有機発光素子
【課題】 青色発光素子に用いるのに適した有機化合物の設計とそれを有する有機発光素子を提供する。
【解決手段】 発光層が、フォトルミネッセンスの最大発光波長が４３０−４８０ｎｍであり、波数１３００ｃｍ−１以上１６８０ｃｍ−１以下の領域にて、Ｈｕａｎｇ−Ｒｈｙｓ因子のＰＦが０．０２以下である有機化合物を有し、光学距離が、ｎｄ＝（２Ｎ−１）λ／４
（ｎは屈折率、ｄは発光中心からの膜厚、λは発光の最大発光波長、Ｎは正の整数）なる関係を満たす有機発光素子を提供する。
【解決手段】 発光層が、フォトルミネッセンスの最大発光波長が４３０−４８０ｎｍであり、波数１３００ｃｍ−１以上１６８０ｃｍ−１以下の領域にて、Ｈｕａｎｇ−Ｒｈｙｓ因子のＰＦが０．０２以下である有機化合物を有し、光学距離が、ｎｄ＝（２Ｎ−１）λ／４
（ｎは屈折率、ｄは発光中心からの膜厚、λは発光の最大発光波長、Ｎは正の整数）なる関係を満たす有機発光素子を提供する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機発光素子とそれを画素として有する画像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
有機発光素子は、陽極と陰極間に蛍光性有機化合物を含む薄膜を挟持させて、各電極から電子およびホール（正孔）を注入することにより、蛍光性化合物の励起子を生成させ、この励起子が基底状態にもどる際に放射される光を利用する素子である。
【０００３】
有機発光素子は有機エレクトロルミネッセンス素子、あるいは有機ＥＬ素子と呼ばれたりもする。
【０００４】
有機発光素子における最近の進歩は著しく、その特徴は低印加電圧で高輝度、発光波長の多様性、高速応答性、薄型、軽量の発光デバイス化が可能であることから、広汎な用途への可能性を示唆している。
【０００５】
これまでに発光素子に用いられる有機化合物の開発が盛んに行われている。
有機化合物の発光特性や発光素子の素子構成が、有機発光素子を提供するにあたり、その性能を左右するために重要であるからである。
【０００６】
発光層に用いる材料の例、発光素子の色純度向上に関する例が特許文献１乃至５に記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０００−３２３２７９号公報
【特許文献２】特開２００２−２９９０５８号公報
【特許文献３】特開２００４−２０６８９３号公報
【特許文献４】特開平８−２１３１７４号公報
【特許文献５】ＷＯ００／３９２４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記特許文献に記載の有機発光素子は実用化という観点からは改善の余地がある。
【０００９】
具体的には実用化のためには更なる高輝度の光出力あるいは高変換効率が必要である。また、長時間の使用による経時変化や酸素を含む雰囲気気体や湿気などによる劣化等の耐久性の面で改善が必要である。
【００１０】
さらにはフルカラーディスプレイ等への応用を考えた場合、求められる有機発光素子には色純度が良く、高効率の青の発光が必要となるが、これらの問題に関してもまだ十分でない。
【００１１】
したがって特に色純度や発光効率、耐久性が高い有機化合物の設計とそれを有効に利用できる有機発光素子及びそれを実現する分子設計が求められている。
【００１２】
本発明は、上述したような従来技術の問題点を解決するためになされたものである。本発明の目的は、より具体的には実用化という観点からは改善の余地がある青色発光素子を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
よって本発明は、陽極、陰極、及び前記陽極と前記陰極との間に配置される有機化合物を有する発光層を有し、発光層が出す光は反射面において反射し光取り出し面から外部へ取り出される有機発光素子において、
前記発光層は、フォトルミネッセンスの最大発光波長が４３０ｎｍ以上４８０ｎｍ以下であり、蛍光発光する前記有機化合物を有しており、
前記有機化合物は、Ｈｕａｎｇ−Ｒｈｙｓ因子のＰＦが、波数１３００ｃｍ−１以上１６８０ｃｍ−１以下の領域にて、０．０２以下である有機化合物であり、
且つ
前記有機発光素子は、光共振器構造を有することを特徴とする有機発光素子を提供する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明有機発光素子は、高効率で高輝度な発光を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】半値幅の短波長領域と長波長領域を説明する図である。
【図２】視感度曲線を示すグラフである。
【図３】１乃至３の発光スペクトルを示す図である。
【図４】有機化合物のフォトルミネッセンススペクトルと、光共振器構造と利用した場合のエレクトロルミネッセンススペクトルとを示す図である。
【図５】発光スペクトルＡ、Ｂ、Ｃを示す図である。
【図６】第一の振動ピークの半値幅と第二の振動ピークの半値幅の大小関係を示す図である。
【図７】ホスト材料とゲスト材料のぞれぞれのＨＯＭＯとＬＵＭＯと発光中心を示した図である。
【図８】基準振動モード（ｉ）に起因する発光スペクトルの振動プログレッションを示す図である。
【図９】励起状態と基底状態の基準振動座標のずれを示す図である。
【図１０】第一の振動ピークと第２の振動ピークを有する発光スペクトルを示す図である。
【図１１】第一の振動ピークと第２の振動ピークを有する発光スペクトルを示す図である。
【図１２】第一の振動ピークと第２の振動ピークを有する発光スペクトルを示す図である。
【図１３】第一の振動ピークと第２の振動ピークを有する発光スペクトルを示す図である。
【図１４】本発明に係る有機発光素子と、本発明に係る有機発光素子に電気信号を供給する手段とを模式的に示す図である。
【図１５】画素に接続される画素回路と画素回路に接続される信号線と電流供給線とを模式的に示す図である。
【図１６】画素回路を示す図である。
【図１７】有機発光素子とその下のＴＦＴとを示す断面模式図である。
【図１８】計算されたＨｕａｎｇ−Ｒｈｙｓ因子を示す図である。
【図１９】計算から得られた発光スペクトルを表す図である。
【図２０】計算されたＨｕａｎｇ−Ｒｈｙｓ因子を示す図である。
【図２１】計算から得られた発光スペクトルを表す図である。
【図２２】計算されたＨｕａｎｇ−Ｒｈｙｓ因子を示す図である。
【図２３】計算から得られた発光スペクトルを表す図である。
【図２４】計算されたＨｕａｎｇ−Ｒｈｙｓ因子を示す図である。
【図２５】計算から得られた発光スペクトルを表す図である。
【図２６】計算されたＨｕａｎｇ−Ｒｈｙｓ因子を示す図である。
【図２７】計算から得られた発光スペクトルを表す図である。
【図２８】計算されたＨｕａｎｇ−Ｒｈｙｓ因子を示す図である。
【図２９】計算から得られた発光スペクトルを表す図である。
【図３０】実施例１に記載の有機化合物の構造とトルエン溶液中のその発光スペクトルを示す図である。
【図３１】実施例２に記載の有機化合物の構造とトルエン溶液中のその発光スペクトルを示す図である。
【図３２】比較例１に記載の有機化合物の構造とトルエン溶液中のその発光スペクトルを示す図である。
【図３３】比較例２に記載の有機化合物の構造とトルエン溶液中のその発光スペクトルを示す図である。
【図３４】比較例３に記載の有機化合物の構造とトルエン溶液中のその発光スペクトルを示す図である。
【図３５】計算されたＨｕａｎｇ−Ｒｈｙｓ因子を示す図である。
【図３６】計算から得られた発光スペクトルを表す図である。
【図３７】計算されたＨｕａｎｇ−Ｒｈｙｓ因子を示す図である。
【図３８】計算から得られた発光スペクトルを表す図である。
【図３９】計算されたＨｕａｎｇ−Ｒｈｙｓ因子を示す図である。
【図４０】計算から得られた発光スペクトルを表す図である。
【図４１】計算されたＨｕａｎｇ−Ｒｈｙｓ因子を示す図である。
【図４２】計算から得られた発光スペクトルを表す図である。
【図４３】実施例３に記載の有機化合物の発光スペクトルを示す図である。
【図４４】実施例６に記載の有機化合物の発光スペクトルを示す図である。
【図４５】スペクトルを示す図である。
【図４６】スペクトルを示す図である。
【図４７】スペクトルを示す図である。
【図４８】スペクトルを示す図である。
【図４９】スペクトルを示す図である。
【図５０】スペクトルを示す図である。
【図５１】スペクトルを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明に係る有機発光素子は、
陽極、陰極、及び前記陽極と前記陰極との間に配置される有機化合物からなる発光層を有し、発光層が出す光は反射面において反射し光取り出し面から外部へ取り出される有機発光素子において、
前記発光層は、フォトルミネッセンスの最大発光波長が４３０ｎｍ以上４８０ｎｍ以下である有機化合物を有しており、
前記有機化合物は、Ｈｕａｎｇ−Ｒｈｙｓ因子のＰＦが、波数１３００ ｃｍ−１以上１６８０ｃｍ−１以下の領域にて、０．０２以下である有機化合物であり、且つ
前記発光層から前記反射面までの光学距離Ｌは、
Ｌ＝（２Ｎ−１）λ／４＋Φ
（Ｌは光学距離、λは発光の最大発光波長（ｎｍ）、Ｎは正の整数、Φは位相シフト）なる関係を満たすことを特徴とする有機発光素子である。
【００１７】
以下、本発明に係る有機発光素子についてさらに詳細に説明する。
【００１８】
高効率で高輝度な発光を実現できる有機発光素子を提供するにあたり、本発明者等は、有機化合物をより最適に設計することが必要であると考えた。
【００１９】
一般的に有機発光素子の発光効率を高めるためには、材料の特性の向上、素子構成の最適化が上げられる。
【００２０】
そのためには
１．発光材料の量子収率が高いこと
２．発光材料の半値幅が狭いこと
３．発光材料の発光を効率よく取り出せること
のいずれかを達成させることが求められると考える。
【００２１】
また、フルカラー有機ＥＬディスプレーとして材料に求められる物性は、青、緑、赤に必要とされる色度に対応した発光材料が必要である。フルカラー有機ＥＬディスプレーとは画像をフルカラーで表示することが出来る画像表示装置のことである。画像表示装置は複数の画素を有している。画素はそれぞれフルカラー発光できるように互いに色が異なる複数の副画素を有している。副画素のひとつひとつが有機発光素子であり、例えば画素は赤緑青のそれぞれ異なる色を発光する副画素から構成されている。
【００２２】
この際、青の場合は発光ピークが４３０ｎｍ以上４８０ｎｍ以下、緑は４９０ｎｍ以上５４０ｎｍ以下、赤は５９０ｎｍ以上６４０ｎｍ以下に最大発光波長の値を有する。
【００２３】
１を達成させるためには、
分子の発光にかかわる骨格の対称性を高くする事が重要である。ただし、高対称性分子特有の禁制遷移条件では全く発光しなくなる場合もある。また、同じ方向に共役を伸ばすことによって分子のモーメントが大きくなって振動子強度が向上する。
【００２４】
発光にかかわる骨格に回転構造を有さないことで、回転による振動による量子収率の低下を抑制することが出来る。
【００２５】
よって、量子収率の高い有機化合物を作るためには、発光に係わる電子分布の存在する骨格に、できるだけ回転構造を持たない構造を持たせることが重要である。
【００２６】
２を達成させるためには、
有機化合物の分子構造を新規に創出することで実現すること、あるいは素子構成に工夫を施すことで実現することの２種類の方法を挙げることが出来る。
【００２７】
フルカラー有機ＥＬディスプレーの画素に用いる際は、高い色純度の発光スペクトルを有する発光素子が必要となる。
【００２８】
高い色純度を実現するためには、溶液中での発光スペクトルにおいて、最大発光波長の半値幅が狭いこと、振動のピークがある際は振動ピークの高さが低いことのいずれもが達成できる、有機化合物を創出することが求められると考える。
【００２９】
半値幅の狭い、色純度の高い発光を実現するためには、最大発光波長の半値幅が狭い有機化合物を創出することが求められる。
【００３０】
有機化合物の発光はその構造上、炭素−炭素の振動が発光スペクトルに反映する。そのため、図１に示すように、半値幅の短波長領域ａに対して半値幅の長波長領域ｂの方が値が大きくなる。これが主に半値幅を広げる原因となることに本発明者等は気付いた。半値幅の長波長領域ｂがこのように広がることは、有機化合物であればある意味仕方が無いことである。そしてこれが色純度の低下を引き起こす原因となると本発明者等は考える。
【００３１】
目的とする波長以外の波長は、全て色純度を低下することにつながるといえる。
【００３２】
そしてまた色純度の低下はどの色度領域においても起きるということができる。
【００３３】
また本発明者等は次のことにも気付いた。
【００３４】
青の発光領域とその付近である４２０ｎｍ以上５００ｎｍ以下の部分は、視感度という観点からは重要な波長領域である。図２は視感度曲線を示すグラフである。図２に示すように、長波に行くにしたがって視感度が急激に大きくなっている。このため、青の有機発光素子において長波長領域の成分が大きいと、青の有機発光素子が発光する光の中に、所望しないが目立つ色度の光が、含まれてしまうことになる。その結果最大発光波長が４４０ｎｍ以上４８０ｎｍ以下であっても、色度に影響を及ぼすことがいえる。
【００３５】
つまり、青の発光領域は、そもそも視感度が悪いのに加えて、半値幅の長波長領域ｂによって色度が低下してしまう。
【００３６】
この例として図３に示す発光スペクトル１から３を示す。
図中スペクトル１は短波成分の発光面積が大きい発光スペクトルである。
スペクトル２は半値幅の狭い発光スペクトルである。
そしてスペクトル３は長波成分の発光面積が大きい発光スペクトルである。
【００３７】
また、表１は各発光スペクトルに対応する色度のＸ，Ｙ値である。
【００３８】
これより、短波領域に発光を多く有する発光スペクトル１と、半値幅の狭い発光スペクトル２の発光の色度は、あまり変わらない。これは、４００ｎｍ以上４２０ｎｍ以下の波長領域の視感度が非常に低く、この領域の発光はほとんど目で認識されないためである。
【００３９】
一方、発光スペクトル２（２）と発光スペクトル３を比較すると、どちらも最大発光波長は約４６０ｎｍであるが、長波長領域に発光を有する発光スペクトル３のＹ値はかなり大きくなっている。これは、重なっている４５０ｎｍ以上４６０ｎｍ以下の視感度に対して発光スペクトル３のみ発光を有する４９０ｎｍ以上５００ｎｍ以下の視感度は２乃至３倍になるため、このように大きな色度変化をもたらす。
【００４０】
【表１】
【００４１】
このように、青の発光領域においては、４２０ｎｍ以下の短波領域の光は、青の可視光として認識されない。したがって色度は変わっていないが、無駄な発光部分を持つということが出来る。
【００４２】
一方、４９０ｎｍの長波長領域の光は、色純度の低下を引き起こしてしまう。そのため色純度の高い青発光の有機発光素子を提供するまでには至らない。
【００４３】
これより、高い色純度の青発光の有機発光素子を達成するためには、材料の発光スペクトルの半値幅を狭める必要がある。
【００４４】
一方、素子の構成を工夫することで半値幅の狭い、色純度の高い発光を得ることができる。その例として、光共振器構造を利用する方法が挙げられる。これは、発光層と、該発光層の両面側もしくは片面側に、例えば反射面となる層を配置する事で、微小光共振器が構成される。ここで共振された光は発光可能に構成され、共振波長に合わせた波長で強め合って発光することができる。反射面となる層は例えば有機発光素子を構成する電極のうちの一方の電極であってもよい。
【００４５】
有機発光素子は発光層から出る光を外部に取り出す光取り出し面を有している。
【００４６】
また光取り出し面とは別の面、より具体的には光取り出し面に対向する位置に反射面を有している。
【００４７】
例えば、基板上に半透明反射面となる層を作成し、その上に透明導電層を作成する。透明導電層上に少なくとも一層以上のホール注入層、有機薄膜からなる発光層、少なくとも一層以上の電子注入層が順に設けられており、その上に電極が形成される。前記半透明反射面となる層は発光層からの発光の一部を透明基体側に透過し、電子注入層の上に配置された電極は発光の別の一部を反射する。この際前記半透明反射層と発光層背面の電極（電子注入層の上に配置された電極）とで光共振器が形成されているということが出来る。なおこの場合基板に近い側の電極が陽極であり、基板に遠くて電子輸送層の上の電極が陰極である。また光は発光層から光取り出し面側に配置されている半透明反射面と基板を介して更に外部に出る。
【００４８】
このとき
Ｌ＝（２Ｎ−１）λ／４＋Φ
（Ｌは光学距離、λは発光の最大発光波長（ｎｍ）、Ｎは正の整数、Φは位相シフト）
の関係を満たすように各層を設計する事が必要となる。具体的には各層の膜厚を適宜このましく決める。
【００４９】
なお膜厚はｎｍレベルで精度よく作れれば好ましいが、誤差を考慮して、上式の関係を満たす膜厚の±１０ｎｍ以内、より好ましくは±５ｎｍ以内とすることで共振器構造を十分好ましく作り出すことが可能である。
【００５０】
共振器構造の光学距離Ｌは反射面となる層と透明導電層の界面から電子注入層と半透過層の界面までにある層の光学距離の総和である。よって屈折率ｎと膜厚ｄの積ｎｄの総和（ｎ１ｄ１＋ｎ２ｄ２＋ｎ３ｄ３＋・・・・）である。
【００５１】
また、反射界面での位相シフトΦは、式１のように表すことができる。この式は反射界面を形成する２つの材料のうち、光が入射する側にある材料を媒質Ｉ、他方の材料を媒質ＩＩとし、ｎを各材料の屈折率、ｋを各材料の消衰係数とした際に、それぞれの光学定数を（ｎ１，ｋ１）（ｎ２，ｋ２）としている。なお、これらの光学定数は、例えば分光エリプソメーター等を用いて測定することができる。
式１
Φ＝ｔａｎ−１（２ｎ１ｋ１／（ｎ１２−ｎ１２−ｋ１２）） （ただし０≦Φ＜２πである）
例えば、有機発光素子における反射層と透明電極界面に形成される反射界面の場合、光入射側にある透明電極層が媒質Ｉ、反射層が媒質ＩＩに相当する。電子注入層と半透過層の界面の場合、電子注入層が媒質Ｉ、半透過層が媒質ＩＩに相当する。位相シフトΦは、これら界面での位相シフトの和に相当する。
【００５２】
また、有機化合物の屈折率ｎは１．３から２．１程度であるが、多層膜であるため構成によって異なるが、概ね１．６から１．７程度である。
【００５３】
Ｎの値が１，２，３，４，５・・・の整数倍のときに共振させることが出来る。なかでもＮの値が小さい場合の方が共振効果は大きく、Ｎの値が大きくなると共振の効果は小さくなるため、本実施例のようにＮ＝１の場合が最も共振効果が大きく、望ましくはＮ＝１乃至４である。
【００５４】
このように素子の構成からも高い色純度の発光を得る事ができる。
【００５５】
ただし、このように素子の構成を共振器構造となるように工夫することは、材料の有する発光から、色度の悪い部分を取り出さないことによって、色純度を高めるという解決手法である。そのため、この工夫だけだと共振器構造より取り出される発光の量子収率は、材料自身の持つ量子収率よりも当然低い。
【００５６】
即ち本発明者等は有機発光素子に光共振器構造を単に導入するだけでは不十分で、また材料即ち発光層が有する有機化合物の、所望の最大発光波長だけに単に注目するだけでも不十分であると気付いた。そして視感度を意識して有機化合物の創出することが必要であり、また創出された有機化合物は光共振器構造を有した有機発光素子においてこそ所望の発光色の量子収率の向上が達成できると考えた。
【００５７】
次に上記１乃至３で示した、発光材料の発光を効率よく取り出せること、について考察を述べる。
【００５８】
３．を達成させるためには、
有機発光素子として材料のフォトルミネッセンスに近い発光を利用することが大切である。
【００５９】
これを得るためには、先の２に記した、材料の要件と素子構成の要件の両方を満たすことが必要である。図４は有機化合物の溶液中の発光（フォトルミネッセンス）スペクトルと、光共振器構造を利用した場合のこの有機化合物の発光（エレクトロルミネッセンス）スペクトルとを示すグラフである。なお両スペクトルが重なり合っていない領域に斜線が引かれている。
【００６０】
図４に示すように、共振器構造を利用した素子を利用すると、ターゲットとする最大発光波長周辺の波長以外は発光が弱められてしまう。例えば３０ｎｍより半値幅の広い発光を有する材料は、最大発光波長から３０ｎｍを超えた領域の発光は弱められてしまい、素子外への光取り出しの量子効率が低下してしまう。
【００６１】
このように効率を犠牲にせずに色純度の高い発光を持つ有機発光素子を作り出すことは、材料、素子構成両方の要件を満たすことが大切であると本発明者等は考える。
【００６２】
半値幅が狭い材料とは、発光スペクトルの波形に関して、振動ピークが明確である（明確に分かれている）材料である。図５に発光面積（同じ量子収率）は同じであるが発光スペクトルの波形が互いに異なる発光スペクトルＡ、Ｂ、Ｃを示す。これより、Ｃのような振動ピークのない、いわゆる振動構造の不明確な発光の場合は、一般的に半値幅の広いブロードな発光波形を有している。これに対して、振動ピークが明確に見られるＡ、Ｂの様な発光の場合は、最大発光波長となる第一の振動ピークの強度が大きく、半値幅も狭い。ＡとＢはＣと異なり振動構造が明確な有機化合物が発光する光の発光スペクトルであるといえる。
【００６３】
ＡとＢとを比べると、Ｂの様な発光を持つ場合は、第一の振動ピークの強度と第ニの振動ピークとの大きさ（縦軸の発光強度）があまり変わらない。たとえ振動構造を有している発光スペクトルでも、この場合あまり発光強度は大きくならない。これは、分子の振動モードが多く存在するため、第二以降の振動ピークが大きくなり、第一の振動ピークは相対的に小さくなるからである。また、その弱められる発光部分は高さの割合に対して、面積で差をもたらすため、高さの約２乗で差が生まれるからである。
【００６４】
これより換算すると、第一と第ニの振動ピークの高さ比が０．７の場合（用いたい光の振動ピークの方が高いのが前提である）、面積比に換算すると約２：１となる。高さ比が、これ以上の値であると、発光素子にて弱められる部分の面積が更に大きくなるために、取り出しの効率が低下してしまうと本発明者等は予測する。
【００６５】
振動構造が明確なだけでなく第一と第ニの振動ピークの高さ比が０．７以下であるＡの様な発光スペクトルであることが好ましい。第一と第ニの振動ピークの高さ比の下限は０以上である。第一と第ニの振動ピークの高さ比が０．７より値が大きいと、共振器構造を用いた際に弱められる発光部分の割合は大きくなり、量子効率の低下をまねく。
【００６６】
また第一の振動ピークの強度が大きい場合、図６のように第一の振動ピークが第二の振動ピークと分割している場合がある。
【００６７】
図６は第一の振動ピークの半値幅と第二の振動ピークの半値幅の大小関係を示す図である。
【００６８】
半値幅とは、波形のうち、ピーク値の半分におけるピーク波形の横幅のことを指すのが一般である。
【００６９】
図６のような波形の場合、即ち第一の振動ピークと第二の振動ピークとが十分離れて観察される。この場合、通常の半値幅と言われる定義であると、第一の振動ピークの半値幅と第二の振動ピークの半値幅の２箇所存在するため不明確となる。そこで、本発明において、この波形では、半値幅とは図示する第一の振動ピークの半値幅のことである。
【００７０】
図６にしめす波形は、第一の振動ピークと第二の振動ピークとの間に谷を有しており、第二の振動ピークの発光強度が第一の振動ピークの発光強度の半分より大きい波形である。
【００７１】
なお便宜上図６においては、第二の振動ピークの半値幅と表現して第二の振動ピークの波形の、図中縦軸である発光強度が０．５における横幅を示した。
【００７２】
こうした発光スペクトル形状になることが、本発明で設計される、狭い半値幅を持つ発光材料の性質であり、その際第１の振動ピークの半値幅は３０ｎｍ以下が好ましい。
【００７３】
これらの条件を満たすために、本発明では第二の振動ピークが第一の振動ピークに対して遥かに小さく、第一の振動ピークの半値幅が狭く、量子収率の高い材料を設計することが重要である。
【００７４】
次に発光層の発光中心について説明する。
【００７５】
これまでに発光層は有機化合物を有すると述べた。この有機化合物がエネルギーを得て発光する。
【００７６】
発光層がこの有機化合物のみから構成されていても良いが、いわゆるホスト材料とゲスト材料から発光層が構成され、この発光する有機化合物がゲスト材料である場合が好ましい形態であるため、ここで説明する。
【００７７】
ホスト材料とは発光層の主たる成分である。主たる成分とは発光層全重量の殆どを占める成分ということが出来る。ゲスト材料とはそのホスト材料のなかに含まれている微量の成分を指す。他にも発光層はいわゆるアシストドーパントを有していても良い。
【００７８】
発光層の発光中心は大まかに三種類の例があげられる。
【００７９】
図７はホスト材料とゲスト材料のぞれぞれのＨＯＭＯとＬＵＭＯと発光中心を示した図である。
【００８０】
図７には符号４乃至６で示した３種類の例が図示されている。
本図の紙面上が真空準位に近い。
各例ごとに、実線の矩形でホスト材料のＨＯＭＯとＬＵＭＯが示されている。
点線はゲスト材料のＨＯＭＯとＬＵＭＯを示している。
斜線は発光中心である。発光層は厚み方向において発光の強度が偏在している。発光強度が特に強い領域を発光中心とよぶ。
なお本図において矩形の左右方向が発光層の膜厚方向である。また矩形の右側が陰極側で左側が陽極側である。
【００８１】
４の場合は、ホスト材料のＬＵＭＯよりゲスト材料のＬＵＭＯの方が低い（真空準位から遠い、つまり深い）。発光層に電圧を印加した際には、電子輸送層のＬＵＭＯから注入された電子がゲスト材料にトラップされる。これは、電子トラップ型の発光層である、したがって発光中心は電子輸送層寄りになる。
【００８２】
５の場合は、ホスト材料のＬＵＭＯよりゲスト材料のＬＵＭＯの方が低い値、ホスト材料のＨＯＭＯよりゲスト材料のＨＯＭＯの方が高い値となる。発光層に電圧を印加した際には、電子輸送層のＬＵＭＯから注入された電子がゲスト材料によってトラップされ、更にホール輸送層のＨＯＭＯから注入されたホールがゲスト材料によってトラップされる。これは両方の電荷トラップ型の発光層となり、発光中心は発光層の厚み方向において中心に集中する。
【００８３】
６の場合は、ホスト材料のＨＯＭＯよりゲスト材料のＨＯＭＯの方が高い値となる。発光層に電圧を印加した際には、ホール輸送層のＨＯＭＯから注入されたホールがゲストによってトラップされる。これはホールトラップ型の発光層となり、発光中心はホール輸送層寄りになる。
【００８４】
そもそも発光は、発光層全体でおこっているが、４乃至６に示すようにホスト材料とゲスト材料のそれぞれのＨＯＭＯとＬＵＭＯの関係によって発光中心となる場所が異なる。光共振器構造を利用する場合には、発光層から反射面までの光学距離Ｌを設計する場合に発光層の発光中心を考慮することが大切である。その際にホスト材料と、ゲスト材料がどのような構造であるかが分かれば発光中心をおおよそ特定することが出来る。
【００８５】
またより簡便には発光層の陰極側の界面や発光層の陽極側の界面や発光層の中心を光学距離Ｌを求める際の起点としてもよい。
【００８６】
本発明に係る有機発光素子が有する好ましい有機化合物は骨格内に５員環構造を持つ芳香環有機化合物であることが好ましい。即ち好ましい有機化合物とは、芳香環からなる骨格を有する有機化合物で、その骨格内に５員環を有する化合物である。
【００８７】
その場合電子吸引性が強く作用し、ＨＯＭＯもＬＵＭＯもその電子準位が低くなる（深くなる。言い変えれば真空準位から遠ざかる）。そのために、有機化合物を発光材料として用いる際には、電子トラップ型の発光材料となるので好ましい。
【００８８】
発光材料として用いられる際は、このような電子、もしくはホールをトラップする発光材料の方が、電荷を効率よく閉じ込めることができるために、輸送層への電荷の漏れを抑制することができる。これは発光効率の向上、素子の寿命を向上する事ができる。
【００８９】
次に好ましい有機化合物を設計する際の工夫を示す。
【００９０】
好ましい有機化合物を提供する際に、量子化学計算を利用する。たとえば新規な有機化合物を設計するのに役立つ。
【００９１】
有機化合物（材料）の発光特性には、該材料の電子状態が関与すると考える。発光時の色は、分子が電子的な励起状態から電子的な基底状態へ遷移する際のスペクトルとして発現する。
【００９２】
量子化学計算は計算化学的アプローチの一つであり、量子力学に基づき分子物性の予測を行う。計算手法としては大きく分けて分子軌道（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｏｒｂｉｔａｌ：ＭＯ）法と密度汎関数（Ｄｅｎｓｉｔｙ Ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ Ｔｈｅｏｒｙ：ＤＦＴ）法がある。
【００９３】
原理の詳細については、「新しい量子化学」ザボ、オストランド著、東京大学出版会 １９９１年，「原子分子の密度汎関数法」パール、ヤング著、シュプリンガーフェアラーク １９９６年に記載されている。
【００９４】
材料の発光色および色純度（発光スペクトル）の発現機構を理解し、所望の材料を設計するためには、材料の電子基底状態および励起状態における分子構造や、分子振動の仕組みを理解することが大切である。
【００９５】
たとえば有機発光素子に用いられる蛍光発光材料では励起一重項（Ｓ１）から基底一重項（Ｓ０）への脱励起の際の発光を利用するため、これらの電子状態における分子の構造と振動構造を調べる必要がある。
【００９６】
発光スペクトルは振動プログレッションとよばれるパターンを示し、これは電子励起状態から電子基底状態への遷移に伴って分子構造が変化することに起因する。Ｎ個の原子からなる分子は一般に３Ｎ−６個の基準振動モードを持つが（直線分子の場合は３Ｎ−５個）、分子構造の変化はこれらの基準振動モードに対応する基準振動座標の成分に分解できる。基準振動座標のずれが小さい場合は、そのずれに伴う分子構造のエネルギー変化を、調和振動子として近似することが出来る。この近似のもとで、ある基準振動モード（ｉ）に起因する発光スペクトルの振動プログレッションは以下の図８で説明される。
【００９７】
３Ｎ−６個の基準振動モードをすべて含めて定式化した発光スペクトルの強度Ｉは以下の式２で表される比例関係を持つ。例えば、Ｙｉ Ｊｉｎｇ．Ｙａｎ，Ｓｈａｕｌ Ｍｕｋａｍｅｌ，Ｊ．Ｃｈｅｍ．Ｐｈｙｓ ８５，５９０８（１９８６）を参照することができる。
【００９８】
【数１】
【００９９】
ここで、ν００は０−０遷移の波数であり、νｅｍは発光の波数である。また、ｇ（ｔ）は不均一広がりを時間領域で表したものであり、以下の式３で表される。
【０１００】
【数２】
【０１０１】
式２でΔνｉｎは不均一広がりに起因するスペクトルの半値幅であり、分子の置かれている環境により異なる。したがって、この数値は実験値より求め、入力値とする。
σｔ（ｔ）は以下の式４で表される。
【０１０２】
【数３】
【０１０３】
上式でωｉは基準振動モードの周波数、β＝１／ｋＴ（ｋはボルツマン定数、Ｔは温度を表す）である。Ｓｉは基準振動モード（ｉ）（ｉ＝１〜３Ｎ−６：Ｎは分子を構成する原子数）のＨｕａｎｇ−Ｒｈｙｓ因子と呼ばれる量であり、以下の式５で示される。
【０１０４】
【数４】
【０１０５】
ここで、ｈはプランク定数であり、νｉは基準振動モード（ｉ）の振動の波数を表す。また、
【０１０６】
【数５】
【０１０７】
は励起状態と基底状態の基準振動座標のずれである。この式の意味を説明したものが図９である。
【０１０８】
図９および式５から分かるように、Ｈｕｎａｎｇ−Ｒｈｙｓ 因子Ｓｉは基準振動モード（ｉ）の基底状態と励起状態のずれのエネルギーλνｉｂ，ｉをその基準振動モードのエネルギーで規格化したものである。従って、Ｈｕｎａｎｇ−Ｒｈｙｓ因子Ｓｉは、その基準振動モード（ｉ）における基底状態と励起状態の分子構造のずれの大きさを示すものである。ある基準振動モードにおけるＨｕａｎｇ−Ｒｈｙｓ因子が大きいということは、それによるスペクトル広がりが大きいことを意味する。先に述べたように、Ｎ個の原子からなる分子の場合、基準振動モードは３Ｎ−６個存在するため（直線分子の場合は３Ｎ−５個）、Ｈｕａｎｇ−Ｒｈｙｓ 因子も３Ｎ−６個存在し、基準振動モードによりその大きさが異なる。
【０１０９】
ここで我々は発光スペクトルの広がりを数値化するために、式５で定義されるＨｕａｎｇ−Ｒｈｙｓ因子を用い、以下の式６で規定される値ＰＦ（Ｐｒｏｆｉｌｅ Ｆａｃｔｏｒ、プロファイル因子）を定義する。
【０１１０】
【数６】
【０１１１】
式６において、和の領域Ｒは分子由来である、特定の基準振動モードの領域であり、Ｎｂａｓｉｓは分子の特定の部位における原子数を表す。
【０１１２】
また、振動エネルギーの範囲として以下のように分類されることが知られている。
Ｃ−Ｈ伸縮： ３０００ｃｍ−１以上
Ｃ−Ｃ環伸縮： １４００ｃｍ−１以上１６６０ｃｍ−１以下Ｃ−Ｈ面内変角、環振動：１０００ｃｍ−１以上１３００ｃｍ−１以下Ｃ−Ｈ面外変角：１０００ｃｍ−１以下
発光スペクトルの波形に対して、高振動のＣ−Ｈ伸縮と低振動のＣ−Ｈ面外変角はスペクトル広がりにあまり影響がない。Ｃ−Ｃ環伸縮の環伸縮が一番影響のある部分であるが、Ｃ−Ｈ面内変角、環振動の領域も影響する。そのため、基準振動モードとしては１３００ｃｍ−１以上１６８０ｃｍ−１以下の領域（主としてＣ−Ｃ面内伸縮、変角のモード）とする。この値は１３００ｃｍ−１以上１６８０ｃｍ−１以下が好ましいが、１２００ｃｍ−１以上１７００ｃｍ−１以下であれば整合性のある数値が得られる。
【０１１３】
そこで、本発明における発光材料の場合、Ｒとしては１３００ｃｍ−１以上１６８０ｃｍ−１以下の領域の基準振動モード（主としてＣ−Ｃ面内伸縮、変角のモード）、Ｎｂａｓｉｓは置換基および水素原子を除く、有機化合物の基本骨格の原子数と定義する。
【０１１４】
ＰＦ値は上記定義領域の基準振動モードにおける分子の基底状態と励起状態における「ずれ」度合いを示し、したがってそのずれに起因する発光スペクトルの広がりを数値化した量に相当する値であると定義される。
【０１１５】
また、ＰＦ値の算出においてＮｂａｓｉｓは、励起状態における遷移軌道が主として分布する主骨格の原子の数とし、遷移軌道がほとんど存在しない置換基の原子については加味しない。なお励起状態とはここでは一重項第一励起状態Ｓ１を意味する。また遷移軌道は最高被占軌道：ＨＯＭＯおよび最低空軌道：ＬＵＭＯを意味する。
【０１１６】
この算出法の正当性については、置換基に遷移軌道がほとんど分布しない有機化合物を例にとり、置換基を持つ場合と持たない場合について計算値と実測値を比較する事で検証を行った。
【０１１７】
計算の手順は以下のとおりである。電子基底状態および電子励起状態の分子の構造と、分子の基準振動モードの計算には市販の電子状態計算ソフトウェアであるＧａｕｓｓｉａｎ０３Ｒｅｖｉｓｉｏｎ Ｄ．０１およびＴｕｒｂｏｍｏｌｅ５．９．１を用いた。その際、量子化学計算法として、密度汎関数法（Ｄｅｎｓｉｔｙ Ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ Ｔｈｅｏｒｙ）を採用し、汎関数にはＢ３ＬＹＰを用いた。基底関数はＧａｕｓｓｉａｎ ０３，Ｒｅｖｉｓｉｏｎ Ｄ．０１では６−３１Ｇ（ｄ）を、Ｔｕｒｂｏｍｏｌｅ５．９．１ではｄｅｆ−ＳＶ（Ｐ）を用いた。Ｈｕａｎｇ−Ｒｈｙｓ 因子およびそれを用いた発光スペクトルおよびＰＦ値の計算には、これらソフトウェアにより計算された電子基底状態および電子励起状態の分子の構造と、分子の基準振動モードのデータをを用いた。尚、その際、不均一広がりに起因するスペクトルの半値幅Δνｉｎとしては実験のスペクトルを良く再現する値として６００ｃｍ−１を用いた。
Ｇａｕｓｓｉａｎ ０３ Ｒｅｖｉｓｉｏｎ Ｄ．０１，
Ｍ．Ｊ．Ｆｒｉｓｃｈ，Ｇ．Ｗ．Ｔｒｕｃｋｓ，Ｈ．Ｂ．Ｓｃｈｌｅｇｅｌ，Ｇ．Ｅ．Ｓｃｕｓｅｒｉａ，
Ｍ．Ａ．Ｒｏｂｂ，Ｊ．Ｒ．Ｃｈｅｅｓｅｍａｎ，Ｊ．Ａ．Ｍｏｎｔｇｏｍｅｒｙ，Ｊｒ．，Ｔ．Ｖｒｅｖｅｎ，
Ｋ．Ｎ．Ｋｕｄｉｎ，Ｊ．Ｃ．Ｂｕｒａｎｔ，Ｊ．Ｍ．Ｍｉｌｌａｍ，Ｓ．Ｓ．Ｉｙｅｎｇａｒ，Ｊ．Ｔｏｍａｓｉ，
Ｖ．Ｂａｒｏｎｅ，Ｂ．Ｍｅｎｎｕｃｃｉ，Ｍ．Ｃｏｓｓｉ，Ｇ．Ｓｃａｌｍａｎｉ，Ｎ．Ｒｅｇａ，
Ｇ．Ａ．Ｐｅｔｅｒｓｓｏｎ，Ｈ．Ｎａｋａｔｓｕｊｉ，Ｍ．Ｈａｄａ，Ｍ．Ｅｈａｒａ，Ｋ．Ｔｏｙｏｔａ，
Ｒ．Ｆｕｋｕｄａ，Ｊ．Ｈａｓｅｇａｗａ，Ｍ．Ｉｓｈｉｄａ，Ｔ．Ｎａｋａｊｉｍａ，Ｙ．Ｈｏｎｄａ，Ｏ．Ｋｉｔａｏ，
Ｈ．Ｎａｋａｉ，Ｍ．Ｋｌｅｎｅ，Ｘ．Ｌｉ，Ｊ．Ｅ．Ｋｎｏｘ，Ｈ．Ｐ．Ｈｒａｔｃｈｉａｎ，Ｊ．Ｂ．Ｃｒｏｓｓ，
Ｖ．Ｂａｋｋｅｎ，Ｃ．Ａｄａｍｏ，Ｊ．Ｊａｒａｍｉｌｌｏ，Ｒ．Ｇｏｍｐｅｒｔｓ，Ｒ．Ｅ．Ｓｔｒａｔｍａｎｎ，
Ｏ．Ｙａｚｙｅｖ，Ａ．Ｊ．Ａｕｓｔｉｎ，Ｒ．Ｃａｍｍｉ，Ｃ．Ｐｏｍｅｌｌｉ，Ｊ．Ｗ．Ｏｃｈｔｅｒｓｋｉ，
Ｐ．Ｙ．Ａｙａｌａ，Ｋ．Ｍｏｒｏｋｕｍａ，Ｇ．Ａ．Ｖｏｔｈ，Ｐ．Ｓａｌｖａｄｏｒ，Ｊ．Ｊ．Ｄａｎｎｅｎｂｅｒｇ，
Ｖ．Ｇ．Ｚａｋｒｚｅｗｓｋｉ，Ｓ．Ｄａｐｐｒｉｃｈ，Ａ．Ｄ．Ｄａｎｉｅｌｓ，Ｍ．Ｃ．Ｓｔｒａｉｎ，
Ｏ．Ｆａｒｋａｓ，Ｄ．Ｋ．Ｍａｌｉｃｋ，Ａ．Ｄ．Ｒａｂｕｃｋ，Ｋ．Ｒａｇｈａｖａｃｈａｒｉ，
Ｊ．Ｂ．Ｆｏｒｅｓｍａｎ，Ｊ．Ｖ．Ｏｒｔｉｚ，Ｑ．Ｃｕｉ，Ａ．Ｇ．Ｂａｂｏｕｌ，Ｓ．Ｃｌｉｆｆｏｒｄ，
Ｊ．Ｃｉｏｓｌｏｗｓｋｉ，Ｂ．Ｂ．Ｓｔｅｆａｎｏｖ，Ｇ．Ｌｉｕ，Ａ．Ｌｉａｓｈｅｎｋｏ，Ｐ．Ｐｉｓｋｏｒｚ，
Ｉ．Ｋｏｍａｒｏｍｉ，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，Ｃ．Ｇｏｎｚａｌｅｚ，ａｎｄ Ｊ．Ａ．Ｐｏｐｌｅ，
Ｇａｕｓｓｉａｎ，Ｉｎｃ．，Ｗａｌｌｉｎｇｆｏｒｄ ＣＴ，２００４．
また、第一の振動ピーク、第二の振動ピークの高さの比が変動する発光スペクトルが計算から得られて来る。光共振器構造を発光素子に用いる場合に、第一の振動ピーク、第二の振動ピークの高さの比によって、発光時に取り出されずに弱められてしまう部分の割合を大きく左右する。このため、第一の振動ピーク、第二の振動ピークの高さの比は、分子設計上重要である。
【０１１８】
そこで、高さの比と第一の振動ピーク、第二の振動ピークの面積の比率を求めた。
【０１１９】
図１０乃至図１３は第一の振動ピークと第２の振動ピークを有する発光スペクトルを示す図である。
【０１２０】
図１０が第一の振動ピークに対して第二の振動ピークの高さの比が０．９、図１１が第一の振動ピークに対して第二の振動ピークの高さの比が０．８、図１２が第一の振動ピークに対して第二の振動ピークの高さの比が０．７、図１３が第一の振動ピークに対して第二の振動ピークの高さの比が０．６、となる。
【０１２１】
各図１０乃至１３の面積比を求めたものが表２になる。
【０１２２】
表２に各図のスペクトルの結果を上から順に示す。
【０１２３】
この結果より、０．７より大きいと、第二の振動ピークの面積が半分以上となる。
【０１２４】
【表２】
【０１２５】
第二の振動ピークが存在しない有機化合物の設計ができれば良いが、現実として有機化合物の炭素―炭素振動モードはどうしても存在する。そこで、少なくとも第一振動ピークの面積が、第二振動ピークの面積より大きいことが高効率発光素子には好ましい。その際に、第一の振動ピークに対して、第二の振動ピークの強度比が０．７以下になり、その比より与えられるＰＦ値は、計算より０．０２以下となった。また、この際、第一の振動ピークの半値幅も３０ｎｍ以下となり、これらの値を満たす際に光共振器構造を有する有機発光素子として高い色純度をもつ、好ましいスペクトル形状を得られることが分かった。
【０１２６】
本発明では、ＰＦ値が０．０２以下の材料を設計すると、この材料は、計算上においても、実測においても、発光スペクトルの形状が少なくとも、第一の振動ピーク、第二の振動ピークを有することを見出した。加えてこのような材料は第一の振動ピークに対して第二の振動ピークの強度比が０．７以下であり、第一の振動ピークの半値幅の値が３０ｎｍ以下の狭い値である材料であることを見出した。ただし、計算での発光スペクトルの各振動ピークの値は、実際の材料の各振動ピークと±５ｎｍ以上±１０ｎｍ以下程度の誤差が生じることがあるが、発光スペクトル形状はほぼ同等である。
【０１２７】
このように材料を分子設計する事で、必要な発光波長に対応した波長に、強い強度を有する最大発光波長を有した材料を作り出すことができる。
【０１２８】
また、本発明に係る有機化合物は、量子効率が高く、半値幅が狭いため、材料そのものの発光が青の発光素子に適した色純度の良い発光を有する。そして、この材料は光共振器構造を利用した発光素子に用いることにより、弱めあう発光部分が少なくなり、高い取り出し外部量子効率を有した、色純度の高い発光素子を得ることができる。
【０１２９】
次に本発明に係る有機発光素子を説明する。
【０１３０】
本発明に係る有機発光素子は一対の電極である陽極と陰極とそしてそれらの間に配置される有機化合物層とを少なくとも有する。有機発光素子は一対の電極の間に配置された有機化合物である発光材料が発光する素子である。
【０１３１】
この有機化合物層のうち一層が発光層である場合、発光層は本発明に係る有機化合物のみから構成されていても良いし、あるいは本発明に係る有機化合物を一部有していても良い。
【０１３２】
発光層が本発明に係る有機化合物を一部有しても良い場合とは、本発明に係る有機化合物が発光層の主成分であってもよく、あるいは副成分であってもよい。
【０１３３】
ここで主成分と副成分とは、発光層を構成する全有機化合物を対象に例えば重量的あるいはモル数的に大きいものを主成分と呼び、小さいものを副成分と呼ぶ。
【０１３４】
主成分である材料は、ホスト材料と呼ぶことも出来る。
【０１３５】
副成分である材料は、ドーパント（ゲスト）材料、発光アシスト材料、電荷注入材料と呼ぶことが出来る。
【０１３６】
なお、本発明にて設計される発光材料をゲスト材料として用いる場合、発光層全体に対するゲスト材料の濃度は０．０１ｗｔ％以上２０ｗｔ％以下であることが好ましく、０．５ｗｔ％以上１０ｗｔ％以下であることがより好ましい。
【０１３７】
また、上記の発光層は、キャリア輸送性のホスト材料とゲスト材料からなる場合、発光にいたる主な過程は、以下のいくつかの過程からなる。
１．発光層内での電子・ホールの輸送。
２．ホスト材料の励起子生成。
３．ホスト材料同士の分子間の励起エネルギー伝達。
４．ホスト材料からゲスト材料への励起エネルギー移動。
【０１３８】
それぞれの過程における所望のエネルギー移動や、発光はさまざまな失活過程と競争でおこる。
【０１３９】
有機発光素子の発光効率を高めるためには、発光中心材料（例えばゲスト材料）そのものの発光量子収率が大きいことは言うまでもない。しかしながら、ホスト材料とホスト材料間、あるいはホスト材料とゲスト材料間のエネルギー移動が如何に効率的にできるかも大きな課題である。また、通電による発光劣化は今のところ原因は明らかではないが、少なくとも発光中心材料そのもの、または、その周辺分子による発光中心材料の環境変化に関連したものと想定される。
【０１４０】
次に、本発明の有機発光素子について詳細に説明する。
【０１４１】
本発明の有機発光素子は、陽極及び陰極からなる一対の電極と、該一対の電極間に挟持された有機化合物層により少なくとも構成される有機発光素子において、本発明の有機化合物の少なくとも一種を含有する。
【０１４２】
一対の電極の間には上記有機化合物層以外の有機化合物層を有していても良い。
【０１４３】
一対の電極の間には有機化合物層を含む有機化合物層が２層以上設けられていても良い。このような場合を多層型の有機発光素子と呼ぶことにする。
【０１４４】
以下に、多層型の有機発光素子の好ましい例として第一から第五までを示す。
【０１４５】
第一の多層型の有機発光素子の例としては、基板上に、順次（陽極／発光層／陰極）を設けた構成のものを挙げる。ここで使用する有機発光素子は、それ自体でホール輸送能、電子輸送能及び発光性の性能を単一で有している場合や、それぞれの特性を有する有機化合物を混ぜて使う場合に有用である。
【０１４６】
第二の多層型の有機発光素子の例としては、基板上に、順次（陽極／ホール輸送層／電子輸送層／陰極）を設けた構成のものを挙げる。この場合は、発光物質はホール輸送性かあるいは電子輸送性のいずれか、あるいは両方の機能を有している材料をそれぞれの層に用い、発光性の無い単なるホール輸送物質あるいは電子輸送物質と組み合わせて用いる場合に有用である。また、この場合、発光層は、ホール輸送層あるいは電子輸送層のいずれかから成る。
【０１４７】
第三の多層型の有機発光素子の例としては、基板上に、順次（陽極／ホール輸送層／発光層／電子輸送層／陰極）を設けた構成のものを挙げる。これは、キャリヤ輸送と発光の機能を分離したものである。そしてホール輸送性、電子輸送性、発光性の各特性を有した有機化合物と適時組み合わせて用いることができる。そして極めて材料選択の自由度が増すとともに、発光波長を異にする種々の有機化合物が使用できるため、発光色相の多様化が可能になる。さらに、中央の発光層に各キャリヤあるいは励起子を有効に閉じこめて、発光効率の向上を図ることも可能になる。
【０１４８】
第四の多層型の有機発光素子の例としては、基板上に、順次（陽極／ホール注入層／ホール輸送層／発光層／電子輸送層／陰極）を設けた構成のものを挙げる。これは陽極とホール輸送層の密着性改善あるいはホールの注入性改善に効果があり、低電圧化に効果的である。
【０１４９】
第五の多層型の有機発光素子の例としては、基板上に、順次（陽極／ホール輸送層／発光層／ホール・エキシトンブロッキング層／電子輸送層／陰極）を設けた構成のものを挙げる。これはホールあるいは励起子（エキシトン）が陰極側に抜けることを阻害する層（ホール／エキシトンブロッキング層）を、発光層、電子輸送層間に挿入した構成である。イオン化ポテンシャルの非常に高い有機化合物をホール／エキシトンブロッキング層として用いる事により、発光効率の向上に効果的な構成である。また、ホール・エキシトンブロッキング層を電子輸送層、電子輸送層を電子注入層とする構成もあり、この場合は、陰極と電子輸送層の密着性改善あるいは電子の注入性改善に効果があり、低電圧化に効果的である。
【０１５０】
本発明の発光素子の発光領域とは、上記の発光層の領域を言う。
【０１５１】
ただし、第一乃至第五の多層型の例はあくまでごく基本的な素子構成であり、本発明に係る有機化合物を用いた有機発光素子の構成はこれらに限定されるものではない。例えば、電極と有機層界面に絶縁性層を設ける、接着層あるいは干渉層を設ける、電子輸送層もしくはホール輸送層がイオン化ポテンシャルの異なる２層から構成されるなど多様な層構成をとることができる。
【０１５２】
また、これらの素子構成に関して、発光部分は発光層の中心、発光層内部でのホール輸送層との近傍、発光層内部での電子輸送層との近傍、などが考えられる。この発光中心に対して、発光層と、該発光層の両面もしくは片側に、例えば電極の様な、鏡面反射膜を配置する事で、微小光共振器が構成される。ここで共振された光は発光可能に構成され、共振波長に合わせた波長で強め合って発光することができる。
【０１５３】
例えば、基板上に半透明反射層を作成し、その上に透明導電層を作成する。透明導電層上に先に述べたような、第一から第五の層構成が設けられている。前記半透明反射層は発光層からの発光を部分的に透明基体側に透過し、発光の残りの部分を発光層側に反射する為、前記半透明反射層は発光層背面の電極とで光共振器として作用する。
【０１５４】
このときの膜厚の関係は
ｎｄ＝（２Ｎ−１）λ／４
（ｎは屈折率、ｄは発光中心からの膜厚（ｎｍ）、λは発光の最大発光波長（ｎｍ）、Ｎは正の整数）
を満たすように設計する事が必要となる。
【０１５５】
本発明に用いられる有機発光素子は、第一乃至第五例のいずれの形態でも使用することができる。また、屈折率の点を除いて、光共振器構造を実現する為に必要な材料の制限は特に無い。
【０１５６】
ここで、本発明の有機発光素子には、必要に応じて従来公知の低分子系及び高分子系のホール輸送性化合物、発光性化合物あるいは電子輸送性化合物等を先述の有機化合物、すなわち発光材料と一緒に使用することができる。
【０１５７】
以下にこれらの化合物例を挙げる。
【０１５８】
ホール注入輸送性材料としては、陽極からのホールの注入が容易で、注入されたホールを発光層へと輸送することができるように、ホール移動度が高い材料が好ましい。正孔注入輸送性能を有する低分子及び高分子系材料としては、トリアリールアミン誘導体、フェニレンジアミン誘導体、スチルベン誘導体、フタロシアニン誘導体、ポルフィリン誘導体、ポリ（ビニルカルバゾール）、ポリ（チオフェン）、その他導電性高分子が挙げられるが、もちろんこれらに限定されるものではない。
【０１５９】
主にホスト材料としては、縮環化合物（例えばフルオレン誘導体、ナフタレン誘導体、アントラセン誘導体、ピレン誘導体、カルバゾール誘導体、キノキサリン誘導体、キノリン誘導体等）、トリス（８−キノリノラート）アルミニウム等の有機アルミニウム錯体、有機亜鉛錯体、及びトリフェニルアミン誘導体、ポリ（フルオレン）誘導体、ポリ（フェニレン）誘導体等の高分子誘導体が挙げられるが、もちろんこれらに限定されるものではない。
【０１６０】
電子注入輸送性材料としては、陰極からの電子の注入が容易で、注入された電子を発光層へ輸送することができるものから任意に選ぶことができ、ホール注入輸送性材料のホール移動度とのバランス等を考慮し選択される。電子注入輸送性能を有する材料としては、オキサジアゾール誘導体、オキサゾール誘導体、ピラジン誘導体、トリアゾール誘導体、トリアジン誘導体、キノリン誘導体、キノキサリン誘導体、フェナントロリン誘導体、有機アルミニウム錯体等が挙げられるが、もちろんこれらに限定されるものではない。
【０１６１】
陽極材料としては、仕事関数がなるべく大きなものがよい。例えば、金、白金、銀、銅、ニッケル、パラジウム、コバルト、セレン、バナジウム、タングステン等の金属単体あるいはこれらの合金、酸化錫、酸化亜鉛、酸化インジウム、酸化錫インジウム（ＩＴＯ）、酸化亜鉛インジウム等の金属酸化物が使用できる。また、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン等の導電性ポリマーも使用できる。これらの電極物質は単独で使用してもよいし複数併用して使用してもよい。また、陽極は一層構成でもよく、多層構成でもよい。
【０１６２】
一方、陰極材料としては、仕事関数の小さなものがよい。例えば、リチウム等のアルカリ金属、カルシウム等のアルカリ土類金属、アルミニウム、チタニウム、マンガン、銀、鉛、クロム等の金属単体が挙げられる。あるいはこれら金属単体を組み合わせた合金も使用することができる。例えば、マグネシウム−銀、アルミニウム−リチウム、アルミニウム−マグネシウム等が使用できる。酸化錫インジウム（ＩＴＯ）等の金属酸化物の利用も可能である。これらの電極物質は単独で使用してもよいし、複数併用して使用してもよい。また、陰極は一層構成でもよく、多層構成でもよい。
【０１６３】
本発明の有機発光素子で用いる基板としては、特に限定するものではないが、金属製基板、セラミックス製基板等の不透明性基板、ガラス、石英、プラスチックシート等の透明性基板が用いられる。また、基板にカラーフィルター膜、蛍光色変換フィルター膜、誘電体反射膜等を用いることが出きる。
【０１６４】
なお、作製した素子に対して、酸素や水分等との接触を防止する目的で保護層あるいは封止層を設けることもできる。保護層としては、ダイヤモンド薄膜、金属酸化物、金属窒化物等の無機材料膜、フッ素樹脂、ポリエチレン、シリコーン樹脂、ポリスチレン樹脂等の高分子膜、さらには、光硬化性樹脂等が挙げられる。また、ガラス、気体不透過性フィルム、金属等で被覆し、適当な封止樹脂により素子自体をパッケージングすることもできる。
【０１６５】
本発明の有機発光素子において、本発明の有機化合物を含有する層及びその他の有機化合物からなる層は、以下に示す方法により形成される。一般には真空蒸着法、イオン化蒸着法、スパッタリング、プラズマあるいは、適当な溶媒に溶解させて公知の塗布法（例えば、スピンコーティング、ディッピング、キャスト法、ＬＢ法、インクジェット法等）により薄膜を形成する。ここで真空蒸着法や溶液塗布法等によって層を形成すると、結晶化等が起こりにくく経時安定性に優れる。また塗布法で成膜する場合は、適当なバインダー樹脂と組み合わせて膜を形成することもできる。
【０１６６】
上記バインダー樹脂としては、ポリビニルカルバゾール樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエステル樹脂、ＡＢＳ樹脂、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、尿素樹脂等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。また、これらバインダー樹脂は、ホモポリマー又は共重合体として１種単独で使用してもよいし、２種以上を混合して使用してもよい。さらに必要に応じて、公知の可塑剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤等の添加剤を併用してもよい。
【０１６７】
本発明の有機発光素子は、省エネルギーや高輝度が必要な製品に応用が可能である。応用例としては表示装置・照明装置やプリンターの光源、液晶表示装置のバックライトなどが考えられる。
【０１６８】
表示装置としては、省エネルギーや高視認性・軽量なフラットパネルディスプレイが可能となる。表示装置は例えばＰＣあるいはテレビジョン、あるいは広告媒体といった画像表示装置して用いられることが出来る。あるいは表示装置はデジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラ等の撮像手段を有した撮像装置の、表示部に用いられてもよい。撮像された画像はこの表示部で表示される。
【０１６９】
あるいは表示装置は電子写真方式の画像形成装置、即ちレーザービームプリンタや複写機等の操作表示部に用いられても良い。
【０１７０】
また、電子写真方式の画像形成装置、即ちレーザービームプリンタや複写機等の感光体へ潜像を露光する際に用いる光源として用いることが出来る。独立にアドレスできる有機発光素子を複数アレイ状（例えば線状）に配置し、感光ドラムに所望の露光を行うことで、潜像を形成することができる。本発明の有機発光素子を用いることで、これまでは光源とポリコンミラーと各種光学レンズ等を配置するのに必要だった空間を減少させることができる。
【０１７１】
照明装置やバックライトに関しては、本発明による省エネルギー効果が期待できる。また本発明の有機発光素子は平面光源として利用できる。
【０１７２】
また、本発明に係る有機発光素子を支持する基板にカラーフィルター膜、蛍光色変換フィルター膜、誘電体反射膜などを設けて発色光をコントロールする事も可能である。また、基板に薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を設け、それに有機発光素子を接続して発光非発光を制御することができる。また、複数の有機発光素子をマトリックス状に配置して、即ち面内方向に配置して照明装置として用いることも可能である。
【０１７３】
次に、本発明の有機発光素子を使用した表示装置について説明する。この表示装置は、本発明の有機発光素子と、本発明に係る有機発光素子に電気信号を供給する手段と、を具備することを特徴とするものである。以下、図面を参照して、アクティブマトリクス方式を例にとって、本発明の表示装置を詳細に説明する。
【０１７４】
図１４は、表示装置の一形態である、本発明の有機発光素子と、本発明に係る有機発光素子に電気信号を供給する手段とを備えた表示装置の構成例を模式的に示す図である。
【０１７５】
図１５は、画素に接続される画素回路と画素回路に接続される信号線と電流供給線とを模式的に示す図である。
【０１７６】
本発明に係る有機発光素子に電気信号を供給する手段とは、図１４において走査信号ドライバー１１、情報信号ドライバー１２、電流供給源１３及び図１５において画素回路１５のことを指す。
【０１７７】
図１４の表示装置１は、走査信号ドライバー１１、情報信号ドライバー１２、電流供給源１３が配置され、それぞれゲート選択線Ｇ、情報信号線Ｉ、電流供給線Ｃに接続される。ゲート選択線Ｇと情報信号線Ｉの交点には、画素回路１５が配置される（図１５）。本発明に係る有機発光素子からなる画素１４はこの画素回路１５ごとに対応して設けられる。画素１４は有機発光素子である。従って、本図においては発光点として有機発光素子を示している。本図において有機発光素子の上部電極が他の有機発光素子の上部電極と共通していても良い。もちろん上部電極は各発光素子毎に個別に設けられていても良い。
【０１７８】
走査信号ドライバー１１は、ゲート選択線Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３・・・Ｇｎを順次選択し、これに同期して情報信号ドライバー１２から画像信号が情報信号線Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３・・・Ｉｎのいずれかを介して画素回路１５に印加される。
【０１７９】
次に、画素の動作について説明する。図１６は、図１４の表示装置に配置されている１つの画素を構成する回路を示す回路図である。図１６は第二の薄膜トランジスタ（ＴＦＴ２）２３が有機発光素子２４を発光させるための電流を制御している。図１６の画素回路２においては、ゲート選択線Ｇｉに選択信号が印加されると、第一の薄膜トランジスタ（ＴＦＴ１）２１がＯＮになり、コンデンサー（Ｃａｄｄ）２２に画像信号Ｉｉが供給され、第二の薄膜トランジスタ（ＴＦＴ２）２３のゲート電圧を決定する。有機発光素子２４には第二の薄膜トランジスタ（ＴＦＴ２）（２３）のゲート電圧に応じて電流供給線Ｃｉより電流が供給される。ここで、第二の薄膜トランジスタ（ＴＦＴ２）２３のゲート電位は、第一の薄膜トランジスタ（ＴＦＴ１）２１が次に走査選択されるまでコンデンサー（Ｃａｄｄ）２２に保持される。このため、有機発光素子２４には、次の走査が行われるまで電流が流れ続ける。これにより１フレーム期間中常に有機発光素子２４を発光させることが可能となる。
【０１８０】
なお不図示ではあるが、有機発光素子２４の電極間の電圧を薄膜トランジスタが制御する電圧書き込み方式の表示装置にも本発明に係る有機発光素子は用いられることが出来る。
【０１８１】
表示装置はフルカラーで表現できる表示装置としても利用できる。フルカラー表示装置は複数の画素から構成され、各画素はフルカラーの発光が出来る。各画素は複数の副画素を有している。たとえば赤緑青のそれぞれを発光する３つの副画素から構成される。この副画素が有機発光素子である。
【０１８２】
図１７は、図１４の表示装置で用いられるＴＦＴ基板の断面構造の一例を示した模式図である。ＴＦＴ基板の製造工程の一例を示しながら、構造の詳細を以下に説明する。
【０１８３】
図１７の表示装置３を製造する際には、まずガラス等の基板３１上に、上部に作られる部材（ＴＦＴ又は有機層）を保護するための防湿膜３２がコートされる。防湿膜３２を構成する材料として、酸化ケイ素又は酸化ケイ素と窒化ケイ素との複合体等が用いられる。次に、スパッタリングによりＣｒ等の金属を製膜することで、所定の回路形状にパターニングしてゲート電極３３を形成する。
【０１８４】
続いて、酸化シリコン等をプラズマＣＶＤ法又は触媒化学気相成長法（ｃａｔ−ＣＶＤ法）等により製膜する。その後、パターニングしてゲート絶縁膜３４を形成する。次に、プラズマＣＶＤ法等により（場合によっては２９０℃以上の温度でアニールして）シリコン膜を製膜し、回路形状に従ってパターニングすることで半導体層３５を形成する。
【０１８５】
さらに、この半導体膜３５にドレイン電極３６とソース電極３７とを設けることでＴＦＴ素子３８を作製し、図１６に示すような回路を形成する。次に、このＴＦＴ素子３８の上部に絶縁膜３９を形成する。次に、コンタクトホール（スルーホール）３１０を、金属からなる有機発光素子用の陽極３１１とソース電極３７とが接続するように形成する。
【０１８６】
この陽極３１１の上に、多層あるいは単層の有機層３１２と、陰極３１３とを順次積層することにより、表示装置３を得ることができる。このとき、有機発光素子の劣化を防ぐために第一の保護層３１４や第二の保護層３１５を設けてもよい。本発明の有機発光素子を用いた表示装置を駆動することにより、良好な画質で、長時間表示にも安定な表示が可能になる。
【０１８７】
尚、上記の表示装置は、スイッチング素子に特に限定はなく、単結晶シリコン基板やＭＩＭ素子、ａ−Ｓｉ型等でも容易に応用することができる。
【０１８８】
上記ＩＴＯ電極の上に多層あるいは単層の有機発光層／陰極層を順次積層し有機発光表示パネルを得ることができる。本発明の有機化合物を用いた表示パネルを駆動することにより、良好な画質で、長時間表示にも安定な表示が可能になる。
【０１８９】
また、素子の光取り出し方向に関しては、光共振器構造を維持していれば良く、ボトムエミッション構成（基板側から光を取り出す構成）および、トップエミッション（基板の反対側から光を取り出す構成）のいずれも可能である。
【実施例】
【０１９０】
以下、実施例により本発明をさらに具体的に説明していくが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【０１９１】
（有機化合物の設計とＰＦ値の計算）
＜実施例１＞
本実施例においては下記有機化合物１を設計し、その有機化合物のスペクトルを計算した。このとき、下記式６
【０１９２】
【数７】
【０１９３】
の計算においては、和をとる領域Ｒは主としてＣ−Ｃの面内伸縮のモード等にあたる波数領域（１３００〜１６７０ｃｍ−１）を指定し、Ｎｂａｓｉｓには分子を構成するＣ原子の数を指定する。これを元にＰＦの値を算出した。
【０１９４】
【化１】
【０１９５】
図１８は計算されたＨｕａｎｇ−Ｒｈｙｓ因子、図１９は計算から得られた発光スペクトルを表す。これらの図から明らかなように、スペクトルの第二振動ピークが第一振動ピークと比べ０．７以下に抑えられていることが分かる。
【０１９６】
＜実施例２＞
本実施例においては下記有機化合物２を設計し、その有機化合物のスペクトルを計算した。ＰＦの計算は実施例１と同様に行った。
【０１９７】
図２０は計算されたＨｕａｎｇ−Ｒｈｙｓ因子、図２１は計算から得られた発光スペクトルを表す。
【０１９８】
【化２】
【０１９９】
＜比較例１＞
本比較例においては下記有機化合物３を設計し、その有機化合物のスペクトルを計算した。ＰＦの計算は実施例１と同様に行った。
【０２００】
図２２は計算されたＨｕａｎｇ−Ｒｈｙｓ因子、図２３は計算から得られた発光スペクトルを表す。
【０２０１】
【化３】
【０２０２】
＜比較例２＞
本比較例においては下記有機化合物４を設計し、その有機化合物のスペクトルを計算した。ＰＦの計算は実施例１と同様に行った。
【０２０３】
図２４は計算されたＨｕａｎｇ−Ｒｈｙｓ因子、図２５は計算から得られた発光スペクトルを表す。
【０２０４】
【化４】
【０２０５】
＜比較例３＞
本比較例においては下記有機化合物５を設計し、その有機化合物のスペクトルを計算した。ＰＦの計算は実施例１と同様に行った。
【０２０６】
図２６は計算されたＨｕａｎｇ−Ｒｈｙｓ因子、図２７は計算から得られた発光スペクトルを表す。
【０２０７】
【化５】
【０２０８】
＜比較例４＞
本実施例においては下記有機化合物６を設計し、その有機化合物のスペクトルを計算した。ＰＦの計算は実施例１と同様に行った。その結果ＰＦ＝０．０５２１であった。
【０２０９】
図２８は計算されたＨｕａｎｇ−Ｒｈｙｓ因子、図２９は計算から得られた発光スペクトルを表す。
【０２１０】
【化６】
【０２１１】
実施例１，２と比較例１乃至４のＰＦ値を表３にまとめて示す。
【０２１２】
【表３】
【０２１３】
これより計算より求められる実施例の有機化合物のＰＦ値は０．０２以下、比較例の有機化合物は０．０２より大きな値になる。また、ＰＦ値は０．０２以下の有機化合物は第一の振動ピークの強度にたいして第ニの振動ピークの強度が０．７以下となっている。
【０２１４】
これを元に実際にこれらの有機化合物の合成したりまたは市販品を入手した。これらの有機化合物の発光スペクトルを１×１０−５ｍｏｌ／ｌに調整されたトルエン溶液を用いて、また日立製Ｆ−４５００を用いて、３５０ｎｍの励起波長において測定した。
いくつかの化合物において合成例を示す。
【０２１５】
＜合成例１＞
（有機化合物１の合成）
参考文献としてＣｈｅｍ．Ｃｏｍｍｕｎ．，２００５，２１７２２１７４のＰ２１７２ｓｃｈｅｍｅ１を参考にして下記化合物を合成した。
【０２１６】
【化７】
【０２１７】
参考文献としてＪ．Ｏｒｇ．Ｃｈｅｍ．２００３，６８，８８３−８８７のＰ８８４ ＦＩＧＵＲＥ ２．と同様の反応条件で実施例１に記した有機化合物１を合成した。
【０２１８】
【化８】
【０２１９】
＜合成例２＞
（比較例３に記載の有機化合物５の合成）
参考文献としてＪ．ＡＭ．ＣＨＥＭ．ＳＯＣ．２００４，１２６，１５９７４−１５９７５のｓｃｈｅｍｅ１とＪ．Ｏｒｇ．Ｃｈｅｍ．，１９６４，２９ （１０），３１２９を参考にして合成した。
【０２２０】
【化９】
【０２２１】
＜合成例３＞
（実施例２に記載の有機化合物２の合成）
合成例１，２の反応を参考に合成した。
【０２２２】
【化１０】
【０２２３】
その結果を図３０から図３４に示す。
【０２２４】
図３０は実施例１に記載の有機化合物の構造とトルエン溶液中のその発光スペクトルを示す図である。
【０２２５】
図３１は実施例２に記載の有機化合物の構造とトルエン溶液中のその発光スペクトルを示す図である。
【０２２６】
図３２は比較例１に記載の有機化合物の構造とトルエン溶液中のその発光スペクトルを示す図である。
【０２２７】
図３３は比較例２に記載の有機化合物の構造とトルエン溶液中のその発光スペクトルを示す図である。
【０２２８】
図３４は比較例３に記載の有機化合物の構造とトルエン溶液中のその発光スペクトルを示す図である。
【０２２９】
この結果より実施例１，２および比較例１乃至３に記載された有機化合物は、計算より求められる発光スペクトルと実測での発光スペクトルは近い波形を示す。これより、Ｈｕａｎｇ−Ｒｈｙｓ因子を元にした量子化学計算は波形の予測に有効である。
【０２３０】
また、ＰＦ値が０．０２以下の有機化合物は実測においても全て０−０の振動に由来する第一の振動ピークの強度にたいして第ニの振動ピークの強度が０．７以下である。また第一の振動ピークの半値幅は３０ｎｍ以下であり、ＰＦ値が０．０２以下である。したがって有機発光素子に最適な分子（有機化合物）の設計が可能である。
【０２３１】
＜実施例３＞
本実施例においては下記式有機化合物６を設計し、その有機化合物のスペクトルを計算した。このとき、下記式６
【０２３２】
【数８】
【０２３３】
の計算においては、和をとる領域Ｒは主としてＣ−Ｃの面内伸縮のモード等にあたる波数領域（１３００〜１６７０ｃｍ−１）を指定する。そしてＮｂａｓｉｓには置換基はフェニル基であるのでフェニル基を除いた分子を構成するＣ原子の数を指定する（有機化合物６では３４）。これを元にＰＦの値を算出する。
【０２３４】
【化１１】
【０２３５】
図３５は計算されたＨｕａｎｇ−Ｒｈｙｓ因子、図３６は計算から得られた発光スペクトルを表す。
【０２３６】
＜実施例４＞
本実施例においては下記式有機化合物７を設計し、その有機化合物のスペクトルを計算した。ＰＦの計算は実施例３と同様に行った。
【０２３７】
図３７は計算されたＨｕａｎｇ−Ｒｈｙｓ因子、図３８は計算から得られた発光スペクトルを表す。
【０２３８】
【化１２】
【０２３９】
＜実施例５＞
本実施例においては下記有機化合物８を設計し、その有機化合物のスペクトルを計算した。ＰＦの計算は実施例３と同様に行った。
【０２４０】
図３９は計算されたＨｕａｎｇ−Ｒｈｙｓ因子、図４０は計算から得られた発光スペクトルを表す。
【０２４１】
【化１３】
【０２４２】
＜実施例６＞
本実施例においては下記有機化合物９を設計し、その有機化合物のスペクトルを計算した。ＰＦの計算は実施例３と同様に行った。
【０２４３】
図４１は計算されたＨｕａｎｇ−Ｒｈｙｓ因子、図４２は計算から得られた発光スペクトルを表す。
【０２４４】
【化１４】
【０２４５】
実施例１から６の有機化合物のＰＦ値を表４に示す。
【０２４６】
【表４】
【０２４７】
これより、無置換でのＰＦ値が０．０２以下の有機化合物では、置換基を導入してもＰＦ値に大きな変動が起きず、０．０２以下である。
【０２４８】
また、この中の有機化合物から実施例３と実施例６の発光スペクトルを１×１０−５ｍｏｌ／ｌにおけるトルエン溶液、日立製Ｆ−４５００を用いて、３５０ｎｍの励起波長において測定を行った。
そのスペクトルを図４３、図４４に示す。
実際の有機化合物も、置換基が投入されても大きなスペクトル形状の変化は無い。またＰＦ値が０．０２以下の有機化合物は０−０の振動に由来する第一の振動ピークの強度に対して第ニの振動ピークの強度が０．７以下であり、第一の振動ピークの半値幅は３０ｎｍ以下であり、ＰＦ値が０．０２以下である。
【０２４９】
＜比較例４乃至８＞
以下の有機化合物についてＰＦ値を求めた。その結果を表５に示す
【０２５０】
【表５】
【０２５１】
これより、比較例４乃至８の有機化合物はＰＦ値が０．０２より大きくなる。
【０２５２】
＜実施例７、比較例９，１０＞
本実施例では、多層型有機発光素子の第五の例で示した素子（陽極／ホール注入層／ホール輸送層／発光層／電子輸送層／電子注入層／陰極）とした。
【０２５３】
光共振器構造を有する有機発光素子を以下に示す方法で作製した。
【０２５４】
支持体としてのガラス基板上に反射性陽極としてのアルミニウム合金（ＡｌＮｄ）を１００ｎｍの膜厚でスパッタリング法にて成膜する。さらに、透明性陽極としてＩＴＯをスパッタリング法にて８０ｎｍの膜厚で形成する。次に、この陽極周辺部にアクリル製の素子分離膜を厚さ１．５μｍで形成し、半径３ｍｍの開口部を設けた。これをアセトン、イソプロピルアルコール（ＩＰＡ）で順次超音波洗浄した後、ＩＰＡで煮沸洗浄して乾燥する。さらに、この基板表面に対してＵＶ／オゾン洗浄を施す。
【０２５５】
更に、以下の有機層を１０−５Ｐａの真空チャンバー内で抵抗加熱による真空蒸着して連続製膜した後に、陰極としてＩＺＯをスパッタリング法にて成膜して膜厚３０ｎｍの透明性電極を形成する。形成した後に、窒素雰囲気中において、封止する。
【０２５６】
以上により、有機発光素子を形成する。
ゲスト材料として
分子軌道計算を元に設計した下記有機化合物Ｇ−１
比較例としてＰＦ値が０．４１であり、振動構造を持たない下記有機化合物Ｇ−２
振動構造を有するが第二の振動ピークが第一の振動ピークの高さ比約０．９の下記有機化合物Ｇ−３を用いた。
ホール注入層（９５ｎｍ） 下記Ｈ−１
ホール輸送層（１０ｎｍ） 下記Ｈ−２
発光層（３５ｎｍ） ホスト：下記Ｈ−３、
ゲスト：例示化合物（重量比２％）
電子輸送層（１０ｎｍ） 下記Ｈ−４
電子注入層（７０ｎｍ） 下記Ｈ−５（重量比 ８０％）、Ｌｉ（重量比 ２０％）
【０２５７】
【化１５】
【０２５８】
【化１６】
【０２５９】
これらＧ１乃至Ｇ３のそれぞれの、濃度１×１０−５ｍｏｌ／ｌのトルエン溶液の発光スペクトル（フォトルミネッセンス）は、日立製Ｆ−４５００を用いて、測定された。励起波長は３５０ｎｍである。
化合物Ｇ１のフォトルミネッセンスのスペクトルを図４５にしめし、有機発光素子の発光スペクトルを図４６に示す。
化合物Ｇ２のフォトルミネッセンスのスペクトルを図４７にしめし、有機発光素子の発光スペクトルを図４８に示す。
化合物Ｇ３のフォトルミネッセンスのスペクトルを図４９にしめし、有機発光素子の発光スペクトルを図５０に示す。
【０２６０】
＜比較例１１＞
ホール注入層の膜厚を１１５ｎｍにした以外は実施例７と同じ素子構成である。その発光素子の発光スペクトルを図５１に示す。
【０２６１】
実施例７、比較例９，１０に用いられている材料の、本来の発光であるフォトルミネッセンスの発光（ＰＬ発光）と光学干渉構成を用いた素子（ＥＬ発光）との比較を行った。
【０２６２】
【表６】
【０２６３】
表６の結果より光学干渉による光共振器構造を用いた発光素子はどれも色純度が向上する。しかし、発光スペクトルの半値幅が狭い方が、光学干渉を用いた発光素子に用いる場合に材料本来が持つ発光のロスを抑えることができる。
【０２６４】
また図５１より光学干渉距離を光共振器構造からずらすことで、大きく発光波形がずれ、本来必要とする色度より大幅に悪化した色度になり、本発明で設計した有機化合物は、共振器構造を用いることでその効果を発揮することができる。
【０２６５】
＜結果と考察＞
量子化学計算より導き出されるＰＦ値が０．０２以下の有機化合物は、振動構造を持ち、尚且つ第１の振動ピークの半値幅３０ｎｍ以下であり、第１の振動ピークと、第２の振動ピークの高さ比が０．７以下である。
【０２６６】
本発明に係る有機発光素子は、このような有機化合物を有しており且つ光学膜厚ｎｄが、
ｎｄ＝（２Ｎ−１）λ／４
（ｎは屈折率、ｄは発光中心からの膜厚、λは最大発光波長、Ｎは正の整数）なる関係を満たす共振器構造を有している。その結果本発明に係る有機発光素子は、半値幅の広い有機化合物を用いた有機発光素子と比較して発光ロスを抑えた色純度の高い有機発光素子である。
【符号の説明】
【０２６７】
１ 表示装置
２，１５ 画素回路
１１ 走査信号ドライバー
１２ 情報信号ドライバー
１３ 電流供給源
１４ 画素
２１ 第一の薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）
２２ コンデンサー（Ｃａｄｄ）
２３ 第二の薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）
３１ 基板
３２ 防湿層
３３ ゲート電極
３４ ゲート絶縁膜
３５ 半導体膜
３６ ドレイン電極
３７ ソース電極
３８ ＴＦＴ素子
３９ 絶縁膜
３１０ コンタクトホール（スルーホール）
３１１ 陽極
３１２ 有機層
３１３ 陰極
３１４ 第一の保護層
３１５ 第二の保護層
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機発光素子とそれを画素として有する画像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
有機発光素子は、陽極と陰極間に蛍光性有機化合物を含む薄膜を挟持させて、各電極から電子およびホール（正孔）を注入することにより、蛍光性化合物の励起子を生成させ、この励起子が基底状態にもどる際に放射される光を利用する素子である。
【０００３】
有機発光素子は有機エレクトロルミネッセンス素子、あるいは有機ＥＬ素子と呼ばれたりもする。
【０００４】
有機発光素子における最近の進歩は著しく、その特徴は低印加電圧で高輝度、発光波長の多様性、高速応答性、薄型、軽量の発光デバイス化が可能であることから、広汎な用途への可能性を示唆している。
【０００５】
これまでに発光素子に用いられる有機化合物の開発が盛んに行われている。
有機化合物の発光特性や発光素子の素子構成が、有機発光素子を提供するにあたり、その性能を左右するために重要であるからである。
【０００６】
発光層に用いる材料の例、発光素子の色純度向上に関する例が特許文献１乃至５に記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０００−３２３２７９号公報
【特許文献２】特開２００２−２９９０５８号公報
【特許文献３】特開２００４−２０６８９３号公報
【特許文献４】特開平８−２１３１７４号公報
【特許文献５】ＷＯ００／３９２４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記特許文献に記載の有機発光素子は実用化という観点からは改善の余地がある。
【０００９】
具体的には実用化のためには更なる高輝度の光出力あるいは高変換効率が必要である。また、長時間の使用による経時変化や酸素を含む雰囲気気体や湿気などによる劣化等の耐久性の面で改善が必要である。
【００１０】
さらにはフルカラーディスプレイ等への応用を考えた場合、求められる有機発光素子には色純度が良く、高効率の青の発光が必要となるが、これらの問題に関してもまだ十分でない。
【００１１】
したがって特に色純度や発光効率、耐久性が高い有機化合物の設計とそれを有効に利用できる有機発光素子及びそれを実現する分子設計が求められている。
【００１２】
本発明は、上述したような従来技術の問題点を解決するためになされたものである。本発明の目的は、より具体的には実用化という観点からは改善の余地がある青色発光素子を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
よって本発明は、陽極、陰極、及び前記陽極と前記陰極との間に配置される有機化合物を有する発光層を有し、発光層が出す光は反射面において反射し光取り出し面から外部へ取り出される有機発光素子において、
前記発光層は、フォトルミネッセンスの最大発光波長が４３０ｎｍ以上４８０ｎｍ以下であり、蛍光発光する前記有機化合物を有しており、
前記有機化合物は、Ｈｕａｎｇ−Ｒｈｙｓ因子のＰＦが、波数１３００ｃｍ−１以上１６８０ｃｍ−１以下の領域にて、０．０２以下である有機化合物であり、
且つ
前記有機発光素子は、光共振器構造を有することを特徴とする有機発光素子を提供する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明有機発光素子は、高効率で高輝度な発光を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】半値幅の短波長領域と長波長領域を説明する図である。
【図２】視感度曲線を示すグラフである。
【図３】１乃至３の発光スペクトルを示す図である。
【図４】有機化合物のフォトルミネッセンススペクトルと、光共振器構造と利用した場合のエレクトロルミネッセンススペクトルとを示す図である。
【図５】発光スペクトルＡ、Ｂ、Ｃを示す図である。
【図６】第一の振動ピークの半値幅と第二の振動ピークの半値幅の大小関係を示す図である。
【図７】ホスト材料とゲスト材料のぞれぞれのＨＯＭＯとＬＵＭＯと発光中心を示した図である。
【図８】基準振動モード（ｉ）に起因する発光スペクトルの振動プログレッションを示す図である。
【図９】励起状態と基底状態の基準振動座標のずれを示す図である。
【図１０】第一の振動ピークと第２の振動ピークを有する発光スペクトルを示す図である。
【図１１】第一の振動ピークと第２の振動ピークを有する発光スペクトルを示す図である。
【図１２】第一の振動ピークと第２の振動ピークを有する発光スペクトルを示す図である。
【図１３】第一の振動ピークと第２の振動ピークを有する発光スペクトルを示す図である。
【図１４】本発明に係る有機発光素子と、本発明に係る有機発光素子に電気信号を供給する手段とを模式的に示す図である。
【図１５】画素に接続される画素回路と画素回路に接続される信号線と電流供給線とを模式的に示す図である。
【図１６】画素回路を示す図である。
【図１７】有機発光素子とその下のＴＦＴとを示す断面模式図である。
【図１８】計算されたＨｕａｎｇ−Ｒｈｙｓ因子を示す図である。
【図１９】計算から得られた発光スペクトルを表す図である。
【図２０】計算されたＨｕａｎｇ−Ｒｈｙｓ因子を示す図である。
【図２１】計算から得られた発光スペクトルを表す図である。
【図２２】計算されたＨｕａｎｇ−Ｒｈｙｓ因子を示す図である。
【図２３】計算から得られた発光スペクトルを表す図である。
【図２４】計算されたＨｕａｎｇ−Ｒｈｙｓ因子を示す図である。
【図２５】計算から得られた発光スペクトルを表す図である。
【図２６】計算されたＨｕａｎｇ−Ｒｈｙｓ因子を示す図である。
【図２７】計算から得られた発光スペクトルを表す図である。
【図２８】計算されたＨｕａｎｇ−Ｒｈｙｓ因子を示す図である。
【図２９】計算から得られた発光スペクトルを表す図である。
【図３０】実施例１に記載の有機化合物の構造とトルエン溶液中のその発光スペクトルを示す図である。
【図３１】実施例２に記載の有機化合物の構造とトルエン溶液中のその発光スペクトルを示す図である。
【図３２】比較例１に記載の有機化合物の構造とトルエン溶液中のその発光スペクトルを示す図である。
【図３３】比較例２に記載の有機化合物の構造とトルエン溶液中のその発光スペクトルを示す図である。
【図３４】比較例３に記載の有機化合物の構造とトルエン溶液中のその発光スペクトルを示す図である。
【図３５】計算されたＨｕａｎｇ−Ｒｈｙｓ因子を示す図である。
【図３６】計算から得られた発光スペクトルを表す図である。
【図３７】計算されたＨｕａｎｇ−Ｒｈｙｓ因子を示す図である。
【図３８】計算から得られた発光スペクトルを表す図である。
【図３９】計算されたＨｕａｎｇ−Ｒｈｙｓ因子を示す図である。
【図４０】計算から得られた発光スペクトルを表す図である。
【図４１】計算されたＨｕａｎｇ−Ｒｈｙｓ因子を示す図である。
【図４２】計算から得られた発光スペクトルを表す図である。
【図４３】実施例３に記載の有機化合物の発光スペクトルを示す図である。
【図４４】実施例６に記載の有機化合物の発光スペクトルを示す図である。
【図４５】スペクトルを示す図である。
【図４６】スペクトルを示す図である。
【図４７】スペクトルを示す図である。
【図４８】スペクトルを示す図である。
【図４９】スペクトルを示す図である。
【図５０】スペクトルを示す図である。
【図５１】スペクトルを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明に係る有機発光素子は、
陽極、陰極、及び前記陽極と前記陰極との間に配置される有機化合物からなる発光層を有し、発光層が出す光は反射面において反射し光取り出し面から外部へ取り出される有機発光素子において、
前記発光層は、フォトルミネッセンスの最大発光波長が４３０ｎｍ以上４８０ｎｍ以下である有機化合物を有しており、
前記有機化合物は、Ｈｕａｎｇ−Ｒｈｙｓ因子のＰＦが、波数１３００ ｃｍ−１以上１６８０ｃｍ−１以下の領域にて、０．０２以下である有機化合物であり、且つ
前記発光層から前記反射面までの光学距離Ｌは、
Ｌ＝（２Ｎ−１）λ／４＋Φ
（Ｌは光学距離、λは発光の最大発光波長（ｎｍ）、Ｎは正の整数、Φは位相シフト）なる関係を満たすことを特徴とする有機発光素子である。
【００１７】
以下、本発明に係る有機発光素子についてさらに詳細に説明する。
【００１８】
高効率で高輝度な発光を実現できる有機発光素子を提供するにあたり、本発明者等は、有機化合物をより最適に設計することが必要であると考えた。
【００１９】
一般的に有機発光素子の発光効率を高めるためには、材料の特性の向上、素子構成の最適化が上げられる。
【００２０】
そのためには
１．発光材料の量子収率が高いこと
２．発光材料の半値幅が狭いこと
３．発光材料の発光を効率よく取り出せること
のいずれかを達成させることが求められると考える。
【００２１】
また、フルカラー有機ＥＬディスプレーとして材料に求められる物性は、青、緑、赤に必要とされる色度に対応した発光材料が必要である。フルカラー有機ＥＬディスプレーとは画像をフルカラーで表示することが出来る画像表示装置のことである。画像表示装置は複数の画素を有している。画素はそれぞれフルカラー発光できるように互いに色が異なる複数の副画素を有している。副画素のひとつひとつが有機発光素子であり、例えば画素は赤緑青のそれぞれ異なる色を発光する副画素から構成されている。
【００２２】
この際、青の場合は発光ピークが４３０ｎｍ以上４８０ｎｍ以下、緑は４９０ｎｍ以上５４０ｎｍ以下、赤は５９０ｎｍ以上６４０ｎｍ以下に最大発光波長の値を有する。
【００２３】
１を達成させるためには、
分子の発光にかかわる骨格の対称性を高くする事が重要である。ただし、高対称性分子特有の禁制遷移条件では全く発光しなくなる場合もある。また、同じ方向に共役を伸ばすことによって分子のモーメントが大きくなって振動子強度が向上する。
【００２４】
発光にかかわる骨格に回転構造を有さないことで、回転による振動による量子収率の低下を抑制することが出来る。
【００２５】
よって、量子収率の高い有機化合物を作るためには、発光に係わる電子分布の存在する骨格に、できるだけ回転構造を持たない構造を持たせることが重要である。
【００２６】
２を達成させるためには、
有機化合物の分子構造を新規に創出することで実現すること、あるいは素子構成に工夫を施すことで実現することの２種類の方法を挙げることが出来る。
【００２７】
フルカラー有機ＥＬディスプレーの画素に用いる際は、高い色純度の発光スペクトルを有する発光素子が必要となる。
【００２８】
高い色純度を実現するためには、溶液中での発光スペクトルにおいて、最大発光波長の半値幅が狭いこと、振動のピークがある際は振動ピークの高さが低いことのいずれもが達成できる、有機化合物を創出することが求められると考える。
【００２９】
半値幅の狭い、色純度の高い発光を実現するためには、最大発光波長の半値幅が狭い有機化合物を創出することが求められる。
【００３０】
有機化合物の発光はその構造上、炭素−炭素の振動が発光スペクトルに反映する。そのため、図１に示すように、半値幅の短波長領域ａに対して半値幅の長波長領域ｂの方が値が大きくなる。これが主に半値幅を広げる原因となることに本発明者等は気付いた。半値幅の長波長領域ｂがこのように広がることは、有機化合物であればある意味仕方が無いことである。そしてこれが色純度の低下を引き起こす原因となると本発明者等は考える。
【００３１】
目的とする波長以外の波長は、全て色純度を低下することにつながるといえる。
【００３２】
そしてまた色純度の低下はどの色度領域においても起きるということができる。
【００３３】
また本発明者等は次のことにも気付いた。
【００３４】
青の発光領域とその付近である４２０ｎｍ以上５００ｎｍ以下の部分は、視感度という観点からは重要な波長領域である。図２は視感度曲線を示すグラフである。図２に示すように、長波に行くにしたがって視感度が急激に大きくなっている。このため、青の有機発光素子において長波長領域の成分が大きいと、青の有機発光素子が発光する光の中に、所望しないが目立つ色度の光が、含まれてしまうことになる。その結果最大発光波長が４４０ｎｍ以上４８０ｎｍ以下であっても、色度に影響を及ぼすことがいえる。
【００３５】
つまり、青の発光領域は、そもそも視感度が悪いのに加えて、半値幅の長波長領域ｂによって色度が低下してしまう。
【００３６】
この例として図３に示す発光スペクトル１から３を示す。
図中スペクトル１は短波成分の発光面積が大きい発光スペクトルである。
スペクトル２は半値幅の狭い発光スペクトルである。
そしてスペクトル３は長波成分の発光面積が大きい発光スペクトルである。
【００３７】
また、表１は各発光スペクトルに対応する色度のＸ，Ｙ値である。
【００３８】
これより、短波領域に発光を多く有する発光スペクトル１と、半値幅の狭い発光スペクトル２の発光の色度は、あまり変わらない。これは、４００ｎｍ以上４２０ｎｍ以下の波長領域の視感度が非常に低く、この領域の発光はほとんど目で認識されないためである。
【００３９】
一方、発光スペクトル２（２）と発光スペクトル３を比較すると、どちらも最大発光波長は約４６０ｎｍであるが、長波長領域に発光を有する発光スペクトル３のＹ値はかなり大きくなっている。これは、重なっている４５０ｎｍ以上４６０ｎｍ以下の視感度に対して発光スペクトル３のみ発光を有する４９０ｎｍ以上５００ｎｍ以下の視感度は２乃至３倍になるため、このように大きな色度変化をもたらす。
【００４０】
【表１】
【００４１】
このように、青の発光領域においては、４２０ｎｍ以下の短波領域の光は、青の可視光として認識されない。したがって色度は変わっていないが、無駄な発光部分を持つということが出来る。
【００４２】
一方、４９０ｎｍの長波長領域の光は、色純度の低下を引き起こしてしまう。そのため色純度の高い青発光の有機発光素子を提供するまでには至らない。
【００４３】
これより、高い色純度の青発光の有機発光素子を達成するためには、材料の発光スペクトルの半値幅を狭める必要がある。
【００４４】
一方、素子の構成を工夫することで半値幅の狭い、色純度の高い発光を得ることができる。その例として、光共振器構造を利用する方法が挙げられる。これは、発光層と、該発光層の両面側もしくは片面側に、例えば反射面となる層を配置する事で、微小光共振器が構成される。ここで共振された光は発光可能に構成され、共振波長に合わせた波長で強め合って発光することができる。反射面となる層は例えば有機発光素子を構成する電極のうちの一方の電極であってもよい。
【００４５】
有機発光素子は発光層から出る光を外部に取り出す光取り出し面を有している。
【００４６】
また光取り出し面とは別の面、より具体的には光取り出し面に対向する位置に反射面を有している。
【００４７】
例えば、基板上に半透明反射面となる層を作成し、その上に透明導電層を作成する。透明導電層上に少なくとも一層以上のホール注入層、有機薄膜からなる発光層、少なくとも一層以上の電子注入層が順に設けられており、その上に電極が形成される。前記半透明反射面となる層は発光層からの発光の一部を透明基体側に透過し、電子注入層の上に配置された電極は発光の別の一部を反射する。この際前記半透明反射層と発光層背面の電極（電子注入層の上に配置された電極）とで光共振器が形成されているということが出来る。なおこの場合基板に近い側の電極が陽極であり、基板に遠くて電子輸送層の上の電極が陰極である。また光は発光層から光取り出し面側に配置されている半透明反射面と基板を介して更に外部に出る。
【００４８】
このとき
Ｌ＝（２Ｎ−１）λ／４＋Φ
（Ｌは光学距離、λは発光の最大発光波長（ｎｍ）、Ｎは正の整数、Φは位相シフト）
の関係を満たすように各層を設計する事が必要となる。具体的には各層の膜厚を適宜このましく決める。
【００４９】
なお膜厚はｎｍレベルで精度よく作れれば好ましいが、誤差を考慮して、上式の関係を満たす膜厚の±１０ｎｍ以内、より好ましくは±５ｎｍ以内とすることで共振器構造を十分好ましく作り出すことが可能である。
【００５０】
共振器構造の光学距離Ｌは反射面となる層と透明導電層の界面から電子注入層と半透過層の界面までにある層の光学距離の総和である。よって屈折率ｎと膜厚ｄの積ｎｄの総和（ｎ１ｄ１＋ｎ２ｄ２＋ｎ３ｄ３＋・・・・）である。
【００５１】
また、反射界面での位相シフトΦは、式１のように表すことができる。この式は反射界面を形成する２つの材料のうち、光が入射する側にある材料を媒質Ｉ、他方の材料を媒質ＩＩとし、ｎを各材料の屈折率、ｋを各材料の消衰係数とした際に、それぞれの光学定数を（ｎ１，ｋ１）（ｎ２，ｋ２）としている。なお、これらの光学定数は、例えば分光エリプソメーター等を用いて測定することができる。
式１
Φ＝ｔａｎ−１（２ｎ１ｋ１／（ｎ１２−ｎ１２−ｋ１２）） （ただし０≦Φ＜２πである）
例えば、有機発光素子における反射層と透明電極界面に形成される反射界面の場合、光入射側にある透明電極層が媒質Ｉ、反射層が媒質ＩＩに相当する。電子注入層と半透過層の界面の場合、電子注入層が媒質Ｉ、半透過層が媒質ＩＩに相当する。位相シフトΦは、これら界面での位相シフトの和に相当する。
【００５２】
また、有機化合物の屈折率ｎは１．３から２．１程度であるが、多層膜であるため構成によって異なるが、概ね１．６から１．７程度である。
【００５３】
Ｎの値が１，２，３，４，５・・・の整数倍のときに共振させることが出来る。なかでもＮの値が小さい場合の方が共振効果は大きく、Ｎの値が大きくなると共振の効果は小さくなるため、本実施例のようにＮ＝１の場合が最も共振効果が大きく、望ましくはＮ＝１乃至４である。
【００５４】
このように素子の構成からも高い色純度の発光を得る事ができる。
【００５５】
ただし、このように素子の構成を共振器構造となるように工夫することは、材料の有する発光から、色度の悪い部分を取り出さないことによって、色純度を高めるという解決手法である。そのため、この工夫だけだと共振器構造より取り出される発光の量子収率は、材料自身の持つ量子収率よりも当然低い。
【００５６】
即ち本発明者等は有機発光素子に光共振器構造を単に導入するだけでは不十分で、また材料即ち発光層が有する有機化合物の、所望の最大発光波長だけに単に注目するだけでも不十分であると気付いた。そして視感度を意識して有機化合物の創出することが必要であり、また創出された有機化合物は光共振器構造を有した有機発光素子においてこそ所望の発光色の量子収率の向上が達成できると考えた。
【００５７】
次に上記１乃至３で示した、発光材料の発光を効率よく取り出せること、について考察を述べる。
【００５８】
３．を達成させるためには、
有機発光素子として材料のフォトルミネッセンスに近い発光を利用することが大切である。
【００５９】
これを得るためには、先の２に記した、材料の要件と素子構成の要件の両方を満たすことが必要である。図４は有機化合物の溶液中の発光（フォトルミネッセンス）スペクトルと、光共振器構造を利用した場合のこの有機化合物の発光（エレクトロルミネッセンス）スペクトルとを示すグラフである。なお両スペクトルが重なり合っていない領域に斜線が引かれている。
【００６０】
図４に示すように、共振器構造を利用した素子を利用すると、ターゲットとする最大発光波長周辺の波長以外は発光が弱められてしまう。例えば３０ｎｍより半値幅の広い発光を有する材料は、最大発光波長から３０ｎｍを超えた領域の発光は弱められてしまい、素子外への光取り出しの量子効率が低下してしまう。
【００６１】
このように効率を犠牲にせずに色純度の高い発光を持つ有機発光素子を作り出すことは、材料、素子構成両方の要件を満たすことが大切であると本発明者等は考える。
【００６２】
半値幅が狭い材料とは、発光スペクトルの波形に関して、振動ピークが明確である（明確に分かれている）材料である。図５に発光面積（同じ量子収率）は同じであるが発光スペクトルの波形が互いに異なる発光スペクトルＡ、Ｂ、Ｃを示す。これより、Ｃのような振動ピークのない、いわゆる振動構造の不明確な発光の場合は、一般的に半値幅の広いブロードな発光波形を有している。これに対して、振動ピークが明確に見られるＡ、Ｂの様な発光の場合は、最大発光波長となる第一の振動ピークの強度が大きく、半値幅も狭い。ＡとＢはＣと異なり振動構造が明確な有機化合物が発光する光の発光スペクトルであるといえる。
【００６３】
ＡとＢとを比べると、Ｂの様な発光を持つ場合は、第一の振動ピークの強度と第ニの振動ピークとの大きさ（縦軸の発光強度）があまり変わらない。たとえ振動構造を有している発光スペクトルでも、この場合あまり発光強度は大きくならない。これは、分子の振動モードが多く存在するため、第二以降の振動ピークが大きくなり、第一の振動ピークは相対的に小さくなるからである。また、その弱められる発光部分は高さの割合に対して、面積で差をもたらすため、高さの約２乗で差が生まれるからである。
【００６４】
これより換算すると、第一と第ニの振動ピークの高さ比が０．７の場合（用いたい光の振動ピークの方が高いのが前提である）、面積比に換算すると約２：１となる。高さ比が、これ以上の値であると、発光素子にて弱められる部分の面積が更に大きくなるために、取り出しの効率が低下してしまうと本発明者等は予測する。
【００６５】
振動構造が明確なだけでなく第一と第ニの振動ピークの高さ比が０．７以下であるＡの様な発光スペクトルであることが好ましい。第一と第ニの振動ピークの高さ比の下限は０以上である。第一と第ニの振動ピークの高さ比が０．７より値が大きいと、共振器構造を用いた際に弱められる発光部分の割合は大きくなり、量子効率の低下をまねく。
【００６６】
また第一の振動ピークの強度が大きい場合、図６のように第一の振動ピークが第二の振動ピークと分割している場合がある。
【００６７】
図６は第一の振動ピークの半値幅と第二の振動ピークの半値幅の大小関係を示す図である。
【００６８】
半値幅とは、波形のうち、ピーク値の半分におけるピーク波形の横幅のことを指すのが一般である。
【００６９】
図６のような波形の場合、即ち第一の振動ピークと第二の振動ピークとが十分離れて観察される。この場合、通常の半値幅と言われる定義であると、第一の振動ピークの半値幅と第二の振動ピークの半値幅の２箇所存在するため不明確となる。そこで、本発明において、この波形では、半値幅とは図示する第一の振動ピークの半値幅のことである。
【００７０】
図６にしめす波形は、第一の振動ピークと第二の振動ピークとの間に谷を有しており、第二の振動ピークの発光強度が第一の振動ピークの発光強度の半分より大きい波形である。
【００７１】
なお便宜上図６においては、第二の振動ピークの半値幅と表現して第二の振動ピークの波形の、図中縦軸である発光強度が０．５における横幅を示した。
【００７２】
こうした発光スペクトル形状になることが、本発明で設計される、狭い半値幅を持つ発光材料の性質であり、その際第１の振動ピークの半値幅は３０ｎｍ以下が好ましい。
【００７３】
これらの条件を満たすために、本発明では第二の振動ピークが第一の振動ピークに対して遥かに小さく、第一の振動ピークの半値幅が狭く、量子収率の高い材料を設計することが重要である。
【００７４】
次に発光層の発光中心について説明する。
【００７５】
これまでに発光層は有機化合物を有すると述べた。この有機化合物がエネルギーを得て発光する。
【００７６】
発光層がこの有機化合物のみから構成されていても良いが、いわゆるホスト材料とゲスト材料から発光層が構成され、この発光する有機化合物がゲスト材料である場合が好ましい形態であるため、ここで説明する。
【００７７】
ホスト材料とは発光層の主たる成分である。主たる成分とは発光層全重量の殆どを占める成分ということが出来る。ゲスト材料とはそのホスト材料のなかに含まれている微量の成分を指す。他にも発光層はいわゆるアシストドーパントを有していても良い。
【００７８】
発光層の発光中心は大まかに三種類の例があげられる。
【００７９】
図７はホスト材料とゲスト材料のぞれぞれのＨＯＭＯとＬＵＭＯと発光中心を示した図である。
【００８０】
図７には符号４乃至６で示した３種類の例が図示されている。
本図の紙面上が真空準位に近い。
各例ごとに、実線の矩形でホスト材料のＨＯＭＯとＬＵＭＯが示されている。
点線はゲスト材料のＨＯＭＯとＬＵＭＯを示している。
斜線は発光中心である。発光層は厚み方向において発光の強度が偏在している。発光強度が特に強い領域を発光中心とよぶ。
なお本図において矩形の左右方向が発光層の膜厚方向である。また矩形の右側が陰極側で左側が陽極側である。
【００８１】
４の場合は、ホスト材料のＬＵＭＯよりゲスト材料のＬＵＭＯの方が低い（真空準位から遠い、つまり深い）。発光層に電圧を印加した際には、電子輸送層のＬＵＭＯから注入された電子がゲスト材料にトラップされる。これは、電子トラップ型の発光層である、したがって発光中心は電子輸送層寄りになる。
【００８２】
５の場合は、ホスト材料のＬＵＭＯよりゲスト材料のＬＵＭＯの方が低い値、ホスト材料のＨＯＭＯよりゲスト材料のＨＯＭＯの方が高い値となる。発光層に電圧を印加した際には、電子輸送層のＬＵＭＯから注入された電子がゲスト材料によってトラップされ、更にホール輸送層のＨＯＭＯから注入されたホールがゲスト材料によってトラップされる。これは両方の電荷トラップ型の発光層となり、発光中心は発光層の厚み方向において中心に集中する。
【００８３】
６の場合は、ホスト材料のＨＯＭＯよりゲスト材料のＨＯＭＯの方が高い値となる。発光層に電圧を印加した際には、ホール輸送層のＨＯＭＯから注入されたホールがゲストによってトラップされる。これはホールトラップ型の発光層となり、発光中心はホール輸送層寄りになる。
【００８４】
そもそも発光は、発光層全体でおこっているが、４乃至６に示すようにホスト材料とゲスト材料のそれぞれのＨＯＭＯとＬＵＭＯの関係によって発光中心となる場所が異なる。光共振器構造を利用する場合には、発光層から反射面までの光学距離Ｌを設計する場合に発光層の発光中心を考慮することが大切である。その際にホスト材料と、ゲスト材料がどのような構造であるかが分かれば発光中心をおおよそ特定することが出来る。
【００８５】
またより簡便には発光層の陰極側の界面や発光層の陽極側の界面や発光層の中心を光学距離Ｌを求める際の起点としてもよい。
【００８６】
本発明に係る有機発光素子が有する好ましい有機化合物は骨格内に５員環構造を持つ芳香環有機化合物であることが好ましい。即ち好ましい有機化合物とは、芳香環からなる骨格を有する有機化合物で、その骨格内に５員環を有する化合物である。
【００８７】
その場合電子吸引性が強く作用し、ＨＯＭＯもＬＵＭＯもその電子準位が低くなる（深くなる。言い変えれば真空準位から遠ざかる）。そのために、有機化合物を発光材料として用いる際には、電子トラップ型の発光材料となるので好ましい。
【００８８】
発光材料として用いられる際は、このような電子、もしくはホールをトラップする発光材料の方が、電荷を効率よく閉じ込めることができるために、輸送層への電荷の漏れを抑制することができる。これは発光効率の向上、素子の寿命を向上する事ができる。
【００８９】
次に好ましい有機化合物を設計する際の工夫を示す。
【００９０】
好ましい有機化合物を提供する際に、量子化学計算を利用する。たとえば新規な有機化合物を設計するのに役立つ。
【００９１】
有機化合物（材料）の発光特性には、該材料の電子状態が関与すると考える。発光時の色は、分子が電子的な励起状態から電子的な基底状態へ遷移する際のスペクトルとして発現する。
【００９２】
量子化学計算は計算化学的アプローチの一つであり、量子力学に基づき分子物性の予測を行う。計算手法としては大きく分けて分子軌道（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｏｒｂｉｔａｌ：ＭＯ）法と密度汎関数（Ｄｅｎｓｉｔｙ Ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ Ｔｈｅｏｒｙ：ＤＦＴ）法がある。
【００９３】
原理の詳細については、「新しい量子化学」ザボ、オストランド著、東京大学出版会 １９９１年，「原子分子の密度汎関数法」パール、ヤング著、シュプリンガーフェアラーク １９９６年に記載されている。
【００９４】
材料の発光色および色純度（発光スペクトル）の発現機構を理解し、所望の材料を設計するためには、材料の電子基底状態および励起状態における分子構造や、分子振動の仕組みを理解することが大切である。
【００９５】
たとえば有機発光素子に用いられる蛍光発光材料では励起一重項（Ｓ１）から基底一重項（Ｓ０）への脱励起の際の発光を利用するため、これらの電子状態における分子の構造と振動構造を調べる必要がある。
【００９６】
発光スペクトルは振動プログレッションとよばれるパターンを示し、これは電子励起状態から電子基底状態への遷移に伴って分子構造が変化することに起因する。Ｎ個の原子からなる分子は一般に３Ｎ−６個の基準振動モードを持つが（直線分子の場合は３Ｎ−５個）、分子構造の変化はこれらの基準振動モードに対応する基準振動座標の成分に分解できる。基準振動座標のずれが小さい場合は、そのずれに伴う分子構造のエネルギー変化を、調和振動子として近似することが出来る。この近似のもとで、ある基準振動モード（ｉ）に起因する発光スペクトルの振動プログレッションは以下の図８で説明される。
【００９７】
３Ｎ−６個の基準振動モードをすべて含めて定式化した発光スペクトルの強度Ｉは以下の式２で表される比例関係を持つ。例えば、Ｙｉ Ｊｉｎｇ．Ｙａｎ，Ｓｈａｕｌ Ｍｕｋａｍｅｌ，Ｊ．Ｃｈｅｍ．Ｐｈｙｓ ８５，５９０８（１９８６）を参照することができる。
【００９８】
【数１】
【００９９】
ここで、ν００は０−０遷移の波数であり、νｅｍは発光の波数である。また、ｇ（ｔ）は不均一広がりを時間領域で表したものであり、以下の式３で表される。
【０１００】
【数２】
【０１０１】
式２でΔνｉｎは不均一広がりに起因するスペクトルの半値幅であり、分子の置かれている環境により異なる。したがって、この数値は実験値より求め、入力値とする。
σｔ（ｔ）は以下の式４で表される。
【０１０２】
【数３】
【０１０３】
上式でωｉは基準振動モードの周波数、β＝１／ｋＴ（ｋはボルツマン定数、Ｔは温度を表す）である。Ｓｉは基準振動モード（ｉ）（ｉ＝１〜３Ｎ−６：Ｎは分子を構成する原子数）のＨｕａｎｇ−Ｒｈｙｓ因子と呼ばれる量であり、以下の式５で示される。
【０１０４】
【数４】
【０１０５】
ここで、ｈはプランク定数であり、νｉは基準振動モード（ｉ）の振動の波数を表す。また、
【０１０６】
【数５】
【０１０７】
は励起状態と基底状態の基準振動座標のずれである。この式の意味を説明したものが図９である。
【０１０８】
図９および式５から分かるように、Ｈｕｎａｎｇ−Ｒｈｙｓ 因子Ｓｉは基準振動モード（ｉ）の基底状態と励起状態のずれのエネルギーλνｉｂ，ｉをその基準振動モードのエネルギーで規格化したものである。従って、Ｈｕｎａｎｇ−Ｒｈｙｓ因子Ｓｉは、その基準振動モード（ｉ）における基底状態と励起状態の分子構造のずれの大きさを示すものである。ある基準振動モードにおけるＨｕａｎｇ−Ｒｈｙｓ因子が大きいということは、それによるスペクトル広がりが大きいことを意味する。先に述べたように、Ｎ個の原子からなる分子の場合、基準振動モードは３Ｎ−６個存在するため（直線分子の場合は３Ｎ−５個）、Ｈｕａｎｇ−Ｒｈｙｓ 因子も３Ｎ−６個存在し、基準振動モードによりその大きさが異なる。
【０１０９】
ここで我々は発光スペクトルの広がりを数値化するために、式５で定義されるＨｕａｎｇ−Ｒｈｙｓ因子を用い、以下の式６で規定される値ＰＦ（Ｐｒｏｆｉｌｅ Ｆａｃｔｏｒ、プロファイル因子）を定義する。
【０１１０】
【数６】
【０１１１】
式６において、和の領域Ｒは分子由来である、特定の基準振動モードの領域であり、Ｎｂａｓｉｓは分子の特定の部位における原子数を表す。
【０１１２】
また、振動エネルギーの範囲として以下のように分類されることが知られている。
Ｃ−Ｈ伸縮： ３０００ｃｍ−１以上
Ｃ−Ｃ環伸縮： １４００ｃｍ−１以上１６６０ｃｍ−１以下Ｃ−Ｈ面内変角、環振動：１０００ｃｍ−１以上１３００ｃｍ−１以下Ｃ−Ｈ面外変角：１０００ｃｍ−１以下
発光スペクトルの波形に対して、高振動のＣ−Ｈ伸縮と低振動のＣ−Ｈ面外変角はスペクトル広がりにあまり影響がない。Ｃ−Ｃ環伸縮の環伸縮が一番影響のある部分であるが、Ｃ−Ｈ面内変角、環振動の領域も影響する。そのため、基準振動モードとしては１３００ｃｍ−１以上１６８０ｃｍ−１以下の領域（主としてＣ−Ｃ面内伸縮、変角のモード）とする。この値は１３００ｃｍ−１以上１６８０ｃｍ−１以下が好ましいが、１２００ｃｍ−１以上１７００ｃｍ−１以下であれば整合性のある数値が得られる。
【０１１３】
そこで、本発明における発光材料の場合、Ｒとしては１３００ｃｍ−１以上１６８０ｃｍ−１以下の領域の基準振動モード（主としてＣ−Ｃ面内伸縮、変角のモード）、Ｎｂａｓｉｓは置換基および水素原子を除く、有機化合物の基本骨格の原子数と定義する。
【０１１４】
ＰＦ値は上記定義領域の基準振動モードにおける分子の基底状態と励起状態における「ずれ」度合いを示し、したがってそのずれに起因する発光スペクトルの広がりを数値化した量に相当する値であると定義される。
【０１１５】
また、ＰＦ値の算出においてＮｂａｓｉｓは、励起状態における遷移軌道が主として分布する主骨格の原子の数とし、遷移軌道がほとんど存在しない置換基の原子については加味しない。なお励起状態とはここでは一重項第一励起状態Ｓ１を意味する。また遷移軌道は最高被占軌道：ＨＯＭＯおよび最低空軌道：ＬＵＭＯを意味する。
【０１１６】
この算出法の正当性については、置換基に遷移軌道がほとんど分布しない有機化合物を例にとり、置換基を持つ場合と持たない場合について計算値と実測値を比較する事で検証を行った。
【０１１７】
計算の手順は以下のとおりである。電子基底状態および電子励起状態の分子の構造と、分子の基準振動モードの計算には市販の電子状態計算ソフトウェアであるＧａｕｓｓｉａｎ０３Ｒｅｖｉｓｉｏｎ Ｄ．０１およびＴｕｒｂｏｍｏｌｅ５．９．１を用いた。その際、量子化学計算法として、密度汎関数法（Ｄｅｎｓｉｔｙ Ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ Ｔｈｅｏｒｙ）を採用し、汎関数にはＢ３ＬＹＰを用いた。基底関数はＧａｕｓｓｉａｎ ０３，Ｒｅｖｉｓｉｏｎ Ｄ．０１では６−３１Ｇ（ｄ）を、Ｔｕｒｂｏｍｏｌｅ５．９．１ではｄｅｆ−ＳＶ（Ｐ）を用いた。Ｈｕａｎｇ−Ｒｈｙｓ 因子およびそれを用いた発光スペクトルおよびＰＦ値の計算には、これらソフトウェアにより計算された電子基底状態および電子励起状態の分子の構造と、分子の基準振動モードのデータをを用いた。尚、その際、不均一広がりに起因するスペクトルの半値幅Δνｉｎとしては実験のスペクトルを良く再現する値として６００ｃｍ−１を用いた。
Ｇａｕｓｓｉａｎ ０３ Ｒｅｖｉｓｉｏｎ Ｄ．０１，
Ｍ．Ｊ．Ｆｒｉｓｃｈ，Ｇ．Ｗ．Ｔｒｕｃｋｓ，Ｈ．Ｂ．Ｓｃｈｌｅｇｅｌ，Ｇ．Ｅ．Ｓｃｕｓｅｒｉａ，
Ｍ．Ａ．Ｒｏｂｂ，Ｊ．Ｒ．Ｃｈｅｅｓｅｍａｎ，Ｊ．Ａ．Ｍｏｎｔｇｏｍｅｒｙ，Ｊｒ．，Ｔ．Ｖｒｅｖｅｎ，
Ｋ．Ｎ．Ｋｕｄｉｎ，Ｊ．Ｃ．Ｂｕｒａｎｔ，Ｊ．Ｍ．Ｍｉｌｌａｍ，Ｓ．Ｓ．Ｉｙｅｎｇａｒ，Ｊ．Ｔｏｍａｓｉ，
Ｖ．Ｂａｒｏｎｅ，Ｂ．Ｍｅｎｎｕｃｃｉ，Ｍ．Ｃｏｓｓｉ，Ｇ．Ｓｃａｌｍａｎｉ，Ｎ．Ｒｅｇａ，
Ｇ．Ａ．Ｐｅｔｅｒｓｓｏｎ，Ｈ．Ｎａｋａｔｓｕｊｉ，Ｍ．Ｈａｄａ，Ｍ．Ｅｈａｒａ，Ｋ．Ｔｏｙｏｔａ，
Ｒ．Ｆｕｋｕｄａ，Ｊ．Ｈａｓｅｇａｗａ，Ｍ．Ｉｓｈｉｄａ，Ｔ．Ｎａｋａｊｉｍａ，Ｙ．Ｈｏｎｄａ，Ｏ．Ｋｉｔａｏ，
Ｈ．Ｎａｋａｉ，Ｍ．Ｋｌｅｎｅ，Ｘ．Ｌｉ，Ｊ．Ｅ．Ｋｎｏｘ，Ｈ．Ｐ．Ｈｒａｔｃｈｉａｎ，Ｊ．Ｂ．Ｃｒｏｓｓ，
Ｖ．Ｂａｋｋｅｎ，Ｃ．Ａｄａｍｏ，Ｊ．Ｊａｒａｍｉｌｌｏ，Ｒ．Ｇｏｍｐｅｒｔｓ，Ｒ．Ｅ．Ｓｔｒａｔｍａｎｎ，
Ｏ．Ｙａｚｙｅｖ，Ａ．Ｊ．Ａｕｓｔｉｎ，Ｒ．Ｃａｍｍｉ，Ｃ．Ｐｏｍｅｌｌｉ，Ｊ．Ｗ．Ｏｃｈｔｅｒｓｋｉ，
Ｐ．Ｙ．Ａｙａｌａ，Ｋ．Ｍｏｒｏｋｕｍａ，Ｇ．Ａ．Ｖｏｔｈ，Ｐ．Ｓａｌｖａｄｏｒ，Ｊ．Ｊ．Ｄａｎｎｅｎｂｅｒｇ，
Ｖ．Ｇ．Ｚａｋｒｚｅｗｓｋｉ，Ｓ．Ｄａｐｐｒｉｃｈ，Ａ．Ｄ．Ｄａｎｉｅｌｓ，Ｍ．Ｃ．Ｓｔｒａｉｎ，
Ｏ．Ｆａｒｋａｓ，Ｄ．Ｋ．Ｍａｌｉｃｋ，Ａ．Ｄ．Ｒａｂｕｃｋ，Ｋ．Ｒａｇｈａｖａｃｈａｒｉ，
Ｊ．Ｂ．Ｆｏｒｅｓｍａｎ，Ｊ．Ｖ．Ｏｒｔｉｚ，Ｑ．Ｃｕｉ，Ａ．Ｇ．Ｂａｂｏｕｌ，Ｓ．Ｃｌｉｆｆｏｒｄ，
Ｊ．Ｃｉｏｓｌｏｗｓｋｉ，Ｂ．Ｂ．Ｓｔｅｆａｎｏｖ，Ｇ．Ｌｉｕ，Ａ．Ｌｉａｓｈｅｎｋｏ，Ｐ．Ｐｉｓｋｏｒｚ，
Ｉ．Ｋｏｍａｒｏｍｉ，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，Ｃ．Ｇｏｎｚａｌｅｚ，ａｎｄ Ｊ．Ａ．Ｐｏｐｌｅ，
Ｇａｕｓｓｉａｎ，Ｉｎｃ．，Ｗａｌｌｉｎｇｆｏｒｄ ＣＴ，２００４．
また、第一の振動ピーク、第二の振動ピークの高さの比が変動する発光スペクトルが計算から得られて来る。光共振器構造を発光素子に用いる場合に、第一の振動ピーク、第二の振動ピークの高さの比によって、発光時に取り出されずに弱められてしまう部分の割合を大きく左右する。このため、第一の振動ピーク、第二の振動ピークの高さの比は、分子設計上重要である。
【０１１８】
そこで、高さの比と第一の振動ピーク、第二の振動ピークの面積の比率を求めた。
【０１１９】
図１０乃至図１３は第一の振動ピークと第２の振動ピークを有する発光スペクトルを示す図である。
【０１２０】
図１０が第一の振動ピークに対して第二の振動ピークの高さの比が０．９、図１１が第一の振動ピークに対して第二の振動ピークの高さの比が０．８、図１２が第一の振動ピークに対して第二の振動ピークの高さの比が０．７、図１３が第一の振動ピークに対して第二の振動ピークの高さの比が０．６、となる。
【０１２１】
各図１０乃至１３の面積比を求めたものが表２になる。
【０１２２】
表２に各図のスペクトルの結果を上から順に示す。
【０１２３】
この結果より、０．７より大きいと、第二の振動ピークの面積が半分以上となる。
【０１２４】
【表２】
【０１２５】
第二の振動ピークが存在しない有機化合物の設計ができれば良いが、現実として有機化合物の炭素―炭素振動モードはどうしても存在する。そこで、少なくとも第一振動ピークの面積が、第二振動ピークの面積より大きいことが高効率発光素子には好ましい。その際に、第一の振動ピークに対して、第二の振動ピークの強度比が０．７以下になり、その比より与えられるＰＦ値は、計算より０．０２以下となった。また、この際、第一の振動ピークの半値幅も３０ｎｍ以下となり、これらの値を満たす際に光共振器構造を有する有機発光素子として高い色純度をもつ、好ましいスペクトル形状を得られることが分かった。
【０１２６】
本発明では、ＰＦ値が０．０２以下の材料を設計すると、この材料は、計算上においても、実測においても、発光スペクトルの形状が少なくとも、第一の振動ピーク、第二の振動ピークを有することを見出した。加えてこのような材料は第一の振動ピークに対して第二の振動ピークの強度比が０．７以下であり、第一の振動ピークの半値幅の値が３０ｎｍ以下の狭い値である材料であることを見出した。ただし、計算での発光スペクトルの各振動ピークの値は、実際の材料の各振動ピークと±５ｎｍ以上±１０ｎｍ以下程度の誤差が生じることがあるが、発光スペクトル形状はほぼ同等である。
【０１２７】
このように材料を分子設計する事で、必要な発光波長に対応した波長に、強い強度を有する最大発光波長を有した材料を作り出すことができる。
【０１２８】
また、本発明に係る有機化合物は、量子効率が高く、半値幅が狭いため、材料そのものの発光が青の発光素子に適した色純度の良い発光を有する。そして、この材料は光共振器構造を利用した発光素子に用いることにより、弱めあう発光部分が少なくなり、高い取り出し外部量子効率を有した、色純度の高い発光素子を得ることができる。
【０１２９】
次に本発明に係る有機発光素子を説明する。
【０１３０】
本発明に係る有機発光素子は一対の電極である陽極と陰極とそしてそれらの間に配置される有機化合物層とを少なくとも有する。有機発光素子は一対の電極の間に配置された有機化合物である発光材料が発光する素子である。
【０１３１】
この有機化合物層のうち一層が発光層である場合、発光層は本発明に係る有機化合物のみから構成されていても良いし、あるいは本発明に係る有機化合物を一部有していても良い。
【０１３２】
発光層が本発明に係る有機化合物を一部有しても良い場合とは、本発明に係る有機化合物が発光層の主成分であってもよく、あるいは副成分であってもよい。
【０１３３】
ここで主成分と副成分とは、発光層を構成する全有機化合物を対象に例えば重量的あるいはモル数的に大きいものを主成分と呼び、小さいものを副成分と呼ぶ。
【０１３４】
主成分である材料は、ホスト材料と呼ぶことも出来る。
【０１３５】
副成分である材料は、ドーパント（ゲスト）材料、発光アシスト材料、電荷注入材料と呼ぶことが出来る。
【０１３６】
なお、本発明にて設計される発光材料をゲスト材料として用いる場合、発光層全体に対するゲスト材料の濃度は０．０１ｗｔ％以上２０ｗｔ％以下であることが好ましく、０．５ｗｔ％以上１０ｗｔ％以下であることがより好ましい。
【０１３７】
また、上記の発光層は、キャリア輸送性のホスト材料とゲスト材料からなる場合、発光にいたる主な過程は、以下のいくつかの過程からなる。
１．発光層内での電子・ホールの輸送。
２．ホスト材料の励起子生成。
３．ホスト材料同士の分子間の励起エネルギー伝達。
４．ホスト材料からゲスト材料への励起エネルギー移動。
【０１３８】
それぞれの過程における所望のエネルギー移動や、発光はさまざまな失活過程と競争でおこる。
【０１３９】
有機発光素子の発光効率を高めるためには、発光中心材料（例えばゲスト材料）そのものの発光量子収率が大きいことは言うまでもない。しかしながら、ホスト材料とホスト材料間、あるいはホスト材料とゲスト材料間のエネルギー移動が如何に効率的にできるかも大きな課題である。また、通電による発光劣化は今のところ原因は明らかではないが、少なくとも発光中心材料そのもの、または、その周辺分子による発光中心材料の環境変化に関連したものと想定される。
【０１４０】
次に、本発明の有機発光素子について詳細に説明する。
【０１４１】
本発明の有機発光素子は、陽極及び陰極からなる一対の電極と、該一対の電極間に挟持された有機化合物層により少なくとも構成される有機発光素子において、本発明の有機化合物の少なくとも一種を含有する。
【０１４２】
一対の電極の間には上記有機化合物層以外の有機化合物層を有していても良い。
【０１４３】
一対の電極の間には有機化合物層を含む有機化合物層が２層以上設けられていても良い。このような場合を多層型の有機発光素子と呼ぶことにする。
【０１４４】
以下に、多層型の有機発光素子の好ましい例として第一から第五までを示す。
【０１４５】
第一の多層型の有機発光素子の例としては、基板上に、順次（陽極／発光層／陰極）を設けた構成のものを挙げる。ここで使用する有機発光素子は、それ自体でホール輸送能、電子輸送能及び発光性の性能を単一で有している場合や、それぞれの特性を有する有機化合物を混ぜて使う場合に有用である。
【０１４６】
第二の多層型の有機発光素子の例としては、基板上に、順次（陽極／ホール輸送層／電子輸送層／陰極）を設けた構成のものを挙げる。この場合は、発光物質はホール輸送性かあるいは電子輸送性のいずれか、あるいは両方の機能を有している材料をそれぞれの層に用い、発光性の無い単なるホール輸送物質あるいは電子輸送物質と組み合わせて用いる場合に有用である。また、この場合、発光層は、ホール輸送層あるいは電子輸送層のいずれかから成る。
【０１４７】
第三の多層型の有機発光素子の例としては、基板上に、順次（陽極／ホール輸送層／発光層／電子輸送層／陰極）を設けた構成のものを挙げる。これは、キャリヤ輸送と発光の機能を分離したものである。そしてホール輸送性、電子輸送性、発光性の各特性を有した有機化合物と適時組み合わせて用いることができる。そして極めて材料選択の自由度が増すとともに、発光波長を異にする種々の有機化合物が使用できるため、発光色相の多様化が可能になる。さらに、中央の発光層に各キャリヤあるいは励起子を有効に閉じこめて、発光効率の向上を図ることも可能になる。
【０１４８】
第四の多層型の有機発光素子の例としては、基板上に、順次（陽極／ホール注入層／ホール輸送層／発光層／電子輸送層／陰極）を設けた構成のものを挙げる。これは陽極とホール輸送層の密着性改善あるいはホールの注入性改善に効果があり、低電圧化に効果的である。
【０１４９】
第五の多層型の有機発光素子の例としては、基板上に、順次（陽極／ホール輸送層／発光層／ホール・エキシトンブロッキング層／電子輸送層／陰極）を設けた構成のものを挙げる。これはホールあるいは励起子（エキシトン）が陰極側に抜けることを阻害する層（ホール／エキシトンブロッキング層）を、発光層、電子輸送層間に挿入した構成である。イオン化ポテンシャルの非常に高い有機化合物をホール／エキシトンブロッキング層として用いる事により、発光効率の向上に効果的な構成である。また、ホール・エキシトンブロッキング層を電子輸送層、電子輸送層を電子注入層とする構成もあり、この場合は、陰極と電子輸送層の密着性改善あるいは電子の注入性改善に効果があり、低電圧化に効果的である。
【０１５０】
本発明の発光素子の発光領域とは、上記の発光層の領域を言う。
【０１５１】
ただし、第一乃至第五の多層型の例はあくまでごく基本的な素子構成であり、本発明に係る有機化合物を用いた有機発光素子の構成はこれらに限定されるものではない。例えば、電極と有機層界面に絶縁性層を設ける、接着層あるいは干渉層を設ける、電子輸送層もしくはホール輸送層がイオン化ポテンシャルの異なる２層から構成されるなど多様な層構成をとることができる。
【０１５２】
また、これらの素子構成に関して、発光部分は発光層の中心、発光層内部でのホール輸送層との近傍、発光層内部での電子輸送層との近傍、などが考えられる。この発光中心に対して、発光層と、該発光層の両面もしくは片側に、例えば電極の様な、鏡面反射膜を配置する事で、微小光共振器が構成される。ここで共振された光は発光可能に構成され、共振波長に合わせた波長で強め合って発光することができる。
【０１５３】
例えば、基板上に半透明反射層を作成し、その上に透明導電層を作成する。透明導電層上に先に述べたような、第一から第五の層構成が設けられている。前記半透明反射層は発光層からの発光を部分的に透明基体側に透過し、発光の残りの部分を発光層側に反射する為、前記半透明反射層は発光層背面の電極とで光共振器として作用する。
【０１５４】
このときの膜厚の関係は
ｎｄ＝（２Ｎ−１）λ／４
（ｎは屈折率、ｄは発光中心からの膜厚（ｎｍ）、λは発光の最大発光波長（ｎｍ）、Ｎは正の整数）
を満たすように設計する事が必要となる。
【０１５５】
本発明に用いられる有機発光素子は、第一乃至第五例のいずれの形態でも使用することができる。また、屈折率の点を除いて、光共振器構造を実現する為に必要な材料の制限は特に無い。
【０１５６】
ここで、本発明の有機発光素子には、必要に応じて従来公知の低分子系及び高分子系のホール輸送性化合物、発光性化合物あるいは電子輸送性化合物等を先述の有機化合物、すなわち発光材料と一緒に使用することができる。
【０１５７】
以下にこれらの化合物例を挙げる。
【０１５８】
ホール注入輸送性材料としては、陽極からのホールの注入が容易で、注入されたホールを発光層へと輸送することができるように、ホール移動度が高い材料が好ましい。正孔注入輸送性能を有する低分子及び高分子系材料としては、トリアリールアミン誘導体、フェニレンジアミン誘導体、スチルベン誘導体、フタロシアニン誘導体、ポルフィリン誘導体、ポリ（ビニルカルバゾール）、ポリ（チオフェン）、その他導電性高分子が挙げられるが、もちろんこれらに限定されるものではない。
【０１５９】
主にホスト材料としては、縮環化合物（例えばフルオレン誘導体、ナフタレン誘導体、アントラセン誘導体、ピレン誘導体、カルバゾール誘導体、キノキサリン誘導体、キノリン誘導体等）、トリス（８−キノリノラート）アルミニウム等の有機アルミニウム錯体、有機亜鉛錯体、及びトリフェニルアミン誘導体、ポリ（フルオレン）誘導体、ポリ（フェニレン）誘導体等の高分子誘導体が挙げられるが、もちろんこれらに限定されるものではない。
【０１６０】
電子注入輸送性材料としては、陰極からの電子の注入が容易で、注入された電子を発光層へ輸送することができるものから任意に選ぶことができ、ホール注入輸送性材料のホール移動度とのバランス等を考慮し選択される。電子注入輸送性能を有する材料としては、オキサジアゾール誘導体、オキサゾール誘導体、ピラジン誘導体、トリアゾール誘導体、トリアジン誘導体、キノリン誘導体、キノキサリン誘導体、フェナントロリン誘導体、有機アルミニウム錯体等が挙げられるが、もちろんこれらに限定されるものではない。
【０１６１】
陽極材料としては、仕事関数がなるべく大きなものがよい。例えば、金、白金、銀、銅、ニッケル、パラジウム、コバルト、セレン、バナジウム、タングステン等の金属単体あるいはこれらの合金、酸化錫、酸化亜鉛、酸化インジウム、酸化錫インジウム（ＩＴＯ）、酸化亜鉛インジウム等の金属酸化物が使用できる。また、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン等の導電性ポリマーも使用できる。これらの電極物質は単独で使用してもよいし複数併用して使用してもよい。また、陽極は一層構成でもよく、多層構成でもよい。
【０１６２】
一方、陰極材料としては、仕事関数の小さなものがよい。例えば、リチウム等のアルカリ金属、カルシウム等のアルカリ土類金属、アルミニウム、チタニウム、マンガン、銀、鉛、クロム等の金属単体が挙げられる。あるいはこれら金属単体を組み合わせた合金も使用することができる。例えば、マグネシウム−銀、アルミニウム−リチウム、アルミニウム−マグネシウム等が使用できる。酸化錫インジウム（ＩＴＯ）等の金属酸化物の利用も可能である。これらの電極物質は単独で使用してもよいし、複数併用して使用してもよい。また、陰極は一層構成でもよく、多層構成でもよい。
【０１６３】
本発明の有機発光素子で用いる基板としては、特に限定するものではないが、金属製基板、セラミックス製基板等の不透明性基板、ガラス、石英、プラスチックシート等の透明性基板が用いられる。また、基板にカラーフィルター膜、蛍光色変換フィルター膜、誘電体反射膜等を用いることが出きる。
【０１６４】
なお、作製した素子に対して、酸素や水分等との接触を防止する目的で保護層あるいは封止層を設けることもできる。保護層としては、ダイヤモンド薄膜、金属酸化物、金属窒化物等の無機材料膜、フッ素樹脂、ポリエチレン、シリコーン樹脂、ポリスチレン樹脂等の高分子膜、さらには、光硬化性樹脂等が挙げられる。また、ガラス、気体不透過性フィルム、金属等で被覆し、適当な封止樹脂により素子自体をパッケージングすることもできる。
【０１６５】
本発明の有機発光素子において、本発明の有機化合物を含有する層及びその他の有機化合物からなる層は、以下に示す方法により形成される。一般には真空蒸着法、イオン化蒸着法、スパッタリング、プラズマあるいは、適当な溶媒に溶解させて公知の塗布法（例えば、スピンコーティング、ディッピング、キャスト法、ＬＢ法、インクジェット法等）により薄膜を形成する。ここで真空蒸着法や溶液塗布法等によって層を形成すると、結晶化等が起こりにくく経時安定性に優れる。また塗布法で成膜する場合は、適当なバインダー樹脂と組み合わせて膜を形成することもできる。
【０１６６】
上記バインダー樹脂としては、ポリビニルカルバゾール樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエステル樹脂、ＡＢＳ樹脂、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、尿素樹脂等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。また、これらバインダー樹脂は、ホモポリマー又は共重合体として１種単独で使用してもよいし、２種以上を混合して使用してもよい。さらに必要に応じて、公知の可塑剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤等の添加剤を併用してもよい。
【０１６７】
本発明の有機発光素子は、省エネルギーや高輝度が必要な製品に応用が可能である。応用例としては表示装置・照明装置やプリンターの光源、液晶表示装置のバックライトなどが考えられる。
【０１６８】
表示装置としては、省エネルギーや高視認性・軽量なフラットパネルディスプレイが可能となる。表示装置は例えばＰＣあるいはテレビジョン、あるいは広告媒体といった画像表示装置して用いられることが出来る。あるいは表示装置はデジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラ等の撮像手段を有した撮像装置の、表示部に用いられてもよい。撮像された画像はこの表示部で表示される。
【０１６９】
あるいは表示装置は電子写真方式の画像形成装置、即ちレーザービームプリンタや複写機等の操作表示部に用いられても良い。
【０１７０】
また、電子写真方式の画像形成装置、即ちレーザービームプリンタや複写機等の感光体へ潜像を露光する際に用いる光源として用いることが出来る。独立にアドレスできる有機発光素子を複数アレイ状（例えば線状）に配置し、感光ドラムに所望の露光を行うことで、潜像を形成することができる。本発明の有機発光素子を用いることで、これまでは光源とポリコンミラーと各種光学レンズ等を配置するのに必要だった空間を減少させることができる。
【０１７１】
照明装置やバックライトに関しては、本発明による省エネルギー効果が期待できる。また本発明の有機発光素子は平面光源として利用できる。
【０１７２】
また、本発明に係る有機発光素子を支持する基板にカラーフィルター膜、蛍光色変換フィルター膜、誘電体反射膜などを設けて発色光をコントロールする事も可能である。また、基板に薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を設け、それに有機発光素子を接続して発光非発光を制御することができる。また、複数の有機発光素子をマトリックス状に配置して、即ち面内方向に配置して照明装置として用いることも可能である。
【０１７３】
次に、本発明の有機発光素子を使用した表示装置について説明する。この表示装置は、本発明の有機発光素子と、本発明に係る有機発光素子に電気信号を供給する手段と、を具備することを特徴とするものである。以下、図面を参照して、アクティブマトリクス方式を例にとって、本発明の表示装置を詳細に説明する。
【０１７４】
図１４は、表示装置の一形態である、本発明の有機発光素子と、本発明に係る有機発光素子に電気信号を供給する手段とを備えた表示装置の構成例を模式的に示す図である。
【０１７５】
図１５は、画素に接続される画素回路と画素回路に接続される信号線と電流供給線とを模式的に示す図である。
【０１７６】
本発明に係る有機発光素子に電気信号を供給する手段とは、図１４において走査信号ドライバー１１、情報信号ドライバー１２、電流供給源１３及び図１５において画素回路１５のことを指す。
【０１７７】
図１４の表示装置１は、走査信号ドライバー１１、情報信号ドライバー１２、電流供給源１３が配置され、それぞれゲート選択線Ｇ、情報信号線Ｉ、電流供給線Ｃに接続される。ゲート選択線Ｇと情報信号線Ｉの交点には、画素回路１５が配置される（図１５）。本発明に係る有機発光素子からなる画素１４はこの画素回路１５ごとに対応して設けられる。画素１４は有機発光素子である。従って、本図においては発光点として有機発光素子を示している。本図において有機発光素子の上部電極が他の有機発光素子の上部電極と共通していても良い。もちろん上部電極は各発光素子毎に個別に設けられていても良い。
【０１７８】
走査信号ドライバー１１は、ゲート選択線Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３・・・Ｇｎを順次選択し、これに同期して情報信号ドライバー１２から画像信号が情報信号線Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３・・・Ｉｎのいずれかを介して画素回路１５に印加される。
【０１７９】
次に、画素の動作について説明する。図１６は、図１４の表示装置に配置されている１つの画素を構成する回路を示す回路図である。図１６は第二の薄膜トランジスタ（ＴＦＴ２）２３が有機発光素子２４を発光させるための電流を制御している。図１６の画素回路２においては、ゲート選択線Ｇｉに選択信号が印加されると、第一の薄膜トランジスタ（ＴＦＴ１）２１がＯＮになり、コンデンサー（Ｃａｄｄ）２２に画像信号Ｉｉが供給され、第二の薄膜トランジスタ（ＴＦＴ２）２３のゲート電圧を決定する。有機発光素子２４には第二の薄膜トランジスタ（ＴＦＴ２）（２３）のゲート電圧に応じて電流供給線Ｃｉより電流が供給される。ここで、第二の薄膜トランジスタ（ＴＦＴ２）２３のゲート電位は、第一の薄膜トランジスタ（ＴＦＴ１）２１が次に走査選択されるまでコンデンサー（Ｃａｄｄ）２２に保持される。このため、有機発光素子２４には、次の走査が行われるまで電流が流れ続ける。これにより１フレーム期間中常に有機発光素子２４を発光させることが可能となる。
【０１８０】
なお不図示ではあるが、有機発光素子２４の電極間の電圧を薄膜トランジスタが制御する電圧書き込み方式の表示装置にも本発明に係る有機発光素子は用いられることが出来る。
【０１８１】
表示装置はフルカラーで表現できる表示装置としても利用できる。フルカラー表示装置は複数の画素から構成され、各画素はフルカラーの発光が出来る。各画素は複数の副画素を有している。たとえば赤緑青のそれぞれを発光する３つの副画素から構成される。この副画素が有機発光素子である。
【０１８２】
図１７は、図１４の表示装置で用いられるＴＦＴ基板の断面構造の一例を示した模式図である。ＴＦＴ基板の製造工程の一例を示しながら、構造の詳細を以下に説明する。
【０１８３】
図１７の表示装置３を製造する際には、まずガラス等の基板３１上に、上部に作られる部材（ＴＦＴ又は有機層）を保護するための防湿膜３２がコートされる。防湿膜３２を構成する材料として、酸化ケイ素又は酸化ケイ素と窒化ケイ素との複合体等が用いられる。次に、スパッタリングによりＣｒ等の金属を製膜することで、所定の回路形状にパターニングしてゲート電極３３を形成する。
【０１８４】
続いて、酸化シリコン等をプラズマＣＶＤ法又は触媒化学気相成長法（ｃａｔ−ＣＶＤ法）等により製膜する。その後、パターニングしてゲート絶縁膜３４を形成する。次に、プラズマＣＶＤ法等により（場合によっては２９０℃以上の温度でアニールして）シリコン膜を製膜し、回路形状に従ってパターニングすることで半導体層３５を形成する。
【０１８５】
さらに、この半導体膜３５にドレイン電極３６とソース電極３７とを設けることでＴＦＴ素子３８を作製し、図１６に示すような回路を形成する。次に、このＴＦＴ素子３８の上部に絶縁膜３９を形成する。次に、コンタクトホール（スルーホール）３１０を、金属からなる有機発光素子用の陽極３１１とソース電極３７とが接続するように形成する。
【０１８６】
この陽極３１１の上に、多層あるいは単層の有機層３１２と、陰極３１３とを順次積層することにより、表示装置３を得ることができる。このとき、有機発光素子の劣化を防ぐために第一の保護層３１４や第二の保護層３１５を設けてもよい。本発明の有機発光素子を用いた表示装置を駆動することにより、良好な画質で、長時間表示にも安定な表示が可能になる。
【０１８７】
尚、上記の表示装置は、スイッチング素子に特に限定はなく、単結晶シリコン基板やＭＩＭ素子、ａ−Ｓｉ型等でも容易に応用することができる。
【０１８８】
上記ＩＴＯ電極の上に多層あるいは単層の有機発光層／陰極層を順次積層し有機発光表示パネルを得ることができる。本発明の有機化合物を用いた表示パネルを駆動することにより、良好な画質で、長時間表示にも安定な表示が可能になる。
【０１８９】
また、素子の光取り出し方向に関しては、光共振器構造を維持していれば良く、ボトムエミッション構成（基板側から光を取り出す構成）および、トップエミッション（基板の反対側から光を取り出す構成）のいずれも可能である。
【実施例】
【０１９０】
以下、実施例により本発明をさらに具体的に説明していくが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【０１９１】
（有機化合物の設計とＰＦ値の計算）
＜実施例１＞
本実施例においては下記有機化合物１を設計し、その有機化合物のスペクトルを計算した。このとき、下記式６
【０１９２】
【数７】
【０１９３】
の計算においては、和をとる領域Ｒは主としてＣ−Ｃの面内伸縮のモード等にあたる波数領域（１３００〜１６７０ｃｍ−１）を指定し、Ｎｂａｓｉｓには分子を構成するＣ原子の数を指定する。これを元にＰＦの値を算出した。
【０１９４】
【化１】
【０１９５】
図１８は計算されたＨｕａｎｇ−Ｒｈｙｓ因子、図１９は計算から得られた発光スペクトルを表す。これらの図から明らかなように、スペクトルの第二振動ピークが第一振動ピークと比べ０．７以下に抑えられていることが分かる。
【０１９６】
＜実施例２＞
本実施例においては下記有機化合物２を設計し、その有機化合物のスペクトルを計算した。ＰＦの計算は実施例１と同様に行った。
【０１９７】
図２０は計算されたＨｕａｎｇ−Ｒｈｙｓ因子、図２１は計算から得られた発光スペクトルを表す。
【０１９８】
【化２】
【０１９９】
＜比較例１＞
本比較例においては下記有機化合物３を設計し、その有機化合物のスペクトルを計算した。ＰＦの計算は実施例１と同様に行った。
【０２００】
図２２は計算されたＨｕａｎｇ−Ｒｈｙｓ因子、図２３は計算から得られた発光スペクトルを表す。
【０２０１】
【化３】
【０２０２】
＜比較例２＞
本比較例においては下記有機化合物４を設計し、その有機化合物のスペクトルを計算した。ＰＦの計算は実施例１と同様に行った。
【０２０３】
図２４は計算されたＨｕａｎｇ−Ｒｈｙｓ因子、図２５は計算から得られた発光スペクトルを表す。
【０２０４】
【化４】
【０２０５】
＜比較例３＞
本比較例においては下記有機化合物５を設計し、その有機化合物のスペクトルを計算した。ＰＦの計算は実施例１と同様に行った。
【０２０６】
図２６は計算されたＨｕａｎｇ−Ｒｈｙｓ因子、図２７は計算から得られた発光スペクトルを表す。
【０２０７】
【化５】
【０２０８】
＜比較例４＞
本実施例においては下記有機化合物６を設計し、その有機化合物のスペクトルを計算した。ＰＦの計算は実施例１と同様に行った。その結果ＰＦ＝０．０５２１であった。
【０２０９】
図２８は計算されたＨｕａｎｇ−Ｒｈｙｓ因子、図２９は計算から得られた発光スペクトルを表す。
【０２１０】
【化６】
【０２１１】
実施例１，２と比較例１乃至４のＰＦ値を表３にまとめて示す。
【０２１２】
【表３】
【０２１３】
これより計算より求められる実施例の有機化合物のＰＦ値は０．０２以下、比較例の有機化合物は０．０２より大きな値になる。また、ＰＦ値は０．０２以下の有機化合物は第一の振動ピークの強度にたいして第ニの振動ピークの強度が０．７以下となっている。
【０２１４】
これを元に実際にこれらの有機化合物の合成したりまたは市販品を入手した。これらの有機化合物の発光スペクトルを１×１０−５ｍｏｌ／ｌに調整されたトルエン溶液を用いて、また日立製Ｆ−４５００を用いて、３５０ｎｍの励起波長において測定した。
いくつかの化合物において合成例を示す。
【０２１５】
＜合成例１＞
（有機化合物１の合成）
参考文献としてＣｈｅｍ．Ｃｏｍｍｕｎ．，２００５，２１７２２１７４のＰ２１７２ｓｃｈｅｍｅ１を参考にして下記化合物を合成した。
【０２１６】
【化７】
【０２１７】
参考文献としてＪ．Ｏｒｇ．Ｃｈｅｍ．２００３，６８，８８３−８８７のＰ８８４ ＦＩＧＵＲＥ ２．と同様の反応条件で実施例１に記した有機化合物１を合成した。
【０２１８】
【化８】
【０２１９】
＜合成例２＞
（比較例３に記載の有機化合物５の合成）
参考文献としてＪ．ＡＭ．ＣＨＥＭ．ＳＯＣ．２００４，１２６，１５９７４−１５９７５のｓｃｈｅｍｅ１とＪ．Ｏｒｇ．Ｃｈｅｍ．，１９６４，２９ （１０），３１２９を参考にして合成した。
【０２２０】
【化９】
【０２２１】
＜合成例３＞
（実施例２に記載の有機化合物２の合成）
合成例１，２の反応を参考に合成した。
【０２２２】
【化１０】
【０２２３】
その結果を図３０から図３４に示す。
【０２２４】
図３０は実施例１に記載の有機化合物の構造とトルエン溶液中のその発光スペクトルを示す図である。
【０２２５】
図３１は実施例２に記載の有機化合物の構造とトルエン溶液中のその発光スペクトルを示す図である。
【０２２６】
図３２は比較例１に記載の有機化合物の構造とトルエン溶液中のその発光スペクトルを示す図である。
【０２２７】
図３３は比較例２に記載の有機化合物の構造とトルエン溶液中のその発光スペクトルを示す図である。
【０２２８】
図３４は比較例３に記載の有機化合物の構造とトルエン溶液中のその発光スペクトルを示す図である。
【０２２９】
この結果より実施例１，２および比較例１乃至３に記載された有機化合物は、計算より求められる発光スペクトルと実測での発光スペクトルは近い波形を示す。これより、Ｈｕａｎｇ−Ｒｈｙｓ因子を元にした量子化学計算は波形の予測に有効である。
【０２３０】
また、ＰＦ値が０．０２以下の有機化合物は実測においても全て０−０の振動に由来する第一の振動ピークの強度にたいして第ニの振動ピークの強度が０．７以下である。また第一の振動ピークの半値幅は３０ｎｍ以下であり、ＰＦ値が０．０２以下である。したがって有機発光素子に最適な分子（有機化合物）の設計が可能である。
【０２３１】
＜実施例３＞
本実施例においては下記式有機化合物６を設計し、その有機化合物のスペクトルを計算した。このとき、下記式６
【０２３２】
【数８】
【０２３３】
の計算においては、和をとる領域Ｒは主としてＣ−Ｃの面内伸縮のモード等にあたる波数領域（１３００〜１６７０ｃｍ−１）を指定する。そしてＮｂａｓｉｓには置換基はフェニル基であるのでフェニル基を除いた分子を構成するＣ原子の数を指定する（有機化合物６では３４）。これを元にＰＦの値を算出する。
【０２３４】
【化１１】
【０２３５】
図３５は計算されたＨｕａｎｇ−Ｒｈｙｓ因子、図３６は計算から得られた発光スペクトルを表す。
【０２３６】
＜実施例４＞
本実施例においては下記式有機化合物７を設計し、その有機化合物のスペクトルを計算した。ＰＦの計算は実施例３と同様に行った。
【０２３７】
図３７は計算されたＨｕａｎｇ−Ｒｈｙｓ因子、図３８は計算から得られた発光スペクトルを表す。
【０２３８】
【化１２】
【０２３９】
＜実施例５＞
本実施例においては下記有機化合物８を設計し、その有機化合物のスペクトルを計算した。ＰＦの計算は実施例３と同様に行った。
【０２４０】
図３９は計算されたＨｕａｎｇ−Ｒｈｙｓ因子、図４０は計算から得られた発光スペクトルを表す。
【０２４１】
【化１３】
【０２４２】
＜実施例６＞
本実施例においては下記有機化合物９を設計し、その有機化合物のスペクトルを計算した。ＰＦの計算は実施例３と同様に行った。
【０２４３】
図４１は計算されたＨｕａｎｇ−Ｒｈｙｓ因子、図４２は計算から得られた発光スペクトルを表す。
【０２４４】
【化１４】
【０２４５】
実施例１から６の有機化合物のＰＦ値を表４に示す。
【０２４６】
【表４】
【０２４７】
これより、無置換でのＰＦ値が０．０２以下の有機化合物では、置換基を導入してもＰＦ値に大きな変動が起きず、０．０２以下である。
【０２４８】
また、この中の有機化合物から実施例３と実施例６の発光スペクトルを１×１０−５ｍｏｌ／ｌにおけるトルエン溶液、日立製Ｆ−４５００を用いて、３５０ｎｍの励起波長において測定を行った。
そのスペクトルを図４３、図４４に示す。
実際の有機化合物も、置換基が投入されても大きなスペクトル形状の変化は無い。またＰＦ値が０．０２以下の有機化合物は０−０の振動に由来する第一の振動ピークの強度に対して第ニの振動ピークの強度が０．７以下であり、第一の振動ピークの半値幅は３０ｎｍ以下であり、ＰＦ値が０．０２以下である。
【０２４９】
＜比較例４乃至８＞
以下の有機化合物についてＰＦ値を求めた。その結果を表５に示す
【０２５０】
【表５】
【０２５１】
これより、比較例４乃至８の有機化合物はＰＦ値が０．０２より大きくなる。
【０２５２】
＜実施例７、比較例９，１０＞
本実施例では、多層型有機発光素子の第五の例で示した素子（陽極／ホール注入層／ホール輸送層／発光層／電子輸送層／電子注入層／陰極）とした。
【０２５３】
光共振器構造を有する有機発光素子を以下に示す方法で作製した。
【０２５４】
支持体としてのガラス基板上に反射性陽極としてのアルミニウム合金（ＡｌＮｄ）を１００ｎｍの膜厚でスパッタリング法にて成膜する。さらに、透明性陽極としてＩＴＯをスパッタリング法にて８０ｎｍの膜厚で形成する。次に、この陽極周辺部にアクリル製の素子分離膜を厚さ１．５μｍで形成し、半径３ｍｍの開口部を設けた。これをアセトン、イソプロピルアルコール（ＩＰＡ）で順次超音波洗浄した後、ＩＰＡで煮沸洗浄して乾燥する。さらに、この基板表面に対してＵＶ／オゾン洗浄を施す。
【０２５５】
更に、以下の有機層を１０−５Ｐａの真空チャンバー内で抵抗加熱による真空蒸着して連続製膜した後に、陰極としてＩＺＯをスパッタリング法にて成膜して膜厚３０ｎｍの透明性電極を形成する。形成した後に、窒素雰囲気中において、封止する。
【０２５６】
以上により、有機発光素子を形成する。
ゲスト材料として
分子軌道計算を元に設計した下記有機化合物Ｇ−１
比較例としてＰＦ値が０．４１であり、振動構造を持たない下記有機化合物Ｇ−２
振動構造を有するが第二の振動ピークが第一の振動ピークの高さ比約０．９の下記有機化合物Ｇ−３を用いた。
ホール注入層（９５ｎｍ） 下記Ｈ−１
ホール輸送層（１０ｎｍ） 下記Ｈ−２
発光層（３５ｎｍ） ホスト：下記Ｈ−３、
ゲスト：例示化合物（重量比２％）
電子輸送層（１０ｎｍ） 下記Ｈ−４
電子注入層（７０ｎｍ） 下記Ｈ−５（重量比 ８０％）、Ｌｉ（重量比 ２０％）
【０２５７】
【化１５】
【０２５８】
【化１６】
【０２５９】
これらＧ１乃至Ｇ３のそれぞれの、濃度１×１０−５ｍｏｌ／ｌのトルエン溶液の発光スペクトル（フォトルミネッセンス）は、日立製Ｆ−４５００を用いて、測定された。励起波長は３５０ｎｍである。
化合物Ｇ１のフォトルミネッセンスのスペクトルを図４５にしめし、有機発光素子の発光スペクトルを図４６に示す。
化合物Ｇ２のフォトルミネッセンスのスペクトルを図４７にしめし、有機発光素子の発光スペクトルを図４８に示す。
化合物Ｇ３のフォトルミネッセンスのスペクトルを図４９にしめし、有機発光素子の発光スペクトルを図５０に示す。
【０２６０】
＜比較例１１＞
ホール注入層の膜厚を１１５ｎｍにした以外は実施例７と同じ素子構成である。その発光素子の発光スペクトルを図５１に示す。
【０２６１】
実施例７、比較例９，１０に用いられている材料の、本来の発光であるフォトルミネッセンスの発光（ＰＬ発光）と光学干渉構成を用いた素子（ＥＬ発光）との比較を行った。
【０２６２】
【表６】
【０２６３】
表６の結果より光学干渉による光共振器構造を用いた発光素子はどれも色純度が向上する。しかし、発光スペクトルの半値幅が狭い方が、光学干渉を用いた発光素子に用いる場合に材料本来が持つ発光のロスを抑えることができる。
【０２６４】
また図５１より光学干渉距離を光共振器構造からずらすことで、大きく発光波形がずれ、本来必要とする色度より大幅に悪化した色度になり、本発明で設計した有機化合物は、共振器構造を用いることでその効果を発揮することができる。
【０２６５】
＜結果と考察＞
量子化学計算より導き出されるＰＦ値が０．０２以下の有機化合物は、振動構造を持ち、尚且つ第１の振動ピークの半値幅３０ｎｍ以下であり、第１の振動ピークと、第２の振動ピークの高さ比が０．７以下である。
【０２６６】
本発明に係る有機発光素子は、このような有機化合物を有しており且つ光学膜厚ｎｄが、
ｎｄ＝（２Ｎ−１）λ／４
（ｎは屈折率、ｄは発光中心からの膜厚、λは最大発光波長、Ｎは正の整数）なる関係を満たす共振器構造を有している。その結果本発明に係る有機発光素子は、半値幅の広い有機化合物を用いた有機発光素子と比較して発光ロスを抑えた色純度の高い有機発光素子である。
【符号の説明】
【０２６７】
１ 表示装置
２，１５ 画素回路
１１ 走査信号ドライバー
１２ 情報信号ドライバー
１３ 電流供給源
１４ 画素
２１ 第一の薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）
２２ コンデンサー（Ｃａｄｄ）
２３ 第二の薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）
３１ 基板
３２ 防湿層
３３ ゲート電極
３４ ゲート絶縁膜
３５ 半導体膜
３６ ドレイン電極
３７ ソース電極
３８ ＴＦＴ素子
３９ 絶縁膜
３１０ コンタクトホール（スルーホール）
３１１ 陽極
３１２ 有機層
３１３ 陰極
３１４ 第一の保護層
３１５ 第二の保護層
【特許請求の範囲】
【請求項１】
陽極、陰極、及び前記陽極と前記陰極との間に配置される有機化合物を有する発光層を有し、発光層が出す光は反射面において反射し光取り出し面から外部へ取り出される有機発光素子において、
前記発光層は、フォトルミネッセンスの最大発光波長が４３０ｎｍ以上４８０ｎｍ以下であり、蛍光発光する前記有機化合物を有しており、
前記有機化合物は、Ｈｕａｎｇ−Ｒｈｙｓ因子のＰＦが、波数１３００ｃｍ−１以上１６８０ｃｍ−１以下の領域にて、０．０２以下である有機化合物であり、
且つ
前記有機発光素子は、光共振器構造を有することを特徴とする有機発光素子。
【請求項２】
前記反射面は前記陰極が有しており、前記陽極は前記光取り出し面側に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の有機発光素子。
【請求項３】
前記有機化合物は骨格内に５員環構造を含む芳香環有機化合物で、
最大発光波長である第１の振動ピークの半値幅が３０ｎｍ以下であり、第１の振動ピークに対する第２の振動ピークの高さ比が０．７以下であることを特徴とする請求項１乃至２のいずれか１項に記載の有機発光素子。
【請求項４】
前記発光層から前記反射面までの光学距離Ｌは、
Ｌ＝（２Ｎ−１）λ／４＋Φ
（Ｌは光学距離、λは発光の最大発光波長（ｎｍ）、Ｎは正の整数、Φは位相シフト）なる関係を満たすことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の有機発光素子。
【請求項５】
前記有機発光素子は、前記陽極と前記陰極との間で、前記陽極から前記陰極にむかって少なくとも一層以上のホール注入層、前記発光層、少なくとも一層以上の電子注入層を順に有し、
前記陽極は半透明反射層と透明導電層を有し、
前記共振器構造は、前記半透明反射層と前記陰極との間で形成されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の有機発光素子。
【請求項６】
前記有機発光素子は、前記陽極と前記陰極との間で、前記陽極から前記陰極にむかって少なくとも一層以上のホール注入層、前記発光層、少なくとも一層以上の電子注入層を順に有し、
前記陽極は反射面となる層と透明導電層を有し、
前記共振器構造は、前記反射面となる層と前記透明導電層の界面から前記電子注入層と半透過層である前記陰極の界面で形成されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の有機発光素子。
【請求項７】
複数の画素を有し、前記画素は請求項１乃至６記載のいずれか一項に記載の有機発光素子であり、且つ前記画素に電気信号を供給する手段を有することを特徴とする画像表示装置。
【請求項８】
請求項７に記載の画像表示装置を表示部として有し、撮像手段を有し、前記撮像手段が撮像した画像を前記表示部が表示することを特徴とする撮像装置。
【請求項９】
請求項１乃至６のいずれか一項に記載の有機発光素子を複数アレイ状に配置した光源と、感光体とを有し、
前記複数の有機発光素子は独立にアドレスでき、
前記感光体は前記光源により露光されることで潜像を得ることを特徴とする電子写真方式の画像形成装置。
【請求項１０】
請求項１乃至６のいずれか一項に記載の有機発光素子を有する照明装置。
【請求項１１】
フルカラー表示装置であって、
前記フルカラー表示装置は複数の画素を有し、
前記画素は、青の副画素と緑の副画素と赤の副画素を有し、
前記青の副画素は請求項１乃至６のいずれか一項に記載の有機発光素子を有することを特徴とするフルカラー表示装置。
【請求項１】
陽極、陰極、及び前記陽極と前記陰極との間に配置される有機化合物を有する発光層を有し、発光層が出す光は反射面において反射し光取り出し面から外部へ取り出される有機発光素子において、
前記発光層は、フォトルミネッセンスの最大発光波長が４３０ｎｍ以上４８０ｎｍ以下であり、蛍光発光する前記有機化合物を有しており、
前記有機化合物は、Ｈｕａｎｇ−Ｒｈｙｓ因子のＰＦが、波数１３００ｃｍ−１以上１６８０ｃｍ−１以下の領域にて、０．０２以下である有機化合物であり、
且つ
前記有機発光素子は、光共振器構造を有することを特徴とする有機発光素子。
【請求項２】
前記反射面は前記陰極が有しており、前記陽極は前記光取り出し面側に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の有機発光素子。
【請求項３】
前記有機化合物は骨格内に５員環構造を含む芳香環有機化合物で、
最大発光波長である第１の振動ピークの半値幅が３０ｎｍ以下であり、第１の振動ピークに対する第２の振動ピークの高さ比が０．７以下であることを特徴とする請求項１乃至２のいずれか１項に記載の有機発光素子。
【請求項４】
前記発光層から前記反射面までの光学距離Ｌは、
Ｌ＝（２Ｎ−１）λ／４＋Φ
（Ｌは光学距離、λは発光の最大発光波長（ｎｍ）、Ｎは正の整数、Φは位相シフト）なる関係を満たすことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の有機発光素子。
【請求項５】
前記有機発光素子は、前記陽極と前記陰極との間で、前記陽極から前記陰極にむかって少なくとも一層以上のホール注入層、前記発光層、少なくとも一層以上の電子注入層を順に有し、
前記陽極は半透明反射層と透明導電層を有し、
前記共振器構造は、前記半透明反射層と前記陰極との間で形成されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の有機発光素子。
【請求項６】
前記有機発光素子は、前記陽極と前記陰極との間で、前記陽極から前記陰極にむかって少なくとも一層以上のホール注入層、前記発光層、少なくとも一層以上の電子注入層を順に有し、
前記陽極は反射面となる層と透明導電層を有し、
前記共振器構造は、前記反射面となる層と前記透明導電層の界面から前記電子注入層と半透過層である前記陰極の界面で形成されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の有機発光素子。
【請求項７】
複数の画素を有し、前記画素は請求項１乃至６記載のいずれか一項に記載の有機発光素子であり、且つ前記画素に電気信号を供給する手段を有することを特徴とする画像表示装置。
【請求項８】
請求項７に記載の画像表示装置を表示部として有し、撮像手段を有し、前記撮像手段が撮像した画像を前記表示部が表示することを特徴とする撮像装置。
【請求項９】
請求項１乃至６のいずれか一項に記載の有機発光素子を複数アレイ状に配置した光源と、感光体とを有し、
前記複数の有機発光素子は独立にアドレスでき、
前記感光体は前記光源により露光されることで潜像を得ることを特徴とする電子写真方式の画像形成装置。
【請求項１０】
請求項１乃至６のいずれか一項に記載の有機発光素子を有する照明装置。
【請求項１１】
フルカラー表示装置であって、
前記フルカラー表示装置は複数の画素を有し、
前記画素は、青の副画素と緑の副画素と赤の副画素を有し、
前記青の副画素は請求項１乃至６のいずれか一項に記載の有機発光素子を有することを特徴とするフルカラー表示装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図３５】
【図３６】
【図３７】
【図３８】
【図３９】
【図４０】
【図４１】
【図４２】
【図４３】
【図４４】
【図４５】
【図４６】
【図４７】
【図４８】
【図４９】
【図５０】
【図５１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図３５】
【図３６】
【図３７】
【図３８】
【図３９】
【図４０】
【図４１】
【図４２】
【図４３】
【図４４】
【図４５】
【図４６】
【図４７】
【図４８】
【図４９】
【図５０】
【図５１】
【公開番号】特開２０１３−７７８３４（Ｐ２０１３−７７８３４Ａ）
【公開日】平成２５年４月２５日（２０１３．４．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−２７７６０１（Ｐ２０１２−２７７６０１）
【出願日】平成２４年１２月２０日（２０１２．１２．２０）
【分割の表示】特願２００８−３２４４７０（Ｐ２００８−３２４４７０）の分割
【原出願日】平成２０年１２月１９日（２００８．１２．１９）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年４月２５日（２０１３．４．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年１２月２０日（２０１２．１２．２０）
【分割の表示】特願２００８−３２４４７０（Ｐ２００８−３２４４７０）の分割
【原出願日】平成２０年１２月１９日（２００８．１２．１９）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
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