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再表2013-161739有機エレクトロルミネッセンス素子、照明装置及び表示装置
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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
【公報種別】再公表特許(A1)
(11)【国際公開番号】WO/0
(43)【国際公開日】2013年10月31日
【発行日】2015年12月24日
(54)【発明の名称】有機エレクトロルミネッセンス素子、照明装置及び表示装置
(51)【国際特許分類】
   H01L 51/50 20060101AFI20151201BHJP
   C07F 15/00 20060101ALI20151201BHJP
   C09K 11/06 20060101ALI20151201BHJP
【FI】
   H05B33/14 B
   C07F15/00 E
   C09K11/06 660
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
【全頁数】102
【出願番号】特願2014-512543(P2014-512543)
(21)【国際出願番号】PCT/0/0
(22)【国際出願日】2013年4月22日
(31)【優先権主張番号】特願2012-97510(P2012-97510)
(32)【優先日】2012年4月23日
(33)【優先権主張国】JP
(81)【指定国】 AP(BW,GH,GM,KE,LR,LS,MW,MZ,NA,RW,SD,SL,SZ,TZ,UG,ZM,ZW),EA(AM,AZ,BY,KG,KZ,RU,TJ,TM),EP(AL,AT,BE,BG,CH,CY,CZ,DE,DK,EE,ES,FI,FR,GB,GR,HR,HU,IE,IS,IT,LT,LU,LV,MC,MK,MT,NL,NO,PL,PT,RO,RS,SE,SI,SK,SM,TR),OA(BF,BJ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,GQ,GW,ML,MR,NE,SN,TD,TG),AE,AG,AL,AM,AO,AT,AU,AZ,BA,BB,BG,BH,BN,BR,BW,BY,BZ,CA,CH,CL,CN,CO,CR,CU,CZ,DE,DK,DM,DO,DZ,EC,EE,EG,ES,FI,GB,GD,GE,GH,GM,GT,HN,HR,HU,ID,IL,IN,IS,JP,KE,KG,KM,KN,KP,KR,KZ,LA,LC,LK,LR,LS,LT,LU,LY,MA,MD,ME,MG,MK,MN,MW,MX,MY,MZ,NA,NG,NI,NO,NZ,OM,PA,PE,PG,PH,PL,PT,QA,RO,RS,RU,RW,SC,SD,SE,SG,SK,SL,SM,ST,SV,SY,TH,TJ,TM,TN,TR,TT,TZ,UA,UG,US,UZ,VC
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】(出願人による申告)平成25年度独立行政法人新エネルギー・産業技術総合開発機構「次世代高効率・高品質照明の基盤技術開発/有機EL照明の高効率・高品質化に係る基盤技術開発」共同研究 産業技術力強化法第19条の適用を受ける特許出願
(71)【出願人】
【識別番号】000001270
【氏名又は名称】コニカミノルタ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110001254
【氏名又は名称】特許業務法人光陽国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】谷 邦夫
(72)【発明者】
【氏名】伊藤 寛人
(72)【発明者】
【氏名】三浦 紀生
【テーマコード(参考)】
3K107
4H050
【Fターム(参考)】
3K107AA01
3K107BB01
3K107BB02
3K107BB03
3K107BB04
3K107BB05
3K107BB06
3K107BB07
3K107BB08
3K107CC07
3K107CC09
3K107CC12
3K107CC21
3K107DD53
3K107DD64
3K107DD67
3K107DD69
3K107FF14
3K107FF19
4H050AA01
4H050AA03
4H050AB91
4H050AB92
4H050WB11
4H050WB14
4H050WB21
(57)【要約】
本発明の課題は、駆動電圧が低く長寿命で、かつ色度安定性に優れた有機エレクトロルミネッセンス素子を提供することである。また、該素子を用いた照明装置及び表示装置を提供することである。
本発明の有機エレクトロルミネッセンス素子は、陽極と陰極の間に、少なくとも2種のリン光ドーパントを含有する発光層を有する有機エレクトロルミネッセンス素子であって、前記少なくとも2種のリン光ドーパントのうちの1種は下記一般式(1)で表されるリン光ドーパントであり、他の1種は下記一般式(2)で表されるリン光ドーパントであることを特徴とする。
【化1】
【特許請求の範囲】
【請求項1】
陽極と陰極の間に、少なくとも2種のリン光ドーパントを含有する発光層を有する有機エレクトロルミネッセンス素子であって、前記少なくとも2種のリン光ドーパントのうちの1種は下記一般式(1)で表されるリン光ドーパントであり、他の1種は下記一般式(2)で表されるリン光ドーパント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。
【化1】

〔一般式(1)及び(2)中、X1は、炭素原子が共有結合によってMに結合している、それぞれ置換基を有してもよい芳香族炭化水素環又は芳香族複素環を表し、Y1は、窒素原子又はカルベン炭素原子によってMに配位結合している、置換基を有してもよい芳香族複素環を表し、V1及びV2は、各々炭素原子、窒素原子又は酸素原子を表し、V1は共有結合によってMに結合し、V2は配位結合によってMと結合している。L1は、V1及びV2とともに2座の配位子を形成する原子群を表す。Mは元素周期表における8族〜10族の遷移金属元素を表す。m及びnは、1又は2の整数を表し、m+n=3である。〕
【請求項2】
前記一般式(1)で表されるリン光ドーパントが、下記一般式(3)で表されるリン光ドーパントであり、かつ前記一般式(2)で表されるリン光ドーパントが、下記一般式(4)で表されるリン光ドーパントであることを特徴とする請求項1に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【化2】

〔一般式(3)及び(4)中、X2は炭素原子が共有結合によってMに結合している芳香族炭化水素環又は芳香族複素環を表し、Y2は窒素原子又はカルベン炭素原子によってMに配位結合している芳香族複素環を表し、複数のX2及びY2は同じでも異なっていてもよい。Z1及びZ2は芳香族炭化水素環又は芳香族複素環を表す。
は、炭素原子を表し、共有結合によりMに結合しており、VとLの一部とでXと同じ芳香族炭化水素環又はXと同じ芳香族複素環を形成している。Vは、窒素原子又はカルベン炭素原子を表し、Mに配位結合しており、VとLの一部とでYと同じ芳香族炭化水素環又はYと同じ芳香族複素環を形成している。Mは元素周期表における8族〜10族の遷移金属元素を表す。p=0又は1、q=0又は1、ただし、p=q≠0である。m及びnは1又は2の整数を表し、m+n=3である。なお、一般式(4)において、Irに配位している三つの配位子が同じになることはない。〕
【請求項3】
前記一般式(1)で表されるリン光ドーパントが、下記一般式(5)で表されるリン光ドーパントであり、かつ前記一般式(2)で表されるリン光ドーパントが、下記一般式(6)で表されるリン光ドーパントであることを特徴とする請求項1に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【化3】

〔一般式(5)及び(6)中、Z3は、5員環〜7員環を形成するのに必要な非金属原子群を表す。n1は0〜5の整数を表す。B1〜B5は、各々CR2、N、NR3、O又はSを表す。R1は、置換基を表す。R2及びR3は、水素原子又は置換基を表す。R1同士が環を形成してもよい。V1及びV2は、各々炭素原子、窒素原子又は酸素原子を表し、V1は、共有結合によってMに結合し、V2は配位結合によってMと結合している。L1は、V1及びV2とともに2座の配位子を形成する原子群を表す。Mは、元素周期表における8族〜10族の遷移金属元素を表す。m及びnは1又は2の整数を表し、m+n=3である。〕
【請求項4】
前記一般式(3)で表されるリン光ドーパントが、下記一般式(7)で表されるリン光ドーパントであり、かつ前記一般式(4)で表されるリン光ドーパントが、下記一般式(8)で表されるリン光ドーパントであることを特徴とする請求項2に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【化4】

〔一般式(7)及び(8)中、環Am、環An、環Bm及び環Bnは、5員又は6員の芳香族炭化水素環又は芳香族複素環を表す。Arは、芳香族炭化水素環、芳香族複素環、非芳香族炭化水素環又は非芳香族複素環を表す。R1m、R2m、R1n及びR2nは、それぞれ独立に、炭素数2以上のアルキル基、芳香族炭化水素環基、芳香族複素環基、非芳香族炭化水素環基又は非芳香族複素環基を表し、更に置換基を有していても良く、又はR1とRaが結合して環を形成しても良い。Ra、Rb及びRcは、それぞれ独立に、水素原子、水酸基、ハロゲン原子、シアノ基、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アルコキシ基、アミノ基、シリル基、チオール基、アリールアルキル基、アリール基、ヘテロアリール基、非芳香族炭化水素環基又は非芳香族複素環基を表し、更に置換基を有していても良く、RaはArと環を形成していても良い。na及びncは1又は2を表し、nbは1〜4の整数を表す。m及びnは1又は2の整数を表し、m+nは3である。なお、一般式(8)において、Irに配位している三つの配位子の構造が全て同じであることはない。〕
【請求項5】
前記一般式(7)で表されるリン光ドーパントが、下記一般式(9′)で表されるリン光ドーパントであり、かつ前記一般式(8)で表されるリン光ドーパントが、下記一般式(9)で表されるリン光ドーパントであることを特徴とする請求項4に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【化5】

〔一般式(9′)及び(9)中、Arは、芳香族炭化水素環、芳香族複素環、非芳香族炭化水素環又は非芳香族複素環を表す。R1m、R2m、R1n及びR2nは、それぞれ独立に、炭素数2以上のアルキル基、芳香族炭化水素環基、芳香族複素環基、非芳香族炭化水素環基又は非芳香族複素環基を表し、さらに置換基を有していても良い。Ra及びRcは、それぞれ独立に、水素原子、ハロゲン原子、シアノ基、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アルコキシ基、アミノ基、シリル基、アリールアルキル基、アリール基、ヘテロアリール基、非芳香族炭化水素環基又は非芳香族複素環基を表し、更に置換基を有していても良く、RaはArと環を形成していても良い。na及びncは1又は2を表す。m及びnは1又は2の整数を表し、m+nは3である。なお一般式(9)において、Irに配位している三つの配位子の構造が全て同じであることはない。〕
【請求項6】
前記一般式(7)で表されるリン光ドーパントが、前記一般式(9′)で表されるリン光ドーパントであり、かつ前記一般式(8)で表されるリン光ドーパントが、下記一般式(10)で表されるリン光ドーパントであることを特徴とする請求項4に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【化6】

〔一般式(9′)及び(10)中、R1m、R2m、R1n及びR2nは、それぞれ独立に、炭素数2以上のアルキル基、芳香族炭化水素環基、芳香族複素環基、非芳香族炭化水素環基又は非芳香族複素環基を表し、更に置換基を有していても良い。Ra、Rc及びRa3は、それぞれ独立に、水素原子、ハロゲン原子、シアノ基、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アルコキシ基、アミノ基、シリル基、アリールアルキル基、アリール基、ヘテロアリール基、非芳香族炭化水素環基又は非芳香族複素環基を表し、更に置換基を有していても良い。na及びncは1又は2を表し、nR3は1〜5の整数を表す。m及びnは1又は2の整数を表し、m+nは3である。なお、一般式(10)において、Irに配位している三つの配位子の構造が全て同じであることはない。〕
【請求項7】
前記一般式(7)で表されるリン光ドーパントが、前記一般式(9′)で表されるリン光ドーパントであり、かつ前記一般式(8)で表されるリン光ドーパントが、下記一般式(11)で表されるリン光ドーパントであることを特徴とする請求項4に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【化7】

〔一般式(9′)及び(11)中、R1m、R2m、R1n及びR2nは、それぞれ独立に、炭素数2以上のアルキル基、芳香族炭化水素環基、芳香族複素環基、非芳香族炭化水素環基又は非芳香族複素環基を表し、更に置換基を有していても良い。Ra、Rc及びRa3はそれぞれ独立に水素原子、ハロゲン原子、シアノ基、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アルコキシ基、アミノ基、シリル基、アリールアルキル基、アリール基、ヘテロアリール基、非芳香族炭化水素環基又は非芳香族複素環基を表し、更に置換基を有していても良い。na及びncは1又は2を表し、nR3は1〜4の整数を表す。XはO、S、SiRz1Rz2、NRz1又はCRz1Rz2を表し、Rz1及びRz2は、水素原子又はアルキル基、芳香族炭化水素環基、芳香族複素環基、非芳香族炭化水素環基又は非芳香族複素環基を表す。m及びnは1又は2の整数を表し、nは1又は2を表し、m+n=3である。〕
【請求項8】
前記一般式(7)で表されるリン光ドーパントが、前記一般式(9′)で表されるリン光ドーパントであり、かつ前記一般式(8)で表されるリン光ドーパントが、下記一般式(12)で表されるリン光ドーパントであることを特徴とする請求項4に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【化8】

〔一般式(9′)及び(12)中、R1m、R2m、R1n及びR2nは、それぞれ独立に、炭素数2以上のアルキル基、芳香族炭化水素環基、芳香族複素環基、非芳香族炭化水素環基又は非芳香族複素環基を表し、更に置換基を有していても良い。Ra、Rc及びRa3はそれぞれ独立に水素原子、ハロゲン原子、シアノ基、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アルコキシ基、アミノ基、シリル基、アリールアルキル基、アリール基、ヘテロアリール基、非芳香族炭化水素環基又は非芳香族複素環基を表し、更に置換基を有していても良い。na及びncは1又は2を表し、nR3は1〜4の整数を表す。XはO、S、SiRz1Rz2、NRz1又はCRz1Rz2を表し、Rz1及びRz2は、水素原子又はアルキル基、芳香族炭化水素環基、芳香族複素環基、非芳香族炭化水素環基又は非芳香族複素環基を表す。m及びnは1又は2の整数を表し、m+n=3である。〕
【請求項9】
前記少なくとも2種のリン光ドーパントのHOMO(最高被占分子軌道)のエネルギーの差が、0.10eV以内であることを特徴とする請求項1〜8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10】
前記少なくとも2種のリン光ドーパントのLUMO(最低空分子軌道)のエネルギーの差が、0.10eV以内であることを特徴とする請求項1〜9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11】
前記少なくとも2種のリン光ドーパントが、前記発光層中のドーパントの総量に対し、それぞれ5〜95質量%の範囲内であることを特徴とする請求項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】
前記少なくとも2種のリン光ドーパントに加えて、前記少なくとも2種のリン光ドーパントの発光色に対して補色の関係にある光を放出するドーパントが備えられ、白色発光を呈することを特徴とする請求項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。
【請求項13】
請求項1〜12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が、具備されていることを特徴とする照明装置。
【請求項14】
請求項1〜12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が、具備されていることを特徴とする表示装置。
【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、照明装置及び表示装置に関する。
【背景技術】
【0002】
有機エレクトロルミネッセンス素子(以下、有機EL素子ともいう。)は、発光する化合物を含有する発光層を、陰極と陽極とで挟んだ構成を有し、電界を印加することにより、陽極から注入された正孔と陰極から注入された電子を発光層内で再結合させることで励起子(エキシトン)を生成させ、このエキシトンが失活する際の光の放出(蛍光・リン光)を利用した発光素子である。また、有機EL素子は、電極と電極の間を厚さ僅かサブミクロン程度の有機材料の膜で構成する全固体素子であり、数V〜数十V程度の範囲内の電圧で発光が可能であることから、次世代の平面ディスプレイや照明への利用が期待されている。
【0003】
実用化に向けた有機EL素子の開発としては、プリンストン大より、励起三重項からのリン光発光を用いる有機EL素子の報告がされ(例えば、非特許文献1参照。)、以来、室温でリン光発光を示す材料の研究が活発になってきている(例えば、特許文献1、非特許文献2参照。)。
【0004】
更に、リン光発光を利用する有機EL素子は、以前の蛍光発光を利用する有機EL素子に比べ原理的に約4倍の発光効率が実現可能であることから、その材料開発を初めとし、発光素子の層構成や電極の研究開発が世界中で行われている。例えば、イリジウム錯体系等重金属錯体を中心に多くの化合物が合成検討なされている(例えば、非特許文献3参照。)。
【0005】
このように、リン光発光方式は大変ポテンシャルの高い方式であるが、リン光発光を利用する有機EL素子においては、蛍光発光を利用する有機EL素子とは大きく異なり、発光中心の位置をコントロールする方法、とりわけ発光層の内部で再結合を行い、いかに発光を安定に行わせることができるかが、素子の効率・寿命を捕らえる上で重要な技術的な課題となっている。
【0006】
そこで近年、発光層に隣接する形で、発光層の陽極側に位置する正孔輸送層と発光層の陰極側に位置する電子輸送層とを備えた多層積層型の素子が良く知られている(例えば、特許文献2参照。)。また、発光層にはホスト化合物とドーパントとしてのリン光発光性化合物とを用いた混合層が多く用いられている。
【0007】
一方、材料の観点からは高いキャリア輸送性や熱的、電気的に安定な材料が求められている。特に青色リン光発光を利用するにあたっては、青色リン光発光性化合物自身が高い三重項励起エネルギー(T)を有しているために、適用可能な周辺材料の開発と精密な発光中心の制御が強く求められている。
【0008】
代表的な青色リン光発光性化合物としてはビス[(4,6−ジフルオロフェニル)−ピリジネート−N,C2′](ピコリネート)イリジウム錯体(FIrpic)が知られており、主配位子のフェニルピリジンにフッ素置換をすること、及び副配位子としてピコリン酸を用いることにより短波化が実現されている。これらのドーパントはカルバゾール誘導体やトリアリールシラン類をホスト化合物として組み合わせることによって高効率の素子を達成しているが、素子の発光寿命は大幅に劣化するため、そのトレードオフの改善が求められていた。
【0009】
近年、高いポテンシャルを有する青色リン光発光性化合物として、特定の配位子を有する金属錯体が特許文献3で開示されている。また、同系色のドーパントを2種併用することで、高効率・高寿命・低駆動電圧化を達成した報告(特許文献4、5、6参照。)はなされているが、市場で要求される条件下での色度安定性については報告がなされておらず、更なる改良が望まれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0010】
【特許文献1】米国特許第6097147号明細書
【特許文献2】特開2005−112765号公報
【特許文献3】米国特許出願公開第2011/0057559号明細書
【特許文献4】特開2008−112976号公報
【特許文献5】特許第4110160号公報
【特許文献6】米国特許第7807992号明細書
【非特許文献】
【0011】
【非特許文献1】M.A.Baldo et al.,nature、395巻、151〜154ページ(1998年)
【非特許文献2】M.A.Baldo et al.,nature、403巻、17号、750〜753頁(2000年)
【非特許文献3】S.Lamansky et al.,J.Am.Chem.Soc.,123巻、4304頁(2001年)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0012】
本発明は、上記問題・状況に鑑みてなされたものであり、その解決課題は、駆動電圧が低く、長寿命で、かつ色度安定性に優れた有機エレクトロルミネッセンス素子を提供することである。また、該素子を用いた照明装置及び表示装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0013】
本発明者は、上記課題を解決すべく、上記問題の原因等について検討した結果、一般式(1)及び一般式(2)で示されるように、少なくとも2種のリン光ドーパントをのうち、1種は三つの配位子が同一であり、他の1種は配位子が2種の配位子からなり、その2種の配位子のうちの1種が前記三つの配位子と同じ構造の配位子であることで、有機EL素子の低駆動電圧化や高寿命化を達成するだけでなく、驚くべきことに高電流下での寿命・色度安定性の改善という課題を解決できることを見いだし本発明に至った。
【0014】
すなわち、本発明に係る上記課題は、以下の手段により解決される。
【0015】
1.陽極と陰極の間に、少なくとも2種のリン光ドーパントを含有する発光層を有する有機エレクトロルミネッセンス素子であって、前記少なくとも2種のリン光ドーパントのうちの1種は下記一般式(1)で表されるリン光ドーパントであり、他の1種は下記一般式(2)で表されるリン光ドーパント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。
【0016】
【化1】
【0017】
〔一般式(1)及び(2)中、X1は、炭素原子が共有結合によってMに結合している、それぞれ置換基を有してもよい芳香族炭化水素環又は芳香族複素環を表し、Y1は、窒素原子又はカルベン炭素原子によってMに配位結合している、置換基を有してもよい芳香族複素環を表し、V1及びV2は、各々炭素原子、窒素原子又は酸素原子を表し、V1は共有結合によってMに結合し、V2は配位結合によってMと結合している。L1は、V1及びV2とともに2座の配位子を形成する原子群を表す。Mは元素周期表における8族〜10族の遷移金属元素を表す。m及びnは、1又は2の整数を表し、m+n=3である。〕
2.前記一般式(1)で表されるリン光ドーパントが、下記一般式(3)で表されるリン光ドーパントであり、かつ前記一般式(2)で表されるリン光ドーパントが、下記一般式(4)で表されるリン光ドーパントであることを特徴とする前記第1項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【0018】
【化2】
【0019】
〔一般式(3)及び(4)中、X2は炭素原子が共有結合によってMに結合している芳香族炭化水素環又は芳香族複素環を表し、Y2は窒素原子又はカルベン炭素原子によってMに配位結合している芳香族複素環を表し、複数のX2及びY2は同じでも異なっていてもよい。Z1及びZ2は芳香族炭化水素環又は芳香族複素環を表す。
【0020】
は、炭素原子を表し、共有結合によりMに結合しており、VとLの一部とでXと同じ芳香族炭化水素環又はXと同じ芳香族複素環を形成している。Vは、窒素原子又はカルベン炭素原子を表し、Mに配位結合しており、VとLの一部とでYと同じ芳香族炭化水素環又はYと同じ芳香族複素環を形成している。Mは元素周期表における8族〜10族の遷移金属元素を表す。p=0又は1、q=0又は1、ただし、p=q≠0である。m及びnは1又は2の整数を表し、m+n=3である。なお、一般式(4)において、Irに配位している三つの配位子が同じになることはない。〕
3.前記一般式(1)で表されるリン光ドーパントが、下記一般式(5)で表されるリン光ドーパントであり、かつ前記一般式(2)で表されるリン光ドーパントが、下記一般式(6)で表されるリン光ドーパントであることを特徴とする前記第1項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【0021】
【化3】
【0022】
〔一般式(5)及び(6)中、Z3は、5員環〜7員環を形成するのに必要な非金属原子群を表す。n1は、0〜5の整数を表す。B1〜B5は、各々CR2、N、NR3、O又はSを表す。R1は、置換基を表す。R2及びR3は、水素原子又は置換基を表す。R1同士が環を形成してもよい。V1及びV2は、各々炭素原子、窒素原子又は酸素原子を表し、V1は、共有結合によってMに結合し、V2は配位結合によってMと結合している。L1は、V1及びV2とともに2座の配位子を形成する原子群を表す。Mは、元素周期表における8族〜10族の遷移金属元素を表す。m及びnは1又は2の整数を表し、m+n=3である。〕
4.前記一般式(3)で表されるリン光ドーパントが、下記一般式(7)で表されるリン光ドーパントであり、かつ前記一般式(4)で表されるリン光ドーパントが、下記一般式(8)で表されるリン光ドーパントであることを特徴とする前記第2項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【0023】
【化4】
【0024】
〔一般式(7)及び(8)中、環Am、環An、環Bm及び環Bnは、5員又は6員の芳香族炭化水素環又は芳香族複素環を表す。Arは、芳香族炭化水素環、芳香族複素環、非芳香族炭化水素環又は非芳香族複素環を表す。R1m、R2m、R1n及びR2nは、それぞれ独立に、炭素数2以上のアルキル基、芳香族炭化水素環基、芳香族複素環基、非芳香族炭化水素環基又は非芳香族複素環基を表し、更に置換基を有していても良く、又はR1とRaが結合して環を形成しても良い。Ra、Rb及びRcは、それぞれ独立に、水素原子、水酸基、ハロゲン原子、シアノ基、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アルコキシ基、アミノ基、シリル基、チオール基、アリールアルキル基、アリール基、ヘテロアリール基、非芳香族炭化水素環基又は非芳香族複素環基を表し、更に置換基を有していても良く、RaはArと環を形成していても良い。na及びncは1又は2を表し、nbは1〜4の整数を表す。m及びnは1又は2の整数を表し、m+nは3である。なお、一般式(8)において、Irに配位している三つの配位子の構造が全て同じであることはない。〕
5.前記一般式(7)で表されるリン光ドーパントが、下記一般式(9′)で表されるリン光ドーパントであり、かつ前記一般式(8)で表されるリン光ドーパントが、下記一般式(9)で表されるリン光ドーパントであることを特徴とする前記第4項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【0025】
【化5】
【0026】
〔一般式(9′)及び(9)中、Arは、芳香族炭化水素環、芳香族複素環、非芳香族炭化水素環又は非芳香族複素環を表す。R1m、R2m、R1n及びR2nは、それぞれ独立に、炭素数2以上のアルキル基、芳香族炭化水素環基、芳香族複素環基、非芳香族炭化水素環基又は非芳香族複素環基を表し、さらに置換基を有していても良い。Ra及びRcは、それぞれ独立に、水素原子、ハロゲン原子、シアノ基、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アルコキシ基、アミノ基、シリル基、アリールアルキル基、アリール基、ヘテロアリール基、非芳香族炭化水素環基又は非芳香族複素環基を表し、更に置換基を有していても良く、RaはArと環を形成していても良い。na及びncは1又は2を表す。m及びnは1又は2の整数を表し、m+nは3である。なお一般式(9)において、Irに配位している三つの配位子の構造が全て同じであることはない。〕
6.前記一般式(7)で表されるリン光ドーパントが、前記一般式(9′)で表されるリン光ドーパントであり、かつ前記一般式(8)で表されるリン光ドーパントが、下記一般式(10)で表されるリン光ドーパントであることを特徴とする前記第4項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【0027】
【化6】
【0028】
〔一般式(9′)及び(10)中、R1m、R2m、R1n及びR2nは、それぞれ独立に、炭素数2以上のアルキル基、芳香族炭化水素環基、芳香族複素環基、非芳香族炭化水素環基又は非芳香族複素環基を表し、更に置換基を有していても良い。Ra、Rc及びRa3は、それぞれ独立に、水素原子、ハロゲン原子、シアノ基、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アルコキシ基、アミノ基、シリル基、アリールアルキル基、アリール基、ヘテロアリール基、非芳香族炭化水素環基又は非芳香族複素環基を表し、更に置換基を有していても良い。na及びncは1又は2を表し、nR3は1〜5の整数を表す。m及びnは1又は2の整数を表し、m+nは3である。なお、一般式(10)において、Irに配位している三つの配位子の構造が全て同じであることはない。〕
7.前記一般式(7)で表されるリン光ドーパントが、前記一般式(9′)で表されるリン光ドーパントであり、かつ前記一般式(8)で表されるリン光ドーパントが、下記一般式(11)で表されるリン光ドーパントであることを特徴とする前記第4項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【0029】
【化7】
【0030】
〔一般式(9′)及び(11)中、R1m、R2m、R1n及びR2nは、それぞれ独立に、炭素数2以上のアルキル基、芳香族炭化水素環基、芳香族複素環基、非芳香族炭化水素環基又は非芳香族複素環基を表し、更に置換基を有していても良い。Ra、Rc及びRa3はそれぞれ独立に水素原子、ハロゲン原子、シアノ基、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アルコキシ基、アミノ基、シリル基、アリールアルキル基、アリール基、ヘテロアリール基、非芳香族炭化水素環基又は非芳香族複素環基を表し、更に置換基を有していても良い。na及びncは1又は2を表し、nR3は1〜4の整数を表す。XはO、S、SiRz1Rz2、NRz1又はCRz1Rz2を表し、Rz1及びRz2は、水素原子又はアルキル基、芳香族炭化水素環基、芳香族複素環基、非芳香族炭化水素環基又は非芳香族複素環基を表す。m及びnは1又は2の整数を表し、nは1又は2を表し、m+n=3である。〕
8.前記一般式(7)で表されるリン光ドーパントが、前記一般式(9′)で表されるリン光ドーパントであり、かつ前記一般式(8)で表されるリン光ドーパントが、下記一般式(12)で表されるリン光ドーパントであることを特徴とする前記第4項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【0031】
【化8】
【0032】
〔一般式(9′)及び(12)中、R1m、R2m、R1n及びR2nは、それぞれ独立に、炭素数2以上のアルキル基、芳香族炭化水素環基、芳香族複素環基、非芳香族炭化水素環基又は非芳香族複素環基を表し、更に置換基を有していても良い。Ra、Rc及びRa3はそれぞれ独立に水素原子、ハロゲン原子、シアノ基、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アルコキシ基、アミノ基、シリル基、アリールアルキル基、アリール基、ヘテロアリール基、非芳香族炭化水素環基又は非芳香族複素環基を表し、更に置換基を有していても良い。na及びncは1又は2を表し、nR3は1〜4の整数を表す。XはO、S、SiRz1Rz2、NRz1又はCRz1Rz2を表し、Rz1及びRz2は、水素原子又はアルキル基、芳香族炭化水素環基、芳香族複素環基、非芳香族炭化水素環基又は非芳香族複素環基を表す。m及びnは1又は2の整数を表し、m+n=3である。〕
9.前記少なくとも2種のリン光ドーパントのHOMO(最高被占分子軌道)のエネルギーの差が、0.10eV以内であることを特徴とする前記第1〜8項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。
【0033】
10.前記少なくとも2種のリン光ドーパントのLUMO(最低空分子軌道)のエネルギーの差が、0.10eV以内であることを特徴とする前記第1〜9項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。
【0034】
11.前記少なくとも2種のリン光ドーパントが、前記発光層中のドーパントの総量に対し、それぞれ5〜95質量%の範囲内であることを特徴とする前記第1〜10項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。
【0035】
12.前記少なくとも2種のリン光ドーパントに加えて、前記少なくとも2種のリン光ドーパントの発光色に対して補色の関係にある光を放出するドーパントが備えられ、白色発光を呈することを特徴とする前記第1〜11項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。
【0036】
13.前記第1〜12項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が具備されていることを特徴とする照明装置。
【0037】
14.前記第1〜12項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が具備されていることを特徴とする表示装置。
【発明の効果】
【0038】
本発明の上記手段により、駆動電圧が低く、長寿命で、かつ色度安定性に優れた有機エレクトロルミネッセンス素子を提供することができる。また、該素子を用いた照明装置及び表示装置を提供することができる。
【0039】
本発明の効果の発現機構ないし作用機構については、明確にはなっていないが、以下のように推察している。
【0040】
上述した異なる2種のリン光ドーパントに共通の配位子を持たせることにより、2種のリン光ドーパントがより安定に励起状態になれるためと推測している。この効果は、2種のリン光ドーパントのHOMO(最高被占分子軌道)のエネルギー準位の差、及びLUMO(最低空分子軌道)のエネルギー準位の差を0.1eV以下とすることでより顕著となる。
【図面の簡単な説明】
【0041】
図1】有機EL素子から構成される表示装置の一例
図2】表示部Aの模式図
図3】画素の回路図
図4】パッシブマトリクス方式による表示装置の模式図
図5】照明装置の概略図
図6】照明装置の断面図
【発明を実施するための形態】
【0042】
本発明の有機エレクトロルミネッセンス素子は、陽極と陰極の間に、少なくとも2種のリン光ドーパントを含有する発光層を有する有機エレクトロルミネッセンス素子であって、前記少なくとも2種のリン光ドーパントのうちの1種は前記一般式(1)で表されるリン光ドーパントであり、他の1種は前記一般式(2)で表されるリン光ドーパントであることを特徴とする。この特徴は、請求項1から請求項14までの請求項に係る発明に共通する技術的特徴である。
【0043】
本発明の実施態様としては、本発明の効果発現の観点から、前記一般式(1)で表されるリン光ドーパントが、前記一般式(3)で表されるリン光ドーパントであり、前記一般式(2)で表されるリン光ドーパントが、前記一般式(4)で表されるリン光ドーパントであることが好ましい。さらに、前記一般式(1)で表されるリン光ドーパントが、前記一般式(5)で表されるリン光ドーパントであり、前記一般式(2)で表されるリン光ドーパントが、前記一般式(6)で表されるリン光ドーパントであること好ましい。
【0044】
さらに、本発明においては、前記一般式(3)で表されるリン光ドーパントが、前記一般式(7)で表されるリン光ドーパントであり、前記一般式(4)で表されるリン光ドーパントが、前記一般式(8)で表されるリン光ドーパントであることが本発明の効果発現の観点から好ましい。さらに、前記一般式(7)で表されるリン光ドーパントが、前記一般式(9′)で表されるリン光ドーパントであり、かつ前記一般式(8)で表されるリン光ドーパントが、それぞれ、前記一般式(9)、(10)、(11)又は(12)で表されるリン光ドーパントあることが好ましい。
【0045】
また、前記少なくとも2種のリン光ドーパントのHOMO(最高被占分子軌道)のエネルギーの差が、0.10eV以内であることが好ましい。さらに、前記少なくとも2種のリン光ドーパントのLUMO(最低空分子軌道)のエネルギーの差が、0.10eV以内であることが好ましい。リン光ドーパントのHOMO、LUMOのエネルギー準位をこのような範囲の値とすることで高輝度下での寿命・色度安定性を更に向上しつつ、更なる低駆動電圧化を達成できる。
【0046】
本発明の実施態様としては、本発明の効果発現の観点から、少なくとも2種のリン光ドーパントが、前記発光層中のドーパントの総量に対し、それぞれ5〜95質量%の範囲内であることが好ましい。さらに、前記発光層に加えて、前記発光層の発光色に対して補色の関係にある光を放出する発光層が備えられ、白色発光を呈することが好ましい。
【0047】
本発明の有機エレクトロルミネッセンス素子は、照明装置及び表示装置に好適に具備され得る。
【0048】
以下、本発明とその構成要素、及び本発明を実施するための形態・態様について詳細な説明をする。なお、本願において、「〜」は、その前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む意味で使用する。
【0049】
《有機EL素子の構成層》
本発明の有機EL素子において、陽陽極と陰極の間に、少なくとも2種のリン光ドーパントを含有する発光層を有する。発光層の他に、陽極と陰極との間に挟持される各種有機層も含めた層構成の好ましい具体例を以下に示すが、本発明はこれらに限定されない。
【0050】
(i)陽極/発光層/電子輸送層/陰極
(ii)陽極/正孔輸送層/発光層/電子輸送層/陰極
(iii)陽極/正孔輸送層/発光層/正孔阻止層/電子輸送層/陰極
(iv)陽極/正孔輸送層/発光層/正孔阻止層/電子輸送層/陰極バッファー層/陰極
(v)陽極/陽極バッファー層/正孔輸送層/発光層/正孔阻止層/電子輸送層/陰極バッファー層/陰極
(vi)陽極//正孔輸送層/陽極バッファー層/発光層/正孔阻止層/電子輸送層/陰極バッファー層/陰極
(vii)陽極/陽極バッファー層/正孔輸送層/発光層/電子輸送層/陰極バッファー層/陰極
複数の発光層が含まれる場合、該発光層間に非発光性の中間層を有してもよい。また、上記層構成の内、陽極及び陰極を除く発光層を含む有機層を一つの発光ユニットとし、複数の発光ユニットを積層することが可能である。該複数の積層された発光ユニットにおいては、発光ユニット間に非発光性の中間層を有していてもよく、更に中間層は電荷発生層を含んでいてもよい。
【0051】
発光ユニットは複数の発光層の間に非発光性の中間層を有していてもよく、該中間層が電荷発生層であるようなマルチフォトンユニット構成であってもよい。この場合、電荷発生層としては、ITO(インジウム・スズ酸化物)、IZO(インジウム・亜鉛酸化物)、ZnO2、TiN、ZrN、HfN、TiOx、VOx、CuI、InN、GaN、CuAlO2、CuGaO2、SrCu22、LaB6、RuO2等の導電性無機化合物層や、Au/Bi23等の2層膜や、SnO2/Ag/SnO2、ZnO/Ag/ZnO、Bi23/Au/Bi23、TiO2/TiN/TiO2、TiO2/ZrN/TiO2等の多層膜、またC60等のフラーレン類、オリゴチオフェン等の導電性有機物層、金属フタロシアニン類、無金属フタロシアニン類、金属ポルフィリン類、無金属ポルフィリン類等の導電性有機化合物層等が挙げられる。
【0052】
本発明の有機EL素子における発光層としては白色発光層であることが好ましく、これらを用いた照明装置であることが好ましい。具体的には、本発明に係る少なくとも2種のリン光ドーパントに加えて、この少なくとも2種のリン光ドーパントの発光色に対して補色の関係にある光を放出するドーパントが備えられ、白色発光を呈することが好ましい。
【0053】
このような複数の発光色の組み合わせとしては、青色、緑色、青色の3原色の三つの発光極大波長を含有させたものでもよいし、青色と黄色、青緑と橙色等の補色の関係を利用した二つの発光極大波長を含有したものでもよい。
【0054】
本発明に係る発光層は青色に発光することが好ましい。例えば、本発明に係る青色リン光発光層から放出される青色発光と補色の関係にある光を放出する発光層が備えられ白色発光を呈することも好ましい。具体的には、例えば、青色発光の発光スペクトルにもよるが、補色となる黄緑、黄色、オレンジ色に発光する発光層を設け、白色発光を呈する有機エレクトロルミネッセンス素子とすることができる。
【0055】
高演色性の白色発光が得られるという観点から、またより幅広い範囲の色度の調整が容易であることから、青色リン光発光層に加え、緑及び赤色の発光を呈する層を有するものが好ましい。
【0056】
本発明に係る少なくとも2種のリン光ドーパント以外の他のドーパントもリン光ドーパントであることが好ましいが、蛍光ドーパントを用いることもできる。
【0057】
本発明の有機EL素子や本発明に係る化合物の発光する色は、「新編色彩科学ハンドブック」(日本色彩学会編、東京大学出版会、1985)の108頁の図4.16において、分光放射輝度計CS−1000(コニカミノルタ(株)製)で測定した結果をCIE色度座標に当てはめたときの色で決定される。
【0058】
また、本発明の有機EL素子が白色素子の場合には、白色とは、2度視野角正面輝度を上記方法により測定した際に、1000cd/m2でのCIE1931表色系における色度がx=0.33±0.07、y=0.33±0.1の領域内にあることをいう。
【0059】
本発明の有機EL素子を構成する各層について以下説明する。
【0060】
《発光層》
本発明に係る発光層は、電極又は電子輸送層及び正孔輸送層から注入されてくる電子及び正孔が再結合して発光する層であり、発光する部分は発光層の層内であっても発光層と隣接層との界面であってもよい。
【0061】
発光層の膜厚の総和は特に制限はないが、膜の均質性や、発光時に不必要な高電圧を印加することを防止し、かつ、駆動電流に対する発光色の安定性向上の観点から、好ましくは2nm〜5μmの範囲内に調整され、更に好ましくは2〜200nmの範囲内に調整され、特に好ましくは5〜100nmの範囲内に調整される。
【0062】
発光層の作製には、後述するリン光ドーパントやホスト化合物を用いて、例えば、真空蒸着法、湿式法(ウェットプロセスともいい、例えば、スピンコート法、キャスト法、ダイコート法、ブレードコート法、ロールコート法、インクジェット法、印刷法、スプレーコート法、カーテンコート法、LB法(ラングミュア・ブロジェット(Langmuir Blodgett法))等を挙げることができる。)等により成膜して形成することができる。なお、本発明に係る6座配位型オルトメタルイリジウム錯体を発光層の材料として用いる場合、ウェットプロセスにて成膜することが好ましい。
(1)ドーパント
本発明の有機EL素子の発光層は、少なくとも2種のリン光ドーパントを含有する。リン光ドーパント(リン光発光ドーパント、リン光発光性化合物等ともいう)に加えてドーパント(ドーパント化合物ともいう)として蛍光ドーパント(蛍光性化合物ともいう)も使用することができる。
【0063】
(1.1)リン光ドーパント
本発明に係るリン光ドーパントについて説明する。
【0064】
本発明に係るリン光ドーパントは、励起三重項からの発光が観測される化合物であり、具体的には室温(25℃)にてリン光発光する化合物であり、リン光量子収率が、25℃において0.01以上の化合物であると定義されるが、好ましいリン光量子収率は0.1以上である。
【0065】
上記リン光量子収率は、第4版実験化学講座7の分光IIの398頁(1992年版、丸善)に記載の方法により測定できる。溶液中でのリン光量子収率は種々の溶媒を用いて測定できるが、本発明に係るリン光ドーパントは、任意の溶媒のいずれかにおいて上記リン光量子収率(0.01以上)が達成されればよい。
【0066】
リン光ドーパントの発光は原理としては2種挙げられ、一つはキャリアが輸送されるホスト化合物上でキャリアの再結合が起こって発光性ホスト化合物の励起状態が生成し、このエネルギーをリン光ドーパントに移動させることでリン光ドーパントからの発光を得るというエネルギー移動型である。もう一つはリン光ドーパントがキャリアトラップとなり、リン光ドーパント上でキャリアの再結合が起こり、リン光ドーパントからの発光が得られるというキャリアトラップ型である。いずれの場合においても、リン光ドーパントの励起状態のエネルギーはホスト化合物の励起状態のエネルギーよりも低いことが条件である。
【0067】
ここで、本発明者らは、上記本発明の目的を達成するために鋭意研究を重ねた結果、有機EL素子の有機層に、前記一般式(1)及び一般式(2)で表される、同系色に発光する少なくとも2種のリン光ドーパントをのうち、1種は三つの配位子が同一であり、他の1種は配位子が2種の配位子からなり、その2種の配位子のうちの1種が前記三つの配位子と同じ構造の配位子であることで、有機EL素子の高寿命化を達成するだけでなく、驚くべきことに高電流下での寿命・色度安定性の改善という課題を解決できることを見いだした。
【0068】
(一般式(1)及び一般式(2)で表されるリン光ドーパント)
本発明の有機EL素子は、少なくとも2種のリン光ドーパントを含有する発光層を有し、なくとも2種のリン光ドーパントのうちの1種は前記一般式(1)で表されるリン光ドーパントであり、他の1種は前記一般式(2)で表されるリン光ドーパントである。
【0069】
一般式(1)及び一般式(2)において、X1は炭素原子が共有結合によってMに結合しているそれぞれ置換基を有してもよい芳香族炭化水素環又は芳香族複素環を表し、Y1は窒素原子又はカルベン炭素原子によってMに配位結合している、置換基を有してもよい芳香族複素環を表し、複数のX1及びY1は同じでも異なっていてもよい。X1で表される芳香族炭化水素環又は芳香族複素環としては、芳香族炭化水素環としては、例えば、ベンゼン環、ビフェニル環、ナフタレン環、アズレン環、アントラセン環、フェナントレン環、ピレン環、クリセン環、ナフタセン環、トリフェニレン環、o−テルフェニル環、m−テルフェニル環、p−テルフェニル環、アセナフテン環、コロネン環、フルオレン環、フルオラントレン環、ナフタセン環、ペンタセン環、ペリレン環、ペンタフェン環、ピセン環、ピレン環、ピラントレン環、アンスラアントレン環等が挙げられる。
【0070】
芳香族複素環としては、例えば、シロール環、フラン環、チオフェン環、オキサゾール環、ピロール環、ピリジン環、ピリダジン環、ピリミジン環、ピラジン環、トリアジン環、オキサジアゾール環、トリアゾール環、イミダゾール環、ピラゾール環、チアゾール環、インドール環、ベンズイミダゾール環、ベンズチアゾール環、ベンズオキサゾール環、キノキサリン環、キナゾリン環、フタラジン環、チエノチオフェン環、カルバゾール環、アザカルバゾール環(カルバゾール環を構成する炭素原子の任意の一つ以上が窒素原子で置き換わったものを表す)、ジベンゾシロール環、ジベンゾフラン環、ジベンゾチオフェン環、ベンゾチオフェン環やジベンゾフラン環を構成する炭素原子の任意の一つ以上が窒素原子で置き換わった環、ベンゾジフラン環、ベンゾジチオフェン環、アクリジン環、ベンゾキノリン環、フェナジン環、フェナントリジン環、フェナントロリン環、サイクラジン環、キンドリン環、テペニジン環、キニンドリン環、トリフェノジチアジン環、トリフェノジオキサジン環、フェナントラジン環、アントラジン環、ペリミジン環、ナフトフラン環、ナフトチオフェン環、ナフトジフラン環、ナフトジチオフェン環、アントラフラン環、アントラジフラン環、アントラチオフェン環、アントラジチオフェン環、チアントレン環、フェノキサチイン環、ジベンゾカルバゾール環、インドロカルバゾール環、ジチエノベンゼン環等が挙げられる。
【0071】
1で表される芳香族複素環としては、前述の芳香族複素環のうち、窒素原子を含む芳香族複素環又はカルベン炭素原子によってMに配位結合可能な芳香族複素環が挙げられる。
【0072】
具体的には例えば、イミダゾール、ピラゾール、トリアゾール、オキサゾール、オキサジアゾール、チアゾール、チアジアゾール、ピリジン、ピリミジン、ピリダジン、ピラジン、トリアジン、又はこれらを環の一部として含む、例えばベンズイミダゾールなどの縮合芳香族複素環が挙げられるが、本発明はこれらに限定されるわけではない。
【0073】
Mは、元素周期表の8族〜10族の遷移金属元素(単に遷移金属ともいう)を表すが、中でも、イリジウムが好ましい。L1はV1、V2と共に2座の配位子を形成する原子群を表す。V1−L1−V2で表される2座の配位子の具体例としては、例えば、フェニルピリジン、フェニルピラゾール、フェニルイミダゾール、フェニルトリアゾール、フェニルテトラゾール、ピラザボール、ピコリン酸及びアセチルアセトン等が挙げられる。これらの2座の配位子は上記の置換基によって更に置換されていてもよい。
【0074】
一般式(1)及び(2)において、m及びnは、1又は2の整数を表し、m+n=3である。
【0075】
(一般式(3)及び一般式(4)で表されるリン光ドーパント)
一般式(3)及び一般式(4)において、X2は炭素原子が共有結合によってMに結合している芳香族炭化水素環又は芳香族複素環を表し、Y2は窒素原子又はカルベン炭素原子によってMに配位結合している芳香族複素環を表す。Z1及びZ2は芳香族炭化水素環又は芳香族複素環を表す。
【0076】
は、炭素原子を表し、共有結合によりMに結合しており、VとLの一部とでXと同じ芳香族炭化水素環又はXと同じ芳香族複素環を形成している。Vは、窒素原子又はカルベン炭素原子を表し、Mに配位結合しており、VとLの一部とでYと同じ芳香族炭化水素環又はYと同じ芳香族複素環を形成している。なお、一般式(4)において、Irに配位している三つの配位子が同じになることはない。
【0077】
2で表される芳香族炭化水素環又は芳香族複素環としては、芳香族炭化水素環としては、例えば、ベンゼン環、ビフェニル環、ナフタレン環、アズレン環、アントラセン環、フェナントレン環、ピレン環、クリセン環、ナフタセン環、トリフェニレン環、o−テルフェニル環、m−テルフェニル環、p−テルフェニル環、アセナフテン環、コロネン環、フルオレン環、フルオラントレン環、ナフタセン環、ペンタセン環、ペリレン環、ペンタフェン環、ピセン環、ピレン環、ピラントレン環、アンスラアントレン環等が挙げられる。
【0078】
芳香族複素環としては、例えば、シロール環、フラン環、チオフェン環、オキサゾール環、ピロール環、ピリジン環、ピリダジン環、ピリミジン環、ピラジン環、トリアジン環、オキサジアゾール環、トリアゾール環、イミダゾール環、ピラゾール環、チアゾール環、インドール環、ベンズイミダゾール環、ベンズチアゾール環、ベンズオキサゾール環、キノキサリン環、キナゾリン環、フタラジン環、チエノチオフェン環、カルバゾール環、アザカルバゾール環(カルバゾール環を構成する炭素原子の任意の一つ以上が窒素原子で置き換わったものを表す)、ジベンゾシロール環、ジベンゾフラン環、ジベンゾチオフェン環、ベンゾチオフェン環やジベンゾフラン環を構成する炭素原子の任意の一つ以上が窒素原子で置き換わった環、ベンゾジフラン環、ベンゾジチオフェン環、アクリジン環、ベンゾキノリン環、フェナジン環、フェナントリジン環、フェナントロリン環、サイクラジン環、キンドリン環、テペニジン環、キニンドリン環、トリフェノジチアジン環、トリフェノジオキサジン環、フェナントラジン環、アントラジン環、ペリミジン環、ナフトフラン環、ナフトチオフェン環、ナフトジフラン環、ナフトジチオフェン環、アントラフラン環、アントラジフラン環、アントラチオフェン環、アントラジチオフェン環、チアントレン環、フェノキサチイン環、ジベンゾカルバゾール環、インドロカルバゾール環、ジチエノベンゼン環等が挙げられる。
【0079】
2で表される芳香族複素環としては、前述の芳香族複素環の内、窒素原子を含む芳香族複素環又はカルベン炭素原子によってMに配位結合可能な芳香族複素環が挙げられる。
【0080】
具体的には例えば、イミダゾール、ピラゾール、トリアゾール、オキサゾール、オキサジアゾール、チアゾール、チアジアゾール、ピリジン、ピリミジン、ピリダジン、ピラジン、トリアジン、又はこれらを環の一部として含む、例えばベンズイミダゾールなどの縮合芳香族複素環が挙げられるが、本発明はこれらに限定されるわけではない。
【0081】
1及びZ2は芳香族炭化水素環又は芳香族複素環を表す。Z1及びZ2で表される芳香族炭化水素環又は芳香族複素環としては、前述の芳香族炭化水素環又は芳香族複素環が挙げられる。Z1とZ2とは同じでも異なっていてもよい。
【0082】
Mは、元素周期表の8族〜10族の遷移金属元素(単に遷移金属ともいう)を表すが、中でも、イリジウムが好ましい。
【0083】
p=0又は1、q=0又は1、ただし、p=q≠0である。
【0084】
また、m及びnは1又は2の整数を表し、m+n=3である。
【0085】
(一般式(5)及び一般式(6)で表されるリン光ドーパント)
前記一般式(5)及び(6)において、R1で表される置換基としては、例えばアルキル基(例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、tert−ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、オクチル基、ドデシル基、トリデシル基、テトラデシル基、ペンタデシル基等)、シクロアルキル基(例えば、シクロペンチル基、シクロヘキシル基等)、アルケニル基(例えば、ビニル基、アリル基等)、アルキニル基(例えば、エチニル基、プロパルギル基等)、芳香族炭化水素環基(芳香族炭素環基、アリール基等ともいい、例えば、フェニル基、p−クロロフェニル基、メシチル基、トリル基、キシリル基、ナフチル基、アントリル基、アズレニル基、アセナフテニル基、フルオレニル基、フェナントリル基、インデニル基、ピレニル基、ビフェニリル基等)、芳香族複素環基(例えば、ピリジル基、ピリミジニル基、フリル基、ピロリル基、イミダゾリル基、ベンゾイミダゾリル基、ピラゾリル基、ピラジニル基、トリアゾリル基(例えば、1,2,4−トリアゾール−1−イル基、1,2,3−トリアゾール−1−イル基等)、オキサゾリル基、ベンゾオキサゾリル基、チアゾリル基、イソオキサゾリル基、イソチアゾリル基、フラザニル基、チエニル基、キノリル基、ベンゾフリル基、ジベンゾフリル基、ベンゾチエニル基、ジベンゾチエニル基、インドリル基、カルバゾリル基、カルボリニル基、ジアザカルバゾリル基(前記カルボリニル基のカルボリン環を構成する炭素原子の一つが窒素原子で置き換わったものを示す)、キノキサリニル基、ピリダジニル基、トリアジニル基、キナゾリニル基、フタラジニル基等)、複素環基(例えば、ピロリジル基、イミダゾリジル基、モルホリル基、オキサゾリジル基等)、アルコキシ基(例えば、メトキシ基、エトキシ基、プロピルオキシ基、ペンチルオキシ基、ヘキシルオキシ基、オクチルオキシ基、ドデシルオキシ基等)、シクロアルコキシ基(例えば、シクロペンチルオキシ基、シクロヘキシルオキシ基等)、アリールオキシ基(例えば、フェノキシ基、ナフチルオキシ基等)、アルキルチオ基(例えば、メチルチオ基、エチルチオ基、プロピルチオ基、ペンチルチオ基、ヘキシルチオ基、オクチルチオ基、ドデシルチオ基等)、シクロアルキルチオ基(例えば、シクロペンチルチオ基、シクロヘキシルチオ基等)、アリールチオ基(例えば、フェニルチオ基、ナフチルチオ基等)、アルコキシカルボニル基(例えば、メチルオキシカルボニル基、エチルオキシカルボニル基、ブチルオキシカルボニル基、オクチルオキシカルボニル基、ドデシルオキシカルボニル基等)、アリールオキシカルボニル基(例えば、フェニルオキシカルボニル基、ナフチルオキシカルボニル基等)、スルファモイル基(例えば、アミノスルホニル基、メチルアミノスルホニル基、ジメチルアミノスルホニル基、ブチルアミノスルホニル基、ヘキシルアミノスルホニル基、シクロヘキシルアミノスルホニル基、オクチルアミノスルホニル基、ドデシルアミノスルホニル基、フェニルアミノスルホニル基、ナフチルアミノスルホニル基、2−ピリジルアミノスルホニル基等)、アシル基(例えば、アセチル基、エチルカルボニル基、プロピルカルボニル基、ペンチルカルボニル基、シクロヘキシルカルボニル基、オクチルカルボニル基、2−エチルヘキシルカルボニル基、ドデシルカルボニル基、フェニルカルボニル基、ナフチルカルボニル基、ピリジルカルボニル基等)、アシルオキシ基(例えば、アセチルオキシ基、エチルカルボニルオキシ基、ブチルカルボニルオキシ基、オクチルカルボニルオキシ基、ドデシルカルボニルオキシ基、フェニルカルボニルオキシ基等)、アミド基(例えば、メチルカルボニルアミノ基、エチルカルボニルアミノ基、ジメチルカルボニルアミノ基、プロピルカルボニルアミノ基、ペンチルカルボニルアミノ基、シクロヘキシルカルボニルアミノ基、2−エチルヘキシルカルボニルアミノ基、オクチルカルボニルアミノ基、ドデシルカルボニルアミノ基、フェニルカルボニルアミノ基、ナフチルカルボニルアミノ基等)、カルバモイル基(例えば、アミノカルボニル基、メチルアミノカルボニル基、ジメチルアミノカルボニル基、プロピルアミノカルボニル基、ペンチルアミノカルボニル基、シクロヘキシルアミノカルボニル基、オクチルアミノカルボニル基、2−エチルヘキシルアミノカルボニル基、ドデシルアミノカルボニル基、フェニルアミノカルボニル基、ナフチルアミノカルボニル基、2−ピリジルアミノカルボニル基等)、ウレイド基(例えば、メチルウレイド基、エチルウレイド基、ペンチルウレイド基、シクロヘキシルウレイド基、オクチルウレイド基、ドデシルウレイド基、フェニルウレイド基ナフチルウレイド基、2−ピリジルアミノウレイド基等)、スルフィニル基(例えば、メチルスルフィニル基、エチルスルフィニル基、ブチルスルフィニル基、シクロヘキシルスルフィニル基、2−エチルヘキシルスルフィニル基、ドデシルスルフィニル基、フェニルスルフィニル基、ナフチルスルフィニル基、2−ピリジルスルフィニル基等)、アルキルスルホニル基(例えば、メチルスルホニル基、エチルスルホニル基、ブチルスルホニル基、シクロヘキシルスルホニル基、2−エチルヘキシルスルホニル基、ドデシルスルホニル基等)、アリールスルホニル基又はヘテロアリールスルホニル基(例えば、フェニルスルホニル基、ナフチルスルホニル基、2−ピリジルスルホニル基等)、アミノ基(例えば、アミノ基、エチルアミノ基、ジメチルアミノ基、ブチルアミノ基、シクロペンチルアミノ基、2−エチルヘキシルアミノ基、ドデシルアミノ基、アニリノ基、ナフチルアミノ基、2−ピリジルアミノ基等)、シアノ基、ニトロ基、ヒドロキシ基、メルカプト基、シリル基(例えば、トリメチルシリル基、トリイソプロピルシリル基、トリフェニルシリル基、フェニルジエチルシリル基等)等が挙げられる。R1同士が環を形成してもよい。
【0086】
これらの置換基のうち、好ましいものはアルキル基又はアリール基であり、更に好ましいものは無置換のアルキル基又はアリール基である。
【0087】
一般式(5)及び(6)において、Z3により形成される5員環〜7員環としては、例えば、ベンゼン環、ナフタレン環、ピリジン環、ピリミジン環、ピロール環、チオフェン環、ピラゾール環、イミダゾール環、オキサゾール環及びチアゾール環等が挙げられる。これらのうちで好ましいものは、ベンゼン環である。
【0088】
一般式(5)及び(6)において、B1〜B5は、各々CR2、N、NR3、O又はSを表す。R2及びR3は水素原子又は置換基を表す。置換基としては、一般式(5)及び一般式(6)で記載したRで表される置換基と同じものを挙げることができる。B1〜B5により形成される含窒素複素環としては縮合環でも単環でもよいが、好ましくは単環であり、更に好ましくは単環の含窒素芳香族複素環が好ましい。前記単環の含窒素芳香族複素環としては、例えば、ピロール環、ピラゾール環、イミダゾール環、トリアゾール環、テトラゾール環、オキサゾール環、イソオキサゾール環、チアゾール環、イソチアゾール環、オキサジアゾール環及びチアジアゾー環ル等が挙げられる。中でも好ましいものは、ピラゾール環、イミダゾール環であり、特に好ましいのは、イミダゾール環である。
【0089】
これらの環は上記のRで表される置換基によって更に置換されていてもよい。置換基として好ましいものは無置換アルキル基及び無置換アリール基である。
【0090】
一般式(5)及び(6)において、L1はV1及びV2とともに2座の配位子を形成する原子群を表す。
【0091】
1−L1−V2で表される2座の配位子の具体例としては、例えば、フェニルピリジン、フェニルピラゾール、フェニルイミダゾール、フェニルトリアゾール、フェニルテトラゾール、ピラザボール、ピコリン酸及びアセチルアセトン等が挙げられる。これらの2座の配位子は上記のRで表される置換基によって更に置換されていてもよい。
【0092】
一般式(5)及び(6)において、m及びnは1又は2の整数を表し、m+n=3である。
【0093】
一般式(5)及び(6)において、Mは、元素周期表の8族〜10族の遷移金属元素(単に遷移金属ともいう)を表すが、中でも、イリジウムが好ましい。
【0094】
なお、一般式(5)及び(6)で表されるリン光ドーパントは、重合性基又は反応性基を有していてもよく、有していなくてもよい。
【0095】
(一般式(7)及び(8)で表されるリン光ドーパント)
本発明に係るリン光ドーパントは前記一般式(7)及び(8)で表されるイリジウム錯体であることが好ましい。
【0096】
一般式(7)及び(8)において、環Am、環An、環Bm及び環Bnは5員又は6員の芳香族炭化水素環又は芳香族複素環を表す。一般式(7)及び(8)において、環Am、環An、環Bm及び環Bnで表される5員又は6員の芳香族炭化水素環としては、例えば、ベンゼン環が挙げられる。
【0097】
一般式(7)及び(8)において、環An、環Am、環Bn及び環Bmで表される5員又は6員の芳香族複素環としては、例えば、フラン環、チオフェン環、オキサゾール環、ピロール環、ピリジン環、ピリダジン環、ピリミジン環、ピラジン環、トリアジン環、オキサジアゾール環、トリアゾール環、イミダゾール環、ピラゾール環、チアゾール環等が挙げられる。好ましくは環Bn及びBmの少なくとも一方がベンゼン環であり、より好ましくは環An及びAmの少なくとも一方がベンゼン環である。
【0098】
一般式(7)及び(8)において、Arは、芳香族炭化水素環、芳香族複素環、非芳香族炭化水素環又は非芳香族複素環を表す。
【0099】
一般式(7)及び(8)において、Arで表される芳香族炭化水素環としては、例えば、ベンゼン環、ビフェニル環、ナフタレン環、アズレン環、アントラセン環、フェナントレン環、ピレン環、クリセン環、ナフタセン環、トリフェニレン環、o−テルフェニル環、m−テルフェニル環、p−テルフェニル環、アセナフテン環、コロネン環、フルオレン環、フルオラントレン環、ナフタセン環、ペンタセン環、ペリレン環、ペンタフェン環、ピセン環、ピレン環、ピラントレン環、アンスラアントレン環等が挙げられる。
【0100】
一般式(7)及び(8)において、Arで表される芳香族複素環としては、例えば、シロール環、フラン環、チオフェン環、オキサゾール環、ピロール環、ピリジン環、ピリダジン環、ピリミジン環、ピラジン環、トリアジン環、オキサジアゾール環、トリアゾール環、イミダゾール環、ピラゾール環、チアゾール環、インドール環、ベンズイミダゾール環、ベンズチアゾール環、ベンズオキサゾール環、キノキサリン環、キナゾリン環、フタラジン環、チエノチオフェン環、カルバゾール環、アザカルバゾール環(カルバゾール環を構成する炭素原子の任意の一つ以上が窒素原子で置き換わったものを表す)、ジベンゾシロール環、ジベンゾフラン環、ジベンゾチオフェン環、ベンゾチオフェン環やジベンゾフラン環を構成する炭素原子の任意の一つ以上が窒素原子で置き換わった環、ベンゾジフラン環、ベンゾジチオフェン環、アクリジン環、ベンゾキノリン環、フェナジン環、フェナントリジン環、フェナントロリン環、サイクラジン環、キンドリン環、テペニジン環、キニンドリン環、トリフェノジチアジン環、トリフェノジオキサジン環、フェナントラジン環、アントラジン環、ペリミジン環、ナフトフラン環、ナフトチオフェン環、ナフトジフラン環、ナフトジチオフェン環、アントラフラン環、アントラジフラン環、アントラチオフェン環、アントラジチオフェン環、チアントレン環、フェノキサチイン環、ジベンゾカルバゾール環、インドロカルバゾール環、ジチエノベンゼン環等が挙げられる。
【0101】
一般式(7)及び(8)において、Arで表される非芳香族炭化水素環としては、例えば、シクロアルカン(例えば、シクロペンタン環、シクロヘキサン環等)、シクロアルコキシ基(例えば、シクロペンチルオキシ基、シクロヘキシルオキシ基等)、シクロアルキルチオ基(例えば、シクロペンチルチオ基、シクロヘキシルチオ基等)、シクロヘキシルアミノスルホニル基、テトラヒドロナフタレン環、9,10−ジヒドロアントラセン環、ビフェニレン環等が挙げられる。
【0102】
一般式(7)及び(8)において、Arで表される非芳香族複素環としては、例えば、エポキシ環、アジリジン環、チイラン環、オキセタン環、アゼチジン環、チエタン環、テトラヒドロフラン環、ジオキソラン環、ピロリジン環、ピラゾリジン環、イミダゾリジン環、オキサゾリジン環、テトラヒドロチオフェン環、スルホラン環、チアゾリジン環、ε−カプロラクトン環、ε−カプロラクタム環、ピペリジン環、ヘキサヒドロピリダジン環、ヘキサヒドロピリミジン環、ピペラジン環、モルホリン環、テトラヒドロピラン環、1,3−ジオキサン環、1,4−ジオキサン環、トリオキサン環、テトラヒドロチオピラン環、チオモルホリン環、チオモルホリン−1,1−ジオキシド環、ピラノース環、ジアザビシクロ[2,2,2]−オクタン環、フェノキサジン環、フェノチアジン環、オキサントレン環、チオキサンテン環、フェノキサチイン環等が挙げられる。
【0103】
一般式(7)及び(8)において、Arで表されるこれらの環は、置換基を有していてもよく、更に当該置換基同士が互いに結合して環を形成してもよい。一般式(7)及び(8)において、Arは、好ましくは芳香族炭化水素環又は芳香族複素環であり、より好ましくは芳香族炭化水素環であり、更に好ましくはベンゼン環である。
【0104】
一般式(7)及び(8)において、R1m及びR2mは、それぞれ独立に、炭素数2以上のアルキル基、芳香族炭化水素環基、芳香族複素環基、非芳香族炭化水素環基又は非芳香族複素環基を表し、更に置換基を有していても良い。一般式(7)及び(8)において、R1m及びR2mで表されるアルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、トリフルオロメチル基、イソプロピル基、n−ブチル基、t−ブチル基、n−ヘキシル基、2−メチルヘキシル基、ペンチル基、アダマンチル基、n−デシル基、n−ドデシル基等が挙げられる。一般式(7)及び(8)において、R1m及びR2mで表される芳香族炭化水素環基、芳香族複素環基、非芳香族炭化水素環基又は非芳香族複素環基としては、上述の一般式(1)においてArで表される芳香族炭化水素環、芳香族複素環、非芳香族炭化水素環又は非芳香族複素環から導出される1価の基が挙げられる。
【0105】
一般式(7)及び(8)において、R1m及びR2mで表される炭素数2以上のアルキル基、芳香族炭化水素環基、芳香族複素環基、非芳香族炭化水素環基又は非芳香族複素環基が更に有していても良い置換基としては、例えば、ハロゲン原子、シアノ基、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アルコキシ基、アミノ基、シリル基、アリールアルキル基、アリール基、ヘテロアリール基、非芳香族炭化水素環基又は非芳香族複素環基等が挙げられる。
【0106】
一般式(7)及び(8)においては、R1m及びR2mが共に炭素原子数2以上のアルキル基又はシクロアルキル基であることが好ましく、また、R1m及びR2mのいずれか一方が炭素原子数3以上の分岐アルキル基であることも好ましい。また、R1m及びR2mが共に炭素原子数3以上の分岐アルキル基であることが更に好ましい。又はR1はRaが結合して環を形成しても良い。
【0107】
一般式(7)及び(8)において、R1n、R2n、R1m及びR2mは、上述の一般式(5)におけるR1と同義である。
【0108】
一般式(7)及び(8)において、Ra、Rb及びRcはそれぞれ独立に水素原子、水酸基、ハロゲン原子、シアノ基、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アルコキシ基、アミノ基、シリル基、チオール基、アリールアルキル基、アリール基、ヘテロアリール基、非芳香族炭化水素環基又は非芳香族複素環基を表し、更に置換基を有していても良く、RaはArと環を形成していても良い。
【0109】
一般式(7)及び(8)において、Ra、Rb及びRcで表されるアリール基及びヘテロアリール基としては、上述の一般式(7)及び(8)においてArで表される芳香族炭化水素環及び芳香族複素環から導出される1価の基が挙げられる。
【0110】
一般式(7)及び(8)において、Ra、Rb及びRcで表される非芳香族炭化水素環基及び非芳香族複素環基としては、上述の一般式(7)及び(8)においてArで表される非芳香族炭化水素環及び非芳香族複素環から導出される1価の基が挙げられる。
【0111】
一般式(7)及び(8)において、na及びncは1又は2を表し、nbは1〜4の整数を表す。一般式(7)及び(8)において、m+nは3である。
【0112】
なお、一般式(8)において、Irに配位している三つの配位子の構造が全て同じであることはない。
【0113】
(一般式(9)で表されるリン光ドーパント)
上述の一般式(8)で表されるリン光ドーパントは、前記一般式(9)で表されるイリジウム錯体であることが好ましい。
【0114】
一般式(9)において、Ar、R1m、R2m、R1n、R2n、Ra、Rc、na、nc、m及びnは、一般式(8)におけるAr、R1m、R2m、R1n、R2n、Ra、Rc、na、nc、m及びnと同義である。なお、一般式(9)において、Irに配位している三つの配位子の構造が全て同じであることはない。
【0115】
また、本発明に係る一般式(8)及び(9)で各々表されるイリジウム錯体は、国際公開第2006/121811号等に記載の公知の方法を参照することにより合成可能である。
【0116】
(一般式(10)で表されるリン光ドーパント)
上述の一般式(8)で表されるリン光ドーパントは、前記一般式(10)で表されるイリジウム錯体であることが好ましい。
【0117】
一般式(10)において、R1m、R2m、R1n、R2n、Ra、Rc、na、nc、m及びnは、一般式(8)におけるR1m、R2m、R1n、R2n、Ra、Rc、na、nc、m及びnと同義である。一般式(10)において、Ra3は、一般式(8)におけるRa、Rb及びRcと同義である。
【0118】
一般式(10)において、nR3は、1〜5の整数を表す。なお、一般式(10)において、Irに配位している三つの配位子の構造が全て同じであることはない。
【0119】
(一般式(11)で表されるリン光ドーパント)
上述の一般式(8)で表されるリン光ドーパントは、前記一般式(11)で表されるイリジウム錯体であることが好ましい。
【0120】
一般式(11)において、R1m、R2m、R1n、R2n、Ra、Rc、na、nc、m及びnは、一般式(8)におけるR1m、R2m、R1n、R2n、Ra、Rc、na、nc、m及びnと同義である。一般式(11)において、Ra3は、一般式(8)におけるRa、Rb及びRcと同義である。一般式(11)において、nR3は、1〜4の整数を表す。
【0121】
一般式(11)において、Xは、O、S、SiRz1Rz2、NRz1、CRz1Rz2を表し、Rz1及びRz2は水素原子又はアルキル基、芳香族炭化水素環基、芳香族複素環基、非芳香族炭化水素環基又は非芳香族複素環基を表す。Rz1及びRz2で表される芳香族炭化水素環基、芳香族複素環基、非芳香族炭化水素環基又は非芳香族複素環基としては、上述の一般式(8)においてArで表される芳香族炭化水素環、芳香族複素環、非芳香族炭化水素環又は非芳香族炭化水素環から導出される1価の基が挙げられる。
【0122】
(一般式(12)で表されるリン光ドーパント)
上述の一般式(8)で表されるリン光ドーパントは、前記一般式(12)で表されるイリジウム錯体であることが好ましい。
【0123】
一般式(12)において、R1m、R2m、R1n、R2n、Ra、Rc、na、nc、m及びnは、一般式(8)におけるR1m、R2m、R1n、R2n、Ra、Rc、na、nc、m及びnと同義である。
【0124】
一般式(12)において、Ra3は、一般式(8)におけるRa、Rb及びRcと同義である。一般式(12)において、nR3及びXは、一般式(10)におけるnRa及びXと同義である。
【0125】
以下に、一般式(2)、(4)、(6)及び(8)〜(12)で表される化合物の具体例を挙げるが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【0126】
【化9】
【0127】
【化10】
【0128】
【化11】
【0129】
【化12】
【0130】
【化13】
【0131】
【化14】
【0132】
【化15】
【0133】
【化16】
【0134】
【化17】
【0135】
【化18】
【0136】
【化19】
【0137】
【化20】
【0138】
【化21】
【0139】
【化22】
【0140】
【化23】
【0141】
【化24】
【0142】
【化25】
【0143】
以下に、一般式(1)、(3)、(5)、(7)及び(9′)で表される化合物の具体例を挙げるが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【0144】
【化26】
【0145】
【化27】
【0146】
【化28】
【0147】
【化29】
【0148】
【化30】
【0149】
【化31】
【0150】
【化32】
【0151】
【化33】
【0152】
【化34】
【0153】
さらに、以下に記載のドーパントも使用することができる。
【0154】
【化35】
【0155】
【化36】
【0156】
本発明における2種以上のリン光発光ドーパント化合物は同系色に発光することが好ましい。同系色とは、本発明に係る2種のリン光ドーパントの発光スペクトルの極大発光波長の差が50nm以下であることをいう。極大発光波長とは、発光スペクトルにおいて最大の発光強度を示す波長をいう。青色リン光ドーパントの場合は発光極大波長が440〜499nm範囲内、緑色リン光ドーパントの場合は発光極大波長が500〜569nm範囲内、赤色リン光ドーパントの場合は発光極大波長が570〜650nm範囲内が好ましい。上記2種のリン光ドーパントの発光スペクトルの極大発光波長の差は、好ましくは30nm以下であり、より好ましくは0〜10nmである。
【0157】
本発明において、少なくとも2種のリン光ドーパントは青色に発光することが好ましい。発光ホストからリン光ドーパントへのエネルギー移動の観点から、発光ホストとリン光ドーパントの励起状態のエネルギーが近い青色リン光ドーパントを用いた場合に最も効果が高い。
【0158】
また、本発明における2種以上のリン光ドーパントのHOMO(最高被占分子軌道)のエネルギーの差、又はLUMO(最低空分子軌道)のエネルギーの差が、それぞれ0.10eV以内であることが好ましい。0.10eV以内とすることで目的の高輝度下での寿命・色度安定性を更に向上するだけでなく、更なる低駆動電圧化を達成できる。
【0159】
更に、本発明における少なくとも2種以上のリン光ドーパントは、発光層中のドーパントの総量に対しそれぞれ5〜95%含むことで目的の効果を顕著に発現することができる。
【0160】
(発光ホスト化合物)
本発明において発光ホスト化合物(発光ホスト、ホスト化合物ともいう)は、発光層に含有される化合物の内で、その層中での質量比が20%以上であり、かつ室温(25℃)においてリン光発光のリン光量子収率が、0.1未満の化合物と定義される。好ましくはリン光量子収率が0.01未満である。また、発光層に含有される化合物の中で、その層中での質量比が20%以上であることが好ましい。
【0161】
本発明に用いることができる発光ホストとしては、特に制限はなく、従来有機EL素子で用いられる化合物を用いることができるが、本発明の有機EL素子の発光層の青色リン光発光ドーパントに対するホストとして特に好ましいものは、下記一般式(H1)で表される化合物である。
【0162】
一般式(H1)
m−Ln
式中、Lは置換していても良い縮合した芳香族複素環、Qは置換していても良い芳香族炭化水素環又は芳香族複素環であり、n、mはそれぞれ1〜3の整数である。nが2以上の時は、Lは互いに異なっていても良く、mが2以上の時は、Qは互いに異なっていても良い。
【0163】
一般式(H1)において、Qで表される置換していても良い芳香族炭化水素環又は芳香族複素環としては、前述の一般式(7)においてArで表される芳香族炭化水素環及び芳香族複素環が挙げられる。
【0164】
Qの置換基としては後述の一般式(H2)におけるR’及びR”で表される置換基等が挙げられる。
【0165】
一般式(H1)において、Lで表される置換していても良い縮合した芳香族複素環としては、インドール環、ベンズイミダゾール環、ベンズチアゾール環、ベンズオキサゾール環、キノキサリン環、キナゾリン環、フタラジン環、チエノチオフェン環、3環以上の環が縮合してなる芳香族複素環(ここで、3環以上の環が縮合してなる縮合芳香族複素環としては、N、O及びSから選択されたヘテロ原子を、縮合環を構成する元素として含有する芳香族複素縮合環であることが好ましく、具体的には、カルバゾール環、アザカルバゾール環(カルバゾール環を構成する炭素原子の任意の一つ以上が窒素原子で置き換わったものを表す)、ジベンゾシロール環、ジベンゾフラン環、ジベンゾチオフェン環、ベンゾチオフェン環やジベンゾフラン環を構成する炭素原子の任意の一つ以上が窒素原子で置き換わった環、ベンゾジフラン環、ベンゾジチオフェン環、アクリジン環、ベンゾキノリン環、フェナジン環、フェナントリジン環、フェナントロリン環、サイクラジン環、キンドリン環、テペニジン環、キニンドリン環、トリフェノジチアジン環、トリフェノジオキサジン環、フェナントラジン環、アントラジン環、ペリミジン環、ナフトフラン環、ナフトチオフェン環、ナフトジフラン環、ナフトジチオフェン環、アントラフラン環、アントラジフラン環、アントラチオフェン環、アントラジチオフェン環、チアントレン環、フェノキサチイン環、ジベンゾカルバゾール環、インドロカルバゾール環、ジチエノベンゼン環等)等が挙げられる。
【0166】
Lの置換基としては後述の一般式(H2)におけるR’及びR”で表される置換基等が挙げられる。
【0167】
一般式(H1)において、n及びmはそれぞれ1〜3の整数である。nが2以上の時は、Lは互いに異なっていても良く、mが2以上の時は、Qは互いに異なっていても良い。より好ましくはm+nが3以上である。
【0168】
一般式(H1)で表される化合物は、分子内に下記一般式(H2)で表される構造を有する。
【0169】
【化37】
【0170】
一般式(H2)において、AはO原子、S原子、NR’基又はCR”=CR”を表し、A11〜A23はN原子又はCR”を表す。好ましくはAがO原子、S原子又はNR’基である。また、好ましくはA11〜A23が全てCR”である。
【0171】
一般式(H2)において、R’及びR”は他の基との連結部位、水素原子又は置換基を表し、CR”が複数ある場合、各々のCR”は同じでも異なっていても良く、また複数のR”が互いに結合して環を形成してもよい。
【0172】
一般式(H2)において、R’及びR”で表される置換基としては、例えばアルキル基、アルケニル基、アルキニル基、非芳香族炭化水素環基、非芳香族複素環基、芳香族炭化水素基、芳香族複素環基、アルコキシ基、アリールオキシ基、アルキルチオ基、アリールチオ基、アルコキシカルボニル基、アリールオキシカルボニル基、スルファモイル基、アシル基、アシルオキシ基、アミド基、カルバモイル基、ウレイド基、スルフィニル基、アルキルスルホニル基、アリールスルホニル基、ヘテロアリールスルホニル基、アミノ基、ハロゲン原子、フッ化炭化水素基、シアノ基、ニトロ基、ヒドロキシ基、メルカプト基、シリル基及びホスホノ基等が挙げられる。
【0173】
また、経時安定性や、素子作製時の生産適性の点からホスト化合物のTg(ガラス転移温度)が高い方が好ましく、好ましくは一般式(H1)で表される化合物のTgは100℃以上であり、より好ましくは120℃以上であり、さらに好ましくは130℃以上である。
【0174】
一般式(H1)で表される化合物は同時に用いられる青色リン光発光性有機金属錯体よりも高い最低励起三重項エネルギー(T1)を有することが好ましく、より好ましくは化合物のT1が2.7eV以上であり、さらに好ましくは2.75eV以上であり、2.8eV以上であることがより好ましい。
【0175】
ここで、一般式(H1)で表される化合物のT1の値は、米国Gaussian社製の分子軌道計算用ソフトウェアであるGaussian98(Gaussian98、Revision A.11.4,M.J.Frisch,et al,Gaussian, Inc., Pittsburgh PA, 2002.) を用いて計算した時の値であり、キーワードとしてB3LYP/6−31G*を用いて構造最適化を行うことにより算出した値(eV単位換算値)と定義する。この計算値が有効な背景には、この手法で求めた計算値と実験値の相関が高いためである。
【0176】
また、一般式(H1)で表される化合物は分子量が500以上2000以下であることが好ましく、より好ましくは700以上1500以下である。
【0177】
一般式(H1)で表される化合物は、特開2013-045923号公報に記載されている化合物の中から選ぶことができる。
【0178】
また、ホスト化合物としては、従来公知の化合物を一般式(H1)で表される化合物と併用してもよい。併用してもよい化合物としては、代表的にはカルバゾール誘導体、トリアリールアミン誘導体、芳香族誘導体、含窒素複素環化合物、チオフェン誘導体、フラン誘導体、オリゴアリーレン化合物等の基本骨格を有するもの、又は、カルボリン誘導体やジアザカルバゾール誘導体(ここで、ジアザカルバゾール誘導体とは、カルボリン誘導体のカルボリン環を構成する炭化水素環の少なくとも一つの炭素原子が窒素原子で置換されているものを表す。)等が挙げられる。
【0179】
本発明に用いることができる公知の発光ホストとしては正孔輸送能、電子輸送能を有しつつ、かつ、発光の長波長化を防ぎ、なおかつ高Tg(ガラス転移温度)である化合物が好ましい。より好ましくはTgが100℃以上である。
【0180】
発光ホストを複数種用いることで、電荷の移動を調整することが可能であり、有機EL素子を高効率化することができる。
【0181】
また、前記リン光ドーパントとして用いられる公知の化合物を複数種用いることで、異なる発光を混ぜることが可能となり、これにより任意の発光色を得ることができる。
【0182】
また、本発明に用いられる発光ホストとしては、低分子化合物でも、繰り返し単位をもつ高分子化合物でもよく、ビニル基やエポキシ基のような重合性基を有する低分子化合物(重合性発光ホスト)でもよく、このような化合物を1種又は複数種用いても良い。
【0183】
公知の発光ホストの具体例としては、例えば、以下の文献に記載の化合物が挙げられる。
【0184】
特開2001−257076号公報、同2002−308855号公報、同2001−313179号公報、同2002−319491号公報、同2001−357977号公報、同2002−334786号公報、同2002−8860号公報、同2002−334787号公報、同2002−15871号公報、同2002−334788号公報、同2002−43056号公報、同2002−334789号公報、同2002−75645号公報、同2002−338579号公報、同2002−105445号公報、同2002−343568号公報、同2002−141173号公報、同2002−352957号公報、同2002−203683号公報、同2002−363227号公報、同2002−231453号公報、同2003−3165号公報、同2002−234888号公報、同2003−27048号公報、同2002−255934号公報、同2002−260861号公報、同2002−280183号公報、同2002−299060号公報、同2002−302516号公報、同2002−305083号公報、同2002−305084号公報、同2002−308837号公報、米国特許公開第20030175553号、米国特許公開第20060280965号、米国特許公開第20050112407号、米国特許公開第20090017330号、米国特許公開第20090030202号、米国特許公開第20050238919号、国際公開第2001039234号、国際公開第2009021126号、国際公開第2008056746号、国際公開第2004093207号、国際公開第2005089025号、国際公開第2007063796号、国際公開第2007063754号、国際公開第2004107822号、国際公開第2005030900号、国際公開第2006114966号、国際公開第2009086028号、国際公開第2009003898号、国際公開第2012023947号、特開2008−074939号、特開2007−254297号、EP2034538等。
【0185】
《注入層:正孔注入層、電子注入層》
注入層は必要に応じて設け、電子注入層と正孔注入層があり、上記の如く陽極と発光層又は正孔輸送層の間、及び陰極と発光層又は電子輸送層との間に存在させてもよい。
【0186】
注入層とは、駆動電圧低下や発光輝度向上のために電極と有機層間に設けられる層のことで、「有機EL素子とその工業化最前線(1998年11月30日エヌ・ティー・エス社発行)」の第2編第2章「電極材料」(123頁〜166頁)に詳細に記載されており、正孔注入層(陽極バッファー層ともいう)と電子注入層(陰極バッファー層ともいう)とがある。
【0187】
陽極バッファー層(正孔注入層)は、特開平9−45479号公報、同9−260062号公報、同8−288069号公報等にもその詳細が記載されており、具体例として、銅フタロシアニンに代表されるフタロシアニンバッファー層、酸化バナジウムに代表される酸化物バッファー層、アモルファスカーボンバッファー層、ポリアニリン(エメラルディン)やポリチオフェン等の導電性高分子を用いた高分子バッファー層、トリス(2−フェニルピリジン)イリジウム錯体等に代表されるオルトメタル化錯体層等が挙げられる。
【0188】
陰極バッファー層(電子注入層)は、特開平6−325871号公報、同9−17574号公報、同10−74586号公報等にもその詳細が記載されており、具体的にはストロンチウムやアルミニウム等に代表される金属バッファー層、フッ化リチウム、フッ化ナトリウムやフッ化カリウム等に代表されるアルカリ金属化合物バッファー層、フッ化マグネシウムに代表されるアルカリ土類金属化合物バッファー層、酸化アルミニウムに代表される酸化物バッファー層等が挙げられる。上記バッファー層(注入層)はごく薄い膜であることが望ましく、素材にもよるがその膜厚は0.1nm〜5μmの範囲が好ましい。
【0189】
また、陽極バッファー層及び陰極バッファー層に用いられる材料は、他の材料と併用して用いることも可能であり、例えば正孔輸送層や電子輸送層中に混合して用いることも可能である。
【0190】
《正孔輸送層》
正孔輸送層とは正孔を輸送する機能を有する正孔輸送材料からなり、広い意味で正孔注入層、電子阻止層も正孔輸送層に含まれる。正孔輸送層は単層又は複数層設けることができる。
【0191】
正孔輸送材料としては、正孔の注入又は輸送、電子の障壁性のいずれかを有するものであり、有機物、無機物のいずれであってもよい。例えば、トリアゾール誘導体、オキサジアゾール誘導体、イミダゾール誘導体、ポリアリールアルカン誘導体、ピラゾリン誘導体及びピラゾロン誘導体、フェニレンジアミン誘導体、アリールアミン誘導体、アミノ置換カルコン誘導体、オキサゾール誘導体、スチリルアントラセン誘導体、フルオレノン誘導体、ヒドラゾン誘導体、スチルベン誘導体、シラザン誘導体、アニリン系共重合体、また導電性高分子オリゴマー、特にチオフェンオリゴマー等が挙げられる。
【0192】
正孔輸送材料としては上記のものを使用することができるが、ポルフィリン化合物、芳香族第3級アミン化合物及びスチリルアミン化合物、特に芳香族第3級アミン化合物を用いることが好ましい。
【0193】
芳香族第3級アミン化合物及びスチリルアミン化合物の代表例としては、N,N,N′,N′−テトラフェニル−4,4′−ジアミノフェニル;N,N′−ジフェニル−N,N′−ビス(3−メチルフェニル)−〔1,1′−ビフェニル〕−4,4′−ジアミン(TPD);2,2−ビス(4−ジ−p−トリルアミノフェニル)プロパン;1,1−ビス(4−ジ−p−トリルアミノフェニル)シクロヘキサン;N,N,N′,N′−テトラ−p−トリル−4,4′−ジアミノビフェニル;1,1−ビス(4−ジ−p−トリルアミノフェニル)−4−フェニルシクロヘキサン;ビス(4−ジメチルアミノ−2−メチルフェニル)フェニルメタン;ビス(4−ジ−p−トリルアミノフェニル)フェニルメタン;N,N′−ジフェニル−N,N′−ジ(4−メトキシフェニル)−4,4′−ジアミノビフェニル;N,N,N′,N′−テトラフェニル−4,4′−ジアミノジフェニルエーテル;4,4′−ビス(ジフェニルアミノ)クオードリフェニル;N,N,N−トリ(p−トリル)アミン;4−(ジ−p−トリルアミノ)−4′−〔4−(ジ−p−トリルアミノ)スチリル〕スチルベン;4−N,N−ジフェニルアミノ−(2−ジフェニルビニル)ベンゼン;3−メトキシ−4′−N,N−ジフェニルアミノスチルベンゼン;N−フェニルカルバゾール、更には米国特許第5,061,569号明細書に記載されている2個の縮合芳香族環を分子内に有するもの、例えば、4,4′−ビス〔N−(1−ナフチル)−N−フェニルアミノ〕ビフェニル(NPD)、特開平4−308688号公報に記載されているトリフェニルアミンユニットが三つスターバースト型に連結された4,4′,4″−トリス〔N−(3−メチルフェニル)−N−フェニルアミノ〕トリフェニルアミン(MTDATA)等が挙げられる。
【0194】
更にこれらの材料を高分子鎖に導入した、又はこれらの材料を高分子の主鎖とした高分子材料を用いることもできる。
【0195】
また、p型−Si、p型−SiC等の無機化合物も正孔注入材料、正孔輸送材料として使用することができる。
【0196】
また、銅フタロシアニンやトリス(2−フェニルピリジン)イリジウム錯体等に代表されるシクロメタル化錯体やオルトメタル化錯体等も正孔輸送材料として使用することができる。
【0197】
また、特開平11−251067号公報、J.Huang et.al.著文献(Applied Physics Letters 80(2002),p.139)に記載されているような、いわゆるp型正孔輸送材料を用いることもできる。本発明においては、より高効率の発光素子が得られることからこれらの材料を用いることが好ましい。
【0198】
正孔輸送層の膜厚については特に制限はないが、通常は5nm〜5μm程度、好ましくは5nm〜200nmの範囲内である。この正孔輸送層は上記材料の1種又は2種以上からなる一層構造であってもよい。
【0199】
また、不純物をドープしたp性の高い正孔輸送層を用いることもできる。その例としては、特開平4−297076号公報、特開2000−196140号公報、同2001−102175号公報の各公報、J.Appl.Phys.,95,5773(2004)等に記載されたものが挙げられる。
【0200】
本発明においては、このようなp性の高い正孔輸送層を用いることが、より低消費電力の素子を作製することができるため好ましい。
【0201】
本発明に係る有機EL素子の正孔注入層及び正孔輸送層の形成に好ましく用いられる化合物は、ほかに公知の化合物を用いることができる。
【0202】
本発明の有機EL素子に用いられる、公知の好ましい正孔輸送材料の具体例としては、上記で挙げた文献の他、以下の文献に記載の化合物等が挙げられるが、本発明はこれらに限定されない。
【0203】
例えば、Appl.Phys.Lett.69,2160(1996)、J.Lumin.72−74,985(1997)、Appl.Phys.Lett.78,673(2001)、Appl.Phys.Lett.90,183503(2007)、Appl.Phys.Lett.90,183503(2007)、Appl.Phys.Lett.51,913(1987)、Synth.Met.87,171(1997)、Synth.Met.91,209(1997)、Synth.Met.111,421(2000)、SID Symposium Digest,37,923(2006)、J.Mater.Chern.3,319(1993)、Adv.Mater.6,677(1994)、Chern.Mater.15,3148(2003)、米国特許公開第20030162053号、米国特許公開第20020158242号、米国特許公開第20060240279号、米国特許公開第20080220265号、米国特許第5061569号、国際公開第2007002683号、国際公開第2009018009号、EP650955、米国特許公開第20080124572号、米国特許公開第20070278938号、米国特許公開第20080106190号、米国特許公開第20080018221号、国際公開第2012115034号、特表2003−519432号公報、特開2006−135145号、米国特許出願番号13/585981号等である。
【0204】
《電子輸送層》
電子輸送層とは電子を輸送する機能を有する材料からなり、広い意味で電子注入層、正孔阻止層も電子輸送層に含まれる。電子輸送層は単層若しくは複数層を設けることができる。
【0205】
電子輸送層は陰極より注入された電子を発光層に伝達する機能を有していればよく、電子輸送層の構成材料としては従来公知の化合物の中から任意のものを選択し併用することも可能である。
【0206】
電子輸送層に用いられる従来公知の材料(以下、電子輸送材料という)の例としては、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、ナフタレンペリレン等の多環芳香族炭化水素、複素環テトラカルボン酸無水物、カルボジイミド、フレオレニリデンメタン誘導体、アントラキノジメタン及びアントロン誘導体、オキサジアゾール誘導体、カルボリン誘導体、又は、該カルボリン誘導体のカルボリン環を構成する炭化水素環の炭素原子の少なくとも一つが窒素原子で置換されている環構造を有する誘導体、ヘキサアザトリフェニレン誘導体等が挙げられる。
【0207】
更に、上記オキサジアゾール誘導体において、オキサジアゾール環の酸素原子を硫黄原子に置換したチアジアゾール誘導体、電子吸引性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。
【0208】
これらの材料を高分子鎖に導入した、又はこれらの材料を高分子の主鎖とした高分子材料を用いることもできる。
【0209】
また、8−キノリノール誘導体の金属錯体、例えば、トリス(8−キノリノール)アルミニウム(Alq)、トリス(5,7−ジクロロ−8−キノリノール)アルミニウム、トリス(5,7−ジブロモ−8−キノリノール)アルミニウム、トリス(2−メチル−8−キノリノール)アルミニウム、トリス(5−メチル−8−キノリノール)アルミニウム、ビス(8−キノリノール)亜鉛(Znq)等、及びこれらの金属錯体の中心金属がIn、Mg、Cu、Ca、Sn、Ga又はPbに置き替わった金属錯体も電子輸送材料として用いることができる。
【0210】
その他、メタルフリー若しくはメタルフタロシアニン、又はそれらの末端がアルキル基やスルホン酸基等で置換されているものも電子輸送材料として用いることができる。
【0211】
また、n型−Si、n型−SiC等の無機半導体も電子輸送材料として用いることができる。
【0212】
電子輸送層は電子輸送材料を、例えば、真空蒸着法、湿式法(ウェットプロセスともいい、例えば、スピンコート法、キャスト法、ダイコート法、ブレードコート法、ロールコート法、インクジェット法、印刷法、スプレーコート法、カーテンコート法、LB法(ラングミュア・ブロジェット(Langmuir Blodgett法)等を挙げることができる。))等により、薄膜化することにより形成することが好ましい。
【0213】
電子輸送層の膜厚については特に制限はないが、通常は5nm〜5000nm程度、好ましくは5nm〜200nmの範囲内である。この電子輸送層は上記材料の1種又は2種以上からなる一層構造であってもよい。
【0214】
また、金属錯体やハロゲン化金属など金属化合物等のn型ドーパントをドープして用いてもよい。
【0215】
本発明の有機EL素子に用いられる、公知の好ましい電子輸送材料の具体例としては、以下の文献に記載の化合物等が挙げられるが、本発明はこれらに限定されない。
【0216】
米国特許第6528187号 、米国特許第7230107号、米国特許公開第20050025993号 、米国特許公開第20040036077号 、米国特許公開第20090115316号 、米国特許公開第20090101870号 、米国特許公開第20090179554号 、国際公開第2003060956号、国際公開第2008132085号、Appl.Phys.Lett.75,4(1999)、Appl.Phys.Lett.79,449(2001)、Appl.Phys.Lett.81,162(2002)、Appl.Phys.Lett.81,162(2002)、Appl.Phys.Lett.79,156(2001)、米国特許第7964293号 、米国特許公開第2009030202号 、国際公開第2004080975号 、国際公開第2004063159号、国際公開第2005085387号、国際公開第2006067931号、国際公開第2007086552号、国際公開第2008114690号、国際公開第2009069442号 、国際公開第2009066779号 、国際公開第2009054253号、国際公開第2011086935号 、国際公開第2010150593号 、国際公開第2010047707号 、EP2311826号 、特開2010−251675号 、特開2009−209133号 、特開2009−124114号 、特開2008−277810号 、特開2006−156445号 、特開2005−340122号 、特開2003−45662号 、特開2003−31367号 、特開2003−282270号、国際公開第2012115034号、等である。
【0217】
《阻止層:正孔阻止層、電子阻止層》
阻止層は、上記の如く有機化合物薄膜の基本構成層の他に必要に応じて設けられるものである。例えば、特開平11−204258号公報、同11−204359号公報、及び「有機EL素子とその工業化最前線(1998年11月30日エヌ・ティー・エス社発行)」の237頁等に記載されている正孔阻止(ホールブロック)層がある。
【0218】
正孔阻止層とは広い意味では電子輸送層の機能を有し、電子を輸送する機能を有しつつ正孔を輸送する能力が著しく小さい正孔阻止材料からなり、電子を輸送しつつ正孔を阻止することで電子と正孔の再結合確率を向上させることができる。
【0219】
また、前述の電子輸送層の構成を必要に応じて、本発明に係わる正孔阻止層として用いることができる。
【0220】
本発明の有機EL素子の正孔阻止層は、発光層に隣接して設けられていることが好ましい。
【0221】
正孔阻止層には、カルバゾール誘導体、アザカルバゾール誘導体(ここで、アザカルバゾール誘導体とは、カルバゾール環を構成する炭素原子の一つ以上が窒素原子で置き換わったものを示す)、ピリジン誘導体など、含窒素化合物を含有することが好ましい。
【0222】
また、本発明においては、複数の発光色の異なる複数の発光層を有する場合、その発光極大波長が最も短波にある発光層が、全発光層中、最も陽極に近いことが好ましいが、このような場合、該最短波層と該層の次に陽極に近い発光層との間に正孔阻止層を追加して設けることが好ましい。
【0223】
更には、該位置に設けられる正孔阻止層に含有される化合物の50質量%以上が、前記最短波発光層のホスト化合物に対しそのイオン化ポテンシャルが0.3eV以上大きいことが好ましい。
【0224】
ドーパントやホスト化合物のHOMO(最高被占分子軌道)及びLUMO(最低空分子軌道)値は以下のようにして求めることができる。
【0225】
米国Gaussian社製の分子軌道計算用ソフトウェアであるGaussian03(Gaussian03、Revision D02,M.J.Frisch,et al,Gaussian,Inc.,Wallingford CT,2004.)を用い、ホスト化合物はキーワードとしてB3LYP/6−31G*を用い、リン光発光性ドーパント化合物はB3LYP/LanL2DZを用いて、対象とする分子構造の構造最適化を行うことにより、HOMO及びLUMOを算出する(eV単位換算値)。この計算値が有効な背景には、この手法で求めた計算値と実験値の相関が高いことが知られている。
【0226】
一方、電子阻止層とは広い意味では正孔輸送層の機能を有し、正孔を輸送する機能を有しつつ電子を輸送する能力が著しく小さい材料からなり、正孔を輸送しつつ電子を阻止することで電子と正孔の再結合確率を向上させることができる。
【0227】
また、前述の正孔輸送層の構成を必要に応じて電子阻止層として用いることができる。本発明に係る正孔阻止層、電子阻止層の膜厚としては、好ましくは3nm〜100nmであり、更に好ましくは3nm〜30nmの範囲内である。
【0228】
《陽極》
有機EL素子における陽極としては、仕事関数の大きい(4eV以上)金属、合金、電気伝導性化合物及びこれらの混合物を電極物質とするものが好ましく用いられる。このような電極物質の具体例としては、Au等の金属、CuI、インジウムチンオキシド(ITO)、SnO2、ZnO等の導電性透明材料が挙げられる。
【0229】
また、IDIXO(In23−ZnO)等非晶質で透明導電膜を作製可能な材料を用いてもよい。陽極はこれらの電極物質を蒸着やスパッタリング等の方法により薄膜を形成させ、フォトリソグラフィー法で所望の形状のパターンを形成してもよく、あるいはパターン精度を余り必要としない場合は(100μm以上程度)、上記電極物質の蒸着やスパッタリング時に所望の形状のマスクを介してパターンを形成してもよい。
【0230】
あるいは、有機導電性化合物のように塗布可能な物質を用いる場合には、印刷方式、コーティング方式等湿式成膜法を用いることもできる。この陽極より発光を取り出す場合には、透過率を10%より大きくすることが望ましく、また陽極としてのシート抵抗は数百Ω/□以下が好ましい。更に膜厚は材料にもよるが、通常10〜1000nm、好ましくは10〜200nmの範囲で選ばれる。
【0231】
《陰極》
一方、陰極としては仕事関数の小さい(4eV以下)金属(電子注入性金属と称する)、合金、電気伝導性化合物及びこれらの混合物を電極物質とするものが用いられる。
【0232】
このような電極物質の具体例としては、ナトリウム、ナトリウム−カリウム合金、マグネシウム、リチウム、マグネシウム/銅混合物、マグネシウム/銀混合物、マグネシウム/アルミニウム混合物、マグネシウム/インジウム混合物、アルミニウム/酸化アルミニウム(Al23)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。
【0233】
これらの中で、電子注入性及び酸化等に対する耐久性の点から、電子注入性金属とこれより仕事関数の値が大きく安定な金属である第二金属との混合物、例えば、マグネシウム/銀混合物、マグネシウム/アルミニウム混合物、マグネシウム/インジウム混合物、アルミニウム/酸化アルミニウム(Al23)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。
【0234】
陰極はこれらの電極物質を蒸着やスパッタリング等の方法により薄膜を形成させることにより、作製することができる。また、陰極としてのシート抵抗は数百Ω/□以下が好ましく、膜厚は通常10nm〜5μm、好ましくは50nm〜200nmの範囲で選ばれる。
【0235】
なお、発光した光を透過させるため、有機EL素子の陽極又は陰極のいずれか一方が透明又は半透明であれば発光輝度が向上し好都合である。
【0236】
また、陰極に上記金属を1〜20nmの範囲内の膜厚で作製した後に、陽極の説明で挙げた導電性透明材料をその上に作製することで、透明又は半透明の陰極を作製することができ、これを応用することで陽極と陰極の両方が透過性を有する素子を作製することができる。
【0237】
《支持基板》
本発明の有機EL素子に用いることのできる支持基板(以下、基体、基板、基材、支持体等ともいう)としては、ガラス、プラスチック等の種類には特に限定はなく、また透明であっても不透明であってもよい。支持基板側から光を取り出す場合には、支持基板は透明であることが好ましい。
【0238】
好ましく用いられる透明な支持基板としては、ガラス、石英、透明樹脂フィルムを挙げることができる。特に好ましい支持基板は、有機EL素子にフレキシブル性を与えることが可能な樹脂フィルムである。
【0239】
樹脂フィルムとしては、例えば、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート(PEN)等のポリエステル、ポリエチレン、ポリプロピレン、セロファン、セルロースジアセテート、セルローストリアセテート、セルロースアセテートブチレート、セルロースアセテートプロピオネート(CAP)、セルロースアセテートフタレート(TAC)、セルロースナイトレート等のセルロースエステル類又はそれらの誘導体、ポリ塩化ビニリデン、ポリビニルアルコール、ポリエチレンビニルアルコール、シンジオタクティックポリスチレン、ポリカーボネート、ノルボルネン樹脂、ポリメチルペンテン、ポリエーテルケトン、ポリイミド、ポリエーテルスルホン(PES)、ポリフェニレンスルフィド、ポリスルホン類、ポリエーテルイミド、ポリエーテルケトンイミド、ポリアミド、フッ素樹脂、ナイロン、ポリメチルメタクリレート、アクリルあるいはポリアリレート類、アートン(商品名JSR社製)あるいはアペル(商品名三井化学社製)といったシクロオレフィン系樹脂等を挙げられる。
【0240】
樹脂フィルムの表面には、無機物、有機物の被膜又はその両者のハイブリッド被膜が形成されていてもよく、JIS K 7129−1992に準拠した方法で測定された、水蒸気透過度(25±0.5℃、相対湿度(90±2)%RH)が0.01g/(m2・24h)以下のバリア性フィルムであることが好ましく、更には、JIS K 7126−1987に準拠した方法で測定された酸素透過度が、10-3ml/(m2・24h・MPa)以下、水蒸気透過度が、10-5g/(m2・24h)以下の高バリア性フィルムであることが好ましい。
【0241】
バリア膜を形成する材料としては、水分や酸素等素子の劣化をもたらすものの浸入を抑制する機能を有する材料であればよく、例えば、酸化ケイ素、二酸化ケイ素、窒化ケイ素等を用いることができる。
【0242】
更に該膜の脆弱性を改良するために、これら無機層と有機材料からなる層の積層構造を持たせることがより好ましい。無機層と有機層の積層順については特に制限はないが、両者を交互に複数回積層させることが好ましい。
【0243】
バリア膜の形成方法については特に限定はなく、例えば、真空蒸着法、スパッタリング法、反応性スパッタリング法、分子線エピタキシー法、クラスターイオンビーム法、イオンプレーティング法、プラズマ重合法、大気圧プラズマ重合法、プラズマCVD法、レーザーCVD法、熱CVD法、コーティング法等を用いることができるが、特開2004−68143号公報に記載されているような大気圧プラズマ重合法によるものが特に好ましい。
【0244】
不透明な支持基板としては、例えば、アルミ、ステンレス等の金属板、フィルムや不透明樹脂基板、セラミック製の基板等が挙げられる。
【0245】
本発明の有機EL素子の発光の室温における外部取り出し効率は、1%以上であることが好ましく、より好ましくは5%以上である。
【0246】
ここに、外部取り出し量子効率(%)=有機EL素子外部に発光した光子数/有機EL素子に流した電子数×100である。
【0247】
また、カラーフィルター等の色相改良フィルター等を併用しても、有機EL素子からの発光色を蛍光体を用いて多色へ変換する色変換フィルターを併用してもよい。色変換フィルターを用いる場合においては、有機EL素子の発光のλmaxは480nm以下が好ましい。
【0248】
《有機EL素子の製造方法》
有機EL素子の製造方法の一例として、陽極/正孔注入層/正孔輸送層/発光層/正孔阻止層/電子輸送層/陰極バッファー層(電子注入層)/陰極からなる素子の製造方法について説明する。
【0249】
まず、適当な基体上に所望の電極物質、例えば、陽極用物質からなる薄膜を1μm以下、好ましくは10〜200nmの範囲内の膜厚になるように形成させ、陽極を作製する。
【0250】
次に、この上に素子材料である正孔注入層、正孔輸送層、発光層、正孔阻止層、電子輸送層、陰極バッファー層等の有機化合物を含有する薄膜を形成させる。
【0251】
本発明のリン光発光性の有機EL素子においては、少なくとも陰極と該陰極に隣接する電子輸送層は、湿式法により塗布・成膜される。
【0252】
湿式法としては、スピンコート法、キャスト法、ダイコート法、ブレードコート法、ロールコート法、インクジェット法、印刷法、スプレーコート法、カーテンコート法、LB法等があるが、精密な薄膜が形成可能で、かつ高生産性の点から、ダイコート法、ロールコート法、インクジェット法、スプレーコート法などのロール・ツー・ロール方式適性の高い方法が好ましい。また、層毎に異なる製膜法を適用してもよい。
【0253】
本発明に係る有機EL材料を溶解又は分散する液媒体としては、例えば、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン等のケトン類、酢酸エチル等の脂肪酸エステル類、ジクロロベンゼン等のハロゲン化炭化水素類、トルエン、キシレン、メシチレン、シクロヘキシルベンゼン等の芳香族炭化水素類、シクロヘキサン、デカリン、ドデカン等の脂肪族炭化水素類、DMF、DMSO等の有機溶媒を用いることができる。
【0254】
また、分散方法としては、超音波、高剪断力分散やメディア分散等の分散方法により分散することができる。
【0255】
これらの層の形成後、その上に陰極用物質からなる薄膜を1μm以下、好ましくは50nm〜200nmの範囲の膜厚になるように形成させ、陰極を設けることにより所望の有機EL素子が得られる。
【0256】
また、順序を逆にして、陰極、陰極バッファー層、電子輸送層、正孔阻止層、発光層、正孔輸送層、正孔注入層、陽極の順に作製することも可能である。
【0257】
このようにして得られた多色の表示装置に、直流電圧を印加する場合には陽極を+、陰極を−の極性として電圧2V〜40V程度を印加すると発光が観測できる。また交流電圧を印加してもよい。なお、印加する交流の波形は任意でよい。
【0258】
本発明の有機EL素子の作製は、一回の真空引きで一貫して正孔注入層から陰極まで作製するのが好ましいが、途中で取り出して異なる製膜法を施しても構わない。その際、作業を乾燥不活性ガス雰囲気下で行うことが好ましい。
【0259】
《封止》
本発明に用いられる封止手段としては、例えば、封止部材と電極、支持基板とを接着剤で接着する方法を挙げることができる。
【0260】
封止部材としては、有機EL素子の表示領域を覆うように配置されておればよく、凹板状でも平板状でもよい。また透明性、電気絶縁性は特に問わない。
【0261】
具体的には、ガラス板、ポリマー板・フィルム、金属板・フィルム等が挙げられる。ガラス板としては、特にソーダ石灰ガラス、バリウム・ストロンチウム含有ガラス、鉛ガラス、アルミノケイ酸ガラス、ホウケイ酸ガラス、バリウムホウケイ酸ガラス、石英等を挙げることができる。
【0262】
また、ポリマー板としては、ポリカーボネート、アクリル、ポリエチレンテレフタレート、ポリエーテルサルファイド、ポリサルフォン等を挙げることができる。金属板としては、ステンレス、鉄、銅、アルミニウム、マグネシウム、ニッケル、亜鉛、クロム、チタン、モリブテン、シリコン、ゲルマニウム及びタンタルからなる群から選ばれる1種以上の金属又は合金からなるものが挙げられる。
【0263】
本発明においては、素子を薄膜化できるということからポリマーフィルム、金属フィルムを好ましく使用することができる。
【0264】
更には、ポリマーフィルムは、JIS K 7126−1987に準拠した方法で測定された酸素透過度が1×10-3ml/(m2・24h・MPa)以下、JIS K 7129−1992に準拠した方法で測定された、水蒸気透過度(25±0.5℃、相対湿度(90±2)%RH)が、1×10-3g/(m2・24h)以下のものであることが好ましい。
【0265】
封止部材を凹状に加工するのは、サンドブラスト加工、化学エッチング加工等が使われる。
【0266】
接着剤として具体的には、アクリル酸系オリゴマー、メタクリル酸系オリゴマーの反応性ビニル基を有する光硬化及び熱硬化型接着剤、2−シアノアクリル酸エステル等の湿気硬化型等の接着剤を挙げることができる。また、エポキシ系等の熱及び化学硬化型(二液混合)を挙げることができる。
【0267】
更に、ホットメルト型のポリアミド、ポリエステル、ポリオレフィンを挙げることができる。また、カチオン硬化タイプの紫外線硬化型エポキシ樹脂接着剤を挙げることができる。
【0268】
なお、有機EL素子が熱処理により劣化する場合があるので、室温から80℃までに接着硬化できるものが好ましい。また、前記接着剤中に乾燥剤を分散させておいてもよい。封止部分への接着剤の塗布は市販のディスペンサーを使ってもよいし、スクリーン印刷のように印刷してもよい。
【0269】
また、有機層を挟み支持基板と対向する側の電極の外側に該電極と有機層を被覆し、支持基板と接する形で無機物、有機物の層を形成し封止膜とすることも好適にできる。
【0270】
この場合、該膜を形成する材料としては、水分や酸素等素子の劣化をもたらすものの浸入を抑制する機能を有する材料であればよく、例えば、酸化ケイ素、二酸化ケイ素、窒化ケイ素等を用いることができる。
【0271】
更に、該膜の脆弱性を改良するために、これら無機層と有機材料からなる層の積層構造を持たせることが好ましい。
【0272】
これらの膜の形成方法については、特に限定はなく、例えば真空蒸着法、スパッタリング法、反応性スパッタリング法、分子線エピタキシー法、クラスターイオンビーム法、イオンプレーティング法、プラズマ重合法、大気圧プラズマ重合法、プラズマCVD法、レーザーCVD法、熱CVD法、コーティング法等を用いることができる。
【0273】
封止部材と有機EL素子の表示領域との間隙には、気相及び液相では、窒素、アルゴン等の不活性気体やフッ化炭化水素、シリコンオイルのような不活性液体を注入することが好ましい。また真空とすることも可能である。また、内部に吸湿性化合物を封入することもできる。
【0274】
吸湿性化合物としては、例えば、金属酸化物(例えば、酸化ナトリウム、酸化カリウム、酸化カルシウム、酸化バリウム、酸化マグネシウム、酸化アルミニウム等)、硫酸塩(例えば、硫酸ナトリウム、硫酸カルシウム、硫酸マグネシウム、硫酸コバルト等)、金属ハロゲン化物(例えば、塩化カルシウム、塩化マグネシウム、フッ化セシウム、フッ化タンタル、臭化セリウム、臭化マグネシウム、沃化バリウム、沃化マグネシウム等)、過塩素酸類(例えば、過塩素酸バリウム、過塩素酸マグネシウム等)等が挙げられ、硫酸塩、金属ハロゲン化物及び過塩素酸類においては無水塩が好ましい。
【0275】
《保護膜、保護板》
有機層を挟み支持基板と対向する側の前記封止膜、あるいは前記封止用フィルムの外側に、素子の機械的強度を高めるために保護膜、あるいは保護板を設けてもよい。特に封止が前記封止膜により行われている場合には、その機械的強度は必ずしも高くないため、このような保護膜、保護板を設けることが好ましい。
【0276】
これに使用することができる材料としては、前記封止に用いたのと同様なガラス板、ポリマー板・フィルム、金属板・フィルム等を用いることができるが、軽量かつ薄膜化ということからポリマーフィルムを用いることが好ましい。
【0277】
《光取り出し》
有機EL素子は空気よりも屈折率の高い(屈折率が1.7〜2.1程度)層の内部で発光し、発光層で発生した光のうち15%から20%程度の光しか取り出せないことが一般的に言われている。これは、臨界角以上の角度θで界面(透明基板と空気との界面)に入射する光は、全反射を起こし素子外部に取り出すことができないことや、透明電極ないし発光層と透明基板との間で光が全反射を起こし、光が透明電極ないし発光層を導波し、結果として光が素子側面方向に逃げるためである。
【0278】
この光の取り出しの効率を向上させる手法としては、例えば、透明基板表面に凹凸を形成し、透明基板と空気界面での全反射を防ぐ方法(米国特許第4774435号明細書)、基板に集光性を持たせることにより効率を向上させる方法(特開昭63−314795号公報)、素子の側面等に反射面を形成する方法(特開平1−220394号公報)、基板と発光体の間に中間の屈折率を持つ平坦層を導入し、反射防止膜を形成する方法(特開昭62−172691号公報)、基板と発光体の間に基板よりも低屈折率を持つ平坦層を導入する方法(特開2001−202827号公報)、基板、透明電極層や発光層のいずれかの層間(含む、基板と外界間)に回折格子を形成する方法(特開平11−283751号公報)等がある。
【0279】
本発明においては、これらの方法を本発明の有機EL素子と組み合わせて用いることができるが、基板と発光体の間に基板よりも低屈折率を持つ平坦層を導入する方法、あるいは基板、透明電極層や発光層のいずれかの層間(含む、基板と外界間)に回折格子を形成する方法を好適に用いることができる。
【0280】
本発明はこれらの手段を組み合わせることにより、更に高輝度あるいは耐久性に優れた素子を得ることができる。
【0281】
透明電極と透明基板の間に低屈折率の媒質を光の波長よりも長い厚さで形成すると、透明電極から出てきた光は、媒質の屈折率が低いほど外部への取り出し効率が高くなる。
【0282】
低屈折率層としては、例えば、エアロゲル、多孔質シリカ、フッ化マグネシウム、フッ素系ポリマー等が挙げられる。透明基板の屈折率は一般に1.5〜1.7程度であるので、低屈折率層は屈折率がおよそ1.5以下であることが好ましい。また、更に1.35以下であることが好ましい。
【0283】
また、低屈折率媒質の厚さは媒質中の波長の2倍以上となるのが望ましい。これは低屈折率媒質の厚さが、光の波長程度になってエバネッセントで染み出した電磁波が基板内に入り込む膜厚になると、低屈折率層の効果が薄れるからである。
【0284】
全反射を起こす界面若しくはいずれかの媒質中に回折格子を導入する方法は、光取り出し効率の向上効果が高いという特徴がある。この方法は回折格子が1次の回折や2次の回折といったいわゆるブラッグ回折により、光の向きを屈折とは異なる特定の向きに変えることができる性質を利用して、発光層から発生した光のうち層間での全反射等により外に出ることができない光を、いずれかの層間若しくは、媒質中(透明基板内や透明電極内)に回折格子を導入することで光を回折させ、光を外に取り出そうとするものである。
【0285】
導入する回折格子は、二次元的な周期屈折率を有することが望ましい。これは発光層で発光する光はあらゆる方向にランダムに発生するので、ある方向にのみ周期的な屈折率分布を持っている一般的な1次元回折格子では、特定の方向に進む光しか回折されず、光の取り出し効率がさほど上がらない。
【0286】
しかしながら、屈折率分布を二次元的な分布にすることにより、あらゆる方向に進む光が回折され、光の取り出し効率が上がる。
【0287】
回折格子を導入する位置としては前述のとおり、いずれかの層間若しくは媒質中(透明基板内や透明電極内)でもよいが、光が発生する場所である有機発光層の近傍が望ましい。
【0288】
このとき、回折格子の周期は媒質中の光の波長の約1/2〜3倍程度が好ましい。
【0289】
回折格子の配列は正方形のラチス状、三角形のラチス状、ハニカムラチス状等、二次元的に配列が繰り返されることが好ましい。
【0290】
《集光シート》
本発明の有機EL素子は基板の光取り出し側に、例えば、マイクロレンズアレイ状の構造を設けるように加工したり、あるいはいわゆる集光シートと組み合わせることにより、特定方向、例えば、素子発光面に対し正面方向に集光することにより、特定方向上の輝度を高めることができる。
【0291】
マイクロレンズアレイの例としては、基板の光取り出し側に一辺が30μmでその頂角が90度となるような四角錐を二次元に配列する。一辺は10〜100μmの範囲内が好ましい。これより小さくなると回折の効果が発生して色付く、大きすぎると厚さが厚くなり好ましくない。
【0292】
集光シートとしては、例えば、液晶表示装置のLEDバックライトで実用化されているものを用いることが可能である。このようなシートとして、例えば、住友スリーエム社製輝度上昇フィルム(BEF)等を用いることができる。
【0293】
プリズムシートの形状としては、例えば、基材に頂角90度、ピッチ50μmの△状のストライプが形成されたものであってもよいし、頂角が丸みを帯びた形状、ピッチをランダムに変化させた形状、その他の形状であってもよい。
【0294】
また、発光素子からの光放射角を制御するために、光拡散板・フィルムを集光シートと併用してもよい。例えば、(株)きもと製拡散フィルム(ライトアップ)等を用いることができる。
【0295】
《用途》
本発明の有機EL素子は、表示デバイス、ディスプレイ、各種発光光源として用いることができる。発光光源として、例えば、照明装置(家庭用照明、車内照明)、時計や液晶用バックライト、看板広告、信号機、光記憶媒体の光源、電子写真複写機の光源、光通信処理機の光源、光センサーの光源等が挙げられるがこれに限定するものではないが、特に液晶表示装置のバックライト、照明用光源としての用途に有効に用いることができる。
【0296】
本発明の有機EL素子においては、必要に応じ成膜時にメタルマスクやインクジェットプリンティング法等でパターニングを施してもよい。パターニングする場合は、電極のみをパターニングしてもよいし、電極と発光層をパターニングしてもよいし、素子全層をパターニングしてもよく、素子の作製においては、従来公知の方法を用いることができる。
【0297】
《表示装置》
本発明の表示装置について説明する。本発明の表示装置は、本発明の有機EL素子を具備したものである。
【0298】
本発明の表示装置は単色でも多色でもよいが、ここでは多色表示装置について説明する。
【0299】
多色表示装置の場合は発光層形成時のみシャドーマスクを設け、一面に蒸着法、キャスト法、スピンコート法、インクジェット法、印刷法等で膜を形成できる。
【0300】
発光層のみパターニングを行う場合、その方法に限定はないが、好ましくは蒸着法、インクジェット法、スピンコート法、印刷法である。
【0301】
表示装置に具備される有機EL素子の構成は、必要に応じて上記の有機EL素子の構成例の中から選択される。
【0302】
また、有機EL素子の製造方法は、上記の本発明の有機EL素子の製造の一態様に示したとおりである。
【0303】
得られた多色表示装置に直流電圧を印加する場合には、陽極を+、陰極を−の極性として電圧2V〜40V程度を印加すると発光が観測できる。また、逆の極性で電圧を印加しても電流は流れずに発光は全く生じない。更に交流電圧を印加する場合には、陽極が+、陰極が−の状態になったときのみ発光する。なお、印加する交流の波形は任意でよい。
【0304】
多色表示装置は、表示デバイス、ディスプレイ、各種発光光源として用いることができる。表示デバイス、ディスプレイにおいて、青、赤、緑発光の3種の有機EL素子を用いることによりフルカラーの表示が可能となる。
【0305】
表示デバイス、ディスプレイとしては、テレビ、パソコン、モバイル機器、AV機器、文字放送表示、自動車内の情報表示等が挙げられる。特に静止画像や動画像を再生する表示装置として使用してもよく、動画再生用の表示装置として使用する場合の駆動方式は単純マトリクス(パッシブマトリクス)方式でもアクティブマトリクス方式でもどちらでもよい。
【0306】
発光光源としては家庭用照明、車内照明、時計や液晶用のバックライト、看板広告、信号機、光記憶媒体の光源、電子写真複写機の光源、光通信処理機の光源、光センサーの光源等が挙げられるが、本発明はこれらに限定されない。
【0307】
以下、本発明の有機EL素子を有する表示装置の一例を図面に基づいて説明する。
【0308】
図1は有機EL素子から構成される表示装置の一例を示した模式図である。有機EL素子の発光により画像情報の表示を行う、例えば、携帯電話等のディスプレイの模式図である。
【0309】
ディスプレイ1は複数の画素を有する表示部A、画像情報に基づいて表示部Aの画像走査を行う制御部B等からなる。
【0310】
制御部Bは表示部Aと電気的に接続され、複数の画素それぞれに外部からの画像情報に基づいて走査信号と画像データ信号を送り、走査信号により走査線毎の画素が画像データ信号に応じて順次発光して画像走査を行って画像情報を表示部Aに表示する。
【0311】
図2は表示部Aの模式図である。
【0312】
表示部Aは基板上に、複数の走査線5及びデータ線6を含む配線部と複数の画素3等とを有する。表示部Aの主要な部材の説明を以下に行う。
【0313】
図においては、画素3の発光した光Lが白矢印方向(下方向)へ取り出される場合を示している。
【0314】
配線部の走査線5及び複数のデータ線6はそれぞれ導電材料からなり、走査線5とデータ線6は格子状に直交して、直交する位置で画素3に接続している(詳細は図示していない)。
【0315】
画素3は走査線5から走査信号が印加されると、データ線6から画像データ信号を受け取り、受け取った画像データに応じて発光する。
【0316】
発光の色が赤領域の画素、緑領域の画素、青領域の画素を適宜同一基板上に並置することによって、フルカラー表示が可能となる。
【0317】
次に、画素の発光プロセスを説明する。
【0318】
図3は画素の回路図である。
【0319】
画素は有機EL素子10、スイッチングトランジスタ11、駆動トランジスタ12、コンデンサ13等を備えている。複数の画素に有機EL素子10として、赤色、緑色、青色発光の有機EL素子を用い、これらを同一基板上に並置することでフルカラー表示を行うことができる。
【0320】
図3において、制御部Bからデータ線6を介してスイッチングトランジスタ11のドレインに画像データ信号が印加される。そして、制御部Bから走査線5を介してスイッチングトランジスタ11のゲートに走査信号が印加されると、スイッチングトランジスタ11の駆動がオンし、ドレインに印加された画像データ信号がコンデンサ13と駆動トランジスタ12のゲートに伝達される。
【0321】
画像データ信号の伝達により、コンデンサ13が画像データ信号の電位に応じて充電されるとともに、駆動トランジスタ12の駆動がオンする。駆動トランジスタ12は、ドレインが電源ライン7に接続され、ソースが有機EL素子10の電極に接続されており、ゲートに印加された画像データ信号の電位に応じて電源ライン7から有機EL素子10に電流が供給される。
【0322】
制御部Bの順次走査により走査信号が次の走査線5に移ると、スイッチングトランジスタ11の駆動がオフする。
【0323】
しかし、スイッチングトランジスタ11の駆動がオフしてもコンデンサ13は充電された画像データ信号の電位を保持するので、駆動トランジスタ12の駆動はオン状態が保たれて、次の走査信号の印加が行われるまで有機EL素子10の発光が継続する。
【0324】
順次走査により次に走査信号が印加されたとき、走査信号に同期した次の画像データ信号の電位に応じて駆動トランジスタ12が駆動して有機EL素子10が発光する。
【0325】
即ち、有機EL素子10の発光は、複数の画素それぞれの有機EL素子10に対して、アクティブ素子であるスイッチングトランジスタ11と駆動トランジスタ12を設けて、複数の画素3それぞれの有機EL素子10の発光を行っている。このような発光方法をアクティブマトリクス方式と呼んでいる。
【0326】
ここで、有機EL素子10の発光は複数の階調電位を持つ多値の画像データ信号による複数の階調の発光でもよいし、2値の画像データ信号による所定の発光量のオン、オフでもよい。また、コンデンサ13の電位の保持は次の走査信号の印加まで継続して保持してもよいし、次の走査信号が印加される直前に放電させてもよい。
【0327】
本発明においては、上述したアクティブマトリクス方式に限らず、走査信号が走査されたときのみデータ信号に応じて有機EL素子を発光させるパッシブマトリクス方式の発光駆動でもよい。
【0328】
図4はパッシブマトリクス方式による表示装置の模式図である。図4において、複数の走査線5と複数の画像データ線6が画素3を挟んで対向して格子状に設けられている。
【0329】
順次走査により走査線5の走査信号が印加されたとき、印加された走査線5に接続している画素3が画像データ信号に応じて発光する。
【0330】
パッシブマトリクス方式では画素3にアクティブ素子がなく、製造コストの低減が計れる。
【0331】
《照明装置》
本発明の照明装置について説明する。本発明の照明装置は上記有機EL素子を有する。
【0332】
本発明の有機EL素子に共振器構造を持たせた有機EL素子として用いてもよく、このような共振器構造を有した有機EL素子の使用目的としては、光記憶媒体の光源、電子写真複写機の光源、光通信処理機の光源、光センサーの光源等が挙げられるが、これらに限定されない。また、レーザー発振をさせることにより上記用途に使用してもよい。
【0333】
また、本発明の有機EL素子は照明用や露光光源のような1種のランプとして使用してもよいし、画像を投影するタイプのプロジェクション装置や、静止画像や動画像を直接視認するタイプの表示装置(ディスプレイ)として使用してもよい。
【0334】
動画再生用の表示装置として使用する場合の駆動方式は、単純マトリクス(パッシブマトリクス)方式でもアクティブマトリクス方式でもどちらでもよい。又は、異なる発光色を有する本発明の有機EL素子を2種以上使用することにより、フルカラー表示装置を作製することが可能である。
【0335】
また、本発明の有機EL材料は照明装置として、実質白色の発光を生じる有機EL素子に適用できる。複数の発光材料により複数の発光色を同時に発光させて混色により白色発光を得る。
【0336】
複数の発光色の組み合わせとしては、青色、緑色、青色の3原色の三つの発光極大波長を含有させたものでもよいし、青色と黄色、青緑と橙色等の補色の関係を利用した二つの発光極大波長を含有したものでもよい。
【0337】
また、複数の発光色を得るための発光材料の組み合わせは、本発明に係る発光ドーパントに加えて、複数のリン光又は蛍光で発光する材料を複数組み合わせたものや蛍光又はリン光で発光する発光材料と、発光材料からの光を励起光として発光する色素材料との組み合わせたもの等いずれでもよいが、本発明に係る白色有機EL素子においては、発光ドーパントを複数組み合わせ混合することもできる。
【0338】
発光層、正孔輸送層あるいは電子輸送層等の形成時のみマスクを設け、マスクにより塗り分ける等単純に配置するだけでよく、他層は共通であるのでマスク等のパターニングは不要であり、一面に蒸着法、キャスト法、スピンコート法、インクジェット法、印刷法等で例えば電極膜を形成でき、生産性も向上する。
【0339】
この方法によれば、複数色の発光素子をアレー状に並列配置した白色有機EL装置と異なり、素子自体が発光白色である。
【0340】
発光層に用いる発光材料としては特に制限はなく、例えば、液晶表示素子におけるバックライトであれば、CF(カラーフィルター)特性に対応した波長範囲に適合するように、本発明に係る金属錯体、また公知の発光材料の中から任意のものを選択して組み合わせて白色化すればよい。
【0341】
《本発明の照明装置の一態様》
本発明の有機EL素子を具備した、本発明の照明装置の一態様について説明する。
【0342】
本発明の有機EL素子の非発光面をガラスケースで覆い、厚さ300μmのガラス基板を封止用基板として用いて、周囲にシール材として、エポキシ系光硬化型接着剤(東亞合成社製ラックストラックLC0629B)を適用し、これを陰極上に重ねて透明支持基板と密着させ、ガラス基板側からUV光を照射して、硬化させて、封止し、図5図6に示すような照明装置を形成することができる。
【0343】
図5は、照明装置の概略図を示し、本発明の有機EL素子101はガラスカバー102で覆われている(なお、ガラスカバーでの封止作業は、有機EL素子101を大気に接触させることなく窒素雰囲気下のグローブボックス(純度99.999%以上の高純度窒素ガスの雰囲気下)で行った。)。
【0344】
図6は、照明装置の断面図を示し、図6において、105は陰極、106は有機EL層、107は透明電極付きガラス基板を示す。
【0345】
なお、ガラスカバー102内には窒素ガス108が充填され、捕水剤109が設けられている。
【実施例】
【0346】
以下、実施例を挙げて本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。なお、実施例において「部」あるいは「%」の表示を用いるが、特に断りがない限り「質量部」あるいは「質量%」を表す。
【0347】
(実施例1)
以下の実施例で用いた化合物の構造を示す。
【0348】
【化38】
【0349】
《有機EL素子1−1の作製》
100mm×100mm×1.1mmのガラス基板上に、陽極としてITO(インジウムチンオキシド)を100nm製膜した基板(NHテクノグラス社製NA45)にパターニングを行った後、このITO透明電極を設けた透明支持基板をイソプロピルアルコールで超音波洗浄し、乾燥窒素ガスで乾燥し、UVオゾン洗浄を5分間行った。
【0350】
この透明支持基板上に、ポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)−ポリスチレンスルホネート(PEDOT/PSS、H.C.スタルク社製、CLEVIO P VP AI 4083)を純水で70%に希釈した溶液を用い、3000rpm、30秒の条件でスピンコート法により薄膜を形成した後、200℃にて1時間乾燥し、膜厚20nmの第1正孔輸送層を設けた。
【0351】
この透明支持基板を市販の真空蒸着装置の基板ホルダーに固定し、一方、モリブデン製抵抗加熱ボートに正孔輸送材料としてα−NPDを200mg入れ、別のモリブデン製抵抗加熱ボートにホスト化合物としてHS−2を200mg入れ、別のモリブデン製抵抗加熱ボートに電子輸送材料としてET−8を200mg入れ、別のモリブデン製抵抗加熱ボートにドーパント化合物としてDP−1を100mg入れ、真空蒸着装置に取り付けた。
【0352】
次いで真空槽を4×10-4Paまで減圧した後、α−NPDの入った前記加熱ボートに通電して加熱し、蒸着速度0.1nm/秒で透明支持基板上に蒸着し、膜厚20nmの第2正孔輸送層を設けた。
【0353】
更に、ホスト化合物としてHS−2とドーパント化合物としてDP−1の入った前記加熱ボートに通電して加熱し、それぞれ蒸着速度0.1nm/秒、0.006nm/秒で前記第2正孔輸送層上に共蒸着して膜厚40nmの発光層を設けた。
【0354】
更にET−8入った前記加熱ボートに通電して加熱し、蒸着速度0.1nm/秒で前記発光層上に蒸着して膜厚30nmの電子輸送層を設けた。
【0355】
なお、蒸着時の基板温度は室温であった。
【0356】
引き続き、フッ化リチウムを蒸着して膜厚0.5nmの陰極バッファー層を形成し、更にアルミニウムを蒸着して膜厚110nmの陰極を形成し、有機EL素子1−1を作製した。
【0357】
《有機EL素子1−2〜1−18の作製》
有機EL素子1−1の作製において、発光層におけるドーパント化合物を表1に記載の化合物に変更した。また、更に別のモリブデン製抵抗加熱ボートに2種目のドーパント化合物を取り付けて、2種類のドーパントの割合(質量比)が表1に示す値となるようにした。
【0358】
それ以外は同様にして、有機EL素子1−2〜1−18を各々作製した。
【0359】
《有機EL素子1−1〜1−18の評価》
得られた有機EL素子1−1〜1−18を評価するに際しては、作製後の各有機EL素子の非発光面をガラスケースで覆い、厚さ300μmのガラス基板を封止用基板として用いて、周囲にシール材としてエポキシ系光硬化型接着剤(東亞合成社製ラックストラックLC0629B)を適用し、これを上記陰極上に重ねて前記透明支持基板と密着させ、ガラス基板側からUV光を照射して硬化させて封止し、図5及び図6に示すような照明装置を作製して評価した。
【0360】
このようにして作製した各サンプルについて下記の評価を行った。
【0361】
(発光寿命)
有機EL素子を室温下、1000cd/cm2と4000cd/cm2の定輝度条件下による連続発光を行い、初期輝度の半分の輝度になるのに要する時間(τ1/2)を測定した。なお、発光寿命は有機EL素子1−1を100と設定する相対値で下記表に示した。
【0362】
〔高電流下での色度安定性〕
色度変動幅は、1000cd/cm2と4000cd/cm2での正面輝度のおけるCIE1931、x、y値の変動最大距離ΔEを各々に下式で求め、ΔE(1000cd/cm2)とΔE(4000cd/cm2)の差を測定した。なお、有機EL素子1−1の結果を相対値として100で表した。値が小さいほど変動が少なく、色度安定性が良好であることを意味する。なお、正面輝度の測定については分光放射輝度計CS−1000(コニカミノルタ(株)製)を用いた。
【0363】
ΔE=(Δx2+Δy21/2
〔駆動電圧〕
有機EL素子を室温、2.5mA/cm2の定電流条件下により駆動した時の電圧を各々測定し、測定結果を下記に示すように有機EL素子1を100として各々相対値で示した。
【0364】
駆動電圧=(各素子の初期駆動電圧/有機EL素子1の初期駆動電圧)×100
この値が小さいほど駆動電圧が低く好ましいことを示す。
【0365】
以下の表で、ΔHOMOはドーパント1のHOMOの値からドーパント2のHOMOの値を引いた差を示した。ΔLUMOは、ドーパント1のLUMOの値からドーパント2のLUMOの値を引いた差を示した。なお、リン光ドーパントが1種の場合、差は表に示していない。
【0366】
なおHOMO及びLUMOの値は、前述したGaussian社の分子軌道計算用ソフトウェアのGaussian03を用いて算出した。
【0367】
評価結果を表1に示す。
【0368】
【表1】
【0369】
表1から明らかなとおり、2種のリン光ドーパントのうち、1種は三つの配位子が同一であり、他の1種は2種の配位子からなり、その2種の配位子のうちの1種が前記三つの配位子と同じ構造の配位子であるリン光ドーパントを併用した有機EL素子は、比較の有機EL素子に比べ、高寿命化だけでなく、高輝度下での寿命・色度安定性が優れていることが明らかである。更に、2種のドーパントのHOMOの差、又は2種のドーパントのLUMOの差を0.1以下とすることで上述した効果だけでなく、駆動電圧にも優れることが明らかである。また、2種のドーパントの割合をドーパントの総量に対しそれぞれ5〜95質量%含むようにすることで、上述した効果は顕著である。
【0370】
(実施例2)
《有機EL素子2−1の作製》
100mm×100mm×1.1mmのガラス基板上に、陽極としてITO(インジウムチンオキシド)を100nm製膜した基板(NHテクノグラス社製NA45)にパターニングを行った後、このITO透明電極を設けた透明支持基板をイソプロピルアルコールで超音波洗浄し、乾燥窒素ガスで乾燥し、UVオゾン洗浄を5分間行った。
【0371】
この透明支持基板を市販の真空蒸着装置の基板ホルダーに固定し、一方、モリブデン製抵抗加熱ボートに正孔注入材料としてHT−30を200mg入れ、モリブデン製抵抗加熱ボートに正孔輸送材料としてα−NPDを200mg入れ、別のモリブデン製抵抗加熱ボートにホスト化合物としてHS−2を200mg入れ、別のモリブデン製抵抗加熱ボートに電子輸送材料としてET−8を200mg入れ、別のモリブデン製抵抗加熱ボートにドーパント化合物としてDP−61を100mg入れ、真空蒸着装置に取り付けた。
【0372】
次いで真空槽を4×10-4Paまで減圧した後、HT−30の入った前記加熱ボートに通電して加熱し、蒸着速度0.1nm/秒で透明支持基板上に蒸着し、膜厚10nmの第2正孔輸送層を設けた。
【0373】
次いで、α−NPDの入った前記加熱ボートに通電して加熱し、蒸着速度0.1nm/秒で透明支持基板上に蒸着し、膜厚20nmの第2正孔輸送層を設けた。
【0374】
更に、ホスト化合物としてHS−2とドーパント化合物としてDP−61の入った前記加熱ボートに通電して加熱し、それぞれ蒸着速度0.1nm/秒、0.006nm/秒で前記第2正孔輸送層上に共蒸着して膜厚40nmの発光層を設けた。
【0375】
更にET−8入った前記加熱ボートに通電して加熱し、蒸着速度0.1nm/秒で前記発光層上に蒸着して膜厚30nmの電子輸送層を設けた。
【0376】
なお、蒸着時の基板温度は室温であった。
【0377】
引き続き、フッ化リチウムを蒸着して膜厚0.5nmの陰極バッファー層を形成し、更にアルミニウムを蒸着して膜厚110nmの陰極を形成し、有機EL素子2−1を作製した。
【0378】
《有機EL素子2−2〜2−7の作製》
有機EL素子2−1の作製において、発光層におけるドーパント化合物を表2に記載の化合物に変更した。また、更に別のモリブデン製抵抗加熱ボートに2種目のドーパント化合物を取り付けて、1種目のドーパント(ドーパント1)と2種目のドーパント(ドーパント2)の割合(質量比)が30:70となるようにした。
【0379】
それ以外は同様にして、有機EL素子2−2〜2−7を各々作製した。
【0380】
《有機EL素子2−1〜2−7の評価》
得られた有機EL素子3−1〜3−7を評価するに際しては、当該有機EL素子を実施例1の有機EL素子1−1〜1−18と同様に封止し、図5図6に示すような照明装置を形成して、同様の評価を行った。
【0381】
【表2】
【0382】
表2から明らかなとおり、2種のリン光ドーパントのうち、1種は全ての配位子が同一であり、他の1種は2種の配位子からなり、その2種の配位子のうちの1種が前記三つの配位子と同じ構造の配位子であるリン光ドーパントを併用した有機EL素子は、比較の有機EL素子に比べ、高寿命化だけでなく、高輝度下での寿命・色度安定性が優れていることが明らかである。
【0383】
(実施例3)
《有機EL素子3−1の作製》
100mm×100mm×1.1mmのガラス基板上に、陽極としてITO(インジウムチンオキシド)を100nm製膜した基板(NHテクノグラス社製NA45)にパターニングを行った後、このITO透明電極を設けた透明支持基板をイソプロピルアルコールで超音波洗浄し、乾燥窒素ガスで乾燥し、UVオゾン洗浄を5分間行った。
【0384】
この透明支持基板を市販の真空蒸着装置の基板ホルダーに固定し、一方、モリブデン製抵抗加熱ボートに正孔注入材料としてHT−30を200mg入れ、モリブデン製抵抗加熱ボートに正孔輸送材料としてα−NPDを200mg入れ、別のモリブデン製抵抗加熱ボートにホスト化合物としてHS−2を200mg入れ、別のモリブデン製抵抗加熱ボートに電子輸送材料としてET−8を200mg入れ、別のモリブデン製抵抗加熱ボートにドーパント化合物としてD−1を100mg入れ、真空蒸着装置に取り付けた。
【0385】
次いで真空槽を4×10-4Paまで減圧した後、HT−30の入った前記加熱ボートに通電して加熱し、蒸着速度0.1nm/秒で透明支持基板上に蒸着し、膜厚10nmの第2正孔輸送層を設けた。
【0386】
次いで、α−NPDの入った前記加熱ボートに通電して加熱し、蒸着速度0.1nm/秒で透明支持基板上に蒸着し、膜厚20nmの第2正孔輸送層を設けた。
【0387】
更に、ホスト化合物としてHS−2とドーパント化合物としてD−1の入った前記加熱ボートに通電して加熱し、それぞれ蒸着速度0.1nm/秒、0.006nm/秒で前記第2正孔輸送層上に共蒸着して膜厚40nmの発光層を設けた。
【0388】
更にET−8入った前記加熱ボートに通電して加熱し、蒸着速度0.1nm/秒で前記発光層上に蒸着して膜厚30nmの電子輸送層を設けた。
【0389】
なお、蒸着時の基板温度は室温であった。
【0390】
引き続き、フッ化リチウムを蒸着して膜厚0.5nmの陰極バッファー層を形成し、更にアルミニウムを蒸着して膜厚110nmの陰極を形成し、有機EL素子3−1を作製した。
【0391】
《有機EL素子3−2〜3−7の作製》
有機EL素子3−1の作製において、発光層におけるドーパント化合物を表3に記載の化合物に変更した。また、更に別のモリブデン製抵抗加熱ボートに2種目のドーパント化合物を取り付けて、1種目のドーパント(ドーパント1)と2種目のドーパント(ドーパント2)の割合(質量比)が30:70となるようにした。
【0392】
それ以外は同様にして、有機EL素子3−2〜3−7を各々作製した。
【0393】
《有機EL素子3−1〜3−7の評価》
得られた有機EL素子3−1〜3−7を評価するに際しては、当該有機EL素子を実施例1の有機EL素子1−1〜1−18と同様に封止し、図5図6に示すような照明装置を形成して、同様の評価を行った。
【0394】
【表3】
【0395】
表3から明らかなとおり、2種のリン光ドーパントのうち、1種は全ての配位子が同一であり、他の1種は2種の配位子からなり、その2種の配位子のうちの1種が前記三つの配位子と同じ構造の配位子であるリン光ドーパントを併用した有機EL素子は、比較の有機EL素子に比べ、高寿命化だけでなく、高輝度下での寿命・色度安定性が優れていることが明らかである。
【0396】
(実施例4)
《有機EL素子4−1の作製》
100mm×100mm×1.1mmのガラス基板上に、陽極としてITO(インジウムチンオキシド)を100nm製膜した基板(NHテクノグラス社製NA45)にパターニングを行った後、このITO透明電極を設けた透明支持基板をイソプロピルアルコールで超音波洗浄し、乾燥窒素ガスで乾燥し、UVオゾン洗浄を5分間行った。
【0397】
この透明支持基板を市販の真空蒸着装置の基板ホルダーに固定し、一方、モリブデン製抵抗加熱ボートに正孔注入材料としてHT−30を200mg入れ、モリブデン製抵抗加熱ボートに正孔輸送材料としてα−NPDを200mg入れ、別のモリブデン製抵抗加熱ボートにホスト化合物としてHS−2を200mg入れ、別のモリブデン製抵抗加熱ボートに電子輸送材料としてET−8を200mg入れ、別のモリブデン製抵抗加熱ボートにドーパント化合物としてD−10を100mg入れ、真空蒸着装置に取り付けた。
【0398】
次いで真空槽を4×10-4Paまで減圧した後、HT−30の入った前記加熱ボートに通電して加熱し、蒸着速度0.1nm/秒で透明支持基板上に蒸着し、膜厚10nmの第2正孔輸送層を設けた。
【0399】
次いで、α−NPDの入った前記加熱ボートに通電して加熱し、蒸着速度0.1nm/秒で透明支持基板上に蒸着し、膜厚20nmの第2正孔輸送層を設けた。
【0400】
更に、ホスト化合物としてHS−2とドーパント化合物としてD−10の入った前記加熱ボートに通電して加熱し、それぞれ蒸着速度0.1nm/秒、0.006nm/秒で前記第2正孔輸送層上に共蒸着して膜厚40nmの発光層を設けた。
【0401】
更にET−8入った前記加熱ボートに通電して加熱し、蒸着速度0.1nm/秒で前記発光層上に蒸着して膜厚30nmの電子輸送層を設けた。
【0402】
なお、蒸着時の基板温度は室温であった。
【0403】
引き続き、フッ化リチウムを蒸着して膜厚0.5nmの陰極バッファー層を形成し、更にアルミニウムを蒸着して膜厚110nmの陰極を形成し、有機EL素子4−1を作製した。
【0404】
《有機EL素子4−2〜4−7の作製》
有機EL素子4−1の作製において、発光層におけるドーパント化合物を表4に記載の化合物に変更した。また、更に別のモリブデン製抵抗加熱ボートに2種目のドーパント化合物を取り付けて、1種目のドーパント(ドーパント1)と2種目のドーパント(ドーパント2)の割合(質量比)が30:70となるようにした。
【0405】
それ以外は同様にして、有機EL素子4−2〜4−7を各々作製した。
【0406】
《有機EL素子4−1〜4−7の評価》
得られた有機EL素子4−1〜4−7を評価するに際しては、当該有機EL素子を実施例1の有機EL素子1−1〜1−18と同様に封止し、図5図6に示すような照明装置を形成して、同様の評価を行った。結果を表4に示す。
【0407】
【表4】
【0408】
表4から明らかなとおり、2種のリン光ドーパントのうち、1種は全ての配位子が同一であり、他の1種は2種の配位子からなり、その2種の配位子のうちの1種が前記三つの配位子と同じ構造の配位子であるリン光ドーパントを併用した有機EL素子は、比較の有機EL素子に比べ、高寿命化だけでなく、高輝度下での寿命・色度安定性が優れていることが明らかである。
【0409】
(実施例5)
《有機EL素子5−1の作製》
100mm×100mm×1.1mmのガラス基板上に、陽極としてITO(インジウムチンオキシド)を100nm成膜した基板(AvanStrate株式会社製、NA−45)にパターニングを行った。その後、このITO透明電極を設けた透明支持基板をイソプロピルアルコールで超音波洗浄し、乾燥窒素ガスで乾燥して、UVオゾン洗浄を5分間行った。
【0410】
この透明支持基板上に、ポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)−ポリスチレンスルホネート(PEDOT/PSS、Bayer株式会社製、Baytron P Al 4083)を純水で70%に希釈した溶液を用い、スピンコート法により薄膜を形成した後、200℃にて1時間乾燥し、膜厚30nmの第1正孔輸送層を設けた。
【0411】
この第1正孔輸送層上に、正孔輸送材料Poly(N,N′−ビス(4−ブチルフェニル)−N,N′−ビス(フェニル))ベンジジン(American Dye Source株式会社製、ADS−254)のクロロベンゼン溶液を用い、スピンコート法により薄膜を形成した。150℃で1時間加熱乾燥し、膜厚40nmの第2正孔輸送層を設けた。
【0412】
この第2正孔輸送層上に、ホスト化合物としてのHS−201を90mgとドーパント化合物としてのDP−1を10mgを酢酸ブチルに溶解させた液を用いて、スピンコート法により薄膜を形成し、120℃で1時間加熱乾燥し、膜厚30nmの発光層を設けた。
【0413】
この発光層上に、電子輸送材料としてのET−11の1−ブタノール溶液を用い、スピンコート法により薄膜を形成し、膜厚20nmの電子輸送層を設けた。
【0414】
この基板を、真空蒸着装置に取付け、真空槽を4×10-4Paまで減圧した。次いで、フッ化リチウムを蒸着して膜厚1.0nmの電子注入層を形成し、アルミニウムを蒸着して膜厚110nmの陰極を形成し、有機EL素子5−1を作製した。
【0415】
《有機EL素子5−2〜5−10の作製》
有機EL素子5−1の作製において、発光層におけるドーパント化合物を表5に記載の化合物に変更した。また、1種目のドーパント(ドーパント1:Dp.1)と2種目のドーパント(ドーパント2:Dp.2)との割合が30:70(質量比)となるようにした。3種目のドーパント(ドーパント3:Dp.3)を用いた場合は、Dp.1:Dp.2:Dp.3=30:50:20(質量比)となるようにした。
【0416】
それ以外は同様にして、有機EL素子5−2〜5−10を各々作製した。
【0417】
《有機EL素子5−1〜5−10の評価》
得られた有機EL素子5−1〜5−10を評価するに際しては、当該有機EL素子を実施例1の有機EL素子1−1〜1−18と同様に封止し、図5図6に示すような照明装置を形成して、同様の評価を行った。
【0418】
【表5】
【0419】
表5から明らかなとおり、少なくとも2種のリン光ドーパントのうち1種は三つの配位子が同一であり、他の1種は2種の配位子からなり、その2種の配位子のうちの1種が前記三つの配位子と同じ構造の配位子であるリン光ドーパントを併用した有機EL素子は、比較の有機EL素子に比べ、高寿命化だけでなく、高輝度下での寿命・色度安定性が優れていることが明らかである。また、本発明に係る3種のドーパントを用いた場合にも同様の効果が得られることが分かる。
【0420】
(実施例6)
《白色発光有機EL素子6−1の作製》
100mm×100mm×1.1mmのガラス基板上に、陽極としてITO(インジウムチンオキシド)を100nm製膜した基板(NHテクノグラス社製NA45)にパターニングを行った後、このITO透明電極を設けた透明支持基板をイソプロピルアルコールで超音波洗浄し、乾燥窒素ガスで乾燥し、UVオゾン洗浄を5分間行った。
【0421】
この透明支持基板上に、ポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)−ポリスチレンスルホネート(PEDOT/PSS、Bayer株式会社製、Baytron P Al 4083)を純水で70%に希釈した溶液を用い、スピンコート法により薄膜を形成した後、200℃にて1時間乾燥し、膜厚30nmの第1正孔輸送層を設けた。
【0422】
この透明支持基板を市販の真空蒸着装置の基板ホルダーに固定し、一方、モリブデン製抵抗加熱ボートに正孔輸送材料としてα−NPDを200mg入れ、別のモリブデン製抵抗加熱ボートにホスト化合物としてHS−201を200mg入れ、別のモリブデン製抵抗加熱ボートに電子輸送材料としてET−11を200mg入れ、別のモリブデン製抵抗加熱ボートにドーパント化合物としてDP−1を100mg入れ、別のモリブデン製抵抗加熱ボートにドーパント化合物としてD−1を100mg入れ、別のモリブデン製抵抗加熱ボートにドーパント化合物としてD−10を100mg入れ、真空蒸着装置に取り付けた。
【0423】
次いで真空槽を4×10-4Paまで減圧した後、α−NPDの入った前記加熱ボートをそれぞれ別々に通電して、蒸着速度0.1nm/秒で透明支持基板に蒸着し膜厚20nmの第1正孔輸送層を設けた。
【0424】
更に、ホスト化合物としてHS−201、ドーパント化合物としてDP−1、D−1、及びD−10の入った前記加熱ボートに通電して、HS−201、DP−1、D−1、D−10の蒸着速度が100:20:1:0.3になるように調節し、膜厚30nmの厚さになるように蒸着して発光層を設けた。
【0425】
更にET−11入った前記加熱ボートに通電して加熱し、蒸着速度0.1nm/秒で前記発光層上に蒸着して膜厚30nmの電子輸送層を設けた。
【0426】
なお、蒸着時の基板温度は室温であった。
【0427】
引き続き、フッ化リチウムを蒸着して膜厚0.5nmの陰極バッファー層を形成し、更にアルミニウムを蒸着して膜厚110nmの陰極を形成して、有機EL素子6−1を作製した。
【0428】
作製した有機EL素子6−1に通電し、発光した光を分光放射輝度計CS−1000(コニカミノルタ(株)製)で測定した結果、1000cd/m2でのCIE1931表色系における色度がX=0.33±0.07、Y=0.33±0.1の領域内にあった。白色の光が得られ、照明装置として使用できることが分かった。なお、有機EL素子6−2〜6−8も同様に白色の発光が得られることが分かった。
【0429】
《有機EL素子6−2〜6−8の作製》
有機EL素子6−1の作製において、青色発光層におけるドーパント化合物DP−1を表6に示す化合物に変更した。また、更に別のモリブデン製抵抗加熱ボートに2種目のドーパント化合物を取り付けて、1種目のドーパント(ドーパント1)と2種目のドーパント(ドーパント2)の割合(質量比)が30:70となるようにした以外は同様にして、有機EL素子6−2〜6−8を各々作製した。
【0430】
《有機EL素子6−1〜6−8の評価》
得られた有機EL素子6−1〜6−8を評価するに際しては、当該有機EL素子を実施例1の有機EL素子1−1〜1−18と同様に封止し、図5図6に示すような照明装置を形成して、同様の評価を行った。結果を表6に示す。
【0431】
【表6】
【0432】
表6から明らかなとおり、少なくとも2種のリン光ドーパントのうち1種は三つの配位子が同一であり、他の1種は2種の配位子からなり、その2種の配位子のうちの1種が前記三つの配位子と同じ構造の配位子であるリン光ドーパントを併用した有機EL素子は、比較の有機EL素子に比べ、高寿命化だけでなく、高輝度下での寿命・色度安定性が優れていることが明らかである。
【0433】
(実施例7)
《表示装置の作製》
(青色発光素子)
実施例1の有機EL素子1-9の、2種の青色リン光ドーパントを有する有機EL素子を用いた。
【0434】
(緑色発光素子)
実施例3の有機EL素子3-5を緑色発光素子として用いた。
【0435】
(赤色発光素子)
実施例4有機EL素子4-5を赤色発光素子として用いた。
【0436】
上記で作製した赤色、緑色、青色発光有機EL素子を同一基板上に並置し、図1に記載のような形態を有するアクティブマトリクス方式フルカラー表示装置を作製した。図2には、作製した前記表示装置の表示部Aの模式図のみを示した。
【0437】
即ち、同一基板上に複数の走査線5及びデータ線6を含む配線部と並置した複数の画素3(発光の色が赤領域の画素、緑領域の画素、青領域の画素等)とを有し、配線部の走査線5及び複数のデータ線6はそれぞれ導電材料からなり、走査線5とデータ線6は格子状に直交して、直交する位置で画素3に接続している。
【0438】
前記複数画素3は、それぞれの発光色に対応した有機EL素子、アクティブ素子であるスイッチングトランジスタと駆動トランジスタそれぞれが設けられたアクティブマトリクス方式で駆動されており、走査線5から走査信号が印加されるとデータ線6から画像データ信号を受け取り、受け取った画像データに応じて発光する。このように赤、緑、青の画素を適宜、並置することによって、フルカラー表示装置を作製した。
【0439】
このフルカラー表示装置は駆動することにより、駆動電圧が低く長寿命で、かつ色度安定性に優れたフルカラー動画表示が得られることが分かった。
【産業上の利用可能性】
【0440】
本発明の有機エレクトロルミネッセンス素子は、駆動電圧が低く長寿命で、かつ色度安定性に優れ、照明装置及び表示装置に好適に用いることができる。
【符号の説明】
【0441】
1 ディスプレイ
3 画素
5 走査線
6 データ線
7 電源ライン
10 有機EL素子
11 スイッチングトランジスタ
12 駆動トランジスタ
13 コンデンサ
A 表示部
B 制御部
101 有機EL素子
102 ガラスカバー
105 陰極
106 有機EL層
107 透明電極付きガラス基板
108 窒素ガス
109 捕水剤
L 光
図1
図2
図3
図4
図5
図6
【国際調査報告】