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CN103996798B - 发光元件、发光装置以及电子装置 - Google Patents

发光元件、发光装置以及电子装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供具有高发光效率和长寿命的发光元件。通过制备使用所述发光元件的发光装置，提供具有低功耗和长寿命的发光装置。制备上述发光元件，其中在作为阳极的第1电极和作为阴极的第2电极之间包含发光层。所述发光层包含具有空穴传输性的第1有机化合物、具有电子传输性的第2有机化合物和含有二苯并[f,h]喹喔啉骨架的有机金属络合物作为配体。另外，制备使用上述发光元件的发光装置。

Description

发光元件、发光装置以及电子装置
本申请是申请日为2008年11月17日、申请号为200880118858.0、发明名称为“发光元件、发光装置以及电子装置”的发明专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及使用磷光化合物的发光元件。另外，本发明涉及使用上述发光元件的发光装置。此外，本发明还涉及使用上述发光装置的电子装置。
背景技术
近年来，对使用发光有机化合物或发光无机化合物作为发光物质的发光元件的开发正积极地进行。特别是称为EL元件的发光元件具有在电极之间提供包含发光物质的发光层的简单结构，并且因为外形薄、轻、响应速度高以及低电压直流驱动等特性而作为下一代的平板显示元件引人注目。另外，使用上述发光元件的显示器还具有对比度和图像质量优异的特征并且具有广视角。此外，由于这样的发光元件为平面光源，因此期望将这些发光元件用作液晶显示器的背光灯或照明装置等的光源。
在使用发光有机化合物作为发光物质的情况下，发光元件的发光机制属于载流子注入型。换言之，将发光层插入电极之间，施加电压，从而使由电极注入的载流子(空穴和电子)再结合，使发光物质处于激发态。通过由激发态回到基态而发光。另外，作为激发态的类型，有激发单重态(S*)和激发三重态(T*)。此外，在统计学上认为发光元件中S*与T*的比例为1:3。
具体而言，发光有机化合物的基态为激发单重态。因此，由于在相同的多重态中的电子跃迁，从激发单重态(S*)的发光被称为荧光。另一方面，由于在不同的多重态中的电子跃迁，从激发三重态(T*)的发光被称为磷光。在此处，一般而言室温下仅可从发荧光化合物(以下称为荧光化合物)中观察到荧光，而不是磷光。相应地，根据S*:T*=1:3，可假定使用荧光化合物的发光元件的内部量子效率(产生的光子与注入的载流子的比例)具有25%的理论界限。
另一方面，当使用发磷光化合物(以下称为磷光化合物)时，理论上可实现75%～100%的内部量子效率。这表明发光效率可为荧光化合物的3～4倍。由于上述原因，为获得具有高效率的发光元件，提出使用磷光化合物的发光元件(例如参照非专利文献1和非专利文献2)。需说明的是，非专利文献1使用配体为2-苯基吡啶的铱络合物(Ir(ppy)3)作为磷光化合物，非专利文献2使用配体为2-(2'-苯并[4,5-a]噻吩基)吡啶的铱络合物([btp2lr(acac)])作为磷光化合物。
另外，公开了使用如下发光层的发光元件，为改善使用磷光化合物的发光元件的寿命和效率，所述发光层含有有机低分子空穴传输物质和有机低分子电子传输物质作为用于磷光掺杂剂的主体材料(参照专利文献1)。
非专利文献1：Testuo TSUTSUI等,JAPANESE JOURNAL OF APPLIED PHYSICS,vol.38,1999,pp.L1502-L1504
非专利文献2：Chihaya ADACHI等,APPLIED PHYSICS LETTERS,vol.78,2001,No.11,pp.1622-1624
专利文献1：Japanese Translation of PCT International ApplicationNo.2004-515895
发明内容
根据上述非专利文献1，空穴封闭层由BCP形成，其稳定性不足，相应地元件的寿命也存在问题。
但是，若将BCP从非专利文献1的元件结构中移开，则无法获 得具有高效率的发光。这是由于在非专利文献1中用作发光层主体材料的CBP具有强的空穴传输性，因此若不使用BCP作为空穴封闭层，则空穴可到达电子传输层。另外，BCP具有阻断发光层中产生的激发能(在此情况下是三重激发能)的功能。因此，就非专利文献1的元件结构而言，尽管由于BCP可实现高效率，但是由于BCP的缘故，无法获得具有长寿命的发光元件。
另一方面，专利文献1公开了元件寿命和效率的改善方法，但从效率的观点出发，无法发挥磷光化合物的能力。实际上，虽然使用了在非专利文献2中也使用过的铱络合物[btp2lr(acac)]，但在专利文献1中发光元件的效率约为0.9cd/A～2.0cd/A，其与非专利文献2报道的效率相比非常低。
由于上述原因，同时获得磷光化合物的高效率和长寿命是非常困难的。因此，实际上在降低效率的条件下确保使用磷光化合物的发光元件的寿命。
鉴于上述情况，本发明提供具有高效率和长寿命的发光元件。另外，通过使用所述发光元件制备发光装置，本发明提供具有低功耗和更长寿命的发光装置。此外，通过将所述发光装置适用于电子装置，本发明提供具有更低功耗和更长寿命的电子装置。
作为深入研究的结果，本发明人发现上述问题可通过设计在发光元件中包含发光物质的发光层结构解决，所述发光层使用具有强电子俘获性的某种有机金属络合物作为发光物质。具体而言，本发明人发现，上述问题可通过在发光元件的发光层中所包含的具有空穴传输性的化合物和具有电子传输性的化合物这二者来解决，所述发光层使用配体为二苯并[f,h]喹喔啉衍生物的有机金属络合物作为发光物质。
换言之，本发明的一个方面是在第1电极和第2电极之间包含发光层的如下发光元件：所述发光层包含具有空穴传输性的第1有机化合物、具有电子传输性的第2有机化合物和有机金属络合物； 所述有机金属络合物的配体为具有二苯并[f,h]喹喔啉骨架的配体；所述有机金属络合物的中心金属为9族或10族元素。
另外，作为二苯并[f,h]喹喔啉衍生物，特别优选2-芳基二苯并[f,h]喹喔啉衍生物。因此，本发明的一个方面是在第1电极和第2电极之间包含发光层的如下发光元件：所述发光层包含具有空穴传输性的第1有机化合物、具有电子传输性的第2有机化合物和有机金属络合物；所述有机金属络合物的配体为2-芳基二苯并[f,h]喹喔啉衍生物；所述有机金属络合物的中心金属为9族或10族元素。需说明的是，作为所述2-芳基二苯并[f,h]喹喔啉衍生物，优选2-苯基二苯并[f,h]喹喔啉衍生物。
需说明的是，从发光效率的观点出发，在上述结构中，中心金属优选铱或铂。由于铱可提供非常高的效率，所以特别优选铱。
在这里，具体而言上述采用具有二苯并[f,h]喹喔啉骨架的配体的有机金属络合物是具有如下列通式(G1)所示结构的有机金属络合物。换言之，本发明的一个方面是在第1电极和第2电极之间包含发光层的如下发光元件：所述发光层包含具有空穴传输性的第1有机化合物、具有电子传输性的第2有机化合物和有机金属络合物；所述有机金属络合物具有如下列通式(G1)所示的结构。
式中，Ar表示具有6～25个碳原子的芳基，R1表示氢、具有1～4个碳原子的烷基或具有1～4个碳原子的烷氧基中的任1种，R2～R8分 别表示氢、具有1～4个碳原子的烷基、具有1～4个碳原子的烷氧基、卤素基团或具有1～4个碳原子的酰氧基中的任1种，烷基中的任1种或烷氧基中的任1种(R2和R3、R3和R4、R5和R6、R6和R7或R7和R8中的任1对)可相互结合形成环；M为中心金属，表示9族或10族元素。
作为具有如上述式通式(G1)所示结构的有机金属络合物，优选具有如下列通式(G2)所示结构的有机金属络合物。相应地，本发明的一个方面是在第1电极和第2电极之间包含发光层的如下发光元件：所述发光层包含具有空穴传输性的第1有机化合物、具有电子传输性的第2有机化合物和有机金属络合物；所述有机金属络合物具有如下列通式(G2)所示的结构。
式中，Ar表示具有6～25个碳原子的芳基，R3和R6分别表示氢、具有1～4个碳原子的烷基、具有1～4个碳原子的烷氧基、卤素基团或具有1～4个碳原子的酰氧基中的任1种，M为中心金属，表示9族或10族元素。
另外，作为具有如上述式通式(G1)所示结构的有机金属络合物，特别优选具有如下列通式(G3)所示结构的有机金属络合物。因此，本发明的一个方面是在第1电极和第2电极之间包含发光层的如下发光元件：所述发光层包含具有空穴传输性的第1有机化合物、具有电子传输性的第2有机化合物和有机金属络合物；所述有 机金属络合物具有如下列通式(G3)所示的结构。
式中，Ar表示具有6～25个碳原子的芳基，M为中心金属，表示9族或10族元素。
在这里，作为具有如上述式通式(G1)所示结构的有机金属络合物，尤其优选具有如下列通式(G4)所示结构的有机金属络合物。因此，本发明的一个方面是在第1电极和第2电极之间包含发光层的如下发光元件：所述发光层包含具有空穴传输性的第1有机化合物、具有电子传输性的第2有机化合物和有机金属络合物；所述有机金属络合物具有如下列通式(G4)所示的结构。
式中，R9～R13分别表示氢、具有1～4个碳原子的烷基、具有1～4个碳原子的烷氧基、具有6～12个碳原子的芳基或卤素基团中的任1种，M为中心金属，表示9族或10族元素。
另外，更具体而言，上述具有如上述式通式(G1)所示结构的有机金属复合为具有如下列通式(G5)所示结构的有机金属络合物。因此，本发明的一个方面是在第1电极和第2电极之间包含发光层的如下发光元件：所述发光层包含具有空穴传输性的第1有机化合物、具有电子传输性的第2有机化合物和有机金属络合物；所述有机金属络合物具有如下列通式(G5)所示的结构。
式中，Ar表示具有6～25个碳原子的芳基，R1表示氢、具有1～4个碳原子的烷基或具有1～4个碳原子的烷氧基中的任1种，R2～R8分别表示氢、具有1～4个碳原子的烷基、具有1～4个碳原子的烷氧基、具有1～4个碳原子的酰氧基或卤素基团中的任1种，烷基中的任1种或烷氧基中的任1种(R2和R3、R3和R4、R5和R6、R6和R7或R7和R8中的任1对)可相互结合形成环；M为中心金属，表示9族或10族元素，L表示单阴离子配体，当中心金属为9族元素时n为2，当中心金属为10族元素时n为1。
另外，更具体而言，上述具有如上述式通式(G2)所示结构的有机金属复合为具有如下列通式(G6)所示结构的有机金属络合物。因此，本发明的一个方面是在第1电极和第2电极之间包含发光层的如下发光元件：所述发光层包含具有空穴传输性的第1有机化合物、具有电子传输性的第2有机化合物和有机金属络合物；所述有机金属络合物具有如下列通式(G6)所示的结构。
式中，Ar表示具有6～25个碳原子的芳基，R3和R6分别表示氢、具有1～4个碳原子的烷基、具有1～4个碳原子的烷氧基、具有1～4个碳原子的酰氧基或卤素基团中的任1种，M为中心金属，表示9族或10族元素，L表示单阴离子配体，当中心金属为9族元素时n为2，当中心金属为10族元素时n为1。
另外，更具体而言，上述具有如上述式通式(G3)所示结构的有机金属复合为具有如下列通式(G7)所示结构的有机金属络合物。因此，本发明的一个方面是在第1电极和第2电极之间包含发光层的如下发光元件：所述发光层包含具有空穴传输性的第1有机化合物、具有电子传输性的第2有机化合物和有机金属络合物；所述有机金属络合物具有如下列通式(G7)所示的结构。
式中，Ar表示具有6～25个碳原子的芳基，M为中心金属，表示9族或10族元素，L表示单阴离子配体，当中心金属为9族元素时n为2，当中心金属为10族元素时n为1。
另外，更具体而言，上述具有如上述式通式(G4)所示结构的有机金属复合为具有如下列通式(G8)所示结构的有机金属络合物。因此，本发明的一个方面是在第1电极和第2电极之间包含发光层的如下发光元件：所述发光层包含具有空穴传输性的第1有机化合物、具有电子传输性的第2有机化合物和有机金属络合物；所述有机金属络合物具有如下列通式(G8)所示的结构。
式中，R9～R13分别表示氢、具有1～4个碳原子的烷基、具有1～4个碳原子的烷氧基、具有6～12个碳原子的芳基或卤素基团中的任1种，M为中心金属，表示9族或10族元素，L表示单阴离子配体，当中心金属为9族元素时n为2，当中心金属为10族元素时n为1。
另外，从发光效率的观点出发，在上述通式(G1)～(G8)中，M优选铱或铂。由于铱可提供发光效率非常高的发光，所以特别优选铱。
需说明的是，在上述发光元件的任1种中，第1有机化合物优 选芳胺化合物或咔唑衍生物。此外，第2有机化合物优选杂芳族化合物或金属络合物。更优选地，所述第1有机化合物为芳胺化合物或咔唑衍生物并且所述第2有机化合物为杂芳族化合物或金属络合物。
在这里，在上述发光元件的任1种中，优选第1有机化合物的量和/或第2有机化合物的量大于有机金属络合物的量。即，优选所述第1有机化合物和/或第2有机化合物起到有机金属络合物的主体的作用。更优选发光层中有机金属络合物的量大于或等于1%重量且小于或等于10%重量。
此外，在本发明的发光元件中，第1有机化合物和第2有机化合物的比例也很重要。因此，在上述发光元件的任1种中，第2有机化合物与第1有机化合物的重量比优选大于或等于1/20且小于或等于20。第2有机化合物与第1有机化合物的重量比特别优选大于或等于1且小于或等于20。
需说明的是，考虑到上述有机金属络合物的强电子俘获性而形成本发明的上述结构。因此，在本发明的发光元件中，有机金属络合物的LUMO能级比第1有机化合物的LUMO能级和第2有机化合物的LUMO能级大0.2eV以上。
另外，由于如上获得的本发明的发光元件具有高发光效率，并且其寿命可得到改善，所以使用该发光元件的发光装置(例如图像显示装置或发光装置)可实现低功耗和长寿命。因此，本发明包括使用本发明的发光元件的发光装置和具有所述发光装置的电子装置。
本发明的发光装置包括发光元件和控制单元，所述发光元件包含在一对电极之间含有发光物质的层，并且在含有所述发光物质的层中含有上述有机金属络合物，所述控制单元用于控制从发光元件的光发射。需说明的是，本说明书中所述发光装置的种类包括使用发光元件的图像显示装置或发光装置，也包括照明装置。另外，本发明的发光装置的种类包括如下组件：包含将例如卷带自动结合 (TAB)带(例如各向异性传导膜)或薄膜封装(TCP)等连接器附着在具有发光元件的衬片上的组件；连接器边缘部分具有印刷线路板的组件；通过玻璃上芯片技术(COG)将集成电路(IC)直接装在具有发光元件的衬片上的组件。
通过本发明的完成，可提供具有高发光效率的发光元件。特别是可提供具有高发光效率和更长寿命的发光元件。
另外，通过制备使用上述发光元件的发光装置，可提供具有低功耗和长寿命的发光装置。此外，通过将该发光装置应用于电子装置，可提供具有低功耗和长寿命的电子装置。
附图说明
图1是本发明一个方面的发光元件的能带图。
图2A和2B是常规发光元件的能带图。
图3表示本发明一个方面的发光元件的元件结构。
图4A和4B各自表示使用本发明一个方面的发光元件的照明装置。
图5A～5C各自表示电子装置，所述电子装置采用使用本发明一个方面的发光元件的发光装置。
图6A和6B表示使用本发明一个方面的发光元件的发光装置。
图7A和7B表示本发明一个方面的发光装置。
图8A和8B显示发光元件1和比较发光元件2的特性。
图9显示发光元件1和比较发光元件2的特性。
图10显示发光元件1和比较发光元件2的发射光谱。
图11显示发光元件1和比较发光元件2的亮度衰减曲线。
图12A和12B显示发光元件3和比较发光元件4的特性。
图13显示发光元件3和比较发光元件4的特性。
图14显示发光元件3和比较发光元件4的发射光谱。
图15显示发光元件3和比较发光元件4的亮度衰减曲线。
图16显示实施例1中测量得到的CV曲线。
图17显示符号说明。
实施发明的最佳方式
以下采用附图对本发明的实施方式进行详细说明。需说明的是，本领域的技术人员可以很容易地理解本发明不局限于以下说明并且不脱离本发明精神及范围的情况下可对其方式和详细内容进行各种各样的变化。因此，对本发明的解释并不限于以下给出的实施方式的描述。
(实施方式1)
首先，在实施方式1中描述了本发明的发光元件的概念。需说明的是，在本说明书中“具有深HOMO能级或LUMO能级”表示具有低能级，“具有浅的HOMO能级或LUMO能级”表示具有高能级。例如，可以说物质A的-2.54eV的LUMO能级比物质B的-2.28eV的LUMO能级深0.26eV，比物质C的-2.85eV的LUMO能级浅0.31eV。
最近，本发明人由于发光元件的高性能的缘故而关注了磷光化合物，并考察了多种磷光性有机金属络合物。其结果之一是，本发明人发现与已知磷光性有机金属络合物相比，配体具有二苯并[f,h]喹喔啉骨架且中心金属为9族或10族元素(以下称为基于二苯并[f,h]喹喔啉的有机金属络合物)的有机金属络合物可更高效地发射磷光。
在这里，通过本发明人进行的特性评价可发现，与普通的主体材料(用作发光层的材料，其中分散有发光物质)相比，上述基于二苯并[f,h]喹喔啉的有机金属络合物具有相对深LUMO能级(即，其具有某种程度的电子俘获性)。另一方面，本发明人还发现，配体为吡啶衍生物的常规有机金属络合物(以下称为“基于吡啶的有机金属络合物”)(例如Ir(ppy)3或[btp2lr(acac)])具有浅的HOMO能级，因而具有高空穴俘获性，以至于电子难以进入常规有机金属络合物中。换言之，本发明人发现，就对空穴和电子的亲和性而言，基于二苯并[f,h] 喹喔啉的有机金属络合物和基于吡啶的有机金属络合物具有相反的特性。需说明的是，在以下的实施例1中对此进行了描述。
然后，通过大量试验结果本发明人发现，除了优点之外，在制备发光元件过程中表现出电子俘获性的基于二苯并[f,h]喹喔啉的有机金属络合物也存在缺点。
优点之一是，与常规的基于吡啶的有机金属络合物相比，基于二苯并[f,h]喹喔啉的有机金属络合物易于接受电子，也相对地易于接受空穴。换言之，当基于二苯并[f,h]喹喔啉的有机金属络合物被分散于发光层的主体材料中时，载流子易于在基于二苯并[f,h]喹喔啉的有机金属络合物中重结合。因此，不必注意能量从主体材料中转移的效率，从而可实现高效率地发光。
但是，从发光层中载流子平衡的观点出发，其缺点是选择适合基于二苯并[f,h]喹喔啉的有机金属络合物的主体材料是非常困难的。这一问题可用图2A和2B描述。
图2A和2B分别是将基质材质中分散有基于二苯并[f,h]喹喔啉的有机金属络合物的发光层200夹入空穴传输层201和电子传输层202中时的能带图。图2A是将具有空穴传输性的第1有机化合物用作主体材料时的能带图。图2B是将具有电子传输性的第2有机化合物用作主体材料时的能带图。
首先，在图2A中，由于基于二苯并[f,h]喹喔啉的有机金属络合物的LUMO能级232相对较深，所以电子被LUMO能级232捕集。另外，即使电子被注入第1有机化合物的LUMO能级212，由于第1有机化合物具有空穴传输性，所以电子移动非常缓慢。另一方面，由于第1有机化合物具有空穴传输性，且基于二苯并[f,h]喹喔啉的有机金属络合物的HOMO能级231并不妨碍空穴(即，其不形成深的陷阱)，所以空穴易于通过HOMO能级211到达电子传输层202的界面附近。换言之，发光区域局限于发光层200和电子传输层202之间界面的相当窄的区域。
在这里，如图2A所示，若电子传输层202具有低空穴封闭性，则空穴依赖于材料的组合而到达电子传输层202。因此，电子传输层202可能会发光，进而剧烈地降低发光元件的发光效率。不言而喻，如上所述本发明人已确认，当使用具有高空穴封闭性的物质作为电子传输层202时，上述问题可得到解决，可获得高发光效率，但是元件的寿命受到相反的影响。另外，由于三重态-三重态消光(triplet-triplet extinction)的原因，在高亮度一侧有效率降低之虞。
其次，在图2B中，由于基于二苯并[f,h]喹喔啉的有机金属络合物具有相对较深LUMO能级232，所以电子被LUMO能级232所捕集。由于第2有机化合物具有电子传输性，所以部分电子可向空穴传输层201一侧移动，并逐渐通过第2有机化合物的LUMO能级222，从而部分电子被捕集。需说明的是，移动性低于第2有机化合物原有的电子移动性。另一方面，由于第2有机化合物具有电子传输性，所以第2有机化合物的HOMO能级221相对较深，空穴的注入困难。由于第2有机化合物具有电子传输性，所以即使空穴被注入，空穴的移动性也非常低。可能会存在如下情况：空穴被注入基于二苯并[f,h]喹喔啉的有机金属络合物的HOMO能级231，但空穴传输性低。换言之，在图2B的结构中，发光层200具有正常的电子传输性，但由于被捕集，电子难以移动。另一方面，空穴蓄积于空穴传输层210和发光层200之间的界面。
在此情况下，空穴密度在发光层200和空穴传输层201之间的界面极高，而在其它区域极低。另一方面，电子被基于二苯并[f,h]喹喔啉的有机金属络合物所捕集而扩散至发光层200的全部区域，但是就整体而言电子密度本身低。换言之，就密度和分布模式而言，空穴分布和电子分布明显互不相同。因此，难以凭借平衡的方法来重结合空穴和电子并且获得高发光效率。另外，上述不平衡对元件的寿命产生反作用。
鉴于上述问题，本发明人认为以下几点是非常重要的。第1点 是，在图2B的结构中，某特定大量的空穴被允许注入发光层200中。第2点是，在图2B的结构中，注入发光层200的空穴逐渐向电子传输层202移动，从而可获得与电子逐渐移动之间的平衡。满足上述两点的结构即是由如图1所示能带图所代表的本发明的结构。
图1中的发光层100包含具有空穴传输性的第1有机化合物、具有电子传输性的第2有机化合物以及基于二苯并[f,h]喹喔啉的有机金属络合物。由于基于二苯并[f,h]喹喔啉的有机金属络合物的LUMO能级132低于第1有机化合物的LUMO能级112和第2有机化合物的LUMO能级122，所以电子被基于二苯并[f,h]喹喔啉的有机金属络合物的LUMO能级132所捕集。需说明的是，由于第2有机化合物具有电子传输性，所以部分电子可逐渐向空穴传输层101移动，而部分电子被基于二苯并[f,h]喹喔啉的有机金属络合物的LUMO能级132所捕集。另一方面，由于第1有机化合物具有空穴传输性和空穴接受性，所以空穴首先被注入第1有机化合物的HOMO能级111。空穴难以注入第2有机化合物的HOMO能级121。在此情况下，注入的空穴的移动性可通过调整第1有机化合物的量来控制，因此可与源自电子传输层102的电子的移动性平衡。即，在发光层100中，空穴和电子的平衡可良好。进而空穴被注入基于二苯并[f,h]喹喔啉的有机金属络合物的HOMO能级131并与被捕集的电子重结合而发光。
通过运用上述设计，本发明人发现基于二苯并[f,h]喹喔啉的有机金属络合物的高发光效率的潜力可被最大程度利用。另外，让人惊讶的是，本发明人还发现本发明的如图1所示结构可获得比图2A和2B中结构长几倍到几十倍的寿命。然而，在图2A和2B中第1有机化合物和第2有机化合物分别用作主体，在图1中2种类型的有机化合物—第1有机化合物和第2有机化合物用作主体，仅这一点不同于图2A和2B。仅由于这一点而寿命极度加长的现象并不常见，也令人惊讶。
需说明的是，虽然专利文献1报告了由于使用混合层作为发光层使寿命增加，但增加量充其量不过改善约2倍，而且无法获得与本发明相同的寿命改善效果。根据专利文献1，通过应用混合层，可减少导致有机物分解的电荷蓄积。但是，不同于本发明，其中未提及因基于二苯并[f,h]喹喔啉的有机金属络合物的电子俘获性导致的载流子平衡的问题。换言之，专利文献1和本发明在所使用的有机金属络合物方面存在差异，因此在使用2种类型的材料作为主体材料的原理或效果方面存在差异，从而在寿命改善效果方面存在差异。需说明的是，专利文献1中使用的磷光化合物为属于卟啉络合物的PtOEP和属于基于吡啶的有机金属络合物的[btp2lr(acac)]，二者均具有低电子俘获性和高空穴俘获性。即，专利文献1中使用的磷光化合物具有与本发明的基于二苯并[f,h]喹喔啉的有机金属络合物相反的性质。
如上所述，参照能带图描述了本发明的概念和效果。以下描述了更为具体的结构。
(实施方式2)
在实施方式2中，用所列举的具体材料描述本发明的发光元件的结构。图3表示元件的结构。
图3表示本发明的发光元件，所述发光元件在作为阳极的第1电极301和作为阴极的第2电极302之间包含发光层313。所述发光层313包含具有空穴传输性的第1有机化合物321、具有电子传输性的第2有机化合物322以及基于二苯并[f,h]喹喔啉的有机金属络合物323。首先，在下文中描述发光层313的结构。
在发光层313中，第1有机化合物321为具有空穴传输性的化合物。具体而言，可使用芳胺化合物，诸如4,4'-双[N-(1-萘基)-N-苯基氨基]联苯(缩写：NPB)、4,4'-双(N-(9-菲基)-N-苯基氨基]联苯(缩写：PPB)、4,4'-双[N-(3-甲基苯基)-N-苯基氨基]联苯(缩写：TPD)、 4,4'-双[N-(9,9-二甲基芴-2-基)-N-苯基氨基]联苯(缩写：DFLDPBi)、4,4',4"-三(N,N-联苯基氨基)三苯胺(缩写：TDATA)、4,4',4"-三[N-(3-甲基苯基)-N-苯基氨基]三苯胺(缩写：m-MTDATA)、4,4',4"-三(N-咔唑基)三苯胺(缩写：TCTA)、1,1-双[4-(联苯基氨基)苯基]环己烷(缩写：TPAC)、9,9-双[4-(联苯基氨基)苯基]芴(缩写：TPAF)、4-(9-咔唑基)-4'-(5-苯基-1,3,4-二唑-2-基)三苯胺(缩写：YGAO11)或N-[4-(9-咔唑基)苯基]-N-苯基-9,9-二甲基芴-2-胺(缩写：YGAF)；或咔唑衍生物，诸如4,4'-二(N-咔唑基)联苯(缩写：CBP)、1,3-双(N-咔唑基)苯(缩写：mCP)或1,3,5-三(N-咔唑基)苯(缩写：TCzB)。作为芳胺化合物，也可使用高分子化合物，诸如聚(4-乙烯基三苯胺)(缩写：PVTPA)。另外，作为咔唑衍生物，也可使用高分子化合物，诸如聚(N-乙烯基咔唑)(缩写：PVK)。需说明的是，优选上述第1有机化合物321的三重激发能大于基于二苯并[f,h]喹喔啉的有机金属络合物323的三重激发能。
另一方面，第2有机化合物322为具有电子传输性的化合物。具体而言，可使用杂芳族化合物，诸如9-[4-(5-苯基-1,3,4-二唑-2-基)苯基]咔唑(缩写：CO11)、1,3-双[5-(对叔丁基苯基)-1,3,4-二唑-2-基]苯(缩写：OXD-7)、2-(4-联苯基)-5-(4-叔丁基苯基)-1,3,4-二唑(缩写：PBD)、2,2',2"-(1,3,5-苯三基)-三(1-苯基-1H-苯并咪唑)(缩写：TPBI)、3-(4-叔丁基苯基)-4-苯基-5-(4-联苯基)-1,2,4-三唑(缩写：TAZ)、3-(4-叔丁基苯基)-4-(4-乙基苯基)-5-(4-联苯基)-1,2,4-三唑(缩写：p-EtTAZ)、9,9',9"-[1,3,5-三嗪-2,4,6-三基]三咔唑(缩写：TCzTRZ)、2,2',2"-(1,3,5-苯三基)-三(6,7-二甲基-3-苯基喹喔啉)(缩写：TriMeQn)、9,9'-(喹喔啉-2,3-二基-二-4,1-亚苯基)二(9H-咔唑)(缩写：CzQn),3,3,'6,6'-四苯基-9,9'(喹喔啉-2,3-二基-二-4,1-亚苯基)二(9H-咔唑)(缩写：DCzPQ)、红菲绕啉(缩写：BPhen)、浴铜灵(缩写：BCP))；金属络合物，诸如双(2-甲基-8-喹啉)(4-苯基苯基苯酚)合铝(III)(缩写：BAlq)、三[2-(2-羟基苯基)-5-苯基-1,3,4-二唑]合铝(III) (缩写：Al(OXD)3)、三(2-羟基苯基)-1-苯基-1H-苯并咪唑]合铝(III)(缩写：Al(BIZ)3)、双[2-(2-羟基苯基)苯并噻唑]合锌(II)(缩写：Zn(BTZ)2)或双[2-(2-羟基苯基)苯并唑]合锌(II)(缩写：Zn(PBO)2))。作为杂芳族化合物，还可使用高分子化合物(例如聚(2,5-吡啶二基)(缩写：PPy))。另外，作为金属络合物，还可使用参考文献(:X.T.TAO等,Applied Physics Letters,vol.70,No.12,1997,第1503页-第1505页)中公开的高分子金属络合物。需说明的是，优选上述第2有机化合物322的三重激发能大于基于二苯并[f,h]喹喔啉的有机金属络合物323的三重激发能。
上述基于二苯并[f,h]喹喔啉的有机金属络合物323为配体具有二苯并[f,h]喹喔啉骨架且中心金属为9族元素(Co、Rh或Ir)或10族元素(Ni、Pd或Pt)的有机金属络合物。此外，上述有机金属络合物具有发射磷光的性质。在实施方式3中描述了所述基于二苯并[f,h]喹喔啉的有机金属络合物的具体结构。
将上述第1有机化合物、第2有机化合物以及基于二苯并[f,h]喹喔啉的有机金属络合物适当结合，从而形成本发明的发光元件的发光层。需说明的是，发光层还可包含其它物质。
在这里，在发光层中优选第1有机化合物和第2有机化合物中的至少一种用作主体材料，而基于二苯并[f,h]喹喔啉的有机金属络合物用作客体材料。这是为了防止基于二苯并[f,h]喹喔啉的有机金属络合物的浓度淬灭。这也是为了使发光层中的载流子平衡可通过第1有机化合物和第2有机化合物进行调节。
因此，在本发明的发光元件中，优选第1有机化合物的量和/或第2有机化合物的量大于基于二苯并[f,h]喹喔啉的有机金属络合物的量。具体而言，优选其体积分数或质量分数高。另外，从防止浓度淬灭的观点出发，优选基于二苯并[f,h]喹喔啉的有机金属络合物与发光层的比例大于或等于1%重量且小于或等于10%重量。
另外，在发光层中，优选第1有机化合物与第2有机化合物的 重量比在1:20～20:1的范围内。即，第2有机化合物与第1有机化合物的重量比优选大于或等于1/20且小于或等于20。若重量比不在该范围内，则发光元件的状态在本质上可与上述图2A或2B相同。
此外，本发明人发现具有电子传输性的第2有机化合物的量等于或大于具有空穴传输性的第1有机化合物的量的发光层结构更有效。这似乎是由于在一般的有机化合物中空穴移动性大于电子移动性造成的。相应地在本发明中，第2有机化合物与第1有机化合物的重量比更优选大于或等于1且小于或等于20。可极有效地获得长寿命的范围特别优选大于或等于5且小于或等于20。
需说明的是，本发明中使用的上述基于二苯并[f,h]喹喔啉的有机金属络合物具有电子俘获性。具体而言，基于二苯并[f,h]喹喔啉的有机金属络合物的LUMO能级常常比第1有机化合物的LUMO能级和第2有机化合物的LUMO能级深0.2eV以上。另外，在此情况下寿命和效率显著改善。因此，本发明的特征之一是基于二苯并[f,h]喹喔啉的有机金属络合物的LUMO能级比第1有机化合物的LUMO能级和第2有机化合物的LUMO能级深0.2eV以上。
其次，对不同于发光层313的层进行描述。并不必须提供空穴传输层312和空穴注入层311，而在必要时也可提供。作为形成上述层的具体材料，优选空穴传输化合物，可使用如上所述的NPB、PPB、TPD、DFLDPBi、TDATA、m-MTDATA、TCTA、TPAC、TPAF、YGAO11、YGAF、CBP、mCP、TCzB、PVTPA、PVK等。
另外，如实施方式1所述，由于本发明的发光层313具有良好的载流子平衡性，所以可防止发光区域集中于发光层313和空穴传输层312或电子传输层311之间的界面。因此，即使将三重激发能低于基于二苯并[f,h]喹喔啉的有机金属络合物323的物质应用于可与发光层313相接触的空穴传输层312或电子传输层311，该物质仍难于成为基于二苯并[f,h]喹喔啉的有机金属络合物323的猝灭剂，从而可制备具有高发光效率的发光元件。因此，作为形成空穴传输层312 或空穴注入层311的材料，也可使用具有低三重激发能的蒽衍生物，诸如9,10-双[4-(联苯基氨基)苯基]蒽(缩写：TPA2A)或2-叔丁基-9,10-二(2-萘基)蒽(缩写：t-BuDNA)。
需说明的是，上述电子传输层314和电子注入层315可通过混合上述电子传输化合物和电子供体形成。作为电子受体，可使用有机化合物，诸如氯醌或7,7,8,8-四氰基-2,3,5,6-四氟二甲基对苯醌(缩写：F4-TCNQ))、过渡金属氧化物(例如氧化钼、氧化钒或氧化铼)。特别是作为空穴注入层311，也可使用有机化合物，诸如酞菁铜、酞菁氧钒或碳氟化合物；或无机化合物，诸如氧化钼、氧化钌或氧化铝。需说明的是，空穴注入层311可具有通过层压2层以上的层形成的多层结构。另外，空穴注入层311和空穴传输层312可通过混合2种以上的物质形成。
电子传输层314和电子注入层315不是必需的，可根据需要提供。作为形成上述层的具体材料，优选电子传输化合物，可使用如上所述的CO11、OXD-7、PBD、TPBI、TAZ、p-EtTAZ、TCzTRZ、TriMeQn、CzQn、DCzPQ、BPhen、BCP、BAlq、Al(OXD)3、Al(BIZ)3、Zn(BTZ)2、Zn(PBO)2、PPy等。
另外，如实施方式1中所述，由于本发明的发光层313具有良好的载流子平衡性，所以可防止发光区域集中于发光层313和电子传输层314或电子注入层315之间的界面。因此，若将三重激发能低于基于二苯并[f,h]喹喔啉的有机金属络合物323的物质应用于可与发光层313相接触的电子传输层314或电子注入层315，则该物质难于成为基于二苯并[f,h]喹喔啉的有机金属络合物323的猝灭剂，从而可制备具有高发光效率的发光元件。因此，可将具有低三重激发能的物质(诸如三(8-羟基喹啉)合铝(III)(缩写：Alq3)、三(4-甲基-8-羟基喹啉)合铝(III)(缩写：Almq3)或双(10-羟基苯并[h]喹啉)和铍(II)(缩写：BeBq2)用作形成电子传输层314或电子注入层315的材料(例如，据报道Alq3的磷光光谱为近似650nm～700nm的艳红色)。
需说明的是，上述电子传输层314和电子注入层315可通过混合上述电子传输化合物和电子供体形成。作为电子供体，可使用有机化合物(诸如四硫富瓦烯或四硫并四苯(tetrathianaphthacene))、碱金属(诸如锂或铯)、碱土金属(诸如镁或钙)、稀土金属(诸如铒或镱)或上述金属的氧化物。特别是可将碱金属化合物、碱土金属化合物或稀土金属化合物(诸如氧化锂、氟化锂、氟化钙、氟化铒)单独用作电子注入层。需说明的是，电子注入层315可具有通过层压2层以上的层形成的多层结构。另外，电子传输层314和电子注入层315可通过混合2种以上的物质形成。
如实施方式2所述，虽然第1电极301无特殊限制，但当第1电极301作为阳极时，优选第1电极由具有高逸出功的物质形成。具体而言，可使用具有高透光性的物质，诸如氧化铟锡(ITO)、含氧化硅的氧化铟锡(ITSO)或含2%重量～20%重量氧化锌的氧化铟(IZO)，金(Au)，铂(Pt)，镍(Ni)，钨(W)，铬(Cr)，钼(Mo)，铁(Fe)，钴(Co)，铜(Cu)，钯(Pd)等)。需说明的是，第1电极301可通过例如溅射法、蒸发法等形成。
另外，如实施方式2所述，虽然第2电极302无特殊限制，但当第2电极302作为阴极时，优选第2电极由具有低逸出功的物质形成。具体而言，可使用铝(Al)、铟(In)、碱金属(诸如锂(Li)或铯(Cs))、碱土金属(诸如镁(Mg)或钙(Ca))或稀土金属(诸如铒(Er)或镱(Yb))。或者，也可使用合金，诸如铝-锂合金(AlLi)或镁-银合金(MgAg)。另外，当电子注入层315通过混合电子传输化合物和电子供体形成，也可使用具有高逸出功和高透光性的物质(例如ITO、ITSO或IZO)。需说明的是，第2电极302可通过例如溅射法、蒸发法等形成。
需说明的是，为了将产生的光引出到外部，优选第1电极301和第2电极302中的一方或两方是由诸如ITO、ITSO或IZO的具有高透光性的物质形成的电极。或者，优选第1电极301和第2电极 302中的一方或两方形成为厚度为几到几十纳米的电极，从而可传导可见光。
在上述本发明的发光元件中，空穴注入层311、空穴传输层312、发光层313、电子传输层314和电子注入层315中的每一种均可通过例如蒸发法、喷墨法或涂膜法等任1方法形成。第1电极301或第2电极302也可通过例如溅射法、蒸发法、喷墨法或涂膜法等任1方法形成。
另外，上述本发明的发光元件可被应用于串联型发光元件(也称为多光子元件)。
(实施方式3)
在本实施方式中，具体描述了可用于本发明的发光元件的基于二苯并[f,h]喹喔啉的有机金属络合物。
基于二苯并[f,h]喹喔啉的有机金属络合物是配体具有二苯并[f,h]喹喔啉骨架且中心金属为9族元素(Co、Rh或Ir)或10族元素(Ni、Pd或Pt)的有机金属络合物。另外，所述有机金属络合物具有发射磷光的性质。
使用9族或10族金属的许多有机金属络合物呈现金属至配体电荷转移(MLCT)跃迁。特别是在磷光化合物中经常观察到三重MLCT跃迁。在这里，呈现MLCT跃迁的有机金属络合物的LUMO能级由配体的LUMO能级范围决定。因此，若使用具有高LUMO能级的配体，则有机金属络合物的LUMO能级也高，若配体具有低LUMO能级，则有机金属络合物的LUMO能级也低。另外，由于二苯并[f,h]喹喔啉具有低于吡啶的LUMO能级，所以本发明的基于二苯并[f,h]喹喔啉的有机金属络合物呈现低于常规基于吡啶的有机金属络合物的LUMO能级(即电子俘获性更高)。
本发明中使用的基于二苯并[f,h]喹喔啉的有机金属络合物的配体具有二苯并[f,h]喹喔啉骨架。作为通过二苯并[f,h]喹喔啉衍生物的邻 位金属化作用获得的有机金属络合物，例如可列举出如下列结构式(I)和(II)所示的有机金属络合物。
此外，更优选具有如下列通式(G1)所示结构的有机金属络合物。具有如通式(G1)所示结构的有机金属络合物可高色纯度且高效率地发射红光。
式中，Ar表示具有6～25个碳原子的芳基，R1表示氢、具有1～4个碳原子的烷基或具有1～4个碳原子的烷氧基中的任1种，R2～R8分 别表示氢、具有1～4个碳原子的烷基、具有1～4个碳原子的烷氧基、具有1～4个碳原子的酰氧基或卤素基团中的任1种，烷基中的任1种或烷氧基中的任1种(R2和R3、R3和R4、R5和R6、R6和R7或R7和R8中的任1对)可相互结合形成环，M为中心金属，表示9族或10族元素。
在通式(G1)中，从合成产率的观点出发，R1优选为氢。这是由于空间位阻降低，从而使作为配体的二苯并[f,h]喹喔啉衍生物可容易地与金属离子发生邻位金属化作用。并且，为易于合成，优选R2、R4、R5、R7和R8分别为氢。作为这样的有机金属络合物，可列举出具有如下列通式(G2)所示结构的有机金属络合物。
式中，Ar表示具有6～25个碳原子的芳基，R3和R6分别表示氢、具有1～4个碳原子的烷基、具有1～4个碳原子的烷氧基、具有1～4个碳原子的酰氧基或卤素基团中的任1种，M为中心金属，表示9族或10族元素。
此外，在上述通式(G2)中，由于更易于合成，所以优选R3和R6分别为氢。作为这样的有机金属络合物，可列举出具有如下列通式(G3)所示结构的有机金属络合物。
式中，Ar表示具有6～25个碳原子的芳基，M为中心金属，表示9族或10族元素。
此外，在上述通式(G3)中，通过使用取代或未取代的苯基作为Ar，可获得高色纯度和高发光效率的红光发射。通过使用该有机金属络合物，可获得具有高发光效率的发光元件。作为这样的有机金属络合物，可列举出具有如下列通式(G4)所示结构的有机金属络合物。
式中，R9～R13分别表示氢、具有1～4个碳原子的烷基、具有1～4个碳原子的烷氧基、具有6～12个碳原子的芳基或卤素基团中的任1种，M为中心金属，表示9族或10族元素。
另外，在上述通式(G4)中，优选R9～R13分别为氢。具有该结构可获得具有接近国家电视标准委员会(National Television Standards Committee NTSC)定义的红色色度(即，(x,y)=(0.67,0.33))的色度的 红光发射。
需说明的是，作为具有如通式(G1)～(G3)所示结构中的任1种的有机金属络合物，具体而言优选混合配体有机金属络合物，其如下列通式(G5)～(G8)中的任1种所示，除了具有二苯并[f,h]喹喔啉衍生物外还具有配体L。这是由于这样的络合物易于合成。
式中，Ar表示具有6～25个碳原子的芳基，R1表示氢、具有1～4个碳原子的烷基或具有1～4个碳原子的烷氧基中的任1种，R2～R8分别表示氢、具有1～4个碳原子的烷基、具有1～4个碳原子的烷氧基、具有1～4个碳原子的酰氧基或卤素基团中的任1种，烷基中的任1种或烷氧基中的任1种(R2和R3、R3和R4、R5和R6、R6和R7或R7和R8中的任1对)可相互结合形成环，M为中心金属，表示9族或10族元素，L表示单阴离子配体，当中心金属为9族元素时n为2，当中心金属为10族元素时n为1。
式中，Ar表示具有6～25个碳原子的芳基，R3和R6分别表示氢、具有1～4个碳原子的烷基、具有1～4个碳原子的烷氧基、具有1～4个碳原子的酰氧基或卤素基团中的任1种，M为中心金属，表示9族或10族元素，L表示单阴离子配体，当中心金属为9族元素时n为2，当中心金属为10族元素时n为1。
式中，Ar表示具有6～25个碳原子的芳基，M为中心金属，表示9族或10族元素，L表示单阴离子配体，当中心金属为9族元素时n为2，当中心金属为10族元素时n为1。
式中，R9～R13分别表示氢、具有1～4个碳原子的烷基、具有1～4个碳原子的烷氧基、具有6～12个碳原子的芳基或卤素基团中的任1种，M为中心金属，表示9族或10族元素，L表示单阴离子配体，当中心金属为9族元素时n为2，当中心金属为10族元素时n为1。
需说明的是，在上述通式(G8)中，优选R9～R13分别为氢。具有该结构可获得具有接近国家电视标准委员会(NTSC)定义的红色色度(即，(x,y)=(0.67,0.33))的色度的红光发射。
另外，就重原子效应而言，上述基于二苯并[f,h]喹喔啉的有机金属络合物的中心金属优选铱或铂。由于可获得显著的重原子效应，从而提供极高的效率，并且也可获得化学稳定性，所以特别优选铱。
其次，对上述通式(G1)～(G8)中的芳基Ar、取代基R1～R13及单阴离子配体L进行详细描述。
首先，作为芳基Ar，优选使用具有6～25个碳原子的芳基。作为上述芳基Ar的具体实例，有取代或未取代的苯基、1-萘基、2-萘基、螺芴-2-基、9,9-二烷基芴-2-基(例如9,9-二甲基芴-2-基)等。特别是通过使用取代或未取代的苯基作为芳基，可获得具有高色纯度和 高发光效率的红光发射。当上述苯基具有取代基时，更具体而言所述取代基可以是烷基(例如甲基、乙基、异丙基或叔丁基)、烷氧基(例如甲氧基、乙氧基、异丙氧基或叔丁氧基)、芳基(例如苯基或4-联苯基)、卤素基团(例如氟基或三氟甲基)。
其次，作为上述取代基R1的具体实例，包括诸如甲基、乙基、异丙基或叔丁基的烷基和诸如甲氧基、乙氧基、异丙氧基或叔丁氧基的烷氧基。需说明的是，就合成产率而言，R1优选为氢。这是由于空间位阻降低，从而使配体部分可容易地与金属离子发生邻位金属化作用。
作为取代基R2～R8的具体实例，有氢，诸如甲基、乙基、异丙基或叔丁基的烷基，诸如甲氧基、乙氧基、异丙氧基或叔丁氧基的烷氧基，诸如乙酰氧基的酰氧基和诸如氟基卤素基团。另外，当R4和R5相互结合形成环时，作为具体实例，有亚甲基。另外，当R3和R4相互结合形成环以及R5和R6相互结合形成环时，作为具体实例，有亚甲二氧基等。
作为取代基R9～R13的具体实例，有氢，诸如甲基、乙基、异丙基或叔丁基的烷基，诸如甲氧基、乙氧基、异丙氧基或叔丁氧基的烷氧基，诸如苯基或萘基的芳基和诸如氟基的卤素基团。
其次，对上述单阴离子配体L进行描述。上述单阴离子配体L优选为具有β-二酮结构的单阴离子二齿螯合配体、具有羧基的单阴离子二齿螯合配体、具有酚羟基的单阴离子二齿螯合配体以及2个配体元素均为氮的单阴离子二齿螯合配体中的任1种。这是由于上述配体具有高配位能力。尽管更具体而言可列举出如下列结构式(L1)～(L8)所示的单阴离子配体，但本发明并不局限于这些配体。
根据如上所述的实施方式，形成了本发明中所使用的基于二苯并[f,h]喹喔啉的有机金属络合物。以下列举了具体的结构式(下列结构式(1)～(56))。需说明的是，本发明的基于二苯并[f,h]喹喔啉的有机金属络合物并不局限于这些络合物。
以下，对上述本发明的基于二苯并[f,h]喹喔啉的有机金属络合物的合成方法进行描述。
《如通式(G0)所示的二苯并[f,h]喹喔啉衍生物的合成方法》
为形成如通式(G1)或(G5)所示的基于二苯并[f,h]喹喔啉的有机金属络合物，使如下列通式(G0)所示的二苯并[f,h]喹喔啉衍生物与9族或10族元素的金属离子发生邻位金属化作用。
式中，Ar表示具有6～25个碳原子的芳基，R1表示氢、具有1～4个碳原子的烷基或具有1～4个碳原子的烷氧基中的任1种，R2～R8分别表示氢、具有1～4个碳原子的烷基、具有1～4个碳原子的烷氧基、具有1～4个碳原子的酰氧基或卤素基团中的任1种，烷基中的任1种或烷氧基中的任1种(R2和R3、R3和R4、R5和R6、R6和R7或R7和R8中的任1对)可相互结合形成环。
在下文中分2种情况对如通式(G0)所示的二苯并[f,h]喹喔啉衍生物的合成方法进行了描述：R1为具有1～4个碳原子的烷基、具有1～4个碳原子的烷氧基或卤素基团中的任1种(如下列通式(G0-1)所示的情况)，以及R1为氢(如下列通式(G0-2)所示的情况)。
式中，Ar表示具有6～25个碳原子的芳基，R1表示具有1～4个碳原子的烷基或具有1～4个碳原子的烷氧基中的任1种，R2～R8分别表示氢、具有1～4个碳原子的烷基、具有1～4个碳原子的烷氧基、 具有1～4个碳原子的酰氧基或卤素基团中的任1种，烷基中的任1种或烷氧基中的任1种(R2和R3、R3和R4、R5和R6、R6和R7或R7和R8中的任1对)可相互结合形成环。
式中，Ar表示具有6～25个碳原子的芳基，R2～R8分别表示氢、具有1～4个碳原子的烷基、具有1～4个碳原子的烷氧基、具有1～4个碳原子的酰氧基或卤素基团中的任1种，烷基中的任1种或烷氧基中的任1种(R2和R3、R3和R4、R5和R6、R6和R7或R7和R8中的任1对)可相互结合形成环。
首先，如通式(G0-1)所示的二苯并[f,h]喹喔啉衍生物可通过如下所示的简单合成路线合成。例如，如下列路线(a)所示，如通式(G0-1)所示的二苯并[f,h]喹喔啉衍生物可通过二氨基菲化合物(A1)和二酮化合物(A2)反应获得。
另一方面，如通式(G0-2)所示的二苯并[f,h]喹喔啉衍生物可根据如下所示的简单合成路线合成。例如，如下列路线(a')所示，如通式 (G0-2)所示的二苯并[f,h]喹喔啉衍生物可通过二氨基菲化合物(A1')和二酮化合物(A2')反应获得。或者，如下列路线(a")所示，使二酮化合物(A1")和二胺化合物(A2")反应生成二苯并[f,h]喹喔啉衍生物(G0-2')，进而使如上获得的二苯并[f,h]喹喔啉衍生物(G0-2')和芳基锂或芳基溴化镁化合物(A3)反应，从而获得如通式(G0-2)所示的二苯并[f,h]喹喔啉衍生物。
作为上述化合物(A1)、(A2)、(A1')、(A2')、(A1")、(A2")和(A3)，可购买或合成多种化合物。因此，在如上述通式(G0)所示的二苯并[f,h]喹喔啉衍生物中存在可被合成的许多变种。
《具有如通式(G1)所示结构的有机金属络合物的合成方法》
其次，对由如通式(G0)所示的二苯并[f,h]喹喔啉衍生物的邻位金属化作用形成的有机金属络合物，即具有如下列通式(G1)所示结构的有机金属络合物进行描述。
式中，Ar表示具有6～25个碳原子的芳基，R1表示氢、具有1～4个碳原子的烷基或具有1～4个碳原子的烷氧基中的任1种，R2～R8分别表示氢、具有1～4个碳原子的烷基、具有1～4个碳原子的烷氧基、具有1～4个碳原子的酰氧基或卤素基团中的任1种，烷基中的任1种或烷氧基中的任1种(R2和R3、R3和R4、R5和R6、R6和R7或R7和R8中的任1对)可相互结合形成环，M为中心金属，表示9族或10族元素。
首先，如下列合成路线(b)所示，将如通式(G0)所示的二苯并[f,h]喹喔啉衍生物和含有卤素的9族或10族金属化合物(例如金属卤化物或金属络合物)在合适的溶剂中加热，生成属于本发明的有机金属络合物的形态之一的双核络合物(B)，所述络合物具有如通式(G1)所示的结构。作为含有卤素的9族或10族金属化合物，有氯化铑水合物、氯化钯、氯化铟水合物、盐酸氯化铱水合物(iridium chloride hydrochloride hydrate)、四氯合铂(II)酸钾等，但本发明并不局限于上述实例。需说明的是，在合成路线(b)中，M表示9族或10族元素，X表示卤素。另外，当M为9族元素时n为2，当M为10族元素 时n为1。
含有卤素的9族或10族金属化合物
此外，如下列合成路线(c)所示，在接近200℃的高温下将上述双核络合物(B)和如通式(G0)所示的二苯并[f,h]喹喔啉衍生物在高沸点溶剂(例如甘油)中加热，从而可获得具有如通式(G1)所示结构的本发明的有机金属络合物的1种形态(C)。或者，如下列合成路线(c')所示，在接近200℃的高温下将双核络合物(B)和诸如苯基吡啶的可发生邻位金属化作用的化合物(更一般而言，可发生环金属化作用的化合物)在高沸点溶剂(例如甘油)中加热，从而可获得具有如通式(G1)所示结构的本发明的有机金属络合物的1种形态(C')。需说明的是，在合成路线(c)和(c')中，M表示9族或10族元素，X表示卤素。另 外，当M为9族元素时n为2，当M为10族元素时n为1。
《具有如通式(G5)所示结构的有机金属络合物的合成方法》
在这里，对如下列通式(G5)所示的有机金属络合物进行描述，所述络合物是具有如通式(G1)所示结构的上述有机金属络合物的优选具体实例。
式中，Ar表示具有6～25个碳原子的芳基，R1表示氢、具有1～4个碳原子的烷基或具有1～4个碳原子的烷氧基中的任1种，R2～R8分别表示氢、具有1～4个碳原子的烷基、具有1～4个碳原子的烷氧基、具有1～4个碳原子的酰氧基或卤素基团中的任1种，烷基中的 任1种或烷氧基中的任1种(R2和R3、R3和R4、R5和R6、R6和R7或R7和R8中的任1对)可相互结合形成环，M为中心金属，表示9族或10族元素，L表示单阴离子配体，当中心金属为9族元素时n为2，当中心金属为10族元素时n为1。
如上述通式(G5)所示的本发明的有机金属络合物可根据下列合成路线(c")合成。换言之，使通过上述合成路线(b)获得的双核络合物(B)和作为单阴离子配体L材料的HL反应，从而使HL的质子除去并配位结合于中心金属M，生成如通式(G5)所示的本发明的有机金属络合物。需说明的是，在合成路线(c")中，M表示9族或10族元素，X表示卤素。另外，当M为9族元素时n为2，当M为10族元素时n为1。
如上所述，可合成用于本发明的发光元件的基于二苯并[f,h]喹喔啉的有机金属络合物。
(实施方式4)
在实施方式4中，作为具有本发明发光元件的发光装置的实例，对图像显示装置进行了描述。
在此实施方式中，采用图6A和6B对像素部中具有本发明的发光元件的图像显示装置进行了描述。需说明的是，图6A是说明发光装置的俯视图，而图6B是沿图6A中的线A-A'和B-B'的截面图。所述图像显示装置包括用于控制发光元件发光的驱动电路部(源极侧驱动电路)601、像素部602和驱动电路部(栅极侧驱动电路)603，它们用虚线表示。另外，参考数字604表示密封衬底，参考数字605表示密封材料。被密封材料605所包围的部分是空间607。
需说明的是，导联线608是用于传送由源极侧驱动电路601和栅极侧驱动电路603输入的信号的布线，并从作为外部输入端子的柔性印刷电路(FPC)609接收视频信号、时钟信号、起始信号、复位信号等。需说明的是，虽然在此处仅示出了FPC，但该FPC可具有印刷线路板(PWB)。需说明的是，本说明书中的发光装置不仅包括发光装置本身，而且还包括附着有FPC或PWB的发光装置。
以下，采用图6B对截面结构进行描述。虽然在元件衬底610上 提供驱动电路部和像素部，但是这里仅示出驱动电路部的源极侧驱动电路601和像素部602的一个像素。
需说明的是，形成CMOS电路作为源极侧驱动电路601，所述CMOS电路为n沟道型TFT623和p沟道型TFT624的组合。另外，用于形成驱动电路部的TFT可以是多种电路中的任1种，例如已知的CMOS电路、PMOS电路或NMOS电路。另外，在本实施方式中，虽然描述了将驱动电路形成在衬底上的驱动器集成型结构，但是驱动电路并不一定要形成在衬底上，也可形成在衬底外部。
另外，像素部602由多个像素组成，每个像素都包括开关TFT611、电流控制TFT612和作为电连接至电流控制TFT612的漏极的第1电极613。需说明的是，形成绝缘体614以覆盖第1电极613的边缘部分。在这里，绝缘物614采用正型光敏丙烯酸树脂膜形成。
另外，为改善覆盖性，在绝缘物614的上端部或下端部形成具有曲率的曲面。例如，当使用正型光敏丙烯酸类树脂作为绝缘体614的材料时，优选将绝缘体614成型为仅在其上端部分具有曲率半径(0.2μm～3μm)的曲面。另外，因光照而不溶于蚀刻剂的负型光敏材料或因光照而可溶于蚀刻剂的正型光敏材料都可用于该绝缘体614。
在第1电极613上形成有包含发光层的层616和第2电极617。在这里，作为用于第1电极613的材料，可使用多种金属、合金或导电性化合物或其混合物中的任1种。当第1电极613被用作阳极时，在上述材料中，优选使用金属、合金或导电性化合物、其混合物等具有高逸出功(逸出功为4.0eV以上)的材料中的任1种。例如，可使用含硅氧化铟-氧化锡膜、氧化铟-氧化锌膜、氮化钛膜、铬膜、钨膜、Zn膜、Pt膜等的单层膜，氮化钛膜和含铝作为主要成分的膜的层压膜，氮化钛膜、含铝作为主要成分的膜以及氮化钛膜的三层结构等。需说明的是，当采用层压结构时，布线的电阻低，形成良好的欧姆接触，并且第1电极613能够作为阳极而发挥功能。
另外，包含发光层的层616可通过多种方法(例如使用蒸发掩模的蒸发法、喷墨法、旋涂法等)中的任1种形成。包含发光层的层616具有实施方式1～3中任1项描述的发光层。另外，用于包含发光层的层616的材料可以是低分子材料、具有介于高分子材料和低分子材料之间的性质的中等分子材料(此类包括低聚物和树枝状化合物)或高分子材料。或者，作为用于包含发光层的层的材料，不仅可使用有机化合物，也可使用无机化合物。
另外，作为用于第2电极617的材料，可使用多种金属、合金或导电性化合物或其混合物中的任1种。当第2电极617被用作阴极时，在上述材料中，优选使用金属、合金或导电性化合物、其混合物等具有低逸出功(逸出功为3.8eV以下)的材料。例如，可列举出碱金属(例如锂(Li)和铯(Cs))和碱土金属(例如镁(Mg)、钙(Ca)和锶(Sr))等属于周期表中1和2族的元素及其合金等。需说明的是，当包含发光层的层616中产生的光通过第2电极617传送时，也可将层压膜用作第2电极617，所述层压膜具有低厚度的金属薄膜和透明导电膜(氧化铟-氧化锡(ITO)、含有硅或氧化硅的氧化铟-氧化锡、氧化铟-氧化锌(IZO)、含有氧化钨和氧化锌的氧化铟(IWZO)等)。
此外，还提供了使用密封材料605将密封衬底604附着于元件衬底610的结构，从而将发光元件618设置于由元件衬底610、密封衬底604和密封材料605包围形成的空间607中。需说明的是，空间607充满填充剂。包括以下情况：空间607充满惰性气体(氮、氩等)，空间607可充满密封材料605。
需说明的是，优选使用环氧树脂作为密封材料605。另外，优选上述材料几乎不传导水或氧。另外，作为密封衬底604，除了玻璃衬底、石英衬底以外，还可以使用由玻璃纤维增强塑料(FRP)、聚氟乙烯(PVF)、聚酯、丙烯酸树脂等形成的塑料衬底。
如上所述，可获得具有本发明的发光元件的有源矩阵型发光装置。
虽然到目前为止已经描述过在其中通过晶体管控制发光元件的驱动的有源矩阵型图像显示装置，但所述图像显示装置也可以是无源型，其中所述发光元件在无特定驱动元件(例如晶体管)的情况下被驱动。图7A和7B是采用本发明的发光元件的无源矩阵型发光装置的透视图和截面图。在图7A和7B中，在衬底951上将包含发光层的层955置于电极952和电极956之间。电极952的边缘部分由绝缘层953所覆盖。另外，在绝缘层953上设置分隔层954。分隔层954的侧壁倾斜，以使随着侧壁接近衬底的表面，一个侧壁与另一个侧壁间的距离变窄。换言之，分隔层954沿短边方向的横截面为梯形，且梯形的底(梯形中与绝缘层953表面平行且与绝缘层953相接触的一侧)短于梯形的上侧(梯形中与绝缘层953表面平行但不与绝缘层953相接触的一侧)。在本实施方式中分隔层954的加入可防止发光层由于静电等原因而存在缺陷。
如上所述，由于实施方式4中描述的本发明的图像显示装置具有实施方式1～3中任1项描述的本发明的发光元件，所以该图像显示装置具有高发光效率和长寿命。因此，采用本发明的发光元件的图像显示装置消耗低功率且具有长寿命。
需说明的是，实施方式4可与其它任1实施方式适当组合。
(实施方式5)
由于本发明的发光元件具有高发光效率和长寿命，所以本发明的发光元件可被用于属于发光装置的实例之一的照明装置。相应地在实施方式5中，对使用本发明发光元件的照明装置的应用实例进行描述。
图4A示出了液晶显示装置的实例，所述液晶显示装置中将本发明的发光元件用作背光灯。图4A中所示出的液晶显示装置包括框体401、液晶层402、背光灯403和框体404。液晶层402被连接到驱动IC405。另外，将本发明的发光元件用于背光灯403，通过引线 406将电流提供给背光灯403。
通过将本发明的发光元件用作液晶显示装置的背光灯，可获得具有高发光效率和长寿命的背光灯。另外，可实现具有长寿命的背光灯。此外，由于使用本发明的发光元件的背光灯是发射平面光的照明装置，并且可形成为大面积，所以可制成更大的背光灯，并且液晶显示装置也可具有更大的面积。此外，由于发光装置薄且消耗低功率，所以可降低显示装置的厚度和功耗。
图4B示出了将使用本发明发光元件的照明装置用作台灯光源的实例。图4B中示出的台灯包括框体411和光源412。作为光源412，使用本发明的发光元件。由于本发明的发光元件具有长寿命，所以上述台灯也可具有长寿命。
实施方式5中描述的本发明的照明装置具有实施方式1～3中任1项描述的本发明的发光元件。因此，所述照明装置具有高发光效率和长寿命。因此，使用本发明的发光元件的照明装置消耗低功率且具有长寿命。
(实施方式6)
如实施方式4中所述的本发明的图像显示装置可显示优异的图像。因此，通过将本发明的图像显示装置应用于电子装置的显示部，可获得能够提供优异的图像的电子装置。另外，包含本发明的发光元件的图像显示装置或照明装置(即发光装置)消耗低功率且具有长寿命。因此，通过将本发明的发光装置应用于电子装置的显示部，可获得具有低功耗的电子装置。例如，可获得电话等具有长电池持续时间的电子装置等。在下文中对具有应用本发明发光元件的发光装置的电子装置实例进行描述。
图5A示出了通过应用本发明而制造的计算机，所述计算机包括主体511、框体512、显示部513、键盘514等。通过将具有本发明的发光元件的发光装置应用于显示部，可完成上述计算机。
图5B示出了通过应用本发明制造的电话，其中主体522包括显示部521、音频输出部分524、音频输入部分525、操作开关526和527、天线523等。通过将具有本发明的发光元件的发光装置应用于显示部，可完成上述电话。
图5C示出了通过应用本发明制造的电视机，所述电视机包括显示部531、框体532、扬声器533等。通过将具有本发明的发光元件的发光装置应用于显示部，可完成上述电视机。
如上所述，本发明的发光装置非常适合用作各种电子装置的显示部。
需说明的是，虽然在实施方式6中描述了计算机等，但包含本发明的发光元件的发光装置也可安装于导航系统、照明设备等。
[实施例1]
在实施例1中，对可用于本发明的发光元件的有机金属络合物的电子俘获性进行了评价，所述有机金属络合物是配体具有二苯并[f,h]喹喔啉骨架且中心金属为9族或10族元素的有机金属络合物(基于二苯并[f,h]喹喔啉的有机金属络合物)。
为进行评价，通过环形伏安(CV)测量法测定基于二苯并[f,h]喹喔啉的有机金属络合物的还原反应特性，然后根据评价结果得到LUMO能级。另外，采用类似的方法得到通常用作主体材料的衬底的LUMO能级，然后与基于二苯并[f,h]喹喔啉的有机金属络合物的LUMO能级进行比较。需说明的是，使用电化学分析器(ALS model600A或600C，BASInc.制)进行上述测定。
作为用于CV测定法的溶液，使用脱水的二甲基甲酰胺(DMF，Sigma-AldrichInc.制，99.8%，目录号22705-6)作为溶剂，将作为支持电解质的高氯酸四正丁基铵(n-Bu4NC104，Tokyo Chemical Industry Co.,Ltd.制，目录号T0836)溶于上述溶剂中，使得高氯酸四丁基铵的浓度为100mmol/L。另外，将测定对象也进行溶解，使其浓度为2 mmol/L。另外，作为工作电极，使用铂电极(PTE铂电极，BASInc.制)。作为辅助电极，使用铂电极(VC-3Pt对电极(5cm)，BASInc.制)。作为参比电极，使用Ag/Ag+电极(RE7非水溶剂参比电极，BASInc.制)。需说明的是，上述测定在室温(20℃～25℃)下进行。另外，将实施CV测定法时的扫描速度固定为0.1V/秒。
(参比电极在真空下的电位能的计算)
首先，对本实施中所使用的参比电极(Ag/Ag+电极)在真空下的电位能(eV)进行了计算。即，对Ag/Ag+电极的费米能级进行了计算。就标准氢电极而言，已知二茂铁在甲醇中的氧化还原电位为+0.610[V，相对于SHE](参考文献：ChristianR.Goldsmith等,J.Am.Chem.Soc,Vol.124,No.1,第83页-第96页,2002)。另一方面，通过使用本实施例中所采用的参比电极，计算出二茂铁在甲醇中的氧化还原电位为+0.11[V，相对于Ag/Ag+]。因此，发现实施例1中所使用的参比电极的电位能比标准氢电极低0.50[eV]。
在这里，已知标准标准氢电极在真空下的电位能为-4.44eV(参考文献：ToshihiroOhnishi和Tamami Koyama,High Molecular EL Material,Kyoritsu Shuppan,第64-67页)。相应地，本实施例所使用的参比电极在真空下的电位能可如下计算：-4.44—0.50=-4.94[eV]。
(测定例：结构式(1))
首先，在本测定例中，以结构式(1)所示的Ir(dbq-P)2(acac)为例，对采用CV测定法的LUMO能级的计算进行详细描述。图16表明了还原反应特性的CV测定结果。需说明的是，还原反应特性的测定通过先在-1.35V～-2.30V的范围内并随后在-2.30V～-1.35V的范围内扫描工作电极相对于参比电极的电位来进行。
如图16所示，还原峰值电位Epc为-1.78V。另外，氧化峰值电位Epa为-1.67V。相应地，可计算半波电位(Epc和Epa的中间电位)为-1.72V。上述结果表明Ir(dbq-P)2(acac)可被-1.72[V，相对于Ag/Ag+] 的电能所还原，此能量对应于LUMO能级。在这里，如上所述实施例1中所使用的参比电极在真空下的电位能为-4.94[eV]。因此，如结构式(1)所示的基于二苯并[f,h]喹喔啉的有机金属络合物的LUMO能级可如下计算：-4.94—(-1.72)=-3.22[eV]。
(测定结果的概要)
采用类似的方法测定实施方式3中所述的基于二苯并[f,h]喹喔啉的有机金属络合物的LUMO能级。另外，还测定作为被广泛用作红色磷光化合物的主体材料的电子传输化合物BAlq(如下列结构式(i)所示)的LUMO能级作为参考。
在下列表1中对结果进行了概括。由表1可知，基于二苯并[f,h]喹喔啉的有机金属络合物具有更深LUMO能级，其LUMO能级大于-2.7eV。另外，发现上述基于二苯并[f,h]喹喔啉的有机金属络合物的LUMO能级比BAlq的深。因此，实施例1的结果表明本发明中所使用的基于二苯并[f,h]喹喔啉的有机金属络合物具有相对高的电子俘获性。
[表1]
[实施例2]
在实施例2中，通过与比较例的对比明确地举例说明本发明的发光元件。需说明的是，本实施例中所使用的物质的分子结构如下列(ii)和(iii)所示。另外，图3示出了所述元件的结构。
《发光元件1和发光元件2的制备》
首先，制备作为阳极的玻璃衬底，所述玻璃衬底上沉积有厚度为110nm的铟锡硅氧化物(ITSO)。上述ITSO的表面边缘用聚酰亚胺膜覆盖从而暴露出面积为2mm×2mm的表面。将电极面积设定为2mm×2mm。作为在上述衬底上形成所述发光元件的预处理，用水洗涤上述衬底的表面，于200℃下烘烤1小时，然后实施UV臭氧处理370秒。然后，将上述衬底转移至压力降至约10-4Pa的真空蒸镀装置中，在真空蒸镀装置的加热室中于170℃下真空烘烤30分钟，然后将上述衬底冷却大约30分钟。
接着，将衬底固定在设置在真空蒸镀装置内的支架上，使具有ITSO的衬底表面朝下。
当真空蒸镀装置中的压力降至10-4Pa后，共蒸镀结构式(i)所示的NPB和氧化钼(VI)，使NPB与氧化钼(VI)的重量比为4:1，从而形成空穴注入层311。所述空穴注入层311的厚度被设定为50nm。需 说明的是，所述共蒸镀是指从不同的蒸发源同时蒸发多种不同物质的蒸镀方法。然后，将NPB蒸镀为10nm厚以形成空穴传输层312。
此外，在上述空穴传输层312上形成厚度为50nm的发光层313。发光元件1是如下的本发明发光元件，该发光元件中将NPB用作第1有机化合物、将实施例1中结构式(i)所示的BAlq用作第2有机化合物以及将实施方式3中结构式(1)所示的Ir(dpq-P)2(acac)用作基于二苯并[f,h]喹喔啉的有机金属络合物。就上述发光元件1而言，将上述材料进行共蒸镀，使得NPB:BAlq:Ir(dpq-P)2(acac)的重量比为0.05:1:0.06，从而形成发光层313。另一方面，就作为对照发光元件的发光元件2而言，作为主体材料，仅使用BAlq而不使用NPB。就发光元件2而言，将上述材料进行共蒸镀，使得BAlq:Ir(dpq-P)2(acac)的重量比为1:0.06，从而形成发光层313。
接着，将结构式(iii)所示的Alq蒸镀为30nm厚，从而形成电子传输层314。此外，将氟化锂在上述电子传输层314上沉积为1nm厚，从而形成电子注入层315。最后，将铝沉积为200nm厚以形成作为阴极的第2电极302。相应地制备发光元件1和2。需说明的是，对于上述任1蒸镀程序，采用电阻加热法。
《发光元件1和发光元件2的工作特性》
在氮气气氛的手套箱中进行封装，从而使如上获得的发光元件1和2不暴露于大气中，然后对上述发光元件的工作特性进行测定。需说明的是，上述测定在室温(在大气中保持为25℃)下进行。
电流密度对比上述发光元件的亮度特性如图8A所示，电压对比其亮度特性如图8B所示。另外，亮度对比上述发光元件的电流效率特性如图9所示。另外，上述发光元件的发射光谱如图10所示。上述发光元件的发射光谱基本相同，并且发光的颜色为源自Ir(dbq-P)2(acac)的红色。
如图9所示，作为比较发光元件的发光元件2的电流效率极 低，其电流效率小于或等于本发明发光元件1的电流效率的一半。上述发光元件2处于实施方式1中的图2B所示出的状态。由于将具有高电子俘获性的Ir(dbq-P)2(acac)加入作为电子传输化合物的BAlq中，所以认为载流子平衡性差，电流效率降低。另外，如图8B所示，驱动电压高。
另一方面，如图9所示，本发明的发光元件1显示出高发光效率。
其次，将初始亮度设置为1000cd/m2，然后在恒定电流密度下驱动上述元件，从而获得如图11所示的亮度衰减曲线。在图11中，横轴表示时间，纵轴表示当初始亮度为100时的相对亮度(%)。如图11所示，本发明的发光元件也具有得到极大改善的寿命。
在这里，1000cd/m2下的特性和寿命的比较如下列表2所示。需说明的是，如图11所示，由于可期待发光元件1经历100,000小时以上来达到亮度半衰期，所以根据亮度降低10%所需要的时间来比较上述元件的寿命。
[表2]
(实施例2中的特性)
首先，如表2所示，仅使用BAlq作为主体材料的发光元件2的电流效率、外部量子效率及功率效率极低，而使用NPB和BAlq这2种材料作为主体材料的发光元件1的电流效率、外部量子效率及功率效率高。上述结果并不能通过单独使用的NPB或BAlq的性质所预料。这同样可适用于寿命，并且发光元件1的亮度半衰期估计在大约50,000小时以上。
如上所述，通过制备本发明的发光元件发现可同时获得高发光 效率和长寿命。因此，通过完成本发明可获得具有高发光效率和长元件寿命的发光元件。
《发光元件3和发光元件4的制备》
除了用Ir(dbq-3FP)2(acac)(如实施方式3中的结构式(55)所示)代替发光层313的Ir(dbq-P)2(acac)外，采用与发光元件1相同的方法制备本发明的发光元件3。另外，除了用Ir(dbq-3FP)2(acac)代替发光层313的Ir(dbq-P)2(acac)外，采用与发光元件2相同的方法制备作为比较发光元件的发光元件4。
《发光元件3和发光元件4的工作特性》
在氮气气氛的手套箱中进行封装，从而使如上获得的发光元件3和发光元件4不暴露于大气中，然后对上述发光元件的工作特性进行测定。需说明的是，上述测定在室温(在大气中保持为25℃)下进行。
电流密度对比上述发光元件的亮度特性如图12A所示，电压对比其亮度特性如图12B所示。另外，亮度对比上述发光元件的电流效率特性如图13所示。另外，上述发光元件的发射光谱如图14所示。上述发光元件的发射光谱基本相同，并且发光的颜色为源自Ir(dbq-3FP)2(acac)的红色。
如图13所示，作为比较发光元件的发光元件4的电流效率极低，其电流效率小于或等于本发明发光元件3的电流效率的一半。上述发光元件4处于实施方式1中的图2B所示出的状态。由于将具有高电子俘获性的Ir(dbq-3FP)2(acac)加入作为电子传输化合物的BAlq中，所以认为载流子平衡性差，电流效率降低。另外，如图12B所示，发光起始电压高。
另一方面，如图13所示，本发明的发光元件3显示出高发光效率。
其次，将初始亮度设置为1000cd/m2，然后在恒定电流密度下驱动上述元件，从而获得如图15所示的亮度衰减曲线。在图15中， 横轴表示时间，纵轴表示当初始亮度为100时的相对亮度(%)。如图15所示，本发明的发光元件也具有得到极大改善的寿命。
在这里，1000cd/m2下的特性和寿命的比较如下列表3所示。需说明的是，如图15所示，由于可期待发光元件3经历10,000小时以上来达到亮度半衰期，所以根据亮度降低10%所需要的时间来比较上述元件的寿命。
[表3]
(实施例2中的特性)
首先，使用NPB和BAlq这2种材料作为主体材料的发光元件3的电流效率、外部量子效率及功率效率高，而仅使用BAlq作为主体材料的发光元件4的电流效率、外部量子效率及功率效率极低。上述结果并不能通过单独使用的NPB或BAlq的性质所预料。这同样可适用于寿命，并且发光元件3的亮度半衰期估计约为20,000小时。
如上所述，通过制备本发明的发光元件发现可同时获得高发光效率和长寿命。因此，通过完成本发明可获得具有高发光效率和长元件寿命的发光元件。
在这里，对作为用于上述发光元件的基于二苯并[f,h]喹喔啉的有机金属络合物的Ir(dbq-P)2(acac)和Ir(dbq-3FP)2(acac)的合成方法进行了描述。
《(乙酰丙酮)双(2-苯基二苯并[f,h]喹喔啉)合铱(III)(缩写：Ir(dbq-P)2(acac)的合成方法》
[步骤1：2-苯基二苯并[f,h]喹喔啉(缩写：Hdbq-P)的合成]
首先，在氮气氛下将2.16g的苯乙二醛和3.36g的9,10-二氨基 菲溶于100mL的脱水乙醇中。将溶液回流7小时使之反应。过滤通过反应沉淀的白色粉末。将残渣先后用乙醇和乙醚洗涤，从而制得作为目标物的二苯并[f,h]喹喔啉衍生物Hdbq-P(产率：92%)。步骤1的合成路线如下列(a-1)所示。
[步骤2：二-μ-氯-双[双(2-苯基二苯并[f,h]喹喔啉)合铱(III)](缩写：
[Ir(dbq-P)2Cl]2)的合成]
接着上述步骤1，将24mL的2-乙氧基乙醇、8mL的水、0.61g的在上述步骤1中获得的二苯并[f,h]喹喔啉衍生物Hdbq-P和0.30g的氯化铱水合物(IrCl3·H2O)(Sigma-AldrichCorp.制)置于具有回流管的回收烧瓶中。用氩置换烧瓶中的空气。然后，将混合物用微波(2.45GHz，200W)辐照5小时，使之反应。过滤从反应液中沉淀的橙色粉末，将残渣用乙醇洗涤，从而制得双核络合物[Ir(dbq-P)2Cl]2(产率：78%)。需说明的是，将微波合成系统(Discovery，CEMCorporation制)用于上述微波辐照法。另外，步骤2的合成路线如下列(b-1)所示。
[步骤3：(乙酰丙酮)双(2-苯基二苯并[f,h]喹喔啉)合铱(III)(缩写：Ir(dbq-P)2(acac))的合成]
接着上述步骤2，将25mL的2-乙氧基乙醇、0.54g在上述步骤2中获得的双核络合物[Ir(dbq-P)2Cl]2、0.10mL的乙酰丙酮和0.34g的碳酸钠置于具有回流管的回收烧瓶中。用氩置换烧瓶中的空气。然后，将混合物用微波(2.45GHz，200W)辐照30分钟，使之反应。将反应溶液过滤，然后将得到的滤液浓缩、干燥，得到残渣。将该残渣用二氯甲烷重结晶，从而制得红色粉末状的本发明的有机金属络合物Ir(dbq-P)2(acac)(产率：16%)。步骤3的合成路线如下列(c-1)所示。
如上所述，可合成Ir(dbq-P)2(acac)。
《(乙酰丙酮)双[2-(3-氟苯基)-二苯并[f,h]喹喔啉]合铱(III)(缩写：Ir(dbq-3FP)2(acac))的合成方法》
[步骤1：2-(3-氟苯基)-二苯并[f,h]喹喔啉(缩写：Hdbq-3FP)的合成]
首先，在氮气氛下将27.5mL(1.58mol/L)正丁基锂的己烷溶液于-78℃下滴入6.87g的3-溴氟苯和40mL的四氢呋喃的混合溶液中。然后，将温度保持在-78℃，将混合物搅拌2小时。于-78℃下向得到的溶液中分5次加入7.54g的二苯并[f,h]喹喔啉。将混合物加热至室温，然后保持在室温的温度下搅拌12小时。将水加入该混合物中，用二氯甲烷作为萃取剂来萃取有机层。将获得的有机层用无水硫酸镁干燥。将干燥获得的溶液过滤。馏出溶液中的溶剂，然后用 乙醇重结晶，制得作为目标物的本发明的有机金属络合物Hdbq-3FP(亮橙色粉末，收率：23%)。步骤1的合成路线如下列(a-2)所示。
[步骤2：二-μ-氯-双[双{2-(3-氟苯基)-二苯并[f,h]喹喔啉}合铱(III)(缩写：[Ir(dbq-3FP)2C1]2)的合成]
接着上述步骤1，将15mL的2-乙氧基乙醇、5mL的水、2.41g在上述步骤1中获得的二苯并[f,h]喹喔啉衍生物Hdbq-3FP和1.01g的氯化铱水合物(IrCl3·H2O)(Sigma-AldrichCorp.制)置于具有回流管的回收烧瓶中。用氩置换烧瓶中的空气。然后，将混合物用微波(2.45GHz，100W～250W)辐照6小时，使之反应。过滤从反应液中沉淀的橙色粉末，然后将残渣用乙醇洗涤，从而制得双核络合物[Ir(dbq-3FP)2C1]2(收率：70%)。需说明的是，将微波合成系统(Discovery，CEM Corporation制)用于上述微波辐照法。另外，步骤2的合成路线如下列(b-2)所示。
[步骤3：(乙酰丙酮)双[2-(3-氟苯基)-二苯并[f,h]喹喔啉]合铱(III)(缩写：Ir(dbq-3FP)2(acac)的合成]
接着上述步骤2，将20mL的2-乙氧基乙醇、2.06g在上述步骤2中获得的双核络合物[Ir(dbq-3FP)2Cl]2和0.43g的乙酰丙酮钠水合物(Na(CH3COCHCOCH3)·XH2O)置于具有回流管的回收烧瓶中。用氩置换烧瓶中的空气。然后，将混合物用微波(2.45GHz，100W)辐照30分钟，使之反应。将反应溶液过滤，然后将得到的滤液浓缩、干燥，得到残渣。将上述残渣溶于二氯甲烷，然后将混合物用Celite硅藻土过滤。然后，通过用二氯甲烷重结晶可制得红色粉末状的基于二苯并[f,h]喹喔啉的有机金属络合物[Ir(dbq-3FP)2(acac)](收率：27%)。步骤3的合成路线如下列(c-2)所示。
如上所述可合成Ir(dbq-3FP)2(acac)。
本说明书根据2007年11月30日在日本专利局提交的日本专利申请第2007-310376号而制作，其全部内容作为参考包括在本说明书中。

Claims (23)

1.一种发光元件，包括：
在第1电极和第2电极之间的发光层，
其中，所述发光层包括具有空穴传输性的第1有机化合物、具有电子传输性的第2有机化合物及有机金属络合物，
所述有机金属络合物具有下列通式(G1)所示的结构：
并且：
Ar表示具有6~25个碳原子的芳基；
R1表示氢、具有1~4个碳原子的烷基和具有1~4个碳原子的烷氧基中的任1种；
R2~R8分别表示氢、具有1~4个碳原子的烷基、具有1~4个碳原子的烷氧基、卤素基团和具有1~4个碳原子的酰氧基中的任1种；
R2和R3、R3和R4、R4和R5、R5和R6、R6和R7或R7和R8中的任1对可相互结合形成环；
M为9族或10族元素，
所述有机金属络合物的LUMO能级比所述第1有机化合物的LUMO能级及所述第2有机化合物的LUMO能级深0.2 eV以上，
并且，所述有机金属络合物的HOMO能级比所述第1有机化合物的HOMO能级深并且比所述第2有机化合物的HOMO能级浅。
2.权利要求1所述的发光元件，其中，R1、R2、R4、R5、R7和R8表示氢。
3.权利要求1所述的发光元件，其中，R1~R8表示氢。
4.权利要求1所述的发光元件，
其中，R1~R8表示氢，
Ar表示具有取代基的苯基，
并且，所述取代基选自氢、具有1~4个碳原子的烷基、具有1~4个碳原子的烷氧基、具有6~12个碳原子的芳基和卤素基团。
5.权利要求1所述的发光元件，其中，M为铱或铂。
6.权利要求1所述的发光元件，其中，所述第1有机化合物为芳胺化合物。
7.权利要求1所述的发光元件，其中，所述第2有机化合物为杂芳族化合物或金属络合物。
8.权利要求1所述的发光元件，其中，所述发光层中所述有机金属络合物的量大于或等于1%重量且小于或等于10%重量。
9.权利要求1所述的发光元件，其中，所述第2有机化合物与所述第1有机化合物的重量比大于或等于1/20且小于或等于20/1。
10.权利要求1所述的发光元件，其中，所述第2有机化合物与所述第1有机化合物的重量比大于或等于1且小于或等于20/1。
11.权利要求1所述的发光元件，
其中，所述第1有机化合物是式(ii)所表示的化合物，
并且，所述第2有机化合物是式(i)所表示的化合物，
。
12.一种发光元件，包括：
在第1电极和第2电极之间的发光层，
其中，所述发光层包括具有空穴传输性的第1有机化合物、具有电子传输性的第2有机化合物及有机金属络合物，
所述有机金属络合物具有下列通式(G5)所示的结构：
并且：
Ar表示具有6~25个碳原子的芳基；
R1表示氢、具有1~4个碳原子的烷基和具有1~4个碳原子的烷氧基中的任1种；
R2~R8分别表示氢、具有1~4个碳原子的烷基、具有1~4个碳原子的烷氧基、具有1~4个碳原子的酰氧基和卤素基团中的任1种；
R2和R3、R3和R4、R4和R5、R5和R6、R6和R7或R7和R8中的任1对可相互结合形成环；
M为9族元素；
L表示式(L1)-(L9)中的任一个所示的单阴离子二齿螯合配体：
；
n为2。
13.权利要求12所述的发光元件，其中，R1、R2、R4、R5、R7和R8表示氢。
14.权利要求12所述的发光元件，其中，R1~R8表示氢。
15.权利要求12所述的发光元件，
其中，R1~R8表示氢，
Ar表示具有取代基的苯基，
并且，所述取代基选自氢、具有1~4个碳原子的烷基、具有1~4个碳原子的烷氧基、具有6~12个碳原子的芳基和卤素基团。
16.权利要求12所述的发光元件，其中，M为铱或铂。
17.权利要求12所述的发光元件，其中，所述第1有机化合物为芳胺化合物。
18.权利要求12所述的发光元件，其中，所述第2有机化合物为杂芳族化合物或金属络合物。
19.权利要求12所述的发光元件，其中，所述发光层中所述有机金属络合物的量大于或等于1%重量且小于或等于10%重量。
20.权利要求12所述的发光元件，其中，所述第2有机化合物与所述第1有机化合物的重量比大于或等于1/20且小于或等于20/1。
21.权利要求12所述的发光元件，其中，所述第2有机化合物与所述第1有机化合物的重量比大于或等于1且小于或等于20/1。
22.权利要求12所述的发光元件，其中，所述有机金属络合物的LUMO能级比所述第1有机化合物的LUMO能级及所述第2有机化合物的LUMO能级深0.2 eV以上。
23.权利要求12所述的发光元件，
其中，所述第1有机化合物是式(ii)所表示的化合物，
并且，所述第2有机化合物是式(i)所表示的化合物，
。
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