(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
陽極と、発光層と、電子輸送帯域と、陰極とをこの順に備え、
前記発光層は、ホストと、蛍光発光性ドーパントとを含み、
前記蛍光発光性ドーパントの三重項エネルギーＥＴｄ（ｅＶ）が前記ホストの三重項エネルギーＥＴｈ（ｅＶ）より大きく、
前記電子輸送帯域内に、前記発光層に隣接して障壁層が設けられ、
前記障壁層は、芳香族複素環誘導体を含み、
前記芳香族複素環誘導体の三重項エネルギーＥＴｂ（ｅＶ）は、前記ホストの三重項エネルギーＥＴｈ（ｅＶ）よりも大きく、
前記芳香族複素環誘導体は、アジン環を有する
ことを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項２】
請求項１に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子において、
前記芳香族複素環誘導体は、下記一般式（１）で表される
ことを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子。
【化１】
0005405653.tif 000071
（上記一般式（１）において、
ＨＡｒは、置換基を有してもよい環形成原子数５〜３０の複素環基であり複数のＨＡｒが存在する場合はそれぞれのＨＡｒが同じでも異なっていても良く、
Ａｚは、置換基を有してもよいピリミジン、置換基を有してもよいピラジン、置換基を有してもよいピリダジン又は置換基を有してもよいトリアジンであり、
Ｌは、単結合、置換基を有してもよい環形成炭素数６〜３０の芳香族炭化水素環の２〜４価の残基、置換基を有してもよい環形成原子数５〜３０の複素環の２〜４価の残基、又は前記芳香族炭化水素環及び複素環から選ばれる２〜３個の環が単結合で結合してなる基の２〜４価の残基であり、
ａは、１〜３の整数であり、
ｂは、１〜３の整数である。）
【請求項３】
請求項１に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子において、
前記芳香族複素環誘導体は、下記一般式（ＢＬ−２１）で表される
ことを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子。
【化１】
0005405653.tif 000072
（上記一般式（ＢＬ−２１）において、
ＨＡｒは、置換基を有してもよい環形成原子数５〜３０の複素環基であり複数のＨＡｒが存在する場合はそれぞれのＨＡｒが同じでも異なっていても良く、
Ｌは、単結合、置換基を有してもよい環形成炭素数６〜３０の芳香族炭化水素環の２〜４価の残基、置換基を有してもよい環形成原子数５〜３０の複素環の２〜４価の残基、又は前記芳香族炭化水素環及び複素環から選ばれる２〜３個の環が単結合で結合してなる基の２〜４価の残基であり、
Ａｚは、下記式（ＢＬ−２１−１）で表され、
ａは、１〜３の整数であり、
ｂは、１〜３の整数である。）
【化２】
0005405653.tif 000073
（上記式（ＢＬ−２１−１）において、３つのＸのうち少なくとも一つはＮであり、残りはＣ（Ａｒ）である。
上記式（ＢＬ−２１−１）において、Ａｒは、
水素原子、
置換もしくは無置換の炭素数１〜２０のアルキル基、
置換もしくは無置換の環形成炭素数６〜３０のアリール基、または
置換もしくは無置換の環形成原子数５〜３０の複素環基である。
上記式（ＢＬ−２１−１）において、Ａｒ１、Ａｒ２およびＡｒ３は、それぞれ独立して、
上記一般式（ＢＬ−２１）におけるＬと結合する単結合、
水素原子、
置換もしくは無置換の炭素数１〜２０のアルキル基、
置換もしくは無置換の環形成炭素数６〜３０のアリール基、または
置換もしくは無置換の環形成原子数５〜３０の複素環基である。）
【請求項４】
請求項１から請求項３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、
前記芳香族複素環誘導体の電子移動度が、電界強度０．０４ＭＶ／ｃｍ以上０．５ＭＶ／ｃｍ以下の範囲において、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５】
請求項１から請求項４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、
前記芳香族複素環誘導体の三重項エネルギーＥＴｂ（ｅＶ）および前記ホストの三重項エネルギーＥＴｈ（ｅＶ）が、
ＥＴｈ＋０．２＜ＥＴｂ
で表される関係を満たす
ことを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項６】
請求項１から請求項５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、
前記電子輸送帯域内には、前記障壁層に隣接して電子注入層が設けられている
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７】
請求項６に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子において、
前記電子注入層を構成する材料の電子移動度が、電界強度０．０４ＭＶ／ｃｍ以上０．５ＭＶ／ｃｍ以下の範囲において、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８】
請求項６または請求項７に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子において、
前記電子注入層を構成する材料が、前記障壁層を構成する材料と同一である
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９】
請求項６または請求項７に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子において、
前記電子注入層を構成する材料が、前記障壁層を構成する材料と同一であり、
前記電子注入層にドナーがドープされている
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、
前記蛍光発光性ドーパントは、主ピーク波長が５５０ｎｍ以下の蛍光発光を示す
ことを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項１１】
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、
前記蛍光発光性ドーパントは、主ピーク波長が４８０ｎｍ以下の蛍光発光を示す
ことを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項１２】
請求項１から請求項１１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、
前記陽極と前記発光層との間に正孔輸送帯域を備え、
前記正孔輸送帯域内に、前記発光層に隣接して正孔輸送層が設けられ、
前記正孔輸送層の三重項エネルギーＥＴｈｏ（ｅＶ）が、前記ホストの三重項エネルギーＥＴｈ（ｅＶ）よりも大きい
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１３】
請求項１から請求項１２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、
前記蛍光発光性ドーパントが、ピレン誘導体、アミノアントラセン誘導体、アミノクリセン誘導体、アミノピレン誘導体、フルオランテン誘導体およびホウ素錯体からなる群から選ばれた少なくとも１種の化合物である
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１４】
請求項１から請求項１３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、
前記ホストが、環式構造以外に二重結合を含まない化合物である
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１５】
請求項１から請求項１４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、
前記蛍光発光性ドーパントが、環式構造以外に二重結合を含まない化合物である
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１６】
陽極と、発光層と、電子輸送帯域と、陰極とをこの順に備え、
前記発光層は、ホストと、蛍光発光性ドーパントとを含み、
前記電子輸送帯域内に、前記発光層に隣接して障壁層が設けられ、
前記障壁層は、芳香族複素環誘導体を含み、
前記芳香族複素環誘導体の三重項エネルギーＥＴｂ（ｅＶ）は、前記ホストの三重項エネルギーＥＴｈ（ｅＶ）よりも大きく、
前記芳香族複素環誘導体は、アジン環を有し、
電流効率（ｃｄ／Ａ）が最大となる印加電圧において、前記発光層に生成する３重項励起子同士が衝突して生成する１重項励起子由来の発光強度が、全発光強度に対して３０％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。
【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。）をその発光原理に従って分類すると、蛍光型とリン光型の二種類に分けることができる。有機ＥＬ素子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注入され、発光層においてこれらが再結合し励起子を形成する。電子スピンの統計則により、一重項励起子と三重項励起子が２５％：７５％の割合で生成する。蛍光型では、一重項励起子による発光を用いるため、内部量子効率は２５％が限界といわれていた。これは、外部量子効率に換算すると５％程度であり、光取り出し効率の技術向上を考えても、外部量子効率は、ＣＩＥｙ＝０．１付近の青色蛍光素子では、８％が限界であった。また、効率を最大化した際の電圧については４〜６Ｖ付近であった。
【０００３】
蛍光型素子の高効率化技術に関連し、これまで有効活用されていなかった三重項励起子から発光を取り出す技術がいくつか開示されている。例えば、非特許文献１では、アントラセン系化合物をホストに用いたノンドープ素子を解析し、メカニズムとして、二つの三重項励起子が衝突融合することにより一重項励起子が生成し、その結果、蛍光発光が増加している。このように、二つの三重項励起子が衝突融合することにより一重項励起子が生成する現象を、以下、ＴＴＦ（Ｔｒｉｐｌｅｔ−Ｔｒｉｐｌｅｔ  Ｆｕｓｉｏｎ）現象という。
【０００４】
また、非特許文献２には、芳香族化合物からなる層（efficiency-enhancement layer、ＥＥＬという。）を、ホストおよびドーパントを含む発光層と電子輸送層との間に備えた青色発光蛍光型のＯＬＥＤが開示されている。ＥＥＬに化合物ＥＥＬ−１を用いたＯＬＥＤは、ＥＥＬにＢＰｈｅｎやＢＣＰを用いたものよりも低電圧で駆動し、高い外部量子効率を示し、長寿命であることが示されている。このＥＥＬは、ＴＴＦ現象を起こすための障壁層として機能するといえる。非特許文献２で開示されるＢＰｈｅｎ、ＢＣＰのＴＴＦ比率は非常に低いものであり、１０ｍＡ/ｃｍ２時の電圧は４．５Ｖ以上であった。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ，１０２，１１４５０４（２００７）
【非特許文献２】ＳＩＤ１０  ＤＩＧＥＳＴ，５６０（２０１０）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、非特許文献１では、ホストのみのノンドープ素子において、三重項励起子が衝突融合することによって蛍光発光の増加が確認されたことを開示するのみであり、三重項励起子による効率の増加分は３〜６％と低い効果であった。
非特許文献２における検討では、ＥＥＬに用いたＢＣＰを使用した素子の外部量子効率（ＥＱＥ）は、ＥＥＬにＥＥＬ−１を用いた素子に比べて数十％劣った結果となっている。所定の三重項エネルギー関係を充足し、かつヘテロ原子を含む化合物（ＢＣＰ等）を障壁層に用いて、ＴＴＦ現象を効率よく引き起こし、効率の高い素子を作製するのは困難であると考えられていた。
【０００７】
本発明の目的は、高効率で蛍光発光する有機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】
【０００８】
本発明者らは、電子輸送帯域内の障壁層にアジン環を有する化合物を用いた場合、障壁層と電子注入層との間にアフィニティ差が存在しても効率の高い有機ＥＬ素子を作製できることを見出した。
障壁層にアジン環を有する特定の化合物を用いた場合、ワイドギャップであるにも関わらず、発光層へ電子を供給する量がほとんど減少しないため、ＴＴＦ現象による高効率な素子が実現された。
また、電子輸送帯域が、電子注入層を含まず、前記アジン環を有する特定の化合物が電子注入層としての機能を合わせもった有機ＥＬ素子の場合でも、効率が高くなることを見出した。
このような知見に基づいて、本発明者らは、以下の有機ＥＬ素子を発明した。
【０００９】
本発明の有機ＥＬ素子は、
陽極と、発光層と、電子輸送帯域と、陰極とをこの順に備え、
前記発光層は、ホストと、蛍光発光性ドーパントとを含み、
前記蛍光発光性ドーパントの三重項エネルギーＥＴｄ（ｅＶ）が前記ホストの三重項エネルギーＥＴｈ（ｅＶ）より大きく、
前記電子輸送帯域内に、前記発光層に隣接して障壁層が設けられ、
前記障壁層は、芳香族複素環誘導体を含み、
前記芳香族複素環誘導体の三重項エネルギーＥＴｂ（ｅＶ）は、前記ホストの三重項エネルギーＥＴｈ（ｅＶ）よりも大きく、
前記芳香族複素環誘導体は、アジン環を有する
ことを特徴とする。
【００１０】
前記障壁層に含まれる芳香族複素環誘導体は、アジン環を有する。具体的には下記一般式（ＡＺ−１）で示されるアジン構造を有する。
【００１１】
【化１】
0005405653.tif 000002
【００１２】
上記一般式（ＡＺ−１）において、Ｘは、それぞれ独立にＮ（窒素原子）又はＣＲである。ＣＲは、Ｃ（炭素原子）にＲが結合したものを表す。
上記一般式（ＡＺ−１）における５つのＸのうち１個以上３個以下がＮである。
上記一般式（ＡＺ−１）における５つのＸのうち２個または３個がＮであることが好ましい。
上記一般式（ＡＺ−１）のアジン構造が、ピリミジン構造または１，３，５−トリアジン構造であることがさらに好ましい。
上記一般式（ＡＺ−１）において、Ｒは、それぞれ独立に、
置換もしくは無置換のアルキル基、
置換もしくは無置換のシクロアルキル基、
置換もしくは無置換のアリール基、
置換もしくは無置換の複素環基、または
それらが複数連結した置換基である。
【００１３】
本発明の有機ＥＬ素子において、
前記芳香族複素環誘導体は、下記一般式（ＢＬ−２１）で表される
ことが好ましい。
【００１４】
【化２】
0005405653.tif 000003
【００１５】
（上記一般式（ＢＬ−２１）において、
ＨＡｒは、置換基を有してもよい環形成原子数５〜３０の複素環基であり複数のＨＡｒが存在する場合はそれぞれのＨＡｒが同じでも異なっていても良く、
Ａｚは、置換基を有してもよいピリミジン、置換基を有してもよいピラジン、置換基を有してもよいピリダジン又は置換基を有してもよいトリアジンであり、
Ｌは、単結合、置換基を有してもよい環形成炭素数６〜３０の芳香族炭化水素環の２〜４価の残基、置換基を有してもよい環形成原子数５〜３０の複素環の２〜４価の残基、又は前記芳香族炭化水素環及び複素環から選ばれる２〜３個の環が単結合で結合してなる基の２〜４価の残基であり、
ａは、１〜３の整数であり、
ｂは、１〜３の整数である。）
【００１６】
また、本発明の有機ＥＬ素子において、前記芳香族複素環誘導体は、上記一般式（ＢＬ−２１）で表され、上記一般式（ＢＬ−２１）において、ＨＡｒは、置換基を有してもよい環形成原子数５〜３０の複素環基であり複数のＨＡｒが存在する場合はそれぞれのＨＡｒが同じでも異なっていても良く、Ｌは、単結合、置換基を有してもよい環形成炭素数６〜３０の芳香族炭化水素環の２〜４価の残基、置換基を有してもよい環形成原子数５〜３０の複素環の２〜４価の残基、又は前記芳香族炭化水素環及び複素環から選ばれる２〜３個の環が単結合で結合してなる基の２〜４価の残基であり、Ａｚは、下記式（ＢＬ−２１−１）で表され、ａは、１〜３の整数であり、ｂは、１〜３の整数であることが好ましい。
【００１７】
【化２−１】
0005405653.tif 000004
【００１８】
（上記式（ＢＬ−２１−１）において、３つのＸのうち少なくとも一つはＮであり、残りはＣ（Ａｒ）である。
上記式（ＢＬ−２１−１）において、Ａｒは、
水素原子、
置換もしくは無置換の炭素数１〜２０のアルキル基、
置換もしくは無置換の環形成炭素数６〜３０のアリール基、または
置換もしくは無置換の環形成原子数５〜３０の複素環基である。
上記式（ＢＬ−２１−１）において、Ａｒ１、Ａｒ２およびＡｒ３は、それぞれ独立して、
上記一般式（ＢＬ−２１）におけるＬと結合する単結合、
水素原子、
置換もしくは無置換の炭素数１〜２０のアルキル基、
置換もしくは無置換の環形成炭素数６〜３０のアリール基、または
置換もしくは無置換の環形成原子数５〜３０の複素環基である。）
【００１９】
本発明の有機ＥＬ素子において、前記芳香族複素環誘導体の電子移動度が、電界強度０．０４ＭＶ／ｃｍ以上０．５ＭＶ／ｃｍ以下の範囲において、１０−６ｃｍ２／Ｖｓ以上であることが好ましい。
本発明の有機ＥＬ素子において、前記芳香族複素環誘導体の三重項エネルギーＥＴｂ（ｅＶ）および前記ホストの三重項エネルギーＥＴｈ（ｅＶ）が、
ＥＴｈ＋０．２＜ＥＴｂ
で表される関係を満たすことが好ましい。
本発明の有機ＥＬ素子において、前記芳香族複素環誘導体の三重項エネルギーＥＴｂ（ｅＶ）および前記ホストの三重項エネルギーＥＴｈ（ｅＶ）が、
ＥＴｈ＋０．３＜ＥＴｂ
で表される関係を満たすことが好ましい。
本発明の有機ＥＬ素子において、前記芳香族複素環誘導体の三重項エネルギーＥＴｂ（ｅＶ）および前記ホストの三重項エネルギーＥＴｈ（ｅＶ）が、
ＥＴｈ＋０．４＜ＥＴｂ
で表される関係を満たすことが好ましい。
【００２０】
本発明の有機ＥＬ素子において、
前記電子輸送帯域内には、前記障壁層に隣接して電子注入層が設けられていることが好ましい。
また、本発明の有機ＥＬ素子において、
前記電子注入層を構成する材料の電子移動度が、電界強度０．０４ＭＶ／ｃｍ以上０．５ＭＶ／ｃｍ以下の範囲において、１０−６ｃｍ２／Ｖｓ以上である
ことが好ましい。
【００２１】
本発明の有機ＥＬ素子において、前記蛍光発光性ドーパントは、主ピーク波長が５５０ｎｍ以下の蛍光発光を示すことが好ましい。
また、本発明の有機ＥＬ素子において、前記蛍光発光性ドーパントは、主ピーク波長が４８０ｎｍ以下の蛍光発光を示すことが好ましい。
【００２２】
本発明の有機ＥＬ素子において、
前記陽極と前記発光層との間に正孔輸送帯域を備え、
前記正孔輸送帯域内に、前記発光層に隣接して正孔輸送層が設けられ、
前記正孔輸送層の三重項エネルギーＥＴｈｏ（ｅＶ）が、前記ホストの三重項エネルギーＥＴｈ（ｅＶ）よりも大きい
ことが好ましい。
【００２３】
本発明の有機ＥＬ素子において、
前記電子注入層を構成する材料が、前記障壁層を構成する材料と同一である
ことが好ましい。
【００２４】
本発明の有機ＥＬ素子において、
前記電子注入層を構成する材料が、前記障壁層を構成する材料と同一であり、
前記電子注入層にドナーがドープされている
ことが好ましい。
【００２５】
本発明の有機ＥＬ素子において、
前記蛍光発光性ドーパントが、ピレン誘導体、アミノアントラセン誘導体、アミノクリセン誘導体、アミノピレン誘導体、フルオランテン誘導体およびホウ素錯体からなる群から選ばれた少なくとも１種の化合物である
ことが好ましい。
【００２６】
本発明の有機ＥＬ素子において、
前記ホストが、環式構造以外に二重結合を含まない化合物である
ことが好ましい。
【００２７】
本発明の有機ＥＬ素子において、
前記蛍光発光性ドーパントが、環式構造以外に二重結合を含まない化合物である
ことが好ましい。
【００２８】
また、本発明の有機ＥＬ素子は、
陽極と、発光層と、電子輸送帯域と、陰極とをこの順に備え、
前記発光層は、ホストと、蛍光発光性ドーパントとを含み、
前記電子輸送帯域内に、前記発光層に隣接して障壁層が設けられ、
前記障壁層は、芳香族複素環誘導体を含み、
前記芳香族複素環誘導体の三重項エネルギーＥＴｂ（ｅＶ）は、前記ホストの三重項エネルギーＥＴｈ（ｅＶ）よりも大きく、
前記芳香族複素環誘導体は、アジン環を有し、
電流効率（ｃｄ／Ａ）が最大となる印加電圧において、前記発光層に生成する３重項励起子同士が衝突して生成する１重項励起子由来の発光強度が、全発光強度に対して３０％以上であることを特徴とする。
【００２９】
本発明によれば、ＴＴＦ現象が効率的に起こり、高効率で蛍光発光する有機ＥＬ素子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の第一実施形態にかかる有機ＥＬ素子の一例を示す図である。
【図２】本発明の各層のエネルギーギャップの関係を示す図である。
【図３】本発明の各層のエネルギーギャップの関係に基づく作用を示す図である。
【図４】第一実施形態に係る有機ＥＬ素子のエネルギーバンド図の一例を示す図である。
【図５】ホストのアフィニティ（Ａｈ）＞ドーパントのアフィニティ（Ａｄ）を満たす場合のエネルギーバンド図である。
【図６】Ａｈ＜Ａｄであって、その差が０．２ｅＶより小さな場合のエネルギーバンド図である。
【図７】Ａｈ＜Ａｄであって、その差が０．２ｅＶより大きな場合のエネルギーバンド図である。
【図８】Ａｈ＜Ａｄを満たすドーパントとＡｈ＞Ａｄを満たすドーパントとが共存する場合のエネルギーバンド図である。
【図９】第二実施形態にかかる有機ＥＬ素子の一例を示す図である。
【図１０】第三実施形態にかかる有機ＥＬ素子の一例を示す図である。
【図１１】第四実施形態にかかる有機ＥＬ素子の一例を示す図である。
【図１２】リン光スペクトルの一例を示す図であって、短波長側の立ち上がりに対する接線の引き方を説明する図である。
【図１３】吸収スペクトルの一例を示す図であって、長波長側の立ち下がりに対する接線の引き方を説明する図である。
【図１４】吸収スペクトルの図１３とは異なる一例を示す図であって、長波長側の立ち下がりに対する接線の引き方を説明する図である。
【図１５】吸収スペクトルの図１３及び図１４とは異なる一例を示す図であって、長波長側の立ち下がりに対する接線の引き方を説明する図である。
【図１６】過渡ＥＬ波形の測定系を示す図である。
【図１７Ａ】ＴＴＦ由来の発光強度比の測定方法を示す図であり、ＥＬ素子の発光強度の時間変化を示すグラフである。
【図１７Ｂ】ＴＴＦ由来の発光強度比の測定方法を示す図であり、光強度の平方根の逆数の時間変化を示すグラフである。
【図１８】光強度の平方根の逆数の時間変化の一例を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
＜第一実施形態＞
本発明は、ＴＴＦ現象を利用したものである。まず、以下にＴＴＦ現象を説明する。
陽極、陰極から注入された正孔、電子は、発光層内で再結合し励起子を生成する。そのスピン状態は、従来から知られているように、一重項励起子が２５％、三重項励起子が７５％の比率である。従来から知られている蛍光素子においては、２５％の一重項励起子が基底状態に緩和するときに光を発するが、残りの７５％の三重項励起子については、光を発することなく熱的失活過程を経て基底状態に戻る。従って、従来の蛍光素子の内部量子効率の理論的限界値は、２５％といわれていた。
【００３２】
一方、有機物内部で生成した三重項励起子の挙動が理論的に調べられている。Ｓ．Ｍ．Ｂａｃｈｉｌｏらによれば（Ｊ．Ｐｈｙｓ．Ｃｅｍ．Ａ，１０４，７７１１（２０００））、五重項等の高次の励起子がすぐに三重項に戻ると仮定すると、三重項励起子（以下、３Ａ＊と記載する）の密度が上がってきたとき、三重項励起子同士が衝突し下記式のような反応が起きる。ここで、１Ａは基底状態、１Ａ＊は最低励起一重項励起子を表す。
３Ａ＊＋３Ａ＊→（４／９）１Ａ＋（１／９）１Ａ＊＋（１３／９）３Ａ＊
すなわち、５３Ａ＊→４１Ａ＋１Ａ＊となり、当初生成した７５％の三重項励起子のうち、１／５（２０％）が一重項励起子に変化することが予測されている。従って、光として寄与する一重項励起子は、当初生成する２５％分に７５％×（１／５）＝１５％を加えた４０％ということになる。このとき、全発光強度中に占めるＴＴＦ由来の発光比率（ＴＴＦ比率）は、１５／４０、すなわち３７．５％となる。また、当初生成した７５％の三重項励起子のお互いが衝突して一重項励起子が生成した（２つの三重項励起子から１つの一重項励起子が生成した）とすると、当初生成する一重項励起子２５％分に７５％×（１／２）＝３７．５％を加えた６２．５％という非常に高い内部量子効率が得られることとなる。このとき、ＴＴＦ比率は、３７．５／６２．５＝６０％となる。
【００３３】
図１は、本発明の第一実施形態の一例を示す有機ＥＬ素子の概略構成図である。図２は、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発光層および電子輸送帯域における三重項エネルギーの関係を示す図である。なお、本発明で三重項エネルギーは、最低励起三重項状態におけるエネルギーと基底状態におけるエネルギーの差をいい、一重項エネルギー（エネルギーギャップという場合もある。）は、最低励起一重項状態におけるエネルギーと基底状態におけるエネルギーの差をいう。
【００３４】
図１に示す有機ＥＬ素子１は、陽極１０側から順に、正孔輸送帯域６０、発光層２０、障壁層３０、電子注入層４０および陰極５０を備える。本発明の有機ＥＬ素子では、これらが互いに隣接している。電子輸送帯域７０は、障壁層３０と電子注入層４０とで構成される。陽極１０と発光層２０との間に正孔輸送帯域６０が設けられていることが好ましい。正孔輸送帯域には、正孔注入層および正孔輸送層の少なくともいずれかが含まれる。なお、本発明において単に障壁層といったときは、三重項エネルギーに対する障壁機能を有する層をいう。したがって、正孔障壁層や電荷障壁層とはその機能が異なるものである。なお、本発明においては、電子輸送帯域が、電子注入層を含まず、アジン環を有する特定の化合物が電子注入層としての機能を合わせもった場合でもよい。そのため、このような場合には、図１に示された有機ＥＬ素子１において電子輸送帯域７０が障壁層３０だけで構成され、障壁層３０と陰極５０とが隣接する構成であってもよい。
【００３５】
発光層は、ホストおよびドーパントを含む。ドーパントとしては、主ピーク波長が５５０ｎｍ以下の蛍光発光を示すドーパント（以下、主ピーク波長５５０ｎｍ以下の蛍光発光性ドーパントともいう）が好ましい。主ピーク波長とは、濃度１０−５モル／リットル以上１０−６モル／リットル以下のトルエン溶液中で測定した発光スペクトラムにおける発光強度が最大となる発光スペクトルのピーク波長をいう。主ピーク波長５５０ｎｍとは、緑色発光程度に相当し、当該波長領域では、ＴＴＦ現象を利用した蛍光発光素子の発光効率の向上が望まれる。また、４８０ｎｍ以下の青色発光を示す蛍光発光素子においては、より高い発光効率の向上が期待できる。なお、５５０ｎｍ以上の赤色発光については、内部量子効率の高いリン光発光素子が既に実用水準にあることから、蛍光素子として発光効率の向上は望まれていない。
図２において、陽極から注入された正孔は、正孔輸送帯域を通して発光層へ注入され、陰極から注入された電子は、電子注入層および障壁層を通して発光層へ注入される。その後、発光層で正孔と電子が再結合し、一重項励起子と三重項励起子が生成する。再結合は、ホスト分子上で起こる場合と、ドーパント分子上で起こる場合の２通りがある。
本実施形態では、図２に示されるように、ホスト、ドーパントの三重項エネルギーをそれぞれＥＴｈ、ＥＴｄとするとき、
ＥＴｈ＜ＥＴｄ
の関係を満たす。この関係を満たすことにより、さらに、図３に示されるように、ホスト上で再結合し発生した三重項励起子は、より高い三重項エネルギーを持つドーパントには移動しない。また、ドーパント分子上で再結合し発生した三重項励起子は、速やかにホスト分子にエネルギー移動する。すなわち、ホストの三重項励起子がドーパントに移動することなくＴＴＦ現象によって効率的にホスト上で三重項励起子同士が衝突することで一重項励起子が生成される。さらに、ドーパントの一重項エネルギーＥＳｄは、ホストの一重項エネルギーＥＳｈより小さいため、すなわち、次の関係
ＥＳｄ＜ＥＳｈ
を満たすため、ＴＴＦ現象によって生成された一重項励起子は、ホストからドーパントへエネルギー移動し、ドーパントの蛍光性発光に寄与する。本来、蛍光型素子に用いられるドーパントにおいては、励起三重項状態から基底状態への遷移は禁制であり、このような遷移では三重項励起子は、光学的なエネルギー失活をせず、熱的失活を起こしていた。しかし、ホストとドーパントの三重項エネルギーの関係を上記のようにすることにより、三重項励起子が熱的失活を起こす前に、互いの衝突により効率的に一重項励起子を生成できる。その結果、発光効率が向上することになる。
【００３６】
本発明では、障壁層は、発光層に隣接する。障壁層は、発光層で生成する三重項励起子が電子輸送帯域へ拡散することを防止し、三重項励起子を発光層内に閉じ込めることによって三重項励起子の密度を高め、ＴＴＦ現象を効率よく引き起こす機能を有する。
また、障壁層は、発光層へ効率よく電子を注入する役割も担っている。発光層への電子注入性が下がる場合、発光層における電子−正孔の再結合が減ることで、三重項励起子の密度が小さくなる。三重項励起子の密度が小さくなると、三重項励起子の衝突頻度が減り、効率よくＴＴＦ現象が起きない。
【００３７】
本発明者らは、障壁層にアジン環を有する芳香族複素環誘導体を含むことにより、光学エネルギーギャップが大きな化合物であっても、電子注入層からの電子注入を受ける機能を有し、さらに電子輸送を担うことを見出した。また、青色用の蛍光ホスト材料に対しても、前記アジン環を有する芳香族複素環誘導体から容易に電子注入が起こることを見出した。従来、アフィニティの小さい化合物を電子輸送層として使用すると、素子の高電圧化を招くと考えられていたが、本発明の有機ＥＬ素子では、隣接層からの電子注入、また、発光層への電子注入が円滑に行われることにより、有機ＥＬ素子の高電圧化を伴うことなく、発光層に電子が注入され、効率よくＴＴＦ現象を発現できることを見出した。
【００３８】
図４に第一実施形態に係る有機ＥＬ素子のエネルギーバンド図の一例を示す。
図４に示されているように、第一実施形態の有機ＥＬ素子は、電子注入層のアフィニティＡｅが障壁層のアフィニティＡｂよりも大きい。
【００３９】
前記障壁層に含まれる芳香族複素環誘導体は、アジン環を有する。具体的には下記一般式（ＡＺ−１）で示されるアジン構造を有する。
【００４０】
【化３】
0005405653.tif 000005
【００４１】
上記一般式（ＡＺ−１）において、Ｘは、それぞれ独立にＮ（窒素原子）又はＣＲである。ＣＲは、Ｃ（炭素原子）にＲが結合したものを表す。
上記一般式（ＡＺ−１）における５つのＸのうち１個以上３個以下がＮである。
上記一般式（ＡＺ−１）における５つのＸのうち２個または３個がＮであることが好ましい。
上記一般式（ＡＺ−１）のアジン構造が、ピリミジン構造または１，３，５−トリアジン構造であることがさらに好ましい。
上記一般式（ＡＺ−１）において、Ｒは、それぞれ独立に、
置換もしくは無置換のアルキル基、
置換もしくは無置換のシクロアルキル基、
置換もしくは無置換のアリール基、
置換もしくは無置換の複素環基、または
それらが複数連結した置換基である。
【００４２】
また、障壁層に含まれる芳香族複素環誘導体であって、アジン環を有する化合物として、好ましくは、下記一般式（ＢＬ−２１）で表される化合物が挙げられる。
【００４３】
【化４】
0005405653.tif 000006
【００４４】
上記一般式（ＢＬ−２１）において、ＨＡｒは、置換もしくは無置換の環形成原子数５〜３０の複素環基であり、複数のＨＡｒが存在する場合はそれぞれのＨＡｒが同じでも異なっていても良い。ＨＡｒは、置換もしくは無置換の環形成原子数６〜３０の複素環基であることが好ましい。
上記一般式（ＢＬ−２１）において、Ａｚは、置換もしくは無置換のアジンであり、好ましくは置換もしくは無置換のピリミジン、置換もしくは無置換のピラジン、置換もしくは無置換のピリダジン、または置換もしくは無置換のトリアジンである。
上記一般式（ＢＬ−２１）において、Ｌは、
単結合、
置換もしくは無置換の環形成炭素数６〜３０の芳香族炭化水素環の２〜４価の残基、
置換もしくは無置換の環形成原子数５〜３０の複素環の２〜４価の残基、または
前記芳香族炭化水素環及び複素環から選ばれる２〜３個の環が単結合で結合してなる基の２〜４価の残基
である。ここで、Ｌは、置換もしくは無置換のフェニレン基、置換もしくは無置換のナフタレン基、または置換もしくは無置換のフェナントレン基であることが好ましい。化合物として十分に大きな三重項エネルギーをもち、効率的にＴＴＦを起こし高効率な有機ＥＬ素子を実現することができるためである。
上記一般式（ＢＬ−２１）において、ａは、１〜３の整数であり、ｂは、１〜３の整数である。
【００４５】
Ａｚは、好ましくは下記式（ＢＬ−２１−１）で表される構造である。
【００４６】
【化５】
0005405653.tif 000007
【００４７】
上記式（ＢＬ−２１−１）において、３つのＸのうち少なくとも一つはＮであり、残りはＣ（Ａｒ）である。好ましくは、上記式（ＢＬ−２１−１）において、３つのＸのうち２つ以上はＮである。
上記式（ＢＬ−２１−１）において、Ａｒは、
水素原子、
置換もしくは無置換の炭素数１〜２０のアルキル基、
置換もしくは無置換の環形成炭素数６〜３０のアリール基、または
置換もしくは無置換の環形成原子数５〜３０の複素環基
のいずれかより選ばれる。
上記式（ＢＬ−２１−１）において、Ａｒ１、Ａｒ２およびＡｒ３は、それぞれ独立して、
一般式（ＢＬ−２１）におけるＬと結合する単結合、
水素原子、
置換もしくは無置換の炭素数１〜２０のアルキル基、
置換もしくは無置換の環形成炭素数６〜３０のアリール基、または
置換もしくは無置換の環形成原子数５〜３０の複素環基
のいずれかより選ばれる。
上記一般式（ＢＬ−２１）において、ＨＡｒは、好ましくは、
置換もしくは無置換のピリジル基、
置換もしくは無置換のピリミジニル基、
置換もしくは無置換のピラジニル基、
置換もしくは無置換のピリダジニル基、
置換もしくは無置換のトリアジニル基、
置換もしくは無置換のキノリニル基、
置換もしくは無置換のイソキノリニル基、
置換もしくは無置換のキノキサリニル基、または
式（ＢＬ−２１−２）に列挙される複素環基
である。
上記式（ＢＬ−２１）において、ＨＡｒとしては、下記式（ＢＬ−２１−２）で表される構造が好ましい。
【００４８】
【化６】
0005405653.tif 000008
【００４９】
式（ＢＬ−２１−２）において、Ｙは、Ｏ、Ｓ、Ｎ（Ｒ´）またはＣ（Ｒ´）（Ｒ´）であり、Ｚは、ＮまたはＣ（Ｒ´）である。各複素環にＹが複数含まれる場合には、複数のＹは、同一でも異なっていてもよい。各複素環にＺが複数含まれる場合には、複数のＺは、同一でも異なっていてもよい。また、各複素環基にＲ´が複数含まれる場合には、Ｒ´は、同一でも異なっていてもよい。
各複素環においてＲ´の一つは、Ｌとの結合部位として用いられ、残りのＲ´は、それぞれ独立して
水素原子、
フッ素原子、
置換もしくは無置換の炭素数１〜１０のアルキル基、
置換もしくは無置換の環形成炭素数３〜８のシクロアルキル基、
炭素数３〜３０の置換シリル基、
シアノ基、
置換もしくは無置換の炭素数１〜２０のアルコキシ基、
置換もしくは無置換の環形成炭素数６〜２０のアリールオキシ基、
置換もしくは無置換の環形成炭素数６〜３０のアリール基、または
置換もしくは無置換の環形成原子数５〜３０の複素環基
である。
【００５０】
上記式（ＢＬ−２１）において、ＨＡｒとしては、特に下記式（ＢＬ−２１−３）で表される構造が好ましい。上記一般式（ＢＬ−２１）で表される化合物において、ＨＡｒが下記式（ＢＬ−２１−３）で表される構造を有すると、効率的にＴＴＦを起こし、高効率な有機ＥＬ素子を実現することができる。
【００５１】
【化７】
0005405653.tif 000009
【００５２】
上記式（ＢＬ−２１−３）において、Ｙは、Ｏ、Ｓ、又はＮ（Ｒ´）である。
上記式（ＢＬ−２１−３）において、Ｚは、ＮまたはＣ（Ｒ´）であり、Ｚは、同一でも異なっていてもよい。また、複数のＺにＲ´が含まれる場合には、Ｒ´は、同一でも異なっていてもよい。Ｒ´の一つは、Ｌとの結合部位として用いられ、残りのＲ´は、それぞれ独立して
水素原子、
フッ素原子、
置換もしくは無置換の炭素数１〜１０のアルキル基、
置換もしくは無置換の環形成炭素数３〜８のシクロアルキル基、
炭素数３〜３０の置換シリル基、
シアノ基、
置換もしくは無置換の炭素数１〜２０のアルコキシ基、
置換もしくは無置換の環形成炭素数６〜２０のアリールオキシ基、
置換もしくは無置換の環形成炭素数６〜３０のアリール基、または
置換もしくは無置換の環形成原子数５〜３０の複素環基
である。
【００５３】
上記式（ＢＬ−２１−３）において、複数のＺのうち一つが、Ｃ（Ｒ´）であり、Ｒ´が、環形成原子数５〜３０の複素環基である場合において、この複素環基は、カルバゾリル基、ジベンゾチオフェニル基、ジベンゾフラニル基が好ましい。このように、複数のＺのうち一つのＣ（Ｒ´）におけるＲ´をカルバゾリル基、ジベンゾチオフェニル基及びジベンゾフラニル基の中から選択することで、効率良くＴＴＦを起こすことができ、高効率な有機ＥＬ素子を実現することができる。
【００５４】
【化８】
0005405653.tif 000010
【００５５】
さらに好ましくは、上記式（ＢＬ−２１−３）において、すべてのＺが、Ｃ（Ｒ´）であって、Ｒ´が水素原子、炭素数１〜４のアルキル基、又は環形成炭素数６〜１２のアリール基であることが好ましい。この場合、発光層への電子注入が促進され、高い効率を維持しつつ低電圧で駆動可能な有機ＥＬ素子を実現することができる。
【００５６】
上式（ＢＬ−２１）において、ＨＡｒとしては、カルバゾリル基、ジベンゾチオフェニル基、ジベンゾフラニル基が好ましい。ＨＡｒをカルバゾリル基、ジベンゾチオフェニル基及びジベンゾフラニル基の中から選択することで、発光層への電子注入が促進され、高い効率を維持しつつ低電圧で駆動可能な有機ＥＬ素子を実現することができる。
【００５７】
また、上式（ＢＬ−２１）におけるＨＡｒとしては、特に下記式（ＢＬ−２１−４）に列挙される構造が好ましい。上記一般式（ＢＬ−２１）で表される化合物において、ＨＡｒが下記式（ＢＬ−２１−４）で表される構造を有すると、効率的にＴＴＦを起こし、高効率な有機ＥＬ素子を実現することができる。
【００５８】
【化９】
0005405653.tif 000011
【００５９】
上記式（ＢＬ−２１−４）において、Ｙは、Ｏ、Ｓ、Ｎ（Ｒ´）またはＣ（Ｒ´）（Ｒ´）である。
上記式（ＢＬ−２１−４）において、Ｚは、ＮまたはＣ（Ｒ´）である。
各複素環基にＹもしくはＺが複数含まれる場合には、ＹもしくはＺは同一でも異なっていてもよい。また、各複素環基にＲ´が複数含まれる場合には、Ｒ´は同一でも異なっていてもよい。各複素環において、Ｒ´の一つは、Ｌとの結合部位として用いられ、残りのＲ´は、それぞれ独立して
水素原子、
フッ素原子、
置換もしくは無置換の炭素数１〜１０のアルキル基、
置換もしくは無置換の環形成炭素数３〜８のシクロアルキル基、
炭素数３〜３０の置換シリル基、
シアノ基、
置換もしくは無置換の炭素数１〜２０のアルコキシ基、
置換もしくは無置換の環形成炭素数６〜２０のアリールオキシ基、
置換もしくは無置換の環形成炭素数６〜３０のアリール基、または
置換もしくは無置換の環形成原子数５〜３０の複素環基
である。
【００６０】
上記式（ＢＬ−２１−４）において、複数のＹのうち少なくとも一つは、ＯまたはＳであることが好ましい。Ｙのうち少なくとも一つがＯまたはＳであることにより、適切な移動度の化合物となり、効率的にＴＴＦを起こすことができ、高効率な有機ＥＬ素子を実現することができる。
【００６１】
上記式（ＢＬ−２１）において、ａは、好ましくは１または２の整数であり、ｂは、好ましくは１または２の整数である。
上記アリール基とは、好ましくはフェニル基、ビフェニル基、ｏ−ターフェニル基、ｍ−ターフェニル基、ｐ−ターフェニル基、ナフチル基、フェナントリル基、クリセニル基、ベンゾフェナントレニル基、ベンゾクリセニル基、ベンズアントリル基、トリフェニル基、フルオランテニル基、ベンゾフルオランテニル基、フルオレニル基などであり、さらに好ましくはフェニル基、ビフェニル基、ナフチル基、フェナントリル基である。より好ましい上記アリール基としては、フェニル基、ナフチル基、フェナントリル基である。このようなアリール基とすることで、化合物として十分に大きな三重項エネルギーをもち、効率的にＴＴＦを起こし、高効率な有機ＥＬ素子を実現することができる。
ＨＡｒ以外で上記にある複素環基としては、好ましくはピリジニル基、ピラジニル基、ピリミジニル基、ピリダジニル基、トリアジニル基、インドリル基、キノリニル基、アクリジニル基、ピロリジニル基、ジオキサニル基、ピペリジニル基、モルフォリル基、ピペラジニル基、カルバゾリル基、フラニル基、チオフェニル基、オキサゾリル基、オキサジアゾリル基、ベンゾオキサゾリル基、チアゾリル基、チアジアゾリル基、ベンゾチアゾリル基、トリアゾリル基、イミダゾリル基、ベンゾイミダゾリル基、イミダゾピリジル基、ベンゾフラニル基、ジベンゾフラニル基等が挙げられる。
【００６２】
本発明のアジン環を有する芳香族複素環誘導体に関して、障壁層材料の分子中の双極子モーメントが大きい場合、青色蛍光発光層との接合に際して、障壁層材料の電子伝導準位が深くなる方向へエネルギー準位のシフトが起こると考えられる。このシフトにより、電子伝導準位が深い準位を取るようになると、障壁層から青色蛍光発光層への電子注入に際してエネルギー障壁が生じるようになり、素子の駆動電圧が高くなると考えられる。このため、より低電圧で有機ＥＬ素子を駆動させるためには、障壁層材料の分子の双極子モーメントが小さい方が好ましい。
【００６３】
アジン環を有する芳香族複素環誘導体の三重項エネルギーＴ１は、２．０（ｅＶ）よりも大きいことが好ましく、２．３（ｅＶ）よりも大きいことがさらに好ましい。このような三重項エネルギーＴ１とすることで、障壁層の機能が強化される。
【００６４】
障壁層が、６環以上の環構造を有する芳香族複素環誘導体を含んでいることが好ましい。その結果、会合状態が形成されず、電子注入層からの電子の供給が十分に行われることで発光層内の励起子密度が向上し、ＴＴＦ現象によって発光効率が向上すると考えられる。 
環構造が５個以下である場合、その小さい分子サイズにより、薄膜形成時の膜安定性が低い。このことは、これらの化合物を障壁層として用いた場合、障壁層と電子注入層との界面の状態が変化し易く、結果として局所的な分子同士の会合状態をもたらすことを意味する。このような会合状態による界面の状態変化により、電子注入層からの電子の供給が阻害されることが考えられる。
【００６５】
前記芳香族複素環誘導体の環構造の数え方について説明する。本願における環構造１個とは、非金属原子同士による共有結合で形成される環を、同一分子内に１個有しているものをいう。特に、縮合環基の場合は、縮合している環構造の数を、その縮合環基の環構造の数とする。例えば、ナフタレン環の環構造は２環であり、ジベンゾフラン環の環構造は３環となる。また、次の化学式（１）に示される芳香族複素環誘導体の環構造は、１０個となる。
【００６６】
【化１０】
0005405653.tif 000012
【００６７】
また、次の化学式（２）に示されるＢＡｌｑのような錯体の場合は、金属に対して直接的又は元素を介して間接的に結合する芳香環構造およびヘテロ環構造も環構造として数える。そうすると、ＢＡｌｑは、環構造が６個となる。
【００６８】
【化１１】
0005405653.tif 000013
【００６９】
次の化学式（３）に示されるＢｐｈｅｎの環構造は、５個となる。
【００７０】
【化１２】
0005405653.tif 000014
【００７１】
また、電子注入層に用いられる化合物としては、下記一般式（ＥＩＬ−１）で表される化合物が挙げられる。
【００７２】
【化１３】
0005405653.tif 000015
【００７３】
一般式（ＥＩＬ−１）において、ＨＡｒ１は、置換もしくは無置換の含窒素複素環基であり、好ましくは下記式の構造である。
【００７４】
【化１４】
0005405653.tif 000016
【００７５】
一般式（ＥＩＬ−１）におけるＨＡｒ１の置換基としては、
フッ素原子、
シアノ基、
置換もしくは無置換の炭素数１〜２０のアルキル基、
置換もしくは無置換の炭素数３〜２０のシクロアルキル基、
置換もしくは無置換の炭素数３〜２０のアルキルシリル基、
置換もしくは無置換の炭素数８〜３０のアリールシリル基、
置換もしくは無置換の炭素数１〜２０のアルコキシ基、
置換もしくは無置換の炭素数６〜３０のアリールオキシ基、
置換もしくは無置換の環形成炭素数６〜３０のアリール基、又は
置換もしくは無置換の環形成原子数５〜３０の複素環基
などが挙げられる。
【００７６】
一般式（ＥＩＬ−１）において、Ａｒ１は、置換もしくは無置換の環形成炭素数１０〜３０の縮合環基であり、好ましくは下記の縮合環構造を有する物である。
【００７７】
【化１５】
0005405653.tif 000017
【００７８】
一般式（ＥＩＬ−１）におけるＡｒ１の置換基としては、
フッ素原子、
シアノ基、
置換もしくは無置換の炭素数１〜２０のアルキル基、
置換もしくは無置換の炭素数３〜２０のシクロアルキル基、
置換もしくは無置換の炭素数３〜２０のアルキルシリル基、
置換もしくは無置換の炭素数８〜３０のアリールシリル基、
置換もしくは無置換の炭素数１〜２０のアルコキシ基、
置換もしくは無置換の炭素数６〜３０のアリールオキシ基、
置換もしくは無置換の環形成炭素数６〜３０のアリール基、又は
置換もしくは無置換の環形成原子数５〜３０の複素環基
などが挙げられる。
【００７９】
一般式（ＥＩＬ−１）においてＬ１は、
単結合、
置換もしくは無置換の環形成炭素数６〜３０のａ＋ｂ価の炭化水素環基、
置換もしくは無置換の環形成原子数５〜３０のａ＋ｂ価の複素環基、
置換もしくは無置換の環形成炭素数６〜３０の炭化水素環基、又は
置換もしくは無置換の環形成原子数５〜３０の複素環基が複数連結して形成されるａ＋ｂ価の基を示す。
一般式（ＥＩＬ−１）におけるＬ１の置換基としては、
フッ素原子、
シアノ基、
置換もしくは無置換の炭素数３〜２０のアルキルシリル基、
置換もしくは無置換の炭素数８〜３０のアリールシリル基、
置換もしくは無置換の環形成炭素数６〜３０のアリール基、又は
置換もしくは無置換の環形成原子数５〜３０の複素環基
などが挙げられる。
一般式（ＥＩＬ−１）においてaは、１〜３の整数であり、好ましくは、ａ＝１である。
一般式（ＥＩＬ−１）においてbは、１〜３の整数であり、好ましくは、ｂ＝１である。
【００８０】
また、電子注入層に用いられる化合物としては、下記一般式（ＥＩＬ−２）で表される化合物が挙げられる。
【００８１】
【化１６】
0005405653.tif 000018
【００８２】
一般式（ＥＩＬ−２）において、Ｒ１０１〜Ｒ１０８のうち１つは単結合でＬ２と結合し、他は水素原子又は置換基である。
一般式（ＥＩＬ−２）におけるＲ１０１〜Ｒ１０８の置換基としては、前記一般式（ＥＩＬ−１）で挙げたものと同様のものが挙げられ、好ましくは炭素数１〜２０のアルキル基又は環形成炭素数６〜３０のアリール基である。
一般式（ＥＩＬ−２）において、Ｌ２は、単結合もしくは連結基を表し、連結基はｃ価の芳香族炭化水素基もしくは、下記一般式（ＥＩＬ−２−１）により示される構造を有するｃ価の基である。
【００８３】
【化１７】
0005405653.tif 000019
【００８４】
一般式（ＥＩＬ−２−１）において、Ｒ１０９〜Ｒ１１０は、水素原子または置換基である。
一般式（ＥＩＬ−２−１）において、ｄ及びｅは、それぞれ独立に１〜５の整数である。
一般式（ＥＩＬ−２−１）において、Ｘは、下記式に示される構造より選ばれる。
【００８５】
【化１８】
0005405653.tif 000020
【００８６】
一般式（ＥＩＬ−２）において、ｃは２〜４の整数であり、好ましくはｃは２である。
一般式（ＥＩＬ−２）で示された化合物の内、好ましくは、Ｒ１０１においてＬ２と結合した下記の一般式（ＥＩＬ−２−２）で示される化合物である。
【００８７】
【化１９】
0005405653.tif 000021
【００８８】
一般式（ＥＩＬ−２−２）において、Ｒ１０２〜Ｒ１０７は水素原子又は置換基であり、好ましくは水素原子である。
一般式（ＥＩＬ−２−２）において、ｃ及びＬ２は上記一般式（ＥＩＬ−２）と同様である。
一般式（ＥＩＬ−２−２）において、ｃは、好ましくは２である。
一般式（ＥＩＬ−２−２）において、Ｌ２は、好ましくは置換もしくは無置換のフェニレン基又は置換もしくは無置換のナフチレン基である。
一般式（ＥＩＬ−２−２）において、Ａｒ１０８は、水素原子、炭素数１〜２０のアルキル基、または置換もしくは無置換の環形成炭素数６〜３０のアリール基であり、さらに好ましくは、メチル基、ｔ−ブチル基、置換もしくは無置換のフェニル基または置換もしくは無置換のナフチル基である。
【００８９】
さらに、ＴＴＦ現象を効率的に起こすための条件を、ホストとドーパントのアフィニティの関係に着目して説明する。以下では、ホストのアフィニティをＡｈ、ドーパントのアフィニティをＡｄ、ホストのイオン化ポテンシャルをＩｈ、ドーパントのイオン化ポテンシャルをＩｄと記載する。
ここで、以下のように場合分けして説明する。
［１］Ａｈ＞Ａｄの場合
［２］Ａｈ＜Ａｄの場合
［３］Ａｈ＜Ａｄを満たすドーパントとＡｈ＞Ａｄを満たすドーパントとが共存する場合
【００９０】
［１］Ａｈ＞Ａｄの場合
まず、Ａｈ＞Ａｄという関係を満たす場合について説明する。本実施形態で用いるドーパントは、主ピーク波長が５５０ｎｍ以下の蛍光発光を示すドーパント（以下、主ピーク波長５５０ｎｍ以下の蛍光発光性ドーパントともいう）であり、エネルギーギャップは、比較的大きくなる。したがって、Ａｈ＞Ａｄという関係を満たすとき、同時にＩｈ＞Ｉｄという関係を満たす。そのため、ドーパントは、正孔トラップとして機能し易くなる。
【００９１】
このときの発光層におけるホストとドーパントのＩｐ−Ａｆの関係を、例として図５に示す。図５において、発光層の斜線部分は、励起子密度分布を示す。図６〜図８についても同様である。なお、図５においては、Ａｈ＞Ａｂ＞Ａｅの場合における関係が示されている。
ホストとのイオン化ポテンシャル差が大きくなると、ドーパントは、正孔トラップ性を有するようになり、三重項励起子は、ホスト分子上ばかりではなく、直接ドーパント分子上でも生成されるようになる。その結果、直接ドーパント上で生成する三重項励起子が多くなる。ＥＴｈ＜ＥＴｄという関係になっていれば、ドーパント分子上の三重項励起子エネルギーは、デクスターエネルギー移動により、ホスト分子上に移り、結果としてすべての三重項励起子がホスト上に集まる。その結果、効率よくＴＴＦ現象が起きるようになる。
【００９２】
本発明において、正孔輸送帯域内に、発光層に隣接して正孔輸送層が設けられ、正孔輸送層の三重項エネルギーＥＴｈｏが、ホストの三重項エネルギーＥＴｈよりも大きいことが好ましい。
ドーパントが正孔トラップ性を有する場合には、正孔輸送帯域から発光層に注入された正孔は、ドーパントにトラップされる。そのため、再結合は、発光層中の陽極側で多く起きるようになる。従来知られている正孔輸送帯域に用いる正孔輸送材料の三重項エネルギーは、もともとホストの三重項エネルギーより大きな場合が多く、正孔側における三重項励起子の拡散は、問題となっていなかった。
一方、陽極側で多く再結合が起きているとはいえ、電子輸送帯域界面での三重項励起子の密度も無視できず、このような状況においても、障壁層の三重項エネルギーを大きくすることで高効率化を図ることができるようになる。
【００９３】
また、再結合領域を決める他の要因としては、正孔輸送帯域や電子輸送帯域のキャリア移動度やイオン化ポテンシャル、アフィニティ、さらには膜厚がある。例えば、正孔輸送帯域よりも電子輸送帯域の膜厚が大きい場合には相対的には発光層への電子注入量が小さくなり、その結果、再結合領域が電子輸送帯域側へ偏る。このような場合に、本願のように三重項エネルギーの大きな障壁層を用いると、ＴＴＦ現象をより効率的に起こすことが可能となる。
【００９４】
以上のようなアフィニティの関係を満たすホストとドーパントとしては、例えば、以下の化合物から選択できる（特開２０１０−５０２２７号公報（特願２００８−２１２１０２）等参照）。
ホストは、アントラセン誘導体、多環芳香族骨格含有化合物、好ましくはアントラセン誘導体である。
ドーパントは、ピレン誘導体、アミノアントラセン誘導体、アミノクリセン誘導体、およびアミノピレン誘導体からなる群から選ばれた少なくとも１種の化合物である。
ホストとドーパントとの組み合わせの好ましい例としては、ホストとしてのアントラセン誘導体と、ドーパントとして、ピレン誘導体、アミノアントラセン誘導体、アミノクリセン誘導体、およびアミノピレン誘導体からなる群から選ばれた少なくとも１種の化合物の組み合わせである。
【００９５】
具体的なアミノアントラセン誘導体の例として以下の式（４）で表される化合物が挙げられる。
【００９６】
【化２０】
0005405653.tif 000022
【００９７】
式（４）中、Ａ１およびＡ２は、それぞれ独立に置換基を有してもよい炭素数１〜６の脂肪族炭化水素基、置換基を有してもよい環形成炭素数６〜２０の芳香族炭化水素基、又は窒素、又は硫黄又は酸素原子を含む置換基を有してもよい環形成原子数５〜１９の複素芳香族炭化水素基である。
Ａ３は、それぞれ独立に置換基を有してもよい炭素数１〜６の脂肪族炭化水素基、置換基を有してもよい環形成炭素数６〜２０の芳香族炭化水素基、置換基を有してもよい環形成原子数５〜１９の複素芳香族炭化水素基又は水素原子である。この複素芳香族炭化水素基は、窒素、硫黄又は酸素原子を含む。
【００９８】
具体的なアミノクリセン誘導体の例として以下の式（５）で表される化合物が挙げられる。
【００９９】
【化２１】
0005405653.tif 000023
【０１００】
式（５）中、Ｘ１〜Ｘ１０は、それぞれ水素原子又は置換基であり、Ｙ１，Ｙ２は、それぞれ置換基である。
好ましくは、Ｘ１〜Ｘ１０は、水素原子である。好ましくは、Ｙ１，Ｙ２は、置換基を有してもよい環形成炭素数６〜３０の芳香族環である。この芳香族環の置換基として、好ましくは、炭素数１〜６のアルキル基である。また、この芳香族環として、環形成炭素数６〜１０の芳香族環又はフェニル基が好ましい。
【０１０１】
具体的なアミノピレン誘導体の例として以下の式（６）で表される化合物が挙げられる。
【０１０２】
【化２２】
0005405653.tif 000024
【０１０３】
式（６）中、Ｘ１〜Ｘ１０は、それぞれ水素原子又は置換基であり、ただし、Ｘ３とＸ８又はＸ２とＸ７が、それぞれ−ＮＹ１Ｙ２（Ｙ１，Ｙ２は置換基である）である。好ましくは、Ｘ３とＸ８がそれぞれ−ＮＹ１Ｙ２であるとき、Ｘ２，４，５，７，９，１０は、水素原子であり、Ｘ１，Ｘ６は水素原子、アルキル基又はシクロアルキル基である。好ましくは、Ｘ２とＸ７がそれぞれ−ＮＹ１Ｙ２であるとき、Ｘ１，３−６，８−１０は、水素原子である。好ましくは、Ｙ１，Ｙ２は、置換基を有してもよい芳香族環であって、例えば、フェニル基やナフチル基である。この芳香族環の置換基としては、例えば、炭素数１〜６のアルキル基が挙げられる。
【０１０４】
アントラセン誘導体は、下記式（７）で表される化合物が好ましい。
【０１０５】
【化２３】
0005405653.tif 000025
【０１０６】
式（７）中、Ａｒ１１およびＡｒ１２は、それぞれ独立に、置換基を有してもよい環形成炭素数６〜５０のアリール基、又は環形成原子数５〜５０の複素環基であり、Ｒ１〜Ｒ８は、それぞれ独立に、水素原子、置換基を有してもよい環形成炭素数６〜５０のアリール基、置換基を有してもよい環形成原子数５〜５０の複素環基、置換基を有してもよい炭素数１〜５０のアルキル基、置換基を有してもよい環形成炭素数３〜５０のシクロアルキル基、置換基を有してもよい炭素数１〜５０のアルコキシ基、置換基を有してもよい炭素数７〜５０のアラルキル基、置換基を有してもよい環形成炭素数６〜５０のアリールオキシ基、置換基を有してもよい環形成炭素数６〜５０のアリールチオ基、置換基を有してもよい炭素数２〜５０のアルコキシカルボニル基、置換基を有してもよいシリル基、カルボキシル基、ハロゲン原子、シアノ基、ニトロ基およびヒドロキシル基から選ばれる基である。
【０１０７】
これらのアントラセン誘導体の中でも、下記アントラセン誘導体（Ａ）、（Ｂ）、および（Ｃ）のいずれかであることが好ましく、適用する有機ＥＬ素子の構成や求める特性により選択される。
【０１０８】
（アントラセン誘導体（Ａ））
当該アントラセン誘導体は、式（７）におけるＡｒ１１およびＡｒ１２が、それぞれ独立に、置換基を有してもよい環形成炭素数１０〜５０の縮合アリール基となっている。当該アントラセン誘導体としては、Ａｒ１１およびＡｒ１２が同一の置換基を有してもよい縮合アリール基である場合、および異なる置換基を有してもよい縮合アリール基である場合に分けることができる。
具体的には、下記式（７−１）〜（７−３）で表されるアントラセン誘導体、および式（７）におけるＡｒ１１およびＡｒ１２が異なる置換基を有してもよい縮合アリール基であるアントラセン誘導体が挙げられる。
【０１０９】
下記式（７−１）で表されるアントラセン誘導体は、Ａｒ１１およびＡｒ１２が、置換基を有してもよい９−フェナントレニル基となっている。
【０１１０】
【化２４】
0005405653.tif 000026
【０１１１】
（式（７−１）中、Ｒ１〜Ｒ８は前記と同様であり、
Ｒ１１は、水素原子、置換基を有してもよい環形成炭素数６〜５０のアリール基、置換基を有してもよい環形成原子数５〜５０の複素環基、置換基を有してもよい炭素数１〜５０のアルキル基、置換基を有してもよい環形成炭素数３〜５０のシクロアルキル基、置換基を有してもよい炭素数１〜５０のアルコキシ基、置換基を有してもよい炭素数７〜５０のアラルキル基、置換基を有してもよい環形成炭素数６〜５０のアリールオキシ基、置換基を有してもよい環形成炭素数６〜５０のアリールチオ基、置換基を有してもよい炭素数２〜５０のアルコキシカルボニル基、置換基を有してもよいシリル基、カルボキシル基、ハロゲン原子、シアノ基、ニトロ基およびヒドロキシル基から選ばれる基であり、
ａは、０〜９の整数である。ａが２以上の整数の場合、複数あるＲ１１は、２つの置換基を有してもよいフェナントレニル基が同一であることを条件に、それぞれが同一でも異なっていてもよい。）
【０１１２】
下記式（７−２）で表されるアントラセン誘導体は、式（７）におけるＡｒ１１およびＡｒ１２が、置換基を有してもよい２−ナフチル基となっている。
【０１１３】
【化２５】
0005405653.tif 000027
【０１１４】
（式（７−２）中、Ｒ１〜Ｒ８およびＲ１１は前記と同様であり、
ｂは１〜７の整数である。ｂが２以上の整数の場合、複数あるＲ１１は、２つの置換基を有してもよい２−ナフチル基が同一であることを条件に、それぞれが同一でも異なっていてもよい。）
【０１１５】
下記式（７−３）で表されるアントラセン誘導体は、式（７）におけるＡｒ１１およびＡｒ１２が、置換基を有してもよい１−ナフチル基となっている。
【０１１６】
【化２６】
0005405653.tif 000028
【０１１７】
（式（７−３）中、Ｒ１〜Ｒ８、Ｒ１１およびｂは、前記と同様である。また、ｂが２以上の整数の場合、複数あるＲ１１は、２つの置換基を有してもよい１−ナフチル基が同一であることを条件に、それぞれが同一でも異なっていてもよい。）
【０１１８】
式（７）におけるＡｒ１１およびＡｒ１２が異なる置換基を有してもよい縮合アリール基であるアントラセン誘導体としては、Ａｒ１１およびＡｒ１２が、置換基を有してもよい９−フェナントレニル基、置換基を有してもよい１−ナフチル基および置換基を有してもよい２−ナフチル基のいずれかであることが好ましい。
具体的には、Ａｒ１１が１−ナフチル基、およびＡｒ１２が２−ナフチル基である場合、Ａｒ１１が１−ナフチル基およびＡｒ１２が９−フェナントリル基である場合、並びにＡｒ１１が２−ナフチル基およびＡｒ１２が９−フェナントリル基である場合である。
【０１１９】
（アントラセン誘導体（Ｂ））
当該アントラセン誘導体は、式（７）におけるＡｒ１１およびＡｒ１２の一方が置換基を有してもよいフェニル基であり、他方が置換基を有してもよい環形成炭素数１０〜５０の縮合アリール基となっている。当該アントラセン誘導体としては、具体的には、下記式（７−４）および（７−５）で表されるアントラセン誘導体が挙げられる。
【０１２０】
下記式（７−４）で表されるアントラセン誘導体は、式（７）におけるＡｒ１１が置換基を有してもよい１−ナフチル基であり、Ａｒ１２が、置換基を有してもよいフェニル基となっている。
【０１２１】
【化２７】
0005405653.tif 000029
【０１２２】
（式（７−４）中、Ｒ１〜Ｒ８、Ｒ１１およびｂは、前記と同様であり、
Ａｒ６は、置換基を有してもよい環形成炭素数６〜５０のアリール基、置換基を有してもよい炭素数１〜５０のアルキル基、置換基を有してもよい環形成炭素数３〜５０のシクロアルキル基、置換基を有してもよい炭素数７〜５０のアラルキル基、置換基を有してもよい環形成原子数５〜５０の複素環基、９，９−ジメチルフルオレン−１−イル基、９，９−ジメチルフルオレン−２−イル基、９，９−ジメチルフルオレン−３−イル基、９，９−ジメチルフルオレン−４−イル基、ジベンゾフラン−１−イル基、ジベンゾフラン−２−イル基、ジベンゾフラン−３−イル基、又はジベンゾフラン−４−イル基である。また、Ａｒ６は、それが結合しているベンゼン環と共に、置換基を有してもよいフルオレニル基や置換基を有してもよいジベンゾフラニル基等の環を形成していてもよい。ｂが２以上の整数の場合、複数あるＲ１１は、それぞれが同一でも異なっていてもよい。）
【０１２３】
下記式（７−５）で表されるアントラセン誘導体は、式（７）におけるＡｒ１１が置換基を有してもよい２−ナフチル基であり、Ａｒ１２が、置換基を有してもよいフェニル基となっている。
【０１２４】
【化２８】
0005405653.tif 000030
【０１２５】
（式（７−５）中、Ｒ１〜Ｒ８、Ｒ１１およびｂは前記と同様であり、Ａｒ７は、置換基を有してもよい環形成炭素数６〜５０のアリール基、置換基を有してもよい環形成原子数５〜５０の複素環基、置換基を有してもよい炭素数１〜５０のアルキル基、置換基を有してもよい環形成炭素数３〜５０のシクロアルキル基、置換基を有してもよい炭素数７〜５０のアラルキル基、ジベンゾフラン−１−イル基、ジベンゾフラン−２−イル基、ジベンゾフラン−３−イル基、又はジベンゾフラン−４−イル基である。また、Ａｒ７はそれが結合しているベンゼン環と共に、置換基を有してもよいフルオレニル基や置換基を有してもよいジベンゾフラニル基等の環を形成していてもよい。ｂが２以上の整数の場合、複数あるＲ１１は、それぞれが同一でも異なっていてもよい。）
【０１２６】
（アントラセン誘導体（Ｃ））
当該アントラセン誘導体は、下記式（７−６）で表され、具体的には、下記式（７−６−１）、（７−６−２）および（７−６−３）のいずれかで表される誘導体であることが好ましい。
【０１２７】
【化２９】
0005405653.tif 000031
【０１２８】
（式（７−６）中、Ｒ１〜Ｒ８およびＡｒ６は、前記と同様であり、Ａｒ５は、置換基を有してもよい環形成炭素数６〜５０のアリール基、置換基を有してもよい炭素数１〜５０のアルキル基、置換基を有してもよい環形成炭素数３〜５０のシクロアルキル基、置換基を有してもよい炭素数７〜５０のアラルキル基、又は置換基を有してもよい環形成原子数５〜５０の複素環基であり、Ａｒ５とＡｒ６は、それぞれ独立に選択される。）
【０１２９】
【化３０】
0005405653.tif 000032
【０１３０】
（式（７−６−１）中、Ｒ１〜Ｒ８は、前記と同様である。）
【０１３１】
【化３１】
0005405653.tif 000033
【０１３２】
（式（７−６−２）中、Ｒ１〜Ｒ８は、前記と同様である。Ａｒ８は、置換基を有してもよい環形成炭素数１０〜２０の縮合アリール基である。）
【０１３３】
【化３２】
0005405653.tif 000034
【０１３４】
（式（７−６−３）中、Ｒ１〜Ｒ８は、式（７）と同様である。
Ａｒ５ａおよびＡｒ６ａは、それぞれ独立に、置換基を有してもよい環形成炭素数１０〜２０の縮合アリール基である。）
【０１３５】
Ｒ１〜Ｒ８、Ｒ１１、Ａｒ５〜Ａｒ７、Ａｒ１１およびＡｒ１２の置換基を有してもよい環形成炭素数６〜５０のアリール基としては、フェニル基、１−ナフチル基、２−ナフチル基、１−アントリル基、２−アントリル基、９−アントリル基、１−フェナントリル基、２−フェナントリル基、３−フェナントリル基、４−フェナントリル基、９−フェナントリル基、１−ナフタセニル基、２−ナフタセニル基、９−ナフタセニル基、１−ピレニル基、２−ピレニル基、４−ピレニル基、６−クリセニル基、１−ベンゾ［ｃ］フェナントリル基、２−ベンゾ［ｃ］フェナントリル基、３−ベンゾ［ｃ］フェナントリル基、４−ベンゾ［ｃ］フェナントリル基、５−ベンゾ［ｃ］フェナントリル基、６−ベンゾ［ｃ］フェナントリル基、１−ベンゾ［ｇ］クリセニル基、２−ベンゾ［ｇ］クリセニル基、３−ベンゾ［ｇ］クリセニル基、４−ベンゾ［ｇ］クリセニル基、５−ベンゾ［ｇ］クリセニル基、６−ベンゾ［ｇ］クリセニル基、７−ベンゾ［ｇ］クリセニル基、８−ベンゾ［ｇ］クリセニル基、９−ベンゾ［ｇ］クリセニル基、１０−ベンゾ［ｇ］クリセニル基、１１−ベンゾ［ｇ］クリセニル基、１２−ベンゾ［ｇ］クリセニル基、１３−ベンゾ［ｇ］クリセニル基、１４−ベンゾ［ｇ］クリセニル基、１−トリフェニル基、２−トリフェニル基、２−フルオレニル基、９，９−ジメチルフルオレン−２−イル基、ベンゾフルオレニル基、ジベンゾフルオレニル基、２−ビフェニルイル基、３−ビフェニルイル基、４−ビフェニルイル基、ｐ−ターフェニル−４−イル基、ｐ−ターフェニル−３−イル基、ｐ−ターフェニル−２−イル基、ｍ−ターフェニル−４−イル基、ｍ−ターフェニル−３−イル基、ｍ−ターフェニル−２−イル基、ｏ−トリル基、ｍ−トリル基、ｐ−トリル基、ｐ−ｔ−ブチルフェニル基、ｐ−（２−フェニルプロピル）フェニル基、３−メチル−２−ナフチル基、４−メチル−１−ナフチル基、４−メチル−１−アントリル基、４’−メチルビフェニルイル基、４”−ｔ−ブチル−ｐ−ターフェニル−４−イル基等が挙げられる。好ましくは、無置換のフェニル基、置換フェニル基および置換基を有してもよい環形成炭素数１０〜１４のアリール基（例えば、１−ナフチル基、２−ナフチル基、９−フェナントリル基）、置換基を有してもよいフルオレニル基（２−フルオレニル基）、および置換基を有してもよいピレニル基（１−ピレニル基、２−ピレニル基、４−ピレニル基）である。
【０１３６】
また、Ａｒ５ａ、Ａｒ６ａおよびＡｒ８の置換基を有してもよい環形成炭素数１０〜２０の縮合アリール基としては、１−ナフチル基、２−ナフチル基、１−アントリル基、２−アントリル基、９−アントリル基、１−フェナントリル基、２−フェナントリル基、３−フェナントリル基、４−フェナントリル基、９−フェナントリル基、１−ナフタセニル基、２−ナフタセニル基、９−ナフタセニル基、１−ピレニル基、２−ピレニル基、４−ピレニル基、２−フルオレニル基等が挙げられる。特に、１−ナフチル基、２−ナフチル基、９−フェナントリル基、およびフルオレニル基（２−フルオレニル基）が好ましい。
【０１３７】
ＨＡｒ、Ｒ１〜Ｒ８、Ｒ１１、Ａｒ５〜Ａｒ７、Ａｒ１１およびＡｒ１２の置換基を有してもよい環形成原子数５〜５０の複素環基としては、１−ピロリル基、２−ピロリル基、３−ピロリル基、ピラジニル基、２−ピリジニル基、３−ピリジニル基、４−ピリジニル基、１−インドリル基、２−インドリル基、３−インドリル基、４−インドリル基、５−インドリル基、６−インドリル基、７−インドリル基、１−イソインドリル基、２−イソインドリル基、３−イソインドリル基、４−イソインドリル基、５−イソインドリル基、６−イソインドリル基、７−イソインドリル基、２−フリル基、３−フリル基、２−ベンゾフラニル基、３−ベンゾフラニル基、４−ベンゾフラニル基、５−ベンゾフラニル基、６−ベンゾフラニル基、７−ベンゾフラニル基、１−イソベンゾフラニル基、３−イソベンゾフラニル基、４−イソベンゾフラニル基、５−イソベンゾフラニル基、６−イソベンゾフラニル基、７−イソベンゾフラニル基、１−ジベンゾフラニル基、２−ジベンゾフラニル基、３−ジベンゾフラニル基、４−ジベンゾフラニル基、１−ジベンゾチオフェニル基、２−ジベンゾチオフェニル基、３−ジベンゾチオフェニル基、４−ジベンゾチオフェニル基、キノリル基、３−キノリル基、４−キノリル基、５−キノリル基、６−キノリル基、７−キノリル基、８−キノリル基、１−イソキノリル基、３−イソキノリル基、４−イソキノリル基、５−イソキノリル基、６−イソキノリル基、７−イソキノリル基、８−イソキノリル基、２−キノキサリニル基、５−キノキサリニル基、６−キノキサリニル基、１−カルバゾリル基、２−カルバゾリル基、３−カルバゾリル基、４−カルバゾリル基、９−カルバゾリル基、１−フェナントリジニル基、２−フェナントリジニル基、３−フェナントリジニル基、４−フェナントリジニル基、６−フェナントリジニル基、７−フェナントリジニル基、８−フェナントリジニル基、９−フェナントリジニル基、１０−フェナントリジニル基、１−アクリジニル基、２−アクリジニル基、３−アクリジニル基、４−アクリジニル基、９−アクリジニル基、１，７−フェナントロリン−２−イル基、１，７−フェナントロリン−３−イル基、１，７−フェナントロリン−４−イル基、１，７−フェナントロリン−５−イル基、１，７−フェナントロリン−６−イル基、１，７−フェナントロリン−８−イル基、１，７−フェナントロリン−９−イル基、１，７−フェナントロリン−１０−イル基、１，８−フェナントロリン−２−イル基、１，８−フェナントロリン−３−イル基、１，８−フェナントロリン−４−イル基、１，８−フェナントロリン−５−イル基、１，８−フェナントロリン−６−イル基、１，８−フェナントロリン−７−イル基、１，８−フェナントロリン−９−イル基、１，８−フェナントロリン−１０−イル基、１，９−フェナントロリン−２−イル基、１，９−フェナントロリン−３−イル基、１，９−フェナントロリン−４−イル基、１，９−フェナントロリン−５−イル基、１，９−フェナントロリン−６−イル基、１，９−フェナントロリン−７−イル基、１，９−フェナントロリン−８−イル基、１，９−フェナントロリン−１０−イル基、１，１０−フェナントロリン−２−イル基、１，１０−フェナントロリン−３−イル基、１，１０−フェナントロリン−４−イル基、１，１０−フェナントロリン−５−イル基、２，９−フェナントロリン−１−イル基、２，９−フェナントロリン−３−イル基、２，９−フェナントロリン−４−イル基、２，９−フェナントロリン−５−イル基、２，９−フェナントロリン−６−イル基、２，９−フェナントロリン−７−イル基、２，９−フェナントロリン−８−イル基、２，９−フェナントロリン−１０−イル基、２，８−フェナントロリン−１−イル基、２，８−フェナントロリン−３−イル基、２，８−フェナントロリン−４−イル基、２，８−フェナントロリン−５−イル基、２，８−フェナントロリン−６−イル基、２，８−フェナントロリン−７−イル基、２，８−フェナントロリン−９−イル基、２，８−フェナントロリン−１０−イル基、２，７−フェナントロリン−１−イル基、２，７−フェナントロリン−３−イル基、２，７−フェナントロリン−４−イル基、２，７−フェナントロリン−５−イル基、２，７−フェナントロリン−６−イル基、２，７−フェナントロリン−８−イル基、２，７−フェナントロリン−９−イル基、２，７−フェナントロリン−１０−イル基、１−フェナジニル基、２−フェナジニル基、１−フェノチアジニル基、２−フェノチアジニル基、３−フェノチアジニル基、４−フェノチアジニル基、１０−フェノチアジニル基、１−フェノキサジニル基、２−フェノキサジニル基、３−フェノキサジニル基、４−フェノキサジニル基、１０−フェノキサジニル基、２−オキサゾリル基、４−オキサゾリル基、５−オキサゾリル基、２−オキサジアゾリル基、５−オキサジアゾリル基、３−フラザニル基、２−チエニル基、３−チエニル基、２−メチルピロール−１−イル基、２−メチルピロール−３−イル基、２−メチルピロール−４−イル基、２−メチルピロール−５−イル基、３−メチルピロール−１−イル基、３−メチルピロール−２−イル基、３−メチルピロール−４−イル基、３−メチルピロール−５−イル基、２−ｔ−ブチルピロール−４−イル基、３−（２−フェニルプロピル）ピロール−１−イル基、２−メチル−１−インドリル基、４−メチル−１−インドリル基、２−メチル−３−インドリル基、４−メチル−３−インドリル基、２−ｔ−ブチル−１−インドリル基、４−ｔ−ブチル−１−インドリル基、２−ｔ−ブチル−３−インドリル基、４−ｔ−ブチル−３−インドリル基等が挙げられる。好ましくは、１−ジベンゾフラニル基、２−ジベンゾフラニル基、３−ジベンゾフラニル基、４−ジベンゾフラニル基、１−ジベンゾチオフェニル基、２−ジベンゾチオフェニル基、３−ジベンゾチオフェニル基、４−ジベンゾチオフェニル基、１−カルバゾリル基、２−カルバゾリル基、３−カルバゾリル基、４−カルバゾリル基、９−カルバゾリル基である。
【０１３８】
Ｒ１〜Ｒ８、Ｒ１１およびＡｒ５〜Ａｒ７の置換基を有してもよい炭素数１〜５０のアルキル基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ｎ−ブチル基、ｓ−ブチル基、イソブチル基、ｔ−ブチル基、ｎ−ペンチル基、ｎ−ヘキシル基、ｎ−ヘプチル基、ｎ−オクチル基、ヒドロキシメチル基、１−ヒドロキシエチル基、２−ヒドロキシエチル基、２−ヒドロキシイソブチル基、１，２−ジヒドロキシエチル基、１，３−ジヒドロキシイソプロピル基、２，３−ジヒドロキシ−ｔ−ブチル基、１，２，３−トリヒドロキシプロピル基、クロロメチル基、１−クロロエチル基、２−クロロエチル基、２−クロロイソブチル基、１，２−ジクロロエチル基、１，３−ジクロロイソプロピル基、２，３−ジクロロ−ｔ−ブチル基、１，２，３−トリクロロプロピル基、ブロモメチル基、１−ブロモエチル基、２−ブロモエチル基、２−ブロモイソブチル基、１，２−ジブロモエチル基、１，３−ジブロモイソプロピル基、２，３−ジブロモ−ｔ−ブチル基、１，２，３−トリブロモプロピル基、ヨードメチル基、１−ヨードエチル基、２−ヨードエチル基、２−ヨードイソブチル基、１，２−ジヨードエチル基、１，３−ジヨードイソプロピル基、２，３−ジヨード−ｔ−ブチル基、１，２，３−トリヨードプロピル基、アミノメチル基、１−アミノエチル基、２−アミノエチル基、２−アミノイソブチル基、１，２−ジアミノエチル基、１，３−ジアミノイソプロピル基、２，３−ジアミノ−ｔ−ブチル基、１，２，３−トリアミノプロピル基、シアノメチル基、１−シアノエチル基、２−シアノエチル基、２−シアノイソブチル基、１，２−ジシアノエチル基、１，３−ジシアノイソプロピル基、２，３−ジシアノ−ｔ−ブチル基、１，２，３−トリシアノプロピル基、ニトロメチル基、１−ニトロエチル基、２−ニトロエチル基、２−ニトロイソブチル基、１，２−ジニトロエチル基、１，３−ジニトロイソプロピル基、２，３−ジニトロ−ｔ−ブチル基、１，２，３−トリニトロプロピル基等が挙げられる。好ましくは、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ｎ−ブチル基、ｓ−ブチル基、イソブチル基、ｔ−ブチル基である。
【０１３９】
Ｒ１〜Ｒ８、Ｒ１１およびＡｒ５〜Ａｒ７の置換基を有してもよい環形成炭素数３〜５０のシクロアルキル基としては、シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、４−メチルシクロヘキシル基、１−アダマンチル基、２−アダマンチル基、１−ノルボルニル基、２−ノルボルニル基等が挙げられる。好ましくは、シクロペンチル基、シクロヘキシル基である。
【０１４０】
Ｒ１〜Ｒ８およびＲ１１の置換基を有してもよい炭素数１〜５０のアルコキシ基は、−ＯＺで表される基であり、Ｚは、前記Ｒ１〜Ｒ８の置換基を有してもよい炭素数１〜５０のアルキル基から選択される。
【０１４１】
Ｒ１〜Ｒ８、Ｒ１１およびＡｒ５〜Ａｒ７の置換基を有してもよい炭素数７〜５０アラルキル基（アリール部分は炭素数６〜４９、アルキル部分は炭素数１〜４４）としては、ベンジル基、１−フェニルエチル基、２−フェニルエチル基、１−フェニルイソプロピル基、２−フェニルイソプロピル基、フェニル−ｔ−ブチル基、α−ナフチルメチル基、１−α−ナフチルエチル基、２−α−ナフチルエチル基、１−α−ナフチルイソプロピル基、２−α−ナフチルイソプロピル基、β−ナフチルメチル基、１−β−ナフチルエチル基、２−β−ナフチルエチル基、１−β−ナフチルイソプロピル基、２−β−ナフチルイソプロピル基、１−ピロリルメチル基、２−（１−ピロリル）エチル基、ｐ−メチルベンジル基、ｍ−メチルベンジル基、ｏ−メチルベンジル基、ｐ−クロロベンジル基、ｍ−クロロベンジル基、ｏ−クロロベンジル基、ｐ−ブロモベンジル基、ｍ−ブロモベンジル基、ｏ−ブロモベンジル基、ｐ−ヨードベンジル基、ｍ−ヨードベンジル基、ｏ−ヨードベンジル基、ｐ−ヒドロキシベンジル基、ｍ−ヒドロキシベンジル基、ｏ−ヒドロキシベンジル基、ｐ−アミノベンジル基、ｍ−アミノベンジル基、ｏ−アミノベンジル基、ｐ−ニトロベンジル基、ｍ−ニトロベンジル基、ｏ−ニトロベンジル基、ｐ−シアノベンジル基、ｍ−シアノベンジル基、ｏ−シアノベンジル基、１−ヒドロキシ−２−フェニルイソプロピル基、１−クロロ−２−フェニルイソプロピル基等が挙げられる。
【０１４２】
Ｒ１〜Ｒ８およびＲ１１の置換基を有してもよい環形成炭素数６〜５０のアリールオキシ基およびアリールチオ基は、それぞれ−ＯＹおよびＳＹと表され、Ｙは、前記Ｒ１〜Ｒ８の置換基を有してもよい環形成炭素数６〜５０のアリール基から選ばれる。
【０１４３】
Ｒ１〜Ｒ８およびＲ１１の置換基を有してもよい炭素数２〜５０アルコキシカルボニル基（アルキル部分は炭素数１〜４９）は、−ＣＯＯＺと表され、Ｚは、前記Ｒ１〜Ｒ８の置換基を有してもよい炭素数１〜５０のアルキル基から選ばれる。
【０１４４】
Ｒ１〜Ｒ８およびＲ１１の置換シリル基としては、トリメチルシリル基、トリエチルシリル基、ｔ−ブチルジメチルシリル基、ビニルジメチルシリル基、プロピルジメチルシリル基、トリフェニルシリル基等が挙げられる。
【０１４５】
Ｒ１〜Ｒ８およびＲ１１のハロゲン原子としては、フッ素、塩素、臭素、ヨウ素等が挙げられる。
【０１４６】
［２］Ａｈ＜Ａｄの場合
Ａｈ＜Ａｄとなるようなホストとドーパントとの組み合わせにすると、電子輸送帯域内に設けた障壁層の効果が顕著に現れ、ＴＴＦ現象による高効率化を図ることができる。そこで、以下の［２−１］および［２−２］のように場合を分けて説明する。なお、一般に有機材料は、測定されるアフィニティレベルよりも０．２ｅＶ程度大きな範囲にＬＵＭＯレベルの広がりを持つ。
【０１４７】
［２−１］ＡｄとＡｈとの差が０．２ｅＶよりも小さな場合
図６は、この場合のエネルギーバンド図の一例である。発光層内に示している点線は、ドーパントのエネルギー準位を表す。図６のように、ＡｄとＡｈとの差が０．２ｅＶよりも小さな場合、ホストのＬＵＭＯレベルの広がりの中にドーパントのＬＵＭＯレベルが入るため、発光層内を伝導する電子は、ドーパントにトラップされにくい。すなわち、このドーパントは、電子トラップ性を示しにくい。また、本発明のドーパントは、主ピーク波長５５０ｎｍ以下の蛍光性の光を発するワイドギャップなドーパントであるため、Ａｈ＜Ａｄの関係を満たす場合、ＡｄとＡｈとの差が０．２ｅＶ程度であるので、ホストのイオン化ポテンシャルとドーパントのイオン化ポテンシャルとの差が小さくなる。その結果、ドーパントは、顕著な正孔トラップ性を有さない傾向にある。なお、図６においては、Ａｈ＞Ａｂ＞Ａｅの場合における関係が示されている。
また、前述の図３についても、Ａｈ＜Ａｄであって、その差が０．２ｅＶより小さい場合のエネルギーバンド図である。さらに、図３においては、Ａｈ＞Ａｂ、Ａｅ＞Ａｂの場合における関係が示されている。
【０１４８】
すなわち、この場合のドーパントは、電子、正孔のいずれにも顕著なトラップ性を有さない傾向にある。この場合、図６の発光層に付した斜線部分のように、電子−正孔の再結合は、発光層内の広い全域において主としてホスト分子上で起こり、２５％の一重項励起子と７５％の三重項励起子が主としてホスト分子上に生成する。ホスト上で生成した一重項励起子の持つエネルギーは、フェルスター型エネルギー移動によりドーパントに移動し、ドーパント分子の蛍光性発光に寄与する。一方、三重項励起子の持つエネルギーは、ホスト、ドーパントの三重項エネルギーの関係によってその行方が決まる。その関係が、ＥＴｈ＞ＥＴｄとなっている場合、ホストで生成した三重項励起子は、近傍に存在するドーパントにデクスター型のエネルギー移動をしてしまう。蛍光素子において発光層中のドーパント濃度は、通常数質量％から２０質量％程度と低く、ドーパントに移った三重項励起子は、互いに衝突する頻度が小さくなりＴＴＦ現象が生じにくくなる。しかし、本実施形態のように、ＥＴｈ＜ＥＴｄとなっていれば、三重項励起子は、ホスト分子上に存在するため、衝突頻度が上がり効率的にＴＴＦ現象が生じ易くなる。
【０１４９】
また、本発明においては、発光層に隣接して障壁層が設けられている。障壁層の三重項エネルギーＥＴｂがホストの三重項エネルギーＥＴｈよりも大きく設定されているため、三重項励起子が電子輸送帯域へ拡散するのを防止し、発光層内で効率よくＴＴＦ現象を引き起こすことが可能となる。
【０１５０】
［２−２］ＡｄとＡｈとの差が０．２ｅＶよりも大きな場合
このときのエネルギーバンド図の一例を図７に示す。ドーパントとホストとのアフィニティ差が大きくなり、ホストのＬＵＭＯレベルの広がりよりさらに高い位置にドーパントのＬＵＭＯレベルが存在することになる。そのため、ドーパントは、顕著な電子トラップ性を示す傾向が強くなる。ドーパントにトラップされた電子は、正孔がホストからドーパントに移動するのを待って再結合することになる。すなわち、図６での状況とは異なり、電子−正孔対は、ホスト分子上ばかりでなく、ドーパント分子上でも再結合するようになる。その結果、三重項励起子がホスト分子上ばかりでなく、直接ドーパント分子上でも生成するようになる。このような状況において、本実施形態のようにＥＴｈ＜ＥＴｄという関係であれば、直接ドーパント上で生成した三重項励起子もデクスター型エネルギー移動によりホスト上に集まるため、効率よくＴＴＦ現象が起きるようになる。
このようなアフィニティの関係にある場合には、ドーパントによる電子のトラップ確率は、発光層と障壁層との界面付近程高くなり、その結果、再結合も発光層と障壁層との界面付近で多く起きるようになる。この場合、三重項励起子の障壁層による閉じ込め効果は、［２−１］の場合に比べて大きくなり、障壁層との界面における三重項励起子の密度が高くなる。なお、図７においては、Ａｈ＞Ａｂ＞Ａｅの場合における関係が示されている。
【０１５１】
以上のような、Ａｈ＜Ａｄの関係を満たすホストおよびドーパントとしては、例えば、以下の化合物から選択できる（特開２０１０−５０２２７号公報（特願２００８−２１２１０２）等参照）。
ホストとしては、アントラセン誘導体および多環芳香族骨格含有化合物、好ましくは、アントラセン誘導体が挙げられる。
ドーパントとしては、フルオランテン誘導体、ピレン誘導体、アリールアセチレン誘導体、フルオレン誘導体、ホウ素錯体、ペリレン誘導体、オキサジアゾール誘導体およびアントラセン誘導体、好ましくは、フルオランテン誘導体、ピレン誘導体およびホウ素錯体、より好ましくは、フルオランテン誘導体およびホウ素錯体が挙げられる。ホストとドーパントとの組合せとしては、ホストがアントラセン誘導体であり、ドーパントがフルオランテン誘導体又はホウ素錯体である場合が好ましい。
【０１５２】
具体的なフルオランテン誘導体の例として以下の化合物が挙げられる。
【０１５３】
【化３３】
0005405653.tif 000035
【０１５４】
式（８）中、Ｘ１〜Ｘ１２は、水素又は置換基である。好ましくは、Ｘ１〜Ｘ２、Ｘ４〜Ｘ６及びＸ８〜Ｘ１１が水素原子であり、Ｘ３、Ｘ７及びＸ１２が置換基を有してもよい環形成原子数５〜５０のアリール基である化合物である。より好ましくは、Ｘ１〜Ｘ２、Ｘ４〜Ｘ６及びＸ８〜Ｘ１１が水素原子であり、Ｘ７及びＸ１２が置換基を有してもよい環形成原子数５〜５０のアリール基、Ｘ３が−Ａｒ１−Ａｒ２である化合物であり、Ａｒ１は、置換基を有してもよい環形成原子数５〜５０のアリーレン基、Ａｒ２は、置換基を有してもよい環形成原子数５〜５０のアリール基である。
また、好ましくは、Ｘ１〜Ｘ２、Ｘ４〜Ｘ６及びＸ８〜Ｘ１１が水素原子であり、Ｘ７及びＸ１２が置換基を有してもよい環形成原子数５〜５０のアリール基、Ｘ３が−Ａｒ１−Ａｒ２−Ａｒ３である化合物であり、Ａｒ１及びＡｒ３は、それぞれ、置換基を有してもよい環形成原子数５〜５０のアリーレン基、Ａｒ２は、置換基を有してもよい環形成原子数５〜５０のアリール基である。
【０１５５】
具体的なホウ素錯体化合物の例として以下の化合物が挙げられる。
【化３４】
0005405653.tif 000036
【０１５６】
式（９）中、Ａ及びＡ’は、少なくとも１つの窒素を含有する６員芳香族環系に相当する独立したアジン環系を表わし、Ｘａ及びＸｂは、各々独立に選ばれた置換基であって、その２つが連結することによりそれぞれ環Ａ又は環Ａ’に対して縮合環を形成するものを表わし、その際、該縮合環はアリール又はヘテロアリール置換基を含み、ｍ及びｎは、各々独立に０〜４を表わし、Ｚａ及びＺｂは、各々独立に選ばれたハロゲン化物を表わし、そして１、２、３、４、１’、２’、３’及び４’は、各々独立に選ばれた炭素原子又は窒素原子を表わす。
【０１５７】
望ましくは、該アジン環は、１、２、３、４、１’、２’、３’及び４’がすべて炭素原子であり、ｍ及びｎが２以上であり、そしてＸａ及びＸｂが連結して芳香族環を形成する炭素原子数２以上の置換基を表わすような、キノリニル又はイソキノリニル環である。Ｚａ及びＺｂはフッ素原子であることが望ましい。
【０１５８】
［２］の場合のホストとしてのアントラセン誘導体は、上記「［１］Ａｈ＞Ａｄの場合」で説明したものと同様である。
【０１５９】
［３］Ａｈ＜Ａｄを満たすドーパントとＡｈ＞Ａｄを満たすドーパントとが共存する場合
図８は、発光層にＡｈ＜Ａｄを満たすドーパントとＡｈ＞Ａｄを満たすドーパントの双方が含まれる場合のエネルギーバンド図の一例を示している。このような場合には、電子、正孔のいずれもほどよくトラップされ、結果として発光層内全域で再結合が起きる。したがって、陰極側においても多く再結合が起きており、三重項エネルギーの大きな障壁層を設けることにより、効率よくＴＴＦ現象が起きるようになる。なお、図８においては、Ａｈ＞Ａｂ＞Ａｅの場合における関係が示されている。
【０１６０】
本発明では、発光層と障壁層との界面における励起子密度が大きい。この場合、発光層内で再結合に寄与しなかった正孔が障壁層内へ注入される確率が大きくなる。そのため、障壁層に用いる材料としては、上記芳香族複素環誘導体の中でも酸化耐久性に優れる材料であることが好ましい。
【０１６１】
障壁層材料は、サイクリックボルタンメトリー測定で可逆な酸化過程を示すものが望ましい。
【０１６２】
インピーダンス分光法による移動度測定について説明する。陽極、陰極で好ましくは厚さ１００ｎｍ以上２００ｎｍ以下程度の障壁層材料を挟み、バイアスＤＣ電圧を印加しながら１００ｍＶ以下の微小交流電圧を印加する。このときに流れる交流電流値（絶対値と位相）を測定する。交流電圧の周波数を変えながら本測定を行い、電流値と電圧値とから、複素インピーダンス（Ｚ）を算出する。このときモジュラスＭ＝ｉｗＺ（ｉ：虚数単位、ｗ：角周波数）の虚数部（ＩｍＭ）の周波数依存性を求め、ＩｍＭが最大値となる周波数ｗの逆数を、障壁層内を伝導する電子の応答時間と定義する。そして以下の式により電子移動度を算出する。
電子移動度＝（障壁層材料の膜厚）２／（応答時間・電圧）
【０１６３】
発光層は、主ピーク波長５５０ｎｍ以下の２以上の蛍光発光性ドーパントを含むことができる。２以上の蛍光発光性ドーパントを含むとき、少なくとも１つのドーパントのアフィニティＡｄがホストのアフィニティＡｈ以上であり、このドーパントの三重項エネルギーＥＴｄがホストの三重項エネルギーＥＴｈより大きい。例えば、他の少なくとも１つのドーパントのアフィニティＡｄがホストのアフィニティＡｈより小さい。このような２種類のドーパントを含むことは前述したようにＡｈ＜Ａｄを満たすドーパントとＡｈ＞Ａｄを満たすドーパントを共に含むことであり三重項エネルギーの大きな障壁層を設けることにより効率を顕著に改善できる。
【０１６４】
ドーパントのアフィニティＡｄがホストのアフィニティＡｈより小さいドーパントとしては、ピレン誘導体、アミノアントラセン誘導体、アミノクリセン誘導体、アミノピレン誘導体等が挙げられる。
【０１６５】
なお、上記に記載したホストの他、ＷＯ０５／１１３５３１、ＪＰ２００５−３１４２３９記載のジベンゾフラン化合物、ＷＯ０２／１４２４４記載のフルオレン化合物、ＷＯ０８／１４５２３９記載のベンズアントラセン化合物も使用できる。
【０１６６】
上記に記載したドーパントの他、ＪＰ２００４−２０４２３８，ＷＯ０５／１０８３４８，ＷＯ０４／８３１６２，ＷＯ０９／８４５１２，ＫＲ１０−２００８−７９９５６，ＫＲ１０−２００７−１１５５８８，ＫＲ１０−２０１０−２４８９４記載のピレン化合物、ＷＯ０４／４４０８８記載のクリセン化合物、ＷＯ０７／２１１１７記載のアントラセン化合物も使用できる。
【０１６７】
ホスト、ドーパントは、環式構造又は単一原子同士が結合してなる化合物（環式構造と単一原子の結合も含む）であって、前記結合が単結合である化合物が好ましい。好ましくない例としては、環式構造以外で炭素−炭素二重結合が存在する化合物があげられる。その理由は、ホスト、ドーパント上で生成した三重項励起子のエネルギーが、ＴＴＦ現象に使われず２重結合の構造変化に消費されてしまうからである。
【０１６８】
＜第二実施形態＞
本発明の素子は、発光層を含む有機層ユニットを少なくとも２つ有するタンデム素子構成とすることができる。２つの発光層の間には、中間層（中間導電層、電化発生層、ＣＧＬとも呼ぶ）が介在する。ユニット毎に電子輸送帯域を設けることができる。少なくとも１つの発光層が蛍光発光層であり、その発光層を含むユニットが上記の要件を満たす。具体的な積層順の例を以下に示す。また、下記発光層は、複数の発光層の積層体であってもよく、後述する第三実施形態の電荷障壁層を含む一の有機層ユニットであっても良い。
陽極／蛍光発光層／中間層／蛍光発光層／障壁層／電子注入層／陰極
陽極／蛍光発光層／障壁層／電子注入層／中間層／蛍光発光層／陰極
陽極／蛍光発光層／障壁層／電子注入層／中間層／蛍光発光層／障壁層／陰極
陽極／蛍光発光層／障壁層／中間層／蛍光発光層／障壁層／電子注入層／陰極
陽極／リン光発光層／中間層／蛍光発光層／障壁層／電子注入層／陰極
陽極／蛍光発光層／障壁層／電子注入層／中間層／リン光発光層／陰極
陽極／蛍光発光層／中間層／蛍光発光層／障壁層／陰極
陽極／蛍光発光層／障壁層／中間層／蛍光発光層／陰極
陽極／蛍光発光層／障壁層／中間層／蛍光発光層／障壁層／陰極
陽極／蛍光発光層／障壁層／中間層／蛍光発光層／障壁層／陰極
陽極／リン光発光層／中間層／蛍光発光層／障壁層／陰極
陽極／蛍光発光層／障壁層／中間層／リン光発光層／陰極
なお、陽極と発光層の間には、他の実施形態と同様に正孔輸送帯域を設けることが好ましい。
【０１６９】
図９に第二実施形態にかかる有機ＥＬ素子の一例を示す。有機ＥＬ素子２は、陽極１０と、発光層２２，２４と、陰極５０とをこの順に備え、発光層２２，２４の間には、中間層８０がある。障壁層３２は、発光層２４に隣接している。電子注入層４０は、障壁層３２と陰極５０との間にある。障壁層３２、電子注入層４０および発光層２４が本発明の要件を満たす障壁層、電子注入層および蛍光発光層である。他方の発光層は、蛍光型でもリン光型でもよい。発光層２２の隣に別の障壁層および電子注入層を順次隣接させて設け、この別の障壁層および電子注入層、並びに発光層２２を本発明の要件を満たす障壁層、電子注入層および蛍光発光層としてもよい。
なお、本発明においては、電子輸送帯域が、電子注入層を含まず、アジン環を有する特定の化合物が電子注入層としての機能を合わせもった場合でもよい。そのため、このような場合には、図９に示された有機ＥＬ素子２において障壁層３２の陰極５０側に電子注入層４０を設けず、障壁層３２と陰極５０とが隣接する構成であってもよい。
【０１７０】
なお、２つの発光層２２，２４の間に電子輸送帯域および正孔輸送帯域の少なくともいずれかが介在していてもよい。また、発光層は３以上あってもよく、中間層も２以上あってもよい。発光層が３以上あるとき、全ての発光層の間に中間層があっても、なくてもよい。
【０１７１】
中間層は、中間導電層及び電荷発生層の少なくともいずれかを含む層、又は中間導電層及び電荷発生層の少なくともいずれかであり、発光ユニットに注入する電子又は正孔の供給源となる。一対の電極から注入される電荷に加えて、中間層から供給される電荷が発光ユニット内に注入されることになるので、中間層を設けることによって、注入した電流に対する発光効率（電流効率）が向上する。
中間層としては、金属、金属酸化物、金属酸化物の混合物、複合酸化物、電子受容性有機化合物が挙げられる。金属としては、Ｍｇ、Ａｌ、ＭｇやＡｇの共蒸着膜等が好ましい。金属酸化物としては、ＺｎＯ、ＷＯ３、ＭｏＯ３、ＭｏＯ２などが挙げられる。金属酸化物の混合物としては、ＩＴＯやＩＺＯ（登録商標）、ＺｎＯ：Ａｌ等が挙げられる。電子受容性有機化合物としては、ＣＮ基を置換基に持つ有機化合物が挙げられる。ＣＮ基を含む有機化合物としては、トリフェニレン誘導体やテトラシアノキノジメタン誘導体、インデノフルオレン誘導体等が好ましい。トリフェニレン誘導体としては、ヘキサシアノヘキサアザトリフェニレンが好ましい。テトラシアノキノジメタン誘導体としてはテトラフルオロキノジメタン、ジシアノキノジメタンが好ましい。インデノフルオレン誘導体としては国際公開第２００９／０１１３２７号、国際公開第２００９／０６９７１７号又は国際公開第２０１０／０６４６５５号に示されるような化合物が好ましい。なお、電子受容性物質は単独物質でも、他の有機化合物と混合されたものでもよい。
好適には、電荷発生層からの電子の受け取りを容易にするため、電子輸送層の中の電荷発生層界面近傍にアルカリ金属で代表されるドナーをドープする。ドナーとしては、ドナー性金属、ドナー性金属化合物及びドナー性金属錯体から選ばれる群のうち少なくとも一種を選ぶことができる。
ドナー性金属、ドナー性金属化合物及びドナー性金属錯体に使用できる化合物の具体例として、特許出願番号ＰＣＴ／ＪＰ２０１０／００３４３４（国際公開第２０１０／１３４３５２号）の公報に記載の化合物が挙げられる。
【０１７２】
＜第三実施形態＞
第三実施形態では、陽極と、複数の発光層と、発光層に隣接する障壁層およびこの障壁層に隣接する電子注入層を有する電子輸送帯域と、陰極とをこの順に備え、複数の発光層のいずれか二つの発光層の間に電荷障壁層を有する。電荷障壁層に接する発光層が蛍光発光層である。蛍光発光層、電子輸送帯域の障壁層および電子注入層が上記の要件を満たす。
【０１７３】
第三実施形態にかかる好適な有機ＥＬ素子の構成として、日本国特許第４１３４２８０号公報、米国公開特許公報ＵＳ２００７／０２７３２７０Ａ１、国際公開公報ＷＯ２００８／０２３６２３Ａ１に記載されているような、陽極、第１発光層、電荷障壁層、第２発光層および陰極がこの順に積層された構成において、第２発光層と陰極の間に三重項励起子の拡散を防止するための障壁層および電子注入層を有する電子輸送帯域を有する構成が挙げられる。ここで電荷障壁層とは、隣接する発光層との間でＨＯＭＯレベルおよびＬＵＭＯレベルのエネルギー障壁を設けることにより、発光層へのキャリア注入を調整し、発光層の注入される電子と正孔のキャリアバランスを調整する目的を有する層である。
【０１７４】
このような構成の具体的な例を以下に示す。
陽極／第１発光層／電荷障壁層／第２発光層／電子輸送帯域／陰極
陽極／第１発光層／電荷障壁層／第２発光層／第３発光層／電子輸送帯域／陰極
なお、陽極と第１発光層の間には、他の実施形態と同様に正孔輸送帯域を設けることが好ましい。
【０１７５】
図１０に本実施形態にかかる有機ＥＬ素子の一例を示す。図１０の上図は、素子構成および各層のＨＯＭＯおよびＬＵＭＯエネルギー準位を表す図である。図１０の下図は第３発光層と障壁層とのエネルギーギャップの関係を示す。なお、図１０の上図においては、Ａｈ＞Ａｂ＞Ａｅの場合における関係が示されている。
この有機ＥＬ素子は、陽極と、第１発光層、第２発光層、第３発光層と、電子輸送帯域と、陰極をこの順に備え、第１発光層と第２発光層の間には、電荷障壁層がある。電子輸送帯域は障壁層からなる。この障壁層および第３発光層が本発明の要件を満たす障壁層および蛍光発光層である。第１発光層および第２発光層は、蛍光型でもリン光型でもよい。
なお、本発明においては、電子輸送帯域が、電子注入層を含まず、アジン環を有する特定の化合物が電子注入層としての機能を合わせもった場合でもよい。そのため、このような場合には、図１０に示された有機ＥＬ素子において障壁層の陰極側に電子注入層を設けず、障壁層と陰極とが隣接する構成であってもよい。
【０１７６】
本実施形態の素子は、白色発光素子として好適であり、第１発光層、第２発光層および第３発光層の発光色を調整して白色とすることができる。また、発光層を第１発光層および第２発光層だけとして、２つの発光層の発光色を調整して白色としてもよい。このとき第２発光層が本発明の要件を満たす蛍光発光層となる。
【０１７７】
特に、第１発光層のホストを正孔輸送性材料とし、主ピーク波長が５５０ｎｍより大きな蛍光発光性ドーパントを添加し、第２発光層（および第３発光層）のホストを電子輸送性材料とし、主ピーク波長５５０ｎｍ以下の蛍光発光性ドーパントを添加することにより、全て蛍光材料で構成された構成でありながら、従来技術よりも高い発光効率を示す白色発光素子を実現することができる。
【０１７８】
発光層と隣接する正孔輸送層に特に言及をすると、本発明のＴＴＦ現象を効果的に起こすためには、正孔輸送材料の三重項エネルギーとホストの三重項エネルギーとを比較した場合に、正孔輸送材料の三重項エネルギーが大きいことが好ましい。
【０１７９】
＜第四実施形態＞
第四実施形態では、青色画素、緑色画素および赤色画素を、基板上に並べて設ける。これら３色の画素のうち、青色画素および緑色画素の少なくともいずれかが第一実施形態の構成を有する。
【０１８０】
図１１に本実施形態にかかる有機ＥＬ素子の一例を示す。
図１１に示す上面発光型有機ＥＬ素子４は、共通基板１００上に、青色画素Ｂ、緑色画素Ｇおよび赤色画素Ｒが並列に形成されている。
【０１８１】
青色画素Ｂは、陽極１０、正孔輸送帯域６０、青色発光層２０Ｂ、障壁層３２、電子注入層４０、陰極５０および保護層９０を基板１００側からこの順に備えている。
緑色画素Ｇは、陽極１０、正孔輸送帯域６０、緑色発光層２０Ｇ、障壁層３２、電子注入層４０、陰極５０および保護層９０を基板１００側からこの順に備えている。
赤色画素Ｒは、陽極１０、正孔輸送帯域６０、赤色発光層２０Ｒ、障壁層３２、電子注入層４０、陰極５０および保護層９０を基板１００側からこの順に備えている。
それぞれの隣接する画素の陽極間に絶縁膜２００が形成され、画素間の絶縁を保持している。電子輸送帯域は、障壁層３２および電子注入層４０からなる。
有機ＥＬ素子４では、障壁層が青色画素Ｂ、赤色画素Ｒおよび緑色画素Ｇに共通に設けられている。
【０１８２】
障壁層の効果は、青色蛍光素子において従来得られていた発光効率に比べて顕著なものである。そして、緑色蛍光素子や赤色蛍光素子においても、三重項エネルギーを発光層内に閉じ込める同様の効果を得ることが可能であり、発光効率の向上が期待できる。
一方、リン光発光層においては、三重項励起子を発光層内に閉じ込める効果を得ることが可能であり、三重項エネルギーの拡散を防ぎ、リン光発光性ドーパントの発光効率の向上に寄与する。
【０１８３】
正孔輸送帯域としては、例えば、正孔輸送層からなるものや、正孔輸送層と正孔注入層との組み合わせからなるものがある。正孔輸送帯域は、青色画素Ｂ、赤色画素Ｒおよび緑色画素Ｇにおいて、共通でも異なってもよい。通常、正孔輸送帯域は、それぞれ発光色に適した構成にする。
発光層２０Ｂ，Ｇ，Ｒと障壁層から構成される有機層は、図に示す構成に限定されず適宜変更できる。
なお、本発明においては、電子輸送帯域が、電子注入層を含まず、アジン環を有する特定の化合物が電子注入層としての機能を合わせもった場合でもよい。そのため、このような場合には、図１１に示された有機ＥＬ素子４において障壁層３２の陰極５０側に電子注入層４０を設けず、障壁層３２と陰極５０とが隣接する構成であってもよい。
【０１８４】
本発明で用いることのできるホストおよびドーパントについては上述したが、特に各色発光層について以下に説明する。
緑色発光層は、以下のホスト材料およびドーパント材料から構成されるのが好ましい。
ホスト材料としては、縮合芳香族環誘導体が好ましい。縮合芳香族環誘導体としては、アントラセン誘導体、ピレン誘導体等が、発光効率や発光寿命の点でさらに好ましい。
【０１８５】
また、ホスト材料としては、含ヘテロ環化合物が挙げられる。含ヘテロ環化合物としては、カルバゾール誘導体、ジベンゾフラン誘導体、ラダー型フラン化合物、ピリミジン誘導体が挙げられる。
【０１８６】
ドーパント材料としては、その機能を有するものであれば、特に限定されないが、発光効率等の点で、芳香族アミン誘導体が好ましい。芳香族アミン誘導体としては、置換されてもよいアリールアミノ基を有する縮合芳香族環誘導体が好ましい。このような化合物として、例えば、アリールアミノ基を有する、ピレン、アントラセン、クリセンが挙げられる。
【０１８７】
また、ドーパント材料として、スチリルアミン化合物も好ましい。スチリルアミン化合物としては、例えば、スチリルアミン、スチリルジアミン、スチリルトリアミン、スチリルテトラアミンが挙げられる。ここでスチリルアミンとは、置換されてもよいアリールアミンに少なくとも１つのアリールビニル基が置換されている化合物のことであり、前記アリールビニル基は置換されていてもよく、置換基としてはアリール基、シリル基、アルキル基、シクロアルキル基、アリールアミノ基があり、これらの置換基は、さらに置換基を有してもよい。
【０１８８】
また、ドーパント材料として、ホウ素錯体やフルオランテン化合物も好ましい。また、ドーパント材料として、金属錯体も好ましい。金属錯体としては、例えば、イリジウム錯体や白金錯体が挙げられる。
【０１８９】
赤色発光層は、以下のホスト材料およびドーパント材料から構成されるのが好ましい。ホスト材料は、縮合芳香族環誘導体が好ましい。縮合芳香族環誘導体としては、ナフタセン誘導体、ペンタセン誘導体等が、発光効率や発光寿命の点でさらに好ましい。
【０１９０】
また、ホスト材料は、縮合多環芳香族化合物が挙げられる。縮合多環芳香族化合物としては、ナフタレン化合物、フェナントレン化合物、フルオランテン化合物が挙げられる。
【０１９１】
ドーパント材料としては、芳香族アミン誘導体が好ましい。芳香族アミン誘導体としては、置換されてもよいアリールアミノ基を有する縮合芳香族環誘導体が好ましい。このような化合物として、例えば、アリールアミノ基を有するペリフランテンが挙げられる。
【０１９２】
また、ドーパント材料として、金属錯体も好ましい。金属錯体としては、例えば、イリジウム錯体や白金錯体が挙げられる。
【０１９３】
第四実施形態の有機ＥＬ素子は、例えば以下のようにして作製される。
基板上に、銀合金層であるＡＰＣ（Ａｇ−Ｐｄ−Ｃｕ）層（反射層）、酸化亜鉛膜（ＩＺＯ）や酸化錫膜等の透明導電層をこの順に成膜する。続いて通常のリソグラフィ技術を用いて、レジストパターンをマスクに用いたエッチングにより、この導電材料層をパターニングし、陽極を形成する。次に、陽極の上にスピンコート法により、ポリイミド等の感光性樹脂からなる絶縁膜を塗布形成する。その後、露光、現像、硬化することで、陽極を露出させることにより青発光領域、緑発光領域および赤発光領域をパターンニングする。
【０１９４】
電極は、赤色画素用、緑色画素用および青色画素用の３種類であり、それぞれ青発光領域、緑発光領域および赤発光領域に対応し、それぞれ陽極に相当する。イソプロピルアルコール中で洗浄を５分間行なった後、ＵＶオゾン洗浄を３０分間行なう。その後、正孔注入層および正孔輸送層を形成するときは、正孔注入層を基板全面にかけて積層し、さらにその上に正孔輸送層を積層する。各発光層を、赤色画素用、緑色画素用および青色画素用の陽極の各位置に対応して配置するように形成する。真空蒸着法を用いる場合、青色発光層、緑色発光層および赤色発光層を、シャドウマスクを用いて微細パターン化する。
【０１９５】
次に、障壁層を全面にかけて積層する。続いて、電子注入層を全面にかけて積層する。その後、ＭｇとＡｇを蒸着成膜し、半透過性のＭｇＡｇ合金からなる陰極を形成する。
【０１９６】
本発明で用いる基板、陽極、陰極、正孔注入層、正孔輸送層等のその他の部材は、ＰＣＴ／ＪＰ２００９／０５３２４７（国際公開第２００９／１０７５９６号）、ＰＣＴ／ＪＰ２００８／０７３１８０（国際公開２００９／０８１８５７号）、ＵＳ特願１２／３７６，２３６（米国特許出願公開２００９／２５１８８６号明細書）、ＵＳ特願１１／７６６，２８１（米国特許出願公開２００８／０１４４６４号明細書）、ＵＳ特願１２／２８０，３６４（米国特許出願公開２００９／００２１１６０号明細書）等に記載の公知のものを適宜選択して用いることができる。
【０１９７】
好ましくは、正孔輸送層は、下記式（ａ−１）〜（ａ−５）のいずれかで表わされる芳香族アミン誘導体を含有する。
【０１９８】
【化３５】
0005405653.tif 000037
【０１９９】
（式（ａ−１）〜式（ａ−５）中、Ａｒ１〜Ａｒ２４は、各々独立して、置換基を有してもよい環形成炭素数６〜５０のアリール基、又は置換基を有してもよい環形成原子数５〜５０のヘテロアリール基を表わす。
Ｌ１〜Ｌ９は、各々独立して、置換基を有してもよい環形成炭素数６〜５０のアリーレン基、又は置換基を有してもよい環形成原子数５〜５０のヘテロアリーレン基を表わす。
Ａｒ１〜Ａｒ２４、Ｌ１〜Ｌ９が有してもよい置換基は、炭素数１〜１５の直鎖状もしくは分岐状のアルキル基、環形成炭素数３〜１５のシクロアルキル基、炭素数１〜１５の直鎖状もしくは分岐状のアルキル基を有するトリアルキルシリル基、環形成炭素数６〜１４のアリール基を有するトリアリールシリル基、炭素数１〜１５の直鎖状もしくは分岐状のアルキル基および環形成炭素数６〜１４のアリール基を有するアルキルアリールシリル基、環形成炭素数６〜５０のアリール基、環形成原子数５〜５０のヘテロアリール基、ハロゲン原子又はシアノ基である。隣接した複数の置換基は、互いに結合して、環を形成する飽和もしくは不飽和の２価の基を形成してもよい。）
【０２００】
好ましくは、前記Ａｒ１〜Ａｒ２４の少なくとも１つは、下記式（ａ−６）又は（ａ−７）のいずれかで表される置換基である。
【０２０１】
【化３６】
0005405653.tif 000038
【０２０２】
（式（ａ−６）中、Ｘは、酸素原子、硫黄原子、又はＮ−Ｒａを表わし、Ｒａは、炭素数１〜１５の直鎖状もしくは分岐状のアルキル基、環形成炭素数３〜１５のシクロアルキル基、環形成炭素数６〜５０のアリール基、又は環形成原子数５〜５０のヘテロアリール基を表す。
Ｌ１０は、単結合、置換基を有してもよい環形成炭素数６〜５０のアリーレン基、又は置換基を有してもよい環形成原子数５〜５０のヘテロアリーレン基を表わす。
式（ａ−７）中、Ｌ１１は、置換基を有してもよい環形成炭素数６〜５０のアリーレン基、又は置換基を有してもよい環形成原子数５〜５０のヘテロアリーレン基を表わす。
式（ａ−６）および式（ａ−７）中、Ｒ１〜Ｒ４は、各々独立して、炭素数１〜１５の直鎖状もしくは分岐状のアルキル基、環形成炭素数３〜１５のシクロアルキル基、炭素数１〜１５の直鎖状もしくは分岐状のアルキル基を有するトリアルキルシリル基、環形成炭素数６〜１４のアリール基を有するトリアリールシリル基、炭素数１〜１５の直鎖状もしくは分岐状のアルキル基および環形成炭素数６〜１４のアリール基を有するアルキルアリールシリル基、環形成炭素数６〜１４のアリール基、環形成原子数５〜５０のヘテロアリール基、ハロゲン原子又はシアノ基を表す。また、隣接した複数のＲ１〜Ｒ４は互いに結合して環を形成してもよい。
ａ、ｃおよびｄは、０〜４の整数を表わす。
ｂは、０〜３の整数を表わす。）
【０２０３】
好ましくは、式（ａ−１）で表される化合物は、下記式（ａ−８）で表される化合物である。
【０２０４】
【化３７】
0005405653.tif 000039
【０２０５】
（式（ａ−８）中、Ｃｚは置換基を有してもよいカルバゾリル基を表わす。
Ｌ１２は置換基を有してもよい環形成炭素数６〜５０のアリーレン基、又は置換基を有してもよい環形成原子数５〜５０のヘテロアリーレン基を表わす。
Ａｒ２５およびＡｒ２６は、各々独立して、置換基を有してもよい環形成炭素数６〜５０のアリール基、又は置換基を有してもよい環形成原子数５〜５０のヘテロアリール基を表わす。）
【０２０６】
式（ａ−８）で表される化合物は、好ましくは、下記式（ａ−９）で表される化合物である。
【０２０７】
【化３８】
0005405653.tif 000040
【０２０８】
（式（ａ−９）中、Ｒ５およびＲ６は、各々独立して、炭素数１〜１５の直鎖状もしくは分岐状のアルキル基、環形成炭素数３〜１５のシクロアルキル基、炭素数１〜１５の直鎖状もしくは分岐状のアルキル基を有するトリアルキルシリル基、環形成炭素数６〜１４のアリール基を有するトリアリールシリル基、炭素数１〜１５の直鎖状もしくは分岐状のアルキル基および環形成炭素数６〜１４のアリール基を有するアルキルアリールシリル基、環形成炭素数６〜１４のアリール基、環形成原子数５〜５０のヘテロアリール基、ハロゲン原子又はシアノ基を表す。また、隣接した複数のＲ５およびＲ６は、互いに結合して環を形成してもよい。
ｅおよびｆは、０〜４の整数を表わす。
Ｌ１２、Ａｒ２５およびＡｒ２６は、式（ａ−８）におけるＬ１２、Ａｒ２５およびＡｒ２６と同義である。）
【０２０９】
式（ａ−９）で表される化合物は、好ましくは、下記式（ａ−１０）で表される化合物である。
【０２１０】
【化３９】
0005405653.tif 000041
【０２１１】
（式（ａ−１０）中、Ｒ７およびＲ８は、各々独立して、炭素数１〜１５の直鎖状もしくは分岐状のアルキル基、環形成炭素数３〜１５のシクロアルキル基、炭素数１〜１５の直鎖状もしくは分岐状のアルキル基を有するトリアルキルシリル基、環形成炭素数６〜１４のアリール基を有するトリアリールシリル基、炭素数１〜１５の直鎖状もしくは分岐状のアルキル基および環形成炭素数６〜１４のアリール基を有するアルキルアリールシリル基、環形成炭素数６〜１４のアリール基、環形成原子数５〜５０のヘテロアリール基、ハロゲン原子又はシアノ基を表す。また、隣接した複数のＲ５およびＲ６は、互いに結合して環を形成してもよい。
ｇおよびｈは、０〜４の整数を表わす。
Ｒ５、Ｒ６、ｅ、ｆ、Ａｒ２５およびＡｒ２６は、式（ａ−９）におけるＲ５、Ｒ６、ｅ、ｆ、Ａｒ２５およびＡｒ２６と同義である。）
【実施例】
【０２１２】
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。
【０２１３】
実施例および比較例で使用した材料は、以下のとおりである。
【０２１４】
【化４０】
0005405653.tif 000042
【０２１５】
【化４１】
0005405653.tif 000043
【０２１６】
【化４２】
0005405653.tif 000044
【０２１７】
【化４３】
0005405653.tif 000045
【０２１８】
【化４４】
0005405653.tif 000046
【０２１９】
【化４５】
0005405653.tif 000047
【０２２０】
【化４６】
0005405653.tif 000048
【０２２１】
【化４７】
0005405653.tif 000049
【０２２２】
【化４８】
0005405653.tif 000050
【０２２３】
【化４９】
0005405653.tif 000051
【０２２４】
【化５０】
0005405653.tif 000052
【０２２５】
【化５１】
0005405653.tif 000053
【０２２６】
【化５２】
0005405653.tif 000054
【０２２７】
【化５３】
0005405653.tif 000055
【０２２８】
【化５４】
0005405653.tif 000056
【０２２９】
【化５５】
0005405653.tif 000057
【０２３０】
【化５６】
0005405653.tif 000058
【０２３１】
【化５７】
0005405653.tif 000059
【０２３２】
【化５８】
0005405653.tif 000060
【０２３３】
材料の物性値の測定方法は、以下のとおりである。
（１）三重項エネルギー（ＥＴ）
市販の装置Ｆ−４５００（日立社製）を用いて測定した。ＥＴの換算式は以下の通りである。
換算式  ＥＴ（ｅＶ）＝１２３９．８５／Ｌｐｈ
「Ｌｐｈ」とは、縦軸にリン光強度、横軸に波長をとって、リン光スペクトルを表したときに、リン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、その接線と横軸の交点の波長値を意味する。単位：ｎｍ。
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、リン光測定用試料とした。石英セルへ入れたリン光測定用試料を７７（Ｋ）に冷却し、励起光をリン光測定用試料に照射し、波長を変えながらリン光強度を測定した。リン光スペクトルは、縦軸をリン光強度、横軸を波長とした。
このリン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Ｌｐｈ（ｎｍ）を求めた。
【０２３４】
燐光スペクトルの短波長側の立ち上がりに対する接線は以下のように引く。
燐光スペクトルの短波長側から、スペクトルの極大値のうち、最も短波長側の極大値までスペクトル曲線上を移動する際に、長波長側に向けて曲線上の各点における接線を考える。この接線は、曲線が立ち上がるにつれ（つまり縦軸が増加するにつれ）、傾きが増加する。この傾きの値が極大値をとる点において引いた接線が、当該燐光スペクトルの短波長側の立ち上がりに対する接線とする。
なお、スペクトルの最大ピーク強度の１０％以下のピーク強度をもつ極大点は、上述の最も短波長側の極大値には含めず、最も短波長側の極大値に最も近い、傾きの値が極大値をとる点において引いた接線を当該燐光スペクトルの短波長側の立ち上がりに対する接線とする。
ここで、ＴＢ−２１について測定したリン光スペクトルの例を図１２に示す。図１２に示されたＴＢ−２１の燐光スペクトルの短波長側の立ち上がりに対する接線と横軸との交点の波長値Ｌｐｈは、４４７ｎｍであった。
【０２３５】
（２）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、その上に障壁層材料、その上に電子注入材料、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Ｍｕの換算式は、以下の通りである。
【０２３６】
【数１】
0005405653.tif 000061
【０２３７】
この式において、Ｖは、ＤＣ電圧の大きさであり、ｄは、電子オンリーデバイスにおける当該障壁層材料、電子注入材料、ＬｉＦの総膜厚であり、ｔＩＳは、インピーダンス分光法により測定された応答時間Ｔである。
【０２３８】
（３）イオン化ポテンシャル（Ｉｐ）
イオン化ポテンシャルは、有機ＥＬ素子を構成する各層の単独層を別途ガラス基板上に真空蒸着で作製し、ガラス基板上の薄膜を用いて大気下で光電子分光装置（理研計器（株）社製：ＡＣ−３）を用いて測定した。具体的には、材料に光を照射し、その際に電荷分離によって生じる電子量を測定することにより測定した。照射光のエネルギーに対し、放出された光電子を１／２乗でプロットし、光電子放出エネルギーのしきい値をイオン化ポテンシャル（Ｉｐ）とした。
【０２３９】
（４）アフィニティ
イオン化ポテンシャルＩｐとエネルギーギャップＥｇの測定値から算出した。算出式は、次のとおりである。
Ａｆ＝Ｉｐ−Ｅｇ
エネルギーギャップＥｇは、トルエン溶液中の吸収スペクトルの吸収端から測定した。具体的には、市販の可視・紫外分光光度計を用いて、吸収スペクトルを測定し、そのスペクトルの長波長側の立ち下がり波長から算出した。
換算式は、次のとおりである。
Ｅｇ（ｅＶ）＝１２３９．８５／Ｌａｂ
縦軸に吸光度、横軸に波長をとって、吸収スペクトルを表したものを吸収スペクトルとした。エネルギーギャップＥｇに関する上記換算式において、Ｌａｂは、吸収スペクトルの長波長側の立ち下がりに対して接線を引き、その接線と横軸の交点の波長値を意味する。単位：ｎｍ。
各化合物をトルエン溶媒に溶解（試料２×１０−５［ｍｏｌ/リットル］）し、光路長は１ｃｍとなるように試料を準備した。波長を変えながら吸光度を測定した。
【０２４０】
吸収スペクトルの長波長側の立ち下がりに対する接線は以下のように引く。
吸収スペクトルの極大値のうち、最も長波長側の極大値から長波長方向にスペクトル曲線上を移動する際に、曲線上の各点における接線を考える。この接線は、曲線が立ち下がるにつれ（つまり縦軸が減少するにつれ）、傾きが減少しその後増加することを繰り返す。傾きの値が最も長波長側（ただし、吸光度が０．１以下となる場合は除く）で極小値をとる点において引いた接線を当該吸収スペクトルの長波長側の立ち下がりに対する接線とする。
なお、吸光度の値が０．２以下の極大点は、上記最も長波長側の極大値には含めない。
ここで、ＴＢ−２１、ＴＢ−２２及びＴＢ−２３について測定した吸収スペクトルの例を図１３〜図１５に示す。図１３〜図１５に示された各吸収スペクトルの長波長側の立ち下がりに対する接線と横軸の交点の波長値Ｌａｂは、ＴＢ−２１について４１７ｎｍであり、ＴＢ−２２について３５９ｎｍであり、ＴＢ−２３について４０２ｎｍであった。
【０２４１】
（５）ＴＴＦ比率の測定
ホスト、ドーパント及び障壁層材料の三重項エネルギーが所定の関係を満たすことにより、全発光に対するＴＴＦ由来の発光強度比を高い値とすることができ、従来知られていた蛍光素子では達成できなかった高効率化を可能とすることができる。
【０２４２】
ＴＴＦ由来の発光強度比は、過渡ＥＬ法により測定することができる。過渡ＥＬ法とは、素子に印加しているＤＣ電圧を除去したあとのＥＬ発光の減衰挙動（過渡特性）を測定する手法である。ＥＬ発光強度は、最初の再結合で生成する一重項励起子からの発光成分と、ＴＴＦ現象を経由して生成する一重項励起子からの発光成分に分類される。一重項励起子の寿命はナノ秒オーダーであり非常に短いためＤＣ電圧除去後速やかに減衰する。
【０２４３】
一方、ＴＴＦ現象は寿命の長い三重項励起子を経由して生成する一重項励起子からの発光のため、ゆるやかに減衰する。このように一重項励起子からの発光と三重項励起子からの発光は時間的に大きな差があるため、ＴＴＦ由来の発光強度を求めることができる。具体的には以下の方法により決定することができる。
【０２４４】
過渡ＥＬ波形は以下のようにして測定する（図１６を参照）。電圧パルスジェネレータ（ＰＧ）から出力されるパルス電圧波形をＥＬ素子に印加する。印加電圧波形をオシロスコープ（ＯＳＣ）に取り込む。パルス電圧をＥＬ素子に印加すると、ＥＬ素子はパルス発光を生じる。この発光を、光電子増倍管（ＰＭＴ）を経由してオシロスコープ（ＯＳＣ）に取り込む。電圧波形とパルス発光を同期させてパーソナルコンピュータ（ＰＣ）に取り込む。
【０２４５】
さらに、過渡ＥＬ波形の解析によりＴＴＦ由来の発光強度比を以下のようにして決定する。
【０２４６】
三重項励起子の減衰挙動のレート方程式を解いて、ＴＴＦ現象に基づく発光強度の減衰挙動をモデル化する。発光層内部の三重項励起子密度ｎＴの時間減衰は、三重項励起子の寿命による減衰速度ｖＡと三重項励起子の衝突による減衰速度ｖＣを用いて次のようなレート方程式で表すことができる。
【０２４７】
【数２】
0005405653.tif 000062
【０２４８】
この微分方程式を近似的に解くと、次の式が得られる。ここで、ＩＴＴＦはＴＴＦ由来の発光強度であり、Ａは定数である。このように、過渡ＥＬ発光がＴＴＦに基づくものであれば、その強度の平方根の逆数が直線近似で表されることになる。そこで、測定した過渡ＥＬ波形データを下記近似式にフィッティングし定数Ａを求める。このときＤＣ電圧を除去した時刻ｔ＝０における発光強度１／Ａ２がＴＴＦ由来の発光強度比と定義する。
【０２４９】
【数３】
0005405653.tif 000063
【０２５０】
図１７Ａのグラフは、ＥＬ素子に所定のＤＣ電圧を印加し、その後電圧を除去した時の測定例であり、ＥＬ素子の発光強度の時間変化を表したものである。図１７Ａのグラフにて時刻約３×１０−８秒のところでＤＣ電圧を除去した。なお、グラフは、電圧を除去した時の輝度を１として表したものである。その後約２×１０−７秒までの急速な減衰の後、緩やかな減衰成分が現れる。図１７Ｂのグラフは、電圧除去時点を原点にとり、電圧除去後、１０−５秒までの光強度の平方根の逆数をプロットしたグラフであり、直線によく近似できることがわかる。直線部分を時間原点へ延長したときの縦軸との交点Ａの値は２．４１である。すると、この過渡ＥＬ波形から得られるＴＴＦ由来発光強度比は、１／２．４１２＝０．１７となり、全発光強度のうちの１７％がＴＴＦ由来であることになる。
直線へのフィッティングは、最小二乗法により行うことが好ましい。この場合に、１０−５秒までの値を用いてフィッティングすることが好ましい。
図１８に、ＴＢ−２０を障壁層に用いた下記実施例２１の有機ＥＬ素子についてＴＴＦ比率を測定した例を示す。グラフは電圧除去時点を原点にとり、電圧除去後、１０−５秒までの光強度の平方根の逆数をプロットしたグラフであり、直線部分を時間原点へ延長したときの縦軸との交点の値は１．７０である。そうすると、ＴＴＦ由来発光強度比は、１／１．７０２＝０．３４となり、全発光強度のうちの３４％がＴＴＦ由来であったことになる。
【０２５１】
実施例で使用した化合物の物性値を下記表１に示す。
【０２５２】
【表１】
0005405653.tif 000064
【０２５３】
〔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ＨＴ−１を蒸着し、膜厚５０ｎｍの化合物ＨＴ−１膜を形成した。このＨＴ−１膜は、正孔注入層として機能する。
このＨＴ−１膜の成膜に続けて、化合物ＨＴ−２を蒸着し、ＨＴ−１膜上に膜厚４５ｎｍのＨＴ−２膜を成膜した。この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ＢＨ−１（ホスト材料）および化合物ＢＤ−１（ドーパント材料）を２０：１の質量比で共蒸着し、膜厚２５ｎｍの発光層を成膜した。
この発光層上にＴＢ−１０を蒸着し、膜厚５ｎｍの障壁層を形成した。
この障壁層上に電子輸送材料であるＥＴ−２を蒸着して、膜厚２０ｎｍの電子注入層を形成した。
この電子注入層上にＬｉＦを蒸着して、膜厚１ｎｍのＬｉＦ膜を形成した。
このＬｉＦ膜上に金属Ａｌを蒸着して、膜厚１５０ｎｍ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。
【０２５４】
〔実施例２〜３〕
障壁層および電子注入層の化合物として、表２に示す化合物を用いた他は実施例１と同様にして有機ＥＬ素子を作製した。
実施例１〜３の有機ＥＬ素子について、下記方法にて評価を行った。評価結果を表２に示す。
【０２５５】
・初期性能
電流密度が１ｍＡ／ｃｍ２となるように有機ＥＬ素子に電圧を印加し、そのときの電圧値（Ｖ）を測定した。また、そのときのＥＬ発光スペクトルを分光放射輝度計（ＣＳ−１０００：コニカミノルタ社製）にて計測した。得られた分光放射輝度スペクトルから、色度ＣＩＥｘ，ＣＩＥｙ、電流効率Ｌ／Ｊ（ｃｄ／Ａ）、外部量子効率ＥＱＥ（％）、および主ピーク波長Ｌｐ（ｎｍ）を算出した。
【０２５６】
【表２】
0005405653.tif 000065
【０２５７】
実施例１〜３の有機ＥＬ素子では、障壁層にアジン環を有する化合物であるＴＢ−１０やＴＢ−１１を用いたところ、高い外部量子効率を示した。実施例１〜実施例３が高い外部量子効率を示したのは、アジン環を有する化合物は、障壁層と電子注入層との間にアフィニティ差があっても、その影響を受けにくく、発光層へ電子を供給する量がほとんど減少しないことを示しているものと考えられる。
【０２５８】
〔実施例４〕
実施例４の有機ＥＬ素子は、次のようにして作製した。
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ＨＴ−３を蒸着し、膜厚５ｎｍの化合物ＨＴ−３膜を形成した。このＨＴ−３膜は、正孔注入層として機能する。
このＨＴ−３膜の成膜に続けて、化合物ＨＴ−４を蒸着し、ＨＴ−３膜上に膜厚１３０ｎｍのＨＴ−４膜を成膜した。このＨＴ−４膜は、正孔輸送層として機能する。
このＨＴ−４膜上に化合物ＢＨ−２（ホスト材料）および化合物ＢＤ−１（ドーパント材料）を３０：１の質量比で共蒸着し、膜厚３０ｎｍの発光層を成膜した。測定した化合物ＢＨ−２の三重項エネルギーは、１．８３ｅＶであった。
この発光層上に化合物ＴＢ−１０およびドナー性金属錯体であるＬｉｑ（（８−キノリノラト）リチウム）を１：１の質量比で共蒸着し、合計膜厚２０ｎｍの障壁層および電子注入層を形成した。本実施例は、電子注入層を構成する材料が、障壁層を構成する材料と同一である。この障壁層の膜上に金属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４の有機ＥＬ素子を作製した。つまり、実施例４の有機ＥＬ素子は、電子輸送帯域が実質的に障壁層で構成され、この障壁層が金属陰極に隣接した構成である。
【０２５９】
〔実施例５〕
実施例５の有機ＥＬ素子は、実施例４の有機ＥＬ素子の障壁層および電子注入層を構成する材料の一つである化合物ＴＢ−１０に代えて、化合物ＴＢ−１１を用いたこと以外は、実施例４の有機ＥＬ素子と同様に作製した。つまり、実施例５の有機ＥＬ素子の障壁層および電子注入層は、化合物ＴＢ−１１とＬｉｑとの共蒸着層である。つまり、実施例５の有機ＥＬ素子も、電子輸送帯域が実質的に障壁層で構成され、この障壁層が金属陰極に隣接した構成である。
【０２６０】
作製した実施例４および実施例５の有機ＥＬ素子について、以下の評価を行った。結果を表３に示す。
【０２６１】
・初期性能
電流密度が１ｍＡ／ｃｍ２となるように有機ＥＬ素子に電圧を印加し、そのときの電圧値（Ｖ）を測定した。また、そのときのＥＬ発光スペクトルを分光放射輝度計（ＣＳ−１０００：コニカミノルタ社製）にて計測した。得られた分光放射輝度スペクトルから、色度ＣＩＥｘ，ＣＩＥｙ、電流効率Ｌ／Ｊ（ｃｄ／Ａ）、外部量子効率ＥＱＥ（％）、および主ピーク波長Ｌｐ（ｎｍ）を算出した。
【０２６２】
・ＴＴＦ比率
パルスジェネレータ（アジレントテクノロジー社製、高速パルス電源８１１４Ａ）から出力した電圧パルス波形（パルス幅：５００マイクロ秒、周波数：２０Ｈｚ、電圧：０．１〜１００ｍＡ／ｃｍ２相当の電圧）を印加し、ＥＬ発光を光電子増倍管（浜松ホトニクス社製、Ｒ９２８）に入力し、パルス電圧波形とＥＬ発光とを同期させてオシロスコープ（テクトロニクス社製、２４４０）に取り込んで過渡ＥＬ波形を得た。これを解析してＴＴＦ比率を決定した。
実施例の有機ＥＬ素子に対して、室温下で通電し、時刻約３×１０−８秒のところでパルス電圧を除去した。
電圧除去時点を原点にとり、電圧除去後、１．５×１０−５秒までの光強度の平方根の逆数をプロットしたこのグラフからＴＴＦ比率を求めた。他の実施例及び比較例についても同様に測定した。結果を表３に示す。
【０２６３】
【表３】
0005405653.tif 000066
【０２６４】
〔実施例６〜１１〕
以下に示す素子構成の有機ＥＬ素子を作製した。
ＩＴＯ（１３０ｎｍ）/ＨＴ―３（５ｎｍ）/ＨＴ―５（３５ｎｍ）/ＲＨ―１：ＲＤ-１（５ｎｍ、１質量％）/ＨＴ-６（３．５ｎｍ）/ＢＨ-３：ＢＤ-２（７ｎｍ、５質量％）/ＢＨ-３：ＧＤ-１（１３ｎｍ、１０質量％）/障壁層（Ｘｎｍ）/ＥＴ-２（Ｙｎｍ）/ＬｉＦ（１ｎｍ）/Ａｌ（８０ｎｍ）
【０２６５】
この素子構成において、（  ）内の数字は、膜厚、及び複数成分が含まれる発光層については、ドーパント材料の含有率（質量％）を示している。障壁層の材料は、各実施例において、下記表４に示される材料に変更した。Ｘ及びＹは、膜厚を表し、各実施例において、下記表４に示される値に変更されることを示している。
【０２６６】
実施例６〜１１の有機ＥＬ素子は、具体的には、次のようにして作製した。
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下記化合物ＨＴ−３を蒸着し、膜厚５ｎｍの化合物ＨＴ−３膜を形成した。このＨＴ−３膜は、正孔注入層として機能する。
このＨＴ−３膜の成膜に続けて、化合物ＨＴ−５を蒸着し、ＨＴ−３膜上に膜厚３５ｎｍのＨＴ−５膜を成膜した。このＨＴ−５膜は、正孔輸送層として機能する。
このＨＴ−５膜上に化合物ＲＨ−１（ホスト材料）および化合物ＲＤ−１（ドーパント材料）を共蒸着し、膜厚５ｎｍの赤色発光層を成膜した。ドーパント材料の濃度は、１質量％とした。
この赤色発光層上に化合物ＨＴ−６を蒸着し、膜厚３．５ｎｍのＨＴ−６膜を成膜した。このＨＴ−６膜は、電荷障壁層として機能する。
次に、このＨＴ−６膜上に、化合物ＢＨ−３（ホスト材料）および化合物ＢＤ−２（ドーパント材料）を共蒸着し、膜厚７ｎｍの青色発光層を成膜した。ドーパント材料の濃度は、５質量％とした。
この青色発光層上に、化合物ＢＨ−３（ホスト材料）および化合物ＧＤ−１（ドーパント材料）を共蒸着し、膜厚１３ｎｍの緑色発光層を成膜した。ドーパント材料の濃度は、１０質量％とした。
次に、この緑色発光層上に膜厚Ｘｎｍの障壁層を成膜した。障壁層の化合物及び膜厚Ｘについては、表５を参照のこと。
この障壁層上に、化合物ＥＴ−２を蒸着し、膜厚ＹｎｍのＥＴ−２膜を成膜した。このＥＴ−２膜は、電子注入層として機能する。膜厚Ｙについては、表５を参照のこと。
次に、このＥＴ−２膜上にＬｉＦを蒸着して、膜厚１ｎｍのＬｉＦ膜を形成した。
このＬｉＦ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６〜１１の有機ＥＬ素子を作製した。
【０２６７】
作製した実施例６〜１１の有機ＥＬ素子について、以下の評価を行った。結果を表４に示す。
【０２６８】
・初期性能
電流密度が１ｍＡ／ｃｍ２となるように有機ＥＬ素子に電圧を印加し、そのときの電圧値（Ｖ）を測定した。また、そのときのＥＬ発光スペクトルを分光放射輝度計（ＣＳ−１０００：コニカミノルタ社製）にて計測した。得られた分光放射輝度スペクトルから、輝度Ｌ（ｃｄ／ｍ２）、色度ＣＩＥｘ，ＣＩＥｙ、電流効率Ｌ／Ｊ（ｃｄ／Ａ）、電力効率Ｌ／Ｐ（ｌｍ／Ｗ）、および外部量子効率ＥＱＥ（％）を算出した。
【０２６９】
【表４】
0005405653.tif 000067
【０２７０】
〔実施例１２〜２１及び比較例１〜２〕
以下に示す素子構成の有機ＥＬ素子を作製した。
ＩＴＯ（１３０ｎｍ）／ＨＴ−３（５ｎｍ）／ＨＴ−５（８０ｎｍ）／ＨＴ−７（１５ｎｍ）／ＢＨ−１：ＢＤ−２（２５ｎｍ、５質量％）／障壁層（２０ｎｍ）／ＥＴ−２（５ｎｍ）／ＬｉＦ（１ｎｍ）／Ａｌ（８０ｎｍ）
【０２７１】
この素子構成において、（  ）内の数字は、膜厚、及び複数成分が含まれる発光層については、ドーパント材料の含有率（質量％）を示している。障壁層の材料は、各実施例において、下記表５に示される材料に変更した。
【０２７２】
実施例１２の有機ＥＬ素子は、具体的には、次のようにして作製した。
２５ｍｍ×７５ｍｍ×０．７ｍｍ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ＨＴ−３を蒸着し、膜厚５ｎｍのＨＴ−３膜を形成した。このＨＴ−３膜は、正孔注入層として機能する。
このＨＴ−３膜の成膜に続けて、化合物ＨＴ−５を蒸着し、ＨＴ−３膜上に膜厚８０ｎｍのＨＴ−５膜を成膜した。このＨＴ−５膜は、第一の正孔輸送層として機能する。
このＨＴ−５膜の成膜に続けて、化合物ＨＴ−７を蒸着し、ＨＴ−５膜上に膜厚１５ｎｍのＨＴ−７膜を成膜した。このＨＴ−７膜は、第二の正孔輸送層として機能する。
このＨＴ−７膜上に化合物ＢＨ−１（ホスト材料）および化合物ＢＤ−２（ドーパント材料）を２０：１の質量比で共蒸着し、膜厚２５ｎｍの発光層を成膜した。
この発光層上にＴＢ−１２を蒸着し、膜厚２０ｎｍの障壁層を形成した。
この障壁層上に電子輸送材料であるＥＴ−２を蒸着して、膜厚５ｎｍの電子注入層を形成した。
この電子注入層上にＬｉＦを蒸着して、膜厚１ｎｍのＬｉＦ膜を形成した。
このＬｉＦ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１２の有機ＥＬ素子を作製した。
【０２７３】
〔実施例１３〜２１および比較例１〜２〕
実施例１３〜２１および比較例１〜２の有機ＥＬ素子については、障壁層の材料として表５に示す化合物を用いた他は、実施例１２と同様にして作製した。
【０２７４】
作製した実施例１２〜２１および比較例１〜２の有機ＥＬ素子について、以下の評価を行った。結果を表５に示す。
【０２７５】
・初期性能
電流密度が１０ｍＡ／ｃｍ２となるように有機ＥＬ素子に電圧を印加し、そのときの電圧値（Ｖ）を測定した。また、そのときのＥＬ発光スペクトルを分光放射輝度計（ＣＳ−１０００：コニカミノルタ社製）にて計測した。得られた分光放射輝度スペクトルから、色度ＣＩＥｘ，ＣＩＥｙ、および外部量子効率ＥＱＥ（％）を算出した。
【０２７６】
ＴＴＦ比率も上述と同様にして測定した。結果を表５に示す。
【０２７７】
【表５】
0005405653.tif 000068
【０２７８】
〔実施例２２〜２４及び比較例３〕
以下に示す素子構成の有機ＥＬ素子を作製した。
ＩＴＯ（１３０ｎｍ）／ＨＴ−３（５ｎｍ）／ＨＴ−５（８０ｎｍ）／ＨＴ−７（１５ｎｍ）／ＢＨ−１：ＢＤ−２（２５ｎｍ、５質量％）／障壁層（２０ｎｍ）／ＴＢ−９（５ｎｍ）／ＬｉＦ（１ｎｍ）／Ａｌ（８０ｎｍ）
【０２７９】
この素子構成において、（  ）内の数字は、膜厚、及び複数成分が含まれる発光層については、ドーパント材料の含有率（質量％）を示している。障壁層の材料は、各実施例において、下記表６に示される材料に変更した。
【０２８０】
実施例２２の有機ＥＬ素子は、具体的には、次のようにして作製した。
２５ｍｍ×７５ｍｍ×０．７ｍｍ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ＨＴ−３を蒸着し、膜厚５ｎｍのＨＴ−３膜を形成した。このＨＴ−３膜は、正孔注入層として機能する。
このＨＴ−３膜の成膜に続けて、化合物ＨＴ−５を蒸着し、ＨＴ−３膜上に膜厚８０ｎｍのＨＴ−５膜を成膜した。このＨＴ−５膜は、第一の正孔輸送層として機能する。
このＨＴ−５膜の成膜に続けて、化合物ＨＴ−７を蒸着し、ＨＴ−５膜上に膜厚１５ｎｍのＨＴ−７膜を成膜した。このＨＴ−７膜は、第二の正孔輸送層として機能する。
このＨＴ−７膜上に化合物ＢＨ−１（ホスト材料）および化合物ＢＤ−２（ドーパント材料）を２０：１の質量比で共蒸着し、膜厚２５ｎｍの発光層を成膜した。
この発光層上にＴＢ−１３を蒸着し、膜厚５ｎｍの障壁層を形成した。
この障壁層上に電子輸送材料であるＴＢ−９を蒸着して、膜厚２０ｎｍの電子注入層を形成した。
この電子注入層上にＬｉＦを蒸着して、膜厚１ｎｍのＬｉＦ膜を形成した。
このＬｉＦ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２２の有機ＥＬ素子を作製した。
【０２８１】
〔実施例２３、２４および比較例３〕
実施例２３、２４および比較例３の有機ＥＬ素子については、障壁層の材料として表６に示す化合物を用いた他は、実施例２２と同様にして作製した。
【０２８２】
作製した実施例２２〜２４および比較例３の有機ＥＬ素子について、以下の評価を行った。結果を表６に示す。
【０２８３】
・初期性能
電流密度が１０ｍＡ／ｃｍ２となるように有機ＥＬ素子に電圧を印加し、そのときの電圧値（Ｖ）を測定した。また、そのときのＥＬ発光スペクトルを分光放射輝度計（ＣＳ−１０００：コニカミノルタ社製）にて計測した。得られた分光放射輝度スペクトルから、輝度Ｌ（ｃｄ／ｍ２）、色度ＣＩＥｘ，ＣＩＥｙ、電流効率Ｌ／Ｊ（ｃｄ／Ａ）、電力効率Ｌ／Ｐ（ｌｍ／Ｗ）、および外部量子効率ＥＱＥ（％）を算出した。また、ＥＬ発光スペクトルのピーク波長Ｌｐ（ｎｍ）も測定した。
ＴＴＦ比率も上述と同様にして測定した。結果を表６に示す。
【０２８４】
【表６】
0005405653.tif 000069
【０２８５】
〔実施例２５〜３０〕
以下に示す素子構成の有機ＥＬ素子を作製した。
ＩＴＯ（１３０ｎｍ）／ＨＴ−３（５ｎｍ）／ＨＴ−５（８０ｎｍ）／ＨＴ−９（１５ｎｍ）／ＢＨ−１０：ＢＤ−２（２５ｎｍ、質量５％）／障壁層（５ｎｍ）／ＥＴ−２（２０ｎｍ）／ＬｉＦ（１ｎｍ）／Ａｌ（８０ｎｍ）
【０２８６】
この素子構成において、（  ）内の数字は、膜厚、及び複数成分が含まれる発光層については、ドーパント材料の含有率（質量％）を示している。障壁層の材料は、各実施例において、下記表７に示される材料に変更した。
【０２８７】
実施例２５の有機ＥＬ素子は、具体的には、次のようにして作製した。
２５ｍｍ×７５ｍｍ×０．７ｍｍ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ＨＴ−３を蒸着し、膜厚５ｎｍのＨＴ−３膜を形成した。このＨＴ−３膜は、正孔注入層として機能する。
このＨＴ−３膜の成膜に続けて、化合物ＨＴ−５を蒸着し、ＨＴ−３膜上に膜厚８０ｎｍのＨＴ−５膜を成膜した。このＨＴ−５膜は、第一の正孔輸送層として機能する。
このＨＴ−５膜の成膜に続けて、化合物ＨＴ−９を蒸着し、ＨＴ−５膜上に膜厚１５ｎｍのＨＴ−９膜を成膜した。このＨＴ−９膜は、第二の正孔輸送層として機能する。
このＨＴ−９膜上に化合物ＢＨ−１（ホスト材料）および化合物ＢＤ−２（ドーパント材料）を２０：１の質量比で共蒸着し、膜厚２５ｎｍの発光層を成膜した。
この発光層上にＴＢ−２１を蒸着し、膜厚５ｎｍの障壁層を形成した。
この障壁層上に電子輸送材料であるＥＴ−２を蒸着して、膜厚２０ｎｍの電子注入層を形成した。
この電子注入層上にＬｉＦを蒸着して、膜厚１ｎｍのＬｉＦ膜を形成した。
このＬｉＦ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２５の有機ＥＬ素子を作製した。
【０２８８】
〔実施例２６〜３０〕
実施例２６〜３０の有機ＥＬ素子については、障壁層の材料として表７に示す化合物を用いた他は、実施例２５と同様にして作製した。
【０２８９】
作製した実施例２５〜３０の有機ＥＬ素子について、以下の評価を行った。結果を表７に示す。
【０２９０】
・初期性能
電流密度が１０ｍＡ／ｃｍ２となるように有機ＥＬ素子に電圧を印加し、そのときの電圧値（Ｖ）を測定した。また、そのときのＥＬ発光スペクトルを分光放射輝度計（ＣＳ−１０００：コニカミノルタ社製）にて計測した。得られた分光放射輝度スペクトルから、輝度Ｌ（ｃｄ／ｍ２）、色度ＣＩＥｘ，ＣＩＥｙ、電流効率Ｌ／Ｊ（ｃｄ／Ａ）、電力効率Ｌ／Ｐ（ｌｍ／Ｗ）、および外部量子効率ＥＱＥ（％）を算出した。また、ＥＬ発光スペクトルのピーク波長Ｌｐ（ｎｍ）も測定した。
ＴＴＦ比率も上述と同様にして測定した。結果を表７に示す。
【０２９１】
【表７】
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【産業上の利用可能性】
【０２９２】
本発明の有機ＥＬ素子は、ディスプレイや照明装置に利用できる。
【符号の説明】
【０２９３】
１，２，４…有機ＥＬ素子
１０…陽極
２０，２２，２４…発光層
３０，３２…障壁層
４０…電子注入層
５０…陰極
６０…正孔輸送帯域
７０…電子輸送帯域
【要約】
有機エレクトロルミネッセンス素子（１）は、陽極（１０）と、発光層（２０）と、電子輸送帯域（７０）と、陰極（５０）とをこの順に備え、発光層（２０）は、ホストと、蛍光発光性ドーパントとを含み、電子輸送帯域（７０）内に、発光層（２０）に隣接して障壁層（３０）が設けられ、障壁層（３０）は、芳香族複素環誘導体を含み、この芳香族複素環誘導体の三重項エネルギーＥＴｂ（ｅＶ）は、前記ホストの三重項エネルギーＥＴｈ（ｅＶ）よりも大きく、前記芳香族複素環誘導体は、アジン環を有することを特徴とする。【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７Ａ】
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【図１７Ｂ】
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【図１８】
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