JP4631259B2

JP4631259B2 - 有機エレクトロルミネッセンス素子及び表示装置

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Publication number: JP4631259B2
Application number: JP2003324217A
Authority: JP
Inventors: 智寛押山; 岳俊山田; 弘志北
Original assignee: Konica Minolta Inc
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Priority date: 2002-10-03
Filing date: 2003-09-17
Publication date: 2011-02-16
Anticipated expiration: 2023-09-17
Also published as: JP2004146368A

Description

本発明は、有機エレクトロルミネッセンス（以下有機ＥＬとも略記する）素子および表示装置に関するものである。詳しくいえば、本発明は発光輝度に優れた有機エレクトロルミネッセンス素子、及び該有機エレクトロルミネッセンス素子を有する表示装置に関するものである。

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。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〜数十Ｖ程度の電圧で発光が可能であり、さらに、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。

しかしながら、今後の実用化に向けた有機ＥＬ素子においては、さら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。

スチルベン誘導体、ジスチリルアリーレン誘導体又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（例えば、特許文献１参照）している。

また、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）が知られている。

以上のように、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（ηｅｘｔ）の限界は５％とされている。ところが、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、特許文献４参照）。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。

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（例えば、特許文献５、６参照）。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（例えば、特許文献７参照）している。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（例えば、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。

一方、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％であり、燐光性化合物を使用している割には不十分な結果（例えば、非特許文献４参照）である。また、安達らによる検討では複素五員環化合物は発光効率の面では、ＣＢＰよりも高い性能を有して（例えば、非特許文献５参照）いる。しかし、これらの複素五員環化合物をりん光のホスト化合物として使用した場合、高輝度領域において、燐光の輻射過程が遅く、注入されるホールと電子の再結合が飽和してしまうため、高輝度領域において電流効率が低下してしまうという問題がある。実用化に向けて、デューティ駆動した場合、瞬間輝度は数千〜数万ｃｄ／ｍ²に及ぶため、高輝度領域においても高い発光効率を保つ必要がある。
特許第３，０９３，７９６号明細書（特許請求の範囲、請求項１）特開昭６３−２６４６９２号公報（実施例）特開平３−２５５１９０号公報（特許請求の範囲、請求項２）Ｍ．Ａ．Ｂａｌｄｏｅｔａｌ．，ｎａｔｕｒｅ、３９５巻、１５１−１５４ページ（１９９８年）Ｍ．Ａ．Ｂａｌｄｏｅｔａｌ．，ｎａｔｕｒｅ、４０３巻、１７号、７５０−７５３ページ（２０００年）米国特許第６，０９７，１４７号明細書特開平８−１０９３７３号公報（第７頁左欄第２５行〜右欄第１５行）特開平１０−２３３２８４号公報（第５頁左欄第４４行〜右欄第１９行）特開２００１−２８４０５６号公報（実施例）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、１３〜２０第６２回応用物理学会学術講演会予稿集１２−ａ−Ｍ８アプライド・フィジクス・レターズ、７７巻、９０４ページ、２０００年

本発明の目的は、発光輝度に優れ、高輝度領域において電流効率の低下の小さい有機エレクトロルミネッセンス素子、及び本発明の有機エレクトロルミネッセンス素子を用いた低消費電力、高輝度な表示装置を提供することにある。

本発明の上記目的は、以下の構成により達成することができる。

（請求項３）
下記一般式（３）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。

〔式中、Ｘ_１２は、２個以上のメチル基が置換し、ビフェニレン基の４位と４′位でイミダゾール環と連結した置換ビフェニレン基を表す。Ｒ_２１、Ｒ_２２、Ｒ_２３、Ｒ_２４、Ｒ_２５又はＲ_２６は、水素原子、又は置換基を表す。ただし、Ｒ_２１、Ｒ_２２、Ｒ_２３、Ｒ_２４、Ｒ_２５又はＲ_２６は、それぞれ互いに縮合して環を形成することはない。〕

（請求項２）
一般式（３）において、Ｒ_２１、Ｒ_２３、Ｒ_２４、Ｒ_２６のうち少なくとも二つはアリール基であ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。
（請求項３）
請求項１又は２に記載の化合物が、発光層に使用されることを特徴とする請求項１又は２に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
（請求項４）
請求項１又は２に記載の化合物が、正孔ブロック層に使用されることを特徴とする請求項１又は２に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
（請求項５）
りん光性化合物を含有す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。
（請求項６）
りん光性化合物が、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５に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
（請求項７）
請求項１〜６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。

本発明により、発光輝度に優れ、高輝度領域において、電流効率の低下の小さい有機エレクトロルミネッセンス素子および該有機エレクトロルミネッセンス素子を有する表示装置が得られた。

本発明を更に詳しく説明する。本発明において、蛍光性化合物は光励起により２個の電子スピンが反平行の状態である励起一重項からの発光が観測される化合物のことであり、燐光性化合物は光励起により２個の電子スピンが平行の状態である励起三重項からの発光が観測される化合物である。本発明に記載の燐光性化合物では、前記蛍光性化合物の励起一重項状態、または、励起三重項状態からのエネルギー移動で、室温（１５から３０℃）において、励起三重項状態が形成されると考えられている。通常、燐光発光は７７Ｋの低温でしか観測が不能と考えられていたが、近年室温で燐光発光を観測できる化合物が見出されてからは、多くの化合物がイリジウム錯体など重金属錯体系化合物を中心に合成検討されている（例えば、Ｓ．Ｌａｍａｎｓｋｙｅｔａｌ．，Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．，１２３巻、４３０４ページ、２００１年）。

特開平７−４１７５９号、特開平１１−１９９５６７号では特定のトリアゾール系の複素環化合物が有機ＥＬ素子の材料として優れているとされているが、これらの化合物をりん光発光の有機ＥＬ素子に応用した場合、発光効率は優れているものの、高輝度領域において電流効率が低下してしまうという問題がある。この問題を解決するためには、りん光素子のホスト化合物のバンドギャップをドーパントよりも大きくすることと、電位を適切なレベルに調整することが望まれる。特に、ホスト化合物として青、緑、赤のいずれのドーパントにも対応できるためには、バンドギャップが青のドーパントより広いことが求められる。

本発明者らは鋭意検討を重ねた結果、本発明の一般式（３）で表される化合物を有機ＥＬ素子に使用することにより、より広いバンドギャップと、電位の適切なレベルへの設定が達成され、所望の性能のりん光有機ＥＬ素子を得ることができた。

本発明の化合物について更に詳細に説明する。本発明において、ホスト化合物とは、２種以上の化合物で構成される発光層中において、混合比（質量）の最も多い化合物であり、それ以外の化合物はドーパント化合物という。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。本発明におけるりん光性化合物は、ドーパント化合物の一種である。

本発明の一般式（３）で表される化合物について説明する。式中、Ｘ_１２は、２個以上のメチル基が置換し、ビフェニレン基の４位と４′位でイミダゾール環と連結した置換ビフェニレン基を表す。

又、一般式（３）において、Ｒ _２１、Ｒ_２２、Ｒ_２３、Ｒ_２４、Ｒ_２５、Ｒ_２６は、各々独立して、水素原子、又は置換基を表す。

ただし、Ｒ _２１〜Ｒ_２６は、それぞれ互いに縮合して環を形成することはない。

Ｒ_２１、Ｒ_２２、Ｒ_２３、Ｒ_２４、Ｒ_２５、Ｒ_２６が、置換基を表す場合、その置換基としては、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、パーフルオロプロピル基、パーフルオロ−ｎ−ブチル基、パーフルオロ−ｔ−ブチル基、ｔ−ブチル基等）、シクロアルキル基（例えばシクロペンチル基、シクロヘキシル基等）、アラルキル基（例えばベンジル基、２−フェネチル基等）、アリール基（例えばフェニル基、ナフチル基、ｐ−トリル基、ｐ−クロロフェニル基等）、アルコキシ基（例えばエトキシ基、イソプロポキシ基、ブトキシ基等）、アリールオキシ基（例えばフェノキシ基等）、シアノ基、水酸基、ハロゲン原子（フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子等）等が挙げられる。これらの基はさらに置換されていてもよい。

一般式（３）において、Ｒ_２１、Ｒ_２３、Ｒ_２４、Ｒ_２６のうち少なくとも二つはアリール基である場合が好ましい。

Ｒ_２１、Ｒ_２２、Ｒ_２３、Ｒ_２４、Ｒ_２５、Ｒ_２６が置換基を表す場合、好ましくは、アルキル基、又はアリール基である。

以下に、本発明の一般式（３）で表される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。

本発明の化合物の製造に適用できる製造例を以下に示すが、本発明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。

（合成例１）化合物（１−２）の合成
オルトトリジン５．０ｇと２，５ヘキサンジオン５．０ｇを酢酸５０ｍｌに溶解し３時間加熱攪拌した。反応終了後、反応液に、酢酸エチル、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、アセトニトリルで再結晶し、化合物（１−２）を６．９ｇ得た（収率８０％）。

ＮＭＲスペクトル、マススペクトルにより化合物（１−２）であることを確認した。

（合成例２）化合物（１−８）の合成
合成例１において、２，５ヘキサンジオンを１，２ジベンゾイルエタンに変更した以外は、合成例１にのっとって化合物（１−８）を合成した。

ＮＭＲスペクトル、マススペクトルにより化合物（１−８）であることを確認した。

（合成例３）化合物（８−１）の合成
シクロヘキサノン２０ｇとアニリン３８ｇを濃塩酸中で４０時間加熱還流した。反応液を中和後、反応液に、酢酸エチル、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アミン化合物を３１ｇ得た。該アミン化合物と１，２ジベンゾイルエタンを合成例２にのっとって合成し化合物（８−１）を得た。

ＮＭＲスペクトル、マススペクトルにより化合物（８−１）であることを確認した。

本発明の有機ＥＬ素子は、必要に応じ発光層の他に、正孔輸送層、電子輸送層、正孔ブロック層、陽極バッファー層および陰極バッファー層等を有し、陰極と陽極で狭持された構造を取る。

具体的には、
（ｉ）陽極／発光層／陰極
（ii）陽極／正孔輸送層／発光層／陰極
（iii）陽極／発光層／電子輸送層／陰極
（iv）陽極／正孔輸送層／発光層／電子輸送層／陰極
（ｖ）陽極／陽極バッファー層／正孔輸送層／発光層／電子輸送層／陰極バッファー層／陰極
（vi）陽極／陽極バッファー層／正孔輸送層／発光層／正孔ブロック層／電子輸送層／陰極バッファー層／陰極
などの構造がある。

本発明の化合物は、いずれの層中に含有されていてもかまわないが、特に発光層、または、正孔ブロック層に含有されていることが好ましい。

上記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。

発光層に使用される材料（以下、発光材料という）は、蛍光または燐光を発する有機化合物または錯体であることが好ましく、有機ＥＬ素子の発光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。このような発光材料は、主に有機化合物であり、所望の色調により例えばＭａｃｒｏｍｏｌ．Ｓｙｎｔｈ．，１２５巻，１７〜２５頁に記載の化合物が挙げられる。

発光材料は発光性能の他に、前記の正孔輸送機能や電子輸送機能を併せ持っていても良く、後述する正孔輸送材料や電子輸送材料の殆どが発光材料としても使用できる。

発光材料はｐ−ポリフェニレンビニレンやポリフルオレンのような高分子材料でも良く、さらに前記発光材料を高分子鎖に導入した、または前記発光材料を高分子の主鎖とした高分子材料を使用しても良い。

また、発光層にはドーパント（ゲスト物質）を併用することが好ましく、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。

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。

また、例えば特開２００１−２４７８５９号明細書に挙げられるイリジウム錯体あるいはＷＯ００７０６５５号明細書１６〜１８ページに挙げられるような式で表される例えばトリス（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。

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。

これらの燐光性化合物ドーパントとしては、以下の化合物があげられる。

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。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。

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。

また、これらの発光層は、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。

又、例えば真空蒸着法、スピンコート法、キャスト法、Ｌａｎｇｍｕｉｒ−Ｂｌｏｄｇｅｔｔ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。

次に正孔注入層、正孔輸送層および電子注入層、電子輸送層について説明する。

正孔注入層、正孔輸送層は、陽極より注入された正孔を発光層に伝達する機能を有し、この正孔輸送層を陽極と発光層の間に介在させることにより、より低い電界で多くの正孔が発光層に注入され、そのうえ、発光層に陰極、陰極バッファー層、電子注入層または電子輸送層より注入された電子は、発光層と正孔輸送層の界面に存在する電子の障壁により、発光層内の界面に累積され発光効率が向上するなど発光性能の優れた素子となる。この正孔輸送層の材料（以下、正孔注入材料、正孔輸送材料という）については、前記の好ましい性質を有するものであれば特に制限はなく、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。

上記正孔注入材料、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。この正孔輸送材料としては、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などが挙げられる。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。特に好ましくは本発明の置換アミノ基を置換基として有するアリール基を正孔輸送材料として用いることが好ましい。

上記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）などが挙げられる。

さら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。

また、ｐ型−Ｓｉ、ｐ型−ＳｉＣなど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。この正孔注入層、正孔輸送層は、上記正孔注入材料、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、ＬＢ法など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。正孔注入層、正孔輸送層の膜厚については特に制限はないが、通常は５ｎｍ〜５μｍ程度である。この正孔注入層、正孔輸送層は、上記材料の一種又は二種以上からなる一層構造であってもよく、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。さらに、必要に応じて用いられる電子輸送層は、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。

この電子注入層、電子輸送層に用いられる材料（以下、電子注入材料、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、ナフタレンペリレンなどの複素環テトラカルボン酸無水物、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、トリアゾール誘導体、フェナントロリン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、電子注入材料、電子輸送材料として用いることができる。

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（Ａｌｑ₃）、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、電子注入材料、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、電子注入材料、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用いられる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。

この電子注入層、電子輸送層は、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。電子注入層、電子輸送層としての膜厚は、特に制限はないが、通常は５ｎｍ〜５μｍの範囲で選ばれる。この電子注入層、電子輸送層は、これらの電子注入材料、電子輸送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。

さらに、陽極と発光層または正孔注入層の間、および、陰極と発光層または電子注入層との間にはバッファー層（電極界面層）を存在させてもよい。

バッファー層とは、駆動電圧低下や発光効率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」（第１２３頁〜第１６６頁）に詳細に記載されており、陽極バッファー層と陰極バッファー層とがある。

陽極バッファー層は、特開平９−４５４７９号、同９−２６００６２号、同８−２８８０６９号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。

陰極バッファー層は、特開平６−３２５８７１号、同９−１７５７４号、同１０−７４５８６号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、酸化リチウムに代表される酸化物バッファー層等が挙げられる。

特に、本発明の有機ＥＬ素子において、陰極バッファー層が存在した場合、駆動電圧低下や発光効率向上が大きく得られた。

上記バッファー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０．１〜１００ｎｍの範囲が好ましい。

さらに上記基本構成層の他に必要に応じてその他の機能を有する層を積層してもよく、本発明においては、例えば特開平１１−２０４２５８号、同１１−２０４３５９号、および「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）」の第２３７頁等に記載されている正孔ブロック層を有しているのが好ましい。

正孔（ホール）ブロック層は、発光層と電子輸送層の間に、又、発光層を正孔輸送層が兼ねる場合には、正孔輸送層と電子輸送層の間に設けられ、正孔（ホール）の輸送を制御するためのものである。代表的にはバソクプロイン（ＢＣ）やフェナントロリン誘導体、トリアゾール誘導体等の化合物がもちいられているが（前記特開平８−１０９３７３号及び特開平１０−２３３２８４号等）、正孔ブロック層の存在により、注入されたホールは電子輸送層に移動しにくくなるため、正孔ブロック層に充満するようになり、正孔ブロック層に充満したホールによって、発光層中に正孔が効率よく蓄積し、発光層での電子−ホールの再結合確率を向上させ、発光の高効率化を達成する。

次に有機ＥＬ素子の電極について説明する。有機ＥＬ素子の電極は、陰極と陽極からなる。

この有機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などの金属、ＣｕＩ、インジウムチンオキシド（ＩＴＯ）、ＳｎＯ₂、ＺｎＯなどの導電性透明材料が挙げられる。

上記陽極は、これらの電極物質を蒸着やスパッタリングなどの方法により、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１０ｎｍ〜１μｍ、好ましくは１０ｎｍ〜２００ｎｍの範囲で選ばれる。

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、ナトリウムーカリウム合金、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、希土類金属などが挙げられる。これらの中で、電子注入性及び酸化など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などが好適である。

更に本発明の有機ＥＬ素子に用いる陰極としては、アルミニウム合金が好ましく、特にアルミニウム含有量が９０質量％以上１００質量％未満であることが好ましく、最も好ましくは９５質量％以上１００質量％未満である。これにより、有機ＥＬ素子の発光寿命や、最高到達輝度を非常に向上させることができる。

上記陰極は、これらの電極物質を蒸着やスパッタリングなどの方法により、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〜１μｍ、好ましくは５０〜２００ｎｍの範囲で選ばれる。なお、発光を透過させるため、有機ＥＬ素子の陽極又は陰極のいずれか一方が、透明又は半透明であれば発光効率が向上し好都合である。

本発明の有機ＥＬ素子に好ましく用いられる基板は、ガラス、プラスチックなど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。本発明のエレクトロルミネッセンス素子に好ましく用いられる基板としては例えばガラス、石英、光透過性プラスチックフィルムを挙げることができる。

光透過性プラスチックフィルムとしては、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。

次に、該有機ＥＬ素子を作製する好適な例を説明する。例として、前記の陽極／陽極バッファー層／正孔輸送層／発光層／正孔ブロック層／電子輸送層／陰極バッファー層／陰極からなるＥＬ素子の作製法について説明する。まず適当な基板上に、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１０〜２００ｎｍの範囲の膜厚になるように、蒸着やスパッタリングなどの方法により形成させ、陽極を作製する。次に、この上に陽極バッファー層、正孔輸送層、発光層、正孔ブロック層、電子輸送層、陰極バッファー層の材料からなる薄膜を形成させる。

この有機薄膜層の製膜法としては、前記の如くスピンコート法、キャスト法、蒸着法などがあるが、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などの点から、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良い。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、分子堆積膜の目的とする結晶構造、会合構造などにより異なるが、一般にボート加熱温度５０〜４５０℃、真空度１０^-6〜１０^-2Ｐａ、蒸着速度０．０１〜５０ｎｍ／秒、基板温度−５０〜３００℃、膜厚５ｎｍ〜５μｍの範囲で適宜選ぶことが望ましい。

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５０〜２００ｎｍ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などの方法により形成させ、陰極を設けることにより、所望の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が、その際には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。

また作製順序を逆にして、陰極、陰極バッファー層、電子輸送層、正孔ブロック層、発光層、正孔輸送層、陽極バッファー層、陽極の順に作製することも可能である。このようにして得られたＥＬ素子に、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５〜４０Ｖ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。

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、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。

以下、実施例を挙げて本発明を詳細に説明するが、本発明の態様はこれに限定されない。

実施例１
陽極としてガラス上にＩＴＯを１５０ｎｍ製膜した基板（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ｉ−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。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た。

真空槽を４×１０^-4Ｐａまで減圧した後、ＩＴＯ上に正孔輸送層としてα−ＮＰＤを３０ｎｍの厚さに蒸着した。さらに、ＣＢＰとＩｒ−１２の蒸着速度が１００：７になるように調節し、４０ｎｍの厚さに蒸着し発光層を設けた。

次いで、ＢＣを１０ｎｍの厚さに蒸着し正孔ブロック層を設けた。更に、Ａｌｑ₃を膜厚２０ｎｍの厚さに蒸着し電子輸送層を設けた。さらに、フッ化リチウムを１ｎｍ蒸着し、さらにその上に陰極としてアルミニウムを１００ｎｍ積層し、比較用有機ＥＬ素子ＯＬＥＤ１−１を作製した。

この素子からは、Ｉｒ−１２からの青色の発光が得られた。

上記有機ＥＬ素子ＯＬＥＤ１−１の発光層の化合物であるＣＢＰを表１に記載の化合物に替えた以外は有機ＥＬ素子ＯＬＥＤ１−１と同様にして、有機ＥＬ素子ＯＬＥＤ１−２〜５、７、１２〜１４を作製した。

上記で使用した化合物の構造を以下に示す。

（有機ＥＬ素子の評価）
以下のようにして得られた有機ＥＬ素子の評価を行った。

（１）発光効率
実施例１で作製した有機ＥＬ素子を温度２３度、乾燥窒素ガス雰囲気下で２．５、１０、１００ｍＡ／ｃｍ²の一定電流で駆動した時の発光効率（ｌｍ／Ｗ）を測定した。各有機ＥＬ素子について、発光効率を有機ＥＬ素子ＯＬＥＤ１−１の２．５ｍＡ／ｃｍ²の一定電流で駆動した時の発光効率を１００とした時の相対値を％表示で表した。本測定は分光放射輝度計ＣＳ−１０００（ミノルタ製）を用いて測定した。
結果を表１に示す。

表１より、本発明の化合物を発光層に用いた有機ＥＬ素子は、高効率であり、しかも、高輝度側での発光効率の低下が小さい。

更に、ＯＬＥＤ１−７、１２〜１４の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ＯＬＥＤ１−７Ｇ、１２Ｇ〜１４Ｇを、また、Ｉｒ−１２をＩｒ−９に替えた以外は同様にしてＯＬＥＤ７Ｒ、１２Ｒ〜１４Ｒを作製した。この有機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。

実施例２
実施例１のＯＬＥＤ１−１で作製した有機ＥＬ素子の正孔ブロック層の材料をＢＣから表２に記載の化合物に変更した以外は実施例１と全く同様にして有機ＥＬ素子ＯＬＥＤ２−１、３、８、〜１０を作製した。

以下のようにして得られた有機ＥＬ素子の評価を行った。実施例２で作製した有機ＥＬ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（ｃｄ／ｍ²）を測定した。各有機ＥＬ素子について、発光輝度を有機ＥＬ素子ＯＬＥＤ２−１を１００とした時の相対値を％表示で表した。発光輝度はＣＳ−１０００（ミノルタ製）を用いて測定した。結果を表２に示す。

表２より、本発明の化合物を正孔ブロック層に用いた有機ＥＬ素子は、高輝度な性能を示しているのがわかる。

実施例３
実施例１で作製したそれぞれ赤色、緑色、青色発光有機ＥＬ素子を同一基板上に並置し、図１に示す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た。

図１には作製したフルカラー表示装置の表示部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を格子状に直交して、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、フルカラー表示が可能となる。

該フルカラー表示装置を駆動することにより、輝度の高い鮮明なフルカラー動画表示が得られた。

フルカラー表示装置の表示部の模式図である。

符号の説明

Ａ表示部
３画素
５走査線
６データ線

Claims

下記一般式（３）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。

〔式中、Ｘ_１２は、２個以上のメチル基が置換し、ビフェニレン基の４位と４′位でイミダゾール環と連結した置換ビフェニレン基を表す。Ｒ_２１、Ｒ_２２、Ｒ_２３、Ｒ_２４、Ｒ_２５又はＲ_２６は、水素原子、又は置換基を表す。ただし、Ｒ_２１、Ｒ_２２、Ｒ_２３、Ｒ_２４、Ｒ_２５又はＲ_２６は、それぞれ互いに縮合して環を形成することはない。〕
一般式（３）において、Ｒ_２１、Ｒ_２３、Ｒ_２４、Ｒ_２６のうち少なくとも二つはアリール基であ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。
請求項１又は２に記載の化合物が、発光層に使用されることを特徴とする請求項１又は２に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
請求項１又は２に記載の化合物が、正孔ブロック層に使用されることを特徴とする請求項１又は２に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
りん光性化合物を含有す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。
りん光性化合物が、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５に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
請求項１〜６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。