JP2003133075A

JP2003133075A - 発光素子

Info

Publication number: JP2003133075A
Application number: JP2002214874A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Tominaga; 剛富永; Akira Makiyama; 暁槇山; Toru Kohama; 亨小濱
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 2001-07-25
Filing date: 2002-07-24
Publication date: 2003-05-09

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】発光効率が高く、高輝度で色純度に優れた、発
光素子を提供する。【解決手段】陽極と陰極の間に発光物質が存在し、電気
エネルギーにより発光する素子であって、発光物質が一
般式（１）で表されるカルバゾール骨格を有する化合物
と三重項発光材料を含むことを特徴とする発光素子。（Ｒ¹〜Ｒ⁸はそれぞれ、水素、アルキル基、シクロアル
キル基、アラルキル基、アルケニル基、シクロアルケニ
ル基、アルキニル基、水酸基、メルカプト基等の中から
選ばれる。但し、Ｒ¹〜Ｒ⁴の少なくとも１つは連結基Ｙ
であり、Ｙは単結合、アルキル鎖、アルキレン鎖、シク
ロアルキル鎖、アリール鎖、アミノ鎖、複素環鎖、シリ
ル鎖、エーテル鎖、あるいはチオエーテル鎖のいずれか
より単独または組み合わせたものより選ばれる。Ｒ⁹は
水素、アルキル基、アリール基から選ばれる。ｎは２以
上の自然数である。）

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電気エネルギーを
光に変換できる素子であって、表示素子、フラットパネ
ルディスプレイ、バックライト、照明、インテリア、標
識、看板、電子写真機、光信号発生器などの分野に利用
可能な発光素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】陰極から注入された電子と陽極から注入
された正孔が両極に挟まれた有機蛍光体内で再結合する
際に発光するという有機積層薄膜発光素子の研究が近年
活発に行われている。この素子は、薄型、低駆動電圧下
での高輝度発光、蛍光材料を選ぶことによる多色発光が
特徴であり注目を集めている。

【０００３】この研究は、コダック社のＣ．Ｗ．Ｔａｎ
ｇらが有機積層薄膜発光素子が高輝度に発光することを
示して以来（Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．５１（１
２）２１，ｐ．９１３，１９８７）、多くの研究機関が
検討を行っている。コダック社の研究グループが提示し
た有機積層薄膜発光素子の代表的な構成は、酸化錫イン
ジウム（以下ＩＴＯ）ガラス基板上に正孔輸送性のジア
ミン化合物、発光層であるトリス（８−キノリノラト）
アルミニウム、そして陰極としてＭｇ：Ａｇを順次設け
たものであり、１０Ｖ程度の駆動電圧で１０００ｃｄ／
ｍ²の緑色発光が可能であった。現在の有機積層薄膜発
光素子は、上記の素子構成要素の他に電子輸送層を設け
ているものなど構成を変えているものもあるが、基本的
にはコダック社の構成を踏襲している。

【０００４】上記発光層を構成する発光材料としては、
ホスト材料のみ、または、ホスト材料にドーパント材料
をドーピングしたものが使用される。発光材料は、フル
カラーディスプレイ用として赤色、緑色、青色の三原色
揃うことが求められている。

【０００５】発光材料としては、従来から一般的には蛍
光性（一重項発光）材料が用いられているが、電子と正
孔が再結合して分子が励起する際のスピン多重度の違い
により、一重項励起子が２５％、三重項励起子が７５％
の割合で生成することから、発光効率を向上させるため
に、燐光性（三重項発光）材料を用いることが以前より
試みられており、プリンストン大学のグループが、従来
の蛍光性材料に比べて発光効率が大幅に上回ることを示
している（Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．７５，４
（１９９９））。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記の従来技
術で作製された発光素子は耐久性が充分でなく、燐光性
材料自身の改良や、正孔輸送材料、ホスト材料、電子輸
送材料等の改良が望まれており、中でも発光に最も大き
な影響を与えるホスト材料の改良が望まれている。

【０００７】そこで本発明は、かかる従来技術の問題点
を解決し、発光効率と色純度が高く、耐久性に優れた発
光素子を提供することを目的とするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】すなわち本発明は、陽極
と陰極の間に発光物質が存在し、電気エネルギーにより
発光する素子であって、発光物質が一般式（１）で表さ
れるカルバゾール骨格を有する化合物と三重項発光材料
を含むことを特徴とする発光素子である。

【０００９】

【化３】

【００１０】（Ｒ¹〜Ｒ⁸はそれぞれ、水素、アルキル
基、シクロアルキル基、アラルキル基、アルケニル基、
シクロアルケニル基、アルキニル基、水酸基、メルカプ
ト基、アルコキシ基、アルキルチオ基、アリールエーテ
ル基、アリールチオエーテル基、アリール基、複素環
基、ハロゲン、ハロアルカン、ハロアルケン、ハロアル
キン、シアノ基、アルデヒド基、カルボニル基、カルボ
キシル基、エステル基、カルバモイル基、アミノ基、ニ
トロ基、シリル基、シロキサニル基、あるいは隣接する
置換基との間の環構造の中から選ばれる。但し、Ｒ¹〜
Ｒ⁴の少なくとも１つは連結基Ｙであり、Ｙは単結合、
アルキル鎖、アルキレン鎖、シクロアルキル鎖、アリー
ル鎖、アミノ鎖、複素環鎖、シリル鎖、エーテル鎖、あ
るいはチオエーテル鎖のいずれかより単独または組み合
わせたものより選ばれる。Ｒ⁹は水素、アルキル基、ア
リール基から選ばれる。ｎは２以上の自然数である。）

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明において陽極は、光を取り
出すために透明であれば酸化錫、酸化インジウム、ＩＴ
Ｏなどの導電性金属酸化物、あるいは金、銀、クロムな
どの金属、ヨウ化銅、硫化銅などの無機導電性物質、ポ
リチオフェン、ポリピロール、ポリアニリンなどの導電
性ポリマなど特に限定されるものでないが、ＩＴＯガラ
スやネサガラスを用いることが特に好ましい。電極の抵
抗は発光素子の発光に十分な電流が供給できればよいの
で限定されないが、発光素子の消費電力の観点からは低
抵抗であることが好ましい。例えば３００Ω／□以下の
ＩＴＯガラスであれば素子電極として機能するが、現在
では１０Ω／□程度の基板の供給も可能になっており、
低抵抗品を使用することが特に好ましい。

【００１２】ＩＴＯガラスを用いた場合のＩＴＯ膜の厚
みは抵抗値に合わせて任意に選ぶことができるが、通常
は１００〜３００ｎｍの間とすることが好ましい。ま
た、ガラス基板の厚みは機械的強度を保つのに十分な厚
みがあればよく、具体的には、０．５ｍｍ以上が好まし
い。ガラス基板の材質については、ガラスからの溶出イ
オンが少ない方がよいので無アルカリガラスが好ましい
が、市販されているＳｉＯ₂などのバリアコートを施し
たソーダライムガラスも使用できる。また、プラスチッ
ク基板を用いても良い。

【００１３】ＩＴＯ膜形成方法は、電子線ビーム法、ス
パッタリング法、化学反応法など特に制限を受けるもの
ではない。

【００１４】本発明において陰極は、電子を発光物質に
効率良く注入できる物質からなるものであれば特に限定
されないが、具体的には白金、金、銀、銅、鉄、錫、亜
鉛、アルミニウム、インジウム、クロム、リチウム、セ
シウム、ナトリウム、カリウム、カルシウム、マグネシ
ウムなどが挙げられる。特に、電子注入効率を上げて素
子特性を向上させるためにはリチウム、セシウム、ナト
リウム、カリウム、カルシウム、マグネシウムまたはこ
れら低仕事関数金属を含む合金が有効である。

【００１５】しかし、これらの低仕事関数金属は、一般
に大気中で不安定であることが多いので、例えば、有機
層に微量のリチウムやセシウム、マグネシウム（真空蒸
着の膜厚計表示で１ｎｍ以下）をドーピングした安定性
の高い電極を使用することが好ましいが、フッ化リチウ
ムのような無機塩の使用も可能であり、特にこれらに限
定されるものではない。更に電極保護のために白金、
金、銀、銅、鉄、錫、アルミニウム、インジウムなどの
金属、またはこれら金属を用いた合金、そしてシリカ、
チタニア、窒化ケイ素などの無機物、ポリビニルアルコ
ール、塩化ビニル、炭化水素系高分子などを積層するこ
とが好ましい例として挙げられる。

【００１６】上記陰極の作製方法も抵抗加熱法、電子線
ビーム法、スパッタリング法、イオンプレーティング
法、コーティング法など、導通を取ることができれば特
に制限されない。

【００１７】本発明において発光物質とは自ら発光する
もの、その発光を助けるもののいずれにも該当し、発光
に関与している化合物を指すものである。具体的には発
光材料、正孔輸送材料、電子輸送材料、正孔阻止材料な
どが該当する。

【００１８】本発明の発光素子は、陽極、陰極以外の構
成として種々の構成を取り得、例えば１）正孔輸送層／
発光層、２）正孔輸送層／発光層／電子輸送層、３）発
光層／電子輸送層、４）正孔輸送層／発光層／正孔阻止
層、５）正孔輸送層／発光層／正孔阻止層／電子輸送
層、６）発光層／正孔阻止層／電子輸送層そして、７）
発光層の場合などが挙げられる。

【００１９】上記正孔輸送層は陽極から正孔が注入さ
れ、さらに正孔を輸送することを司る層であり、正孔輸
送層に用いる材料（以下、正孔輸送材料という）は、単
独または二種類以上の物質を積層、混合するか正孔輸送
性材料と後述する高分子結着剤の混合物により形成され
るものである。正孔輸送性材料は、電界を与えられた電
極間において陽極からの正孔を効率良く輸送するもので
あり、正孔注入効率が高く、注入された正孔を効率良く
輸送するものであることが好ましい。そのためにはイオ
ン化ポテンシャルが小さく、しかも正孔移動度が大き
く、さらに安定性に優れ、トラップとなる不純物が製造
時および使用時に発生しにくい材料で構成されることが
要求される。このような条件を満たすものとして、Ｎ，
Ｎ’−ジフェニル−Ｎ，Ｎ’−ジ（３−メチルフェニ
ル）−４，４’−ジフェニル−１，１’−ジアミン、
Ｎ，Ｎ’−ジナフチル−Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−４，
４’−ジフェニル−１，１’−ジアミンなどのトリフェ
ニルアミン類、ビス（Ｎ−アリルカルバゾール）または
ビス（Ｎ−アルキルカルバゾール）類などのカルバゾー
ル誘導体、ピラゾリン誘導体、スチルベン系化合物、ヒ
ドラゾン系化合物、オキサジアゾール誘導体やフタロシ
アニン誘導体、ポルフィリン誘導体に代表される複素環
化合物、ポリマー系では前記単量体を側鎖に有するポリ
カーボネートやスチレン誘導体、ポリビニルカルバゾー
ル、ポリシランなどが好ましく挙げられるが、発光素子
作製に必要な薄膜を形成し、陽極から正孔が注入でき
て、さらに正孔を輸送できる化合物であれば特に限定さ
れるものではない。

【００２０】上記発光層は発光を陽極および陰極より注
入された電気エネルギーを発光のためのエネルギーとし
て蓄積して、実際に発光を司る層である。該発光層に用
いる材料（以下、発光材料という。）としては、好まし
くは蛍光性あるいはリン光性を有する化合物である。

【００２１】また、発光材料を用いて発光を得る場合
に、エネルギーの蓄積、実際の発光を単独の発光材料で
行う場合とエネルギー遷移を利用し、機能を分離して複
数の発光材料の組み合わせて用いる場合とがある。後者
の場合には、電気エネルギーの蓄積を担う発光材料（以
下、ホスト材料という）と、蓄積されたエネルギーを受
け取り、実際に発光を司る発光材料（以下、ドーパント
材料）とに分類される。このような機能分離の手法はド
ーピング法と呼ばれ、該手法により高効率、高色純度、
高耐久性の発光素子が得ることができる。

【００２２】こうした発光材料は単独でもあるいは複数
種組み合わせて用いることができるし、また、発光層は
多層にして用いることもできる。

【００２３】ドーピング法においては、ドーパント材料
はホスト材料の全体に含まれていても、部分的に含まれ
ていても、いずれであってもよく、ホスト材料からなる
層に対しドーパント材料からなる層が積層されていても
よい。

【００２４】本発明において発光物質は、カルバゾール
骨格を有する化合物と三重項発光材料を含む必要があ
り、三重項発光材料はそれ自身が発光する役割を担う場
合が多いので、特に発光層を構成する発光材料に含まれ
ることが好ましい。

【００２５】発光を効率よく得るには、電子と正孔の再
結合を発光層で行わせる必要があるが、再結合エネルギ
ーの内で発光に用いられなかったものは熱となるので、
発光層が最もダメージを受け易い。カルバゾール骨格を
有する化合物は正孔輸送性を有することから正孔輸送材
料としても好適に用いられるが、励起エネルギーが大き
いことから三重項発光材料のホスト材料としても好適に
用いられる。カルバゾール骨格を有する化合物は耐熱性
に優れることから、発光層で用いられることが好まし
い。すなわち、三重項発光材料と同一層に含まれること
が好ましい。

【００２６】カルバゾール骨格を有する化合物はカルバ
ゾールの芳香環で連結されることを特徴としており、様
々な分子設計が容易になる。このようなカルバゾール骨
格を有する化合物として、下記一般式（１）で表される
有機蛍光体があげられる。

【００２７】

【化４】

【００２８】（Ｒ¹〜Ｒ⁸はそれぞれ、水素、アルキル
基、シクロアルキル基、アラルキル基、アルケニル基、
シクロアルケニル基、アルキニル基、水酸基、メルカプ
ト基、アルコキシ基、アルキルチオ基、アリールエーテ
ル基、アリールチオエーテル基、アリール基、複素環
基、ハロゲン、ハロアルカン、ハロアルケン、ハロアル
キン、シアノ基、アルデヒド基、カルボニル基、カルボ
キシル基、エステル基、カルバモイル基、アミノ基、ニ
トロ基、シリル基、シロキサニル基、あるいは隣接する
置換基との間の環構造の中から選ばれる。但し、Ｒ¹〜
Ｒ⁴の少なくとも１つは連結基Ｙであり、Ｙは単結合、
アルキル鎖、アルキレン鎖、シクロアルキル鎖、アリー
ル鎖、アミノ鎖、複素環鎖、シリル鎖、エーテル鎖、あ
るいはチオエーテル鎖のいずれかより単独または組み合
わせたものより選ばれる。Ｒ⁹は水素、アルキル基、ア
リール基から選ばれる。ｎは２以上の自然数である。）
本発明に用いるカルバゾール骨格を有する化合物の本旨
とするところは、カルバゾール骨格を分子中に複数個有
する点である。置換基Ｒとしては本発明の効果に照らし
てカルバゾール骨格上の水素とそれに等価の特性を有す
る置換基を列挙したものである。すなわち、例えば水
素、アルキル基、シクロアルキル基、アラルキル基、ア
ルケニル基、シクロアルケニル基、アルキニル基、水酸
基、メルカプト基、アルコキシ基、アルキルチオ基、ア
リールエーテル基、アリールチオエーテル基、アリール
基、複素環基、ハロゲン、ハロアルカン、ハロアルケ
ン、ハロアルキン、シアノ基、アルデヒド基、カルボニ
ル基、カルボキシル基、エステル基、カルバモイル基、
アミノ基、ニトロ基、シリル基、シロキサニル基、ある
いは隣接する置換基との間の環構造が挙げられる。

【００２９】アルキル基とは例えばメチル基、エチル
基、プロピル基、ブチル基などの飽和脂肪族炭化水素基
を示し、これは無置換でも置換されていてもかまわな
い。また、シクロアルキル基とは例えばシクロプロピ
ル、シクロヘキシル、ノルボルニル、アダマンチルなど
の飽和脂環式炭化水素基を示し、これは無置換でも置換
されていてもかまわない。また、アラルキル基とは例え
ばベンジル基、フェニルエチル基などの脂肪族炭化水素
を介した芳香族炭化水素基を示し、脂肪族炭化水素と芳
香族炭化水素はいずれも無置換でも置換されていてもか
まわない。また、アルケニル基とは例えばビニル基、ア
リル基、ブタジエニル基などの二重結合を含む不飽和脂
肪族炭化水素基を示し、これは無置換でも置換されてい
てもかまわない。また、シクロアルケニル基とは例えば
シクロペンテニル基、シクロペンタジエニル基、シクロ
ヘキセン基などの二重結合を含む不飽和脂環式炭化水素
基を示し、これは無置換でも置換されていてもかまわな
い。また、アルキニル基とは例えばアセチレニル基など
の三重結合を含む不飽和脂肪族炭化水素基を示し、これ
は無置換でも置換されていてもかまわない。

【００３０】また、アルコキシ基とは例えばメトキシ基
などのエーテル結合を介した脂肪族炭化水素基を示し、
脂肪族炭化水素基は無置換でも置換されていてもかまわ
ない。また、アルキルチオ基とはアルコキシ基のエーテ
ル結合の酸素原子が硫黄原子に置換されたものである。
また、アリールエーテル基とは例えばフェノキシ基など
のエーテル結合を介した芳香族炭化水素基を示し、芳香
族炭化水素基は無置換でも置換されていてもかまわな
い。また、アリールチオエーテル基とはアリールエーテ
ル基のエーテル結合の酸素原子が硫黄原子に置換された
ものである。また、アリール基とは例えばフェニル基、
ナフチル基、ビフェニル基、フェナントリル基、ターフ
ェニル基、ピレニル基などの芳香族炭化水素基を示し、
これは無置換でも置換されていてもかまわない。また、
複素環基とは例えばフリル基、チエニル基、オキサゾリ
ル基、ピリジル基、キノリル基、カルバゾリル基などの
炭素以外の原子を有する環状構造基を示し、これは無置
換でも置換されていてもかまわない。ハロゲンとはフッ
素、塩素、臭素、ヨウ素を示す。

【００３１】ハロアルカン、ハロアルケン、ハロアルキ
ンとは例えばトリフルオロメチル基などの、上記アルキ
ル基、アルケニル基、アルキニルの一部あるいは全部
が、上記ハロゲンで置換されたものを示し、残りの部分
は無置換でも置換されていてもかまわない。アルデヒド
基、カルボニル基、エステル基、カルバモイル基、アミ
ノ基には脂肪族炭化水素、脂環式炭化水素、芳香族炭化
水素、複素環などで置換されたものも含み、さらに脂肪
族炭化水素、脂環式炭化水素、芳香族炭化水素、複素環
は無置換でも置換されていてもかまわない。シリル基と
は例えばトリメチルシリル基などのケイ素化合物基を示
し、これは無置換でも置換されていてもかまわない。シ
ロキサニル基とは例えばトリメチルシロキサニル基など
のエーテル結合を介したケイ素化合物基を示し、これは
無置換でも置換されていてもかまわない。また、隣接置
換基との間に環構造を形成しても構わない。形成される
環構造は無置換でも置換されていてもかまわない。

【００３２】カルバゾール骨格を有する化合物の中でも
ジカルバゾリル骨格を有するものは、分子が剛直であ
り、更に耐熱性に優れるため、本発明においては、特
に、一般式（２）で表されるカルバゾール骨格を有する
化合物が好適に用いられる。

【００３３】

【化５】

【００３４】（Ｒ¹⁰〜Ｒ²³はそれぞれ、水素、アルキル
基、シクロアルキル基、アラルキル基、アルケニル基、
シクロアルケニル基、アルキニル基、水酸基、メルカプ
ト基、アルコキシ基、アルキルチオ基、アリールエーテ
ル基、アリールチオエーテル基、アリール基、複素環
基、ハロゲン、ハロアルカン、ハロアルケン、ハロアル
キン、シアノ基、アルデヒド基、カルボニル基、カルボ
キシル基、エステル基、カルバモイル基、アミノ基、ニ
トロ基、シリル基、シロキサニル基、あるいは隣接する
置換基との間の環構造の中から選ばれる。Ｒ²⁴およびＲ
²⁵はそれぞれ、水素、アルキル基、アリール基より選ば
れれる。）上記カルバゾール骨格を有する化合物とし
て、具体的には下記のような構造が挙げられる。

【００３５】

【化６】

【００３６】

【化７】

【００３７】発光材料のホスト材料はカルバゾール骨格
を有する化合物一種のみ、もしくは、複数のカルバゾー
ル骨格を有する化合物を混合して用いてもよく、さらに
は、カルバゾール骨格を有する化合物と既知のホスト材
料の一種類以上と混合して用いてもよい。

【００３８】ホスト材料としては特に限定されるもので
はないが、以前から発光体として知られていたアントラ
セン、フェナンスレン、ピレン、ペリレン、クリセンな
どの縮合環誘導体、トリス（８−キノリノラト）アルミ
ニウムを始めとするキノリノール誘導体の金属錯体、ベ
ンズオキサゾール誘導体、スチルベン誘導体、ベンズチ
アゾール誘導体、チアジアゾール誘導体、チオフェン誘
導体、テトラフェニルブタジエン誘導体、シクロペンタ
ジエン誘導体、オキサジアゾール誘導体、ビススチリル
アントラセン誘導体やジスチリルベンゼン誘導体などの
ビススチリル誘導体、ビス（Ｎ−カルバゾリル）ビフェ
ニルなどのカルバゾール誘導体、トリアゾール誘導体、
フェナントロリン誘導体、トリフェニルアミン誘導体、
キノリノール誘導体と異なる配位子を組み合わせた金属
錯体、オキサジアゾール誘導体金属錯体、ベンズアゾー
ル誘導体金属錯体、クマリン誘導体、ピロロピリジン誘
導体、ペリノン誘導体、チアジアゾロピリジン誘導体、
ポリマー系では、ポリフェニレンビニレン誘導体、ポリ
パラフェニレン誘導体、そして、ポリチオフェン誘導体
などが使用できる。

【００３９】三重項発光材料として、具体的には、トリ
ス（２−フェニルピリジル）イリジウム錯体、トリス
｛２−（２−チオフェニル）ピリジル｝イリジウム錯
体、トリス｛２−（２−ベンゾチオフェニル）ピリジ
ル｝イリジウム錯体、トリス（２−フェニルベンゾチア
ゾール）イリジウム錯体、トリス（２−フェニルベンゾ
オキサゾール）イリジウム錯体、トリスベンゾキノリン
イリジウム錯体、ビス（２−フェニルピリジル）（アセ
チルアセトナート）イリジウム錯体、ビス｛２−（２−
チオフェニル）ピリジル｝イリジウム錯体、ビス｛２−
（２−ベンゾチオフェニル）ピリジル｝（アセチルアセ
トナート）イリジウム錯体、ビス（２−フェニルベンゾ
チアゾール）（アセチルアセトナート）イリジウム錯
体、ビス（２−フェニルベンゾオキサゾール）（アセチ
ルアセトナート）イリジウム錯体、ビスベンゾキノリン
（アセチルアセトナート）イリジウム錯体、ビス｛２−
（２，４−ジフルオロフェニル）ピリジル｝（アセチル
アセトナート）イリジウム錯体、テトラエチルポルフィ
リン白金錯体、｛トリス（セノイルトリフルオロアセト
ン）モノ（１，１０−フェナントロリン）｝ユーロピウ
ム錯体、｛トリス（セノイルトリフルオロアセトン）モ
ノ（４，７−ジフェニル−１，１０−フェナントロリ
ン）｝ユーロピウム錯体、｛トリス（１，３−ジフェニ
ル−１，３−プロパンジオン）モノ（１，１０−フェナ
ントロリン）｝ユーロピウム錯体、トリスアセチルアセ
トンテルビウム錯体などが挙げられるが、これらに限定
されるものではない。燐光性（三重項発光）材料の中で
は、発光特性が良好なことから、イリジウム錯体または
白金錯体が好ましく用いられる。

【００４０】発光材料のドーパント材料は上記三重項発
光材料一種のみ、もしくは、複数の三重項発光材料を混
合して用いてもよく、さらには、既知の一重項ドーパン
ト材料の一種類以上と三重項発光材料と混合して用いて
もよい。

【００４１】既知の一重項ドーパント材料としては、特
に限定されるものではないが、具体的には従来から知ら
れている、フェナンスレン、アントラセン、ピレン、テ
トラセン、ペンタセン、ペリレン、ナフトピレン、ジベ
ンゾピレン、ルブレンなどの縮合環誘導体、ベンズオキ
サゾール誘導体、ベンズチアゾール誘導体、ベンズイミ
ダゾール誘導体、ベンズトリアゾール誘導体、オキサゾ
ール誘導体、オキサジアゾール誘導体、チアゾール誘導
体、イミダゾール誘導体、チアジアゾール誘導体、トリ
アゾール誘導体、ピラゾリン誘導体、チオフェン誘導
体、テトラフェニルブタジエン誘導体、シクロペンタジ
エン誘導体、ビススチリルアントラセン誘導体やジスチ
リルベンゼン誘導体などのビススチリル誘導体、ピロメ
テン誘導体およびその金属錯体、フラン誘導体、ベンゾ
フラン誘導体、フェニルイソベンゾフラン、ジメシチル
イソベンゾフラン、ジ（２−メチルフェニル）イソベン
ゾフラン、ジ（２−トリフルオロメチルフェニル）イソ
ベンゾフラン、フェニルイソベンゾフランなどのイソベ
ンゾフラン誘導体、ジベンゾフラン誘導体、７−ジアル
キルアミノクマリン誘導体、７−ピペリジノクマリン誘
導体、７−ヒドロキシクマリン誘導体、７−メトキシク
マリン誘導体、７−アセトキシクマリン誘導体、３−ベ
ンズチアゾリルクマリン誘導体、３−ベンズイミダゾリ
ルクマリン誘導体、３−ベンズオキサゾリルクマリン誘
導体などのクマリン誘導体、ジシアノメチレンピラン誘
導体、ジシアノメチレンチオピラン誘導体、ポリメチン
誘導体、シアニン誘導体、オキソベンズアンスラセン誘
導体、キサンテン誘導体、ローダミン誘導体、フルオレ
セイン誘導体、ピリリウム誘導体、カルボスチリル誘導
体、アクリジン誘導体、オキサジン誘導体、フェニレン
オキサイド誘導体、キナクリドン誘導体、キナゾリン誘
導体、ピロロピリジン誘導体、フロピリジン誘導体、
１，２，５−チアジアゾロピレン誘導体、ペリノン誘導
体、ピロロピロール誘導体、スクアリリウム誘導体、ビ
オラントロン誘導体、フェナジン誘導体、アクリドン誘
導体、ジアザフラビン誘導体などが使用できる。

【００４２】本発明において電子輸送層は陰極から電子
が注入され、さらに電子を輸送することを司る層であ
る。電子輸送層に用いる材料（以下、電子輸送材料とい
う）は、電界を与えられた電極間において陰極からの電
子を効率良く輸送することが必要で、電子注入効率が高
く、注入された電子を効率良く輸送することが好まし
い。そのためには電子親和力が大きく、しかも電子移動
度が大きく、さらに安定性に優れ、トラップとなる不純
物が製造時および使用時に発生しにくい材料で構成され
ることが要求される。このような条件を満たす電子輸送
性材料として、トリス（８−キノリノラト）アルミニウ
ムに代表されるキノリノール誘導体金属錯体、トロポロ
ン金属錯体、フラボノール金属錯体、ペリレン誘導体、
ペリノン誘導体、ナフタレン、クマリン誘導体、オキサ
ジアゾール誘導体、アルダジン誘導体、ビススチリル誘
導体、ピラジン誘導体、フェナントロリン誘導体などが
挙げられるが特に限定されるものではない。これらの電
子輸送性材料は単独もしくは、異なる電子輸送性材料と
積層または混合して使用しても構わない。

【００４３】本発明において正孔阻止層は陽極からの正
孔が再結合せずに陰極側へ流れるのを効率よく阻止する
層である。正孔阻止層に用いる材料（以下、正孔阻止材
料という）は、正孔と電子の輸送バランスを考えた場合
に、陽極からの正孔が再結合せずに陰極側へ流れるのを
効率よく阻止できることが必要で、正孔注入効率が低い
ことが好ましい。そのためにはイオン化ポテンシャルが
大きく、しかも正孔移動度が小さく、さらに安定性に優
れ、トラップとなる不純物が製造時および使用時に発生
しにくい材料で構成されることが要求される。このよう
な条件を満たす正孔阻止性材料としては、上記電子輸送
性材料を用いることができるが、電子輸送能力が低いも
のであってもよい。これらの正孔阻止性材料は単独もし
くは異なる正孔阻止性材料と積層または混合して使用し
ても構わない。

【００４４】上記の正孔輸送層、発光層、電子輸送層、
正孔阻止層に用いられる材料は単独で各層を形成するこ
とができるが、さらに、高分子結着剤としてポリ塩化ビ
ニル、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリ（Ｎ−ビ
ニルカルバゾール）、ポリメチルメタクリレート、ポリ
ブチルメタクリレート、ポリエステル、ポリスルフォ
ン、ポリフェニレンオキサイド、ポリブタジエン、炭化
水素樹脂、ケトン樹脂、フェノキシ樹脂、ポリサルフォ
ン、ポリアミド、エチルセルロース、酢酸ビニル、ＡＢ
Ｓ樹脂、ポリウレタン樹脂などの溶剤可溶性樹脂や、フ
ェノール樹脂、キシレン樹脂、石油樹脂、ユリア樹脂、
メラミン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、アルキド樹
脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂などの硬化性樹脂な
どに分散させて用いることも可能である。

【００４５】本発明において発光物質を構成する各層の
形成方法は、抵抗加熱法、電子線ビーム法、スパッタリ
ング法、分子積層法、コーティング法など特に限定され
るものではないが、通常は、抵抗加熱法、電子線ビーム
法が特性面で好ましい。各層の厚みは、抵抗値にもよる
ので限定することはできないが、通常１〜１０００ｎｍ
の間が好ましい。

【００４６】本発明において電気エネルギーとは主に直
流電流を指すが、パルス電流や交流電流を用いることも
可能である。電流値および電圧値は特に制限はないが、
発光素子の消費電力、寿命を考慮するとできるだけ低い
エネルギーで最大の輝度が得られるようにするべきであ
る。

【００４７】本発明の発光素子は、マトリクスおよび／
またはセグメント方式によって表示するディスプレイで
あることが好ましい。

【００４８】なお、マトリクスとは、表示のための画素
が格子状に配置されたものをいい、画素の集合で文字や
画像を表示する。画素の形状、サイズは用途によって決
まる。例えばパソコン、モニター、テレビの画像および
文字表示には、通常一辺が３００μｍ以下の四角形の画
素が用いられるし、表示パネルのような大型ディスプレ
イの場合は、一辺がｍｍオーダーの画素を用いることに
なる。モノクロ表示の場合は、同じ色の画素を配列すれ
ばよいが、カラー表示の場合には、赤、緑、青の画素を
並べて表示させる。この場合、典型的にはデルタタイプ
とストライプタイプがある。このマトリクスの駆動方法
としては、線順次駆動方法やアクティブマトリクスのど
ちらでもよい。線順次駆動の方が構造が簡単であるとい
う利点があるが、動作特性を考慮した場合、アクティブ
マトリクスの方が優れる場合があるので、これも用途に
よって使い分けることが必要である。

【００４９】また、セグメント方式とは、予め決められ
た情報を表示するようにパターンを形成し、決められた
領域を発光させることになる。例えば、デジタル時計や
温度計における時刻や温度表示、オーディオ機器や電磁
調理器などの動作状態表示、自動車のパネル表示などが
挙げられる。そして、上記マトリクス表示とセグメント
表示は同じパネルの中に共存していてもよい。

【００５０】

【実施例】以下、実施例および比較例を挙げて本発明を
説明するが、本発明はこれらの例によって限定されるも
のではない。なお実施例中、膜厚は水晶発振式膜厚モニ
ター表示値とする。

【００５１】実施例１ＩＴＯ透明導電膜を１５０ｎｍ堆積させたガラス基板
（旭硝子（株）製、１５Ω／□、電子線ビーム法品）を
３０×４０ｍｍに切断、エッチングを行った。得られた
基板を”セミコクリン５６”（フルウチ化学（株）製）
と超純水で各々１５分間超音波洗浄して乾燥させた。こ
の基板を発光素子を作製する直前に１時間ＵＶ−オゾン
処理し、真空蒸着装置内に設置して、装置内の真空度が
５×１０^-5Ｐａ以下になるまで排気した。抵抗加熱法に
よって、まず正孔輸送性材料として４，４’−ビス（Ｎ
−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニルアミノ）ビフェニル
（αＮＰＤ）を６０ｎｍ蒸着した。次に発光材料のホス
ト材料として３、６位で連結されたエチルカルバゾール
４量体（ＥｔＣｚ４）を、ドーパント材料としてトリス
（２−フェニルピリジル）イリジウム錯体（Ｉｒ（ｐｐ
ｙ）₃）を用いて、ドーパントが８ｗｔ％になるように
３０ｎｍの厚さに共蒸着した。次に正孔阻止層として
２，９−ジメチル−４，７−ジフェニル−１，１０−フ
ェナントロリン（ＢＴＣＰＮ）を１０ｎｍ蒸着した。次
に電子輸送性材料として、トリス（８−キノリノール）
アルミニウム錯体を５０ｎｍの厚さに蒸着した。次にリ
チウムを０．５ｎｍ有機層にドーピングした後、アルミ
ニウムを２００ｎｍ蒸着して陰極とし、５×５ｍｍ角の
発光素子を作製した。この発光素子からはドーパント材
料の燐光スペクトルと同様の発光スペクトルが観察さ
れ、色純度の良好な高輝度緑色発光が得られた。

【００５２】また、上記発光素子を真空セル内で１ｍＡ
パルス駆動（Ｄｕｔｙ比１／６０、パルス時の電流値６
０ｍＡ）させたところ、ドーパント材料の燐光スペクト
ルと同様の発光スペクトルが観察され、色純度の良好な
高輝度緑色発光が確認された。

【００５３】さらに、２０ｍＡ／平方センチメートルの
直流駆動で耐久性を評価したところ、１００時間後でも
色純度の良好な高輝度緑色発光が得られた。

【００５４】比較例１発光材料のホスト材料として４，４’−ビス（Ｎ−カル
バゾリル）ビフェニル（ＣＢＰ）を用いた以外は実施例
１と全く同様にして発光素子を作製した。この発光素子
からはドーパント材料の燐光スペクトルと同様の発光ス
ペクトルが観察され、色純度の良好な高輝度緑色発光が
得られたが、２０ｍＡ／平方センチメートルの直流駆動
で耐久性を評価したところ、１００時間後には著しい輝
度の低下が見られた。

【００５５】実施例２発光材料のホスト材料として３，３’−ビス｛９−（１
−ナフチル）カルバゾール｝を用いた以外は実施例１と
全く同様にして発光素子を作製した。この発光素子から
はドーパント材料の燐光スペクトルと同様の発光スペク
トルが観察され、色純度の良好な高輝度緑色発光が得ら
れた。

【００５６】実施例３発光材料のドーパント材料としてビス｛２−（２−ベン
ゾチオフェニル）ピリジル｝（アセチルアセトナート）
イリジウム錯体を用いた以外は実施例２と全く同様にし
て発光素子を作製した。この発光素子からはドーパント
材料の燐光スペクトルと同様の発光スペクトルが観察さ
れ、色純度の良好な高輝度赤色発光が得られた。

【００５７】実施例４ＩＴＯ透明導電膜を１５０ｎｍ堆積させたガラス基板
（旭硝子（株）製、１５Ω／□、電子線ビーム法品）を
３０×４０ｍｍに切断、フォトリソグラフィ法によって
３００μｍピッチ（残り幅２７０μｍ）×３２本のスト
ライプ状にパターン加工した。ＩＴＯストライプの長辺
方向片側は外部との電気的接続を容易にするために１．
２７ｍｍピッチ（開口部幅８００μｍ）まで広げてあ
る。得られた基板を”セミコクリン５６”、超純水で各
々１５分間超音波洗浄してから乾燥させた。この基板を
発光素子を作製する直前に１時間ＵＶ−オゾン処理し、
真空蒸着装置内に設置して、装置内の真空度が５×１０
^-4Ｐａ以下になるまで排気した。抵抗加熱法によって、
まず正孔輸送性材料として４，４’−ビス（Ｎ−（１−
ナフチル）−Ｎ−フェニルアミノ）ビフェニル（αＮＰ
Ｄ）を６０ｎｍ蒸着した。次に発光材料のホスト材料と
して３、６位で連結されたエチルカルバゾール４量体
（ＥｔＣｚ４）を、ドーパント材料としてトリス（２−
フェニルピリジル）イリジウム錯体（Ｉｒ（ｐｐ
ｙ）₃）を用いて、ドーパントが８ｗｔ％になるように
３０ｎｍの厚さに共蒸着した。次に正孔阻止層として
２，９−ジメチル−４，７−ジフェニル−１，１０−フ
ェナントロリン（ＢＴＣＰＮ）を１０ｎｍ蒸着した。次
に電子輸送性材料として、トリス（８−キノリノール）
アルミニウム錯体を５０ｎｍの厚さに蒸着した。次に厚
さ５０μｍのコバール板にウエットエッチングによって
１６本の２５０μｍの開口部（残り幅５０μｍ、３００
μｍピッチに相当）を設けたマスクを、真空中でＩＴＯ
ストライプに直交するようにマスク交換し、マスクとＩ
ＴＯ基板が密着するように裏面から磁石で固定した。そ
してリチウムを０．５ｎｍ有機層にドーピングした後、
アルミニウムを２００ｎｍ蒸着して３２×１６ドットマ
トリクス素子を作製した。本素子をマトリクス駆動させ
たところ、クロストークなく文字表示できた。

【００５８】

【発明の効果】本発明の発光素子は、発光効率が高く、
高輝度で色純度に優れたものであり、特に青色発光にと
って有効なものである。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】陽極と陰極の間に発光物質が存在し、電気
エネルギーにより発光する素子であって、発光物質が一
般式（１）で表されるカルバゾール骨格を有する化合物
と三重項発光材料を含むことを特徴とする発光素子。【化１】（Ｒ¹〜Ｒ⁸はそれぞれ、水素、アルキル基、シクロアル
キル基、アラルキル基、アルケニル基、シクロアルケニ
ル基、アルキニル基、水酸基、メルカプト基、アルコキ
シ基、アルキルチオ基、アリールエーテル基、アリール
チオエーテル基、アリール基、複素環基、ハロゲン、ハ
ロアルカン、ハロアルケン、ハロアルキン、シアノ基、
アルデヒド基、カルボニル基、カルボキシル基、エステ
ル基、カルバモイル基、アミノ基、ニトロ基、シリル
基、シロキサニル基、あるいは隣接する置換基との間の
環構造の中から選ばれる。但し、Ｒ¹〜Ｒ⁴の少なくとも
１つは連結基Ｙであり、Ｙは単結合、アルキル鎖、アル
キレン鎖、シクロアルキル鎖、アリール鎖、アミノ鎖、
複素環鎖、シリル鎖、エーテル鎖、あるいはチオエーテ
ル鎖のいずれかより単独または組み合わせたものより選
ばれる。Ｒ⁹は水素、アルキル基、アリール基から選ば
れる。ｎは２以上の自然数である。）
【請求項２】Ｒ¹〜Ｒ⁸がそれぞれ、水素、アルキル基、
アルコキシ基、アリール基、複素環基、アミノ基、ある
いは隣接する置換基との間の環構造であり、Ｙは単結
合、アルキレン鎖、アリール鎖、アミノ鎖、あるいは複
素環鎖のいずれかより単独または組み合わせたものより
選ばれることを特徴とする請求項１記載の発光素子。
【請求項３】カルバゾール骨格を有する化合物が下記一
般式（２）であることを特徴とする請求項１記載の発光
素子。【化２】（Ｒ¹⁰〜Ｒ²³はそれぞれ、水素、アルキル基、シクロア
ルキル基、アラルキル基、アルケニル基、シクロアルケ
ニル基、アルキニル基、水酸基、メルカプト基、アルコ
キシ基、アルキルチオ基、アリールエーテル基、アリー
ルチオエーテル基、アリール基、複素環基、ハロゲン、
ハロアルカン、ハロアルケン、ハロアルキン、シアノ
基、アルデヒド基、カルボニル基、カルボキシル基、エ
ステル基、カルバモイル基、アミノ基、ニトロ基、シリ
ル基、シロキサニル基、あるいは隣接する置換基との間
の環構造の中から選ばれる。Ｒ²⁴およびＲ²⁵はそれぞ
れ、水素、アルキル基、アリール基から選ばれる。）
【請求項４】カルバゾール骨格を有する化合物と三重項
発光材料が同一層内に含まれていることを特徴とする請
求項１記載の発光素子。
【請求項５】三重項発光材料がイリジウム錯体または白
金錯体であることを特徴とする請求項１記載の発光素
子。
【請求項６】マトリクスおよび／またはセグメント方式
によって表示するディスプレイであることを特徴とする
請求項１記載の発光素子。