JP2014096572A - 電界発光素子 - Google Patents
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Abstract
【課題】多環芳香族化合物の強い蛍光強度を活かした、高効率な電界発光素子特性を提供する。
【解決手段】強い電子トラップ性を持つ多環芳香族化合物を発光ドーパントに用い、かつ正孔輸送層と発光層との界面の正孔注入障壁を低下させる事で、電子トラップタイプの電界発光素子に最適な条件を作り出し、高効率な電界発光素子を実現する。特に、正孔と電子の両キャリアの再結合を促進させるため、発光層におけるキャリアトラップ性を十分に高めることが極めて重要である。
【選択図】図１
【解決手段】強い電子トラップ性を持つ多環芳香族化合物を発光ドーパントに用い、かつ正孔輸送層と発光層との界面の正孔注入障壁を低下させる事で、電子トラップタイプの電界発光素子に最適な条件を作り出し、高効率な電界発光素子を実現する。特に、正孔と電子の両キャリアの再結合を促進させるため、発光層におけるキャリアトラップ性を十分に高めることが極めて重要である。
【選択図】図１
Description
本発明は、電界発光素子に関するものである。
電界発光素子は、例えば、数Ｖから数十Ｖ程度の低電圧で発光が可能であり、また、蛍光性有機化合物の種類を選択することにより種々の色の発光が可能なことから、様々な発光素子、表示素子等への応用が期待されている。
このような電界発光素子には、一般的に発光材料として蛍光強度が非常に強い化合物が用いられる。例えば、こうした材料の一つとして、特許文献１、特許文献２に開示された材料が挙げられるが、発光材料の特性を活かした強い発光強度を得るためには、材料の基本骨格に最も相応しい置換基を選択した構造設計をする必要がある。
同時に電界発光素子として高い発光輝度を得るためには、素子を構成する各層の特性を考慮しなければならない。特に、正孔と電子の両キャリアの再結合を促進させるため、発光層におけるキャリアトラップ性を十分に高めることが極めて重要である。
そこで本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、基本骨格に最適な置換基が選定された発光材料と、発光材料の特性を最大限に活かせる素子構成とを組み合わせることで、高い発光輝度を持つ電界発光素子を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、本発明は、陽極および陰極からなる一対の電極間に、ホスト材料および一般式（Ｉ）で表される発光ドーパントを含む少なくとも１層の発光層と、前記発光層に隣接する正孔輸送層を有し、前記正孔輸送層を形成する正孔輸送材料の仕事関数（Ｗｆ（ＨＴＭ））と前記ホスト材料の仕事関数（Ｗｆ（ｈｏｓｔ））との関係が、｜Ｗｆ（ｈｏｓｔ）｜−｜Ｗｆ（ＨＴＭ）｜≦０．２ｅＶとなることを特徴とする電界発光素子を提供する。
（一般式（Ｉ）におけるＡは多環芳香族化合物である。Ｌは多環芳香族化合物とシアノ基を結ぶ連結基であり、置換または無置換のアリール基、置換または無置換の複素環基を示す。ｍ、ｎ、ｘは価数を表し、１〜１０の何れかの整数である。）
シアノ基を連結したアリール基、あるいはシアノ基を連結した複素環基は強い電子受容性を示し、多環芳香族化合物を主骨格とする発光ドーパントに強い電子トラップ能力を付与することができる。この結果、十分な電子トラップ準位が形成され、注入された電子は発光ドーパント上にトラップされることとなる。
一方で正孔輸送層から発光層への注入障壁を０．２ｅＶ以下とすることで、正孔注入をスムーズに行うことが可能となる。この結果、電子をトラップした発光ドーパントへ滞りなく正孔を輸送することが可能となり、発光ドーパント中で効率良く再結合を起こすことが可能となる。正孔輸送層から発光層への正孔注入障壁が大きい場合には、電子は発光ドーパントにより発光層の陰極側に、正孔は正孔輸送層と発光層との界面（発光層の陽極側）にそれぞれ離れてトラップされ、再結合が困難になる。また、シアノ基と多環芳香族化合物との間に連結器を設けることで多環芳香族化合物が元来有する蛍光強度を損なったり、スペクトル形状を大きく変化させるといった悪影響を避けることが可能である。これら一連の結果により、多環芳香族化合物由来の強い蛍光強度を有する、高効率な電界発光素子を得ることが可能となる
また本発明の電界発光素子は、一般式（Ｉ）で表される発光ドーパントの電子親和力Ｅａ（ｄｏｐａｎｔ）とホスト材料の電子親和力Ｅａ（ｈｏｓｔ）との関係が、｜Ｅａ（ｄｏｐａｎｔ）｜−｜Ｅａ（ｈｏｓｔ）｜≧０．１５ｅＶである。
一般式（Ｉ）の化合物は電子親和力の大きな化合物ではあるが、発光層中での電子トラップ能力はホスト材料との比較で決まるため、組み合わせるホスト材料によっては十分な電子トラップ能力を発揮することができない。十分な発光を得るには、少なくとも０．１５ｅＶ以上のトラップ準位を形成できるホスト材料の選択が必要である。
また本発明の電界発光素子では、一般式（Ｉ）における多環芳香族Ａが、下記化合物群の何れかである。
（構造式Ａ−１〜Ａ−３１において、Ｘｎは置換基であり、少なくとも一箇所は連結器Ｌを介してシアノ基と連結している。残りのＸｎは水素原子、置換または無置換のアリール基、置換または無置換の複素環基、置換または無置換のアルキル基、アルコキシ基、芳香族アミノ基、シリル基、チオール基、ニトロ基、ヒドロキシル基、ハロゲン原子等から選ばれるが、通常は水素原子、あるいは炭素数６〜２０の置換または無置換のアリール基である。ただし、ＸｎはＸ１からＸ１８の何れかである。）
（構造式Ａ−１〜Ａ−３１において、Ｘｎは置換基であり、少なくとも一箇所は連結器Ｌを介してシアノ基と連結している。残りのＸｎは水素原子、置換または無置換のアリール基、置換または無置換の複素環基、置換または無置換のアルキル基、アルコキシ基、芳香族アミノ基、シリル基、チオール基、ニトロ基、ヒドロキシル基、ハロゲン原子等から選ばれるが、通常は水素原子、あるいは炭素数６〜２０の置換または無置換のアリール基である。ただし、ＸｎはＸ１からＸ１８の何れかである。）
これらの多環芳香族化合物は蛍光強度が強く、可視光領域の発光が可能な他、合成が容易な化合物群である。
また、本発明の電界発光素子では、陽極から正孔輸送層に至るまでの何れかの有機層の少なくとも一部分が、電子アクセプターとして機能する無機化合物、あるいは有機化合物によりドーピングされている。
このような無機化合物、あるいは有機化合物は、接する有機物から電子を引き抜くことで正孔を発生させることができる。この結果、陽極から発光層に正孔を注入するまでの注入障壁を著しく低下することができ、本発明の電子トラップタイプの電界発光素子により好ましい状況とすることができる。
本発明によれば、高い発光強度を持つ電界発光素子を提供することができる。
本発明の実施の形態による素子について図１を参照しながら説明する。図１に示すように、電界発光素子１は、基板２上に、陽極３、正孔注入層４、正孔輸送層５、発光層６、電子輸送層７、電子注入層８、陰極９を順次有する。
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がある。なお、基板２は、不透明な材料から形成されていてもよい。この場合は、基板２の反対側から光を取り出す素子構造とすればよい。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。
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、ＩＴＯ（インジウム・ティン・オキサイド）、ポリチオフェン、ポリピロールなどがある。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。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。
正孔注入層４および正孔輸送層５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、発光層６に正孔を注入する機能、および電子が発光層６から正孔輸送層５に注入されるのを妨げる機能を有する化合物を含有する層である。正孔注入層４および正孔輸送層５は、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、チオフェンおよびその誘導体、カルバゾール誘導体、アントラセン誘導体などの炭化水素化合物などを少なくとも１種用いて形成することができる。なお、正孔注入層４としての機能と正孔輸送層５としての機能を単体でもつ材料であれば、正孔注入輸送層として１層で２層分の機能を果たすことができる。逆に、正孔注入層４または正孔輸送層５を２層以上の複数層にて形成することもできる。
本発明の電界発光素子では、正孔輸送層５から発光層６への正孔注入に特に注意する必要があり、正孔輸送層５を形成する正孔輸送材料の仕事関数（Ｗｆ（ＨＴＭ））と一般式（Ｉ）で表される発光ドーパントを含むホスト材料の仕事関数（Ｗｆ（ｈｏｓｔ））との関係が、｜Ｗｆ（ｈｏｓｔ）｜−｜Ｗｆ（ＨＴＭ）｜≦０．２ｅＶである必要がある。正孔輸送層５から発光層６への正孔注入障壁が大きい場合には、電子は発光ドーパントにより発光層の陰極側に、正孔は正孔輸送層５と発光層６との界面（発光層の陽極側）にそれぞれ離れてトラップされ、再結合が困難になる。特に｜Ｅａ（ｄｏｐａｎｔ）｜−｜Ｅａ（ｈｏｓｔ）｜≧｜Ｗｆ（ｈｏｓｔ）｜−｜Ｗｆ（ＨＴＭ）｜となる条件が好ましい。このような条件では、発光ドーパントの電子トラップ能力が正孔輸送層５と発光層６との界面の正孔トラップ能力に勝る為、発光層に十分な正孔が供給される事になる。｜Ｗｆ（ｈｏｓｔ）｜−｜Ｗｆ（ＨＴＭ）｜の値が０ｅＶ以下である場合は正孔注入障壁が無い状態であるので、下限値としての制限は本来無い。しかしながら、あまりに小さな値の場合は｜Ｅａ（ｈｏｓｔ）｜−｜Ｅａ（ＨＴＭ）｜の値が負に転じ、正孔輸送層５の機能の一つである発光層６中の電子が正孔輸送層５に注入されるのを防ぐ機能が損なわれることになる。よって実際には−０．６ｅＶ≦｜Ｗｆ（ｈｏｓｔ）｜−｜Ｗｆ（ＨＴＭ）｜≦０．２ｅＶであることが好ましい。
正孔輸送層５が複数の材料から形成された混合物である場合は、混合物中で最大の仕事関数を持つ材料の仕事関数（Ｗｆ（ＨＴＭ）ｍａｘ）からの注入について考えればよい。逆に、発光層６が複数のホスト材料から形成された混合物である場合は、混合物中で最小の仕事関数（Ｗｆ（ｈｏｓｔ）ｍｉｎ）をもつ材料への注入について考えればよい。このような場合は、｜（Ｗｆ（ｈｏｓｔ）ｍｉｎ）｜−｜（Ｗｆ（ＨＴＭ）ｍａｘ）｜≦０．２ｅＶであればよい。
このような条件を満たす正孔輸送層５としてはモノアミン誘導体やカルバゾール誘導体、アントラセン誘導体などの炭化水素系の材料が好ましく用いられる。カルバゾール誘導体や炭化水素系の材料など高い仕事関数をもつ材料を正孔輸送層５に用いると、陽極３から正孔注入層４、あるいは正孔輸送層５への正孔注入障壁、あるいは正孔注入層４から正孔輸送層５への正孔注入障壁が高くなるが、電子アクセプターとして機能する無機化合物、あるいは有機材料を正孔注入層４や正孔輸送層５の一部にドーピング、あるいは正孔注入層４や正孔輸送層５の界面に薄膜として使用することで正孔を発生させることができ、実質的なホール注入障壁を下げる事ができる。
このような無機化合物としては、塩化アンチモン、酸化バナジウム、酸化ルテニウム、酸化タングステン、酸化亜鉛、酸化錫、酸化鉄、酸化モリブデン等を用いることができるが、酸化モリブデンが特に好ましい。また、このような有機材料としてはヘキサシアノアザトリフェニレンやその誘導体を用いることができる。
特に、製造プロセスの簡略化や同一材料を使用することによるコストダウンという意味では、発光層６のホスト材料と同一の材料を正孔輸送層５や正孔注入層４に用いることが好ましい。同一材料であるために、正孔輸送層５から発光層６への注入障壁は０ｅＶとなり、電子トラップ性の電界発光素子にとって非常に都合が良い。この場合も、電子アクセプター機能を有する無機化合物、あるいは有機化合物を用いて正孔注入層４等にドーピング等の処理を行うことで、陽極３から正孔輸送層５に至るまでの実質的なホール注入障壁を下げる事ができる。
発光層６は、注入された正孔（ホール）および電子の輸送機能、正孔と電子の再結合により励起子を生成させる機能を有する化合物を含有する層である。本発明における下記一般式（Ｉ）で表される化合物は発光層６において、発光ドーピング材料として用いるのが好ましい。
（一般式（Ｉ）におけるＡは多環芳香族化合物である。Ｌは多環芳香族化合物とシアノ基を結ぶ連結基であり、置換または無置換のアリール基、置換または無置換の複素環基を示す。ｍ、ｎ、ｘは価数を表し、１〜１０の何れかである。）
多環芳香族化合物は、蛍光強度の非常に強い化合物であり、発光材料の中心骨格として有望な材料である。多環芳香族化合物Ａとしては、基本的には全ての多環芳香族化合物を用いることができるが、化４に示した化合物群の何れかが、蛍光強度、可視光領域の発光が可能なこと、合成が容易であることなどの点で好ましい。特に、フルオレンやフルオランテンのような５員環を含む多環芳香族化合物は、５員環の影響により元々若干の電子受容性を持っているため、電子トラップ性の発光材料の母骨格としてより好ましい材料である。また、下記化合物の二量体、三量体等の多量体や、異なる化合物同士でクロスカップリングした化合物もＡとして用いることができる。
構造式Ａ−１〜Ａ−３１において、Ｘｎの少なくとも一箇所は連結器Ｌを介してシアノ基と連結している。残りのＸｎは水素原子、置換または無置換のアリール基、置換または無置換の複素環基、置換または無置換のアルキル基、アルコキシ基、芳香族アミノ基、シリル基、チオール基、ニトロ基、ヒドロキシル基、ハロゲン原子等から選ばれるが、通常は水素原子、あるいは炭素数６〜２０の置換または無置換のアリール基である。
ｍは多環芳香族化合物Ａの価数であり、１〜１０の範囲で選択できるが、材料の溶解性等を考慮すれば、通常は１〜４程度である。
Ｌは多環芳香族化合物Ａとシアノ基を結ぶ連結基であり、シアノ基の強い電子受容性の影響を調整する機能を有する基で、置換または無置換のアリーレン基、あるいは置換または無置換の複素環基から適宜選択することが出来る。アリーレン基の具体例としては、フェニレン基、ナフチレン基、アントラニレン基、フェナンスリレン基、ピレニレン基、ビフェニレン基、ターフェニレン基等が挙げられる。通常はフェニレン基が好ましいが、電子受容性が強い場合には、ナフチレン基やビフェニレン基に変更すればよい。複素環基の具体例としては、ピラゾール、ピラゾリン、イミダゾール、オキサゾール、チアゾール、オキサジアゾール、トリアゾール、チアジアゾール、ピリジン、ピリダジン、ピリミジン、ピラジン、トリアジン、ベンゾイミダゾール、ベンゾチアゾール、ベンゾオキサゾール、プリン、キノリン、イソキノリン、シンノリン、キノキサリン、アクリジン、フェナントロリン、イミダゾピリジン、イミダゾピリミジン、フラン、ベンゾフラン、チオフェン、ベンゾチオフェン等を用いる事が出来る。複素環基の場合も、通常はピリジン、ピリミジンやフラン、チオフェンといった単環の化合物が好ましいが、電子受容性に応じて適宜変更することができる。
ｎは連結基Ｌに対するシアノ基の価数で、通常は１〜５の範囲であり、合成の容易さという点では１〜３であることが好ましい。
ｘは多環芳香族Ａに対するシアノ基で置換された連結基Ｌの価数であり、通常は１〜６の範囲である。
以下に、Ａ−１で表される多環芳香族を用いた、一般式（Ｉ）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。
以下に、Ａ−２で表される多環芳香族を用いた、一般式（Ｉ）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。
以下に、Ａ−３で表される多環芳香族を用いた、一般式（Ｉ）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。
以下に、Ａ−４で表される多環芳香族を用いた、一般式（Ｉ）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。
以下に、Ａ−５で表される多環芳香族を用いた、一般式（Ｉ）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。
以下に、Ａ−６で表される多環芳香族を用いた、一般式（Ｉ）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。
以下に、Ａ−７で表される多環芳香族を用いた、一般式（Ｉ）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。
以下に、Ａ−８で表される多環芳香族を用いた、一般式（Ｉ）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。
以下に、Ａ−９で表される多環芳香族を用いた、一般式（Ｉ）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。
以下に、Ａ−１０で表される多環芳香族を用いた、一般式（Ｉ）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。
以下に、Ａ−１１で表される多環芳香族を用いた、一般式（Ｉ）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。
以下に、Ａ−１２で表される多環芳香族を用いた、一般式（Ｉ）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。
以下に、Ａ−１３で表される多環芳香族を用いた、一般式（Ｉ）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。
以下に、Ａ−１４で表される多環芳香族を用いた、一般式（Ｉ）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。
以下に、Ａ−１５で表される多環芳香族を用いた、一般式（Ｉ）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。
以下に、Ａ−１６で表される多環芳香族を用いた、一般式（Ｉ）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。
以下に、Ａ−１７で表される多環芳香族を用いた、一般式（Ｉ）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。
以下に、Ａ−１８で表される多環芳香族を用いた、一般式（Ｉ）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。
以下に、Ａ−１９で表される多環芳香族を用いた、一般式（Ｉ）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。
以下に、Ａ−２０で表される多環芳香族を用いた、一般式（Ｉ）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。
以下に、Ａ−２１で表される多環芳香族を用いた、一般式（Ｉ）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。
以下に、Ａ−２２で表される多環芳香族を用いた、一般式（Ｉ）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。
以下に、Ａ−２３で表される多環芳香族を用いた、一般式（Ｉ）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。
以下に、Ａ−２４で表される多環芳香族を用いた、一般式（Ｉ）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。
以下に、Ａ−２５で表される多環芳香族を用いた、一般式（Ｉ）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。
以下に、Ａ−２６で表される多環芳香族を用いた、一般式（Ｉ）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。
以下に、Ａ−２７で表される多環芳香族を用いた、一般式（Ｉ）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。
以下に、Ａ−２８で表される多環芳香族を用いた、一般式（Ｉ）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。
以下に、Ａ−２９で表される多環芳香族を用いた、一般式（Ｉ）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。
以下に、Ａ−３０で表される多環芳香族を用いた、一般式（Ｉ）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。
以下に、Ａ−３１で表される多環芳香族を用いた、一般式（Ｉ）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。
一般式（Ｉ）の化合物を発光ドーパントとして用いる場合、 ホスト化合物に対する含有量は通常０．０１〜２０ｗｔ％、さらには０．１〜１５ｗｔ％であることが好ましい。
発光ドーピング材料である一般式（Ｉ）とともに発光層６を形成するホスト材料としては、トリス（８−キノリノラト）アルミニウム等の有機金属錯体、ナフタレン、アントラセン、ナフタセン、ピレン、ペリレン等の炭化水素化合物誘導体の他、カルバゾールやチオフェン、フラン等の複素環誘導体やトリアリールアミン誘導体等を用いる事も出来る。
本発明の一般式（Ｉ）で表される発光ドーピング材料は、電子受容性に優れており、電子トラップ性ドーピング材料として機能するが、組み合わせるホスト材料によっては十分な電子トラップ性を発揮できない場合がある。この為、発光ドーピング材料である一般式（Ｉ）で表される化合物の電子親和力Ｅａ（ｄｏｐａｎｔ）とホスト材料の電子親和力Ｅａ（ｈｏｓｔ）との関係が、｜Ｅａ（ｄｏｐａｎｔ）｜−｜Ｅａ（ｈｏｓｔ）｜≧０．１５ｅＶである必要がある。このような条件を満たすホスト材料としては炭化水素化合物や複素環誘導体、トリアリールアミン誘導体等が好ましいが、トリアリールアミン誘導体と一般式（Ｉ）で表される化合物とはエキサイプレックスを形成しやすいため、炭化水素化合物や複素環誘導体の使用が特に好ましい。
ホスト材料が複数の材料から形成された混合物である場合は、混合物中で最小の電子親和力を持つ材料の電子親和力（Ｅａ（ｈｏｓｔ）ｍｉｎ）について考えればよい。逆に、発光ドーパントに複数の材料が用いられている場合は、その中で最大の電子親和力を持つ材料の電子親和力（Ｅａ（ｄｏｐａｎｔ）ｍａｘ）について考えればよい。このような場合は、｜Ｅａ（ｄｏｐａｎｔ）ｍａｘ｜−｜Ｅａ（ｈｏｓｔ）ｍｉｎ｜≧０．１５ｅＶであればよい。
一般式（Ｉ）における多環芳香族化合物Ａの構造がＡ−１〜Ａ−１２、あるいはＡ−１９〜Ａ−２１、あるいはＡ−２７〜Ａ−３１の場合は、アントラセン誘導体がホスト材料として特に良好である。アントラセンは、安定である他、青〜緑色の発光素子に適当なエネルギーギャップを持つ為である。以下にアントラセン誘導体の具体例を示す。
一般式（Ｉ）における多環芳香族化合物Ａの構造がＡ−１３〜Ａ−１５、あるいはＡ−２２〜Ａ−２６の場合は、ナフタセン誘導体がホスト材料として特に良好である。ナフタセンでは、緑色よりも長波長の発光材料を用いた素子設計が可能である。また、ナフタセンは仕事関数の値が小さく、一般的な正孔輸送材料であるトリアリールアミン誘導体を正孔輸送層５に用いた場合でも発光層６へのホール注入障壁を 低くする事が出来る。発光層６と正孔輸送層５との界面で正孔をトラップする事が無い為、電子トラップ材料には最良のホスト材料である。以下にナフタセン誘導体の具体例を示す。
一般式（Ｉ）における多環芳香族化合物Ａの構造がＡ−１６〜Ａ−１８のタイプの場合は、カルバゾール誘導体がホスト材料として特に良好である。以下にカルバゾー誘導体の具体例を示す。
発光層６には、さらにその他の化合物を含有させても良い。キャリア輸送材量を混ぜる事で発光層のキャリア輸送性を調節できる他、蛍光色素を混ぜる事で発光色を変換して使用することができる。このような化合物としては、例えば、キナクリドン、ルブレン、スチリル系色素等の色素化合物、トリス（８−キノリノラト）アルミニウム等の８キノリノールないしその誘導体を配位子とする金属錯体色素などのキノリン誘導体、テトラフェニルブタジエン、アントラセン、ペリレン、コロネン、１２−フタロペリノン誘導体、フェニルアントラセン誘導体、テトラアリールエテン誘導体、トリフェニルアミン誘導体等が挙げられる。
電子輸送層７は、注入された電子を輸送する機能および発光層６から正孔が注入されるのを妨げる機能を有するものである。電子輸送層７は、トリス（８−キノリノラト）アルミニウム等の８−キノリノールなしいその誘導体を配位子とする有機金属錯体、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、ピリジン誘導体、ピリミジン誘導体、イミダゾピリジン誘導体、イミダゾピリミジン誘導体、フェナントロリン誘導体等の複素環化合物、アントラセンやナフタセン、フルオランテン、アセナフトフルオランテン等の炭化水素誘導体等を少なくとも１種用いて形成することができる。
電子注入層８は、陰極９からの電子の注入を容易にする機能の他、陰極９との密着性を高め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８−キノリノールなしいその誘導体を配位子とする有機金属錯体、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、ピリジン誘導体、ピリミジン誘導体、イミダゾピリジン誘導体、イミダゾピリミジン誘導体、フェナントロリン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。本発明の一般式（Ｉ）で表される化合物を発光ドーパントとして用いる場合には、イミダゾピリジン誘導体、イミダゾピリミジン誘導体、フェナントロリン誘導体、ピリジン誘導体などのより電子注入能力が高い材料を使用することが特に好ましい。具体的には、特開２００１−６８７７、特開２００４−２２９７などに開示されている材料群が好ましい。電子トラップ型の素子では、より電子注入量が多い条件で、より高効率となる為である。また、電子注入層８と電子輸送層７の機能を併せ持つ材料を用いる事で、電子注入輸送層として単層で二層分の機能を果たす事ができる。素子構成によっては電子注入層８や電子輸送層７を更に機能分離した形態で使用することもできる。
また、電子ドナーとして機能する無機化合物を電子注入層８にドーピングする手法も電子注入量の向上に有効である。電子注入層８中の有機化合物が電子ドナーにより還元されることで、電子注入層８中にキャリアが発生し、陰極からの電子注入障壁を無視できるようになるためである。この場合は、トリス（８−キノリノラト）アルミニウム等の通常の電子注入材料に加えて、アントラセン等の炭化水素材料を用いることもできる。電子ドナーとして機能する無機化合物としては、リチウム、ナトリウム、カリウム等のアルカリ金属、およびその酸化物やハロゲン化物、あるいはカルシウム、マグネシウム等のアルカリ土塁金属、およびその酸化物やハロゲン化物等を用いることが好ましい。
陰極９は、比較的仕事関数の小さい金属およびその塩、合金、または電気電導性化合物を電極構成物質として使用することができる。例えば、金属として、リチウム、ナトリウム、カルシウム、マグネシウム、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、酸化物として酸化リチウム、酸化ナトリウム、酸化カルシウム、酸化マグネシウム、弗化物として、弗化リチウム、弗化ナトリウム、弗化カルシウム、弗化マグネシウム、合金として、リチウム−インジウム合金、ナトリウム−カリウム合金、マグネシウム−銀合金、マグネシウム−インジウム合金、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、電気電導性化合物としてグラファイト薄膜等を挙げることができる。
これらの電極構成物質は、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９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、電子注入層８の上に形成することができる。また、陰極９は一層構造であっても、多層構造であってもよい。なお、電界発光素子の発光を効率よく取り出すために、陽極３または陰極９の少なくとも一方の電極が、透明ないし半透明であることが好ましく、一般に、光の透過率が８０％以上となるように陽極３または陰極９の材料、厚みを設定することがより好ましい。
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。
（実施例１）
ガラス基板上にＲＦスパッタ法で、ＩＴＯ透明電極薄膜を１００ｎｍの厚さに成膜し、パターニングした。このＩＴＯ透明電極付きガラス基板を、中性洗剤、アセトン、エタノールを用いて超音波洗浄し、煮沸エタノール中から引き上げて乾燥した。透明電極表面をＵＶ／Ｏ３洗浄した後、真空蒸着装置の基板ホルダーに固定して、槽内を１×１０−４Ｐａ以下まで減圧した。
ガラス基板上にＲＦスパッタ法で、ＩＴＯ透明電極薄膜を１００ｎｍの厚さに成膜し、パターニングした。このＩＴＯ透明電極付きガラス基板を、中性洗剤、アセトン、エタノールを用いて超音波洗浄し、煮沸エタノール中から引き上げて乾燥した。透明電極表面をＵＶ／Ｏ３洗浄した後、真空蒸着装置の基板ホルダーに固定して、槽内を１×１０−４Ｐａ以下まで減圧した。
次に、減圧状態を保ったまま、例示化合物Ｂ−７と、電子アクセプターとしての三酸化モリブデンとを、膜厚比９５：５で、全体の蒸着速度０．１ｎｍ／ｓｅｃとして６０ｎｍの厚さに蒸着し、正孔注入層とした。
次いで、例示化合物Ｂ−７のみを蒸着速度０．１ｎｍ／ｓｅｃで５０ｎｍの厚さに蒸着し、正孔輸送層とした。
さらに、減圧状態を保ったまま、ホスト材料としての例示化合物Ｂ−７と、発光ドーパントとしての例示化合物Ａ−１−１とを、体積比９７：３で、全体の蒸着速度０．１ｎｍ／ｓｅｃとして４０ｎｍの厚さに蒸着し、発光層とした。
次に、減圧状態を保ったまま、電子輸送層として例示化合物Ｂ−７のみを２５ｎｍ、続けて電子注入層として下記構造の化３９を５ｎｍ、蒸着速度０．１ｎｍ／ｓｅｃで蒸着した。
次いで、ＬｉＦを蒸着速度０．１ｎｍ／ｓｅｃで１．２ｎｍの厚さに蒸着して電子注入電極とし、保護電極としてＡｌを１００ｎｍ蒸着し、最後にガラス封止して電界発光素子を得た。
この電界発光素子に直流電圧を印加し、初期には１０ｍＡ／ｃｍ２の電流密度で、駆動電圧が３．８Ｖ、５２０ｃｄ／ｍ２の青色発光が得られた。このデバイスにおける正孔輸送層と発光層との界面の正孔注入障壁は０ｅＶ、電子トラップ準位（ホスト材料と発光ドーパントとの電子親和力の差）は０．１５ｅＶであった。
（実施例２）
発光ドーパントとして、例示化合物Ａ−１−１に変えて例示化合物Ａ−９−２を用いた以外、は実施例１と同様にして電界発光素子を得た。
発光ドーパントとして、例示化合物Ａ−１−１に変えて例示化合物Ａ−９−２を用いた以外、は実施例１と同様にして電界発光素子を得た。
この電界発光素子に直流電圧を印加し、初期には１０ｍＡ／ｃｍ２の電流密度で、駆動電圧が３．９Ｖ、１４００ｃｄ／ｍ２の緑色発光が得られた。このデバイスにおける正孔輸送層と発光層との界面の正孔注入障壁は０ｅＶ、電子トラップ準位（ホスト材料と発光ドーパントとの電子親和力の差）は０．３３ｅＶであった。
（実施例３）
発光ドーパントとして、例示化合物Ａ−１−１に変えて例示化合物Ａ−１１−１を用いた以外は、実施例１と同様にして、電界発光素子を得た。
発光ドーパントとして、例示化合物Ａ−１−１に変えて例示化合物Ａ−１１−１を用いた以外は、実施例１と同様にして、電界発光素子を得た。
この電界発光素子に直流電圧を印加し、初期には１０ｍＡ／ｃｍ２の電流密度で、駆動電圧が３．７Ｖ、５６０ｃｄ／ｍ２の青色発光が得られた。このデバイスにおける正孔輸送層と発光層との界面の正孔注入障壁は０ｅＶ、電子トラップ準位（ホスト材料と発光ドーパントとの電子親和力の差）は０．１７ｅＶであった。
（実施例４）
発光ドーパントとして、例示化合物Ａ−１−１に変えて例示化合物Ａ−１１−２を用いた以外は、実施例１と同様にして電界発光素子を得た。
発光ドーパントとして、例示化合物Ａ−１−１に変えて例示化合物Ａ−１１−２を用いた以外は、実施例１と同様にして電界発光素子を得た。
この電界発光素子に直流電圧を印加し、初期には１０ｍＡ／ｃｍ２の電流密度で、駆動電圧が３．７Ｖ、７２０ｃｄ／ｍ２の青色発光が得られた。このデバイスにおける正孔輸送層と発光層との界面の正孔注入障壁は０ｅＶ、電子トラップ準位（ホスト材料と発光ドーパントとの電子親和力の差）は０．２ｅＶであった。
（実施例５）
発光ドーパントとして、例示化合物Ａ−１−１に変えて例示化合物Ａ−１１−５を用いた以外は、実施例１と同様にして電界発光素子を得た。
発光ドーパントとして、例示化合物Ａ−１−１に変えて例示化合物Ａ−１１−５を用いた以外は、実施例１と同様にして電界発光素子を得た。
この電界発光素子に直流電圧を印加し、初期には１０ｍＡ／ｃｍ２の電流密度で、駆動電圧が３．８Ｖ、８３０ｃｄ／ｍ２の青緑色発光が得られた。このデバイスにおける正孔輸送層と発光層との界面の正孔注入障壁は０ｅＶ、電子トラップ準位（ホスト材料と発光ドーパントとの電子親和力の差）は０．２２ｅＶであった。
（実施例６）
発光ドーパントとして、例示化合物Ａ−１−１に変えて例示化合物Ａ−１１−６を用いた以外は、実施例１と同様にして電界発光素子を得た。
発光ドーパントとして、例示化合物Ａ−１−１に変えて例示化合物Ａ−１１−６を用いた以外は、実施例１と同様にして電界発光素子を得た。
この電界発光素子に直流電圧を印加し、初期には１０ｍＡ／ｃｍ２の電流密度で、駆動電圧が３．９Ｖ、８２０ｃｄ／ｍ２の青緑色発光が得られた。このデバイスにおける正孔輸送層と発光層との界面の正孔注入障壁は０ｅＶ、電子トラップ準位（ホスト材料と発光ドーパントとの電子親和力の差）は０．２４ｅＶであった。
（実施例７）
発光ドーパントとして、例示化合物Ａ−１−１に変えて例示化合物Ａ−１１−７を用いた以外は、実施例１と同様にして電界発光素子を得た。
発光ドーパントとして、例示化合物Ａ−１−１に変えて例示化合物Ａ−１１−７を用いた以外は、実施例１と同様にして電界発光素子を得た。
この電界発光素子に直流電圧を印加し、初期には１０ｍＡ／ｃｍ２の電流密度で、駆動電圧が４．０Ｖ、８７０ｃｄ／ｍ２の青緑色発光が得られた。このデバイスにおける正孔輸送層と発光層との界面の正孔注入障壁は０ｅＶ、電子トラップ準位（ホスト材料と発光ドーパントとの電子親和力の差）は０．２６ｅＶであった。
（実施例８）
正孔注入層および正孔輸送層で用いた例示化合物Ｂ−７に変えて例示化合物Ｂ−６を、発光ドーパントとして例示化合物Ａ−１−１に変えて例示化合物Ａ−１１−１を用いた以外は、実施例１と同様にして電界発光素子を得た。
正孔注入層および正孔輸送層で用いた例示化合物Ｂ−７に変えて例示化合物Ｂ−６を、発光ドーパントとして例示化合物Ａ−１−１に変えて例示化合物Ａ−１１−１を用いた以外は、実施例１と同様にして電界発光素子を得た。
この電界発光素子に直流電圧を印加し、初期には１０ｍＡ／ｃｍ２の電流密度で、駆動電圧が３．８Ｖ、６６０ｃｄ／ｍ２の青色発光が得られた。このデバイスにおける正孔輸送層と発光層との界面の正孔注入障壁は０．０７ｅＶ、電子トラップ準位（ホスト材料と発光ドーパントとの電子親和力の差）は０．１７ｅＶであった。
（実施例９）
正孔注入層および正孔輸送層で用いた例示化合物Ｂ−７に変えて例示化合物Ｂ−９を、発光ドーパントとして例示化合物Ａ−１−１に変えて例示化合物Ａ−１１−１を用いた以外は、実施例１と同様にして電界発光素子を得た。
正孔注入層および正孔輸送層で用いた例示化合物Ｂ−７に変えて例示化合物Ｂ−９を、発光ドーパントとして例示化合物Ａ−１−１に変えて例示化合物Ａ−１１−１を用いた以外は、実施例１と同様にして電界発光素子を得た。
この電界発光素子に直流電圧を印加し、初期には１０ｍＡ／ｃｍ２の電流密度で、駆動電圧が４．４Ｖ、５３０ｃｄ／ｍ２の青色発光が得られた。このデバイスにおける正孔輸送層と発光層との界面の正孔注入障壁は０．２ｅＶ、電子トラップ準位（ホスト材料と発光ドーパントとの電子親和力の差）は０．１７ｅＶであった。
（実施例１０）
正孔注入層および正孔輸送層で用いた例示化合物Ｂ−７に変えて例示化合物Ｂ−１１を、発光ドーパントとして例示化合物Ａ−１−１に変えて例示化合物Ａ−１１−１を用いた以外は、実施例１と同様にして電界発光素子を得た。
正孔注入層および正孔輸送層で用いた例示化合物Ｂ−７に変えて例示化合物Ｂ−１１を、発光ドーパントとして例示化合物Ａ−１−１に変えて例示化合物Ａ−１１−１を用いた以外は、実施例１と同様にして電界発光素子を得た。
この電界発光素子に直流電圧を印加し、初期には１０ｍＡ／ｃｍ２の電流密度で、駆動電圧が４．０Ｖ、５５０ｃｄ／ｍ２の青色発光が得られた。このデバイスにおける正孔輸送層と発光層との界面の正孔注入障壁は０．１６ｅＶ、電子トラップ準位（ホスト材料と発光ドーパントとの電子親和力の差）は０．１７ｅＶであった。
（実施例１１）
正孔注入層および正孔輸送層で用いた例示化合物Ｂ−７に変えて例示化合物Ｂ−１０を、発光ドーパントとして例示化合物Ａ−１−１に変えて例示化合物Ａ−１１−１を用いた以外は、実施例１と同様にして電界発光素子を得た。
正孔注入層および正孔輸送層で用いた例示化合物Ｂ−７に変えて例示化合物Ｂ−１０を、発光ドーパントとして例示化合物Ａ−１−１に変えて例示化合物Ａ−１１−１を用いた以外は、実施例１と同様にして電界発光素子を得た。
この電界発光素子に直流電圧を印加し、初期には１０ｍＡ／ｃｍ２の電流密度で、駆動電圧が４．１Ｖ、５６０ｃｄ／ｍ２の青色発光が得られた。このデバイスにおける正孔輸送層と発光層との界面の正孔注入障壁は０．１８ｅＶ、電子トラップ準位（ホスト材料と発光ドーパントとの電子親和力の差）は０．１７ｅＶであった。
（実施例１２）
発光ドーパントとして、例示化合物Ａ−１−１に変えて例示化合物Ａ−１２−２を用いた以外は、実施例１と同様にして電界発光素子を得た。
発光ドーパントとして、例示化合物Ａ−１−１に変えて例示化合物Ａ−１２−２を用いた以外は、実施例１と同様にして電界発光素子を得た。
この電界発光素子に直流電圧を印加し、初期には１０ｍＡ／ｃｍ２の電流密度で、駆動電圧が３．８Ｖ、２０００ｃｄ／ｍ２の緑色発光が得られた。このデバイスにおける正孔輸送層と発光層との界面の正孔注入障壁は０ｅＶ、電子トラップ準位（ホスト材料と発光ドーパントとの電子親和力の差）は０．３７ｅＶであった。
（実施例１３）
発光ドーパントとして、例示化合物Ａ−１−１に変えて例示化合物Ａ−２０−２を用いた以外は、実施例１と同様にして電界発光素子を得た。
発光ドーパントとして、例示化合物Ａ−１−１に変えて例示化合物Ａ−２０−２を用いた以外は、実施例１と同様にして電界発光素子を得た。
この電界発光素子に直流電圧を印加し、初期には１０ｍＡ／ｃｍ２の電流密度で、駆動電圧が３．７Ｖ、４８０ｃｄ／ｍ２の青色発光が得られた。このデバイスにおける正孔輸送層と発光層との界面の正孔注入障壁は０ｅＶ、電子トラップ準位（ホスト材料と発光ドーパントとの電子親和力の差）は０．１５ｅＶであった。
（実施例１４）
ガラス基板上にＲＦスパッタ法で、ＩＴＯ透明電極薄膜を１００ｎｍの厚さに成膜し、パターニングした。このＩＴＯ透明電極付きガラス基板を、中性洗剤、アセトン、エタノールを用いて超音波洗浄し、煮沸エタノール中から引き上げて乾燥した。透明電極表面をＵＶ／Ｏ３洗浄した後、真空蒸着装置の基板ホルダーに固定して、槽内を１×１０−４Ｐａ以下まで減圧した。
ガラス基板上にＲＦスパッタ法で、ＩＴＯ透明電極薄膜を１００ｎｍの厚さに成膜し、パターニングした。このＩＴＯ透明電極付きガラス基板を、中性洗剤、アセトン、エタノールを用いて超音波洗浄し、煮沸エタノール中から引き上げて乾燥した。透明電極表面をＵＶ／Ｏ３洗浄した後、真空蒸着装置の基板ホルダーに固定して、槽内を１×１０−４Ｐａ以下まで減圧した。
次に、減圧状態を保ったまま、下記構造の化４０を蒸着速度０．１ｎｍ／ｓｅｃ で３０ｎｍの膜厚に蒸着し、正孔注入層とした。
次いで、下記構造の化４１を蒸着速度０．１ｎｍ／ｓｅｃで１０ｎｍの厚さに蒸着し、正孔輸送層とした。
さらに、減圧状態を保ったまま、ホスト材料としての例示化合物Ｃ−３と、発光ドーパントとしての例示化合物Ａ−４−１とを、体積比９７：３で、全体の蒸着速度０．１ｎｍ／ｓｅｃとして４０ｎｍの厚さに蒸着し、発光層とした。
次に、減圧状態を保ったまま、電子輸送層として例示化合物Ｃ−３を５０ｎｍ、続けて電子注入層としてトリス（８−ヒドロキシキノリン）アルミニウム（Ａｌｑ３）を４ｎｍ、蒸着速度０．１ｎｍ／ｓｅｃで蒸着した。
次いで、ＬｉＦを蒸着速度０．１ｎｍ／ｓｅｃで０．５ｎｍの厚さに蒸着して電子注入電極とし、保護電極としてＡｌを１００ｎｍ蒸着し、最後にガラス封止して電界発光素子を得た。
この電界発光素子に直流電圧を印加し、初期には１０ｍＡ／ｃｍ２の電流密度で、駆動電圧が３．９Ｖ、１７１０ｃｄ／ｍ２の緑色発光が得られた。このデバイスにおける正孔輸送層と発光層との界面の正孔注入障壁は０ｅＶ、電子トラップ準位（ホスト材料と発光ドーパントとの電子親和力の差）は０．１９ｅＶであった。
（実施例１５）
発光ドーパントとして、例示化合物Ａ−４−１に変えて例示化合物Ａ−５−３を用いた以外は、実施例１４と同様にして、電界発光素子を得た。
発光ドーパントとして、例示化合物Ａ−４−１に変えて例示化合物Ａ−５−３を用いた以外は、実施例１４と同様にして、電界発光素子を得た。
この電界発光素子に直流電圧を印加し、初期には１０ｍＡ／ｃｍ２の電流密度で、駆動電圧が４．０Ｖ、１９７０ｃｄ／ｍ２の黄色発光が得られた。このデバイスにおける正孔輸送層と発光層との界面の正孔注入障壁は０ｅＶ、電子トラップ準位（ホスト材料と発光ドーパントとの電子親和力の差）は０．２３ｅＶであった。
（実施例１６）
発光ドーパントとして、例示化合物Ａ−４−１に変えて例示化合物Ａ−１４−１を用いた以外、は実施例１４と同様にして、電界発光素子を得た。
発光ドーパントとして、例示化合物Ａ−４−１に変えて例示化合物Ａ−１４−１を用いた以外、は実施例１４と同様にして、電界発光素子を得た。
この電界発光素子に直流電圧を印加し、初期には１０ｍＡ／ｃｍ２の電流密度で、駆動電圧が４．０Ｖ、１８３０ｃｄ／ｍ２の橙色発光が得られた。このデバイスにおける正孔輸送層と発光層との界面の正孔注入障壁は０ｅＶ、電子トラップ準位（ホスト材料と発光ドーパントとの電子親和力の差）は０．４ｅＶであった。
（実施例１７）
発光ドーパントとして、例示化合物Ａ−４−１に変えて例示化合物Ａ−１４−１を、電子輸送層として例示化合物Ｃ−３に変えて下記構造の化４２を用いた以外は、実施例１４と同様にして電界発光素子を得た。
発光ドーパントとして、例示化合物Ａ−４−１に変えて例示化合物Ａ−１４−１を、電子輸送層として例示化合物Ｃ−３に変えて下記構造の化４２を用いた以外は、実施例１４と同様にして電界発光素子を得た。
この電界発光素子に直流電圧を印加し、初期には１０ｍＡ／ｃｍ２の電流密度で、駆動電圧が３．８Ｖ、２１９０ｃｄ／ｍ２の橙色発光が得られた。このデバイスにおける正孔輸送層と発光層との界面の正孔注入障壁は０ｅＶ、電子トラップ準位（ホスト材料と発光ドーパントとの電子親和力の差）は０．４ｅＶであった。
（実施例１８）
発光ドーパントとして、例示化合物Ａ−４−１に変えて例示化合物Ａ−１４−１を、電子輸送層として例示化合物Ｃ−３に変えて化４２を、電子注入層としてＡｌｑ３に変えて下記構造の化４３を用いた以外は、実施例１４と同様にして電界発光素子を得た。
発光ドーパントとして、例示化合物Ａ−４−１に変えて例示化合物Ａ−１４−１を、電子輸送層として例示化合物Ｃ−３に変えて化４２を、電子注入層としてＡｌｑ３に変えて下記構造の化４３を用いた以外は、実施例１４と同様にして電界発光素子を得た。
この電界発光素子に直流電圧を印加し、初期には１０ｍＡ／ｃｍ２の電流密度で、駆動電圧が３．５Ｖ、２３３０ｃｄ／ｍ２の橙色発光が得られた。このデバイスにおける正孔輸送層／発光層界面の注入障壁は０ｅＶ、電子トラップ準位（ホスト材料と発光ドーパントとの電子親和力の差）は０．４ｅＶであった。
（実施例１９）
正孔輸送層までを実施例１４と同様に成膜した後、減圧状態を保ったまま、ホスト材料としての例示化合物Ｃ−３と、発光ドーパントとしての例示化合物Ａ−１４−１とを、体積比９７：３で、全体の蒸着速度０．１ｎｍ／ｓｅｃとして４０ｎｍの厚さに蒸着し、発光層とした。
正孔輸送層までを実施例１４と同様に成膜した後、減圧状態を保ったまま、ホスト材料としての例示化合物Ｃ−３と、発光ドーパントとしての例示化合物Ａ−１４−１とを、体積比９７：３で、全体の蒸着速度０．１ｎｍ／ｓｅｃとして４０ｎｍの厚さに蒸着し、発光層とした。
次に、減圧状態を保ったまま、電子輸送層として化４２の化合物を５０ｎｍ、続けて電子注入層としてトリス（８−ヒドロキシキノリン）アルミニウム（Ａｌｑ３）とＬｉＦの共蒸着膜を重量比で９８：２となるように４ｎｍ、蒸着速度０．１ｎｍ／ｓｅｃで蒸着した。
次いで、保護電極としてＡｌを１００ｎｍ蒸着し、最後にガラス封止して電界発光素子を得た。
この電界発光素子に直流電圧を印加し、初期には１０ｍＡ／ｃｍ２の電流密度で、駆動電圧が３．６Ｖ、２１２０ｃｄ／ｍ２の緑色発光が得られた。このデバイスにおける正孔輸送層と発光層との界面の正孔注入障壁は０ｅＶ、電子トラップ準位（ホスト材料と発光ドーパントとの電子親和力の差）は０．４ｅＶであった。
（実施例２０）
発光ドーパントとして、例示化合物Ａ−４−１に変えて例示化合物Ａ−２２−１を用いた以外は、実施例１４と同様にして電界発光素子を得た。
発光ドーパントとして、例示化合物Ａ−４−１に変えて例示化合物Ａ−２２−１を用いた以外は、実施例１４と同様にして電界発光素子を得た。
この電界発光素子に直流電圧を印加し、初期には１０ｍＡ／ｃｍ２の電流密度で、駆動電圧が４．０Ｖ、１７９０ｃｄ／ｍ２の橙色発光が得られた。このデバイスにおける正孔輸送層と発光層との界面の正孔注入障壁は０ｅＶ、電子トラップ準位（ホスト材料と発光ドーパントとの電子親和力の差）は０．４２ｅＶであった。
（実施例２１）
発光ドーパントとして、例示化合物Ａ−４−１に変えて例示化合物Ａ−２６−１を用いた以外は、実施例１４と同様にして電界発光素子を得た。
発光ドーパントとして、例示化合物Ａ−４−１に変えて例示化合物Ａ−２６−１を用いた以外は、実施例１４と同様にして電界発光素子を得た。
この電界発光素子に直流電圧を印加し、初期には１０ｍＡ／ｃｍ２の電流密度で、駆動電圧が３．９Ｖ、１６６０ｃｄ／ｍ２の緑色発光が得られた。このデバイスにおける正孔輸送層と発光層との界面の正孔注入障壁は０ｅＶ、電子トラップ準位（ホスト材料と発光ドーパントとの電子親和力の差）は０．２５ｅＶであった。
（実施例２２）
発光ドーパントとして、例示化合物Ａ−４−１に変えて例示化合物Ａ−２８−１を用いた以外は、実施例１４と同様にして電界発光素子を得た。
発光ドーパントとして、例示化合物Ａ−４−１に変えて例示化合物Ａ−２８−１を用いた以外は、実施例１４と同様にして電界発光素子を得た。
この電界発光素子に直流電圧を印加し、初期には１０ｍＡ／ｃｍ２の電流密度で、駆動電圧が３．８Ｖ、１５２０ｃｄ／ｍ２の緑色発光が得られた。このデバイスにおける正孔輸送層と発光層との界面の正孔注入障壁は０ｅＶ、電子トラップ準位（ホスト材料と発光ドーパントとの電子親和力の差）は０．２２ｅＶであった。
（実施例２３）
ガラス基板上にＲＦスパッタ法で、ＩＴＯ透明電極薄膜を１００ｎｍの厚さに成膜し、パターニングした。このＩＴＯ透明電極付きガラス基板を、中性洗剤、アセトン、エタノールを用いて超音波洗浄し、煮沸エタノール中から引き上げて乾燥した。透明電極表面をＵＶ／Ｏ３洗浄した後、真空蒸着装置の基板ホルダーに固定して、槽内を１×１０−４Ｐａ以下まで減圧した。
ガラス基板上にＲＦスパッタ法で、ＩＴＯ透明電極薄膜を１００ｎｍの厚さに成膜し、パターニングした。このＩＴＯ透明電極付きガラス基板を、中性洗剤、アセトン、エタノールを用いて超音波洗浄し、煮沸エタノール中から引き上げて乾燥した。透明電極表面をＵＶ／Ｏ３洗浄した後、真空蒸着装置の基板ホルダーに固定して、槽内を１×１０−４Ｐａ以下まで減圧した。
次に、減圧状態を保ったまま、例示化合物Ｄ−５と、電子アクセプターとしての三酸化モリブデンとを、膜厚比９５：５で、全体の蒸着速度０．１ｎｍ／ｓｅｃとして６０ｎｍの厚さに蒸着し、正孔注入層とした。
次いで、例示化合物Ｄ−５のみを蒸着速度０．１ｎｍ／ｓｅｃで５０ｎｍの厚さに蒸着し、正孔輸送層とした。
さらに、減圧状態を保ったまま、ホスト材料としての例示化合物Ｄ−５と、発光ドーパントとしての例示化合物Ａ−１６−７とを、体積比９７：３で、全体の蒸着速度０．１ｎｍ／ｓｅｃとして４０ｎｍの厚さに蒸着し、発光層とした。
次いで、下記構造の化４４を蒸着速度０．１ｎｍ／ｓｅｃで２５ｎｍの厚さに蒸着し、電子注入輸送層とした。
次いで、ＬｉＦを蒸着速度０．１ｎｍ／ｓｅｃで１．２ｎｍの厚さに蒸着して電子注入電極とし、保護電極としてＡｌを１００ｎｍ蒸着し、最後にガラス封止して電界発光素子を得た。
この電界発光素子に直流電圧を印加し、初期には１０ｍＡ／ｃｍ２の電流密度で、駆動電圧が４．３Ｖ、２８００ｃｄ／ｍ２の緑色発光が得られた。このデバイスにおける正孔輸送層と発光層との界面の正孔注入障壁０ｅＶ、電子トラップ準位（ホスト材料と発光ドーパントとの電子親和力の差）は１ｅＶであった。
（実施例２４）
発光ドーパントとして、例示化合物Ａ−１６−７に変えて例示化合物Ａ−１７−３を用いた以外は、実施例２３と同様にして電界発光素子を得た。
発光ドーパントとして、例示化合物Ａ−１６−７に変えて例示化合物Ａ−１７−３を用いた以外は、実施例２３と同様にして電界発光素子を得た。
この電界発光素子に直流電圧を印加し、初期には１０ｍＡ／ｃｍ２の電流密度で、駆動電圧が４．１Ｖ、２０５０ｃｄ／ｍ２の緑色発光が得られた。このデバイスにおける正孔輸送層と発光層との界面の正孔注入障壁は０ｅＶ、電子トラップ準位（ホスト材料と発光ドーパントとの電子親和力の差）は０．８５ｅＶであった。
（比較例１）
正孔輸送層までを実施例１４と同様に成膜した後、減圧状態を保ったまま、ホスト材料としての例示化合物Ｂ−７と、発光ドーパントとしての例示化合物Ａ−１１−１とを、体積比９７：３で、全体の蒸着速度０．１ｎｍ／ｓｅｃとして４０ｎｍの厚さに蒸着し、発光層とした。
正孔輸送層までを実施例１４と同様に成膜した後、減圧状態を保ったまま、ホスト材料としての例示化合物Ｂ−７と、発光ドーパントとしての例示化合物Ａ−１１−１とを、体積比９７：３で、全体の蒸着速度０．１ｎｍ／ｓｅｃとして４０ｎｍの厚さに蒸着し、発光層とした。
次に、減圧状態を保ったまま、電子輸送層として例示化合物Ｂ−７を５０ｎｍ、続けて電子注入層として化３９を４ｎｍ、蒸着速度０．１ｎｍ／ｓｅｃで蒸着した。
次いで、ＬｉＦを蒸着速度０．１ｎｍ／ｓｅｃで１．２ｎｍの厚さに蒸着して電子注入電極とし、保護電極としてＡｌを１００ｎｍ蒸着し、最後にガラス封止して電界発光素子を得た。
この電界発光素子に直流電圧を印加し、初期には１０ｍＡ／ｃｍ２の電流密度で、駆動電圧が８．８Ｖ、３００ｃｄ／ｍ２の青色発光が得られた。このデバイスにおける正孔輸送層と発光層との界面の正孔注入障壁は０．５ｅＶ、電子トラップ準位（ホスト材料と発光ドーパントとの電子親和力の差）は０．１７ｅＶであった。
（比較例２）
発光ドーパントとして、例示化合物Ａ−１−１に変えて下記構造の化４５を用いた以外は、実施例１と同様にして電界発光素子を得た。
発光ドーパントとして、例示化合物Ａ−１−１に変えて下記構造の化４５を用いた以外は、実施例１と同様にして電界発光素子を得た。
この電界発光素子に直流電圧を印加し、初期には１０ｍＡ／ｃｍ２の電流密度で、駆動電圧が３．４Ｖ、２１０ｃｄ／ｍ２の青色発光が得られた。このデバイスにおける正孔輸送層／発光層界面の注入障壁は０ｅＶ、電子トラップ準位（ホスト材料と発光ドーパントとの電子親和力の差）は０．０９ｅＶであった。
（比較例３）
発光ドーパントとして、例示化合物Ａ−１１−１に変えて化４５を用いた以外は、比較例１と同様にして電界発光素子を得た。
発光ドーパントとして、例示化合物Ａ−１１−１に変えて化４５を用いた以外は、比較例１と同様にして電界発光素子を得た。
この電界発光素子に直流電圧を印加し、初期には１０ｍＡ／ｃｍ２の電流密度で、駆動電圧が８．３Ｖ、２６０ｃｄ／ｍ２の青色発光が得られた。このデバイスにおける正孔輸送層と発光層との界面の正孔注入障壁は０．５ｅＶ、電子トラップ準位（ホスト材料と発光ドーパントとの電子親和力の差）は０．０９ｅＶであった。
（比較例４）
発光ドーパントとして、例示化合物Ａ−４−１に変えて下記構造の化４６を用いた以外は、実施例１４と同様にして電界発光素子を得た。
発光ドーパントとして、例示化合物Ａ−４−１に変えて下記構造の化４６を用いた以外は、実施例１４と同様にして電界発光素子を得た。
この電界発光素子に直流電圧を印加し、初期には１０ｍＡ／ｃｍ２の電流密度で、駆動電圧が３．９Ｖ、６６０ｃｄ／ｍ２の黄色発光が得られた。このデバイスにおける正孔輸送層と発光層との界面の正孔注入障壁は０ｅＶ、電子トラップ準位（ホスト材料と発光ドーパントとの電子親和力の差）は０．１３ｅＶであった。
（比較例５）
正孔輸送層までを実施例１４と同様に成膜した後、減圧状態を保ったまま、ホスト材料としての例示化合物Ｄ−５と、発光ドーパントとしての例示化合物Ａ−１６−７とを、体積比９７：３で、全体の蒸着速度０．１ｎｍ／ｓｅｃとして４０ｎｍの厚さに蒸着し、発光層とした。
正孔輸送層までを実施例１４と同様に成膜した後、減圧状態を保ったまま、ホスト材料としての例示化合物Ｄ−５と、発光ドーパントとしての例示化合物Ａ−１６−７とを、体積比９７：３で、全体の蒸着速度０．１ｎｍ／ｓｅｃとして４０ｎｍの厚さに蒸着し、発光層とした。
次いで、化４４を蒸着速度０．１ｎｍ／ｓｅｃで２５ｎｍの厚さに蒸着し、電子注入輸送層とした。
次いで、ＬｉＦを蒸着速度０．１ｎｍ／ｓｅｃで１．２ｎｍの厚さに蒸着して電子注入電極とし、保護電極としてＡｌを１００ｎｍ蒸着し、最後にガラス封止して電界発光素子を得た。
この電界発光素子に直流電圧を印加し、初期には１０ｍＡ／ｃｍ２の電流密度で、駆動電圧が７．１Ｖ、１９００ｃｄ／ｍ２の緑色発光が得られた。このデバイスにおける正孔輸送層と発光層との界面の正孔注入障壁は０．７ｅＶ、電子トラップ準位（ホスト材料と発光ドーパントとの電子親和力の差）は１ｅＶであった。
（比較例６）
正孔注入層までを実施例１４と同様に成膜した後、減圧状態を保ったまま、下記構造の化４７を蒸着速度０．１ｎｍ／ｓｅｃで１０ｎｍの厚さに蒸着し、正孔輸送層とした。
正孔注入層までを実施例１４と同様に成膜した後、減圧状態を保ったまま、下記構造の化４７を蒸着速度０．１ｎｍ／ｓｅｃで１０ｎｍの厚さに蒸着し、正孔輸送層とした。
次に、減圧状態を保ったまま、ホスト材料としての例示化合物Ｂ−７と、発光ドーパントとしての例示化合物Ａ−１１−１とを、体積比９７：３で、全体の蒸着速度０．１ｎｍ／ｓｅｃとして４０ｎｍの厚さに蒸着し、発光層とした。
次に、減圧状態を保ったまま、電子輸送層として例示化合物Ｂ−７を５０ｎｍ、続けて電子注入層として化３９を４ｎｍ、蒸着速度０．１ｎｍ／ｓｅｃで蒸着した。
次いで、ＬｉＦを蒸着速度０．１ｎｍ／ｓｅｃで１．２ｎｍの厚さに蒸着して電子注入電極とし、保護電極としてＡｌを１００ｎｍ蒸着し、最後にガラス封止して電界発光素子を得た。
この電界発光素子に直流電圧を印加し、初期には１０ｍＡ／ｃｍ２の電流密度で、駆動電圧が７．６Ｖ、３４０ｃｄ／ｍ２の青色発光が得られた。このデバイスにおける正孔輸送層と発光層との界面の正孔注入障壁は０．３ｅＶ、電子トラップ準位（ホスト材料と発光ドーパントとの電子親和力の差）は０．１７ｅＶであった。
（比較例７）
ホスト材料および電子輸送材量として用いたＢ−７をＢ−６に変えた以外は、比較例６と同様にして電界発光素子を得た。
ホスト材料および電子輸送材量として用いたＢ−７をＢ−６に変えた以外は、比較例６と同様にして電界発光素子を得た。
この電界発光素子に直流電圧を印加し、初期には１０ｍＡ／ｃｍ２の電流密度で、駆動電圧が６．８Ｖ、３９０ｃｄ／ｍ２の青色発光が得られた。このデバイスにおける正孔輸送層と発光層との界面の正孔注入障壁は０．２３ｅＶ、電子トラップ準位（ホスト材料と発光ドーパントとの電子親和力の差）は０．１８ｅＶであった。
以下に実施例および比較例の一覧を示す。
以上のように、本発明に係る電界発光素子は、シアノ基で置換されたアリール基、あるいはシアノ基で置換された複素環基で置換された一般式（Ｉ）の化合物を発光ドーパントとして用い、かつ電子トラップ性の発光ドーパントに最適な構造とすることで、芳香族化合物自身が本来もつ高い蛍光強度を電界発光素子中で十分に発揮する事ができた。これらの電界発光素子はディスプレイや照明などの発光デバイスに応用する事が可能である。
１ 電界発光素子
２ 基板
３ 陽極
４ 正孔注入層
５ 正孔輸送層
６ 発光層
７ 電子輸送層
８ 電子注入層
９ 陰極
２ 基板
３ 陽極
４ 正孔注入層
５ 正孔輸送層
６ 発光層
７ 電子輸送層
８ 電子注入層
９ 陰極
Claims (4)
- 陽極および陰極からなる一対の電極間に、ホスト材料および一般式（Ｉ）で表される発光ドーパントを含む少なくとも１層の発光層と、前記発光層に隣接する正孔輸送層を有し、前記正孔輸送層を形成する正孔輸送材料の仕事関数（Ｗｆ（ＨＴＭ））と前記ホスト材料の仕事関数（Ｗｆ（ｈｏｓｔ））との関係が、｜Ｗｆ（ｈｏｓｔ）｜−｜Ｗｆ（ＨＴＭ）｜≦０．２ｅＶとなることを特徴とする電界発光素子。
- 一般式（Ｉ）で表される発光ドーパントの電子親和力Ｅａ（ｄｏｐａｎｔ）とホスト材料の電子親和力Ｅａ（ｈｏｓｔ）との関係が、｜Ｅａ（ｄｏｐａｎｔ）｜−｜Ｅａ（ｈｏｓｔ）｜≧０．１５ｅＶであることを特徴とする請求項１に記載の電界発光素子。
- 一般式（Ｉ）の多環芳香族Ａが、下記化合物群の何れかであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電界発光素子。
（構造式Ａ−１〜Ａ−３１において、Ｘｎは置換基であり、少なくとも一箇所は連結器Ｌを介してシアノ基と連結している。残りのＸｎは水素原子、置換または無置換のアリール基、置換または無置換の複素環基、置換または無置換のアルキル基、アルコキシ基、芳香族アミノ基、シリル基、チオール基、ニトロ基、ヒドロキシル基、ハロゲン原子等から選ばれるが、通常は水素原子、あるいは炭素数６〜２０の置換または無置換のアリール基である。ただし、ＸｎはＸ１からＸ１８の何れかである。） - 陽極から正孔輸送層に至るまでの何れかの有機層の少なくとも一部分が、電子アクセプターとして機能する無機化合物、あるいは有機化合物によりドーピングされていることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の電界発光素子。
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