有機電界発光素子
【課題】本発明の課題は、発光効率が高く耐久性に優れた有機ＥＬ素子を提供することである。
【解決手段】一対の電極間に発光層を含む有機層を挟持した有機電界発光素子であって、前記発光層が少なくとも１種のホール輸送性発光材料と少なくとも１種の電子輸送性ホスト材料を含有し、前記ホール輸送性発光材料の前記発光層における濃度が陽極側から陰極側に向かって減少していることを特徴とする。
【解決手段】一対の電極間に発光層を含む有機層を挟持した有機電界発光素子であって、前記発光層が少なくとも１種のホール輸送性発光材料と少なくとも１種の電子輸送性ホスト材料を含有し、前記ホール輸送性発光材料の前記発光層における濃度が陽極側から陰極側に向かって減少していることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は有機電界発光素子に関する。特に、発光効率が高く耐久性に優れた有機電界発光素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
有機電界発光素子（以後、有機ＥＬ素子と略記する。）は、発光層もしくは発光層を含む複数の有機機能層と、これらの層を挟んだ対向電極とから構成されている。有機ＥＬ素子は、陰極から注入された電子と陽極から注入された正孔とが発光層において再結合し、生成した励起子からの発光及び前記励起子の少なくとも一方からエネルギー移動して生成した他の分子の励起子からの発光を利用した、発光を得るための素子である。
【０００３】
これまで有機ＥＬ素子は、機能を分離した積層構造を用いることにより、輝度及び素子効率が大きく改善され発展してきた。例えば、正孔輸送層と発光兼電子輸送層を積層した二層積層型素子や正孔輸送層と発光層と電子輸送層とを積層した三層積層型素子や、正孔輸送層と発光層と正孔阻止層と電子輸送層とを積層した四層積層型素子がよく用いられる（例えば、非特許文献１参照。）。
【０００４】
しかしながら、有機ＥＬ素子の実用化には未だ多くの課題が残されている。第１に高い発光効率を達成すること、第２に高い駆動耐久性を達成することである。特に、連続駆動時の品質低下は最大の課題である。
【０００５】
例えば、発光層と正孔輸送層との間に０．１ｎｍ〜５ｎｍの界面層をバリア層として設け、正孔の移動を遅くすることによって正孔と電子の移動バランスを調整して外部量子効率を高める試みが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。しかしながら、この手段では、キャリア総体の移動は低下するので輝度が低下し、駆動電圧が増加し、また、キャリアの素子内滞留時間が長くなるために駆動耐久性が低下する問題が懸念される。
【０００６】
また、マルチフォトンと呼ばれる発光層と機能層を含む一つの発光ユニットを多層に積層した構成が知られている。例えば、複数の有機電界発光素子（以後、有機ＥＬ素子とも記述する。）の発光ユニットを絶縁層で隔離し、各発光ユニットにそれぞれ対向する電極を配した構成が開示されている（例えば、特許文献２参照。）。しかしながら、この構成では、発光ユニット間の絶縁層および電極が発光の取り出しを妨げるため、実質的に各発光ユニットから発光が十分に利用することができない。また、各発光ユニットが本来抱えている外部量子効率の低さを改良する手段にはならない。無機発光素子（以後、無機ＥＬ素子とも記述する。）において、同様に発光ユニットを積層し、各発光ユニットを絶縁層で隔離した構成も開示されている（例えば、特許文献３参照。）。しかしながら、この構成においても、発光ユニットが単に複数積層されているだけであって、各発光ユニットが本来抱えている外部量子効率の低さを改良する手段にはならない。
【０００７】
ポリマー分散型発光素子の場合は、発光層は主として単層構成であるため、発光層内に発光サイトが分散しているため、正孔および電子注入及び輸送のバランスが取りにくく、再結合効率が低下する問題があった。この改良手段として、発光層内における発光材料および電荷輸送材料の濃度を共に陽極側で低く、陰極側で高くし、陰極側の領域に集中して発光を起こさせることが提案されている（例えば、特許文献４参照。）。この手段はポリマー分散型発光素子に特有の課題に有効であるが、発光領域が陰極側の一部の領域のみであって、発光層全体が有効に発光に利用されず、総括的な発光効率の向上とは言えない。
【０００８】
また、有機ＥＬ素子を積層構造とした場合、各層間の障壁のためにキャリア注入性が低下し、駆動電圧の上昇かつ耐久性の低下の問題があった。このような各層間の障壁を低減する手段として各層が含有する正孔注入材料、電子注入材料、あるいは正孔輸送材料、電子輸送材料の各層における濃度に傾斜を設けることが提案されている（例えば、特許文献５参照。）。この構成においては、発光層における発光材料はバイポーラー性混合層から形成される発光層内の限定された領域に配置されている。この構成に置いても発光材料の配置された限定された領域のみで発光する。
【０００９】
有機ＥＬ素子を連続駆動したときの輝度劣化を改良する手段として、発光層のホスト材料とゲスト材料の混合比率を発光層と正孔輸送層界面でゲスト材料１００％ととし、電子輸送層側のゲスト材料濃度を低くすることが提案されている（例えば、特許文献６参照。）。ゲスト材料は発光材料であって、発光層の正孔輸送層界面に高濃度に発光材料を分布させることにより濃度消光が改良されると説明されている。しかしながら、この構成に置いても発光材料の配置された限定された領域のみで発光する。発光に寄与しない発光領域が残り、発光効率が低い問題は未解決のままであった。
【００１０】
高い外部量子効率と高い駆動耐久性とを両立させることは、実用的に有用な有機ＥＬ素子を設計する上で極めて重要な課題であり、常に改良を求められている課題であった。
【非特許文献１】サイエンス（Ｓｃｉｅｎｃｅ），２６７巻，３号，１９９５年，１３３２頁
【特許文献１】特開２００３−１２３９８４号公報
【特許文献２】特開平６−３１０２７５号公報
【特許文献３】特開平８−１６２２７３号公報
【特許文献４】特開２００１−１８９１９３号公報
【特許文献５】特開２００２−３１３５８３号公報
【特許文献６】特開２００４−６１０２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、発光効率が高く耐久性に優れた有機ＥＬ素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の上記課題は、下記の手段によって解決する事を見出された。
＜１＞ 一対の電極間に発光層を含む有機層を挟持した有機電界発光素子であって、前記発光層が少なくとも１種のホール輸送性発光材料と少なくとも１種の電子輸送性ホスト材料を含有し、前記ホール輸送性発光材料の前記発光層における濃度が陽極側から陰極側に向かって減少していることを特徴とする有機電界発光素子。
＜２＞ 前記電子輸送性ホスト材料の前記発光層における濃度が前記陰極側から前記陽極側に向かって減少していることを特徴とする＜１＞に記載の有機電界発光素子。
＜３＞ 前記発光層の前記陰極側界面付近の領域における前記ホール輸送性発光材料の濃度が、前記発光層の前記陽極側界面付近の領域における前記ホール輸送性発光材料の濃度に対して０質量％以上３０質量％以下であることを特徴とする＜１＞または＜２＞に記載の有機電界発光素子。
＜４＞ 前記発光層の前記陽極側界面付近の領域における前記電子輸送性ホスト材料の濃度が、前記発光層の前記陰極側界面付近の領域における前記電子輸送性ホスト材料の濃度に対して０質量％以上９０質量％以下であることを特徴とする＜１＞〜＜３＞のいずれか１項に記載の有機電界発光素子。
＜５＞ 前記発光層中における前記ホール輸送性発光材料の濃度が、前記発光層の前記陰極側界面付近の領域で１０質量％以下であることを特徴とする＜１＞〜＜４＞のいずれか１項に記載の有機電界発光素子。
＜６＞ 前記発光層中における前記電子輸送性ホスト材料の濃度が、前記発光層の前記陽極側界面付近の領域で９０質量％以下であることを特徴とする＜１＞〜＜５＞のいずれか１項に記載の有機電界発光素子。
＜７＞ 前記ホール輸送性発光材料が燐光発光材料であることを特徴とする＜１＞〜＜６＞のいずれか１項に記載の有機電界発光素子。
＜８＞ 前記ホール輸送性発光材料がＩｒ錯体であることを特徴とする＜７＞に記載の有機電界発光素子。
＜９＞ 前記電子輸送性ホスト材料がＢｅ錯体、Ａｌ錯体、Ｇａ錯体、Ｚｎ錯体、Ｐｔ錯体、Ｐｄ錯体、又は含窒素芳香族ヘテロ環化合物であることを特徴とする＜１＞〜＜８＞のいずれか１項に記載の有機電界発光素子。
【発明の効果】
【００１３】
本発明により、発光効率が高く耐久性に優れた有機ＥＬ素子が提供される。
特に、燐光発光材料を用いて、発光効率が高く且つ高電流領域においても発光効率の低下がなく、低電流領域から高電流領域に渉ってまで高い発光効率で優れた駆動耐久性を有する有機ＥＬ素子が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明の有機ＥＬ素子は、一対の電極間に発光層を含む有機層を挟持した有機電界発光素子であって、前記発光層が少なくとも１種のホール輸送性発光材料と少なくとも１種の電子輸送性ホスト材料を含有し、前記ホール輸送性発光材料の前記発光層における濃度が陽極側から陰極側に向かって減少していることを特徴とする。
好ましくは、前記電子輸送性ホスト材料の前記発光層における濃度が前記陰極側から前記陽極側に向かって減少している。
前記ホール輸送性発光材料の濃度傾斜は、好ましくは、前記発光層の前記陰極側界面付近の領域における前記ホール輸送性発光材料の濃度が、前記陽極側界面付近の領域における前記ホール輸送性発光材料の濃度に対して０質量％以上３０質量％以下であり、より好ましくは０質量％以上２０質量％以下であり、更に好ましくは０質量％以上１０質量％以下である。
前記電子輸送性ホスト材料の濃度傾斜は、好ましくは前記発光層の前記陽極側界面付近の領域における前記電子輸送性ホスト材料の濃度が、前記陰極側界面付近の領域における前記電子輸送性ホスト材料の濃度に対して０質量％以上９０質量％以下であり、より好ましくは０質量％以上８７質量％以下であり、更に好ましくは、０質量％以上８５質量％以下である。
なお、本願明細書において、「発光層の陰極側界面付近の領域」とは、発光層の陰極側界面から発光層全体の厚みの１０％の厚みの領域を指すものと定義され、「発光層の陽極側界面付近の領域」とは、発光層の陽極側界面から発光層全体の厚みの１０％の厚みの領域を指すものと定義される。また、その領域における濃度とは、その領域における平均濃度を指すものとして定義される。
【００１５】
本発明においては、「濃度傾斜」の意味するところは、総体的に濃度が減少もしくは増加していることを意味するのであって、連続的に変化しても、階段状あるいは波状に変化しても良い。あるいは、例えば、減少する濃度傾斜の場合に、層内で局部的に増加している領域があっても総体的に減少する濃度傾斜を有していれば本願の意図する範囲内である。
【００１６】
従来、ホール輸送性発光材料の発光層における濃度に傾斜を有しない場合、発光層の陰極面の局部領域でのみ発光し、発光層の中央部では発光しない現象があった。本発明の有機ＥＬ素子は、上記傾斜構造の発光層により発光層の全域で発光するため、発光効率の増加と駆動耐久性が顕著に改良される。本発明の発光層の構成によれば、発光層に大量のホールが注入され、注入されたホールが電子輸送層側（陰極側）に移動するにつれてホール輸送性発光材料の濃度が低下するためにホール移動速度が抑制され、発光層中央部で再結合しやすくなったためと考える。また、発光層と隣接層との界面近傍の局所部に励起子が集中することを抑えられるため、高輝度での発光効率の低下も抑えられる効果も得られる。
【００１７】
好ましくは、発光層中における前記ホール輸送性発光材料の濃度が、前記発光層の前記陰極側界面付近の領域で１０質量％以下であり、より好ましくは、７質量％以下、更に好ましくは５質量％以下である。好ましくは、発光層中における前記電子輸送性ホスト材料の濃度が、前記発光層の前記陽極側界面付近の領域で９０質量％以下であり、より好ましくは、８７質量％以下であり、更に好ましくは８５質量％以下である。
ホール輸送性発光材料もしくは電子輸送性ホスト材料の濃度がこの範囲を越えると有効な傾斜が得られず、本発明の効果が充分に得られない。
なお、「発光層の陰極側（陽極側）界面付近の領域」における各材料の濃度は、飛行時間型二次イオン質量分析（ＴＯＦ−ＳＩＭＳ）、エッチングＸ線光電子分光分析（ＸＰＳ／ＥＳＣＡ）などの方法によって測定することができる。
【００１８】
好ましくは、前記ホール輸送性発光材料が燐光発光材料である。さらに好ましくは、ホール輸送性発光材料がＩｒ錯体である。
好ましくは、前記電子輸送性ホスト材料がＢｅ錯体、Ａｌ錯体、Ｇａ錯体、Ｚｎ錯体、Ｐｔ錯体、Ｐｄ錯体、又は含窒素芳香族ヘテロ環化合物である。
【００１９】
１．有機ＥＬ素子構造
本発明における有機化合物層の積層の形態としては、陽極側から、正孔輸送層、発光層、電子輸送層の順に積層されている態様が好ましい。更に、正孔輸送層と陽極との間に正孔注入層、及び発光層と電子輸送層との間に電子輸送性中間層の少なくとも一方を有する。また、発光層と正孔輸送層との間に正孔輸送性中間層を、同様に陰極と電子輸送層との間に電子注入層を設けても良い。
【００２０】
本発明の有機電界発光素子における有機化合物層の好適な態様は、陽極側から順に、少なくとも、（１）正孔注入層、正孔輸送層（正孔注入層と正孔輸送層は兼ねても良い）、正孔輸送性中間層、発光層、電子輸送層、及び電子注入層（電子輸送層と電子注入層は兼ねても良い）、を有する態様、（２）正孔注入層、正孔輸送層（正孔注入層と正孔輸送層は兼ねても良い）、発光層、電子輸送性中間層、電子輸送層、及び電子注入層（電子輸送層と電子注入層は兼ねても良い）、を有する態様、（３）正孔注入層、正孔輸送層（正孔注入層と正孔輸送層は兼ねても良い）、正孔輸送性中間層、発光層、電子輸送性中間層、電子輸送層、及び電子注入層（電子輸送層と電子注入層は兼ねても良い）を有する態様である。
【００２１】
上記正孔輸送性中間層は、発光層への正孔注入を促進する機能及び電子をブロックする機能の少なくとも一方を有することが好ましい。
また、上記電子輸送性中間層は、発光層への電子注入を促進する機能及び正孔をブロックする機能の少なくとも一方を有することが好ましい。
更に、上記正孔輸送性中間層及び上記電子輸送性中間層の少なくとも一方は、発光層で生成する励起子をブロックする機能を有することが好ましい。
上記の正孔注入促進、電子注入促進、正孔ブロック、電子ブロック、励起子ブロックといった機能を有効に発現させるためには、該正孔輸送性中間層および該電子輸送性中間層は、発光層に隣接していることが好ましい。
尚、各層は複数の二次層に分かれていてもよい。
【００２２】
本発明における有機ＥＬ素子は、共振器構造を有しても良い。例えば、透明基板上に、屈折率の異なる複数の積層膜よりなる多層膜ミラー、透明または半透明電極、発光層、および金属電極を重ね合わせて有する。発光層で生じた光は多層膜ミラーと金属電極を反射板としてその間で反射を繰り返し共振する。
別の好ましい態様では、透明基板上に、透明または半透明電極と金属電極がそれぞれ反射板として機能して、発光層で生じた光はその間で反射を繰り返し共振する。
共振構造を形成するためには、２つの反射板の有効屈折率、反射板間の各層の屈折率と厚みから決定される光路長を所望の共振波長の得るのに最適な値となるよう調整される。第一の態様の場合の計算式は特開平９−１８０８８３号明細書に記載されている。第２の態様の場合の計算式は特開２００４−１２７７９５号明細書に記載されている。
【００２３】
有機化合物層を構成する各層は、蒸着法やスパッタ法等の乾式製膜法、転写法、印刷法、塗布法、インクジェット法、およびスプレー法等いずれによっても好適に形成することができる。
【００２４】
次に、本発明の有機ＥＬ素子を構成する要素について詳細に説明する。
【００２５】
２．発光層
発光層は、電界印加時に、陽極、正孔注入層、正孔輸送層または正孔輸送性中間層から正孔を受け取り、陰極、電子注入層、電子輸送層または電子輸送性中間層から電子を受け取り、正孔と電子の再結合の場を提供して発光させる機能を有する層である。
本発明に於ける発光層は、少なくとも１種のホール輸送性発光材料と少なくとも１種の電子輸送性ホスト材料を含有し、前記ホール輸送性発光材料の前記発光層における濃度が陽極側から陰極側に向かって減少していることを特徴とする。
好ましくは、前記電子輸送性ホスト材料の前記発光層における濃度が前記陰極側から前記陽極側に向かって減少している。
本発明に於ける発光層は、さらに、他の発光材料およびホスト材料を含有しても良い。例えば、電子輸送性発光材料またはホール輸送性ホスト材料を適宜含有しても良い。
【００２６】
発光層中における全化合物質量に対して、発光材料の総量は、０．１質量％〜３０質量％含有されるのが好ましく、耐久性、外部量子効率の観点から１質量％〜１５質量％含有されることがより好ましい。発光層中におけるホスト材料の総量は、７０質量％〜９９．９質量％含有されるのが好ましく、耐久性、外部量子効率の観点から８５質量％〜９９質量％含有されることがより好ましい。
【００２７】
本発明における発光層に含有する発光材料とホスト材料としては、一重項励起子からの発光（蛍光）が得られる蛍光発光性発光材料とホスト材料との組み合せでも、三重項励起子からの発光（燐光）が得られる燐光発光性発光材料とホスト材料との組み合せでもよい。好ましくは、燐光発光性発光材料と電子輸送性ホスト材料との組み合せである。
【００２８】
（ホール輸送性発光材料）
本発明に於けるホール輸送性発光材料について説明する。
本発明の発光層に用いられるホール輸送性発光材料としては、耐久性向上、駆動電圧低下の観点から、イオン化ポテンシャル（Ｉｐ）が５．１ｅＶ以上６．４ｅＶ以下であることが好ましく、５．４ｅＶ以上６．２ｅＶ以下であることがより好ましく、５．６ｅＶ以上６．０ｅＶ以下であることが更に好ましい。また、耐久性向上、駆動電圧低下の観点から、電子親和力（Ｅａ）が１．２ｅＶ以上３．１ｅＶ以下であることが好ましく、１．４ｅＶ以上３．０ｅＶ以下であることがより好ましく、１．８ｅＶ以上２．８ｅＶ以下であることが更に好ましい。
【００２９】
このようなホール輸送性発光材料としては、具体的には、例えば、以下の材料を挙げることができる。
ピロール系化合物、インドール系化合物、カルバゾール系化合物、イミダゾール系化合物、ポリアリールアルカン系化合物、アリールアミン系化合物、スチリル系化合物、スチリルアミン系化合物、チオフェン系化合物、芳香族多環縮合系化合物などのほか、金属錯体などが挙げられる。
前記金属錯体中の金属イオンは、特に限定されないが、発光効率向上、耐久性向上、駆動電圧低下の観点から、遷移金属イオン、希土類金属イオンであることが好ましく、より好ましくは、イリジウムイオン、白金イオン、金イオン、レニウムイオン、タングステンイオン、ロジウムイオン、ルテニウムイオン、オスミウムイオン、パラジウムイオン、銀イオン、銅イオン、コバルトイオン、ニッケルイオン、鉛イオン、希土類金属イオン（例えば、ユーロピウムイオン、ガドリニウムイオン、テルビウムイオンなど）が好ましく、更に好ましくは、イリジウムイオン、白金イオン、金イオン、レニウムイオン、タングステンイオン、ユーロピウムイオン、カドリニウムイオン、テルビウムイオンであり、特に好ましくは、イリジウムイオン、白金イオン、レニウムイオン、ユーロピウムイオン、ガドリニウムイオン、テルビウムイオンであり、最も好ましくは、イリジウムイオンである。イリジウムイオンを有する金属錯体の中でも特に好ましくは、炭素−Ｉｒ結合、窒素−Ｉｒ結合（この場合の結合は、配位結合、イオン結合、共有結合のいずれであってもよい）を有する金属錯体である。
【００３０】
このようなホール輸送性発光材料の例としては、具体的には、例えば、以下の材料を挙げることができるが、これらに限定されるものではない。
【００３１】
【化１】
【００３２】
【化２】
【００３３】
【化３】
【００３４】
【化４】
【００３５】
【化５】
【００３６】
【化６】
【００３７】
（電子輸送性ホスト材料）
本発明に用いられる発光層内の電子輸送性ホスト材料としては、耐久性向上、駆動電圧低下の観点から、電子親和力Ｅａが２．５ｅＶ以上３．５ｅＶ以下であることが好ましく、２．６ｅＶ以上３．４ｅＶ以下であることがより好ましく、２．８ｅＶ以上３．３ｅＶ以下であることが更に好ましい。また、耐久性向上、駆動電圧低下の観点から、イオン化ポテンシャルＩｐが５．７ｅＶ以上７．５ｅＶ以下であることが好ましく、５．８ｅＶ以上７．０ｅＶ以下であることがより好ましく、５．９ｅＶ以上６．５ｅＶ以下であることが更に好ましい。
【００３８】
このような電子輸送性ホスト材料としては、具体的には、例えば、以下の材料を挙げることができる。
ピリジン、ピリミジン、トリアジン、イミダゾール、ピラゾール、トリアゾ−ル、オキサゾ−ル、オキサジアゾ−ル、フルオレノン、アントラキノジメタン、アントロン、ジフェニルキノン、チオピランジオキシド、カルボジイミド、フルオレニリデンメタン、ジスチリルピラジン、フッ素置換芳香族化合物、ナフタレンペリレン等の複素環テトラカルボン酸無水物、フタロシアニン、およびそれらの誘導体（他の環と縮合環を形成してもよい）、８−キノリノ−ル誘導体の金属錯体やメタルフタロシアニン、ベンゾオキサゾ−ルやベンゾチアゾ−ルを配位子とする金属錯体に代表される各種金属錯体等を挙げることができる。
【００３９】
電子輸送性ホスト材料として好ましくは、金属錯体、アゾール誘導体（ベンズイミダゾール誘導体、イミダゾピリジン誘導体等）、アジン誘導体（ピリジン誘導体、ピリミジン誘導体、トリアジン誘導体等）であり、中でも、本発明においては耐久性の点から金属錯体化合物が好ましい。金属錯体化合物（Ａ）は金属に配位する少なくとも１つの窒素原子または酸素原子または硫黄原子を有する配位子をもつ金属錯体がより好ましい。
金属錯体中の金属イオンは特に限定されないが、好ましくはベリリウムイオン、マグネシウムイオン、アルミニウムイオン、ガリウムイオン、亜鉛イオン、インジウムイオン、錫イオン、白金イオン、またはパラジウムイオンであり、より好ましくはベリリウムイオン、アルミニウムイオン、ガリウムイオン、亜鉛イオン、白金イオン、またはパラジウムイオンであり、更に好ましくはアルミニウムイオン、亜鉛イオン、白金イオン、またはパラジウムイオンである。
【００４０】
前記金属錯体中に含まれる配位子としては種々の公知の配位子が有るが、例えば、「Ｐｈｏｔｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ ａｎｄ Ｐｈｏｔｏｐｈｙｓｉｃｓ ｏｆ Ｃｏｏｒｄｉｎａｔｉｏｎ Ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ」、Ｓｐｒｉｎｇｅｒ−Ｖｅｒｌａｇ社、Ｈ．Ｙｅｒｓｉｎ著、１９８７年発行、「有機金属化学−基礎と応用−」、裳華房社、山本明夫著、１９８２年発行等に記載の配位子が挙げられる。
【００４１】
前記配位子として、好ましくは含窒素ヘテロ環配位子（好ましくは炭素数１〜３０、より好ましくは炭素数２〜２０、特に好ましくは炭素数３〜１５であり、単座配位子であっても２座以上の配位子であっても良い。好ましくは２座以上６座以下の配位子である。また、２座以上６座以下の配位子と単座の混合配位子も好ましい。
配位子としては、例えばアジン配位子（例えば、ピリジン配位子、ビピリジル配位子、及びターピリジン配位子などが挙げられる。）、ヒドロキシフェニルアゾール配位子（例えば、ヒドロキシフェニルベンズイミダゾール配位子、ヒドロキシフェニルベンズオキサゾール配位子、ヒドロキシフェニルイミダゾール配位子、ヒドロキシフェニルイミダゾピリジン配位子などが挙げられる。）、アルコキシ配位子（好ましくは炭素数１〜３０、より好ましくは炭素数１〜２０、特に好ましくは炭素数１〜１０であり、例えばメトキシ、エトキシ、ブトキシ、及び２−エチルヘキシロキシなどが挙げられる。）、アリールオキシ配位子（好ましくは炭素数６〜３０、より好ましくは炭素数６〜２０、特に好ましくは炭素数６〜１２であり、例えばフェニルオキシ、１−ナフチルオキシ、２−ナフチルオキシ、２，４，６−トリメチルフェニルオキシ、及び４−ビフェニルオキシなどが挙げられる。）、
【００４２】
ヘテロアリールオキシ配位子（好ましくは炭素数１〜３０、より好ましくは炭素数１〜２０、特に好ましくは炭素数１〜１２であり、例えばピリジルオキシ、ピラジルオキシ、ピリミジルオキシ、およびキノリルオキシなどが挙げられる。）、アルキルチオ配位子（好ましくは炭素数１〜３０、より好ましくは炭素数１〜２０、特に好ましくは炭素数１〜１２であり、例えばメチルチオ、エチルチオなどが挙げられる。）、アリールチオ配位子（好ましくは炭素数６〜３０、より好ましくは炭素数６〜２０、特に好ましくは炭素数６〜１２であり、例えばフェニルチオなどが挙げられる。）、ヘテロアリールチオ配位子（好ましくは炭素数１〜３０、より好ましくは炭素数１〜２０、特に好ましくは炭素数１〜１２であり、例えばピリジルチオ、２−ベンズイミダゾリルチオ、２−ベンズオキサゾリルチオ、および２−ベンズチアゾリルチオなどが挙げられる。）、シロキシ配位子（好ましくは炭素数１〜３０、より好ましくは炭素数３〜２５、特に好ましくは炭素数６〜２０であり、例えば、トリフェニルシロキシ基、トリエトキシシロキシ基、およびトリイソプロピルシロキシ基などが挙げられる。）、芳香族炭化水素アニオン配位子（好ましくは炭素数６〜３０、より好ましくは炭素数６〜２５、特に好ましくは炭素数６〜２０であり、例えばフェニルアニオン、ナフチルアニオン、およびアントラニルアニオンなどが挙げられる。）、芳香族ヘテロ環アニオン配位子（好ましくは炭素数１〜３０、より好ましくは炭素数２〜２５、特に好ましくは炭素数２〜２０であり、例えばピロールアニオン、ピラゾールアニオン、ピラゾールアニオン、トリアゾールアニオン、オキサゾールアニオン、ベンゾオキサゾールアニオン、チアゾールアニオン、ベンゾチアゾールアニオン、チオフェンアニオン、およびベンゾチオフェンアニオンなどが挙げられる。）、インドレニンアニオン配位子などが挙げられ、好ましくは含窒素ヘテロ環配位子、アリールオキシ配位子、ヘテロアリールオキシ基、シロキシ配位子、芳香族炭化水素アニオン配位子、または芳香族ヘテロ環アニオン配位子であり、更に好ましくは含窒素ヘテロ環配位子、アリールオキシ配位子、シロキシ配位子、芳香族炭化水素アニオン配位子、または芳香族ヘテロ環アニオン配位子である。
【００４３】
金属錯体電子輸送性ホスト材料の例としては、例えば特開２００２−２３５０７６、特開２００４−２１４１７９、特開２００４−２２１０６２、特開２００４−２２１０６５、特開２００４−２２１０６８、特開２００４−３２７３１３等に記載の化合物が挙げられる。
【００４４】
このような電子輸送性ホスト材料としては、具体的には、例えば、以下の材料を挙げることができるが、これらに限定されるものではない。
【００４５】
【化７】
【００４６】
【化８】
【００４７】
【化９】
【００４８】
【化１０】
【００４９】
電子輸送層ホスト材料としては、Ｅ−１〜Ｅ−６、Ｅ−８、Ｅ−９、Ｅ−１０、Ｅ−２１、またはＥ−２２が好ましく、Ｅ−３、Ｅ−４、Ｅ−６、Ｅ−８、Ｅ−９、Ｅ−１０、Ｅ−２１、またはＥ−２２がより好ましく、Ｅ−３、Ｅ−４、Ｅ−８、Ｅ−９、Ｅ−２１、またはＥ−２２が更に好ましい。
【００５０】
（その他のホスト材料）
本発明に用いられるホスト材料としては、正孔輸送性に優れる正孔輸送性ホスト材料（正孔輸送性ホストと記載する場合がある）を電子輸送性ホスト材料と併用して用いることができる。
【００５１】
本発明の有機層に用いられる正孔輸送性ホストとしては、耐久性向上、駆動電圧低下の観点から、イオン化ポテンシャルＩｐが５．１ｅＶ以上６．４ｅＶ以下であることが好ましく、５．４ｅＶ以上６．２ｅＶ以下であることがより好ましく、５．６ｅＶ以上６．０ｅＶ以下であることが更に好ましい。また、耐久性向上、駆動電圧低下の観点から、電子親和力Ｅａが１．２ｅＶ以上３．１ｅＶ以下であることが好ましく、１．４ｅＶ以上３．０ｅＶ以下であることがより好ましく、１．８ｅＶ以上２．８ｅＶ以下であることが更に好ましい。
【００５２】
このような正孔輸送性ホストとしては、具体的には、例えば、以下の材料を挙げることができる。
ピロール、カルバゾール、アザカルバゾール、インドール、アザインドール、ピラゾール、イミダゾール、ポリアリールアルカン、ピラゾリン、ピラゾロン、フェニレンジアミン、アリールアミン、アミノ置換カルコン、スチリルアントラセン、フルオレノン、ヒドラゾン、スチルベン、シラザン、芳香族第三級アミン化合物、スチリルアミン化合物、芳香族ジメチリディン系化合物、ポルフィリン系化合物、ポリシラン系化合物、ポリ（Ｎ−ビニルカルバゾール）、アニリン系共重合体、チオフェンオリゴマー、ポリチオフェン等の導電性高分子オリゴマー、有機シラン、カーボン膜、及びそれらの誘導体等が挙げられる。
中でも、カルバゾール誘導体、インドール誘導体、芳香族第三級アミン化合物、またはチオフェン誘導体が好ましく、特に分子内にカルバゾール骨格、インドール骨格、および／または芳香族第三級アミン骨格を複数個有するものが好ましい。
このような正孔輸送性ホストとしての具体的化合物としては、例えば下記のものが挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【００５３】
【化１１】
【００５４】
【化１２】
【００５５】
【化１３】
【００５６】
【化１４】
【００５７】
＜膜厚＞
発光層の膜厚としては、輝度ムラ、駆動電圧、輝度の観点から、０．０３μｍ以上０．５μｍ以下であることが好ましく、０．０６μｍ以上０．４μｍ以下であることが好ましい。発光層の膜厚が薄いと、高輝度で低い電圧での駆動が可能となるが、素子抵抗が小さくなることで、電圧低下による輝度変化の影響を受けやすくなり、輝度ムラの増加を招く結果となる。発光層の膜厚が厚いと、駆動電圧が高くなり、発光効率の低下を招き、用途を限定する原因となってしまう。
【００５８】
＜層構成＞
発光層は１層であっても２層以上であってもよく、それぞれの層が異なる発光色で発光してもよい。また、発光層が積層構造である場合については、積層構造を構成する各層の膜厚は特に限定されないが、各発光層の合計膜厚が前述の範囲になるようにすることが好ましい。
【００５９】
３．正孔注入層、正孔輸送層
正孔注入層、正孔輸送層は、陽極又は陽極側から正孔を受け取り陰極側に輸送する機能を有する層である。正孔注入層、正孔輸送層は、具体的には、カルバゾール誘導体、アザカルバゾール誘導体、インドール誘導体、アザインドール誘導体、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、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、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、芳香族第三級アミン化合物、スチリルアミン化合物、芳香族ジメチリディン系化合物、ポルフィリン系化合物、有機シラン誘導体、カーボン、等を含有する層であることが好ましい。
【００６０】
本発明の有機ＥＬ素子の正孔注入層あるいは正孔輸送層には、電子受容性ドーパントを含有させることができる。正孔注入層、あるいは正孔輸送層に導入する電子受容性ドーパントとしては、電子受容性で有機化合物を酸化する性質を有すれば、無機化合物でも有機化合物でも使用できる。
【００６１】
具体的には、無機化合物は塩化第二鉄や塩化アルミニウム、塩化ガリウム、塩化インジウム、五塩化アンチモンなどのハロゲン化金属、五酸化バナジウム、および三酸化モリブデンなどの金属酸化物などが挙げられる。
【００６２】
有機化合物の場合は、置換基としてニトロ基、ハロゲン、シアノ基、トリフルオロメチル基などを有する化合物、キノン系化合物、酸無水物系化合物、フラーレンなどを好適に用いることができる。
この他にも、特開平６−２１２１５３、特開平１１−１１１４６３、特開平１１−２５１０６７、特開２０００−１９６１４０、特開２０００−２８６０５４、特開２０００−３１５５８０、特開２００１−１０２１７５、特開２００１−１６０４９３、特開２００２−２５２０８５、特開２００２−５６９８５、特開２００３−１５７９８１、特開２００３−２１７８６２、特開２００３−２２９２７８、特開２００４−３４２６１４、特開２００５−７２０１２、特開２００５−１６６６３７、特開２００５−２０９６４３等に記載の化合物を好適に用いることが出来る。
【００６３】
このうちヘキサシアノブタジエン、ヘキサシアノベンゼン、テトラシアノエチレン、テトラシアノキノジメタン、テトラフルオロテトラシアノキノジメタン、ｐ−フルオラニル、ｐ−クロラニル、ｐ−ブロマニル、ｐ−ベンゾキノン、２，６−ジクロロベンゾキノン、２，５−ジクロロベンゾキノン、１，２，４，５−テトラシアノベンゼン、１，４−ジシアノテトラフルオロベンゼン、２，３−ジクロロ−５，６−ジシアノベンゾキノン、ｐ−ジニトロベンゼン、ｍ−ジニトロベンゼン、ｏ−ジニトロベンゼン、１，４−ナフトキノン、２，３−ジクロロナフトキノン、１，３−ジニトロナフタレン、１，５−ジニトロナフタレン、９，１０−アントラキノン、１，３，６，８−テトラニトロカルバゾール、２，４，７−トリニトロ−９−フルオレノン、２，３，５，６−テトラシアノピリジン、またはフラーレンＣ６０が好ましく、ヘキサシアノブタジエン、ヘキサシアノベンゼン、テトラシアノエチレン、テトラシアノキノジメタン、テトラフルオロテトラシアノキノジメタン、ｐ−フルオラニル、ｐ−クロラニル、ｐ−ブロマニル、２，６−ジクロロベンゾキノン、２，５−ジクロロベンゾキノン、２，３−ジクロロナフトキノン、１，２，４，５−テトラシアノベンゼン、２，３−ジクロロ−５，６−ジシアノベンゾキノン、または２，３，５，６−テトラシアノピリジンがより好ましく、テトラフルオロテトラシアノキノジメタンが特に好ましい。
【００６４】
これらの電子受容性ドーパントは、単独で用いてもよいし、２種以上を用いてもよい。電子受容性ドーパントの使用量は、材料の種類によって異なるが、正孔輸送層材料に対して０．０１質量％〜５０質量％であることが好ましく、０．０５質量％〜２０質量％であることが更に好ましく、０．１質量％〜１０質量％であることが特に好ましい。
【００６５】
正孔注入層、正孔輸送層の厚さは、駆動電圧を下げるという観点から、各々５００ｎｍ以下であることが好ましい。
正孔輸送層の厚さとしては、１ｎｍ〜２００ｎｍであるのが好ましく、５ｎｍ〜１００ｎｍであるのがより好ましく、１０ｎｍ〜６０ｎｍであるのが更に好ましい。また、正孔注入層の厚さとしては、０．１ｎｍ〜５００ｎｍであるのが好ましく、０．５ｎｍ〜３００ｎｍであるのがより好ましく、１ｎｍ〜２００ｎｍであるのが更に好ましい。
【００６６】
正孔注入層、正孔輸送層は、上述した材料の１種又は２種以上からなる単層構造であってもよいし、同一組成又は異種組成の複数層からなる多層構造であってもよい。
【００６７】
４．電子注入層、電子輸送層
電子注入層、電子輸送層は、陰極又は陰極側から電子を受け取り陽極側に輸送する機能を有する層である。電子注入層、電子輸送層は、具体的には、トリアゾール誘導体、オキサゾール誘導体、オキサジアゾール誘導体、イミダゾール誘導体、フルオレノン誘導体、アントラキノジメタン誘導体、アントロン誘導体、ジフェニルキノン誘導体、チオピランジオキシド誘導体、カルボジイミド誘導体、フルオレニリデンメタン誘導体、ジスチリルピラジン誘導体、ナフタレン、ペリレン等の芳香環テトラカルボン酸無水物、フタロシアニン誘導体、８−キノリノール誘導体の金属錯体やメタルフタロシアニン、ベンゾオキサゾールやベンゾチアゾールを配位子とする金属錯体に代表される各種金属錯体、有機シラン誘導体、等を含有する層であることが好ましい。
【００６８】
本発明の有機ＥＬ素子の電子注入層あるいは電子輸送層には、電子供与性ドーパントを含有させることができる。電子注入層、あるいは電子輸送層に導入される電子供与性ドーパントとしては、電子供与性で有機化合物を還元する性質を有していればよく、Ｌｉなどのアルカリ金属、Ｍｇなどのアルカリ土類金属、希土類金属を含む遷移金属や還元性有機化合物などが好適に用いられる。金属としては、特に仕事関数が４．２ｅＶ以下の金属が好適に使用でき、具体的には、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｂｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｙ、Ｃｓ、Ｌａ、Ｓｍ、Ｇｄ、およびＹｂなどが挙げられる。また、還元性有機化合物としては、例えば、含窒素化合物、含硫黄化合物、含リン化合物などが挙げられる。
この他にも、特開平６−２１２１５３、特開２０００−１９６１４０、特開２００３−６８４６８、特開２００３−２２９２７８、特開２００４−３４２６１４等に記載の材料を用いることが出来る。
【００６９】
これらの電子供与性ドーパントは、単独で用いてもよいし、２種以上を用いてもよい。電子供与性ドーパントの使用量は、材料の種類によって異なるが、電子輸送層材料に対して０．１質量％〜９９質量％であることが好ましく、１．０質量％〜８０質量％であることが更に好ましく、２．０質量％〜７０質量％であることが特に好ましい。
【００７０】
電子注入層、電子輸送層の厚さは、駆動電圧を下げるという観点から、各々５００ｎｍ以下であることが好ましい。
電子輸送層の厚さとしては、５ｎｍ〜２００ｎｍであることが好ましく、１０ｎｍ〜５０ｎｍであることが更に好ましい。また、電子注入層の厚さとしては、０．１ｎｍ〜５０ｎｍであることが好ましく、０．５ｎｍ〜２０ｎｍであることが更に好ましい。
電子注入層、電子輸送層は、上述した材料の１種又は２種以上からなる単層構造であってもよいし、同一組成又は異種組成の複数層からなる多層構造であってもよい。
電子輸送層が発光層に隣接する層である場合には、耐久性向上の観点から、当該層を構成する材料としては、イオン化ポテンシャルが６．０ｅＶ以下のものが用いられる。
【００７１】
５．基板
本発明で使用する基板としては、有機化合物層から発せられる光を散乱又は減衰させない基板であることが好ましい。その具体例としては、ジルコニア安定化イットリウム（ＹＳＺ）、ガラス等の無機材料、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンフタレート、ポリエチレンナフタレート等のポリエステル、ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリエーテルスルホン、ポリアリレート、ポリイミド、ポリシクロオレフィン、ノルボルネン樹脂、ポリ（クロロトリフルオロエチレン）等の有機材料が挙げられる。
例えば、基板としてガラスを用いる場合、その材質については、ガラスからの溶出イオンを少なくするため、無アルカリガラスを用いることが好ましい。また、ソーダライムガラスを用いる場合には、シリカなどのバリアコートを施したものを使用することが好ましい。有機材料の場合には、耐熱性、寸法安定性、耐溶剤性、電気絶縁性、及び加工性に優れていることが好ましい。
【００７２】
基板の形状、構造、大きさ等については、特に制限はなく、発光素子の用途、目的等に応じて適宜選択することができる。一般的には、基板の形状としては、板状であることが好ましい。基板の構造としては、単層構造であってもよいし、積層構造であってもよく、また、単一部材で形成されていてもよいし、２以上の部材で形成されていてもよい。
【００７３】
基板は、無色透明であっても、有色透明であってもよいが、有機発光層から発せられる光を散乱又は減衰等させることがない点で、無色透明であることが好ましい。
【００７４】
基板には、その表面又は裏面に透湿防止層（ガスバリア層）を設けることができる。
透湿防止層（ガスバリア層）の材料としては、窒化珪素、酸化珪素などの無機物が好適に用いられる。透湿防止層（ガスバリア層）は、例えば、高周波スパッタリング法などにより形成することができる。
熱可塑性基板を用いる場合には、更に必要に応じて、ハードコート層、アンダーコート層などを設けてもよい。
【００７５】
６．電極
（陽極）
陽極は、通常、有機化合物層に正孔を供給する電極としての機能を有していればよく、その形状、構造、大きさ等については特に制限はなく、発光素子の用途、目的に応じて、公知の電極材料の中から適宜選択することができる。前述のごとく、陽極は、通常透明陽極として設けられる。
【００７６】
陽極の材料としては、例えば、金属、合金、金属酸化物、導電性化合物、又はこれらの混合物が好適に挙げられ、仕事関数が４．０ｅＶ以上の材料が好ましい。陽極材料の具体例としては、アンチモンやフッ素等をドープした酸化錫（ＡＴＯ、ＦＴＯ）、酸化錫、酸化亜鉛、酸化インジウム、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）、酸化亜鉛インジウム（ＩＺＯ）等の導電性金属酸化物、金、銀、クロム、ニッケル等の金属、さらにこれらの金属と導電性金属酸化物との混合物又は積層物、ヨウ化銅、硫化銅などの無機導電性物質、ポリアニリン、ポリチオフェン、ポリピロールなどの有機導電性材料、及びこれらとＩＴＯとの積層物などが挙げられる。この中で好ましいのは、導電性金属酸化物であり、特に、生産性、高導電性、透明性等の点からはＩＴＯが好ましい。
【００７７】
陽極は、例えば、印刷方式、コーティング方式等の湿式方式、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法等の物理的方式、ＣＶＤ、プラズマＣＶＤ法等の化学的方式などの中から、陽極を構成する材料との適性を考慮して適宜選択した方法に従って、前記基板上に形成することができる。例えば、陽極の材料として、ＩＴＯを選択する場合には、陽極の形成は、直流又は高周波スパッタ法、真空蒸着法、イオンプレーティング法等に従って行うことができる。
【００７８】
本発明の有機電界発光素子において、陽極の形成位置としては特に制限はなく、発光素子の用途、目的に応じて適宜選択することができる。が、前記基板上に形成されるのが好ましい。この場合、陽極は、基板における一方の表面の全部に形成されていてもよく、その一部に形成されていてもよい。
【００７９】
なお、陽極を形成する際のパターニングとしては、フォトリソグラフィーなどによる化学的エッチングによって行ってもよいし、レーザーなどによる物理的エッチングによって行ってもよく、また、マスクを重ねて真空蒸着やスパッタ等をして行ってもよいし、リフトオフ法や印刷法によって行ってもよい。
【００８０】
陽極の厚みとしては、陽極を構成する材料により適宜選択することができ、一概に規定することはできないが、通常、１０ｎｍ〜５０μｍ程度であり、５０ｎｍ〜２０μｍが好ましい。
【００８１】
陽極の抵抗値としては、１０３Ω／□以下が好ましく、１０２Ω／□以下がより好ましい。陽極が透明である場合は、無色透明であっても、有色透明であってもよい。透明陽極側から発光を取り出すためには、その透過率としては、６０％以上が好ましく、７０％以上がより好ましい。
【００８２】
なお、透明陽極については、沢田豊監修「透明電極膜の新展開」シーエムシー刊（１９９９）に詳述があり、ここに記載される事項を本発明に適用することができる。耐熱性の低いプラスティック基材を用いる場合は、ＩＴＯ又はＩＺＯを使用し、１５０℃以下の低温で成膜した透明陽極が好ましい。
【００８３】
（陰極）
陰極は、通常、有機化合物層に電子を注入する電極としての機能を有していればよく、その形状、構造、大きさ等については特に制限はなく、発光素子の用途、目的に応じて、公知の電極材料の中から適宜選択することができる。
【００８４】
陰極を構成する材料としては、例えば、金属、合金、金属酸化物、電気伝導性化合物、これらの混合物などが挙げられ、仕事関数が４．５ｅＶ以下のものが好ましい。具体例としてはアルカリ金属（たとえば、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｃｓ等）、アルカリ土類金属（たとえばＭｇ、Ｃａ等）、金、銀、鉛、アルミニウム、ナトリウム−カリウム合金、リチウム−アルミニウム合金、マグネシウム−銀合金、インジウム、イッテルビウム等の希土類金属、などが挙げられる。これらは、１種単独で使用してもよいが、安定性と電子注入性とを両立させる観点からは、２種以上を好適に併用することができる。
【００８５】
これらの中でも、陰極を構成する材料としては、電子注入性の点で、アルカリ金属やアルカリ土類金属が好ましく、保存安定性に優れる点で、アルミニウムを主体とする材料が好ましい。
アルミニウムを主体とする材料とは、アルミニウム単独、アルミニウムと０．０１〜１０質量％のアルカリ金属又はアルカリ土類金属との合金若しくはこれらの混合物（例えば、リチウム−アルミニウム合金、マグネシウム−アルミニウム合金など）をいう。
【００８６】
なお、陰極の材料については、特開平２−１５５９５号公報、特開平５−１２１１７２号公報に詳述されており、これらの広報に記載の材料は、本発明においても適用することができる。
【００８７】
陰極の形成方法については、特に制限はなく、公知の方法に従って行うことができる。例えば、印刷方式、コーティング方式等の湿式方式、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法等の物理的方式、ＣＶＤ、プラズマＣＶＤ法等の化学的方式などの中から、前記した陰極を構成する材料との適性を考慮して適宜選択した方法に従って形成することができる。例えば、陰極の材料として、金属等を選択する場合には、その１種又は２種以上を同時又は順次にスパッタ法等に従って行うことができる。
【００８８】
陰極を形成するに際してのパターニングは、フォトリソグラフィーなどによる化学的エッチングによって行ってもよいし、レーザーなどによる物理的エッチングによって行ってもよく、マスクを重ねて真空蒸着やスパッタ等をして行ってもよいし、リフトオフ法や印刷法によって行ってもよい。
【００８９】
本発明において、陰極形成位置は特に制限はなく、有機化合物層上の全部に形成されていてもよく、その一部に形成されていてもよい。
また、陰極と前記有機化合物層との間に、アルカリ金属又はアルカリ土類金属のフッ化物、酸化物等による誘電体層を０．１〜５ｎｍの厚みで挿入してもよい。この誘電体層は、一種の電子注入層と見ることもできる。誘電体層は、例えば、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法等により形成することができる。
【００９０】
陰極の厚みは、陰極を構成する材料により適宜選択することができ、一概に規定することはできないが、通常１０ｎｍ〜５μｍ程度であり、５０ｎｍ〜１μｍが好ましい。
また、陰極は、透明であってもよいし、不透明であってもよい。なお、透明な陰極は、陰極の材料を１〜１０ｎｍの厚さに薄く成膜し、更にＩＴＯやＩＺＯ等の透明な導電性材料を積層することにより形成することができる。
【００９１】
７．保護層
本発明において、有機ＥＬ素子全体は、保護層によって保護されていてもよい。
保護層に含まれる材料としては、水分や酸素等の素子劣化を促進するものが素子内に入ることを抑止する機能を有しているものであればよい。
その具体例としては、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ａｕ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｎｉ等の金属、ＭｇＯ、ＳｉＯ、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＧｅＯ、ＮｉＯ、ＣａＯ、ＢａＯ、Ｆｅ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３、ＴｉＯ２等の金属酸化物、ＳｉＮｘ、ＳｉＮｘＯｙ等の金属窒化物、ＭｇＦ２、ＬｉＦ、ＡｌＦ３、ＣａＦ２等の金属フッ化物、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリメチルメタクリレート、ポリイミド、ポリウレア、ポリテトラフルオロエチレン、ポリクロロトリフルオロエチレン、ポリジクロロジフルオロエチレン、クロロトリフルオロエチレンとジクロロジフルオロエチレンとの共重合体、テトラフルオロエチレンと少なくとも１種のコモノマーとを含むモノマー混合物を共重合させて得られる共重合体、共重合主鎖に環状構造を有する含フッ素共重合体、吸水率１％以上の吸水性物質、吸水率０．１％以下の防湿性物質等が挙げられる。
【００９２】
保護層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、ＭＢＥ（分子線エピタキシ）法、クラスターイオンビーム法、イオンプレーティング法、プラズマ重合法（高周波励起イオンプレーティング法）、プラズマＣＶＤ法、レーザーＣＶＤ法、熱ＣＶＤ法、ガスソースＣＶＤ法、コーティング法、印刷法、転写法を適用できる。
【００９３】
８．封止
さらに、本発明の有機電界発光素子は、封止容器を用いて素子全体を封止してもよい。
また、封止容器と発光素子の間の空間に水分吸収剤又は不活性液体を封入してもよい。水分吸収剤としては、特に限定されることはないが、例えば、酸化バリウム、酸化ナトリウム、酸化カリウム、酸化カルシウム、硫酸ナトリウム、硫酸カルシウム、硫酸マグネシウム、五酸化燐、塩化カルシウム、塩化マグネシウム、塩化銅、フッ化セシウム、フッ化ニオブ、臭化カルシウム、臭化バナジウム、モレキュラーシーブ、ゼオライト、酸化マグネシウム等を挙げることができる。不活性液体としては、特に限定されることはないが、例えば、パラフィン類、流動パラフィン類、パーフルオロアルカンやパーフルオロアミン、パーフルオロエーテル等のフッ素系溶剤、塩素系溶剤、シリコーンオイル類が挙げられる。
【００９４】
９．駆動
本発明の有機電界発光素子は、陽極と陰極との間に直流（必要に応じて交流成分を含んでもよい）電圧（通常２ボルト〜１５ボルト）、又は直流電流を印加することにより、発光を得ることができる。
本発明の有機電界発光素子の駆動方法については、特開平２−１４８６８７号、同６−３０１３５５号、同５−２９０８０号、同７−１３４５５８号、同８−２３４６８５号、同８−２４１０４７号の各公報、特許第２７８４６１５号、米国特許５８２８４２９号、同６０２３３０８号の各明細書、等に記載の駆動方法を適用することができる。
【００９５】
１０．用途
本発明の有機ＥＬ素子の用途は特に限定されないが、携帯電話ディスプレイ、パーソナルデジタルアシスタント（ＰＤＡ）、コンピュータディスプレイ、自動車の情報ディスプレイ、ＴＶモニター、あるいは一般照明等広い分野に適用できる。
【実施例】
【００９６】
以下に、本発明の有機ＥＬ素子の実施例について説明するが、本発明はこれら実施例により限定されるものではない。
【００９７】
実施例１
１．有機ＥＬ素子の作製
（比較の有機ＥＬ素子１の作製）
０．５ｍｍ厚み、２．５ｃｍ角の酸化インジウム錫（ＩＴＯと略記）を１００ｎｍの厚みに蒸着したガラス基板（ジオマテック（株）製、表面抵抗１０Ω／□）を洗浄容器に入れ、２−プロパノール中で超音波洗浄した後、３０分間ＵＶ−オゾン処理を行った。この透明陽極上に真空蒸着法にて以下の層を蒸着した。本発明の実施例における蒸着速度は特に断りのない場合は０．２ｎｍ／秒である。蒸着速度は水晶振動子を用いて測定した。以下に記載の膜厚も水晶振動子を用いて測定したものである。
【００９８】
正孔注入層：４，４’，４”−Ｔｒｉｓ［２−ｎａｐｈｔｙｌ（ｐｈｅｎｙｌ）ａｍｉｎｏ］ｔｒｉｐｈｅｎｙｌａｍｉｎｅ（２−ＴＮＡＴＡと略記する）及びテトラフルオロテトラシアノキノジメタン（Ｆ４−ＴＣＮＱと略記する）をＦ４−ＴＣＮＱが２−ＴＮＡＴＡに対して１．０質量％となるように共蒸着した。厚み１６０ｎｍであった。
正孔輸送層：Ｎ，Ｎ’−ジ（１−ナフチル）−Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−１，１’−ビフェニル−４，４’−ジアミン（α−ＮＰＤと略記する）、厚み１０ｎｍ。
【００９９】
発光層：ホール輸送性ホスト４，４’−ｄｉ−（Ｎ−ｃａｒｂａｚｏｌｅ）−ｂｉｐｈｅｎｙｌ（ＣＢＰと略記）及びホール輸送性燐光発光材料ＥＡ−１をＥＡ−１がＣＢＰに対して１０質量％となるように共蒸着した。膜厚は６０ｎｍであった。
【０１００】
続いて、発光層の上に、下記の電子輸送層、および電子注入層を設けた。
電子輸送層：Ａｌｕｍｉｎｕｍ （ＩＩＩ）ｂｉｓ（２−ｍｅｔｈｙｌ−８−ｑｕｉｎｏｌｉｎａｔｏ）４−ｐｈｅｎｙｌｐｈｅｎｏｌａｔｅ（ＢＡｌｑと略記する）、厚み４０ｎｍ。
電子注入層：ＬｉＦ、厚み１ｎｍ。
【０１０１】
さらに、シャドウマスクによりパターニングして陰極として厚み１００ｎｍのＡｌを設けた。
各層はいずれも抵抗加熱真空蒸着により設けた。
【０１０２】
作製した積層体を、窒素ガスで置換したグロ−ブボックス内に入れ、ステンレス製の封止缶および紫外線硬化型の接着剤（ＸＮＲ５５１６ＨＶ、長瀬チバ製）を用いて封止した。
【０１０３】
（比較の有機ＥＬ素子２の作製）
比較の有機ＥＬ素子１において、発光層と電子輸送層の間に下記のホールブロック層を設け、それ以外は比較の有機ＥＬ素子１と同様にして比較の有機ＥＬ素子２を作製した。
ホールブロック層：２，９−Ｄｉｍｅｔｈｙｌ−４，７−ｄｉｐｈｅｎｙｌ−１，１０−ｐｈｅｎａｎｔｈｒｏｌｉｎｅ（ＢＣＰと略記する）、厚み５ｎｍ。
【０１０４】
（比較の有機ＥＬ素子３の作製）
比較の有機ＥＬ素子１において、発光層を下記に変更した。
ホール輸送性ホストＣＢＰとホール輸送性燐光発光材料ＥＡ−１の共蒸着量を蒸着進行と共に連続的に増加させた。蒸着当初の陽極側界面ではＣＢＰが８０質量％、ＥＡ−１が２０質量％の混合比で、蒸着終了段階の陰極側界面ではＣＢＰが１００質量％、ＥＡ−１が０質量％の混合比となるように各成分の蒸着速度を調整した。これらの界面の間では連続的に各成分の混合比率を変化させた。発光層の総膜厚は６０ｎｍであった。陽極側界面付近の領域における各材料の濃度は、ＣＢＰが８１質量％、ＥＡ−１が１９質量％であり、陰極側界面付近の領域では、ＣＢＰが９９質量％、ＥＡ−１が１質量％であった。
【０１０５】
（比較の有機ＥＬ素子４の作製）
比較の有機ＥＬ素子１において、発光層として下記の層を設け、それ以外は比較の有機ＥＬ素子１と同様にして比較の有機ＥＬ素子４を作製した。
発光層：電子輸送性ホストＢＡｌｑおよびホール輸送性燐光発光材料ＥＡ−１をＥＡ−１がＢＡｌｑに対して１０質量％となるように共蒸着した。発光層の厚み６０ｎｍであった。
【０１０６】
（比較の有機ＥＬ素子５の作製）
比較の有機ＥＬ素子１において、発光層として下記の層を設け、それ以外は比較の有機ＥＬ素子１と同様にして比較の有機ＥＬ素子５を作製した。
発光層：電子輸送性ホストＢＡｌｑおよびホール輸送性燐光発光材料ＥＡ−１をＥＡ−１がＢＡｌｑに対して５質量％となるように共蒸着した。発光層の厚み６０ｎｍであった。
【０１０７】
（比較の有機ＥＬ素子６の作製）
比較の有機ＥＬ素子１において、発光層として下記の層を設け、それ以外は比較の有機ＥＬ素子１と同様にして比較の有機ＥＬ素子６を作製した。
発光層：電子輸送性ホストＢＡｌｑおよびホール輸送性燐光発光材料ＥＡ−１をＥＡ−１がＢＡｌｑに対して２０質量％となるように共蒸着した。発光層の厚み６０ｎｍであった。
【０１０８】
（本発明の有機ＥＬ素子１の作製）
比較の有機ＥＬ素子１において、発光層を下記に変更した。
発光層：電子輸送性ホスト材料のＢＡｌｑおよびホール輸送性燐光発光材料のＥＡ−１の共蒸着量を蒸着進行と共に変化させた。蒸着当初の陽極側界面ではＢＡｌｑが８０質量％、ＥＡ−１が２０質量％の混合比率であり、蒸着終了段階の陰極側界面ではＢＡｌｑが９５質量％、ＥＡ−１が５質量％の混合比率となるように各成分の蒸着速度を調整した。これらの界面の間では連続的に各成分の混合比率を変化させた。発光層の総膜厚は６０ｎｍとした。陽極側界面付近の領域における各材料の濃度は、ＢＡｌｑが８０．７５質量％、ＥＡ−１が１９．２５質量％であり、陰極側界面付近の領域では、ＢＡｌｑが９４．２５質量％、ＥＡ−１が５．７５質量％であった。
【０１０９】
（本発明の有機ＥＬ素子２の作製）
比較の有機ＥＬ素子１において、発光層を下記に変更した。
発光層：電子輸送性ホスト材料のＢＡｌｑおよびホール輸送性燐光発光材料のＥＡ−１の共蒸着量を蒸着進行と共に変化させた。蒸着当初の陽極側界面ではＢＡｌｑが８０質量％、ＥＡ−１が２０質量％の混合比率であり、蒸着終了段階の陰極側界面ではＢＡｌｑが１００質量％、ＥＡ−１が０質量％の混合比率となるように各成分の蒸着速度を調整した。これらの界面の間では連続的に各成分の混合比率を変化させた。発光層の総膜厚は６０ｎｍとした。陽極側界面付近の領域における各材料の濃度は、ＢＡｌｑが８１質量％、ＥＡ−１が１９質量％であり、陰極側界面付近の領域では、ＢＡｌｑが９９質量％、ＥＡ−１が１質量％であった。
【０１１０】
（本発明の有機ＥＬ素子３の作製）
比較の有機ＥＬ素子１において、発光層を下記に変更した。
発光層：電子輸送性ホスト材料のＢＡｌｑおよびホール輸送性燐光発光材料のＥＡ−１の共蒸着量を蒸着進行と共に変化させた。蒸着当初の陽極側界面ではＢＡｌｑが４０質量％、ＥＡ−１が６０質量％の混合比率であり、蒸着終了段階の陰極側界面ではＢＡｌｑが１００質量％、ＥＡ−１が０質量％の混合比率となるように各成分の蒸着速度を調整した。これらの界面の間では連続的に各成分の混合比率を変化させた。発光層の総膜厚は６０ｎｍとした。陽極側界面付近の領域における各材料の濃度は、ＢＡｌｑが４３質量％、ＥＡ−１が５７質量％であり、陰極側界面付近の領域では、ＢＡｌｑが９７質量％、ＥＡ−１が３質量％であった。
【０１１１】
（本発明の有機ＥＬ素子４の作製）
比較の有機ＥＬ素子１において、発光層を下記に変更した。
発光層：電子輸送性ホスト材料のＢＡｌｑおよびホール輸送性燐光発光材料のＥＡ−１の共蒸着量を蒸着進行と共に変化させた。蒸着当初の陽極側界面ではＢＡｌｑが０質量％、ＥＡ−１が１００質量％の混合比率であり、蒸着終了段階の陰極側界面ではＢＡｌｑが１００質量％、ＥＡ−１が０質量％の混合比率となるように各成分の蒸着速度を調整した。これらの界面の間では連続的に各成分の混合比率を変化させた。発光層の総膜厚は６０ｎｍとした。陽極側界面付近の領域における各材料の濃度は、ＢＡｌｑが５質量％、ＥＡ−１が９５質量％であり、陰極側界面付近の領域では、ＢＡｌｑが９５質量％、ＥＡ−１が５質量％であった。
【０１１２】
実施例に用いた化合物の構造を下記に示す。
【０１１３】
【化１５】
【０１１４】
【化１６】
【０１１５】
２．性能評価結果
得られた比較有機ＥＬ素子および本発明の有機ＥＬ素子を同一条件で下記の手段によって外部量子効率および駆動耐久性を測定した。
【０１１６】
《駆動電圧》
輝度３００ｃｄ／ｍ２に達する直流電圧を駆動電圧とした。
【０１１７】
《外部量子効率の測定方法》
作製した発光素子をＫＥＩＴＨＬＥＹ製ソ−スメジャ−ユニット２４００型を用いて、直流電圧を発光素子に印加し輝度３００ｃｄ／ｍ２に発光させた。その発光スペクトルと光量をトプコン社製輝度計ＳＲ−３を用いて測定し、発光スペクトル、光量と測定時の電流から外部量子効率を計算した。
さらに、高輝度発光における発光効率の評価として、１０００ｃｄ／ｍ２になるように直流電圧を印加し、この輝度での外部量子効率を測定した。
【０１１８】
《駆動耐久性率の測定方法》
各素子を初期輝度３００ｃｄ／ｍ２および１０００ｃｄ／ｍ２で連続駆動して、輝度が半減するまでの時間を測定した。この輝度半減時間をもってして駆動耐久性の指標とした。
【０１１９】
得られた結果を表１に示した。本発明、および比較の試料はいづれも赤色発光を示した。比較有機ＥＬ素子に対して本発明の有機ＥＬ素子１〜４はいずれも外部量子効率が高くかつ駆動耐久性に優れていた。また、比較の素子では、高輝度発光における外部量子効率が低輝度における値より大きく低下するのに対して、本発明の素子は、高輝度発光でも外部量子効率の低下率が小さく、高輝度での発光効率が優れていた。
本発明の素子の中でも有機ＥＬ素子１より素子２、素子３、素子４の順に外部量子効率、駆動耐久性共に向上することから、発光層内のホール輸送性発光材料と電子輸送性ホスト材料の濃度傾斜が大きくなるほどより効果が大きいことが判る。
【０１２０】
【表１】
【０１２１】
実施例２
実施例１において、発光層を下記に変更し、その他は実施例１と同様にして素子を作製した。
比較の素子７：実施例１の比較の素子１に於けるＥＡ−１をホール輸送性燐光発光材料のＩｒｉｄｉｕｍ（ＩＩＩ）ｆａｃ−ｔｒｉｓ（２−ｐｈｅｎｙｌｐｙｒｉｄｉｎａｔｏ−Ｎ，Ｃ２’）（Ｉｒ（ｐｐｙ）３と表記）に変更し、その他は比較の素子１の発光層と同様に調製した。
比較の素子８：実施例１の比較の素子４に於けるＥＡ−１をＩｒ（ｐｐｙ）３に変更し、ＢＡｌｑをＥ−３に変更し、その他は比較の素子４の発光層と同様に調製した。
比較の素子９：実施例１の比較の素子３に於けるＥＡ−１をホール輸送性燐光発光材料のＩｒ（ｐｐｙ）３に変更し、その他は比較の素子３の発光層と同様に調製した。
【０１２２】
本発明の有機ＥＬ素子５：実施例１の本発明の素子２に於けるＥＡ−１をＩｒ（ｐｐｙ）３に変更し、ＢＡｌｑをＥ−３に変更し、その他は本発明の素子２の発光層と同様に調製した。
【０１２３】
【化１７】
【０１２４】
得られた試料について、実施例１と同様に評価した結果を表２に示す。
本実施例の比較の素子８，９、および本発明の素子５では緑色発光が得られた。
比較有機ＥＬ素子８，９に対して本発明の有機ＥＬ素子５は、外部量子効率が高くかつ駆動耐久性に優れていた。特に、比較の素子では、高輝度発光で外部量子効率が著しく低下するのに対して、本発明の素子は、高輝度発光でも外部量子効率が僅かしか低下せず、高輝度での発光効率が優れていた。
【０１２５】
【表２】
【０１２６】
実施例３
実施例２において、発光層を下記に変更し、その他は実施例１と同様にして素子を作製した。
本発明の有機ＥＬ素子６：本発明の素子５に於けるＩｒ（ｐｐｙ）３の代わりにホール輸送性燐往発光材料Ｉｒ錯体Ａを用い、Ｅ−３の代わりに電子輸送性ホストＥ−５を用いて、その他は本発明の素子５と同様に調製した。
【０１２７】
【化１８】
【０１２８】
得られた試料について、実施例１と同様に評価した。
本発明の素子６では、青色発光が得られ、実施例１と同様に外部量子効率が高くかつ駆動耐久性に優れていた。
【０１２９】
実施例４
実施例１において、発光層を下記に変更し、その他は実施例１と同様にして素子を作製した。
本発明の有機ＥＬ素子７：本発明の素子６におけるＩｒ錯体の代わりにホール輸送性燐光発光材料Ｉｒ錯体Ｂを用いて、その他は本発明の素子６と同様に調製した。
【０１３０】
【化１９】
【０１３１】
得られた試料について、実施例１と同様に評価した。
本発明の素子７では、青色発光が得られ、実施例１と同様に外部量子効率が高く、かつ駆動耐久性に優れていた。
【０１３２】
実施例５
実施例１において、発光層を下記に変更し、その他は実施例１と同様にして素子を作製した。
本発明の有機ＥＬ素子８：本発明の素子２におけるホール輸送性燐光発光材料ＥＡ−１の代わりに、ホール輸送性蛍光発光材料Ｆ−１を用いて、その他は本発明の素子２と同様に調整した。
【０１３３】
【化２０】
【０１３４】
得られた試料について、実施例１と同様に評価した。
本発明の素子８では、赤色発光が得られ、実施例１と同様に外部量子効率が高く、かつ駆動耐久性に優れていた。
【技術分野】
【０００１】
本発明は有機電界発光素子に関する。特に、発光効率が高く耐久性に優れた有機電界発光素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
有機電界発光素子（以後、有機ＥＬ素子と略記する。）は、発光層もしくは発光層を含む複数の有機機能層と、これらの層を挟んだ対向電極とから構成されている。有機ＥＬ素子は、陰極から注入された電子と陽極から注入された正孔とが発光層において再結合し、生成した励起子からの発光及び前記励起子の少なくとも一方からエネルギー移動して生成した他の分子の励起子からの発光を利用した、発光を得るための素子である。
【０００３】
これまで有機ＥＬ素子は、機能を分離した積層構造を用いることにより、輝度及び素子効率が大きく改善され発展してきた。例えば、正孔輸送層と発光兼電子輸送層を積層した二層積層型素子や正孔輸送層と発光層と電子輸送層とを積層した三層積層型素子や、正孔輸送層と発光層と正孔阻止層と電子輸送層とを積層した四層積層型素子がよく用いられる（例えば、非特許文献１参照。）。
【０００４】
しかしながら、有機ＥＬ素子の実用化には未だ多くの課題が残されている。第１に高い発光効率を達成すること、第２に高い駆動耐久性を達成することである。特に、連続駆動時の品質低下は最大の課題である。
【０００５】
例えば、発光層と正孔輸送層との間に０．１ｎｍ〜５ｎｍの界面層をバリア層として設け、正孔の移動を遅くすることによって正孔と電子の移動バランスを調整して外部量子効率を高める試みが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。しかしながら、この手段では、キャリア総体の移動は低下するので輝度が低下し、駆動電圧が増加し、また、キャリアの素子内滞留時間が長くなるために駆動耐久性が低下する問題が懸念される。
【０００６】
また、マルチフォトンと呼ばれる発光層と機能層を含む一つの発光ユニットを多層に積層した構成が知られている。例えば、複数の有機電界発光素子（以後、有機ＥＬ素子とも記述する。）の発光ユニットを絶縁層で隔離し、各発光ユニットにそれぞれ対向する電極を配した構成が開示されている（例えば、特許文献２参照。）。しかしながら、この構成では、発光ユニット間の絶縁層および電極が発光の取り出しを妨げるため、実質的に各発光ユニットから発光が十分に利用することができない。また、各発光ユニットが本来抱えている外部量子効率の低さを改良する手段にはならない。無機発光素子（以後、無機ＥＬ素子とも記述する。）において、同様に発光ユニットを積層し、各発光ユニットを絶縁層で隔離した構成も開示されている（例えば、特許文献３参照。）。しかしながら、この構成においても、発光ユニットが単に複数積層されているだけであって、各発光ユニットが本来抱えている外部量子効率の低さを改良する手段にはならない。
【０００７】
ポリマー分散型発光素子の場合は、発光層は主として単層構成であるため、発光層内に発光サイトが分散しているため、正孔および電子注入及び輸送のバランスが取りにくく、再結合効率が低下する問題があった。この改良手段として、発光層内における発光材料および電荷輸送材料の濃度を共に陽極側で低く、陰極側で高くし、陰極側の領域に集中して発光を起こさせることが提案されている（例えば、特許文献４参照。）。この手段はポリマー分散型発光素子に特有の課題に有効であるが、発光領域が陰極側の一部の領域のみであって、発光層全体が有効に発光に利用されず、総括的な発光効率の向上とは言えない。
【０００８】
また、有機ＥＬ素子を積層構造とした場合、各層間の障壁のためにキャリア注入性が低下し、駆動電圧の上昇かつ耐久性の低下の問題があった。このような各層間の障壁を低減する手段として各層が含有する正孔注入材料、電子注入材料、あるいは正孔輸送材料、電子輸送材料の各層における濃度に傾斜を設けることが提案されている（例えば、特許文献５参照。）。この構成においては、発光層における発光材料はバイポーラー性混合層から形成される発光層内の限定された領域に配置されている。この構成に置いても発光材料の配置された限定された領域のみで発光する。
【０００９】
有機ＥＬ素子を連続駆動したときの輝度劣化を改良する手段として、発光層のホスト材料とゲスト材料の混合比率を発光層と正孔輸送層界面でゲスト材料１００％ととし、電子輸送層側のゲスト材料濃度を低くすることが提案されている（例えば、特許文献６参照。）。ゲスト材料は発光材料であって、発光層の正孔輸送層界面に高濃度に発光材料を分布させることにより濃度消光が改良されると説明されている。しかしながら、この構成に置いても発光材料の配置された限定された領域のみで発光する。発光に寄与しない発光領域が残り、発光効率が低い問題は未解決のままであった。
【００１０】
高い外部量子効率と高い駆動耐久性とを両立させることは、実用的に有用な有機ＥＬ素子を設計する上で極めて重要な課題であり、常に改良を求められている課題であった。
【非特許文献１】サイエンス（Ｓｃｉｅｎｃｅ），２６７巻，３号，１９９５年，１３３２頁
【特許文献１】特開２００３−１２３９８４号公報
【特許文献２】特開平６−３１０２７５号公報
【特許文献３】特開平８−１６２２７３号公報
【特許文献４】特開２００１−１８９１９３号公報
【特許文献５】特開２００２−３１３５８３号公報
【特許文献６】特開２００４−６１０２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、発光効率が高く耐久性に優れた有機ＥＬ素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の上記課題は、下記の手段によって解決する事を見出された。
＜１＞ 一対の電極間に発光層を含む有機層を挟持した有機電界発光素子であって、前記発光層が少なくとも１種のホール輸送性発光材料と少なくとも１種の電子輸送性ホスト材料を含有し、前記ホール輸送性発光材料の前記発光層における濃度が陽極側から陰極側に向かって減少していることを特徴とする有機電界発光素子。
＜２＞ 前記電子輸送性ホスト材料の前記発光層における濃度が前記陰極側から前記陽極側に向かって減少していることを特徴とする＜１＞に記載の有機電界発光素子。
＜３＞ 前記発光層の前記陰極側界面付近の領域における前記ホール輸送性発光材料の濃度が、前記発光層の前記陽極側界面付近の領域における前記ホール輸送性発光材料の濃度に対して０質量％以上３０質量％以下であることを特徴とする＜１＞または＜２＞に記載の有機電界発光素子。
＜４＞ 前記発光層の前記陽極側界面付近の領域における前記電子輸送性ホスト材料の濃度が、前記発光層の前記陰極側界面付近の領域における前記電子輸送性ホスト材料の濃度に対して０質量％以上９０質量％以下であることを特徴とする＜１＞〜＜３＞のいずれか１項に記載の有機電界発光素子。
＜５＞ 前記発光層中における前記ホール輸送性発光材料の濃度が、前記発光層の前記陰極側界面付近の領域で１０質量％以下であることを特徴とする＜１＞〜＜４＞のいずれか１項に記載の有機電界発光素子。
＜６＞ 前記発光層中における前記電子輸送性ホスト材料の濃度が、前記発光層の前記陽極側界面付近の領域で９０質量％以下であることを特徴とする＜１＞〜＜５＞のいずれか１項に記載の有機電界発光素子。
＜７＞ 前記ホール輸送性発光材料が燐光発光材料であることを特徴とする＜１＞〜＜６＞のいずれか１項に記載の有機電界発光素子。
＜８＞ 前記ホール輸送性発光材料がＩｒ錯体であることを特徴とする＜７＞に記載の有機電界発光素子。
＜９＞ 前記電子輸送性ホスト材料がＢｅ錯体、Ａｌ錯体、Ｇａ錯体、Ｚｎ錯体、Ｐｔ錯体、Ｐｄ錯体、又は含窒素芳香族ヘテロ環化合物であることを特徴とする＜１＞〜＜８＞のいずれか１項に記載の有機電界発光素子。
【発明の効果】
【００１３】
本発明により、発光効率が高く耐久性に優れた有機ＥＬ素子が提供される。
特に、燐光発光材料を用いて、発光効率が高く且つ高電流領域においても発光効率の低下がなく、低電流領域から高電流領域に渉ってまで高い発光効率で優れた駆動耐久性を有する有機ＥＬ素子が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明の有機ＥＬ素子は、一対の電極間に発光層を含む有機層を挟持した有機電界発光素子であって、前記発光層が少なくとも１種のホール輸送性発光材料と少なくとも１種の電子輸送性ホスト材料を含有し、前記ホール輸送性発光材料の前記発光層における濃度が陽極側から陰極側に向かって減少していることを特徴とする。
好ましくは、前記電子輸送性ホスト材料の前記発光層における濃度が前記陰極側から前記陽極側に向かって減少している。
前記ホール輸送性発光材料の濃度傾斜は、好ましくは、前記発光層の前記陰極側界面付近の領域における前記ホール輸送性発光材料の濃度が、前記陽極側界面付近の領域における前記ホール輸送性発光材料の濃度に対して０質量％以上３０質量％以下であり、より好ましくは０質量％以上２０質量％以下であり、更に好ましくは０質量％以上１０質量％以下である。
前記電子輸送性ホスト材料の濃度傾斜は、好ましくは前記発光層の前記陽極側界面付近の領域における前記電子輸送性ホスト材料の濃度が、前記陰極側界面付近の領域における前記電子輸送性ホスト材料の濃度に対して０質量％以上９０質量％以下であり、より好ましくは０質量％以上８７質量％以下であり、更に好ましくは、０質量％以上８５質量％以下である。
なお、本願明細書において、「発光層の陰極側界面付近の領域」とは、発光層の陰極側界面から発光層全体の厚みの１０％の厚みの領域を指すものと定義され、「発光層の陽極側界面付近の領域」とは、発光層の陽極側界面から発光層全体の厚みの１０％の厚みの領域を指すものと定義される。また、その領域における濃度とは、その領域における平均濃度を指すものとして定義される。
【００１５】
本発明においては、「濃度傾斜」の意味するところは、総体的に濃度が減少もしくは増加していることを意味するのであって、連続的に変化しても、階段状あるいは波状に変化しても良い。あるいは、例えば、減少する濃度傾斜の場合に、層内で局部的に増加している領域があっても総体的に減少する濃度傾斜を有していれば本願の意図する範囲内である。
【００１６】
従来、ホール輸送性発光材料の発光層における濃度に傾斜を有しない場合、発光層の陰極面の局部領域でのみ発光し、発光層の中央部では発光しない現象があった。本発明の有機ＥＬ素子は、上記傾斜構造の発光層により発光層の全域で発光するため、発光効率の増加と駆動耐久性が顕著に改良される。本発明の発光層の構成によれば、発光層に大量のホールが注入され、注入されたホールが電子輸送層側（陰極側）に移動するにつれてホール輸送性発光材料の濃度が低下するためにホール移動速度が抑制され、発光層中央部で再結合しやすくなったためと考える。また、発光層と隣接層との界面近傍の局所部に励起子が集中することを抑えられるため、高輝度での発光効率の低下も抑えられる効果も得られる。
【００１７】
好ましくは、発光層中における前記ホール輸送性発光材料の濃度が、前記発光層の前記陰極側界面付近の領域で１０質量％以下であり、より好ましくは、７質量％以下、更に好ましくは５質量％以下である。好ましくは、発光層中における前記電子輸送性ホスト材料の濃度が、前記発光層の前記陽極側界面付近の領域で９０質量％以下であり、より好ましくは、８７質量％以下であり、更に好ましくは８５質量％以下である。
ホール輸送性発光材料もしくは電子輸送性ホスト材料の濃度がこの範囲を越えると有効な傾斜が得られず、本発明の効果が充分に得られない。
なお、「発光層の陰極側（陽極側）界面付近の領域」における各材料の濃度は、飛行時間型二次イオン質量分析（ＴＯＦ−ＳＩＭＳ）、エッチングＸ線光電子分光分析（ＸＰＳ／ＥＳＣＡ）などの方法によって測定することができる。
【００１８】
好ましくは、前記ホール輸送性発光材料が燐光発光材料である。さらに好ましくは、ホール輸送性発光材料がＩｒ錯体である。
好ましくは、前記電子輸送性ホスト材料がＢｅ錯体、Ａｌ錯体、Ｇａ錯体、Ｚｎ錯体、Ｐｔ錯体、Ｐｄ錯体、又は含窒素芳香族ヘテロ環化合物である。
【００１９】
１．有機ＥＬ素子構造
本発明における有機化合物層の積層の形態としては、陽極側から、正孔輸送層、発光層、電子輸送層の順に積層されている態様が好ましい。更に、正孔輸送層と陽極との間に正孔注入層、及び発光層と電子輸送層との間に電子輸送性中間層の少なくとも一方を有する。また、発光層と正孔輸送層との間に正孔輸送性中間層を、同様に陰極と電子輸送層との間に電子注入層を設けても良い。
【００２０】
本発明の有機電界発光素子における有機化合物層の好適な態様は、陽極側から順に、少なくとも、（１）正孔注入層、正孔輸送層（正孔注入層と正孔輸送層は兼ねても良い）、正孔輸送性中間層、発光層、電子輸送層、及び電子注入層（電子輸送層と電子注入層は兼ねても良い）、を有する態様、（２）正孔注入層、正孔輸送層（正孔注入層と正孔輸送層は兼ねても良い）、発光層、電子輸送性中間層、電子輸送層、及び電子注入層（電子輸送層と電子注入層は兼ねても良い）、を有する態様、（３）正孔注入層、正孔輸送層（正孔注入層と正孔輸送層は兼ねても良い）、正孔輸送性中間層、発光層、電子輸送性中間層、電子輸送層、及び電子注入層（電子輸送層と電子注入層は兼ねても良い）を有する態様である。
【００２１】
上記正孔輸送性中間層は、発光層への正孔注入を促進する機能及び電子をブロックする機能の少なくとも一方を有することが好ましい。
また、上記電子輸送性中間層は、発光層への電子注入を促進する機能及び正孔をブロックする機能の少なくとも一方を有することが好ましい。
更に、上記正孔輸送性中間層及び上記電子輸送性中間層の少なくとも一方は、発光層で生成する励起子をブロックする機能を有することが好ましい。
上記の正孔注入促進、電子注入促進、正孔ブロック、電子ブロック、励起子ブロックといった機能を有効に発現させるためには、該正孔輸送性中間層および該電子輸送性中間層は、発光層に隣接していることが好ましい。
尚、各層は複数の二次層に分かれていてもよい。
【００２２】
本発明における有機ＥＬ素子は、共振器構造を有しても良い。例えば、透明基板上に、屈折率の異なる複数の積層膜よりなる多層膜ミラー、透明または半透明電極、発光層、および金属電極を重ね合わせて有する。発光層で生じた光は多層膜ミラーと金属電極を反射板としてその間で反射を繰り返し共振する。
別の好ましい態様では、透明基板上に、透明または半透明電極と金属電極がそれぞれ反射板として機能して、発光層で生じた光はその間で反射を繰り返し共振する。
共振構造を形成するためには、２つの反射板の有効屈折率、反射板間の各層の屈折率と厚みから決定される光路長を所望の共振波長の得るのに最適な値となるよう調整される。第一の態様の場合の計算式は特開平９−１８０８８３号明細書に記載されている。第２の態様の場合の計算式は特開２００４−１２７７９５号明細書に記載されている。
【００２３】
有機化合物層を構成する各層は、蒸着法やスパッタ法等の乾式製膜法、転写法、印刷法、塗布法、インクジェット法、およびスプレー法等いずれによっても好適に形成することができる。
【００２４】
次に、本発明の有機ＥＬ素子を構成する要素について詳細に説明する。
【００２５】
２．発光層
発光層は、電界印加時に、陽極、正孔注入層、正孔輸送層または正孔輸送性中間層から正孔を受け取り、陰極、電子注入層、電子輸送層または電子輸送性中間層から電子を受け取り、正孔と電子の再結合の場を提供して発光させる機能を有する層である。
本発明に於ける発光層は、少なくとも１種のホール輸送性発光材料と少なくとも１種の電子輸送性ホスト材料を含有し、前記ホール輸送性発光材料の前記発光層における濃度が陽極側から陰極側に向かって減少していることを特徴とする。
好ましくは、前記電子輸送性ホスト材料の前記発光層における濃度が前記陰極側から前記陽極側に向かって減少している。
本発明に於ける発光層は、さらに、他の発光材料およびホスト材料を含有しても良い。例えば、電子輸送性発光材料またはホール輸送性ホスト材料を適宜含有しても良い。
【００２６】
発光層中における全化合物質量に対して、発光材料の総量は、０．１質量％〜３０質量％含有されるのが好ましく、耐久性、外部量子効率の観点から１質量％〜１５質量％含有されることがより好ましい。発光層中におけるホスト材料の総量は、７０質量％〜９９．９質量％含有されるのが好ましく、耐久性、外部量子効率の観点から８５質量％〜９９質量％含有されることがより好ましい。
【００２７】
本発明における発光層に含有する発光材料とホスト材料としては、一重項励起子からの発光（蛍光）が得られる蛍光発光性発光材料とホスト材料との組み合せでも、三重項励起子からの発光（燐光）が得られる燐光発光性発光材料とホスト材料との組み合せでもよい。好ましくは、燐光発光性発光材料と電子輸送性ホスト材料との組み合せである。
【００２８】
（ホール輸送性発光材料）
本発明に於けるホール輸送性発光材料について説明する。
本発明の発光層に用いられるホール輸送性発光材料としては、耐久性向上、駆動電圧低下の観点から、イオン化ポテンシャル（Ｉｐ）が５．１ｅＶ以上６．４ｅＶ以下であることが好ましく、５．４ｅＶ以上６．２ｅＶ以下であることがより好ましく、５．６ｅＶ以上６．０ｅＶ以下であることが更に好ましい。また、耐久性向上、駆動電圧低下の観点から、電子親和力（Ｅａ）が１．２ｅＶ以上３．１ｅＶ以下であることが好ましく、１．４ｅＶ以上３．０ｅＶ以下であることがより好ましく、１．８ｅＶ以上２．８ｅＶ以下であることが更に好ましい。
【００２９】
このようなホール輸送性発光材料としては、具体的には、例えば、以下の材料を挙げることができる。
ピロール系化合物、インドール系化合物、カルバゾール系化合物、イミダゾール系化合物、ポリアリールアルカン系化合物、アリールアミン系化合物、スチリル系化合物、スチリルアミン系化合物、チオフェン系化合物、芳香族多環縮合系化合物などのほか、金属錯体などが挙げられる。
前記金属錯体中の金属イオンは、特に限定されないが、発光効率向上、耐久性向上、駆動電圧低下の観点から、遷移金属イオン、希土類金属イオンであることが好ましく、より好ましくは、イリジウムイオン、白金イオン、金イオン、レニウムイオン、タングステンイオン、ロジウムイオン、ルテニウムイオン、オスミウムイオン、パラジウムイオン、銀イオン、銅イオン、コバルトイオン、ニッケルイオン、鉛イオン、希土類金属イオン（例えば、ユーロピウムイオン、ガドリニウムイオン、テルビウムイオンなど）が好ましく、更に好ましくは、イリジウムイオン、白金イオン、金イオン、レニウムイオン、タングステンイオン、ユーロピウムイオン、カドリニウムイオン、テルビウムイオンであり、特に好ましくは、イリジウムイオン、白金イオン、レニウムイオン、ユーロピウムイオン、ガドリニウムイオン、テルビウムイオンであり、最も好ましくは、イリジウムイオンである。イリジウムイオンを有する金属錯体の中でも特に好ましくは、炭素−Ｉｒ結合、窒素−Ｉｒ結合（この場合の結合は、配位結合、イオン結合、共有結合のいずれであってもよい）を有する金属錯体である。
【００３０】
このようなホール輸送性発光材料の例としては、具体的には、例えば、以下の材料を挙げることができるが、これらに限定されるものではない。
【００３１】
【化１】
【００３２】
【化２】
【００３３】
【化３】
【００３４】
【化４】
【００３５】
【化５】
【００３６】
【化６】
【００３７】
（電子輸送性ホスト材料）
本発明に用いられる発光層内の電子輸送性ホスト材料としては、耐久性向上、駆動電圧低下の観点から、電子親和力Ｅａが２．５ｅＶ以上３．５ｅＶ以下であることが好ましく、２．６ｅＶ以上３．４ｅＶ以下であることがより好ましく、２．８ｅＶ以上３．３ｅＶ以下であることが更に好ましい。また、耐久性向上、駆動電圧低下の観点から、イオン化ポテンシャルＩｐが５．７ｅＶ以上７．５ｅＶ以下であることが好ましく、５．８ｅＶ以上７．０ｅＶ以下であることがより好ましく、５．９ｅＶ以上６．５ｅＶ以下であることが更に好ましい。
【００３８】
このような電子輸送性ホスト材料としては、具体的には、例えば、以下の材料を挙げることができる。
ピリジン、ピリミジン、トリアジン、イミダゾール、ピラゾール、トリアゾ−ル、オキサゾ−ル、オキサジアゾ−ル、フルオレノン、アントラキノジメタン、アントロン、ジフェニルキノン、チオピランジオキシド、カルボジイミド、フルオレニリデンメタン、ジスチリルピラジン、フッ素置換芳香族化合物、ナフタレンペリレン等の複素環テトラカルボン酸無水物、フタロシアニン、およびそれらの誘導体（他の環と縮合環を形成してもよい）、８−キノリノ−ル誘導体の金属錯体やメタルフタロシアニン、ベンゾオキサゾ−ルやベンゾチアゾ−ルを配位子とする金属錯体に代表される各種金属錯体等を挙げることができる。
【００３９】
電子輸送性ホスト材料として好ましくは、金属錯体、アゾール誘導体（ベンズイミダゾール誘導体、イミダゾピリジン誘導体等）、アジン誘導体（ピリジン誘導体、ピリミジン誘導体、トリアジン誘導体等）であり、中でも、本発明においては耐久性の点から金属錯体化合物が好ましい。金属錯体化合物（Ａ）は金属に配位する少なくとも１つの窒素原子または酸素原子または硫黄原子を有する配位子をもつ金属錯体がより好ましい。
金属錯体中の金属イオンは特に限定されないが、好ましくはベリリウムイオン、マグネシウムイオン、アルミニウムイオン、ガリウムイオン、亜鉛イオン、インジウムイオン、錫イオン、白金イオン、またはパラジウムイオンであり、より好ましくはベリリウムイオン、アルミニウムイオン、ガリウムイオン、亜鉛イオン、白金イオン、またはパラジウムイオンであり、更に好ましくはアルミニウムイオン、亜鉛イオン、白金イオン、またはパラジウムイオンである。
【００４０】
前記金属錯体中に含まれる配位子としては種々の公知の配位子が有るが、例えば、「Ｐｈｏｔｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ ａｎｄ Ｐｈｏｔｏｐｈｙｓｉｃｓ ｏｆ Ｃｏｏｒｄｉｎａｔｉｏｎ Ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ」、Ｓｐｒｉｎｇｅｒ−Ｖｅｒｌａｇ社、Ｈ．Ｙｅｒｓｉｎ著、１９８７年発行、「有機金属化学−基礎と応用−」、裳華房社、山本明夫著、１９８２年発行等に記載の配位子が挙げられる。
【００４１】
前記配位子として、好ましくは含窒素ヘテロ環配位子（好ましくは炭素数１〜３０、より好ましくは炭素数２〜２０、特に好ましくは炭素数３〜１５であり、単座配位子であっても２座以上の配位子であっても良い。好ましくは２座以上６座以下の配位子である。また、２座以上６座以下の配位子と単座の混合配位子も好ましい。
配位子としては、例えばアジン配位子（例えば、ピリジン配位子、ビピリジル配位子、及びターピリジン配位子などが挙げられる。）、ヒドロキシフェニルアゾール配位子（例えば、ヒドロキシフェニルベンズイミダゾール配位子、ヒドロキシフェニルベンズオキサゾール配位子、ヒドロキシフェニルイミダゾール配位子、ヒドロキシフェニルイミダゾピリジン配位子などが挙げられる。）、アルコキシ配位子（好ましくは炭素数１〜３０、より好ましくは炭素数１〜２０、特に好ましくは炭素数１〜１０であり、例えばメトキシ、エトキシ、ブトキシ、及び２−エチルヘキシロキシなどが挙げられる。）、アリールオキシ配位子（好ましくは炭素数６〜３０、より好ましくは炭素数６〜２０、特に好ましくは炭素数６〜１２であり、例えばフェニルオキシ、１−ナフチルオキシ、２−ナフチルオキシ、２，４，６−トリメチルフェニルオキシ、及び４−ビフェニルオキシなどが挙げられる。）、
【００４２】
ヘテロアリールオキシ配位子（好ましくは炭素数１〜３０、より好ましくは炭素数１〜２０、特に好ましくは炭素数１〜１２であり、例えばピリジルオキシ、ピラジルオキシ、ピリミジルオキシ、およびキノリルオキシなどが挙げられる。）、アルキルチオ配位子（好ましくは炭素数１〜３０、より好ましくは炭素数１〜２０、特に好ましくは炭素数１〜１２であり、例えばメチルチオ、エチルチオなどが挙げられる。）、アリールチオ配位子（好ましくは炭素数６〜３０、より好ましくは炭素数６〜２０、特に好ましくは炭素数６〜１２であり、例えばフェニルチオなどが挙げられる。）、ヘテロアリールチオ配位子（好ましくは炭素数１〜３０、より好ましくは炭素数１〜２０、特に好ましくは炭素数１〜１２であり、例えばピリジルチオ、２−ベンズイミダゾリルチオ、２−ベンズオキサゾリルチオ、および２−ベンズチアゾリルチオなどが挙げられる。）、シロキシ配位子（好ましくは炭素数１〜３０、より好ましくは炭素数３〜２５、特に好ましくは炭素数６〜２０であり、例えば、トリフェニルシロキシ基、トリエトキシシロキシ基、およびトリイソプロピルシロキシ基などが挙げられる。）、芳香族炭化水素アニオン配位子（好ましくは炭素数６〜３０、より好ましくは炭素数６〜２５、特に好ましくは炭素数６〜２０であり、例えばフェニルアニオン、ナフチルアニオン、およびアントラニルアニオンなどが挙げられる。）、芳香族ヘテロ環アニオン配位子（好ましくは炭素数１〜３０、より好ましくは炭素数２〜２５、特に好ましくは炭素数２〜２０であり、例えばピロールアニオン、ピラゾールアニオン、ピラゾールアニオン、トリアゾールアニオン、オキサゾールアニオン、ベンゾオキサゾールアニオン、チアゾールアニオン、ベンゾチアゾールアニオン、チオフェンアニオン、およびベンゾチオフェンアニオンなどが挙げられる。）、インドレニンアニオン配位子などが挙げられ、好ましくは含窒素ヘテロ環配位子、アリールオキシ配位子、ヘテロアリールオキシ基、シロキシ配位子、芳香族炭化水素アニオン配位子、または芳香族ヘテロ環アニオン配位子であり、更に好ましくは含窒素ヘテロ環配位子、アリールオキシ配位子、シロキシ配位子、芳香族炭化水素アニオン配位子、または芳香族ヘテロ環アニオン配位子である。
【００４３】
金属錯体電子輸送性ホスト材料の例としては、例えば特開２００２−２３５０７６、特開２００４−２１４１７９、特開２００４−２２１０６２、特開２００４−２２１０６５、特開２００４−２２１０６８、特開２００４−３２７３１３等に記載の化合物が挙げられる。
【００４４】
このような電子輸送性ホスト材料としては、具体的には、例えば、以下の材料を挙げることができるが、これらに限定されるものではない。
【００４５】
【化７】
【００４６】
【化８】
【００４７】
【化９】
【００４８】
【化１０】
【００４９】
電子輸送層ホスト材料としては、Ｅ−１〜Ｅ−６、Ｅ−８、Ｅ−９、Ｅ−１０、Ｅ−２１、またはＥ−２２が好ましく、Ｅ−３、Ｅ−４、Ｅ−６、Ｅ−８、Ｅ−９、Ｅ−１０、Ｅ−２１、またはＥ−２２がより好ましく、Ｅ−３、Ｅ−４、Ｅ−８、Ｅ−９、Ｅ−２１、またはＥ−２２が更に好ましい。
【００５０】
（その他のホスト材料）
本発明に用いられるホスト材料としては、正孔輸送性に優れる正孔輸送性ホスト材料（正孔輸送性ホストと記載する場合がある）を電子輸送性ホスト材料と併用して用いることができる。
【００５１】
本発明の有機層に用いられる正孔輸送性ホストとしては、耐久性向上、駆動電圧低下の観点から、イオン化ポテンシャルＩｐが５．１ｅＶ以上６．４ｅＶ以下であることが好ましく、５．４ｅＶ以上６．２ｅＶ以下であることがより好ましく、５．６ｅＶ以上６．０ｅＶ以下であることが更に好ましい。また、耐久性向上、駆動電圧低下の観点から、電子親和力Ｅａが１．２ｅＶ以上３．１ｅＶ以下であることが好ましく、１．４ｅＶ以上３．０ｅＶ以下であることがより好ましく、１．８ｅＶ以上２．８ｅＶ以下であることが更に好ましい。
【００５２】
このような正孔輸送性ホストとしては、具体的には、例えば、以下の材料を挙げることができる。
ピロール、カルバゾール、アザカルバゾール、インドール、アザインドール、ピラゾール、イミダゾール、ポリアリールアルカン、ピラゾリン、ピラゾロン、フェニレンジアミン、アリールアミン、アミノ置換カルコン、スチリルアントラセン、フルオレノン、ヒドラゾン、スチルベン、シラザン、芳香族第三級アミン化合物、スチリルアミン化合物、芳香族ジメチリディン系化合物、ポルフィリン系化合物、ポリシラン系化合物、ポリ（Ｎ−ビニルカルバゾール）、アニリン系共重合体、チオフェンオリゴマー、ポリチオフェン等の導電性高分子オリゴマー、有機シラン、カーボン膜、及びそれらの誘導体等が挙げられる。
中でも、カルバゾール誘導体、インドール誘導体、芳香族第三級アミン化合物、またはチオフェン誘導体が好ましく、特に分子内にカルバゾール骨格、インドール骨格、および／または芳香族第三級アミン骨格を複数個有するものが好ましい。
このような正孔輸送性ホストとしての具体的化合物としては、例えば下記のものが挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【００５３】
【化１１】
【００５４】
【化１２】
【００５５】
【化１３】
【００５６】
【化１４】
【００５７】
＜膜厚＞
発光層の膜厚としては、輝度ムラ、駆動電圧、輝度の観点から、０．０３μｍ以上０．５μｍ以下であることが好ましく、０．０６μｍ以上０．４μｍ以下であることが好ましい。発光層の膜厚が薄いと、高輝度で低い電圧での駆動が可能となるが、素子抵抗が小さくなることで、電圧低下による輝度変化の影響を受けやすくなり、輝度ムラの増加を招く結果となる。発光層の膜厚が厚いと、駆動電圧が高くなり、発光効率の低下を招き、用途を限定する原因となってしまう。
【００５８】
＜層構成＞
発光層は１層であっても２層以上であってもよく、それぞれの層が異なる発光色で発光してもよい。また、発光層が積層構造である場合については、積層構造を構成する各層の膜厚は特に限定されないが、各発光層の合計膜厚が前述の範囲になるようにすることが好ましい。
【００５９】
３．正孔注入層、正孔輸送層
正孔注入層、正孔輸送層は、陽極又は陽極側から正孔を受け取り陰極側に輸送する機能を有する層である。正孔注入層、正孔輸送層は、具体的には、カルバゾール誘導体、アザカルバゾール誘導体、インドール誘導体、アザインドール誘導体、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、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、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、芳香族第三級アミン化合物、スチリルアミン化合物、芳香族ジメチリディン系化合物、ポルフィリン系化合物、有機シラン誘導体、カーボン、等を含有する層であることが好ましい。
【００６０】
本発明の有機ＥＬ素子の正孔注入層あるいは正孔輸送層には、電子受容性ドーパントを含有させることができる。正孔注入層、あるいは正孔輸送層に導入する電子受容性ドーパントとしては、電子受容性で有機化合物を酸化する性質を有すれば、無機化合物でも有機化合物でも使用できる。
【００６１】
具体的には、無機化合物は塩化第二鉄や塩化アルミニウム、塩化ガリウム、塩化インジウム、五塩化アンチモンなどのハロゲン化金属、五酸化バナジウム、および三酸化モリブデンなどの金属酸化物などが挙げられる。
【００６２】
有機化合物の場合は、置換基としてニトロ基、ハロゲン、シアノ基、トリフルオロメチル基などを有する化合物、キノン系化合物、酸無水物系化合物、フラーレンなどを好適に用いることができる。
この他にも、特開平６−２１２１５３、特開平１１−１１１４６３、特開平１１−２５１０６７、特開２０００−１９６１４０、特開２０００−２８６０５４、特開２０００−３１５５８０、特開２００１−１０２１７５、特開２００１−１６０４９３、特開２００２−２５２０８５、特開２００２−５６９８５、特開２００３−１５７９８１、特開２００３−２１７８６２、特開２００３−２２９２７８、特開２００４−３４２６１４、特開２００５−７２０１２、特開２００５−１６６６３７、特開２００５−２０９６４３等に記載の化合物を好適に用いることが出来る。
【００６３】
このうちヘキサシアノブタジエン、ヘキサシアノベンゼン、テトラシアノエチレン、テトラシアノキノジメタン、テトラフルオロテトラシアノキノジメタン、ｐ−フルオラニル、ｐ−クロラニル、ｐ−ブロマニル、ｐ−ベンゾキノン、２，６−ジクロロベンゾキノン、２，５−ジクロロベンゾキノン、１，２，４，５−テトラシアノベンゼン、１，４−ジシアノテトラフルオロベンゼン、２，３−ジクロロ−５，６−ジシアノベンゾキノン、ｐ−ジニトロベンゼン、ｍ−ジニトロベンゼン、ｏ−ジニトロベンゼン、１，４−ナフトキノン、２，３−ジクロロナフトキノン、１，３−ジニトロナフタレン、１，５−ジニトロナフタレン、９，１０−アントラキノン、１，３，６，８−テトラニトロカルバゾール、２，４，７−トリニトロ−９−フルオレノン、２，３，５，６−テトラシアノピリジン、またはフラーレンＣ６０が好ましく、ヘキサシアノブタジエン、ヘキサシアノベンゼン、テトラシアノエチレン、テトラシアノキノジメタン、テトラフルオロテトラシアノキノジメタン、ｐ−フルオラニル、ｐ−クロラニル、ｐ−ブロマニル、２，６−ジクロロベンゾキノン、２，５−ジクロロベンゾキノン、２，３−ジクロロナフトキノン、１，２，４，５−テトラシアノベンゼン、２，３−ジクロロ−５，６−ジシアノベンゾキノン、または２，３，５，６−テトラシアノピリジンがより好ましく、テトラフルオロテトラシアノキノジメタンが特に好ましい。
【００６４】
これらの電子受容性ドーパントは、単独で用いてもよいし、２種以上を用いてもよい。電子受容性ドーパントの使用量は、材料の種類によって異なるが、正孔輸送層材料に対して０．０１質量％〜５０質量％であることが好ましく、０．０５質量％〜２０質量％であることが更に好ましく、０．１質量％〜１０質量％であることが特に好ましい。
【００６５】
正孔注入層、正孔輸送層の厚さは、駆動電圧を下げるという観点から、各々５００ｎｍ以下であることが好ましい。
正孔輸送層の厚さとしては、１ｎｍ〜２００ｎｍであるのが好ましく、５ｎｍ〜１００ｎｍであるのがより好ましく、１０ｎｍ〜６０ｎｍであるのが更に好ましい。また、正孔注入層の厚さとしては、０．１ｎｍ〜５００ｎｍであるのが好ましく、０．５ｎｍ〜３００ｎｍであるのがより好ましく、１ｎｍ〜２００ｎｍであるのが更に好ましい。
【００６６】
正孔注入層、正孔輸送層は、上述した材料の１種又は２種以上からなる単層構造であってもよいし、同一組成又は異種組成の複数層からなる多層構造であってもよい。
【００６７】
４．電子注入層、電子輸送層
電子注入層、電子輸送層は、陰極又は陰極側から電子を受け取り陽極側に輸送する機能を有する層である。電子注入層、電子輸送層は、具体的には、トリアゾール誘導体、オキサゾール誘導体、オキサジアゾール誘導体、イミダゾール誘導体、フルオレノン誘導体、アントラキノジメタン誘導体、アントロン誘導体、ジフェニルキノン誘導体、チオピランジオキシド誘導体、カルボジイミド誘導体、フルオレニリデンメタン誘導体、ジスチリルピラジン誘導体、ナフタレン、ペリレン等の芳香環テトラカルボン酸無水物、フタロシアニン誘導体、８−キノリノール誘導体の金属錯体やメタルフタロシアニン、ベンゾオキサゾールやベンゾチアゾールを配位子とする金属錯体に代表される各種金属錯体、有機シラン誘導体、等を含有する層であることが好ましい。
【００６８】
本発明の有機ＥＬ素子の電子注入層あるいは電子輸送層には、電子供与性ドーパントを含有させることができる。電子注入層、あるいは電子輸送層に導入される電子供与性ドーパントとしては、電子供与性で有機化合物を還元する性質を有していればよく、Ｌｉなどのアルカリ金属、Ｍｇなどのアルカリ土類金属、希土類金属を含む遷移金属や還元性有機化合物などが好適に用いられる。金属としては、特に仕事関数が４．２ｅＶ以下の金属が好適に使用でき、具体的には、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｂｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｙ、Ｃｓ、Ｌａ、Ｓｍ、Ｇｄ、およびＹｂなどが挙げられる。また、還元性有機化合物としては、例えば、含窒素化合物、含硫黄化合物、含リン化合物などが挙げられる。
この他にも、特開平６−２１２１５３、特開２０００−１９６１４０、特開２００３−６８４６８、特開２００３−２２９２７８、特開２００４−３４２６１４等に記載の材料を用いることが出来る。
【００６９】
これらの電子供与性ドーパントは、単独で用いてもよいし、２種以上を用いてもよい。電子供与性ドーパントの使用量は、材料の種類によって異なるが、電子輸送層材料に対して０．１質量％〜９９質量％であることが好ましく、１．０質量％〜８０質量％であることが更に好ましく、２．０質量％〜７０質量％であることが特に好ましい。
【００７０】
電子注入層、電子輸送層の厚さは、駆動電圧を下げるという観点から、各々５００ｎｍ以下であることが好ましい。
電子輸送層の厚さとしては、５ｎｍ〜２００ｎｍであることが好ましく、１０ｎｍ〜５０ｎｍであることが更に好ましい。また、電子注入層の厚さとしては、０．１ｎｍ〜５０ｎｍであることが好ましく、０．５ｎｍ〜２０ｎｍであることが更に好ましい。
電子注入層、電子輸送層は、上述した材料の１種又は２種以上からなる単層構造であってもよいし、同一組成又は異種組成の複数層からなる多層構造であってもよい。
電子輸送層が発光層に隣接する層である場合には、耐久性向上の観点から、当該層を構成する材料としては、イオン化ポテンシャルが６．０ｅＶ以下のものが用いられる。
【００７１】
５．基板
本発明で使用する基板としては、有機化合物層から発せられる光を散乱又は減衰させない基板であることが好ましい。その具体例としては、ジルコニア安定化イットリウム（ＹＳＺ）、ガラス等の無機材料、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンフタレート、ポリエチレンナフタレート等のポリエステル、ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリエーテルスルホン、ポリアリレート、ポリイミド、ポリシクロオレフィン、ノルボルネン樹脂、ポリ（クロロトリフルオロエチレン）等の有機材料が挙げられる。
例えば、基板としてガラスを用いる場合、その材質については、ガラスからの溶出イオンを少なくするため、無アルカリガラスを用いることが好ましい。また、ソーダライムガラスを用いる場合には、シリカなどのバリアコートを施したものを使用することが好ましい。有機材料の場合には、耐熱性、寸法安定性、耐溶剤性、電気絶縁性、及び加工性に優れていることが好ましい。
【００７２】
基板の形状、構造、大きさ等については、特に制限はなく、発光素子の用途、目的等に応じて適宜選択することができる。一般的には、基板の形状としては、板状であることが好ましい。基板の構造としては、単層構造であってもよいし、積層構造であってもよく、また、単一部材で形成されていてもよいし、２以上の部材で形成されていてもよい。
【００７３】
基板は、無色透明であっても、有色透明であってもよいが、有機発光層から発せられる光を散乱又は減衰等させることがない点で、無色透明であることが好ましい。
【００７４】
基板には、その表面又は裏面に透湿防止層（ガスバリア層）を設けることができる。
透湿防止層（ガスバリア層）の材料としては、窒化珪素、酸化珪素などの無機物が好適に用いられる。透湿防止層（ガスバリア層）は、例えば、高周波スパッタリング法などにより形成することができる。
熱可塑性基板を用いる場合には、更に必要に応じて、ハードコート層、アンダーコート層などを設けてもよい。
【００７５】
６．電極
（陽極）
陽極は、通常、有機化合物層に正孔を供給する電極としての機能を有していればよく、その形状、構造、大きさ等については特に制限はなく、発光素子の用途、目的に応じて、公知の電極材料の中から適宜選択することができる。前述のごとく、陽極は、通常透明陽極として設けられる。
【００７６】
陽極の材料としては、例えば、金属、合金、金属酸化物、導電性化合物、又はこれらの混合物が好適に挙げられ、仕事関数が４．０ｅＶ以上の材料が好ましい。陽極材料の具体例としては、アンチモンやフッ素等をドープした酸化錫（ＡＴＯ、ＦＴＯ）、酸化錫、酸化亜鉛、酸化インジウム、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）、酸化亜鉛インジウム（ＩＺＯ）等の導電性金属酸化物、金、銀、クロム、ニッケル等の金属、さらにこれらの金属と導電性金属酸化物との混合物又は積層物、ヨウ化銅、硫化銅などの無機導電性物質、ポリアニリン、ポリチオフェン、ポリピロールなどの有機導電性材料、及びこれらとＩＴＯとの積層物などが挙げられる。この中で好ましいのは、導電性金属酸化物であり、特に、生産性、高導電性、透明性等の点からはＩＴＯが好ましい。
【００７７】
陽極は、例えば、印刷方式、コーティング方式等の湿式方式、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法等の物理的方式、ＣＶＤ、プラズマＣＶＤ法等の化学的方式などの中から、陽極を構成する材料との適性を考慮して適宜選択した方法に従って、前記基板上に形成することができる。例えば、陽極の材料として、ＩＴＯを選択する場合には、陽極の形成は、直流又は高周波スパッタ法、真空蒸着法、イオンプレーティング法等に従って行うことができる。
【００７８】
本発明の有機電界発光素子において、陽極の形成位置としては特に制限はなく、発光素子の用途、目的に応じて適宜選択することができる。が、前記基板上に形成されるのが好ましい。この場合、陽極は、基板における一方の表面の全部に形成されていてもよく、その一部に形成されていてもよい。
【００７９】
なお、陽極を形成する際のパターニングとしては、フォトリソグラフィーなどによる化学的エッチングによって行ってもよいし、レーザーなどによる物理的エッチングによって行ってもよく、また、マスクを重ねて真空蒸着やスパッタ等をして行ってもよいし、リフトオフ法や印刷法によって行ってもよい。
【００８０】
陽極の厚みとしては、陽極を構成する材料により適宜選択することができ、一概に規定することはできないが、通常、１０ｎｍ〜５０μｍ程度であり、５０ｎｍ〜２０μｍが好ましい。
【００８１】
陽極の抵抗値としては、１０３Ω／□以下が好ましく、１０２Ω／□以下がより好ましい。陽極が透明である場合は、無色透明であっても、有色透明であってもよい。透明陽極側から発光を取り出すためには、その透過率としては、６０％以上が好ましく、７０％以上がより好ましい。
【００８２】
なお、透明陽極については、沢田豊監修「透明電極膜の新展開」シーエムシー刊（１９９９）に詳述があり、ここに記載される事項を本発明に適用することができる。耐熱性の低いプラスティック基材を用いる場合は、ＩＴＯ又はＩＺＯを使用し、１５０℃以下の低温で成膜した透明陽極が好ましい。
【００８３】
（陰極）
陰極は、通常、有機化合物層に電子を注入する電極としての機能を有していればよく、その形状、構造、大きさ等については特に制限はなく、発光素子の用途、目的に応じて、公知の電極材料の中から適宜選択することができる。
【００８４】
陰極を構成する材料としては、例えば、金属、合金、金属酸化物、電気伝導性化合物、これらの混合物などが挙げられ、仕事関数が４．５ｅＶ以下のものが好ましい。具体例としてはアルカリ金属（たとえば、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｃｓ等）、アルカリ土類金属（たとえばＭｇ、Ｃａ等）、金、銀、鉛、アルミニウム、ナトリウム−カリウム合金、リチウム−アルミニウム合金、マグネシウム−銀合金、インジウム、イッテルビウム等の希土類金属、などが挙げられる。これらは、１種単独で使用してもよいが、安定性と電子注入性とを両立させる観点からは、２種以上を好適に併用することができる。
【００８５】
これらの中でも、陰極を構成する材料としては、電子注入性の点で、アルカリ金属やアルカリ土類金属が好ましく、保存安定性に優れる点で、アルミニウムを主体とする材料が好ましい。
アルミニウムを主体とする材料とは、アルミニウム単独、アルミニウムと０．０１〜１０質量％のアルカリ金属又はアルカリ土類金属との合金若しくはこれらの混合物（例えば、リチウム−アルミニウム合金、マグネシウム−アルミニウム合金など）をいう。
【００８６】
なお、陰極の材料については、特開平２−１５５９５号公報、特開平５−１２１１７２号公報に詳述されており、これらの広報に記載の材料は、本発明においても適用することができる。
【００８７】
陰極の形成方法については、特に制限はなく、公知の方法に従って行うことができる。例えば、印刷方式、コーティング方式等の湿式方式、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法等の物理的方式、ＣＶＤ、プラズマＣＶＤ法等の化学的方式などの中から、前記した陰極を構成する材料との適性を考慮して適宜選択した方法に従って形成することができる。例えば、陰極の材料として、金属等を選択する場合には、その１種又は２種以上を同時又は順次にスパッタ法等に従って行うことができる。
【００８８】
陰極を形成するに際してのパターニングは、フォトリソグラフィーなどによる化学的エッチングによって行ってもよいし、レーザーなどによる物理的エッチングによって行ってもよく、マスクを重ねて真空蒸着やスパッタ等をして行ってもよいし、リフトオフ法や印刷法によって行ってもよい。
【００８９】
本発明において、陰極形成位置は特に制限はなく、有機化合物層上の全部に形成されていてもよく、その一部に形成されていてもよい。
また、陰極と前記有機化合物層との間に、アルカリ金属又はアルカリ土類金属のフッ化物、酸化物等による誘電体層を０．１〜５ｎｍの厚みで挿入してもよい。この誘電体層は、一種の電子注入層と見ることもできる。誘電体層は、例えば、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法等により形成することができる。
【００９０】
陰極の厚みは、陰極を構成する材料により適宜選択することができ、一概に規定することはできないが、通常１０ｎｍ〜５μｍ程度であり、５０ｎｍ〜１μｍが好ましい。
また、陰極は、透明であってもよいし、不透明であってもよい。なお、透明な陰極は、陰極の材料を１〜１０ｎｍの厚さに薄く成膜し、更にＩＴＯやＩＺＯ等の透明な導電性材料を積層することにより形成することができる。
【００９１】
７．保護層
本発明において、有機ＥＬ素子全体は、保護層によって保護されていてもよい。
保護層に含まれる材料としては、水分や酸素等の素子劣化を促進するものが素子内に入ることを抑止する機能を有しているものであればよい。
その具体例としては、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ａｕ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｎｉ等の金属、ＭｇＯ、ＳｉＯ、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＧｅＯ、ＮｉＯ、ＣａＯ、ＢａＯ、Ｆｅ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３、ＴｉＯ２等の金属酸化物、ＳｉＮｘ、ＳｉＮｘＯｙ等の金属窒化物、ＭｇＦ２、ＬｉＦ、ＡｌＦ３、ＣａＦ２等の金属フッ化物、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリメチルメタクリレート、ポリイミド、ポリウレア、ポリテトラフルオロエチレン、ポリクロロトリフルオロエチレン、ポリジクロロジフルオロエチレン、クロロトリフルオロエチレンとジクロロジフルオロエチレンとの共重合体、テトラフルオロエチレンと少なくとも１種のコモノマーとを含むモノマー混合物を共重合させて得られる共重合体、共重合主鎖に環状構造を有する含フッ素共重合体、吸水率１％以上の吸水性物質、吸水率０．１％以下の防湿性物質等が挙げられる。
【００９２】
保護層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、ＭＢＥ（分子線エピタキシ）法、クラスターイオンビーム法、イオンプレーティング法、プラズマ重合法（高周波励起イオンプレーティング法）、プラズマＣＶＤ法、レーザーＣＶＤ法、熱ＣＶＤ法、ガスソースＣＶＤ法、コーティング法、印刷法、転写法を適用できる。
【００９３】
８．封止
さらに、本発明の有機電界発光素子は、封止容器を用いて素子全体を封止してもよい。
また、封止容器と発光素子の間の空間に水分吸収剤又は不活性液体を封入してもよい。水分吸収剤としては、特に限定されることはないが、例えば、酸化バリウム、酸化ナトリウム、酸化カリウム、酸化カルシウム、硫酸ナトリウム、硫酸カルシウム、硫酸マグネシウム、五酸化燐、塩化カルシウム、塩化マグネシウム、塩化銅、フッ化セシウム、フッ化ニオブ、臭化カルシウム、臭化バナジウム、モレキュラーシーブ、ゼオライト、酸化マグネシウム等を挙げることができる。不活性液体としては、特に限定されることはないが、例えば、パラフィン類、流動パラフィン類、パーフルオロアルカンやパーフルオロアミン、パーフルオロエーテル等のフッ素系溶剤、塩素系溶剤、シリコーンオイル類が挙げられる。
【００９４】
９．駆動
本発明の有機電界発光素子は、陽極と陰極との間に直流（必要に応じて交流成分を含んでもよい）電圧（通常２ボルト〜１５ボルト）、又は直流電流を印加することにより、発光を得ることができる。
本発明の有機電界発光素子の駆動方法については、特開平２−１４８６８７号、同６−３０１３５５号、同５−２９０８０号、同７−１３４５５８号、同８−２３４６８５号、同８−２４１０４７号の各公報、特許第２７８４６１５号、米国特許５８２８４２９号、同６０２３３０８号の各明細書、等に記載の駆動方法を適用することができる。
【００９５】
１０．用途
本発明の有機ＥＬ素子の用途は特に限定されないが、携帯電話ディスプレイ、パーソナルデジタルアシスタント（ＰＤＡ）、コンピュータディスプレイ、自動車の情報ディスプレイ、ＴＶモニター、あるいは一般照明等広い分野に適用できる。
【実施例】
【００９６】
以下に、本発明の有機ＥＬ素子の実施例について説明するが、本発明はこれら実施例により限定されるものではない。
【００９７】
実施例１
１．有機ＥＬ素子の作製
（比較の有機ＥＬ素子１の作製）
０．５ｍｍ厚み、２．５ｃｍ角の酸化インジウム錫（ＩＴＯと略記）を１００ｎｍの厚みに蒸着したガラス基板（ジオマテック（株）製、表面抵抗１０Ω／□）を洗浄容器に入れ、２−プロパノール中で超音波洗浄した後、３０分間ＵＶ−オゾン処理を行った。この透明陽極上に真空蒸着法にて以下の層を蒸着した。本発明の実施例における蒸着速度は特に断りのない場合は０．２ｎｍ／秒である。蒸着速度は水晶振動子を用いて測定した。以下に記載の膜厚も水晶振動子を用いて測定したものである。
【００９８】
正孔注入層：４，４’，４”−Ｔｒｉｓ［２−ｎａｐｈｔｙｌ（ｐｈｅｎｙｌ）ａｍｉｎｏ］ｔｒｉｐｈｅｎｙｌａｍｉｎｅ（２−ＴＮＡＴＡと略記する）及びテトラフルオロテトラシアノキノジメタン（Ｆ４−ＴＣＮＱと略記する）をＦ４−ＴＣＮＱが２−ＴＮＡＴＡに対して１．０質量％となるように共蒸着した。厚み１６０ｎｍであった。
正孔輸送層：Ｎ，Ｎ’−ジ（１−ナフチル）−Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−１，１’−ビフェニル−４，４’−ジアミン（α−ＮＰＤと略記する）、厚み１０ｎｍ。
【００９９】
発光層：ホール輸送性ホスト４，４’−ｄｉ−（Ｎ−ｃａｒｂａｚｏｌｅ）−ｂｉｐｈｅｎｙｌ（ＣＢＰと略記）及びホール輸送性燐光発光材料ＥＡ−１をＥＡ−１がＣＢＰに対して１０質量％となるように共蒸着した。膜厚は６０ｎｍであった。
【０１００】
続いて、発光層の上に、下記の電子輸送層、および電子注入層を設けた。
電子輸送層：Ａｌｕｍｉｎｕｍ （ＩＩＩ）ｂｉｓ（２−ｍｅｔｈｙｌ−８−ｑｕｉｎｏｌｉｎａｔｏ）４−ｐｈｅｎｙｌｐｈｅｎｏｌａｔｅ（ＢＡｌｑと略記する）、厚み４０ｎｍ。
電子注入層：ＬｉＦ、厚み１ｎｍ。
【０１０１】
さらに、シャドウマスクによりパターニングして陰極として厚み１００ｎｍのＡｌを設けた。
各層はいずれも抵抗加熱真空蒸着により設けた。
【０１０２】
作製した積層体を、窒素ガスで置換したグロ−ブボックス内に入れ、ステンレス製の封止缶および紫外線硬化型の接着剤（ＸＮＲ５５１６ＨＶ、長瀬チバ製）を用いて封止した。
【０１０３】
（比較の有機ＥＬ素子２の作製）
比較の有機ＥＬ素子１において、発光層と電子輸送層の間に下記のホールブロック層を設け、それ以外は比較の有機ＥＬ素子１と同様にして比較の有機ＥＬ素子２を作製した。
ホールブロック層：２，９−Ｄｉｍｅｔｈｙｌ−４，７−ｄｉｐｈｅｎｙｌ−１，１０−ｐｈｅｎａｎｔｈｒｏｌｉｎｅ（ＢＣＰと略記する）、厚み５ｎｍ。
【０１０４】
（比較の有機ＥＬ素子３の作製）
比較の有機ＥＬ素子１において、発光層を下記に変更した。
ホール輸送性ホストＣＢＰとホール輸送性燐光発光材料ＥＡ−１の共蒸着量を蒸着進行と共に連続的に増加させた。蒸着当初の陽極側界面ではＣＢＰが８０質量％、ＥＡ−１が２０質量％の混合比で、蒸着終了段階の陰極側界面ではＣＢＰが１００質量％、ＥＡ−１が０質量％の混合比となるように各成分の蒸着速度を調整した。これらの界面の間では連続的に各成分の混合比率を変化させた。発光層の総膜厚は６０ｎｍであった。陽極側界面付近の領域における各材料の濃度は、ＣＢＰが８１質量％、ＥＡ−１が１９質量％であり、陰極側界面付近の領域では、ＣＢＰが９９質量％、ＥＡ−１が１質量％であった。
【０１０５】
（比較の有機ＥＬ素子４の作製）
比較の有機ＥＬ素子１において、発光層として下記の層を設け、それ以外は比較の有機ＥＬ素子１と同様にして比較の有機ＥＬ素子４を作製した。
発光層：電子輸送性ホストＢＡｌｑおよびホール輸送性燐光発光材料ＥＡ−１をＥＡ−１がＢＡｌｑに対して１０質量％となるように共蒸着した。発光層の厚み６０ｎｍであった。
【０１０６】
（比較の有機ＥＬ素子５の作製）
比較の有機ＥＬ素子１において、発光層として下記の層を設け、それ以外は比較の有機ＥＬ素子１と同様にして比較の有機ＥＬ素子５を作製した。
発光層：電子輸送性ホストＢＡｌｑおよびホール輸送性燐光発光材料ＥＡ−１をＥＡ−１がＢＡｌｑに対して５質量％となるように共蒸着した。発光層の厚み６０ｎｍであった。
【０１０７】
（比較の有機ＥＬ素子６の作製）
比較の有機ＥＬ素子１において、発光層として下記の層を設け、それ以外は比較の有機ＥＬ素子１と同様にして比較の有機ＥＬ素子６を作製した。
発光層：電子輸送性ホストＢＡｌｑおよびホール輸送性燐光発光材料ＥＡ−１をＥＡ−１がＢＡｌｑに対して２０質量％となるように共蒸着した。発光層の厚み６０ｎｍであった。
【０１０８】
（本発明の有機ＥＬ素子１の作製）
比較の有機ＥＬ素子１において、発光層を下記に変更した。
発光層：電子輸送性ホスト材料のＢＡｌｑおよびホール輸送性燐光発光材料のＥＡ−１の共蒸着量を蒸着進行と共に変化させた。蒸着当初の陽極側界面ではＢＡｌｑが８０質量％、ＥＡ−１が２０質量％の混合比率であり、蒸着終了段階の陰極側界面ではＢＡｌｑが９５質量％、ＥＡ−１が５質量％の混合比率となるように各成分の蒸着速度を調整した。これらの界面の間では連続的に各成分の混合比率を変化させた。発光層の総膜厚は６０ｎｍとした。陽極側界面付近の領域における各材料の濃度は、ＢＡｌｑが８０．７５質量％、ＥＡ−１が１９．２５質量％であり、陰極側界面付近の領域では、ＢＡｌｑが９４．２５質量％、ＥＡ−１が５．７５質量％であった。
【０１０９】
（本発明の有機ＥＬ素子２の作製）
比較の有機ＥＬ素子１において、発光層を下記に変更した。
発光層：電子輸送性ホスト材料のＢＡｌｑおよびホール輸送性燐光発光材料のＥＡ−１の共蒸着量を蒸着進行と共に変化させた。蒸着当初の陽極側界面ではＢＡｌｑが８０質量％、ＥＡ−１が２０質量％の混合比率であり、蒸着終了段階の陰極側界面ではＢＡｌｑが１００質量％、ＥＡ−１が０質量％の混合比率となるように各成分の蒸着速度を調整した。これらの界面の間では連続的に各成分の混合比率を変化させた。発光層の総膜厚は６０ｎｍとした。陽極側界面付近の領域における各材料の濃度は、ＢＡｌｑが８１質量％、ＥＡ−１が１９質量％であり、陰極側界面付近の領域では、ＢＡｌｑが９９質量％、ＥＡ−１が１質量％であった。
【０１１０】
（本発明の有機ＥＬ素子３の作製）
比較の有機ＥＬ素子１において、発光層を下記に変更した。
発光層：電子輸送性ホスト材料のＢＡｌｑおよびホール輸送性燐光発光材料のＥＡ−１の共蒸着量を蒸着進行と共に変化させた。蒸着当初の陽極側界面ではＢＡｌｑが４０質量％、ＥＡ−１が６０質量％の混合比率であり、蒸着終了段階の陰極側界面ではＢＡｌｑが１００質量％、ＥＡ−１が０質量％の混合比率となるように各成分の蒸着速度を調整した。これらの界面の間では連続的に各成分の混合比率を変化させた。発光層の総膜厚は６０ｎｍとした。陽極側界面付近の領域における各材料の濃度は、ＢＡｌｑが４３質量％、ＥＡ−１が５７質量％であり、陰極側界面付近の領域では、ＢＡｌｑが９７質量％、ＥＡ−１が３質量％であった。
【０１１１】
（本発明の有機ＥＬ素子４の作製）
比較の有機ＥＬ素子１において、発光層を下記に変更した。
発光層：電子輸送性ホスト材料のＢＡｌｑおよびホール輸送性燐光発光材料のＥＡ−１の共蒸着量を蒸着進行と共に変化させた。蒸着当初の陽極側界面ではＢＡｌｑが０質量％、ＥＡ−１が１００質量％の混合比率であり、蒸着終了段階の陰極側界面ではＢＡｌｑが１００質量％、ＥＡ−１が０質量％の混合比率となるように各成分の蒸着速度を調整した。これらの界面の間では連続的に各成分の混合比率を変化させた。発光層の総膜厚は６０ｎｍとした。陽極側界面付近の領域における各材料の濃度は、ＢＡｌｑが５質量％、ＥＡ−１が９５質量％であり、陰極側界面付近の領域では、ＢＡｌｑが９５質量％、ＥＡ−１が５質量％であった。
【０１１２】
実施例に用いた化合物の構造を下記に示す。
【０１１３】
【化１５】
【０１１４】
【化１６】
【０１１５】
２．性能評価結果
得られた比較有機ＥＬ素子および本発明の有機ＥＬ素子を同一条件で下記の手段によって外部量子効率および駆動耐久性を測定した。
【０１１６】
《駆動電圧》
輝度３００ｃｄ／ｍ２に達する直流電圧を駆動電圧とした。
【０１１７】
《外部量子効率の測定方法》
作製した発光素子をＫＥＩＴＨＬＥＹ製ソ−スメジャ−ユニット２４００型を用いて、直流電圧を発光素子に印加し輝度３００ｃｄ／ｍ２に発光させた。その発光スペクトルと光量をトプコン社製輝度計ＳＲ−３を用いて測定し、発光スペクトル、光量と測定時の電流から外部量子効率を計算した。
さらに、高輝度発光における発光効率の評価として、１０００ｃｄ／ｍ２になるように直流電圧を印加し、この輝度での外部量子効率を測定した。
【０１１８】
《駆動耐久性率の測定方法》
各素子を初期輝度３００ｃｄ／ｍ２および１０００ｃｄ／ｍ２で連続駆動して、輝度が半減するまでの時間を測定した。この輝度半減時間をもってして駆動耐久性の指標とした。
【０１１９】
得られた結果を表１に示した。本発明、および比較の試料はいづれも赤色発光を示した。比較有機ＥＬ素子に対して本発明の有機ＥＬ素子１〜４はいずれも外部量子効率が高くかつ駆動耐久性に優れていた。また、比較の素子では、高輝度発光における外部量子効率が低輝度における値より大きく低下するのに対して、本発明の素子は、高輝度発光でも外部量子効率の低下率が小さく、高輝度での発光効率が優れていた。
本発明の素子の中でも有機ＥＬ素子１より素子２、素子３、素子４の順に外部量子効率、駆動耐久性共に向上することから、発光層内のホール輸送性発光材料と電子輸送性ホスト材料の濃度傾斜が大きくなるほどより効果が大きいことが判る。
【０１２０】
【表１】
【０１２１】
実施例２
実施例１において、発光層を下記に変更し、その他は実施例１と同様にして素子を作製した。
比較の素子７：実施例１の比較の素子１に於けるＥＡ−１をホール輸送性燐光発光材料のＩｒｉｄｉｕｍ（ＩＩＩ）ｆａｃ−ｔｒｉｓ（２−ｐｈｅｎｙｌｐｙｒｉｄｉｎａｔｏ−Ｎ，Ｃ２’）（Ｉｒ（ｐｐｙ）３と表記）に変更し、その他は比較の素子１の発光層と同様に調製した。
比較の素子８：実施例１の比較の素子４に於けるＥＡ−１をＩｒ（ｐｐｙ）３に変更し、ＢＡｌｑをＥ−３に変更し、その他は比較の素子４の発光層と同様に調製した。
比較の素子９：実施例１の比較の素子３に於けるＥＡ−１をホール輸送性燐光発光材料のＩｒ（ｐｐｙ）３に変更し、その他は比較の素子３の発光層と同様に調製した。
【０１２２】
本発明の有機ＥＬ素子５：実施例１の本発明の素子２に於けるＥＡ−１をＩｒ（ｐｐｙ）３に変更し、ＢＡｌｑをＥ−３に変更し、その他は本発明の素子２の発光層と同様に調製した。
【０１２３】
【化１７】
【０１２４】
得られた試料について、実施例１と同様に評価した結果を表２に示す。
本実施例の比較の素子８，９、および本発明の素子５では緑色発光が得られた。
比較有機ＥＬ素子８，９に対して本発明の有機ＥＬ素子５は、外部量子効率が高くかつ駆動耐久性に優れていた。特に、比較の素子では、高輝度発光で外部量子効率が著しく低下するのに対して、本発明の素子は、高輝度発光でも外部量子効率が僅かしか低下せず、高輝度での発光効率が優れていた。
【０１２５】
【表２】
【０１２６】
実施例３
実施例２において、発光層を下記に変更し、その他は実施例１と同様にして素子を作製した。
本発明の有機ＥＬ素子６：本発明の素子５に於けるＩｒ（ｐｐｙ）３の代わりにホール輸送性燐往発光材料Ｉｒ錯体Ａを用い、Ｅ−３の代わりに電子輸送性ホストＥ−５を用いて、その他は本発明の素子５と同様に調製した。
【０１２７】
【化１８】
【０１２８】
得られた試料について、実施例１と同様に評価した。
本発明の素子６では、青色発光が得られ、実施例１と同様に外部量子効率が高くかつ駆動耐久性に優れていた。
【０１２９】
実施例４
実施例１において、発光層を下記に変更し、その他は実施例１と同様にして素子を作製した。
本発明の有機ＥＬ素子７：本発明の素子６におけるＩｒ錯体の代わりにホール輸送性燐光発光材料Ｉｒ錯体Ｂを用いて、その他は本発明の素子６と同様に調製した。
【０１３０】
【化１９】
【０１３１】
得られた試料について、実施例１と同様に評価した。
本発明の素子７では、青色発光が得られ、実施例１と同様に外部量子効率が高く、かつ駆動耐久性に優れていた。
【０１３２】
実施例５
実施例１において、発光層を下記に変更し、その他は実施例１と同様にして素子を作製した。
本発明の有機ＥＬ素子８：本発明の素子２におけるホール輸送性燐光発光材料ＥＡ−１の代わりに、ホール輸送性蛍光発光材料Ｆ−１を用いて、その他は本発明の素子２と同様に調整した。
【０１３３】
【化２０】
【０１３４】
得られた試料について、実施例１と同様に評価した。
本発明の素子８では、赤色発光が得られ、実施例１と同様に外部量子効率が高く、かつ駆動耐久性に優れていた。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の電極間に発光層を含む有機層を挟持した有機電界発光素子であって、前記発光層が少なくとも１種のホール輸送性発光材料と少なくとも１種の電子輸送性ホスト材料を含有し、前記ホール輸送性発光材料の前記発光層における濃度が陽極側から陰極側に向かって減少していることを特徴とする有機電界発光素子。
【請求項２】
前記電子輸送性ホスト材料の前記発光層における濃度が前記陰極側から前記陽極側に向かって減少していることを特徴とする請求項１に記載の有機電界発光素子。
【請求項３】
前記発光層の前記陰極側界面付近の領域における前記ホール輸送性発光材料の濃度が、前記発光層の前記陽極側界面付近の領域における前記ホール輸送性発光材料の濃度に対して０質量％以上３０質量％以下であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の有機電界発光素子。
【請求項４】
前記発光層の前記陽極側界面付近の領域における前記電子輸送性ホスト材料の濃度が、前記発光層の前記陰極側界面付近の領域における前記電子輸送性ホスト材料の濃度に対して０質量％以上９０質量％以下であることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の有機電界発光素子。
【請求項５】
前記発光層中における前記ホール輸送性発光材料の濃度が、前記発光層の前記陰極側界面付近の領域で１０質量％以下であることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の有機電界発光素子。
【請求項６】
前記発光層中における前記電子輸送性ホスト材料の濃度が、前記発光層の前記陽極側界面付近の領域で９０質量％以下であることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の有機電界発光素子。
【請求項７】
前記ホール輸送性発光材料が燐光発光材料であることを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の有機電界発光素子。
【請求項８】
前記ホール輸送性発光材料がＩｒ錯体であることを特徴とする請求項７に記載の有機電界発光素子。
【請求項９】
前記電子輸送性ホスト材料がＢｅ錯体、Ａｌ錯体、Ｇａ錯体、Ｚｎ錯体、Ｐｔ錯体、Ｐｄ錯体、又は含窒素芳香族ヘテロ環化合物であることを特徴とする請求項１〜請求項８のいずれか１項に記載の有機電界発光素子。
【請求項１】
一対の電極間に発光層を含む有機層を挟持した有機電界発光素子であって、前記発光層が少なくとも１種のホール輸送性発光材料と少なくとも１種の電子輸送性ホスト材料を含有し、前記ホール輸送性発光材料の前記発光層における濃度が陽極側から陰極側に向かって減少していることを特徴とする有機電界発光素子。
【請求項２】
前記電子輸送性ホスト材料の前記発光層における濃度が前記陰極側から前記陽極側に向かって減少していることを特徴とする請求項１に記載の有機電界発光素子。
【請求項３】
前記発光層の前記陰極側界面付近の領域における前記ホール輸送性発光材料の濃度が、前記発光層の前記陽極側界面付近の領域における前記ホール輸送性発光材料の濃度に対して０質量％以上３０質量％以下であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の有機電界発光素子。
【請求項４】
前記発光層の前記陽極側界面付近の領域における前記電子輸送性ホスト材料の濃度が、前記発光層の前記陰極側界面付近の領域における前記電子輸送性ホスト材料の濃度に対して０質量％以上９０質量％以下であることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の有機電界発光素子。
【請求項５】
前記発光層中における前記ホール輸送性発光材料の濃度が、前記発光層の前記陰極側界面付近の領域で１０質量％以下であることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の有機電界発光素子。
【請求項６】
前記発光層中における前記電子輸送性ホスト材料の濃度が、前記発光層の前記陽極側界面付近の領域で９０質量％以下であることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の有機電界発光素子。
【請求項７】
前記ホール輸送性発光材料が燐光発光材料であることを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の有機電界発光素子。
【請求項８】
前記ホール輸送性発光材料がＩｒ錯体であることを特徴とする請求項７に記載の有機電界発光素子。
【請求項９】
前記電子輸送性ホスト材料がＢｅ錯体、Ａｌ錯体、Ｇａ錯体、Ｚｎ錯体、Ｐｔ錯体、Ｐｄ錯体、又は含窒素芳香族ヘテロ環化合物であることを特徴とする請求項１〜請求項８のいずれか１項に記載の有機電界発光素子。
【公開番号】特開２００９−３２９９０（Ｐ２００９−３２９９０Ａ）
【公開日】平成２１年２月１２日（２００９．２．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１９６６７６（Ｐ２００７−１９６６７６）
【出願日】平成１９年７月２７日（２００７．７．２７）
【出願人】（３０６０３７３１１）富士フイルム株式会社 (25,513)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年２月１２日（２００９．２．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年７月２７日（２００７．７．２７）
【出願人】（３０６０３７３１１）富士フイルム株式会社 (25,513)
【Ｆターム（参考）】
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