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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】6769712
(24)【登録日】2020年9月28日
(45)【発行日】2020年10月14日
(54)【発明の名称】有機エレクトロルミネッセンス素子
(51)【国際特許分類】
H01L 51/50 20060101AFI20201005BHJP
H05B 33/12 20060101ALI20201005BHJP
C09K 11/06 20060101ALI20201005BHJP
【ＦＩ】
H05B33/22 B
H05B33/14 B
H05B33/12 C
C09K11/06 690
【請求項の数】20
【全頁数】56
(21)【出願番号】特願2016-1879(P2016-1879)
(22)【出願日】2016年1月7日
(65)【公開番号】特開2017-17305(P2017-17305A)
(43)【公開日】2017年1月19日
【審査請求日】2018年12月26日
(31)【優先権主張番号】特願2015-133001(P2015-133001)
(32)【優先日】2015年7月1日
(33)【優先権主張国】JP
(73)【特許権者】
【識別番号】504145342
【氏名又は名称】国立大学法人九州大学
(74)【代理人】
【識別番号】110000109
【氏名又は名称】特許業務法人特許事務所サイクス
(72)【発明者】
【氏名】ピン クエン ダニエル ザン
(72)【発明者】
【氏名】安達 千波矢
【審査官】
横川 美穂
(56)【参考文献】
【文献】
国際公開第２０１３／０７６９４８（ＷＯ，Ａ１）
【文献】
国際公開第２０１２／０７０３３０（ＷＯ，Ａ１）
【文献】
国際公開第２０１２／００８３３１（ＷＯ，Ａ１）
【文献】
特開２０１５−０１９０７１（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２０１２−２４８４０５（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特表２００８−５２４８４８（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２００５−２６８０２２（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２０１５−１１９１８２（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特表２０１１−５０３８７９（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２００９−２３１２６５（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）
Ｈ０１Ｌ ５１／５０
Ｃ０９Ｋ １１／０６
Ｈ０５Ｂ ３３／００−２８
Ｈ０１Ｌ ２７／３２
Ｇ０９Ｆ ９／３０
ＣＡｐｌｕｓ／ＲＥＧＩＳＴＲＹ（ＳＴＮ）
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
少なくとも陽極、発光層、電子輸送層、陰極をこの順に積層し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、
前記発光層と前記電子輸送層の界面に電荷トラップ濃度減少層を有し、
前記電子輸送層が金属原子を含まず、
前記電子輸送層の陰極側に、第一族原子、第二族原子または遷移金属原子を含む化合物を含有する第２電子輸送層を有する、有機エレクトロルミネッセンス素子。
前記発光層と前記電子輸送層の界面に電荷トラップ濃度減少層を有し、
前記電子輸送層が金属原子を含まず、
前記電子輸送層の陰極側に、第一族原子、第二族原子または遷移金属原子を含む化合物を含有する第２電子輸送層を有する、有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項2】
前記電荷トラップ濃度減少層の平均膜厚が０．１〜１００ｎｍである請求項１に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項3】
前記電荷トラップ濃度減少層が第一族原子、第二族原子または遷移金属原子を含有する請求項１または２に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項4】
前記電荷トラップ濃度減少層がＬｉを含有する層である請求項３に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項5】
前記電荷トラップ濃度減少層が８-ヒドロキシキノリノラト誘導体からなる層である請求項４に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項6】
前記電子輸送層と前記第２電子輸送層との間に第一族原子、第二族原子または遷移金属原子を含有する機能層を有する請求項１〜５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。
【請求項7】
前記機能層の平均膜厚が０．１〜１００ｎｍである請求項６に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項8】
前記機能層がＬｉを含有する層である請求項６または７に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項9】
前記機能層が８-ヒドロキシキノリノラト誘導体からなる層である請求項８に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項10】
少なくとも陽極、発光層、電子輸送層、陰極をこの順に積層し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、
前記発光層と前記電子輸送層の界面に電荷トラップ濃度減少層を有し、
前記電子輸送層の陰極側に第２電子輸送層を有しており、前記電子輸送層と前記第２電子輸送層との間に第一族原子、第二族原子または遷移金属原子を含有する機能層を有し、
前記第２電子輸送層が金属原子を含まない、有機エレクトロルミネッセンス素子。
前記発光層と前記電子輸送層の界面に電荷トラップ濃度減少層を有し、
前記電子輸送層の陰極側に第２電子輸送層を有しており、前記電子輸送層と前記第２電子輸送層との間に第一族原子、第二族原子または遷移金属原子を含有する機能層を有し、
前記第２電子輸送層が金属原子を含まない、有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項11】
前記発光層が第１ホスト材料と第２ホスト材料を含有する請求項１〜１０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。
【請求項12】
前記第１ホスト材料と前記第２ホスト材料が、いずれも前記発光層が含有する発光材料の最低励起三重項エネルギー準位よりも高い最低励起三重項エネルギー準位を有する請求項１１に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項13】
前記第２ホスト材料が電子輸送性を有するものである請求項１１または１２に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項14】
少なくとも陽極、発光層、電子輸送層、陰極をこの順に積層し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、
前記発光層と前記電子輸送層の界面に電荷トラップ濃度減少層を有し、
前記発光層が第１ホスト材料と第２ホスト材料を含有し、前記第２ホスト材料が、前記電荷トラップ濃度減少層に隣接する前記電子輸送層の構成材料と同じ材料からなるものである、有機エレクトロルミネッセンス素子。
前記発光層と前記電子輸送層の界面に電荷トラップ濃度減少層を有し、
前記発光層が第１ホスト材料と第２ホスト材料を含有し、前記第２ホスト材料が、前記電荷トラップ濃度減少層に隣接する前記電子輸送層の構成材料と同じ材料からなるものである、有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項15】
前記第２ホスト材料が下記一般式（１）で表される化合物である請求項１１〜１４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。
［一般式（１）において、Ａｒは、置換もしくは無置換のアリール基、または置換もしくは無置換のヘテロアリール基を表す。ｎは１〜３の整数を表す。ｎが２以上であるとき、複数のＡｒは互いに同一であっても、異なっていてもよい。］
【化1】
【請求項16】
前記一般式（１）で表される化合物が下記一般式（２）で表される化合物である請求項１５に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
［一般式（２）において、Ａｒ1、Ａｒ2およびＡｒ3は、各々独立に置換もしくは無置換のアリール基、または置換もしくは無置換のヘテロアリール基を表す。Ｒ1、Ｒ2およびＲ3は、各々独立に置換基を表し、該置換基は置換もしくは無置換のアリール基、および置換もしくは無置換のヘテロアリール基ではない。ｎ１、ｎ２およびｎ３は、各々独立に１〜５の整数を表す。ｎ１１、ｎ１２およびｎ１３は、各々独立に０〜４の整数を表す。］
【化2】
【請求項17】
前記発光層が発光材料濃度が異なる多層構造を有する請求項１〜１６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。
【請求項18】
前記第２電子輸送層が含有する前記化合物がＬｉを含有する化合物である請求項１〜１７のいずれか１項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項19】
前記第２電子輸送層が含有する前記化合物が８-ヒドロキシキノリノラト誘導体である請求項１〜１８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。
【請求項20】
前記第２電子輸送層が前記電荷トラップ濃度減少層の構成材料と同じ材料を含有する請求項１〜１９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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、有機エレクトロルミネッセンス素子に関し、特に、有機エレクトロルミネッセンス素子の長寿命化に関する。
【背景技術】
【0002】
有機エレクトロルミネッセンス素子（有機ＥＬ素子）などの有機発光素子の性能を高める研究が盛んに行われている。特に、電極からの電荷の注入や移動を促進する各種機能層を発光層と併用して有機エレクトロルミネッセンス素子を構成することにより、その性能を高める工夫が種々なされてきている。その中には、Ｌｉｑ（８−ヒドロキシキノリノラト−リチウム）などの第一族原子を含む有機金属錯体を機能層の材料に使用した有機エレクトロルミネッセンス素子に関する研究も見受けられる。
【0003】
特許文献１には、インジウム・スズ酸化物（ＩＴＯ）が成膜されたガラス基板（ＩＴＯガラス基板）上に、正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電子輸送層を順に形成した後、電子輸送層の上部にＬｉｑを蒸着して電子注入層を形成し、その上にＡｌを蒸着して電極を形成することにより有機ＥＬ素子を製造したことが記載されている。また、特許文献２には、ＩＴＯガラス基板上に、正孔輸送層、発光層を順に形成した後、発光層の上にＬｉｑを蒸着して電子注入層を形成し、その上に、陰極となるＡｌを蒸着することで有機ＥＬ素子を製造したことが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開２００８−２５８６０３号公報
【特許文献2】特開平１１―２３３２６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
上記のように、特許文献１で製造している有機ＥＬ素子は電子輸送層と陰極の界面にＬｉｑ層が形成されており、特許文献２で製造している有機ＥＬ素子は発光層と陰極の界面にＬｉｑ層が形成されている。そして、これらの文献には、いずれもＬＩｑ層を電子注入層として設けたことが明記されている。これに対して、本発明者らが、陰極と接する位置以外の部位にＬｉｑ層を設け、有機エレクトロルミネッセンス素子の性能を評価する検討を網羅的に行ったところ、特に発光層と電子輸送層の界面にＬｉｑ層を設けると、有機ＥＬ素子を長時間駆動させたときに生じる、経時的な輝度の低下や電圧上昇が顕著に抑制され、有機ＥＬ素子の寿命が大きく延長することを初めて見出した。特許文献１および２では、いずれもＬｉｑ層を陰極と接する位置に設けて電子注入層として機能させることを前提としており、Ｌｉｑ層を発光層と電子輸送層の界面に実際に形成した例や、Ｌｉｑ層に電子注入層以外の機能を発現させることは全く記載されていない。このため、これらの文献からは、発光層と電子輸送層の界面にＬｉｑ層を設けることで得られる素子寿命を延長する効果は予測がつかない。
このような状況下において本発明者らは、発光層と電子輸送層の界面に設ける層について、さらに検討を進め、駆動時の経時的な性能劣化が抑えられ、長寿命の有機エレクトロルミネッセンス素子を得ることを目的として鋭意検討を進めた。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明者らは、上記の課題を解決するために、有機エレクトロルミネッセンス素子の駆動時に生じる経時的な性能劣化には、素子内部の深いトラップ準位に電荷が蓄積することが主な原因になっていることに着目して鋭意検討を行った。その結果、発光層と電子輸送層の界面に電荷トラップ濃度を減少させる機能を有する層を挿入することにより、素子駆動時の経時的な性能劣化が効果的に抑制され、有機エレクトロルミネッセンス素子の顕著な長寿命化を達成しうることを見出した。このように、電子輸送層と発光層の界面に極めて薄い層を挿入するだけで、有機エレクトロルミネッセンス素子の顕著な長寿命化を図れることは驚くべき発見である。本発明はこれらの知見に基づいて提案されたものであり、具体的に以下の構成を有する。
【0007】
［１］ 少なくとも陽極、発光層、電子輸送層、陰極をこの順に積層し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、前記発光層と前記電子輸送層の界面に電荷トラップ濃度減少層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。［２］ 前記電荷トラップ濃度減少層の平均膜厚が０．１〜１００ｎｍである［１］に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
［３］ 前記電荷トラップ濃度減少層が第一族原子、第二族原子または遷移金属原子を含有する［１］または［２］に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
［４］ 前記電荷トラップ濃度減少層がＬｉを含有する層である［３］に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
［５］ 前記電荷トラップ濃度減少層が８-ヒドロキシキノリノラト誘導体からなる層である［４］に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
［６］ 前記電子輸送層が金属原子を含まない［１］〜［５］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。
［７］ 前記電子輸送層の陰極側に第２電子輸送層を有しており、前記電子輸送層と前記第２電子輸送層との間に第一族原子、第二族原子または遷移金属原子を含有する機能層を有する［１］〜［６］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。
［８］ 前記機能層の平均膜厚が０．１〜１００ｎｍである［７］に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
［９］ 前記機能層がＬｉを含有する層である［７］または［８］に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
［１０］ 前記機能層が８-ヒドロキシキノリノラト誘導体からなる層である［９］に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
［１１］ 前記第２電子輸送層が金属原子を含まない［７］〜［１０］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。
［１２］ 前記発光層が第１ホスト材料と第２ホスト材料を含有する［１］〜［１１］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。
［１３］ 前記第１ホスト材料と前記第２ホスト材料が、いずれも前記発光層が含有する発光材料の最低励起三重項エネルギー準位よりも高い最低励起三重項エネルギー準位を有する［１２］に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
［１４］ 前記第２ホスト材料が電子輸送性を有するものである［１２］または［１３］に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
［１５］ 前記第２ホスト材料が、前記電荷トラップ濃度減少層に隣接する前記電子輸送層の構成材料と同じ材料からなるものである［１２］〜［１４］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。
［１６］ 前記第２ホスト材料が下記一般式（１）で表される化合物である［１２］〜［１５］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。
【化1】
［１７］ 前記一般式（１）で表される化合物が下記一般式（２）で表される化合物である［１６］に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【化2】
［１８］ 前記発光層が発光材料濃度が異なる多層構造を有する［１］〜［１７］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。
［１９］ 前記電子輸送層および前記第２電子輸送層の少なくとも一方に、第一族原子、第二族原子または遷移金属原子を含有する化合物を含有する［７］〜［１８］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。
［２０］ 前記第２電子輸送層に、第一族原子、第二族原子または遷移金属原子を含む化合物を含有する［１９］に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
［２１］ 前記化合物がＬｉを含有する化合物である［１９］または［２０］に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
［２２］ 前記化合物が８-ヒドロキシキノリノラト誘導体である［１９］〜［２１］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。
［２３］ 前記第２電子輸送層が前記電荷トラップ濃度減少層の構成材料と同じ材料を含有する［７］〜［２２］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。
【発明の効果】
【0008】
本発明の有機エレクトロルミネッセンス素子によれば、発光層と電子輸送層の界面に電荷トラップ濃度減少層を有することにより、駆動時の経時的な性能劣化が抑えられ、その寿命の大幅な延長を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【図1】有機エレクトロルミネッセンス素子で測定されるＴＳＣプロファイルの一例を示す特性図である。
【図2】有機エレクトロルミネッセンス素子の層構成例を示す概略断面図である。
【図3】有機エレクトロルミネッセンス素子の他の層構成例を示す概略断面図である。
【図4】有機エレクトロルミネッセンス素子のさらに他の層構成例を示す概略断面図である。
【図5】実施例１の電荷トラップ濃度減少層を有する有機エレクトロルミネッセンス素子と、電荷トラップ濃度減少層を有しない有機エレクトロルミネッセンス素子のＴＳＣプロファイルである。
【図6】実施例１の電荷トラップ濃度減少層を有する有機エレクトロルミネッセンス素子と、電荷トラップ濃度減少層を有しない有機エレクトロルミネッセンス素子の発光スペクトルである。
【図7】実施例１の電荷トラップ濃度減少層を有する有機エレクトロルミネッセンス素子と、電荷トラップ濃度減少層を有しない有機エレクトロルミネッセンス素子の電圧−電流密度−輝度特性を示すグラフである。
【図8】実施例１の電荷トラップ濃度減少層を有する有機エレクトロルミネッセンス素子の電流密度−外部量子効率特性を示すグラフである。
【図9】実施例１の電荷トラップ濃度減少層を有する有機エレクトロルミネッセンス素子と、電荷トラップ濃度減少層を有しない有機エレクトロルミネッセンス素子の輝度比と電圧変化量の経時的変化を示すグラフである。
【図10】実施例２の１ｎｍ厚の電荷トラップ濃度減少層および各種厚みの機能層を有する有機エレクトロルミネッセンス素子と、１ｎｍ厚の電荷トラップ濃度減少層を有し、機能層を有しない有機エレクトロルミネッセンス素子と、電荷トラップ濃度減少層および機能層を有しない有機エレクトロルミネッセンス素子の発光スペクトルである。
【図11】実施例２の１ｎｍ厚の電荷トラップ濃度減少層および各種厚みの機能層を有する有機エレクトロルミネッセンス素子と、１ｎｍ厚の電荷トラップ濃度減少層を有し、機能層を有しない有機エレクトロルミネッセンス素子と、電荷トラップ濃度減少層および機能層を有しない有機エレクトロルミネッセンス素子の電圧−電流密度−輝度特性を示すグラフである。
【図12】実施例２の１ｎｍ厚の電荷トラップ濃度減少層および各種厚みの機能層を有する有機エレクトロルミネッセンス素子と、１ｎｍ厚の電荷トラップ濃度減少層を有し、機能層を有しない有機エレクトロルミネッセンス素子の電流密度−外部量子効率特性を示すグラフである。
【図13】１ｎｍ厚の電荷トラップ濃度減少層および各種厚みの機能層を有する有機エレクトロルミネッセンス素子と、１ｎｍ厚の電荷トラップ濃度減少層を有し、機能層を有しない有機エレクトロルミネッセンス素子と、電荷トラップ濃度減少層および機能層を有しない有機エレクトロルミネッセンス素子の輝度比と電圧変化量の経時的変化を示すグラフである。
【図14】実施例２の３ｎｍ厚の電荷トラップ濃度減少層および各種厚みの機能層を有する有機エレクトロルミネッセンス素子と、３ｎｍ厚の電荷トラップ濃度減少層を有し、機能層を有しない有機エレクトロルミネッセンス素子と、電荷トラップ濃度減少層および機能層を有しない有機エレクトロルミネッセンス素子の電圧−電流密度−輝度特性を示すグラフである。
【図15】実施例２の３ｎｍ厚の電荷トラップ濃度減少層および各種厚みの機能層を有する有機エレクトロルミネッセンス素子と、３ｎｍ厚の電荷トラップ濃度減少層を有し、機能層を有しない有機エレクトロルミネッセンス素子の電流密度−外部量子効率特性を示すグラフである。
【図16】実施例２の３ｎｍ厚の電荷トラップ濃度減少層および各種厚みの機能層を有する有機エレクトロルミネッセンス素子と、３ｎｍ厚の電荷トラップ濃度減少層を有し、機能層を有しない有機エレクトロルミネッセンス素子と、電荷トラップ濃度減少層および機能層を有しない有機エレクトロルミネッセンス素子の輝度比と電圧変化量の経時的変化を示すグラフである。
【図17】比較例１の電荷トラップ濃度減少層を有さず、各種厚みの機能層を有する有機エレクトロルミネッセンス素子の輝度比と電圧変化量の経時的変化を示すグラフである。
【図18】比較例２の各種厚みのＡｌｑ３層を有する有機エレクトロルミネッセンス素子と、Ａｌｑ３層を有しない有機エレクトロルミネッセンス素子の電圧−電流密度−輝度特性を示すグラフである。
【図19】比較例２の各種厚みのＡｌｑ３層を有する有機エレクトロルミネッセンス素子の電流密度−外部量子効率特性を示すグラフである。
【図20】比較例２のＡｌｑ３層を有する有機エレクトロルミネッセンス素子と、Ｌｉｑ層を有する有機エレクトロルミネッセンス素子と、Ａｌｑ３層およびＬｉｑ層のいずれも有しない有機エレクトロルミネッセンス素子の輝度比と電圧変化量の経時的変化を示すグラフである。
【図21】実施例３の電荷トラップ濃度減少層を有し、発光層がＴ２Ｔ（第２ホスト材料）を含有する有機エレクトロルミネッセンス素子のエネルギーダイアグラムである。
【図22】実施例３の電荷トラップ濃度減少層を有し、発光層がＴ２Ｔ（第２ホスト材料）を含有する有機エレクトロルミネッセンス素子の発光スペクトルである。
【図23】実施例３の電荷トラップ濃度減少層を有し、発光層がＴ２Ｔ（第２ホスト材料）を含有する有機エレクトロルミネッセンス素子の電圧−電流密度−輝度特性を示すグラフである。
【図24】実施例３の電荷トラップ濃度減少層を有し、発光層がＴ２Ｔ（第２ホスト材料）を含有する有機エレクトロルミネッセンス素子の電流密度−外部量子効率特性を示すグラフである。
【図25】実施例３の電荷トラップ濃度減少層を有し、発光層がＴ２Ｔ（第２ホスト材料）を含有する有機エレクトロルミネッセンス素子の輝度比と電圧変化量の経時的変化を示すグラフである。
【図26】実施例４の電荷トラップ濃度減少層を有し、発光層がＴ２Ｔ（第２ホスト材料）を含有し、第２電子輸送層がＬｉｑを含有する有機エレクトロルミネッセンス素子のエネルギーダイアグラムである。
【図27】実施例４の電荷トラップ濃度減少層を有し、発光層がＴ２Ｔ（第２ホスト材料）を含有し、第２電子輸送層がＬｉｑを含有する有機エレクトロルミネッセンス素子の発光スペクトルである。
【図28】実施例４の電荷トラップ濃度減少層を有し、発光層がＴ２Ｔ（第２ホスト材料）を含有し、第２電子輸送層がＬｉｑを含有する有機エレクトロルミネッセンス素子の電圧−電流密度−輝度特性を示すグラフである。
【図29】実施例４の電荷トラップ濃度減少層を有し、発光層がＴ２Ｔ（第２ホスト材料）を含有し、第２電子輸送層がＬｉｑを含有する有機エレクトロルミネッセンス素子の電流密度−外部量子効率特性を示すグラフである。
【図30】実施例４の電荷トラップ濃度減少層を有し、発光層がＴ２Ｔ（第２ホスト材料）を含有し、第２電子輸送層がＬｉｑを含有する有機エレクトロルミネッセンス素子の輝度比と電圧変化量の経時的変化を示すグラフである。
【図31】実施例５の電荷トラップ濃度減少層とＬｉｑを含む第２電子輸送層を有し、発光層が多層構造である有機エレクトロルミネッセンス素子のエネルギーダイアグラムと、多層構造Ａ〜Ｄを示す図である。
【図32】実施例５の電荷トラップ濃度減少層とＬｉｑを含む第２電子輸送層を有し、発光層が多層構造である有機エレクトロルミネッセンス素子の発光スペクトルである。
【図33】実施例５の電荷トラップ濃度減少層とＬｉｑを含む第２電子輸送層を有し、発光層が多層構造である有機エレクトロルミネッセンス素子の電圧−電流密度−輝度特性を示すグラフである。
【図34】実施例５の電荷トラップ濃度減少層とＬｉｑを含む第２電子輸送層を有し、発光層が多層構造である有機エレクトロルミネッセンス素子の電流密度−外部量子効率特性を示すグラフである。
【図35】実施例５の電荷トラップ濃度減少層とＬｉｑを含む第２電子輸送層を有し、発光層が多層構造である有機エレクトロルミネッセンス素子の輝度比と電圧変化量の経時的変化を示すグラフである。
【図36】実施例６の電荷トラップ濃度減少層を有し、発光層がＴ２Ｔ（第２ホスト材料）を含有し、第２電子輸送層がＬｉｑを含有する有機エレクトロルミネッセンス素子の発光スペクトルである。
【図37】実施例６の電荷トラップ濃度減少層を有し、発光層がＴ２Ｔ（第２ホスト材料）を含有し、第２電子輸送層がＬｉｑを含有する有機エレクトロルミネッセンス素子の電圧−電流密度−輝度特性を示すグラフである。
【図38】実施例６の電荷トラップ濃度減少層を有し、発光層がＴ２Ｔ（第２ホスト材料）を含有し、第２電子輸送層がＬｉｑを含有する有機エレクトロルミネッセンス素子の電流密度−外部量子効率特性を示すグラフである。
【図39】実施例６の電荷トラップ濃度減少層を有し、発光層がＴ２Ｔ（第２ホスト材料）を含有し、第２電子輸送層がＬｉｑを含有する有機エレクトロルミネッセンス素子の輝度比と電圧変化量の経時的変化を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【0010】
以下において、本発明の内容について詳細に説明する。以下に記載する構成要件の説明は、本発明の代表的な実施態様や具体例に基づいてなされることがあるが、本発明はそのような実施態様や具体例に限定されるものではない。なお、本明細書において「〜」を用いて表される数値範囲は、「〜」の前後に記載される数値を下限値および上限値として含む範囲を意味する。また、本発明に用いられる化合物の分子内に存在する水素原子の同位体種は特に限定されず、例えば分子内の水素原子がすべて1Ｈであってもよいし、一部または全部が2Ｈ（デューテリウムＤ）であってもよい。
【0011】
本発明の有機エレクトロルミネッセンス素子は、少なくとも陽極、発光層、電子輸送層、陰極をこの順に積層した構造を有し、発光層と電子輸送層の界面に電荷トラップ濃度減少層を有することを特徴とする。本発明において「電荷トラップ濃度減少層」とは、その層を形成することによって熱刺激電流（ＴＳＣ）測定における２５０〜３２０Ｋの間のピーク面積が減少する層のことを意味する。換言すれば、電荷トラップ濃度減少層を有する有機エレクトロルミネッセンス素子と、電荷トラップ濃度減少層を有しないこと以外は該有機エレクトロルミネッセンス素子と同じ構成の有機エレクトロルミネッセンス素子について熱刺激電流測定を行ったとき、そのプロファイルの２５０〜３２０Ｋの間に出現するピークのピーク面積が、前者の有機エレクトロルミネッセンス素子の方が後者の有機エレクトロルミネッセンス素子よりも小さくなるような層のことをいう。以下の説明では、電荷トラップ濃度減少層を有する有機エレクトロルミネッセンス素子を「対象素子」といい、電荷トラップ濃度減少層を有しないこと以外は対象素子と同じ構成の有機エレクトロルミネッセンス素子を「参照素子」ということがある。
ＴＳＣプロファイルにおける２５０〜３２０Ｋの間のピーク面積を測定するには、まず、有機エレクトロルミネッセンス素子について熱刺激電流測定を行う。
熱刺激電流測定とは、有機半導体薄膜の局在準位にトラップされている電荷を熱により放出させ、電流値として検出することによりＴＳＣプロファイル（電流値の温度プロファイル）を得る測定である。ＴＳＣプロファイルのピークの温度から局在準位の深さを判定することができ、ピークのピーク面積から局在準位における電荷の濃度を見積もることができる。ここで、電荷とは、電子による負電荷および正孔による正電荷の両方を含む。
本発明における熱刺激電流測定は、具体的には次のようにして行う。測定対象である有機エレクトロルミネッセンス素子を、真空チャンバー内で液体窒素温度（７７Ｋ）まで冷却する。次に、７７Ｋに保持した状態で、有機エレクトロルミネッセンス素子に２ｍＡ／ｃｍ2のバイアス電流を２分間供給し、素子内部のトラップ準位に電荷を蓄積させる。続いて、有機エレクトロルミネッセンス素子に−０．０１Ｖのコレクティング電圧を印加しつつ５℃/分の速度で昇温を行い その際に検出される電流を観測してＴＳＣプロファイルを得る。こうした熱刺激電流測定は、理学電機株式会社製の熱刺激電流測定機（商品名ＴＳＣ−ＦＥＴＴ ＥＬ２０００）を用いて行うことができる。
そして、得られたＴＳＣプロファイルにおいて、２５０〜３２０Ｋの間に出現するピークのピーク面積を測定する。ここで、２５０〜３２０Ｋの間に出現するピークの数は１つであってもよいし、複数であってもよい。２５０〜３２０Ｋの間に出現するピークの数が複数である場合、各ピークのピーク面積を合計した和が上記の「２５０〜３２０Ｋの間のピーク面積」に対応する。
【0012】
有機エレクトロルミネッセンス素子で測定されるＴＳＣプロファイルの典型例を図１に示す。なお、図１に示すＴＳＣプロファイルは一例であり、本発明の有機エレクトロルミネッセンス素子で観測されるＴＳＣプロファイルは、図１で示すものに限定的に解釈されることはない。図１において、「対象素子」はＬｉｑ層を電荷トラップ濃度減少層として形成した有機エレクトロルミネッセンス素子を表し、「参照素子」は電荷トラップ濃度減少層を形成しないこと以外は対象素子と同様にして作製した有機エレクトロルミネッセンス素子を表す。図１に示すように、この対象素子および参照素子のＴＳＣプロファイルは、１０５Ｋ付近の低温領域と２５０〜３２０Ｋの高温領域に、それぞれ１つのピークを有している。このうち低温領域のピークは、浅いトラップ準位（Shallow trap)に蓄積した電荷の放出に対応し、高温領域のピークは、深いトラップ準位に蓄積した電荷の放出に対応する。また、各ピークのピーク面積は、各トラップ準位に蓄積した電荷の濃度を反映する。ここで、各素子の高温領域でのピークを比較すると、対象素子の高温領域でのピーク強度は、参照素子のそれに比べて顕著に減少しており、そのピーク面積は参照素子のピーク面積の１／１．４１になっている。このことは、電荷トラップ濃度減少層により、深いトラップ準位における電荷濃度が減少したことを意味している。
本発明における「電荷トラップ濃度減少層」とは、発光層と電子輸送層の界面に設けられた材料層であって、こうして求められるＴＳＣプロファイルの高温領域（２５０〜３２０Ｋ）でのピーク面積が参照素子よりも対象素子で小さくなるものである。このような電荷トラップ濃度減少層は、有機エレクトロルミネッセンス素子の駆動の際、素子内部に深いトラップ準位が形成されることや、深いトラップ準位に電荷が蓄積することを効果的に抑えるものと考えられる。これにより、経時的なＥＬ性能の劣化が抑えられ、有機エレクトロルミネッセンス素子の顕著な長寿命化を達成することができる。
【0013】
上記のように、本発明の有機エレクトロルミネッセンス素子は、少なくとも、陽極、発光層、電子輸送層、陰極をこの順に積層した構造を有し、発光層と電子輸送層の界面に電荷トラップ濃度減少層を有する。さらに、本発明の有機エレクトロルミネッセンス素子は、電子輸送層の陰極側に第２電子輸送層を有し、電子輸送層と第２電子輸送層との間に、第一族原子、第二族元素または遷移金属原子を含有する機能層を有していてもよい。電荷トラップ濃度減少層とともに上記の機能層を設けることにより、有機エレクトロルミネッセンス素子の寿命をより一層延長することができる。本発明の有機エレクトロルミネッセンス素子は、こうした基本構造を有するものであれば、その層構成は特に限定されないが、具体例として、図２に示すように、基板１上に、陽極２、発光層３、電荷トラップ濃度減少層４、電子輸送層５、陰極６をこの順に積層した構造や、図３に示すように、基板１上に、陽極２、発光層３、電荷トラップ濃度減少層４、電子輸送層５、機能層７、第２電子輸送層８、陰極６をこの順に積層した構造を挙げることができる。また、有機エレクトロルミネッセンス素子は、上記の電荷トラップ濃度減少層や電子輸送層、機能層と併用して、その他の機能を有する有機層を有していてもよい。その他の有機層としては、正孔輸送層、正孔注入層、電子阻止層、正孔阻止層、電子注入層、電子輸送層、励起子阻止層などを挙げることができる。正孔輸送層は正孔注入機能を有した正孔注入輸送層でもよく、電子輸送層は電子注入機能を有した電子注入輸送層でもよい。これらの有機層を併用した有機エレクトロルミネッセンス素子の構造例を図４に示す。図４において、１は基板、２は陽極、９は正孔注入層、１０は正孔輸送層、３は発光層、４は電荷トラップ濃度減少層、５は電子輸送層、６は陰極を表わす。
以下において、有機エレクトロルミネッセンス素子の各部材および各層について説明する。
【0014】
［基板］本発明の有機エレクトロルミネッセンス素子は、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、従来から有機エレクトロルミネッセンス素子に慣用されているものであればよく、例えば、ガラス、透明プラスチック、石英、シリコンなどからなるものを用いることができる。
【0015】
［陽極］有機エレクトロルミネッセンス素子における陽極としては、仕事関数の大きい（４ｅＶ以上）金属、合金、電気伝導性化合物およびこれらの混合物を電極材料とするもの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）等非晶質で透明導電膜を作製可能な材料を用いてもよい。陽極はこれらの電極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よく、あるいはパターン精度をあまり必要としない場合は（１００μｍ以上程度）、上記電極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に塗布可能な材料を用いる場合には、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。さらに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。
【0016】
［陰極］一方、陰極としては、仕事関数の小さい（４ｅＶ以下）金属（電子注入性金属と称する）、合金、電気伝導性化合物およびこれらの混合物を電極材料とするものが用いられる。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（Ａｌ2Ｏ3）混合物、インジウム、リチウム／アルミニウム混合物、希土類金属等が挙げられる。これらの中で、電子注入性および酸化等に対する耐久性の点から、電子注入性金属とこれより仕事関数の値が大きく安定な金属である第二金属との混合物、例えば、マグネシウム／銀混合物、マグネシウム／アルミニウム混合物、マグネシウム／インジウム混合物、アルミニウム／酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）混合物、リチウム／アルミニウム混合物、アルミニウム等が好適である。陰極５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ることにより、作製することができる。また、陰極としてのシート抵抗は数百Ω／□以下が好ましく、膜厚は通常１０ｎｍ〜５μｍ、好ましくは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、有機エレクトロルミネッセンス素子の陽極または陰極のいずれか一方が、透明または半透明であれば発光輝度が向上し好都合である。
また、陽極の説明で挙げた導電性透明材料を陰極に用いることで、透明または半透明の陰極を作製することができ、これを応用することで陽極と陰極の両方が透過性を有する素子を作製することができる。
【0017】
［発光層］発光層は、陽極および陰極のそれぞれから注入された正孔およ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、発光材料を単独で発光層に使用しても良いが、好ましくは発光材料とホスト材料を含む。
発光層に含まれる発光材料は、蛍光発光材料であってもよいし、りん光発光材料であってもよい。また、発光材料は、通常の蛍光とともに遅延蛍光を放射する遅延蛍光材料であってもよい。このうち、遅延蛍光材料を発光材料として用いることにより、高い発光効率を得ることができる。
また、本発明の有機エレクトロルミネッセンス素子が高い発光効率を発現するためには、発光材料に生成した一重項励起子および三重項励起子を、発光材料中に閉じ込めることが重要である。従って、発光層中に発光材料に加えてホスト材料を用いることが好ましい。ホスト材料としては、励起一重項エネルギー、励起三重項エネルギーの少なくとも何れか一方が発光材料よりも高い値を有する有機化合物を用いることができる。その結果、発光材料に生成した一重項励起子および三重項励起子を、本発明の発光材料の分子中に閉じ込めることが可能となり、その発光効率を十分に引き出すことが可能となる。もっとも、一重項励起子および三重項励起子を十分に閉じ込めることができなくても、高い発光効率を得ることが可能な場合もあるため、高い発光効率を実現しうるホスト材料であれば特に制約なく本発明に用いることができる。本発明の有機エレクトロルミネッセンス素子において、発光は発光層に含まれる本発明の発光材料から生じる。この発光は蛍光発光、遅延蛍光発光、燐光発光のいずれであってもよく、これらの発光が混在していてもよい。また、発光の一部或いは部分的にホスト材料からの発光があってもかまわない。
ホスト材料を用いる場合、発光材料が発光層中に含有される量は０．１重量％以上であることが好ましく、１重量％以上であることがより好ましく、また、５０重量％以下であることが好ましく、２０重量％以下であることがより好ましく、１０重量％以下であることがさらに好ましい。
発光層におけるホスト材料としては、正孔輸送能、電子輸送能を有し、かつ発光の長波長化を防ぎ、なおかつ高いガラス転移温度を有する有機化合物であることが好ましい。
【0018】
ホスト材料を用いる場合、ホスト材料は１種類を単独で発光層に含有させてもよいし、２種類以上を組み合わせて発光層に含有させてもよい。２種類以上のホスト材料を用いる場合には、少なくとも第１ホスト材料と、該第１ホスト材料とはエネルギー準位やキャリア輸送能等の特性が異なる第２ホスト材料を組み合わせて用いることが好ましい。これにより、有機エレクトロルミネッセンス素子の発光効率や寿命等の特性を制御し易くなる。また、この場合、素子の寿命をより改善する観点から、第１ホスト材料および第２ホスト材料は、いずれも発光材料の最低励起三重項エネルギー準位よりも高い最低励起三重項エネルギー準位を有することが好ましく、第１ホスト材料および第２ホスト材料の少なくとも一方の最低励起三重項エネルギー準位Ｔ１hと発光材料の最低励起三重項エネルギー準位Ｔ１dの差Ｔ１h−Ｔ１d（以下、「エネルギー準位差ΔＴ１」という）は０ｅＶ超であることが好ましく、また、１ｅＶ以下であることが好ましく、０．７ｅＶ以下であることがより好ましく、０．５ｅＶ以下であることがさらに好ましい。
発光材料の最低励起一重項エネルギー準位Ｓ１dと第１ホスト材料および第２ホスト材料の各最低励起一重項エネルギー準位Ｓ１hとの関係は特に制限されないが、第１ホスト材料および第２ホスト材料が、発光材料の最低励起一重項エネルギー準位Ｓ１dよりも高い最低励起一重項エネルギー準位Ｓ１hを有することが好ましい。これにより、発光材料に生成した一重項励起子が発光材料の分子中に閉じ込められ、その一重項励起子のエネルギーを光の放射に有効利用することができる。
【0019】
ここで、本明細書中において発光材料、第１ホスト材料および第２ホスト材料の各最低励起一重項エネルギー準位Ｓ１d、Ｓ１h、各最低励起三重項エネルギー準位Ｔ１d、Ｔ１hは、以下の手順により求められる値である。（１）最低励起一重項エネルギー準位Ｓ１（Ｓ１d、Ｓ１h）
測定対象化合物をＳｉ基板上に蒸着して試料を作製し、常温（３００Ｋ）でこの試料の蛍光スペクトルを測定する。蛍光スペクトルは、縦軸を発光、横軸を波長とする。この発光スペクトルの短波側の立ち下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］を求める。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Ｓ１とする。
換算式：Ｓ１［ｅＶ］＝１２３９．８５／λedge
発光スペクトルの測定には、励起光源に窒素レーザー（Lasertechnik Berlin社製、ＭＮＬ２００）を検出器には、ストリークカメラ（浜松ホトニクス社製、Ｃ４３３４）を用いることができる。
【0020】
（２）最低励起三重項エネルギー準位Ｔ１（Ｔ１d、Ｔ１h）一重項エネルギーＳ１と同じ試料を７７［Ｋ］に冷却し、励起光（３３７ｎｍ）を燐光測定用試料に照射し、ストリークカメラを用いて、燐光強度を測定する。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］を求める。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Ｔ１とする。
換算式：Ｔ１［ｅＶ］＝１２３９．８５／λedge
燐光スペクトルの短波長側の立ち上がりに対する接線は以下のように引く。燐光スペクトルの短波長側から、スペクトルの極大値のうち、最も短波長側の極大値までスペクトル曲線上を移動する際に、長波長側に向けて曲線上の各点における接線を考える。この接線は、曲線が立ち上がるにつれ（つまり縦軸が増加するにつれ）、傾きが増加する。この傾きの値が極大値をとる点において引いた接線を、当該燐光スペクトルの短波長側の立ち上がりに対する接線とする。
なお、スペクトルの最大ピーク強度の１０％以下のピーク強度をもつ極大点は、上述の最も短波長側の極大値には含めず、最も短波長側の極大値に最も近い、傾きの値が極大値をとる点において引いた接線を当該燐光スペクトルの短波長側の立ち上がりに対する接線とする。
【0021】
第１ホスト材料および第２ホスト材料のうち、少なくとも第２ホスト材料は電子輸送性を有することが好ましい。これにより、電子を発光層中で円滑に移動させることができ、経時的な性能劣化がより抑制され、さらに寿命を延長することができる。こうした第２ホスト材料としては、上記の電荷トラップ濃度減少層の陰極側に隣接する電子輸送層の構成材料と同じ材料を用いことが好ましい。また、第２ホスト材料は、第１ホスト材料とＨＯＭＯ準位やＬＵＭＯ準位が有意に異なることが好ましい。これにより、電子と正孔の再結合ゾーンを制御して寿命等の特性を改善することができる。そのような第２ホスト材料として、例えば、そのＨＯＭＯ準位が発光材料および第１ホスト材料の各ＨＯＭＯ準位よりも低く、そのＬＵＭＯ準位が発光材料のＬＵＭＯ準位よりも高く、且つ、第１ホスト材料のＬＵＭＯ準位よりも低いものを好ましく用いることができる。
【0022】
第１ホストとして、例えば下記の化合物を好ましく用いることができる。【化3】
【0023】
第２ホストとして、例えば下記一般式（１）で表される化合物を好ましく用いることができる。【化4】
【0024】
前記一般式（１）で表される化合物は、下記一般式（２）で表される化合物であることが好ましい。【化5】
【0025】
一般式（２）において、Ａｒ1、Ａｒ2およびＡｒ3は、各々独立に置換もしくは無置換のアリール基、または置換もしくは無置換のヘテロアリール基を表す。Ａｒ1、Ａｒ2およびＡｒ3は、互いに同一であっても異なっていてもよく、同一であることが好ましい。ｎ１、ｎ２およびｎ３は、各々独立に１〜５の整数を表す。ｎ１、ｎ２およびｎ３は、１〜３であることが好ましく、１または２であることがより好ましい。ｎ１、ｎ２およびｎ３は、同一であっても異なっていてもよいが、同一であることが好ましい。ｎ１が２以上であるとき、その２以上のＡｒ1は互いに同一であっても異なっていてもよく、ｎ２が２以上であるとき、その２以上のＡｒ2は互いに同一であっても異なっていてもよく、ｎ３が２以上であるとき、その２以上のＡｒ3は互いに同一であっても異なっていてもよい。Ａｒ1、Ａｒ2およびＡｒ3がとりうる置換もしくは無置換のアリール基を構成する芳香環は、単環であっても、２以上の芳香環が融合した融合環であってもよい。芳香環の環骨格を構成する炭素数は、６〜２２であることが好ましく、６〜１８であることがより好ましく、６〜１４であることがさらに好ましく、６〜１０であることがさらにより好ましい。アリール基を構成する芳香環の具体例として、ベンゼン環、ナフタレン環を挙げることができる。Ａｒ1、Ａｒ2およびＡｒ3がとりうる置換もしくは無置換のヘテロアリール基を構成する複素芳香環は、単環であっても、１以上の複素環と１以上の芳香環とが融合した融合環であってもよいし、２以上の複素環が融合した融合環であってもよい。ただし、Ａｒ1、Ａｒ2およびＡｒ3の結合手を持つ環は複素環である。複素環の環骨格を構成する原子数は、５〜２２であることが好ましく、５〜１８であることがより好ましく、５〜１４であることがさらに好ましく、５〜１０であることがさらにより好ましい。複素環の環骨格を構成する炭素数は４〜２１であることが好ましく、４〜１７であることがより好ましく、４〜１３であることがさらに好ましく、４〜９であることがさらにより好ましい。複素環の環骨格を構成する複素原子は窒素原子、酸素原子、硫黄原子であることが好ましく、窒素原子であることがより好ましい。ヘテロアリール基を構成する芳香環の具体例として、ピリジン環、ピリダジン環、ピリミジン環、トリアジン環、トリアゾール環、ベンゾトリアゾール環を挙げることができる。
Ａｒ1、Ａｒ2およびＡｒ3がとりうるアリール基に置換しうる置換基と、Ａｒ1、Ａｒ2およびＡｒ3がとりうるヘテロアリール基に置換しうる置換基は、特に制限されない。置換基として、例えばヒドロキシ基、ハロゲン原子、シアノ基、炭素数１〜２０のアルキル基、炭素数１〜２０のアルコキシ基、炭素数１〜２０のアルキルチオ基、炭素数１〜２０のアルキル置換アミノ基、炭素数２〜２０のアシル基、炭素数６〜４０のアリール基、炭素数６〜４０のアリールオキシ基、炭素数６〜４０のアリールチオ基、炭素数３〜４０のヘテロアリール基、炭素数３〜４０のヘテロアリールオキシ基、炭素数３〜４０のヘテロアリールチオ基、炭素数２〜１０のアルケニル基、炭素数２〜１０のアルキニル基、炭素数２〜１０のアルコキシカルボニル基、炭素数１〜１０のアルキルスルホニル基、炭素数１〜１０のハロアルキル基、アミド基、炭素数２〜１０のアルキルアミド基、炭素数３〜２０のトリアルキルシリル基、炭素数４〜２０のトリアルキルシリルアルキル基、炭素数５〜２０のトリアルキルシリルアルケニル基、炭素数５〜２０のトリアルキルシリルアルキニル基およびニトロ基等が挙げられる。これらの具体例のうち、さらに置換基により置換可能なものは置換されていてもよい。より好ましい置換基は、ハロゲン原子、シアノ基、炭素数１〜２０の置換もしくは無置換のアルキル基、炭素数１〜２０のアルコキシ基、炭素数６〜４０の置換もしくは無置換のアリール基、炭素数６〜４０の置換もしくは無置換のアリールオキシ基、炭素数３〜４０の置換もしくは無置換のヘテロアリール基、炭素数３〜４０の置換もしくは無置換のヘテロアリールオキシ基、炭素数１〜２０のジアルキル置換アミノ基である。さらに好ましい置換基は、フッ素原子、塩素原子、シアノ基、炭素数１〜１０の置換もしくは無置換のアルキル基、炭素数１〜１０の置換もしくは無置換のアルコキシ基、炭素数６〜１５の置換もしくは無置換のアリール基、炭素数３〜１２の置換もしくは無置換のヘテロアリール基である。置換基の数は０〜５個であることが好ましく、０〜４個であることがより好ましい。
【0026】
一般式（２）のＲ1、Ｒ2およびＲ3は、各々独立に置換基を表す。ただし、該置換基は置換もしくは無置換のアリール基、および置換もしくは無置換のヘテロアリール基ではない。ｎ１１、ｎ１２およびｎ１３は、各々独立に０〜４の整数を表し、０〜２の整数であることが好ましく、０または１であることがより好ましい。また、ｎ１１、ｎ１２およびｎ１３は、少なくとも１つが０であることが好ましく、全てが０であることがより好ましい。ｎ１１が２以上であるとき、その２以上のＲ1は互いに同一であっても異なっていてもよく、ｎ１２が２以上であるとき、その２以上のＲ2は互いに同一であっても異なっていてもよく、ｎ１３が２以上であるとき、その２以上のＲ3は互いに同一であっても異なっていてもよい。また、（Ｒ1）n11、（Ｒ2）n12、（Ｒ3）n13は、同一であっても異なっていてもよいが、同一であることが好ましい。Ｒ1、Ｒ2およびＲ3が表す置換基の説明と好ましい範囲については、上記のＡｒ1、Ａｒ2およびＡｒ3がとりうるアリール基に置換しうる置換基の説明と好ましい範囲を参照することができる。
【0027】
一般式（２）で表される化合物は、トリアジン環の２位、４位、６位の構造が全て同じである回転対称構造をとっていてもよいし、２位、４位、６位のうち２つの部位のみが同じ構造であってもよいし、３つの部位の全てが異なる構造であってもよいが、回転対称構造をとっていることが好ましい。
【0028】
一般式（１）で表される化合物の具体例として、Ｔ２Ｔやその誘導体を例示することができる。また、一般式（１）で表される化合物に限らず、第２ホストとして好ましく使用できる化合物として、例えば下記の化合物を例示することができる。ただし、本発明において用いることができる第２ホストはこれらの具体例によって限定的に解釈されるべきものではない。
【0029】
【化6】
【0030】
第１ホスト材料と第２ホスト材料の組み合わせの具体例として、例えば、ｍＣＢＰ／Ｔ２Ｔ，ｍＣＰ／Ｔ２Ｔ，ＣＢＰ／Ｔ２Ｔ，ｍＣＢＰ／ＴｍＰｙＰＢ，ｍＣＰ／ＴｍＰｙＰＢ，ＣＢＰ／ＴｍＰｙＰＢ，ＴＣＴＡ／ＴＰＢｉ，ＴＣＴＡ／Ｂ３ＰＹＭＰＭ，ｍＣＢＰ／ＴＰＢｉ，ｍＣＰ／ＴＰＢｉ，ＣＢＰ／ＴＰＢｉ，ｍＣＢＰ／ＴＣＴＡ，ｍＣＰ／ＴＣＴＡ，ＣＢＰ／ＴＣＴＡの組み合わせ等を挙げることができる。
【0031】
発光層における発光材料の含有量は、発光層の全量に対して０．１重量％以上であることが好ましく、１重量％以上であることがより好ましく、５重量％以上であることがさらに好ましい。また、発光層における発光材料の含有量は、発光層の全量に対して５０重量％以下であることが好ましく、２０重量％以下であることがより好ましく、１５重量％以下であることがさらに好ましい。発光層に第１ホスト材料と第２ホスト材料を含有させる場合、発光層における第１ホスト材料の含有量は、発光層が含有するホスト材料の全量に対して１０重量％以上であることが好ましく、７０重量％以上であることがより好ましく、８０重量％以上であることがさらに好ましい。また、発光層における第１ホスト材料の含有量は、発光層が含有するホスト材料の全量に対して９５重量％以下であることが好ましく、９０重量％以下であることがより好ましい。
発光層に第１ホスト材料と第２ホスト材料を含有させる場合、発光層における第２ホスト材料の含有量は、発光層が含有するホスト材料の全量に対して５重量％以上であることが好ましく、１０重量％以上であることがより好ましい。また、発光層における第２ホスト材料の含有量は、発光層が含有するホスト材料の全量に対して９０重量％以下であることが好ましく、３０重量％以下であることがより好ましく、２０重量％以下であることがさらに好ましい。
発光層は、発光材料の濃度が異なる複数の層を積層した多層構造を有していてもよい。多層構造とするときの層の数は、２〜２０であることが好ましく、例えば上限値は１０以下、５以下、３以下に設定することができる。各層の発光材料の濃度は、電荷トラップ濃度減少層側へ向かうに従って大きくなるようにしても、小さくなるようにしても、ランダムになるようにしてもよいが、電荷トラップ濃度減少層側が大きくなるようにすることが長寿命化の点で好ましい。特に、電荷トラップ濃度減少層側の層の発光材料濃度が、発光層を構成する他の層の発光材料濃度よりも大きくなるようにすることが好ましい。最も濃度が小さい層と最も濃度が大きい層の濃度差は、例えば０．１〜５０％に設定することが可能であり、１〜２０％に設定することが好ましく、２〜１５％にすることがより好ましい。また、隣接する層の間の濃度差は、例えば０．１〜５０％に設定することが可能であり、１〜１０％に設定することが好ましく、２〜７％に設定することがより好ましい。各層の厚みは同じであっても異なっていてもよいが、同じにすることが好ましい。
また、発光層は、発光材料の濃度が電荷トラップ濃度減少層側へ向かうに従って連続的に変化するようにしてもよい。例えば、電荷トラップ濃度減少層側へ向かうに従って連続的に増加するように設定することができる。
【0032】
上記のように、発光層の発光材料は、高い発光効率が得られることから、遅延蛍光材料であることが好ましい。遅延蛍光材料により高い発光効率が得られるのは、以下の原理による。有機エレクトロルミネッセンス素子においては、正負の両電極より発光材料にキャリアを注入し、励起状態の発光材料を生成し、発光させる。通常、キャリア注入型の有機エレクトロルミネッセンス素子の場合、生成した励起子のうち、励起一重項状態に励起されるのは２５％であり、残り７５％は励起三重項状態に励起される。従って、励起三重項状態からの発光であるリン光を利用するほうが、エネルギーの利用効率が高い。しかしながら、励起三重項状態は寿命が長いため、励起状態の飽和や励起三重項状態の励起子との相互作用によるエネルギーの失活が起こり、一般にリン光の量子収率が高くないことが多い。一方、遅延蛍光材料は、項間交差等により励起三重項状態へとエネルギーが遷移した後、三重項−三重項消滅あるいは熱エネルギーの吸収により、励起一重項状態に逆項間交差され蛍光を放射する。有機エレクトロルミネッセンス素子においては、なかでも熱エネルギーの吸収による熱活性化型の遅延蛍光材料が特に有用であると考えられる。有機エレクトロルミネッセンス素子に遅延蛍光材料を利用した場合、励起一重項状態の励起子は通常通り蛍光を放射する。一方、励起三重項状態の励起子は、デバイスが発する熱を吸収して励起一重項へ項間交差され蛍光を放射する。このとき、励起一重項からの発光であるため蛍光と同波長での発光でありながら、励起三重項状態から励起一重項状態への逆項間交差により、生じる光の寿命（発光寿命）は通常の蛍光やりん光よりも長くなるため、これらよりも遅延した蛍光として観察される。これを遅延蛍光として定義できる。このような熱活性化型の励起子移動機構を用いれば、キャリア注入後に熱エネルギーの吸収を経ることにより、通常は２５％しか生成しなかった励起一重項状態の化合物の比率を２５％以上に引き上げることが可能となる。１００℃未満の低い温度でも強い蛍光および遅延蛍光を発する化合物を用いれば、デバイスの熱で充分に励起三重項状態から励起一重項状態への項間交差が生じて遅延蛍光を放射するため、発光効率を飛躍的に向上させることができる。
【0033】
［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、電子輸送層は単層また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が、金属原子を含まないものであることが好ましい。
使用できる電子輸送層としては例えば、ニトロ置換フルオレン誘導体、ジフェニルキノン誘導体、チオピランジオキシド誘導体、カルボジイミド、フレオレニリデンメタン誘導体、アントラキノジメタンおよびアントロン誘導体、オキサジアゾール誘導体等が挙げられる。さらに、上記オキサジアゾール誘導体において、オキサジアゾール環の酸素原子を硫黄原子に置換したチアジアゾール誘導体、電子吸引基として知られているキノキサリン環を有するキノキサリン誘導体も、電子輸送材料として用いることができる。さらにこれらの材料を高分子鎖に導入した、またはこれらの材料を高分子の主鎖とした高分子材料を用いることもできる。
【0034】
［電荷トラップ濃度減少層］電荷トラップ濃度減少層は、発光層と電子輸送層の界面に設けられる。上記のように、この電荷トラップ濃度減少層は、その層を形成することによって熱刺激電流（ＴＳＣ）測定における２５０〜３２０Ｋの間のピーク面積（高温領域のピーク面積）が減少する層であり、深いトラップ準位における電荷（電子や正孔）の濃度を減少させる機能を有する。本発明の有機エレクトロルミネッセンス素子は、こうした電荷トラップ濃度減少層を有することにより、経時的な性能劣化が抑えられ、長い寿命を得ることができる。
電荷トラップ濃度減少層を有する有機エレクトロルミネッセンス素子の高温領域のピーク面積は、電荷トラップ濃度減少層を有しない参照素子の高温領域のピーク面積をＳ0としたとき、Ｓ0未満であることが好ましく、０．７１・Ｓ0以下であることがより好ましく、０．３０・Ｓ0以下であることがさらに好ましく、０．１０・Ｓ0以下であることがさらにより好ましく、理想的に好ましいのはゼロである。こうした電荷トラップ濃度減少層は、深いトラップ準位における電荷の濃度を効果的に減少させるものであり、有機エレクトロルミネッセンス素子の寿命を顕著に延長することができる。
電荷トラップ濃度減少層の材料としては、その材料からなる層を形成することによってＴＳＣ測定における２５０〜３２０Ｋの間のピーク面積が減少するものであれば特に限定されないが、第一族原子、第二族原子または遷移金属原子を含有するものであることが好ましく、第一族原子または第二族原子を含有するものであることがより好ましく、リチウム原子を含有するものであることがさらに好ましい。また、遷移金属原子を含有する材料の中では、ユーロピウム、ルテニウム、ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウム、エルビウム、イッテルビウム、レニウム、オスミウム、白金、金を含有するものを好ましく用いることができる。
これらの原子は、それ単体で電荷トラップ濃度減少層に含有されていてもよいし、これらの原子を含む化合物として電荷トラップ濃度減少層に含有されていてもよいが、これらの原子を含む化合物として電荷トラップ濃度減少層に含有されていることが好ましい。また、これらの原子を含む化合物は、これらの原子と有機リガンドを組み合わせた化合物や有機金属化合物であることが好ましく、これらの原子と有機リガンドを組み合わせた化合物であることがより好ましく、８-ヒドロキシキノリノラト誘導体であることが好ましく、なかでも８-ヒドロキシキノリノラト−リチウム（Ｌｉｑ）であることが特に好ましい。素子内部の深いトラップ準位の形成には、励起子−ポーラロン消滅が起因していることが知られているが、Ｌｉｑは励起三重項エネルギー準位が低いために、励起子の励起三重項エネルギーがＬｉｑに移動し易く、励起子−ポーラロン消滅を抑制しうると推測される。これにより、Ｌｉｑからなる電荷トラップ濃度減少層は、深いトラップ準位における電荷の量を効果的に減少させることができる。
また、電荷トラップ濃度減少層は、その層を形成することによってＴＳＣ測定における２５０〜３２０Ｋの間のピーク面積が減少する材料であれば、第一族原子、第二族原子および遷移金属原子を含まない化合物が併存していてもよい。ただし、電荷トラップ濃度減少層における第一族原子、第二族原子または遷移金属原子を含む化合物の含有量は、電荷トラップ濃度減少層の全質量の８０質量％以上であり、より好ましくは９０質量％以上であり、さらに好ましくは９５質量％以上であり、１００質量％であってもよい。特に、これらの原子と有機リガンドを組み合わせた化合物を上記の含有量で電荷トラップ濃度減少層に含有させることにより、駆動時の経時的な性能劣化を顕著に抑制することができる。
電荷トラップ濃度減少層の平均膜厚は、特に限定されないが、０．１〜１００ｎｍであることが好ましく、０．５〜１０ｎｍであることがより好ましく、１〜３ｎｍであるがさらに好ましい。
【0035】
［第２電子輸送層］第２電子輸送層は、電子輸送材料からなり、単層または複数層設けることができる。第２電子輸送層に用いる電子輸送材料の説明と好ましい範囲については、上記の電子輸送層の説明と好ましい範囲を参照することができる。
【0036】
本発明の有機エレクトロルミネッセンス素子は、上記の電子輸送層および第２電子輸送層の少なくとも１層に、第一族原子、第二族原子または遷移金属原子を含む化合物を含有することが好ましく、電子輸送層および第２電子輸送層がそれぞれ単層である場合には、第２電子輸送層に第一族原子、第二族原子または遷移金属原子を含む化合物を含有することがより好ましい。これにより、有機エレクトロルミネッセンス素子の経時的な性能劣化をより抑制して、寿命をさらに延長することができる。第一族原子、第二族原子、遷移金属原子、およびこれらの原子を含む化合物の好ましい範囲と具体例については、上記の電荷トラップ濃度減少層で用いる第一族原子、第二族原子、遷移金属原子、およびこれらの原子を含む化合物の好ましい範囲と具体例を参照することができる。ここで、電子輸送層、第２電子輸送層がこれらの原子を含む化合物を含有する場合、その化合物は電荷トラップ濃度減少層の構成材料と同じであっても異なっていてもよいが、同じであることが好ましい。また、電子輸送層、第２電子輸送層が第一族原子、第二族原子または遷移金属原子を含有する化合物を含む場合、これらの原子を含む化合物の含有量は、各電子輸送層の全量に対して１０重量％以上であることが好ましく、５０重量％以上であることがより好ましい。また、その含有量は、電子輸送層の全量に対して９０重量％以下であることが好ましく、７５重量％以下であることがさらに好ましい。
【0037】
［機能層］機能層は、第一族原子、第二族原子または遷移金属原子を含有する材料からなり、電子輸送層と第２電子輸送層の間に設けられる。
機能層で用いる第一族原子、第二族原子または遷移金属原子を含有する材料の説明と好ましい範囲、材料の含有比率および機能層の平均膜厚の好ましい範囲については、上記の電荷トラップ濃度減少層における対応する説明を参照することができる。
【0038】
［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、陽極と発光層または正孔輸送層の間、および陰極と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。
【0039】
［阻止層］阻止層は、発光層中に存在する電荷（電子もしくは正孔）および／または励起子の発光層外への拡散を阻止することができる層である。電子阻止層は、発光層および正孔輸送層の間に配置されることができ、電子が正孔輸送層の方に向かって発光層を通過することを阻止する。同様に、正孔阻止層は発光層および電子輸送層の間に配置されることができ、正孔が電子輸送層の方に向かって発光層を通過することを阻止する。本発明では、発光層と電子輸送層の間に配置される電荷トラップ濃度減少層に、この正孔阻止層の機能を兼ねさせることができる。例えば、Ｌｉｑからなる電荷トラップ濃度減少層は正孔阻止層としての機能を有することが実験により確認されている。阻止層はまた、励起子が発光層の外側に拡散することを阻止するために用いることができる。すなわち電子阻止層、正孔阻止層はそれぞれ励起子阻止層としての機能も兼ね備えることができる。本明細書でいう電子阻止層または励起子阻止層は、一つの層で電子阻止層および励起子阻止層の機能を有する層を含む意味で使用される。
【0040】
［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する。正孔阻止層は電子を輸送しつつ、正孔が電子輸送層へ到達することを阻止する役割があり、これにより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。上記のように、本発明では、この正孔阻止層の機能を電荷トラップ濃度減少層に兼ねさせることができる。
【0041】
［電子阻止層］電子阻止層とは、広い意味では正孔を輸送する機能を有する。電子阻止層は正孔を輸送しつつ、電子が正孔輸送層へ到達することを阻止する役割があり、これにより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。
【0042】
［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。励起子阻止層は発光層に隣接して陽極側、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。すなわち、励起子阻止層を陽極側に有する場合、正孔輸送層と発光層の間に、発光層に隣接して該層を挿入することができ、陰極側に挿入する場合、発光層と陰極との間に、発光層に隣接して該層を挿入することができる。また、陽極と、発光層の陽極側に隣接する励起子阻止層との間には、正孔注入層や電子阻止層などを有することができ、陰極と、発光層の陰極側に隣接する励起子阻止層との間には、電子注入層、電子輸送層、正孔阻止層などを有することができる。阻止層を配置する場合、阻止層として用いる材料の励起一重項エネルギーおよび励起三重項エネルギーの少なくともいずれか一方は、発光材料の励起一重項エネルギーおよび励起三重項エネルギーよりも高いことが好ましい。本発明では、この励起子阻止層の機能も電荷トラップ濃度減少層に兼ねさせることができる。
【0043】
［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、正孔輸送層は単層または複数層設けることができる。
正孔輸送材料としては、正孔の注入または輸送、電子の障壁性のいずれかを有するものであり、有機物、無機物のいずれであってもよい。使用できる公知の正孔輸送材料としては例えば、トリアゾール誘導体、オキサジアゾール誘導体、イミダゾール誘導体、カルバゾール誘導体、インドロカルバゾール誘導体、ポリアリールアルカン誘導体、ピラゾリン誘導体およ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、ポルフィリン化合物、芳香族第３級アミン化合物およびスチリルアミン化合物を用いることが好ましく、芳香族第３級アミン化合物を用いることがより好ましい。
【0044】
本発明の有機エレクトロルミネッセンス素子は、例えば、上記の各層を積層位置に合わせて順に製膜することにより作製することができる。各層の製膜方法は特に限定されず、ドライプロセス、ウェットプロセスのどちらで作製してもよい。
【0045】
以下に、有機エレクトロルミネッセンス素子に用いることができる好ましい材料を具体的に例示する。ただし、本発明において用いることができる材料は、以下の例示化合物によって限定的に解釈されることはない。また、特定の機能を有する材料として例示した化合物であっても、その他の機能を有する材料として転用することも可能である。なお、以下の例示化合物の構造式におけるＲ、Ｒ’、Ｒ1〜Ｒ10は、各々独立に水素原子または置換基を表す。Ｘは環骨格を形成する炭素原子または複素原子を表し、ｎは３〜５の整数を表し、Ｙは置換基を表し、ｍは０以上の整数を表す。
【0046】
発光層に用いる発光材料は、蛍光を放射する発光材料であってもリン光を放射する発光材料であってもよい。蛍光発光材料は、遅延蛍光を放射する発光材料であっても、遅延蛍光を放射しない発光材料であってもよい。発光層の発光材料として用いることができる好ましい化合物として、下記の化合物を挙げることができる。
【0047】
【化7】
【0048】
遅延蛍光を放射する発光材料（遅延蛍光体）として、ＷＯ２０１３／１５４０６４号公報の段落０００８〜００４８および００９５〜０１３３、ＷＯ２０１３／０１１９５４号公報の段落０００７〜００４７および００７３〜００８５、ＷＯ２０１３／０１１９５５号公報の段落０００７〜００３３および００５９〜００６６、ＷＯ２０１３／０８１０８８号公報の段落０００８〜００７１および０１１８〜０１３３、特開２０１３−２５６４９０号公報の段落０００９〜００４６および００９３〜０１３４、特開２０１３−１１６９７５号公報の段落０００８〜００２０および００３８〜００４０、ＷＯ２０１３／１３３３５９号公報の段落０００７〜００３２および００７９〜００８４、ＷＯ２０１３／１６１４３７号公報の段落０００８〜００５４および０１０１〜０１２１、特開２０１４−９３５２号公報の段落０００７〜００４１および００６０〜００６９、特開２０１４−９２２４号公報の段落０００８〜００４８および００６７〜００７６に記載される一般式に包含される化合物、特に例示化合物を好ましく挙げることができる。これらの公報は、本明細書の一部としてここに引用している。また、遅延蛍光を放射する発光材料（遅延蛍光体）として、特開２０１３−２５３１２１号公報、ＷＯ２０１３／１３３３５９号公報、ＷＯ２０１４／０３４５３５号公報、ＷＯ２０１４／１１５７４３号公報、ＷＯ２０１４／１２２８９５号公報、ＷＯ２０１４／１２６２００号公報、ＷＯ２０１４／１３６７５８号公報、ＷＯ２０１４／１３３１２１号公報、ＷＯ２０１４／１３６８６０号公報、ＷＯ２０１４／１９６５８５号公報、ＷＯ２０１４／１８９１２２号公報、ＷＯ２０１４／１６８１０１号公報、ＷＯ２０１５／００８５８０号公報、ＷＯ２０１４／２０３８４０号公報、ＷＯ２０１５／００２２１３号公報、ＷＯ２０１５／０１６２００号公報、ＷＯ２０１５／０１９７２５号公報、ＷＯ２０１５／０７２４７０号公報、ＷＯ２０１５／１０８０４９号公報、ＷＯ２０１５／０８０１８２号公報、ＷＯ２０１５／０７２５３７号公報、ＷＯ２０１５／０８０１８３号公報、特開２０１５−１２９２４０号公報、ＷＯ２０１５／１２９７１４号公報、ＷＯ２０１５／１２９７１５号公報、ＷＯ２０１５／１３３５０１号公報、ＷＯ２０１５／１３６８８０号公報、ＷＯ２０１５／１３７２４４号公報、ＷＯ２０１５／１３７２０２号公報、ＷＯ２０１５／１３７１３６号公報、ＷＯ２０１５／１４６５４１号公報、ＷＯ２０１５／１５９５４１号公報に記載される一般式に包含される化合物、特に例示化合物を好ましく挙げることができる。これらの公報も、本明細書の一部としてここに引用している。
【0049】
次に、発光層のホスト材料としても用いることができる好ましい化合物を挙げる。
【0050】
【化8】
【0051】
【化9】
【0052】
【化10】
【0053】
【化11】
【0054】
【化12】
【0055】
次に、正孔注入材料として用いることができる好ましい化合物例を挙げる。
【0056】
【化13】
【0057】
次に、正孔輸送材料として用いることができる好ましい化合物例を挙げる。
【0058】
【化14】
【0059】
【化15】
【0060】
【化16】
【0061】
【化17】
【0062】
【化18】
【0063】
【化19】
【0064】
次に、電子阻止材料として用いることができる好ましい化合物例を挙げる。
【0065】
【化20】
【0066】
次に、電子輸送材料として用いることができる好ましい化合物例を挙げる。
【0067】
【化21】
【0068】
【化22】
【0069】
【化23】
【0070】
次に、電子注入材料として用いることができる好ましい化合物例を挙げる。
【0071】
【化24】
【0072】
さらに添加可能な材料として好ましい化合物例を挙げる。例えば、安定化材料として添加すること等が考えられる。
【0073】
【化25】
【0074】
上述の方法により作製された有機エレクトロルミネッセンス素子は、得られた素子の陽極と陰極の間に電界を印加することにより発光する。このとき、励起一重項エネルギーによる発光であれば、そのエネルギーレベルに応じた波長の光が、蛍光発光および遅延蛍光発光として確認される。また、励起三重項エネルギーによる発光であれば、そのエネルギーレベルに応じた波長が、りん光として確認される。通常の蛍光は、遅延蛍光発光よりも蛍光寿命が短いため、発光寿命は蛍光と遅延蛍光で区別できる。一方、りん光については、通常の有機化合物では、励起三重項エネルギーは不安定で熱等に変換され、寿命が短く直ちに失活するため、室温では殆ど観測できない。通常の有機化合物の励起三重項エネルギーを測定するためには、極低温の条件での発光を観測することにより測定可能である。
【0075】
本発明の有機エレクトロルミネッセンス素子は、単一の素子、アレイ状に配置された構造からなる素子、陽極と陰極がＸ−Ｙマトリックス状に配置された構造のいずれにおいても適用することができる。本発明によれば、発光層と電子輸送層の界面に電荷トラップ濃度減少層が設けられていることにより、駆動時の経時的な性能劣化が抑えられ、長期間に亘って高い輝度で発光し、且つ低電圧駆動が可能な有機エレクトロルミネッセンス素子が得られる。本発明の有機エレクトロルミネッセンス素子は、さらに様々な用途へ応用することが可能である。例えば、本発明の有機エレクトロルミネッセンス素子を用いて、有機エレクトロルミネッセンス表示装置を製造することが可能であり、詳細については、時任静士、安達千波矢、村田英幸共著「有機ＥＬディスプレイ」（オーム社）を参照することができる。また、特に本発明の有機エレクトロルミネッセンス素子は、需要が大きい有機エレクトロルミネッセンス照明やバックライトに応用することもできる。
【実施例】
【0076】
以下に実施例を挙げて本発明の特徴をさらに具体的に説明する。以下に示す材料、処理内容、処理手順等は、本発明の趣旨を逸脱しない限り適宜変更することができる。したがって、本発明の範囲は以下に示す具体例により限定的に解釈されるべきものではない。なお、発光特性の評価は、ソースメータ（ケースレー社製：２４００シリーズ）、半導体パラメータ・アナライザ（アジレント・テクノロジー社製：Ｅ５２７３Ａ）、光パワーメータ測定装置（ニューポート社製：１９３０Ｃ）、光学分光器（オーシャンオプティクス社製：ＵＳＢ２０００）、分光放射計（トプコン社製：ＳＲ−３）およびストリークカメラ（浜松ホトニクス（株）製Ｃ４３３４型）を用いて行った。また、熱刺激電流（ＴＳＣ）測定は、理学電機株式会社製の熱刺激電流測定機（商品名ＴＳＣ−ＦＥＴＴ ＥＬ２０００）を用い、上記の「電荷トラップ濃度減少層」の定義のところで説明した条件に準じて行った。
また、エネルギーダイアグラムの各エネルギー準位の測定は、ＨＯＭＯは、大気中光電子分光装置（理研計器：ＡＣ３）、ＬＵＭＯは、ＵＶ可視近赤外分光装置（パーキンエルマー：ＬＡＭＢＤＡ９５０）を用いて行った。
【0077】
（実施例１） Ｌｉｑからなる電荷トラップ濃度減少層を有する有機エレクトロルミネッセンス素子の作製と評価膜厚１００ｎｍのインジウム・スズ酸化物（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１０-5Ｐａで積層した。まず、ＩＴＯ上にＨＡＴ−ＣＮを１０ｎｍの厚さに形成し、その上に、Ｔｒｉｓ−ＰＣｚを３０ｎｍの厚さに形成した。次に、４ＣｚＩＰＮとｍＣＢＰを異なる蒸着源から共蒸着し、３０ｎｍの厚さの層を形成して発光層とした。この時、４ＣｚＩＰＮの濃度は１５重量％とした。次に、Ｌｉｑを１ｎｍの厚さに蒸着して電荷トラップ濃度減少層を形成した。続いて、Ｔ２Ｔを１０ｎｍの厚さに蒸着して電子輸送層を形成し、その上に、ＢＰｙ−ＴＰ２を４０ｎｍの厚さに蒸着して第２電子輸送層を形成した。さらにフッ化リチウム（ＬｉＦ）を０．８ｎｍ蒸着し、次いでアルミニウム（Ａｌ）を１００ｎｍの厚さに蒸着することにより陰極を形成し、有機エレクトロルミネッセンス素子（有機ＥＬ素子）とした。
また、これとは別に、電荷トラップ濃度減少層を形成する際、Ｌｉｑの蒸着厚さを２ｎｍまたは３ｎｍに変更すること以外は、上記と同様にして有機ＥＬ素子を作製した。
さらに、比較として、電荷トラップ濃度減少層を形成しないこと以外は、上記と同様にして有機ＥＬ素子を作製した。
作製した有機ＥＬ素子のＴＳＣプロファイルを図５に示し、発光スペクトルを図６に示し、電圧−電流密度−輝度特性を図７に示し、電流密度−外部量子効率特性を図８に示し、輝度比と電圧変化量の経時的変化を図９に示す。これらの図中、「Ｒｅｆ．」は電荷トラップ濃度減少層を形成していない有機ＥＬ素子を表し、「１ｎｍ」、「２ｎｍ」、「３ｎｍ」は、それぞれ、その厚みで電荷トラップ濃度減少層を形成した有機ＥＬ素子を表す。また、図９において、「Ｌ0／Ｌ」は、初期輝度Ｌ0（１０００ｃｄ／ｍ2）に対する測定輝度Ｌの輝度比を表し、ΔＶは初期電圧からの電圧変化量を表
す。下記の図１３、１６、１７、２０、２５、３０の「Ｌ0／Ｌ」、「ΔＶ」も、これと同じ意味で
ある。
また、実施例１で作製した有機ＥＬ素子のデバイス特性を表１にまとめて示す。
図５のＴＳＣプロファイルを見ると、電荷トラップ濃度減少層を１ｎｍの厚みで形成した有機ＥＬ素子は、電荷トラップ濃度減少層を形成していない有機ＥＬ素子（Ｒｅｆ．）に比べて２５０〜３２０Ｋの間のピーク強度が明らかに小さい。また、電荷トラップ濃度減少層を２ｎｍまたは３ｎｍの厚みで形成した有機ＥＬ素子については、ＴＳＣの測定範囲が３２０Ｋまでに限定されるため、それよりも高温側のプロファイルは不明である。しかし、その温度までの電流変化から推測して、これらの有機ＥＬ素子の高温側のピーク強度も、電荷トラップ濃度減少層を形成していない有機ＥＬ素子の２５０〜３２０Ｋの間のピーク強度に比べて小さいと推定しうる。これらのことから、Ｌｉｑ層が電荷トラップ濃度減少層として機能することを確認することができた。
また、図９から、電荷トラップ濃度減少層を形成した有機ＥＬ素子は、電荷トラップ濃度減少層を形成していない有機ＥＬ素子に比べて、経時的な輝度比の低下および電圧変化量の上昇が顕著に抑えられており、その効果は、電荷トラップ濃度減少層の厚さが厚くなる程大きくなることがわかる。このことから、電荷トラップ濃度減少層は、有機ＥＬ素子の長寿命化に大きく寄与することが確認された。なお、外部量子効率については、電荷トラップ濃度減少層を形成した有機ＥＬ素子の方が、電荷トラップ濃度減少層を形成していない有機ＥＬ素子よりも若干小さくなっているが、上記の長寿命化の効果は顕著であり、これにより、有機ＥＬ素子の有用性が大きく向上すると評価することができる。
【0078】
（実施例２）Ｌｉｑからなる電荷トラップ濃度減少層とＬｉｑからなる機能層を有する有機エレクトロルミネッセンス素子の作製と評価電荷トラップ濃度減少層の厚みを１ｎｍまたは３ｎｍとし、さらに、電子輸送層と第２電子輸送層の間に、蒸着法により、Ｌｉｑからなる機能層を１ｎｍ、２ｎｍまたは３ｎｍの厚みで形成したこと以外は、実施例１と同様にして有機エレクトロルミネッセンス素子（ＥＬ素子）を作製した。
電荷トラップ濃度減少層の厚みを１ｎｍとし、機能層を各種厚みで形成した有機ＥＬ素子の発光スペクトルを図１０に示し、電圧−電流密度−輝度特性を図１１に示し、電流密度−外部量子効率特性を図１２に示し、輝度比と電圧変化量の経時的変化を図１３に示す。電荷トラップ濃度減少層の厚みを３ｎｍとし、機能層を各種厚みで形成した有機ＥＬ素子の電圧−電流密度−輝度特性を図１４に示し、電流密度−外部量子効率特性を図１５に示し、輝度比と電圧変化量の経時的変化を図１６に示す。また、各図には、機能層を形成しないこと以外は同様にして作製した有機ＥＬ素子と、電荷トラップ濃度減少層および機能層を形成しないこと以外は同様にして作製した有機ＥＬ素子の測定結果も併せて示す。これらの図中、「Ｒｅｆ．」は電荷トラップ濃度減少層および機能層のいずれも形成していない有機ＥＬ素子を表し、「０ｎｍ」は電荷トラップ濃度減少層を１ｎｍまたは３ｎｍで形成し、機能層を形成していない有機ＥＬ素子を表し、「１ｎｍ」、「２ｎｍ」、「３ｎｍ」は、それぞれ、その厚みで機能層を形成し、電荷トラップ濃度減少層を１ｎｍまたは３ｎｍで形成した有機ＥＬ素子を表す。
また、実施例２で作製した有機ＥＬ素子のデバイス特性を表１にまとめて示す。
図１３、１６から、電荷トラップ濃度減少層および機能層を形成した有機ＥＬ素子において、電荷トラップ濃度減少層を形成し、機能層を形成していない有機ＥＬ素子よりも、さらに経時的な輝度の低下が抑えられる傾向が見られた。この効果は、特に電荷トラップ濃度減少層を３ｎｍとした場合（図１６参照）に顕著であった。このことから、電荷トラップ濃度減少層とともに機能層を設けることにより、さらに有機ＥＬ素子の寿命を延長しうることが確認された。
【0079】
【表1】
【0080】
（比較例１）電荷トラップ濃度減少層を有さず、Ｌｉｑからなる機能層を有する有機エレクトロルミネッセンス素子の作製と評価電荷トラップ濃度減少層を形成せず、電子輸送層と第２電子輸送層の間に、蒸着法により、Ｌｉｑからなる機能層を１ｎｍ、２ｎｍまたは３ｎｍの厚みで形成したこと以外は、実施例１と同様にして有機ＥＬ素子を作製した。比較例１で作製した有機ＥＬ素子のデバイス特性を表１に示す。
作製した有機ＥＬ素子の輝度比と電圧変化量の経時的変化を図１７に示す。また、図１７には、Ｌｉｑからなる機能層を形成しないこと以外は同様にして作製した有機ＥＬ素子の測定結果も併せて示す。図１７中、「Ｒｅｆ．」はＬｉｑからなる機能層を形成していない有機ＥＬ素子を表し、「１ｎｍ」、「２ｎｍ」、「３ｎｍ」は、それぞれ、その厚さでＬｉｑからなる機能層を形成した有機ＥＬ素子を表す。
図１７から、電子輸送層と第２電子輸送層の間にＬｉｑからなる機能層を形成した有機ＥＬ素子は、機能層の厚さが１ｎｍである場合には、機能層を形成していない有機ＥＬ素子と同等の寿命が得られるものの、機能層の厚さを厚くしていくと、逆に輝度比の低下が大きくなる傾向が見られた。このことから、Ｌｉｑ層を電子輸送層と第２電子輸送層の間のみに配しても、長寿命化の効果は得られないことがわかった。
【0081】
（比較例２）発光層と電子輸送層の間にＡｌｑ３層を有する有機エレクトロルミネッセンス素子の作製と評価Ｌｉｑからなる電荷トラップ濃度減少層を形成せず、その代わりに、発光層と電子輸送層の間に、蒸着法により、下記式で表されるＡｌｑ３からなる有機層（Ａｌｑ３層）を１ｎｍ、３ｎｍまたは５ｎｍの厚みで形成したこと以外は、実施例１と同様にして有機ＥＬ素子を作製した。
【化26】
図２０を見ると、発光層と電子輸送層の間にＡｌｑ３層を形成した有機ＥＬ素子は、Ａｌｑ３層を形成していない有機ＥＬ素子（Ｒｅｆ．）よりも、むしろ輝度の低下が大きくなっている。このことから、Ａｌｑ３層では、有機ＥＬ素子を長寿命化する効果が得られないことがわかった。
【0082】
（実施例３）Ｌｉｑからなる電荷トラップ濃度減少層を有し、発光層がＴ２Ｔ（第２ホスト材料）を含有する有機エレクトロルミネッセンス素子の作製と評価電荷トラップ濃度減少層を１ｎｍの厚さで形成し、厚さ３０ｎｍの発光層を、４ＣｚＩＰＮ、ｍＣＢＰおよびＴ２Ｔを異なる蒸着源から共蒸着して形成したこと以外は、実施例１と同様にして有機エレクトロルミネッセンス素子（有機ＥＬ素子）を作製した。ただし、発光層におけるＴ２Ｔの濃度は１０重量％に固定し、４ＣｚＩＰＮの濃度は１０重量％、１５重量％または２０重量％の各濃度として４ＣｚＩＰＮ濃度が異なる４種類の有機ＥＬ素子を作製した。
本実施例で使用した発光層の材料の最低励起三重項エネルギー準位は、４ＣｚＩＰＮが２．４０ｅＶであり、ｍＣＢＰが２．９０ｅＶであり、Ｔ２Ｔが２．７０ｅＶであった。
作製した有機ＥＬ素子のエネルギーダイアグラムを図２１に示し、発光スペクトルを図２２に示し、電圧−電流密度−輝度特性を図２３に示し、電流密度−外部量子効率特性を図２４に示し、輝度比と電圧変化量の経時的変化を図２５に示す。図２１中の数値は、下が各有機層のＨＯＭＯ準位の絶対値を表し、上が各有機層のＬＵＭＯ準位の絶対値を表す。ＩＴＯ側から３番目の有機層（発光層）において、上下の実線はｍＣＢＰのエネルギー準位を示し、外側点線はＴ２Ｔのエネルギー準位を示し、内側点線は４ＣｚＩＰＮのエネルギー準位を示す。図２２〜２５中、「５％」、「１０％」、「１５％」、「２０％」は、それぞれ、その濃度で４ＣｚＩＰＮを発光層が含有する有機ＥＬ素子を表す。
図２５に示す有機ＥＬ素子のうち、４ＣｚＩＰＮ濃度が１５％である素子の特性図と、図９に示す有機ＥＬ素子（実施例１）のうち、電荷トラップ濃度減少層の厚さが１ｎｍの素子の特性図を比較すると、本実施例の有機ＥＬ素子（発光層がＴ２Ｔを含有する有機ＥＬ素子）の方が、実施例１の有機ＥＬ素子（発光層がＴ２Ｔを含有していない有機ＥＬ素子）よりも経時的な輝度比の低下および電圧変化量の上昇がより抑えられていることがわかる。このことから、電荷トラップ濃度減少層を形成した上で、さらに発光層にＴ２Ｔ（第２ホスト材料）を添加すると、有機ＥＬ素子の寿命が一段と改善されることがわかった。
【0083】
（実施例４）Ｌｉｑからなる電荷トラップ濃度減少層を有し、発光層がＴ２Ｔ（第２ホスト材料）を含有し、第２電子輸送層がＬｉｑを含有する有機エレクトロルミネッセンス素子の作製と評価発光層における４ＣｚＩＰＮの濃度を１０重量％とし、厚さ４０ｎｍの第２電子輸送層を、ＢＰｙ−ＴＰ２とＬｉｑを異なる蒸着源から共蒸着して形成したこと以外は、実施例３と同様にして有機エレクトロルミネッセンス素子（有機ＥＬ素子）を作製した。この時、第２電子輸送層におけるＬｉｑの濃度は５０重量％または７５重量％としてＬｉｑ濃度が異なる２種類の有機ＥＬ素子を作製した。
作製した有機ＥＬ素子のエネルギーダイアグラムを図２６に示し、発光スペクトルを図２７に示し、電圧−電流密度−輝度特性を図２８に示し、電流密度−外部量子効率特性を図２９に示し、輝度比と電圧変化量の経時的変化を図３０に示す。図２６中の数値の意義は図２１中の数値の意義と同じである。ただし、ＬｉＦ／Ａｌ側から１番目の有機層(第２電子輸送層)において、上下の実線はＢＰｙ−ＴＰ２のエネルギー準位を示し、点線はＬｉｑのエネルギー準位を示す。図２７〜３０中、「５０％」、「７５％」は、それぞれ、その濃度でＬｉｑを第２電子輸送層が含有する有機ＥＬ素子を表す。
図３０に示す特性図と、図２５に示す特性図（実施例３）のうち、４ＣｚＩＰＮ濃度が１０％であるものを比較すると、本実施例の有機ＥＬ素子（第２電子輸送層がＬｉｑを含有する有機ＥＬ素子）の方が、実施例３の有機ＥＬ素子（第２電子輸送層がＬｉｑを含有していない有機ＥＬ素子）よりも輝度比の低下速度が顕著に小さいことがわかる、このことから、電荷トラップ濃度減少層を形成し、発光層にＴ２Ｔ（第２ホスト材料）を添加した上で、さらに第２電子輸送層にＬｉｑ（電荷トラップ濃度減少層の構成材料と同じ材料）を添加すると、有機ＥＬ素子の寿命が格段に改善されることがわかった。
なお、実施例４の発光層の４ＣｚＩＰＮ濃度を１５％に固定して、第２電子輸送層がＬｉｑ濃度を５０％、７５％とした有機ＥＬ素子も製造して同様の試験を行ったところ、実施例４と同じ傾向が確認された。
【0084】
（実施例５）Ｌｉｑからなる電荷トラップ濃度減少層とＬｉｑを含む第２電子輸送層を有し、発光層が多層構造である有機エレクトロルミネッセンス素子の作製と評価第２電子輸送層が５０％のＬｉｑを含み、発光層が図３１のＡ〜Ｄのいずれかの多層構造を有するように変更したこと以外は実施例１と同様にして有機エレクトロルミネッセンス素子（ＥＬ素子）を作製した。図３１のＡ〜Ｄにおける各層の数値は、４ＣｚＩＰＮ濃度を示す。
作製した有機ＥＬ素子のエネルギーダイアグラムを図３１に示し、発光スペクトルを図３２に示し、電圧−電流密度−輝度特性を図３３に示し、電流密度−外部量子効率特性を図３４に示し、輝度比と電圧変化量の経時的変化を図３５に示す。図３２の発光スペクトルは、Ａ〜Ｄのいずれにおいても同じであったことを示している。
図３５の結果から、寿命を試験した多層構造ＢとＣのいずれにおいても長寿命であることが確認されたが、特に多層構造Ｂにおいて長寿命化が達成できることが判明した。
【0085】
（実施例６）Ｌｉｑからなる電荷トラップ濃度減少層を有し、発光層がＴ２Ｔ（第２ホスト材料）を含有し、第２電子輸送層がＬｉｑを含有する有機エレクトロルミネッセンス素子の作製と評価発光層における４ＣｚＩＰＮの濃度を１５重量％とし、Ｔ２Ｔのホスト全量にしめる重量割合を１５％、３０％、５０％、７０％の各濃度とし、第２電子輸送層のＬｉｑ濃度を５０％に固定したこと以外は、実施例４と同様にして有機エレクトロルミネッセンス素子（有機ＥＬ素子）を作製した。
作製した有機ＥＬ素子の発光スペクトルを図３６に示し、電圧−電流密度−輝度特性を図３７に示し、電流密度−外部量子効率特性を図３８に示し、輝度比と電圧変化量の経時的変化を図３９に示す。図３６では、いずれの有機ＥＬ素子もほぼ同じ発光スペクトルであった。図３７〜３９中、「１５％」、「３０％」、「５０％」、「７０％」は、それぞれ、発光層中のホスト全量にしめるＴ２Ｔの割合を表す。
図３９に示す特性図と、図２５に示す特性図（実施例３）のうち、４ＣｚＩＰＮ濃度が１５％であるものを比較すると、本実施例の有機ＥＬ素子（第２電子輸送層がＬｉｑを含有する有機ＥＬ素子）であって、ホスト全量の３０％以下の量でＴ２Ｔを含むものが、輝度比の低下速度が小さいことがわかる。このことから、電荷トラップ濃度減少層を形成し、第２電子輸送層にＬｉｑ（電荷トラップ濃度減少層の構成材料と同じ材料）を添加し、発光層のホスト全量の３０％以下の量でＴ２Ｔ（第２ホスト材料）を使用することにより、一段と有機ＥＬ素子の寿命が改善されることがわかった。
【0086】
【化27】
【産業上の利用可能性】
【0087】
本発明の有機エレクトロルミネッセンス素子は、駆動時の経時的な性能劣化が抑えられ、非常に長い寿命を有する。このため、本発明は産業上の利用可能性が高い。
【符号の説明】
【0088】
１ 基板２ 陽極
３ 発光層
４ 電荷トラップ濃度減少層
５ 電子輸送層
６ 陰極
７ 機能層
８ 第２電子輸送層
９ 正孔注入層
１０ 正孔輸送層