(57)【要約】【課題】新規なホスト材料を提供し、それによって高効率発光で、長い期間高輝度を保つ発光素子及び表示装置を提供する。【解決手段】一対の電極間に、少なくとも一層の有機化合物を含む層を挟持してなり、発光層が少なくともホスト化合物とゲスト化合物からなる発光素子において、該ホスト化合物が単結合のみで形成される化合物である発光素子。【選択図】図１
2006120811.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の電極間に、少なくとも一層の有機化合物を含む層を挟持してなり、発光層が少なくともホスト化合物とゲスト化合物からなる発光素子において、該ホスト化合物が単結合のみで形成される化合物であることを特徴とする発光素子。
【請求項２】
前記ホスト化合物が下記一般式（１）で示されることを特徴とする請求項１に記載の発光素子。
【化１】
2006120811.tif 000010
（水素原子は、ハロゲン原子、炭素原子数１から２０の直鎖状または分岐状のアルキル基｛炭素原子は珪素原子に置換されていてもよく、１つもしくは隣接しない２つ以上のメチレン基は−Ｏ−、−Ｓ−に置換されていてもよく、水素原子はハロゲン原子に置換されていてもよい。｝、またはアダマンチル基に置換されていてもよい｛アダマンチル基は酸素原子を介して置換されていてもよい。｝。）
【請求項３】
前記ゲスト化合物からの発光がりん光発光および／または蛍光発光であることを特徴とする請求項１または２に記載の発光素子。
【請求項４】
前記ホスト化合物のＴ１レベルが前記ゲスト化合物のＴ１よりも高いことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の発光素子。
【請求項５】
前記ゲスト化合物が有機金属配位化合物であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の発光素子。
【請求項６】
前記有機化合物を含む層が、対向する２つの電極に狭持され、該電極間に電圧を印加することにより発光する電界発光素子であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の発光素子。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれかに記載の発光素子を有することを特徴とする表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機化合物を用いた発光素子に関するものであり，さらに詳しくは、発光層のホストに特定分子構造の化合物を用いた有機エレクトロルミネッセンス素子（有機ＥＬ素子）に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
有機ＥＬ素子は、高速応答性や高効率の発光素子として、応用研究が精力的に行われている（非特許文献１）。その基本的な構成を図１に示した。
【０００３】
図１に示したように、一般に有機ＥＬ素子は、透明基板１５上の透明電極１４と金属電極１１の間に挟持された複数層の有機膜層から構成される。
【０００４】
図１（ａ）では、有機層が発光層１２とホール輸送層１３からなる。透明電極１４としては、仕事関数が大きなＩＴＯなどが用いられ、透明電極１４からホール輸送層１３への良好なホール注入特性を持たせている。金属電極１１としては、アルミニウム、マグネシウムあるいはそれらを用いた合金などの仕事関数の小さな金属材料を用い有機層への良好な電子注入性を持たせる。これら電極には、５０〜２００ｎｍの膜厚が用いられる。
【０００５】
発光層１２には、電子輸送性と発光特性を有するアルミキノリノール錯体など（代表例は、化１に示すＡｌｑ3）が用いられる。また、ホール輸送層１３には、例えばビフェニルジアミン誘導体（代表例は、化１に示すα−ＮＰＤ）など電子供与性を有する材料が用いられる。
【０００６】
以上の構成をした素子は整流性を示し、金属電極１１を陰極に透明電極１４を陽極になるように電界を印加すると、金属電極１１から電子が発光層１２に注入され、透明電極１５からはホールが注入される。注入されたホールと電子は発光層１２内で再結合により励起子が生じ発光する。この時ホール輸送層１３は電子のブロッキング層の役割を果たし、発光層１２／ホール輸送層１３界面の再結合効率が上がり、発光効率が上がる。
【０００７】
さらに、図１（ｂ）では、図１（ａ）の金属電極１１と発光層１２の間に、電子輸送層１６が設けられている。発光と電子・ホール輸送を分離して、より効果的なキャリアブロッキング構成にすることで、効率的な発光を行うことができる。電子輸送層１６としては、例えば、オキサジアゾール誘導体などを用いることができる。
【０００８】
これまで、一般に有機ＥＬ素子に用いられている発光は、発光中心の分子の一重項励起子から基底状態になるときの蛍光が取り出されている。一方、一重項励起子を経由した蛍光発光を利用するのでなく、三重項励起子を経由したりん光発光を利用する素子の検討がなされている（非特許文献２、非特許文献３）。
【０００９】
これらの文献では、図１（ｃ）に示す有機層が４層構成が主に用いられている。それは、陽極側からホール輸送層１３、発光層１２、励起子拡散防止層１７、電子輸送層１６からなる。用いられている材料は、化１に示すキャリア輸送材料とりん光発光性材料である。各材料の略称は以下の通りである。
Ａｌｑ3：アルミ−キノリノール錯体
α−ＮＰＤ：Ｎ４，Ｎ４’−Ｄｉ−ｎａｐｈｔｈａｌｅｎ−１−ｙｌ−Ｎ４，Ｎ４’−ｄｉｐｈｅｎｙｌ−ｂｉｐｈｅｎｙｌ−４，４’−ｄｉａｍｉｎｅ
ＣＢＰ：４，４’−Ｎ，Ｎ’−ｄｉｃａｒｂａｚｏｌｅ−ｂｉｐｈｅｎｙｌ
ＢＣＰ：２，９−ｄｉｍｅｔｈｙｌ−４，７−ｄｉｐｈｅｎｙｌ−１，１０−ｐｈｅｎａｎｔｈｒｏｌｉｎｅ
Ｉｒ（ｐｐｙ）3：イリジウム−フェニルピリジン錯体
【００１０】
【化１】
2006120811.tif 000003
【００１１】
非特許文献２、非特許文献３とも高効率が得られたのは、ホール輸送層１３にα−ＮＰＤ、電子輸送層１６にＡｌｑ3、励起子拡散防止層１７にＢＣＰ、発光層１２にＣＢＰをホスト材料として、６％程度の濃度で、りん光発光性材料であるＰｔＯＥＰまたはＩｒ（ｐｐｙ）3を混入して構成したものである。
【００１２】
りん光性発光材料が特に注目されている理由は、原理的に高発光効率が期待できるからである。その理由は、キャリア再結合により生成される励起子は１重項励起子と３重項励起子からなり、その確率は１：３である。これまでの有機ＥＬ素子は、１重項励起子から基底状態に遷移する際の蛍光を発光として取り出していたが、原理的にその発光収率は生成された励起子数に対して、２５％でありこれが原理的上限であった。しかし、３重項から発生する励起子からのりん光を用いれば、原理的に少なくとも３倍の収率が期待され、さらに、エネルギー的に高い１重項からの３重項への項間交差による転移を考え合わせれば、原理的には４倍の１００％の発光収率が期待できる。
【００１３】
他に、三重項からの発光を利用した文献には、特許文献１〜３、非特許文献４がある。
【００１４】
また、アダマンタン誘導体の有機ＥＬへの応用としては、特許文献４に、正孔輸送性、発光性、電子輸送性の各機能を有する機能性単位で置換されているアダマンタン誘導体が開示されている。
【００１５】
【特許文献１】特開平１１−３２９７３９号公報
【特許文献２】特開平１１−２５６１４８号公報
【特許文献３】特開平８−３１９４８２号公報
【特許文献４】特開２００２−２７５１０３号公報
【非特許文献１】Ｍａｃｒｏｍｏｌ．Ｓｙｍｐ．１２５，１〜４８（１９９７）
【非特許文献２】Ｉｍｐｒｏｖｅｄ  ｅｎｅｒｇｙ  ｔｒａｎｓｆｅｒ  ｉｎ  ｅｌｅｃｔｒｏｐｈｏｓｐｈｏｒｅｓｃｅｎｔ  ｄｅｖｉｃｅ（Ｄ．Ｆ．Ｏ’Ｂｒｉｅｎら、Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ  Ｖｏｌ  ７４，Ｎｏ３  ｐ４２２（１９９９））
【非特許文献３】Ｖｅｒｙ  ｈｉｇｈ−ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ  ｇｒｅｅｎ  ｏｒｇａｎｉｃ  ｌｉｇｈｔ−ｅｍｉｔｔｉｎｇ  ｄｅｖｉｃｅｓ  ｂａｓｄ  ｏｎ  ｅｌｅｃｔｒｏｐｈｏｓｐｈｏｒｅｓｃｅｎｃｅ（Ｍ．Ａ．Ｂａｌｄｏら、Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ  Ｖｏｌ  ７５，Ｎｏ１  ｐ４（１９９９））
【非特許文献４】Ｅｌｅｃｔｒｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ  ｆｒｏｍ  ｔｒｉｐｌｅｔ  ｅｘｉｔｅｄ  ｓｔａｔｅｓ  ｏｆ  ｂｅｎｚｏｐｈｅｎｏｎｅ（Ｓａｔｏｓｈｉ  Ｈｏｓｈｉｎｏら、Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ  Ｖｏｌ  ６９，Ｎｏ２  ｐ２２４（１９８６））
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
発光層がホストとゲストの２つ以上の化合物からなる有機ＥＬ素子では、ホスト分子の結晶化、ホスト−ゲスト間での励起多量体の形成による濃度消光、色度変化等が、特性の低下を引き起こしていると考えられる。
【００１７】
また、りん光発光を用いた有機ＥＬ素子では、特に発光効率と素子安定性が問題となる。りん光発光素子の発光劣化の原因は明らかではないが、一般に３重項寿命が１重項寿命より、３桁以上長いために、分子がエネルギーの高い状態に長く置かれるため、周辺物質との反応、励起多量体の形成、分子微細構造の変化、周辺物質の構造変化などが起こるのではないかと考えられている。
【００１８】
有機ＥＬ素子に用いるホスト材料には、安定性の高い化合物が望まれている。
【００１９】
そこで、本発明は、新規なホスト材料を提供し、それによって高効率発光で、長い期間高輝度を保つ発光素子及び表示装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明の発光素子は、一対の電極間に、少なくとも一層の有機化合物を含む層を挟持してなり、発光層が少なくともホスト化合物とゲスト化合物からなる発光素子において、該ホスト化合物が単結合のみで形成される化合物であることを特徴とする。
【００２１】
また、本発明の表示装置は、上記発光素子を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の発光素子は、高効率発光のみならず、長い期間高輝度を保ち、優れた素子である。また、本発明の発光素子は表示素子としても優れている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
発光層が、キャリア輸送性のホスト材料とゲストからなる場合、発光にいたる主な過程は、以下のいくつかの過程からなる。
１．発光層内での電子・ホールの輸送
２．ホストの励起子生成
３．ホスト分子間の励起エネルギー伝達
４．ホストからゲストへの励起エネルギー移動
【００２４】
それぞれの過程における所望のエネルギー移動や、発光はさまざまな失活過程と競争でおこる。
【００２５】
ＥＬ素子の発光効率を高めるためには、発光中心材料そのものの発光量子収率が大きいことは言うまでもない。しかしながら、ホスト−ホスト間、あるいはホスト−ゲスト間のエネルギー移動が如何に効率的にできるかも大きな問題となる。また、通電による発光劣化は今のところ原因は明らかではないが、少なくとも発光中心材料そのもの、または、その周辺分子による発光材料の環境変化に関連したものと想定される。
【００２６】
そこで本発明者らは種々の検討を行い、単結合のみで形成される化合物を発光層のホストに用いた素子が高効率発光し、長い期間高輝度を保ち、通電劣化が小さいことを見出した。
【００２７】
発光材料はπ電子を有する構造の化合物が多く用いられている。本発明のホストは分子内にπ電子を有しないため、ホスト−ゲスト間の分子間相互作用を弱めることができ、ホスト−ゲスト間のエキサイプレックスの生成を抑制することができると考えられる。発光の際に、ゲストが直接励起され、発光過程における「２．ホストの励起子生成」、「３．ホスト分子間の励起エネルギー伝達」、「４．ホストからゲストへの励起エネルギー移動」が抑制され、ホスト中でのトラップが出来にくくなると考えられる。
【００２８】
本発明の発光素子は、単結合のみで形成される化合物を含む発光層を有し、図１に示す様に、該発光層を含む層が、対向する２つの電極に狭持され、該電極間に電圧を印加することにより発光する電界発光素子であることが好ましい。
【００２９】
有機ＥＬ材料は、材料の結晶化や溶融によって特性が大きく変化するが、本発明で用いるホスト化合物は、励起子やキャリアの伝達に関与しておらず、ホスト化合物のガラス転移温度に関係なく、安定した発光を得ることができると考えられる。実際に、通電試験においても本発明のホスト化合物を用いると高い安定性を示した。
【００３０】
単結合のみで形成される化合物の具体例としては、例えば、下記一般式（１）で示される化合物が挙げられる。
【００３１】
【化２】
2006120811.tif 000004
【００３２】
（水素原子は、ハロゲン原子、炭素原子数１から２０の直鎖状または分岐状のアルキル基｛炭素原子は珪素原子に置換されていてもよく、１つもしくは隣接しない２つ以上のメチレン基は−Ｏ−、−Ｓ−に置換されていてもよく、水素原子はハロゲン原子に置換されていてもよい。｝、またはアダマンチル基に置換されていてもよい｛アダマンチル基は酸素原子を介して置換されていてもよい。｝。）
【００３３】
一般式（１）で示される化合物の具体例を下記に示す。但し、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００３４】
【化３】
2006120811.tif 000005
【００３５】
【化４】
2006120811.tif 000006
【００３６】
一般的に、蛍光発光性の材料は、励起エネルギーがフェレスター転移で移動するため、濃度消光を起こしやすく、０．１から１％程度の低濃度ドープで用いられている。それに対し、りん光発光性の材料は、励起エネルギーがデクスター転移で移動するため、３から２０％の高濃度ドープすることが可能である。本発明に用いられるゲスト化合物は、ベンゾフェノン、Ｉｒ（ｐｐｙ）３等のりん光発光材料、Ａｌｑ３、ＤＣＭ２、クマリン−６等の蛍光発光材料のどちらを用いてもよいが、本発明のホスト化合物がキャリア導電性を有しないため、キャリアは、ホスト分子を直接流れると考えられ、よりゲスト化合物を高濃度ドープ可能なりん光発光材料が好ましい。より好ましくは、強いりん光を発することが知られているＩｒ錯体、Ｐｔ錯体、Ｒｅ錯体、Ｃｕ錯体、Ｅｕ錯体、Ｒｈ錯体等の有機金属配位化合物が好ましい。
【００３７】
また、ホスト化合物のＴ１＞ゲスト化合物のＴ１であると、ゲストの消光が起こらずに、発光効率の点で好ましい。
【００３８】
本発明で用いられるゲスト化合物の具体例を下記に示す。但し、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００３９】
【化５】
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【００４０】
ゲスト化合物のドープ量は特に限定されないが、０．１〜５０ｗｔ％が好ましく、１〜２０ｗｔ％がより好ましい。
【００４１】
本発明の高効率な発光素子は、省エネルギーや高輝度が必要な製品に応用が可能である。応用例としては表示装置・照明装置やプリンターの光源、液晶表示装置のバックライトなどが考えられる。表示装置としては、省エネルギーや高視認性・軽量なフラットパネルディスプレイが可能となる。また、プリンターの光源としては、現在広く用いられているレーザビームプリンタのレーザー光源部を、本発明の発光素子に置き換えることができ、例えば、独立にアドレスできる素子をアレイ上に配置し、感光ドラムに所望の露光を行うことで、画像形成する。これにより、装置体積を大幅に減少することができる。照明装置やバックライトに関しては、本発明による省エネルギー効果が期待できる。ディスプレイへの応用では、アクティブマトリクス方式であるＴＦＴ駆動回路を用いて駆動する方式が考えられる。
【実施例】
【００４２】
以下に実施例を挙げて本発明を具体的に説明する。但し、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００４３】
＜実施例１＞
本実施例では、素子構成として、図１（ｂ）に示す有機層が３層の素子を使用した。
【００４４】
ガラス基板（透明基板１５）上に１００ｎｍのＩＴＯ（透明電極１４）をパターニングした。そのＩＴＯ基板上に、以下の有機層と電極層を１０-4Ｐａの真空チャンバー内で抵抗加熱による真空蒸着で連続製膜し、対向する電極面積が３ｍｍ2になるようにした。
ホール輸送層１３（４０ｎｍ）：α−ＮＰＤ（同仁化学研究所製）
発光層１２（１０ｎｍ）：［ホスト］２，２−ビスアダマンタン（Ｒａｒｅ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ製）、［ゲスト（重量比７％）］Ｉｒ（ｐｉｑ）3
電子輸送層１６（５０ｎｍ）：Ｂｐｈｅｎ（同仁化学研究所製）
金属電極層（１ｎｍ）：ＫＦ
金属電極層（１００ｎｍ）：Ａｌ
【００４５】
【化６】
2006120811.tif 000008
【００４６】
得られたＥＬ素子の電流電圧特性を微小電流計「４１４０Ｂ」（ヒューレッドパッカード社製）で測定し、発光輝度を輝度計「ＢＭ７」（トプコン社製）で測定した。
【００４７】
その結果、本実施例の素子は良好な整流性を示した。また、電圧１０Ｖ印加時に、５００ｃｄ／ｍ2の発光を確認し、１００時間連続して通電しても安定した発光が得られた。
【００４８】
＜実施例２，３＞
発光層のゲスト化合物を表１に示すものに変えた以外は実施例１と同様にして素子を作成した。
【００４９】
尚、実施例２で用いたＰｔＯＥＰは、Ｐｕｒｅ  Ａｐｐｌ．Ｃｈｅｍ．Ｖｏｌ．７１  Ｎｏ．１１  ２０９５−２１０６（１９９９）を参考に合成した。また、実施例３で用いたＲｅ（ＣＯ）3（Ｐｈｅｎ）Ｃｌは、Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ａｍｅｒｉｃａｎ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｓｏｃｉｅｔｙ  １０１  ２８８８−２８９７（１９７９）を参考に合成した。
【００５０】
得られたＥＬ素子を実施例１と同様に評価した。いずれの素子も良好な整流性を示した。また、発光輝度は表１に示す通りであり、１００時間連続して通電しても安定した発光が得られた。
【００５１】
＜実施例４＞
ＰＶＫをクロロベンゼンに０．２ｗｔ％溶かした溶液をスピンコート法により塗布して２６ｎｍの膜厚のホール輸送層１３を成膜し、その上に、クロロホルム：［ホスト］２，２−ビスアダマンタン（Ｒａｒｅ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ製）：［ゲスト］Ｃｕ（ｄｔｂｐ）（ｄｍｐ）ＰＦ6＝１００：１：０．１の溶液をスピンコート法により塗布して１０ｎｍの膜厚の発光層１２を成膜した以外は実施例１と同様にして素子を作成した。
【００５２】
尚、Ｃｕ（ｄｔｂｐ）（ｄｍｐ）ＰＦ6はＪｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ａｍｅｒｉｃａｎ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｓｏｃｉｅｔｙ  １２１  ４２９２−４２９３（１９９９）を参考に合成した。
【００５３】
得られたＥＬ素子を実施例１と同様に評価した。いずれの素子も良好な整流性を示した。また、発光輝度は表１に示す通りであり、１００時間連続して通電しても安定した発光が得られた。
【００５４】
＜実施例５，６＞
発光層のゲスト化合物を表１に示すものに変えた以外は実施例１と同様にして素子を作成した。
【００５５】
尚、実施例５で用いたＥｕ（ＤＢＭ）3（Ｐｈｅｎ）は、Ｐｕｒｅ  Ａｐｐｌ．Ｃｈｅｍ．Ｖｏｌ．７１  Ｎｏ．１１  ２０９５−２１０６（１９９９）を参考に合成した。
【００５６】
得られたＥＬ素子を実施例１と同様に評価した。いずれの素子も良好な整流性を示した。また、発光輝度は表１に示す通りであり、１００時間連続して通電しても安定した発光が得られた。
【００５７】
【表１】
2006120811.tif 000009
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明の発光素子の一例を示す図である。
【図１】
2006120811.tif 000011