JP2023173602A - 有機エレクトロルミネッセンス素子、表示装置および照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高い発光効率を有し、寿命の長い有機エレクトロルミネッセンス素子の提供。【解決手段】発光材料と、アクセプター性材料である第１有機化合物と、第１有機化合物と励起錯体を形成するドナー性材料である第２有機化合物とを含む発光層を有し、第１有機化合物が式（１）で示される化合物（Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３は水素元素または置換基）である有機エレクトロルミネッセンス素子とする。［化１］TIFF2023173602000023.tif39170【選択図】なし

Description

本発明は、有機エレクトロルミネッセンス素子、これを備える表示装置および照明装置に関する。

有機エレクトロルミネッセンス（以下、エレクトロルミネッセンス（電界発光）を「ＥＬ」と記す場合がある。）素子は、薄く、フレキシブルである。このため、有機ＥＬ素子は、様々な用途への利用が期待されている。

特に、有機ＥＬ素子を用いた表示装置は、現在主流となっている液晶表示装置と比べて、コントラストが高く、視野角が広い。このため、有機ＥＬ素子を用いた表示装置は、大型テレビ、小型デバイスへの利用が拡大している。また、有機ＥＬ素子を用いた照明装置は、発光ダイオード（ＬＥＤ）とは異なり、面発光源であるという特徴がある。このため、有機ＥＬ素子を用いた照明装置は、これまでにないフレキシブルな照明装置としての利用が期待されている。

有機ＥＬ素子は、陰極と陽極との間に発光層が積層されたものである。有機ＥＬ素子においては、陰極と陽極との間に、機能を分離した多種類の有機化合物層を積層することにより、性能を向上させてきた。その結果、近年の有機ＥＬ素子は、陽極、正孔注入層、正孔輸送層、電子ブロック層、発光層、正孔ブロック層、電子輸送層、電子注入層、陰極のように、多数の有機化合物層が積層された複雑な構成を有している（非特許文献１参照）。

また、有機ＥＬ素子として、発光材料と、第１有機化合物と、第１有機化合物と励起錯体を形成する第２有機化合物とを含む発光層を、一対の電極間に有するものが提案されている（特許文献１、非特許文献２～４参照。）。

特許第５４２０６９２号公報

カーステン ウォルザー（Ｋａｒｓｔｅｎ Ｗａｌｚｅｒ）、他３名，「ケミカル レビュー（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｒｅｖｉｅｗ）」，第１０７巻，２００７年，ｐ１２３３－１２７１ サトシ セオ，「ジャパニーズ ジャーナル オブ アプライド フィジックス（Ｊ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．）」，第５３巻，２０１４年，ｐ０４２１０２ Ｊｅｏｎｇ－Ｈｗａｎ Ｌｅｅ、外４名，「エーシーエス アップライド マテリアルズ アンド インターフェーシズ（ＡＣＳ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ ＆ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅｓ）」，第９巻，２０１７年，ｐ３２７７ Hejun Li,Ning Xie,Jiaxuan Wang,Yuguang Zhao,Baoyan Liang,Organic Electronics 88（２０２１）１０６００４

しかしながら、従来の有機ＥＬ素子においては、高い発光効率を有するものであって、かつ、寿命のより長いものが要求されている。
特に、発光材料として、りん光材料または熱活性化遅延蛍光（ＴＡＤＦ）材料からなる青色発光材料を用いた有機ＥＬ素子では、高い発光効率が得られるものの、寿命が不十分であるため、寿命を長くすることが望まれていた。

本発明は、上記事情を鑑みてなされたものであり、高い発光効率を有し、より一層、寿命の長い有機エレクトロルミネッセンス素子を提供することを目的とする。
また、本発明は、本発明の有機エレクトロルミネッセンス素子を備える表示装置および照明装置を提供することを目的とする。

本発明は以下の態様を含む。

［１］ 発光材料と、アクセプター性材料である第１有機化合物と、前記第１有機化合物と励起錯体を形成するドナー性材料である第２有機化合物とを含む発光層を有し、
前記第１有機化合物が、下記式（１）で示される化合物であることを特徴とする、有機エレクトロルミネッセンス素子。

（式（１）中、Ｘ_１、Ｘ_２、Ｘ_３は、それぞれ水素原子または置換基を表す。）

［２］ 上記式（１）における置換基が、置換基を有してもよい芳香族炭化水素基、不飽和複素環基、アルキル基から選ばれるいずれかである、［１］に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
［３］ 上記式（１）における置換基が、カルバゾール環またはo－トリル基である、［１］に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。

［４］ 上記式（１）で示される化合物が、下記式（１－１）で示される化合物である、［１］に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。

［５］ 上記式（１）で示される化合物が、下記式（１－２）で示される化合物である、［１］に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。

［６］ 前記発光材料が、青色発光材料である、［１］～［５］のいずれかに記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
［７］ 前記発光材料が、熱活性化遅延蛍光材料を含む、［１］～［５］のいずれかに記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
［８］ 前記発光材料が、りん光発光材料を含む、［１］～［５］のいずれかに記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
［９］ 前記発光材料が、蛍光材料を含む、［１］～［５］のいずれかに記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。

［１０］ ［１］～［９］のいずれかに記載の有機エレクトロルミネッセンス素子を備えることを特徴とする、表示装置。
［１１］ ［１］～［９］のいずれかに記載の有機エレクトロルミネッセンス素子を備えることを特徴とする、照明装置。

本発明の有機エレクトロルミネッセンス素子は、発光材料と、アクセプター性材料である第１有機化合物と、第１有機化合物と励起錯体を形成するドナー性材料である第２有機化合物とを含む発光層を有し、第１有機化合物が、式（１）で示される化合物である。このため、本発明の有機エレクトロルミネッセンス素子は、高い発光効率を有し、かつ、寿命の長いものとなる。したがって、本発明の有機エレクトロルミネッセンス素子は、表示装置および照明装置に好適に用いることができる。

本発明の有機ＥＬ素子の一例を説明するための断面模式図である。 実施例１および比較例１の有機ＥＬ素子の印加電圧と輝度との関係を示したグラフである。 実施例１～３および比較例２～４の有機ＥＬ素子の印加電圧と輝度との関係を示したグラフである。 実施例１、４、５および比較例５～７の有機ＥＬ素子の印加電圧と輝度との関係を示したグラフである。 実施例１～３および比較例２～４の有機ＥＬ素子の印加電圧と電流密度との関係を示したグラフである。 実施例１、４，５および比較例５～７の有機ＥＬ素子の印加電圧と電流密度との関係を示したグラフである。 実施例１～３および比較例２～４の有機ＥＬ素子の電流密度と外部量子効率との関係を示したグラフである。 実施例１、４、５および比較例５～７の有機ＥＬ素子の電流密度と外部量子効率との関係を示したグラフである。 実施例１および比較例１の有機ＥＬ素子の発光スペクトルを示したグラフである。

本発明者は、上記課題を解決し、高い発光効率を有し、より一層、寿命の長いＥＬ素子を提供すべく、以下に示すように、鋭意検討を重ねた。
発光材料と、第１有機化合物と、第１有機化合物と励起錯体を形成する第２有機化合物とを含む発光層を有する有機ＥＬ素子では、励起錯体から発光材料に効率よくエネルギーが移動することによって、発光効率および寿命を向上させる。このため、励起錯体の一重項励起状態および三重項励起状態のエネルギーは、発光材料の一重項励起状態および三重項励起状態のエネルギーよりも大きい必要がある。

しかしながら、発光材料と、第１有機化合物と、第１有機化合物と励起錯体を形成する第２有機化合物とを含む発光層を有する従来の有機ＥＬ素子では、一重項励起状態および三重項励起状態のエネルギーが、発光材料よりも十分に大きい励起錯体が形成されない場合があった。
特に、発光材料として、りん光材料または熱活性化遅延蛍光（ＴＡＤＦ）材料からなる青色発光材料を用いた有機ＥＬ素子は、発光材料の励起三重項エネルギーが高い。このため、発光層が、第１有機化合物と、第１有機化合物と励起錯体を形成する第２有機化合物とを含むものであっても、励起錯体によって効率よくエネルギー移動させる効果が十分に得られなかった。

そこで、本発明者は、発光材料と、アクセプター性材料である第１有機化合物と、第１有機化合物と励起錯体を形成するドナー性材料である第２有機化合物とを含む発光層を有する有機ＥＬ素子において、励起錯体を形成するアクセプター性材料に着目して、鋭意検討を重ねた。
その結果、励起錯体を形成するアクセプター性材料として、式（１）で示される化合物を用いればよいことが分かった。より詳細には、式（１）で示される化合物とドナー性材料である第２有機化合物とが形成する励起錯体は、式（１）で示される化合物の骨格によって、一重項励起状態および三重項励起状態のエネルギーが十分に大きいものとなることを見出した。

さらに、本発明者らは、発光材料と、式（１）で示される化合物と、式（１）で示される化合物と励起錯体を形成するドナー性材料である第２有機化合物とを含む発光層を有する有機ＥＬ素子が、発光材料として、りん光材料または熱活性化遅延蛍光（ＴＡＤＦ）材料からなる青色発光材料を用いた場合であっても、高い発光効率を有し、かつ、寿命の長いものとなることを確認し、本発明を想到した。

以下、本発明の有機エレクトロルミネッセンス素子、表示装置および照明装置について詳細に説明する。なお、本発明は、以下に示す実施形態のみに限定されるものではない。
「有機エレクトロルミネッセンス素子」
図１は、本発明の有機エレクトロルミネッセンス素子（有機ＥＬ素子）の一例を説明するための断面模式図である。本実施形態の有機ＥＬ素子１０は、図１に示すように、基板１上に、陽極２、正孔注入層３、正孔輸送層４、発光層５、電子輸送層６、電子注入層７、陰極８が、この順に積層された積層構造を有する。

本実施形態においては、図１に示すように、陽極２と陰極８との間に、正孔注入層３、正孔輸送層４、発光層５、電子輸送層６、電子注入層７を有する有機ＥＬ素子１０を例に挙げて説明するが、正孔注入層３、正孔輸送層４、電子輸送層６、電子注入層７の各層は、必要に応じて設けられるものであり、これらのうち一部または全部が設けられていなくてもよい。
図１に示す有機ＥＬ素子１０は、基板１と反対側に光を取り出すトップエミッション型のものであってもよいし、基板１側に光を取り出すボトムエミッション型のものであってもよい。

（基板）
基板１の材料としては、樹脂材料、ガラス材料などが挙げられる。基板１の材料として、１種のみを用いてもよいし、２種以上組み合わせて使用してもよい。
基板１に用いられる樹脂材料としては、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、シクロオレフィンポリマー、ポリアミド、ポリエーテルサルフォン、ポリメチルメタクリレート、ポリカーボネート、ポリアリレート等が挙げられる。基板１の材料として、樹脂材料を用いた場合、柔軟性に優れた有機ＥＬ素子１０が得られるため好ましい。
基板１に用いられるガラス材料としては、石英（ＳｉＯ_２）ガラス、ソーダガラス等が挙げられる。

有機ＥＬ素子１０がボトムエミッション型のものである場合には、基板１の材料として、透光性を有する基板を用いる。
有機ＥＬ素子１０がトップエミッション型のものである場合には、基板１の材料として、透光性を有する基板だけでなく、不透明な基板を用いてもよい。不透明な基板としては、例えば、アルミナのようなセラミックス材料からなる基板、ステンレス鋼のような金属板の表面に酸化膜（絶縁膜）を形成した基板、樹脂材料で構成された基板等が挙げられる。

（陽極）
陽極２の材料としては、ＩＴＯ（インジウム酸化錫）、ＩＺＯ（インジウム酸化亜鉛）、ＦＴＯ（フッ素酸化錫）、ＩｎＳｎＺｎＯ（インジウム酸化亜鉛錫、ＩＴＺＯ）、Ｉｎ_３Ｏ_３、ＳｎＯ_２、Ｓｂ含有ＳｎＯ_２、Ａｌ含有ＺｎＯなどの酸化物からなる導電材料を用いることが好ましい。これらの中でも特に、ＩＴＯ、ＩＺＯ、ＦＴＯを用いることが好ましい。
有機ＥＬ素子１０がボトムエミッション型のものである場合には、陽極２の材料として透光性を有する材料を用いることが好ましい。

（正孔注入層）
正孔注入層３の材料としては、ポリ（３，４－エチレンジオキシチオフェン）（ＰＥＤＯＴ（Ｃｌｅｖｉｏｓ（登録商標）ＨＩＬ１．３Ｎ））、１，４，５，８，９，１２－ヘキサアザトリフェニレン－２，３，６，７，１０，１１－ヘキサカルボニトリル（ＨＡＴ－ＣＮ）などの公知の材料を用いることができる。

（正孔輸送層）
正孔輸送層４の材料としては、後述する発光層５において第２有機化合物として含まれる有機化合物と同じ有機化合物を用いることが好ましい。より高い発光効率を有し、かつ、寿命の長い有機ＥＬ素子１０となるためである。また、正孔輸送層４の材料として、発光層５に含まれる第２有機化合物と同等のエネルギー特性を有し、かつ第２有機化合物とは異なる別の有機化合物を用いてもよい。

（発光層）
発光層５は、発光材料と、アクセプター（電子受容体）性材料である第１有機化合物と、ドナー（電子供与体）性材料である第２有機化合物とを含む。第１有機化合物と第２有機化合物は、励起錯体を形成するものである。発光層５中に含まれる第１有機化合物および第２有機化合物は、一部または全部が励起錯体として存在していてもよい。発光層５に含まれる発光材料は、ゲスト材料である。第１有機化合物および第２有機化合物は、ホスト材料である。

「第１有機化合物」
発光層５に含まれる第１有機化合物は、下記式（１）で示される化合物である。発光層５に含まれる第１有機化合物は、１種のみであってもよいし、２種以上であってもよい。第１有機化合物は、第２有機化合物および発光材料の種類、発光層５を備える有機ＥＬ素子１０の用途などに応じて適宜決定できる。

（式（１）中、Ｘ_１、Ｘ_２、Ｘ_３は、それぞれ水素原子または置換基を表す。）

式（１）で示される化合物は、ドナー性材料である第２有機化合物と励起錯体を形成する。この励起錯体は、式（１）で示される化合物の骨格を有しているため、一重項励起状態および三重項励起状態のエネルギーが十分に大きいものとなる。
式（１）中のＸ_１、Ｘ_２、Ｘ_３は、それぞれ水素原子または置換基を表す。Ｘ_１、Ｘ_２、Ｘ_３のうち一部または全部が置換基である場合、Ｘ_１、Ｘ_２、Ｘ_３のうち置換基であるものの数は特に限定されない。Ｘ_１、Ｘ_２、Ｘ_３のうち２つまたは３つが置換基である場合、２つまたは３つの置換基は一部または全部が同じであってもよいし異なっていてもよい。

Ｘ_１、Ｘ_２、Ｘ_３のうち１つが置換基である場合、Ｘ_１のみが置換基であることが好ましく、Ｘ_１、Ｘ_２、Ｘ_３のうち２つが置換基である場合、Ｘ_２およびＸ_３が置換基であることが好ましい。一重項励起状態および三重項励起状態のエネルギーのより大きい励起錯体を形成できる式（１）で示される化合物となるためである。
また、Ｘ_１、Ｘ_２、Ｘ_３が置換基である場合、Ｘ_１、Ｘ_２、Ｘ_３はそれぞれ、式（１）で示される化合物の骨格を形成している縮合環のホウ素原子とベンゼン環に対してパラ位であって、縮合環を形成している酸素原子とベンゼン環に対してメタ位である位置に配置されていることが好ましい。一重項励起状態および三重項励起状態のエネルギーのより大きい励起錯体を形成できる式（１）で示される化合物となるためである。

式（１）における置換基としては、置換基を有してもよい芳香族炭化水素基、不飽和複素環基、アルキル基などが挙げられる。

式（１）における置換基が、置換基を有してもよい芳香族炭化水素基である場合の例としては、o－トリル基、ｍ－トリル基、ｐ－トリル基、フェニル基、１－ナフチル基、２－ナフチル基、アントラセニル基などが挙げられ、一重項励起状態および三重項励起状態のエネルギーの大きい励起錯体を形成できる式（１）で示される化合物となるため、o－トリル基であることが好ましい。

式（１）における置換基が、不飽和複素環基である場合の例としては、カルバゾール環、ジベンゾフラン環、ジベンゾチオフェン環、インドール環、ピリジン環、キノリン環、イソキノリン環などが挙げられ、一重項励起状態および三重項励起状態のエネルギーの大きい励起錯体を形成できる式（１）で示される化合物となるため、カルバゾール環であることが好ましい。式（１）における置換基が、カルバゾール環である場合、式（１）で示される化合物の骨格を形成しているベンゼン環と、カルバゾール環の窒素原子とが結合していることがより好ましい。製造が容易な式（１）で示される化合物となるためである。

式（１）における置換基が、アルキル基である場合の例としては、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基などが挙げられる。

式（１）で示される化合物は、具体的には、下記式（１－１）で示される化合物（ＤＯＢＮＡ－Ｃ_Ｚ）または下記式（１－２）で示される化合物（ＤＯＢＮＡ－３）であることが好ましい。式（１）で示される化合物と第２有機化合物とが形成する励起錯体が、一重項励起状態および三重項励起状態のエネルギーのより大きいものとなるためである。

「第２有機化合物」
発光層５に含まれる第２有機化合物は、第１有機化合物と励起錯体を形成する。発光層５に含まれる第２有機化合物は、１種のみであってもよいし、２種以上であってもよい。第２有機化合物は、第１有機化合物および発光材料の種類、発光層５を備える有機ＥＬ素子１０の用途などに応じて適宜決定できる。

第２有機化合物としては、例えば、下記式で示される４－ＳＦ－ＤＭＡＣ、ｍ－ＣＢＰ、３－ＳＦ－ＤＭＡＣ、２－ＳＦ－ＤＭＡＣ、ＴｃＴa、Ｔｒｉｓ－ＰＣｚなどが挙げられる。これらの有機化合物の中でも、一重項励起状態および三重項励起状態のエネルギーの大きい励起錯体を形成できる化合物であるため、第２有機化合物が４－ＳＦ－ＤＭＡＣであることがより好ましい。

発光層５の形成に使用したホスト材料（第１有機化合物および第２有機化合物）中における第１有機化合物と第２有機化合物との比は、第１有機化合物および第２有機化合物の種類に応じて適宜決定できる。第１有機化合物と第２有機化合物との質量比（第１有機化合物：第２有機化合物）は、３：７～７：３であることが好ましく、１：１であることが最も好ましい。第１有機化合物と第２有機化合物との質量比が３：７～７：３の範囲内であると、第１有機化合物と第２有機化合物とが励起錯体を形成しやすくなるためである。

「発光材料」
発光材料としては、蛍光材料、りん光材料、熱活性化遅延蛍光（ＴＡＤＦ）材料など公知のものを用いることができる。発光材料は、緑色発光材料、赤色発光材料、青色発光材料のいずれであってもよい。発光材料が、青色発光材料である場合、式（１）で示される化合物の骨格によって、第１有機化合物と第２有機化合物とが形成する励起錯体の一重項励起状態および三重項励起状態のエネルギーが大きいものとなることによる効果が顕著となる。

青色発光材料としては、具体的には、熱活性化遅延蛍光（ＴＡＤＦ）材料である下記式で示されるν－ＤＡＢＮＡ、りん光材料であるＦｌｒｐｉｃ、蛍光材料であるＢＤ－１、ＢＳＢ４などが挙げられる。これらの青色発光材料の中でも、色純度が高く、発光効率の高い有機ＥＬ素子１０となるため、ν－ＤＡＢＮＡを用いることが好ましい。

発光層５（ホスト材料およびゲスト材料）中に含まれる発光材料（ゲスト材料）の含有量は、ホスト材料およびゲスト材料の種類に応じて適宜決定できる。発光層５中の発光材料（ゲスト材料）の含有量は、０．１質量％～１０質量％であることが好ましく、１質量％～５質量％であることがより好ましい。発光材料（ゲスト材料）の含有量が上記範囲内であると、より高い発光効率を有し、かつ、寿命の長い有機ＥＬ素子１０となるためである。

（電子輸送層）
電子輸送層６の材料としては、発光層５に第１有機化合物として含まれる式（１）で示される化合物と同じ有機化合物を用いることが好ましい。より高い発光効率を有し、かつ、寿命の長い有機ＥＬ素子１０となるためである。また、電子輸送層６の材料として、発光層５に含まれる第１有機化合物と同等のエネルギー特性を有し、かつ第１有機化合物とは異なる別の有機化合物を用いてもよい。

（電子注入層）
電子注入層７の材料としては、例えば、複素環式芳香族化合物、スピロ環化合物などが挙げられる。
複素環式芳香族化合物としては、例えば、下記式で示されるＰｙ－ｈｐｐ２、Ｐｙ－ｈｐｐ３、フェナントレンの炭素のうち２つを窒素で置換したものなどが挙げられ、発光効率の高い有機ＥＬ素子１０となるため、Ｐｙ－ｈｐｐ２またはＰｙ－ｈｐｐ３を用いることが好ましい。
スピロ環化合物としては、例えば、下記式で示されるｓｐｉｒｏ－ｐｙｅ（２，７－ジピレニル－９，９－スピロビフルオレン）などが挙げられる。

電子注入層７は、上記の材料を１種のみ含むものであってもよいし、２種以上の材料を含むものであってもよい。電子注入層７が２種以上の材料を含むものである場合、電子注入層７の材料として、発光層５において第１有機化合物として含まれる式（１）で示される化合物を含むことが好ましい。寿命の長い有機ＥＬ素子１０となるためである。

電子注入層７が式（１）で示される化合物を含む場合、電子注入層７中に含まれる式（１）で示される化合物の含有量は、５０質量％～７０質量％であることが好ましく、６０質量％～６５質量％であることがより好ましい。式（１）で示される化合物の含有量が上記範囲内であると、より高い発光効率を有し、かつ、寿命の長い有機ＥＬ素子１０となるためである。

（陰極）
陰極８の材料としては、Ａｕ、Ｐｔ、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｌまたはこれらを含む合金などが挙げられる。これらの中でも陰極８の材料としては、Ａｕ、Ａｇ、Ａｌのいずれかを用いることが好ましい。
有機ＥＬ素子１０がトップエミッション型のものである場合には、陰極８の材料として透光性を有する材料を用いることが好ましい。

（製造方法）
次に、本実施形態の有機ＥＬ素子１０の製造方法の一例として、図１に示す有機ＥＬ素子１０の製造方法を説明する。
本実施形態の有機ＥＬ素子１０の製造方法では、基板１上に、陽極２、正孔注入層３、正孔輸送層４、発光層５、電子輸送層６、電子注入層７、陰極８をこの順に形成する。

まず、基板１上に、陽極２を形成する。陽極２は、例えば、真空蒸着法、スパッタリング法など公知の方法により製造できる。
本実施形態においては、基板１として、例えば、ガラスなどからなる基板上に、陽極２が形成された市販品を用いてもよい。
次に、陽極２が形成された基板１上に、正孔注入層３を形成する。正孔注入層３は、例えば、正孔注入層３となる材料を溶媒に分散または溶解させた溶液を、陽極２が形成された基板１上に塗布する方法など、公知の方法を用いて形成できる。

その後、正孔注入層３上に、正孔輸送層４、発光層５、電子輸送層６、電子注入層７、陰極８の各層を、この順に、それぞれ真空蒸着法、スパッタ法、化学気相成長法（ＣＶＤ法）など公知の方法を用いて形成する。正孔輸送層４、発光層５、電子輸送層６、電子注入層７、陰極８は、真空蒸着法により真空一貫で形成することが好ましい。
以上の工程を行うことにより、図１に示す有機ＥＬ素子１０が得られる。

本実施形態の有機ＥＬ素子１０は、発光材料と、アクセプター性材料である第１有機化合物と、第１有機化合物と励起錯体を形成するドナー性材料である第２有機化合物とを含む発光層５を有し、第１有機化合物が、式（１）で示される化合物である。このため、以下に示すように、本実施形態の有機ＥＬ素子１０は、高い発光効率を有し、かつ、寿命の長いものとなる。

すなわち、本実施形態の有機ＥＬ素子１０は、陽極２から注入されて、正孔輸送層４を経て発光層５に到達した正孔と、陰極８から注入されて、電子輸送層６を経て発光層５に到達した電子とが、発光層５内で再結合することにより発光する。このとき、発光層５に含まれるドナー性材料である第２有機化合物に正孔が注入され、アクセプター性材料である式（１）で示される化合物からなる第１有機化合物に電子が注入されて、第１有機化合物と第２有機化合物とが励起錯体を形成する。励起錯体において、正孔と電子とが再結合して生じた一重項励起状態および三重項励起状態のエネルギーは、励起錯体から発光材料に移動する。

本実施形態の有機ＥＬ素子１０では、第１有機化合物と第２有機化合物とが形成する励起錯体の一重項励起状態および三重項励起状態のエネルギーが、発光材料の一重項励起状態および三重項励起状態のエネルギーよりも十分に大きい。このため、励起錯体から発光材料へのエネルギー移動が効率よく行われ、有機ＥＬ素子１０の発光効率および寿命を向上させる効果が十分に発揮される。その結果、発光材料として、例えば、りん光材料または熱活性化遅延蛍光（ＴＡＤＦ）材料からなる青色発光材料を用いた発光層５を有する有機ＥＬ素子１０であっても、高い発光効率を有し、かつ、寿命の長いものとなる。

「表示装置」
本実施形態の表示装置は、本実施形態の有機エレクトロルミネッセンス素子を備えるものである。このような表示装置としては、詳細な図示を省略するが、図１に示す本実施形態の有機ＥＬ素子１０の他に、例えば、陽極２および陰極８に電流を供給する配線などを備えたものが挙げられる。
本実施形態の表示装置は、発光効率が高く、寿命の長い有機ＥＬ素子を含むため、優れた性能を有する。

「照明装置」
本実施形態の照明装置は、本実施形態の有機エレクトロルミネッセンス素子を備えるものである。このような照明装置としては、詳細な図示を省略するが、例えば、図１に示す本実施形態の有機ＥＬ素子１０の他に、陽極２および陰極８に接続される各種端子、有機ＥＬ素子１０を駆動するための回路などを備えたものが挙げられる。
本実施形態の照明装置は、発光効率が高く、寿命の長い有機ＥＬ素子を含むため優れた性能を有する。

以下、本発明の実施例および比較例について説明する。なお、本発明は以下に示す実験例に限定されるものではない。

（実施例１）
以下に示す方法により、図１に示す有機ＥＬ素子１０を得た。
ＳｉＯ_２からなる基板１上に、ＩＴＯ（酸化インジウムスズ）からなる厚み７０ｎｍの陽極２が設けられた基板１を用意した。

次に、陽極２が設けられた基板１の表面に対して、酸素プラズマによるドライ洗浄と、アルカリ性溶液によるウェット洗浄と、ＵＶオゾンの照射とをこの順に行うことによって、表面の不純物を除去した。不純物を除去した後の基板１の陽極２上に、純水と、ポリ（３，４－エチレンジオキシチオフェン）（ＰＥＤＯＴ（Ｃｌｅｖｉｏｓ（登録商標）ＨＩＬ１．３Ｎ））と、イソプロパノールの体積比が６０：３５：５である溶液を塗布する方法により、厚み１０ｎｍの正孔注入層３を形成した。

次に、陽極２上に形成された正孔注入層３上に、厚み２０ｎｍの正孔輸送層４と、厚み３０ｎｍの発光層５と、厚み４０ｎｍの電子輸送層６と、厚み５ｎｍの電子注入層７と、厚み１００ｎｍの陰極８とをこの順に、真空蒸着法により真空一貫で形成した。
より詳細には、正孔注入層３上に、真空蒸着法により、下記式で示される４－ＳＦ－ＤＭＡＣからなる正孔輸送層４を形成した。

次に、正孔輸送層４上に、発光材料（ゲスト材料）である下記式で示されるν－ＤＡＢＮＡと、第１有機化合物（ホスト材料（アクセプター性材料））である式（１－１）で示される化合物（ＤＯＢＮＡ－Ｃ_Ｚ）と、第２有機化合物（ホスト材料（ドナー性材料））である下記式で示される４－ＳＦ－ＤＭＡＣとを共蒸着する方法により、発光材料を１質量％含む発光層５を形成した。発光層５の形成に使用したホスト材料中における第１有機化合物と第２有機化合物との質量比は、１：１（第１有機化合物：第２有機化合物）とした。

次に、発光層５上に、真空蒸着法により、式（１－１）で示される化合物からなる電子輸送層６を形成した。
次に、電子輸送層６上に、式（１－１）で示される化合物と、下記式で示されるＰｙ－ｈｐｐ２とが、６：４（式（１－１）で示される化合物：Ｐｙ－ｈｐｐ２）の質量比となるように共蒸着することにより、電子注入層７を形成した。
その後、電子注入層７上に、真空蒸着法により、アルミニウムからなる陰極８を形成した。
以上の工程を行うことにより、実施例１の有機ＥＬ素子１０を得た。

（実施例２）
電子注入層７の材料として、Ｐｙ－ｈｐｐ２に代えて、下記式で示されるＰｙ－ｈｐｐ３を用いたこと以外は、実施例１と同様にして実施例２の有機ＥＬ素子１０を得た。

（実施例３）
発光層５の第１有機化合物および電子輸送層６の材料として、式（１－１）で示される化合物に代えて、式（１－２）で示される化合物（ＤＯＢＮＡ－３）を用いたこと以外は、実施例１と同様にして実施例３の有機ＥＬ素子１０を得た。

（実施例４）
正孔輸送層４および発光層５の第２有機化合物の材料として、４－ＳＦ－ＤＭＡＣに代えて、下記式で示されるｍ－ＣＢＰを用いたことと、電子注入層７の材料として、Ｐｙ－ｈｐｐ２に代えて、Ｐｙ－ｈｐｐ３を用いたこと以外は、実施例１と同様にして実施例４の有機ＥＬ素子１０を得た。

（実施例５）
正孔輸送層４および発光層５の第２有機化合物の材料として、４－ＳＦ－ＤＭＡＣに代えて、下記式で示される３－ＳＦ－ＤＭＡＣを用いたことと、発光層５の第１有機化合物および電子輸送層６の材料として、式（１－１）で示される化合物に代えて、式（１－２）で示される化合物を用いたこと以外は、実施例１と同様にして実施例５の有機ＥＬ素子１０を得た。

（比較例１）
発光層５の第１有機化合物、電子輸送層６および電子注入層７の材料として、式（１－１）で示される化合物（ＤＯＢＮＡ－Ｃ_Ｚ）に代えて、下記式で示されるＴｍＢＰｈＴｚを用いたこと以外は、実施例１と同様にして比較例１の有機ＥＬ素子を得た。

（比較例２）
発光層５の第１有機化合物、電子輸送層６および電子注入層７の材料として、式（１－１）で示される化合物に代えて、下記式で示されるｍ－ＤＢＦ－Ｐｈ－ＤＲＺを用いたことと、電子注入層７の材料として、Ｐｙ－ｈｐｐ２に代えて、Ｐｙ－ｈｐｐ３を用いたこと以外は、実施例１と同様にして比較例２の有機ＥＬ素子を得た。

（比較例３）
発光層５の第１有機化合物および電子輸送層６の材料として、式（１－１）で示される化合物に代えて、下記式で示されるｍＳｉＴＲＺを用いたことと、電子注入層７の材料として、式（１－１）で示される化合物に代えて下記式で示されるｓｐｉｒｏ－ｐｙｅを用い、Ｐｙ－ｈｐｐ２に代えてＰｙ－ｈｐｐ３を用いたこと以外は、実施例１と同様にして比較例３の有機ＥＬ素子を得た。

（比較例４）
発光層５の第１有機化合物および電子輸送層６の材料として、式（１－１）で示される化合物に代えて、下記式で示されるＰ３ＰｙＰｈ用いたことと、電子注入層７の材料として、式（１－１）で示される化合物に代えてｓｐｉｒｏ－ｐｙｅを用い、Ｐｙ－ｈｐｐ２に代えてＰｙ－ｈｐｐ３を用いたこと以外は、実施例１と同様にして比較例４の有機ＥＬ素子を得た。

（比較例５）
正孔輸送層４および発光層５の第２有機化合物の材料として、４－ＳＦ－ＤＭＡＣに代えて、ｍ－ＣＢＰを用いたことと、発光層５の第１有機化合物、電子輸送層６および電子注入層７の材料として、式（１－１）で示される化合物に代えて、ｍ－ＤＢＦ－Ｐｈ－ＤＲＺを用いたことと、電子注入層７の材料として、Ｐｙ－ｈｐｐ２に代えて、Ｐｙ－ｈｐｐ３を用いたこと以外は、実施例１と同様にして比較例５の有機ＥＬ素子を得た。

（比較例６）
正孔輸送層４および発光層５の第２有機化合物の材料として、４－ＳＦ－ＤＭＡＣに代えて、ｍ－ＣＢＰを用いたことと、発光層５の第１有機化合物および電子輸送層６の材料として、式（１－１）で示される化合物に代えて、ｍＳｉＴＲＺを用いたことと、電子注入層７の材料として、式（１－１）で示される化合物に代えてｍ－ＤＢＦ－Ｐｈ－ＤＲＺを用い、Ｐｙ－ｈｐｐ２に代えてＰｙ－ｈｐｐ３を用いたこと以外は、実施例１と同様にして比較例６の有機ＥＬ素子を得た。

（比較例７）
正孔輸送層４および発光層５の第２有機化合物の材料として、４－ＳＦ－ＤＭＡＣに代えて、３－ＳＦ－ＤＭＡＣを用いたことと、発光層５の第１有機化合物および電子輸送層６の材料として、式（１－１）で示される化合物に代えて、ｍ－ＤＢＦ－Ｐｈ－ＤＲＺを用いたことと、電子注入層７の材料として、式（１－１）で示される化合物に代えて式（１－２）で示される化合物（ＤＯＢＮＡ－３）を用いたこと以外は、実施例１と同様にして比較例７の有機ＥＬ素子を得た。

このようにして得られた実施例１～実施例５の有機ＥＬ素子、および比較例２～比較例７の有機ＥＬ素子について、それぞれ第１有機化合物（ホスト材料（アクセプター性材料））、第２有機化合物（ホスト材料（ドナー性材料））、電子注入層の材料を、表１または表２に示す。

［有機ＥＬ素子の印加電圧と発光輝度との関係］
実施例１～実施例５の有機ＥＬ素子、および比較例１～比較例７の有機ＥＬ素子について、それぞれケースレー社製の「２４００型ソースメーター」を用いて電圧を印加し、コニカミノルタ社製の「ＬＳ－１１０」を用いて輝度を測定した。その結果を図２～図４に示す。

図２は、実施例１および比較例１の有機ＥＬ素子の印加電圧と輝度との関係を示したグラフである。図３は、実施例１～３および比較例２～４の有機ＥＬ素子の印加電圧と輝度との関係を示したグラフである。図４は、実施例１、４、５および比較例５～７の有機ＥＬ素子の印加電圧と輝度との関係を示したグラフである。
また、実施例１～実施例５の有機ＥＬ素子、および比較例２～比較例７の有機ＥＬ素子において、輝度が１ｃｄ／ｍ^２である時、輝度が１００ｃｄ／ｍ^２である時、輝度が１０００ｃｄ／ｍ^２である時の駆動電圧の測定結果を、表１または表２に示す。

表１および表２、図２～図４に示すように、実施例１～実施例５の有機ＥＬ素子、および比較例１～比較例７の有機ＥＬ素子は、いずれも駆動電圧が低く、印加電圧と輝度との関係に有意な差は見られなかった。

［有機ＥＬ素子の印加電圧と電流密度との関係］
実施例１～実施例５の有機ＥＬ素子、および比較例２～比較例７の有機ＥＬ素子について、それぞれケースレー社製の「２４００型ソースメーター」を用いて、印加電圧と電流密度との関係を調べた。その結果を図５および図６に示す。
図５は、実施例１～３および比較例２～４の有機ＥＬ素子の印加電圧と電流密度との関係を示したグラフである。図６は、実施例１、４，５および比較例５～７の有機ＥＬ素子の印加電圧と電流密度との関係を示したグラフである。

図５および図６に示すように、実施例１～実施例５の有機ＥＬ素子、および比較例２～比較例７の有機ＥＬ素子において、印加電圧と電流密度との関係に有意な差は見られなかった。

［有機ＥＬ素子の電流密度と外部量子効率との関係］
実施例１～実施例５の有機ＥＬ素子、および比較例２～比較例７の有機ＥＬ素子について、それぞれケースレー社製の「２４００型ソースメーター」を用いて、電流密度と外部量子効率との関係を調べた。その結果を図７および図８に示す。
図７は、実施例１～３および比較例２～４の有機ＥＬ素子の電流密度と外部量子効率との関係を示したグラフである。図８は、実施例１、４、５および比較例５～７の有機ＥＬ素子の電流密度と外部量子効率との関係を示したグラフである。

図７および図８に示すように、実施例１～実施例５の有機ＥＬ素子、および比較例２、４～６の有機ＥＬ素子において、電流密度と外部量子効率との関係はほぼ同程度であった。
しかし、図７および図８に示すように、比較例３および比較例７の有機ＥＬ素子は、実施例１～実施例５の有機ＥＬ素子、および比較例２、４～６の有機ＥＬ素子と比較して、外部量子効率の低いものであった。
この理由は、比較例３の有機ＥＬ素子では、ドナー性材料（４－ＳF－ＤＭＡＣ）とアクセプター性材料（ｍＳｉＴＲＺ）とによって形成される励起錯体における一重項励起状態および三重項励起状態のエネルギーが低いため、励起錯体から発光材料に効率よくエネルギー移動しなかったためであると推定される。
比較例７の有機ＥＬ素子では、電子注入層の材料として式（１－２）で示される化合物（ＤＯＢＮＡ－３）を用いたことによって、発光層へのエネルギー障壁が高くなったためであると推定される。

［有機ＥＬ素子の輝度と外部量子効率との関係］
実施例１～実施例５の有機ＥＬ素子、および比較例２～比較例７の有機ＥＬ素子について、それぞれケースレー社製の「２４００型ソースメーター」を用いて、輝度が１００ｃｄ／ｍ^２である時と、輝度が１０００ｃｄ／ｍ^２である時の外部量子効率（ＥＱＥ：External Quantum Efficiency）を算出した。輝度は、コニカミノルタ社製の「ＬＳ－１１０」を用いて測定した。その結果を表１または表２に示す。

表１および表２に示すように、実施例１～実施例５の有機ＥＬ素子、および比較例２、４～６の有機ＥＬ素子は、いずれも外部量子効率が高く、優れた発光効率を有するものであり、輝度と外部量子効率との関係に有意な差は見られなかった。

［有機ＥＬ素子の駆動寿命測定］
実施例１～実施例５の有機ＥＬ素子、および比較例２～比較例７の有機ＥＬ素子について、それぞれ測定開始時の輝度を１００ｃｄ／ｍ^２とし、ＥＨＣ社製の「有機ＥＬ寿命測定装置」により、経過時間と輝度との関係を測定した。このとき有機ＥＬ素子それぞれに対し、ケースレー社製の「２４００型ソースメーター」を用いて、輝度が１００ｃｄ／ｍ^２となる測定開始時の電流が、一定の値で継続して流れるように駆動電圧を調整した。また、輝度の測定には、コニカミノルタ社製の輝度計（ＬＳ－１１０）を用いた。測定開始時の輝度（１００ｃｄ／ｍ^２）が７５％（７５ｃｄ／ｍ^２）となるまでの時間を表１または表２に示す。

表１および表２に示すように、実施例１～実施例５の有機ＥＬ素子は、いずれも比較例２～比較例７の有機ＥＬ素子と比較して、１００ｃｄ／ｍ^２における輝度が７５％となるまでの寿命の長いものであった。
特に、発光層に含まれる第１有機化合物が式（１－１）で示される化合物であって、電子注入層が式（１－１）で示される化合物を含む実施例１の有機ＥＬ素子は、比較例２～７の有機ＥＬ素子と比較して、１００ｃｄ／ｍ^２における輝度が７５％となるまでの寿命が２倍以上であり、長寿命であった。
また、発光層に含まれる第２有機化合物が４－ＳＦ－ＤＭＡＣである実施例２の有機ＥＬ素子では、発光層に含まれる第２有機化合物がｍ－ＣＢＰである実施例４の有機ＥＬ素子と比較して、長寿命であった。

［有機ＥＬ素子の評価］
図３～図８、表１および表２に示すように、実施例１～実施例５の有機ＥＬ素子、および比較例２、４～６の有機ＥＬ素子は、いずれも優れた発光効率を有し、電子注入性は同程度であると推定される。しかし、実施例１～実施例５の有機ＥＬ素子は、いずれも比較例２～比較例７の有機ＥＬ素子と比較して寿命の長いものであった。

この結果は、実施例１～実施例５の有機ＥＬ素子の発光層において、式（１）で示される化合物である第１有機化合物と第２有機化合物とが形成する励起錯体の一重項励起状態および三重項励起状態のエネルギーが十分に大きいことによるものであると推定される。また、電子注入層の材料として式（１）で示される化合物を用いた比較例７の有機ＥＬ素子が、実施例１～実施例５の有機ＥＬ素子と比較して寿命が短いことからも、第１有機化合物が式（１）で示される化合物であることが長寿命になった理由であるものと推定される。

［有機ＥＬ素子の発光特性測定］
実施例１および比較例１の有機ＥＬ素子について、コニカミノルタ社製の光度計（ＣＳ－２０００Ａ）を用いて、発光スペクトルを測定した。その結果を図９に示す。図９は、実施例１および比較例１の有機ＥＬ素子の発光スペクトルを示したグラフである。

図９に示すように、実施例１の有機ＥＬ素子の発光スペクトルは、波長４７０ｎｍ付近にピークを有するものであった。比較例１の有機ＥＬ素子の発光スペクトルも、実施例１の有機ＥＬ素子と同様に、波長４７０ｎｍ付近にピークを有するものであった。しかし、実施例１の有機ＥＬ素子の発光スペクトルは、比較例１の有機ＥＬ素子と比較して発光スペクトルの幅が狭いものであった。すなわち、実施例１の有機ＥＬ素子の発光は、比較例１の有機ＥＬ素子の発光と比較して鮮やかな青色光であった。

発光材料は固有のエネルギー励起状態を持っており、実施例１の有機ＥＬ素子と比較例１の有機ＥＬ素子とは発光材料が同じである。このため、実施例１の有機ＥＬ素子と比較例１の有機ＥＬ素子とにおける発光スペクトルの幅の差は、実施例１の有機ＥＬ素子において、第１有機化合物と第２有機化合物とが形成する励起錯体から発光材料へのエネルギー移動によって、比較例１の有機ＥＬ素子と比較してエネルギー移動が効率よく行われたためであると推定される。

上述した実施例では、本発明の有機ＥＬ素子の一例として、発光層に含まれる発光材料が、熱活性化遅延蛍光（ＴＡＤＦ）材料の１つであるν－ＤＡＢＮＡである有機ＥＬ素子を用いた。しかし、発光材料と、第１有機化合物と、第１有機化合物と励起錯体を形成する第２有機化合物とを含む発光層を有する有機ＥＬ素子では、発光材料が熱活性化遅延材料ではなく、蛍光りん光発光材料および／または蛍光材料である場合にも、非特許文献２および非特許文献４に記載されているように、励起錯体から発光材料へ効率よくエネルギー移動できる（非特許文献２・非特許文献４）。

したがって、式（１）で示される化合物である第１有機化合物と第２有機化合物とが形成する励起錯体による効果も、発光層に含まれる発光材料が、ν－ＤＡＢＮＡである場合にのみ得られる効果ではない。すなわち、ν－ＤＡＢＮＡに代えて、ν－ＤＡＢＮＡではない他の熱活性化遅延蛍光（ＴＡＤＦ）材料、りん光発光材料、蛍光材料から選ばれるいずれの発光材料を含む場合においても、式（１）で示される化合物である第１有機化合物と第２有機化合物とが形成する励起錯体によって、効率よくエネルギー移動させる効果が十分に得られることは明らかである。

よって、上述した実施例における結果は、式（１）で示される化合物である第１有機化合物と、第１有機化合物と励起錯体を形成する第２有機化合物とを含む発光層に含まれるを発光材料が、りん光発光材料および／または蛍光材料である有機ＥＬ素子においても適用可能であることを示すものである。

１…基板、２…陽極、３…正孔注入層、４…正孔輸送層、５…発光層、６…電子輸送層膜、７…電子注入層、８…陰極、１０…有機ＥＬ素子（有機エレクトロルミネッセンス素子）。

Claims (11)

1. 発光材料と、アクセプター性材料である第１有機化合物と、前記第１有機化合物と励起錯体を形成するドナー性材料である第２有機化合物とを含む発光層を有し、
   前記第１有機化合物が、下記式（１）で示される化合物であることを特徴とする、有機エレクトロルミネッセンス素子。
   

   

   （式（１）中、Ｘ_１、Ｘ_２、Ｘ_３は、それぞれ水素原子または置換基を表す。）
2. 上記式（１）における置換基が、置換基を有してもよい芳香族炭化水素基、不飽和複素環基、アルキル基から選ばれるいずれかである、請求項１に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
3. 上記式（１）における置換基が、カルバゾール環またはo－トリル基である、請求項１に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
4. 上記式（１）で示される化合物が、下記式（１－１）で示される化合物である、請求項１に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
   

   
5. 上記式（１）で示される化合物が、下記式（１－２）で示される化合物である、請求項１に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
   

   
6. 前記発光材料が、青色発光材料である、請求項１～請求項５のいずれか一項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
7. 前記発光材料が、熱活性化遅延蛍光材料を含む、請求項１～請求項５のいずれか一項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
8. 前記発光材料が、りん光発光材料を含む、請求項１～請求項５のいずれか一項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
9. 前記発光材料が、蛍光材料を含む、請求項１～請求項５のいずれか一項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
10. 請求項１～請求項５のいずれか一項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子を備えることを特徴とする、表示装置。
11. 請求項１～請求項５のいずれか一項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子を備えることを特徴とする、照明装置。

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