JP4080518B2

JP4080518B2 - 電界発光素子、発光装置、及び電気器具

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Publication number: JP4080518B2
Application number: JP2007002093A
Authority: JP
Inventors: 哲史瀬尾; 英子井上; 篤史徳田; 亮二野村
Original assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Current assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority date: 2002-11-26
Filing date: 2007-01-10
Publication date: 2008-04-23
Anticipated expiration: 2023-11-20
Also published as: JP2007165916A

Description

本発明は、三重項励起状態を発光に変換できる化合物（以下、「燐光性化合物」と記す）に関する。また本発明は、陽極と、陰極と、電界を加えることで発光が得られる有機化合物を含む層（以下、「電界発光層」と記す）と、を有し、なおかつ前記電界発光層が燐光性化合物を含む電界発光素子、および前記電界発光素子を用いた発光装置に関する。

有機化合物（有機分子）は光を吸収するとエネルギーを持った状態（励起状態）となる。この励起状態を経由することにより、種々の反応（光化学反応）を起こす場合や発光（ルミネッセンス）を生じる場合があり、様々な応用がなされている。

光化学反応の一例として、一重項酸素の不飽和有機分子との反応（酸素付加）がある（例えば、非特許文献１参照。）。酸素分子は基底状態が三重項状態であるため、一重項状態の酸素（一重項酸素）は直接の光励起では生成しない。しかしながら、他の三重項励起分子の存在下においては一重項酸素が生成し、酸素付加反応に至ることができる。この時、前述の三重項励起分子を形成できる化合物は、光増感剤と呼ばれる。
井上晴夫、高木克彦、佐々木政子、朴鐘震、「基礎化学コース光化学Ｉ」（丸善株式会社）、ｐ．１０６−１１０）

このように、一重項酸素を生成するためには、三重項励起分子を光励起で形成できる光増感剤が必要である。しかしながら、通常の有機化合物は基底状態が一重項状態であるため、三重項励起状態への光励起は禁制遷移となり、三重項励起分子は生じにくい（通常は一重項励起分子が生じる）。したがって、このような光増感剤としては、一重項励起状態から三重項励起状態への項間交差を起こしやすい化合物が求められている。言い換えれば、項間交差を起こしやすい化合物は、このような光増感剤としての利用が可能であり、有益と言える。

また、このように項間交差を起こしやすい化合物は、しばしば燐光を放出することがある。燐光とは多重度の異なるエネルギー間の遷移によって生じる発光のことであり、通常の有機化合物では三重項励起状態から一重項基底状態へ戻る際に生じる発光のことをさす（これに対し、一重項励起状態から一重項基底状態へ戻る際の発光は、蛍光と呼ばれる）。燐光を放出できる化合物（燐光性化合物）の応用分野としては、発光化合物として有機化合物を用いた電界発光素子（電界を加えることにより発光する素子）が挙げられる。

有機化合物を発光体として用いる場合、電界発光素子の発光機構はキャリア注入型である。すなわち、電極間に電界発光層を挟んで電圧を印加することにより、陰極から注入された電子および陽極から注入された正孔が電界発光層中で再結合して、励起状態の分子（以下、「分子励起子」と記す）を形成し、その分子励起子が基底状態に戻る際にエネルギーを放出して発光する。

このような電界発光素子において、通常、電界発光層は１μｍを下回るほどの薄膜で形成される。また、このような電界発光素子は、電界発光層そのものが光を放出する自発光型の素子であるため、従来の液晶ディスプレイに用いられているようなバックライトも必要ない。したがって、極めて薄型軽量に作製できることが大きな利点である。

また、例えば１００〜２００ｎｍ程度の電界発光層において、キャリアを注入してから再結合に至るまでの時間は、電界発光層のキャリア移動度を考えると数十ナノ秒程度であり、キャリアの再結合から発光までの過程を含めてもマイクロ秒以内のオーダーで発光に至る。したがって、非常に応答速度が速いことも特長の一つである。

さらに、このような電界発光素子はキャリア注入型の発光素子であるため、直流電圧での駆動が可能であり、ノイズが生じにくい。駆動電圧に関しては、まず電界発光層の厚みを１００ｎｍ程度の均一な超薄膜とし、また、電界発光層に対するキャリア注入障壁を小さくするような電極材料を選択し、さらにはヘテロ構造（二層構造）を導入することによって、５．５Ｖで１００ｃｄ／ｍ^２の十分な輝度が達成された（例えば、非特許文献２参照。）。
Ｃ．Ｗ．ＴａｎｇａｎｄＳ．Ａ．ＶａｎＳｌｙｋｅ， "Ｏｒｇａｎｉｃｅｌｅｃｔｒｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔｄｉｏｄｅｓ"，ＡｐｐｌｉｅｄＰｈｙｓｉｃｓＬｅｔｔｅｒｓ，ｖｏｌ．５１，Ｎｏ．１２，９１３−９１５（１９８７））

こういった薄型軽量・高速応答性・直流低電圧駆動などの特性から、電界発光素子は次世代のフラットパネルディスプレイ素子として注目されている。また、自発光型であり視野角が広いことから、視認性も比較的良好であり、携帯機器の表示画面に用いる素子として有効と考えられている。

ところで、このような電界発光素子において見られる発光は、分子励起子が基底状態に戻る際の発光現象である。この時、有機化合物が形成する分子励起子の種類としては、先に述べた光励起の場合と同様、一重項励起状態（Ｓ^＊）と三重項励起状態（Ｔ^＊）が可能である。また、電界発光素子におけるその統計的な生成比率は、Ｓ^＊：Ｔ^＊＝１：３であると考えられている（例えば、非文献３参照。）。
筒井哲夫、「応用物理学会有機分子・バイオエレクトロニクス分科会・第３回講習会テキスト」、Ｐ．３１（１９９３）

しかしながら、一般的な有機化合物は室温において、三重項励起状態からの発光（燐光）は観測されず、通常は一重項励起状態からの発光（蛍光）のみが観測される。有機化合物の基底状態は通常、一重項基底状態（Ｓ_０）であるため、Ｔ^＊→Ｓ_０遷移（燐光過程）は強度の禁制遷移となり、Ｓ^＊→Ｓ_０遷移（蛍光過程）は許容遷移となるからである。すなわち、一重項励起状態のみが通常は発光に寄与する。

したがって、電界発光素子における内部量子効率（注入したキャリアに対して発生するフォトンの割合）の理論的限界は、Ｓ^＊：Ｔ^＊＝１：３であることを根拠に２５％とされていた。

また、発生した光は全て外部に放出されるわけではなく、一部の光は電界発光素子の構成材料（電界発光層材料、電極材料）や基板材料固有の屈折率が原因で取り出すことができない。発生した光のうち外部に取り出される率は光の取り出し効率と呼ばれるが、ガラス基板を有する電界発光素子において、その取り出し効率は約２０％程度と言われている。

以上の理由から、注入したキャリアが全て分子励起子を形成したとしても、その注入キャリア数に対して最終的に外部に取り出せるフォトンの割合（以下、「外部量子効率」と記す）の理論的限界は、２５％×２０％＝５％と言われていた。すなわち、全てのキャリアが再結合したとしても、そのうちの５％しか光として取り出せない計算になる。

ところが近年、三重項励起状態（Ｔ^＊）から基底状態に戻る際に放出されるエネルギー（以下、「三重項励起エネルギー」と記す）を発光に変換できる電界発光素子が相次いで発表され、その発光効率の高さが注目されている（例えば、非特許文献４、非特許文献５参照）。
Ｄ．Ｆ．Ｏ’Ｂｒｉｅｎ，Ｍ．Ａ．Ｂａｌｄｏ，Ｍ．Ｅ．ＴｈｏｍｐｓｏｎａｎｄＳ．Ｒ．Ｆｏｒｒｅｓｔ， "Ｉｍｐｒｏｖｅｄｅｎｅｒｇｙｔｒａｎｓｆｅｒｉｎｅｌｅｃｔｒｏｐｈｏｓｐｈｏｒｅｓｃｅｎｔｄｅｖｉｃｅｓ"，ＡｐｐｌｉｅｄＰｈｙｓｉｃｓＬｅｔｔｅｒｓ，ｖｏｌ．７４，Ｎｏ．３，４４２−４４４（１９９９）ＴｅｔｓｕｏＴＳＵＴＳＵＩ，Ｍｏｏｎ−ＪａｅＹＡＮＧ，ＭａｓａｙｕｋｉＹＡＨＩＲＯ，ＫｅｎｊｉＮＡＫＡＭＵＲＡ，ＴｅｒｕｉｃｈｉＷＡＴＡＮＡＢＥ，ＴａｉｓｈｉＴＳＵＪＩ，ＹｏｓｈｉｎｏｒｉＦＵＫＵＤＡ，ＴａｋｅｏＷＡＫＩＭＯＴＯａｎｄＳａｔｏｓｈｉＭＩＹＡＧＵＣＨＩ， "ＨｉｇｈＱｕａｎｔｕｍＥｆｆｉｃｉｅｎｃｙｉｎＯｒｇａｎｉｃＬｉｇｈｔ−ＥｍｉｔｔｉｎｇＤｅｖｉｃｅｓｗｉｔｈＩｒｉｄｉｕｍ−ＣｏｍｐｌｅｘａｓａＴｒｉｐｌｅｔＥｍｉｓｓｉｖｅＣｅｎｔｅｒ"，ＪａｐａｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌｏｆＡｐｐｌｉｅｄＰｈｙｓｉｃｓ，Ｖｏｌ．３８，ｐｐ．Ｌ１５０２−Ｌ１５０４（１９９９）

非特許文献４では白金を中心金属とするポルフィリン錯体を、非特許文献５ではイリジウムを中心金属とする有機金属錯体を用いており、いずれの錯体も第３遷移系列元素を中心金属として導入している燐光性化合物である。その中には、先に述べた外部量子効率の理論的限界値５％をゆうに越えるものも存在する。

また、イリジウムを中心金属とする有機金属錯体（イリジウム錯体）からなる層と、公知の蛍光性化合物であるＤＣＭ２からなる層とを交互に積層することにより、イリジウム錯体で生成した三重項励起エネルギーをＤＣＭ２に移動させ、ＤＣＭ２の発光に寄与させることもできる（非特許文献６）。ＤＣＭ２の発光は一重項励起状態からの発光（蛍光）であるが、効率よく発生するイリジウム錯体の三重項励起エネルギーを他の分子であるＤＣＭ２の一重項励起エネルギーへと利用できる利点がある。これはいわば、燐光性化合物であるイリジウム錯体が、前述した光増感剤と同様の役割を果たし、ＤＣＭ２の一重項励起状態の割合を増加させているものであるとも言える。
Ｍ．Ａ．Ｂａｌｄｏ，Ｍ．Ｅ．ＴｈｏｍｐｓｏｎａｎｄＳ．Ｒ．Ｆｏｒｒｅｓｔ， "Ｈｉｇｈ−ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｔｏｒｇａｎｉｃｌｉｇｈｔ−ｅｍｉｔｔｉｎｇｄｅｖｉｃｅｓｕｓｉｎｇａｐｈｏｓｐｈｏｒｅｓｃｅｎｔｓｅｎｓｉｔｉｚｅｒ"，Ｎａｔｕｒｅ（Ｌｏｎｄｏｎ），Ｖｏｌ．４０３，７５０−７５３（２０００）

非特許文献４〜非特許文献６に示されるとおり、三重項励起エネルギーを発光に変換できる有機化合物、すなわち燐光性化合物を用いた電界発光素子は、従来よりも高い外部量子効率を達成できる。そして、外部量子効率が高くなれば発光輝度も向上する。したがって、燐光性化合物を用いた電界発光素子は、高輝度発光・高発光効率を達成するための手法として、今後の開発において大きなウェートを占めるものと考えられる。

以上のことから、燐光性化合物は項間交差を起こしやすく、なおかつ三重項励起状態からの発光（燐光）を生じやすいため、光増感剤としての利用や電界発光素子への適用が有用であり、期待されている化合物であるが、その数は少ないのが現状である。

数少ない燐光性化合物の中で、非特許文献５や非特許文献６で用いられているイリジウム錯体は、オルトメタル錯体と呼ばれる有機金属錯体の一種である。この錯体は燐光寿命が数百ナノ秒であり、また、燐光量子収率も高いことから、前記ポルフィリン錯体に比べると輝度の上昇に伴う効率の低下が小さい。その意味で、このような重金属を用いたオルトメタル錯体は、燐光性化合物合成のための一つの指針である。

非特許文献５で述べられているイリジウム錯体の配位子の構造は比較的単純であり、色純度の良い緑色発光を示すが、発光色を他の色に変えるためには配位子の構造を変える必要がある。例えば、非特許文献７では種々の配位子およびその配位子を用いたイリジウム錯体が合成されており、いくつかの発光色を実現している。
Ｍ．Ｔｈｏｍｐｓｏｎ，Ｓ．Ｌａｍａｎｓｋｙ，Ｐ．Ｄｊｕｒｏｖｉｃｈ，Ｄ．Ｍｕｒｐｈｙ，Ｆ．Ａｂｄｅｌ−Ｒａｚｚａｑ，Ｓ．Ｒ．Ｆｏｒｒｅｓｔ，Ｍ．Ｂａｌｄｏ，Ｐ．Ｅ．Ｂｕｒｒｏｗｓ，Ｃ．Ａｄａｃｈｉ，Ｔ．Ｘ．ＺｈｏｕａｎｄＪ．Ｊ．Ｂｒｏｗｎ， "ＰｈｏｓｐｈｏｒｅｓｃｅｎｔＭａｔｅｒｉａｌｓａｎｄＤｅｖｉｃｅｓ"，Ｔｈｅ１０ｔｈＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＷｏｒｋｓｈｏｐｏｎＩｎｏｒｇａｎｉｃａｎｄＯｒｇａｎｉｃＥｌｅｃｔｒｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ（ＥＬ ’００），３５−３８

しかしながら、これらの配位子の多くは合成が困難、あるいは合成に要するステップ数が多く、材料自体の価格の上昇にもつながる。オルトメタル錯体において燐光発光させるためには、イリジウムや白金を中心金属として用いる必要があるが、これらの金属原料自体が高価な上に、配位子までもが高価になってしまうことになる。また、色純度の良い青色の発光色も実現されてはいない。

したがって、容易に合成できる配位子を用い、新たなオルトメタル錯体（燐光性化合物）を合成し、多様な発光色を得る工夫も必要である。

本発明では、合成の容易な配位子を用いてオルトメタル錯体を合成することにより、新たな燐光性化合物を提供することを課題とする。

また特に、前記燐光性化合物を用いて電界発光素子を作製することにより、発光効率の高い電界発光素子を提供することを課題とする。さらには前記電界発光素子を用いて発光装置を作製することにより、消費電力の低い発光装置を提供することを課題とする。

本発明者は鋭意検討を重ねた結果、下記一般式［化９］に示す配位子を用いた場合、第９族元素または第１０族元素を中心金属とするオルトメタル錯体（シクロメタル錯体の一種）を形成できることに着目した。

そして本発明者は、一般式［化９］の配位子をオルトメタル化（シクロメタル化の一種）して合成した下記一般式［化１］で表される錯体が、燐光発光できることを見出した。このオルトメタル錯体は、一般式［化９］で表される配位子が極めて容易に合成できるため、将来的に安価に合成できる可能性がある。

（式中、Ｒ_１はアルキル基、またはアリール基、または置換基を有するアリール基、または複素環残基、または置換基を有する複素環残基を表す。またＲ_２は、水素、またはアルキル基、またはアリール基、または置換基を有するアリール基、または複素環残基、または置換基を有する複素環残基を表す。またＲ_３およびＲ_４はそれぞれ同一でも異なっていても良く、水素、またはハロゲン元素、またはアルキル基、またはアルコキシル基、またはアリール基、または置換基を有するアリール基、または複素環残基、または置換基を有する複素環残基を表す。また、Ｍは第９族元素または第１０族元素を表し、前記Ｍが第９族元素の場合はｎ＝２、第１０族元素の場合はｎ＝１となる。またＬは、ベータジケトン構造を有するモノアニオン性の配位子、またはカルボキシル基を有するモノアニオン性の二座キレート配位子、またはフェノール性水酸基を有するモノアニオン性の二座キレート配位子、を表す。）

したがって本発明の構成は、上記一般式［化１］で表される燐光性化合物を提供するものである。

なお、より効率よく燐光発光させるためには、重原子効果の観点から、中心金属としては重い金属の方が好ましい。したがって本発明では、上記一般式［化１］において、中心金属Ｍがイリジウムまたは白金であることを特徴とする。

また、上記一般式［化１］において、配位子Ｌは、ベータジケトン構造を有するモノアニオン性の配位子、またはカルボキシル基を有するモノアニオン性の二座キレート配位子、またはフェノール性水酸基を有するモノアニオン性の二座キレート配位子であれば何でもよいが、以下の構造式［化２］〜［化８］に示すモノアニオン性の配位子のいずれかが好ましい。これらのモノアニオン性のキレート配位子は、配位能力が高く、また、安価に入手することができるため、有効である。

ところで、本発明の燐光性化合物は、三重項励起エネルギーを発光に変換することが可能であるため、電界発光素子に適用することにより素子の高効率化が可能となり、非常に有効である。したがって本発明では、本発明の燐光性化合物を用いた電界発光素子も含むものとする。

この時、本発明の燐光性化合物は、非特許文献６で述べられたような増感剤として用いてもよいが、非特許文献５で述べられたような発光体としての利用法の方が、発光効率の面でより効果的である。したがって本発明では、本発明の燐光性化合物を発光体として用いた電界発光素子を特徴とする。

なお、このようにして得られた本発明の電界発光素子は高い発光効率を実現できるため、これを発光素子として用いた発光装置（画像表示デバイスや発光デバイス）は、低消費電力を実現できる。従って、本発明では、本発明の電界発光素子を用いた発光装置も含むものとする。

なお、本明細書中における発光装置とは、発光素子として電界発光素子を用いた画像表示デバイスもしくは発光デバイスを指す。さらに、電界発光素子にコネクター、例えば異方導電性フィルム（ＡＣＦ：ＡｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃＣｏｎｄｕｃｔｉｖｅＦｉｌｍ）もしくはフレキシブルプリント基板（ＦＰＣ：Ｆｌｅｘｉｂｌｅｐｒｉｎｔｅｄｃｉｒｃｕｉｔ）もしくはＴＡＢ（ＴａｐｅＡｕｔｏｍａｔｅｄＢｏｎｄｉｎｇ）テープもしくはＴＣＰ（ＴａｐｅＣａｒｒｉｅｒＰａｃｋａｇｅ）が取り付けられたモジュール、ＴＡＢテープやＴＣＰの先にプリント配線板が設けられたモジュール、または有機発光素子にＣＯＧ（ＣｈｉｐＯｎＧｌａｓｓ）方式によりＩＣ（集積回路）が直接実装されたモジュールも全て発光装置に含むものとする。

本発明を実施することで、新たな燐光性化合物を提供することができる。また、前記燐光性化合物を用いて電界発光素子を作製することにより、発光効率の高い電界発光素子を提供することができる。さらには前記電界発光素子を用いて発光装置や電気器具を作製することにより、消費電力の低い発光装置や電気器具を提供することができる。

本発明の実施形態について、以下に説明する。

上記一般式［化９］で表される配位子は、下記の合成スキーム［化１０］にて合成することができる。

このようにして得られた一般式［化９］の配位子を用いて、本発明の燐光性化合物であるオルトメタル錯体を形成する。この時のオルトメタル化反応としては、公知の合成法を用いればよい。

例えば、イリジウムを中心金属とする本発明の燐光性化合物を合成する際は、中心金属原料として塩化イリジウムの水和物を用い、一般式［化９］の配位子と混合して窒素雰囲気下にて環流することにより、まず塩素架橋の複核錯体を合成する（下記合成スキーム［化１１］）。次に、得られた前記複核錯体と配位子Ｌとを混合して窒素雰囲気下にて環流することにより、塩素架橋を配位子Ｌで切断し、本発明の燐光性化合物を得る（下記合成スキーム［化１２］）。

なお、本発明で用いる燐光性化合物の合成方法は、上記に示す合成方法に限定されるものではない。
このようにして得られる本発明の燐光性化合物は、上記一般式［化９］で表される配位子の構造を変化させることにより、様々な発光色を得ることができる。その具体例としては、例えば下記構造式［化１３］〜［化１７］などがある。ただし、本発明で用いる燐光性化合物は、これらに限定されるものではない。

本発明の燐光性化合物は、光増感剤や燐光発光材料として用いることができるが、以下では、本発明の燐光性化合物を電界発光素子に適用する形態について述べる。

本発明における電界発光素子は、基本的には、一対の電極（陽極及び陰極）間に上述した本発明の燐光性化合物（上記一般式［化１］）を含む電界発光層（正孔注入層、正孔輸送層、発光層、ブロッキング層、電子輸送層、電子注入層など）を挟持した素子構成である。

また、電界発光層に用いる本発明の燐光性化合物以外の材料としては、公知の材料を用いることができ、低分子系材料および高分子系材料のいずれを用いることもできる。なお、発光層を形成する材料には、有機化合物材料のみから成るものだけでなく、無機化合物を一部に含む構成も含めるものとする。

以下では、本発明の電界発光素子の実施形態について、詳細に説明する。

［実施の形態１］
本実施の形態１では、本発明の燐光性化合物を含む発光層と、低分子系材料からなる正孔注入層、正孔輸送層、正孔阻止層（ホールブロッキング層）および電子輸送層を有する電界発光素子の素子構成について図１を用いて説明する。

図１では、基板１００上に第１の電極１０１が形成され、第１の電極１０１上に電界発光層１０２が形成され、その上に第２の電極１０３が形成された構造を有する。

なお、ここで基板１００に用いる材料としては、従来の電界発光素子に用いられているものであれば良く、例えば、ガラス、石英、透明プラスチックなどからなるものを用いることができる。

また、本実施の形態１における第１の電極１０１は陽極として機能し、第２の電極１０３は陰極として機能する。

すなわち第１の電極１０１は陽極材料で形成され、ここで用いることのできる陽極材料としては、仕事関数の大きい（仕事関数４．０ｅＶ以上）金属、合金、電気伝導性化合物、およびこれらの混合物などを用いることが好ましい。なお、陽極材料の具体例としては、ＩＴＯ（ｉｎｄｉｕｍｔｉｎｏｘｉｄｅ）、酸化インジウムに２〜２０［％］の酸化亜鉛（ＺｎＯ）を混合したＩＺＯ（ｉｎｄｉｕｍｚｉｎｃｏｘｉｄｅ）の他、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、ニッケル（Ｎｉ）、タングステン（Ｗ）、クロム（Ｃｒ）、モリブデン（Ｍｏ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、銅（Ｃｕ）、パラジウム（Ｐｄ）、または金属材料の窒化物（ＴｉＮ）等を用いることができる。

一方、第２の電極１０３の形成に用いられる陰極材料としては、仕事関数の小さい（仕事関数３．８ｅＶ以下）金属、合金、電気伝導性化合物、およびこれらの混合物などを用いることが好ましい。なお、陰極材料の具体例としては、元素周期律の１族または２族に属する元素、すなわちＬｉやＣｓ等のアルカリ金属、およびＭｇ、Ｃａ、Ｓｒ等のアルカリ土類金属、およびこれらを含む合金（Ｍｇ：Ａｇ、Ａｌ：Ｌｉ）や化合物（ＬｉＦ、ＣｓＦ、ＣａＦ_２）の他、希土類金属を含む遷移金属を用いて形成することができるが、Ａｌ、Ａｇ、ＩＴＯ等の金属（合金を含む）との積層により形成することもできる。

なお、上述した陽極材料及び陰極材料は、蒸着法、スパッタリング法等により薄膜を形成することにより、それぞれ第１の電極１０１及び第２の電極１０３を形成する。膜厚は、１０〜５００ｎｍとするのが好ましい。

また、本発明の電界発光素子において、電界発光層におけるキャリアの再結合により生じる光は、第１の電極１０１または第２の電極１０３の一方、または両方から外部に出射される構成となる。すなわち、第１の電極１０１から光を出射させる場合には、第１の電極１０１を透光性の材料で形成することとし、第２の電極１０３側から光を出射させる場合には、第２の電極１０３を透光性の材料で形成することとする。

また、電界発光層１０２は複数の層を積層することにより形成されるが、本実施の形態１では、正孔注入層１１１、正孔輸送層１１２、発光層１１３、ホールブロッキング層１１４、および電子輸送層１１５を積層することにより形成される。

正孔注入層１１１を形成する正孔注入性材料としては、フタロシアニン系の化合物が有効である。例えば、フタロシアニン（略称：Ｈ_２−Ｐｃと示す）、銅フタロシアニン（略称：Ｃｕ−Ｐｃと示す）等を用いることができる。

正孔輸送層１１２を形成する正孔輸送性材料としては、芳香族アミン系（すなわち、ベンゼン環−窒素の結合を有するもの）の化合物が好適である。広く用いられている材料として、例えば、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（略称：ＴＰＤ）の他、その誘導体である４，４’−ビス［Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニル−アミノ］−ビフェニル（略称：α−ＮＰＤ）、あるいは４，４’，４’’−トリス（Ｎ，Ｎ−ジフェニル−アミノ）−トリフェニルアミン（略称：ＴＤＡＴＡ）、４，４’，４’’−トリス［Ｎ−（３−メチルフェニル）−Ｎ−フェニル−アミノ］−トリフェニルアミン（略称：ＭＴＤＡＴＡ）などのスターバースト型芳香族アミン化合物が挙げられる。

発光層１１３は、先に一般式［化１］で示したオルトメタル錯体を含み、このオルトメタル錯体とホスト材料とを共蒸着することにより形成される。ホスト材料としては公知の材料を用いることができ、４，４’−ビス（Ｎ−カルバゾリル）−ビフェニル（略称：ＣＢＰ）や、２，２’，２”−（１，３，５−ベンゼントリ−イル）−トリス［１−フェニル−１Ｈ−ベンズイミダゾール］（略称：ＴＰＢＩ）などが挙げられる。

ホールブロッキング層１１４を形成するホールブロッキング性の材料としては、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（略称：ＢＡｌｑ）、１，３−ビス［５−（ｐ−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−１，３，４−オキサジアゾール−２−イル］ベンゼン（略称：ＯＸＤ−７）、３−（４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−４−フェニル−５−（４−ビフェニリル）−１，２，４−トリアゾール（略称：ＴＡＺ）、３−（４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−４−（４−エチルフェニル）−５−（４−ビフェニリル）−１，２，４−トリアゾール（略称：ｐ−ＥｔＴＡＺ）、バソフェナントロリン（略称：ＢＰｈｅｎ）、バソキュプロイン（略称：ＢＣＰ）等を用いることができる。

電子輸送層１１５を形成する場合の電子輸送性材料としては、トリス（８−キノリノラト）アルミニウム（略称：Ａｌｑ_３）、トリス（５−メチル−８−キノリノラト）アルミニウム（略称：Ａｌｍｑ_３）、ビス（１０−ヒドロキシベンゾ［ｈ］−キノリナト）ベリリウム略称：ＢｅＢｑ_２）などのキノリン骨格またはベンゾキノリン骨格を有する金属錯体や、先に述べたＢＡｌｑなどが好適である。また、ビス［２−（２−ヒドロキシフェニル）−ベンゾオキサゾラト］亜鉛（略称：Ｚｎ（ＢＯＸ）_２）、ビス［２−（２−ヒドロキシフェニル）−ベンゾチアゾラト］亜鉛（略称：Ｚｎ（ＢＴＺ）_２）などのオキサゾール系、チアゾール系配位子を有する金属錯体もある。さらに、金属錯体以外にも、２−（４−ビフェニリル）−５−（４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−１，３，４−オキサジアゾール（略称：ＰＢＤ）や、先に述べたＯＸＤ−７、ＴＡＺ、ｐ−ＥｔＴＡＺ、ＢＰｈｅｎ、ＢＣＰなども電子輸送性材料として用いることができる。

以上により、本発明の燐光性化合物を含む発光層１１３と、低分子系材料からなる正孔注入層１１１、正孔輸送層１１２、正孔阻止層（ホールブロッキング層）１１４および電子輸送層１１５を有する電界発光素子を形成することができる。

なお、本実施の形態１においては、発光層１１３において、本発明の燐光性化合物をゲスト材料として用いており、本発明の燐光性化合物から得られる発光を発光色とする発光素子である。

［実施の形態２］
本実施の形態２では、本発明の燐光性化合物を含む発光層と、高分子系材料からなる正孔注入層を有し、これらを湿式プロセスにて形成する電界発光素子の素子構成について図２を用いて説明する。

なお、基板２００、第１の電極２０１、第２の電極２０３については、実施の形態１と同様の材料を用いて、同様にして形成することができるため説明を省略する。

また、電界発光層２０２は複数の層を積層することにより形成されるが、本実施の形態２では、正孔注入層２１１、発光層２１２を積層することにより形成される。

正孔注入層２１１を形成する正孔注入性の材料としては、ポリスチレンスルホン酸（略称：ＰＳＳ）をドープしたポリエチレンジオキシチオフェン（略称：ＰＥＤＯＴ）や、ポリアニリン、ポリビニルカルバゾール（略称：ＰＶＫ）などを用いることができる。

発光層２１２は、先に一般式［化１］で示した本発明の燐光性化合物をゲスト材料として含む。ホスト材料はバイポーラ性の材料であれば良いが、ホール輸送材料と電子輸送材料とを混合してバイポーラ性としても良い。ここでは、まず、ホール輸送性の高分子化合物（例えばＰＶＫ）と上述した電子輸送性材料（例えばＰＢＤ）とを７：３（モル比）で同一溶媒に溶かし、さらには本発明の燐光性化合物を適量（５ｗｔ％程度）添加した溶液を調製する。この溶液を湿式塗布することによって、発光層２１２を得ることができる。

以上により、本発明の燐光性化合物を含む発光層２１２と、高分子系材料からなる正孔注入層２１１を有し、これらを湿式プロセスにて形成する電界発光素子を得ることができる。

［実施の形態３］
本実施の形態３では、本発明の燐光性化合物と蛍光性化合物の二種類を含む発光層と、低分子系材料からなる正孔注入層、正孔輸送層、正孔阻止層（ホールブロッキング層）および電子輸送層を有する電界発光素子の素子構成について図３を用いて説明する。

なお、基板３００、第１の電極３０１、第２の電極３０３、正孔注入層３１１、正孔輸送層３１２、ホールブロッキング層３１４、電子輸送層３１５については、実施の形態１と同様の材料を用いて、同様にして形成することができるため説明を省略する。

本実施の形態の発光層３１３は、ホスト材料と、第一のゲスト材料である本発明の燐光性化合物と、第二のゲスト材料である蛍光性化合物と、からなる。ホスト材料としては、実施の形態１で述べた材料を用いればよい。

また、第二のゲスト材料としては公知の蛍光性化合物を用いることができ、具体的には、ＤＣＭ１、ＤＣＭ２、ＤＣＪＴＢ、キナクリドン、Ｎ，Ｎ−ジメチルキナクリドン、ルブレン、ペリレン、ＤＰＴ、Ｃｏ−６、ＰＭＤＦＢ、ＢＴＸ、ＡＢＴＸ等を用いることができる。

本実施の形態３においては、非特許文献６と同様、発光層３１３において第一のゲスト材料である本発明の燐光性化合物は増感剤として作用し、第二のゲスト材料である蛍光性化合物の一重項励起状態の数を増幅する。したがって、本実施の形態３の電界発光素子は、蛍光性化合物から得られる発光を発光色とする発光素子であり、なおかつ、蛍光性化合物の発光効率を従来の状態に比べて向上させることができる。

［合成例１］
本合成例では、上記構造式［化１３］で表される本発明の燐光性化合物の合成法を例示する。まず、３−チオフェンカルボキシアルデヒドとアニリンを等モル量、エタノール中にて４時間環流後、溶媒を留去することによって下記構造式［化１８］で表される配位子原料を得た（黄色液状）。

次に、塩化イリジウム（ＩｒＣｌ_３・ＨＣｌ・Ｈ_２Ｏ）と２．５等量の構造式［化１８］とを、２−エトキシエタノールと水の３：１混合溶媒中で窒素雰囲気下にて１８時間環流し、下記構造式［化１９］の複核錯体を得た。得られた粉末を濾取し、エタノールおよびアセトンで洗浄した後、風乾した。

さらに、構造式［化１９］と３等量のアセチルアセトン、および１０等量の炭酸ナトリウムを、２−エトキシエタノール中で窒素雰囲気下にて１８時間環流した。溶媒を留去後、ジクロロメタンによるオープンカラムにて精製し、クロロホルム／ヘキサンにて再結晶を行い、目的物である上記構造式［化１３］の化合物を得た。

得られた本発明の燐光性化合物（構造式［化１３］）の吸収スペクトル、励起スペクトル、および発光スペクトル（ＰＬ）を図６に示す。図６では、配位子原料（構造式［化１８］）の吸収スペクトルも合わせて記載した。

図６に示すとおり、吸収スペクトル２は、配位子原料のスペクトル１と比較して、長波長側（３４０ｎｍ付近、および３５０ｎｍ〜４００ｎｍ）にショルダーを有しており、三重項π−π^＊遷移および三重項ＭＬＣＴ遷移を示唆している。励起スペクトル３の位置は、それら三重項励起の位置と一致しており、三重項励起状態が発光に寄与しているものと考えられる。したがって、本発明の化合物が燐光性化合物であることを示している。また、発光スペクトル４は、４２５ｎｍ程度にピークを有する青紫色発光であった。

［合成例２］
本合成例では、上記構造式［化１５］で表される本発明の燐光性化合物の合成法を例示する。まず、合成例１と同様の手法にて、上記構造式［化１９］の複核錯体を得る。

さらに、構造式［化１９］と３等量のピコリン酸、および１０等量の炭酸ナトリウムを、２−エトキシエタノール中で窒素雰囲気下にて１８時間環流した。溶媒を留去後、ジクロロメタンによるオープンカラムにて精製し、クロロホルム／ヘキサンにて再結晶を行い、目的物である上記構造式［化１５］の化合物を得た。

得られた本発明の燐光性化合物（構造式［化１５］）の吸収スペクトル、励起スペクトル、および発光スペクトル（ＰＬ）を図７に示す。図７では、配位子原料（構造式［化１８］）の吸収スペクトルも合わせて記載した。

図７に示すとおり、吸収スペクトル２は、配位子原料のスペクトル１と比較して、長波長側（３４０ｎｍ〜３７０ｎｍ付近）に二箇所ピークを有しており、三重項π−π^＊遷移および三重項ＭＬＣＴ遷移を示唆している。励起スペクトル３の位置は、それら三重項励起の位置と一致しており、三重項励起状態が発光に寄与しているものと考えられる。したがって、本発明の化合物が燐光性化合物であることを示している。また、発光スペクトル４は、４５０ｎｍ程度にピークを有する青色発光であった。

本実施例では、画素部に本発明の電界発光素子を有する発光装置について図４を用いて説明する。なお、図４（Ａ）は、発光装置を示す上面図、図４（Ｂ）は図４（Ａ）をＡ−Ａ’で切断した断面図である。点線で示された４０１は駆動回路部（ソース側駆動回路）、４０２は画素部、４０３は駆動回路部（ゲート側駆動回路）である。また、４０４は封止基板、４０５はシール剤であり、シール剤４０５で囲まれた内側４０７は、空間になっている。

なお、４０８はソース側駆動回路４０１及びゲート側駆動回路４０３に入力される信号を伝送するための配線であり、外部入力端子となるＦＰＣ（フレキシブルプリントサーキット）４０９からビデオ信号、クロック信号、スタート信号、リセット信号等を受け取る。なお、ここではＦＰＣしか図示されていないが、このＦＰＣにはプリント配線基盤（ＰＷＢ）が取り付けられていても良い。本明細書における発光装置には、発光装置本体だけでなく、それにＦＰＣもしくはＰＷＢが取り付けられた状態をも含むものとする。

次に、断面構造について図４（Ｂ）を用いて説明する。基板４１０上には駆動回路部及び画素部が形成されているが、ここでは、駆動回路部であるソース側駆動回路４０１と、画素部４０２が示されている。

なお、ソース側駆動回路４０１はｎチャネル型ＴＦＴ４２３とｐチャネル型ＴＦＴ４２４とを組み合わせたＣＭＯＳ回路が形成される。また、駆動回路を形成するＴＦＴは、公知のＣＭＯＳ回路、ＰＭＯＳ回路もしくはＮＭＯＳ回路で形成しても良い。また、本実施の形態では、基板上に駆動回路を形成したドライバー一体型を示すが、必ずしもその必要はなく、基板上ではなく外部に形成することもできる。

また、画素部４０２はスイッチング用ＴＦＴ４１１と、電流制御用ＴＦＴ４１２とそのドレインに電気的に接続された第１の電極４１３とを含む複数の画素により形成される。なお、第１の電極４１３の端部を覆って絶縁物４１４が形成されている。ここでは、ポジ型の感光性アクリル樹脂膜を用いることにより形成する。

また、カバレッジを良好なものとするため、絶縁物４１４の上端部または下端部に曲率を有する曲面が形成されるようにする。例えば、絶縁物４１４の材料としてポジ型の感光性アクリルを用いた場合、絶縁物４１４の上端部のみに曲率半径（０．２μｍ〜３μｍ）を有する曲面を持たせることが好ましい。また、絶縁物４１４として、感光性の光によってエッチャントに不溶解性となるネガ型、或いは光によってエッチャントに溶解性となるポジ型のいずれも使用することができる。

第１の電極４１３上には、電界発光層４１６、および第２の電極４１７がそれぞれ形成されている。ここで、陽極として機能する第１の電極４１３に用いる材料としては、仕事関数の大きい材料を用いることが望ましい。例えば、ＩＴＯ（インジウムスズ酸化物）膜、インジウム亜鉛酸化物（ＩＺＯ）膜、窒化チタン膜、クロム膜、タングステン膜、Ｚｎ膜、Ｐｔ膜などの単層膜の他、窒化チタンとアルミニウムを主成分とする膜との積層、窒化チタン膜とアルミニウムを主成分とする膜と窒化チタン膜との３層構造等を用いることができる。なお、積層構造とすると、配線としての抵抗も低く、良好なオーミックコンタクトがとれ、さらに陽極として機能させることができる。

また、電界発光層４１６は、蒸着マスクを用いた蒸着法、またはインクジェット法によって形成される。電界発光層４１６には、本発明の燐光性化合物（上記一般式［化１］）をその一部に用いることとし、その他、組み合わせて用いることのできる材料としては、低分子系材料であっても高分子系材料であっても良い。また、電界発光層に用いる材料としては、通常、有機化合物を単層もしくは積層で用いる場合が多いが、本発明においては、有機化合物からなる膜の一部に無機化合物を用いる構成も含めることとする。

さらに、電界発光層４１６上に形成される第２の電極（陰極）４１７に用いる材料としては、仕事関数の小さい材料（Ａｌ、Ａｇ、Ｌｉ、Ｃａ、またはこれらの合金ＭｇＡｇ、ＭｇＩｎ、ＡｌＬｉ、ＣａＦ_２、またはＣａＮ）を用いればよい。なお、電界発光層４１６で生じた光が第２の電極４１７を透過させる場合には、第２の電極（陰極）４１７として、膜厚を薄くした金属薄膜と、透明導電膜（ＩＴＯ（酸化インジウム酸化スズ合金）、酸化インジウム酸化亜鉛合金（Ｉｎ_２Ｏ_３―ＺｎＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）等）との積層を用いるのが良い。

さらにシール剤４０５で封止基板４０４を素子基板４１０と貼り合わせることにより、素子基板４０１、封止基板４０４、およびシール剤４０５で囲まれた空間４０７に電界発光素子４１８が備えられた構造になっている。なお、空間４０７には、不活性気体（窒素やアルゴン等）が充填される場合の他、シール剤４０５で充填される構成も含むものとする。

なお、シール剤４０５にはエポキシ系樹脂を用いるのが好ましい。また、これらの材料はできるだけ水分や酸素を透過しない材料であることが望ましい。また、封止基板４０４に用いる材料としてガラス基板や石英基板の他、ＦＲＰ（Ｆｉｂｅｒｇｌａｓｓ−ＲｅｉｎｆｏｒｃｅｄＰｌａｓｔｉｃｓ）、ＰＶＦ（ポリビニルフロライド）、マイラー、ポリエステルまたはアクリル等からなるプラスチック基板を用いることができる。

以上のようにして、本発明の電界発光素子を有する発光装置を得ることができる。

本実施例では、本発明の電界発光素子を有する発光装置を用いて完成させた様々な電気器具について説明する。

本発明の電界発光素子を有する発光装置を用いて作製された電気器具として、ビデオカメラ、デジタルカメラ、ゴーグル型ディスプレイ（ヘッドマウントディスプレイ）、ナビゲーションシステム、音響再生装置（カーオーディオ、オーディオコンポ等）、ノート型パーソナルコンピュータ、ゲーム機器、携帯情報端末（モバイルコンピュータ、携帯電話、携帯型ゲーム機または電子書籍等）、記録媒体を備えた画像再生装置（具体的にはデジタルビデオディスク（ＤＶＤ）等の記録媒体を再生し、その画像を表示しうる表示装置を備えた装置）などが挙げられる。これらの電気器具の具体例を図５に示す。

図５（Ａ）は表示装置であり、筐体２００１、支持台２００２、表示部２００３、スピーカー部２００４、ビデオ入力端子２００５等を含む。本発明の電界発光素子を有する発光装置をその表示部２００３に用いることにより作製される。なお、表示装置は、パソコン用、ＴＶ放送受信用、広告表示用などの全ての情報表示用装置が含まれる。

図５（Ｂ）はノート型パーソナルコンピュータであり、本体２２０１、筐体２２０２、表示部２２０３、キーボード２２０４、外部接続ポート２２０５、ポインティングマウス２２０６等を含む。本発明の電界発光素子を有する発光装置をその表示部２２０３に用いることにより作製される。

図５（Ｃ）はモバイルコンピュータであり、本体２３０１、表示部２３０２、スイッチ２３０３、操作キー２３０４、赤外線ポート２３０５等を含む。本発明の電界発光素子を有する発光装置をその表示部２３０２に用いることにより作製される。

図５（Ｄ）は記録媒体を備えた携帯型の画像再生装置（具体的にはＤＶＤ再生装置）であり、本体２４０１、筐体２４０２、表示部Ａ２４０３、表示部Ｂ２４０４、記録媒体（ＤＶＤ等）読み込み部２４０５、操作キー２４０６、スピーカー部２４０７等を含む。表示部Ａ２４０３は主として画像情報を表示し、表示部Ｂ２４０４は主として文字情報を表示するが、本発明の電界発光素子を有する発光装置をこれら表示部Ａ、Ｂ２４０３、２４０４に用いることにより作製される。なお、記録媒体を備えた画像再生装置には家庭用ゲーム機器なども含まれる。

図５（Ｅ）はゴーグル型ディスプレイ（ヘッドマウントディスプレイ）であり、本体２５０１、表示部２５０２、アーム部２５０３を含む。本発明の電界発光素子を有する発光装置をその表示部２５０２に用いることにより作製される。

図５（Ｆ）はビデオカメラであり、本体２６０１、表示部２６０２、筐体２６０３、外部接続ポート２６０４、リモコン受信部２６０５、受像部２６０６、バッテリー２６０７、音声入力部２６０８、操作キー２６０９、接眼部２６１０等を含む。本発明の電界発光素子を有する発光装置をその表示部２６０２に用いることにより作製される。

ここで、図５（Ｇ）は携帯電話であり、本体２７０１、筐体２７０２、表示部２７０３、音声入力部２７０４、音声出力部２７０５、操作キー２７０６、外部接続ポート２７０７、アンテナ２７０８等を含む。本発明の電界発光素子を有する発光装置をその表示部２７０３に用いることにより作製される。なお、表示部２７０３は黒色の背景に白色の文字を表示することで携帯電話の消費電力を抑えることができる。

以上の様に、本発明の電界発光素子を有する発光装置の適用範囲は極めて広く、この発光装置をあらゆる分野の電気器具に適用することが可能である。

図１は、実施の形態１における電界発光素子の素子構造を説明する図。図２は、実施の形態２における電界発光素子の素子構造を説明する図。図３は、実施の形態３における電界発光素子の素子構造を説明する図。図４は、発光装置について説明する図。図５は、電気器具について説明する図。図６は、本発明の燐光性化合物の吸収・励起・発光スペクトルを示すグラフ。図７は、本発明の燐光性化合物の吸収・励起・発光スペクトルを示すグラフ。

Claims

下記一般式で表される燐光性化合物を用いた電界発光素子。

（式中、Ｒ_１はアルキル基、アリール基、置換基を有するアリール基、複素環残基、置換基を有する複素環残基のいずれかを表す。またＲ_２は、水素、アルキル基、アリール基、置換基を有するアリール基、複素環残基、置換基を有する複素環残基のいずれかを表す。Ｒ_３およびＲ_４は、それぞれ水素、ハロゲン元素、アルキル基、アルコキシル基、アリール基、置換基を有するアリール基、複素環残基、置換基を有する複素環残基のいずれかを表す。また、Ｍは第９族元素または第１０族元素を表し、前記Ｍが第９族元素の場合はｎ＝２、第１０族元素の場合はｎ＝１となる。Ｌは、ベータジケトン構造を有するモノアニオン性の配位子、カルボキシル基を有するモノアニオン性の二座キレート配位子、フェノール性水酸基を有するモノアニオン性の二座キレート配位子のいずれかを表す。）
請求項１において、前記Ｍは、イリジウム元素または白金元素であることを特徴とする電界発光素子。
請求項１または請求項２において、前記Ｌは、下記構造式に示す配位子であることを特徴とする電界発光素子。
請求項１または請求項２において、前記Ｌは、下記構造式に示す配位子であることを特徴とする電界発光素子。
請求項１または請求項２において、前記Ｌは、下記構造式に示す配位子であることを特徴とする電界発光素子。
請求項１または請求項２において、前記Ｌは、下記構造式に示す配位子であることを特徴とする電界発光素子。
請求項１または請求項２において、前記Ｌは、下記構造式に示す配位子であることを特徴とする電界発光素子。
請求項１または請求項２において、前記Ｌは、下記構造式に示す配位子であることを特徴とする電界発光素子。
請求項１または請求項２において、前記Ｌは、下記構造式に示す配位子であることを特徴とする電界発光素子。
請求項１乃至請求項９のいずれか一項において、
前記燐光性化合物を、発光体として用いたことを特徴とする電界発光素子。
請求項１乃至請求項１０のいずれか一項に記載の電界発光素子を用いたことを特徴とする発光装置。
請求項１１に記載の発光装置を表示部に備えたことを特徴とする電気器具。