JP2009503849A - 低電圧有機エレクトロルミネッセンス素子 - Google Patents

Abstract

OLEDデバイスは、カソードと、電子輸送層（ETL）と、蛍光材料を含む発光層（LEL）と、正孔輸送層（HTL）と、アノードをこの順番で備えていて、ETLは、複数化合物の混合物として第1の化合物と少なくとも1種類の第2の化合物を含んでおり、正孔阻止層（HBL）は、LELのカソード側に隣接して存在している。このOLEDデバイスは、色相が同等で駆動電圧が低下している。

Description

本発明は、蛍光材料を含む発光層と、この発光層に隣接した正孔阻止層と、この正孔阻止層とカソードに挟まれていて少なくとも2種類の化合物の混合物を含む層とを備える有機発光ダイオード（OLED）エレクトロルミネッセンス（EL）デバイスに関する。

有機エレクトロルミネッセンス（EL）デバイスは20年以上前から知られているが、性能が限られているため、望ましい多くの用途にとっての障害となっていた。最も単純な形態の有機ELデバイスは、正孔を注入するためのアノードと、電子を注入するためのカソードと、これら電極に挟まれていて、電荷の再結合をサポートして光を発生させる有機媒体とで構成されている。このようなデバイスは、一般に有機発光ダイオード、またはOLEDとも呼ばれる。初期の代表的な有機ELデバイスは、1965年3月9日に付与されたGurneeらのアメリカ合衆国特許第3,172,862号；1965年3月9日に付与されたGurneeのアメリカ合衆国特許第3,173,050号；Dresner、「アントラセンにおける二重注入エレクトロルミネッセンス」、RCA Review、第30巻、322ページ、1969年；1973年1月9日に付与されたDresnerのアメリカ合衆国特許第3,710,167号である。これらデバイスの有機層は、通常は多環芳香族炭化水素で構成されているために非常に厚かった（1μmよりもはるかに厚い）。その結果、動作電圧が非常に大きくなり、100Vを超えることがしばしばあった。

より最近の有機ELデバイスは、アノードとカソードに挟まれた極めて薄い層（例えば1.0μm未満）からなる有機EL素子を含んでいる。この明細書では、“有機EL素子”という用語に、アノードとカソードに挟まれたいろいろな層が含まれる。厚さを薄くして有機層の抵抗値を小さくすることで、デバイスがはるかに低電圧で動作できるようになった。アメリカ合衆国特許第4,356,429号に初めて記載された基本的な2層ELデバイス構造では、EL素子のアノードに隣接する一方の有機層は正孔を輸送するように特別に選択されているため、正孔輸送層と呼ばれ、他方の有機層は電子を輸送するように特別に選択されているため、電子輸送層と呼ばれる。有機EL素子の中で注入された正孔と電子が再結合することで効率的なエレクトロルミネッセンスが出る。

正孔輸送層と電子輸送層の間に有機発光層（LEL）を含む3層有機ELデバイスも提案されている。それは例えば、C. Tangら（J. Applied Physics、第65巻、3610ページ、1989年）によって開示されているものである。発光層は、一般に、ゲスト材料（ドーパントとしても知られる）をドープされたホスト材料からなる。さらに、アメリカ合衆国特許第4,769,292号には、正孔注入層（HIL）と、正孔輸送層（HTL）と、発光層（LEL）と、電子輸送／注入層（ETL）とを備える4層EL素子が提案されている。これらの構造によってデバイスの効率が向上した。

これら初期の発明以来、デバイスの材料がさらに改善された結果、色、安定性、輝度効率、製造しやすさなどの属性が向上した。それは例えばアメリカ合衆国特許第5,061,569号、第5,409,783号、第5,554,450号、第5,593,788号、第5,683,823号、第5,908,581号、第5,928,802号、第6,020,078号、第6,208,077号に特に開示されている。

こうした進歩にもかかわらず、高輝度効率であると同時に、色純度が高くて長寿命である有機ELデバイスの構成要素（例えば、時にドーパントと呼ばれることもある発光材料）が相変わらず必要とされている。特に、さまざまな用途のために発光材料の発光波長を調節できることが必要とされている。例えば青色発光材料、緑色発光材料、赤色発光材料が必要とされていることに加え、白色発光エレクトロルミネッセンス・デバイスを作るために青緑色発光材料、黄色発光材料、オレンジ色発光材料も必要とされている。例えば1つのデバイスは、発光色を組み合わせる（例えば、青緑色の光と赤色の光、または青色の光と黄色の光を組み合わせる）ことで白色光を出すことができる。

白色ELデバイスの好ましいスペクトルと正確な色は、その白色ELデバイスをどのような用途で用いるかによって異なることになろう。例えばある特別な用途において、見る人が認識する色を変化させる処理をあとから行なわなくても白と認識される光が必要とされる場合には、ELデバイスから出る光が1931国際照明委員会（CIE）の色度座標（CIEx, CIEy）が約（0.33, 0.33）であることが望ましい。他の用途、特にELデバイスから出る光をさらに処理して認識される色を変化させる用途では、ELデバイスから出る光が灰白色（例えば青味がかった白、緑味がかった白、黄味がかった白、赤味がかった白）だと十分である可能性、それどころか望ましい可能性がある。

白色ELデバイスは、フル-カラー・ディスプレイ装置でカラー・フィルタとともに用いることができる。白色ELデバイスは、他のマルチカラー・ディスプレイ装置または機能的カラー・ディスプレイ装置でカラー・フィルタとともに用いることもできる。このようなディスプレイ装置で使用される白色ELデバイスは製造が容易であり、ディスプレイの各画素で信頼できる白色光を発生させる。OLEDは白色と呼ばれるが、この用途では白色または灰白色に見える可能性がある。また、OLEDから出る光のCIE座標は、それぞれのカラー・フィルタを通過したスペクトル成分がその光に十分な強度で存在するという条件ほど重要でない。したがって白色OLEDデバイスで使用するための大きな輝度強度を提供する新しい材料が必要とされている。

電子輸送材料の有用な1つのクラスは、金属キレート化オキシノイド化合物に由来するものであり、その中にはオキシンそのもの（一般に8-キノリノール、8-ヒドロキシキノリンとも呼ばれる）のキレートも含まれる。トリス(8-キノリノラト)アルミニウム(III)（AlqまたはAlq₃としても知られる）や、それ以外の金属オキシンキレートと非金属オキシンキレートが、従来から電子輸送材料としてよく知られている。

Tangら（アメリカ合衆国特許第4,769,292号）とVanSlykeら（アメリカ合衆国特許第4,539,507号）は、発光層または発光領域でAlqを電子輸送材料として用いてELデバイスの駆動電圧を低下させている。

Baldoら（アメリカ合衆国特許第6,097,147号）とHungら（アメリカ合衆国特許第6,172,459号）は、カソードに隣接して有機電子輸送層を用いることで、電子がカソードから電子輸送層に注入されたときに電子に電子輸送層と発光層の両方を横断させることを教示している。

正孔輸送材料と電子輸送材料が混合した層を発光層で用いることがよく知られている。例えばアメリカ合衆国特許出願公開2004/0229081；アメリカ合衆国特許第6,759,146号、第6,753,098号；第6,713,192号と、その中に引用されている参考文献を参照のこと。Kwongとその共同研究者（アメリカ合衆国特許出願公開2002/0074935）は、有機小分子正孔輸送材料と、有機小分子電子輸送材料と、リン光ドーパントとを含む混合層を記載している。

Tamanoら（アメリカ合衆国特許第6,150,042号）は、有機ELデバイスで正孔注入材料を用いることを教示している。このデバイスにおいて有用な電子輸送材料の例が与えられており、その例に電子輸送材料の混合物が含まれる。

Wakimotoとその共同研究者は、発光層と電子輸送層に挟まれた有機化合物からなる正孔阻止層を含むエレクトロルミネッセンス素子を記載している。この正孔阻止層は、複数種の電子輸送材料からなる混合層である。

Seoら（アメリカ合衆国特許出願公開2002/0086180）は、電子輸送材料としてのBphen（4,7-ジフェニル-1,10-フェナントロリンまたはバソフェナントロリンとしても知られる）と電子注入材料としてのAlqの1：1混合物を用いて電子輸送混合層を形成することを教示している。しかしSeoらのBphen／Alq混合物は安定性が悪い。

有機金属錯体（例えばリチウムキノレート）がELデバイスでこれまで使用されてきた。例えばWO 00/32717とアメリカ合衆国特許出願公開2005/0106412を参照のこと。特に、リチウムキノレートとAlqの混合物が有用であることが、例えばアメリカ合衆国特許第6,396,209号とアメリカ合衆国特許出願公開2004/0207318に記載されている。

譲受人に譲渡されたアメリカ合衆国特許出願シリアル番号第11/076,821号、第11/077,218号、第11/116,096号には、第1の化合物を低電圧電子輸送材料である第2の化合物と混合してOLEDデバイスの発光層のカソード側に層を形成することが記載されている。すると低電圧電子輸送材料を含むデバイスよりも駆動電圧が低いOLEDデバイスが得られる。仕事関数が4.2eV未満の金属をベースとした金属材料がこの層に含まれている場合もある。しかし多くの場合、複数の化合物からなるこの混合物をETLに組み込むと、色がより望ましくない色相にシフトしたデバイスになる。

したがってこれまでに報告されているデバイスは、望ましいEL特性をすべて備えているわけではない。発生する光の色の純度を維持しつつ、OLEDデバイスの駆動電圧を低下させることが相変わらず必要とされている。

本発明により、カソードと、電子輸送層（ETL）と、蛍光材料を含む発光層（LEL）と、正孔輸送層（HTL）と、アノードをこの順番で備えていて、ETLが、複数化合物の混合物として第1の化合物と少なくとも1種類の第2の化合物を含んでおり、正孔阻止層（HBL）がLELのカソード側に隣接して存在しているOLEDデバイスが提供される。

本発明により、発生する光の色の純度をこれまでと同等なレベルに維持しながらOLEDデバイスの駆動電圧を低下させることができる。

本発明のOLEDデバイスは、カソードと、電子輸送層（ETL）と、蛍光材料を含む発光層（LEL）と、正孔輸送層（HTL）と、アノードを備えている。ETLは、化合物の混合物として第1の化合物と少なくとも1種類の第2の化合物を含んでいる。正孔阻止層（HBL）がLELのカソード側に隣接して存在している。

本発明の望ましい一実施態様では、電子輸送層は、この層内のすべての化合物のうちで最低のLUMO（最低空軌道）値を持つ第1の化合物を含んでおり、第2の化合物のうちの少なくとも1つは低電圧電子輸送材料である。LUMOとHOMO（最高被占軌道）のエネルギー・レベルは、一般に、電気化学的方法で実験的に決定される。これに関しては実施例2でさらに詳しく説明する。LUMO値とHOMO値は計算で求めることもできる。

LUMOとHOMOのエネルギー・レベルは、分子の酸化還元特性から決定することができる。分子の酸化還元特性は、文献に記載されているよく知られた手続きによって測定できる。例えばサイクリック・ボルタンメトリー（CV）やオスターヤング矩形波ボルタンメトリー（SWV）などの方法がある。電気化学的測定の概説に関しては、J.O. BockrisとA.K.N. Reddy、『現代の電気化学』、プレナム出版、ニューヨーク；A.J. BardとL.R. Faulkner、『電気化学的方法』、ジョン・ワイリー＆サンズ社、ニューヨーク、ならびにこれらの中に引用されている参考文献を参照のこと。

LUMOとHOMOのエネルギー・レベルは計算することもできる。典型的な計算は、ガウシャン98（ガウシャン社、ピッツバーグ、ペンシルヴェニア州）コンピュータ・プログラムに含まれているB3LYP法を利用して実行される。B3LYP法で使用される基本セットは、以下のように定義される。すなわち、MIDI!（MIDI!が定義されているすべての原子に対して用いる）と、6-31G*（6-31G*で定義されているが、MIDI!では定義されていないすべての原子に対して用いる）と、LACV3PまたはLANL2DZという基本セットと擬ポテンシャル（MIDI!または6-31G*で定義されていない原子に対して用いられ、LACV3Pのほうが好ましい）である。残るすべての原子に関しては、公開されている任意の基本セットと擬ポテンシャルを用いることができる。MIDI!、6-31G*、LANL2DZは、ガウシャン98コンピュータ・コードに含まれているものが用いられ、LACV3Pは、Jaguar4.1（シュレーディンガー社、ポートランド、オレゴン州）コンピュータ・コードに含まれているものが用いられる。

第2の化合物は第1の化合物よりもLUMO値が大きいことが望ましい。好ましい一実施態様では、第1の化合物のLUMO値は-2.30eVよりも小さく、典型的には-2.50eVまたは-2.60eVよりも小さく、-2.70eVよりも小さいことが望ましく、-3.00eVよりも小さいことさえ望ましい。

本発明のこの特徴では、第2の化合物のうちの少なくとも1つは低電圧電子輸送材料である。この明細書では、“低電圧電子輸送材料”という用語は、単独で電子輸送層に組み込まれたとき、駆動電圧が、電子輸送層にAlqだけを用いた同様のデバイスよりも100％を超えるほど大きくはない材料である。したがって低電圧材料の試験には、実施例3に示したように、Alq（トリス(8-キノリノラト)アルミニウム(III)）を電子輸送材料として用いたデバイスを製造することが含まれる。第2のデバイスは、Alqの代わりに低電圧電子輸送材料としてテストする材料を用いて製造する。この第2のデバイスの駆動電圧（ここでは試験電圧と呼ぶ）がAlqを用いたデバイスよりも100％を超えるほど大きくないのであれば、試験材料は低電圧電子輸送材料と見なされる。より望ましい低電圧電子輸送材料は、試験電圧がAlqよりも80％を超えるほど大きくはなく、または60％を超えるほど大きくはなく、または50％を超えるほど大きくないことさえある。試験電圧は、典型的には40％を超えるほど大きくはなく、一般に30％を超えるほど大きくはなく、望ましくは25％を超えるほど大きくはない。理想的には、低電圧電子輸送材料の試験電圧は、試験条件下において、Alqよりも20％を超えるほど大きくはない。試験電圧は、10％を超えるほど大きくはないことが適切であり、Alq以下であることが好ましい。

一般に、“低電圧電子輸送材料”は、実施例3に記載してあるように電子輸送層に単独で組み込まれたとき、駆動電圧が16ボルト以下になる材料である。駆動電圧は、15ボルト以下、または14ボルト以下であることが望ましく、13ボルト以下であることさえ望ましい。駆動電圧が12ボルト、または11ボルト、または10ボルト以下である低電圧電子輸送材料も、本発明の第2の化合物として有用だが、9ボルト、または8ボルト以下の材料のほうが第2の化合物として好ましい。試験条件にいくらかの小さな実験的変動が存在する可能性があるが、すでに記載したように新しい材料の性能をAlqの性能と比較することによって最小にできることを理解されたい。

電子輸送層に存在する第1の化合物の量は10体積％以上だが、100％になることはできない。好ましい一実施態様では、第1の化合物は、この層の20〜90体積％の範囲で存在しており、40〜90体積％の範囲が望ましく、より一般には50〜80体積％である、この層に存在する第2の化合物の合計量は90体積％以下だが、0％になることはできない。本発明の他の実施態様では、第1の化合物の特に有用なレベルは、20、40、50、60、75、90％のいずれかであり、第2の化合物のそれに対応する合計量は、それぞれ、80、60、50、40、25、10％である。

本発明の一実施態様では、電子輸送層は、第1の化合物と、第2の化合物と、少なくとも1種類の追加の化合物を含んでいる。好ましい一実施態様では、追加の化合物は、仕事関数が4.2eV未満の金属をベースとした金属材料である。仕事関数の定義は、『CRC 化学と物理学のハンドブック』、第70版、1989〜1990年、CRCプレス社、F-132ページに見いだすことができ、さまざまな金属の仕事関数のリストは、E-93ページとE-94ページに見いだすことができる。この明細書では、“金属材料”という用語に、金属元素とその化合物の両方が含まれる。この実施態様では、この追加の層の金属は、有機化合物のうちの少なくとも1つを減らすことができる金属である限り、特定のものに限定されることはない。この金属は、アルカリ金属（例えばLi）、アルカリ土類金属（例えばMg）、遷移金属（希土類金属も含む）の中から選択することができる。特に、仕事関数が4.2eV以下の金属を金属として使用することが好ましく、このようなドーパント金属の典型例として、Li、Na、K、Be、Mg、Ca、Sr、Ba、Y、La、Sm、Gd、Ybなどがある。望ましい一実施態様では、金属材料は、金属Liである。金属材料は、この層の0.1体積％〜15体積％のレベルで存在していることが望ましく、一般には0.1〜10体積％であり、1〜8体積％であることがより多い。

図面は本発明の一実施態様を示しており、正孔注入層と電子注入層が存在している。第1の化合物と第2の化合物は、電子輸送層（ETL、111）の中に位置する。正孔阻止層（HBL、110）が発光層（LEL、109）と電子輸送層の間にある。この図面には正孔注入層（HIL、105）と電子注入層（EIL、112）が示してあるが、これらはなくてもよい。この実施態様の電子輸送層は、電子注入層に隣接している。電子注入層が存在していない場合には、電子輸送層はカソードに隣接する。他の実施態様では、2つ以上の正孔注入層、電子注入層、電子輸送層が存在していてもよい。

上に説明した電子輸送層は、発光層でも非発光層でもよい。一般に、この層の主要な機能は、電子を輸送することで、OLEDデバイスを動作させるのに必要な電圧を、デバイスに第1の化合物または第2の化合物が単独で存在している場合よりも低くすることである。発光する場合のこの層からのエレクトロルミネッセンスは、デバイスからの全発光を増大させることができる。非発光性である場合には、第1の化合物と第2の化合物の一方または両方が、実質的に無色であるか非発光性であることが望ましい。望ましい一実施態様では、上に説明したこの層は非発光性である。

本発明の有用な一実施態様では、この層の中で最低のLUMO値を持つ第1の化合物は、縮合した少なくとも2つの環を含んでいる。縮合したその2つの環の少なくとも1つを炭素環にすること、または縮合環の少なくとも1つを複素環にすることができる。第1の化合物は、縮合した3つの環、縮合した4つの環、それどころかより多くの縮合した環を含んでいることが好ましい。縮合した3つの環の少なくとも1つを炭素環にすること、または縮合環の少なくとも1つを複素環にすることができる。

好ましい一実施態様では、第1の化合物は多環式炭化水素化合物であるため、ヘテロ原子を含んでいない。別の好ましい一実施態様では、第1の化合物は縮合した少なくとも3つの環を持つ多環式炭化水素であり、第2の化合物は有機金属化合物（例えばトリス(8-キノリノラト)アルミニウム(III)（Alq））である。

この明細書の全体を通じ、炭素環、複素環、炭素環基、複素環基は、一般に、『グラントとハックーの化学事典』、第5版、マグロー-ヒル・ブック社に定義されている通りである。炭素環は、炭素原子だけを含んでいるあらゆる芳香族環系または非芳香族環系であり、複素環は、炭素原子と非炭素原子（例えば、窒素（N）、酸素（O）、イオウ（S）、リン（P）、ケイ素（Si）、ガリウム（Ga）、ホウ素（B）、ベリリウム（Be）、インジウム（In）、アルミニウム（Al）や、環系を形成するのに役立つ周期表の他の元素）の両方を含むあらゆる芳香族環系または非芳香族環系である。本発明の目的では、複素環の定義に、配位結合を含む環も含まれる。配位結合の定義は、『グラントとハックーの化学事典』、91ページに見いだすことができる。要するに、配位結合は、電子が豊富な原子（例えばOやN）が一対の電子を電子が欠乏した原子（例えばAlやB）に与えるときに形成される。その一例は、トリス(8-キノリノラト)アルミニウム(III)（Alqとも呼ばれる）に見られる。この場合には、キノリン部分に存在する窒素がその孤立電子対をアルミニウム原子に与えて錯体と呼ばれる複素環またはシクロメタル化環を形成し、合計で3つの環が縮合したAlqが得られる。

本発明において第1の化合物と第2の化合物にとって有用な炭素環系と複素環系の選択は、金属キレート化オキシノイド、非金属キレート化オキシノイド、アントラセン、ビピリジル、ブタジエン、イミダゾール、フェナントレン、フェナントロリン、スチリルアリーレン、ベンズアゾール、バックミンスターフラーレン-C₆₀（バッキーボールまたはフラーレン-C₆₀としても知られる）、テトラセン、キサンテン、ペリレン、クマリン、ローダミン、キナクリドン、ジシアノメチレンピラン、チオピラン、ポリメチン、ピリリウム、フルオランテン、ペリフラントレン、シラシクロペンタジエンまたはシロール、チアピリリウム、トリアジン、カルボスチリル、金属キレート化ビス(アジニル)アミン、非金属キレート化ビス(アジニル)アミン、金属キレート化ビス(アジニル)メテン、非金属キレート化ビス(アジニル)メテンの中からなされる。

一実施態様では、第1の化合物は、一般式（1）によって表わされるナフタセン誘導体の中から選択できる。

一般式（1）において、R¹、R²、R³、R⁴、R⁵、R⁶、R⁷、R⁸、R⁹、R¹⁰、R¹¹、R¹²は、水素と置換基からなるグループの中から独立に選択され、どの置換基も、合わさってさらに縮合環を形成することができる。望ましい一実施態様では、R⁵、R⁶、R¹¹、R¹²は、独立に選択された芳香族環基を表わす。好ましい別の一実施態様では、R¹、R²、R³、R⁴、R⁷、R⁸、R⁹、R¹⁰は水素を表わす。

本発明の別の特徴では、電子輸送層に含まれる第1の化合物は、一般式（2）で表わされる。

一般式（2）において、R₁とR₄は同じ置換基（例えばアルキル基やアリール基）を表わし、どちらも水素ではない。R₂とR₃は水素または置換基を表わす。R₂とR₃は水素を表わすことが好ましい。Ar¹とAr⁴は同じ芳香族基（例えばアリール基）を表わす。Ar²とAr³は同じ芳香族基を表わすが、Ar¹とAr⁴によって表わされるものと同じでも異なっていてもよい。

本発明のさらに別の特徴では、電子輸送層に含まれる第1の化合物は、一般式（3）で表わされる。

一般式（3）において、W¹〜W¹⁰は、独立に、水素または独立に選択された置換基を表わし、隣り合った2つの置換基が合わさって環を形成することができる。本発明の1つの特徴では、W⁹とW¹⁰は、独立に選択されたナフチル基またはビフェニル基を表わす。W⁹とW¹⁰は、例えば1-ナフチル、2-ナフチル、4-ビフェニル、3-ビフェニルなどを表わす。望ましい別の一実施態様では、W⁹とW¹⁰の少なくとも一方はアントラセン基を表わす。本発明の別の1つの特徴では、W¹〜W⁸は水素を表わす。

一実施態様では、第2の化合物は、一般式（4）によって表わされる化合物の中から選択できる。

Mとしては、アルカリ金属（リチウム、ナトリウム、カリウムなど）、アルカリ土類金属（マグネシウム、カルシウムなど）、土類金属（アルミニウム、ガリウムなど）；遷移金属（亜鉛、ジルコニウムなど）が可能である。一般に、キレート化金属として有用であることが知られている任意の1価、2価、3価、4価の金属を使用することができる。ホウ素とベリリウムも含まれる。望ましい一実施態様では、MはAlまたはGaを表わす。

一般式（4）において、nは1〜4の整数であり、金属の酸化状態に等しい。例えばAl³⁺の場合、nは3である。

それぞれのZ^aとZ^bは、独立に、芳香族環（例えばベンゼン環基、ピリジン環基）を完成させるのに必要な原子を表わす。一実施態様では、Z^aとZ^bは、8-キノリノラト・リガンドを形成する。これは、キノリン配位体の1位の窒素がその自由電子対を、8位のヒドロキシル基に結合していて電子を受け取る金属原子または非金属原子に与えることにより、配位結合と、キレート化環系または複素環系とを形成する8-ヒドロキシキノリン由来のリガンドである。

別の一実施態様では、第1の化合物と第2の化合物は、一般式（4a）によって表わされる化合物の中から選択できる。

(M^a)_p(Q)_p （4a）

一般式（4a）において、M^aは1価の金属を表わす。好ましい一実施態様では、M^aはIA族の金属（例えばLi⁺、Na⁺、K⁺、Cs⁺、Rb⁺）である。望ましい一実施態様では、M^aはLi⁺を表わす。

一般式（4a）において、Qはリガンドである。各Qは正味の電荷が-1であることが望ましい。好ましい一実施態様では、Qは二座リガンドである。Qは、例えば8-キノレート基を表わすことができる。

一般式（4a）において、pは整数を表わし、一般に1〜6である。したがって有機金属錯体は、二量体、三量体、四量体、五量体、六量体などを形成することができる。しかし有機金属錯体は、一次元鎖構造を形成することもでき、その場合にはpは6よりも大きい。

望ましい別の一実施態様では、第1の化合物と第2の化合物は、一般式（4b）によって表わされる化合物の中から選択できる。

一般式（4b）において、M^aはすでに説明した1価の金属を表わす。望ましい一実施態様では、M^aはLi⁺を表わす。それぞれのr^aとr^bは独立に選択された置換基を表わし、2つの置換基が合わさって縮合環基を形成することができる。そのような置換基の例として、例えばメチル基、フェニル基、フルオロ置換基や、2つの置換基が合わさって形成された縮合ベンゼン環基などがある。一般式（4b）において、tは1〜3、sは1〜3、pは整数である。

別の一実施態様では、第1の化合物と第2の化合物は、一般式（5）によって表わされる化合物の中から選択できる。

一般式（5）において、Mはすでに説明した金属を表わす。MはAlまたはGaであることが望ましい。それぞれのZ^cとZ^dは、独立に、芳香族環基を完成させるのに必要な原子を表わす。一実施態様では、Z^cとZ^dの少なくとも一方は、Mに3つ以上の二座リガンドが結合するのを立体的に阻止するよう選択した1つ以上の環基を含んでいる。Lは、アルキル基、炭素環基、複素環基のいずれかを表わす。L基は、炭素原子が6〜24個の炭化水素を含むことが好ましい。一実施態様では、Lは芳香族環基（例えばフェニル基）を表わす。

別の一実施態様では、電子輸送層の第2の化合物は、一般式（6）によって表わされるフェナントロリン誘導体の中から選択できる。

一般式（6）において、R₁₇、R₁₈、R₁₉、R₂₀、R₂₁、R₂₂、R₂₃、R₂₄は、水素または置換基であり、どの置換基も、合わさってさらに縮合環を形成することができる。

一般式（7）によって表わされる複素環誘導体も、電子輸送層の第2の化合物として選択できる材料のグループを形成する。

一般式（7）において、mは3〜8の整数である。ZはO、NR₂₉、Sのいずれかを表わす。R₂₅、R₂₆、R₂₇、R₂₈、R₂₉は、水素または置換基を表わし、2つの置換基が合わさって縮合環を形成していてもよい。例えばR₂₅、R₂₆、R₂₇、R₂₈、R₂₉は、アルキル基（例えばメチル基）またはアリール基（例えばフェニル基）を表わすことができる。一般式（7）において、Yは、複数のベンズアゾールを互いに共役または非共役に結合させる結合単位（例えばアルキル基またはアリール基）である。適切なY基としてアリール基またはビフェニル基が挙げられる。

電子輸送層の別の第2の化合物は、一般式（8）によって表わされるシラシクロペンタジエン誘導体またはシロール誘導体の中から選択できる。

一般式（8）において、R₃₀、R₃₁、R₃₂は、水素または置換基を表わし、2つの置換基が合わさって縮合炭素環または縮合複素環を形成していてもよい。

電子輸送層の別の第2の化合物は、一般式（9）によって表わされるトリアジン誘導体の中から選択できる。

一般式（9）において、kは1〜4の整数であり；R₃₃は水素または置換基を表わす。Yはすでに説明したものであり、複数のベンズアゾールを互いに共役または非共役に結合させるアルキル基またはアリール基を通常は含む結合単位である。適切なY基としてアリール基またはビフェニル基が挙げられる。

適切な第1の化合物は、従来から知られている方法で調製することができる。一般式（1）と（2）の特に有用なナフタセン材料は、プロパルギルアルコールを、離脱基を形成することのできる試薬と反応させた後、溶媒の存在下で加熱してナフタセンを形成することによって調製できる。2004年7月27日に出願されて譲受人に譲渡されたアメリカ合衆国特許出願シリアル番号第10/899,821堂と10/899,825号を参照のこと。

以下に、適切な第1の化合物の代表例を示す。

以下に、電子輸送層に含まれる第2の化合物として適した化合物の代表例を示す。

本発明の実施に役立つ多くの化合物に関係した化学名と略号を以下に示す。
A-2、ペリレン；A-7またはB-1、AlqまたはAlq₃、トリス(8-キノリノラト)アルミニウム(III)；A-8またはB-2、BAlq；A-9またはB-3、GaqまたはGaq₃、トリス(8-キノリノラト)ガリウム(III)；A-10、9-(2-ナフチル)-10-(4-フェニル)フェニルアントラセン；A-11、ADN、9,10-ビス(2-ナフチル)-2-フェニルアントラセン；A-12、tBADN、2-t-ブチル-9,10-ビス(2-ナフチル)アントラセン；A-13、tBDPN、5,12-ビス[4-t-ブチルフェニル]ナフタセン；A-14、ルブレン、5,6,11,12-テトラフェニルナフタセン；A-18、TBP、2,5,8,11-テトラ-t-ブチルペリレン；B-4、BPhen、4,7-ジフェニル-1,10-フェナントロリン；B-5、BCP、2,9-ジメチル-4,7-ジフェニル-1,10-フェナントロリン；B-6、TPBI、2,2',2"-(1,3,5-ベンゼントリイル)トリス[1-フェニル-1H-ベンゾイミダゾール]；A-24またはB-8、TRAZ、2,2'-(1,1'-ビフェニル)-4,4'-ジイルビス(4,6-(p-トリル)-1,3,5-トリアジン)。一般式（5）で表わされる第1の化合物と第2の化合物の追加例は、Bryanらのアメリカ合衆国特許第5,141,671号に見いだすことができる。

いくつかの材料が第1の化合物または第2の化合物として有用であり、それは例えば、Alq、トリス(8-キノリノラト)アルミニウム(III)、構造式A-7とB-1；BAlq、ビス(2-メチル-8-キノリノラト)(4-フェニルフェノラト)アルミニウム(III)、構造式A-8とB-2である。

本発明の好ましい組み合わせの例は、第1の化合物がA-7、A-8、A-9、A-13、A-14、A-15、A-16、A-18、A-19、A-24の中から選択され、第2の化合物がB-1、B-2、B-3、B-4、B-5、B-6、B-7、B-8の中から選択された組み合わせである。

電子輸送層の厚さは0.5〜200nmが可能だが、2〜100nmが好ましく、5〜50nmが望ましい。

発光層は、ホストと蛍光材料を含んでいる。本発明のデバイスは、LELのカソード側に隣接した正孔阻止層（HBL）を備えている。正孔がLELのホストとドーパントから正孔阻止層に移動する際にエネルギー障壁がなければならないのに対し、電子は正孔阻止層を容易に通過して発光層に移動できねばならない。第1の条件は、正孔阻止層のイオン化電位が発光層のイオン化電位よりも好ましくは少なくとも0.05eV大きいことを要請する。この値は一般に少なくとも0.1eV大きく、0.2eV以上大きいことが望ましい。第2の条件は、正孔阻止層の電子親和力が発光層の電子親和力を大幅に上回ることはなく、望ましくは発光層の電子親和力よりも小さいか、発光層の電子親和力よりも約0.2eV以上大きくはないことを要請する。

これを別の見方をすると、適切な正孔阻止材料は、HOMO（最高被占軌道）のエネルギー・レベルが発光層材料のHOMOのエネルギー・レベルよりも著しく小さいということである。HBL材料のHOMOのエネルギー・レベルは、LELよりも少なくとも0.05eV低いことが好ましく、少なくとも0.10eV低いことが一般的であり、0.20eV低いことがしばしばあり、少なくとも0.50eVであることが望ましく、0.70eV低いことさえある。HOMOのエネルギー・レベルは電気化学的方法で決定することができ、分子の第1酸化電位と相関している。いくつかの代表的な化合物のHOMOのエネルギーの測定値を実施例2に示してある。すでに説明したように、ある化合物のHOMOのエネルギー・レベルは、計算で求めることもできる。

本発明の別の実施態様では、正孔阻止層は、一般式（3）、一般式（4）、一般式（5）、一般式（6）のいずれかで表わされる材料を含んでいる。これらの一般式についてはすでに詳細に記載した。望ましい正孔阻止材料の例として、B-1、Alq、トリス(8-キノリノラト)アルミニウム(III)；B-2、(BAlq)、ビス(2-メチル-8-キノリノラト)(4-フェニルフェノラト)アルミニウム(III)；B-4、Bphen、4,7-ジフェニル-1,10-フェナントロリン；B-6、TPBI、2,2',2"-(1,3,5-ベンゼントリイル)トリス[1-フェニル-1H-ベンゾイミダゾール]などがある。

正孔阻止層の厚さは0.5〜200nmが可能だが、2〜100nmが好ましく、一般に5〜50nmであり、5〜10nmが望ましい。

発光層は蛍光材料を含んでいる。アメリカ合衆国特許第4,769,292号、第5,935,721号により詳しく説明されているように、有機EL素子の発光層（LEL）は、ルミネッセンス材料を含んでおり、この領域で電子-正孔対の再結合が起こる結果としてエレクトロルミネッセンスが生じる。発光層は単一の材料で構成できるが、より一般的には、1種類または複数のゲスト発光材料をドープしたホスト材料からなる。光は主として発光材料から発生し、任意の色が可能である。発光層内のホスト材料は、電子輸送材料、または正孔輸送材料、または正孔-電子再結合をサポートする別の単一の材料または組み合わせた材料にすることができる。蛍光材料は、一般に、0.01〜10質量％の割合でホスト材料に組み込まれる。

ゲスト発光材料として蛍光材料を選択する際の重要な1つの関係は、ホストと蛍光材料の励起した一重項状態のエネルギーの比較である。蛍光材料の励起した一重項状態のエネルギーは、ホスト材料の励起した一重項状態のエネルギーよりも低いことが非常に望ましい。励起した一重項状態のエネルギーは、発光する一重項状態と基底状態のエネルギー差として定義される。発光しないホストでは、基底状態としての同じ電子スピンの最低励起状態が発光状態と見なされる。

有用であることが知られているホスト材料および発光材料としては、アメリカ合衆国特許第4,768,292号、第5,141,671号、第5,150,006号、第5,151,629号、第5,405,709号、第5,484,922号、第5,593,788号、第5,645,948号、第5,683,823号、第5,755,999号、第5,928,802号、第5,935,720号、第5,935,721号、第6,020,078号に開示されているものがある。

8-ヒドロキシキノリンの金属錯体と、それと同様の誘導体は、金属キレート化オキシノイド（一般式E）としても知られており、エレクトロルミネッセンスをサポートすることのできる有用なホスト化合物の1つのクラスを形成し、波長が500nmよりも長い光（例えば緑、黄、オレンジ、赤）を出させるのに特に適している。

ただし、
Mは金属を表わし；
qは1〜4の整数であり；
Zは、各々独立に、縮合した少なくとも2つの芳香族環を有する核を完成させる原子を表わす。

以上の説明から、金属は、1価、2価、3価、4価の金属が可能であることが明らかである。金属としては、例えばアルカリ金属（リチウム、ナトリウム、カリウムなど）、アルカリ土類金属（マグネシウム、カルシウムなど）、3価の金属（アルミニウム、ガリウムなど）；別の金属（亜鉛、ジルコニウムなど）が可能である。一般に、キレート化金属として有用であることが知られている任意の1価、2価、3価、4価の金属を使用することができる。

Zは、縮合した少なくとも2つの芳香族環を持っていてそのうちの少なくとも一方はアゾール環またはアジン環である複素環の核を完成させる。必要な場合には、必要なその2つの環に追加の環（例えば脂肪族環と芳香族環の両方）を縮合させることができる。機能の向上なしに分子が大きくなることを避けるため、環の原子数は、通常は18個以下に維持する。

有用なキレート化オキシノイド化合物の代表例としては、以下のものがある。
CO-1：アルミニウムトリスオキシン［別名、トリス(8-キノリノラト)アルミニウム(III)］
CO-2：マグネシウムビスオキシン［別名、ビス(8-キノリノラト)マグネシウム(II)］
CO-3：ビス[ベンゾ｛f｝-8-キノリノラト]亜鉛(II)
CO-4：ビス(2-メチル-8-キノリノラト)アルミニウム(III)-μ-オキソ-ビス(2-メチル-8-キノリノラト)アルミニウム(III)
CO-5：インジウムトリスオキシン［別名、トリス(8-キノリノラト)インジウム］
CO-6：アルミニウムトリス(5-メチルオキシン)［別名、トリス(5-メチル-8-キノリノラト)アルミニウム(III)］
CO-7：リチウムオキシン［別名、(8-キノリノラト)リチウム(I)］
CO-8：ガリウムオキシン［別名、トリス(8-キノリノラト)ガリウム(III)］
CO-9：ジルコニウムオキシン［別名、テトラ(8-キノリノラト)ジルコニウム(IV)］

9,10-ジ-(2-ナフチル)アントラセンの誘導体（一般式F1）は、エレクトロルミネッセンスをサポートすることのできる有用なホスト材料の1つのクラスを形成し、波長が400nmよりも長い光（例えば青、緑、黄、オレンジ、赤）を出させるのに特に適している。

ただし、R¹、R²、R³、R⁴、R⁵、R⁶は、それぞれの環上の1個以上の置換基を表わす。この場合の各置換基は、以下に示すグループの中から個別に選択される。
グループ1：水素、または炭素原子が1〜24個のアルキル；
グループ2：炭素原子が5〜20個のアリールまたは置換されたアリール
グループ3：アントラセニル、ピレニル、ペリレニルの縮合芳香族環を完成させるのに必要な4〜24個の炭素原子；
グループ4：フリル、チエニル、ピリジル、キノリニル、または他の複素環系の縮合ヘテロ芳香族環を完成させるのに必要な、5〜24個の炭素原子からなるヘテロアリールまたは置換されたヘテロアリール；
グループ5：炭素原子が1〜24個のアルコキシルアミノ、アルキルアミノ、アリールアミノ；
グループ6：フッ素、塩素、ホウ素、シアノ。

代表例として、9,10-ジ-(2-ナフチル)アントラセンと2-t-ブチル-9,10-ジ-(2-ナフチル)アントラセンがある。他のアントラセン誘導体もLELにおけるホストとして役に立つ可能性があり、例えば9,10-ビス[4-(2,2-ジフェニルエテニル)フェニル]アントラセンの誘導体などがある。

一般式（F2）のモノアントラセン誘導体もエレクトロルミネッセンスをサポートすることのできる有用な1つのホスト材料であり、波長が400nmよりも長い光（例えば青、緑、黄、オレンジ、赤）を出させるのに特に適している。一般式（F2）のアントラセン誘導体は、2003年10月24日にLelia Cosimbescuらによって「アントラセン誘導体ホストを含むエレクトロルミネッセンス・デバイス」という名称で出願されて譲受人に譲渡されたアメリカ合衆国特許出願シリアル番号第10/693,121号に記載されている。

上式中、R₁〜R₈はHである。
R₉は、脂肪族炭素環のメンバーを有する縮合環を含まないナフチル基である。ただしR₉とR₁₀は同じではなく、アミンとイオウ化合物を含んでいない。R₉は、1つ以上の縮合環をさらに備えていて芳香族縮合環系（例えばフェナントリル、ピレニル、フルオランテン、ペリレン）を形成している置換されたナフチル基であるか、1個以上の置換基（例えばフッ素、シアノ基、ヒドロキシ基、アルキル基、アルコキシ基、アリールオキシ基、アリール基、複素環式オキシ基、カルボキシ基、トリメチルシリル基）で置換されたナフチル基であるか、縮合した2つの環からなる置換されていないナフチル基であることが好ましい。R₉は、パラ位が置換された2-ナフチルまたは1-ナフチルか、パラ位が置換されていない2-ナフチルまたは1-ナフチルであることが好ましい。
R₁₀は、脂肪族炭素環のメンバーを有する縮合環を含まないビフェニル基である。R₁₀は、置換されていて芳香族縮合環（例えばナフチル、フェナントリル、ペリレン）を形成しているビフェニル基か、1個以上の置換基（例えばフッ素、シアノ基、ヒドロキシ基、アルキル基、アルコキシ基、アリールオキシ基、アリール基、複素環式オキシ基、カルボキシ基、トリメチルシリル基）で置換されたビフェニル基か、置換されていないビフェニル基であることが好ましい。R₁₀は、置換されていない4-ビフェニルまたは3-ビフェニルか、縮合環を含まない他のフェニル環で置換されていて三フェニル環系を形成している4-ビフェニルまたは3-ビフェニルか、2-ビフェニルであることが好ましい。特に有用なのは、9-(2-ナフチル)-10-(4-ビフェニル)アントラセンである。

アントラセン誘導体の別の有用な1つのクラスは、一般式（F3）；
A1-L-A2 （F3）
で表わされる。ただし、A1とA2は、それぞれ、置換された、または置換されていないモノフェニルアントリル基を表わすか、置換された、または置換されていないジフェニルアントリル基を表わし、互いに同じでも異なっていてもよく、Lは、単結合または2価の結合基を表わす。

アントラセン誘導体の別の有用な1つのクラスは、一般式（F4）；
A3-An-A4 （F4）
で表わされる。ただし、Anは、置換された、または置換されていない2価のアントラセン残基を表わし、A3とA4は、それぞれ、置換された、または置換されていない1価の縮合芳香族環基を表わすか、置換された、または置換されていない炭素原子が6個以上の非縮合環アリール基を表わし、互いに同じでも異なっていてもよい。

アメリカ合衆国特許第6,465,115号とWO 2004/018587に開示されている非対称なアントラセン誘導体は有用なホストであり、これら化合物は、単独で、または混合物の一成分として、以下に示す一般式（F5）または（F6）で表わされる。

ただし、
Arは、核の炭素原子が10〜50個である置換された（置換されていない）縮合芳香族基であり；
Ar'は、核の炭素原子が6〜50個である置換された（置換されていない）芳香族基であり；
Xは、核の炭素原子が6〜50個である置換された（置換されていない）芳香族基、核の炭素原子が5〜50個である置換された（置換されていない）芳香族複素環基、炭素原子が1〜50個の置換された（置換されていない）アルキル基、炭素原子が1〜50個の置換された（置換されていない）アルコキシ基、炭素原子が6〜50個の置換された（置換されていない）アラルキル基、核の炭素原子が5〜50個である置換された（置換されていない）アリールオキシ基、核の炭素原子が5〜50個である置換された（置換されていない）アリールチオ基、核の炭素原子が1〜50個である置換された（置換されていない）アルコキシカルボニル基、カルボキシ基、ハロゲン原子、シアノ基、ニトロ基、ヒドロキシ基のいずれかであり；
a、b、cは0〜4の整数であり；nは1〜3の整数であり；
nが2以上である場合には、以下に示す括弧の中の化学式は同じでも異なっていてもよい。

さらに、本発明により、以下の一般式（F6）で表わされるアントラセン誘導体が提供される。

ただし、
Arは、核の炭素原子が10〜50個である置換された（置換されていない）縮合芳香族基であり；
Ar'は、核の炭素原子が6〜50個である置換された（置換されていない）芳香族基であり；
Xは、核の炭素原子が6〜50個である置換された（置換されていない）芳香族基、核の炭素原子が5〜50個である置換された（置換されていない）芳香族複素環基、炭素原子が1〜50個の置換された（置換されていない）アルキル基、炭素原子が1〜50個の置換された（置換されていない）アルコキシ基、炭素原子が6〜50個の置換された（置換されていない）アラルキル基、核の炭素原子が5〜50個である置換された（置換されていない）アリールオキシ基、核の炭素原子が5〜50個である置換された（置換されていない）アリールチオ基、核の炭素原子が1〜50個である置換された（置換されていない）アルコキシカルボニル基、カルボキシ基、ハロゲン原子、シアノ基、ニトロ基、ヒドロキシ基のいずれかであり；
a、bは0〜4の整数であり；nは1〜3の整数であり；
nが2以上である場合には、以下に示す括弧の中の化学式は同じでも異なっていてもよい。

発光層で用いるための有用なアントラセン材料の特別な例として以下のものがある。

ベンズアゾール誘導体（一般式G）は、エレクトロルミネッセンスをサポートすることのできる有用なホスト材料の別のクラスを形成し、波長が400nmよりも長い光（例えば青、緑、黄、オレンジ、赤）を出させるのに特に適している。

ただし、nは3〜8の整数であり；
Zは、O、NR、Sのいずれかであり；
RとR'は、個別に、水素、炭素原子が1〜24個のアルキル（例えばプロピル、t-ブチル、ヘプチルなど）、アリール、またはヘテロ原子で置換されたアリールで炭素原子が5〜20個のもの（例えばフェニル、ナフチル、フリル、チエニル、ピリジル、キノリニルや、これら以外の複素環系）、ハロ（例えばクロロ、フルオロ）、縮合芳香族環を完成させるのに必要な原子のいずれかであり；
Lは、アルキル、アリール、置換されたアルキル、置換されたアリールなどからなる結合単位であり、複数のベンズアゾールを互いに結合させる。Lは、複数のベンズアゾールと共役していてもよいし、共役していなくてもよい。有用なベンズアゾールの一例は、2,2',2"-(1,3,5-フェニレン)トリス[1-フェニル-1H-ベンゾイミダゾール]である。

アメリカ合衆国特許第5,121,029号と日本国特開平08-333569に記載されているように、スチリルアリーレン誘導体も、青色発光のための有用なホストである。例えば9,10-ビス[4-(2,2-ジフェニルエテニル)フェニル]アントラセンと4,4'-ビス(2,2-ジフェニルエテニル)-1,1'-ビフェニル（DPVBi）は、青色発光のための有用なホストである。

有用な蛍光材料としては、アントラセン、テトラセン、キサンテン、ペリレン、ルブレン、クマリン、ローダミン、キナクリドンの誘導体や、ジシアノメチレンピラン化合物、チオピラン化合物、ポリメチン化合物、ピリリウム化合物、チアピリリウム化合物、フルオレン誘導体、ペリフランテン誘導体、インデノペリレン誘導体、ビス(アジニル)イミンホウ素化合物、ビス(アジニル)メテン化合物、カルボスチリル化合物などがある。有用な材料の代表例としては、以下のものがある。

特に断わらない限り、“置換された”または“置換基”という用語は、水素以外のあらゆる基または原子を意味する。特に断わらない限り、置換可能な1つの水素を含む基、化合物、一般式に言及する場合、その中には置換基が置換されていない形態が含まれるだけでなく、この明細書に記載した任意の1個または複数の置換基でさらに置換された形態も、デバイスが機能する上で必要な性質をその置換基が失わせない限りは含まれるものとする。置換基は、ハロゲンにすること、または1個の原子（炭素、ケイ素、酸素、窒素、リン、イオウ、セレン、ホウ素）によって分子の残部と結合させることが好ましい。置換基としては、例えば、ハロゲン（クロロ、ブロモ、フルオロなど）；ニトロ；ヒドロキシル；シアノ；カルボキシルや；さらに置換されていてもよい基が可能である。さらに置換されていてもよい基としては、アルキル（直鎖アルキル、分岐鎖アルキル、環式アルキルが含まれ、例えばメチル、トリフルオロメチル、エチル、t-ブチル、3-(2,4-ジ-t-ペンチルフェノキシ)プロピル、テトラデシルなどがある）；アルケニル（例えばエチレン、2-ブテン）；アルコキシ（例えばメトキシ、エトキシ、プロポキシ、ブトキシ、2-メトキシエトキシ、s-ブトキシ、ヘキシルオキシ、2-エチルヘキシルオキシ、テトラデシルオキシ、2-(2,4-ジ-t-ペンチルフェノキシ)エトキシ、2-ドデシルオキシエトキシ）；アリール（例えばフェニル、4-t-ブチルフェニル、2,4,6-トリメチルフェニル、ナフチル）；アリールオキシ（例えばフェノキシ、2-メチルフェノキシ、α-ナフチルオキシ、β-ナフチルオキシ、4-トリルオキシ）；カーボンアミド（例えばアセトアミド、ベンズアミド、ブチルアミド、テトラデカンアミド、α-(2,4-ジ-t-ペンチルフェノキシ)アセトアミド、α-(2,4-ジ-t-ペンチルフェノキシ)ブチルアミド、α-(3-ペンタデシルフェノキシ)-ヘキサンアミド、α-(4-ヒドロキシ-3-t-ブチルフェノキシ)-テトラデカンアミド、2-オキソ-ピロリジン-1-イル、2-オキソ-5-テトラデシルピロリン-1-イル、N-メチルテトラデカンアミド、N-スクシンイミド、N-フタルイミド、2,5-ジオキソ-1-オキサゾリジニル、3-ドデシル-2,5-ジオキソ-1-イミダゾリル、N-アセチル-N-ドデシルアミノ、エトキシカルボニルアミノ、フェノキシカルボニルアミノ、ベンジルオキシカルボニルアミノ、ヘキサデシルオキシカルボニルアミノ、2,4-ジ-t-ブチルフェノキシカルボニルアミノ、フェニルカルボニルアミノ、2,5-(ジ-t-ペンチルフェニル)カルボニルアミノ、p-ドデシル-フェニルカルボニルアミノ、p-トリルカルボニルアミノ、N-メチルウレイド、N,N-ジメチルウレイド、N-メチル-N-ドデシルウレイド、N-ヘキサデシルウレイド、N,N-ジオクタデシルウレイド、N,N-ジオクチル-N'-エチルウレイド、N-フェニルウレイド、N,N-ジフェニルウレイド、N-フェニル-N-p-トリルウレイド、N-(m-ヘキサデシルフェニル)ウレイド、N,N-(2,5-ジ-t-ペンチルフェニル)-N'-エチルウレイド、t-ブチルカーボンアミド）；スルホンアミド（例えばメチルスルホンアミド、ベンゼンスルホンアミド、p-トリルスルホンアミド、p-ドデシルベンゼンスルホンアミド、N-メチルテトラデシルスルホンアミド、N,N-ジプロピルスルファモイルアミノ、ヘキサデシルスルホンアミド）；スルファモイル（例えばN-メチルスルファモイル、N-エチルスルファモイル、N,N-ジプロピルスルファモイル、N-ヘキサデシルスルファモイル、N,N-ジメチルスルファモイル、N-[3-(ドデシルオキシ)プロピル]スルファモイル、N-[4-(2,4-ジ-t-ペンチルフェノキシ)ブチル]スルファモイル、N-メチル-N-テトラデシルスルファモイル、N-ドデシルスルファモイル）；カルバモイル（例えばN-メチルカルバモイル、N,N-ジブチルカルバモイル、N-オクタデシルカルバモイル、N-[4-(2,4-ジ-t-ペンチルフェノキシ)ブチル]カルバモイル、N-メチル-N-テトラデシルカルバモイル、N,N-ジオクチルカルバモイル）；アシル（例えばアセチル、(2,4-ジ-t-アミルフェノキシ)アセチル、フェノキシカルボニル、p-ドデシルオキシフェノキシカルボニル、メトキシカルボニル、ブトキシカルボニル、テトラデシルオキシカルボニル、エトキシカルボニル、ベンジルオキシカルボニル、3-ペンタデシルオキシカルボニル、ドデシルオキシカルボニル）；スルホニル（例えばメトキシスルホニル、オクチルオキシスルホニル、テトラデシルオキシスルホニル、2-エチルヘキシルオキシスルホニル、フェノキシスルホニル、2,4-ジ-t-ペンチルフェノキシスルホニル、メチルスルホニル、オクチルスルホニル、2-エチルヘキシルスルホニル、ドデシルスルホニル、ヘキサデシルスルホニル、フェニルスルホニル、4-ノニルフェニルスルホニル、p-トリルスルホニル）；スルホニルオキシ（例えばドデシルスルホニルオキシ、ヘキサデシルスルホニルオキシ）；スルフィニル（例えばメチルスルフィニル、オクチルスルフィニル、2-エチルヘキシルスルフィニル、ドデシルスルフィニル、ヘキサデシルスルフィニル、フェニルスルフィニル、4-ノニルフェニルスルフィニル、p-トリルスルフィニル）；チオ（例えばエチルチオ、オクチルチオ、ベンジルチオ、テトラデシルチオ、2-(2,4-ジ-t-ペンチルフェノキシ)エチルチオ、フェニルチオ、2-ブトキシ-5-t-オクチルフェニルチオ、p-トリルチオ）；アシルオキシ（例えばアセチルオキシ、ベンゾイルオキシ、オクタデカノイルオキシ、p-ドデシルアミドベンゾイルオキシ、N-フェニルカルバモイルオキシ、N-エチルカルバモイルオキシ、シクロヘキシルカルボニルオキシ）；アミン（例えばフェニルアニリノ、2-クロロアニリノ、ジエチルアミン、ドデシルアミン）；イミノ（例えば1(N-フェニルイミド)エチル、N-スクシンイミド、3-ベンジルヒダントイニル）；ホスフェート（例えばジメチルホスフェート、エチルブチルホスフェート）；ホスフィト（例えばジエチルホスフィト、ジヘキシルホスフィト）；複素環基、複素環オキシ基、複素環チオ基（どの基も置換されていてよく、炭素原子と少なくとも1個のヘテロ原子（酸素、窒素、イオウ、リン、ホウ素からなるグループの中から選択する）からなる3〜7員の複素環を含んでいる。2-フリル、2-チエニル、2-ベンゾイミダゾリルオキシ、2-ベンゾチアゾリルなどが例として挙げられる）；第四級アンモニウム（例えばトリエチルアンモニウム）；第四級ホスホニウム（例えばトリフェニルホスホニウム）；シリルオキシ（例えばトリメチルシリルオキシ）がある。

望むのであれば、置換基それ自体がさらに上記の置換基で1回以上置換されていてもよい。使用する具体的な置換基は、当業者が、特定の用途にとって望ましい性質が実現されるように選択することができ、例えば、電子求引基、電子供与基、立体基などが挙げられる。1つの分子が2つ以上の置換基を持てる場合には、特に断わらない限り、その置換基を互いに結合させて環（例えば縮合環）を形成することができる。一般に、上記の基と、その基に対する置換基は、48個までの炭素原子（一般には1〜36個であり、通常は24個未満である）を含むことができるが、選択した具体的な置換基が何であるかにより、それよりも多くすることも可能である。

デバイスの全体的構造

本発明は、小分子材料、オリゴマー材料、ポリマー材料、またはこれらの組み合わせを用いた多くのELデバイス構造で使用することができる。ELデバイス構造には、単一のアノードと単一のカソードを備える非常に単純な構造から、より複雑なデバイス（複数のアノードとカソードが直交アレイをなして画素を形成するパッシブ・マトリックス・ディスプレイや、各画素が例えば薄膜トランジスタ（TFT）で独立に制御されるアクティブ・マトリックス・ディスプレイ）までが含まれる。

本発明をうまく実現することのできる有機層の構造が多数ある。OLEDにとっての必須の条件は、アノードと、カソードと、アノードとカソードの間に位置する有機発光層とが存在していることである。追加の層を使用できるが、それについては後でさらに詳しく説明する。

本発明による典型的な構造、小分子デバイスのための特に有用な構造は図面に示したものであり、基板101と、アノード103と、正孔注入層105と、正孔輸送層107と、発光層109と、電子輸送層111と、電子注入層112と、カソード113からなる。これらの層について以下に詳しく説明する。基板101をカソード113に隣接した位置にすることや、基板101が実際にアノード103またはカソード113を構成することも可能であることに注意されたい。アノード103とカソード113に挟まれた有機層を、便宜上、有機EL素子と呼ぶ。また、有機層を合計した厚さは、500nm未満であることが望ましい。デバイスがリン光材料を含んでいる場合には、発光層と電子輸送層の間に位置する正孔阻止層が存在していてもよい。

OLEDのアノード103とカソード113は、導電体160を通じて電圧／電流源150に接続されている。OLEDは、アノード103とカソード113の間に、アノード103がカソード113と比べて正の電位となるように電圧を印加することによって動作する。正孔はアノード103から有機EL素子に注入され、電子はカソード113から有機EL素子に注入される。ACモードではACサイクル中にポテンシャル・バイアスが逆転して電流が流れないわずかな期間があるため、OLEDをACモードで動作させるときにデバイスの安定性向上を実現できることがときにある。AC駆動のOLEDの一例が、アメリカ合衆国特許第5,552,678号に記載されている。

基板

本発明のOLEDデバイスは、支持用基板101の上に形成されて、カソード113またはアノード103が基板と接触できるようになっているのが一般的である。基板101と接触する電極は、通常、底部電極と呼ばれる。底部電極はアノード103であることが一般的であるが、本発明がこの構成に限定されることはない。基板101は、どの方向に光を出したいかに応じ、透過性または不透明にすることができる。透光特性は、基板101を通してEL光を見る上で望ましい。その場合には、透明なガラスまたはプラスチックが一般に用いられる。基板101は、多数の材料層を含む複合構造にすることができる。これは、一般に、TFTがOLED層の下に設けられるアクティブ・マトリックス基板の場合である。しかし基板101は、少なくとも光を出す画素化領域において、大部分が透明な材料（例えばガラスまたはポリマー）でできている必要がある。EL光を上部電極を通じて見るような用途では、底部支持体の透過特性は重要でないため、底部支持体は、光透過性、光吸収性、光反射性のいずれでもよい。この場合に用いる基板としては、ガラス、プラスチック、半導体材料（例えばシリコン）、セラミック、回路板材料などがある。この場合にも、基板101は、アクティブ・マトリックスTFTの設計に見られるように、多数の材料層を含む複合構造にすることができる。このような構成のデバイスでは、透光性のある上部電極を設ける必要がある。

アノード

エレクトロルミネッセンス光（EL）をアノードを通して見る場合には、アノード103は、興味の対象となる光に対して透明か、実質的に透明である必要がある。本発明で用いられる透明なアノード用の一般的な材料は、インジウム-スズ酸化物（ITO）、インジウム-亜鉛酸化物（IZO）、スズ酸化物であるが、他の金属酸化物（例えばアルミニウムをドープした亜鉛酸化物、インジウムをドープした亜鉛酸化物、マグネシウム-インジウム酸化物、ニッケル-タングステン酸化物）も可能である。これら酸化物に加え、金属窒化物（例えば窒化ガリウム）、金属セレン化物（例えばセレン化亜鉛）、金属硫化物（例えば硫化亜鉛）をアノード103として用いることができる。EL光をカソード113だけを通して見るような用途では、アノード103の透過特性は重要でなく、あらゆる導電性材料（透明なもの、不透明なもの、反射性のもの）を使用することができる。この用途での導電性材料の例としては、金、イリジウム、モリブデン、パラジウム、白金などがある。典型的なアノード用材料は、透光性であろうとそうでなかろうと、仕事関数が4.1eV以上である。望ましいアノード用材料は、一般に適切な任意の手段（例えば蒸着、スパッタリング、化学蒸着、電気化学的手段）で堆積させる。アノードは、よく知られているフォトリソグラフィ法を利用してパターニングすることができる。場合によっては、アノードを研磨した後に他の層を付着させて表面の粗さを小さくすることで、短絡を最少にすること、または反射性を大きくすることができる。

カソード

アノード103だけを通して発光を見る場合には、本発明で使用するカソード113は、ほぼ任意の導電性材料で構成することができる。望ましい材料は優れた膜形成特性を有するため、下にある有機層との接触がよくなり、低電圧で電子の注入が促進され、優れた安定性を得ることができる。有用なカソード材料は、仕事関数が小さな（4.0eV未満）金属または合金を含んでいることがしばしばある。有用な1つのカソード材料は、アメリカ合衆国特許第4,885,221号に記載されているように、銀が1〜20％の割合で含まれたMg：Ag合金からなる。適切なカソード材料の別のクラスとして、カソードと、有機層（例えば電子輸送層（ETL））に接する薄い電子注入層（EIL）とを備える二層があり、カソードの上にはより厚い導電性金属層が被せられる。その場合、EILは、仕事関数が小さな金属または金属塩を含んでいることが好ましく、そうなっている場合には、より厚い被覆層は仕事関数が小さい必要がない。このような1つのカソードは、アメリカ合衆国特許第5,677,572号に記載されているように、LiFからなる薄い層と、その上に載るより厚いAl層からなる。アルカリ金属をドープしたETL材料（例えばLiをドープしたAlq）は、有用なEILの別の一例である。他の有用なカソード材料としては、アメリカ合衆国特許第5,059,861号、第5,059,862号、第6,140,763号などに開示されているものがあるが、これだけに限定されるわけではない。

カソードを通して発光を見る場合、カソード113は、透明であるか、ほぼ透明である必要がある。このような用途のためには、金属が薄いか、透明な導電性酸化物を使用するか、このような材料の組み合わせを使用する必要がある。光学的に透明なカソードは、アメリカ合衆国特許第4,885,211号、第5,247,190号、日本国特許第3,234,963号、アメリカ合衆国特許第5,703,436号、第5,608,287号、第5,837,391号、第5,677,572号、第5,776,622号、第5,776,623号、第5,714,838号、第5,969,474号、第5,739,545号、第5,981,306号、第6,137,223号、第6,140,763号、第6,172,459号、ヨーロッパ特許第1 076 368号、アメリカ合衆国特許第6,278,236号、第6,284,393号に、より詳細に記載されている。カソード材料は、一般に、適切な任意の方法（例えば蒸着、スパッタリング、化学蒸着）によって堆積させる。必要な場合には、よく知られた多数の方法でパターニングすることができる。方法としては、例えば、スルー・マスク蒸着、アメリカ合衆国特許第5,276,380号とヨーロッパ特許第0 732 868号に記載されている一体化シャドウ・マスキング、レーザー除去、選択的化学蒸着などがある。

正孔注入層（HIL）

正孔注入層105をアノード103と正孔輸送層107の間に設けることができる。正孔注入層は、後に続く有機層の膜形成能力を向上させ、正孔を正孔輸送層107に容易に注入できるようにする機能を持つ。正孔注入層105で使用するのに適した材料としては、アメリカ合衆国特許第4,720,432号に記載されているポルフィリン化合物や、アメリカ合衆国特許第6,208,075号に記載されているプラズマ堆積させたフルオロカーボン・ポリマーや、いくつかの芳香族アミン（例えばMTDATA（4,4',4"-トリス[(3-メチルフェニル)フェニルアミノ]トリフェニルアミン））などがある。有機ELデバイスにおいて有用であることが報告されている別の正孔注入材料は、ヨーロッパ特許第0 891 121 A1号と第1 029 909 A1号に記載されている。正孔注入層を本発明で用いることが好ましく、それはプラズマ堆積させたフルオロカーボン・ポリマーであることが望ましい。プラズマ堆積させたフルオロカーボン・ポリマーを含む正孔注入層の厚さは、0.2〜15nmの範囲が可能であり、0.3〜1.5nmの範囲であることが好ましい。

正孔輸送層（HTL）

必ずしも必要なわけではないが、OLEDデバイスに正孔輸送層が含まれていると有用であることがしばしばある。有機ELデバイスの正孔輸送層107は、少なくとも1種類の正孔輸送化合物（例えば芳香族第三級アミン）を含んでいる。芳香族第三級アミンは、炭素原子（そのうちの少なくとも1つは芳香族環のメンバーである）だけに結合する少なくとも1つの3価窒素原子を含んでいる化合物であると理解されている。芳香族第三級アミンの1つの形態は、アリールアミン（例えばモノアリールアミン、ジアリールアミン、トリアリールアミン、ポリマー・アリールアミン）である。モノマー・トリアリールアミンの例は、Klupfelらによってアメリカ合衆国特許第3,180,730号に示されている。1個以上のビニル基で置換された他の適切なトリアリールアミン、および／または少なくとも1つの活性な水素含有基を含む他の適切なトリアリールアミンは、Brantleyらによってアメリカ合衆国特許第3,567,450号と第3,658,520号に開示されている。

芳香族第三級アミンのより好ましい1つのクラスは、アメリカ合衆国特許第4,720,432号と第5,061,569号に記載されているように、少なくとも2つの芳香族第三級アミン部分を含むものである。このような化合物としては、構造式（A）で表わされるものがある。

ただし、
Q₁とQ₂は、独立に選択された芳香族第三級アミン部分であり、
Gは、炭素-炭素結合の結合基（例えば、アリーレン基、シクロアルキレン基、アルキレン基など）である。一実施態様では、Q₁とQ₂の少なくとも一方は、多環式縮合環構造（例えばナフタレン）を含んでいる。Gがアリール基である場合には、Q₁とQ₂の少なくとも一方は、フェニレン部分、ビフェニレン部分、ナフタレン部分のいずれかであることが好ましい。

構造式（A）に合致するとともに2つのトリアリールアミン部分を含むトリアリールアミンの有用な1つのクラスは、構造式（B）：

で表わされる。ただし、
R₁とR₂は、それぞれ独立に、水素原子、アリール基、アルキル基のいずれかを表わすか、R₁とR₂は、合わさって、シクロアルキル基を完成させる原子を表わし；
R₃とR₄は、それぞれ独立にアリール基を表わし、そのアリール基は、構造式（C）：

に示したように、ジアリール置換されたアミノ基によって置換されている。ただし、
R₅とR₆は、独立に選択されたアリール基である。一実施態様では、R₅とR₆のうちの少なくとも一方は、多環式縮合環構造（例えばナフタレン）を含んでいる。

芳香族第三級アミンの別のクラスは、テトラアリールジアミンである。望ましいテトラアリールジアミンとして、構造式（C）に示したように、アリーレン基を通じて結合した2つのジアリールアミノ基が挙げられる。有用なテトラアリールジアミンとしては、一般式（D）で表わされるものがある。

ただし、
それぞれのAreは、独立に選択されたアリーレン基（例えばフェニレン部分またはアントラセン部分）であり；
nは1〜4の整数であり；
Ar、R₇、R₈、R₉は、独立に選択されたアリール基である。

典型的な一実施態様では、Ar、R₇、R₈、R₉のうちの少なくとも1つは多環式縮合環構造（例えばナフタレン）である。

上記の構造式(A)、(B)、(C)、(D)のさまざまなアルキル部分、アルキレン部分、アリール部分、アリーレン部分は、それぞれ、置換されていてもよい。典型的な置換基としては、アルキル基、アルコキシ基、アリール基、アリールオキシ基、ハロゲン化物（例えばフッ化物、塩化物、臭化物）などがある。さまざまなアルキル部分とアルキレン部分は、一般に、1〜約6個の炭素原子を含んでいる。シクロアルキル部分は、3〜約10個の炭素原子を含むことができるが、一般には5個、または6個、または7個の炭素原子を含んでいる（例えばシクロペンチル環構造、シクロヘキシル環構造、シクロヘプチル環構造）。アリール部分とアリーレン部分は、通常は、フェニル部分とフェニレン部分である。

正孔輸送層は、単一の芳香族第三級アミン化合物で形成すること、またはそのような化合物の混合物で形成することができる。特に、トリアリールアミン（例えば一般式（B）を満たすトリアリールアミン）をテトラアリールアミン（例えば一般式（D）に示したもの）と組み合わせて使用することができる。有用な芳香族第三級アミンの代表例としては、以下のものがある。
1,1-ビス(4-ジ-p-トリルアミノフェニル)シクロヘキサン（TAPC）
1,1-ビス(4-ジ-p-トリルアミノフェニル)-4-メチルシクロヘキサン
1,1-ビス(4-ジ-p-トリルアミノフェニル)-4-フェニルシクロヘキサン
1,1-ビス(4-ジ-p-トリルアミノフェニル)-3-フェニルプロパン（TAPPP）
N,N,N',N'-テトラフェニル-4,4"'-ジアミノ-1,1':4',1":4",1"'-クアテルフェニル
ビス(4-ジメチルアミノ-2-メチルフェニル)フェニルメタン
1,4-ビス[2-[4-[N,N-ジ(p-トリル)アミノ]フェニル]ビニル]ベンゼン（BDTAPVB）
N,N,N',N'-テトラ-p-トリル-4,4'-ジアミノビフェニル（TTB）
N,N,N',N'-テトラフェニル-4,4'-ジアミノビフェニル
N,N,N',N'-テトラ-1-ナフチル-4,4'-ジアミノビフェニル
N,N,N',N'-テトラ-2-ナフチル-4,4'-ジアミノビフェニル
N-フェニルカルバゾール
4,4'-ビス[N-(1-ナフチル)-N-フェニルアミノ]ビフェニル（NPB）
4,4'-ビス[N-(1-ナフチル)-N-(2-ナフチル)アミノ]ビフェニル（TNB）
4,4'-ビス[N-(1-ナフチル)-N-フェニルアミノ]p-テルフェニル
4,4'-ビス[N-(2-ナフチル)-N-フェニルアミノ]ビフェニル
4,4'-ビス[N-(3-アセナフテニル)-N-フェニルアミノ]ビフェニル
1,5-ビス[N-(1-ナフチル)-N-フェニルアミノ]ナフタレン
4,4'-ビス[N-(9-アントリル)-N-フェニルアミノ]ビフェニル
4,4'-ビス[N-(1-アントリル)-N-フェニルアミノ]-p-テルフェニル
4,4'-ビス[N-(2-フェナントリル)-N-フェニルアミノ]ビフェニル
4,4'-ビス[N-(8-フルオランテニル)-N-フェニルアミノ]ビフェニル
4,4'-ビス[N-(2-ピレニル)-N-フェニルアミノ]ビフェニル
4,4'-ビス[N-(2-ナフタセニル)-N-フェニルアミノ]ビフェニル
4,4'-ビス[N-(2-ペリレニル)-N-フェニルアミノ]ビフェニル
4,4'-ビス[N-(1-コロネニル)-N-フェニルアミノ]ビフェニル
2,6-ビス(ジ-p-トリルアミノ)ナフタレン
2,6-ビス[ジ-(1-ナフチル)アミノ]ナフタレン
2,6-ビス[N-(1-ナフチル)-N-(2-ナフチル)アミノ]ナフタレン
N,N,N',N'-テトラ(2-ナフチル)-4,4"-ジアミノ-p-テルフェニル
4,4'-ビス｛N-フェニル-N-[4-(1-ナフチル)-フェニル]アミノ｝ビフェニル
2,6-ビス[N,N-ジ(2-ナフチル)アミノ]フルオレン
4,4',4"-トリス[(3-メチルフェニル)フェニルアミノ]トリフェニルアミン（MTDATA）
4,4'-ビス[N-(3-メチルフェニル)-N-フェニルアミノ]ビフェニル（TPD）。

有用な正孔輸送材料の別のクラスとして、ヨーロッパ特許第1 009 041号に記載されている多環式芳香族化合物がある。3つ以上のアミノ基を有する第三級芳香族アミン（オリゴマー材料を含む）を使用できる。さらに、ポリマー正孔輸送材料も使用できる。それは、例えば、ポリ(N-ビニルカルバゾール)（PVK）、ポリチオフェン、ポリピロール、ポリアニリン、コポリマー（例えばポリ(3,4-エチレンジオキシチオフェン)／ポリ(4-スチレンスルホネート)（PEDOT/PSSとも呼ばれる））などである。正孔輸送層が組成の異なる2つ以上のサブ層を備えることも可能である。各サブ層の組成は、上に説明した通りである。正孔輸送層の厚さは10〜500nmにできるが、50〜300nmであることが好ましい。

発光層（LEL）

発光層についてはすでに説明した。しかし2つ以上の発光層が存在することができる。存在している場合には、第2のLELは、蛍光材料またはリン光材料を含むことができる。便宜上、リン光錯体ゲスト材料を、この明細書ではリン光材料と呼ぶ。リン光材料は、一般に、1つ以上のリガンド（例えばsp²炭素とヘテロ原子を通じて金属と配位することができるモノアニオン・リガンド）を含んでいる。リガンドは、フェニルピリジン（ppy）、またはその誘導体、またはそのアナログにすることができる。有用なリン光有機金属材料のいくつかの例として、トリス(2-フェニルピリジナト-N,C^2')イリジウム(III)、ビス(2-フェニルピリジナト-N,C²)イリジウム(III)(アセチルアセトネート)、ビス(2-フェニルピリジナト-N,C^2')白金(II)などがある。好ましいことに、多数のリン光有機金属材料がスペクトルの緑色領域で発光する。すなわち510〜570nmの範囲で発光が最大になる。

リン光材料は、単独で、または他のリン光材料と組み合わせ、同じ層または異なる層で使用することができる。リン光材料と適切なホストが記載されているのは、WO 00/57676、WO 00/70655、WO 01/41512 A1、WO 02/15645 A1、アメリカ合衆国特許出願公開2003/0017361 A1、WO 01/93642 A1、WO 01/39234 A2、アメリカ合衆国特許第6,458,475 B1号、WO 02/071813 A1、アメリカ合衆国特許第6,573,651 B2号、アメリカ合衆国特許出願公開2002/0197511 A1、WO 02/074015 A2、アメリカ合衆国特許第6,451,455 B1号、アメリカ合衆国特許出願公開2003/0072964 A1、2003/0068528 A1、アメリカ合衆国特許第6,413,656 B1号、第6,515,298 B2号、第6,451,415 B1号、第6,097,147号、アメリカ合衆国特許出願公開2003/0124381 A1、2003/0059646 A1、2003/0054198 A1、ヨーロッパ特許第1 239 526 A2号、第1 238 981 A2号、第1 244 155 A2号、アメリカ合衆国特許出願公開2002/0100906 A1、2003/0068526 A1、2003/0068535 A1、日本国特開2003/073387A、2003/073388A、アメリカ合衆国特許出願公開2003/0141809 A1、2003/0040627 A1、日本国特開2003/059667A、2003/073665A、アメリカ合衆国特許出願公開2002/0121638 A1である。

IrL₃タイプとIrL₂L'タイプのシクロメタル化Ir(III)錯体（例えば緑色の光を出すfac-トリス(2-フェニルピリジナト-N,C^2')イリジウム(III)、ビス(2-フェニルピリジナト-N,C^2')イリジウム(III)(アセチルアセトネート)）の発光波長は、シクロメタル化リガンドL上の適切な位置における電子供与基または電子求引基の置換によってシフトさせること、またはシクロメタル化リガンドLのためにいろいろな複素環を選択することによってシフトさせることができる。発光波長は、補助リガンドL'を選択することによってシフトさせることもできる。赤色発光体の例は、ビス(2-(2'-ベンゾチエニル)ピリジナト-N,C^3')イリジウム(III)(アセチルアセトネート)と、トリス(2-フェニルイソキノリナト-N,C)イリジウム(III)である。青色発光体の一例は、ビス(2-(4,6-ジフルオロフェニル)-ピリジナト-N,C^2')イリジウム(III)(ピコリネート)である。

リン光材料としてビス(2-(2'-ベンゾ[4,5-a]チエニル)ピリジナト-N,C³)イリジウム(アセチルアセトネート)[Btp₂Ir(acac)]を用いた赤い電気リン光が報告されている（C. Adachi、S. Lamansky、M.A. Baldo、R.C. Kwong、M.E. Thompson、S.R. Forrest、App. Phys. Lett.、第78巻、1622〜1624ページ、2001年）。

他の重要なリン光材料としては、シクロメタル化されたPt(II)錯体であるシス-ビス(2-フェニルピリジナト-N,C^2')白金(II)、シス-ビス(2-(2'-チエニル)ピリジナト-N,C^3')白金(II)、シス-ビス(2-(2'-チエニル)キノリナト-N,C^5')白金(II)、(2-(4,6-ジフルオロフェニル)ピリジナト-N,C^2')白金(II)(アセチルアセトネート)などがある。Pt(II)ポルフィリン錯体（例えば2,3,7,8,12,13,17,18-オクタエチル-21H,23H-ポルフィン白金(II)）も有用なリン光材料である。

有用なリン光材料のさらに別の例として、3価ランタニド（例えばTb³⁺、Eu³⁺）の配位錯体がある（J. Kido他、Appl. Phys. Lett.、第65巻、2124ページ、1994年）。

リン光材料に適したホスト材料は、三重項エキシトンの輸送がホスト材料からリン光材料へと効率的になされるが、リン光材料からホスト材料へは効率的に起こりえないようなものを選択すべきである。したがってリン光材料の三重項エネルギーはホストの三重項エネルギーよりも低いことが非常に望ましい。一般に、三重項エネルギーが大きいというのは、光学的バンドギャップが大きいことを意味する。しかしホストのバンドギャップは、電荷キャリアを発光層に注入する際の許容できない障壁を作り出したり、OLEDを駆動する電圧の許容できない上昇を引き起こしたりするほど大きくなるように選択してはならない。適切なホスト材料は、WO 00/70655 A2、WO 01/39234 A2、WO 01/93642 A1、WO 02/074015 A2、WO 02/15645 A1、アメリカ合衆国特許出願公開2002/0117662に記載されている。適切なホストとしては、ある種のアリールアミン、トリアゾール、インドール、カルバゾール化合物などがある。望ましいホストの例は、4,4'-N,N'-ジカルバゾール-ビフェニル（4,4'-ビス(カルバゾル-9-イル)ビフェニルまたはCBPとしても知られる）、4,4'-N,N'-ジカルバゾール-2,2'-ジメチル-ビフェニル（2,2'-ジメチル-4,4'-ビス(カルバゾル-9-イル)ビフェニルまたはCDBPとしても知られる）、1,3-ビス(N,N'-ジカルバゾール)ベンゼン（1,3-ビス(カルバゾル-9-イル)ベンゼンとしても知られる）、ポリ(N-ビニルカルバゾール)と、これらの誘導体である。

望ましいホスト材料は連続膜を形成することができる。

正孔阻止層（HBL）

デバイスの正孔阻止層110についてはすでに説明した。しかし2つ以上のHBLが存在していると望ましい場合がある。発光層がリン光材料を含んでいる場合には、正孔阻止材料の三重項エネルギーがリン光材料の三重項エネルギーよりも大きいことがさらに望ましいが、絶対にそうでなければならないわけではない。適切な正孔阻止材料は、WO 00/70655 A2とWO 01/93642 A1に記載されている。有用な正孔阻止材料の例を2つ挙げると、バソクプロイン（BCP）とビス(2-メチル-8-キノリノラト)(4-フェニルフェノラト)アルミニウム(III)（BAlq）である。BCPの特徴的な発光は紫外領域であり、BAlqの特徴的な発光は青である。アメリカ合衆国特許出願公開2003/0068528に記載されているように、BAlq以外の金属錯体も正孔とエキシトンを阻止することが知られている。さらに、アメリカ合衆国特許出願公開2003/0175553 A1には、この目的でfac-トリス(1-フェニルピラゾラト-N,C^2')イリジウム(III)（Irppz）を用いることが記載されている。

電子輸送層（ETL）

電子輸送層についてはすでに説明した。別の実施態様では、以下に説明するように追加の電子輸送層があることが望ましかろう。

有機ELデバイスの追加の電子輸送層を形成するのに用いる望ましい薄膜形成材料は、金属キレート化オキシノイド化合物であり、その中にはオキシンそのもの（一般に8キノリノールまたは8-ヒドロキシキノリンとも呼ばれる）のキレートも含まれる。このような化合物は電子を注入して輸送するのを助け、高性能を示し、容易に薄膜の形態になる。ここで考慮するオキシノイド系化合物の例は、すでに説明した一般式（E）を満たす化合物である。

電子輸送層で用いるのに適した他の電子輸送材料として、アメリカ合衆国特許第4,356,429号に開示されているさまざまなブタジエン誘導体と、アメリカ合衆国特許第4,539,507号に記載されているさまざまな複素環式蛍光剤がある。一般式（G）を満たすベンズアゾールも有用な電子輸送材料である。トリアジンも電子輸送材料として有用であることが知られている。

電子注入層（EIL）

存在している場合の電子注入層としては、アメリカ合衆国特許第5,608,287号、第5,776,622号、第5,776,623号、第6,137,223号、第6,140,763号に記載されているものが挙げられる。電子注入層は、一般に、仕事関数が4.0eV未満の材料からなる。仕事関数が小さなアルカリ金属またはアルカリ土類金属（例えばLi、Cs、Ca、Mg）を含む薄膜を使用できる。さらに、仕事関数が小さなこれらの金属がドープされた有機材料も電子輸送層としてうまく利用することができる。その例は、LiまたはCsをドープされたAlqである。好ましい一実施態様では、電子注入層はLiFを含んでいる。実際には、電子注入層は、適切な0.1〜3.0nmの範囲の厚さに堆積された薄い層であることがしばしばある。

他の有用な有機層とデバイス構造

発光材料を正孔輸送層107に含めてよいことも従来技術で知られている。その場合には、正孔輸送材料はホストとして機能することができる。青色発光材料と黄色発光材料、またはシアン色発光材料と赤色発光材料、または赤色発光材料と緑色発光材料と青色発光材料を組み合わせることによって白色発光OLEDを作り出すため、1つ以上の層に複数の材料を添加することができる。白色発光デバイスは、例えば、ヨーロッパ特許第1 187 235号、アメリカ合衆国特許出願公開2002/0025419、ヨーロッパ特許第1 182 244号、アメリカ合衆国特許第5,683,823号、第5,503,910号、第5,405,709号、第5,283,182号に記載されており、適切なフィルタを取り付けて着色光を発生させることができる。

本発明は、例えばアメリカ合衆国特許第5,703,436号と第6,337,492号に教示されているいわゆる積層式デバイス構造で利用することができる。

有機層の堆積

上記の有機材料は、昇華を通じてうまく堆積するが、溶媒から堆積させることもできる（そのとき、場合によっては結合剤も用いて膜の形成を改善する）。材料がポリマーである場合には、溶媒堆積が通常は好ましい。昇華によって堆積させる材料は、タンタル材料からなることの多い昇華用“ボート”から気化させること（例えばアメリカ合衆国特許第6,237,529号に記載されている）や、まず最初にドナー・シートにコーティングし、次いで基板のより近くで昇華させることができる。混合材料からなる層では、別々の昇華用ボートを用いること、または材料をあらかじめ混合し、単一のボートまたはドナー・シートからコーティングすることができる。パターニングした堆積は、シャドウ・マスク、一体化シャドウ・マスク（アメリカ合衆国特許第5,294,870号）、ドナー・シートからの空間的に限定された染料熱転写（アメリカ合衆国特許第5,851,709号、第6,066,357号）、インクジェット法（アメリカ合衆国特許第6,066,357号）を利用して実現することができる。

OLEDの製造に役立つ有機材料（例えば有機正孔輸送材料や、有機エレクトロルミネッセンス成分をドープされた有機発光材料）は分子構造が比較的複雑であり分子結合力が比較的弱いため、物理蒸着の間にその有機材料が分解しないように注意する必要がある。上記の有機材料は比較的高純度で合成されて、粉末、フレーク、顆粒の形態で提供される。これまでは、このような粉末またはフレークが物理的蒸着源の中に入れられて加熱され、その有機材料の昇華または気化による蒸気が形成され、その蒸気が基板の表面に凝縮して有機層が形成されてきた。

物理蒸着において有機の粉末、フレーク、顆粒を用いる際にいくつかの問題が観察された。それは、このような粉末、フレーク、顆粒の取り扱いが難しいということである。これら有機材料は、一般に、密度が比較的小さく、特に10^-6トルの減圧状態まで排気したチェンバーの中に配置した物理的蒸着源の中に入れたとき、望ましくないことに熱伝導率が小さい。その結果、粉末、フレーク、顆粒は、加熱された蒸着源からの放射熱によってと、蒸着源の加熱された表面と直接接触している粒子またはフレークへの熱伝導によってだけ加熱される。蒸着源の加熱された表面と接触していない粉末、フレーク、顆粒は、粒子と粒子の接触面積が比較的小さいために熱伝導によって効果的に加熱されることはない。すると物理的蒸着源の中にあるこのような有機材料の加熱が不均一になる可能性がある。したがって基板の表面に蒸着によって形成される有機層が一様でなくなる可能性がある。

有機粉末を固めて固体ペレットにすることができる。昇華可能な有機材料の粉末の混合物からの複数の固体ペレットをまとめて1つの固体ペレットにすると、より取り扱いやすくなる。有機粉末を固めて固体ペレットにすることは、比較的簡単なツールを用いて実現できる。有機層を形成するため、2種類以上の非発光性有機非エレクトロルミネッセンス性成分材料か発光性エレクトロルミネッセンス性成分材料を含む混合物、または非エレクトロルミネッセンス性成分材料とエレクトロルミネッセンス性成分材料の混合物から形成された固体ペレットを物理的蒸着源の中に入れることができる。このように固めたペレットは、物理的蒸着装置で使用することができる。

本発明の1つの特徴では、有機材料からなる圧縮されたペレットからOLEDの一部となる基板の表面に有機層を形成する方法が提供される。

本発明の材料を堆積させるための好ましい1つの方法が、アメリカ合衆国特許出願公開2004/0255857とアメリカ合衆国特許出願シリアル番号第10/945,941号に記載されており、これらの文献では、異なる蒸着源を用いて本発明のそれぞれの材料を蒸発させている。好ましい第2の方法では、温度制御された材料供給路に沿って材料が計量供給されるフラッシュ蒸発を利用する。このような好ましい方法は、譲受人に譲渡された以下の特許出願に記載されている：アメリカ合衆国特許出願シリアル番号第10/784,585号、第10/805,980号、10/945,940号、第10/945,941号、第11/050,924号、第11/050,934号。この第2の方法を利用し、異なる蒸着源を用いてそれぞれの材料を蒸発させること、または固体材料を混合した後に同じ蒸着源を用いて蒸発させることができる。

封止

たいていのOLEDデバイスは、水分と酸素の一方または両方に敏感であるため、一般に不活性雰囲気（例えば窒素やアルゴン）中で、乾燥剤（例えばアルミナ、ボーキサイト、硫酸カルシウム、粘土、シリカゲル、ゼオライト、アルカリ金属酸化物、アルカリ土類金属酸化物、硫酸塩、ハロゲン化金属、過塩素酸塩）とともに密封される。封止と乾燥のための方法としては、アメリカ合衆国特許第6,226,890号に記載されている方法などがある。さらに、障壁層（例えばSiO_x、テフロン（登録商標））や、交互に積層された無機層／ポリマー層が、封止法として知られている。本発明に従って構成したELデバイスでは、これらのうちのどの密封法または封止法と乾燥法を用いてもよい。

光学的最適化

本発明のOLEDデバイスでは、発光特性の向上を望むのであれば、公知のさまざまな光学的効果を利用することが可能である。例示すると、層の厚さを最適化して光の透過を最大にすること、誘電体ミラー構造を設けること、反射性電極の代わりに光吸収性電極にすること、グレア防止または反射防止のコーティングをディスプレイの表面に設けること、偏光媒体をディスプレイの表面に設けること、カラー・フィルタ、中性フィルタ、色変換フィルタをディスプレイの表面に設けることなどがある。フィルタ、偏光装置、グレア防止用または反射防止用コーティングを、ELデバイスの上に、またはELデバイスの一部として特別に設けることができる。

本発明の実施態様は、より大きな輝度収率、より低い駆動電圧、より大きな電力効率、より長い動作寿命、製造しやすさなどの利点を提供することができる。本発明において有用なデバイスの実施態様は、広い範囲の色相を提供することができる。その中には、（マルチカラー・ディスプレイにするため直接的な、またはフィルタを通じた）白色光の発生に役立つ色相も含まれる。本発明の実施態様は、エリア照明装置も提供することができる。

本発明とその利点を以下の特別な実施例によってさらに説明する。“パーセンテージ”または“パーセント”という用語と記号“％”は、特に断わらない限り、本発明の層に含まれる全材料のうちの特定の第1の化合物または第2の化合物の体積パーセントを示す。

例１：A-37の合成

化合物（3）（化学式1）を以下のようにして調製した。窒素雰囲気下にて、アセチレン化合物（2）（2.0g、12ミリモル）をジメチルホルムアミド（DMF）（100ml）に溶かし、この溶液を0℃まで冷却した。カリウムt-ブトキシド（KBu^tO）（1.4g、12ミリモル）を添加し、得られた混合物を約15分間にわたってよく撹拌した。次に、この混合物にベンゾフェノン（1）（3.53g、30ミリモル）を添加した。0℃にて約30分間にわたって撹拌を続けた後、1時間かけて室温まで戻した。この時間が経過した後、溶液を0℃に冷却し、反応物を飽和塩化ナトリウム（20ml）で処理した。次にこの混合物を酢酸エチルで希釈し、2NのHClで洗浄し（3回）、MgSO₄上で乾燥させ、濾過し、減圧下で濃縮した。粗生成物を石油エーテルと研和すると、生成物が灰白色の固形物として得られた。化合物（3）の収量は3.0gであった。

化合物（3）（7.0g、15ミリモル）を塩化メチレン（CH₂Cl₂）（70ml）に溶かし、窒素雰囲気下で0℃にて撹拌した。この溶液にトリエチルアミン（NEt₃）（1.56ｇ、15ミリモル）を添加した後、得られた混合物を塩化メタンスルホニル（CH₃SO₂Cl）（1.92g、15ミリモル）を一滴ずつ用いて処理した。そのとき反応温度を0〜5℃の範囲に維持した。添加が終了した後、この溶液を0℃にて30分間にわたって撹拌し、次いで1時間かけて室温まで温めた。次に反応物を還流温度まで加熱し、蒸溜によって塩化メチレン溶媒を除去した。キシレン（合計で70ml）を添加することによって塩化メチレン溶媒を徐々に置換した。反応物の内部温度が80℃に達したとき、キシレン（10ml）に溶かしたコリジン（2.40g、19.82ミリモル）を10分間かけて一滴ずつ添加した。次に温度を110℃まで上昇させ、この温度を4時間にわたって維持した。この期間が経過した後、反応物を冷却し、減圧下で濃縮した。油性残留物をメタノール（70ml）とともに撹拌すると、粗生成物が得られた。この材料を濾過によって取り出し、メタノールと石油エーテルで洗浄すると、化合物A-37が明るい赤色の固形物として得られた。収量は1.5gであり、A-37の融点は300〜305℃であった。N₂キャリア・ガスを用い、この生成物を昇華（250℃、200ミリトル）によってさらに精製することができる。

例2：LUMO値とHOMO値の決定

本発明の層に含まれる第1の化合物と第2の化合物のLUMO値の比較を注意深く行なう必要がある。本発明のデバイスでは、第1の化合物だけ、または第2の化合物だけを含むデバイスで駆動電圧を低下させるには、化合物間にLUMO値の差があることが望ましい。第1の化合物は、第2の化合物よりもLUMO値が小さく（よりマイナスの値で）なければならない。

さらに、正孔阻止材料と発光層に含まれる材料のHOMO値の比較も注意深く行なう必要がある。正孔を効果的に阻止するには、LEL材料とHBL材料のHOMO値に差があることが望ましい。

LUMO値とHOMO値は、一般に、電気化学的な方法で実験的に決定される。モデルCHI660電気化学分析装置（CHインスツルメンツ社、オースチン、テキサス州）を使用して電気化学的を行なった。サイクリック・ボルタンメトリー（CV）とオスターヤング矩形波ボルタンメトリー（SWV）を利用して興味の対象となる化合物の酸化還元特性を明らかにした。ガラス状炭素（GC）からなるディスク電極（A=0.071cm²）を作用電極として使用した。GC電極は、0.05μmのアルミナ・スラリーで研磨した後、ミリ-Q脱イオン水の中で超音波洗浄し、次いでアセトンを用いてリンスし、再びミリ-Q脱イオン水の中で超音波洗浄した。電極を最終的にクリーンにして電気化学的処理によって活性化した後、使用した。白金ワイヤーを補助電極として用い、SCEを準参照電極として用いて標準的な3電極電気化学的セルを完成させた。フェロセン（Fc）を内標準（1：1アセトニトリル／トルエン、0.1MのTBAFの中で飽和カロメル電極（SCE）を基準にしてE_Fc=0.50V）として使用した。アセトニトリルとトルエンの混合物（50％/50％v/vすなわち1：1）を有機溶媒系として用いた。サポート用電解質であるテトラフルオロホウ酸テトラブチルアンモニウム（TBAF）をイソプロパノールの中で2回再結晶させ、真空下で乾燥させた。使用したどの溶媒も、含水量が極めて少ないグレードであった（水が20ppm未満）。テスト溶液を高純度窒素ガスで約5分間にわたってパージして酸素を除去し、実験中は窒素ブランケットが溶液の上部に被さった状態を維持した。すべての測定を25±1℃という周囲温度で実施した。可逆的電極プロセスまたは準可逆的電極プロセスに関してはアノード・ピーク電位（Ep, a）とカソード・ピーク電位（Ep, c）を平均することによって、または不可逆的プロセスに関しては（SWVにおける）ピーク電位に基づき、酸化還元電位を決定した。本出願に関するすべてのLUMO値とHOMO値は以下の式から計算される。

可逆的プロセスまたは準可逆的プロセスに関してSCEを基準とした正式な還元電位：
E^0' _還元 = (E_pa + E_pc)/2
E^0' _酸化 = (E_pa + E_pc)/2

Fcを基準とした正式な還元電位：
Fcに対するE^0' _還元= (SCEに対するE^0' _還元 ) - E_Fc
Fcに対するE^0' _酸化= (SCEに対するE^0' _酸化 ) - E_Fc
ただしE_Fcはフェロセンの酸化電位E_酸化である。

LUMO値とHOMO値の予想される下限：
LUMO = HOMO_Fc - (Fcに対するE^0' _還元 )
HOMO = HOMO_Fc - (Fcに対するE^0' _酸化 )
ただしHOMO_Fc（フェロセンの最高被占軌道）は-4.8eVである。

いくつかの第1の化合物と第2の化合物に関するLUMO値を表1aにリストにしてある。本発明において有用な化合物を選択するには、第1の化合物は、それと対になる第2の化合物よりもLUMO値が小さくなければならない。

表1a．代表的な材料のLUMO値

代表的な材料のHOMO値を表1bにリストにしてある。すでに説明したように、正孔阻止層で使用される材料のHOMOのエネルギー・レベルは、発光層の材料のHOMOのエネルギー・レベルよりも小さいことが望ましい。例えばELデバイスで一般に用いられる発光層は、ホストとしてのアントラセン（例えばA-10）とドーパントとしての蛍光体（例えばA-18）を含むことになろう。表1bの他の材料（特にB-4、B-5、B-6）は、このホストとドーパントの組み合わせよりもHOMO値が小さい（よりマイナスの値である）ため、他の材料は、A-10とA-18からなる発光層にとって優れた正孔阻止材料となるであろうことがわかる。

表1b．代表的な材料のHOMO値

例3：低電圧電子輸送材料の決定

いろいろな材料について単独でデバイスの電子輸送材料に組み込むことにより、その材料が低電圧電子輸送材料であるかどうかを調べた。デバイスは以下のようにして構成した。

アノードとしてインジウム-スズ酸化物（ITO）を21.5nmの厚さにコーティングしたガラス基板に対し、市販の洗剤の中で超音波処理し、脱イオン水の中でリンスし、トルエン蒸気の中で脱脂し、酸素プラズマに1分間にわたって曝露するという操作を順番に実施した。

a）プラズマ支援CHF₃堆積により、ITOの上にフルオロカーボン（CF_x）からなる正孔注入層（HIL）を1nm堆積させた。

b）次に、N,N'-ジ-1-ナフタレニル-N,N'-ジフェニル-4,4'-ジアミノビフェニル（NPB）からなる厚さが75nmの正孔輸送層（HTL）をa）の上に蒸着した。

c）次に、トリス(8-キノリノラト)アルミニウム(III)（Alq）からなる厚さ35nmの発光層（LEL）を正孔輸送層の上に堆積させた。

d）次に、テストする材料からなる電子輸送層（ETL）を発光層の上に35nm堆積させた。

e）ETLの上に厚さ0.5nmのLiF層を堆積させた。

f）LiF層の上に厚さ130nmのAl層を堆積させてカソードを形成した。

上記の順番でELデバイスの堆積が完了した。次に、このデバイスを保護するため、乾燥グローブ・ボックスの中で密封した。

低電圧電子輸送材料は、すでに説明したように電子輸送層に単独で組み込まれたとき、試験電圧が16ボルト以下になる材料である。試験電圧が13ボルト、または12ボルト、または11ボルト、または10ボルト以下の低電圧電子輸送材料が本発明の第2の化合物として望ましいが、試験電圧が9ボルト、または8ボルト以下である材料のほうが好ましい。低い駆動電圧に関してテストした材料と結果を表2に示す。

表2．低電圧電子輸送材料の例

1：B-1（Alq）を基準とした電圧

表2から、化合物A-18は低電圧電子輸送材料にはなれないことがわかる。

一実施態様では、低電圧電子輸送材料は、実施例3に示したようにして調べたときに試験電圧がAlqよりも100％を超えるほど大きくはなく、Alqよりも60％を超えるほど大きくはないことが好ましく、Alqよりも25％を超えるほど大きくはないことが望ましい。

例4：HBLのない比較用デバイス1-1と1-2の製造

ELデバイス（1-1）を以下のようにして構成した。

1．アノードとしてインジウム-スズ酸化物（ITO）を21.5nmの厚さにコーティングしたガラス基板に対し、市販の洗剤の中で超音波処理し、脱イオン水の中でリンスし、トルエン蒸気の中で脱脂し、酸素プラズマに1分間にわたって曝露するという操作を順番に実施した。

2．アメリカ合衆国特許第6,208,075号に記載されているようにしてCHF₃をプラズマ支援堆積させることにより、ITOの上に厚さ1nmのフルオロカーボン（CF_x）からなる正孔注入層（HIL）を堆積させた。

3．次に、正孔輸送材料である4,4'-ビス[N-(1-ナフチル)-N-フェニルアミノ]ビフェニル（NPB）からなる層を75nmの厚さに堆積させた。

4．次に、94％の9-(4-ビフェニル)-10-(2-ナフチル)アントラセンと、6％のNPBと、2％の2,5,8,11-テトラ-t-ブチルペリレンとに対応する厚さ20nmの発光層（LEL）を堆積させた。

5．B-1（Alq）からなる厚さ35nmの電子輸送層（ETL）をLELの上に真空蒸着した。

6．厚さ0.5nmのフッ化リチウム層をETLの上に真空蒸着した。その後、厚さ150nmのアルミニウム層を堆積させてカソード層を形成した。

上記の順番でELデバイスの堆積が完了した。次に、このデバイスを周囲環境から保護するため、乾燥グローブ・ボックスの中で密封した。

デバイス1-2は、デバイス1-1とまったく同じようにして構成したが、ETLに含まれるAlqの代わりに75％のA-16と25％のB-1（Alq）の混合物にした点が異なっていた。

このようにして形成したデバイスの効率（W/A）を20mA/cm²という動作電流でテストした。その結果を表3に示してある。デバイスの効率は、入力電流1アンペアにつきデバイスが発生させる放射束（単位はワット）である。放射束とは、デバイスが単位時間に発生させる光のエネルギーである。

各デバイスから出る光の色のCIEx、CIEy（国際証明委員会）座標も表3に示してある。実験誤差を最少にするため、各実施例に関して示した駆動電圧は、同じようにして構成した4つのデバイスを試験して得られた値の平均値である。

表3．比較用デバイス1-1と1-2のデータ、例4

1：デバイス1-1を基準にした変化
2：4つのデバイスの平均電圧

表3から、ETLで複数化合物の混合物を用いると駆動電圧が8％低下することがわかる。しかしデバイス1-1と1-2のCIEx座標を比較してわかるように、デバイスから出る光の色が大きく変化する。デバイス1-2から出る色は、デバイス1-1と同じ青ではない。

例5：デバイス2-1〜2-8の製造

一連のELデバイス（2-1〜2-8）を以下のようにして構成した。

1．アノードとしてインジウム-スズ酸化物（ITO）を21.5nmの厚さにコーティングしたガラス基板に対し、市販の洗剤の中で超音波処理し、脱イオン水の中でリンスし、トルエン蒸気の中で脱脂し、酸素プラズマに1分間にわたって曝露するという操作を順番に実施した。

2．アメリカ合衆国特許第6,208,075号に記載されているようにしてCHF₃をプラズマ支援堆積させることにより、ITOの上に厚さ1nmのフルオロカーボン（CF_x）からなる正孔注入層（HIL）を堆積させた。

3．次に、正孔輸送材料である4,4'-ビス[N-(1-ナフチル)-N-フェニルアミノ]ビフェニル（NPB）からなる層を75nmの厚さに堆積させた。

4．次に、94％の9-(4-ビフェニル)-10-(2-ナフチル)アントラセンと、6％のNPBと、2％の2,5,8,11-テトラ-t-ブチルペリレンとに対応する厚さ20nmの発光層（LEL）を堆積させた。

5．次に、正孔阻止材料からなる層（HBL）を堆積させた（材料と厚さに関しては表4aを参照）。

6．B-1（Alq）または75％のA-16と25％のB-1の混合物（材料と厚さに関しては表4aを参照）からなる電子輸送層（ETL）を正孔阻止層の上に堆積させた。

7．厚さ0.5nmのフッ化リチウム層をETLの上に真空蒸着した。その後、厚さ150nmのアルミニウム層を堆積させてカソード層を形成した。

上記の順番でELデバイスの堆積が完了した。次に、このデバイスを周囲環境から保護するため、乾燥グローブ・ボックスの中で密封した。

表4a．デバイス2-1〜2-8の材料、例5

1：TPBIは2,2',2"-(1,3,5-ベンゼントリイル)トリス[1-フェニル-1H-ベンゾイミダゾール]であり、A-10は9-(2-ナフチル)-10-(4-フェニル)フェニルアントラセンである。

このようにして形成したデバイスの効率（W/A）を20mA/cm²という動作電流でテストした。その結果を表4bに示してある。各デバイスから出る光の色のCIEx、CIEy座標も表4bに示してある。実験誤差を最少にするため、各実施例に関して示した駆動電圧は、同じようにして構成した4つのデバイスを試験して得られた値の平均値である。

表4b．デバイス2-1〜2-8の試験結果、例5

1：デバイス2-1を基準とした値
2：4つのデバイスの平均電圧

表4bに示してあるように、正孔阻止層と、望む混合化合物からなるETLをデバイスに組み込むと、優れた色特性を維持しつつ低下した電圧を得ることができる。

例6：デバイス3-1〜3-4の製造

一連のELデバイス（3-1〜3-4）を以下のようにして構成した。

1．アノードとしてインジウム-スズ酸化物（ITO）を21.5nmの厚さにコーティングしたガラス基板に対し、市販の洗剤の中で超音波処理し、脱イオン水の中でリンスし、トルエン蒸気の中で脱脂し、酸素プラズマに1分間にわたって曝露するという操作を順番に実施した。

2．アメリカ合衆国特許第6,208,075号に記載されているようにしてCHF₃をプラズマ支援堆積させることにより、ITOの上に厚さ1nmのフルオロカーボン（CF_x）からなる正孔注入層（HIL）を堆積させた。

3．次に、正孔輸送材料である4,4'-ビス[N-(1-ナフチル)-N-フェニルアミノ]ビフェニル（NPB）からなる層を75nmの厚さに堆積させた。

4．次に、94％の9-(4-ビフェニル)-10-(2-ナフチル)アントラセンと、6％のNPBと、2％の2,5,8,11-テトラ-t-ブチルペリレンとに対応する厚さ20nmの発光層（LEL）を堆積させた。

5．次に、正孔阻止材料からなる層（HBL）を堆積させた（材料と厚さに関しては表5aを参照）。

6．B-1または75％のA-16と25％のB-1の混合物（材料と厚さに関しては表5aを参照）からなる電子輸送層（ETL）を正孔阻止層の上に堆積させた。

7．厚さ0.5nmのフッ化リチウム層をETLの上に真空蒸着した。その後、厚さ150nmのアルミニウム層を堆積させてカソード層を形成した。

上記の順番でELデバイスの堆積が完了した。次に、このデバイスを周囲環境から保護するため、乾燥グローブ・ボックスの中で密封した。

表5a．デバイス3-1〜3-4の材料、例6

1：Bphenは4,7-ジフェニル-1,10-フェナントロリンまたはバソフェナントロリンである。

このようにして形成したデバイスの効率（W/A）を20mA/cm²という動作電流でテストした。その結果を表5bに示してある。各デバイスから出る光の色のCIEx、CIEy座標も表5bに示してある。実験誤差を最少にするため、各実施例に関して示した駆動電圧は、同じようにして構成した4つのデバイスを試験して得られた値の平均値である。

表5b．デバイス3-1〜3-4の試験結果、例6

1：デバイス3-1を基準とした値
2：4つのデバイスの平均電圧

表5bからわかるように、2種類の化合物の混合からなるETLと正孔阻止層の両方をデバイスに組み込むと、優れた色特性を維持しつつ低下した電圧を得ることができる。

例7：デバイス4-1と4-2の製造

デバイス4-1と4-2を以下のようにして構成した。

1．アノードとしてインジウム-スズ酸化物（ITO）を21.5nmの厚さにコーティングしたガラス基板に対し、市販の洗剤の中で超音波処理し、脱イオン水の中でリンスし、トルエン蒸気の中で脱脂し、酸素プラズマに1分間にわたって曝露するという操作を順番に実施した。

2．アメリカ合衆国特許第6,208,075号に記載されているようにしてCHF₃をプラズマ支援堆積させることにより、ITOの上に厚さ1nmのフルオロカーボン（CF_x）からなる正孔注入層（HIL）を堆積させた。

3．次に、正孔輸送材料である4,4'-ビス[N-(1-ナフチル)-N-フェニルアミノ]ビフェニル（NPB）からなる層を75nmの厚さに堆積させた。

4．次に、94％の9-(4-ビフェニル)-10-(2-ナフチル)アントラセンと、6％のNPBと、2％の2,5,8,11-テトラ-t-ブチルペリレンとに対応する厚さ20nmの発光層（LEL）を堆積させた。

5．次に、正孔阻止材料からなる層（HBL）を堆積させた（材料と厚さに関しては表6aを参照）。

6．Alqまたは75％のA-16と25％のB-1の混合物（材料と厚さに関しては表6aを参照）からなる電子輸送層（ETL）を正孔阻止層の上に堆積させた。

7．厚さ0.5nmのフッ化リチウム層をETLの上に真空蒸着した。その後、厚さ150nmのアルミニウム層を堆積させてカソード層を形成した。

上記の順番でELデバイスの堆積が完了した。次に、このデバイスを周囲環境から保護するため、乾燥グローブ・ボックスの中で密封した。

表6a．デバイス4-1と4-2の材料、例7

1：BCPは2,9-ジメチル-4,7-ジフェニル-1,10-フェナントロリンまたはバソクプロインである。

このようにして形成したデバイスの効率（W/A）を20mA/cm²という動作電流でテストした。その結果を表6bに示してある。各デバイスから出る光の色のCIEx、CIEy座標も表6bに示してある。

70℃の温度に維持したチェンバーの中にデバイスを入れた状態で100時間の期間にわたって20mA/cm²の電流密度で動作させることにより、各デバイスの動作安定性を調べた。安定性の結果を、試験前の初期輝度に対する試験後のデバイスの輝度出力の割合として表6bに示してある。

表6b．デバイス4-1と4-2の試験結果、例7

1：デバイス4-1を基準とした変化
2：4つのデバイスの平均電圧
3：100時間後の相対的残留輝度（％）

表6bから、本発明のデバイスは比較用デバイス4-1と比べて電圧が低下していることがわかる。本発明のデバイスは安定性も改善されている。

この明細書で言及した特許文献と刊行物の全内容は、参考としてこの明細書に組み込まれているものとする。本発明をいくつかの好ましい実施態様を特に参照して詳細に説明してきたが、本発明の精神と範囲を外れることなく、さまざまな変更や修正を施しうることが理解されよう。

本発明によるデバイスの一実施態様の概略断面図である。

符号の説明

101 基板
103 アノード
105 正孔注入層（HIL）
107 正孔輸送層（HTL）
109 発光層（LEL）
110 正孔阻止層（HBL）
111 電子輸送層（ETL）
112 電子注入層（EIL）
113 カソード
150 電圧／電流源
160 導電体

Claims (21)

1. カソードと、電子輸送層（ETL）と、蛍光材料を含む発光層（LEL）と、正孔輸送層（HTL）と、アノードをこの順番で備えていて、ETLが、複数化合物の混合物として第1の化合物と少なくとも1種類の第2の化合物を含んでおり、正孔阻止層（HBL）がLELのカソード側に隣接して存在しているOLEDデバイス。
2. 複数化合物の上記混合物が、
   a）発光層内の全化合物の中で最低のLUMO値を持ち、その発光層の10体積％以上かつ100体積％未満の量である第1の化合物と；
   b）低電圧電子輸送材料であり、第1の化合物よりも大きなLUMO値を持ち、合計量が発光層の90体積％以下かつ0体積％超である少なくとも1種類の第2の化合物を含む、請求項1に記載のOLEDデバイス。
3. 第1の化合物が50〜90体積％の量で存在している、請求項1に記載のOLEDデバイス。
4. 第1の化合物のLUMO値が-2.60eV以下である、請求項1に記載のOLEDデバイス。
5. 第1の化合物が多環式芳香族炭化水素である、請求項1に記載のOLEDデバイス。
6. 第1の化合物が、一般式（1）：
   

   

   で表わされる（ただし、
   R¹、R²、R³、R⁴、R⁵、R⁶、R⁷、R⁸、R⁹、R¹⁰、R¹¹、R¹²は、水素と置換基からなるグループの中から独立に選択され；
   どの置換基も、合わさってさらに縮合環を形成することができる）、請求項1に記載のOLEDデバイス。
7. 第1の化合物が、一般式（2）：
   

   

   で表わされる（ただし、
   R₁とR₄は同じ置換基を表わし、どちらも水素ではなく；
   R₂とR₃は水素または置換基を表わし；
   Ar¹とAr⁴は同じ芳香族基を表わし；
   Ar²とAr³は同じ芳香族基を表わす）、請求項1に記載のOLEDデバイス。
8. 第1の化合物が、一般式（3）：
   

   

   で表わされる（ただし、
   W¹〜W¹⁰は、独立に、水素または独立に選択された置換基を表わし、隣り合った2つの置換基が合わさって環を形成することができる）、請求項1に記載のOLEDデバイス。
9. 第2の化合物の試験電圧がAlqの試験電圧よりも60％を超えるほど大きくはない、請求項1に記載のOLEDデバイス。
10. 第2の化合物が、一般式（4）：
    

    

    で表わされる（ただし、
    Mは金属であり；
    nは1〜4の整数であり；
    それぞれのZ^aとZ^bは、独立に、芳香族環を完成させるのに必要な原子群を表わす）、請求項1に記載のOLEDデバイス。
11. 第2の化合物が1価の金属を含む、請求項1に記載のOLEDデバイス。
12. 第2の化合物が2価の金属を含む、請求項1に記載のOLEDデバイス。
13. 第2の化合物が、一般式（4a）：
    (M^a)_p(Q)_p （4a）
    で表わされる（ただし、
    M^aは1価の金属を表わし；
    Qは二座リガンドを表わし；
    pは整数である）、請求項1に記載のOLEDデバイス。
14. 第2の化合物が、一般式（5）：
    

    

    で表わされる（ただし、
    Mは金属であり；
    Lは芳香族基を表わし；
    それぞれのZ^cとZ^dは、独立に、芳香族環基を完成させるのに必要な原子群を表わす）、請求項1に記載のOLEDデバイス。
15. 第2の化合物が、一般式（6）、一般式（7）、一般式（8）、一般式（9）のいずれか：
    

    

    で表わされる（ただし、
    Zは、O、NR₂₉、Sのいずれかであり；
    R₁₇、R₁₈、R₁₉、R₂₀、R₂₁、R₂₂、R₂₃、R₂₄は、水素または置換基であり、どの置換基も、合わさってさらに縮合環を形成することができ；
    R₂₅、R₂₆、R₂₇、R₂₈は、水素または置換基を表わし；
    R₂₉は置換基を表わし；
    R₃₀、R₃₁、R₃₂は、水素または置換基を表わすか、縮合炭素環基または複素環基を完成させるのに必要な原子群であり；
    R₃₃は、水素または置換基を表わし；
    Yは、アルキル基またはアリール基を含んでいて複数の複素環を互いに結合させる結合単位であり；
    kは1〜4の整数であり；
    mは3〜8の整数である）、請求項1に記載のOLEDデバイス。
16. 上記正孔阻止層が、一般式（3）：
    

    

    で表わされる化合物を含む（ただし、
    W¹〜W¹⁰は、独立に、水素または独立に選択された置換基を表わし、隣り合った2つの置換基が合わさって環を形成することができる）、請求項1に記載のOLEDデバイス。
17. 上記正孔阻止層が、一般式（4）：
    

    

    で表わされる化合物を含む（ただし、
    Mは金属であり；
    nは1〜4の整数であり；
    それぞれのZ^aとZ^bは、独立に、芳香族環を完成させるのに必要な原子群を表わす）、請求項1に記載のOLEDデバイス。
18. 上記正孔阻止層が、一般式（5）：
    

    

    で表わされる化合物を含む（ただし、
    Mは金属であり；
    Lは芳香族基を表わし；
    それぞれのZ^cとZ^dは、独立に、芳香族環を完成させるのに必要な原子群を表わす）、請求項1に記載のOLEDデバイス。
19. 上記正孔阻止層が、一般式（7）：
    

    

    で表わされる化合物を含む（ただし、
    mは3〜8の整数であり；
    Zは、O、NR₂₉、Sのいずれかであり；
    R₂₅、R₂₆、R₂₇、R₂₈は、水素または置換基を表わし；
    R₂₉は置換基を表わし；
    Yは、アルキル基またはアリール基を含んでいて複数の複素環を互いに結合させる結合単位である）、請求項1に記載のOLEDデバイス。
20. 上記蛍光材料が、ペリレン基、ジスチリルベンゼン基、ジスチリルビフェニル基、ルブレン基のいずれかを含む、請求項1に記載のOLEDデバイス。
21. 上記ETLが、第1の化合物と、第2の化合物と、仕事関数が4.2eV未満の金属をベースとした金属材料とを含む、請求項1に記載のOLEDデバイス。

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