吸収ピークが見られ、発光波長のピークは、372及び387nm(励起波長364nm)であった。また、薄膜の場合では247、260、312、331、351及び370nm付近に吸収ピークが見られ、発光波長のピークは408nm(励起波長370nm)であった。
【実施例4】
【0320】
本実施例では、本発明の一態様の発光素子について図6を用いて説明する。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。
【0321】
【化64】

【0322】
以下に、本実施例の発光素子3の作製方法を示す。
【0323】
(発光素子3)
まず、ガラス基板1100上に、ITSOをスパッタリング法にて成膜し、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。ここで、第1の電極1101は、発光素子の陽極として機能する電極である。
【0324】
基板1100上に発光素子を形成するための前処理として、基板表面を水で洗浄し、200℃で1時間焼成した後、UVオゾン処理を370秒行った。
【0325】
その後、10−4Pa程度まで内部が減圧された真空蒸着装置に基板を導入し、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、基板1100を30分程度放冷した。
【0326】
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、抵抗加熱を用いた蒸着法により、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、40nm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。
【0327】
次に、正孔注入層1111上に、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。
【0328】
次に、実施例3で合成した7−[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:7mDBTBPDBq−II)、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)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)])を共蒸着し、正孔輸送層1112上に発光層1113を形成した。ここで、7mDBTBPDBq−II、NPB及び[Ir(dppm)(acac)]の重量比は、0.8:0.2:0.05(=7mDBTBPDBq−II:NPB:[Ir(dppm)(acac)])となるように調節した。また、発光層1113の膜厚は40nmとした。
【0329】
さらに、発光層1113上に7mDBTBPDBq−IIを膜厚10nmとなるように成膜し、第1の電子輸送層1114aを形成した。
【0330】
その後、第1の電子輸送層1114a上にBPhenを膜厚20nmとなるように成膜し、第2の電子輸送層1114bを形成した。
【0331】
さらに、第2の電子輸送層1114b上に、LiFを1nmの膜厚で蒸着し、電子注入層1115を形成した。
【0332】
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3を作製した。
【0333】
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。
【0334】
以上により得られた発光素子3の素子構造を表3に示す。
【0335】
【表3】

【0336】
発光素子3を、窒素雰囲気のグローブボックス内において、発光素子が大気に曝されないようにガラス基板により封止する作業を行った後、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。
【0337】
発光素子3の電流密度−輝度特性を図18に示す。図18において、横軸は電流密度(mA/cm)を、縦軸は輝度(cd/m)を表す。また、電圧−輝度特性を図19に示す。図19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20に示す。図20において、横軸は輝度(cd/m)、縦軸は電流効率(cd/A)を表す。また、電圧−電流特性を図21に示す。図21において、横軸は電圧(V)を、縦軸は電流(mA)を表している。また、発光素子3における輝度850cd/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)、外部量子効率(%)を表4に示す。
【0338】
【表4】

【0339】
表4に示す通り、850cd/mの輝度の時の発光素子3のCIE色度座標は(x,y)=(0.57,0.43)であった。発光素子3は、[Ir(dppm)(acac)]に由来する発光が得られたことがわかった。
【0340】
図18乃至図21、及び表4から、発光素子3は、駆動電圧が低く、電流効率及び外部量子効率が高いことがわかる。従って、本発明の一態様を適用した化合物は、良好な電圧−輝度特性、及び輝度−電流効率特性の実現に効果があることが確認された。
【0341】
以上示したように、7mDBTBPDBq−IIを発光層のホスト材料及び電子輸送層として用いることにより、駆動電圧が低く、電流効率及び外部量子効率が高い発光素子を作製することができた。
【0342】
次に、発光素子3の信頼性試験を行った。信頼性試験の結果を図22に示す。図22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。
【0343】
信頼性試験は、初期輝度を5000cd/mに設定し、電流密度一定の条件で発光素子3を駆動した。
【0344】
260時間後の輝度について、発光素子3は、初期輝度の71%を保っていた。
【0345】
以上の結果から、7mDBTBPDBq−IIを発光層のホスト材料及び電子輸送層として用いることにより、信頼性の高い、寿命が長い素子を実現できることが示された。
【0346】
(参考例)
上記実施例で用いた(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)])の合成方法について、具体的に説明する。[Ir(dppm)(acac)]の構造を以下に示す。
【0347】
【化65】

【0348】
<ステップ1;4,6−ジフェニルピリミジン(略称:Hdppm)の合成>
まず、4,6−ジクロロピリミジン5.02g、フェニルボロン酸8.29g、炭酸ナトリウム7.19g、ビス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(II)ジクロリド(略称:Pd(PPhCl)0.29g、水20mL、アセトニトリル20mLを、還流管を付けたナスフラスコに入れ、内部をアルゴン置換した。この反応容器にマイクロ波(2.45GHz 100W)を60分間照射することで加熱した。ここで更にフェニルボロン酸2.08g、炭酸ナトリウム1.79g、Pd(PPhCl0.070g、水5mL、アセトニトリル5mLをフラスコに入れ、再度マイクロ波(2.45GHz 100W)を60分間照射することで加熱した。その後この溶液に水を加え、ジクロロメタンにて有機層を抽出した。得られた抽出液を水で洗浄し、硫酸マグネシウムにて乾燥させた。乾燥した後の溶液を濾過した。この溶液の溶媒を留去した後、得られた残渣を、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で精製し、ピリミジン誘導体Hdppmを得た(黄白色粉末、収率38%)。なお、マイクロ波の照射は、マイクロ波合成装置(CEM社製 Discover)を用いた。以下にステップ1の合成スキーム(x−1)を示す。
【0349】
【化66】

【0350】
<ステップ2;ジ−μ−クロロ−ビス[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)Cl])の合成>
次に、2−エトキシエタノール15mL、水5mL、上記ステップ1で得たHdppm1.10g、塩化イリジウム水和物(IrCl・HO)0.69gを、還流管を付けたナスフラスコに入れ、ナスフラスコ内をアルゴン置換した。その後、マイクロ波(2.45GHz 100W)を1時間照射し、反応させた。溶媒を留去した後、得られた残渣をエタノールで濾過し、次いで洗浄し、複核錯体[Ir(dppm)Cl]を得た(赤褐色粉末、収率88%)。以下にステップ2の合成スキーム(x−2)を示す。
【0351】
【化67】

【0352】
<ステップ3;(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)])の合成>
さらに、2−エトキシエタノール40mL、上記ステップ2で得た[Ir(dppm)Cl]1.44g、アセチルアセトン0.30g、炭酸ナトリウム1.07gを、還流管を付けたナスフラスコに入れ、ナスフラスコ内をアルゴン置換した。その後、マイクロ波(2.45GHz 120W)を60分間照射し、反応させた。溶媒を留去し、得られた残渣をジクロロメタンに溶解して濾過し、不溶物を除去した。得られた濾液を水、次いで飽和食塩水で洗浄し、硫酸マグネシウムにて乾燥させた。乾燥した後の溶液を濾過した。この溶液の溶媒を留去した後、得られた残渣を、ジクロロメタン:酢酸エチル=50:1(体積比)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。その後、ジクロロメタンとヘキサンの混合溶媒にて再結晶することにより、目的物である橙色粉末を得た(収率32%)。以下にステップ3の合成スキーム(x−3)を示す。
【0353】
【化68】

【0354】
上記ステップ3で得られた橙色粉末の核磁気共鳴分光法(H NMR)による分析結果を下記に示す。この結果から、[Ir(dppm)(acac)]が得られたことがわかった。
【0355】
H NMR.δ(CDCl):1.83(s,6H),5.29(s,1H),6.48(d,2H),6.80(t,2H),6.90(t,2H),7.55−7.63(m,6H),7.77(d,2H),8.17(s,2H),8.24(d,4H),9.17(s,2H).
【符号の説明】
【0356】
102 EL層
103 第1の電極
108 第2の電極
401 ソース側駆動回路
402 画素部
403 ゲート側駆動回路
404 封止基板
405 シール材
407 空間
408 配線
409 FPC(フレキシブルプリントサーキット)
410 素子基板
411 スイッチング用TFT
412 電流制御用TFT
413 第1の電極
414 絶縁物
416 EL層
417 第2の電極
418 発光素子
423 nチャネル型TFT
424 pチャネル型TFT
501 基板
502 第1の電極
503 第2の電極
504 EL層
505 絶縁層
506 隔壁層
601 照明装置
602 照明装置
603 卓上照明器具
701 正孔注入層
702 正孔輸送層
703 発光層
704 電子輸送層
705 電子注入層
706 電子注入バッファー層
707 電子リレー層
708 複合材料層
800 EL層
801 EL層
803 電荷発生層
901 第1の基板
902 第2の基板
903 第1の端子
904 第2の端子
908 発光素子
909 絶縁層
910 補助配線
911 乾燥剤
912 シール材
913a 光取り出し構造
913b 光取り出し構造
914 平坦化層
1100 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
1114a 電子輸送層
1114b 電子輸送層
1115 電子注入層
7100 テレビジョン装置
7101 筐体
7103 表示部
7105 スタンド
7107 表示部
7109 操作キー
7110 リモコン操作機
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
7301 筐体
7302 筐体
7303 連結部
7304 表示部
7305 表示部
7306 スピーカ部
7307 記録媒体挿入部
7308 LEDランプ
7309 操作キー
7310 接続端子
7311 センサ
7312 マイクロフォン
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
7501 照明部
7502 傘
7503 可変アーム
7504 支柱
7505 台
7506 電源
9501 照明部
9503 支柱
9505 支持台

【特許請求の範囲】
【請求項1】
一般式(G1)で表される複素環化合物。
【化1】


(式中、Aは、置換もしくは無置換のジベンゾチオフェニル基、置換もしくは無置換のジベンゾフラニル基、又は置換もしくは無置換のカルバゾリル基を表し、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、Arは、炭素数6〜13の置換又は無置換のアリーレン基を表す。)
【請求項2】
一般式(G2−1)で表される複素環化合物。
【化2】


(式中、Qは、硫黄原子、酸素原子又は窒素原子を表し、窒素原子は、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置換基として有する。また、R11〜R19、及びR21〜R27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、Arは、炭素数6〜13の置換又は無置換のアリーレン基を表す。)
【請求項3】
一般式(G2−2)で表される複素環化合物。
【化3】


(式中、R11〜R19、及びR31〜R38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、Arは、炭素数6〜13の置換又は無置換のアリーレン基を表す。)
【請求項4】
一般式(G2−3)で表される複素環化合物。
【化4】


(式中、R11〜R19、及びR41〜R47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、Arは、炭素数6〜13の置換又は無置換のアリーレン基を表し、Qは、硫黄原子、酸素原子又は窒素原子を表し、窒素原子は、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置換基として有する。)
【請求項5】
請求項1乃至請求項4のいずれか一項において、
前記Arが、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複素環化合物。
【請求項6】
請求項1乃至請求項4のいずれか一項において、
前記Arが、置換又は無置換のフェニレン基である複素環化合物。
【請求項7】
請求項1乃至請求項4のいずれか一項において、
前記Arが、置換又は無置換のm−フェニレン基である複素環化合物。
【請求項8】
一般式(G3−1)で表される複素環化合物。
【化5】


(式中、Qは、硫黄原子、酸素原子又は窒素原子を表し、窒素原子は、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置換基として有する。また、R11〜R19、R21〜R27、及びR51〜R54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す。)
【請求項9】
一般式(G3−2)で表される複素環化合物。
【化6】


(式中、R11〜R19、R31〜R38、及びR51〜R54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す。)
【請求項10】
一般式(G3−3)で表される複素環化合物。
【化7】


(式中、R11〜R19、R41〜R47、及びR51〜R54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、Qは、硫黄原子、酸素原子又は窒素原子を表し、窒素原子は、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置換基として有する。)

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【図7】
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【図8】
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【図9】
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【図10】
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【図11】
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【図12】
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【図13】
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【図14】
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【図15】
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【図16】
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【図17】
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【図18】
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【図19】
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【図20】
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【図21】
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【図22】
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【公開番号】特開2013−60414(P2013−60414A)
【公開日】平成25年4月4日(2013.4.4)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2012−16801(P2012−16801)
【出願日】平成24年1月30日(2012.1.30)
【出願人】(000153878)株式会社半導体エネルギー研究所 (5,264)
【Fターム(参考)】