JP6690931B2 - 発光素子、有機化合物、発光装置、電子機器、および照明装置 - Google Patents

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Description

本発明の一態様は、物、物質、方法、または、製造方法に関する。また、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。特に、本発明の一態様は、発光素子、有機化合物、発光装置、電子機器、およ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。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、蓄電装置、記憶装置、撮像装置、それらの駆動方法、または、それらの製造方法等、を一例として挙げることができる。
有機化合物を発光体として用い、薄型軽量、高速応答、低駆動電圧などの特徴を有する発光素子は、次世代のフラットパネルディスプレイへの応用が期待されている。特に、複数の発光素子を配置してなる発光装置は、従来の液晶表示装置と比較して、視野角が広く視認性が優れる点に優位性があると考えられている。
発光素子の発光機構は、一対の電極間に発光体を含むEL層を挟んで電圧を印加することにより、陰極から注入された電子および陽極から注入された正孔がEL層の発光中心で再結合して分子励起子を形成し、その分子励起子が基底状態に緩和する際にエネルギーを放出して発光するといわれている。励起状態には一重項励起と三重項励起が知られ、発光はどちらの励起状態を経ても可能であると考えられている。
この様な発光素子に関しては、その素子特性を向上させる為に、素子構造の改良や材料開発等が盛んに行われている(例えば、特許文献1参照。)。
特開2010−182699号公報
発光素子の開発において、発光素子に用いる有機化合物は、その特性や信頼性を高める上で非常に重要である。そこで、本発明の一態様では、新規な有機化合物を提供する。すなわち、素子特性や信頼性を高める上で有効な新規の有機化合物を提供する。また、本発明の一態様では、発光素子に用いることができる新規な有機化合物を提供する。また、本発明の一態様では、発光素子のEL層に用いることができる、新規な有機化合物を提供する。また、本発明の一態様である新規な有機化合物を用いた高効率で信頼性の高い新規な発光素子を提供する。また、新規な発光装置、新規な電子機器、または新規な照明装置を提供する。なお、これらの課題の記載は、他の課題の存在を妨げるものではない。なお、本発明の一態様は、必ずしも、これらの課題の全てを解決する必要はない。なお、これら以外の課題は、明細書、図面、請求項などの記載から、自ずと明らかとなるものであり、明細書、図面、請求項などの記載から、これら以外の課題を抽出することが可能である。
本発明の一態様は、陽極と、陰極と、の間にEL層を有し、EL層は、発光層を有し、発光層は、第1の有機化合物と、発光物質と、を含み、第1の有機化合物は、ジベンゾキナゾリン環と、正孔輸送性を有する骨格とを有することを特徴とする発光素子である。
本発明の別の一態様は、陽極と、陰極と、の間にEL層を有し、EL層は、発光層を有し、発光層は、第1の有機化合物と、正孔輸送性を有する第2の有機化合物と、発光物質と、を含み、第1の有機化合物は、ジベンゾキナゾリン環と、正孔輸送性を有する骨格とを有することを特徴とする発光素子である。
本発明の別の一態様は、陽極と、陰極と、の間にEL層を有し、EL層は、発光層を有し、発光層は、第1の有機化合物と、発光物質と、を含み、第1の有機化合物は、ジベンゾキナゾリン環の2位が、正孔輸送性を有する骨格と直接結合した構造を有するか、または、単数または複数のアリーレン基を介して正孔輸送性を有する骨格と結合した構造を有することを特徴とする発光素子である。
本発明の別の一態様は、陽極と、陰極と、の間にEL層を有し、EL層は、発光層を有し、発光層は、第1の有機化合物と、正孔輸送性を有する第2の有機化合物と、発光物質と、を含み、第1の有機化合物は、ジベンゾキナゾリン環の2位が、正孔輸送性を有する骨格と直接結合した構造を有するか、または、単数または複数のアリーレン基を介して正孔輸送性を有する骨格と結合した構造を有する、ことを特徴とする発光素子である。
なお、上記各構成において、正孔輸送性を有する骨格は、ジアリールアミノ基であるか、または、π過剰型複素芳香環であることを特徴とする。また、π過剰型複素芳香環は、5員環の複素芳香環を含むことを特徴とする。
また、上記各構成において、正孔輸送性を有する骨格は、ジベンゾフラン骨格、ジベンゾチオフェン骨格、またはカルバゾール骨格を有する環であることを特徴とする。
さらに、上記各構成において、正孔輸送性を有する骨格は、ジベンゾフラン骨格、ジベンゾチオフェン骨格、およびカルバゾール骨格を有する環から選ばれる環が複数結合した構造を有することを特徴とする。
また、上記各構成において、発光物質は、燐光性化合物であることを特徴とする。
また、上記各構成において、第1の有機化合物は、下記一般式(G1)で示されることを特徴とする。
但し、一般式(G1)中、nは、0〜3のいずれかを表し、mは、1または2を表す。Aは、単結合、または置換もしくは無置換の炭素数6〜13のアリーレン基を表し、Bは、置換または無置換のジベンゾフラン骨格、置換または無置換のジベンゾチオフェン骨格、または置換または無置換のカルバゾール骨格を表し、R〜R14は、それぞれ独立に、水素、置換もしくは無置換の炭素数1〜6のアルキル基、置換もしくは無置換の炭素数5〜7のシクロアルキル基、置換もしくは無置換の炭素数6〜13のアリール基、のいずれかを表す。
上述の一般式(G1)に示す第1の有機化合物は、ジベンゾキナゾリン環の2位が、1,3−フェニレン基を介して正孔輸送性を有する骨格と結合した構造を有するため、一重項準位(S1)、および三重項準位(T1)を高くし、エネルギーギャップを広くでき、好ましい。また、一般式(G1)に示す第1の有機化合物を発光素子に用いる場合、ジベンゾキナゾリン環の2位が1,4−フェニレン基を介して正孔輸送性を有する骨格と結合した構造を有する有機化合物に比べてキャリアバランスを整えやすく、キャリアの抜けを防ぐため、発光効率の高い発光素子を得るために好適である。
また、本発明の別の一態様は、ジベンゾキナゾリン環と、正孔輸送性を有する骨格とを有することを特徴とする有機化合物であり、より好ましくは、ジベンゾキナゾリン環の2位が、正孔輸送性を有する骨格と直接結合した構造を有するか、または、単数または複数のアリーレン基を介して正孔輸送性を有する骨格と結合した構造を有することを特徴とする有機化合物である。
また、本発明の別の一態様は、下記一般式(G1)で表される有機化合物である。
但し、一般式(G1)中、nは、0〜3のいずれかを表し、mは、1または2を表す。Aは、単結合、または置換もしくは無置換の炭素数6〜13のアリーレン基を表し、Bは、置換または無置換のジベンゾフラン骨格を有する環、置換または無置換のジベンゾチオフェン骨格を有する環、または置換または無置換のカルバゾール骨格を有する環を表し、R〜R14は、それぞれ独立に、水素、置換もしくは無置換の炭素数1〜6のアルキル基、置換もしくは無置換の炭素数5〜7のシクロアルキル基、置換もしくは無置換の炭素数6〜13のアリール基、のいずれかを表す。
また、本発明の別の一態様は、上記一般式(G1)中のBが、下記一般式(B1)乃至一般式(B4)のいずれか一である。
但し、上記一般式(B1)〜一般式(B4)中、mは、1または2を表す。また、Qは、S、N−R15、Oのいずれかであり、R15は、水素、置換または無置換のフェニル基、のいずれかを表す。また、(B1)〜(B4)中のベンゼン環は置換基を有していても良く、前記置換基は、置換もしくは無置換の炭素数1〜6のアルキル基、置換もしくは無置換の炭素数5〜7のシクロアルキル基、置換もしくは無置換の炭素数6〜13のアリール基、のいずれかである。
また、本発明の別の一態様は、下記構造式(100)または構造式(123)で表される有機化合物である。
また、本発明の一態様である有機化合物は燐光を発光する発光物質(燐光性化合物)と組み合わせて発光素子の発光層に用いることができる。すなわち、発光層から三重項励起状態からの発光を得ることが可能であるため、発光素子の高効率化が可能となり、非常に有効である。したがって、本発明の一態様である有機化合物と、燐光性化合物と、を発光層に用いた発光素子は、本発明の一態様に含まれるものとする。また、上記発光層には、さらに第3の物質を加えた構成としてもよい。
また、本発明の一態様は、発光素子を有する発光装置を含み、さらに発光装置を有する照明装置も範疇に含めるものである。従って、本明細書中における発光装置とは、画像表示デバイス、または光源(照明装置含む)を指す。また、発光装置にコネクター、例えばFPC(Flexible printed circuit)もしくはTCP(Tape Carrier Package)が取り付けられたモジュール、TCPの先にプリント配線板が設けられたモジュール、または発光素子にCOG(Chip On Glass)方式によりIC(集積回路)が直接実装されたモジュールも全て発光装置に含むものとする。
本発明の一態様は、新規な有機化合物を提供することができる。すなわち、素子特性や信頼性を高める上で有効な新規の有機化合物を提供することができる。また、本発明の一態様では、発光素子に用いることができる新規な有機化合物を提供することができる。また、本発明の一態様では、発光素子のEL層に用いることができる、新規な有機化合物を提供することができる。また、本発明の一態様である新規な有機化合物を用いた高効率で信頼性の高い新規な発光素子を提供することができる。または、新規な発光装置、新規な電子機器、または新規な照明装置を提供することができる。なお、これらの効果の記載は、他の効果の存在を妨げるものではない。なお、本発明の一態様は、必ずしも、これらの効果の全てを有する必要はない。なお、これら以外の効果は、明細書、図面、請求項などの記載から、自ずと明らかとなるものであり、明細書、図面、請求項などの記載から、これら以外の効果を抽出することが可能である。
発光素子の構造について説明する図。 発光素子の構造について説明する図。 発光装置について説明する図。 電子機器について説明する図。 電子機器について説明する図。 照明装置について説明する図。 照明装置について説明する図。 タッチパネルの一例を示す図。 タッチパネルの一例を示す図。 タッチパネルの一例を示す図。 タッチセンサのブロック図及びタイミングチャート。 タッチセンサの回路図。 構造式(100)に示す有機化合物のH−NMRチャート。 構造式(100)に示す有機化合物のトルエン溶液中の紫外・可視吸収スペクトル及び発光スペクトル。 構造式(100)に示す有機化合物の固体薄膜の紫外・可視吸収スペクトル及び発光スペクトル。 発光素子について説明する図。 発光素子1の電流密度−輝度特性を示す図。 発光素子1の電圧−輝度特性を示す図。 発光素子1の輝度−電流効率特性を示す図。 発光素子1の電圧−電流特性を示す図。 発光素子1の発光スペクトルを示す図。 構造式(123)に示す有機化合物のH−NMRチャート。 構造式(123)に示す有機化合物のトルエン溶液中の紫外・可視吸収スペクトル及び発光スペクトル。 構造式(123)に示す有機化合物の固体薄膜の紫外・可視吸収スペクトル及び発光スペクトル。 発光素子2の電流密度−輝度特性を示す図。 発光素子2の電圧−輝度特性を示す図。 発光素子2の輝度−電流効率特性を示す図。 発光素子2の電圧−電流特性を示す図。 発光素子2の発光スペクトルを示す図。
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が可能である。従って、本発明は以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。
なお、「膜」という言葉と、「層」という言葉とは、場合によっては、または、状況に応じて、互いに入れ替えることが可能である。例えば、「導電層」という用語を、「導電膜」という用語に変更することが可能な場合がある。または、例えば、「絶縁膜」という用語を、「絶縁層」という用語に変更することが可能な場合がある。
(実施の形態1)
本実施の形態では、本発明の一態様である有機化合物について説明する。
本発明の一態様である有機化合物は、ジベンゾキナゾリン環と、正孔輸送性を有する骨格とを有する。あるいは、ジベンゾキナゾリン環の2位が、正孔輸送性を有する骨格と直接結合するか、または、単数または複数のアリーレン基を介して正孔輸送性を有する骨格と結合した構造を有する。ジベンゾキナゾリン環は電子輸送性を有しているため、本発明の一態様である有機化合物は、正孔輸送性と電子輸送性を有する化合物である。したがって、発光素子等に用いる有機化合物としてキャリア輸送性に優れ、有用である。
正孔輸送性を有する骨格としては、ジアリールアミノ基やπ過剰型複素芳香環であることが好ましい。π過剰型複素芳香環とは、複素原子の非共有電子対がπ電子密度を上昇させる環のことであり、フランやチオフェン、ピロールのような複素原子を一つ有する5員環の複素芳香環を含むことが好ましい。
正孔輸送性を有する骨格として、より具体的には、ジベンゾフラン骨格、ジベンゾチオフェン骨格、またはカルバゾール骨格を有する環が、耐熱性・化学的安定性に優れているため好ましい。特に、ジベンゾフラン骨格、ジベンゾチオフェン骨格、およびカルバゾール骨格を有する環から選ばれる環が複数結合した構造を有することにより、耐熱性のみならず正孔輸送性も向上する。なお、本実施の形態の一態様におけるジベンゾフラン骨格、ジベンゾチオフェン骨格、およびカルバゾール骨格を有する環とは、それぞれジベンゾフラン環、ジベンゾチオフェン環、およびカルバゾール環に更にベンゼン環やナフタレン環等が縮合したものも含むものとする。すなわち、正孔輸送性を有する骨格は、ジベンゾフラン環、ジベンゾチオフェン環、カルバゾール環のみならず、ベンゾナフトフラン環、ジナフトフラン環、ベンゾナフトチオフェン環、ジナフトチオフェン環、ベンゾカルバゾール環、ジベンゾカルバゾール環等も含む。
また、本実施の形態で説明する有機化合物の一態様は、下記一般式(G1)で表される構造を有する有機化合物である。
一般式(G1)において、nは、0〜3のいずれかを表し、mは、1または2を表す。Aは、単結合、または置換もしくは無置換の炭素数6〜13のアリーレン基を表し、Bは、置換または無置換のジベンゾフラン骨格を有する環、置換または無置換のジベンゾチオフェン骨格を有する環、または置換または無置換のカルバゾール骨格を有する環を表し、R〜R14は、それぞれ独立に、水素、置換もしくは無置換の炭素数1〜6のアルキル基、置換もしくは無置換の炭素数5〜7のシクロアルキル基、置換もしくは無置換の炭素数6〜13のアリール基、のいずれかを表す。より具体的には、Bは、置換または無置換のジベンゾフラン環、置換または無置換のジベンゾチオフェン環、または置換または無置換のカルバゾール環を表す。また、上記構成における置換とは、好ましくは、メチル基、エチル基、n−プロピル基、iso−プロピル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基、n−ペンチル基、n−ヘキシル基のような炭素数1〜6のアルキル基や、フェニル基、o−トリル基、m−トリル基、p−トリル基、1−ナフチル基、2−ナフチル基、2−ビフェニル基、3−ビフェニル基、4−ビフェニル基のような炭素数6〜12のアリール基のような置換基による置換を表す。また、これらの置換基は互いに結合し、環を形成していても良い。例えば、前記アリーレン基が、置換基として9位に二つのフェニル基を有する2,7−フルオレニレン基である場合、該フェニル基が互いに結合し、スピロ−9,9’−ビフルオレン−2,7−ジイル基となっても良い。
なお、上記一般式(G1)中の置換または無置換の炭素数6〜13のアリーレン基としては、置換または無置換のフェニレン基、置換または無置換のビフェニレン基、置換または無置換のナフチレン基、置換または無置換のフルオレニレン基、置換または無置換のフェナントレニレン基が挙げられる。これらの基がさらに置換基を有する場合の置換基の具体例は、上述した通りである。より具体的には、1,2−または1,3−または1,4−フェニレン基、2,6−または3,5−または2,4−トルイレン基、4,6−ジメチルベンゼン−1,3−ジイル基、2,4,6−トリメチルベンゼン−1,3−ジイル基、2,3,5,6−テトラメチルベンゼン−1,4−ジイル基、3,3’−または3,4’−または4,4’−ビフェニレン基、1,4−または1,5−または2,6−または2,7−ナフチレン基、2,7−フルオレニレン基、9,9−ジメチル−2,7−フルオレニレン基、9,9−ジフェニル−2,7−フルオレニレン基、9,9−ジメチル−1,4−フルオレニレン基、スピロ−9,9’−ビフルオレン−2,7−ジイル基、9,10−ジヒドロ−2,7−フェナントレニレン基などが挙げられる。
また、前記一般式(G1)中のBは、下記一般式(B1)乃至一般式(B4)のいずれか一であることが好ましい。

(式中、mは、1または2を表す。また、Qは、S、N−R15、Oのいずれかであり、R15は、水素、置換または無置換のフェニル基、のいずれかを表す。また、(B1)〜(B4)中のベンゼン環は置換基を有していても良く、前記置換基は、炭素数1〜6のアルキル基、炭素数5〜7のシクロアルキル基、置換もしくは無置換の炭素数6〜13のアリール基、のいずれかである。)
なお、上記構成における置換とは、好ましくは、メチル基、エチル基、n−プロピル基、iso−プロピル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基、n−ペンチル基、n−ヘキシル基のような炭素数1〜6のアルキル基や、フェニル基、o−トリル基、m−トリル基、p−トリル基、1−ナフチル基、2−ナフチル基、2−ビフェニル基、3−ビフェニル基、4−ビフェニル基のような炭素数6〜12のアリール基のような置換基による置換を表す。また、これらの置換基は互いに結合し、環を形成していても良い。例えば、前記アリール基が、置換基として9位に二つのフェニル基を有する2−フルオレニル基である場合、該フェニル基が互いに結合し、スピロ−9,9’−ビフルオレン−2−イル基となっても良い。
また、本実施の形態で説明する有機化合物の一態様は、下記一般式(G2)で表される有機化合物である。
一般式(G2)において、nは、0〜3のいずれかを表し、mは、1または2を表す。Aは、単結合、または置換もしくは無置換の炭素数6〜13のアリーレン基を表し、Qは、S、N、Oのいずれかであり、QがNの場合には、置換または無置換のフェニル基を置換基として有していてもよい。また、R〜R14は、それぞれ独立に、水素、置換もしくは無置換の炭素数1〜6のアルキル基、置換もしくは無置換の炭素数5〜7のシクロアルキル基、置換もしくは無置換の炭素数6〜13のアリール基、のいずれかを表す。
なお、上記構成における置換とは、好ましくは、メチル基、エチル基、n−プロピル基、iso−プロピル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基、n−ペンチル基、n−ヘキシル基のような炭素数1〜6のアルキル基や、フェニル基、o−トリル基、m−トリル基、p−トリル基、1−ナフチル基、2−ナフチル基、2−ビフェニル基、3−ビフェニル基、4−ビフェニル基のような炭素数6〜12のアリール基のような置換基による置換を表す。また、これらの置換基は互いに結合し、環を形成していても良い。例えば、前記アリーレン基が、置換基として9位に二つのフェニル基を有する2,7−フルオレニレン基である場合、該フェニル基が互いに結合し、スピロ−9,9’−ビフルオレン−2,7−ジイル基となっても良い。
なお、上記一般式(G1)、(G2)中の、R〜R14における炭素数1〜6のアルキル基の具体例としては、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、sec−ブチル基、イソブチル基、tert−ブチル基、ペンチル基、イソペンチル基、sec−ペンチル基、tert−ペンチル基、ネオペンチル基、ヘキシル基、イソヘキシル基、sec−ヘキシル基、tert−ヘキシル基、ネオヘキシル基、3−メチルペンチル基、2−メチルペンチル基、2−エチルブチル基、1,2−ジメチルブチル基、2,3−ジメチルブチル基等が挙げられる。
なお、上記一般式(G1)、(G2)中の、R〜R14における炭素数5〜7のシクロアルキル基の具体例としては、例えば、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロヘプチル基などが挙げられる。
なお、上記一般式(G1)、(G2)中の、R〜R14における置換または無置換の炭素数6〜13のアリール基の具体例としては、置換または無置換のフェニル基、置換または無置換のビフェニル基、置換または無置換のナフチル基、置換または無置換のフルオレニル基、置換または無置換のフェナントリル基、置換または無置換のインデニル基が挙げられる。なお、上記構成における置換とは、好ましくは、メチル基、エチル基、n−プロピル基、iso−プロピル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基、n−ペンチル基、n−ヘキシル基のような炭素数1〜6のアルキル基や、フェニル基、o−トリル基、m−トリル基、p−トリル基、1−ナフチル基、2−ナフチル基、2−ビフェニル基、3−ビフェニル基、4−ビフェニル基のような炭素数6〜12のアリール基のような置換基による置換を表す。また、これらの置換基は互いに結合し、環を形成していても良い。例えば、前記アリール基が、置換基として9位に二つのフェニル基を有する2−フルオレニル基である場合、該フェニル基が互いに結合し、スピロ−9,9’−ビフルオレン−2−イル基となっても良い。より具体的には、例えば、フェニル基、トリル基、キシリル基、ビフェニル基、インデニル基、ナフチル基、フルオレニル基などが挙げられる。
次に、上述した本発明の一態様である有機化合物の具体的な構造式を下記に示す。ただし、本発明はこれらに限定されることはない。
なお、上記構造式(100)〜(124)で表される有機化合物は、上記一般式(G1)、(G2)で表される有機化合物に含まれる一例であり、本発明の一態様である有機化合物は、これに限られない。
次に、本発明の一態様である有機化合物の合成方法の一例について説明する。
≪一般式(G1)で表される複素環化合物の合成方法≫
まず、下記一般式(G1)で表される複素環化合物の合成方法の一例について説明する。
一般式(G1)において、Aは、単結合、または置換もしくは無置換の炭素数6〜13のアリーレン基を表し、Bは、置換または無置換のジベンゾフラン骨格、置換または無置換のジベンゾチオフェン骨格、または置換または無置換のカルバゾール骨格を表し、R〜R14は、それぞれ独立に、水素、置換もしくは無置換の炭素数1〜6のアルキル基、置換もしくは無置換の炭素数5〜7のシクロアルキル基、置換もしくは無置換の炭素数6〜13のアリール基、のいずれかを表す。
以下に、一般式(G1)で表される複素環化合物の合成スキーム(a)を示す。なお、合成スキーム(a)に示すように、フェニル基、もしくはその誘導体で置換されたジベンゾキナゾリン誘導体のハロゲン化合物(A1)とジベンゾチオフェン、ジベンゾフラン、カルバゾール、もしくはその誘導体で置換されたアリールボロン酸化合物(A2)とを反応させることにより得られる。
また、合成スキーム(b)に示すように、アリール基で置換されたジベンゾキナゾリン誘導体のハロゲン化合物(B1)と、ジベンゾチオフェン、ジベンゾフラン、カルバゾール、もしくはその誘導体のボロン酸化合物(B2)とを反応させても良い。
なお、上記合成スキーム(b)において、化合物(B1)は、合成スキーム(c)に示すように合成することができる。すなわち、ジベンゾキナゾリン誘導体のハロゲン化合物(C1)と、アリールボロン酸化合物(C2)とを反応させることにより得られる。また、フェナントレン、もしくはその誘導体で置換されたアリールアミジン誘導体のハロゲン化合物(C3)をN,N’−ジメチルホルムアミドジエチルアセタールと反応させても良い。
なお、上記合成スキーム(a)および合成スキーム(b)および合成スキーム(c)において、R〜R14は、それぞれ独立に、水素、置換もしくは無置換の炭素数1〜6のアルキル基、置換もしくは無置換の炭素数5〜7のシクロアルキル基、置換もしくは無置換の炭素数6〜13のアリール基、のいずれかを表す。また、式中Xはハロゲン元素を表し、塩素、臭素、またはヨウ素が好ましい。また、Yはボロン酸またはボロン酸エステルまたは環状トリオールボレート塩等を表す。環状トリオールボレート塩はリチウム塩の他に、カリウム塩、ナトリウム塩を用いても良い。
その他、ここではスキームで示さないが、アリール基で置換されたジベンゾキナゾリン誘導体のハロゲン化合物と、ジベンゾチオフェン、ジベンゾフラン、カルバゾール、もしくはその誘導体で置換されたアリールボロン酸化合物を反応させても良い。
上記合成スキーム(a)および合成スキーム(b)および合成スキーム(c)において、化合物(A1)、(A2)、(B1)、(B2)、(C1)、(C2)、(C3)は、様々な種類が市販されているか、あるいは合成可能であるため、一般式(G1)で表される有機化合物は数多くの種類を合成することができる。したがって、本発明の一態様である有機化合物は、バリエーションが豊富であるという特徴がある。
なお、上述の化合物(B1)は、本発明の一態様である有機化合物の合成において有用な新規化合物であり、本発明の一態様に含まれる。
以上、本発明の一態様として複素環化合物の合成方法の一例について説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、他の合成方法によって合成されたものであっても良い。
なお、上述した本発明の一態様である有機化合物は、電子輸送性及び正孔輸送性を有するため、発光層のホスト材料として、あるいは電子輸送層、正孔輸送層にも用いることができる。また、T1準位の高い材料であることから、燐光を発光する物質(燐光材料)と組み合わせて、ホスト材料として用いることが好ましい。また、蛍光発光を示すため、それ自体、発光素子の発光物質として使うことも可能である。従って、これらの有機化合物を含む発光素子も本発明の一態様に含まれる。
また、本発明の一態様である有機化合物を用いることで、発光効率の高い発光素子、発光装置、電子機器、または照明装置を実現することができる。また、消費電力が低い発光素子、発光装置、電子機器、または照明装置を実現することができる。
なお、本実施の形態において、本発明の一態様について述べた。また、他の実施の形態において、本発明の一態様について述べる。ただし、本発明の一態様は、これらに限定されない。つまり、本実施の形態および他の実施の形態では、様々な発明の態様が記載されているため、本発明の一態様は、特定の態様に限定されない。例えば、本発明の一態様として、発光素子に適用した場合の例を示したが、本発明の一態様は、これに限定されない。また、状況に応じて、本発明の一態様は、発光素子以外のものに適用してもよい。また、状況に応じて、本発明の一態様は、発光素子に適用しなくてもよい。
本実施の形態に示す構成は、他の実施の形態に示した構成と適宜組み合わせて用いることができる。
(実施の形態2)
本実施の形態では、実施の形態1で示した有機化合物を用いた発光素子について図1を用いて説明する。
本実施の形態に示す発光素子は、一対の電極(第1の電極(陽極)101と第2の電極(陰極)103)間に発光層113を含むEL層102が挟まれており、EL層102は、発光層113の他に、正孔(または、ホール)注入層111、正孔(または、ホール)輸送層112、電子輸送層114、電子注入層115などを含んで形成される。
そして、発光素子に対して電圧を印加すると、第1の電極101側から注入された正孔と第2の電極103側から注入された電子とが、発光層113において再結合し、それにより生じたエネルギーに起因して、発光層113に含まれる発光物質が発光する。
以下に、本実施の形態に示す発光素子の具体的な一例について説明する。
第1の電極(陽極)101および第2の電極(陰極)103には、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。具体的には、酸化インジウム−酸化スズ(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、金(Au)、白金(Pt)、ニッケル(Ni)、タングステン(W)、クロム(Cr)、モリブデン(Mo)、鉄(Fe)、コバルト(Co)、銅(Cu)、パラジウム(Pd)、チタン(Ti)の他、元素周期表の第1族または第2族に属する元素、すなわちリチウム(Li)やセシウム(Cs)等のアルカリ金属、およびカルシウム(Ca)、ストロンチウム(Sr)等のアルカリ土類金属、マグネシウム(Mg)、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、その他グラフェン等を用いることができる。なお、第1の電極(陽極)101および第2の電極(陰極)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。
正孔注入層111、および正孔輸送層112に用いる正孔輸送性の高い物質としては、例えば、4,4’−ビス[N−(1−ナフチル)−N−フェニルアミノ]ビフェニル(略称:NPBまたはα−NPD)やN,N’−ビス(3−メチルフェニル)−N,N’−ジフェニル−[1,1’−ビフェニル]−4,4’−ジアミン(略称:TPD)、4,4’,4’’−トリス(カルバゾール−9−イル)トリフェニルアミン(略称:TCTA)、4,4’,4’’−トリス(N,N−ジフェニルアミノ)トリフェニルアミン(略称:TDATA)、4,4’,4’’−トリス[N−(3−メチルフェニル)−N−フェニルアミノ]トリフェニルアミン(略称:MTDATA)、4,4’−ビス[N−(スピロ−9,9’−ビフルオレン−2−イル)−N―フェニルアミノ]ビフェニル(略称:BSPB)などの芳香族アミン化合物、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)等が挙げられる。その他、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−アントラセニル)フェニル]−9H−カルバゾール(略称:CzPA)等のカルバゾール誘導体、等を用いることができる。なお、実施の形態1で示した、本発明の一態様である有機化合物も正孔輸送性を有するため、同様に用いることができる。ここに述べた物質は、主に1×10−6cm/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。
さらに、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を用いることもできる。
また、正孔注入層111に用いるアクセプター性物質としては、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、酸化モリブデンが特に好ましい。
発光層113は、発光物質を含む層である。なお、発光層113は、電子輸送性および正孔輸送性を有する第1の有機化合物(ホスト材料)と、発光物質(ゲスト材料)とを含む構成とすることができる。本発明の一態様である有機化合物は、実施の形態1で示したように、ジベンゾキナゾリン環と、正孔輸送性を有する骨格とを有するため、電子輸送性と正孔輸送性を有する化合物である。したがって、正孔及び電子の双方を流すことが求められる発光層のホスト材料として好適である。また特に、電子(還元)に対して安定なジベンゾキナゾリン環が電子を受け取り、正孔(ホール)に対して安定な正孔輸送性を有する骨格が正孔を受け取り、再結合するため、電気励起に対して安定であり、発光素子の長寿命化をもたらすことができる。さらに、ジベンゾキナゾリン環は三重項励起エネルギーが高く、LUMO準位も高いため、燐光性化合物を効率よく励起することができる。したがって、発光層のホスト材料として実施の形態1で示したような本発明の一態様の有機化合物を、ゲスト材料として燐光性化合物を用いた発光素子は、高効率を達成することができる。なお、正孔輸送性を有する骨格の具体的な構成については、実施の形態1で述べたとおりである。
さらに、発光層113においては、電子輸送性および正孔輸送性を有する第1の有機化合物(ホスト材料)と、発光物質(ゲスト材料)に加えて、正孔輸送性を有する第2の有機化合物を含む構成とすることもできる。但し、この場合、第1の有機化合物および第2の有機化合物は、発光層におけるキャリア(電子及びホール)の再結合の際に励起錯体(エキサイプレックスとも言う)を形成することができる組み合わせとする。なお、発光層において、励起錯体が形成されることにより、第1の有機化合物の蛍光スペクトルおよび第2の有機化合物の蛍光スペクトルは、より長波長側に位置する励起錯体の発光スペクトルに変換される。そして、励起錯体の発光スペクトルとゲスト材料の吸収スペクトルとの重なりが大きくなるように、第1の有機化合物と第2の有機化合物とを選択することで、一重項励起状態からのエネルギー移動を最大限に高めることができる。なお、三重項励起状態に関しても、ホスト材料ではなく励起錯体から発光物質へのエネルギー移動が生じると考えられる。
第1の有機化合物及び第2の有機化合物としては、励起錯体を生じる組み合わせであればよいが、電子を受け取りやすい化合物(電子トラップ性化合物)と、ホールを受け取りやすい化合物(正孔トラップ性化合物)とを組み合わせることが好ましい。なお、上記第1の有機化合物は、電子のみならず正孔もトラップ(あるいは輸送)できることが好ましいことから、実施の形態1で示した有機化合物を用いることができる。また、第2の有機化合物としては、ホールを受け取りやすい化合物であることが好ましい。
ホールを受け取りやすい化合物としては、例えば、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)、3−[N−(1−ナフチル)−N−(9−フェニルカルバゾール−3−イル)アミノ]−9−フェニルカルバゾール(略称:PCzPCN1)、4,4’,4’’−トリス[N−(1−ナフチル)−N−フェニルアミノ]トリフェニルアミン(略称:1’−TNATA)、2,7−ビス[N−(4−ジフェニルアミノフェニル)−N−フェニルアミノ]−スピロ−9,9’−ビフルオレン(略称:DPA2SF)、N,N’−ビス(9−フェニルカルバゾール−3−イル)−N,N’−ジフェニルベンゼン−1,3−ジアミン(略称:PCA2B)、N−(9,9−ジメチル−2−N’,N’−ジフェニルアミノ−9H−フルオレン−7−イル)ジフェニルアミン(略称:DPNF)、N,N’,N’’−トリフェニル−N,N’,N’’−トリス(9−フェニルカルバゾール−3−イル)ベンゼン−1,3,5−トリアミン(略称:PCA3B)、2−[N−(9−フェニルカルバゾール−3−イル)−N−フェニルアミノ]スピロ−9,9’−ビフルオレン(略称:PCASF)、2−[N−(4−ジフェニルアミノフェニル)−N−フェニルアミノ]スピロ−9,9’−ビフルオレン(略称:DPASF)、N,N’−ビス[4−(カルバゾール−9−イル)フェニル]−N,N’−ジフェニル−9,9−ジメチルフルオレン−2,7−ジアミン(略称:YGA2F)、4,4’−ビス[N−(3−メチルフェニル)−N−フェニルアミノ]ビフェニル(略称:TPD)、4,4’−ビス[N−(4−ジフェニルアミノフェニル)−N−フェニルアミノ]ビフェニル(略称:DPAB)、N−(9,9−ジメチル−9H−フルオレン−2−イル)−N−{9,9−ジメチル−2[N’−フェニル−N’−(9,9−ジメチル−9H−フルオレン−2−イル)アミノ]−9H−フルオレン−7−イル}フェニルアミン(略称:DFLADFL)、3−[N−(9−フェニルカルバゾール−3−イル)−N−フェニルアミノ]−9−フェニルカルバゾール(略称:PCzPCA1)、3−[N−(4−ジフェニルアミノフェニル)−N−フェニルアミノ]−9−フェニルカルバゾール(略称:PCzDPA1)、3,6−ビス[N−(4−ジフェニルアミノフェニル)−N−フェニルアミノ]−9−フェニルカルバゾール(略称:PCzDPA2)、4,4’−ビス(N−{4−[N’−(3−メチルフェニル)−N’−フェニルアミノ]フェニル}−N−フェニルアミノ)ビフェニル(略称:DNTPD)、3,6−ビス[N−(4−ジフェニルアミノフェニル)−N−(1−ナフチル)アミノ]−9−フェニルカルバゾール(略称:PCzTPN2)、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)等のトリアリールアミン骨格を有する化合物が挙げられる。
上述した第1の有機化合物及び第2の有機化合物は、これらの具体例に限定されることなく、励起錯体を形成できる組み合わせであり、励起錯体の発光スペクトルが、発光物質の吸収スペクトルと重なり、励起錯体の発光スペクトルのピークが、発光物質の吸収スペクトルのピークよりも長波長であればよい。
なお、電子を受け取りやすい化合物とホールを受け取りやすい化合物で第1の有機化合物と第2の有機化合物を構成する場合、その混合比によってキャリアバランスを制御することができる。具体的には、第1の有機化合物:第2の有機化合物=1:9〜9:1の範囲が好ましい。
発光層113において、発光物質として用いることが可能な材料には、一重項励起エネルギーを発光に変える発光物質、または三重項励起エネルギーを発光に変える発光物質等を各々単独または組み合わせて用いることができる。なお、上記発光物質および発光中心物質としては、例えば、以下のようなものが挙げられる。
一重項励起エネルギーを発光に変える発光物質としては、例えば、蛍光を発する物質(蛍光性化合物)が挙げられる。
蛍光を発する物質としては、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。
三重項励起エネルギーを発光に変える発光物質としては、例えば、燐光を発する物質(燐光性化合物)や熱活性化遅延蛍光(TADF)を示すTADF材料(熱活性化遅延蛍光性化合物)が挙げられる。なお、TADF材料における遅延蛍光とは、通常の蛍光と同様のスペクトルを持ちながら、寿命が著しく長い発光をいう。その寿命は、1×10−6秒以上、好ましくは1×10−3秒以上である。
燐光を発する物質としては、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)、トリス(2−フェニルピリジナト)イリジウム(III)(略称:[Ir(ppy)])、ビス(2−フェニルピリジナト)イリジウム(III)アセチルアセトナート(略称:[Ir(ppy)(acac)])、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)])、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)])、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)])、ビス[2−(2’−ベンゾ[4,5−a]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(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)])、(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(6−tert−ブチル−4−フェニルピリミジナト)イリジウム(III)(略称:[Ir(tBuppm)(acac)])、(アセチルアセトナト)ビス(4,6−ジフェニルピリミジナト)イリジウム(III)(略称:[Ir(dppm)(acac)])、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)、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)])などが挙げられる。
また、TADF材料としては、例えば、フラーレンやその誘導体、プロフラビン等のアクリジン誘導体、エオシン等が挙げられる。また、マグネシウム(Mg)、亜鉛(Zn)、カドミウム(Cd)、スズ(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が挙げられる。該金属含有ポルフィリンとしては、例えば、プロトポルフィリン−フッ化スズ錯体(SnF(Proto IX))、メソポルフィリン−フッ化スズ錯体(SnF(Meso IX))、ヘマトポルフィリン−フッ化スズ錯体(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)等が挙げられる。さらに、2−(ビフェニル−4−イル)−4,6−ビス(12−フェニルインドロ[2,3−a]カルバゾール−11−イル)−1,3,5−トリアジン(PIC−TRZ)等のπ電子過剰型複素芳香環及びπ電子不足型複素芳香環を有する複素環化合物を用いることもできる。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、S1とT1のエネルギー差が小さくなるため、特に好ましい。
なお、発光層113は、図1(A)に示す単層構造だけに限らず、図1(B)に示すような2層以上の積層構造であってもよい。但し、この場合には、積層された各層からそれぞれの発光が得られる構成とする。例えば、1層目の発光層113(a1)からは、蛍光発光が得られる構成とし、1層目に積層される2層目の発光層113(a2)からは燐光発光が得られる構成とすればよい。なお、積層順については、この逆であってもよい。また、燐光発光が得られる層においては、励起錯体からドーパントへのエネルギー移動による発光が得られる構成とするのが好ましい。また、発光色については、一方の層から青色発光が得られる構成とする場合、他方の層からは橙色発光または黄色発光などが得られる構成とすることができる。また、各層において、複数種のドーパントが含まれる構成としてもよい。
電子輸送層114は、電子輸送性の高い物質(電子輸送性化合物ともいう)を含む層である。電子輸送層114には、トリス(8−キノリノラト)アルミニウム(III)(略称:Alq)、トリス(4−メチル−8−キノリノラト)アルミニウム(III)(略称:Almq)、ビス(10−ヒドロキシベンゾ[h]キノリナト)ベリリウム(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[2−(2−ヒドロキシフェニル)ベンゾオキサゾラト]亜鉛(II)(略称:Zn(BOX))、ビス[2−(2−ヒドロキシフェニル)ベンゾチアゾラト]亜鉛(II)(略称:Zn(BTZ))などの金属錯体を用いることができる。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1×10−6cm/Vs以上の電子移動度を有する物質である。なお、正孔よりも電子の輸送性の高い物質であれば、上記以外の物質を電子輸送層114として用いてもよい。
また、電子輸送層114は、単層のものだけでなく、上記物質からなる層が2層以上積層された構造としてもよい。
電子注入層115は、電子注入性の高い物質を含む層である。電子注入層115には、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)、リチウム酸化物(LiOx)等のようなアルカリ金属、アルカリ土類金属、またはそれらの化合物を用いることができる。また、フッ化エルビウム(ErF)のような希土類金属化合物を用いることができる。また、電子注入層115にエレクトライドを用いてもよい。該エレクトライドとしては、例えば、カルシウムとアルミニウムの混合酸化物に電子を高濃度添加した物質等が挙げられる。なお、上述した電子輸送層114を構成する物質を用いることもできる。
また、電子注入層115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114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。
なお、上述した正孔注入層111、正孔輸送層112、発光層113、電子輸送層114、電子注入層115は、それぞれ、蒸着法(真空蒸着法を含む)、印刷法(例えば、凸版印刷法、凹版印刷法、グラビア印刷法、平版印刷法、孔版印刷法等)、インクジェット法、塗布法等の方法を単独または組み合わせて用いて形成することができる。
上述した発光素子は、EL層102において得られた発光が、第1の電極101および第2の電極103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101および第2の電極103のいずれか一方、または両方が透光性を有する電極となる。
以上により説明した発光素子は、本発明の一態様である有機化合物をEL層に用いることができるため、高効率な発光素子を実現することができる。
なお、本実施の形態に示す構成は、他の実施の形態に示す構成と適宜組み合わせて用いることができるものとする。
(実施の形態3)
本実施の形態では、本発明の一態様である有機化合物をEL材料としてEL層に用い、電荷発生層を挟んでEL層を複数有する構造の発光素子(以下、タンデム型発光素子という)について説明する。
本実施の形態に示す発光素子は、図2(A)に示すように一対の電極(第1の電極201および第2の電極204)間に、複数のEL層(第1のEL層202(1)、第2のEL層202(2))を有するタンデム型発光素子である。
本実施の形態において、第1の電極201は、陽極として機能する電極であり、第2の電極204は陰極として機能する電極である。なお、第1の電極201および第2の電極204は、実施の形態2と同様な構成を用いることができる。また、複数のEL層(第1のEL層202(1)、第2のEL層202(2))は、実施の形態2で示したEL層と両方とも同様な構成であっても良いが、いずれか一方が同様の構成であっても良い。すなわち、第1のEL層202(1)と第2のEL層202(2)は、同じ構成であっても異なる構成であってもよく、その構成は実施の形態2と同様なものを適用することができる。
また、複数のEL層(第1のEL層202(1)、第2のEL層202(2))の間には、電荷発生層205が設けられている。電荷発生層205は、第1の電極201と第2の電極204に電圧を印加したときに、一方のEL層に電子を注入し、他方のEL層に正孔を注入する機能を有する。本実施の形態の場合には、第1の電極201に第2の電極204よりも電位が高くなるように電圧を印加すると、電荷発生層205から第1のEL層202(1)に電子が注入され、第2のEL層202(2)に正孔が注入される。
なお、電荷発生層205は、光の取り出し効率の点から、可視光に対して透光性を有する(具体的には、電荷発生層205の可視光の透過率が、40%以上)ことが好ましい。また、電荷発生層205は、第1の電極201や第2の電極204よりも低い導電率であっても機能する。
電荷発生層205は、正孔輸送性の高い有機化合物に電子受容体(アクセプター)が添加された構成であっても、電子輸送性の高い有機化合物に電子供与体(ドナー)が添加された構成であってもよい。また、これらの両方の構成が積層されていても良い。
正孔輸送性の高い有機化合物に電子受容体が添加された構成とする場合において、正孔輸送性の高い有機化合物としては、例えば、NPBやTPD、TDATA、MTDATA、BSPBなどの芳香族アミン化合物等を用いることができる。ここに述べた物質は、主に1×10−6cm/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有機化合物であれば、上記以外の物質を用いても構わない。
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。
一方、電子輸送性の高い有機化合物に電子供与体が添加された構成とする場合において、電子輸送性の高い有機化合物としては、例えば、Alq、Almq、BeBq、BAlqなど、キノリン骨格またはベンゾキノリン骨格を有する金属錯体等を用いることができる。また、この他、Zn(BOX)、Zn(BTZ)などのオキサゾール系、チアゾール系配位子を有する金属錯体なども用いることができる。さらに、金属錯体以外にも、PBDやOXD−7、TAZ、BPhen、BCPなども用いることができる。ここに述べた物質は、主に1×10−6cm/Vs以上の電子移動度を有する物質である。なお、正孔よりも電子の輸送性の高い有機化合物であれば、上記以外の物質を用いても構わない。
また、電子供与体としては、アルカリ金属またはアルカリ土類金属または希土類金属または元素周期表における第2、第13族に属する金属およびその酸化物、炭酸塩を用いることができる。具体的には、リチウム(Li)、セシウム(Cs)、マグネシウム(Mg)、カルシウム(Ca)、イッテルビウム(Yb)、インジウム(In)、酸化リチウム、炭酸セシウムなどを用いることが好ましい。また、テトラチアナフタセンのような有機化合物を電子供与体として用いてもよい。
なお、上述した材料を用いて電荷発生層205を形成することにより、EL層が積層された場合における駆動電圧の上昇を抑制することができる。また、電荷発生層205の形成方法としては、蒸着法(真空蒸着法を含む)、印刷法(例えば、凸版印刷法、凹版印刷法、グラビア印刷法、平版印刷法、孔版印刷法等)、インクジェット法、塗布法等の方法を単独または組み合わせて用いて形成することができる。
本実施の形態では、EL層を2層有する発光素子について説明したが、図2(B)に示すように、n層(ただし、nは、3以上)のEL層(202(1)〜202(n))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EL層を有する場合、EL層とEL層との間にそれぞれ電荷発生層(205(1)〜205(n−1))を配置することで、電流密度を低く保ったまま、高輝度領域での発光が可能である。電流密度を低く保てるため、長寿命素子を実現できる。
また、それぞれのEL層の発光色を異なるものにすることで、発光素子全体として、所望の色の発光を得ることができる。例えば、2つのEL層を有する発光素子において、第1のEL層の発光色と第2のEL層の発光色を補色の関係になるようにすることで、発光素子全体として白色発光する発光素子を得ることも可能である。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の光を互いに混合すると、白色発光を得ることができる。具体的には、第1のEL層から青色発光が得られ、第2のEL層から黄色発光または橙色発光が得られる組み合わせが挙げられる。この場合、青色発光と黄色発光(または橙色発光)が両方とも同じ蛍光発光、または燐光発光である必要はなく、青色発光が蛍光発光であり、黄色発光(または橙色発光)が燐光発光である組み合わせや、その逆の組み合わせとしてもよい。
また、3つのEL層を有する発光素子の場合でも同様であり、例えば、第1のEL層の発光色が赤色であり、第2のEL層の発光色が緑色であり、第3のEL層の発光色が青色である場合、発光素子全体としては、白色発光を得ることができる。
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と適宜組み合わせて用いることができる。
(実施の形態4)
本実施の形態では、本発明の一態様である有機化合物をEL層に用いた発光素子を有する発光装置について説明する。
なお、上記発光装置は、パッシブマトリクス型の発光装置でもアクティブマトリクス型の発光装置でもよい。また、本実施の形態に示す発光装置には、他の実施形態で説明した発光素子を適用することが可能である。
本実施の形態では、まずアクティブマトリクス型の発光装置について図3を用いて説明する。
なお、図3(A)は発光装置を示す上面図であり、図3(B)は図3(A)を鎖線A−A’で切断した断面図である。発光装置は、素子基板301上に設けられた画素部302と、駆動回路部(ソース線駆動回路)303と、駆動回路部(ゲート線駆動回路)304(304a及び304b)と、を有する。画素部302、駆動回路部303、及び駆動回路部304は、シール材305によって、素子基板301と封止基板306との間に封止されている。
また、素子基板301上には、駆動回路部303、及び駆動回路部304に外部からの信号(例えば、ビデオ信号、クロック信号、スタート信号、又はリセット信号等)や電位を伝達する外部入力端子を接続するための引き回し配線307が設けられる。ここでは、外部入力端子としてFPC(フレキシブルプリントサーキット)308を設ける例を示している。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3(B)を用いて説明する。素子基板301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、ソース線駆動回路である駆動回路部303と、画素部302が示されている。
駆動回路部303はFET309とFET310とを組み合わせた構成について例示している。なお、駆動回路部303は、単極性(N型またはP型のいずれか一方のみ)のトランジスタを含む回路で形成されても良いし、N型のトランジスタとP型のトランジスタを含むCMOS回路で形成されても良い。また、本実施の形態では、基板上に駆動回路を形成したドライバー一体型を示すが、必ずしもその必要はなく、基板上ではなく外部に駆動回路を形成することもできる。
また、画素部302はスイッチング用FET311と、電流制御用FET312と電流制御用FET312の配線(ソース電極又はドレイン電極)に電気的に接続された第1の電極(陽極)313とを含む複数の画素により形成される。また、本実施の形態においては、画素部302はスイッチング用FET311と、電流制御用FET312との2つのFETにより画素部302を構成する例について示したが、これに限定されない。例えば、3つ以上のFETと、容量素子とを組み合わせた画素部302としてもよい。
FET309、310、311、312としては、例えば、スタガ型や逆スタガ型のトランジスタを適用することができる。FET309、310、311、312に用いることのできる半導体材料としては、例えば、第13族半導体、第14族(ケイ素等)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。また、該半導体材料の結晶性については、特に限定されず、例えば、非晶質半導体膜、または結晶性半導体膜を用いることができる。特に、FET309、310、311、312としては、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。FET309、310、311、312として、例えば、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。
また、第1の電極313の端部を覆って絶縁物314が形成されている。ここでは、絶縁物314として、ポジ型の感光性アクリル樹脂を用いることにより形成する。また、本実施の形態においては、第1の電極313を陽極として用いる。
また、絶縁物314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のが好ましい。絶縁物314の形状を上記のように形成することで、絶縁物314の上層に形成される膜の被覆性を良好なものとすることができる。例えば、絶縁物314の材料として、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かを使用することができ、有機化合物に限らず無機化合物、例えば、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化シリコン等を使用することができる。
発光素子317は、第1の電極(陽極)313、EL層315及び第2の電極(陰極)316との積層構造であり、EL層315は、少なくとも発光層が設けられている。また、EL層315には、発光層の他に正孔注入層、正孔輸送層、電子輸送層、電子注入層、電荷発生層等を適宜設けることができる。
なお、第1の電極(陽極)313、EL層315及び第2の電極(陰極)316に用いる材料としては、実施の形態2に示す材料を用いることができる。また、ここでは図示しないが、第2の電極(陰極)316は外部入力端子であるFPC308に電気的に接続されている。
また、図3(B)に示す断面図では発光素子317を1つのみ図示しているが、画素部302において、複数の発光素子がマトリクス状に配置されているものとする。画素部302には、3種類(R、G、B)の発光が得られる発光素子をそれぞれ選択的に形成し、フルカラー表示可能な発光装置を形成することができる。また、3種類(R、G、B)の発光が得られる発光素子の他に、例えば、ホワイト(W)、イエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)等の発光が得られる発光素子を形成してもよい。例えば、3種類(R、G、B)の発光が得られる発光素子に上述の数種類の発光が得られる発光素子を追加することにより、色純度の向上、消費電力の低減等の効果を得ることができる。また、カラーフィルタと組み合わせることによってフルカラー表示可能な発光装置としてもよい。さらに、量子ドットとの組み合わせにより発光効率を向上させ、消費電力を低減させた発光装置としてもよい。
さらに、シール材305で封止基板306を素子基板301と貼り合わせることにより、素子基板301、封止基板306、およびシール材305で囲まれた空間318に発光素子317が備えられた構造になっている。なお、空間318には、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305で充填される構成も含むものとする。また、シール材を塗布して貼り合わせる場合には、UV処理や熱処理等のいずれか、またはこれらを組み合わせて行うのが好ましい。
なお、シール材305にはエポキシ系樹脂やガラスフリットを用いるのが好ましい。また、これらの材料はできるだけ水分や酸素を透過しない材料であることが望ましい。また、封止基板306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。シール材としてガラスフリットを用いる場合には、接着性の観点から素子基板301及び封止基板306はガラス基板であることが好ましい。
以上のようにして、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。
また、本発明の一態様である有機化合物をEL層に用いた発光素子を有する発光装置としては、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とすることもできる。
パッシブマトリクス型の発光装置の場合における画素部の断面図を図3(C)に示す。
図3(C)に示すように、基板351上には、第1の電極352と、EL層354と、第2の電極353とを有する発光素子350が形成される。なお、第1の電極352は、島状であり、一方向にストライプ状に複数形成されている。また、第1の電極352上の一部に絶縁膜355が形成されている。
また、絶縁膜355上には絶縁材料を用いてなる隔壁356が設けられる。隔壁356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356の短辺方向の断面は、台形状であり、底辺(絶縁膜355の面方向と同様の方向を向き、絶縁膜355と接する辺)の方が上辺(絶縁膜355の面方向と同様の方向を向き、絶縁膜355と接しない辺)よりも短い。このように、隔壁356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できる。なお、この絶縁膜355は、第1の電極352上の一部に開口部を有しており、隔壁356を形成した後、EL層354を形成することによりその開口部において、第1の電極352と接するEL層354が形成される。
さらに、EL層354形成後、第2の電極353が形成される。従って、第2の電極353は、EL層354上、場合によっては、絶縁膜355上に第1の電極352と接することなく形成される。なお、EL層354と第2の電極353は、隔壁356を形成した後に形成されるので、隔壁356上にも順次積層される。
なお、封止の方法については、アクティブマトリクス型の発光装置の場合と同様に行うことができるので、説明は省略する。
以上のようにして、パッシブマトリクス型の発光装置を得ることができる。
例えば、本明細書等において、様々な基板を用いて、トランジスタまたは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)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)に代表されるプラスチックがある。または、一例としては、アクリル等の合成樹脂などがある。または、一例としては、ポリプロピレン、ポリエステル、ポリフッ化ビニル、又はポリ塩化ビニルなどがある。または、一例としては、ポリアミド、ポリイミド、アラミド、エポキシ、無機蒸着フィルム、又は紙類などがある。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、電流供給能力が高く、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、トランジスタまたは発光素子を形成してもよい。または、基板とトランジスタまたは発光素子との間に剥離層を設けてもよい。剥離層は、その上に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、トランジスタまたは発光素子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または発光素子を形成し、その後、別の基板にトランジスタまたは発光素子を転置し、別の基板上にトランジスタまたは発光素子を配置してもよい。トランジスタまたは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または発光素子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。
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。
(実施の形態5)
本実施の形態では、本発明の一態様である発光装置を適用して完成させた様々な電子機器の一例について、図4、図5を用いて説明する。
発光装置を適用した電子機器として、例えば、テレビジョン装置(テレビ、又はテレビジョン受信機ともいう)、コンピュータ用などのモニタ、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラなどのカメラ、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図4に示す。
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、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。なお、本発明の一態様である発光装置を表示部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。
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。
なお、テレビジョン装置7100は、受信機やモデムなどを備えた構成とする。受信機により一般のテレビ放送の受信を行うことができ、さらにモデムを介して有線又は無線による通信ネットワークに接続することにより、一方向(送信者から受信者)又は双方向(送信者と受信者間、あるいは受信者間同士など)の情報通信を行うことも可能である。
図4(B)はコンピュータであり、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、本発明の一態様である発光装置をその表示部7203に用いることにより作製することができる。また、表示部7203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。
図4(C)は、スマートウオッチであり、筐体7302、表示部7304、操作ボタン7311、7312、接続端子7313、バンド7321、留め金7322、等を有する。
ベゼル部分を兼ねる筐体7302に搭載された表示部7304は、非矩形状の表示領域を有している。表示部7304は、時刻を表すアイコン7305、その他のアイコン7306等を表示することができる。また、表示部7304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。
なお、図4(C)に示すスマートウオッチは、様々な機能を有することができる。例えば、様々な情報(静止画、動画、テキスト画像など)を表示部に表示する機能、タッチパネル機能、カレンダー、日付又は時刻などを表示する機能、様々なソフトウェア(プログラム)によって処理を制御する機能、無線通信機能、無線通信機能を用いて様々なコンピュータネットワークに接続する機能、無線通信機能を用いて様々なデータの送信又は受信を行う機能、記録媒体に記録されているプログラム又はデータを読み出して表示部に表示する機能、等を有することができる。
また、筐体7302の内部に、スピーカ、センサ(力、変位、位置、速度、加速度、角速度、回転数、距離、光、液、磁気、温度、化学物質、音声、時間、硬度、電場、電流、電圧、電力、放射線、流量、湿度、傾度、振動、におい又は赤外線を測定する機能を含むもの)、マイクロフォン等を有することができる。なお、スマートウオッチは、発光装置をその表示部7304に用いることにより作製することができる。
図4(D)は、携帯電話機(スマートフォンを含む)の一例を示している。携帯電話機7400は、筐体7401に、表示部7402、マイク7406、スピーカ7405、カメラ7407、外部接続部7404、操作用ボタン7403などを備えている。また、本発明の一態様に係る発光素子を、可撓性を有する基板に形成して発光装置を作製した場合、図4(D)に示すような曲面を有する表示部7402に適用することが可能である。
図4(D)に示す携帯電話機7400は、表示部7402を指などで触れることで、情報を入力することができる。また、電話を掛ける、或いはメールを作成するなどの操作は、表示部7402を指などで触れることにより行うことができる。
表示部7402の画面は主として3つのモードがある。第1は、画像の表示を主とする表示モードであり、第2は、文字等の情報の入力を主とする入力モードである。第3は表示モードと入力モードの2つのモードが混合した表示+入力モードである。
例えば、電話を掛ける、或いはメールを作成する場合は、表示部7402を文字の入力を主とする文字入力モードとし、画面に表示させた文字の入力操作を行えばよい。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。
また、携帯電話機7400内部に、ジャイロセンサや加速度センサ等の検出装置を設けることで、携帯電話機7400の向き(縦か横か)を判断して、表示部7402の画面表示を自動的に切り替えるようにすることができる。
また、画面モードの切り替えは、表示部7402を触れること、又は筐体7401の操作用ボタン7403の操作により行われる。また、表示部7402に表示される画像の種類によって切り替えるようにすることもできる。例えば、表示部に表示する画像信号が動画のデータであれば表示モード、テキストデータであれば入力モードに切り替える。
また、入力モードにおいて、表示部7402の光センサで検出される信号を検知し、表示部7402のタッチ操作による入力が一定期間ない場合には、画面のモードを入力モードから表示モードに切り替えるように制御してもよい。
表示部7402は、イメージセンサとして機能させることもできる。例えば、表示部7402に掌や指で触れ、掌紋、指紋等を撮像することで、本人認証を行うことができる。また、表示部に近赤外光を発光するバックライト又は近赤外光を発光するセンシング用光源を用いれば、指静脈、掌静脈などを撮像することもできる。
さらに、携帯電話機(スマートフォンを含む)の別の構成として、図4(D’−1)や図4(D’−2)のような構造を有する携帯電話機に適用することもできる。
なお、図4(D’−1)や図4(D’−2)のような構造を有する場合には、文字情報や画像情報などを筐体7500(1)、7500(2)の第1面7501(1)、7501(2)だけでなく、第2面7502(1)、7502(2)に表示させることができる。このような構造を有することにより、携帯電話機を胸ポケットに収納したままの状態で、第2面7502(1)、7502(2)などに表示された文字情報や画像情報などを使用者が容易に確認することができる。
また、図5(A)〜(C)に、折りたたみ可能な携帯情報端末9310を示す。図5(A)に展開した状態の携帯情報端末9310を示す。図5(B)に展開した状態又は折りたたんだ状態の一方から他方に変化する途中の状態の携帯情報端末9310を示す。図5(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。
表示部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、表示部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、表示部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部9311に用いることができる。表示部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。
以上のようにして、本発明の一態様である発光装置を適用して電子機器を得ることができる。なお、適用できる電子機器は、本実施の形態に示したものに限らず、あらゆる分野の電子機器に適用することが可能である。
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と適宜組み合わせて用いることができる。
(実施の形態6)
本実施の形態では、本発明の一態様である発光素子を適用して作製される照明装置の構成について図6を用いて説明する。
図6(A)、(B)、(C)、(D)には、照明装置の断面図の一例を示す。なお、図6(A)、(B)は基板側に光を取り出すボトムエミッション型の照明装置であり、図6(C)、(D)は、封止基板側に光を取り出すトップエミッション型の照明装置である。
図6(A)に示す照明装置4000は、基板4001上に発光素子4002を有する。また、基板4001の外側に凹凸を有する基板4003を有する。発光素子4002は、第1の電極4004と、EL層4005と、第2の電極4006を有する。
第1の電極4004は、電極4007と電気的に接続され、第2の電極4006は電極4008と電気的に接続される。また、第1の電極4004と電気的に接続される補助配線4009を設けてもよい。なお、補助配線4009上には、絶縁層4010が形成されている。
また、基板4001と封止基板4011は、シール材4012で接着されている。また、封止基板4011と発光素子4002の間には、乾燥剤4013が設けられていることが好ましい。なお、基板4003は、図6(A)のような凹凸を有するため、発光素子4002で生じた光の取り出し効率を向上させることができる。
また、基板4003に代えて、図6(B)の照明装置4100のように、基板4001の外側に拡散板4015を設けてもよい。
図6(C)の照明装置4200は、基板4201上に発光素子4202を有する。発光素子4202は第1の電極4204と、EL層4205と、第2の電極4206とを有する。
第1の電極4204は、電極4207と電気的に接続され、第2の電極4206は電極4208と電気的に接続される。また第2の電極4206と電気的に接続される補助配線4209を設けてもよい。また、補助配線4209の下部に、絶縁層4210を設けてもよい。
基板4201と凹凸のある封止基板4211は、シール材4212で接着されている。また、封止基板4211と発光素子4202の間にバリア膜4213および平坦化膜4214を設けてもよい。なお、封止基板4211は、図6(C)のような凹凸を有するため、発光素子4202で生じた光の取り出し効率を向上させることができる。
また、封止基板4211に代えて、図6(D)の照明装置4300のように、発光素子4202の上に拡散板4215を設けてもよい。
なお、本実施の形態で示すEL層4005、4205に、本発明の一態様である有機化合物を適用することができる。この場合、消費電力の低い照明装置を提供することができる。
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と適宜組み合わせて用いることができる。
(実施の形態7)
本実施の形態では、実施の形態4で説明した発光装置を適用した応用品である照明装置の一例について、図7を用いて説明する。
図7は、発光装置を室内の照明装置8001として用いた例である。なお、発光装置は大面積化も可能であるため、大面積の照明装置を形成することもできる。その他、曲面を有する筐体を用いることで、発光領域が曲面を有する照明装置8002を形成することもできる。本実施の形態で示す発光装置に含まれる発光素子は薄膜状であり、筐体のデザインの自由度が高い。したがって、様々な意匠を凝らした照明装置を形成することができる。さらに、室内の壁面に大型の照明装置8003を備えても良い。
また、発光装置をテーブルの表面に用いることによりテーブルとしての機能を備えた照明装置8004とすることができる。なお、その他の家具の一部に発光装置を用いることにより、家具としての機能を備えた照明装置とすることができる。
以上のように、発光装置を適用した様々な照明装置が得られる。なお、これらの照明装置は本発明の一態様に含まれるものとする。
また、本実施の形態に示す構成は、他の実施の形態に示した構成と適宜組み合わせて用いることができる。
(実施の形態8)
本実施の形態においては、本発明の一態様の発光素子または本発明の一態様の発光装置を有するタッチパネルについて、図8〜図12を用いて説明を行う。
図8(A)(B)は、タッチパネル2000の斜視図である。なお、図8(A)(B)において、明瞭化のため、タッチパネル2000の代表的な構成要素を示す。
タッチパネル2000は、表示パネル2501とタッチセンサ2595とを有する(図8(B)参照)。また、タッチパネル2000は、基板2510、基板2570、及び基板2590を有する。
表示パネル2501は、基板2510上に複数の画素及び該画素に信号を供給することができる複数の配線2511を有する。複数の配線2511は、基板2510の外周部にまで引き回され、その一部が端子2519を構成している。端子2519はFPC2509(1)と電気的に接続する。
基板2590には、タッチセンサ2595と、タッチセンサ2595と電気的に接続する複数の配線2598とを有する。複数の配線2598は、基板2590の外周部に引き回され、その一部は端子2599を構成する。そして、端子2599はFPC2509(2)と電気的に接続される。なお、図8(B)では明瞭化のため、基板2590の裏面側(基板2510と対向する面側)に設けられるタッチセンサ2595の電極や配線等を実線で示している。
タッチセンサ2595として、例えば静電容量方式のタッチセンサを適用できる。静電容量方式としては、表面型静電容量方式、投影型静電容量方式等がある。
投影型静電容量方式としては、主に駆動方式の違いから自己容量方式、相互容量方式などがある。相互容量方式を用いると同時多点検出が可能となるため好ましい。
まず、投影型静電容量方式のタッチセンサを適用する場合について、図8(B)を用いて説明する。なお、投影型静電容量方式の場合には、指等の検知対象の近接または接触を検知することができる、様々なセンサを適用することができる。
投影型静電容量方式のタッチセンサ2595は、電極2591と電極2592とを有する。電極2591と電極2592は、複数の配線2598のうちそれぞれ異なる配線と電気的に接続する。また、電極2592は、図8(A)(B)に示すように、一方向に繰り返し配置された複数の四辺形が角部で配線2594により、一方向に接続される形状を有する。電極2591も同様に複数の四辺形が角部で接続される形状を有するが、接続される方向は、電極2592が接続される方向と交差する方向となる。なお、電極2591が接続される方向と、電極2592が接続される方向とは、必ずしも直交する関係にある必要はなく、0度を超えて90度未満の角度をなすように配置されてもよい。
なお、配線2594の電極2592との交差部の面積は、できるだけ小さくなる形状が好ましい。これにより、電極が設けられていない領域の面積を低減でき、透過率のバラツキを低減できる。その結果、タッチセンサ2595を透過する光の輝度のバラツキを低減することができる。
なお、電極2591及び電極2592の形状はこれに限定されず、様々な形状を取りうる。例えば、複数の電極2591をできるだけ隙間が生じないように配置し、絶縁層を介して電極2592を複数設ける構成としてもよい。このとき、隣接する2つの電極2592の間に、これらとは電気的に絶縁されたダミー電極を設けると、透過率の異なる領域の面積を低減できるため好ましい。
次に、図9を用いて、タッチパネル2000の詳細について説明する。図9は、図8(A)に示す一点鎖線X1−X2間の断面図に相当する。
タッチパネル2000は、タッチセンサ2595と表示パネル2501とを有する。
タッチセンサ2595は、基板2590に接して千鳥格子状に配置された電極2591及び電極2592と、電極2591及び電極2592を覆う絶縁層2593と、隣り合う電極2591を電気的に接続する配線2594とを有する。なお、隣り合う電極2591の間には、電極2592が設けられている。
電極2591及び電極2592は、透光性を有する導電材料を用いて形成することができる。透光性を有する導電性材料としては、酸化インジウム、インジウム錫酸化物、インジウム亜鉛酸化物、酸化亜鉛、ガリウムを添加した酸化亜鉛などの導電性酸化物を用いることができる。また、グラフェン化合物を用いることもできる。なお、グラフェン化合物を用いる場合は、例えば膜状に形成された酸化グラフェンを還元して形成することができる。還元する方法としては、熱を加える方法やレーザーを照射する方法等を挙げることができる。
電極2591及び電極2592の形成方法としては、例えば、透光性を有する導電性材料を基板2590上にスパッタリング法により成膜した後、フォトリソグラフィ法等の様々なパターニング技術により、不要な部分を除去することで形成することができる。
絶縁層2593に用いる材料としては、例えば、アクリル、エポキシなどの樹脂、シロキサン結合を有する樹脂の他、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、酸化アルミニウムなどの無機絶縁材料を用いることができる。
また、絶縁層2593の一部に形成された配線2594により、隣接する電極2591が電気的に接続される。なお、配線2594に用いる材料は、電極2591及び電極2592に用いる材料よりも導電性の高い材料を用いることにより電気抵抗を低減することができるため好ましい。
また、配線2598は、電極2591または電極2592と電気的に接続される。なお、配線2598の一部は、端子として機能する。配線2598には、例えば、アルミニウム、金、白金、銀、ニッケル、チタン、タングステン、クロム、モリブデン、鉄、コバルト、銅、またはパラジウム等の金属材料や、該金属材料を含む合金材料を用いることができる。
また、端子2599により、配線2598とFPC2509(2)とが電気的に接続される。なお、端子2599には、様々な異方性導電フィルム(ACF:Anisotropic Conductive Film)や、異方性導電ペースト(ACP:Anisotropic Conductive Paste)などを用いることができる。
また、配線2594に接して接着層2597が設けられる。すなわち、タッチセンサ2595は、接着層2597を介して、表示パネル2501に重なるように貼り合わされる。なお、接着層2597と隣り合う表示パネル2501の表面は、図9(A)に示すように基板2570を有していてもよいが、必ずしも必要ではない。
接着層2597は、透光性を有する。例えば、熱硬化性樹脂や紫外線硬化樹脂を用いることができ、具体的には、アクリル系樹脂、ウレタン系樹脂、エポキシ系樹脂、またはシロキサン系樹脂を用いることができる。
図9(A)に示す表示パネル2501は、基板2510と基板2570との間にマトリクス状に配置された複数の画素と駆動回路とを有する。また、各画素は発光素子と、発光素子を駆動する画素回路とを有する。
図9(A)には、表示パネル2501の画素の一例として、画素2502Rを示し、駆動回路の一例として走査線駆動回路2503gを示す。
画素2502Rは、発光素子2550Rと、発光素子2550Rに電力を供給することができるトランジスタ2502tとを有する。
トランジスタ2502tは、絶縁層2521で覆われている。なお、絶縁層2521は、先に形成されたトランジスタ等に起因する凹凸を平坦化するための機能を有する。また、絶縁層2521に不純物の拡散を抑制できる機能を付与してもよい。この場合、不純物の拡散によるトランジスタ等の信頼性の低下を抑制できるので好ましい。
発光素子2550Rは、トランジスタ2502tと配線を介して電気的に接続される。なお、配線と直接接続されるのは、発光素子2550Rの一方の電極である。なお、発光素子2550Rの一方の電極端部は、絶縁体2528で覆われている。
発光素子2550Rは、一対の電極間にEL層を有してなる。また、発光素子2550Rと重なる位置に着色層2567Rが設けられており、発光素子2550Rが発する光の一部は、着色層2567Rを透過して、図中に示す矢印の方向に射出される。また、着色層の端部に遮光層2567BMが設けられており、発光素子2550Rと着色層2567Rとの間には、封止層2560を有する。
なお、発光素子2550Rからの光を取り出す方向に封止層2560が設けられている場合には、封止層2560は、透光性を有するのが好ましい。また、封止層2560は、空気より大きい屈折率を有すると好ましい。
走査線駆動回路2503gは、トランジスタ2503tと、容量素子2503cとを有する。なお、駆動回路を画素回路と同一の工程で同一基板上に形成することができる。従って、画素回路のトランジスタ2502tと同様に、駆動回路(走査線駆動回路2503g)のトランジスタ2503tも絶縁層2521で覆われている。
また、トランジスタ2503tに信号を供給することができる配線2511が設けられている。なお、配線2511と接して端子2519が設けられる。また、端子2519は、FPC2509(1)と電気的に接続されており、FPC2509(1)は、画素信号及び同期信号等の信号を供給する機能を有する。なお、FPC2509(1)にはプリント配線基板(PWB)が取り付けられていても良い。
図9(A)において示す表示パネル2501には、ボトムゲート型のトランジスタを適用する場合について示したが、トランジスタの構造はこれに限られることはなく様々な構造のトランジスタを適用することができる。また、図9(A)に示す、トランジスタ2502t及びトランジスタ2503tには、酸化物半導体を含む半導体層をチャネル領域として用いることができる。その他、アモルファスシリコンを含む半導体層や、レーザーアニールなどの処理により結晶化させた多結晶シリコンを含む半導体層をチャネル領域として用いることができる。
また、図9(A)において示すボトムゲート型のトランジスタとは異なるトップゲート型のトランジスタを表示パネル2501に適用する場合の構成について、図9(B)に示す。なお、トランジスタの構造が変わった場合でも、チャネル領域に用いることができるバリエーションについては同様とする。
図9(A)で示したタッチパネル2000は、図9(A)に示すように画素からの光が外部に射出される側の表面に、少なくとも画素と重なるように反射防止層2567pを有するのが好ましい。なお、反射防止層2567pとして、円偏光板等を用いることができる。
図9(A)で示した基板2510、基板2570、基板2590としては、例えば、水蒸気の透過率が1×10−5g/(m・day)以下、好ましくは1×10−6g/(m・day)以下である可撓性を有する材料を好適に用いることができる。または、これらの基板の熱膨張率が、およそ等しい材料を用いることが好ましい。例えば、線膨張率が1×10−3/K以下、好ましくは5×10−5/K以下、より好ましくは1×10−5/K以下である材料が挙げられる。
次に、図9に示すタッチパネル2000と構成の異なるタッチパネル2000’について、図10を用いて説明する。なお、タッチパネル2000’もタッチパネル2000と同様に適用することができる。
図10には、タッチパネル2000’の断面図を示す。図10に示すタッチパネル2000’は、図9に示すタッチパネル2000と、表示パネル2501に対するタッチセンサ2595の位置が異なる。ここでは異なる構成についてのみ説明し、同様の構成を用いることができる部分は、タッチパネル2000の説明を援用することとする。
着色層2567Rは、発光素子2550Rと重なる位置にある。また、図10(A)に示す発光素子2550Rからの光は、トランジスタ2502tが設けられている方向に射出される。すなわち、発光素子2550Rからの光(一部)は、着色層2567Rを透過して、図中に示す矢印の方向に射出される。なお、着色層2567Rの端部には遮光層2567BMが設けられている。
また、タッチセンサ2595は、表示パネル2501の発光素子2550Rから見てトランジスタ2502tが設けられている側に設けられている(図10(A)参照)。
また、接着層2597は、表示パネル2501が有する基板2510と接しており、図10(A)に示す構造の場合には、表示パネル2501とタッチセンサ2595とを貼り合わせている。但し、接着層2597により貼り合わされる表示パネル2501とタッチセンサ2595との間に基板2510を設けない構成としてもよい。
また、タッチパネル2000の場合と同様にタッチパネル2000’の場合も表示パネル2501には、様々な構造のトランジスタを適用することができる。なお、図10(A)においては、ボトムゲート型のトランジスタを適用する場合について示したが、図10(B)に示すようにトップゲート型のトランジスタを適用してもよい。
次に、タッチパネルの駆動方法の一例について、図11を用いて説明を行う。
図11(A)は、相互容量方式のタッチセンサの構成を示すブロック図である。図11(A)では、パルス電圧出力回路2601、電流検出回路2602を示している。なお、図11(A)では、パルス電圧が与えられる電極2621をX1−X6として、電流の変化を検知する電極2622をY1−Y6として、それぞれ6本の配線で例示している。また、図11(A)は、電極2621と、電極2622とが重畳することで形成される容量2603を示している。なお、電極2621と電極2622とはその機能を互いに置き換えてもよい。
パルス電圧出力回路2601は、X1−X6の配線に順にパルスを印加するための回路である。X1−X6の配線にパルス電圧が印加されることで、容量2603を形成する電極2621と電極2622との間に電界が生じる。この電極間に生じる電界が遮蔽等により容量2603の相互容量に変化を生じさせることを利用して、被検知体の近接、または接触を検出することができる。
電流検出回路2602は、容量2603での相互容量の変化による、Y1〜Y6の配線での電流の変化を検出するための回路である。Y1−Y6の配線では、被検知体の近接、または接触がないと検出される電流値に変化はないが、検出する被検知体の近接、または接触により相互容量が減少する場合には電流値が減少する変化を検出する。なお電流の検出は、積分回路等を用いて行えばよい。
次に、図11(B)には、図11(A)で示す相互容量方式のタッチセンサにおける入出力波形のタイミングチャートを示す。図11(B)では、1フレーム期間で各行列での被検知体の検出を行うものとする。また図11(B)では、被検知体を検出しない場合(非タッチ)と被検知体を検出する場合(タッチ)との2つの場合について示している。なおY1−Y6の配線については、検出される電流値に対応する電圧値とした波形を示している。
X1−X6の配線には、順にパルス電圧が与えられ、該パルス電圧にしたがってY1−Y6の配線での波形が変化する。被検知体の近接または接触がない場合には、X1−X6の配線の電圧変化に応じてY1−Y6の波形が一様に変化する。一方、被検知体が近接または接触する箇所では、電流値が減少するため、これに対応する電圧値の波形も変化する。このように、相互容量の変化を検出することにより、被検知体の近接または接触を検知することができる。
また、図11(A)ではタッチセンサとして配線の交差部に容量2603のみを設けるパッシブ型のタッチセンサの構成を示したが、トランジスタと容量とを備えたアクティブ型のタッチセンサとしてもよい。図12にアクティブ型のタッチセンサに含まれる一つのセンサ回路の例を示している。
図12に示すセンサ回路は、容量2603と、トランジスタ2611と、トランジスタ2612と、トランジスタ2613とを有する。
トランジスタ2613はゲートに信号G2が与えられ、ソースまたはドレインの一方に電圧VRESが与えられ、他方が容量2603の一方の電極およびトランジスタ2611のゲートと電気的に接続する。トランジスタ2611は、ソースまたはドレインの一方がトランジスタ2612のソースまたはドレインの一方と電気的に接続し、他方に電圧VSSが与えられる。トランジスタ2612は、ゲートに信号G1が与えられ、ソースまたはドレインの他方が配線MLと電気的に接続する。容量2603の他方の電極には電圧VSSが与えられる。
次に、図12に示すセンサ回路の動作について説明する。まず信号G2としてトランジスタ2613をオン状態とする電位が与えられることで、トランジスタ2611のゲートが接続されるノードnに電圧VRESに対応した電位が与えられる。次に、信号G2としてトランジスタ2613をオフ状態とする電位が与えられることで、ノードnの電位が保持される。続いて、指等の被検知体の近接または接触により、容量2603の相互容量が変化することに伴い、ノードnの電位がVRESから変化する。
読み出し動作は、信号G1にトランジスタ2612をオン状態とする電位を与える。ノードnの電位に応じてトランジスタ2611に流れる電流、すなわち配線MLに流れる電流が変化する。この電流を検出することにより、被検知体の近接または接触を検出することができる。
トランジスタ2611、トランジスタ2612、及びトランジスタ2613としては、酸化物半導体層をチャネル領域が形成される半導体層に用いることが好ましい。とくにトランジスタ2613にこのようなトランジスタを適用することにより、ノードnの電位を長期間に亘って保持することが可能となり、ノードnにVRESを供給しなおす動作(リフレッシュ動作)の頻度を減らすことができる。
本実施の形態は、少なくともその一部を本明細書中に記載する他の実施の形態と適宜組み合わせて実施することができる。
≪合成例1≫
本実施例では、実施の形態1の構造式(100)で表される本発明の一態様である有機化合物、2−[3’−(ジベンゾジオフェン−4−イル)(1,1’−ビフェニル−3−イル)]ジベンゾ[f,h]キナゾリン(略称:2mDBtBPDBqz)の合成方法について説明する。なお、2mDBtBPDBqzの構造を以下に示す。
<ステップ1:N−(フェナントレン−9−イル)−3−クロロベンズアミジンの合成>
3−クロロベンズアミジン塩酸塩3.27g(17mmol)、9−ヨードフェナントレン5.2g(17mmol)、ヨウ化銅0.31g(1.6mmol)、炭酸セシウム16g(49mmol)、N,N−ジメチルエチレンジアミン0.29g(3.3mmol)、ジメチルホルムアミド(DMF)80mLをフラスコに入れフラスコ内を窒素置換し、100℃で21時間加熱撹拌した。さらに、ヨウ化銅0.31g(1.6mmol)、N,N−ジメチルエチレンジアミン0.29g(3.3mmol)を加え、110℃で8.5時間加熱撹拌した。得られた反応溶液を吸引ろ過して、固体をトルエンで洗浄した。得られたろ液を水で洗浄し、有機層を飽和食塩水で洗浄した。有機層に硫酸マグネシウムを加えて乾燥させ、得られた混合物を自然ろ過してろ液を得た。このろ液を濃縮して目的物を得た(褐色油状物、収率50%)。ステップ1の合成スキームを下記式(a−1)に示す。
<ステップ2:2−(3−クロロフェニル)ジベンゾ[f,h]キナゾリンの合成>
次に、N−(フェナントレン−9−イル)−3−クロロベンズアミジン2.8g(8.4mmol)、N,N’−ジメチルホルムアミド ジエチルアセタール50mLを300mLフラスコに入れ、120℃で1時間加熱還流した。所定時間経過後、得られた反応溶液を吸引ろ過し、得られた固体をエタノールで洗浄した。この固体をトルエンで再結晶して、目的物を得た(淡赤色固体、収率77%)。ステップ2の合成スキームを下記式(a−2)に示す。
<ステップ3:2−[3’−(ジベンゾジオフェン−4−イル)(1,1’−ビフェニル−3−イル)]ジベンゾ[f,h]キナゾリン(略称:2mDBtBPDBqz)の合成>
次に、2−(3−クロロフェニル)ジベンゾ[f,h]キナゾリン2.1g(6.2mmol)、4−ジベンゾチオフェン−4−イル−フェニルボロン酸2.1g(6.8mmol)、ジ(1−アダマンチル)−n−ブチルホスフィン(cataCXium)(登録商標)44mg(0.12mmol),リン酸三カリウム3.9g(19mmol)、ジオキサン41mL、tert−ブタノール1.4g(19mmol)を三口フラスコに入れ、フラスコ内を脱気、窒素置換した。この混合物に、酢酸パラジウム(II)14mg(0.062mmol)を加え、80℃で4時間、100℃で19時間加熱撹拌した。得られた反応溶液を吸引ろ過し、得られた固体を水、エタノールで洗浄した。得られた固体をトルエンに溶解し、積層したセライト・アルミナ・セライトを通して吸引ろ過した。得られたろ液を濃縮して得た固体を、熱トルエンで洗浄して目的物を得た(白色固体、収率52%)。ステップ3の合成スキームを下記式(a−3)に示す。
得られた固体をトレインサブリメーション法により昇華精製した。昇華精製条件は、圧力2.5×10−2Pa、加熱温度290℃にて行った。昇華精製後、白色固体の目的物を回収率46%で得た。
上記ステップ3で得られた白色固体の核磁気共鳴分光法(H−NMR)による分析結果を下記に示す。また、H−NMRチャートを図13に示す。この結果から、本合成例により、上述の構造式(100)で表される本発明の一態様である有機化合物2mDBTBPDBqzが得られたことがわかった。
H−NMR.δ(CDCl):7.47−7.50(m,2H),7.61−7.63(m,2H),7.68−7.89(m,10H),8.18−8.23(m,3H),8.67(d,1H),8.70(dd,2H),8.79(d,1H),9.11(s,1H),9.54(d,1H),10.1(s,1H).
次に、2mDBtBPDBqzのトルエン溶液および固体薄膜の紫外可視吸収スペクトル(以下、単に「吸収スペクトル」という)及び発光スペクトルを測定した。固体薄膜は石英基板上に真空蒸着法にて作製した。吸収スペクトルの測定には、紫外可視分光光度計((株)日本分光製 V550型)を用いた。また、発光スペクトルの測定には、蛍光光度計((株)浜松ホトニクス製 FS920)を用いた。得られたトルエン溶液の吸収スペクトルおよび発光スペクトルの測定結果を図14に示す。横軸は波長、縦軸は吸光度および発光強度を表す。また、固体薄膜の吸収スペクトルおよび発光スペクトルの測定結果を図15に示す。横軸は波長、縦軸は吸光度および発光強度を表す。
図14の結果より、2mDBtBPDBqzのトルエン溶液では、331nm、及び356nm付近に吸収ピークが見られ、360nm、及び377nm付近に発光波長のピークが見られた。また、図15の結果より、2mDBtBPDBqzの固体薄膜では、338nm及び363nm付近に吸収ピークが見られ、394nm付近に発光波長のピークが見られた。
本実施例では、本発明の一態様である有機化合物2mDBtBPDBqz(構造式(100))を発光層に用いた発光素子1を作製し、発光スペクトルの測定を行った。なお、発光素子1の作製については、図16を用いて説明する。また、本実施例で用いる材料の化学式を以下に示す。
≪発光素子1の作製≫
まず、ガラス製の基板900上に酸化珪素を含むインジウム錫酸化物(ITO−1)をスパッタリング法により成膜し、陽極として機能する第1の電極901を形成した。なお、その膜厚は110nmとし、電極面積は2mm×2mmとした。
次に、基板900上に発光素子1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、1×10−4Pa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900を30分程度放冷した。
次に、第1の電極901が形成された面が下方となるように、基板900を真空蒸着装置内に設けられたホルダーに固定した。本実施例では、真空蒸着法により、EL層902を構成する正孔注入層911、正孔輸送層912、発光層913、電子輸送層914、電子注入層915が順次形成される場合について説明する。
真空蒸着装置内を1×10−4Paに減圧した後、1,3,5−トリ(ジベンゾチオフェン−4−イル)ベンゼン(略称:DBT3P−II)と酸化モリブデンとを、DBT3P−II:酸化モリブデン=4:2(質量比)となるように共蒸着することにより、第1の電極901上に正孔注入層911を形成した。膜厚は20nmとした。なお、共蒸着とは、異なる複数の物質をそれぞれ異なる蒸発源から同時に蒸発させる蒸着法である。
次に、4−フェニル−4’−(9−フェニルフルオレン−9−イル)トリフェニルアミン(略称:BPAFLP)を20nm蒸着することにより、正孔輸送層912を形成した。
次に、正孔輸送層912上に発光層913を形成した。2−[3’−(ジベンゾジオフェン−4−イル)(1,1’−ビフェニル−3−イル)]ジベンゾ[f,h]キナゾリン(略称:2mDBtBPDBqz)、N−(1,1’−ビフェニル−4−イル)−9,9−ジメチル−N−[4−(9−フェニル−9H−カルバゾール−3−イル)フェニル]−9H−フルオレン−2−アミン(略称:PCBBiF)、[Ir(tBuppm)(acac)]を、2mDBtBPDBqz:PCBBiF:[Ir(tBuppm)(acac)]=0.7:0.3:0.05(質量比)となるように共蒸着した。なお、膜厚は、20nmの膜厚とした。さらに、2mDBtBPDBqz:PCBBiF:[Ir(tBuppm)(acac)]=0.8:0.2:0.05(質量比)となるように共蒸着した。なお、膜厚は、20nmの膜厚とした。従って、発光層913は、膜厚40nmの積層構造を有する。
次に、発光層913上に2mDBtBPDBqzを20nm蒸着した後、バソフェナントロリン(略称:Bphen)を10nm蒸着することにより、電子輸送層914を形成した。さらに電子輸送層914上に、フッ化リチウムを1nm蒸着することにより、電子注入層915を形成した。
最後に、電子注入層915上にアルミニウムを200nmの膜厚となるように蒸着し、陰極となる第2の電極903形成し、発光素子1を得た。なお、上述した蒸着過程において、蒸着は全て抵抗加熱法を用いた。
以上により得られた発光素子1の素子構造を表1に示す。
また、作製した発光素子1は、大気に曝されないように窒素雰囲気のグローブボックス内において封止した(シール材を素子の周囲に塗布し、封止時にUV処理、及び80℃にて1時間熱処理)。
≪発光素子1の動作特性≫
作製した発光素子1の動作特性について測定した。なお、測定は室温(25℃に保たれた雰囲気)で行った。
発光素子1の電流密度−輝度特性を図17、発光素子1の電圧−輝度特性を図18、発光素子1の輝度−電流効率特性を図19、発光素子1の電圧−電流特性を図20にそれぞれ示す。
これらの結果より、本発明の一態様である発光素子1は、高効率な素子であることがわかった。また、1000cd/m付近における発光素子1の主な初期特性値を以下の表2に示す。
上記結果から、本実施例で作製した発光素子1は、良好な電流効率と高い外部量子効率を示していることが分かる。
また、発光素子1に25mA/cmの電流密度で電流を流した際の発光スペクトルを、図21に示す。図21に示す通り、発光素子1の発光スペクトルは541nm付近にピークを有しており、発光層913に含まれる有機金属錯体[Ir(tBuppm)(acac)]の発光に由来していることが示唆される。なお、本実施例において発光層および電子輸送層に用いた2mDBtBPDBqzは、本発明の一態様である有機化合物であり、2mDBtBPDBqzは、ジベンゾキナゾリン環の2位が、1,3−フェニレン基を介する構造を有し、一重項準位(S1)、および三重項準位(T1)を高くし、エネルギーギャップを広くできるため1,4−フェニレン基を介するよりもキャリアバランスを整えやすく、キャリアの抜けを防ぐことができる。従って、本実施例における発光素子1の発光効率の向上は、2mDBtBPDBqzを用いた効果であるということができる。
≪合成例2≫
本実施例では、実施の形態1の構造式(123)で表される本発明の一態様である有機化合物、2−[3−(9’−フェニル−3,3’−ビ−9H−カルバゾール−9−イル)フェニル]ジベンゾ[f,h]キナゾリン(略称:2mPCCzPDBqz)の合成方法について説明する。なお、2mPCCzPDBqzの構造を以下に示す。
2−(3−クロロフェニル)ジベンゾ[f,h]キナゾリン2.5g(7.3mmol)、9−フェニル−3,3’−ビ−9H−カルバゾール3.0g(7.3mmol)、ナトリウム tert−ブトキシド2.1g(22mmol),2−ジシクロヘキシルホスフィノ−2’,6’−ジメトキシビフェニル(S−Phos)120mg(0.30mmol)、メシチレン37mLを三口フラスコに入れ、フラスコ内を脱気、窒素置換した。この混合物に、ビス(ジベンジリデンアセトン)パラジウム(0)84mg(0.146mmol)を加え、130℃で21時間加熱撹拌した。
得られた反応溶液を吸引ろ過し、固体を水、エタノールで洗浄した。この固体をトルエンに溶解し、積層したセライト・アルミナ・セライトを通して吸引ろ過した。得られたろ液を濃縮して得た固体をトルエンで再結晶して目的物を得た(白色固体、収率51%)。本合成方法の合成スキームを下記(b−1)に示す。
得られた固体をトレインサブリメーション法により昇華精製した。昇華精製条件は、圧力3.4Pa、アルゴンガスを流量15mL/min,加熱温度385℃にて行った。昇華精製後、黄色固体の目的物を回収率74%で得た。
上記合成方法で得られた黄色固体の核磁気共鳴分光法(H−NMR)による分析結果を下記に示す。また、H−NMRチャートを図22に示す。この結果から、本合成例により、上述の構造式(123)で表される本発明の一態様である有機化合物2mPCCzPDBqzが得られたことがわかった。
H−NMR.δ(CDCl):7.33(t,1H),7.37(t,1H),7.42−7.51(m,4H),7.54(d,1H),7.59(d,1H),7.63−7.67(m,5H),7.75−7.88(m,8H),8.28(dd,2H),8.50(dd,2H),8.68(d,1H),8.70(t,2H),8.90(d,1H),9.06(s,1H),9.46(d,1H),10.1(s,1H).
次に、2mPCCzPDBqzのトルエン溶液および固体薄膜の紫外可視吸収スペクトル(以下、単に「吸収スペクトル」という)及び発光スペクトルを測定した。固体薄膜は石英基板上に真空蒸着法にて作製した。吸収スペクトルの測定には、紫外可視分光光度計((株)日本分光製 V550型)を用いた。また、発光スペクトルの測定には、蛍光光度計((株)浜松ホトニクス製 FS920)を用いた。得られたトルエン溶液の吸収スペクトルおよび発光スペクトルの測定結果を図23に示す。横軸は波長、縦軸は吸収強度および発光強度を表す。また、固体薄膜の吸収スペクトルおよび発光スペクトルの測定結果を図24に示す。横軸は波長、縦軸は吸収強度および発光強度を表す。
図23の結果より、2mPCCzPDBqzのトルエン溶液では、281nm、及び304nm付近に吸収ピークが見られ、447nm付近に発光波長のピーク(励起波長304nm)が見られた。また、図24の結果より、2mPCCzPDBqzの固体薄膜では、346nm及び362nm付近に吸収ピークが見られ、480nm付近に発光波長のピークが見られた。
本実施例では、本発明の一態様である有機化合物2mPCCzPDBqz(構造式(123))を発光層に用いた発光素子2を作製し、発光スペクトルの測定を行った。なお、発光素子2の作製について、実施例2に示す発光素子1と同様な部分については、説明を省略する。また、本実施例で用いる材料の化学式を以下に示す。
≪発光素子2の作製≫
本実施例で作製した発光素子2の素子構造を表3に示す。なお、発光素子2の第1の電極には、酸化珪素を含むインジウム錫酸化物(ITO−2)を用いてスパッタリング法により成膜し、形成した。また、発光素子2の発光層および電子輸送層には、実施例3で合成した2mPCCzPDBqzを用いた。
また、作製した発光素子2は、大気に曝されないように窒素雰囲気のグローブボックス内において封止した(シール材を素子の周囲に塗布し、封止時にUV処理、及び80℃にて1時間熱処理)。
≪発光素子2の動作特性≫
作製した発光素子2の動作特性について測定した。なお、測定は室温(25℃に保たれた雰囲気)で行った。
発光素子2の電流密度−輝度特性を図25、電圧−輝度特性を図26、輝度−電流効率特性を図27、電圧−電流特性を図28にそれぞれ示す。
これらの結果より、本発明の一態様である発光素子2は、高効率な素子であることがわかった。また、1000cd/m付近における発光素子2の主な初期特性値を以下の表4に示す。
上記結果から、本実施例で作製した発光素子2は、良好な電流効率と高い外部量子効率を示していることが分かる。
また、発光素子2に25mA/cmの電流密度で電流を流した際の発光スペクトルを、図29に示す。図29に示す通り、発光素子2の発光スペクトルは545nm付近にピークを有しており、発光層913に含まれる有機金属錯体[Ir(tBuppm)(acac)]の発光に由来していることが示唆される。なお、本実施例において発光層および電子輸送層に用いた2mPCCzPDBqzは、本発明の一態様である有機化合物であり、2mPCCzPDBqzは、ジベンゾキナゾリン環の2位が、1,3−フェニレン基を介して正孔輸送性を有する骨格と結合した構造を有し、三重項準位(T1)を高く保てるため、高効率な素子を得ることができる。また、ジベンゾキナゾリン環の2位が、1,3−フェニレン基を介して正孔輸送性を有する骨格と結合した構造は、ジベンゾキナゾリン環の2位が、1,4−フェニレン基を介して正孔輸送性を有する骨格と結合した構造と比べてバンドギャップ、HOMO−LUMO準位にあまり差はない傾向にあるが、1,4−フェニレン基を介する構造よりも、キャリアバランスを整えやすく、キャリアの抜けを防ぐことができるため、高効率で信頼性の良い素子が得られ、ホスト材料として用いやすい。従って、本実施例の発光素子2の発光効率の向上は、2mPCCzPDBqzを用いた効果であるということができる。
101 第1の電極
102 EL層
103 第2の電極
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
201 第1の電極
202(1) 第1のEL層
202(2) 第2のEL層
202(n−1) 第(n−1)のEL層
202(n) 第(n)のEL層
204 第2の電極
205 電荷発生層
205(1) 第1の電荷発生層
205(2) 第2の電荷発生層
205(n−2) 第(n−2)の電荷発生層
205(n−1) 第(n−1)の電荷発生層
301 素子基板
302 画素部
303 駆動回路部(ソース線駆動回路)
304a、304b 駆動回路部(ゲート線駆動回路)
305 シール材
306 封止基板
307 配線
308 FPC(フレキシブルプリントサーキット)
309 FET
310 FET
311 スイッチング用FET
312 電流制御用FET
313 第1の電極(陽極)
314 絶縁物
315 EL層
316 第2の電極(陰極)
317 発光素子
318 空間
351 基板
352 第1の電極
353 第2の電極
354 EL層
355 絶縁膜
356 隔壁
900 基板
901 第1の電極
902 EL層
903 第2の電極
911 正孔注入層
912 正孔輸送層
913 発光層
914 電子輸送層
915 電子注入層
2000 タッチパネル
2501 表示パネル
2502R 画素
2502t トランジスタ
2503c 容量素子
2503g 走査線駆動回路
2503t トランジスタ
2509 FPC
2510 基板
2511 配線
2519 端子
2521 絶縁層
2528 絶縁体
2550R 発光素子
2560 封止層
2567BM 遮光層
2567p 反射防止層
2567R 着色層
2570 基板
2590 基板
2591 電極
2592 電極
2593 絶縁層
2594 配線
2595 タッチセンサ
2597 接着層
2598 配線
2599 端子
2601 パルス電圧出力回路
2602 電流検出回路
2603 容量
2611 トランジスタ
2612 トランジスタ
2613 トランジスタ
2621 電極
2622 電極
4000 照明装置
4001 基板
4002 発光素子
4003 基板
4004 電極
4005 EL層
4006 電極
4007 電極
4008 電極
4009 補助配線
4010 絶縁層
4011 封止基板
4012 シール材
4013 乾燥剤
4015 拡散板
4100 照明装置
4200 照明装置
4201 基板
4202 発光素子
4204 電極
4205 EL層
4206 電極
4207 電極
4208 電極
4209 補助配線
4210 絶縁層
4211 封止基板
4212 シール材
4213 バリア膜
4214 平坦化膜
4215 拡散板
4300 照明装置
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
7302 筐体
7304 表示部
7305 時刻を表すアイコン
7306 その他のアイコン
7311 操作ボタン
7312 操作ボタン
7313 接続端子
7321 バンド
7322 留め金
7400 携帯電話機
7401 筐体
7402 表示部
7403 操作用ボタン
7404 外部接続部
7405 スピーカ
7406 マイク
7407 カメラ
7500(1)、7500(2) 筐体
7501(1)、7501(2) 第1面
7502(1)、7502(2) 第2面
8001 照明装置
8002 照明装置
8003 照明装置
8004 照明装置
9310 携帯情報端末
9311 表示部
9312 表示領域
9313 ヒンジ
9315 筐体

Claims (13)

  1. 陽極と陰極との間に発光層を有し、
    前記発光層は、第1の有機化合物と、発光物質と、を含み、
    前記第1の有機化合物は、ジベンゾキナゾリン環と、正孔輸送性を有する骨格とを有し、前記ジベンゾキナゾリン環の2位が、1,3−フェニレン基を介して前記正孔輸送性を有する骨格と結合した構造を有し、
    前記正孔輸送性を有する骨格は、ジアリールアミノ基またはπ過剰型複素芳香環である、発光素子。
  2. 陽極と陰極との間に発光層を有し、
    前記発光層は、第1の有機化合物と、正孔輸送性を有する第2の有機化合物と、発光物質と、を含み、
    前記第1の有機化合物は、ジベンゾキナゾリン環と、正孔輸送性を有する骨格とを有し、前記ジベンゾキナゾリン環の2位が、1,3−フェニレン基を介して前記正孔輸送性を有する骨格と結合した構造を有し、
    前記正孔輸送性を有する骨格は、ジアリールアミノ基またはπ過剰型複素芳香環である、発光素子。
  3. 請求項1または請求項2において、
    前記π過剰型複素芳香環は、5員環の複素芳香環を含む、発光素子。
  4. 請求項1乃至請求項のいずれか一項において、
    前記正孔輸送性を有する骨格は、ジベンゾフラン骨格、ジベンゾチオフェン骨格、またはカルバゾール骨格を有する環である、発光素子。
  5. 請求項1乃至請求項のいずれか一項において、
    前記正孔輸送性を有する骨格は、ジベンゾフラン骨格、ジベンゾチオフェン骨格、およびカルバゾール骨格を有する環から選ばれる環が複数結合した構造を有する、発光素子。
  6. 請求項1乃至請求項のいずれか一項において、
    前記発光物質は、燐光性化合物である、発光素子。
  7. 式(G1)で表される有機化合物。

    (式中、nは、0〜3のいずれかを表し、mは、1または2を表す。Aは、単結合、または置換もしくは無置換の炭素数6〜13のアリーレン基を表し、Bは、置換または無置換のジベンゾフラン骨格を有する環、置換または無置換のジベンゾチオフェン骨格を有する環、または置換または無置換のカルバゾール骨格を有する環を表し、R〜R14は、それぞれ独立に、水素、置換もしくは無置換の炭素数1〜6のアルキル基、置換もしくは無置換の炭素数5〜7のシクロアルキル基、置換もしくは無置換の炭素数6〜13のアリール基、のいずれかを表す。)
  8. 請求項において、
    前記式(G1)中のBは、下記式(B1)乃至(B4)のいずれか一である有機化合物。

    (式中、mは、1または2を表す。また、Qは、S、N−R15、Oのいずれかであり、R15は、水素、置換または無置換のフェニル基、のいずれかを表す。また、(B1)〜(B4)中のベンゼン環は置換基を有していても良く、前記置換基は、置換もしくは無置換の炭素数1〜6のアルキル基、置換もしくは無置換の炭素数5〜7のシクロアルキル基、置換もしくは無置換の炭素数6〜13のアリール基、のいずれかである。)
  9. 式(100)または(123)で表される有機化合物。
  10. 請求項乃至請求項のいずれか一項に記載の有機化合物を用いた発光素子。
  11. 請求項1乃至請求項、または請求項10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。
  12. 請求項1乃至請求項、または請求項10のいずれか一項に記載の発光素子と、接続端子、または、操作キーと、を有する、電子機器。
  13. 請求項1乃至請求項、または請求項10のいずれか一項に記載の発光素子と、筐体、カバー、または、支持台と、を有する、照明装置。

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