(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の電極間に発光層を含む有機化合物薄膜層を形成してなり、発光層と陽極の間に正孔輸送層を有し、発光層と陰極の間に電子輸送層を有し、電子輸送層と発光層の間には正孔阻止層を有しない有機電界発光素子であって、発光層に、ホスト材料として下記一般式（III）で表わされる化合物を、ゲスト材料としてルテニウム、ロジウム、パラジウム、銀、レニウム、オスミウム、イリジウム、白金及び金から選ばれる少なくとも一つの金属を含む有機金属錯体を含有することを特徴とする有機電界発光素子。
【化１】
0004545741.tif 000019
式中、R1〜R16は各々独立に、水素原子、アルキル基、アラルキル基、アルケニル基、シアノ基、アミノ基、アミド基、アルコキシカルボニル基、カルボキシル基、アルコキシ基又は置換基を有していてもよい芳香族基を示す。
【請求項２】
ゲスト材料が、緑色燐光発光性のトリス(2-フェニルピリジン)イリジウム錯体である請求項１記載の有機電界発光素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は有機電界発光素子（以下、有機ＥＬ素子という）に関するものであり、詳しくは、有機化合物からなる発光層に電界をかけて光を放出する薄膜型デバイスに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
有機材料を用いた電界発光素子の開発は、電極からの電荷注入効率向上を目的として電極の種類の最適化し、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アルミニウム錯体（以下、Alq3という）からなる発光層とを電極間に薄膜として設けた素子の開発により、従来のアントラセン等の単結晶を用いた素子と比較して大幅な発光効率の改善がなされたことから、自発光・高速応答性といったと特徴を持つ高性能フラットパネルへの実用を目指して進められてきた。【０００３】
このような有機ＥＬ素子の効率を更に改善するため、上記の陽極／正孔輸送層／発光層／陰極の構成を基本とし、これに正孔注入層、電子注入層や電子輸送層を適宜設けたもの、例えば陽極／正孔注入層／正孔輸送層／発光層／陰極や、陽極／正孔注入層／発光層／電子輸送層／陰極や、陽極／正孔注入層／発光層／電子輸送層／電子注入層／陰極や、陽極／正孔注入層／正孔輸送層／発光層／正孔阻止層／電子輸送層／陰極などの構成のものが知られている。この正孔輸送層は、正孔注入層から注入された正孔を発光層に伝達する機能を有し、また電子輸送層は、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る。なお、正孔注入層を陽極バッファ層というときもある。【０００４】
そして、この正孔輸送層を発光層と正孔注入層間に介在させることによって、より低い電界で多くの正孔が発光層に注入され、更に発光層に陰極又は電子輸送層より注入された電子は、正孔輸送層が電子を極めて流しにくいので、正孔輸送層と発光層との界面に蓄積され、発光効率が上昇することが知られている。【０００５】
同様に、電子輸送層を発光層と電子注入層間に介在させることによって、より低い電界で多くの電子が発光層に注入され、更に発光層に陽極又は正孔輸送層より注入された正孔は、電子輸送層が正孔を流しにくいので、電子輸送層と発光層との界面に蓄積され、発光効率が上昇することが知られている。こうした構成層の機能にあわせて、これまでに多くの有機材料の開発が進められてきた。【０００６】
一方、上記の芳香族ジアミンからなる正孔輸送層とAlq3からなる発光層とを設けた素子をはじめとした多くの素子が蛍光発光を利用したものであったが、燐光発光を用いる、すなわち、三重項励起状態からの発光を利用すれば、従来の蛍光（一重項）を用いた素子と比べて、３倍程度の効率向上が期待される。この目的のためにクマリン誘導体やベンゾフェノン誘導体を発光層とすることが検討されてきたが、極めて低い輝度しか得られなかった。その後、三重項状態を利用する試みとして、ユーロピウム錯体を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。【０００７】
最近、白金錯体（T-1、PtOEP）を用いることで、高効率の赤色発光が可能なことが報告された（Nature、395巻、151頁、1998年）。その後、イリジウム錯体（T-2、Ir(ppy)3）を発光層にドープすることで、緑色発光で効率が大きく改善されている（Appl. Phys. Lett.、75巻、4頁、1999年）。更に、これらのイリジウム錯体は発光層を最適化することにより、素子構造をより単純化しても極めて高い発光効率を示すことが報告されている（Appl. Phys. Lett.、77巻、904頁、2000年）。【０００８】
なお、上記T-1及びT-2等の化学式は下記文献に記載されているので、それが参照される。また、ホスト材、ゲスト材や、正孔注入層、電子輸送層等の有機層に一般的に使用される化合物の構造式、略号も下記特許文献に記載されているので、参照される。以下の説明で断りなく使用する略号は、この技術分野で一般的に使用される略号であって、下記文献等に記された略号を意味すると理解される。
【特許文献１】特開2002-305083号公報
【特許文献２】特開2001-313178号公報
【特許文献３】特開2002-352957号公報
【特許文献４】特開2000-200684号公報
【特許文献５】特表2003-515897号公報
【特許文献６】特開平10-25472号公報
【非特許文献１】Appl. Phys. Lett.、77巻、904頁、2000年
【０００９】
燐光有機電界発光素子開発においてホスト材料として提案されているのは、特開2001-313178号公で紹介されているカルバゾール化合物のCBPである。緑色燐光発光材料のトリス(2-フェニルピリジン)イリジウム錯体（以下、Ir(ppy)3という）のホスト材としてCBPを用いると、CBPは正孔を流し易く電子を流しにくい特性上、電荷注入バランスが崩れ、過剰の正孔は電子輸送側に流出し、結果としてIr(ppy)3からの発光効率が低下する。【００１０】
上記の解決手段として、発光層と電子輸送層の間に正孔阻止層を設ける手段がある。この正孔阻止層により正孔を発光層中に効率よく蓄積することによって、発光層中での電子との再結合確率を向上させ、発光の高効率化を達成することができる。現状一般的に用いられている正孔阻止材料として、2,9-ジメチル-4,7-ジフェニル-1,10-フェナントロリン（以下、BCPという）及びp-フェニルフェノラート-ビス(2-メチル-8-キノリノラート-N1,O8)アルミニウム（以下、BAlqという）が挙げられる。これにより電子輸送層で電子とホールの再結合が起こることを防止できるが、BCPは室温でも結晶化し易く材料としての信頼性に欠けるため、素子寿命が極端に短い。またBAlqはTgが約100℃と比較的良好な素子寿命結果が報告されているが、正孔阻止能力が十分でなく、Ir(ppy)3からの発光効率は低下する。加えて、層構成が１層増すことから素子構造が複雑になり、コストが増加するという問題がある。
また、CBP以外でも使用可能なホスト材料として、特開2002-305083号公報には、発光層に、ホスト材料として含窒素複素環Ar1と芳香族環Ar2とを有する基と金属Mからなる錯体（-Ar1-Ar2-O-）nMを使用し、ゲスト材料として貴金属系の金属錯体を使用した有機ＥＬ素子が開示されている。ここに例示されたホスト材料は膨大な数にのぼるが、Ar1がベンゾキサゾール環で、Ar2がベンゼン環である化合物が多数の中の一つとして例示されている。この中には、MがZnであって、ｎが２である化合物も例示されているが、それにとどまる。また、ゲスト材料として貴金属系の金属錯体も多数例示されている。ただし、正孔阻止層を有する４層構造素子のみでの使用が例示されているにとどまり、上記での問題点を解決できるまでには至っていない。【００１１】
一方、特開2002-352957号公報で紹介されている3-フェニル-4-(1'-ナフチル)-5-フェニル-1,2,4-トリアゾール（以下、TAZという）も燐光有機電界発光素子のホスト材として提案されているが、電子を流しやすく正孔を流しにくい特性上、発光領域が正孔輸送層側となる。従って正孔輸送層の材料によってはIr(ppy)3との相性問題により、Ir(ppy)3からの発光効率が低下することも考えられる。例えば、正孔輸送層として高性能、高信頼性、高寿命の点から最も良く使用されている4,4'-ビス(N-(1-ナフチル)-N-フェニルアミノ)ビフェニル（以下、NPBという）は、Ir(ppy)3との相性が悪く、Ir(ppy)3からNPBにエネルギー遷移が起き、発光効率が低下するという問題がある。【００１２】
上記の解決手段として、4,4'-ビス(N,N'-(3-トルイル)アミノ)-3、3'-ジメチルビフェニル（以下、HMTPDという）のようなIr(ppy)3からエネルギー遷移が起こらない材料を正孔輸送層として用いる手段がある。
Appl. Phys. Lett.、77巻、904頁、2000年では、発光層の主材料にTAZ、1,3-ビス(N,N-t-ブチル-フェニル)-1,3,4-オキサゾール（以下、OXD7という）又はBCPを使用し、ドーピング材にIr(ppy)3を使用し、電子輸送層にAlq3を使用し、正孔輸送層にHMTPDを使用することで燐光発光素子において３層構造で高効率発光を得ることが可能であり、特にTAZを用いた系で優れていると報告している。しかし、HMTPDはTgが約50℃程度であるため、結晶化し易く材料としての信頼性に欠ける。したがって、素子寿命が極端に短く、商業的応用は難しい上、駆動電圧が高いという問題点もある。【００１３】
また、特開2000-200684号公報には2-（2-ヒドロキシフェニル）ベンゾキサゾール類2分子とフェノール類1分子とが1つAlに結合した錯体を含む発光材料の有機EL素子の開示がある。ここに例示された化合物は膨大な数にのぼり、Host材料としてドープ材料と組み合わせた例示もあるが、蛍光発光を利用したもののみにとどまる。【００１４】
また、特開平10-25472号公報には４つのオキシフェニル-ベンゾオキサゾールとAl-O-Alが結合した錯体からなる発光材料の有機EL素子の開示がある。ここに例示された発光材料は膨大な数にのぼり、その中にドープに関する例示があるがそれにとどまる。    
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
有機ＥＬ素子をフラットパネル・ディスプレイ等の表示素子に応用するためには、素子の発光効率を改善すると同時に駆動時の安定性を十分に確保する必要がある。本発明は、上記現状に鑑み、高効率かつ長寿命、かつ簡略化された素子構成を可能ならしめる実用上有用な有機ＥＬ素子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】
【００１６】
本発明者らは、一対の電極間に発光層を含む有機化合物薄膜層を形成してなり、発光層と陽極の間に正孔輸送層を有し、発光層と陰極の間に電子輸送層を有し、電子輸送層と発光層の間には正孔阻止層を有しない有機電界発光素子であって、発光層が、ホスト材料として下記一般式（Ｉ）で表わされる化合物を、ゲスト材料としてルテニウム、ロジウム、パラジウム、銀、レニウム、オスミウム、イリジウム、白金及び金から選ばれる少なくとも一つの金属を含む有機金属錯体を含有する有機電界発光素子が優れることを見出した。
【化１】
0004545741.tif 000002
式中、Zは置換基を有していてもよい炭化水素基、芳香族複素環基、トリアリールシリル基又は下記式（II）で表される基を示し、
【化２】
0004545741.tif 000003
R1〜R8及びR9〜R16は各々独立に、水素原子、アルキル基、アラルキル基、アルケニル基、シアノ基、アミノ基、アミド基、アルコキシカルボニル基、カルボキシル基、アルコキシ基又は置換基を有していてもよい芳香族基を示す。
ここで、Zが式（II）で表される基である場合、一般式（Ｉ）は下記一般式（III）で表わされる。
【化３】
0004545741.tif 000004
式中、R1〜R16は上記と同じ意味を有する。
本発明は、一対の電極間に発光層を含む有機化合物薄膜層を形成してなり、発光層と陽極の間に正孔輸送層を有し、発光層と陰極の間に電子輸送層を有し、電子輸送層と発光層の間には正孔阻止層を有しない有機電界発光素子であって、発光層に、ホスト材料として上記一般式（III）で表わされる化合物を、ゲスト材料としてルテニウム、ロジウム、パラジウム、銀、レニウム、オスミウム、イリジウム、白金及び金から選ばれる少なくとも一つの金属を含む有機金属錯体を含有することを特徴とする有機電界発光素子である。
ゲスト材料としては、緑色燐光発光性のトリス(2-フェニルピリジン)イリジウム錯体が好ましく挙げられる。
【００１７】
以下、本発明を更に詳細に説明する。
本発明の有機ＥＬ素子は、発光層に、前記一般式（Ｉ)で表される化合物と、周期律表７〜１１族から選ばれる少なくとも１つの金属を含む燐光性有機金属錯体とを含む、いわゆる燐光を利用した有機ＥＬ素子に関するが、主成分として一般式（Ｉ）で表される化合物を、また副成分としてルテニウム、ロジウム、パラジウム、銀、レニウム、オスミウム、イリジウム、白金及び金から選ばれる少なくとも一つの金属を含む有機金属錯体を含有する発光層を有する。【００１８】
ここで、主成分とは該層を形成する材料のうち５０重量％以上を占めるものを意味し、副成分とは該層を形成する材料のうち５０重量％未満を占めるものを意味する。本発明の有機電界発光素子において、発光層に含まれる一般式（Ｉ）で表される化合物は、該層に含まれる燐光性有機金属錯体の、励起三重項準位より高いエネルギー状態の励起三重項準位を有することが基本的に必要である。また、安定な薄膜形状を与え、かつ／又は高いガラス転移温度（Tg）を有し、正孔及び／又は電子を効率よく輸送することができる化合物であることが必要である。更に、電気化学的及び化学的に安定であり、トラップとなったり発光を消光したりす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。
更に、燐光性有機錯体の発光が正孔輸送層の励起３重項準位に影響されにくくするため、発光領域が正孔輸送層界面よりも適度に距離を保てる正孔注入能力を有することも重要である。【００１９】
これらの条件を満たす発光層を形成する材料として、本発明では前記一般式（Ｉ）で表わされる化合物をホスト材料として用いる。一般式（Ｉ）において、R1〜R8は各々独立に、水素原子、アルキル基、アラルキル基、アルケニル基、シアノ基、アミノ基、アミド基、アルコキシカルボニル基、カルボキシル基、アルコキシ基、置換基を有していてもよい芳香族基を示す。アルキル基としては、炭素数１〜６のアルキル基（以下、低級アルキル基という）が好ましく例示され、アラルキル基としては、ベンジル基、フェネチル基が好ましく例示され、アルケニル基としては、炭素数１〜６の低級アルケニル基が好ましく例示され、アミノ基としては、-NR2（Rは水素又は低級アルキル基）で表されるアミノ基が好ましく例示され、アミド基としては、-CONH2が例示され、アルコキシカルボニル基及びアルコキシ基のアルコキシとしては、炭素数１〜６の低級アルコキシが好ましく例示される。より好ましくは、R1〜R8の全てが水素原子であるか、５以上が水素原子であり、他が炭素数３以下のアルキル基であるものである。【００２０】
置換基を有していてもよい芳香族基には、置換基を有していてもよい芳香族炭化水素基又は芳香族複素環基がある。芳香族炭化水素基としては、フェニル基、ナフチル基、アセナフチル基、アントリル基等の芳香族炭化水素基が好ましく例示され、芳香族複素環基としては、ピリジル基、キノリル基、チエニル基、カルバゾール基、インドリル基、フリル基等の芳香族複素環基が好ましく例示される。これらが置換基を有する芳香族炭化水素基又は芳香族複素環基である場合は、置換基としては、低級アルキル基、低級アルコキシ基、フェノキシ基やトリルオキシ基等のアリロキシ基、フェニルチオ基等のアリールチオ基、ベンジルオキシ基等のアラルキルオキシ基、フェニル基やナフチル基やビフェニリル基等のアリール基、ジメチルアミノ基、ヘテロアリール基が挙げられる。【００２１】
Zとしては、フェノキシフェニル基、フェニルチオフェニル基、トリアリールシリル基、例えばトリフェニルシリル基、アリール基、例えばフェニル基、ジフェニル基あるいはナフチル基、ナフチルフェニル基等、複素環式基、例えばピリミジル基、ピリジル基、チエニル基、フリル基、オキサジアゾール基、ベンゾオキサゾリル基、ジチエニル基及び式（II）で表される基が挙げられる。好ましいものは、フェノキシフェニル基、トリアリールシリル基、アリール基又は複素環式基である。より好ましくは、フェノキシフェニル基、トリフェニルシリル基、フェニル基、ジフェニル基、ナフチル基又はナフチルフェニル基である。更に、好ましくは、トリフェニルシリル基、フェニル基、ジフェニル基又はナフチルフェニル基である。これらの基は置換基、例えばメチル基、エチル基、プロピル基あるいはブチル基等の低級アルキル基、フッ素原子、塩素原子あるいは臭素原子等のハロゲン原子、メトキシ基、エトキシ基あるいはプロポキシ基等のアルコキシ基、フルオロアルキル基、例えばトリフルオロメチル基等、複素環式基、例えば置換基を有していてもよいオキサジアゾール基又はニトロ基等を有していてもよい。好ましい置換基はフッ素原子、メチル基、ｔ−ブチル基、フルオロメチル基、メトキシ基又は置換基を有していてもよいオキサジアゾール基である。より好ましい置換基はメチル基又はトリフルオロメチル基である。また、Zが式（II）で表される基であることも好ましい。Zが式（II）で表される基である場合、一般式（Ｉ）は一般式（III）で表わされる。ここで、R9〜R16はR1〜R8で説明したと同様なものが好ましく挙げられる。【００２２】
一般式（Ｉ）又は一般式（III）で表わされる化合物は、より好ましくはR1〜R8及びR9〜R16が水素原子、低級アルキル基又は低級アルコキシ基である化合物から選ばれる。更に好ましくはR1〜R8及びR9〜R16の全部又は１０以上が水素であり、他が低級アルキル基又は低級アルコキシ基である化合物から選ばれるものである。【００２３】
一般式（Ｉ）又は一般式（III）で表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。【００２４】
0004545741.tif 000005
【００２５】
0004545741.tif 000006
【００２６】
0004545741.tif 000007
【００２７】
0004545741.tif 000008
【００２８】
0004545741.tif 000009
【００２９】
0004545741.tif 000010
【００３０】
本発明で使用される一般式（Ｉ）で表されるAl錯体化合物は公知の方法で容易に製造することができる。例えば、一般式（Ｉ）で表される錯体化合物は以下に示すように、一般式（a）で表される錯体化合物を一旦形成させ、その後、一般式（b）で表される化合物と反応させることによって製造することができる。
0004545741.tif 000011
（式中、R1〜R8及びZは式（Ｉ）のR1〜R8及びZと対応するが、Zが式（II）で表される基である場合を除く。Yはアルコキシル基、ハロゲン原子、ヒドロキシル基又はイオン性基を表す）【００３１】
一般式（III）で表されるAl錯体化合物は公知の方法で容易に製造することができる。例えば、対応する金属塩と以下の一般式（c）で示される化合物との間の錯体形成反応により合成される。合成反応は、例えば、Y. Kushiらにより示される方法（ J.Amer.Chem.Soc.、92巻、91頁、1970年）で行われる。なお、式(c)において、R1〜R8は一般式（Ｉ）のR1〜R8と対応する。
0004545741.tif 000012
【００３２】
発光層におけるゲスト材料としては、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、銀、レニウム、オスミウム、イリジウム、白金及び金から選ばれる少なくとも一つの金属を含む有機金属錯体を含有する。かかる有機金属錯体は、前記特許文献等で公知であり、これらが選択されて使用可能である。【００３３】
好ましい有機金属錯体としては、Ir等の貴金属元素を中心金属として有するIr(ppy)3等の錯体類（式A）、Ir(bt)2・acac3等の錯体類（式B）、PtOEt3等の錯体類（式C）が挙げられる。これらの錯体類の具体例を以下に示すが、下記の化合物に限定されない。【００３４】
0004545741.tif 000013
【００３５】
0004545741.tif 000014
【００３６】
0004545741.tif 000015
【００３７】
本発明で発光層に使用するホスト材料は、電子と正孔をほぼ均等に流すことができるので、発光層の中央で発光させることができる。したがって、TAZの様に正孔輸送側で発光し、正孔輸送層にエネルギー遷移が発生して効率低下を招くことはないし、CPBの様に電子輸送層側で発光し、電子輸送層にエネルギー遷移して効率を落とすこともなく、正孔輸送層としてNPB、電子輸送層としてのAlq3のような量産実績のある信頼性が高い材料を使用できる。【００３８】
以下、本発明の有機ＥＬ素子について、図面を参照しながら説明する。図１は本発明に用いられる一般的な有機ＥＬ素子の構造例を模式的に示す断面図であり、１は基板、２は陽極、３は正孔注入層、４は正孔輸送層、５は発光層、６は電子輸送層、７は陰極を各々表わす。本発明の有機ＥＬ素子では、基板、陽極、正孔輸送層、発光層、電子輸送層及び陰極を必須の層として有するが、必須の層以外の層、例えば、正孔注入層は省略可能であり、また必要により他の層を設けてもよい。本発明の有機ＥＬ素子は、正孔阻止層を設けないことにより、層構造が簡素化され、製造上、性能上の利点をもたらす。【００３９】
基板１は有機電界発光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ア性に留意する必要がある。基板のガスバリア性が小さすぎると、基板を通過した外気により有機電界発光素子が劣化することがあるので好ましくない。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ア性を確保する方法も好ましい方法の一つである。 【００４０】
基板１上には陽極２が設けられるが、陽極は正孔輸送層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、インジウム及び／又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。陽極の形成は通常、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。更に、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。陽極は異なる物質で積層して形成することも可能である。陽極の厚みは、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、厚みは、通常、５〜1000nm、好ましくは10〜500nm程度である。不透明でよい場合は陽極２は基板１と同一でもよい。また、更には上記の陽極２の上に異なる導電材料を積層することも可能である。【００４１】
陽極２の上には正孔輸送層４が設けられる。両者の間には、正孔注入層３を設けることもできる。正孔輸送層の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、更に安定性に優れ、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５に接するために発光層からの発光を消光したり、発光層との間でエキサイプレックスを形成して効率を低下させないことが求められる。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、素子には更に耐熱性が要求される。従って、Tgとして85℃以上の値を有する材料が望ましい。 【００４２】
本発明の有機ＥＬ素子では、正孔輸送材料として、前記のNPBのような公知のトリアリールアミンダイマーを使用することができる。【００４３】
なお、必要によりその他の正孔輸送材料として公知の化合物をトリアリールアミンダイマーと併用することもできる。例えば、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、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、トリフェニルアミンの四量体からなる芳香族アミン化合物、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等が挙げられる。これらの化合物は、単独で用いてもよいし、必要に応じて、各々、混合して用いてもよい。
また、上記の化合物以外に、正孔輸送層の材料として、ポリビニルカルバゾール、ポリビニルトリフェニルアミン、テトラフェニルベンジジンを含有するポリアリーレンエーテルサルホン等の高分子材料が挙げられる。【００４４】
正孔輸送層を塗布法で形成する場合は、正孔輸送材料を１種又は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添加し、溶解して塗布溶液を調製し、スピンコート法などの方法により陽極２上に塗布し、乾燥して正孔輸送層４を形成する。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、通常、５０重量％以下が好ましい。【００４５】
真空蒸着法で形成する場合は、正孔輸送材料を真空容器内に設置されたルツボに入れ、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、ルツボを加熱して、正孔輸送材料を蒸発させ、ルツボと向き合って置かれた、陽極が形成された基板上に正孔輸送層４を形成させる。正孔輸送層４の膜厚は、通常、5〜300nm、好ましくは 10〜100nmである。この様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。【００４６】
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、前記一般式（Ｉ）で表される化合物と、前述した周期律表７ないし１１族から選ばれる金属を含む有機金属錯体を含有し、電界を与えられた電極間において、陽極から注入されて正孔輸送層を移動する正孔と、陰極から注入されて電子輸送層６を移動する電子との再結合により励起されて、強い発光を示す。なお発光層５は、本発明の性能を損わない範囲で、他のホスト材料、ゲスト材料や蛍光色素など、他成分を含んでいてもよい。【００４７】
前記有機金属錯体が発光層中に含有される量は、0.1〜30重量％の範囲にあることが好ましい。0.1重量％以下では素子の発光効率向上に寄与できず、30重量％を越えると有機金属錯体同士が２量体を形成する等の濃度消光が起き、発光効率の低下に至る。従来の蛍光（１重項）を用いた素子において、発光層に含有される蛍光性色素（ドーパント）の量より、若干多い方が好ましい傾向がある。有機金属錯体が発光層中に膜厚方向に対して部分的に含まれたり、不均一に分布してもよい。
発光層５の膜厚は、通常10〜200nm、好ましくは20〜100nmである。正孔輸送層４と同様の方法にて薄膜形成される。【００４８】
素子の発光効率を更に向上させることを目的として、発光層５と陰極７の間に電子輸送層６が設けられる。発光層５と電子輸送層６の間に正孔阻止層は設けず、発光層５は、正孔輸送層４と電子輸送層６の間に両層に接して設けることが好ましい。電子輸送層６は、電界を与えられた電極間において陰極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より形成される。電子輸送層６に用いられる電子輸送性化合物としては、陰極７からの電子注入効率が高く、かつ、高い電子移動度を有し注入された電子を効率よく輸送することができる化合物であることが必要である。【００４９】
このような条件を満たす電子輸送材料としては、Alq3などの金属錯体、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-又は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、キノキサリン化合物、フェナントロリン誘導体、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型セレン化亜鉛などが挙げられる。電子輸送層６の膜厚は、通常、5〜200nm、好ましくは10〜100 nmである。
電子輸送層６は、正孔輸送層４と同様にして塗布法あるいは真空蒸着法により発光層５上に積層することにより形成される。通常は、真空蒸着法が用いられる。【００５０】
正孔注入の効率を更に向上させ、かつ、有機層全体の陽極への付着力を改善させる目的で、正孔輸送層４と陽極２との間に正孔注入層３を挿入することも行われている。正孔注入層３を挿入することで、初期の素子の駆動電圧が下がると同時に、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ある。正孔注入層に用いられる材料に要求される条件としては、陽極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が高く、融点としては 300℃以上、ガラス転移温度としては 100℃以上が要求される。更に、イオン化ポテンシャルが低く陽極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。 【００５１】
この目的のために、これまでに銅フタロシアニン等のタロシアニン化合物、ポリアニリン、ポリチオフェン等の有機化合物や、スパッタ・カーボン膜や、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が報告されている。正孔注入層の場合も、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、更に、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。以上の様にして形成される陽極バッファ層３の膜厚は、通常、3〜100nm、好ましくは 5〜50nmである。 【００５２】
陰極7は、発光層５に電子を注入する役割を果たす。陰極として用いられる材料は、前記陽極２に使用される材料を用いることが可能であるが、効率よく電子注入を行なうには、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、銀等の適当な金属又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。
陰極7の膜厚は通常、陽極２と同様である。低仕事関数金属からなる陰極を保護する目的で、この上に更に、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素子の安定性を増す。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。
更に、陰極と電子輸送層の間にLiF 、MgF2、Li2O等の極薄絶縁膜（0.1〜5nm）を、電子注入層として挿入することも素子の効率を向上させる有効な方法である。【００５３】
なお、図１とは逆の構造、すなわち、基板１上に陰極７、電子輸送層６、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有機ＥＬ素子を設けることも可能である。この場合も、必要により層を追加したり、省略したりすることが可能である。【００５４】
本発明は、有機ＥＬ素子が、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のいずれにおいても適用することができる。本発明の有機ＥＬ素子によれば、発光層に特定の骨格を有する化合物と、燐光性の金属錯体を含有させることにより、従来の一重項状態からの発光を用いた素子よりも発光効率が高くかつ駆動安定性においても大きく改善された素子が得られ、フルカラーあるいはマルチカラーのパネルへの応用において優れた性能を発揮できる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】有機電界発光素子の一例を示した断面図。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５６】
次に、本発明を、合成例及び実施例によって更に詳しく説明するが、本発明はその要旨を超えない限り、以下の実施例の記載に限定されるものではない。【００５７】
合成例１
脱気窒素置換した500ml三口フラスコにアルミニウムトリイソプロポキシド5.0ｇ、2-(2‐ヒドロキシフェニル)ベンゾオキサゾール10.3ｇを加え、これに無水トルエン100mlを加えて溶解させた。その後60℃まで加熱し、30分攪拌した。これにp-フェニルフェノール4.2ｇの溶けた無水トルエン100mlをゆっくり滴下して、そのまま60℃にて４時間攪拌した。室温まで冷却した後、生じた白色沈殿を濾取し、トルエン、エタノールの順で洗浄した。これを、減圧乾燥して白色粉末6.6ｇを得た。この化合物は、先に例示した一般式（１）で表される化合物番号１２の化合物に相当するので、化合物12という。この化合物12の一部を昇華精製し、素子作成に用いた。【００５８】
合成例２
1000ml三口フラスコにアルミニウムトリイソプロポキシド9.8ｇ、2-(2‐ヒドロキシフェニル)ベンゾオキサゾール20.3ｇを加え、これに２−プロパノール480mlを加えて４時間還流した。その後、純水0.9mlを加えて更に２時間還流した。室温まで冷却した後、生じた白色沈殿を濾取し、２−プロパノールにて洗浄した。これを、減圧乾燥して白色粉末23.5ｇを得た。得られた化合物は、化合物33である。この化合物33の一部を昇華精製し、素子作成に用いた。【００５９】
参考例１
ガラス基板上に真空蒸着法にて、真空度4.0×10-4 Paで蒸着を行い、化合物12、化合物33、TAZ又はAlq3を蒸着速度1.0Å／秒にて100nmの厚さに形成した。これを大気中、室温で放置し、結晶化する時間を測定することにより、薄膜安定性に関する検討を行った。結果を表１に示す。【００６０】
【表１】
0004545741.tif 000016
【００６１】
参考例２
ガラス基板上に発光層のみを蒸着し、Ir(ppy)3のHost材料として適応できるかの検討を行った。
ガラス基板上に真空蒸着法にて、真空度4.0×10-4 Pa の条件にて化合物12又は33とIr(ppy)3とを異なる蒸着源から蒸着し、Ir(ppy)3の濃度が7.0 ％であるような薄膜を1.0Å／秒にて50nmの厚さで形成した。また、同様にして、薄膜主成分をTAZ及びAlq3及びビス（2−メチル-8-ヒドロキシキノリラート）アルミニウム(III）-μ-オキソ-ビス（2−メチル-8-ヒドロキシキノリラート）アルミニウム(III）（以下、(Almq2)2Oという）に変えて薄膜を作成した。
作成した薄膜を、蛍光測定装置にて評価した。励起波長は化合物12、化合物33、TAZ、BAlq、Alq3又は(Almq2)2Oの極大吸収波長であり、そのときに出てくる光を観察した。結果を表２に示す。【００６２】
【表２】
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【００６３】
発光層の主たる材料にTAZや化合物12又は33を用いた場合、Ir(ppy)3にエネルギーが遷移し、燐光が発生するが、Alq3を用いた場合は、Ir(ppy)3にエネルギーが遷移せず、Alq3自身が蛍光を発することがうかがえる。
また、BAlqや(Almq2)2Oの場合、Host及びGuestのどちらからも発光が得られていない。このことから、Guestにエネルギーが一旦遷移するものの、Hostの三重項エネルギーレベルが不適当なために、再びHostへエネルギーの再遷移が起き、無放射過程を経て熱失活してしまったと考えられる。
従って、燐光系Guestを用いるに当たっては、使用するGuestに適当な一重項、三重項エネルギーレベルを持つHostを使用することが望ましい。
【実施例１】
【００６４】
図１において、正孔注入層を省略し、電子注入層を追加した構成の有機EL素子を作成した。膜厚150nmのITOからなる陽極が形成されたガラス基板上に、各薄膜を真空蒸着法にて、真空度4.0×10-4 Paで積層させた。まず、ITO上に正孔輸送層としてNPBを蒸着速度1.0Å／秒にて60nmの厚さに形成した。
次に、正孔輸送層上に、発光層として化合物12とIr(ppy)3とを異なる蒸着源から、共に蒸着速度1.0Å／秒にて共蒸着し、25nmの厚さに形成した。この時、であった。次に、電子輸送層としてAlq3を蒸着速度1.0Å／秒にて50nmの厚さに形成した。更に、電子輸送層上に、電子注入層としてフッ化リチウム（LiF）を蒸着速度0.5Å／秒にて0.5nmの厚さに形成した。最後に、電子注入層上に、電極としてアルミニウム（Al）を蒸着速度15Å／秒にて170nmの厚さに形成し、有機ＥＬ素子を作成した。
【実施例２】
【００６５】
正孔輸送層上に、発光層として化合物33とIr(ppy)3とを異なる蒸着源から、蒸着速度1.0Å／秒にてIr(ppy)3の濃度が7.0 ％となるように共蒸着し、25nmの厚さに形成した他は、実施例１と同様にして有機ＥＬ素子を作成した。【００６６】
実施例1〜２で得られた有機ＥＬ素子に外部電源を接続し直流電圧を印加したところ、表３のような発光特性を有することが確認された。表３において、輝度、電圧及び発光効率は、10mA/cm2での値を示す。なお、素子発光スペクトルの極大波長は517 nmであり、Ir(ppy)3からの発光が得られていることがわかった。【００６７】
比較例１
正孔輸送層としてHMTPDを、発光層の主成分としてTAZを用いた以外は実施例１と同様にして有機ＥＬ素子を作成した。【００６８】
比較例２
発光層の主成分として、TAZを用いた以外は実施例１と同様にして有機ＥＬ素子を作成した。実施例１と同様にして評価した結果をまとめて表３に示す。【００６９】
【表３】
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【産業上の利用可能性】
【００７０】
本発明の有機電界発光素子は、低電圧において高輝度・高効率で発光させることが可能となり、更には高温保存時の劣化の少ない素子を得ることができる。従って、本発明による有機電界発光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生かした光源（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、標識灯への応用が考えられ、その技術的価値は大きいものである。
【図１】
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