(57)【要約】【課題】有機電界発光素子に用いる有機材料を改良することによって、駆動耐久性に優れかつ高効率な有機電界発光素子を実現すること。【解決手段】一対の電極とその間に挟まれた少なくとも一層の有機層を有する有機電界発光素子であり、下記一般式（１）で表される材料が少なくとも一つの有機層の構成材料として用いる。【化１】2010267998.tif 000010【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の電極とその間に挟まれた少なくとも一層の有機層を有する有機電界発光素子であり、下記一般式（１）で表される材料が少なくとも一つの有機層の構成材料として用いられていることを特徴とする有機電界発光素子。
【化１】
2010267998.tif 000008
（式中、Ａｒ1は次の（Ａ）〜（Ｅ）で表される２価基を表し、
【化２】
2010267998.tif 000009
（式中、Ｒ2は水素原子、アルキル基、アルケニル基、アルコキシ基、ハロゲン原子、アリール基、アラルキル基を表し、ｎは１〜５の整数を表す。Ａｒ2は無置換の芳香族炭化水素基を表し、Ｒ1は水素原子、アルキル基、アルケニル基、アルコキシ基、ハロゲン原子、アリール基、アラルキル基を表す。）
【請求項２】
少なくとも一層の有機層が正孔阻止層であることを特徴とする請求項１記載の有機電界発光素子。
【請求項３】
前記正孔阻止層が請求項１記載の一般式（１）で表される材料を用いた有機層であることを特徴とする請求項２記載の有機電界発光素子。
【請求項４】
少なくとも一層の有機層が電子輸送層であることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の有機電界発光素子。
【請求項５】
前記電子輸送層が請求項１記載の一般式（１）で表される材料を用いた有機層であることを特徴とする請求項４記載の有機電界発光素子。
【請求項６】
少なくとも一層の有機層が発光層であり、前記発光層が正孔輸送層を兼ねていることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の有機電界発光素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、各種の表示装置として広範囲に利用される発光素子であって、安定性に優れかつ高効率な有機電界発光素子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電界発光素子は、自己発光のために液晶素子にくらべて明るく、鮮明な表示が可能であるため、古くから多くの研究者によって研究されてきた。現在実用レベルに達した電界発光素子としては、無機材料のＺｎＳを用いた素子がある。しかし、このような無機の電界発光素子は、発光のための駆動電圧として２００Ｖ以上が必要であるため、広く使用されるには至っていない。
【０００３】
これに対して、有機材料を用いた電界発光素子である有機電界発光素子は、従来、実用的なレベルからはほど遠いものであったが、１９８７年にイーストマン・コダック社のＣ．Ｗ．Ｔａｎｇらによって開発された積層構造素子によりその特性が飛躍的に進歩した。彼らは蒸着膜の構造が安定で電子を輸送することのできる蛍光体からなる層（電子輸送性発光層）と、正孔を輸送することのできる有機物からなる層（正孔輸送層）とを積層し、両方のキャリヤーを蛍光体中に注入して発光させることに成功した。これによって有機電界発光素子の発光効率が向上し、１０Ｖ以下の電圧で１０００ｃｄ／ｍ2以上の発光が得られるようになった。その後、多くの研究者によってその特性向上のための研究が行われ、現在では１００００ｃｄ／ｍ2 以上の発光特性が得られている。
【０００４】
このような有機電界発光素子においては、素子の有機層・電極を構成する有機材料・金属材料によって特性が大きく変化する。特に有機層は、電荷の輸送・再結合・発光といった重要な機能を果たしており、特性の優れた素子を実現するには、それぞれの層の機能に適した材料を選択することが重要である。また、使用する材料の特性に応じた素子構成を用いることは特性の優れた素子を得るために重要である。
【０００５】
発光層用の材料としては数多くの化合物群が検討されている。また、製膜性に優れた材料の中に蛍光性の色素を少量分散させた膜を発光層として用いることにより、素子の高効率化、長寿命化および発光色の調整をすることも検討されている。この手法は、単独では結晶化しやすい、あるいは濃度消光を起こしやすい蛍光色素に対して非常に有効である。
【０００６】
電荷輸送層は、正孔輸送層と電子輸送層に大別される。それぞれ、電極からの電荷の注入を容易にし、注入された電荷を発光領域まで輸送するという働きをする。正孔輸送層のための材料としては、陽極からの正孔の注入を容易にするため、ＨＯＭＯレベルの小さく、かつ正孔輸送性の強い材料が使用される。具体的には、トリフェニルアミン誘導体が一般的に用いられている。一方、電子輸送層としては、正孔輸送性に比べて電子輸送性の強い材料が使用される。具体的には、オキサジアゾール誘導体やトリス（８−ヒドロキシキノリラト）アルミニウム（Ａｌｑ3）などに代表されるキノリノール金属錯体などが検討されている。しかし、これらの材料は結晶性が高かったり、可視光の領域に吸収を有しているなど、電子輸送層の材料として充分な特性が得られていなかった。
【０００７】
また、電荷輸送層と発光層に用いる材料の組み合わせによっては、電圧印加時に発光層からの発光と同時に、電荷輸送層からの発光が観測される場合がある。このような現象は初期特性の低下や連続駆動時の発光色変化を引き起こす原因となりうる。電荷輸送層からの発光を抑制するために、発光層と電荷輸送層の間に正孔阻止層あるいは電子阻止層の挿入することが検討されている。正孔阻止層は、正孔が発光層から電子輸送層に注入されることを、電子阻止層は、電子が発光層から正孔輸送層に注入されることをそれぞれ抑制している。このような働きをする層が挿入されることにより、電荷輸送層での電荷の再結合が起こらなくなり、電荷輸送層からの発光が抑制される。また、このような機能を果たす層を構成する材料として、これまでにもいくつか検討されている。特に正孔阻止層に関しては、トリアゾール誘導体（特許文献１）、アルミニウム混合配位子錯体、アルミニウム二核錯体（特許文献２）などが検討されている。しかし、いずれの材料も膜の安定性に欠けるために素子の安定性を大きく損なったり、正孔を阻止する機能が不十分であるなど、満足な特性が得られていなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平７−４１７５９号公報
【特許文献２】特開平１１−４０３６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、有機電界発光素子に用いる有機材料を改良することによって、駆動耐久性に優れかつ高効率な有機電界発光素子を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、一対の電極とその間に挟まれた少なくとも一層の有機層を有する有機電界発光素子であり、下記一般式（１）で表される材料が少なくとも一つの有機層の構成材料として用いられていることを特徴とするものであり、この材料を有機電界発光素子に用いることにより高効率の素子が得られるという作用を有する。
【化１】
2010267998.tif 000002
（式中、Ａｒ1は次の（Ａ）〜（Ｅ）で表される２価基を表し、
【化２】
2010267998.tif 000003
（式中、Ｒ2は水素原子、アルキル基、アルケニル基、アルコキシ基、ハロゲン原子、アリール基、アラルキル基を表し、ｎは１〜５の整数を表す。Ａｒ2は無置換の芳香族炭化水素基を表し、Ｒ1は水素原子、アルキル基、アルケニル基、アルコキシ基、ハロゲン原子、アリール基、アラルキル基を表す。）
【００１１】
また、本発明は、上記有機電界発光素子の少なくとも一層の有機層が正孔阻止層であることを特徴とするものであり、正孔が発光層から電子輸送層に注入されることを抑制できるという作用を有する。
【００１２】
また、本発明は、前記正孔阻止層が一般式（１）で表される材料を用いた有機層であることを特徴とするものであり、正孔阻止層の構成材料として、従来の材料に比べ、膜の安定性、正孔のブロッキング性に優れた材料を用いることにより、素子の効率が向上すると共に耐久性が向上するという作用を有する。
【００１３】
また、本発明は、上記有機電界発光素子の少なくとも一層の有機層が電子輸送層であることを特徴とするものであり、電極から注入された電子を発光領域まで効率よく輸送できるという作用を有する。
【００１４】
また、本発明は、前記電子輸送層が一般式（１）で表される材料を用いた有機層であることを特徴とするものであり、電子輸送層の構成材料として、エネルギーギャップの大きい上記材料を用いることにより、電子輸送層からの発光を抑制し特性を向上させるという作用を有する。
【００１５】
また、本発明は、少なくとも一層の有機層が発光層であり、前記発光層が正孔輸送層を兼ねていることを特徴とするものであり、構成が簡単で製造の容易な有機電界発光素子を実現できるという作用を有する。
【発明の効果】
【００１６】
本発明は、上記一般式（１）のベンゾイミダゾール誘導体を有機電界発光素子の有機層の構成材料として用いることにより、駆動耐久性に優れ、高効率で、かつ所望の有機層を発光させることが可能な有機電界発光素子を実現できるという有利な効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明における有機電界発光素子の一実施の形態を示す模式断面図
【図２】本発明における有機電界発光素子の別の実施の形態を示す模式断面図
【図３】本発明の化合物（２）を測定した１３Ｃ−ＮＭＲスペクトル図
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて具体的に説明する。
（実施の形態１）
図１は本発明による有機電界発光素子の一形態を示す断面図である。基板１上に陽極２を形成し、その上に正孔輸送層３、発光層４、正孔阻止層５、電子輸送層６、陰極７を形成したものである。
【００１９】
基板１の材質としては、ガラスが一般的であるが、ＰＥＴなどのプラスティックフィルムを用いることも可能である。 陽極２は、正孔注入電極として作用するため、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）、金など仕事関数の大きい材料を用いるのが望ましい。正孔輸送層３には、前述の通り、トリフェニルアミン誘導体などのＨＯＭＯレベルが小さい正孔輸送性の強い材料が使用される。発光層４には、各種の蛍光材料が用いられている。また２種類以上の蛍光材料を混合して発光層４として用いることもできる。正孔阻止層５としては、正孔輸送性の低い材料を用いるのが望ましく、膜厚は１ｎｍ以上あればよい。この層に本発明のベンゾイミダゾール誘導体を用いることにより、より特性の優れた有機電界発光素子を得ることができる。電子輸送層６には、前述の通り、電子輸送性の強い材料を使用する。陰極７には、電子の注入を容易にするため、仕事関数の小さい金属を使用するが、安定性を増すために２種類以上の金属を合金化して用いてもよい。
【００２０】
（実施の形態２）
図２は本発明による有機電界発光素子の別の一形態を示す断面図である。基板１１上に陽極１２を形成し、その上に正孔輸送層１３、発光層１４、電子輸送層１６、陰極１７を形成したものである。
【００２１】
基板１１、陽極１２、正孔輸送層１３、発光層１４、陰極１７には、実施の形態１で説明した基板１、陽極２、正孔輸送層３、発光層４、陰極７と同様な材料を用いることができる。電子輸送層１６としては、本発明によるベンゾイミダゾール誘導体を用いることにより、より特性の優れた有機電界発光素子を得ることができる。
【００２２】
なお、以上の説明では正孔輸送層、発光層、電子輸送層がそれぞれ一層から構成される例で説明したが、２つの層の有する機能を１つの層で兼ねる場合や、各層が複数の材料から構成される場合も同様に実施可能である。また、新たな機能を有する層を挿入することも可能である。
【実施例】
【００２３】
以下、より具体的な本発明の実施例について代表的に説明する。これらによって本発明は限定されないことは言うまでもない。
【００２４】
合成例１
１，１'−（４，４'−ビフェニレン）−ビス（２-フェニルベンゾイミダゾール）の合成５０ｍｌフラスコに２−フェニルベンゾイミダゾール２．５ｇ、ジヨードビフェニル２．４ｇ、炭酸カリウム０．９ｇ、銅粉０．２ｇ、ｎ−ヘプタデカン２０ｍｌを入れ、窒素雰囲気下に４０時間加熱還流攪拌した。熱ろ過を行った後、路駅を蒸留してｎ−ヘプタデカンを回収した。残さをシリカゲルカラムで精製して、化合物（２）である１，１'−(４，４'−ビフェニレン)−ビス(２−フェニルベンゾイミダゾール)０．３ｇを得た。融点は２７５〜２９７℃であった。
【化３】
2010267998.tif 000004
得られた白色粉体をエレクトロン励起マススペクトルで分析したところ、化合物（２）に相当する分子量５３８の親ピークが検出された。さらに１３Ｃ−ＮＭＲで化学構造を分析した。測定結果は図３の通りであった。１３Ｃ−ＮＭＲにより１５個の芳香族炭素を検出した（１１０．３０，１１９．９２，１２３．０７，１２３．４０，１２７．７６，１２８．２８，１２８．３２，１２９．４０，１２９．４３，１２９．７６，１３６．５５，１３６．９３，１３９．６５，１４２．９０，１５２．２０ｐｐｍ）。以上のマススペクトルおよび１３Ｃ−ＮＭＲの結果を総合して、白色粉体の構造が化合物（２）の通りであると同定した。
【００２５】
実施例１
基板１にはガラス上に透明な陽極２としてインジウム錫酸化膜（ＩＴＯ）をあらかじめ形成し、電極の形にパターニングしたもの用いた。この基板を充分に洗浄した後、蒸着する材料と一緒に真空装置内にセットし、１０4Ｐａまで排気した。その後、正孔輸送層３を兼ねる発光層４としてN,N'-ビス[4'-(N,N-ジフェニルアミノ)-4-ビフェニリル]-N,N'-ジフェニルベンジジン（ＴＰＴ）を５０ｎｍ製膜した。その後、正孔阻止層５として上記化合物（２）を２５ｎｍ製膜した。さらに、電子輸送層６としてＡｌｑ3を２５ｎｍ製膜した後、陰極７としてＡｌＬｉ合金を１５０ｎｍの厚さで製膜し、素子を作成した。これらの製膜は一度も真空を破ることなく、連続して行った。なお、膜厚は水晶振動子によってモニターした。素子作製後、直ちに乾燥窒素中で電極の取り出しを行い、引き続き特性測定を行った。得られた素子に電圧を印加したところ、均一な青色の発光が得られた。１０ｍＡ／ｃｍ2の電流を印加した場合の駆動電圧ならびに発光輝度を測定したところ、駆動電圧８．７Ｖ、発光輝度は３１ｃｄ／ｍ2であった。この素子を乾燥窒素中において、初期輝度３０ｃｄ／ｍ2で連続駆動（定電流）したところ、一時間以上発光が持続した。
【００２６】
実施例２
基板１にはガラス上に透明な陽極２としてインジウム錫酸化膜（ＩＴＯ）をあらかじめ形成し、電極の形にパターニングしたもの用いた。この基板を充分に洗浄した後、蒸着する材料と一緒に真空装置内にセットし、１０4Ｐａまで排気した。その後、正孔輸送層３としてＴＰＴを５０ｎｍ、発光層４として化合物（３）を２５ｎｍ製膜した。
【化４】
2010267998.tif 000005
その後、正孔阻止層５として化合物（２）を５ｎｍ製膜した。さらに、電子輸送層６としてＡｌｑ3を２５ｎｍ製膜した後、陰極７としてＡｌＬｉ合金を１５０ｎｍの厚さで製膜し、素子を作成した。これらの製膜は一度も真空を破ることなく、連続して行った。なお、膜厚は水晶振動子によってモニターした。素子作製後、直ちに乾燥窒素中で電極の取り出しを行い、引き続き特性測定を行った。得られた素子に電圧を印加したところ、均一な緑青色の発光が得られた。１０ｍＡ／ｃｍ2の電流を印加した場合の駆動電圧ならびに発光輝度を測定したところ、駆動電圧４．６Ｖ、発光輝度は８７ｃｄ／ｍ2であった。この素子を乾燥窒素中において、初期輝度３０ｃｄ／ｍ2で連続駆動（定電流）したところ、一時間以上発光が持続した。
【００２７】
比較例１
正孔阻止層５にトリアゾール誘導体（４）を用いたこと以外は実施例２と同様に素子を作成した。
【化５】
2010267998.tif 000006
得られた素子に電圧を印加したところ、均一な青色の発光が得られた。１０ｍＡ／ｃｍ2の電流を印加した場合の駆動電圧ならびに発光輝度を測定したところ、駆動電圧１０．１Ｖ、発光輝度は２８ｃｄ／ｍ2であった。この素子を乾燥窒素中において、初期輝度３０ｃｄ／ｍ2で連続駆動（定電流）したところ、駆動開始後４５分で電極間が短絡し発光しなくなった。
【００２８】
実施例１と実施例２および比較例１の結果より、実施例１および実施例２の電界発光素子は、比較例１の電界発光素子に比べて駆動耐久性に優れ、高効率であり、かつ所望の有機層を発光させる利点を有することが明らかになった。
【００２９】
実施例３
基板１１にはガラス上に透明な陽極１２としてインジウム錫酸化膜（ＩＴＯ）をあらかじめ形成し、電極の形にパターニングしたもの用いた。この基板を充分に洗浄した後、蒸着する材料と一緒に真空装置内にセットし、１０4Ｐａまで排気した。正孔輸送層１３を兼ねる発光層１４としてＴＰＴを５０ｎｍ製膜した。その後、電子輸送層１６として上記化合物（２）を５０ｎｍ製膜した後、陰極１７としてＡｌＬｉ合金を１５０ｎｍの厚さで製膜し、素子を作成した。これらの製膜は一度も真空を破ることなく、連続して行った。なお、膜厚は水晶振動子によってモニターした。素子作製後、直ちに乾燥窒素中で電極の取り出しを行い、引き続き特性測定を行った。得られた素子に電圧を印加したところ、均一な青色の発光が得られた。１０ｍＡ／ｃｍ2の電流を印加した場合の駆動電圧ならびに発光輝度を測定したところ、駆動電圧１３Ｖ、発光輝度は１０ｃｄ／ｍ2であった。
【００３０】
比較例２
電子輸送層１６としてオキサジアゾール誘導体（５）を用いたこと以外は実施例２と同様に素子を作成した。
【化６】
2010267998.tif 000007
得られた素子に電圧を印加したところ、均一な水色の発光が得られた。ＥＬスペクトルを測定したところ、正孔輸送層１３を兼ねる発光層１４であるＴＰＴではなく、電子輸送層１６のオキサジアゾール誘導体（５）が発光していることが分かった。
【００３１】
実施例３および比較例２の結果より、実施例３の電界発光素子は比較例２の電界発光素子に比べて高効率であり、かつ所望の有機層を発光させることができるという利点が明らかになった。
【符号の説明】
【００３２】
１、１１ 基板
２、１２ 陽極
３、１３ 正孔輸送層
４、１４ 発光層
５ 正孔阻止層
６、１６ 電子輸送層
７、１７ 陰極
【図１】
2010267998.tif 000011
【図２】
2010267998.tif 000012
【図３】
2010267998.tif 000013