JP4683924B2

JP4683924B2 - 発光材料、電界発光素子、及び発光装置

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Publication number: JP4683924B2
Application number: JP2004536356A
Authority: JP
Inventors: 英子井上; 哲史瀬尾; 篤史徳田; 亮二野村
Original assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Current assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority date: 2002-12-19
Filing date: 2003-12-10
Publication date: 2011-05-18
Anticipated expiration: 2023-12-10
Also published as: WO2004056839A1; US7413816B2; KR101033796B1; CN1729198B; CN1729198A; AU2003289000A1; US20040241493A1; JPWO2004056839A1; EP1574514A1; KR20050084419A; EP1574514A4

Description

本発明は、三重項励起状態を発光に変換できる化合物に関する。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、三重項励起状態を発光に変換できる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。特に、発光化合物の応用分野として、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害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１参照）。
（非特許文献１）
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、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、非特許文献２）。
（非特許文献２）
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．３１−３７（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３、非特許文献４参照）。
（非特許文献３）
Ｄ．Ｆ．Ｏ’Ｂｒｉｅｎ，Ｍ．Ａ．Ｂａｌｄｏ，Ｍ．Ｅ．ＴｈｏｍｐｓｏｎａｎｄＳ．Ｒ．Ｆｏｒｒｅｓｔ，”Ｉｍｐｒｏｖｅｄｅｎｅｒｇｙｔｒａｎｓｆｅｒｉｎ
ｓｌｃｔｒｏｐｈｏｓｐｈｏｒｅｓｃｅｎｔｄｅｖｉｃｅｓ”，ＡｐｐｌｉｄｅＰｈｙｓｉｃｓＬｅｔｔｅｒｓ，ｖｏｌ．７４，Ｎｏ．３，４４２−４４４（１９９９）
（非特許文献４）
ＴｅｔｓｕｏＴＳＵＴＳＵＩ，Ｍｏｏｎ−ＪａｅＹＡＮＧ，ＭａｓａｙｕｋｉＹＡＨＩＲＯ，ＫｅｎｊｉＮＡＫＡＭＵＲＡ，ＴｅｒｕｉｃｈｉＷＡＴＡＮＡＢＥ，ＴａｉｓｈｉＴＳＵＪＩ，ＹｏｓｈｉｎｏｒｉＦＵＫＵＤＡ，ＴａｋｅｏＷＡＫＩＭＯＴＯａｎｄＳａｔｏｓｈｉＭＩＹＡＧＵＣＨＩ，”ＨｉｇｈＱｕａｎｔｕｍＥｆｆｉｃｉｅｎｃｙｉｎＯｒｇａｎｉｃＬｉｇｈｔ−ＥｍｉｔｔｉｎｇＤｅｖｉｃｅｓｗｉｔｈＩｒｉｄｉｕｍ−ＣｏｍｐｌｅｘａｓａＴｒｉｐｌｅｔＥｍｉｓｓｉｖｅＣｅｎｔｅｒ”，ＪａｐａｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌｏｆＡｐｐｌｉｅｄＰｈｙｓｉｃｓＶｏｌ．３８，ｐｐ．Ｌ１５０２−Ｌ１５０４（１９９９）
非特許文献３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４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発光物質である。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。すなわち燐光発光物質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、燐光発光物質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。
以上のように、燐光発光物質は電界発光素子への適用が有用であり、期待されているが、その数は少ないのが現状である。非特許文献４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有機金属錯体は、燐光発光物質を合成するための一つの指針である。
ところで、最近では、電界発光素子のディスプレイ用途としての開発が盛んに行われている。なかでも、白色発光できる素子の開発は非常に注目されている。これは、モノカラー表示、バックライトなどの照明としての用途の他、カラーフィルターを表示装置に装着すればフルカラー表示が可能なためである。
フィルターを通す発光装置においては、光の利用効率が低下するため、より低消費電力で高輝度な白色発光を達成できる素子が強く求められている。また、照明のような用途を考慮すると、より高輝度が必要とされることは間違いない。したがって、燐光発光物質を用いた電界発光素子にて白色発光を実現することは、最も有効な手段であるといえる。
従来の燐光発光物質を用いた白色発光する電界発光素子は、Ｒ（レッド）、Ｇ（グリーン）、Ｂ（ブルー）に発光する材料を混合して薄膜化する方法や、Ｒ（レッド）、Ｇ（グリーン）、Ｂ（ブルー）それぞれに発光する層を積層する方法、あるいは補色の関係（例えば青緑色と橙色）を組み合わせる方法（例えば、非特許文献５参照）などが考えられているが、いずれにしても、白色スペクトルを得るためには複数の異なった発光波長を有する発光材料が必要であるため、駆動電圧が高くなってしまうという問題があった。また、燐光発光物質を用いた電界発光素子で高い発光効率を得るためには、正孔阻止層（ホールブロッキング層）を組み合わせることが必要であるため、非常に複雑な素子構造を要する。
（非特許文献５）
ＢｒｉａｎＷ．Ｄ’Ａｎｄｒａｄｅ，ＪａｓｏｎＢｒｏｏｋｓ，ＶａｄｉｍＡｄａｍｏｖｉｃｈ，ＭａｒｋＥ．Ｔｈｏｍｐｓｏｎ，ａｎｄＳｔｅｐｈｅｎＲ．Ｆｏｒｒｅｓｔ，”ＷｈｉｔｅＬｉｇｈｔＥｍｉｓｓｉｏｎＵｓｉｎｇＴｒｉｐｌｅｔＥｘｃｉｍｅｒｓｉｎＥｌｅｃｔｒｏｐｈｏｓｐｈｏｒｅｓｃｅｎｔＯｒｇａｎｉｃＬｉｇｈｔ−ＥｍｉｔｔｉｎｇＤｅｖｉｃｅｓ”，ＡｄｖａｎｃｅｄＭａｔｅｒｉａｌｓ，１４，Ｎｏ．１５，１０３２−１０３６（２００２）
このように、白色面発光源が、極めて複雑に組み合わされた複数種の材料で構成されているため、製造プロセス上の制御が難しい上に、そのプロセスも煩雑なものとなってしまっていた。

本発明では、三重項励起状態を発光に変換できる有機金属錯体を合成することにより、新たな白色系の材料を提供することを課題とする。
また特に、前記有機金属錯体を用いて簡単な素子構造を有する白色系の電界発光素子を作製することにより、発光効率が高く容易に作製できる白色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。なお、本明細書中における発光装置とは電界発光素子を用いた発光デバイスや画像表示デバイスを指す。また、電界発光素子にコネクター、例えば異方伝導性フィルム（ＥＰＣ：ＦｌｅｘｉｂｌｅＰｒｉｎｔｅｄＣｉｒｃｕｉｔ）もしくはＴＡＢ（ＴａｐｅＡｕｔｏｍａｔｅｄＢｏｎｄｉｎｇ）が取り付けられたモジュール、ＴＡＢ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、または電界発光素子に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。

本発明者は、下記一般式１に示す配位子を用いた場合、第９族元素または第１０族元素を中心とする有機金属錯体を形成できることに着目した。
そして本発明者は、一般式１の配位子をオルトメタル化して合成した下記一般式２で表される錯体が、可視光領域に蛍光・燐光発光の両成分を有することを見出した。この錯体の蛍光・燐光の各発光波長は、短波長側と長波長側にそれぞれ観測されるため、白色系の発光色となることを特長とする。
（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、または複素環残基を表す。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、およびＲ_５、およびＲ_６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、または複素環残基を表す。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２で表される有機金属錯体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２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良いが、以下の構造式３〜９に示すモノアニオン性の配位子のいずれかが好ましい。
ところで、本発明の有機金属錯体は、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および白色系の発光が可能となり、非常に有効である。したがって本発明では、本発明の有機金属錯体を用いた電界発光素子も含むものとする。
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。したがって本発明では、本発明の有機金属錯体を用いた発光装置も含むものとする。

本発明を実施することで、新たな有機金属化合物を提供することができる。また、前記有機金属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。さらには前記有機金属錯体を用いて発光装置や電子装置を作製することにより、消費電力の低い発光装置や電子装置を提供することができる。

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である。
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である。
図３は、本発明の有機金属錯体の吸収・励起・発光スペクトルを示すグラフである。
図４（Ａ）、４（Ｂ）は、本発明の発光装置について説明する図である。
図５（Ａ）〜５（Ｇ）は、本発明の発光装置を用いた電子装置について説明する図である。

上記一般式１で表される配位子は、下記の合成スキーム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１の配位子を用いて、本発明の有機金属錯体（一般式２）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有機金属錯体を合成する際は、原料として塩化イリジウムの水和物を用い、一般式１の配位子と混合して窒素雰囲気下にて還流することにより、まず塩素架橋の複核錯体を合成する（下記合成スキーム１１）。次に得られた前記複核錯体と配位子Ｌの原料とを混合して窒素雰囲気下にて還流することにより、塩素架橋を配位子Ｌで切断し、本発明の有機金属錯体を得る（下記合成スキーム１２）。
なお、本発明で用いる有機金属錯体の合成方法は、上記に示す合成法に限定されるものではない。
また、本発明の有機金属錯体は蛍光・燐光発光物質として用いることができるが、蛍光と燐光の両成分を効率よく実現するためには、上記一般式２における置換基Ｒ_２が、水素ではなく、アルキル基等の電子供与性置換基である方が好ましいと考えられる。
次に、以下では、本発明の蛍光・燐光発光物質を電界発光素子に適用する形態について述べる。
（実施の形態１）
本実施の形態１では、本発明の有機金属錯体を含む発光層と、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、希土類金属を用いて形成することができるが、Ａｌ、Ａｇ、ＩＴＯ等の金属（合金も含む）との積層により形成することもできる。
なお、上述した陽極材料および陰極材料は、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および第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、又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側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は単一の層を用いるか、また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（正孔阻止層）１１４、および電子輸送層１１５を積層させ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２で示した有機金属錯体を含み、この有機金属錯体とホスト材料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−ベンズトリ−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）など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）−ベンゾチアゾラト］亜鉛（略称：Ｚｎ（ＢＴＺ）_２）などのオキザゾール系、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、本発明の有機金属錯体を含む発光層１１３と、低分子系材料からなる正孔注入層１１１、正孔輸送層１１２、ホールブロッキング層（正孔阻止層）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、本発明の有機金属錯体をゲスト材料として用いており、本発明の有機金属錯体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、本発明の有機金属錯体を含む発光層と、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造について図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）をドープしたポリチオフェ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２で示した本発明の有機金属錯体をゲスト化合物として含む。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材料（例えばＰＢＤ）とを７：３（モル比）で同一溶媒にとかし、さらには本発明の有機金属錯体を適量（５ｗｔ％程度）添加した溶液を調製する。この溶液を湿式塗布し、焼成することによって、発光層２１２を得ることができる。
以上により、本発明の有機金属化合物を含む発光層２１２と、高分子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。
なお、本実施の形態２においては、発光層２１２において、本発明の有機金属錯体をゲスト材料として用いており、本発明の有機金属錯体から得られる発光を発光色とする発光素子である。

（合成例）
本合成例では、下記構造式１３で表される本発明の有機金属錯体の合成法を例示する。
まず、アセトフェノンとアニリンを等モル量、エタノール中にて４８時間還流後、溶媒を留去することによって下記構造式１４で表される配位子を得た（赤褐色油状）。
次に、塩化イリジウム（ＩｒＣｌ_３・ＨＣｌ・Ｈ_２Ｏ）と２．５当量の構造式１４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１６時間還流し、下記構造式１５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にて洗浄した後、風乾した。
さらに、構造式１５と３当量のピコリン酸、および１０当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１６時間還流した。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／メタノールにて再結晶を行い、目的物である上記構造式１３の化合物を得た。
得られた本発明の有機金属錯体（構造式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３に示す。図３では、配位子（構造式１４）の吸収スペクトルも合わせて記載した。
図３に示すとおり、吸収スペクトル２は配位子のスペクトル１と比較して、長波長側（４２０ｎｍ付近および５００〜６００ｎｍ）に吸収を有しており、特に５００〜６００ｎｍのブロードな吸収は、三重項ＭＬＣＴ（ＭｅｔａｌｔｏＬｉｇａｎｄＣｈａｒｇｅＴｒａｎｓｆｅｒ）遷移を示唆している。また、励起スペクトル３のピークは二つ観測され、発光スペクトル４は、４０２ｎｍ程度と５８５ｎｍ程度にピークを有する青白い発光であった。短波長側は蛍光過程による発光、長波長側は燐光過程による発光であると考えられる。

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（Ａ）、図４（Ｂ）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。素子基板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、本実施例では、素子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、素子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、本発明の有機金属錯体（上記一般式２）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４１０、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子装置について説明する。
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子装置として、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ＤｉｇｉｔａｌＶｅｒｓａｔｉｌｅＤｉｓｃ（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。これらの電子装置の具体例を図５（Ａ）〜図５（Ｇ）に示す。
図５（Ａ）は表示装置であり、筐体５１０１、支持台５１０２、表示部５１０３、スピーカー部５１０４、ビデオ入力端子５１０５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５２０１、筐体５２０２、表示部５２０３、キーボード５２０４、外部接続ポート５２０５、ポインティングマウス５２０６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５２０３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５３０１、表示部５３０２、スイッチ５３０３、操作キー５３０４、赤外線ポート５３０５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５３０２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５４０１、筐体５４０２、表示部Ａ５４０３、表示部Ｂ５４０４、記録媒体（ＤＶＤ等）読み込み部５４０５、操作キー５４０６、スピーカー部５４０７等を含む。表示部Ａ５４０３は主として画像情報を表示し、表示部Ｂ５４０４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Ａ５４０３、表示部Ｂ５４０４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５５０１、表示部５５０２、アーム部５５０３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５５０２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５６０１、表示部５６０２、筐体５６０３、外部接続ポート５６０４、リモコン受信部５６０５、受像部５６０６、バッテリー５６０７、音声入力部５６０８、操作キー５６０９、接眼部５６１０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５６０２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５７０１、筐体５７０２、表示部５７０３、音声入力部５７０４、音声出力部５７０５、操作キー５７０６、外部接続ポート５７０７、アンテナ５７０８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５７０３に用いることにより作製される。なお、表示部５７０３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子装置に適用することが可能である。

Claims

下記一般式２で表される発光材料。
（式中、Ｒ_１はアルキル基、アリール基、または複素環残基を表す。Ｒ_２は、水素、アルキル基、アリール基、または複素環残基を表す。Ｒ_３、Ｒ_４、Ｒ_５、およびＲ_６は、それぞれ同一でも異なっていても良く、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、または複素環残基を表す。Ｍはイリジウムを表し、ｎ＝２である。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、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。）
請求項１において、前記Ｌは、下記構造式３乃至９に示すモノアニオン性の配位子のいずれかであることを特徴とする発光材料。
下記一般式２で表される有機金属錯体を用いたことを特徴とする電界発光素子。
（式中、Ｒ_１はアルキル基、アリール基、または複素環残基を表す。Ｒ_２は、水素、アルキル基、アリール基、または複素環残基を表す。Ｒ_３、Ｒ_４、Ｒ_５、およびＲ_６は、それぞれ同一でも異なっていても良く、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、または複素環残基を表す。Ｍはイリジウムを表し、ｎ＝２である。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、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。）
請求項３において、前記Ｌは、下記構造式３乃至９に示すモノアニオン性の配位子のいずれかであることを特徴とする電界発光素子。
請求項３または請求項４において、前記有機金属錯体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３乃至５のいずれか一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。