説明

有機エレクトロルミネッセンス素子材料、有機エレクトロルミネッセンス素子、表示装置及び照明装置

【課題】発光波長が制御され、高い発光効率を示し、かつ、発光寿命の長い有機エレクトロルミネッセンス素子材料、有機エレクトロルミネッセンス素子、照明装置及び表示装置を提供する。
【解決手段】陽極と陰極により挟まれた、発光層を有する有機エレクトロルミネッセンス素子において、下記一般式(1)で表される化合物を含有する。


(式中、R1〜R6は水素または置換基を表し、X1〜X5は炭素または窒素を表す。)

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、有機エレクトロルミネッセンス素子材料、有機エレクトロルミネッセンス素子、表示装置及び照明装置に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、発光型の電子ディスプレイデバイスとして、エレクトロルミネッセンスディスプレイ(以下、ELDという)がある。ELDの構成要素としては、無機エレクトロルミネッセンス素子や有機エレクトロルミネッセンス素子(以下、有機EL素子ともいう)が挙げられる。無機エレクトロルミネッセンス素子は平面型光源として使用されてきたが、発光素子を駆動させるためには交流の高電圧が必要である。有機EL素子は、発光する化合物を含有する発光層を陰極と陽極で挟んだ構成を有し、発光層に電子及び正孔を注入して、再結合させることにより励起子(エキシトン)を生成させ、このエキシトンが失活する際の光の放出(蛍光・燐光)を利用して発光する素子であり、数V〜数十V程度の電圧で発光が可能であり、さらに、自己発光型であるために視野角に富み、視認性が高く、薄膜型の完全固体素子であるために省スペース、携帯性等の観点から注目されている。
【0003】
しかしながら、今後の実用化に向けた有機EL素子においては、さらに低消費電力で効率よく高輝度に発光する有機EL素子の開発が望まれている。
【0004】
特許第3093796号明細書では、スチルベン誘導体、ジスチリルアリーレン誘導体またはトリススチリルアリーレン誘導体に、微量の蛍光体をドープし、発光輝度の向上、素子の長寿命化を達成している。
【0005】
また、8−ヒドロキシキノリンアルミニウム錯体をホスト化合物として、これに微量の蛍光体をドープした有機発光層を有する素子(例えば、特開昭63−264692号公報)、8−ヒドロキシキノリンアルミニウム錯体をホスト化合物として、これにキナクリドン系色素をドープした有機発光層を有する素子(例えば、特開平3−255190号公報)等が知られている。
【0006】
以上のように、励起一重項からの発光を用いる場合、一重項励起子と三重項励起子の生成比が1:3であるため発光性励起種の生成確率が25%であり、光の取り出し効率が約20%であるため、外部取り出し量子効率(ηext)の限界は5%とされている。
【0007】
ところが、プリンストン大より励起三重項からの燐光発光を用いる有機EL素子の報告(M.A.Baldo et al.,nature,395巻,151−154ページ(1998年))がされて以来、室温で燐光を示す材料の研究が活発になってきている。
【0008】
例えばM.A.Baldo et al.,nature,403巻,17号,750−753ページ(2000年)、また米国特許第6,097,147号明細書等にも開示されている。
【0009】
励起三重項を使用すると、内部量子効率の上限が100%となるため、励起一重項の場合に比べて原理的に発光効率が4倍となり、冷陰極管とほぼ同等の性能が得られる可能性があることから照明用途としても注目されている。
【0010】
例えば、S.Lamansky et al.,J.Am.Chem.Soc.,123巻,4304ページ(2001年)等においては、多くの化合物がイリジウム錯体系等重金属錯体を中心に合成検討されている。
【0011】
また、前述のM.A.Baldo et al.,nature,403巻,17号,750−753ページ(2000年)においては、ドーパントとして、トリス(2−フェニルピリジン)イリジウムを用いた検討がされている。
【0012】
その他、M.E.Tompson等は、The 10th International Workshop on Inorganic and Organic Electroluminescence(EL’00、浜松)において、ドーパントとしてL2Ir(acac)、例えば、(ppy)2Ir(acac)を、また、Moon−Jae Youn.0g、Tetsuo Tsutsui等は、やはり、The 10th International Workshop on Inorganic and Organic Electroluminescence(EL’00、浜松)において、ドーパントとして、トリス(2−(p−トリル)ピリジン)イリジウム(Ir(ptpy)3)、トリス(ベンゾ[h]キノリン)イリジウム(Ir(bzq)3)等を用いた検討を行っている。なお、これらの金属錯体は一般にオルトメタル化イリジウム錯体と呼ばれている。
【0013】
また、前記、S.Lamansky et al.,J.Am.Chem.Soc.,123巻,4304ページ(2001年)等においても、各種イリジウム錯体を用いて素子化する試みがされている。
【0014】
中心金属をイリジウムの代わりに白金としたオルトメタル化錯体も注目されている。この種の錯体に関しては、配位子に特徴を持たせた例が多数知られている(例えば、特許文献1〜5参照)。
【0015】
これらりん光発光ドーパントのホスト化合物として、CBP、m−CPに代表されるカルバゾール誘導体がよく知られている。しかしながら、青発光用のホストとしては効率と寿命を十分に満足するに至っていない。そこで、新たな母核の検討も行われており、トリフェニレン誘導体等が検討されている(例えば、特許文献6、7、8参照)。
【特許文献1】特開2002−332291号公報
【特許文献2】特開2002−332292号公報
【特許文献3】特開2002−338588号公報
【特許文献4】特開2002−226495号公報
【特許文献5】特開2002−234894号公報
【特許文献6】特開平10−284255号公報
【特許文献7】特開2004−35617号公報
【特許文献8】特開2005−71983号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0016】
本発明は係る課題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、発光波長が制御され、高い発光効率を示し、かつ、発光寿命の長い有機エレクトロルミネッセンス素子材料、有機エレクトロルミネッセンス素子、照明装置及び表示装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0017】
本発明の上記課題は、以下の構成により達成される。
【0018】
1.陽極と陰極により挟まれた、少なくとも発光層を含有する有機エレクトロルミネッセンス素子において、下記一般式(1)で表される化合物を含有することを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子。
【0019】
【化1】

【0020】
(式中、R1〜R6は水素原子または置換基を表し、X1〜X5は炭素原子または窒素原子を表す。)
2.前記一般式(1)におけるR1〜R6の少なくとも1つが芳香族基であることを特徴とする1に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【0021】
3.前記一般式(1)におけるR1〜R6の少なくとも1つが複素環基であることを特徴とする1に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【0022】
4.前記一般式(1)におけるR1〜R6の少なくとも1つがカルバゾール基であることを特徴とする1に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【0023】
5.前記一般式(1)におけるR1〜R6の少なくとも1つがアザカルバゾール基であることを特徴とする1に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【0024】
6.前記一般式(1)におけるR1〜R6の少なくとも1つがジフェニルアミノ基であることを特徴とする1に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【0025】
7.前記一般式(1)におけるX1〜X5が全て炭素原子であることを特徴とする1〜6のいずれか1項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【0026】
8.前記一般式(1)におけるX1が窒素原子であり、X2〜X5が全て炭素原子であることを特徴とする1〜6のいずれか1項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【0027】
9.前記一般式(1)におけるX2が窒素原子であり、X1、X3〜X5が全て炭素原子であることを特徴とする1〜6のいずれか1項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【0028】
10.前記一般式(1)におけるX3が窒素原子であり、X1、X2、X4、X5が全て炭素原子であることを特徴とする1〜6のいずれか1項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【0029】
11.前記一般式(1)におけるX4が窒素原子であり、X1〜X3、X5が全て炭素原子であることを特徴とする1〜6のいずれか1項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【0030】
12.前記一般式(1)におけるX5が窒素原子であり、X1〜X4が全て炭素原子であることを特徴とする1〜6のいずれか1項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【0031】
13.前記一般式(1)におけるX1〜X5のうち2つが窒素原子であることを特徴とする1〜6のいずれか1項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【0032】
14.前記一般式(1)におけるX1〜X5のうち3つが窒素原子であることを特徴とする1〜6のいずれか1項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【0033】
15.前記一般式(1)におけるX1〜X5のうち4つが窒素原子であることを特徴とする1〜6のいずれか1項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【0034】
16.前記発光層がりん光発光性ドーパントを有することを特徴とする1〜15のいずれか1項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【0035】
17.前記りん光発光性ドーパントのリン光波長(0−0バンド)が485nm以下であることを特徴とする16に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【0036】
18.前記りん光発光性ドーパントのイオン化ポテンシャルが5.5eV以下であることを特徴とする16または17に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【0037】
19.前記りん光発光性ドーパントが、下記一般式(A)で表される化合物であることを特徴とする16〜18のいずれか1項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【0038】
【化2】

【0039】
(式中、X1、X2、X3は炭素原子または窒素原子を表し、Z1は5員の複素環を表し、Z2は6員の芳香環または5、6員の複素環を表す。MはIrまたはPtを表す。)
20.前記一般式(A)で表される化合物が、下記一般式(B)〜(E)で表されることを特徴とする19に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【0040】
【化3】

【0041】
(一般式(B)〜(E)において、X2、X3は炭素原子または窒素原子を表し、Y1、Y5、Y9は硫黄原子、炭素原子または窒素原子を表し、Y2、Y3、Y4、Y6、Y7、Y8、Y10、Y11、Y12は炭素原子または窒素原子を表し、Z2は6員の芳香環または5、6員の複素環を表す。MはIrまたはPtを表す。)
21.前記りん光発光性ドーパントが、下記一般式(F)で表される化合物であることを特徴とする16〜18のいずれか1項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【0042】
【化4】

【0043】
(式中、X2、X3は炭素原子または窒素原子を表し、Z2は6員の芳香環または5、6員の複素環を表し、R2、R3は水素原子または置換基を表し、R4は水素原子、脂肪族基、芳香族基または複素環基を表す。MはIrまたはPtを表す。)
22.一般式(1)で表される化合物が、発光層のホストとして用いられることを特徴とする1〜21のいずれか1項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【0044】
23.有機エレクトロルミネッセンス素子が電子阻止層を有し、一般式(1)で表される化合物が、該電子阻止層に用いられることを特徴とする1〜22のいずれか1項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【0045】
24.有機エレクトロルミネッセンス素子がホールブロック層を有し、一般式(1)で表される化合物が、該ホールブロック層に用いられることを特徴とする1〜23のいずれか1項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【0046】
25.白色に発光することを特徴とする1〜24のいずれか1項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【0047】
26.1〜25のいずれか1項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子を有することを特徴とする表示装置。
【0048】
27.1〜25のいずれか1項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子を有することを特徴とする照明装置。
【0049】
28.27に記載の照明装置と、表示手段として液晶素子を有することを特徴とする表示装置。
【0050】
29.前記一般式(1)で表される化合物であることを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子材料。
【発明の効果】
【0051】
本発明によれば、発光波長が制御され、高い発光効率を示し、かつ、発光寿命の長い有機エレクトロルミネッセンス素子材料、有機エレクトロルミネッセンス素子、照明装置及び表示装置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】
【0052】
本発明の有機EL素子は、陽極と陰極により挟まれた、少なくとも発光層を含有する有機EL素子において、前一般式(1)で表される化合物を含有することを特徴とする。
【0053】
〔一般式(1)で表される化合物〕
前記一般式(1)において、R1〜R6は水素原子または置換基を表し、X1〜X5は炭素原子または窒素原子を表す。
【0054】
1〜R6で表される置換基としては、アルキル基(例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、tert−ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、オクチル基、ドデシル基、トリデシル基、テトラデシル基、ペンタデシル基等)、シクロアルキル基(例えば、シクロペンチル基、シクロヘキシル基等)、アルケニル基(例えば、ビニル基、アリル基等)、アルキニル基(例えば、エチニル基、プロパルギル基等)、アリール基(例えば、フェニル基、ナフチル基等)、芳香族複素環基(例えば、フリル基、チエニル基、ピリジル基、ピリダジニル基、ピリミジニル基、ピラジニル基、トリアジニル基、イミダゾリル基、ピラゾリル基、チアゾリル基、キナゾリニル基、フタラジニル基等)、複素環基(例えば、ピロリジル基、イミダゾリジル基、モルホリル基、オキサゾリジル基等)、アルコキシル基(例えば、メトキシ基、エトキシ基、プロピルオキシ基、ペンチルオキシ基、ヘキシルオキシ基、オクチルオキシ基、ドデシルオキシ基等)、シクロアルコキシル基(例えば、シクロペンチルオキシ基、シクロヘキシルオキシ基等)、アリールオキシ基(例えば、フェノキシ基、ナフチルオキシ基等)、アルキルチオ基(例えば、メチルチオ基、エチルチオ基、プロピルチオ基、ペンチルチオ基、ヘキシルチオ基、オクチルチオ基、ドデシルチオ基等)、シクロアルキルチオ基(例えば、シクロペンチルチオ基、シクロヘキシルチオ基等)、アリールチオ基(例えば、フェニルチオ基、ナフチルチオ基等)、アルコキシカルボニル基(例えば、メチルオキシカルボニル基、エチルオキシカルボニル基、ブチルオキシカルボニル基、オクチルオキシカルボニル基、ドデシルオキシカルボニル基等)、アリールオキシカルボニル基(例えば、フェニルオキシカルボニル基、ナフチルオキシカルボニル基等)、スルファモイル基(例えば、アミノスルホニル基、メチルアミノスルホニル基、ジメチルアミノスルホニル基、ブチルアミノスルホニル基、ヘキシルアミノスルホニル基、シクロヘキシルアミノスルホニル基、オクチルアミノスルホニル基、ドデシルアミノスルホニル基、フェニルアミノスルホニル基、ナフチルアミノスルホニル基、2−ピリジルアミノスルホニル基等)、アシル基(例えば、アセチル基、エチルカルボニル基、プロピルカルボニル基、ペンチルカルボニル基、シクロヘキシルカルボニル基、オクチルカルボニル基、2−エチルヘキシルカルボニル基、ドデシルカルボニル基、フェニルカルボニル基、ナフチルカルボニル基、ピリジルカルボニル基等)、アシルオキシ基(例えば、アセチルオキシ基、エチルカルボニルオキシ基、ブチルカルボニルオキシ基、オクチルカルボニルオキシ基、ドデシルカルボニルオキシ基、フェニルカルボニルオキシ基等)、アミド基(例えば、メチルカルボニルアミノ基、エチルカルボニルアミノ基、ジメチルカルボニルアミノ基、プロピルカルボニルアミノ基、ペンチルカルボニルアミノ基、シクロヘキシルカルボニルアミノ基、2−エチルヘキシルカルボニルアミノ基、オクチルカルボニルアミノ基、ドデシルカルボニルアミノ基、フェニルカルボニルアミノ基、ナフチルカルボニルアミノ基等)、カルバモイル基(例えば、アミノカルボニル基、メチルアミノカルボニル基、ジメチルアミノカルボニル基、プロピルアミノカルボニル基、ペンチルアミノカルボニル基、シクロヘキシルアミノカルボニル基、オクチルアミノカルボニル基、2−エチルヘキシルアミノカルボニル基、ドデシルアミノカルボニル基、フェニルアミノカルボニル基、ナフチルアミノカルボニル基、2−ピリジルアミノカルボニル基等)、ウレイド基(例えば、メチルウレイド基、エチルウレイド基、ペンチルウレイド基、シクロヘキシルウレイド基、オクチルウレイド基、ドデシルウレイド基、フェニルウレイド基、ナフチルウレイド基、2−ピリジルアミノウレイド基等)、スルフィニル基(例えば、メチルスルフィニル基、エチルスルフィニル基、ブチルスルフィニル基、シクロヘキシルスルフィニル基、2−エチルヘキシルスルフィニル基、ドデシルスルフィニル基、フェニルスルフィニル基、ナフチルスルフィニル基、2−ピリジルスルフィニル基等)、アルキルスルホニル基(例えば、メチルスルホニル基、エチルスルホニル基、ブチルスルホニル基、シクロヘキシルスルホニル基、2−エチルヘキシルスルホニル基、ドデシルスルホニル基等)、アリールスルホニル基(フェニルスルホニル基、ナフチルスルホニル基、2−ピリジルスルホニル基等)、アミノ基(例えば、アミノ基、エチルアミノ基、ジメチルアミノ基、ブチルアミノ基、シクロペンチルアミノ基、2−エチルヘキシルアミノ基、ドデシルアミノ基、ジフェニルアミノ基、アニリノ基、エチルトリルアミノ基、ナフチルアミノ基、2−ピリジルアミノ基等)、フッ化炭化水素基(例えば、フルオロメチル基、トリフルオロメチル基、ペンタフルオロエチル基、ペンタフルオロフェニル基等)、シアノ基、メルカプト基、シリル基(例えば、トリメチルシリル基、トリイソプロピルシリル基、トリフェニルシリル基、フェニルジエチルシリル基等)、フッ素原子等が挙げられる。
【0055】
これらの置換基は、上記の置換基によってさらに置換されていてもよい。また、これらの置換基は、複数が互いに結合して環を形成していてもよい。
【0056】
また、一般式(1)において、R1〜R6で表される置換基の組み合わせや、X1〜X5で表される炭素原子または窒素原子の組み合わせの中で、下記のような組み合わせが好ましい。
【0057】
(1)R1〜R6の少なくとも1つが芳香族基であることが好ましい。芳香族基としては、例えば、フェニル基、o−トリル基、m−トリル基、p−トリル基、ナフチル基、m−クロロフェニル基、4−ジメチルアミノフェニル基、o−ヘキサデカノイルアミノフェニル基、ナフチル基等が挙げられる。
【0058】
(2)R1〜R6の少なくとも1つが複素環基であることであることが好ましい。複素環基としては、例えば、ピロリジル基、イミダゾリジル基、モルホリル基、オキサゾリジル基等が挙げられる。
【0059】
(3)R1〜R6の少なくとも1つがカルバゾール基であることが好ましい。
【0060】
(4)R1〜R6の少なくとも1つがアザカルバゾール基であることが好ましい。アザカルバゾールは窒素置換カルバゾールである。
【0061】
(5)R1〜R6の少なくとも1つがジフェニルアミノ基であることが好ましい。
【0062】
(6)X1〜X5が全て炭素原子であることが好ましい。
【0063】
(7)X1が窒素原子であり、X2〜X5が全て炭素原子であることが好ましい。
【0064】
(8)X2が窒素原子であり、X1、X3〜X5が全て炭素原子であることが好ましい。
【0065】
(9)X3が窒素原子であり、X1、X2、X4、X5が全て炭素原子であることが好ましい。
【0066】
(10)X4が窒素原子であり、X1〜X3、X5が全て炭素原子であることが好ましい。
【0067】
(11)X5が窒素原子であり、X1〜X4が全て炭素原子であることが好ましい。
【0068】
(12)X1〜X5のうち2つが窒素原子であることが好ましい。
【0069】
(13)X1〜X5のうち3つが窒素原子であることが好ましい。
【0070】
(14)X1〜X5のうち4つが窒素原子であることが好ましい。
【0071】
以下に、一般式(1)で表される化合物の具体例を示すが本発明はこれらに限定されるものではない。
【0072】
【化5】

【0073】
【化6】

【0074】
【化7】

【0075】
【化8】

【0076】
〔合成例〕
(化合物2の合成)
下記スキームに従って化合物2を合成した。
【0077】
500ml四つ口フラスコにフェニルボロン酸4.2g、化合物A6.6g、THF150mlを入れ、これに、炭酸カリウム6.5g、水35mlの溶液を加え室温で攪拌下約30分N2吹き込みを行った。Pd(Pph34 2.0gを加えて、徐々に加熱して5時間煮沸還流して反応終了した。これを食塩水で洗って、硫酸マグネシウムで脱水後濃縮した。濃縮残渣をヘキサン:酢酸エチル=1:1を展開溶媒としたシリカゲルクロマトグラフィーで分離精製し、化合物2を1.5g得た。
【0078】
化合物2は、1H−NMRとMassにて構造確認した。
【0079】
【化9】

【0080】
その他の化合物も同様にして合成できる。
【0081】
これらの化合物は、後述する発光層のホストとして、また電子阻止層、ホールブロック層に用いることが好ましい。
【0082】
次に、本発明の有機EL素子の構成層について説明する。本発明において、有機EL素子の層構成の好ましい具体例を以下に示すが、本発明はこれらに限定されない。
【0083】
(i)陽極/発光層/電子輸送層/陰極
(ii)陽極/正孔輸送層/発光層/電子輸送層/陰極
(iii)陽極/正孔輸送層/発光層/正孔阻止層/電子輸送層/陰極
(iv)陽極/正孔輸送層/発光層/正孔阻止層/電子輸送層/陰極バッファー層/陰極
(v)陽極/陽極バッファー層/正孔輸送層/発光層/正孔阻止層/電子輸送層/陰極バッファー層/陰極
なお、正孔阻止層はホールブロック層とも言われ、実質上、電子輸送性の材料で構成されており、そのため、電子輸送層と正孔阻止層とを1層で構成してもよい。
【0084】
本発明の有機EL素子においては、青色発光層の発光極大波長は430〜480nmにあるものが好ましいく、緑色発光層は発光極大波長が510〜550nm、赤色発光層は発光極大波長が600〜640nmの範囲にある単色発光層であることが好ましく、これらを用いた表示装置であることが好ましい。また、これらの少なくとも3層の発光層を積層して白色発光層としたものであってもよい。さらに発光層間には非発光性の中間層を有していてもよい。本発明の有機EL素子としては、白色発光層であることが好ましく、これらを用いた照明装置であることが好ましい。
【0085】
本発明の有機EL素子を構成する各層について説明する。
【0086】
《陽極》
有機EL素子における陽極としては、仕事関数の大きい(4eV以上)金属、合金、電気伝導性化合物及びこれらの混合物を電極物質とするものが好ましく用いられる。このような電極物質の具体例としてはAu等の金属、CuI、インジウムチンオキシド(ITO)、SnO2、ZnO等の導電性透明材料が挙げられる。また、IDIXO(In23−ZnO)等非晶質で透明導電膜を作製可能な材料を用いてもよい。陽極はこれらの電極物質を蒸着やスパッタリング等の方法により、薄膜を形成させ、フォトリソグラフィー法で所望の形状のパターンを形成してもよく、あるいはパターン精度をあまり必要としない場合は(100μm以上程度)、上記電極物質の蒸着やスパッタリング時に所望の形状のマスクを介してパターンを形成してもよい。あるいは、有機導電性化合物のように塗布可能な物質を用いる場合には、印刷方式、コーティング方式等湿式成膜法を用いることもできる。この陽極より発光を取り出す場合には、透過率を10%より大きくすることが望ましく、また陽極としてのシート抵抗は数百Ω/□以下が好ましい。さらに膜厚は材料にもよるが、通常10〜1000nm、好ましくは10〜200nmの範囲で選ばれる。
【0087】
《陰極》
一方、陰極としては、仕事関数の小さい(4eV以下)金属(電子注入性金属と称する)、合金、電気伝導性化合物及びこれらの混合物を電極物質とするものが用いられる。このような電極物質の具体例としては、ナトリウム、ナトリウム−カリウム合金、マグネシウム、リチウム、マグネシウム/銅混合物、マグネシウム/銀混合物、マグネシウム/アルミニウム混合物、マグネシウム/インジウム混合物、アルミニウム/酸化アルミニウム(Al23)混合物、インジウム、リチウム/アルミニウム混合物、希土類金属等が挙げられる。これらの中で、電子注入性及び酸化等に対する耐久性の点から、電子注入性金属とこれより仕事関数の値が大きく安定な金属である第二金属との混合物、例えば、マグネシウム/銀混合物、マグネシウム/アルミニウム混合物、マグネシウム/インジウム混合物、アルミニウム/酸化アルミニウム(Al23)混合物、リチウム/アルミニウム混合物、アルミニウム等が好適である。陰極はこれらの電極物質を蒸着やスパッタリング等の方法により薄膜を形成させることにより、作製することができる。また、陰極としてのシート抵抗は数百Ω/□以下が好ましく、膜厚は通常10nm〜5μm、好ましくは50〜200nmの範囲で選ばれる。なお、発光した光を透過させるため、有機EL素子の陽極または陰極のいずれか一方が、透明または半透明であれば発光輝度が向上し好都合である。
【0088】
また、陰極に上記金属を1〜20nmの膜厚で作製した後に、陽極の説明で挙げた導電性透明材料をその上に作製することで、透明または半透明の陰極を作製することができ、これを応用することで陽極と陰極の両方が透過性を有する素子を作製することができる。
【0089】
次に、本発明の有機EL素子の構成層として用いられる、注入層、阻止層、電子輸送層等について説明する。
【0090】
《注入層:電子注入層、正孔注入層》
注入層は必要に応じて設け、電子注入層と正孔注入層があり、上記のごとく陽極と発光層または正孔輸送層の間、及び陰極と発光層または電子輸送層との間に存在させてもよい。
【0091】
注入層とは、駆動電圧低下や発光輝度向上のために電極と有機層間に設けられる層のことで、「有機EL素子とその工業化最前線(1998年11月30日エヌ・ティー・エス社発行)」の第2編第2章「電極材料」(123〜166頁)に詳細に記載されており、正孔注入層(陽極バッファー層)と電子注入層(陰極バッファー層)とがある。
【0092】
陽極バッファー層(正孔注入層)は、特開平9−45479号公報、同9−260062号公報、同8−288069号公報等にもその詳細が記載されており、具体例として、銅フタロシアニンに代表されるフタロシアニンバッファー層、酸化バナジウムに代表される酸化物バッファー層、アモルファスカーボンバッファー層、ポリアニリン(エメラルディン)やポリチオフェン等の導電性高分子を用いた高分子バッファー層等が挙げられる。
【0093】
陰極バッファー層(電子注入層)は、特開平6−325871号公報、同9−17574号公報、同10−74586号公報等にもその詳細が記載されており、具体的にはストロンチウムやアルミニウム等に代表される金属バッファー層、フッ化リチウムに代表されるアルカリ金属化合物バッファー層、フッ化マグネシウムに代表されるアルカリ土類金属化合物バッファー層、酸化アルミニウムに代表される酸化物バッファー層等が挙げられる。上記バッファー層(注入層)はごく薄い膜であることが望ましく、素材にもよるがその膜厚は0.1nm〜5μmの範囲が好ましい。
【0094】
《阻止層:正孔阻止層、電子阻止層》
阻止層は、上記のごとく、有機化合物薄膜の基本構成層の他に必要に応じて設けられるものである。例えば、特開平11−204258号公報、同11−204359号公報、及び「有機EL素子とその工業化最前線(1998年11月30日エヌ・ティー・エス社発行)」の237頁等に記載されている正孔阻止(ホールブロック)層がある。
【0095】
正孔阻止層とは広い意味では電子輸送層の機能を有し、電子を輸送する機能を有しつつ正孔を輸送する能力が著しく小さい正孔阻止材料からなり、電子を輸送しつつ正孔を阻止することで電子と正孔の再結合確率を向上させることができる。また、後述する電子輸送層の構成を必要に応じて、本発明に係わる正孔阻止層として用いることができる。
【0096】
本発明の有機EL素子の正孔阻止層は、発光層に隣接して設けられていることが好ましい。
【0097】
正孔阻止層には、本発明に係る前記一般式(1)で表される化合物を用いるこが好ましい。
【0098】
また、本発明においては、複数の発光色の異なる複数の発光層を有する場合、その発光極大波長が最も短波にある発光層が、全発光層中、最も陽極に近いことが好ましいが、このような場合、該最短波層と、該層の次に陽極に近い発光層との間に正孔阻止層を追加して設けることが好ましい。さらには、該位置に設けられる正孔阻止層に含有される化合物の50質量%以上が、前記最短波発光層のホスト化合物に対し、そのイオン化ポテンシャルが0.3eV以上大きいことが好ましい。
【0099】
イオン化ポテンシャルは化合物のHOMO(最高被占分子軌道)レベルにある電子を真空準位に放出するのに必要なエネルギーで定義され、例えば下記に示すような方法により求めることができる。
【0100】
(1)米国Gaussian社製の分子軌道計算用ソフトウェアであるGaussian98(Gaussian98、Revision A.11.4,M.J.Frisch,et al,Gaussian,Inc.,Pittsburgh PA,2002.)を用い、キーワードとしてB3LYP/6−31G*を用いて構造最適化を行うことにより算出した値(eV単位換算値)の小数点第2位を四捨五入した値としてイオン化ポテンシャルを求めることができる。この計算値が有効な背景には、この手法で求めた計算値と実験値の相関が高いためである。
【0101】
(2)イオン化ポテンシャルは光電子分光法で直接測定する方法により求めることもできる。例えば、理研計器社製の低エネルギー電子分光装置「Model AC−1」を用いて、あるいは紫外光電子分光として知られている方法を好適に用いることができる。
【0102】
一方、電子阻止層とは広い意味では正孔輸送層の機能を有し、正孔を輸送する機能を有しつつ電子を輸送する能力が著しく小さい材料からなり、正孔を輸送しつつ電子を阻止することで電子と正孔の再結合確率を向上させることができる。
【0103】
電子阻止層には、本発明に係る前記一般式(1)で表される化合物を用いるこが好ましい。
【0104】
また、後述する正孔輸送層の構成を必要に応じて電子阻止層として用いることができる。本発明に係わる正孔阻止層、電子輸送層の膜厚としては好ましくは3〜100nmであり、さらに好ましくは5〜30nmである。
【0105】
《発光層》
本発明に係る発光層は、電極または電子輸送層、正孔輸送層から注入されてくる電子及び正孔が再結合して発光する層であり、発光する部分は発光層の層内であっても発光層と隣接層との界面であってもよい。
【0106】
〔りん光発光性ドーパント〕
本発明の有機EL素子の発光層には、りん光発光性ドーパントを含有することが好ましい。りん光発光性ドーパントのリン光波長(0−0バンド)は485nm以下であることが好ましく、りん光発光性ドーパントのイオン化ポテンシャルが5.5eV以下であることが好ましい。
【0107】
これらの特性を持つりん光発光性ドーパントと、本発明に係る前記一般式(1)で表される化合物を発光層のホストとして組み合わせることで、良好な発光効率と長い発光寿命が達成された。
【0108】
リン光の0−0バンドは下記のようにして求められる。
【0109】
測定するりん光発光性ドーパントをよく脱酸素されたエタノール/メタノール=4/1(vol/vol)の混合溶媒に溶かし、リン光測定用セルに入れた後、液体窒素温度77Kで励起光を照射し、励起光照射後100msでの発光スペクトルを測定する。リン光は蛍光に比べ発光寿命が長いため、100ms後に残存する光はほぼリン光であると考えることができる。なお、リン光寿命が100msより短い化合物に対しては遅延時間を短くして測定しても構わないが、蛍光と区別できなくなるほど遅延時間を短くしてしまうとリン光と蛍光が分離できないので問題となるため、その分離が可能な遅延時間を選択する必要がある。また、上記溶剤系で溶解できない化合物については、その化合物を溶解しうる任意の溶剤を使用してもよい。実質上、上記測定法ではリン光波長の溶媒効果はごくわずかなので問題ない。
【0110】
次に0−0バンドの求め方であるが、本発明においては、上記測定法で得られたリン光スペクトルチャートの中で最も短波長側に現れる発光極大波長をもって0−0バンドと定義する。リン光スペクトルは通常強度が弱いことが多いため、拡大するとノイズとピークの判別が難しくなるケースがある。このような場合には励起光照射直後の発光スペクトル(便宜上これを定常光スペクトルと言う)を拡大し、励起光照射後100ms後の発光スペクトル(便宜上これをリン光スペクトルと言う)と重ねあわせリン光スペクトルに由来する定常光スペクトル部分からピーク波長を読みとることで決定することができる。
【0111】
また、リン光スペクトルをスムージング処理することで、ノイズとピークを分離しピーク波長を読みとることもできる。なお、スムージング処理としては、Savitzky&Golayの平滑化法等を適用することができる。
【0112】
本発明に係るりん光発光性ドーパントのイオン化ポテンシャル(Ip)は5.5eV以下であることが好ましく、さらに好ましくは、4.5〜5.5eVである。
【0113】
ここで、本発明に係るイオン化ポテンシャルとは、化合物のHOMO(最高被占分子軌道)レベルにある電子を真空準位に放出するのに必要なエネルギーで定義され、具体的には膜状態(層状態)の化合物から電子を取り出すのに必要なエネルギーであり、これらは光電子分光法で直接測定することができる。本発明では、アルバック−ファイ(株)製ESCA 5600 UPS(ultraviolet photoemission spectroscopy)にて測定される値を用いている。
【0114】
〔一般式(A)で表される化合物〕
本発明に用いられるりん光発光性ドーパントとしては、前記一般式(A)で表される化合物が好ましい。
【0115】
一般式(A)において、X1、X2、X3は炭素原子または窒素原子を表し、Z1は5員の複素環を表し、Z2は6員の芳香環または5、6員の複素環を表す。MはIrまたはPtを表し、Irが好ましい。
【0116】
一般式(A)において、Z1で表される5員の複素環としては、オキサゾール環、イミダゾール環、ピラゾール環、トリアゾール環等が挙げられる。これらの環は前記一般式(1)において、Ra、Rb、Rc、Rdで表される置換基として述べた置換基を有していてもよい。
【0117】
一般式(A)において、Z2で表される6員の芳香環または5、6員の複素環としては、ベンゼン環、オキサゾール環、チオフェン環、フラン環、ピロール環、ピリジン環、ピリダジン環、ピリミジン環、ピラジン環、トリアジン環、イミダゾール環、ピラゾール環、トリアゾール環、チアゾール環、イソオキサゾール環、イソチアゾール環、テトラゾール環等が挙げられる。これらの環は前記一般式(1)において、Ra、Rb、Rc、Rdで表される置換基として述べた置換基を有していてもよい。
【0118】
〔一般式(B)〜(E)で表される化合物〕
本発明においては、前記一般式(A)で表される化合物が、前記一般式(B)〜(E)で表される化合物化合物であることが好ましい。
【0119】
一般式(B)〜(E)において、X2、X3は炭素原子または窒素原子を表し、Y1、Y5、Y9は硫黄原子、炭素原子または窒素原子を表し、Y2、Y3、Y4、Y6、Y7、Y8、Y10、Y11、Y12は炭素原子または窒素原子を表し、Z2は6員の芳香環または5、6員の複素環を表す。MはIrまたはPtを表す。
【0120】
一般式(B)〜(E)において、Z2で表される6員の芳香環または5、6員の複素環としては、一般式(A)において、Z2で表される6員の芳香環または5、6員の複素環と同義である。
【0121】
〔一般式(F)で表される化合物〕
本発明に用いられるりん光発光性ドーパントとしては、前記一般式(F)で表される化合物が好ましい。
【0122】
一般式(F)において、X2、X3は炭素原子または窒素原子を表し、Z2は6員の芳香環または5、6員の複素環を表し、R2、R3は水素原子または置換基を表し、R4は水素原子、脂肪族基、芳香族基または複素環基を表す。MはIrまたはPtを表す。
【0123】
一般式(F)において、Z2で表される6員の芳香環または5、6員の複素環としては、一般式(A)において、Z2で表される6員の芳香環または5、6員の複素環と同義である。
【0124】
2、R3で表される置換基としては、前記一般式(1)において、Ra、Rb、Rc、Rdで表される置換基として述べた置換基と同義である。
【0125】
4で表される脂肪族基、脂肪族基としては、例えば、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、tert−ブチル基、n−オクチル基、エイコシル基、2−クロロエチル基、2−シアノエチル基、2−エチルヘキシル基、ビニル基、アリル基等であり、芳香族基としては、例えば、フェニル基、o−トリル基、m−トリル基、p−トリル基、ナフチル基、m−クロロフェニル基、4−ジメチルアミノフェニル基、o−ヘキサデカノイルアミノフェニル基、ナフチル基等であり、複素環基としては、例えばピリジル基、チアゾリル基、オキサゾリル基、イミダゾリル基、フリル基、ピロリル基、ピラジニル基、ピリミジニル基、ピリダジニル基、セレナゾリル基、スルホラニル基、ピペリジニル基、ピラゾリル基、テトラゾリル基が挙げられる。
【0126】
以下に、本発明に係る一般式(A)〜(F)で表されるリン光発光性ドーパントの具体例を示すが本発明はこれらに限定されるものではない。
【0127】
【化10】

【0128】
【化11】

【0129】
これらのリン光発光性ドーパントは、例えばOrganic Letter誌,vol3,No.16,p2579〜2581(2001)、Inorganic Chemistry,第30巻,第8号,1685〜1687ページ(1991年)、J.Am.Chem.Soc.,123巻,4304ページ(2001年)、Inorganic Chemistry,第40巻,第7号,1704〜1711ページ(2001年)、Inorganic Chemistry,第41巻,第12号,3055〜3066ページ(2002年)、New Journal of Chemistry,第26巻,1171ページ(2002年)、さらに、これらの文献中に記載の参考文献等の方法を適用することにより合成できる。
【0130】
発光層のホスト化合物としては、本発明に係る前記一般式(1)で表される化合物を用いることが好ましいが、公知のホスト化合物であってもよく、また併用してもよい。
【0131】
ここで、本発明においてホスト化合物とは、発光層に含有される化合物の内、その層中での質量比が20%以上であり、かつ室温(25℃)においてリン光発光のリン光量子収率が、0.1未満の化合物と定義される。好ましくはリン光量子収率が0.01未満である。
【0132】
さらに、公知のホスト化合物を複数種併用して用いてもよい。ホスト化合物を複数種用いることで、電荷の移動を調整することが可能であり、有機EL素子を高効率化することができる。また、本発明に係る前記一般式(1)で表される化合物を複数種用いることで、異なる発光を混ぜることが可能となり、これにより任意の発光色を得ることができる。発光性金属錯体の種類、ドープ量を調整することで白色発光が可能であり、照明、バックライトへの応用もできる。
【0133】
併用してもよい公知のホスト化合物としては、正孔輸送能、電子輸送能を有しつつ、かつ発光の長波長化を防ぎ、なおかつ高Tg(ガラス転移温度)である化合物が好ましい。
【0134】
公知のホスト化合物の具体例としては、以下の文献に記載されている化合物が挙げられる。
【0135】
特開2001−257076号公報、同2002−308855号公報、同2001−313179号公報、同2002−319491号公報、同2001−357977号公報、同2002−334786号公報、同2002−8860号公報、同2002−334787号公報、同2002−15871号公報、同2002−334788号公報、同2002−43056号公報、同2002−334789号公報、同2002−75645号公報、同2002−338579号公報、同2002−105445号公報、同2002−343568号公報、同2002−141173号公報、同2002−352957号公報、同2002−203683号公報、同2002−363227号公報、同2002−231453号公報、同2003−3165号公報、同2002−234888号公報、同2003−27048号公報、同2002−255934号公報、同2002−260861号公報、同2002−280183号公報、同2002−299060号公報、同2002−302516号公報、同2002−305083号公報、同2002−305084号公報、同2002−308837号公報等。
【0136】
本発明においては、複数の発光層を有する場合、これら各層のホスト化合物の50質量%以上が同一の化合物であることが、有機層全体に渡って均質な膜性状を得やすいことから好ましく、さらには該化合物の燐光発光エネルギーが2.9eV以上であることが、ドーパントからのエネルギー移動を効率的に抑制し、高輝度を得る上で有利となることからより好ましい。
【0137】
本発明でいうところの燐光発光エネルギーとは、ホスト化合物を基板上に100nmの蒸着膜のフォトルミネッセンスを測定し、その燐光発光の0−0バンドのピークエネルギーを言う。
【0138】
リン光性発光性ドーパントの発光は原理としては2種挙げられ、一つはキャリアが輸送されるホスト化合物上でキャリアの再結合が起こってホスト化合物の励起状態が生成し、このエネルギーをリン光性発光性ドーパントに移動させることでリン光性発光性ドーパントからの発光を得るというエネルギー移動型、もう一つはリン光性発光性ドーパントがキャリアトラップとなり、リン光性発光性ドーパント上でキャリアの再結合が起こりリン光性発光性ドーパントからの発光が得られるというキャリアトラップ型であるが、いずれの場合においても、リン光性発光性ドーパントの励起状態のエネルギーはホスト化合物の励起状態のエネルギーよりも低いことが条件である。
【0139】
本発明に係る前記一般式(A)〜(F)で表される化合物に加えて、元素の周期表で8〜10族の金属を含有する錯体系化合物、好ましくはイリジウム化合物、オスミウム化合物、または希土類錯体を併用してもよい。
【0140】
これらの化合物は、例えば、Inorg.Chem.40巻、1704〜1711に記載の方法等により合成できる。
【0141】
本発明においては、リン光性発光性ドーパントのリン光発光極大波長としては特に制限されるものではなく、原理的には中心金属、配位子、配位子の置換基等を選択することで得られる発光波長を変化させることができる。
【0142】
本発明の有機EL素子や本発明に係る化合物の発光する色は、「新編色彩科学ハンドブック」(日本色彩学会編、東京大学出版会、1985)の108頁の図4.16において、分光放射輝度計CS−1000(コニカミノルタセンシング社製)で測定した結果をCIE色度座標に当てはめたときの色で決定される。
【0143】
本発明でいうところの白色素子とは、2℃視野角正面輝度を上記方法により測定した際に、1000Cd/m2でのCIE1931表色系における色度がX=0.33±0.07、Y=0.33±0.07の領域内にあることをいう。
【0144】
発光層は上記化合物を、例えば、真空蒸着法、スピンコート法、キャスト法、LB法、インクジェット法等の公知の薄膜化法により成膜して形成することができる。
【0145】
本発明においては、発光層は発光極大波長が各々430〜480nm、510〜550nm、600〜640nmの範囲にある発光スペクトルの異なる層、あるいはこれらが積層された層を含む。
【0146】
発光層の積層順としては、特に制限はなく、また各発光層間に非発光性の中間層を有していてもよい。本発明においては、少なくとも一つの青発光層が、全発光層中最も陽極に近い位置に設けられていることが好ましい。
【0147】
また、発光層を4層以上設ける場合には、陽極に近い順から、例えば青/緑/赤/青、青/緑/赤/青/緑、青/緑/赤/青/緑/赤のように青、緑、赤を順に積層することが、輝度安定性を高める上で好ましい。
【0148】
発光層の膜厚の総和は特に制限はないが、通常2nm〜5μm、好ましくは2〜200nmの範囲で選ばれる。本発明においては、さらに10〜20nmの範囲にあるのが好ましい。薄すぎると膜の均質性が得られにくい。またこれより厚いと発光を得るのに高電圧を要するため好ましくない。膜厚を20nm以下にすると電圧面のみならず、駆動電流に対する発光色の安定性が向上する効果があり好ましい。
【0149】
個々の発光層の膜厚は、好ましくは2〜100nmの範囲で選ばれ、2〜20nmの範囲にあるのがさらに好ましい。青、緑、赤の各発光層の膜厚の関係については、特に制限はないが、3発光層中、青発光層(複数層ある場合はその総和)が最も厚いことが好ましい。
【0150】
また、前記の極大波長を維持する範囲において、各発光層には複数の発光性化合物を混合してもよい。例えば、青発光層に、極大波長430〜480nmの青発光性化合物と、同510〜550nmの緑発光性化合物を混合して用いてもよい。
【0151】
《正孔輸送層》
正孔輸送層とは正孔を輸送する機能を有する正孔輸送材料からなり、広い意味で正孔注入層、電子阻止層も正孔輸送層に含まれる。正孔輸送層は単層または複数層設けることができる。
【0152】
正孔輸送材料としては、正孔の注入または輸送、電子の障壁性のいずれかを有するものであり、有機物、無機物のいずれであってもよい。例えば、トリアゾール誘導体、オキサジアゾール誘導体、イミダゾール誘導体、ポリアリールアルカン誘導体、ピラゾリン誘導体及びピラゾロン誘導体、フェニレンジアミン誘導体、アリールアミン誘導体、アミノ置換カルコン誘導体、オキサゾール誘導体、スチリルアントラセン誘導体、フルオレノン誘導体、ヒドラゾン誘導体、スチルベン誘導体、シラザン誘導体、アニリン系共重合体、また導電性高分子オリゴマー、特にチオフェンオリゴマー等が挙げられる。
【0153】
正孔輸送材料としては上記のものを使用することができるが、ポルフィリン化合物、芳香族第3級アミン化合物及びスチリルアミン化合物、特に芳香族第3級アミン化合物を用いることが好ましい。
【0154】
芳香族第3級アミン化合物及びスチリルアミン化合物の代表例としては、N,N,N′,N′−テトラフェニル−4,4′−ジアミノフェニル;N,N′−ジフェニル−N,N′−ビス(3−メチルフェニル)−〔1,1′−ビフェニル〕−4,4′−ジアミン(TPD);2,2−ビス(4−ジ−p−トリルアミノフェニル)プロパン;1,1−ビス(4−ジ−p−トリルアミノフェニル)シクロヘキサン;N,N,N′,N′−テトラ−p−トリル−4,4′−ジアミノビフェニル;1,1−ビス(4−ジ−p−トリルアミノフェニル)−4−フェニルシクロヘキサン;ビス(4−ジメチルアミノ−2−メチルフェニル)フェニルメタン;ビス(4−ジ−p−トリルアミノフェニル)フェニルメタン;N,N′−ジフェニル−N,N′−ジ(4−メトキシフェニル)−4,4′−ジアミノビフェニル;N,N,N′,N′−テトラフェニル−4,4′−ジアミノジフェニルエーテル;4,4′−ビス(ジフェニルアミノ)クオードリフェニル;N,N,N−トリ(p−トリル)アミン;4−(ジ−p−トリルアミノ)−4′−〔4−(ジ−p−トリルアミノ)スチリル〕スチルベン;4−N,N−ジフェニルアミノ−(2−ジフェニルビニル)ベンゼン;3−メトキシ−4′−N,N−ジフェニルアミノスチルベンゼン;N−フェニルカルバゾール、さらには米国特許第5,061,569号明細書に記載されている2個の縮合芳香族環を分子内に有するもの、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(NPD)、特開平4−308688号公報に記載されているトリフェニルアミンユニットが3つスターバースト型に連結された4,4′,4″−トリス〔N−(3−メチルフェニル)−N−フェニルアミノ〕トリフェニルアミン(MTDATA)等が挙げられる。
【0155】
さらに、これらの材料を高分子鎖に導入した、またはこれらの材料を高分子の主鎖とした高分子材料を用いることもできる。また、p型−Si、p型−SiC等の無機化合物も正孔注入材料、正孔輸送材料として使用することができる。
【0156】
また、特開平11−251067号公報、J.Huang et.al.著文献(Applied Physics Letters 80(2002),p.139)に記載されているような所謂p型正孔輸送材料を用いることもできる。本発明においては、より高効率の発光素子が得られることから、これらの材料を用いることが好ましい。
【0157】
正孔輸送層は上記正孔輸送材料を、例えば、真空蒸着法、スピンコート法、キャスト法、インクジェット法を含む印刷法、LB法等の公知の方法により、薄膜化することにより形成することができる。正孔輸送層の膜厚については特に制限はないが、通常は5nm〜5μm程度、好ましくは5〜200nmである。この正孔輸送層は上記材料の1種または2種以上からなる一層構造であってもよい。
【0158】
また、不純物をドープしたp性の高い正孔輸送層を用いることもできる。その例としては、特開平4−297076号、特開2000−196140号、特開2001−102175号、J.Appl.Phys.,95,5773(2004)等に記載されたものが挙げられる。
【0159】
本発明においては、このようなp性の高い正孔輸送層を用いることが、より低消費電力の素子を作製することができるため好ましい。
【0160】
《電子輸送層》
電子輸送層とは電子を輸送する機能を有する材料からなり、広い意味で電子注入層、正孔阻止層も電子輸送層に含まれる。電子輸送層は単層または複数層設けることができる。
【0161】
従来、単層の電子輸送層、及び複数層とする場合は発光層に対して陰極側に隣接する電子輸送層に用いられる電子輸送材料(正孔阻止材料を兼ねる)としては、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ればよく、その材料としては従来公知の化合物の中から任意のものを選択して用いることができ、例えば、ニトロ置換フルオレン誘導体、ジフェニルキノン誘導体、チオピランジオキシド誘導体、カルボジイミド、フレオレニリデンメタン誘導体、アントラキノジメタン及びアントロン誘導体、オキサジアゾール誘導体等が挙げられる。さらに、上記オキサジアゾール誘導体において、オキサジアゾール環の酸素原子を硫黄原子に置換したチアジアゾール誘導体、電子吸引基として知られているキノキサリン環を有するキノキサリン誘導体も、電子輸送材料として用いることができる。さらにこれらの材料を高分子鎖に導入した、またはこれらの材料を高分子の主鎖とした高分子材料を用いることもできる。
【0162】
また、8−キノリノール誘導体の金属錯体、例えば、トリス(8−キノリノール)アルミニウム(Alq)、トリス(5,7−ジクロロ−8−キノリノール)アルミニウム、トリス(5,7−ジブロモ−8−キノリノール)アルミニウム、トリス(2−メチル−8−キノリノール)アルミニウム、トリス(5−メチル−8−キノリノール)アルミニウム、ビス(8−キノリノール)亜鉛(Znq)等、及びこれらの金属錯体の中心金属がIn、Mg、Cu、Ca、Sn、GaまたはPbに置き替わった金属錯体も、電子輸送材料として用いることができる。その他、メタルフリーもしくはメタルフタロシアニン、またはそれらの末端がアルキル基やスルホン酸基等で置換されているものも、電子輸送材料として好ましく用いることができる。また、発光層の材料として例示したジスチリルピラジン誘導体も、電子輸送材料として用いることができるし、正孔注入層、正孔輸送層と同様に、n型−Si、n型−SiC等の無機半導体も電子輸送材料として用いることができる。
【0163】
電子輸送層は上記電子輸送材料を、例えば、真空蒸着法、スピンコート法、キャスト法、インクジェット法を含む印刷法、LB法等の公知の方法により、薄膜化することにより形成することができる。電子輸送層の膜厚については特に制限はないが、通常は5nm〜5μm程度、好ましくは5〜200nmである。電子輸送層は上記材料の1種または2種以上からなる一層構造であってもよい。
【0164】
また、不純物をドープしたn性の高い電子輸送層を用いることもできる。その例としては、特開平4−297076号公報、同10−270172号公報、特開2000−196140号公報、同2001−102175号公報、J.Appl.Phys.,95,5773(2004)等に記載されたものが挙げられる。
【0165】
本発明においては、このようなn性の高い電子輸送層を用いることがより低消費電力の素子を作製することができるため好ましい。
【0166】
《支持基板》
本発明の有機EL素子に用いることのできる支持基板(以下、基体、基板、基材、支持体等ともいう)としては、ガラス、プラスチック等の種類には特に限定はなく、また、透明であっても不透明であってもよい。支持基板側から光を取り出す場合には、支持基板は透明であることが好ましい。好ましく用いられる透明な支持基板としては、ガラス、石英、透明樹脂フィルムを挙げることができる。特に好ましい支持基板は、有機EL素子にフレキシブル性を与えることが可能な樹脂フィルムである。
【0167】
樹脂フィルムとしては、例えば、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート(PEN)等のポリエステル、ポリエチレン、ポリプロピレン、セロファン、セルロースジアセテート、セルローストリアセテート、セルロースアセテートブチレート、セルロースアセテートプロピオネート(CAP)、セルロースアセテートフタレート(TAC)、セルロースナイトレート等のセルロースエステル類またはそれらの誘導体、ポリ塩化ビニリデン、ポリビニルアルコール、ポリエチレンビニルアルコール、シンジオタクティックポリスチレン、ポリカーボネート、ノルボルネン樹脂、ポリメチルペンテン、ポリエーテルケトン、ポリイミド、ポリエーテルスルホン(PES)、ポリフェニレンスルフィド、ポリスルホン類、ポリエーテルイミド、ポリエーテルケトンイミド、ポリアミド、フッ素樹脂、ナイロン、ポリメチルメタクリレート、アクリルあるいはポリアリレート類、アートン(商品名JSR社製)あるいはアペル(商品名三井化学社製)といったシクロオレフィン系樹脂等を挙げられる。樹脂フィルムの表面には、無機物、有機物の被膜またはその両者のハイブリッド被膜が形成されていてもよく、水蒸気透過度が0.01g/m2/day・atm以下のバリア性フィルムであることが好ましく、さらには、酸素透過度10-3g/m2/day以下、水蒸気透過度10-5g/m2/day以下の高バリア性フィルムであることが好ましい。
【0168】
該バリア膜を形成する材料としては、水分や酸素等素子の劣化をもたらすものの侵入を抑制する機能を有する材料であればよく、例えば、酸化珪素、二酸化珪素、窒化珪素等を用いることができる。さらに該膜の脆弱性を改良するためにこれら無機層と有機材料からなる層の積層構造を持たせることがより好ましい。無機層と有機層の積層順については特に制限はないが、両者を交互に複数回積層させることが好ましい。
【0169】
該バリア膜の形成方法については、特に限定はなく、例えば真空蒸着法、スパッタリング法、反応性スパッタリング法、分子線エピタキシー法、クラスタ−イオンビーム法、イオンプレーティング法、プラズマ重合法、大気圧プラズマ重合法、プラズマCVD法、レーザーCVD法、熱CVD法、コーティング法等を用いることができるが、特開2004−68143号に記載されているような大気圧プラズマ重合法によるものが特に好ましい。
【0170】
不透明な支持基板としては、例えばアルミ、ステンレス等の金属板、フィルムや不透明樹脂基板、セラミック製の基板等が挙げられる。
【0171】
本発明の有機EL素子の発光の室温における外部取り出し効率は1%以上であることが好ましく、より好ましくは5%以上である。ここに、外部取り出し量子効率(%)=有機EL素子外部に発光した光子数/有機EL素子に流した電子数×100である。
【0172】
また、カラーフィルター等の色相改良フィルター等を併用しても、有機EL素子からの発光色を蛍光体を用いて多色へ変換する色変換フィルターを併用してもよい。色変換フィルターを用いる場合においては、有機EL素子の発光のλmaxは480nm以下が好ましい。
【0173】
《封止》
本発明に用いられる封止手段としては、例えば封止部材と、電極、支持基板とを接着剤で接着する方法を挙げることができる。
【0174】
封止部材としては、有機EL素子の表示領域を覆うように配置されておればよく、凹板状でも、平板状でもよい。また、透明性、電気絶縁性は特に問わない。
【0175】
具体的には、ガラス板、ポリマー板・フィルム、金属板・フィルム等が挙げられる。ガラス板としては、特にソーダ石灰ガラス、バリウム・ストロンチウム含有ガラス、鉛ガラス、アルミノケイ酸ガラス、ホウケイ酸ガラス、バリウムホウケイ酸ガラス、石英等を挙げることができる。また、ポリマー板としては、ポリカーボネート、アクリル、ポリエチレンテレフタレート、ポリエーテルサルファイド、ポリサルフォン等を挙げることができる。金属板としては、ステンレス、鉄、銅、アルミニウム、マグネシウム、ニッケル、亜鉛、クロム、チタン、モリブテン、シリコン、ゲルマニウム及びタンタルからなる群から選ばれる一種以上の金属または合金からなるものが挙げられる。本発明においては、素子を薄膜化できるということからポリマーフィルム、金属フィルムを好ましく使用することができる。さらには、ポリマーフィルムは、酸素透過度10-3g/m2/day以下、水蒸気透過度10-5g/m2/day以下のものであることが好ましい。
【0176】
封止部材を凹状に加工するのは、サンドブラスト加工、化学エッチング加工等が使われる。
【0177】
接着剤として具体的には、アクリル酸系オリゴマー、メタクリル酸系オリゴマーの反応性ビニル基を有する光硬化及び熱硬化型接着剤、2−シアノアクリル酸エステル等の湿気硬化型等の接着剤を挙げることができる。また、エポキシ系等の熱及び化学硬化型(二液混合)を挙げることができる。また、ホットメルト型のポリアミド、ポリエステル、ポリオレフィンを挙げることができる。また、カチオン硬化タイプの紫外線硬化型エポキシ樹脂接着剤を挙げることができる。
【0178】
なお、有機EL素子が熱処理により劣化する場合があるので、室温から80℃までに接着硬化できるものが好ましい。また、前記接着剤中に乾燥剤を分散させておいてもよい。封止部分への接着剤の塗布は、市販のディスペンサーを使ってもよいし、スクリーン印刷のように印刷してもよい。
【0179】
また、有機層を挟み支持基板と対向する側の電極の外側に、該電極と有機層を被覆し、支持基板と接する形で無機物、有機物の層を形成し封止膜とすることも好適にできる。この場合、該膜を形成する材料としては、水分や酸素等素子の劣化をもたらすものの侵入を抑制する機能を有する材料であればよく、例えば、酸化珪素、二酸化珪素、窒化珪素等を用いることができる。さらに該膜の脆弱性を改良するためにこれら無機層と有機材料からなる層の積層構造を持たせることが好ましい。これらの膜の形成方法については、特に限定はなく、例えば真空蒸着法、スパッタリング法、反応性スパッタリング法、分子線エピタキシー法、クラスタ−イオンビーム法、イオンプレーティング法、プラズマ重合法、大気圧プラズマ重合法、プラズマCVD法、レーザーCVD法、熱CVD法、コーティング法等を用いることができる。
【0180】
封止部材と有機EL素子の表示領域との間隙には、気相及び液相では、窒素、アルゴン等の不活性気体や、フッ化炭化水素、シリコンオイルのような不活性液体を注入することが好ましい。また、真空とすることも可能である。また、内部に吸湿性化合物を封入することもできる。
【0181】
吸湿性化合物としては、例えば金属酸化物(例えば、酸化ナトリウム、酸化カリウム、酸化カルシウム、酸化バリウム、酸化マグネシウム、酸化アルミニウム等)、硫酸塩(例えば、硫酸ナトリウム、硫酸カルシウム、硫酸マグネシウム、硫酸コバルト等)、金属ハロゲン化物(例えば、塩化カルシウム、塩化マグネシウム、フッ化セシウム、フッ化タンタル、臭化セリウム、臭化マグネシウム、沃化バリウム、沃化マグネシウム等)、過塩素酸類(例えば過塩素酸バリウム、過塩素酸マグネシウム等)等があげられ、硫酸塩、金属ハロゲン化物及び過塩素酸類においては無水塩が好適に用いられる。
【0182】
《保護膜、保護板》
有機層を挟み支持基板と対向する側の前記封止膜あるいは前記封止用フィルムの外側に、素子の機械的強度を高めるために保護膜、あるいは保護板を設けてもよい。特に、封止が前記封止膜により行われている場合には、その機械的強度は必ずしも高くないため、このような保護膜、保護板を設けることが好ましい。これに使用することができる材料としては、前記封止に用いたのと同様なガラス板、ポリマー板・フィルム、金属板・フィルム等を用いることができるが、軽量かつ薄膜化ということからポリマーフィルムを用いることが好ましい。
【0183】
《光取出し》
有機EL素子は、空気よりも屈折率の高い(屈折率が1.7〜2.1程度)層の内部で発光し、発光層で発生した光のうち15〜20%程度の光しか取り出せないことが一般的に言われている。これは、臨界角以上の角度θで界面(透明基板と空気との界面)に入射する光は、全反射を起こし素子外部に取り出すことができないことや、透明電極ないし発光層と透明基板との間で光が全反射を起こし、光が透明電極ないし発光層を導波し、結果として、光が素子側面方向に逃げるためである。
【0184】
この光の取り出しの効率を向上させる手法としては、例えば、透明基板表面に凹凸を形成し、透明基板と空気界面での全反射を防ぐ方法(米国特許第4,774,435号)、基板に集光性を持たせることにより効率を向上させる方法(特開昭63−314795号)、素子の側面等に反射面を形成する方法(特開平1−220394号)、基板と発光体の間に中間の屈折率を持つ平坦層を導入し、反射防止膜を形成する方法(特開昭62−172691号)、基板と発光体の間に基板よりも低屈折率を持つ平坦層を導入する方法(特開2001−202827号)、基板、透明電極層や発光層のいずれかの層間(含む、基板と外界間)に回折格子を形成する方法(特開平11−283751号)等がある。
【0185】
本発明においては、これらの方法を本発明の有機EL素子と組み合わせて用いることができるが、基板と発光体の間に基板よりも低屈折率を持つ平坦層を導入する方法、あるいは基板、透明電極層や発光層のいずれかの層間(含む、基板と外界間)に回折格子を形成する方法を好適に用いることができる。
【0186】
本発明は、これらの手段を組み合わせることにより、さらに高輝度あるいは耐久性に優れた素子を得ることができる。
【0187】
透明電極と透明基板の間に低屈折率の媒質を光の波長よりも長い厚みで形成すると、透明電極から出てきた光は、媒質の屈折率が低いほど、外部への取り出し効率が高くなる。
【0188】
低屈折率層としては、例えば、エアロゲル、多孔質シリカ、フッ化マグネシウム、フッ素系ポリマー等が挙げられる。透明基板の屈折率は一般に1.5〜1.7程度であるので、低屈折率層は、屈折率がおよそ1.5以下であることが好ましい。またさらに1.35以下であることが好ましい。
【0189】
また、低屈折率媒質の厚みは、媒質中の波長の2倍以上となるのが望ましい。これは、低屈折率媒質の厚みが、光の波長程度になってエバネッセントで染み出した電磁波が基板内に入り込む膜厚になると、低屈折率層の効果が薄れるからである。
【0190】
全反射を起こす界面もしくはいずれかの媒質中に回折格子を導入する方法は、光取り出し効率の向上効果が高いという特徴がある。この方法は、回折格子が1次の回折や、2次の回折といったいわゆるブラッグ回折により、光の向きを屈折とは異なる特定の向きに変えることができる性質を利用して、発光層から発生した光のうち、層間での全反射等により外に出ることができない光を、いずれかの層間もしくは、媒質中(透明基板内や透明電極内)に回折格子を導入することで光を回折させ、光を外に取り出そうとするものである。
【0191】
導入する回折格子は、二次元的な周期屈折率を持っていることが望ましい。これは、発光層で発光する光はあらゆる方向にランダムに発生するので、ある方向にのみ周期的な屈折率分布を持っている一般的な1次元回折格子では、特定の方向に進む光しか回折されず、光の取り出し効率がさほど上がらない。しかしながら、屈折率分布を二次元的な分布にすることにより、あらゆる方向に進む光が回折され、光の取り出し効率が上がる。
【0192】
回折格子を導入する位置としては前述の通り、いずれかの層間もしくは、媒質中(透明基板内や透明電極内)でもよいが、光が発生する場所である有機発光層の近傍が望ましい。
【0193】
このとき、回折格子の周期は、媒質中の光の波長の約1/2〜3倍程度が好ましい。
【0194】
回折格子の配列は、正方形のラチス状、三角形のラチス状、ハニカムラチス状等、2次元的に配列が繰り返されることが好ましい。
【0195】
《集光シート》
本発明の有機EL素子は、基板の光取出し側に、例えばマイクロレンズアレイ状の構造を設けるように加工したり、あるいは、所謂集光シートと組み合わせることにより、特定方向、例えば素子発光面に対し正面方向に集光することにより、特定方向上の輝度を高めることができる。
【0196】
マイクロレンズアレイの例としては、基板の光取り出し側に一辺が30μmでその頂角が90度となるような四角錐を2次元に配列する。一辺は10〜100μmが好ましい。これより小さくなると回折の効果が発生して色付く、大きすぎると厚みが厚くなり好ましくない。
【0197】
集光シートとしては、例えば液晶表示装置のLEDバックライトで実用化されているものを用いることが可能である。このようなシートとして例えば、住友スリーエム社製輝度上昇フィルム(BEF)等を用いることができる。プリズムシートの形状としては、例えば基材に頂角90度、ピッチ50μmの△状のストライプが形成されたものであってもよいし、頂角が丸みを帯びた形状、ピッチをランダムに変化させた形状、その他の形状であってもよい。
【0198】
また、発光素子からの光放射角を制御するために光拡散板・フィルムを、集光シートと併用してもよい。例えば、(株)きもと製拡散フィルム(ライトアップ)等を用いることができる。
【0199】
《有機EL素子の作製方法》
本発明の有機EL素子の作製方法の一例として、陽極/正孔注入層/正孔輸送層/発光層/電子輸送層/電子注入層/陰極からなる有機EL素子の作製法について説明する。
【0200】
まず適当な基体上に所望の電極物質、例えば、陽極用物質からなる薄膜を1μm以下、好ましくは10〜200nmの膜厚になるように、蒸着やスパッタリング等の方法により形成させ、陽極を作製する。
【0201】
次に、この上に有機EL素子材料である正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電子輸送層、電子注入層、正孔阻止層の有機化合物薄膜を形成させる。
【0202】
この有機化合物薄膜の薄膜化の方法としては、前記のごとく蒸着法、ウェットプロセス(スピンコート法、キャスト法、インクジェット法、印刷法)等があるが、均質な膜が得られやすく、かつピンホールが生成しにくい等の点から、本発明においては、スピンコート法、インクジェット法、印刷法等の塗布法による成膜が特に好ましい。
【実施例】
【0203】
以下、実施例により本発明を説明するが、本発明の実施態様はこれらに限定されるものではない。
【0204】
実施例1
〈有機EL素子1−1の作製〉
陽極として100mm×100mm×1.1mmのガラス基板上にITO(インジウムチンオキシド)を100nm成膜した基板(NHテクノグラス社製NA45)にパターニングを行った後、このITO透明電極を設けた透明支持基板をイソプロピルアルコールで超音波洗浄し、乾燥窒素ガスで乾燥し、UVオゾン洗浄を5分間行なった。この透明支持基板を市販の真空蒸着装置の基板ホルダーに固定し、一方、モリブデン製抵抗加熱ボートにα−NPDを200mg入れ、別のモリブデン製抵抗加熱ボートにホスト化合物としてCBPを200mg入れ、別のモリブデン製抵抗加熱ボートにHB−1を200mg入れ、別のモリブデン製抵抗加熱ボートにD−1を100mg入れ、さらに別のモリブデン製抵抗加熱ボートにAlq3を200mg入れ、真空蒸着装置に取付けた。
【0205】
次いで、真空槽を4×10-4Paまで減圧した後、α−NPDの入った前記加熱ボートに通電して加熱し、蒸着速度0.1nm/secで透明支持基板に蒸着し、膜厚40nmの正孔輸送層を設けた。さらに、CBPとD−1の入った前記加熱ボートに通電して加熱し、それぞれ蒸着速度0.2nm/sec、0.012nm/secで前記正孔輸送層上に共蒸着して、膜厚40nmの発光層を設けた。なお、蒸着時の基板温度は室温であった。さらに、HB−1の入った前記加熱ボートに通電して加熱し、蒸着速度0.1nm/secで前記発光層の上に蒸着して膜厚10nmの正孔阻止の役割も兼ねた電子輸送層を設けた。その上に、さらに、Alq3の入った前記加熱ボートに通電して加熱し、蒸着速度0.1nm/secで前記電子輸送層の上に蒸着してさらに膜厚40nmの電子注入層を設けた。なお、蒸着時の基板温度は室温であった。
【0206】
引き続き、フッ化リチウム0.5nm及びアルミニウム110nmを蒸着して陰極を形成し、有機EL素子1−1を作製した。
【0207】
〈有機EL素子1−2〜1−20の作製〉
有機EL素子1−1の作製において、表1に記載のように発光ホスト、発光ドーパントを変更した以外は同様にして、有機EL素子1−2〜1−20を作製した。
【0208】
【化12】

【0209】
【化13】

【0210】
〈有機EL素子の評価〉
作製後の各有機EL素子の非発光面をガラスケースで覆い、厚み300μmのガラス基板を封止用基板として用いて、周囲にシール材として、エポキシ系光硬化型接着剤(東亞合成社製ラックストラックLC0629B)を適用し、これを上記陰極上に重ねて前記透明支持基板と密着させ、ガラス基板側からUV光を照射して、硬化させて、封止して、図1、図2に示すような照明装置を形成して、評価した。
【0211】
図1は、照明装置の概略図を示し、有機EL素子101は、ガラスカバー102で覆われている(なお、ガラスカバーでの封止作業は、有機EL素子101を大気に接触させることなく窒素雰囲気下のグローブボックス(純度99.999%以上の高純度窒素ガスの雰囲気下)で行った)。図2は、照明装置の断面図を示し、図2において、105は陰極、106は有機EL層、107は透明電極付きガラス基板を示す。なお、ガラスカバー102内には窒素ガス108が充填され、捕水剤109が設けられている。
【0212】
(外部取りだし量子効率)
作製した有機EL素子について、23℃、乾燥窒素ガス雰囲気下で2.5mA/cm2定電流を印加した時の外部取り出し量子効率(%)を測定した。なお、測定には分光放射輝度計CS−1000(ミノルタ製)を用いた。
【0213】
表1の外部取りだし量子効率の測定結果は、有機EL素子1−1の測定値を100とした時の相対値で示す。
【0214】
(発光寿命)
2.5mA/cm2の一定電流で駆動したときに、輝度が発光開始直後の輝度(初期輝度)の半分に低下するのに要した時間を測定し、これを半減寿命時間(τ1/2)として寿命の指標とした。なお、測定には同様に分光放射輝度計CS−1000(ミノルタ製)を用いた。発光寿命の測定結果は、有機EL素子1−1を100とした時の相対値で示す。
【0215】
【表1】

【0216】
表1から、本発明の有機EL素子は、発光効率が高く、長寿命化が達成されていることが分かった。
【0217】
実施例2
〈有機EL素子2−1の作製〉
陽極として100mm×100mm×1.1mmのガラス基板上にITO(インジウムチンオキシド)を100nm成膜した基板(NHテクノグラス社製NA45)にパターニングを行った後、このITO透明電極を設けた透明支持基板をイソプロピルアルコールで超音波洗浄し、乾燥窒素ガスで乾燥し、UVオゾン洗浄を5分間行なった。この透明支持基板を市販の真空蒸着装置の基板ホルダーに固定し、一方、モリブデン製抵抗加熱ボートにα−NPDを200mg入れ、別のモリブデン製抵抗加熱ボートにホスト化合物としてCBPを200mg入れ、別のモリブデン製抵抗加熱ボートにHB−1を200mg入れ、別のモリブデン製抵抗加熱ボートにD−1を100mg入れ、さらに別のモリブデン製抵抗加熱ボートにAlq3を200mg入れ、真空蒸着装置に取付けた。
【0218】
次いで、真空槽を4×10-4Paまで減圧した後、α−NPDの入った前記加熱ボートに通電して加熱し、蒸着速度0.1nm/secで透明支持基板に蒸着し、膜厚40nmの正孔輸送層を設けた。さらに、CBPの入った前記加熱ボートに通電して加熱し、蒸着速度蒸着速度0.1〜0.2nm/秒で膜厚10nmになるように蒸着し、電子阻止層を設けた。
【0219】
さらに、CBPとD−1の入った前記加熱ボートに通電して加熱し、それぞれ蒸着速度0.2nm/sec、0.012nm/secで前記正孔輸送層上に共蒸着して、膜厚40nmの発光層を設けた。なお、蒸着時の基板温度は室温であった。さらに、HB−1の入った前記加熱ボートに通電して加熱し、蒸着速度0.1nm/secで前記発光層の上に蒸着して膜厚10nmの正孔阻止の役割も兼ねた電子輸送層を設けた。その上に、さらに、Alq3の入った前記加熱ボートに通電して加熱し、蒸着速度0.1nm/secで前記電子輸送層の上に蒸着してさらに膜厚40nmの電子注入層を設けた。なお、蒸着時の基板温度は室温であった。
【0220】
引き続きフッ化リチウム0.5nm及びアルミニウム110nmを蒸着して陰極を形成し、有機EL素子2−1を作製した。
【0221】
この素子を実施例1と同様な方法及び同様な構造の封止缶を用いて封止し平面ランプを作製した。
【0222】
〈有機EL素子2−2〜2−32の作製〉
有機EL素子2−1の作製において、表2に記載のように発光ホスト、発光ドーパント、電子阻止層の材料を変更した以外は同様にして、有機EL素子2−2〜2−32を作製した。
【0223】
【化14】

【0224】
〈有機EL素子の評価〉
作製した有機EL素子を実施例1と同様に評価し、得られた結果を表2に示す。外部取りだし量子効率、発光寿命は、各々有機EL素子2−1を100とする相対値で示す。
【0225】
【表2】

【0226】
表2から、本発明に係る金属錯体を用いて作製した有機EL素子は比較例の有機EL素子に比べ、高い発光効率、かつ発光寿命の長寿命化が達成できることが明らかである。
【0227】
実施例3
〈有機EL素子3−1の作製〉
陽極として100mm×100mm×1.1mmのガラス基板上にITO(インジウムチンオキシド)を100nm成膜した基板(NHテクノグラス社製NA45)にパターニングを行った後、このITO透明電極を設けた透明支持基板をイソプロピルアルコールで超音波洗浄し、乾燥窒素ガスで乾燥し、UVオゾン洗浄を5分間行なった。この透明支持基板を市販の真空蒸着装置の基板ホルダーに固定し、一方、モリブデン製抵抗加熱ボートにα−NPDを200mg入れ、別のモリブデン製抵抗加熱ボートにホスト化合物としてCBPを200mg入れ、別のモリブデン製抵抗加熱ボートにHB−1を200mg入れ、別のモリブデン製抵抗加熱ボートにD−1を100mg入れ、さらに別のモリブデン製抵抗加熱ボートにAlq3を200mg入れ、真空蒸着装置に取付けた。
【0228】
次いで、真空槽を4×10-4Paまで減圧した後、α−NPDの入った前記加熱ボートに通電して加熱し、蒸着速度0.1nm/secで透明支持基板に蒸着し、膜厚40nmの正孔輸送層を設けた。さらに、CBPとD−1の入った前記加熱ボートに通電して加熱し、それぞれ蒸着速度0.2nm/sec、0.012nm/secで前記正孔輸送層上に共蒸着して、膜厚40nmの発光層を設けた。なお、蒸着時の基板温度は室温であった。さらに、HB−1の入った前記加熱ボートに通電して加熱し、蒸着速度0.1nm/secで前記発光層の上に蒸着して膜厚10nmの正孔阻止の役割も兼ねた電子輸送層を設けた。その上に、さらに、Alq3の入った前記加熱ボートに通電して加熱し、蒸着速度0.1nm/secで前記電子輸送層の上に蒸着してさらに膜厚40nmの電子注入層を設けた。なお、蒸着時の基板温度は室温であった。
【0229】
引き続きフッ化リチウム0.5nm及びアルミニウム110nmを蒸着して陰極を形成し、有機EL素子3−1を作製した。
【0230】
〈有機EL素子3−2〜3−23の作製〉
有機EL素子3−1の作製において、表3に記載のように発光ホスト、発光ドーパント、ホールブロック層材料を変更した以外は同様にして、有機EL素子3−2〜3−23を作製した。
【0231】
〈有機EL素子の評価〉
作製した有機EL素子を実施例1と同様に評価し、得られた結果を表3に示す。外部取りだし量子効率、発光寿命は、各々有機EL素子3−1を100とする相対値で示す。
【0232】
【表3】

【0233】
表3から、本発明に係る金属錯体を用いて作製した有機EL素子は比較例の有機EL素子に比べ、高い発光効率、かつ発光寿命の長寿命化が達成できることが明らかである。
【0234】
実施例4
実施例1の透明電極基板の電極を20mm×20mmにパターニングし、その上に実施例1と同様に正孔注入/輸送層としてα−NPDを50nmの厚さで成膜し、さらに化合物16の入った前記加熱ボートとD−1の入ったボート及びBtp2Ir(acac)の入ったボートをそれぞれ独立に通電して、発光ホストである化合物16と発光ドーパントであるD−1及びBtp2Ir(acac)の蒸着速度が100:5:0.6になるように調節し膜厚30nmの厚さになるように蒸着し発光層を設けた。
【0235】
次いで、HB−1を10nm成膜して電子輸送層を設けた。さらに、Alq3を40nmで成膜し電子注入層を設けた。
【0236】
次に、真空槽を開け、電子注入層の上にステンレス鋼製の透明電極とほぼ同じ形状の正方形穴あきマスクを設置し、陰極バッファー層として弗化リチウム0.5nm及び陰極としてアルミニウム110nmを蒸着成膜した。
【0237】
この素子を実施例1と同様な方法及び同様な構造の封止缶を用いて封止し平面ランプを作製した。
【0238】
【化15】

【0239】
この平面ランプに通電したところほぼ白色の光が得られ、照明装置として使用できることが分かった。なお、発光ホストを本発明の他の化合物に置き換えても同様に白色の発光が得られることが分かった。
【図面の簡単な説明】
【0240】
【図1】照明装置の概略図である。
【図2】照明装置の断面図である。
【符号の説明】
【0241】
101 有機EL素子
102 ガラスカバー
107 透明電極付きガラス基板
106 有機EL層
105 陰極
108 窒素ガス
109 捕水剤

【特許請求の範囲】
【請求項1】
陽極と陰極により挟まれた、少なくとも発光層を含有する有機エレクトロルミネッセンス素子において、下記一般式(1)で表される化合物を含有する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】

(式中、R1〜R6は水素原子または置換基を表し、X1〜X5は炭素原子または窒素原子を表す。)
【請求項2】
前記一般式(1)におけるR1〜R6の少なくとも1つが芳香族基であることを特徴とする請求項1に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項3】
前記一般式(1)におけるR1〜R6の少なくとも1つが複素環基であることを特徴とする請求項1に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項4】
前記一般式(1)におけるR1〜R6の少なくとも1つがカルバゾール基であることを特徴とする請求項1に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項5】
前記一般式(1)におけるR1〜R6の少なくとも1つがアザカルバゾール基であることを特徴とする請求項1に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項6】
前記一般式(1)におけるR1〜R6の少なくとも1つがジフェニルアミノ基であることを特徴とする請求項1に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項7】
前記一般式(1)におけるX1〜X5が全て炭素原子であることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項8】
前記一般式(1)におけるX1が窒素原子であり、X2〜X5が全て炭素原子であることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項9】
前記一般式(1)におけるX2が窒素原子であり、X1、X3〜X5が全て炭素原子であることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項10】
前記一般式(1)におけるX3が窒素原子であり、X1、X2、X4、X5が全て炭素原子であることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項11】
前記一般式(1)におけるX4が窒素原子であり、X1〜X3、X5が全て炭素原子であることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項12】
前記一般式(1)におけるX5が窒素原子であり、X1〜X4が全て炭素原子であることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項13】
前記一般式(1)におけるX1〜X5のうち2つが窒素原子であることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項14】
前記一般式(1)におけるX1〜X5のうち3つが窒素原子であることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項15】
前記一般式(1)におけるX1〜X5のうち4つが窒素原子であることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項16】
前記発光層がりん光発光性ドーパントを有することを特徴とする請求項1〜15のいずれか1項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項17】
前記りん光発光性ドーパントのリン光波長(0−0バンド)が485nm以下であることを特徴とする請求項16に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項18】
前記りん光発光性ドーパントのイオン化ポテンシャルが5.5eV以下であることを特徴とする請求項16または17に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項19】
前記りん光発光性ドーパントが、下記一般式(A)で表される化合物であることを特徴とする請求項16〜18のいずれか1項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【化2】

(式中、X1、X2、X3は炭素原子または窒素原子を表し、Z1は5員の複素環を表し、Z2は6員の芳香環または5、6員の複素環を表す。MはIrまたはPtを表す。)
【請求項20】
前記一般式(A)で表される化合物が、下記一般式(B)〜(E)で表されることを特徴とする請求項19に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【化3】

(一般式(B)〜(E)において、X2、X3は炭素原子または窒素原子を表し、Y1、Y5、Y9は硫黄原子、炭素原子または窒素原子を表し、Y2、Y3、Y4、Y6、Y7、Y8、Y10、Y11、Y12は炭素原子または窒素原子を表し、Z2は6員の芳香環または5、6員の複素環を表す。MはIrまたはPtを表す。)
【請求項21】
前記りん光発光性ドーパントが、下記一般式(F)で表される化合物であることを特徴とする請求項16〜18のいずれか1項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【化4】

(式中、X2、X3は炭素原子または窒素原子を表し、Z2は6員の芳香環または5、6員の複素環を表し、R2、R3は水素原子または置換基を表し、R4は水素原子、脂肪族基、芳香族基または複素環基を表す。MはIrまたはPtを表す。)
【請求項22】
一般式(1)で表される化合物が、発光層のホストとして用いられることを特徴とする請求項1〜21のいずれか1項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項23】
有機エレクトロルミネッセンス素子が電子阻止層を有し、一般式(1)で表される化合物が、該電子阻止層に用いられることを特徴とする請求項1〜22のいずれか1項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項24】
有機エレクトロルミネッセンス素子がホールブロック層を有し、一般式(1)で表される化合物が、該ホールブロック層に用いられることを特徴とする請求項1〜23のいずれか1項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項25】
白色に発光することを特徴とする請求項1〜24のいずれか1項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項26】
請求項1〜25のいずれか1項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子を有することを特徴とする表示装置。
【請求項27】
請求項1〜25のいずれか1項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子を有することを特徴とする照明装置。
【請求項28】
請求項27に記載の照明装置と、表示手段として液晶素子を有することを特徴とする表示装置。
【請求項29】
前記一般式(1)で表される化合物であることを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子材料。

【図1】
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【図2】
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【公開番号】特開2007−189001(P2007−189001A)
【公開日】平成19年7月26日(2007.7.26)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2006−4679(P2006−4679)
【出願日】平成18年1月12日(2006.1.12)
【出願人】(000001270)コニカミノルタホールディングス株式会社 (4,463)
【Fターム(参考)】