(57)【要約】      （修正有）【課題】発光効率、膜安定性に優れた有機ＥＬ素子。【解決手段】発光層４に、下記一般式（１）で表される低分子材料が含まれている有機ＥＬ素子を用いる。2010027681.tif 000018【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の対向する電極と、前記電極間に配置される単層または多層の有機薄膜層と、を有し、前記有機薄膜層のうち少なくとも一層が発光層である有機ＥＬ素子であって、
前記発光層に、スピロビフルオレンの任意の位置に置換または無置換カルバゾールが２つ結合している下記一般式（１）で表される低分子材料が含まれていることを特徴とする有機ＥＬ素子。
【化１】
2010027681.tif 000015
上記一般式（１）中、Ｒ１〜Ｒ１６は同一であっても独立していてもよい置換基であって、水素原子、直鎖状アルキル基、分岐状アルキル基、アリール基のいずれかである。
【請求項２】
前記発光層に、上記一般式（１）で表される低分子材料であって、スピロビフルオレンの所定の位置に置換または無置換カルバゾールが２つ結合している下記一般式（２）で表される低分子材料が含まれていることを特徴とする請求項１に記載の有機ＥＬ素子。
【化２】
2010027681.tif 000016
上記一般式（２）中、Ｒ１〜Ｒ１６は同一であっても独立していてもよい置換基であって、水素原子、直鎖状アルキル基、分岐状アルキル基、アリール基のいずれかである。
【請求項３】
前記発光層が、上記一般式（１）または（２）で表される低分子材料からなるホスト材料に、蛍光または燐光を発する発光材料からなるゲスト材料を添加してなることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の有機ＥＬ素子。
【請求項４】
前記ゲスト材料が、白金またはイリジウム原子と芳香族炭化水素を含む配位子とからなる燐光性金属錯体であることを特徴とする請求項３に記載の有機ＥＬ素子。
【請求項５】
前記燐光性金属錯体が、イリジウムと配位子フェニルピリジンとからなる下記一般式（３）で表されるイリジウム錯体であることを特徴とする請求項４に記載の有機ＥＬ素子。
【化３】
2010027681.tif 000017
上記一般式（３）中、Ｒ１７〜Ｒ２４は同一であっても独立していてもよい置換基であって、水素原子、直鎖状アルキル基、分岐状アルキル基、アリール基、フェニルピリジンのベンゼン環またはピリジン環に縮合した芳香環のいずれかである。Ｌは、フェニルピリジン以外の配位子である。ｎは１〜３の整数、ｍは０〜４の整数である。
【請求項６】
前記一対の電極および前記有機薄膜層が可撓性基板上に形成されてなることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の有機ＥＬ素子。
【請求項７】
前記有機薄膜層が溶液塗布法により形成されてなることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の有機ＥＬ素子。
【請求項８】
複数の赤色、緑色および青色発光を呈する有機ＥＬ素子が格子状に配列されて複数の画素とされてなる有機ＥＬディスプレイであって、
前記複数の赤色、緑色および青色発光を呈する有機ＥＬ素子の少なくともいずれか１つが、請求項１〜７のいずれか１項に記載の有機ＥＬ素子であることを特徴とする有機ＥＬディスプレイ。
【請求項９】
前記複数の画素がそれぞれ２個の有機薄膜トランジスタを有することを特徴とする請求項８に記載の有機ＥＬディスプレイ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機ＥＬ素子および有機ＥＬディスプレイに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
有機電界発光素子（以下、有機ＥＬ素子）は、低電圧で高輝度・高効率の発光が得られるため、次世代表示素子としての応用が期待されている。
有機ＥＬ素子は、電界発光現象（Ｅｌｅｃｔｒｏｌｕｍｉｎｅｓｅｎｃｅ：ＥＬ）を用いた自発光型の発光デバイスであり、原理的にはＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）と似ているが、発光材料として有機材料を用いているところが異なる。
【０００３】
有機ＥＬ素子は、現在、実用化への観点から、一層の低電圧化と発光効率の更なる向上が求められている。
有機ＥＬ素子の発光効率を向上させる手法の一つとして、三重項励起子の利用を挙げることができる。有機ＥＬ素子では、その発光層内で正孔と電子が再結合して一重項励起子と三重項励起子を１：３の割合で生成した後、それらのエネルギー失活過程で放射失活することにより発光すると考えられている。なお、一重項励起子からの放射失活は蛍光であり、三重項励起子からの放射失活は燐光である。
【０００４】
従来の有機ＥＬ素子では、三重項励起子のエネルギー失活過程においては、三重項励起子の励起寿命が長いため、放射失活よりも無輻射の熱失活が優先的に起こっていた。従って、一重項励起子からの放射失活のみを発光として利用し、三重項励起子からの放射を発光に利用していなかった。
【０００５】
これに対し、非特許文献１に示すように、Ｐｒｉｎｃｅｔｏｎ大の研究グループは、燐光材料を発光層に用いた有機ＥＬ素子について調べ、燐光材料を発光層に用いた有機ＥＬ素子が蛍光材料を発光層に用いた有機ＥＬ素子に比較して高い発光効率を示すことを報告した。従来利用しなかった三重項励起子を利用することによると考えられ、原理的には、このように三重項励起子を利用することにより、生成した励起子を全て発光に用いることができる。
【０００６】
そこで、近年、燐光材料を発光層に用いた有機ＥＬ素子の研究が活発に行われている。有機ＥＬ素子に適した燐光材料としては、白金やイリジウムなどの重金属を中心に有する錯体を挙げることができ、典型的な緑色の燐光材料としてｔｒｉｓ（２−ｐｈｅｎｙｌｐｙｒｉｄｉｎｅ）ｉｒｉｄｉｕｍなどが報告されている。
【０００７】
しかし、燐光材料を発光層に用いた有機ＥＬ素子は、その研究がまた端緒についたばかりであり、発光効率の向上、駆動電圧の低減、色純度の向上および素子構造の最適化など未解決の課題が多く残っている。特に、高電流・高輝度領域において、安定的に高い発光効率が得られていない。
【０００８】
特に、次世代表示素子として有機ＥＬ素子の実用化を考える際には、低電流・低輝度領域から高電流・高輝度領域にわたって、安定的に高い発光効率を示す有機ＥＬ素子が求められる。それを実現するために、低電圧駆動が可能な高発光効率・長寿命の燐光材料が求められているとともに、燐光材料を発光層に用いた有機ＥＬ素子の材料と素子構造の最適化などが検討されている。
【０００９】
また、大画面ディスプレイまたは／および高精細ディスプレイとして有機ＥＬ素子からなる有機ＥＬディスプレイを利用する場合を考えると、スピンコート法、インクジェット法、印刷法などの溶液を用いたウェットプロセスにより有機層、特に発光層を成膜することできると製造工程などの点で好適となる。
【００１０】
ウェットプロセスに適用できる発光材料としては、各種の低分子材料および高分子材料が広く研究されている。
一般に、高分子材料よりも低分子材料のほうが合成や精製が容易であるため、有機ＥＬ素子の発光材料として優れた材料として多くの低分子材料が発表されており、いくつかの低分子材料を用いた有機ＥＬ素子は優れた発光効率や寿命特性を示している。しかし、低分子材料はウェットプロセスで成膜すると結晶化しやすいという問題点がある。そのため、ウェットプロセスで成膜することができる結晶化しない低分子材料の開発も重要な課題である。
【特許文献１】国際公開第０１／０７２９２７号パンフレット
【非特許文献１】Ｍ．Ａ．バルドーら（Ｍ．Ａ．Ｂａｌｄｏ  ｅｔ  ａｌ），アプライド．フィジックス．レターズ（Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．），７５，４（１９９９）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、上記事情を鑑みてなされたもので、低電流・低輝度領域から高電流・高輝度領域にわたって高い発光効率を示し、膜安定性に優れた有機ＥＬ素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
有機ＥＬ素子の発光層がホスト材料に燐光性のゲスト材料を添加させた混合体により構成される場合は、有機ＥＬ素子に電圧を印加すると、以下の過程でゲスト材料の三重項励起子からの放射失活（燐光発光）が生じると考えられる。
（１） 発光層への正孔・電子の注入。
（２） 正孔・電子の再結合によるホスト励起子生成（ホスト材料の一重項励起子および三重項励起子生成）。
（３） ホスト材料からゲスト材料への励起エネルギーの移動（ゲスト材料への一重項励起子および三重項励起子移動）。
（４） ゲスト材料の三重項励起子生成。
（５） ゲスト材料の三重項励起子の放射失活（燐光発光）。
【００１３】
上記以外のエネルギー失活過程として、ゲスト材料で正孔あるいは電子のトラップと再結合が起こる過程も考えられる。各段階のエネルギー移動および発光は、三重項励起子からの無輻射の熱失活などのように、上記のエネルギー失活過程を阻害する様々な他のエネルギー失活過程との間の競争状態でなされる。
【００１４】
有機ＥＬ素子の発光効率を高めるためには、三重項励起子からの無輻射の熱失活などのような他のエネルギー失活過程を取り除くことが良い。
その方法としては、たとえば、発光量子収率の高い発光材料をゲスト材料に用いることにより、励起子の放射失活をすばやく行うことにより、有機ＥＬ素子の発光効率を向上させることができる。また、有機ＥＬ素子の発光層でゲスト材料の周りを取り巻くホスト材料を最適なものとすることにより、ホスト材料からゲスト材料への励起エネルギーの移動効率を高めて、有機ＥＬ素子の発光効率を向上させることができる。さらにまた、ホスト材料のキャリア輸送性を高めることにより、発光層への正孔・電子の注入効率および正孔・電子の再結合によるホスト励起子生成効率を高めることができ、有機ＥＬ素子の発光効率を向上させることができる。
このように、有機ＥＬ素子の発光効率向上のためには、有機ＥＬ素子の発光層のホスト材料およびゲスト材料の選択は極めて重要である。
【００１５】
また、有機ＥＬ素子の耐久性の観点からは、高い膜安定性を有するホスト材料が求められる。さらに、ウェットプロセスによる有機ＥＬ素子の形成の観点からは、有機溶媒に対して高い溶解性を有し、この溶液を塗布することにより均一な膜を形成することができる成膜性の高いホスト材料が求められる。
【００１６】
燐光材料をゲストに用いる有機ＥＬ素子におけるホスト材料としては、非特許文献１に記載のＮ，Ｎ’−ジカルバゾリルビフェニル（ＣＢＰ）や、特許文献１に記載のカルバゾール骨格を有する低分子材料などが知られている。
しかし、これらの材料を用いた有機ＥＬ素子では、高輝度・高電流領域において発光効率が低下する問題があった。さらに、ウェットプロセスで一般的な低分子材料を溶解させた溶液を用いて成膜した場合には、形成した膜が結晶化する問題があった。
【００１７】
本発明者らは鋭意検討を重ねた結果、スピロビフルオレンに２つのカルバゾール誘導体を連結させた化合物を発光層の材料に用いることにより、上記目的を達成できることを明らかにした。
スピロビフルオレンに２つのカルバゾール誘導体を連結させた化合物は、剛直でねじれ構造を有するスピロビフルオレンを有するために耐熱性や膜の安定性が高い。
また、この化合物は、スピロビフルオレンとカルバゾールという２つのキャリア輸送性に優れた分子構造を有するので、有機ＥＬ素子の駆動に不可欠なキャリア輸送性を向上させることができる。
この化合物をホスト材料として用い、蛍光材料または燐光材料をゲスト材料としてこれに添加（ドープ）することにより、低電流・低輝度領域から高電流・高輝度領域にわたって高い発光効率を示し、膜安定性に優れた有機ＥＬ素子を実現できることを明らかにした。
【００１８】
また、この化合物をホスト材料として用い、蛍光材料または燐光材料をゲスト材料として混合して溶媒に溶解させた溶液を用いることにより、溶液塗布法により均一で安定性に優れる薄膜を形成することができた。その結果、この溶液を用いて溶液塗布法により作成した有機ＥＬ素子においても、低電流・低輝度領域から高電流・高輝度領域にわたって高い発光効率を示し、膜安定性に優れた有機ＥＬ素子を実現できることを明らかにした。
以上の結果をもとに、本発明を完成するに至った。
【００１９】
上記の目的を達成するために、本発明は以下の構成を採用した。すなわち、
本発明の有機ＥＬ素子は、一対の対向する電極と、前記電極間に配置される単層または多層の有機薄膜層と、を有し、前記有機薄膜層のうち少なくとも一層が発光層である有機ＥＬ素子であって、前記発光層に、スピロビフルオレンの任意の位置に置換または無置換カルバゾールが２つ結合している下記一般式（１）で表される低分子材料が含まれていることを特徴とする。
【００２０】
【化１】
2010027681.tif 000002
【００２１】
上記一般式（１）中、Ｒ１〜Ｒ１６は同一であっても独立していてもよい置換基であって、水素原子、直鎖状アルキル基、分岐状アルキル基、アリール基のいずれかである。
【００２２】
本発明の有機ＥＬ素子は、前記発光層に、上記一般式（１）で表される低分子材料であって、スピロビフルオレンの所定の位置に置換または無置換カルバゾールが２つ結合している下記一般式（２）で表される低分子材料が含まれていることを特徴とする。
【００２３】
【化２】
2010027681.tif 000003
【００２４】
上記一般式（２）中、Ｒ１〜Ｒ１６は同一であっても独立していてもよい置換基であって、水素原子、直鎖状アルキル基、分岐状アルキル基、アリール基のいずれかである。
【００２５】
本発明の有機ＥＬ素子は、前記発光層が、上記一般式（１）または（２）で表される低分子化合物からなるホスト材料に、蛍光または燐光を発する発光材料からなるゲスト材料を添加してなることを特徴とする。
【００２６】
本発明の有機ＥＬ素子は、前記ゲスト材料が、白金またはイリジウム原子と芳香族炭化水素を含む配位子とからなる燐光性金属錯体であることを特徴とする。
【００２７】
本発明の有機ＥＬ素子は、前記燐光性金属錯体が、イリジウムと配位子フェニルピリジンとからなる下記一般式（３）で表されるイリジウム錯体であることを特徴とする。
【００２８】
【化３】
2010027681.tif 000004
【００２９】
上記一般式（３）中、Ｒ１７〜Ｒ２４は同一であっても独立していてもよい置換基であって、水素原子、直鎖状アルキル基、分岐状アルキル基、アリール基、フェニルピリジンのベンゼン環またはピリジン環に縮合した芳香環のいずれかである。Ｌは、フェニルピリジン以外の配位子である。ｎは１〜３の整数、ｍは０〜４の整数である。
【００３０】
本発明の有機ＥＬ素子は、前記一対の電極および前記有機薄膜層が可撓性基板上に形成されてなることを特徴とする。
【００３１】
本発明の有機ＥＬ素子は、前記有機薄膜層が溶液塗布法により形成されてなることを特徴とする。
【００３２】
本発明の有機ＥＬディスプレイは、複数の赤色、緑色および青色発光を呈する有機ＥＬ素子が格子状に配列されて複数の画素とされてなる有機ＥＬディスプレイであって、前記複数の赤色、緑色および青色発光を呈する有機ＥＬ素子の少なくともいずれか１つが、先に記載の有機ＥＬ素子であることを特徴とする。
【００３３】
本発明の有機ＥＬディスプレイは、前記複数の画素がそれぞれ２個の有機薄膜トランジスタを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００３４】
上記の構成によれば、低電流・低輝度領域から高電流・高輝度領域にわたって高い発光効率を示し、膜安定性に優れた有機ＥＬ素子を提供することができる。
【００３５】
本発明の有機ＥＬ素子は、一対の対向する電極と、電極間に配置される単層または多層の有機薄膜層と、を有し、有機薄膜層のうち少なくとも一層が発光層である有機ＥＬ素子であって、発光層に、スピロビフルオレンの任意の位置に置換または無置換カルバゾールが２つ結合している上記一般式（１）で表される低分子材料が含まれている構成なので、剛直でねじれ構造を有するスピロビフルオレンを有するために耐熱性や膜の安定性が高く、スピロビフルオレンとカルバゾールという２つのキャリア輸送性に優れた分子構造を有するためにキャリア輸送性が向上された有機ＥＬ素子とすることができ、この材料をホスト材料として用い、蛍光材料または燐光材料をゲスト材料としてこれに添加（ドープ）することにより、低電流・低輝度領域から高電流・高輝度領域にわたって高い発光効率を示し、膜安定性に優れた有機ＥＬ素子を実現できる。
【００３６】
本発明の有機ＥＬ素子は、発光層が、上記一般式（１）または（２）で表される低分子化合物からなるホスト材料に、蛍光または燐光を発する発光材料からなるゲスト材料を添加してなる構成なので、低電流・低輝度領域から高電流・高輝度領域にわたって高い発光効率を示し、膜安定性に優れた有機ＥＬ素子を実現できる。
【００３７】
本発明の有機ＥＬ素子は、燐光性金属錯体が、イリジウムと配位子フェニルピリジンとからなる上記一般式（３）で表されるイリジウム錯体である構成なので、低電流・低輝度領域から高電流・高輝度領域にわたって高い発光効率を示し、膜安定性に優れた有機ＥＬ素子を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】
（実施形態１）
以下、本発明の実施形態である有機ＥＬ素子について説明する。
図１は、本発明の実施形態である有機ＥＬ素子の一例を示す概略図である。
本発明の実施形態である有機ＥＬ素子１０は、基板１の上に、陽極２、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がこの順序で積層されている。正孔輸送層３、発光層４、正孔阻止層５、電子輸送層６は、有機薄膜層であり、一対の対向する電極２、７に挟持される構造とされている。さらに、これらを覆うように封止用ガラス９が配置され、封止用ガラス９の周縁部と陽極２を配した基板１の周縁部は互いに紫外線硬化樹脂８により接着封止されている。
【００３９】
なお、図では示していないが、陽極２は平面視したときに複数のライン状に形成されているとともに、陰極７が陽極２と直交する複数のライン状に形成されている。これにより、陽極２と陰極７とに電圧を印加することにより、陽極２と陰極７の交差部分で、陽極２から正孔が正孔輸送層３に注入される。前記正孔は、前記正孔輸送層３中を移動した後、発光層４に注入される。一方、陰極７からは、電子輸送層６、正孔阻止層５を経て、電子が発光層４に注入される。発光層４中で前記正孔と前記電子とが再結合し、電界発光する構成となっている。
【００４０】
＜基板＞
基板１は、透明な材料が好ましい。ガラス、石英、その他プラスチックフィルムなどを例示することができる。
基板１として、たとえば、プラスチックフィルムなどの可撓性基板を用い、その上に一対の電極２，７および有機薄膜層３、４、５、６を形成した場合には、画像表示部を容易に変形することのできるフレキシブル有機ＥＬ素子とすることができる。
【００４１】
＜陽極＞
陽極２は、透明で導電性の高い材料が好ましい。たとえば、インジウム−錫−酸化物（以下、ＩＴＯ）あるいはインジウム−亜鉛−酸化物（以下、ＩＺＯ）などの導電性透明酸化物を用いることができる。
陽極２を複数のライン状に形成する。ラインの形成は、陽極２の形成の際、マスクを用いて形成するか、もしくは、全面に陽極２を形成した後、レジストを塗布し、ガラスマスクにより露光処理してラインパターンを形成する。
【００４２】
＜正孔輸送層＞
正孔輸送層３の材料としては、正孔輸送性の低分子材料または高分子材料からなる有機材料を用いることができる。
低分子材料としては、α−ＮＰＤなどのベンジジン誘導体などを挙げることができ、真空蒸着法などのドライプロセスにより成膜することができる。
たとえば、真空蒸着法により成膜する場合は、正孔輸送層用材料をるつぼにいれて真空蒸着装置内部に基板と対向するようにセットし、前記真空蒸着装置の内部を減圧した後、るつぼを加熱することにより基板上に正孔輸送層用材料を成膜して、これを正孔輸送層とする。
ウェットプロセスによって素子作製を行う場合には、正孔輸送層３の代わりに正孔注入層を用いてもよい。正孔注入性の高分子材料として、たとえば、ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳを挙げることができる。
【００４３】
＜発光層＞
発光層４は、蛍光または燐光の発光性の低分子材料または高分子材料（ホスト材料）に、蛍光または燐光の発光性の低分子材料（ゲスト材料）などを分散させたホスト−ゲスト構造とすることが好ましい。これにより、発光効率を向上させることができる。また、発光波長を変えることもできる。
【００４４】
＜ホスト材料＞
ホスト材料としては、スピロビフルオレンの任意の位置に置換または無置換カルバゾールが２つ結合している上記一般式（１）で表される低分子材料が好ましい。
上記一般式（１）中、Ｒ１〜Ｒ１６は同一であっても独立していてもよい置換基であって、水素原子、直鎖状アルキル基、分岐状アルキル基、アリール基のいずれかである。
【００４５】
スピロビフルオレンに２つのカルバゾール誘導体を連結させた化合物は、剛直でねじれ構造を有するスピロビフルオレンを有するために耐熱性や膜の安定性が高い。
また、この化合物は、スピロビフルオレンとカルバゾールという２つのキャリア輸送性に優れた分子構造を有するので、有機ＥＬ素子の駆動に不可欠なキャリア輸送性を向上させることができる。
そのため、この化合物をホスト材料として用い、蛍光材料または燐光材料をゲスト材料としてこれに添加（ドープ）することにより、高輝度・高電流領域において高い発光効率を示し、膜安定性に優れた有機ＥＬ素子を実現できる。
【００４６】
上記一般式（１）で表される低分子材料は、具体的には、下記化学構造式（１）−１〜（１）−１２で表される低分子材料である。
【００４７】
【化４】
2010027681.tif 000005
【００４８】
また、ホスト材料としては、上記一般式（１）で表される低分子材料であって、スピロビフルオレンの所定の位置に置換または無置換カルバゾールが２つ結合している下記一般式（２）で表される低分子材料が好ましい。
上記一般式（２）中、Ｒ１〜Ｒ１６は同一であっても独立していてもよい置換基であって、水素原子、直鎖状アルキル基、分岐状アルキル基、アリール基のいずれかである。
一般式（２）に示したような位置にカルバゾールが結合していることにより、膜の安定性の向上と電荷輸送特性の向上がより効果的に実現される。
【００４９】
上記一般式（２）で表される低分子材料は、具体的には、下記化学構造式（２）−１〜（２）−１４で表される低分子材料である。
【００５０】
【化５】
2010027681.tif 000006
【００５１】
【化６】
2010027681.tif 000007
【００５２】
＜ゲスト材料＞
ゲスト材料としては、白金またはイリジウム原子と芳香族炭化水素を含む配位子とからなる燐光性金属錯体が好ましい。
白金またはイリジウム原子と芳香族炭化水素を含む配位子とからなる錯体は量子収率の高い燐光発光を示すためである。
【００５３】
前記燐光性金属錯体が、イリジウムと配位子フェニルピリジンとからなる下記一般式（３）で表されるイリジウム錯体であることが好ましい。
上記一般式（３）中、Ｒ１７〜Ｒ２４は同一であっても独立していてもよい置換基であって、水素原子、直鎖状アルキル基、分岐状アルキル基、アリール基、フェニルピリジンのベンゼン環またはピリジン環に縮合した芳香環のいずれかである。Ｌは、フェニルピリジン以外の配位子である。ｎは１〜３の整数、ｍは０〜４の整数である。
イリジウム錯体の中でも、一般式（３）で表されるイリジウム錯体は極めて量子効率の高い燐光を示す。
【００５４】
上記一般式（３）で表される低分子材料は、具体的には、下記化学構造式（３）−１〜（３）−３６で表される低分子材料である。特に、下記化学構造式（３）−２で表されるＩｒ（ｐｐｙ）３が好ましい。
【００５５】
【化７】
2010027681.tif 000008
【００５６】
【化８】
2010027681.tif 000009
【００５７】
＜ドライプロセスによる発光層形成方法＞
たとえば、真空蒸着法により成膜する場合は、化学構造式（２）−１からなるホスト材料を入れたるつぼと、化学構造式（３）−２のＩｒ（ｐｐｙ）３からなるゲスト材料を入れたるつぼと、を真空蒸着装置内部に基板と対向するようにセットし、前記真空蒸着装置の内部を減圧した後、２つのるつぼを加熱させることにより、基板上に化学構造式（２）−１からなるホスト材料と化学構造式（３）−２のＩｒ（ｐｐｙ）３からなるゲスト材料を質量比９４：６となるように共蒸着して、ホスト−ゲスト構造の発光層４を形成する。
【００５８】
＜ウェットプロセスによる発光層形成方法＞
たとえば、スピンコート法により成膜する場合は、正孔輸送層３を成膜した基板をスピンコーターの所定の位置に配置した後、化学構造式（２）−１で示されるホスト材料と、化学構造式（３）−２で示されるＩｒ（ｐｐｙ）３からなるゲスト材料とを質量比９４：６となるように調整して混合したトルエン溶液を前記基板上に塗布して、所定の回転速度で回転させる。これを乾燥させることにより、膜厚４０ｎｍの発光層とする。
【００５９】
発光層４の膜厚は、１ｎｍ〜５μｍが好ましく、１０ｎｍ〜１μｍがより好ましく、２０〜２００ｎｍが更に好ましい。発光層４の膜厚を上記範囲とすることにより、発光層４に最適な電圧を印加することができ、高輝度・高電流領域において高い発光効率を示させることができる。膜厚が厚すぎる場合には、電圧を十分印加することができず、高輝度の発光得ることができない。また、逆に、膜厚が薄すぎる場合には、容易に膜が破壊する。
【００６０】
＜正孔阻止層＞
正孔阻止層５としては、電子は容易に移動させるが、正孔の移動を阻止できる有機材料が好ましく、たとえば、下記化学構造式（４）で示されるＢＣＰなどを挙げることができる。
このような正孔阻止層５を設けることにより、発光層の電子と正孔の密度を向上させることができ、有機ＥＬ素子の発光特性を向上させることができる。
【００６１】
【化９】
2010027681.tif 000010
【００６２】
＜電子輸送層＞
電子輸送層６としては、電子輸送性の有機材料が好ましく、たとえば、下記化学構造式（５）で示されるＡｌｑなどを挙げることができる。
このような電子輸送層６を設けることにより、発光層の電子と正孔の密度を向上させることができ、有機ＥＬ素子の発光特性を向上させることができる。
【００６３】
【化１０】
2010027681.tif 000011
【００６４】
＜陰極＞
陰極７の材料としては、仕事関数の低い金属が好ましい。仕事関数の低い金属を用いることにより、陰極７から有機層への電子注入障壁を低くすることができ、陰極７から電子を注入させやすくすることができるためである。仕事関数の低い金属としては、たとえば、Ｌｉ、Ｃｓなどのアルカリ金属、Ｃａ、Ｂａ、Ｍｇなどのアルカリ土類金属を例示することができる。
しかしながら、前記仕事関数の低い金属は、空気中の酸素や水分などと反応しやすいので、ＭｇＡｇなどの前記金属を含む合金、あるいはＬｉＦ、ＬｉＯ２、ＣｓＦなどの前記金属を含む化合物などとして形成することが好ましい。あるいは、前記アルカリ金属、アルカリ土類金属の上に、ＡｌもしくはＡｕなどの仕事関数の高い金属を積層して形成することが望ましい。
【００６５】
各有機薄膜層を形成した基板を真空蒸着器のチャンバー内の所定の位置に取り付け、前記基板の表面に複数のライン状の開口部が設けられた金属マスクを配置して前記チャンバー内を減圧状態にした後、金属材料を真空蒸着することによって、複数のライン状の前記金属材料からなる陰極７を前記基板上に形成する。
【００６６】
（実施形態２）
正孔輸送層３の代わりに、正孔注入層を用いた素子構造としてもよい。正孔注入層の材料としては、正孔注入性の低分子材料または高分子材料からなる有機材料を用いることができる。
正孔注入性の高分子材料としては、ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳなどを挙げることができ、スピンコーティング法、インクジェット法などのウェットプロセスなどにより成膜することができる。なお、ＰＥＤＯＴはポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）を示し、ＰＳＳはポリスルホスチレンを示す。
【００６７】
たとえば、インクジェット法により成膜する場合は、ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ、ポリアニリン、ポリチオフェンなどの導電性高分子材料などの正孔注入層用材料を、Ｎ、Ｎ−ジメチルホルムアミド、Ｎ，Ｎ―ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシド、Ｎ−メチル−２−ピロリドン、エチレングリコール、ジエチレングリコール、グリセリンなどの溶媒に混合して正孔注入層用溶液を調整し、それを基板上に吐出した後、これを乾燥して正孔注入層とする。
【００６８】
さらに、有機薄膜層の各層を任意に選択して、素子を形成しても良い。たとえば、有機薄膜層が発光層のみの素子構造としてもよい。
また、有機薄膜層の形成方法は、特に限定されるものではなく、真空蒸着法、電子ビーム法、スパッタリング、分子積層法、スピンコート法、インクジェット法、印刷法などの方法を用いることができる。素子特性および製造の観点から、真空蒸着法、スピンコート法、インクジェット法、印刷法が特に好ましい。特に、将来の大画面、高精細ディスプレイへの有機ＥＬ素子の応用を考慮すると、スピンコート法、インクジェット法、印刷法などの溶液を用いたウェットプロセスが好ましい。
【００６９】
（実施形態３）
まず、矩形状のガラス基板の一面を格子状に区画して、信号線などのための金属配線を形成するとともに、有機ＥＬ素子のための透明電極を配した複数の画素領域を格子状に形成する。また、公知の方法により、各画素領域に２個配置されるように有機薄膜トランジスタを形成する。
図２は、アクティブ駆動の有機ＥＬディスプレイにおける１画素セルの構成例を示す図であって、図２（ａ）は１つの有機ＥＬ素子を用いたディスプレイの１つの画素セルの回路を示す概念図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）の回路の平面視におけるレイアウト図である。
図２に示すように、複数の走査線と複数の信号線との各々の交差する点に、マトリクス状に画素として配置された有機ＥＬ素子を駆動するため、有機ＥＬ素子に対して発光に必要な電流を、電源線から流すドライブＴＦＴ（Ｄｒ）スイッチと、このドライブスイッチをオンする電圧を保持する保持容量に対し、電荷の蓄積及び放電を行うスイッチＴＦＴとに、それぞれ有機薄膜トランジスタを用いる。
【００７０】
次に、真空蒸着法を用いて、各画素領域に赤色発光、緑色発光および青色発光の有機ＥＬ素子を形成して、これらを画素とした。具体的には、赤色発光の画素のホスト材料として化学構造式（２）−１で表される化合物を用い、そのゲスト材料として化学構造式（３）−１４で表されるイリジウム錯体を用い、緑色発光の画素のホスト材料として化学構造式（２）−１で表されるホスト材料を用い、そのゲスト材料として化学構造式（３）−２で表されるＩｒ（ｐｐｙ）３からなるゲスト材料を用い、青色発光の画素のホスト材料として化学構造式（２）−１で表される化合物を用い、そのゲスト材料として化学構造式（３）−３６で表されるイリジウム錯体を用い、前記複数の画素が格子状に配列するように基板上に有機ＥＬ素子を形成して、フルカラー有機ＥＬディスプレイを作製する。ここで、緑色発光を呈する有機ＥＬ素子が、実施形態１の有機ＥＬ素子である。
この有機ＥＬディスプレイに所定の映像信号を送ることにより、フルカラー動画の映像を確認することができる。
【００７１】
本発明の実施形態である有機ＥＬ素子１０は、一対の対向する電極２、７と、電極間２、７に配置される単層または多層の有機薄膜層３、４、５、６と、を有し、有機薄膜層３、４、５、６のうち少なくとも一層が発光層４である有機ＥＬ素子であって、発光層４に、スピロビフルオレンの任意の位置に置換または無置換カルバゾールが２つ結合している上記一般式（１）で表される低分子材料が含まれている構成なので、剛直でねじれ構造を有するスピロビフルオレンを有するために耐熱性や膜の安定性が高く、スピロビフルオレンとカルバゾールという２つのキャリア輸送性に優れた分子構造を有するためにキャリア輸送性が向上された有機ＥＬ素子とすることができ、この材料をホスト材料として用い、蛍光材料または燐光材料をゲスト材料としてこれに添加（ドープ）することにより、低電流・低輝度領域から高電流・高輝度領域にわたって高い発光効率を示し、膜安定性に優れた有機ＥＬ素子を実現できる。
【００７２】
本発明の実施形態である有機ＥＬ素子１０は、発光層４に、上記一般式（１）で表される低分子材料であって、スピロビフルオレンの所定の位置に置換または無置換カルバゾールが２つ結合している上記一般式（２）で表される低分子材料が含まれている構成なので、低電流・低輝度領域から高電流・高輝度領域にわたって高い発光効率を示し、膜安定性に優れた有機ＥＬ素子を実現できる。
【００７３】
本発明の実施形態である有機ＥＬ素子１０は、発光層４が、上記一般式（１）または（２）で表される低分子化合物からなるホスト材料に、蛍光または燐光を発する発光材料からなるゲスト材料を添加してなる構成なので、低電流・低輝度領域から高電流・高輝度領域にわたって高い発光効率を示し、膜安定性に優れた有機ＥＬ素子を実現できる。
【００７４】
本発明の実施形態である有機ＥＬ素子１０は、ゲスト材料が、白金またはイリジウム原子と芳香族炭化水素を含む配位子とからなる燐光性金属錯体である構成なので、低電流・低輝度領域から高電流・高輝度領域にわたって高い発光効率を示し、膜安定性に優れた有機ＥＬ素子を実現できる。
【００７５】
本発明の実施形態である有機ＥＬ素子１０は、燐光性金属錯体が、イリジウムと配位子フェニルピリジンとからなる上記一般式（３）で表されるイリジウム錯体である構成なので、低電流・低輝度領域から高電流・高輝度領域にわたって高い発光効率を示し、膜安定性に優れた有機ＥＬ素子を実現できる。
【００７６】
本発明の実施形態である有機ＥＬ素子１０は、一対の電極２，７および有機薄膜層が可撓性基板上に形成されてなる構成なので、低電流・低輝度領域から高電流・高輝度領域にわたって高い発光効率を示し、膜安定性に優れたフレキシブル有機ＥＬ素子を実現できる。
【００７７】
本発明の実施形態である有機ＥＬ素子１０は、有機薄膜層３、４、５、６が溶液塗布法により形成されてなる構成なので、低電流・低輝度領域から高電流・高輝度領域にわたって高い発光効率を示し、膜安定性に優れた有機ＥＬ素子を備えた大画面のディスプレイを容易に実現できる。
【００７８】
本発明の実施形態である有機ＥＬディスプレイは、複数の赤色、緑色および青色発光を呈する有機ＥＬ素子が格子状に配列されて複数の画素とされてなる有機ＥＬディスプレイであって、前記複数の赤色、緑色および青色発光を呈する有機ＥＬ素子の少なくともいずれか１つが、先に記載の有機ＥＬ素子である構成なので、低電流・低輝度領域から高電流・高輝度領域にわたって高い発光効率を示し、膜安定性に優れた有機ＥＬ素子を備えた有機ＥＬディスプレイに実現できる。
【００７９】
本発明の実施形態である有機ＥＬディスプレイは、前記複数の画素がそれぞれ２個の有機薄膜トランジスタを有する構成なので、低電流・低輝度領域から高電流・高輝度領域にわたって高い発光効率を示し、膜安定性に優れた有機ＥＬ素子を備えた有機ＥＬディスプレイに実現できる。
以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説明する。しかし、本発明はこれらの実施例にのみ限定されるものではない。
【実施例】
【００８０】
（実施例１）
（有機ＥＬ素子の作製）
図１に示す構造の本発明の有機ＥＬ素子を次のようにして作製した。まず、２５×３５ｍｍ角のガラス基板にＩＴＯからなる陽極を形成し、これを複数のライン状にパターニングした。次に、前記陽極の上に、α−ＮＰＤからなる正孔輸送材料を真空蒸着法により成膜して、正孔輸送層を形成した。
次に、前記正孔輸送層上に、化学構造式（２）−１で表されるホスト材料と化学構造式（３）−２で表されるＩｒ（ｐｐｙ）３からなるゲスト材料を質量比９４：６となるように共蒸着して、ホスト−ゲスト構造の発光層を形成した。次に、前記発光層の上に、ＢＣＰからなる正孔阻止材料を真空蒸着法により成膜して、膜厚１０ｎｍの正孔阻止層を形成した。
次に、前記正孔阻止層の上に、Ａｌｑからなる電子輸送材料を真空蒸着法により成膜して、膜厚３０ｎｍの電子輸送層を形成した。次に、前記電子輸送層上に、メタルマスクを用いて、ＬｉＦを０．５ｎｍ成膜した後、Ａｌを１００ｎｍ成膜して、複数のライン状の陰極を形成した。
最後に、窒素ガスで満たされたグローブボックス中で、封止用ガラスの周縁部に紫外線硬化樹脂を塗布した後、有機層を成膜した前記基板の周縁部に貼り合せて、封止を行った。
【００８１】
＜有機ＥＬ素子の素子特性の評価＞    
有機ＥＬ素子のＩＴＯ陽極側に正、アルミニウム陰極側に負となるように電圧を印加して、電流−電圧−輝度特性を測定し、発光スペクトルを観測した。発光スペクトルから、発光ピークが５１６ｎｍとなるゲスト化合物からの緑色の発光が得られた。輝度が１００ｃｄ／ｍ２のときの電圧が５．２Ｖ、外部量子効率が７．４％、電力効率が１６ｌｍ／Ｗであった。輝度が１００００ｃｄ／ｍ２のときの電圧が９．９Ｖ、外部量子効率が７．６％、電力効率が８．８ｌｍ／Ｗであった。
【００８２】
（実施例２）
（有機ＥＬ素子の作製）
正孔輸送層の代わりに以下の正孔注入層を用いたこと及び発光層を以下のようにウェットプロセスで形成したことを除いては、実施例１と同様にして、実施例２の有機ＥＬ素子を作製した。
正孔注入層は、ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ（Ｈ．Ｃ．スタルク社製（Ｈ．Ｃ．Ｓｔａｒｃｋ）、Ｂａｙｔｒｏｎ  Ｐ  ＣＨ８０００、固形分３％、以下、ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ混合水溶液）をスピンコート法で成膜し、１８０℃で乾燥して、膜厚３５ｎｍとして形成した。次に、発光層は、化学構造式（２）−１で表されるホスト材料と、化学構造式（３）−２で表されるＩｒ（ｐｐｙ）３からなるゲスト材料とを質量比９４：６となるように調整し、混合したトルエン溶液を用いて、スピンコート法により膜厚４０ｎｍとして形成した。
【００８３】
＜有機ＥＬ素子の素子特性の評価＞    
有機ＥＬ素子のＩＴＯ陽極側に正、アルミニウム陰極側に負となるように電圧を印加して、電流−電圧−輝度特性を測定し、発光スペクトルを観測した。発光スペクトルから、発光ピークが５１６ｎｍとなるゲスト材料からの緑色の発光が得られた。輝度が１００ｃｄ／ｍ２のときの電圧が６．５Ｖ、外部量子効率が４．２％、電力効率が７．５ｌｍ／Ｗであった。輝度が１００００ｃｄ／ｍ２のときの電圧が１２．０Ｖ、外部量子効率が４．９％、電力効率が４．６ｌｍ／Ｗであった。          
【００８４】
（比較例１）
（有機ＥＬ素子の作製）
発光層のホスト材料として、下記化学構造式（６）で表されるＮ，Ｎ’−ジカルバゾリルビフェニル（ＣＢＰ）を用いた他は実施例１と同様にして、比較例１の有機ＥＬ素子を作製した。
【００８５】
【化１１】
2010027681.tif 000012
【００８６】
＜有機ＥＬ素子の素子特性の評価＞    
有機ＥＬ素子のＩＴＯ陽極側に正、アルミニウム陰極側に負となるように電圧を印加して、電流−電圧−輝度特性を測定し、発光スペクトルを観測した。発光スペクトルから、発光ピークが５１６ｎｍとなるゲスト化合物からの緑色の発光が得られた。輝度が１００ｃｄ／ｍ２のときの電圧が４．６Ｖ、外部量子効率が１１％、電力効率が２８ｌｍ／Ｗであった。輝度が１００００ｃｄ／ｍ２のときの電圧が９．１Ｖ、外部量子効率が６．５％、電力効率が７．９ｌｍ／Ｗであった。          
【００８７】
実施例１と比較例１を比較すると、実施例１の素子は１００ｃｄ／ｍ２の輝度では比較例の素子よりやや効率が低いが、１００００ｃｄ／ｍ２という高輝度の状態で、比較例１の素子よりも外部発光量子効率と電力効率が向上した。これは、実施例１で用いたホスト材料の高い安定性によるものと考えられる。
また、実施例２の結果から、実施例２で用いたホスト材料は、溶液からの塗布法によっても、高効率発光が得られることが分かった。
【００８８】
（実施例３）
（有機ＥＬ素子の作製）
正孔輸送層の成膜の前に、正孔注入層を成膜したこと、ならびに、Ｉｒ（ｐｐｙ）３のかわりに化学構造式（３）−１４で表されるＩｒ（ｐｉｑ）３をゲスト材料として用いたことを除いては、実施例１と同様にして、実施例３の有機ＥＬ素子を作製した。
【００８９】
＜有機ＥＬ素子特性の評価＞
有機ＥＬ素子のＩＴＯ陽極側に正、アルミニウム陰極側に負となるように電圧を印加して、電流−電圧−輝度特性を測定し、発光スペクトルを観測した。発光スペクトルから、発光ピークが６２７ｎｍとなるゲスト材料からの赤色の発光が得られた。輝度が１００ｃｄ／ｍ２のときの電圧が６．４Ｖ、外部量子効率が１１％、電力効率が４．０ｌｍ／Ｗであった。輝度が１００００ｃｄ／ｍ２のときの電圧が１２．５Ｖ、外部量子効率が６．８％、電力効率が１．３ｌｍ／Ｗであった。
【００９０】
（比較例２）
発光層のホスト材料として、ＣＢＰを用いた他は実施例３と同様にして、比較例２の有機ＥＬ素子を作製した。
【００９１】
＜有機ＥＬ素子特性の評価＞
有機ＥＬ素子のＩＴＯ陽極側に正、アルミニウム陰極側に負となるように電圧を印加して、電流−電圧−輝度特性を測定し、発光スペクトルを観測した。発光スペクトルから、発光ピークが６２７ｎｍとなるゲスト材料からの赤色の発光が得られた。輝度が１００ｃｄ／ｍ２のときの電圧が５．９Ｖ、外部量子効率が８．１％、電力効率が３．１ｌｍ／Ｗであった。輝度が１００００ｃｄ／ｍ２のときの電圧が１３．８Ｖ、外部量子効率が５．２％、電力効率が０．８８ｌｍ／Ｗであった。
【００９２】
実施例３と比較例２を比較すると、実施例３の素子は、１００ｃｄ／ｍ２、１００００ｃｄ／ｍ２、いずれの輝度においても、比較例２の素子よりも外部量子効率と電力効率が向上した。これは、実施例３で用いたホスト材料が、赤色材料に対して三重項励起エネルギーの閉じ込め効果が大きくかつ高い安定性を有しているためであると考えられる。
以上の条件および結果について表１と表２にまとめた。
【００９３】
【表１】
2010027681.tif 000013
【００９４】
【表２】
2010027681.tif 000014
【産業上の利用可能性】
【００９５】
本発明は、有機ＥＬ素子に関するものであり、有機ＥＬ素子を利用した発光素子、照明機器、ディスプレイ産業において利用可能性がある。この有機ＥＬ素子は、高輝度・高効率の発光を必要とする様々なデバイス、製品に応用することが可能であり、表示素子、ディスプレイ、バックライト、電子写真、照明光源、露出光源、標識、看板、インテリアなどの分野で好適に使用できる。特に省エネルギーで視認性の高いフラットパネルディスプレイに好適に使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００９６】
【図１】本発明の実施形態である有機ＥＬ素子の一例を説明する図である。
【図２】アクティブ駆動の有機ＥＬディスプレイにおける１画素セルの構成例を示す図である。
【符号の説明】
【００９７】
１…基板、２…陽極、３…正孔輸送層、４…発光層、５…正孔阻止層、６…電子輸送層、７…陰極、８…紫外線硬化樹脂、９…封止ガラス基板、１０…有機ＥＬ素子。
【図１】
2010027681.tif 000019
【図２】
2010027681.tif 000020