有機電界発光素子および表示装置
【課題】色度の電流密度依存性を抑制し、且つ駆動電圧の上昇を抑制することが可能な有機電界発光素子および表示装置を提供する。
【解決手段】陽極１３と陰極１５との間に有機層１４を有する。有機層１４は正孔供給層１４Ａ、発光層１４Ｂおよび電子供給層１４Ｃからなる。電子供給層１４Ｃは電子移動度が１．０×１０-4ｃｍ2／Ｖｓ以上の含窒素複素環式化合物を含む。電子供給層１４Ｃに電子移動度が高い化合物を用いることにより、各発光層における正孔および電子のキャリアバランスが調整される。
【解決手段】陽極１３と陰極１５との間に有機層１４を有する。有機層１４は正孔供給層１４Ａ、発光層１４Ｂおよび電子供給層１４Ｃからなる。電子供給層１４Ｃは電子移動度が１．０×１０-4ｃｍ2／Ｖｓ以上の含窒素複素環式化合物を含む。電子供給層１４Ｃに電子移動度が高い化合物を用いることにより、各発光層における正孔および電子のキャリアバランスが調整される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機エレクトロルミネッセンス（ＥＬ；Electro Luminescence）現象を利用して発光する有機電界発光素子および表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
白色の有機電界発光素子は照明用およびカラーフィルタを使用したフルカラー表示装置等に使用でき、且つ製造工程もＲＧＢの塗りわけで作製する白色素子と比較して容易であるため積極的に開発が行われている。
【０００３】
この白色有機電界発光素子をフルカラー表示装置に用いる場合には、白色有機電界発光素子の発光層を構成する赤色発光層、緑色発光層および青色発光層それぞれの色純度を高く、且つ、均一に発光させることが求められている。そこで、例えば特許文献１では、青色発光層に正孔注入輸送性および／または電子注入輸送性を有する化合物をホスト化合物として用いることにより青色発光光を安定して得られる有機電界発光素子が開示され、フルカラー表示装置に適用されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−１４０４３４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、特許文献１に挙げた有機電界発光素子をはじめとする従来の有機電界発光素子では、電流密度の変化によって各色の発光層におけるキャリアバランスが変化し、励起子分布の変動による色度変化が起こるという問題があった。フルカラー表示装置における高効率なＲＧＢ発光のためには色度変化の低減、即ちキャリアバランスの調整が必要である。キャリアバランスの調整は、例えば、発光層の膜厚を調整することによって可能であるが、その膜厚は発光層を構成する化合物の分子の大きさと同等の１ｎｍ〜２ｎｍ薄さであるため制御が極めて難しく、膜厚の調整以外の調整方法が求められていた。
【０００６】
また、有機電界発光素子はダイオード特性を持つため、電圧の変化に対して大幅に電流密度が変化する。また、有機電界発光素子の駆動電圧は有機電界発光素子内の抵抗成分の増大により経時的に変化し、通常０．２Ｖ〜１Ｖ上昇する。そのため、アクティブ駆動のパネルにおいては有機電界発光素子専用の定電流駆動回路を使用する必要がある。また、より安価な定電圧駆動回路を用いるには一定な電流供給を得るために、駆動による電圧上昇を０．１Ｖ未満、より好ましくは０．０５Ｖ未満に抑える必要があった。
【０００７】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、色度の電流密度依存性を抑制し、且つ、駆動電圧の上昇を抑制することが可能な有機電界発光素子およびこれを用いた表示装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明による有機電界発光素子は、陽極と陰極との間に互いに異なる発光色を示す複数の発光層を有する有機層を備えた有機電界発光素子であって、発光層が少なくともアントラセン誘導体を含む２種以上のホスト材料から形成されており、陰極と発光層との間に、含窒素複素環式化合物を含むと共に、電子移動度が１．０×１０-4ｃｍ2／Ｖｓ以上の電子供給層を有するものである。
【０００９】
本発明の表示装置は、上記有機電界発光素子を基板上に複数設けたものである。
【００１０】
本発明の有機電界発光素子およびこれを備えた表示装置では、少なくとも１層にアントラセン誘導体を含む互いに異なる発光色を示す複数の発光層上に、含窒素複素環式化合物を含む電子供給層が設けられ、この電子供給層の電子移動度が１．０×１０-4ｃｍ2／Ｖｓ以上であるので、各発光層における正孔および電子のキャリアバランスが調整される。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の有機電界発光素子およびこれを備えた表示装置では、陽極と陰極との間に互いに異なる発光色を示す複数の発光層を有する有機層を備え、発光層が少なくともアントラセン誘導体を含む２種以上のホスト材料を含有させ、且つ、陰極と発光層との間に、含窒素複素環式化合物を含むと共に、電子移動度が１．０×１０-4ｃｍ2／Ｖｓ以上の電子移動度の高い化合物からなる電子供給層を設けるようにしたので、各発光層における正孔と電子のキャリアバランスが調整される。これにより、励起子分布の変化が抑制され、電流密度の変化による色度変化が抑制される。また、キャリアバランスが調整されることにより励起子が発光層内でのみ再結合するため、発光層以外の層を励起することが抑えられる。これにより、有機層内における劣化因子の発生が低減され、駆動電圧の上昇が抑えられる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る有機電界発光素子の断面図である。
【図２】図１に示した有機電界発光素子を備えた表示装置の構成を表す図である。
【図３】図２に示した画素駆動回路の一例を表す図である。
【図４】図２に示した表示装置の断面構成の一例を表す図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態に係る有機電界発光素子の断面図の一例である。
【図６】上記有機電界発光素子の断面図の他の例である。
【図７】本発明の第３の実施の形態に係る有機電界発光素子の断面図である。
【図８】上記実施の形態の表示装置を含むモジュールの概略構成を表す平面図である。
【図９】上記実施の形態の表示装置の適用例１の外観を表す斜視図である。
【図１０】（Ａ）は適用例２の表側から見た外観を表す斜視図であり、（Ｂ）は裏側から見た外観を表す斜視図である。
【図１１】適用例３の外観を表す斜視図である。
【図１２】適用例４の外観を表す斜視図である。
【図１３】（Ａ）は適用例５の開いた状態の正面図、（Ｂ）はその側面図、（Ｃ）は閉じた状態の正面図、（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。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の実施の形態について図面を参照して以下の順に詳細に説明する。
１．第１の実施の形態
（陽極および陰極の間に正孔供給層、発光層および２層からなる電子供給層を含む有機層を単層挟持した有機電界発光素子）
１−１（有機電界発光素子）
１−２（表示装置）
２．第２の実施の形態
（３層からなる電子供給層を含む有機層を有する有機電界発光素子）
３．第３の実施の形態
（タンデム構造の有機層を有する有機電界発光素子）
【００１４】
（第１の実施の形態）
（有機電界発光素子）
図１は本発明の第１の実施の形態に係る有機電界発光素子１１の断面構成を表したものである。有機電界発光素子１１は、基板１２上に陽極１３，有機層１４および陰極１５をこの順に積層した構造を有する。このうち有機層１４は、陽極１３側から順に例えば正孔供給層１４Ａ（正孔注入層１４ａ，正孔輸送層１４ｂ），発光層１４Ｂ，電子供給層１４Ｃ（第１層１４ｃおよび第２層１４ｄ）を積層してなるものである。
【００１５】
この有機電界発光素子１１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とが発光層１４Ｂ内で再結合する際に生じた発光光を基板１２と反対側（陰極１５側）から光を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である。
【００１６】
基板１２は、その一主面側に有機電界発光素子１１が配列形成される支持体である。基板１２を構成する材料は公知のものでよく、例えば、石英，ガラス，金属箔，または樹脂製のフィルムやシートなどが用いられる。この中でも石英やガラスが好ましく、樹脂製の場合には、その材質としてポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）に代表されるメタクリル樹脂類，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），ポリブチレンナフタレート（ＰＢＮ)などのポリエステル類，またはポリカーボネート樹脂等が挙げられる。但し、透水性や透ガス性を抑えるため積層構造とするか、あるいは表面処理を行うことが必要となる。
【００１７】
陽極１３は、効率よ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を用いることが好ましい。具体的には、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、あるい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。
【００１８】
また、陽極１３は光反射性に優れた第１層と、この上部に設けられた光透過性を有すると共に仕事関数の大きな第２層との積層構造としてもよい。ここで第１層は、主にＡｌを主成分とする合金を用いることが好ましい。副成分としては、主成分であるＡｌよりも相対的に仕事関数が小さい元素を用いる。このような副成分としては、ランタノイド系列の元素を用いることが好ましい。ランタノイド系列元素の仕事関数は大きくないが、これらの元素を含むことで陽極の安定性が向上し、且つ、陽極の正孔注入性も向上する。また、副成分としてはランタノイド系列の元素の他に、シリコン（Ｓｉ），銅（Ｃｕ）等の元素を用いてもよい。
【００１９】
第１層を構成するＡｌ合金層における副成分の含有量は、例えば、Ａｌを安定化させるネオジム（Ｎｄ）やニッケル（Ｎｉ），チタン（Ｔｉ）等であれば合計で約１０ｗｔ％以下であることが好ましい。これにより、第１層であるＡｌ合金層における反射率を維持しつつ、有機電界発光素子の製造プロセスにおいてＡｌ合金層を安定的に保つことができる。また、加工精度および化学的安定性が得られる。更に、陽極１３の導電性および基板１２との密着性も改善される。なお、上記Ｎｄ等の金属は仕事関数が小さいため、後述する正孔供給層１４Ａに一般的に用いられるアミン系の材料では正孔注入障壁が大きくなってしまう。その際には、アミン形の材料に７，７，８，８−テトラシアノ−２，３，５，６−テトラフルオロキノジメタン（Ｆ４−ＴＣＮＱ）等のアクセプタ材料を混合した層や、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（ＰＥＤＯＴ−ＰＳＳ）等のｐドープ層を陽極１３の界面に形成することで正孔注入障壁が低減され、駆動電圧の上昇を抑えることができる。この他、後述するアザトリフェニレン誘導体を用いることで、駆動電圧の上昇を抑えつつ素子を安定化することが可能となる。
【００２０】
第２層は、Ａｌ合金の酸化物，モリブデン（Ｍｏ）の酸化物，ジルコニウム（Ｚｒ）の酸化物，Ｃｒの酸化物，およびタンタル（Ｔａ）の酸化物を用いることができる。例えば、第２層が副成分としてランタノイド系列の元素を含むＡｌ合金の酸化物層（自然酸化膜を含む）である場合、ランタノイド系列元素の酸化物は光の透過率が高いため、これを含む第２層の光の透過率が良好となる。これにより、第１層の表面における反射率が高く維持される。また、第２層にＩＴＯ（Indium Tin Oxide）やＩＺＯ（Indium Zinc Oxide）などの透明導電層を用いることにより陽極１３の電子注入特性が改善される。なお、ＩＴＯおよびＩＺＯは仕事関数が大きいため基板１２と接する側、即ち、第１層に用いることによりキャリアの注入効率を高めると共に、陽極１３と基板１２との間の密着性を向上することができる。
【００２１】
なお、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には、陽極１３は画素毎にパターニングされ、基板１２に設けられた駆動用の薄膜トランジスタ（図示なし）に接続された状態で設けられている。この場合には、陽極１３の上には隔壁１６（図４参照）が設けられ、隔壁１６の開口部から各画素の陽極１３の表面が露出されるように構成される。
【００２２】
正孔供給層１４Ａ（正孔注入層１４ａおよび正孔輸送層１４ｂ）は、発光層１４Ｂへの正孔注入効率を高めると共に、リークを防止するためのバッファ層である。正孔供給層１４Ａの膜厚は素子の全体構成、特に後述する電子供給層１４Ｃとの関係によるが、例えば５ｎｍ〜３００ｎｍであることが好ましく、より好ましくは１０ｎｍ〜２００ｎｍである。
【００２３】
正孔供給層１４Ａの構成材料は、電極や隣接する層の材料との関係で適宜選択すればよく、例えば、ベンジン，スチリルアミン，トリフェニルアミン，ポルフィリン，トリフェニレン，アザトリフェニレン，テトラシアノキノジメタン，トリアゾール，イミダゾール，オキサジアゾール，ポリアリールアルカン，フェニレンジアミン，アリールアミン，オキザゾール，アントラセン，フルオレノン，ヒドラゾン，スチルベンあるいはこれらの誘導体、または、ポリシラン系化合物，ビニルカルバゾール系化合物，チオフェン系化合物あるいはアニリン系化合物等の複素環式共役系のモノマー，オリゴマーあるいはポリマーを用いることができる。
【００２４】
また、上記正孔供給層１４Ａのさらに具体的な材料としては、α−ナフチルフェニルフェニレンジアミン，ポルフィリン，金属テトラフェニルポルフィリン，金属ナフタロシアニン，ヘキサシアノアザトリフェニレン，７，７，８，８−テトラシアノキノジメタン（ＴＣＮＱ），Ｆ４−ＴＣＮＱ，テトラシアノ４，４，４−トリス（３−メチルフェニルフェニルアミノ）トリフェニルアミン，Ｎ，Ｎ，Ｎ'，Ｎ'−テトラキス（ｐ−トリル）ｐ−フェニレンジアミン，Ｎ，Ｎ，Ｎ'，Ｎ'−テトラフェニル−４，４'−ジアミノビフェニル，Ｎ−フェニルカルバゾール，４−ジ−ｐ−トリルアミノスチルベン，ポリ（パラフェニレンビニレン），ポリ（チオフェンビニレン），ポリ（２、２'−チエニルピロール）等が挙げられる。
【００２５】
但し、下記式（２）〜（５）に示した化合物を用いることにより後述する電子供給層１４Ｃから発光層１４Ｂへの電子供給に対して、正孔供給層１４Ａから発光層１４Ｂへの正孔供給が最適化される。
【００２６】
【化１】
（Ｒ１〜Ｒ６は各々独立して、水素原子、ハロゲン原子、ヒドロキシル基、アミノ基、アリールアミノ基、炭素数２０以下のカルボニル基、炭素数２０以下のカルボニルエステル基、炭素数２０以下のアルキル基、炭素数２０以下のアルケニル基、炭素数２０以下のアルコキシル基、炭素数３０以下のアリール基、炭素数３０以下の複素環基、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あるいはそれらの誘導体である。隣接するＲ１〜Ｒ６は互いに結合して環状構造を形成してもよい。Ｘ１〜Ｘ６は各々独立して、炭素原子または窒素原子である。）
【００２７】
なお、上記式（２）に示したアザトリフェニレン誘導体はＸが窒素原子に置換されることにより、化合物中の窒素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。
【００２８】
【化２】
（Ａ０〜Ａ２は、各々独立して、水素原子、ハロゲン原子、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、あるいはシリル基によって置換された炭素数６〜３０の芳香族炭化水素基である。）
【００２９】
【化３】
（Ａ３〜Ａ６は、各々独立して、水素原子、ハロゲン原子、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、あるいはシリル基によって置換された炭素数６〜２０の芳香族炭化水素基である。Ａ３およびＡ４、Ａ５およびＡ６は各々連結基を介して結合していてもよい。ＹはＮとの結合部位以外の環炭素に、各々独立して水素原子、ハロゲン原子、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、またはシリル基によって置換されたベンゼン、ナフタレン、アントラセン、フェナントレン、ナフタセン、フルオランテンまたはペリレンからなる２価の芳香族炭化水素基である。ｍは１以上の整数である。）
【００３０】
【化４】
（Ａ７〜Ａ１２は各々独立して水素原子、ハロゲン原子、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、あるいはシリル基によって置換された炭素数６〜２０の芳香族炭化水素基である。隣接するＡ７およびＡ８、Ａ９およびＡ１０、Ａ１１およびＡ１２は、各々連結基を介して結合していてもよい。Ｚ１〜Ｚ３はＮとの結合部位以外の環炭素に、各々独立して水素原子、ハロゲン原子、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、またはシリル基によって置換されたベンゼン、ナフタレン、アントラセン、フェナントレン、ナフタセン、フルオランテンまたはペリレンからなる２価の芳香族炭化水素基である。ｐ、ｑおよびｒは１以上の整数である。）
【００３１】
式（２）に示したアザトリフェニレン誘導体の具体例としては、以下の式（２−１）などの化合物が挙げられる。
【００３２】
【化５】
【００３３】
式（３）に示したアミン誘導体の具体例としては、以下の式（３−１）〜式（３−９）などの化合物が挙げられる。
【００３４】
【化６】
【００３５】
【化７】
【００３６】
式（４）に示したジアミン誘導体の具体例としては、以下の式（４−１）〜式（４−８４）などの化合物が挙げられる。
【００３７】
【化８】
【００３８】
【化９】
【００３９】
【化１０】
【００４０】
【化１１】
【００４１】
式（５）に示したトリアリールアミン多量体の具体例としては、以下の式（５−１）〜式（５−１５）などの化合物が挙げられる。
【００４２】
【化１２】
【００４３】
これらの化合物は正孔注入層１４ａおよび正孔輸送層１４ｂのどちらに用いてもよいが、窒素含有率の高い組成の化合物を正孔注入層１４ａに用いることが好ましい。
【００４４】
発光層１４Ｂは、陽極１３および陰極１５に対する電界印加時に陽極１３側から注入された正孔と、陰極１５側から注入された電子とが再結合する領域である。発光層１４Ｂは発光色の異なる複数の発光層（ここでは３層）１４ｒ，１４ｇ，１４ｂが設けられている。発光層１４ｒは赤色発光層であり、発光層１４ｇは緑色発光層、発光層１４ｂは青色発光層である。発光層１４ｒ，１４ｇ，１４ｂの積層順序は各発光層１４ｒ，１４ｇ，１４ｂのキャリア輸送性および光取り出しの発光波長に応じた光路長調整から適宜決定される。ここでは、例えば陽極１３側から順に赤色発光層１１ｒ，青色発光層１１ｂ，緑色発光層１１ｇが積層されている。また、赤色発光層１４ｒ，緑色発光層１４ｇ，青色発光層１４ｂの間には、それぞれ発光層分離層（図示なし）を設けてもよい。発光層分離層は、例えばアミン誘導体からなり、厚みは、０．１ｎｍ〜２０ｎｍであることが好ましく、さらに好ましくは１〜１０ｎｍである。発光層１４Ｂの厚みは、素子の全体構成にもよるが、例えば３ｎｍ〜３０ｎｍであることが好ましく、さらに好ましくは５ｎｍ〜２０ｎｍである。このうち、各色の発光層１４ｒ，１４ｇ，１４ｂの膜厚は以下の膜厚とすることが好ましい。例えば、赤色発光層１４ｒは５ｎｍ〜１５ｎｍ、緑色発光層１４ｇは５ｎｍ〜１５ｎｍ、青色発光層１４ｂは５ｎｍ〜１５ｎｍであるがこれに限らない。
【００４５】
発光層１４Ｂを構成する材料としては、電荷の注入機能（電界印加時に陽極１３あるいは正孔供給層１４Ａから正孔を注入することができ、陰極１５あるいは電子供給層１４Ｃから電子を注入することができる機能）、輸送機能（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）、発光機能（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）を有することが好ましい。
【００４６】
特に、複数の発光層１４ｒ，１４ｇ，１４ｂのうち陽極側の発光層には、ホスト材料として正孔輸送性の材料を用いることが好ましい。これにより、陽極１３からの正孔注入が安定する。このような材料としては、具体的には、例えばスチリル誘導体，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。特に、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を用いることが好ましい。また、アントラセン誘導体、特に非対称アントラセン系化合物を用いることにより優れたキャリアバランスを保つことができる。更に、芳香族アミンでは芳香族環基で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。これらのうち、特に、母骨格が環員数４以上７以下の多環式芳香族炭化水素化合物を用いることが好ましい。環員数が４以上７以下の母骨格としては、例えば、ピレン，ベンゾピレン，クリセン，ナフタセン，ベンゾナフタセン，ジベンゾナフタセン、ペリレンまたはコロネン等が挙げられる。
【００４７】
また、正孔供給性の材料としては、下記式（６）に示した化合物を用いることができる。
【００４８】
【化１３】
（Ｒ９〜Ｒ１６は各々独立して、水素原子、ハロゲン原子、ヒドロキシル基、炭素数１以上２０以下のカルボニル基、炭素数１以上２０以下のカルボニルエステル基、炭素数１以上２０以下アルキル基、炭素数１以上２０以下のアルケニル基、炭素数１以上２０以下のアルコキシル基、シアノ基、ニトロ基、炭素数５以上３０以下のシリル基、炭素数６以上３０以下のアリール基、複素環基または炭素数１以上３０以下のアミノ基、あるいはそれらの誘導体である。）
【００４９】
式（６）で表わした化合物の具体例としては、以下の式（６−１）〜式（６−４）などの化合物が挙げられる。
【００５０】
【化１４】
【００５１】
上記のような正孔輸送性材を用いることにより、陽極１３からの正孔注入が安定する。なお、これらの正孔輸送性材料のうち、特にイオン化ポテンシャルが５．６ｅＶ未満であることが好ましい。
【００５２】
また、赤色発光層１４ｒは上記正孔輸送性材料を用いてもよく、緑色発光層１４ｇは蛍光発光材料またはりん光発光材料を用いてもよい。蛍光発光材料（蛍光ホスト材料）としては、例えば、下記式（７）に示したアントラセン化合物を用いることができる。りん光発光材料（りん光ホスト材料）としては、例えば、カルバゾール誘導体あるいはインドロカルバゾール誘導体が挙げられる。
【００５３】
青色発光層１４ｂでは、例えばアントラセン化合物をホスト材料とし、これに青色の蛍光性色素のゲスト材料をドーピングすることによって、青色の発光を発生する。
【００５４】
なお、青色発光層１４ｂおよび緑色発光層１４ｇを構成するホスト材料としては、下記式（７）に示したアントラセン化合物をホスト材料として用いることが好ましい。
【００５５】
【化１５】
（Ｂ１，Ｂ２は各々独立して、炭素数６以上２０以下の芳香族環基あるいはその誘導体である。Ｒ１〜Ｒ８は各々独立して、水素原子、ハロゲン原子、水酸基、シアノ基、ニトロ基、または炭素数５０以下のカルボニル基を有する基、カルボニルエステル基を有する基、アルキル基、アルケニル基、アルコキシル基あるいはそれらの誘導体、炭素数３０以下のシリル基を有する基、アリール基を有する基、複素環基を有する基、アミノ基を有する基あるいはそれらの誘導体である。）
【００５６】
式（７）に示した化合物におけるＲ１〜Ｒ８が示すアリール基を有する基としては、例えば、フェニル基，１−ナフチル基，２−ナフチル基，フルオレニル基，１−アントリル基，２−アントリル基，９−アントリル基，１−フェナントリル基，２−フェナントリル基，３−フェナントリル基，４−フェナントリル基，９−フェナントリル基，１−ナフタセニル基，２−ナフタセニル基，９−ナフタセニル基，１−ピレニル基，２−ピレニル基，４−ピレニル基，１−クリセニル基，６−クリセニル基，２−フルオランテニル基，３−フルオランテニル基，２−ビフェニルイル基，３−ビフェニルイル基，４−ビフェニルイル基，ｏ−トリル基，ｍ−トリル基，ｐ−トリル基，ｐ−ｔ−ブチルフェニル基等が挙げられる。
【００５７】
また、Ｒ１〜Ｒ８が示す複素環基を有する基としては、ヘテロ原子として酸素原子（Ｏ），窒素原子（Ｎ），硫黄原子（Ｓ）を含有する５員環または６員環の芳香環基であり、炭素数２〜２０の縮合多環芳香環基が挙げられる。このような複素環基としては、例えばチエニル基，フリル基，ピロリル基，ピリジル基，キノリル基，キノキサリル基，イミダゾピリジル基，ベンゾチアゾール基が挙げられる。代表的なものとしては，１−ピロリル基，２−ピロリル基，３−ピロリル基，ピラジニル基，２−ピリジニル基，３−ピリジニル基，４−ピリジニル基，１−インドリル基，２−インドリル基，３−インドリル基，４−インドリル基，５−インドリル基，６−インドリル基，７−インドリル基，１−イソインドリル基，２−イソインドリル基，３−イソインドリル基，４−イソインドリル基，５−イソインドリル基，６−イソインドリル基，７−イソインドリル基，２−フリル基，３−フリル基，２−ベンゾフラニル基，３−ベンゾフラニル基，４−ベンゾフラニル基，５−ベンゾフラニル基，６−ベンゾフラニル基，７−ベンゾフラニル基，１−イソベンゾフラニル基，３−イソベンゾフラニル基，４−イソベンゾフラニル基，５−イソベンゾフラニル基，６−イソベンゾフラニル基，７−イソベンゾフラニル基，キノリル基，３−キノリル基，４−キノリル基，５−キノリル基，６−キノリル基，７−キノリル基，８−キノリル基，１−イソキノリル基，３−イソキノリル基，４−イソキノリル基，５−イソキノリル基，６−イソキノリル基，７−イソキノリル基，８−イソキノリル基，２−キノキサリニル基，５−キノキサリニル基，６−キノキサリニル基，１−カルバゾリル基，２−カルバゾリル基、３−カルバゾリル基，４−カルバゾリル基，９−カルバゾリル基，１−フェナンスリジニル基，２−フェナンスリジニル基，３−フェナンスリジニル基，４−フェナンスリジニル基，６−フェナンスリジニル基，７−フェナンスリジニル基，８−フェナンスリジニル基，９−フェナンスリジニル基，１０−フェナンスリジニル基，１−アクリジニル基，２−アクリジニル基，３−アクリジニル基，４−アクリジニル基，９−アクリジニル基，などが挙げられる。
【００５８】
Ｒ１〜Ｒ８が示すアミノ基を有する基としては、アルキルアミノ基，アリールアミノ基，アラルキルアミノ基等のいずれでもよい。これらは、炭素数１〜６個の脂肪族炭化水素基および／または１〜４個の芳香環基を有することが好ましい。このような基としては、具体的には、ジメチルアミノ基，ジエチルアミノ基，ジブチルアミノ基，ジフェニルアミノ基，ジトリルアミノ基，ビスビフェニリルアミノ基、ジナフチルアミノ基が挙げられる。なお、上記置換基は２以上の置換基からなる縮合環を形成していてもよく、さらにその誘導体でもよい。
【００５９】
式（７）に示した化合物の具体例としては、以下の式（７−１）〜式（７−６４）などの化合物が挙げられる。
【００６０】
【化１６】
【００６１】
【化１７】
【００６２】
【化１８】
【００６３】
【化１９】
【００６４】
【化２０】
【００６５】
ゲスト材料としては、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，ジケトピロロピロール誘導体，ピラン誘導体またはスチリル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。また、所望の発光色を有する既知のりん光ドーパントも用いることができる。具体的には、例えば、スチルベン構造を有するアミン，芳香族アミン，ペリレン誘導体，クマリン誘導体，ボラン誘導体，ピラン誘導体，イリジウム錯体，白金錯体またはレニウム錯体が挙げられる。中でもイリジウム錯体，白金錯体およびレニウム錯体のりん光ドーパント材料を用いることが好ましい。
【００６６】
ここで、青色の発光性ゲスト材料としては、約４００ｎｍ〜４９０ｎｍの範囲に発光ピークを有する化合物を示す。このよう化合物としては、ナフタレン誘導体，アントラセン誘導体，ナフタセン誘導体，スチリルアミン誘導体，ビス（アジニル）メテンホウ素錯体などの有機物質が挙げられる。なかでも、アミノナフタレン誘導体，アミノアントラセン誘導体，アミノクリセン誘導体，アミノピレン誘導体，スチリルアミン誘導体，ビス（アジニル）メテンホウ素錯体を用いることが好ましい。
【００６７】
電子供給層１４Ｃは、陰極１５から注入される電子を発光層１４Ｂに輸送するためのものであり、ここでは２層、第１層１４ｃ，第２層１４ｄが設けられている。第１層１４ｃおよび第２層１４ｄは陽極１３側からこの順に積層されている。電子供給層１４Ｃの膜厚は素子の全体構成によるが、例えば１０ｎｍ〜２００ｎｍであることが好ましく、より好ましくは２０ｎｍ〜１８０ｎｍである。
【００６８】
第１層１４ｃの材料としては、優れた電子輸送能を有する有機材料を用いることが好ましい。これにより複数積層された発光層１４ｒ，１４ｇ，１４ｂを同時に発光させ、電流密度依存性の少ない素子を形成することができる。このような有機材料としては、具体的には電子移動度が１．０×１０-4ｃｍ2／Ｖｓ以上の含窒素複素環誘導体を用いることができる。なお、電子移動度の上限値は特に限定されないが、下記材料を用いることにより１．０×１０-3ｃｍ2／Ｖｓ程度を得ることができる。また、電子供給層１４Ｃはここでは２層としたが、第１層１４ｃのみの単層としてもよい。
【００６９】
具体的には下記式（８）で示したアリールピリジン誘導体を用いることが好ましい。これにより、発光層１４Ｂへの電子供給が安定化し、高効率でありながら安定した駆動が補償される。
【００７０】
【化２１】
（Ａｒ１は核炭素数６〜５０個の芳香族炭化水素基あるいはその誘導体である。Ｘは少なくともピリジニル基を含有する芳香族複素環基あるいはその誘導体である。ｍは１〜５の整数であり、ｎは1〜６の整数である。但し、ｍが２以上の場合にはＡｒ１はそれぞれ同一の基あるいは異なる基でもよい。ｎが２以上の場合にはＸはそれぞれ同一の基あるいは異なる基でもよい。）
【００７１】
式（８）に示したアリールピリジン誘導体の具体例としては、以下の式（８−１）〜式（８−５５）などの化合物が挙げられる。
【００７２】
【化２２】
【００７３】
【化２３】
【００７４】
【化２４】
【００７５】
【化２５】
【００７６】
【化２６】
【００７７】
上記のような高い電子供給能を有するアリールピリジン誘導体を用いることにより、低い駆動電圧でも高い電子の供給効率が維持される。なお、電子供給層１４Ｃは式（1）に示したアリールピリジン誘導体以外の化合物を含んでいてもよい。アリールピリジン誘導体以外の化合物としては、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，炭酸塩等が挙げられる。
【００７８】
第２層１４ｄの材料としては、優れた電子輸送能を有する有機材料を用いることが好ましく、具体的には下記式（９）で示したベンゾイミダゾール誘導体を用いることが好ましい。これにより、発光層１４Ｂへの電子の供給量が安定化し、高効率でありながら安定した駆動が補償される。
【００７９】
【化２７】
（Ａ１およびＡ２は、各々独立して水素原子、炭素数６０個以下のアリール基、炭素数６０個以下の複素環基、炭素数１〜２０個のアルキル基または炭素数１〜２０の個アルコキシ基あるいはそれらの誘導体である。Ｂは２価のパラフェニレン基であり、Ａｒ２は２，６位においてパラフェニレン基に結合されたアントラセンまたはその誘導体である。）
【００８０】
式（９）に示したベンゾイミダゾール誘導体の具体例としては、以下の式（９−１）〜式（９−４２）などの化合物が挙げられる。なお、ＨＡｒは式（９）中のＡ１，Ａ２を含むベンゾイミダゾール骨格に、Ｌは式（９）中のＢに対応する。Ａｒ３は式（９）中のＡｒ２に対応し、Ａｒ１，Ａｒ２の順にＢに結合する。
【００８１】
【化２８】
【００８２】
【化２９】
【００８３】
【化３０】
【００８４】
【化３１】
【００８５】
陰極１５は、例えば、厚みが２ｎｍ〜１５ｎｍであり、光透過性が良好で仕事関数が小さい材料により構成されている。陰極１５は単層でもよいが、ここでは例えば陽極１３側から順に第１層１５Ａ、第２層１５Ｂと積層した構造となっている。
【００８６】
第１層１５Ａは、仕事関数が小さく、且つ、光透過性の良好な材料により形成されることが好ましい。具体的には、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、且つ、導電性が良好な材料で構成されている。
【００８７】
なお、第１層１５Ａおよび第２層１５Ｂは、真空蒸着法，スパッタリング法，またはプラズマＣＶＤ法等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、陽極１３の周縁を覆う隔壁１６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、各画素に対する共通電極として用いてもよい。
【００８８】
また、陰極１５は、アルミキノリン錯体，スチリルアミン誘導体，フタロシアニン誘導体等の有機発光材料を含有した混合層としてもよい。この場合には、更に、第３層（図示なし）としてＭｇＡｇのような光透過性を有する層を別途設けてもよい。また、陰極１５は上記のような積層構造に限定されることはなく、作製されるデバイスの構造に応じて最適な組み合わせおよび積層構造を取ればよいことは言うまでもない。例えば、本実施の形態の陰極１５は、電極各層の機能分離、即ち有機層１４への電子注入を促進させる無機層（第１層１５Ａ）と、電極を司る無機層（第２層１５Ｂ）とを分離した積層構造である。しかしながら、有機層１４への電子注入を促進させる無機層が、電極を司る無機層を兼ねてもよく、これらの層を単層構造として構成してもよい。また、この単層構造上にＩＴＯなどの透明電極を形成した積層構造としてもよい。
【００８９】
更に、この有機電界発光素子１１が、キャビティ構造となっている場合には、陰極１５には半透過半反射材料を用いることが好ましい。これにより、陽極１３側の光反射面と、陰極１５側の光反射面との間で多重干渉させた発光光が陰極１５側から取り出される。この場合、陽極１３側の光反射面と陰極１５側の光反射面との間の光学的距離は、取り出したい光の波長によって規定され、この光学的距離を満たすように各層の膜厚が設定されていることとする。このような上面発光型の有機電界発光素子においては、このキャビティ構造を積極的に用いることにより、外部への光取り出し効率の改善や発光スペクトルの制御を行うことが可能となる。
【００９０】
（表示装置）
図２は、本実施の形態の有機電界発光素子１１（赤色有機電界発光素子１１Ｒ，緑色有機電界発光素子１１Ｇ，青色有機電界発光素子１１Ｂ）を備えた表示装置１０の構成を表すものである。この表示装置１０は、有機ＥＬテレビジョン装置などとして用いられるものであり、例えば、基板１２の上に、表示領域１１０として、複数の有機電界発光素子１１がマトリクス状に配置されたものである。表示領域１１０の周辺には、映像表示用のドライバである信号線駆動回路１２０および走査線駆動回路１３０が設けられている。なお、隣り合う有機電界発光素子１１の組み合わせが一つの画素（ピクセル）を構成している。
【００９１】
表示領域１１０内には画素駆動回路１４０が設けられている。図３は、画素駆動回路１４０の一例を表したものである。画素駆動回路１４０は、陽極１３の下層に形成されたアクティブ型の駆動回路である。すなわち、この画素駆動回路１４０は、駆動トランジスタＴｒ１および書き込みトランジスタＴｒ２と、これらトランジスタＴｒ１，Ｔｒ２の間のキャパシタ（保持容量）Ｃｓと、第１の電源ライン（Ｖｃｃ）および第２の電源ライン（ＧＮＤ）の間において駆動トランジスタＴｒ１に直列に接続された有機電界発光素子１１（１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂ）とを有する。駆動トランジスタＴｒ１および書き込みトランジスタＴｒ２は、一般的な薄膜トランジスタ（ＴＦＴ（Thin Film Transistor））により構成され、その構成は例えば逆スタガ構造（いわゆるボトムゲート型）でもよいしスタガ構造（トップゲート型）でもよく特に限定されない。
【００９２】
画素駆動回路１４０において、列方向には信号線１２０Ａが複数配置され、行方向には走査線１３０Ａが複数配置されている。各信号線１２０Ａと各走査線１３０Ａとの交差点が、各有機電界発光素子１１のいずれか１つ（サブピクセル）に対応している。各信号線１２０Ａは、信号線駆動回路１２０に接続され、この信号線駆動回路１２０から信号線１２０Ａを介して書き込みトランジスタＴｒ２のソース電極に画像信号が供給されるようになっている。各走査線１３０Ａは走査線駆動回路１３０に接続され、この走査線駆動回路１３０から走査線１３０Ａを介して書き込みトランジスタＴｒ２のゲート電極に走査信号が順次供給されるようになっている。
【００９３】
図４は、図２に示した表示領域１１０の断面構成の一部を表したものである。各有機電界発光素子１１（１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂ）は、それぞれ、基板１２の側から、画素駆動回路１４０の駆動トランジスタＴｒ１および平坦化絶縁膜（図示せず）を間にして、上述のように陽極１３，隔壁１６，発光層１４Ｂを含む有機層１４および陰極１５がこの順に積層された構成を有している。更に、有機電界発光素子１１は保護層２０により被覆され、更にこの保護層２０上に熱硬化型樹脂または紫外線硬化型樹脂などの接着層（図示せず）を間にしてガラスなどよりなる封止用基板３０が全面にわたって貼り合わされることにより封止されている。保護層２０には、窒化ケイ素（代表的には、Ｓｉ3Ｎ4）膜，酸化ケイ素（代表的には、ＳｉＯ2）膜、窒化酸化ケイ素（ＳｉＮｘＯｙ：組成比Ｘ＞Ｙ）膜、酸化窒化ケイ素（ＳｉＯｘＮｙ：組成比Ｘ＞Ｙ）膜、またはＤＬＣ（Ｄｉａｍｏｎｄ ｌｉｋｅ Ｃａｒｂｏｎ）のような炭素を主成分とする薄膜、ＣＮ（Ｃａｒｂｏｎ Ｎａｎｏｔｕｂｅ）膜等が用いられる。これらの膜は、単層または積層した構成とすることが好ましい。特に、窒化物からなる保護層２０は膜質が緻密であり有機電界発光素子１１に悪影響を及ぼす水分、酸素およびその他不純物に対して極めて高いブロッキング効果を有する。
【００９４】
保護層２０は、例えば厚みが２〜３μｍであり、絶縁性材料または導電性材料のいずれにより構成されていてもよい。絶縁性材料としては、無機アモルファス性の絶縁性材料、例えばアモルファスシリコン（α−Ｓｉ）,アモルファス炭化シリコン（α−ＳｉＣ）,アモルファス窒化シリコン（α−Ｓｉ1-xＮx）、アモルファスカーボン（α−Ｃ）などが好ましい。このような無機アモルファス性の絶縁性材料は、グレインを構成しないため透水性が低く、良好な保護膜となる。
【００９５】
封止用基板３０は、有機電界発光素子１１の陰極１５の側に位置しており、接着層（図示せず）と共に有機電界発光素子１１を封止するものである。封止用基板３０は、有機電界発光素子１１で発生した光に対して透明なガラスなどの材料により構成されている。封止用基板３０には、例えば、カラーフィルタおよびブラックマトリクスとしての遮光膜（いずれも図示せず）が設けられており、有機電界発光素子１１で発生した光を取り出すと共に、各有機電界発光素子１１間の配線において反射された外光を吸収し、コントラストを改善するようになっている。
【００９６】
カラーフィルタは、赤色フィルタ，緑色フィルタおよび青色フィルタ（いずれも図示せず）を有しており、順に配置されている。赤色フィルタ，緑色フィルタおよび青色フィルタは、それぞれ例えば矩形形状で隙間なく形成されている。これら赤色フィルタ，緑色フィルタおよび青色フィルタは、顔料を混入した樹脂によりそれぞれ構成されており、顔料を選択することにより、目的とする赤，緑あるいは青の波長域における光透過率が高く、他の波長域における光透過率が低くなるように調整されている。なお、各有機電界発光素子１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂ上には、対応する色のカラーフィルタが設けられている。
【００９７】
遮光膜は、例えば黒色の着色剤を混入した光学濃度が１以上の黒色の樹脂膜、または薄膜の干渉を利用した薄膜フィルタにより構成されている。このうち黒色の樹脂膜により構成するようにすれば、安価で容易に形成することができるので好ましい。薄膜フィルタは、例えば、金属，金属窒化物あるいは金属酸化物よりなる薄膜を１層以上積層し、薄膜の干渉を利用して光を減衰させるものである。薄膜フィルタとしては、具体的には、Ｃｒと酸化クロム（ＩＩＩ）（Ｃｒ2Ｏ3）とを交互に積層したものが挙げられる。
【００９８】
ここで、有機電界発光素子１１を構成する陽極１３から陰極１５までの各層は、真空蒸着法、イオンビーム法（ＥＢ法）、分子線エピタキシー法（ＭＢＥ法）、スパッタ法、ＯＶＰＤ（Ｏrganic Ｖapor Ｐhase Ｄeposition）法などのドライプロセスによって形成できる。
【００９９】
また、有機層１４は、上記の方法に加えてレーザー転写法，スピンコート法，ディッピング法，ドクターブレード法，吐出コート法，スプレーコート法などの塗布法、インクジェット法，オフセット印刷法，凸版印刷法，凹版印刷法，スクリーン印刷法，マイクログラビアコート法などの印刷法などのウエットプロセスによる形成も可能であり、各有機層や各部材の性質に応じて、ドライプロセスとウエットプロセスを併用しても構わない。
【０１００】
この表示装置１０では、各画素に対して走査線駆動回路１３０から書き込みトランジスタＴｒ２のゲート電極を介して走査信号が供給されると共に、信号線駆動回路１２０から画像信号が書き込みトランジスタＴｒ２を介して保持容量Ｃｓに保持される。すなわち、この保持容量Ｃｓに保持された信号に応じて駆動トランジスタＴｒ１がオンオフ制御され、これにより、有機電界発光素子１１に駆動電流Ｉｄが注入され、正孔と電子とが再結合して発光が起こる。この光は、下面発光（ボトムエミッション）の場合には陽極１３および基板１２を透過して、上面発光（トップエミッション）の場合には陰極１５，カラーフィルタ（図示せず）および封止用基板３０を透過して取り出される。
【０１０１】
従来用いられている有機電界発光素子は、例えば陽極側に赤色から黄色を示す発光層を形成し、陰極側に青色の発光層が積層された構成を有する。このような構成の有機電界発光素子では、色純度の高い白色光を得るために、例えば赤色から黄色を示す発光層の膜厚を薄く（例えば、１〜２ｎｍ）したり、ドープ濃度を低くする方法が用いられていた。しかしながら、上述のように発光層の膜厚は非常に薄く、発光層に用いられる分子サイズとほぼ同等の厚さであるため膜厚の制御による色純度の調整は非常に困難であった。
【０１０２】
また、前述のように、有機電界発光素子はダイオード特性を持つため、電圧の変化に対し電流密度が大幅に変化する。例えば、定電流駆動試験では有機電界発光素子内の抵抗成分の増大により、数時間程度で通常０．２〜１Ｖ程度の駆動電圧の上昇が発生する。有機電界発光素子を定電圧駆動回路で駆動させた場合には、この電圧変化は電流劣化成分だけで１０〜５０％の変化に相当する。更に、素子の駆動劣化としてはこの電流劣化に輝度劣化成分も加わるため、有機電界発光素子の駆動にコストの低い定電圧駆動回路を選択することは困難となり、よりコストの高い定電流駆動回路を用いる必要があった。
【０１０３】
これに対して本実施の形態では、赤色，緑色，青色等の異なる色の発光層１４ｒ，１４ｂ，１４ｇを含む発光層１４Ｂ上に、電子移動度が１．０×１０-4ｃｍ2／Ｖｓ以上の含窒素複素環式化合物を用いた電子供給層１４Ｃを設けている。これにより各発光層における正孔および電子のキャリアバランスを調整することが可能となる。
【０１０４】
このように本実施の形態の有機電界発光素子１１およびこれを備えた表示装置１０では、少なくともアントラセン誘導体を含む２種以上のホスト材料を含有すると共に、互いに異なる発光色を示す複数の発光層１４ｒ，１４ｂ，１４ｇを有する有機層１４のうち、陰極１５側に電子移動度の高い含窒素複素環式化合物を含む電子供給層を設けるようにした。このため、各発光層への電子の注入効率が向上し、キャリアバランスが調整される。これにより、有機電界発光素子１１内に設けられた異なる色の複数の発光層が均一に発光するようになり色純度が向上する。また、励起子分布の変化が抑制されるため電流密度の変化による色度変化を抑制することが可能となる。更に、発光層１４Ｂ以外の層を励起することが抑えられるため、有機層１４内での劣化因子の発生が低減される。これにより電流電圧特性を一定に、即ち、駆動電圧の上昇が抑えられ、コストの低い定電圧駆動回路を選択することが可能となる。即ち、低輝度から高輝度までの色度変化が少なく、安価で信頼性の高い表示装置１０を作製することが可能となる。
【０１０５】
以下、第２の実施の形態および第３の実施の形態について説明するが、上記第１の実施の形態と同一の構成要素については同一符号を付してその説明は省略する。
【０１０６】
（第２の実施の形態）
図５は、第２の実施の形態における有機電界発光素子２１を備えた表示装置２０の断面構成の一部を表したものである。有機電界発光素子２１は第１の実施の形態と同様に、基板１２上に陽極１３、有機層２４および陰極１５がこの順に積層された構成を有している。この有機電界発光素子２１は、電子供給層２４Ｃが３層積層されている点が第１の実施の形態と異なる。
【０１０７】
具体的には、陽極１３側から第３層２４ｅ，第１層２４ｃ，第２層２４ｄの順に積層されている。第１層２４ｃおよび第２層２４ｄは上記第１の実施の形態で説明した第１層１４ｃおよび第２層１４ｄと同様の構成および材料が用いられる。
【０１０８】
第３層２４ｅの材料としては、優れた電子輸送能を有すると共に、高い電荷バランス調整能を有する有機材料を用いることが好ましい。これにより発光層１４Ｂ、特に赤色発光層１４ｒおよび緑色発光層１４ｇへの電子の輸送効率を高めることにことができる。このような有機材料としては、具体的には下記式（１０）に示したジベンゾイミダゾール誘導体を用いることが好ましい。
【０１０９】
【化３２】
（Ｙ１〜Ｙ８は、各々独立して炭素数６〜６０個のアリール基、アルケニル基、ピリジル基、キノリル基、炭素数１〜２０個のアルキル基、炭素数１〜２０個のアルコキシ基、炭素数５〜６０個の脂肪族環基または炭素数５〜６０個以下の複素環基あるいはそれらの誘導体である。なお、Ｙ７およびＹ８は連結基を介して環状構造を形成してもよい。）
【０１１０】
式（１０）に示したジベンゾイミダゾール誘導体の具体例としては、以下の式（１０−１）〜式（１０−２１）等の化合物が挙げられる。
【０１１１】
【化３３】
【０１１２】
また、電子供給層２４Ｃはここでは３層としたが、図６に示した表示装置２０Ａのように第３層２４ｅおよび第１層２４ｃ層からなる２層構造としてもよい。
【０１１３】
本実施の形態の有機電界発光素子２１（表示装置２０，２０Ａ）では、電子供給層２４Ｃとして上記第１の実施の形態で説明した第１層１４ｃおよび第２層１４ｄと同様の材料を用いて形成された第１層２４ｃおよび第２層２４ｄに加えて、発光層２４Ｂと第１層２４ｃとの間に上記式（１０）に示したジベンゾイミダゾール誘導体を含む第３層２４ｅを設けるようにした。即ち、電子供給層２４Ｃを陽極１３側から順に第３層２４ｅ，第１層２４ｃ，第２層２４ｄに積層した３層構造とした。これにより、上記第１の実施の形態の有機電界発光素子１１よりも、更に発光層２４Ｂへの供給される電荷のバランスの調整を良好に行うことができ、高効率および長寿命を両立することが可能となる。
【０１１４】
（第３の実施の形態）
図７（Ａ）は、第３の実施の形態における有機電界発光素子３１の断面構成を表したものである。有機電界発光素子３１は第１の実施の形態と同様に、基板１２上に陽極１３、有機層３４および陰極１５がこの順に積層された構成を有している。この有機電界発光素子２１は、有機層３４が２層（第１有機層３４−１，第２有機層３４−２）積層されたタンデム構造となっている点が第１の実施の形態と異なる。
【０１１５】
具体的には、例えば上記第１の実施の形態で説明した有機層１４と同様の構成をした第１有機層３４−１および第２有機層３４−２が、電子供給層１７Ａと、正孔注入層１７Ｂとを積層した構造を有する電荷発生層１７によって挟持されている。
【０１１６】
電子供給層１７Ａは、陽極１３側に設けられると共に、第１有機層３４−１側の発光層３４Ｂ１に電子を供給するものである。電子供給層１７Ａの材料としては、アルカリ金属，アルカリ土類金属または希土類金属等の電子供与性金属あるいはその化合物が挙げられる。具体的には、例えばマグネシウム（Ｍｇ）をドープしたＡｌｑ３等を用いることができる。また、電子供給層１７Ａは電子供与性金属の他に有機材料を添加した混合層としてもよい。電子供給層１７Ａに添加可能な有機材料は、例えば上述した電子供給層２４Ｃの第１層１４ｃの材料として示した式（８−１）〜式（８−５５）および第２層１４ｄの材料として示した式（９−１）〜式（９−３２）が挙げられる。
【０１１７】
正孔注入層１７Ｂは、陰極１５側に設けられると共に、第２有機層３４−２側の発光層３４Ｂ２への正孔の注入するものである。具体的には、正孔注入層１７Ｂは、第２有機層３４−２側から電子を引き抜き、電子供給層１７Ａを介して第１有機層３４−１側へ電子を供給する。この電子の引き抜きによって生じた正孔が第２有機層３４−２の発光層３４Ｂ２へ供給される。正孔注入層１７Ｂの材料としては、４．５ｅＶより大きなＬＵＭＯ準位を有する化合物が好ましく、具体的には、上記式（２−１）に示したヘキサニトリルアザトリフェニレンまたは下記式（１１）に示した化合物を用いることができる。
【０１１８】
【化３４】
【０１１９】
なお、電荷発生層１７は図７（Ｂ）に示した有機電界発光素子３１Ａのように、電子供給層１７Ａと、第１有機層３４−１の電子供給層３４Ｃ１との間に電子注入性の材料からなる電子注入層１７Ｃを設けてもよい。電子注入層１７Ｃの材料としては、例えば酸化リチウム（ＬｉＯ2）や炭酸セシウム（ＣｓＣＯ3）、あるいはこれらの酸化物および複合酸化物の混合物を用いることができる。また、電子注入層１７Ｃはこれら材料に限定されることはなく、例えばカルシウム（Ｃａ），バリウム（Ｂａ）等のアルカリ土類金属、Ｌｉ，Ｃｓ等のアルカリ金属、インジウム（Ｉｎ），Ｍｇ等の仕事関数が小さい金属、あるいはこれらの酸化物および複合酸化物を用いてもよい。更に、これら酸化物および複合酸化物を２種以上組み合わせて安全性を高めた混合物あるいは合金を用いてもよい。
【０１２０】
本実施の形態の有機電界発光素子３１，３１Ａでは、有機層３４を２層（第１有機層３４−１，第２有機層３４−３）積層したタンデム構造とするようにしたので、上記第１の実施の形態の効果に加えて発光効率が更に向上する。
【０１２１】
なお、ここでは有機層３４を２層積層した場合を示したがこれに限らず、３層またはそれ以上積層しても構わない。積層数を多くすることによって発光効率を更に向上することが可能となる。本実施の形態の有機電界発光素子２１のように有機層３４を２層積層した場合の理論上の発光効率はｌｍ／Ｗは変ることなく、電流効率ｃｄ/Ａは２倍に、また３層積層した場合には、３倍となる。
【０１２２】
（モジュールおよび適用例）
以下、上記実施の形態で説明した有機ＥＬ表示装置の適用例について説明する。上記実施の形態の有機ＥＬ表示装置は、テレビジョン装置，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あるいはビデオカメラなど、外部から入力された映像信号あるいは内部で生成した映像信号を、画像あるい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。
【０１２３】
（モジュール）
上記実施の形態の表示装置は、例えば、図８に示したようなモジュールとして、後述する適用例１〜５などの種々の電子機器に組み込まれる。このモジュールは、例えば、基板１１の一辺に、保護層２０および封止用基板３「０から露出した領域２１０を設け、この露出した領域２１０に、信号線駆動回路１２０および走査線駆動回路１３０の配線を延長して外部接続端子（図示せず）を形成したものである。外部接続端子には、信号の入出力のためのフレキシブルプリント配線基板（ＦＰＣ；Flexible Printed Circuit）２２０が設けられていてもよい。
【０１２４】
（適用例１）
図９は、上記実施の形態の表示装置が適用されるテレビジョン装置の外観を表したものである。このテレビジョン装置は、例えば、フロントパネル３１０およびフィルターガラス３２０を含む映像表示画面部３００を有しており、この映像表示画面部３００は、上記実施の形態に係る表示装置により構成されている。
【０１２５】
（適用例２）
図１０は、上記実施の形態の表示装置が適用されるデジタルカメラの外観を表したものである。このデジタルカメラは、例えば、フラッシュ用の発光部４１０、表示部４２０、メニュースイッチ４３０およびシャッターボタン４４０を有しており、その表示部４２０は、上記実施の形態に係る表示装置により構成されている。
【０１２６】
（適用例３）
図１１は、上記実施の形態の表示装置が適用されるノート型パーソナルコンピュータの外観を表したものである。このノート型パーソナルコンピュータは、例えば、本体５１０，文字等の入力操作のためのキーボード５２０および画像を表示する表示部５３０を有しており、その表示部５３０は、上記実施の形態に係る表示装置により構成されている。
【０１２７】
（適用例４）
図１２は、上記実施の形態の表示装置が適用されるビデオカメラの外観を表したものである。このビデオカメラは、例えば、本体部６１０，この本体部６１０の前方側面に設けられた被写体撮影用のレンズ６２０，撮影時のスタート／ストップスイッチ６３０および表示部６４０を有しており、その表示部６４０は、上記実施の形態に係る表示装置により構成されている。
【０１２８】
（適用例５）
図１３は、上記実施の形態の表示装置が適用される携帯電話機の外観を表したものである。この携帯電話機は、例えば、上側筐体７１０と下側筐体７２０とを連結部（ヒンジ部）７３０で連結したものであり、ディスプレイ７４０，サブディスプレイ７５０，ピクチャーライト７６３０およびカメラ７７０を有している。そのディスプレイ７４０またはサブディスプレイ７５０は、上記実施の形態に係る表示装置により構成されている。
【０１２９】
（実施例１）
次に本発明の実施例１について説明する。実施例１および比較例１は第１の実施の形態に対応するものである。この有機電界発光素子１１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を陽極１３と陰極１５との間で共振させて基板１２と反対側の陰極１５側から取り出す共振器構造で構成される上面発光方式の有機電界発光素子である。なお、これは後述する実施例２についても同様である。
【０１３０】
まず、３０ｍｍ×３０ｍｍのガラス板からなる基板１２上に、陽極１３としてＡｌ層を２００ｎｍの膜厚で形成したのち、次に、ＳｉＯ2蒸着により２ｍｍ×２ｍｍの発光領域以外を絶縁膜（図示なし）でマスクした有機電界発光素子用のセルを作製した。続いて陽極１３上に、正孔供給層１４ａとして式（２−１）に示したヘキサニトリルアザトリフェニレンを蒸着速度０．２〜０．４ｎｍ／ｓｅｃ，１０ｎｍの膜厚で形成したのち、正孔輸送層１４ｂとして式（１２）に示した化合物を真空蒸着法により蒸着速度０．２〜０．４ｎｍ／ｓｅｃ，３０ｎｍの膜厚で形成した。
【０１３１】
【化３５】
【０１３２】
次に、発光層１４Ｂとして、赤色発光層１４ｒ，青色発光層１４ｂ，緑色発光層１４ｇを各発光層の電荷輸送能に応じて適宜積層した。なお、赤色発光層１４ｒと上層発光層（青色発光層１４ｂおよび緑色発光層１４ｇ）との間には発光層分離層を設けた。また、各膜厚はここではそれぞれ１０ｎｍである。具体的には、赤色発光層１４ｒでは、例えばホスト材料として式（６−１）で示した化合物を、ゲスト材料として式（１３）で示した化合物をドープ濃度１％となるように形成したのち、発光層分離層として式（４−４２）で示した化合物を用いて形成し、厚さ５ｎｍとした。続いて、青色発光層１４ｂでは、ホスト材料として、例えば式（７−４６）で示した化合物を用い、ゲスト材料に例えば式（１５）に示した蛍光材料をそれぞれドープ濃度５％となるように形成した。次に、緑色発光層１４ｇでは、ホスト材料として、例えば青色発光層１４ｂと同様に式（７−４６）で示した化合物を用い、ゲスト材料として、例えば式（１６）に示した化合物をドープ濃度５％になるように形成した。または、式（１９）に示したホスト材料に式（１７）に示したりん光材料をドープ濃度５％となるように形成し、発光層１４Ｂとした。なお、赤色発光層１４ｒ，青色発光層１４ｂおよび緑色発光層１４ｇのホスト材料には実施の形態内に示した化合物のほかに、下記式（１８）〜（２０）に示した化合物を用いた。
【０１３３】
【化３６】
【０１３４】
【化３７】
【０１３５】
【化３８】
【０１３６】
【化３９】
【０１３７】
【化４０】
【０１３８】
【化４１】
【０１３９】
【化４２】
【０１４０】
【化４３】
【０１４１】
次に、発光層１４Ｂ上に電子供給層１４Ｃとして例えば式（８−１８）に示した化合物を用いて形成した（実施例１−１，１−２）。また、式（８−１８）からなる第１層１４ｃ上に更に式（９−３９）に示した化合物を用いて形成した第２層１４ｄを積層した２層からなる電子供給層１４Ｃを形成した（実施例１−４）。更に、式（１０−１）からなる第３層２４ｅ，式（８−３６）からなる第１層２４ｃおよび式（９−１０）からなる第２層２４ｄを積層した３層からなる電子供給層２４Ｃを形成した（実施例１−７）。
【０１４２】
続いて有機層１４を形成したのち、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、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。以上のようにして有機電界発光素子１１を作製した。
【０１４３】
（実施例２）
実施例２および比較例２は有機層３４がタンデム構造を有する第３の実施の形態に対応するものである。まず、３０ｍｍ×３０ｍｍのガラス板からなる基板１２上に、陽極１３としてＡｌ層を２００ｎｍの膜厚で形成したのち、次に、ＳｉＯ2蒸着により２ｍｍ×２ｍｍの発光領域以外を絶縁膜（図示なし）でマスクした有機電界発光素子用のセルを作製した。続いて陽極１３上に、正孔供給層１４ａとして式（２−１）に示したヘキサニトリルアザトリフェニレンを蒸着速度０．２〜０．４ｎｍ／ｓｅｃ，１０ｎｍの膜厚で形成したのち、正孔輸送層１４ｂとして式１０に示した化合物を真空蒸着法により蒸着速度０．２〜０．４ｎｍ／ｓｅｃ，３０ｎｍの膜厚で形成した。
【０１４４】
次に、第１の発光層３４Ｂ１として青色発光層を１０ｎｍの膜厚で形成した。具体的には、例えば青色発光層では、ホスト材料として、例えば式（７−５５）で示した化合物を用い、ゲスト材料として、例えば式（１５）に示した化合物を用いて形成したのち、発光層４４Ｂ１上に例えば式（８−５４）に示した化合物を用いて電子供給層３４Ｃ１を厚さ４０ｎｍで形成した。
【０１４５】
以上のように第１有機層３４−１を形成したのち、その電子供給層３４Ｃ１上に電荷発生層１７を形成した。具体的には、電子注入層１７ＣとしてＬｉＦ層を厚さ０．５ｎｍ，電子供給層１７ＡとしてＡｌｑ３＋Ｍｇ（１０％）層を厚さ１０ｎｍおよび正孔注入層１７Ｂとしてヘキサニトリルアザトリフェニレン層を厚さ１０ｎｍで順次蒸着した。
【０１４６】
次に、同様の方法を用いて正孔供給層３４Ａ２を形成したのち、発光層３４Ｂ２として赤色発光層および緑色発光層をこの順に積層した。なお、赤色発光層と青色発光層との間には発光層分離層を設けた。また、各膜厚はここではそれぞれ１０ｎｍである。具体的には、赤色発光層では、例えばホスト材料として式（６−１）で示した化合物を、ゲスト材料として式（１３）で示した化合物をドープ濃度1％となるように形成したのち、式（４−４２）で示した化合物を用いて発光層分離層を厚さ５ｎｍで形成した。
【０１４７】
続いて、緑色発光層では、ホスト材料として例えば青色発光層３４ｂと同様に式（７−５５）に示した化合物を用い、ゲスト材料として、例えば式（１６）に示した化合物を用いてドープ濃度５％、厚さ１０ｎｍとなるように形成した。または、式（１９）で示した化合物と式（１７）に示したりん光材料とを用いドープ濃度１５％、厚さ10ｎｍとなるように形成し、発光層３４Ｂ２とした。次に発光層３４Ｂ２上に同様の方法を用いて電子供給層３４Ｃ２を形成し第２有機層３４−２とした。
【０１４８】
最後に、実施例１と同様の方法を用いて有機層３４−２上に陰極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。
【０１４９】
以上のように作製した有機電界発光素子において、１ｍＡｃｍ-2および１００ｍＡｃｍ-2の電流密度における色度および１０ｍＡｃｍ-2の電流密度における電圧（Ｖ）、電流効率（ｃｄ／Ａ）を測定した。また、５０℃、３０ｍＡｃｍ-2の定電流駆動１０００時間後の駆動電圧を測定し、初期電圧との差を算出した。
【０１５０】
なお、表１，２は実施例１，２および比較例１，２の発光層１４Ｂ、２４Ｂ，３４Ｂ１，３４Ｂ２および電子供給層１４Ｃ，２４Ｃ，３４Ｃとして用いた材料および膜厚の一覧である。表３，４は実施例１，２および比較例１，２の測定結果の一覧である。
【０１５１】
【表１】
【０１５２】
【表２】
【０１５３】
【表３】
【０１５４】
【表４】
【０１５５】
表３，４から発光層１４Ｂ（２４Ｂ，３４Ｂ１，３４Ｂ２）のひとつに正孔輸送性のホスト材料を用い、電子移動度が１．０×１０-4ｃｍ2／Ｖｓ以上の化合物を用いることによって低電流密度および高電流密度における色度変化が低減されることがわかった。また、１０ｍＡｃｍ-2の電流密度における電圧も低く抑えられ、発光効率も高い。特に、駆動電圧の経時変化が抑えられている。また、ジベンゾイミダゾール化合物を積層した実施例１−７および実施例１−８では顕著な改善が見られた。
【０１５６】
一方、このような結果は比較例では得られていない。これは、比較例１−１では従来用いられている電子移動度が低いＡｌｑ３を電子供給層に用いたため、電界を印加した際の発光領域が電子供給層内に留まってしまい、低電流密度において３色発光が得られないためと考えられる。また、比較例１−２における色度は各色の発光層に同一のホスト材料を用いたことにより発光領域が１ヶ所に集中し、３色発光が得られないためと考えられる。比較例１−３，１−４においては電子輸送層として高移動度のアリールピリジン化合物を用いたものの発光層にアントラセン化合物を用いないことにより励起子が一箇所に集中し、３色発光が得られていないためと考えられる。また、駆動中の励起子バランスの安定性も得られないことから色度の変化、発光効率の低下および駆動電圧の上昇が生じたと考えられる。更に、比較例２−１，２−２においても、電子移動度の低いＡｌｑ３を用いたため、大幅な駆動電圧の上昇と電流密度依存による色度の変化が生じたと考えられる。
【０１５７】
以上、第１〜３の実施の形態および実施例を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態等に限定されるものではなく、種々変形が可能である。
【０１５８】
例えば、上記実施の形態等において説明した各層の材料および厚み、または成膜方法および成膜条件などは限定されるものではなく、他の材料および厚みとしてもよく、または他の成膜方法および成膜条件としてもよい。
【０１５９】
また、上記実施の形態等では、有機電界発光素子１１（２１，３１）の構成を具体的に挙げて説明したが、全ての層を備える必要はなく、また、他の層を更に備えていてもよい。
【０１６０】
更に、上記実施の形態等では、アクティブマトリックス型の表示装置の場合について説明したが、本発明はパッシブマトリックス型の表示装置への適用も可能である。更にまた、アクティブマトリックス駆動のための画素駆動回路の構成は、上記実施の形態で説明したものに限られず、必要に応じて容量素子やトランジスタを追加してもよい。その場合、画素駆動回路の変更に応じて、上述した信号線駆動回路１２０や走査線駆動回路１３０のほかに、必要な駆動回路を追加してもよい。
【０１６１】
なお上記実施の形態等で説明した有機電界発光素子１１（２１,３１）では、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、陽極１３の発光層１４Ｂ側の反射端面を第１端部Ｐ１（図示なし）、陰極１５の発光層１４Ｂ側の反射端面を第２端部Ｐ２（図示なし）とし、有機層１４を共振部として、発光層１４Ｂ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には、共振器の第１端部Ｐ１と第２端部Ｐ２との間の光学的距離Ｌを下記式（１）を満たすように設定する。光学的距離Ｌは、実際には、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。
【０１６２】
【数１】
【０１６３】
上記式（１）中において、Ｌは第１端部Ｐ１と第２端部Ｐ２との間の光学的距離、Φは第１端部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）、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、ｍはＬが正となる整数をそれぞれ表す。尚、式（１）においてＬおよびλは単位が共通すればよいが、例えば（ｎｍ）を単位とする。
【０１６４】
また、有機発光素子１１では、発光層１４Ｂの最大発光位置と第１端部Ｐ１との間の光学的距離Ｌ1 が下記式（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１４Ｂ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。
【０１６５】
【数２】
【０１６６】
上記式（２）中において、ｔＬ1は第１端部Ｐ１と最大発光位置との間の光学的理論距離、ａ1は発光層１４Ｂにおける発光分布に基づく補正量、λは取り出したい光のスペクトルのピーク波長、Φ1は第１端部Ｐ１で生じる反射光の位相シフト（ｒａｄ）、ｍ1は０または整数をそれぞれ表す。
【０１６７】
【数３】
【０１６８】
上記式（３）中において、ｔＬ2は第２端部Ｐ２と最大発光位置１３Ｅとの間の光学的理論距離、ａ2は発光層１４Ｂにおける発光分布に基づく補正量、λは取り出したい光のスペクトルのピーク波長、Φ2は第２端部Ｐ２で生じる反射光の位相シフト（ｒａｄ）、ｍ2は０または整数をそれぞれ表す。
【０１６９】
上記式（２）は、発光層１４Ｂで発生した光のうち陽極１３の方へ向かう光が第１端部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、式（３）は、発光層１４Ｂ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。
【０１７０】
本実施形態の有機電界発光素子１１では、電子輸送層１４ｄを正孔供給層１４Ａのトータル膜厚よりも厚く形成することで、上記式（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。
【０１７１】
なお、式（２）の光学的理論距離ｔＬ1および式（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端部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、式（２）および式（３）では、発光分布に基づく補正量ａ1，ａ2が加えられている。
【０１７２】
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１４Ｂ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１４Ｂ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、例えば下記式（４）により求められる。
【０１７３】
【数４】
【０１７４】
式（４）中において、ｂは発光層１４Ｂ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の範囲内の値であり、ｓは発光層１３Ｃにおける発光分布に関する物性値（１／ｅ減衰距離）、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端部Ｐ１と第２端部Ｐ２との間の平均屈折率である。
【０１７５】
なお、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、陰極１５は以下のような構成とすることが好ましい。例えばＭｇ−Ａｇのような半透過性反射材料を用いて第２陰極１５Ｂを構成し、第２陰極１５Ｂと陽極１３の間で発光光を共振させる。また、上記第２陰極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。
【０１７６】
また、上記実施の形態等では、有機電界発光素子１１（１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂ）および各カラーフィルタとして、赤色，緑色，青色を例に示したが、これに限らず、黄色または白色の有機電界発光素子およびカラーフィルタを用いてもよい。なお、白色の場合にはカラーフィルタを設けなくてもよい。
【０１７７】
また、上記実施の形態等では上面発光型の有機電界発光素子１１（２１，３１）について説明したが、これに限定されるものではなく、陽極と陰極との間に少なくとも発光層を有する有機層を狭持してなる有機電界発光素子に広く適用可能である。即ち、基板側から順に、陰極、有機層、陽極を順次積層した構成のものや、基板側に位置する電極（陰極または陽極としての下部電極）を透明材料で構成し、基板と反対側に位置する電極（陰極または陽極としての上部電極）を反射材料で構成することによって、下部電極側からのみ光を取り出すようにした、下面発光型（いわゆる透過型）の有機電界発光素子にも適用可能である。
【０１７８】
更に、一対の電極（陽極と陰極）、およびその電極間に有機層が挟持された有機電界発光素子であれば、他の構成要素（例えば、無機化合物層や無機成分）が含まれていても構わない。
【符号の説明】
【０１７９】
１１，２１，３１…有機電界発光素子、１２…基板、１３…陽極、１４…有機層、１４Ａ…正孔供給層、１４Ｂ…発光層、１４Ｃ，２４Ｃ，３４Ｃ…電子供給層、１５…陰極、１６…隔壁、１７…接続層、３０…保護層、４０…封止用基板
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機エレクトロルミネッセンス（ＥＬ；Electro Luminescence）現象を利用して発光する有機電界発光素子および表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
白色の有機電界発光素子は照明用およびカラーフィルタを使用したフルカラー表示装置等に使用でき、且つ製造工程もＲＧＢの塗りわけで作製する白色素子と比較して容易であるため積極的に開発が行われている。
【０００３】
この白色有機電界発光素子をフルカラー表示装置に用いる場合には、白色有機電界発光素子の発光層を構成する赤色発光層、緑色発光層および青色発光層それぞれの色純度を高く、且つ、均一に発光させることが求められている。そこで、例えば特許文献１では、青色発光層に正孔注入輸送性および／または電子注入輸送性を有する化合物をホスト化合物として用いることにより青色発光光を安定して得られる有機電界発光素子が開示され、フルカラー表示装置に適用されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−１４０４３４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、特許文献１に挙げた有機電界発光素子をはじめとする従来の有機電界発光素子では、電流密度の変化によって各色の発光層におけるキャリアバランスが変化し、励起子分布の変動による色度変化が起こるという問題があった。フルカラー表示装置における高効率なＲＧＢ発光のためには色度変化の低減、即ちキャリアバランスの調整が必要である。キャリアバランスの調整は、例えば、発光層の膜厚を調整することによって可能であるが、その膜厚は発光層を構成する化合物の分子の大きさと同等の１ｎｍ〜２ｎｍ薄さであるため制御が極めて難しく、膜厚の調整以外の調整方法が求められていた。
【０００６】
また、有機電界発光素子はダイオード特性を持つため、電圧の変化に対して大幅に電流密度が変化する。また、有機電界発光素子の駆動電圧は有機電界発光素子内の抵抗成分の増大により経時的に変化し、通常０．２Ｖ〜１Ｖ上昇する。そのため、アクティブ駆動のパネルにおいては有機電界発光素子専用の定電流駆動回路を使用する必要がある。また、より安価な定電圧駆動回路を用いるには一定な電流供給を得るために、駆動による電圧上昇を０．１Ｖ未満、より好ましくは０．０５Ｖ未満に抑える必要があった。
【０００７】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、色度の電流密度依存性を抑制し、且つ、駆動電圧の上昇を抑制することが可能な有機電界発光素子およびこれを用いた表示装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明による有機電界発光素子は、陽極と陰極との間に互いに異なる発光色を示す複数の発光層を有する有機層を備えた有機電界発光素子であって、発光層が少なくともアントラセン誘導体を含む２種以上のホスト材料から形成されており、陰極と発光層との間に、含窒素複素環式化合物を含むと共に、電子移動度が１．０×１０-4ｃｍ2／Ｖｓ以上の電子供給層を有するものである。
【０００９】
本発明の表示装置は、上記有機電界発光素子を基板上に複数設けたものである。
【００１０】
本発明の有機電界発光素子およびこれを備えた表示装置では、少なくとも１層にアントラセン誘導体を含む互いに異なる発光色を示す複数の発光層上に、含窒素複素環式化合物を含む電子供給層が設けられ、この電子供給層の電子移動度が１．０×１０-4ｃｍ2／Ｖｓ以上であるので、各発光層における正孔および電子のキャリアバランスが調整される。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の有機電界発光素子およびこれを備えた表示装置では、陽極と陰極との間に互いに異なる発光色を示す複数の発光層を有する有機層を備え、発光層が少なくともアントラセン誘導体を含む２種以上のホスト材料を含有させ、且つ、陰極と発光層との間に、含窒素複素環式化合物を含むと共に、電子移動度が１．０×１０-4ｃｍ2／Ｖｓ以上の電子移動度の高い化合物からなる電子供給層を設けるようにしたので、各発光層における正孔と電子のキャリアバランスが調整される。これにより、励起子分布の変化が抑制され、電流密度の変化による色度変化が抑制される。また、キャリアバランスが調整されることにより励起子が発光層内でのみ再結合するため、発光層以外の層を励起することが抑えられる。これにより、有機層内における劣化因子の発生が低減され、駆動電圧の上昇が抑えられる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る有機電界発光素子の断面図である。
【図２】図１に示した有機電界発光素子を備えた表示装置の構成を表す図である。
【図３】図２に示した画素駆動回路の一例を表す図である。
【図４】図２に示した表示装置の断面構成の一例を表す図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態に係る有機電界発光素子の断面図の一例である。
【図６】上記有機電界発光素子の断面図の他の例である。
【図７】本発明の第３の実施の形態に係る有機電界発光素子の断面図である。
【図８】上記実施の形態の表示装置を含むモジュールの概略構成を表す平面図である。
【図９】上記実施の形態の表示装置の適用例１の外観を表す斜視図である。
【図１０】（Ａ）は適用例２の表側から見た外観を表す斜視図であり、（Ｂ）は裏側から見た外観を表す斜視図である。
【図１１】適用例３の外観を表す斜視図である。
【図１２】適用例４の外観を表す斜視図である。
【図１３】（Ａ）は適用例５の開いた状態の正面図、（Ｂ）はその側面図、（Ｃ）は閉じた状態の正面図、（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。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の実施の形態について図面を参照して以下の順に詳細に説明する。
１．第１の実施の形態
（陽極および陰極の間に正孔供給層、発光層および２層からなる電子供給層を含む有機層を単層挟持した有機電界発光素子）
１−１（有機電界発光素子）
１−２（表示装置）
２．第２の実施の形態
（３層からなる電子供給層を含む有機層を有する有機電界発光素子）
３．第３の実施の形態
（タンデム構造の有機層を有する有機電界発光素子）
【００１４】
（第１の実施の形態）
（有機電界発光素子）
図１は本発明の第１の実施の形態に係る有機電界発光素子１１の断面構成を表したものである。有機電界発光素子１１は、基板１２上に陽極１３，有機層１４および陰極１５をこの順に積層した構造を有する。このうち有機層１４は、陽極１３側から順に例えば正孔供給層１４Ａ（正孔注入層１４ａ，正孔輸送層１４ｂ），発光層１４Ｂ，電子供給層１４Ｃ（第１層１４ｃおよび第２層１４ｄ）を積層してなるものである。
【００１５】
この有機電界発光素子１１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とが発光層１４Ｂ内で再結合する際に生じた発光光を基板１２と反対側（陰極１５側）から光を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である。
【００１６】
基板１２は、その一主面側に有機電界発光素子１１が配列形成される支持体である。基板１２を構成する材料は公知のものでよく、例えば、石英，ガラス，金属箔，または樹脂製のフィルムやシートなどが用いられる。この中でも石英やガラスが好ましく、樹脂製の場合には、その材質としてポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）に代表されるメタクリル樹脂類，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），ポリブチレンナフタレート（ＰＢＮ)などのポリエステル類，またはポリカーボネート樹脂等が挙げられる。但し、透水性や透ガス性を抑えるため積層構造とするか、あるいは表面処理を行うことが必要となる。
【００１７】
陽極１３は、効率よ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を用いることが好ましい。具体的には、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、あるい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。
【００１８】
また、陽極１３は光反射性に優れた第１層と、この上部に設けられた光透過性を有すると共に仕事関数の大きな第２層との積層構造としてもよい。ここで第１層は、主にＡｌを主成分とする合金を用いることが好ましい。副成分としては、主成分であるＡｌよりも相対的に仕事関数が小さい元素を用いる。このような副成分としては、ランタノイド系列の元素を用いることが好ましい。ランタノイド系列元素の仕事関数は大きくないが、これらの元素を含むことで陽極の安定性が向上し、且つ、陽極の正孔注入性も向上する。また、副成分としてはランタノイド系列の元素の他に、シリコン（Ｓｉ），銅（Ｃｕ）等の元素を用いてもよい。
【００１９】
第１層を構成するＡｌ合金層における副成分の含有量は、例えば、Ａｌを安定化させるネオジム（Ｎｄ）やニッケル（Ｎｉ），チタン（Ｔｉ）等であれば合計で約１０ｗｔ％以下であることが好ましい。これにより、第１層であるＡｌ合金層における反射率を維持しつつ、有機電界発光素子の製造プロセスにおいてＡｌ合金層を安定的に保つことができる。また、加工精度および化学的安定性が得られる。更に、陽極１３の導電性および基板１２との密着性も改善される。なお、上記Ｎｄ等の金属は仕事関数が小さいため、後述する正孔供給層１４Ａに一般的に用いられるアミン系の材料では正孔注入障壁が大きくなってしまう。その際には、アミン形の材料に７，７，８，８−テトラシアノ−２，３，５，６−テトラフルオロキノジメタン（Ｆ４−ＴＣＮＱ）等のアクセプタ材料を混合した層や、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（ＰＥＤＯＴ−ＰＳＳ）等のｐドープ層を陽極１３の界面に形成することで正孔注入障壁が低減され、駆動電圧の上昇を抑えることができる。この他、後述するアザトリフェニレン誘導体を用いることで、駆動電圧の上昇を抑えつつ素子を安定化することが可能となる。
【００２０】
第２層は、Ａｌ合金の酸化物，モリブデン（Ｍｏ）の酸化物，ジルコニウム（Ｚｒ）の酸化物，Ｃｒの酸化物，およびタンタル（Ｔａ）の酸化物を用いることができる。例えば、第２層が副成分としてランタノイド系列の元素を含むＡｌ合金の酸化物層（自然酸化膜を含む）である場合、ランタノイド系列元素の酸化物は光の透過率が高いため、これを含む第２層の光の透過率が良好となる。これにより、第１層の表面における反射率が高く維持される。また、第２層にＩＴＯ（Indium Tin Oxide）やＩＺＯ（Indium Zinc Oxide）などの透明導電層を用いることにより陽極１３の電子注入特性が改善される。なお、ＩＴＯおよびＩＺＯは仕事関数が大きいため基板１２と接する側、即ち、第１層に用いることによりキャリアの注入効率を高めると共に、陽極１３と基板１２との間の密着性を向上することができる。
【００２１】
なお、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には、陽極１３は画素毎にパターニングされ、基板１２に設けられた駆動用の薄膜トランジスタ（図示なし）に接続された状態で設けられている。この場合には、陽極１３の上には隔壁１６（図４参照）が設けられ、隔壁１６の開口部から各画素の陽極１３の表面が露出されるように構成される。
【００２２】
正孔供給層１４Ａ（正孔注入層１４ａおよび正孔輸送層１４ｂ）は、発光層１４Ｂへの正孔注入効率を高めると共に、リークを防止するためのバッファ層である。正孔供給層１４Ａの膜厚は素子の全体構成、特に後述する電子供給層１４Ｃとの関係によるが、例えば５ｎｍ〜３００ｎｍであることが好ましく、より好ましくは１０ｎｍ〜２００ｎｍである。
【００２３】
正孔供給層１４Ａの構成材料は、電極や隣接する層の材料との関係で適宜選択すればよく、例えば、ベンジン，スチリルアミン，トリフェニルアミン，ポルフィリン，トリフェニレン，アザトリフェニレン，テトラシアノキノジメタン，トリアゾール，イミダゾール，オキサジアゾール，ポリアリールアルカン，フェニレンジアミン，アリールアミン，オキザゾール，アントラセン，フルオレノン，ヒドラゾン，スチルベンあるいはこれらの誘導体、または、ポリシラン系化合物，ビニルカルバゾール系化合物，チオフェン系化合物あるいはアニリン系化合物等の複素環式共役系のモノマー，オリゴマーあるいはポリマーを用いることができる。
【００２４】
また、上記正孔供給層１４Ａのさらに具体的な材料としては、α−ナフチルフェニルフェニレンジアミン，ポルフィリン，金属テトラフェニルポルフィリン，金属ナフタロシアニン，ヘキサシアノアザトリフェニレン，７，７，８，８−テトラシアノキノジメタン（ＴＣＮＱ），Ｆ４−ＴＣＮＱ，テトラシアノ４，４，４−トリス（３−メチルフェニルフェニルアミノ）トリフェニルアミン，Ｎ，Ｎ，Ｎ'，Ｎ'−テトラキス（ｐ−トリル）ｐ−フェニレンジアミン，Ｎ，Ｎ，Ｎ'，Ｎ'−テトラフェニル−４，４'−ジアミノビフェニル，Ｎ−フェニルカルバゾール，４−ジ−ｐ−トリルアミノスチルベン，ポリ（パラフェニレンビニレン），ポリ（チオフェンビニレン），ポリ（２、２'−チエニルピロール）等が挙げられる。
【００２５】
但し、下記式（２）〜（５）に示した化合物を用いることにより後述する電子供給層１４Ｃから発光層１４Ｂへの電子供給に対して、正孔供給層１４Ａから発光層１４Ｂへの正孔供給が最適化される。
【００２６】
【化１】
（Ｒ１〜Ｒ６は各々独立して、水素原子、ハロゲン原子、ヒドロキシル基、アミノ基、アリールアミノ基、炭素数２０以下のカルボニル基、炭素数２０以下のカルボニルエステル基、炭素数２０以下のアルキル基、炭素数２０以下のアルケニル基、炭素数２０以下のアルコキシル基、炭素数３０以下のアリール基、炭素数３０以下の複素環基、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あるいはそれらの誘導体である。隣接するＲ１〜Ｒ６は互いに結合して環状構造を形成してもよい。Ｘ１〜Ｘ６は各々独立して、炭素原子または窒素原子である。）
【００２７】
なお、上記式（２）に示したアザトリフェニレン誘導体はＸが窒素原子に置換されることにより、化合物中の窒素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。
【００２８】
【化２】
（Ａ０〜Ａ２は、各々独立して、水素原子、ハロゲン原子、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、あるいはシリル基によって置換された炭素数６〜３０の芳香族炭化水素基である。）
【００２９】
【化３】
（Ａ３〜Ａ６は、各々独立して、水素原子、ハロゲン原子、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、あるいはシリル基によって置換された炭素数６〜２０の芳香族炭化水素基である。Ａ３およびＡ４、Ａ５およびＡ６は各々連結基を介して結合していてもよい。ＹはＮとの結合部位以外の環炭素に、各々独立して水素原子、ハロゲン原子、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、またはシリル基によって置換されたベンゼン、ナフタレン、アントラセン、フェナントレン、ナフタセン、フルオランテンまたはペリレンからなる２価の芳香族炭化水素基である。ｍは１以上の整数である。）
【００３０】
【化４】
（Ａ７〜Ａ１２は各々独立して水素原子、ハロゲン原子、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、あるいはシリル基によって置換された炭素数６〜２０の芳香族炭化水素基である。隣接するＡ７およびＡ８、Ａ９およびＡ１０、Ａ１１およびＡ１２は、各々連結基を介して結合していてもよい。Ｚ１〜Ｚ３はＮとの結合部位以外の環炭素に、各々独立して水素原子、ハロゲン原子、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、またはシリル基によって置換されたベンゼン、ナフタレン、アントラセン、フェナントレン、ナフタセン、フルオランテンまたはペリレンからなる２価の芳香族炭化水素基である。ｐ、ｑおよびｒは１以上の整数である。）
【００３１】
式（２）に示したアザトリフェニレン誘導体の具体例としては、以下の式（２−１）などの化合物が挙げられる。
【００３２】
【化５】
【００３３】
式（３）に示したアミン誘導体の具体例としては、以下の式（３−１）〜式（３−９）などの化合物が挙げられる。
【００３４】
【化６】
【００３５】
【化７】
【００３６】
式（４）に示したジアミン誘導体の具体例としては、以下の式（４−１）〜式（４−８４）などの化合物が挙げられる。
【００３７】
【化８】
【００３８】
【化９】
【００３９】
【化１０】
【００４０】
【化１１】
【００４１】
式（５）に示したトリアリールアミン多量体の具体例としては、以下の式（５−１）〜式（５−１５）などの化合物が挙げられる。
【００４２】
【化１２】
【００４３】
これらの化合物は正孔注入層１４ａおよび正孔輸送層１４ｂのどちらに用いてもよいが、窒素含有率の高い組成の化合物を正孔注入層１４ａに用いることが好ましい。
【００４４】
発光層１４Ｂは、陽極１３および陰極１５に対する電界印加時に陽極１３側から注入された正孔と、陰極１５側から注入された電子とが再結合する領域である。発光層１４Ｂは発光色の異なる複数の発光層（ここでは３層）１４ｒ，１４ｇ，１４ｂが設けられている。発光層１４ｒは赤色発光層であり、発光層１４ｇは緑色発光層、発光層１４ｂは青色発光層である。発光層１４ｒ，１４ｇ，１４ｂの積層順序は各発光層１４ｒ，１４ｇ，１４ｂのキャリア輸送性および光取り出しの発光波長に応じた光路長調整から適宜決定される。ここでは、例えば陽極１３側から順に赤色発光層１１ｒ，青色発光層１１ｂ，緑色発光層１１ｇが積層されている。また、赤色発光層１４ｒ，緑色発光層１４ｇ，青色発光層１４ｂの間には、それぞれ発光層分離層（図示なし）を設けてもよい。発光層分離層は、例えばアミン誘導体からなり、厚みは、０．１ｎｍ〜２０ｎｍであることが好ましく、さらに好ましくは１〜１０ｎｍである。発光層１４Ｂの厚みは、素子の全体構成にもよるが、例えば３ｎｍ〜３０ｎｍであることが好ましく、さらに好ましくは５ｎｍ〜２０ｎｍである。このうち、各色の発光層１４ｒ，１４ｇ，１４ｂの膜厚は以下の膜厚とすることが好ましい。例えば、赤色発光層１４ｒは５ｎｍ〜１５ｎｍ、緑色発光層１４ｇは５ｎｍ〜１５ｎｍ、青色発光層１４ｂは５ｎｍ〜１５ｎｍであるがこれに限らない。
【００４５】
発光層１４Ｂを構成する材料としては、電荷の注入機能（電界印加時に陽極１３あるいは正孔供給層１４Ａから正孔を注入することができ、陰極１５あるいは電子供給層１４Ｃから電子を注入することができる機能）、輸送機能（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）、発光機能（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）を有することが好ましい。
【００４６】
特に、複数の発光層１４ｒ，１４ｇ，１４ｂのうち陽極側の発光層には、ホスト材料として正孔輸送性の材料を用いることが好ましい。これにより、陽極１３からの正孔注入が安定する。このような材料としては、具体的には、例えばスチリル誘導体，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。特に、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を用いることが好ましい。また、アントラセン誘導体、特に非対称アントラセン系化合物を用いることにより優れたキャリアバランスを保つことができる。更に、芳香族アミンでは芳香族環基で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。これらのうち、特に、母骨格が環員数４以上７以下の多環式芳香族炭化水素化合物を用いることが好ましい。環員数が４以上７以下の母骨格としては、例えば、ピレン，ベンゾピレン，クリセン，ナフタセン，ベンゾナフタセン，ジベンゾナフタセン、ペリレンまたはコロネン等が挙げられる。
【００４７】
また、正孔供給性の材料としては、下記式（６）に示した化合物を用いることができる。
【００４８】
【化１３】
（Ｒ９〜Ｒ１６は各々独立して、水素原子、ハロゲン原子、ヒドロキシル基、炭素数１以上２０以下のカルボニル基、炭素数１以上２０以下のカルボニルエステル基、炭素数１以上２０以下アルキル基、炭素数１以上２０以下のアルケニル基、炭素数１以上２０以下のアルコキシル基、シアノ基、ニトロ基、炭素数５以上３０以下のシリル基、炭素数６以上３０以下のアリール基、複素環基または炭素数１以上３０以下のアミノ基、あるいはそれらの誘導体である。）
【００４９】
式（６）で表わした化合物の具体例としては、以下の式（６−１）〜式（６−４）などの化合物が挙げられる。
【００５０】
【化１４】
【００５１】
上記のような正孔輸送性材を用いることにより、陽極１３からの正孔注入が安定する。なお、これらの正孔輸送性材料のうち、特にイオン化ポテンシャルが５．６ｅＶ未満であることが好ましい。
【００５２】
また、赤色発光層１４ｒは上記正孔輸送性材料を用いてもよく、緑色発光層１４ｇは蛍光発光材料またはりん光発光材料を用いてもよい。蛍光発光材料（蛍光ホスト材料）としては、例えば、下記式（７）に示したアントラセン化合物を用いることができる。りん光発光材料（りん光ホスト材料）としては、例えば、カルバゾール誘導体あるいはインドロカルバゾール誘導体が挙げられる。
【００５３】
青色発光層１４ｂでは、例えばアントラセン化合物をホスト材料とし、これに青色の蛍光性色素のゲスト材料をドーピングすることによって、青色の発光を発生する。
【００５４】
なお、青色発光層１４ｂおよび緑色発光層１４ｇを構成するホスト材料としては、下記式（７）に示したアントラセン化合物をホスト材料として用いることが好ましい。
【００５５】
【化１５】
（Ｂ１，Ｂ２は各々独立して、炭素数６以上２０以下の芳香族環基あるいはその誘導体である。Ｒ１〜Ｒ８は各々独立して、水素原子、ハロゲン原子、水酸基、シアノ基、ニトロ基、または炭素数５０以下のカルボニル基を有する基、カルボニルエステル基を有する基、アルキル基、アルケニル基、アルコキシル基あるいはそれらの誘導体、炭素数３０以下のシリル基を有する基、アリール基を有する基、複素環基を有する基、アミノ基を有する基あるいはそれらの誘導体である。）
【００５６】
式（７）に示した化合物におけるＲ１〜Ｒ８が示すアリール基を有する基としては、例えば、フェニル基，１−ナフチル基，２−ナフチル基，フルオレニル基，１−アントリル基，２−アントリル基，９−アントリル基，１−フェナントリル基，２−フェナントリル基，３−フェナントリル基，４−フェナントリル基，９−フェナントリル基，１−ナフタセニル基，２−ナフタセニル基，９−ナフタセニル基，１−ピレニル基，２−ピレニル基，４−ピレニル基，１−クリセニル基，６−クリセニル基，２−フルオランテニル基，３−フルオランテニル基，２−ビフェニルイル基，３−ビフェニルイル基，４−ビフェニルイル基，ｏ−トリル基，ｍ−トリル基，ｐ−トリル基，ｐ−ｔ−ブチルフェニル基等が挙げられる。
【００５７】
また、Ｒ１〜Ｒ８が示す複素環基を有する基としては、ヘテロ原子として酸素原子（Ｏ），窒素原子（Ｎ），硫黄原子（Ｓ）を含有する５員環または６員環の芳香環基であり、炭素数２〜２０の縮合多環芳香環基が挙げられる。このような複素環基としては、例えばチエニル基，フリル基，ピロリル基，ピリジル基，キノリル基，キノキサリル基，イミダゾピリジル基，ベンゾチアゾール基が挙げられる。代表的なものとしては，１−ピロリル基，２−ピロリル基，３−ピロリル基，ピラジニル基，２−ピリジニル基，３−ピリジニル基，４−ピリジニル基，１−インドリル基，２−インドリル基，３−インドリル基，４−インドリル基，５−インドリル基，６−インドリル基，７−インドリル基，１−イソインドリル基，２−イソインドリル基，３−イソインドリル基，４−イソインドリル基，５−イソインドリル基，６−イソインドリル基，７−イソインドリル基，２−フリル基，３−フリル基，２−ベンゾフラニル基，３−ベンゾフラニル基，４−ベンゾフラニル基，５−ベンゾフラニル基，６−ベンゾフラニル基，７−ベンゾフラニル基，１−イソベンゾフラニル基，３−イソベンゾフラニル基，４−イソベンゾフラニル基，５−イソベンゾフラニル基，６−イソベンゾフラニル基，７−イソベンゾフラニル基，キノリル基，３−キノリル基，４−キノリル基，５−キノリル基，６−キノリル基，７−キノリル基，８−キノリル基，１−イソキノリル基，３−イソキノリル基，４−イソキノリル基，５−イソキノリル基，６−イソキノリル基，７−イソキノリル基，８−イソキノリル基，２−キノキサリニル基，５−キノキサリニル基，６−キノキサリニル基，１−カルバゾリル基，２−カルバゾリル基、３−カルバゾリル基，４−カルバゾリル基，９−カルバゾリル基，１−フェナンスリジニル基，２−フェナンスリジニル基，３−フェナンスリジニル基，４−フェナンスリジニル基，６−フェナンスリジニル基，７−フェナンスリジニル基，８−フェナンスリジニル基，９−フェナンスリジニル基，１０−フェナンスリジニル基，１−アクリジニル基，２−アクリジニル基，３−アクリジニル基，４−アクリジニル基，９−アクリジニル基，などが挙げられる。
【００５８】
Ｒ１〜Ｒ８が示すアミノ基を有する基としては、アルキルアミノ基，アリールアミノ基，アラルキルアミノ基等のいずれでもよい。これらは、炭素数１〜６個の脂肪族炭化水素基および／または１〜４個の芳香環基を有することが好ましい。このような基としては、具体的には、ジメチルアミノ基，ジエチルアミノ基，ジブチルアミノ基，ジフェニルアミノ基，ジトリルアミノ基，ビスビフェニリルアミノ基、ジナフチルアミノ基が挙げられる。なお、上記置換基は２以上の置換基からなる縮合環を形成していてもよく、さらにその誘導体でもよい。
【００５９】
式（７）に示した化合物の具体例としては、以下の式（７−１）〜式（７−６４）などの化合物が挙げられる。
【００６０】
【化１６】
【００６１】
【化１７】
【００６２】
【化１８】
【００６３】
【化１９】
【００６４】
【化２０】
【００６５】
ゲスト材料としては、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，ジケトピロロピロール誘導体，ピラン誘導体またはスチリル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。また、所望の発光色を有する既知のりん光ドーパントも用いることができる。具体的には、例えば、スチルベン構造を有するアミン，芳香族アミン，ペリレン誘導体，クマリン誘導体，ボラン誘導体，ピラン誘導体，イリジウム錯体，白金錯体またはレニウム錯体が挙げられる。中でもイリジウム錯体，白金錯体およびレニウム錯体のりん光ドーパント材料を用いることが好ましい。
【００６６】
ここで、青色の発光性ゲスト材料としては、約４００ｎｍ〜４９０ｎｍの範囲に発光ピークを有する化合物を示す。このよう化合物としては、ナフタレン誘導体，アントラセン誘導体，ナフタセン誘導体，スチリルアミン誘導体，ビス（アジニル）メテンホウ素錯体などの有機物質が挙げられる。なかでも、アミノナフタレン誘導体，アミノアントラセン誘導体，アミノクリセン誘導体，アミノピレン誘導体，スチリルアミン誘導体，ビス（アジニル）メテンホウ素錯体を用いることが好ましい。
【００６７】
電子供給層１４Ｃは、陰極１５から注入される電子を発光層１４Ｂに輸送するためのものであり、ここでは２層、第１層１４ｃ，第２層１４ｄが設けられている。第１層１４ｃおよび第２層１４ｄは陽極１３側からこの順に積層されている。電子供給層１４Ｃの膜厚は素子の全体構成によるが、例えば１０ｎｍ〜２００ｎｍであることが好ましく、より好ましくは２０ｎｍ〜１８０ｎｍである。
【００６８】
第１層１４ｃの材料としては、優れた電子輸送能を有する有機材料を用いることが好ましい。これにより複数積層された発光層１４ｒ，１４ｇ，１４ｂを同時に発光させ、電流密度依存性の少ない素子を形成することができる。このような有機材料としては、具体的には電子移動度が１．０×１０-4ｃｍ2／Ｖｓ以上の含窒素複素環誘導体を用いることができる。なお、電子移動度の上限値は特に限定されないが、下記材料を用いることにより１．０×１０-3ｃｍ2／Ｖｓ程度を得ることができる。また、電子供給層１４Ｃはここでは２層としたが、第１層１４ｃのみの単層としてもよい。
【００６９】
具体的には下記式（８）で示したアリールピリジン誘導体を用いることが好ましい。これにより、発光層１４Ｂへの電子供給が安定化し、高効率でありながら安定した駆動が補償される。
【００７０】
【化２１】
（Ａｒ１は核炭素数６〜５０個の芳香族炭化水素基あるいはその誘導体である。Ｘは少なくともピリジニル基を含有する芳香族複素環基あるいはその誘導体である。ｍは１〜５の整数であり、ｎは1〜６の整数である。但し、ｍが２以上の場合にはＡｒ１はそれぞれ同一の基あるいは異なる基でもよい。ｎが２以上の場合にはＸはそれぞれ同一の基あるいは異なる基でもよい。）
【００７１】
式（８）に示したアリールピリジン誘導体の具体例としては、以下の式（８−１）〜式（８−５５）などの化合物が挙げられる。
【００７２】
【化２２】
【００７３】
【化２３】
【００７４】
【化２４】
【００７５】
【化２５】
【００７６】
【化２６】
【００７７】
上記のような高い電子供給能を有するアリールピリジン誘導体を用いることにより、低い駆動電圧でも高い電子の供給効率が維持される。なお、電子供給層１４Ｃは式（1）に示したアリールピリジン誘導体以外の化合物を含んでいてもよい。アリールピリジン誘導体以外の化合物としては、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，炭酸塩等が挙げられる。
【００７８】
第２層１４ｄの材料としては、優れた電子輸送能を有する有機材料を用いることが好ましく、具体的には下記式（９）で示したベンゾイミダゾール誘導体を用いることが好ましい。これにより、発光層１４Ｂへの電子の供給量が安定化し、高効率でありながら安定した駆動が補償される。
【００７９】
【化２７】
（Ａ１およびＡ２は、各々独立して水素原子、炭素数６０個以下のアリール基、炭素数６０個以下の複素環基、炭素数１〜２０個のアルキル基または炭素数１〜２０の個アルコキシ基あるいはそれらの誘導体である。Ｂは２価のパラフェニレン基であり、Ａｒ２は２，６位においてパラフェニレン基に結合されたアントラセンまたはその誘導体である。）
【００８０】
式（９）に示したベンゾイミダゾール誘導体の具体例としては、以下の式（９−１）〜式（９−４２）などの化合物が挙げられる。なお、ＨＡｒは式（９）中のＡ１，Ａ２を含むベンゾイミダゾール骨格に、Ｌは式（９）中のＢに対応する。Ａｒ３は式（９）中のＡｒ２に対応し、Ａｒ１，Ａｒ２の順にＢに結合する。
【００８１】
【化２８】
【００８２】
【化２９】
【００８３】
【化３０】
【００８４】
【化３１】
【００８５】
陰極１５は、例えば、厚みが２ｎｍ〜１５ｎｍであり、光透過性が良好で仕事関数が小さい材料により構成されている。陰極１５は単層でもよいが、ここでは例えば陽極１３側から順に第１層１５Ａ、第２層１５Ｂと積層した構造となっている。
【００８６】
第１層１５Ａは、仕事関数が小さく、且つ、光透過性の良好な材料により形成されることが好ましい。具体的には、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、且つ、導電性が良好な材料で構成されている。
【００８７】
なお、第１層１５Ａおよび第２層１５Ｂは、真空蒸着法，スパッタリング法，またはプラズマＣＶＤ法等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、陽極１３の周縁を覆う隔壁１６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、各画素に対する共通電極として用いてもよい。
【００８８】
また、陰極１５は、アルミキノリン錯体，スチリルアミン誘導体，フタロシアニン誘導体等の有機発光材料を含有した混合層としてもよい。この場合には、更に、第３層（図示なし）としてＭｇＡｇのような光透過性を有する層を別途設けてもよい。また、陰極１５は上記のような積層構造に限定されることはなく、作製されるデバイスの構造に応じて最適な組み合わせおよび積層構造を取ればよいことは言うまでもない。例えば、本実施の形態の陰極１５は、電極各層の機能分離、即ち有機層１４への電子注入を促進させる無機層（第１層１５Ａ）と、電極を司る無機層（第２層１５Ｂ）とを分離した積層構造である。しかしながら、有機層１４への電子注入を促進させる無機層が、電極を司る無機層を兼ねてもよく、これらの層を単層構造として構成してもよい。また、この単層構造上にＩＴＯなどの透明電極を形成した積層構造としてもよい。
【００８９】
更に、この有機電界発光素子１１が、キャビティ構造となっている場合には、陰極１５には半透過半反射材料を用いることが好ましい。これにより、陽極１３側の光反射面と、陰極１５側の光反射面との間で多重干渉させた発光光が陰極１５側から取り出される。この場合、陽極１３側の光反射面と陰極１５側の光反射面との間の光学的距離は、取り出したい光の波長によって規定され、この光学的距離を満たすように各層の膜厚が設定されていることとする。このような上面発光型の有機電界発光素子においては、このキャビティ構造を積極的に用いることにより、外部への光取り出し効率の改善や発光スペクトルの制御を行うことが可能となる。
【００９０】
（表示装置）
図２は、本実施の形態の有機電界発光素子１１（赤色有機電界発光素子１１Ｒ，緑色有機電界発光素子１１Ｇ，青色有機電界発光素子１１Ｂ）を備えた表示装置１０の構成を表すものである。この表示装置１０は、有機ＥＬテレビジョン装置などとして用いられるものであり、例えば、基板１２の上に、表示領域１１０として、複数の有機電界発光素子１１がマトリクス状に配置されたものである。表示領域１１０の周辺には、映像表示用のドライバである信号線駆動回路１２０および走査線駆動回路１３０が設けられている。なお、隣り合う有機電界発光素子１１の組み合わせが一つの画素（ピクセル）を構成している。
【００９１】
表示領域１１０内には画素駆動回路１４０が設けられている。図３は、画素駆動回路１４０の一例を表したものである。画素駆動回路１４０は、陽極１３の下層に形成されたアクティブ型の駆動回路である。すなわち、この画素駆動回路１４０は、駆動トランジスタＴｒ１および書き込みトランジスタＴｒ２と、これらトランジスタＴｒ１，Ｔｒ２の間のキャパシタ（保持容量）Ｃｓと、第１の電源ライン（Ｖｃｃ）および第２の電源ライン（ＧＮＤ）の間において駆動トランジスタＴｒ１に直列に接続された有機電界発光素子１１（１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂ）とを有する。駆動トランジスタＴｒ１および書き込みトランジスタＴｒ２は、一般的な薄膜トランジスタ（ＴＦＴ（Thin Film Transistor））により構成され、その構成は例えば逆スタガ構造（いわゆるボトムゲート型）でもよいしスタガ構造（トップゲート型）でもよく特に限定されない。
【００９２】
画素駆動回路１４０において、列方向には信号線１２０Ａが複数配置され、行方向には走査線１３０Ａが複数配置されている。各信号線１２０Ａと各走査線１３０Ａとの交差点が、各有機電界発光素子１１のいずれか１つ（サブピクセル）に対応している。各信号線１２０Ａは、信号線駆動回路１２０に接続され、この信号線駆動回路１２０から信号線１２０Ａを介して書き込みトランジスタＴｒ２のソース電極に画像信号が供給されるようになっている。各走査線１３０Ａは走査線駆動回路１３０に接続され、この走査線駆動回路１３０から走査線１３０Ａを介して書き込みトランジスタＴｒ２のゲート電極に走査信号が順次供給されるようになっている。
【００９３】
図４は、図２に示した表示領域１１０の断面構成の一部を表したものである。各有機電界発光素子１１（１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂ）は、それぞれ、基板１２の側から、画素駆動回路１４０の駆動トランジスタＴｒ１および平坦化絶縁膜（図示せず）を間にして、上述のように陽極１３，隔壁１６，発光層１４Ｂを含む有機層１４および陰極１５がこの順に積層された構成を有している。更に、有機電界発光素子１１は保護層２０により被覆され、更にこの保護層２０上に熱硬化型樹脂または紫外線硬化型樹脂などの接着層（図示せず）を間にしてガラスなどよりなる封止用基板３０が全面にわたって貼り合わされることにより封止されている。保護層２０には、窒化ケイ素（代表的には、Ｓｉ3Ｎ4）膜，酸化ケイ素（代表的には、ＳｉＯ2）膜、窒化酸化ケイ素（ＳｉＮｘＯｙ：組成比Ｘ＞Ｙ）膜、酸化窒化ケイ素（ＳｉＯｘＮｙ：組成比Ｘ＞Ｙ）膜、またはＤＬＣ（Ｄｉａｍｏｎｄ ｌｉｋｅ Ｃａｒｂｏｎ）のような炭素を主成分とする薄膜、ＣＮ（Ｃａｒｂｏｎ Ｎａｎｏｔｕｂｅ）膜等が用いられる。これらの膜は、単層または積層した構成とすることが好ましい。特に、窒化物からなる保護層２０は膜質が緻密であり有機電界発光素子１１に悪影響を及ぼす水分、酸素およびその他不純物に対して極めて高いブロッキング効果を有する。
【００９４】
保護層２０は、例えば厚みが２〜３μｍであり、絶縁性材料または導電性材料のいずれにより構成されていてもよい。絶縁性材料としては、無機アモルファス性の絶縁性材料、例えばアモルファスシリコン（α−Ｓｉ）,アモルファス炭化シリコン（α−ＳｉＣ）,アモルファス窒化シリコン（α−Ｓｉ1-xＮx）、アモルファスカーボン（α−Ｃ）などが好ましい。このような無機アモルファス性の絶縁性材料は、グレインを構成しないため透水性が低く、良好な保護膜となる。
【００９５】
封止用基板３０は、有機電界発光素子１１の陰極１５の側に位置しており、接着層（図示せず）と共に有機電界発光素子１１を封止するものである。封止用基板３０は、有機電界発光素子１１で発生した光に対して透明なガラスなどの材料により構成されている。封止用基板３０には、例えば、カラーフィルタおよびブラックマトリクスとしての遮光膜（いずれも図示せず）が設けられており、有機電界発光素子１１で発生した光を取り出すと共に、各有機電界発光素子１１間の配線において反射された外光を吸収し、コントラストを改善するようになっている。
【００９６】
カラーフィルタは、赤色フィルタ，緑色フィルタおよび青色フィルタ（いずれも図示せず）を有しており、順に配置されている。赤色フィルタ，緑色フィルタおよび青色フィルタは、それぞれ例えば矩形形状で隙間なく形成されている。これら赤色フィルタ，緑色フィルタおよび青色フィルタは、顔料を混入した樹脂によりそれぞれ構成されており、顔料を選択することにより、目的とする赤，緑あるいは青の波長域における光透過率が高く、他の波長域における光透過率が低くなるように調整されている。なお、各有機電界発光素子１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂ上には、対応する色のカラーフィルタが設けられている。
【００９７】
遮光膜は、例えば黒色の着色剤を混入した光学濃度が１以上の黒色の樹脂膜、または薄膜の干渉を利用した薄膜フィルタにより構成されている。このうち黒色の樹脂膜により構成するようにすれば、安価で容易に形成することができるので好ましい。薄膜フィルタは、例えば、金属，金属窒化物あるいは金属酸化物よりなる薄膜を１層以上積層し、薄膜の干渉を利用して光を減衰させるものである。薄膜フィルタとしては、具体的には、Ｃｒと酸化クロム（ＩＩＩ）（Ｃｒ2Ｏ3）とを交互に積層したものが挙げられる。
【００９８】
ここで、有機電界発光素子１１を構成する陽極１３から陰極１５までの各層は、真空蒸着法、イオンビーム法（ＥＢ法）、分子線エピタキシー法（ＭＢＥ法）、スパッタ法、ＯＶＰＤ（Ｏrganic Ｖapor Ｐhase Ｄeposition）法などのドライプロセスによって形成できる。
【００９９】
また、有機層１４は、上記の方法に加えてレーザー転写法，スピンコート法，ディッピング法，ドクターブレード法，吐出コート法，スプレーコート法などの塗布法、インクジェット法，オフセット印刷法，凸版印刷法，凹版印刷法，スクリーン印刷法，マイクログラビアコート法などの印刷法などのウエットプロセスによる形成も可能であり、各有機層や各部材の性質に応じて、ドライプロセスとウエットプロセスを併用しても構わない。
【０１００】
この表示装置１０では、各画素に対して走査線駆動回路１３０から書き込みトランジスタＴｒ２のゲート電極を介して走査信号が供給されると共に、信号線駆動回路１２０から画像信号が書き込みトランジスタＴｒ２を介して保持容量Ｃｓに保持される。すなわち、この保持容量Ｃｓに保持された信号に応じて駆動トランジスタＴｒ１がオンオフ制御され、これにより、有機電界発光素子１１に駆動電流Ｉｄが注入され、正孔と電子とが再結合して発光が起こる。この光は、下面発光（ボトムエミッション）の場合には陽極１３および基板１２を透過して、上面発光（トップエミッション）の場合には陰極１５，カラーフィルタ（図示せず）および封止用基板３０を透過して取り出される。
【０１０１】
従来用いられている有機電界発光素子は、例えば陽極側に赤色から黄色を示す発光層を形成し、陰極側に青色の発光層が積層された構成を有する。このような構成の有機電界発光素子では、色純度の高い白色光を得るために、例えば赤色から黄色を示す発光層の膜厚を薄く（例えば、１〜２ｎｍ）したり、ドープ濃度を低くする方法が用いられていた。しかしながら、上述のように発光層の膜厚は非常に薄く、発光層に用いられる分子サイズとほぼ同等の厚さであるため膜厚の制御による色純度の調整は非常に困難であった。
【０１０２】
また、前述のように、有機電界発光素子はダイオード特性を持つため、電圧の変化に対し電流密度が大幅に変化する。例えば、定電流駆動試験では有機電界発光素子内の抵抗成分の増大により、数時間程度で通常０．２〜１Ｖ程度の駆動電圧の上昇が発生する。有機電界発光素子を定電圧駆動回路で駆動させた場合には、この電圧変化は電流劣化成分だけで１０〜５０％の変化に相当する。更に、素子の駆動劣化としてはこの電流劣化に輝度劣化成分も加わるため、有機電界発光素子の駆動にコストの低い定電圧駆動回路を選択することは困難となり、よりコストの高い定電流駆動回路を用いる必要があった。
【０１０３】
これに対して本実施の形態では、赤色，緑色，青色等の異なる色の発光層１４ｒ，１４ｂ，１４ｇを含む発光層１４Ｂ上に、電子移動度が１．０×１０-4ｃｍ2／Ｖｓ以上の含窒素複素環式化合物を用いた電子供給層１４Ｃを設けている。これにより各発光層における正孔および電子のキャリアバランスを調整することが可能となる。
【０１０４】
このように本実施の形態の有機電界発光素子１１およびこれを備えた表示装置１０では、少なくともアントラセン誘導体を含む２種以上のホスト材料を含有すると共に、互いに異なる発光色を示す複数の発光層１４ｒ，１４ｂ，１４ｇを有する有機層１４のうち、陰極１５側に電子移動度の高い含窒素複素環式化合物を含む電子供給層を設けるようにした。このため、各発光層への電子の注入効率が向上し、キャリアバランスが調整される。これにより、有機電界発光素子１１内に設けられた異なる色の複数の発光層が均一に発光するようになり色純度が向上する。また、励起子分布の変化が抑制されるため電流密度の変化による色度変化を抑制することが可能となる。更に、発光層１４Ｂ以外の層を励起することが抑えられるため、有機層１４内での劣化因子の発生が低減される。これにより電流電圧特性を一定に、即ち、駆動電圧の上昇が抑えられ、コストの低い定電圧駆動回路を選択することが可能となる。即ち、低輝度から高輝度までの色度変化が少なく、安価で信頼性の高い表示装置１０を作製することが可能となる。
【０１０５】
以下、第２の実施の形態および第３の実施の形態について説明するが、上記第１の実施の形態と同一の構成要素については同一符号を付してその説明は省略する。
【０１０６】
（第２の実施の形態）
図５は、第２の実施の形態における有機電界発光素子２１を備えた表示装置２０の断面構成の一部を表したものである。有機電界発光素子２１は第１の実施の形態と同様に、基板１２上に陽極１３、有機層２４および陰極１５がこの順に積層された構成を有している。この有機電界発光素子２１は、電子供給層２４Ｃが３層積層されている点が第１の実施の形態と異なる。
【０１０７】
具体的には、陽極１３側から第３層２４ｅ，第１層２４ｃ，第２層２４ｄの順に積層されている。第１層２４ｃおよび第２層２４ｄは上記第１の実施の形態で説明した第１層１４ｃおよび第２層１４ｄと同様の構成および材料が用いられる。
【０１０８】
第３層２４ｅの材料としては、優れた電子輸送能を有すると共に、高い電荷バランス調整能を有する有機材料を用いることが好ましい。これにより発光層１４Ｂ、特に赤色発光層１４ｒおよび緑色発光層１４ｇへの電子の輸送効率を高めることにことができる。このような有機材料としては、具体的には下記式（１０）に示したジベンゾイミダゾール誘導体を用いることが好ましい。
【０１０９】
【化３２】
（Ｙ１〜Ｙ８は、各々独立して炭素数６〜６０個のアリール基、アルケニル基、ピリジル基、キノリル基、炭素数１〜２０個のアルキル基、炭素数１〜２０個のアルコキシ基、炭素数５〜６０個の脂肪族環基または炭素数５〜６０個以下の複素環基あるいはそれらの誘導体である。なお、Ｙ７およびＹ８は連結基を介して環状構造を形成してもよい。）
【０１１０】
式（１０）に示したジベンゾイミダゾール誘導体の具体例としては、以下の式（１０−１）〜式（１０−２１）等の化合物が挙げられる。
【０１１１】
【化３３】
【０１１２】
また、電子供給層２４Ｃはここでは３層としたが、図６に示した表示装置２０Ａのように第３層２４ｅおよび第１層２４ｃ層からなる２層構造としてもよい。
【０１１３】
本実施の形態の有機電界発光素子２１（表示装置２０，２０Ａ）では、電子供給層２４Ｃとして上記第１の実施の形態で説明した第１層１４ｃおよび第２層１４ｄと同様の材料を用いて形成された第１層２４ｃおよび第２層２４ｄに加えて、発光層２４Ｂと第１層２４ｃとの間に上記式（１０）に示したジベンゾイミダゾール誘導体を含む第３層２４ｅを設けるようにした。即ち、電子供給層２４Ｃを陽極１３側から順に第３層２４ｅ，第１層２４ｃ，第２層２４ｄに積層した３層構造とした。これにより、上記第１の実施の形態の有機電界発光素子１１よりも、更に発光層２４Ｂへの供給される電荷のバランスの調整を良好に行うことができ、高効率および長寿命を両立することが可能となる。
【０１１４】
（第３の実施の形態）
図７（Ａ）は、第３の実施の形態における有機電界発光素子３１の断面構成を表したものである。有機電界発光素子３１は第１の実施の形態と同様に、基板１２上に陽極１３、有機層３４および陰極１５がこの順に積層された構成を有している。この有機電界発光素子２１は、有機層３４が２層（第１有機層３４−１，第２有機層３４−２）積層されたタンデム構造となっている点が第１の実施の形態と異なる。
【０１１５】
具体的には、例えば上記第１の実施の形態で説明した有機層１４と同様の構成をした第１有機層３４−１および第２有機層３４−２が、電子供給層１７Ａと、正孔注入層１７Ｂとを積層した構造を有する電荷発生層１７によって挟持されている。
【０１１６】
電子供給層１７Ａは、陽極１３側に設けられると共に、第１有機層３４−１側の発光層３４Ｂ１に電子を供給するものである。電子供給層１７Ａの材料としては、アルカリ金属，アルカリ土類金属または希土類金属等の電子供与性金属あるいはその化合物が挙げられる。具体的には、例えばマグネシウム（Ｍｇ）をドープしたＡｌｑ３等を用いることができる。また、電子供給層１７Ａは電子供与性金属の他に有機材料を添加した混合層としてもよい。電子供給層１７Ａに添加可能な有機材料は、例えば上述した電子供給層２４Ｃの第１層１４ｃの材料として示した式（８−１）〜式（８−５５）および第２層１４ｄの材料として示した式（９−１）〜式（９−３２）が挙げられる。
【０１１７】
正孔注入層１７Ｂは、陰極１５側に設けられると共に、第２有機層３４−２側の発光層３４Ｂ２への正孔の注入するものである。具体的には、正孔注入層１７Ｂは、第２有機層３４−２側から電子を引き抜き、電子供給層１７Ａを介して第１有機層３４−１側へ電子を供給する。この電子の引き抜きによって生じた正孔が第２有機層３４−２の発光層３４Ｂ２へ供給される。正孔注入層１７Ｂの材料としては、４．５ｅＶより大きなＬＵＭＯ準位を有する化合物が好ましく、具体的には、上記式（２−１）に示したヘキサニトリルアザトリフェニレンまたは下記式（１１）に示した化合物を用いることができる。
【０１１８】
【化３４】
【０１１９】
なお、電荷発生層１７は図７（Ｂ）に示した有機電界発光素子３１Ａのように、電子供給層１７Ａと、第１有機層３４−１の電子供給層３４Ｃ１との間に電子注入性の材料からなる電子注入層１７Ｃを設けてもよい。電子注入層１７Ｃの材料としては、例えば酸化リチウム（ＬｉＯ2）や炭酸セシウム（ＣｓＣＯ3）、あるいはこれらの酸化物および複合酸化物の混合物を用いることができる。また、電子注入層１７Ｃはこれら材料に限定されることはなく、例えばカルシウム（Ｃａ），バリウム（Ｂａ）等のアルカリ土類金属、Ｌｉ，Ｃｓ等のアルカリ金属、インジウム（Ｉｎ），Ｍｇ等の仕事関数が小さい金属、あるいはこれらの酸化物および複合酸化物を用いてもよい。更に、これら酸化物および複合酸化物を２種以上組み合わせて安全性を高めた混合物あるいは合金を用いてもよい。
【０１２０】
本実施の形態の有機電界発光素子３１，３１Ａでは、有機層３４を２層（第１有機層３４−１，第２有機層３４−３）積層したタンデム構造とするようにしたので、上記第１の実施の形態の効果に加えて発光効率が更に向上する。
【０１２１】
なお、ここでは有機層３４を２層積層した場合を示したがこれに限らず、３層またはそれ以上積層しても構わない。積層数を多くすることによって発光効率を更に向上することが可能となる。本実施の形態の有機電界発光素子２１のように有機層３４を２層積層した場合の理論上の発光効率はｌｍ／Ｗは変ることなく、電流効率ｃｄ/Ａは２倍に、また３層積層した場合には、３倍となる。
【０１２２】
（モジュールおよび適用例）
以下、上記実施の形態で説明した有機ＥＬ表示装置の適用例について説明する。上記実施の形態の有機ＥＬ表示装置は、テレビジョン装置，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あるいはビデオカメラなど、外部から入力された映像信号あるいは内部で生成した映像信号を、画像あるい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。
【０１２３】
（モジュール）
上記実施の形態の表示装置は、例えば、図８に示したようなモジュールとして、後述する適用例１〜５などの種々の電子機器に組み込まれる。このモジュールは、例えば、基板１１の一辺に、保護層２０および封止用基板３「０から露出した領域２１０を設け、この露出した領域２１０に、信号線駆動回路１２０および走査線駆動回路１３０の配線を延長して外部接続端子（図示せず）を形成したものである。外部接続端子には、信号の入出力のためのフレキシブルプリント配線基板（ＦＰＣ；Flexible Printed Circuit）２２０が設けられていてもよい。
【０１２４】
（適用例１）
図９は、上記実施の形態の表示装置が適用されるテレビジョン装置の外観を表したものである。このテレビジョン装置は、例えば、フロントパネル３１０およびフィルターガラス３２０を含む映像表示画面部３００を有しており、この映像表示画面部３００は、上記実施の形態に係る表示装置により構成されている。
【０１２５】
（適用例２）
図１０は、上記実施の形態の表示装置が適用されるデジタルカメラの外観を表したものである。このデジタルカメラは、例えば、フラッシュ用の発光部４１０、表示部４２０、メニュースイッチ４３０およびシャッターボタン４４０を有しており、その表示部４２０は、上記実施の形態に係る表示装置により構成されている。
【０１２６】
（適用例３）
図１１は、上記実施の形態の表示装置が適用されるノート型パーソナルコンピュータの外観を表したものである。このノート型パーソナルコンピュータは、例えば、本体５１０，文字等の入力操作のためのキーボード５２０および画像を表示する表示部５３０を有しており、その表示部５３０は、上記実施の形態に係る表示装置により構成されている。
【０１２７】
（適用例４）
図１２は、上記実施の形態の表示装置が適用されるビデオカメラの外観を表したものである。このビデオカメラは、例えば、本体部６１０，この本体部６１０の前方側面に設けられた被写体撮影用のレンズ６２０，撮影時のスタート／ストップスイッチ６３０および表示部６４０を有しており、その表示部６４０は、上記実施の形態に係る表示装置により構成されている。
【０１２８】
（適用例５）
図１３は、上記実施の形態の表示装置が適用される携帯電話機の外観を表したものである。この携帯電話機は、例えば、上側筐体７１０と下側筐体７２０とを連結部（ヒンジ部）７３０で連結したものであり、ディスプレイ７４０，サブディスプレイ７５０，ピクチャーライト７６３０およびカメラ７７０を有している。そのディスプレイ７４０またはサブディスプレイ７５０は、上記実施の形態に係る表示装置により構成されている。
【０１２９】
（実施例１）
次に本発明の実施例１について説明する。実施例１および比較例１は第１の実施の形態に対応するものである。この有機電界発光素子１１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を陽極１３と陰極１５との間で共振させて基板１２と反対側の陰極１５側から取り出す共振器構造で構成される上面発光方式の有機電界発光素子である。なお、これは後述する実施例２についても同様である。
【０１３０】
まず、３０ｍｍ×３０ｍｍのガラス板からなる基板１２上に、陽極１３としてＡｌ層を２００ｎｍの膜厚で形成したのち、次に、ＳｉＯ2蒸着により２ｍｍ×２ｍｍの発光領域以外を絶縁膜（図示なし）でマスクした有機電界発光素子用のセルを作製した。続いて陽極１３上に、正孔供給層１４ａとして式（２−１）に示したヘキサニトリルアザトリフェニレンを蒸着速度０．２〜０．４ｎｍ／ｓｅｃ，１０ｎｍの膜厚で形成したのち、正孔輸送層１４ｂとして式（１２）に示した化合物を真空蒸着法により蒸着速度０．２〜０．４ｎｍ／ｓｅｃ，３０ｎｍの膜厚で形成した。
【０１３１】
【化３５】
【０１３２】
次に、発光層１４Ｂとして、赤色発光層１４ｒ，青色発光層１４ｂ，緑色発光層１４ｇを各発光層の電荷輸送能に応じて適宜積層した。なお、赤色発光層１４ｒと上層発光層（青色発光層１４ｂおよび緑色発光層１４ｇ）との間には発光層分離層を設けた。また、各膜厚はここではそれぞれ１０ｎｍである。具体的には、赤色発光層１４ｒでは、例えばホスト材料として式（６−１）で示した化合物を、ゲスト材料として式（１３）で示した化合物をドープ濃度１％となるように形成したのち、発光層分離層として式（４−４２）で示した化合物を用いて形成し、厚さ５ｎｍとした。続いて、青色発光層１４ｂでは、ホスト材料として、例えば式（７−４６）で示した化合物を用い、ゲスト材料に例えば式（１５）に示した蛍光材料をそれぞれドープ濃度５％となるように形成した。次に、緑色発光層１４ｇでは、ホスト材料として、例えば青色発光層１４ｂと同様に式（７−４６）で示した化合物を用い、ゲスト材料として、例えば式（１６）に示した化合物をドープ濃度５％になるように形成した。または、式（１９）に示したホスト材料に式（１７）に示したりん光材料をドープ濃度５％となるように形成し、発光層１４Ｂとした。なお、赤色発光層１４ｒ，青色発光層１４ｂおよび緑色発光層１４ｇのホスト材料には実施の形態内に示した化合物のほかに、下記式（１８）〜（２０）に示した化合物を用いた。
【０１３３】
【化３６】
【０１３４】
【化３７】
【０１３５】
【化３８】
【０１３６】
【化３９】
【０１３７】
【化４０】
【０１３８】
【化４１】
【０１３９】
【化４２】
【０１４０】
【化４３】
【０１４１】
次に、発光層１４Ｂ上に電子供給層１４Ｃとして例えば式（８−１８）に示した化合物を用いて形成した（実施例１−１，１−２）。また、式（８−１８）からなる第１層１４ｃ上に更に式（９−３９）に示した化合物を用いて形成した第２層１４ｄを積層した２層からなる電子供給層１４Ｃを形成した（実施例１−４）。更に、式（１０−１）からなる第３層２４ｅ，式（８−３６）からなる第１層２４ｃおよび式（９−１０）からなる第２層２４ｄを積層した３層からなる電子供給層２４Ｃを形成した（実施例１−７）。
【０１４２】
続いて有機層１４を形成したのち、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、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。以上のようにして有機電界発光素子１１を作製した。
【０１４３】
（実施例２）
実施例２および比較例２は有機層３４がタンデム構造を有する第３の実施の形態に対応するものである。まず、３０ｍｍ×３０ｍｍのガラス板からなる基板１２上に、陽極１３としてＡｌ層を２００ｎｍの膜厚で形成したのち、次に、ＳｉＯ2蒸着により２ｍｍ×２ｍｍの発光領域以外を絶縁膜（図示なし）でマスクした有機電界発光素子用のセルを作製した。続いて陽極１３上に、正孔供給層１４ａとして式（２−１）に示したヘキサニトリルアザトリフェニレンを蒸着速度０．２〜０．４ｎｍ／ｓｅｃ，１０ｎｍの膜厚で形成したのち、正孔輸送層１４ｂとして式１０に示した化合物を真空蒸着法により蒸着速度０．２〜０．４ｎｍ／ｓｅｃ，３０ｎｍの膜厚で形成した。
【０１４４】
次に、第１の発光層３４Ｂ１として青色発光層を１０ｎｍの膜厚で形成した。具体的には、例えば青色発光層では、ホスト材料として、例えば式（７−５５）で示した化合物を用い、ゲスト材料として、例えば式（１５）に示した化合物を用いて形成したのち、発光層４４Ｂ１上に例えば式（８−５４）に示した化合物を用いて電子供給層３４Ｃ１を厚さ４０ｎｍで形成した。
【０１４５】
以上のように第１有機層３４−１を形成したのち、その電子供給層３４Ｃ１上に電荷発生層１７を形成した。具体的には、電子注入層１７ＣとしてＬｉＦ層を厚さ０．５ｎｍ，電子供給層１７ＡとしてＡｌｑ３＋Ｍｇ（１０％）層を厚さ１０ｎｍおよび正孔注入層１７Ｂとしてヘキサニトリルアザトリフェニレン層を厚さ１０ｎｍで順次蒸着した。
【０１４６】
次に、同様の方法を用いて正孔供給層３４Ａ２を形成したのち、発光層３４Ｂ２として赤色発光層および緑色発光層をこの順に積層した。なお、赤色発光層と青色発光層との間には発光層分離層を設けた。また、各膜厚はここではそれぞれ１０ｎｍである。具体的には、赤色発光層では、例えばホスト材料として式（６−１）で示した化合物を、ゲスト材料として式（１３）で示した化合物をドープ濃度1％となるように形成したのち、式（４−４２）で示した化合物を用いて発光層分離層を厚さ５ｎｍで形成した。
【０１４７】
続いて、緑色発光層では、ホスト材料として例えば青色発光層３４ｂと同様に式（７−５５）に示した化合物を用い、ゲスト材料として、例えば式（１６）に示した化合物を用いてドープ濃度５％、厚さ１０ｎｍとなるように形成した。または、式（１９）で示した化合物と式（１７）に示したりん光材料とを用いドープ濃度１５％、厚さ10ｎｍとなるように形成し、発光層３４Ｂ２とした。次に発光層３４Ｂ２上に同様の方法を用いて電子供給層３４Ｃ２を形成し第２有機層３４−２とした。
【０１４８】
最後に、実施例１と同様の方法を用いて有機層３４−２上に陰極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。
【０１４９】
以上のように作製した有機電界発光素子において、１ｍＡｃｍ-2および１００ｍＡｃｍ-2の電流密度における色度および１０ｍＡｃｍ-2の電流密度における電圧（Ｖ）、電流効率（ｃｄ／Ａ）を測定した。また、５０℃、３０ｍＡｃｍ-2の定電流駆動１０００時間後の駆動電圧を測定し、初期電圧との差を算出した。
【０１５０】
なお、表１，２は実施例１，２および比較例１，２の発光層１４Ｂ、２４Ｂ，３４Ｂ１，３４Ｂ２および電子供給層１４Ｃ，２４Ｃ，３４Ｃとして用いた材料および膜厚の一覧である。表３，４は実施例１，２および比較例１，２の測定結果の一覧である。
【０１５１】
【表１】
【０１５２】
【表２】
【０１５３】
【表３】
【０１５４】
【表４】
【０１５５】
表３，４から発光層１４Ｂ（２４Ｂ，３４Ｂ１，３４Ｂ２）のひとつに正孔輸送性のホスト材料を用い、電子移動度が１．０×１０-4ｃｍ2／Ｖｓ以上の化合物を用いることによって低電流密度および高電流密度における色度変化が低減されることがわかった。また、１０ｍＡｃｍ-2の電流密度における電圧も低く抑えられ、発光効率も高い。特に、駆動電圧の経時変化が抑えられている。また、ジベンゾイミダゾール化合物を積層した実施例１−７および実施例１−８では顕著な改善が見られた。
【０１５６】
一方、このような結果は比較例では得られていない。これは、比較例１−１では従来用いられている電子移動度が低いＡｌｑ３を電子供給層に用いたため、電界を印加した際の発光領域が電子供給層内に留まってしまい、低電流密度において３色発光が得られないためと考えられる。また、比較例１−２における色度は各色の発光層に同一のホスト材料を用いたことにより発光領域が１ヶ所に集中し、３色発光が得られないためと考えられる。比較例１−３，１−４においては電子輸送層として高移動度のアリールピリジン化合物を用いたものの発光層にアントラセン化合物を用いないことにより励起子が一箇所に集中し、３色発光が得られていないためと考えられる。また、駆動中の励起子バランスの安定性も得られないことから色度の変化、発光効率の低下および駆動電圧の上昇が生じたと考えられる。更に、比較例２−１，２−２においても、電子移動度の低いＡｌｑ３を用いたため、大幅な駆動電圧の上昇と電流密度依存による色度の変化が生じたと考えられる。
【０１５７】
以上、第１〜３の実施の形態および実施例を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態等に限定されるものではなく、種々変形が可能である。
【０１５８】
例えば、上記実施の形態等において説明した各層の材料および厚み、または成膜方法および成膜条件などは限定されるものではなく、他の材料および厚みとしてもよく、または他の成膜方法および成膜条件としてもよい。
【０１５９】
また、上記実施の形態等では、有機電界発光素子１１（２１，３１）の構成を具体的に挙げて説明したが、全ての層を備える必要はなく、また、他の層を更に備えていてもよい。
【０１６０】
更に、上記実施の形態等では、アクティブマトリックス型の表示装置の場合について説明したが、本発明はパッシブマトリックス型の表示装置への適用も可能である。更にまた、アクティブマトリックス駆動のための画素駆動回路の構成は、上記実施の形態で説明したものに限られず、必要に応じて容量素子やトランジスタを追加してもよい。その場合、画素駆動回路の変更に応じて、上述した信号線駆動回路１２０や走査線駆動回路１３０のほかに、必要な駆動回路を追加してもよい。
【０１６１】
なお上記実施の形態等で説明した有機電界発光素子１１（２１,３１）では、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、陽極１３の発光層１４Ｂ側の反射端面を第１端部Ｐ１（図示なし）、陰極１５の発光層１４Ｂ側の反射端面を第２端部Ｐ２（図示なし）とし、有機層１４を共振部として、発光層１４Ｂ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には、共振器の第１端部Ｐ１と第２端部Ｐ２との間の光学的距離Ｌを下記式（１）を満たすように設定する。光学的距離Ｌは、実際には、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。
【０１６２】
【数１】
【０１６３】
上記式（１）中において、Ｌは第１端部Ｐ１と第２端部Ｐ２との間の光学的距離、Φは第１端部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）、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、ｍはＬが正となる整数をそれぞれ表す。尚、式（１）においてＬおよびλは単位が共通すればよいが、例えば（ｎｍ）を単位とする。
【０１６４】
また、有機発光素子１１では、発光層１４Ｂの最大発光位置と第１端部Ｐ１との間の光学的距離Ｌ1 が下記式（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１４Ｂ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。
【０１６５】
【数２】
【０１６６】
上記式（２）中において、ｔＬ1は第１端部Ｐ１と最大発光位置との間の光学的理論距離、ａ1は発光層１４Ｂにおける発光分布に基づく補正量、λは取り出したい光のスペクトルのピーク波長、Φ1は第１端部Ｐ１で生じる反射光の位相シフト（ｒａｄ）、ｍ1は０または整数をそれぞれ表す。
【０１６７】
【数３】
【０１６８】
上記式（３）中において、ｔＬ2は第２端部Ｐ２と最大発光位置１３Ｅとの間の光学的理論距離、ａ2は発光層１４Ｂにおける発光分布に基づく補正量、λは取り出したい光のスペクトルのピーク波長、Φ2は第２端部Ｐ２で生じる反射光の位相シフト（ｒａｄ）、ｍ2は０または整数をそれぞれ表す。
【０１６９】
上記式（２）は、発光層１４Ｂで発生した光のうち陽極１３の方へ向かう光が第１端部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、式（３）は、発光層１４Ｂ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。
【０１７０】
本実施形態の有機電界発光素子１１では、電子輸送層１４ｄを正孔供給層１４Ａのトータル膜厚よりも厚く形成することで、上記式（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。
【０１７１】
なお、式（２）の光学的理論距離ｔＬ1および式（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端部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、式（２）および式（３）では、発光分布に基づく補正量ａ1，ａ2が加えられている。
【０１７２】
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１４Ｂ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１４Ｂ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、例えば下記式（４）により求められる。
【０１７３】
【数４】
【０１７４】
式（４）中において、ｂは発光層１４Ｂ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の範囲内の値であり、ｓは発光層１３Ｃにおける発光分布に関する物性値（１／ｅ減衰距離）、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端部Ｐ１と第２端部Ｐ２との間の平均屈折率である。
【０１７５】
なお、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、陰極１５は以下のような構成とすることが好ましい。例えばＭｇ−Ａｇのような半透過性反射材料を用いて第２陰極１５Ｂを構成し、第２陰極１５Ｂと陽極１３の間で発光光を共振させる。また、上記第２陰極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。
【０１７６】
また、上記実施の形態等では、有機電界発光素子１１（１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂ）および各カラーフィルタとして、赤色，緑色，青色を例に示したが、これに限らず、黄色または白色の有機電界発光素子およびカラーフィルタを用いてもよい。なお、白色の場合にはカラーフィルタを設けなくてもよい。
【０１７７】
また、上記実施の形態等では上面発光型の有機電界発光素子１１（２１，３１）について説明したが、これに限定されるものではなく、陽極と陰極との間に少なくとも発光層を有する有機層を狭持してなる有機電界発光素子に広く適用可能である。即ち、基板側から順に、陰極、有機層、陽極を順次積層した構成のものや、基板側に位置する電極（陰極または陽極としての下部電極）を透明材料で構成し、基板と反対側に位置する電極（陰極または陽極としての上部電極）を反射材料で構成することによって、下部電極側からのみ光を取り出すようにした、下面発光型（いわゆる透過型）の有機電界発光素子にも適用可能である。
【０１７８】
更に、一対の電極（陽極と陰極）、およびその電極間に有機層が挟持された有機電界発光素子であれば、他の構成要素（例えば、無機化合物層や無機成分）が含まれていても構わない。
【符号の説明】
【０１７９】
１１，２１，３１…有機電界発光素子、１２…基板、１３…陽極、１４…有機層、１４Ａ…正孔供給層、１４Ｂ…発光層、１４Ｃ，２４Ｃ，３４Ｃ…電子供給層、１５…陰極、１６…隔壁、１７…接続層、３０…保護層、４０…封止用基板
【特許請求の範囲】
【請求項１】
陽極と陰極との間に互いに異なる発光色を示す複数の発光層を有する有機層を備えた有機電界発光素子であって、
前記発光層が少なくともアントラセン誘導体を含む２種以上のホスト材料を含有しており、
前記陰極と発光層との間に、含窒素複素環式化合物を含むと共に、電子移動度が１．０×１０-4ｃｍ2／Ｖｓ以上の電子供給層を有する
有機電界発光素子。
【請求項２】
前記電子供給層に用いられる含窒素複素環式化合物は、式（１）で表わされる化合物である、請求項１に記載の有機電界発光素子。
【化１】
（Ａｒ１は核炭素数６〜５０個の芳香族炭化水素基あるいはその誘導体である。Ｘは少なくともピリジニル基を含有する芳香族複素環基あるいはその誘導体である。ｍは１〜５の整数であり、ｎは１〜６の整数である。但し、ｍが２以上の場合にはＡｒ１はそれぞれ同一の基あるいは異なる基でもよい。ｎが２以上の場合にはＸはそれぞれ同一の基あるいは異なる基でもよい。）
【請求項３】
前記電子供給層は、前記式（１）で表わされる化合物を含む第１電子供給層と、式（２）で表わされる化合物を含む第２電子供給層とからなる、請求項２に記載の有機電界発光素子。
【化２】
（Ａ１およびＡ２は、各々独立して水素原子、炭素数６０個以下のアリール基、炭素数６０個以下の複素環基、炭素数１〜２０個のアルキル基または炭素数１〜２０の個アルコキシ基あるいはそれらの誘導体である。Ｂは２価のパラフェニレン基であり、Ａｒ２は２，６位においてパラフェニレン基に結合されたアントラセンまたはその誘導体である。）
【請求項４】
前記電子供給層は、前記陽極側から前記第１電子供給層、前記第２電子供給層の順に積層された構成を有している、請求項２に記載の有機電界発光素子。
【請求項５】
前記電子供給層は、前記陽極側から式（３）で表わされる化合物を含む第３電子供給層、前記第１電子供給層の順に積層され構成を有している、請求項２に記載の有機電界発光素子。
【化３】
（Ｙ１〜Ｙ８は、各々独立して炭素数６〜６０個のアリール基、アルケニル基、ピリジル基、キノリル基、炭素数１〜２０個のアルキル基、炭素数１〜２０個のアルコキシ基、炭素数５〜６０個の脂肪族環基または炭素数５〜６０個以下の複素環基あるいはそれらの誘導体である。なお、Ｙ７およびＹ８は連結基を介して環状構造を形成してもよい。）
【請求項６】
前記電子供給層は、前記陽極側から前記第３電子供給層、前記第１電子供給層、前記第２電子供給層の順に積層された構成を有している、請求項３に記載の有機電界発光素子。
【請求項７】
前記アントラセン誘導体は、式（４）で表わされる化合物である、請求項１に記載の有機電界発光素子。
【化４】
（Ｒ２４〜Ｒ２９は各々独立して、水素原子、ハロゲン原子、水酸基、シアノ基、ニトロ基、または炭素数２０以下のカルボニル基を有する基、カルボニルエステル基を有する基、アルキル基、アルケニル基、アルコキシル基あるいはそれらの誘導体、炭素数３０以下のシリル基を有する基、アリール基を有する基、複素環基を有する基、アミノ基を有する基あるいはそれらの誘導体である。）
【請求項８】
前記発光層は、ホスト材料として少なくとも正孔輸送性材料を含む、請求項１に記載の有機電界発光素子。
【請求項９】
前記正孔輸送性材料は、イオン化ポテンシャルが５．６ｅＶ未満である、請求項８に記載の有機電界発光素子。
【請求項１０】
前記発光層は、ホスト材料として少なくともりん光材料を含む、請求項１に記載の有機電界発光素子。
【請求項１１】
前記りん光材料は、カルバゾール誘導体あるいはキノリン錯体誘導体である、請求項１０に記載の有機電界発光素子。
【請求項１２】
前記正孔輸送性材料は、母骨格が環員数４以上７以下の多環式芳香族炭化水素化合物である、請求項８に記載の有機電界発光素子。
【請求項１３】
前記多環式芳香族炭化水素化合物の母骨格は、ピレン、ベンゾピレン、クリセン、ナフタセン、ベンゾナフタセン、ジベンゾナフタセン、ペリレンまたはコロネンである、請求項１３に記載の有機電界発光素子。
【請求項１４】
前記正孔輸送性材料は、式（５）で表わされる化合物である、請求項１２に記載の有機電界発光素子。
【化５】
（Ｒ1〜Ｒ８は各々独立して、水素原子、ハロゲン原子、ヒドロキシル基、炭素数１以上２０以下のカルボニル基、炭素数１以上２０以下のカルボニルエステル基、炭素数１以上２０以下アルキル基、炭素数１以上２０以下のアルケニル基、炭素数１以上２０以下のアルコキシル基、シアノ基、ニトロ基、炭素数５以上３０以下のシリル基、炭素数６以上３０以下のアリール基、複素環基または炭素数１以上３０以下のアミノ基、あるいはそれらの誘導体である。）
【請求項１５】
前記正孔輸送性材料を含む発光層は、ゲスト材料としてペリレン誘導体、ジケトピロロピロール誘導体、ピロメテン錯体、ピラン誘導体またはスチリル誘導体である、請求項１４に記載の有機電界発光素子。
【請求項１６】
前記複数の発光層は、陽極側から赤色発光層、青色発光層、緑色発光層の順に積層されている、請求項１に記載の有機電界発光素子。
【請求項１７】
前記有機層を、電荷発生層を介して少なくとも２層以上積層したタンデム構造を有する、請求項１に記載の有機電界発光素子。
【請求項１８】
前記電荷発生層は前記陽極側から順に電子供給層および正孔注入層を積層した構造を有する、請求項１７に記載の有機電界発光素子。
【請求項１９】
基板上に複数の有機電界発光素子を備え、
前記有機電界発光素子は、
陽極と陰極との間に互いに異なる発光色を示す複数の発光層を有する有機層を備えた有機電界発光素子であって、
前記発光層が少なくともアントラセン誘導体を含む２種以上のホスト材料を含有しており、
前記陰極と発光層との間に、含窒素複素環式化合物を含むと共に、電子移動度が１．０×１０-4ｃｍ2／Ｖｓ以上の電子供給層を有する
表示装置。
【請求項１】
陽極と陰極との間に互いに異なる発光色を示す複数の発光層を有する有機層を備えた有機電界発光素子であって、
前記発光層が少なくともアントラセン誘導体を含む２種以上のホスト材料を含有しており、
前記陰極と発光層との間に、含窒素複素環式化合物を含むと共に、電子移動度が１．０×１０-4ｃｍ2／Ｖｓ以上の電子供給層を有する
有機電界発光素子。
【請求項２】
前記電子供給層に用いられる含窒素複素環式化合物は、式（１）で表わされる化合物である、請求項１に記載の有機電界発光素子。
【化１】
（Ａｒ１は核炭素数６〜５０個の芳香族炭化水素基あるいはその誘導体である。Ｘは少なくともピリジニル基を含有する芳香族複素環基あるいはその誘導体である。ｍは１〜５の整数であり、ｎは１〜６の整数である。但し、ｍが２以上の場合にはＡｒ１はそれぞれ同一の基あるいは異なる基でもよい。ｎが２以上の場合にはＸはそれぞれ同一の基あるいは異なる基でもよい。）
【請求項３】
前記電子供給層は、前記式（１）で表わされる化合物を含む第１電子供給層と、式（２）で表わされる化合物を含む第２電子供給層とからなる、請求項２に記載の有機電界発光素子。
【化２】
（Ａ１およびＡ２は、各々独立して水素原子、炭素数６０個以下のアリール基、炭素数６０個以下の複素環基、炭素数１〜２０個のアルキル基または炭素数１〜２０の個アルコキシ基あるいはそれらの誘導体である。Ｂは２価のパラフェニレン基であり、Ａｒ２は２，６位においてパラフェニレン基に結合されたアントラセンまたはその誘導体である。）
【請求項４】
前記電子供給層は、前記陽極側から前記第１電子供給層、前記第２電子供給層の順に積層された構成を有している、請求項２に記載の有機電界発光素子。
【請求項５】
前記電子供給層は、前記陽極側から式（３）で表わされる化合物を含む第３電子供給層、前記第１電子供給層の順に積層され構成を有している、請求項２に記載の有機電界発光素子。
【化３】
（Ｙ１〜Ｙ８は、各々独立して炭素数６〜６０個のアリール基、アルケニル基、ピリジル基、キノリル基、炭素数１〜２０個のアルキル基、炭素数１〜２０個のアルコキシ基、炭素数５〜６０個の脂肪族環基または炭素数５〜６０個以下の複素環基あるいはそれらの誘導体である。なお、Ｙ７およびＹ８は連結基を介して環状構造を形成してもよい。）
【請求項６】
前記電子供給層は、前記陽極側から前記第３電子供給層、前記第１電子供給層、前記第２電子供給層の順に積層された構成を有している、請求項３に記載の有機電界発光素子。
【請求項７】
前記アントラセン誘導体は、式（４）で表わされる化合物である、請求項１に記載の有機電界発光素子。
【化４】
（Ｒ２４〜Ｒ２９は各々独立して、水素原子、ハロゲン原子、水酸基、シアノ基、ニトロ基、または炭素数２０以下のカルボニル基を有する基、カルボニルエステル基を有する基、アルキル基、アルケニル基、アルコキシル基あるいはそれらの誘導体、炭素数３０以下のシリル基を有する基、アリール基を有する基、複素環基を有する基、アミノ基を有する基あるいはそれらの誘導体である。）
【請求項８】
前記発光層は、ホスト材料として少なくとも正孔輸送性材料を含む、請求項１に記載の有機電界発光素子。
【請求項９】
前記正孔輸送性材料は、イオン化ポテンシャルが５．６ｅＶ未満である、請求項８に記載の有機電界発光素子。
【請求項１０】
前記発光層は、ホスト材料として少なくともりん光材料を含む、請求項１に記載の有機電界発光素子。
【請求項１１】
前記りん光材料は、カルバゾール誘導体あるいはキノリン錯体誘導体である、請求項１０に記載の有機電界発光素子。
【請求項１２】
前記正孔輸送性材料は、母骨格が環員数４以上７以下の多環式芳香族炭化水素化合物である、請求項８に記載の有機電界発光素子。
【請求項１３】
前記多環式芳香族炭化水素化合物の母骨格は、ピレン、ベンゾピレン、クリセン、ナフタセン、ベンゾナフタセン、ジベンゾナフタセン、ペリレンまたはコロネンである、請求項１３に記載の有機電界発光素子。
【請求項１４】
前記正孔輸送性材料は、式（５）で表わされる化合物である、請求項１２に記載の有機電界発光素子。
【化５】
（Ｒ1〜Ｒ８は各々独立して、水素原子、ハロゲン原子、ヒドロキシル基、炭素数１以上２０以下のカルボニル基、炭素数１以上２０以下のカルボニルエステル基、炭素数１以上２０以下アルキル基、炭素数１以上２０以下のアルケニル基、炭素数１以上２０以下のアルコキシル基、シアノ基、ニトロ基、炭素数５以上３０以下のシリル基、炭素数６以上３０以下のアリール基、複素環基または炭素数１以上３０以下のアミノ基、あるいはそれらの誘導体である。）
【請求項１５】
前記正孔輸送性材料を含む発光層は、ゲスト材料としてペリレン誘導体、ジケトピロロピロール誘導体、ピロメテン錯体、ピラン誘導体またはスチリル誘導体である、請求項１４に記載の有機電界発光素子。
【請求項１６】
前記複数の発光層は、陽極側から赤色発光層、青色発光層、緑色発光層の順に積層されている、請求項１に記載の有機電界発光素子。
【請求項１７】
前記有機層を、電荷発生層を介して少なくとも２層以上積層したタンデム構造を有する、請求項１に記載の有機電界発光素子。
【請求項１８】
前記電荷発生層は前記陽極側から順に電子供給層および正孔注入層を積層した構造を有する、請求項１７に記載の有機電界発光素子。
【請求項１９】
基板上に複数の有機電界発光素子を備え、
前記有機電界発光素子は、
陽極と陰極との間に互いに異なる発光色を示す複数の発光層を有する有機層を備えた有機電界発光素子であって、
前記発光層が少なくともアントラセン誘導体を含む２種以上のホスト材料を含有しており、
前記陰極と発光層との間に、含窒素複素環式化合物を含むと共に、電子移動度が１．０×１０-4ｃｍ2／Ｖｓ以上の電子供給層を有する
表示装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
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【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１２−２０４７９３（Ｐ２０１２−２０４７９３Ａ）
【公開日】平成２４年１０月２２日（２０１２．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−７０６８９（Ｐ２０１１−７０６８９）
【出願日】平成２３年３月２８日（２０１１．３．２８）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月２２日（２０１２．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月２８日（２０１１．３．２８）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
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