JP4517673B2 - 有機エレクトロルミネッセンス素子、表示装置及び照明装置 - Google Patents

Description

本発明は、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）、表示装置及び照明装置に関し、詳しくは発光輝度、発光効率を有するとともに、特に優れた耐久性を有する有機エレクトロルミネッセンス素子、及びそれを有する表示装置もしくは照明装置に関する。

従来、発光型の電子ディスプレイデバイスとして、エレクトロルミネッセンスディスプレイ（以下ＥＬＤともいう）がある。ＥＬＤの構成要素としては、無機エレクトロルミネッセンス素子や有機エレクトロルミネッセンス素子が挙げられる。無機エレクトロルミネッセンス素子は、平面型光源として使用されてきたが、発光素子を駆動させるためには交流の高電圧が必要である。

一方、有機エレクトロルミネッセンス素子は、発光する化合物を含有してなる発光層を陰極と陽極で挟んだ構成を有し、発光層に電子及び正孔を注入して再結合させることにより励起子（エキシトン）を生成させ、このエキシトンが失活する際に放出される光（蛍光、リン光）を利用して発光する素子である。そして、発光が数Ｖ〜数十Ｖ程度の電圧で可能なことや、自己発光型であるため視野角に富み視認性が高いこと、さらには、薄膜型の完全固体素子であるので省スペースや携帯性に優れる等のメリットを有しているので現在注目されている。

今後の実用化に向けた有機エレクトロルミネッセンス素子の開発としては、さらなる低消費電力で高輝度に発光する有機エレクトロルミネッセンス素子が望まれている。具体的には、スチルベン誘導体、ジスチリルアリーレン誘導体又はトリススチリルアリーレン誘導体に微量の蛍光体をドープして、発光輝度の向上と素子の長寿命化を達成する技術や（例えば、特許文献１参照。）、８−ヒドロキシキノリンアルミニウム錯体をホスト化合物として、これに微量の蛍光体をドープした有機発光層を有する素子（例えば、特許文献２参照。）、８−ヒドロキシキノリンアルミニウム錯体をホスト化合物として、これにキナクリドン系色素をドープした有機発光層を有する素子（例えば、特許文献３参照。）等が知られている。

これらの文献に開示されている技術は、励起一重項からの発光を用いる場合、一重項励起子と三重項励起子の生成比が１：３であるため発光性励起種の生成確率が２５％であることと光の取り出し効率が約２０％であるため、外部取り出し量子効率（ηｅｘｔ）の限界が５％とされている。

ところが、プリンストン大学による励起三重項からのリン光発光を用いた有機エレクトロルミネッセンス素子の報告（例えば、非特許文献１参照。）以来、室温でリン光を示す材料の研究が活発に行われている（例えば、非特許文献２及び特許文献４参照。）。

励起三重項を使用すると、内部量子効率の上限が１００％となるため、励起一重項の場合に比べて原理的に発光効率が４倍となり冷陰極管とほぼ同等の性能が得られ、照明用にも応用可能になるので注目されている。

例えば、多くの化合物がイリジウム錯体系など重金属錯体を中心に合成検討されている（例えば、非特許文献３参照。）。

また、ドーパントとしてトリス（２−フェニルピリジン）イリジウム（Ｉｒ（ｐｐｙ）₃）を用いた検討がされている（例えば、非特許文献２参照。）。

その他、ドーパントとしてＬ₂Ｉｒ（ａｃａｃ）（ここで、Ｌは２座の配位子を、ａｃａｃはアセチルアセトンを表す。）、例えば、（ｐｐｙ）₂Ｉｒ（ａｃａｃ）（例えば、非特許文献４参照。）を、又、ドーパントとして、トリス（２−（ｐ−トリル）ピリジン）イリジウム（Ｉｒ（ｐｔｐｙ）₃），トリス（ベンゾ［ｈ］キノリン）イリジウム（Ｉｒ（ｂｚｑ）₃），Ｉｒ（ｂｚｑ）₂ＣｌＰ（Ｂｕ）₃等を用いた検討（例えば、非特許文献５参照。）がなされている。

また、高い発光効率を得るために、リン光性化合物のホストとしてホール輸送性の化合物が用いられている（例えば、非特許文献６参照。）。

また、各種電子輸送性材料をリン光性化合物のホストとして用いる技術として、新規なイリジウム錯体をドープして用いる方法が挙げられる（例えば、非特許文献４参照）。さらに、ホールブロック層の導入により高い発光効率が得られることが知られている（例えば、非特許文献５参照）。

しかし、緑色発光については理論限界である２０％近くの外部取り出し効率を達成しているものの、その他の発色光についてはまだ十分な外部取り出し効率が得られず改良が迫られている。

この様に、今後の実用化に向けた有機エレクトロルミネッセンス素子では、更なる低消費電力で高輝度に発光可能な有機エレクトロルミネッセンス素子の開発が望まれている。

また、ディスプレイ用途や照明用途に実用可能な十分な発光寿命を有する素子耐久性が強く待望されている。この点に関しては、これまでに様々な方向から検討が行われており、例えば特許文献５、６、７には素子の封止という面からのアプローチが、特許文献８には適切なエネルギー準位を有するドーパントの添加によって耐久性を改良するアプローチが、特許文献９には素子を構成する基板材料と素子及び封止剤で形成される気密空間内に吸湿剤を封入するという方法が、それぞれ開示されている。また、素子を構成する電荷輸送性材料や発光層に用いられる材料自体の耐久性をより向上させる検討が重ねられており、これらは特許文献１０〜１３等に多く開示されている。

さらに、これらの有機材料が構成する素子中の有機化合物層が含有する不純物が与える有機エレクトロルミネッセンス素子の耐久性への影響が検討されている。例えば、特許文献１４には、素子を構成する有機化合物層に含有される不純物の量について、特許文献１５には有機エレクトロルミネッセンス材料を合成する際のクロスカップリング反応に由来する不純物の量について、特許文献１６にはハロゲン原子を含む不純物について、それらを含有することが素子の耐久性に影響を及ぼしていることが示されている。

これらの種々のアプローチは、相互に相殺しない限りにおいて併用し得るものである。したがってさらに有機エレクトロルミネッセンス素子の耐久性を高めるための技術的アプローチは引き続き求められ続けるものであり、耐久性を改良するための新規な技術はなお待望されるものである。
特許第３０９３７９６号公報 特開昭６３−２６４６９２号公報 特開平３−２５５１９０号公報 米国特許第６０９７１４７号明細書 特開２００２−３１３５５９号公報 特開平０８−２３６２７１号公報 特開２００２−３６７７７１号公報 特開平０７−０６５９５８号公報 特開２００２−１９８１７０号公報 特開２００２−３６３２２７号公報 特開２００２−３５２９６１号公報 特開２００２−３５６４６２号公報 特開２００２−３６３５５０号公報 特開２００２−３７３７８５号公報 特開２００２−３７３７８６号公報 国際公開第００／４１４４３号パンフレット Ｍ．Ａ．Ｂａｌｄｏ ｅｔ ａｌ．，ｎａｔｕｒｅ、３９５巻、１５１−１５４頁（１９９８年） Ｍ．Ａ．Ｂａｌｄｏ ｅｔ ａｌ．，ｎａｔｕｒｅ、４０３巻、１７号、７５０−７５３頁（２０００年） Ｓ．Ｌａｍａｎｓｋｙ ｅｔ ａｌ．，Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．，１２３巻、４３０４頁（２００１年） Ｍ．Ｅ．Ｔｏｍｐｓｏｎ ｅｔ ａｌ．，Ｔｈｅ １０ｔｈ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｗｏｒｋｓｈｏｐ ｏｎ Ｉｎｏｒｇａｎｉｃ ａｎｄ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｅｌｅｃｔｒｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ（ＥＬ’００、浜松） Ｍｏｏｎ−Ｊａｅ Ｙｏｕｎ．０ｇ，Ｔｅｔｓｕｏ Ｔｓｕｔｓｕｉｅｔ ａｌ．，Ｔｈｅ １０ｔｈ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｗｏｒｋｓｈｏｐ ｏｎ Ｉｎｏｒｇａｎｉｃ ａｎｄ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｅｌｅｃｔｒｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ（ＥＬ’００、浜松） Ｉｋａｉ ｅｔ ａｌ．，Ｔｈｅ １０ｔｈ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｗｏｒｋｓｈｏｐ ｏｎ Ｉｎｏｒｇａｎｉｃ ａｎｄ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｅｌｅｃｔｒｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ（ＥＬ’００、浜松）

本発明の目的は、以上の様な事情に鑑みてなされたものであり、高い発光輝度と優れた量子効率とを有するとともに、同時に、特に優れた耐久性を有する有機エレクトロルミネッセンス素子、及びそれを具備してなる表示装置、照明装置を提供するである。

本発明の上記目的は下記の構成１〜７により達成される。

１．基板上に少なくとも１層の有機層を有する有機エレクトロルミネッセンス素子において、２，２’−ジハロゲノ−ビフェニルとアミンとの縮合複素環形成反応により得られた下記一般式（１）で表されるカルバゾール誘導体と、該一般式（１）で表される化合物を合成する際の反応中間体化合物であるカルバゾール環と結合する構造部分にアミノ基を結合してなる下記一般式（２）で表される化合物とを該有機層に含有するとともに、前記有機層おける該一般式（２）で表される化合物の含有率が、０．３３質量％未満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。

（式中、ｍは１〜６の整数で、Ａはｍ＝１の時に１価の有機基で、ｍが１ではない時はｍ価の連結基を表す。Ｒ₁及びＲ₂は置換基、ｎ１及びｎ２は０〜４の整数を表す。）

（式中、Ａ、Ｒ_１、Ｒ_２、ｎ１、ｎ２は一般式（１）と同義である。Ｘは臭素原子もしくはヨウ素原子を表し、ｍ１、ｍ２及びｍ３は０〜６までの整数で、ｍ１、ｍ２及びｍ３の総和が１〜６の整数となり、かつｍ２とｍ３とがともに０になることはない。）
２．前記一般式（２）で表される化合物の前記有機層における含有率が、０．１質量％未満であることを特徴とする前記１に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。

３．前記有機エレクトロルミネッセンス素子に電界を印加した時に生ずる発光が、リン光発光を含むものであることを特徴とする前記１または２に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。

４．前記有機エレクトロルミネッセンス素子に電界を印加した時に生ずる発光が、白色に発光するものであることを特徴とする前記１〜３のいずれか１項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。

５．前記１〜４のいずれか１項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子を具備してなることを特徴とする表示装置。

６．前記１〜４のいずれか１項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子を具備してなることを特徴とする照明装置。

７．前記６に記載の照明装置と表示手段として液晶素子を具備してなることを特徴とする前記５に記載の表示装置。

本発明の目的は、以上の様な事情に鑑みてなされたものであり、高い発光輝度と優れた量子効率とを有するとともに、同時に、特に優れた耐久性を有する有機エレクトロルミネッセンス素子、及びそれを具備してなる表示装置、照明装置を提供する

本発明の有機エレクトロルミネッセンス素子においては、請求項１〜４のいずれか１項に記載の構成とすることにより、高い発光輝度と優れた量子効率とを有するとともに、特に優れた耐久性を有する有機エレクトロルミネッセンス素子を見出すことを可能にした。

更に、請求項１〜４のいずれか１項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子を有する、請求項５、６に各々記載の表示装置、請求項７に記載の照明装置を得ることができた。

以下、本発明に係る各構成要素の詳細について、順次説明する。

本発明者らは、検討を重ねた結果、ある特定の構造単位を有する有機エレクトロルミネッセンス材料を含有する層に、該構造単位に由来する化合物が不純物として混入すると、作製された素子の耐久性に非常に大きな影響を及ぼすことを見出し、本発明を完成させるに至った。

以下、本発明についてさらに詳しく説明する。

本発明の有機エレクトロルミネッセンス素子は、置換カルバゾール化合物を含有してなる有機層と、陽極および陰極からなる。

該有機層に含有される置換カルバゾール化合物において、カルバゾール環に結合する構造部分に置換または無置換のアミノ基を結合してなる化合物を０．５質量％未満、好ましくは０．３質量％未満、さらに好ましくは０．１質量％未満含有する場合、該有機エレクトロルミネッセンス素子は高い発光輝度と優れた量子効率と同時に、非常に高い耐久性を有する素子として駆動する。

本発明の好ましい態様は、一般式（１）で表される置換カルバゾール化合物を該有機層に含有するとともに、該置換カルバゾール化合物を含有する有機層に不純物として存在する一般式（２）で表される化合物について、その含有率が０．５質量％未満、好ましくは０．３質量％未満、さらに好ましくは０．１質量％未満である有機エレクトロルミネッセンス素子である。なお、本発明は一般式（２）で表される不純物として複数種類のものを同時に該有機層に含有する場合も含む。

以下、一般式（１）で表される置換カルバゾール化合物、及び不純物として存在する一般式（２）で表される化合物について詳しく説明する。

有機エレクトロルミネッセンス材料である一般式（１）で表される化合物は、有機基Ａにｍ個の置換もしくは無置換のカルバゾール環が連結した構造をもつ化合物である。ここで、ｍは１〜６の整数を表し、Ａにｍ個の水素原子を結合させた化合物、すなわち、Ａの由来となる化合物としてはメタン、エテン、アセチレン、ベンゼン、ナフタレン、アズレン、アントラセン、フェナントレン、フルオレン、ピレン、テトラセンなどの炭化水素化合物の他、ボラン、アンモニア、シラン、硫化水素、水等ヘテロ原子が水素と結合した化合物や、フラン、チオフェン、セレノフェン、ピロール、ピリジン、ピラジン、ピリミジン、ピラゾール、イミダゾール、トリアゾール、トリアジン、チアゾール、オキサジアゾール、チアジアゾール等のヘテロ芳香族化合物、さらにはベンゾフラン、ジベンゾチオフェン、インドール、イソインドール、カルバゾール、ベンズチアゾール、ベンズイミダゾール、ピラゾロイミダゾール、ピラゾロトリアゾール、キノリン、キノリン、アクリジン、ピリドインドール、ジピリドピロール、プリン、シノリン、フェノキサジン、フェノチアジン等の縮合多環式芳香族化合物が挙げられ、これらの化合物から誘導される有機基の任意の組み合わせも、Ａの例に含まれるものである。

また、Ａは置換基を有していてもよく、その例としてはアルキル基（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）、アリール基（例えば、フェニル基、ナフチル基等）、芳香族複素環基（例えば、フリル基、チエニル基、ピリジル基、ピリダジニル基、ピリミジニル基、ピラジニル基、トリアジニル基、イミダゾリル基、ピラゾリル基、チアゾリル基、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）、アルコキシル基（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）、シクロアルコキシル基（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（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、ジフェニルアミノ基、アニリノ基、エチルトリルアミノ基、ナフチルアミノ基、２−ピリジルアミノ基等）、フッ化炭化水素基（例えば、フルオロメチル基、トリフルオロメチル基、ペンタフルオロエチル基、ペンタフルオロフェニル基等）、シアノ基、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）、フッ素原子等が挙げられる。

これらの置換基は、上記の置換基によってさらに置換されていてもよい。また、これらの置換基は、複数が互いに結合して環を形成していてもよい。なお、Ａに結合する置換または無置換のカルバゾール環部分が複数の場合、該カルバゾール環部分は互いに同じでも異なっていてもよい。

以下に、ＡおよびＡに結合する置換または無置換のカルバゾール残基についての例を示すが、本発明に係る一般式（１）で表される化合物の構造は、これらの例によって限定されない。

一般式（１）において、Ｒ₁およびＲ₂は独立に１価の置換基を表し、その例としては一般式（１）中のＡが上記に挙げられる置換基が挙げられる。また、ｎ１およびｎ２は独立に０〜４の整数を表す。

一般式（２）においてＡ、Ｒ₁、Ｒ₂、ｎ１、ｎ２はいずれも一般式（１）のそれらと同義であり、Ｘは臭素原子もしくはヨウ素原子を表す。ｍ１、ｍ２およびｍ３は０〜６までの整数を表し、かつｍ１、ｍ２およびｍ３の合計は１〜６の整数である。さらに、ｍ２とｍ３とがともに０でなることはないとは、これは不純物が置換または無置換のアミノ基をもつ構造の化合物であることを意味する。

また、一般式（１）で表される化合物の分子量は６００〜２０００であることが好ましい。分子量が６００〜２０００であるとＴｇ（ガラス転移温度）が上昇し、熱安定性が向上し、素子寿命が改善される。より好ましい分子量は８００〜２０００である。

本発明に係る有機エレクトロルミネッセンス素子は、有機層に置換カルバゾール化合物を含有してなり、かつ、不純物として該有機層内に存在するカルバゾール環に結合する構造部分に置換または無置換のアミノ基を結合してなる構造を有する化合物が、該有機層内で該置換カルバゾール化合物に対して少なくとも０．５質量％未満、好ましくは０．３質量％未満、さらに好ましくは０．１質量％未満に含有量を抑制することにより、高い発光効率と発光輝度、及び高耐久性を発現する。

有機層にカルバゾール環に結合する構造部分に置換または無置換のアミノ基を結合してなる構造を有する化合物が不純物として存在することで、素子の発光効率や発光輝度、耐久性を低下させる機構は必ずしも明らかではないが、おそらく、有機エレクトロルミネッセンス素子中でトラップ準位を形成することや、不純物と置換カルバゾール化合物とが反応して置換カルバゾール化合物の分解を促進すること、あるいは有機層と隣接する電極との密着性、他の有機層と隣接している場合は隣接有機層との密着性を阻害することにより、有機エレクトロルミネッセンス素子の特性に望ましくない影響を及ぼす結果、素子の発光効率や発光輝度、耐久性を低下させるものと推測される。

特に、耐久性に関しては、不純物が置換カルバゾール化合物よりも電気的、熱的安定性に乏しいために、電界発光時において比較的短い時間で分解し、これにより生じた分解生成物が前述の機構により素子を劣化させるためと推測される。

該不純物が有機層に混入する原因は、置換カルバゾール化合物の製造方法及び精製方法、有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法等、諸々の条件に起因するものと推測され、その１つにアミン化合物とジハロゲン化ビフェニル誘導体のカップリング反応により置換カルバゾール化合物を合成した時にその反応中間体が目的の生成物に不純物として混入する場合が考えられる。また、これらの不純物は通常の精製方法により除去可能であると考えられるが、実際には完全に除去されずに有機エレクトロルミネッセンス素子の製造工程に持ち込まれて素子の有機層に不純物として混入するものと推測される。

本発明に係る一般式（１）で表される置換カルバゾール化合物は、後述する有機エレクトロルミネッセンス素子の有機層を構成する正孔輸送層、電子輸送層、発光層のいずれに用いることも可能であるが、電子輸送層ないし発光層に用いることが好ましい。

また、一般式（１）で表される置換カルバゾール化合物は、発光層において蛍光性もしくはリン光性の化合物へエネルギーを移動させて自身は発光することのない、当業に従事する技術者に「ホスト化合物」として知られる材料としても好ましく使用可能である。本発明に係る有機エレクトロルミネッセンス素子は、先に述べた発光効率の観点から、前述の置換カルバゾール化合物をホスト化合物としてリン光性化合物とともに発光層を構成してなるリン光発光性有機エレクトロルミネッセンス素子であることが特に好ましい。

本発明に用いられる置換カルバゾール化合物は、Ｔｅｔｒａｈｅｄｒｏｎ Ｌｅｔｔ．，３９（１９９８），２３６７〜２３７０頁、日本国特許３１６１３６０号、Ａｎｇｅｗ．Ｃｈｅｍ．Ｉｎｔ．Ｅｄ．，３７（１９９８），２０４６〜２０６７頁、Ｔｅｔｒａｈｅｄｒｏｎ Ｌｅｔｔ．，４１（２０００），４８１〜４８４頁、Ｓｙｎｔｈ．Ｃｏｍｍｕｎ．，１１（７）（１９８１），５１３〜５１９頁、及びＣｈｅｍ．Ｒｅｖ．，２００２，１０２，１３５９〜１４６９頁等に記載の合成反応等、当業に従事する技術者に周知の合成方法により製造することが可能である。

《有機ＥＬ素子の構成層》
本発明の有機ＥＬ素子の構成層について説明する。

本発明において、有機ＥＬ素子の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。
（１）陽極／発光層／電子輸送層／陰極
（２）陽極／正孔輸送層／発光層／電子輸送層／陰極
（３）陽極／正孔輸送層／発光層／正孔阻止層／電子輸送層／陰極
（４）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
（５）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
《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。また、ＩＤＩＸＯ（Ｉｎ₂Ｏ₃−ＺｎＯ）等非晶質で透明導電膜を作製可能な材料を用いてもよい。陽極は、これらの電極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あま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。この陽極より発光を取り出す場合には、透過率を１０％より大きくすることが望ましく、また、陽極としてのシート抵抗は数百Ω／□以下が好ましい。さらに膜厚は材料にもよるが、通常１０〜１０００ｎｍ、好ましくは１０〜２００ｎｍの範囲で選ばれる。

《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。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（Ａｌ₂Ｏ₃）混合物、インジウム、リチウム／アルミニウム混合物、希土類金属等が挙げられる。これらの中で、電子注入性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（Ａｌ₂Ｏ₃）混合物、リチウム／アルミニウム混合物、アルミニウム等が好適である。陰極は、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〜１０００ｎｍ、好ましくは５０ｎｍ〜２００ｎｍの範囲で選ばれる。なお、発光を透過させるため、有機ＥＬ素子の陽極または陰極のいずれか一方が、透明または半透明であれば発光輝度が向上し好都合である。

次に、本発明の有機ＥＬ素子の構成層として用いられる、注入層、正孔輸送層、電子輸送層等について説明する。

《注入層》：電子注入層、正孔注入層
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、上記のごとく陽極と発光層または正孔輸送層の間、及び、陰極と発光層または電子輸送層との間に存在させてもよい。

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」（１２３〜１６６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）と電子注入層（陰極バッファー層）とがある。

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等が挙げられる。

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〜１００ｎｍの範囲が好ましい。

阻止層は、上記のごとく、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、同１１−２０４３５９号、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。

正孔阻止層とは広い意味では電子輸送層であり、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。

一方、電子阻止層とは広い意味では正孔輸送層であり、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。

正孔輸送層とは正孔を輸送する機能を有する材料からなり、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、電子輸送層は単層もしくは複数層設けることができる。

本発明の有機ＥＬ素子においては、発光層のホスト、発光層に隣接する正孔輸送層、発光層に隣接する電子輸送層すべての材料の蛍光極大波長が４１５ｎｍ以下であることが好ましい。

《発光層》
本発明に係る発光層は、電極または電子輸送層、正孔輸送層から注入されてくる電子およ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良い。

発光層に使用される材料（以下、発光材料という）は、蛍光またはリン光を発する有機化合物または錯体であることが好ましく、有機ＥＬ素子の発光層に使用される公知のものの中から適宜選択して用いることができる。このような発光材料は主として有機化合物であり、所望の色調により、例えば、Ｍａｃｒｏｍｏｌ．Ｓｙｎｔｈ．，１２５巻，１７〜２５頁に記載の化合物等を用いることが可能である。

発光材料は、発光性能の他に、正孔輸送機能や電子輸送機能を併せ持っていても良く、正孔輸送材料や電子輸送材料の殆どが、発光材料としても使用できる。

発光材料は、ｐ−ポリフェニレンビニレンやポリフルオレンのような高分子材料でも良く、さらに前記発光材料を高分子鎖に導入した、または前記発光材料を高分子の主鎖とした高分子材料を使用しても良い。

この発光層は、上記化合物を、例えば真空蒸着法、スピンコート法、キャスト法、ＬＢ法などの公知の薄膜化法により製膜して形成することができる。発光層としての膜厚は、特に制限はないが、通常は５ｎｍ〜５μｍの範囲で選ばれる。この発光層は、これらの発光材料一種又は二種以上からなる一層構造であってもよいし、あるいは、同一組成又は異種組成の複数層からなる積層構造であってもよい。本発明の有機ＥＬ素子の好ましい態様は、発光層が二種以上の材料からなり、その内の一種が本発明の化合物であるときである。

また、この発光層は、特開昭５７−５１７８１号公報に記載されているように、樹脂などの結着材と共に上記発光材料を溶剤に溶かして溶液としたのち、これをスピンコート法などにより薄膜化して形成することができる。このようにして形成された発光層の膜厚については、特に制限はなく、状況に応じて適宜選択することができるが、通常は５ｎｍ〜５μｍの範囲である。

本発明における別の形態にあっては、発光層にその主たる構成成分である上記の有機化合物に加えて、それらの発光極大波長よりも長波な蛍光極大波長を有する蛍光性化合物を少なくとも１種含有させてもよい。このように主たる構成成分に加えて発光層になんらかの化合物を含有させた場合、主たる構成成分はホスト化合物あるいは単にホスト、加えられた化合物はドーパントと呼ばれるが、本発明におけるこの形態の場合、発光層の主たる構成成分である先述の有機化合物がホスト化合物であり、加えられた蛍光性化合物がドーパント、とくにこの場合においては蛍光性ドーパントである。蛍光性ドーパントはホスト化合物に励起されて蛍光を発し、その結果としてこのように構成された有機ＥＬ素子からは、蛍光性化合物からの発光が取出されることになる。このような用途に用いることのできる蛍光性化合物としてはクマリン系色素、ピラン系色素、シアニン系色素、クロコニウム系色素、スクアリウム系色素、オキソベンツアントラセン系色素、フルオレセイン系色素、ローダミン系色素、ピリリウム系色素、ペリレン系色素、スチルベン系色素、ポリチオフェン系色素、又は希土類錯体系蛍光体等が挙げられる。用いる蛍光性化合物としては溶液状態における蛍光量子収率の高いものが好ましく、蛍光量子収率１０％以上、特に３０％以上が好ましい。蛍光量子収率は、第４版実験化学講座７の分光IIの３６２頁（１９９２年版、丸善）に記載の方法により測定することができる。

また、本発明におけるさらに別の形態にあっては、上記の形態において蛍光性ドーパントを加えたのと同様に、発光層を構成する化合物の発光極大波長よりも長波な発光極大波長を有するリン光性化合物をドーパントとして加えてもよい。リン光性ドーパントを発光層に加えた場合、ホスト化合物からリン光性ドーパントへのエネルギー移動によって、有機ＥＬ素子からはリン光発光が取出される。既に述べたとおり、有機ＥＬ素子としてはリン光発光を利用する形態が発光効率の観点から好ましく、本発明においても同様に、少なくとも発光成分の一部がリン光発光によるものである有機ＥＬ素子が好ましい。

本発明における「リン光性化合物」とは励起三重項からの発光が観測される化合物であり、リン光量子収率が２５℃において０．００１以上の化合物である。リン光量子収率は好ましくは０．０１以上、更に好ましくは０．１以上である。

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、本発明に用いられるリン光性化合物は、任意の溶媒の何れかにおいて上記リン光量子収率が達成されれば良い。

本発明で用いられるリン光性化合物としては、好ましくは元素の周期律表で８族の金属を含有する錯体系化合物であり、更に好ましくは、イリジウム化合物、オスミウム化合物、又は白金化合物（白金錯体系化合物）であり、中でも最も好ましいのはイリジウム化合物である。

以下に、本発明で用いられるリン光性化合物の具体例を示すが、これらに限定されるものではない。これらの化合物は、例えば、Ｉｎｏｒｇ．Ｃｈｅｍ．４０巻、１７０４〜１７１１に記載の方法等により合成できる。

さらに別の形態では、ホスト化合物とリン光性化合物の他に、リン光性化合物からの発光の極大波長よりも長波な領域に蛍光極大波長を有する蛍光性化合物を少なくとも１種含有させてもよい。この場合、ホスト化合物とリン光性ドーパントからのエネルギー移動により、有機ＥＬ素子としての電界発光は蛍光性化合物からの発光が得られる。

また、蛍光性もしくはリン光性のドーパントを複数種類用いてこれらドーパントからの発光を同時に取り出すことにより、複数の発光極大波長をもつ発光素子を構成することもできる。例えばホスト化合物を兼ねる発光性化合物としてポリビニルカルバゾールを、蛍光性ドーパントとしてクマリン６とナイルレッドを用いることにより、ポリビニルカルバゾールからの青色発光と、クマリン６からの緑色発光、ナイルレッドからの赤色発光を同時に取り出して、白色に発光する素子を構成することができる。リン光発光型の有機ＥＬ素子においても同様に、複数種類のリン光性ドーパントを用いることによって発光の混色を行うことができる。

薄型であること、および樹脂基板上に形成することが可能であるという有機ＥＬ素子の特長を活かして、これをパネル状その他の形状の照明装置に利用する場合を考慮すると、白色発光素子を構成することは実用的に有用である。現在のところ単一の発光材料で白色発光を示すものがないため、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ている。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３つの発光極大波長を含有させたものでも良いし、青色と黄色、青緑と橙色等の補色の関係を利用した２つの発光極大波長を含有したものでも良い。これらの混色した発光は先に述べたとおり、ドーパントを用いることによって行うことがで、ドーパントの種類と量を変化させることによって、発光色の色調を制御することができる。

《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。正孔輸送層は単層もしくは複数層設けることができる。

正孔輸送材料としては、特に制限はなく、従来、光導伝材料において、正孔の電荷注入輸送材料として慣用されているものやＥＬ素子の正孔注入層、正孔輸送層に使用される公知のものの中から任意のものを選択して用いることができる。

正孔輸送材料は、正孔の注入もしくは輸送、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。

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、芳香族第三級アミン化合物及びスチリルアミン化合物、特に芳香族第三級アミン化合物を用いることが好ましい。

芳香族第三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、さらには、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３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。

さらにこれらの材料を高分子鎖に導入した、またはこれらの材料を高分子の主鎖とした高分子材料を用いることもできる。

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。

また、本発明においては正孔輸送層の正孔輸送材料は４１５ｎｍ以下に蛍光極大波長を有することが好ましい。すなわち、正孔輸送材料は、正孔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である化合物が好ましい。

この正孔輸送層は、上記正孔輸送材料を、例えば真空蒸着法、スピンコート法、キャスト法、インクジェット法、ＬＢ法等の公知の方法により、薄膜化することにより形成することができる。正孔輸送層の膜厚については特に制限はないが、通常は５〜５０００ｎｍ程度である。この正孔輸送層は、上記材料の一種または二種以上からなる一層構造であってもよい。

《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。電子輸送層は単層もしくは複数層設けることができる。

従来、単層の電子輸送層、及び複数層とする場合は発光層に対して陰極側に隣接する電子輸送層に用いられる電子輸送材料（正孔阻止材料を兼ねる）としては、下記の材料が知られている。

さらに、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、その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て用いることができる。

この電子輸送層に用いられる材料（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などの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などが挙げられる。さらに、上記オキサジアゾール誘導体において、オキサジアゾール環の酸素原子を硫黄原子に置換したチアジアゾール誘導体、電子吸引基として知られているキノキサリン環を有するキノキサリン誘導体も、電子輸送材料として用いることができる。

さらにこれらの材料を高分子鎖に導入した、またはこれらの材料を高分子の主鎖とした高分子材料を用いることもできる。

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）など、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。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などで置換されているものも、電子輸送材料として好ましく用いることができる。また、発光層の材料として例示したジスチリルピラジン誘導体も、電子輸送材料として用いることができるし、正孔注入層、正孔輸送層と同様に、ｎ型−Ｓｉ、ｎ型−ＳｉＣなど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。

電子輸送層に用いられる好ましい化合物は、４１５ｎｍ以下に蛍光極大波長を有することが好ましい。すなわち、電子輸送層に用いられる化合物は、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である化合物が好ましい。

《基体（基板、基材、支持体等ともいう）》
本発明の有機ＥＬ素子に係る基体としては、ガラス、プラスチック等の種類には特に限定はなく、また、透明のものであれば特に制限はないが、好ましく用いられる基板としては例えばガラス、石英、光透過性樹脂フィルムを挙げることができる。特に好ましい基体は、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。

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）、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、ポリエーテルイミド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリフェニレンスルフィド、ポリアリレート、ポリイミド、ポリカーボネート（ＰＣ）、セルローストリアセテート（ＴＡＣ）、セルロースアセテートプロピオネート（ＣＡＰ）等からなるフィルム等が挙げられる。

樹脂フィルムの表面には、無機物もしくは有機物の被膜またはその両者のハイブリッド被膜が形成されていてもよい。

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２％以上である。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。

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よい。

《有機ＥＬ素子の作製方法》
本発明の有機ＥＬ素子の作製方法の一例として、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／陰極からなる有機ＥＬ素子の作製法について説明する。

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１０ｎｍ〜２００ｎｍの膜厚になるように、蒸着やスパッタリング等の方法により形成させ、陽極を作製する。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、電子輸送層、電子注入層、正孔阻止層の有機化合物薄膜を形成させる。

この有機化合物薄膜の薄膜化の方法としては、前記の如くスピンコート法、キャスト法、インクジェット法、蒸着法、印刷法等があるが、均質な膜が得られやすく、かつピンホールが生成しにくい等の点から、真空蒸着法またはスピンコート法が特に好ましい。さらに層ごとに異なる製膜法を適用してもよい。製膜に蒸着法を採用する場合、その蒸着条件は、使用する化合物の種類等により異なるが、一般にボート加熱温度５０〜４５０℃、真空度１０^-6Ｐａ〜１０^-2Ｐａ、蒸着速度０．０１ｎｍ〜５０ｎｍ／秒、基板温度−５０℃〜３００℃、膜厚０．１ｎｍ〜５μｍの範囲で適宜選ぶことが望ましい。

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、例えば蒸着やスパッタリング等の方法により形成させ、陰極を設けることにより、所望の有機ＥＬ素子が得られる。この有機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かまわない。その際、作業を乾燥不活性ガス雰囲気下で行う等の配慮が必要となる。

本発明の多色表示装置は、発光層形成時のみシャドーマスクを設け、他層は共通であるのでシャドー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、印刷法等で膜を形成できる。

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、印刷法である。蒸着法を用いる場合においてはシャドーマスクを用いたパターニングが好ましい。

また作製順序を逆にして、陰極、電子注入層、電子輸送層、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。この様にして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２〜４０Ｖ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。さらに、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。

本発明の多色表示装置は、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。

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ックス（パッシブマトリックス）方式でもアクティブマトリックス方式でもどちらでもよい。

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これに限定するものではない。

また、本発明に係る有機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い。

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。

《表示装置》
本発明の有機ＥＬ素子は、照明用や露光光源のような一種のランプとして使用しても良いし、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）として使用しても良い。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良い。または、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。

本発明の有機ＥＬ素子から構成される表示装置の一例を図面に基づいて以下に説明する。

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。

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。

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。

図２は、表示部Ａの模式図である。

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。

図においては、画素３の発光した光が、白矢印方向（下方向）へ取り出される場合を示している。

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（詳細は図示せず）。

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。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。

次に、画素の発光プロセスを説明する。

図３は、画素の模式図である。

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。

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。

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。

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。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。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。

すなわち、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。

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。

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。

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。

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。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無く、製造コストの低減が計れる。

以下、実施例を挙げて本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されない。

実施例１
〈化合物１、サンプル１Ａ〜１Ｄの合成〉
窒素雰囲気下、４，４′−ジアミノビフェニル１ｇ、２，２′−ジブロモビフェニル３．５ｇ、ビス（ジベンジリデンアセトン）パラジウム０．４ｇ、トリ−ｔｅｒｔ−ブチルホスフィン０．６ｍｌ、ナトリウム−ｔｅｒｔ−ブトキシド２．５ｇを、トルエン６０ｍｌ中にて還流温度で４時間攪拌した。反応混合物を放冷後、酢酸エチルとテトラヒドロフランと水を加えて有機層を抽出し、シリカゲルカラムクロマトグラフィーにより精製した後に再結晶して、４，４−ジカルバゾリルビフェニル（化合物１）を１．８ｇ得た（収率６９％）。得られた化合物の構造はＮＭＲスペクトルおよび質量分析スペクトルにより同定した。

さらに、得られた化合物を昇華精製して得たサンプルおよび反応中間体の、高速液体クロマトグラフィー分析および液体クロマトグラフィー質量分析の結果から、得られたサンプルには不純物ａおよびｂがそれぞれ０．２４質量％と０．３３質量％、すなわちアミノ基を有する不純物が０．５７質量％含まれていることが判明した。この化合物をサンプル１Ａとする。

さらに、同様にして合成を行ったがシリカゲルカラムクロマトグラフィーを繰り返して精製を行った後に再結晶と昇華精製を行い得られたサンプル１Ｂ、１Ｃおよび１Ｄについてもサンプル１Ａと同様に分析を行い、１Ｂには０．４２質量％、１Ｃには０．１９質量％、１Ｄには０．０８質量％の、アミノ基を有する不純物が含まれていることが判明した。すなわち、これらのサンプルはいずれも主たる成分は同じであるが、不純物の含有量が異なる。

〈化合物２の合成〉
窒素雰囲気下、２，２−ビス（４−アミノフェニル）ヘキサフルオロプロパン２．５ｇ、２，２′−ジブロモビフェニル４．９ｇ、ビス（ジベンジリデンアセトン）パラジウム０．５ｇ、トリ−ｔｅｒｔ−ブチルホスフィン０．９ｍｌ、ナトリウム−ｔｅｒｔ−ブトキシド３．０ｇを、トルエン６０ｍｌ中にて還流温度で６時間攪拌した。反応混合物を放冷後、トルエンと水を加えて有機層を抽出し、シリカゲルカラムクロマトグラフィーにより精製した後に再結晶して、２，２−ビス（４−カルバゾリルフェニル）ヘキサフルオロプロパン（化合物２）を１．７ｇ得た（収率３４％）。得られた化合物の構造はＮＭＲスペクトルおよび質量分析スペクトルにより同定した。化合物１の場合と同様に分析を行い、得られた化合物を昇華精製して得たサンプルにはアミノ基を有する不純物が０．５６質量％含まれていることが判明した。この化合物をサンプル２Ａとする。

さらに化合物１の場合と同様に精製の程度が異なるサンプル２Ｂ、２Ｃおよび２Ｄを準備して分析したところ、サンプル２Ｂと２Ｃにはそれぞれ０．２８質量％と０．０９質量％の不純物が含まれていることが判明した。サンプル２Ｄには、不純物の存在を検出することができず、少なくとも０．０１質量％以下まで不純物の含有量が低減していることがわかった。

〈化合物３〜８、サンプル３Ａ〜８Ｄの合成〉
また、公知の合成方法により、置換カルバゾール化合物である化合物３〜８を合成し、化合物１及び２と同様の精製方法により、サンプル３Ａ〜８Ｄを得た。

〈蒸着膜中の不純物含量の測定〉
上記合成方法で得られたサンプル１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄをそれぞれガラス基板上に、真空蒸着して、この真空蒸着膜をトルエンにて溶解した。この溶液を高速液体クロマトグラフィーによって分析したところ、蒸着膜中にはそれぞれ以下のごとく、アミノ基を有する不純物が含有されていることが判明した。

サンプル 不純物の含有率（質量％）
１Ａ ０．５９
１Ｂ ０．４０
１Ｃ ０．１３
１Ｄ 検出されなかった
同様にして上記合成方法で得られたサンプル２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、２Ｄの蒸着膜についても分析を行ったところ、結果は以下のごとくであった。

サンプル 不純物の含有率（質量％）
２Ａ ０．５３
２Ｂ ０．１６
２Ｃ 検出されなかった
２Ｄ 検出されなかった
実施例２
〈有機ＥＬ素子の作製〉
有機ＥＬ素子を以下のように作製した。

陽極として１００ｍｍ×１００ｍｍ×１．１ｍｍのガラス基板上にＩＴＯ（インジウムチンオキシド）を１５０ｎｍ成膜した基板（ＮＨテクノグラス社製ＮＡ−４５）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分間行なった。

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α−ＮＰＤを２００ｍｇ入れ、別のモリブデン製抵抗加熱ボートに、上記合成方法で合成したサンプル１Ａを２００ｍｇ入れ、別のモリブデン製抵抗加熱ボートにバソキュプロイン（ＢＣＰ）を２００ｍｇ入れ、更に別のモリブデン製抵抗加熱ボートにＡｌｑ₃を２００ｍｇ入れ、真空蒸着装置に取付けた。

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／ｓｅｃで透明支持基板に蒸着し、膜厚４５ｎｍの正孔輸送層を設けた。さらに本発明の化合物１のサンプル１Ａ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０．２ｎｍ／ｓｅｃで前記正孔輸送層上に蒸着して膜厚２０ｎｍの発光層を設けた。尚、蒸着時の基板温度は室温であった。更に、ＢＣＰ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／ｓｅｃで前記発光層の上に蒸着して膜厚１０ｎｍの正孔阻止の役割も兼ねた電子輸送層を設けた。その上に、更に、Ａｌｑ₃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／ｓｅｃで前記電子輸送層の上に蒸着して更に膜厚４０ｎｍの電子注入層を設けた。尚、蒸着時の基板温度は室温であった。

引き続きフッ化リチウム０．５ｎｍ及びアルミニウム１１０ｎｍを蒸着して陰極を形成し、有機ＥＬ素子２−１を作製した。

上記で使用した化合物の構造を以下に示す。

有機ＥＬ素子２−１におけるサンプル１Ａを、それぞれ１Ｂ、１Ｃおよび１Ｄに置き換えた以外は全て同様にして、有機ＥＬ素子２−２〜２−４を作製した。

有機ＥＬ素子２−１の温度２３℃、窒素雰囲気下で１０Ｖ直流電圧を印加した時の発光輝度（ｃｄ／ｍ²）および発光効率（ｌｍ／Ｗ）を測定した。発光輝度については、ＣＳ−１０００（ミノルタ社製）を用いて測定した。さらに１０ｍＡ／ｃｍ²の一定電流で駆動したときに、初期輝度が元の半分に低下するのに要した時間を測定し、これを半減寿命時間として耐久性の指標とした。

同様の測定を有機ＥＬ素子２−２、２−３及び２−４に対しても行った。その結果を、同じ化合物を用いた有機ＥＬ素子のうちで、蒸着膜中のアミノ基を有する不純物の含有率が最も高い素子に対する結果を１００とした相対値として、表１に示した。

表１から明らかな様に、置換カルバゾール化合物を含有する有機化合物層に含まれる、アミノ基を有する不純物ｂの含有量が０．３３質量％未満の場合、該有機化合物層を有する有機ＥＬ素子の性能は大きく改善される。特にこの効果は耐久性に関して顕著であり、ことに０．１質量％以下にまで不純物の含有量を抑制した有機化合物層を有する有機ＥＬ素子においては特に大きな改善効果がある。

化合物１Ａ、１Ｂ、１Ｃ及び１Ｄと、これらを用いた有機ＥＬ素子２−１〜４と同様にして、化合物２〜８より得られる有機ＥＬ素子２−５〜３２について、蒸着膜中に含まれるアミノ基を有する不純物の含有率等の評価を行った。結果を表２に示す。

表２から明らかな様に、いずれの化合物についてもアミノ基を有する不純物の混入を抑制することは、該化合物を用いた有機ＥＬ素子の特性、とくに耐久性について顕著な改善効果をもたらすことが確認された。

参考例３
実施例２の有機ＥＬ素子２−３の電子輸送層におけるＢＣＰを表３に示す化合物２〜５にそれぞれ置き換えた以外は、該素子と全く同じ方法で作製した有機ＥＬ素子３−１〜１６について、実施例２と同様の方法で発光輝度、発光効率及び半減寿命時間（耐久性）を測定した。得られた結果を素子番号、電子輸送層に使用した化合物及びその蒸着膜の不純物含量とともに、表３に示す。

表３から明らかな様に、いずれの化合物についてもアミノ基を有する不純物の混入を抑制することは、該化合物を用いた有機化合物層が電子輸送層として機能する場合においても有機ＥＬ素子の特性、特に耐久性について顕著な改善効果をもたらす。

参考例４
実施例２の有機ＥＬ素子２−１の作製において、サンプル１Ａを正孔輸送層上に蒸着して発光層とする代わりに、１Ａとリン光発光性化合物Ｉｒ−１との共蒸着膜を発光層として、リン光発光型有機ＥＬ素子４−１を作製した。

発光層を設置する際には、１Ａとは別の加熱ボートにリン光発光性化合物Ｉｒ−１を１００ｍｇ入れて、１ＡとＩｒ−１の入った加熱ボートにそれぞれ通電し、１Ａは０．２ｎｍ／ｓｅｃ、Ｉｒ−１は０．０１２ｎｍ／ｓｅｃの蒸着速度で共蒸着した。

さらにサンプル１Ａに代えて本発明の化合物を用いた有機ＥＬ素子４−２〜３２を同様にして作製し、得られたリン光発光型有機ＥＬ素子について、実施例２と同様に発光輝度、発光効率、耐久性を評価した結果を表４に示す。

表４から明らかな様に、リン光発光型の有機ＥＬ素子を作製する場合においてもアミノ基を有する不純物の混入を抑制することは、いずれの化合物をホスト化合物として用いる場合においても有機ＥＬ素子の特性、特に耐久性について顕著な改善効果をもたらす。

参考例５
参考例４のリン光発光型有機ＥＬ素子の作製と同様にして、ただしリン光ドーパントとしてＩｒ−６およびＩｒ−１２を用いて、２波長発光型の有機ＥＬ素子５−１を作製した。この際、発光層はホスト化合物として１Ａを用い、リン光ドーパントとしてＩｒ−６およびＩｒ−１２を用いて、蒸着速度をそれぞれ０．５ｎｍ／ｓｅｃ、０．００５ｎｍ／ｓｅｃ及び０．０２ｎｍ／ｓｅｃにして共蒸着し、膜厚３０ｎｍの有機化合物層として形成した。Ｉｒ−６のリン光発光は赤色であり、Ｉｒ−１２のリン光発光は青色であるので、該有機ＥＬ素子からの発光は２つの発光極大波長を有しており、人間の視覚には白色の発光として認識される。

同様の方法で、ホスト化合物として１Ａに代えて表５に示した化合物を用いて、リン光発光型白色発光有機ＥＬ素子５−２〜５−１６を作製し、実施例２と同様にして発光輝度、発光効率及び耐久性を評価した。結果を表５に示す。

表５の結果から明らかな様に、リン光発光型白色発光有機ＥＬ素子を作製する場合においてもアミノ基を有する不純物の混入を抑制することは、いずれの化合物をホスト化合物として用いる場合においても有機ＥＬ素子の特性、特に耐久性について顕著な改善効果をもたらす。

実施例６
実施例２と同様の方法でリン光ドーパントとしてそれぞれＩｒ−６、Ｉｒ−１、Ｉｒ−１２で作製した赤色、緑色、青色発光有機ＥＬ素子を作製し、これらを同一基板上に並置して、図１に示す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には作製したフルカラー表示装置の表示部Ａの模式図のみを示した。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（詳細は図示せず）。

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。この様に各赤、緑、青の画素を適宜、並置することによって、フルカラー表示が可能となる。

該フルカラー表示装置を駆動することにより、輝度の高く耐久性の良好な、鮮明なフルカラー動画表示が得られた。

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。 表示部Ａの模式図である。 画素の模式図である。 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。

符号の説明

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

Claims (7)

1. 基板上に少なくとも１層の有機層を有する有機エレクトロルミネッセンス素子において、
   ２，２’−ジハロゲノ−ビフェニルとアミンとの縮合複素環形成反応により得られた下記一般式（１）で表されるカルバゾール誘導体と、該一般式（１）で表される化合物を合成する際の反応中間体化合物であるカルバゾール環と結合する構造部分にアミノ基を結合してなる下記一般式（２）で表される化合物とを該有機層に含有するとともに、前記有機層おける該一般式（２）で表される化合物の含有率が、０．３３質量％未満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。
   

   

   〔式中、ｍは１〜６の整数で、Ａはｍ＝１の時に１価の有機基で、ｍが１ではない時はｍ価の連結基を表す。Ｒ _１ 及びＲ _２ は置換基、ｎ１及びｎ２は０〜４の整数を表す。〕
   

   

   〔式中、Ａ、Ｒ _１ 、Ｒ _２ 、ｎ１、ｎ２は一般式（１）と同義である。Ｘは臭素原子もしくはヨウ素原子を表し、ｍ１、ｍ２及びｍ３は０〜６までの整数で、ｍ１、ｍ２及びｍ３の総和が１〜６の整数となり、かつｍ２とｍ３とがともに０になることはない。〕
2. 前記一般式（２）で表される化合物の前記有機層における含有率が、０．１質量％未満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。
3. 前記有機エレクトロルミネッセンス素子に電界を印加した時に生ずる発光が、リン光発光を含むものであることを特徴とする請求項１または２に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
4. 前記有機エレクトロルミネッセンス素子に電界を印加した時に生ずる発光が、白色に発光するものであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子を具備してなることを特徴とする表示装置。
6. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子を具備してなることを特徴とする照明装置。
7. 請求項６に記載の照明装置と表示手段として液晶素子を具備してなることを特徴とする請求項５に記載の表示装置。

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