JP6197650B2 - 有機ｅｌ素子 - Google Patents

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Description

本発明は有機ＥＬ素子に関する。
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素子ともいう）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。
一方、有機ＥＬ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、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。
実用化に向けた有機ＥＬ素子の開発としては、プリンストン大より、励起三重項からのリン光発光を用いる有機ＥＬ素子の報告がされて以来（例えば、非特許文献１参照）、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２参照、特許文献１参照）。
更に、最近発見されたリン光発光を利用する有機ＥＬ素子では、以前の蛍光発光を利用する素子に比べ原理的に約４倍の発光効率が実現可能であることから、その材料開発を初めとし、発光素子の層構成や電極の研究開発が世界中で行われている。例えば、多くの化合物がイリジウム錯体系等重金属錯体のドーパントを中心に合成検討がなされている（例えば、非特許文献３参照）。
また、ドーパントとしてトリス（２−フェニルピリジン）イリジウムを用いた検討がなされている（例えば、非特許文献２参照）。その他、ドーパントとしてＬ2Ｉｒ（ａｃａｃ）、例えば、（ｐｐｙ）2Ｉｒ（ａｃａｃ）（例えば、非特許文献５参照）を、またドーパントとして、トリス（２−（ｐ−トリル）ピリジン）イリジウム（Ｉｒ（ｐｔｐｙ）3）、トリス（ベンゾ［ｈ］キノリン）イリジウム（Ｉｒ（ｂｚｑ）3）、Ｉｒ（ｂｚｑ）2ＣｌＰ（Ｂｕ）3を用いた検討（例えば、非特許文献６参照。）、また、フェニルピラゾールを配位子に用いたイリジウム錯体等を用いた検討（例えば、特許文献３参照。）が行われている。
ところで、例えば、イミダゾール系リン光発光性ドーパントとホスト１種類の単一発光層構成においては、ドーパントとホストとでキャリアバランスを整え、発光層の中心で発光させられることはまれで、膜厚方向（層厚方向）に対して正孔輸送側または電子輸送側の界面に再結合領域又は発光領域が偏り、バンドギャップの小さい正孔輸送層や電子輸送層へエネルギー移動が起こり効率の低下につながる。ここで再結合領域とは、正孔と電子が素子中にあって、正孔と電子とが出会い、結合して励起状態を形成する場所のことである。また、発光領域とは、再結合領域で形成された励起状態は、場合によっては移動し、拡散するが、その拡散する範囲を指定する場所のことであり、発光に寄与する領域のことをいう。
このように大変ポテンシャルの高い方式であるが、リン光発光を利用する有機ＥＬデバイスにおいては、蛍光発光を利用する有機ＥＬデバイスとは大きく異なり、発光中心の位置をコントロールする方法、とりわけ発光層の内部で再結合を行い、いかに発光を安定に行わせることができるかが、有機ＥＬ素子の発光特性を向上させる上で重要な技術的課題となっている。
そこでこのような技術的課題に対し、近年では、発光層に隣接する形で、（発光層の陽極側に位置する）正孔輸送層と（発光層の陰極側に位置する）電子輸送層のようなキャリア輸送層を備えた多層積層型の素子が良く知られている（例えば、非特許文献４参照）。また、他の方法として、発光層を２層化することにより、再結合領域の位置をコントロールする方法も知られている(例えば、特許文献１)。
上記技術的課題に関し、発光層中の再結合領域が正孔輸送層や電子輸送層といった隣接層の界面に偏っている場合、発光に寄与する領域(発光領域)が狭くなっていると考えられる。この発光領域が狭いということは、発光負荷が局所的に高くなり、発光の安定性が損なわれたり発光寿命が短命化したりすると考えられる。したがって、発光特性を向上させるうえでは、発光に寄与する領域を拡大させる、つまり再結合領域を拡大させることが技術的に重要と考えられている。
この再結合領域を拡大させる方法として、発光層の膜厚（層厚）を厚くすることが知られているが(例えば、特許文献２)、膜厚を厚くしすぎると駆動電圧が上昇するため、発光特性を向上させるには限度がある。
特開２００８−０８４９１３号公報 特開２０１１−１６０００３号公報 国際公開第２００４／０８５４５０号パンフレット
Ｍ．Ａ．Ｂａｌｄｏ ｅｔ ａｌ．，ｎａｔｕｒｅ、３９５巻、１５１〜１５４ページ（１９９８年） Ｍ．Ａ．Ｂａｌｄｏ ｅｔ ａｌ．，ｎａｔｕｒｅ、４０３巻、１７号、７５０〜７５３頁（２０００年） Ｓ．Ｌａｍａｎｓｋｙ ｅｔ ａｌ．，Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．，１２３巻、４３０４頁（２００１年） 有機ＥＬハンドブック Ｐ−１９８ リアライズ理工センター、２００４年発刊 Ｍ．Ｅ．Ｔｏｍｐｓｏｎ ｅｔ ａｌ．，Ｔｈｅ １０ｔｈ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｗｏｒｋｓｈｏｐ ｏｎ Ｉｎｏｒｇａｎｉｃ ａｎｄ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｅｌｅｃｔｒｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ（ＥＬ’００、浜松） Ｍｏｏｎ−Ｊａｅ Ｙｏｕｎ．０ｇ，Ｔｅｔｓｕｏ Ｔｓｕｔｓｕｉ ｅｔ ａｌ．，Ｔｈｅ １０ｔｈ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｗｏｒｋｓｈｏｐ ｏｎ Ｉｎｏｒｇａｎｉｃ ａｎｄ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｅｌｅｃｔｒｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ（ＥＬ’００、浜松）
したがって、本発明の主な目的は、駆動電圧の上昇を抑制しながら発光層中の再結合領域を拡大させることができる有機ＥＬ素子を提供することにある。
上記課題を解決するため本発明によれば、
１対の電極と、
発光層を含む複数層の有機化合物層とを有し、
前記有機化合物層が前記１対の電極間に形成された有機ＥＬ素子において、
前記発光層には、少なくとも２種のリン光ドーパントと、ホスト化合物とが含まれ、
前記少なくとも２種のリン光ドーパントのうち、少なくとも１種のリン光ドーパントが下記一般式（２）の構造を有し、
前記少なくとも２種のリン光ドーパントのうち、一方のリン光ドーパントのＬＵＭＯ（Ｄ１）と他方のリン光ドーパントのＬＵＭＯ（Ｄ２）との差の絶対値が０．１０ｅＶ以上で１．００ｅＶ以下であり、
前記一方のリン光ドーパントのＬＵＭＯ（Ｄ１）と前記ホスト化合物のＬＵＭＯ（Ｈ）との関係および前記他方のリン光ドーパントのＬＵＭＯ（Ｄ２）と前記ホスト化合物のＬＵＭＯ（Ｈ）との関係が、条件式（ｉ）または条件式（ｉｉ）のいずれかを満たしていることを特徴とする有機ＥＬ素子が提供される。
ＬＵＭＯ（Ｄ１）−ＬＵＭＯ（Ｈ）＜０， ＬＵＭＯ（Ｄ２）−ＬＵＭＯ（Ｈ）＜０ … （ｉ）
ＬＵＭＯ（Ｄ１）−ＬＵＭＯ（Ｈ）＞０， ＬＵＭＯ（Ｄ２）−ＬＵＭＯ（Ｈ）＞０ … （ｉｉ）
Figure 0006197650
 （一般式（２）中、「Ｖ」は三価の連結基を表し、「Ｌ １ 〜Ｌ ３ 」と共有結合で連結している。前記「Ｌ １ 〜Ｌ ３ 」は、各々一般式（II）で表され、Ｘ ５ とＩｒが配位結合を形成し、Ｘ ７ とＩｒが共有結合を形成している。前記一般式（II）において、Ｒ １ は炭素数７以上の置換アリール基を表す。Ｘ １ 〜Ｘ ５ は含窒素複素環を形成する原子群であり、炭素原子又は窒素原子から選ばれ、Ｘ ４ とＸ ５ のうち少なくとも一つは窒素原子を表し、Ｘ ６ 〜Ｘ １１ は芳香族５員環又は芳香族６員環を形成する原子群であり、炭素原子又は窒素原子から選ばれる。）
Figure 0006197650
本発明によれば、駆動電圧の上昇を抑制しながら発光層中の再結合領域を拡大させることができる。
発光層中の再結合領域の広狭を説明するための模式図である。 発光層中の層厚方向における電子密度を概略的に説明するための図面である。
以下、本発明の有機ＥＬ素子の各構成要素の詳細について、順次説明する。
《有機ＥＬ素子の層構成》
次に、本発明の有機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。
（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
《発光層》
（１）特性
（１．１）基本的特性
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及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よい。
本発明に係る発光層は、含まれる発光材料が一定の化学構造（下記参照）を満たしていれば、その構成には特に制限はない。
また、同一の発光スペクトルや発光極大波長を有する層が複数層あってもよい。
各発光層間には非発光性の中間層を有していることが好ましい。
本発明における発光層の膜厚の総和は１〜１００ｎｍの範囲にあることが好ましく、更に好ましくは、より低い駆動電圧を得ることができることから３０ｎｍ以下である。なお、本発明でいうところの発光層の膜厚の総和とは、発光層間に非発光性の中間層が存在する場合には、当該中間層も含む膜厚である。
個々の発光層の膜厚としては１〜５０ｎｍの範囲に調整することが好ましく、更に好ましくは１〜２０ｎｍの範囲に調整することである。青、緑、赤の各発光層の膜厚の関係については、特に制限はない。
発光層の作製には、後述する発光材料やホスト化合物を、例えば、真空蒸着法、スピンコート法、キャスト法、ＬＢ法、インクジェット法等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。
本発明においては、各発光層には複数の発光材料を混合してもよく、また燐光発光材料と蛍光発光材料を同一発光層中に混合して用いてもよい。
本発明においては、発光層の構成として、ホスト化合物、発光材料（発光ドーパント化合物ともいう）を含有し、発光材料より発光させることが好ましい。
（１．２）特異的特性
本発明者らは、上記目的を達成する為に鋭意研究を重ねた結果、発光層に少なくとも２種のリン光ドーパントとホスト化合物とが含まれ、その少なくとも２種のドーパントのうち、一方のリン光ドーパントのＬＵＭＯ（Ｄ１）と他方のリン光ドーパントのＬＵＭＯ（Ｄ２）との差の絶対値が１．１０ｅＶ以上で１．００ｅＶ以下であり、かつ、一方のリン光ドーパントのＬＵＭＯ（Ｄ１）とホスト化合物のＬＵＭＯ（Ｈ）との関係、および他方のリン光ドーパントのＬＵＭＯ（Ｄ２）とホスト化合物のＬＵＭＯ（Ｈ）との関係が、条件式（ｉ）または条件式（ｉｉ）のいずれかを満たしていることにより、電圧上昇が無く、再結合領域が広く、さらに、発光効率が高くなることが達成されることを見出した。
ＬＵＭＯ（Ｄ１）−ＬＵＭＯ（Ｈ）＜０， ＬＵＭＯ（Ｄ２）−ＬＵＭＯ（Ｈ）＜０ … （ｉ）
ＬＵＭＯ（Ｄ１）−ＬＵＭＯ（Ｈ）＞０， ＬＵＭＯ（Ｄ２）−ＬＵＭＯ（Ｈ）＞０ … （ｉｉ）
ドーパントに電子が注入される過程においては、電子が隣接層から一度ホストに注入され、ホストを介してドーパントに注入される過程と、電子が隣接層から直接ドーパントに注入され、ドーパント間をホッピングしながら輸送していく過程とが、考えられる。一般的に、ホストに対してドーパントは少なく、数％程度であることが多いため、電子移動は前者の過程でのみまたは前者後者の両方の過程で起きていると考えられる。
このようにホストを介してドーパントに電子が注入される過程において、電子の注入が膜厚方向（層厚方向）に対し分散して起きることにより、膜厚方向に均一に存在するドーパントを効率よく利用することができると考えられる。ドーパントへ電子が注入される膜厚方向の位置とその確率は、ドーパントとホストのＬＵＭＯの関係が重要であり、少なくとも２種のＬＵＭＯの異なるドーパントを含み、該少なくとも２種のドーパントのＬＵＭＯの差（ＬＵＭＯ（Ｄ１）とＬＵＭＯ（Ｄ２）との差）の絶対値が０．１０ｅＶ以上で１．００ｅＶ以下であることにより、電子の注入が分散して起きることが分かった。
発光層の膜厚方向において、陰極側より注入された電子は陰極側のほうで存在確率が高く、陽極側に向けて（陽極に近づくにつれて）確率が低減する。この存在確率が高いと、いずれのドーパントにも電子が注入され、存在確率が低いと、主としてＬＵＭＯの低いほうのドーパントにしか電子が注入されない。したがって、ドーパントとホストのＬＵＭＯの関係を制御すれば、電子の注入位置を分散させうると推測している（しかし、その詳細は不明である。）。
ＬＵＭＯの差の絶対値が０．１０ｅＶより小さい場合には、前記のような電子注入を分散させる効果が小さく、発光効率を高める効果が殆ど無かった。他方、ＬＵＭＯの差の絶対値が１．００ｅＶより大きい場合には、ほとんどの電子がＬＵＭＯの小さいドーパントに注入されてしまい、分散させる効果が小さいため、発光効率を高める効果が殆ど無かった。
なお、ドーパントのＬＵＭＯの差の絶対値は、好ましくは０．１０ｅＶ以上で０．６ｅＶ以下であるのがよい。
さらに、かかる少なくとも２種のドーパントは好ましくは互いに同色を呈する材料で構成されるのがよく、より好ましくはいずれも青色を呈する材料で構成されるのがよい。
（１．３）再結合領域
発光層全体の領域のうち、発光に寄与する領域（再結合領域）は、ΔＰＬ／ΔＥＬの値を算出してその算出結果から当該領域の広狭を推測することができる。
ΔＥＬ、ΔＰＬはそれぞれ駆動前後のエレクトロルミネッセンス（ＥＬ）、フォトルミネッセンス（ＰＬ）の強度減衰率を表し、以下の式で表すことができる。
ΔＥＬ＝１−［ＥＬ（駆動後）／ＥＬ（駆動前）］
ΔＰＬ＝１−［ＰＬ（駆動後）／ＰＬ（駆動前）］
ＥＬ駆動では再結合領域でのみ発光が起きるのに対し、ＰＬ駆動では素子全体に光照射が行われるため発光は発光層の膜厚方向全体（層厚方向全体）で起きると考えられる。この測定条件として、ＰＬ駆動後のＰＬの値は、有機ＥＬ素子を、発光輝度が初期輝度から約半分になるまで駆動させた後（ΔＥＬが約０．５）の状態で測定する。ここでΔＰＬは発光層全体に対する再結合領域を表していることから、ΔＰＬ／ΔＥＬが小さい場合には発光に寄与する再結合領域が狭いと推測され、ΔＰＬ／ΔＥＬが大きい場合には発光に寄与する再結合領域が広いと推測される。
これらを模式的に説明すると下記のとおりである。
図１は発光層（１）における層厚方向の各領域を示す模式図であり、同図中の左右方向が層厚方向に対応している。
図１Ａに示すとおり、発光層１は、発光に寄与する領域（再結合領域１０）と、発光に寄与しない領域１２とに、区画される。
したがって、「駆動前のＥＬ」は再結合領域１０が測定対象となる。
他方、上記のとおり、ＰＬ駆動では素子全体に光照射がおこなわれるため、「駆動前のＰＬ」は、発光層全体を表す領域２０が測定対象となる。
その後、発光輝度が初期輝度からその約半分になるまでＥＬ駆動させると（ΔＥＬが約０．５）、図１Ｂに示すとおり、再結合領域１０中の約半分の領域で発光しなくなると考えられ、これを模式的に表現すると再結合領域１０中に非発光領域１６が形成されているように考えられる。
したがって、「駆動後のＥＬ」は、再結合領域１０から非発光領域１６を差し引いた領域１８が測定対象となる。
他方、「駆動後のＰＬ」は、再結合領域１０中に非発光領域１６が形成されたことに伴い、発光層全体を表す領域２０から非発光領域１６を差し引いた残りの領域２２が測定対象となる。
ΔＰＬ／ΔＥＬが小さい場合、ΔＥＬが約０．５で固定されるため、「ΔＰＬ」が小さいことになる。ΔＰＬが小さい場合、「１−［ＰＬ（駆動後）／ＰＬ（駆動前）］」が小さいことになる。｛１−［ＰＬ（駆動後）／ＰＬ（駆動前）｝が小さい場合、駆動前のＰＬは発光層全体の領域２０が測定対象となり固定されるため、「ＰＬ（駆動後）」が大きいことになる。ＰＬ（駆動後）が大きい場合、駆動後のＰＬは領域２２が測定対象となることから、領域２２の領域が広いことにつながる。
したがって、ΔＰＬ／ΔＥＬが小さい場合は領域２２の領域が広くなり、図１Ｃに示すとおり、もとの再結合領域１０は「狭い」と結論付けることができる。逆に、ΔＰＬ／ΔＥＬが大きい場合は領域２２の領域が狭くなり、図１Ｄに示すとおり、もとの再結合領域１０は「広い」と結論付けることができる。
（１．４）正孔移動度と電子移動度
正孔移動度とは、薄膜中の正孔の平均走行速度は電界に比例して増加するが、このときの正孔に対する比例係数のことを正孔移動度という。
同じく、電子移動度とは、薄膜中での電子の平均走行速度は電界に比例して増加するが、このときの電子に対する比例係数のことを電子移動度という。
本発明における最良の態様のひとつとして、ホスト材料の電子移動度μｅとホスト材料の正孔移動度μｈとの関係が、条件式（ｉｉｉ）を満たすことが望ましい。
μｅ＞μｈ … （ｉｉｉ）
条件式（ｉｉｉ）より、ホスト材料の電子移動度μｅが正孔移動度μｈより大きいと、正孔輸送層からホスト材料へ注入された正孔は陰極側へと移動することができず、ドーパント材料にトラップされ、電子がドーパント材料に注入されたときに発光が起こることになる。
電子の注入はドーパントとホストのＬＵＭＯの関係が重要となる。
ドーパントのＬＵＭＯがホストのＬＵＭＯより大きい場合、その差が小さいほどドーパントに電子が注入されやすく、ドーパントのＬＵＭＯがホストのＬＵＭＯより小さい場合、その差が大きいほどドーパントに電子が注入されやすい。
このとき電子輸送層からホストに注入された電子はより陽極側へ移動してからドーパントに注入されることにより発光が起きるために、図２の実線部に示すとおり、電子濃度は陰極側が高く、陽極側が低いという傾斜ができる。本発明においては、ＬＵＭＯの異なるドーパントを使用しているため、電子がドーパントへ注入される確率が異なり、発光層の膜厚方向（層厚方向）で電子が注入される領域が異なる。膜厚方向での電子濃度の傾斜を持つことで分布による注入確率の偏在の影響があると推測しているが、詳細は不明である。
このようなことから、本発明の好ましい態様では、意図的に条件式（ｉｉｉ）を充足させて陽極側で電子密度を増大させ（図２の点線部参照）、電子がドーパントに注入される確率を高めている。
正孔移動度および電子移動度はタイムオブフライト（Ｔ．Ｏ．Ｆ）法により以下のように測定する。測定には例えばオプテル社製ＴＯＦ−３０１を用いることができ、測定したい材料の薄膜をＩＴＯ半透明電極および金属電極間に形成した試料に対し、ＩＴＯ側から照射したパルス波によって、生成したシート状キャリアの過渡電流特性より正孔移動度、電子移動度が求められる。
（２）構成材料
（２．１）ホスト化合物
本発明に係る有機ＥＬ素子の発光層に含有されるホスト化合物としては、室温（２５℃）における燐光発光の燐光量子収率が０．１未満の化合物が好ましい。更に好ましくは燐光量子収率が０．０１未満である。また、発光層に含有される化合物の中で、その層中での体積比が５０％以上であることが好ましい。
ホスト化合物としては、公知のホスト化合物を単独で用いてもよく、または複数種併用して用いてもよい。ホスト化合物を複数種用いることで、電荷の移動を調整することが可能であり、有機ＥＬ素子を高効率化することができる。また、後述する発光材料を複数種用いることで異なる発光を混ぜることが可能となり、これにより任意の発光色を得ることができる。
本発明に用いられるホスト化合物としては、従来公知の低分子化合物でも、繰り返し単位をもつ高分子化合物でもよく、ビニル基やエポキシ基のような重合性基を有する低分子化合物（蒸着重合性発光ホスト）でもいい。
公知のホスト化合物としては、正孔輸送能、電子輸送能を有しつつ、且つ発光の長波長化を防ぎ、なお且つ高Ｔｇ（ガラス転移温度）である化合物が好ましい。ここで、ガラス転移点（Ｔｇ）とは、ＤＳＣ（Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｃｏｌｏｒｉｍｅｔｒｙ：示差走査熱量法）を用いて、ＪＩＳ−Ｋ−７１２１に準拠した方法により求められる値である。
公知のホスト化合物の具体例としては、以下の文献に記載されている化合物が挙げられる。例えば、特開２００１−２５７０７６号公報、同２００２−３０８８５５号公報、同２００１−３１３１７９号公報、同２００２−３１９４９１号公報、同２００１−３５７９７７号公報、同２００２−３３４７８６号公報、同２００２−８８６０号公報、同２００２−３３４７８７号公報、同２００２−１５８７１号公報、同２００２−３３４７８８号公報、同２００２−４３０５６号公報、同２００２−３３４７８９号公報、同２００２−７５６４５号公報、同２００２−３３８５７９号公報、同２００２−１０５４４５号公報、同２００２−３４３５６８号公報、同２００２−１４１１７３号公報、同２００２−３５２９５７号公報、同２００２−２０３６８３号公報、同２００２−３６３２２７号公報、同２００２−２３１４５３号公報、同２００３−３１６５号公報、同２００２−２３４８８８号公報、同２００３−２７０４８号公報、同２００２−２５５９３４号公報、同２００２−２６０８６１号公報、同２００２−２８０１８３号公報、同２００２−２９９０６０号公報、同２００２−３０２５１６号公報、同２００２−３０５０８３号公報、同２００２−３０５０８４号公報、同２００２−３０８８３７号公報等が挙げられる。
（２．２）発光材料
本発明に係る発光材料としては、下記の一般式（１）または一般式（２）で表される化合物（リン光ドーパント）が用いられる。
（２．２．１）一般式（１）で表される化合物
Figure 0006197650
一般式（１）中、「環Ａ」および「環Ｂ」は５員または６員の芳香族炭化水素環または芳香族複素環を表し、「Ａｒ」は芳香族炭化水素環、芳香族複素環、非芳香族炭化水素環または非芳香族複素環を表す。
一般式（１）中、「Ｒ１」および「Ｒ２」はそれぞれ独立に、水素原子、ハロゲン原子、シアノ基、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アルコキシ基、アミノ基、シリル基、アリールアルキル基、アリール基、ヘテロアリール基、非芳香族炭化水素環基または非芳香族複素環基を表し、さらに置換基を有していてもよい。
一般式（１）中、「Ｒａ」、「Ｒｂ」および「Ｒｃ」はそれぞれ独立に、水素原子、ハロゲン原子、シアノ基、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アルコキシ基、アミノ基、シリル基、アリールアルキル基、アリール基、ヘテロアリール基、非芳香族炭化水素環基または非芳香族複素環基を表し、さらに置換基を有していてもよい。
一般式（１）中、「ｎａ」および「ｎｃ」は１または２を表し、「ｎｂ」は１〜４の整数を表す。
一般式（１）中、「Ｌ’」はＭに配位したモノアニオン性の二座配位子のうちの１つまたは複数であり、「Ｍ」は原子番号４０以上でかつ元素周期表における８〜１０族の遷移金属原子を表し、「ｍ’」は０〜２の整数を表し、「ｎ’」は少なくとも１であり、「ｍ’＋ｎ’」は２または３である。
一般式（１）において、Ｌ’で表されるＭに配位したモノアニオン性の二座配位子の具体例としては、下記式の配位子等が挙げられる。
Figure 0006197650
これら式中、「Ｒｄ’」「Ｒｄ”」および「Ｒｄ’”」は水素原子または置換基を表し、Ｒｄ’、Ｒｄ”及びＲｄ’”で表される置換基としては、他の基との連結部位、水素原子または置換基を表し、ＣＲ”が複数ある場合、各々のＣＲ”は同じでも異なっていても良く、また複数のＲ”が互いに結合して環を形成してもよい。
Ｒｄ’、Ｒｄ”及びＲｄ’”で表される置換基で表される置換基としては、例えばアルキル基（例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ｔｅｒｔ−ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、オクチル基、ドデシル基、トリデシル基、テトラデシル基、ペンタデシル基等）、アルケニル基（例えば、ビニル基、アリル基等）、アルキニル基（例えば、エチニル基、プロパルギル基等）、非芳香族炭化水素環基（例えば、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）、シクロアルコキシ基（例えば、シクロペンチルオキシ基、シクロヘキシルオキシ基等）、シクロアルキルチオ基（例えば、シクロペンチルチオ基、シクロヘキシルチオ基等）、テトラヒドロナフタレン環、9,10-ジヒドロアントラセン環、ビフェニレン環等から導出される一価の基）、非芳香族複素環基（例えば、エポキシ環、アジリジン環、チイラン環、オキセタン環、アゼチジン環、チエタン環、テトラヒドロフラン環、ジオキソラン環、ピロリジン環、ピラゾリジン環、イミダゾリジン環、オキサゾリジン環、テトラヒドロチオフェン環、スルホラン環、チアゾリジン環、ε−カプロラクトン環、ε−カプロラクタム環、ピペリジン環、ヘキサヒドロピリダジン環、ヘキサヒドロピリミジン環、ピペラジン環、モルホリン環、テトラヒドロピラン環、１，３−ジオキサン環、１，４−ジオキサン環、トリオキサン環、テトラヒドロチオピラン環、チオモルホリン環、チオモルホリン−１，１−ジオキシド環、ピラノース環、ジアザビシクロ［２，２，２］−オクタン環、フェノキサジン環、フェノチアジン環、オキサントレン環、チオキサンテン環、フェノキサチイン環等から導出される一価の基）、芳香族炭化水素基（例えば、ベンゼン環、ビフェニル環、ナフタレン環、アズレン環、アントラセン環、フェナントレン環、ピレン環、クリセン環、ナフタセン環、トリフェニレン環、ｏ−テルフェニル環、ｍ−テルフェニル環、ｐ−テルフェニル環、アセナフテン環、コロネン環、フルオレン環、フルオラントレン環、ナフタセン環、ペンタセン環、ペリレン環、ペンタフェン環、ピセン環、ピレン環、ピラントレン環、アンスラアントレン環等から導出される一価の基）、芳香族複素環基（例えば、シロール環、フラン環、チオフェン環、オキサゾール環、ピロール環、ピリジン環、ピリダジン環、ピリミジン環、ピラジン環、トリアジン環、オキサジアゾール環、トリアゾール環、イミダゾール環、ピラゾール環、チアゾール環、インドール環、ベンズイミダゾール環、ベンズチアゾール環、ベンズオキサゾール環、キノキサリン環、キナゾリン環、フタラジン環、チエノチオフェン環、カルバゾール環、アザカルバゾール環（カルバゾール環を構成する炭素原子の任意の一つ以上が窒素原子で置き換わったものを表す）、ジベンゾシロール環、ジベンゾフラン環、ジベンゾチオフェン環、ベンゾチオフェン環やジベンゾフラン環を構成する炭素原子の任意の一つ以上が窒素原子で置き換わった環、ベンゾジフラン環、ベンゾジチオフェン環、アクリジン環、ベンゾキノリン環、フェナジン環、フェナントリジン環、フェナントロリン環、サイクラジン環、キンドリン環、テペニジン環、キニンドリン環、トリフェノジチアジン環、トリフェノジオキサジン環、フェナントラジン環、アントラジン環、ペリミジン環、ナフトフラン環、ナフトチオフェン環、ナフトジフラン環、ナフトジチオフェン環、アントラフラン環、アントラジフラン環、アントラチオフェン環、アントラジチオフェン環、チアントレン環、フェノキサチイン環、ジベンゾカルバゾール環、インドロカルバゾール環、ジチエノベンゼン環等から導出される一価の基）、アルコキシ基（例えば、メトキシ基、エトキシ基、プロピルオキシ基、ペンチルオキシ基、ヘキシルオキシ基、オクチルオキシ基、ドデシルオキシ基等）、アリールオキシ基（例えば、フェノキシ基、ナフチルオキシ基等）、アルキルチオ基（例えば、メチルチオ基、エチルチオ基、プロピルチオ基、ペンチルチオ基、ヘキシルチオ基、オクチルチオ基、ドデシルチオ基等）、アリールチオ基（例えば、フェニルチオ基、ナフチルチオ基等）、アルコキシカルボニル基（例えば、メチルオキシカルボニル基、エチルオキシカルボニル基、ブチルオキシカルボニル基、オクチルオキシカルボニル基、ドデシルオキシカルボニル基等）、アリールオキシカルボニル基（例えば、フェニルオキシカルボニル基、ナフチルオキシカルボニル基等）、スルファモイル基（例えば、アミノスルホニル基、メチルアミノスルホニル基、ジメチルアミノスルホニル基、ブチルアミノスルホニル基、ヘキシルアミノスルホニル基、シクロヘキシルアミノスルホニル基、オクチルアミノスルホニル基、ドデシルアミノスルホニル基、フェニルアミノスルホニル基、ナフチルアミノスルホニル基、２−ピリジルアミノスルホニル基等）、アシル基（例えば、アセチル基、エチルカルボニル基、プロピルカルボニル基、ペンチルカルボニル基、シクロヘキシルカルボニル基、オクチルカルボニル基、２−エチルヘキシルカルボニル基、ドデシルカルボニル基、フェニルカルボニル基、ナフチルカルボニル基、ピリジルカルボニル基等）、アシルオキシ基（例えば、アセチルオキシ基、エチルカルボニルオキシ基、ブチルカルボニルオキシ基、オクチルカルボニルオキシ基、ドデシルカルボニルオキシ基、フェニルカルボニルオキシ基等）、アミド基（例えば、メチルカルボニルアミノ基、エチルカルボニルアミノ基、ジメチルカルボニルアミノ基、プロピルカルボニルアミノ基、ペンチルカルボニルアミノ基、シクロヘキシルカルボニルアミノ基、２−エチルヘキシルカルボニルアミノ基、オクチルカルボニルアミノ基、ドデシルカルボニルアミノ基、フェニルカルボニルアミノ基、ナフチルカルボニルアミノ基等）、カルバモイル基（例えば、アミノカルボニル基、メチルアミノカルボニル基、ジメチルアミノカルボニル基、プロピルアミノカルボニル基、ペンチルアミノカルボニル基、シクロヘキシルアミノカルボニル基、オクチルアミノカルボニル基、２−エチルヘキシルアミノカルボニル基、ドデシルアミノカルボニル基、フェニルアミノカルボニル基、ナフチルアミノカルボニル基、２−ピリジルアミノカルボニル基等）、ウレイド基（例えば、メチルウレイド基、エチルウレイド基、ペンチルウレイド基、シクロヘキシルウレイド基、オクチルウレイド基、ドデシルウレイド基、フェニルウレイド基、ナフチルウレイド基、２−ピリジルアミノウレイド基等）、スルフィニル基（例えば、メチルスルフィニル基、エチルスルフィニル基、ブチルスルフィニル基、シクロヘキシルスルフィニル基、２−エチルヘキシルスルフィニル基、ドデシルスルフィニル基、フェニルスルフィニル基、ナフチルスルフィニル基、２−ピリジルスルフィニル基等）、アルキルスルホニル基（例えば、メチルスルホニル基、エチルスルホニル基、ブチルスルホニル基、シクロヘキシルスルホニル基、２−エチルヘキシルスルホニル基、ドデシルスルホニル基等）、アリールスルホニル基またはヘテロアリールスルホニル基（例えば、フェニルスルホニル基、ナフチルスルホニル基、２−ピリジルスルホニル基等）、アミノ基（例えば、アミノ基、エチルアミノ基、ジメチルアミノ基、ブチルアミノ基、シクロペンチルアミノ基、２−エチルヘキシルアミノ基、ドデシルアミノ基、アニリノ基、ナフチルアミノ基、２−ピリジルアミノ基等）、ハロゲン原子（例えば、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、フッ化炭化水素基（例えば、フルオロメチル基、トリフルオロメチル基、ペンタフルオロエチル基、ペンタフルオロフェニル基等）、シアノ基、ニトロ基、ヒドロキシ基、メルカプト基、シリル基（例えば、トリメチルシリル基、トリイソプロピルシリル基、トリフェニルシリル基、フェニルジエチルシリル基等）、ホスホノ基等が挙げられる。
一般式（１）において、Ｍは、原子番号４０以上且つ元素周期表における８〜１０族の遷移金属原子が用いられるが、中でもＯｓ、Ｉｒ、Ｐｔが好ましく、さらにＩｒが好ましい。
一般式（１）において、ｍ’は０〜２の整数を表し、ｎ’は少なくとも１であり、ｍ’＋ｎ’は２または３を表す。好ましくはｎ’が３又は２、且つｍ’が０である。
本発明に係る一般式（１）で表される化合物は、国際公開２００６−１２１８１１号等に記載の公知の方法を参照することにより合成可能である。
本発明に係る一般式（１）で表される化合物は、国際公開２００６−１２１８１１号等に記載の公知の方法を参照することにより合成可能である。
以下に、本発明において、好ましく用いることのできるドーパント化合物の具体例を挙げるが、本発明はこれらに限定されない。
Figure 0006197650
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Figure 0006197650
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（２．２．２）一般式（２）で表される化合物
Figure 0006197650
一般式（２）中、「Ｖ」は三価の連結基を表し、Ｌ１〜Ｌ３の各々と共有結合してＩｒの多座配位子を表すが、好ましくは、以下の構造のものを表す。（＊はＬ１〜Ｌ３との結合部分を表し、ｎは１〜２を表す。）
Figure 0006197650
「Ｌ１〜Ｌ３」は、各々前記一般式（II）で表され、Ｘ５とＩｒが配位結合を形成し、Ｘ７とＩｒが共有結合を形成している。
Figure 0006197650
前記一般式（II）において、Ｒ１は炭素数７以上の置換アリール基を表し、Ｘ１〜Ｘ５は含窒素複素環を形成する原子群であり、炭素原子又は窒素原子から選ばれ、Ｘ４とＸ５のうち少なくとも一つは窒素原子を表し、好ましくはイミダゾール、ピラゾール、トリアゾール環を表す。より好ましくは、イミダゾール環を表す。
Ｘ６〜Ｘ１１は芳香族５員環又は芳香族６員環を形成する原子群であり、炭素原子又は窒素原子から選ばれる。芳香族５員環としては、好ましくはチオフェン環、イミダゾール環、ピラゾール環、トリアゾール環が挙げられ、芳香族６員環としてはベンゼン環、ピリジン環が挙げられ、好ましくはベンゼン環を表す。これらＸ６〜Ｘ１１で表される芳香族５員環又は芳香族６員環は更に置換基を有していてもよく、それらの置換基が結合して縮合環を形成しても良い。
置換基としては、アルキル基（メチル基、エチル基、トリフルオロメチル基、イソプロピル基等）、アルコキシ基（メトキシ基、エトキシ基等）、ハロゲン原子（フッ素原子等）、シアノ基、ニトロ基、ジアルキルアミノ基（ジメチルアミノ基等）、トリアルキルシリル基（トリメチルシリル等）、トリアリールシリル基（トリフェニルシリル基等）、トリヘテロアリールシリル基（トリピリジルシリル基等）、ベンジル基、アリール基（フェニル基等）、ヘテロアリール基（ピリジル基、カルバゾリル基等）が挙げられ、縮合環としては、９，９′−ジメチルフルオレン、カルバゾール、ジベンゾフラン等が挙げられる。Ｒ１は炭素数７以上の置換又は無置換のアリール基を表し、アリール基としては、フェニル基、ナフチル基、ビフェニル基、ターフェニル基が挙げられ、フェニル基が好ましい。フェニル基に置換する置換基としては、アルキル基（メチル基、エチル基、トリフルオロメチル基、イソプロピル基等）、アルコキシ基（メトキシ基、エトキシ基等）、ハロゲン原子（フッ素原子等）、シアノ基、ニトロ基、ジアルキルアミノ基（ジメチルアミノ基等）、トリアルキルシリル基（トリメチルシリル等）、トリアリールシリル基（トリフェニルシリル基等）、トリヘテロアリールシリル基（トリピリジルシリル基等）、ベンジル基、アリール基（フェニル基等）、ヘテロアリール基（ピリジル基、カルバゾリル基等）が挙げられ、アルキル基、アリール基が好ましい。
前記一般式（II）は好ましくは前記一般式（III）〜一般式（VII）で表される。
Figure 0006197650
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Figure 0006197650
Figure 0006197650
Figure 0006197650
一般式（III）において、Ｒ１及びＸ６〜Ｘ１１で表される原子群は、上述した一般式（２）のそれと同義である。Ｒ２，Ｒ３は各々水素原子又は置換基を表し、置換基としては、前記一般式（２）のＸ６〜Ｘ１１で表される原子群が有していてもよい置換基と同様のものが挙げられる。
前記一般式（III）は好ましくは下記一般式（VIII）で表される。
Figure 0006197650
一般式（VIII）において、Ｒａ及びＲｄは各々置換基を表し、前記一般式（２）のＸ６〜Ｘ１１で表される原子群が有していてもよい置換基と同様のものが挙げられる。Ｒａは好ましくはアルキル基（メチル基、エチル基、イソプロピル基等）、又はシクロアルキル基（シクロヘキシル基等）、アリール基（フェニル基等）が挙げられる。ｎｄは０〜４の整数を表す。Ｘ６〜Ｘ１１で表される原子群及びＲ２，Ｒ３は各々水素原子又は置換基を表し、前記一般式（２）のＸ６〜Ｘ１１で表される原子群が有していてもよい置換基と同様のものが挙げられる。
前記一般式（VIII）はより好ましくは下記一般式（IX）で表される。
Figure 0006197650
一般式（IX）において、Ｒｂ、Ｒｃ及びＲｄは各々置換基を表し、前記一般式（２）のＸ６〜Ｘ１１で表される原子群が有していてもよい置換基と同様のものが挙げられる。Ｒｄ及びＲｃは好ましくはアルキル基（メチル基、エチル基、イソプロピル基等）、又はシクロアルキル基（シクロヘキシル基等）、アリール基（フェニル基等）が挙げられる。ｎｄは０〜３の整数を表す。Ｘ６〜Ｘ１１で表される原子群及びＲ２，Ｒ３は各々水素原子又は置換基を表し、前記一般式（２）のＸ６〜Ｘ１１で表される原子群が有していてもよい置換基と同様のものが挙げられる。
前記一般式（IX）はより好ましくは下記一般式（Ｘ）で表される。
Figure 0006197650
一般式（Ｘ）において、Ｒｂ及びＲｃは一般式（IX）のそれと同義である。Ｒｅは置換基を表し、置換基としては、前記一般式（２）のＸ６〜Ｘ１１で表される原子群が有していてもよい置換基と同様のものが挙げられる。ｎｅは０〜２の整数を表す。Ｘ６〜Ｘ１１で表される原子群及びＲ２，Ｒ３は一般式（IX）のそれと同義のものを表す。Ａｒはアリール基（フェニル基、ナフチル基、ビフェニル基、ターフェニル基等）、ヘテロアリール基（ピリジル基、カルバゾリを表し、好ましくはフェニル基を表す。
前記一般式（Ｘ）はさらに好ましくは下記一般式（XI）で表される。
Figure 0006197650
一般式（XI）において、Ｒｂ、Ｒｃ及びＲｅは一般式（IX）のそれと同義である。ｎｅは０〜２の整数を表す。Ｒ２，Ｒ３は一般式（IX）のそれと同義のものを表す。Ａｒはアリール基（フェニル基、ナフチル基、ビフェニル基、ターフェニル基等）、ヘテロアリール基（ピリジル基、カルバゾリを表し、好ましくはフェニル基を表す。Ｒｆは置換基を表し、置換基としては、前記一般式（２）のＸ６〜Ｘ１１で表される原子群が有していてもよい置換基と同様のものが挙げられる。ｎｆは０〜３の整数を表す。
一般式（IV）において、Ｒ１及びＸ６〜Ｘ１１で表される原子群は、上述した一般式（２）のそれと同義である。Ｒ２，Ｒ３は各々水素原子又は置換基を表し、置換基としては、前記一般式（２）のＸ６〜Ｘ１１で表される原子群が有していてもよい置換基と同様のものが挙げられる。
一般式（Ｖ）において、Ｒ１及びＸ６〜Ｘ１１で表される原子群は、上述した一般式（２）のそれと同義である。Ｒ２，Ｒ３は各々水素原子又は置換基を表し、置換基としては、前記一般式（２）のＸ６〜Ｘ１１で表される元素群が有していてもよい置換基と同様のものが挙げられる。
一般式（VI）において、Ｒ１及びＸ６〜Ｘ１１で表される元素群は、上述した一般式（２）のそれと同義である。Ｒ２は各々水素原子又は置換基を表し、置換基としては、前記一般式（２）のＸ６〜Ｘ１１で表される原子群が有していてもよい置換基と同様のものが挙げられる。
一般式（VII）において、Ｒ１及びＸ６〜Ｘ１１で表される原子群は、上述した一般式（２）のそれと同義である。Ｒ２は各々水素原子又は置換基を表し、置換基としては、前記一般式（２）のＸ６〜Ｘ１１で表される元素群が有していてもよい置換基と同様のものが挙げられる。
以下、本発明の前記一般式のいずれかで表されるオルトメタルイリジウム錯体の具体例を以下に示すが本発明はこれらに限定されない。
これらの金属錯体は、例えば、米国特許出願公開第２０１０／１７６３９０号明細書、国際公開第２００７／９７１４９号などを参考に合成できる。また更にこれらの文献中に記載の参考文献等の方法を適用することにより合成できる。
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《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、上記の如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。
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。
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。
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。
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〜５μｍの範囲が好ましい。
《阻止層：正孔阻止層、電子阻止層》
阻止層は、上記の如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号公報、同１１−２０４３５９号公報、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。
正孔阻止層とは広い意味では電子輸送層の機能を有し、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正孔阻止材料からなり、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。また、後述する電子輸送層の構成を必要に応じて、本発明に係わる正孔阻止層として用いることができる。
本発明の有機ＥＬ素子の正孔阻止層は、発光層に隣接して設けられていることが好ましい。
正孔阻止層には、前述のホスト化合物として挙げたアザカルバゾール誘導体を含有することが好ましい。
また、本発明においては、複数の発光色の異なる複数の発光層を有する場合、その発光極大波長が最も短波にある発光層が、全発光層中、最も陽極に近いことが好ましいが、このような場合、該最短波層と該層の次に陽極に近い発光層との間に正孔阻止層を追加して設けることが好ましい。更には、該位置に設けられる正孔阻止層に含有される化合物の５０質量％以上が、前記最短波発光層のホスト化合物に対しそのイオン化ポテンシャルが０．３ｅＶ以上大きいことが好ましい。
イオン化ポテンシャルは化合物のＨＯＭＯ（最高被占分子軌道）レベルにある電子を真空準位に放出するのに必要なエネルギーで定義され、例えば下記に示すような方法により求めることができる。
（１）米国Ｇａｕｓｓｉａｎ社製の分子軌道計算用ソフトウェアであるＧａｕｓｓｉａｎ９８（Ｇａｕｓｓｉａｎ９８、Ｒｅｖｉｓｉｏｎ Ａ．１１．４，Ｍ．Ｊ．Ｆｒｉｓｃｈ，ｅｔ ａｌ，Ｇａｕｓｓｉａｎ，Ｉｎｃ．，Ｐｉｔｔｓｂｕｒｇｈ ＰＡ，２００２．）を用い、キーワードとしてＢ３ＬＹＰ／６−３１Ｇ＊を用いて構造最適化を行うことにより算出した値（ｅＶ単位換算値）の小数点第２位を四捨五入した値としてイオン化ポテンシャルを求めることができる。この計算値が有効な背景には、この手法で求めた計算値と実験値の相関が高いためである。
（２）イオン化ポテンシャルは光電子分光法で直接測定する方法により求めることもできる。例えば、理研計器社製の低エネルギー電子分光装置「Ｍｏｄｅｌ ＡＣ−１」を用いて、あるいは紫外光電子分光として知られている方法を好適に用いることができる。
一方、電子阻止層とは広い意味では正孔輸送層の機能を有し、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。また、後述する正孔輸送層の構成を必要に応じて電子阻止層として用いることができる。
本発明に係る正孔阻止層、電子輸送層の膜厚としては、好ましくは３ｎｍ〜１００ｎｍであり、更に好ましくは５ｎｍ〜３０ｎｍである。
《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正孔輸送材料からなり、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。正孔輸送層は単層または複数層設けることができる。
正孔輸送材料としては、正孔の注入または輸送、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。
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３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３級アミン化合物を用いることが好ましい。
芳香族第３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、更には米国特許第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。
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。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。
また、特開平１１−２５１０６７号公報、Ｊ．Ｈｕａｎｇ ｅｔ．ａｌ．著文献（Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ ８０（２００２），ｐ．１３９）に記載されているような、所謂ｐ型正孔輸送材料を用いることもできる。本発明においては、より高効率の発光素子が得られることからこれらの材料を用いることが好ましい。
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、インクジェット法を含む印刷法、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５ｎｍ〜５μｍ程度、好ましくは５ｎｍ〜２００ｎｍである。この正孔輸送層は上記材料の１種または２種以上からなる一層構造であってもよい。
また、不純物をドープしたｐ性の高い正孔輸送層を用いることもできる。その例としては、特開平４−２９７０７６号公報、特開２０００−１９６１４０号公報、同２００１−１０２１７５号公報の各公報、Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，９５，５７７３（２００４）等に記載されたものが挙げられる。
本発明においては、このようなｐ性の高い正孔輸送層を用いることが、より低消費電力の素子を作製することができるため好ましい。
《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。電子輸送層は単層または複数層設けることができる。
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、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、例えば、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等が挙げられる。更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。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。
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）等、及びこれらの金属錯体の中心金属がＩｎ、Ｍｇ、Ｃｕ、Ｃａ、Ｓｎ、Ｇａまたは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、メタルフリーもしくはメタルフタロシアニン、またはそれらの末端がアルキル基やスルホン酸基等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等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。
電子輸送層は上記電子輸送材料を、例えば、真空蒸着法、スピンコート法、キャスト法、インクジェット法を含む印刷法、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。電子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、好ましくは５ｎｍ〜２００ｎｍである。電子輸送層は上記材料の１種または２種以上からなる一層構造であってもよい。
また、不純物をドープしたｎ性の高い電子輸送層を用いる。その例としては、特開平４−２９７０７６号公報、同１０−２７０１７２号公報、特開２０００−１９６１４０号公報、同２００１−１０２１７５号公報、Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，９５，５７７３（２００４）等に記載されたものが挙げられる。
本発明においては、このようなｎ性の高い電子輸送層を用いることがより低消費電力の素子を作製することができるため好ましい。
《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。あるいは、有機導電性化合物のように塗布可能な物質を用いる場合には、印刷方式、コーティング方式等湿式成膜法を用いることもできる。
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。更に膜厚は材料にもよるが、通常１０ｎｍ〜１０００ｎｍ、好ましくは１０ｎｍ〜２００ｎｍの範囲で選ばれる。
《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〜５μｍ、好ましくは５０ｎｍ〜２００ｎｍの範囲で選ばれる。尚、発光した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。
また、陰極に上記金属を１ｎｍ〜２０ｎｍの膜厚で作製した後に、陽極の説明で挙げた導電性透明材料をその上に作製することで、透明または半透明の陰極を作製することができ、これを応用することで陽極と陰極の両方が透過性を有する素子を作製することができる。
《支持基板》
本発明の有機ＥＬ素子に用いることのできる支持基板（以下、基体、基板、基材、支持体等とも言う）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、また透明であっても不透明であってもよい。支持基板側から光を取り出す場合には、支持基板は透明であることが好ましい。好ましく用いられる透明な支持基板としては、ガラス、石英、透明樹脂フィルムを挙げることができる。特に好ましい支持基板は、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。
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）等のポリエステル、ポリエチレン、ポリプロピレン、セロファン、セルロースジアセテート、セルローストリアセテート、セルロースアセテートブチレート、セルロースアセテートプロピオネート（ＣＡＰ）、セルロースアセテートフタレート（ＴＡＣ）、セルロースナイトレート等のセルロースエステル類またはそれらの誘導体、ポリ塩化ビニリデン、ポリビニルアルコール、ポリエチレンビニルアルコール、シンジオタクティックポリスチレン、ポリカーボネート、ノルボルネン樹脂、ポリメチルペンテン、ポリエーテルケトン、ポリイミド、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、ポリフェニレンスルフィド、ポリスルホン類、ポリエーテルイミド、ポリエーテルケトンイミド、ポリアミド、フッ素樹脂、ナイロン、ポリメチルメタクリレート、アクリルあるいはポリアリレート類、アートン（商品名ＪＳＲ社製）あるいはアペル（商品名三井化学社製）といったシクロオレフィン系樹脂等を挙げられる。
樹脂フィルムの表面には、無機物、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く、水蒸気透過度が０．０１ｇ／ｍ２／日・ａｔｍ以下のバリア性フィルムであることが好ましく、更には酸素透過度１０−３ｇ／ｍ２／日以下、水蒸気透過度１０−５ｇ／ｍ２／日以下の高バリア性フィルムであることが好ましい。
バリア膜を形成する材料としては、水分や酸素等素子の劣化をもたらすものの浸入を抑制する機能を有する材料であればよく、例えば、酸化珪素、二酸化珪素、窒化珪素等を用いることができる。更に該膜の脆弱性を改良するために、これら無機層と有機材料からなる層の積層構造を持たせることがより好ましい。無機層と有機層の積層順については特に制限はないが、両者を交互に複数回積層させることが好ましい。
バリア膜の形成方法については特に限定はなく、例えば、真空蒸着法、スパッタリング法、反応性スパッタリング法、分子線エピタキシー法、クラスタ−イオンビーム法、イオンプレーティング法、プラズマ重合法、大気圧プラズマ重合法、プラズマＣＶＤ法、レーザーＣＶＤ法、熱ＣＶＤ法、コーティング法等を用いることができるが、特開２００４−６８１４３号公報に記載されているような大気圧プラズマ重合法によるものが特に好ましい。
不透明な支持基板としては、例えば、アルミ、ステンレス等の金属板、フィルムや不透明樹脂基板、セラミック製の基板等が挙げられる。
本発明の有機ＥＬ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５％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。
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、有機ＥＬ素子からの発光色を蛍光体を用いて多色へ変換する色変換フィルターを併用してもよい。色変換フィルターを用いる場合においては、有機ＥＬ素子の発光のλｍａｘは４８０ｎｍ以下が好ましい。
《封止》
本発明に用いられる封止手段としては、例えば、封止部材と電極、支持基板とを接着剤で接着する方法を挙げることができる。
封止部材としては、有機ＥＬ素子の表示領域を覆うように配置されておればよく、凹板状でも平板状でもよい。また透明性、電気絶縁性は特に問わない。
具体的には、ガラス板、ポリマー板・フィルム、金属板・フィルム等が挙げられる。ガラス板としては、特にソーダ石灰ガラス、バリウム・ストロンチウム含有ガラス、鉛ガラス、アルミノケイ酸ガラス、ホウケイ酸ガラス、バリウムホウケイ酸ガラス、石英等を挙げることができる。また、ポリマー板としては、ポリカーボネート、アクリル、ポリエチレンテレフタレート、ポリエーテルサルファイド、ポリサルフォン等を挙げることができる。金属板としては、ステンレス、鉄、銅、アルミニウム、マグネシウム、ニッケル、亜鉛、クロム、チタン、モリブテン、シリコン、ゲルマニウム及びタンタルからなる群から選ばれる一種以上の金属または合金からなるものが挙げられる。
本発明においては、素子を薄膜化できるということからポリマーフィルム、金属フィルムを好ましく使用することができる。更には、ポリマーフィルムは、ＪＩＳ Ｋ ７１２６−１９８７に準拠した方法で測定された酸素透過度が１×１０−３ｍｌ／ｍ２／２４ｈ以下、ＪＩＳ Ｋ ７１２９−１９９２に準拠した方法で測定された、水蒸気透過度（２５±０．５℃、相対湿度（９０±２）％ＲＨが、１×１０−３ｇ／（ｍ２／２４ｈ）以下のものであることが好ましい。
封止部材を凹状に加工するのは、サンドブラスト加工、化学エッチング加工等が使われる。
接着剤として具体的には、アクリル酸系オリゴマー、メタクリル酸系オリゴマーの反応性ビニル基を有する光硬化及び熱硬化型接着剤、２−シアノアクリル酸エステル等の湿気硬化型等の接着剤を挙げることができる。また、エポキシ系等の熱及び化学硬化型（二液混合）を挙げることができる。また、ホットメルト型のポリアミド、ポリエステル、ポリオレフィンを挙げることができる。また、カチオン硬化タイプの紫外線硬化型エポキシ樹脂接着剤を挙げることができる。
なお、有機ＥＬ素子が熱処理により劣化する場合があるので、室温から８０℃までに接着硬化できるものが好ましい。また、前記接着剤中に乾燥剤を分散させておいてもよい。封止部分への接着剤の塗布は市販のディスペンサーを使ってもよいし、スクリーン印刷のように印刷してもよい。
また、有機層を挟み支持基板と対向する側の電極の外側に該電極と有機層を被覆し、支持基板と接する形で無機物、有機物の層を形成し封止膜とすることも好適にできる。この場合、該膜を形成する材料としては、水分や酸素等素子の劣化をもたらすものの浸入を抑制する機能を有する材料であればよく、例えば、酸化珪素、二酸化珪素、窒化珪素等を用いることができる。更に該膜の脆弱性を改良するために、これら無機層と有機材料からなる層の積層構造を持たせることが好ましい。これらの膜の形成方法については、特に限定はなく、例えば真空蒸着法、スパッタリング法、反応性スパッタリング法、分子線エピタキシー法、クラスタ−イオンビーム法、イオンプレーティング法、プラズマ重合法、大気圧プラズマ重合法、プラズマＣＶＤ法、レーザーＣＶＤ法、熱ＣＶＤ法、コーティング法等を用いることができる。
封止部材と有機ＥＬ素子の表示領域との間隙には、気相及び液相では、窒素、アルゴン等の不活性気体やフッ化炭化水素、シリコンオイルのような不活性液体を注入することが好ましい。また真空とすることも可能である。また、内部に吸湿性化合物を封入することもできる。
吸湿性化合物としては、例えば、金属酸化物（例えば、酸化ナトリウム、酸化カリウム、酸化カルシウム、酸化バリウム、酸化マグネシウム、酸化アルミニウム等）、硫酸塩（例えば、硫酸ナトリウム、硫酸カルシウム、硫酸マグネシウム、硫酸コバルト等）、金属ハロゲン化物（例えば、塩化カルシウム、塩化マグネシウム、フッ化セシウム、フッ化タンタル、臭化セリウム、臭化マグネシウム、沃化バリウム、沃化マグネシウム等）、過塩素酸類（例えば、過塩素酸バリウム、過塩素酸マグネシウム等）等が挙げられ、硫酸塩、金属ハロゲン化物及び過塩素酸類においては無水塩が好適に用いられる。
《保護膜、保護板》
有機層を挟み支持基板と対向する側の前記封止膜、あるいは前記封止用フィルムの外側に、素子の機械的強度を高めるために保護膜、あるいは保護板を設けてもよい。特に封止が前記封止膜により行われている場合には、その機械的強度は必ずしも高くないため、このような保護膜、保護板を設けることが好ましい。
これに使用することができる材料としては、前記封止に用いたのと同様なガラス板、ポリマー板・フィルム、金属板・フィルム等を用いることができるが、軽量且つ薄膜化ということからポリマーフィルムを用いることが好ましい。
《光取り出し》
有機ＥＬ素子は空気よりも屈折率の高い（屈折率が１．７〜２．１程度）層の内部で発光し、発光層で発生した光のうち１５％から２０％程度の光しか取り出せないことが一般的に言われている。これは、臨界角以上の角度θで界面（透明基板と空気との界面）に入射する光は、全反射を起こし素子外部に取り出すことができないことや、透明電極ないし発光層と透明基板との間で光が全反射を起こし、光が透明電極ないし発光層を導波し、結果として光が素子側面方向に逃げるためである。
この光の取り出しの効率を向上させる手法としては、例えば、透明基板表面に凹凸を形成し、透明基板と空気界面での全反射を防ぐ方法（米国特許第４，７７４，４３５号明細書）、基板に集光性を持たせることにより効率を向上させる方法（特開昭６３−３１４７９５号公報）、素子の側面等に反射面を形成する方法（特開平１−２２０３９４号公報）、基板と発光体の間に中間の屈折率を持つ平坦層を導入し、反射防止膜を形成する方法（特開昭６２−１７２６９１号公報）、基板と発光体の間に基板よりも低屈折率を持つ平坦層を導入する方法（特開２００１−２０２８２７号公報）、基板、透明電極層や発光層のいずれかの層間（含む、基板と外界間）に回折格子を形成する方法（特開平１１−２８３７５１号公報）等がある。
本発明においては、これらの方法を本発明の有機ＥＬ素子と組み合わせて用いることができるが、基板と発光体の間に基板よりも低屈折率を持つ平坦層を導入する方法、あるいは基板、透明電極層や発光層のいずれかの層間（含む、基板と外界間）に回折格子を形成する方法を好適に用いることができる。
本発明はこれらの手段を組み合わせることにより、更に高輝度あるいは耐久性に優れた素子を得ることができる。
透明電極と透明基板の間に低屈折率の媒質を光の波長よりも長い厚みで形成すると、透明電極から出てきた光は、媒質の屈折率が低いほど外部への取り出し効率が高くなる。
低屈折率層としては、例えば、エアロゲル、多孔質シリカ、フッ化マグネシウム、フッ素系ポリマー等が挙げられる。透明基板の屈折率は一般に１．５〜１．７程度であるので、低屈折率層は屈折率がおよそ１．５以下であることが好ましい。また、更に１．３５以下であることが好ましい。
また、低屈折率媒質の厚みは媒質中の波長の２倍以上となるのが望ましい。これは低屈折率媒質の厚みが、光の波長程度になってエバネッセントで染み出した電磁波が基板内に入り込む膜厚になると、低屈折率層の効果が薄れるからである。
全反射を起こす界面もしくはいずれかの媒質中に回折格子を導入する方法は、光取り出し効率の向上効果が高いという特徴がある。この方法は回折格子が１次の回折や２次の回折といった所謂ブラッグ回折により、光の向きを屈折とは異なる特定の向きに変えることができる性質を利用して、発光層から発生した光のうち層間での全反射等により外に出ることができない光を、いずれかの層間もしくは、媒質中（透明基板内や透明電極内）に回折格子を導入することで光を回折させ、光を外に取り出そうとするものである。
導入する回折格子は、二次元的な周期屈折率を持っていることが望ましい。これは発光層で発光する光はあらゆる方向にランダムに発生するので、ある方向にのみ周期的な屈折率分布を持っている一般的な１次元回折格子では、特定の方向に進む光しか回折されず、光の取り出し効率がさほど上がらない。しかしながら、屈折率分布を二次元的な分布にすることにより、あらゆる方向に進む光が回折され、光の取り出し効率が上がる。
回折格子を導入する位置としては前述の通り、いずれかの層間もしくは媒質中（透明基板内や透明電極内）でもよいが、光が発生する場所である有機発光層の近傍が望ましい。
このとき、回折格子の周期は媒質中の光の波長の約１／２〜３倍程度が好ましい。
回折格子の配列は正方形のラチス状、三角形のラチス状、ハニカムラチス状等、２次元的に配列が繰り返されることが好ましい。
《集光シート》
本発明の有機ＥＬ素子は基板の光取り出し側に、例えば、マイクロレンズアレイ状の構造を設けるように加工したり、あるいは所謂集光シートと組み合わせることにより、特定方向、例えば、素子発光面に対し正面方向に集光することにより、特定方向上の輝度を高めることができる。
マイクロレンズアレイの例としては、基板の光取り出し側に一辺が３０μｍでその頂角が９０度となるような四角錐を２次元に配列する。一辺は１０μｍ〜１００μｍが好ましい。これより小さくなると回折の効果が発生して色付く、大きすぎると厚みが厚くなり好ましくない。
集光シートとしては、例えば、液晶表示装置のＬＥＤバックライトで実用化されているものを用いることが可能である。このようなシートとして、例えば、住友スリーエム社製輝度上昇フィルム（ＢＥＦ）等を用いることができる。プリズムシートの形状としては、例えば、基材に頂角９０度、ピッチ５０μｍの△状のストライプが形成されたものであってもよいし、頂角が丸みを帯びた形状、ピッチをランダムに変化させた形状、その他の形状であってもよい。
また、発光素子からの光放射角を制御するために、光拡散板・フィルムを集光シートと併用してもよい。例えば、（株）きもと製拡散フィルム（ライトアップ）等を用いることができる。
《有機ＥＬ素子の作製方法》
この有機化合物薄膜の薄膜化の方法としては、蒸着法またはウェットプロセス（スピンコート法、キャスト法、インクジェット法、スプレー塗布法、ブレード塗布法、エアーナイフ塗布法、ワイヤーバー塗布法、グラビア塗布法、フレキソ塗布法、リバース塗布法、リバースロール塗布法、エクストルージョン塗布法等）が挙げられる。また層毎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１０-6〜１０-2Ｐａ、蒸着速度０．０１〜５０ｎｍ／秒、基板温度−５０〜３００℃、膜厚０．１ｎｍ〜５μｍ、好ましくは５〜２００ｎｍの範囲で適宜選ぶことが望ましい。蒸着法の場合は、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構わない。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。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。
また、ウェットプロセスを用いる場合は、不活性ガス雰囲気下、かつ、クリーン環境で塗布することが好ましい。具体的には、ＪＩＳ Ｂ９９２０に準拠し測定した清浄度がクラス１００以下で、露点温度が−７０℃以下、酸素濃度１ｐｐｍ以下、かつ、１０℃〜４５℃の大気圧条件下の環境で行うことが好ましい。
また、発光層は特に二度塗りにより作製することが好ましい。具体的には、所定濃度の塗布液を一度塗布し、加熱乾燥する前に、一度目の塗布液に対して、Ｒドーパント／Ｂドーパントの比率がより小さい塗布液を塗布することで、塗布膜の界面が混合したような状態となり、Ｒドーパント／Ｂドーパントの比率が傾斜を持つような比率の勾配を形成することができる。さらに、界面混合をより均一にするため、二度目の塗布液を塗布した後、含有する溶媒が多い状態で放置することが好ましい。
これらの有機層を形成後、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。
また、電極を塗布する場合は、融点の低い金属、合金、電気伝導性化合物及びこれらの混合物を融解し塗布してもよいし、金属の分散物等を塗布してもよい。
《用途》
本発明の有機ＥＬ素子は、表示デバイス、ディスプレイ、各種発光光源として用いることができる。発光光源として、例えば、照明装置（家庭用照明、車内照明）、時計や液晶用バックライト、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が、特に液晶表示装置のバックライト、照明用光源としての用途に有効に用いることができる。
本発明の有機ＥＬ素子においては、必要に応じ成膜時にメタルマスクやインクジェットプリンティング法等でパターニングを施してもよい。パターニングする場合は、電極のみをパターニングしてもよいし、電極と発光層をパターニングしてもよいし、素子全層をパターニングしてもよく、素子の作製においては、従来公知の方法を用いることができる。
本発明の有機ＥＬ素子や本発明に係る化合物の発光する色は、「新編色彩科学ハンドブック」（日本色彩学会編、東京大学出版会、１９８５）の１０８頁の図４．１６において、分光放射輝度計ＣＳ−１０００（コニカミノルタセンシング社製）で測定した結果をＣＩＥ色度座標に当てはめたときの色で決定される。
また、本発明の有機ＥＬ素子が白色素子の場合には、白色とは、２度視野角正面輝度を上記方法により測定した際に、１０００Ｃｄ／ｍ２でのＣＩＥ１９３１表色系における色度がＸ＝０．３３±０．０７、Ｙ＝０．３３±０．１の領域内にあることを言う。
以下、実施例を挙げて本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
《サンプル（有機ＥＬ素子）の作製》
（１）サンプル１の作製
陽極として１００ｍｍ×１００ｍｍ×１．１ｍｍのガラス基板上にITO（インジウムチンオキシド）を１００ｎｍ成膜した基板（NHテクノグラス社製NA４５）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イソ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、一方のモリブデン製抵抗加熱ボートにHT-30を２００ｍｇ入れ、別のモリブデン抵抗加熱ボートにHT-2を２００ｍｇ入れ、別のモリブデン製抵抗加熱ボートにcDP-3を２００ｍｇ入れ、別のモリブデン製抵抗加熱ボートにドHS-24を２００ｍｇ入れ、別のモリブデン製抵抗加熱ボートにET-8を２００ｍｇ入れ、さらに別のモリブデン製抵抗加熱ボートにET-7を２００ｍｇ入れ、真空蒸着装置に取り付けた。
Figure 0006197650
次いで真空槽を４×１０−４Paまで減圧した後、HT-30の入った前記加熱ボートに通電して加熱し、蒸着速度0.1ｎｍ／秒で、透明支持基板に蒸着し厚さ１０ｎｍの正孔注入層を設けた。
更にHT-2の入った前記加熱ボートに通電して加熱し、蒸着速度0.1ｎｍ／秒で、前記正孔注入層上に蒸着し厚さ３０ｎｍの正孔輸送層を設けた。
更にcDP-3、HS-24の入った前記加熱ボートに通電して加熱し、それぞれ蒸着速度0.02ｎｍ／秒、蒸着速度0.1ｎｍ／秒で、前記正孔輸送層上に共蒸着し厚さ４０ｎｍの発光層を設けた。
更にET-8の入った前記加熱ボートに通電して加熱し、蒸着速度0.1ｎｍ／秒で、前記発光層上に蒸着し厚さ１０ｎｍの正孔阻止層を設けた。
更にET-7の入った前記加熱ボートに通電して加熱し、蒸着速度0.1ｎｍ／秒で、前記正孔阻止層上に蒸着し厚さ３０ｎｍの電子輸送層を設けた。
引き続き、フッ化リチウムを蒸着して厚さ０．５ｎｍの陰極バッファー層を形成し、更にアルミニウムを蒸着して厚さ１１０ｎｍの陰極を形成し、有機ＥＬ素子１を作製した。
その後、ガラスカバーを準備してその側縁部に対し、シール剤としてエポキシ系光硬化型接着剤（東亞合成社製ラクストラックＬＣ０６２９Ｂ）を塗布し、この部位を、有機ＥＬ素子１の非発光面（陰極側）をガラスカバーで被覆するように、有機ＥＬ素子１のガラス基板に密着させた。
その後、有機ＥＬ素子１のガラス基板側からＵＶ光を照射して接着剤を硬化させ、有機ＥＬ素子１をガラスカバーで封止した。当該封止後の有機ＥＬ素子１を「サンプル１」とした。
（２）サンプル２〜１３の作製
サンプル１の作製において、発光層の発光ドーパントやホスト化合物を、表１のとおりに変更した。２種の発光ドーパントはモリブデン製抵抗加熱ボートに２００ｍｇずつ充填し、いずれも蒸着速度0.0002ｎｍ／秒で蒸着させた。
それ以外はサンプル１の作製と同様にして「サンプル２〜１３」を作製した。
サンプル１〜１３における発光ドーパントやホスト化合物の種類や特性は表１のとおりである。
Figure 0006197650
Figure 0006197650
Figure 0006197650
Figure 0006197650
《サンプルの評価》
（１）電力効率
分光放射輝度計ＣＳ−１０００（コニカミノルタセンシング社製）を用いて、各サンプルの正面輝度及び輝度角度依存性を測定し、正面輝度１０００ｃｄ／ｍ２における電力効率を求めた。算出結果を表２に示す。表２中、各サンプルの電力効率はサンプル１の電力効率を１００と設定する相対値で表した。
（２）駆動電圧
各サンプルを室温（２３℃）、２．５ｍＡ／ｃｍ２の定電流条件下で駆動させたときの電圧を各々測定し、測定結果を下記に示すように、サンプル１を１００として各々相対値で示した。その結果を表２に示す。
駆動電圧＝（各サンプルの駆動電圧／サンプル１の駆動電圧）×１００
なお、当該駆動電圧の値が小さいほうが比較のサンプル１に対して駆動電圧が低いことを示す。
（３）発光領域の測定
各サンプルを、正面の発光輝度が初期輝度からその約半分になるまで電気駆動させ（この状態をΔＥＬ＝０．５と目標設定する。）、その駆動前後でフォトルミネッセンスのスペクトルを測定して発光極大の強度を算出して減衰率（ΔＰＬ）を算出した。
「ΔＥＬ」は駆動前後のエレクトロルミネッセンス（ＥＬ）の強度減衰率を示し、「ΔＰＬ」は駆動前後のフォトルミネッセンス（ＰＬ）の強度減衰率を示す。
具体的に、ΔＥＬおよびΔＰＬの各値は下記の式で表わされる。
ΔＥＬ＝１−［ＥＬ（駆動後）／ＥＬ（駆動前）］
ΔＰＬ＝１−［ＰＬ（駆動後）／ＰＬ（駆動前）］
ＰＬのスペクトル測定にはＵＳＢ２０００（Ocean Optics製）を用い、当該スペクトル測定は室温（２３℃）、励起波長３６５ｎｍの条件でおこなった。駆動後のスペクトル測定は、ＥＬの初期輝度が約半分になるまで駆動させた後、その時点から２時間以内におこなった。
その後、ΔＰＬとΔＥＬとの各値の比（ΔＰＬ／ΔＥＬ）を算出した。算出結果を表２に示す。表２中、各サンプルの発光領域はサンプル１の発光領域を１００と設定する相対値で表わした。
Figure 0006197650
（４）まとめ
表２に示すとおり、サンプル１〜２，５〜６とサンプル３〜４，７〜１３とを比較すると、リン光ドーパントの各ＬＵＭＯの差の絶対値が０．１〜１．０ｅＶで条件式（ｉ）または（ｉｉ）を充足する後者のサンプル３〜４，７〜１３は、電力効率が向上するとともに駆動電圧も低下し、発光領域も拡大している。これらの結果から、電力効率の低下や駆動電圧の上昇を抑制しながら発光領域を拡大するうえでは、２種のリン光ドーパントを適切に選択し各ＬＵＭＯの差の絶対値を０．１〜１．０ｅＶに制御することおよび条件式（ｉ）または（ｉｉ）のいずれかを充足させることが、有用であることがわかる。
特にサンプル３〜４，７〜１３のなかでも、サンプル３〜４，７〜１０とサンプル１１〜１３との比較結果から、条件式（ｉｉ）を充足する前者のサンプル３〜４，７〜１０は、結果が良好となっている。このような結果から、条件式（ｉ），（ｉｉ）のうち、条件式（ｉｉ）を優先的に充足させるほうが好ましいことがわかる。
さらには、サンプル３〜４，７〜１３のなかでも、サンプル３とサンプル１１との比較結果や、サンプル７〜８とサンプル１２との比較結果、サンプル１０とサンプル１３との比較結果から、条件式（ｉｉｉ）を充足する前者のサンプル３，７〜８，１０は、結果が良好となっている。このような結果から、ホスト化合物の電子・正孔移動度に関する条件式（ｉｉｉ）を充足させることが、発光領域の拡大につながることがわかる。
本発明は、駆動電圧の上昇を抑制しながら発光層中の再結合領域を拡大させるのに特に好適に利用することができる。
１ 発光層
１０ 発光に寄与する領域（再結合領域）
１２ 発光に寄与しない領域
１６ 非発光領域
１８ 領域
２０ 発光層全体を表す領域
２２ 領域

Claims (6)

  1. １対の電極と、
    発光層を含む複数層の有機化合物層とを有し、
    前記有機化合物層が前記１対の電極間に形成された有機ＥＬ素子において、
    前記発光層には、少なくとも２種のリン光ドーパントと、ホスト化合物とが含まれ、
    前記少なくとも２種のリン光ドーパントのうち、少なくとも１種のリン光ドーパントが下記一般式（２）の構造を有し、
    前記少なくとも２種のリン光ドーパントのうち、一方のリン光ドーパントのＬＵＭＯ（Ｄ１）と他方のリン光ドーパントのＬＵＭＯ（Ｄ２）との差の絶対値が０．１０ｅＶ以上で１．００ｅＶ以下であり、
    前記一方のリン光ドーパントのＬＵＭＯ（Ｄ１）と前記ホスト化合物のＬＵＭＯ（Ｈ）との関係および前記他方のリン光ドーパントのＬＵＭＯ（Ｄ２）と前記ホスト化合物のＬＵＭＯ（Ｈ）との関係が、条件式（ｉ）または条件式（ｉｉ）のいずれかを満たしていることを特徴とする有機ＥＬ素子。
    ＬＵＭＯ（Ｄ１）−ＬＵＭＯ（Ｈ）＜０， ＬＵＭＯ（Ｄ２）−ＬＵＭＯ（Ｈ）＜０ … （ｉ）
    ＬＵＭＯ（Ｄ１）−ＬＵＭＯ（Ｈ）＞０， ＬＵＭＯ（Ｄ２）−ＬＵＭＯ（Ｈ）＞０ … （ｉｉ）
    Figure 0006197650
     （一般式（２）中、「Ｖ」は三価の連結基を表し、「Ｌ １ 〜Ｌ ３ 」と共有結合で連結している。前記「Ｌ １ 〜Ｌ ３ 」は、各々一般式（II）で表され、Ｘ ５ とＩｒが配位結合を形成し、Ｘ ７ とＩｒが共有結合を形成している。前記一般式（II）において、Ｒ １ は炭素数７以上の置換アリール基を表す。Ｘ １ 〜Ｘ ５ は含窒素複素環を形成する原子群であり、炭素原子又は窒素原子から選ばれ、Ｘ ４ とＸ ５ のうち少なくとも一つは窒素原子を表し、Ｘ ６ 〜Ｘ １１ は芳香族５員環又は芳香族６員環を形成する原子群であり、炭素原子又は窒素原子から選ばれる。）
    Figure 0006197650
  2. 請求項１に記載の有機ＥＬ素子において、
    前記一方のリン光ドーパントのＬＵＭＯ（Ｄ１）と前記他方のリン光ドーパントのＬＵＭＯ（Ｄ２）との差の絶対値が０．１０ｅＶ以上で０．６０ｅＶ以下であることを特徴とする有機ＥＬ素子。
  3. 請求項１に記載の有機ＥＬ素子において、
    前記一方のリン光ドーパントのＬＵＭＯ（Ｄ１）と前記ホスト化合物のＬＵＭＯ（Ｈ）との関係および前記他方のリン光ドーパントのＬＵＭＯ（Ｄ２）と前記ホスト化合物のＬＵＭＯ（Ｈ）との関係が、条件式（ｉｉ）を満たしていることを特徴とする有機ＥＬ素子。
  4. 請求項１に記載の有機ＥＬ素子において、
    前記ホスト化合物の電子移動度μｅと正孔移動度μｈとの関係が、条件式（ｉｉｉ）を満たしていることを有機ＥＬ素子。
    μｅ＞μｈ … （ｉｉｉ）
  5. 請求項１に記載の有機ＥＬ素子において、
    前記少なくとも２種のリン光ドーパントは同色であることを特徴とする有機ＥＬ素子。
  6. 請求項１に記載の有機ＥＬ素子において、
    前記少なくとも２種のリン光ドーパントの発光色は青色であることを特徴とする有機ＥＬ素子。
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