(57)【要約】  一対の電極間に有機化合物層を備える有機エレクトロルミネッセンス素子であって、前記有機化合物層は、ホスト材料と燐光発光性ドーパント材料とを含む発光層を有し、前記ホスト材料は、一重項エネルギーＥｇＳと、７７［Ｋ］におけるエネルギーギャップＥｇ７７Ｋとの差ΔＳＴが、下記数式（１）の関係を満たし、かつ、前記一重項エネルギーＥｇＳが、下記数式（２）の関係を満たす化合物から選択されることを特徴とする。    ［数１］      ΔＳＴ＝ＥｇＳ−Ｅｇ７７Ｋ＜０．４［ｅＶ］…（１）    ［数２］      ＥｇＳ≧２．９０［ｅＶ］                …（２）
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の電極間に有機化合物層を備える有機エレクトロルミネッセンス素子であって、
前記有機化合物層は、ホスト材料と燐光発光性ドーパント材料とを含む発光層を有し、
前記ホスト材料は、一重項エネルギーＥｇＳと、７７［Ｋ］におけるエネルギーギャップＥｇ７７Ｋとの差ΔＳＴが、下記数式（１）の関係を満たし、かつ、前記一重項エネルギーＥｇＳが、下記数式（２）の関係を満たす化合物から選択される
ことを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子。
［数１］
ΔＳＴ＝ＥｇＳ−Ｅｇ７７Ｋ＜０．４［ｅＶ］…（１）
［数２］
ＥｇＳ≧２．９０［ｅＶ］                …（２）
【請求項２】
一対の電極間に有機化合物層を備える有機エレクトロルミネッセンス素子であって、
前記有機化合物層は、ホスト材料と燐光発光性ドーパント材料とを含む発光層を有し、
前記ホスト材料は、一重項エネルギーＥｇＳと、７７［Ｋ］におけるエネルギーギャップＥｇ７７Ｋとの差ΔＳＴが、下記数式（３）の関係を満たし、かつ、前記エネルギーギャップＥｇ７７Ｋが、下記数式（４）の関係を満たす化合物から選択される
ことを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子。
［数３］
ΔＳＴ＝ＥｇＳ−Ｅｇ７７Ｋ＜０．４［ｅＶ］…（３）
［数４］
Ｅｇ７７Ｋ≧２．８５［ｅＶ］              …（４）
【請求項３】
一対の電極間に有機化合物層を備える有機エレクトロルミネッセンス素子であって、
前記有機化合物層は、ホスト材料と燐光発光性ドーパント材料とを含む発光層を有し、
前記ホスト材料は、分光エリプソメトリーにおいてシリコン基板面に対して垂直方向の屈折率ｎＺと、シリコン基板面に対して平行方向の屈折率ｎＸが、下記数式（５）の関係を満し、かつ、一重項エネルギーＥｇＳが、下記数式（６）の関係を満たす化合物から選択される
ことを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子。
［数５］
Δｎ＝|ｎＸ−ｎＺ|＞０．０４            …（５）
［数６］
ＥｇＳ≧２．９０［ｅＶ］                …（６）
【請求項４】
一対の電極間に有機化合物層を備える有機エレクトロルミネッセンス素子であって、
前記有機化合物層は、ホスト材料と燐光発光性ドーパント材料とを含む発光層を有し、
前記ホスト材料は、分光エリプソメトリーにおいてシリコン基板面に対して垂直方向の屈折率ｎＺと、シリコン基板面に対して平行方向の屈折率ｎＸが、下記数式（７）の関係を満たし、かつ、７７［Ｋ］におけるエネルギーギャップＥｇ７７Ｋが、下記数式（８）の関係を満たす化合物から選択される
ことを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子。
［数７］
Δｎ＝|ｎＸ−ｎＺ|＞０．０４            …（７）
［数８］
Ｅｇ７７Ｋ≧２．８５［ｅＶ］              …（８）
【請求項５】
一対の電極間に有機化合物層を備える有機エレクトロルミネッセンス素子であって、
前記有機化合物層は、ホスト材料と燐光発光性ドーパント材料とを含む発光層を有し、
前記ホスト材料は、フォトルミネッセンススペクトルの半値幅が７５ｎｍより大きく、かつ、一重項エネルギーＥｇＳが、下記数式（９）の関係を満たす化合物から選択される
ことを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子。
［数９］
ＥｇＳ≧２．９０［ｅＶ］                        …（９）
【請求項６】
一対の電極間に有機化合物層を備える有機エレクトロルミネッセンス素子であって、
前記有機化合物層は、ホスト材料と燐光発光性ドーパント材料とを含む発光層を有し、
前記ホスト材料は、フォトルミネッセンススペクトルの半値幅が７５ｎｍより大きく、かつ、７７［Ｋ］におけるエネルギーギャップＥｇ７７Ｋが、下記数式（１０）の関係を満たす化合物から選択される
ことを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子。
［数１０］
Ｅｇ７７Ｋ≧２．８５［ｅＶ］                      …（１０）
【請求項７】
請求項１又は請求項２に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子において、
前記ホスト材料は、フォトルミネッセンススペクトルの半値幅が７５ｎｍより大きい化合物から選択される
ことを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項８】
請求項１、請求項２、及び請求項７のいずれか一項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子において、
前記差ΔＳＴが、下記数式（１１）の関係を満たす
ことを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子。
［数１１］
ΔＳＴ＝ＥｇＳ−Ｅｇ７７Ｋ＜０．３［ｅＶ］…（１１）
【請求項９】
請求項１から請求項８までのいずれか一項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子において、
前記燐光発光性ドーパント材料の三重項エネルギーＥｇＴＤと、前記ホスト材料の７７［Ｋ］におけるエネルギーギャップＥｇ７７Ｋとの差ΔＴが、下記数式（１２）の関係を満たす
ことを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子。
［数１２］
ΔＴ＝Ｅｇ７７Ｋ−ＥｇＴＤ＞０．２０［ｅＶ］      …（１２）
【請求項１０】
請求項１から請求項９までのいずれか一項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子において、
前記一対の電極は、陽極、及び陰極であり、
前記有機化合物層と前記陰極との間に電子輸送層を備え、
前記電子輸送層の電子移動度は、電界強度５００（Ｖ／ｃｍ）１／２において、５×１０−６ｃｍ２／Ｖｓ以上である
ことを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項１１】
請求項１から請求項１０までのいずれか一項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子において、
前記ホスト材料が、さらに下記化学式（１）から（８）までに示す骨格のうち少なくともいずれかを有する
ことを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子。
【化１】
2012099219.tif 000021
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機エレクトロルミネッセンス素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
有機エレクトロルミネッセンス素子（以下、有機ＥＬ素子という。）に電圧を印加すると、陽極から正孔が、また陰極から電子が、それぞれ発光層に注入される。そして、発光層において、注入された正孔と電子とが再結合し、励起子が形成される。このとき、電子スピンの統計則により、一重項励起子、及び三重項励起子が２５％：７５％の割合で生成する。発光原理に従って分類した場合、蛍光型では、一重項励起子による発光を用いるため、有機ＥＬ素子の内部量子効率は２５％が限界といわれている。一方、燐光型では、三重項励起子による発光を用いるため、一重項励起子から項間交差が効率的に行われた場合には内部量子効率が１００％まで高められることが知られている。【０００３】
従来、有機ＥＬ素子においては、蛍光型、及び燐光型の発光メカニズムに応じ、最適な素子設計がなされてきた。特に燐光型の有機ＥＬ素子については、その発光特性から、蛍光素子技術の単純な転用では高性能な素子が得られないことが知られている。その理由は、一般的に以下のように考えられている。
まず、燐光発光は、三重項励起子を利用した発光であるため、発光層に用いる化合物のエネルギーギャップが大きくなくてはならない。何故なら、ある化合物のエネルギーギャップ（以下、一重項エネルギーともいう。）の値は、通常、その化合物の三重項エネルギー（本発明では、最低励起三重項状態と基底状態とのエネルギー差をいう。）の値よりも大きいからである。
従って、燐光発光性ドーパント材料の三重項エネルギーを効率的に素子内に閉じ込めるためには、まず、燐光発光性ドーパント材料の三重項エネルギーよりも大きい三重項エネルギーのホスト材料を発光層に用いなければならない。さらに、発光層に隣接する電子輸送層、及び正孔輸送層を設け、電子輸送層、及び正孔輸送層に燐光発光性ドーパント材料の三重項エネルギーよりも大きい化合物を用いなければならない。
このように、従来の有機ＥＬ素子の素子設計思想に基づく場合、蛍光型の有機ＥＬ素子に用いる化合物と比べて大きなエネルギーギャップを有する化合物を燐光型の有機ＥＬ素子に用いることにつながり、有機ＥＬ素子全体の駆動電圧が上昇する。【０００４】
また、蛍光素子で有用であった酸化耐性や還元耐性の高い炭化水素系の化合物はπ電子雲の広がりが大きいため、エネルギーギャップが小さい。そのため、燐光型の有機ＥＬ素子では、このような炭化水素系の化合物が選択され難く、酸素や窒素などのヘテロ原子を含んだ有機化合物が選択され、その結果、燐光型の有機ＥＬ素子は、蛍光型の有機ＥＬ素子と比較して寿命が短いという問題を有する。
さらに、燐光発光性ドーパント材料の三重項励起子の励起子緩和速度が一重項励起子と比較して非常に長いことも素子性能に大きな影響を与える。即ち、一重項励起子からの発光は、発光に繋がる緩和速度が速いため、発光層の周辺層（例えば、正孔輸送層や電子輸送層）への励起子の拡散が起きにくく、効率的な発光が期待される。一方、三重項励起子からの発光は、スピン禁制であり緩和速度が遅いため、周辺層への励起子の拡散が起きやすく、特定の燐光発光性化合物以外からは熱的なエネルギー失活が起きてしまう。つまり、電子、及び正孔の再結合領域のコントロールが蛍光型の有機ＥＬ素子よりも重要である。
以上のような理由から燐光型の有機ＥＬ素子の高性能化には、蛍光型の有機ＥＬ素子と異なる材料選択、及び素子設計が必要になっている。【０００５】
高発光効率の燐光型有機ＥＬ素子を実現するための発光材料の適用例として、特許文献１には、ホスト材料にインドロカルバゾール骨格を有する特定の化合物を用い、ドーパント材料として燐光発光性化合物（Ｉｒ（ｐｐｙ）３）を用いた燐光型の発光層を有する有機ＥＬ素子が開示されている。特許文献１では、発光層をこのように構成することで、ホスト材料としてＡｌｑ３を用いた場合と比べて、ドーパント材料からの発光が効率的に起こり、有機ＥＬ素子としての発光効率が向上するとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】国際公開第２００８／０５６７４６号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１のように燐光型の発光層のホスト材料としてインドロカルバゾール骨格を有する特定の化合物を用いれば、ホスト材料としてＡｌｑ３を用いた場合と比べる限りにおいては、有機ＥＬ素子の発光効率が向上するものの、実用的には発光効率が充分でなく、さらなる発光効率の向上が望まれている。また、特許文献１では、電子輸送層に電子移動度が十分に大きくないＡｌｑ３を用いた有機ＥＬ素子について検討されるに止まる。そのため、高い発光効率を発揮する発光層システムの採用を考える上で、発光層への電子注入性が大きい電子輸送層を用いることが望まれている。【０００８】
本発明の目的は、発光効率が向上した燐光型の有機ＥＬ素子を提供することである。
また、電子移動度の大きい電子輸送層を用いた場合にも、発光効率が向上した燐光型の有機ＥＬ素子を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者は、上記課題を解決すべく、鋭意検討した結果、発光層のホスト材料に特定の条件を満たす化合物を用いることで、燐光型の有機ＥＬ素子の発光効率が向上することを見出し、本発明を完成するに至った。【００１０】
本発明の有機ＥＬ素子は、
一対の電極間に有機化合物層を備える有機ＥＬ素子であって、
前記有機化合物層は、ホスト材料と燐光発光性ドーパント材料とを含む発光層を有し、
前記ホスト材料は、一重項エネルギーＥｇＳと、７７［Ｋ］におけるエネルギーギャップＥｇ７７Ｋとの差ΔＳＴが、下記数式（１）の関係を満たし、かつ、前記一重項エネルギーＥｇＳが、下記数式（２）の関係を満たす化合物から選択される
ことを特徴とする。【００１１】
［数１］
ΔＳＴ＝ＥｇＳ−Ｅｇ７７Ｋ＜０．４［ｅＶ］…（１）【００１２】
［数２］
ＥｇＳ≧２．９０［ｅＶ］                …（２）【００１３】
本発明の有機ＥＬ素子は、
一対の電極間に有機化合物層を備える有機ＥＬ素子であって、
前記有機化合物層は、ホスト材料と燐光発光性ドーパント材料とを含む発光層を有し、
前記ホスト材料は、一重項エネルギーＥｇＳと、７７［Ｋ］におけるエネルギーギャップＥｇ７７Ｋとの差ΔＳＴが、下記数式（３）の関係を満たし、かつ、前記エネルギーギャップＥｇ７７Ｋが、下記数式（４）の関係を満たす化合物から選択される
ことを特徴とする。【００１４】
［数３］
ΔＳＴ＝ＥｇＳ−Ｅｇ７７Ｋ＜０．４［ｅＶ］…（３）【００１５】
［数４］
Ｅｇ７７Ｋ≧２．８５［ｅＶ］              …（４）【００１６】
本発明の有機ＥＬ素子は、
一対の電極間に有機化合物層を備える有機ＥＬ素子であって、
前記有機化合物層は、ホスト材料と燐光発光性ドーパント材料とを含む発光層を有し、
前記ホスト材料は、分光エリプソメトリーにおいてシリコン基板面に対して垂直方向の屈折率ｎＺと、シリコン基板面に対して平行方向の屈折率ｎＸが、下記数式（５）の関係を満し、かつ、一重項エネルギーＥｇＳが、下記数式（６）の関係を満たす化合物から選択される
ことを特徴とする。【００１７】
［数５］
Δｎ＝|ｎＸ−ｎＺ|＞０．０４             …（５）【００１８】
［数６］
ＥｇＳ≧２．９０［ｅＶ］                …（６）【００１９】
本発明の有機ＥＬ素子は、
一対の電極間に有機化合物層を備える有機ＥＬ素子であって、
前記有機化合物層は、ホスト材料と燐光発光性ドーパント材料とを含む発光層を有し、
前記ホスト材料は、分光エリプソメトリーにおいてシリコン基板面に対して垂直方向の屈折率ｎＺと、シリコン基板面に対して平行方向の屈折率ｎＸが、下記数式（７）の関係を満たし、かつ、７７［Ｋ］におけるエネルギーギャップＥｇ７７Ｋが、下記数式（８）の関係を満たす化合物から選択される
ことを特徴とする。【００２０】
［数７］
Δｎ＝|ｎＸ−ｎＺ|＞０．０４            …（７）【００２１】
［数８］
Ｅｇ７７Ｋ≧２．８５［ｅＶ］              …（８）【００２２】
本発明の有機ＥＬ素子は、
一対の電極間に有機化合物層を備える有機ＥＬ素子であって、
前記有機化合物層は、ホスト材料と燐光発光性ドーパント材料とを含む発光層を有し、
前記ホスト材料は、フォトルミネッセンススペクトルの半値幅が７５ｎｍより大きく、かつ、一重項エネルギーＥｇＳが、下記数式（９）の関係を満たす化合物から選択される
ことを特徴とする。【００２３】
［数９］
ＥｇＳ≧２．９０［ｅＶ］                …（９）【００２４】
本発明の有機ＥＬ素子は、
一対の電極間に有機化合物層を備える有機ＥＬ素子であって、
前記有機化合物層は、ホスト材料と燐光発光性ドーパント材料とを含む発光層を有し、
前記ホスト材料は、フォトルミネッセンススペクトルの半値幅が７５ｎｍより大きく、かつ、７７［Ｋ］におけるエネルギーギャップＥｇ７７Ｋが、下記数式（１０）の関係を満たす化合物から選択される
ことを特徴とする。【００２５】
［数１０］
Ｅｇ７７Ｋ≧２．８５［ｅＶ］            …（１０）【００２６】
本発明の有機ＥＬ素子において、
前記ホスト材料は、フォトルミネッセンススペクトルの半値幅が７５ｎｍより大きい化合物から選択される
ことが好ましい。【００２７】
本発明の有機ＥＬ素子において、
前記差ΔＳＴが、下記数式（１１）の関係を満たす
ことが好ましい。【００２８】
［数１１］
ΔＳＴ＝ＥｇＳ−Ｅｇ７７Ｋ＜０．３［ｅＶ］…（１１）【００２９】
本発明の有機ＥＬ素子において、
前記燐光発光性ドーパント材料の三重項エネルギーＥｇＴＤと、前記ホスト材料の７７［Ｋ］におけるエネルギーギャップＥｇ７７Ｋとの差ΔＴが、下記数式（１２）の関係を満たす
ことが好ましい。【００３０】
［数１２］
ΔＴ＝Ｅｇ７７Ｋ−ＥｇＴＤ＞０．２０［ｅＶ］      …（１２）【００３１】
本発明の有機ＥＬ素子において、
前記一対の電極は、陽極、及び陰極であり、
前記有機化合物層と前記陰極との間に電子輸送層を備え、
前記電子輸送層の電子移動度は、電界強度５００（Ｖ／ｃｍ）１／２において、５×１０−６ｃｍ２／Ｖｓ以上である
ことが好ましい。【００３２】
本発明の有機ＥＬ素子において、
前記ホスト材料が、下記化学式（１）から（８）までに示す骨格のうち少なくともいずれかを有する
ことが好ましい。【００３３】
【化１】
2012099219.tif 000003
【００３４】
本発明によれば、上記のような特定の条件を満たす化合物をホスト材料に用いるので、発光効率が向上した燐光型の有機ＥＬ素子を提供することができる。
また、本発明によれば、電子移動度の大きい電子輸送層を用いた場合にも、上記のような特定の条件を満たす化合物をホスト材料に用いるので、燐光型の有機ＥＬ素子の発光効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の第一実施形態に係る有機エレクトロルミネッセンス素子の一例の概略構成を示す図である。
【図２】会合体形成による物理モデルの一例を示す図である。
【図３】発光層におけるホスト材料、及びドーパント材料のエネルギー準位の関係を示す図である。
【図４Ａ】分光エリプソメトリー測定の一例を示す図である。
【図４Ｂ】図４Ａの分光エリプソメトリー測定における測定対象となるシリコン基板上の有機薄膜の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
以下、本発明に係る有機ＥＬ素子の素子構成について説明する。
本発明の有機ＥＬ素子は、一対の電極間に有機化合物層を備える。この有機化合物層は、有機化合物で構成される層を少なくとも一層、有する。有機化合物層は、無機化合物を含んでいてもよい。
本発明の有機ＥＬ素子において、有機化合物層のうち少なくとも１層は、発光層を有する。そのため、有機化合物層は、例えば、一層の発光層で構成されていてもよいし、正孔注入層、正孔輸送層、電子注入層、電子輸送層、正孔障壁層、電子障壁層等の公知の有機ＥＬ素子で採用される層を有していてもよい。
【００３７】
有機ＥＬ素子の代表的な素子構成としては、
（ａ）陽極／発光層／陰極
（ｂ）陽極／正孔注入・輸送層／発光層／陰極
（ｃ）陽極／発光層／電子注入・輸送層／陰極
（ｄ）陽極／正孔注入・輸送層／発光層／電子注入・輸送層／陰極
（ｅ）陽極／正孔注入・輸送層／発光層／障壁層／電子注入・輸送層／陰極
などの構造を挙げることができる。
上記の中で（ｄ）の構成が好ましく用いられるが、もちろんこれらに限定されるものではない。
なお、上記「発光層」とは、一般的にドーピングシステムが採用されており、ホスト材料とドーパント材料を含む有機層である。ホスト材料は、一般的に電子と正孔の再結合を促し、再結合により生じた励起エネルギーをドーパント材料に伝達させる。ドーパント材料としては、量子収率の高い化合物が好まれ、ホスト材料から励起エネルギーを受け取ったドーパント材料は、高い発光性能を示す。
上記「正孔注入・輸送層」は「正孔注入層および正孔輸送層のうちの少なくともいずれか１つ」を意味し、「電子注入・輸送層」は「電子注入層および電子輸送層のうちの少なくともいずれか１つ」を意味する。ここで、正孔注入層および正孔輸送層を有する場合には、陽極側に正孔注入層が設けられていることが好ましい。また、電子注入層および電子輸送層を有する場合には、陰極側に電子注入層が設けられていることが好ましい。
本発明において電子輸送層といった場合には、発光層と陰極との間に存在する電子輸送領域の有機層のうち、最も電子移動度の高い有機層をいう。電子輸送領域が一層で構成されている場合には、当該層が電子輸送層である。また、燐光素子においては、構成（ｅ）に示すように発光層で生成された励起エネルギーの拡散を防ぐ目的で必ずしも電子移動度が高くない障壁層を発光層と電子輸送層との間に採用することがあり、発光層に隣接する有機層が電子輸送層に必ずしも該当しない。
【００３８】
図１に、本発明の実施形態における有機ＥＬ素子の一例の概略構成を示す。
有機ＥＬ素子１は、透光性の基板２と、陽極３と、陰極４と、陽極３と陰極４との間に配置された有機化合物層１０と、を有する。
有機化合物層１０は、ホスト材料およびドーパント材料を含む発光層５を有し、発光層５と陽極３との間に正孔注入・輸送層６を有し、発光層５と陰極４との間に電子注入・輸送層７を有する。
【００３９】
（発光層）
本発明では、上記のとおり、発光層のホスト材料に特定の条件を満たす化合物を用いる。この特定の条件について、次の[１]〜[３]で説明する。
【００４０】
[１]ΔＳＴ
本発明者は、一重項エネルギーＥｇＳと三重項エネルギーＥｇＴとのエネルギー差（ΔＳＴ）が小さく、かつ一重項エネルギーＥｇＳが所定の大きさ以上である化合物をホストに用いるか、又は、ΔＳＴが小さく、かつ三重項エネルギーＥｇＴが所定の大きさ以上である化合物をホスト材料に用いると、燐光型の有機ＥＬ素子の発光効率が向上することを見出した。
一重項エネルギーＥｇＳと三重項エネルギーＥｇＴの差に値するΔＳＴを小さくするには、量子化学的には、一重項エネルギーＥｇＳと三重項エネルギーＥｇＴにおける交換相互作用が小さいことで実現する。ΔＳＴと交換相互作用の関係性における物理的な詳細に関しては、例えば、
文献１：安達千波矢ら、有機ＥＬ討論会  第１０回例会予稿集、Ｓ２−５，ｐ１１〜１２
文献２：徳丸克己、有機光化学反応論、東京化学同人出版、（１９７３）
に記載されている。このような材料は、量子計算により分子設計を行い合成することが可能であり、具体的には、ＬＵＭＯ、及びＨＯＭＯの電子軌道を重ねないように局在化させた化合物である。
ΔＳＴが小さくなると、ホスト材料と隣接する電子輸送層とのエネルギー差が小さくなり、その結果、発光層に電子が注入しやすくなり、有機ＥＬ素子の駆動電圧を下げることができる。
【００４１】
また、一重項エネルギーＥｇＳと三重項エネルギーＥｇＴとのエネルギー差（ΔＳＴ）を小さくするには、会合体を形成することによっても可能である。ここでの会合体とは、単純な１分子だけの電子状態を反映したものではなく、数分子が物理的に接近したものである。複数の分子が接近した結果、複数の分子間における電子状態が混ざり、電子状態が変化することによりエネルギー準位が変化し、主に一重項エネルギーの値が減少することで、ΔＳＴの値が小さくなると考えられる。このような会合体形成によるΔＳＴの値の減少は、２分子が接近した事により電子状態が変化するDavydov  splitting  modelによっても説明することができる（図２参照）。このDavydov  splitting  modelで示されるように、２分子が物理的に接近する事で、１分子と異なる電子状態の変化が考えられる。励起一重項状態がＳ１‐ｍ＋、及びＳ１‐ｍ−の２つの状態で存在し、励起三重項状態がＴ１‐ｍ＋、及びＴ１‐ｍ−の２つの状態で存在する。この結果、エネルギー準位が低いＳ１‐ｍ−、及びＴ１‐ｍ−が存在する事により、Ｓ１‐ｍ−とＴ１‐ｍ−との差であるΔＳＴの大きさは、１分子での電子状態と比べて、小さくなる。
上記Davydov splitting modelについては、例えば、
文献３：J. Kang, et al, International Journal of PolymerScience, Volume 2010,Article ID 264781,
文献４：M. Kasha, et al, Pure and Applied Chemistry,Vol.11, pp371, 1965
文献５：S. Das, et al, J. Phys. Chem. B. . vol.103, pp209,1999
に記載されている。
【００４２】
なお、本発明における会合体とは、単分子同士が任意の会合体を形成することを意味している。すなわち、特定の会合状態を示すものではない。有機分子の会合状態は、薄膜中では確率的に様々な状態を許容するものであり、無機分子とは大きくこの点を異にする。
【００４３】
本発明において、ホスト材料に用いる化合物は、このΔＳＴに関する条件に加えて、一重項エネルギーＥｇＳ、又は、三重項エネルギーＥｇＴが所定の大きさ以上の化合物であることが必要である。
このＥｇＳ、及びＥｇＴに関する点について、次に説明する。
図３は、発光層におけるホスト材料、及びドーパント材料のエネルギー準位の関係を示す図である。図３において、Ｓ０は、基底状態を表し、Ｓ１Ｈは、ホスト材料の最低励起一重項状態を表し、Ｔ１Ｈは、ホスト材料の最低励起三重項状態を表し、Ｔ１Ｄは、ドーパント材料の最低励起三重項状態を表す。
図３に示すように、Ｓ１ＨとＴ１Ｈとの差が、ΔＳＴに相当し、Ｔ１ＨとＴ１Ｄとの差が、ΔＴに相当する。図３中の破線矢印は、各励起状態間のエネルギー移動を表す。
上記のとおり、本発明のホスト材料に用いる化合物として選択されるのは、ΔＳＴの小さい材料である。ここで、ホスト材料の最低励起三重項状態Ｔ１Ｈとドーパント材料の最低励起三重項状態Ｔ１Ｄとのエネルギー差が小さいと、三重項励起子が燐光発光性ドーパント材料からホスト材料へ移動して三重項励起子の閉じ込め効率が低下するおそれがある。そのため、三重項励起子が燐光発光性ドーパント材料からホスト材料へ移動して発光効率を落とさないようにするためには、ホスト材料の最低励起三重項状態Ｔ１Ｈとドーパント材料の最低励起三重項状態Ｔ１Ｄとのエネルギー差が大きい必要がある。
また、分子どうしが会合体を形成する場合、一例として示したDavydov  splitting  modelで考えると、会合体の形成により励起準位が分裂するため、エネルギー準位が低いＴ１‐ｍ−の励起状態も存在しうる。そのため、ホスト材料の最低励起三重項状態Ｔ１Ｈとドーパント材料の最低励起三重項状態Ｔ１Ｄとのエネルギー差が小さくなり、三重項励起子が燐光発光性ドーパント材料からホスト材料へ移動して三重項励起子の閉じ込め効率が低下するおそれがある。すなわち、有機薄膜層中における会合体を形成し易い化合物は、計算上、単量体（単分子）であればドーパント材料の三重項励起子を高い確率で閉じ込めることができると考えられる場合がある。このような場合であっても、当該会合体を形成し易い化合物をホスト材料に用いると、実際上、会合体の形成によってホスト材料の最低励起三重項状態のエネルギー準位が低くなり、十分にドーパント材料の三重項励起子を閉じ込めることが出来なくなる場合がある。
そこで、本発明のホスト材料に用いる化合物は、ΔＳＴが所定値よりも小さいことに加えて、一重項エネルギーＥｇＳ、及び三重項エネルギーＥｇＴの少なくともいずれかが所定の大きさ以上である化合物から選択する。このような化合物を用いることで、三重項励起子の閉じ込め効率の低下を防止する。
【００４４】
ここで、本発明ではΔＳＴが所定値以下である化合物を用いており、上記した三重項エネルギーＥｇＴは、通常定義される三重項エネルギーとは異なる点がある。この点について、以下に説明する。
一般に、三重項エネルギーは、測定対象となる化合物を溶媒に溶解させた試料について低温（７７［Ｋ］）で燐光スペクトル（縦軸：燐光発光強度、横軸：波長とする。）を測定し、この燐光スペクトルの短波長側の立ち上がりに対して接線を引き、その接線と横軸との交点の波長値に基づいて、所定の換算式から算出される。
ここで、本発明のホスト材料に用いる化合物は、上記のとおりΔＳＴが小さい。ΔＳＴが小さいと、低温（７７［Ｋ］）状態でも、項間交差、及び逆項間交差が起こりやすく、励起一重項状態と励起三重項状態とが混在する。その結果、上記と同様にして測定されるスペクトルは、励起一重項状態、及び励起三重項状態の両者からの発光を含んだものとなり、いずれの状態から発光したものかについて峻別することは困難であるが、基本的には３重項エネルギーの値が支配的と考えられる。
そのため、本発明では、通常の三重項エネルギーＥｇＴと測定手法は同じであるが、その厳密な意味において異なることを区別するため、測定対象となる化合物を溶媒に溶解させた試料について低温（７７［Ｋ］）で燐光スペクトル（縦軸：燐光発光強度、横軸：波長とする。）を測定し、この燐光スペクトルの短波長側の立ち上がりに対して接線を引き、その接線と横軸との交点の波長値に基づいて、所定の換算式から算出されるエネルギー量をエネルギーギャップＥｇ７７Ｋとし、ΔＳＴを一重項エネルギーＥｇＳとエネルギーギャップＥｇ７７Ｋとの差として定義する。
【００４５】
また、溶液状態における三重項エネルギーの測定には、対象分子と溶媒との間における相互作用により三重項エネルギーに誤差を含む場合がある。そのため理想的な条件としては、対象分子と溶媒との相互作用を除くため、薄膜状態における測定が望まれる。しかしながら、本発明でホスト材料に用いられる化合物の分子は、溶液状態において幅広い半値幅を有するフォトルミネッセンススペクトルを示すことから、溶液状態においても会合状態を形成していることが強く示唆されるため、薄膜状態と同等の条件と考えられることから、本発明では、三重項エネルギーについて溶液条件で測定した値を用いることにした。
【００４６】
一重項エネルギーＥｇＳについては、本発明においても通常の手法と同様にして算出されるもので定義される。すなわち、測定対象となる化合物を石英基板上に蒸着して試料を作製し、常温（３００Ｋ）でこの試料の吸収スペクトル（縦軸：吸光度、横軸：波長とする。）を測定する。この吸収スペクトルの長波長側の立ち上がりに対して接線を引き、その接線と横軸との交点の波長値に基づいて、所定の換算式から算出される。また、会合体を形成する場合の、ＥｇＳは、上記Davydov  splitting  modelにおけるＳ１‐ｍ−と基底状態Ｓ０とのエネルギーギャップに対応する。
なお、一重項エネルギーＥｇＳ、及びエネルギーギャップＥｇ７７Ｋの具体的な算出については、後述する。
【００４７】
よって、本発明のホスト材料に、ΔＳＴが上記数式（１）又は（３）で規定する値よりも小さく、好ましくは数式（１１）で規定する値よりも小さいことに加えて、一重項エネルギーＥｇＳが２．９０ｅＶ以上、またはエネルギーギャップＥｇ７７Ｋが２．８５ｅＶ以上である化合物を用いると、燐光発光性ドーパント材料からのエネルギー移動が防止されるので、有機ＥＬ素子の発光効率が向上する。
【００４８】
[２]Δｎ
本発明者は、ホスト材料に、分光エリプソメトリーにおいてシリコン基板面に対して垂直方向の屈折率ｎＺと、シリコン基板面に対して平行方向の屈折率ｎＸとの差Δｎが、所定の大きさであり、かつ一重項エネルギーＥｇＳが所定の大きさ以上である化合物を用いるか、又は、屈折率の差Δｎが、所定の大きさであり、かつ三重項エネルギーＥｇＴが所定の大きさ以上である化合物を用いると、燐光型の有機ＥＬ素子の発光効率が向上することを見出した。
ここでのΔｎとは、分光エリプソメトリー測定（測定範囲：２００ｎｍ〜１０００ｎｍ）において、消衰係数が０．００１以下の領域において、シリコン基板面に対して垂直方向の屈折率ｎＺと、シリコン基板に対して平行方向の屈折率ｎＸとの差を取ったものである。分光エリプソメトリーの測定範囲として、具体的には、波長が６００ｎｍ〜８００ｎｍの範囲であることが好ましい。本願では、Δｎは、波長７００ｎｍでの値とした。
【００４９】
本発明者は、ΔＳＴを小さくする手段の一つとして会合体を形成する化合物を用いることを見出し、Δｎが大きい化合物は、当該化合物の膜内において会合体を形成し易いことを見出した。Δｎの大きさと会合体の形成し易さとの関連性は、次のように推測される。
シリコン基板面に対して垂直方向ｚと平行方向ｘの屈折率ｎに大きな違いが生じる場合は、薄膜状態において、分子が、ある程度の規則性を有する状態で存在していることを意味していると考えられる。すなわち、本発明のホスト材料に用いる化合物は、所定の大きさのΔｎを有する化合物であり、薄膜状態において会合体を形成し、ある程度の規則性を有して存在していると推測される。
一方で、このΔｎが非常に小さい化合物、例えば、ＣＢＰやＡｌｑ３などは、薄膜状態において分子が全く規則性を有していないアモルファス状態で存在している。
Δｎの大きさと会合体の形成し易さとの関連性については、例えば、
文献６：D. Yokoyama et al., Org. Electron. 10, 127-137(2009)、
文献７：D. Yokoyama et al., Appl. Phys. Lett. 93, 173302 (2008)、
文献８：D. Yokoyama et al., Appl. Phys. Lett. 95, 243303 (2009)、
の文献に記載されている。
【００５０】
上記数式（５）又は数式（７）で規定するように、Δｎが０．０４よりも大きい化合物は、膜内で会合体を形成し易く、会合体形成によりΔＳＴが小さくなる。そして、ΔＳＴが小さくなると、ホスト材料と隣接する電子輸送層とのエネルギー差が小さくなり、その結果、発光層に電子が注入しやすくなり、有機ＥＬ素子の駆動電圧を下げることができる。
【００５１】
本発明において、ホスト材料に用いる化合物は、このΔｎに関する条件に加えて、一重項エネルギーＥｇＳ、及び三重項エネルギーＥｇＴに関して、上記［１］で説明したものと同様の条件を満たす。
よって、本発明のホスト材料に、Δｎが０．０４よりも大きいことに加えて、一重項エネルギーＥｇＳが２．９０ｅＶ以上、またはエネルギーギャップＥｇ７７Ｋが２．８５ｅＶ以上である化合物を用いると、燐光発光性ドーパント材料からのエネルギー移動が防止されるので、有機ＥＬ素子の発光効率が向上する。
【００５２】
[３]半値幅
本発明者は、ホスト材料に、フォトルミネッセンススペクトルの半値幅が所定の大きさであり、かつ一重項エネルギーＥｇＳが所定の大きさ以上である化合物を用いるか、又は、フォトルミネッセンススペクトルの半値幅が所定の大きさであり、かつ三重項エネルギーＥｇＴが所定の大きさ以上である化合物を用いると、燐光型の有機ＥＬ素子の発光効率が向上することを見出した。
本発明者は、ΔＳＴを小さくする手段の一つとして会合体を形成する化合物を用いることを見出し、フォトルミネッセンススペクトルの半値幅が大きい化合物は、当該化合物の膜内において会合体を形成し易いことを見出した。フォトルミネッセンススペクトルの半値幅の大きさと会合体の形成し易さとの関連性は、次のように推測される。
会合体を形成せずに主として１分子状態で存在する性質の化合物については、励起一重項状態における振動準位の存在が少なく、その結果、フォトルミネッセンススペクトルの半値幅が狭く観測される。例えば、ＣＢＰは、主として１分子状態で存在する性質を有し、フォトルミネッセンススペクトルの半値幅の大きさは、５０ｎｍ程度と比較的狭い。
一方、会合体を形成し易い化合物については、複数の分子が電子的に影響しあう事により、励起一重項状態に多くの振動準位が存在する。この結果、各振動準位から基底状態に緩和する状態が多くなるので、フォトルミネッセンススペクトルの半値幅が大きくなる。
【００５３】
そして、フォトルミネッセンススペクトルの半値幅が大きい化合物は、会合体を形成し易いことから、上記［１］と同様に、ΔＳＴが小さい化合物である。ΔＳＴが小さくなると、ホスト材料と隣接する電子輸送層とのエネルギー差が小さくなり、その結果、発光層に電子が注入しやすくなり、有機ＥＬ素子の駆動電圧を下げることができる。
【００５４】
ホスト材料に用いる化合物は、この半値幅に関する条件に加えて、上記［１］と同様に一重項エネルギーＥｇＳが２．９０ｅＶ以上、またはエネルギーギャップＥｇ７７Ｋが２．８５ｅＶ以上であるので、燐光発光性ドーパント材料からのエネルギー移動が防止されて、発光効率が向上する。
【００５５】
上記［１］〜［３］のとおり、本発明の有機ＥＬ素子のホスト材料に用いる化合物をΔＳＴ、Δｎ又は半値幅に基づいて選択すると、その化合物の一形態としては、会合体を形成し易いものであった。
ΔＳＴ、Δｎ又は半値幅に関する条件に加えて、一重項エネルギーＥｇＳ、又は、三重項エネルギーＥｇ７７Ｋが所定の大きさ以上である化合物からホスト材料に用いる化合物を選択すると、有機ＥＬ素子の発光効率が向上した。
【００５６】
本発明のホスト材料に用いる化合物は、発光層においてすべての分子が会合体を形成するものに限られない。例えば、一部の分子は、会合体を形成せずに、単独でも存在し、会合体と非会合体とが混在した状態で発光層中に存在するものでもよい。
また、発光層において会合体を形成せずとも、ΔＳＴが小さい化合物であれば本発明のホスト材料として使用できる。
【００５７】
本発明のホスト材料に用いる化合物は、上記特定の条件を満たす他に、上記化学式（１）から（８）までに示す骨格のうち少なくともいずれかを有することが好ましい。
【００５８】
本発明のホスト材料に用いる化合物の具体例を次に示すが、本発明のホスト材料は、これらに限定されない。
【００５９】
【化２】
2012099219.tif 000004
【００６０】
本発明のホスト材料に用いるΔＳＴの小さな化合物の例としては、分子内でドナー要素とアクセプター要素とを結合した化合物であり、さらに電気化学的な安定性（酸化還元安定性）を考慮し、ΔＳＴが０．３ｅＶ〜０．４ｅＶの化合物が挙げられる。
好ましいドナー要素は、カルバゾール構造、アリールアミン構造等である。
好ましいアクセプター要素は、アジン環部位、アザ芳香族環、アザ含酸素環、ＣＮ置換芳香族環、ケトン含有環等である。
ドナー要素とアクセプター要素とを結合するとは各種、連結基で結合することを意味する。好ましい連結基は、単結合、フェニレン構造、メタビフェニレン構造である。本発明の開示に基づき、量子化学的な考察を加え、さらに最適化を行うことにより、ΔＳＴが０．３ｅＶより小さい化合物も本発明のホスト材料として充分使用可能になる。
【００６１】
また、より好ましい化合物は、分子の励起状態で形成される双極子（ダイポール）が互いに相互作用し、交換相互作用エネルギーが小さくなるような会合体を形成する化合物である。本発明者の検討によれば、このような化合物は、双極子（ダイポール）の方向がおおよそ揃い、分子の相互作用により、さらにΔＳＴが小さくなり得る。このような場合、ΔＳＴは、０〜０．３ｅＶと極めて小さくなり得る。
【００６２】
本発明では、上記のとおり、発光層のドーパント材料に燐光発光性のドーパント材料を用いる。
燐光発光性ドーパント材料の三重項エネルギーＥｇＴＤと、ホスト材料のエネルギーギャップＥｇ７７Ｋとの差ΔＴが、上記数式（１２）の関係を満たすことが好ましい。上記数式（１２）のように、ΔＴが０．２０ｅＶより大きいと三重項励起子の閉じ込め効率が向上する。
発光層において、ホスト材料と燐光発光性ドーパント材料との比率は、質量比で９９：１以上５０：５０以下であることが好ましい。
【００６３】
燐光発光性ドーパント材料は、金属錯体を含有するものが好ましい。該金属錯体としては、イリジウム（Ｉｒ），白金（Ｐｔ），オスミウム（Ｏｓ），金（Ａｕ），レニウム（Ｒｅ）、およびルテニウム（Ｒｕ）から選択される金属原子と配位子とを有するものが好ましい。特に、配位子と金属原子とが、オルトメタル結合を形成していることが好ましい。
燐光発光性ドーパント材料としては、燐光量子収率が高く、発光素子の外部量子効率をより向上させることができるという点で、イリジウム（Ｉｒ），オスミウム（Ｏｓ）および白金（Ｐｔ）から選ばれる金属を含有する化合物であると好ましく、イリジウム錯体、オスミウム錯体、白金錯体などの金属錯体であるとさらに好ましく、中でもイリジウム錯体および白金錯体がより好ましく、オルトメタル化イリジウム錯体が最も好ましい。また、発光効率などの観点からフェニルキノリン、フェニルイソキノリン、フェニルピリジン、フェニルピリミジン、フェニルピラジンおよびフェニルイミダゾールから選択される配位子から構成される有機金属錯体が好ましい。
燐光発光性ドーパント材料の具体例を次に示すが、これらに限定されない。
【００６４】
【化３】
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【００６５】
【化４】
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【００６６】
【化５】
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【００６７】
【化６】
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【００６８】
【化７】
2012099219.tif 000009
【００６９】
発光層の厚さ寸法は、好ましくは５ｎｍ以上５０ｎｍ以下、より好ましくは７ｎｍ以上５０ｎｍ以下、最も好ましくは１０ｎｍ以上５０ｎｍ以下である。５ｎｍ未満では発光層形成が困難となり、色度の調整が困難となるおそれがあり、５０ｎｍを超えると駆動電圧が上昇するおそれがある。
【００７０】
（基板）
本発明の有機ＥＬ素子は、透光性の基板上に作製する。この透光性基板は、有機ＥＬ素子を構成する陽極、有機化合物層、陰極等を支持する基板であり、４００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の可視領域の光の透過率が５０％以上で平滑な基板が好ましい。
透光性基板としては、ガラス板やポリマー板などが挙げられる。
ガラス板としては、特にソーダ石灰ガラス、バリウム・ストロンチウム含有ガラス、鉛ガラス、アルミノケイ酸ガラス、ホウケイ酸ガラス、バリウムホウケイ酸ガラス、石英などを原料として用いてなるものを挙げられる。
またポリマー板としては、ポリカーボネート、アクリル、ポリエチレンテレフタレート、ポリエーテルサルファイド、ポリサルフォンなどを原料として用いてなるものを挙げることができる。
【００７１】
（陽極および陰極）
有機ＥＬ素子の陽極は、正孔を発光層に注入する役割を担うものであり、４．５ｅＶ以上の仕事関数を有することが効果的である。
陽極材料の具体例としては、酸化インジウム錫合金（ＩＴＯ）、酸化錫（ＮＥＳＡ）、酸化インジウム亜鉛酸化物、金、銀、白金、銅などが挙げられる。
発光層からの発光を陽極側から取り出す場合、陽極の可視領域の光の透過率を１０％より大きくすることが好ましい。また、陽極のシート抵抗は、数百Ω／□（Ω／ｓｑ。オーム・パー・スクウェア。）以下が好ましい。陽極の厚さ寸法は、材料にもよるが、通常１０ｎｍ以上１μｍ以下、好ましくは１０ｎｍ以上２００ｎｍ以下の範囲で選択される。
【００７２】
陰極としては、発光層に電子を注入する目的で、仕事関数の小さい材料が好ましい。
陰極材料は特に限定されないが、具体的にはインジウム、アルミニウム、マグネシウム、マグネシウム−インジウム合金、マグネシウム−アルミニウム合金、アルミニウム−リチウム合金、アルミニウム−スカンジウム−リチウム合金、マグネシウム−銀合金などが使用できる。
陰極も、陽極と同様に、蒸着法などの方法で、例えば、電子輸送層や電子注入層上に薄膜を形成できる。また、陰極側から、発光層からの発光を取り出す態様を採用することもできる。発光層からの発光を陰極側から取り出す場合、陰極の可視領域の光の透過率を１０％より大きくすることが好ましい。
陰極のシート抵抗は、数百Ω／□以下が好ましい。
陰極の厚さ寸法は、材料にもよるが、通常１０ｎｍ以上１μｍ以下、好ましくは５０ｎｍ以上２００ｎｍ以下の範囲で選択される。
【００７３】
（正孔注入・輸送層）
正孔注入・輸送層は、発光層への正孔注入を助け、発光領域まで輸送する層であって、正孔移動度が大きく、イオン化エネルギーが小さい化合物が用いられる。
正孔注入・輸送層を形成する材料としては、より低い電界強度で正孔を発光層に輸送する材料が好ましく、例えば、芳香族アミン化合物が好適に用いられる。
【００７４】
（電子注入・輸送層）
電子注入・輸送層は、発光層への電子の注入を助け、発光領域まで輸送する層であって、電子移動度が大きい化合物が用いられる。
電子注入・輸送層に用いられる化合物としては、例えば、分子内にヘテロ原子を１個以上含有する芳香族ヘテロ環化合物が好ましく用いられ、特に含窒素環誘導体が好ましい。含窒素環誘導体としては、含窒素６員環もしくは５員環骨格を有する複素環化合物が好ましい。
【００７５】
本発明の有機ＥＬ素子において、電子輸送層を有する場合、当該電子輸送層の電子移動度は、電界強度５００（Ｖ／ｃｍ）１／２において、５×１０−６ｃｍ２／Ｖｓ以上であることが好ましい。このような電子移動度であれば、発光層への電子注入が促進され、有機ＥＬ素子の駆動電圧が低下する。
【００７６】
本発明の有機ＥＬ素子において、発光層以外の有機化合物層には、上述の例示した化合物以外に、従来の有機ＥＬ素子において使用される公知のものの中から任意の化合物を選択して用いることができる。
【００７７】
本発明の有機ＥＬ素子の各層の形成方法としては、上記で特に言及した以外には制限されないが、真空蒸着、スパッタリング、プラズマ、イオンプレーティングなどの乾式成膜法や、スピンコーティング、ディッピング、フローコーティング、インクジェットなどの湿式成膜法などの公知の方法を採用することができる。
【００７８】
本発明の有機ＥＬ素子の各有機層の厚さ寸法は、上記で特に言及した以外には制限されないが、一般に膜厚が薄すぎるとピンホール等の欠陥が生じやすく、逆に厚すぎると高い印加電圧が必要となり効率が悪くなるため、通常は数ｎｍから１μｍの範囲が好ましい。
【００７９】
［変形例］
なお、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変更、改良などは、本発明に含まれるものである。
【００８０】
例えば、発光層の陽極側に電子障壁層を、発光層の陰極側に正孔障壁層を、それぞれ設けてもよい。これにより、電子や正孔を発光層に閉じ込めて、発光層における励起子の生成確率を高めることができる。
【００８１】
また、発光層は、１層に限られず、複数の発光層が積層されていてもよい。有機ＥＬ素子が複数の発光層を有する場合、少なくとも１つの発光層が本発明で規定する上記ホスト材料と燐光発光性ドーパント材料とを含んでいればよく、その他の発光層が蛍光発光型の発光層であっても、燐光発光型の発光層であってもよい。
また、有機ＥＬ素子が複数の発光層を有する場合、これらの発光層が互いに隣接して設けられていてもよいし、その他の層（例えば、電荷発生層）を介して積層されていてもよい。
【００８２】
その他、本発明の実施における具体的な構造および形状などは、本発明の目的を達成できる範囲で他の構造などとしてもよい。
【実施例】
【００８３】
以下、本発明に係る実施例を説明するが、本発明はこれらの実施例によって限定されない。【００８４】
使用した化合物は、以下のとおりである。【００８５】
【化８】
2012099219.tif 000010
【００８６】
【化９】
2012099219.tif 000011
【００８７】
【化１０】
2012099219.tif 000012
【００８８】
＜化合物の合成＞
〔合成例１〕  ＧＨ−１の合成
アルゴン雰囲気下、特開２０１０−１８０２０４号公報に記載の方法に従って合成した中間体Ａ（２．３ｇ、１１ｍｍｏｌ）、国際公開第２００３／０８０７６０号（ＷＯ０３／０８０７６０  Ａ１）に記載の方法に従って合成した中間体Ｂ（３．９ｇ、１０ｍｍｏｌ）、トリス（ジベンジリデンアセトン）ジパラジウム（０．１８ｇ、０．２ｍｍｏｌ）、トリ−ｔ−ブチルホスホニウムテトラフルオロほう酸塩（０．１２ｇ、０．４ｍｍｏｌ）、ｔ-ブトキシナトリウム（１．３５ｇ、１４ｍｍｏｌ）、無水トルエン（８０ｍＬ）を順次加えて８時間加熱還流した。
室温まで反応液を冷却した後、有機層を分離し、有機溶媒を減圧下で留去した。得られた残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフィーにて精製し、化合物ＧＨ−１（２．８ｇ、収率５４％）を得た。
ＦＤ−ＭＳ（フィールドディソープションマススペクトル。以下、ＦＤ−ＭＳと略記する。）分析の結果、分子量５１５に対してｍ／ｅ＝５１５であった。
以下に化合物ＧＨ−１の合成スキームを示す。【００８９】
【化１１】
2012099219.tif 000013
【００９０】
〔合成例２〕  ＧＨ−２の合成
３−ブロモベンズアルデヒド（１８．４ｇ、１００ｍｍｏｌ）をエタノール（５００ｍＬ）に溶かし、ベンズアミジン塩酸塩（３１．２ｇ、２００ｍｍｏｌ）、水酸化ナトリウム（８ｇ、２００ｍｍｏｌ）を加えて８時間加熱還流した。室温まで反応液を冷却した後、トルエンと水を加えて有機層を分離し、有機溶媒を減圧下で留去した。得られた残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフィーにて精製し、中間体Ｃ（９．３ｇ、収率２４％）を得た。
アルゴン雰囲気下、中間体Ｃ（１．５ｇ、３．９ｍｍｏｌ）、欧州特許出願公開第１９７２６１９号明細書（ＥＰ１９７２６１９  Ａ１）に記載の方法に従って合成した中間体Ｄ（１．６g、３．９ｍｍｏｌ）、トリス（ジベンジリデンアセトン）ジパラジウム（０．０７１ｇ、０．０７８ｍｍｏｌ）、トリ−ｔ−ブチルホスホニウムテトラフルオロほう酸塩（０．０９１ｇ、０．３１ｍｍｏｌ）、ｔ-ブトキシナトリウム（０．５３ｇ、５．５ｍｍｏｌ）、無水トルエン（２０ｍＬ）を順次加えて８時間加熱還流した。
室温まで反応液を冷却した後、有機層を分離し、有機溶媒を減圧下で留去した。得られた残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフィーにて精製し、化合物ＧＨ−２（２．３ｇ，収率８２％）を得た。
ＦＤ−ＭＳ分析の結果、分子量７１５に対してｍ／ｅ＝７１５であった。
以下に化合物ＧＨ−２の合成スキームを示す。【００９１】
【化１２】
2012099219.tif 000014
【００９２】
＜化合物の評価＞
(1)一重項エネルギーＥｇＳ
一重項エネルギーＥｇＳは、以下の方法により求めた。
測定対象化合物を石英基板上に蒸着して試料を作製し、常温（３００Ｋ）でこの試料の吸収スペクトルを測定した。吸収スペクトルは、縦軸を吸光度、横軸を波長とした。この吸収スペクトルの長波長側の立ち上がりに対して接線を引き、その接線と横軸との交点の波長値λedge［ｎｍ］を求めた。この波長値を次に示す換算式でエネルギー値に換算した値をＥｇＳとした。
換算式：ＥｇＳ［ｅＶ］＝１２３９．８５／λedge
吸収スペクトルの測定には、分光光度計（日立製、Ｕ３３１０）を用いた。
測定した化合物は、ＧＨ−１、ＧＨ−２、ＧＨ−３、及びＣＢＰである。各化合物のＥｇＳの測定結果を表１に示す。【００９３】
(2)エネルギーギャップＥｇ７７Ｋ、及び三重項エネルギーＥｇＴＤ
Ｅｇ７７Ｋ、及びＥｇＴＤは、以下の方法により求めた。
各化合物を、公知の燐光測定法(例えば、「光化学の世界」(日本化学会編・1993)50頁付近に記載の方法)により測定した。具体的には、各化合物を溶媒に溶解(試料１０［μmol/リットル］、ＥＰＡ(ジエチルエーテル:イソペンタン:エタノール=５：５：５（容積比）、各溶媒は分光用グレード)し、燐光測定用試料とした。石英セルへ入れた燐光測定用試料を７７［Ｋ］に冷却し、励起光を燐光測定用試料に照射し、波長を変えながら燐光強度を測定した。燐光スペクトルは、縦軸を燐光強度、横軸を波長とした。
この燐光スペクトルの短波長側の立ち上がりに対して接線を引き、その接線と横軸との交点の波長値λedge［ｎｍ］を求めた。この波長値を次に示す換算式でエネルギー値に換算した値をＥｇ７７Ｋ又はＥｇＴＤとした。
換算式：Ｅｇ７７Ｋ［ｅＶ］＝１２３９．８５／λedge
：ＥｇＴＤ［ｅＶ］＝１２３９．８５／λedge
燐光の測定には、（株）日立ハイテクノロジー製のＦ−４５００形分光蛍光光度計本体と低温測定用オプション備品を用いた。なお、測定装置はこの限りではなく、冷却装置及び低温用容器と、励起光源と、受光装置とを組み合わせることにより、測定してもよい。
Ｅｇ７７Ｋを測定した化合物は、ＧＨ−１、ＧＨ−２、ＧＨ−３、及びＣＢＰである。各化合物のＥｇ７７Ｋの測定結果を表１に示す。
ＥｇＴＤを測定した化合物は、Ｉｒ(ｐｐｙ)３、及びＩｒ(Ｐｈ−ｐｐｙ)３である。各化合物のＥｇＴＤの測定結果は、次のとおりである。
Ｉｒ(ｐｐｙ)３        ：  ２．６２［ｅＶ］
Ｉｒ(Ｐｈ−ｐｐｙ)３  ：  ２．５４［ｅＶ］【００９４】
(3)ΔＳＴ
ΔＳＴは、上記(1)、及び(2)で測定したＥｇＳとＥｇ７７Ｋとの差として求めた（上記式（１）、及び（３）参照）。結果を表１に示す。【００９５】
(4)ΔＴ
ΔＴは、上記(1)、及び(2)で測定したＥｇ７７ＫとＥｇＴＤとの差として求めた（上記数式（１２）参照）。結果を表２に示す。【００９６】
(5)Δｎ
Δｎは、分光エリプソメトリーにて測定した各化合物の屈折率に基づいて算出した。分光エリプソメトリーは、薄膜の光学定数（屈折率ｎや消衰係数ｋ）や膜厚を測定する方法である。
本発明では、多入角高速分光エリプソメータ（Ｊ．Ａ．Ｗｏｏｌｌａｍ社製、Ｍ−２０００Ｄ）を用いた。図４に分光エリプソメトリー測定の一例を示す。図４Ａは、光源からの入射光の入射角度を示し、図４Ｂは、測定対象となるシリコン基板上の有機薄膜を断面図で示す。
各化合物をシリコン基板（Si(100)）上に蒸着し、厚さ１００ｎｍの有機薄膜を形成した。シリコン基板上の有機薄膜に対し、光源からの入射光の入射角度を４５度から８０度まで５度間隔で、さらに波長を２４５ｎｍから１０００ｎｍまで１．６ｎｍ間隔で変えながら光を照射し、エリプソパラメーターψおよびΔを測定した。得られたパラメータに対し、解析ソフトＷＶＡＳＥ３２(Ｊ．Ａ．Ｗｏｏｌｌａｍ社製)を用いて一括解析を行う事で、膜の光学異方性を調べた。膜の光学定数（屈折率ｎや消衰係数ｋ）の異方性が、膜内における分子配向の異方性を反映する。詳細な測定方法・解析方法は、上記文献６〜８に記載されている。
Δｎは、シリコン基板面に対して垂直方向ｚと平行方向ｘの屈折率ｎの差として求めた（上記数式（５）、及び（７）参照）。シリコン基板面に対する垂直方向ｚ、及び平行方向ｘについては、図４（Ａ）に示す。
Δｎを測定した化合物は、ＧＨ−１、ＧＨ−２、ＧＨ−３であり、ＣＢＰに関しては以下の文献９から引用した。
文献９：横山大輔ら、有機ＥＬ討論会  第６回例会予稿集、Ｓ２−２，ｐ５〜６
各化合物のΔｎの結果を表１に示す。【００９７】
(6)半値幅
フォトルミネッセンススペクトルの半値幅は、次のようにして求めた。
各化合物を溶媒（ジクロロメタン）に溶解(試料１０［μmol/リットル］)し、蛍光測定用試料とした。石英セルへ入れた蛍光測定用試料に室温（３００［Ｋ］）で励起光を照射し、波長を変えながら蛍光強度を測定した。フォトルミネッセンススペクトルは、縦軸を蛍光強度、横軸を波長とした。蛍光の測定に用いた装置は、（株）日立ハイテクノロジー製のＦ−４５００形分光蛍光光度計である。
このフォトルミネッセンススペクトルから半値幅（単位は、ｎｍ。）を測定した。
半値幅を測定した化合物は、ＧＨ−１、ＧＨ−２、ＧＨ−３、及びＣＢＰである。各化合物の半値幅の測定結果を表１に示す。【００９８】
【表１】
2012099219.tif 000015
【００９９】
会合体を形成し難い化合物として知られるＣＢＰは、ΔＳＴについて、前記数式（１）又は（３）の関係を満たさず、Δｎについて前記数式（５）又は（７）の関係を満たさず、フォトルミネッセンススペクトルの半値幅について７５ｎｍよりも小さいことが分かった。【０１００】
(7)電子移動度
インピーダンス分光法を用いて電子移動度評価を行った。基板上に陽極としてＡｌ、その上に電子輸送層に用いる材料、その上にＬｉＦ、続けて陰極としてＡｌを積層することにより電子オンリーデバイスを作製し、１００ｍＶの交流電圧を乗せたＤＣ電圧を印加し複素モジュラスを測定した。モジュラスの虚部が最大となる周波数をｆｍａｘ（Ｈｚ）としたとき、応答時間Ｔ（秒）をＴ＝１／２／π／ｆｍａｘとして算出し、この値を用いて電子移動度の電界強度依存性を決定した。
電子移動度を測定した化合物は、ＥＴ−１、及びＡｌｑ３である。電界強度が５００（Ｖ／ｃｍ）１／２の時の電子移動度の測定結果は、次のとおりである。
ＥＴ−１  ：１×１０−５ｃｍ２／Ｖｓ
Ａｌｑ３    ：３×１０−６ｃｍ２／Ｖｓ【０１０１】
＜有機ＥＬ素子の作製、及び評価＞
有機ＥＬ素子を以下のように作製し、評価した。【０１０２】
〔実施例１〕
２５ｍｍ×７５ｍｍ×１．１ｍｍ厚のＩＴＯ透明電極（陽極）付きガラス基板（ジオマティック社製）をイソプロピルアルコール中で超音波洗浄を５分間行なった後、ＵＶオゾン洗浄を３０分間行なった。
洗浄後の透明電極ライン付きガラス基板を真空蒸着装置の基板ホルダーに装着し、まず透明電極ラインが形成されている側の面上に透明電極を覆うようにして化合物ＨＩ−１を蒸着し、膜厚５ｎｍの化合物ＨＩ−１膜を形成した。このＨＩ−１膜は、正孔注入層として機能する。
このＨＩ−１膜の成膜に続けて、化合物ＨＴ−１を蒸着し、ＨＩ−１膜上に膜厚１２０ｎｍのＨＴ−１膜を成膜し、さらに化合物ＨＴ−２を蒸着し、ＨＴ−１膜上に膜厚４６．５ｎｍのＨＴ−２膜を成膜した。これらのＨＴ−１膜、及びＨＴ−２膜は、正孔輸送層として機能する。
このＨＴ−２膜上に化合物ＧＨ−１（ホスト材料）および化合物Ｉｒ(ｐｐｙ)３（燐光発光性ドーパント材料）を共蒸着し、膜厚４０ｎｍの発光層を成膜した。ドーパント材料濃度は、１０質量％とした。
この発光層上に電子輸送性化合物であるＥＴ−１、及びＬｉｑを共蒸着して、膜厚２０ｎｍの電子輸送層を形成した。Ｌｉｑ濃度は、５０質量％とした。
この電子輸送層上にＬｉｑを蒸着して、膜厚１ｎｍのＬｉｑ膜を形成した。
このＬｉｑ膜上に金属Ａｌを蒸着して、膜厚８０ｎｍの金属陰極を形成した。
このようにして、実施例１の有機ＥＬ素子を作製した。
実施例１の有機ＥＬ素子の素子構成を略式的に示すと、次のとおりである。
ITO/HI-1(5)/HT-1(120)/HT-2(46.5)/GH-1:Ir(ppy)3(40,10%)/ET-1:Liq(20,50%)/Liq(1)/Al(80)
なお、括弧内の数字は、膜厚（単位：ｎｍ）を示す。また、同じく括弧内において、パーセント表示された数字は、発光層におけるリン光発光性ドーパント材料等のように、添加される成分の割合(質量％)を示す。【０１０３】
〔実施例２〜４、及び比較例１〜２〕
実施例２〜４、及び比較例１〜２の有機ＥＬ素子については、表２に示すように発光層の化合物を変更した以外は、実施例１の有機ＥＬ素子と同様に作製した。
なお、表２には、表１に示した測定結果の一部を比較のために再び示した。【０１０４】
【表２】
2012099219.tif 000016
【０１０５】
〔有機ＥＬ素子の評価〕
作製した有機ＥＬ素子について、発光効率の評価を行った。結果を表２に示す。
発光効率（電流効率）の測定は、次のようにして行った。
電流密度が１０ｍＡ／ｃｍ２となるように素子に電圧を印加し、そのときの分光放射輝度スペクトルを分光放射輝度計（コミカミノルタ社製、ＣＳ−１０００）にて計測した。得られた分光放射輝度スペクトルから、発光効率（単位：ｃｄ／Ａ）を算出した。【０１０６】
表２に示すように、実施例１〜４の有機ＥＬ素子は、比較例１〜２の有機ＥＬ素子よりも発光効率が優れていることが分かった。
ここで、比較例１〜２の有機ＥＬ素子のホスト材料ＧＨ−３は、ΔＳＴが０．４ｅＶよりも小さく、Δｎが０．０４よりも大きく、フォトルミネッセンススペクトルの半値幅が７５ｎｍよりも大きいが、ＥｇＳが２．９ｅＶよりも小さく、Ｅｇ７７Ｋが２．８５ｅＶよりも小さいため、本発明のホスト材料に用いられる化合物の条件を満たさない。そのため、発光効率が実施例よりも劣る結果となった。
以上より、高発光効率の燐光型の有機ＥＬ素子を得るためには、発光層に用いるホスト材料は、ＧＨ−１やＧＨ−２のように、ΔＳＴ、Δｎ又はフォトルミネッセンススペクトルの半値幅に関する上記条件を満たすだけでなく、さらにＥｇＳやＥｇ７７Ｋが大きい化合物から選択することが重要であることが分かった。また、このような化合物をホスト材料に用いた発光層に対して、Ａｌｑ３よりも大きい電子移動度を有するＥＴ−１を用いた電子輸送層を隣接させた場合も、高い発光効率を示すことが分かった。【０１０７】
〔実施例５〕
実施例５の有機ＥＬ素子を次のように作製した。
２５ｍｍ×７５ｍｍ×１．１ｍｍ厚のＩＴＯ透明電極（陽極）付きガラス基板（ジオマティック社製）をイソプロピルアルコール中で超音波洗浄を５分間行なった後、ＵＶオゾン洗浄を３０分間行なった。
洗浄後の透明電極ライン付きガラス基板を真空蒸着装置の基板ホルダーに装着し、まず透明電極ラインが形成されている側の面上に透明電極を覆うようにして化合物ＨＩ−１を蒸着し、膜厚５ｎｍの化合物ＨＩ−１膜を形成した。このＨＩ−１膜は、正孔注入層として機能する。
このＨＩ−１膜の成膜に続けて、化合物ＨＴ−１を蒸着し、ＨＩ−１膜上に膜厚９０ｎｍのＨＴ−１膜を成膜し、さらに化合物ＨＴ−２を蒸着し、ＨＴ−１膜上に膜厚４６．５ｎｍのＨＴ−２膜を成膜した。これらのＨＴ−１膜、及びＨＴ−２膜は、正孔輸送層として機能する。
このＨＴ−２膜上に化合物ＰＢＨ−１（ホスト材料）および化合物ＰＢＤ−１（燐光発光性ドーパント材料）を共蒸着し、膜厚３０ｎｍの発光層を成膜した。ドーパント材料濃度は、２０質量％とした。
この発光層上に化合物ＰＢＨ−１を蒸着し、膜厚５ｎｍのＰＢＨ−１膜を形成した。
次に、このＰＢＨ−１膜上に化合物ＥＴ−１、及びＬｉｑを共蒸着して、膜厚３０ｎｍの電子輸送層を形成した。Ｌｉｑ濃度は、５０質量％とした。
この電子輸送層上にＬｉｑを蒸着して、膜厚１ｎｍのＬｉｑ膜を形成した。
このＬｉｑ膜上に金属Ａｌを蒸着して、膜厚８０ｎｍの金属陰極を形成した。
このようにして、実施例５の有機ＥＬ素子を作製した。
実施例５の有機ＥＬ素子の素子構成を略式的に示すと、次のとおりである。
ITO/HI-1(5)/HT-1(90)/HT-2(46.5)/PBH-1:PBD-1(30,20%)/PBH-1(5)/ET-1:Liq(30,50%)/Liq(1)/Al(80)
なお、括弧内の数字は、膜厚（単位：ｎｍ）を示す。また、同じく括弧内において、パーセント表示された数字は、発光層におけるリン光発光性ドーパント材料等のように、添加される成分の割合(質量％)を示す。
以下に化合物ＧＨ−１の合成スキームを示す。【０１０８】
実施例５では、すでに示した化合物の他、次に示す化合物を用いた。【０１０９】
【化１３】
2012099219.tif 000017
【０１１０】
＜化合物の合成＞
〔合成例３〕  ＰＢＨ−１の合成
アルゴン雰囲気下、国際公開第２００９／００８１００号（WO2009/008100 A1）に記載の方法に従って合成した中間体Ｅ（３．３ｇ、１０ｍｍｏｌ）、特開２０１０-１８０２０４号公報に記載の方法に従って合成した中間体Ｆ（６．１ｇ、３０ｍｍｏｌ）、トリス（ジベンジリデンアセトン）ジパラジウム（０．３７ｇ、０．４ｍｍｏｌ）、トリ−ｔ−ブチルホスホニウムテトラフルオロほう酸塩（０．４６ｇ、１．６ｍｍｏｌ）、ｔ-ブトキシナトリウム（７．７ｇ、８０ｍｍｏｌ）、無水トルエン５０ｍｌを順次加えて８時間加熱還流攪拌した。
反応溶液を減圧下で濃縮して得られた残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフィー（ヘキサン/トルエン=７／３（体積比））で精製した。さらにヘキサンを用いて再結晶により精製することにより、化合物ＰＢＨ−１（４．０ｇ、収率６９％）を白色固体として得た。
ＦＤ−ＭＳ分析の結果、分子量５８２（計算値）に対してｍ／ｅ＝５８２（実測値）であり、化合物ＰＢＨ−１と同定した。【０１１１】
【化１４】
2012099219.tif 000018
【０１１２】
化合物ＰＢＨ−１について、上記と同様にして評価を行った。その結果を表３に示す。【０１１３】
【表３】
2012099219.tif 000019
【０１１４】
また、化合物ＰＢＤ−１について、三重項エネルギーＥｇＴＤを上記と同様にして測定したところ、２．８２ｅＶであった。
実施例５におけるホスト材料である化合物ＰＢＨ−１のＥｇ７７Ｋと、ドーパント材料である化合物ＰＢＤ−１のＥｇＴＤとの差ΔＴは、上記数式（１２）より、次のようになった。
ΔＴ＝Ｅｇ７７Ｋ−ＥｇＴＤ＝３．０５−２．８２＝０．２３［ｅＶ］【０１１５】
作製した実施例５の有機ＥＬ素子について、駆動電圧及び発光効率の評価を行った。結果を表４に示す。【０１１６】
・駆動電圧
電流密度が１０ｍＡ／ｃｍ２となるようにＩＴＯ（陽極）とＡｌ（陰極）との間に通電したときの電圧（単位：Ｖ）を計測した。【０１１７】
・発光効率（電流効率）
電流密度が１０ｍＡ／ｃｍ２となるように素子に電圧を印加し、そのときの分光放射輝度スペクトルを分光放射輝度計（コミカミノルタ社製、ＣＳ−１０００）にて計測した。得られた分光放射輝度スペクトルから、発光効率（単位：ｃｄ／Ａ）を算出した。【０１１８】
【表４】
2012099219.tif 000020
【産業上の利用可能性】
【０１１９】
本発明の有機ＥＬ素子は、表示装置や照明装置における発光素子として利用できる。
【符号の説明】
【０１２０】
１…有機ＥＬ素子、２…基板、３…陽極、４…陰極、５…発光層、６…正孔注入・輸送層、７…電子注入・輸送層、１０…有機化合物層。
【図１】
2012099219.tif 000022
【図２】
2012099219.tif 000023
【図３】
2012099219.tif 000024
【図４Ａ】
2012099219.tif 000025
【図４Ｂ】
2012099219.tif 000026
【国際調査報告】
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2012099219.tif 000028
2012099219.tif 000029
2012099219.tif 000030
2012099219.tif 000031
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