JPWO2005076668A1 - 有機エレクトロルミネッセンス素子 - Google Patents

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Abstract

陰極（１）と陽極（２）の間に少なくとも重金属を中心金属とする有機金属錯体を含有する発光層（３）と電子輸送層（４）とが積層された構造を有する有機エレクトロルミネッセンス素子であって、該発光層（３）を形成する主たる有機材料の電子親和力と電子輸送層（４）を形成する主たる材料の電子親和力との差（ΔＡｆ）が０．２ｅＶ＜ΔＡｆ≦０．６５ｅＶの関係式を満たすことを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子。

Description

本発明は、有機エレクトロルミネッセンス素子に関し、更に詳しくは、電流効率の高い有機エレクトロルミネッセンス素子（以下、「有機ＥＬ素子」と略記する）に関する。
有機物質を使用した有機ＥＬ素子は、固体発光体型の安価な大面積フルカラー表示素子としての用途が有望視され、多くの研究開発が行われている。一般にＥＬ素子は、発光層及び該層を挟んだ一対の対向電極から構成されている。両電極間に電界を印加すると、陰極側から電子が、陽極側から正孔がそれぞれ注入され、この電子が発光層において正孔と再結合することにより励起状態が生成され、この励起状態が基底状態に戻る際にエネルギーを光として放出する現象が発光である。
従来の有機ＥＬ素子の構成としては、様々なものが知られているが、低い印加電圧で高輝度の発光が得られるものとして、例えば、特開昭６３−２９５６９５号公報には、ＩＴＯ（インジウムチンオキシド）／正孔輸送層／発光層／陰極の素子構成の有機ＥＬ素子において、正孔輸送層の材料として、芳香族第三級アミンを用いることが開示されており、この素子構成により、２０Ｖ以下の印加電圧で数百ｃｄ／ｍ２の高輝度発光が可能となった。
さらに、燐光性発光ドーパントであるイリジウム錯体を、発光層におけるドーパントとして用いることにより、輝度数百ｃｄ／ｍ２以下では、約４０ルーメン／Ｗ以上の発光効率が得られることが報告されている（Ｔ．Ｔｓｕｔｓｕｉ．ｅｔ ａｌ．、Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．、Ｖｏｌ．３８（１９９９）、ｐｐ．Ｌ１５０２−Ｌ１５０４）。
しかし、このような燐光型有機ＥＬ素子の多くは、ＥＬ発光色が緑色であるため多色化すること、さらには、素子の更なる高電流効率化が課題とされている。
本発明者らは、上記課題に着目し、さらに電流効率が高く、青色領域の発光を生じる有機ＥＬ素子を開発すべく鋭意研究を重ねた結果、電子輸送層を構成する材料と発光層を構成する電子輸送性ホスト材料とのエネルギー差を、あるレベル以下に規定することにより、発光層への電子注入効率が改善され、キャリアバランスが改善されることで、電流効率の高い有機ＥＬ素子が得られることを見出した。つまり、下記式（１）に示すエネルギー特性を満足する素子構成を採用することにより、上記目的を達成し得ることを見出した。本発明は、かかる知見に基づいて完成されたものである。
すなわち、本発明は、
（１）陰極と陽極との間に、少なくとも重金属を中心金属とする有機金属錯体を含有する発光層と、電子輸送層とが積層された構造を有する有機エレクトロルミネッセンス素子であって、
該発光層を形成する主たる有機材料の電子親和力と電子輸送層を形成する主たる材料の電子親和力との差（ΔＡｆ）が
０．２ｅＶ＜ΔＡｆ≦０．６５ｅＶ
の関係式を満たすことを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子；
（２）前記重金属を中心金属とする有機金属錯体の三重項エネルギーギャップ（ＥｇＴ（Ｄｏｐａｎｔ））より長波長成分のエレクトロルミネッセンス発光を放射することを特徴とする上記（１）記載の有機エレクトロルミネッセンス素子；
（３）前記重金属を中心金属とする有機金属錯体の三重項エネルギーギャップ（ＥｇＴ（Ｄｏｐａｎｔ））相当波長より長波長成分のエレクトロルミネッセンス発光が、素子からのエレクトロルミネッセンス発光の主成分であることを特徴とする上記（１）又は（２）記載の有機エレクトロルミネッセンス素子；
（４）前記発光層を形成する主たる有機材料が電子輸送能を有することを特徴とする上記（１）〜（３）のいずれかに記載の有機エレクトロルミネッセンス素子；
（５）前記発光層を形成する主たる有機材料の三重項エネルギーギャップ値（ＥｇＴ（Ｈｏｓｔ））が、２．５２ｅＶ以上であることを特徴とする上記（１）〜（４）のいずれかに記載の有機エレクトロルミネッセンス素子；
（６）前記重金属を中心金属とする有機金属錯体の三重項エネルギーギャップ値（ＥｇＴ（Ｄｏｐａｎｔ））が、電子輸送層を形成する主たる材料の三重項エネルギーギャップ値（ＥｇＴ（ＥＴＬ））以上であることを特徴とする上記（１）〜（５）のいずれかに記載の有機エレクトロルミネッセンス素子；及び
（７）前記発光層を形成する主たる有機材料の三重項エネルギーギャップ（ＥｇＴ（Ｈｏｓｔ））が、重金属を中心金属とする有機金属錯体の三重項エネルギーギャップ（ＥｇＴ（Ｄｏｐａｎｔ））以上であることを特徴とする上記（１）〜（６）のいずれかに記載の有機エレクトロルミネッセンス素子を提供する。
本発明によれば、高電流効率の燐光型有機ＥＬ素子、特に青色領域の発光を生じる有機ＥＬ素子を提供することができる。
本発明の一実施形態にかかる有機ＥＬ素子を示す断面図である。 実施例１の有機ＥＬ素子の発光スペクトルを示す図である。 実施例８の有機ＥＬ素子の発光スペクトルを示す図である。
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明の有機ＥＬ素子は、陰極と陽極の間に少なくとも重金属を中心金属とする有機金属錯体を含有する発光層と、電子輸送層とが積層された構造を有する有機エレクトロルミネッセンス素子であって、該発光層を形成する主たる有機材料の電子親和力と電子輸送層を形成する主たる材料の電子親和力との差（ΔＡｆ）が
０．２ｅＶ＜ΔＡｆ≦０．６５ｅＶ
の関係式を満たすことを特徴とする。
本発明の有機ＥＬ素子は、図１に示すように、一対の電極（陰極１、陽極２）間に、少なくとも発光層３及び電子輸送層４を含む複数層が形成された積層構造を有しており、発光層３を構成する有機媒体内には、重金属を中心金属とする有機金属錯体（以下、重金属有機錯体と略称する）が含まれており、かつ発光層３と電子輸送層４とが積層された構造を有している。
そして、本発明の有機ＥＬ素子は、下記式（１）に示す条件を満たすことにより、高電流効率化を達成することができる。
０．２ｅＶ＜ΔＡｆ≦０．６５ｅＶ・・・式（１）
上記式（１）中、ΔＡｆは、発光層を形成する主たる有機材料の電子親和力（Ａｆ（発光層））と電子輸送層を形成する主たる材料の電子親和力（Ａｆ（電子輸送層））との差、すなわち、
ΔＡｆ＝Ａｆ（電子輸送層）−Ａｆ（発光層）
である。
ここで、各材料の電子親和力Ａｆ（ｅＶ）は、材料のイオン化ポテンシャルＩｐ（ｅＶ）と光学エネルギーギャップＥｇ（ｅＶ）との差から求められる。
Ａｆ＝Ｉｐ−Ｅｇ
ΔＡｆ≦０．２ｅＶでは、電子輸送層と発光層との間の電子障壁が小さく、これらの層の界面での電子の溜め込みが不十分なため、発光層内での電子の蓄積が不十分となり、発光層内での電子と正孔との再結合確率が低下し、ひいては発光効率、特に電流効率が向上しにくいため、好ましくない。
０．６５ｅＶ＜ΔＡｆでは、電子輸送層を構成する有機材料の電子親和力Ａｆ（電子輸送層）と発光層を形成する主たる材料の電子親和力Ａｆ（発光層）との差が大きいため、発光層と電子輸送層界面での各層構成分子間での相互作用を生じ易くなり、該相互作用のために再結合励起エネルギーが消費されてしまい、再結合励起エネルギーが発光として取り出される割合が少なくなり、ひいては、電流効率が向上しにくいため、好ましくない。
本発明の有機ＥＬ素子においては、重金属錯体（りん光性ドーパント）の三重項エネルギーギャップ相当の発光が主なエレクトロルミネッセンス発光（以下、ＥＬ発光という）であることが好ましい。
また、発光性、非発光性を問わず、発光層内に存在するドーパントのうちの少なくとも１種のドーパントの電子親和力の値（Ａｆ（Ｄｏｐａｎｔ））は、発光層を形成する主たる有機材料の電子親和力の値（Ａｆ（発光層））と、発光層と隣接する電子輸送層の電子親和力の値（Ａｆ（電子輸送層））の間にあることが好ましい。
本発明の有機ＥＬ素子においては、発光層を形成する主たる有機材料（以下、発光層の主材料と略称する）が電子輸送能を有していることが好ましい。発光層の主材料が電子輸送能を有することにより、上述した発光層と電子輸送層との界面での電荷、特に電子の蓄積を回避し、発光層中の発光領域を界面付近から離すことができ、電子と正孔との再結合励起エネルギーを効率よくドーパントの発光へと変換することができる。
さらに、再結合励起エネルギーが効率よくドーパントの発光へと変換されるためには、発光層の主材料の三重項エネルギーギャップ（ＥｇＴ（Ｈｏｓｔ））が２．５２ｅＶ以上、好ましくは２．７５ｅ以上、さらに好ましくは、２．８ｅＶ以上であることが好ましい。ドーパントである重金属有機錯体の三重項からの発光を生じさせるためには、重金属有機錯体の三重項エネルギーギャップ値（ＥｇＴ（Ｄｏｐａｎｔ））よりも、発光層の主材料の三重項エネルギーギャップ値（ＥｇＴ（Ｈｏｓｔ））の方が大きいことが好ましい。特に、重金属有機錯体からの三重項エネルギーを利用した青色領域のＥＬ発光を得るためには、発光層の主材料の三重項エネルギーギャップ（ＥｇＴ（Ｈｏｓｔ））は、２．８ｅＶ以上であることが好ましい。
一方、重金属有機錯体の三重項エネルギーギャップ値（ＥｇＴ（Ｄｏｐａｎｔ））は、電子輸送層を形成する材料の三重項エネルギーギャップ値（ＥｇＴ（ＥＴＬ））以上であることが好ましい。このように構成することによって、発光層と電子輸送層との界面付近で生じた再結合励起エネルギーを、電子輸送層を形成する材料よりも発光層中の重金属有機錯体ドーパントの方へ高い確率で効率よく移動させることができるためである。
ここで、各材料のイオン化ポテンシャルＩｐは、材料にモノクロメーターで分光した重水素ランプの光（励起光）を照射し、それによって生じた光電子放出をエレクトロメーターで測定し、得られた光電子放出の照射光子エネルギー曲線から、外挿法により光電子放出の閾値を求める等の方法で側定することできる。例えば、市販の大気中紫外線光電子分析装置ＡＣ−１（理研計器株式会社製）により測定することができる。
各材料の光学エネルギーギャップＥｇは、材料に波長分解した光を照射し、その吸収スペクトルの最長波長からの換算によって決定することができる。
本発明における各有機材料の三重項エネルギーギャップ（ＥｇＴ）は、以下の方法により求める。本発明で用いる有機材料を、公知のりん光測定法（例えば、「光化学の世界」（日本化学会編・１９９３）５０頁付近に記載の方法）により測定する。具体的には、本発明で用いる有機材料を溶媒に溶解（試料１０μｍｏｌ／Ｌ ＥＰＡ（ジエチルエーテル：イソペンタン：エタノール＝５：５：２ 容積比））し、りん光測定用試料とする。りん光測定用試料を石英セルに入れ、７７Ｋに冷却し、励起光を照射し、放射されるりん光を波長に対して測定する。りん光スペクトルの短波長側の立ち上がりに対して接線を引き、該波長値をエネルギー換算した値を三重項エネルギーギャップ値（ＥｇＴ）とする。三重項エネルギーギャップ値（ＥｇＴ）は、例えば、市販の装置Ｆ−４５００（日立社製）を用いて測定することができる。尚、本発明での該ＥｇＴの換算式は以下の通りである。
換算式 ＥｇＴ（ｅＶ）＝１２３９．８５／λｅｄｇｅ
「λｅｄｇｅ」とは、縦軸にりん光強度、横軸に波長をとって、りん光スペクトルを表したときに、りん光スペクトルの短波長側の立ち上がりに対して接線を引き、その接線と横軸の交点の波長値を意味する。単位：ｎｍ。
上記条件を満たす本発明の有機ＥＬ素子の素子構成としては、例えば、
（１）陽極／発光層／電子輸送層／陰極
（２）陽極／正孔輸送層／発光層／電子輸送層／陰極
（３）陽極／正孔注入層／正孔輸送層／発光層／電子輸送層／陰極
等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。また、基板上に、この順序で積層してもよいし、この逆の順序で積層してもよい。
本発明の有機ＥＬ素子を構成する材料化合物を具体的に挙げるならば、以下の通りである。但し、上記条件を満たす限り、目的とする電流効率の高い有機ＥＬ素子を得ることができるのであるから、本発明において用いる材料は下記に例示した化合物群に限定されるものではない。
本発明の有機ＥＬ素子において、発光層の主材料は特に限定されるものではなく、有機発光層の材料として公知の如何なる材料をも用いることができる。例えば、アミン誘導体、カルバゾール誘導体、オキサジアゾール誘導体、トリアゾール誘導体、ベンゾオキサゾール系、ベンゾチアゾール系及びベンゾイミダゾール系等の蛍光増白剤、金属キレート化オキサノイド化合物又はジスチリルベンゼン系化合物等の薄膜形成性に優れた化合物を例示することができ、特に好ましい化合物としては、カルバゾール誘導体が挙げられる。
本発明の有機ＥＬ素子においては、発光層の主材料の三重項エネルギーギャップ値（ＥｇＴ（Ｈｏｓｔ））は、重金属有機錯体の三重項エネルギーギャップ値（ＥｇＴ（Ｄｏｐａｎｔ））よりも大きいことが好ましい。このように構成することにより、発光層の主材料のエネルギーが効率よく重金属有機錯体へ移動し発光効率がより向上する。
本発明の有機ＥＬ素子における電子輸送層を形成する材料は、特に限定されるものではなく、電子輸送層を形成するための材料として従来公知の化合物を用いることができる。例えば、トリス（８−キノリノラート）アルミニウム、トリス（８−キノリノラート）ガリウム、ビス（１０−ベンゾ［ｈ］キノリノラート）ベリリウム等の有機金属錯体、オキサジアゾール誘導体、トリアゾール誘導体、トリアジン誘導体、ペリレン誘導体、キノリン誘導体、キノキサリン誘導体、ジフェニルキノン誘導体、ニトロ置換フルオレノン誘導体又はチオピランジオキサイド誘導体等を例示することができる。
本発明の有機ＥＬ素子において、電子輸送層は、単層でも複数層構成でもよい。電子輸送層は、正孔障壁特性（発光層に正孔を閉じ込める機能）、すなわち、発光層を構成する材料のイオン化ポテンシャル値より大きなイオン化ポテンシャル値を有する材料から構成される正孔障壁層を有していてもよい。
正孔障壁特性を有する具体的な化合物としては、例えば、フェナントロリン誘導体等が挙げられる。
また、電子輸送層に、アルカリ金属、アルカリ土類金属、希土類金属、アルカリ化合物、アルカリ土類化合物、希土類化合物、有機化合物配位のアルカリ金属等を添加して、電子注入輸送性を強化すると、さらに高い発光効率を得ることができる。
本発明の有機ＥＬ素子で用いる、発光層のドーパントである重金属有機錯体は特に限定されないが、室温で三重項励起状態からの発光を生じるドーパントとして機能するものが好ましい。
本発明の有機ＥＬ素子は、重金属有機錯体の三重項エネルギーギャップ（ＥｇＴ（Ｄｏｐａｎｔ））より長波長成分のＥＬ発光を放射することが好ましく、重金属有機錯体の三重項エネルギーギャップより長波長成分のＥＬ発光が素子からのＥＬ発光の主成分であることがより好ましい。
本発明で用いる重金属有機錯体は特に限定されるものではないが、三重項エネルギーギャップが２．５ｅＶ以上３．５ｅＶ以下であることが好ましく、２．６ｅＶ以上であることがより好ましい。これは、有機ＥＬ素子が緑から青系の光を発光するようにするためであり、本発明の効果がより顕著に現れる領域である。
重金属有機錯体を構成する重金属としては、例えば、Ｉｒ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｍｏ又はＲｅが挙げられる。配位子としては、例えば、Ｃ、Ｎが金属に配位又は結合する配位子（ＣＮ配位子）が挙げられ、より具体的には、
Figure 2005076668
及びこれらの置換誘導体が挙げられ、置換基としては、アルキル基、アルコキシ基、フェニル基、ポリフェニル基又はナフチル基；Ｆ置換、ＣＦ３置換等が挙げられる。特に、青色発光を与える配位子としては、
Figure 2005076668
 等が挙げられる。
重金属有機錯体の発光層への添加濃度は、特に限定されるものではないが、電流効率や駆動電圧の調整の点から０．１〜２０質量％の範囲が好ましく、１〜１５質量％の範囲がより好ましい。
本発明の有機ＥＬ素子には、電流効率をさらに向上させるために、必要に応じて、正孔注入層や正孔輸送層を設けてもよい。これらの層に用いる材料には、特に制限はなく、従来の有機ＥＬ用材料として公知の有機材料を用いることができる。
また、本発明の有機ＥＬ素子においては、電流効率をさらに向上させるために、正孔輸送層及び電子輸送層に無機材料を添加してもよい。また、正孔注入層や電子輸送層に電荷注入補助材料として、無機材料を用いてもよく、無機材料として、無機半導体材料を用いることがより好ましい。具体的な無機材料としては、例えば、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｇａ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｔａ、Ｔｉから選択される一種以上の元素を含有する無機材料又は、これらのカルコゲナイド及び窒化物等が挙げられる。
本発明の有機ＥＬ素子は、基板により支持されていることが好ましい。基板の材料については、特に制限はなく、公知の有機ＥＬ素子に慣用されているもの、例えば、ガラス、透明プラスチック又は石英等を用いることができる。
本発明の有機ＥＬ素子で用いられる陽極の材料としては、仕事関数が４ｅＶ以上と大きい金属、合金、電気伝導性化合物又はこれらの混合物が好ましく用いられる。具体例としては、例えば、Ａｕ等の金属；ＣｕＩ、ＩＴＯ、ＳｎＯ２及びＺｎＯ等の誘電性透明材料が挙げられる。
陽極は、例えば蒸着法やスパッタリング法等の方法で、前記材料の薄膜を形成することにより作製することができる。発光層からの発光を陽極より取り出す場合、陽極の透過率は１０％より大きいことが好ましい。また、陽極のシート抵抗は、数百Ω／□以下が好ましい。陽極の膜厚は材料にもよるが、通常１０ｎｍ〜１μｍ、好ましくは１０〜２００ｎｍの範囲である。
本発明の有機ＥＬ素子で用いられる陰極の材料としては、仕事関数が４ｅＶ以下と小さい金属、合金、電気伝導性化合物又はこれらの混合物が好ましく用いられる。具体例としては、例えば、ナトリウム、リチウム、アルミニウム、マグネシウム／銀混合物、マグネシウム／銅混合物、Ａｌ／Ａｌ２Ｏ３、インジウム等が挙げられる。
陰極は、蒸着法やスパッタリング法等の方法で、前記材料の薄膜を形成することにより作製することができる。発光層からの発光を陰極より取り出す場合、陰極の透過率は１０％より大きいことが好ましい。また、陰極のシート抵抗は、数百Ω／□以下が好ましい。陰極の膜厚は材料にもよるが、通常１０ｎｍ〜１μｍ、好ましくは５０〜２００ｎｍの範囲である。
なお、発光層からの発光を効率よく取り出すために、前記陽極及び陰極の少なくとも一方は透明又は半透明物質により形成することが好ましい。
本発明の有機ＥＬ素子を製造する方法については、特に制限はなく、従来の有機ＥＬ素子に使用される製造方法を用いればよい。
［実施例］
以下、実施例、比較例を挙げて本発明をさらに具体的に説明する。
実施例１
２５ｍｍ×７５ｍｍ×１．１ｍｍ厚のＩＴＯ透明電極ライン付きガラス基板（ジオマティック社製）を、イソプロピルアルコール中で５分間超音波洗浄した後、３０分間ＵＶオゾン洗浄した。洗浄後の透明電極ライン付きガラス基板を真空蒸着装置の基板ホルダーに装着し、まず透明電極ラインが形成されている側の面上に、前記透明電極を覆うようにして、膜厚１００ｎｍのＮ，Ｎ’−ビス（Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−４−アミノフェニル）−Ｎ，Ｎ−ジフェニル−４，４’−ジアミノ−１，１’−ビフェニル膜（以下、「ＴＰＤ２３２膜」と略記する）を抵抗加熱蒸着により成膜した。このＴＰＤ２３２膜は、第一の正孔注入層（正孔輸送層）として機能する。ＴＰＤ２３２膜の成膜に続けて、この膜上に、下記に構造式を示す化合物ＨＴＭからなる膜厚１０ｎｍの正孔輸送層を抵抗加熱蒸着により成膜した。さらに、正孔輸送層の成膜に続けて、この膜上に膜厚３０ｎｍで、ホスト化合物（表１に記載のホスト化合物Ｎｏ．Ｈｏｓｔ １；ＥｇＴ（Ｈｏｓｔ）：２．８３ｅＶ；Ｉｐ：５．６５ｅＶ、Ｅｇ：３．１２ｅＶ；下記に構造式を示す）とＦＩｒｐｉｃ（ＥｇＴ（Ｄｏｐａｎｔ）：２．７６ｅＶ；下記に構造式を示す）を抵抗加熱により共蒸着成膜した。ＦＩｒｐｉｃの濃度は７．５質量％であった。このホスト化合物：ＦＩｒｐｉｃ膜は、発光層として機能する。そして、発光層の成膜に続けて、この発光層上に所定の膜厚（３０ｎｍ）のＡｌｑ（８−ヒドロキシキノリノールアルミニウム錯体；ＥｇＴ（ＥＴＬ）＝２．００ｅＶ；Ｉｐ：５．７０ｅＶ、Ｅｇ：２．７０ｅＶ）を抵抗加熱蒸着により成膜した。このＡｌｑ膜は、電子輸送層として機能する。次いで、ＬｉＦを１Å／分の成膜速度で膜厚０．１ｎｍの電子注入性電極（陰極）を形成した。このＬｉＦ層上に金属Ａｌを蒸着させ、膜厚１３０ｎｍの金属陰極を形成することによって有機ＥＬ素子を作製した。
なお、各材料のイオン化ポテンシャル値Ｉｐは、大気中紫外線光電子分析装置ＡＣ−１（理研計器株式会社製）で測定した。各材料の光学エネルギーギャップ値Ｅｇは、各材料のトルエン希薄溶液の吸収スペクトルの測定結果から求めた。各材料の電子親和力値Ａｆは、下記式によって求めた。
Ａｆ＝Ｉｐ−Ｅｇ
各材料の三重項エネルギーギャップ値ＥｇＴは、前記「光化学の世界」に記載の測定法に準じて測定した。具体的には、各有機材料を溶媒に溶解（試料１０μｍｏｌ／Ｌ ＥＰＡ（ジエチルエーテル：イソペンタン：エタノール＝５：５：２ 容積比））し、りん光測定用試料とした。りん光測定用試料を石英セルに入れ、７７Ｋに冷却し、励起光を照射し、放射されるりん光を波長に対して測定し、得られたりん光スペクトルの短波長側の立ち上がりに対して接線を引き、該波長値をエネルギー換算した値を三重項エネルギーギャップ値（ＥｇＴ）とした。なお、測定には市販の測定装置Ｆ−４５００（日立社製）を用いた。
発光層を形成する主たる有機材料の電子親和力Ａｆ（発光層）と電子輸送層を形成する主たる材料の電子親和力Ａｆ（電子輸送層）との差△Ａｆは、下記式によって求めた。
△Ａｆ＝Ａｆ（電子輸送層）−Ａｆ（発光層）
Figure 2005076668
（有機ＥＬ発光素子の評価）
上記実施例１で得られた有機ＥＬ発光素子について、輝度、電流密度、色度（ＣＩＥ）を、下記表１に示す所定の直流電圧を印加した条件で測定し、発光輝度１００ｃｄ／ｍ２時の電流効率（＝（輝度）／（電流密度））を算出した。結果を下記表１に示す。
実施例２及び比較例１
実施例２は、発光層のホスト化合物を、化合物Ｈｏｓｔ ２（下記に構造式を示す）に変更した以外は、
比較例１は、電子輸層材料を、化合物ＰＣ−７（下記に構造式を示す）に変更した以外は、
それぞれ実施例１と同様にして有機ＥＬ素子を作製し、実施例１と同様に有機ＥＬ素子の評価を行った。結果を下記表１に示す。
Figure 2005076668
実施例３及び比較例２
実施例３は、重金属有機錯体ＦＩｒｐｉｃを、Ｉｒ（ｐｐｙ）（ＥｇＴ（Ｄｏｐａｎｔ）：２．６０ｅＶ；下記に構造式を示す）に変更した以外は、
比較例２は、重金属有機錯体ＦＩｒｐｉｃを、Ｉｒ（ｐｐｙ）に、発光層のホスト化合物を、Ｈｏｓｔ ２に、電子輸層材料を、ＢＣＰ（下記に構造式を示す）に変更した以外は、
それぞれ実施例１と同様にして有機ＥＬ素子を作製し、実施例１と同様に有機ＥＬ素子の評価を行った。結果を下記表１に示す。
Figure 2005076668
実施例４
発光層のホスト化合物を、化合物Ｈｏｓｔ ３（下記に構造式を示す）に変更した以外は実施例３と同様にして有機ＥＬ素子を作製し、実施例１と同様に有機ＥＬ素子の評価を行った。結果を下記表１に示す。
Figure 2005076668
実施例５
上記実施例１記載の製造過程において、正孔注入層と正孔輸送層を成膜せず、基板上に直接、発光層を膜厚１００ｎｍで成膜した。さらに、この発光層の上に３０ｎｍのＡｌｑ（ＥｇＴ（ＥＴＬ）＜２．７ｅＶ）を抵抗加熱蒸着により成膜した。このＡｌｑ膜は、電子輸送層として機能する。この後、ＬｉＦを電子注入性電極（陰極）として成膜速度１Å／分で膜厚０．１ｎｍで形成した。このＬｉＦ層上に金属Ａｌを蒸着させ、金属陰極を膜厚１０ｎｍで形成し、有機ＥＬ素子を作製した。得られた有機ＥＬ素子について、実施例１と同様に評価を行った。結果を下記表１に示す。
実施例６
上記実施例５において、ＩＴＯ上にアモルファスＳｉＣ（ｐ型半導体膜）を、プラズマＣＶＤ法にて成膜した。これは、無機正孔注入輸送層として機能する。Ｈ２ガス１０％希釈のＳｉＨ４、ＣＨ４、５００ｐｐｍ希釈のＢ２Ｈ４をマスコントローラーを通じてチャンバー内に満たし、圧力１Ｔｏｒｒとした。この時ガス流量比は、Ｂ２Ｈ４／（ＳｉＨ４＋ＣＨ４）は０．３１％であり、５０Ｗ、１３．５６ＭＨｚの高周波を印加し、基板温度１９０℃で膜厚１５ｎｍに成膜した。この上に、実施例５と同様の工程で有機膜、ＬｉＦ、Ａｌを順次成膜し、有機ＥＬ素子を作製した。得られた有機ＥＬ素子について、実施例１と同様に評価を行った。結果を下記表１に示す。
Figure 2005076668
表１において、同じ発光色を有する実施例１、２、５、６及び比較例１、並びに実施例３、４及び比較例２とをそれぞれ比較すると、電子親和力の差ΔＡｆが、０．２＜ΔＡｆ≦０．６５の範囲にある実施例１〜６では、電子親和力の差ΔＡｆが上記範囲を逸脱している比較例１、２と比べて、電流効率が高いことがわかる。
本発明により、同じ発光色（表１中のＣＩＥ−色度（０．２１，０．４１）は緑味青〜緑を示し；（０．３１５，０．６１７）は黄色味緑を示す）で、従来の有機ＥＬ素子より高電流効率の有機ＥＬ素子を実現できたことがわかる。
実施例７
実施例１において、ＦｉｒｐｉｃのかわりにＣＦＩｒｐｉｃ（ＥｇＴ（Ｄｏｐａｎｔ）：２．７０ｅＶ；下記に構造式を示す）を用いて素子を作製した。得られた有機ＥＬ素子について、実施例１と同様に評価を行った。結果を下記表２に示す。
Figure 2005076668
実施例８
実施例７において、濃度を４質量％に変更して、素子を作製した。得られた有機ＥＬ素子について、実施例１と同様に評価を行った。結果を下記表２に示す。
Figure 2005076668
また、実施例１と実施例８の発光スペクトルを図２、３にそれぞれ示す。この比較より、明らかに実施例８では実施例１より短波長側の発光が測定されており、ドーパント以外の発光成分があるといえる。
本発明の有機ＥＬ素子は、電流効率が高いため、情報表示機器、軍載表示機器、照明等に好適に用いることができる。
本発明の有機ＥＬ素子は、電流効率が高いため、壁掛テレビの平面発光体やディスプレイのバックライト等の光源として好適に用いることができる。

Claims (7)

  1. 陰極と陽極との間に、少なくとも重金属を中心金属とする有機金属錯体を含有する発光層と、電子輸送層とが積層された構造を有する有機エレクトロルミネッセンス素子であって、
    該発光層を形成する主たる有機材料の電子親和力と電子輸送層を形成する主たる材料の電子親和力との差（ΔＡｆ）が
    ０．２ｅＶ＜ΔＡｆ≦０．６５ｅＶ
    の関係式を満たすことを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子。
  2. 前記重金属を中心金属とする有機金属錯体の三重項エネルギーギャップ（ＥｇＴ（Ｄｏｐａｎｔ））より長波長成分のエレクトロルミネッセンス発光を放射することを特徴とする請求項１記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
  3. 前記重金属を中心金属とする有機金属錯体の三重項エネルギーギャップ（ＥｇＴ（Ｄｏｐａｎｔ））相当波長より長波長成分のエレクトロルミネッセンス発光が、素子からのエレクトロルミネッセンス発光の主成分であることを特徴とする請求項２記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
  4. 前記発光層を形成する主たる有機材料が電子輸送能を有することを特徴とする請求項１記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
  5. 前記発光層を形成する主たる有機材料の三重項エネルギーギャップ値（ＥｇＴ（Ｈｏｓｔ））が、２．５２ｅＶ以上であることを特徴とする請求項１記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
  6. 前記重金属を中心金属とする有機金属錯体の三重項エネルギーギャップ値（ＥｇＴ（Ｄｏｐａｎｔ））が、電子輸送層を形成する主たる材料の三重項エネルギーギャップ値（ＥｇＴ（ＥＴＬ））以上であることを特徴とする請求項１記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
  7. 前記発光層を形成する主たる有機材料の三重項エネルギーギャップ（ＥｇＴ（Ｈｏｓｔ））が、重金属を中心金属とする有機金属錯体の三重項エネルギーギャップ（ＥｇＴ（Ｄｏｐａｎｔ））以上であることを特徴とする請求項１記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
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