JP2019169618A - 有機電界発光素子 - Google Patents

Abstract

【課題】長い発光寿命特性を有する有機電界発光素子を提供する。【解決手段】有機電界発光素子１は陽極３と陰極９との間に、正孔輸送層５と、電子捕捉層１１と、発光層６と、正孔捕捉層１２と、電子輸送層７と、を有し；電子捕捉層は、正孔輸送層と、発光層と、の間に位置し；正孔捕捉層は、発光層と、電子輸送層と、の間に位置し；電子捕捉層は、芳香族炭化水素１と、芳香族炭化水素１よりも０．１ｅＶ以上低いＬＵＭＯ準位を有する芳香族炭化水素２と、を含み；正孔捕捉層は、芳香族炭化水素３と、芳香族炭化水素３よりも０．１ｅＶ以上高いＨＯＭＯ準位を有する芳香族炭化水素４と、を含むことを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、有機電界発光素子に関する。

有機電界発光素子は、自発光、高速応答などの特長を持ち、フラットパネルディスプレイなどへの適用が期待されている。特に、正孔輸送性の有機薄膜（正孔輸送層）と電子輸送性の有機薄膜（電子輸送層）とを積層した２層型（積層型）のものが報告されて以来、１０Ｖ以下の低電圧で発光する大面積発光素子として関心を集めている。積層型の有機電界発光素子は、正極／正孔注入層／正孔輸送層／発光層／電子輸送層／電子注入層／負極、を基本構成とする薄膜の積層膜からなる。このうち発光層は、２層型の場合のように、正孔輸送層および電子輸送層にその機能を兼ねさせてもよい。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。

有機電界発光素子は、陽極から正孔を、陰極から電子を注入し、それぞれを発光層まで輸送した後に、両キャリアを再結合させて発光を得るデバイスである。この有機電界発光素子の実用化において、最も大きな問題は発光寿命特性である。有機電界発光素子の劣化機構の内、素子中の有機物質の電気化学的な劣化は、最も重要な事項の一つである。ここで、有機物質の電気化学的な劣化とは、有機物質が正孔を受け入れたときに生じるラジカルカチオン、あるいは有機物質が電子を受け入れたときに生じるラジカルアニオンが不安定であり、有機物質が化学的に変質してしまうことを意味する。この化学的変質が発光寿命特性を低下する一因と考えられている。

特許文献１では、正孔注入層より低いＬＵＭＯ準位を有する物質から構成される電子阻止層を発光層と正孔注入層の間に設けることで、発光層から注入された過剰電子を正孔阻止層中にトラップし、有機電界発光素子の寿命特性を向上させる手法が報告されている。

特許文献２では、電子輸送層中の電子輸送材料より酸化電位が小さい正孔トラップ材料を、電子輸送層中に含有させることで、発光層から電子輸送層中に侵入した正孔を安定にトラップすることができるため、正孔による電子輸送材料の破壊を防止することができ、長寿命な有機電界発光素子が得られることが報告されている。

このように、発光層の隣接層へ抜け出る正孔や電子を捕捉することにより素子の耐久性を向上させる手法は、これまでいくつも示されてきた。しかしながら、有機電界発光素子の実用化をさらに進めるためには、発光寿命特性をさらに向上させる必要がある。

特開２００９−２００４９３号公報 特開２００５−２７６６６５号公報

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、長い発光寿命特性を有する有機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、陽極と陰極との間に、正孔輸送層と、電子捕捉層と、発光層と、正孔捕捉層と、電子輸送層と、を有し、前記電子捕捉層は、前記正孔輸送層と、前記発光層と、の間に位置し、前記正孔捕捉層は、前記発光層と、前記電子輸送層と、の間に位置し、前記電子捕捉層は、芳香族炭化水素１と、前記芳香族炭化水素１よりも０．１ｅＶ以上低いＬＵＭＯ準位を有する芳香族炭化水素２と、を含み、前記正孔捕捉層は、芳香族炭化水素３と、前記芳香族炭化水素３よりも０．１ｅＶ以上高いＨＯＭＯ準位を有する芳香族炭化水素４と、を含むことを特徴とする有機電界発光素子を提供する。

長寿命且つ高効率な有機電界発光素子を構成するためには、電子捕捉層および正孔捕捉層は、発光層から抜け出た電荷を対電荷に対して安定な状態でトラップする必要があるが、発光層へ対電荷の輸送を妨げてはいけない。

電子捕捉層中で電子を捕捉したアニオンラジカルは陽極から注入される正孔に曝される。一般的に、窒素等のヘテロ元素を含むアニオンラジカル種は対電荷である正孔の存在下では不安定な性質がある。
また、正孔捕捉層中で正孔を捕捉したカチオンラジカルは陰極から注入される電子に曝される。一般的に、アミン類等のヘテロ元素を含むカチオンラジカル種は対電荷である電子の存在下では不安定な性質がある。

これに対し、芳香族炭化水素は、発光層ホスト材料として高い耐久性を示すことが知られており、カチオンラジカル、アニオンラジカル共に対電荷に対して安定性が高く、且つ電子正孔両電荷の輸送性も高い。

しかし、一般的に有機電界発光素子用化合物として用いられる、アントラセン、ピレン、フェナントレン等の芳香族炭化水素は、ＨＯＭＯおよびＬＵＭＯ準位が類似しているため、電子阻止層、発光層、および正孔阻止層全てを芳香族炭化水素で構成し且つ機能させた例はほとんど報告がない。

本発明の、芳香族炭化水素１よりも０．１ｅＶ以上低いＬＵＭＯ準位を有する芳香族炭化水素２は、電子捕捉層中で、ヘテロ元素を含む化合物と比較して安定なアニオンラジカルを形成するため、発光層から電子捕捉層へと抜け出た電子をより安定に捕捉することができる。

また、本発明の、芳香族炭化水素３よりも０．１ｅＶ以上高いＨＯＭＯ準位を有する芳香族炭化水素４は、正孔捕捉層中で、ヘテロ元素を含む化合物と比較して安定なカチオンラジカルを形成するため、発光層から正孔捕捉層へと抜け出た正孔をより安定に捕捉することができる。

即ち、本発明の、電子捕捉層と正孔捕捉層とを有する有機電界発光素子は、発光層から抜け出た電子と正孔とをより安定に捕捉することで、正孔輸送層および電子輸送層での有機物質の電気化学的変質を防ぐことができるために、より長い発光寿命特性を得ることができる。

また、本発明は、前記芳香族炭化水素２が電子捕捉層中に０．１質量％以上３０質量％以下含有され、前記芳香族炭化水素４が正孔捕捉層中に０．１質量％以上３０質量％以下含有されることが好ましい。

正孔捕捉層は、正孔の捕捉に加え、発光層への速やかな電子の輸送を行う必要があり、電子捕捉層は、電子の捕捉に加え、発光層への速やかな正孔の輸送を行う必要がある。長寿命な有機電界発光素子を得るためには、電荷の捕捉と輸送を最適なバランスで行う必要がある。本発明の、正孔捕捉層と電子捕捉層とを有する有機電界発光素子は、正孔、電子両電荷の適度な捕捉と速やかな輸送を行うことが可能のため、より長い発光寿命特性を得ることができる。

また、本発明は、前記芳香族炭化水素１および前記芳香族炭化水素４が、それぞれ独立に、下記一般式（１）で表される化合物であり、前記芳香族炭化水素２および前記芳香族炭化水素３が、それぞれ独立に、下記一般式（２）もしくは（３）で表される化合物であることが好ましい。

（一般式（１）において、
Ｘ^１〜Ｘ^１０は、それぞれ独立に、水素原子、置換または無置換の炭素数６〜３０のアリール基、置換または無置換のアルキル基であり、Ｘ^１〜Ｘ^１０のうち１〜２個は、それぞれ独立に、置換または無置換の炭素数６〜３０のアリール基である。
Ｒ^１とＲ^２は、それぞれ独立に、置換もしくは無置換の炭素数１〜５のアルキル基、または置換もしくは無置換の炭素数６〜１２のアリール基である。）

（一般式（２）において、
Ａｒ^１〜Ａｒ^５は、それぞれ独立に、置換または無置換の炭素数６〜２０のアリール基であり、
ｎは０〜２の整数である。）

（一般式（３）において、
Ｙ^１〜Ｙ^１０は、それぞれ独立に、水素原子、置換または無置換の炭素数６〜２０のアリール基、置換または無置換のアルキル基であり、Ｙ^１〜Ｙ^１０のうち１〜３個は、それぞれ独立に、置換または無置換の炭素数６〜２０のアリール基である。）

一般式（２）および（３）で表される化合物は、一般式（１）で表される化合物よりも０．１ｅＶ以上低いＬＵＭＯ準位を有する。また、ＬＵＭＯが分子全体に非局在化しているために、電荷の偏りのない安定なアニオンラジカルを形成するため、電子捕捉材料として用いた場合に、長寿命な有機電界発光素子となる。

一般式（１）で表される化合物は、一般式（２）および（３）で表される化合物に対して、０．１ｅＶ以上高いＨＯＭＯ準位を有し、且つ安定なカチオンラジカルを形成することができる。従って、発光層から抜け出た正孔を安定に捕捉することが可能であるために、長寿命な有機電界発光素子を実現することができる。

また、本発明は、前記発光層が、ホスト材料と発光ドーパントとを含み、前記ホスト材料が、一般式（１）で表される化合物であり、前記発光ドーパントが電子受容性を有し、前記ホスト材料よりも０．１ｅＶ以上低いＬＵＭＯ準位を有する化合物であることが好ましい。

電子受容性の発光ドーパントを効率良く発光させるためには、発光層中で電子を捕捉した発光ドーパントに十分に正孔を供給することが必要である。一般式（１）で表される化合物は、電子受容性発光ドーパントに対するホスト材料として好適な特性を有するために、長寿命且つ高効率な有機電界発光素子を実現できる。

本発明によれば、長い発光寿命特性を有する有機電界発光素子を実現することが可能となる。

本実施形態の素子の概略である。

以下、必要に応じて図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面中、同一要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。また、上下左右等の位置関係は、特に断らない限り、図面に示す位置関係に基づくものとする。更に、図面の寸法比率は図示の比率に限られるものではない。

（有機電界発光素子）
本発明の実施形態について図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、電子捕捉層１１、発光層６、正孔捕捉層１２、電子輸送層７、電子注入層８、陰極９を順次有する。

［基板］
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］
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］
正孔注入層４は、陽極３からの正孔（ホール）の注入を容易にする機能を有する化合物を含有する層である。また、陽極３との密着性も材料選択時の重要な因子である。具体的には、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などを少なくとも１種用いて形成することができる。さらに、これらの有機化合物中に、キャリアを発生させる目的で、金属化合物、金属酸化物、有機化合物等の電子受容性化合物をドーピングして用いても良い。

［正孔輸送層］
正孔輸送層５は、注入された正孔を輸送する機能、および発光層中の電子が正孔輸送層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。正孔輸送層５は、トリアリールメタン誘導体、トリアリールアミン誘導体、オキサゾール誘導体、ヒドラゾン誘導体、スチルベン誘導体、ピラゾリン誘導体、ポリシラン誘導体、ポリフェニレンビニレンおよびその誘導体、ポリチオフェンおよびその誘導体、ポリ−Ｎ−ビニルカルバゾール誘導体、もしくは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。また、これらの有機化合物中に、キャリアを発生させる目的で、金属化合物、金属酸化物、有機化合物等の電子受容性化合物をドーピングして用いても良い。

なお、正孔注入層と正孔輸送層の機能を併せ持つ材料であれば、正孔注入輸送層として、単層で二層分の機能を果たす事が可能である。一方で、正孔注入層や正孔輸送層を、さらに複数の層に機能分離して使用することも可能である。

［電子捕捉層］
電子捕捉層１１は、発光層６から抜け出た電子をより安定に捕捉することで、正孔輸送層５での有機物質の電気化学的変質を防ぐことができるために、より長い発光寿命特性を得ることができる機能を有する化合物を含有する層である。

＜電子捕捉層用材料＞
前記電子捕捉層１１は、前記正孔輸送層５と、前記発光層６と、の間に位置する。前記電子捕捉層１１は、芳香族炭化水素１と、前記芳香族炭化水素１よりも０．１ｅＶ以上低いＬＵＭＯ準位を有する芳香族炭化水素２と、を含む。

本発明は、前記芳香族炭化水素２が電子捕捉層中に０．１質量％以上３０質量％以下含有されることが好ましい。

本発明の前記電子捕捉層１１は、本実施形態の芳香族炭化水素のみで構成することがより好ましい。

また、本発明は、前記芳香族炭化水素１が、上記一般式（１）で表される化合物であり、前記芳香族炭化水素２が、上記一般式（２）もしくは（３）で表される化合物であることが好ましい。

上記一般式（１）における炭素数１〜５のアルキル基としては、直鎖状でも分岐を有するものであってもよく、置換基を有していても良い。この場の置換基としては、アルキル基、アルコキシ基、アリール基、アリールオキシ基、アミノ基、ハロゲン原子、シリル基等が挙げられる。このような置換基としては、メチル基、エチル基、（ｎ−，ｉ−）プロピル基、（ｎ−，ｉ−，ｓ−，ｔ−）ブチル基等が挙げられる。

上記一般式（１）における置換または無置換の炭素数６〜３０のアリール基、置換または無置換のアルキル基としては、このような置換基としては、アルキル基、アルコキシ基、アリール基、アリールオキシ基、アミノ基、ハロゲン原子、シリル基等が挙げられる。

上記一般式（１）における置換または無置換の炭素数６〜３０のアリール基としては、このような炭素数６〜３０のアリール基としては、フェニル基、ナフチル基、ビフェニリル基、フェナントリル基、アントラセニル基、ピレニル基、ナフタセニル基、ピリジニル基、チオフェニル基、フラニル基、ピロリル基、ベンゾフラニル基等が挙げられる。
フェニル基、ナフチル基、ビフェニリル基、フェナントリル基、アントラセニル基、ピレニル基等が好ましい。

上記一般式（１）における置換または無置換のアルキル基としては、このようなアルキル基としては、炭素数１〜５のアルキル基などが挙げられる。この炭素数１〜５のアルキル基としては、直鎖状でも分岐を有するものであってもよく、置換基を有していても良い。この場の置換基としては、アルキル基、アルコキシ基、アリール基、アリールオキシ基、アミノ基、ハロゲン原子、シリル基等が挙げられる。このような置換基としては、メチル基、エチル基、（ｎ−，ｉ−）プロピル基、（ｎ−，ｉ−，ｓ−，ｔ−）ブチル基等が挙げられる。

一般式（１）におけるＲ^１およびＲ^２は、それぞれ独立に、−ＣＨ_３，−ＣＨ_２ＣＨ_３、−ＣＨ_２ＣＨ_２ＣＨ_３、−Ｐｈ，−Ｐｈ−ＣＨ_３であることが好ましい。一般式（１）におけるＲ^１およびＲ^２は、同じであることがより好ましい。

一般式（２）におけるｎは、０〜１の整数であることが好ましい。

上記一般式（２）における置換または無置換の炭素数６〜２０のアリール基としては、このような置換基としては、アルキル基、アルコキシ基、アリール基、アリールオキシ基、アミノ基、ハロゲン原子、シリル基等が挙げられる。

上記一般式（２）における置換または無置換の炭素数６〜２０のアリール基としては、このような炭素数６〜２０のアリール基としては、フェニル基、ナフチル基、ビフェニリル基、フェナントリル基、アントラセニル基、ピレニル基、フルオレニル基等が挙げられる。
フェニル基、ナフチル基、ビフェニリル基、フルオレニル基等が好ましい。

ただし、上記一般式（２）における化合物は、上記一般式（１）で表される化合物を含まないことが好ましい。

一般式（３）において、Ｙ^１〜Ｙ^１０のうち１〜２個は、それぞれ独立に、置換または無置換の炭素数６〜２０のアリール基であることが好ましい。

上記一般式（３）における置換または無置換の炭素数６〜２０のアリール基としては、このような置換基としては、アルキル基、アルコキシ基、アリール基、アリールオキシ基、アミノ基、ハロゲン原子、シリル基等が挙げられる。

上記一般式（３）における置換または無置換の炭素数６〜２０のアリール基としては、このような炭素数６〜２０のアリール基としては、フェニル基、ナフチル基、ビフェニリル基、フェナントリル基、アントラセニル基、ピレニル基、フルオレニル基等が挙げられる。
フェニル基、ナフチル基、ビフェニリル基、フルオレニル基等が好ましい。

ただし、上記一般式（３）における化合物は、上記一般式（１）で表される化合物を含まないことが好ましく、又は一般式（２）で表される化合物を含まないことが好ましい。

また、本発明は、前記芳香族炭化水素１が、下記一般式（１ａ）で表される化合物であることが好ましい。

（一般式（１ａ）において、
Ｘ^１〜Ｘ^４は、それぞれ独立に、水素原子、置換または無置換の炭素数６〜３０のアリール基、置換または無置換のアルキル基であり、Ｘ^１〜Ｘ^４のうち１〜２個は、それぞれ独立に、置換または無置換の炭素数６〜３０のアリール基である。
Ｒ^１とＲ^２は、それぞれ独立に、置換もしくは無置換の炭素数１〜５のアルキル基、または置換もしくは無置換の炭素数６〜１２のアリール基である。）

「具体例」
本実施形態にかかる一般式（１）で表される有機電界発光素子用化合物の好適な例としては、下記式（Ｉ−１）〜（Ｉ−２７）、（ＩＩ−１）〜（ＩＩ−２８）、（ＩＩＩ−１）〜（ＩＩＩ−１７）、（ＩＶ−１）〜（ＩＶ−２０）、（Ｖ−１）〜（Ｖ−２０）、（ＶＩ−１）〜（ＶＩ−１３）で表される化合物が挙げられる。

本実施形態にかかる一般式（２）で表される有機電界発光素子用化合物の好適な例としては、下記式（ＶＩＩ−１）〜（ＶＩＩ−２７）で表される化合物が挙げられる。

本実施形態にかかる一般式（３）で表される有機電界発光素子用化合物の好適な例としては、下記式（ＶＩＩＩ−１）〜（ＶＩＩＩ−１５）で表される化合物が挙げられる。

［発光層］
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。通常はホスト材料と発光ドーピング材料とからなるが、さらにキャリア濃度の調整等の目的でキャリア輸送材料を含む場合もある。

＜ドーピング材料＞
本発明における発光層６に用いられる発光ドーピング材料、通常は発光ドーピング材料として用いられる。
ドーピング材料としては、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化合物；アントラセン誘導体、フルオランテン誘導体、ピレン誘導体、ペリレン誘導体、フルオレン誘導体、テトラアリールエテン誘導体、芳香族アミン誘導体等が挙げられる。
例えば、下記の構造を有する化合物（１１）が挙げられる。

発光ドーピング材料の一般例をご追記お願いします。

＜ホスト材料＞
一般的な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、及び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ことができる。
本発明の一実施形態のホスト材料が、一般式（１）で表される化合物であり、前記発光ドーパントが電子受容性を有し、前記ホスト材料よりも０．１ｅＶ以上低いＬＵＭＯ準位を有する化合物であることが好ましい。

［正孔捕捉層］
正孔捕捉層１２は、発光層６から抜け出た正孔をより安定に捕捉することで、電子輸送層７での有機物質の電気化学的変質を防ぐことができるために、より長い発光寿命特性を得ることができる機能を有する化合物を含有する層である。

＜正孔捕捉層用材料＞
前記正孔捕捉層１２は、前記発光層と、前記電子輸送層と、の間に位置する。前記正孔捕捉層１２は、芳香族炭化水素３と、前記芳香族炭化水素３よりも０．１ｅＶ以上高いＨＯＭＯ準位を有する芳香族炭化水素４と、を含むことを特徴とする。

本発明は、前記芳香族炭化水素４が正孔捕捉層中に０．１質量％以上３０質量％以下含有されることが好ましい。
本発明の正孔捕捉層層１２は、本実施形態の芳香族炭化水素のみで構成することがより好ましい。

また、本発明は、前記芳香族炭化水素４が、上記一般式（１）で表される化合物であり、前記芳香族炭化水素３が上記一般式（２）もしくは（３）で表される化合物であることが好ましい。
正孔捕捉層用材料に用いる、一般式（１）で表される化合物、一般式（２）もしくは（３）で表される化合物の好ましい例、具体例は、電子捕捉層用材料と同じである。ただし、正孔捕捉層用材料に用いるものと電子捕捉層用材料に用いるものは、同じでも、異なっても良い。

［電子輸送層］
電子輸送層７は、注入された電子を輸送する機能及び発光層６から正孔が注入されるのを妨げる機能を有する層である。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−キノリノール乃至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］
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と、陰極９との密着性を高める機能と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−キノリノール乃至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。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ことで、電子注入輸送層として単層で二層分の機能を果たすことができる。素子構成によっては、電子注入層８や電子輸送層７をさら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９からの電子注入障壁を大幅に低減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）アルミニウム等の一般的な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及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類金属及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］
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。

＜実施例１＞
ガラス基板上にＲＦスパッタ法で、ＩＴＯ透明電極を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／Ｏ_３洗浄した後、真空蒸着装置の基板ホルダーに固定して、層内を１×１０^−４Ｐａ以下まで減圧した。

次いで、減圧状態を保ったまま、本実施形態の化合物（Ｉ−１３）と、電子アクセプターとしての酸化モリブデンを体積比９５：５で、全体の蒸着速度０．１ｎｍ／ｓｅｃで６０ｎｍの膜厚に蒸着し、正孔注入層兼正孔輸送層とした。

次いで、減減圧状態を保ったまま、芳香族炭化水素１としての本実施形態の化合物（Ｉ−１３）と、芳香族炭化水素２としての化合物（ＶＩＩ−９）とを体積比９０：１０で全体の蒸着速度０．１ｎｍ／ｓｅｃで３０ｎｍの膜厚に蒸着し、電子阻止層とした。

更に、減圧状態を保ったまま、ホスト材料として本実施形態の化合物（Ｉ−１３）と、発光ドーパントとして下記の構造を有する化合物（１１）とを体積比９５：５で、全体の蒸着速度０．１ｎｍ／ｓｅｃで４０ｎｍの厚さに蒸着し、発光層とした。

更に、減圧状態を保ったまま、芳香族炭化水素３としての本実施形態の化合物（ＶＩＩ−９）と、芳香族炭化水素４としての化合物（Ｉ−１３）とを体積比９０：１０でを蒸着速度０．１ｎｍ／ｓｅｃで２０ｎｍの厚さに蒸着し、正孔阻止層とした。

更に、減圧状態を保ったまま、下記の構造を有する化合物（１２）を蒸着速度０．１ｎｍ／ｓｅｃで２０ｎｍの厚さに相次いで蒸着し、電子輸送層とした。

次いで、ＬｉＦを蒸着速度０．１ｎｍ／ｓｅｃで０．５ｎｍの厚さに蒸着し、電子注入層とし、保護電極としてＡｌを１００ｎｍの厚さに蒸着し、最後にガラス封止して有機電界発光素子を得た。

作成した有機電界発光素子について、電流密度１０ｍＡ／ｃｍ^２における駆動時の発光効率および初期輝度１０００ｃｄ／ｍ^２での半減寿命を測定した。結果を表１に示す。

＜実施例２〜１３、比較例１〜３＞
実施例１で用いた化合物に代えて、表１に記載した化合物を用いた以外は、実施例１と同様に有機電界発光素子を作製した。これらの素子の電流密度１０ｍＡ／ｃｍ^２における駆動時の発光効率および初期輝度１０００ｃｄ／ｍ^２での半減寿命を表１に示す。なお、実施例で用いた発光ドーパント（１３）、（１４）は下記に示す構造である。

実施例１〜１３および比較例１〜３より、本実施形態の芳香族炭化水素のみで構成した電子阻止層および正孔阻止層を備える有機電界発光素子は、長い駆動寿命を実現できることが示された。

＜実施例１４＞
ガラス基板上にＲＦスパッタ法で、ＩＴＯ透明電極を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／Ｏ_３洗浄した後、真空蒸着装置の基板ホルダーに固定して、層内を１×１０^−４Ｐａ以下まで減圧した。

次いで、減圧状態を保ったまま、本実施形態の化合物（Ｉ−１３）と、電子アクセプターとしての酸化モリブデンを体積比９５：５で、全体の蒸着速度０．１ｎｍ／ｓｅｃで６０ｎｍの膜厚に蒸着し、正孔注入層兼正孔輸送層とした。

次いで、減圧状態を保ったまま、芳香族炭化水素１としての本実施形態の化合物（Ｉ−１３）と、芳香族炭化水素２としての化合物（ＶＩＩ−９）とを体積比９９：１で全体の蒸着速度０．１ｎｍ／ｓｅｃで３０ｎｍの膜厚に蒸着し、電子阻止層とした。

更に、減圧状態を保ったまま、ホスト材料として本実施形態の化合物（Ｉ−１３）と、発光ドーパントとして化合物（１１）とを体積比９９：１で、全体の蒸着速度０．１ｎｍ／ｓｅｃで４０ｎｍの厚さに蒸着し、発光層とした。

更に、減圧状態を保ったまま、芳香族炭化水素３としての本実施形態の化合物（ＶＩＩ−９）と、芳香族炭化水素４としての化合物（Ｉ−１３）とを体積比９９：１でを蒸着速度０．１ｎｍ／ｓｅｃで２０ｎｍの厚さに蒸着し、正孔阻止層とした。

更に、減圧状態を保ったまま、化合物（１２）を蒸着速度０．１ｎｍ／ｓｅｃで２０ｎｍの厚さに相次いで蒸着し、電子輸送層とした。

次いで、ＬｉＦを蒸着速度０．１ｎｍ／ｓｅｃで０．５ｎｍの厚さに蒸着し、電子注入層とし、保護電極としてＡｌを１００ｎｍの厚さに蒸着し、最後にガラス封止して有機電界発光素子を得た。

作成した有機電界発光素子について、電流密度１０ｍＡ／ｃｍ^２における駆動時の発光効率および初期輝度１０００ｃｄ／ｍ^２での半減寿命を測定した。結果を表２に示す。

＜実施例１５〜１９、比較例４＞
電子阻止層中の芳香族炭化水素１と芳香族炭化水素２の体積比と、正孔阻止層中の芳香族炭化水素３と芳香族炭化水素４の体積比を表２に示した比率に代えた以外は、実施例１３と同様に有機電界発光素子を作製した。これらの素子の電流密度１０ｍＡ／ｃｍ^２における駆動時の発光効率および初期輝度１０００ｃｄ／ｍ^２での半減寿命を表２に示す。

実施例１４〜１９の有機電界発光素子は、電子阻止層および正孔阻止層を備えない比較例４と比較して、長寿命であることが示された。

本実施形態で用いた化合物のＨＯＭＯ準位を大気下光電子分光法（理研機器製、測定器名：ＡＣ−２）を用いて測定した。更に、ＨＯＭＯの測定値と、トルエン溶液の蛍光スペクトルの吸収端から算出したバンドギャップＥｇの値とから、ＬＵＭＯ準位を算出した。結果を表３に示す。

表３に示した芳香族炭化水素１および４は、芳香族炭化水素２および３と比較して０．１ｅＶ高いＬＵＭＯ準位とＨＯＭＯ準位を有する。このために、本実施形態の電子阻止層と正孔阻止層とを備えた有機電界発光素子は長い駆動寿命を示す。また、本実施形態で用いた芳香族炭化水素１および４は電子受容性発光ドーパントのホスト材料として好適なエネルギー準位を有するために、長寿命且つ高効率な有機電界発光素子を実現できる。

１ 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
１１ 電子捕捉層
１２ 正孔捕捉層

Claims (4)

1. 陽極と陰極との間に、正孔輸送層と、電子捕捉層と、発光層と、正孔捕捉層と、電子輸送層と、を有し、
   前記電子捕捉層は、前記正孔輸送層と、前記発光層と、の間に位置し、
   前記正孔捕捉層は、前記発光層と、前記電子輸送層と、の間に位置し、
   前記電子捕捉層は、芳香族炭化水素１と、前記芳香族炭化水素１よりも０．１ｅＶ以上低いＬＵＭＯ準位を有する芳香族炭化水素２と、を含み、
   前記正孔捕捉層は、芳香族炭化水素３と、前記芳香族炭化水素３よりも０．１ｅＶ以上高いＨＯＭＯ準位を有する芳香族炭化水素４と、を含むことを特徴とする有機電界発光素子。
2. 前記芳香族炭化水素２が電子捕捉層中に０．１質量％以上３０質量％以下含有され、
   前記芳香族炭化水素４が正孔捕捉層中に０．１質量％以上３０質量％以下含有されることを特徴とする、請求項１に記載の有機電界発光素子。
3. 前記芳香族炭化水素１および前記芳香族炭化水素４が、それぞれ独立に、下記一般式（１）で表される化合物であり、
   前記芳香族炭化水素２および前記芳香族炭化水素３が、それぞれ独立に、下記一般式（２）もしくは（３）で表される化合物であることを特徴とする請求項１又は２に記載の有機電界発光素子。
   

   

   （一般式（１）において、
   Ｘ^１〜Ｘ^１０は、それぞれ独立に、水素原子、置換または無置換の炭素数６〜３０のアリール基、置換または無置換のアルキル基であり、Ｘ^１〜Ｘ^１０のうち１〜２個は、それぞれ独立に、置換または無置換の炭素数６〜３０のアリール基である。
   Ｒ^１とＲ^２は、それぞれ独立に、置換もしくは無置換の炭素数１〜５のアルキル基、または置換もしくは無置換の炭素数６〜１２のアリール基である。）
   

   

   （一般式（２）において、
   Ａｒ^１〜Ａｒ^５は、それぞれ独立に、置換または無置換の炭素数６〜２０のアリール基であり、
   ｎは０〜２の整数である。）
   

   

   （一般式（３）において、
   Ｙ^１〜Ｙ^１０は、それぞれ独立に、水素原子、置換または無置換の炭素数６〜２０のアリール基、置換または無置換のアルキル基であり、Ｙ^１〜Ｙ^１０のうち１〜３個は、それぞれ独立に、置換または無置換の炭素数６〜２０のアリール基である。）
4. 前記発光層が、ホスト材料と発光ドーパントとを含み、
   前記ホスト材料が、下記一般式（１）で表される化合物であり、
   前記発光ドーパントは、電子受容性を有し、前記ホスト材料よりも０．１ｅＶ以上低いＬＵＭＯ準位を有する化合物である
   ことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の有機電界発光素子。

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