有機ＥＬ素子
【課題】ホストの選択性を広げつつ色味の温度依存性を抑えることを可能にする有機ＥＬ素子を提供する。
【解決手段】陽極と陰極と、該陽極と該陰極との間に配置され少なくとも発光層を含む有機化合物層と、から構成され、該発光層が、ホストと、第１ドーパントとなる金属錯体と、第２ドーパントとなる金属錯体と、を有し、該第１ドーパントとなる金属錯体が、非共役性配位子と、共役性配位子とを有し、該第１ドーパントの最低３重項励起準位が、非発光性配位子の最低３重項励起準位に由来することを特徴とする、有機ＥＬ素子。
【解決手段】陽極と陰極と、該陽極と該陰極との間に配置され少なくとも発光層を含む有機化合物層と、から構成され、該発光層が、ホストと、第１ドーパントとなる金属錯体と、第２ドーパントとなる金属錯体と、を有し、該第１ドーパントとなる金属錯体が、非共役性配位子と、共役性配位子とを有し、該第１ドーパントの最低３重項励起準位が、非発光性配位子の最低３重項励起準位に由来することを特徴とする、有機ＥＬ素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機ＥＬ素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
有機エレクトロルミネッセンス素子（有機ＥＬ素子）は、１対の電極の間に少なくとも１層の有機化合物層が配置されている電子素子である。ここで有機化合物層は、少なくとも発光層を有し、電荷を注入・輸送する層が適宜含まれる単層又は複数層からなる積層体である。
【０００３】
近年、有機ＥＬ素子の研究開発が進められている。この研究開発で解決すべき課題の１つとして、素子の発光効率の向上がある。ここで素子の発光効率を向上させる試みとして、蛍光ではなく燐光を用いることが検討されている。燐光、即ち、３重項励起状態からの発光を利用することができれば、従来の蛍光（１重項）を利用した素子と比べて、理論的に３倍程度の発光効率の向上が期待される。
【０００４】
特許文献１には、発光層に、発光材料である３種類の材料（ホスト、燐光発光材料Ａ、燐光発光材料Ｂ）が含まれている有機ＥＬ素子が提案されている。この有機ＥＬ素子は、発光層に含まれている３種類の発光材料間でのエネルギー移動を利用することで素子の発光効率が向上する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−０７７６７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで特許文献１の有機ＥＬ素子の構成材料である２種類の燐光発光材料は、室温で燐光発光する材料である。ここで単色発光を実現させるためには、発光層内に含まれる燐光発光材料の含有量を制限する必要がある。また２種類の燐光発光材料は、温度によりその発光量子効率が変化するために高温下及び低温下において発光色の色味が変化する可能性がある。
【０００７】
本発明は上記課題を解決するためになされるものであり、その目的は、ホストの選択性を広げつつ色味の温度依存性を抑えることを可能にする有機ＥＬ素子を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の有機ＥＬ素子は、陽極と陰極と、
該陽極と該陰極との間に配置され少なくとも発光層を含む有機化合物層と、から構成され、
該発光層が、ホストと、第１ドーパントとなる金属錯体と、第２ドーパントとなる金属錯体と、を有し、
該第１ドーパントとなる金属錯体が、非共役性配位子と、共役性配位子とを有し、
該第１ドーパントの最低３重項励起準位が、非発光性配位子の最低３重項励起準位に由来することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の有機ＥＬ素子は、発光層に含まれる第１ドーパントが、少なくとも一つの配位子が非共役性の配位子を有する金属錯体である。また第１ドーパントの最低３重項励起準位が非発光性配位子の最低３重項励起準位に由来することで、両発光材料間のエネルギー移動を効果的に利用することに加えて、第１ドーパントの発光を抑えて濃度の制限を広くすることができる。従って、本発明によれば、ホストの選択性を広げつつ色味の温度依存性を抑えることを可能にする有機ＥＬ素子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】発光層に含まれる各材料の最低励起準位の大小関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の有機ＥＬ素子は、陽極と陰極と、該陽極と該陰極との間に配置され少なくとも発光層を含む有機化合物層と、から構成される。
【００１２】
以下、本発明の有機ＥＬ素子の実施形態について説明する。有機ＥＬ素子は、一般的に透明基板上に、透明電極、ホール輸送層、発光層、電子輸送層及び金属電極がこの順番で積層されている。また有機ＥＬ素子において、発光層と電子輸送層との間に励起子拡散防止層をさらに設けていてもよい。またホール輸送層は、単一の層で構成されていてもよいし複数の層で構成されていてもよい。電子輸送層も、ホール輸送層と同様に単一の層で構成されていてもよいし複数の層で構成されていてもよい。ただし、本発明の実施形態は、上述の形態に限定されるものではない。
【００１３】
本発明において、発光層は、ホストと、第１ドーパントとなる金属錯体と、第２ドーパントとなる金属錯体と、を有している。
【００１４】
本発明において、発光層とは、陽極と陰極との間に配置される有機化合物層のうち発光機能を有する層をいう。また本発明において、ホストとは、発光層に含まれる構成材料のうち主成分に相当する材料、より具体的には、発光層内の含有率が５０重量％以上である材料をいう。これに対して、ドーパントとは、発光層に含まれる構成材料のうち主成分ではない材料、より具体的には、発光層内の含有率が５０重量％以下である材料をいう。従って、本発明においては、発光層内の第１ドーパントと第２ドーパントとの総含有率は５０重量％以下である。
【００１５】
本発明において、発光層に含まれるホストは、特に限定はされないが、好ましくは、ベンゼン環又は縮合環が直線状に連結して共役長が長い芳香族化合物である。より好ましくは、ベンゼン環又は縮合環が直線状に連結して共役長が長く、かつ分子長軸に対する側方において芳香族置換基が導入されていない芳香族化合物である。分子長軸に対する側方において芳香族置換基が導入されていないと、分子同士のスタッキングが密になりやすいためキャリア移動が容易になる。その結果、素子の駆動電流を低く抑えることができるため、素子寿命を改善することができる。さらに、ホストを炭素原子及び水素原子のみからなる炭化水素化合物にすることでも、素子寿命を改善することができると考えられる。もちろん、分子内にヘテロ原子（Ｎ等）を有してもよい。またホストは、その純度を考慮すると、ポリマーであるよりも数百量体以下のオリゴマーの方が好ましく、数量体の低分子量の化合物であることがより好ましい。
【００１６】
ベンゼン環又は縮合環が直線状に連結している芳香族化合物として、例えば、複数のフルオレン環がフルオレン骨格の２位及び７位を連結部として結合しているフルオレン多量体が挙げられる。このフルオレン多量体は、アモルファス性に優れると共に、ガラス転移温度（Ｔｇ）が１２０℃以上と高い。フルオレン多量体は、好ましくは、連結されているフルオレン骨格が２つ以上５つ以下である化合物である。ただし、ベンゼン環や縮合環（ナフタレン環等）の長軸に相当する部位を連結部として結合していれば、フルオレン多量体を構成するフルオレン骨格の一部をベンゼン環や他の縮合環に置き換えてもよい。
【００１７】
一方で、分子長軸に対する側方において芳香族置換基が導入されていないとは、分子の長軸方向とは異なる方向に、カルバゾリル基、アンスリル基等の芳香族置換基が導入されていないことをいう。例えば、上述したフルオレン多量体では、分子の長軸方向であるフルオレン環の２位及び７位、並びに３位及び６位を除いた１位、４位、５位、８位及び９位のいずれの位置にも芳香族置換基を持たないことをいう。
【００１８】
またホストとして、上述した芳香族化合物の他に、ＡｌやＺｎ等に代表される有機金属錯体も好ましい。有機金属錯体は、一般的な有機化合物に比べて最低１重項励起準位（吸収したエネルギーが緩和（ストークスシフト）した結果の励起準位）と、最低３重項励起準位との差が小さい。一方で、ドーパントの最低３重項励起準位からの発光を吸収することが無いように、ホストの最低３重項励起準位は、最終エミッタ−である第２ドーパントの最低３重項励起準位よりも高くする必要がある。ここで有機金属錯体の最低３重項励起準位を第２ドーパントの最低３重項励起準位に近づけると、上述したように、有機金属錯体の最低１重項励起準位と最低３重項励起準位との差が小さいので、ホストのバンドギャップを小さくすることができる。この結果、ホールや電子の電荷漏れ、及びホストの最低１重項励起準位から隣接する材料の１重項励起準位へのエネルギーの拡散を防止することができる。
【００１９】
以下に、ホストの具体例を示す。但し、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００２０】
【化１】
【００２１】
【化２】
【００２２】
第１ドーパントは、発光を目的として発光層に含ませるドーパントではないが、下記（１）乃至(３)の機能を有する材料である。
（１）ホストからエネルギーを受ける機能
（２）最低１重項励起状態から最低３重項励起状態への項間交差を行う機能
（３）第２ドーパントへエネルギーを供給する機能
【００２３】
第１ドーパントは、非共役性配位子と、共役性配位子とを有する金属錯体である。ここでいう非共役性配位子とは、配位子である分子のうち中心金属との配位に関係する部位が中心金属に対して共役が弱いことを意味する。また共役が弱いとは、２重結合や３重結合が複数の単結合により隔たれていて中心金属との配位に関係する部位が共役構造を形成していないことをいう。即ち、非共役性配位子とは、中心金属との間で形成されるπ結合が弱い配位子であることを意味する。
【００２４】
例えば、アセチルアセトネート配位子とフェニルピリジン配位子を比較する。ここで、アセチルアセトネート配位子は、２つの酸素原子がＩｒやＰｔ等の中心金属と配位する。一方、フェニルピリジン配位子は、ベンゼン環内の炭素原子及びピリジン環内の窒素原子が中心金属と配位する。ここでアセチルアセトネート配位子は、中心金属との配位に関係する部位が共役構造を形成していない。このため、配位子が中心金属と配位する際に、配位子と中心金属との間で形成されるπ結合に関与する原子は実質的に酸素原子一つであるので、配位子と中心金属とを結ぶπ結合は１本しか形成されない。これに対して、フェニルピリジン配位子は、中心金属との配位に関係する部位が共役構造を形成している。このため、配位子が中心金属と配位する際に、配位子と中心金属との間で形成されるπ結合に関与する原子は実質的に窒素原子及び炭素原子の２つであるので、配位子と中心金属とを結ぶπ結合は２本形成される。従って、アセチルアセトネート配位子は、フェニルピリジン等のように複数の原子が金属原子に配位して複数のπ結合を形成する配位子と比べて配位子と中心金属との間で形成されるπ結合が弱い。
【００２５】
ところで、Ｉｒ、Ｐｔ等の重金属原子を中心金属とする有機金属錯体では、配位子と中心金属とのπ結合が中心金属のスピン−軌道相互作用に影響し、相互作用が大きいほど、３重項励起状態から基底状態への遷移モーメントが大きくなる。その結果、発光速度定数が大きくなり、量子収率が向上すると考えられる。上記スピン−軌道相互作用は、π結合の数が少ないほど小さくなるので、アセチルアセトネート体等の非共役性配位子を利用した発光は一般的に量子収率が低いと考えられる。
【００２６】
また本発明においては、第１ドーパントの最低３重項励起準位は、非発光性配位子の最低励起準位に由来する。ところで、Ｉｒ等の中心金属を有する有機金属錯体の最低励起状態は、一般的には中心金属のｄ軌道から配位子の空軌道に飛ぶことによって生じる。一方で、本願発明においては、第１ドーパントを構成する非共役性配位子の最低非占有軌道（ｌｏｗｅｓｔ ｕｎｏｃｃｕｐｉｅｄ ｍｏｌｅｃｕｌａｒ ｏｒｂｉｔａｌ；ＬＵＭＯ）が他の配位子のＬＵＭＯに比べて低くなっている。ここで非共役性配位子のＬＵＭＯを低くするための方法として、例えば、下記（Ａ）又は（Ｂ）が考えられる。
（Ａ）非共役性配位子のバンドギャップを小さくすること
（Ｂ）非共役性配位子のＨＯＭＯ−ＬＵＭＯを真空準位に対して低くすること
上記（Ａ）を行う具体的な方法として、非共役性配位子中に縮合環等を付加して配位子内に共役構造を形成することが考えられる。一方、上記（Ｂ）を行う具体的な方法として、フッ素等の電子吸引基を非共役性配位子に付加することが考えられる。
【００２７】
このような第１ドーパントを用いることで、燐光発光に必要な３重項励起エネルギーを効率よく発光材料である第２ドーパントへエネルギー移動させることができる。また上記第１ドーパントを用いることで、第２ドーパントの発光のみが観測される構成を形成することが可能である。その結果、エネルギー的に大きな発光色である緑や青を発光させたい場合でも所望の発光色以外の発光を抑制することができるので第２ドーパントを広い範囲で選択することができる。
【００２８】
また本発明においては、室温下におけるＩｒ（ｐｐｙ）3の発光強度を１としたときに、室温下における第１ドーパントの相対発光強度が０．１４以下であることが好ましい。第１ドーパントの相対発光強度が小さければ、第２ドーパントからの発光を選択的に取り出すことが容易になる。
【００２９】
本発明の有機ＥＬ素子において、素子を構成する発光層には、ホストが５０重量％含まれているので、一対の電極から供給される正孔及び電子が再結合する場所はホストの可能性が高い。ここでホストにおいて正孔及び電子が再結合すると、この再結合により励起されたホスト（最低１重項励起状態のホスト）が生成される。励起されたホストが有する励起エネルギーは、ホストの最低１重項励起状態から第２ドーパントの最低３重項励起状態へ直接的にエネルギー移動は行われない。当該励起エネルギーは、はじめに第１ドーパントもしくは第２ドーパントの最低１重項励起状態へ移動する。ここで第１ドーパントへエネルギー移動が行われた場合では、最低１重項励起状態から最低３重項励起状態へと項間交差が起こる。そして第１ドーパントの最低３重項励起準位から第２ドーパントの最低３重項励起準位へ励起エネルギーが移動する。
【００３０】
ここで第１ドーパントを発光層に含ませる利点として、例えば、下記（ｉ）乃至（ｖ）が挙げられる。
（ｉ）ホストの最低３重項励起状態から励起エネルギーが移動したとしても第１ドーパントの発光が変化しないため、ホストの選択性が広がる。
（ｉｉ）第１ドーパントの発光は、第１ドーパントの濃度に依存しないため、第１ドーパントの濃度を比較的に高くしても本発明の効果を奏する。
（ｉｉｉ）ホストの最低１重項励起状態と第２ドーパントの最低１重項励起状態との差が大きくても本発明の効果を奏するため、第２ドーパントの選択性が広がる。
（ｉｖ）ホストの最低１重項励起状態と第２ドーパントの最低３重項励起状態との差が大きくても本発明の効果を奏するため第２ドーパントの選択性が広がる。
（ｖ）第２ドーパントで項間交差が生じていなくてもよいため、第２ドーパントの最低１重項励起状態と最低３重項励起状態との差が大きくても本発明の効果を奏する。このため第２ドーパントの選択性が広がる。
【００３１】
このような利点からホスト及び第２ドーパントの具体的な構造を決めた上で、発光効率を向上させるために好ましい第１ドーパントを適宜選択することができる。
【００３２】
第１ドーパントは、項間交差を生じさせるために、中心金属が、白金（Ｐｔ）、銅（Ｃｕ）、レニウム（Ｒｅ）、イリジウム（Ｉｒ）等の重金属原子であることが好ましい。特に、イリジウム等のオクタテトラヘドラル型の錯体を形成する金属原子が好ましい。
【００３３】
以下に、第１ドーパントの具体例を示す。ただし本発明はこれらに限定されるものではない。
【００３４】
【化３】
【００３５】
第２ドーパントは、好ましくは、燐光発光材料である。そのため、第２ドーパントの最低３重項励起状態に励起エネルギーが効率よく供給されることが必要である。
【００３６】
第２ドーパントとなる燐光発光材料は特に限定はないが、好ましくは、金属錯体である。また第２ドーパントとして使用される金属錯体として、好ましくは、中心金属が白金、銅、レニウム、イリジウム等である金属錯体である。特に好ましくは、中心金属がイリジウムの金属錯体である。一方、赤色発光の実現や３重項エネルギー移動の観点から、第２ドーパントとして使用される金属錯体は、主骨格がフェニルイソキノリンやフェニルキノリン等である配位子を有していることが好ましい。
【００３７】
以下に、本発明に用いられる第２ドーパントの具体例を示すが、これらに限定されるものではない。
【００３８】
【化４】
【００３９】
【化５】
【００４０】
【化６】
【００４１】
【化７】
【００４２】
【化８】
【００４３】
ところで、発光層に含まれる２種類のドーパント（第１ドーパント、第２ドーパント）は、中心金属を同じにする又は配位子の構造が同じにするのが好ましい。また第２ドーパントにおいて、燐光寿命は１．６μｓ以下であるのが好ましい。燐光寿命が長くなると、３重項励起状態になっている第２ドーパントが飽和し励起子同士が衝突することによる発光効率の低下が起こりやすくなると考えられるからである。
【００４４】
尚、発光層中に含まれるドーパントは、必ずしも上述した２種類のドーパント（第１ドーパント、第２ドーパント）のみでなければならないわけではない。第１ドーパントと第２ドーパントとの間でエネルギーの転移が効率よく行われ、３重項励起準位の低いドーパントが発光しさえすれば、別のドーパント（第３ドーパント等）をさらに発光層に含ませてもよい。
【００４５】
発光層内における第１ドーパント及び第２ドーパントの含有率は特に限定されるものではないが、第１ドーパントにおいては、０．１重量％以上４０重量％以下が好ましく、第２ドーパントにおいては、０．１重量％以上２０重量％以下が好ましい。ただし、第１ドーパントの含有率と第２ドーパントの含有率との和は、好ましくは、４０重量％以下である。
【００４６】
本発明の有機ＥＬ素子においては、ホストの発光スペクトルと、第１ドーパントの吸収スペクトル及び／又は第２ドーパントの吸収スペクトルとの重なりが大きいことが好ましい。２種類のドーパントがホストの励起エネルギーを無駄なく吸収して、第２ドーパントの発光がより効率的に行われるからである。
【００４７】
図１は、発光層に含まれる各材料の最低励起準位の大小関係を示す図である。図１より、第１ドーパントの励起エネルギーは、第２ドーパントへ移動する。ここで第１ドーパントから第２ドーパントへのエネルギー移動を実現させるには、第１ドーパントの最低３重項励起準位を第２ドーパントの最低３重項励起準位よりも高くする必要がある。またこのときに、ホストの最低３重項準位は第１ドーパントの最低３重項準位と比べて高くても低くてもかまわないが、一般的に、第１ドーパントの最低３重項準位と比べて低い方が好ましい。ホストのバンドギャップが小さくなると共に、発光層に流れる電流が大きくなる結果、消費電力を少なくすることができるからである。
【００４８】
また本発明において、ホストの最低１重項励起状態ＳH1は、第２ドーパントの最低１重項励起状態ＳD2-1よりも高いことが好ましい。
【００４９】
次に、本発明の有機ＥＬ素子を構成する他の部材について説明する。本発明の有機ＥＬ素子を構成する電極は、金属材料からなる金属電極又は透明導電性材料からなる透明電極である。少なくともいずれか一方が透明電極であるのが好ましい。また電極の構成材料は、電子注入性やホール注入性を考慮して適宜選択される。透明電極の構成材料となる透明導電性材料として、ＩＴＯやＩＺＯが挙げられる。金属電極の構成材料となる金属材料として、アルミニウムや金、白金、クロム、銅等の金属単体あるいはこれらの金属単体のうち２種類以上を混合してなる合金が挙げられる。
【００５０】
本発明の有機ＥＬ素子において、素子を構成する有機化合物層に、電荷輸送層（ホール輸送層、電子輸送層）や電荷注入層（ホール注入層、電子注入層）が含まれている場合、電荷輸送層や電荷注入層の構成材料として、公知の材料を使用してもよい。具体的には、ホール輸送層やホール注入層が有機化合物層に含まれる場合、公知のホール注入・輸送性材料を使用することができる。一方、電子輸送層や電子注入層が有機化合物層に含まれる場合、公知の電子注入・輸送性材料を使用することができる。
【００５１】
本発明の有機ＥＬ素子は、必要に応じて、酸素や水分から隔離されるように工夫が施されていることが好ましい。例えば、封止缶を利用したり、有機材料あるいは無機材料の少なくともいずれか一方を含む材料からなる封止膜を形成したりしてもよい。
【００５２】
本発明の有機ＥＬ素子は、特に、赤色発光素子として好ましく用いることができる。ただし、第２ドーパントの発光色によっては、緑色あるいは青色の有機ＥＬ素子として用いることができる。また第２ドーパントの組み合わせによっては白色の有機ＥＬ素子として用いることができる。
【００５３】
また本発明の有機ＥＬ素子は、ディスプレイ等の表示装置の構成部材として用いることができる。例えば、本発明の有機ＥＬ素子は、ディスプレイの画素部又は副画素部に用いることができる。尚、ここでいうディスプレイには、テレビやパソコンやデジタルカメラやカムコーダー等に搭載される表示装置、車体に搭載される表示装置等が含まれる。また本発明の有機ＥＬ素子を照明、電子写真方式の画像形成装置等の表示部あるいは感光体への露光光源等として用いてもよい。
【００５４】
上述した表示装置等に本発明の有機ＥＬ素子を用いる際は、単数で用いてもよく、あるいは複数で用いてもよい。用いられる有機ＥＬ素子が複数ある場合、各有機ＥＬ素子の駆動方式として、例えば、パッシブ方式やアクティブマトリクス方式がある。また有機ＥＬ素子が複数の場合、各有機発光素子の発光色は単一であってもよいし複数であってもよい。有機ＥＬ素子から発せられる発光の色が複数種類ある場合、フルカラー発光ができる。また本発明の有機ＥＬ素子は基板側から光を取り出すことができるいわゆるボトムエミッション構造の素子でもよく、あるいは基板側とは反対の側から光を取り出すいわゆるトップエミッション構造の素子でもよい。
【実施例】
【００５５】
［第１ドーパント］
後述する実施例及び比較例において、下記に示す化合物を第１ドーパントとして使用した。
【００５６】
【化９】
【００５７】
また第１ドーパントの発光強度について、以下に述べる方法で評価した。
【００５８】
石英セルに、対象化合物のトルエン溶液（濃度：１０-5ｍｏｌ％）を注入した後、１０分間窒素ガスでバブリングすることで残存酸素の脱気を行った。次に、脱気したセルにＸｅランプ（ランプの波長：４００ｎｍ）を照射したときに生じる発光スペクトルを、分光光度計（日立ハイテクノロジーズ社製）を用いて測定した。尚、発光スペクトルを測定するときの温度条件を室温とした。次に、同一のセルについて、紫外可視分光光度計（ＪＡＳＣＯ社製；Ｖ−５６０）を用いて吸収スペクトルを測定した。それぞれ測定した発光スペクトル及び吸収スペクトルにおいて下記の計算を行い、計算値を求めた。
【００５９】
【数１】
【００６０】
Ｉｒ（ｐｐｙ）3についても同様に、発光スペクトル及び吸収スペクトルを測定した後、上記式に基づいて計算を行い計算値を求めた。次に、Ｉｒ（ｐｐｙ）3のときの計算値を１としたときの各第１ドーパントの相対計算値を求めた。結果を表１に示す。尚、表１に示される相対計算値は、Ｉｒ（ｐｐｙ）3に対する相対発光強度に相当する。
【００６１】
【表１】
【００６２】
尚、例示化合物Ｄ１−１及び例示化合物Ｄ１−２の分子軌道を、計算シミュレーションを用いて、計算した。現在広く用いられているＧａｕｓｓｉａｎ０３（Ｇａｕｓｓｉａｎ０３，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）を用いて、ＤＦＴ基底関数６−３１＋Ｇ*の計算手法を使った。この方法は計算精度的に誤差を含み、厳密には正確ではないが、分子設計を行う上で有効な指針を与えてくれることを確認した。またこの計算シミュレーションの結果、各化合物のＬＵＭＯはアセチルアセトネート配位子側に局在し、最低３重項励起準位はＩｒからアセチルアセトネート配位子への遷移に帰属されることが分かった。
【００６３】
また、例示化合物Ｄ１−３についても例示化合物Ｄ１−１、Ｄ１−２と同様の方法で相対計算値を求めた。その結果、相対計算値（Ｉｒ（ｐｐｙ）3に対する相対発光強度）は０．００５であった。
【００６４】
［実施例１］
透明基板上に、透明電極（陽極）、ホール輸送層、発光層、電子輸送層及び陰極がこの順で積層されている有機ＥＬ素子を、以下に示す方法により作製した。
【００６５】
ガラス基板（透明基板）上に、スパッタリング法によりＩＴＯ膜を成膜した。このときＩＴＯ膜の膜厚を１００ｎｍとした。次に、フォトリソグラフィーによるＩＴＯ膜のパターニングを行うことにより、電極面積が３ｍｍ2の透明電極を複数得た。次に、１０-5Ｐａの真空チャンバー内において、抵抗加熱による真空蒸着により、ＩＴＯ電極（透明電極）上に、後述する有機化合物層及び電極層を連続成膜した。連続成膜した有機化合物層及び電極層の種類、構成材料及び膜厚を下記表２に示す。
【００６６】
【表２】
【００６７】
上記構成材料のうち、ＫＦ、Ａｌ以外の材料の構造式を以下に示す。
【００６８】
【化１０】
【００６９】
以上により、有機ＥＬ素子を得た。得られた有機ＥＬ素子について、輝度６００ｃｄ／ｍ2としたときの発光効率を評価した。またＴＯＰＣＯＮ社製ＢＭ−７を用いて色度測定を行った。結果を表３に示す。
【００７０】
［実施例２］
実施例１において、発光層に含まれる第１ドーパントを、Ｄ１−ＸからＤ１−Ｙに変更したことを除いては、実施例１と同様の方法により有機ＥＬ素子を作製した。得られた有機ＥＬ素子について、実施例１と同様に評価を行った。結果を表３に示す。
【００７１】
［実施例３］
実施例１において、発光層に含まれる第２ドーパントを、Ｉｒ（４Ｆ５ｍｐｉｑ）3からＩｒ（ｐｐｙ）３に変更したことを除いては、実施例１と同様の方法により有機ＥＬ素子を作製した。得られた有機ＥＬ素子について、実施例１と同様に評価を行った。結果を表３に示す。
【００７２】
［比較例１］
実施例１において、発光層に含まれる第１ドーパントを、Ｄ１−Ｘから化合物Ｚに変更したことを除いては、実施例１と同様の方法により有機ＥＬ素子を作製した。得られた有機ＥＬ素子について、実施例１と同様に評価を行った。結果を表３に示す。
【００７３】
【表３】
【００７４】
表３より、第１ドーパントとして発光強度が小さい化合物を使用すると、エネルギー移動が効率よく行うことができる。また本発明の有機ＥＬ素子を構成する発光層に含まれる第１ドーパントは、発光強度が小さいため、第二ドーパントより高い濃度で発光層内に含まれていたとしても自らが発光することがないので、目標の色度に調整することができる。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機ＥＬ素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
有機エレクトロルミネッセンス素子（有機ＥＬ素子）は、１対の電極の間に少なくとも１層の有機化合物層が配置されている電子素子である。ここで有機化合物層は、少なくとも発光層を有し、電荷を注入・輸送する層が適宜含まれる単層又は複数層からなる積層体である。
【０００３】
近年、有機ＥＬ素子の研究開発が進められている。この研究開発で解決すべき課題の１つとして、素子の発光効率の向上がある。ここで素子の発光効率を向上させる試みとして、蛍光ではなく燐光を用いることが検討されている。燐光、即ち、３重項励起状態からの発光を利用することができれば、従来の蛍光（１重項）を利用した素子と比べて、理論的に３倍程度の発光効率の向上が期待される。
【０００４】
特許文献１には、発光層に、発光材料である３種類の材料（ホスト、燐光発光材料Ａ、燐光発光材料Ｂ）が含まれている有機ＥＬ素子が提案されている。この有機ＥＬ素子は、発光層に含まれている３種類の発光材料間でのエネルギー移動を利用することで素子の発光効率が向上する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−０７７６７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで特許文献１の有機ＥＬ素子の構成材料である２種類の燐光発光材料は、室温で燐光発光する材料である。ここで単色発光を実現させるためには、発光層内に含まれる燐光発光材料の含有量を制限する必要がある。また２種類の燐光発光材料は、温度によりその発光量子効率が変化するために高温下及び低温下において発光色の色味が変化する可能性がある。
【０００７】
本発明は上記課題を解決するためになされるものであり、その目的は、ホストの選択性を広げつつ色味の温度依存性を抑えることを可能にする有機ＥＬ素子を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の有機ＥＬ素子は、陽極と陰極と、
該陽極と該陰極との間に配置され少なくとも発光層を含む有機化合物層と、から構成され、
該発光層が、ホストと、第１ドーパントとなる金属錯体と、第２ドーパントとなる金属錯体と、を有し、
該第１ドーパントとなる金属錯体が、非共役性配位子と、共役性配位子とを有し、
該第１ドーパントの最低３重項励起準位が、非発光性配位子の最低３重項励起準位に由来することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の有機ＥＬ素子は、発光層に含まれる第１ドーパントが、少なくとも一つの配位子が非共役性の配位子を有する金属錯体である。また第１ドーパントの最低３重項励起準位が非発光性配位子の最低３重項励起準位に由来することで、両発光材料間のエネルギー移動を効果的に利用することに加えて、第１ドーパントの発光を抑えて濃度の制限を広くすることができる。従って、本発明によれば、ホストの選択性を広げつつ色味の温度依存性を抑えることを可能にする有機ＥＬ素子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】発光層に含まれる各材料の最低励起準位の大小関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の有機ＥＬ素子は、陽極と陰極と、該陽極と該陰極との間に配置され少なくとも発光層を含む有機化合物層と、から構成される。
【００１２】
以下、本発明の有機ＥＬ素子の実施形態について説明する。有機ＥＬ素子は、一般的に透明基板上に、透明電極、ホール輸送層、発光層、電子輸送層及び金属電極がこの順番で積層されている。また有機ＥＬ素子において、発光層と電子輸送層との間に励起子拡散防止層をさらに設けていてもよい。またホール輸送層は、単一の層で構成されていてもよいし複数の層で構成されていてもよい。電子輸送層も、ホール輸送層と同様に単一の層で構成されていてもよいし複数の層で構成されていてもよい。ただし、本発明の実施形態は、上述の形態に限定されるものではない。
【００１３】
本発明において、発光層は、ホストと、第１ドーパントとなる金属錯体と、第２ドーパントとなる金属錯体と、を有している。
【００１４】
本発明において、発光層とは、陽極と陰極との間に配置される有機化合物層のうち発光機能を有する層をいう。また本発明において、ホストとは、発光層に含まれる構成材料のうち主成分に相当する材料、より具体的には、発光層内の含有率が５０重量％以上である材料をいう。これに対して、ドーパントとは、発光層に含まれる構成材料のうち主成分ではない材料、より具体的には、発光層内の含有率が５０重量％以下である材料をいう。従って、本発明においては、発光層内の第１ドーパントと第２ドーパントとの総含有率は５０重量％以下である。
【００１５】
本発明において、発光層に含まれるホストは、特に限定はされないが、好ましくは、ベンゼン環又は縮合環が直線状に連結して共役長が長い芳香族化合物である。より好ましくは、ベンゼン環又は縮合環が直線状に連結して共役長が長く、かつ分子長軸に対する側方において芳香族置換基が導入されていない芳香族化合物である。分子長軸に対する側方において芳香族置換基が導入されていないと、分子同士のスタッキングが密になりやすいためキャリア移動が容易になる。その結果、素子の駆動電流を低く抑えることができるため、素子寿命を改善することができる。さらに、ホストを炭素原子及び水素原子のみからなる炭化水素化合物にすることでも、素子寿命を改善することができると考えられる。もちろん、分子内にヘテロ原子（Ｎ等）を有してもよい。またホストは、その純度を考慮すると、ポリマーであるよりも数百量体以下のオリゴマーの方が好ましく、数量体の低分子量の化合物であることがより好ましい。
【００１６】
ベンゼン環又は縮合環が直線状に連結している芳香族化合物として、例えば、複数のフルオレン環がフルオレン骨格の２位及び７位を連結部として結合しているフルオレン多量体が挙げられる。このフルオレン多量体は、アモルファス性に優れると共に、ガラス転移温度（Ｔｇ）が１２０℃以上と高い。フルオレン多量体は、好ましくは、連結されているフルオレン骨格が２つ以上５つ以下である化合物である。ただし、ベンゼン環や縮合環（ナフタレン環等）の長軸に相当する部位を連結部として結合していれば、フルオレン多量体を構成するフルオレン骨格の一部をベンゼン環や他の縮合環に置き換えてもよい。
【００１７】
一方で、分子長軸に対する側方において芳香族置換基が導入されていないとは、分子の長軸方向とは異なる方向に、カルバゾリル基、アンスリル基等の芳香族置換基が導入されていないことをいう。例えば、上述したフルオレン多量体では、分子の長軸方向であるフルオレン環の２位及び７位、並びに３位及び６位を除いた１位、４位、５位、８位及び９位のいずれの位置にも芳香族置換基を持たないことをいう。
【００１８】
またホストとして、上述した芳香族化合物の他に、ＡｌやＺｎ等に代表される有機金属錯体も好ましい。有機金属錯体は、一般的な有機化合物に比べて最低１重項励起準位（吸収したエネルギーが緩和（ストークスシフト）した結果の励起準位）と、最低３重項励起準位との差が小さい。一方で、ドーパントの最低３重項励起準位からの発光を吸収することが無いように、ホストの最低３重項励起準位は、最終エミッタ−である第２ドーパントの最低３重項励起準位よりも高くする必要がある。ここで有機金属錯体の最低３重項励起準位を第２ドーパントの最低３重項励起準位に近づけると、上述したように、有機金属錯体の最低１重項励起準位と最低３重項励起準位との差が小さいので、ホストのバンドギャップを小さくすることができる。この結果、ホールや電子の電荷漏れ、及びホストの最低１重項励起準位から隣接する材料の１重項励起準位へのエネルギーの拡散を防止することができる。
【００１９】
以下に、ホストの具体例を示す。但し、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００２０】
【化１】
【００２１】
【化２】
【００２２】
第１ドーパントは、発光を目的として発光層に含ませるドーパントではないが、下記（１）乃至(３)の機能を有する材料である。
（１）ホストからエネルギーを受ける機能
（２）最低１重項励起状態から最低３重項励起状態への項間交差を行う機能
（３）第２ドーパントへエネルギーを供給する機能
【００２３】
第１ドーパントは、非共役性配位子と、共役性配位子とを有する金属錯体である。ここでいう非共役性配位子とは、配位子である分子のうち中心金属との配位に関係する部位が中心金属に対して共役が弱いことを意味する。また共役が弱いとは、２重結合や３重結合が複数の単結合により隔たれていて中心金属との配位に関係する部位が共役構造を形成していないことをいう。即ち、非共役性配位子とは、中心金属との間で形成されるπ結合が弱い配位子であることを意味する。
【００２４】
例えば、アセチルアセトネート配位子とフェニルピリジン配位子を比較する。ここで、アセチルアセトネート配位子は、２つの酸素原子がＩｒやＰｔ等の中心金属と配位する。一方、フェニルピリジン配位子は、ベンゼン環内の炭素原子及びピリジン環内の窒素原子が中心金属と配位する。ここでアセチルアセトネート配位子は、中心金属との配位に関係する部位が共役構造を形成していない。このため、配位子が中心金属と配位する際に、配位子と中心金属との間で形成されるπ結合に関与する原子は実質的に酸素原子一つであるので、配位子と中心金属とを結ぶπ結合は１本しか形成されない。これに対して、フェニルピリジン配位子は、中心金属との配位に関係する部位が共役構造を形成している。このため、配位子が中心金属と配位する際に、配位子と中心金属との間で形成されるπ結合に関与する原子は実質的に窒素原子及び炭素原子の２つであるので、配位子と中心金属とを結ぶπ結合は２本形成される。従って、アセチルアセトネート配位子は、フェニルピリジン等のように複数の原子が金属原子に配位して複数のπ結合を形成する配位子と比べて配位子と中心金属との間で形成されるπ結合が弱い。
【００２５】
ところで、Ｉｒ、Ｐｔ等の重金属原子を中心金属とする有機金属錯体では、配位子と中心金属とのπ結合が中心金属のスピン−軌道相互作用に影響し、相互作用が大きいほど、３重項励起状態から基底状態への遷移モーメントが大きくなる。その結果、発光速度定数が大きくなり、量子収率が向上すると考えられる。上記スピン−軌道相互作用は、π結合の数が少ないほど小さくなるので、アセチルアセトネート体等の非共役性配位子を利用した発光は一般的に量子収率が低いと考えられる。
【００２６】
また本発明においては、第１ドーパントの最低３重項励起準位は、非発光性配位子の最低励起準位に由来する。ところで、Ｉｒ等の中心金属を有する有機金属錯体の最低励起状態は、一般的には中心金属のｄ軌道から配位子の空軌道に飛ぶことによって生じる。一方で、本願発明においては、第１ドーパントを構成する非共役性配位子の最低非占有軌道（ｌｏｗｅｓｔ ｕｎｏｃｃｕｐｉｅｄ ｍｏｌｅｃｕｌａｒ ｏｒｂｉｔａｌ；ＬＵＭＯ）が他の配位子のＬＵＭＯに比べて低くなっている。ここで非共役性配位子のＬＵＭＯを低くするための方法として、例えば、下記（Ａ）又は（Ｂ）が考えられる。
（Ａ）非共役性配位子のバンドギャップを小さくすること
（Ｂ）非共役性配位子のＨＯＭＯ−ＬＵＭＯを真空準位に対して低くすること
上記（Ａ）を行う具体的な方法として、非共役性配位子中に縮合環等を付加して配位子内に共役構造を形成することが考えられる。一方、上記（Ｂ）を行う具体的な方法として、フッ素等の電子吸引基を非共役性配位子に付加することが考えられる。
【００２７】
このような第１ドーパントを用いることで、燐光発光に必要な３重項励起エネルギーを効率よく発光材料である第２ドーパントへエネルギー移動させることができる。また上記第１ドーパントを用いることで、第２ドーパントの発光のみが観測される構成を形成することが可能である。その結果、エネルギー的に大きな発光色である緑や青を発光させたい場合でも所望の発光色以外の発光を抑制することができるので第２ドーパントを広い範囲で選択することができる。
【００２８】
また本発明においては、室温下におけるＩｒ（ｐｐｙ）3の発光強度を１としたときに、室温下における第１ドーパントの相対発光強度が０．１４以下であることが好ましい。第１ドーパントの相対発光強度が小さければ、第２ドーパントからの発光を選択的に取り出すことが容易になる。
【００２９】
本発明の有機ＥＬ素子において、素子を構成する発光層には、ホストが５０重量％含まれているので、一対の電極から供給される正孔及び電子が再結合する場所はホストの可能性が高い。ここでホストにおいて正孔及び電子が再結合すると、この再結合により励起されたホスト（最低１重項励起状態のホスト）が生成される。励起されたホストが有する励起エネルギーは、ホストの最低１重項励起状態から第２ドーパントの最低３重項励起状態へ直接的にエネルギー移動は行われない。当該励起エネルギーは、はじめに第１ドーパントもしくは第２ドーパントの最低１重項励起状態へ移動する。ここで第１ドーパントへエネルギー移動が行われた場合では、最低１重項励起状態から最低３重項励起状態へと項間交差が起こる。そして第１ドーパントの最低３重項励起準位から第２ドーパントの最低３重項励起準位へ励起エネルギーが移動する。
【００３０】
ここで第１ドーパントを発光層に含ませる利点として、例えば、下記（ｉ）乃至（ｖ）が挙げられる。
（ｉ）ホストの最低３重項励起状態から励起エネルギーが移動したとしても第１ドーパントの発光が変化しないため、ホストの選択性が広がる。
（ｉｉ）第１ドーパントの発光は、第１ドーパントの濃度に依存しないため、第１ドーパントの濃度を比較的に高くしても本発明の効果を奏する。
（ｉｉｉ）ホストの最低１重項励起状態と第２ドーパントの最低１重項励起状態との差が大きくても本発明の効果を奏するため、第２ドーパントの選択性が広がる。
（ｉｖ）ホストの最低１重項励起状態と第２ドーパントの最低３重項励起状態との差が大きくても本発明の効果を奏するため第２ドーパントの選択性が広がる。
（ｖ）第２ドーパントで項間交差が生じていなくてもよいため、第２ドーパントの最低１重項励起状態と最低３重項励起状態との差が大きくても本発明の効果を奏する。このため第２ドーパントの選択性が広がる。
【００３１】
このような利点からホスト及び第２ドーパントの具体的な構造を決めた上で、発光効率を向上させるために好ましい第１ドーパントを適宜選択することができる。
【００３２】
第１ドーパントは、項間交差を生じさせるために、中心金属が、白金（Ｐｔ）、銅（Ｃｕ）、レニウム（Ｒｅ）、イリジウム（Ｉｒ）等の重金属原子であることが好ましい。特に、イリジウム等のオクタテトラヘドラル型の錯体を形成する金属原子が好ましい。
【００３３】
以下に、第１ドーパントの具体例を示す。ただし本発明はこれらに限定されるものではない。
【００３４】
【化３】
【００３５】
第２ドーパントは、好ましくは、燐光発光材料である。そのため、第２ドーパントの最低３重項励起状態に励起エネルギーが効率よく供給されることが必要である。
【００３６】
第２ドーパントとなる燐光発光材料は特に限定はないが、好ましくは、金属錯体である。また第２ドーパントとして使用される金属錯体として、好ましくは、中心金属が白金、銅、レニウム、イリジウム等である金属錯体である。特に好ましくは、中心金属がイリジウムの金属錯体である。一方、赤色発光の実現や３重項エネルギー移動の観点から、第２ドーパントとして使用される金属錯体は、主骨格がフェニルイソキノリンやフェニルキノリン等である配位子を有していることが好ましい。
【００３７】
以下に、本発明に用いられる第２ドーパントの具体例を示すが、これらに限定されるものではない。
【００３８】
【化４】
【００３９】
【化５】
【００４０】
【化６】
【００４１】
【化７】
【００４２】
【化８】
【００４３】
ところで、発光層に含まれる２種類のドーパント（第１ドーパント、第２ドーパント）は、中心金属を同じにする又は配位子の構造が同じにするのが好ましい。また第２ドーパントにおいて、燐光寿命は１．６μｓ以下であるのが好ましい。燐光寿命が長くなると、３重項励起状態になっている第２ドーパントが飽和し励起子同士が衝突することによる発光効率の低下が起こりやすくなると考えられるからである。
【００４４】
尚、発光層中に含まれるドーパントは、必ずしも上述した２種類のドーパント（第１ドーパント、第２ドーパント）のみでなければならないわけではない。第１ドーパントと第２ドーパントとの間でエネルギーの転移が効率よく行われ、３重項励起準位の低いドーパントが発光しさえすれば、別のドーパント（第３ドーパント等）をさらに発光層に含ませてもよい。
【００４５】
発光層内における第１ドーパント及び第２ドーパントの含有率は特に限定されるものではないが、第１ドーパントにおいては、０．１重量％以上４０重量％以下が好ましく、第２ドーパントにおいては、０．１重量％以上２０重量％以下が好ましい。ただし、第１ドーパントの含有率と第２ドーパントの含有率との和は、好ましくは、４０重量％以下である。
【００４６】
本発明の有機ＥＬ素子においては、ホストの発光スペクトルと、第１ドーパントの吸収スペクトル及び／又は第２ドーパントの吸収スペクトルとの重なりが大きいことが好ましい。２種類のドーパントがホストの励起エネルギーを無駄なく吸収して、第２ドーパントの発光がより効率的に行われるからである。
【００４７】
図１は、発光層に含まれる各材料の最低励起準位の大小関係を示す図である。図１より、第１ドーパントの励起エネルギーは、第２ドーパントへ移動する。ここで第１ドーパントから第２ドーパントへのエネルギー移動を実現させるには、第１ドーパントの最低３重項励起準位を第２ドーパントの最低３重項励起準位よりも高くする必要がある。またこのときに、ホストの最低３重項準位は第１ドーパントの最低３重項準位と比べて高くても低くてもかまわないが、一般的に、第１ドーパントの最低３重項準位と比べて低い方が好ましい。ホストのバンドギャップが小さくなると共に、発光層に流れる電流が大きくなる結果、消費電力を少なくすることができるからである。
【００４８】
また本発明において、ホストの最低１重項励起状態ＳH1は、第２ドーパントの最低１重項励起状態ＳD2-1よりも高いことが好ましい。
【００４９】
次に、本発明の有機ＥＬ素子を構成する他の部材について説明する。本発明の有機ＥＬ素子を構成する電極は、金属材料からなる金属電極又は透明導電性材料からなる透明電極である。少なくともいずれか一方が透明電極であるのが好ましい。また電極の構成材料は、電子注入性やホール注入性を考慮して適宜選択される。透明電極の構成材料となる透明導電性材料として、ＩＴＯやＩＺＯが挙げられる。金属電極の構成材料となる金属材料として、アルミニウムや金、白金、クロム、銅等の金属単体あるいはこれらの金属単体のうち２種類以上を混合してなる合金が挙げられる。
【００５０】
本発明の有機ＥＬ素子において、素子を構成する有機化合物層に、電荷輸送層（ホール輸送層、電子輸送層）や電荷注入層（ホール注入層、電子注入層）が含まれている場合、電荷輸送層や電荷注入層の構成材料として、公知の材料を使用してもよい。具体的には、ホール輸送層やホール注入層が有機化合物層に含まれる場合、公知のホール注入・輸送性材料を使用することができる。一方、電子輸送層や電子注入層が有機化合物層に含まれる場合、公知の電子注入・輸送性材料を使用することができる。
【００５１】
本発明の有機ＥＬ素子は、必要に応じて、酸素や水分から隔離されるように工夫が施されていることが好ましい。例えば、封止缶を利用したり、有機材料あるいは無機材料の少なくともいずれか一方を含む材料からなる封止膜を形成したりしてもよい。
【００５２】
本発明の有機ＥＬ素子は、特に、赤色発光素子として好ましく用いることができる。ただし、第２ドーパントの発光色によっては、緑色あるいは青色の有機ＥＬ素子として用いることができる。また第２ドーパントの組み合わせによっては白色の有機ＥＬ素子として用いることができる。
【００５３】
また本発明の有機ＥＬ素子は、ディスプレイ等の表示装置の構成部材として用いることができる。例えば、本発明の有機ＥＬ素子は、ディスプレイの画素部又は副画素部に用いることができる。尚、ここでいうディスプレイには、テレビやパソコンやデジタルカメラやカムコーダー等に搭載される表示装置、車体に搭載される表示装置等が含まれる。また本発明の有機ＥＬ素子を照明、電子写真方式の画像形成装置等の表示部あるいは感光体への露光光源等として用いてもよい。
【００５４】
上述した表示装置等に本発明の有機ＥＬ素子を用いる際は、単数で用いてもよく、あるいは複数で用いてもよい。用いられる有機ＥＬ素子が複数ある場合、各有機ＥＬ素子の駆動方式として、例えば、パッシブ方式やアクティブマトリクス方式がある。また有機ＥＬ素子が複数の場合、各有機発光素子の発光色は単一であってもよいし複数であってもよい。有機ＥＬ素子から発せられる発光の色が複数種類ある場合、フルカラー発光ができる。また本発明の有機ＥＬ素子は基板側から光を取り出すことができるいわゆるボトムエミッション構造の素子でもよく、あるいは基板側とは反対の側から光を取り出すいわゆるトップエミッション構造の素子でもよい。
【実施例】
【００５５】
［第１ドーパント］
後述する実施例及び比較例において、下記に示す化合物を第１ドーパントとして使用した。
【００５６】
【化９】
【００５７】
また第１ドーパントの発光強度について、以下に述べる方法で評価した。
【００５８】
石英セルに、対象化合物のトルエン溶液（濃度：１０-5ｍｏｌ％）を注入した後、１０分間窒素ガスでバブリングすることで残存酸素の脱気を行った。次に、脱気したセルにＸｅランプ（ランプの波長：４００ｎｍ）を照射したときに生じる発光スペクトルを、分光光度計（日立ハイテクノロジーズ社製）を用いて測定した。尚、発光スペクトルを測定するときの温度条件を室温とした。次に、同一のセルについて、紫外可視分光光度計（ＪＡＳＣＯ社製；Ｖ−５６０）を用いて吸収スペクトルを測定した。それぞれ測定した発光スペクトル及び吸収スペクトルにおいて下記の計算を行い、計算値を求めた。
【００５９】
【数１】
【００６０】
Ｉｒ（ｐｐｙ）3についても同様に、発光スペクトル及び吸収スペクトルを測定した後、上記式に基づいて計算を行い計算値を求めた。次に、Ｉｒ（ｐｐｙ）3のときの計算値を１としたときの各第１ドーパントの相対計算値を求めた。結果を表１に示す。尚、表１に示される相対計算値は、Ｉｒ（ｐｐｙ）3に対する相対発光強度に相当する。
【００６１】
【表１】
【００６２】
尚、例示化合物Ｄ１−１及び例示化合物Ｄ１−２の分子軌道を、計算シミュレーションを用いて、計算した。現在広く用いられているＧａｕｓｓｉａｎ０３（Ｇａｕｓｓｉａｎ０３，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）を用いて、ＤＦＴ基底関数６−３１＋Ｇ*の計算手法を使った。この方法は計算精度的に誤差を含み、厳密には正確ではないが、分子設計を行う上で有効な指針を与えてくれることを確認した。またこの計算シミュレーションの結果、各化合物のＬＵＭＯはアセチルアセトネート配位子側に局在し、最低３重項励起準位はＩｒからアセチルアセトネート配位子への遷移に帰属されることが分かった。
【００６３】
また、例示化合物Ｄ１−３についても例示化合物Ｄ１−１、Ｄ１−２と同様の方法で相対計算値を求めた。その結果、相対計算値（Ｉｒ（ｐｐｙ）3に対する相対発光強度）は０．００５であった。
【００６４】
［実施例１］
透明基板上に、透明電極（陽極）、ホール輸送層、発光層、電子輸送層及び陰極がこの順で積層されている有機ＥＬ素子を、以下に示す方法により作製した。
【００６５】
ガラス基板（透明基板）上に、スパッタリング法によりＩＴＯ膜を成膜した。このときＩＴＯ膜の膜厚を１００ｎｍとした。次に、フォトリソグラフィーによるＩＴＯ膜のパターニングを行うことにより、電極面積が３ｍｍ2の透明電極を複数得た。次に、１０-5Ｐａの真空チャンバー内において、抵抗加熱による真空蒸着により、ＩＴＯ電極（透明電極）上に、後述する有機化合物層及び電極層を連続成膜した。連続成膜した有機化合物層及び電極層の種類、構成材料及び膜厚を下記表２に示す。
【００６６】
【表２】
【００６７】
上記構成材料のうち、ＫＦ、Ａｌ以外の材料の構造式を以下に示す。
【００６８】
【化１０】
【００６９】
以上により、有機ＥＬ素子を得た。得られた有機ＥＬ素子について、輝度６００ｃｄ／ｍ2としたときの発光効率を評価した。またＴＯＰＣＯＮ社製ＢＭ−７を用いて色度測定を行った。結果を表３に示す。
【００７０】
［実施例２］
実施例１において、発光層に含まれる第１ドーパントを、Ｄ１−ＸからＤ１−Ｙに変更したことを除いては、実施例１と同様の方法により有機ＥＬ素子を作製した。得られた有機ＥＬ素子について、実施例１と同様に評価を行った。結果を表３に示す。
【００７１】
［実施例３］
実施例１において、発光層に含まれる第２ドーパントを、Ｉｒ（４Ｆ５ｍｐｉｑ）3からＩｒ（ｐｐｙ）３に変更したことを除いては、実施例１と同様の方法により有機ＥＬ素子を作製した。得られた有機ＥＬ素子について、実施例１と同様に評価を行った。結果を表３に示す。
【００７２】
［比較例１］
実施例１において、発光層に含まれる第１ドーパントを、Ｄ１−Ｘから化合物Ｚに変更したことを除いては、実施例１と同様の方法により有機ＥＬ素子を作製した。得られた有機ＥＬ素子について、実施例１と同様に評価を行った。結果を表３に示す。
【００７３】
【表３】
【００７４】
表３より、第１ドーパントとして発光強度が小さい化合物を使用すると、エネルギー移動が効率よく行うことができる。また本発明の有機ＥＬ素子を構成する発光層に含まれる第１ドーパントは、発光強度が小さいため、第二ドーパントより高い濃度で発光層内に含まれていたとしても自らが発光することがないので、目標の色度に調整することができる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
陽極と陰極と、
該陽極と該陰極との間に配置され少なくとも発光層を含む有機化合物層と、から構成され、
該発光層が、ホストと、第１ドーパントとなる金属錯体と、第２ドーパントとなる金属錯体と、を有し、
該第１ドーパントとなる金属錯体が、非共役性配位子と、共役性配位子とを有し、
該第１ドーパントの最低３重項励起準位が、非発光性配位子の最低３重項励起準位に由来することを特徴とする、有機ＥＬ素子。
【請求項２】
陽極と陰極と、
該陽極と該陰極との間に配置され少なくとも発光層を含む有機化合物層と、から構成され、
該発光層が、ホストと、第１ドーパントとなる金属錯体と、第２ドーパントとなる金属錯体と、を有し、
室温下におけるＩｒ（ｐｐｙ）3の発光強度を１としたときの室温下における該第１ドーパントの相対発光強度が、０．１４以下であることを特徴とする、有機ＥＬ素子。
【請求項３】
前記第２ドーパントが燐光発光材料であることを特徴とする、請求項１又は２に記載の有機ＥＬ素子。
【請求項４】
前記第１ドーパント及び第２ドーパントの中心金属がＩｒ又はＰｔであることを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の有機ＥＬ素子。
【請求項１】
陽極と陰極と、
該陽極と該陰極との間に配置され少なくとも発光層を含む有機化合物層と、から構成され、
該発光層が、ホストと、第１ドーパントとなる金属錯体と、第２ドーパントとなる金属錯体と、を有し、
該第１ドーパントとなる金属錯体が、非共役性配位子と、共役性配位子とを有し、
該第１ドーパントの最低３重項励起準位が、非発光性配位子の最低３重項励起準位に由来することを特徴とする、有機ＥＬ素子。
【請求項２】
陽極と陰極と、
該陽極と該陰極との間に配置され少なくとも発光層を含む有機化合物層と、から構成され、
該発光層が、ホストと、第１ドーパントとなる金属錯体と、第２ドーパントとなる金属錯体と、を有し、
室温下におけるＩｒ（ｐｐｙ）3の発光強度を１としたときの室温下における該第１ドーパントの相対発光強度が、０．１４以下であることを特徴とする、有機ＥＬ素子。
【請求項３】
前記第２ドーパントが燐光発光材料であることを特徴とする、請求項１又は２に記載の有機ＥＬ素子。
【請求項４】
前記第１ドーパント及び第２ドーパントの中心金属がＩｒ又はＰｔであることを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の有機ＥＬ素子。
【図１】
【公開番号】特開２０１１−６６１９２（Ｐ２０１１−６６１９２Ａ）
【公開日】平成２３年３月３１日（２０１１．３．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２１５４０３（Ｐ２００９−２１５４０３）
【出願日】平成２１年９月１７日（２００９．９．１７）
【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２３年３月３１日（２０１１．３．３１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年９月１７日（２００９．９．１７）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
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