(57)【要約】【課題】  単一発光材料からなる発光層を有する燐光発光素子を提供する。【解決手段】  発光層２と陽極４との間にエキサイプレックス抑制層８を有し、燐光発光性金属配位化合物のＨＯＭＯ準位は−５．５ｅｖ以下であり、且つ前記エキサイプレックス抑制層８のＨＯＭＯ準位と前記燐光発光性金属配位化合物のＨＯＭＯ準位との差が０．５ｅｖ以内であることを特徴とする発光素子を提供する。【選択図】        図１
2005100741.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
陽極と陰極と、前記陽極と前記陰極との間に配置され且つ燐光発光性金属配位化合物のみからなる有機発光層とを有する発光素子において、
前記有機発光層と前記陽極との間に配置されているエキサイプレックス抑制層を有し、
前記燐光発光性金属配位化合物のＨＯＭＯ準位は−５.５ｅＶ以下であり、且つ
前記エキサイプレックス抑制層のＨＯＭＯ準位と前記燐光発光性金属配位化合物のＨＯＭＯ準位との差が０.５ｅＶ以内であることを特徴とする発光素子。
【請求項２】
前記燐光発光性金属配位化合物の中心金属はレニウムであることを特徴とする請求項１に記載の発光素子。
【請求項３】
請求項１に記載の発光素子を画像表示部の画素として有する画像表示装置。
【請求項４】
請求項１に記載の発光素子を有する光源。
【請求項５】
請求項１に記載の発光素子を光源として有する電子写真式画像形成装置の感光体露光光源。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は陽極と陰極と、その間に配置され且つ燐光発光性金属配位化合物のみからなる有機発光層とを有する発光素子に関する。さらには、該発光素子を用いた画像表示装置、光源、感光体露光光源に関する。
【背景技術】
【０００２】
有機エレクトロルミネッセンス素子（有機ＥＬ素子）は発光素子である。有機ＥＬ素子の研究が精力的に行われている（非特許文献１）。
【０００３】
また三重項励起子を経由した燐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乃至３そして特許文献１乃至３）。
【０００４】
また三重項励起子を経由した燐光発光を利用する素子の検討の中で、発光層をホストとゲストといった２種の材料から構成することを記載したものもある。これは２種類の発光材料間のエネルギー移動を利用して、短波長の発光材料（緑発光）から長波長の発光材料（黄色または赤発光）にエネルギーを移動させて、長波長の発光材料のみを発光させるものである（非特許文献４）。
【０００５】
また単一材料（燐光発光材料）による有機ＥＬ素子に関する発表もある。これはイリジウム錯体を利用した燐光発光素子であり、発光層の陰極側にホールブロッキング層を設けている構成であり、このことから発光は発光層の電子輸送層側で行われているものと考えられる（非特許文献５）。
【０００６】
そしてレニウム錯体を発光層に用いた燐光発光素子が発表されており、これによると発光層と陽極との間にホール輸送層が配置されている。このホール輸送層は電子ブロッキング層として機能する。そしてこの発光素子のＥＬスペクトルとＰＬスペクトルの差は１０ｎｍである（非特許文献６）。
【０００７】
【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
【非特許文献１】Ｍａｃｒｏｍｏｌ．Ｓｙｍｐ．１２５，１〜４８（１９９７）
【非特許文献２】Ｄ．Ｆ．Ｏ’ブライエン（Ｂｒｉｅｎ）ら、”インプルーブド・エナジー・トランスファー・イン・エレクトロフォスフォレセント・デバイス（Ｉｍｐｒｏｖｅｄ  ｅｎｅｒｇｙ  ｔｒａｎｓｆｅｒ  ｉｎ  ｅｌｅｃｔｒｏｐｈｏｓｐｈｏｒｅｓｃｅｎｔ  ｄｅｖｉｃｅ）”「アプライド・フィジックス・レターズ（Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ），１９９９，Ｖｏｌ．７４，Ｎｏ．３，ｐ４２２」
【非特許文献３】Ｍ．Ａ．バルドー（Ｂａｌｄｏ）ら、”ベリー・ハイ−エフィシェンシイ・グリーン・オーガニック・ライト−エミッティング・デバイセズ・ベイスド・オン・エレクトロフォスフォレセンス（Ｖｅｒｙ  ｈｉｇｈ−ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ  ｇｒｅｅｎ  ｏｒｇａｎｉｃ  ｌｉｇｈｔ−ｅｍｉｔｔｉｎｇ  ｄｅｖｉｃｅｓ  ｂａｓｄ  ｏｎ  ｅｌｅｃｔｒｏｐｈｏｓｐｈｏｒｅｓｃｅｎｃｅ）”「アプライド・フィジックス・レターズ（Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ）」１９９９，Ｖｏｌ．７５，Ｎｏ．１，ｐ．４
【非特許文献４】佐藤佳晴、「三重項素子の材料的側面」（応用物理学会、有機分子・バイオエレクトロニクス分科会、第９回講習会、次世代有機ＥＬへの挑戦）
【非特許文献５】ＩＤＷ‘０２  ＮＨＫ  ＯＥＬｐ−１７  １２０７−１２０９
【非特許文献６】Ｉｎｏｒｇ．Ｃｈｅｍ．２００２，４１，３３５３−３３５８
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ホストとゲストから発光層が構成される燐光発光素子は、その製造上生産性等コストの面で高くなってしまう。また発光層が非特許文献６に記載されているような素子の場合、ＥＬスペクトルとＰＬスペクトルとの差を一定以下にできない。
【０００９】
本発明の課題は、ホストゲスト型の発光層に依らない単一材料の発光層を有し、ＥＬスペクトルとＰＬスペクトルとの差を一定以下にできる発光素子を提供することにあ。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、
陽極と陰極と、前記陽極と前記陰極との間に配置され且つ燐光発光性金属配位化合物のみからなる有機発光層とを有する発光素子において、
前記有機発光層と前記陽極との間に配置されているエキサイプレックス抑制層を有し、
前記燐光発光性金属配位化合物のＨＯＭＯ準位は−５．５ｅＶ以下であり、且つ
前記エキサイプレックス抑制層のＨＯＭＯ準位と前記燐光発光性金属配位化合物のＨＯＭＯ準位との差が０．５ｅＶ以内であることを特徴とする発光素子を提供する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明により、ＥＬスペクトルとＰＬスペクトルとの差を１０ｎｍ以内とする、発光層が単一材料からなる燐光発光素子を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明の発光素子においては、陽極と発光層との間にエキサイプレックス抑制層を有する。発光層は燐光発光する材料が単独で存在する層であり、ホストゲストのようなエネルギーの転移を目的とする材料を有さなくても発光する層のことである。従って別の目的、例えば水分や酸素から発光材料を守る作用のある材料、例えば酸化カルシウムの無機酸化化合物やＭｇのような金属などが発光層に含まれていてもよい。
【００１３】
エキサイプレックス抑制層とは、エキサイプレックスの発生を抑制するための層である。エキサイプレックスはほとんどの場合発光しないと考えられるが、仮に発光するとしても素子から出てくる光は発光材料そのものの発光波長（λｍａｘ、発光波長のピーク）から長波長側に大きくシフトした発光波長の光である。ＥＬスペクトルとＰＬスペクトルとの差が１０ｎｍ以内であることでエキサイプレックスの発生を抑制することができているということができる。
【００１４】
エキサイプレックス抑制層が陽極と発光層との間に設けられているのは、本発明で用いられる燐光発光性金属配位化合物が電子輸送性であるからである。エキサイプレックスが発光層の陽極側で生じるためエキサイプレックス抑制層が陽極と発光層の間に配置されている。エキサイプレックス抑制層はホール輸送層と発光層との間に配置されていてもよい。もちろんホール輸送層は発光層からみて陽極側に配置されている層のことである。また、ホール輸送層がエキサイプレックス抑制層を兼ねることもできる。
【００１５】
発光層を構成する燐光発光性金属配位化合物の中心金属がレニウムであることは、電子輸送性が高いという点で好ましい。レニウムを中心金属とする金属配位化合物はＬＵＭＯ準位が他の金属配位化合物と比べて低い。そのため本発明で用いられる電子輸送性の高い燐光発光性金属化合物を発光層として用いる場合、陰極から注入された電子は発光層の陽極側まで容易に到達すると考えられる。
【００１６】
このような知見から本発明者等はエキサイプレックスの発生を抑制するためにはエキサイプレックス抑制層のＨＯＭＯ準位と発光層のＨＯＭＯ準位との差が０．５ｅＶ以下になることが好ましいことを見出した。そしてそのような関係を成り立たせるためには燐光発光性金属配位化合物からなる発光層のＨＯＭＯ準位を−５．５ｅＶ以下とすることが必要であることを見出した。尚、燐光発光性金属配位化合物からなる発光層のＨＯＭＯ準位の下限は６．２２ｅＶである。この値以下だと燐光発光性金属配位化合物の正常な発光が得られなくなってしまう。
【００１７】
そしてこれら条件を満たす発光素子において、ＥＬスペクトルとＰＬスペクトルとの差を１０ｎｍ以内とする、発光層が単一材料からなる燐光発光素子を提供することができる。
【００１８】
次に本発明の発光素子の層構成について説明する。図１は本発明の一実施形態の断面模式図である。図中、１は陰極、２は発光層、３はホール輸送層、４は陽極、５は基板、６は電子輸送層、８はエキサイプレックス抑制層である。本実施形態において、陰極１は反射電極で、陽極４は透明電極で、基板５は透明基板という構成である。もちろん陰極１を透明電極とし、陽極４を反射電極とする構成でもよい。その場合、特に、基板に発光素子の点灯を制御するための駆動素子、例えば薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）が配置されていてもよい。その場合いわゆるトップエミッション型発光素子として、発光面の開口率を向上させるという意味で好ましい形態である。
【００１９】
本図では電子注入層やホール注入層を図示していないが適宜設けてもよい。或いは電子輸送層６やホール輸送層３をそれぞれ個別に電子注入層やホール注入層に置き換えた形態、或いは電子輸送層６やホール輸送層３や電子注入層やホール注入層のいずれも設けない形態やこれら４つの層の少なくともいずれか１層以上を適宜設けた形態でもよい。
【００２０】
また陽極４及び陰極１の少なくとも一方の電極が多層構成となっていてもよい。
【００２１】
本発明で用いられる燐光発光性金属配位化合物として中心金属がレニウムであることが好ましいことを先に述べたが、具体例を構造式として以下に例示する（Ｒｅ（ｄｍｐｈｅｎ）（ｂｔｐｚ）、Ｒｅ（ｄｍｐｈｅｎ）（ｐｚ））。またエキサイプレックス抑制層となる化合物の構造式も以下に例示する（ＴＦＢ３、ＴＦＢ４）。またホール輸送層や電子輸送層となる化合物の構造式も以下に例示する（ＦＬ０３、Ｂｐｈｅｎ）。
【００２２】
【化１】
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【００２３】
本発明の発光素子は、ディスプレイといった表示装置に用いることができる。例えばディスプレイの画素部または副画素部に用いた画像表示装置に用いることができる。ディスプレイとはテレビやパソコンやデジタルカメラやカムコーダーなどに搭載される表示装置や、車体に搭載される表示装置等である。また、本発明の発光素子は照明用の光源として、或いは電子写真式の画像形成装置等の表示部或いは感光体への露光光源として用いてもよい。
【００２４】
本発明の発光素子は単数で用いてもよく、或いは複数で用いてもよい。複数の場合、例えばパッシブ駆動或いはアクティブマトリクス駆動で発光させてもよい。また発光素子を複数用いる場合、それぞれが単色或いは異色でもよい。異色の場合、フルカラー発光させることができる。
【実施例】
【００２５】
（実施例１、実施例２、比較例１）
基板上に膜厚が１００ｎｍの陽極（ＩＴＯ）を電極面積が３ｍｍ2となるように形成した。その上に形成する各層とその膜厚はそれぞれの実施例及び比較例ごとに以下のとおりである。それぞれの素子を形成するにあたり、陽極に対して対向電極となる陰極の形成まで各層を１０-4Ｐａの真空チャンバー内で抵抗加熱による真空蒸着による連続成膜を行った。各実施例において、各層は記載された順に陽極上に配置される。
【００２６】
・実施例１
エキサイプレックス抑制層（２５ｎｍ）：ＴＦＢ４
発光層（４０ｎｍ）：Ｒｅ（ｄｍｐｈｅｎ）（ｂｔｐｚ）
電子輸送層（６０ｎｍ）：Ｂｐｈｅｎ
金属電極１（１ｎｍ）：ＫＦ
金属電極２（１５０ｎｍ）：Ａｌ
【００２７】
・実施例２
ホール輸送層（２５ｎｍ）：ＦＬ０３
エキサイプレックス抑制層（２５ｎｍ）：ＴＦＢ３
発光層（４０ｎｍ）：Ｒｅ（ｄｍｐｈｅｎ）（ｂｔｐｚ）
電子輸送層（６０ｎｍ）：Ｂｐｈｅｎ
金属電極１（１ｎｍ）：ＫＦ
金属電極２（１５０ｎｍ）：Ａｌ
【００２８】
・比較例１
ホール輸送層（４０ｎｍ）：ＦＬ０３
発光層（４０ｎｍ）：Ｒｅ（ｄｍｐｈｅｎ）（ｂｔｐｚ）
電子輸送層（６０ｎｍ）：Ｂｐｈｅｎ
金属電極１（１ｎｍ）：ＫＦ
金属電極２（１５０ｎｍ）：Ａｌ
【００２９】
各素子の特性評価を表１に示す。
【００３０】
【表１】
2005100741.tif 000004
【００３１】
表１の〔１〕とはエキサイプレックス抑制層のＨＯＭＯ準位である。測定には理研計器社製ＡＣ−１を用いた。測定条件は大気中でかつ室温である。
【００３２】
また〔２〕は発光層（燐光発光発光性金属配位化合物）のＨＯＭＯ準位である。測定には理研計器社製ＡＣ−１を用いた。測定条件は大気中で室温である。
【００３３】
またｃｄ／Ａ〔６００ｃｄ／ｃｍ2〕とは、輝度６００ｃｄ／ｍ2での電流効率という意味である。発光量の測定にはＴＯＰＣＯＮ社製ＢＭ−７を用いた。測定条件は、室温である。
【００３４】
またＴ1/2（ｈ）とは低電流駆動時における輝度半減時間という意味である。輝度半減期の測定には、フォトダイオードによる輝度測定装置を用いた。測定条件は、室温である。
【００３５】
次にＥＬスペクトルとＰＬスペクトルの差をそれぞれの実施例と比較例において測定した。測定装置はＨＩＴＡＣＨＩ社製蛍光測定器で、測定条件は室温である。その結果を表１に示す。また、〔３〕はＥＬスペクトルとＰＬスペクトルのλｍａｘの差を示している。
【００３６】
その結果、実施例１及び実施例２は、比較例１と比べてＥＬスペクトルとＰＬスペクトルの差が１０ｎｍ以内となり、燐光発光性金属配位化合物由来の発光を得ることができた。これに対して比較例１については実施例１と実施例２と比較して次のような欠点がある。即ち、ＦＬ０３とＲｅ（ｄｍｐｈｅｎ）（ｂｔｐｚ）のＨＯＭＯ準位の差が０．５ｅＶ以上であり、発光層の燐光発光性金属配位化合物とエキサイプレックスを形成しているために電流効率が低く輝度半減時間が短くなっていることである。
【００３７】
（実施例３、比較例２）
基板上に膜厚が１００ｎｍの陽極（ＩＴＯ）を電極面積が３ｍｍ2となるように形成した。その上に形成する各層とその膜厚はそれぞれの実施例及び比較例ごとに以下のとおりである。それぞれの素子を形成するにあたり、陽極に対して対向電極となる陰極の形成まで各層を１０-4Ｐａの真空チャンバー内で抵抗加熱による真空蒸着による連続成膜を行った。各実施例において、各層は記載された順に陽極上に配置される。
【００３８】
・実施例３
エキサイプレックス抑制層（２５ｎｍ）：ＴＦＢ４
発光層（４０ｎｍ）：Ｒｅ（ｄｍｐｈｅｎ）（ｂｔｐｚ）
電子輸送層（６０ｎｍ）：Ｂｐｈｅｎ
金属電極１（１ｎｍ）：ＫＦ
金属電極２（１５０ｎｍ）：Ａｌ
【００３９】
・比較例２
エキサイプレックス抑制層（２５ｎｍ）：ＴＦＢ４
発光層（４０ｎｍ）：Ｒｅ（ｄｍｐｈｅｎ）（ｐｚ）
電子輸送層（６０ｎｍ）：Ｂｐｈｅｎ
金属電極１（１ｎｍ）：ＫＦ
金属電極２（１５０ｎｍ）：Ａｌ
【００４０】
それぞれの発光素子の特性結果を表２に示す。
【００４１】
【表２】
2005100741.tif 000005
【００４２】
表１の〔１〕、〔２〕、ｃｄ／Ａ〔＠６００ｃｄ／ｃｍ2〕、〔３〕は表１と同様である。
【００４３】
その結果、実施例３が比較例２と比べて電流効率と輝度半減時間の点で優れていることがわかる。
【００４４】
そして燐光発光性金属配位化合物とのＨＯＭＯ準位が−５．５ｅＶ以下の錯体でのみＥＬスペクトルとＰＬスペクトルの差が１０ｎｍ以内になることが表２の〔３〕の記載からわかる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の発光素子の一実施形態の断面模式図である。
【符号の説明】
【００４６】
１  陰極
２  発光層
３  ホール輸送層
４  陽極
５  基板
６  電子輸送層
８  エキサイプレックス抑制層
【図１】
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