JP2018131407A - 発光素子、発光装置、電子機器及び照明装置 - Google Patents

発光素子、発光装置、電子機器及び照明装置 Download PDF

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Abstract

【課題】新規な有機化合物または発光素子用材料を提供する。また、T1準位の高い有機化合物または発光素子用材料を提供する。また、青色りん光素子のホスト材料またはキャリア輸送材料に好適な有機化合物または発光素子用材料を提供する。【解決手段】5位にアルキル基を有し、4位と6位にメタ位に置換基を有するフェニレン基を有するピリミジン骨格を含み且つ、分子量が3000以下の有機化合物および発光素子用材料を提供する。当該有機化合物および発光素子用材料は、二つのフェニレン基にそれぞれ置換基を有し、当該置換基はカルバゾール骨格、フルオレン骨格、ジベンゾチオフェン骨格およびジベンゾフラン骨格を含むことが好ましい。【選択図】なし

Description

本発明の一態様は、発光素子、ディスプレイモジュール、照明モジュール、表示装置、発光装置、電子機器及び照明装置に関する。なお、本発明の一態様は、上記の技術分野に限定されない。本明細書等で開示する発明の一態様の技術分野は、物、方法、または、製造方法に関するものである。または、本発明の一態様は、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)に関するものである。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の技術分野としては、半導体装置、表示装置、液晶表示装置、発光装置、照明装置、蓄電装置、記憶装置、撮像装置、それらの駆動方法、または、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:Electroluminescence)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、液晶に比べ視認性が高く、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。
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適用好適であるが、より良好な効率、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。
良好な効率を有する発光素子を実現する方法の一つとして、りん光発光物質を用いた発光素子の開発が盛んにおこなわれている。赤色、緑色などの素子に関しては実用化もされているが、青色りん光素子に関しては開発が遅れているのが現状である。
青色りん光素子に関しては、青色発光を呈する発光物質の開発もさることながら、それを分散して効率良く光らせるためのホスト材料の開発も不可欠である。特許文献1では、T1準位が高く、青色りん光材料を励起することが可能なホスト材料について開示されている。
特開2016−213470号公報
そこで、本発明の一態様では、新規な有機化合物または発光素子用材料を提供することを目的とする。また、本発明の一態様では、T1準位の高い有機化合物または発光素子用材料を提供することを目的とする。または、本発明の他の一態様では、青色りん光素子のホスト材料またはキャリア輸送材料に好適な有機化合物または発光素子用材料を提供することを目的とする。
または、本発明の一態様では、発光効率の良好な発光素子を提供することを目的とする。または、色純度の良好な発光素子を提供することを目的とする。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、色純度の良好な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、信頼性の高い発光装置、電子機器及び表示装置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装置、電子機器及び表示装置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、表示品質の良好な発光装置、電子機器および表示装置を各々提供することを課題とする。
本発明は上述の課題のうちいずれか一を解決すればよいものとする。
本発明の一態様は下記一般式(G1)で表される有機化合物である。
ただし、一般式(G1)において、Rは炭素数1乃至6のアルキル基のいずれか1を表し、AおよびBの位置の炭素原子にそれぞれ独立に、下記一般式(G2−1)または(G2−2)で表される基が結合する。
ただし、一般式(G2−1)において、Xは窒素原子、酸素原子、硫黄原子および炭素原子のいずれか1を表す。Xが窒素原子または炭素原子である場合、窒素原子は一つの、炭素原子は一つまたは二つの置換基を有していても良い。また、R11乃至R18はそれぞれ独立に、水素、炭素数1乃至6のアルキル基のいずれか1を表す。なお、R11乃至R14はその一つが結合手であっても良く、当該結合手またはXが窒素の場合は当該窒素が有する結合手のいずれか1によって一般式(G1)におけるAの位置の炭素またはBの位置の炭素に結合する。
ただし、一般式(G2−2)において、Xは窒素原子、酸素原子、硫黄原子および炭素原子のいずれか1を表す。Xが窒素原子または炭素原子である場合、窒素原子は一つの、炭素原子は一つまたは二つの置換基を有していても良い。また、R21乃至R28はそれぞれ独立に、水素、炭素数1乃至6のアルキル基のいずれか1を表す。なお、R21乃至R24はその一つが結合手であっても良く、当該結合手またはXが窒素である場合は当該窒素が有する結合手のいずれか1によって一般式(G1)におけるAの位置の炭素またはBの位置の炭素に結合する。また、α、βは隣接する二つの環と縮合する環を表し、αは下記一般式(G3)で表される環を、βは下記一般式(G4)で表される環を表す。
一般式(G3)で表される環は、式(G3)中acの位置またはadの位置で隣接する二つの環と縮合する。また、R31およびR32はそれぞれ独立に水素または炭素数1乃至6のアルキル基のいずれか1を表す。
一般式(G4)で表される環は、式(G4)中bdの位置で隣接する二つの環と縮合する。また、Xは窒素原子、酸素原子、硫黄原子および炭素原子のいずれか1を表す。Xが窒素原子または炭素原子である場合、窒素原子は一つの、炭素原子は一つまたは二つの置換基を有していても良い。
または、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。
ただし、一般式(G1)において、Rは炭素数1乃至6のアルキル基のいずれか1を表し、AおよびBの位置の炭素原子にそれぞれ独立に、下記一般式(G2−1)で表される基が結合する。
ただし、一般式(G2−1)において、Xは窒素原子、酸素原子、硫黄原子および炭素原子のいずれか1を表す。1が窒素原子または炭素原子である場合、窒素原子は一つの、炭素原子は一つまたは二つの置換基を有していても良い。また、R11乃至R18はそれぞれ独立に、水素、炭素数1乃至6のアルキル基のいずれか1を表す。なお、R11乃至R14はその一つが結合手であっても良い、当該結合手またはXが窒素の場合は当該窒素が有する結合手のいずれか1によって一般式(G1)におけるAの位置の炭素またはBの位置の炭素に結合する。
また、本発明の他の一態様は、上記構成において、請求項2において、Xの少なくとも一方が窒素原子である有機化合物である。
または、本発明の他の一態様は、上記構成において、Xの窒素が一般式(G1)におけるAの位置の炭素またはBの位置の炭素に結合する有機化合物である。
または、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を含む有機化合物である。
ただし、一般式(G1)において、Rは炭素数1乃至6のアルキル基のいずれか1を表し、AおよびBの位置の炭素原子にそれぞれ独立に、下記一般式(G2−2)
で表される基が結合する。
ただし、一般式(G2−2)において、Xは窒素原子、酸素原子、硫黄原子および炭素原子のいずれか1を表す。Xが窒素原子または炭素原子である場合、窒素原子は一つの、炭素原子は一つまたは二つの置換基を有していても良い。また、R21乃至R28はそれぞれ独立に、水素、炭素数1乃至6のアルキル基のいずれか1を表す。なおR21乃至R24はその一つが結合手であっても良い、当該結合手またはXが窒素である場合は当該窒素が有する結合手のいずれか1によって一般式(G1)におけるAの位置の炭素またはBの位置の炭素に結合する。また、α、βは隣接する二つの環と縮合する環を表し、αは下記一般式(G3)で表される環を、βは下記一般式(G4)で表される環を示す。
一般式(G3)で表される環は、式(G3)中、acの位置またはadの位置で隣接する二つの環と縮合する。またR31およびR32はそれぞれ独立に水素または炭素数1乃至6のアルキル基のいずれか1を表す。
一般式(G4)で表される環は、式(G4)中、bdの位置で隣接する二つの環と縮合する、またXは窒素原子、酸素原子、硫黄原子及び炭素原子のいずれか1を表す。Xが窒素原子または炭素原子である場合、窒素原子は一つの、炭素原子は一つまたは二つの置換基を有していても良い。
または、本発明の他の一態様は、上記構成において、Xの少なくとも一方が窒素原子である有機化合物である。
または、本発明の他の一態様は、上記構成において、Xの窒素が一般式(G1)におけるAの位置の炭素またはBの位置の炭素に結合する有機化合物である。
または、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。
ただし、一般式(G5)で表される式において、Rは炭素数1乃至6のアルキル基を表し、R41乃至R48およびR51乃至R58は各々独立に、水素または炭素数1乃至6のアルキル基のいずれか一を表す。
または、本発明の他の一態様は下記一般式(G6)で表される有機化合物である。
または、本発明の他の一態様は、下記一般式(G7)乃至(G10)で表される有機化合物である。
ただし、一般式(G7)乃至(G10)において、Rは炭素数1乃至6のアルキル基を表す。
または、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。
ただし、一般式(g1)において、Rは炭素数1乃至6のアルキル基のいずれか1を表す。
または、本発明の他の一態様は、下記構造式(100)で表される有機化合物である。
または、本発明の他の一態様は、下記一般式(G1)で表される骨格を有し、且つ分子量3000以下の有機化合物を含む発光素子である。
ただし、一般式(G1)において、Rは炭素数1乃至6のアルキル基のいずれか1を表し、AおよびBの位置の炭素原子それぞれに置換基を有する。
または、本発明の他の一態様は、下記一般式(G1)で表される骨格を有し、且つ分子量3000以下の有機化合物を含む発光素子である。
ただし、一般式(G1)において、Rは炭素数1乃至6のアルキル基のいずれか1を表し、AおよびBの位置の炭素原子それぞれにカルバゾール骨格を含む置換基を有する。
または、本発明の他の一態様は、上記の有機化合物を含む発光素子である。
または、本発明の他の一態様は、上記構成を有する発光素子において、当該発光素子が少なくとも発光層を有し、前記発光層が前記有機化合物を含む発光素子である。
または、本発明の他の一態様は、上記構成を有する発光素子と、トランジスタ、または、基板と、を有する発光装置である。
または、本発明の他の一態様は、上記記載の発光装置と、センサ、操作ボタン、スピーカ、または、マイクと、を有する電子機器である。
または、本発明の他の一態様は、上記構成を有する発光装置と、筐体と、を有する照明装置である」。
または、本発明の他の一態様は、上記構成の発光素子と、トランジスタ、または、基板と、を有する発光装置である。
または、本発明の他の一態様は、上記構成を有する発光装置と、センサ、操作ボタン、スピーカ、または、マイクと、を有する電子機器である。
または、本発明の他の一態様は、上記構成を有する発光装置と、筐体と、を有する照明装置である。
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又はTCP(Tape Carrier Package)が取り付けられたモジュール、TCPの先にプリント配線板が設けられたモジュール、又は発光素子にCOG(Chip On Glass)方式によりIC(集積回路)が直接実装されたモジュールは、発光装置を有する場合がある。さらに、照明器具等は、発光装置を有する場合がある。
本発明の一態様では、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、色純度の良好な発光素子を得ることができる。または、本発明の一態様では新規有機化合物を提供することができる。
または、本発明の他の一態様では、信頼性の高い発光装置、電子機器及び表示装置を各々提供することができる。または、本発明の他の一態様では、消費電力の小さい発光装置、電子機器及び表示装置を各々提供することができる。または、本発明の他の一態様では、表示品質の良好な発光装置、電子機器および表示装置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るものではない。なお、本発明の一態様は、必ずしも、これらの効果の全てを有する必要はない。なお、これら以外の効果は、明細書、図面、請求項などの記載から、自ずと明らかとなるものであり、明細書、図面、請求項などの記載から、これら以外の効果を抽出することが可能である。
発光素子の概略図。 発光素子の作製方法の一例を表す図。 発光素子の作製方法の一例を表す図。 アクティブマトリクス型発光装置の概念図。 アクティブマトリクス型発光装置の概念図。 アクティブマトリクス型発光装置の概念図。 パッシブマトリクス型発光装置の概念図。 照明装置を表す図。 電子機器を表す図。 光源装置を表す図。 照明装置を表す図。 照明装置を表す図。 車載表示装置及び照明装置を表す図。 電子機器を表す図。 電子機器を表す図。 5Me−4,6mCzP2PmのH−NMRデータ。 5Me−4,6mCzP2Pmのトルエン溶液における吸収スペクトルおよび発光スペクトル。 5Me−4,6mCzP2Pmの薄膜における吸収スペクトルおよび発光スペクトル。 発光素子1、比較発光素子1および比較発光素子2の輝度−電流密度特性。 発光素子1、比較発光素子1および比較発光素子2の輝度−電圧特性。 発光素子1、比較発光素子1および比較発光素子2の電流効率−輝度特性。 発光素子1、比較発光素子1および比較発光素子2の電流−電圧特性。 発光素子1、比較発光素子1および比較発光素子2の色度−輝度特性。 発光素子1、比較発光素子1および比較発光素子2の外部量子効率−輝度特性。 発光素子1、比較発光素子1および比較発光素子2の発光スペクトル。 発光素子1、比較発光素子1および比較発光素子2の規格化輝度時間変化特性を表す図。
以下、本発明の実施の態様について図面を用いて詳細に説明する。但し、本発明は以下の説明に限定されず、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。従って、本発明は以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。
(実施の形態1)
本発明の一態様の発光素子は、5位にアルキル基を有し、4位と6位にメタ位に置換基を有するフェニレン基を有するピリミジン骨格を含み且つ、分子量が3000以下の有機化合物を用いた発光素子である。また、当該有機化合物は、二つのフェニレン基にそれぞれ置換基を有する。
当該有機化合物は、バンドギャップおよびT1準位の高い物質であるために、りん光発光素子のホスト材料として非常に好適に用いることができる。また、当該有機化合物は、電子輸送性にも優れているため、電子輸送層を構成する材料としても好適である。
また、上記有機化合物はピリミジン骨格の5位にアルキル基が結合していることによって、フェニレン基のねじれが引き起こされ、比較的LUMOの浅い有機化合物とすることができる。また、T1準位も、ピリミジン骨格の5位にアルキル基が結合していることによって、その値を大きくすることが可能となる。
りん光発光物質(特に緑から青色のりん光発光物質)は、そのHOMO準位が高い(浅い)位置にあるものが多く、ホスト材料とりん光発光物質で励起錯体を形成してしまう場合がある。りん光発光物質とホスト材料とで励起錯体が形成されると、当該りん光発光物質からの発光が得られなくなってしまう。その上、得られた発光は励起錯体からの発光が混じるため効率が落ちる、信頼性が悪化する、などの影響を及ぼす場合がある。
ここで、当該有機化合物は上述のようにLUMO準位が比較的浅いことから、りん光発光物質との励起錯体を形成しにくく、発光スペクトルの変化による色純度の低下や、発光効率の低下、信頼性の低下を抑制することが可能となる。
また、上記有機化合物は、5位にアルキル基が結合していることによって、T1準位もより高くなるため、特に、緑から青色の三重項励起準位の高いりん光発光材料を発光物質として用いた発光素子のホスト材料やキャリア輸送材料として特に好適である。
なお、上記有機化合物のフェニレン基に置換する基としては、カルバゾール骨格を有する置換基が好ましい。
以上のような構成を有する発光素子は、以下の一般式(G1)で表される有機化合物を含み且つ分子量3000以下の発光素子と言い表すこともできる。
ただし、一般式(G1)において、Rは炭素数1乃至6のアルキル基のいずれか1を表し、AおよびBの位置の炭素原子それぞれに置換基を有する。
または、本発明の他の一態様は、下記一般式(G1)で表される骨格を有し且つ分子量3000以下の有機化合物を含む発光素子である。
ただし、一般式(G1)において、Rは炭素数1乃至6のアルキル基のいずれか1を表し、AおよびBの位置の炭素原子それぞれにカルバゾール骨格を含む置換基を有する。
上述の有機化合物は、5位にアルキル基を有することによって、LUMO準位やT1準位が高くなることを述べた。ここで、類似する3物質のHOMO準位、LUMO準位、バンドギャップおよびT1準位を計算により求めて比較を行った。当該物質の構造式を以下に示す。
上述の構造式を有する物質のうち、(1)が5位にアルキル基を有し、4位と6位にメタ位に置換基を有するフェニレン基を有するピリミジン骨格を含む有機化合物であり、(2)が2位にアルキル基を有し、4位と6位にメタ位に置換基を有するフェニレン基を有するピリミジン骨格を含む有機化合物、(3)が5位にも2位にもアルキル基を有さず、4位と6位にメタ位に置換基を有するフェニレン基を有するピリミジン骨格を含む有機化合物である。
計算には、量子化学計算プログラム、Gaussian09を使用し、ハイパフォーマンスコンピュータ(SGI社製、ICE X)を用いて行った。
まず、一重項基底状態における最安定構造を密度汎関数法(DFT)で計算した。基底関数として、6−311G(d,p)を用いた。汎関数はB3LYPを用いた。次に、時間依存密度汎関数法(TD−DFT)を用いて、一重項基底状態の最安定構造から一重項励起状態および三重項励起状態への遷移に係わるエネルギーを算出した。なお、DFTの全エネルギーは、ポテンシャルエネルギー、電子間静電エネルギー、電子の運動エネルギーと複雑な電子間の相互作用を全て含む交換相関エネルギーの和で表される。DFTでは、電子密度で表現された一電子ポテンシャルの汎関数(関数の関数の意)で交換相関相互作用を近似している。結果を以下に示す。
このように、5位にアルキル基を有し、4位と6位にメタ位に置換基を有するフェニレン基を有するピリミジン骨格を含む有機化合物は、同様の構成を有し、ピリミジン骨格の2位にアルキル基を有する物質およびピリミジン骨格にアルキル基を有さない物質よりも、LUMO準位が0.2eV以上も浅くなっていることがわかる。また、T1準位も0.1eV以上大きく、ピリミジン骨格へのアルキル基の有無およびその位置のわずかな違いによって、これほど大きな違いが出ることがわかった。そして、これは特に、緑から青のりん光発光素子のホスト材料やキャリア輸送材料としての使用に非常に好適であるということがいえる。
図1に、本発明の一態様の発光素子を表す図を示す。本発明の一態様の発光素子は、陽極101と、陰極102、EL層103を有し、当該EL層に上述の有機化合物を用いている。
EL層103は、発光層113を有しており、正孔輸送層112を有していても良い。発光層113には発光材料とホスト材料とが含まれており、本発明の一態様の発光素子は、当該発光材料から発光を得る。本発明の一態様の発光素子は、当該発光材料がりん光発光物質、特に緑から青色のりん光を呈するりん光発光物質である場合に特に好適に適用することができる。本発明の一態様の有機化合物は、発光層113に含まれていても、電子輸送層114に含まれていても、そのどちらに含まれていても、さらにそのほかの層に含まれていても構わない。
なお、図1にはこれらに加えて正孔注入層111、正孔輸送層112、電子注入層115が図示されているが、発光素子の構成はこれらに限られることはない。
当該有機化合物は、ホスト材料として用いることが好ましい。また、発光層においてさらに正孔輸送材料と共蒸着することによって、当該有機化合物と上記正孔輸送材料による励起錯体を形成する構成であっても良い。適切な発光波長を有する励起錯体を形成することによって、発光材料への有効なエネルギー移動を実現し、高い効率、良好な寿命を有する発光素子を提供することが可能となる。この際、当該有機化合物と上記正孔輸送材料とで形成する励起錯体の発光スペクトルが、前記発光材料の最も長波長側の吸収帯と重なっていることで、効率よくエネルギー移動することが可能となる。
また、当該有機化合物はピリミジン骨格の5位にアルキル基を有することによって、類似骨格の有機化合物よりも、LUMO準位を大きく浅くすることができ、発光物質との励起錯体の形成を抑制することが容易であることから、発光効率の低下や、信頼性の悪化を抑制することができる。また、T1準位も大きくなるために、特に緑から青色の短波長のりん光を発する発光物質を用いた発光素子に用いられることが好ましい。
続いて、上述の発光素子の詳細な構造や材料の例について説明する。本発明の一態様の発光素子は、上述のように陽極101と陰極102の一対の電極間に複数の層からなるEL層103を有し、当該EL層103は少なくとも発光層113を含む。
EL層103に含まれるそれ以外の層については特に限定はなく、正孔注入層、正孔輸送層、電子輸送層、電子注入層、キャリアブロック層、励起子ブロック層、電荷発生層など、様々な層構造を適用することができる。
EL層103の積層構造については、本実施の形態では、図1(A)に示すように、発光層113に加えて、正孔注入層111、正孔輸送層112、電子輸送層114及び電子注入層115を有する構成、及び図1(B)に示すように、正孔注入層111、正孔輸送層112、発光層113に加えて、電子輸送層114及び電子注入層115、電荷発生層116を有する構成の2種類の構成について説明する。電極およびEL層を構成する材料について以下に具体的に示す。
陽極101は、仕事関数の大きい(具体的には4.0eV以上)金属、合金、導電性化合物、およびこれらの混合物などを用いて形成することが好ましい。具体的には、例えば、酸化インジウム−酸化スズ(ITO:Indium Tin Oxide)、ケイ素若しくは酸化ケイ素を含有した酸化インジウム−酸化スズ、酸化インジウム−酸化亜鉛、酸化タングステン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、通常スパッタリング法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。作製方法の例としては、酸化インジウム−酸化亜鉛は、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方法などがある。また、酸化タングステン及び酸化亜鉛を含有した酸化インジウム(IWZO)は、酸化インジウムに対し酸化タングステンを0.5〜5wt%、酸化亜鉛を0.1〜1wt%含有したターゲットを用いてスパッタリング法により形成することもできる。この他、金(Au)、白金(Pt)、ニッケル(Ni)、タングステン(W)、クロム(Cr)、モリブデン(Mo)、鉄(Fe)、コバルト(Co)、銅(Cu)、パラジウム(Pd)、または金属材料の窒化物(例えば、窒化チタン)等が挙げられる。グラフェンも用いることができる。なお、後述する複合材料をEL層103における陽極101と接する層に用いることで、仕事関数に関わらず、電極材料を選択することができるようになる。
正孔注入層111は、アクセプタ性を有する物質を含む層である。アクセプタ性を有する物質としては、電子吸引基(ハロゲン基やシアノ基)を有する化合物を用いることができ、7,7,8,8−テトラシアノ−2,3,5,6−テトラフルオロキノジメタン(略称:F4−TCNQ)、1,3,4,5,7,8−ヘキサフルオロテトラシアノ−ナフトキノジメタン(略称:F6−TCNNQ)、3,6−ジフルオロ−2,5,7,7,8,8−ヘキサシアノキノジメタン、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(HAT−CN)等の有機アクセプタや、モリブデン酸化物やバナジウム酸化物、ルテニウム酸化物、タングステン酸化物、マンガン酸化物等の無機酸化物、その他、フタロシアニン(略称:HPc)や銅フタロシアニン(CuPC)等のフタロシアニン系の金属錯体、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)等の芳香族アミン化合物、或いはポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)/ポリ(スチレンスルホン酸)(PEDOT/PSS)等の高分子等を用いることができる。
有機アクセプタとしては、HAT−CNのように複素原子を複数有する縮合芳香環に電子吸引基が結合している化合物が、熱的に安定であり好ましい。アクセプタ性を有する有機化合物は、隣接する正孔輸送層(あるいは正孔輸送材料)から、電界の印加により電子を引き抜くことができる。
また、正孔注入層111としては、正孔輸送性を有する物質にアクセプタ性物質を含有させた複合材料を用いることもできる。なお、正孔輸送性の物質にアクセプタ性物質を含有させた複合材料を用いることにより、仕事関数に依らず電極を形成する材料を選ぶことができる。つまり、陽極101として仕事関数の大きい材料だけでなく、仕事関数の小さい材料も用いることができるようになる。当該アクセプタ性物質としては、上述の有機アクセプタや、遷移金属酸化物、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用いることができる。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としては、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、酸化レニウムなどが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。有機アクセプタとしては、7,7,8,8−テトラシアノ−2,3,5,6−テトラフルオロキノジメタン(略称:F4−TCNQ)、クロラニル等が好ましい。
複合材料に用いる正孔輸送性を有する物質は、10−6cm/Vs以上の正孔移動度を有することが好ましい。当該正孔輸送性を有する物質としては、N,N’−ジ(p−トリル)−N,N’−ジフェニル−p−フェニレンジアミン(略称:DTDPPA)、4,4’−ビス[N−(4−ジフェニルアミノフェニル)−N−フェニルアミノ]ビフェニル(略称:DPAB)、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)等の芳香族アミン、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)、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のカルバゾール誘導体、2−tert−ブチル−9,10−ジ(2−ナフチル)アントラセン(略称:t−BuDNA)、2−tert−ブチル−9,10−ジ(1−ナフチル)アントラセン、9,10−ビス(3,5−ジフェニルフェニル)アントラセン(略称:DPPA)、2−tert−ブチル−9,10−ビス(4−フェニルフェニル)アントラセン(略称:t−BuDBA)、9,10−ジ(2−ナフチル)アントラセン(略称:DNA)、9,10−ジフェニルアントラセン(略称:DPAnth)、2−tert−ブチルアントラセン(略称:t−BuAnth)、9,10−ビス(4−メチル−1−ナフチル)アントラセン(略称:DMNA)、2−tert−ブチル−9,10−ビス[2−(1−ナフチル)フェニル]アントラセン、9,10−ビス[2−(1−ナフチル)フェニル]アントラセン、2,3,6,7−テトラメチル−9,10−ジ(1−ナフチル)アントラセン、2,3,6,7−テトラメチル−9,10−ジ(2−ナフチル)アントラセン、9,9’−ビアントリル、10,10’−ジフェニル−9,9’−ビアントリル、10,10’−ビス(2−フェニルフェニル)−9,9’−ビアントリル、10,10’−ビス[(2,3,4,5,6−ペンタフェニル)フェニル]−9,9’−ビアントリル、アントラセン、テトラセン、ペンタセン、コロネン、ルブレン、ペリレン、2,5,8,11−テトラ(tert−ブチル)ペリレン等の芳香族炭化水素が挙げられる。芳香族炭化水素はビニル骨格を有していてもよい。ビニル基を有している芳香族炭化水素としては、例えば、4,4’−ビス(2,2−ジフェニルビニル)ビフェニル(略称:DPVBi)、9,10−ビス[4−(2,2−ジフェニルビニル)フェニル]アントラセン(略称:DPVPA)等が挙げられる。また、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)、N,N’−ビス(3−メチルフェニル)−N,N’−ジフェニル−[1,1’−ビフェニル]−4,4’−ジアミン(略称:TPD)、4,4’−ビス[N−(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)、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−9−H−カルバゾール−3−イル)トリフェニルアミン(略称:PCBBi1BP)、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:PCBNBB)、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)などの芳香族アミン骨格を有する化合物、1,3−ビス(N−カルバゾリル)ベンゼン(略称:mCP)、4,4’−ジ(N−カルバゾリル)ビフェニル(略称:CBP)、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)、3,3’−ビス(9−フェニル−9H−カルバゾール)(略称:PCCP)などのカルバゾール骨格を有する化合物、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)、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)などのチオフェン骨格を有する化合物、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)、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)などのフラン骨格を有する化合物を用いることができる。上述した中でも、芳香族アミン骨格を有する化合物やカルバゾール骨格を有する化合物は、信頼性が良好であり、また、正孔輸送性が高く、駆動電圧低減にも寄与するため好ましい。
また、正孔注入層111は湿式法で形成することもできる。この場合、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)水溶液(PEDOT/PSS)、ポリアニリン/ショウノウスルホン酸水溶液(PANI/CSA)、PTPDES、Et−PTPDEK、またはPPBA、ポリアニリン/ポリ(スチレンスルホン酸)(PANI/PSS)等の酸を添加した導電性高分子化合物などを用いることができる。
正孔注入層111を形成することによって、正孔の注入性が良好となり、駆動電圧の小さい発光素子を得ることができる。また、有機アクセプタは蒸着が容易で成膜がしやすいため、用いやすい材料である。
正孔輸送層112は、先に述べた正孔輸送性を有する材料の中から、又はその他さまざまな正孔輸送性を有する材料の中から、適宜用いれば良い。
発光層113は、蛍光発光物質を含む層、りん光発光物質を含む層、熱活性化遅延蛍光(TADF)を発する物質を含層、量子ドット類含む層および金属ハロゲンペロブスカイト類を含む層など、いずれの発光物質を含む層であっても良い。また、単層であっても、複数の層からなっていても良い。複数の層からなる発光層を形成する場合、りん光発光物質が含まれる層と蛍光発光物質が含まれる層が積層されていても良い。この際、りん光発光物質が含まれる層では、後述の励起錯体を利用することが好ましい。
蛍光発光物質としては、例えば以下のような物質を用いることができる。また、これ以外の蛍光発光物質も用いることができる。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:PAPP2BPy)、(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)、N,N’−ビス(3−メチルフェニル)−N,N’−ビス[3−(9−フェニル−9H−フルオレン−9−イル)フェニル]ピレン−1,6−ジアミン(略称:1,6mMemFLPAPrn)、N,N’−ビス[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:DPABPA)、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:2PCAPA)、N−[9,10−ビス(1,1’−ビフェニル−2−イル)−2−アントリル]−N,9−ジフェニル−9H−カルバゾール−3−アミン(略称:2PCABPhA)、N−(9,10−ジフェニル−2−アントリル)−N,N’,N’−トリフェニル−1,4−フェニレンジアミン(略称:2DPAPA)、N−[9,10−ビス(1,1’−ビフェニル−2−イル)−2−アントリル]−N,N’,N’−トリフェニル−1,4−フェニレンジアミン(略称:2DPABPhA)、9,10−ビス(1,1’−ビフェニル−2−イル)−N−[4−(9H−カルバゾール−9−イル)フェニル]−N−フェニルアントラセン−2−アミン(略称:2YGABPhA)、N,N,9−トリフェニルアントラセン−9−アミン(略称:DPhAPhA)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、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)などが挙げられる。特に、1,6FLPAPrnや1,6mMemFLPAPrnのようなピレンジアミン化合物に代表される縮合芳香族ジアミン化合物は、ホールトラップ性が高く、発光効率や信頼性に優れているため好ましい。
発光層113において、りん光発光物質として用いることが可能な材料としては、例えば以下のようなものが挙げられる。トリス{2−[5−(2−メチルフェニル)−4−(2,6−ジメチルフェニル)−4H−1,2,4−トリアゾール−3−イル−κN2]フェニル−κC}イリジウム(III)(略称:[Ir(mpptz−dmp)])、トリス(5−メチル−3,4−ジフェニル−4H−1,2,4−トリアゾラト)イリジウム(III)(略称:[Ir(Mptz)])、トリス[4−(3−ビフェニル)−5−イソプロピル−3−フェニル−4H−1,2,4−トリアゾラト]イリジウム(III)(略称:[Ir(iPrptz−3b)])のような4H−トリアゾール骨格を有する有機金属イリジウム錯体や、トリス[3−メチル−1−(2−メチルフェニル)−5−フェニル−1H−1,2,4−トリアゾラト]イリジウム(III)(略称:[Ir(Mptz1−mp)])、トリス(1−メチル−5−フェニル−3−プロピル−1H−1,2,4−トリアゾラト)イリジウム(III)(略称:[Ir(Prptz1−Me)])のような1H−トリアゾール骨格を有する有機金属イリジウム錯体や、fac−トリス[1−(2,6−ジイソプロピルフェニル)−2−フェニル−1H−イミダゾール]イリジウム(III)(略称:[Ir(iPrpmi)])、トリス[3−(2,6−ジメチルフェニル)−7−メチルイミダゾ[1,2−f]フェナントリジナト]イリジウム(III)(略称:[Ir(dmpimpt−Me)])のようなイミダゾール骨格を有する有機金属イリジウム錯体や、ビス[2−(4’,6’−ジフルオロフェニル)ピリジナト−N,C2’]イリジウム(III)テトラキス(1−ピラゾリル)ボラート(略称:FIr6)、ビス[2−(4’,6’−ジフルオロフェニル)ピリジナト−N,C2’]イリジウム(III)ピコリナート(略称:FIrpic)、ビス{2−[3’,5’−ビス(トリフルオロメチル)フェニル]ピリジナト−N,C2’}イリジウム(III)ピコリナート(略称:[Ir(CFppy)(pic)])、ビス[2−(4’,6’−ジフルオロフェニル)ピリジナト−N,C2’]イリジウム(III)アセチルアセトナート(略称:FIracac)のような電子吸引基を有するフェニルピリジン誘導体を配位子とする有機金属イリジウム錯体が挙げられる。これらは青色のりん光発光を示す化合物であり、440nmから520nmに発光のピークを有する化合物である。
また、トリス(4−メチル−6−フェニルピリミジナト)イリジウム(III)(略称:[Ir(mppm)])、トリス(4−t−ブチル−6−フェニルピリミジナト)イリジウム(III)(略称:[Ir(tBuppm)])、(アセチルアセトナト)ビス(6−メチル−4−フェニルピリミジナト)イリジウム(III)(略称:[Ir(mppm)(acac)])、(アセチルアセトナト)ビス(6−tert−ブチル−4−フェニルピリミジナト)イリジウム(III)(略称:[Ir(tBuppm)(acac)])、(アセチルアセトナト)ビス[6−(2−ノルボルニル)−4−フェニルピリミジナト]イリジウム(III)(略称:[Ir(nbppm)(acac)])、(アセチルアセトナト)ビス[5−メチル−6−(2−メチルフェニル)−4−フェニルピリミジナト]イリジウム(III)(略称:[Ir(mpmppm)(acac)])、(アセチルアセトナト)ビス(4,6−ジフェニルピリミジナト)イリジウム(III)(略称:[Ir(dppm)(acac)])のようなピリミジン骨格を有する有機金属イリジウム錯体や、(アセチルアセトナト)ビス(3,5−ジメチル−2−フェニルピラジナト)イリジウム(III)(略称:[Ir(mppr−Me)(acac)])、(アセチルアセトナト)ビス(5−イソプロピル−3−メチル−2−フェニルピラジナト)イリジウム(III)(略称:[Ir(mppr−iPr)(acac)])のようなピラジン骨格を有する有機金属イリジウム錯体や、トリス(2−フェニルピリジナト−N,C2’)イリジウム(III)(略称:[Ir(ppy)])、ビス(2−フェニルピリジナト−N,C2’)イリジウム(III)アセチルアセトナート(略称:[Ir(ppy)(acac)])、ビス(ベンゾ[h]キノリナト)イリジウム(III)アセチルアセトナート(略称:[Ir(bzq)(acac)])、トリス(ベンゾ[h]キノリナト)イリジウム(III)(略称:[Ir(bzq)])、トリス(2−フェニルキノリナト−N,C2’)イリジウム(III)(略称:[Ir(pq)])、ビス(2−フェニルキノリナト−N,C2’)イリジウム(III)アセチルアセトナート(略称:[Ir(pq)(acac)])のようなピリジン骨格を有する有機金属イリジウム錯体の他、トリス(アセチルアセトナト)(モノフェナントロリン)テルビウム(III)(略称:[Tb(acac)(Phen)])のような希土類金属錯体が挙げられる。これらは主に緑色のりん光発光を示す化合物であり、500nm乃至600nmに発光のピークを有する。なお、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、(ジイソブチリルメタナト)ビス[4,6−ビス(3−メチルフェニル)ピリミジナト]イリジウム(III)(略称:[Ir(5mdppm)(dibm)])、ビス[4,6−ビス(3−メチルフェニル)ピリミジナト](ジピバロイルメタナト)イリジウム(III)(略称:[Ir(5mdppm)(dpm)])、ビス[4,6−ジ(ナフタレン−1−イル)ピリミジナト](ジピバロイルメタナト)イリジウム(III)(略称:[Ir(d1npm)(dpm)])のようなピリミジン骨格を有する有機金属イリジウム錯体や、(アセチルアセトナト)ビス(2,3,5−トリフェニルピラジナト)イリジウム(III)(略称:[Ir(tppr)(acac)])、ビス(2,3,5−トリフェニルピラジナト)(ジピバロイルメタナト)イリジウム(III)(略称:[Ir(tppr)(dpm])])、(アセチルアセトナト)ビス[2,3−ビス(4−フルオロフェニル)キノキサリナト]イリジウム(III)(略称:[Ir(Fdpq)(acac)])のようなピラジン骨格を有する有機金属イリジウム錯体や、トリス(1−フェニルイソキノリナト−N,C2’)イリジウム(III)(略称:[Ir(piq)])、ビス(1−フェニルイソキノリナト−N,C2’)イリジウム(III)アセチルアセトナート(略称:[Ir(piq)(acac)])のようなピリジン骨格を有する有機金属イリジウム錯体の他、2,3,7,8,12,13,17,18−オクタエチル−21H,23H−ポルフィリン白金(II)(略称:PtOEP)のような白金錯体や、トリス(1,3−ジフェニル−1,3−プロパンジオナト)(モノフェナントロリン)ユーロピウム(III)(略称:[Eu(DBM)(Phen)])、トリス[1−(2−テノイル)−3,3,3−トリフルオロアセトナト](モノフェナントロリン)ユーロピウム(III)(略称:[Eu(TTA)(Phen)])のような希土類金属錯体が挙げられる。これらは、赤色のりん光発光を示す化合物であり、600nmから700nmに発光のピークを有する。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。
また、以上で述べたりん光性化合物の他、様々なりん光性発光材料を選択し、用いてもよい。
TADF材料としてはフラーレン及びその誘導体、アクリジン及びその誘導体、エオシン誘導体等を用いることができる。またマグネシウム(Mg)、亜鉛(Zn)、カドミウム(Cd)、スズ(Sn)、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。該金属含有ポルフィリンとしては、例えば、以下の構造式に示される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(SnF(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(Etio I))、オクタエチルポルフィリン−塩化白金錯体(PtClOEP)等も挙げられる。
また、以下の構造式に示される2−ビフェニル−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)や、9−(4,6−ジフェニル−1,3,5−トリアジン−2−イル)−9’−フェニル−9H,9’H−3,3’−ビカルバゾール(略称:PCCzTzn)、9−[4−(4,6−ジフェニル−1,3,5−トリアジン−2−イル)フェニル]−9’−フェニル−9H,9’H−3,3’−ビカルバゾール(略称:PCCzPTzn)、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)、等のπ電子過剰型複素芳香環とπ電子不足型複素芳香環の両方を有する複素環化合物も用いることができる。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共に高く、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なり、S準位とT準位のエネルギー差が小さくなるため、熱活性化遅延蛍光を効率よく得られることから特に好ましい。なお、π電子不足型複素芳香環の代わりに、シアノ基のような電子吸引基が結合した芳香環を用いても良い。
また、量子ドットとしては、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、各種半導体クラスター、金属ハロゲンペロブスカイト類などのナノサイズ粒子を挙げることができる。
具体的には、セレン化カドミウム(CdSe)、硫化カドミウム(CdS)、テルル化カドミウム(CdTe)、セレン化亜鉛(ZnSe)、酸化亜鉛(ZnO)、硫化亜鉛(ZnS)、テルル化亜鉛(ZnTe)、硫化水銀(HgS)、セレン化水銀(HgSe)、テルル化水銀(HgTe)、砒化インジウム(InAs)、リン化インジウム(InP)、砒化ガリウム(GaAs)、リン化ガリウム(GaP)、窒化インジウム(InN)、窒化ガリウム(GaN)、アンチモン化インジウム(InSb)、アンチモン化ガリウム(GaSb)、リン化アルミニウム(AlP)、砒化アルミニウム(AlAs)、アンチモン化アルミニウム(AlSb)、セレン化鉛(II)(PbSe)、テルル化鉛(II)(PbTe)、硫化鉛(II)(PbS)、セレン化インジウム(InSe)、テルル化インジウム(InTe)、硫化インジウム(In)、セレン化ガリウム(GaSe)、硫化砒素(III)(As)、セレン化砒素(III)(AsSe)、テルル化砒素(III)(AsTe)、硫化アンチモン(III)(Sb)、セレン化アンチモン(III)(SbSe)、テルル化アンチモン(III)(SbTe)、硫化ビスマス(III)(Bi)、セレン化ビスマス(III)(BiSe)、テルル化ビスマス(III)(BiTe)、ケイ素(Si)、炭化ケイ素(SiC)、ゲルマニウム(Ge)、錫(Sn)、セレン(Se)、テルル(Te)、ホウ素(B)、炭素(C)、リン(P)、窒化ホウ素(BN)、リン化ホウ素(BP)、砒化ホウ素(BAs)、窒化アルミニウム(AlN)、硫化アルミニウム(Al)、硫化バリウム(BaS)、セレン化バリウム(BaSe)、テルル化バリウム(BaTe)、硫化カルシウム(CaS)、セレン化カルシウム(CaSe)、テルル化カルシウム(CaTe)、硫化ベリリウム(BeS)、セレン化ベリリウム(BeSe)、テルル化ベリリウム(BeTe)、硫化マグネシウム(MgS)、セレン化マグネシウム(MgSe)、硫化ゲルマニウム(GeS)、セレン化ゲルマニウム(GeSe)、テルル化ゲルマニウム(GeTe)、硫化錫(IV)(SnS)、硫化錫(II)(SnS)、セレン化錫(II)(SnSe)、テルル化錫(II)(SnTe)、酸化鉛(II)(PbO)、フッ化銅(I)(CuF)、塩化銅(I)(CuCl)、臭化銅(I)(CuBr)、ヨウ化銅(I)(CuI)、酸化銅(I)(CuO)、セレン化銅(I)(CuSe)、酸化ニッケル(II)(NiO)、酸化コバルト(II)(CoO)、硫化コバルト(II)(CoS)、四酸化三鉄(Fe)、硫化鉄(II)(FeS)、酸化マンガン(II)(MnO)、硫化モリブデン(IV)(MoS)、酸化バナジウム(II)(VO)、酸化バナジウム(IV)(VO)、酸化タングステン(IV)(WO)、酸化タンタル(V)(Ta)、酸化チタン(TiO、Ti、Ti、Tiなど)、酸化ジルコニウム(ZrO)、窒化ケイ素(Si)、窒化ゲルマニウム(Ge)、酸化アルミニウム(Al)、チタン酸バリウム(BaTiO)、セレンと亜鉛とカドミウムの化合物(CdZnSe)、インジウムと砒素とリンの化合物(InAsP)、カドミウムとセレンと硫黄の化合物(CdSeS)、カドミウムとセレンとテルルの化合物(CdSeTe)、インジウムとガリウムと砒素の化合物(InGaAs)、インジウムとガリウムとセレンの化合物(InGaSe)、インジウムとセレンと硫黄の化合物(InSeS)、銅とインジウムと硫黄の化合物(例えばCuInS)およ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、CdSSe1−x(xは0から1の任意の数)で表される合金型量子ドットは、xの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(ZnS)や酸化亜鉛(ZnO)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。
なお、量子ドットは、棒状の量子ロッドであっても良い。量子ロッドはc軸方向に偏光した指向性を有する光を呈するため、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。
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)により層を形成した後、溶媒を除去、または焼成することにより形成すればよい。
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。
蛍光発光物質を用いる場合は、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)、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)、9−[4−(10−フェニル−9−アントラセニル)フェニル]−9H−カルバゾール(略称:CzPA)、7−[4−(10−フェニル−9−アントリル)フェニル]−7H−ジベンゾ[c,g]カルバゾール(略称:cgDBCzPA)、6−[3−(9,10−ジフェニル−2−アントリル)フェニル]−ベンゾ[b]ナフト[1,2−d]フラン(略称:2mBnfPPA)、9−フェニル−10−{4−(9−フェニル−9H−フルオレン−9−イル)−ビフェニル−4’−イル}アントラセン(略称:FLPPA)等のアントラセン骨格を有する材料が好適である。アントラセン骨格を有する物質を蛍光発光物質のホスト材料として用いると、発光効率、耐久性共に良好な発光層を実現することが可能である。特に、CzPA、cgDBCzPA、2mBnfPPA、PCzPAは非常に良好な特性を示すため、好ましい選択である。
上記材料以外の材料をホスト材料として用いる場合、電子輸送性を有する材料や正孔輸送性を有する材料など様々なキャリア輸送材料を用いることができる。
ただし発光層のホスト材料としては、前述したような5位にアルキル基を有し、4位と6位にメタ位に置換基を有するフェニレン基を有するピリミジン骨格を含む有機化合物を用いることが好ましい。当該有機化合物は、バンドギャップおよびT1準位の高い物質であるために、りん光発光素子のホスト材料として非常に好適に用いることができる。
また、上記有機化合物は5位にアルキル基が結合していることによって、フェニレン基のねじれが引き起こされることから、比較的LUMOの浅い有機化合物である。また、T1準位も高くなることから、特に緑から青色のりん光発光物質を用いた場合のホスト材料としての使用に好適である。
ここでは、当該有機化合物をより詳細に説明する。当該有機化合物は下記一般式(G1)で表される分子量3000以下の有機化合物と言い表すこともできる。
ただし、一般式(G1)において、Rは炭素数1乃至6のアルキル基のいずれか1を表し、AおよびBの位置の炭素原子それぞれに置換基を有する。
または、当該有機化合物は下記一般式(G1)で表される骨格を有し且つ分子量3000以下の有機化合物である。
ただし、一般式(G1)において、Rは炭素数1乃至6のアルキル基のいずれか1を表し、AおよびBの位置の炭素原子それぞれにカルバゾール骨格、フルオレン骨格、ジベンゾチオフェン骨格およびジベンゾフラン骨格のいずれか一の骨格を含む置換基を有する。
また、当該有機化合物は、以下のように表すこともできる。
ただし、一般式(G1)において、Rは炭素数1乃至6のアルキル基のいずれか1を表し、AおよびBの位置の炭素原子にそれぞれ独立に、下記一般式(G2−1)または(G2−2)で表される基が結合する。
ただし、一般式(G2−1)において、Xは窒素原子、酸素原子、硫黄原子および炭素原子のいずれか1を表す。Xが窒素原子または炭素原子である場合、窒素原子は一つの、炭素原子は一つまたは二つの置換基を有していても良い。また、R11乃至R18はそれぞれ独立に、水素、炭素数1乃至6のアルキル基のいずれか1を表す。なお、R11乃至R14はその一つが結合手であっても良く、当該結合手またはXが窒素の場合は当該窒素が有する結合手のいずれか1によって一般式(G1)におけるAの位置の炭素またはBの位置の炭素に結合する。
ただし、一般式(G2−2)において、Xは窒素原子、酸素原子、硫黄原子および炭素原子のいずれか1を表す。Xが窒素原子または炭素原子である場合、窒素原子は一つの、炭素原子は一つまたは二つの置換基を有していても良い。また、R21乃至R28はそれぞれ独立に、水素、炭素数1乃至6のアルキル基のいずれか1を表す。なお、R21乃至R24はその一つが結合手であっても良く、当該結合手またはXが窒素である場合は当該窒素が有する結合手のいずれか1によって一般式(G1)におけるAの位置の炭素またはBの位置の炭素に結合する。また、α、βは隣接する二つの環と縮合する環を表し、αは下記一般式(G3)で表される環を、βは下記一般式(G4)で表される環を表す。
一般式(G3)で表される環は、式(G3)中acの位置またはadの位置で隣接する二つの環と縮合する。また、R31およびR32はそれぞれ独立に水素または炭素数1乃至6のアルキル基のいずれか1を表す。
一般式(G4)で表される環は、式(G4)中bdの位置で隣接する二つの環と縮合する。また、Xは窒素原子、酸素原子、硫黄原子および炭素原子のいずれか1を表す。Xが窒素原子または炭素原子である場合、窒素原子は一つの、炭素原子は一つまたは二つの置換基を有していても良い。
なお、上記一般式(G1)で表される有機化合物において、AまたはBに置換するカルバゾール骨格を有する基としては、上記一般式(G2−1)で表される基が好ましい。
また、AまたはBに置換するカルバゾール骨格を有する基は、同じ基であることが合成の簡便さから好ましい。
なお、Xは窒素であることが好ましい。また、その場合、X1の窒素が一般式(G1)におけるAの位置の炭素またはBの位置の炭素に結合することが好ましい。
すなわち、下記一般式(G5)で表される有機化合物が好ましい。
ただし、一般式(G5)で表される式において、Rは炭素数1乃至6のアルキル基を表し、R41乃至R48およびR51乃至R58は各々独立に、水素または炭素数1乃至6のアルキル基のいずれか一を表す。
なお、X1の原子が硫黄原子、酸素原子および炭素原子のいずれかである場合、一般式(G2−1)で表される基はR18の位置で、一般式(G1)におけるAまたはBの位置の炭素原子に結合していることが好ましい。
すなわち、下記一般式(G6)で表される有機化合物が好ましい。
ただし、一般式(G6)で表される式において、Rは炭素数1乃至6のアルキル基を表し、R61乃至R67およびR71乃至R77は各々独立に、水素または炭素数1乃至6のアルキル基のいずれか一を表す。
また、これらの中でも下記一般式(G7)乃至(G10)で表される有機化合物が、合成が容易であり好ましい。
ただし、上記一般式(G7)乃至(G10)で表される有機化合物において、Rは炭素数1乃至6のアルキル基を表す。
また、上記一般式(G1)で表される有機化合物において、AまたはBの位置の炭素原子に置換するカルバゾール骨格を有する基が、上記一般式(G2−2)で表される基であると好ましい。また、AまたはBの位置の炭素原子両方に置換するカルバゾール骨格を有する基が、上記一般式(G2−2)で表される基であることが合成の簡便さから好ましい構成である。なお、この場合一般式(G2−2)で表される基はXの少なくとも一方、好ましくは両方が窒素原子であることが好ましい。また、当該Xの窒素が一般式(G1)におけるAおよびBの位置の炭素に結合することが好ましい。
上述の一般式(G1)乃至(G10)で表される有機化合物の具体的な例について以下に示す。
なお、これら有機化合物は、電子輸送性を有するため、後述するような複数のホスト材料による励起錯体を発光物質へのエネルギー移動に利用する発光素子に用いる場合には、電子輸送性を有する材料の一つとして用いることができる。
その他、発光層においてホスト材料として用いることが可能な材料を以下に示す。
電子輸送性を有する材料としては、例えば、ビス(10−ヒドロキシベンゾ[h]キノリナト)ベリリウム(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)、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)などの金属錯体や、2−(4−ビフェニリル)−5−(4−tert−ブチルフェニル)−1,3,4−オキサジアゾール(略称:PBD)、3−(4−ビフェニリル)−4−フェニル−5−(4−tert−ブチルフェニル)−1,2,4−トリアゾール(略称:TAZ)、1,3−ビス[5−(p−tert−ブチルフェニル)−1,3,4−オキサジアゾール−2−イル]ベンゼン(略称:OXD−7)、9−[4−(5−フェニル−1,3,4−オキサジアゾール−2−イル)フェニル]−9H−カルバゾール(略称:CO11)、2,2’,2’’−(1,3,5−ベンゼントリイル)トリス(1−フェニル−1H−ベンゾイミダゾール)(略称:TPBI)、2−[3−(ジベンゾチオフェン−4−イル)フェニル]−1−フェニル−1H−ベンゾイミダゾール(略称:mDBTBIm−II)などのポリアゾール骨格を有する複素環化合物や、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:2mDBTPDBq−II)、2−[3’−(ジベンゾチオフェン−4−イル)ビフェニル−3−イル]ジベンゾ[f,h]キノキサリン(略称:2mDBTBPDBq−II)、2−[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)、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:4,6mDBTP2Pm−II)などのジ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が挙げられる。上述した中でも、ジアジン骨格を有する複素環化合物やピリジン骨格を有する複素環化合物は、信頼性が良好であり好ましい。特に、ジアジン(ピリミジンやピラジン)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。
正孔輸送性を有する材料としては、4,4’−ビス[N−(1−ナフチル)−N−フェニルアミノ]ビフェニル(略称:NPB)、N,N’−ビス(3−メチルフェニル)−N,N’−ジフェニル−[1,1’−ビフェニル]−4,4’−ジアミン(略称:TPD)、4,4’−ビス[N−(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)、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:PCBBi1BP)、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:PCBNBB)、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)などの芳香族アミン骨格を有する化合物や、1,3−ビス(N−カルバゾリル)ベンゼン(略称:mCP)、4,4’−ジ(N−カルバゾリル)ビフェニル(略称:CBP)、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)、3,3’−ビス(9−フェニル−9H−カルバゾール)(略称:PCCP)などのカルバゾール骨格を有する化合物や、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)、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)などのチオフェン骨格を有する化合物や、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)、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)などのフラン骨格を有する化合物が挙げられる。上述した中でも、芳香族アミン骨格を有する化合物やカルバゾール骨格を有する化合物は、信頼性が良好であり、また、正孔輸送性が高く、駆動電圧低減にも寄与するため好ましい。また、以上で述べた正孔輸送材料の他、様々な物質の中から正孔輸送材料を用いても良い。
発光物質として蛍光発光物質を用いる場合は、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)、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)、9−[4−(10−フェニル−9−アントラセニル)フェニル]−9H−カルバゾール(略称:CzPA)、7−[4−(10−フェニル−9−アントリル)フェニル]−7H−ジベンゾ[c,g]カルバゾール(略称:cgDBCzPA)、6−[3−(9,10−ジフェニル−2−アントリル)フェニル]−ベンゾ[b]ナフト[1,2−d]フラン(略称:2mBnfPPA)、9−フェニル−10−{4−(9−フェニル−9H−フルオレン−9−イル)−ビフェニル−4’−イル}−アントラセン(略称:FLPPA)等のアントラセン骨格を有する材料が好適である。アントラセン骨格を有する物質を蛍光発光物質のホスト材料として用いると、発光効率、耐久性共に良好な発光層を実現することが可能である。特に、CzPA、cgDBCzPA、2mBnfPPA、PCzPAは非常に良好な特性を示すため、好ましい選択である。
なお、ホスト材料は複数種の物質を混合した材料であっても良く、混合したホスト材料を用いる場合は、電子輸送性を有する材料と、正孔輸送性を有する材料とを混合することが好ましい。電子輸送性を有する材料と、正孔輸送性を有する材料を混合することによって、発光層113の輸送性を容易に調整することができ、再結合領域の制御も簡便に行うことができる。正孔輸送性を有する材料と電子輸送性を有する材料の含有量の比は、正孔輸送性を有する材料:電子輸送性を有する材料=1:9乃至9:1とすればよい。
また、これら混合されたホスト材料同士で励起錯体を形成しても良い。当該励起錯体は、蛍光発光物質、りん光発光物質及びTADF材料の最も低エネルギー側の吸収帯の波長と重なるような発光を呈する励起錯体を形成するような組み合わせを選択することで、エネルギー移動がスムーズとなり、効率よく発光が得られるようになる。また、当該構成は駆動電圧も低下するため好ましい構成である。
以上のような構成を有する発光層113は、真空蒸着法での共蒸着や、混合溶液として、グラビア印刷法、オフセット印刷法、インクジェット法、スピンコート法やディップコート法などを用いて作製することができる。
電子輸送層114は、電子輸送性を有する物質を含む層である電子輸送性を有する物質としては、上記ホスト材料に用いることが可能な電子輸送性を有する材料として挙げた材料や、アントラセン骨格を有する材料を用いることができる。
また、電子輸送層と発光層との間に電子キャリアの移動を制御する層を設けても良い。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、発光層を電子が突き抜けてしまうことにより発生する問題(例えば素子寿命の低下)の抑制に大きな効果を発揮する。
また、電子輸送層114と陰極102との間に、陰極102に接して電子注入層115を設けてもよい。電子注入層115としては、フッ化リチウム(LiF)、フッ化セシウム(CsF)、フッ化カルシウム(CaF)等のようなアルカリ金属又はアルカリ土類金属又はそれらの化合物を用いることができる。例えば、電子輸送性を有する物質からなる層中にアルカリ金属又はアルカリ土類金属又はそれらの化合物を含有させたものを用いることができる。また、電子注入層115にエレクトライドを用いてもよい。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。なお、電子注入層115として、電子輸送性を有する物質からなる層中にアルカリ金属又はアルカリ土類金属を含有させたものを用いることにより、陰極102からの電子注入が効率良く行われるためより好ましい。
また、電子注入層115の代わりに電荷発生層116を設けても良い(図3(B))。電荷発生層116は、電位をかけることによって当該層の陰極側に接する層に正孔を、陽極側に接する層に電子を注入することができる層のことである。電荷発生層116には、少なくともP型層117が含まれる。P型層117は、上述の正孔注入層111を構成することができる材料として挙げた複合材料を用いて形成することが好ましい。またP型層117は、複合材料を構成する材料として上述したアクセプター材料を含む膜と正孔輸送材料を含む膜とを積層して構成しても良い。P型層117に電位をかけることによって、電子輸送層114に電子が、陰極である陰極102に正孔が注入され、発光素子が動作する。この際、電子輸送層114の電荷発生層116に接する位置に、本発明の一態様の有機化合物を含む層が存在することによって、発光素子の駆動時間の蓄積に伴う輝度低下が抑制され、寿命の長い発光素子を得ることができる。
なお、電荷発生層116はP型層117の他に電子リレー層118及び電子注入バッファ層119のいずれか一又は両方がもうけられていることが好ましい。
電子リレー層118は少なくとも電子輸送性を有する物質を含み、電子注入バッファ層119とP型層117との相互作用を防いで電子をスムーズに受け渡す機能を有する。電子リレー層118に含まれる電子輸送性を有する物質のLUMO準位は、P型層117におけるアクセプター性物質のLUMO準位と、電子輸送層114における電荷発生層116に接する層に含まれる物質のLUMO準位との間であることが好ましい。電子リレー層118に用いられる電子輸送性を有する物質におけるLUMO準位の具体的なエネルギー準位は−5.0eV以上、好ましくは−5.0eV以上−3.0eV以下とするとよい。なお、電子リレー層118に用いられる電子輸送性を有する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。
電子注入バッファ層119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。
また、電子注入バッファ層119が、電子輸送性を有する物質とドナー性物質を含んで形成される場合には、ドナー性物質として、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、電子輸送性を有する物質としては、先に説明した電子輸送層114を構成する材料と同様の材料を用いて形成することができる。
陰極102を形成する物質としては、仕事関数の小さい(具体的には3.8eV以下)金属、合金、電気伝導性化合物、およびこれらの混合物などを用いることができる。このような陰極材料の具体例としては、リチウム(Li)やセシウム(Cs)等のアルカリ金属、およびマグネシウム(Mg)、カルシウム(Ca)、ストロンチウム(Sr)等の元素周期表の第1族または第2族に属する元素、およびこれらを含む合金(MgAg、AlLi)、ユウロピウム(Eu)、イッテルビウム(Yb)等の希土類金属およびこれらを含む合金等が挙げられる。しかしながら、陰極102と電子輸送層との間に、電子注入層を設けることにより、仕事関数の大小に関わらず、Al、Ag、ITO、ケイ素若しくは酸化ケイ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陰極102として用いることができる。これら導電性材料は、真空蒸着法やスパッタリング法などの乾式法、インクジェット法、スピンコート法等を用いて成膜することが可能である。また、ゾル−ゲル法を用いて湿式法で形成しても良いし、金属材料のペーストを用いて湿式法で形成してもよい。
EL層103の形成方法としては、乾式法、湿式法を問わず、種々の方法を用いることができる。例えば、真空蒸着法やウェットプロセス法(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(グラビア印刷法、オフセット印刷法、スクリーン印刷法等)、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)など用いても構わない。
また上述した各電極または各層を異なる成膜方法を用いて形成しても構わない。
ここで、液滴吐出法を用いてEL層786を形成する方法について、図2を用いて説明する。図2(A)乃至図2(D)は、EL層786の作製方法を説明する断面図である。
まず、平坦化絶縁膜770上に導電膜772が形成され、導電膜772の一部を覆うように絶縁膜730が形成される(図2(A)参照)。
次に、絶縁膜730の開口である導電膜772の露出部に、液滴吐出装置783より液滴784を吐出し、組成物を含む層785を形成する。液滴784は、溶媒を含む組成物であり、導電膜772上に付着する(図2(B)参照)。
なお、液滴784を吐出する工程を減圧下で行ってもよい。
次に、組成物を含む層785より溶媒を除去し、固化することによってEL層786を形成する(図2(C)参照)。
なお、溶媒の除去方法としては、乾燥工程または加熱工程を行えばよい。
次に、EL層786上に導電膜788を形成し、発光素子782を形成する(図2(D)参照)。
このようにEL層786を液滴吐出法で行うと、選択的に組成物を吐出することができるため、材料のロスを削減することができる。また、形状を加工するためのリソグラフィ工程なども必要ないために工程も簡略化することができ、低コスト化が達成できる。
なお、上記説明した液滴吐出法とは、組成物の吐出口を有するノズル、あるいは1つ又は複数のノズルを有するヘッド等の液滴を吐出する手段を有するものの総称とする。
次に、液滴吐出法に用いる液滴吐出装置について、図3を用いて説明する。図3は、液滴吐出装置1400を説明する概念図である。
液滴吐出装置1400は、液滴吐出手段1403を有する。また、液滴吐出手段1403は、ヘッド1405と、ヘッド1412と、ヘッド1416とを有する。
ヘッド1405、及びヘッド1412は制御手段1407に接続され、それがコンピュータ1410で制御することにより予めプログラミングされたパターンに描画することができる。
また、描画するタイミングとしては、例えば、基板1402上に形成されたマーカー1411を基準に行えば良い。あるいは、基板1402の外縁を基準にして基準点を確定させても良い。ここでは、マーカー1411を撮像手段1404で検出し、画像処理手段1409にてデジタル信号に変換したものをコンピュータ1410で認識して制御信号を発生させて制御手段1407に送る。
撮像手段1404としては、電荷結合素子(CCD)や相補型金属−酸化物−半導体(CMOS)を利用したイメージセンサなどを用いることができる。なお、基板1402上に形成されるべきパターンの情報は記憶媒体1408に格納されたものであり、この情報を基にして制御手段1407に制御信号を送り、液滴吐出手段1403の個々のヘッド1405、ヘッド1412、ヘッド1416を個別に制御することができる。吐出する材料は、材料供給源1413、材料供給源1414、材料供給源1415より配管を通してヘッド1405、ヘッド1412、ヘッド1416にそれぞれ供給される。
ヘッド1405、ヘッド1412、ヘッド1416の内部は、点線1406が示すように液状の材料を充填する空間と、吐出口であるノズルを有する構造となっている。図示しないが、ヘッド1412もヘッド1405と同様な内部構造を有する。ヘッド1405とヘッド1412のノズルを異なるサイズで設けると、異なる材料を異なる幅で同時に描画することができる。一つのヘッドで、複数種の発光材料などをそれぞれ吐出し、描画することができ、広領域に描画する場合は、スループットを向上させるため複数のノズルより同材料を同時に吐出し、描画することができる。大型基板を用いる場合、ヘッド1405、ヘッド1412、ヘッド1416は基板上を、図3中に示すX、Y、Zの矢印の方向に自在に走査し、描画する領域を自由に設定することができ、同じパターンを一枚の基板に複数描画することができる。
また、組成物を吐出する工程は、減圧下で行ってもよい。吐出時に基板を加熱しておいてもよい。組成物を吐出後、乾燥と焼成の一方又は両方の工程を行う。乾燥と焼成の工程は、両工程とも加熱処理の工程であるが、その目的、温度と時間が異なるものである。乾燥の工程、焼成の工程は、常圧下又は減圧下で、レーザ光の照射や瞬間熱アニール、加熱炉などにより行う。なお、この加熱処理を行うタイミング、加熱処理の回数は特に限定されない。乾燥と焼成の工程を良好に行うためには、そのときの温度は、基板の材質及び組成物の性質に依存する。
以上のように、液滴吐出装置を用いてEL層786を作製することができる。
液滴吐出装置を用いてEL層786を作製する場合において、各種有機材料や有機無機ハロゲンペロブスカイト類を溶媒に溶解または分散させた組成物として湿式法により形成する場合、種々の有機溶剤を用いて塗布用組成物とすることが出来る。前記組成物に用いることが出来る有機溶剤としては、ベンゼン、トルエン、キシレン、メシチレン、テトラヒドロフラン、ジオキサン、エタノール、メタノール、n−プロパノール、イソプロパノール、n−ブタノール、t−ブタノール、アセトニトリル、ジメチルスルホキシド、ジメチルホルムアミド、クロロホルム、メチレンクロライド、四塩化炭素、酢酸エチル、ヘキサン、シクロヘキサン等種々の有機溶剤を用いることが出来る。特に、ベンゼン、トルエン、キシレン、メシチレン等の低極性なベンゼン誘導体を用いることで、好適な濃度の溶液を作ることが出来、また、インク中に含まれる材料が酸化などにより劣化することを防止できるため好ましい。また、作製後の膜の均一性や膜厚の均一性などを考慮すると沸点が100℃以上であることが好ましく、トルエン、キシレン、メシチレンが更に好ましい。
なお、上記構成は、他の実施の形態や本実施の形態中の他の構成と適宜組み合わせることが可能である。
続いて、複数の発光ユニットを積層した構成の発光素子(積層型素子ともいう)の態様について、図1(C)を参照して説明する。この発光素子は、陽極と陰極との間に、複数の発光ユニットを有する発光素子である。一つの発光ユニットは、図1(A)で示したEL層103と同様な構成を有する。つまり、図1(A)又は図1(B)で示した発光素子は、1つの発光ユニットを有する発光素子であり、図1(C)で示した発光素子は複数の発光ユニットを有する発光素子であるということができる。
図1(C)において、陽極501と陰極502との間には、第1の発光ユニット511と第2の発光ユニット512が積層されており、第1の発光ユニット511と第2の発光ユニット512との間には電荷発生層513が設けられている。陽極501と陰極502はそれぞれ図1(A)における陽極101と陰極102に相当し、図1(A)の説明で述べたものと同じものを適用することができる。また、第1の発光ユニット511と第2の発光ユニット512は同じ構成であっても異なる構成であってもよい。
電荷発生層513は、陽極501と陰極502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機能を有する。すなわち、図1(C)において、陽極の電位の方が陰極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513は、第1の発光ユニット511に電子を注入し、第2の発光ユニット512に正孔を注入するものであればよい。
電荷発生層513は、図1(B)にて説明した電荷発生層116と同様の構成で形成することが好ましい。有機化合物と金属酸化物の複合材料は、キャリア注入性、キャリア輸送性に優れているため、低電圧駆動、低電流駆動を実現することができる。なお、発光ユニットの陽極側の面が電荷発生層513に接している場合は、電荷発生層513が発光ユニットの正孔注入層の役割も担うことができるため、発光ユニットは正孔注入層を設けなくとも良い。
また、電荷発生層513に電子注入バッファ層119を設ける場合、当該層が陽極側の発光ユニットにおける電子注入バッファ層の役割を担うため、当該発光ユニットには必ずしも重ねて電子注入層を形成する必要はない。
図1(C)では、2つの発光ユニットを有する発光素子について説明したが、3つ以上の発光ユニットを積層した発光素子についても、同様に適用することが可能である。本実施の形態に係る発光素子のように、一対の電極間に複数の発光ユニットを電荷発生層513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、さらに長寿命な素子を実現できる。また、低電圧駆動が可能で消費電力が低い発光装置を実現することができる。
また、それぞれの発光ユニット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。
(実施の形態2)
本実施の形態では、実施の形態1に記載の発光素子を用いた発光装置について説明する。
本発明の一態様の発光装置について図4を用いて説明する。なお、図4(A)は、発光装置を示す上面図、図4(B)は図4(A)をA−BおよびC−Dで切断した断面図である。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(ソース線駆動回路)601、画素部602、駆動回路部(ゲート線駆動回路)603を含んでいる。また、604は封止基板、605はシール材であり、シール材605で囲まれた内側は、空間607になっている。
なお、引き回し配線608はソース線駆動回路601及びゲート線駆動回路603に入力される信号を伝送するための配線であり、外部入力端子となるFPC(フレキシブルプリントサーキット)609からビデオ信号、クロック信号、スタート信号、リセット信号等を受け取る。なお、ここではFPCしか図示されていないが、このFPCにはプリント配線基板(PWB)が取り付けられていても良い。本明細書における発光装置には、発光装置本体だけでなく、それにFPCもしくはPWBが取り付けられた状態をも含むものとする。
次に、断面構造について図4(B)を用いて説明する。素子基板610上には駆動回路部及び画素部が形成されているが、ここでは、駆動回路部であるソース線駆動回路601と、画素部602中の一つの画素が示されている。
なお、ソース線駆動回路601はnチャネル型FET623とpチャネル型FET624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、PMOS回路もしくはNMOS回路で形成しても良い。また、本実施の形態では、基板上に駆動回路を形成したドライバ一体型を示すが、必ずしもその必要はなく、駆動回路を基板上ではなく外部に形成することもできる。
また、画素部602はスイッチング用FET611と、電流制御用FET612とそのドレインに電気的に接続された陽極613とを含む複数の画素により形成されているが、これに限定されず、3つ以上のFETと、容量素子とを組み合わせた画素部としてもよい。
FETに用いる半導体の種類及び結晶性については特に限定されず、非晶質半導体を用いてもよいし、結晶性半導体を用いてもよい。FETに用いる半導体の例としては、第13族半導体、第14族半導体、半導体、化合物半導体、酸化物半導体、有機半導体材料を用いることができるが、特に、酸化物半導体を用いると好ましい。該酸化物半導体としては、例えば、In−Ga酸化物、In−M−Zn酸化物(Mは、Al、Ga、Y、Zr、La、Ce、またはNd)等が挙げられる。なお、エネルギーギャップが2eV以上、好ましくは2.5eV以上、さらに好ましくは3eV以上の酸化物半導体材料を用いることで、トランジスタのオフ電流を低減することができるため、好ましい構成である。
なお、陽極613の端部を覆って絶縁物614が形成されている。ここでは、ポジ型の感光性アクリル樹脂膜を用いることにより形成することができる。
また、被覆性を良好なものとするため、絶縁物614の上端部または下端部に曲率を有する曲面が形成されるようにする。例えば、絶縁物614の材料としてポジ型の感光性アクリルを用いた場合、絶縁物614の上端部のみに曲率半径(0.2μm乃至3μm)を有する曲面を持たせることが好ましい。また、絶縁物614として、ネガ型の感光性樹脂、或いはポジ型の感光性樹脂のいずれも使用することができる。
陽極613上には、EL層616及び陰極617がそれぞれ形成されている。これらはそれぞれ図1(A)で説明した陽極101、EL層103及び陰極102又は図1(B)で説明した陽極501、EL層503及び陰極502に相当する。
EL層616には有機金属錯体が含まれることが好ましい。当該有機金属錯体は、発光層における発光中心物質として用いられることが好ましい。
さらにシール材605で封止基板604を素子基板610と貼り合わせることにより、素子基板610、封止基板604、およびシール材605で囲まれた空間607に発光素子618が備えられた構造になっている。なお、空間607には、充填材が充填されており、不活性気体(窒素やアルゴン等)が充填される場合の他、シール材605で充填される場合もある。封止基板には凹部を形成し、そこに乾燥材を設けると水分の影響による劣化を抑制することができ、好ましい構成である。
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、素子基板610及び封止基板604に用いる材料としてガラス基板や石英基板の他、FRP(Fiber Reinforced Plastics)、PVF(ポリビニルフロライド)、ポリエステルまたはアクリル等からなるプラスチック基板を用いることができる。
例えば、本明細書等において、様々な基板を用いて、トランジスタや発光素子を形成することが出来る。基板の種類は、特定のものに限定されることはない。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、以下のものがあげられる。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)、ポリエーテルサルフォン(PES)に代表されるプラスチックがある。または、一例としては、アクリル等の合成樹脂などがある。または、一例としては、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、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。特に、半導体基板、単結晶基板、又はSOI基板などを用いてトランジスタを製造することによって、特性、サイズ、又は形状などのばらつきが少なく、電流能力が高く、サイズの小さいトランジスタを製造することができる。このようなトランジスタによって回路を構成すると、回路の低消費電力化、又は回路の高集積化を図ることができる。
また、基板として、可撓性基板を用い、可撓性基板上に直接、トランジスタや発光素子を形成してもよい。または、基板とトランジスタの間や、基板と発光素子の間に剥離層を設けてもよい。剥離層は、その上に半導体装置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、トランジスタは耐熱性の劣る基板や可撓性の基板にも転載できる。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有機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、ある基板を用いてトランジスタや発光素子を形成し、その後、別の基板にトランジスタや発光素子を転置し、別の基板上にトランジスタや発光素子を配置してもよい。トランジスタや発光素子が転置される基板の一例としては、上述したトランジスタを形成することが可能な基板に加え、紙基板、セロファン基板、アラミドフィルム基板、ポリイミドフィルム基板、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、特性のよいトランジスタの形成、消費電力の小さいトランジスタの形成、壊れにくい装置の製造、耐熱性の付与、軽量化、又は薄型化を図ることができる。
図5には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)等を設けることによってフルカラー化した発光装置の例を示す。図5(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、発光素子の陽極1024W、1024R、1024G、1024B、隔壁1025、EL層1028、発光素子の陰極1029、封止基板1031、シール材1032などが図示されている。
また、図5(A)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)は透明な基材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、オーバーコート層で覆われている。また、図5(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5(B)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。このように、着色層は基板1001と封止基板1031の間に設けられていても良い。
また、以上に説明した発光装置では、FET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。トップエミッション型の発光装置の断面図を図6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。FET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。
発光素子の陽極1024W、1024R、1024G、1024B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6のようなトップエミッション型の発光装置である場合、陽極を反射電極とすることが好ましい。EL層1028の構成は、図1(A)のEL層103または図1(B)のEL層503として説明したような構成とし、且つ、白色の発光が得られるような素子構造とする。
図6のようなトップエミッションの構造では着色層(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1034G、青色の着色層1034B)や黒色層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こととする。
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色や赤、緑、青、黄の4色でフルカラー表示を行ってもよい。
図7には本発明の一態様であるパッシブマトリクス型の発光装置を示す。なお、図7(A)は、発光装置を示す斜視図、図7(B)は図7(A)をX−Yで切断した断面図である。図7において、基板951上には、電極952と電極956との間にはEL層955が設けられている。電極952の端部は絶縁層953で覆われている。そして、絶縁層953上には隔壁層954が設けられている。隔壁層954の側壁は、基板面に近くなるに伴って、一方の側壁と他方の側壁との間隔が狭くなっていくような傾斜を有する。つまり、隔壁層954の短辺方向の断面は、台形状であり、底辺(絶縁層953の面方向と同様の方向を向き、絶縁層953と接する辺)の方が上辺(絶縁層953の面方向と同様の方向を向き、絶縁層953と接しない辺)よりも短い。このように、隔壁層954を設けることで、静電気等に起因した発光素子の不良を防ぐことが出来る。
以上、説明した発光装置は、マトリクス状に配置された多数の微小な発光素子を、画素部に形成されたFETでそれぞれ制御することが可能であるため、画像の表現を行う表示装置として好適に利用できる発光装置である。
≪照明装置≫
本発明の一態様である照明装置を図8を参照しながら説明する。図8(B)は照明装置の上面図、図8(A)は図8(B)におけるe−f断面図である。
当該照明装置は、支持体である透光性を有する基板400上に、陽極401が形成されている。陽極401は図1(A)、(B)の陽極101に相当する。陽極401側から発光を取り出す場合、陽極401は透光性を有する材料により形成する。
陰極404に電圧を供給するためのパッド412が基板400上に形成される。
陽極401上にはEL層403が形成されている。EL層403は図1(A)、(B)のEL層103又はEL層503などに相当する。なお、これらの構成については当該記載を参照されたい。
EL層403を覆って陰極404を形成する。陰極404は図1(A)の陰極102に相当する。発光を陽極401側から取り出す場合、陰極404は反射率の高い材料を含んで形成される。陰極404はパッド412と接続することによって、電圧が供給される。
陽極401、EL層403及び陰極404によって発光素子が形成される。当該発光素子を、シール材405、406を用いて封止基板407を固着し、封止することによって照明装置が完成する。シール材405、406はどちらか一方でもかまわない。また、内側のシール材406(図8(B)では図示せず)には乾燥剤を混ぜることもでき、これにより、水分を吸着することができ、信頼性の向上につながる。
また、パッド412と陽極401の一部をシール材405、406の外に伸張して設けることによって、外部入力端子とすることができる。また、その上にコンバータなどを搭載したICチップ420などを設けても良い。
≪電子機器≫
本発明の一態様である電子機器の例について説明する。電子機器として、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。これらの電子機器の具体例を以下に示す。
図9(A)は、テレビジョン装置の一例を示している。テレビジョン装置は、筐体7101に表示部7103が組み込まれている。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。表示部7103により、映像を表示することが可能であり、表示部7103は、発光素子をマトリクス状に配列して構成されている。
テレビジョン装置の操作は、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。
なお、テレビジョン装置は、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また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)または双方向(送信者と受信者間、あるいは受信者間同士など)の情報通信を行うことも可能である。
図9(B1)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、このコンピュータは、発光素子をマトリクス状に配列して表示部7203に用いることにより作製される。図9(B1)のコンピュータは、図9(B2)のような形態であっても良い。図9(B2)のコンピュータは、キーボード7204、ポインティングデバイス7206の代わりに第2の表示部7210が設けられている。第2の表示部7210はタッチパネル式となっており、第2の表示部7210に表示された入力用の表示を指や専用のペンで操作することによって入力を行うことができる。また、第2の表示部7210は入力用表示だけでなく、その他の画像を表示することも可能である。また表示部7203もタッチパネルであっても良い。二つの画面がヒンジで接続されていることによって、収納や運搬をする際に画面を傷つける、破損するなどのトラブルの発生も防止することができる。
図9(C)(D)は、携帯情報端末の一例を示している。携帯情報端末は、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、携帯情報端末は、発光素子をマトリクス状に配列して作製された表示部7402を有している。
図9(C)及び(D)に示す携帯情報端末は、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構成とすることもできる。この場合、電話を掛ける、或いはメールを作成するなどの操作は、表示部7402を指などで触れることにより行うことができる。
表示部7402の画面は主として3つのモードがある。第1は、画像の表示を主とする表示モードであり、第2は、文字等の情報の入力を主とする入力モードである。第3は表示モードと入力モードの2つのモードが混合した表示+入力モードである。
例えば、電話を掛ける、或いはメールを作成する場合は、表示部7402を文字の入力を主とする文字入力モードとし、画面に表示させた文字の入力操作を行えばよい。この場合、表示部7402の画面のほとんどにキーボードまたは番号ボタンを表示させることが好ましい。
また、携帯電話機内部に、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、携帯電話機の向き(縦か横か)を判断して、表示部7402の画面表示を自動的に切り替えるようにすることができる。
また、画面モードの切り替えは、表示部7402を触れること、又は筐体7401の操作ボタン7403の操作により行われる。また、表示部7402に表示される画像の種類によって切り替えるようにすることもできる。例えば、表示部に表示する画像信号が動画のデータであれば表示モード、テキストデータであれば入力モードに切り替える。
また、入力モードにおいて、表示部7402の光センサで検出される信号を検知し、表示部7402のタッチ操作による入力が一定期間ない場合には、画面のモードを入力モードから表示モードに切り替えるように制御してもよい。
表示部7402は、イメージセンサとして機能させることもできる。例えば、表示部7402に掌や指で触れ、掌紋、指紋等を撮像することで、本人認証を行うことができる。また、表示部に近赤外光を発光するバックライトまた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、上記電子機器は、本明細書中に示した構成を適宜組み合わせて用いることができる。
また、表示部に本発明の一態様の発光素子を用いることが好ましい。当該発光素子は発光効率が良好な発光素子とすることが可能である。また、駆動電圧の小さい発光素子とすることが可能である。このため、本発明の一態様の発光素子を含む電子機器は消費電力の小さい電子機器とすることができる。
図10は、発光素子をバックライトに適用した液晶表示装置の一例である。図10に示した液晶表示装置は、筐体901、液晶層902、バックライトユニット903、筐体904を有し、液晶層902は、ドライバIC905と接続されている。バックライトユニット903には、発光素子が用いられおり、端子906により、電流が供給されている。
発光素子には本発明の一態様の発光素子を用いることが好ましく、当該発光素子を液晶表示装置のバックライトに適用することにより、消費電力の低減されたバックライトが得られる。
図11は、本発明の一態様である電気スタンドの例である。図11に示す電気スタンドは、筐体2001と、光源2002を有し、光源2002として発光素子を用いた照明装置が用いられている。
図12は、室内の照明装置3001の例である。当該照明装置3001には本発明の一態様の発光素子を用いることが好ましい。
本発明の一態様である自動車を図13に示す。当該自動車はフロントガラスやダッシュボードに発光素子が搭載されている。表示領域5000乃至表示領域5005は発光素子を用いて設けられた表示領域である。本発明の一態様の発光素子を用いることが好ましく、これにより表示領域5000乃至表示領域5005は消費電力を抑えられるため、車載に好適である。
表示領域5000と表示領域5001は、自動車のフロントガラスに設けられた、発光素子を用いる表示装置である。この発光素子を、陽極と陰極を透光性を有する電極で作製することによって、反対側が透けて見える、いわゆるシースルー状態の表示装置とすることができる。シースルー状態の表示であれば、自動車のフロントガラスに設置したとしても、視界の妨げになることなく設置することができる。なお、駆動のためのトランジスタなどを設ける場合には、有機半導体材料による有機トランジスタや、酸化物半導体を用いたトランジスタなど、透光性を有するトランジスタを用いると良い。
表示領域5002はピラー部分に設けられた発光素子を用いる表示装置である。表示領域5002には、車体に設けられた撮像手段からの映像を映し出すことによって、ピラーで遮られた視界を補完することができる。また、同様に、ダッシュボード部分に設けられた表示領域5003は車体によって遮られた視界を、自動車の外側に設けられた撮像手段からの映像を映し出すことによって、死角を補い、安全性を高めることができる。見えない部分を補完するように映像を映すことによって、より自然に違和感なく安全確認を行うことができる。
表示領域5004や表示領域5005はナビゲーション情報、速度計や回転数、走行距離、給油量、ギア状態、空調の設定など、その他様々な情報を提供することができる。表示は使用者の好みに合わせて適宜その表示項目やレイアウトを変更することができる。なお、これら情報は表示領域5000乃至表示領域5003にも設けることができる。また、表示領域5000乃至表示領域5005は照明装置として用いることも可能である。
図14(A)及び図14(B)は2つ折り可能なタブレット型端末の一例である。図14(A)は、開いた状態であり、タブレット型端末は、筐体9630、表示部9631a、表示部9631b、表示モード切り替えスイッチ9034、電源スイッチ9035、省電力モード切り替えスイッチ9036、留め具9033、操作スイッチ9038、を有する。なお、当該タブレット端末は、本発明の一態様の発光素子を備えた発光装置を表示部9631a、表示部9631bの一方又は両方に用いることにより作製される。
表示部9631aは、一部をタッチパネル領域9632aとすることができ、表示された操作キー9637にふれることでデータ入力をすることができる。なお、表示部9631aにおいては、一例として半分の領域が表示のみの機能を有する構成、もう半分の領域がタッチパネルの機能を有する構成を示しているが該構成に限定されない。表示部9631aの全ての領域がタッチパネルの機能を有する構成としても良い。例えば、表示部9631aの全面をキーボードボタン表示させてタッチパネルとし、表示部9631bを表示画面として用いることができる。
また、表示部9631bにおいても表示部9631aと同様に、表示部9631bの一部をタッチパネル領域9632bとすることができる。また、タッチパネルのキーボード表示切り替えボタン9639が表示されている位置に指やスタイラスなどでふれることで表示部9631bにキーボードボタンを表示することができる。
また、タッチパネル領域9632aとタッチパネル領域9632bに対して同時にタッチ入力することもできる。
また、表示モード切り替えスイッチ9034は、縦表示または横表示などの表示の向きを切り替え、白黒表示やカラー表示の切り替えなどを選択できる。省電力モード切り替えスイッチ9036は、タブレット型端末に内蔵している光センサで検出される使用時の外光の光量に応じて表示の輝度を最適なものとすることができる。タブレット型端末は光センサだけでなく、ジャイロ、加速度センサ等の傾きを検出するセンサなどの他の検出装置を内蔵させてもよい。
また、図14(A)では表示部9631bと表示部9631aの表示面積が同じ例を示しているが特に限定されず、一方のサイズともう一方のサイズが異なっていてもよく、表示の品質も異なっていてもよい。例えば一方が他方よりも高精細な表示を行える表示パネルとしてもよい。
図14(B)は、閉じた状態であり、本実施の形態におけるタブレット型端末では、筐体9630、太陽電池9633、充放電制御回路9634、バッテリー9635、DCDCコンバータ9636を備える例を示す。なお、図14(B)では充放電制御回路9634の一例としてバッテリー9635、DCDCコンバータ9636を有する構成について示している。
なお、タブレット型端末は2つ折り可能なため、未使用時に筐体9630を閉じた状態にすることができる。従って、表示部9631a、表示部9631bを保護できるため、耐久性に優れ、長期使用の観点からも信頼性の優れたタブレット型端末を提供できる。
また、この他にも図14(A)及び図14(B)に示したタブレット型端末は、様々な情報(静止画、動画、テキスト画像など)を表示する機能、カレンダー、日付又は時刻などを表示部に表示する機能、表示部に表示した情報をタッチ入力操作又は編集するタッチ入力機能、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、等を有することができる。
タブレット型端末の表面に装着された太陽電池9633によって、電力をタッチパネル、表示部、または映像信号処理部等に供給することができる。なお、太陽電池9633は、筐体9630の一面または二面に設けられていると効率的なバッテリー9635の充電を行う構成とすることができるため好適である。
また、図14(B)に示す充放電制御回路9634の構成、及び動作について図14(C)にブロック図を示し説明する。図14(C)には、太陽電池9633、バッテリー9635、DCDCコンバータ9636、コンバータ9638、スイッチSW1乃至SW3、表示部9631について示しており、バッテリー9635、DCDCコンバータ9636、コンバータ9638、スイッチSW1乃至SW3が、図10(B)に示す充放電制御回路9634に対応する箇所となる。
まず外光により太陽電池9633により発電がされる場合の動作の例について説明する。太陽電池で発電した電力は、バッテリー9635を充電するための電圧となるようDCDCコンバータ9636で昇圧または降圧がなされる。そして、表示部9631の動作に太陽電池9633で充電された電力が用いられる際にはスイッチSW1をオンにし、コンバータ9638で表示部9631に必要な電圧に昇圧または降圧をすることとなる。また、表示部9631での表示を行わない際には、SW1をオフにし、SW2をオンにしてバッテリー9635の充電を行う構成とすればよい。
なお、太陽電池9633については、発電手段の一例として示したが、発電手段は特に限定されず、圧電素子(ピエゾ素子)や熱電変換素子(ペルティエ素子)などの他の発電手段によってバッテリー9635の充電を行う構成であってもよい。無線(非接触)で電力を送受信して充電する無接点電力伝送モジュールや、また他の充電手段を組み合わせて行う構成としてもよく、発電手段を有さなくとも良い。
また、上記表示部9631を具備していれば、図14に示した形状のタブレット型端末に限定されない。
また、図15(A)〜(C)に、折りたたみ可能な携帯情報端末9310を示す。図15(A)に展開した状態の携帯情報端末9310を示す。図15(B)に展開した状態又は折りたたんだ状態の一方から他方に変化する途中の状態の携帯情報端末9310を示す。図15(C)に折りたたんだ状態の携帯情報端末9310を示す。携帯情報端末9310は、折りたたんだ状態では可搬性に優れ、展開した状態では、継ぎ目のない広い表示領域により表示の一覧性に優れる。
表示パネル9311はヒンジ9313によって連結された3つの筐体9315に支持されている。なお、表示パネル9311は、タッチセンサ(入力装置)を搭載したタッチパネル(入出力装置)であってもよい。また、表示パネル9311は、ヒンジ9313を介して2つの筐体9315間を屈曲させることにより、携帯情報端末9310を展開した状態から折りたたんだ状態に可逆的に変形させることができる。本発明の一態様の発光装置を表示パネル9311に用いることができる。表示パネル9311における表示領域9312は折りたたんだ状態の携帯情報端末9310の側面に位置する表示領域である。表示領域9312には、情報アイコンや使用頻度の高いアプリやプログラムのショートカットなどを表示させることができ、情報の確認やアプリなどの起動をスムーズに行うことができる。
≪合成例1≫
本合成例は、本発明の一態様の有機化合物である9,9’−[(5−メチルピリミジン−4,6−ジイル)ビス(3,1−フェニレン)]ビス(9H−カルバゾール)(略称:5Me−4,6mCzP2Pm)の合成方法について詳しく説明する。5Me−4,6mCzP2Pmの構造式を以下に示す。
<5Me−4,6mCzP2Pmの合成方法>
0.85g(5.2mmol)の4,6−ジクロロ−5−メチルピリミジンと、3.3g(11mmol)の3−(9H−カルバゾール−9−イル)フェニルボロン酸と、0.16g(0.53mmol)のトリス(2−メチルフェニル)ホスフィンを100mL三口フラスコに入れ、フラスコ内を窒素置換した。この混合物に11mLの2M炭酸カリウム水溶液と27mLのトルエンと9mLのエタノールを加え、減圧下で攪拌することにより脱気した。この混合物に23mg(0.10mmol)の酢酸パラジウム(II)を加え、窒素気流下、90℃で6時間攪拌した。
撹拌後、この混合物に水を加え、水層を酢酸エチルで抽出した。得られた抽出液と有機層を合わせ、水と、飽和食塩水で洗浄後、硫酸マグネシウムで乾燥した。この混合物を自然濾過により濾別し、濾液を濃縮して褐色油状物を得た。この油状物をシリカゲルカラムクロマトグラフィー(展開溶媒:ヘキサン:酢酸エチル=5:1)により精製した。得られたフラクションを濃縮し、黄色固体を得た。この固体を熱酢酸エチルで再結晶したところ、目的物である淡黄色固体を収量1.3g、収率43%で得た。
得られた淡黄色固体1.3g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2.8Pa、アルゴン流量5mL/minの条件で、淡黄色固体を235℃で加熱して行った。昇華精製後、白色固体を収量0.95g、回収率73%で得た。合成スキームを以下に示す。
得られた白色固体のH−NMRを測定した。チャートを図16に示す。また、数値データを以下に示す。これにより、本合成例によって5Me−4,6mCzP2Pmが得られたことがわかった。
H−NMR(CDCl,300MHz):δ=2.56(s、3H)、7.27−7.33(m、4H)、7.39−7.48(m、8H)、7.70−7.80(m、6H)、7.86−7.87(m、2H)、8.15(d、J=7.8Hz、2H)、9.22(s、1H)。
次に、5Me−4,6mCzP2Pmのトルエン溶液の吸収スペクトルおよび発光スペクトルを測定した結果を図17に示す。また、薄膜の吸収スペクトルおよび発光スペクトルを図18に示す。固体薄膜は石英基板上に真空蒸着法にて作製した。トルエン溶液の吸収スペクトルの測定には、紫外可視分光光度計((株)日本分光製 V550型)を用い、トルエンのみを石英セルに入れて測定したスペクトルを差し引いた。また、薄膜の吸収スペクトルの測定には、分光光度計((株)日立ハイテクノロジーズ製 分光光度計U4100)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。
図17より、5Me−4,6mCzP2Pmのトルエン溶液は340nm、325nm、291nm、および286nm付近に吸収ピークが見られ、発光波長のピークは418nm(励起波長340nm)であった。また、図18より、5Me−4,6mCzP2Pmの薄膜は343nm、330nm、314nm、295nm、288nm、265nm、241nmおよび209nm付近に吸収ピークが見られ、発光波長のピークは418nm付近(励起波長343nm)に見られた。この結果から、5Me−4,6mCzP2Pmが可視域の蛍光発光物質のホストとしても利用可能であることがわかった。
発光素子1、比較発光素子1および比較発光素子2で用いた有機化合物の構造式を以下に示す。
(発光素子1の作製方法)
まず、ガラス基板上に、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、陽極101を形成した。なお、その膜厚は70nmとし、電極面積は4mm(2mm×2mm)とした。
次に、基板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。
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、基板を30分程度放冷した。
次に、陽極101が形成された面が下方となるように、陽極101が形成された基板を真空蒸着装置内に設けられた基板ホルダーに固定し、陽極101上に、抵抗加熱を用いた蒸着法により上記構造式(i)で表される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(VI)とを重量比で2:1(=DBT3P−II:酸化モリブデン)となるように15nm共蒸着して正孔注入層111を形成した。
次に、正孔注入層111上に、上記構造式(ii)で表される3,3’−ビス(9−フェニル−9H−カルバゾール)(略称:PCCP)を膜厚20nmとなるように蒸着し正孔輸送層112を形成した。
続いて、PCCPと、上記構造式(100)で表される9,9’−[(5−メチルピリミジン−4,6−ジイル)ビス(3,1−フェニレン)]ビス(9H−カルバゾール)(略称:5Me−4,6mCzP2Pm)と、上記構造式(iii)で表されるトリス{2−[5−(2−メチルフェニル)−4−(2,6−ジイソプロピルフェニル)−4H−1,2,4−トリアゾール−3−イル−κN2]フェニル−κC}イリジウム(III)(略称:[Ir(mpptz−diPrp)])とを、重量比1:0.3:0.06(=PCCP:5Me−4,6mCzP2Pm:[Ir(mpptz−diPrp)])となるように30nm共蒸着した後、5Me−4,6mCzP2Pmと、[Ir(mpptz−diPrp)]とを、重量比1:0.06(=5Me−4,6mCzP2Pm:[Ir(mpptz−diPrp)])となるように10nm共蒸着して発光層113を形成した。
その後、発光層113上に、5Me−4,6mCzP2Pmを膜厚10nmとなるように蒸着した後、上記構造式(iv)で表されるバソフェナントロリン(略称:BPhen)を膜厚15nmとなるように蒸着し、電子輸送層114を形成した。
電子輸送層114を形成した後、フッ化リチウム(LiF)を膜厚1nmとなるように蒸着して電子注入層115を形成し、続いてアルミニウムを200nmの膜厚となるように蒸着することで陰極102を形成して本実施例の発光素子1を作製した。
(比較発光素子1の作製方法)
比較発光素子1は、発光素子1における5Me−4,6mCzP2Pmを、上記構造式(v)で表される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)に替えた他は、発光素子1と同様に作製した。
(比較発光素子2の作製方法)
比較発光素子2は、発光素子1における5Me−4,6mCzP2Pmを、上記構造式(vi)で表される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)に替えた他は、発光素子1と同様に作製した。
発光素子1、比較発光素子1および比較発光素子2の素子構造を以下の表にまとめる。
発光素子1、比較発光素子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(シール材を素子の周囲に塗布し、封止時にUV処理、80℃にて1時間熱処理)を行った後、これら発光素子の初期特性及び信頼性について測定を行った。なお、測定は25℃に保たれた雰囲気で行った。
発光素子1、比較発光素子1および比較発光素子2の輝度−電流密度特性を図19に、輝度−電圧特性を図20に、電流効率−輝度特性を図21に、電流−電圧特性を図22に、色度−輝度特性を図23に、外部量子効率−輝度特性を図24に、発光スペクトルを図25に示す。また、各発光素子の1000cd/m付近における主要な特性を表3に示す。
図19乃至図24および表3より、本発明の一態様である発光素子1は、比較発光素子1と同等に駆動電圧が小さく、効率が良好で、良好な青色を呈する発光素子であることがわかった。また、比較発光素子2との比較では、電子輸送材料として用いた物質の5位のメチル基があるかないかの違いしかないのにもかかわらず、その効率と駆動電圧に明らかな違いがみられた。これは、5Me−4,6mCzP2Pmにおける5位のメチル基が、フェニレン基の角度に影響を及ぼした結果、5Me−4,6mCzP2PmのLUMO準位が4,6mCzP2PmのLUMO準位よりも浅くなり、発光材料である[Ir(mpptz−diPrp)]と、電子輸送材料とのエキサイプレックス形成が抑制され、発光材料である[Ir(mpptz−diPrp)]の発光を妨げにくくなった結果であると考えられる。
なお、比較発光素子2において、発光材料と他の材料とのエキサイプレックス形成が比較的多くあるということは、図24の発光スペクトルからもわかる。比較発光素子2の発光スペクトルの形状は、ほかの2素子と比較して、長波長側のピークが大きいが、これは、発光物質が他の物質とエキサイプレックスを形成し、よりエネルギーの小さい励起状態を形成したことを示唆している。また、図23の色度−輝度特性や、表2の色度を見るとわかるように、比較発光素子2は、長波長側の第2のピークの割合が大きい為に、他の2素子と色味が変化してしまっている。輝度が高くなるにつれて、色が変化することもエキサイプレックスが形成された発光デバイスの特徴である。
また、初期輝度を2000cd/mとし、電流密度一定の条件の条件における駆動時間に対する輝度の変化を表すグラフを図26に示す。図26で示すように、発光素子1は、駆動時間の蓄積に伴う輝度低下が小さい、寿命の良好な発光素子であることがわかった。比較発光素子2は、効率が低い為に、輝度を一定とした駆動試験においては付加が大きく、輝度低下が大きかったものと考えられる。一方、比較発光素子1は、発光効率は発光素子1と同程度であるものの、輝度低下が大きい。これは、アシスト材料であるPCCPとのエキサイプレックス形成の有無にかかわり、PCCPと電子輸送材料である5Me−4,6mCzP2Pmがエキサイプレックスを形成する発光素子1では、一重項励起状態と三重項励起状態が近い位置にあるため、励起させるためのエネルギーを比較的低く抑えることができる。一方、3,5DCzPPyは、LUMOが浅い為にPCCPとエキサイプレックスを形成しない。そのため、発光材料の三重項励起状態にエネルギー移動できるほどの三重項励起エネルギーを得るためには、さらに高いエネルギー準位である一重項励起状態を形成しなければならず、その高いエネルギーは、材料自身に大きな負荷を与える。そのため、3,5DCzPPyを用いた比較発光素子1は、高い効率を有していながら、発光素子1と比較して寿命の短い素子になったと考えられる。
以上のように、5Me−4,6mCzP2Pmを電子輸送材料として用いた発光素子1は、発光効率も、寿命もどちらも良好な、特性の良い発光素子であることがわかった。これは、5Me−4,6mCzP2Pmが5位にアルキル基を有することで、フェニレン基の角度を制御した結果、LUMO準位が浅くなり、発光材料とのエキサイプレックス形成の抑制が可能となった結果である。
なお、5位にアルキル基が付くことで、三重項励起準位が高くなるという効果もあり、りん光発光素子における利用価値も高めることができる。
101 陽極
102 陰極
103 EL層
111 正孔注入層
112 正孔輸送層
113 発光層
114 電子輸送層
115 電子注入層
116 電荷発生層
117 P型層
118 電子リレー層
119 電子注入バッファ層
400 基板
401 陽極
403 EL層
404 陰極
405 シール材
406 シール材
407 封止基板
412 パッド
420 ICチップ
501 陽極
502 陰極
511 第1の発光ユニット
512 第2の発光ユニット
513 電荷発生層
601 駆動回路部(ソース線駆動回路)
602 画素部
603 駆動回路部(ゲート線駆動回路)
604 封止基板
605 シール材
607 空間
608 配線
609 FPC(フレキシブルプリントサーキット)
610 素子基板
611 スイッチング用FET
612 電流制御用FET
613 陽極
614 絶縁物
616 EL層
617 陰極
618 発光素子
730 絶縁膜
770 平坦化絶縁膜
772 導電膜
782 発光素子
783 液滴吐出装置
784 液滴
785 層
786 EL層
788 導電膜
901 筐体
902 液晶層
903 バックライトユニット
904 筐体
905 ドライバIC
906 端子
951 基板
952 電極
953 絶縁層
954 隔壁層
955 EL層
956 電極
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 第1の層間絶縁膜
1021 第2の層間絶縁膜
1022 電極
1024W 陽極
1024R 陽極
1024G 陽極
1024B 陽極
1025 隔壁
1028 EL層
1029 陰極
1031 封止基板
1032 シール材
1033 透明な基材
1034R 赤色の着色層
1034G 緑色の着色層
1034B 青色の着色層
1035 ブラックマトリクス
1037 第3の層間絶縁膜
1040 画素部
1041 駆動回路部
1042 周辺部
1400 液滴吐出装置
1402 基板
1403 液滴吐出手段
1404 撮像手段
1405 ヘッド
1406 点線
1407 制御手段
1408 記憶媒体
1409 画像処理手段
1410 コンピュータ
1411 マーカー
1412 ヘッド
1413 材料供給源
1414 材料供給源
1415 材料供給源
1416 ヘッド
2001 筐体
2002 光源
3001 照明装置
5000 表示領域
5001 表示領域
5002 表示領域
5003 表示領域
5004 表示領域
5005 表示領域
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
7210 第2の表示部
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
9033 留め具
9034 スイッチ
9035 電源スイッチ
9036 スイッチ
9038 操作スイッチ
9310 携帯情報端末
9311 表示パネル
9312 表示領域
9313 ヒンジ
9315 筐体
9630 筐体
9631 表示部
9631a 表示部
9631b 表示部
9632a タッチパネル領域
9632b タッチパネル領域
9633 太陽電池
9634 充放電制御回路
9635 バッテリー
9636 DCDCコンバータ
9637 操作キー
9638 コンバータ
9639 ボタン

Claims (19)

  1. 下記一般式(G1)で表される有機化合物。

    (ただし、一般式(G1)において、Rは炭素数1乃至6のアルキル基のいずれか1を表し、AおよびBの位置の炭素原子にそれぞれ独立に、下記一般式(G2−1)または(G2−2)で表される基が結合する。)

    (ただし、一般式(G2−1)において、Xは窒素原子、酸素原子、硫黄原子および炭素原子のいずれか1を表す。Xが窒素原子または炭素原子である場合、窒素原子は一つの、炭素原子は一つまたは二つの置換基を有していても良い。また、R11乃至R18はそれぞれ独立に、水素、炭素数1乃至6のアルキル基のいずれか1を表す。なお、R11乃至R14はその一つが結合手であっても良く、当該結合手またはXが窒素の場合は当該窒素が有する結合手のいずれか1によって一般式(G1)におけるAの位置の炭素またはBの位置の炭素に結合する。)

    (ただし、一般式(G2−2)において、Xは窒素原子、酸素原子、硫黄原子および炭素原子のいずれか1を表す。Xが窒素原子または炭素原子である場合、窒素原子は一つの、炭素原子は一つまたは二つの置換基を有していても良い。また、R21乃至R28はそれぞれ独立に、水素、炭素数1乃至6のアルキル基のいずれか1を表す。なお、R21乃至R24はその一つが結合手であっても良く、当該結合手またはXが窒素である場合は当該窒素が有する結合手のいずれか1によって一般式(G1)におけるAの位置の炭素またはBの位置の炭素に結合する。また、α、βは隣接する二つの環と縮合する環を表し、αは下記一般式(G3)で表される環を、βは下記一般式(G4)で表される環を表す。)

    (一般式(G3)で表される環は、式(G3)中acの位置またはadの位置で隣接する二つの環と縮合する。また、R31およびR32はそれぞれ独立に水素または炭素数1乃至6のアルキル基のいずれか1を表す。)

    (一般式(G4)で表される環は、式(G4)中bdの位置で隣接する二つの環と縮合する。また、Xは窒素原子、酸素原子、硫黄原子および炭素原子のいずれか1を表す。Xが窒素原子または炭素原子である場合、窒素原子は一つの、炭素原子は一つまたは二つの置換基を有していても良い。)
  2. 下記一般式(G1)で表される有機化合物。

    (ただし、一般式(G1)において、Rは炭素数1乃至6のアルキル基のいずれか1を表し、AおよびBの位置の炭素原子にそれぞれ独立に、下記一般式(G2−1)で表される基が結合する。)

    (ただし、一般式(G2−1)において、Xは窒素原子、酸素原子、硫黄原子および炭素原子のいずれか1を表す。1が窒素原子または炭素原子である場合、窒素原子は一つの、炭素原子は一つまたは二つの置換基を有していても良い。また、R11乃至R18はそれぞれ独立に、水素、炭素数1乃至6のアルキル基のいずれか1を表す。なお、R11乃至R14はその一つが結合手であっても良い、当該結合手またはXが窒素の場合は当該窒素が有する結合手のいずれか1によって一般式(G1)におけるAの位置の炭素またはBの位置の炭素に結合する。)
  3. 請求項2において、Xの少なくとも一方が窒素原子である有機化合物。
  4. 請求項3において、Xの窒素が一般式(G1)におけるAの位置の炭素またはBの位置の炭素に結合する有機化合物。
  5. 下記一般式(G1)で表される有機化合物を含む有機化合物。

    (ただし、一般式(G1)において、Rは炭素数1乃至6のアルキル基のいずれか1を表し、AおよびBの位置の炭素原子にそれぞれ独立に、下記一般式(G2−2)
    で表される基が結合する。)

    (ただし、一般式(G2−2)において、Xは窒素原子、酸素原子、硫黄原子および炭素原子のいずれか1を表す。Xが窒素原子または炭素原子である場合、窒素原子は一つの、炭素原子は一つまたは二つの置換基を有していても良い。また、R21乃至R28はそれぞれ独立に、水素、炭素数1乃至6のアルキル基のいずれか1を表す。なおR21乃至R24はその一つが結合手であっても良い、当該結合手またはXが窒素である場合は当該窒素が有する結合手のいずれか1によって一般式(G1)におけるAの位置の炭素またはBの位置の炭素に結合する。また、α、βは隣接する二つの環と縮合する環を表し、αは下記一般式(G3)で表される環を、βは下記一般式(G4)で表される環を示す。)

    (一般式(G3)で表される環は、式(G3)中、acの位置またはadの位置で隣接する二つの環と縮合する。またR31およびR32はそれぞれ独立に水素または炭素数1乃至6のアルキル基のいずれか1を表す。)

    (一般式(G4)で表される環は、式(G4)中、bdの位置で隣接する二つの環と縮合する、またXは窒素原子、酸素原子、硫黄原子及び炭素原子のいずれか1を表す。Xが窒素原子または炭素原子である場合、窒素原子は一つの、炭素原子は一つまたは二つの置換基を有していても良い。)
  6. 請求項5において、Xの少なくとも一方が窒素原子である有機化合物。
  7. 請求項6において、Xの窒素が一般式(G1)におけるAの位置の炭素またはBの位置の炭素に結合する有機化合物。
  8. 下記一般式(G5)で表される有機化合物。

    (ただし、一般式(G5)で表される式において、Rは炭素数1乃至6のアルキル基を表し、R41乃至R48およびR51乃至R58は各々独立に、水素または炭素数1乃至6のアルキル基のいずれか一を表す。)
  9. 下記一般式(G6)で表される有機化合物。

    (ただし、一般式(G6)で表される式において、Rは炭素数1乃至6のアルキル基を表し、R61乃至R67およびR71乃至R77は各々独立に、水素または炭素数1乃至6のアルキル基のいずれか一を表す。)
  10. 下記一般式(G7)乃至(G10)で表される有機化合物。

    (ただし、一般式(G7)乃至(G10)において、Rは炭素数1乃至6のアルキル基を表す。)
  11. 下記一般式(g1)で表される有機化合物。

    (ただし、一般式(g1)において、Rは炭素数1乃至6のアルキル基のいずれか1を表す。)
  12. 下記構造式(100)で表される有機化合物。
  13. 下記一般式(G1)で表される骨格を有し且つ分子量3000以下の有機化合物を含む発光素子。

    (ただし、一般式(G1)において、Rは炭素数1乃至6のアルキル基のいずれか1を表す。また、一般式(G1)で表される有機化合物はAおよびBの位置の炭素原子それぞれに置換基を有する。)
  14. 下記一般式(G1)で表される骨格を有し且つ分子量3000以下の有機化合物を含む発光素子。

    (ただし、一般式(G1)において、Rは炭素数1乃至6のアルキル基のいずれか1を表し、AおよびBの位置の炭素原子それぞれにカルバゾール骨格、フルオレン骨格、ジベンゾチオフェン骨格およびジベンゾフラン骨格のいずれか一の骨格を含む置換基を有する。)
  15. 請求項1乃至請求項12のいずれか一項に記載の有機化合物を含む発光素子。
  16. 請求項13乃至請求項15のいずれか一項において、
    前記発光素子は少なくとも発光層を有し、前記発光層が前記有機化合物を含む発光素子。
  17. 請求項13乃至請求項16のいずれか一項に記載の発光素子と、トランジスタ、または、基板と、を有する発光装置。
  18. 請求項17に記載の発光装置と、センサ、操作ボタン、スピーカ、または、マイクと、を有する電子機器。
  19. 請求項18に記載の構成を有する発光装置と、筐体と、を有する照明装置。
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