JP4356363B2 - 有機エレクトロルミネッセンス素子及びそれを有する表示装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、有機エレクトロルミネッセンス素子及びそれを用いた表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、発光型の電子ディスプレイデバイスとして、エレクトロルミネッセンスディスプレイ（ＥＬＤ）がある。ＥＬＤの構成要素としては、無機エレクトロルミネッセンス素子や有機エレクトロルミネッセンス素子（以下、有機ＥＬ素子とも略記する）が挙げられる。無機エレクトロルミネッセンス素子は、平面型光源として使用されてきたが、発光素子を駆動させるためには交流の高電圧が必要である。
【０００３】
一方、有機エレクトロルミネッセンス素子は、発光する化合物を含有する発光層を、陰極と陽極で挟んだ構成を有し、発光層に電子及び正孔を注入して、再結合させることにより励起子（エキシトン）を生成させ、このエキシトンが失活する際の光の放出（蛍光・燐光）を利用して発光する素子であり、数Ｖ〜数１０Ｖ程度の電圧で発光が可能であり、更に、自己発光型であるために視野角に富み、視認性が高く、薄膜型の完全固体素子であるために省スペース、携帯性等の観点から注目されている。
【０００４】
将来の実用化に向けた有機ＥＬ素子の開発としては、更に低消費電力で効率よく、高輝度に発光する有機ＥＬ素子が望まれており、例えば、スチルベン誘導体、ジスチリルアリーレン誘導体、またはトリススチリルアリーレン誘導体に、微量の蛍光体をドープし、発光輝度の向上、素子の長寿命化を達成する技術（例えば、特許文献１参照。）、８−ヒドロキシキノリンアルミニウム錯体をホスト化合物として、これに微量の蛍光体をドープした有機発光層を有する素子（例えば、特許文献２参照。）、８−ヒドロキシキノリンアルミニウム錯体をホスト化合物として、これにキナクリドン系色素をドープした有機発光層を有する素子（例えば、特許文献３参照。）等が知られている。
【０００５】
上記文献に開示されている技術では、励起一重項からの発光を用いる場合、一重項励起子と三重項励起子の生成比が１：３であるため、発光性励起種の生成確率が２５％であることと、光の取り出し効率が約２０％であるため、外部取り出し量子効率（η_ext）の限界は５％とされている。
【０００６】
一方、プリンストン大より、励起三重項からの燐光発光を用いる有機ＥＬ素子の報告（例えば、非特許文献１参照。）がされて以来、室温で燐光を示す材料の研究が活発になってきている（例えば、非特許文献２及び特許文献４参照。）。
【０００７】
励起三重項を使用すると、内部量子効率の上限が１００％となるため、励起一重項の場合に比べて原理的に発光効率が４倍となり、冷陰極管とほぼ同等の性能が得られ照明用にも応用可能であり注目されている。
【０００８】
一方、有機ＥＬ素子の発光輝度と発光寿命の向上のために、発光層と陰極の間に、発光層からの正孔の移動を制限する正孔ブロック層を設けることが提案されている。この正孔ブロック層により、正孔を発光層中に効率よく蓄積することによって、電子との再結合確率を向上させ、発光の高効率化を達成することができる。正孔ブロック材料としてフェナントロリン誘導体やトリアゾール誘導体の単独使用が有効であると報告されている（特許文献５及び特許文献６参照）。また、ある特定のアルミニウム錯体を正孔ブロック層に使用して、長寿命な有機ＥＬ素子を実現している（特許文献７参照）。
【０００９】
このように正孔ブロック層の導入により、燐光性化合物を使用した有機ＥＬ素子では緑色では内部量子効率としてほぼ１００％、寿命についても２万時間が達成されている（非特許文献３参照）が、発光輝度については、まだ改善の余地が残っている。
【００１０】
また、青〜青緑色の燐光性化合物をドーパントとして用いた場合、ＣＢＰのようなカルバゾール誘導体をホスト化合物として使用した例があるが、その外部取り出し量子効率が６％と、不十分な結果であり（非特許文献４参照）、改良の余地が残っている。青色に関しては、蛍光性化合物からの発光を利用したものであるが、カルバゾール誘導体の分子の真中のビアリール部位に連結基を導入して、青色の色純度に優れ、長寿命な有機ＥＬ素子が作製されている（例えば、特許文献８参照）。さらに、前記化合物に加えて、特定の五配位の金属錯体を正孔阻止層に使用、燐光性化合物をドーパントとして使用した場合に、更なる長寿命化が達成されている（例えば、特許文献９参照）。
【００１１】
しかし、このような連結基を導入した場合においても、上記特許に記載のカルバゾール誘導体は、実用化に耐えうる発光効率と耐熱性を有するまでには至っていない。今後の実用化に向けた有機ＥＬ素子では、更に、低消費電力で効率よく高輝度に発光する有機ＥＬ素子の開発が望まれている。
【００１２】
【特許文献１】
特許第３０９３７９６号明細書
【００１３】
【特許文献２】
特開昭６３−２６４６９２号公報
【００１４】
【特許文献３】
特開平３−２５５１９０号公報
【００１５】
【特許文献４】
米国特許第６，０９７，１４７号明細書
【００１６】
【特許文献５】
特開平８−１０９３７３号公報
【００１７】
【特許文献６】
特開平１０−２３３２８４号公報
【００１８】
【特許文献７】
特開２００１−２８４０５６号公報
【００１９】
【特許文献８】
特開２０００−２１５７２号公報
【００２０】
【特許文献９】
特開２００２−８８６０号公報
【００２１】
【非特許文献１】
Ｍ．Ａ．Ｂａｌｄｏ ｅｔ ａｌ．，ｎａｔｕｒｅ、３９５巻、１５１−１５４ページ（１９９８年）
【００２２】
【非特許文献２】
Ｍ．Ａ．Ｂａｌｄｏ ｅｔ ａｌ．，ｎａｔｕｒｅ、４０３巻、１７号、７５０−７５３ページ（２０００年）
【００２３】
【非特許文献３】
第６２回応用物理学会学術講演会予稿集１２−ａ−Ｍ７、パイオニア技術情報誌、第１１巻、第１号
【００２４】
【非特許文献４】
第６２回応用物理学会学術講演会予稿集１２−ａ−Ｍ８
【００２５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、高い発光輝度を示し、かつ半減寿命の長い有機エレクトロルミネッセンス素子及びそれを用いた表示装置を提供することである。
【００２６】
【課題を解決するための手段】
本発明の上記目的は、下記の構成により達成される。
【００２７】
１．前記一般式（１）で表される化合物を含有す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。
【００３６】
２．発光層と陰極との間に正孔阻止層が設けられていることを特徴とする前記１に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【００３７】
３．前記正孔阻止層が、スチリル化合物、トリアゾール誘導体、フェナントロリン誘導体、オキサジアゾール誘導体、またはボロン誘導体の少なくとも一種の化合物で構成されていることを特徴とする前記２に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【００３８】
４．前記正孔阻止層が、前記一般式（５）、（６）、（７）または（８）で表される化合物の少なくとも一種で構成されることを特徴とする前記２に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【００３９】
５．発光層が、前記一般式（１）で表される化合物を含有していることを特徴とする前記１〜４のいずれか１項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【００４３】
６．燐光性化合物を含有することを特徴とする前記１〜５のいずれか１項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【００４４】
７．前記燐光性化合物が、オスミウム、イリジウム、または白金錯体系化合物であることを特徴とする前記６に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【００４５】
８．前記１〜７のいずれか１項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子を有することを特徴とする表示装置。
【００４６】
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明者等は、鋭意検討の結果、前記一般式（１）で表される化合物を少なくとも１種用いることにより、高い発光輝度を示し、かつ半減寿命の長い有機エレクトロルミネッセンス素子、及び該有機ＥＬ素子を有する表示装置を提供できることを見いだした。併せて、上記の化合物を組み合わせることにより、高効率なフルカラー画像表示装置が得られることが判った。
【００４７】
本発明の有機エレクトロルミネッセンス素子とは、該有機ＥＬ素子を構成する少なくとも一つの層に、前記一般式（１）で表される化合物の少なくとも１種を含有することが、本発明に記載の効果を得るための必須要件であるが、好ましくは、上記の化合物を発光層に含有せしめることである。
【００４８】
特開２０００−２１５７２号、特開２００２−８８６０号において、カルバゾール誘導体の分子の真中のビアリール部位に、連結基を導入する方法が開示されている。該特許に記載されている連結基は、特に環である場合、そのほとんどが置換基を有していない。ところが、該特許に記載の連結基が、特に環である場合、その連結基に置換基を導入した場合に、有機ＥＬ素子材料としての特性が著しく改善される場合があることが判明した。
【００４９】
また、該特許に記載の連結基は、立体障害の小さなものが多いため、該特許に記載のカルバゾール誘導体は、その分子の平面性が保たれている。この平面性を崩すようなタイプの連結基、つまり、カルバゾール誘導体のビアリール部位を互いにねじるような基を導入したところ、化合物の特性がさらに向上することを見出したものである。
【００５０】
このようなカルバゾール誘導体を有機ＥＬ素子材料として評価した結果、発光効率、及び発光寿命の改善効果が認められた。これは、連結基に導入された置換基や、立体的に嵩高い連結基により、化合物の特性が改善され安定化効果が大きくなった結果と推察している。
【００５１】
次いで、本発明に係る各化合物の詳細について説明する。
はじめに、本発明に係る一般式（１）で表される化合物について説明する。
【００５２】
前記一般式（１）において、−Ａ _１ は前記一般式（２）で表され、同一でも異なっていても良い。
【００５３】
前記一般式（１）において、Ｘ _１ は前記一般式（ａ）、（ｂ）、（ｄ）及び（ｆ）〜（ｋ）で表される基を表す。＊の部分は連結する部位を表す。ｎは２〜４の整数である。
【００５４】
前記一般式（２）において、Ａｒ_１ は２価の芳香族炭化水素環基、または芳香族複素環基を表す。好ましくは、置換基を有していてもよい２価のフェニル基、ビフェニル基、ナフチル基、アントリル基、フェナントリル基、ピレニル基、ピリジル基、トリアジル基、ピラジル基、キノキサリル基、チエニル基を示す。最も好ましくは、２価のフェニル基である。
【００５５】
前記置換基としては、例えば、ハロゲン原子、アルキル基（例えば、メチル基、エチル基、イソプロピル基、ヒドロキシエチル基、メトキシメチル基、トリフルオロメチル基、ｔ−ブチル基等）、アルケニル基（例えば、ビニル基等）、アルコキシカルボニル基（例えば、メトキシカルボニル基、エトキシカルボニル基等）、アルコキシ基（例えば、メトキシ基、エトキシ基等）、アリールオキシ基（例えば、フェノキシ基、ベンジルオキシ基）、ジアルキルアミノ基（例えば、ジエチルアミノ基、ジイソプロピルアミノ基等）を示す。前記置換基を有する場合に、特に好ましくは、メチル基、フェニル基、メトキシ基が挙げられる。
【００５６】
一般式（２）において、Ｒ_１〜Ｒ _２ は各々独立して、水素原子、アルキル基またはアリール基を表す。
【００５７】
Ｒ_１〜Ｒ _２ としては、例えば、アルキル基（例えば、メチル基、エチル基、イソプロピル基、ヒドロキシエチル基、メトキシメチル基、トリフルオロメチル基、ｔ−ブチル基等）、アリール基（例えば、フェニル基、ナフチル基、ｐ−トリル基、ｐ−クロロフェニル基、メシチル基等）が挙げられる。これらの基は、更に置換されていてもよい。
【００５９】
ｎａ、ｎｂはそれぞれ０〜４の整数である。
次いで、連結基である前記一般式（ａ）、（ｂ）、（ｄ）及び（ｆ）〜（ｋ）について説明する。
【００６０】
前記一般式（ａ）、（ｂ）、（ｄ）及び（ｆ）〜（ｋ）において、Ｒ_１１〜Ｒ_１４、Ｒ_２１〜Ｒ _２４ はそれぞれ水素原子、アルキル基またはアリール基を表し、Ｒ_１１〜Ｒ_１４の少なくとも一つ、Ｒ_２１〜Ｒ_２４の少なくとも一つは、アルキル基またはアリール基である。Ｒ_１１とＲ_１２、及びＲ_１３とＲ_１４が同時に互いに連結して環を形成することはない。Ｒ_４１、Ｒ_４２はそれぞれアルキル基またはアリール基であり、互いに縮合して環を形成することはなく、Ｒ_４１とＲ_４２ の炭素原子数の総和ｎ_ｒ４は、３以上、９以下である。Ｒ _６１ はアルキル基を表す。Ｘ_ａは６員、または７員の二価の単環の複素環基を表す。Ｒ_７１〜Ｒ_７８、Ｒ_８１〜Ｒ_８８、Ｒ_９１〜Ｒ_９８は、それぞれ水素原子、または置換基を表す。
【００６１】
Ｒ_１１〜Ｒ_１４、Ｒ_２１〜Ｒ _２４ は、特に好ましくは、炭素数２以下のアルキル基であり、最も好ましくはメチル基である。
【００６２】
このように、連結基がフェニレン基である場合には、無置換の場合より本発明で説明したような形でアルキル基またはアリール基が導入された場合が好ましい。これは、置換基効果により電位の変化が見られ、その特性が変化した結果と推察される。
【００６３】
Ｒ_４１とＲ _４２ としては、例えば、アルキル基（例えば、メチル基、エチル基、イソプロピル基、ヒドロキシエチル基、メトキシメチル基、トリフルオロメチル基、ｔ−ブチル基等）等が挙げられる。
【００６５】
Ｒ₆₁は、アルキル基（例えば、メチル基、エチル基、イソプロピル基、メトキシメチル基、ｔ−ブチル基等）を表す。
【００６６】
Ｘ_aは６員、または７員の二価の単環の複素環基を表す。二価の単環の複素環基として具体的には、二価のピリジン基、ピリダジン基、ピリミジン基、トリアジン基等が挙げられる。複素環基は無置換もしくはアルキル基置換であるが、アルキル基が置換基として導入されていた方が好ましい。
【００６７】
Ｒ_７１〜Ｒ_７８、Ｒ_８１〜Ｒ_８８、Ｒ_９１〜Ｒ _９８ としては、例えば、アルキル基（例えば、メチル基、エチル基、イソプロピル基等）が挙げられる。
【００６８】
前記一般式（ａ）、（ｂ）、（ｄ）及び（ｆ）〜（ｋ）の中で、特に好ましくは一般式（ａ）、（ｂ）、（ｄ）、（ｈ）であり、次いで好ましくは、一般式（ｉ）、（ｊ）である。
【００８２】
本発明者らの検討の結果、カルバゾール誘導体の特徴を最大限に発揮し、青色で高輝度、長寿命を達成するためには、連結基としてアルキレンジョイントである場合、その立体的な嵩高さが要求されるが、連結基の炭素原子が４級炭素原子の場合、その置換基は立体的に特定の範囲にある必要がある。具体的には、Ｒ₀₀₁とＲ₀₀₂のそれぞれのファンデルワールス体積の和が６０〜２８０ųである。この範囲から外れると、いずれの場合も、有機ＥＬ素子としての性能が不十分となる。
【００８３】
この原因については不明であるが、ファンデルワールス体積が６０ų未満の場合、分子間の相互作用が強くなり、ファンデルワールス体積が２８０ųより大きくなると、分子の回転角が抑制されることにより自由度が低下し結晶性が高まり、分子自体のアモルファス性が低下するためと考えられる。このように、本発明の化合物は、カルバゾール誘導体を立体的な観点で最適化したものであり、それにより高輝度と長寿命を達成するに至ったものである。
【００８４】
本発明でいうファンデルワールス体積とは、アクセルリス社製分子シミュレーションソフトＣｅｒｉｕｓ²を用いて求められるパラメーターである。Ｄｒｅｉｄｉｎｇ Ｆｏｒｃｅ Ｆｉｅｌｄを用いて、ＭＭ計算で分子構造を最適化して、Ｃｏｎｎｏｌｙ Ｓｕｒｆａｃｅを用いて求めたＶｏｌｕｍｅ値と定義する。
【００８６】
以下に、本発明の化合物及び参考例の化合物の具体例を示すが、これらに限定されるものではない。
【００８７】
【化１３】

【００８８】
【化１４】

【００８９】
【化１５】

【００９０】
【化１６】

【００９１】
【化１７】

【００９２】
【化１８】

【００９３】
【化１９】

【００９４】
【化２０】

【００９５】
【化２１】

【００９６】
【化２２】

【００９７】
【化２３】

【００９８】
【化２４】

【００９９】
【化２５】

【０１００】
【化２６】

【０１０１】
【化２７】

【０１０２】
【化２８】

【０１０３】
【化２９】

【０１０４】
【化３０】

【０１０５】
【化３１】

【０１０６】
【化３２】

【０１０７】
【化３３】

【０１０８】
【化３４】

【０１０９】
【化３５】

【０１１０】
次いで、本発明に係る上記化合物及び参考例の化合物の代表的な合成例を以下に示す。その他の化合物についても同様の方法により製造することができる。
【０１１１】
（合成例１：例示化合物１−２の合成）
１−ブロモ−４−ヨードベンゼンを５０ｇと、カルバゾールを２４ｇと、銅粉を０．６ｇと、炭酸カリウムを１９ｇとをジメチルホルムアミドに添加し、１１時間加熱還流した。反応終了後、有機層を抽出し、カラム精製を行った。精製後の化合物をアセトニトリルで再結晶させると、白色の化合物（Ａ）を３３ｇ得た（収率７２％）。化合物（Ａ）の８ｇを、脱水テトラヒドロフラン１００ｍｌに溶解し、ドライアイスで−７０℃に保った。ブチルリチウム−ｎ−ヘキサン溶液を２４ｍｌ添加し、１時間攪拌後、トリメトキシボラン６．０ｍｌを脱水テトラヒドロフラン２０ｍｌに溶解し添加し、一昼夜室温で攪拌した。その後、１０％硫酸を添加し、１時間攪拌した。溶媒を留去した後、アセトニトリルを２０ｍｌ添加した後、ろ過及びろ取して化合物（Ｂ）を４．５ｇ得た。化合物（Ｂ）の３．０ｇと化合物（Ｃ）１．２ｇとを脱水テトラヒドロフラン２００ｍｌに溶解し、炭酸ナトリウムとパラジウム触媒を使用して、２０時間加熱攪拌した。反応終了後、酢酸エチルと水を加えて有機層を抽出し、硫酸マグネシウムで乾燥後、溶媒を減圧留去してからカラムクロマトグラフィーで精製した後、トルエンで再結晶し、例示化合物１−２を１．２ｇ得た（収率４５％）。
【０１１２】
ＮＭＲスペクトル、マススペクトルにより例示化合物１−２であることを確認した。融点は３２０〜３２１℃であった。
【０１１３】
【化３６】

【０１１４】
（合成例２：例示化合物４−４の合成）
４−メチルシクロヘキサノンの２０ｇとアニリンの３８ｇとを、濃塩酸中で４０時間加熱還流した。反応液を中和した後、反応液に酢酸エチル及び水を加えて有機層を抽出した。硫酸マグネシウムで乾燥後、溶媒を減圧留去してからカラムクロマトグラフィーで精製してアミン化合物を３１ｇ得た。該アミン化合物をサンドマイヤー反応により、ブロモ体とした。該ブロモ体１．１ｇとカルバゾールとを、酢酸パラジウムとトリ−ｔｅｒｔ−ブチルホスフィンを触媒として、キシレン溶媒中で、塩基として炭酸カリウムを使用して８時間加熱攪拌した。反応終了後、酢酸エチルとテトラヒドロフランと水を加えて有機層を抽出した。硫酸マグネシウムで乾燥後、溶媒を減圧留去してからカラムクロマトグラフィーで精製した後、トルエンで再結晶し、例示化合物４−４を１．２ｇ得た（収率７５％）。ＮＭＲスペクトル、マススペクトルにより、例示化合物４−４であることを確認した。
【０１１５】
（合成例３：例示化合物ＨＡ−１の合成）
下記ジアミン２．６ｇ、２，２’−ジブロモビフェニル５．１ｇ、ビス（ジベンジリデンアセトン）パラジウム０．４５ｇ、トリ−ｔｅｒｔ−ブチルホスフィン０．８５ｇ、ナトリウムｔｅｒｔ−ブトキシド３．４ｇを、トルエン６０ｍｌ中に分散し、窒素雰囲気下において８時間、還流温度にて攪拌した。得られた反応混合物にトルエンと水を加えて有機層を分離し、これをシリカゲルカラムクロマトグラフィーにより精製した後、さらにトルエンから再結晶して、例示化合物ＨＡ−１の微褐色結晶を１．７ｇ得た。（収率３２％）
【０１１６】
【化３７】

【０１１７】
（合成例４：例示化合物ＩＡ−１の合成）
下記ビスフェノール２ｇ、２臭化トリホスホリル５．０ｇを、窒素雰囲気下において５時間、３２０℃で加熱した。得られた反応液に酢酸エチルと水を加えて有機層を分離し、これをシリカゲルカラムクロマトグラフィーにより精製し、下記ジブロモ体を１．４ｇ得た。ジブロモ体１．４ｇとカルバゾール１．０ｇを酢酸パラジウムとトリ−ｔｅｒｔ−ブチルホスフィンを触媒として、塩基としてナトリウム−ｔｅｒｔ−ブトキシドをキシレン５０ｍｌに分散し、窒素雰囲気下において９時間、還流温度にて攪拌した。得られた反応混合物にトルエンと水を加えて有機層を分離し、これをシリカゲルカラムクロマトグラフィーにより精製した後、さらにトルエンから再結晶して、例示化合物ＩＡ−１の微褐色結晶を０．８ｇ得た。（収率４２％）
【０１１８】
【化３８】

【０１１９】
本発明において、スチリル化合物、トリアゾール誘導体、フェナントロリン誘導体、オキサジアゾール誘導体、ボロン誘導体の少なくとも一種の化合物で構成される正孔阻止層を、発光層と陰極の間に設けることは有効である。
【０１２０】
正孔阻止層は、正孔輸送層から移動してくる正孔を陰極に到達するのを阻止する役割と、陰極から注入された電子を効率よく発光層の方向に輸送することができる化合物により形成される。正孔阻止層を構成する材料に求められる物性としては、電子移動度が高く正孔移動度が低いこと、及び正孔を効率的に発光層内に閉じこめるために、発光層のイオン化ポテンシャルより大きいイオン化ポテンシャルの値を有するか、発光層のバンドギャップより大きいバンドギャップを有することが好ましい。正孔阻止層は、正孔と電子を発光層内に閉じこめて、発光効率を向上させる機能を有する。このような条件を満たす正孔阻止層材料として好ましくは、前記一般式（５）〜（８）で表される化合物が挙げられる。
【０１２１】
前記一般式（５）〜（８）において、Ｒ_ａ１〜Ｒ_ａ３、Ｒ_ｂ１〜Ｒ_ｂ４、Ｒｃ１、Ｒｃ２は、それぞれアルキル基、アリール基、または複素環基を表し、Ａ_ｒａ〜Ａ_ｒｃは、それぞれアリール基または複素環基を表す。アルキル基、アリール基としては、具体的には前記Ｒ_１〜Ｒ _２ で説明したものと同義である。また、複素環基として具体的には、ピロリル基、ピリジル基、フリル基、チエニル基等が挙げられる。
【０１２２】
以下、一般式（５）〜（８）で表される化合物の具体例を以下に列挙するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【０１２３】
【化３９】

【０１２４】
【化４０】

【０１２５】
【化４１】

【０１２６】
その他の化合物例として、特開２００３−３１３６７号、同２００３−３１３６８号、特許第２７２１４４１号等に記載の例示化合物が挙げられる。
【０１２７】
本発明においては、発光層にドーパントを併用することが好ましく、有機ＥＬ素子のドーパントとして使用される公知のものの中から任意のものを選択して用いることができる。
【０１２８】
ドーパントの具体例としては、例えば、キナクリドン、ＤＣＭ、クマリン誘導体、ローダミン、ルブレン、デカシクレン、ピラゾリン誘導体、スクアリリウム誘導体、ユーロピウム錯体等がその代表例として挙げられる。
【０１２９】
また、例えば、特開２００１−２４７８５９号公報に記載のイリジウム錯体あるいはＷＯ第７０，６５５号明細書の１６〜１８ページに記載の式で表される化合物、例えば、トリス（２−フェニルピリジン）イリジウム等やオスミウム錯体、あるいは２，３，７，８，１２，１３，１７，１８−オクタエチル−２１Ｈ，２３Ｈ−ポルフィリン白金錯体のような白金錯体もドーパントとして挙げられる。ドーパントとして、このような燐光性化合物を用いることにより、内部量子効率の高い発光有機ＥＬ素子を実現できる。
【０１３０】
これらの燐光性化合物として、具体的に好ましいのは、特に、元素の周期律表でVIII属の金属を中心金属とする錯体系化合物である。さらに好ましくは、中心金属がオスミウム、イリジウムまたは白金錯体系化合物である。最も、好ましくは、イリジウム錯体である。
【０１３１】
これらの燐光性化合物ドーパントとしては、以下の化合物が挙げられる。
【０１３２】
【化４２】

【０１３３】
【化４３】

【０１３４】
【化４４】

【０１３５】
これらの発光層は、上記化合物を、例えば、真空蒸着法、スピンコート法、キャスト法、ＬＢ法などの公知の薄膜化法により製膜して形成することができる。
【０１３６】
発光層は、これらの発光材料一種又は二種以上からなる一層構造であってもよいし、あるいは、同一組成又は異種組成の複数層からなる積層構造であってもよい。
【０１３７】
本発明に係る燐光性化合物は、溶液中の燐光量子収率が、２５℃において０．００１以上である。好ましくは、０．０１以上である。さらに、好ましくは、０．１以上である。燐光量子収率は、第４版実験化学講座７の分光IIの３９８ページ（１９９２年版、丸善）に記載の方法で測定することができる。
【０１３８】
次いで、本発明の有機エレクトロルミネッセンス素子の各構成層について、その詳細を説明する。
【０１３９】
本発明において、有機ＥＬ素子の層構成の好ましい具体例を以下に示すが、本発明はこれらに限定されない。
【０１４０】
Ｉ：陽極／発光層／電子輸送層／陰極
II：陽極／正孔輸送層／発光層／電子輸送層／陰極
III：陽極／正孔輸送層／発光層／正孔阻止層／電子輸送層／陰極
IV：陽極／正孔輸送層／発光層／正孔阻止層／電子輸送層／陰極バッファー層／陰極
Ｖ：陽極／陽極バッファー層／正孔輸送層／発光層／正孔阻止層／電子輸送層／陰極バッファー層／陰極
《陽極》
有機ＥＬ素子における陽極としては、仕事関数の大きい（４ｅＶ以上）金属、合金、電気伝導性化合物及びこれらの混合物を電極物質とするものが好ましく用いられる。このような電極物質の具体例としてはＡｕ等の金属、ＣｕＩ、インジウムチンオキシド（ＩＴＯ）、ＳｎＯ₂、ＺｎＯ等の導電性透明材料が挙げられる。また、ＩＤＩＸＯ（Ｉｎ₂Ｏ₃−ＺｎＯ）等非晶質で透明導電膜を作製可能な材料を用いてもよい。陽極は、これらの電極物質を蒸着やスパッタリング等の方法により、薄膜を形成させ、フォトリソグラフィー法で所望の形状のパターンを形成してもよく、あるいはパターン精度をあまり必要としない場合は（１００μｍ以上程度）、上記電極物質の蒸着やスパッタリング時に所望の形状のマスクを介してパターンを形成してもよい。この陽極より発光を取り出す場合には、透過率を１０％より大きくすることが望ましく、また、陽極としてのシート抵抗は数百Ω／□以下が好ましい。さらに膜厚は材料にもよるが、通常１０〜１０００ｎｍ、好ましくは１０〜２００ｎｍの範囲で選ばれる。
【０１４１】
《陰極》
一方、陰極としては、仕事関数の小さい（４ｅＶ以下）金属（電子注入性金属と称する）、合金、電気伝導性化合物及びこれらの混合物を電極物質とするものが用いられる。このような電極物質の具体例としては、ナトリウム、ナトリウム−カリウム合金、マグネシウム、リチウム、マグネシウム／銅混合物、マグネシウム／銀混合物、マグネシウム／アルミニウム混合物、マグネシウム／インジウム混合物、アルミニウム／酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）混合物、インジウム、リチウム／アルミニウム混合物、希土類金属等が挙げられる。これらの中で、電子注入性及び酸化等に対する耐久性の点から、電子注入性金属とこれより仕事関数の値が大きく安定な金属である第二金属との混合物、例えば、マグネシウム／銀混合物、マグネシウム／アルミニウム混合物、マグネシウム／インジウム混合物、アルミニウム／酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）混合物、リチウム／アルミニウム混合物、アルミニウム等が好適である。陰極は、これらの電極物質を蒸着やスパッタリング等の方法により、薄膜を形成させることにより、作製することができる。また、陰極としてのシート抵抗は数百Ω／□以下が好ましく、膜厚は通常１０ｎｍ〜１０００ｎｍ、好ましくは５０ｎｍ〜２００ｎｍの範囲で選ばれる。なお、発光を透過させるため、有機ＥＬ素子の陽極または陰極のいずれか一方が、透明または半透明であれば、発光輝度が向上し好都合である。
【０１４２】
次に、本発明の有機ＥＬ素子の構成層として用いられる、注入層、正孔輸送層、電子輸送層等について説明する。
【０１４３】
《注入層：電子注入層、正孔注入層》
注入層は、必要に応じて設け、電子注入層と正孔注入層があり、上記のごとく陽極と発光層または正孔輸送層の間、及び陰極と発光層または電子輸送層との間に存在させてもよい。
【０１４４】
注入層とは、駆動電圧低下や発光輝度向上のために電極と有機層間に設けられる層のことで、「有機ＥＬ素子とその工業化最前線（１９９８年１１月３０日 エヌ・ティー・エス社発行）」の第２編第２章「電極材料」（１２３〜１６６頁）に詳細に記載されており、正孔注入層（陽極バッファー層）と電子注入層（陰極バッファー層）とがある。
【０１４５】
陽極バッファー層（正孔注入層）は、特開平９−４５４７９号公報、同９−２６００６２号公報、同８−２８８０６９号公報等にもその詳細が記載されており、具体例として、銅フタロシアニンに代表されるフタロシアニンバッファー層、酸化バナジウムに代表される酸化物バッファー層、アモルファスカーボンバッファー層、ポリアニリン（エメラルディン）やポリチオフェン等の導電性高分子を用いた高分子バッファー層等が挙げられる。
【０１４６】
陰極バッファー層（電子注入層）は、特開平６−３２５８７１号公報、同９−１７５７４号公報、同１０−７４５８６号公報等にもその詳細が記載されており、具体的にはストロンチウムやアルミニウム等に代表される金属バッファー層、フッ化リチウムに代表されるアルカリ金属化合物バッファー層、フッ化マグネシウムに代表されるアルカリ土類金属化合物バッファー層、酸化アルミニウムに代表される酸化物バッファー層等が挙げられる。
【０１４７】
上記バッファー層（注入層）はごく薄い膜であることが望ましく、素材にもよるが、その膜厚は０．１ｎｍ〜１００ｎｍの範囲が好ましい。
【０１４８】
阻止層は、上記のごとく、有機化合物薄膜の基本構成層の他に必要に応じて設けられるものである。例えば、特開平１１−２０４２５８号、同１１−２０４３５９号、及び「有機ＥＬ素子とその工業化最前線（１９９８年１１月３０日 エヌ・ティー・エス社発行）」の２３７頁等に記載されている正孔阻止（ホールブロック）層がある。
【０１４９】
正孔阻止層とは広い意味では電子輸送層であり、電子を輸送する機能を有しつつ正孔を輸送する能力が著しく小さい材料からなり、電子を輸送しつつ正孔を阻止することで電子と正孔の再結合確率を向上させることができる。
【０１５０】
一方、電子阻止層とは広い意味では正孔輸送層であり、正孔を輸送する機能を有しつつ電子を輸送する能力が著しく小さい材料からなり、正孔を輸送しつつ電子を阻止することで電子と正孔の再結合確率を向上させることができる。
【０１５１】
正孔輸送層とは正孔を輸送する機能を有する材料からなり、広い意味で正孔注入層、電子阻止層も正孔輸送層に含まれる。正孔輸送層、電子輸送層は単層もしくは複数層設けることができる。
【０１５２】
本発明の有機ＥＬ素子においては、発光層のホスト、発光層に隣接する正孔輸送層、発光層に隣接する電子輸送層すべての材料の蛍光極大波長が４１５ｎｍ以下であることが好ましい。
【０１５３】
《発光層》
本発明に係る発光層は、電極または電子輸送層、正孔輸送層から注入されてくる電子および正孔が再結合して発光する層であり、発光する部分は発光層の層内であっても発光層と隣接層との界面であっても良い。
【０１５４】
この発光層は、上記化合物を、例えば、真空蒸着法、スピンコート法、キャスト法、ＬＢ法などの公知の薄膜化法により製膜して形成することができる。発光層としての膜厚は、特に制限はないが、通常は５ｎｍ〜５μｍの範囲で選ばれる。この発光層は、これらの発光材料一種又は二種以上からなる一層構造であってもよいし、あるいは、同一組成又は異種組成の複数層からなる積層構造であってもよい。本発明の有機ＥＬ素子の好ましい態様は、発光層が二種以上の材料からなり、その内の一種が本発明の化合物であるときである。
【０１５５】
また、この発光層は、特開昭５７−５１７８１号公報に記載されているように、樹脂などの結着材と共に上記発光材料を溶剤に溶かして溶液としたのち、これをスピンコート法などにより薄膜化して形成することができる。このようにして形成された発光層の膜厚については、特に制限はなく、状況に応じて適宜選択することができるが、通常は５ｎｍ〜５μｍの範囲である。
【０１５６】
発光層の材料が２種以上であるとき、主成分をホスト、その他の成分をドーパントといい、本発明に係る前記一般式（１）で表される化合物は、ホストとして用いられることが好ましい。その場合、主成分であるホスト化合物に対するドーパントの混合比は、好ましくは０．１質量％以上、１５質量％未満である。
【０１５７】
（ホスト化合物）
「ホスト化合物（単に、ホストともいう）」とは、２種以上の化合物で構成される発光層中にて混合比（質量）の最も多い化合物のことを意味し、それ以外の化合物については「ドーパント化合物（単に、ドーパントともいう）」という。例えば、発光層を化合物Ａ、化合物Ｂという２種で構成し、その混合比がＡ：Ｂ＝１０：９０であれば化合物Ａがドーパント化合物であり、化合物Ｂがホスト化合物である。更に、発光層を化合物Ａ、化合物Ｂ、化合物Ｃの３種から構成し、その混合比がＡ：Ｂ：Ｃ＝５：１０：８５であれば、化合物Ａ、化合物Ｂがドーパント化合物であり、化合物Ｃがホスト化合物である。
【０１５８】
発光層のホスト化合物は、有機化合物または錯体であることが好ましく、本発明においては、好ましくはりん光極大波長が４６０ｎｍ以下である。ホスト化合物の極大波長を４６０ｎｍ以下にすることにより可視光、特にＢＧＲ発光が可能となる。また４６０ｎｍ以下のりん光を有することからワイドバンドギャップ（イオン化ポテンシャル−電子親和力）であるので、キャリアトラップ型にも有利に働く。
【０１５９】
ホスト化合物としては、高Ｔｇ（ガラス転移温度）である化合物が好ましい。
（ドーパント）
次にドーパントについて説明する。
【０１６０】
原理としては２種挙げられ、一つはキャリアが輸送されるホスト上でキャリアの再結合が起こってホスト化合物の励起状態が生成し、このエネルギーをドーパントに移動させることでドーパントからの発光を得るというエネルギー移動型、もう一つはドーパントがキャリアトラップとなり、ドーパント化合物上でキャリアの再結合が起こりドーパントからの発光が得られるというキャリアトラップ型であるが、いずれの場合においても、ドーパント化合物の励起状態のエネルギーはホスト化合物の励起状態のエネルギーよりも低いことが条件である。
【０１６１】
《正孔輸送層》
正孔輸送層とは、正孔を輸送する機能を有する材料からなり、広い意味で正孔注入層、電子阻止層も正孔輸送層に含まれる。正孔輸送層は単層もしくは複数層設けることができる。
【０１６２】
正孔輸送材料としては、特に制限はなく、従来、光導伝材料において、正孔の電荷注入輸送材料として慣用されているものやＥＬ素子の正孔注入層、正孔輸送層に使用される公知のものの中から任意のものを選択して用いることができる。
【０１６３】
正孔輸送材料は、正孔の注入もしくは輸送、電子の障壁性のいずれかを有するものであり、有機物、無機物のいずれであってもよい。例えば、トリアゾール誘導体、オキサジアゾール誘導体、イミダゾール誘導体、ポリアリールアルカン誘導体、ピラゾリン誘導体及びピラゾロン誘導体、フェニレンジアミン誘導体、アリールアミン誘導体、アミノ置換カルコン誘導体、オキサゾール誘導体、スチリルアントラセン誘導体、フルオレノン誘導体、ヒドラゾン誘導体、スチルベン誘導体、シラザン誘導体、アニリン系共重合体、また、導電性高分子オリゴマー、特にチオフェンオリゴマー等が挙げられる。
【０１６４】
正孔輸送材料としては、上記のものを使用することができるが、ポルフィリン化合物、芳香族第三級アミン化合物及びスチリルアミン化合物、特に芳香族第三級アミン化合物を用いることが好ましい。
【０１６５】
芳香族第三級アミン化合物及びスチリルアミン化合物の代表例としては、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラフェニル−４，４’−ジアミノフェニル；Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−Ｎ，Ｎ’−ビス（３−メチルフェニル）−〔１，１’−ビフェニル〕−４，４’−ジアミン（ＴＰＤ）；２，２−ビス（４−ジ−ｐ−トリルアミノフェニル）プロパン；１，１−ビス（４−ジ−ｐ−トリルアミノフェニル）シクロヘキサン；Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラ−ｐ−トリル−４，４’−ジアミノビフェニル；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；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；ビス（４−ジ−ｐ−トリルアミノフェニル）フェニルメタン；Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−Ｎ，Ｎ’−ジ（４−メトキシフェニル）−４，４’−ジアミノビフェニル；Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラフェニル−４，４’−ジアミノジフェニルエーテル；４，４’−ビス（ジフェニルアミノ）クオードリフェニル；Ｎ，Ｎ，Ｎ−トリ（ｐ−トリル）アミン；４−（ジ−ｐ−トリルアミノ）−４’−〔４−（ジ−ｐ−トリルアミノ）スチリル〕スチルベン；４−Ｎ，Ｎ−ジフェニルアミノ−（２−ジフェニルビニル）ベンゼン；３−メトキシ−４’−Ｎ，Ｎ−ジフェニルアミノスチルベンゼン；Ｎ−フェニルカルバゾール、さらには、米国特許第５，０６１，５６９号明細書に記載されている２個の縮合芳香族環を分子内に有するもの、例えば、４，４’−ビス〔Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニルアミノ〕ビフェニル（ＮＰＤ）、特開平４−３０８６８８号公報に記載されているトリフェニルアミンユニットが３つスターバースト型に連結された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（ＭＴＤＡＴＡ）等が挙げられる。
【０１６６】
更に、これらの材料を高分子鎖に導入した、またはこれらの材料を高分子の主鎖とした高分子材料を用いることもできる。
【０１６７】
また、ｐ型−Ｓｉ，ｐ型−ＳｉＣ等の無機化合物も正孔注入材料、正孔輸送材料として使用することができる。
【０１６８】
また、本発明においては正孔輸送層の正孔輸送材料は４１５ｎｍ以下に蛍光極大波長を有することが好ましい。すなわち、正孔輸送材料は、正孔輸送能を有しつつかつ、発光の長波長化を防ぎ、なおかつ高Ｔｇである化合物が好ましい。
【０１６９】
この正孔輸送層は、上記正孔輸送材料を、例えば、真空蒸着法、スピンコート法、キャスト法、インクジェット法、ＬＢ法等の公知の方法により、薄膜化することにより形成することができる。正孔輸送層の膜厚については特に制限はないが、通常は５〜５０００ｎｍ程度である。この正孔輸送層は、上記材料の一種または二種以上からなる一層構造であってもよい。
【０１７０】
《電子輸送層》
電子輸送層とは電子を輸送する機能を有する材料からなり、広い意味で電子注入層、正孔阻止層も電子輸送層に含まれる。電子輸送層は単層もしくは複数層設けることができる。
【０１７１】
従来、単層の電子輸送層、及び複数層とする場合は発光層に対して陰極側に隣接する電子輸送層に用いられる電子輸送材料（正孔阻止材料を兼ねる）としては、下記の材料が知られている。
【０１７２】
さらに、電子輸送層は、陰極より注入された電子を発光層に伝達する機能を有していればよく、その材料としては従来公知の化合物の中から任意のものを選択して用いることができる。
【０１７３】
この電子輸送層に用いられる材料（以下、電子輸送材料という）の例としては、ニトロ置換フルオレン誘導体、ジフェニルキノン誘導体、チオピランジオキシド誘導体、カルボジイミド、フレオレニリデンメタン誘導体、アントラキノジメタン及びアントロン誘導体、オキサジアゾール誘導体などが挙げられる。さらに、上記オキサジアゾール誘導体において、オキサジアゾール環の酸素原子を硫黄原子に置換したチアジアゾール誘導体、電子吸引基として知られているキノキサリン環を有するキノキサリン誘導体も、電子輸送材料として用いることができる。
【０１７４】
更に、これらの材料を高分子鎖に導入した、またはこれらの材料を高分子の主鎖とした高分子材料を用いることもできる。
【０１７５】
また、８−キノリノール誘導体の金属錯体、例えばトリス（８−キノリノール）アルミニウム（Ａｌｑ）、トリス（５，７−ジクロロ−８−キノリノール）アルミニウム、トリス（５，７−ジブロモ−８−キノリノール）アルミニウム、トリス（２−メチル−８−キノリノール）アルミニウム、トリス（５−メチル−８−キノリノール）アルミニウム、ビス（８−キノリノール）亜鉛（Ｚｎｑ）など、及びこれらの金属錯体の中心金属がＩｎ、Ｍｇ、Ｃｕ、Ｃａ、Ｓｎ、Ｇａ又はＰｂに置き替わった金属錯体も、電子輸送材料として用いることができる。その他、メタルフリー若しくはメタルフタロシアニン、又はそれらの末端がアルキル基やスルホン酸基などで置換されているものも、電子輸送材料として好ましく用いることができる。また、発光層の材料として例示したジスチリルピラジン誘導体も、電子輸送材料として用いることができるし、正孔注入層、正孔輸送層と同様に、ｎ型−Ｓｉ、ｎ型−ＳｉＣなどの無機半導体も電子輸送材料として用いることができる。
【０１７６】
電子輸送層に用いられる好ましい化合物は、４１５ｎｍ以下に蛍光極大波長を有することが好ましい。すなわち、電子輸送層に用いられる化合物は、電子輸送能を有しつつかつ、発光の長波長化を防ぎ、なおかつ高Ｔｇである化合物が好ましい。
【０１７７】
《基体（基板、基材、支持体等ともいう）》
本発明の有機ＥＬ素子に係る基体としては、ガラス、プラスチック等の種類には特に限定はなく、また、透明のものであれば特に制限はないが、好ましく用いられる基板としては例えばガラス、石英、光透過性樹脂フィルムを挙げることができる。特に好ましい基体は、有機ＥＬ素子にフレキシブル性を与えることが可能な樹脂フィルムである。
【０１７８】
樹脂フィルムとしては、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、ポリエーテルイミド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリフェニレンスルフィド、ポリアリレート、ポリイミド、ポリカーボネート（ＰＣ）、セルローストリアセテート（ＴＡＣ）、セルロースアセテートプロピオネート（ＣＡＰ）等からなるフィルム等が挙げられる。
【０１７９】
樹脂フィルムの表面には、無機物もしくは有機物の被膜またはその両者のハイブリッド被膜が形成されていてもよい。
【０１８０】
本発明の有機エレクトロルミネッセンス素子の発光の室温における外部取り出し効率は、１％以上であることが好ましく、より好ましくは２％以上である。ここに、外部取り出し量子効率（％）＝有機ＥＬ素子外部に発光した光子数／有機ＥＬ素子に流した電子数×１００である。
【０１８１】
また、カラーフィルター等の色相改良フィルター等を併用してもよい。
本発明の多色表示装置は少なくとも２種類の異なる発光極大波長を有する有機ＥＬ素子からなるが、有機ＥＬ素子を作製する好適な例を説明する。
【０１８２】
《有機ＥＬ素子の作製方法》
本発明の有機ＥＬ素子の作製方法の一例として、陽極／正孔注入層／正孔輸送層／発光層／電子輸送層／電子注入層／陰極からなる有機ＥＬ素子の作製法について説明する。
【０１８３】
まず適当な基体上に、所望の電極物質、例えば、陽極用物質からなる薄膜を、１μｍ以下、好ましくは１０ｎｍ〜２００ｎｍの膜厚になるように、蒸着やスパッタリング等の方法により形成させ、陽極を作製する。次に、この上に素子材料である正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電子輸送層、電子注入層、正孔阻止層の有機化合物薄膜を形成させる。
【０１８４】
この有機化合物薄膜の薄膜化の方法としては、前記の如くスピンコート法、キャスト法、インクジェット法、蒸着法、印刷法等があるが、均質な膜が得られやすく、かつピンホールが生成しにくい等の点から、真空蒸着法またはスピンコート法が特に好ましい。さらに層ごとに異なる製膜法を適用してもよい。製膜に蒸着法を採用する場合、その蒸着条件は、使用する化合物の種類等により異なるが、一般にボート加熱温度５０〜４５０℃、真空度１０^-6Ｐａ〜１０^-2Ｐａ、蒸着速度０．０１ｎｍ〜５０ｎｍ／秒、基板温度−５０℃〜３００℃、膜厚０．１ｎｍ〜５μｍの範囲で適宜選ぶことが望ましい。
【０１８５】
これらの層の形成後、その上に陰極用物質からなる薄膜を、１μｍ以下好ましくは５０ｎｍ〜２００ｎｍの範囲の膜厚になるように、例えば、蒸着やスパッタリング等の方法により形成させ、陰極を設けることにより、所望の有機ＥＬ素子が得られる。この有機ＥＬ素子の作製は、一回の真空引きで一貫して正孔注入層から陰極まで作製するのが好ましいが、途中で取り出して異なる製膜法を施してもかまわない。その際、作業を乾燥不活性ガス雰囲気下で行う等の配慮が必要となる。
【０１８６】
本発明の表示装置は、発光層形成時のみシャドーマスクを設け、他層は共通であるのでシャドーマスク等のパターニングは不要であり、一面に蒸着法、キャスト法、スピンコート法、インクジェット法、印刷法等で膜を形成できる。
【０１８７】
発光層のみパターニングを行う場合、その方法に限定はないが、好ましくは蒸着法、インクジェット法、印刷法である。蒸着法を用いる場合においてはシャドーマスクを用いたパターニングが好ましい。
【０１８８】
また作製順序を逆にして、陰極、電子注入層、電子輸送層、発光層、正孔輸送層、正孔注入層、陽極の順に作製することも可能である。
【０１８９】
このようにして得られた多色表示装置に、直流電圧を印加する場合には、陽極を＋、陰極を−の極性として電圧２〜４０Ｖ程度を印加すると、発光が観測できる。また、逆の極性で電圧を印加しても電流は流れずに発光は全く生じない。さらに、交流電圧を印加する場合には、陽極が＋、陰極が−の状態になったときのみ発光する。なお、印加する交流の波形は任意でよい。
【０１９０】
本発明の多色の表示装置は、表示デバイス、ディスプレー、各種発光光源として用いることができる。表示デバイス、ディスプレーにおいて、青、赤、緑発光の３種の有機ＥＬ素子を用いることにより、フルカラーの表示が可能となる。
【０１９１】
表示デバイス、ディスプレーとしてはテレビ、パソコン、モバイル機器、ＡＶ機器、文字放送表示、自動車内の情報表示等が挙げられる。特に静止画像や動画像を再生する表示装置として使用してもよく、動画再生用の表示装置として使用する場合の駆動方式は単純マトリックス（パッシブマトリックス）方式でもアクティブマトリックス方式でもどちらでもよい。
【０１９２】
発光光源としては、家庭用照明、車内照明、時計や液晶用のバックライト、看板広告、信号機、光記憶媒体の光源、電子写真複写機の光源、光通信処理機の光源、光センサーの光源等が挙げられるがこれに限定するものではない。
【０１９３】
また、本発明に係る有機ＥＬ素子に共振器構造を持たせた有機ＥＬ素子として用いてもよい。
【０１９４】
このような共振器構造を有した有機ＥＬ素子の使用目的としては光記憶媒体の光源、電子写真複写機の光源、光通信処理機の光源、光センサーの光源等が挙げられるが、これらに限定されない。また、レーザー発振をさせることにより、上記用途に使用してもよい。
【０１９５】
《表示装置》
本発明の有機ＥＬ素子は、照明用や露光光源のような一種のランプとして使用しても良いし、画像を投影するタイプのプロジェクション装置や、静止画像や動画像を直接視認するタイプの表示装置（ディスプレイ）として使用しても良い。動画再生用の表示装置として使用する場合の駆動方式は単純マトリクス（パッシブマトリクス）方式でもアクティブマトリクス方式でもどちらでも良い。または、異なる発光色を有する本発明の有機ＥＬ素子を２種以上使用することにより、フルカラー表示装置を作製することが可能である。
【０１９６】
【発明の実施の形態】
本発明の有機ＥＬ素子から構成される表示装置の一例を、図面に基づいて以下に説明する。
【０１９７】
図１は、有機ＥＬ素子から構成される表示装置の一例を示した模式図である。有機ＥＬ素子の発光により画像情報の表示を行う、例えば、携帯電話等のディスプレイの模式図である。
【０１９８】
ディスプレイ１は、複数の画素を有する表示部Ａ、画像情報に基づいて表示部Ａの画像走査を行う制御部Ｂ等からなる。制御部Ｂは、表示部Ａと電気的に接続され、複数の画素それぞれに外部からの画像情報に基づいて走査信号と画像データ信号を送り、走査信号により走査線毎の画素が画像データ信号に応じて順次発光して画像走査を行って画像情報を表示部Ａに表示する。
【０１９９】
図２は、表示部Ａの模式図である。
表示部Ａは基板上に、複数の走査線５及びデータ線６を含む配線部と、複数の画素３等とを有する。表示部Ａの主要な部材の説明を以下に行う。
【０２００】
図２においては、画素３の発光した光が、白矢印方向（下方向）へ取り出される場合を示している。配線部の走査線５及び複数のデータ線６は、それぞれ導電材料からなり、走査線５とデータ線６は格子状に直交して、直交する位置で画素３に接続している（詳細は図示せず）。画素３は、走査線５から走査信号が印加されると、データ線６から画像データ信号を受け取り、受け取った画像データに応じて発光する。発光の色が赤領域の画素、緑領域の画素、青領域の画素を、適宜、同一基板上に並置することによって、フルカラー表示が可能となる。
【０２０１】
次に、画素の発光プロセスを説明する。
図３は、画素の模式図である。
【０２０２】
画素は、有機ＥＬ素子１０、スイッチングトランジスタ１１、駆動トランジスタ１２、コンデンサ１３等を備えている。複数の画素に有機ＥＬ素子１０として、赤色、緑色、青色発光の有機ＥＬ素子を用い、これらを同一基板上に並置することでフルカラー表示を行うことができる。
【０２０３】
図３において、制御部Ｂからデータ線６を介してスイッチングトランジスタ１１のドレインに画像データ信号が印加される。そして、制御部Ｂから走査線５を介してスイッチングトランジスタ１１のゲートに走査信号が印加されると、スイッチングトランジスタ１１の駆動がオンし、ドレインに印加された画像データ信号がコンデンサ１３と駆動トランジスタ１２のゲートに伝達される。
【０２０４】
画像データ信号の伝達により、コンデンサ１３が画像データ信号の電位に応じて充電されるとともに、駆動トランジスタ１２の駆動がオンする。駆動トランジスタ１２は、ドレインが電源ライン７に接続され、ソースが有機ＥＬ素子１０の電極に接続されており、ゲートに印加された画像データ信号の電位に応じて電源ライン７から有機ＥＬ素子１０に電流が供給される。
【０２０５】
制御部Ｂの順次走査により走査信号が次の走査線５に移ると、スイッチングトランジスタ１１の駆動がオフする。しかし、スイッチングトランジスタ１１の駆動がオフしてもコンデンサ１３は充電された画像データ信号の電位を保持するので、駆動トランジスタ１２の駆動はオン状態が保たれて、次の走査信号の印加が行われるまで有機ＥＬ素子１０の発光が継続する。順次走査により次に走査信号が印加されたとき、走査信号に同期した次の画像データ信号の電位に応じて駆動トランジスタ１２が駆動して有機ＥＬ素子１０が発光する。
【０２０６】
すなわち、有機ＥＬ素子１０の発光は、複数の画素それぞれの有機ＥＬ素子１０に対して、アクティブ素子であるスイッチングトランジスタ１１と駆動トランジスタ１２を設けて、複数の画素３それぞれの有機ＥＬ素子１０の発光を行っている。このような発光方法をアクティブマトリクス方式と呼んでいる。
【０２０７】
ここで、有機ＥＬ素子１０の発光は、複数の階調電位を持つ多値の画像データ信号による複数の階調の発光でもよいし、２値の画像データ信号による所定の発光量のオン、オフでもよい。
【０２０８】
また、コンデンサ１３の電位の保持は、次の走査信号の印加まで継続して保持してもよいし、次の走査信号が印加される直前に放電させてもよい。
【０２０９】
本発明においては、上述したアクティブマトリクス方式に限らず、走査信号が走査されたときのみデータ信号に応じて有機ＥＬ素子を発光させるパッシブマトリクス方式の発光駆動でもよい。
【０２１０】
図４は、パッシブマトリクス方式による表示装置の模式図である。
図４において、複数の走査線５と複数の画像データ線６が画素３を挟んで対向して格子状に設けられている。順次走査により走査線５の走査信号が印加されたとき、印加された走査線５に接続している画素３が画像データ信号に応じて発光する。パッシブマトリクス方式では、画素３にアクティブ素子が無く、製造コストの低減が計れる。
【０２１１】
【実施例】
以下、実施例により本発明を説明するが、本発明はこれらに限定されない。
【０２１２】
実施例１
《有機ＥＬ素子ＯＬＥＤ１−１の作製：比較用》
陽極としてガラス上に、ＩＴＯを１５０ｎｍ成膜した基板（ＮＨテクノグラス社製：ＮＡ−４５）にパターニングを行った後、このＩＴＯ透明電極を設けた透明支持基板をｉｓｏ−プロピルアルコールで超音波洗浄し、乾燥窒素ガスで乾燥し、ＵＶオゾン洗浄を５分間行った。
【０２１３】
この透明支持基板を、市販の真空蒸着装置の基板ホルダーに固定し、一方、５つのモリブデン製抵抗加熱ボートに、α−ＮＰＤ、ＣＢＰ、Ｉｒ−１２、ＢＣ、Ａｌｑ₃をそれぞれ入れ真空蒸着装置に取付けた。
【０２１４】
次いで、真空槽を４×１０^-4Ｐａまで減圧した後、α−ＮＰＤを透明支持基板に膜厚５０ｎｍの厚さになるように蒸着し、正孔注入／輸送層を設けた。さらに、ＣＢＰの入った前記加熱ボートとＩｒ−１２の入ったボートをそれぞれ独立に通電してＣＢＰとＩｒ−１２の蒸着速度が１００：７になるように調節し、膜厚３０ｎｍの厚さになるように蒸着して発光層を設けた。
【０２１５】
次いで、ＢＣを蒸着して、厚さ１０ｎｍの正孔阻止層を設けた。更に、Ａｌｑ₃を蒸着し膜厚４０ｎｍの電子輸送層を設けた。
【０２１６】
次に、真空槽を開け、電子注入層の上にステンレス鋼製の長方形穴あきマスクを設置し、一方、モリブデン製抵抗加熱ボートにマグネシウム３ｇを入れ、タングステン製の蒸着用バスケットに銀を０．５ｇ入れ、再び真空槽を２×１０^-4Ｐａまで減圧した後、マグネシウム入りのボートに通電して蒸着速度１．５ｎｍ／秒〜２．０ｎｍ／秒でマグネシウムを蒸着し、この際、同時に銀のバスケットを加熱し、蒸着速度０．１ｎｍ／秒で銀を蒸着し、前記マグネシウムと銀との混合物から成る陰極（２００ｎｍ）として、比較用有機ＥＬ素子ＯＬＥＤ１−１を作製した。
【０２１７】
《有機ＥＬ素子ＯＬＥＤ１−２〜１−３３の作製》
上記の有機ＥＬ素子ＯＬＥＤ１−１の作製において、発光層の作製に用いたＣＢＰを、表１に記載の比較１〜１０、参考例の化合物及び本発明に係る例示化合物に変更した以外は同様にして、有機ＥＬ素子ＯＬＥＤ１−２〜１−３３を作製した。
【０２１８】
【化４５】

【０２１９】
【化４６】

【０２２０】
【化４７】

【０２２１】
【化４８】

【０２２２】
《有機ＥＬ素子の特性評価》
得られた有機ＥＬ素子ＯＬＥＤ１−１〜１−３３の各々について下記のような評価を行った。
【０２２３】
（発光輝度、輝度の半減する時間）
有機ＥＬ素子ＯＬＥＤ１−１〜１−３３の各々の素子を、温度２３度、乾燥窒素ガス雰囲気下で２．５ｍＡ／ｃｍ²の電流を供給した時の発光輝度（Ｌ）［ｃｄ／ｍ²］及び輝度の半減する時間（τ）を測定した。ここで、発光輝度の測定などは、ＣＳ−１０００（ミノルタ製）を用いた。
【０２２４】
評価結果を表１に記載するにあたり、発光輝度、輝度の半減する時間（半減寿命ともいう）は、有機ＥＬ素子ＯＬＥＤ１−１の各特性値を１００とした時の相対値で表した。得られた結果を表１に示す。
【０２２５】
【表１】

【０２２６】
表１より明らかなように、比較化合物を用いた有機ＥＬ素子ＯＬＥＤ１−１〜１−９、１−２１、１−２２と比べて、本発明に係る化合物を用いた有機ＥＬ素子ＯＬＥＤ１−１０、１−１２、１−１３、１−１５〜１−１８、１−３１、１−３２の各試料は、発光輝度及び半減寿命のいずれにおいても優れていることが判る。
【０２２７】
更に、燐光性化合物であるＩｒ−１２をＩｒ−１に替えた以外は同様にして有機ＥＬ素子ＯＬＥＤ１−１０Ｇから有機ＥＬ素子ＯＬＥＤ１−２０Ｇ、２３Ｇ〜３３Ｇを、また、Ｉｒ−１２をＩｒ−９に替えた以外は同様にして有機ＥＬ素子ＯＬＥＤ１−１０Ｒから有機ＥＬ素子ＯＬＥＤ１−２０Ｒ、２３Ｒ〜３３Ｒを作製した。この各有機ＥＬ素子においても、上記Ｉｒ−１２を使用した時と同様の効果が得られた。なお、Ｉｒ−１を用いた素子からは緑色の発光が、Ｉｒ−９を用いた素子からは赤色の発光が得られた。
【０２２８】
また、上記作製した有機ＥＬ素子ＯＬＥＤ１−４、１−１０、１−１１、１−１２を用いて、５０ｃｄ／ｍ²の輝度を出すのに必要な電圧を測定した結果、有機ＥＬ素子ＯＬＥＤ１−４での駆動電圧を０Ｖとして基準としたときに、有機ＥＬ素子ＯＬＥＤ１−１０、１−１１、１−１２の駆動電圧は、それぞれ相対値として−１．０Ｖ、−０．７Ｖ、−０．６Ｖとなり、無置換のフェニレン基を発光層のホスト化合物に用いた場合に比較し、低駆動電圧で動作することを確認することができた。
【０２２９】
実施例２
《有機ＥＬ素子ＯＬＥＤ２−１の作製：比較用》
実施例１に記載の有機ＥＬ素子ＯＬＥＤ１−１の作製において、発光層のホスト化合物及び正孔阻止層の化合物を、表２に記載の各化合物に変更した以外は同様にして、有機ＥＬ素子ＯＬＥＤ２−１〜２−１２を作製した。
【０２３０】
得られた有機ＥＬ素子ＯＬＥＤ２−１〜２−１２の各々について、実施例１と同様にして、発光輝度、輝度の半減する時間の評価を行い、得られた結果を表２に示す。
【０２３１】
なお、表２に記載の各評価結果は、有機ＥＬ素子ＯＬＥＤ２−１の発光輝度、半減寿命をそれぞれ１００とした時の相対値で表した。
【０２３２】
【表２】

【０２３３】
【化４９】

【０２３４】
表２より明らかなように、比較化合物を用いた有機ＥＬ素子ＯＬＥＤ２−１、２−２と比べて、本発明に係る化合物を用いた有機ＥＬ素子ＯＬＥＤ２−３〜２−８、２−１０、２−１１の各試料は、発光輝度及び半減寿命のいずれにおいても優れていることが判る。
【０２３５】
その他、本発明の化合物を発光層の化合物として用いた場合にも同様な効果が得られた。この場合、正孔阻止層の化合物がＢＣ、化合物Ａ１であるよりも、ＴＡＺ、ＯＸＤ７、ＤＰＶＢｉ、Ｂ１、Ｂ２を用いた方が発光輝度、半減寿命共に改良効果が得られた。
【０２３６】
実施例３
《有機ＥＬ素子ＯＬＥＤ３−１〜３−２８の作製》
実施例１に記載の有機ＥＬ素子ＯＬＥＤ１−１の作製において、発光層のホスト化合物及び正孔阻止層の化合物を、表３に記載の各化合物に変更した以外は同様にして、有機ＥＬ素子ＯＬＥＤ３−１〜３−２８を作製した。
【０２３７】
得られた有機ＥＬ素子ＯＬＥＤ３−１〜３−２８の各々について、実施例１と同様にして、発光輝度、輝度の半減する時間の評価を行い、得られた結果を表３に示す。
【０２３８】
なお、表３に記載の各評価結果は、有機ＥＬ素子ＯＬＥＤ３−１の発光輝度、半減寿命をそれぞれ１００とした時の相対値で表した。
【０２３９】
【表３】

【０２４０】
表３より明らかなように、比較化合物を用いた場合と比べて、本発明に係る化合物を用いた各試料は、発光輝度及び半減寿命のいずれにおいても優れていることが判る。
【０２４１】
なお、正孔阻止材料として、ＢＣ、化合物Ａ１、ＯＸＤ７、ＴＡＺ、Ｂ１を使用した場合にも比較化合物に比べて、本発明の化合物は、発光輝度、発光寿命ともに高い特性を示した。
【０２４２】
実施例４
《有機ＥＬ素子ＯＬＥＤ４−１〜４−９の作製》
実施例１に記載の有機ＥＬ素子ＯＬＥＤ１−１の作製において、発光層のホスト化合物及び正孔阻止層の化合物を、表４に記載の各化合物に変更した以外は同様にして、有機ＥＬ素子ＯＬＥＤ４−１〜４−９を作製した。
【０２４３】
得られた有機ＥＬ素子ＯＬＥＤ４−１〜４−９の各々について、実施例１と同様にして、発光輝度、輝度の半減する時間の評価を行い、得られた結果を表４に示す。
【０２４４】
なお、表４に記載の各評価結果は、有機ＥＬ素子ＯＬＥＤ４−１の発光輝度、半減寿命をそれぞれ１００とした時の相対値で表した。
【０２４５】
【化５０】

【０２４６】
【表４】

【０２４７】
表４より明らかなように、比較化合物を用いた場合と比べて、本発明に係る化合物を用いた各試料は、発光輝度及び半減寿命のいずれにおいても優れていることが判る。
【０２４８】
なお、正孔阻止材料として、ＢＣ、化合物Ａ１、ＴＡＺ、ＯＸＤ７、Ｂ１を使用した場合にも比較化合物に比べて、本発明の化合物は、発光輝度、発光寿命ともに高い特性を示した。
【０２４９】
実施例５
《フルカラー表示装置の作製》
（青色発光有機ＥＬ素子の作製）
実施例１に記載の有機ＥＬ素子ＯＬＥＤ１−１の作製において、正孔注入／輸送層にα−ＮＰＤの代わりに、ｍ−ＭＴＤＡＴＸＡを用い、発光層に化合物４−４＋Ｉｒ−１２（蒸着速度が１００：７になるように調節）を用い、電子輸送層にＢＣを用い、引き続きフッ化リチウム０．５ｎｍ及びアルミニウム１１０ｎｍを蒸着して、陰極バッファー層、陰極を各々形成した以外は同様にして、青色発光有機ＥＬ素子を作製した。
【０２５０】
（緑色発光有機ＥＬ素子の作製）
上記の青色発光有機ＥＬ素子の作製において、発光層にＩｒ−１２の代わりにＩｒ−１（蒸着速度が１００：７になるように調節）を用いた以外は同様にして、緑色発光有機ＥＬ素子を作製した。
【０２５１】
（赤色発光有機ＥＬ素子の作製）
上記の青色発光有機ＥＬ素子の作製において、発光層にＩｒ−１２の代わりにＩｒ−９（蒸着速度が１００：７になるように調節）を用いた以外は同様にして、赤色発光有機ＥＬ素子を作製した。
【０２５２】
【化５１】

【０２５３】
上記で作製した赤色、緑色及び青色発光有機ＥＬ素子を、同一基板上に並置し、図１に記載の形態を有するアクティブマトリクス方式フルカラー表示装置を作製し、図２には、作製した前記表示装置の表示部Ａの模式図のみを示した。即ち、同一基板上に、複数の走査線５及びデータ線６を含む配線部と、並置した複数の画素３（発光の色が赤領域の画素、緑領域の画素、青領域の画素等）とを有し、配線部の走査線５及び複数のデータ線６はそれぞれ導電材料からなり、走査線５とデータ線６は格子状に直交して、直交する位置で画素３に接続している（詳細は図示せず）。前記複数の画素３は、それぞれの発光色に対応した有機ＥＬ素子、アクティブ素子であるスイッチングトランジスタと駆動トランジスタそれぞれが設けられたアクティブマトリクス方式で駆動されており、走査線５から走査信号が印加されると、データ線６から画像データ信号を受け取り、受け取った画像データに応じて発光する。この様に各赤、緑、青の画素を適宜、並置することによって、フルカラー表示装置を作製した。
【０２５４】
該フルカラー表示装置を駆動することにより、輝度が高く、高耐久性を有し、かつ鮮明なフルカラー動画表示が得られることを確認することができた。
【０２５５】
【発明の効果】
本発明により、高い発光輝度を示し、かつ半減寿命の長い有機エレクトロルミネッセンス素子及びそれを用いた表示装置を提供することができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】有機ＥＬ素子から構成される表示装置の一例を示した模式図である。
【図２】表示部Ａの模式図である。
【図３】画素の模式図である。
【図４】パッシブマトリクス方式による表示装置の模式図である。
【符号の説明】
１ ディスプレイ
３ 画素
５ 走査線
６ データ線
７ 電源ライン
１０ 有機ＥＬ素子
１１ スイッチングトランジスタ
１２ 駆動トランジスタ
１３ コンデンサ
Ａ 表示部
Ｂ 制御部

Claims (8)

1. 下記一般式（１）で表される化合物を含有す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。
   一般式（１）
   Ｘ_１−（Ａ_１）_ｎ
   〔式中、−Ａ_１は下記一般式（２）で表され、同一でも異なっていても良い。
   

   

   式中、Ａｒ_１は２価の芳香族炭化水素環基、または芳香族複素環基である。Ｒ_１、Ｒ_２はそれぞれ独立に水素原子、アルキル基またはアリール基を表す。ｎは２〜４の整数を表し、ｎａ、ｎｂは０〜４の整数を表し、Ｘ_１は、下記一般式（ａ）、（ｂ）、（ｄ）及び（ｆ）〜（ｋ）で表される連結基の中から選ばれるいずれか一つである。
   

   

   式中、Ｒ_１１〜Ｒ_１４、Ｒ_２１〜Ｒ _２４ は、それぞれ水素原子、アルキル基またはアリール基を表し、Ｒ_１１〜Ｒ_１４の少なくとも一つ及びＲ_２１〜Ｒ_２４の少なくとも一つはアルキル基またはアリール基である。Ｒ_１１とＲ_１２、及びＲ_１３とＲ_１４が同時に互いに連結して環を形成することはない。Ｒ_４１、Ｒ_４２はそれぞれアルキル基またはアリール基であり、互いに縮合して環を形成することはなく、Ｒ_４１とＲ_４２ の炭素原子数の総和ｎ_ｒ４は、３以上、９以下である。Ｒ _６１ はアルキル基を表す。Ｘ_ａは６員、または７員の二価の単環で無置換またはアルキル置換の複素環基を表す。Ｒ_７１〜Ｒ_７８、Ｒ_８１〜Ｒ_８８、及びＲ_９１〜Ｒ_９８はそれぞれ水素原子、アルキル基またはアリール基を表す。なお、＊は連結部位を表す。〕
2. 発光層と陰極との間に正孔阻止層が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
3. 前記正孔阻止層が、スチリル化合物、トリアゾール誘導体、フェナントロリン誘導体、オキサジアゾール誘導体、またはボロン誘導体の少なくとも一種の化合物で構成されていることを特徴とする請求項２に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
4. 前記正孔阻止層が、下記一般式（５）、（６）、（７）または（８）で表される化合物の少なくとも一種で構成されることを特徴とする請求項２に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
   

   

   〔式中、Ｒ _ａ１ 〜Ｒ _ａ３ 、Ｒ _ｂ１ 〜Ｒ _ｂ４ 、Ｒ _ｃ１ 、Ｒ _ｃ２ は、それぞれアルキル基、アリール基、または複素環基を表し、Ａ _ｒａ 〜Ａ _ｒｃ は、それぞれアリール基、または複素環基を表す。〕
5. 発光層が、前記一般式（１）で表される化合物を含有していることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
6. 燐光性化合物を含有することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
7. 前記燐光性化合物が、オスミウム、イリジウム、または白金錯体系化合物であることを特徴とする請求項６に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
8. 請求項１〜７のいずれか１項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子を有することを特徴とする表示装置。

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