(57)【要約】  対向する陽極と陰極の間に、陽極側から、正孔輸送帯域と発光層と電子輸送帯域とをこの順に備え、前記発光層は、赤色発光層、緑色発光層及び青色発光層から形成され、前記青色発光層は、ホストＢＨと蛍光発光性ドーパントＦＢＤとを含み、前記蛍光発光性ドーパントＦＢＤの３重項エネルギーＥＴｆｂｄが前記ホストＢＨの３重項エネルギーＥＴｂｈより大きく、前記緑色発光層は、ホストＧＨと燐光発光性ドーパントＰＧＤとを含み、前記電子輸送帯域内に、前記赤色発光層、緑色発光層及び青色発光層に隣接して共通の電子輸送層が設けられ、前記電子輸送層を構成する材料の３重項エネルギーＥＴelがＥＴｂｈより大きく、前記ホストＧＨと前記電子輸送層を構成する材料のアフィニティの差が０．４ｅＶ以内である、有機エレクトロルミネッセンス素子。
2010143434.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向する陽極と陰極の間に、陽極側から、正孔輸送帯域と発光層と電子輸送帯域とをこの順に備え、
前記発光層は、赤色発光層、緑色発光層及び青色発光層から形成され、
前記青色発光層は、ホストＢＨと蛍光発光性ドーパントＦＢＤとを含み、
前記蛍光発光性ドーパントＦＢＤの３重項エネルギーＥＴｆｂｄが前記ホストＢＨの３重項エネルギーＥＴｂｈより大きく、
前記緑色発光層は、ホストＧＨと燐光発光性ドーパントＰＧＤとを含み、
前記電子輸送帯域内に、前記赤色発光層、緑色発光層及び青色発光層に隣接して共通の電子輸送層が設けられ、前記電子輸送層を構成する材料の３重項エネルギーＥＴelがＥＴｂｈより大きく、
前記ホストＧＨと前記電子輸送層を構成する材料のアフィニティの差が０．４ｅＶ以内である、
有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項２】
前記赤色発光層は、ホストＲＨと燐光発光性ドーパントＰＲＤとを含み、
前記ホストＲＨと前記電子輸送層を構成する材料のアフィニティの差が０．４ｅＶ以内である請求項１に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項３】
前記ホストＢＨと前記電子輸送層を構成する材料のアフィニティの差が０．４ｅＶ以内である請求項１又は２に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項４】
前記電子輸送層を構成する材料の電子移動度が、電界強度０．０４〜０．５ＭＶ／ｃｍの範囲において１０−6ｃｍ２/Ｖｓ以上である請求項１乃至３のいずれかに記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項５】
前記電子輸送帯域内に、前記電子輸送層と前記陰極の間に電子注入層が設けられている請求項１乃至４のいずれかに記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項６】
前記ホストＧＨのアフィニティＡｆｇｈが２．６ｅＶ以上である請求項１乃至５のいずれかに記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項７】
前記ドーパントＧＤのイオン化ポテンシャルＩｐｇｄが５．２ｅＶ以上である請求項１乃至６のいずれかに記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項８】
前記青色発光層、前記緑色発光層、前記赤色発光層のうち少なくとも一つの発光層に第二ドーパントを含む請求項１乃至７のいずれかに記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項９】
前記緑色発光層が第二ドーパントＧＤ２を含む請求項８に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項１０】
前記第二ドーパントＧＤ２のアフィニティＡｆｇｄ２と前記ホストＧＨのアフィニティＡｆｇｈの差が０．４ｅＶ以内である請求項９に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項１１】
前記ホストＢＨが環式構造以外に二重結合を含まない化合物である請求項１乃至１０のいずれかに記載の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（ＥＬ）素子、特に高効率の有機ＥＬ素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
有機ＥＬ素子をその発光原理に従って分類すると、蛍光型と燐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。形成された励起子は、電子スピンの統計則により、１重項励起子と３重項励起子となり、これらは２５％：７５％の割合で生成する。このため、１重項励起子による蛍光発光の内部量子効率は２５％が限界といわれている。蛍光材料を用いた蛍光型素子は最近長寿命化技術が進展し、携帯電話やテレビ等のフルカラーディスプレイへ応用されつつあるものの、高効率化が課題であった。【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３重項励起子から発光を取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材料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３重項励起子が衝突融合することにより１重項励起子が生成し、その結果、蛍光発光が増加している。しかしながら非特許文献１では、ホスト材料のみのノンドープ素子において、３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、３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。【０００４】
非特許文献２には、青色蛍光素子において内部量子効率２８．５％という従来の理論限界値２５％を超えるような報告がなされている。しかしながら２５％を超えるための技術的手段は何ら開示されておらず、またフルカラー有機ＥＬテレビの実用化という観点では更なる高効率化が求められていた。【０００５】
また、蛍光素子において３重項励起子を利用した別の例が特許文献１に開示されている。通常の有機分子では、最低３重項励起状態（Ｔ１）は最低１重項励起状態（Ｓ１）よりも低いが、高い３重項励起状態（Ｔ２）はＳ１よりも高い場合がある。このような場合にＴ２からＳ１への遷移が起こることにより、１重項励起状態からの発光を得ることができるとされている。しかしながら、実際には外部量子効率は６％程度（光取出し効率を２５％とすると、内部量子効率２４％）であり、従来から言われている限界値２５％を超えるものではなかった。また、ここでのメカニズムは一分子内での３重項励起状態から１重項励起状態への項間交差によるものであり、非特許文献１が開示している二つの３重項励起子の衝突による１重項の生成現象は起きていない。【０００６】
特許文献２，３には、蛍光素子においてＢＣＰ（バソクプロイン）やＢＰｈｅｎ等のフェナントロリン誘導体を正孔障壁層に用いることにより、正孔障壁層と発光層の界面における正孔の密度を高め、効率よく再結合を起こす技術が開示されている。しかしながら、ＢＣＰ（バソクプロイン）やＢＰｈｅｎ等のフェナントロリン誘導体は正孔に対して脆弱性があり、酸化耐久性に劣り、素子の長寿命化という観点からは性能が不十分であった。【０００７】
また、特許文献４，５には、蛍光素子において、発光層と接する電子輸送層の材料としてアントラセン誘導体等の芳香族化合物を用いた例が開示されている。しかしながら、これらは生成された１重項励起子が、短い時間の間に蛍光発光することを前提に設計された素子であるため、いわゆる燐光素子で通常設計される電子輸送層の３重項エネルギーとの関係については考慮されておらず、実際に、電子輸送層の３重項エネルギーが発光層の３重項エネルギーに比べて小さいため、発光層内で生成した３重項励起子は電子輸送層まで拡散されてしまい、その後、熱的失活過程を経ており、従来の蛍光発光の理論限界値である２５％を超えることが困難であった。さらに、電子輸送層のアフィニティが大き過ぎるため、アフィニティの小さい発光層への電子注入性が悪く、高効率化という効果は必ずしも得られていなかった。また、特許文献６には、長寿命・高効率な青色発光を示すフルオランテン系ドーパントを用いた素子が開示されているが、必ずしも高効率とはいえなかった。【０００８】
尚、燐光型は、直接３重項励起子からの発光を用いる。１重項励起子も発光分子内部のスピン転換により３重項励起子へ変換されるため、原理的には１００％近い内部発光効率が得られると期待されている。そのため、２０００年にＦｏｒｒｅｓｔらによりＩｒ錯体を用いた燐光発光素子が発表されて以来、有機ＥＬ素子の高効率化技術として燐光発光素子が注目されている。しかしながら、赤色燐光素子は実用化の領域に達しているものの、緑、青燐光素子については蛍光型素子に比べて寿命が短く、とくに青色燐光については寿命のみならず色純度や発光効率が不十分である、といった課題があり、実用化には至っていないのが現状である。【０００９】
一方、フルカラーの有機ＥＬ素子を得るために、発光層を青色蛍光発光層、緑色燐光発光層、赤色燐光発光層と塗り分ける方法がある。この場合、発光層以外の周辺層を、３つの発光層に対し共通層とすることで、製造工程が減り量産が容易となる。しかし、青色蛍光発光層、緑色燐光発光層、赤色燐光発光層では、構成する材料の物性値、例えばアフィニティやイオン化ポテンシャル、エネルギーギャップ等が大きく異なる。従って、周辺層を共通層としたときには、エネルギーギャップが最も大きい緑色燐光発光層に対してキャリア注入性の最適化を図る構成をとるため、それ以外の発光層（とりわけ青色蛍光発光層）について性能の低下が起こっていた。【００１０】
特許文献９には、発光層を、蛍光発光性ドーパントを含む青色発光層、燐光発光性ドーパントを含む緑色発光層、燐光発光性ドーパントを含む赤色発光層から構成され、正孔抑制層を共通層として設ける素子が記載されている。
正孔抑制層を共通層とすることによって製造工程を減らしているが、正孔抑制層を共通層として用いたことによって、正孔障壁層から各発光層への電子注入が課題となっていた。実際に、青色発光層と正孔抑制層とのアフィニティの差は０．２ｅＶ程度と小さいが、緑色発光層にＣＢＰのようなアフィニティの小さい材料を用いているため、正孔抑制層とのアフィニティの差が大きく、０．６ｅＶ程度となっている。このため緑色発光層において電子注入性が低下し、駆動電圧が高くなっている。さらに、緑色燐光発光層と正孔抑制層の界面に結合領域が集中するために、励起子の拡散が大きく緑色発光層の発光効率が上がらなかった。【００１１】
特許文献１０には、燐光発光性ドーパントを含む発光層と、電子輸送層のアフィニティの差ΔＡｆが、０．２＜ΔＡｆ≦０．６５ｅＶである有機ＥＬ素子が開示されている。しかし、青色発光層、緑色発光層、赤色発光層の塗りわけを行う場合、発光層の効率化に関しては開示がなされていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００４−２１４１８０号公報
【特許文献２】特開平１０−７９２９７号公報
【特許文献３】特開２００２−１００４７８号公報
【特許文献４】特開２００３−３３８３７７号公報
【特許文献５】ＷＯ２００８／０６２７７３
【特許文献６】ＷＯ２００７／１０００１０
【特許文献７】特表２００２−５２５８０８号公報
【特許文献８】ＵＳ登録公報７０１８７２３
【特許文献９】特開２００５−１５８６７６号公報
【特許文献１０】ＷＯ２００５／０７６６６８
【非特許文献】
【００１３】
【非特許文献１】Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ，１０２，１１４５０４（２００７）
【非特許文献２】ＳＩＤ２００８  ＤＩＧＥＳＴ，７０９（２００８）
【発明の概要】
【００１４】
そこで、本発明者らは、非特許文献１に記載のある現象、即ち二つの３重項励起子の衝突融合により１重項励起子が生成する現象（以下、Ｔｒｉｐｌｅｔ−Ｔｒｉｐｌｅｔ  Ｆｕｓｉｏｎ＝ＴＴＦ現象、と呼ぶ）に着目し、ＴＴＦ現象を効率的に起こして蛍光素子の高効率化を図る検討を実施した。具体的には、蛍光素子に用いることのできるホスト材料（単にホストという場合がある）、蛍光発光性ドーパント材料（単にドーパントという場合がある）の組合せを種々検討した結果、ホストとドーパントの３重項エネルギーが特定の関係にあり、及び発光層の陰極側界面に隣接する層として、３重項エネルギーが大きい材料を用いた場合に、３重項励起子が発光層内に閉じ込められ、ＴＴＦ現象を効率的に起こして蛍光素子の高効率かつ長寿命を実現するに至った。
また、フルカラー素子における、青色蛍光発光層、緑色燐光発光層及び赤色燐光発光層のそれぞれのホストのアフィニティの関係に着目し、電子注入性を改善し、青色蛍光発光層、緑色燐光発光層及び赤色燐光発光層に共通して設けられる電子輸送層に用いられる材料の関係を見出し、フルカラー素子の高効率化を実現するに至った。
【００１５】
なお、燐光型素子において、１重項励起子に比べて励起子寿命が長い３重項励起子の発光層外への拡散を防止する目的で、発光層の陰極側界面に隣接する層として、３重項エネルギーが大きい材料を用いることによって高効率を達成することが知られている。特表２００２−５２５８０８号公報には発光層に隣接するようにフェナントロリン誘導体であるＢＣＰ（バソクプロイン）からなる障壁層を設け、正孔や励起子を閉じ込めることにより高効率化を図る技術が開示されている。また、ＵＳ登録公報７０１８７２３においては、特定の芳香族環化合物を正孔障壁層に用いて高効率・長寿命化を図っている。しかしながら、これらの文献は燐光型素子においては、上記ＴＴＦ現象は、ＴＴＡ（Ｔｒｉｐｌｅｔ−Ｔｒｉｐｌｅｔ  Ａｎｎｉｈｉｌａｔｉｏｎ：３重項対消滅）と呼ばれ、燐光の特徴である３重項励起子からの発光を損なう現象として知られており、本発明のように３重項励起子を発光層内に効率的に閉じ込めることが、燐光型素子においては必ずしも高効率化にはつながらないといえる。
【００１６】
本発明の目的は、青色発光層、緑色発光層、赤色発光層を有する有機ＥＬ素子において、製造コストを高くすることなく、効率及び寿命を改善することである。
【００１７】
本発明によれば、以下の有機ＥＬ素子が提供される。
１．対向する陽極と陰極の間に、陽極側から、正孔輸送帯域と発光層と電子輸送帯域とをこの順に備え、
前記発光層は、赤色発光層、緑色発光層及び青色発光層から形成され、
前記青色発光層は、ホストＢＨと蛍光発光性ドーパントＦＢＤとを含み、
前記蛍光発光性ドーパントＦＢＤの３重項エネルギーＥＴｆｂｄが前記ホストＢＨの３重項エネルギーＥＴｂｈより大きく、
前記緑色発光層は、ホストＧＨと燐光発光性ドーパントＰＧＤとを含み、
前記電子輸送帯域内に、前記赤色発光層、緑色発光層及び青色発光層に隣接して共通の電子輸送層が設けられ、前記電子輸送層を構成する材料の３重項エネルギーＥＴelがＥＴｂｈより大きく、
前記ホストＧＨと前記電子輸送層を構成する材料のアフィニティの差が０．４ｅＶ以内である、
有機エレクトロルミネッセンス素子。
２．前記赤色発光層は、ホストＲＨと燐光発光性ドーパントＰＲＤとを含み、
前記ホストＲＨと前記電子輸送層を構成する材料のアフィニティの差が０．４ｅＶ以内である１に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
３．前記ホストＢＨと前記電子輸送層を構成する材料のアフィニティの差が０．４ｅＶ以内である１又は２に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
４．前記電子輸送層を構成する材料の電子移動度が、電界強度０．０４〜０．５ＭＶ／ｃｍの範囲において１０−6ｃｍ２/Ｖｓ以上である１乃至３のいずれかに記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
５．前記電子輸送帯域内に、前記電子輸送層と前記陰極の間に電子注入層が設けられている１乃至４のいずれかに記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
６．前記ホストＧＨのアフィニティＡｆｇｈが２．６ｅＶ以上である１乃至５のいずれかに記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
７．前記ドーパントＧＤのイオン化ポテンシャルＩｐｇｄが５．２ｅＶ以上である１乃至６のいずれかに記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
８．前記青色発光層、前記緑色発光層、前記赤色発光層のうち少なくとも一つの発光層に第二ドーパントを含む１乃至７のいずれかに記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
９．前記緑色発光層が第二ドーパントＧＤ２を含む８に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
１０．前記第二ドーパントＧＤ２のアフィニティＡｆｇｄ２と前記ホストＧＨのアフィニティＡｆｇｈの差が０．４ｅＶ以内である９に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
１１．前記ホストＢＨが環式構造以外に二重結合を含まない化合物である１乃至１０のいずれかに記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【００１８】
本発明によれば、青色発光層、緑色発光層、赤色発光層を有する有機ＥＬ素子において、製造コストを高くすることなく、効率及び寿命を改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施形態にかかる有機ＥＬ素子の構成を示す図である。
【図２】本発明の一実施形態にかかる青色発光層のエネルギー状態を示す図である。
【図３】本発明の一実施形態にかかる緑色発光層のエネルギー状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明の有機ＥＬ素子の構成について図を参照して説明する。
図１は、本発明の一実施形態にかかる有機ＥＬ素子の構成を示す図である。
有機ＥＬ素子１は、基板上６０の対向する陽極１０と陰極５０の間に、陽極１０側から、正孔輸送帯域２０と発光層３０と電子輸送帯域４０とをこの順に備える。
発光層３０は、青色発光層３２、緑色発光層３４及び赤色発光層３６から形成される。前記発光層３０は、基板面に対し垂直方向に、赤色発光層３６、緑色発光層３４、青色発光層３２が並置して設けられる。青色発光層３２は、ホストＢＨと蛍光発光性ドーパントＦＢＤとを含み、緑色発光層３４は、ホストＧＨと燐光発光性ドーパントＰＧＤとを含み、好ましくは赤色発光層３６は、ホストＲＨと燐光発光性ドーパントＰＲＤとを含む。
さらに、電子輸送帯域４０内に、青色発光層３２、緑色発光層３４及び赤色発光層３６に隣接して共通の電子輸送層４２が設けられる。好ましくは電子輸送帯域４０内であって電子輸送層４２と陰極５０との間に、より好ましくは電子輸送層４２に隣接して電子注入層４４が設けられる。
正孔輸送帯域２０には、正孔輸送層、又は正孔輸送層及び正孔注入層を設けることができる。
【００２１】
以下有機ＥＬ素子１の形成方法を述べる。基板６０上に陽極１０を積層してパターニングする。陽極１０は、前面発光構造の場合には反射膜である金属膜を用いて、背面発光構造の場合には透明電極であるインジウム錫酸化物（ＩＴＯ）又はインジウム亜鉛酸化物等を用いる。その後、正孔輸送帯域２０として、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、陽極の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３２、緑色発光層３４及び赤色発光層３６をシャドウマスクを用いて微細パターン化する。
次に、電子輸送帯域４０を青色発光層３２、緑色発光層３４及び赤色発光層３６の全面にかけて積層する。
次に、陰極を積層し、有機ＥＬ素子が完成する。
基板としてはガラス基板又はＴＦＴ基板等を用いることができる。
【００２２】
本実施形態において、正孔輸送帯域２０は、正孔注入層及び正孔輸送層として、共通の材料を用いて共通に設けられているが、青色発光層３２、緑色発光層３４及び赤色発光層３６に対応して、異なる材料を微細パターン化することにより設けてもよい。また、正孔輸送帯域として、正孔輸送層１層でもよいし、正孔注入層及び正孔輸送層の組合せにより２層以上を積層してもよい。また、正孔輸送帯域を複数の層から形成するとき、一部の層を共通に設け、他の層を青色発光層３２、緑色発光層３４及び赤色発光層３６に対応して、異なる材料を微細パターン化することにより設けてもよい。
【００２３】
尚、本発明の有機ＥＬ素子の発光層は、青色画素、緑色画素、赤色画素を含んでおり、青色画素が青色発光層から、緑色画素が緑色発光層から、赤色画素が赤色発光層からそれぞれ構成される。各画素には独立してそれぞれ電圧がかかる。従って、図１の有機ＥＬ素子１において、青色発光層３２、緑色発光層３４及び赤色発光層３６が常に同時に発光するのではなく、３つの発光層３２，３４，３６をそれぞれ選択的に発光させることができる。本実施形態の有機ＥＬ素子は、青色画素、緑色画素、赤色画素を１つずつ含むものであるが、これらを一単位とした繰り返しであってもよい。また、それぞれの画素が複数であってもよく、例えば、青色画素が１つ、緑色画素が２つ、赤色画素が１つである構成を一単位とした繰り返しであってもよい。
【００２４】
本発明の有機ＥＬ素子は、上記の青色発光層３２において、非特許文献１に記載のある現象、即ち二つの３重項励起子の衝突融合により１重項励起子が生成する現象（以下、Ｔｒｉｐｌｅｔ−Ｔｒｉｐｌｅｔ−Ｆｕｓｉｏｎ＝ＴＴＦ現象、と呼ぶ）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、１重項励起子が２５％、３重項励起子が７５％の比率である。従来知られている蛍光素子においては、２５％の１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３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限界値は２５％といわれていた。
【００２５】
一方、有機物内部で生成した３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））、５重項等の高次の励起子がすぐに３重項に戻ると仮定すると、３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、３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１重項励起子を表す。
３Ａ＊＋３Ａ＊→（４／９）１Ａ＋（１／９）１Ａ＊＋（１３／９）３Ａ＊
即ち、５３Ａ＊→４１Ａ＋１Ａ＊となり、当初生成した７５％の３重項励起子のうち、１／５即ち２０％が１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１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３重項励起子のお互いが衝突して１重項励起子が生成した（２つの３重項励起子から１つの１重項励起子が生成した）とすると、当初生成する１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。
【００２６】
図２は、図１に示す有機ＥＬ素子の青色発光層のエネルギーレベルの一例を示す模式図である。
図２の上図は、素子構成及び各層のＨＯＭＯ、ＬＵＭＯエネルギー準位を表す（尚、ＬＵＭＯエネルギー準位はアフィニティ（Ａｆ）、ＨＯＭＯエネルギー準位はイオン化ポテンシャル（Ｉｐ）という場合がある）である。下図は各層の最低励起１重項エネルギー準位及び最低励起３重項エネルギー準位を模式的に表す。なお、本発明で３重項エネルギーは、最低励起３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、１重項エネルギーは（エネルギーギャップという場合もある）、最低励起１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。
【００２７】
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輸送帯域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、１重項励起子と３重項励起子が生成される。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。図２の下図に示されるように、青色発光層のホスト、ドーパントの３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、ホスト上で再結合し発生した３重項励起子は、より高い３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３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。即ちホストの３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３重項励起子同士が衝突することで１重項励起子が生成される。さらに、ドーパントの１重項エネルギーＥＳｄは、ホストの１重項エネルギーＥＳｈより小さいため、ＴＴＦ現象によって生成された１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３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３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３重項エネルギーの関係を上記のようにすることにより、３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１重項励起子を生成し発光効率が向上することになる。
【００２８】
本発明では、電子輸送層は、青色発光層で生成する３重項励起子が電子輸送帯域へ拡散することを防止し、３重項励起子を青色発光層内に閉じ込めることによって３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。３重項励起子拡散防止のため、電子輸送層の３重項エネルギーＥＴelはＥＴｈより大きく、さらに、ＥＴｄよりも大きいことが好ましい。電子輸送層は３重項励起子が電子輸送帯域へ拡散することを防止するので、青色発光層内においてホストの３重項励起子が効率的に１重項励起子となり、その１重項励起子がドーパント上へ移動して光学的なエネルギー失活をする。
【００２９】
また、図２に示すように、正孔輸送帯域において、正孔輸送層を青色発光層に隣接させて、正孔輸送層の３重項エネルギーＥＴｈoを、青色発光層のホストのＥＴｈより大きくすると、青色発光層で発生した３重項励起子が青色発光層内に留められ、発光効率がより高まる。
【００３０】
さらに、図２に示すように、ホストのアフィニティＡｈとドーパントのアフィニティＡｄがＡｈ≦Ａｄとなるようなホストとドーパントの組合せにすると、電子輸送帯域内に設けた電子輸送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。
【００３１】
本発明の有機ＥＬ素子の緑色発光層３４において、緑色発光層のホストＧＨと電子輸送層を構成する材料のアフィニティの差は、０．４ｅＶ以内である。
通常、緑色発光層の燐光発光性ドーパントＰＧＤの３重項エネルギーは、電子輸送層を構成する材料の３重項エネルギーＥＴelより大きい。従って、電子輸送層を構成する材料の３重項エネルギーＥＴelを燐光発光性ドーパントＰＧＤの３重項エネルギーより大きくすることが好ましい。しかしながら、３重項エネルギーの大きい電子輸送材料は、電極からの電子注入や正孔耐久性において課題を有しており、最適な燐光素子を得るためには、３重項エネルギーの大きい電子輸送材料を必ずしも採用できない。この場合、燐光発光性ドーパントＰＧＤ上の３重項励起子は、燐光発光前に、３重項エネルギーがより小さい電子輸送層を構成する材料に移り、緑色発光層の発光効率が低下してしまう。そこで、本発明のように、緑色発光層のホストＧＨと電子輸送層を構成する材料のアフィニティの差を０．４ｅＶ以内とすると、電子輸送層から緑色発光層への電子注入性が向上するため、電子と正孔が、発光層の正孔輸送帯域側に、即ち、電子輸送帯域から離れて偏って再結合する。その結果、３重項励起子が緑色発光層から離れて発生するため、３重項励起子エネルギーが緑色発光層から電子輸送層に移りにくくなり、発光効率の低下を防ぐことができる。
さらに、再結合領域を電子輸送層から遠ざける観点から、発光層のホストの正孔移動度μh及び電子移動度μeはμe/μh＞１が望ましい。特に望ましくはμe/μh＞５である。
【００３２】
上述したように、本発明では、３色の発光層を並列して形成しているが、電子輸送層として共通材料を用いることにより量産性を向上させている。さらに、青色発光層ではＴＴＦ現象を利用し青色発光層の発光効率を高め、緑色発光層ではアフィニティを調節することにより緑色発光層の発光効率の低下を防ぐことによって、青色発光層、緑色発光層共に高い効率を達成している。
【００３３】
赤色発光層３６を、ホストＲＨと燐光発光性ドーパントＰＲＤを含むようにして構成することができる。赤色発光層３６がホストＲＨと燐光発光性ドーパントＰＲＤを含むとき、ホストＲＨと電子輸送層を構成する材料のアフィニティの差が０．４ｅＶ以内であることが好ましい。これは上述したように、赤色発光層から電子輸送層に３重項エネルギーを移りにくくして発光効率の低下を防ぐためである。
【００３４】
また、青色発光層のホストＢＨと電子輸送層を構成する材料のアフィニティの差も０．４ｅＶ以内とすることも好ましい。アフィニティの差を０．４ｅＶ以内とすることにより、発光層への電子注入性が向上するためである。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、３重項励起子の密度が小さくなる。３重項励起子の密度が小さくなると、３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。また、電子注入が向上することにより、低電圧化が図れる。
【００３５】
緑色発光層において、ホストＧＨは、電子の流入を高め、再結合領域を電子輸送帯域から離すために、好ましくはアフィニティＡｆｇｈが２．６ｅＶ以上である。また、緑色発光層のドーパントＧＤのイオン化ポテンシャルＩｐｇｄは、再結合確率を向上させるために、好ましくは５．２ｅＶ以上である。電子注入性を向上させる目的でホストのアフィニティＡｆｇｈを大きくしたとき、アフィニティＡｆｇｈとドーパントのアフィニティＡｆｇｄの差が大きくなりドーパントへの電子注入が困難となることでドーパント上での再結合確率が低下してしまう。このためドーパントのアフィニティＡｆｇｄを大きくすることが望ましい。もしくは、ドーパントのイオン化ポテンシャルＩｐｇｄを大きくすることが望ましい。
【００３６】
緑色発光層は、ドーパントＰＧＤに加えて、ホストＧＨのアフィニティＡｆｇｈとの差が０．４ｅＶ以内のアフィニティＡｆｇｄ２を有する第二ドーパントＧＤ２を含むことが好ましい。さらに、ドーパントＰＧＤのエネルギーギャップは、第二ドーパントＧＤ２のエネルギーギャップに比べて小さいことが望ましい。
【００３７】
緑色発光層では、通常、電子は電子輸送層から、緑色発光層のホストＧＨに移り、次にホストＧＨからドーパントＰＧＤに移る。ホストＧＨのアフィニティＡｆｇｈとドーパントのアフィニティＡｆｇｄの差が大きくなりドーパントへの電子注入性が低下するとき、電子の一部は、ホストＧＨからドーパントＰＧＤに移らずにそのまま陽極方向へ流れてしまう場合がある。ホストＧＨのアフィニティＡｆｇｈとの差が０．４ｅＶ以内のアフィニティＡｆｇｄ２を有する第二ドーパントを含むと、電子は電子輸送層から緑色発光層のホストＧＨ、次に第二ドーパントＧＤ２、そしてドーパントＰＧＤへと流れ、電子の一部がドーパントＰＧＤに移らずに陽極に流れることを防ぐことができる。従ってより多くの電子がドーパントＰＧＤに届き、再結合確率が向上し、その結果発光効率が高まる。
【００３８】
青色発光層や赤色発光層も上記のような、青色発光層又は赤色発光層のホストのアフィニティＡｆｇｈとの差が０．４ｅＶ以内のアフィニティＡｆｇｄ２を有する第二ドーパントを含むことができる。第二ドーパントを含むことにより、電子がドーパントに移らずにそのまま陽極方向に流れることを防ぐことができる。
【００３９】
本発明では、青色発光層、緑色発光層、赤色発光層のホスト、ドーパント、及び電子輸送層を構成する材料を、公知の化合物から、上記の本発明に必要な条件又は好適な条件を満たす化合物を選択することにより製造できる。本発明に必要な条件を満たす限り各層の材料は限定されないが、好ましくは以下の化合物から選択される。
【００４０】
青色発光層のホストは、アントラセン誘導体、多環芳香族骨格含有化合物等、好ましくはアントラセン誘導体である。青色発光層のドーパントは、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、アントラセン誘導体等、好ましくは、フルオランテン誘導体、ピレン誘導体、ホウ素錯体、より好ましくはフルオランテン誘導体、ホウ素錯体化合物である。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。
【００４１】
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。
【化１】
2010143434.tif 000003
【００４２】
式中、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が置換もしくは無置換の環形成原子数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が置換もしくは無置換の環形成原子数５〜５０のアリール基、Ｘ３が−Ａｒ１−Ａｒ２（Ａｒ１は置換もしくは無置換の環形成原子数５〜５０のアリーレン基、Ａｒ２は置換もしくは無置換の環形成原子数５〜５０のアリール基）である化合物である。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が置換もしくは無置換の環形成原子数５〜５０のアリール基、Ｘ３が−Ａｒ１−Ａｒ２−Ａｒ３（Ａｒ１及びＡｒ２はそれぞれ、置換もしくは無置換の環形成原子数５〜５０のアリーレン基、Ａｒ３は置換もしくは無置換の環形成原子数５〜５０のアリール基）である化合物である。
【００４３】
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２】
2010143434.tif 000004
【００４４】
式中、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、各々独立に置換基であって、Ｘａ及びＸｂがそれぞれ環Ａ及び環Ａ’と連結して環Ａ及び環Ａ’と共に縮合環を形成してもよく、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。
【００４５】
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。
【００４６】
具体的なアントラセン化合物の例として以下の化合物が挙げられる。
【化３】
2010143434.tif 000005
【００４７】
式中、Ａｒ００１は置換もしくは無置換の環形成炭素数１０〜５０の縮合芳香族基である。Ａｒ００２は置換もしくは無置換の環形成炭素数６〜５０の芳香族基である。Ｘ００１〜Ｘ００３は、それぞれ独立に置換もしくは無置換の環形成炭素数６〜５０の芳香族基、置換もしくは無置換の環形成原子数５〜５０の芳香族複素環基、置換もしくは無置換の炭素数１〜５０のアルキル基、置換もしくは無置換の炭素数１〜５０のアルコキシ基、置換もしくは無置換の炭素数６〜５０のアラルキル基、置換もしくは無置換の環形成原子数５〜５０のアリールオキシ基、置換もしくは無置換の環形成原子数５〜５０のアリールチオ基、置換もしくは無置換の炭素数１〜５０のアルコキシカルボニル基、カルボキシル基、ハロゲン原子、シアノ基、ニトロ基、ヒドロキシ基である。ａ、ｂ及びｃは、それぞれ０〜４の整数である。ｎは１〜３の整数である。また、ｎが２以上の場合は、［  ］内は、同じでも異なっていてもよい。好ましくはｎは１である。好ましくはａ，ｂ，ｃは０である。
【００４８】
青色発光層の蛍光発光性ドーパントは、好ましくは下記式で表される化合物である。
【化４】
2010143434.tif 000006
式中、Ａｒ１〜Ａｒ６はそれぞれ炭素数６〜３０のアリール基であり、Ａｒ７は炭素数６〜３０のアリーレン基である。Ａｒ１〜Ａｒ７は置換されていてもよく、置換基としてはアルコキシ基、ジアルキルアミノ基、アルキル基、フルオロアルキル基、シリル基が望ましい。ｍは０又は１、ｎは０又は１である。Ｌ１，Ｌ２はそれぞれアルケニレン基、又は２価の芳香族炭化水素基である。
【００４９】
尚、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。
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。
【００５０】
ホストは、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。
【００５１】
緑色発光層のホストは、好ましくは下記式（１）又は（２）で表される化合物である。
【００５２】
【化５】
2010143434.tif 000007
【００５３】
式（１）及び及び（２）において、Ａｒ６、Ａｒ７及びＡｒ８は、それぞれ独立に、置換若しくは無置換の環形成炭素数６〜２４の芳香族炭化水素基、又は置換若しくは無置換の環形成原子数３〜２４の芳香族複素環基を表す。但し、Ａｒ６、Ａｒ７及びＡｒ８は置換基Ｙを一個又は複数個有していてもよく、複数個の場合はそれぞれ同一でも異なっていてもよく、Ｙは炭素数１〜２０のアルキル基、置換若しくは無置換の環形成炭素数３〜２０のシクロアルキル基、炭素数１〜２０のアルコキシ基、炭素数７〜２４のアラルキル基、炭素数３〜２０のシリル基、置換若しくは無置換の環形成炭素数６〜２４の芳香族炭化水素基、又は環形成原子数３〜２４でＡｒ６、Ａｒ７、Ａｒ８と炭素−炭素結合で連結する置換若しくは無置換の芳香族複素環基を表す。
【００５４】
式（１）及び（２）において、Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３及びＸ４は、それぞれ独立に、Ｏ、Ｓ、Ｎ−Ｒ１又はＣＲ２Ｒ３を表し、ｏ、ｐ及びｑは０又は１、ｓは１、２又は３を表す。ここで、Ｒ１、Ｒ２及びＲ３は、それぞれ独立に、炭素数１〜２０のアルキル基、置換若しくは無置換の環形成炭素数３〜２０のシクロアルキル基、炭素数７〜２４のアラルキル基、炭素数３〜２０のシリル基、置換若しくは無置換の環形成炭素数６〜２４の芳香族炭化水素基、又は置換若しくは無置換の環形成原子数３〜２４の芳香族複素環基を表す。
【００５５】
式（１）及び（２）において、Ｌ１は単結合、炭素数１〜２０のアルキレン基、置換若しくは無置換の環形成炭素数３〜２０のシクロアルキレン基、炭素数２〜２０の２価のシリル基、置換若しくは無置換の環形成炭素数６〜２４の２価の芳香族炭化水素基、又は環形成原子数３〜２４であり、Ａｒ６と炭素−炭素結合で連結する置換若しくは無置換の２価の芳香族複素環基を表す。
【００５６】
式（１）において、Ｌ２は単結合、炭素数１〜２０のアルキレン基、置換若しくは無置換の環形成炭素数３〜２０のシクロアルキレン基、炭素数２〜２０の２価のシリル基、置換若しくは無置換の環形成炭素数６〜２４の２価の芳香族炭化水素基、又は環形成原子数３〜２４でＡｒ８と炭素−炭素結合で連結する置換若しくは無置換の２価の芳香族複素環基を表す。
【００５７】
式（２）において、ｎは２、３又は４を表し、それぞれＬ３を連結基とした２量体、３量体、４量体を形成する。
式（２）において、Ｌ３は、ｎが２の場合、単結合、炭素数１〜２０のアルキレン基、置換若しくは無置換の環形成炭素数３〜２０のシクロアルキレン基、炭素数２〜２０の２価のシリル基、置換若しくは無置換の環形成炭素数６〜２４の２価の芳香族炭化水素基、又は環形成原子数３〜２４でＡｒ８と炭素−炭素結合で連結する置換若しくは無置換の２価の芳香族複素環基を表し、ｎが３の場合、炭素数１〜２０の３価のアルカン、置換若しくは無置換の環形成炭素数３〜２０の３価のシクロアルカン、炭素数１〜２０の３価のシリル基、置換若しくは無置換の環形成炭素数６〜２４の３価の芳香族炭化水素基、又は環形成原子数３〜２４でＡｒ８と炭素−炭素結合で連結する置換若しくは無置換の３価の芳香族複素環基を表し、ｎが４の場合、炭素数１〜２０の４価のアルカン、置換若しくは無置換の環形成炭素数３〜２０の４価のシクロアルカン、ケイ素原子、置換若しくは無置換の環形成炭素数６〜２４の４価の芳香族炭化水素基、又は環形成原子数３〜２４でＡｒ８と炭素−炭素結合で連結する置換若しくは無置換の４価の芳香族複素環基を表す。
【００５８】
式（１）及び（２）において、Ａ１は、水素原子、置換若しくは無置換の環形成炭素数３〜２０のシクロアルキル基、炭素数３〜２０のシリル基、置換若しくは無置換の環形成炭素数６〜２４の芳香族炭化水素基、又は環形成原子数３〜２４でＬ１と炭素−炭素結合で連結する置換若しくは無置換の芳香族複素環基を表す。
【００５９】
式（１）において、Ａ２は、水素原子、置換若しくは無置換の環形成炭素数３〜２０のシクロアルキル基、炭素数３〜２０のシリル基、置換若しくは無置換の環形成炭素数６〜２４の芳香族炭化水素基、又は環形成原子数３〜２４でＬ２と炭素−炭素結合で連結する置換若しくは無置換の芳香族複素環基を表す。
【００６０】
また、緑色発光層のホストは、好ましくは、下記一般式（３）又は（４）で表される化合物である。
（Ｃｚ−）ｎＡ                      （３）
Ｃｚ（−Ａ）ｍ                    （４）
〔式中、Ｃｚは、置換もしくは無置換のアリールカルバゾイル基又はカルバゾイルアルキレン基、Ａは、下記一般式で表される基である。ｎ、ｍは、それぞれ１〜３の整数である。
（Ｍ）ｐ−（Ｌ）ｑ−（Ｍ’）ｒ
（Ｍ及びＭ’は、それぞれ独立に、置換もしくは無置換の環を形成する炭素数２〜４０の窒素含有ヘテロ芳香族環であり、同一でも異なっていてもよい。Ｌは、単結合、置換もしくは無置換の炭素数６〜３０のアリーレン基、置換もしくは無置換の炭素数５〜３０のシクロアルキレン基、置換もしくは無置換の炭素数２〜３０のヘテロ芳香族環である。ｐは０〜２、ｑは１〜２、ｒは０〜２の整数である。ただし、ｐ＋ｒは１以上である。）〕
【００６１】
緑色発光層の燐光発光性ドーパントはＩｒ，Ｐｔ，Ｏｓ，Ａｕ，Ｃｕ，Ｒｅ及びＲｕからなる群から選ばれる金属と配位子とからなる金属錯体を含有することが望ましい。
このようなドーパント材料の具体例としては、例えば、ＰＱＩｒ（ｉｒｉｄｉｕｍ（ＩＩＩ）ｂｉｓ（２−ｐｈｅｎｙｌｑｕｉｎｏｌｙｌ−Ｎ，Ｃ２’）ａｃｅｔｙｌａｃｅｔｏｎａｔｅ）、Ｉｒ（ｐｐｙ）３（ｆａｃ−ｔｒｉｓ（２−ｐｈｅｎｙｌｐｙｒｉｄｉｎｅ）ｉｒｉｄｉｕｍ）の他、下記の化合物が挙げられる。
【００６２】
【化６】
2010143434.tif 000008
【００６３】
第２のドーパントは、緑色発光層のホスト材料として用いることができる材料を用いることができる。従って、緑色発光層の第二のドーパントの例は、上記の緑色発光層のホストの例示化合物と同じである。
第２のドーパントは、ホストＧＨのアフィニティＡｆｇｈとの差が０．４ｅＶ以内のアフィニティＡｆｇｄ２を有するものを選択することが好ましい。さらに、ドーパントＰＧＤのエネルギーギャップは、第二ドーパントＧＤ２のエネルギーギャップに比べて小さいものを選択することが望ましい。
【００６４】
赤色発光層のホストは、例えば、下記式（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）で表される多環式縮合芳香族化合物からなる群から選ばれる１種以上の化合物である。
Ｒａ−Ａｒ１０１−Ｒｂ    ・・・（Ａ）
Ｒａ−Ａｒ１０１−Ａｒ１０２−Ｒｂ    ・・・（Ｂ）
Ｒａ−Ａｒ１０１−Ａｒ１０２−Ａｒ１０３−Ｒｂ    ・・・（Ｃ）
（式中、Ａｒ１０１，Ａｒ１０２，Ａｒ１０３，Ｒａ及びＲｂは、それぞれ独立して、置換若しくは無置換のベンゼン環、又は、置換若しくは無置換のナフタレン環、置換若しくは無置換のクリセン環、置換若しくは無置換のフルオランテン環、置換若しくは無置換のフェナントレン環、置換若しくは無置換のベンゾフェナントレン環、置換若しくは無置換のジベンゾフェナントレン環、置換若しくは無置換のトリフェニレン環、置換若しくは無置換のベンゾ［ａ］トリフェニレン環、置換若しくは無置換のベンゾクリセン環、置換若しくは無置換のベンゾ［ｂ］フルオランテン環、及び、置換若しくは無置換のピセン環から選択される多環式縮合芳香族骨格部を表す。但し、Ａｒ１０１，Ａｒ１０２，Ａｒ１０３，Ｒａ及びＲｂが同時に置換若しくは無置換のベンゼン環である場合はない。）
【００６５】
Ｒａ及びＲｂのいずれか一方又は両方は、好ましくは置換若しくは無置換のフェナントレン環、置換若しくは無置換のベンゾ[c]フェナントレン環及び置換若しくは無置換のフルオランテン環からなる群から選ばれる環である。
【００６６】
上記の多環式縮合芳香族化合物は、多環式縮合芳香族骨格部が、２価以上の基として化学構造式中に含まれている。
【００６７】
多環式芳香族骨格部は置換基を有することができ、この置換基は、例えば置換若しくは無置換のアリール基又は置換若しくは無置換のヘテロアリール基である。
また、多環式縮合芳香族化合物の置換基は、例えばカルバゾール骨格を有しない基である。
【００６８】
赤色発光層の燐光発光性ドーパントは、Ｉｒ，Ｐｔ，Ｏｓ，Ａｕ，Ｃｕ，Ｒｅ及びＲｕからなる群から選ばれる金属と配位子とからなる金属錯体を含有することが望ましい。以下の化合物を例示できる。
【００６９】
【化７】
2010143434.tif 000009
【化８】
2010143434.tif 000010
【００７０】
発光層内で再結合に寄与しなかった正孔が電子輸送層内へ注入される場合がある。そのため、電子輸送層に用いる材料としては、酸化耐久性に優れる材料であることが好ましい。
酸化耐久性に優れる材料の具体例としては、炭化水素芳香族化合物、特に縮合多環芳香族環化合物が好ましい。ＢＡｌｑのような有機錯体は分子内に極性をもち酸化耐性に劣る。
【００７１】
電子輸送帯域は、１以上の電子輸送層、又は１以上の電子輸送層及び１以上の電子注入層の積層により構成される。
発光層と陰極の間は、例えば以下のように構成される。
発光層／電子輸送層／陰極
発光層／電子輸送層／電子注入層／陰極
発光層／電子輸送層／電子輸送層／電子注入層／陰極
【００７２】
電子輸送領域は、緑色発光層、青色発光層及び赤色発光層に共通して設けられる。よって発光層に隣接する電子輸送層を構成する材料の３重項エネルギーは、青色発光層のホストの三重項エネルギーより大きく、緑色発光層のホストのアフィニティと発光層に隣接する電子輸送層を構成する材料のアフィニティの差が０．４ｅＶ以内であればよい。
赤色発光層のホストのアフィニティと発光層に隣接する電子輸送層を構成する材料のアフィニティの差が０．４ｅＶ以内であることが好ましい。
青色発光層のホストのアフィニティと発光層に隣接する電子輸送層を構成する材料のアフィニティの差が０．４ｅＶ以内であることが好ましい。
【００７３】
さらに、発光層への電子注入性の観点から、以下の関係を有することが好ましい。
−０．３ｅＶ＜（発光層に隣接する電子輸送層のアフィニティ）−（緑色発光層のホストのアフィニティ）＜０．４
【００７４】
さらに好ましくは以下の関係を有する。
−０．２ｅＶ＜（発光層に隣接する電子輸送層のアフィニティ）−（緑色発光層のホストのアフィニティ）＜０．４
【００７５】
前記アフィニティ及び三重項エネルギーの値の観点から、電子輸送層を構成する材料の具体例として、以下（１０）、（２０）及び（３０）の多環式縮合芳香族化合物からなる群から選ばれる１種以上の化合物が挙げられる。
【００７６】
（１０）以下式（１１）で表される材料又は以下式（１２）で表されるその２量体
【化９】
2010143434.tif 000011
上記式中、Ｒ１〜Ｒ２１は水素原子、置換もしくは非置換のアルキル基、置換もしくは非置換のアリール基、置換もしくは非置換のアミノ基、ハロゲン原子、ニトロ基、シアノ基又は水酸基を表す。上記式中、Ｘは置換もしくは非置換のアルキレン基、又は置換もしくは非置換のアリーレン基を表す。
【００７７】
（２０）以下式で表される材料
ＨＡｒ−Ｌ１−Ａｒ１−Ａｒ２
式中、ＨＡｒは、置換基を有していてもよい炭素数３〜４０の含窒素複素環であり、Ｌ１は単結合、置換基を有していてもよい炭素数６〜４０のアリーレン基又は置換基を有していてもよい炭素数３〜４０のヘテロアリーレン基であり、Ａｒ１は置換基を有していてもよい炭素数６〜４０の２価の芳香族炭化水素基であり、Ａｒ２は置換基を有していてもよい炭素数６〜４０のアリール基又は置換基を有していてもよい炭素数３〜４０のヘテロアリール基である。
【００７８】
（３０）上記式（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）で表される多環式縮合芳香族化合物
【００７９】
ここで、（２０）である場合は、発光層ホスト材料のアフィニティとの関係で、Ａｒ１がアントラセニレン基であることが好ましい。（１０）である場合は、耐熱性の観点から（１２）で表される化合物であることが好ましい。
【００８０】
発光層に接しない電子輸送層及び電子注入層の具体例としては、８−ヒドロキシキノリン又はその誘導体の金属錯体、オキサジアゾール誘導体、含窒素複素環誘導体が好適である。上記８−ヒドロキシキノリン又はその誘導体の金属錯体の具体例としては、オキシン（一般に８−キノリノール又は８−ヒドロキシキノリン）のキレートを含む金属キレートオキシノイド化合物、例えばトリス（８−キノリノール）アルミニウムを用いることができる。
【００８１】
前記含窒素複素環誘導体としては、例えば、上記の（２０）の化合物が挙げられる。
【００８２】
また、電子輸送層を構成する材料の移動度としては、電界強度０．０４〜０．５ＭＶ／ｃｍの範囲において電子移動度が１０−６ｃｍ２／Ｖｓ以上であることが好ましい。更に望ましくは１０−４ｃｍ２／Ｖｓ以上であることが望ましい。
有機材料の電子移動度の測定方法としては、Ｔｉｍｅ  ｏｆ  Ｆｌｉｇｈｔ法等幾つかの方法が知られているが、本発明ではインピーダンス分光法で決定される電子移動度をいう。
【００８３】
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〜２００ｎｍ程度の電子輸送層材料を挟み、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＝ｉωＺ（ｉ：虚数単位、ω：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ωの逆数を、電子輸送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＝（電子輸送層材料の膜厚）２／（応答時間・電圧）
【００８４】
電界強度０．０４〜０．５ＭＶ／ｃｍの範囲において電子移動度が１０−６ｃｍ２／Ｖｓ以上である材料の具体例として、多環芳香族の骨格部にフルオランテン誘導体を有する材料を挙げることができる。
【００８５】
また、電子輸送帯域には、上記の電子輸送材とアルカリ金属化合物を積層したものや、電子輸送層を形成する材料に、アルカリ金属等に代表されるドナーを添加したものを用いることができる。
アルカリ金属化合物としては、アルカリ金属のハロゲン化物、酸化物が好ましいものとして挙げられる。さらに好ましくはアルカリ金属のフッ化物が好ましい。例えばＬｉＦが好ましいものとして用いられる。
【００８６】
尚、電子注入層のアフィニティＡｅ−電子輸送層のアフィニティＡｂ＜０．２ｅＶであることが好ましい。これを満たさない場合、電子注入層から電子輸送層への電子注入が損なわれ、電子輸送帯域に電子が蓄積し、高電圧化を引き起こすとともに、蓄積電子が３重項励起子と衝突してエネルギーがクエンチされる恐れがある。
【００８７】
電子輸送帯域が１つの電子輸送層から構成されるとき、電子輸送層は、電子輸送構造部位と、縮合多環芳香族炭化水素化合物からなるトリプレット障壁構造部位を有する障壁材料物からなることが好ましい。構造部位とは、化合物に含まれる個々の環式構造（置換基を除いた単環又は縮合多環）である。
【００８８】
トリプレット障壁構造部位とは、化合物に含まれる構造部位の中で、三重項エネルギーが最も低くなる（小さい）構造部位をいう。つまり、化合物の三重項エネルギーを主として決定する構造部位である。トリプレット障壁構造部位は複数あってもよい。トリプレット障壁構造部位の三重項エネルギーは、置換基を除き、各構造部位同士の結合位置に水素が置換された独立した環式構造の三重項エネルギーをいう。
【００８９】
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、ＰＣＴ／ＪＰ２００８／０７３１８０、ＵＳ特願１２／３７６，２３６、ＵＳ特願１１／７６６，２８１、ＵＳ特願１２／２８０，３６４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。
【００９０】
好ましくは、正孔輸送層は、下記式（１）〜（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。
【化１０】
2010143434.tif 000012
【００９１】
（式中、Ａｒ１〜Ａｒ２４は、各々独立して、置換もしくは無置換の環形成炭素数６〜５０のアリール基、又は置換もしくは無置換の環形成原子数５〜５０のヘテロアリール基を表わす。
Ｌ１〜Ｌ９は、各々独立して、置換もしくは無置換の環形成炭素数６〜５０のアリーレン基、又は置換もしくは無置換の環形成原子数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及び環形成炭素数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。）
【００９２】
好ましくは、前記Ａｒ１〜Ａｒ２４の少なくとも１つは、下記式（６），（７）のいずれかで表される置換基である。
【化１１】
2010143434.tif 000013
【００９３】
（式中、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、置換もしくは無置換の環形成炭素数６〜５０のアリーレン基、又は置換もしくは無置換の環形成原子数５〜５０のヘテロアリーレン基を表わす。
Ｌ１１は、置換もしくは無置換の環形成炭素数６〜５０のアリーレン基、又は置換もしくは無置換の環形成原子数５〜５０のヘテロアリーレン基を表わす。
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及び環形成炭素数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、ｄは０〜４の整数を表わす。
ｂは０〜３の整数を表わす。）
【００９４】
好ましくは、式（１）で表される化合物は、下記式（８）で表される化合物である。
【化１２】
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【００９５】
（式中、Ｃｚは置換又は無置換のカルバゾリル基を表わす。
Ｌ１２は置換もしくは無置換の環形成炭素数６〜５０のアリーレン基、又は置換もしくは無置換の環形成原子数５〜５０のヘテロアリーレン基を表わす。
Ａｒ２５及びＡｒ２６は、各々独立して、置換もしくは無置換の環形成炭素数６〜５０のアリール基、又は置換もしくは無置換の環形成原子数５〜５０のヘテロアリール基を表わす。）
【００９６】
式（８）で表される化合物は、好ましくは、下記式（９）で表される化合物である。
【化１３】
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【００９７】
（式中、Ｒ５及び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及び環形成炭素数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及びＲ６は互いに結合して環を形成してもよい。
ｅ、ｆは０〜４の整数を表わす。
Ｌ１２、Ａｒ２５及びＡｒ２６は、式（８）におけるＬ１２、Ａｒ２５及びＡｒ２６と同義である。）
【００９８】
式（９）で表される化合物は、好ましくは、下記式（１０）で表される化合物である。
【化１４】
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【００９９】
（式中、Ｒ７及び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及び環形成炭素数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及びＲ６は互いに結合して環を形成してもよい。
ｇ、ｈは０〜４の整数を表わす。
Ｒ５、Ｒ６、ｅ、ｆ、Ａｒ２５及びＡｒ２６は、式（９）におけるＲ５、Ｒ６、ｅ、ｆ、Ａｒ２５及びＡｒ２６と同義である。）
【実施例】
【０１００】
実施例及び比較例で使用した材料と物性値は以下の通りである。
【化１５】
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【化１６】
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【化１７】
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【化１８】
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【化１９】
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【化２０】
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【化２１】
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【０１０１】
物性値の測定方法は以下の通りである。
（１）３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／λｅｄｇｅ
「λｅｄｇｅ」とは、縦軸にりん光強度、横軸に波長をとって、りん光スペクトルを表したときに、りん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。【０１０２】
（２）イオン化ポテンシャル
大気下光電子分光装置（理研計器（株）社製：ＡＣ−１）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。【０１０３】
（３）アフィニティ
イオン化ポテンシャルからエネルギーギャップの測定値を差し引いた。エネルギーギャップはベンゼン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、そのスペクトルが立ち上がり始める波長から算出した。【０１０４】
実施例１
膜厚１３０ｎｍのＩＴＯが成膜された基板上に、下記層を構成する材料を順次蒸着し、有機ＥＬ素子を得た。
陽極：      ＩＴＯ（膜厚１３０ｎｍ）
正孔注入層：ＨＩ（膜厚５０ｎｍ）
正孔輸送層：ＨＴ（膜厚４５ｎｍ）
発光層：（膜厚  青２５ｎｍ，緑５０ｎｍ，赤４０ｎｍ）
青色発光層ＢＨ_１：ＢＤ_１（５ｗｔ％）、緑色発光層ＧＨ_１：Ｉｒ（Ｐｈ−ｐｐｙ）３（１０ｗｔ％）、赤色発光層ＲＨ_１：Ｉｒ（ｐｉｑ）３（１０ｗｔ％）
電子輸送層（ＥＴＬ）：ＥＴ１（膜厚５ｎｍ）
ＬｉＦ：（膜厚１ｎｍ）
陰極：      Ａｌ（膜厚８０ｎｍ）【０１０５】
得られた素子の青色発光層、緑色発光層、赤色発光層を、１ｍＡ／ｃｍ２の直流電流により発光させ、発光効率（単位：ｃｄ／Ａ）を測定した。また、初期輝度青：５，０００ｃｄ／ｍ２，緑２０，０００ｃｄ／ｍ２，赤１０，０００ｃｄ／ｍ２で直流の連続通電試験を行って半減寿命（単位：時間）を測定した。結果を表１に示す。【０１０６】
実施例２〜５、比較例１
表１に示す青色発光層、赤色発光層、緑色発光層のホスト、ドーパント、電子輸送層を用いた他は、実施例１と同様にして有機ＥＬ素子を得て、評価した。結果を表１に示す。
尚、実施例５の緑色発光層は、表１に示すように、第２のドーパントを追加した。第２のドーパントＧＨ_１０の濃度は２０ｗｔ％、第１のドーパントＩｒ（ｐｐｙ）３の濃度は１０ｗｔ％であった。【０１０７】
実施例６
膜厚１３０ｎｍのＩＴＯが成膜された基板上に、下記層を構成する材料を順次蒸着し、有機ＥＬ素子を得た。得られた有機ＥＬ素子を実施例１と同様にして評価した。結果を表１に示す。
陽極：      ＩＴＯ（膜厚１３０ｎｍ）
正孔注入層：ＨＩ（膜厚５０ｎｍ）
正孔輸送層：ＨＴ（膜厚４５ｎｍ）
発光層：（膜厚  青２５ｎｍ，緑５０ｎｍ，赤４０ｎｍ）
青色発光層ＢＨ_２：ＢＤ_２（５ｗｔ％）、緑色発光層ＧＨ_１：Ｉｒ（ｐｐｙ）３（１０ｗｔ％）、赤色発光層ＲＨ_１：Ｉｒ（ｐｉｑ）３（１０ｗｔ％）
電子輸送層（ＥＴＬ）：ＥＴ２（膜厚５ｎｍ）
電子注入層（ＥＩＬ）：ＥＩ１（膜厚２０ｎｍ）
ＬｉＦ：（膜厚１ｎｍ）
陰極：      Ａｌ（膜厚８０ｎｍ）【０１０８】
実施例７〜２７、比較例２
表１に示す青色発光層、赤色発光層、緑色発光層のホスト、ドーパント、電子輸送層、電子注入層を用いた他は、実施例６と同様にして有機ＥＬ素子を得て、評価した。結果を表１に示す。
尚、実施例１０，１５，１６，２１，２２，２７の緑色発光層は、表１に示すように、第２のドーパントを追加した。第２のドーパントの濃度は２０ｗｔ％、第１のドーパントの濃度は１０ｗｔ％であった。【０１０９】
【表１】
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【産業上の利用可能性】
【０１１０】
本発明の有機ＥＬ素子は、大型テレビ向け表示パネルや照明パネル等に用いることができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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