JP2008270737A - 有機電界発光素子 - Google Patents

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Abstract

【課題】耐久性が良好な発光素子を提供すること。
【解決手段】一対の電極間に、発光層を含む少なくとも一層の有機層を有する有機電界発光素子であって、該有機層の少なくとも一層に、炭素原子、窒素原子のみで構成された５員ヘテロ環構造を少なくとも一つ有し、かつ、ＳＰ２炭素原子上に重水素原子を少なくとも一つ有するイリジウム錯体を含有することを特徴とする有機電界発光素子。
【選択図】なし

Description

本発明は、電気エネルギーを光に変換して発光できる発光素子、特に、有機電界発光素子（発光素子、又はＥＬ素子）に関する。
有機電界発光素子は、低電圧で高輝度の発光を得ることができるため、有望な表示素子として注目されている。この有機電界発光素子の重要な特性値として、消費電力がある。「消費電力＝電圧×電流」で表され、所望の明るさを得るに必要な電圧値が低く、かつ、電流値を小さくするほど、素子の消費電力を低くする事が出来る。
素子に流れる電流値を低くする一つの試みとして、オルトメタル化イリジウム錯体（Ir(ppy)3:Ｔｒｉｓ−Ｏｒｔｈｏ−Ｍｅｔａｌａｔｅｄ Ｃｏｍｐｌｅｘ ｏｆ Ｉｒｉｄｉｕｍ（ＩＩＩ） ｗｉｔｈ ２−Ｐｈｅｎｙｌｐｙｒｉｄｉｎｅ）からの発光を利用した発光素子が報告されている（非特許文献１、特許文献１、特許文献２）。これらに記載のりん光発光素子は、従来の一重項発光素子に比べて外部量子効率が大幅に向上し、電流値を小さくすることに成功している。
りん光発光素子の効率、耐久性、発光色改良（発光波長の短波長化）を目的に、ピラゾールなどの５員ヘテロ環構造を有するイリジウム錯体を含有する素子（特許文献３）が報告されているが、耐久性の点で、さらなる改良が望まれていた。
これらのイリジウム錯体に重水素原子を導入する試みが検討されているが、耐久性が向上したデータは得られていない。例えば、特許文献３においてアルキル基に重水素原子を導入した素子の耐久性データが報告されているが、重水素原子導入による耐久性改良効果は得られていない（デバイスＡとデバイスＨ）。
Applied Physics Letters 75, 4(1999). 特開２００１−２４７８５９号公報 特表２００４−５１５５０６号公報 国際公開第２００６／１２１８１１号公報
本発明の目的は、耐久性が良好な発光素子を提供することである。
この課題は下記手段によって達成された。
〔１〕
一対の電極間に、発光層を含む少なくとも一層の有機層を有する有機電界発光素子であって、該有機層の少なくとも一層に、炭素原子、窒素原子のみで構成された５員ヘテロ環構造を少なくとも一つ有し、かつ、ＳＰ２炭素原子上に重水素原子を少なくとも一つ有するイリジウム錯体を含有することを特徴とする有機電界発光素子。
〔２〕
前記イリジウム錯体中の５員へテロ環構造が、窒素原子を２つ有する５員ヘテロ環構造である事を特徴とする〔１〕に記載の有機電界発光素子。
〔３〕
前記イリジウム錯体が下記一般式（１）で表される化合物である事を特徴とする〔１〕または〔２〕に記載の有機電界発光素子。
Figure 2008270737
（Ｒ１１〜Ｒ１７は水素原子又は置換基を表し、Ｒ１１〜Ｒ１７のうち少なくとも一つは重水素原子である。Ｌ１１は配位子を表す。ｎ１１は１〜３の整数を表し、ｎ１２は０〜４の整数を表し、ｎ１１、ｎ１２はIrの配位数が６となるように定められた数を表す。）
〔４〕
前記イリジウム錯体が下記一般式（２）で表される化合物である事を特徴とする〔１〕または〔２〕に記載の有機電界発光素子。
Figure 2008270737
（Ｒ２１〜Ｒ２７は水素原子または置換基を表し、Ｒ２１〜Ｒ２４、Ｒ２６、Ｒ２７の少なくとも一つは重水素原子である。Ｌ２１は配位子を表す。ｎ２１は１〜３の整数を表し、ｎ２２は０〜４の整数を表し、ｎ２１、ｎ２２はIrの配位数が６となるように定められた数を表す。）
〔５〕
前記イリジウム錯体が下記一般式（３）で表される化合物である事を特徴とする〔１〕または〔２〕に記載の有機電界発光素子。
Figure 2008270737
（Ｒ３１〜Ｒ３７は水素原子又は置換基を表し、Ｒ３１〜Ｒ３６のうち少なくとも一つは重水素原子である。Ｌ３１は配位子を表す。ｎ３１は１〜３の整数を表し、ｎ３２は０〜４の整数を表し、ｎ３１、ｎ３２はＩｒの配位数が６となるように定められた数を表す。）
〔６〕
発光層中にピロール系ホスト材料を含有する〔１〕〜〔５〕のいずれかに記載の有機電界発光素子。
〔７〕
０≦ＳＰ２炭素原子上の水素原子の数／ＳＰ２炭素原子上の重水素原子の数≦１である事を特徴とする〔１〕〜〔６〕のいずれかに記載の有機電界発光素子。
〔８〕
発光層中にホスト材料を含有し、かつ、ホスト材料のＴ１レベル（最低三重項励起状態のエネルギーレベル）は、６０ｋｃａｌ／ｍｏｌ以上（２５１．４ｋＪ／ｍｏｌ以上）、９０ｋｃａｌ／ｍｏｌ以下（３７７．１ｋＪ／ｍｏｌ以下）である事を特徴とする〔１〕〜〔７〕のいずれかに記載の有機電界発光素子。
本発明の発光素子は、高効率発光が可能であり、長時間駆動した場合の輝度の低下および駆動電圧の上昇が小さく耐久性に優れる。
本発明は一対の電極間に、発光層を含む少なくとも一層の有機層を有する有機電界発光素子であって、該有機層の少なくとも一層に、炭素原子、窒素原子のみで構成された５員ヘテロ環構造を少なくとも一つ有し、かつ、ＳＰ２炭素原子上に重水素原子を少なくとも一つ有するイリジウム錯体を含有することを特徴とする有機電界発光素子に関する。
本発明において、ＳＰ２炭素原子とは、炭素−炭素二重結合、炭素−ヘテロ原子二重結合に関わる炭素原子を意味する。
本発明のイリジウム錯体は、後述の有機発光層、正孔輸送層、電子輸送層、電荷ブロク層、正孔注入層、電子注入層等の少なくとも一層に含まれ、好ましくは少なくとも有機発光層に含まれる。
炭素原子、窒素原子のみで構成された５員ヘテロ環構造を少なくとも一つ有し、かつ、ＳＰ２炭素原子上の重水素原子を少なくとも一つ有するイリジウム錯体に関して説明する。炭素原子、窒素原子のみで構成された５員ヘテロ環構造中の窒素原子数は、発光効率、駆動寿命、低電圧化の点で１〜３個が好ましく、１、２個がより好ましく、２個がさらに好ましい。
炭素原子、窒素原子のみで構成された５員ヘテロ環構造としては、発光効率、駆動寿命、低電圧化の点でピロール環、ピラゾール環、イミダゾール環、トリアゾール環、２つの窒素原子で挟まれたカルベン炭素を有する環が好ましく、ピラゾール環、イミダゾール環、２つの窒素原子で挟まれたカルベン炭素を有する環がより好ましく、ピラゾール環、イミダゾール環がさらに好ましく、ピラゾール環が特に好ましい。
ＳＰ２炭素原子上の水素原子としては特に限定されないが、ビニル位の水素原子（エチレンの水素原子など）、アリール位の水素原子（ベンゼンの水素原子など）、ヘテロアリール位の水素原子（ピラゾールにおける炭素原子上の水素原子、イミダゾールにおける炭素原子上の水素原子、ピリジンにおける水素原子など）などが挙げられる。アリールのＳＰ２炭素原子上に重水素原子を有する事、炭素原子、窒素原子のみで構成された５員ヘテロ環のＳＰ２炭素原子上に重水素原子を有する事が駆動寿命の点で好ましい。
イリジウム錯体中の重水素原子数は特に限定されないが、駆動寿命の点で０≦ＳＰ２炭素原子上の水素原子の数／ＳＰ２炭素原子上の重水素原子の数≦１である事が好ましく、０≦ＳＰ２炭素原子上の水素原子の数／ＳＰ２炭素原子上の重水素原子の数≦０．５であることがより好ましく、０≦ＳＰ２炭素原子上の水素原子の数／ＳＰ２炭素原子上の重水素原子の数≦０．２である事がさらに好ましく、０≦ＳＰ２炭素原子上の水素原子の数／ＳＰ２炭素原子上の重水素原子の数≦０．１である事が特に好ましい。
本発明のイリジウム錯体は発光効率、駆動寿命、低電圧化の点で一般式（１）、一般式（２）、または、一般式（３）で表される化合物である事が好ましく、特に駆動寿命の点で一般式（１）、（２）で表される化合物がより好ましく、一般式（１）で表される化合物がさらに好ましい。一般式（１）、一般式（２）、または、一般式（３）で表される化合物は、単独または併用して用いることができる。特定の一般式で表される化合物を単独で用いる場合、構造の同じ化合物を用いても、構造の異なる化合物を併用してもよい（このことは、特定の一般式で表される化合物を併用で用いる場合もその両者に適用される）。一般式（１）、（２）、（３）について説明する。
Ｒ１１〜Ｒ１７は水素原子又は置換基を表し、Ｒ１１〜Ｒ１７のうち少なくとも一つは重水素原子である。置換基としては重水素原子のほか、例えば、アルキル基（直鎖状、分岐状、環状のいずれでもよく、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、例えばメチル、エチル、ｉｓｏ−プロピル、ｎ−オクチル、ｎ−デシル、ｎ−ヘキサデシル、シクロプロピル、シクロペンチル、シクロヘキシルなどが挙げられる。）、アルケニル基（好ましくは炭素数２〜３０、より好ましくは炭素数２〜２０、特に好ましくは炭素数２〜１０であり、例えばビニル、アリル、２−ブテニル、３−ペンテニルなどが挙げられる。）、アルキニル基（好ましくは炭素数２〜３０、より好ましくは炭素数２〜２０、特に好ましくは炭素数２〜１０であり、例えばプロパルギル、３−ペンチニルなどが挙げられる。）、アリール基（単環または縮合環のいずれでもよく、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６〜１４であり、例えばフェニル、ナフチル、フルオレニル、アントラニル、フェナントレニル、ナフタセニル、ベンゾ[ａ]アントラセニル、トリフェニレニル、ピレニル、クリセニル、ペリレニルなどが挙げられる。アリール基として好ましくは、単環ないし５環の縮合環であり、より好ましくは単環ないし３環の縮合環であり、フェニル、ナフチル、フルオレニル、アントラニル、フェナントレニルであり、更に好ましくはフェニル、ナフチル、フルオレニル、アントラニルである。アリール基はアルキル基（好ましくは炭素数１〜５のアルキル基）またはアリール基（好ましくは炭素数６〜１４）、芳香族へテロ環基（好ましくは炭素数１〜１２）で置換されたものも好ましい。）、アミノ基（好ましくは炭素数０〜３０、より好ましくは炭素数０〜２０、特に好ましくは炭素数０〜１０であり、例えばアミノ、メチルアミノ、ジメチルアミノ、ジエチルアミノ、ジベンジルアミノ、ジフェニルアミノ、ジトリルアミノなどが挙げられる。）、アルコキシ基（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、２−エチルヘキシロキシなどが挙げられる。）、アリールオキシ基（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−ナフチルオキシなどが挙げられる。）、ヘテロ環オキシ基（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、キノリルオキシなどが挙げられる。）、アシル基（好ましくは炭素数２〜３０、より好ましくは炭素数２〜２０、特に好ましくは炭素数２〜１２であり、例えばアセチル、ベンゾイル、ホルミル、ピバロイルなどが挙げられる。）、アルコキシカルボニル基（好ましくは炭素数２〜３０、より好ましくは炭素数２〜２０、特に好ましくは炭素数２〜１２であり、例えばメトキシカルボニル、エトキシカルボニルなどが挙げられる。）、アリールオキシカルボニル基（好ましくは炭素数７〜３０、より好ましくは炭素数７〜２０、特に好ましくは炭素数７〜１２であり、例えばフェニルオキシカルボニルなどが挙げられる。）、アシルオキシ基（好ましくは炭素数２〜３０、より好ましくは炭素数２〜２０、特に好ましくは炭素数２〜１０であり、例えばアセトキシ、ベンゾイルオキシなどが挙げられる。）、アシルアミノ基（好ましくは炭素数２〜３０、より好ましくは炭素数２〜２０、特に好ましくは炭素数２〜１０であり、例えばアセチルアミノ、ベンゾイルアミノなどが挙げられる。）、アルコキシカルボニルアミノ基（好ましくは炭素数２〜３０、より好ましくは炭素数２〜２０、特に好ましくは炭素数２〜１２であり、例えばメトキシカルボニルアミノなどが挙げられる。）、アリールオキシカルボニルアミノ基（好ましくは炭素数７〜３０、より好ましくは炭素数７〜２０、特に好ましくは炭素数７〜１２であり、例えばフェニルオキシカルボニルアミノなどが挙げられる。）、スルホニルアミノ基（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、例えばメタンスルホニルアミノ、ベンゼンスルホニルアミノなどが挙げられる。）、スルファモイル基（好ましくは炭素数０〜３０、より好ましくは炭素数０〜２０、特に好ましくは炭素数０〜１２であり、例えばスルファモイル、メチルスルファモイル、ジメチルスルファモイル、フェニルスルファモイルなどが挙げられる。）、カルバモイル基（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、例えばカルバモイル、メチルカルバモイル、ジエチルカルバモイル、フェニルカルバモイルなどが挙げられる。）、アルキルチオ基（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。）、アリールチオ基（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。）、ヘテロ環チオ基（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−ベンズイミゾリルチオ、２−ベンズオキサゾリルチオ、２−ベンズチアゾリルチオなどが挙げられる。）、スルホニル基（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、例えばメシル、トシルなどが挙げられる。）、スルフィニル基（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、例えばメタンスルフィニル、ベンゼンスルフィニルなどが挙げられる。）、ウレイド基（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、例えばウレイド、メチルウレイド、フェニルウレイドなどが挙げられる。）、リン酸アミド基（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、例えばジエチルリン酸アミド、フェニルリン酸アミドなどが挙げられる。）、ヒドロキシ基、メルカプト基、ハロゲン原子（例えばフッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子）、シアノ基、スルホ基、カルボキシル基、ニトロ基、ヒドロキサム酸基、スルフィノ基、ヒドラジノ基、イミノ基、ヘテロ環基（好ましくは炭素数１〜３０、より好ましくは炭素数１〜１２であり、ヘテロ原子としては、例えば窒素原子、酸素原子、硫黄原子、リン原子が挙げられ、好ましくは窒素原子、酸素原子である。ヘテロ環基の具体例としては、例えばピロリル、ピラジル、イミダゾリル、ピリジル、キノリル、フリル、チエニル、ピロリジル、ピペリジル、モルホリノ、ベンゾフリル、ベンズオキサゾリル、ベンズイミダゾリル、ベンズチアゾリル、カルバゾリル、アザカルバゾリル、アゼピニルなどが挙げられる。ヘテロ環基として好ましくは５または６員の単環または縮合環であり、より好ましくは５または６員の芳香族ヘテロ環であり、更に好ましくは窒素または酸素原子を含有する５または６員の芳香族ヘテロ環であり、更に好ましくはピロリル、イミダゾリル、ピリジル、ピリジル、ピラジル、キノリル、イソキノリル、フリル、チエニル、インドリル、ベンゾフリル、ベンズオキサゾリル、ベンズイミダゾリル、ベンズチアゾリル、カルバゾリル、アザカルバゾリル、アゼピニルであり、特に好ましくはピリジル、キノリル、インドリル、ベンゾフリル、ベンズオキサゾリル、ベンズイミダゾリル、ベンズチアゾリル、カルバゾリル、アザカルバゾリル、アゼピニルである。）、シリル基（好ましくは炭素数３〜４０、より好ましくは炭素数３〜３０、特に好ましくは炭素数３〜２４であり、例えばトリメチルシリル、トリフェニルシリルなどが挙げられる。）、シリルオキシ基（好ましくは炭素数３〜４０、より好ましくは炭素数３〜３０、特に好ましくは炭素数３〜２４であり、例えばトリメチルシリルオキシ、トリフェニルシリルオキシなどが挙げられる。）などが挙げられる。これらの置換基は更に置換されてもよい。
Ｒ１１は駆動寿命の点で水素原子、重水素原子、アルキル基、アリール基が好ましく、水素原子、重水素原子がより好ましく、重水素原子がさらに好ましい。
Ｒ１２は駆動寿命の点で水素原子、重水素原子、フッ素原子、シアノ基、アルキル基、アリール基、ヘテロアリール基（好ましくは５または６員のヘテロアリール基であり、より好ましくはが好ましく、水素原子、重水素原子、シアノ基、アリール基がより好ましく、水素原子、重水素原子、アリール基がさらに好ましく、アリール基が特に好ましい。
Ｒ１３は駆動寿命の点で水素原子、重水素原子、シアノ基、アルキル基、アリール基、ヘテロアリール基が好ましく、水素原子、重水素原子、シアノ基がより好ましく、水素原子、重水素原子がさらに好ましく、重水素原子が特に好ましい。
Ｒ１４は駆動寿命の点で水素原子、重水素原子、アルキル基、アリール基が好ましく、水素原子、重水素原子がより好ましく、重水素原子がさらに好ましい。
Ｒ１５は水素原子、重水素原子、アルキル基、アリール基が好ましく、水素原子、重水素原子がより好ましく、重水素原子がさらに好ましい。
Ｒ１６は駆動寿命の点で水素原子、重水素原子、シアノ基、アルキル基、アリール基、ヘテロアリール基が好ましく、水素原子、重水素原子、アリール基がより好ましく、水素原子、重水素原子がさらに好ましく、重水素原子が特に好ましい。
Ｒ１７は駆動寿命の点で水素原子、重水素原子、アルキル基、アリール基が好ましく、水素原子、重水素原子がより好ましく、重水素原子がさらに好ましい。
上記のＲ１１〜Ｒ１７の基として好ましい範囲のものは、発光素子内の電荷によって発生するホール（ラジカルカチオン状態）、電子（ラジカルアニオン状態）、および／または励起状態から分解しにくいため、駆動寿命が長くなるものと推察される。
Ｒ１１〜Ｒ１７は可能な場合には、互いに結合して環を形成してもよい。
Ｌ１１は配位子を表す。配位子としては、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、好ましくは、有機金属配位子（炭素で配位する配位子）、ハロゲン配位子（塩素配位子、フッ素配位子など）、含窒素ヘテロ環配位子（例えばビピリジル配位子、フェナントロリン配位子、フェニルピリジン配位子、ピラゾリルピリジン配位子、ベンズイミダゾリルピリジン配位子、ピコリン酸配位子、チエニルピリジン配位子、ピラゾリルピリジン配位子、イミダゾリルピリジン配位子、トリアゾリルピリジン配位子、ピラゾリルベンゾオキサゾール配位子、及びそれらの縮環体（例えばフェニルキノリン配位子、ベンゾチエニルピリジン配位子、ビキノリン配位子、など）など）、ジケトン配位子（例えばアセチルアセトン配位子）、ニトリル配位子（例えばアセトニトリル配位子など）、ＣＯ配位子、イソニトリル配位子（例えばｔ−ブチルイソニトリル配位子など）、カルベン配位子（ジアミノ置換カルベン配位子など）、りん配位子（例えば、ホスフィン誘導体、亜りん酸エステル誘導体、ホスフィニン誘導体など）、カルボン酸配位子（例えば酢酸配位子など）であり、より好ましくはジケトン配位子、２座の含窒素ヘテロ環配位子であり、さらに好ましくは炭素原子、及び窒素原子で配位する２座の含窒素ヘテロ環配位子である。Ｌ１１として上記配位子が好ましい理由としては、錯体の安定度定数が高いため、熱振動による無輻射失活が抑えられ発光量子収率が高くなるとともに、高い錯安定度ゆえに錯体の分解が抑制され、駆動寿命、保存寿命が向上するものと推察される。また、短波長発光するためには、配位子場強度が強い方が有利と考えられ、この観点もカルベン配位子、りん配位子、炭素原子、及び窒素原子で配位する２座の含窒素ヘテロ環配位子は好ましい。
ｎ１１は１〜３の整数を表し、発光効率、駆動寿命、保存寿命の点で２〜３が好ましく、３がより好ましい。ｎ１２は０〜４の整数を表し、０〜２が好ましく、０、１がより好ましく、０がさらに好ましい。ｎ１１として上記範囲が好ましい理由としては、錯体の安定度定数が高いため、熱振動による無輻射失活が抑えられ発光量子収率が高くなるとともに、高い錯安定度ゆえに錯体の分解が抑制され、駆動寿命、保存寿命が向上するものと推察される。
Ｒ２１〜Ｒ２７は水素原子または置換基を表し、Ｒ２１〜Ｒ２４、Ｒ２６、Ｒ２７の少なくとも一つは重水素原子である。置換基としては前記Ｒ１１〜Ｒ１７と同様のものが挙げられる。
Ｒ２１は水素原子、重水素原子、フッ素原子、シアノ基、アルキル基、アリール基、ヘテロアリール基が好ましく、水素原子、重水素原子、シアノ基、アリール基がより好ましく、水素原子、重水素原子、アリール基がさらに好ましく、重水素原子が特に好ましい。
Ｒ２２は、水素原子、重水素原子、フッ素原子、シアノ基、アルキル基、アリール基、ヘテロアリール基が好ましく、水素原子、重水素原子、シアノ基、フッ素原子がより好ましく、水素原子、重水素原子、シアノ基がさらに好ましく、重水素原子、シアノ基が特に好ましい。
Ｒ２３は、水素原子、重水素原子、シアノ基、アルキル基、アリール基、ヘテロアリール基が好ましく、水素原子、重水素原子、シアノ基がより好ましく、水素原子、重水素原子がさらに好ましく、重水素原子が特に好ましい。
Ｒ２４は、水素原子、重水素原子、アルキル基、アリール基が好ましく、水素原子、重水素原子がより好ましく、重水素原子がさらに好ましい。
Ｒ２５はアルキル基、アリール基、ヘテロアリール基が好ましく、アルキル基、アリール基がより好ましく、アリール基がさらに好ましい。Ｒ２６、Ｒ２７は前記Ｒ１６、Ｒ１７と同義であり、好ましい範囲も同じである。
Ｒ２１〜Ｒ２５として上記の基が好ましい理由は、一般式（１）におけるＲ１１〜Ｒ１７の基として好ましい範囲のものが、駆動寿命の点で好ましい理由として説明した効果と同様と推察される。
Ｒ２１〜Ｒ２７は可能な場合には、互いに結合して環を形成してもよい。
Ｌ２１、ｎ２１、ｎ２２はそれぞれ前記Ｌ１１、ｎ１１、ｎ１２と同義であり、好ましい範囲も同じである。
Ｒ３１〜Ｒ３７は水素原子又は置換基を表し、Ｒ３１〜Ｒ３６のうち少なくとも一つは重水素原子である。置換基としては前記Ｒ１１〜Ｒ１７と同様のものが挙げられる。
Ｒ３１は水素原子、重水素原子、フッ素原子、シアノ基、アルキル基、アリール基、ヘテロアリール基が好ましく、水素原子、重水素原子、シアノ基、アリール基がより好ましく、水素原子、重水素原子、アリール基がさらに好ましく、重水素原子、アリール基が特に好ましい。
Ｒ３２は水素原子、重水素原子、フッ素原子、シアノ基、アルキル基、アリール基、ヘテロアリール基が好ましく、水素原子、重水素原子、シアノ基、フッ素原子がより好ましく、水素原子、重水素原子、フッ素原子がさらに好ましく、重水素原子が特に好ましい。
Ｒ３３は水素原子、重水素原子、シアノ基、アルキル基、アリール基、ヘテロアリール基、Ｒ３４と結合してベンゾフラン環を形成したものが好ましく、水素原子、重水素原子、シアノ基、Ｒ３４と結合してベンゾフラン環を形成したものがより好ましく、水素原子、重水素原子、Ｒ３４と結合してベンゾフラン環を形成したものがさらに好ましく、重水素原子、Ｒ３４と結合してベンゾフラン環を形成したものが特に好ましい。
Ｒ３４は水素原子、重水素原子、アルキル基、アリール基、Ｒ３３と結合してベンゾフラン環を形成したものが好ましく、水素原子、重水素原子、Ｒ３３と結合してベンゾフラン環を形成したものがより好ましく、重水素原子、Ｒ３３と結合してベンゾフラン環を形成したものがさらに好ましい。
Ｒ３５、Ｒ３６は水素原子、重水素原子、アルキル基、アリール基、結合して縮環構造（ベンゾ縮環が好ましい）を形成する基が好ましく、水素原子、重水素原子、結合してベンゾ縮環を形成する基がより好ましく、水素原子、重水素原子がさらに好ましく、重水素原子が特に好ましい。Ｒ３７はアルキル基、アリール基、ヘテロアリール基が好ましく、アルキル基、アリール基がより好ましく、アリール基がさらに好ましい。
Ｒ３１〜Ｒ３６として上記の基が好ましい理由は、一般式（１）におけるＲ１１〜Ｒ１７の基として好ましい範囲のものが、駆動寿命の点で好ましい理由として説明した効果と同様と推察される。
Ｒ３１〜Ｒ３７は可能な場合には、互いに結合して環を形成してもよい。
Ｌ３１、ｎ３１、ｎ３２はそれぞれ前記Ｌ１１、ｎ１１、ｎ１２と同義であり、好ましい範囲も同じである。
本発明に用いるイリジウム錯体は、低分子化合物であってもよいし、イリジウム錯体部分をポリマー側鎖に含む高分子化合物もしくは、イリジウム錯体部分を主鎖に含む高分子化合物であってもよい。高分子化合物の場合は、ホモポリマーであっても良いし、他のモノマー（好ましくは正孔及び／又は電子を輸送する機能を有する部分構造をもつモノマー）との共重合体であっても良い。共重合体の場合、他のモノマーとしては、電荷輸送機能部分を有するモノマーが好ましい。電荷輸送機能を有するモノマーとしては、後述のホスト材料、正孔輸送層に含有する材料、電子輸送層に含有する材料として挙げた化合物を部分構造に有するモノマーなどが挙げられ、好ましくはホスト材料として挙げた化合物を部分構造に有するモノマーであり、より好ましくはピロール系骨格を部分構造に有するモノマーであり、更に好ましくはインドール骨格、カルバゾール骨格、アザカルバゾール骨格を部分構造に有するモノマーである。
具体的には、例えばＮ−ビニルカルバゾール、Ｎ−（４−ビニルフェニル）カルバゾール、Ｎ−（４−ビニルフェニル）インドール、Ｎ−ビニル−２−アザカルバゾール、Ｎ−ビニル−３−アザカルバゾール、Ｎ−ビニル−４−アザカルバゾールなどが挙げられる。高分子化合物の場合、好ましい分子量は５,０００以上１，０００，０００未満であり、より好ましくは１０，０００以上５００，０００未満であり、更に好ましくは１０，０００以上１００，０００未満である。
次に本発明で使用するイリジウム錯体化合物例を示すが、本発明はこれに限定されない。
Figure 2008270737
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本発明の重水素原子を有するイリジウム錯体は、重水素原子を水素原子に置き換えた化合物の手法を参考に、合成する事が出来る。例えば（１−１）、（２−１）、（３−１）の重水素原子を水素原子に置き換えた化合物の合成法は公知であり、重水素化された原料を用いれば、同様に合成することが出来る。
重水素化された原料は、市販の試薬を購入することも出来るし、公知の手法で合成する事が出来る。また、原料を白金、パラジウム触媒の存在下、重水素（反応系中で重水から重水素を発生させても良い）を作用させて重水素化する事により合成する事が出来る。（参考文献：Synlett, 1149 (2002).、 Org.Lett., 6, 1485 (2004).、 Tetrahedron Lett., 46, 6995 (2005).、 Adv. Synth. Catal., 348, 1025 (2006).、 Synlett, 845 (2005). Synlett, 1385 (2005).）
［有機電界発光素子］
以下、本発明の有機電界発光素子について詳細に説明する。
本発明の発光素子は基板上に陰極と陽極を有し、両電極の間に有機発光層（以下、単に「発光層」と称する場合がある。）を含む少なくとも一層の有機層（有機化合物のみからなる層であってもよいし、無機化合物を含有する有機層であってもよい）を有する。発光素子の性質上、陽極及び陰極のうち少なくとも一方の電極は、透明であることが好ましい。
本発明における有機層の積層の態様としては、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、正孔輸送層と発光層との間、又は、発光層と電子輸送層との間には、電荷ブロック層等を有していてもよい。陽極と正孔輸送層との間に、正孔注入層を有してもよく、陰極と電子輸送層との間には、電子注入層を有してもよい。尚、各層は複数の二次層に分かれていてもよい。
本発明の有機電界発光素子は白色発光素子であっても良い。
次に、本発明の有機電界発光素子を構成する要素について、詳細に説明する。
＜基板＞
本発明で使用する基板としては、有機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。
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。
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。
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。
＜陽極＞
陽極は、通常、有機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。
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る。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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
＜陰極＞
陰極は、通常、有機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。
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る。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。
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。
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、これらの公報に記載の材料は、本発明においても適用することができる。
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。
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。
本発明において、陰極形成位置は特に制限はなく、有機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。
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。
＜有機層＞
本発明における有機層について説明する。
本発明の有機電界発光素子は、発光層を含む少なくとも一層の有機層を有しており、正孔輸送層、発光層、電子輸送層の少なくとも３層を有する素子であることが好ましい。有機発光層以外の他の有機層としては、前述したごとく、正孔輸送層、電子輸送層、電荷ブロック層、正孔注入層、電子注入層等の各層が挙げられ、正孔輸送層と発光層の間に、発光層へのホール注入を促進する層、電子をブロックする層、励起子をブロックする層を追加する事がより好ましい。
−有機層の形成−
本発明の有機電界発光素子において、有機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、印刷法等いずれによっても好適に形成することができる。
−発光層−
発光層は、電界印加時に、陽極、正孔注入層、又は正孔輸送層から正孔を受け取り、陰極、電子注入層、又は電子輸送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。
本発明における発光層は、発光材料のみで構成されていても良く、ホスト材料と発光材料の混合層とした構成でも良い。発光材料は蛍光発光材料でも燐光発光材料であっても良く、ドーパントは１種であっても２種以上であっても良い。ホスト材料は電荷輸送材料であることが好ましい。ホスト材料は１種であっても２種以上であっても良く、例えば、電子輸送性のホスト材料とホール輸送性のホスト材料を混合した構成が挙げられる。さらに、発光層中に電荷輸送性を有さず、発光しない材料を含んでいても良い。
また、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。
（発光材料）
本発明に使用できる蛍光発光材料の例としては、例えば、ベンゾオキサゾール誘導体、ベンゾイミダゾール誘導体、ベンゾチアゾール誘導体、スチリルベンゼン誘導体、ポリフェニル誘導体、ジフェニルブタジエン誘導体、テトラフェニルブタジエン誘導体、ナフタルイミド誘導体、クマリン誘導体、縮合芳香族化合物、ペリノン誘導体、オキサジアゾール誘導体、オキサジン誘導体、アルダジン誘導体、ピラリジン誘導体、シクロペンタジエン誘導体、ビススチリルアントラセン誘導体、キナクリドン誘導体、ピロロピリジン誘導体、チアジアゾロピリジン誘導体、シクロペンタジエン誘導体、スチリルアミン誘導体、ジケトピロロピロール誘導体、芳香族ジメチリディン化合物、８−キノリノール誘導体の金属錯体やピロメテン誘導体の金属錯体に代表される各種金属錯体等、ポリチオフェン、ポリフェニレン、ポリフェニレンビニレン等のポリマー化合物、有機シラン誘導体などの化合物等が挙げられる。
また、本発明に併用あるいは使用できる燐光発光材料は、例えば、遷移金属原子又はランタノイド原子を含む錯体が挙げられる。
遷移金属原子としては、特に限定されないが、好ましくは、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、タングステン、レニウム、オスミウム、イリジウム、及び白金が挙げられ、より好ましくは、レニウム、イリジウム、及び白金である。
ランタノイド原子としては、ランタン、セリウム、プラセオジム、ネオジム、サマリウム、ユーロピウム、ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウム、ツリウム、イッテルビウム、ルテシウムが挙げられる。これらのランタノイド原子の中でも、ネオジム、ユーロピウム、及びガドリニウムが好ましい。
錯体の配位子としては、例えば、G.Wilkinson等著，Comprehensive Coordination Chemistry, Pergamon Press社１９８７年発行、H.Yersin著，「Photochemistry and Photophysics of Coordination Compounds」 Springer-Verlag社１９８７年発行、山本明夫著「有機金属化学−基礎と応用−」裳華房社１９８２年発行等に記載の配位子などが挙げられる。
具体的な配位子としては、好ましくは、ハロゲン配位子（好ましくは塩素配位子）、含窒素ヘテロ環配位子（例えば、フェニルピリジン、ベンゾキノリン、キノリノール、ビピリジル、フェナントロリンなど）、ジケトン配位子（例えば、アセチルアセトンなど）、カルボン酸配位子（例えば、酢酸配位子など）、一酸化炭素配位子、イソニトリル配位子、シアノ配位子であり、より好ましくは、含窒素ヘテロ環配位子である。上記錯体は、化合物中に遷移金属原子を一つ有してもよいし、また、２つ以上有するいわゆる複核錯体であってもよい。異種の金属原子を同時に含有していてもよい。
本発明において、イリジウム錯体は、本願効果を低減させない範囲で他のゲスト材料と併用し得る。
本発明の発光素子に含まれる燐光発光材料（本発明のイリジウム錯体を含む）の発光極大波長は３５０ｎｍ以上５００ｎｍ以下であることが好ましく、３７０ｎｍ以上４９０ｎｍ以下である事がより好ましく、４００ｎｍ以上４８０ｎｍ以下であることがさらに好ましく、４２０ｎｍ以上４７０ｎｍ以下であることが特に好ましい。
本発明において、イリジウム錯体を包含する燐光発光材料は、発光層中に、０．１〜４０質量％含有されることが好ましく、０．５〜２０質量％含有されることがより好ましい。本発明においてイリジウム錯体以外の燐光発光材料を併用する場合、イリジウム錯体は燐光発光材料全量に対して５０質量％以上が好ましく、８０質量％以上が更に好ましい。
イリジウム錯体を発光材料として用いた場合は、通常、ホスト材料１００質量部に対して１〜５０質量部、好ましくは５〜３０質量部用いられる。
（ホスト材料）
また、本発明における発光層に含有されるホスト材料としては、例えば、ピロール系ホスト材料（芳香族炭化水素環やへテロ環が縮合したものも含む）、もしくは、炭化水素系ホスト材料（好ましくはベンゼン環のみで構成された材料）が好ましく、ピロール系ホスト材料がより好ましく、インドール系ホスト材料、カルバゾール系ホスト材料、アザインドール系ホスト、アザカルバゾール系ホストがさらに好ましく、インドール系ホスト材料が特に好ましい。また、ジアリールアミン骨格を有するもの、ピリジン骨格を有するもの、ピラジン骨格を有するもの、トリアジン骨格を有するもの及びアリールシラン骨格を有するものや、後述の正孔注入層、正孔輸送層、電子注入層、電子輸送層の項で例示されている材料が挙げられる。
発光層中に含まれるホスト材料の電荷移動度は １×１０−６ ｃｍ２／Ｖｓ以上、１×１０−１ｃｍ２／Ｖｓ以下であることが好ましく、５×１０−６ｃｍ２／Ｖｓ以上１×１０−２ｃｍ２／Ｖｓ以下であることがより好ましく、１×１０−５ｃｍ２／Ｖｓ以上１×１０−２ｃｍ２／Ｖｓ以下であることがさらに好ましく、５×１０−５ｃｍ２／Ｖｓ以上ｃｍ２／Ｖｓ以下であることが特に好ましい。
本発明の有機電界発光素子含まれるホスト材料、電子輸送材料、及びホール輸送材料のガラス転移点は９０℃以上４００℃以下であることが好ましく、１００℃以上３８０℃以下であることがより好ましく、１２０℃以上３７０℃以下であることがさらに好ましく、１４０℃以上３６０℃以下であることが特に好ましい。
本発明の発光素子に含まれるホスト材料のＴ１レベル（最低三重項励起状態のエネルギーレベル）は、６０ｋｃａｌ／ｍｏｌ以上（２５１．４ｋＪ／ｍｏｌ以上）、９０ｋｃａｌ／ｍｏｌ以下（３７７．１ｋＪ／ｍｏｌ以下）が好ましく、６２ｋｃａｌ／ｍｏｌ以上（２５９．７８ｋＪ／ｍｏｌ以上）、８５ｋｃａｌ／ｍｏｌ以下（３５６．１５ｋＪ／ｍｏｌ以下）がより好ましく、６５ｋｃａｌ／ｍｏｌ以上（２７２．３５ｋＪ／ｍｏｌ以上）、８０ｋｃａｌ／ｍｏｌ以下（３３５．２ｋＪ／ｍｏｌ以下）がさらに好ましい。
Ｔ１レベルが上記下限未満であると素子発光効率、特に外部量子効率が低下する傾向があり、Ｔ１レベルが上記上限を超えると電荷注入する為に高い電圧が必要となり、消費電力が大きくなる傾向がある。
本発明の発光素子の発光層に隣接する層のＴ１レベル（最低三重項励起状態のエネルギーレベル）は、６０ｋｃａｌ／ｍｏｌ以上（２５１．４ｋＪ／ｍｏｌ以上）、９０ｋｃａｌ／ｍｏｌ以下（３７７．１ｋＪ／ｍｏｌ以下）が好ましく、６２ｋｃａｌ／ｍｏｌ以上（２５９．７８ｋＪ／ｍｏｌ以上）、８５ｋｃａｌ／ｍｏｌ以下（３５６．１５ｋＪ／ｍｏｌ以下）がより好ましく、６５ｋｃａｌ／ｍｏｌ以上（２７２．３５ｋＪ／ｍｏｌ以上）、８０ｋｃａｌ／ｍｏｌ以下（３３５．２ｋＪ／ｍｏｌ以下）がさらに好ましい。
Ｔ１レベルが上記下限未満であると素子発光効率、特に外部量子効率が低下する傾向があり、Ｔ１レベルが上記上限を超えると電荷注入する為に高い電圧が必要となり、消費電力が大きくなる傾向がある。
発光層の厚さは、特に限定されるものではないが、通常、１ｎｍ〜５００ｎｍであるのが好ましく、５ｎｍ〜２００ｎｍであるのがより好ましく、１０ｎｍ〜１００ｎｍであるのが更に好ましい。
−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、フェニルアゾールやフェニルアジンを配位子に有するＩｒ錯体に代表される各種金属錯体等を含有する層であることが好ましい。
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。
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。
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。
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。
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。
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〜５００ｎｍであるのが好ましく、５ｎｍ〜２００ｎｍであるのがより好ましく、１０ｎｍ〜１００ｎｍ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〜２００ｎｍであるのが好ましく、０．５ｎｍ〜１００ｎｍであるのがより好ましく、１ｎｍ〜１００ｎｍであるのが更に好ましい。
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。
−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。
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。
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。
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、１ｎｍ〜５００ｎｍであるのが好ましく、５ｎｍ〜２００ｎｍであるのがより好ましく、１０ｎｍ〜１００ｎｍであるのが更に好ましい。また、電子注入層の厚さとしては、０．１ｎｍ〜２００ｎｍであるのが好ましく、０．２ｎｍ〜１００ｎｍであるのがより好ましく、０．５ｎｍ〜５０ｎｍであるのが更に好ましい。
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。
−正孔ブロック層−
正孔ブロック層は、陽極側から発光層に輸送された正孔が、陰極側に通りぬけることを防止する機能を有する層である。本発明において、発光層と陰極側で隣接する有機層として、正孔ブロック層を設けることができる。
正孔ブロック層を構成する有機化合物の例としては、ＢＡｌｑ等のアルミニウム錯体、トリアゾール誘導体、ＢＣＰ等のフェナントロリン誘導体、等が挙げられる。
正孔ブロック層の厚さとしては、１ｎｍ〜５００ｎｍであるのが好ましく、５ｎｍ〜２００ｎｍであるのがより好ましく、１０ｎｍ〜１００ｎｍであるのが更に好ましい。
正孔ブロック層は、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。
＜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。
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。
＜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。
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。
本発明の発光素子の外部量子効率としては、５％以上が好ましく、１０％以上がより好ましく、１３％以上がさらに好ましい。外部量子効率の数値は２０℃で素子を駆動したときの外部量子効率の最大値、もしくは、２０℃で素子を駆動した時の１００〜３００ｃｄ／ｍ２付近での外部量子効率の値を用いることができる。
本発明の発光素子の内部量子効率としては、３０％以上が好ましく、５０％以上がさらに好ましく、７０％以上がさらに好ましい。素子の内部量子効率は 内部量子効率＝外部量子効率／光取り出し効率 で算出される。通常の有機ＥＬ素子では光取り出し効率は約２０％であるが、基板の形状、電極の形状、有機層の膜厚、無機層の膜厚、有機層の屈折率、無機層の屈折率等を工夫することにより、光取り出し効率を２０％以上にすることが可能で有る。
以下に本発明の具体的実施例を述べるが、本発明の実施の態様はこれらに限定されない。なお、用いた化合物を以下に示す。
Figure 2008270737
［比較例１］
洗浄したＩＴＯ基板を蒸着装置に入れ、銅フタロシアニンを１０ｎｍ蒸着し、この上に、ＮＰＤ（Ｎ，Ｎ’−ジ−α−ナフチル−Ｎ，Ｎ’−ジフェニル）−ベンジジン）を４０ｎｍ蒸着した。この上に、化合物Ａ （発光材料）とｍＣＰ（ホスト材料） （膜状態のＴ１値＝６５ｋｃａｌ／ｍｏｌ。ここで、膜状態のT1値は、洗浄した石英ガラス基板上に、材料を真空蒸着法により約50ｎｍの膜厚に成膜し、その薄膜の燐光発光スペクトルを液体窒素温度下でF-7000日立分光蛍光光度計（日立ハイテクノロジーズ）で測定し、その短波長端から求めた。）を１２：８８の比率（質量比）で３０ｎｍ蒸着し、この上に、ＢＡｌｑを６ｎｍ蒸着し、この上に、Ａｌｑ（トリス（８−ヒドロキシキノリン）アルミニウム錯体）を２０ｎｍ蒸着した。この上に、フッ化リチウムを３ｎｍ蒸着した後、アルミニウム６０ｎｍを蒸着し、有機ＥＬ素子（以下、素子と略す）を作製した。東陽テクニカ製ソースメジャーユニット２４００型を用いて、直流定電圧をＥＬ素子に印加して発光させた結果、化合物Ａに由来するりん光発光が得られた。このりん光発光の輝度半減時間を以下により求めた。
輝度半減時間：５００ｃｄ／ｍ２スタートで低電流駆動を行い、トプコン社製輝度計ＳＲ−３を用いて測定した発光輝度が２５０ｃｄ／ｍ２までの時間を求めた。また、５００ｃｄ／ｍ２スタート時の駆動電圧に対して、発光輝度が２５０ｃｄ／ｍ２になった時の電圧の上昇分をΔＶとして評価した。
［比較例２］
比較例１の化合物Ａの換わりに化合物Ｂを用い、比較例１と同様に素子を作製し評価した。化合物Ｂに由来するりん光発光が得られた。
［比較例３］
比較例１の化合物Ａの換わりに化合物Ｃを用い、比較例１と同様に素子を作製し評価した。化合物Ｃに由来するりん光発光が得られた。
［比較例４］
比較例１の化合物Ａの換わりに化合物Ｄを用い、比較例１と同様に素子を作製し評価した。化合物Ｄに由来するりん光発光が得られた。
［比較例５］
比較例１の化合物Ａの換わりに化合物Ｅを用い、比較例１と同様に素子を作製し評価した。化合物Ｅに由来するりん光発光が得られた。
［比較例６］
比較例１の化合物Ａの換わりに化合物Ｆを用い、比較例１と同様に素子を作製し評価した。化合物Ｆに由来するりん光発光が得られた。
［実施例１］
比較例１の化合物Ａの換わりに化合物（１−４）を用い、比較例１と同様に素子を作製し評価した。化合物（１−４）に由来するりん光発光が得られた。
［実施例２］
比較例２の化合物Ｂの換わりに化合物（２−４）を用い、比較例１と同様に素子を作製し評価した。化合物（２−４）に由来するりん光発光が得られた。
［実施例３］
比較例３の化合物Ｃの換わりに化合物（３−４）を用い、比較例１と同様に素子を作製し評価した。化合物（３−４）に由来するりん光発光が得られた。
[実施例４]
実施例１において、化合物ｍＣＰ（ホスト材料）を化合物Ｇに置き換え、それ以外は実施例１と同様に素子を作製し評価した。化合物（１−４）に由来するりん光発光が得られた。
得られた結果を下表に相対値で示した。
Figure 2008270737
Figure 2008270737
上表から、以下のことが理解される。
・比較例５と比較例６との比較から、５員ヘテロ環構造を持たない化合物のＳＰ２炭素原子上に重水素原子を置換してもほとんど重水素原子置換の効果がないことが分かる。
・比較例２と比較例４の比較から、５員ヘテロ環構造を持っていてもＳＰ３炭素原子上への重水素原子置換だとむしろ逆効果であることが分かる。
・５員ヘテロ環構造を持つ化合物のＳＰ２炭素原子上へ重水素原子を置換をした場合のみ重水素原子置換の効果が得られる（比較例１と実施例１、比較例２と実施例２、比較例３と実施例３の各比較）。
・比較例１と実施例１及び実施例４の比較から、発光材料として一般式（１）で表される化合物を用いることで輝度半減時間及び電圧上昇幅（ΔＶ）において優れた効果が得られ、ホスト材料としてピロール系化合物を用いることで、さらに優れた効果が得られることがわかる。
５員ヘテロ環構造を持つ化合物のＳＰ２炭素原子上へ重水素原子を置換をした場合、即ち、表１から本発明の発光素子は耐久性に優れることが分かる。特に、アリール基上の水素原子、またはヘテロアリール基のＳＰ２炭素原子上の水素原子を重水素原子に置換する事により、顕著な耐久性改良効果（輝度半減時間が延び、駆動電圧の上昇が抑えられる効果）が得られることが分かる。
他の本発明にかかるイリジウム錯体を用いた素子でも、同様な効果を得ることが出来る。

Claims (8)

  1. 一対の電極間に、発光層を含む少なくとも一層の有機層を有する有機電界発光素子であって、該有機層の少なくとも一層に、炭素原子、窒素原子のみで構成された５員ヘテロ環構造を少なくとも一つ有し、かつ、ＳＰ２炭素原子上に重水素原子を少なくとも一つ有するイリジウム錯体を含有することを特徴とする有機電界発光素子。
  2. 前記イリジウム錯体中の５員へテロ環構造が、窒素原子を２つ有する５員ヘテロ環構造である事を特徴とする請求項１に記載の有機電界発光素子。
  3. 前記イリジウム錯体が下記一般式（１）で表される化合物である事を特徴とする請求項１または２に記載の有機電界発光素子。
    Figure 2008270737
     （Ｒ１１〜Ｒ１７は水素原子又は置換基を表し、Ｒ１１〜Ｒ１７のうち少なくとも一つは重水素原子である。Ｌ１１は配位子を表す。ｎ１１は１〜３の整数を表し、ｎ１２は０〜４の整数を表し、ｎ１１、ｎ１２はIrの配位数が６となるように定められた数を表す。）
  4. 前記イリジウム錯体が下記一般式（２）で表される化合物である事を特徴とする請求項１または２に記載の有機電界発光素子。
    Figure 2008270737
     （Ｒ２１〜Ｒ２７は水素原子または置換基を表し、Ｒ２１〜Ｒ２４、Ｒ２６、Ｒ２７の少なくとも一つは重水素原子である。Ｌ２１は配位子を表す。ｎ２１は１〜３の整数を表し、ｎ２２は０〜４の整数を表し、ｎ２１、ｎ２２はＩｒの配位数が６となるように定められた数を表す。）
  5. 前記イリジウム錯体が下記一般式（３）で表される化合物である事を特徴とする請求項１または２に記載の有機電界発光素子。
    Figure 2008270737
     （Ｒ３１〜Ｒ３７は水素原子又は置換基を表し、Ｒ３１〜Ｒ３６のうち少なくとも一つは重水素原子である。Ｌ３１は配位子を表す。ｎ３１は１〜３の整数を表し、ｎ３２は０〜４の整数を表し、ｎ２１、ｎ２２はＩｒの配位数が６となるように定められた数を表す。）
  6. 発光層中にピロール系ホスト材料を含有する請求項１〜５のいずれかに記載の有機電界発光素子。
  7. ０≦ＳＰ２炭素原子上の水素原子の数／ＳＰ２炭素原子上の重水素原子の数≦１である事を特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の有機電界発光素子。
  8. 発光層中にホスト材料を含有し、かつ、ホスト材料のＴ１レベル（最低三重項励起状態のエネルギーレベル）は、６０ｋｃａｌ／ｍｏｌ以上（２５１．４ｋＪ／ｍｏｌ以上）、９０ｋｃａｌ／ｍｏｌ以下（３７７．１ｋＪ／ｍｏｌ以下）である事を特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の有機電界発光素子。
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