JP6770899B2

JP6770899B2 - 有機エレクトロルミネッセンス素子

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Publication number: JP6770899B2
Application number: JP2017003353A
Authority: JP
Inventors: 有希子岩崎; 弘彦深川
Original assignee: Japan Broadcasting Corp
Current assignee: Japan Broadcasting Corp
Priority date: 2017-01-12
Filing date: 2017-01-12
Publication date: 2020-10-21
Anticipated expiration: 2037-01-12
Also published as: JP2018113364A

Description

本発明は、有機エレクトロルミネッセンス素子（以下、エレクトロルミネッセンス（電界発光）を「ＥＬ」と記す場合がある。）に関する。

有機ＥＬ素子は、自発光型である、視野角が広い、視認性に優れる、低電圧で駆動できる、面発光で薄型化・軽量化可能である、多色表示可能であるなどの特徴を有している。このため、有機ＥＬ素子は、ディスプレイなどの画像表示装置や照明装置に好適に用いることができる。

有機ＥＬ素子は、通常、透明基板上に、陽極、正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電子輸送層、電子注入層、陰極がこの順に積層されることにより構成されている。有機ＥＬ素子の発光は、以下に示す（ｉ）〜（ｖ）の過程を経て生じる。
（ｉ）正孔および電子が電極から注入される。
（ｉｉ）注入された正孔および電子が輸送される。
（ｉｉｉ）発光層内で正孔と電子が再結合する。
（ｉｖ）発光材料が電子的励起状態を形成する。
（ｖ）発光材料が電子的励起状態から光を放射する。

有機ＥＬ素子では、高効率化するために、発光層の発光材料としてリン光材料を用いることが提案されている。発光材料は、エネルギーを得て電子的励起状態となるとき、一重項励起状態（Ｓ_１）と三重項励起状態（Ｔ_１）を１：３の確率で生成する。そして、発光材料が電子的励起状態から基底状態に戻る際に、光としてエネルギーを放出する。
発光材料として蛍光材料を用いた場合、Ｓ_１からのエネルギーしか光に変換されない。これに対し、リン光材料を用いた場合、Ｓ_１からのエネルギーだけでなく、Ｔ_１からのエネルギーも光に変換される。このため、発光材料として、蛍光材料を用いた有機ＥＬ素子よりも、リン光材料を用いた有機ＥＬ素子の方が、高効率化が期待できる（例えば、非特許文献１および非特許文献２参照）。

リン光材料は、通常、ゲスト材料として、ホスト材料とともに用いられる。ホスト材料とリン光材料（ゲスト材料）とを含む発光層を有する有機ＥＬ素子では、正孔と電子との再結合により励起されたホスト材料のエネルギーがリン光材料に移動する。そのエネルギーによりリン光材料が励起され、光エネルギーとして放出される。ホスト材料からリン光材料への効率的なエネルギー移動を可能とするためには、ホスト材料の三重項励起状態（Ｔ_１）のエネルギーを、ゲスト材料であるリン光材料のＴ_１エネルギーよりも大きくすることが好ましい（例えば、非特許文献３参照）。ホスト材料のＴ_１エネルギーよりもゲスト材料のＴ_１エネルギーが大きいと、ゲスト材料からホスト材料への逆エネルギー移動が起こって、リン光発光の高効率化が妨げられる可能性がある。

発光層に用いられるホスト材料は、これまでにも多数報告されている。例えば、ホスト材料として、カルバゾール系化合物などが挙げられる（例えば、非特許文献４参照）。カルバゾール系化合物は、比較的大きなＴ_１エネルギーを有する。ホスト材料として一般的に用いられるカルバゾール系化合物としては、下記一般式（１０）で示されるＣＢＰなどがある（例えば、非特許文献５参照）。

Ｎａｔｕｒｅ，３９５，１５１（１９９８）Ｎａｔｕｒｅ，４０３，７５０（２０００）Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，８３，５６９（２００３）Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，６９，２１６０（１９９６）月刊ディスプレイ別冊「有機ＥＬディスプレイ」ｐｐ．５１（１９９８）

有機ＥＬ素子においては、発光効率を確保しつつ、駆動電圧を低くすることが要求されている。しかし、従来の有機ＥＬ素子では、電極から発光層への正孔および電子の移動におけるエネルギー障壁が大きいため、十分に駆動電圧を低くすることはできなかった。
本発明は、上記事情を鑑みてなされたものであり、発光効率が高く、駆動電圧の低い有機ＥＬ素子を提供することを課題とする。

本発明者は、上記課題を解決するために、鋭意検討を重ねた。その結果、有機ＥＬ素子の２つの電極間に形成された発光層を含む積層構造が、正孔輸送性および電子輸送性に寄与する下記一般式（１）で示される化合物を含む層を有していればよいことを見出し、本発明を想到した。下記一般式（１）で示される化合物では、カルバゾールが正孔輸送性に寄与する。また、一般式（１）で示される化合物では、カルバゾールの６位に結合した、２つまたは３つのシアノ基で置換されたベンゼン環が電子輸送性に寄与する。

すなわち、本発明は、以下の発明に関わる。
〔１〕２つの電極間に、発光層を含む積層構造が形成され、前記積層構造が、下記一般式（１）で示される化合物を含む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。

（一般式（１）中のＲ_１は、それぞれ独立にシアノ基、又は水素、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のアルキルアミノ基からなる群から選択される置換基であり、一般式（１）中の３つのＲ_１のうち、２つ以上がシアノ基である。Ｒ_２は、それぞれ独立に水素、又は炭素数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のアルキルアミノ基からなる群から選択される置換基である。）

〔２〕前記化合物を含む層が、正孔輸送層、発光層、電子輸送層から選ばれるいずれかであることを特徴とする〔１〕に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。

〔３〕前記発光層が、上記一般式（１）で示される化合物からなるホスト材料と、下記一般式（６−２）で示されるゲスト材料とを含むことを特徴とする〔１〕に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。

本発明の有機ＥＬ素子は、２つの電極間に、発光層を含む積層構造が形成され、前記積層構造が、一般式（１）で示される化合物を含む層を有する。このため、本発明の有機ＥＬ素子は、発光効率が高く、駆動電圧が低い。

本実施形態の有機ＥＬ素子の一例を説明するための断面模式図である。実験１で形成した薄膜に使用した化合物の^１Ｈ−ＮＭＲ測定の結果（スペクトル）を示すグラフである。実験１で形成した薄膜の３００Ｋ及び７７Ｋにおける発光スペクトルを測定した結果を示したグラフである。実験２で形成した薄膜の３００Ｋ及び７７Ｋにおける発光スペクトルを測定した結果を示したグラフである。実施例および比較例の有機ＥＬ素子における印加電圧と輝度との関係を示したグラフである。実施例および比較例の有機ＥＬ素子における対して電流密度と電力効率との関係を示したグラフである。

以下、本発明を詳細に説明する。
本発明者は、上記課題を解決し、発光効率が高く、駆動電圧の低い有機ＥＬ素子を実現するために、発光層のホスト材料に着目し、鋭意検討を重ねた。
従来の有機ＥＬ素子においては、発光層のホスト材料として、カルバゾール系化合物である一般式（１０）で示されるＣＢＰが一般に用いられていた。ＣＢＰは、正孔輸送性のみを示し、Ｓ_１（一重項励起状態）エネルギーとＴ_１（三重項励起状態）エネルギーとの差が大きい材料であり、エネルギーギャップが大きい。このため、ＣＢＰを用いた発光層を有する有機ＥＬ素子では、電極から発光層への正孔および電子の移動におけるエネルギー障壁が大きく、駆動電圧が高かった。

駆動電圧を低くするには、発光層のホスト材料として、ＣＢＰを用いた場合と同程度のＴ_１エネルギーを有し、ＣＢＰと比較してＳ_１エネルギーとＴ_１エネルギーとの差が小さい化合物を用いればよい。このことにより、ＣＢＰと比較してホスト材料のエネルギーギャップを小さくできる。

そこで、本発明者は鋭意検討を重ね、発光層のホスト材料として、一般式（１）で示される化合物を用いればよいことを見出した。一般式（１）で示される化合物は、カルバゾールの６位に、２つまたは３つのシアノ基で置換されたベンゼン環が結合した構造を有する。一般式（１）で示される化合物では、カルバゾールが正孔輸送性に寄与し、２つまたは３つのシアノ基で置換されたベンゼン環が電子輸送性に寄与する。このため、一般式（１）で示される化合物は、Ｓ_１エネルギーとＴ_１エネルギーとの差が小さい。したがって、一般式（１）で示される化合物をホスト材料として含む発光層を有する有機ＥＬ素子では、ホスト材料のエネルギーギャップが小さくなる。その結果、電極から発光層への正孔移動および／または電極から発光層への電子移動におけるエネルギー障壁が小さくなり、有機ＥＬ素子の駆動電圧が低くなる。しかも、一般式（１）で示される化合物をホスト材料として含む発光層を有する有機ＥＬ素子では、ホスト材料としてＣＢＰを用いた場合と同等の高い発光効率が得られる。

さらに、本発明者は鋭意検討を重ね、２つの電極間に形成された発光層を含む積層構造に含まれる正孔輸送層、発光層、電子輸送層から選ばれるいずれかが、一般式（１）で示される化合物を含む場合、電極から発光層への正孔移動および／または電子移動におけるエネルギー障壁を小さくでき、上記効果が得られることを確認し、本発明を想到した。

「有機ＥＬ素子」
図１は、本実施形態の有機ＥＬ素子の一例を説明するための断面模式図である。図１に示す本実施形態の有機ＥＬ素子１は、陽極９（電極）と陰極３（電極）との間に、発光層６を含む積層構造が形成されているものである。
本実施形態の有機ＥＬ素子１における積層構造は、正孔注入層８と、正孔輸送層７と、発光層６と、電子輸送層５と、電子注入層４とがこの順に形成されたものである。

図１に示す有機ＥＬ素子１は、基板２と反対側に光を取り出すトップエミッション型のものであってもよいし、基板２側に光を取り出すボトムエミッション型のものであってもよい。

（基板）
基板２の材料としては、樹脂材料、ガラス材料等が挙げられる。基板２の材料は、１種のみを用いてもよいし、２種以上組み合わせて使用してもよい。
基板２に用いられる樹脂材料としては、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリカーボネート、ポリアリレート等が挙げられる。基板２の材料として、樹脂材料を用いた場合、柔軟性に優れた有機ＥＬ素子１が得られるため好ましい。
基板２に用いられるガラス材料としては、石英ガラス、ソーダガラス、パイレックス（登録商標）等が挙げられる。

有機ＥＬ素子１がボトムエミッション型のものである場合には、基板２の材料として、透明基板を用いる。
有機ＥＬ素子１がトップエミッション型のものである場合には、基板２の材料として、透明基板だけでなく、不透明基板を用いてもよい。不透明基板としては、例えば、アルミナのようなセラミックス材料からなる基板、ステンレス鋼のような金属板の表面に酸化膜（絶縁膜）を形成した基板、樹脂材料で構成された基板等が挙げられる。

（陽極）
陽極９は、正孔注入層８または正孔輸送層７に正孔を注入する。このため、陽極９の材料としては、仕事関数が比較的大きい各種金属材料や、各種合金等が用いられる。陽極９の材料としては、例えば、金、ヨウ化銅、酸化スズ、アルミニウムドープの酸化亜鉛（ＺｎＯ：Ａｌ）、インジウム酸化スズ（ＩＴＯ）、インジウム酸化亜鉛（ＩＺＯ）、フッ素酸化スズ（ＦＴＯ）等が挙げられる。これらの中でも、透明性や仕事関数の観点から、陽極９の材料として、ＩＴＯ、ＩＺＯ、ＦＴＯが好ましい。

有機ＥＬ素子１がボトムエミッション型のものである場合、陽極９の材料として、透明導電材料が用いられる。
有機ＥＬ素子１がトップエミッション型のものである場合、陽極９の材料として、透明導電材料だけでなく、不透明材料を用いてもよく、反射性の材料を用いてもよい。

（正孔注入層）
正孔注入層８に用いられる材料は、陽極の仕事関数と正孔輸送層７のイオン化ポテンシャル（ＩＰ）との関係、電荷輸送特性等の観点に応じて選ばれる。正孔注入層８の材料は、適切なＩＰと電荷輸送特性を有する化合物であればよく、低分子、高分子問わず、各種の有機化合物、無機化合物を選択して用いることができる。正孔注入層８の材料は、１種のみであってもよいし、２種以上組み合わせて用いてもよい。

正孔注入層８に用いられる無機化合物としては、例えば、モリブデン酸化物（ＭｏＯｘ）、酸化バナジウム（Ｖ_２Ｏ_５）等が挙げられる。無機化合物は、有機化合物と比較して安定である。このため、正孔注入層８に無機化合物を用いた場合、有機化合物を用いた場合と比較して、酸素や水に対する高い耐性が得られやすい。

正孔注入層８に用いられる有機化合物としては、例えば、下記一般式（８−１）〜（８−１９）で示される化合物が挙げられる。一般式（８−１）〜（８−１９）で示される化合物の中でも、一般式（８−１１）で示されるポリ（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）、一般式（８−１９）で示されるポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）（ＰＥＤＯＴ）、一般式（８−４）で示される銅フタロシアニン（ＣｕＰｃ）が好ましく、特に、一般式（８−１９）で示されるＰＥＤＯＴが好ましい。

（正孔輸送層）
正孔輸送層７に用いられる材料としては、例えば、下記一般式（７−１）〜（７−３６）で示される化合物が挙げられる。一般式（７−１）〜（７−３６）で示される化合物の中でも特に、一般式（７−１）で示されるα−ＮＰＤと、バンドギャップが大きく、電気的安定性・熱的安定性に優れる一般式（７−３６）で示される化合物とを組み合わせて用いることが好ましい。
正孔輸送層７の材料は、１種のみであってもよいし、２種以上組み合わせて用いてもよい。また、正孔輸送層７は、１層のみで形成されていてもよいし、２層以上積層して形成されたものであってもよい。例えば、正孔輸送層７は、発光層６側に配置した一般式（７−３６）で示される化合物からなる層と、正孔注入層８側に配置した一般式（７−１）で示されるα−ＮＰＤからなる層とを積層したものとすることができる。

（発光層）
本実施形態の有機ＥＬ素子１に含まれる発光層６は、電荷輸送および電荷再結合を行うホスト材料と、発光材料であるゲスト材料とを含む。
「ホスト材料」
本実施形態では、ホスト材料として、一般式（１）で表わされる化合物を用いる。

一般式（１）中のＲ_１は、それぞれ独立にシアノ基、又は水素、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のアルキルアミノ基からなる群から選択される置換基であり、一般式（１）中の３つのＲ_１のうち、２つ以上がシアノ基である。
具体的には、一般式（１）中の３つのＲ_１のうち、２つがシアノ基であることが好ましい。この場合、３つのＲ_１のうちシアノ基でないＲ_１は、水素、炭素数１〜５のアルキル基、炭素数１〜５のアルコキシ基、炭素数１〜５のアルキルアミノ基からなる群から選択される置換基であることが好ましく、水素であることが最も好ましい。

一般式（１）中のＲ_２は、それぞれ独立に水素、又は炭素数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のアルキルアミノ基からなる群から選択される置換基である。一般式（１）中のＲ_２は、上記の中でも特に、水素、炭素数１〜５のアルキル基、炭素数１〜５のアルコキシ基、炭素数１〜５のアルキルアミノ基からなる群から選択される置換基であることが好ましく、水素であることが最も好ましい。

（化合物の同定）
一般式（１）で表わされる化合物は、核磁気共鳴（ＮＭＲ）測定の結果を用いて同定できる。ＮＭＲ測定を行うと、化合物固有のスペクトルが得られる。このスペクトルから、化合物中の原子の結合状態、化学シフト、カップリングの情報を知ることにより、化合物を同定できる。ＮＭＲ測定は、少量の試料を各種重溶媒に溶かして行う。

（化合物の発光スペクトル）
化合物の蛍光スペクトルを測定することで、化合物のＳ_１（一重項励起状態）エネルギーを求めることができる。また、化合物のリン光スペクトルを測定することで、化合物のＴ_１（三重項励起状態）エネルギーを求めることができる。

「ゲスト材料」
ゲスト材料としては、蛍光材料および／またはリン光材料を用いる。ゲスト材料は、ホスト材料からのエネルギー移動を有効に行うために、ホスト材料の発光波長と重なる吸収波長を有することが好ましい。

（リン光材料）
ゲスト材料がリン光材料である場合、ゲスト材料のＴ_１エネルギーは、ホスト材料のＴ_１エネルギーよりも小さいことが好ましい。
ゲスト材料として用いられるリン光材料としては、例えば、下記一般式（６−１）〜（６−２９）で示される化合物が挙げられる。本実施形態では、ホスト材料として、一般式（１）で表わされる化合物を用いるため、一般式（６−１）〜（６−２９）で示されるリン光材料の中でも特に、一般式（６−２）で示されるＩｒ（ｍｐｐｙ）_３などの緑色発光が好ましい。

Ｉｒ（ｍｐｐｙ）_３は、一般式（１）で表わされる化合物よりもＴ_１エネルギーが小さい。このため、ホスト材料として一般式（１）で表わされる化合物を用い、ゲスト材料としてＩｒ（ｍｐｐｙ）_３を用いた場合、ホスト材料からゲスト材料への効率的なエネルギー移動が起こる。その結果、駆動電圧の低い有機ＥＬ素子１となる。また、Ｉｒ（ｍｐｐｙ）_３が、一般式（１）で表わされる化合物の発光波長と重なる吸収波長を有するため、発光効率の高い有機ＥＬ素子１となる。

ホスト材料として、一般式（１）で表わされる化合物を用い、ゲスト材料としてＩｒ（ｍｐｐｙ）_３を用いる場合、ホスト材料中のゲスト材料の含有量は、１〜６重量％であることが好ましい。ゲスト材料の含有量が上記範囲であると、ホスト材料からゲスト材料へのエネルギー移動が効率的に起こり、なおかつゲスト濃度増加による三重項−三重項消滅（ＴＴＡ）による効率低下を防ぐことができる。このため、有機ＥＬ素子１の発光効率が良好となる。

（蛍光材料）
ゲスト材料として用いられる蛍光材料としては、例えば、下記一般式（６−３０）〜（６−５１）で示される化合物が挙げられる。

（電子輸送層）
適切な最低未占有分子軌道（ＬＵＭＯ）レベルを有する電子輸送層５を、陰極３または電子注入層４と発光層６との間に設けると、陰極３または電子注入層４から電子輸送層５への電子注入障壁が緩和され、電子輸送層５から発光層６への電子注入障壁が緩和される。また、電子輸送層５に用いられる材料が適切な最高被占有分子軌道（ＨＯＭＯ）レベルを有する場合、発光層６で再結合せずに対極へ流出する正孔が阻止される。その結果、発光層６内に正孔が閉じ込められて、発光層６内での再結合効率が高められる。
電子輸送層５は、電子注入障壁が問題とならず、発光層６の電子輸送能が十分に高い場合には、省略される場合がある。

電子輸送層５に用いられる材料としては、例えば、下記一般式（５−１）〜（５−２８）で示される化合物が挙げられる。一般式（５−１）〜（５−２８）で示される化合物の中でも特に、一般式（５−４）で示されるＴＰＢｉが好ましい。

（電子注入層）
電子注入層４に用いられる材料は、陰極３の仕事関数と電子輸送層５のＬＵＭＯレベル等の観点から選ばれる。電子注入層４に用いられる材料は、電子輸送層５を設けない場合には、発光層６のゲスト材料およびホスト材料のＬＵＭＯレベルを考慮して選ばれる。
電子注入層４に用いられる材料は、有機化合物でもよいし、無機化合物でもよい。電子注入層４が、無機化合物からなるものである場合には、例えば、アルカリ金属や、アルカリ土類金属の他、フッ化リチウム、フッ化ナトリウム、フッ化カリウム、フッ化セシウム、炭酸セシウム等を用いることができ、フッ化リチウムを用いることが好ましい。

（陰極）
陰極３は、電子注入層４または電子輸送層５に電子を注入する。このため、陰極３の材料としては、仕事関数の比較的小さな各種金属材料、各種合金等が用いられる。陰極３の材料としては、例えば、アルミニウム、銀、マグネシウム、カルシウム、金、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、酸化インジウム亜鉛（ＩＺＯ）、マグネシウムインジウム合金（ＭｇＩｎ）、銀合金等が挙げられる。

有機ＥＬ素子１がボトムエミッション型のものである場合、陰極３の材料として、金属からなる不透明電極を用いることができ、反射性の材料を用いてもよい。
有機ＥＬ素子１がトップエミッション型のものである場合、陰極３の材料として、透明導電材料が用いられる。なお、陰極３の材料としてＩＴＯを用いた場合、ＩＴＯの仕事関数が大きいため、電子注入が困難となる。また、ＩＴＯ膜は、スパッタ法やイオンビーム蒸着法を用いて成膜するため、成膜時に電子注入層４等にダメージが与えられる可能性がある。このため、陰極３の材料としてＩＴＯを用いる場合には、電子注入層４とＩＴＯとの間に、マグネシウム層や銅フタロシアニン層を設けることが好ましい。

図１に示す有機ＥＬ素子１は、基板２上に、陽極９と、正孔注入層８と、正孔輸送層７と、発光層６と、電子輸送層５と、電子注入層４と、陰極３をこの順に形成することにより製造できる。陽極９、正孔注入層８、正孔輸送層７、発光層６、電子輸送層５、電子注入層４、陰極３の各層の形成方法は、特に限定されず、各層に用いられる材料の特性に合わせて、従来公知の種々の形成方法を適宜用いて形成できる。

具体的には、例えば、陰極３および陽極９を形成する方法として、スパッタ法、真空蒸着法、ゾルゲル法、スプレー熱分解（ＳＰＤ）法、原子層堆積（ＡＬＤ）法、気相成膜法、液相成膜法等が挙げられる。
また、電子注入層４、電子輸送層５、発光層６、正孔輸送層７、正孔注入層８の各層を形成する方法として、各層となる有機化合物を含む有機化合物溶液を塗布する塗布法、真空蒸着法、ＥＳＤＵＳ（ＥｖａｐｏｒａｔｉｖｅＳｐｒａｙＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎｆｒｏｍＵｌｔｒａ−ｄｉｌｕｔｅＳｏｌｕｔｉｏｎ）法などが挙げられる。これらの形成方法の中でも特に、塗布法を用いることが好ましい。

また、電子注入層４、電子輸送層５、正孔輸送層７、正孔注入層８のうちいずれかの層が無機材料からなるものである場合、無機材料からなる層は、例えば、スパッタ法、真空蒸着法等の方法を用いて形成できる。

図１に示す有機ＥＬ素子１は、陽極９と陰極３との間に、発光層６を含む積層構造が形成され、発光層６が一般式（１）で示される化合物を含む。このため、本実施形態の有機ＥＬ素子１は、発光効率が高い。また、本実施形態の有機ＥＬ素子１は、駆動電圧が低く、消費電力が低い。

「他の例」
本発明の有機ＥＬ素子は、上述した実施形態において説明した有機ＥＬ素子に限定されるものではない。
具体的には、上述した実施形態においては、一般式（１）で示される化合物を含む層が発光層６である場合を例に挙げて説明したが、一般式（１）で示される化合物を含む層は、２つの電極間に形成された積層構造に含まれていればよく、発光層６に限定されない。
例えば、一般式（１）で示される化合物を含む層は、正孔輸送層７または電子輸送層５であってもよい。

また、上述した実施形態においては、一般式（１）で示される化合物を、発光層６のホスト材料として用いる場合を例に挙げて説明したが、一般式（１）で示される化合物は、発光層のゲスト材料として用いることもできるし、発光層を一般式（１）で示される化合物のみで形成することもできる。

また、上述した実施形態においては、基板２と発光層６との間に陽極９が配置された順構造の有機ＥＬ素子１を例に挙げて説明したが、本発明の有機ＥＬ素子は、基板と発光層との間に陰極が配置された逆構造のものであってもよい。

また、図１に示す有機ＥＬ素子１においては、電子注入層４、電子輸送層５、正孔輸送層７、正孔注入層８は、必要に応じて形成すればよく、設けられていなくてもよい。
また、陰極３、電子注入層４、電子輸送層５、発光層６、正孔輸送層７、正孔注入層８、陽極９の各層は、１層で形成されているものであってもよいし、２層以上からなるものであってもよい。

また、図１に示す有機ＥＬ素子１は、図１に示す陽極９、正孔注入層８、正孔輸送層７、発光層６、電子輸送層５、電子注入層４、陰極３の各層の間に、他の層を有するものであってもよい。具体的には、有機ＥＬ素子の特性をさらに向上させる等の理由から、必要に応じて、電子阻止層などを有していてもよい。

以下、本発明の実施例および比較例について説明する。なお、本発明は以下に示す実施例に限定されるものではない。
「実験１」
ガラス材料からなる基板上に、真空蒸着法により、以下に示す化合物からなる厚み５０ｎｍの薄膜を形成した。
図２は、実験１で形成した薄膜に使用した化合物の^１Ｈ−ＮＭＲ測定の結果（スペクトル）を示すグラフである。ＮＭＲ測定は、実験１で形成した薄膜に使用した化合物を、重溶媒である重クロロホルム（ＣＤＣｌ_３）に溶解して行った。図２に示す結果から、実験１で形成した薄膜に使用した化合物を同定した。
その結果、一般式（１）で示される化合物であり、一般式（１）中の３つのＲ_１のうち２つがシアノ基で１つが水素であり、一方のシアノ基が結合している炭素と他方のシアノ基が結合している炭素とが隣接しておらず、Ｒ_２が水素である（下記一般式（１１）で示される化合物）ことが確認できた。

「実験２」
ガラス材料からなる基板上に、真空蒸着法により、一般式（１０）で示されるＣＢＰからなる厚み５０ｎｍの薄膜を形成した。
「実験３」
ガラス材料からなる基板上に、真空蒸着法により、一般式（６−２）で示されるＩｒ（ｍｐｐｙ）_３からなる厚み５０ｎｍの薄膜を形成した。

実験１および実験２で形成した薄膜について、ＨＯＲＩＢＡ社製のＦｌｕｏｒｏＭａｘ−４を用い、波長３５０ｎｍの励起光源を用いて、３００Ｋ及び７７Ｋにおける発光スペクトルを測定した。その結果を図３および図４に示す。図３は、実験１で形成した薄膜の測定結果を示したグラフである。図４は、実験２で形成した薄膜の測定結果を示したグラフである。

常温（３００Ｋ）での発光スペクトルは、蛍光発光を示している。したがって、常温（３００Ｋ）での発光スペクトルから、Ｓ_１（一重項励起状態）エネルギーに相当する知見が得られる。図３および図４に示すように、一般式（１）で示される化合物（実験１）の蛍光発光は、ＣＢＰ（実験２）の蛍光発光よりも長波長側にみられる。したがって、一般式（１）で示される化合物のＳ_１エネルギーは、ＣＢＰよりも小さい。

また、実験１および実験２で形成した薄膜について、低温（７７Ｋ）での発光スペクトル測定によりリン光発光を観測し、薄膜の三重項励起状態（Ｔ_１）のエネルギーを求めた。なお、低温での発光スペクトル測定は、蛍光発光成分を除去してリン光スペクトルを観測するために、励起光照射後６００ｍｓの遅延を設けて測定した。このようにして求めた実験１および実験２で形成した薄膜の三重項励起状態（Ｔ_１）のエネルギーを表１に示す。

図３および図４に示すように、一般式（１）で示される化合物のＳ_１エネルギーは、ＣＢＰよりも小さい。また、表１に示すように、一般式（１）で示される化合物（実験１）のＴ_１エネルギーは、ＣＢＰ（実験２）とほぼ同程度である。したがって、一般式（１）で示される化合物は、ＣＢＰよりもエネルギーギャップが小さい。よって、一般式（１）で示される化合物は、発光層のホスト材料として、ＣＢＰよりも好ましい。

また、実験３で形成した薄膜について、実験１および実験２と同様にして、薄膜の三重項励起状態（Ｔ_１）のエネルギーを求めた。
このようにして求めた実験３で形成した薄膜（Ｉｒ（ｍｐｐｙ）_３）の三重項励起状態（Ｔ_１）のエネルギーを表１に示す。

表１に示すように、一般式（１）で示される化合物（実験１）のＴ_１エネルギーは、一般的な緑色リン光材料であるＩｒ（ｍｐｐｙ）_３のＴ_１エネルギーよりも大きかった。
したがって、一般式（１）で示される化合物は、発光層のホスト材料に適している。

「実施例」
以下に示す材料を用いて、以下に示す方法により、実施例の有機ＥＬ素子を作製した。
基板の陽極上に、真空蒸着法により、正孔注入層と、第２正孔輸送層と、第１正孔輸送層と、発光層と、電子輸送層と、電子注入層と、陰極とを、この順に形成し、実施例の有機ＥＬ素子を作製した。

（基板、陽極）ＩＴＯ（酸化インジウムスズ）からなる幅３ｍｍにパターニングされた電極を有する平均厚さ０．７ｍｍの市販の透明ガラス基板。
（正孔注入層）ＰＥＤＯＴ（ＣｌｅｖｉｏｓＨＩＬ１．５）（厚み３０ｎｍ）
（正孔輸送層）「第１正孔輸送層」一般式（７−３６）で示される化合物（厚み１０ｎｍ）「第２正孔輸送層」α−ＮＰＤ（厚み２０ｎｍ）

（発光層）一般式（１）で示される化合物である一般式（１１）で示される化合物をホスト材料として用い、ホスト材料中にゲスト材料であるＩｒ（ｍｐｐｙ）_３を１重量％含む（厚み３０ｎｍ）
（電子輸送層）ＴＰＢｉ（厚み３５ｎｍ）
（電子注入層）ＬｉＦ膜（厚み０．８ｎｍ）
（陰極）Ａｌ膜（厚み１００ｎｍ）

「比較例」
発光層のホスト材料に使用した化合物を、一般式（１０）で示されるＣＢＰとしたこと以外は、実施例と同様にして、比較例の有機ＥＬ素子を作製した。

このようにして得られた実施例および比較例の有機ＥＬ素子について、それぞれ電流密度１ｍＡ／ｃｍ^２における外部量子効率を測定した。その結果を表２に示す。
表２に示すように、実施例の有機ＥＬ素子の外部量子効率は、比較例の有機ＥＬ素子の外部量子効率と同程度であった。

また、実施例および比較例の有機ＥＬ素子に対して、ケースレー社製の「２４００型ソースメーター」を用いて電圧を印加し、コニカミノルタ社製の「ＬＳ−１００」を用いて輝度を測定し、印加電圧と輝度の関係を調べた。その結果を図５に示す。

図５に示すように、実施例の有機ＥＬ素子では、比較例の有機ＥＬ素子と比較して、印加電圧が同じである場合に高い輝度が得られており、駆動電圧が低かった。これは、発光層のホスト材料として、実施例で使用した一般式（１）で示される化合物が、比較例で使用したＣＢＰと比較して、エネルギーギャップが小さいためであると推定される。

また、実施例および比較例の有機ＥＬ素子に対して、ケースレー社製の「２４００型ソースメーター」を用いて電流密度と電力効率を調べた。その結果を図６に示す。

図６に示すように、実施例の有機ＥＬ素子では、比較例の有機ＥＬ素子と比較して、電流密度が同じである場合に高い電力効率が得られている。これは、発光層のホスト材料として、実施例で使用した一般式（１）で示される化合物が、比較例で使用したＣＢＰと比較して、エネルギーギャップが小さいためであると推定される。

１…有機ＥＬ素子、２…基板、３…陰極、４…電子注入層、５…電子輸送層、６…発光層、７…正孔輸送層、８…正孔注入層、９…陽極。

Claims

２つの電極間に、発光層を含む積層構造が形成され、前記積層構造が、下記一般式（１）で示される化合物を含む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。

（一般式（１）中のＲ_１は、それぞれ独立にシアノ基、又は水素、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のアルキルアミノ基からなる群から選択される置換基であり、一般式（１）中の３つのＲ_１のうち、２つ以上がシアノ基である。Ｒ_２は、それぞれ独立に水素、又は炭素数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のアルキルアミノ基からなる群から選択される置換基である。）
前記化合物を含む層が、正孔輸送層、発光層、電子輸送層から選ばれるいずれか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。
前記発光層が、上記一般式（１）で示される化合物からなるホスト材料と、下記一般式（６−２）で示されるゲスト材料とを含む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。