WO2012099219A1 - 有機エレクトロルミネッセンス素子 - Google Patents

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Definitions

  • the present invention relates to an organic electroluminescence element.
  • an organic electroluminescence element (hereinafter referred to as an organic EL element)
  • holes from the anode and electrons from the cathode are injected into the light emitting layer.
  • the injected holes and electrons are recombined to form excitons.
  • singlet excitons and triplet excitons are generated at a ratio of 25%: 75% according to the statistical rule of electron spin.
  • the fluorescence type uses light emitted from singlet excitons, and therefore the internal quantum efficiency of the organic EL element is said to be limited to 25%.
  • the phosphorescent type uses light emission by triplet excitons, so that it is known that the internal quantum efficiency is increased to 100% when intersystem crossing is efficiently performed from singlet excitons.
  • an optimal element design has been made according to a light emission mechanism of a fluorescent type and a phosphorescent type.
  • phosphorescent organic EL elements cannot obtain high-performance elements by simple diversion of fluorescent element technology because of their light emission characteristics.
  • the reason is generally considered as follows.
  • the energy gap of the compound used in the light emitting layer must be large. This is because the value of the energy gap (hereinafter also referred to as singlet energy) of a compound usually refers to the triplet energy of the compound (in the present invention, the energy difference between the lowest excited triplet state and the ground state). This is because it is larger than the value of).
  • a host material having a triplet energy larger than the triplet energy of the phosphorescent dopant material must be used for the light emitting layer. Don't be.
  • an electron transport layer and a hole transport layer adjacent to the light emitting layer are provided, and a compound having a triplet energy higher than that of the phosphorescent dopant material must be used for the electron transport layer and the hole transport layer.
  • a compound having a larger energy gap than the compound used for the fluorescent organic EL element is used for the phosphorescent organic EL element.
  • the drive voltage of the entire element increases.
  • hydrocarbon compounds with high oxidation resistance and reduction resistance which are useful in fluorescent elements, have a large energy gap due to a large spread of ⁇ electron clouds. Therefore, in the phosphorescent organic EL element, such a hydrocarbon compound is difficult to select, and an organic compound containing a hetero atom such as oxygen or nitrogen is selected. As a result, the phosphorescent organic EL element is There is a problem that the lifetime is shorter than that of a fluorescent organic EL element. Furthermore, the fact that the exciton relaxation rate of the triplet exciton of the phosphorescent dopant material is much longer than that of the singlet exciton also greatly affects the device performance.
  • Patent Document 1 discloses that a specific compound having an indolocarbazole skeleton is used as a host material and a phosphorescent compound ( An organic EL element having a phosphorescent light emitting layer using Ir (ppy) 3 ) is disclosed.
  • Patent Document 1 by configuring the light emitting layer in this way, light emission from the dopant material occurs more efficiently than when Alq 3 is used as the host material, and the light emission efficiency as the organic EL element is improved. It is said.
  • Patent Document 1 if a specific compound having an indolocarbazole skeleton is used as the host material of the phosphorescent light-emitting layer as in Patent Document 1, the light emission of the organic EL element is limited as compared with the case where Alq 3 is used as the host material. Although the efficiency is improved, the luminous efficiency is not sufficient practically, and further improvement of the luminous efficiency is desired. In Patent Document 1, it stops the electron mobility in the electron transport layer are considered organic EL device using Alq 3 is not sufficiently large. Therefore, in considering the adoption of a light emitting layer system that exhibits high light emission efficiency, it is desired to use an electron transport layer that has a high electron injection property into the light emitting layer.
  • the present inventor has found that the use of a compound that satisfies a specific condition for the host material of the light emitting layer improves the light emission efficiency of the phosphorescent organic EL device, The present invention has been completed.
  • the organic EL element of the present invention is An organic EL device comprising an organic compound layer between a pair of electrodes,
  • the organic compound layer has a light emitting layer containing a host material and a phosphorescent dopant material,
  • the difference ⁇ ST between the singlet energy EgS and the energy gap Eg 77K at 77 [K] satisfies the relationship of the following formula (1), and the singlet energy EgS is expressed by the following formula (2). It is selected from compounds that satisfy the above relationship.
  • the organic EL element of the present invention is An organic EL device comprising an organic compound layer between a pair of electrodes,
  • the organic compound layer has a light emitting layer containing a host material and a phosphorescent dopant material,
  • the difference ⁇ ST between the singlet energy EgS and the energy gap Eg 77K at 77 [K] satisfies the relationship of the following formula (3), and the energy gap Eg 77K is expressed by the following formula (4). It is selected from compounds that satisfy the above relationship.
  • the organic EL element of the present invention is An organic EL device comprising an organic compound layer between a pair of electrodes,
  • the organic compound layer has a light emitting layer containing a host material and a phosphorescent dopant material,
  • the refractive index n Z in the direction perpendicular to the silicon substrate surface and the refractive index n X in the direction parallel to the silicon substrate surface satisfy the relationship of the following formula (5) in spectroscopic ellipsometry:
  • the singlet energy EgS is selected from compounds satisfying the relationship of the following mathematical formula (6).
  • the organic EL element of the present invention is An organic EL device comprising an organic compound layer between a pair of electrodes,
  • the organic compound layer has a light emitting layer containing a host material and a phosphorescent dopant material,
  • the refractive index n Z in the direction perpendicular to the silicon substrate surface and the refractive index n X in the direction parallel to the silicon substrate surface satisfy the relationship of the following formula (7) in spectroscopic ellipsometry, and , 77 [K], the energy gap Eg 77K is selected from compounds satisfying the relationship of the following mathematical formula (8).
  • the organic EL element of the present invention is An organic EL device comprising an organic compound layer between a pair of electrodes,
  • the organic compound layer has a light emitting layer containing a host material and a phosphorescent dopant material,
  • the host material is characterized in that the half width of the photoluminescence spectrum is larger than 75 nm and the singlet energy EgS is selected from compounds satisfying the relationship of the following mathematical formula (9).
  • the organic EL element of the present invention is An organic EL device comprising an organic compound layer between a pair of electrodes,
  • the organic compound layer has a light emitting layer containing a host material and a phosphorescent dopant material,
  • the host material is characterized in that the half width of the photoluminescence spectrum is larger than 75 nm and the energy gap Eg 77K at 77 [K] is selected from compounds satisfying the relationship of the following formula (10).
  • the host material is preferably selected from compounds having a half-value width of photoluminescence spectrum larger than 75 nm.
  • the difference ⁇ ST satisfies the relationship of the following mathematical formula (11).
  • the pair of electrodes is an anode and a cathode
  • An electron transport layer is provided between the organic compound layer and the cathode
  • the electron mobility of the electron transport layer is preferably 5 ⁇ 10 ⁇ 6 cm 2 / Vs or more at an electric field strength of 500 (V / cm) 1/2 .
  • the host material has at least one of the skeletons represented by the following chemical formulas (1) to (8).
  • a phosphorescent organic EL device with improved luminous efficiency can be provided.
  • a compound satisfying the specific conditions as described above is used as a host material, so that a compound that satisfies the above specific conditions is used as the host material, so that the luminous efficiency of the phosphorescent organic EL element is improved. Can be improved.
  • FIG. 4A It is a figure which shows schematic structure of an example of the organic electroluminescent element which concerns on 1st embodiment of this invention. It is a figure which shows an example of the physical model by aggregate formation. It is a figure which shows the relationship of the energy level of the host material in a light emitting layer, and dopant material. It is a figure which shows an example of a spectroscopic ellipsometry measurement. It is sectional drawing of the organic thin film on the silicon substrate used as the measuring object in the spectroscopic ellipsometry measurement of FIG. 4A.
  • the organic EL device of the present invention includes an organic compound layer between a pair of electrodes.
  • This organic compound layer has at least one layer composed of an organic compound.
  • the organic compound layer may contain an inorganic compound.
  • at least one of the organic compound layers has a light emitting layer. Therefore, the organic compound layer may be composed of, for example, a single light emitting layer, such as a hole injection layer, a hole transport layer, an electron injection layer, an electron transport layer, a hole barrier layer, an electron barrier layer, etc. You may have the layer employ
  • the configuration (d) is preferably used, but it is of course not limited thereto.
  • the “light emitting layer” is an organic layer that generally employs a doping system and includes a host material and a dopant material.
  • the host material generally promotes recombination of electrons and holes, and transmits excitation energy generated by the recombination to the dopant material.
  • As the dopant material a compound having a high quantum yield is preferred, and the dopant material that has received excitation energy from the host material exhibits high light emission performance.
  • the above “hole injection / transport layer” means “at least one of a hole injection layer and a hole transport layer”, and “electron injection / transport layer” means “an electron injection layer and an electron transport layer”. "At least one of them”.
  • the positive hole injection layer when it has a positive hole injection layer and a positive hole transport layer, it is preferable that the positive hole injection layer is provided in the anode side. Moreover, when it has an electron injection layer and an electron carrying layer, it is preferable that the electron injection layer is provided in the cathode side.
  • the electron transport layer refers to an organic layer having the highest electron mobility among the organic layers in the electron transport region existing between the light emitting layer and the cathode. When the electron transport region is composed of one layer, the layer is an electron transport layer.
  • a barrier layer that does not necessarily have high electron mobility is used between the light emitting layer and the electron transport layer in order to prevent diffusion of excitation energy generated in the light emitting layer.
  • the organic layer adjacent to the light emitting layer does not necessarily correspond to the electron transport layer.
  • the organic EL element 1 includes a light-transmitting substrate 2, an anode 3, a cathode 4, and an organic compound layer 10 disposed between the anode 3 and the cathode 4.
  • the organic compound layer 10 has a light emitting layer 5 containing a host material and a dopant material, and has a hole injection / transport layer 6 between the light emitting layer 5 and the anode 3, and between the light emitting layer 5 and the cathode 4.
  • Light emitting layer In the present invention, as described above, a compound that satisfies a specific condition is used for the host material of the light emitting layer. This specific condition will be described in the following [1] to [3].
  • ⁇ ST the energy difference between the singlet energy EgS and the triplet energy EgT is small and the singlet energy EgS is equal to or larger than a predetermined magnitude, or ⁇ ST is small. It has also been found that when a compound having a triplet energy EgT of a predetermined magnitude or more is used as a host material, the luminous efficiency of a phosphorescent organic EL device is improved. In order to reduce ⁇ ST which is equivalent to the difference between the singlet energy EgS and the triplet energy EgT, quantum exchange is realized by a small exchange interaction between the singlet energy EgS and the triplet energy EgT.
  • ⁇ ST energy difference
  • the aggregate does not reflect a simple electronic state of only one molecule, but a few molecules are physically close to each other.
  • the electronic state between the plurality of molecules is mixed, the energy level changes due to the change of the electronic state, and the value of singlet energy mainly decreases, thereby reducing the value of ⁇ ST. It is considered to be.
  • Such a decrease in the value of ⁇ ST due to the formation of aggregates can also be explained by a Davydov splitting model in which the electronic state changes as two molecules approach (see FIG. 2).
  • the aggregate in the present invention means that single molecules form an arbitrary aggregate. That is, it does not indicate a specific meeting state.
  • the association state of organic molecules allows a variety of states in the thin film to be stochastically different from that of inorganic molecules.
  • the compound used for the host material needs to be a compound having a singlet energy EgS or a triplet energy EgT of a predetermined magnitude or more in addition to the condition regarding ⁇ ST.
  • EgS and EgT will be described.
  • FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the energy levels of the host material and the dopant material in the light emitting layer.
  • S0 represents the ground state
  • S1 H represents the lowest excited singlet state of the host material
  • T1 H represents the lowest excited triplet state of the host material
  • T1 D represents the lowest excited material of the dopant material. Represents an excited triplet state.
  • FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the energy levels of the host material and the dopant material in the light emitting layer.
  • S0 represents the ground state
  • S1 H represents the lowest excited singlet state of the host material
  • T1 H represents the lowest excited triplet state of the host material
  • T1 D represents the lowest excited material of the dopant material. Represents
  • the difference between S1 H and T1 H corresponds to ⁇ ST
  • the difference between T1 H and T1 D corresponds to ⁇ T.
  • Broken line arrows in FIG. 3 represent energy transfer between the respective excited states.
  • a compound having a small ⁇ ST is selected as a compound used for the host material of the present invention.
  • the energy difference between the lowest excited triplet state T1 D of the lowest excited triplet state T1 H and a dopant material of the host material is small, triplet triplet excitons move from phosphorescent dopant material to the host material There is a possibility that the confinement efficiency of the term exciton may be lowered.
  • the lowest excited triplet state T1 H of the host material and the lowest excited triplet state of the dopant material are used.
  • the energy difference from T1 D needs to be large.
  • the excited level splits due to the formation of the aggregate, so there is also a T1-m ⁇ excited state with a low energy level. Yes.
  • the energy difference between the lowest excited triplet state T1 H of the host material and the lowest excited triplet state T1 D of the dopant material is reduced, and the triplet exciton moves from the phosphorescent dopant material to the host material.
  • the confinement efficiency of excitons may be reduced.
  • a compound that easily forms an aggregate in an organic thin film layer may be considered to be able to confine triplet excitons of a dopant material with a high probability if it is a monomer (single molecule). .
  • the energy level of the lowest excited triplet state of the host material is actually lowered due to the formation of the associated body.
  • the compound used for the host material of the present invention is selected from compounds in which ⁇ ST is smaller than a predetermined value, and at least one of singlet energy EgS and triplet energy EgT is a predetermined magnitude or more. . By using such a compound, a decrease in the confinement efficiency of triplet excitons is prevented.
  • triplet energy is obtained by measuring a phosphorescence spectrum (vertical axis: phosphorescence emission intensity, horizontal axis: wavelength) of a sample in which a compound to be measured is dissolved in a solvent at a low temperature (77 [K]). A tangent line is drawn with respect to the rising edge of the phosphorescence spectrum on the short wavelength side, and is calculated from a predetermined conversion formula based on the wavelength value at the intersection of the tangent line and the horizontal axis.
  • the compound used for the host material of the present invention has a small ⁇ ST as described above.
  • ⁇ ST is small, intersystem crossing and reverse intersystem crossing easily occur even in a low temperature (77 [K]) state, and an excited singlet state and an excited triplet state are mixed.
  • the spectrum measured in the same manner as described above includes light emission from both the excited singlet state and the excited triplet state, and it is difficult to distinguish from which state the light is emitted.
  • the normal triplet energy EgT and the measurement method are the same, but in order to distinguish the difference in the strict meaning, a low temperature (77 [77 [ K]), the phosphorescence spectrum (vertical axis: phosphorescence emission intensity, horizontal axis: wavelength) is measured, a tangent line is drawn with respect to the short wavelength side rise of this phosphorescence spectrum, and the intersection of the tangent line and the horizontal axis based on the wavelength values, and the energy gap Eg 77K energy amount calculated from a predetermined conversion equation, defines the ⁇ ST as the difference between the singlet energy EgS and energy gap Eg 77K.
  • the measurement of triplet energy in a solution state may include an error in triplet energy due to the interaction between the target molecule and the solvent. Therefore, as an ideal condition, measurement in a thin film state is desired in order to eliminate the interaction between the target molecule and the solvent.
  • the molecule of the compound used for the host material in the present invention shows a photoluminescence spectrum having a wide half-value width in the solution state, it is strongly suggested that an association state is formed even in the solution state. Since it is considered that the conditions are equivalent to those in the thin film state, in the present invention, the value measured for the triplet energy under the solution conditions is used.
  • the singlet energy EgS is also defined in the present invention as calculated in the same manner as a normal method. That is, a sample to be measured is deposited on a quartz substrate to prepare a sample, and the absorption spectrum (vertical axis: absorbance, horizontal axis: wavelength) of this sample is measured at room temperature (300 K). A tangent line is drawn with respect to the rising edge of the absorption spectrum on the long wavelength side, and is calculated from a predetermined conversion formula based on the wavelength value at the intersection of the tangent line and the horizontal axis. Further, EgS in the case of forming an aggregate corresponds to the energy gap between S1-m ⁇ and the ground state S0 in the Davydov splitting model. The specific calculation of the singlet energy EgS and the energy gap Eg 77K will be described later.
  • ⁇ ST is smaller than the value defined by the above formula (1) or (3), preferably smaller than the value defined by the formula (11), in addition to the singlet energy EgS. Is 2.90 eV or more, or when a compound having an energy gap Eg 77K of 2.85 eV or more is used, energy transfer from the phosphorescent dopant material is prevented, so that the light emission efficiency of the organic EL element is improved.
  • the present inventor has determined that the difference ⁇ n between the refractive index n Z in the direction perpendicular to the silicon substrate surface and the refractive index n X in the direction parallel to the silicon substrate surface in the spectroscopic ellipsometry is a predetermined magnitude.
  • a compound having a singlet energy EgS of a predetermined magnitude or more, or a difference ⁇ n in refractive index is a predetermined magnitude, and a triplet energy EgT is a predetermined magnitude or more. It has been found that when a certain compound is used, the luminous efficiency of the phosphorescent organic EL element is improved.
  • ⁇ n is the refractive index n Z in the direction perpendicular to the silicon substrate surface in the region where the extinction coefficient is 0.001 or less in the spectroscopic ellipsometry measurement (measurement range: 200 nm to 1000 nm), and the silicon substrate With respect to the refractive index n X in the parallel direction.
  • the spectroscopic ellipsometry measurement range is preferably a wavelength range of 600 nm to 800 nm.
  • ⁇ n is a value at a wavelength of 700 nm.
  • the present inventor has found that a compound that forms an association is used as one of means for reducing ⁇ ST, and that a compound having a large ⁇ n easily forms an association in the film of the compound.
  • the relationship between the magnitude of ⁇ n and the ease of forming aggregates is presumed as follows.
  • a large difference in the refractive index n between the vertical direction z and the parallel direction x with respect to the silicon substrate surface means that the molecules are present in a state having a certain degree of regularity in the thin film state. it is conceivable that. That is, the compound used for the host material of the present invention is a compound having a predetermined ⁇ n, forms an aggregate in a thin film state, and is presumed to exist with a certain degree of regularity.
  • a compound having a very small ⁇ n exists in an amorphous state where the molecules have no regularity in the thin film state.
  • Reference 6 D. Yokoyama et al., Org. Electron. 10, 127-137 (2009)
  • Reference 7 D. Yokoyama et al., Appl. Phys. Lett. 93, 173302 (2008)
  • Reference 8 D. Yokoyama et al., Appl. Phys. Lett. 95, 243303 (2009), In the literature.
  • a compound having a ⁇ n larger than 0.04 easily forms an association in the film, and ⁇ ST is reduced by the formation of the association.
  • ⁇ ST is reduced, the energy difference between the host material and the adjacent electron transport layer is reduced. As a result, electrons are easily injected into the light emitting layer, and the driving voltage of the organic EL element can be reduced.
  • the compound used for the host material satisfies the same conditions as those described in [1] above for the singlet energy EgS and the triplet energy EgT in addition to the condition for ⁇ n. Therefore, when a compound having a singlet energy EgS of 2.90 eV or more or an energy gap Eg 77K of 2.85 eV or more is used as the host material of the present invention, in addition to ⁇ n being larger than 0.04, Since energy transfer from the luminescent dopant material is prevented, the luminous efficiency of the organic EL element is improved.
  • the present inventor uses, as the host material, a compound in which the half-value width of the photoluminescence spectrum is a predetermined size and the singlet energy EgS is a predetermined size or more, or photoluminescence It has been found that the use of a compound having a spectrum half-width of a predetermined magnitude and a triplet energy EgT greater than or equal to a predetermined magnitude improves the luminous efficiency of the phosphorescent organic EL device. The present inventor has found that a compound that forms an association is used as one means for reducing ⁇ ST, and a compound having a large half-value width of the photoluminescence spectrum is likely to form an association in the film of the compound. I found.
  • the relationship between the magnitude of the half-value width of the photoluminescence spectrum and the ease of formation of the aggregate is estimated as follows.
  • the vibration level in the excited singlet state is small, and as a result, the half width of the photoluminescence spectrum is observed to be narrow.
  • CBP has a property that exists mainly in a single molecule state, and the half-value width of the photoluminescence spectrum is relatively narrow at about 50 nm.
  • a plurality of vibration levels exist in the excited singlet state due to the electronic influence of a plurality of molecules. As a result, since the number of states that relax from each vibration level to the ground state increases, the half-value width of the photoluminescence spectrum increases.
  • a compound having a large half width of the photoluminescence spectrum easily forms an aggregate, it is a compound having a small ⁇ ST as in the above [1].
  • ⁇ ST becomes small, the energy difference between the host material and the adjacent electron transport layer becomes small. As a result, electrons can be easily injected into the light emitting layer, and the driving voltage of the organic EL element can be lowered.
  • the compound used for the host material has a singlet energy EgS of 2.90 eV or more, or an energy gap Eg 77K of 2.85 eV or more, as in [1] above, in addition to the conditions relating to the half width, phosphorescence Energy transfer from the dopant material is prevented, and luminous efficiency is improved.
  • the compound used for the host material of the present invention is not limited to a compound in which all molecules form an aggregate in the light emitting layer. For example, some molecules may exist alone without forming an aggregate, or may exist in the light emitting layer in a state where aggregates and non-aggregates are mixed. Further, a compound having a small ⁇ ST can be used as the host material of the present invention without forming an aggregate in the light emitting layer.
  • the compound used for the host material of the present invention preferably has at least one of the skeletons represented by the chemical formulas (1) to (8) in addition to satisfying the above specific conditions.
  • An example of a compound having a small ⁇ ST used for the host material of the present invention is a compound in which a donor element and an acceptor element are bonded in the molecule, and further, in consideration of electrochemical stability (redox stability), ⁇ ST In the range of 0.3 eV to 0.4 eV.
  • Preferred donor elements are carbazole structures, arylamine structures and the like.
  • Preferred acceptor elements are azine ring moieties, azaaromatic rings, azaoxygen rings, CN-substituted aromatic rings, ketone-containing rings and the like. Bonding a donor element and an acceptor element means bonding with various linking groups.
  • Preferred linking groups are a single bond, a phenylene structure, and a metabiphenylene structure. Based on the disclosure of the present invention, by adding quantum chemical considerations and further optimization, a compound having a ⁇ ST smaller than 0.3 eV can be sufficiently used as the host material of the present invention.
  • a more preferable compound is a compound that forms an aggregate in which dipoles formed in an excited state of a molecule interact with each other and exchange exchange energy becomes small. According to the study of the present inventor, such a compound has approximately the same dipole direction, and ⁇ ST can be further reduced by molecular interaction. In such a case, ⁇ ST can be as small as 0 to 0.3 eV.
  • a phosphorescent dopant material is used as the dopant material of the light emitting layer.
  • Equation (12) above when ⁇ T is greater than 0.20 eV, the confinement efficiency of triplet excitons is improved.
  • the mass ratio of the host material to the phosphorescent dopant material is preferably 99: 1 or more and 50:50 or less.
  • the phosphorescent dopant material preferably contains a metal complex.
  • the metal complex has a metal atom selected from iridium (Ir), platinum (Pt), osmium (Os), gold (Au), rhenium (Re), and ruthenium (Ru) and a ligand. Is preferred. In particular, it is preferable that the ligand and the metal atom form an ortho metal bond.
  • a metal selected from iridium (Ir), osmium (Os) and platinum (Pt) in that the phosphorescent quantum yield is high and the external quantum efficiency of the light emitting device can be further improved.
  • metal complexes such as iridium complexes, osmium complexes, and platinum complexes are more preferable. Among them, iridium complexes and platinum complexes are more preferable, and orthometalated iridium complexes are most preferable. From the viewpoint of luminous efficiency, an organometallic complex composed of a ligand selected from phenylquinoline, phenylisoquinoline, phenylpyridine, phenylpyrimidine, phenylpyrazine and phenylimidazole is preferable. Specific examples of the phosphorescent dopant material are shown below, but are not limited thereto.
  • the thickness dimension of the light emitting layer is preferably 5 nm to 50 nm, more preferably 7 nm to 50 nm, and most preferably 10 nm to 50 nm. If the thickness is less than 5 nm, it is difficult to form a light emitting layer and the adjustment of chromaticity may be difficult, and if it exceeds 50 nm, the driving voltage may increase.
  • the organic EL element of the present invention is produced on a translucent substrate.
  • This translucent substrate is a substrate that supports an anode, an organic compound layer, a cathode, and the like constituting the organic EL element, and is preferably a smooth substrate having a light transmittance in the visible region of 400 nm to 700 nm of 50% or more.
  • the translucent substrate include a glass plate and a polymer plate.
  • the glass plate include those using soda lime glass, barium / strontium-containing glass, lead glass, aluminosilicate glass, borosilicate glass, barium borosilicate glass, quartz and the like as raw materials.
  • the polymer plate include those using polycarbonate, acrylic, polyethylene terephthalate, polyether sulfide, polysulfone and the like as raw materials.
  • the anode of the organic EL element plays a role of injecting holes into the light emitting layer, and it is effective to have a work function of 4.5 eV or more.
  • Specific examples of the anode material include indium tin oxide alloy (ITO), tin oxide (NESA), indium zinc oxide, gold, silver, platinum, and copper.
  • ITO indium tin oxide alloy
  • NESA tin oxide
  • the light transmittance in the visible region of the anode be greater than 10%.
  • the sheet resistance of the anode is preferably several hundred ⁇ / ⁇ ( ⁇ / sq. Ohm per square) or less.
  • the thickness dimension of the anode is selected in the range of usually 10 nm to 1 ⁇ m, preferably 10 nm to 200 nm, although it depends on the material.
  • the cathode a material having a small work function is preferable for the purpose of injecting electrons into the light emitting layer.
  • the cathode material is not particularly limited, and specifically, indium, aluminum, magnesium, magnesium-indium alloy, magnesium-aluminum alloy, aluminum-lithium alloy, aluminum-scandium-lithium alloy, magnesium-silver alloy and the like can be used.
  • the cathode can be formed, for example, on the electron transport layer or the electron injection layer by a method such as vapor deposition.
  • the aspect which takes out light emission from a light emitting layer from a cathode side is also employable.
  • the light transmittance in the visible region of the cathode be greater than 10%.
  • the sheet resistance of the cathode is preferably several hundred ⁇ / ⁇ or less.
  • the thickness of the cathode depends on the material, but is usually selected in the range of 10 nm to 1 ⁇ m, preferably 50 nm to 200 nm.
  • the hole injection / transport layer is a layer that assists hole injection into the light emitting layer and transports it to the light emitting region, and a compound having a high hole mobility and a low ionization energy is used.
  • a material for forming the hole injecting / transporting layer a material that transports holes to the light emitting layer with lower electric field strength is preferable.
  • an aromatic amine compound is preferably used.
  • the electron injection / transport layer is a layer that assists injection of electrons into the light emitting layer and transports it to the light emitting region, and a compound having a high electron mobility is used.
  • a compound used in the electron injecting / transporting layer for example, an aromatic heterocyclic compound containing one or more hetero atoms in the molecule is preferably used, and a nitrogen-containing ring derivative is particularly preferable.
  • a nitrogen-containing ring derivative a heterocyclic compound having a nitrogen-containing 6-membered ring or 5-membered ring skeleton is preferable.
  • the electron mobility of the electron transport layer is 5 ⁇ 10 ⁇ 6 cm 2 / Vs or more at an electric field strength of 500 (V / cm) 1/2 . It is preferable. With such electron mobility, electron injection into the light emitting layer is promoted, and the driving voltage of the organic EL element is lowered.
  • an organic compound layer other than the light-emitting layer may be used by selecting an arbitrary compound from known compounds used in conventional organic EL devices in addition to the compounds exemplified above. it can.
  • each layer of the organic EL element of the present invention is not limited except as specifically mentioned above, but is a dry film forming method such as vacuum deposition, sputtering, plasma, ion plating, spin coating, dipping, flow.
  • a known method such as a wet film forming method such as coating or ink jetting can be employed.
  • each organic layer of the organic EL element of the present invention is not limited except as specifically mentioned above. In general, if the film thickness is too thin, defects such as pinholes are likely to occur, and conversely, if it is too thick, it is high. Since an applied voltage is required and the efficiency is deteriorated, the range of several nm to 1 ⁇ m is usually preferable.
  • an electron barrier layer may be provided on the anode side of the light emitting layer, and a hole barrier layer may be provided on the cathode side of the light emitting layer.
  • the light emitting layer is not limited to one layer, and a plurality of light emitting layers may be stacked.
  • the organic EL element has a plurality of light-emitting layers, it is sufficient that at least one light-emitting layer contains the host material and the phosphorescent dopant material defined in the present invention, and the other light-emitting layers emit fluorescent light. It may be a layer or a phosphorescent light emitting layer. Further, when the organic EL element has a plurality of light emitting layers, these light emitting layers may be provided adjacent to each other, or may be laminated via other layers (for example, charge generation layers). .
  • the compounds used are as follows.
  • EgS Singlet energy EgS was determined by the following method.
  • the sample to be measured was deposited on a quartz substrate to prepare a sample, and the absorption spectrum of this sample was measured at room temperature (300K).
  • the vertical axis represents absorbance and the horizontal axis represents wavelength.
  • a tangent line was drawn with respect to the rise of the absorption spectrum on the long wavelength side, and a wavelength value ⁇ edge [nm] at the intersection of the tangent line and the horizontal axis was obtained.
  • a value obtained by converting this wavelength value into an energy value by the following conversion formula was defined as EgS.
  • EgS [eV] 1239.85 / ⁇ edge A spectrophotometer (Hitachi, U3310) was used for the measurement of the absorption spectrum.
  • the measured compounds are GH-1, GH-2, GH-3, and CBP.
  • the measurement results of EgS of each compound are shown in Table 1.
  • the phosphorescence measurement sample placed in the quartz cell was cooled to 77 [K], the excitation light was irradiated onto the phosphorescence measurement sample, and the phosphorescence intensity was measured while changing the wavelength. Is the phosphorescence intensity, and the horizontal axis is the wavelength. A tangent line was drawn with respect to the rising edge of the phosphorescence spectrum on the short wavelength side, and a wavelength value ⁇ edge [nm] at the intersection of the tangent line and the horizontal axis was obtained. The value converted to the energy value conversion equation shown below this wavelength value was Eg 77K or EgT D.
  • the compounds for which Eg 77K was measured are GH-1, GH-2, GH-3, and CBP. Table 1 shows the measurement results of Eg 77K of each compound.
  • EgT D is, Ir (ppy) 3, and a Ir (Ph-ppy) 3. Measurement results of EgT D of each compound are as follows. Ir (ppy) 3 : 2.62 [eV] Ir (Ph-ppy) 3 : 2.54 [eV]
  • ⁇ n ⁇ n was calculated based on the refractive index of each compound measured by spectroscopic ellipsometry.
  • Spectroscopic ellipsometry is a method for measuring the optical constant (refractive index n and extinction coefficient k) and film thickness of a thin film.
  • a multi-angle high-speed spectroscopic ellipsometer manufactured by JA Woollam, M-2000D was used.
  • FIG. 4 shows an example of spectroscopic ellipsometry measurement.
  • FIG. 4A shows an incident angle of incident light from a light source
  • FIG. 4B shows a cross-sectional view of an organic thin film on a silicon substrate to be measured.
  • Each compound was deposited on a silicon substrate (Si (100)) to form an organic thin film having a thickness of 100 nm.
  • Ellipso parameters are applied to the organic thin film on the silicon substrate by changing the incident angle of the incident light from the light source from 45 degrees to 80 degrees at intervals of 5 degrees and further changing the wavelength from 245 nm to 1000 nm at intervals of 1.6 nm. ⁇ and ⁇ were measured.
  • the optical anisotropy of the film was examined by performing batch analysis on the obtained parameters using analysis software WVASE32 (manufactured by JA Woollam).
  • the anisotropy of the optical constant (refractive index n and extinction coefficient k) of the film reflects the anisotropy of molecular orientation in the film.
  • ⁇ n was determined as the difference between the refractive index n in the vertical direction z and the parallel direction x with respect to the silicon substrate surface (see the above formulas (5) and (7)).
  • the vertical direction z and the parallel direction x with respect to the silicon substrate surface are shown in FIG.
  • the compounds for which ⁇ n was measured were GH-1, GH-2, and GH-3, and CBP was cited from Reference 9 below.
  • Reference 9 Daisuke Yokoyama et al., Proceedings of the 6th Regular Meeting of Organic EL, S2-2, p5-6
  • Table 1 The results of ⁇ n for each compound are shown in Table 1.
  • the half width of the photoluminescence spectrum was determined as follows. Each compound was dissolved in a solvent (dichloromethane) (sample 10 [ ⁇ mol / liter]) to prepare a sample for fluorescence measurement. The fluorescence measurement sample placed in the quartz cell was irradiated with excitation light at room temperature (300 [K]), and the fluorescence intensity was measured while changing the wavelength. In the photoluminescence spectrum, the vertical axis represents fluorescence intensity and the horizontal axis represents wavelength.
  • the apparatus used for the fluorescence measurement is an F-4500 type spectrofluorometer manufactured by Hitachi High-Technology Corporation. The full width at half maximum (unit: nm) was measured from this photoluminescence spectrum.
  • the compounds whose half widths are measured are GH-1, GH-2, GH-3, and CBP. The measurement results of the half width of each compound are shown in Table 1.
  • CBP which is known as a compound which hardly forms an aggregate does not satisfy the relationship of the above formula (1) or (3) with respect to ⁇ ST, does not satisfy the relationship of the above formula (5) or (7) with respect to ⁇ n, and photoluminescence It was found that the half width of the spectrum was smaller than 75 nm.
  • Electron mobility was evaluated using impedance spectroscopy.
  • An electron-only device is fabricated by laminating Al as an anode on the substrate, a material used for the electron transport layer thereon, LiF on the substrate, and subsequently Al as the cathode, and applying a DC voltage with an AC voltage of 100 mV applied.
  • the complex modulus was measured.
  • the frequency at which the imaginary part of the modulus is maximum is f max (Hz)
  • the measurement results of the electron mobility when the electric field strength is 500 (V / cm) 1/2 are as follows. ET-1: 1 ⁇ 10 ⁇ 5 cm 2 / Vs Alq 3 : 3 ⁇ 10 ⁇ 6 cm 2 / Vs
  • Example 1 A 25 mm ⁇ 75 mm ⁇ 1.1 mm thick glass substrate with ITO transparent electrode (anode) (manufactured by Geomatic) was ultrasonically cleaned in isopropyl alcohol for 5 minutes, and then UV ozone cleaning was performed for 30 minutes.
  • a glass substrate with a transparent electrode line after washing is mounted on a substrate holder of a vacuum vapor deposition apparatus, and first, compound HI-1 is vapor-deposited so as to cover the transparent electrode on the surface where the transparent electrode line is formed.
  • a compound HI-1 film having a thickness of 5 nm was formed. This HI-1 film functions as a hole injection layer.
  • the compound HT-1 is vapor-deposited, an HT-1 film having a thickness of 120 nm is formed on the HI-1 film, and the compound HT-2 is vapor-deposited.
  • These HT-1 film and HT-2 film function as a hole transport layer.
  • a compound GH-1 (host material) and a compound Ir (ppy) 3 (phosphorescent dopant material) were co-evaporated to form a light-emitting layer having a thickness of 40 nm.
  • the dopant material concentration was 10% by mass.
  • An electron transporting layer having a thickness of 20 nm was formed by co-evaporating ET-1 and Liq, which are electron transporting compounds, on the light emitting layer.
  • the Liq concentration was 50% by mass.
  • Liq was deposited on the electron transport layer to form a Liq film having a thickness of 1 nm.
  • Metal Al was vapor-deposited on this Liq film to form a metal cathode having a thickness of 80 nm.
  • a device arrangement of the organic EL device of Example 1 is schematically shown as follows.
  • the numbers in parentheses indicate the film thickness (unit: nm). Similarly, in the parentheses, the number expressed as a percentage indicates the ratio (mass%) of a component to be added, such as a phosphorescent dopant material in the light emitting layer.
  • Example 2 to 4 and Comparative Examples 1 to 2 The organic EL devices of Examples 2 to 4 and Comparative Examples 1 to 2 were prepared in the same manner as the organic EL device of Example 1 except that the light emitting layer compound was changed as shown in Table 2. In Table 2, some of the measurement results shown in Table 1 are shown again for comparison.
  • Luminous efficiency current efficiency
  • CS-1000 spectral radiance meter
  • the host material used for the light emitting layer is ⁇ ST, ⁇ n, or the half width of the photoluminescence spectrum, such as GH-1 or GH-2. It has been found that it is important not only to satisfy the conditions, but also to select from compounds having larger EgS and Eg 77K .
  • an electron transport layer using ET-1 having an electron mobility higher than that of Alq 3 is adjacent to a light emitting layer using such a compound as a host material, high luminous efficiency is exhibited. I understood.
  • Example 5 The organic EL element of Example 5 was produced as follows. A 25 mm ⁇ 75 mm ⁇ 1.1 mm thick glass substrate with ITO transparent electrode (anode) (manufactured by Geomatic) was ultrasonically cleaned in isopropyl alcohol for 5 minutes, and then UV ozone cleaning was performed for 30 minutes. A glass substrate with a transparent electrode line after washing is mounted on a substrate holder of a vacuum vapor deposition apparatus, and first, compound HI-1 is vapor-deposited so as to cover the transparent electrode on the surface where the transparent electrode line is formed. A compound HI-1 film having a thickness of 5 nm was formed. This HI-1 film functions as a hole injection layer.
  • ITO transparent electrode anode
  • UV ozone cleaning was performed for 30 minutes.
  • a glass substrate with a transparent electrode line after washing is mounted on a substrate holder of a vacuum vapor deposition apparatus, and first, compound HI-1 is vapor-deposited so as to cover the transparent electrode on the surface where the transparent electrode line is formed
  • the compound HT-1 is vapor-deposited, an HT-1 film having a thickness of 90 nm is formed on the HI-1 film, and the compound HT-2 is vapor-deposited.
  • These HT-1 film and HT-2 film function as a hole transport layer.
  • Compound PBH-1 (host material) and compound PBD-1 (phosphorescent dopant material) were co-evaporated on this HT-2 film to form a light-emitting layer having a thickness of 30 nm.
  • the dopant material concentration was 20% by mass.
  • a compound PBH-1 was vapor-deposited on the light emitting layer to form a PBH-1 film having a thickness of 5 nm.
  • the compound ET-1 and Liq were co-evaporated on the PBH-1 film to form an electron transport layer having a thickness of 30 nm.
  • the Liq concentration was 50% by mass.
  • Liq was deposited on the electron transport layer to form a Liq film having a thickness of 1 nm.
  • Metal Al was vapor-deposited on this Liq film to form a metal cathode having a thickness of 80 nm.
  • a device arrangement of the organic EL device of Example 5 is schematically shown as follows.
  • Example 5 in addition to the compounds already shown, the following compounds were used.
  • V voltage (unit: V) when electricity was supplied between ITO (anode) and Al (cathode) so that a current density might be 10 mA / cm ⁇ 2 > was measured.
  • Luminous efficiency (current efficiency) A voltage was applied to the device so that the current density was 10 mA / cm 2, and the spectral radiance spectrum at that time was measured with a spectral radiance meter (CS-1000, manufactured by Comica Minolta). Luminous efficiency (unit: cd / A) was calculated from the obtained spectral radiance spectrum.
  • the organic EL element of the present invention can be used as a light emitting element in a display device or a lighting device.
  • SYMBOLS 1 Organic EL element, 2 ... Substrate, 3 ... Anode, 4 ... Cathode, 5 ... Light emitting layer, 6 ... Hole injection / transport layer, 7 ... Electron injection / transport layer, 10 ... Organic compound layer.

Abstract

　一対の電極間に有機化合物層を備える有機エレクトロルミネッセンス素子であって、前記有機化合物層は、ホスト材料と燐光発光性ドーパント材料とを含む発光層を有し、前記ホスト材料は、一重項エネルギーＥｇＳと、７７［Ｋ］におけるエネルギーギャップＥｇ７７Ｋとの差ΔＳＴが、下記数式（１）の関係を満たし、かつ、前記一重項エネルギーＥｇＳが、下記数式（２）の関係を満たす化合物から選択されることを特徴とする。　［数１］　ΔＳＴ＝ＥｇＳ－Ｅｇ７７Ｋ＜０．４［ｅＶ］…（１）　［数２］　ＥｇＳ≧２．９０［ｅＶ］　…（２）

Description

有機エレクトロルミネッセンス素子
　本発明は、有機エレクトロルミネッセンス素子に関する。
　有機エレクトロルミネッセンス素子（以下、有機ＥＬ素子という。）に電圧を印加すると、陽極から正孔が、また陰極から電子が、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とが再結合し、励起子が形成される。このとき、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２５％：７５％の割合で生成する。発光原理に従って分類した場合、蛍光型では、一重項励起子による発光を用いるため、有機ＥＬ素子の内部量子効率は２５％が限界といわれている。一方、燐光型では、三重項励起子による発光を用いるため、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。
　従来、有機ＥＬ素子においては、蛍光型、及び燐光型の発光メカニズムに応じ、最適な素子設計がなされてきた。特に燐光型の有機ＥＬ素子については、その発光特性から、蛍光素子技術の単純な転用では高性能な素子が得られないことが知られている。その理由は、一般的に以下のように考えられている。
　まず、燐光発光は、三重項励起子を利用した発光であるため、発光層に用いる化合物のエネルギーギャップが大きくなくてはならない。何故なら、ある化合物のエネルギーギャップ（以下、一重項エネルギーともいう。）の値は、通常、その化合物の三重項エネルギー（本発明では、最低励起三重項状態と基底状態とのエネルギー差をいう。）の値よりも大きいからである。
　従って、燐光発光性ドーパント材料の三重項エネルギーを効率的に素子内に閉じ込めるためには、まず、燐光発光性ドーパント材料の三重項エネルギーよりも大きい三重項エネルギーのホスト材料を発光層に用いなければならない。さらに、発光層に隣接する電子輸送層、及び正孔輸送層を設け、電子輸送層、及び正孔輸送層に燐光発光性ドーパント材料の三重項エネルギーよりも大きい化合物を用いなければならない。
　このように、従来の有機ＥＬ素子の素子設計思想に基づく場合、蛍光型の有機ＥＬ素子に用いる化合物と比べて大きなエネルギーギャップを有する化合物を燐光型の有機ＥＬ素子に用いることにつながり、有機ＥＬ素子全体の駆動電圧が上昇する。
　また、蛍光素子で有用であった酸化耐性や還元耐性の高い炭化水素系の化合物はπ電子雲の広がりが大きいため、エネルギーギャップが小さい。そのため、燐光型の有機ＥＬ素子では、このような炭化水素系の化合物が選択され難く、酸素や窒素などのヘテロ原子を含んだ有機化合物が選択され、その結果、燐光型の有機ＥＬ素子は、蛍光型の有機ＥＬ素子と比較して寿命が短いという問題を有する。
　さらに、燐光発光性ドーパント材料の三重項励起子の励起子緩和速度が一重項励起子と比較して非常に長いことも素子性能に大きな影響を与える。即ち、一重項励起子からの発光は、発光に繋がる緩和速度が速いため、発光層の周辺層（例えば、正孔輸送層や電子輸送層）への励起子の拡散が起きにくく、効率的な発光が期待される。一方、三重項励起子からの発光は、スピン禁制であり緩和速度が遅いため、周辺層への励起子の拡散が起きやすく、特定の燐光発光性化合物以外からは熱的なエネルギー失活が起きてしまう。つまり、電子、及び正孔の再結合領域のコントロールが蛍光型の有機ＥＬ素子よりも重要である。
　以上のような理由から燐光型の有機ＥＬ素子の高性能化には、蛍光型の有機ＥＬ素子と異なる材料選択、及び素子設計が必要になっている。
　高発光効率の燐光型有機ＥＬ素子を実現するための発光材料の適用例として、特許文献１には、ホスト材料にインドロカルバゾール骨格を有する特定の化合物を用い、ドーパント材料として燐光発光性化合物（Ｉｒ（ｐｐｙ）３）を用いた燐光型の発光層を有する有機ＥＬ素子が開示されている。特許文献１では、発光層をこのように構成することで、ホスト材料としてＡｌｑ３を用いた場合と比べて、ドーパント材料からの発光が効率的に起こり、有機ＥＬ素子としての発光効率が向上するとしている。
国際公開第２００８／０５６７４６号
　しかしながら、特許文献１のように燐光型の発光層のホスト材料としてインドロカルバゾール骨格を有する特定の化合物を用いれば、ホスト材料としてＡｌｑ３を用いた場合と比べる限りにおいては、有機ＥＬ素子の発光効率が向上するものの、実用的には発光効率が充分でなく、さらなる発光効率の向上が望まれている。また、特許文献１では、電子輸送層に電子移動度が十分に大きくないＡｌｑ３を用いた有機ＥＬ素子について検討されるに止まる。そのため、高い発光効率を発揮する発光層システムの採用を考える上で、発光層への電子注入性が大きい電子輸送層を用いることが望まれている。
　本発明の目的は、発光効率が向上した燐光型の有機ＥＬ素子を提供することである。
　また、電子移動度の大きい電子輸送層を用いた場合にも、発光効率が向上した燐光型の有機ＥＬ素子を提供することである。
　本発明者は、上記課題を解決すべく、鋭意検討した結果、発光層のホスト材料に特定の条件を満たす化合物を用いることで、燐光型の有機ＥＬ素子の発光効率が向上することを見出し、本発明を完成するに至った。
　本発明の有機ＥＬ素子は、
　一対の電極間に有機化合物層を備える有機ＥＬ素子であって、
　前記有機化合物層は、ホスト材料と燐光発光性ドーパント材料とを含む発光層を有し、
　前記ホスト材料は、一重項エネルギーＥｇＳと、７７［Ｋ］におけるエネルギーギャップＥｇ７７Ｋとの差ΔＳＴが、下記数式（１）の関係を満たし、かつ、前記一重項エネルギーＥｇＳが、下記数式（２）の関係を満たす化合物から選択される
　ことを特徴とする。
　　［数１］
　　　ΔＳＴ＝ＥｇＳ－Ｅｇ７７Ｋ＜０．４［ｅＶ］…（１）
　　［数２］
　　　ＥｇＳ≧２．９０［ｅＶ］　　　　　　　　…（２）
　本発明の有機ＥＬ素子は、
　一対の電極間に有機化合物層を備える有機ＥＬ素子であって、
　前記有機化合物層は、ホスト材料と燐光発光性ドーパント材料とを含む発光層を有し、
　前記ホスト材料は、一重項エネルギーＥｇＳと、７７［Ｋ］におけるエネルギーギャップＥｇ７７Ｋとの差ΔＳＴが、下記数式（３）の関係を満たし、かつ、前記エネルギーギャップＥｇ７７Ｋが、下記数式（４）の関係を満たす化合物から選択される
　ことを特徴とする。
　　［数３］
　　　ΔＳＴ＝ＥｇＳ－Ｅｇ７７Ｋ＜０．４［ｅＶ］…（３）
　　［数４］
　　　Ｅｇ７７Ｋ≧２．８５［ｅＶ］　　　　　　　…（４）
　本発明の有機ＥＬ素子は、
　一対の電極間に有機化合物層を備える有機ＥＬ素子であって、
　前記有機化合物層は、ホスト材料と燐光発光性ドーパント材料とを含む発光層を有し、
　前記ホスト材料は、分光エリプソメトリーにおいてシリコン基板面に対して垂直方向の屈折率ｎＺと、シリコン基板面に対して平行方向の屈折率ｎＸが、下記数式（５）の関係を満し、かつ、一重項エネルギーＥｇＳが、下記数式（６）の関係を満たす化合物から選択される
　ことを特徴とする。
　　［数５］
　　　Δｎ＝|ｎＸ－ｎＺ|＞０．０４　　　　　　 …（５）
　　［数６］
　　　ＥｇＳ≧２．９０［ｅＶ］　　　　　　　　…（６）
　本発明の有機ＥＬ素子は、
　一対の電極間に有機化合物層を備える有機ＥＬ素子であって、
　前記有機化合物層は、ホスト材料と燐光発光性ドーパント材料とを含む発光層を有し、
　前記ホスト材料は、分光エリプソメトリーにおいてシリコン基板面に対して垂直方向の屈折率ｎＺと、シリコン基板面に対して平行方向の屈折率ｎＸが、下記数式（７）の関係を満たし、かつ、７７［Ｋ］におけるエネルギーギャップＥｇ７７Ｋが、下記数式（８）の関係を満たす化合物から選択される
　ことを特徴とする。
　　［数７］
　　　Δｎ＝|ｎＸ－ｎＺ|＞０．０４　　　　　　…（７）
　　［数８］
　　　Ｅｇ７７Ｋ≧２．８５［ｅＶ］　　　　　　　…（８）
　本発明の有機ＥＬ素子は、
　一対の電極間に有機化合物層を備える有機ＥＬ素子であって、
　前記有機化合物層は、ホスト材料と燐光発光性ドーパント材料とを含む発光層を有し、
　前記ホスト材料は、フォトルミネッセンススペクトルの半値幅が７５ｎｍより大きく、かつ、一重項エネルギーＥｇＳが、下記数式（９）の関係を満たす化合物から選択される
　ことを特徴とする。
　　［数９］
　　　ＥｇＳ≧２．９０［ｅＶ］　　　　　　　　…（９）
　本発明の有機ＥＬ素子は、
　一対の電極間に有機化合物層を備える有機ＥＬ素子であって、
　前記有機化合物層は、ホスト材料と燐光発光性ドーパント材料とを含む発光層を有し、
　前記ホスト材料は、フォトルミネッセンススペクトルの半値幅が７５ｎｍより大きく、かつ、７７［Ｋ］におけるエネルギーギャップＥｇ７７Ｋが、下記数式（１０）の関係を満たす化合物から選択される
　ことを特徴とする。
　　［数１０］
　　　Ｅｇ７７Ｋ≧２．８５［ｅＶ］　　　　　　…（１０）
　本発明の有機ＥＬ素子において、
　前記ホスト材料は、フォトルミネッセンススペクトルの半値幅が７５ｎｍより大きい化合物から選択される
　ことが好ましい。
　本発明の有機ＥＬ素子において、
　前記差ΔＳＴが、下記数式（１１）の関係を満たす
　ことが好ましい。
　　［数１１］
　　　ΔＳＴ＝ＥｇＳ－Ｅｇ７７Ｋ＜０．３［ｅＶ］…（１１）
　本発明の有機ＥＬ素子において、
　前記燐光発光性ドーパント材料の三重項エネルギーＥｇＴＤと、前記ホスト材料の７７［Ｋ］におけるエネルギーギャップＥｇ７７Ｋとの差ΔＴが、下記数式（１２）の関係を満たす
　ことが好ましい。
　　［数１２］
　　　ΔＴ＝Ｅｇ７７Ｋ－ＥｇＴＤ＞０．２０［ｅＶ］　　　…（１２）
　本発明の有機ＥＬ素子において、
　前記一対の電極は、陽極、及び陰極であり、
　前記有機化合物層と前記陰極との間に電子輸送層を備え、
　前記電子輸送層の電子移動度は、電界強度５００（Ｖ／ｃｍ）１／２において、５×１０－６ｃｍ２／Ｖｓ以上である
　ことが好ましい。
　本発明の有機ＥＬ素子において、
　前記ホスト材料が、下記化学式（１）から（８）までに示す骨格のうち少なくともいずれかを有する
　ことが好ましい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000002
　本発明によれば、上記のような特定の条件を満たす化合物をホスト材料に用いるので、発光効率が向上した燐光型の有機ＥＬ素子を提供することができる。
　また、本発明によれば、電子移動度の大きい電子輸送層を用いた場合にも、上記のような特定の条件を満たす化合物をホスト材料に用いるので、燐光型の有機ＥＬ素子の発光効率を向上させることができる。
本発明の第一実施形態に係る有機エレクトロルミネッセンス素子の一例の概略構成を示す図である。 会合体形成による物理モデルの一例を示す図である。 発光層におけるホスト材料、及びドーパント材料のエネルギー準位の関係を示す図である。 分光エリプソメトリー測定の一例を示す図である。 図４Ａの分光エリプソメトリー測定における測定対象となるシリコン基板上の有機薄膜の断面図である。
　以下、本発明に係る有機ＥＬ素子の素子構成について説明する。
　本発明の有機ＥＬ素子は、一対の電極間に有機化合物層を備える。この有機化合物層は、有機化合物で構成される層を少なくとも一層、有する。有機化合物層は、無機化合物を含んでいてもよい。
　本発明の有機ＥＬ素子において、有機化合物層のうち少なくとも１層は、発光層を有する。そのため、有機化合物層は、例えば、一層の発光層で構成されていてもよいし、正孔注入層、正孔輸送層、電子注入層、電子輸送層、正孔障壁層、電子障壁層等の公知の有機ＥＬ素子で採用される層を有していてもよい。
　有機ＥＬ素子の代表的な素子構成としては、
（ａ）陽極／発光層／陰極
（ｂ）陽極／正孔注入・輸送層／発光層／陰極
（ｃ）陽極／発光層／電子注入・輸送層／陰極
（ｄ）陽極／正孔注入・輸送層／発光層／電子注入・輸送層／陰極
（ｅ）陽極／正孔注入・輸送層／発光層／障壁層／電子注入・輸送層／陰極
などの構造を挙げることができる。
　上記の中で（ｄ）の構成が好ましく用いられるが、もちろんこれらに限定されるものではない。
　なお、上記「発光層」とは、一般的にドーピングシステムが採用されており、ホスト材料とドーパント材料を含む有機層である。ホスト材料は、一般的に電子と正孔の再結合を促し、再結合により生じた励起エネルギーをドーパント材料に伝達させる。ドーパント材料としては、量子収率の高い化合物が好まれ、ホスト材料から励起エネルギーを受け取ったドーパント材料は、高い発光性能を示す。
　上記「正孔注入・輸送層」は「正孔注入層および正孔輸送層のうちの少なくともいずれか１つ」を意味し、「電子注入・輸送層」は「電子注入層および電子輸送層のうちの少なくともいずれか１つ」を意味する。ここで、正孔注入層および正孔輸送層を有する場合には、陽極側に正孔注入層が設けられていることが好ましい。また、電子注入層および電子輸送層を有する場合には、陰極側に電子注入層が設けられていることが好ましい。
　本発明において電子輸送層といった場合には、発光層と陰極との間に存在する電子輸送領域の有機層のうち、最も電子移動度の高い有機層をいう。電子輸送領域が一層で構成されている場合には、当該層が電子輸送層である。また、燐光素子においては、構成（ｅ）に示すように発光層で生成された励起エネルギーの拡散を防ぐ目的で必ずしも電子移動度が高くない障壁層を発光層と電子輸送層との間に採用することがあり、発光層に隣接する有機層が電子輸送層に必ずしも該当しない。
　図１に、本発明の実施形態における有機ＥＬ素子の一例の概略構成を示す。
　有機ＥＬ素子１は、透光性の基板２と、陽極３と、陰極４と、陽極３と陰極４との間に配置された有機化合物層１０と、を有する。
　有機化合物層１０は、ホスト材料およびドーパント材料を含む発光層５を有し、発光層５と陽極３との間に正孔注入・輸送層６を有し、発光層５と陰極４との間に電子注入・輸送層７を有する。
（発光層）
　本発明では、上記のとおり、発光層のホスト材料に特定の条件を満たす化合物を用いる。この特定の条件について、次の[１]～[３]で説明する。
[１]ΔＳＴ
　本発明者は、一重項エネルギーＥｇＳと三重項エネルギーＥｇＴとのエネルギー差（ΔＳＴ）が小さく、かつ一重項エネルギーＥｇＳが所定の大きさ以上である化合物をホストに用いるか、又は、ΔＳＴが小さく、かつ三重項エネルギーＥｇＴが所定の大きさ以上である化合物をホスト材料に用いると、燐光型の有機ＥＬ素子の発光効率が向上することを見出した。
　一重項エネルギーＥｇＳと三重項エネルギーＥｇＴの差に値するΔＳＴを小さくするには、量子化学的には、一重項エネルギーＥｇＳと三重項エネルギーＥｇＴにおける交換相互作用が小さいことで実現する。ΔＳＴと交換相互作用の関係性における物理的な詳細に関しては、例えば、
　文献１：安達千波矢ら、有機ＥＬ討論会　第１０回例会予稿集、Ｓ２－５，ｐ１１～１２
　文献２：徳丸克己、有機光化学反応論、東京化学同人出版、（１９７３）
に記載されている。このような材料は、量子計算により分子設計を行い合成することが可能であり、具体的には、ＬＵＭＯ、及びＨＯＭＯの電子軌道を重ねないように局在化させた化合物である。
　ΔＳＴが小さくなると、ホスト材料と隣接する電子輸送層とのエネルギー差が小さくなり、その結果、発光層に電子が注入しやすくなり、有機ＥＬ素子の駆動電圧を下げることができる。
　また、一重項エネルギーＥｇＳと三重項エネルギーＥｇＴとのエネルギー差（ΔＳＴ）を小さくするには、会合体を形成することによっても可能である。ここでの会合体とは、単純な１分子だけの電子状態を反映したものではなく、数分子が物理的に接近したものである。複数の分子が接近した結果、複数の分子間における電子状態が混ざり、電子状態が変化することによりエネルギー準位が変化し、主に一重項エネルギーの値が減少することで、ΔＳＴの値が小さくなると考えられる。このような会合体形成によるΔＳＴの値の減少は、２分子が接近した事により電子状態が変化するDavydov　splitting　modelによっても説明することができる（図２参照）。このDavydov　splitting　modelで示されるように、２分子が物理的に接近する事で、１分子と異なる電子状態の変化が考えられる。励起一重項状態がＳ１‐ｍ＋、及びＳ１‐ｍ－の２つの状態で存在し、励起三重項状態がＴ１‐ｍ＋、及びＴ１‐ｍ－の２つの状態で存在する。この結果、エネルギー準位が低いＳ１‐ｍ－、及びＴ１‐ｍ－が存在する事により、Ｓ１‐ｍ－とＴ１‐ｍ－との差であるΔＳＴの大きさは、１分子での電子状態と比べて、小さくなる。
　上記Davydov splitting modelについては、例えば、
　文献３：J. Kang, et al, International Journal of PolymerScience, Volume 2010,Article ID 264781,
　文献４：M. Kasha, et al, Pure and Applied Chemistry,Vol.11, pp371, 1965
　文献５：S. Das, et al, J. Phys. Chem. B. . vol.103, pp209,1999
に記載されている。
　なお、本発明における会合体とは、単分子同士が任意の会合体を形成することを意味している。すなわち、特定の会合状態を示すものではない。有機分子の会合状態は、薄膜中では確率的に様々な状態を許容するものであり、無機分子とは大きくこの点を異にする。
　本発明において、ホスト材料に用いる化合物は、このΔＳＴに関する条件に加えて、一重項エネルギーＥｇＳ、又は、三重項エネルギーＥｇＴが所定の大きさ以上の化合物であることが必要である。
　このＥｇＳ、及びＥｇＴに関する点について、次に説明する。
　図３は、発光層におけるホスト材料、及びドーパント材料のエネルギー準位の関係を示す図である。図３において、Ｓ０は、基底状態を表し、Ｓ１Ｈは、ホスト材料の最低励起一重項状態を表し、Ｔ１Ｈは、ホスト材料の最低励起三重項状態を表し、Ｔ１Ｄは、ドーパント材料の最低励起三重項状態を表す。
　図３に示すように、Ｓ１ＨとＴ１Ｈとの差が、ΔＳＴに相当し、Ｔ１ＨとＴ１Ｄとの差が、ΔＴに相当する。図３中の破線矢印は、各励起状態間のエネルギー移動を表す。
　上記のとおり、本発明のホスト材料に用いる化合物として選択されるのは、ΔＳＴの小さい材料である。ここで、ホスト材料の最低励起三重項状態Ｔ１Ｈとドーパント材料の最低励起三重項状態Ｔ１Ｄとのエネルギー差が小さいと、三重項励起子が燐光発光性ドーパント材料からホスト材料へ移動して三重項励起子の閉じ込め効率が低下するおそれがある。そのため、三重項励起子が燐光発光性ドーパント材料からホスト材料へ移動して発光効率を落とさないようにするためには、ホスト材料の最低励起三重項状態Ｔ１Ｈとドーパント材料の最低励起三重項状態Ｔ１Ｄとのエネルギー差が大きい必要がある。
　また、分子どうしが会合体を形成する場合、一例として示したDavydov　splitting　modelで考えると、会合体の形成により励起準位が分裂するため、エネルギー準位が低いＴ１‐ｍ－の励起状態も存在しうる。そのため、ホスト材料の最低励起三重項状態Ｔ１Ｈとドーパント材料の最低励起三重項状態Ｔ１Ｄとのエネルギー差が小さくなり、三重項励起子が燐光発光性ドーパント材料からホスト材料へ移動して三重項励起子の閉じ込め効率が低下するおそれがある。すなわち、有機薄膜層中における会合体を形成し易い化合物は、計算上、単量体（単分子）であればドーパント材料の三重項励起子を高い確率で閉じ込めることができると考えられる場合がある。このような場合であっても、当該会合体を形成し易い化合物をホスト材料に用いると、実際上、会合体の形成によってホスト材料の最低励起三重項状態のエネルギー準位が低くなり、十分にドーパント材料の三重項励起子を閉じ込めることが出来なくなる場合がある。
　そこで、本発明のホスト材料に用いる化合物は、ΔＳＴが所定値よりも小さいことに加えて、一重項エネルギーＥｇＳ、及び三重項エネルギーＥｇＴの少なくともいずれかが所定の大きさ以上である化合物から選択する。このような化合物を用いることで、三重項励起子の閉じ込め効率の低下を防止する。
　ここで、本発明ではΔＳＴが所定値以下である化合物を用いており、上記した三重項エネルギーＥｇＴは、通常定義される三重項エネルギーとは異なる点がある。この点について、以下に説明する。
　一般に、三重項エネルギーは、測定対象となる化合物を溶媒に溶解させた試料について低温（７７［Ｋ］）で燐光スペクトル（縦軸：燐光発光強度、横軸：波長とする。）を測定し、この燐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、その接線と横軸との交点の波長値に基づいて、所定の換算式から算出される。
　ここで、本発明のホスト材料に用いる化合物は、上記のとおりΔＳＴが小さい。ΔＳＴが小さいと、低温（７７［Ｋ］）状態でも、項間交差、及び逆項間交差が起こりやすく、励起一重項状態と励起三重項状態とが混在する。その結果、上記と同様にして測定されるスペクトルは、励起一重項状態、及び励起三重項状態の両者からの発光を含んだものとなり、いずれの状態から発光したものかについて峻別することは困難であるが、基本的には３重項エネルギーの値が支配的と考えられる。
　そのため、本発明では、通常の三重項エネルギーＥｇＴと測定手法は同じであるが、その厳密な意味において異なることを区別するため、測定対象となる化合物を溶媒に溶解させた試料について低温（７７［Ｋ］）で燐光スペクトル（縦軸：燐光発光強度、横軸：波長とする。）を測定し、この燐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、その接線と横軸との交点の波長値に基づいて、所定の換算式から算出されるエネルギー量をエネルギーギャップＥｇ７７Ｋとし、ΔＳＴを一重項エネルギーＥｇＳとエネルギーギャップＥｇ７７Ｋとの差として定義する。
　また、溶液状態における三重項エネルギーの測定には、対象分子と溶媒との間における相互作用により三重項エネルギーに誤差を含む場合がある。そのため理想的な条件としては、対象分子と溶媒との相互作用を除くため、薄膜状態における測定が望まれる。しかしながら、本発明でホスト材料に用いられる化合物の分子は、溶液状態において幅広い半値幅を有するフォトルミネッセンススペクトルを示すことから、溶液状態においても会合状態を形成していることが強く示唆されるため、薄膜状態と同等の条件と考えられることから、本発明では、三重項エネルギーについて溶液条件で測定した値を用いることにした。
　一重項エネルギーＥｇＳについては、本発明においても通常の手法と同様にして算出されるもので定義される。すなわち、測定対象となる化合物を石英基板上に蒸着して試料を作製し、常温（３００Ｋ）でこの試料の吸収スペクトル（縦軸：吸光度、横軸：波長とする。）を測定する。この吸収スペクトルの長波長側の立ち上がりに対して接線を引き、その接線と横軸との交点の波長値に基づいて、所定の換算式から算出される。また、会合体を形成する場合の、ＥｇＳは、上記Davydov　splitting　modelにおけるＳ１‐ｍ－と基底状態Ｓ０とのエネルギーギャップに対応する。
　なお、一重項エネルギーＥｇＳ、及びエネルギーギャップＥｇ７７Ｋの具体的な算出については、後述する。
　よって、本発明のホスト材料に、ΔＳＴが上記数式（１）又は（３）で規定する値よりも小さく、好ましくは数式（１１）で規定する値よりも小さいことに加えて、一重項エネルギーＥｇＳが２．９０ｅＶ以上、またはエネルギーギャップＥｇ７７Ｋが２．８５ｅＶ以上である化合物を用いると、燐光発光性ドーパント材料からのエネルギー移動が防止されるので、有機ＥＬ素子の発光効率が向上する。
[２]Δｎ
　本発明者は、ホスト材料に、分光エリプソメトリーにおいてシリコン基板面に対して垂直方向の屈折率ｎＺと、シリコン基板面に対して平行方向の屈折率ｎＸとの差Δｎが、所定の大きさであり、かつ一重項エネルギーＥｇＳが所定の大きさ以上である化合物を用いるか、又は、屈折率の差Δｎが、所定の大きさであり、かつ三重項エネルギーＥｇＴが所定の大きさ以上である化合物を用いると、燐光型の有機ＥＬ素子の発光効率が向上することを見出した。
　ここでのΔｎとは、分光エリプソメトリー測定（測定範囲：２００ｎｍ～１０００ｎｍ）において、消衰係数が０．００１以下の領域において、シリコン基板面に対して垂直方向の屈折率ｎＺと、シリコン基板に対して平行方向の屈折率ｎＸとの差を取ったものである。分光エリプソメトリーの測定範囲として、具体的には、波長が６００ｎｍ～８００ｎｍの範囲であることが好ましい。本願では、Δｎは、波長７００ｎｍでの値とした。
　本発明者は、ΔＳＴを小さくする手段の一つとして会合体を形成する化合物を用いることを見出し、Δｎが大きい化合物は、当該化合物の膜内において会合体を形成し易いことを見出した。Δｎの大きさと会合体の形成し易さとの関連性は、次のように推測される。
　シリコン基板面に対して垂直方向ｚと平行方向ｘの屈折率ｎに大きな違いが生じる場合は、薄膜状態において、分子が、ある程度の規則性を有する状態で存在していることを意味していると考えられる。すなわち、本発明のホスト材料に用いる化合物は、所定の大きさのΔｎを有する化合物であり、薄膜状態において会合体を形成し、ある程度の規則性を有して存在していると推測される。
　一方で、このΔｎが非常に小さい化合物、例えば、ＣＢＰやＡｌｑ３などは、薄膜状態において分子が全く規則性を有していないアモルファス状態で存在している。
　Δｎの大きさと会合体の形成し易さとの関連性については、例えば、
　文献６：D. Yokoyama et al., Org. Electron. 10, 127-137(2009)、
　文献７：D. Yokoyama et al., Appl. Phys. Lett. 93, 173302 (2008)、
　文献８：D. Yokoyama et al., Appl. Phys. Lett. 95, 243303 (2009)、
の文献に記載されている。
　上記数式（５）又は数式（７）で規定するように、Δｎが０．０４よりも大きい化合物は、膜内で会合体を形成し易く、会合体形成によりΔＳＴが小さくなる。そして、ΔＳＴが小さくなると、ホスト材料と隣接する電子輸送層とのエネルギー差が小さくなり、その結果、発光層に電子が注入しやすくなり、有機ＥＬ素子の駆動電圧を下げることができる。
　本発明において、ホスト材料に用いる化合物は、このΔｎに関する条件に加えて、一重項エネルギーＥｇＳ、及び三重項エネルギーＥｇＴに関して、上記［１］で説明したものと同様の条件を満たす。
　よって、本発明のホスト材料に、Δｎが０．０４よりも大きいことに加えて、一重項エネルギーＥｇＳが２．９０ｅＶ以上、またはエネルギーギャップＥｇ７７Ｋが２．８５ｅＶ以上である化合物を用いると、燐光発光性ドーパント材料からのエネルギー移動が防止されるので、有機ＥＬ素子の発光効率が向上する。
[３]半値幅
　本発明者は、ホスト材料に、フォトルミネッセンススペクトルの半値幅が所定の大きさであり、かつ一重項エネルギーＥｇＳが所定の大きさ以上である化合物を用いるか、又は、フォトルミネッセンススペクトルの半値幅が所定の大きさであり、かつ三重項エネルギーＥｇＴが所定の大きさ以上である化合物を用いると、燐光型の有機ＥＬ素子の発光効率が向上することを見出した。
　本発明者は、ΔＳＴを小さくする手段の一つとして会合体を形成する化合物を用いることを見出し、フォトルミネッセンススペクトルの半値幅が大きい化合物は、当該化合物の膜内において会合体を形成し易いことを見出した。フォトルミネッセンススペクトルの半値幅の大きさと会合体の形成し易さとの関連性は、次のように推測される。
　会合体を形成せずに主として１分子状態で存在する性質の化合物については、励起一重項状態における振動準位の存在が少なく、その結果、フォトルミネッセンススペクトルの半値幅が狭く観測される。例えば、ＣＢＰは、主として１分子状態で存在する性質を有し、フォトルミネッセンススペクトルの半値幅の大きさは、５０ｎｍ程度と比較的狭い。
　一方、会合体を形成し易い化合物については、複数の分子が電子的に影響しあう事により、励起一重項状態に多くの振動準位が存在する。この結果、各振動準位から基底状態に緩和する状態が多くなるので、フォトルミネッセンススペクトルの半値幅が大きくなる。
　そして、フォトルミネッセンススペクトルの半値幅が大きい化合物は、会合体を形成し易いことから、上記［１］と同様に、ΔＳＴが小さい化合物である。ΔＳＴが小さくなると、ホスト材料と隣接する電子輸送層とのエネルギー差が小さくなり、その結果、発光層に電子が注入しやすくなり、有機ＥＬ素子の駆動電圧を下げることができる。
　ホスト材料に用いる化合物は、この半値幅に関する条件に加えて、上記［１］と同様に一重項エネルギーＥｇＳが２．９０ｅＶ以上、またはエネルギーギャップＥｇ７７Ｋが２．８５ｅＶ以上であるので、燐光発光性ドーパント材料からのエネルギー移動が防止されて、発光効率が向上する。
　上記［１］～［３］のとおり、本発明の有機ＥＬ素子のホスト材料に用いる化合物をΔＳＴ、Δｎ又は半値幅に基づいて選択すると、その化合物の一形態としては、会合体を形成し易いものであった。
　ΔＳＴ、Δｎ又は半値幅に関する条件に加えて、一重項エネルギーＥｇＳ、又は、三重項エネルギーＥｇ７７Ｋが所定の大きさ以上である化合物からホスト材料に用いる化合物を選択すると、有機ＥＬ素子の発光効率が向上した。
　本発明のホスト材料に用いる化合物は、発光層においてすべての分子が会合体を形成するものに限られない。例えば、一部の分子は、会合体を形成せずに、単独でも存在し、会合体と非会合体とが混在した状態で発光層中に存在するものでもよい。
　また、発光層において会合体を形成せずとも、ΔＳＴが小さい化合物であれば本発明のホスト材料として使用できる。
　本発明のホスト材料に用いる化合物は、上記特定の条件を満たす他に、上記化学式（１）から（８）までに示す骨格のうち少なくともいずれかを有することが好ましい。
　本発明のホスト材料に用いる化合物の具体例を次に示すが、本発明のホスト材料は、これらに限定されない。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000003
　本発明のホスト材料に用いるΔＳＴの小さな化合物の例としては、分子内でドナー要素とアクセプター要素とを結合した化合物であり、さらに電気化学的な安定性（酸化還元安定性）を考慮し、ΔＳＴが０．３ｅＶ～０．４ｅＶの化合物が挙げられる。
　好ましいドナー要素は、カルバゾール構造、アリールアミン構造等である。
　好ましいアクセプター要素は、アジン環部位、アザ芳香族環、アザ含酸素環、ＣＮ置換芳香族環、ケトン含有環等である。
　ドナー要素とアクセプター要素とを結合するとは各種、連結基で結合することを意味する。好ましい連結基は、単結合、フェニレン構造、メタビフェニレン構造である。本発明の開示に基づき、量子化学的な考察を加え、さらに最適化を行うことにより、ΔＳＴが０．３ｅＶより小さい化合物も本発明のホスト材料として充分使用可能になる。
　また、より好ましい化合物は、分子の励起状態で形成される双極子（ダイポール）が互いに相互作用し、交換相互作用エネルギーが小さくなるような会合体を形成する化合物である。本発明者の検討によれば、このような化合物は、双極子（ダイポール）の方向がおおよそ揃い、分子の相互作用により、さらにΔＳＴが小さくなり得る。このような場合、ΔＳＴは、０～０．３ｅＶと極めて小さくなり得る。
　本発明では、上記のとおり、発光層のドーパント材料に燐光発光性のドーパント材料を用いる。
　燐光発光性ドーパント材料の三重項エネルギーＥｇＴＤと、ホスト材料のエネルギーギャップＥｇ７７Ｋとの差ΔＴが、上記数式（１２）の関係を満たすことが好ましい。上記数式（１２）のように、ΔＴが０．２０ｅＶより大きいと三重項励起子の閉じ込め効率が向上する。
　発光層において、ホスト材料と燐光発光性ドーパント材料との比率は、質量比で９９：１以上５０：５０以下であることが好ましい。
　燐光発光性ドーパント材料は、金属錯体を含有するものが好ましい。該金属錯体としては、イリジウム（Ｉｒ），白金（Ｐｔ），オスミウム（Ｏｓ），金（Ａｕ），レニウム（Ｒｅ）、およびルテニウム（Ｒｕ）から選択される金属原子と配位子とを有するものが好ましい。特に、配位子と金属原子とが、オルトメタル結合を形成していることが好ましい。
　燐光発光性ドーパント材料としては、燐光量子収率が高く、発光素子の外部量子効率をより向上させることができるという点で、イリジウム（Ｉｒ），オスミウム（Ｏｓ）および白金（Ｐｔ）から選ばれる金属を含有する化合物であると好ましく、イリジウム錯体、オスミウム錯体、白金錯体などの金属錯体であるとさらに好ましく、中でもイリジウム錯体および白金錯体がより好ましく、オルトメタル化イリジウム錯体が最も好ましい。また、発光効率などの観点からフェニルキノリン、フェニルイソキノリン、フェニルピリジン、フェニルピリミジン、フェニルピラジンおよびフェニルイミダゾールから選択される配位子から構成される有機金属錯体が好ましい。
　燐光発光性ドーパント材料の具体例を次に示すが、これらに限定されない。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000004
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000005
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000006
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000007
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000008
　発光層の厚さ寸法は、好ましくは５ｎｍ以上５０ｎｍ以下、より好ましくは７ｎｍ以上５０ｎｍ以下、最も好ましくは１０ｎｍ以上５０ｎｍ以下である。５ｎｍ未満では発光層形成が困難となり、色度の調整が困難となるおそれがあり、５０ｎｍを超えると駆動電圧が上昇するおそれがある。
（基板）
　本発明の有機ＥＬ素子は、透光性の基板上に作製する。この透光性基板は、有機ＥＬ素子を構成する陽極、有機化合物層、陰極等を支持する基板であり、４００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の可視領域の光の透過率が５０％以上で平滑な基板が好ましい。
　透光性基板としては、ガラス板やポリマー板などが挙げられる。
　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、石英などを原料として用いてなるものを挙げられる。
　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、ポリサルフォンなどを原料として用いてなるものを挙げることができる。
（陽極および陰極）
　有機ＥＬ素子の陽極は、正孔を発光層に注入する役割を担うものであり、４．５ｅＶ以上の仕事関数を有することが効果的である。
　陽極材料の具体例としては、酸化インジウム錫合金（ＩＴＯ）、酸化錫（ＮＥＳＡ）、酸化インジウム亜鉛酸化物、金、銀、白金、銅などが挙げられる。
　発光層からの発光を陽極側から取り出す場合、陽極の可視領域の光の透過率を１０％より大きくすることが好ましい。また、陽極のシート抵抗は、数百Ω／□（Ω／ｓｑ。オーム・パー・スクウェア。）以下が好ましい。陽極の厚さ寸法は、材料にもよるが、通常１０ｎｍ以上１μｍ以下、好ましくは１０ｎｍ以上２００ｎｍ以下の範囲で選択される。
　陰極としては、発光層に電子を注入する目的で、仕事関数の小さい材料が好ましい。
　陰極材料は特に限定されないが、具体的にはインジウム、アルミニウム、マグネシウム、マグネシウム－インジウム合金、マグネシウム－アルミニウム合金、アルミニウム－リチウム合金、アルミニウム－スカンジウム－リチウム合金、マグネシウム－銀合金などが使用できる。
　陰極も、陽極と同様に、蒸着法などの方法で、例えば、電子輸送層や電子注入層上に薄膜を形成できる。また、陰極側から、発光層からの発光を取り出す態様を採用することもできる。発光層からの発光を陰極側から取り出す場合、陰極の可視領域の光の透過率を１０％より大きくすることが好ましい。
　陰極のシート抵抗は、数百Ω／□以下が好ましい。
　陰極の厚さ寸法は、材料にもよるが、通常１０ｎｍ以上１μｍ以下、好ましくは５０ｎｍ以上２００ｎｍ以下の範囲で選択される。
（正孔注入・輸送層）
　正孔注入・輸送層は、発光層への正孔注入を助け、発光領域まで輸送する層であって、正孔移動度が大きく、イオン化エネルギーが小さい化合物が用いられる。
　正孔注入・輸送層を形成する材料としては、より低い電界強度で正孔を発光層に輸送する材料が好ましく、例えば、芳香族アミン化合物が好適に用いられる。
（電子注入・輸送層）
　電子注入・輸送層は、発光層への電子の注入を助け、発光領域まで輸送する層であって、電子移動度が大きい化合物が用いられる。
　電子注入・輸送層に用いられる化合物としては、例えば、分子内にヘテロ原子を１個以上含有する芳香族ヘテロ環化合物が好ましく用いられ、特に含窒素環誘導体が好ましい。含窒素環誘導体としては、含窒素６員環もしくは５員環骨格を有する複素環化合物が好ましい。
　本発明の有機ＥＬ素子において、電子輸送層を有する場合、当該電子輸送層の電子移動度は、電界強度５００（Ｖ／ｃｍ）１／２において、５×１０－６ｃｍ２／Ｖｓ以上であることが好ましい。このような電子移動度であれば、発光層への電子注入が促進され、有機ＥＬ素子の駆動電圧が低下する。
　本発明の有機ＥＬ素子において、発光層以外の有機化合物層には、上述の例示した化合物以外に、従来の有機ＥＬ素子において使用される公知のものの中から任意の化合物を選択して用いることができる。
　本発明の有機ＥＬ素子の各層の形成方法としては、上記で特に言及した以外には制限されないが、真空蒸着、スパッタリング、プラズマ、イオンプレーティングなどの乾式成膜法や、スピンコーティング、ディッピング、フローコーティング、インクジェットなどの湿式成膜法などの公知の方法を採用することができる。
　本発明の有機ＥＬ素子の各有機層の厚さ寸法は、上記で特に言及した以外には制限されないが、一般に膜厚が薄すぎるとピンホール等の欠陥が生じやすく、逆に厚すぎると高い印加電圧が必要となり効率が悪くなるため、通常は数ｎｍから１μｍの範囲が好ましい。
［変形例］
　なお、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変更、改良などは、本発明に含まれるものである。
　例えば、発光層の陽極側に電子障壁層を、発光層の陰極側に正孔障壁層を、それぞれ設けてもよい。これにより、電子や正孔を発光層に閉じ込めて、発光層における励起子の生成確率を高めることができる。
　また、発光層は、１層に限られず、複数の発光層が積層されていてもよい。有機ＥＬ素子が複数の発光層を有する場合、少なくとも１つの発光層が本発明で規定する上記ホスト材料と燐光発光性ドーパント材料とを含んでいればよく、その他の発光層が蛍光発光型の発光層であっても、燐光発光型の発光層であってもよい。
　また、有機ＥＬ素子が複数の発光層を有する場合、これらの発光層が互いに隣接して設けられていてもよいし、その他の層（例えば、電荷発生層）を介して積層されていてもよい。
　その他、本発明の実施における具体的な構造および形状などは、本発明の目的を達成できる範囲で他の構造などとしてもよい。
　以下、本発明に係る実施例を説明するが、本発明はこれらの実施例によって限定されない。
　使用した化合物は、以下のとおりである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000009
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000010
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000011
＜化合物の合成＞
〔合成例１〕　ＧＨ－１の合成
　アルゴン雰囲気下、特開２０１０－１８０２０４号公報に記載の方法に従って合成した中間体Ａ（２．３ｇ、１１ｍｍｏｌ）、国際公開第２００３／０８０７６０号（ＷＯ０３／０８０７６０　Ａ１）に記載の方法に従って合成した中間体Ｂ（３．９ｇ、１０ｍｍｏｌ）、トリス（ジベンジリデンアセトン）ジパラジウム（０．１８ｇ、０．２ｍｍｏｌ）、トリ－ｔ－ブチルホスホニウムテトラフルオロほう酸塩（０．１２ｇ、０．４ｍｍｏｌ）、ｔ-ブトキシナトリウム（１．３５ｇ、１４ｍｍｏｌ）、無水トルエン（８０ｍＬ）を順次加えて８時間加熱還流した。
　室温まで反応液を冷却した後、有機層を分離し、有機溶媒を減圧下で留去した。得られた残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフィーにて精製し、化合物ＧＨ－１（２．８ｇ、収率５４％）を得た。
　ＦＤ－ＭＳ（フィールドディソープションマススペクトル。以下、ＦＤ－ＭＳと略記する。）分析の結果、分子量５１５に対してｍ／ｅ＝５１５であった。
　以下に化合物ＧＨ－１の合成スキームを示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000012
〔合成例２〕　ＧＨ－２の合成
　３－ブロモベンズアルデヒド（１８．４ｇ、１００ｍｍｏｌ）をエタノール（５００ｍＬ）に溶かし、ベンズアミジン塩酸塩（３１．２ｇ、２００ｍｍｏｌ）、水酸化ナトリウム（８ｇ、２００ｍｍｏｌ）を加えて８時間加熱還流した。室温まで反応液を冷却した後、トルエンと水を加えて有機層を分離し、有機溶媒を減圧下で留去した。得られた残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフィーにて精製し、中間体Ｃ（９．３ｇ、収率２４％）を得た。
　アルゴン雰囲気下、中間体Ｃ（１．５ｇ、３．９ｍｍｏｌ）、欧州特許出願公開第１９７２６１９号明細書（ＥＰ１９７２６１９　Ａ１）に記載の方法に従って合成した中間体Ｄ（１．６g、３．９ｍｍｏｌ）、トリス（ジベンジリデンアセトン）ジパラジウム（０．０７１ｇ、０．０７８ｍｍｏｌ）、トリ－ｔ－ブチルホスホニウムテトラフルオロほう酸塩（０．０９１ｇ、０．３１ｍｍｏｌ）、ｔ-ブトキシナトリウム（０．５３ｇ、５．５ｍｍｏｌ）、無水トルエン（２０ｍＬ）を順次加えて８時間加熱還流した。
　室温まで反応液を冷却した後、有機層を分離し、有機溶媒を減圧下で留去した。得られた残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフィーにて精製し、化合物ＧＨ－２（２．３ｇ，収率８２％）を得た。
　ＦＤ－ＭＳ分析の結果、分子量７１５に対してｍ／ｅ＝７１５であった。
　以下に化合物ＧＨ－２の合成スキームを示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000013
＜化合物の評価＞
(1)一重項エネルギーＥｇＳ
　一重項エネルギーＥｇＳは、以下の方法により求めた。
　測定対象化合物を石英基板上に蒸着して試料を作製し、常温（３００Ｋ）でこの試料の吸収スペクトルを測定した。吸収スペクトルは、縦軸を吸光度、横軸を波長とした。この吸収スペクトルの長波長側の立ち上がりに対して接線を引き、その接線と横軸との交点の波長値λedge［ｎｍ］を求めた。この波長値を次に示す換算式でエネルギー値に換算した値をＥｇＳとした。
　　換算式：ＥｇＳ［ｅＶ］＝１２３９．８５／λedge
　吸収スペクトルの測定には、分光光度計（日立製、Ｕ３３１０）を用いた。
　測定した化合物は、ＧＨ－１、ＧＨ－２、ＧＨ－３、及びＣＢＰである。各化合物のＥｇＳの測定結果を表１に示す。
(2)エネルギーギャップＥｇ７７Ｋ、及び三重項エネルギーＥｇＴＤ
　Ｅｇ７７Ｋ、及びＥｇＴＤは、以下の方法により求めた。
　各化合物を、公知の燐光測定法(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)により測定した。具体的には、各化合物を溶媒に溶解(試料１０［μmol/リットル］、ＥＰＡ(ジエチルエーテル:イソペンタン:エタノール=５：５：５（容積比）、各溶媒は分光用グレード)し、燐光測定用試料とした。石英セルへ入れた燐光測定用試料を７７［Ｋ］に冷却し、励起光を燐光測定用試料に照射し、波長を変えながら燐光強度を測定した。燐光スペクトルは、縦軸を燐光強度、横軸を波長とした。
　この燐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、その接線と横軸との交点の波長値λedge［ｎｍ］を求めた。この波長値を次に示す換算式でエネルギー値に換算した値をＥｇ７７Ｋ又はＥｇＴＤとした。
　　換算式：Ｅｇ７７Ｋ［ｅＶ］＝１２３９．８５／λedge
　　　　　：ＥｇＴＤ［ｅＶ］＝１２３９．８５／λedge
　燐光の測定には、（株）日立ハイテクノロジー製のＦ－４５００形分光蛍光光度計本体と低温測定用オプション備品を用いた。なお、測定装置はこの限りではなく、冷却装置及び低温用容器と、励起光源と、受光装置とを組み合わせることにより、測定してもよい。
　Ｅｇ７７Ｋを測定した化合物は、ＧＨ－１、ＧＨ－２、ＧＨ－３、及びＣＢＰである。各化合物のＥｇ７７Ｋの測定結果を表１に示す。
　ＥｇＴＤを測定した化合物は、Ｉｒ(ｐｐｙ)３、及びＩｒ(Ｐｈ－ｐｐｙ)３である。各化合物のＥｇＴＤの測定結果は、次のとおりである。
　　Ｉｒ(ｐｐｙ)３　　　　：　２．６２［ｅＶ］
　　Ｉｒ(Ｐｈ－ｐｐｙ)３　：　２．５４［ｅＶ］
(3)ΔＳＴ
　ΔＳＴは、上記(1)、及び(2)で測定したＥｇＳとＥｇ７７Ｋとの差として求めた（上記式（１）、及び（３）参照）。結果を表１に示す。
(4)ΔＴ
　ΔＴは、上記(1)、及び(2)で測定したＥｇ７７ＫとＥｇＴＤとの差として求めた（上記数式（１２）参照）。結果を表２に示す。
(5)Δｎ
　Δｎは、分光エリプソメトリーにて測定した各化合物の屈折率に基づいて算出した。分光エリプソメトリーは、薄膜の光学定数（屈折率ｎや消衰係数ｋ）や膜厚を測定する方法である。
　本発明では、多入角高速分光エリプソメータ（Ｊ．Ａ．Ｗｏｏｌｌａｍ社製、Ｍ－２０００Ｄ）を用いた。図４に分光エリプソメトリー測定の一例を示す。図４Ａは、光源からの入射光の入射角度を示し、図４Ｂは、測定対象となるシリコン基板上の有機薄膜を断面図で示す。
　各化合物をシリコン基板（Si(100)）上に蒸着し、厚さ１００ｎｍの有機薄膜を形成した。シリコン基板上の有機薄膜に対し、光源からの入射光の入射角度を４５度から８０度まで５度間隔で、さらに波長を２４５ｎｍから１０００ｎｍまで１．６ｎｍ間隔で変えながら光を照射し、エリプソパラメーターψおよびΔを測定した。得られたパラメータに対し、解析ソフトＷＶＡＳＥ３２(Ｊ．Ａ．Ｗｏｏｌｌａｍ社製)を用いて一括解析を行う事で、膜の光学異方性を調べた。膜の光学定数（屈折率ｎや消衰係数ｋ）の異方性が、膜内における分子配向の異方性を反映する。詳細な測定方法・解析方法は、上記文献６～８に記載されている。
　Δｎは、シリコン基板面に対して垂直方向ｚと平行方向ｘの屈折率ｎの差として求めた（上記数式（５）、及び（７）参照）。シリコン基板面に対する垂直方向ｚ、及び平行方向ｘについては、図４（Ａ）に示す。
　Δｎを測定した化合物は、ＧＨ－１、ＧＨ－２、ＧＨ－３であり、ＣＢＰに関しては以下の文献９から引用した。
　文献９：横山大輔ら、有機ＥＬ討論会　第６回例会予稿集、Ｓ２－２，ｐ５～６
各化合物のΔｎの結果を表１に示す。
(6)半値幅
　フォトルミネッセンススペクトルの半値幅は、次のようにして求めた。
　各化合物を溶媒（ジクロロメタン）に溶解(試料１０［μmol/リットル］)し、蛍光測定用試料とした。石英セルへ入れた蛍光測定用試料に室温（３００［Ｋ］）で励起光を照射し、波長を変えながら蛍光強度を測定した。フォトルミネッセンススペクトルは、縦軸を蛍光強度、横軸を波長とした。蛍光の測定に用いた装置は、（株）日立ハイテクノロジー製のＦ－４５００形分光蛍光光度計である。
　このフォトルミネッセンススペクトルから半値幅（単位は、ｎｍ。）を測定した。
　半値幅を測定した化合物は、ＧＨ－１、ＧＨ－２、ＧＨ－３、及びＣＢＰである。各化合物の半値幅の測定結果を表１に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000014
　会合体を形成し難い化合物として知られるＣＢＰは、ΔＳＴについて、前記数式（１）又は（３）の関係を満たさず、Δｎについて前記数式（５）又は（７）の関係を満たさず、フォトルミネッセンススペクトルの半値幅について７５ｎｍよりも小さいことが分かった。
(7)電子移動度
　インピーダンス分光法を用いて電子移動度評価を行った。基板上に陽極としてＡｌ、その上に電子輸送層に用いる材料、その上にＬｉＦ、続けて陰極としてＡｌを積層することにより電子オンリーデバイスを作製し、１００ｍＶの交流電圧を乗せたＤＣ電圧を印加し複素モジュラスを測定した。モジュラスの虚部が最大となる周波数をｆｍａｘ（Ｈｚ）としたとき、応答時間Ｔ（秒）をＴ＝１／２／π／ｆｍａｘとして算出し、この値を用いて電子移動度の電界強度依存性を決定した。
　電子移動度を測定した化合物は、ＥＴ－１、及びＡｌｑ３である。電界強度が５００（Ｖ／ｃｍ）１／２の時の電子移動度の測定結果は、次のとおりである。
　　ＥＴ－１　：１×１０－５ｃｍ２／Ｖｓ
　　Ａｌｑ３　　：３×１０－６ｃｍ２／Ｖｓ
＜有機ＥＬ素子の作製、及び評価＞
　有機ＥＬ素子を以下のように作製し、評価した。
〔実施例１〕
　２５ｍｍ×７５ｍｍ×１．１ｍｍ厚のＩＴＯ透明電極（陽極）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超音波洗浄を５分間行なった後、ＵＶオゾン洗浄を３０分間行なった。
　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透明電極を覆うようにして化合物ＨＩ－１を蒸着し、膜厚５ｎｍの化合物ＨＩ－１膜を形成した。このＨＩ－１膜は、正孔注入層として機能する。
　このＨＩ－１膜の成膜に続けて、化合物ＨＴ－１を蒸着し、ＨＩ－１膜上に膜厚１２０ｎｍのＨＴ－１膜を成膜し、さらに化合物ＨＴ－２を蒸着し、ＨＴ－１膜上に膜厚４６．５ｎｍのＨＴ－２膜を成膜した。これらのＨＴ－１膜、及びＨＴ－２膜は、正孔輸送層として機能する。
　このＨＴ－２膜上に化合物ＧＨ－１（ホスト材料）および化合物Ｉｒ(ｐｐｙ)３（燐光発光性ドーパント材料）を共蒸着し、膜厚４０ｎｍの発光層を成膜した。ドーパント材料濃度は、１０質量％とした。
　この発光層上に電子輸送性化合物であるＥＴ－１、及びＬｉｑを共蒸着して、膜厚２０ｎｍの電子輸送層を形成した。Ｌｉｑ濃度は、５０質量％とした。
　この電子輸送層上にＬｉｑを蒸着して、膜厚１ｎｍのＬｉｑ膜を形成した。
　このＬｉｑ膜上に金属Ａｌを蒸着して、膜厚８０ｎｍの金属陰極を形成した。
　このようにして、実施例１の有機ＥＬ素子を作製した。
　実施例１の有機ＥＬ素子の素子構成を略式的に示すと、次のとおりである。
　ITO/HI-1(5)/HT-1(120)/HT-2(46.5)/GH-1:Ir(ppy)3(40,10%)/ET-1:Liq(20,50%)/Liq(1)/Al(80)
　なお、括弧内の数字は、膜厚（単位：ｎｍ）を示す。また、同じく括弧内において、パーセント表示された数字は、発光層におけるリン光発光性ドーパント材料等のように、添加される成分の割合(質量％)を示す。
〔実施例２～４、及び比較例１～２〕
　実施例２～４、及び比較例１～２の有機ＥＬ素子については、表２に示すように発光層の化合物を変更した以外は、実施例１の有機ＥＬ素子と同様に作製した。
　なお、表２には、表１に示した測定結果の一部を比較のために再び示した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000015
〔有機ＥＬ素子の評価〕
　作製した有機ＥＬ素子について、発光効率の評価を行った。結果を表２に示す。
　発光効率（電流効率）の測定は、次のようにして行った。
　電流密度が１０ｍＡ／ｃｍ２となるように素子に電圧を印加し、そのときの分光放射輝度スペクトルを分光放射輝度計（コミカミノルタ社製、ＣＳ－１０００）にて計測した。得られた分光放射輝度スペクトルから、発光効率（単位：ｃｄ／Ａ）を算出した。
　表２に示すように、実施例１～４の有機ＥＬ素子は、比較例１～２の有機ＥＬ素子よりも発光効率が優れていることが分かった。
　ここで、比較例１～２の有機ＥＬ素子のホスト材料ＧＨ－３は、ΔＳＴが０．４ｅＶよりも小さく、Δｎが０．０４よりも大きく、フォトルミネッセンススペクトルの半値幅が７５ｎｍよりも大きいが、ＥｇＳが２．９ｅＶよりも小さく、Ｅｇ７７Ｋが２．８５ｅＶよりも小さいため、本発明のホスト材料に用いられる化合物の条件を満たさない。そのため、発光効率が実施例よりも劣る結果となった。
　以上より、高発光効率の燐光型の有機ＥＬ素子を得るためには、発光層に用いるホスト材料は、ＧＨ－１やＧＨ－２のように、ΔＳＴ、Δｎ又はフォトルミネッセンススペクトルの半値幅に関する上記条件を満たすだけでなく、さらにＥｇＳやＥｇ７７Ｋが大きい化合物から選択することが重要であることが分かった。また、このような化合物をホスト材料に用いた発光層に対して、Ａｌｑ３よりも大きい電子移動度を有するＥＴ－１を用いた電子輸送層を隣接させた場合も、高い発光効率を示すことが分かった。
〔実施例５〕
　実施例５の有機ＥＬ素子を次のように作製した。
　２５ｍｍ×７５ｍｍ×１．１ｍｍ厚のＩＴＯ透明電極（陽極）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超音波洗浄を５分間行なった後、ＵＶオゾン洗浄を３０分間行なった。
　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透明電極を覆うようにして化合物ＨＩ－１を蒸着し、膜厚５ｎｍの化合物ＨＩ－１膜を形成した。このＨＩ－１膜は、正孔注入層として機能する。
　このＨＩ－１膜の成膜に続けて、化合物ＨＴ－１を蒸着し、ＨＩ－１膜上に膜厚９０ｎｍのＨＴ－１膜を成膜し、さらに化合物ＨＴ－２を蒸着し、ＨＴ－１膜上に膜厚４６．５ｎｍのＨＴ－２膜を成膜した。これらのＨＴ－１膜、及びＨＴ－２膜は、正孔輸送層として機能する。
　このＨＴ－２膜上に化合物ＰＢＨ－１（ホスト材料）および化合物ＰＢＤ－１（燐光発光性ドーパント材料）を共蒸着し、膜厚３０ｎｍの発光層を成膜した。ドーパント材料濃度は、２０質量％とした。
　この発光層上に化合物ＰＢＨ－１を蒸着し、膜厚５ｎｍのＰＢＨ－１膜を形成した。
　次に、このＰＢＨ－１膜上に化合物ＥＴ－１、及びＬｉｑを共蒸着して、膜厚３０ｎｍの電子輸送層を形成した。Ｌｉｑ濃度は、５０質量％とした。
　この電子輸送層上にＬｉｑを蒸着して、膜厚１ｎｍのＬｉｑ膜を形成した。
　このＬｉｑ膜上に金属Ａｌを蒸着して、膜厚８０ｎｍの金属陰極を形成した。
　このようにして、実施例５の有機ＥＬ素子を作製した。
　実施例５の有機ＥＬ素子の素子構成を略式的に示すと、次のとおりである。
　ITO/HI-1(5)/HT-1(90)/HT-2(46.5)/PBH-1:PBD-1(30,20%)/PBH-1(5)/ET-1:Liq(30,50%)/Liq(1)/Al(80)
　なお、括弧内の数字は、膜厚（単位：ｎｍ）を示す。また、同じく括弧内において、パーセント表示された数字は、発光層におけるリン光発光性ドーパント材料等のように、添加される成分の割合(質量％)を示す。
　以下に化合物ＧＨ－１の合成スキームを示す。
　実施例５では、すでに示した化合物の他、次に示す化合物を用いた。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000016
＜化合物の合成＞
〔合成例３〕　ＰＢＨ－１の合成
　アルゴン雰囲気下、国際公開第２００９／００８１００号（WO2009/008100 A1）に記載の方法に従って合成した中間体Ｅ（３．３ｇ、１０ｍｍｏｌ）、特開２０１０-１８０２０４号公報に記載の方法に従って合成した中間体Ｆ（６．１ｇ、３０ｍｍｏｌ）、トリス（ジベンジリデンアセトン）ジパラジウム（０．３７ｇ、０．４ｍｍｏｌ）、トリ－ｔ－ブチルホスホニウムテトラフルオロほう酸塩（０．４６ｇ、１．６ｍｍｏｌ）、ｔ-ブトキシナトリウム（７．７ｇ、８０ｍｍｏｌ）、無水トルエン５０ｍｌを順次加えて８時間加熱還流攪拌した。
　反応溶液を減圧下で濃縮して得られた残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフィー（ヘキサン/トルエン=７／３（体積比））で精製した。さらにヘキサンを用いて再結晶により精製することにより、化合物ＰＢＨ－１（４．０ｇ、収率６９％）を白色固体として得た。
　ＦＤ－ＭＳ分析の結果、分子量５８２（計算値）に対してｍ／ｅ＝５８２（実測値）であり、化合物ＰＢＨ－１と同定した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000017
　化合物ＰＢＨ－１について、上記と同様にして評価を行った。その結果を表３に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000018
　また、化合物ＰＢＤ－１について、三重項エネルギーＥｇＴＤを上記と同様にして測定したところ、２．８２ｅＶであった。
　実施例５におけるホスト材料である化合物ＰＢＨ－１のＥｇ７７Ｋと、ドーパント材料である化合物ＰＢＤ－１のＥｇＴＤとの差ΔＴは、上記数式（１２）より、次のようになった。
　ΔＴ＝Ｅｇ７７Ｋ－ＥｇＴＤ＝３．０５－２．８２＝０．２３［ｅＶ］
　作製した実施例５の有機ＥＬ素子について、駆動電圧及び発光効率の評価を行った。結果を表４に示す。
・駆動電圧
　電流密度が１０ｍＡ／ｃｍ２となるようにＩＴＯ（陽極）とＡｌ（陰極）との間に通電したときの電圧（単位：Ｖ）を計測した。
　・発光効率（電流効率）
　電流密度が１０ｍＡ／ｃｍ２となるように素子に電圧を印加し、そのときの分光放射輝度スペクトルを分光放射輝度計（コミカミノルタ社製、ＣＳ－１０００）にて計測した。得られた分光放射輝度スペクトルから、発光効率（単位：ｃｄ／Ａ）を算出した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000019
　本発明の有機ＥＬ素子は、表示装置や照明装置における発光素子として利用できる。
　１…有機ＥＬ素子、２…基板、３…陽極、４…陰極、５…発光層、６…正孔注入・輸送層、７…電子注入・輸送層、１０…有機化合物層。

Claims (11)

  1. 　一対の電極間に有機化合物層を備える有機エレクトロルミネッセンス素子であって、
    　前記有機化合物層は、ホスト材料と燐光発光性ドーパント材料とを含む発光層を有し、
    　前記ホスト材料は、一重項エネルギーＥｇＳと、７７［Ｋ］におけるエネルギーギャップＥｇ７７Ｋとの差ΔＳＴが、下記数式（１）の関係を満たし、かつ、前記一重項エネルギーＥｇＳが、下記数式（２）の関係を満たす化合物から選択される
    　ことを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子。
    　　［数１］
    　　　ΔＳＴ＝ＥｇＳ－Ｅｇ７７Ｋ＜０．４［ｅＶ］…（１）
    　　［数２］
    　　　ＥｇＳ≧２．９０［ｅＶ］　　　　　　　　…（２）
  2. 　一対の電極間に有機化合物層を備える有機エレクトロルミネッセンス素子であって、
    　前記有機化合物層は、ホスト材料と燐光発光性ドーパント材料とを含む発光層を有し、
    　前記ホスト材料は、一重項エネルギーＥｇＳと、７７［Ｋ］におけるエネルギーギャップＥｇ７７Ｋとの差ΔＳＴが、下記数式（３）の関係を満たし、かつ、前記エネルギーギャップＥｇ７７Ｋが、下記数式（４）の関係を満たす化合物から選択される
    　ことを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子。
    　　［数３］
    　　　ΔＳＴ＝ＥｇＳ－Ｅｇ７７Ｋ＜０．４［ｅＶ］…（３）
    　　［数４］
    　　　Ｅｇ７７Ｋ≧２．８５［ｅＶ］　　　　　　　…（４）
  3. 　一対の電極間に有機化合物層を備える有機エレクトロルミネッセンス素子であって、
    　前記有機化合物層は、ホスト材料と燐光発光性ドーパント材料とを含む発光層を有し、
    　前記ホスト材料は、分光エリプソメトリーにおいてシリコン基板面に対して垂直方向の屈折率ｎＺと、シリコン基板面に対して平行方向の屈折率ｎＸが、下記数式（５）の関係を満し、かつ、一重項エネルギーＥｇＳが、下記数式（６）の関係を満たす化合物から選択される
    　ことを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子。
    　　［数５］
    　　　Δｎ＝|ｎＸ－ｎＺ|＞０．０４　　　　　　…（５）
    　　［数６］
    　　　ＥｇＳ≧２．９０［ｅＶ］　　　　　　　　…（６）
  4. 　一対の電極間に有機化合物層を備える有機エレクトロルミネッセンス素子であって、
    　前記有機化合物層は、ホスト材料と燐光発光性ドーパント材料とを含む発光層を有し、
    　前記ホスト材料は、分光エリプソメトリーにおいてシリコン基板面に対して垂直方向の屈折率ｎＺと、シリコン基板面に対して平行方向の屈折率ｎＸが、下記数式（７）の関係を満たし、かつ、７７［Ｋ］におけるエネルギーギャップＥｇ７７Ｋが、下記数式（８）の関係を満たす化合物から選択される
    　ことを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子。
    　　［数７］
    　　　Δｎ＝|ｎＸ－ｎＺ|＞０．０４　　　　　　…（７）
    　　［数８］
    　　　Ｅｇ７７Ｋ≧２．８５［ｅＶ］　　　　　　　…（８）
  5. 　一対の電極間に有機化合物層を備える有機エレクトロルミネッセンス素子であって、
    　前記有機化合物層は、ホスト材料と燐光発光性ドーパント材料とを含む発光層を有し、
    　前記ホスト材料は、フォトルミネッセンススペクトルの半値幅が７５ｎｍより大きく、かつ、一重項エネルギーＥｇＳが、下記数式（９）の関係を満たす化合物から選択される
    　ことを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子。
    　　［数９］
    　　　ＥｇＳ≧２．９０［ｅＶ］　　　　　　　　　　　　…（９）
  6. 　一対の電極間に有機化合物層を備える有機エレクトロルミネッセンス素子であって、
    　前記有機化合物層は、ホスト材料と燐光発光性ドーパント材料とを含む発光層を有し、
    　前記ホスト材料は、フォトルミネッセンススペクトルの半値幅が７５ｎｍより大きく、かつ、７７［Ｋ］におけるエネルギーギャップＥｇ７７Ｋが、下記数式（１０）の関係を満たす化合物から選択される
    　ことを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子。
    　　［数１０］
    　　　Ｅｇ７７Ｋ≧２．８５［ｅＶ］　　　　　　　　　　　…（１０）
  7. 　請求項１又は請求項２に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子において、
    　前記ホスト材料は、フォトルミネッセンススペクトルの半値幅が７５ｎｍより大きい化合物から選択される
    　ことを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子。
  8. 　請求項１、請求項２、及び請求項７のいずれか一項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子において、
    　前記差ΔＳＴが、下記数式（１１）の関係を満たす
    　ことを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子。
    　　［数１１］
    　　　ΔＳＴ＝ＥｇＳ－Ｅｇ７７Ｋ＜０．３［ｅＶ］…（１１）
  9. 　請求項１から請求項８までのいずれか一項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子において、
    　前記燐光発光性ドーパント材料の三重項エネルギーＥｇＴＤと、前記ホスト材料の７７［Ｋ］におけるエネルギーギャップＥｇ７７Ｋとの差ΔＴが、下記数式（１２）の関係を満たす
    　ことを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子。
    　　［数１２］
    　　　ΔＴ＝Ｅｇ７７Ｋ－ＥｇＴＤ＞０．２０［ｅＶ］　　　…（１２）
  10. 　請求項１から請求項９までのいずれか一項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子において、
    　前記一対の電極は、陽極、及び陰極であり、
    　前記有機化合物層と前記陰極との間に電子輸送層を備え、
    　前記電子輸送層の電子移動度は、電界強度５００（Ｖ／ｃｍ）１／２において、５×１０－６ｃｍ２／Ｖｓ以上である
    　ことを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子。
  11. 　請求項１から請求項１０までのいずれか一項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子において、
    　前記ホスト材料が、さらに下記化学式（１）から（８）までに示す骨格のうち少なくともいずれかを有する
    　ことを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000001
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