(57)【要約】【課題】  従来よりも高い発光効率を発揮する発光材料を提供する。【解決手段】ホスト材料とドーパント材料とからなる発光材料が、制限Ｈａｒｔｒｅｅ−Ｆｏｃｋ法を用いた非経験的分子軌道計算によって計算したホスト材料がアニオン化したホストアニオンの安定構造におけるＳＯＭＯの軌道エネルギーＥsomo（ｈｏｓｔ）、及び、ドーパント材料がカチオン化したドーパントカチオンの安定構造におけるＳＯＭＯ＋１の軌道エネルギーＥsomo+1（ｄｏｐａｎｔ）が、関係式１を満たす。０ｅＶ＜Ｅsomo（ｈｏｓｔ）−Ｅsomo+1（ｄｏｐａｎｔ）≦３．５０ｅＶ・・・関係式１【選択図】        図４
2005194350.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ホスト材料とドーパント材料とからなる発光材料であって、
制限Ｈａｒｔｒｅｅ−Ｆｏｃｋ法を用いた非経験的分子軌道計算によって計算した、該ホスト材料がアニオン化したホストアニオンの安定構造におけるＳＯＭＯの軌道エネルギーＥsomo（ｈｏｓｔ）、及び、該ドーパント材料がカチオン化したドーパントカチオンの安定構造におけるＳＯＭＯ＋１の軌道エネルギーＥsomo+1（ｄｏｐａｎｔ）が、下記関係式１を満たす
ことを特徴とする、発光材料。
０ｅＶ＜Ｅsomo（ｈｏｓｔ）−Ｅsomo+1（ｄｏｐａｎｔ）≦３．５０ｅＶ  ・・・関係式１
【請求項２】
ホスト材料と、発光極大波長が５００ｎｍ以下のドーパント材料とからなる発光材料であって、
制限Ｈａｒｔｒｅｅ−Ｆｏｃｋ法を用いた非経験的分子軌道計算によって計算した、該ホスト材料がアニオン化したホストアニオンの安定構造におけるＳＯＭＯの軌道エネルギーＥsomo（ｈｏｓｔ）が、３．９０ｅＶ以下である
ことを特徴とする、発光材料。
【請求項３】
ＰＭ３パラメータセットを用いた半経験的分子軌道計算によって計算した、該ホスト材料の第１三重項励起状態の安定構造における基底状態からの相対エネルギーΔＥT1（ｈｏｓｔ）が、３．１９ｅＶ以上である
ことを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の発光材料。
【請求項４】
ホスト材料と、発光極大波長が５００ｎｍ以下のドーパント材料とからなる発光材料であって、
ＰＭ３パラメータセットを用いた半経験的分子軌道計算によって計算した、該ホスト材料の第１三重項励起状態の安定構造における基底状態に対する相対エネルギーΔＥT1（ｈｏｓｔ）が、３．１９ｅＶ以上である
ことを特徴とする、発光材料。
【請求項５】
該ドーパント材料の酸化電位が、該ホスト材料の酸化電位よりも０．０１Ｖ以上小さい
ことを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の発光材料。
【請求項６】
正極と、負極と、該正極及び該負極の間に設けられた発光層とを備える電界発光素子であって、
該発光層が、請求項１〜５のいずれか１項に記載の発光材料を含んで構成される
ことを特徴とする、電界発光素子。
【請求項７】
ドーパント材料とともに発光材料を構成するホスト材料であって、
制限Ｈａｒｔｒｅｅ−Ｆｏｃｋ法を用いた非経験的分子軌道計算によって計算した、該ホスト材料がアニオン化したホストアニオンの安定構造におけるＳＯＭＯの軌道エネルギーＥsomo（ｈｏｓｔ）が、３．９０ｅＶ以下である
ことを特徴とする、ホスト材料。
【請求項８】
ドーパント材料とともに発光材料を構成するホスト材料であって、
ＰＭ３パラメータセットを用いた半経験的分子軌道計算によって計算した、第１三重項励起状態の安定構造における基底状態からの相対エネルギーΔＥT1（ｈｏｓｔ）が、３．１９ｅＶ以上である
ことを特徴とする、ホスト材料。
【請求項９】
正極と、負極と、該正極及び該負極の間に設けられた発光層とを備える電界発光素子であって、
該発光層が、請求項６又は請求項７に記載のホスト材料を含んで構成される
ことを特徴とする、電界発光素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燐光を利用して発光する発光材料及びそれに用いられるホスト材料、並びにこれらの材料を用いた電界発光素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電界発光素子（ＥＬ素子）においては、一般に、無機材料のII−VI族化合物半導体であるＺｎＳ、ＣａＳ、ＳｒＳ等のホスト材料に、発光中心であるＭｎや希土類元素（Ｅｕ、Ｃｅ、Ｔｂ、Ｓｍ等）をドーパント材料としてドープしたものを発光層の材料（発光材料）として使用してきた。
【０００３】
しかし、このような無機材料を発光材料として使用したＥＬ素子は、
１）交流駆動が必要であり、通常は５０Ｈｚ〜１０００Ｈｚの交流電圧を印加していた、
２）駆動電圧が高く、例えば２００Ｖ近い駆動電圧が必要な場合があった、
３）フルカラー化が困難であった、
４）周辺駆動回路のコストが高かった、
という点を、改善すべき点として有していた。
【０００４】
しかし、近年、上記改善すべき点を改良するため、有機薄膜を用いたＥＬ素子の開発が行なわれるようになった。特に、発光効率を高めるため、電極からのキャリアー注入の効率向上を目的として電極の種類の最適化を行ない、芳香族ジアミンからなる正孔輸送層と８−ヒドロキシキノリンのアルミニウム錯体からなる発光層とを設けたＥＬ素子の開発により、従来のアントラセン等の単結晶を用いたＥＬ素子と比較して発光効率の大幅な改善がなされ、実用特性に近づいている（非特許文献１）。
【０００５】
上記のような低分子材料を用いたＥＬ素子の他にも、発光層のホスト材料として、ポリ（ｐ−フェニレンビニレン）、ポリ［２−メトキシ−５−（２−エチルヘキシルオキシ）−１，４−フェニレンビニレン］、ポリ（３−アルキルチオフェン）等の高分子材料を用いたＥＬ素子の開発や、ポリビニルカルバゾール等の高分子からなるホスト材料に、低分子のドーパント材料と電子移動材料とを混合したＥＬ素子の開発も行われている。
【０００６】
さらに、ＥＬ素子の発光効率を挙げる試みとして、蛍光ではなく燐光を用いることも検討されている。燐光、即ち、三重項励起状態からの発光を利用すれば、蛍光、即ち、一重項励起状態からの発光を用いた従来のＥＬ素子と比べて、３倍程度の効率向上が期待される。
【０００７】
燐光を用いたＥＬ素子の開発のために、クマリン誘導体やベンゾフェノン誘導体をドーパント材料として発光層に用いることが検討された（第５１回応用物理学会連合講演会、２８ａ−ＰＢ−７、１９９０年）。しかし、上記検討では、極めて低い輝度しか得られなかった。
【０００８】
その後、燐光を利用する試みとして、ユーロピウム錯体をドーパント材料に用いることが検討されてきたが、これも高効率の発光には至らなかった。
最近、以下に示す白金錯体（Ｔ−１）をドーパント材料として用いることで、高効率の赤色発光が可能なことが報告された（非特許文献２）。その後、以下に示すイリジウム錯体（Ｔ−２）を発光層にドーパント材料としてドープすることで、さらに緑色発光で効率が大きく改善されている（非特許文献３）。
【０００９】
【化１】
2005194350.tif 000003
【化２】
2005194350.tif 000004
【００１０】
上記イリジウム錯体（Ｔ−２）を発光層にドープした場合の発光層内の励起子生成に関しては、電界発光スペクトル（ＥＬ発光スペクトル）のドーパント材料濃度依存性をみることにより、Ｄｉｒｅｃｔ ｅｘｃｉｔｏｎ形成機構というメカニズムが提唱されている（非特許文献４）。このＤｉｒｅｃｔ ｅｘｉｃｉｔｏｎ形成機構では、まず正孔輸送層からイリジウム錯体の最高被占分子軌道（ｈｉｇｈｅｓｔ  ｏｃｃｕｐｉｅｄ  ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  ｏｒｂｉｔａｌ；以下適宜、「ＨＯＭＯ」という）へ直接に正孔（ホール）が注入され、続いて主に発光層内のホスト材料によって運ばれてきた電子と再結合することにより、励起子を形成すると解釈されている。
【００１１】
上述したように、ＥＬ素子について様々に開発が行なわれているが、フラットパネル・ディスプレイ等の表示素子にＥＬ素子を応用するためには、ＥＬ素子の発光効率をさらに改善する必要がある。発光効率を改善する場合、発光ドーパントの三重項励起状態を利用した燐光素子、即ち、燐光を利用したＥＬ素子は、蛍光のみを利用したＥＬ素子に比べて発光効率を上げるのに有効である。そこで、燐光を利用したＥＬ素子に関する技術が、特許文献１や特許文献２に提案されている。
【００１２】
【特許文献１】特開２００２−６９４２７号公報
【特許文献２】特開２００３−２７０４８号公報
【非特許文献１】Ａｐｐｌ．  Ｐｈｙｓ．  Ｌｅｔｔ．，５１巻,９１３頁，１９８７年
【非特許文献２】Ｎａｔｕｒｅ，  ３９５巻，１５１頁，１９９８年
【非特許文献３】Ａｐｐｌ．  Ｐｈｙｓ．  Ｌｅｔｔ．，  ７５巻，４頁，１９９９年
【非特許文献４】Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ  ａｎｄ  Ｂｉｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，  １３，２９（２００２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかし、従来提案されている燐光を用いたＥＬ素子に関しても、発光効率が不十分であるという課題がある。
また、最近、ＥＬ素子用の発光材料を開発する際の指標として、有機分子の中性状態のＨＯＭＯと最低空分子軌道（ｌｏｗｅｓｔ  ｕｎｏｃｃｕｐｉｅｄ  ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  ｏｒｂｉｔａｌ；以下適宜、「ＬＵＭＯ」という）とのエネルギー関係を基にした議論が行われているが、そのような中性分子のＨＯＭＯ、ＬＵＭＯを基にした指針もＥＬ素子用の発光材料を開発するための十分な有効性を発揮していないのが現状である。
【００１４】
本発明は上記の課題に鑑みて創案されたものである。即ち、本発明は、従来よりも高い発光効率を発揮する発光材料、及び、それを用いた電界発光素子、並びにそれに用いるホスト材料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】
【００１５】
本発明の発明者らは、上記課題を解決するべく鋭意検討を行なった結果、特定の条件を満たすパラメータを有するホスト材料とドーパント材料とからなる発光材料が、優れた発光効率を発揮することを見出し、本発明を完成させた。
【００１６】
即ち、本発明の要旨は、ホスト材料とドーパント材料とからなる発光材料であって、制限Ｈａｒｔｒｅｅ−Ｆｏｃｋ法を用いた非経験的分子軌道計算によって計算した、該ホスト材料がアニオン化したホストアニオンの安定構造におけるＳＯＭＯの軌道エネルギーＥsomo（ｈｏｓｔ）、及び、該ドーパント材料がカチオン化したドーパントカチオンの安定構造におけるＳＯＭＯ＋１の軌道エネルギーＥsomo+1（ｄｏｐａｎｔ）が、下記関係式１を満たすことを特徴とする、発光材料に存する（請求項１）。なお、ＳＯＭＯ＋１とは、ドーパントカチオンのＳＯＭＯよりエネルギー的にひとつ上の分子軌道を指す。
０ｅＶ＜Ｅsomo（ｈｏｓｔ）−Ｅsomo+1（ｄｏｐａｎｔ）≦３．５０ｅＶ  ・・・関係式１
【００１７】
また、本発明の別の要旨は、ホスト材料と、発光極大波長が５００ｎｍ以下のドーパント材料とからなる発光材料であって、制限Ｈａｒｔｒｅｅ−Ｆｏｃｋ法を用いた非経験的分子軌道計算によって計算した、該ホスト材料がアニオン化したホストアニオンの安定構造におけるＳＯＭＯの軌道エネルギーＥsomo（ｈｏｓｔ）が、３．９０ｅＶ以下であることを特徴とする、発光材料に存する（請求項２）。
【００１８】
また、該発光材料は、ホスト材料と、発光極大波長が５００ｎｍ以下のドーパント材料とからなる発光材料であって、ＰＭ３パラメータセットを用いた半経験的分子軌道計算によって計算した、該ホスト材料の第１三重項励起状態の安定構造における基底状態からの相対エネルギーΔＥT1（ｈｏｓｔ）が、３．１９ｅＶ以上であることが好ましい（請求項３）。
また、本発明の更に別の要旨は、ホスト材料と、発光極大波長が５００ｎｍ以下のドーパント材料とからなる発光材料であって、ＰＭ３パラメータセットを用いた半経験的分子軌道計算によって計算した、該ホスト材料の第１三重項励起状態の安定構造における基底状態に対する相対エネルギーΔＥT1（ｈｏｓｔ）が、３．１９ｅＶ以上であることを特徴とする、発光材料に存する（請求項４）。
このとき、該ドーパント材料の酸化電位が、該ホスト材料の酸化電位よりも０．０１Ｖ以上小さいことが好ましい（請求項５）。
【００１９】
また、本発明の更に別の要旨は、正極と、負極と、該正極及び該負極の間に設けられた発光層とを備える電界発光素子であって、該発光層が、上述した発光材料を含んで構成されることを特徴とする、電界発光素子に存する（請求項６）。
【００２０】
また、本発明の更に別の要旨は、ドーパント材料とともに発光材料を構成するホスト材料であって、制限Ｈａｒｔｒｅｅ−Ｆｏｃｋ法を用いた非経験的分子軌道計算によって計算した、該ホスト材料がアニオン化したホストアニオンの安定構造におけるＳＯＭＯの軌道エネルギーＥsomo（ｈｏｓｔ）が、３．９０ｅＶ以下であることを特徴とする、ホスト材料に存する（請求項７）。
【００２１】
また、本発明の更に別の要旨は、ドーパント材料とともに発光材料を構成するホスト材料であって、ＰＭ３パラメータセットを用いた半経験的分子軌道計算によって計算した、第１三重項励起状態の安定構造における基底状態からの相対エネルギーΔＥT1が、３．１９ｅＶ以上であることを特徴とする、ホスト材料に存する（請求項８）。
【００２２】
また、本発明の更に別の要旨は、正極と、負極と、該正極及び該負極の間に設けられた発光層とを備える電界発光素子であって、該発光層が、上述したホスト材料を含んで構成されることを特徴とする、電界発光素子に存する（請求項９）。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、高い発光効率を有する発光材料を得ることができ、これを用いることにより、高い発光効率を有する電界発光素子を得ることが可能となる。
さらに、本発明によれば、青色の発光をする電界発光素子に用いて好適な、高い発光効率を有するホスト材料を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明するが、本発明は以下の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で種々変形して実施することができる。
Ｉ．本発明の発光材料
本発明の発光材料は、ホスト材料と、ドーパント材料とからなるものである。また、本発明の発光材料は、ＥＬ素子の発光層を構成する材料として用いて好適なものであり、電圧の印加によって燐光を発生するものである。
以下、まず、ＥＬ素子に用いられた場合に本発明の発光材料が燐光を発する発光メカニズムについて図を用いて説明し、次いで、ホスト材料及びドーパント材料それぞれについて説明する。
【００２５】
１．発光メカニズム
ｉ．Ｄｉｒｅｃｔ  ｅｘｃｉｔｏｎ形成機構
図１〜図４は、本発明の発光材料をＥＬ素子の発光層に用いた場合について、正孔輸送層、発光層、及び電子輸送層を備えた一般的なＥＬ素子を例にとり、その発光メカニズム（Ｄｉｒｅｃｔ  ｅｘｃｉｔｏｎ形成機構）にかかる分子軌道エネルギーを説明するためのエネルギー相関図である。なお、図１〜図４において、破線の矢印は電子の移動を表わす。
【００２６】
本発明の発光材料をＥＬ素子の発光層に用いた場合、図１に示すように、発光層に正孔及び電子が供給されていないときには、ホスト材料及びドーパント材料はそれぞれ、ＨＯＭＯ以下の軌道エネルギーを有する分子軌道が電子で満たされ、また、ＬＵＭＯ以上の軌道エネルギーを有する分子軌道が空軌道（電子をもたない軌道）となっている。
【００２７】
その後、図２に示すように、発光層に正孔の供給源（例えば、正孔輸送層）から正孔が供給されると、供給された正孔はドーパント材料のＨＯＭＯに注入され、ドーパント材料がカチオン化したドーパントカチオンが生成する。生成したドーパントカチオンでは、正孔を注入された分子軌道（即ち、電子を奪われた分子軌道）がＳＯＭＯ（ｓｉｎｇｌｅ  ｏｃｃｕｐｉｅｄ  ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  ｏｒｂｉｔａｌ；半占分子軌道）を形成する。なお、この際にドーパントカチオンのＳＯＭＯよりエネルギー的にひとつ上の分子軌道をＳＯＭＯ＋１と呼ぶ。
【００２８】
一方、発光層に電子の供給源（例えば、電子輸送層）から電子が供給されると、供給された電子はホスト材料のＬＵＭＯに注入され、ホスト材料がアニオン化したホストアニオンが生成する。生成したホストアニオンでは、電子を注入された分子軌道がＳＯＭＯを形成する。
【００２９】
次いで、図３に示すように、ホストアニオンのＳＯＭＯからドーパントカチオンのＳＯＭＯ＋１に電子が移動し、ドーパントカチオンが三重項励起子となる。このＳＯＭＯとＳＯＭＯ＋１とに電子を１個ずつ有する三重項励起子では、図３に白抜き矢印で示すように、ＳＯＭＯ＋１にある電子がＳＯＭＯへ移動することとなり、このＳＯＭＯ＋１からＳＯＭＯへの電子の移動によって、三重項励起子から光（燐光）が生じることになる。
【００３０】
ii．三重項励起子の生成効率の向上
本発明の発光材料をＥＬ素子の発光層に用いた場合の発光メカニズムは以上のようになる。したがって、本発明の発光材料を発光層として用いたＥＬ素子（以下適宜、「本発明のＥＬ素子」という）の発光効率を高める重要な因子は、従来議論されているようなホスト材料及びドーパント材料それぞれの中性分子のＨＯＭＯ，ＬＵＭＯのエネルギー関係ではなく、ドーパントカチオンのＳＯＭＯ＋１とホストアニオンのＳＯＭＯとのエネルギー関係である。
【００３１】
このため、ドーパントカチオンのＳＯＭＯ＋１とホストアニオンのＳＯＭＯのエネルギー関係を所定の条件に合うようにホスト材料及びドーパント材料を用いることで、それらからなる発光材料を用いたＥＬ素子の発光効率を高めることが可能となる。
【００３２】
上記の所定の条件について説明する。ホストアニオンのＳＯＭＯの軌道エネルギーＥsomo（ｈｏｓｔ）と、ドーパントカチオンのＳＯＭＯ＋１の軌道エネルギーＥsomo+1（ｄｏｐａｎｔ）との差（以下適宜、「励起子形成エネルギー差」という）Ｅsomo（ｈｏｓｔ）−Ｅsomo+1（ｄｏｐａｎｔ）を、ホストアニオンとドーパントカチオンとのエネルギー相関図で示せば、図４のようになる。図４から分かるように、励起子形成エネルギー差Ｅsomo（ｈｏｓｔ）−Ｅsomo+1（ｄｏｐａｎｔ）が小さいほど、ホストアニオンのＳＯＭＯからドーパントカチオンのＳＯＭＯ＋１へ電子が移動し易くなる。つまり、励起子形成エネルギー差Ｅsomo（ｈｏｓｔ）−Ｅsomo+1（ｄｏｐａｎｔ）が小さいほど、三重項励起子の生成効率が高くなり、したがって、本発明のＥＬ素子の発光効率が高くなる。よって、この励起子形成エネルギー差Ｅsomo（ｈｏｓｔ）−Ｅsomo+1（ｄｏｐａｎｔ）を小さくすることができるようなホスト材料及びドーパント材料を用いることが、ＥＬ素子の発光効率を高めるためには重要であるといえる。
【００３３】
ホストアニオンのＳＯＭＯ及びドーパントカチオンのＳＯＭＯ＋１の軌道エネルギーＥsomo（ｈｏｓｔ），Ｅsomo+1（ｄｏｐａｎｔ）は、如何なる方法によって求めても良く、特に制限は無い。しかし、ホスト材料及びドーパント材料の中性分子のＨＯＭＯ及びＬＵＭＯの軌道エネルギーに対応する値は、比較的簡単に実験的に求めることが可能であるものの、ホストアニオンのＳＯＭＯの軌道エネルギーＥsomo（ｈｏｓｔ）や、ドーパントカチオンのＳＯＭＯ＋１の軌道エネルギーＥsomo+1（ｄｏｐａｎｔ）は、実験的に求めることが困難である。
【００３４】
そこで本発明の発明者らは、ホストアニオン及びドーパントカチオンの軌道エネルギーＥsomo（ｈｏｓｔ），Ｅsomo+1（ｄｏｐａｎｔ）を、基底関数系としてＬａｎＬ２ＭＢを選択し、制限Ｈａｒｔｒｅｅ−Ｆｏｃｋ法を用いた非経験的分子軌道計算（以下適宜、単に「非経験的分子軌道計算」という）により計算することとした。
即ち、本発明の発光材料は、ホスト材料及びドーパント材料からなる発光材料であって、非経験的分子軌道計算によって計算した、ホストアニオンのＳＯＭＯの軌道エネルギーＥsomo（ｈｏｓｔ）と、ドーパントカチオンのＳＯＭＯ＋１の軌道エネルギーＥsomo+1（ｄｏｐａｎｔ）との差（励起子形成エネルギー差）Ｅsomo（ｈｏｓｔ）−Ｅsomo+1（ｄｏｐａｎｔ）が、下記関係式１を満たすことを特徴とする。
０ｅＶ＜Ｅsomo（ｈｏｓｔ）−Ｅsomo+1（ｄｏｐａｎｔ）≦３．５０ｅＶ  ・・・関係式１
【００３５】
詳細には、本発明の発光材料は、ホスト材料及びドーパント材料からなる発光材料であって、非経験的分子軌道計算によって計算した、ホストアニオンのＳＯＭＯの軌道エネルギーＥsomo（ｈｏｓｔ）と、ドーパントカチオンのＳＯＭＯ＋１の軌道エネルギーＥsomo+1（ｄｏｐａｎｔ）との差（励起子形成エネルギー差）Ｅsomo（ｈｏｓｔ）−Ｅsomo+1（ｄｏｐａｎｔ）が、通常０ｅＶより大きく、また、通常３．５ｅＶ以下、好ましくは３．３ｅＶ以下、より好ましくは３．１ｅＶ以下である。
【００３６】
また、ドーパント材料として、従来発光効率を高めることが特に困難であった青色の燐光を発するドーパント材料、即ち、発光極大波長が５００ｎｍ以下のドーパント材料を用いる場合には、そのドーパント材料と共に発光材料を構成するホスト材料がアニオン化したホストアニオンのＳＯＭＯの軌道エネルギーＥsomo（ｈｏｓｔ）は、通常０ｅＶ以上、また、通常３．９０ｅＶ以下、好ましくは３．７０ｅＶ以下、より好ましくは３．５０ｅＶ以下である。
【００３７】
ただし、ホストアニオン、ドーパントカチオン、及び三重項励起子は、通常、それぞれエネルギー的に安定した（エネルギーが最も低い）状態となる構造、即ち、安定構造となっているため、ホストアニオン、ドーパントカチオン、及び三重項励起子の軌道エネルギーについて取り扱う際には、それぞれの安定構造における軌道エネルギーを計算することが重要である。したがって、上述したホストアニオンのＳＯＭＯの軌道エネルギーＥsomo（ｈｏｓｔ）、ドーパントカチオンのＳＯＭＯ＋１の軌道エネルギーＥsomo+1（ｄｏｐａｎｔ）、励起子形成エネルギー差Ｅsomo（ｈｏｓｔ）−Ｅsomo+1（ｄｏｐａｎｔ）を計算する際には、それぞれ安定構造におけるエネルギーを求める。
【００３８】
なお、安定構造を求める場合には、例えば、初期構造として公知の３次元グラフィックプログラムで結合長、結合角等の標準値を用い、常識的に安定でありそうな構造を作成して、その構造から出発して最もエネルギー的に安定する構造を求める手法などにより安定構造を決定することができる。
【００３９】
iii．励起子の失活の防止
さらに、本発明の発光素子の発光効率を向上させるためには、発光層内の三重項励起子の生成効率を高める他に、生成した三重項励起子の失活を抑えることが重要である。
三重項励起子の失活は、三重項励起子、即ち、第１三重項励起状態（以下適宜、「Ｔ1状態」という）となっているドーパント材料分子が、その安定構造において基底状態に対して有している相対的なエネルギー（以下適宜、単に「三重項励起子の相対エネルギー」という）ΔＥT1（ｄｏｐａｎｔ）よりも、Ｔ1状態となっているホスト材料分子が、その安定構造において基底状態に対して有している相対的なエネルギー（以下適宜、単に「ホスト材料の相対エネルギー」という）ΔＥT1（ｈｏｓｔ）の方が小さい場合に起こり易い。
【００４０】
上記のような場合には、三重項励起子からホスト材料にエネルギーの移動が起こり易く、三重項励起子が失活し易いのである。なお、Ｔ1状態となったホスト材料が基底状態となる際に光を発することもあるが、そのときに発せられる光は目的とする波長の光ではないため、三重項励起子の失活は好ましいことではない。
【００４１】
したがって、三重項励起子の失活を防ぐためには、安定構造における三重項励起子の相対エネルギーΔＥT1（ｄｏｐａｎｔ）よりも、安定構造におけるホスト材料の相対エネルギーΔＥT1（ｈｏｓｔ）の方が大きくなるよう、ホスト材料及びドーパント材料を用いることが望ましい。
【００４２】
なお、このときのエネルギーの相関を相関図５を用いて表わすと、安定構造における三重項励起子の相対エネルギーΔＥT1（ｄｏｐａｎｔ）と、安定構造におけるホスト材料の相対エネルギーΔＥT1（ｈｏｓｔ）との関係は、図５に示すようにエネルギーΔＥT1（ｄｏｐａｎｔ）よりもエネルギーΔＥT1（ｈｏｓｔ）の方が大きくなることが望ましい。
【００４３】
即ち、本発明の発光材料は、ホスト材料及びドーパント材料からなる発光材料であって、三重項励起子、即ち、Ｔ1状態のドーパント材料の基底状態に対する相対エネルギーΔＥT1（ｄｏｐａｎｔ）よりも、Ｔ1状態のホスト材料の基底状態に対する相対エネルギーΔＥT1（ｈｏｓｔ）の方が大きいことが望ましい。
【００４４】
そこで、本発明の発明者らは、第１三重項励起状態となったホスト材料やドーパント材料（即ち、三重項励起子）のそれぞれの基底状態に対する相対エネルギーΔＥT1（ｄｏｐａｎｔ），ΔＥT1（ｈｏｓｔ）をＰＭ３パラメータセットを用いた半経験的分子軌道計算により計算することとした。
【００４５】
これにより、ホスト材料（又はドーパント材料）が定まれば、それと共に発光材料を構成するべき望ましいドーパント材料（又はホスト材料）を判断することができる。
例えば、青色の燐光を発するドーパント材料、即ち、発光極大波長が５００ｎｍ以下のドーパント材料を用いる場合、そのドーパント材料と共に発光材料を構成するホスト材料は、ＰＭ３パラメータセットを用いた半経験的分子軌道計算によって計算した、第１三重項励起状態のホスト材料の基底状態に対する相対エネルギーΔＥT1（ｈｏｓｔ）が通常３．１９ｅＶ以上、好ましくは３．２０ｅＶ以上、より好ましくは３．２２ｅＶ以上であることが望ましい。なお、相対エネルギーΔＥT1（ｈｏｓｔ）が上記範囲内となるホスト材料を、青色の燐光を発するドーパント材料以外のドーパント材料に用いてもよい。
【００４６】
iv．ドーパントカチオンの生成促進
さらに、前述の発光メカニズムに沿って本発明のＥＬ素子の発光効率を向上させるためには、ドーパント材料のＬＵＭＯに効率よく正孔が注入され、効率よくドーパントカチオンが生成することも重要である。そのためには、ホスト材料の酸化電位Ｏｐ(ｈｏｓｔ)が、ドーパント材料の酸化電位Ｏｐ（ｄｏｐａｎｔ）よりも大きいことが望ましい。
【００４７】
よって、例えば青色の燐光を発するドーパント材料、即ち、発光極大波長が５００ｎｍ以下のドーパント材料を用いる場合には、ホスト材料の酸化電位Ｏｐ（ｄｏｐａｎｔ）とドーパント材料の酸化電位Ｏｐ（ｄｏｐａｎｔ）との差Ｏｐ（ｈｏｓｔ）−Ｏｐ（ｄｏｐａｎｔ）は、通常０．０１Ｖ以上、好ましくは０．０２Ｖ以上である。なお、上記の酸化電位の値はすべて飽和カロメル電極（以下適宜、「ＳＣＥ」と略記する）を基準電極とした電位である。
なお、酸化電位の測定方法としては、例えば、飽和カロメル電極を用いたサイクリックボルタンメトリー法を挙げることができる。
【００４８】
さらに、発光層に対して正孔を供給する供給源（上記の例では、正孔輸送層）の酸化電位Ｏｐ（ＨＴＭ）よりもホスト材料の酸化電位Ｏｐ（ｄｏｐａｎｔ）の方が大きいことが望ましい。それによりホスト材料への正孔の注入が抑制され、ドーパント材料への正孔の注入がより促進されるからである。
【００４９】
v．軌道エネルギーの計算
次に、励起子形成エネルギー差、即ち、ホストアニオンのＳＯＭＯの軌道エネルギーＥsomo（ｈｏｓｔ）と、ドーパントカチオンのＳＯＭＯ＋１の軌道エネルギーＥsomo+1（ｄｏｐａｎｔ）との差Ｅsomo（ｈｏｓｔ）−Ｅsomo+1（ｄｏｐａｎｔ）の計算に用いる非経験的分子軌道計算について説明する。
【００５０】
分子軌道法では、シュレディンガー方程式で用いる波動関数を、原子軌道の線形結合で表される分子軌道からなるスレーター行列式で近似し、その波動関数を構成する分子軌道をつじつまの合った場（ｓｅｌｆ−ｃｏｎｓｉｓｔｅｎｔ  ｆｉｅｌｄ、略してＳＣＦ。ＳＣＦに関しては“Ｍｏｄｅｒｎ  Ｑｕａｎｔｕｍ  Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ",  Ａ．  Ｓｚａｂｏ  ａｎｄ  Ｎ．Ｓ．  Ｏｓｔｌｕｎｄ，  ＭｃＧｒａｗ−Ｈｉｌｌ  ｐｕｂｌｉｓｈｉｎｇ  ｃｏｍｐａｎｙ，  Ｎｅｗ  Ｙｏｒｋ，  １９８９を参照）の近似を用いて求めることが広く使われる。
【００５１】
一般的な有機分子の基底状態の電子配置にみられる偶数電子の閉殻電子配置系（分子軌道エネルギーの低い順番に電子が２個づつつまり、不対電子を持たない系）では、全ての占有軌道がαスピンとβスピンとを持つ電子２個によって占められるとする制限Ｈａｒｔｒｅｅ−Ｆｏｃｋ法により電子状態を計算することが広く用いられる。
【００５２】
一方、不対電子を１つ有する開殻電子系の計算では、上の不対電子軌道を除く閉殻部分の分子軌道にはαスピンとβスピンとを持つ電子２個によって占められるとする制限Ｈａｒｔｒｅｅ−Ｆｏｃｋ法と、αスピンの占める軌道とβスピンの占める軌道が異なってもよいとする非制限Ｈａｒｔｒｅｅ−Ｆｏｃｋ法とがある。
【００５３】
制限Ｈａｒｔｒｅｅ−Ｆｏｃｋ法及び非制限Ｈａｒｔｒｅｅ−Ｆｏｃｋ法のいずれの方法を用いて計算を行なってもよいが、本発明者らは、奇数電子系であるドーパントカチオン及びホストアニオンの軌道エネルギーＥsomo（ｈｏｓｔ），Ｅｓｏｍｏ＋１（ｄｏｐａｎｔ）を計算するために、制限Ｈａｒｔｒｅｅ−Ｆｏｃｋ法を用いた（制限、非制限Ｈａｒｔｒｅｅ−Ｆｏｃｋ法に関しても前述の“Ｍｏｄｅｒｎ  Ｑｕａｎｔｕｍ  Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ"，  Ａ．  Ｓｚａｂｏ  ａｎｄ  Ｎ．Ｓ．  Ｏｓｔｌｕｎｄ，  ＭｃＧｒａｗ−Ｈｉｌｌ  ｐｕｂｌｉｓｈｉｎｇ  ｃｏｍｐａｎｙ，  Ｎｅｗ  Ｙｏｒｋ，  １９８９を参照）。
【００５４】
非経験的分子軌道法による制限Ｈａｒｔｅｅ−Ｆｏｃｋ計算では、分子軌道を線形結合により記述するための原子軌道にどのような関数系（基底関数系）を用いるか決めなくてはならない。本発明では、ドーパント材料とホスト材料とを同じ計算レベル（計算の精度）で計算するべきであること、及び、実用的な計算時間内で計算するべきであることから、基底関数系としてＬａｎＬ２ＭＢを選択した｛Ｊ．Ｃｈｅｍ．Ｐｈｙｓ．５１，２６５７（１９６９）及びＪ．Ｃｈｅｍ．Ｐｈｙｓ．６４，５１４２（１９７６）参照｝。
【００５５】
なお、ドーパントカチオン及びホストアニオンの軌道エネルギーＥsomo（ｈｏｓｔ），Ｅsomo+1（ｄｏｐａｎｔ）を計算するために用いることができる具体的計算プログラムとしては、Ｇａｕｓｓｉａｎ９８  ｒｅｖ．９（Ｇａｕｓｓｉａｎ  ９８，  Ｒｅｖｉｓｉｏｎ  Ａ．９，  Ｍ．  Ｊ．  Ｆｒｉｓｃｈ，  Ｇ．  Ｗ．  Ｔｒｕｃｋｓ，  Ｈ．  Ｂ．  Ｓｃｈｌｅｇｅｌ，  Ｇ．  Ｅ．  Ｓｃｕｓｅｒｉａ，  Ｍ．  Ａ．  Ｒｏｂｂ，  Ｊ．  Ｒ．  Ｃｈｅｅｓｅｍａｎ，  Ｖ．  Ｇ．  Ｚａｋｒｚｅｗｓｋｉ，  Ｊ．  Ａ．  Ｍｏｎｔｇｏｍｅｒｙ，  Ｊｒ．，  Ｒ．  Ｅ．  Ｓｔｒａｔｍａｎｎ，  Ｊ．  Ｃ．  Ｂｕｒａｎｔ， Ｓ．  Ｄａｐｐｒｉｃｈ，  Ｊ．  Ｍ．  Ｍｉｌｌａｍ,  Ａ．  Ｄ．  Ｄａｎｉｅｌｓ， Ｋ．  Ｎ．  Ｋｕｄｉｎ， Ｍ．  Ｃ．  Ｓｔｒａｉｎ， Ｏ．  Ｆａｒｋａｓ，  Ｊ．  Ｔｏｍａｓｉ，  Ｖ．  Ｂａｒｏｎｅ，  Ｍ．  Ｃｏｓｓｉ， Ｒ．  Ｃａｍｍｉ，  Ｂ．  Ｍｅｎｎｕｃｃｉ， Ｃ．  Ｐｏｍｅｌｌｉ， Ｃ．  Ａｄａｍｏ， Ｓ．  Ｃｌｉｆｆｏｒｄ， Ｊ．  Ｏｃｈｔｅｒｓｋｉ，  Ｇ．  Ａ．  Ｐｅｔｅｒｓｓｏｎ，  Ｐ．  Ｙ．  Ａｙａｌａ，  Ｑ．  Ｃｕｉ，  Ｋ．  Ｍｏｒｏｋｕｍａ， Ｄ．  Ｋ．  Ｍａｌｉｃｋ， Ａ．  Ｄ．  Ｒａｂｕｃｋ， Ｋ．  Ｒａｇｈａｖａｃｈａｒｉ，  Ｊ．  Ｂ．  Ｆｏｒｅｓｍａｎ，  Ｊ．  Ｃｉｏｓｌｏｗｓｋｉ，  Ｊ．  Ｖ．  Ｏｒｔｉｚ，  Ａ．  Ｇ．  Ｂａｂｏｕｌ，  Ｂ．  Ｂ．  Ｓｔｅｆａｎｏｖ， Ｇ．  Ｌｉｕ，  Ａ．  Ｌｉａｓｈｅｎｋｏ，  Ｐ．  Ｐｉｓｋｏｒｚ， Ｉ．  Ｋｏｍａｒｏｍｉ， Ｒ．  Ｇｏｍｐｅｒｔｓ，  Ｒ．  Ｌ．  Ｍａｒｔｉｎ， Ｄ．  Ｊ．  Ｆｏｘ， Ｔ．  Ｋｅｉｔｈ，  Ｍ．  Ａ．  Ａｌ−Ｌａｈａｍ，  Ｃ．  Ｙ．  Ｐｅｎｇ， Ａ．  Ｎａｎａｙａｋｋａｒａ，  Ｍ．  Ｃｈａｌｌａｃｏｍｂｅ，  Ｐ．  Ｍ．  Ｗ．  Ｇｉｌｌ， Ｂ．  Ｊｏｈｎｓｏｎ，  Ｗ．  Ｃｈｅｎ，  Ｍ．  Ｗ．  Ｗｏｎｇ，  Ｊ．  Ｌ．  Ａｎｄｒｅｓ， Ｃ．  Ｇｏｎｚａｌｅｚ，  Ｍ．  Ｈｅａｄ−Ｇｏｒｄｏｎ，  Ｅ．  Ｓ．  Ｒｅｐｌｏｇｌｅ，  ａｎｄ  Ｊ．  Ａ．  Ｐｏｐｌｅ，  Ｇａｕｓｓｉａｎ，  Ｉｎｃ．，  Ｐｉｔｔｓｂｕｒｇｈ  ＰＡ，  １９９８．）が挙げられる。
【００５６】
上記の制限Ｈａｒｔｅｅ−Ｆｏｃｋ計算により、ホストアニオンのＳＯＭＯの軌道エネルギーＥsomo（ｈｏｓｔ）、及び、ドーパントカチオンのＳＯＭＯ＋１の軌道エネルギーＥsomo+1（ｄｏｐａｎｔ）をそれぞれ求めることにより、その軌道エネルギーの差Ｅsomo（ｈｏｓｔ）−Ｅsomo+1（ｄｏｐａｎｔ）を計算することができる。
【００５７】
vi．相対エネルギーの計算
次に、相対エネルギーΔＥT1（ｈｏｓｔ）の計算に用いる半経験的分子軌道計算について説明する。
半経験的分子軌道法とは、上記のように、分子軌道計算においてＳＣＦの近似を用いて計算を行なう場合に、計算時間のかかる積分計算を種々の実験値を使って求めたパラメータで近似することにより計算時間を短縮する方法である。
【００５８】
半経験的分子軌道法に用いるパラメータは任意であるが、例えば、ＰＭ３パラメータセットを用いることができる。
また、半経験的分子軌道法により相対エネルギーを計算する具体的方法としては、例えば、配置間相互作用法（Ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ  Ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ；略してＣＩ法。ＣＩ法に関しては “Ｍｏｄｅｒｎ  Ｑｕａｎｔｕｍ  Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ"，  Ａ．  Ｓｚａｂｏ  ａｎｄ  Ｎ．Ｓ．  Ｏｓｔｌｕｎｄ，  ＭｃＧｒａｗ−Ｈｉｌｌ  ｐｕｂｌｉｓｈｉｎｇ  ｃｏｍｐａｎｙ，  Ｎｅｗ  Ｙｏｒｋ，  １９８９を参照。）を用いることができる。このＣＩ法は、ＰＭ３パラメータセットを用いたＳＣＦ計算の結果得られた分子軌道から出発し、ＨＯＭＯからエネルギーの低い順に３個の占有軌道、及び、ＬＵＭＯからエネルギーの高い順に３個の非占有軌道を選択し、選択した合計６個の分子軌道に６個の電子を配置することにより生じる全ての電子配置を混合させることで、ＳＣＦ計算の波動関数の精度を高める方法である。
【００５９】
さらに、半経験的分子軌道法に用いる具体的な計算プログラムとしては、例えば、ＭＯＰＡＣのバージョンＭＯＰＡＣ９３を用いることができる｛ＰＭ３及びＭＯＰＡＣに関してはＪ．Ｊ．  Ｐ．  Ｓｔｅｗａｒｔ，  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｃｏｍｐｕｔｅｒ−Ａｉｄｅｄ  Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｄｅｓｉｇｎ，  ４，１（１９９０）ならびにその中の引用文献を参照｝。
【００６０】
したがって、例えばＴ1状態となったホスト材料の基底状態に対するエネルギーΔＥT1（ｈｏｓｔ）を求める場合には、上記のＣＩ法を用い、Ｔ1状態のホスト材料分子のエネルギーが安定になる分子構造を安定構造として求め、その安定状態を保ったまま、ＣＩ法による計算により基底状態のホスト材料分子のエネルギーとＴ1状態のホスト分子のエネルギーとの差を求める。これにより、相対エネルギーホスト材料のΔＥT1（ｈｏｓｔ）を求めることができる。
【００６１】
２．ホスト材料
ホスト材料は、ドーパント材料とともに発光材料を構成するものであって、ドーパント材料との関係で上記関係式１の関係を満たすもの、または、安定構造における三重項励起子の相対エネルギーΔＥT1（ｄｏｐａｎｔ）よりも、安定構造におけるホスト材料の相対エネルギーΔＥT1（ｈｏｓｔ）の方が大きいものであれば、任意の化合物を用いることができる。
【００６２】
また、ドーパント材料が５００ｎｍ以下の発光極大波長を有するものである場合には、制限Ｈａｒｔｒｅｅ−Ｆｏｃｋ法を用いた非経験的分子軌道計算によって計算したホストアニオンのＳＯＭＯの軌道エネルギーＥsomo（ｈｏｓｔ）が３．９０ｅＶ以下となる化合物であれば、任意の化合物を用いることができる。或いは、ＰＭ３パラメータセットを用いた半経験的分子軌道計算によって計算した、第１三重項励起状態の安定構造における基底状態からの相対エネルギーΔＥT1が、３．１９ｅＶ以上である化合物であれば、任意の化合物を用いることができる。
【００６３】
ホスト材料の具体例として、５００ｎｍ以下の発光極大波長を有するドーパント材料がとともに発光材料を構成するホスト材料の例を挙げると、以下に示す化合物が挙げられる。
【化３】
2005194350.tif 000005
【化４】
2005194350.tif 000006
【００６４】
【化５】
2005194350.tif 000007
【００６５】
【化６】
2005194350.tif 000008
【００６６】
上記の例示物の中でも、高いＴ1準位、低いＳＯＭＯ準位、高い酸化電位の観点から、Ｈ−１，Ｈ−４〜Ｈ−６，Ｈ−９〜Ｈ−１４，Ｈ−２５〜Ｈ−２８が好ましく、Ｈ−５，Ｈ−６，Ｈ−９〜Ｈ−１２，Ｈ−１４，Ｈ−２５〜Ｈ−２８がより好ましく、Ｈ−９，Ｈ−１０，Ｈ−１２，Ｈ−２５が更に好ましく、Ｈ−１０が最も好ましい。
【００６７】
また、ホスト材料の分子量は、通常３００以上、好ましくは４００以上、より好ましくは５００以上、また、通常４０００以下程度、好ましくは３０００以下程度、より好ましくは２０００以下である。分子量が大きすぎると昇華性が低下し、例えば蒸着による薄膜形成が困難になる傾向があり、また、合成の過程において、ＥＬ素子とした際にＥＬ素子の駆動寿命を損なう虞があり、さらに、除去が困難な不純物が生成しがちである。一方、分子量が小さすぎると、例えば昇華温度が低くなりすぎるため、やはり蒸着による薄膜形成が困難になる虞があり、融点やガラス転移点が低下して耐熱性が低下したり、あるいは容易に結晶化が起こって製膜性（アモルファス性）が低下したりする虞がある。
【００６８】
さらに、ホスト材料は、後述するＥＬ素子を形成した場合に、正孔輸送層を構成する正孔輸送物質と同種の化合物であってもよい。
また、ホスト材料は低分子材料及び高分子材料の何れであってもよく、さらに、それらの混合物であってもよい。なお、高分子材料を用いる場合には、正孔輸送性の高分子材料や電子輸送性の化合物を含有していても良いが、上述した関係式１を満たすことが望ましい。
【００６９】
なお、ホスト材料は１種を単独で用いてもよく、２種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用しても良いが、併用する場合にはすべてのホスト材料が上述した関係式１を満たすことが望ましい。
【００７０】
３．ドーパント材料
ドーパント材料としては、ＥＬ素子の発光層に含有された場合に燐光を生じさせうる化合物であれば他に制限は無く、任意の化合物を用いることができる。
【００７１】
また、例えば青色の発光をするＥＬ素子のドーパント材料としては、発光ピーク波長が５００ｎｍ以下に存在するものであれば、何ら制限されることはなく、任意の化合物を用いることができる。その好ましい例としては、下記一般式２で示される化合物が挙げられる。
Ｍ（Ｌ）m（ＳＬ）n              ・・・一般式２
【００７２】
ただし、一般式２において、ＭはＩｒ、Ｐｔ、Ａｕ及びＰｄのうちのいずれかを表わす。好ましくはＩｒまたはＰｔを表わし、より好ましくはＩｒを表わす。
また、Ｌは任意の配位子を表わす。好ましくは、青色発光性、発光効率、素子駆動寿命の観点から、化合物群（Ａ）から選ばれる２座配位子を表わす。
【化７】
2005194350.tif 000009
【００７３】
また、整数ｍは配位子Ｌの数である。通常１，２または３を表わし、好ましくは２または３を表わす。
ＳＬは任意の補助配位子を表わす。好ましくは、青色発光性、発光効率、素子駆動寿命の観点から、下記化合物群（Ｂ）から選ばれる２座配位子を表す。
【化８】
2005194350.tif 000010
【００７４】
整数ｎは補助配位子ＳＬの数である。通常０，１または２を表わし、好ましくは０または１を表わす。
さらに、金属Ｍ、配位子Ｌ、補助配位子ＳＬ及び整数ｍ，ｎは、以下の関係式３を満たすものとする。
（配位子Ｌの価数の絶対値）×ｍ＋（補助配位子ＳＬの価数の絶対値）×ｎ＝（金属Ｍの価数）      ・・・関係式３
【００７５】
なお、ｍが２以上の場合の１分子中に含まれる複数の配位子Ｌ、およびｎが２の場合の１分子中に含まれる複数の補助配位子ＳＬは同一であっても異なっていてもよい。つまり、配位子Ｌ及び補助配位子ＳＬは、同種のものを用いても良い。
さらに、１分子中に複数の配位子Ｌが含まれる場合、或いは、複数の補助配位子ＳＬが含まれる場合には、配位子Ｌ及び補助配位子ＳＬは、合成が容易であるという点では、それぞれ同種のものを用いることが好ましく、また、異なる複数の機能を併せ持つ化合物を設計できるという点、及び、色目の微調整がしやすいという点では、それぞれ異種のものを用いることが好ましい。
【００７６】
また、前記一般式２で表される化合物の分子量は、通常３００以上、好ましくは４００以上、より好ましくは５００以上、また、通常２０００以下、好ましくは１５００以下、更に好ましくは１０００以下である。分子量が大きすぎると昇華性が低下し、例えば蒸着による層形成が困難になる傾向があり、後述するようにＥＬ素子に使用する場合にＥＬ素子製造が困難になる虞がある。一方、分子量が小さすぎると、例えば昇華温度が低くなりすぎるため、やはり蒸着による層形成が困難になる虞がある。
【００７７】
表１に、一般式２で表わされるドーパント材料のうち、好ましいものの金属Ｍ、配位子Ｌ、補助配位子ＳＬ、及び数ｍ，ｎの組み合わせの具体例を挙げるが、本発明に用いるドーパント材料はこれら例示に何ら限定されるものではない。
【表１】
2005194350.tif 000011
なお、ドーパント材料は１種を単独で用いてもよく、２種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用しても良い。
【００７８】
４．ホスト材料とドーパント材料との比率
本発明の発光材料中におけるホスト材料とドーパント材料との比率について特に制限は無く、任意の比率とすることができる。ただしその比率は、ホスト材料に対するドーパント材料の量として、通常０．００１重量％以上、好ましくは０．１重量％以上、また、通常２０重量％以下、好ましくは１０重量％以下である。この範囲の上限を上回るとドーパント材料同士が２量体を形成するなど、濃度消光が起きて発光効率が低下する虞がある。また、下限を下回ると発光または発光効率の向上に寄与できない可能性があるからである。
【００７９】
II．本発明の電界発光素子
本発明のＥＬ素子は、正極と、負極と、正極及び負極の間に設けられた発光層とを備え、発光層が、上述した発光材料を含んで構成されることを特徴とする。
以下、本発明のＥＬ素子の構造の一例について、図面を参照しながら説明するが、本発明のＥＬ素子の構造は以下の図示のものに限定されるものではない。
【００８０】
図６〜８は本発明のＥＬ素子の一実施形態を模式的に示す断面図であり、１は基板、２は陽極、３は陽極バッファ層、４は正孔輸送層、５は発光層、６は正孔阻止層、７は電子輸送層、８は陰極を各々表わす。以下、図６に示すＥＬ素子を中心に説明する。
【００８１】
１．基板
基板１はＥＬ素子の支持体となるものであり、石英やガラスの板、金属板や金属箔、プラスチックフィルムやシートなどが用いられる。特にガラス板や、ポリエステル、ポリメタクリレート、ポリカーボネート、ポリスルホンなどの透明な合成樹脂の板が好ましい。
合成樹脂基板を使用する場合にはガスバリヤ性に留意する必要がある。基板のガスバリヤ性が小さすぎると、基板を通過した外気により有機ＥＬ素子が劣化する虞がある。このため、合成樹脂基板の少なくとも片面に緻密なシリコン酸化膜等を設けてガスバリヤ性を確保してもよい。
【００８２】
２．陽極
基板１上には陽極２が設けられるが、陽極２は後述する正孔輸送層４への正孔注入の役割を果たすものである。この陽極は、通常、アルミニウム、金、銀、ニッケル、パラジウム、白金等の金属、インジウムおよび／またはスズの酸化物などの金属酸化物、ヨウ化銅などのハロゲン化金属、カーボンブラック、あるいは、ポリ（３−メチルチオフェン）、ポリピロール、ポリアニリン等の導電性高分子などにより構成される。
【００８３】
陽極２の形成は通常、スパッタリング法、真空蒸着法などにより行われることが多い。また、銀などの金属微粒子、ヨウ化銅などの微粒子、カーボンブラック、導電性の金属酸化物微粒子、導電性高分子微粉末などの場合には、適当なバインダー樹脂溶液に分散し、基板１上に塗布することにより陽極２を形成することもできる。さらに、導電性高分子の場合は電解重合により直接基板１上に薄膜を形成したり、基板１上に導電性高分子を塗布して陽極２を形成することもできる（Ａｐｐｌ．  Ｐｈｙｓ．  Ｌｅｔｔ．，  ６０巻，２７１１頁，１９９２年参照）。
【００８４】
陽極２は異なる２種類以上の物質からなる層を積層して、形成することも可能である。
陽極２の厚みは、必要とする透明性により異なる。透明性が必要とされる場合は、可視光の透過率を、通常６０％以上、好ましくは８０％以上とすることが望ましく、この場合、厚みの下限は通常５ｎｍ、好ましくは１０ｎｍであり、上限は通常１０００ｎｍ、好ましくは５００ｎｍである。不透明でよい場合は陽極２の厚みは基板１と同程度でもよい。
また、さらには上記の陽極２の上に異なる導電材料を積層することも可能である。
【００８５】
３．正孔輸送層
図６に示すＥＬ素子において、陽極２の上には正孔輸送層４が設けられる。
正孔輸送層４に用いられる正孔輸送材料に要求される条件としては、陽極からの正孔注入効率が高く、かつ、注入された正孔を効率よく輸送することができる材料であることが必要である。そのためには、イオン化ポテンシャルが小さく、可視光の光に対して透明性が高く、しかも正孔移動度が大きく、さらに安定性に優れ、トラップとなる不純物が製造時や使用時に発生しにくいことが要求される。また、発光層の発光を消光するような物質を含まないことが必要とされる。
【００８６】
上記の一般的要求以外に、車載表示用の応用を考えた場合、ＥＬ素子にはさらに耐熱性が要求される。従って、ガラス転移温度Ｔｇとして７０℃以上の値を有する材料が望ましい。さらに燐光素子においては、発光層の励起三重項準位よりも発光層に隣接する正孔輸送層の励起三重項準位が低いと発光効率の低下の原因となる為、励起三重項準位は高いことが望ましい。
【００８７】
このような正孔輸送材料としては、例えば、例えば、４，４′−ビス［Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニルで代表される２個以上の３級アミンを含み２個以上の縮合芳香族環が窒素原子に置換した芳香族ジアミン（特開平５−２３４６８１号公報参照）、４，４′，４′′−トリス(１−ナフチルフェニルアミノ)トリフェニルアミン等のスターバースト構造を有する芳香族アミン化合物（Ｊ．  Ｌｕｍｉｎ．，  ７２−７４巻、９８５頁、１９９７年参照）、トリフェニルアミンの四量体から成る芳香族アミン化合物（Ｃｈｅｍ.  Ｃｏｍｍｕｎ．，  ２１７５頁、１９９６年参照）、２，２′，７，７′−テトラキス−（ジフェニルアミノ）−９，９′−スピロビフルオレン等のスピロ化合物（Ｓｙｎｔｈ.  Ｍｅｔａｌｓ，  ９１巻、２０９頁、１９９７年参照）等が挙げられる。なお、これらの化合物は、１種を単独で用いてもよく、２種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用しても良い。
【００８８】
また、上記の化合物以外にも、ポリビニルカルバゾールやポリシラン（Ａｐｐｌ.  Ｐｈｙｓ．  Ｌｅｔｔ．  ，５９巻，２７６０頁，１９９１年参照）、ポリフォスファゼン（特開平５−３１０９４９号公報参照）、ポリアミド（特開平５−３１０９４９号公報参照）、ポリビニルトリフェニルアミン（特開平７−５３９５３号公報参照）、トリフェニルアミン骨格を有する高分子（特開平４−１３３０６５号公報参照）、トリフェニルアミン単位をメチレン基等で連結した高分子（Ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ  Ｍｅｔａｌｓ，５５−５７巻，４１６３頁，１９９３年参照）、芳香族アミンを含有するポリメタクリレート（Ｊ．  Ｐｏｌｙｍ．  Ｓｃｉ．，  Ｐｏｌｙｍ．  Ｃｈｅｍ．Ｅｄ．，２１巻，９６９頁，１９８３年参照）等の高分子材料が挙げられる。
【００８９】
上記の正孔輸送材料を、塗布法あるいは真空蒸着法により前記陽極２上に積層することにより正孔輸送層４を形成する。
塗布法で形成する場合は、例えば正孔輸送材料を１種または２種以上と、必要により正孔のトラップにならないバインダー樹脂や塗布性改良剤などの添加剤とを混合し、溶解して塗布溶液を調製し、スプレー法、印刷法、スピンコート法、ディップコート法、ダイコート法などの通常のコーティング法や、インクジェット法等により陽極２上に塗布し、乾燥して正孔輸送層４を薄膜形成する。
バインダー樹脂としては、ポリカーボネート、ポリアリレート、ポリエステル等が挙げられる。バインダー樹脂は、添加量が多いと正孔移動度を低下させるので少ない方が望ましく、正孔輸送層４中の含有量で５０重量％以下が好ましい。
【００９０】
また、正孔輸送層４は、フィルム、基板、ロール等の媒体に、前述の薄膜形成方法によってあらかじめ薄膜を形成しておき、媒体上の薄膜を熱転写または圧力転写することにより薄膜形成することもできる。
正孔輸送層４を真空蒸着法にて形成する場合には、正孔輸送材料を真空容器内に設置されたるつぼに入れ、真空容器内を適当な真空ポンプで１０-4Ｐａ程度にまで排気した後、るつぼを加熱して、正孔輸送材料を蒸発させ、るつぼと向き合って置かれた、陽極２が形成された基板１上に正孔輸送層４を形成させる。
【００９１】
正孔輸送層４の膜厚の下限は、通常１ｎｍ、好ましくは５ｎｍ程度であり、上限は通常３００ｎｍ、好ましくは１００ｎｍ程度である。このように薄い膜を一様に形成するためには、一般に真空蒸着法がよく用いられる。
【００９２】
４．発光層
正孔輸送層４の上には、発光層５が設けられる。
発光層５は、上述した本発明の発光材料を含有する。本発明の発光材料のみからなる層であってもよいし、本発明の発光材料のほかに、蛍光色素や燐光色素等の発光色素、前述の正孔輸送層４または後述の正孔阻止層６および電子輸送層７の材料として挙げた各種電荷輸送性材料等の公知の電荷輸送性材料などを併用して含ませた層であってもよい。なお、本発明の発光材料に含まれるホスト材料及びドーパント材料、並びに、併用する発光色素や電荷輸送材料などの化合物は、それぞれ１種を単独で用いても良いし、２種以上を任意の組み合わせ及び比率で用いても良い。
【００９３】
上記の併用しても良い他の発光色素には特に制限が無く、公知の発光色素を任意に用いることができる。その具体例としては、例えば、ペリレン系化合物誘導体、ピレン系化合物誘導体、アントラセン系化合物誘導体、クマリン系化合物誘導体、キナクリドン系化合物誘導体、ナフタル酸系化合物誘導体等の蛍光色素や、従来の技術の項に前述した文献等に記載した各種Ｉｒ錯体をはじめ、公知の燐光色素などが挙げられる。
なお、発光色素などを併用した場合、特開２０００−１６４３６２号公報に記載されているように、併用する発光色素または本発明の発光材料に含まれるドーパント材料を、他のドーパントの発光を助ける励起エネルギー移動用のドーパントとして用いることもできる。
【００９４】
また、併用しても良い電荷輸送性材料にも特に制限は無く、公知の電荷輸送材料を任意に用いることができる。好ましいものの具体例としては、４，４′−Ｎ，Ｎ′−ジカルバゾールビフェニルなどのカルバゾール誘導体（ＷＯ  ００／７０６５５号公報参照）、２，２′，２′′−（１，３，５−ベンゼントリル）トリス［１−フェニル−１Ｈ−ベンズイミダゾール］（Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，７８巻，１６２２頁，２００１参照）、ポリビニルカルバゾール（特開２００１−２５７０７６号公報参照）等が挙げられる。
【００９５】
さらに、ドーパント材料がドープされる領域は、発光層５の、層全体であってもその一部分であってもよく、各層の膜厚方向において均一にドープされても、膜厚方向において濃度分布があっても構わない。
また、ドーパント材料の発光層へのドープは、前述した正孔輸送層４または後述する正孔阻止層６および電子輸送層７の形成方法と同様に、塗布法あるいは真空蒸着法などにて行われる発光層形成時に行なわれる。
【００９６】
塗布法の場合は、発光層形成用の塗布溶液中に、ドーパント材料や、必要に応じてこれと併用される他の蛍光色素などを含有させ、前述した正孔輸送層４または後述する電子輸送層７と同様に形成することができる。
また、真空蒸着法の場合には、例えば、ホスト材料とドーパント材料とを別のるつぼに入れて、これらを共蒸着させたり、発光材料、即ちホスト材料及びドーパント材料を予め所定比で混合し、同一のるつぼを用いて蒸発させてもよい。
これらの層形成方法のうち、通常は真空蒸着法が用いられる。
なお、発光層５の膜厚の下限は、通常１ｎｍ以上、好ましくは５ｎｍ以上程度であり、上限は通常３００ｎｍ以下、好ましくは１００ｎｍ以下程度である。
【００９７】
５．正孔阻止層
図６に示す構造の有機ＥＬ素子において、発光層５の上には正孔阻止層６が設けられる。
正孔阻止層６は発光層５の上に、発光層５の陰極側の界面に接するように積層され、発光層５から移動してくる正孔が陰極８に到達するのを阻止し、陰極８から注入された電子を効率よく発光層５の方向に輸送することができる化合物（正孔阻止材料）より形成される。また、発光層５で再結合によって生成するエキシトンを発光層内に閉じこめるために、発光層を形成する材料（本発明の発光材料など）よりは広いバンドギャップを有することが必要である。この場合のバンドギャップは、電気化学的に決定される酸化電位−還元電位の差、または、光吸収端から求められる。正孔阻止層は電荷キャリアとエキシトンの両方を発光層内に閉じこめて、発光効率を向上させる機能を有する。
【００９８】
このような条件を満たす正孔阻止材料として、好ましくは、下記一般式４で表わされる混合配位子錯体が挙げられる。
【化９】
2005194350.tif 000012
【００９９】
一般式４中、Ｒ11〜Ｒ16は、それぞれ独立に、水素原子または任意の置換基を表わす。Ｑ3はアルミニウム、ガリウム、インジウムから選ばれる金属原子を表わす。Ｙ1は以下の一般式４−１、一般式４−２、一般式４−３のいずれかで表わされる基を表わす。
【０１００】
【化１０】
2005194350.tif 000013
【化１１】
2005194350.tif 000014
【化１２】
2005194350.tif 000015
【０１０１】
上記一般式４−１、一般式４−２、及び一般式４−３中、Ａｒ21〜Ａｒ25は、置換基を有していても良い芳香族炭化水素環基または置換基を有していても良い芳香族複素環基を表わし、Ｙ2はシリコンまたはゲルマニウムを表わす。
【０１０２】
さらに、一般式４において、Ｒ11〜Ｒ16は各々独立に水素原子または任意の置換基を表す。具体例としては、水素原子；塩素、臭素等のハロゲン原子；メチル基、エチル基等の炭素数１〜６のアルキル基；ベンジル基等のアラルキル基；ビニル基等の炭素数２〜６のアルケニル基；シアノ基；アミノ基；アシル基；メトキシ基、エトキシ基等の炭素数１〜６のアルコキシ基；メトキシカルボニル基、エトキシカルボニル基等の炭素数２〜６のアルコキシカルボニル基；カルボキシル基；フェノキシ基、ベンジルオキシ基などのアリールオキシ基；ジエチルアミノ基、ジイソプロピルアミノ基等のアルキルアミノ基；ジベンジルアミノ基、ジフェネチルアミノ基などのアラルキルアミノ基；トリフルオロメチル基等のハロアルキル基；水酸基；フェニル基、ナフチル基等の芳香族炭化水素環基；チエニル基、ピリジル基等の芳香族複素環基が挙げられる。
【０１０３】
前記の芳香族炭化水素環基および芳香族複素環基はさらに置換基を有していてもよい。芳香族炭化水素環基および芳香族複素環基が有しうる置換基としては、例えば、フッ素原子等のハロゲン原子；メチル基、エチル基等の炭素数１〜６のアルキル基；ビニル基等の炭素数２〜６のアルケニル基；メトキシカルボニル基、エトキシカルボニル基等の炭素数２〜６のアルコキシカルボニル基；メトキシ基、エトキシ基等の炭素数１〜６のアルコキシ基；フェノキシ基、ベンジルオキシ基などのアリールオキシ基；ジメチルアミノ基、ジエチルアミノ基等のアルキルアミノ基；アセチル基等のアシル基；トリフルオロメチル基等のハロアルキル基；シアノ基等が挙げられる。
【０１０４】
中でも、Ｒ11〜Ｒ16として好ましくは水素原子、アルキル基、ハロゲン原子またはシアノ基が挙げられる。またＲ14としては、シアノ基が特に好ましい。
さらに、一般式４中、Ａｒ21〜Ａｒ25として、具体的には、フェニル基、ビフェニル基、ナフチル基等の芳香族炭化水素環基またはチエニル基、ピリジル基等の芳香族複素環基が挙げられる。中でも５員環、６員環、５員環および／または６員環が２個または３個縮合したもの、あるいはこれらが直接結合で２個または３個結合したものが好ましい。芳香族炭化水素環基と芳香族複素環基では、芳香族炭化水素環基が好ましい。
【０１０５】
なおＡｒ21〜Ａｒ25はさらに置換基を有していてもよい。Ａｒ21〜Ａｒ25が有しうる置換基としては、例えばＲ11〜Ｒ16が芳香族炭化水素環基または芳香族複素環基の場合に有しうる置換基として、前述したものと同様の基が挙げられる。
【０１０６】
以下に、前記一般式４で表わされる化合物の好ましい具体例を以下に示すが、これらに限定するものではない。
【化１３】
2005194350.tif 000016
【０１０７】
【化１４】
2005194350.tif 000017
【０１０８】
また、正孔阻止材料としては、前記一般式４の混合配位子錯体の他に、以下の構造式で示される１，２，４−トリアゾール環残基を少なくとも１個有する化合物も用いることができる。
【化１５】
2005194350.tif 000018
【０１０９】
上記構造式で表わされる１，２，４−トリアゾール環残基を少なくとも１個有する化合物の具体例を以下に示すが、これらに限定されるものではない。なお、以下の構造式において、ｔ−Ｂｕ−は３級ブチル基を表わし、Ｅｔ−はエチル基を表わす。
【０１１０】
【化１６】
2005194350.tif 000019
【０１１１】
なお、上記構造式中には記載していないが、これらの１，２，４−トリアゾール環残基を少なくとも１個有する化合物におけるベンゼン環およびナフタレン環は、更に置換基を有していても良い。その置換基としては、例えば一般式４におけるＲ11〜Ｒ16が芳香族炭化水素環基または芳香族複素環基である場合に有しうる置換基として、前述したものと同様の基が挙げられる。
【０１１２】
さらに、正孔阻止材料として、以下の構造式で示されるフェナントロリン環を少なくとも１個有する化合物も用いることができる。
【化１７】
2005194350.tif 000020
【０１１３】
上記構造式で表わされるフェナントロリン環を少なくとも１個有する化合物の具体例を以下に示すが、これらに限定されるものではない。
【化１８】
2005194350.tif 000021
【０１１４】
これらのフェナントロリン環を少なくとも１個有する化合物についても、前記１，２，４−トリアゾール環残基を有する化合物の場合と同様、ベンゼン環およびナフタレン環は、更に置換基を有していても良い。その置換基としては、例えば一般式４におけるＲ11〜Ｒ16が芳香族炭化水素環基または芳香族複素環基である場合に有しうる置換基として、前述したものと同様の基が挙げられる。
【０１１５】
また、正孔阻止材料として、以下の構造式５で表わされる、２，４，６位が置換されたピリジン環を少なくとも１個有する化合物も用いることができる。
【化１９】
2005194350.tif 000022
【０１１６】
構造式５中、Ｒ41、Ｒ42およびＲ43は、各々独立に、水素原子または任意の置換基を表わす。連結基Ｑはｎ′価の連結基を表し、ピリジン環と連結基Ｑはピリジン環の２〜６位のいずれか１つと直接結合している。また、ｎ′は１〜８の整数である。なお、Ｒ41、Ｒ42およびＲ43となりうる置換基としては、例えば一般式４におけるＲ11〜Ｒ16が芳香族炭化水素環基または芳香族複素環基である場合に有しうる置換基として、前述したものと同様の基が挙げられる。
【０１１７】
上記構造式５で表わされる、２，４，６位が置換されたピリジン環を少なくとも１個有する化合物の具体例を以下に示すが、これらに限定されるものではない。
【化２０】
2005194350.tif 000023
【０１１８】
なお、上述した各々の正孔阻止材料は、１種を単独で用いてもよく、２種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用しても良い。
また、正孔阻止層６の膜厚の上限は通常１００ｎｍ以下、好ましくは５０ｎｍ以下であり、下限は通常０．３ｎｍ以上、好ましくは０．５ｎｍ以上である。正孔阻止層６も正孔輸送層４や電子輸送層７と同様の方法で形成することができるが、通常は真空蒸着法が用いられる。
【０１１９】
６．陰極
陰極８は、正孔阻止層６およびまたは後述する電子輸送層７を介して発光層５に電子を注入する役割を果たす。陰極８として用いられる材料は、前記陽極２に使用される材料から選択することが可能であるが、効率よく電子注入を行うには、仕事関数の低い金属が好ましく、スズ、マグネシウム、インジウム、カルシウム、アルミニウム、銀等の適当な金属またはそれらの合金が用いられる。具体例としては、マグネシウム−銀合金、マグネシウム−インジウム合金、アルミニウム−リチウム合金等の低仕事関数合金電極が挙げられる。
【０１２０】
陰極８の膜厚は通常、陽極２と同様である。低仕事関数金属から成る陰極を保護する目的で、この上にさらに、仕事関数が高く大気に対して安定な金属層を積層することはＥＬ素子の安定性を増すため、好ましい。この目的のために、アルミニウム、銀、銅、ニッケル、クロム、金、白金等の金属が使われる。
【０１２１】
陰極からの電子注入を効率的に行なうことを目的として、図７および図８に示す如く、正孔阻止層６と陰極８の間には電子輸送層７が設けられる。
電子輸送層７に用いられる電子輸送材料としては、陰極８からの電子注入効率が高く、かつ、注入された電子を効率よく正孔輸送層４の方向へ輸送することができることが必要である。そのためには、電子親和力が大きく、しかも電子移動度が大きく、さらに安定性に優れトラップとなる不純物が製造時や使用時に発生しにくい化合物であることが要求される。
【０１２２】
このような条件を満たす材料としては、８−ヒドロキシキノリンのアルミニウム錯体などの金属錯体（特開昭５９−１９４３９３号公報参照）、１０−ヒドロキシベンゾ［ｈ］キノリンの金属錯体、オキサジアゾール誘導体、ジスチリルビフェニル誘導体、シロール誘導体、３−または５−ヒドロキシフラボン金属錯体、ベンズオキサゾール金属錯体、ベンゾチアゾール金属錯体、トリスベンズイミダゾリルベンゼン（米国特許第５，６４５，９４８号参照）、キノキサリン化合物（特開平６−２０７１６９号公報参照）、フェナントロリン誘導体（特開平５−３３１４５９号公報参照）、２−ｔ−ブチル−９，１０−Ｎ，Ｎ′−ジシアノアントラキノンジイミン、ｎ型水素化非晶質炭化シリコン、ｎ型硫化亜鉛、ｎ型セレン化亜鉛等が挙げられる。
【０１２３】
また、上述のような電子輸送材料に、アルカリ金属をドープする（特開平１０−２７０１７１号公報、特願２０００−２８５６５６号、特願２０００−２８５６５７号などに記載）ことにより、電子輸送性が向上するため好ましい。
さらに、電子輸送層７の膜厚は、通常下限は１ｎｍ以上、好ましくは５ｎｍ以上程度であり、上限は通常３００ｎｍ以下、好ましくは１００ｎｍ以下程度である。
なお、電子輸送層も正孔輸送層と同様の方法で形成することができるが、通常は真空蒸着法が用いられる。
【０１２４】
また、正孔注入の効率をさらに向上させ、かつ、有機層全体の陽極２への付着力を改善させる目的で、図８に示す如く、正孔輸送層４と陽極２との間に陽極バッファ層３を挿入することも行なわれている。陽極バッファ層３を挿入することで、初期のＥＬ素子の駆動電圧が下げると同時に、ＥＬ素子を定電流で連続駆動した時の電圧上昇も抑制される効果が得られる。
【０１２５】
陽極バッファ層３に用いられる材料に要求される条件としては、陽極２とのコンタクトがよく均一な薄膜が形成でき、熱的に安定、すなわち、融点及びガラス転移温度Ｔｇが高く、融点としては３００℃以上、ガラス転移温度Ｔｇとしては１００℃以上が要求される。さらに、イオン化ポテンシャルが低く陽極２からの正孔注入が容易なこと、正孔移動度が大きいことが挙げられる。
【０１２６】
この条件を満たすために、陽極バッファ層３の材料として、これまでにポルフィリン誘導体やフタロシアニン化合物（特開昭６３−２９５６９５号公報参照）、ヒドラゾン化合物、アルコキシ置換の芳香族ジアミン誘導体、ｐ−（９−アントリル）−Ｎ，Ｎ′−ジ−ｐ−トリルアニリン、ポリチエニレンビニレンやポリ−ｐ−フェニレンビニレン、ポリアニリン（Ａｐｐｌ．  Ｐｈｙｓ．  Ｌｅｔｔ．，  ６４巻、１２４５頁，１９９４年参照）、ポリチオフェン（ＯｐｔｉｃａｌＭａｔｅｒｉａｌｓ，  ９巻、１２５頁、１９９８年参照）、スターバスト型芳香族トリアミン（特開平４−３０８６８８号公報参照）等の有機化合物や、スパッタ・カーボン膜（Ｓｙｎｔｈ．  Ｍｅｔ．，  ９１巻、７３頁、１９９７年参照）や、バナジウム酸化物、ルテニウム酸化物、モリブデン酸化物等の金属酸化物（Ｊ．Ｐｈｙｓ．  Ｄ，  ２９巻、２７５０頁、１９９６年参照）が報告されている。
【０１２７】
また、正孔注入・輸送性の低分子有機化合物と電子受容性化合物を含有する層（特開平１１−２５１０６７号公報、特開２０００−１５９２２１号公報等に記載）や、芳香族アミノ基等を含有する非共役系高分子化合物に、必要に応じて電子受容性化合物をドープしてなる層（特開平１１−１３５２６２号公報、特開平１１−２８３７５０号公報、特開２０００−３６３９０号公報、特開２０００−１５０１６８号公報、特開平２００１−２２３０８４号公報、およびＷＯ９７／３３１９３号公報などに記載）、またはポリチオフェン等の導電性ポリマーを含む層（特開平１０−９２５８４号公報参照）なども挙げられる。
【０１２８】
上記陽極バッファ層材料としては、低分子・高分子いずれの化合物を用いることも可能である。
低分子化合物のうち、よく使用されるものとしては、ポルフィン化合物またはフタロシアニン化合物が挙げられる。これらの化合物は中心金属を有していてもよいし、無金属のものでもよい。これらの化合物の好ましい例としては、ポルフィン、５，１０，１５，２０−テトラフェニル−２１Ｈ，２３Ｈ−ポルフィン、５，１０，１５，２０−テトラフェニル−２１Ｈ，２３Ｈ−ポルフィンコバルト（II）、５，１０，１５，２０−テトラフェニル−２１Ｈ，２３Ｈ−ポルフィン銅（II）、５，１０，１５，２０−テトラフェニル−２１Ｈ，２３Ｈ−ポルフィン亜鉛（II）、５，１０，１５，２０−テトラフェニル−２１Ｈ，２３Ｈ−ポルフィンバナジウム（IV）オキシド、５，１０，１５，２０−テトラ（４−ピリジル）−２１Ｈ，２３Ｈ−ポルフィン２９Ｈ，３１Ｈ−フタロシアニン銅（II）、フタロシアニン亜鉛（II）、フタロシアニンチタン、フタロシアニンオキシドマグネシウム、フタロシアニン鉛、フタロシアニン銅（II）、４，４′４′′，４′′′−テトラアザ−２９Ｈ，３１Ｈ−フタロシアニンなどが挙げられる。
【０１２９】
陽極バッファ層の場合も、低分子化合物の場合は、前述の正孔輸送層と同様にして薄膜形成可能であるが、無機物の場合には、さらに、スパッタ法や電子ビーム蒸着法、プラズマＣＶＤ法が用いられる。
以上の様にして、低分子化合物を用いて形成される陽極バッファ層３の膜厚の下限は、通常３ｎｍ、好ましくは１０ｎｍ程度であり、上限は通常１００ｎｍ、好ましくは５０ｎｍ程度である。
【０１３０】
一方、高分子化合物を用いる場合は、例えば、前記高分子化合物や電子受容性化合物、さらに必要により、正孔のトラップとならない、バインダー樹脂やレベリング剤等の塗布性改良剤などの添加剤を混合し溶解した塗布溶液を調整し、スプレー法、印刷法、スピンコート法、ディップコート法、ダイコート法などの通常のコーティング法や、インクジェット法等により陽極２上に塗布し、乾燥することにより陽極バッファ層３を薄膜形成することができる。
【０１３１】
バインダー樹脂としては、ポリカーボネート、ポリアリレート、ポリエステル等が挙げられる。バインダー樹脂は該層中の含有量が多いと正孔移動度を低下させる虞があるので、少ない方が望ましく、５０重量％以下が好ましい。
また、フィルム、支持基板、ロール等の媒体に、前述の薄膜形成方法によってあらかじめ薄膜を形成しておき、媒体上の薄膜を、陽極２上に熱転写または圧力転写することにより、薄膜形成することも出来る。
以上の様にして、高分子化合物を用いて形成される陽極バッファ層３の、膜厚の下限は通常５ｎｍ以上、好ましくは１０ｎｍ以上程度であり、上限は通常１０００ｎｍ以下、好ましくは５００ｎｍ以下程度である。
【０１３２】
以上、図６に示す層構成の素子を中心に説明してきたが、本発明のＥＬ素子における陽極・陰極と発光層との間には、その性能を損なわない限り、上記説明にある層の他にも、任意の層を有していてもよく、また発光層以外の任意の層を省略してもよい。
尚、図６とは逆の構造、すなわち、基板１上に陰極８、電子輸送層７、発光層５、正孔輸送層４、陽極２の順に積層することも可能であり、既述したように少なくとも一方が透明性の高い２枚の基板の間に本発明のＥＬ素子を設けることも可能である。同様に、図７および図８に示した前記各層構成とは逆の構造に積層することも可能である。
【０１３３】
さらには、図６に示す層構成を複数段重ねた構造（発光ユニットを複数積層させた構造）とすることも可能である。その際には段間（発光ユニット間）の界面層（陽極がＩＴＯ、陰極がＡｌの場合はその２層）の代わりに、例えばＶ2Ｏ5等を電荷発生層（ＣＧＬ）として用いると段間の障壁が少なくなり、発光効率・駆動電圧の観点からより好ましい。
【０１３４】
なお、本発明のＥＬ素子は、単一の素子、アレイ状に配置された構造からなる素子、陽極と陰極がＸ−Ｙマトリックス状に配置された構造を有する素子のいずれであってもよい。
本発明のＥＬ素子によれば、高い発光効率を得ることができ、特に、５００ｎｍ以下の発光波長において高い発光効率を有する発光素子を得ることができる。
【実施例】
【０１３５】
以下、本発明を実施例によって更に具体的に説明するが、本発明はその要旨を逸脱しない限り、以下の実施例の記載に限定されるものではない。
【０１３６】
＜実施例１＞
（１）軌道エネルギー差Ｅsomo（ｈｏｓｔ）−Ｅsomo+1（ｄｏｐａｎｔ）の計算
ホスト材料として、上記の例示化合物Ｈ−１０を用いた。上記のホスト材料Ｈ−１０がアニオン化したホストアニオンに関して、非経験的分子軌道計算（基底関数系としてＬａｎＬ２ＭＢを用いた開殻系の非制限Ｈａｒｔｒｅｅ−Ｆｏｃｋ計算。以下適宜、「ＲＯＨＦ／ＬａｎＬ２ＭＢ計算」という）による構造最適化計算を行ない、安定構造におけるＳＯＭＯの軌道エネルギーＥsomo（ｈｏｓｔ）を計算した。結果を表２に示す。
【０１３７】
ホスト材料Ｈ−１０と組み合わせるドーパント材料として、下記の構造を有する化合物Ｄ−１を選択した。ドーパント材料Ｄ−１がカチオン化したドーパントカチオンに関して、ＲＯＨＦ／ＬａｎＬ２ＭＢ計算による構造最適化計算を行ない、安定構造におけるＳＯＭＯ＋１の軌道エネルギーＥsomo+1（ｄｏｐａｎｔ）を計算した。
【化２１】
2005194350.tif 000024
【０１３８】
計算したホストアニオンのＳＯＭＯの軌道エネルギーＥsomo（ｈｏｓｔ）と、ドーパントカチオンのＳＯＭＯ＋１の軌道エネルギーＥsomo+1（ｄｏｐａｎｔ）とから、励起子生成エネルギー差Ｅsomo（ｈｏｓｔ）−Ｅsomo+1（ｄｏｐａｎｔ）を計算した。結果を表２に示す。
【０１３９】
（２）ホスト材料の相対エネルギーΔＥT1（ｈｏｓｔ）の計算
上記のホスト材料Ｈ−１０に関して、半経験的分子軌道計算（ＰＭ３法）を用いて、Ｔ1状態の安定構造における基底状態に対する相対エネルギーΔＥT1（ｈｏｓｔ）を計算した。結果を表２に示す。
【０１４０】
（３）ホスト材料の合成
以下の化学反応式に示す反応により、ＥＬ素子のホスト材料とする例示化合物Ｈ−１０を合成した。以下、具体的操作を説明する。
【化２２】
2005194350.tif 000025
【０１４１】
窒素雰囲気下、水素化ナトリウム（５５％，２．４ｇ）の無水ＤＭＦ（８０ｍｌ）懸濁液に、カルバゾール（９．２ｇ）の無水ＤＭＦ（８０ｍｌ）溶液を１５分かけて滴下し、５０℃で４５分撹拌した後、氷浴中、１，２，３，４，５−ペンタフルオロトルエン（１．８ｇ）を滴下し、氷浴中で１０分、５０℃で１５分、８０℃で２５分、１００℃で１５分、１２０℃で４０分、加熱還流下で３時間撹拌した。
【０１４２】
これを室温まで冷却後、沈殿を濾別し、メタノールで洗浄後、水（２００ｍｌ）に分散させてから沸騰洗浄し、目的物（６．６ｇ）を得た。また、先の濾液（ＤＭＦ溶液）と洗液（メタノール溶液）との混合物から析出した沈殿を濾過、水（２００ｍｌ）に分散させてから沸騰洗浄し、目的物（２．１ｇ）を得た。この目的物の気化温度を測定したところ、気化温度は５１２℃であった。
【０１４３】
得られた目的物を、1Ｈ−ＮＭＲ及びＤＥＩ−ＭＳによって分析した。結果を以下に示す。分析の結果、得られた目的物が例示化合物Ｈ−１０であることが確認された。
1H-NMR(270MHz, CDCl3), 7.75(dd, 4H), 7.33-7.27(m, 8H), 7.18(dd, 8H), 7.12-7.03(m, 8H), 6.75-6.61(m, 12H), 2.04(s, 3H)
DEI-MS m/z = 917(M+)
【０１４４】
（４）酸化電位の測定
ＳＣＥを参照電極として、サイクリックボルタンメトリーでホスト材料Ｈ−１０及びドーパント材料Ｄ−１の酸化電位を測定し、その結果から、ホスト材料Ｈ−１０の酸化電位Ｏｐ(ｈｏｓｔ)とドーパント材料Ｄ−１の酸化電位Ｏｐ(ｄｏｐａｎｔ)との差Ｏｐ（ｈｏｓｔ）−Ｏｐ（ｄｏｐａｎｔ）を算出した。
【０１４５】
（５）発光素子の作製
図８に示す構造を有する有機ＥＬ素子を以下の方法で作製した。
ガラス基板１の上にインジウム・スズ酸化物（ＩＴＯ）透明導電膜２を１５０ｎｍ堆積したＩＴＯ基板（スパッター成膜品；シート抵抗１５Ω）を、フォトリソグラフィと塩酸エッチングを用いて２ｍｍ幅のストライプ状にパターニングし、陽極を形成した。
パターン形成した陽極（ＩＴＯ基板）を、アセトンによる超音波洗浄、純水による水洗、イソプロピルアルコールによる超音波洗浄の順で洗浄後、窒素ブローで乾燥させ、最後に紫外線オゾン洗浄を行なった。
【０１４６】
陽極バッファ層３の材料として、下記構造を有する、芳香族アミノ基を有する非共役系高分子化合物ＰＢ−１と、電子受容性化合物Ａ−１とを用いた。
【化２３】
2005194350.tif 000026
【化２４】
2005194350.tif 000027
【０１４７】
非共役系高分子化合物ＰＢ−１及び電子受容性化合物Ａ−１を、以下の条件で陽極上にスピンコートした。
溶媒                            安息香酸エチル
塗布液濃度                      ２［重量％］
ＰＢ−１：Ａ−１（重量比）      １０：１
スピナ回転数                    １５００［ｒｐｍ］
スピナ回転時間                  ３０［秒］
乾燥条件                        １００℃１時間
上記のスピンコートにより、膜厚３０ｎｍの均一な薄膜（陽極バッファ層）が形成された。
【０１４８】
次に、陽極バッファ層を成膜した基板を真空蒸着装置内に設置した。真空蒸着装置の粗排気を油回転ポンプにより行なった後、真空蒸着装置内の真空度が１．４×１０-4Ｐａ以下になるまでクライオポンプを用いて排気した。
真空蒸着装置内に配置されたセラミックるつぼに、正孔輸送材料として上記のホスト材料Ｈ−１を入れ、るつぼの周囲のタンタル線ヒーターでるつぼを加熱して蒸着を行なった。この時のるつぼの温度は、３１５℃〜３２９℃の範囲で制御した。蒸着時の真空度１．５×１０-4Ｐａ、蒸着速度０．１７ｎｍ／秒で、膜厚６０ｎｍの正孔輸送層４を得た。
【０１４９】
引続き、ホスト材料（カルバゾール誘導体）Ｈ−１０と、ドーパント材料（有機イリジウム錯体）Ｄ−１とを別々のセラミックるつぼに入れ、２元同時蒸着法により成功輸送層４上に成膜を行なった。
ホスト材料Ｈ−１０のるつぼ温度は３２４℃〜３３０℃、ドーパント材料Ｄ−１のるつぼ温度は２６３℃〜２６５℃の範囲にそれぞれ制御し、蒸着速度０．０８ｎｍ／秒で膜厚３０ｎｍ、ドーパント材料の含有率５重量％の発光層５を、正孔輸送層４の上に積層した。なお、蒸着時の真空度は１．５×１０-4Ｐａ、基板温度は室温とした。
【０１５０】
続いて、下記構造を有する混合配位子錯体ＨＢ−１をセラミックるつぼに入れ、発光層５の上に成膜を行なった。
【化２５】
2005194350.tif 000028
るつぼ温度は１８６℃〜１８８℃の範囲で制御し、蒸着速度０．１０ｎｍ／秒で、膜厚１０ｎｍの正孔阻止層６を積層した。なお、蒸着時の真空度は１．０×１０-4Ｐａ、基板温度は室温とした。
【０１５１】
次いで、下記構造を有するアルミニウムの８−ヒドロキシキノリン錯体ＥＴ−１をセラミックるつぼに入れ、正孔阻止層６上に成膜を行なった。
【化２６】
2005194350.tif 000029
るつぼ温度は２８５〜３００℃の範囲で制御し、蒸着速度０．１３ｎｍ／秒で、膜厚３５ｎｍの電子輸送層７を積層した。なお、蒸着時の真空度は８．６×１０-5Ｐａ、基板温度は室温とした。
【０１５２】
ここで、電子輸送層６までの蒸着を行なったＥＬ素子を、一度真空蒸着装置内より大気中に取り出した。２ｍｍ幅のストライプ状シャドーマスクを、陰極蒸着用のマスクとして、陽極２のＩＴＯストライプとは直交するようにＥＬ素子に密着させた後、ＥＬ素子を別の真空蒸着装置内に設置し、有機層（成功輸送層、発光層、正孔阻止層、電子輸送層）と同様に、真空蒸着装置内の真空度が２．０×１０-6Ｔｏｒｒ（約２．７×１０-4Ｐａ）以下になるまでクラインポンプで排気した。
【０１５３】
陰極８として、まず、フッ化リチウム（ＬｉＦ）をモリブデンボートで加熱して、蒸着速度０．０１ｎｍ／秒、真空度２．４×１０-6Ｔｏｒｒ（約３．２×１０-4Ｐａ）で、電子輸送層７の上に膜厚０．５ｎｍとなるように成膜した。
次に、アルミニウムを、同様にモリブデンボートにより加熱して、蒸着速度０．４０ｎｍ／秒、真空度４．０×１０-6Ｔｏｒｒ〜１０．０×１０-6Ｔｏｒｒ（約５．３×１０-4Ｐａ〜１３．３×１０-4Ｐａ）で、ＬｉＦ層の上に膜厚８０ｎｍのアルミニウム層を形成して陰極８を完成させた。
なお、以上の２層型陰極８の蒸着時の基板温度は室温に保持した。
【０１５４】
以上の様にして、２ｍｍ×２ｍｍのサイズの発光面積部分を有する有機ＥＬ素子が得られた。
この有機ＥＬ素子に電圧を印加し、発光開始電圧、最大発光輝度、発光特性、及び、発光スペクトルの最大波長を測定した結果を表２に示す。なお、表２において、発光開始電圧は輝度１ｃｄ／ｍ2での値を示し、最大発光輝度は電流密度０．２５Ａ／ｃｍ2での値を示し、発光効率、輝度／電流、及び、電圧はそれぞれ輝度１００ｃｄ／ｍ2での値を示す。
【０１５５】
（比較例１）
ホスト材料として例示化合物Ｈ−１０に代えて上記例示化合物Ｈ−１を用いた他は、実施例１と同様にして、ホストアニオンの安定構造におけるＳＯＭＯの軌道エネルギーＥsomo（ｈｏｓｔ）、励起子生成エネルギー差Ｅsomo（ｈｏｓｔ）−Ｅsomo+1（ｄｏｐａｎｔ）、及び、ホスト材料Ｈ−１の相対エネルギーΔＥT1（ｈｏｓｔ）を計算し、ホスト材料Ｈ−１の酸化電位Ｏｐ(ｈｏｓｔ)とドーパント材料の酸化電位Ｏｐ(ｄｏｐａｎｔ)との差Ｏｐ（ｈｏｓｔ）−Ｏｐ（ｄｏｐａｎｔ）を測定し、また、ＥＬ素子を作製してそのＥＬ素子の発光効率を測定した。結果を表２に示す。
【０１５６】
（比較例２）
ホスト材料として例示化合物に代えて上記例示化合物Ｈ−３を用いた他は、実施例１と同様にして、ホストアニオンの安定構造におけるＳＯＭＯの軌道エネルギーＥsomo（ｈｏｓｔ）、励起子生成エネルギー差Ｅsomo（ｈｏｓｔ）−Ｅsomo+1（ｄｏｐａｎｔ）、及び、ホスト材料Ｈ−３の相対エネルギーΔＥT1（ｈｏｓｔ）を計算し、ホスト材料Ｈ−３の酸化電位Ｏｐ(ｈｏｓｔ)とドーパント材料の酸化電位Ｏｐ(ｄｏｐａｎｔ)との差Ｏｐ（ｈｏｓｔ）−Ｏｐ（ｄｏｐａｎｔ）を測定し、また、ＥＬ素子を作製してそのＥＬ素子の発光効率を測定した。結果を表２に示す。
【０１５７】
【表２】
2005194350.tif 000030
【０１５８】
実施例１及び比較例１，２のＥＬ素子はいずれも、その発光スペクトルの極大波長が５００ｎｍ以下であるので、観測された発光はすべてドーパント材料Ｄ−１からのものと同定された。
表２より明らかなように、本発明の発光材料を用いた実施例１のＥＬ素子は、他の比較例１，２のＥＬ素子に比べ、発光開始電圧が低く、また、輝度／電流の値が高い。このことから、従来よりも少ない電気エネルギーによって発光をさせることができることが確認された。また、表２より、実施例１のＥＬ素子は、他の比較例１，２のＥＬ素子に比べ、発光効率が高いことが確認された。
【産業上の利用可能性】
【０１５９】
本発明の発光材料、ホスト材料、及び、ＥＬ素子は、フラットパネル・ディスプレイ（例えば、ＯＡコンピュータ用や壁掛けテレビ）、車載表示素子、携帯電話表示や面発光体としての特徴を活かした光源（例えば、複写機の光源、液晶ディスプレイや計器類のバックライト光源）、表示板、標識灯など、産業上の様々な分野において広く用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【０１６０】
【図１】本発明の発光材料をＥＬ素子の発光層に用いた場合の発光メカニズムについて、その分子軌道エネルギーを説明するためのエネルギー相関図である。
【図２】本発明の発光材料をＥＬ素子の発光層に用いた場合の発光メカニズムについて、その分子軌道エネルギーを説明するためのエネルギー相関図である。
【図３】本発明の発光材料をＥＬ素子の発光層に用いた場合の発光メカニズムについて、その分子軌道エネルギーを説明するためのエネルギー相関図である。
【図４】本発明の発光材料をＥＬ素子の発光層に用いた場合の、ホストアニオンのＳＯＭＯの軌道エネルギーＥsomo（ｈｏｓｔ）と、ドーパントカチオンのＳＯＭＯ＋１の軌道エネルギーＥsomo+1（ｄｏｐａｎｔ）との差Ｅsomo（ｈｏｓｔ）−Ｅsomo+1（ｄｏｐａｎｔ）を表わすエネルギー相関図である。
【図５】本発明の発光材料において、安定構造における三重項励起子の相対エネルギーΔＥT1（ｄｏｐａｎｔ）と、安定構造におけるホスト材料の相対エネルギーΔＥT1（ｈｏｓｔ）との関係を表わすエネルギー相関図である。
【図６】本発明のＥＬ素子の実施の形態の一例を示した模式的断面図である。
【図７】本発明のＥＬ素子の実施の形態の別の例を示した模式的断面図である。
【図８】本発明のＥＬ素子の実施の形態の別の例を示した模式的断面図である。
【符号の説明】
【０１６１】
１  基板
２  陽極
３  陽極バッファ層
４  正孔輸送層
５  発光層
６  正孔阻止層
７  電子輸送層
８  陰極
【図１】
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【図２】
2005194350.tif 000032
【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】
2005194350.tif 000037
【図８】
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