(57)【要約】湿式法で安定に製造可能であり、黒点、白点の故障のない有機エレクトロルミネセンス素子およびその製造方法であって、湿式法により、ヘテロ原子を含有する置換基を有する化合物を、該置換基を有する有機溶媒に溶解し、塗布成膜することを特徴とする。【特許請求の範囲】
【請求項１】
湿式法による有機エレクトロルミネセンスの製造方法であって、ヘテロ原子を含有する置換基を有する化合物を、該置換基と同一の置換基を有する有機溶媒に溶解し、塗布成膜することを特徴とする有機エレクトロルミネセンス素子の製造方法。
【請求項２】
前記化合物が、母核の炭素原子１つに対し、０．１０個以上０．６０個以下の前記置換基を有することを特徴とする請求項１に記載の有機エレクトロルミネセンス素子の製造方法。
【請求項３】
前記置換基を有する溶媒で成膜される層が電極に隣接する層であることを特徴とする請求項１または２に記載の有機エレクトロルミネセンス素子の製造方法。
【請求項４】
前記置換基を有する溶媒と他の溶媒を混合して用いることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の有機エレクトロルミネセンス素子の製造方法。
【請求項５】
前記置換基を有する有機溶媒の含有量が全有機溶媒量に対し３０％以上であることを特徴とする請求項４に記載の有機エレクトロルミネセンス素子の製造方法。
【請求項６】
請求項１〜５の何れか１項に記載の製造方法で製造されたことを特徴とする有機エレクトロルミネセンス素子。
【請求項７】
有機エレクトロルミネセンス素子であって、ヘテロ原子を含有する置換基を有する化合物を含む層に、該置換基を有する有機溶媒の残留量が１ｐｐｍ以上１０００ｐｐｍ以下であることを特徴とする有機エレクトロルミネセンス素子。
【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センス（有機ＥＬとも言う。）素子およびその製造方法に関する。詳しくは、湿式法により製造可能であり、均一発光性が改善された有機エレクトロルミネセンス素子およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
有機エレクトロルミネセンス素子に用いられる化合物には、リン光性発光化合物と蛍光性光化合物があるが、リン光発光化合物の方が効率が高いことが知られている。さらに、リン光性発光性材料を効率よく発光させるためには、正孔輸送層、発光層、電子輸送層などの、機能層を設けると高い効率が得られることが知られている。【０００３】
一方、材料の高い利用効率などから、湿式法による有機ＥＬの製造方法が着目されている。【０００４】
しかしながら、湿式法で素子を作製した場合、発光面に直径数１０μｍ程度の黒点や白点が発生するという問題があった。【０００５】
高分子材料を、該材料と相互作用する溶媒で塗布することが記載されている（例えば、特許文献１参照。）が、低分子材料の、発光面に直径数１０μｍ程度の黒点や白点が発生するという問題については十分ではなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−２４４８０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、その目的は、湿式法で安定に製造可能であり、黒点や白点の発生がない有機エレクトロルミネセンス素子およびその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の上記目的は，下記の構成により達成される。【０００９】
１．湿式法による有機エレクトロルミネセンスの製造方法であって、ヘテロ原子を含む置換基を有する化合物を、前記置換基と同一の置換基を有する有機溶媒に溶解し、塗布成膜することを特徴とする有機エレクトロルミネセンス素子の製造方法。【００１０】
２．前記ヘテロ原子を含む置換基を有する化合物が母核の炭素原子１つに対し、０．１０個以上０．６０個以下の該置換基を有することを特徴とする前記１に記載の有機エレクトロルミネセンス素子の製造方法。【００１１】
３．前記置換基を有する有機溶媒で成膜される層が電極に隣接する層であることを特徴とする前記１または２に記載の有機エレクトロルミネセンス素子の製造方法。【００１２】
４．前記電極に隣接する層が正孔注入層であることを特徴とする前記３に記載の有機エレクトロルミネセンス素子の製造方法。【００１３】
５．前記置換基を有する有機溶媒と他の有機溶媒を混合して用いることを特徴とする前記１〜４の何れか１項に記載の有機エレクトロルミネセンス素子の製造方法。【００１４】
６．前記置換基を有する有機溶媒の含有量が全有機溶媒量に対し３０％以上であることを特徴とする前記５に記載の有機エレクトロルミネセンス素子の製造方法。【００１５】
７．前記１〜６の何れか１項に記載の製造方法で製造されたことを特徴とする有機エレクトロルミネセンス素子。【００１６】
８．有機エレクトロルミネセンス素子であって、ヘテロ原子を含む置換基を有する化合物を含む層に、該置換基を有する有機溶媒の残留量が１ｐｐｍ以上１０００ｐｐｍ以下であることを特徴とする有機エレクトロルミネセンス素子。
【発明の効果】
【００１７】
本発明により、湿式法で安定に製造が可能であり、黒点や白点の発生がない有機エレクトロルミネセンス素子およびその製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
発明者らが鋭意検討を行った結果、特定の置換基を持つ化合物を、前記特定の置換基を有する有機溶媒で溶解塗布すると、発光面に直径数１０μｍ程度の黒点や白点が発生するという問題がなく、均一に塗布できることがわかった。
【００１９】
その理由は定かではないが、化合物の置換基と溶媒の置換基が緩やかに相互作用して、異常突起などの生じにくい均一なアモルファスの膜が成膜されるものと推定している。
【００２０】
本発明では、ヘテロ原子を含む置換基を有する化合物は母核の炭素原子１個に対して、該置換基を０．１個以上０．６個以下有することが好ましい。この理由も定かではないが、塗布膜が乾燥されるときに、該置換基の数が特定の数であるときに、分子の配向性が好ましくコントロールされ、均一性の良い膜になると推定される。該置換基の数が多すぎても少なくても、該置換基を有する有機溶媒で塗布したときの、化合物自身の相互作用や、化合物と溶媒との相互作用が好ましくならず、均一な膜にはなりにくいと推定している。
【００２１】
特に、本発明の効果は基板上の電極に隣接する一層目に用いた場合に顕著である。この理由も定かではないが、通常、無機物である基板、あるいは、透明電極と、有機化合物は親和性が悪いと推定される。しかし、基板が塗布化合物の置換基と同じ置換基を持つ有機溶媒で親和されるため、基板あるいは下層との密着性が良く塗布できると推定している。特にこの効果は、有機膜中に有機溶媒が１ｐｐｍ以上１０００ｐｐｍ以下残留しているときにさらに効果を有する。この理由も定かではないが、材料の微妙な流動性等が下層との密着性を上げているものと推定している。
【００２２】
［置換基の説明］
本発明で言うところのヘテロ原子を含有する置換基とは、窒素、酸素、硫黄、リン等のヘテロ原子を含む置換基のことをいう。
【００２３】
即ち、炭素、水素原子以外の原子を含まない置換基は、本発明で言うところの置換基には含まれない。
【００２４】
また、ジオキサンやピリジンの様なヘテロ原子含有環状構造は、本発明での置換基には含まれない。
【００２５】
本発明で有用な置換基の具体例としては、ハロゲン原子（−Ｃｌ，−Ｂｒ，−Ｉ，−Ｆ）、ヒドロキシ基（−ＯＨ）、アミノ基（−Ｎ（Ｒ）Ｒ′）、アミド基（−Ｃ（＝Ｏ）−Ｎ（Ｒ）Ｒ′）、ヒドロキシルアミノ基（−ＮＨ−ＯＨ）、ニトロ基（−ＮＯ２）、アルコキシ基（−ＯＲ）、カルボニル基（−ＣＯＲ）、カルボキシル基（−ＣＯＯＲ）、シアノ基（−ＣＮ）、スルホキシド基（−ＳＯＲ）、スルホン基（−ＳＯ２Ｒ）、スルホン酸基（−ＳＯ２ＯＨ）、スルホンアミド基（−ＳＯ２Ｎ（Ｒ）Ｒ′）、ホスホニル基（−ＰＯ（ＯＨ）２）等が挙げられる。但し、前記置換基中、Ｒ、Ｒ′は水素原子または炭素数１０以下の低級炭化水素基を表す。ここでは、シクロヘキサノン、シクロペンタノンなどの脂環式ケトン化合物はカルボニル化合物の一種と定義する。
【００２６】
尚、化合物の置換基と有機溶媒の置換基は同一の種類であることを要件としているが、全く同一であることが最も好ましい。
【００２７】
［化合物の説明］
本発明の、ヘテロ原子を含有する置換基を有する化合物（以下、本発明の化合物とも言う。）とは、後述する有機層に添加される種々の機能性を有する化合物であり、該化合物を溶質とし、後述の本発明の有機溶媒に溶解し、塗布成膜される。
【００２８】
本発明に適応できる化合物としては、ヘテロ原子を含む置換基を含有する化合物であれば特に制限はない。用いる化合物としては、高分子化合物よりも低分子化合物が好ましい。用いる化合物として、好ましい分子量は１０万以下であり、より好ましくは５万以下であり、最も好ましくは１万以下である。
【００２９】
低分子が好ましい理由は定かではないが、本発明では被塗布体と溶質と溶媒の相互関係が重要であり、溶質となる化合物の大きさが溶媒分子の大きさと大きく異なると、相互作用の形態が異なるものと思われる。本発明では、低分子の周囲全体を溶媒和されるような形態が必要になると推定している。
【００３０】
本発明で用いる有機溶媒としては、ヘテロ原子を含む置換基を有していれば特に制限はない。ただし、水溶媒では効果が見られないため本発明には用いることは出来ない。また、混合溶媒として水を用いる場合も効果が発現しなくなるため、本発明には用いることが出来ない。
【００３１】
不純物として混入する水も少ない方が好ましいが、１％以下であれば本発明の効果は得ることが出来る。より好ましくは、０．１％以下であり、最も好ましくは０．０１％以下である。
【００３２】
水を用いることが出来ない理由は定かではないが、水は水分子同士が強力に水素結合で結びついており、溶質分子との相互作用の仕方が、他の有機溶媒と異なるためと思われる。
【００３３】
［母核の定義］
本発明で言うところの母核とは、本発明の化合物から上記置換基を除いた部分のことを言う。
【００３４】
［化合物中の該置換基の数］
本発明の化合物は、前記母核の炭素原子１つに対し、０．１０個以上０．６０個以下の前記置換基を有することが好ましい。
【００３５】
［有機溶媒の説明］
本発明では、本発明の化合物（溶質）と同じ置換基を有する有機溶媒を用いることを特徴としている。
【００３６】
したがって、溶質と同じ、ヘテロ原子を含有する同一の置換基を有する有機溶媒を用いる。
【００３７】
具体的な溶媒としては、ジクロロエタン、クロロベンゼンなどの含ハロゲン溶媒、エタノール、プロパノール等のアルコール、アニリンなどのアミン、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド等のアミド、ニトロベンゼン等の含ニトロ基溶媒、ジエチルエーテル、メチル−ｔｅｒｔ−ブチルエーテルなどのエーテル、酢酸エチル、酢酸ブチルなどのエステル、アセトン、メチルエチルケトン、シクロペンタノン、シクロヘキサノンなどのケトン、アセトニトリル、ベンゾニトリルなどのニトリルなどが挙げられる。
【００３８】
塗布乾燥するときの成膜性がよいという点から、沸点が７０℃以上１９０℃以下の溶媒が好ましい。
【００３９】
また、本発明では溶質と同じ置換基を有する有機溶媒のほかに、他の有機溶媒と混合して、溶質を溶解塗布することが好ましい。
【００４０】
混合する有機溶媒としては、特に制限なく用いることが出来る。塗布乾燥するときの成膜性がよいという点から、沸点が７０℃以上１９０℃以下の溶媒が好ましい。
【００４１】
成膜性が良いという点から、トルエン、シクロペンタノン、シクロヘキサノン、クロロベンゼン等が好ましい。
【００４２】
他の有機溶媒と混合して用いる場合、本発明の溶質と同じ置換基を有する溶媒の含有量は、全溶媒量に対して３０％以上含有することが好ましい。
【００４３】
以下、本発明の有機エレクトロルミネセンス素子について詳述する。
【００４４】
《有機ＥＬ素子の層構成》
次に、本発明に係る有機ＥＬ素子の層構成の好ましい具体例を以下に示すが、本発明はこれらに限定されない。
（ｉ）陽極／発光層／電子輸送層／陰極
（ii）陽極／正孔輸送層／発光層／電子輸送層／陰極
（iii）陽極／正孔輸送層／発光層／正孔阻止層／電子輸送層／陰極
（iv）陽極／正孔輸送層／発光層／正孔阻止層／電子輸送層／陰極バッファー層／陰極
（ｖ）陽極／陽極バッファー層／正孔輸送層／発光層／正孔阻止層／電子輸送層／陰極バッファー層／陰極
《発光層》
本発明に係る発光層は、電極または電子輸送層、正孔輸送層から注入されてくる電子及び正孔が再結合して発光する層であり、発光する部分は発光層の層内であっても発光層と隣接層との界面であってもよい。
【００４５】
発光層の膜厚は、特に制限はないが、形成する膜の均質性や、発光時に不必要な高電圧を印加するのを防止し、かつ、駆動電流に対する発光色の安定性向上の観点から、２〜２００ｎｍの範囲に調整することが好ましく、さらに好ましくは５〜１００ｎｍの範囲に調整される。
【００４６】
本発明に係る有機ＥＬ素子の発光層には、発光ホスト化合物とゲスト材料としての発光ドーパントの少なくとも一種を含有することが好ましく、発光ホスト化合物と３種以上の発光ドーパントを含有することがさらに好ましい。以下に発光層に含まれるホスト化合物（発光ホスト等ともいう）と発光ドーパント（発光ドーパント化合物ともいう）について説明する。
【００４７】
（ホスト化合物）
本発明に用いられるホスト化合物について説明する。
【００４８】
ここで、本発明においてホスト化合物とは、発光層に含有される化合物の内でその層中での質量比が２０％以上であり、かつ室温（２５℃）においてリン光発光のリン光量子収率が、０．１未満の化合物と定義される。好ましくはリン光量子収率が０．０１未満である。また、発光層に含有される化合物の中で、その層中での質量比が２０％以上であることが好ましい。
【００４９】
ホスト化合物としては、公知のホスト化合物を単独で用いてもよく、または複数種併用して用いてもよい。ホスト化合物を複数種用いることで、電荷の移動を調整することが可能であり、有機ＥＬ素子を高効率化することができる。また、後述する発光ドーパントを複数種用いることで、異なる発光を混ぜることが可能となり、これにより任意の発光色を得ることができる。
【００５０】
また、本発明に用いられる発光ホストとしては、従来公知の低分子化合物でも、繰り返し単位をもつ高分子化合物でもよく、ビニル基やエポキシ基のような重合性基を有する低分子化合物（蒸着重合性発光ホスト）でもよい。
【００５１】
併用してもよい公知のホスト化合物としては、正孔輸送能、電子輸送能を有しつつ、かつ発光の長波長化を防ぎ、なおかつ高Ｔｇ（ガラス転移温度）である化合物が好ましい。
【００５２】
公知のホスト化合物の具体例としては、以下の文献に記載されている化合物が挙げられる。
【００５３】
特開２００１−２５７０７６号公報、同２００２−３０８８５５号公報、同２００１−３１３１７９号公報、同２００２−３１９４９１号公報、同２００１−３５７９７７号公報、同２００２−３３４７８６号公報、同２００２−８８６０号公報、同２００２−３３４７８７号公報、同２００２−１５８７１号公報、同２００２−３３４７８８号公報、同２００２−４３０５６号公報、同２００２−３３４７８９号公報、同２００２−７５６４５号公報、同２００２−３３８５７９号公報、同２００２−１０５４４５号公報、同２００２−３４３５６８号公報、同２００２−１４１１７３号公報、同２００２−３５２９５７号公報、同２００２−２０３６８３号公報、同２００２−３６３２２７号公報、同２００２−２３１４５３号公報、同２００３−３１６５号公報、同２００２−２３４８８８号公報、同２００３−２７０４８号公報、同２００２−２５５９３４号公報、同２００２−２６０８６１号公報、同２００２−２８０１８３号公報、同２００２−２９９０６０号公報、同２００２−３０２５１６号公報、同２００２−３０５０８３号公報、同２００２−３０５０８４号公報、同２００２−３０８８３７号公報等。
【００５４】
（発光ドーパント）
本発明に係る発光ドーパントについて説明する。
【００５５】
本発明に係る発光ドーパントとしては、蛍光ドーパント（蛍光性化合物ともいう）、リン光ドーパント（リン光発光体、リン光性化合物、リン光発光性化合物等ともいう）を用いることができるが、より発光効率の高い有機ＥＬ素子を得る観点からは、本発明に係る有機ＥＬ素子の発光層や発光ユニットに使用される発光ドーパント（単に、発光材料ということもある）としては、上記のホスト化合物を含有すると同時に、リン光ドーパントを含有することが好ましい。
【００５６】
リン光ドーパントは、有機ＥＬ素子の発光層に使用される公知のものの中から適宜選択して用いることができる。
【００５７】
本発明に係るリン光ドーパントとしては、好ましくは元素の周期表で８〜１０族の金属を含有する錯体系化合物であり、さらに好ましくはイリジウム化合物、オスミウム化合物、または白金化合物（白金錯体系化合物）、希土類錯体であり、中でも最も好ましいのはイリジウム化合物である。
【００５８】
以下に、リン光ドーパントとして用いられる化合物の具体例を示すが、本発明はこれらに限定されない。これらの化合物は、例えば、Ｉｎｏｒｇ．Ｃｈｅｍ．４０巻、１７０４〜１７１１に記載の方法等により合成できる。
【００５９】
【化１】
2009154113.tif 000002
【００６０】
【化２】
2009154113.tif 000003
【００６１】
【化３】
2009154113.tif 000004
【００６２】
【化４】
2009154113.tif 000005
【００６３】
【化５】
2009154113.tif 000006
【００６４】
【化６】
2009154113.tif 000007
【００６５】
次に、本発明の有機ＥＬ素子の構成層として用いられる、注入層、阻止層、電子輸送層等について説明する。
【００６６】
《注入層：電子注入層、正孔注入層》
注入層は必要に応じて設け、電子注入層と正孔注入層があり、上記の如く陽極と発光層または正孔輸送層の間、及び陰極と発光層または電子輸送層との間に存在させてもよい。
【００６７】
電子注入機能と電子輸送機能を兼ねた層としても良い。その場合、本発明では、電子注入輸送層と呼ぶ。
【００６８】
同様に、正孔注入機能と正孔輸送機能を兼ねた層としても良く、その場合本発明では、正孔注入輸送層と呼ぶ。
【００６９】
注入層とは、駆動電圧低下や発光輝度向上のために電極と有機層間に設けられる層のことで、「有機ＥＬ素子とその工業化最前線（１９９８年１１月３０日エヌ・ティー・エス社発行）」の第２編第２章「電極材料」（１２３〜１６６頁）に詳細に記載されており、正孔注入層（陽極バッファー層）と電子注入層（陰極バッファー層）とがある。
【００７０】
陽極バッファー層（正孔注入層）は、特開平９−４５４７９号公報、同９−２６００６２号公報、同８−２８８０６９号公報等にもその詳細が記載されており、具体例として、銅フタロシアニンに代表されるフタロシアニンバッファー層、酸化バナジウムに代表される酸化物バッファー層、アモルファスカーボンバッファー層、ポリアニリン（エメラルディン）やポリチオフェン等の導電性高分子を用いた高分子バッファー層等が挙げられる。
【００７１】
また、特開平６−０２５６５８号公報に記載されているフェロセン化合物、特開平１０−２３３２８７号公報等に記載されているスターバスト型の化合物、特開２０００−０６８０５８号公報、特開２００４−６３２１号公報に記載されているトリアリールアミン型の化合物、特開２００２−１１７９７９号公報に記載されている含硫黄環含有化合物、米国特許第２００２−０１５８２４２号明細書、米国特許第２００６−０２５１９２２号明細書、特開２００６−４９３９３号公報等に記載されているヘキサアザトリフェニレン化合物等も正孔注入層として挙げられる。
【００７２】
本発明の適用は、有機エレクトロルミネセンス素子の有機層の何れに適用しても良いが、好ましくは電極に隣接した層への適用が好ましく、特に陽極バッファー層（正孔注入層或いは正孔注入輸送層とも言う。）への適用が最も好ましい。
【００７３】
陰極バッファー層（電子注入層）は、特開平６−３２５８７１号公報、同９−１７５７４号公報、同１０−７４５８６号公報等にもその詳細が記載されており、具体的にはストロンチウムやアルミニウム等に代表される金属バッファー層、フッ化リチウムに代表されるアルカリ金属化合物バッファー層、フッ化マグネシウムに代表されるアルカリ土類金属化合物バッファー層、酸化アルミニウムに代表される酸化物バッファー層等が挙げられる。上記バッファー層（注入層）はごく薄い膜であることが望ましく、素材にもよるがその膜厚は０．１ｎｍ〜５μｍの範囲が好ましい。
【００７４】
《阻止層：正孔阻止層、電子阻止層》
阻止層は、上記の如く有機化合物薄膜の基本構成層の他に必要に応じて設けられるものである。例えば、特開平１１−２０４２５８号公報、同１１−２０４３５９号公報、及び「有機ＥＬ素子とその工業化最前線（１９９８年１１月３０日エヌ・ティー・エス社発行）」の２３７頁等に記載されている正孔阻止（ホールブロック）層がある。
【００７５】
正孔阻止層とは広い意味では電子輸送層の機能を有し、電子を輸送する機能を有しつつ正孔を輸送する能力が著しく小さい正孔阻止材料からなり、電子を輸送しつつ正孔を阻止することで電子と正孔の再結合確率を向上させることができる。また、後述する電子輸送層の構成を必要に応じて、本発明に係わる正孔阻止層として用いることができる。
【００７６】
本発明に係る有機ＥＬ素子の正孔阻止層は、発光層に隣接して設けられていることが好ましい。
【００７７】
正孔阻止層には、前述のホスト化合物として挙げたアザカルバゾール誘導体を含有することが好ましい。
【００７８】
また、正孔阻止層は発光層のホスト化合物に対しそのイオン化ポテンシャルが０．３ｅＶ以上大きいことが好ましい。複数の発光層を有する場合、そのもっとも陰極側に位置するホスト化合物に対し、そのイオン化ポテンシャルが０．３ｅＶ以上大きいことが好ましい。
【００７９】
イオン化ポテンシャルは化合物のＨＯＭＯ（最高被占分子軌道）レベルにある電子を真空準位に放出するのに必要なエネルギーで定義され、例えば下記に示すような方法により求めることができる。
【００８０】
（１）米国Ｇａｕｓｓｉａｎ社製の分子軌道計算用ソフトウェアであるＧａｕｓｓｉａｎ９８（Ｇａｕｓｓｉａｎ９８、Ｒｅｖｉｓｉｏｎ  Ａ．１１．４，Ｍ．Ｊ．Ｆｒｉｓｃｈ，ｅｔ  ａｌ，Ｇａｕｓｓｉａｎ，Ｉｎｃ．，Ｐｉｔｔｓｂｕｒｇｈ  ＰＡ，２００２．）を用い、キーワードとしてＢ３ＬＹＰ／６−３１Ｇ＊を用いて構造最適化を行うことにより算出した値（ｅＶ単位換算値）の小数点第２位を四捨五入した値としてイオン化ポテンシャルを求めることができる。この計算値が有効な背景には、この手法で求めた計算値と実験値の相関が高いためである。
【００８１】
（２）イオン化ポテンシャルは光電子分光法で直接測定する方法により求めることもできる。例えば、理研計器社製の低エネルギー電子分光装置「Ｍｏｄｅｌ  ＡＣ−１」を用いて、あるいは紫外光電子分光として知られている方法を好適に用いることができる。
【００８２】
一方、電子阻止層とは広い意味では正孔輸送層の機能を有し、正孔を輸送する機能を有しつつ電子を輸送する能力が著しく小さい材料からなり、正孔を輸送しつつ電子を阻止することで電子と正孔の再結合確率を向上させることができる。また、後述する正孔輸送層の構成を必要に応じて電子阻止層として用いることができる。本発明に係る正孔阻止層、電子輸送層の膜厚としては、好ましくは３〜１００ｎｍであり、さらに好ましくは５〜３０ｎｍである。
【００８３】
《正孔輸送層》
正孔輸送層とは正孔を輸送する機能を有する正孔輸送材料からなり、広い意味で正孔注入層、電子阻止層も正孔輸送層に含まれる。正孔輸送層は単層または複数層設けることができる。
【００８４】
正孔輸送材料としては、正孔の注入または輸送、電子の障壁性のいずれかを有するものであり、有機物、無機物のいずれであってもよい。例えば、トリアゾール誘導体、オキサジアゾール誘導体、イミダゾール誘導体、ポリアリールアルカン誘導体、ピラゾリン誘導体及びピラゾロン誘導体、フェニレンジアミン誘導体、アリールアミン誘導体、アミノ置換カルコン誘導体、オキサゾール誘導体、スチリルアントラセン誘導体、フルオレノン誘導体、ヒドラゾン誘導体、スチルベン誘導体、シラザン誘導体、アニリン系共重合体、また導電性高分子オリゴマー、特にチオフェンオリゴマー等が挙げられる。
【００８５】
正孔輸送材料としては上記のものを使用することができるが、ポルフィリン化合物、芳香族第３級アミン化合物及びスチリルアミン化合物、特に芳香族第３級アミン化合物を用いることが好ましい。
【００８６】
芳香族第３級アミン化合物及びスチリルアミン化合物の代表例としては、Ｎ，Ｎ，Ｎ′，Ｎ′−テトラフェニル−４，４′−ジアミノフェニル；Ｎ，Ｎ′−ジフェニル−Ｎ，Ｎ′−ビス（３−メチルフェニル）−〔１，１′−ビフェニル〕−４，４′−ジアミン（ＴＰＤ）；２，２−ビス（４−ジ−ｐ−トリルアミノフェニル）プロパン；１，１−ビス（４−ジ−ｐ−トリルアミノフェニル）シクロヘキサン；Ｎ，Ｎ，Ｎ′，Ｎ′−テトラ−ｐ−トリル−４，４′−ジアミノビフェニル；１，１−ビス（４−ジ−ｐ−トリルアミノフェニル）−４−フェニルシクロヘキサン；ビス（４−ジメチルアミノ−２−メチルフェニル）フェニルメタン；ビス（４−ジ−ｐ−トリルアミノフェニル）フェニルメタン；Ｎ，Ｎ′−ジフェニル−Ｎ，Ｎ′−ジ（４−メトキシフェニル）−４，４′−ジアミノビフェニル；Ｎ，Ｎ，Ｎ′，Ｎ′−テトラフェニル−４，４′−ジアミノジフェニルエーテル；４，４′−ビス（ジフェニルアミノ）クオードリフェニル；Ｎ，Ｎ，Ｎ−トリ（ｐ−トリル）アミン；４−（ジ−ｐ−トリルアミノ）−４′−〔４−（ジ−ｐ−トリルアミノ）スチリル〕スチルベン；４−Ｎ，Ｎ−ジフェニルアミノ−（２−ジフェニルビニル）ベンゼン；３−メトキシ−４′−Ｎ，Ｎ−ジフェニルアミノスチルベンゼン；Ｎ−フェニルカルバゾール、さらには米国特許第５，０６１，５６９号明細書に記載されている２個の縮合芳香族環を分子内に有するもの、例えば、４，４′−ビス〔Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニルアミノ〕ビフェニル（ＮＰＤ）、特開平４−３０８６８８号公報に記載されているトリフェニルアミンユニットが３つスターバースト型に連結された４，４′，４″−トリス〔Ｎ−（３−メチルフェニル）−Ｎ−フェニルアミノ〕トリフェニルアミン（ＭＴＤＡＴＡ）等が挙げられる。
【００８７】
さらにこれらの材料を高分子鎖に導入した、またはこれらの材料を高分子の主鎖とした高分子材料を用いることもできる。また、ｐ型−Ｓｉ、ｐ型−ＳｉＣ等の無機化合物も正孔注入材料、正孔輸送材料として使用することができる。
【００８８】
また、特開平１１−２５１０６７号公報、Ｊ．Ｈｕａｎｇ  ｅｔ．ａｌ．著文献（Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ  ８０（２００２），ｐ．１３９）に記載されているような、所謂ｐ型正孔輸送材料を用いることもできる。本発明においては、より高効率の発光素子が得られることからこれらの材料を用いることが好ましい。
【００８９】
正孔輸送層は上記正孔輸送材料を、例えば、真空蒸着法、スピンコート法、キャスト法、インクジェット法を含む印刷法、ＬＢ法等の公知の方法により、薄膜化することにより形成することができる。正孔輸送層の膜厚については特に制限はないが、通常は５ｎｍ〜５μｍ程度、好ましくは５〜２００ｎｍである。この正孔輸送層は上記材料の１種または２種以上からなる一層構造であってもよい。
【００９０】
また、不純物をドープしたｐ性の高い正孔輸送層を用いることもできる。その例としては、特開平４−２９７０７６号公報、特開２０００−１９６１４０号公報、同２００１−１０２１７５号公報の各公報、Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，９５，５７７３（２００４）等に記載されたものが挙げられる。
【００９１】
本発明においては、このようなｐ性の高い正孔輸送層を用いることが、より低消費電力の素子を作製することができるため好ましい。
【００９２】
《電子輸送層》
電子輸送層とは電子を輸送する機能を有する材料からなり、広い意味で電子注入層、正孔阻止層も電子輸送層に含まれる。電子輸送層は単層または複数層設けることができる。
【００９３】
従来、単層の電子輸送層、及び複数層とする場合は発光層に対して陰極側に隣接する電子輸送層に用いられる電子輸送材料（正孔阻止材料を兼ねる）としては、陰極より注入された電子を発光層に伝達する機能を有していればよく、その材料としては従来公知の化合物の中から任意のものを選択して用いることができ、例えば、ニトロ置換フルオレン誘導体、ジフェニルキノン誘導体、チオピランジオキシド誘導体、カルボジイミド、フレオレニリデンメタン誘導体、アントラキノジメタン及びアントロン誘導体、オキサジアゾール誘導体等が挙げられる。さらに上記オキサジアゾール誘導体において、オキサジアゾール環の酸素原子を硫黄原子に置換したチアジアゾール誘導体、電子吸引基として知られているキノキサリン環を有するキノキサリン誘導体も、電子輸送材料として用いることができる。さらにこれらの材料を高分子鎖に導入した、またはこれらの材料を高分子の主鎖とした高分子材料を用いることもできる。
【００９４】
また８−キノリノール誘導体の金属錯体、例えば、トリス（８−キノリノール）アルミニウム（Ａｌｑ）、トリス（５，７−ジクロロ−８−キノリノール）アルミニウム、トリス（５，７−ジブロモ−８−キノリノール）アルミニウム、トリス（２−メチル−８−キノリノール）アルミニウム、トリス（５−メチル−８−キノリノール）アルミニウム、ビス（８−キノリノール）亜鉛（Ｚｎｑ）等、及びこれらの金属錯体の中心金属がＩｎ、Ｍｇ、Ｃｕ、Ｃａ、Ｓｎ、ＧａまたはＰｂに置き替わった金属錯体も、電子輸送材料として用いることができる。その他、メタルフリーもしくはメタルフタロシアニン、またはそれらの末端がアルキル基やスルホン酸基等で置換されているものも、電子輸送材料として好ましく用いることができる。また、発光層の材料として例示したジスチリルピラジン誘導体も、電子輸送材料として用いることができるし、正孔注入層、正孔輸送層と同様にｎ型−Ｓｉ、ｎ型−ＳｉＣ等の無機半導体も電子輸送材料として用いることができる。
【００９５】
電子輸送層は上記電子輸送材料を、例えば、真空蒸着法、スピンコート法、キャスト法、インクジェット法を含む印刷法、ＬＢ法等の公知の方法により、薄膜化することにより形成することができる。電子輸送層の膜厚については特に制限はないが、通常は５ｎｍ〜５μｍ程度、好ましくは５〜２００ｎｍである。電子輸送層は上記材料の１種または２種以上からなる一層構造であってもよい。
【００９６】
また、不純物をゲスト材料としてドープしたｎ性の高い電子輸送層を用いることもできる。その例としては、特開平４−２９７０７６号公報、同１０−２７０１７２号公報、特開２０００−１９６１４０号公報、同２００１−１０２１７５号公報、Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，９５，５７７３（２００４）等に記載されたものが挙げられる。
【００９７】
本発明においては、このようなｎ性の高い電子輸送層を用いることがより低消費電力の素子を作製することができるため好ましい。
【００９８】
《陽極》
有機ＥＬ素子における陽極としては、仕事関数の大きい（４ｅＶ以上）金属、合金、電気伝導性化合物及びこれらの混合物を電極物質とするものが好ましく用いられる。このような電極物質の具体例としては、Ａｕ等の金属、ＣｕＩ、インジウムチンオキシド（ＩＴＯ）、ＳｎＯ２、ＺｎＯ等の導電性透明材料が挙げられる。また、ＩＤＩＸＯ（Ｉｎ２Ｏ３−ＺｎＯ）等非晶質で透明導電膜を作製可能な材料を用いてもよい。陽極はこれらの電極物質を蒸着やスパッタリング等の方法により薄膜を形成させ、フォトリソグラフィー法で所望の形状のパターンを形成してもよく、あるいはパターン精度をあまり必要としない場合は（１００μｍ以上程度）、上記電極物質の蒸着やスパッタリング時に所望の形状のマスクを介してパターンを形成してもよい。あるいは、有機導電性化合物のように塗布可能な物質を用いる場合には、印刷方式、コーティング方式等湿式成膜法を用いることもできる。この陽極より発光を取り出す場合には、透過率を１０％より大きくすることが望ましく、また陽極としてのシート抵抗は数百Ω／□以下が好ましい。さらに膜厚は材料にもよるが、通常１０〜１０００ｎｍ、好ましくは１０〜２００ｎｍの範囲で選ばれる。
【００９９】
《陰極》
陰極としては仕事関数の小さい（４ｅＶ以下）金属（電子注入性金属と称する）、合金、電気伝導性化合物及びこれらの混合物を電極物質とするものが用いられる。このような電極物質の具体例としては、ナトリウム、ナトリウム−カリウム合金、マグネシウム、リチウム、マグネシウム／銅混合物、マグネシウム／銀混合物、マグネシウム／アルミニウム混合物、マグネシウム／インジウム混合物、アルミニウム／酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）混合物、インジウム、リチウム／アルミニウム混合物、希土類金属等が挙げられる。これらの中で、電子注入性及び酸化等に対する耐久性の点から、電子注入性金属とこれより仕事関数の値が大きく安定な金属である第二金属との混合物、例えば、マグネシウム／銀混合物、マグネシウム／アルミニウム混合物、マグネシウム／インジウム混合物、アルミニウム／酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）混合物、リチウム／アルミニウム混合物、アルミニウム等が好適である。陰極はこれらの電極物質を蒸着やスパッタリング等の方法により薄膜を形成させることにより、作製することができる。また、陰極としてのシート抵抗は数百Ω／□以下が好ましく、膜厚は通常１０ｎｍ〜５μｍ、好ましくは５０〜２００ｎｍの範囲で選ばれる。なお、発光した光を透過させるため、有機ＥＬ素子の陽極または陰極のいずれか一方が透明または半透明であれば発光輝度が向上し好都合である。
【０１００】
また、陰極に上記金属を１〜２０ｎｍの膜厚で作製した後に、陽極の説明で挙げた導電性透明材料をその上に作製することで、透明または半透明の陰極を作製することができ、これを応用することで陽極と陰極の両方が透過性を有する素子を作製することができる。
【０１０１】
《基板》
本発明に係る有機ＥＬ素子に用いることのできる基板（以下、基体、基材、支持基板、支持体等とも言う）としては、ガラス、プラスチック等の種類には特に限定はなく、また透明であっても不透明であってもよい。基板側から光を取り出す場合には、基板は透明であることが好ましい。好ましく用いられる透明な基板としては、ガラス、石英、透明樹脂フィルムを挙げることができる。特に好ましい基板は、有機ＥＬ素子にフレキシブル性を与えることが可能な樹脂フィルムである。
【０１０２】
樹脂フィルムとしては、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）等のポリエステル、ポリエチレン、ポリプロピレン、セロファン、セルロースジアセテート、セルローストリアセテート、セルロースアセテートブチレート、セルロースアセテートプロピオネート（ＣＡＰ）、セルロースアセテートフタレート（ＴＡＣ）、セルロースナイトレート等のセルロースエステル類またはそれらの誘導体、ポリ塩化ビニリデン、ポリビニルアルコール、ポリエチレンビニルアルコール、シンジオタクティックポリスチレン、ポリカーボネート、ノルボルネン樹脂、ポリメチルペンテン、ポリエーテルケトン、ポリイミド、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、ポリフェニレンスルフィド、ポリスルホン類、ポリエーテルイミド、ポリエーテルケトンイミド、ポリアミド、フッ素樹脂、ナイロン、ポリメチルメタクリレート、アクリルあるいはポリアリレート類、アートン（商品名ＪＳＲ社製）あるいはアペル（商品名三井化学社製）といったシクロオレフィン系樹脂等を挙げられる。
【０１０３】
樹脂フィルムの表面には、無機物、有機物の被膜またはその両者のハイブリッド被膜が形成されていてもよく、水蒸気透過度が０．０１ｇ／ｍ２／日・ａｔｍ以下のバリア性フィルムであることが好ましく、さらには酸素透過度１０−３ｇ／ｍ２／日以下、水蒸気透過度１０−５ｇ／ｍ２／日以下の高バリア性フィルムであることが好ましい。
【０１０４】
バリア膜を形成する材料としては、水分や酸素等素子の劣化をもたらすものの浸入を抑制する機能を有する材料であればよく、例えば、酸化珪素、二酸化珪素、窒化珪素等を用いることができる。さらに該膜の脆弱性を改良するために、これら無機層と有機材料からなる層の積層構造を持たせることがより好ましい。無機層と有機層の積層順については特に制限はないが、両者を交互に複数回積層させることが好ましい。
【０１０５】
バリア膜の形成方法については特に限定はなく、例えば、真空蒸着法、スパッタリング法、反応性スパッタリング法、分子線エピタキシー法、クラスタ−イオンビーム法、イオンプレーティング法、プラズマ重合法、大気圧プラズマ重合法、プラズマＣＶＤ法、レーザーＣＶＤ法、熱ＣＶＤ法、コーティング法等を用いることができるが、特開２００４−６８１４３号公報に記載されているような大気圧プラズマ重合法によるものが特に好ましい。
【０１０６】
不透明な基板としては、例えば、アルミ、ステンレス等の金属板、フィルムや不透明樹脂基板、セラミック製の基板等が挙げられる。
【０１０７】
本発明に係る有機ＥＬ素子の発光の室温における外部取り出し効率は、１％以上であることが好ましく、より好ましくは５％以上である。
【０１０８】
ここに、
外部取り出し量子効率（％）＝（有機ＥＬ素子外部に発光した光子数）／（有機ＥＬ素子に流した電子数）×１００
である。
【０１０９】
また、カラーフィルター等の色相改良フィルター等を併用しても、有機ＥＬ素子からの発光色を蛍光体を用いて多色へ変換する色変換フィルターを併用してもよい。色変換フィルターを用いる場合においては、有機ＥＬ素子の発光のλｍａｘは４８０ｎｍ以下が好ましい。
【０１１０】
《封止》
本発明に用いられる有機ＥＬ素子の封止手段としては、例えば、封止部材と電極、支持基板とを接着剤で接着する方法を挙げることができる。
【０１１１】
封止部材としては、有機ＥＬ素子の表示領域を覆うように配置されておればよく、凹板状でも平板状でもよい。また透明性、電気絶縁性は特に問わない。
【０１１２】
具体的には、ガラス板、ポリマー板・フィルム、金属板・フィルム等が挙げられる。ガラス板としては、特にソーダ石灰ガラス、バリウム・ストロンチウム含有ガラス、鉛ガラス、アルミノケイ酸ガラス、ホウケイ酸ガラス、バリウムホウケイ酸ガラス、石英等を挙げることができる。また、ポリマー板としては、ポリカーボネート、アクリル、ポリエチレンテレフタレート、ポリエーテルサルファイド、ポリサルフォン等を挙げることができる。金属板としては、ステンレス、鉄、銅、アルミニウム、マグネシウム、ニッケル、亜鉛、クロム、チタン、モリブテン、シリコン、ゲルマニウム及びタンタルからなる群から選ばれる一種以上の金属または合金からなるものが挙げられる。
【０１１３】
本発明においては、有機ＥＬ素子を薄膜化できるということからポリマーフィルム、金属フィルムを好ましく使用することができる。さらには、ポリマーフィルムは、ＪＩＳ  Ｋ  ７１２６−１９８７に準拠した方法で測定された酸素透過度が１×１０−３ｍｌ／ｍ２／２４ｈ以下、ＪＩＳ  Ｋ  ７１２９−１９９２に準拠した方法で測定された、水蒸気透過度（２５±０．５℃、相対湿度（９０±２）％ＲＨ）が、１×１０−３ｇ／（ｍ２／２４ｈ）以下のものであることが好ましい。
【０１１４】
封止部材を凹状に加工するのは、サンドブラスト加工、化学エッチング加工等が使われる。
【０１１５】
接着剤として具体的には、アクリル酸系オリゴマー、メタクリル酸系オリゴマーの反応性ビニル基を有する光硬化及び熱硬化型接着剤、２−シアノアクリル酸エステル等の湿気硬化型等の接着剤を挙げることができる。また、エポキシ系等の熱及び化学硬化型（二液混合）を挙げることができる。また、ホットメルト型のポリアミド、ポリエステル、ポリオレフィンを挙げることができる。また、カチオン硬化タイプの紫外線硬化型エポキシ樹脂接着剤を挙げることができる。
【０１１６】
なお、有機ＥＬ素子が熱処理により劣化する場合があるので、室温から８０℃までに接着硬化できるものが好ましい。また、前記接着剤中に乾燥剤を分散させておいてもよい。封止部分への接着剤の塗布は市販のディスペンサーを使ってもよいし、スクリーン印刷のように印刷してもよい。
【０１１７】
また、有機層を挟み基板と対向する側の電極の外側に該電極と有機層を被覆し、基板と接する形で無機物、有機物の層を形成し封止膜とすることも好適にできる。この場合、該膜を形成する材料としては、水分や酸素等素子の劣化をもたらすものの浸入を抑制する機能を有する材料であればよく、例えば、酸化珪素、二酸化珪素、窒化珪素等を用いることができる。さらに該膜の脆弱性を改良するために、これら無機層と有機材料からなる層の積層構造を持たせることが好ましい。これらの膜の形成方法については、特に限定はなく、例えば真空蒸着法、スパッタリング法、反応性スパッタリング法、分子線エピタキシー法、クラスターイオンビーム法、イオンプレーティング法、プラズマ重合法、大気圧プラズマ重合法、プラズマＣＶＤ法、レーザーＣＶＤ法、熱ＣＶＤ法、コーティング法等を用いることができる。
【０１１８】
封止部材と有機ＥＬ素子の表示領域との間隙には、気相及び液相では、窒素、アルゴン等の不活性気体やフッ化炭化水素、シリコンオイルのような不活性液体を注入することが好ましい。また真空とすることも可能である。また、内部に吸湿性化合物を封入することもできる。
【０１１９】
吸湿性化合物としては、例えば、金属酸化物（例えば、酸化ナトリウム、酸化カリウム、酸化カルシウム、酸化バリウム、酸化マグネシウム、酸化アルミニウム等）、硫酸塩（例えば、硫酸ナトリウム、硫酸カルシウム、硫酸マグネシウム、硫酸コバルト等）、金属ハロゲン化物（例えば、塩化カルシウム、塩化マグネシウム、フッ化セシウム、フッ化タンタル、臭化セリウム、臭化マグネシウム、沃化バリウム、沃化マグネシウム等）、過塩素酸類（例えば、過塩素酸バリウム、過塩素酸マグネシウム等）等が挙げられ、硫酸塩、金属ハロゲン化物及び過塩素酸類においては無水塩が好適に用いられる。
【０１２０】
《有機ＥＬ素子の作製方法》
本発明に係る有機ＥＬ素子の作製方法は、陽極と陰極に挟まれた有機層の一部または全部を湿式法で製膜し、少なくとも１層は溶質と同じ置換基を有する溶媒を用いることを特徴とする。
【０１２１】
本発明でいう湿式法とは、層を形成する際に層形成材料を溶液の形態で供給し層形成を行うものである。
【０１２２】
本発明に係る有機ＥＬ素子の作製方法の一例として、陽極／正孔注入層／正孔輸送層／発光層／電子輸送層／電子注入層／陰極からなる有機ＥＬ素子の作製法を説明する。
【０１２３】
まず適当な基体上に所望の電極物質、例えば、陽極用物質からなる薄膜を１μｍ以下、好ましくは１０〜２００ｎｍの膜厚になるように、蒸着やスパッタリング等の方法により形成させ陽極を作製する。
【０１２４】
次に、この上に有機ＥＬ素子材料である正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電子輸送層、電子注入層、正孔阻止層の有機化合物薄膜（有機層）を形成させる。
【０１２５】
これら各層の形成方法としては、前記の如く蒸着法、湿式法（スピンコート法、キャスト法、エクストールジョン法等いわゆるダイを用いる塗布方法、インクジェット法、スプレー法、印刷法）等がある。さらには均質な膜が得られやすく、かつピンホールが生成しにくい等の点から、本発明においてはスピンコート法、エクストールジョン法、インクジェット法、スプレー法、印刷法等の塗布法による成膜が好ましい。
【０１２６】
本発明に係る有機ＥＬ材料を溶解する溶媒としては、例えば、アセトニトリル、プロピオニトリル等のニトリル類、メタノール、エタノール、ブタノール等のアルコール類、アセトン、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン等のケトン（カルボニル）類、酢酸エチル等の脂肪酸エステル類、ジクロロベンゼン等のハロゲン化炭化水素類、ＤＭＦ等のアミド類、ＤＭＳＯ等のスルホキシド類、ニトロメタン等の有機溶媒を用いることができる。
【０１２７】
これらの層を形成後、その上に陰極用物質からなる薄膜を１μｍ以下、好ましくは、５０〜２００ｎｍの範囲の膜厚になるように、例えば、蒸着やスパッタリング等の方法により形成させ、陰極を設けることにより所望の有機ＥＬ素子が得られる。
【０１２８】
また作製順序を逆にして、陰極、電子注入層、電子輸送層、発光層、正孔輸送層、正孔注入層、陽極の順に作製することも可能である。このようにして得られた多色の表示装置に、直流電圧を印加する場合には陽極を＋、陰極を−の極性として電圧２〜４０Ｖ程度を印加すると発光が観測できる。また交流電圧を印加してもよい。なお、印加する交流の波形は任意でよい。
【０１２９】
《保護膜、保護板》
有機層を挟み基板と対向する側の前記封止膜、あるいは前記封止用フィルムの外側に、素子の機械的強度を高めるために保護膜、あるいは保護板を設けてもよい。特に封止が前記封止膜により行われている場合には、その機械的強度は必ずしも高くないため、このような保護膜、保護板を設けることが好ましい。これに使用することができる材料としては、前記封止に用いたのと同様なガラス板、ポリマー板・フィルム、金属板・フィルム等を用いることができるが、軽量かつ薄膜化ということからポリマーフィルムを用いることが好ましい。
【０１３０】
《光取り出し》
有機ＥＬ素子は空気よりも屈折率の高い（屈折率が１．７〜２．１程度）層の内部で発光し、発光層で発生した光のうち１５％から２０％程度の光しか取り出せないことが一般的に言われている。これは、臨界角以上の角度θで界面（透明基板と空気との界面）に入射する光は、全反射を起こし素子外部に取り出すことができないことや、透明電極ないし発光層と透明基板との間で光が全反射を起こし、光が透明電極ないし発光層を導波し、結果として光が素子側面方向に逃げるためである。
【０１３１】
この光の取り出しの効率を向上させる手法としては、例えば、透明基板表面に凹凸を形成し、透明基板と空気界面での全反射を防ぐ方法（米国特許第４，７７４，４３５号明細書）、基板に集光性を持たせることにより効率を向上させる方法（特開昭６３−３１４７９５号公報）、有機ＥＬ素子の側面等に反射面を形成する方法（特開平１−２２０３９４号公報）、基板と発光体の間に中間の屈折率を持つ平坦層を導入し、反射防止膜を形成する方法（特開昭６２−１７２６９１号公報）、基板と発光体の間に基板よりも低屈折率を持つ平坦層を導入する方法（特開２００１−２０２８２７号公報）、基板、透明電極層や発光層のいずれかの層間（含む、基板と外界間）に回折格子を形成する方法（特開平１１−２８３７５１号公報）等がある。
【０１３２】
本発明においては、これらの方法を本発明に係る有機ＥＬ素子と組み合わせて用いることができるが、基板と発光体の間に基板よりも低屈折率を持つ平坦層を導入する方法、あるいは基板、透明電極層や発光層のいずれかの層間（含む、基板と外界間）に回折格子を形成する方法を好適に用いることができる。
【０１３３】
本発明はこれらの手段を組み合わせることにより、さらに高輝度あるいは耐久性に優れた有機ＥＬ素子を得ることができる。
【０１３４】
透明電極と透明基板の間に低屈折率の媒質を光の波長よりも長い厚みで形成すると、透明電極から出てきた光は、媒質の屈折率が低いほど外部への取り出し効率が高くなる。
【０１３５】
低屈折率層としては、例えば、エアロゲル、多孔質シリカ、フッ化マグネシウム、フッ素系ポリマー等が挙げられる。透明基板の屈折率は一般に１．５〜１．７程度であるので、低屈折率層は屈折率がおよそ１．５以下であることが好ましい。また、さらに１．３５以下であることが好ましい。
【０１３６】
また、低屈折率媒質の厚みは媒質中の波長の２倍以上となるのが望ましい。これは低屈折率媒質の厚みが、光の波長程度になってエバネッセントで染み出した電磁波が基板内に入り込む膜厚になると、低屈折率層の効果が薄れるからである。
【０１３７】
全反射を起こす界面もしくはいずれかの媒質中に回折格子を導入する方法は、光取り出し効率の向上効果が高いという特徴がある。この方法は回折格子が１次の回折や２次の回折といった所謂ブラッグ回折により、光の向きを屈折とは異なる特定の向きに変えることができる性質を利用して、発光層から発生した光のうち層間での全反射等により外に出ることができない光を、いずれかの層間もしくは、媒質中（透明基板内や透明電極内）に回折格子を導入することで光を回折させ、光を外に取り出そうとするものである。
【０１３８】
導入する回折格子は、二次元的な周期屈折率を持っていることが望ましい。これは発光層で発光する光はあらゆる方向にランダムに発生するので、ある方向にのみ周期的な屈折率分布を持っている一般的な１次元回折格子では、特定の方向に進む光しか回折されず、光の取り出し効率がさほど上がらない。しかしながら、屈折率分布を二次元的な分布にすることにより、あらゆる方向に進む光が回折され、光の取り出し効率が上がる。
【０１３９】
回折格子を導入する位置としては前述の通り、いずれかの層間もしくは媒質中（透明基板内や透明電極内）でもよいが、光が発生する場所である有機発光層の近傍が望ましい。このとき、回折格子の周期は媒質中の光の波長の約１／２〜３倍程度が好ましい。
【０１４０】
回折格子の配列は正方形のラチス状、三角形のラチス状、ハニカムラチス状等、２次元的に配列が繰り返されることが好ましい。
【０１４１】
《集光シート》
本発明に係る有機ＥＬ素子は基板の光取り出し側に、例えば、マイクロレンズアレイ状の構造を設けるように加工したり、あるいは所謂集光シートと組み合わせることにより、特定方向、例えば、素子発光面に対し正面方向に集光することにより、特定方向上の輝度を高めることができる。
【０１４２】
マイクロレンズアレイの例としては、基板の光取り出し側に一辺が３０μｍでその頂角が９０度となるような四角錐を２次元に配列する。一辺は１０〜１００μｍが好ましい。これより小さくなると回折の効果が発生して色付く、大きすぎると厚みが厚くなり好ましくない。
【０１４３】
集光シートとしては、例えば、液晶表示装置のＬＥＤバックライトで実用化されているものを用いることが可能である。このようなシートとして、例えば、住友スリーエム社製輝度上昇フィルム（ＢＥＦ）等を用いることができる。プリズムシートの形状としては、例えば、基材に頂角９０度、ピッチ５０μｍの△状のストライプが形成されたものであってもよいし、頂角が丸みを帯びた形状、ピッチをランダムに変化させた形状、その他の形状であってもよい。
【０１４４】
また、発光素子からの光放射角を制御するために、光拡散板・フィルムを集光シートと併用してもよい。例えば、（株）きもと製拡散フィルム（ライトアップ）等を用いることができる。
【０１４５】
《用途》
本発明に係る有機ＥＬ素子は、表示デバイス、ディスプレイ、各種発光光源として用いることができる。発光光源として、例えば、照明装置（家庭用照明、車内照明）、時計や液晶用バックライト、看板広告、信号機、光記憶媒体の光源、電子写真複写機の光源、光通信処理機の光源、光センサーの光源等が挙げられるがこれに限定するものではないが、特に液晶表示装置のバックライト、照明用光源としての用途に有効に用いることができる。
【０１４６】
本発明に係る有機ＥＬ素子においては、必要に応じ成膜時にメタルマスクやインクジェットプリンティング法等でパターニングを施してもよい。パターニングする場合は、電極のみをパターニングしてもよいし、電極と発光層をパターニングしてもよいし、素子全層をパターニングしてもよく、素子の作製においては、従来公知の方法を用いることができる。
【０１４７】
本発明に係る有機ＥＬ素子や本発明に係る化合物の発光する色は、「新編色彩科学ハンドブック」（日本色彩学会編、東京大学出版会、１９８５）の１０８頁の図４．１６において、分光放射輝度計ＣＳ−１０００（コニカミノルタセンシング社製）で測定した結果をＣＩＥ色度座標に当てはめたときの色で決定される。
【０１４８】
また、本発明に係る有機ＥＬ素子が白色素子の場合には、白色とは、２度視野角正面輝度を上記方法により測定した際に、１０００ｃｄ／ｍ２でのＣＩＥ１９３１表色系における色度がＸ＝０．３３±０．０７、Ｙ＝０．３３±０．１の領域内にあることを言う。本発明に係る有機ＥＬ素子の発光層には、発光ホスト化合物とゲスト材料としての発光ドーパントの少なくとも一種を含有することが好ましい。
【実施例】
【０１４９】
以下、実施例を挙げて本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。なお、実施例において「％」の表示を用いるが、特に断りがない限り「質量％」を表す。【０１５０】
実施例１
《有機ＥＬ素子１０１の作製》
（基板１の作製）
市販の無アルカリ硝子基板上に、スパッタ装置により透明電極としてＩＴＯ膜、厚さ１１０ｎｍを設けた。フォトリソグラフィー法により、４ｍｍ×４ｍｍの発光部位が得られるようにＩＴＯのパターニングを実施し、基板１を作製した。【０１５１】
（有機ＥＬ素子１０１の作製）
上記基板１を、窒素雰囲気下、ＩＳＯ１４６４４−１に準拠し、測定した清浄度がクラス５で、露点温度が−８０℃以下、酸素濃度０．８ｐｐｍのグローブボックスへ移した。【０１５２】
グローブボックス中にて、正孔注入輸送層用塗布液を下記のように調製し、スピンコーターにて、２０００ｒｐｍ、３０秒の条件で塗布し、さらに８０℃で３０分加熱し正孔注入輸送層を設けた。別途用意した基板にて、同条件にて塗布を行い測定をしたところ、膜厚は４０ｎｍであった。【０１５３】
（正孔注入輸送層用塗布液）
トルエン                                                １００ｍｌ
ＨＴ−Ａ（末端にヒドロキシル基を含む）                    １．０ｇ
ついで、正孔注入輸送層まで設けた基板を、大気暴露させずに、蒸着機に移動し、４×１０−４Ｐａまで減圧した。【０１５４】
なお、タンタル製抵抗加熱ボートに、発光層用ホスト材料としてＨ−Ａ、発光層用ドーパント材料としてＩｒ−Ａ、正孔阻止層および電子輸送層用ホスト材料としてＥＴ−Ａ、電子輸送層用ドーパントしてフッ化セシウムを、タンタル製抵抗加熱ボートに入れ、また、タングステン製抵抗加熱ボートにアルミニウムを入れ、蒸着機内に取り付けておいた。【０１５５】
まず、Ｈ−Ａと、Ｉｒ−Ａの入った抵抗加熱ボートに通電し加熱し、Ｈ−ＡとＩｒ−Ａの蒸着速度比が、０．９０対０．１０になるように調整し、その速度比のまま基板に蒸着をしてＩｒ−Ａが１０％ドープされたＨ−ＡとＩｒ−Ａからなる発光層を５０ｎｍ設けた。【０１５６】
ついで、ＥＴ−Ａの入った抵抗加熱ボートを通電し加熱し、基板上にＥＴ−Ａの正孔阻止層を５ｎｍ設けた。つづいて、ＥＴ−Ａとフッ化セシウムの入った抵抗加熱ボートを加熱し、ＥＴ−Ａとフッ化セシウムの蒸着速度比が０．８５対０．１５となるように調整し、その速度比のまま基板に蒸着してフッ化セシウムが１５％ドープされた、ＥＴ−Ａとフッ化セシウムからなる電子輸送層を４５ｎｍ設けた。【０１５７】
つづいて、アルミニウムの入った抵抗加熱ボートを通電加熱し、蒸着速度１〜２ｎｍ／秒でアルミニウムからなる膜厚１００ｎｍの陰極を付けた。【０１５８】
陰極までつけた基板を、大気暴露させることなく上記基板１を、窒素雰囲気下、ＩＳＯ１４６４４−１に準拠し、測定した清浄度がクラス５で、露点温度が−８０℃以下、酸素濃度０．８ｐｐｍのグローブボックスへ移した。【０１５９】
補水剤である酸化バリウムを貼付したガラス製の封止缶にて封止を行い、素子１０１を作製した。【０１６０】
なお、補水剤である酸化バリウムは、アルドリッチ社製の高純度酸化バリウム粉末を、粘着剤付きのフッ素樹脂系半透過膜（ミクロテックス  Ｓ−ＮＴＦ８０３１Ｑ  日東電工製）でガラス製封止缶に貼り付けたものを予め準備して使用した。封止缶と有機ＥＬ素子の接着には紫外線硬化型の接着剤を用い、紫外線ランプを照射することで両者を接着し封止素子を作製した。【０１６１】
以下、素子１０１の正孔注入輸送層用塗布液に用いたＨＴ−Ａ若しくはトルエンを表１に記載の材料若しくは溶媒に変更した以外は素子１０１と同様にして素子１０２〜１２７を作製した。【０１６２】
【表１】
2009154113.tif 000008
【０１６３】
【化７】
2009154113.tif 000009
【０１６４】
【化８】
2009154113.tif 000010
【０１６５】
実施例１では、表２の層構成にて素子を作製した。【０１６６】
【表２】
2009154113.tif 000011
【０１６７】
＜評価方法＞
直流電源（株式会社テクシオ製直流安定化電源ＰＡ１３−Ｂ）を用いて、素子を発光させて、マイクロスコープ（株式会社モリテックス製ＭＳ−８０４、レンズＡ−１４６８）を用いて発光面の観察を行い、全発光面（４ｍｍ四方）の白点、黒点の個数を計測した。【０１６８】
【表３】
2009154113.tif 000012
【０１６９】
表３の結果から分かるように、置換基を有する化合物を、該置換基を有する溶媒で塗布すると好ましい発光面が得られることがわかった。また、置換基としてはシアノ基における効果が高いことがわかる。【０１７０】
実施例２
《有機ＥＬ素子２０１の作製》
実施例１と同様に、基板を洗浄し、大気下、ＩＳＯ１４６４４−１に準拠し、測定した清浄度がクラス５のクリーンブースへ移動した。この基板を市販のスピンコーターに取り付け、ＰＥＤＯＴ分散液（Ｈ．Ｃ．Ｓｔａｒｌｋ社製Ｂａｙｔｒｏｎ  ＰＩ４０８３）を超純水にて２倍に希釈して、４０００ｒｐｍ、３０秒の条件で塗布した。さらに、この基板を大気下にて、２００℃で３０分加熱し、正孔注入層を設けた。別途用意した基板にて、同条件にて塗布を行い測定をしたところ、膜厚は２０ｎｍであった。【０１７１】
この基板を、窒素雰囲気下、ＩＳＯ１４６４４−１に準拠し、測定した清浄度がクラス５で、露点温度が−８０℃以下、酸素濃度０．８ｐｐｍのグローブボックスへ移した。【０１７２】
以下、実施例１の素子Ｎｏ．１０８と同様にして素子Ｎｏ．２０１を作製した。さらに表４に記載の構成に変え、且つ表５に記載の溶媒に変えて素子Ｎｏ．２０２を作製した。また、素子Ｎｏ．２０３，２０４は、正孔注入輸送層としてＨＴ−Ｂを用い、表４に記載の構成、表５に記載の溶媒を用いて同様にして作製した。【０１７３】
実施例１と同様にして各素子の評価を行った。その結果を表５に示す。【０１７４】
【表４】
2009154113.tif 000013
【０１７５】
【表５】
2009154113.tif 000014
【０１７６】
表５より、置換基としてＣＮ基を有する化合物をＣＮ基を有する有機溶媒で塗布した場合の効果は、基板上の電極に隣接する層である場合（試料Ｎｏ．２０４）に顕著であることがわかる。【０１７７】
また、ＰＥＤＯＴ（スルホン酸基を有する）を水で塗布した場合（試料Ｎｏ．２０１）、効果が現れていないことも分かる。【０１７８】
実施例３
（有機ＥＬ素子３０１の作製）
上記基板１を、窒素雰囲気下、ＪＩＳ  Ｂ９９２０に準拠し、測定した清浄度がクラス１００で、露点温度が−８０℃以下、酸素濃度０．８ｐｐｍのグローブボックスへ移した。【０１７９】
グローブボックス中にて、正孔注入層用塗布液を下記のように調製し、スピンコーターにて、１５００ｒｐｍ、３０秒の条件で塗布し、さらに１８０℃で３０分加熱し正孔注入層を設けた。別途用意した基板にて、同条件にて塗布を行い測定をしたところ、膜厚は２０ｎｍであった。【０１８０】
（正孔注入層用塗布液）
アセトニトリル                                              ７０ｇ
シクロヘキサノン                                            ３０ｇ
ＨＩＬ−Ａ                                                ０．５ｇ
次いで、正孔輸送層用塗布液を下記のように調製し、スピンコーターにて、１５００ｒｐｍ、３０秒の条件で塗布した。この基板を、１５０℃に１０秒加熱し、加熱したまま、高圧水銀ランプ（株式会社オーク製作所製  ＯＨＤ−１１０Ｍ−ＳＴ）を用い３０ｍＷ／ｃｍ２の紫外光を１０秒間あてた。さらに１２０℃で３０分加熱し正孔輸送層を設けた。別途用意した基板にて、同条件にて塗布を行い測定をしたところ、膜厚は２０ｎｍであった。【０１８１】
（正孔輸送層用塗布液）
トルエン                                                  １００ｇ
ＨＴ−Ｅ                                                  ０．５ｇ
次いで、発光層用塗布液を下記のように調製し、スピンコーターにて、２０００ｒｐｍ、３０秒の条件で塗布した。さらに１５０℃で３０分加熱し発光層を設けた。別途用意した基板にて、同条件にて塗布を行い測定をしたところ、膜厚は４０ｎｍであった。【０１８２】
（発光層用塗布液）
トルエン                                                  １００ｇ
Ｈ−Ｂ                                                        １ｇ
Ｉｒ−Ａ                                                ０．１１ｇ
次いで、電子輸送層用塗布液を下記のように調製し、スピンコーターにて、１５００ｒｐｍ、３０秒の条件で塗布した。さらに１５０℃で３０分加熱し電子輸送層用を設けた。別途用意した基板にて、同条件にて塗布を行い測定をしたところ、膜厚は３０ｎｍであった。【０１８３】
（電子輸送層用塗布液）
１−ブタノール                                            １００ｇ
ＥＴ−Ｂ                                                ０．７５ｇ
ついで、電子輸送層まで設けた基板を、大気暴露させずに、蒸着機に移動し、４×１０−４Ｐａまで減圧した。【０１８４】
なお、タンタル製抵抗加熱ボートに、フッ化セシウムを、タンタル製抵抗加熱ボートに入れ、また、タングステン製抵抗加熱ボートにアルミニウムを入れ、蒸着機内に取り付けておいた。【０１８５】
まず、フッ化セシウムの入った抵抗加熱ボートを通電し加熱し、基板上にフッ化セシウムからなる電子注入層を３ｎｍ設けた。【０１８６】
つづいて、アルミニウムの入った製抵抗熱ボートに通電加熱し、蒸着速度１〜２ｎｍ／秒でアルミニウムからなる膜厚１００ｎｍの陰極を付けた。【０１８７】
陰極までつけた基板を、大気暴露させることなく上記基板１を、窒素雰囲気下、ＩＳＯ１４６４４−１に準拠し、測定した清浄度がクラス５で、露点温度が−８０℃以下、酸素濃度０．８ｐｐｍのグローブボックスへ移した。【０１８８】
素子１０１の作製と同様に封止し素子Ｎｏ．３０１を作製した。【０１８９】
以下、素子Ｎｏ．３０１の作製において正孔注入層用塗布液に用いた化合物および溶媒を表７に示す材料に変更した以外は同様にして、素子Ｎｏ．３０２〜３０８を作製した。層構成を表６に、用いた材料を表７に示す。【０１９０】
【表６】
2009154113.tif 000015
【０１９１】
【表７】
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【０１９２】
【化９】
2009154113.tif 000017
【０１９３】
置換基としてＣＮ基を有する正孔注入層用化合物として用い、ＣＮ基を有する溶媒に溶解塗布することにより優れた性能が得られることがわかる。【０１９４】
尚、素子Ｎｏ．３０７および３０８で形成された正孔注入層に残留する溶媒残量を測定したところ、トルエンと比較して、アセトニトリルを１ｐｐｍ以上１０００ｐｐｍ以下の範囲で含むことにより、より優れた性能が得られることが分かった。【０１９５】
また、化合物の母核の炭素原子に対する置換基の数を見ると、０．１以上０．６以下であることが好ましく、特に０．１以上０．２以下であることが更に好ましいものであった。【０１９６】
溶媒残量の測定は、一定面積のサンプルをとり、ガスクロマトグラフィー法により測定することができる。【０１９７】
さらに、素子Ｎｏ．３０１の作製において正孔注入層用塗布液に用いた化合物について特開平６−０２５６５８号公報に記載されているフェロセン化合物、特開平１０−２３３２８７号公報等に記載されているスターバスト型の化合物、特開２０００−０６８０５８号公報、特開２００４−６３２１号公報に記載されているトリアリールアミン型の化合物、特開２００２−１１７９７９号公報に記載されている含硫黄環含有化合物、米国特許第２００２−０１５８２４２号明細書、米国特許第２００６−０２５１９２２号明細書、特開２００６−４９３９３号公報等に記載されているヘキサアザトリフェニレン化合物に変更し、更に各々の化合物に対応して同じ置換基を有する溶媒を用い、それ以外は同様にして素子を作製したところ、同様に優れた効果が得られた。
【国際調査報告】
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