JP6894913B2

JP6894913B2 - 有機電界発光素子

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Publication number: JP6894913B2
Application number: JP2018541950A
Authority: JP
Inventors: 淳也小川; 匡志多田; 裕士池永
Original assignee: Nippon Steel Chemical and Materials Co Ltd
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Priority date: 2016-09-30
Filing date: 2017-07-27
Publication date: 2021-06-30
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Description

本発明は有機電界発光素子（有機EL素子という）に関するものである。詳しくは第１ホストと第２ホスト、及び発光性ドーパント材料を含む発光層を有する有機EL素子に関する。

有機EL素子に電圧を印加することで、陽極から正孔が、陰極からは電子がそれぞれ発光層に注入される。そして発光層において、注入された正孔と電子が再結合し、励起子が生成される。この際、電子スピンの統計則により、一重項励起子及び三重項励起子が１：３の割合で生成する。一重項励起子による発光を用いる蛍光発光型の有機EL素子は、内部量子効率は２５％が限界であるといわれている。一方で三重項励起子による発光を用いる燐光発光型の有機EL素子は、一重項励起子から項間交差が効率的に行われた場合には、内部量子効率が１００％まで高められることが知られている。
しかしながら、燐光発光型の有機EL素子に関しては、長寿命化が技術的な課題となっている。

さらに最近では、遅延蛍光を利用した高効率の有機EL素子の開発がなされている。例えば特許文献１には、遅延蛍光のメカニズムの一つであるTTF（Triplet-Triplet Fusion）機構を利用した有機EL素子が開示されている。TTF機構は２つの三重項励起子の衝突によって一重項励起子が生成する現象を利用するものであり、理論上内部量子効率を４０％まで高められると考えられている。しかしながら、燐光発光型の有機EL素子と比較すると効率が低いため、更なる効率の改良が求められている。
一方で特許文献２では、TADF（Thermally Activated Delayed Fluorescence）機構を利用した有機EL素子が開示されている。TADF機構は一重項準位と三重項準位のエネルギー差が小さい材料において三重項励起子から一重項励起子への逆項間交差が生じる現象を利用するものであり、理論上内部量子効率を１００％まで高められると考えられている。しかしながら、燐光発光型素子と同様に寿命特性の更なる改善が求められている。

WO2010/134350A WO2011/070963A WO2008/056746A 特開2003-133075号公報 WO2013/062075A US2014/0374728A US2014/0197386A US2015/0001488A US2015/0236262A WO2011/136755A

特許文献３ではインドロカルバゾール化合物について、ホスト材料としての使用を開示している。特許文献４ではビスカルバゾール化合物について、ホスト材料としての使用を開示している。

特許文献５、６ではビスカルバゾール化合物を混合ホストとして使用することを開示している。特許文献７、８、９ではインドロカルバゾール化合物とビスカルバゾール化合物を混合ホストとして使用することを開示している。

特許文献１０ではインドロカルバゾール化合物を含む複数のホストを予備混合したホスト材料の使用を開示している。
しかしながら、いずれも十分なものとは言えず、更なる改良が望まれている。

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、または光源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。本発明は、上記現状を鑑み、低駆動電圧でありながら高効率かつ高い駆動安定性を有した実用上有用な有機EL素子を提供することを目的とする。

本発明は、対向する陽極と陰極の間に、１つ以上の発光層を含む有機EL素子において、真空蒸着によって作製される少なくとも１つの発光層が、下記一般式（１）で表される化合物から選ばれる第１ホストと下記一般式（２）で表される化合物から選ばれる第２ホスト、そして発光性ドーパント材料を含有することを特徴とする有機EL素子である。

（ここで、環Aは式（1a）で表される芳香族炭化水素環であり、環Bは式（1b）で表される複素環であり、環A及び環Bはそれぞれ隣接する環と任意の位置で縮合する。
Ar¹はフェニル基、ビフェニル基又はターフェニル基である。
Rは独立に炭素数１〜１０の脂肪族炭化水素基、炭素数６〜１０の芳香族炭化水素基又は炭素数３〜１２の芳香族複素環基である。
a、b、cは、置換数を表し、各々独立して０〜３の整数を表す。
mとnは、繰り返し数を表し、各々独立して０〜２の整数を表す。）

（ここで、Ａｒ^２とＡｒ^３は炭素数６〜１４の芳香族炭化水素基又は該芳香族炭化水素基が２個連結した基を表し、連結する芳香族炭化水素基は同一であっても異なっていても良い。Ｌ^１は直接結合、または式（２ａ）〜式（２ｃ）のいずれかからなるフェニレン基を示し、Ｌ^２は式（２ｃ）で表される２価のフェニレン基を表す。）

一般式（２）の好ましい態様としては、一般式（３）があり、より好ましくは一般式（４）である。

一般式（３）、（４）のＡｒ^２とＬ^１は一般式（２）のＡｒ^２とＬ^１と同意である。

上記第１ホストと第２ホストは、蒸着前に予備混合して使用することが好ましい。また、上記第１ホストと第２ホストの50%重量減少温度の差が20℃以内であること、又は、第１ホストの割合が第１ホストと第２ホストの合計に対し、20wt%よりも多く、55wt%よりも少ないことが好ましい。

上記発光性ドーパント材料は、燐光発光ドーパント材料、蛍光発光ドーパント材料又は熱活性化遅延蛍光発光ドーパント材料であることができる。燐光発光ドーパント材料としては、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少なくとも一つの金属を含む有機金属錯体が挙げられる。

また上記有機EL素子は、発光層に隣接する正孔阻止層を設け、該正孔阻止層中に一般式（１）で表される化合物を含有させることができる。

素子特性向上のためには、有機層に使用する材料の電荷に対する耐久性が高いことが必要であり、特に発光層においては周辺層への励起子および電荷の漏れを抑えることが重要である。この電荷/励起子の漏れ抑制には、発光層中における発光領域の偏りの改善が有効で、そのためには発光層への両電荷（電子/正孔）注入量若しくは発光層中における両電荷輸送量を好ましい範囲に制御することが必要である。
ここで、一般式（１）で代表されるインドロカルバゾール化合物は、骨格の安定性が高く、異性体や置換基によって両電荷注入輸送性をある程度制御することができるが単独では、上述のように両電荷注入輸送量を好ましい範囲に制御するのは難しい。一方で、一般式（２）に代表されるビスカルバゾール化合物は、置換基の種類・数を変えることで電荷注入輸送性が高いレベルで制御でき、加えてインドロカルバゾール化合物と同様に骨格安定性が高いため、インドロカルバゾール化合物と該ビスカルバゾール化合物を混合して用いることで、有機層への電荷注入量を各々単独で使用する場合に比べて、より精密に調節することができる。特に、発光層に使用した場合、遅延蛍光発光EL素子や燐光発光EL素子の場合にあっては、発光層で生成する励起エネルギーを閉じ込めるのに十分高い最低励起三重項エネルギーを有していることから、発光層内からのエネルギー流出がなく、低電圧で高効率かつ長寿命を達成できる。

有機EL素子の一例を示した模式断面図である。

本発明の有機EL素子は、対向する陽極と陰極の間に、１つ以上の発光層を有し、発光層の少なくとも１層が、真空蒸着によって作製され、第１ホストと第２ホスト、及び発光性ドーパント材料を含有する。第１ホストは、上記一般式（１）で表される化合物であり、第２ホストは、上記一般式（２）で表される化合物である。この有機EL素子は、対向する陽極と陰極の間に複数の層からなる有機層を有するが、複数の層の少なくとも１層は、発光層であり、発光層は複数あってもよい。

上記一般式（１）について、説明する。
環Aは式（1a）で表される芳香族炭化水素環であり、環Bは式（1b）で表される複素環であり、環A及び環Bはそれぞれ隣接する環と任意の位置で縮合する。

Ar¹はフェニル基、ビフェニル基、またはターフェニル基を示す。好ましくは、フェニル基、ビフェニル基であり、より好ましくはフェニル基である。ここで、ビフェニル基は、-Ph-Phで表される基であり、ターフェニル基は、-Ph-Ph-Phまたは-Ph(-Ph)-Phで表される基である。ここで、Phはフェニル基又はフェニレン基等である。

Rは独立に炭素数１〜１０の脂肪族炭化水素基、炭素数６〜１０の芳香族炭化水素基又は炭素数３〜１２の芳香族複素環基を示す。好ましくは、炭素数１〜８の脂肪族炭化水素基、フェニル基、又は炭素数３〜９の芳香族複素環基を示す。より好ましくは、炭素数１〜６の脂肪族炭化水素基、フェニル基、又は炭素数３〜６の芳香族複素環基である。

上記炭素数１〜１０の脂肪族炭化水素基の具体例としては、メチル、エチル、プロピル、ブチル、ペンチル、へキシル、ヘプチル、オクチル、ノニル、デシル等が挙げられる。

上記炭素数６〜１０の芳香族炭化水素基、又は炭素数３〜１２の芳香族複素環基の具体例としては、ベンゼン、ナフタレン、ピリジン、ピリミジン、トリアジン、チオフェン、イソチアゾール、チアゾール、ピリダジン、ピロール、ピラゾール、イミダゾール、トリアゾール、チアジアゾール、ピラジン、フラン、イソキサゾール、オキサゾール、オキサジアゾール、キノリン、イソキノリン、キノキサリン、キナゾリン、チアジアゾール、ベンゾトリアジン、フタラジン、テトラゾール、インドール、ベンゾフラン、ベンゾチオフェン、ベンゾオキサゾール、ベンゾチアゾール、インダゾール、ベンズイミダゾール、ベンゾトリアゾール、ベンゾイソチアゾール、ベンゾチアジアゾール、ジベンゾフラン、ジベンゾチオフェン、ジベンゾセレノフェン、又はカルバゾールから1個のHをとって生じる芳香族基が挙げられる。好ましくは、ベンゼン、ピリジン、ピリミジン、トリアジン、チオフェン、イソチアゾール、チアゾール、ピリダジン、ピロール、ピラゾール、イミダゾール、トリアゾール、チアジアゾール、ピラジン、フラン、イソキサゾール、オキサゾール、オキサジアゾール、キノリン、イソキノリン、キノキサリン、キナゾリン、チアジアゾール、ベンゾトリアジン、フタラジン、テトラゾール、インドール、ベンゾフラン、ベンゾチオフェン、ベンゾオキサゾール、ベンゾチアゾール、インダゾール、ベンズイミダゾール、ベンゾトリアゾール、ベンゾイソチアゾール、又はベンゾチアジアゾールから生じる芳香族基が挙げられる。より好ましくは、ベンゼン、ピリジン、ピリミジン、トリアジン、チオフェン、イソチアゾール、チアゾール、ピリダジン、ピロール、ピラゾール、イミダゾール、トリアゾール、チアジアゾール、ピラジン、フラン、イソキサゾール、オキサゾール、又はオキサジアゾールから生じる芳香族基が挙げられる。

ａ、ｂ、ｃは、置換数を表し、各々独立して０〜３の整数を表し、好ましくは０又は１の整数である。mとnは、繰り返し数を表し、各々独立して０〜２の整数を表し、好ましくは０又は１の整数である。ここで、m+nは０又は１以上の整数であることが好ましく、より好ましくは１、２又は３の整数である。

一般式（１）で表される化合物の具体的な例を以下に示すが、これら例示化合物に限定されるものではない。

次に、第２ホストとなる一般式（２）、（３）又は一般式（４）の化合物について、説明する。一般式（２）〜（４）において、共通する記号は同じ意味を有する。
Ar²とAr³は炭素数６〜１４の芳香族炭化水素基、または該芳香族炭化水素基が１〜２個連結した基を表す。好ましくは、炭素数６〜１２の芳香族炭化水素基、より好ましくは炭素数６〜１０の芳香族炭化水素基を表す。

Ar²とAr³の具体例は、ベンゼン、ナフタレン、アントラセン、フェナントレン、フルオレン等の任意の芳香族化合物、又はこれら芳香族化合物の芳香族環が２個連結した化合物からHを1個とって生じる芳香族基又は連結芳香族基が挙げられる。好ましくは、ベンゼン、ナフタレン、アントラセン、フェナントレンから生じる芳香族基又はこれらの芳香族基が２個連結した連結芳香族基が挙げられ、より好ましくはベンゼン、ナフタレン、又はフェナントレンから生じる芳香族基である。Ar^３はフェニル基であることが更に好ましい。ここで、連結芳香族基は、-Ar^４-Ar^６、-Ar^４-Ar^５-Ar^６、又は-Ar^４(-Ar^５)-Ar^６のような式で表される基であり、Ar^４、Ar^５、Ar^６は独立に炭素数６〜１４の芳香族炭化水素基である。Ar^４は２価又は３価の基であり、Ar^５は１価又は２価の基であり、Ar^６は１価の基である。

Ｌ^１は、直接結合又は、式（２ａ）〜式（２ｃ）のいずれからなる２価のフェニレン基を表し、好ましくは式（２ａ）、（２ｂ）で表される２価のフェニレン基である。Ｌ^２は式（２ｃ）で表される２価のフェニレン基を表す。
なお、カルバゾール環のNに直接結合する芳香族基がフェニレン基である場合は、これはＬ^１であると解する。

一般式（２）〜（４）で表される化合物の具体的な例を以下に示すが、これら例示化合物に限定されるものではない。

前記一般式（１）で表される化合物から選ばれる第１ホストと前記一般式（２）で表される化合物から選ばれる第２ホストを発光層のホスト材料として使用することで優れた有機EL素子を提供することができる。

第１ホストと第２ホストは、個々に異なる蒸着源から蒸着して使用することもできるが、蒸着前に予備混合して予備混合物とし、その予備混合物を１つの蒸着源から同時に蒸着して発光層を形成することが好ましい。この場合、予備混合物には、発光層を形成するために必要な発光性ドーパント材料又は必要により使用される他のホストを混合させてもよいが、所望の蒸気圧となる温度に大きな差がある場合は、別の蒸着源から蒸着させることがよい。

第１ホストと第２ホストの混合比（重量比）は、第１ホストと第２ホストの合計に対し、第１ホストの割合が20〜60％がよく、好ましくは20％よりも多く、55%よりも少ないことであり、より好ましくは40〜50％である。

また、第１ホストと第２ホストの電子親和力（EA）差が0.1 eVよりも大きく、0.6 eVよりも小さいことが好ましい。EAの値は、ホスト材料薄膜での、光電子分光法により得られたイオン化ポテンシャル（IP）の値と、吸収スペクトルを測定し、その吸収端から求めたエネルギーギャップの値を用いて算出することができる。

次に、本発明の有機EL素子の構造について、図面を参照しながら説明するが、本発明の有機EL素子の構造はこれに限定されない。

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は電子輸送層、７は陰極を表す。本発明の有機ＥＬ素子は発光層と隣接して励起子阻止層を有してもよく、また発光層と正孔注入層との間に電子阻止層を有してもよい。励起子阻止層は発光層の陰極側、陰極側のいずれにも挿入することができ、両方同時に挿入することも可能である。本発明の有機ＥＬ素子では、陽極、発光層、そして陰極を必須の層として有するが、必須の層以外に正孔注入輸送層、電子注入輸送層を有することがよく、更に発光層と電子注入輸送層の間に正孔阻止層を有することがよい。なお、正孔注入輸送層は、正孔注入層と正孔輸送層のいずれか、または両者を意味し、電子注入輸送層は、電子注入層と電子輸送層のいずれか又は両者を意味する。

図１とは逆の構造、すなわち基板１上に陰極７、電子輸送層６、発光層５、正孔輸送層４、陽極２の順に積層することも可能であり、この場合も必要により層を追加、省略することが可能である。

―基板―
本発明の有機ＥＬ素子は、基板に支持されていることが好ましい。この基板については特に制限はなく、従来から有機ＥＬ素子に用いられているものであれば良く、例えばガラス、透明プラスチック、石英等からなるものを用いることができる。

―陽極―
有機ＥＬ素子における陽極材料としては、仕事関数の大きい（４eV以上）金属、合金、電気伝導性化合物又はこれらの混合物からなる材料が好ましく用いられる。このような電極材料の具体例としては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)等の非晶質で、透明導電膜を作成可能な材料を用いてもよい。陽極はこれらの電極材料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良く、あるいはパターン精度をあまり必要としない場合（１００μm以上程度）は、上記電極材料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な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。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。

―陰極―
一方、陰極材料としては仕事関数の小さい（４eV以下）金属（電子注入性金属）、合金、電気伝導性化合物又はこれらの混合物からなる材料が用いられる。このような電極材料の具体例としては、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（Ａｌ_２Ｏ_３）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。陰極はこれらの陰極材料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５０〜２００nmの範囲で選ばれる。なお、発光した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輝度は向上し、好都合である。

また、陰極に上記金属を１〜２０nmの膜厚で形成した後に、陽極の説明で挙げた導電性透明材料をその上に形成することで、透明又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。

―発光層―
発光層は陽極及び陰極のそれぞれから注入された正孔及び電子が再結合することにより励起子が生成した後、発光する層であり発光層には有機発光性ドーパント材料とホスト材料を含む。

発光層におけるホスト材料としては、一般式（１）で表される第１ホストと一般式（２）で表される第２ホストを用いる。更に、公知のホスト材料を１種又は複数種類併用しても良いが、その使用量はホスト材料の合計に対し、50wt％以下、好ましくは25wt％以下とすることがよい。

第１ホストと第２ホストは、それぞれ異なる蒸着源から蒸着するか、蒸着前に予備混合して予備混合物とすることで１つの蒸着源から第１ホストと第２ホストを同時に蒸着することもできる。

第１ホストと第２ホストを予備混合して使用する場合は、良好な特性を有する有機EL素子を再現性良く作製するために、50%重量減少温度（T₅₀）の差が小さいことが望ましい。50%重量減少温度は、窒素気流減圧（50Pa）下でのTG-DTA測定において、室温から毎分10℃の速度で550℃まで昇温したとき、重量が50%減少した際の温度をいう。この温度付近では、蒸発又は昇華による気化が最も盛んに起こると考えられる。

第１ホストと第２ホストは、上記50%重量減少温度の差が20℃以内であることが好ましく、15℃以内であることがより好ましい。予備混合方法としては、粉砕混合等の公知の方法が採用できるが、可及的に均一に混合することが望ましい。

発光性ドーパント材料として燐光発光ドーパントを使用する場合、燐光発光ドーパントとしては、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少なくとも１つの金属を含む有機金属錯体を含有するものがよい。具体的には、J.Am.Chem.Soc.2001,123,4304や特表2013-53051号公報に記載されているイリジウム錯体が好適に用いられるが、これらに限定されない。

燐光発光ドーパント材料は、発光層中に１種類のみが含有されても良いし、２種類以上を含有しても良い。燐光発光ドーパント材料の含有量はホスト材料に対して０．１〜３０wt％であることが好ましく、１〜２０wt％であることがより好ましい。

燐光発光ドーパント材料は、特に限定されるものではないが、具体的には以下のような例が挙げられる

発光性ドーパント材料として蛍光発光ドーパントを使用する場合、蛍光発光ドーパントとしては、特に限定されないが例えばベンゾオキサゾール誘導体、ベンゾチアゾール誘導体、ベンゾイミダゾール誘導体、スチリルベンゼン誘導体、ポリフェニル誘導体、ジフェニルブタジエン誘導体、テトラフェニルブタジエン誘導体、ナフタルイミド誘導体、クマリン誘導体、縮合芳香族化合物、ペリノン誘導体、オキサジアゾール誘導体、オキサジン誘導体、アルダジン誘導体、ピラリジン誘導体、シクロペンタジエン誘導体、ビススチリルアントラセン誘導体、キナクリドン誘導体、ピロロピリジン誘導体、チアジアゾロピリジン誘導体、スチリルアミン誘導体、ジケトピロロピロール誘導体、芳香族ジメチリジン化合物、８−キノリノール誘導体の金属錯体やピロメテン誘導体の金属錯体、希土類錯体、遷移金属錯体に代表される各種金属錯体等、ポリチオフェン、ポリフェニレン、ポリフェニレンビニレン等のポリマー化合物、有機シラン誘導体等が挙げられる。好ましくは縮合芳香族誘導体、スチリル誘導体、ジケトピロロピロール誘導体、オキサジン誘導体、ピロメテン金属錯体、遷移金属錯体、又はランタノイド錯体が挙げられ、より好ましくはナフタレン、ピレン、クリセン、トリフェニレン、ベンゾ[ｃ]フェナントレン、ベンゾ[a]アントラセン、ペンタセン、ペリレン、フルオランテン、アセナフトフルオランテン、ジベンゾ[a,j]アントラセン、ジベンゾ[a,h]アントラセン、ベンゾ[a]ナフタレン、ヘキサセン、ナフト[2,1-f]イソキノリン、α‐ナフタフェナントリジン、フェナントロオキサゾール、キノリノ[6,5-f]キノリン、ベンゾチオファントレン等が挙げられる。これらは置換基としてアルキル基、アリール基、芳香族複素環基、又はジアリールアミノ基を有しても良い。

蛍光発光ドーパント材料は、発光層中に１種類のみが含有されても良いし、２種類以上を含有しても良い。蛍光発光ドーパント材料の含有量は、ホスト材料に対して0.1〜20 wt％であることが好ましく、1〜10wt％であることがより好ましい。

発光性ドーパント材料として熱活性化遅延蛍光発光ドーパントを使用する場合、熱活性化遅延蛍光発光ドーパントとしては、特に限定されないがスズ錯体や銅錯体等の金属錯体や、WO2011/070963号公報に記載のインドロカルバゾール誘導体、Nature 2012,492,234に記載のシアノベンゼン誘導体、カルバゾール誘導体、Nature Photonics 2014,8,326に記載のフェナジン誘導体、オキサジアゾール誘導体、トリアゾール誘導体、スルホン誘導体、フェノキサジン誘導体、アクリジン誘導体等が挙げられる。

熱活性化遅延蛍光発光ドーパント材料は、特に限定されるものではないが、具体的には以下のような例が挙げられる。

熱活性化遅延蛍光発光ドーパント材料は、発光層中に１種類のみが含有されてもよいし、２種類以上を含有してもよい。また、熱活性化遅延蛍光発光ドーパントは燐光発光ドーパントや蛍光発光ドーパントと混合して用いてもよい。熱活性化遅延蛍光発光ドーパント材料の含有量は、ホスト材料に対して０．１〜５０％であることが好ましく、１〜３０％であることがより好ましい。

−注入層−
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、正孔注入層と電子注入層があり、陽極と発光層又は正孔輸送層の間、及び陰極と発光層又は電子輸送層との間に存在させてもよい。注入層は必要に応じて設けることができる。

−正孔阻止層−
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発光層中での電子と正孔の再結合確率を向上させることができる。

正孔阻止層には公知の正孔阻止層材料を用いることができるが、一般式（１）で表される化合物を含有させることが好ましい。

−電子阻止層−
電子阻止層とは広い意味では正孔輸送層の機能を有し、正孔を輸送しつつ電子を阻止することで発光層中での電子と正孔が再結合する確率を向上させることができる。

電子阻止層の材料としては、公知の電子阻止層材料を用いることができ、また後述する正孔輸送層の材料を必要に応じて用いることができる。電子阻止層の膜厚は好ましくは３〜１００ｎｍであり、より好ましくは５〜３０ｎｍである。

−励起子阻止層−
励起子阻止層とは、発光層内で正孔と電子が再結合することにより生じた励起子が電荷輸送層に拡散することを阻止するための層であり、本層の挿入により励起子を効率的に発光層内に閉じ込めることが可能となり、素子の発光効率を向上させることができる。励起子阻止層は２つ以上の発光層が隣接する素子において、隣接する２つの発光層の間に挿入することができる。

励起子阻止層の材料としては、公知の励起子阻止層材料を用いることができる。例えば、１，３−ジカルバゾリルベンゼン（ｍＣＰ）や、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（III）（ＢＡｌｑ）が挙げられる。

−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、正孔輸送層は単層又は複数層設けることができる。

正孔輸送材料としては、正孔の注入又は輸送、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。正孔輸送層に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。かかる正孔輸送材料としては例えば、ポルフィリン誘導体、アリールアミン誘導体、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が、ポルフィリン誘導体、アリールアミン誘導体及びスチリルアミン誘導体を用いることが好ましく、アリールアミン化合物を用いることがより好ましい。

−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、電子輸送層は単層又は複数層設けることができる。

電子輸送材料（正孔阻止材料を兼ねる場合もある）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い。電子輸送層には、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、ナフタレン、アントラセン、フェナントロリン等の多環芳香族誘導体、トリス（８−キノリノラート）アルミニウム（III）誘導体、ホスフィンオキサイド誘導体、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、ビピリジン誘導体、キノリン誘導体、オキサジアゾール誘導体、ベンゾイミダゾール誘導体、ベンゾチアゾール誘導体、インドロカルバゾール誘導体等が挙げられる。更にこれらの材料を高分子鎖に導入した、又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。

以下、本発明を実施例によって更に詳しく説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではなく、その要旨を超えない限りにおいて、種々の形態で実施することが可能である。

化合物１−１１（0.20g）と化合物２−２（0.80g）を量りとり、乳鉢ですり潰しながら混合することにより予備混合物H1を調製した。
同様にして、表２に示す第１ホストと第２ホストを使用して、予備混合物H2〜H9を調製した。

第１ホストと第２ホストの種類及び配合比を表２に示す。なお、化合物番号は、上記例示化合物に付した番号に対応する。

比較のためのホストとして使用した化合物Aの化学式を次に示す。

表１に化合物1-1、1-2、1-3、1-4、1-11、1-157、2-2、2-4、そして化合物Aの50%重量減少温度（T₅₀）と、電子親和力（EA）を示す。

実施例１
膜厚110nmのITOからなる陽極が形成されたガラス基板上に、各薄膜を真空蒸着法にて、真空度4.0×10^-5Paで積層した。まず、ITO上に正孔注入層としてHAT-CNを25nmの厚さに形成し、次に正孔輸送層としてNPDを30nmの厚さに形成した。次に、電子阻止層としてHT-1を10nmの厚さに形成した。そして、ホストとして予備混合物H1を、発光ドーパントとしてIr(ppy)₃をそれぞれ異なる蒸着源から共蒸着し、40nmの厚さに発光層を形成した。この時、Ir(ppy)₃の濃度が10wt%となる蒸着条件で共蒸着した。次に、電子輸送層としてET-1を20nmの厚さに形成した。更に、電子輸送層上に電子注入層としてフッ化リチウム（LiF）を1nmの厚さに形成した。最後に、電子注入層上に、陰極としてアルミニウム（Al）を70nmの厚さに形成し、有機EL素子を作製した。

実施例２〜９
実施例１において、ホストとして予備混合物H2〜H9のいずれかを用いた以外は実施例１と同様にして有機EL素子を作製した。

実施例１０
実施例３において、発光層を形成した後、正孔阻止層として化合物１−１１を10nmの厚さに形成し、電子輸送層としてET-1を10nmの厚さに形成した以外は実施例３と同様にして有機EL素子を作製した。

実施例１１
膜厚110nmのITOからなる陽極が形成されたガラス基板上に、各薄膜を真空蒸着法にて、真空度4.0×10^-5Paで積層した。まず、ITO上に正孔注入層としてHAT-CNを25nmの厚さに形成し、次に正孔輸送層としてNPDを30nmの厚さに形成した。次に電子阻止層としてHT-1を10nmの厚さに形成した。次に、第１ホストとして化合物１−１１を、第２ホストとして化合物２−２を、発光ドーパントとしてIr(ppy)₃をそれぞれ異なる蒸着源から共蒸着し、40nmの厚さに発光層を形成した。この時、Ir(ppy)₃の濃度が10wt%、第１ホストと第２ホストの重量比が40:60となる蒸着条件で共蒸着した。次に電子輸送層としてET-1を20nmの厚さに形成した。更に電子輸送層上に電子注入層としてLiFを1nmの厚さに形成した。最後に、電子注入層上に、陰極としてAlを70nmの厚さに形成し、有機EL素子を作製した。

実施例１２
実施例１１において第１ホストとして化合物１−１を、第２ホストとして化合物２-２を使用した以外は実施例１１と同様にして有機EL素子を作製した。

実施例１３
実施例１１において第１ホストとして化合物１−２を、第２ホストとして化合物２-４を使用した以外は実施例１１と同様にして有機EL素子を作製した。

実施例１４
実施例１１において第１ホストとして化合物１−３を、第２ホストとして化合物２-４を使用した以外は実施例１１と同様にして有機EL素子を作製した。

実施例１５
実施例１１において第１ホストとして化合物１−１５７を、第２ホストとして化合物２-２を使用した以外は実施例１１と同様にして有機EL素子を作製した。

実施例１６
膜厚110nmのITOからなる陽極が形成されたガラス基板上に、各薄膜を真空蒸着法にて、真空度4.0×10^-5Paで積層した。まず、ITO上に正孔注入層としてHAT-CNを25nmの厚さに形成し、次に正孔輸送層としてNPDを45nmの厚さに形成した。次に、電子阻止層としてHT-1を10nmの厚さに形成した。そしてホストとして予備混合物H2を、発光ドーパントとしてIr(piq)₂acacをそれぞれ異なる蒸着源から共蒸着し、40nmの厚さに発光層を形成した。この時Ir(piq)₂acacの濃度が6.0wt%となる蒸着条件で共蒸着した。更に、正孔阻止層としてET-1を10nmの厚さに形成した。次に電子輸送層としてET-1を27.5nmの厚さに形成した。そして電子輸送層上に電子注入層としてLiFを1nmの厚さに形成した。最後に、電子注入層上に、陰極としてAlを70nmの厚さに形成し、有機EL素子を作製した。

実施例１７、１８
実施例１６において、ホストとして予備混合物H3とH4のいずれかを使用した以外は実施例１６と同様にして有機EL素子を作製した。

実施例１９
実施例１７において、発光層を形成した後、正孔阻止層として化合物１−１１を10nmの厚さに形成し、電子輸送層としてET-1を10nmの厚さに形成した以外は実施例１７と同様にして有機EL素子を作製した。

実施例２０
膜厚110nmのITOからなる陽極が形成されたガラス基板上に、各薄膜を真空蒸着法にて、真空度4.0×10^-5Paで積層した。まず、ITO上に正孔注入層としてHAT-CNを25nmの厚さに形成し、次に正孔輸送層としてNPDを45nmの厚さに形成した。次に、電子阻止層としてHT-1を10nmの厚さに形成した。そして第１ホストとして化合物１−１１を、第２ホストとして化合物２−２を、発光ドーパントとしてIr(piq)₂acacをそれぞれ異なる蒸着源から共蒸着し、40nmの厚さに発光層を形成した。この時、Ir(piq)₂acacの濃度が6.0wt%、第１ホストと第２ホストの重量比が、30:70となる蒸着条件で共蒸着した。更に、正孔阻止層としてET-1を10nmの厚さに形成した。次に電子輸送層としてET-1を27.5nmの厚さに形成した。そして電子輸送層上に電子注入層としてLiFを1nmの厚さに形成した。最後に、電子注入層上に、陰極としてAlを70nmの厚さに形成し、有機EL素子を作製した。

実施例２１
実施例２０において、第１ホストと第２ホストの重量比が40:60となる蒸着条件で共蒸着した以外は、実施例２０と同様の条件で有機EL素子を作製した。

実施例２２
実施例２０において、第１ホストと第２ホストの重量比が50:50となる蒸着条件で共蒸着した以外は、実施例２０と同様の条件で有機EL素子を作製した。

比較例１
実施例１において、ホストとして化合物１−１１を単独で用いた以外は実施例１と同様にして有機EL素子を作製した。発光層の厚み、発光ドーパント濃度は実施例１と同様である。

比較例２〜６
ホストとして表３に示す化合物を単独で用いた以外は比較例１と同様にして有機EL素子を作製した。

比較例７
実施例１１において、第１ホストとして化合物１−１１を、第２ホストとして化合物Aを使用した以外は実施例１１と同様にして有機EL素子を作製した。

比較例８
実施例１１において、第１ホストとして１−１５７を、第２ホストとして化合物Aを使用した以外は実施例１１と同様にして有機EL素子を作製した。

比較例９〜１０
実施例１５において、ホストとして化合物１−２又は化合物１−１１を単独で使用した以外は、実施例１５と同様にして有機EL素子を作製した。

実施例で使用した化合物を次に示す。

第１ホストと第２ホストの予備混合物の種類、第１ホストと第２ホストの種類、及び割合を表２、３に示す。

実施例１〜１５及び比較例１〜８で作製された有機EL素子は、これに外部電源を接続し直流電圧を印加したところ、いずれも極大波長530nmの発光スペクトルが観測され、Ir(ppy)₃からの発光が得られていることがわかった。
また、実施例１６〜２２及び比較例９、１０で作製された有機EL素子は、これに外部電源を接続し直流電圧を印加したところ、いずれも極大波長620nmの発光スペクトルが観測され、Ir(pic)₂acacからの発光が得られていることがわかった。

作製した有機EL素子の輝度、駆動電圧、発光効率、輝度半減寿命を表４及び５に示す。表中で輝度、駆動電圧、発光効率は駆動電流20mA/cm²時の値であり、初期特性である。表４中でLT70は、初期輝度9000cd/m²時に輝度が初期輝度の70%まで減衰するまでにかかる時間であり、表５中でLT95は、初期輝度3700cd/m²時に輝度が初期輝度の95%まで減衰するまでにかかる時間であり、いずれも寿命特性である。

表４と表５から、一般式（１）で表される第１ホストと一般式（２）で表される第２ホストを混合して使用すると、それぞれを単独で使用した場合と比較し、寿命特性が著しく伸長することがわかる。また、第１ホストと第２ホストを混合して使用したとしても、一方が一般式（１）又は一般式（２）の化合物ではない場合、電力効率が低く、良好な寿命特性が得られないことが分かる。
また、実施例10や19のように正孔阻止材料として一般式（１）で表される化合物を使用すると、寿命特性が伸長することが分かる。

１基板、２陽極、３正孔注入層、４正孔輸送層、５発光層、６電子輸送層、７陰極

Claims

対向する陽極と陰極の間に、１つ以上の発光層を含む有機電界発光素子において、少なくとも１つの発光層が、真空蒸着によって形成され、下記一般式（１）で表される化合物から選ばれる第１ホストと下記一般式（２）で表される化合物から選ばれる第２ホスト、及び発光性ドーパント材料を含有することを特徴とする有機電界発光素子。

ここで、環Aは式（1a）で表される芳香族炭化水素環であり、環Bは式（1b）で表される複素環であり、環A及び環Bはそれぞれ隣接する環と任意の位置で縮合し、
Ar¹はフェニル基、ビフェニル基又はターフェニル基であり、
Rは独立に炭素数１〜１０の脂肪族炭化水素基、炭素数６〜１０の芳香族炭化水素基又は炭素数３〜１２の芳香族複素環基であり、
a、b、cは、各々独立して０〜３の整数を表し、
mとnは、各々独立して０〜２の整数を表す。

ここで、Ａｒ^２とＡｒ^３は炭素数６〜１４の芳香族炭化水素基、または該芳香族炭化水素基が２個連結した基を表し、連結する場合の芳香族炭化水素基は同一であっても異なっていても良い。Ｌ^１は直接結合、または式（２ａ）〜式（２ｃ）のいずれかからなるフェニレン基を示し、Ｌ^２は式（２ｃ）で表されるフェニレン基を表す。
一般式（２）において、Ａｒ^３がフェニル基である請求項１に記載の有機電界発光素子。
一般式（２）で表される化合物が、下記一般式（４）で表される化合物である請求項１に記載の有機電界発光素子。

（ここで、Ａｒ²、Ｌ^１は一般式（２）のＡｒ²、Ｌ^１と同意である。）
第１ホストと第２ホストの合計に対し、第１ホストの割合が20wt%を超え、55wt%未満である請求項１に記載の有機電界発光素子。
発光性ドーパント材料が、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、白金及び金からなる群れ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である請求項１に記載の有機電界発光素子。
発光性ドーパント材料が、熱活性化遅延蛍光発光ドーパント材料である請求項１に記載の有機電界発光素子。
第１ホストと第２ホストの電子親和力（EA）の差が0.1 eVを超え、0.6 eV未満である請求項１に記載の有機電界発光素子。
発光層と隣接して正孔阻止層を有し、該正孔阻止層中に一般式（１）で表される化合物を含有する請求項１に記載の有機電界発光素子。
第１ホストと第２ホストを混合して予備混合物としたのち、これを含むホスト材料を蒸着させて発光層を形成させる工程を有する請求項１に記載の有機電界発光素子の製造方法。
第１ホストと第２ホストの50%重量減少温度の差が20℃以内であることを特徴する請求項９に記載の有機電界発光素子の製造方法。