JP4673744B2 - 有機電界発光素子 - Google Patents

Description

本発明は有機電界発光素子に関するものであり、詳しくは、有機化合物からなる発光層に電界をかけて光を放出する薄膜型デバイスに関するものである。

有機材料を用いた電界発光素子（以下、有機ＥＬ素子という）の開発は、電極からの電荷注入効率向上を目的として電極の種類を最適化し、芳香族ジアミンからなる正孔輸送層と８−ヒドロキシキノリンアルミニウム錯体からなる発光層とを電極間に薄膜として設けた素子の開発（Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，ｖｏｌ．５１，ｐｐ９１３，１９８７）により、従来のアントラセン等の単結晶を用いた素子と比較して大幅な発光効率の改善がなされたことから、自発光・高速応答性といったと特徴を持つ高性能フラットパネルへの実用を目指して進められてきた。
このような有機ＥＬ素子の効率を更に改善するため、上記の陽極／正孔輸送層／発光層／陰極の構成を基本とし、これに正孔注入層、電子注入層や電子輸送層を適宜設けたもの、例えば陽極／正孔注入層／正孔輸送層／発光層／陰極や、陽極／正孔注入層／発光層／電子輸送層／陰極、陽極／正孔注入層／発光層／電子輸送層／電子注入層／陰極などの構成のものが知られている。この正孔輸送層は、正孔注入層から注入された正孔を発光層に伝達する機能を有し、また電子輸送層は、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る。
こうした構成層の機能にあわせて、これまでに多くの有機材料の開発が進められてきた。
一方、上記の芳香族ジアミンからなる正孔輸送層と８−ヒドロキシキノリンのアルミニウム錯体からなる発光層とを設けた素子をはじめとした多くの素子が蛍光発光を利用したものであったが、燐光発光を用いる、即ち、三重項励起状態からの発光を利用すれば、従来の蛍光（一重項）を用いた素子と比べて、３倍程度の効率向上が期待される。この目的のためにクマリン誘導体やベンゾフェノン誘導体を発光層とすることが検討されてきたが、極めて低い輝度しか得られなかった。その後、三重項状態を利用する試みとして、ユーロピウム錯体を用いることが検討されてきたが、これも高効率の発光には至らなかった。
Ｎａｔｕｒｅ，ｖｏｌ．３９５，ｐ１５１，（１９９８）には、白金錯体（ＰｔＯＥＰ）を用いることで、高効率の赤色発光が可能なことが報告された。その後、Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，ｖｏｌ．７５，ｐ４，（１９９９）では、イリジウム錯体（Ｉｒ（Ｐｐｙ）３）を発光層にドープすることで、緑色発光で効率が大きく改善されている。更に、これらのイリジウム錯体は発光層を最適化することにより、素子構造をより単純化しても極めて高い発光効率を示すことが報告されている。
有機ＥＬ素子をフラットパネル・ディスプレイ等の表示素子に応用するためには、素子の発光効率を改善すると同時に駆動時の安定性を十分に確保する必要がある。しかしながら、この文献に記載の燐光分子（Ｉｒ（Ｐｐｙ）３）を用いた高効率の有機ＥＬ素子では、駆動安定性が実用的には不十分であるのが現状である。
上記の駆動劣化の主原因は、基板／陽極／正孔輸送層／発光層／正孔阻止層／電子輸送層／陰極、もしくは基板／陽極／正孔輸送層／発光層／電子輸送層／陰極からなる素子構造における発光層の薄膜形状の劣化によると推定される。この薄膜形状の劣化は、素子駆動時の発熱等による有機非晶質薄膜の結晶化（又は凝集）等に起因するとされ、耐熱性の低さは材料のガラス転移温度（Ｔｇ）の低さに由来すると考えられる。
上記Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，では、発光層としてカルバゾール化合物（ＣＢＰ）、もしくはトリアゾール系化合物（ＴＡＺ）を、また正孔阻止層としてフェナントロリン誘導体（ＨＢ−１）を使用しているが、これらの化合物は対称性がよく分子量が小さいために、容易に結晶化・凝集して薄膜形状が劣化する上、Ｔｇは結晶性の高さから観測さえ困難である。こうした発光層内の薄膜形状が安定でないことは、素子の駆動寿命を短くし、耐熱性も低下させるという悪影響をもたらす。上述のような理由から、燐光を用いた有機ＥＬ素子においては、素子の駆動安定性に大きな問題を抱えているのが実状である。
ところで、ＪＰ２００２−３５２９５７Ａでは、発光層にホスト剤と燐光を発するドープ剤を含む有機ＥＬ素子において、ホスト剤としてオキサジアゾール基を有する化合物を使用することが開示されている。ＪＰ２００１−２３００７９Ａでは、有機層中にチアゾール構造又はピラゾール構造を有する有機ＥＬ素子が開示されている。ＪＰ２００１−３１３１７８Ａでは、燐光性のイリジウム錯体化合物とカルバゾール化合物を含む発光層を有する有機ＥＬ素子が開示されている。ＪＰ２００３−４５６１１Ａでは、カルバゾール化合物（ＰＶＫ）、オキサジアゾール基を有する化合物（ＰＢＤ）及びＩｒ（Ｐｐｙ）３を含む発光層を有する有機ＥＬ素子が開示されている。ＪＰ２００２−１５８０９１Ａでは、燐光性発光性化合物としてオルトメタル化金属及びポリフィリン金属錯体を提案している。しかし、これらも上記したような問題がある。なお、ＪＰ２００１−２３００７９Ａは燐光を利用する有機ＥＬ素子を開示していない。

燐光を用いた有機ＥＬ素子の駆動安定性及び耐熱性の改善は、フラットパネル・ディスプレイ等の表示素子や照明等の応用を考える上で必須の要求であり、本発明はこのような実状に鑑み、高効率かつ高い駆動安定性を有する有機ＥＬ素子を提供することを目的とする。
本発明者らは鋭意検討した結果、発光層又は電子輸送層若しくは正孔阻止層に特定の化合物を用いることで、上記課題を解決することができることを見出し、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明は、基板上に、陽極、有機層及び陰極が積層されてなる有機電界発光素子であって、少なくとも１層の有機層に、同一分子中に下記式Ｉで表されるオキサジアゾール構造と下記式ＩＩで表されるトリアゾール構造を併せ持つアゾール系化合物を存在させることからなる。

（式中、Ａｒ_１〜Ａｒ_３は各々独立に、置換基を有していてもよい芳香族炭化水素環基又は芳香族複素環基を示すが、式Ｉの構造が２価の基である場合は、Ａｒ_１は単結合であり、式ＩＩの構造が２価又は３価の基である場合は、Ａｒ_２及びＡｒ_３のいずれか又は両者は単結合である。）
ここで、アゾール系化合物としては、下記一般式ＩＶ〜ＶＩＩＩのいずれかで表される化合物が好ましく例示される。

（式中、Ａｒ_１〜Ａｒ_３は各々独立に、置換基を有していてもよい芳香族炭化水素環基又は芳香族複素環基を示し、Ｘ_１は２価の芳香族炭化水素環基を示す。）
また、本発明は、少なくとも１層の有機層がホスト剤とドープ剤を含む発光層であり、このホスト剤として、前記のアゾール系化合物を使用することを特徴とする有機電界発光素子である。
ドープ剤としては、燐光発光性のオルトメタル化金属錯体及びポルフィリン金属錯体から選ばれる少なくとも一つを含有するものが好ましく挙げられる。また、金属錯体の中心金属として、周期律表７ないし１１族から選ばれる少なくとも一つの金属を含む有機金属錯体を含有するものが好ましく挙げられる。
また、本発明は、正孔阻止層又は電子輸送層に前記アゾール系化合物を存在させることを特徴とする有機ＥＬ素子である。
本発明の有機電界発光素子（有機ＥＬ素子）は、基板上と、陽極と陰極の間に配置された少なくとも１層の有機層を有し、この有機層の少なくとも１層に特定のアゾール系化合物を含有する。このアゾール系化合物を含有する層としては、発光層、正孔阻止層又は電子輸送層が好ましく挙げられる。
発光層に存在させる場合は、このアゾール系化合物をホスト剤として存在させ、燐光を発するドープ剤を含む。そして、通常ホスト剤を主成分として、ドープ剤を副成分として含む。ここで、主成分とは、その層を形成する材料のうち５０重量％以上を占めるものを意味し、副成分とはそれ以外の成分をいう。そして、ホスト剤となる化合物は、燐光性のドープ剤の励起三重項準位より高いエネルギー状態の励起三重項準位を有する。以下、このアゾール系化合物をホスト剤として存在させる場合について説明する。
本発明で発光層に使用するホスト剤としては、安定な薄膜形状を与え、高いガラス転移温度（Ｔｇ）を有し、正孔及び／又は電子を効率よく輸送することができる化合物であることが必要である。更に電気化学的かつ化学的に安定であり、トラップとなったり発光を消光したりする不純物が製造時や使用時に発生しにくい化合物であることが要求される。かかる要求を満たす化合物として、前記一般式ＩとＩＩで表される１，３，４−オキサジアゾール構造と１，２，４−トリアゾール構造を併せ持つ化合物（以下、アゾール系化合物という）を使用する。
一般式ＩとＩＩにおいて、Ａｒ_１〜Ａｒ_３は上記の意味を有するが、好ましい基としては下記に示す基が挙げられる。なお、Ａｒ_１、Ａｒ_２及びＡｒ_３は相互に同一であっても異なってもよい。
Ａｒ_１としては、１〜３環の芳香族炭化水素環基が好ましく挙げられ、置換基を有することができる。置換基としては炭素数１〜５の低級アルキル基が好ましく挙げられる。置換基の数は、０〜３の範囲が好ましい。具体的には、次のような芳香族炭化水素環基が好ましく挙げられる。フェニル基、２−メチルフェニル基、３−メチルフェニル基、４−メチルフェニル基、２，４−ジメチルフェニル基、３，４−ジメチルフェニル基、４−エチルフェニル基、２，４，５−トリメチルフェニル基、４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル基、１−ナフチル基、９−アンスラセニル基、９−フェナンスレニル基等。
Ａｒ_２としては、１〜３環の芳香族炭化水素環基が好ましく挙げられ、置換基を有することができる。置換基としては炭素数１〜５の低級アルキル基が好ましく挙げられる。置換基の数は、０〜３の範囲が好ましい。具体的には、次のような芳香族炭化水素環基が好ましく挙げられる。フェニル基、２−メチルフェニル基、３−メチルフェニル基、４−メチルフェニル基、２，４−ジメチルフェニル基、３，４−ジメチルフェニル基、２，３−ジメチルフェニル基、２，５−ジメチルフェニル基、２，６−ジメチルフェニル基、３，５−ジメチルフェニル基、４−エチルフェニル基、２−ｓｅｃ−ブチルフェニル基、２−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル基、４−ｎ−ブチルフェニル基、４−ｓｅｃ−ブチルフェニル基、４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル基、１−ナフチル基、２−ナフチル基、１−アンスラセニル基、２−アンスラセニル基、９−フェナンスレニル基等。
Ａｒ_３としては、１〜３環の芳香族炭化水素環基が好ましく挙げられ、置換基を有することができる。置換基としては炭素数１〜５の低級アルキル基が好ましく挙げられる。置換基の数は、０〜３の範囲が好ましい。具体的には、次のような芳香族炭化水素環基が好ましく挙げられる。フェニル基、２−メチルフェニル基、３−メチルフェニル基、４−メチルフェニル基、２−エチルフェニル基、４−エチルフェニル基、２，３−ジメチルフェニル基、２，４−ジメチルフェニル基、２，５−ジメチルフェニル基、２，６−ジメチルフェニル基、３，４−ジメチルフェニル基、３，５−ジメチルフェニル基、２，４，５−トリメチルフェニル基、２，４，６−トリメチルフェニル基、４−ｎ−プロピルフェニル基、４−ｓｅｃ−ブチルフェニル基、４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル基、１−ナフチル基、２−ナフチル基、９−アンスラセニル基等。
本発明で使用するアゾール系化合物は、１，３，４−オキシジアゾール構造と１，２，４−トリアゾール構造併せ持つ化合物であるが、各構造は１以上有すればよく、複数有してもよいが、各構造は１〜２の範囲で、合計で２〜４の範囲が好ましい。
１，３，４−オキシジアゾール構造と１，２，４−トリアゾール構造を合計で３以上有する場合で、この一つ以上が中間に位置することになるときの１，３，４−オキシジアゾール構造又は１，２，４−トリアゾール構造は２価又は３価の基となるが、この場合は、Ａｒ_１〜Ａｒ_３はその価数に対応して単結合、すなわち不存在となる。式Ｉで表される１，３，４−オキシジアゾール構造が２価の基となる場合は、Ａｒ_１は単結合となる。式ＩＩで表される１，２，４−トリアゾール構造が２価の基となる場合は、Ａｒ_２〜Ａｒ_３のいずれかが単結合となり、３価の基となる場合は、両者が単結合となる。一般に、式Ｉ及び式ＩＩで表される構造で、１価の基である構造を２〜３有することが好ましい。
好ましいアゾール系化合物としては、前記一般式ＩＶ〜ＶＩＩＩで表される化合物が挙げられる。一般式ＩＶ〜ＶＩＩＩにおいて、Ａｒ_１〜Ａｒ_３は一般式Ｉ及びＩＩで説明したと同様な基であるが、単結合であることはない。また、Ｘ_１は２価の連結基であり、２価の芳香族炭化水素環基からなる。２価の連結基としては、１〜２環の芳香族炭化水素環基が好ましい。具体的には、次のような２価の芳香族炭化水素環基が好ましく挙げられる。１，４−フェニレン基、１，３−フェニレン基、１，４−ナフチレン基、２，６−ナフチレン基、４，４’−ビフェニレン基等。
本発明で使用するアゾール系化合物は、オキサジアゾール構造とトリアゾール構造の両方を有することを特徴とする。これまでの知見では、オキサジアゾール構造やトリアゾール構造が単独で存在する化合物（例えば、ＰＢＤやＴＡＺ）は結晶性が高いため、薄膜安定性に乏しく有機ＥＬ素子材料として実用性に乏しかった。この高結晶性の原因はオキサジアゾール基やトリアゾール基といった比較的極性の高い官能基の存在による強い分子間相互作用のためと考えられる。こうした考察から、同一分子内に異種の高極性官能基を共存させ、お互いの極性を相殺する作用を付与することで分子間相互作用を抑制し、この結果薄膜安定性の向上が見られたものと推定される。
一般式ＩＶで表される化合物の好ましい具体例を表１〜４に、一般式Ｖで表される化合物の好ましい具体例を表５〜７に、一般式ＶＩで表される化合物の好ましい具体例を表８〜１０に、一般式ＶＩＩで表される化合物の好ましい具体例を表１１〜１２、一般式ＶＩＩＩで表される化合物の好ましい具体例を表１３〜１４に示すが、これらに限定されるものではない。なお、表中のＡｒ１、Ｘ１、Ａｒ２及びＡｒ３は一般式ＩＶ〜ＶＩＩＩのＡｒ１、Ｘ１、Ａｒ２及びＡｒ３に対応する。
一般式ＩＶで表される化合物の例。

一般式Ｖで表される化合物の例。

一般式ＶＩで表される化合物の例。

一般式ＶＩＩで表される化合物の例。

一般式ＶＩＩＩで表される化合物の例。

本発明の有機ＥＬ素子は発光層に上記ホスト材を含む場合、副成分、すなわち燐光性ドープ剤を発光層に含有する。このドープ剤としては、前記文献類に記載の公知の燐光性金属錯体化合物を使用し得、それらの金属錯体の中心金属が、好ましくは周期律表７〜１１族から選ばれる金属を含む燐光性有機金属錯体である。この金属として好ましくは、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、銀、レニウム、オスミウム、イリジウム、白金及び金から選ばれる金属が挙げられる。このドープ剤及び金属は１種であっても２種以上であってもよい。
燐光性ドープ剤は、ＪＰ２００２−３５２９５７Ａ等に記載されているように公知である。また、燐光性ドープ剤は、燐光発光性のオルトメタル化金属錯体又はポリフィリン金属錯体であることも好ましく、かかるオルトメタル化金属錯体又はポリフィリン金属錯体については、ＪＰ２００２−１５８０９１Ａ等に記載されているように公知である。したがって、これら公知の燐光性ドープ剤を広く使用することができる。
好ましい有機金属錯体としては、Ｉｒ等の貴金属元素を中心金属として有するＩｒ（Ｐｐｙ）３等の錯体類（式Ａ）、Ｉｒ（ｂｔ）２・ａｃａｃ３等の錯体類（式Ｂ）、ＰｔＯＥｔ３等の錯体類（式Ｃ）がある。
これらの錯体類の具体例を以下に示すが、下記の化合物に限定されない。

このアゾール系化合物は、発光層以外にも存在させることができ、この場合は発光層に存在させる化合物は公知の発光材料であっても、ドープ剤を含まなくてもよい。発光層以外に存在させる場合は、正孔阻止層又は電子輸送層に存在させることが好ましいが、層構成によっては他の層にも存在させることができるし、他の化合物と共に、あるいは複数の層に存在させてもよい。

図１は、有機ＥＬ素子の層構造を示す模式図を示す。基板１上に、陽極２、正孔注入層３、正孔輸送層４、発光層５、正孔阻止層６、電子輸送層７及び陰極８が積層されている例である。

以下、本発明の有機ＥＬ素子の一例について、図面を参照しながら説明する。図１は本発明に用いられる一般的な有機ＥＬ素子の構造例を模式的に示す断面図であり、１は基板、２は陽極、３は正孔注入層、４は正孔輸送層、５は発光層、６は正孔阻止層、７は電子輸送層、８は陰極を各々表わす。通常、正孔注入層３〜電子輸送層７は有機層であり、本発明の有機ＥＬ素子は発光層５を含む有機層の一層以上を有する。有利には発光層５を含めて三層以上、より好ましくは五層以上の有機層を有することがよい。また、図１は一例であり、これに加えて一以上の他の層を有することもでき、一以上の層を省略することも可能である。
基板１は有機ＥＬ素子の支持体となるものであり、石英やガラスの板、金属板や金属箔、プラスチックフィルムやシートなどが用いられる。特にガラス板や、ポリエステル、ポリメタクリレート、ポリカーボネート、ポリスルホンなどの透明な合成樹脂の板が好ましい。合成樹脂基板を使用する場合にはガスバリア性に留意する必要がある。基板のガスバリア性が小さすぎると、基板を通過した外気により有機ＥＬ素子が劣化することがあるので好ましくない。このため、合成樹脂基板の少なくとも片面に緻密なシリコン酸化膜等を設けてガスバリア性を確保する方法も好ましい方法の一つである。
基板１上には陽極２が設けられるが、陽極２は正孔輸送層への正孔注入の役割を果たすものである。この陽極は、通常、アルミニウム、金、銀、ニッケル、パラジウム、白金等の金属、インジウム及び／又はスズの酸化物などの金属酸化物、ヨウ化銅などのハロゲン化金属、カーボンブラック、あるいは、ポリ（３−メチルチオフェン）、ポリピロール、ポリアニリン等の導電性高分子などにより構成される。陽極２の形成は通常、スパッタリング法、真空蒸着法などにより行われることが多い。また、銀などの金属微粒子、ヨウ化銅などの微粒子、カーボンブラック、導電性の金属酸化物微粒子、導電性高分子微粉末などの場合には、適当なバインダー樹脂溶液に分散し、基板１上に塗布することにより陽極２を形成することもできる。更に、導電性高分子の場合は電解重合により直接基板１上に薄膜を形成したり、基板１上に導電性高分子を塗布して陽極２を形成することもできる。陽極２は異なる物質で積層して形成することも可能である。陽極２の厚みは、必要とする透明性により異なる。透明性が必要とされる場合は、可視光の透過率を、通常、６０％以上、好ましくは８０％以上とすることが望ましく、この場合、厚みは、通常、５〜１０００ｎｍ、好ましくは１０〜５００ｎｍ程度である。不透明でよい場合、陽極２は基板１と同一でもよい。また、更には上記の陽極２の上に異なる導電材料を積層することも可能である。
正孔注入の効率を向上させ、かつ、有機層全体の陽極への付着力を改善させる目的で、正孔輸送層４と陽極２との間に正孔注入層３を挿入することも行われている。正孔注入層３を挿入することで、初期の素子の駆動電圧が下がると同時に、素子を定電流で連続駆動した時の電圧上昇も抑制される効果がある。
正孔注入層に用いられる材料に要求される条件としては、陽極とのコンタクトがよく均一な薄膜が形成でき、熱的に安定、すなわち、融点及びガラス転移温度が高く、融点としては３００℃以上、ガラス転移温度としては１００℃以上が要求される。更に、イオン化ポテンシャルが低く陽極からの正孔注入が容易なこと、正孔移動度が大きいことが挙げられる。
この目的のために、これまでに銅フタロシアニン等のフタロシアニン化合物、ポリアニリン、ポリチオフェン等の有機化合物や、スパッタ・カーボン膜や、バナジウム酸化物、ルテニウム酸化物、モリブデン酸化物等の金属酸化物が報告されている。陽極バッファ層の場合も、正孔輸送層と同様にして薄膜形成可能であるが、無機物の場合には、更に、スパッタ法や電子ビーム蒸着法、プラズマＣＶＤ法が用いられる。以上の様にして形成される正孔注入層３の膜厚は、通常、３〜１００ｎｍ、好ましくは５〜５０ｎｍである。
正孔注入層３の上には正孔輸送層４が設けられる。正孔輸送層で使用される材料に要求される条件としては、正孔注入層３からの正孔注入効率が高く、かつ、注入された正孔を効率よく輸送することができる材料であることが必要である。そのためには、イオン化ポテンシャルが小さく、可視光に対して透明性が高く、しかも正孔移動度が大きく、更に安定性に優れ、トラップとなる不純物が製造時や使用時に発生しにくいことが要求される。また、発光層５に接するために発光層からの発光を消光したり、発光層との間でエキサイプレックスを形成して効率を低下させないことが求められる。上記の一般的要求以外に、車載表示用の応用を考えた場合、素子には更に耐熱性が要求される。従って、Ｔｇとして９０℃以上の値を有する材料が望ましい。
このような正孔輸送材料としては、例えば、４，４’−ビス［Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニルで代表される２個以上の３級アミンを含み２個以上の縮合芳香族環が窒素原子に置換した芳香族ジアミン、４，４’，４”−トリス（１−ナフチルフェニルアミノ）トリフェニルアミン等のスターバースト構造を有する芳香族アミン化合物、トリフェニルアミンの四量体からなる芳香族アミン化合物、２，２’，７，７’−テトラキス−（ジフェニルアミノ）−９，９’−スピロビフルオレン等のスピロ化合物等が挙げられる。これらの化合物は、単独で用いてもよいし、混合して用いてもよい。
上記の化合物以外に、正孔輸送層４の材料として、ポリビニルカルバゾール、ポリビニルトリフェニルアミン、テトラフェニルベンジジンを含有するポリアリーレンエーテルサルホン等の高分子材料が挙げられる。塗布法の場合は、正孔輸送材料を１種以上と、必要により正孔のトラップにならないバインダー樹脂や塗布性改良剤などの添加剤とを添加し、溶解して塗布溶液を調製し、スピンコート法などの方法により陽極２又は正孔注入層３上に塗布し、乾燥して正孔輸送層４を形成する。バインダー樹脂としては、ポリカーボネート、ポリアリレート、ポリエステル等が挙げられる。バインダー樹脂は添加量が多いと正孔移動度を低下させるので、少ない方が望ましく、通常、５０重量％以下が好ましい。
真空蒸着法の場合には、正孔輸送材料を真空容器内に設置されたルツボに入れ、真空容器内を適当な真空ポンプで１０^−４Ｐａ程度にまで排気した後、ルツボを加熱して、正孔輸送材料を蒸発させ、ルツボと向き合って置かれ、陽極が形成された基板１上に正孔輸送層４を形成させる。正孔輸送層４の膜厚は、通常、５〜３００ｎｍ、好ましくは１０〜１００ｎｍである。このように薄い膜を一様に形成するためには、一般に真空蒸着法がよく用いられる。
正孔輸送層４の上には発光層５が設けられる。発光層５は、前記ホスト剤と燐光を発するドープ剤を含有し、電界を与えられた電極間において、陽極から注入されて正孔輸送層を移動する正孔と、陰極から注入されて電子輸送層７、（又は正孔阻止層６）を移動する電子との再結合により励起されて、強い発光を示す。
発光層にアゾール系化合物をホスト材として存在させる場合、発光層ホスト剤に使用される材料に要求される条件としては、正孔輸送層４からの正孔注入効率が高く、かつ、電子輸送層７（又は正孔阻止層６）からの電子注入効率が高いことが必要である。そのためには、イオン化ポテンシャルが適度の値を示し、しかも正孔・電子の移動度が大きく、更に電気的安定性に優れ、トラップとなる不純物が製造時や使用時に発生しにくいことが要求される。また、隣接する正孔輸送層４、電子輸送層７（又は正孔阻止層６）との間でエキサイプレックスを形成して効率を低下させないことが求められる。上記の一般的要求以外に、車載表示用の応用を考えた場合、素子には更に耐熱性が要求される。したがって、Ｔｇとして９０℃以上の値を有する材料が望ましい。なお、発光層は本発明の性能を損なわない範囲で、アゾール系化合物以外の他のホスト材料や蛍光色素など、他成分を含んでいてもよい。
また、発光層にアゾール系化合物をホスト材として存在させない本発明の別の態様では、発光層には、公知のホスト材及びドープ材等の任意の化合物を使用することができる他、ホスト材とゲスト材の組み合わせによらない単独の発光材を使用することも可能である。この場合、アゾール系化合物は正孔阻止層又は電子輸送層に存在させる。
ドープ剤として、前記式Ａ〜Ｃで表わされる有機金属錯体を使用する場合、それが発光層中に含有される量は、０．１〜３０重量％の範囲にあることが好ましい。０．１重量％以下では素子の発光効率向上に寄与できず、３０重量％を越えると有機金属錯体同士が２量体を形成する等の濃度消光が起き、発光効率の低下に至る。従来の蛍光（１重項）を用いた素子において、発光層に含有される蛍光性色素（ドーパント）の量より、若干多い方が好ましい傾向がある。有機金属錯体が発光層中に膜厚方向に対して部分的に含まれたり、不均一に分布してもよい。発光層５の膜厚は、通常１０〜２００ｎｍ、好ましくは２０〜１００ｎｍである。正孔輸送層４と同様の方法にて薄膜形成される。
発光層５は、有利には真空蒸着法で形成される。ホスト剤、ドープ剤の双方を真空容器内に設置されたルツボに入れ、真空容器内を適当な真空ポンプで１０^−４Ｐａ程度にまで排気した後、ルツボを加熱して、ホスト剤、ドープ剤双方を同時蒸発させ、正孔輸送層４の上に形成させる。この際、ホスト剤、ドープ剤別々に蒸着速度を監視しながらドープ剤のホスト剤への含有量を制御する。
正孔阻止層６は発光層５の上に、発光層５の陰極側の界面に接するように積層されるが、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が必要とされる。正孔阻止層６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。
電子輸送層７は、電界を与えられた電極間において陰極から注入された電子を効率よく正孔阻止層６の方向に輸送することができる化合物より形成される。電子輸送層７に用いられる電子輸送性化合物としては、陰極８からの電子注入効率が高く、かつ、高い電子移動度を有し注入された電子を効率よく輸送することができる化合物であることが必要である。
このような条件を満たす材料としては、８−ヒドロキシキノリンのアルミニウム錯体などの金属錯体、１０−ヒドロキシベンゾ［ｈ］キノリンの金属錯体、オキサジアゾール誘導体、ジスチリルビフェニル誘導体、シロール誘導体、３−又は５−ヒドロキシフラボン金属錯体、ベンズオキサゾール金属錯体、ベンゾチアゾール金属錯体、トリスベンズイミダゾリルベンゼン、キノキサリン化合物、フェナントロリン誘導体、２−ｔ−ブチル−９，１０−Ｎ，Ｎ’−ジシアノアントラキノンジイミン、ｎ型水素化非晶質炭化シリコン、ｎ型硫化亜鉛、ｎ型セレン化亜鉛などが挙げられる。電子輸送層７の膜厚は、通常、５〜２００ｎｍ、好ましくは１０〜１００ｎｍである。
電子輸送層７は、正孔輸送層４と同様にして塗布法あるいは真空蒸着法により正孔阻止層６上に積層することにより形成される。通常は、真空蒸着法が用いられる。
陰極８は、発光層５に電子を注入する役割を果たす。陰極８として用いられる材料は、前記陽極２に使用される材料を用いることが可能であるが、効率よく電子注入を行なうには、仕事関数の低い金属が好ましく、スズ、マグネシウム、インジウム、カルシウム、アルミニウム、銀等の適当な金属又はそれらの合金が用いられる。具体例としては、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−リチウム合金等の低仕事関数合金電極が挙げられる。更に、陰極と電子輸送層の界面にＬｉＦ、ＭｇＦ_２、Ｌｉ_２Ｏ等の極薄絶縁膜（０．１〜５ｎｍ）を挿入することも、素子の効率を向上させる有効な方法である。陰極８の膜厚は通常、陽極２と同様である。低仕事関数金属からなる陰極を保護する目的で、この上に更に、仕事関数が高く大気に対して安定な金属層を積層することは素子の安定性を増す。この目的のために、アルミニウム、銀、銅、ニッケル、クロム、金、白金等の金属が使われる。
なお、図１とは逆の構造、例えば、基板１上に陰極８、正孔阻止層６、発光層５、正孔輸送層４、陽極２の順、又は基板１／陰極８／電子輸送層７／正孔阻止層６／発光層５／正孔輸送層４／正孔注入層３／陽極２の順に積層することも可能である。

合成例１
３−［４−（フェニル−１，３，４−オキシジアゾリル−（５））−フェニル］−４，５−ジフェニル−１，２，４−トリアゾール（以下、ＰＯＴという）の合成
反応式を下記に示す。

化合物（６）と（８）からＰＯＴを合成する反応について記述する。
１０００ｍｌ四つ口フラスコに化合物（６）を４３．６ｇ（０．１５０ｍｏｌ）と化合物（８）を６４．８ｇ（０．３００ｍｏｌ）とピリジン４９３．１ｇを仕込み、１１４℃迄昇温し、２時間加熱・還流を行った。反応後、反応混合物を３０００ｍｌのメタノール中に投入し、析出結晶を濾過し、結晶はメタノール１５００ｍｌで洗浄し、１００℃減圧下乾燥して、乾燥結晶５１．３ｇを取得した。乾燥結晶をジメチルホルムアミドで３回再結晶を行いＰＯＴの精製結晶３１．０ｇを得た。純度９９．９７％（ＨＰＬＣ面積比）、質量分析値４４１、融点２７３．０℃、収率４６．８％。なお、ＰＯＴは表１のＮｏ１の化合物である。
ＰＯＴのＩＲ分析結果を下記に示す。
ＩＲ（ＫＢｒ） ３４３２，３０６０，１６１４，１５７８，１５４８，１４９６，１４７０，１４５０，１４２４，１４００，１２７０，１０７０，１０１８，９７２，９６６，８４８，７７６，７４０，７１６，６９４，６２０，６０８，５３６，４９２
合成例２
３，４−ビス［４−（２−フェニル−１，３，４−オキシジアゾルイル−（５））−フェニル］−５−フェニル−１，２，４−トリアゾール（以下、３，４−ＢＰＯＴという）の合成
反応式を下記に示す。

化合物（１４）と（１０）から３，４−ＢＰＯＴを合成する反応について記述する。
２００ｍｌ四つ口フラスコに化合物（１４）を６．１ｇ（０．０１１ｍｏｌ）と化合物（１０）を４．９ｇ（０．０３４ｍｏｌ）とピリジン７３．３ｇを仕込み、１１７℃迄昇温し、２時間加熱・還流を行った。反応後、１００．９ｇのメタノールを添加し、析出結晶を濾過し、結晶は塩化メチレンで再結晶を行い、３，４−ＢＰＯＴの精製結晶３．６ｇを得た。純度９９．１６％（ＨＰＬＣ面積比）、質量分析値５８５、融点３２４．０℃、収率５５．９％。なお、３，４−ＢＰＯＴは表８のＮｏ５５の化合物である。
３，４−ＢＰＯＴのＩＲ分析結果を下記に示す。
ＩＲ（ＫＢｒ） ３４４８，３０６０，２９２０，２８５６，１９３２，１６１２，１５８２，１５５０，１５０２，１４８８，１４７０，１４４８，１４２４，１３１６，１２７０，１１９０，１１６０，１１００，１０６４，１０１６，９９０，９６２，９２４，８６８，８５０，７７６，７４６，７３４，７１２，６９０，６３８，６０８，５３２，５０６，４８８
合成例３
３，５−ビス［４−（２−フェニル−１，３，４−オキシジアゾルイル−（５））−フェニル］−５−フェニル−１，２，４−トリアゾール（以下、３，５−ＢＰＯＴという）の合成
反応式を下記に示す。

化合物（１９）と（１０）から３，５−ＢＰＯＴを合成する反応について記述する。
３００ｍｌ四つ口フラスコに化合物（１９）を５．６ｇ（０．０１１ｍｏｌ）と化合物（１０）を４．２ｇ（０．０３０ｍｏｌ）とピリジン８７．９ｇを仕込み、１１７℃迄昇温し、２時間加熱・還流を行った。反応後、１３６．５ｇのメタノールを添加し析出結晶を濾過し、結晶は塩化メチレンで再結晶を行い、３，５−ＢＰＯＴの精製結晶３．３ｇを得た。純度９９．３１％（ＨＰＬＣ面積比）、質量分析値５８５、融点３４４．１℃、収率５１．３％。なお、３，５−ＢＰＯＴは表５のＮｏ３７の化合物である。
３，５−ＢＰＯＴのＩＲ分析結果を下記に示す。
ＩＲ（ＫＢｒ） ３４５２，３０６０，２９２４，１６１２，１５４８，１４７２，１４５０，１４１２，１３１４，１２７０，１１７４，１１５２，１１０４，１０６６，１０２６，１０１６，９６４，９２４，８５０，７８０，７４４，７１４，６９０，６４０，６１２，５３４，５００

図１において、正孔注入層３と正孔阻止層６を省略した層構造を有する有機ＥＬ素子を次のようにして作製した。
電極面積２×２ｍｍ^２の洗浄したＩＴＯ電極付ガラス基板上（三洋真空製）に、抵抗加熱方式の真空蒸着装置により、蒸着速度をアルバック製の水晶振動子型膜厚コントローラーで制御しながら、蒸着中の真空度７〜９×１０^−４Ｐａの条件で上記ＩＴＯ付ガラス基板１のＩＴＯ層（陽極２）の上に、４，４’−ビス［Ｎ，Ｎ’−（３−トリル）アミノ］−３，３’−ジメチルビフェニル（以下、ＨＭＴＰＤ）を６０ｎｍの膜厚で形成し正孔輸送層４を形成した。その上へ、真空を破らず同じ真空蒸着装置内で発光層主成分としてＰＯＴを、りん光性有機金属錯体としてトリス（２−フェニルピリジン）イリジウム錯体（以下、Ｉｒ（Ｐｐｙ）_３）とを異なる蒸着源から二元同時蒸着法により、２５ｎｍの膜厚で形成して発光層５を形成した。このとき、Ｉｒ（Ｐｐｙ）_３の濃度は７ｗｔ％であった。その上へ、真空を破らず同じ真空蒸着装置内でトリス（８−ヒドロキシキノリン）アルミニウム（以下、Ａｌｑ_３）を膜厚５０ｎｍの膜厚で形成して電子輸送層７を得た。更にこの上に、真空条件を維持したままフッ化リチウム（以下、ＬｉＦ）を０．５ｎｍ、アルミニウムを１７０ｎｍの膜厚に蒸着し、陰極８を形成した。
得られた有機ＥＬ素子に外部電源を接続し直流電圧を印加したところ、これらの有機ＥＬ素子は表１５のような発光特性を有することが確認された。なお、素子発光スペクトルの極大波長は５１２ｎｍであり、Ｉｒ（Ｐｐｙ）_３からの発光が得られていることが確認された。

発光層５の主成分として、３，４−ＢＰＯＴを用いた以外は実施例１と同様にして有機ＥＬ素子を作成した。この素子特性を表１５に示す。

発光層５の主成分として、３，５−ＢＰＯＴを用いた以外は実施例１と同様にして有機ＥＬ素子を作成した。この有機ＥＬ素子からも、Ｉｒ（Ｐｐｙ）_３からの発光が得られていることが確認された。
比較例１
発光層５の主成分として、３−フェニル−４−（１’−ナフチル）−５−フェニル−１，２，４−トリアゾール（以下、ＴＡＺ）を用いた以外は実施例１と同様にして有機ＥＬ素子を作成した。

図１において、正孔注入層３を省略した層構造を有する有機ＥＬ素子を次のようにして作製した。
実施例１と同様にして、ＩＴＯ層（陽極２）を設け、その上に、Ｎ，Ｎ’−ジナフチル−Ｎ，Ｎ’−ジフェニル４，４’−ジアミノビフェニル（以下、ＮＰＤ）を４０ｎｍの膜厚で形成し正孔輸送層４を形成した。その上へ、真空を破らず同じ真空蒸着装置内で発光層主成分として４，４’−Ｎ，Ｎ’−ジカルバゾールジフェニル（以下、ＣＢＰ）を、りん光性有機金属錯体としてＩｒ（Ｐｐｙ）_３とを異なる蒸着源から二元同時蒸着法により、２０ｎｍの膜厚で形成して発光層５を形成した。この時、Ｉｒ（Ｐｐｙ）_３の濃度は６ｗｔ％であった。その上へ、真空を破らず同じ真空蒸着装置内でＰＯＴを６ｎｍの膜厚で形成して正孔阻止層６を得た。その上に、真空条件を維持したままＡｌｑ_３を２０ｎｍの膜厚で形成して電子輸送層７を得た。更にこの上に、真空条件を維持したままＬｉＦを０．６ｎｍ、アルミニウムを１５０ｎｍ蒸着し、陰極８を形成した。
得られた有機ＥＬ素子に外部電源を接続し直流電圧を印加したところ、これらの有機ＥＬ素子は表１５のような発光特性を有することが確認された。なお、素子発光スペクトルの極大波長は５１２ｎｍであり、Ｉｒ（Ｐｐｙ）_３からの発光が得られていることが確認された。

正孔阻止層６として、３，４−ＢＰＯＴを用いた以外は実施例４と同様にして有機ＥＬ素子を作成した。

正孔阻止層６として、３，５−ＢＰＯＴを用いた以外は実施例４と同様にして有機ＥＬ素子を作成した。
比較例２
正孔阻止層６として、２，９−ジメチル−４，７−ジフェニル−１，１０−フェナントロリン（以下、ＢＣＰ）を用いた以外は実施例４と同様にして有機ＥＬ素子を作成した。
素子特性をまとめて表１５に示す。

参考例
発光層主成分（ホスト材料）候補としての化合物の耐熱特性について、ＤＳＣ測定によるガラス転移点温度（Ｔｇ）の測定を行った。なお、ＴＡＺ、ＣＢＰ、ＢＣＰ及びＯＸＤ−７は既知のホスト材料であり、ＯＸＤ−７は１，３−ビス［（４−ｔ−ブチルフェニル）−１，３，４−オキサジアゾリル］フェニレンの略称である。その結果を表１６に示す。

産業上の利用の可能性
本発明の有機ＥＬ素子は、単一の素子、アレイ状に配置された構造からなる素子、陽極と陰極がＸ−Ｙマトリックス状に配置された構造のいずれにおいても適用することができる。本発明の有機ＥＬ素子に、発光層に特定の骨格を有する化合物と、燐光性の金属錯体を含有させることにより、従来の一重項状態からの発光を用いた素子よりも発光効率が高くかつ駆動安定性においても大きく改善された素子が得られ、フルカラーあるいはマルチカラーのパネルへの応用において優れた性能を発揮できる。

Claims (7)

1. 基板上に、陽極、有機層及び陰極が積層されてなる有機電界発光素子であって、少なくとも１層の有機層に、下記一般式ＩＶ〜ＶＩＩＩのいずれかで表されるアゾール系化合物を存在させることを特徴とする有機電界発光素子。
   

   

   （式中、Ａｒ ₁ 〜Ａｒ ₃ は各々独立に、置換基を有していてもよい芳香族炭化水素環基又は芳香族複素環基を示し、Ｘ ₁ は２価の芳香族炭化水素環基を示す。）
2. 基板上に、陽極、有機層及び陰極が積層されてなる有機電界発光素子であって、少なくとも１層の有機層がホスト剤とドープ剤を含む発光層であり、このホスト剤として、前記一般式ＩＶ〜ＶＩＩＩのいずれかで表されるアゾール系化合物を使用す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. ドープ剤が、燐光発光性のオルトメタル化金属錯体及びポルフィリン金属錯体から選ばれる少なくとも一つを含有するものである請求項２に記載の有機電界発光素子。
4. 金属錯体の中心金属が、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、銀、レニウム、オスミウム、イリジウム、白金及び金から選ばれる少なくとも一つの金属である請求項３に記載の有機電界発光素子。
5. 発光層と陰極との間に正孔阻止層を有すること特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の有機電界発光素子。
6. 発光層と陰極との間に電子輸送層を有することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の有機電界発光素子。
7. 前記アゾール系化合物を存在させる層が、正孔阻止層又は電子輸送層である請求項１に記載の有機電界発光素子。

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