有機ＥＬ素子
【課題】発光メカニズムにより電子トラップ型発光素子に区分される有機ＥＬ素子であって、発光効率が高く、駆動電圧が低く、さらに長寿命な有機ＥＬ素子を提供する。
【解決手段】有機ＥＬ素子１は、陽極３と、陰極４と、この間に狭持された有機層５と、を備え、有機層５は、ホスト材料とドーパント材料とからなる発光層６と、電子輸送層７と、電子注入層８の順に積層され、電子トラップ型発光素子である。発光層６のホスト材料と、電子輸送層７と、電子注入層８とが、Ｉｐ(ETL)−Ｉｐ(host)＞０．２５ｅＶ、Ｅａ(host)−Ｅａ(ETL)＜０．２５ｅＶ、及び、Ｅａ(EIL)−Ｅａ(ETL) ＜０．２０ｅＶの関係を満たし、電子輸送層７は炭化水素から形成されている。
【解決手段】有機ＥＬ素子１は、陽極３と、陰極４と、この間に狭持された有機層５と、を備え、有機層５は、ホスト材料とドーパント材料とからなる発光層６と、電子輸送層７と、電子注入層８の順に積層され、電子トラップ型発光素子である。発光層６のホスト材料と、電子輸送層７と、電子注入層８とが、Ｉｐ(ETL)−Ｉｐ(host)＞０．２５ｅＶ、Ｅａ(host)−Ｅａ(ETL)＜０．２５ｅＶ、及び、Ｅａ(EIL)−Ｅａ(ETL) ＜０．２０ｅＶの関係を満たし、電子輸送層７は炭化水素から形成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は有機ＥＬ（電界発光）素子に関し、詳しくは、発光メカニズムにより電子トラップ型発光素子に区分される有機ＥＬ素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
有機ＥＬ素子は、ディスプレイや照明など様々な分野に使用されている。この有機ＥＬ素子は、発光メカニズムの違いにより、電子トラップ型発光素子と正孔トラップ型発光素子とに大別することができる。電子トラップ型発光素子は、発光層内の電子がドーパントに（準位差起因で）トラップされて移動度が大きく制限される。このため、発光層に流れるキャリアは正孔が主体になる。そして、ドーパントにトラップされた電子と発光層を流れてきた正孔が再結合して発光するのが主な電子トラップ型素子の発光メカニズムである。したがって、電子トラップ型発光素子は、発光層のホスト材料とドーパント材料とが以下の関係を示す。
Ｅａ(dorpant)−Ｅａ(host)＞Ｉｐ(host)−Ｉｐ(dorpant)、及び、Ｅａ(dorpant)−Ｅａ(host)＞０．１０eV
（なお、Ｅａ(dorpant)はドーパント材料の電子親和力、Ｅａ(host)はホスト材料の電子親和力、Ｉｐ(host)はホスト材料のイオン化ポテンシャル、Ｉｐ(dorpant)はドーパント材料のイオン化ポテンシャルである。）
【０００３】
このような電子トラップ型発光素子は、アントラセンホストにアミンドーパントを添加する正孔トラップ型発光素子に比べて一般的でない。これは、電子トラップ型発光素子の発光効率を高くすることが困難だからである。特に、パッシブ駆動で使用する高電流密度領域では、電子トラップ型発光素子の発光効率を高くすることが困難である。
【０００４】
これらの問題を解決するため、例えば、特許文献１には、発光ドーパントにインデノペリレン誘導体を用いることにより、高発光効率、長寿命な有機ＥＬ素子が提案されている。また、特許文献２では、特許文献１の電子輸送層をナフタセン誘導体、もしくはアントラセン誘導体にすることにより駆動電圧の低下、発光効率の向上、長寿命化を実現する有機ＥＬ素子が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−８８６７号公報
【特許文献２】特開２００８−１４１２１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１の有機ＥＬ素子では、発光層からの正孔抜けが発生し、発光効率が低下したり、長寿命化が図れないおそれがある。また、特許文献２の有機ＥＬ素子では、電子輸送層がナフタセンの場合には正孔抜けにより発光効率が低下し、電子輸送層がアントラセンの場合にはアントラセン自体の電子親和力が小さいことに起因して駆動電圧が上昇してしまうおそれがある。
【０００７】
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、発光メカニズムにより電子トラップ型発光素子に区分される有機ＥＬ素子であって、発光効率が高く、駆動電圧が低く、さらに長寿命な有機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】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明の第１の観点に係る有機ＥＬ素子は、
陽極と、陰極と、前記陽極と前記陰極との間に狭持された有機層と、を備え、
前記有機層は、少なくとも、ホスト材料とドーパント材料とからなる発光層と、電子輸送層と、電子注入層とを有し、前記発光層、前記電子輸送層、前記電子注入層の順に積層され、
前記発光層のホスト材料とドーパント材料とが、
Ｅａ(dorpant)−Ｅａ(host)＞Ｉｐ(host)−Ｉｐ(dorpant)、及び、
Ｅａ(dorpant)−Ｅａ(host)＞０．１０ｅＶ
（Ｅａ(dorpant)はドーパント材料の電子親和力、Ｅａ(host)はホスト材料の電子親和力、Ｉｐ(host)はホスト材料のイオン化ポテンシャル、Ｉｐ(dorpant)はドーパント材料のイオン化ポテンシャルである。）
の関係を満たし、
前記発光層のホスト材料と、前記電子輸送層と、前記電子注入層とが、
Ｉｐ(ETL)−Ｉｐ(host)＞０．２５ｅＶ、
Ｅａ(host)−Ｅａ(ETL)＜０．２５ｅＶ、及び、
Ｅａ(EIL)−Ｅａ(ETL) ＜０．２０ｅＶ
（Ｉｐ(ETL)は電子輸送層を構成する材料のイオン化ポテンシャル、Ｉｐ(host)はホスト材料のイオン化ポテンシャル、Ｅａ(host)はホスト材料の電子親和力、Ｅａ(ETL)は電子輸送層を構成する材料の電子親和力、Ｅａ(EIL)は電子注入層を構成する材料の電子親和力である。）
の関係を満たし、
前記電子輸送層は炭化水素から形成されている、ことを特徴とする。
【０００９】
前記発光層のホスト材料は、例えば、ナフタセン誘導体である。
前記電子輸送層を構成する材料は、主骨格に５員環を少なくとも１つ持ち、そのエネルギーギャップＥｇがＥｇ＞２．３ｅＶの炭化水素であることが好ましい。
前記電子輸送層を構成する材料は、例えば、フルオランテンである。
【００１０】
前記電子輸送層を構成する材料は、例えば、主骨格に５員環を２つ以上持ち、そのエネルギーギャップＥｇがＥｇ＞２．３ｅＶの炭化水素であることが好ましい。
前記電子輸送層を構成する材料は、例えば、アセナフトフルオランテンおよびその誘導体である。
前記電子注入層を構成する材料は、例えば、キノリノール環を持つ有機材料、もしくはキノリノール環を持つ有機材料が配位した錯体である。
【００１１】
本発明の第２の観点に係る有機ＥＬ素子は、
陽極と、陰極と、前記陽極と前記陰極との間に狭持された有機層と、を備え、
前記有機層は、少なくとも、ホスト材料とドーパント材料とからなる発光層と、電子輸送層と、電子注入層とを有し、前記発光層、前記電子輸送層、前記電子注入層の順に積層された電子トラップ型の有機ＥＬ素子であって、
前記電子輸送層を構成する材料は、フルオランテン、もしくはアセナフトフルオランテンのように、分子骨格の主鎖に少なくとも１つ以上の５員環が配された炭化水素である、ことを特徴とする。
【００１２】
前記電子輸送層を構成する材料は、例えば、アセナフトフルオランテンおよびその誘導体である。
前記発光層のホスト材料は、例えば、ナフタセン誘導体である。
前記電子注入層を構成する材料は、例えば、キノリノール環を持つ有機材料、もしくはキノリノール環を持つ有機材料が配位した錯体である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、発光効率が高く、駆動電圧が低く、さらに長寿命な有機ＥＬ素子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の有機ＥＬ素子の構成例を示す図である。
【図２】有機層における電子及びホールの移動を説明するための図である。
【図３】ΔＥａ(EIL-ETL)と駆動電圧との関係を示す図である。
【図４】ΔＥａ(host-ETL)と駆動電圧との関係を示す図である。
【図５】ΔＩｐ(ETL-host)と発光効率との関係を示す図である。
【図６】ΔＥａ(EIL-ETL)と駆動電圧との関係を示す図である。
【図７】ΔＥａ(host-ETL)と駆動電圧との関係を示す図である。
【図８】ΔＩｐ(ETL-host)と発光効率との関係を示す図である。
【図９】ΔＥａ(EIL-ETL)と駆動電圧との関係を示す図である。
【図１０】ΔＥａ(host-ETL)と駆動電圧との関係を示す図である。
【図１１】ΔＩｐ(ETL-host)と発光効率との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の有機ＥＬ素子について説明する。図１は、本発明の有機ＥＬ素子の構成の一例を示す図である。図１に示すように、有機ＥＬ素子１は、基板２上に、陽極３と、陰極４と、陽極３と陰極４との間に狭持された有機層５とを備えている。
【００１６】
基板２は、透明または半透明の材料から形成されていることが好ましく、例えば、ガラス板、透明プラスチックシート、半透明プラスチックシート、石英、透明セラミックスあるいはこれらを組み合わせた複合シートから形成されている。なお、基板２は、不透明な材料から形成されていてもよい。この場合、有機ＥＬ素子１は、図１に示される積層順序が逆になる。さらに、基板２に、例えば、カラーフィルター膜、色変換膜、誘電体反射膜等を組み合わせることにより、発光色をコントロールしてもよい。
【００１７】
陽極３は、比較的仕事関数の大きい金属、合金または電気電導性化合物を電極物質として使用することが好ましい。陽極３に使用する電極物質としては、例えば、金、白金、銀、銅、コバルト、ニッケル、パラジウム、バナジウム、タングステン、酸化錫、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、ＺｎＯ−Ａｌ、ＩＴＯ（インジウム・ティン・オキサイド）、ＩＺＯ（インジウム・ジンク・オキサイド）、ＦＴＯ（フッ素錫酸化物）、ポリチオフェン、ポリピロールなどが挙げられる。これらの電極物質は、単独で使用してもよく、複数併用してもよい。また、これらの物質に金属やCなどの他の元素を混入させた化合物でも構わない。陽極３は、これらの電極物質を、例えば、蒸着法、スパッタリング法等の気相成長法により、基板２の上に形成することができる。また、陽極３は、一層構造であっても、多層構造であってもよい。
【００１８】
陰極４は、比較的仕事関数の小さい金属、合金または電気電導性化合物を電極物質として使用することが好ましい。陰極に使用する電極物質としては、例えば、リチウム、リチウム−インジウム合金、ナトリウム、ナトリウム−カリウム合金、カルシウム、マグネシウム、マグネシウム−銀合金、マグネシウム−インジウム合金、インジウム、ルテニウム、チタニウム、マンガン、イットリウム、アルミニウム、アルミニウム−リチウム合金、アルミニウム−カルシウム合金、アルミニウム−マグネシウム合金、グラファイト薄膜等が挙げられ、さらに、これらの金属の酸化物、ハロゲン化物などの化合物、第２、第３、第４…の元素が入った合金でも構わない。また、これらの電極物質は、単独で使用してもよく、あるいは複数併用してもよい。陰極４は、これらの電極物質を、例えば、蒸着法、スパッタリング法、イオン化蒸着法、イオンプレーティング法、クラスターイオンビーム法等の方法により、電子注入輸送層の上に形成することができる。また、陰極４は一層構造であっても、多層構造であってもよい。
【００１９】
有機層５は、少なくとも、ホスト材料とドーパント材料とからなる発光層６と、電子輸送層７と、電子注入層８とを有し、発光層６、電子輸送層７、電子注入層８の順に積層されている。本実施の形態では、図１に示すように、有機層５は、正孔注入輸送層９、発光層６、電子輸送層７、及び、電子注入層８から構成され、これらがこの順に積層されている。
【００２０】
発光層６は、正孔（ホール）および電子の注入機能、それらの輸送機能、正孔と電子の再結合により励起子を生成させる機能（発光機能）を有する化合物を含有する層である。発光層６は、ホスト材料（ホスト化合物）とドーパント材料（ゲスト化合物）とから形成されている。ここで、本発明の有機ＥＬ素子１は、発光層６内の電子がドーパントに（準位差起因で）トラップされて移動度が大きく制限される電子トラップ型発光素子である。このため、発光層６のホスト材料とドーパント材料とは、以下の関係を満たす材料が用いられる。
【００２１】
Ｅａ(dorpant)−Ｅａ(host)＞Ｉｐ(host)−Ｉｐ(dorpant)、及び、
Ｅａ(dorpant)−Ｅａ(host)＞０．１０eV
（ここで、Ｅａ(dorpant)はドーパント材料の電子親和力、Ｅａ(host)はホスト材料の電子親和力、Ｉｐ(host)はホスト材料のイオン化ポテンシャル、Ｉｐ(dorpant)はドーパント材料のイオン化ポテンシャルである。）
【００２２】
ホスト材料及びドーパント材料は、上記関係を示すとともに発光機能を有する材料であれば、従来公知の種々な材料を用いることができる。ホスト材料としては、ナフタセン誘導体を用いることが好ましい。
【００２３】
電子トラップ型素子の発光層ではホスト−ドーパントのΔＩｐの小さな正孔が流れ、電子はホスト−ドーパントのΔＥａが大きいことにより移動度が抑制されて流れづらくなっている。しかし、高電流密度領域において発光効率を上げるためには発光層内に発光領域（再結合領域）を広げる必要がある。
発光領域を広げるには、（１）ホスト−ドーパントのΔＥａを小さくして電子トラップを小さくする、（２）ホスト材の正孔移動度を下げる、（３）ホスト材の電子移動度を上げる、の３つの手法がある。
【００２４】
（１）の手法では発光層内で十分に電子がトラップされなくなるので電子が発光層から正孔輸送層へ抜けてしまう確率が上昇して発光効率が下がる。特に、高電流密度領域（高印加電圧）での発光効率の低下が激しくなる。次に、（２）の手法では発光層内を主に流れる正孔の移動度を低下させているので発光素子全体の駆動電圧が上昇してしまい、更に、正孔が発光層に進入する前のＨＴＬで再結合が起きてしまう確率が上昇するために、発光効率が低下し、駆動寿命も短くなってしまう。
一方、（３）の手法では電子のトラップ強度も正孔の移動度も維持されるので、上記のような特性悪化要因を発生させることなく発光領域を広げることが可能になる。
【００２５】
以上から、高い発光効率と低い駆動電圧、長駆動寿命を並立させるには発光層のホスト材料は正孔移動度、電子移動度ともに高いことが必要になる。高い正孔移動度と電子移動度とを両立させられる材料として、縮合多環芳香族炭化水素及びその誘導体が挙げられる。更に、ホスト材料には発光ドーパント材料よりも大きなエネルギーＧａｐが求められることから、有機ＥＬ素子のホスト材としてエネルギーＧａｐが２．３ｅＶ以上が求められる。そしてエネルギーＧａｐ２．３ｅＶ以上の縮合多環芳香族炭化水素において最も移動度が高いのがナフタセン及びその誘導体である。
また、ナフタセン骨格は電荷移動によって生じる酸化状態・還元状態において比較的安定であり、励起状態からの発光に対する副反応である光化学反応も少ないので、有機ＥＬ素子で用いた時には劣化因子を持ちにくい特徴がある。
更に、ナフタセンは、ホスト材料として用いられることが多いが、この材料自身の蛍光強度・蛍光量子収率が高く、熱失活因子も少ないことから、高効率な素子の発光層に用いることが好ましい材料である。
また、ナフタセン骨格は比較的リジッドでシンプルかつ対称性も高い骨格であるため、キャリア輸送時の深いトラップ準位を形成しにくく、ドーパントとの組合せでトラップを利用した輸送性の制御も容易にする特徴を持っている。
このため、ホスト材料としてはナフタセン誘導体を用いることが好ましい。
【００２６】
また、ホスト材料として、トリス（８−キノリノラト）アルミニウム等のキノリノール環を持つ有機材料、もしくはキノリノール環を持つ有機材料が配位した有機金属錯体などのキノリン誘導体を用いてもよい。また、ドーパント材料としては、クマリン誘導体、キナクリドン化合物、スチリル系アミン化合物、ルブレン等のナフタセン骨格を有する化合物を用いることができる。
【００２７】
電子輸送層７は、陰極４からの電子を輸送する機能を有するものである。電子輸送層７を構成する材料は、発光層６のホスト材料と、電子注入層８を構成する材料とで以下の関係を満たす。
【００２８】
Ｉｐ(ETL)−Ｉｐ(host)＞０．２５ｅＶ、
Ｅａ(host)−Ｅａ(ETL)＜０．２５ｅＶ、及び、
Ｅａ(EIL)−Ｅａ(ETL) ＜０．２０ｅＶ
（なお、Ｉｐ(ETL)は電子輸送層を構成する材料のイオン化ポテンシャル、Ｉｐ(host)はホスト材料のイオン化ポテンシャル、Ｅａ(host)はホスト材料の電子親和力、Ｅａ(ETL)は電子輸送層を構成する材料の電子親和力、Ｅａ(EIL)は電子注入層を構成する材料の電子親和力である。）
【００２９】
図２（ａ）に、有機層５における電子ｅ及びホールｈの移動を説明するための図（エネルギーダイアグラム）を示す。なお、比較のため、図２（ｂ）に従来の有機ＥＬ素子の電子ｅ及びホールｈの移動を説明するための図を示す。
【００３０】
図２（ａ）に示すように、Ｉｐ(ETL)−Ｉｐ(host)が０．２５ｅＶより大きいと、発光層６に進入した正孔（ホール）ｈが電子輸送層７に進入しにくくなる。このため、発光層６内にホールｈが蓄積（供給）されやすくなる。この結果、素子の発光効率が向上するとともに、長寿命化を図ることができる。一方、図２（ｂ）に示すように、Ｉｐ(ETL)−Ｉｐ(host)が０．２５ｅＶ以下であると、発光層６からのホールｈが電子輸送層７に移動する、いわゆる正孔抜けが発生しやすくなってしまう。このため、正孔抜けが発生すると、発光効率が低下したり、長寿命化が図れなくなってしまう。このように、ΔＩｐ(ETL-host)は、発光層内に正孔を留めておく能力を現している。本発明では、Ｉｐ(ETL)−Ｉｐ(host)が０．２５ｅＶより大きくなるような材料を用いていることから、発光層６内にホールｈが蓄積されやすく、素子の発光効率が向上するとともに、長寿命化を図ることができる。
【００３１】
また、図２（ａ）に示すように、Ｅａ(EIL)−Ｅａ(ETL)が０．２０ｅＶより小さいと、電子注入層８に進入した電子ｅが電子輸送層７に進入しやすくなる。さらに、Ｅａ(host)−Ｅａ(ETL)が０．２５ｅＶより小さいと、電子輸送層７に進入した電子ｅが発光層６に進入しやすくなる。このため、素子の駆動電圧の上昇を抑制することができる。また、素子の発光効率が向上するとともに、長寿命化を図ることができる。一方、図２（ｂ）に示すように、Ｅａ(EIL)−Ｅａ(ETL)が０．２０ｅＶ以上であると、電子注入層８に進入した電子ｅが電子輸送層７に進入しにくくなる。さらに、Ｅａ(host)−Ｅａ(ETL)が０．２５ｅＶ以上であると、電子輸送層７に進入した電子ｅが発光層６に進入しにくくなる。この結果、素子の駆動電圧が上昇し、発光光率にも悪影響を与えてしまう。本発明では、Ｅａ(EIL)−Ｅａ(ETL)が０．２０ｅＶより小さく、さらに、Ｅａ(host)−Ｅａ(ETL)が０．２５ｅＶより小さくなるような材料を用いていることから、電子ｅが発光層６に進入しやすく、素子の駆動電圧の上昇の抑制、素子の発光効率が向上、及び、長寿命化を図ることができる。
【００３２】
このような関係を満たす電子輸送層７を構成する材料としては、炭化水素や、キノキサリンなどの窒素含有複素環化合物が挙げられる。しかし、窒素含有複素環化合物を電子輸送層７に適用した場合、素子の駆動寿命が短くなってしまう。これは、電子トラップ型発光素子では、そのシステム上、電子輸送層７への正孔進入を完全には防げないため、電子輸送層７に正孔耐性の小さな複素環化合物を配置すると、進入した正孔によって劣化し、駆動寿命が短くなってしまうためである。このため、電子輸送層７には、炭化水素が用いられる。今まで報告された素子においては、上記のエネルギー関係にある炭化水素系材料は無く、寿命と効率を両立していなかったが、本発明の材料を用いる事で、寿命と発光効率の両立が容易となる。
【００３３】
このような炭化水素としては、分子骨格の主鎖（主骨格）に５員環を少なくとも１つ持ち、材料のエネルギーギャップＥｇがＥｇ＞２．３ｅＶである炭化水素、例えば、フルオランテンであることが好ましい。さらに、主骨格に５員環を２つ以上持ち、Ｅｇ＞２．３ｅＶである炭化水素、例えば、アセナフトフルオランテンおよびその誘導体であることがより好ましい。
【００３４】
以下に、アセナフトフルオランテンの一般式を示す。
【化１】
【００３５】
（式中、Ｘ１〜Ｘ１４はそれぞれ独立に水素原子、置換または未置換のアルキル基、置換または未置換のアルコキシ基、置換または未置換のアリール基、置換または未置換のアリールオキシ基、置換または未置換のアミノ基を表し、これら隣接する２個以上が互いに結合して環を形成してもよい。）
【００３６】
置換基として好ましいものは、炭化水素から形成される置換基で、特に芳香族環から形成される置換基が好ましいが、下記に適用可能な置換基を示す。
Ｘ１〜Ｘ１４で表されるアルキル基としては、直鎖状でも分岐を有するものであってもよく、炭素数１〜１０のものが好ましく、置換基を有していてもよい。この場合の置換基としては、アルキル基、アルコキシ基、アリール基、アリールオキシ基、アミノ基、ハロゲン原子等が挙げられる。
【００３７】
Ｘ１〜Ｘ１４で表されるアルコキシ基としては、アルキル部分の炭素数１〜６のものが好ましく、具体的にはメトキシ基、エトキシ基、ｔ−ブトキシ基等が挙げられる。この場合の置換基としては、アルキル基、アルコキシ基、アリール基、アリールオキシ基、アミノ基、ハロゲン原子等が挙げられる。
【００３８】
Ｘ１〜Ｘ１４で表されるアリール基としては、単環もしくは多環のものであってもよく、縮合環や環集合も含まれる。総炭素数は６〜２０のものが好ましく、置換基を有していてもよい。この場合の置換基としては、アルキル基、アルコキシ基、アリール基、アリールオキシ基、アミノ基、ハロゲン原子等が挙げられる。
【００３９】
Ｘ１〜Ｘ１４で表されるアリールオキシ基としては、フェノキシ基、４−メチルフェノキシ基、４−（ｔ−ブチル）フェノキシ基等が挙げられる。
【００４０】
Ｘ１〜Ｘ１４で表されるアミノ基としては、置換基を有するものが好ましく、具体的にはジメチルアミノ基、ジエチルアミノ基、ジフェニルアミノ基、ジトリルアミノ基、ジビフェニリルアミノ基、Ｎ−フェニル−Ｎ−トリルアミノ基、Ｎ−フェニル−Ｎ−ナフチルアミノ基、Ｎ−フェニル−Ｎ−ビフェニリルアミノ基、Ｎ−フェニル−Ｎ−アントリルアミノ基、Ｎ−フェニル−Ｎ−ピレニルアミノ基、ジナフチルアミノ基、ジアントリルアミノ基、ジピレニルアミノ基等が挙げられる。
【００４１】
また、以下に、アセナフトフルオランテンの誘導体の具体例を示すが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【化２】
【００４２】
【化３】
【００４３】
【化４】
【００４４】
【化５】
【００４５】
【化６】
【００４６】
【化７】
【００４７】
【化８】
【００４８】
【化９】
【００４９】
【化１０】
【００５０】
【化１１】
【００５１】
【化１２】
【００５２】
【化１３】
【００５３】
【化１４】
【００５４】
【化１５】
【００５５】
【化１６】
【００５６】
【化１７】
【００５７】
【化１８】
【００５８】
【化１９】
【００５９】
【化２０】
【００６０】
【化２１】
【００６１】
【化２２】
【００６２】
【化２３】
【００６３】
【化２４】
【００６４】
【化２５】
【００６５】
【化２６】
【００６６】
【化２７】
【００６７】
【化２８】
【００６８】
【化２９】
【００６９】
【化３０】
【００７０】
【化３１】
【００７１】
【化３２】
【００７２】
【化３３】
【００７３】
【化３４】
【００７４】
【化３５】
【００７５】
【化３６】
【００７６】
【化３７】
【００７７】
【化３８】
【００７８】
【化３９】
【００７９】
【化４０】
【００８０】
また、以下に、フルオランテンの具体例を示すが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【化４１】
【００８１】
また、以下に、ナフタセンの具体例を示すが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【化４２】
【００８２】
【化４３】
【００８３】
【化４４】
【００８４】
【化４５】
【００８５】
【化４６】
【００８６】
【化４７】
【００８７】
【化４８】
【００８８】
【化４９】
【００８９】
電子注入層８は、陰極４からの電子の注入を容易にする機能を有するものである。電子注入層８は、トリス（８−キノリノラト）アルミニウム等のキノリノール環を持つ有機材料、もしくはキノリノール環を持つ有機材料が配位した有機金属錯体などのキノリン誘導体、イミダゾピリジン誘導体、オキサジアゾール誘導体、トリアゾール誘導体、トリアジン誘導体、ペリレン誘導体、キノリン誘導体、キノキサリン誘導体、ジフェニルキノン誘導体、ニトロ置換フルオレノン誘導体、チオピランジオキサイド誘導体などを少なくとも１種用いて形成することができる。
【００９０】
有機ＥＬ素子に陰極から電子を注入するためには、陰極の金属に対して有機物が配位結合などの静電的な結合をする必要がある。一般に、有機ＥＬの陰極の有機層に接する部位にはＬｉやＭｇなどの陽イオン化しやすいアルカリ金属もしくはアルカリ土類金属が使用されている。キノリノール環などの窒素含有複素環は環内窒素の不対電子がＬｉなどのアルカリ金属もしくはアルカリ土類金属と静電的な結合をしやすいと考えられる。窒素含有複素環はキノリノールのほかにもフェナントロリンやキノキサリンなどもあるが、キノリノール環を用いた材料の電子注入性は他の複素環と比較しても総じて高いので発光効率が高くなる。また、キノリノール環の錯体は材料の安定性が非常に高く、他の複素環よりも大幅に駆動寿命が長くなる。このため、電子注入層８には、キノリノール環を持つ有機材料、もしくはキノリノール環を持つ有機材料が配位した錯体であることが好ましい。
【００９１】
正孔注入輸送層９は、陽極３からの正孔（ホール）の注入を容易にする機能、注入された正孔を輸送する機能、および電子を妨げる機能を有する化合物を含有する層である。正孔注入輸送層９は、テトラフェニルジアミノビフェニル誘導体（ＴＰＤ）、アミン誘導体、カルバゾール誘導体、フラン誘導体、フタロシアニン誘導体、トリアリールメタン誘導体、トリアリールアミン誘導体、オキサゾール誘導体、ヒドラゾン誘導体、スチルベン誘導体、ピラゾリン誘導体、ポリシラン誘導体、ポリフェニレンビニレンおよびその誘導体、ポリチオフェンおよびその誘導体、ポリ−Ｎ−ビニルカルバゾール誘導体などを少なくとも１種用いて形成することができる。なお、正孔注入輸送機能を有する化合物は、単独で使用してもよく、あるいは複数併用してもよい。
【００９２】
また、正孔注入輸送層９は、発光層５に用いる化合物の正孔注入、正孔輸送の各機能の高さを考慮し、必要に応じて設けられる。例えば、発光層５に用いる化合物の正孔注入輸送機能が高い場合には、正孔注入輸送層９を設けずに、発光層５が正孔注入輸送層９を兼ねる構成とすることができる。また、正孔注入輸送層９は、注入機能を持つ層と輸送機能を持つ層とに別個に設けてもよい。
【００９３】
このように構成された有機ＥＬ素子１によれば、発光層６内にホールｈが蓄積されやすく、さらに、電子ｅが発光層６に進入しやすくなる。このため、素子の発光効率が向上するとともに、長寿命化を図ることができる。また、素子の駆動電圧の上昇を抑制することができる。
【実施例】
【００９４】
以下、本発明の具体的な実施例を比較例とともに示し、本発明をさらに詳細に説明する。
【００９５】
（実施例１〜７、比較例１〜１０）
電子輸送層に表１の材料を用いた場合について、各電子輸送層を構成する材料のイオン化ポテンシャル（Ｉｐ）および電子親和力（Ｅａ）を測定するとともに、この材料を用いて試験素子を作成し、試験素子におけるΔＥａ(EIL-ETL)、ΔＥａ(host-ETL)、ΔＩｐ(ETL-host)の値、および、試験素子の駆動電圧、発光光率、駆動寿命を測定した。
【００９６】
なお、各材料のＩｐは、ＵＶ／Ｏ３処理を行ったガラス基板上に、アルバック社製蒸着装置ＥＸ４００で４０ｎｍの単層膜を成膜し、理研計器表面分析装置ＡＣ−１でＩｐを測定した。各材料のＥａは、島津製作所製吸光光度計uv-3101pcで吸収スペクトルを取得してエネルギーギャップ（Ｅｇ）を求め、Ｅａ＝Ｉｐ−Ｅｇの式からＥａを求めた。
【００９７】
また、試験素子は、ＩＴＯの膜厚１００ｎｍ、開口部が２０ｍｍのテストピースで、ＵＶ／Ｏ３処理の後に、アルバック社製蒸着装置ＥＸ４００で、正孔注入輸送層（ＴＤ−１（４０ｎｍ））/発光層（Ｎ−１＋0.5%Ｄ−１（４０ｎｍ））/電子輸送層（５０ｎｍ）/電子注入層（Ａｌｑ３（４ｎｍ）＋ＬｉＦ（０．５ｎｍ））／陰極（Ａｌ（１５０ｎｍ））の構成で成膜を行って作成した。そして、作成した試験素子をパルス電源でＤｕｔｙ１２０、電流密度５００ｍＡ/ｃｍ２の駆動条件でＴＯＰＣＯＮ製ＳＲ−３で輝度測定を行い、更に同じ条件で駆動寿命の測定も行った。
【００９８】
なお、正孔注入輸送層に適用したＴＤ−１、発光層のドーパント材料に適用したＤ−１は化５０に示す化学式の材料である。
【化５０】
【００９９】
また、電子輸送層に適用したＡＦ−１〜ＡＦ−３、ＦＵ−１〜ＦＵ−４は、前述の化２、化４１に示す化学式の材料であり、Ｎ−１〜Ｎ−３、Ａ−１〜Ａ−４及びＱＸ−１〜ＱＸ−３は、化５１〜化５３に示す化学式の材料である。
【化５１】
【０１００】
【化５２】
【０１０１】
【化５３】
【０１０２】
結果を表１及び図３〜図５に示す。なお、図３〜図５は、ΔＥａおよびΔＩｐと素子特性との関係を示したものである。
【表１】
【０１０３】
表１及び図３、図４に示すように、ΔＥａ(EIL-ETL)、及び、ΔＥａ(host-ETL)が０．３ｅＶ以上の材料（比較例５〜７）を電子輸送層を適用すると、極端に駆動電圧が上昇してしまうことがわかる。図３、及び、図４のグラフの傾きから、これらのΔＥａが０．２５ｅＶを超えたあたりで駆動電圧が上がりすぎてしまうことが確認できた。また、発光効率が悪化することも確認できた。一方、ΔＥａ(EIL-ETL)、及び、ΔＥａ(host-ETL)が０．２ｅＶよりも小さい材料（実施例１〜７、比較例１〜３、８〜１０）を電子輸送層を適用すると、駆動電圧の上昇を抑制し、発光効率が上昇することが確認できた。
【０１０４】
また、表１及び図５に示すように、Ｉｐ（ETL）−Ｉｐ（host）が０．２ｅＶを超える材料（実施例１〜７、比較例４〜１０）を電子輸送層に適用すると、発光効率が上昇することが確認できた。しかし、ΔＥａ(EIL-ETL)やΔＥａ(host-ETL)が大きすぎる材料（比較例４〜７）は例外であり、発光効率が低くなる。これは、ΔＥａ(EIL-ETL)とΔＥａ(host-ETL)とが陰極から発光層への電子注入能力を表したパラメーターであり、これらが不適切な値であると発光層に電子が入らないために駆動電圧が上昇し、発光効率が低下するためである。
【０１０５】
このため、素子特性から見た電子輸送材料としての適性は、アセナフトフルオランテン＞複素環（含窒素複素環化合物）＞フルオランテン＞ナフタセンであることがわかる。しかし、表１の駆動寿命をみると、複素環（比較例８〜１０）を電子輸送層に適用すると、駆動寿命が極端に短くなってしまう。これは、電子トラップ型素子の発光層には主に正孔が流れるために、電子輸送層への正孔進入を完全には防げず、正孔耐性の弱い複素環を電子輸送層に使った電子トラップ型素子の駆動寿命が短くなるためである。
【０１０６】
したがって、Ｉｐ(ETL)−Ｉｐ(host)＞０．２５ｅＶ、Ｅａ(host)−Ｅａ(ETL)＜０．２５ｅＶ、及び、Ｅａ(EIL) −Ｅａ(ETL) ＜０．２０ｅＶを満たす材料を用いることにより、素子の発光効率が向上するとともに、長寿命化を図ることができ、さらに、素子の駆動電圧の上昇を抑制することができることが確認できた。特に、アセナフトフルオランテンは、有機ＥＬ素子（電子トラップ型素子）の電子輸送層として最も好ましい材料であることが確認できた。
【０１０７】
（実施例８〜１２、比較例１１〜１５）
次に、発光層のホスト材料をＮ−１からＮ−２に換えた場合について、同様に試験素子を作成し、試験素子におけるΔＥａ(EIL-ETL)、ΔＥａ(host-ETL)、ΔＩｐ(ETL-host)の値、および、試験素子の駆動電圧、発光光率、駆動寿命を測定した。結果を表２及び図６〜図８に示す。
【０１０８】
【表２】
【０１０９】
表２及び図６〜図７に示すように、Ｅａ(host)−Ｅａ(ETL)が０．２５ｅＶより小さく、及び、Ｅａ(EIL) −Ｅａ(ETL)が０．２０ｅＶより小さい材料（実施例８〜１２、比較例１１、１２、１５）を電子輸送層を適用すると、駆動電圧の上昇を抑制し、発光効率が上昇することが確認できた。また、表２及び図８に示すように、Ｉｐ（ETL）−Ｉｐ（host）が０．２ｅＶを超える材料（実施例８〜１２、比較例１３〜１５）を電子輸送層を適用すると、発光効率が上昇することが確認できた。さらに、複素環（比較例１５）を電子輸送層を適用すると、素子の駆動寿命が短くなることが確認できた。
このため、発光層のホスト材料をＮ−１からＮ−２に換えても、Ｉｐ(ETL)−Ｉｐ(host)＞０．２５ｅＶ、Ｅａ(host)−Ｅａ(ETL)＜０．２５ｅＶ、及び、Ｅａ(EIL) −Ｅａ(ETL) ＜０．２０ｅＶを満たす材料を用いることにより、素子の発光効率が向上するとともに、長寿命化を図ることができ、さらに、素子の駆動電圧の上昇を抑制することができることが確認できた。また、アセナフトフルオランテンは、電子輸送層として最も好ましい材料であることが確認できた。
【０１１０】
（実施例１３〜１７、比較例１６〜２０）
次に、発光層のホスト材料をＮ−１から化５４に示すＮ−４に換えた場合について、同様に試験素子を作成し、試験素子におけるΔＥａ(EIL-ETL)、ΔＥａ(host-ETL)、ΔＩｐ(ETL-host)の値、および、試験素子の駆動電圧、発光光率、駆動寿命を測定した。結果を表３に示す。
【０１１１】
【化５４】
【０１１２】
【表３】
【０１１３】
表３に示すように、発光層のホスト材料をＮ−１からＮ−４に換えても、Ｉｐ(ETL)−Ｉｐ(host)＞０．２５ｅＶ、Ｅａ(host)−Ｅａ(ETL)＜０．２５ｅＶ、及び、Ｅａ(EIL) −Ｅａ(ETL) ＜０．２０ｅＶを満たす材料を用いることにより、素子の発光効率が向上するとともに、長寿命化を図ることができ、さらに、素子の駆動電圧の上昇を抑制することができることが確認できた。また、アセナフトフルオランテンは、電子輸送層として最も好ましい材料であることが確認できた。
【０１１４】
（実施例１８〜２２、比較例２１〜２５）
次に、発光層のホスト材料をＮ−１から化５５に示すＮ−５に換えた場合について、同様に試験素子を作成し、試験素子におけるΔＥａ(EIL-ETL)、ΔＥａ(host-ETL)、ΔＩｐ(ETL-host)の値、および、試験素子の駆動電圧、発光光率、駆動寿命を測定した。結果を表４に示す。
【０１１５】
【化５５】
【０１１６】
【表４】
【０１１７】
表４に示すように、発光層のホスト材料をＮ−１からＮ−５に換えても、Ｉｐ(ETL)−Ｉｐ(host)＞０．２５ｅＶ、Ｅａ(host)−Ｅａ(ETL)＜０．２５ｅＶ、及び、Ｅａ(EIL) −Ｅａ(ETL) ＜０．２０ｅＶを満たす材料を用いることにより、素子の発光効率が向上するとともに、長寿命化を図ることができ、さらに、素子の駆動電圧の上昇を抑制することができることが確認できた。また、アセナフトフルオランテンは、電子輸送層として最も好ましい材料であることが確認できた。
【０１１８】
（実施例２３〜２７、比較例２６〜３０）
次に、発光層のホスト材料をＮ−１からＮ−３に換えた場合について、同様に試験素子を作成し、試験素子におけるΔＥａ(EIL-ETL)、ΔＥａ(host-ETL)、ΔＩｐ(ETL-host)の値、および、試験素子の駆動電圧、発光光率、駆動寿命を測定した。結果を表５に示す。
【０１１９】
【表５】
【０１２０】
表５に示すように、発光層のホスト材料をＮ−１からＮ−３に換えても、Ｉｐ(ETL)−Ｉｐ(host)＞０．２５ｅＶ、Ｅａ(host)−Ｅａ(ETL)＜０．２５ｅＶ、及び、Ｅａ(EIL) −Ｅａ(ETL) ＜０．２０ｅＶを満たす材料を用いることにより、素子の発光効率が向上するとともに、長寿命化を図ることができ、さらに、素子の駆動電圧の上昇を抑制することができることが確認できた。また、アセナフトフルオランテンは、電子輸送層として最も好ましい材料であることが確認できた。
【０１２１】
（実施例２８〜３２、比較例３１〜３３）
次に、発光層のドーパント材料をＤ−１から化５６に示すＤ−２に換えた場合について、同様に試験素子を作成し、試験素子におけるΔＥａ(EIL-ETL)、ΔＥａ(host-ETL)、ΔＩｐ(ETL-host)の値、および、試験素子の駆動電圧、発光光率、駆動寿命を測定した。結果を表６に示す。
【０１２２】
【化５６】
【０１２３】
【表６】
【０１２４】
表６に示すように、発光層のドーパント材料をＤ−１からＤ−２に換えても、Ｉｐ(ETL)−Ｉｐ(host)＞０．２５ｅＶ、Ｅａ(host)−Ｅａ(ETL)＜０．２５ｅＶ、及び、Ｅａ(EIL) −Ｅａ(ETL) ＜０．２０ｅＶを満たす材料を用いることにより、素子の発光効率が向上するとともに、長寿命化を図ることができ、さらに、素子の駆動電圧の上昇を抑制することができることが確認できた。また、アセナフトフルオランテンは、電子輸送層として最も好ましい材料であることが確認できた。
【０１２５】
（実施例３３〜３７、比較例３４〜３６）
次に、発光層のドーパント材料をＤ−１から化５７に示すＤ−３に換えた場合について、同様に試験素子を作成し、試験素子におけるΔＥａ(EIL-ETL)、ΔＥａ(host-ETL)、ΔＩｐ(ETL-host)の値、および、試験素子の駆動電圧、発光光率、駆動寿命を測定した。結果を表７に示す。
【０１２６】
【化５７】
【０１２７】
【表７】
【０１２８】
表７に示すように、発光層のドーパント材料をＤ−１からＤ−３に換えても、Ｉｐ(ETL)−Ｉｐ(host)＞０．２５ｅＶ、Ｅａ(host)−Ｅａ(ETL)＜０．２５ｅＶ、及び、Ｅａ(EIL) −Ｅａ(ETL) ＜０．２０ｅＶを満たす材料を用いることにより、素子の発光効率が向上するとともに、長寿命化を図ることができ、さらに、素子の駆動電圧の上昇を抑制することができることが確認できた。また、アセナフトフルオランテンは、電子輸送層として最も好ましい材料であることが確認できた。
【０１２９】
（実施例３８〜４３、比較例３７〜３９）
次に、発光層のドーパント材料をＤ−１から化５８に示すＤ−４に換えた場合について、同様に試験素子を作成し、試験素子におけるΔＥａ(EIL-ETL)、ΔＥａ(host-ETL)、ΔＩｐ(ETL-host)の値、および、試験素子の駆動電圧、発光光率、駆動寿命を測定した。結果を表８に示す。
【０１３０】
【化５８】
【０１３１】
【表８】
【０１３２】
表８に示すように、発光層のドーパント材料をＤ−１からＤ−４に換えても、Ｉｐ(ETL)−Ｉｐ(host)＞０．２５ｅＶ、Ｅａ(host)−Ｅａ(ETL)＜０．２５ｅＶ、及び、Ｅａ(EIL) −Ｅａ(ETL) ＜０．２０ｅＶを満たす材料を用いることにより、素子の発光効率が向上するとともに、長寿命化を図ることができ、さらに、素子の駆動電圧の上昇を抑制することができることが確認できた。また、アセナフトフルオランテンは、電子輸送層として最も好ましい材料であることが確認できた。
【０１３３】
（実施例４４〜４８、比較例４０〜４２）
次に、発光層のドーパント材料をＤ−１から化５９に示すＤ−５に換えた場合について、同様に試験素子を作成し、試験素子におけるΔＥａ(EIL-ETL)、ΔＥａ(host-ETL)、ΔＩｐ(ETL-host)の値、および、試験素子の駆動電圧、発光光率、駆動寿命を測定した。結果を表９に示す。
【０１３４】
【化５９】
【０１３５】
【表９】
【０１３６】
表９に示すように、発光層のドーパント材料をＤ−１からＤ−５に換えても、Ｉｐ(ETL)−Ｉｐ(host)＞０．２５ｅＶ、Ｅａ(host)−Ｅａ(ETL)＜０．２５ｅＶ、及び、Ｅａ(EIL) −Ｅａ(ETL) ＜０．２０ｅＶを満たす材料を用いることにより、素子の発光効率が向上するとともに、長寿命化を図ることができ、さらに、素子の駆動電圧の上昇を抑制することができることが確認できた。また、アセナフトフルオランテンは、電子輸送層として最も好ましい材料であることが確認できた。
【０１３７】
（実施例４９〜５３、比較例４３〜４５）
次に、発光層のドーパント材料をＤ−１から化６０に示すＤ−６に換えた場合について、同様に試験素子を作成し、試験素子におけるΔＥａ(EIL-ETL)、ΔＥａ(host-ETL)、ΔＩｐ(ETL-host)の値、および、試験素子の駆動電圧、発光光率、駆動寿命を測定した。結果を表１０に示す。
【０１３８】
【化６０】
【０１３９】
【表１０】
【０１４０】
表１０に示すように、発光層のドーパント材料をＤ−１からＤ−６に換えても、Ｉｐ(ETL)−Ｉｐ(host)＞０．２５ｅＶ、Ｅａ(host)−Ｅａ(ETL)＜０．２５ｅＶ、及び、Ｅａ(EIL) −Ｅａ(ETL) ＜０．２０ｅＶを満たす材料を用いることにより、素子の発光効率が向上するとともに、長寿命化を図ることができ、さらに、素子の駆動電圧の上昇を抑制することができることが確認できた。また、アセナフトフルオランテンは、電子輸送層として最も好ましい材料であることが確認できた。
【０１４１】
（実施例５４〜５８、比較例４６〜４８）
次に、発光層のドーパント材料をＤ−１から化６１に示すＤ−７に換えた場合について、同様に試験素子を作成し、試験素子におけるΔＥａ(EIL-ETL)、ΔＥａ(host-ETL)、ΔＩｐ(ETL-host)の値、および、試験素子の駆動電圧、発光光率、駆動寿命を測定した。結果を表１１に示す。
【０１４２】
【化６１】
【０１４３】
【表１１】
【０１４４】
表１１に示すように、発光層のドーパント材料をＤ−１からＤ−７に換えても、Ｉｐ(ETL)−Ｉｐ(host)＞０．２５ｅＶ、Ｅａ(host)−Ｅａ(ETL)＜０．２５ｅＶ、及び、Ｅａ(EIL) −Ｅａ(ETL) ＜０．２０ｅＶを満たす材料を用いることにより、素子の発光効率が向上するとともに、長寿命化を図ることができ、さらに、素子の駆動電圧の上昇を抑制することができることが確認できた。また、アセナフトフルオランテンは、電子輸送層として最も好ましい材料であることが確認できた。
【０１４５】
（実施例５９〜６３、比較例４９〜５１）
次に、電子注入層をＡｌｑ３／ＬｉＦからＬｉｑに換えた場合について、同様に試験素子を作成し、試験素子におけるΔＥａ(EIL-ETL)、ΔＥａ(host-ETL)、ΔＩｐ(ETL-host)の値、および、試験素子の駆動電圧、発光光率、駆動寿命を測定した。結果を表１２、及び、図９〜図１１に示す。
【０１４６】
【表１２】
【０１４７】
表１２、及び、図９〜図１１に示すように、電子注入層をＡｌｑ３／ＬｉＦからＬｉｑに換えても、Ｉｐ(ETL)−Ｉｐ(host)＞０．２５ｅＶ、Ｅａ(host)−Ｅａ(ETL)＜０．２５ｅＶ、及び、Ｅａ(EIL) −Ｅａ(ETL) ＜０．２０ｅＶを満たす材料を用いることにより、素子の発光効率が向上するとともに、長寿命化を図ることができ、さらに、素子の駆動電圧の上昇を抑制することができることが確認できた。また、アセナフトフルオランテンは、電子輸送層として最も好ましい材料であることが確認できた。
【０１４８】
（実施例６４〜７５）
次に、電子輸送層に置換基を変更したアセナフトフルオランテンを用いた場合について、同様に試験素子を作成し、試験素子におけるΔＥａ(EIL-ETL)、ΔＥａ(host-ETL)、ΔＩｐ(ETL-host)の値、および、試験素子の駆動電圧、発光光率、駆動寿命を測定した。なお、電子輸送層に適用したＡＦ−４〜ＡＦ−１２は、前述の化３、化４に示す化学式の材料である。結果を表１３に示す。
【０１４９】
【表１３】
【０１５０】
表１３に示すように、置換基を変更したアセナフトフルオランテンを用いても、素子の発光効率が向上するとともに、長寿命化を図ることができ、さらに、素子の駆動電圧の上昇を抑制することができることが確認できた。このため、アセナフトフルオランテン系の材料は置換基にかかわらず、電子輸送層として好ましい材料であることが確認できた。
【０１５１】
また、この発光層と電子輸送層の組み合わせの素子構造は発光層が１層のものに限定されず、タンデム構造などで複数の発光層を持つ発光素子にも適用できる。例えば、タンデム構造の素子において本構成の発光層がＮ層ある構成でも構わないし、正孔トラップ型の発光層と組み合わせても構わない。
【産業上の利用可能性】
【０１５２】
本発明は、有機ＥＬ素子に有用である。
【符号の説明】
【０１５３】
１ 有機ＥＬ素子
２ 基板
３ 陽極
４ 陰極
５ 有機層
６ 発光層
７ 電子輸送層
８ 電子注入層
９ 正孔注入輸送層
【技術分野】
【０００１】
本発明は有機ＥＬ（電界発光）素子に関し、詳しくは、発光メカニズムにより電子トラップ型発光素子に区分される有機ＥＬ素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
有機ＥＬ素子は、ディスプレイや照明など様々な分野に使用されている。この有機ＥＬ素子は、発光メカニズムの違いにより、電子トラップ型発光素子と正孔トラップ型発光素子とに大別することができる。電子トラップ型発光素子は、発光層内の電子がドーパントに（準位差起因で）トラップされて移動度が大きく制限される。このため、発光層に流れるキャリアは正孔が主体になる。そして、ドーパントにトラップされた電子と発光層を流れてきた正孔が再結合して発光するのが主な電子トラップ型素子の発光メカニズムである。したがって、電子トラップ型発光素子は、発光層のホスト材料とドーパント材料とが以下の関係を示す。
Ｅａ(dorpant)−Ｅａ(host)＞Ｉｐ(host)−Ｉｐ(dorpant)、及び、Ｅａ(dorpant)−Ｅａ(host)＞０．１０eV
（なお、Ｅａ(dorpant)はドーパント材料の電子親和力、Ｅａ(host)はホスト材料の電子親和力、Ｉｐ(host)はホスト材料のイオン化ポテンシャル、Ｉｐ(dorpant)はドーパント材料のイオン化ポテンシャルである。）
【０００３】
このような電子トラップ型発光素子は、アントラセンホストにアミンドーパントを添加する正孔トラップ型発光素子に比べて一般的でない。これは、電子トラップ型発光素子の発光効率を高くすることが困難だからである。特に、パッシブ駆動で使用する高電流密度領域では、電子トラップ型発光素子の発光効率を高くすることが困難である。
【０００４】
これらの問題を解決するため、例えば、特許文献１には、発光ドーパントにインデノペリレン誘導体を用いることにより、高発光効率、長寿命な有機ＥＬ素子が提案されている。また、特許文献２では、特許文献１の電子輸送層をナフタセン誘導体、もしくはアントラセン誘導体にすることにより駆動電圧の低下、発光効率の向上、長寿命化を実現する有機ＥＬ素子が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−８８６７号公報
【特許文献２】特開２００８−１４１２１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１の有機ＥＬ素子では、発光層からの正孔抜けが発生し、発光効率が低下したり、長寿命化が図れないおそれがある。また、特許文献２の有機ＥＬ素子では、電子輸送層がナフタセンの場合には正孔抜けにより発光効率が低下し、電子輸送層がアントラセンの場合にはアントラセン自体の電子親和力が小さいことに起因して駆動電圧が上昇してしまうおそれがある。
【０００７】
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、発光メカニズムにより電子トラップ型発光素子に区分される有機ＥＬ素子であって、発光効率が高く、駆動電圧が低く、さらに長寿命な有機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】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明の第１の観点に係る有機ＥＬ素子は、
陽極と、陰極と、前記陽極と前記陰極との間に狭持された有機層と、を備え、
前記有機層は、少なくとも、ホスト材料とドーパント材料とからなる発光層と、電子輸送層と、電子注入層とを有し、前記発光層、前記電子輸送層、前記電子注入層の順に積層され、
前記発光層のホスト材料とドーパント材料とが、
Ｅａ(dorpant)−Ｅａ(host)＞Ｉｐ(host)−Ｉｐ(dorpant)、及び、
Ｅａ(dorpant)−Ｅａ(host)＞０．１０ｅＶ
（Ｅａ(dorpant)はドーパント材料の電子親和力、Ｅａ(host)はホスト材料の電子親和力、Ｉｐ(host)はホスト材料のイオン化ポテンシャル、Ｉｐ(dorpant)はドーパント材料のイオン化ポテンシャルである。）
の関係を満たし、
前記発光層のホスト材料と、前記電子輸送層と、前記電子注入層とが、
Ｉｐ(ETL)−Ｉｐ(host)＞０．２５ｅＶ、
Ｅａ(host)−Ｅａ(ETL)＜０．２５ｅＶ、及び、
Ｅａ(EIL)−Ｅａ(ETL) ＜０．２０ｅＶ
（Ｉｐ(ETL)は電子輸送層を構成する材料のイオン化ポテンシャル、Ｉｐ(host)はホスト材料のイオン化ポテンシャル、Ｅａ(host)はホスト材料の電子親和力、Ｅａ(ETL)は電子輸送層を構成する材料の電子親和力、Ｅａ(EIL)は電子注入層を構成する材料の電子親和力である。）
の関係を満たし、
前記電子輸送層は炭化水素から形成されている、ことを特徴とする。
【０００９】
前記発光層のホスト材料は、例えば、ナフタセン誘導体である。
前記電子輸送層を構成する材料は、主骨格に５員環を少なくとも１つ持ち、そのエネルギーギャップＥｇがＥｇ＞２．３ｅＶの炭化水素であることが好ましい。
前記電子輸送層を構成する材料は、例えば、フルオランテンである。
【００１０】
前記電子輸送層を構成する材料は、例えば、主骨格に５員環を２つ以上持ち、そのエネルギーギャップＥｇがＥｇ＞２．３ｅＶの炭化水素であることが好ましい。
前記電子輸送層を構成する材料は、例えば、アセナフトフルオランテンおよびその誘導体である。
前記電子注入層を構成する材料は、例えば、キノリノール環を持つ有機材料、もしくはキノリノール環を持つ有機材料が配位した錯体である。
【００１１】
本発明の第２の観点に係る有機ＥＬ素子は、
陽極と、陰極と、前記陽極と前記陰極との間に狭持された有機層と、を備え、
前記有機層は、少なくとも、ホスト材料とドーパント材料とからなる発光層と、電子輸送層と、電子注入層とを有し、前記発光層、前記電子輸送層、前記電子注入層の順に積層された電子トラップ型の有機ＥＬ素子であって、
前記電子輸送層を構成する材料は、フルオランテン、もしくはアセナフトフルオランテンのように、分子骨格の主鎖に少なくとも１つ以上の５員環が配された炭化水素である、ことを特徴とする。
【００１２】
前記電子輸送層を構成する材料は、例えば、アセナフトフルオランテンおよびその誘導体である。
前記発光層のホスト材料は、例えば、ナフタセン誘導体である。
前記電子注入層を構成する材料は、例えば、キノリノール環を持つ有機材料、もしくはキノリノール環を持つ有機材料が配位した錯体である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、発光効率が高く、駆動電圧が低く、さらに長寿命な有機ＥＬ素子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の有機ＥＬ素子の構成例を示す図である。
【図２】有機層における電子及びホールの移動を説明するための図である。
【図３】ΔＥａ(EIL-ETL)と駆動電圧との関係を示す図である。
【図４】ΔＥａ(host-ETL)と駆動電圧との関係を示す図である。
【図５】ΔＩｐ(ETL-host)と発光効率との関係を示す図である。
【図６】ΔＥａ(EIL-ETL)と駆動電圧との関係を示す図である。
【図７】ΔＥａ(host-ETL)と駆動電圧との関係を示す図である。
【図８】ΔＩｐ(ETL-host)と発光効率との関係を示す図である。
【図９】ΔＥａ(EIL-ETL)と駆動電圧との関係を示す図である。
【図１０】ΔＥａ(host-ETL)と駆動電圧との関係を示す図である。
【図１１】ΔＩｐ(ETL-host)と発光効率との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の有機ＥＬ素子について説明する。図１は、本発明の有機ＥＬ素子の構成の一例を示す図である。図１に示すように、有機ＥＬ素子１は、基板２上に、陽極３と、陰極４と、陽極３と陰極４との間に狭持された有機層５とを備えている。
【００１６】
基板２は、透明または半透明の材料から形成されていることが好ましく、例えば、ガラス板、透明プラスチックシート、半透明プラスチックシート、石英、透明セラミックスあるいはこれらを組み合わせた複合シートから形成されている。なお、基板２は、不透明な材料から形成されていてもよい。この場合、有機ＥＬ素子１は、図１に示される積層順序が逆になる。さらに、基板２に、例えば、カラーフィルター膜、色変換膜、誘電体反射膜等を組み合わせることにより、発光色をコントロールしてもよい。
【００１７】
陽極３は、比較的仕事関数の大きい金属、合金または電気電導性化合物を電極物質として使用することが好ましい。陽極３に使用する電極物質としては、例えば、金、白金、銀、銅、コバルト、ニッケル、パラジウム、バナジウム、タングステン、酸化錫、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、ＺｎＯ−Ａｌ、ＩＴＯ（インジウム・ティン・オキサイド）、ＩＺＯ（インジウム・ジンク・オキサイド）、ＦＴＯ（フッ素錫酸化物）、ポリチオフェン、ポリピロールなどが挙げられる。これらの電極物質は、単独で使用してもよく、複数併用してもよい。また、これらの物質に金属やCなどの他の元素を混入させた化合物でも構わない。陽極３は、これらの電極物質を、例えば、蒸着法、スパッタリング法等の気相成長法により、基板２の上に形成することができる。また、陽極３は、一層構造であっても、多層構造であってもよい。
【００１８】
陰極４は、比較的仕事関数の小さい金属、合金または電気電導性化合物を電極物質として使用することが好ましい。陰極に使用する電極物質としては、例えば、リチウム、リチウム−インジウム合金、ナトリウム、ナトリウム−カリウム合金、カルシウム、マグネシウム、マグネシウム−銀合金、マグネシウム−インジウム合金、インジウム、ルテニウム、チタニウム、マンガン、イットリウム、アルミニウム、アルミニウム−リチウム合金、アルミニウム−カルシウム合金、アルミニウム−マグネシウム合金、グラファイト薄膜等が挙げられ、さらに、これらの金属の酸化物、ハロゲン化物などの化合物、第２、第３、第４…の元素が入った合金でも構わない。また、これらの電極物質は、単独で使用してもよく、あるいは複数併用してもよい。陰極４は、これらの電極物質を、例えば、蒸着法、スパッタリング法、イオン化蒸着法、イオンプレーティング法、クラスターイオンビーム法等の方法により、電子注入輸送層の上に形成することができる。また、陰極４は一層構造であっても、多層構造であってもよい。
【００１９】
有機層５は、少なくとも、ホスト材料とドーパント材料とからなる発光層６と、電子輸送層７と、電子注入層８とを有し、発光層６、電子輸送層７、電子注入層８の順に積層されている。本実施の形態では、図１に示すように、有機層５は、正孔注入輸送層９、発光層６、電子輸送層７、及び、電子注入層８から構成され、これらがこの順に積層されている。
【００２０】
発光層６は、正孔（ホール）および電子の注入機能、それらの輸送機能、正孔と電子の再結合により励起子を生成させる機能（発光機能）を有する化合物を含有する層である。発光層６は、ホスト材料（ホスト化合物）とドーパント材料（ゲスト化合物）とから形成されている。ここで、本発明の有機ＥＬ素子１は、発光層６内の電子がドーパントに（準位差起因で）トラップされて移動度が大きく制限される電子トラップ型発光素子である。このため、発光層６のホスト材料とドーパント材料とは、以下の関係を満たす材料が用いられる。
【００２１】
Ｅａ(dorpant)−Ｅａ(host)＞Ｉｐ(host)−Ｉｐ(dorpant)、及び、
Ｅａ(dorpant)−Ｅａ(host)＞０．１０eV
（ここで、Ｅａ(dorpant)はドーパント材料の電子親和力、Ｅａ(host)はホスト材料の電子親和力、Ｉｐ(host)はホスト材料のイオン化ポテンシャル、Ｉｐ(dorpant)はドーパント材料のイオン化ポテンシャルである。）
【００２２】
ホスト材料及びドーパント材料は、上記関係を示すとともに発光機能を有する材料であれば、従来公知の種々な材料を用いることができる。ホスト材料としては、ナフタセン誘導体を用いることが好ましい。
【００２３】
電子トラップ型素子の発光層ではホスト−ドーパントのΔＩｐの小さな正孔が流れ、電子はホスト−ドーパントのΔＥａが大きいことにより移動度が抑制されて流れづらくなっている。しかし、高電流密度領域において発光効率を上げるためには発光層内に発光領域（再結合領域）を広げる必要がある。
発光領域を広げるには、（１）ホスト−ドーパントのΔＥａを小さくして電子トラップを小さくする、（２）ホスト材の正孔移動度を下げる、（３）ホスト材の電子移動度を上げる、の３つの手法がある。
【００２４】
（１）の手法では発光層内で十分に電子がトラップされなくなるので電子が発光層から正孔輸送層へ抜けてしまう確率が上昇して発光効率が下がる。特に、高電流密度領域（高印加電圧）での発光効率の低下が激しくなる。次に、（２）の手法では発光層内を主に流れる正孔の移動度を低下させているので発光素子全体の駆動電圧が上昇してしまい、更に、正孔が発光層に進入する前のＨＴＬで再結合が起きてしまう確率が上昇するために、発光効率が低下し、駆動寿命も短くなってしまう。
一方、（３）の手法では電子のトラップ強度も正孔の移動度も維持されるので、上記のような特性悪化要因を発生させることなく発光領域を広げることが可能になる。
【００２５】
以上から、高い発光効率と低い駆動電圧、長駆動寿命を並立させるには発光層のホスト材料は正孔移動度、電子移動度ともに高いことが必要になる。高い正孔移動度と電子移動度とを両立させられる材料として、縮合多環芳香族炭化水素及びその誘導体が挙げられる。更に、ホスト材料には発光ドーパント材料よりも大きなエネルギーＧａｐが求められることから、有機ＥＬ素子のホスト材としてエネルギーＧａｐが２．３ｅＶ以上が求められる。そしてエネルギーＧａｐ２．３ｅＶ以上の縮合多環芳香族炭化水素において最も移動度が高いのがナフタセン及びその誘導体である。
また、ナフタセン骨格は電荷移動によって生じる酸化状態・還元状態において比較的安定であり、励起状態からの発光に対する副反応である光化学反応も少ないので、有機ＥＬ素子で用いた時には劣化因子を持ちにくい特徴がある。
更に、ナフタセンは、ホスト材料として用いられることが多いが、この材料自身の蛍光強度・蛍光量子収率が高く、熱失活因子も少ないことから、高効率な素子の発光層に用いることが好ましい材料である。
また、ナフタセン骨格は比較的リジッドでシンプルかつ対称性も高い骨格であるため、キャリア輸送時の深いトラップ準位を形成しにくく、ドーパントとの組合せでトラップを利用した輸送性の制御も容易にする特徴を持っている。
このため、ホスト材料としてはナフタセン誘導体を用いることが好ましい。
【００２６】
また、ホスト材料として、トリス（８−キノリノラト）アルミニウム等のキノリノール環を持つ有機材料、もしくはキノリノール環を持つ有機材料が配位した有機金属錯体などのキノリン誘導体を用いてもよい。また、ドーパント材料としては、クマリン誘導体、キナクリドン化合物、スチリル系アミン化合物、ルブレン等のナフタセン骨格を有する化合物を用いることができる。
【００２７】
電子輸送層７は、陰極４からの電子を輸送する機能を有するものである。電子輸送層７を構成する材料は、発光層６のホスト材料と、電子注入層８を構成する材料とで以下の関係を満たす。
【００２８】
Ｉｐ(ETL)−Ｉｐ(host)＞０．２５ｅＶ、
Ｅａ(host)−Ｅａ(ETL)＜０．２５ｅＶ、及び、
Ｅａ(EIL)−Ｅａ(ETL) ＜０．２０ｅＶ
（なお、Ｉｐ(ETL)は電子輸送層を構成する材料のイオン化ポテンシャル、Ｉｐ(host)はホスト材料のイオン化ポテンシャル、Ｅａ(host)はホスト材料の電子親和力、Ｅａ(ETL)は電子輸送層を構成する材料の電子親和力、Ｅａ(EIL)は電子注入層を構成する材料の電子親和力である。）
【００２９】
図２（ａ）に、有機層５における電子ｅ及びホールｈの移動を説明するための図（エネルギーダイアグラム）を示す。なお、比較のため、図２（ｂ）に従来の有機ＥＬ素子の電子ｅ及びホールｈの移動を説明するための図を示す。
【００３０】
図２（ａ）に示すように、Ｉｐ(ETL)−Ｉｐ(host)が０．２５ｅＶより大きいと、発光層６に進入した正孔（ホール）ｈが電子輸送層７に進入しにくくなる。このため、発光層６内にホールｈが蓄積（供給）されやすくなる。この結果、素子の発光効率が向上するとともに、長寿命化を図ることができる。一方、図２（ｂ）に示すように、Ｉｐ(ETL)−Ｉｐ(host)が０．２５ｅＶ以下であると、発光層６からのホールｈが電子輸送層７に移動する、いわゆる正孔抜けが発生しやすくなってしまう。このため、正孔抜けが発生すると、発光効率が低下したり、長寿命化が図れなくなってしまう。このように、ΔＩｐ(ETL-host)は、発光層内に正孔を留めておく能力を現している。本発明では、Ｉｐ(ETL)−Ｉｐ(host)が０．２５ｅＶより大きくなるような材料を用いていることから、発光層６内にホールｈが蓄積されやすく、素子の発光効率が向上するとともに、長寿命化を図ることができる。
【００３１】
また、図２（ａ）に示すように、Ｅａ(EIL)−Ｅａ(ETL)が０．２０ｅＶより小さいと、電子注入層８に進入した電子ｅが電子輸送層７に進入しやすくなる。さらに、Ｅａ(host)−Ｅａ(ETL)が０．２５ｅＶより小さいと、電子輸送層７に進入した電子ｅが発光層６に進入しやすくなる。このため、素子の駆動電圧の上昇を抑制することができる。また、素子の発光効率が向上するとともに、長寿命化を図ることができる。一方、図２（ｂ）に示すように、Ｅａ(EIL)−Ｅａ(ETL)が０．２０ｅＶ以上であると、電子注入層８に進入した電子ｅが電子輸送層７に進入しにくくなる。さらに、Ｅａ(host)−Ｅａ(ETL)が０．２５ｅＶ以上であると、電子輸送層７に進入した電子ｅが発光層６に進入しにくくなる。この結果、素子の駆動電圧が上昇し、発光光率にも悪影響を与えてしまう。本発明では、Ｅａ(EIL)−Ｅａ(ETL)が０．２０ｅＶより小さく、さらに、Ｅａ(host)−Ｅａ(ETL)が０．２５ｅＶより小さくなるような材料を用いていることから、電子ｅが発光層６に進入しやすく、素子の駆動電圧の上昇の抑制、素子の発光効率が向上、及び、長寿命化を図ることができる。
【００３２】
このような関係を満たす電子輸送層７を構成する材料としては、炭化水素や、キノキサリンなどの窒素含有複素環化合物が挙げられる。しかし、窒素含有複素環化合物を電子輸送層７に適用した場合、素子の駆動寿命が短くなってしまう。これは、電子トラップ型発光素子では、そのシステム上、電子輸送層７への正孔進入を完全には防げないため、電子輸送層７に正孔耐性の小さな複素環化合物を配置すると、進入した正孔によって劣化し、駆動寿命が短くなってしまうためである。このため、電子輸送層７には、炭化水素が用いられる。今まで報告された素子においては、上記のエネルギー関係にある炭化水素系材料は無く、寿命と効率を両立していなかったが、本発明の材料を用いる事で、寿命と発光効率の両立が容易となる。
【００３３】
このような炭化水素としては、分子骨格の主鎖（主骨格）に５員環を少なくとも１つ持ち、材料のエネルギーギャップＥｇがＥｇ＞２．３ｅＶである炭化水素、例えば、フルオランテンであることが好ましい。さらに、主骨格に５員環を２つ以上持ち、Ｅｇ＞２．３ｅＶである炭化水素、例えば、アセナフトフルオランテンおよびその誘導体であることがより好ましい。
【００３４】
以下に、アセナフトフルオランテンの一般式を示す。
【化１】
【００３５】
（式中、Ｘ１〜Ｘ１４はそれぞれ独立に水素原子、置換または未置換のアルキル基、置換または未置換のアルコキシ基、置換または未置換のアリール基、置換または未置換のアリールオキシ基、置換または未置換のアミノ基を表し、これら隣接する２個以上が互いに結合して環を形成してもよい。）
【００３６】
置換基として好ましいものは、炭化水素から形成される置換基で、特に芳香族環から形成される置換基が好ましいが、下記に適用可能な置換基を示す。
Ｘ１〜Ｘ１４で表されるアルキル基としては、直鎖状でも分岐を有するものであってもよく、炭素数１〜１０のものが好ましく、置換基を有していてもよい。この場合の置換基としては、アルキル基、アルコキシ基、アリール基、アリールオキシ基、アミノ基、ハロゲン原子等が挙げられる。
【００３７】
Ｘ１〜Ｘ１４で表されるアルコキシ基としては、アルキル部分の炭素数１〜６のものが好ましく、具体的にはメトキシ基、エトキシ基、ｔ−ブトキシ基等が挙げられる。この場合の置換基としては、アルキル基、アルコキシ基、アリール基、アリールオキシ基、アミノ基、ハロゲン原子等が挙げられる。
【００３８】
Ｘ１〜Ｘ１４で表されるアリール基としては、単環もしくは多環のものであってもよく、縮合環や環集合も含まれる。総炭素数は６〜２０のものが好ましく、置換基を有していてもよい。この場合の置換基としては、アルキル基、アルコキシ基、アリール基、アリールオキシ基、アミノ基、ハロゲン原子等が挙げられる。
【００３９】
Ｘ１〜Ｘ１４で表されるアリールオキシ基としては、フェノキシ基、４−メチルフェノキシ基、４−（ｔ−ブチル）フェノキシ基等が挙げられる。
【００４０】
Ｘ１〜Ｘ１４で表されるアミノ基としては、置換基を有するものが好ましく、具体的にはジメチルアミノ基、ジエチルアミノ基、ジフェニルアミノ基、ジトリルアミノ基、ジビフェニリルアミノ基、Ｎ−フェニル−Ｎ−トリルアミノ基、Ｎ−フェニル−Ｎ−ナフチルアミノ基、Ｎ−フェニル−Ｎ−ビフェニリルアミノ基、Ｎ−フェニル−Ｎ−アントリルアミノ基、Ｎ−フェニル−Ｎ−ピレニルアミノ基、ジナフチルアミノ基、ジアントリルアミノ基、ジピレニルアミノ基等が挙げられる。
【００４１】
また、以下に、アセナフトフルオランテンの誘導体の具体例を示すが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【化２】
【００４２】
【化３】
【００４３】
【化４】
【００４４】
【化５】
【００４５】
【化６】
【００４６】
【化７】
【００４７】
【化８】
【００４８】
【化９】
【００４９】
【化１０】
【００５０】
【化１１】
【００５１】
【化１２】
【００５２】
【化１３】
【００５３】
【化１４】
【００５４】
【化１５】
【００５５】
【化１６】
【００５６】
【化１７】
【００５７】
【化１８】
【００５８】
【化１９】
【００５９】
【化２０】
【００６０】
【化２１】
【００６１】
【化２２】
【００６２】
【化２３】
【００６３】
【化２４】
【００６４】
【化２５】
【００６５】
【化２６】
【００６６】
【化２７】
【００６７】
【化２８】
【００６８】
【化２９】
【００６９】
【化３０】
【００７０】
【化３１】
【００７１】
【化３２】
【００７２】
【化３３】
【００７３】
【化３４】
【００７４】
【化３５】
【００７５】
【化３６】
【００７６】
【化３７】
【００７７】
【化３８】
【００７８】
【化３９】
【００７９】
【化４０】
【００８０】
また、以下に、フルオランテンの具体例を示すが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【化４１】
【００８１】
また、以下に、ナフタセンの具体例を示すが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【化４２】
【００８２】
【化４３】
【００８３】
【化４４】
【００８４】
【化４５】
【００８５】
【化４６】
【００８６】
【化４７】
【００８７】
【化４８】
【００８８】
【化４９】
【００８９】
電子注入層８は、陰極４からの電子の注入を容易にする機能を有するものである。電子注入層８は、トリス（８−キノリノラト）アルミニウム等のキノリノール環を持つ有機材料、もしくはキノリノール環を持つ有機材料が配位した有機金属錯体などのキノリン誘導体、イミダゾピリジン誘導体、オキサジアゾール誘導体、トリアゾール誘導体、トリアジン誘導体、ペリレン誘導体、キノリン誘導体、キノキサリン誘導体、ジフェニルキノン誘導体、ニトロ置換フルオレノン誘導体、チオピランジオキサイド誘導体などを少なくとも１種用いて形成することができる。
【００９０】
有機ＥＬ素子に陰極から電子を注入するためには、陰極の金属に対して有機物が配位結合などの静電的な結合をする必要がある。一般に、有機ＥＬの陰極の有機層に接する部位にはＬｉやＭｇなどの陽イオン化しやすいアルカリ金属もしくはアルカリ土類金属が使用されている。キノリノール環などの窒素含有複素環は環内窒素の不対電子がＬｉなどのアルカリ金属もしくはアルカリ土類金属と静電的な結合をしやすいと考えられる。窒素含有複素環はキノリノールのほかにもフェナントロリンやキノキサリンなどもあるが、キノリノール環を用いた材料の電子注入性は他の複素環と比較しても総じて高いので発光効率が高くなる。また、キノリノール環の錯体は材料の安定性が非常に高く、他の複素環よりも大幅に駆動寿命が長くなる。このため、電子注入層８には、キノリノール環を持つ有機材料、もしくはキノリノール環を持つ有機材料が配位した錯体であることが好ましい。
【００９１】
正孔注入輸送層９は、陽極３からの正孔（ホール）の注入を容易にする機能、注入された正孔を輸送する機能、および電子を妨げる機能を有する化合物を含有する層である。正孔注入輸送層９は、テトラフェニルジアミノビフェニル誘導体（ＴＰＤ）、アミン誘導体、カルバゾール誘導体、フラン誘導体、フタロシアニン誘導体、トリアリールメタン誘導体、トリアリールアミン誘導体、オキサゾール誘導体、ヒドラゾン誘導体、スチルベン誘導体、ピラゾリン誘導体、ポリシラン誘導体、ポリフェニレンビニレンおよびその誘導体、ポリチオフェンおよびその誘導体、ポリ−Ｎ−ビニルカルバゾール誘導体などを少なくとも１種用いて形成することができる。なお、正孔注入輸送機能を有する化合物は、単独で使用してもよく、あるいは複数併用してもよい。
【００９２】
また、正孔注入輸送層９は、発光層５に用いる化合物の正孔注入、正孔輸送の各機能の高さを考慮し、必要に応じて設けられる。例えば、発光層５に用いる化合物の正孔注入輸送機能が高い場合には、正孔注入輸送層９を設けずに、発光層５が正孔注入輸送層９を兼ねる構成とすることができる。また、正孔注入輸送層９は、注入機能を持つ層と輸送機能を持つ層とに別個に設けてもよい。
【００９３】
このように構成された有機ＥＬ素子１によれば、発光層６内にホールｈが蓄積されやすく、さらに、電子ｅが発光層６に進入しやすくなる。このため、素子の発光効率が向上するとともに、長寿命化を図ることができる。また、素子の駆動電圧の上昇を抑制することができる。
【実施例】
【００９４】
以下、本発明の具体的な実施例を比較例とともに示し、本発明をさらに詳細に説明する。
【００９５】
（実施例１〜７、比較例１〜１０）
電子輸送層に表１の材料を用いた場合について、各電子輸送層を構成する材料のイオン化ポテンシャル（Ｉｐ）および電子親和力（Ｅａ）を測定するとともに、この材料を用いて試験素子を作成し、試験素子におけるΔＥａ(EIL-ETL)、ΔＥａ(host-ETL)、ΔＩｐ(ETL-host)の値、および、試験素子の駆動電圧、発光光率、駆動寿命を測定した。
【００９６】
なお、各材料のＩｐは、ＵＶ／Ｏ３処理を行ったガラス基板上に、アルバック社製蒸着装置ＥＸ４００で４０ｎｍの単層膜を成膜し、理研計器表面分析装置ＡＣ−１でＩｐを測定した。各材料のＥａは、島津製作所製吸光光度計uv-3101pcで吸収スペクトルを取得してエネルギーギャップ（Ｅｇ）を求め、Ｅａ＝Ｉｐ−Ｅｇの式からＥａを求めた。
【００９７】
また、試験素子は、ＩＴＯの膜厚１００ｎｍ、開口部が２０ｍｍのテストピースで、ＵＶ／Ｏ３処理の後に、アルバック社製蒸着装置ＥＸ４００で、正孔注入輸送層（ＴＤ−１（４０ｎｍ））/発光層（Ｎ−１＋0.5%Ｄ−１（４０ｎｍ））/電子輸送層（５０ｎｍ）/電子注入層（Ａｌｑ３（４ｎｍ）＋ＬｉＦ（０．５ｎｍ））／陰極（Ａｌ（１５０ｎｍ））の構成で成膜を行って作成した。そして、作成した試験素子をパルス電源でＤｕｔｙ１２０、電流密度５００ｍＡ/ｃｍ２の駆動条件でＴＯＰＣＯＮ製ＳＲ−３で輝度測定を行い、更に同じ条件で駆動寿命の測定も行った。
【００９８】
なお、正孔注入輸送層に適用したＴＤ−１、発光層のドーパント材料に適用したＤ−１は化５０に示す化学式の材料である。
【化５０】
【００９９】
また、電子輸送層に適用したＡＦ−１〜ＡＦ−３、ＦＵ−１〜ＦＵ−４は、前述の化２、化４１に示す化学式の材料であり、Ｎ−１〜Ｎ−３、Ａ−１〜Ａ−４及びＱＸ−１〜ＱＸ−３は、化５１〜化５３に示す化学式の材料である。
【化５１】
【０１００】
【化５２】
【０１０１】
【化５３】
【０１０２】
結果を表１及び図３〜図５に示す。なお、図３〜図５は、ΔＥａおよびΔＩｐと素子特性との関係を示したものである。
【表１】
【０１０３】
表１及び図３、図４に示すように、ΔＥａ(EIL-ETL)、及び、ΔＥａ(host-ETL)が０．３ｅＶ以上の材料（比較例５〜７）を電子輸送層を適用すると、極端に駆動電圧が上昇してしまうことがわかる。図３、及び、図４のグラフの傾きから、これらのΔＥａが０．２５ｅＶを超えたあたりで駆動電圧が上がりすぎてしまうことが確認できた。また、発光効率が悪化することも確認できた。一方、ΔＥａ(EIL-ETL)、及び、ΔＥａ(host-ETL)が０．２ｅＶよりも小さい材料（実施例１〜７、比較例１〜３、８〜１０）を電子輸送層を適用すると、駆動電圧の上昇を抑制し、発光効率が上昇することが確認できた。
【０１０４】
また、表１及び図５に示すように、Ｉｐ（ETL）−Ｉｐ（host）が０．２ｅＶを超える材料（実施例１〜７、比較例４〜１０）を電子輸送層に適用すると、発光効率が上昇することが確認できた。しかし、ΔＥａ(EIL-ETL)やΔＥａ(host-ETL)が大きすぎる材料（比較例４〜７）は例外であり、発光効率が低くなる。これは、ΔＥａ(EIL-ETL)とΔＥａ(host-ETL)とが陰極から発光層への電子注入能力を表したパラメーターであり、これらが不適切な値であると発光層に電子が入らないために駆動電圧が上昇し、発光効率が低下するためである。
【０１０５】
このため、素子特性から見た電子輸送材料としての適性は、アセナフトフルオランテン＞複素環（含窒素複素環化合物）＞フルオランテン＞ナフタセンであることがわかる。しかし、表１の駆動寿命をみると、複素環（比較例８〜１０）を電子輸送層に適用すると、駆動寿命が極端に短くなってしまう。これは、電子トラップ型素子の発光層には主に正孔が流れるために、電子輸送層への正孔進入を完全には防げず、正孔耐性の弱い複素環を電子輸送層に使った電子トラップ型素子の駆動寿命が短くなるためである。
【０１０６】
したがって、Ｉｐ(ETL)−Ｉｐ(host)＞０．２５ｅＶ、Ｅａ(host)−Ｅａ(ETL)＜０．２５ｅＶ、及び、Ｅａ(EIL) −Ｅａ(ETL) ＜０．２０ｅＶを満たす材料を用いることにより、素子の発光効率が向上するとともに、長寿命化を図ることができ、さらに、素子の駆動電圧の上昇を抑制することができることが確認できた。特に、アセナフトフルオランテンは、有機ＥＬ素子（電子トラップ型素子）の電子輸送層として最も好ましい材料であることが確認できた。
【０１０７】
（実施例８〜１２、比較例１１〜１５）
次に、発光層のホスト材料をＮ−１からＮ−２に換えた場合について、同様に試験素子を作成し、試験素子におけるΔＥａ(EIL-ETL)、ΔＥａ(host-ETL)、ΔＩｐ(ETL-host)の値、および、試験素子の駆動電圧、発光光率、駆動寿命を測定した。結果を表２及び図６〜図８に示す。
【０１０８】
【表２】
【０１０９】
表２及び図６〜図７に示すように、Ｅａ(host)−Ｅａ(ETL)が０．２５ｅＶより小さく、及び、Ｅａ(EIL) −Ｅａ(ETL)が０．２０ｅＶより小さい材料（実施例８〜１２、比較例１１、１２、１５）を電子輸送層を適用すると、駆動電圧の上昇を抑制し、発光効率が上昇することが確認できた。また、表２及び図８に示すように、Ｉｐ（ETL）−Ｉｐ（host）が０．２ｅＶを超える材料（実施例８〜１２、比較例１３〜１５）を電子輸送層を適用すると、発光効率が上昇することが確認できた。さらに、複素環（比較例１５）を電子輸送層を適用すると、素子の駆動寿命が短くなることが確認できた。
このため、発光層のホスト材料をＮ−１からＮ−２に換えても、Ｉｐ(ETL)−Ｉｐ(host)＞０．２５ｅＶ、Ｅａ(host)−Ｅａ(ETL)＜０．２５ｅＶ、及び、Ｅａ(EIL) −Ｅａ(ETL) ＜０．２０ｅＶを満たす材料を用いることにより、素子の発光効率が向上するとともに、長寿命化を図ることができ、さらに、素子の駆動電圧の上昇を抑制することができることが確認できた。また、アセナフトフルオランテンは、電子輸送層として最も好ましい材料であることが確認できた。
【０１１０】
（実施例１３〜１７、比較例１６〜２０）
次に、発光層のホスト材料をＮ−１から化５４に示すＮ−４に換えた場合について、同様に試験素子を作成し、試験素子におけるΔＥａ(EIL-ETL)、ΔＥａ(host-ETL)、ΔＩｐ(ETL-host)の値、および、試験素子の駆動電圧、発光光率、駆動寿命を測定した。結果を表３に示す。
【０１１１】
【化５４】
【０１１２】
【表３】
【０１１３】
表３に示すように、発光層のホスト材料をＮ−１からＮ−４に換えても、Ｉｐ(ETL)−Ｉｐ(host)＞０．２５ｅＶ、Ｅａ(host)−Ｅａ(ETL)＜０．２５ｅＶ、及び、Ｅａ(EIL) −Ｅａ(ETL) ＜０．２０ｅＶを満たす材料を用いることにより、素子の発光効率が向上するとともに、長寿命化を図ることができ、さらに、素子の駆動電圧の上昇を抑制することができることが確認できた。また、アセナフトフルオランテンは、電子輸送層として最も好ましい材料であることが確認できた。
【０１１４】
（実施例１８〜２２、比較例２１〜２５）
次に、発光層のホスト材料をＮ−１から化５５に示すＮ−５に換えた場合について、同様に試験素子を作成し、試験素子におけるΔＥａ(EIL-ETL)、ΔＥａ(host-ETL)、ΔＩｐ(ETL-host)の値、および、試験素子の駆動電圧、発光光率、駆動寿命を測定した。結果を表４に示す。
【０１１５】
【化５５】
【０１１６】
【表４】
【０１１７】
表４に示すように、発光層のホスト材料をＮ−１からＮ−５に換えても、Ｉｐ(ETL)−Ｉｐ(host)＞０．２５ｅＶ、Ｅａ(host)−Ｅａ(ETL)＜０．２５ｅＶ、及び、Ｅａ(EIL) −Ｅａ(ETL) ＜０．２０ｅＶを満たす材料を用いることにより、素子の発光効率が向上するとともに、長寿命化を図ることができ、さらに、素子の駆動電圧の上昇を抑制することができることが確認できた。また、アセナフトフルオランテンは、電子輸送層として最も好ましい材料であることが確認できた。
【０１１８】
（実施例２３〜２７、比較例２６〜３０）
次に、発光層のホスト材料をＮ−１からＮ−３に換えた場合について、同様に試験素子を作成し、試験素子におけるΔＥａ(EIL-ETL)、ΔＥａ(host-ETL)、ΔＩｐ(ETL-host)の値、および、試験素子の駆動電圧、発光光率、駆動寿命を測定した。結果を表５に示す。
【０１１９】
【表５】
【０１２０】
表５に示すように、発光層のホスト材料をＮ−１からＮ−３に換えても、Ｉｐ(ETL)−Ｉｐ(host)＞０．２５ｅＶ、Ｅａ(host)−Ｅａ(ETL)＜０．２５ｅＶ、及び、Ｅａ(EIL) −Ｅａ(ETL) ＜０．２０ｅＶを満たす材料を用いることにより、素子の発光効率が向上するとともに、長寿命化を図ることができ、さらに、素子の駆動電圧の上昇を抑制することができることが確認できた。また、アセナフトフルオランテンは、電子輸送層として最も好ましい材料であることが確認できた。
【０１２１】
（実施例２８〜３２、比較例３１〜３３）
次に、発光層のドーパント材料をＤ−１から化５６に示すＤ−２に換えた場合について、同様に試験素子を作成し、試験素子におけるΔＥａ(EIL-ETL)、ΔＥａ(host-ETL)、ΔＩｐ(ETL-host)の値、および、試験素子の駆動電圧、発光光率、駆動寿命を測定した。結果を表６に示す。
【０１２２】
【化５６】
【０１２３】
【表６】
【０１２４】
表６に示すように、発光層のドーパント材料をＤ−１からＤ−２に換えても、Ｉｐ(ETL)−Ｉｐ(host)＞０．２５ｅＶ、Ｅａ(host)−Ｅａ(ETL)＜０．２５ｅＶ、及び、Ｅａ(EIL) −Ｅａ(ETL) ＜０．２０ｅＶを満たす材料を用いることにより、素子の発光効率が向上するとともに、長寿命化を図ることができ、さらに、素子の駆動電圧の上昇を抑制することができることが確認できた。また、アセナフトフルオランテンは、電子輸送層として最も好ましい材料であることが確認できた。
【０１２５】
（実施例３３〜３７、比較例３４〜３６）
次に、発光層のドーパント材料をＤ−１から化５７に示すＤ−３に換えた場合について、同様に試験素子を作成し、試験素子におけるΔＥａ(EIL-ETL)、ΔＥａ(host-ETL)、ΔＩｐ(ETL-host)の値、および、試験素子の駆動電圧、発光光率、駆動寿命を測定した。結果を表７に示す。
【０１２６】
【化５７】
【０１２７】
【表７】
【０１２８】
表７に示すように、発光層のドーパント材料をＤ−１からＤ−３に換えても、Ｉｐ(ETL)−Ｉｐ(host)＞０．２５ｅＶ、Ｅａ(host)−Ｅａ(ETL)＜０．２５ｅＶ、及び、Ｅａ(EIL) −Ｅａ(ETL) ＜０．２０ｅＶを満たす材料を用いることにより、素子の発光効率が向上するとともに、長寿命化を図ることができ、さらに、素子の駆動電圧の上昇を抑制することができることが確認できた。また、アセナフトフルオランテンは、電子輸送層として最も好ましい材料であることが確認できた。
【０１２９】
（実施例３８〜４３、比較例３７〜３９）
次に、発光層のドーパント材料をＤ−１から化５８に示すＤ−４に換えた場合について、同様に試験素子を作成し、試験素子におけるΔＥａ(EIL-ETL)、ΔＥａ(host-ETL)、ΔＩｐ(ETL-host)の値、および、試験素子の駆動電圧、発光光率、駆動寿命を測定した。結果を表８に示す。
【０１３０】
【化５８】
【０１３１】
【表８】
【０１３２】
表８に示すように、発光層のドーパント材料をＤ−１からＤ−４に換えても、Ｉｐ(ETL)−Ｉｐ(host)＞０．２５ｅＶ、Ｅａ(host)−Ｅａ(ETL)＜０．２５ｅＶ、及び、Ｅａ(EIL) −Ｅａ(ETL) ＜０．２０ｅＶを満たす材料を用いることにより、素子の発光効率が向上するとともに、長寿命化を図ることができ、さらに、素子の駆動電圧の上昇を抑制することができることが確認できた。また、アセナフトフルオランテンは、電子輸送層として最も好ましい材料であることが確認できた。
【０１３３】
（実施例４４〜４８、比較例４０〜４２）
次に、発光層のドーパント材料をＤ−１から化５９に示すＤ−５に換えた場合について、同様に試験素子を作成し、試験素子におけるΔＥａ(EIL-ETL)、ΔＥａ(host-ETL)、ΔＩｐ(ETL-host)の値、および、試験素子の駆動電圧、発光光率、駆動寿命を測定した。結果を表９に示す。
【０１３４】
【化５９】
【０１３５】
【表９】
【０１３６】
表９に示すように、発光層のドーパント材料をＤ−１からＤ−５に換えても、Ｉｐ(ETL)−Ｉｐ(host)＞０．２５ｅＶ、Ｅａ(host)−Ｅａ(ETL)＜０．２５ｅＶ、及び、Ｅａ(EIL) −Ｅａ(ETL) ＜０．２０ｅＶを満たす材料を用いることにより、素子の発光効率が向上するとともに、長寿命化を図ることができ、さらに、素子の駆動電圧の上昇を抑制することができることが確認できた。また、アセナフトフルオランテンは、電子輸送層として最も好ましい材料であることが確認できた。
【０１３７】
（実施例４９〜５３、比較例４３〜４５）
次に、発光層のドーパント材料をＤ−１から化６０に示すＤ−６に換えた場合について、同様に試験素子を作成し、試験素子におけるΔＥａ(EIL-ETL)、ΔＥａ(host-ETL)、ΔＩｐ(ETL-host)の値、および、試験素子の駆動電圧、発光光率、駆動寿命を測定した。結果を表１０に示す。
【０１３８】
【化６０】
【０１３９】
【表１０】
【０１４０】
表１０に示すように、発光層のドーパント材料をＤ−１からＤ−６に換えても、Ｉｐ(ETL)−Ｉｐ(host)＞０．２５ｅＶ、Ｅａ(host)−Ｅａ(ETL)＜０．２５ｅＶ、及び、Ｅａ(EIL) −Ｅａ(ETL) ＜０．２０ｅＶを満たす材料を用いることにより、素子の発光効率が向上するとともに、長寿命化を図ることができ、さらに、素子の駆動電圧の上昇を抑制することができることが確認できた。また、アセナフトフルオランテンは、電子輸送層として最も好ましい材料であることが確認できた。
【０１４１】
（実施例５４〜５８、比較例４６〜４８）
次に、発光層のドーパント材料をＤ−１から化６１に示すＤ−７に換えた場合について、同様に試験素子を作成し、試験素子におけるΔＥａ(EIL-ETL)、ΔＥａ(host-ETL)、ΔＩｐ(ETL-host)の値、および、試験素子の駆動電圧、発光光率、駆動寿命を測定した。結果を表１１に示す。
【０１４２】
【化６１】
【０１４３】
【表１１】
【０１４４】
表１１に示すように、発光層のドーパント材料をＤ−１からＤ−７に換えても、Ｉｐ(ETL)−Ｉｐ(host)＞０．２５ｅＶ、Ｅａ(host)−Ｅａ(ETL)＜０．２５ｅＶ、及び、Ｅａ(EIL) −Ｅａ(ETL) ＜０．２０ｅＶを満たす材料を用いることにより、素子の発光効率が向上するとともに、長寿命化を図ることができ、さらに、素子の駆動電圧の上昇を抑制することができることが確認できた。また、アセナフトフルオランテンは、電子輸送層として最も好ましい材料であることが確認できた。
【０１４５】
（実施例５９〜６３、比較例４９〜５１）
次に、電子注入層をＡｌｑ３／ＬｉＦからＬｉｑに換えた場合について、同様に試験素子を作成し、試験素子におけるΔＥａ(EIL-ETL)、ΔＥａ(host-ETL)、ΔＩｐ(ETL-host)の値、および、試験素子の駆動電圧、発光光率、駆動寿命を測定した。結果を表１２、及び、図９〜図１１に示す。
【０１４６】
【表１２】
【０１４７】
表１２、及び、図９〜図１１に示すように、電子注入層をＡｌｑ３／ＬｉＦからＬｉｑに換えても、Ｉｐ(ETL)−Ｉｐ(host)＞０．２５ｅＶ、Ｅａ(host)−Ｅａ(ETL)＜０．２５ｅＶ、及び、Ｅａ(EIL) −Ｅａ(ETL) ＜０．２０ｅＶを満たす材料を用いることにより、素子の発光効率が向上するとともに、長寿命化を図ることができ、さらに、素子の駆動電圧の上昇を抑制することができることが確認できた。また、アセナフトフルオランテンは、電子輸送層として最も好ましい材料であることが確認できた。
【０１４８】
（実施例６４〜７５）
次に、電子輸送層に置換基を変更したアセナフトフルオランテンを用いた場合について、同様に試験素子を作成し、試験素子におけるΔＥａ(EIL-ETL)、ΔＥａ(host-ETL)、ΔＩｐ(ETL-host)の値、および、試験素子の駆動電圧、発光光率、駆動寿命を測定した。なお、電子輸送層に適用したＡＦ−４〜ＡＦ−１２は、前述の化３、化４に示す化学式の材料である。結果を表１３に示す。
【０１４９】
【表１３】
【０１５０】
表１３に示すように、置換基を変更したアセナフトフルオランテンを用いても、素子の発光効率が向上するとともに、長寿命化を図ることができ、さらに、素子の駆動電圧の上昇を抑制することができることが確認できた。このため、アセナフトフルオランテン系の材料は置換基にかかわらず、電子輸送層として好ましい材料であることが確認できた。
【０１５１】
また、この発光層と電子輸送層の組み合わせの素子構造は発光層が１層のものに限定されず、タンデム構造などで複数の発光層を持つ発光素子にも適用できる。例えば、タンデム構造の素子において本構成の発光層がＮ層ある構成でも構わないし、正孔トラップ型の発光層と組み合わせても構わない。
【産業上の利用可能性】
【０１５２】
本発明は、有機ＥＬ素子に有用である。
【符号の説明】
【０１５３】
１ 有機ＥＬ素子
２ 基板
３ 陽極
４ 陰極
５ 有機層
６ 発光層
７ 電子輸送層
８ 電子注入層
９ 正孔注入輸送層
【特許請求の範囲】
【請求項１】
陽極と、陰極と、前記陽極と前記陰極との間に狭持された有機層と、を備え、
前記有機層は、少なくとも、ホスト材料とドーパント材料とからなる発光層と、電子輸送層と、電子注入層とを有し、前記発光層、前記電子輸送層、前記電子注入層の順に積層され、
前記発光層のホスト材料とドーパント材料とが、
Ｅａ(dorpant)−Ｅａ(host)＞Ｉｐ(host)−Ｉｐ(dorpant)、及び、
Ｅａ(dorpant)−Ｅａ(host)＞０．１０ｅＶ
（Ｅａ(dorpant)はドーパント材料の電子親和力、Ｅａ(host)はホスト材料の電子親和力、Ｉｐ(host)はホスト材料のイオン化ポテンシャル、Ｉｐ(dorpant)はドーパント材料のイオン化ポテンシャルである。）
の関係を満たし、
前記発光層のホスト材料と、前記電子輸送層と、前記電子注入層とが、
Ｉｐ(ETL)−Ｉｐ(host)＞０．２５ｅＶ、
Ｅａ(host)−Ｅａ(ETL)＜０．２５ｅＶ、及び、
Ｅａ(EIL)−Ｅａ(ETL) ＜０．２０ｅＶ
（Ｉｐ(ETL)は電子輸送層を構成する材料のイオン化ポテンシャル、Ｉｐ(host)はホスト材料のイオン化ポテンシャル、Ｅａ(host)はホスト材料の電子親和力、Ｅａ(ETL)は電子輸送層を構成する材料の電子親和力、Ｅａ(EIL)は電子注入層を構成する材料の電子親和力である。）
の関係を満たし、
前記電子輸送層は炭化水素から形成されている、ことを特徴とする有機ＥＬ素子。
【請求項２】
前記発光層のホスト材料は、ナフタセン誘導体である、ことを特徴とする請求項１に記載の有機ＥＬ素子。
【請求項３】
前記電子輸送層を構成する材料は、主骨格に５員環を少なくとも１つ持ち、そのエネルギーギャップＥｇがＥｇ＞２．３ｅＶの炭化水素である、ことを特徴とする請求項１または２に記載の有機ＥＬ素子。
【請求項４】
前記電子輸送層を構成する材料は、フルオランテンである、ことを特徴とする請求項３に記載の有機ＥＬ素子。
【請求項５】
前記電子輸送層を構成する材料は、主骨格に５員環を２つ以上持ち、そのエネルギーギャップＥｇがＥｇ＞２．３ｅＶの炭化水素である、ことを特徴とする請求項１または２に記載の有機ＥＬ素子。
【請求項６】
前記電子輸送層を構成する材料は、アセナフトフルオランテンおよびその誘導体である、ことを特徴とする請求項５に記載の有機ＥＬ素子。
【請求項７】
前記電子注入層を構成する材料は、キノリノール環を持つ有機材料、もしくはキノリノール環を持つ有機材料が配位した錯体である、ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の有機ＥＬ素子。
【請求項８】
陽極と、陰極と、前記陽極と前記陰極との間に狭持された有機層と、を備え、
前記有機層は、少なくとも、ホスト材料とドーパント材料とからなる発光層と、電子輸送層と、電子注入層とを有し、前記発光層、前記電子輸送層、前記電子注入層の順に積層された電子トラップ型の有機ＥＬ素子であって、
前記電子輸送層を構成する材料は、フルオランテン、もしくはアセナフトフルオランテンのように、分子骨格の主鎖に少なくとも１つ以上の５員環が配された炭化水素である、ことを特徴とする有機ＥＬ素子。
【請求項９】
前記電子輸送層を構成する材料は、アセナフトフルオランテンおよびその誘導体である、ことを特徴とする請求項８に記載の有機ＥＬ素子。
【請求項１０】
前記発光層のホスト材料は、ナフタセン誘導体である、ことを特徴とする請求項８または９に記載の有機ＥＬ素子。
【請求項１１】
前記電子注入層を構成する材料は、キノリノール環を持つ有機材料、もしくはキノリノール環を持つ有機材料が配位した錯体である、ことを特徴とする請求項８乃至１０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、前記陽極と前記陰極との間に狭持された有機層と、を備え、
前記有機層は、少なくとも、ホスト材料とドーパント材料とからなる発光層と、電子輸送層と、電子注入層とを有し、前記発光層、前記電子輸送層、前記電子注入層の順に積層され、
前記発光層のホスト材料とドーパント材料とが、
Ｅａ(dorpant)−Ｅａ(host)＞Ｉｐ(host)−Ｉｐ(dorpant)、及び、
Ｅａ(dorpant)−Ｅａ(host)＞０．１０ｅＶ
（Ｅａ(dorpant)はドーパント材料の電子親和力、Ｅａ(host)はホスト材料の電子親和力、Ｉｐ(host)はホスト材料のイオン化ポテンシャル、Ｉｐ(dorpant)はドーパント材料のイオン化ポテンシャルである。）
の関係を満たし、
前記発光層のホスト材料と、前記電子輸送層と、前記電子注入層とが、
Ｉｐ(ETL)−Ｉｐ(host)＞０．２５ｅＶ、
Ｅａ(host)−Ｅａ(ETL)＜０．２５ｅＶ、及び、
Ｅａ(EIL)−Ｅａ(ETL) ＜０．２０ｅＶ
（Ｉｐ(ETL)は電子輸送層を構成する材料のイオン化ポテンシャル、Ｉｐ(host)はホスト材料のイオン化ポテンシャル、Ｅａ(host)はホスト材料の電子親和力、Ｅａ(ETL)は電子輸送層を構成する材料の電子親和力、Ｅａ(EIL)は電子注入層を構成する材料の電子親和力である。）
の関係を満たし、
前記電子輸送層は炭化水素から形成されている、ことを特徴とする有機ＥＬ素子。
【請求項２】
前記発光層のホスト材料は、ナフタセン誘導体である、ことを特徴とする請求項１に記載の有機ＥＬ素子。
【請求項３】
前記電子輸送層を構成する材料は、主骨格に５員環を少なくとも１つ持ち、そのエネルギーギャップＥｇがＥｇ＞２．３ｅＶの炭化水素である、ことを特徴とする請求項１または２に記載の有機ＥＬ素子。
【請求項４】
前記電子輸送層を構成する材料は、フルオランテンである、ことを特徴とする請求項３に記載の有機ＥＬ素子。
【請求項５】
前記電子輸送層を構成する材料は、主骨格に５員環を２つ以上持ち、そのエネルギーギャップＥｇがＥｇ＞２．３ｅＶの炭化水素である、ことを特徴とする請求項１または２に記載の有機ＥＬ素子。
【請求項６】
前記電子輸送層を構成する材料は、アセナフトフルオランテンおよびその誘導体である、ことを特徴とする請求項５に記載の有機ＥＬ素子。
【請求項７】
前記電子注入層を構成する材料は、キノリノール環を持つ有機材料、もしくはキノリノール環を持つ有機材料が配位した錯体である、ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の有機ＥＬ素子。
【請求項８】
陽極と、陰極と、前記陽極と前記陰極との間に狭持された有機層と、を備え、
前記有機層は、少なくとも、ホスト材料とドーパント材料とからなる発光層と、電子輸送層と、電子注入層とを有し、前記発光層、前記電子輸送層、前記電子注入層の順に積層された電子トラップ型の有機ＥＬ素子であって、
前記電子輸送層を構成する材料は、フルオランテン、もしくはアセナフトフルオランテンのように、分子骨格の主鎖に少なくとも１つ以上の５員環が配された炭化水素である、ことを特徴とする有機ＥＬ素子。
【請求項９】
前記電子輸送層を構成する材料は、アセナフトフルオランテンおよびその誘導体である、ことを特徴とする請求項８に記載の有機ＥＬ素子。
【請求項１０】
前記発光層のホスト材料は、ナフタセン誘導体である、ことを特徴とする請求項８または９に記載の有機ＥＬ素子。
【請求項１１】
前記電子注入層を構成する材料は、キノリノール環を持つ有機材料、もしくはキノリノール環を持つ有機材料が配位した錯体である、ことを特徴とする請求項８乃至１０のいずれか１項に記載の有機ＥＬ素子。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１２−１４２３８３（Ｐ２０１２−１４２３８３Ａ）
【公開日】平成２４年７月２６日（２０１２．７．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２９３２９２（Ｐ２０１０−２９３２９２）
【出願日】平成２２年１２月２８日（２０１０．１２．２８）
【出願人】（０００００３０６７）ＴＤＫ株式会社 (7,238)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年７月２６日（２０１２．７．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月２８日（２０１０．１２．２８）
【出願人】（０００００３０６７）ＴＤＫ株式会社 (7,238)
【Ｆターム（参考）】
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