(57)【要約】  素子の発光効率を改善し、駆動安定性を充分に確保した燐光発光を利用した有機電界発光素子（有機EL素子）に関する。  この有機EL素子は、基板1上に、陽極2、正孔輸送層4、発光層5及び電子輸送層6を含む有機層並びに陰極7が積層されてなり、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、発光層が、ホスト材料として下記一般式（Ｉ）で表わされる有機Al錯体を含有し、ゲスト材料として下記一般式（II）で表わされる有機Ir錯体を含有する。なお、式中、ＬはArO-、ArCOO-、Ar3SiO-、Ar3GeO-又はAr2AlO-を表す。2007052444.tif 000015
2007052444.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に、陽極、正孔輸送層、発光層及び電子輸送層を含む有機層並びに陰極が積層されてなり、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する有機電界発光素子であって、発光層中に下記一般式（I）で表わされる有機金属錯体をホスト材料として含有し、かつ一般式（II）で表される有機金属錯体をゲスト材料として含有することを特徴とする有機電界発光素子。
2007052444.tif 000012
式中、R1〜R6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、アルコキシ基、置換基を有していてもよい芳香族炭化水素基又は置換基を有していてもよい芳香族複素環基を示す。Ｌは下記一般式（１）、（２）（３）又は（４）で表される1価の基を示す；
2007052444.tif 000013
Ar1〜Ar5は各々独立に、置換基を有していてもよい芳香族炭化水素基又は置換基を有していてもよい芳香族複素環基を示し、Zはシリコン又はゲルマニウムを示し、R1〜R6は上記と同じ意味を有する；
2007052444.tif 000014
式中、R7〜R14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、アルコキシ基、置換基を有していてもよい芳香族炭化水素基又は置換基を有していてもよい芳香族複素環基を示す。
【請求項２】
陽極及び正孔輸送層間に正孔注入層が配されている請求項１に記載の有機電界発光素子。
【請求項３】
陰極及び電子輸送層間に電子注入層が配されている請求項１に記載の有機電界発光素子。
【請求項４】
陰極及び電子輸送層間に電子注入層が配されている請求項２に記載の有機電界。
【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、電子注入層を陰極バッファ層と称するときもある。【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、発光層中に蓄積され、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、発光層に蓄積され、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、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】
近年、白金錯体（PtOEP）を用いることで、高効率の赤色燐光発光が可能なことが報告され、その後、イリジウム錯体（Ir(ppy)3）を発光層にドープすることで、同様な燐光発光による高効率緑色発光素子されている。【０００８】
このイリジウム錯体については、その配位子の化学構造を変化させることで青色から赤色までの広い波長域での発光が可能であることが見出されている。ところが、錯体として最も安定で有用と考えられるトリス錯体については、限られた配位子でしか調製ができないことが明らかになっており、この回避法としては、塩化イリジウムを出発物質とし、架橋構造中間体を経たヘテロ錯体が提案されている（Proceeding of SPIE、vol.4105、p.119）。【０００９】
本発明に関連する先行文献
【特許文献１】特開2002-299061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】特表2003-515897号公報
【非特許文献１】Appl. Phys. Lett., vol.77, p.904
【００１０】
燐光有機EL素子開発において、ホスト材料としては、特許文献２で紹介されている4,4'-ビス(9-カルバゾリル)ビフェニル（以下、CBPという）がある。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）のホスト材料として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。【００１１】
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。【００１２】
特許文献３では、3,5-ジフェニル-4-(1-ナフチル)-1,2,4-トリアゾール（以下、TAZという）を燐光有EL素子のホスト材料として提案しているが、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に偏る。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。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、α-NPDという）は、Ir(ppy)3との相性が悪く、TAZからα-NPDにエネルギー遷移が起き、Ir(ppy)3からIr(ppy)3へのエネルギー遷移の効率が低下し、結果的に発光効率が低下するという問題がある。【００１３】
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。非特許文献１では、発光層のホスト材料にTAZ、1,3-ビス(N,N-t-ブチル-フェニル)-1,3,4-オキサゾール又はBCPを使用し、ゲスト材料にIr(ppy)3を使用し、電子輸送層にAlq3、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はガラス転移温度（Tg）が約50℃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。【００１４】
特許文献１は、ホスト剤と燐光を発するドープ剤を有する発光層を含む有機EL素子が開示し、そのドープ剤の一例としてIr(ppy)3やフェニル置換ベンゾチアゾール構造の配位子にIrが配位したトリス錯体を報告している。
【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、高効率、長寿命で、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】
本発明は、基板上に、陽極、正孔輸送層、発光層及び電子輸送層を含む有機層並びに陰極が積層されてなり、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する有機電界発光素子であって、発光層中に下記一般式（I）で表わされる有機金属錯体をホスト材料として含有し、かつ一般式（II）で表される有機金属錯体をゲスト材料として含有することを特徴とする有機電界発光素子である。【００１７】
2007052444.tif 000003
式中、R1〜R6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、アルコキシ基、置換基を有していてもよい芳香族炭化水素基又は置換基を有していてもよい芳香族複素環基を示す。Ｌは下記一般式（１）、（２）（３）又は（４）で表される1価の基を示す；
2007052444.tif 000004
Ar1〜Ar5は各々独立に、置換基を有していてもよい芳香族炭化水素環基又は置換基を有していてもよい芳香族複素環基を示し、Zはシリコン又はゲルマニウムを示し、R1〜R6は一般式（I）と同じ意味を有する；
2007052444.tif 000005
式中、R7〜R14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、アルコキシ基、置換基を有していてもよい芳香族炭化水素基又は置換基を有していてもよい芳香族複素環基を示す。【００１８】
本発明の有機EL素子は、発光層に、前記一般式（Ｉ）で表される有機金属錯体（Al錯体ともいう）化合物と、前記一般式（II）で表される有機金属錯体（Ir錯体ともいう）とを含む、いわゆる燐光を利用した有機EL素子に関する。ホスト材料として一般式（Ｉ）で表されるAl錯体を、また燐光性ゲスト材料として一般式（II）で表されるIr錯体を使用する。【００１９】
ここで、ホスト材料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、ゲスト材料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EL素子において、発光層に含まれるAl錯体は、該層に含まれる燐光性Ir錯体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。【００２０】
また、安定な薄膜形状を与え、高い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望まれる。更に、電気化学的かつ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。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。【００２１】
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Al錯体をホスト材料として用いる。一般式（Ｉ）において、R1〜R6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、アルコキシ基、置換基を有していてもよい芳香族炭化水素基又は置換基を有していてもよい芳香族複素環基を示す。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、アルコキシ基のアルキル部としては、低級アルキルが好ましく例示される。【００２２】
また、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、ベンジルオキシ基、フェニル基、ナフチル基等が挙げられる。【００２３】
一般式（Ｉ）で表わされる化合物は、より好ましくはＲ1〜Ｒ6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が選ばれる。【００２４】
一般式（Ｉ）において、Ｌは上記一般式（１）、（２）、（３）又は（４）で表わされる基を示し、Ar1〜Ar5は各々独立に、置換基を有していてもよい芳香族炭化水素基又は置換基を有していてもよい芳香族複素環基を表し、Zはシリコン又はゲルマニウムを示す。好ましいAr1〜Ar2としては、フェニル基、ナフチル基又はこれらにアルキル基若しくはアリール基が置換した芳香族炭化水素基挙げられる。このアルキル基としてはメチル基等の低級アルキル基が好ましく、アリール基としてはフェニル基、ナフチル基又はこれらに低級アルキル基が置換した基が好ましい。好ましいAr3〜Ar5としては、フェニル基又は低級アルキル基が置換したフェニル基が挙げられる。一般式（４）のＲ1〜Ｒ6は、上記一般式（Ｉ）で説明したＲ1〜Ｒ6と同じ意味を有する。【００２５】
一般式（Ｉ）で表されるAl錯体は、例えば、対応する金属塩と式（III）で表される化合物と式（1'）、（2'）又は（3’）で表される化合物を２対１のモル比で錯体形成反応することにより合成される。なお、式（III）において、R1〜R6は一般式（Ｉ）のR1〜R6と対応し、式（1'）〜（3’）において、Ar1〜Ar5及びＺは一般式（Ｉ）中のＬのAr1〜Ar5及びＺに対応する。【００２６】
2007052444.tif 000006
【００２７】
Lが一般式（４）で表わされる基である一般式（Ｉ）で表されるAl錯体は、対応する金属塩と式（III）で表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。【００２８】
以下に一般式（Ｉ）で表わされるAl錯体を例示するが、下記の化合物に限定されるものではない。なお、化合物1をBmqAlと、化合物11をBAlqと略称する。【００２９】
2007052444.tif 000007
【００３０】
2007052444.tif 000008
【００３１】
2007052444.tif 000009
【００３２】
発光層におけるゲスト材料としては、前記一般式（II）で表されるIr錯体が用いられる。【００３３】
一般式（II）において、R7〜R14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、アルコキシ基、置換基を有していてもよい芳香族炭化水素基又は置換基を有していてもよい芳香族複素環基を示す。また、隣接するR7とR8、R8とR9、R9とR10、R11とR12、R12とR13、R13とR14が環を形成してもよく、それらの環が芳香族環であっても良い。【００３４】
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、アルコキシ基のアルキル部としては、低級アルキルが好ましく例示される。【００３５】
また、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、カルバゾル基、インドリル基、フリル基等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、ベンジルオキシ基、フェニル基、ナフチル基等が挙げられる。【００３６】
より好ましいIr錯体としては、Irbt3などが挙げられる。以下に、一般式（II）で表される有機金属錯体の具体例を以下に示すが、下記の化合物に限定されるものではない。なお、化合物31をIrbt3と略称する。【００３７】
2007052444.tif 000010
【００３８】
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。従って、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α-NPD、電子輸送層としてAlq3の様な信頼性が高い材料を使用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】有機電界発光素子の一例を示した模式断面図
【符号の説明】
【００４０】
１  基板、２  陽極、３  正孔注入層、４  正孔輸送層、５  発光層、６  電子輸送層、７  陰極 
【発明を実施するための最良の形態】
【００４１】
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る。本発明の有機ＥＬ素子では、基板1、陽極2、正孔輸送層4、発光層5、電子輸送層6及び陰極7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3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。しかし、本発明の有機EL素子は、正孔阻止層は必ずしも必要としない。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。【００４２】
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。 【００４３】
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上に薄膜を形成したり、基板上に導電性高分子を塗布して陽極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、陽極2は基板1と同一でもよい。また、更には上記の陽極の上に異なる導電材料を積層することも可能である。【００４４】
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。 【００４５】
本発明の有機EL素子では、正孔輸送材料として、α-NPD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。【００４６】
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、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。【００４７】
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。【００４８】
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。【００４９】
正孔輸送層4の上には発光層5が設けられる。発光層は、一般式（Ｉ）で表されるAl錯体錯体と、一般式（II）で表されるIr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、本発明の性能を損なわない範囲で、他のホスト材料（一般式（Ｉ）の錯体と同様の働きを行う）や蛍光色素などの他成分を含んでいてもよい。【００５０】
一般式（II）で表されるIr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Ir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。Ir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。正孔輸送層と同様の方法にて薄膜形成される。【００５１】
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。電子輸送層は、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。【００５２】
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。電子輸送層は、正孔輸送層と同様にして塗布法あるいは真空蒸着法により発光層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。【００５３】
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、陽極との密着性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、Tg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。【００５４】
この目的のために、これまでに銅フタロシアニン等のフ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。 【００５５】
電子輸送層6は、発光層5の上に積層されるが、この間には正孔阻止層は存在させないことがよい。【００５６】
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、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。陰極の膜厚は通常、陽極と同様である。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。【００５７】
更に、陰極7と電子輸送層6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。【００５８】
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。【００５９】
本発明の有機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。
【実施例】
【００６０】
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。【００６１】
実施例１
正孔注入層に銅フタロシアニン（CuPC）を用い、正孔輸送層にα-NPD及び電子輸送層にAlq3を用いた。膜厚110nm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5.0×10-4 Paで積層させた。まず、ITO上に正孔注入層としてCuPCを3.0Å／秒で25nmの膜厚で成膜した。次いで、正孔注入層上に、正孔輸送層としてα-NPDを蒸着速度3.0Å／秒にて55nmの厚さに形成した。
次に、正孔輸送層上に、発光層としてBmqAl（化合物１）とIrbt3（化合物３１）とを異なる蒸着源から共蒸着し、47.5nmの厚さに形成した。この時、Irbt3の濃度は7.0％であった。
次に、電子輸送層としてAlq3を蒸着速度3.0Å／秒にて30nmの厚さに形成した。更に、電子輸送層上に、電子注入層とし酸化リチウム（Li2O）を蒸着速度0.1Å／秒にて1nm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10Å／秒にて100nmの厚さに形成し、有機EL素子を作成した。【００６２】
実施例２
発光層としてBAlq（化合物１１）とIrbt3（化合物３１）とを異なる蒸着源から共蒸着し、47.5nm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。なお、Irbt3の濃度は7.0％であった。【００６３】
比較例１
発光層のゲスト材料としてbt2Ir(acac)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。なお、bt2Ir(acac)はIrbt3の１つのbtをacac（アセチルアセトナート）に置き換えた構造を有する。【００６４】
比較例２
発光層のゲスト材料としてbt2Ir(acac)を用いた以外は実施例２と同様にして有機EL素子を作成した。【００６５】
比較例３
発光層のホスト材料としてBCP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。【００６６】
比較例４
発光層のホスト材料としてBCPを、ゲスト材料としてbt2Ir(acac)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。【００６７】
実施例及び比較例で得られた有機ＥＬ素子各々の発光ピーク波長、最高発光効率、輝度半減寿命（初期輝度500cd/m2）を表１に示す。【００６８】
【表１】
2007052444.tif 000011
【産業上の利用の可能性】
【００６９】
本発明によれば、良好な発光特性を維持したまま長駆動寿命な有機EL素子を得することができる。従って、本発明の有機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】
2007052444.tif 000016
【国際調査報告】
2007052444.tif 000017
2007052444.tif 000018