(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ホール注入電極と電子注入電極との間に発光層を備えた有機エレクトロルミネッセンス素子において、前記発光層は、下記式（Ｃ７）で表される分子構造を有する化合物を含むことを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子。
【化１】
0003942544.tif 000058
【請求項２】
ホール注入電極と電子注入電極との間に発光層を備えた有機エレクトロルミネッセンス素子において、前記発光層は、下記式（Ｃ８）で表される分子構造を有する化合物を含むことを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子。
【化２】
0003942544.tif 000059
【請求項３】
前記発光層はホスト材料をさらに含み、前記化合物の含有量は前記ホスト材料に対して０．１重量％以上５０重量％以下であることを特徴とする請求項１または２記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項４】
前記ホスト材料は、下記式（９）で表される分子構造を有する4,4'-ビス(カルバゾール-9-イル)ビフェニルであることを特徴とする請求項１記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【化３】
0003942544.tif 000060
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、有機エレクトロルミネッセンス素子、発光材料および有機化合物に関する。
背景技術
有機エレクトロルミネッセンス素子（以下、有機ＥＬ素子と称する）は、新しい自己発光型素子として期待されている。有機ＥＬ素子は、ホール注入電極と電子注入電極との間にキャリア輸送層（電子輸送層またはホール輸送層）および発光層が形成された積層構造を有している。
ホール注入電極としては、金またはＩＴＯ（インジウム−スズ酸化物）のような仕事関数の大きな電極材料が用いられ、電子注入電極としては、Ｍｇ（マグネシウム）またはＬｉ（リチウム）のような仕事関数の小さな電極材料が用いられる。
また、ホール輸送層、発光層および電子輸送層には有機材料が用いられる。ホール輸送層にはｐ型半導体の性質を有する材料が用いられ、電子輸送層にはｎ型半導体の性質を有する材料が用いられる。発光層も、電子輸送性またはホール輸送性のようなキャリア輸送性を有するとともに、蛍光または燐光を発する有機材料により構成される。
これらのホール注入電極、ホール輸送層、発光層、電子輸送層および電子注入電極はこの順に積層され、有機ＥＬ素子が形成される。
なお、用いる有機材料によって、ホール輸送層、電子輸送層および発光層の各機能層が複数の層により構成されたり、または省略されたりする。
例えば、Ｃｈｉｈａｙａ  Ａｄａｃｈｉ  ｅｔ  ａｌ．，Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，Ｖｏｌ．５５，ｐｐ．１４８９−１４９１（１９８９）に示された素子構造では、ホール注入電極と電子注入電極との間に発光層および電子輸送層の２層の有機層しか存在しない。それは、ＮＳＤという発光材料により構成された発光層が良好なホール輸送性を有しているので、発光層がホール輸送層も兼ねているからである。
また、Ｃ．Ｗ．Ｔａｎｇ  ｅｔ  ａｌ．，Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，Ｖｏｌ．５１，ｐｐ．９１３−９１５（１９８７）に示された素子構造は、ホール輸送層および発光層の２層の有機層から構成されている。この場合、発光層のトリス（８−ヒドロキシキノリナト）アルミニウム（以下、Ａｌｑと呼ぶ）が発光および電子輸送の２つの役割を果たしている。
一方、Ｓ．Ａ．ＶａｎＳｌｙｋｅ  ｅｔ  ａｌ．，Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，Ｖｏｌ．６９，ｐｐ．２１６０−２１６２（１９９６）に示された素子構造は、ホール注入層、ホール輸送層および発光層の３層の有機層から構成されている。この場合、ホール注入層は銅フタロシアニンから構成され、ホール輸送層と同様の働きを示し、素子全体では、ホール輸送層が２層存在することになる。
このように、用いる有機材料によって、電子輸送層、ホール輸送層および発光層の構成数を自由に調整することができる。
有機ＥＬ素子においては、発光層を構成する有機材料を選択することにより、青色から赤色までの可視光を得ることが可能である。したがって、光の３原色（ＲＧＢ）である赤色、緑色および青色の各単色光を発する有機ＥＬ素子を用いることにより、フルカラー表示を実現することが可能となる。
有機ＥＬ素子により得られる赤色光、緑色光および青色光の中で安定な光は緑色光および青色光である。これに対して、赤色〜橙色の光においては、高輝度で発光効率の高い光を得ることが困難である。これは、効率良く赤色〜橙色の蛍光または燐光を発する固体の有機材料が存在しないためである。
例えば、赤色〜橙色発光する有機ＥＬ素子の発光層の有機材料としては、主として下記式（１０）で表される構造を有する（４−（ジシアノメチレン）−２−メチル−６−ジュロジン−４−イル−ビニル）−４Ｈ−ピラン（（４−（ｄｉｃｙａｎｏｍｅｔｈｙｌｅｎｅ）−２−ｍｅｔｈｙｌ−６−ｊｕｌｏｄｉｎ−４−ｙｌ−ｖｉｎｙｌ）−４Ｈ−ｐｙｒａｎ：以下、ＤＣＭと称する）等のレーザー色素系材料であるＤＣＭ系材料が用いられる。しかしながら、このようなＤＣＭ系材料を用いた有機ＥＬ素子においては、発光効率の向上を図ることが困難である。
0003942544.tif 000002
発明の開示
本発明の目的は、高い輝度の赤色〜橙色光を高い発光効率で得ることが可能な有機ＥＬ素子を提供することである。
本発明の他の目的は、高い輝度の赤色〜橙色光を高い発光効率で得ることが可能な発光材料を提供することである。
本発明のさらに他の目的は、高い輝度の赤色〜橙色光を高い発光効率で得ることが可能な有機ＥＬ素子に用いられる有機化合物を提供することである。
本発明の一局面に従う有機エレクトロルミネッセンス素子は、ホール注入電極と電子注入電極との間に発光層を備えた有機エレクトロルミネッセンス素子であって、発光層は、イリジウムとキノリン誘導体とから構成される化合物を含むものである。
本発明に係る有機エレクトロルミネッセンス素子においては、発光層がイリジウムとキノリン誘導体とから構成される化合物を含んでいる。
ここで、イリジウムとキノリン誘導体とから構成される化合物は、三重項励起状態を経由して発光することが可能な材料であるため、上記の有機エレクトロルミネッセンス素子の発光層においては、通常は有効に利用することができない三重項励起状態を有効に利用して赤色〜橙色発光することが可能となる。
このため、上記の有機エレクトロルミネッセンス素子においては、高輝度の赤色〜橙色発光を高い発光効率で実現することが可能となる。
なお、上記の有機エレクトロルミネッセン素子において、発光層は、それ自体がイリジウムとキノリン誘導体とから構成される化合物から構成されてもよい。あるいは、発光層にドーパントとしてイリジウムとキノリン誘導体とから構成される化合物が添加されていてもよい。
イリジウムとキノリン誘導体とから構成される化合物は、下記式（１）で表される分子構造を有し、式（１）中のＲ１は水素原子、ハロゲン原子または置換基であり、Ａは置換基であることが好ましい。
0003942544.tif 000003
このような分子構造を有する化合物から構成される発光層においては、三重項励起状態を経由して赤色〜橙色発光することが可能となる。したがって、高輝度な赤色〜橙色発光を高い発光効率で実現することが可能となる。
式（１）で表される化合物においては、Ａが下記式（Ａ１）で表される分子構造を有し、式（１）中のＲ２は水素原子、ハロゲン原子または置換基であってもよい。
0003942544.tif 000004
また、式（１）で表される化合物は、Ａが下記式（Ａ２）で表される分子構造を有し、式（Ａ２）中のＲ３は水素原子、ハロゲン原子または置換基であってもよい。
0003942544.tif 000005
また、式（１）で表される化合物は、Ａが下記式（Ａ３）で表される分子構造を有し、式（Ａ３）中のＲ４は水素原子、ハロゲン原子または置換基であってもよい。
0003942544.tif 000006
また、式（１）で表される化合物は、Ａが下記式（Ａ４）で表される分子構造を有し、式（Ａ４）中のＲ５は水素原子、ハロゲン原子または置換基であってもよい。
0003942544.tif 000007
また、式（１）で表される化合物は、Ａが下記式（Ａ５）で表される分子構造を有し、式（Ａ５）中のＲ６は水素原子、ハロゲン原子または置換基であってもよい。
0003942544.tif 000008
また、式（１）で表される化合物は、Ａが下記式（Ａ６）で表される分子構造を有し、式（Ａ６）中のＲ７は水素原子、ハロゲン原子または置換基であってもよい。
0003942544.tif 000009
また、式（１）で表される化合物は、Ａが下記式（Ａ７）で表される分子構造を有し、式（Ａ７）中のＲ８は水素原子、ハロゲン原子または置換基であってもよい。
0003942544.tif 000010
また、式（１）で表される化合物は、Ａが下記式（Ａ８）で表される分子構造を有し、式（Ａ８）中のＲ９は水素原子、ハロゲン原子または置換基であってもよい。
0003942544.tif 000011
また、式（１）で表される化合物は、Ａが下記式（Ａ９）で表される分子構造を有し、式（Ａ９）中のＲ１０は水素原子、ハロゲン原子または置換基であってもよい。
0003942544.tif 000012
また、式（１）で表される化合物は、Ａが下記式（Ａ１０）で表される分子構造を有し、式（Ａ１０）中のＲ１１は水素原子、ハロゲン原子または置換基であってもよい。
0003942544.tif 000013
また、式（１）で表される化合物は、Ａが下記式（Ａ１１）で表される分子構造を有し、式（Ａ１１）中のＲ１２は水素原子、ハロゲン原子または置換基であってもよい。
0003942544.tif 000014
イリジウムとキノリン誘導体とから構成される化合物は、下記式（２）で表される分子構造を有し、式（２）中のＲ２１は水素原子、ハロゲン原子または置換基であり、Ａは置換基であり、Ｄは環状構造を形成する置換基であることが好ましい。
0003942544.tif 000015
Ｄが下記式（Ｄ１）で表される分子構造を有し、式（Ｄ１）中のＲ２２およびＲ２３は同一または異なり、水素原子、ハロゲン原子または置換基であってもよい。
0003942544.tif 000016
Ｄが下記式（Ｄ２）で表される分子構造を有し、式（Ｄ２）中のＲ２４は水素原子、ハロゲン原子または置換基であってもよい。
0003942544.tif 000017
また、式（２）で表される化合物は、Ａが下記式（Ａ１２）で表される分子構造を有し、式（Ａ１２）中のＲ１３は水素原子、ハロゲン原子または置換基であってもよい。
0003942544.tif 000018
また、式（２）で表される化合物は、Ａが下記式（Ａ１３）で表される分子構造を有し、式（Ａ１３）中のＲ１４は水素原子、ハロゲン原子または置換基であってもよい。
0003942544.tif 000019
また、式（２）で表される化合物は、Ａが下記式（Ａ１４）で表される分子構造を有し、式（Ａ１４）中のＲ１５は水素原子、ハロゲン原子または置換基であってもよい。
0003942544.tif 000020
また、式（２）で表される化合物は、Ａが下記式（Ａ１５）で表される分子構造を有し、式（Ａ１５）中のＲ１６は水素原子、ハロゲン原子または置換基であってもよい。
0003942544.tif 000021
また、式（２）で表される化合物は、Ａが下記式（Ａ１６）で表される分子構造を有し、式（Ａ１６）中のＲ１７は水素原子、ハロゲン原子または置換基であってもよい。
0003942544.tif 000022
イリジウムとキノリン誘導体とから構成される化合物は下記式（８）で表される分子構造を有するトリス（２−フェニルキノリン）イリジウムであってもよい。
0003942544.tif 000023
発光層はホスト材料をさらに含み、イリジウムとキノリン誘導体とから構成される化合物の含有量はホスト材料に対して０．１重量％以上５０重量％以下であってもよい。このように、発光層において、イリジウムとキノリン誘導体とから構成される化合物がドーパントとして添加される場合においても、高輝度な赤色〜橙色光を高い発光効率で得ることが可能となる。
ホスト材料は、下記式（９）で表される分子構造を有する４，４’−ビス（カルバゾール−９−イル）ビフェニルであってもよい。
0003942544.tif 000024
このようなホスト材料を用いることにより、高い発光効率かつ高輝度で赤色〜橙色の光を得ることが可能となる。
発光層と電子注入電極との間に発光層よりも大きなイオン化ポテンシャルを有するホール阻止層が設けられることが好ましい。このようなホール阻止層が設けられることにより、発光層とホール阻止層との間のエネルギー障壁が大きくなる。このため、正孔（ホール）が発光層から電子注入電極側へ注入されるのを防止することが可能となり、発光層において効率よく電子と正孔とを再結合させることが可能となる。それにより、有機ＥＬ素子の発光効率の向上を図ることが可能となる。
本発明の他の局面に従う発光材料は、下記式（２）で表される分子構造を有し、式（２）中のＲ２１は水素原子、ハロゲン原子または置換基であり、Ａは置換基であり、Ｄは環状構造を形成する置換基である。
0003942544.tif 000025
Ｄは下記式（Ｄ１）で表される分子構造を有し、式（Ｄ１）中のＲ２２およびＲ２３は同一または異なり、水素原子、ハロゲン原子または置換基であってもよい。
0003942544.tif 000026
Ｄは下記式（Ｄ２）で表される分子構造を有し、式（Ｄ２）中のＲ２４は水素原子、ハロゲン原子または置換基であってもよい。
0003942544.tif 000027
このような発光材料は、三重項励起状態を経由して発光することが可能な材料であるため、赤色〜橙色発光することが可能となる。
本発明のさらに他の局面に従う有機化合物は、下記式（２）で表される分子構造を有し、式（２）中のＲ２１は水素原子、ハロゲン原子または置換基であり、Ａは置換基であり、Ｄは環状構造を形成する置換基である。
0003942544.tif 000028
Ｄは下記式（Ｄ１）で表される分子構造を有し、式（Ｄ１）中のＲ２２およびＲ２３は同一または異なり、水素原子、ハロゲン原子または置換基であってもよい。
0003942544.tif 000029
Ｄは下記式（Ｄ２）で表される分子構造を有し、式（Ｄ２）中のＲ２４は水素原子、ハロゲン原子または置換基であってもよい。
0003942544.tif 000030
有機化合物は、下記式（Ｃ１）で表される分子構造を有してもよい。
0003942544.tif 000031
有機化合物は、下記式（Ｃ２）で表される分子構造を有してもよい。
0003942544.tif 000032
有機化合物は、下記式（Ｃ７）で表される分子構造を有してもよい。
0003942544.tif 000033
有機化合物は、下記式（Ｃ８）で表される分子構造を有してもよい。
0003942544.tif 000034
このような有機化合物は、三重項励起状態を経由して発光することが可能な材料であるため、赤色〜橙色発光することが可能となる。
発明を実施するための最良の形態
図１は、本発明の一実施の形態における有機エレクトロルミネッセンス素子（以下、有機ＥＬ素子と称する）の構造を示す模式図である。
図１に示すように、有機ＥＬ素子１００においては、ガラス基板１上に透明電極膜からなるホール注入電極（陽極）２が形成されている。ホール注入電極２上には、有機材料からなるホール注入層３、有機材料からなるホール輸送層４および有機材料からなる発光層５が順に形成されている。また、発光層５上には、有機材料からなるホール阻止層６が形成されており、ホール阻止層６上には電子注入電極（陰極）７が形成されている。
発光層５は、キノリン誘導体と金属であるイリジウムとから構成される有機イリジウム化合物を含む。なお、発光層５は、それ自体がこのような有機イリジウム化合物から構成されてもよく、あるいは、発光ドーパントとしてこのような有機イリジウム化合物を含んでもよい。
例えば、本実施例においては、後述のホスト材料に、発光ドーパントとして、イリジウムおよびキノリン誘導体からなる有機イリジウム化合物が含まれている。この場合の有機イリジウム化合物の含有量は、ホスト材料に対して０．１重量％〜５０重量％であり、好ましくは１重量％〜１０重量％である。
なお、ホスト材料としては、例えば下記式（９）で表される分子構造を有する４，４’−ビス（カルバゾール−９−イル）ビフェニル（４，４’−ｂｉｓ（ｃａｒｂａｚｏｌ−９−ｙｌ）ｂｉｐｈｅｎｙｌ：以下、ＣＢＰと称する）が用いられる。
0003942544.tif 000035
発光層５に含まれる上記の有機イリジウム化合物は、下記式（１）で表される分子構造を有することが好ましい。なお、式（１）中のＲ１は水素原子、ハロゲン原子または置換基を示しており、Ａは後述の置換基を示す。
0003942544.tif 000036
例えば、Ｒ１は−ＣｎＨ２ｎ＋１（ｎ＝１０〜１０）、フェニル基、ナフチル基、−ＣＮ、−Ｎ（ＣｎＨ２ｎ＋１）２（ｎ＝１〜１０）、−ＣＯＯＣｎＨ２ｎ＋１（ｎ＝１〜１０）、−Ｆ、−Ｃｌ、−Ｂｒ、−Ｉ、−ＯＣＨ３、−ＯＣ２Ｈ５、等である。
また、上記式（１）中のＡは、例えば下記式（Ａ１）〜（Ａ１１）で表される分子構造を有する置換基のいずれかであってもよい。
0003942544.tif 000037
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なお、式（Ａ１）〜（Ａ１１）中のＲ２〜Ｒ１２は水素原子、ハロゲン原子または置換基である。例えば、Ｒ８〜Ｒ１２は−ＣｎＨ２ｎ＋１（ｎ＝０〜１０）、フェニル基、ナフチル基、−ＣＮ、−Ｎ（ＣｎＨ２ｎ＋１）２（ｎ＝１〜１０）、−ＣＯＯＣｎＨ２ｎ＋１（ｎ＝１〜１０）、−Ｆ、−Ｃｌ、−Ｂｒ、−Ｉ、−ＯＣＨ３、−ＯＣ２Ｈ５、等である。
このようにイリジウムとキノリン誘導体とから構成され上記式（１）で表される構造を有する有機イリジウム化合物は、三重項励起状態を経由して赤色〜橙色の燐光を発することが可能である。
上記式（１）で表される有機イリジウム化合物は、下記式（Ｂ１）で表される分子構造を有するキノリン誘導体とイリジウム化合物とを反応させ、イリジウムにキノリン誘導体を配位またはキレートさせることにより製造される。この場合、イリジウム化合物１ｍｏｌに対してキノリン誘導体を３ｍｏｌ以上反応させる。イリジウム化合物としては、トリス（アセチルアセトナト）イリジウム（Ｉｒ（ａｃａｃ）３）、または塩化イリジウム等を使用することができる。ここで、「ａｃａｃ」は、「ａｃｅｔｙｌａｃｅｔｏｎｅ」の略である。
0003942544.tif 000040
ところで、量子力学的考察によると、電子と正孔との結合により生じる励起状態全体のうち、およそ４分の３の比率で電子スピンが平行な三重項励起状態が生成し、およそ４分の１の比率で電子スピンが逆平行でスピン量子数の和が０となる一重項励起状態が生成すると考えられている。
これら２種類の励起状態のうち、一重項励起状態にある電子が基底状態へ遷移することによる発光は蛍光と呼ばれる。蛍光はスピン許容であり、容易に起こる。このため、蛍光は、有機ＥＬ素子等の発光現象において広く利用される。
一方、三重項励起状態にある電子が基底状態へ遷移することによる発光は燐光と呼ばれる。燐光はスピン禁制であり、パウリの排他原理によれば、同一の電子軌道（この場合は基底状態に相当する）に電子スピンが平行な２つの電子が存在することはあり得ない。したがって、三重項励起状態にある電子が基底状態へ遷移して発光するためには、遷移する電子の電子スピンが何らかの摂動を受けて反転する必要がある。しかしながら、有機ＥＬ素子に通常用いられる発光物質の大部分では、電子スピンの反転は困難である。したがって、燐光は、通常の物質では液体窒素温度以下のごく低温領域でのみ観測される特殊な現象として知られている。
例えば、従来の赤色発光有機ＥＬ素子の発光材料として用いられる前述のＤＣＭ系材料は、一重項励起状態を経由して赤色の蛍光を発するものであり、この材料においては、励起状態全体のうちおよそ４分の３を占める三重項励起状態を有効に利用することができない。したがって、このようなＤＣＭ系の赤色発光材料からなる発光層を有する有機ＥＬ素子においては、発光効率の向上を図ることが困難である。
これに対して、前述のように、本実施例の有機ＥＬ素子１００においては、発光層５が赤色〜橙色の発光材料として上記式（１）で表される構造を有する有機イリジウム化合物を含むため、発光層５においては三重項励起状態を経由して赤色〜橙色の燐光を発することが可能である。このように、この場合においては、励起状態全体のうちおよそ４分の３を示す三重項励起状態を有効に利用することが可能となる。それにより、有機ＥＬ素子１００においては、高い輝度の赤色〜橙色光を高い発光効率で得ることが可能となる。
ところで、Ｍ．Ａ．Ｂａｌｄ  ｅｔ  ａｌ，，Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ，Ｖｏｌ．７５，Ｎｏ．１，ｐ４（１９９９）においては、上記式（１）で表される分子構造を有する有機イリジウム化合物と類似の構造を有する有機イリジウム化合物が開示されている。しかしながら、ここで開示された有機イリジウム化合物は、フェニルピリジンとイリジウムとを組み合わせた化合物であり、それゆえ、本実施例のようにキノリン誘導体とイリジウムとを組み合わせた化合物に比べてπ共役電子系が短い。したがって、この文献で開示されたフェニルピリジンとイリジウムとからなる有機イリジウム化合物の発光色は緑色となる。
一方、本実施例においては、キノリン誘導体とイリジウムとを組み合わせた有機イリジウム化合物を用いているため、フェニルピリジンとイリジウムからなる上記の化合物に比べてπ共役電子系を延長させることが可能となる。したがって、本実施例においては、赤色〜橙色の領域にスペクトルを移行させることが可能となり、赤色〜橙色発光が可能な有機ＥＬ素子が実現可能となる。
発光層５に含まれる上記の有機イリジウム化合物は、下記式（２）で表される分子構造を有することが好ましい。なお、式（２）中のＲ２１は水素原子、ハロゲン原子または置換基を示しており、Ａは後述の置換基を示し、Ｄは環状構造を形成する後述の置換基を示す。
例えば、Ｒ２１は−ＣｎＨ２ｎ＋１（ｎ＝１０〜１０）、フェニル基、ナフチル基、−ＣＮ、−Ｎ（ＣｎＨ２ｎ＋１）２（ｎ＝１〜１０）、−ＣＯＯＣｎＨ２ｎ＋１（ｎ＝１〜１０）、−Ｆ、−Ｃｌ、−Ｂｒ、−Ｉ、−ＯＣＨ３、−ＯＣ２Ｈ５、等である。
また、上記式（２）中のＤは、例えば下記式（Ｄ１）または（Ｄ２）で表される分子構造を有する置換基であってもよい。
0003942544.tif 000041
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なお、式（Ｄ１），（Ｄ２）中のＲ２２〜Ｒ２４は水素原子、ハロゲン原子または置換基である。例えば、Ｒ２２〜Ｒ２４は−ＣｎＨ２ｎ＋１（ｎ＝０〜１０）、フェニル基、ナフチル基、フリル基、シエニル基、−Ｎ（ＣｎＨ２ｎ＋１）２（ｎ＝１〜１０）、−ＣＯＯＣｎＨ２ｎ＋１（ｎ＝１〜１０）、−Ｆ、−Ｃｌ、−Ｂｒ、−Ｉ、−ＣＦ３等である。
また、上記式（２）中のＡは、例えば下記式（Ａ１２）〜（Ａ１６）で表される分子構造を有する置換基のいずれかであってもよい。
0003942544.tif 000043
0003942544.tif 000044
なお、式（Ａ１２）〜（Ａ１６）中のＲ１３〜Ｒ１７は水素原子、ハロゲン原子または置換基である。例えば、Ｒ１３〜Ｒ１７は−ＣｎＨ２ｎ＋１（ｎ＝１〜１０）、フェニル基、ナフチル基、−ＣＮ、−Ｎ（ＣｎＨ２ｎ＋１）２（ｎ＝１〜１０）、−ＣＯＯＣｎＨ２ｎ＋１（ｎ＝１〜１０）、−Ｆ、−Ｃｌ、−Ｂｒ、−Ｉ、−ＯＣＨ３、−ＯＣ２Ｈ５、等である。
このようにイリジウムとキノリン誘導体とから構成され上記式（２）で表される構造を有する有機イリジウム化合物は、三重項励起状態を経由して赤色〜橙色の燐光を発することが可能である。
上記式（２）で表される有機イリジウム化合物は、下記式（Ｂ２）で表される分子構造を有するキノリン誘導体とイリジウム化合物と上記式（Ｄ１）または（Ｄ２）で表されるＤに対応する化合物とを反応させ、イリジウムにキノリン誘導体およびＤを配位またはキレートさせることにより製造される。この場合、イリジウム化合物１ｍｏｌに対してキノリン誘導体を１．５〜２．５ｍｏｌおよびＤに対応する化合物を０．５〜１．５ｍｏｌ反応させる。イリジウム化合物としては、トリス（アセチルアセトナト）イリジウム（Ｉｒ（ａｃａｃ）３）、または塩化イリジウム等を使用することができる。ここで、「ａｃａｃ」は、「ａｃｅｔｙｌａｃｅｔｏｎｅ」の略である。
0003942544.tif 000045
なお、本発明に係る有機ＥＬ素子の構造は、上記の構造に限定されず、種々の構造を用いることができる。例えば、ホール注入電極２と電子注入電極７との間に発光層および電子輸送層の２層のみを設けた構造であってもよい。また、ホール注入電極２と電子注入電極７との間にホール輸送層、発光層、ホール阻止層および電子輸送層が順に積層された構造であってもよい。
なお、有機ＥＬ素子においては、発光層と電子注入電極との間に、発光層よりも大きなイオン化ポテンシャルを有するホール阻止層を設けることが好ましい。このようなホール阻止層を設けることにより、発光層とホール阻止層との間のエネルギー障壁を大きくすることが可能となる。それにより、正孔（ホール）が発光層から電子注入電極側の層（例えば電子輸送層や電子注入層）に注入されるのを防止することが可能となり、発光層において効率よく正孔と電子とを再結合させることが可能となる。その結果、有機ＥＬ素子において発光効率の向上を図ることが可能となる。
上記の有機ＥＬ素子１００においては、ホール注入電極２と電子注入電極７との間に電圧を印加することにより、有機ＥＬ素子１００の発光層５が赤色〜橙色発光し、ガラス基板１の裏面から光が出射される。
（実施例）
以下、実施例１〜３および比較例の有機ＥＬ素子を作製し、この素子の発光特性を測定した。
［実施例１］
実施例１においては、ガラス基板上にホール注入電極（陽極）、ホール輸送層、発光層、ホール阻止層、電子輸送層および電子注入電極（陰極）が順に積層されてなる有機ＥＬ素子を用いた。
この場合、有機ＥＬ素子のホール注入電極は、厚み１０００Åのインジウム−スズ酸化物（ＩＴＯ）からなる。また、ホール輸送層は、厚み５００Åを有し、下記式（１１）で表される分子構造を有するＮ，Ｎ’−ジ（ナフタレン−１−イル）−Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−ベンジジン（Ｎ，Ｎ’−Ｄｉ（ｎａｐｈｔｈａｌｅｎ−１−ｙｌ）−Ｎ，Ｎ’−ｄｉｐｈｅｎｙｌ−ｂｅｎｚｉｄｉｎｅ：以下、ＮＰＢと称する）からなる。
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発光層５は、厚み２００Åを有し、ホスト材料として下記式（９）で表される分子構造を有するＣＢＰを含みかつ赤色〜橙色発光ドーパントとして下記式（８）で表される分子構造を有するトリス（２−フェニルキノリン）イリジウム（ｔｒｉｓ（２−ｐｈｅｎｙｌｑｕｉｎｏｌｉｎｅ）ｉｒｉｄｉｕｍ：以下、Ｉｒ（Ｐｈｑ）３と称する）を含む。このＩｒ（Ｐｈｑ）３は三重項励起状態を経由して赤色〜橙色発光することが可能である。
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なお、この場合、発光層５は、Ｉｒ（Ｐｈｑ）３をホスト材料であるＣＢＰに対して６．５重量％含む。また、この場合においては、ホスト材料であるＣＢＰのイオン化ポテンシャルは５．９ｅＶである。
ホール阻止層は、厚み１００Åを有し、下記式（１２）で表される分子構造を有するバソクプロイン（Ｂａｔｈｏｃｕｐｒｏｉｎｅ：以下、ＢＣＰと称する）から構成される。このようなＢＣＰから構成されるホール阻止層のイオン化ポテンシャルは６．２ｅＶであり、発光層のホスト材料であるＣＢＰに比べて大きなイオン化ポテンシャルを有する。
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また、電子輸送層は、厚み１５０Åを有し、下記式（１３）で表される分子構造を有するトリス（８−ヒドロキシキノリナト）アルミニウム（以下、Ａｌｑと称する）から構成される。このようなＡｌｑから構成される電子輸送層のイオン化ポテンシャルは５．５ｅＶである。
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ここで、上記のようにイオン化ポテンシャルの大きなホール阻止層が発光層と電子輸送層との間に形成された本例の有機ＥＬ素子においては、発光層とホール阻止層との間のエネルギー障壁が大きくなる。このため、正孔（ホール）が発光層から電子輸送層に注入されるのを防止することが可能となる。それにより、発光層において効率よく正孔と電子との再結合を行うことが可能となる。その結果、有機ＥＬ素子において、発光効率の向上を図ることが可能となる。
また、電子注入電極は、厚み２０００ÅのＭｇＩｎ合金（比率１０：１）からなる。
上記のような構造を有する有機ＥＬ素子は、以下のようにして作製した。
まず、ガラス基板上にインジウム−スズ酸化物（ＩＴＯ）からなるホール注入電極を形成した。次に、ホール注入電極が形成されたガラス基板を、中性洗剤により洗浄した後、アセトン中で１０分間およびエタノール中で１０分間超音波洗浄した。さらに、オゾンクリーナにてガラス基板の表面の洗浄を行った。
この後、上記ＩＴＯからなるホール注入電極上に、真空蒸着法によりホール輸送層、発光層、ホール阻止層、電子輸送層および電子注入電極を順に積層した。これらの蒸着は、いずれも真空度１×１０−６Ｔｏｒｒで基板温度の制御を行わずに常温の条件下で行った。
上記の方法により作製した有機ＥＬ素子のホール注入電極に正のバイアス電圧を印加するとともに電子注入電極に負のバイアス電圧を印加し、この素子の発光特性の測定を行った。
上記のようにして有機ＥＬ素子の発光特性の測定を行った結果、この有機ＥＬ素子においては、波長５８６ｎｍにピークを有する良好な橙色光が得られた。ここで得られた橙色光は、ＣＩＥ（Ｃｏｍｉｓｓｉｏｎ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  ｄ’Ｅｃｌａｉｒａｇｅ）色度座標においてｘ＝０．５３およびｙ＝０．４６であった。なお、この場合、ｘはＣＩＥ色度座標の横軸であり、ｙはＣＩＥ色度座標の縦軸である。
また、この場合、有機ＥＬ素子の最高輝度は３４，２００ｃｄ／ｍ２であり、この時の発光効率は１５．７ｃｄ／Ａであった。
［実施例２］
実施例２においては、以下の点を除いて、実施例１の有機ＥＬ素子と同様の構造を有する有機ＥＬ素子を用いた。なお、実施例２の有機ＥＬ素子は、実施例１の有機ＥＬ素子の製造方法と同様の方法により作製した。
実施例２の有機ＥＬ素子においては、ホール阻止層が下記式（１４）で表される分子構造を有する（（１，１’−ビスフェニル）−４−オラト）（２−メチル−８−キノリノラト−Ｎ１，０８）アルミニウム（（（１，１’−Ｂｉｓｐｈｅｎｙｌ）−４’−Ｏｌａｔｏ）（２−ｍｅｔｈｙｌ−８−ｑｕｉｎｏｌｉｎｏｌａｔｅ−Ｎ１，０８）Ａｌｕｍｉｎｉｕｍ：以下、ＢＡｌｑと称する）からなる。このようなＢＡｌｑから構成されるホール阻止層は厚みが１００Åであり、イオン化ポテンシャルは５．６ｅＶである。
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ここで、このように大きなイオン化ポテンシャルを有するホール阻止層が発光層と電子輸送層との間に形成された本例の有機ＥＬ素子においては、発光層とホール阻止層との間のエネルギー障壁が大きくなるため、正孔（ホール）が発光層から電子輸送層に注入されるのを防止することが可能となる。それにより、発光層において効率よく正孔と電子との再結合を行うことが可能となる。その結果、有機ＥＬ素子において、発光効率の向上を図ることが可能となる。
上記の有機ＥＬ素子について、実施例１の場合と同様の方法により、発光特性の測定を行った。その結果、この有機ＥＬ素子においては、波長５８３ｎｍにピークを有する良好な橙色光が得られた。なお、ここで得られた橙色光は、ＣＩＥ色度座標においてｘ＝０．５３およびｙ＝０．４６であった。また、この場合、有機ＥＬ素子の最高輝度は３８，７００ｃｄ／ｍ２であり、この時の発光効率は１４．４ｃｄ／Ａであった。
［実施例３］
実施例３においては、発光層がホスト材料を含まず厚み２００ÅのＩｒ（Ｐｈｑ）３の単層のみから構成される点を除いて、実施例１の有機ＥＬ素子と同様の構造を有する有機ＥＬ素子を用いた。なお、実施例３の有機ＥＬ素子は、実施例１の有機ＥＬ素子の製造方法と同様の方法により作製した。
ここで、本例の有機ＥＬ素子においては、発光層と電子輸送層との間にイオン化ポテンシャルの大きなホール阻止層が形成されているため、発光層とホール阻止層との間のエネルギー障壁が大きくなる。このため、正孔（ホール）が発光層から電子輸送層に注入されるのを防止することが可能となる。それにより、発光層において効率よく正孔と電子との再結合を行うことが可能となる。その結果、有機ＥＬ素子において、発光効率の向上を図ることが可能となる。
上記の有機ＥＬ素子について、実施例１の場合と同様の方法により、発光特性の測定を行った。その結果、この有機ＥＬ素子においては、波長５９８ｎｍにピークを有する良好な橙色光が得られた。なお、ここで得られた橙色光は、ＣＩＥ色度座標においてｘ＝０．５７およびｙ＝０．４３であった。また、この場合の有機ＥＬ素子の最高輝度は１５，５６０ｃｄ／ｍ２であり、この時の発光効率は０．２ｃｄ／Ａであった。
［比較例］
比較例においては、発光層の赤色〜橙色発光ドーパントとして、Ｉｒ（Ｐｈｑ）３の代わりに下記式（１５）で表される構造を有する５，１０，１５，２０−テトラフェニル−２１Ｈ，２３Ｈ−ポルフィン（５，１０，１５，２０−Ｔｅｔｒａｐｈｅｎｙｌ−２１Ｈ，２３Ｈ−ｐｏｒｐｈｉｎｅ：以下、ＴＰＰと称する）を用いた点を除いて、実施例１と同様の構造を有する有機ＥＬ素子を用いた。このような比較例の有機ＥＬ素子は、実施例１の有機ＥＬと同様の方法により作製した。なお、発光層中に赤色〜橙色発光ドーパントとして含まれるＴＰＰは、一重項励起状態を経由して赤色〜橙色発光する物質である。
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上記の有機ＥＬ素子について、実施例１の場合と同様の方法により、発光特性の測定を行った。その結果、この有機ＥＬ素子においては、波長６４５ｎｍにピークを有する赤色発光が得られた。なお、ここで得られた赤色光は、ＣＩＥ色度座標においてｘ＝０．６５およびｙ＝０．３５であった。また、この場合の最高輝度は１００ｃｄ／ｍ２であり、この時の発光効率は０．１ｃｄ／Ａであった。
以上のように、上記の実施例１〜３および比較例から、発光層の赤色〜橙色発光ドーパントとして三重項励起材料であるＩｒ（Ｐｈｑ）３を用いることにより、有機ＥＬ素子において高輝度な赤色〜橙色発光を良好な発光効率で実現することが可能であることが分かった。
また、実施例１，２と実施例３とを比較してわかるように、発光層がホストとしてＢＣＰまたはＢＡｌｑを含む場合においては、発光層がＩｒ（Ｐｈｑ）３のみから構成される場合と比較して輝度および発光効率の向上がさらに図られる。
［実施例４〜１３］
実施例４〜１３においては、発光層のドーパントを除いて、実施例１の有機ＥＬ素子と同様の構造を有する有機ＥＬ素子を用いた。なお、実施例４〜１３の有機ＥＬ素子は、実施例１の有機ＥＬ素子の製造方法と同様の方法により作製した。
実施例４〜１３の有機ＥＬ素子の発光層のドーパントとしては、それぞれ下記式（Ｃ１）〜（Ｃ１０）で表される分子構造を有する化合物１〜１０を用いた。
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上記の有機ＥＬ素子について、実施例１の場合と同様の方法により、発光特性の測定を行った。図２に、実施例１１の有機ＥＬ素子の発光スペクトルを代表的に示す。図２に示すように、実施例１１の有機ＥＬ素子においては、波長６３０ｎｍにピークを有する発光スペクトルが得られた。
実施例４〜１３の有機ＥＬ素子の材料および発光特性の測定結果を表１に示す。
【表１】
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表１の結果から、発光層の赤色〜橙色発光ドーパントとして三重項励起材料である化合物１〜１０を用いることにより、有機ＥＬ素子において高輝度な赤色〜橙色発光を良好な発光効率を実現することが可能であることが分かった。
［実施例１４〜１６］
実施例１４〜１６においては、発光層のドーパントとして上記の化合物３を用いた点を除いて、実施例１の有機ＥＬ素子と同様の構造を有する有機ＥＬ素子を用いた。実施例１４〜１６の有機ＥＬ素子において、ドーパントである化合物３の濃度をそれぞれ１３％、２０％および３％とした。なお、実施例１４〜１６の有機ＥＬ素子は、実施例１の有機ＥＬ素子の製造方法と同様の方法により作製した。
上記の有機ＥＬ素子について、実施例１の場合と同様の方法により、発光特性の測定を行った。実施例１４〜１６の有機ＥＬ素子の材料および発光特性の測定結果を上記の表１に示す。
実施例１４によると、ドーパントである化合物３の濃度が１３％の場合に最高輝度が４３，０００ｃｄ／ｍ２であり、この時の発光効率が１８．２ｃｄ／Ａとなった。実施例６によると、ドーパントである化合物３の濃度が６．５％の場合に最高輝度が２９，５００ｃｄ／ｍ２であり、この時の発光効率が１４．２ｃｄ／Ａとなった。実施例１６によると、ドーパントである化合物３の濃度が３％の場合に最高輝度が２０，１００ｃｄ／ｍ２であり、この時の発光効率が１０．２ｃｄ／Ａとなった。実施例１５によると、ドーパントである化合物３の濃度が２０％の場合に最高輝度が１７，０００ｃｄ／ｍ２であり、この時の発光効率が８ｃｄ／Ａとなった。実施例６，１４〜１６の結果から、化合物３の濃度が３％〜２０％の範囲で良好な発光効率を実現することが可能であることが分かった。
［実施例１７］
実施例１７では、有機イリジウム化合物を発光層のホスト材料として用いた。実施例１７においては、発光層がホスト材料としてＩｒ（Ｐｈｑ）３を含み、発光層が発光ドーパントとして上記式（Ｃ８）で表される化合物８を６．５重量％含む点を除いて、実施例１の有機ＥＬ素子と同様の構造を有する有機ＥＬ素子を用いた。なお、実施例１７の有機ＥＬ素子は、実施例１の有機ＥＬ素子の製造方法と同様の方法により作製した。
上記の有機ＥＬ素子について、実施例１の場合と同様の方法により、発光特性の測定を行った。その結果、この有機ＥＬ素子においては、波長６２１ｎｍにピークを有する赤色発光が得られた。なお、ここで得られた赤色光は、ＣＩＥ色度座標においてｘ＝０．６３およびｙ＝０．３６であった。また、この場合の最高輝度は９８００ｃｄ／ｍ２であり、この時の発光効率は４．１ｃｄ／Ａであった。
以上のように、上記の実施例１７から、発光層のホスト材料として三重項励起材料であるＩｒ（Ｐｈｑ）３を用いることにより、有機ＥＬ素子において高輝度な赤色〜橙色発光を良好な発光効率で実現することが可能であることが分かった。
［実施例１８］
実施例１８では、有機イリジウム化合物をホール輸送材料として用いた。実施例１８においては、ガラス基板上にＩＴＯからなるホール注入電極、Ｉｒ（Ｐｈｑ）３からなる３０ｎｍのホール輸送層、Ａｌｑからなる５０ｎｍの発光層およびＭｇＩｎ合金からなる電子注入電極が順に積層されてなる有機ＥＬ素子を用いた。
上記の有機ＥＬ素子について、実施例１の場合と同様の方法により、発光特性の測定を行った。その結果、この有機ＥＬ素子においては、波長５３０ｎｍにピークを有する緑色発光が得られた。なお、ここで得られた緑色光は、ＣＩＥ色度座標においてｘ＝０．３７およびｙ＝０．５２であった。また、この場合の最高輝度は３１００ｃｄ／ｍ２であり、この時の発光効率は１．５ｃｄ／Ａであった。
以上のように、上記の実施例１８から、ホール輸送材料として三重項励起材料であるＩｒ（Ｐｈｑ）３を用いることにより、有機ＥＬ素子において高輝度な緑色発光を良好な発光効率で実現することが可能であることが分かった。
［実施例１９］
実施例１９では、有機イリジウム化合物を電子輸送材料として用いた。実施例１９においては、ガラス基板上にＩＴＯからなるホール注入電極、５０ｎｍの発光層、Ｉｒ（Ｐｈｑ）３からなる３０ｎｍの電子輸送層およびＭｇＩｎ合金からなる電子注入電極が順に積層されてなる有機ＥＬ素子を用いた。発光層は、ホスト材料としてＮＰＢを含み、発光ドーパントとして下記式（１６）により表される分子構造を有するルブレンを５重量％含む。
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上記の有機ＥＬ素子について、実施例１の場合と同様の方法により、発光特性の測定を行った。その結果、この有機ＥＬ素子においては、波長５６０ｎｍにピークを有する黄色発光が得られた。なお、ここで得られた黄色光は、ＣＩＥ色度座標においてｘ＝０．４７およびｙ＝０．５１であった。また、この場合の最高輝度は２８００ｃｄ／ｍ２であり、この時の発光効率は１．３ｃｄ／Ａであった。
以上のように、上記の実施例１９から、電子輸送材料として三重項励起材料であるＩｒ（Ｐｈｑ）３を用いることにより、有機ＥＬ素子において高輝度な黄色発光を良好な発光効率で実現することが可能であることが分かった。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明の一実施例における有機ＥＬ素子の構造を示す模式図である。
図２は、実施例の有機ＥＬ素子における発光スペクトルを示す図である。
【図１】
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【図２】
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