有機電界発光素子および表示装置
【課題】発光効率および寿命特性の向上を図ることが可能な有機電界発光素子を提供する。
【解決手段】陽極１３と陰極１５との間に挟持された有機層１４は、有機層１４ｃを構成する発光層１４ｃと陰極１５との間に電子輸送層を備えている。この電子輸送層は、下記一般式（１）のジベンゾイミダゾール誘導体を含む層（第１電子輸送層１４ｄ-1）と、ベンゾイミダゾール誘導体を含む層（第2電子輸送層１４ｄ-2）とを積層してなる。
【解決手段】陽極１３と陰極１５との間に挟持された有機層１４は、有機層１４ｃを構成する発光層１４ｃと陰極１５との間に電子輸送層を備えている。この電子輸送層は、下記一般式（１）のジベンゾイミダゾール誘導体を含む層（第１電子輸送層１４ｄ-1）と、ベンゾイミダゾール誘導体を含む層（第2電子輸送層１４ｄ-2）とを積層してなる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機電界発光素子（いわゆる有機ＥＬ素子）および表示装置に関し、特に、含窒素複素環誘導体を含む電子輸送層を備えた有機電界発光素子および表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
有機材料のエレクトロルミネッセンス(electroluminescence：以下ＥＬと記す）を利用した有機電界発光素子（有機ＥＬ素子）は、陽極と陰極との間に発光層を有する有機層を設けてなり、低電圧直流駆動による高輝度発光が可能な発光素子として注目されている。
【０００３】
このような構成の有機電界発光素子においては、発光効率および寿命特性の向上を図ることを目的として、陽極−陰極間の層構成や各層の材料構成についての様々な検討がなされている。例えば、発光層−陰極間に設けられる電子注入および輸送層の構成材料として、ジベンゾイミダゾール誘導体を用いる構成が提案されている（下記特許文献１，２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２００８−５２１２４３号公報
【特許文献２】特表２００８−５２１２４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述した特許文献１，２に記載されているジベンゾイミダゾール誘導体は、電子注入障壁が大きく電子移動度も低い。このため、高電圧化および電子不足による発光効率の低下が生じていた。
【０００６】
そこで本発明は、さらなる発光効率および寿命特性の向上を図ることが可能な有機電界発光素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
このような目的を達成するための本発明の有機電界発光素子は、陽極と陰極との間に少なくとも発光層を備えた有機層が挟持されたもので、特に有機層を構成する層として、陰極と発光層との間に電子輸送層が設けられている。この電子輸送層は、発光層側から順に、下記一般式（１）のジベンゾイミダゾール誘導体を含む層と、ベンゾイミダゾール誘導体を含む層とを積層してなる。
【０００８】
【化３】
【０００９】
ただし、一般式（１）中のＹ1〜Ｙ8は、それぞれ置換基を有していてもよい炭素数６〜６０のアリール基、置換基を有していても良いアルケニル基、置換基を有していてもよいピリジル基、置換基を有していてもよいキノリル基、置換基を有していてもよい炭素数１〜２０のアルキル基、置換基を有していてもよい炭素数１〜２０のアルコキシ基、または置換基を有していてもよい脂肪族環基である。尚、Ｙ7とＹ8とは連結基を介して環を形成しても良い。
【００１０】
また本発明の表示装置は、このような構成の有機電界発光素子を基板上に配列形成した表示装置でもある。
【００１１】
このような構成の有機電界発光素子および表示装置では、電子輸送層を積層構造とし、一般式（１）に示すジベンゾイミダゾール誘導体を含有する層の陰極側にベンゾイミダゾール誘導体を含有する層を設けた構成とした。これにより、一般式（１）に示すジベンゾイミダゾール誘導体だけでは陰極からの電子注入障壁が大きかったが、電子注入性の高いベンゾイミダゾール誘導体を陰極側に積層することによって電子注入障壁が緩和される。また、ベンゾイミダゾール誘導体のみでは発光層において電子供給が過多になってしまうが、発光層側にジベンゾイミダゾール誘導体を積層することによって電子量の調整をすることが出来、発光に必要な励起子の形成に必要充分な電子量の調整をすることが出来る。特に、ジベンゾイミダゾールの膜厚を調整することで必要量の調整を充分になすことが出来る。
【００１２】
この結果、後の実施例で示すように、高効率でありながら長寿命の有機電界発光素子を形成することができた。
【発明の効果】
【００１３】
以上説明したように本発明によれば、有機電界発光素子における発光効率および寿命特性の向上を図ることが可能になるため、この有機電界発光素子を用いて構成された表示装置の低消費電力化および長期信頼性の向上を図ることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態に係る有機電界発光素子の構成を示す断面図である。
【図２】本発明の実施形態に係る表示装置の回路構成の一例を示す回路構成図である。
【図３】本発明が適用される封止された構成のモジュール形状の表示装置を示す構成図である。
【図４】本発明が適用されるテレビを示す斜視図である。
【図５】本発明が適用されるデジタルカメラを示す斜視図であり、（Ａ）は表側から見た斜視図、（Ｂ）は裏側から見た斜視図である。
【図６】本発明が適用されるノート型パーソナルコンピュータを示す斜視図である。
【図７】本発明が適用されるビデオカメラを示す斜視図である。
【図８】本発明が適用される携帯端末装置、例えば携帯電話機を示す斜視図であり、（Ａ）は開いた状態での正面図、（Ｂ）はその側面図、（Ｃ）は閉じた除隊での正面図、（Ｄ）は左側面図、（Ｅ）は右側面図、（Ｆ）は上面図、（Ｇ）は下面図である。
【図９】電子輸送層におけるジベンゾイミダゾール誘導体を含む層の膜厚を変化させた場合の駆動電圧の変化を示すグラフである。
【図１０】電子輸送層におけるジベンゾイミダゾール誘導体を含む層の膜厚を変化させた場合の電流効率の変化を示すグラフである。
【図１１】電子輸送層におけるジベンゾイミダゾール誘導体を含む層の膜厚を変化させた場合の発光寿命の変化を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施を以下の順序で説明する。
１．有機電界発光素子の全体構成
２．基板の構成
３．陽極の構成
４．陰極の構成
５．有機層の全体構成
６．有機層の材質
７．有機層の膜厚構成
８．表示装置の構成
９．適用例
【００１６】
≪１．有機電界発光素子の全体構成≫
図１は、本発明の有機電界発光素子の一構成例を示す断面図である。この図に示す有機電界発光素子１１は、基板１２上に設けられた陽極１３、この陽極１３上に重ねて設けられた有機層１４、この有機層１４上に設けられた陰極１５を備えている。
【００１７】
以下の説明においては、陽極１３から注入された正孔と陰極１５から注入された電子が発光層１４ｃ内で再結合する際に生じた発光光を、基板１２と反対側の陰極１５側から取り出す上面発光方式（トップエミッション方式）の有機電界発光素子１１の構成を説明する。
【００１８】
≪２．基板≫
有機電界発光素子１１が設けられる基板１２は、ガラスのような透明基板や、シリコン基板、さらにはフィルム状のフレキシブル基板等の中から適宜選択して用いられることとする。また、この有機電界発光素子１１を用いて構成される表示装置の駆動方式がアクティブマトリックス方式である場合、基板１２として、画素毎にＴＦＴを設けてなるＴＦＴ基板が用いられる。この場合、この表示装置は、上面発光方式の有機電界発光素子１１をＴＦＴによって駆動する構造となる。
【００１９】
≪３．陽極の構成≫
そして、この基板１２上に下部電極として設けられる陽極１３は、効率良く正孔を注入するために電極材料の真空準位からの仕事関数が大きいもの、例えばクロム（Ｃｒ）、金（Ａｕ）、酸化スズ（ＳｎＯ2）とアンチモン（Ｓｂ）との合金、酸化亜鉛（ＺｎＯ）とアルミニウム（Ａｌ）との合金、銀（Ａｇ）合金、さらにはこれらの金属や合金の酸化物等を、単独または混在させた状態で用いることができる。
【００２０】
有機電界発光素子１１が上面発光方式の場合は、陽極１３を高反射率材料で構成することで、干渉効果及び高反射率効果で外部への光取り出し効率を改善することが可能であり、このような電極材料には、例えばＡｌ、Ａｇ等を主成分とする電極を用いることが好ましい。これらの高反射率材料層上に、例えばＩＴＯのような仕事関数が大きい透明電極材料層を設けることでキャリア注入効率を高めることも可能である。
【００２１】
また、陽極１３をＡｌ合金で構成し、Ａｌ合金の副成分として、主成分のＡｌよりも相対的に仕事関数が小さい例えばネオジウム等の金属を用いると、Ａｌ合金の安定性が向上し、反射率が高く、安定な陽極を実現することが可能となる。この場合、ＩＴＯのような仕事関数が大きい透明電極材料層の陽極に比較して仕事関数が小さくなることが多く、一般に用いられるアミン系の正孔注入層のみでは正孔注入障壁が大きくなってしまうことが多い。したがって、アミン材料に対しＦ４ＴＣＮＱ（2,3,5,6-Tetrafluoro-7,7,8,8-tetracyanoquinodimethane）等のアクセプタ材料を混合した層やＰＥＤＯＴ-ＰＳＳ（ポリエチレンジオキシチオフェンーポリスチレンスルホン酸）等のいわゆるｐ-ドープ層を陽極界面に形成するか、後述するアザトリフェニレン誘導体を用いることで、低駆動電圧を得ることが可能となる。特に素子安定性・低駆動電圧の面でアザトリフェニレン誘導体が好ましい。
【００２２】
尚、この有機電界発光素子１１を用いて構成される表示装置の駆動方式がアクティブマトリックス方式である場合、陽極１３は、ＴＦＴが設けられている画素毎にパターニングされていることとする。そして、陽極１３の上層には、ここでの図示を省略した絶縁膜が設けられ、この絶縁膜の開口部から、各画素の陽極１３表面を露出させていることとする。
【００２３】
≪４．陰極の構成≫
一方、陰極１５は、仕事関数が小さい材料を用いて有機層１４と接する層が構成されており、かつ光透過性が良好な構成で有ればよい。このような構成として、例えば、陰極１５は、陽極１３側から順に第１層１５ａ、第２層１５ｂを積層した構造となっている。
【００２４】
第１層１５ａは、仕事関数が小さく、かつ光透過性の良好な材料を用いて構成される。このような材料としては、例えばＬｉ2Ｏ、Ｃｓ2Ｃｏ3、Ｃｓ2ＳＯ4、ＭｇＦ、ＬｉＦやＣａＦ2等のアルカリ金属酸化物、アルカリ金属弗化物、アルカリ土類金属酸化物、アルカリ土類弗化物が挙げられる。また、第２層１５ｂは、薄膜のＭｇＡｇ電極やＣａ電極などの、光透過性を有しかつ導電性が良好な材料で構成される。また、この有機電界発光素子１１が、特に陽極１３と陰極１５との間で発光光を共振させて取り出す共振器構造で構成される上面発光素子の場合には、例えばＭｇ−Ａｇのような半透過性反射材料を用いて第２層１５ｂを構成し、第２層１５ｂと陽極１３の間で発光光を共振させる。また、上記第２層１５ｂは、例えば透明なＳｉＮｘ化合物からなり、電極の劣化抑制のための封止電極として形成される。
【００２５】
尚、以上の第１層１５ａ、第２層１５ｂは、真空蒸着法、スパッタリング法、さらにはプラズマＣＶＤ法などの手法によって形成される。また、この有機電界発光素子を用いて構成される表示装置の駆動方式がアクティブマトリックス方式である場合、陰極１５は、ここでの図示を省略した陽極１３の周縁を覆う絶縁膜および有機層１４によって、陽極１３に対して絶縁された状態で基板１２上にベタ膜状で形成され、各画素に共通電極として用いてもよい。
【００２６】
≪５．有機層の全体構成≫
そして、上述した陽極１３および陰極１５の間に挟持される有機層１４は、少なくとも発光層１４ｃを有する層である。この有機層１４は、陽極１３側から順に、正孔供給層（ここでは正孔注入層１４ａおよび正孔輸送層１４ｂ）、発光層１４ｃ、第１電子輸送層１４ｄ-1、第２電子輸送層１４ｄ-2を積層してなる。正孔注入層１４ａおよび正孔輸送層１４ｂを積層してなる正孔供給層は、陽極１３から発光層１４ｃへ正孔を供給するための層である。また第１電子輸送層１４ｄ-1および第２電子輸送層１４ｄ-2は、陰極１３から発光層１４ｃへ電子を供給するための層である。
【００２７】
また本実施形態においては、陰極１５と発光層１４ｃとの間に、発光層１４ｃ側から順に第１電子輸送層１４ｄ-1と第２電子輸送層１４ｄ-2とを積層させた電子輸送層が設けられているところが特徴的である。これらの第１電子輸送層１４ｄ-1および第２電子輸送層１４ｄ-2は、何れか一方がジベンゾイミダゾール誘導体を含有する層であり、他方がベンゾイミダゾール誘導体を含有する層であることとする。ただし好ましくは、発光層１４ｃ側からジベンゾイミダゾール誘導体を含む第１電子輸送層１４ｄ-1、ベンゾイミダゾール誘導体を含む第２電子輸送層１４ｄ-2の順で積層されていることとする。
【００２８】
以上の各層は、例えば真空蒸着法や、例えばスピンコート法などの他の方法によって形成された有機層からなり、各層の材料の詳細については、次に説明する。
【００２９】
≪６．有機層の材質≫
有機層１４を構成する各層の材料構成を、先ず本発明に特徴的である第１電子輸送層１４ｄ-1および第２電子輸送層１４ｄ-2、発光層１４ｃの順に説明し、次に正孔注入層１４ａおよび正孔輸送層１４ｂの材料構成を説明する。
【００３０】
＜第１電子輸送層および第２電子輸送層＞
第１電子輸送層１４ｄ-1または第２電子輸送層１４-2の何れか一方は、下記一般式（１）に示すジベンゾイミダゾール誘導体を含有しているところが特徴的である。
【００３１】
【化４】
【００３２】
ただし、一般式（１）中のＹ1〜Ｙ8は、それぞれ置換基を有していてもよい炭素数６〜６０のアリール基、置換基を有していても良いアルケニル基、置換基を有していてもよいピリジル基、置換基を有していてもよいキノリル基、置換基を有していてもよい炭素数１〜２０のアルキル基、置換基を有していてもよい炭素数１〜２０のアルコキシ基、または置換基を有していてもよい脂肪族環基であり、Ｙ7とＹ8とは連結基を介して環を形成しても良い。
【００３３】
このような一般式（１）のジベンゾイミダゾール誘導体の具体例としては、下記構造式（１）-1〜（１）-21が例示される。
【００３４】
【化５】
【００３５】
【化６】
【００３６】
以上のようなジベンゾイミダゾール誘導体は、他の化合物との混合層として第１電子輸送層１４ｄ-1または第２電子輸送層１４-2を構成しても良い。ここで、他の化合物としては、アルカリ金属、アルカリ土類金属、希土類金属およびその酸化物、複合酸化物、フッ化物、炭酸塩から選ばれる少なくとも１種が挙げられる。
【００３７】
以上のようなジベンゾイミダゾール誘導体は、発光層１４ｃ側に配置された第１電子輸送層１４ｄ-1に含有されていることが好ましい。この場合、第１電子輸送層１４ｄ-1の膜厚を５ｎｍ以上とすることが好ましく、１０ｎｍとすることがより好ましい。
【００３８】
第１電子輸送層１４ｄ-1または第２電子輸送層１４-2のうち、一般式（１）に示したジベンゾイミダゾール誘導体を含有していない層には、ベンゾイミダゾール誘導体が含有されているところが特徴的である。ここで、ベンゾイミダゾール誘導体は、ベンゾイミダゾールを母骨格とする誘導体であることとする。このようなベンゾイミダゾール誘導体は、電子注入性の高い下記一般式（２）〜（４）で示される材料であることが好ましい。そして、第２電子輸送層は、下記一般式（２）〜（４）で示される材料のうちの複数を含有しても良く、また各材料を含有する複数層が積層された構成であっても良い。
【００３９】
【化７】
【００４０】
ただし、一般式（２）〜（４）中における各符号は次のようである。
【００４１】
Ｒは、水素原子、置換基を有していてもよい炭素数６〜６０のアリール基、置換基を有していてもよいピリジル基、置換基を有していてもよいキノリル基、置換基を有していてもよい炭素数１〜２０のアルキル基又は置換基を有していてもよい炭素数１〜２０のアルコキシ基である。また、ｎは０〜４の整数である。
【００４２】
Ｒ1は、置換基を有していてもよい炭素数６〜６０のアリール基、置換基を有していてもよいピリジル基、置換基を有していてもよいキノリル基、置換基を有していてもよい炭素数１〜２０のアルキル基または炭素数１〜２０のアルコキシ基である。
【００４３】
Ｒ2およびＲ3は、それぞれ独立に、水素原子、置換基を有していてもよい炭素数６〜６０のアリール基、置換基を有していてもよいピリジル基、置換基を有していてもよいキノリル基、置換基を有していてもよい炭素数１〜２０のアルキル基又は置換基を有していてもよい炭素数１〜２０のアルコキシ基である。
【００４４】
Ｌは、置換基を有していてもよい炭素数６〜６０のアリーレン基、置換基を有していてもよいピリジニレン基、置換基を有していてもよいキノリニレン基、置換基を有していてもよいフルオレニレン基、または単なる連結部である。
【００４５】
Ａｒ1は、置換基を有していてもよい炭素数６〜６０のアリーレン基、置換基を有していてもよいピリジニレン基又は置換基を有していてもよいキノリニレン基である。
【００４６】
Ａｒ2は、置換基を有していてもよい炭素数６〜６０のアリール基、置換基を有していてもよい炭素数１〜２０のアルキル基、置換基を有していてもよい炭素数１〜２０のアルコキシ基、または置換基を有していてもよい炭素数３〜４０のヘテロアリール基である。
【００４７】
Ａｒ3は、置換基を有していてもよい炭素数６〜６０のアリール基、置換基を有していてもよいピリジル基、置換基を有していてもよいキノリル基、置換基を有していてもよい炭素数１〜２０のアルキル基、置換基を有していてもよい炭素数１〜２０のアルコキシ基、または前述のＡｒ1およびＡｒ2を用いて−Ａｒ1−Ａｒ2で表される基である。
【００４８】
以上のベンゾイミダゾール誘導体のさらに具体的な構造例を以下に示す。
【００４９】
一般式（２）の具体例として、下記構造式（２）-1〜（２）-79を示す。尚、表１〜１０において、ＨＡｒは、一般式（２）中における［ベンゾイミダゾール構造＋Ｒ，Ｒ1］を示す。
【００５０】
【表１】
【００５１】
【表２】
【００５２】
【表３】
【００５３】
【表４】
【００５４】
【表５】
【００５５】
【表６】
【００５６】
【表７】
【００５７】
【表８】
【００５８】
【表９】
【００５９】
【表１０】
【００６０】
【化８】
【００６１】
一般式（３）の具体例として、下記構造式（３）-1〜（３）-58を示す。尚、表１１〜１７において、ＨＡｒは、一般式（３）中における［ベンゾイミダゾール構造＋Ｒ，Ｒ2］を示す。
【００６２】
【表１１】
【００６３】
【表１２】
【００６４】
【表１３】
【００６５】
【表１４】
【００６６】
【表１５】
【００６７】
【表１６】
【００６８】
【表１７】
【００６９】
【化９】
【００７０】
一般式（４）の具体例として、下記構造式（４）-1〜（４）-34を示す。尚、表１８〜２１において、ＨＡｒは、一般式（２）中における［ベンゾイミダゾール構造＋Ｒ2，Ｒ3］を示す。
【００７１】
【表１８】
【００７２】
【表１９】
【００７３】
【表２０】
【００７４】
【表２１】
以上のようなベンゾイミダゾール誘導体を含む第２電子輸送層１４ｄ-2は、他の化合物との混合層であってもよい。ここで、他の化合物としては、アルカリ金属、アルカリ土類金属、希土類金属およびその酸化物、複合酸化物、フッ化物、炭酸塩から選ばれる少なくとも１種が挙げられる。
【００７５】
また以上のようなベンゾイミダゾール誘導体は、陰極１５側に配置された第２電子輸送層１４ｄ-2に含有されていることが好ましい。この場合、上述した材料の中から２種類以上を用いた積層構造の第２電子輸送層１４ｄ-2を構成することにより、非常に優れた電子供給安定性を示し、高効率発光と安定発光を両立することが可能となる。
【００７６】
＜発光層＞
発光層１４ｃは、電子と正孔の再結合の場を提供し、これらを発光につなげる機能を有する層であり、少なくとも発光機能を有する材料を含有していることとする。またこのような発光層１４ｃは、電荷の注入機能および輸送機能を有する材料を用いて構成されることが好ましい。電荷の注入機能とは、電界印加時に陽極１３あるいは正孔供給層１４ａ，１４ｂから正孔を注入することができる一方、陰極１５あるいは電子注入層１４ｄ-1，１４ｄ-2から電子を注入することができる機能である。また輸送機能とは、注入された正孔および電子を電界の力で移動させる機能である。
【００７７】
以上のような発光層１４ｃは、ホスト材料中に発光材料（ドーパント）を含有させた構成することができる。
【００７８】
ホスト材料としては、スチリル誘導体、アントラセン誘導体、ナフタセン誘導体または芳香族アミンが挙げられる。スチリル誘導体はジスチル誘導体、トリスチル誘導体、テトラスチル誘導体およびスチリルアミン誘導体の中から選ばれる少なくとも一種類であることが特に好ましい。
【００７９】
特に本発明の素子のキャリアバランスはアントラセン誘導体を発光層に含む場合に優れており、非対称アントラセン系化合物であることが好ましい。芳香族アミンは芳香族置換された窒素原子を２〜４個有する化合物であることが好ましい。
【００８０】
また、発光材料としては、蛍光材料が用いられる。蛍光材料としては、例えば、スチリルベンゼン系色素、オキサゾール系色素、ぺリレン系色素、クマリン系色素、アクリジン系色素などのレーザー用色素、アントラセン誘導体、ナフタセン誘導体、ペンタセン誘導体、クリセン誘導体などの多芳香族炭化水素系材料、ピロメテン骨格化合物もしくは金属錯体、キナクリドン誘導体、シアノメチレンピラン系誘導体（ＤＣＭ，ＤＣＪＴＢ）、ベンゾチアゾール系化合物、ベンゾイミダゾール系化合物、金属キレート化オキシノイド化合物などの蛍光材料から適宜選択して用いることができる。これらの蛍光材料のそれぞれのドープ濃度は、膜厚比で０．５％以上１５％以下であることが好ましい。
【００８１】
尚、発光材料は、蛍光材料に限定されることはなく、リン光材料であっても良い。
【００８２】
＜正孔注入層１４ａおよび正孔輸送層１４ｂ＞
正孔供給層を構成する正孔注入層１４ａおよび正孔輸送層１４ｂは、一般的な正孔注入・正孔輸送材料を用いて構成される。またより好ましい材料としては、下記一般式（５）に示すアザトリフェニレン誘導体、下記一般式（６）に示すアミン誘導体、下記一般式（７）に示すジアミン誘導体、または下記一般式（８）に示すトリアリールアミン多量体である。これらの化合物を用いて正孔注入層１４ａおよび正孔輸送層１４ｂを構成することにより、上述した電子輸送層１４ｄの電子供給に対して、正孔注入層１４ａおよび正孔輸送層１４ｂから発光層１４ｃへの正孔供給を最適化できる。
【００８３】
【化１０】
【００８４】
これらの一般式（５）〜（８）の材料は、正孔注入層１４ａ、正孔輸送層１４ｂのどちらに用いてもよい。ただし、窒素（Ｎ）含有率の高い組成の化合物を正孔注入層１４ａとして用いることにより、陽極１３からの正孔注入障壁を低減することができる。また、本発明の構成においては電子注入が強化されていることから、良好なキャリアバランスを得るためにも陽極界面には正孔注入性の高いアザトリフェニレン誘導体［一般式（３）］を用いることがさらに好ましい。
【００８５】
ここで、上記一般式（５）に示すアザトリフェニレン誘導体は、一般式（５）中におけるＲ1〜Ｒ6が、それぞれ独立に、水素、ハロゲン、ヒドロキシル基、アミノ基、アリールアミノ基、炭素数２０以下の置換もしくは無置換のカルボニル基、炭素数２０以下の置換もしくは無置換のカルボニルエステル基、炭素数２０以下の置換もしくは無置換のアルキル基、炭素数２０以下の置換もしくは無置換のアルケニル基、炭素数２０以下の置換もしくは無置換のアルコキシル基、炭素数３０以下の置換もしくは無置換のアリール基、炭素数３０以下の置換もしくは無置換の複素環基、ニトリル基、シアノ基、ニトロ基、またはシリル基から選ばれる置換基を示す。そして隣接するＲm（ｍ＝１〜６）は環状構造を通じて互いに結合してもよい。一般式（５）中のＸ1〜Ｘ6は、それぞれ独立に炭素もしくは窒素（Ｎ）原子である。この化合物は、特にＸがＮ原子のとき、化合物中のＮ含有率が高くなるため、正孔注入層１４ａに好適に用いられる。
【００８６】
ここで、アザトリフェニレン誘導体の具体例としては、下記構造式（５）-1に示すヘキサニトリルアザトリフェニレンが挙げられる。
【００８７】
【化１１】
【００８８】
また、上記一般式（６）に示すアミン誘導体は、上記一般式（６）中におけるＡ0〜Ａ2が、それぞれ独立に炭素数６〜３０の芳香族炭化水素を示す。Ａ0〜Ａ2の芳香族炭化水素は、各々が無置換もしくは置換基を有しても良い。この場合、置換基としては、水素、ハロゲン、ヒドロキシル基、アルデヒド基、カルボニル基、カルボニルエステル基、アルキル基、アルケニル基、環状アルキル基、アルコキシ基、アリール基、アミノ基、複素環基、シアノ基、ニトリル基、ニトロ基、またはシリル基から選ばれる。これらの置換基は、Ａ0〜Ａ2の芳香族炭化水素に対していくつ置換されても良い。
【００８９】
ここで、上記アミン誘導体の具体例としては、下記構造式（６）-1〜（６）-9の化合物が挙げられる。
【化１２】
【００９０】
また、一般式（７）に示すジアミン誘導体は、一般式（７）中にけるＡ3〜Ａ6が、それぞれ独立に炭素数６〜２０の芳香族炭化水素を示す。Ａ3〜Ａ6の芳香族炭化水素は、各々が無置換、しくは置換基を有しても良い。この場合、置換基としては、水素、ハロゲン、ヒドロキシル基、アルデヒド基、カルボニル基、カルボニルエステル基、アルキル基、アルケニル基、環状アルキル基、アルコキシ基、アリール基、アミノ基、複素環基、シアノ基、ニトリル基、ニトロ基、またはシリル基から選ばれる。これらの置換基は、Ａ3〜Ａ6の芳香族炭化水素に対していくつ置換されても良い。またＡ3とＡ4、Ａ5とＡ5はそれぞれ連結基を介して結合していてもよい。また一般式（７）中におけるＹは、芳香族炭化水素を示し、ベンゼン、ナフタレン、アントラセン、フェナントレン、ナフタセン、フルオランテン、ペリレンから選ばれるものであって、ｍは１以上の整数を示す。さらにＹは、窒素（Ｎ）との結合部位以外の部位に置換基を有していても良い。この置換基としては水素、ハロゲン、ヒドロキシル基、アルデヒド基、カルボニル基、カルボニルエステル基、アルキル基、アルケニル基、環状アルキル基、アルコキシ基、アリール基、アミノ基、複素環基、シアノ基、ニトリル基、ニトロ基、又はシリル基から選ばれるものである。
【００９１】
ここで、上記ジアミン誘導体の具体例としては、下記構造式（７）-1〜（７）-84に示す化合物があげられる。
【００９２】
【表２２】
【００９３】
【表２３】
【００９４】
【表２４】
【００９５】
【表２５】
【００９６】
また、上記一般式（８）に示すトリアリールアミン多量体は、一般式（８）中におけるＡ7〜Ａ12が、それぞれ独立に炭素数６〜２０の芳香族炭化水素を示す。Ａ7〜Ａ12の芳香族炭化水素は、各々が無置換もしくは置換基を有しても良い。この場合、置換基としては、水素、ハロゲン、ヒドロキシル基、アルデヒド基、カルボニル基、カルボニルエステル基、アルキル基、アルケニル基、環状アルキル基、アルコキシ基、アリール基、アミノ基、複素環基、シアノ基、ニトリル基、ニトロ基、またはシリル基から選ばれる。これらの置換基は、Ａ7〜Ａ12の芳香族炭化水素にいくつ置換されていても良い。一般式（８）中のＺ1からＺ3は、芳香族炭化水素を示し、ベンゼン、ナフタレン、アントラセン、フェナントレン、ナフタセン、フルオランテン、ペリレンから選ばれるものである。さらに一般式（８）中のｐ、ｑおよびｒは、１以上の整数を示す。また一般式（８）中のＡ7とＡ8、Ａ9とＡ10、Ａ11とＡ12はそれぞれ連結基を介して結合していてもよい。
【００９７】
ここで、上記トリアリールアミン多量体の具体例としては、下記構造式（８）-1〜（８）-15に示す化合物が挙げられる。
【００９８】
【表２６】
【００９９】
以上のような有機層１４を構成する各層１４ａ〜１４ｄは、他の要件を備えてもよい。さらに、各層１４ａ〜１４ｄがそれぞれ積層構造であってもよい。例えば、発光層１４ｃが、青色発光層と緑色発光層と赤色発光層との積層構造で構成され、白色に発光する有機電界発光素子を構成してもよい。
【０１００】
≪７．有機層の膜厚構成≫
次に、上述した材料で構成された各層を積層してなる有機層１４の膜厚構成を説明する。
【０１０１】
図１を参照し、有機層１４中における第１電子輸送層１４ｄ-1および第２電子輸送層１４ｄ-2を含む電子輸送層全体の合計膜厚を［ｄ１］とし、正孔注入層１４ａおよび正孔輸送層１４ｂからなる正孔供給層の合計膜厚を［ｄ２］とする。この場合、電子輸送層の合計膜厚［ｄ１］は、正孔供給層の合計膜厚を［ｄ２］よりも厚く、［ｄ１］＞［ｄ２］であることとする。
【０１０２】
このことによって、薄膜化により正孔量を増大させ厚膜化により電子量の制限を行うことが出来、発光の駆動安定性を高めることが出来る。
【０１０３】
また電子輸送層１４ｄ-1および１４ｄ-2の合計膜厚［ｄ１］は、正孔供給層からの正孔供給とのバランスをとるために、本発明のベンゾイミダゾールおよびジベンゾイミダゾール素子のキャリア輸送性および発光の取り出しを考慮すると７０ｎｍ以上で形成されていることが好ましい。
【０１０４】
一方、正孔注入層１４ａと正孔輸送層１４ｂの合計膜厚［ｄ２］は、電子輸送層１４ｄ-1，１４ｄ-2の電子供給能に対して正孔供給能のバランスをとるために、６０ｎｍ以下で設けられることが好ましい。
【０１０５】
さらに、有機層１４の全体の総膜厚を［ｄａ］とした場合、０．９０＞［ｄ１］／［ｄａ］＞０．３０の関係を満たすように、有機層１４の総膜厚［ｄａ］と、電子輸送層１４ｄ-1，１４ｄ-2の膜厚［ｄ１］とが設計されていることとする。これにより発光層１４ｃに対する正孔・電子の供給バランスがとり易く、電流効率および発光寿命の向上を図る。
【０１０６】
またさらに、この有機電界発光素子１１は、陽極１３と陰極１５との間で発光光を共振させて取り出す共振器構造とすることで、取り出し光の色純度を向上させ、共振の中心波長付近の取り出し光の強度を向上させることが可能となる。この場合、例えば陽極１３の発光層１４ｃ側の反射端面を第１端面Ｐ１、陰極１５の発光層１４ｃ側の反射端面を第２端部Ｐ２とし、有機層１４を共振部とする。そして、発光層１４ｃで発生した光を共振させて第２端部Ｐ２側から取り出す共振器構造とした場合、共振器の第１端面Ｐ１と第２端部Ｐ２との間の光学的距離Ｌを、下記数式（１）を満たすように設定する。光学的距離Ｌは、実際には数式（１）を満たす正の最小値となるように選択することが好ましい。
【０１０７】
【数１】
【０１０８】
上記数式（１）中において、Ｌは、第１端面Ｐ１と第２端部Ｐ２との間の光学的距離である。Φは、第１端面Ｐ１で生じる反射光の位相シフトΦ1 と、第２端部Ｐ２で生じる反射光の位相シフトΦ2 との和（Φ＝Φ1 ＋Φ2 ）（ｒａｄ）である。λは、第２端部Ｐ２の側から取り出したい光のスペクトルのピーク波長である。ｍは、Ｌが正となる整数である。尚、数式（１）においてＬおよびλは単位が共通すればよく、例えば（ｎｍ）を単位とする。
【０１０９】
また、有機発光素子１１では、発光層１４ｃの最大発光位置と第１端面Ｐ１との間の光学的距離Ｌ1 が下記数式（２）を満たし、最大発光位置と第２端部Ｐ２との間の光学的距離Ｌ2 が下記数式（３）を満たすように調整されている。ここで、最大発光位置とは、発光領域のうちで最も発光強度が大きい位置を言う。例えば、発光層１４ｃの陽極１３側と陰極１５側との両方の界面で発光する場合には、そのうち発光強度の大きい方の界面となる。
【０１１０】
【数２】
【０１１１】
上記数式（２）中において、ｔＬ1 は、第１端面Ｐ１と最大発光位置との間の光学的理論距離である。ａ1 は、発光層１４ｃにおける発光分布に基づく補正量である。λは、取り出したい光のスペクトルのピーク波長である。Φ1 は、第１端面Ｐ１で生じる反射光の位相シフト（ｒａｄ）である。ｍ1 は、０または整数である。
【０１１２】
【数３】
【０１１３】
上記数式（３）中において、ｔＬ2 は、第２端部Ｐ２と最大発光位置との間の光学的理論距離である。ａ2 は、発光層１４ｃにおける発光分布に基づく補正量である。λは、取り出したい光のスペクトルのピーク波長である。Φ2 は、第２端部Ｐ２で生じる反射光の位相シフト（ｒａｄ）である。ｍ2 は、０または整数である。
【０１１４】
上記数式（２）は、発光層１４ｃで発生した光のうち陽極１３の方へ向かう光が第１端面Ｐ１で反射して戻ってきたときに、その戻り光の位相と発光時の位相とが同一となり、発光した光のうち陰極１５の方へ向かう光と強め合う関係となるようにするためのものである。また、数式（３）は、発光層１４ｃで発生した光のうち陰極１５の方へ向かう光が第２端部Ｐ２で反射して戻ってきたときに、その戻り光の位相と発光時の位相とが同一となり、発光した光のうち陽極１３の方へ向かう光と強め合う関係となるようにするためのものである。
【０１１５】
本実施形態の有機電界発光素子１１では、第１電子輸送層１４ｄ-1および第２電子輸送層１４ｄ-2のトータル膜厚［ｄ１］を、正孔注入層１４ａおよび正孔輸送層１４ｂのトータル膜厚［ｄ２］よりも厚く形成することで、上記数式（２）、（３）のｍ1＞ｍ2となるように設計することが可能である。これにより、光の取り出し効率を高めることができる。
【０１１６】
尚、数式（２）の光学的理論距離ｔＬ1 および数式（３）の光学的理論距離ｔＬ2 は、発光領域に広がりがないと考えた場合に、第１端面Ｐ１または第２端部Ｐ２での位相変化量と、進行することでの位相変化量がちょうど打ち消し合い、戻り光の位相と発光時の位相とが同一となる理論値である。ただし、発光部分には通常広がりがあるので、数式（２）および数式（３）では、発光分布に基づく補正量ａ1 、ａ2 が加えられている。
【０１１７】
補正量ａ1、ａ2 は発光分布により異なるが、最大発光位置が発光層１４ｃの陰極１５側にあり、発光分布が最大発光位置から陽極１３側に広がっている場合、または最大発光位置が発光層１４ｃの陽極１３側にあり、発光分布が最大発光位置から陰極１５側に広がっている場合には、例えば下記数式（４）により求められる。
【０１１８】
【数４】
【０１１９】
数式（４）中において、ｂは、発光層１４ｃにおける発光分布が最大発光位置から陽極１３の方向へ広がっている場合には２ｎ≦ｂ≦６ｎの範囲内の値、最大発光位置から陰極１５の方向へ広がっている場合には−６ｎ≦ｂ≦−２ｎの範囲内の値である。ｓは、発光層１４ｃにおける発光分布に関する物性値（１／ｅ減衰距離）である。ｎは、取り出したい光のスペクトルのピーク波長λにおける第１端面Ｐ１と第２端部Ｐ２との間の平均屈折率である。
【０１２０】
≪８．表示装置の構成≫
次に、上述した構成の有機電界発光素子１１を基板１２上に配列形成してなるアクティブマトリックス方式の表示装置の例について、図２（ａ）の概略構成図および図２（ｂ）の画素回路の構成図について説明する。
【０１２１】
図２に示すように、この表示装置２０の基板１２上には、表示領域１２ａとその周辺領域１２ｂとが設定されている。表示領域１２ａには、複数の走査線２１と複数の信号線２２とが縦横に配線されており、それぞれの交差部に対応して１つの画素ａが設けられた画素アレイ部として構成されている。これら各画素ａには有機電界発光素子が設けられている。また、周辺領域１２ｂには、走査線２１を走査駆動する走査線駆動回路２３と、輝度情報に応じた映像信号（すなわち入力信号）を信号線２２に供給する信号線駆動回路２４とが配置されている。
【０１２２】
各画素ａに設けられる画素回路は、例えば有機電界発光素子１１、駆動トランジスタＴｒ１、書き込みトランジスタ（サンプリングトランジスタ）Ｔｒ２、および保持容量Ｃｓで構成されている。そして、走査線駆動回路２３による駆動により、書き込みトランジスタＴｒ２を介して信号線２２から書き込まれた映像信号が保持容量Ｃｓに保持され、保持された信号量に応じた電流が有機電界発光素子１１に供給され、この電流値に応じた輝度で有機電界発光素子１１が発光する。尚、駆動用の薄膜トランジスタＴｒ２と保持容量Ｃｓとは、共通の電源供給線（Ｖｃｃ）２５に接続されている。
【０１２３】
尚、以上のような画素回路の構成は、あくまでも一例であり、必要に応じて画素回路内に容量素子を設けたり、さらに複数のトランジスタを設けて画素回路を構成しても良い。また、周辺領域１２ｂには、画素回路の変更に応じて必要な駆動回路が追加される。
【０１２４】
尚、本発明にかかる表示装置は、図３に開示したような、封止された構成のモジュール形状のものをも含む。例えば、画素アレイ部である表示領域１２ａを囲むようにシーリング部２７が設けられ、このシーリング部２７を接着剤として、透明なガラス等の対向部（封止基板２８）に貼り付けられ形成された表示モジュールが該当する。この透明な封止基板２８には、カラーフィルタ、保護膜、遮光膜等が設けられてもよい。尚、表示領域１２ａが形成された表示モジュールとしての基板１２には、外部から表示領域１２ａ（画素アレイ部）への信号等を入出力するためのフレキシブルプリント基板２９が設けられていてもよい。
【０１２５】
以上説明した本発明の有機電界発光素子１１および表示装置２０によれば、ジベンゾイミダゾール誘導体を含有する第１電子輸送層１４ｄ-1と、ベンゾイミダゾール誘導体を含有する第２電子輸送層１４ｓ-2との積層構造として電子輸送層１４ｄを構成した。これにより、次の実施例に示すように、ジベンゾイミダゾール誘導体を含有する層またはジベンゾイミダゾール誘導体層の単層構造として電子輸送層を構成した構造と比較して、同程度の駆動電圧でありながらも、電流効率と寿命特性の向上が図られることが分かった。
【０１２６】
電子輸送層１４ｄ-1，１４ｄ-2は、ベンゾイミダゾール誘導体およびジベンゾイミダゾール誘導体などの高い電子供給能を有する含窒素複素環誘導体を用いてを構成されている。このような積層層は高い電子輸送能力を示すことが可能である。高効率発光のためには、正孔注入層１４ａおよび正孔輸送層１４ｂの合計膜厚［ｄ２］を、電子輸送層１４ｄ-1，１４ｄ-2の合計膜厚［ｄ１］よりも薄膜化することで発光層14ｃへの高い正孔供給を行い発光層内での多数の励起子を発生させることが必要となる。
【０１２７】
特に、発光層１４ｃ側から順に、一般式（１）のジベンゾイミダゾール誘導体を含有する層、一般式（２），（３），（４）から選ばれるベンゾイミダゾール誘導体を含有する層を積層することで、ベンゾイミダゾールから入る多数の電子をジベンゾイミダゾールで適切な電子密度へと調整することで高い電子供給能力を持ちながらも励起状態を安定的に発光層において生じさせることができ、高効率発光と安定発光を両立することが可能となる。
【０１２８】
また、正孔注入層および正孔輸送層１４ｂの合計膜厚［ｄ２］を、電子輸送層１４ｄ-1，１４ｄ-2の合計膜厚［ｄ１］よりも薄くすることで、正孔の供給を増大させることが可能となる。これにより、発光層１４ｃ内において正孔と電子の過不足がなく、かつキャリア供給量も十分多いキャリアバランスを得ることができるため、高い発光効率を得ることができる。
【０１２９】
また、正孔と電子の過不足がないことで、キャリアバランスが崩れにくく、駆動劣化が抑制され、発光寿命を長くすることができる。したがって、低消費電力であり、かつ長期信頼性に優れたディスプレイを実現することが可能になる。
【０１３０】
また、本実施形態の有機電界発光素子および表示装置によれば、電子輸送層１４ｄ-1，１４ｄ-2の合計膜厚［ｄ１］を厚く形成することで、発光層１４ｃ中のキャリアの再結合領域を陰極１５から離れた位置に配置することができる。このため、スパッタリング法等による陰極１５の成膜時の再結合領域へのダメージを防止することができる。
【０１３１】
尚、本発明の有機電界発光素子１１は、ＴＦＴ基板を用いたアクティブマトリックス方式の表示装置２０に用いることに限定されず、パッシブ方式の表示装置に用いる有機電界発光素子としても適用可能であり、同様の効果を得ることができる。パッシブ方式の表示装置である場合には、上記陰極１５または陽極１３の一方が信号線として構成され他方が走査線として構成される。
【０１３２】
また、以上の実施形態においては、基板１２と反対側に設けた陰極１５側から発光を取り出す「上面発光型」の場合を説明した。しかし本発明は、基板１２を透明材料で構成することで、発光を基板１２側から取り出す「下面発光型」の有機電界発光素子にも適用される。この場合、図１を用いて説明した積層構造において、透明材料からなる基板１２上の陽極１３を、例えばＩＴＯのような仕事関数が大きい透明電極材料を用いて構成する。これにより、基板１２側および基板１２と反対側の両方から発光光が取り出される。また、このような構成において、陰極１５を反射材料で構成することにより、基板１２側からのみ発光光が取り出される。この場合、陰極１５の最上層にＡｕＧｅやＡｕ、Ｐｔ等の封止電極を付けてもよい。
【０１３３】
さらに、図１を用いて説明した積層構造を、透明材料からなる基板１２側から逆に積み上げて陽極１３を上部電極とした構成であっても、基板１２側から発光光を取り出す「透過型」の有機電界発光素子を構成することができる。この場合においても、上部電極となる陽極１３を透明電極に変更することで、基板１２側および基板１２と反対側の両方から発光光が取り出される。
【０１３４】
また、以上の実施形態で説明した本発明の有機電界発光素子１１は、発光層１４ｃを有する有機層１４のユニットを積層してなるスタック型の有機電界発光素子に適用することも可能である。ここで、スタック型とは、タンデム素子のことであり、例えば、特開平１１−３２９７４８号公報では、複数の有機発光素子が中間導電層を介して電気的に直列に接合されていることを特徴とする素子に付いて述べられている。
【０１３５】
また、特開２００３−４５６７６号公報及び特開２００３−２７２８６０号公報には、タンデム素子を実現するための素子構成の開示と詳細な実施例が記載されている。これらによれば、有機層のユニットを２ユニット積層した場合には、理想的にはｌｍ／Ｗは変ること無しにｃｄ／Ａを２倍に、３層積層した場合には、理想的にはｌｍ／Ｗは変ること無しにｃｄ／Ａを３倍にすることが可能であると述べられている。
【０１３６】
従って、本発明をタンデム素子に用いた場合には、タンデム素子とすることで効率が向上することによる長寿命化と、本発明における長寿命化効果が相乗効果となり、極めて長寿命な素子を得ることが可能になる。
【０１３７】
≪９．適用例≫
以上説明した本発明に係る表示装置は、図４〜図８に示す様々な電子機器、例えば、デジタルカメラ、ノート型パーソナルコンピュータ、携帯電話等の携帯端末装置、ビデオカメラなど、電子機器に入力された映像信号、若しくは、電子機器内で生成した映像信号を、画像若しくは映像として表示するあらゆる分野の電子機器の表示装置に適用することが可能である。以下に、本発明が適用される電子機器の一例について説明する。
【０１３８】
図４は、本発明が適用されるテレビを示す斜視図である。本適用例に係るテレビは、フロントパネル１０２やフィルターガラス１０３等から構成される映像表示画面部１０１を含み、その映像表示画面部１０１として本発明に係る表示装置を用いることにより作成される。
【０１３９】
図５は、本発明が適用されるデジタルカメラを示す斜視図であり、（Ａ）は表側から見た斜視図、（Ｂ）は裏側から見た斜視図である。本適用例に係るデジタルカメラは、フラッシュ用の発光部１１１、表示部１１２、メニュースイッチ１１３、シャッターボタン１１４等を含み、その表示部１１２として本発明に係る表示装置を用いることにより作製される。
【０１４０】
図６は、本発明が適用されるノート型パーソナルコンピュータを示す斜視図である。本適用例に係るノート型パーソナルコンピュータは、本体１２１に、文字等を入力するとき操作されるキーボード１２２、画像を表示する表示部１２３等を含み、その表示部１２３として本発明に係る表示装置を用いることにより作製される。
【０１４１】
図７は、本発明が適用されるビデオカメラを示す斜視図である。本適用例に係るビデオカメラは、本体部１３１、前方を向いた側面に被写体撮影用のレンズ１３２、撮影時のスタート／ストップスイッチ１３３、表示部１３４等を含み、その表示部１３４として本発明に係る表示装置を用いることにより作製される。
【０１４２】
図８は、本発明が適用される携帯端末装置、例えば携帯電話機を示す斜視図であり、（Ａ）は開いた状態での正面図、（Ｂ）はその側面図、（Ｃ）は閉じた除隊での正面図、（Ｄ）は左側面図、（Ｅ）は右側面図、（Ｆ）は上面図、（Ｇ）は下面図である。本適用例に係る携帯電話機は、上側筐体１４１、下側筐体１４２、連結部（ここではヒンジ部）１４３、ディスプレイ１４４、サブディスプレイ１４５、ピクチャーライト１４６、カメラ１４７等を含み、そのディスプレイ１４４やサブディスプレイ１４５として本発明に係る表示装置を用いることにより作製される。
【実施例】
【０１４３】
次に、本発明の具体的な実施例およびこれらの実施例に対する比較例の有機電界発光素子の製造手順と、これらの評価結果を説明する。
【０１４４】
＜実施例１〜８＞
上述した実施の形態において、図１を用いて説明した構成の有機電界発光素子１１を形成した。ここでは、陽極１３から注入された正孔と陰極１５から注入された電子が発光層１４ｃ内で再結合する再に生じた発光光を、陰極１５側から取り出す上面発光方式の有機電界発光素子１１を形成した。また発光光が、陽極１３と陰極１５との間で共振して取り出される共振器構造として有機電界発光素子１１を形成した。尚、下記表２７には、実施例１〜８および比較例１〜５の層構成を合わせて示すが、各実施例および比較例で共通している構成については、その記載を省略している。以下に有機電界発光素子１１の製造手順を説明する。
【０１４５】
【表２７】
【０１４６】
先ず、基板１２上に、陽極１３としてＮｄを１０ｗｔ％含むＡｌＮｄ合金層を１２０ｎｍの膜厚で形成した。この場合には、ＡｌＮｄ合金層からなる陽極１３中の票面が、形成する共振器構造の第１端面Ｐ１となる。次に、ＳｉＯ2蒸着により２ｍｍ×２ｍｍの発光領域以外の陽極１３表面を絶縁膜（図示省略）でマスクした有機電界発光素子用のセルを作製した。
【０１４７】
次に、陽極１３上に、正孔注入層１４ａとして、上記構造式（５）-1に示したヘキサニトリルアザトリフェニレンを１０ｎｍの膜厚で成膜した（蒸着速度０．２〜０．４ｎｍ／ｓｅｃ）。
【０１４８】
次いで、上記表１２に示すように、正孔輸送層１４ｂとして、各実施例１〜８および比較例１〜５毎に、各材料を真空蒸着法によって各膜厚で成膜した（蒸着速度０．２〜０．４ｎｍ／ｓｅｃ）。ここで用いた材料は、表２３に示した構造式（７）-42または構造式（７）-43の化合物であり、正孔輸送性の材料である。これにより、実施例１〜８および比較例５では、正孔注入層１４ａと正孔輸送層１４ｂの合計膜厚［ｄ２］が４０ｎｍとなった。一方、比較例１〜４では、正孔注入層１４ａと正孔輸送層１４ｂの合計膜厚［ｄ２］が１４０ｎｍとなった。
【０１４９】
その後、正孔輸送層１４ｂ上に、発光層１４ｃとして、9-(2-ナフチル)-10-[4-(1-ナフチル)フェニル]アントラセン(ホストＡ)と、青の発光ドーパント化合物であるN,N,N',N'-テトラ(2-ナフチル)-4,4'-ジアミノスチルベン（ドーパントＢ）とを、ドーパント濃度が膜厚比で５％となるように、真空蒸着法により３６ｎｍの膜厚で形成した。
【０１５０】
次いで、上記表１２に示すように、第１電子輸送層１４ｄ-1および第２電子輸送層１４ｄ-2として、各実施例１〜８および比較例１〜５毎に、各材料を真空蒸着法によって各膜厚で成膜した。
【０１５１】
これにより、実施例１〜７では、ジベンゾイミダゾール誘導体［構造式（１）-8等］を含ゆする第１電子輸送層１４ｄ-1上に、ベンゾイミダゾール誘導体［構造式（３）-16等］を含有する第２電子輸送層１４ｄ-2の積層構造を１２０ｎｍの膜厚で形成した。また実施例８では、実施例１〜７とは逆の積層構造を１２０ｎｍの膜厚で形成した。
【０１５２】
これに対して比較例１〜３，５では単層構造の電子輸送層を形成した。さらに比較例４では、Ａｌｑ３［トリス（８−キノリノールアルミニウム錯体）］からなる第１電子輸送層（１０ｎｍ）上に下記Ｂｐｈｅｎからなる第２電子輸送層（１０ｎｍ）を積層した電子輸送層を形成した。
【０１５３】
【化１３】
【０１５４】
以上のようにして有機層１４を形成した後、陰極１５の第１層１５ａとしてＬｉＦを真空蒸着法により約０．３ｎｍ（蒸着速度〜０．０１ｎｍ／ｓｅｃ）の膜厚で形成し、次いで、第２層１５ｂとしてＭｇＡｇを真空蒸着法により１０ｎｍの膜厚で形成した。これにより、２層構造の陰極１５を設けた。この場合には、第２層１５ｂの有機層１４側の面が、共振器構造の第２端面Ｐ２となる。
【０１５５】
以上のようにして、本発明を適用した実施例１〜８の有機電界発光素子１１、および比較例１〜５の有機電界発光素子を作製した。
【０１５６】
＜評価結果１＞
上述のように作製した実施例１〜８および比較例１〜５の有機電界発光素子について、１０ｍＡｃｍ-2の電流密度における電流効率（ｃｄ／Ａ）および駆動電圧（Ｖ）を測定した。また、３０℃、３０ｍＡｃｍ-2の定電流駆動時の初期輝度を１とした相対輝度が０．５に低下する時間（ｈｒ）を発光寿命として測定した。この結果を上記表２７に合わせて示した。
【０１５７】
表２７に示すように、本発明を適用した構成の電子輸送層を有する実施例１〜８では、電子輸送層以外の構成が同様であるが本発明を適用していない比較例５よりも、駆動電圧が低く抑えられ、電流効率および発光寿命が良好であることが確認された。これにより、本発明を適用することで、高効率化と長寿命化の両方が実現可能であることが確認された。
【０１５８】
特に、ベンゾイミダゾールの移動度が異なる実施例５，６の有機電界発光素子１１では、電流効率が９ｃｄ／Ａ以上と高く、他の実施例と比較しても高い発光効率が得られ、かつ発光寿命も５０００ｈｒ以上と寿命が顕著に長くなることが確認された。
【０１５９】
また、比較例１〜４は、正孔注入層１４ａおよび正孔輸送層１４ｂの合計膜厚［ｄ２］よりも電子輸送層１４ｄ-1,１４ｄ-2の合計膜厚［ｄ１］を厚い膜厚で構成した。このような構成の有機電界発光素子では、効率も低くまた駆動中にキャリアバランスが崩れやすいため、短時間で輝度劣化をすることが確認された。また、比較例５は、ジベンゾイミダゾール誘導体を用いた単層構造で電子輸送層を構成している。このような構成の有機電界発光素子では、充分なキャリアバランスを取ることが出来ず、効率が低く短寿命化が発生する。
【０１６０】
＜実施例９〜１２＞
上述した実施例１〜８と同様の手順で、実施例９〜１２および比較例６の有機電界発光素子１１を作製した。ただし、下記表２８に示す様に、正孔輸注入層１４ａ、正孔注入層１４ｂ、第１電子輸送層１４ｄ-1、および第２電子輸送層１４ｄ-2の材料および膜厚を設定した。
【０１６１】
【表２８】
【０１６２】
＜評価結果２＞
以上のようにして作製した実施例９〜１２および比較例６の有機電界発光素子１１について、先の実施例１〜８と同様の評価を行った。
【０１６３】
この結果、有機層１４の全体の総膜厚［ｄａ］に対して、第１電子輸送層１４ｄ-1および第２電子輸送層１４ｄ-2の合計膜厚を［ｄ１］の比が、０．９０＞［ｄ１］／［ｄａ］＞０．３０を満たし、かつ正孔注入層１４ａおよび正孔輸送層１４ｂからなる正孔供給層の合計膜厚［ｄ２］に対して［ｄ１］＞［ｄ２］を満たしている実施例９で、特に良好な寿命特性が得られることが確認された。また、電子輸送層が単層構造である比較例６は、実施例９〜１２と比較して寿命特性が顕著に劣っていた。
【０１６４】
また、正孔注入層１４ａおよび正孔輸送層１４ｂからなる正孔供給層の合計膜厚［ｄ２］が６０ｎｍ以下である実施例９〜１１は、合計膜厚［ｄ２］がこれよりも大きい実施例１２よりも寿命特性に優れていた。
【０１６５】
＜実施例１３〜２１＞
上述した実施例１〜８と同様の手順で、実施例１３〜２１および比較例７，８の有機電界発光素子１１を作製した。ただし、下記表２９に示す様に、正孔輸注入層１４ａ、正孔注入層１４ｂ、第１電子輸送層１４ｄ-1、および第２電子輸送層１４ｄ-2の材料および膜厚を設定した。
【０１６６】
【表２９】
【０１６７】
＜評価結果３＞
以上のようにして作製した実施例１３〜２１および比較例７，８の有機電界発光素子１１について、先の実施例１〜８と同様の評価を行った。尚、図９〜図１１には、実施例１３〜２１および比較例７，８の結果をグラフで示す。グラフの横軸は、ジベンゾイミダゾール誘導体を含む第１電子輸送層１４ｄ-1の膜厚とした。図９は電流効率を示し、図１０は電圧を示し、図１１は寿命を示している。
【０１６８】
この結果、ジベンゾイミダゾール誘導体を用いた第１電子輸送層１４ｄ-1を１０ｎｍ以上に厚膜化して積層させることで、３０００ｈｒ以上の長寿命化が達成されることが確認された。また、電子輸送層が薄膜単層構造である比較例６は、実施例９〜１２と比較して寿命特性が顕著に劣っていた。
【符号の説明】
【０１６９】
１１…有機電界発光素子、１３…陽極、１４…有機層、１４ａ…正孔注入層（正孔供給層）、１４ｂ…正孔輸送層（正孔供給層）、１４ｃ…発光層、１４ｄ-1…第１電子輸送層、１４ｄ-2…第２電子輸送層、１５…陰極、［ｄａ］…有機層の総膜厚、［ｄ１］…電子輸送層の合計膜厚、［ｄ２］…正孔供給層の合計膜厚
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機電界発光素子（いわゆる有機ＥＬ素子）および表示装置に関し、特に、含窒素複素環誘導体を含む電子輸送層を備えた有機電界発光素子および表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
有機材料のエレクトロルミネッセンス(electroluminescence：以下ＥＬと記す）を利用した有機電界発光素子（有機ＥＬ素子）は、陽極と陰極との間に発光層を有する有機層を設けてなり、低電圧直流駆動による高輝度発光が可能な発光素子として注目されている。
【０００３】
このような構成の有機電界発光素子においては、発光効率および寿命特性の向上を図ることを目的として、陽極−陰極間の層構成や各層の材料構成についての様々な検討がなされている。例えば、発光層−陰極間に設けられる電子注入および輸送層の構成材料として、ジベンゾイミダゾール誘導体を用いる構成が提案されている（下記特許文献１，２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２００８−５２１２４３号公報
【特許文献２】特表２００８−５２１２４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述した特許文献１，２に記載されているジベンゾイミダゾール誘導体は、電子注入障壁が大きく電子移動度も低い。このため、高電圧化および電子不足による発光効率の低下が生じていた。
【０００６】
そこで本発明は、さらなる発光効率および寿命特性の向上を図ることが可能な有機電界発光素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
このような目的を達成するための本発明の有機電界発光素子は、陽極と陰極との間に少なくとも発光層を備えた有機層が挟持されたもので、特に有機層を構成する層として、陰極と発光層との間に電子輸送層が設けられている。この電子輸送層は、発光層側から順に、下記一般式（１）のジベンゾイミダゾール誘導体を含む層と、ベンゾイミダゾール誘導体を含む層とを積層してなる。
【０００８】
【化３】
【０００９】
ただし、一般式（１）中のＹ1〜Ｙ8は、それぞれ置換基を有していてもよい炭素数６〜６０のアリール基、置換基を有していても良いアルケニル基、置換基を有していてもよいピリジル基、置換基を有していてもよいキノリル基、置換基を有していてもよい炭素数１〜２０のアルキル基、置換基を有していてもよい炭素数１〜２０のアルコキシ基、または置換基を有していてもよい脂肪族環基である。尚、Ｙ7とＹ8とは連結基を介して環を形成しても良い。
【００１０】
また本発明の表示装置は、このような構成の有機電界発光素子を基板上に配列形成した表示装置でもある。
【００１１】
このような構成の有機電界発光素子および表示装置では、電子輸送層を積層構造とし、一般式（１）に示すジベンゾイミダゾール誘導体を含有する層の陰極側にベンゾイミダゾール誘導体を含有する層を設けた構成とした。これにより、一般式（１）に示すジベンゾイミダゾール誘導体だけでは陰極からの電子注入障壁が大きかったが、電子注入性の高いベンゾイミダゾール誘導体を陰極側に積層することによって電子注入障壁が緩和される。また、ベンゾイミダゾール誘導体のみでは発光層において電子供給が過多になってしまうが、発光層側にジベンゾイミダゾール誘導体を積層することによって電子量の調整をすることが出来、発光に必要な励起子の形成に必要充分な電子量の調整をすることが出来る。特に、ジベンゾイミダゾールの膜厚を調整することで必要量の調整を充分になすことが出来る。
【００１２】
この結果、後の実施例で示すように、高効率でありながら長寿命の有機電界発光素子を形成することができた。
【発明の効果】
【００１３】
以上説明したように本発明によれば、有機電界発光素子における発光効率および寿命特性の向上を図ることが可能になるため、この有機電界発光素子を用いて構成された表示装置の低消費電力化および長期信頼性の向上を図ることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態に係る有機電界発光素子の構成を示す断面図である。
【図２】本発明の実施形態に係る表示装置の回路構成の一例を示す回路構成図である。
【図３】本発明が適用される封止された構成のモジュール形状の表示装置を示す構成図である。
【図４】本発明が適用されるテレビを示す斜視図である。
【図５】本発明が適用されるデジタルカメラを示す斜視図であり、（Ａ）は表側から見た斜視図、（Ｂ）は裏側から見た斜視図である。
【図６】本発明が適用されるノート型パーソナルコンピュータを示す斜視図である。
【図７】本発明が適用されるビデオカメラを示す斜視図である。
【図８】本発明が適用される携帯端末装置、例えば携帯電話機を示す斜視図であり、（Ａ）は開いた状態での正面図、（Ｂ）はその側面図、（Ｃ）は閉じた除隊での正面図、（Ｄ）は左側面図、（Ｅ）は右側面図、（Ｆ）は上面図、（Ｇ）は下面図である。
【図９】電子輸送層におけるジベンゾイミダゾール誘導体を含む層の膜厚を変化させた場合の駆動電圧の変化を示すグラフである。
【図１０】電子輸送層におけるジベンゾイミダゾール誘導体を含む層の膜厚を変化させた場合の電流効率の変化を示すグラフである。
【図１１】電子輸送層におけるジベンゾイミダゾール誘導体を含む層の膜厚を変化させた場合の発光寿命の変化を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施を以下の順序で説明する。
１．有機電界発光素子の全体構成
２．基板の構成
３．陽極の構成
４．陰極の構成
５．有機層の全体構成
６．有機層の材質
７．有機層の膜厚構成
８．表示装置の構成
９．適用例
【００１６】
≪１．有機電界発光素子の全体構成≫
図１は、本発明の有機電界発光素子の一構成例を示す断面図である。この図に示す有機電界発光素子１１は、基板１２上に設けられた陽極１３、この陽極１３上に重ねて設けられた有機層１４、この有機層１４上に設けられた陰極１５を備えている。
【００１７】
以下の説明においては、陽極１３から注入された正孔と陰極１５から注入された電子が発光層１４ｃ内で再結合する際に生じた発光光を、基板１２と反対側の陰極１５側から取り出す上面発光方式（トップエミッション方式）の有機電界発光素子１１の構成を説明する。
【００１８】
≪２．基板≫
有機電界発光素子１１が設けられる基板１２は、ガラスのような透明基板や、シリコン基板、さらにはフィルム状のフレキシブル基板等の中から適宜選択して用いられることとする。また、この有機電界発光素子１１を用いて構成される表示装置の駆動方式がアクティブマトリックス方式である場合、基板１２として、画素毎にＴＦＴを設けてなるＴＦＴ基板が用いられる。この場合、この表示装置は、上面発光方式の有機電界発光素子１１をＴＦＴによって駆動する構造となる。
【００１９】
≪３．陽極の構成≫
そして、この基板１２上に下部電極として設けられる陽極１３は、効率良く正孔を注入するために電極材料の真空準位からの仕事関数が大きいもの、例えばクロム（Ｃｒ）、金（Ａｕ）、酸化スズ（ＳｎＯ2）とアンチモン（Ｓｂ）との合金、酸化亜鉛（ＺｎＯ）とアルミニウム（Ａｌ）との合金、銀（Ａｇ）合金、さらにはこれらの金属や合金の酸化物等を、単独または混在させた状態で用いることができる。
【００２０】
有機電界発光素子１１が上面発光方式の場合は、陽極１３を高反射率材料で構成することで、干渉効果及び高反射率効果で外部への光取り出し効率を改善することが可能であり、このような電極材料には、例えばＡｌ、Ａｇ等を主成分とする電極を用いることが好ましい。これらの高反射率材料層上に、例えばＩＴＯのような仕事関数が大きい透明電極材料層を設けることでキャリア注入効率を高めることも可能である。
【００２１】
また、陽極１３をＡｌ合金で構成し、Ａｌ合金の副成分として、主成分のＡｌよりも相対的に仕事関数が小さい例えばネオジウム等の金属を用いると、Ａｌ合金の安定性が向上し、反射率が高く、安定な陽極を実現することが可能となる。この場合、ＩＴＯのような仕事関数が大きい透明電極材料層の陽極に比較して仕事関数が小さくなることが多く、一般に用いられるアミン系の正孔注入層のみでは正孔注入障壁が大きくなってしまうことが多い。したがって、アミン材料に対しＦ４ＴＣＮＱ（2,3,5,6-Tetrafluoro-7,7,8,8-tetracyanoquinodimethane）等のアクセプタ材料を混合した層やＰＥＤＯＴ-ＰＳＳ（ポリエチレンジオキシチオフェンーポリスチレンスルホン酸）等のいわゆるｐ-ドープ層を陽極界面に形成するか、後述するアザトリフェニレン誘導体を用いることで、低駆動電圧を得ることが可能となる。特に素子安定性・低駆動電圧の面でアザトリフェニレン誘導体が好ましい。
【００２２】
尚、この有機電界発光素子１１を用いて構成される表示装置の駆動方式がアクティブマトリックス方式である場合、陽極１３は、ＴＦＴが設けられている画素毎にパターニングされていることとする。そして、陽極１３の上層には、ここでの図示を省略した絶縁膜が設けられ、この絶縁膜の開口部から、各画素の陽極１３表面を露出させていることとする。
【００２３】
≪４．陰極の構成≫
一方、陰極１５は、仕事関数が小さい材料を用いて有機層１４と接する層が構成されており、かつ光透過性が良好な構成で有ればよい。このような構成として、例えば、陰極１５は、陽極１３側から順に第１層１５ａ、第２層１５ｂを積層した構造となっている。
【００２４】
第１層１５ａは、仕事関数が小さく、かつ光透過性の良好な材料を用いて構成される。このような材料としては、例えばＬｉ2Ｏ、Ｃｓ2Ｃｏ3、Ｃｓ2ＳＯ4、ＭｇＦ、ＬｉＦやＣａＦ2等のアルカリ金属酸化物、アルカリ金属弗化物、アルカリ土類金属酸化物、アルカリ土類弗化物が挙げられる。また、第２層１５ｂは、薄膜のＭｇＡｇ電極やＣａ電極などの、光透過性を有しかつ導電性が良好な材料で構成される。また、この有機電界発光素子１１が、特に陽極１３と陰極１５との間で発光光を共振させて取り出す共振器構造で構成される上面発光素子の場合には、例えばＭｇ−Ａｇのような半透過性反射材料を用いて第２層１５ｂを構成し、第２層１５ｂと陽極１３の間で発光光を共振させる。また、上記第２層１５ｂは、例えば透明なＳｉＮｘ化合物からなり、電極の劣化抑制のための封止電極として形成される。
【００２５】
尚、以上の第１層１５ａ、第２層１５ｂは、真空蒸着法、スパッタリング法、さらにはプラズマＣＶＤ法などの手法によって形成される。また、この有機電界発光素子を用いて構成される表示装置の駆動方式がアクティブマトリックス方式である場合、陰極１５は、ここでの図示を省略した陽極１３の周縁を覆う絶縁膜および有機層１４によって、陽極１３に対して絶縁された状態で基板１２上にベタ膜状で形成され、各画素に共通電極として用いてもよい。
【００２６】
≪５．有機層の全体構成≫
そして、上述した陽極１３および陰極１５の間に挟持される有機層１４は、少なくとも発光層１４ｃを有する層である。この有機層１４は、陽極１３側から順に、正孔供給層（ここでは正孔注入層１４ａおよび正孔輸送層１４ｂ）、発光層１４ｃ、第１電子輸送層１４ｄ-1、第２電子輸送層１４ｄ-2を積層してなる。正孔注入層１４ａおよび正孔輸送層１４ｂを積層してなる正孔供給層は、陽極１３から発光層１４ｃへ正孔を供給するための層である。また第１電子輸送層１４ｄ-1および第２電子輸送層１４ｄ-2は、陰極１３から発光層１４ｃへ電子を供給するための層である。
【００２７】
また本実施形態においては、陰極１５と発光層１４ｃとの間に、発光層１４ｃ側から順に第１電子輸送層１４ｄ-1と第２電子輸送層１４ｄ-2とを積層させた電子輸送層が設けられているところが特徴的である。これらの第１電子輸送層１４ｄ-1および第２電子輸送層１４ｄ-2は、何れか一方がジベンゾイミダゾール誘導体を含有する層であり、他方がベンゾイミダゾール誘導体を含有する層であることとする。ただし好ましくは、発光層１４ｃ側からジベンゾイミダゾール誘導体を含む第１電子輸送層１４ｄ-1、ベンゾイミダゾール誘導体を含む第２電子輸送層１４ｄ-2の順で積層されていることとする。
【００２８】
以上の各層は、例えば真空蒸着法や、例えばスピンコート法などの他の方法によって形成された有機層からなり、各層の材料の詳細については、次に説明する。
【００２９】
≪６．有機層の材質≫
有機層１４を構成する各層の材料構成を、先ず本発明に特徴的である第１電子輸送層１４ｄ-1および第２電子輸送層１４ｄ-2、発光層１４ｃの順に説明し、次に正孔注入層１４ａおよび正孔輸送層１４ｂの材料構成を説明する。
【００３０】
＜第１電子輸送層および第２電子輸送層＞
第１電子輸送層１４ｄ-1または第２電子輸送層１４-2の何れか一方は、下記一般式（１）に示すジベンゾイミダゾール誘導体を含有しているところが特徴的である。
【００３１】
【化４】
【００３２】
ただし、一般式（１）中のＹ1〜Ｙ8は、それぞれ置換基を有していてもよい炭素数６〜６０のアリール基、置換基を有していても良いアルケニル基、置換基を有していてもよいピリジル基、置換基を有していてもよいキノリル基、置換基を有していてもよい炭素数１〜２０のアルキル基、置換基を有していてもよい炭素数１〜２０のアルコキシ基、または置換基を有していてもよい脂肪族環基であり、Ｙ7とＹ8とは連結基を介して環を形成しても良い。
【００３３】
このような一般式（１）のジベンゾイミダゾール誘導体の具体例としては、下記構造式（１）-1〜（１）-21が例示される。
【００３４】
【化５】
【００３５】
【化６】
【００３６】
以上のようなジベンゾイミダゾール誘導体は、他の化合物との混合層として第１電子輸送層１４ｄ-1または第２電子輸送層１４-2を構成しても良い。ここで、他の化合物としては、アルカリ金属、アルカリ土類金属、希土類金属およびその酸化物、複合酸化物、フッ化物、炭酸塩から選ばれる少なくとも１種が挙げられる。
【００３７】
以上のようなジベンゾイミダゾール誘導体は、発光層１４ｃ側に配置された第１電子輸送層１４ｄ-1に含有されていることが好ましい。この場合、第１電子輸送層１４ｄ-1の膜厚を５ｎｍ以上とすることが好ましく、１０ｎｍとすることがより好ましい。
【００３８】
第１電子輸送層１４ｄ-1または第２電子輸送層１４-2のうち、一般式（１）に示したジベンゾイミダゾール誘導体を含有していない層には、ベンゾイミダゾール誘導体が含有されているところが特徴的である。ここで、ベンゾイミダゾール誘導体は、ベンゾイミダゾールを母骨格とする誘導体であることとする。このようなベンゾイミダゾール誘導体は、電子注入性の高い下記一般式（２）〜（４）で示される材料であることが好ましい。そして、第２電子輸送層は、下記一般式（２）〜（４）で示される材料のうちの複数を含有しても良く、また各材料を含有する複数層が積層された構成であっても良い。
【００３９】
【化７】
【００４０】
ただし、一般式（２）〜（４）中における各符号は次のようである。
【００４１】
Ｒは、水素原子、置換基を有していてもよい炭素数６〜６０のアリール基、置換基を有していてもよいピリジル基、置換基を有していてもよいキノリル基、置換基を有していてもよい炭素数１〜２０のアルキル基又は置換基を有していてもよい炭素数１〜２０のアルコキシ基である。また、ｎは０〜４の整数である。
【００４２】
Ｒ1は、置換基を有していてもよい炭素数６〜６０のアリール基、置換基を有していてもよいピリジル基、置換基を有していてもよいキノリル基、置換基を有していてもよい炭素数１〜２０のアルキル基または炭素数１〜２０のアルコキシ基である。
【００４３】
Ｒ2およびＲ3は、それぞれ独立に、水素原子、置換基を有していてもよい炭素数６〜６０のアリール基、置換基を有していてもよいピリジル基、置換基を有していてもよいキノリル基、置換基を有していてもよい炭素数１〜２０のアルキル基又は置換基を有していてもよい炭素数１〜２０のアルコキシ基である。
【００４４】
Ｌは、置換基を有していてもよい炭素数６〜６０のアリーレン基、置換基を有していてもよいピリジニレン基、置換基を有していてもよいキノリニレン基、置換基を有していてもよいフルオレニレン基、または単なる連結部である。
【００４５】
Ａｒ1は、置換基を有していてもよい炭素数６〜６０のアリーレン基、置換基を有していてもよいピリジニレン基又は置換基を有していてもよいキノリニレン基である。
【００４６】
Ａｒ2は、置換基を有していてもよい炭素数６〜６０のアリール基、置換基を有していてもよい炭素数１〜２０のアルキル基、置換基を有していてもよい炭素数１〜２０のアルコキシ基、または置換基を有していてもよい炭素数３〜４０のヘテロアリール基である。
【００４７】
Ａｒ3は、置換基を有していてもよい炭素数６〜６０のアリール基、置換基を有していてもよいピリジル基、置換基を有していてもよいキノリル基、置換基を有していてもよい炭素数１〜２０のアルキル基、置換基を有していてもよい炭素数１〜２０のアルコキシ基、または前述のＡｒ1およびＡｒ2を用いて−Ａｒ1−Ａｒ2で表される基である。
【００４８】
以上のベンゾイミダゾール誘導体のさらに具体的な構造例を以下に示す。
【００４９】
一般式（２）の具体例として、下記構造式（２）-1〜（２）-79を示す。尚、表１〜１０において、ＨＡｒは、一般式（２）中における［ベンゾイミダゾール構造＋Ｒ，Ｒ1］を示す。
【００５０】
【表１】
【００５１】
【表２】
【００５２】
【表３】
【００５３】
【表４】
【００５４】
【表５】
【００５５】
【表６】
【００５６】
【表７】
【００５７】
【表８】
【００５８】
【表９】
【００５９】
【表１０】
【００６０】
【化８】
【００６１】
一般式（３）の具体例として、下記構造式（３）-1〜（３）-58を示す。尚、表１１〜１７において、ＨＡｒは、一般式（３）中における［ベンゾイミダゾール構造＋Ｒ，Ｒ2］を示す。
【００６２】
【表１１】
【００６３】
【表１２】
【００６４】
【表１３】
【００６５】
【表１４】
【００６６】
【表１５】
【００６７】
【表１６】
【００６８】
【表１７】
【００６９】
【化９】
【００７０】
一般式（４）の具体例として、下記構造式（４）-1〜（４）-34を示す。尚、表１８〜２１において、ＨＡｒは、一般式（２）中における［ベンゾイミダゾール構造＋Ｒ2，Ｒ3］を示す。
【００７１】
【表１８】
【００７２】
【表１９】
【００７３】
【表２０】
【００７４】
【表２１】
以上のようなベンゾイミダゾール誘導体を含む第２電子輸送層１４ｄ-2は、他の化合物との混合層であってもよい。ここで、他の化合物としては、アルカリ金属、アルカリ土類金属、希土類金属およびその酸化物、複合酸化物、フッ化物、炭酸塩から選ばれる少なくとも１種が挙げられる。
【００７５】
また以上のようなベンゾイミダゾール誘導体は、陰極１５側に配置された第２電子輸送層１４ｄ-2に含有されていることが好ましい。この場合、上述した材料の中から２種類以上を用いた積層構造の第２電子輸送層１４ｄ-2を構成することにより、非常に優れた電子供給安定性を示し、高効率発光と安定発光を両立することが可能となる。
【００７６】
＜発光層＞
発光層１４ｃは、電子と正孔の再結合の場を提供し、これらを発光につなげる機能を有する層であり、少なくとも発光機能を有する材料を含有していることとする。またこのような発光層１４ｃは、電荷の注入機能および輸送機能を有する材料を用いて構成されることが好ましい。電荷の注入機能とは、電界印加時に陽極１３あるいは正孔供給層１４ａ，１４ｂから正孔を注入することができる一方、陰極１５あるいは電子注入層１４ｄ-1，１４ｄ-2から電子を注入することができる機能である。また輸送機能とは、注入された正孔および電子を電界の力で移動させる機能である。
【００７７】
以上のような発光層１４ｃは、ホスト材料中に発光材料（ドーパント）を含有させた構成することができる。
【００７８】
ホスト材料としては、スチリル誘導体、アントラセン誘導体、ナフタセン誘導体または芳香族アミンが挙げられる。スチリル誘導体はジスチル誘導体、トリスチル誘導体、テトラスチル誘導体およびスチリルアミン誘導体の中から選ばれる少なくとも一種類であることが特に好ましい。
【００７９】
特に本発明の素子のキャリアバランスはアントラセン誘導体を発光層に含む場合に優れており、非対称アントラセン系化合物であることが好ましい。芳香族アミンは芳香族置換された窒素原子を２〜４個有する化合物であることが好ましい。
【００８０】
また、発光材料としては、蛍光材料が用いられる。蛍光材料としては、例えば、スチリルベンゼン系色素、オキサゾール系色素、ぺリレン系色素、クマリン系色素、アクリジン系色素などのレーザー用色素、アントラセン誘導体、ナフタセン誘導体、ペンタセン誘導体、クリセン誘導体などの多芳香族炭化水素系材料、ピロメテン骨格化合物もしくは金属錯体、キナクリドン誘導体、シアノメチレンピラン系誘導体（ＤＣＭ，ＤＣＪＴＢ）、ベンゾチアゾール系化合物、ベンゾイミダゾール系化合物、金属キレート化オキシノイド化合物などの蛍光材料から適宜選択して用いることができる。これらの蛍光材料のそれぞれのドープ濃度は、膜厚比で０．５％以上１５％以下であることが好ましい。
【００８１】
尚、発光材料は、蛍光材料に限定されることはなく、リン光材料であっても良い。
【００８２】
＜正孔注入層１４ａおよび正孔輸送層１４ｂ＞
正孔供給層を構成する正孔注入層１４ａおよび正孔輸送層１４ｂは、一般的な正孔注入・正孔輸送材料を用いて構成される。またより好ましい材料としては、下記一般式（５）に示すアザトリフェニレン誘導体、下記一般式（６）に示すアミン誘導体、下記一般式（７）に示すジアミン誘導体、または下記一般式（８）に示すトリアリールアミン多量体である。これらの化合物を用いて正孔注入層１４ａおよび正孔輸送層１４ｂを構成することにより、上述した電子輸送層１４ｄの電子供給に対して、正孔注入層１４ａおよび正孔輸送層１４ｂから発光層１４ｃへの正孔供給を最適化できる。
【００８３】
【化１０】
【００８４】
これらの一般式（５）〜（８）の材料は、正孔注入層１４ａ、正孔輸送層１４ｂのどちらに用いてもよい。ただし、窒素（Ｎ）含有率の高い組成の化合物を正孔注入層１４ａとして用いることにより、陽極１３からの正孔注入障壁を低減することができる。また、本発明の構成においては電子注入が強化されていることから、良好なキャリアバランスを得るためにも陽極界面には正孔注入性の高いアザトリフェニレン誘導体［一般式（３）］を用いることがさらに好ましい。
【００８５】
ここで、上記一般式（５）に示すアザトリフェニレン誘導体は、一般式（５）中におけるＲ1〜Ｒ6が、それぞれ独立に、水素、ハロゲン、ヒドロキシル基、アミノ基、アリールアミノ基、炭素数２０以下の置換もしくは無置換のカルボニル基、炭素数２０以下の置換もしくは無置換のカルボニルエステル基、炭素数２０以下の置換もしくは無置換のアルキル基、炭素数２０以下の置換もしくは無置換のアルケニル基、炭素数２０以下の置換もしくは無置換のアルコキシル基、炭素数３０以下の置換もしくは無置換のアリール基、炭素数３０以下の置換もしくは無置換の複素環基、ニトリル基、シアノ基、ニトロ基、またはシリル基から選ばれる置換基を示す。そして隣接するＲm（ｍ＝１〜６）は環状構造を通じて互いに結合してもよい。一般式（５）中のＸ1〜Ｘ6は、それぞれ独立に炭素もしくは窒素（Ｎ）原子である。この化合物は、特にＸがＮ原子のとき、化合物中のＮ含有率が高くなるため、正孔注入層１４ａに好適に用いられる。
【００８６】
ここで、アザトリフェニレン誘導体の具体例としては、下記構造式（５）-1に示すヘキサニトリルアザトリフェニレンが挙げられる。
【００８７】
【化１１】
【００８８】
また、上記一般式（６）に示すアミン誘導体は、上記一般式（６）中におけるＡ0〜Ａ2が、それぞれ独立に炭素数６〜３０の芳香族炭化水素を示す。Ａ0〜Ａ2の芳香族炭化水素は、各々が無置換もしくは置換基を有しても良い。この場合、置換基としては、水素、ハロゲン、ヒドロキシル基、アルデヒド基、カルボニル基、カルボニルエステル基、アルキル基、アルケニル基、環状アルキル基、アルコキシ基、アリール基、アミノ基、複素環基、シアノ基、ニトリル基、ニトロ基、またはシリル基から選ばれる。これらの置換基は、Ａ0〜Ａ2の芳香族炭化水素に対していくつ置換されても良い。
【００８９】
ここで、上記アミン誘導体の具体例としては、下記構造式（６）-1〜（６）-9の化合物が挙げられる。
【化１２】
【００９０】
また、一般式（７）に示すジアミン誘導体は、一般式（７）中にけるＡ3〜Ａ6が、それぞれ独立に炭素数６〜２０の芳香族炭化水素を示す。Ａ3〜Ａ6の芳香族炭化水素は、各々が無置換、しくは置換基を有しても良い。この場合、置換基としては、水素、ハロゲン、ヒドロキシル基、アルデヒド基、カルボニル基、カルボニルエステル基、アルキル基、アルケニル基、環状アルキル基、アルコキシ基、アリール基、アミノ基、複素環基、シアノ基、ニトリル基、ニトロ基、またはシリル基から選ばれる。これらの置換基は、Ａ3〜Ａ6の芳香族炭化水素に対していくつ置換されても良い。またＡ3とＡ4、Ａ5とＡ5はそれぞれ連結基を介して結合していてもよい。また一般式（７）中におけるＹは、芳香族炭化水素を示し、ベンゼン、ナフタレン、アントラセン、フェナントレン、ナフタセン、フルオランテン、ペリレンから選ばれるものであって、ｍは１以上の整数を示す。さらにＹは、窒素（Ｎ）との結合部位以外の部位に置換基を有していても良い。この置換基としては水素、ハロゲン、ヒドロキシル基、アルデヒド基、カルボニル基、カルボニルエステル基、アルキル基、アルケニル基、環状アルキル基、アルコキシ基、アリール基、アミノ基、複素環基、シアノ基、ニトリル基、ニトロ基、又はシリル基から選ばれるものである。
【００９１】
ここで、上記ジアミン誘導体の具体例としては、下記構造式（７）-1〜（７）-84に示す化合物があげられる。
【００９２】
【表２２】
【００９３】
【表２３】
【００９４】
【表２４】
【００９５】
【表２５】
【００９６】
また、上記一般式（８）に示すトリアリールアミン多量体は、一般式（８）中におけるＡ7〜Ａ12が、それぞれ独立に炭素数６〜２０の芳香族炭化水素を示す。Ａ7〜Ａ12の芳香族炭化水素は、各々が無置換もしくは置換基を有しても良い。この場合、置換基としては、水素、ハロゲン、ヒドロキシル基、アルデヒド基、カルボニル基、カルボニルエステル基、アルキル基、アルケニル基、環状アルキル基、アルコキシ基、アリール基、アミノ基、複素環基、シアノ基、ニトリル基、ニトロ基、またはシリル基から選ばれる。これらの置換基は、Ａ7〜Ａ12の芳香族炭化水素にいくつ置換されていても良い。一般式（８）中のＺ1からＺ3は、芳香族炭化水素を示し、ベンゼン、ナフタレン、アントラセン、フェナントレン、ナフタセン、フルオランテン、ペリレンから選ばれるものである。さらに一般式（８）中のｐ、ｑおよびｒは、１以上の整数を示す。また一般式（８）中のＡ7とＡ8、Ａ9とＡ10、Ａ11とＡ12はそれぞれ連結基を介して結合していてもよい。
【００９７】
ここで、上記トリアリールアミン多量体の具体例としては、下記構造式（８）-1〜（８）-15に示す化合物が挙げられる。
【００９８】
【表２６】
【００９９】
以上のような有機層１４を構成する各層１４ａ〜１４ｄは、他の要件を備えてもよい。さらに、各層１４ａ〜１４ｄがそれぞれ積層構造であってもよい。例えば、発光層１４ｃが、青色発光層と緑色発光層と赤色発光層との積層構造で構成され、白色に発光する有機電界発光素子を構成してもよい。
【０１００】
≪７．有機層の膜厚構成≫
次に、上述した材料で構成された各層を積層してなる有機層１４の膜厚構成を説明する。
【０１０１】
図１を参照し、有機層１４中における第１電子輸送層１４ｄ-1および第２電子輸送層１４ｄ-2を含む電子輸送層全体の合計膜厚を［ｄ１］とし、正孔注入層１４ａおよび正孔輸送層１４ｂからなる正孔供給層の合計膜厚を［ｄ２］とする。この場合、電子輸送層の合計膜厚［ｄ１］は、正孔供給層の合計膜厚を［ｄ２］よりも厚く、［ｄ１］＞［ｄ２］であることとする。
【０１０２】
このことによって、薄膜化により正孔量を増大させ厚膜化により電子量の制限を行うことが出来、発光の駆動安定性を高めることが出来る。
【０１０３】
また電子輸送層１４ｄ-1および１４ｄ-2の合計膜厚［ｄ１］は、正孔供給層からの正孔供給とのバランスをとるために、本発明のベンゾイミダゾールおよびジベンゾイミダゾール素子のキャリア輸送性および発光の取り出しを考慮すると７０ｎｍ以上で形成されていることが好ましい。
【０１０４】
一方、正孔注入層１４ａと正孔輸送層１４ｂの合計膜厚［ｄ２］は、電子輸送層１４ｄ-1，１４ｄ-2の電子供給能に対して正孔供給能のバランスをとるために、６０ｎｍ以下で設けられることが好ましい。
【０１０５】
さらに、有機層１４の全体の総膜厚を［ｄａ］とした場合、０．９０＞［ｄ１］／［ｄａ］＞０．３０の関係を満たすように、有機層１４の総膜厚［ｄａ］と、電子輸送層１４ｄ-1，１４ｄ-2の膜厚［ｄ１］とが設計されていることとする。これにより発光層１４ｃに対する正孔・電子の供給バランスがとり易く、電流効率および発光寿命の向上を図る。
【０１０６】
またさらに、この有機電界発光素子１１は、陽極１３と陰極１５との間で発光光を共振させて取り出す共振器構造とすることで、取り出し光の色純度を向上させ、共振の中心波長付近の取り出し光の強度を向上させることが可能となる。この場合、例えば陽極１３の発光層１４ｃ側の反射端面を第１端面Ｐ１、陰極１５の発光層１４ｃ側の反射端面を第２端部Ｐ２とし、有機層１４を共振部とする。そして、発光層１４ｃで発生した光を共振させて第２端部Ｐ２側から取り出す共振器構造とした場合、共振器の第１端面Ｐ１と第２端部Ｐ２との間の光学的距離Ｌを、下記数式（１）を満たすように設定する。光学的距離Ｌは、実際には数式（１）を満たす正の最小値となるように選択することが好ましい。
【０１０７】
【数１】
【０１０８】
上記数式（１）中において、Ｌは、第１端面Ｐ１と第２端部Ｐ２との間の光学的距離である。Φは、第１端面Ｐ１で生じる反射光の位相シフトΦ1 と、第２端部Ｐ２で生じる反射光の位相シフトΦ2 との和（Φ＝Φ1 ＋Φ2 ）（ｒａｄ）である。λは、第２端部Ｐ２の側から取り出したい光のスペクトルのピーク波長である。ｍは、Ｌが正となる整数である。尚、数式（１）においてＬおよびλは単位が共通すればよく、例えば（ｎｍ）を単位とする。
【０１０９】
また、有機発光素子１１では、発光層１４ｃの最大発光位置と第１端面Ｐ１との間の光学的距離Ｌ1 が下記数式（２）を満たし、最大発光位置と第２端部Ｐ２との間の光学的距離Ｌ2 が下記数式（３）を満たすように調整されている。ここで、最大発光位置とは、発光領域のうちで最も発光強度が大きい位置を言う。例えば、発光層１４ｃの陽極１３側と陰極１５側との両方の界面で発光する場合には、そのうち発光強度の大きい方の界面となる。
【０１１０】
【数２】
【０１１１】
上記数式（２）中において、ｔＬ1 は、第１端面Ｐ１と最大発光位置との間の光学的理論距離である。ａ1 は、発光層１４ｃにおける発光分布に基づく補正量である。λは、取り出したい光のスペクトルのピーク波長である。Φ1 は、第１端面Ｐ１で生じる反射光の位相シフト（ｒａｄ）である。ｍ1 は、０または整数である。
【０１１２】
【数３】
【０１１３】
上記数式（３）中において、ｔＬ2 は、第２端部Ｐ２と最大発光位置との間の光学的理論距離である。ａ2 は、発光層１４ｃにおける発光分布に基づく補正量である。λは、取り出したい光のスペクトルのピーク波長である。Φ2 は、第２端部Ｐ２で生じる反射光の位相シフト（ｒａｄ）である。ｍ2 は、０または整数である。
【０１１４】
上記数式（２）は、発光層１４ｃで発生した光のうち陽極１３の方へ向かう光が第１端面Ｐ１で反射して戻ってきたときに、その戻り光の位相と発光時の位相とが同一となり、発光した光のうち陰極１５の方へ向かう光と強め合う関係となるようにするためのものである。また、数式（３）は、発光層１４ｃで発生した光のうち陰極１５の方へ向かう光が第２端部Ｐ２で反射して戻ってきたときに、その戻り光の位相と発光時の位相とが同一となり、発光した光のうち陽極１３の方へ向かう光と強め合う関係となるようにするためのものである。
【０１１５】
本実施形態の有機電界発光素子１１では、第１電子輸送層１４ｄ-1および第２電子輸送層１４ｄ-2のトータル膜厚［ｄ１］を、正孔注入層１４ａおよび正孔輸送層１４ｂのトータル膜厚［ｄ２］よりも厚く形成することで、上記数式（２）、（３）のｍ1＞ｍ2となるように設計することが可能である。これにより、光の取り出し効率を高めることができる。
【０１１６】
尚、数式（２）の光学的理論距離ｔＬ1 および数式（３）の光学的理論距離ｔＬ2 は、発光領域に広がりがないと考えた場合に、第１端面Ｐ１または第２端部Ｐ２での位相変化量と、進行することでの位相変化量がちょうど打ち消し合い、戻り光の位相と発光時の位相とが同一となる理論値である。ただし、発光部分には通常広がりがあるので、数式（２）および数式（３）では、発光分布に基づく補正量ａ1 、ａ2 が加えられている。
【０１１７】
補正量ａ1、ａ2 は発光分布により異なるが、最大発光位置が発光層１４ｃの陰極１５側にあり、発光分布が最大発光位置から陽極１３側に広がっている場合、または最大発光位置が発光層１４ｃの陽極１３側にあり、発光分布が最大発光位置から陰極１５側に広がっている場合には、例えば下記数式（４）により求められる。
【０１１８】
【数４】
【０１１９】
数式（４）中において、ｂは、発光層１４ｃにおける発光分布が最大発光位置から陽極１３の方向へ広がっている場合には２ｎ≦ｂ≦６ｎの範囲内の値、最大発光位置から陰極１５の方向へ広がっている場合には−６ｎ≦ｂ≦−２ｎの範囲内の値である。ｓは、発光層１４ｃにおける発光分布に関する物性値（１／ｅ減衰距離）である。ｎは、取り出したい光のスペクトルのピーク波長λにおける第１端面Ｐ１と第２端部Ｐ２との間の平均屈折率である。
【０１２０】
≪８．表示装置の構成≫
次に、上述した構成の有機電界発光素子１１を基板１２上に配列形成してなるアクティブマトリックス方式の表示装置の例について、図２（ａ）の概略構成図および図２（ｂ）の画素回路の構成図について説明する。
【０１２１】
図２に示すように、この表示装置２０の基板１２上には、表示領域１２ａとその周辺領域１２ｂとが設定されている。表示領域１２ａには、複数の走査線２１と複数の信号線２２とが縦横に配線されており、それぞれの交差部に対応して１つの画素ａが設けられた画素アレイ部として構成されている。これら各画素ａには有機電界発光素子が設けられている。また、周辺領域１２ｂには、走査線２１を走査駆動する走査線駆動回路２３と、輝度情報に応じた映像信号（すなわち入力信号）を信号線２２に供給する信号線駆動回路２４とが配置されている。
【０１２２】
各画素ａに設けられる画素回路は、例えば有機電界発光素子１１、駆動トランジスタＴｒ１、書き込みトランジスタ（サンプリングトランジスタ）Ｔｒ２、および保持容量Ｃｓで構成されている。そして、走査線駆動回路２３による駆動により、書き込みトランジスタＴｒ２を介して信号線２２から書き込まれた映像信号が保持容量Ｃｓに保持され、保持された信号量に応じた電流が有機電界発光素子１１に供給され、この電流値に応じた輝度で有機電界発光素子１１が発光する。尚、駆動用の薄膜トランジスタＴｒ２と保持容量Ｃｓとは、共通の電源供給線（Ｖｃｃ）２５に接続されている。
【０１２３】
尚、以上のような画素回路の構成は、あくまでも一例であり、必要に応じて画素回路内に容量素子を設けたり、さらに複数のトランジスタを設けて画素回路を構成しても良い。また、周辺領域１２ｂには、画素回路の変更に応じて必要な駆動回路が追加される。
【０１２４】
尚、本発明にかかる表示装置は、図３に開示したような、封止された構成のモジュール形状のものをも含む。例えば、画素アレイ部である表示領域１２ａを囲むようにシーリング部２７が設けられ、このシーリング部２７を接着剤として、透明なガラス等の対向部（封止基板２８）に貼り付けられ形成された表示モジュールが該当する。この透明な封止基板２８には、カラーフィルタ、保護膜、遮光膜等が設けられてもよい。尚、表示領域１２ａが形成された表示モジュールとしての基板１２には、外部から表示領域１２ａ（画素アレイ部）への信号等を入出力するためのフレキシブルプリント基板２９が設けられていてもよい。
【０１２５】
以上説明した本発明の有機電界発光素子１１および表示装置２０によれば、ジベンゾイミダゾール誘導体を含有する第１電子輸送層１４ｄ-1と、ベンゾイミダゾール誘導体を含有する第２電子輸送層１４ｓ-2との積層構造として電子輸送層１４ｄを構成した。これにより、次の実施例に示すように、ジベンゾイミダゾール誘導体を含有する層またはジベンゾイミダゾール誘導体層の単層構造として電子輸送層を構成した構造と比較して、同程度の駆動電圧でありながらも、電流効率と寿命特性の向上が図られることが分かった。
【０１２６】
電子輸送層１４ｄ-1，１４ｄ-2は、ベンゾイミダゾール誘導体およびジベンゾイミダゾール誘導体などの高い電子供給能を有する含窒素複素環誘導体を用いてを構成されている。このような積層層は高い電子輸送能力を示すことが可能である。高効率発光のためには、正孔注入層１４ａおよび正孔輸送層１４ｂの合計膜厚［ｄ２］を、電子輸送層１４ｄ-1，１４ｄ-2の合計膜厚［ｄ１］よりも薄膜化することで発光層14ｃへの高い正孔供給を行い発光層内での多数の励起子を発生させることが必要となる。
【０１２７】
特に、発光層１４ｃ側から順に、一般式（１）のジベンゾイミダゾール誘導体を含有する層、一般式（２），（３），（４）から選ばれるベンゾイミダゾール誘導体を含有する層を積層することで、ベンゾイミダゾールから入る多数の電子をジベンゾイミダゾールで適切な電子密度へと調整することで高い電子供給能力を持ちながらも励起状態を安定的に発光層において生じさせることができ、高効率発光と安定発光を両立することが可能となる。
【０１２８】
また、正孔注入層および正孔輸送層１４ｂの合計膜厚［ｄ２］を、電子輸送層１４ｄ-1，１４ｄ-2の合計膜厚［ｄ１］よりも薄くすることで、正孔の供給を増大させることが可能となる。これにより、発光層１４ｃ内において正孔と電子の過不足がなく、かつキャリア供給量も十分多いキャリアバランスを得ることができるため、高い発光効率を得ることができる。
【０１２９】
また、正孔と電子の過不足がないことで、キャリアバランスが崩れにくく、駆動劣化が抑制され、発光寿命を長くすることができる。したがって、低消費電力であり、かつ長期信頼性に優れたディスプレイを実現することが可能になる。
【０１３０】
また、本実施形態の有機電界発光素子および表示装置によれば、電子輸送層１４ｄ-1，１４ｄ-2の合計膜厚［ｄ１］を厚く形成することで、発光層１４ｃ中のキャリアの再結合領域を陰極１５から離れた位置に配置することができる。このため、スパッタリング法等による陰極１５の成膜時の再結合領域へのダメージを防止することができる。
【０１３１】
尚、本発明の有機電界発光素子１１は、ＴＦＴ基板を用いたアクティブマトリックス方式の表示装置２０に用いることに限定されず、パッシブ方式の表示装置に用いる有機電界発光素子としても適用可能であり、同様の効果を得ることができる。パッシブ方式の表示装置である場合には、上記陰極１５または陽極１３の一方が信号線として構成され他方が走査線として構成される。
【０１３２】
また、以上の実施形態においては、基板１２と反対側に設けた陰極１５側から発光を取り出す「上面発光型」の場合を説明した。しかし本発明は、基板１２を透明材料で構成することで、発光を基板１２側から取り出す「下面発光型」の有機電界発光素子にも適用される。この場合、図１を用いて説明した積層構造において、透明材料からなる基板１２上の陽極１３を、例えばＩＴＯのような仕事関数が大きい透明電極材料を用いて構成する。これにより、基板１２側および基板１２と反対側の両方から発光光が取り出される。また、このような構成において、陰極１５を反射材料で構成することにより、基板１２側からのみ発光光が取り出される。この場合、陰極１５の最上層にＡｕＧｅやＡｕ、Ｐｔ等の封止電極を付けてもよい。
【０１３３】
さらに、図１を用いて説明した積層構造を、透明材料からなる基板１２側から逆に積み上げて陽極１３を上部電極とした構成であっても、基板１２側から発光光を取り出す「透過型」の有機電界発光素子を構成することができる。この場合においても、上部電極となる陽極１３を透明電極に変更することで、基板１２側および基板１２と反対側の両方から発光光が取り出される。
【０１３４】
また、以上の実施形態で説明した本発明の有機電界発光素子１１は、発光層１４ｃを有する有機層１４のユニットを積層してなるスタック型の有機電界発光素子に適用することも可能である。ここで、スタック型とは、タンデム素子のことであり、例えば、特開平１１−３２９７４８号公報では、複数の有機発光素子が中間導電層を介して電気的に直列に接合されていることを特徴とする素子に付いて述べられている。
【０１３５】
また、特開２００３−４５６７６号公報及び特開２００３−２７２８６０号公報には、タンデム素子を実現するための素子構成の開示と詳細な実施例が記載されている。これらによれば、有機層のユニットを２ユニット積層した場合には、理想的にはｌｍ／Ｗは変ること無しにｃｄ／Ａを２倍に、３層積層した場合には、理想的にはｌｍ／Ｗは変ること無しにｃｄ／Ａを３倍にすることが可能であると述べられている。
【０１３６】
従って、本発明をタンデム素子に用いた場合には、タンデム素子とすることで効率が向上することによる長寿命化と、本発明における長寿命化効果が相乗効果となり、極めて長寿命な素子を得ることが可能になる。
【０１３７】
≪９．適用例≫
以上説明した本発明に係る表示装置は、図４〜図８に示す様々な電子機器、例えば、デジタルカメラ、ノート型パーソナルコンピュータ、携帯電話等の携帯端末装置、ビデオカメラなど、電子機器に入力された映像信号、若しくは、電子機器内で生成した映像信号を、画像若しくは映像として表示するあらゆる分野の電子機器の表示装置に適用することが可能である。以下に、本発明が適用される電子機器の一例について説明する。
【０１３８】
図４は、本発明が適用されるテレビを示す斜視図である。本適用例に係るテレビは、フロントパネル１０２やフィルターガラス１０３等から構成される映像表示画面部１０１を含み、その映像表示画面部１０１として本発明に係る表示装置を用いることにより作成される。
【０１３９】
図５は、本発明が適用されるデジタルカメラを示す斜視図であり、（Ａ）は表側から見た斜視図、（Ｂ）は裏側から見た斜視図である。本適用例に係るデジタルカメラは、フラッシュ用の発光部１１１、表示部１１２、メニュースイッチ１１３、シャッターボタン１１４等を含み、その表示部１１２として本発明に係る表示装置を用いることにより作製される。
【０１４０】
図６は、本発明が適用されるノート型パーソナルコンピュータを示す斜視図である。本適用例に係るノート型パーソナルコンピュータは、本体１２１に、文字等を入力するとき操作されるキーボード１２２、画像を表示する表示部１２３等を含み、その表示部１２３として本発明に係る表示装置を用いることにより作製される。
【０１４１】
図７は、本発明が適用されるビデオカメラを示す斜視図である。本適用例に係るビデオカメラは、本体部１３１、前方を向いた側面に被写体撮影用のレンズ１３２、撮影時のスタート／ストップスイッチ１３３、表示部１３４等を含み、その表示部１３４として本発明に係る表示装置を用いることにより作製される。
【０１４２】
図８は、本発明が適用される携帯端末装置、例えば携帯電話機を示す斜視図であり、（Ａ）は開いた状態での正面図、（Ｂ）はその側面図、（Ｃ）は閉じた除隊での正面図、（Ｄ）は左側面図、（Ｅ）は右側面図、（Ｆ）は上面図、（Ｇ）は下面図である。本適用例に係る携帯電話機は、上側筐体１４１、下側筐体１４２、連結部（ここではヒンジ部）１４３、ディスプレイ１４４、サブディスプレイ１４５、ピクチャーライト１４６、カメラ１４７等を含み、そのディスプレイ１４４やサブディスプレイ１４５として本発明に係る表示装置を用いることにより作製される。
【実施例】
【０１４３】
次に、本発明の具体的な実施例およびこれらの実施例に対する比較例の有機電界発光素子の製造手順と、これらの評価結果を説明する。
【０１４４】
＜実施例１〜８＞
上述した実施の形態において、図１を用いて説明した構成の有機電界発光素子１１を形成した。ここでは、陽極１３から注入された正孔と陰極１５から注入された電子が発光層１４ｃ内で再結合する再に生じた発光光を、陰極１５側から取り出す上面発光方式の有機電界発光素子１１を形成した。また発光光が、陽極１３と陰極１５との間で共振して取り出される共振器構造として有機電界発光素子１１を形成した。尚、下記表２７には、実施例１〜８および比較例１〜５の層構成を合わせて示すが、各実施例および比較例で共通している構成については、その記載を省略している。以下に有機電界発光素子１１の製造手順を説明する。
【０１４５】
【表２７】
【０１４６】
先ず、基板１２上に、陽極１３としてＮｄを１０ｗｔ％含むＡｌＮｄ合金層を１２０ｎｍの膜厚で形成した。この場合には、ＡｌＮｄ合金層からなる陽極１３中の票面が、形成する共振器構造の第１端面Ｐ１となる。次に、ＳｉＯ2蒸着により２ｍｍ×２ｍｍの発光領域以外の陽極１３表面を絶縁膜（図示省略）でマスクした有機電界発光素子用のセルを作製した。
【０１４７】
次に、陽極１３上に、正孔注入層１４ａとして、上記構造式（５）-1に示したヘキサニトリルアザトリフェニレンを１０ｎｍの膜厚で成膜した（蒸着速度０．２〜０．４ｎｍ／ｓｅｃ）。
【０１４８】
次いで、上記表１２に示すように、正孔輸送層１４ｂとして、各実施例１〜８および比較例１〜５毎に、各材料を真空蒸着法によって各膜厚で成膜した（蒸着速度０．２〜０．４ｎｍ／ｓｅｃ）。ここで用いた材料は、表２３に示した構造式（７）-42または構造式（７）-43の化合物であり、正孔輸送性の材料である。これにより、実施例１〜８および比較例５では、正孔注入層１４ａと正孔輸送層１４ｂの合計膜厚［ｄ２］が４０ｎｍとなった。一方、比較例１〜４では、正孔注入層１４ａと正孔輸送層１４ｂの合計膜厚［ｄ２］が１４０ｎｍとなった。
【０１４９】
その後、正孔輸送層１４ｂ上に、発光層１４ｃとして、9-(2-ナフチル)-10-[4-(1-ナフチル)フェニル]アントラセン(ホストＡ)と、青の発光ドーパント化合物であるN,N,N',N'-テトラ(2-ナフチル)-4,4'-ジアミノスチルベン（ドーパントＢ）とを、ドーパント濃度が膜厚比で５％となるように、真空蒸着法により３６ｎｍの膜厚で形成した。
【０１５０】
次いで、上記表１２に示すように、第１電子輸送層１４ｄ-1および第２電子輸送層１４ｄ-2として、各実施例１〜８および比較例１〜５毎に、各材料を真空蒸着法によって各膜厚で成膜した。
【０１５１】
これにより、実施例１〜７では、ジベンゾイミダゾール誘導体［構造式（１）-8等］を含ゆする第１電子輸送層１４ｄ-1上に、ベンゾイミダゾール誘導体［構造式（３）-16等］を含有する第２電子輸送層１４ｄ-2の積層構造を１２０ｎｍの膜厚で形成した。また実施例８では、実施例１〜７とは逆の積層構造を１２０ｎｍの膜厚で形成した。
【０１５２】
これに対して比較例１〜３，５では単層構造の電子輸送層を形成した。さらに比較例４では、Ａｌｑ３［トリス（８−キノリノールアルミニウム錯体）］からなる第１電子輸送層（１０ｎｍ）上に下記Ｂｐｈｅｎからなる第２電子輸送層（１０ｎｍ）を積層した電子輸送層を形成した。
【０１５３】
【化１３】
【０１５４】
以上のようにして有機層１４を形成した後、陰極１５の第１層１５ａとしてＬｉＦを真空蒸着法により約０．３ｎｍ（蒸着速度〜０．０１ｎｍ／ｓｅｃ）の膜厚で形成し、次いで、第２層１５ｂとしてＭｇＡｇを真空蒸着法により１０ｎｍの膜厚で形成した。これにより、２層構造の陰極１５を設けた。この場合には、第２層１５ｂの有機層１４側の面が、共振器構造の第２端面Ｐ２となる。
【０１５５】
以上のようにして、本発明を適用した実施例１〜８の有機電界発光素子１１、および比較例１〜５の有機電界発光素子を作製した。
【０１５６】
＜評価結果１＞
上述のように作製した実施例１〜８および比較例１〜５の有機電界発光素子について、１０ｍＡｃｍ-2の電流密度における電流効率（ｃｄ／Ａ）および駆動電圧（Ｖ）を測定した。また、３０℃、３０ｍＡｃｍ-2の定電流駆動時の初期輝度を１とした相対輝度が０．５に低下する時間（ｈｒ）を発光寿命として測定した。この結果を上記表２７に合わせて示した。
【０１５７】
表２７に示すように、本発明を適用した構成の電子輸送層を有する実施例１〜８では、電子輸送層以外の構成が同様であるが本発明を適用していない比較例５よりも、駆動電圧が低く抑えられ、電流効率および発光寿命が良好であることが確認された。これにより、本発明を適用することで、高効率化と長寿命化の両方が実現可能であることが確認された。
【０１５８】
特に、ベンゾイミダゾールの移動度が異なる実施例５，６の有機電界発光素子１１では、電流効率が９ｃｄ／Ａ以上と高く、他の実施例と比較しても高い発光効率が得られ、かつ発光寿命も５０００ｈｒ以上と寿命が顕著に長くなることが確認された。
【０１５９】
また、比較例１〜４は、正孔注入層１４ａおよび正孔輸送層１４ｂの合計膜厚［ｄ２］よりも電子輸送層１４ｄ-1,１４ｄ-2の合計膜厚［ｄ１］を厚い膜厚で構成した。このような構成の有機電界発光素子では、効率も低くまた駆動中にキャリアバランスが崩れやすいため、短時間で輝度劣化をすることが確認された。また、比較例５は、ジベンゾイミダゾール誘導体を用いた単層構造で電子輸送層を構成している。このような構成の有機電界発光素子では、充分なキャリアバランスを取ることが出来ず、効率が低く短寿命化が発生する。
【０１６０】
＜実施例９〜１２＞
上述した実施例１〜８と同様の手順で、実施例９〜１２および比較例６の有機電界発光素子１１を作製した。ただし、下記表２８に示す様に、正孔輸注入層１４ａ、正孔注入層１４ｂ、第１電子輸送層１４ｄ-1、および第２電子輸送層１４ｄ-2の材料および膜厚を設定した。
【０１６１】
【表２８】
【０１６２】
＜評価結果２＞
以上のようにして作製した実施例９〜１２および比較例６の有機電界発光素子１１について、先の実施例１〜８と同様の評価を行った。
【０１６３】
この結果、有機層１４の全体の総膜厚［ｄａ］に対して、第１電子輸送層１４ｄ-1および第２電子輸送層１４ｄ-2の合計膜厚を［ｄ１］の比が、０．９０＞［ｄ１］／［ｄａ］＞０．３０を満たし、かつ正孔注入層１４ａおよび正孔輸送層１４ｂからなる正孔供給層の合計膜厚［ｄ２］に対して［ｄ１］＞［ｄ２］を満たしている実施例９で、特に良好な寿命特性が得られることが確認された。また、電子輸送層が単層構造である比較例６は、実施例９〜１２と比較して寿命特性が顕著に劣っていた。
【０１６４】
また、正孔注入層１４ａおよび正孔輸送層１４ｂからなる正孔供給層の合計膜厚［ｄ２］が６０ｎｍ以下である実施例９〜１１は、合計膜厚［ｄ２］がこれよりも大きい実施例１２よりも寿命特性に優れていた。
【０１６５】
＜実施例１３〜２１＞
上述した実施例１〜８と同様の手順で、実施例１３〜２１および比較例７，８の有機電界発光素子１１を作製した。ただし、下記表２９に示す様に、正孔輸注入層１４ａ、正孔注入層１４ｂ、第１電子輸送層１４ｄ-1、および第２電子輸送層１４ｄ-2の材料および膜厚を設定した。
【０１６６】
【表２９】
【０１６７】
＜評価結果３＞
以上のようにして作製した実施例１３〜２１および比較例７，８の有機電界発光素子１１について、先の実施例１〜８と同様の評価を行った。尚、図９〜図１１には、実施例１３〜２１および比較例７，８の結果をグラフで示す。グラフの横軸は、ジベンゾイミダゾール誘導体を含む第１電子輸送層１４ｄ-1の膜厚とした。図９は電流効率を示し、図１０は電圧を示し、図１１は寿命を示している。
【０１６８】
この結果、ジベンゾイミダゾール誘導体を用いた第１電子輸送層１４ｄ-1を１０ｎｍ以上に厚膜化して積層させることで、３０００ｈｒ以上の長寿命化が達成されることが確認された。また、電子輸送層が薄膜単層構造である比較例６は、実施例９〜１２と比較して寿命特性が顕著に劣っていた。
【符号の説明】
【０１６９】
１１…有機電界発光素子、１３…陽極、１４…有機層、１４ａ…正孔注入層（正孔供給層）、１４ｂ…正孔輸送層（正孔供給層）、１４ｃ…発光層、１４ｄ-1…第１電子輸送層、１４ｄ-2…第２電子輸送層、１５…陰極、［ｄａ］…有機層の総膜厚、［ｄ１］…電子輸送層の合計膜厚、［ｄ２］…正孔供給層の合計膜厚
【特許請求の範囲】
【請求項１】
陽極と、
陰極と、
少なくとも発光層を備え前記陽極と陰極との間に挟持された有機層と、
前記有機層を構成するもので、前記陰極と前記発光層との間に配置されると共に、下記一般式（１）のジベンゾイミダゾール誘導体を含む層と、ベンゾイミダゾール誘導体を含む層とを積層してなる電子輸送層とを有する
有機電界発光素子。
【化１】
ただし、一般式（１）中のＹ1〜Ｙ8は、それぞれ置換基を有していてもよい炭素数６〜６０のアリール基、置換基を有していても良いアルケニル基、置換基を有していてもよいピリジル基、置換基を有していてもよいキノリル基、置換基を有していてもよい炭素数１〜２０のアルキル基、置換基を有していてもよい炭素数１〜２０のアルコキシ基、または置換基を有していてもよい脂肪族環基であり、Ｙ7とＹ8とは連結基を介して環を形成しても良い。
【請求項２】
前記電子輸送層は、前記発光層側から順に、前記ジベンゾイミダゾール誘導体を含む層と、前記ベンゾイミダゾール誘導体を含む層とを積層してなる
請求項１に記載の有機電界発光素子。
【請求項３】
前記有機層を構成するもので、前記陽極と前記発光層との間に配置されると共に前記電子輸送層の膜厚［ｄ１］よりも薄い膜厚［ｄ２］を有する正孔供給層を備えた
請求項１または２に記載の有機電界発光素子。
【請求項４】
前記電子輸送層の膜厚［ｄ１］は７０ｎｍ以上である
請求項１〜３の何れかに記載の有機電界発光素子。
【請求項５】
前記正孔供給層の膜厚［ｄ２］は６０ｎｍ以下である
請求項３または４に記載の有機電界発光素子。
【請求項６】
前記有機層の総膜厚［ｄａ］に対する前記電子輸送層の膜厚［ｄ１］が、０．９０＞［ｄ１］／［ｄａ］＞０．３０の関係を満たすように構成されている
請求項１〜５の何れかに記載の有機電界発光素子。
【請求項７】
前記有機発光層で発生させた光を前記陽極と前記陰極との間で共振させて当該陽極および当該陰極の一方から取り出す
請求項１〜６の何れかに記載の有機電界発光素子。
【請求項８】
前記発光層は、アントラセン誘導体を含む
請求項１〜７の何れかに記載の有機電界発光素子。
【請求項９】
陽極と、
陰極と、
少なくとも発光層を備え前記陽極と陰極との間に挟持された有機層と、
前記有機層を構成するもので、前記陰極と前記発光層との間に配置されると共に、当該発光層側から順に、下記一般式（１）のジベンゾイミダゾール誘導体を含む層と、ベンゾイミダゾール誘導体を含む層とを積層してなる電子輸送層と、
前記陽極と陰極との間に有機層を挟持してなる有機電界発光素子が配列形成される基板とを有する
表示装置。
【化２】
ただし、一般式（１）中のＹ1〜Ｙ8は、それぞれ置換基を有していてもよい炭素数６〜６０のアリール基、置換基を有していても良いアルケニル基、置換基を有していてもよいピリジル基、置換基を有していてもよいキノリル基、置換基を有していてもよい炭素数１〜２０のアルキル基、置換基を有していてもよい炭素数１〜２０のアルコキシ基、または置換基を有していてもよい脂肪族環基であり、Ｙ7とＹ8とは連結基を介して環を形成しても良い。
【請求項１】
陽極と、
陰極と、
少なくとも発光層を備え前記陽極と陰極との間に挟持された有機層と、
前記有機層を構成するもので、前記陰極と前記発光層との間に配置されると共に、下記一般式（１）のジベンゾイミダゾール誘導体を含む層と、ベンゾイミダゾール誘導体を含む層とを積層してなる電子輸送層とを有する
有機電界発光素子。
【化１】
ただし、一般式（１）中のＹ1〜Ｙ8は、それぞれ置換基を有していてもよい炭素数６〜６０のアリール基、置換基を有していても良いアルケニル基、置換基を有していてもよいピリジル基、置換基を有していてもよいキノリル基、置換基を有していてもよい炭素数１〜２０のアルキル基、置換基を有していてもよい炭素数１〜２０のアルコキシ基、または置換基を有していてもよい脂肪族環基であり、Ｙ7とＹ8とは連結基を介して環を形成しても良い。
【請求項２】
前記電子輸送層は、前記発光層側から順に、前記ジベンゾイミダゾール誘導体を含む層と、前記ベンゾイミダゾール誘導体を含む層とを積層してなる
請求項１に記載の有機電界発光素子。
【請求項３】
前記有機層を構成するもので、前記陽極と前記発光層との間に配置されると共に前記電子輸送層の膜厚［ｄ１］よりも薄い膜厚［ｄ２］を有する正孔供給層を備えた
請求項１または２に記載の有機電界発光素子。
【請求項４】
前記電子輸送層の膜厚［ｄ１］は７０ｎｍ以上である
請求項１〜３の何れかに記載の有機電界発光素子。
【請求項５】
前記正孔供給層の膜厚［ｄ２］は６０ｎｍ以下である
請求項３または４に記載の有機電界発光素子。
【請求項６】
前記有機層の総膜厚［ｄａ］に対する前記電子輸送層の膜厚［ｄ１］が、０．９０＞［ｄ１］／［ｄａ］＞０．３０の関係を満たすように構成されている
請求項１〜５の何れかに記載の有機電界発光素子。
【請求項７】
前記有機発光層で発生させた光を前記陽極と前記陰極との間で共振させて当該陽極および当該陰極の一方から取り出す
請求項１〜６の何れかに記載の有機電界発光素子。
【請求項８】
前記発光層は、アントラセン誘導体を含む
請求項１〜７の何れかに記載の有機電界発光素子。
【請求項９】
陽極と、
陰極と、
少なくとも発光層を備え前記陽極と陰極との間に挟持された有機層と、
前記有機層を構成するもので、前記陰極と前記発光層との間に配置されると共に、当該発光層側から順に、下記一般式（１）のジベンゾイミダゾール誘導体を含む層と、ベンゾイミダゾール誘導体を含む層とを積層してなる電子輸送層と、
前記陽極と陰極との間に有機層を挟持してなる有機電界発光素子が配列形成される基板とを有する
表示装置。
【化２】
ただし、一般式（１）中のＹ1〜Ｙ8は、それぞれ置換基を有していてもよい炭素数６〜６０のアリール基、置換基を有していても良いアルケニル基、置換基を有していてもよいピリジル基、置換基を有していてもよいキノリル基、置換基を有していてもよい炭素数１〜２０のアルキル基、置換基を有していてもよい炭素数１〜２０のアルコキシ基、または置換基を有していてもよい脂肪族環基であり、Ｙ7とＹ8とは連結基を介して環を形成しても良い。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１０−２４５２１１（Ｐ２０１０−２４５２１１Ａ）
【公開日】平成２２年１０月２８日（２０１０．１０．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−９０７６５（Ｐ２００９−９０７６５）
【出願日】平成２１年４月３日（２００９．４．３）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１０月２８日（２０１０．１０．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年４月３日（２００９．４．３）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
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