有機電界発光素子および表示装置
【課題】駆動電圧の上昇を抑えつつ、発光効率および寿命特性を向上させ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。
【解決手段】陽極１３と陰極１６との間に有機層１４を有する。有機層１４は正孔注入層層１４Ａ、正孔輸送層１４Ｂ、発光層１４Ｃ、電子輸送層１４Ｄおよび電子注入層１５を有する。電子輸送層１４Ｄは、イミダゾール誘導体およびフェナントロリン誘導体を少なくとも１種含む。電子注入層１５はアルカリ金属またはアルカリ土類金属のうちの少なくとも１種からなる膜厚５ｎｍ以上１０ｎｍ以下の層を有する。これにより、有機電界発光素子１１の大きさを問わず、発光層１４Ｃへの電子の供給量が確保される。
【解決手段】陽極１３と陰極１６との間に有機層１４を有する。有機層１４は正孔注入層層１４Ａ、正孔輸送層１４Ｂ、発光層１４Ｃ、電子輸送層１４Ｄおよび電子注入層１５を有する。電子輸送層１４Ｄは、イミダゾール誘導体およびフェナントロリン誘導体を少なくとも１種含む。電子注入層１５はアルカリ金属またはアルカリ土類金属のうちの少なくとも１種からなる膜厚５ｎｍ以上１０ｎｍ以下の層を有する。これにより、有機電界発光素子１１の大きさを問わず、発光層１４Ｃへの電子の供給量が確保される。
【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】
近年、ディスプレイの高品位化が進み、高精細で高色域、且つ、高い発光効率を満たす有機電界発光素子が求められている。
【０００３】
高精細な有機ＥＬ素子を得るために、例えば特許文献１では、発光層を高精細に塗り分けるパターニング法が報告されている。また、高発光効率の有機ＥＬ表示装置を得るために、以下の報告がされている。例えば特許文献２では、有機層（発光層）を膜厚０．５〜２ｎｍのアルカリ金属、アルカリ土類金属あるいはランタニドを含む層によって被覆することで発光層への電子の注入効率を向上させた有機発光デバイスが開示されている。この他、例えば特許文献３では、陰極がカルシウム（Ｃａ）またはマグネシウム（Ｍｇ）を用いた第１陰極層と、アルミニウム（Ａｌ），銀（Ａg）または金（Ａｕ）を用いた第２陰極層とからなる２層構造を有する有機ＥＬ素子が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−４７００５号公報
【特許文献２】特許３７８６９６９号公報
【特許文献３】特開２００２−２８０１８７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で報告されている方法を用いて形成された有機ＥＬ素子は比較的大きな陽極面積を有している。そのため、特許文献１で報告されている方法を、より高精細、例えば隣接する有機ＥＬ素子の発光層の発光部の間隔が２０μｍ以下にパターニングされた有機ＥＬ表示装置の製造に用いた場合には、発光効率が低下するという問題があった。また、特許文献２，３に開示された構成の有機電界発光素子を製造した場合には、特に、青色の蛍光発光やりん光発光などの大きな励起エネルギーが必要な発光層において著しい発光効率の低下が見られた。
【０００６】
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、駆動電圧の上昇を抑えつつ、発光効率および寿命特性を向上させ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】
【０００７】
本発明による有機電界発光素子は、陽極と陰極との間に発光層を含む有機層を備え、隣接する前記発光層の発光部が２０μｍピッチ以下に区画された有機ＥＬ素子であって、有機層は、発光層と陰極との間に設けられると共に、イミダゾール誘導体およびフェナントロリン誘導体を少なくとも１種含有する電子輸送層と、電子輸送層と陰極との間に設けられると共に、アルカリ金属またはアルカリ土類金属のうちの少なくとも１種からなる膜厚５ｎｍ以上１０ｎｍ以下の層を有する電子注入層とを備えたものである。
【０００８】
本発明の表示装置は、上記有機電界発光素子を平面上に複数備えたものである。
【０００９】
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、イミダゾール誘導体およびフェナントロリン誘導体を少なくとも１種含む電子輸送層と、アルカリ金属またはアルカリ土類金属のうちの少なくとも１種を含む膜厚５ｎｍ以上１０ｎｍ以下の電子注入層とにより、陰極から発光層への電子の注入量が確保される。
【発明の効果】
【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、発光層と陰極との間に、イミダゾール誘導体およびフェナントロリン誘導体を少なくとも１種含む電子輸送層と、アルカリ金属またはアルカリ土類金属のうちの少なくとも１種を含む膜厚５ｎｍ以上１０ｎｍ以下の電子注入層とを設けるようにした。これにより、発光層へ注入される電子量が確保されるため、発光効率および寿命特性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【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である。
【図６】上記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７】上記表示装置の適用例１の外観を表す斜視図である。
【図８】（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９】適用例３の外観を表す斜視図である。
【図１０】適用例４の外観を表す斜視図である。
【図１１】（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。
【図１２】（Ａ）適用例５の正面図、（Ｂ）はその背面図である。
【図１３】実施例および比較例の発光スペクトルを表す特性図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
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
（タンデム構造の有機電界発光素子）
【００１３】
［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１６をこの順に積層した構造を有する。このうち有機層１４は、陽極側から順に例えば正孔注入層１４Ａ，正孔輸送層１４Ｂ，発光層１４Ｃ，電子輸送層１４Ｄおよび電子注入層１５を積層してなるものである。
【００１４】
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１６から注入された電子とが発光層１４Ｃ内で再結合する際に生じた発光光を基板１２と反対側（陰極１６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である。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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１７（図４参照）が設けられ、隔壁１７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。
【００２１】
正孔注入層１４Ａおよび正孔輸送層１４Ｂは、発光層１４Ｃ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。正孔注入層１４Ａおよび正孔輸送層１４Ｂの膜厚は素子の全体構成、特に後述する電子輸送層１４Ｄとの関係によるが、正孔注入層１４Ａおよび正孔輸送層１４Ｂを合わせて、例えば５ｎｍ〜６０ｎｍであることが好ましい。より好ましくは１０ｎｍ〜４０ｎｍである。
【００２２】
正孔注入層１４Ａおよび正孔輸送層１４Ｂの構成材料は、電極（陽極１３および陰極１６）や隣接する層の材料との関係で適宜選択すればよく、それぞれ以下にあげる材料を用いることができる。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。
【００２３】
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。
【００２４】
但し、下記式（１）〜（４）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１４Ｃへの電子供給に対して、正孔供給層１４Ａから発光層１４Ｃへの正孔供給が最適化される。
【００２５】
【化１】
（Ｒ１１〜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、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、炭素原子水は窒素原子である。）
【００２６】
なお、上記式（１）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。
【００２７】
【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。）
【００２８】
【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と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。）
【００２９】
【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。）
【００３０】
式（１）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（１−１）などの化合物が挙げられる。
【００３１】
【化５】
【００３２】
式（２）に示したアミン誘導体の具体例としては、以下の式（２−１）〜式（２−９）などの化合物が挙げられる。
【００３３】
【化６】
【００３４】
式（３）に示したジアミン誘導体の具体例としては、以下の式（３−１）〜式（３−８４）などの化合物が挙げられる。
【００３５】
【化７】
【００３６】
【化８】
【００３７】
【化９】
【００３８】
【化１０】
【００３９】
【化１１】
【００４０】
【化１２】
【００４１】
【化１３】
【００４２】
式（４）に示したとりアリールアミン多量体の具体例としては、以下の式（４−１）〜式（４−１５）などの化合物が挙げられる。
【００４３】
【化１４】
【００４４】
【化１５】
【００４５】
これらの化合物は上述したように正孔注入層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。陽極１３からの正孔注入障壁を低減することができるためである。また、本実施の形態における電子供給層１４Ｃは発光層１４Ｂへの電子供給能が強化されていることから、より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を用いることが好ましい。
【００４６】
発光層１４Ｃは、陽極１３と陰極１６と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１６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１４Ｃは、例えば、図１に示したように赤色光、緑色光または青色光等を発する単層でもよいが、本実施の形態では、発光色の異なる複数の発光層（ここでは３層）１４ｒ，１４ｇ，１４ｂが積層された構造（図４）を有する。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１４Ｃは青色発光層である。本実施の形態の発光層１４Ｃではこの３層が陽極１３側から赤色発光層１４ｒ，青色発光層１４ｂ，緑色発光層１４ｇの順に積層されている。また、赤色発光層１４ｒ，青色発光層１４ｂ、緑色発光層１４ｇ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、例えば１ｎｍ〜５ｎｍであることが好ましい。発光層１４Ｃ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１４Ｃは５ｎｍ〜１５ｎｍであるがこれに限らない。
【００４７】
発光層１４Ｃ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あるいは正孔注入層１４Ａおよび正孔輸送層１４Ｂから正孔を注入することができる一方、陰極１６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。
【００４８】
特に、赤色発光層１４ｒ，緑色発光層１４ｇのうちの少なくとも一方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。
【００４９】
また、正孔供給性の材料としては、下記式（５）に示した化合物を用いることができる。
【００５０】
【化１６】
（Ｒ1７〜Ｒ２４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。）
【００５１】
式（５）で表わした化合物の具体例としては、以下の式（５−１）〜式（５−４）などの化合物が挙げられる。
【００５２】
【化１７】
【００５３】
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。
【００５４】
青色発光層１４ｂを構成するホスト材料としては、下記式（６）に示した化合物をホスト材料として用いることが好ましい。
【００５５】
【化１８】
（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。Ａ１７〜Ａ２４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（６）で表わされる化合物におけるＡ１７〜Ａ２４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、Ａ１７〜Ａ２４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】
Ａ１７〜Ａ２４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などのいずれでもよい。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、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（６）に示した化合物の具体例としては、以下の式（６−１）〜式（６−６５）などの化合物が挙げられる。
【００６０】
【化１９】
【００６１】
【化２０】
【００６２】
【化２１】
【００６３】
【化２２】
【００６４】
【化２３】
【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】
なお、上記青色発光の蛍光材料や各色のりん光発光材料のうち、２．３ｅＶ以上の励起エネルギーを必要とする材料を、従来用いられている構成（各層の材料および膜厚）を有し、且つ、本実施の形態のように高精細にパターニングした有機電界発光素子の発光層に用いると、発光効率は著しく低下する。これは、各画素の面積と励起エネルギーとの関係の問題による。具体的には、高精細にパターニングされた画素では狭ピッチで区画されるために、各画素の平面面積に対して絶縁層（例えば、ここでは隔壁１７）で区画されたエッジ面積の比率は高くなり、絶縁層による凹部の幅に対して段差の大きな凹凸が生じる。この凹凸により、後述する電子注入を担っている電子注入層１５および陰極１６は部分的に薄膜化する確率が高くなる。このため、高精細な画素では、大きな面積の画素よりも電子の供給が不足する。即ち、発光層１４Ｃ、特に励起エネルギーの大きな青色蛍光発光材料やりん光発光材料を含む発光層（例えば、青色発光層１４ｂ）における励起子の再結合確率が低下し、発光効率が低下する。これに対して本実施の形態では、以下に説明する電子輸送層１４Ｄ，電子注入層１５およびを陰極１６Ｂの構成とすることによって各画素の面積と励起エネルギーとの関係の問題が改善される。
【００６８】
電子輸送層１４Ｄおよび電子注入層１５は、陰極１６から注入される電子を発光層１４Ｃに輸送するためのものである。電子輸送層１４Ｄおよび電子注入層１５は陽極１３側からこの順に積層されている。電子輸送層１４Ｄおよび電子注入層１５の膜厚は素子の全体構成によるが、例えば電子輸送層の膜厚は、１０ｎｍ〜２００ｎｍであることが好ましく、より好ましくは２０ｎｍ〜１８０ｎｍである。また、電子注入層１５の膜厚は５ｎｍ以上とすることが好ましい。これにより、凹凸の著しい画素においても十分な電子注入をことができる。また、特に1０ｎｍ以下とすることで電子の注入効率を保ちつつ、電子注入層１５を構成する材料の発光層側への拡散を防ぐことができ、安定した電子注入が充分に得られる。
【００６９】
電子輸送層１４Ｄの材料としては、優れた電子輸送能および陰極１６との高いコンタクト特性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１４Ｃ、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。また、電子輸送層１４Ｄは、電子注入層１５を構成する材料を混合した混合層としてもよい。電子輸送層１４Ｄの具体的な材料としては、下記式（７Ａ），（７Ｂ），（７Ｃ），（８）に示したイミダゾール誘導体および下記式（９）に示したフェナントロリン誘導体を用いることが好ましい。これにより、発光層１４Ｃへの電子の供給が安定し、高エネルギー発光の発光色に関しても高効率でありながら安定な駆動が補償される。
【００７０】
【化２４】
【００７１】
【化２５】
【００７２】
【化２６】
（Ａは炭素数１〜２０個のアルキル基、炭素数１〜２０のアルコキシ基、３〜４０個の芳香族環が縮合した多環芳香族炭化水素基を有する炭素数６〜１２０個の炭化水素基または含窒素複素環基あるいはそれらの誘導体である。Ｌは単結合、炭素数６〜６０個の芳香族炭化水素基または含窒素複素環基である。Ｒ１，２は各々独立して水素原子あるいはハロゲン原子、炭素数１〜２０個のアルキル基、炭素数６〜６０個の芳香族炭化水素基、含窒素複素環基または炭素数１〜２０個のアルコキシ基あるいはそれらの誘導体である。ｎは０〜４の整数であり、ｍは０〜２の整数である。）
【００７３】
【化２７】
（Ｙ１〜Ｙ８は、各々独立して水素原子、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個のアルコキシ基または炭素数５〜６０個の脂肪族環基あるいはそれらの誘導体である。なお、Ｙ７とＹ８は連結基を介して環構造を形成してもよい。）
【００７４】
【化２８】
（Ｒ１〜Ｒ８はそれぞれ独立に、水素原子あるいはハロゲン原子、水酸基、メルカプト基、シアノ基、アルデヒド基、カルボニル基、カルボキシル基、エステル結合を有する基、カルバモイル基、アミノ基、ニトロ基、シリル基、シロキサニル基、または炭素数５個以下のアルキル基、炭素数３０個以下のアリール基、炭素数１から６個のアルキル基または炭素数１から６個アルコキシ基、炭素数６０個以下の複素環基あるいはそれらの誘導体である。）
【００７５】
式（７）（式（７Ａ）〜式（７Ｃ））に示したイミダゾール誘導体の具体例としては、以下の式（７−１）〜式（７−１７６）などの化合物が挙げられる。なお、ＨＡｒは式（７）中のＡ１，Ａ２を含むイミダゾール骨格に、Ｌは式（７）中のＢに対応する。Ａｒ３は式（７）中のＡｒ２に対応し、Ａｒ１，Ａｒ２の順にＢに結合する。
【００７６】
【化２９】
【００７７】
【化３０】
【００７８】
【化３１】
【００７９】
【化３２】
【００８０】
【化３３】
【００８１】
【化３４】
【００８２】
【化３５】
【００８３】
【化３６】
【００８４】
【化３７】
【００８５】
【化３８】
【００８６】
【化３９】
【００８７】
【化４０】
【００８８】
【化４１】
【００８９】
【化４２】
【００９０】
【化４３】
【００９１】
【化４４】
【００９２】
【化４５】
【００９３】
【化４６】
【００９４】
【化４７】
【００９５】
式（８）に示したイミダゾール誘導体の具体例としては、以下の式（８−１）〜（８−２１）等の化合物が挙げられる。
【００９６】
【化４８】
【００９７】
式（９）に示したフェナントロリン誘導体の具体例としては、以下の式（９−１）〜式（９−８）などの化合物が挙げられる。
【００９８】
【化４９】
【００９９】
電子注入層１５の材料としては、例えば、カルシウム（Ｃａ）、バリウム（Ｂａ）等のアルカリ土類金属、リチウム、ナトリウム、セシウム等のアルカリ金属を用いることができる。また、これらの金属の酸化物及び複合酸化物、フッ化物等を、単体でまたはこれらの金属および酸化物及び複合酸化物、フッ化の混合物や合金として安定性を高めて使用してもよい。
【０１００】
陰極１６は、電子注入層１５とのコンタクト性がよく電子の供給が可能であれば充分である。但し、本実施の形態のように複数の発光層１４ｒ，１４ｇ，１４ｂを積層する場合には、ＡｌまたはＭｇを含む合金（例えばＭｇＡｇ）を用い、膜厚を１．５ｎｍ以上６ｎｍ未満の透明電極とすることが好ましい。これにより、発光層１４ｒ，１４ｇ，１４ｂへの電子供給を充分に行うことができ、且つ、陰極１６側からの白色発光が充分に得ることができる。
【０１０１】
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１６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１６側の光反射面との間で多重干渉させた発光光が陰極１６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１６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。
【０１０２】
（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。
【０１０３】
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。
【０１０４】
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。
【０１０５】
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１６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。
【０１０６】
隔壁１７は、陽極１３と陰極１６との絶縁性を確保すると共に発光領域を所望の形状にするためのものである。更に、製造工程においてインクジェット方式またはノズルコート方式等による塗布を行う際の隔壁としての機能も有している。隔壁１７は、例えば、ＳｉＯ2等の無機絶縁材料よりなる下部隔壁１７Ａの上に、ポジ型感光性ポリベンゾオキサゾール，ポジ型感光性ポリイミドなどの感光性樹脂よりなる上部隔壁１７Ｂを有している。隔壁１７には、発光領域に対応して開口が設けられている。隣接する隔壁１７の間隔は、例えば０．１μｍ〜２００μｍであるが、特に２０μｍ以下として各有機電界発光素子を区画することでより高精細な表示装置が構成されまた、その際には本発明の特別な電子注入層および陰極が必要となる。なお、有機層１４ないし陰極１６は、開口だけでなく隔壁１７の上にも設けられていてもよいが、発光が生じるのは隔壁１７の開口だけである。
【０１０７】
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。
【０１０８】
封止用基板３０は、有機電界発光素子１１の陰極１６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。
【０１０９】
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。
【０１１０】
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。
【０１１１】
ここで、有機電界発光素子１１を構成する陽極１３から陰極１６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。
【０１１２】
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。
【０１１３】
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１６，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。
【０１１４】
従来用いられている有機電界発光素子では、例えば前述の特許文献２に記載の有機電界発光素子のように、電子注入層として例えば膜厚０．５ｎｍ〜２．０ｎｍのアルカリ土類金属層を形成し、陰極としてＣａおよびＡｕの積層構造が用いられていた。しかし、このような構成の有機電界発光素子を用いて高精細にパターニングした表示装置では、発光効率が低く、寿命が短いという問題があった。特に、発光効率の低下は、発光層を上述のような青色蛍光発光材料やりん光発光材料のように大きな励起エネルギーを必要とする材料によって構成した有機電界発光素子で顕著である。これはより高品位な表示性能が求められている有機ＥＬディスプレイの基本性能として大きな問題となる。
【０１１５】
このような発光効率および寿命の低下には以下の原因が考えられる。基板１２上に設けられた陽極１３上には、図４に示したように有機層１４と、画素を区画する隔壁１７とが設けられている。有機電界発光素子は、まず、陽極１３上および基板１２上に隔壁１７を形成したのち、有機層１４を形成する。有機層１４のうち、電子輸送層１４Ｄおよび電子注入層１５は各有機電界発光素子１１の共通層として基板１２上の全面にベタ膜として形成される。このとき、隔壁１７と陽極１３との間の段差によって、素子間および素子内において膜厚分布が生じる可能性がある。
【０１１６】
特に、本実施の形態のように高精細にパターニングされた表示装置１では、上述したように、隣接する隔壁１７間の間隔が狭いため隔壁１７と陽極１３との間の段差による電子注入層１５および陰極１６の部分的な薄膜化が高確率で生じ、電子を供給するための充分な膜厚が確保されない虞がある。電子注入層１５および陰極１６の膜厚が薄くなると、発光層１４Ｃへ供給される電子量が減少する。このため、発光層１４Ｃにおけるキャリアバランスが崩れ、特に発光エネルギーの大きな青色蛍光発光材料やりん光発光材料によって構成される発光層（例えば青色発光層１４ｂ）おいて発光効率が低下し、寿命特性が低下する。また、電子注入層１５にＣａ等のアルカリ金属またはアルカリ土類金属を用い、電子輸送層１４Ｄの材料として、電子注入層１５を構成する金属が発光層１４Ｃへ拡散する虞のある材料を用いると、有機電界発光素子の駆動中に発光層１４Ｃへ当該金属が拡散する。これにより、発光層１４Ｃ中の励起子が消光すると共に、有機層１４の劣化が生じる。即ち、更に寿命特性が低下すると共に、駆動電圧の上昇も発生する。
【０１１７】
これに対して本実施の形態では、電子輸送層１４Ｄに、イミダゾール誘導体およびフェナントロリン誘導体を少なくとも１種用い、電子注入層１５としてアルカリ金属またはアルカリ土類金属のうちの少なくとも１種を含む膜厚５ｎｍ以上１０ｎｍ以下の層を設けている。これにより、発光層１４Ｃへの電子の注入量が確保される。また、イミダゾール誘導体およびフェナントロリン誘導体は電子注入層１５を構成する金属と相互作用するため、上述した有機層１４への金属の拡散が抑制される。
【０１１８】
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、イミダゾール誘導体およびフェナントロリン誘導体を少なくとも１種含む電子輸送層１４Ｄと、アルカリ金属またはアルカリ土類金属のうちの少なくとも１種を含む膜厚５ｎｍ以上１０ｎｍ以下の電子注入層１５とを設けるようにした。このため、発光層１４Ｃへの電子の注入量が確保され、これにより発光効率および寿命特性が向上する。即ち、より高精細にパターニングされた表示装置を構成する有機電界発光素子１１の発光層１４Ｃでも電子の注入量が充分確保されるため、発光効率および信頼性の高い高精細な表示装置を作製することが可能となる。
【０１１９】
また、電子輸送層１４Ｄと電子注入層１５間との相互作用により、有機層１４への金属の拡散が抑制され、有機電界発光素子１１およびこれを備えた表示装置の寿命特性が向上する。
【０１２０】
（第２の実施の形態）
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。
【０１２１】
図５は第２の実施の形態における有機電界発光素子２１の断面構成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電子注入層１５および陰極１６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２４が２層（第１有機層２４−１，第２有機層２４−２）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。
【０１２２】
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２４−１および第２有機層２４−２が電子供給層１８Ａと正孔注入層１８Ｂとを積層した構造を有する電荷発生層１８を介して積層されている。
【０１２３】
電子供給層１８Ａは、陽極１３側に設けられると共に、第１有機層２４−１側の発光層２４Ｂに電子を供給するものである。電子供給層１８Ａ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１８Ａ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１８Ａに添加可能な有機材料としては、例えば上述した電子輸送層１４Ｄおよび電子注入層１５の材料として示した式（７−１）〜式（７−１７６）および式（９−１）〜式（９−８）が挙げられる。
【０１２４】
正孔注入層１８Ｂは、陰極１６側に設けられると共に、第２有機層２４−２側の発光層２４Ｂに正孔を注入するものである。具体的には、正孔注入層１８Ｂは、第２有機層２４−２側から電子を引き抜き、電子供給層１８Ａを介して第１有機層２４−１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２４−２の発光層２４Ｂへ供給される。正孔注入層１８Ｂ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（１０）に示した化合物を用いることができる。
【０１２５】
【化５０】
【０１２６】
なお、電荷発生層１８は図５に示したように、電子供給層１８Ａと第１有機層２４−１の電子供給層２４Ｃ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。
【０１２７】
本実施の形態の有機電界発光素子２１では、有機層２４を２層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。
【０１２８】
なお、ここでは有機層２４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２４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。
【０１２９】
（モジュールおよび適用例）
以下、上記第１および第２の実施の形態で説明した有機電界発光素子を備えた表示装置の適用例について説明する。上記実施の形態の表示装置は、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。
【０１３０】
（モジュール）
上記実施の形態の表示装置は、例えば、図６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３０および封止用基板４０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。
【０１３１】
（適用例１）
図７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。
【０１３２】
（適用例２）
図８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。
【０１３３】
（適用例３）
図９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。
【０１３４】
（適用例４）
図１０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。
【０１３５】
（適用例５）
図１１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。
【０１３６】
（適用例６）
図１２は、小型および高精細な表示装置を備えたデジタル一眼レフカメラ（撮像装置）の外観を表したものであり、上記実施の形態の表示装置が適用される。ここで図１２（Ａ）は、撮像装置の正面外観図であり、図１２（Ｂ）は撮像装置の背面外観図である。この撮像装置は、例えば、カメラ本体部（４１１），交換式の撮影レンズユニット４１２，正面左端部に撮影者が把持するためのグリップ部４１３，ビューファインダ４１５およびモニタ４１４を有している。そのビューファインダ４１５およびモニタ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。
【０１３７】
（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と陰極１６との間に共振器構造を有す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２，３についても同様である。
【０１３８】
まず、３０ｍｍ×３０ｍｍのガラス板からなる基板１２上に、陽極１３としてＩＴＯ層を２００ｎｍの膜厚で形成したのち、次に、ＳｉＯ2蒸着により２０μｍ×２０μｍ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、正孔注入層１４Aとして式（１−１）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（１１）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。
【０１３９】
【化５１】
【０１４０】
次に、式（６−６５）に示した励起エネルギー３．１ｅＶホスト材料に対して式（１２）に示した励起エネルギー２．６ｅＶのゲスト材料を５％ドープし、膜厚４０ｎｍの青色発光を有する発光層１４Ｃを形成した。
【０１４１】
【化５２】
【０１４２】
次に、発光層１４Ｃ上に電子輸送層１４Ｄとして、例えば式（７−１３４）に示した化合物を用いて形成したのち電子注入層１５として、例えばＣａを５ｎｍの膜厚で形成した。
【０１４３】
続いて、陰極１６として、Ａｌを真空蒸着法により約２００ｎｍ（蒸着速度〜０．０１ｎｍ／ｓｅｃ）の膜厚で形成した。この場合には、陰極１６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。
【０１４４】
以下に説明する実施例２，３は、上記実施例１と同一の工程については省略する。
【０１４５】
（実施例２）
まず、実施例１と同様にして正孔輸送層１４Ｂまで形成した。続いて、式（１3）に示した励起エネルギー３．３ｅＶのりん光発光材料（ＣＢＰ）のホスト材料に対して、式（１4）に示した励起エネルギー２．４ｅＶのＩｒ（ｐｐｙ）３をゲスト材料として１０％ドープし、膜厚４０ｎｍの発光層１４Ｃを形成した。次に実施例１と同様にして電子輸送層１４Ｄ、電子注入層１５および陰極１６を形成し、有機電界発光素子１１を作製した。
【０１４６】
【化５３】
【０１４７】
【化５４】
【０１４８】
（実施例３）
まず、陽極１３として基板１２にＡｌ層を２００ｎｍの膜厚で形成したのち、ＩＴＯ層を２０ｎｍの膜厚で形成した。続いて実施例１と同様にして正孔注入層１４Ａおよび正孔輸送層１４Ｂを形成したのち、発光層１４Ｃとして赤色発光層１４ｒ，青色発光層１４ｂ，緑色発光層１４ｇをこの順に積層した。なお、赤色発光層１４ｒと青色発光層１４ｂとの間には発光層分離層を設けた。また、発光層の各膜厚はここではそれぞれ１０ｎｍである。具体的には、ホスト材料として式（５−１）で示した励起エネルギー２．２ｅＶの化合物（ルブレン）に対して式（１5）で示したゲスト材料を２％ドープし赤色発光層１４ｒを形成した。続いて、発光層分離層として式（１１）で示した化合物を用いて膜厚５ｎｍで形成した。次に、青色発光層１４ｂを実施例１と同様にして形成したのち、緑色発光層１４ｇとして、ホスト材料に例えば青色発光層１４ｂと同様に式（６−６５）で示した化合物を用い、ゲスト材料に例えば式（１6）に示した化合物を用いて形成し、発光層１４Ｃとした。
【０１４９】
【化５５】
【０１５０】
【化５６】
【０１５１】
以上のように作製した有機電界発光素子１１について、１０ｍＡｃｍ-2の電流密度における発光効率（ｃｄ／Ａ）を測定した。また、５０℃、３０ｍＡｃｍ-2の定電流駆動における輝度半減時間（ｈｒ）を測定した。
【０１５２】
なお、表１は実施例１〜３および比較例１〜３における画素形状、電子輸送層１４Ｄ，電子注入層１５および陰極１６として用いた材料および膜厚並びに発光効率および輝度半減時間（寿命）の測定結果の一覧である。また、画素形状とは、隣接する隔壁１７の間隔であり、小さいほど高精細であるといえる。
【０１５３】
【表１】
【０１５４】
実施例１−１〜１−３および比較例１−１〜１−３の結果から以下のことがわかる。比較例１−３においては、電子注入層１５の膜厚を薄くしても画素形状が大きいため充分な発光効率が得られているが、高精細にパターニングされた比較例１−２では発光効率は低く、充分な青色発光は得られなかった。これに対し、電子注入層１５の膜厚を厚く（５ｎｍ）した実施例１−１および実施例１−２では、充分な発光効率および寿命特性が得られた。
【０１５５】
次に、励起エネルギーの大きなりん光発光材料を用いた比較例２−３では、電子輸送層１４Ｄに本実施の形態に則した材料を用いているが、電子注入層１５の膜厚は従来の有機電界発光素子と同様に薄い。しかしながら、画素形状が２ｍｍと大きいため、充分な発光効率が得られた。但し、比較例２−１のように画素形状を２０μｍと小さくすると、発光効率は著しく低下した。また、電子注入層１５の膜厚を３ｎｍに厚くし、画素形状を更に小さくした比較例２−２では、電子輸送層１４Ｄにイミダゾール誘導体およびフェナントロリン誘導体を用いているため、Ｃａの発光層１４Ｃへの拡散による寿命の低下は見られないが、充分な発光効率は得られていない。これは、画素形状が非常に小さいことにより隣接する隔壁１７間の間隔が狭くなり、上述したように、隔壁１７と陽極１３との間の段差による電子注入層１６および陰極１６の部分的な薄膜化が高確率で生じるためである。即ち、陰極１６および電子注入層１５からの発光層１４Ｃへの電子の供給量が不足したためと考えられる。これに対し、実施例２では、画素形状２０μｍでも、比較例２−３を超える発光効率および寿命特性が確認された。
【０１５６】
比較例３−３では、比較例２−３と同様に画素形状が２ｍｍと大きく、充分な発光効率および寿命特性が得られている。しかし、画素形状を小さくする（比較例３−１）ことによって発光効率は低下し、特に励起エネルギーの大きな青色発光層１４ｂの発光効率は著しく低下した。図１３は、比較例３−1および比較例３−３の発光スペクトルを表したものである。図１３からわかるように、従来用いられているＬｉＦでは、比較例３−１では不充分であるため、発光層１４Ｃ、特に発光エネルギーの大きな青色発光層１４ｂ，緑色発光層１４ｇの発光強度が低下し、青色から緑色に対応する４５０ｎｍ〜５５０ｎｍ付近の発光スペクトルの低下が生じている。即ち、充分な白色発光は得られていないことがわかる。また、比較例３−２では、電子注入層１５にＣａを用い膜厚を５ｎｍとしたが、寿命特性は著しく低かった。これは、電子輸送層１４Ｄに従来用いられているＡｌｑ３を用いたことにより、発光層１４Ｃへの充分な電子の供給量が得られず、更に電子注入層１５からの活性金属（ここではＣａ）の発光層１４Ｃへの拡散が起こったためと考えられる。これに対し、実施例３では、画素形状２０μｍでも、比較例３−３を超える発光効率および寿命特性の向上が確認された。
【０１５７】
以上のことから、本実施の形態の有機電界発光素子１１は、電子輸送層１４Ｄにイミダゾール誘導体およびフェナントロリン誘導体を用い且つ電子注入層１５を構成するアルカリ金属またはアルカリ土類金属の膜厚を５ｎｍ以上とすることにより、発光層１４Ｃおよび陰極を構成する材料にかかわらず、発光効率および寿命特性が向上することがわかった。また、素子の小型化、即ち高精細なパターニングによる発光効率および寿命特性の低下は起こらず、その発光効率および寿命特性は画素形状２ｍｍの大面積の素子と同等あるいはそれ以上であった。
【０１５８】
以上、第１，第２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。
【０１５９】
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。
【０１６０】
また、上記第１の実施の形態では、有機電界発光素子１１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。
【０１６１】
更に、上記実施の形態では、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。
【符号の説明】
【０１６２】
１１，２１…有機電界発光素子、１２…基板、１３…陽極、１４…有機層、１４Ａ…正孔注入層、１４Ｂ…正孔輸送層、１４Ｃ…発光層、１４Ｄ…電子輸送層、１５…電子注入層、１６…陰極、１７…隔壁、１８…電荷発生層、２０…保護層、３０…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】
近年、ディスプレイの高品位化が進み、高精細で高色域、且つ、高い発光効率を満たす有機電界発光素子が求められている。
【０００３】
高精細な有機ＥＬ素子を得るために、例えば特許文献１では、発光層を高精細に塗り分けるパターニング法が報告されている。また、高発光効率の有機ＥＬ表示装置を得るために、以下の報告がされている。例えば特許文献２では、有機層（発光層）を膜厚０．５〜２ｎｍのアルカリ金属、アルカリ土類金属あるいはランタニドを含む層によって被覆することで発光層への電子の注入効率を向上させた有機発光デバイスが開示されている。この他、例えば特許文献３では、陰極がカルシウム（Ｃａ）またはマグネシウム（Ｍｇ）を用いた第１陰極層と、アルミニウム（Ａｌ），銀（Ａg）または金（Ａｕ）を用いた第２陰極層とからなる２層構造を有する有機ＥＬ素子が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−４７００５号公報
【特許文献２】特許３７８６９６９号公報
【特許文献３】特開２００２−２８０１８７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で報告されている方法を用いて形成された有機ＥＬ素子は比較的大きな陽極面積を有している。そのため、特許文献１で報告されている方法を、より高精細、例えば隣接する有機ＥＬ素子の発光層の発光部の間隔が２０μｍ以下にパターニングされた有機ＥＬ表示装置の製造に用いた場合には、発光効率が低下するという問題があった。また、特許文献２，３に開示された構成の有機電界発光素子を製造した場合には、特に、青色の蛍光発光やりん光発光などの大きな励起エネルギーが必要な発光層において著しい発光効率の低下が見られた。
【０００６】
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、駆動電圧の上昇を抑えつつ、発光効率および寿命特性を向上させ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】
【０００７】
本発明による有機電界発光素子は、陽極と陰極との間に発光層を含む有機層を備え、隣接する前記発光層の発光部が２０μｍピッチ以下に区画された有機ＥＬ素子であって、有機層は、発光層と陰極との間に設けられると共に、イミダゾール誘導体およびフェナントロリン誘導体を少なくとも１種含有する電子輸送層と、電子輸送層と陰極との間に設けられると共に、アルカリ金属またはアルカリ土類金属のうちの少なくとも１種からなる膜厚５ｎｍ以上１０ｎｍ以下の層を有する電子注入層とを備えたものである。
【０００８】
本発明の表示装置は、上記有機電界発光素子を平面上に複数備えたものである。
【０００９】
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、イミダゾール誘導体およびフェナントロリン誘導体を少なくとも１種含む電子輸送層と、アルカリ金属またはアルカリ土類金属のうちの少なくとも１種を含む膜厚５ｎｍ以上１０ｎｍ以下の電子注入層とにより、陰極から発光層への電子の注入量が確保される。
【発明の効果】
【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、発光層と陰極との間に、イミダゾール誘導体およびフェナントロリン誘導体を少なくとも１種含む電子輸送層と、アルカリ金属またはアルカリ土類金属のうちの少なくとも１種を含む膜厚５ｎｍ以上１０ｎｍ以下の電子注入層とを設けるようにした。これにより、発光層へ注入される電子量が確保されるため、発光効率および寿命特性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【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である。
【図６】上記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７】上記表示装置の適用例１の外観を表す斜視図である。
【図８】（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９】適用例３の外観を表す斜視図である。
【図１０】適用例４の外観を表す斜視図である。
【図１１】（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。
【図１２】（Ａ）適用例５の正面図、（Ｂ）はその背面図である。
【図１３】実施例および比較例の発光スペクトルを表す特性図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
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
（タンデム構造の有機電界発光素子）
【００１３】
［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１６をこの順に積層した構造を有する。このうち有機層１４は、陽極側から順に例えば正孔注入層１４Ａ，正孔輸送層１４Ｂ，発光層１４Ｃ，電子輸送層１４Ｄおよび電子注入層１５を積層してなるものである。
【００１４】
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１６から注入された電子とが発光層１４Ｃ内で再結合する際に生じた発光光を基板１２と反対側（陰極１６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である。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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１７（図４参照）が設けられ、隔壁１７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。
【００２１】
正孔注入層１４Ａおよび正孔輸送層１４Ｂは、発光層１４Ｃ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。正孔注入層１４Ａおよび正孔輸送層１４Ｂの膜厚は素子の全体構成、特に後述する電子輸送層１４Ｄとの関係によるが、正孔注入層１４Ａおよび正孔輸送層１４Ｂを合わせて、例えば５ｎｍ〜６０ｎｍであることが好ましい。より好ましくは１０ｎｍ〜４０ｎｍである。
【００２２】
正孔注入層１４Ａおよび正孔輸送層１４Ｂの構成材料は、電極（陽極１３および陰極１６）や隣接する層の材料との関係で適宜選択すればよく、それぞれ以下にあげる材料を用いることができる。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。
【００２３】
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。
【００２４】
但し、下記式（１）〜（４）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１４Ｃへの電子供給に対して、正孔供給層１４Ａから発光層１４Ｃへの正孔供給が最適化される。
【００２５】
【化１】
（Ｒ１１〜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、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、炭素原子水は窒素原子である。）
【００２６】
なお、上記式（１）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。
【００２７】
【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。）
【００２８】
【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と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。）
【００２９】
【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。）
【００３０】
式（１）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（１−１）などの化合物が挙げられる。
【００３１】
【化５】
【００３２】
式（２）に示したアミン誘導体の具体例としては、以下の式（２−１）〜式（２−９）などの化合物が挙げられる。
【００３３】
【化６】
【００３４】
式（３）に示したジアミン誘導体の具体例としては、以下の式（３−１）〜式（３−８４）などの化合物が挙げられる。
【００３５】
【化７】
【００３６】
【化８】
【００３７】
【化９】
【００３８】
【化１０】
【００３９】
【化１１】
【００４０】
【化１２】
【００４１】
【化１３】
【００４２】
式（４）に示したとりアリールアミン多量体の具体例としては、以下の式（４−１）〜式（４−１５）などの化合物が挙げられる。
【００４３】
【化１４】
【００４４】
【化１５】
【００４５】
これらの化合物は上述したように正孔注入層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。陽極１３からの正孔注入障壁を低減することができるためである。また、本実施の形態における電子供給層１４Ｃは発光層１４Ｂへの電子供給能が強化されていることから、より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を用いることが好ましい。
【００４６】
発光層１４Ｃは、陽極１３と陰極１６と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１６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１４Ｃは、例えば、図１に示したように赤色光、緑色光または青色光等を発する単層でもよいが、本実施の形態では、発光色の異なる複数の発光層（ここでは３層）１４ｒ，１４ｇ，１４ｂが積層された構造（図４）を有する。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１４Ｃは青色発光層である。本実施の形態の発光層１４Ｃではこの３層が陽極１３側から赤色発光層１４ｒ，青色発光層１４ｂ，緑色発光層１４ｇの順に積層されている。また、赤色発光層１４ｒ，青色発光層１４ｂ、緑色発光層１４ｇ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、例えば１ｎｍ〜５ｎｍであることが好ましい。発光層１４Ｃ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１４Ｃは５ｎｍ〜１５ｎｍであるがこれに限らない。
【００４７】
発光層１４Ｃ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あるいは正孔注入層１４Ａおよび正孔輸送層１４Ｂから正孔を注入することができる一方、陰極１６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。
【００４８】
特に、赤色発光層１４ｒ，緑色発光層１４ｇのうちの少なくとも一方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。
【００４９】
また、正孔供給性の材料としては、下記式（５）に示した化合物を用いることができる。
【００５０】
【化１６】
（Ｒ1７〜Ｒ２４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。）
【００５１】
式（５）で表わした化合物の具体例としては、以下の式（５−１）〜式（５−４）などの化合物が挙げられる。
【００５２】
【化１７】
【００５３】
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。
【００５４】
青色発光層１４ｂを構成するホスト材料としては、下記式（６）に示した化合物をホスト材料として用いることが好ましい。
【００５５】
【化１８】
（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。Ａ１７〜Ａ２４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（６）で表わされる化合物におけるＡ１７〜Ａ２４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、Ａ１７〜Ａ２４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】
Ａ１７〜Ａ２４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などのいずれでもよい。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、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（６）に示した化合物の具体例としては、以下の式（６−１）〜式（６−６５）などの化合物が挙げられる。
【００６０】
【化１９】
【００６１】
【化２０】
【００６２】
【化２１】
【００６３】
【化２２】
【００６４】
【化２３】
【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】
なお、上記青色発光の蛍光材料や各色のりん光発光材料のうち、２．３ｅＶ以上の励起エネルギーを必要とする材料を、従来用いられている構成（各層の材料および膜厚）を有し、且つ、本実施の形態のように高精細にパターニングした有機電界発光素子の発光層に用いると、発光効率は著しく低下する。これは、各画素の面積と励起エネルギーとの関係の問題による。具体的には、高精細にパターニングされた画素では狭ピッチで区画されるために、各画素の平面面積に対して絶縁層（例えば、ここでは隔壁１７）で区画されたエッジ面積の比率は高くなり、絶縁層による凹部の幅に対して段差の大きな凹凸が生じる。この凹凸により、後述する電子注入を担っている電子注入層１５および陰極１６は部分的に薄膜化する確率が高くなる。このため、高精細な画素では、大きな面積の画素よりも電子の供給が不足する。即ち、発光層１４Ｃ、特に励起エネルギーの大きな青色蛍光発光材料やりん光発光材料を含む発光層（例えば、青色発光層１４ｂ）における励起子の再結合確率が低下し、発光効率が低下する。これに対して本実施の形態では、以下に説明する電子輸送層１４Ｄ，電子注入層１５およびを陰極１６Ｂの構成とすることによって各画素の面積と励起エネルギーとの関係の問題が改善される。
【００６８】
電子輸送層１４Ｄおよび電子注入層１５は、陰極１６から注入される電子を発光層１４Ｃに輸送するためのものである。電子輸送層１４Ｄおよび電子注入層１５は陽極１３側からこの順に積層されている。電子輸送層１４Ｄおよび電子注入層１５の膜厚は素子の全体構成によるが、例えば電子輸送層の膜厚は、１０ｎｍ〜２００ｎｍであることが好ましく、より好ましくは２０ｎｍ〜１８０ｎｍである。また、電子注入層１５の膜厚は５ｎｍ以上とすることが好ましい。これにより、凹凸の著しい画素においても十分な電子注入をことができる。また、特に1０ｎｍ以下とすることで電子の注入効率を保ちつつ、電子注入層１５を構成する材料の発光層側への拡散を防ぐことができ、安定した電子注入が充分に得られる。
【００６９】
電子輸送層１４Ｄの材料としては、優れた電子輸送能および陰極１６との高いコンタクト特性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１４Ｃ、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。また、電子輸送層１４Ｄは、電子注入層１５を構成する材料を混合した混合層としてもよい。電子輸送層１４Ｄの具体的な材料としては、下記式（７Ａ），（７Ｂ），（７Ｃ），（８）に示したイミダゾール誘導体および下記式（９）に示したフェナントロリン誘導体を用いることが好ましい。これにより、発光層１４Ｃへの電子の供給が安定し、高エネルギー発光の発光色に関しても高効率でありながら安定な駆動が補償される。
【００７０】
【化２４】
【００７１】
【化２５】
【００７２】
【化２６】
（Ａは炭素数１〜２０個のアルキル基、炭素数１〜２０のアルコキシ基、３〜４０個の芳香族環が縮合した多環芳香族炭化水素基を有する炭素数６〜１２０個の炭化水素基または含窒素複素環基あるいはそれらの誘導体である。Ｌは単結合、炭素数６〜６０個の芳香族炭化水素基または含窒素複素環基である。Ｒ１，２は各々独立して水素原子あるいはハロゲン原子、炭素数１〜２０個のアルキル基、炭素数６〜６０個の芳香族炭化水素基、含窒素複素環基または炭素数１〜２０個のアルコキシ基あるいはそれらの誘導体である。ｎは０〜４の整数であり、ｍは０〜２の整数である。）
【００７３】
【化２７】
（Ｙ１〜Ｙ８は、各々独立して水素原子、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個のアルコキシ基または炭素数５〜６０個の脂肪族環基あるいはそれらの誘導体である。なお、Ｙ７とＹ８は連結基を介して環構造を形成してもよい。）
【００７４】
【化２８】
（Ｒ１〜Ｒ８はそれぞれ独立に、水素原子あるいはハロゲン原子、水酸基、メルカプト基、シアノ基、アルデヒド基、カルボニル基、カルボキシル基、エステル結合を有する基、カルバモイル基、アミノ基、ニトロ基、シリル基、シロキサニル基、または炭素数５個以下のアルキル基、炭素数３０個以下のアリール基、炭素数１から６個のアルキル基または炭素数１から６個アルコキシ基、炭素数６０個以下の複素環基あるいはそれらの誘導体である。）
【００７５】
式（７）（式（７Ａ）〜式（７Ｃ））に示したイミダゾール誘導体の具体例としては、以下の式（７−１）〜式（７−１７６）などの化合物が挙げられる。なお、ＨＡｒは式（７）中のＡ１，Ａ２を含むイミダゾール骨格に、Ｌは式（７）中のＢに対応する。Ａｒ３は式（７）中のＡｒ２に対応し、Ａｒ１，Ａｒ２の順にＢに結合する。
【００７６】
【化２９】
【００７７】
【化３０】
【００７８】
【化３１】
【００７９】
【化３２】
【００８０】
【化３３】
【００８１】
【化３４】
【００８２】
【化３５】
【００８３】
【化３６】
【００８４】
【化３７】
【００８５】
【化３８】
【００８６】
【化３９】
【００８７】
【化４０】
【００８８】
【化４１】
【００８９】
【化４２】
【００９０】
【化４３】
【００９１】
【化４４】
【００９２】
【化４５】
【００９３】
【化４６】
【００９４】
【化４７】
【００９５】
式（８）に示したイミダゾール誘導体の具体例としては、以下の式（８−１）〜（８−２１）等の化合物が挙げられる。
【００９６】
【化４８】
【００９７】
式（９）に示したフェナントロリン誘導体の具体例としては、以下の式（９−１）〜式（９−８）などの化合物が挙げられる。
【００９８】
【化４９】
【００９９】
電子注入層１５の材料としては、例えば、カルシウム（Ｃａ）、バリウム（Ｂａ）等のアルカリ土類金属、リチウム、ナトリウム、セシウム等のアルカリ金属を用いることができる。また、これらの金属の酸化物及び複合酸化物、フッ化物等を、単体でまたはこれらの金属および酸化物及び複合酸化物、フッ化の混合物や合金として安定性を高めて使用してもよい。
【０１００】
陰極１６は、電子注入層１５とのコンタクト性がよく電子の供給が可能であれば充分である。但し、本実施の形態のように複数の発光層１４ｒ，１４ｇ，１４ｂを積層する場合には、ＡｌまたはＭｇを含む合金（例えばＭｇＡｇ）を用い、膜厚を１．５ｎｍ以上６ｎｍ未満の透明電極とすることが好ましい。これにより、発光層１４ｒ，１４ｇ，１４ｂへの電子供給を充分に行うことができ、且つ、陰極１６側からの白色発光が充分に得ることができる。
【０１０１】
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１６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１６側の光反射面との間で多重干渉させた発光光が陰極１６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１６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。
【０１０２】
（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。
【０１０３】
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。
【０１０４】
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。
【０１０５】
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１６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。
【０１０６】
隔壁１７は、陽極１３と陰極１６との絶縁性を確保すると共に発光領域を所望の形状にするためのものである。更に、製造工程においてインクジェット方式またはノズルコート方式等による塗布を行う際の隔壁としての機能も有している。隔壁１７は、例えば、ＳｉＯ2等の無機絶縁材料よりなる下部隔壁１７Ａの上に、ポジ型感光性ポリベンゾオキサゾール，ポジ型感光性ポリイミドなどの感光性樹脂よりなる上部隔壁１７Ｂを有している。隔壁１７には、発光領域に対応して開口が設けられている。隣接する隔壁１７の間隔は、例えば０．１μｍ〜２００μｍであるが、特に２０μｍ以下として各有機電界発光素子を区画することでより高精細な表示装置が構成されまた、その際には本発明の特別な電子注入層および陰極が必要となる。なお、有機層１４ないし陰極１６は、開口だけでなく隔壁１７の上にも設けられていてもよいが、発光が生じるのは隔壁１７の開口だけである。
【０１０７】
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。
【０１０８】
封止用基板３０は、有機電界発光素子１１の陰極１６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。
【０１０９】
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。
【０１１０】
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。
【０１１１】
ここで、有機電界発光素子１１を構成する陽極１３から陰極１６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。
【０１１２】
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。
【０１１３】
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１６，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。
【０１１４】
従来用いられている有機電界発光素子では、例えば前述の特許文献２に記載の有機電界発光素子のように、電子注入層として例えば膜厚０．５ｎｍ〜２．０ｎｍのアルカリ土類金属層を形成し、陰極としてＣａおよびＡｕの積層構造が用いられていた。しかし、このような構成の有機電界発光素子を用いて高精細にパターニングした表示装置では、発光効率が低く、寿命が短いという問題があった。特に、発光効率の低下は、発光層を上述のような青色蛍光発光材料やりん光発光材料のように大きな励起エネルギーを必要とする材料によって構成した有機電界発光素子で顕著である。これはより高品位な表示性能が求められている有機ＥＬディスプレイの基本性能として大きな問題となる。
【０１１５】
このような発光効率および寿命の低下には以下の原因が考えられる。基板１２上に設けられた陽極１３上には、図４に示したように有機層１４と、画素を区画する隔壁１７とが設けられている。有機電界発光素子は、まず、陽極１３上および基板１２上に隔壁１７を形成したのち、有機層１４を形成する。有機層１４のうち、電子輸送層１４Ｄおよび電子注入層１５は各有機電界発光素子１１の共通層として基板１２上の全面にベタ膜として形成される。このとき、隔壁１７と陽極１３との間の段差によって、素子間および素子内において膜厚分布が生じる可能性がある。
【０１１６】
特に、本実施の形態のように高精細にパターニングされた表示装置１では、上述したように、隣接する隔壁１７間の間隔が狭いため隔壁１７と陽極１３との間の段差による電子注入層１５および陰極１６の部分的な薄膜化が高確率で生じ、電子を供給するための充分な膜厚が確保されない虞がある。電子注入層１５および陰極１６の膜厚が薄くなると、発光層１４Ｃへ供給される電子量が減少する。このため、発光層１４Ｃにおけるキャリアバランスが崩れ、特に発光エネルギーの大きな青色蛍光発光材料やりん光発光材料によって構成される発光層（例えば青色発光層１４ｂ）おいて発光効率が低下し、寿命特性が低下する。また、電子注入層１５にＣａ等のアルカリ金属またはアルカリ土類金属を用い、電子輸送層１４Ｄの材料として、電子注入層１５を構成する金属が発光層１４Ｃへ拡散する虞のある材料を用いると、有機電界発光素子の駆動中に発光層１４Ｃへ当該金属が拡散する。これにより、発光層１４Ｃ中の励起子が消光すると共に、有機層１４の劣化が生じる。即ち、更に寿命特性が低下すると共に、駆動電圧の上昇も発生する。
【０１１７】
これに対して本実施の形態では、電子輸送層１４Ｄに、イミダゾール誘導体およびフェナントロリン誘導体を少なくとも１種用い、電子注入層１５としてアルカリ金属またはアルカリ土類金属のうちの少なくとも１種を含む膜厚５ｎｍ以上１０ｎｍ以下の層を設けている。これにより、発光層１４Ｃへの電子の注入量が確保される。また、イミダゾール誘導体およびフェナントロリン誘導体は電子注入層１５を構成する金属と相互作用するため、上述した有機層１４への金属の拡散が抑制される。
【０１１８】
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、イミダゾール誘導体およびフェナントロリン誘導体を少なくとも１種含む電子輸送層１４Ｄと、アルカリ金属またはアルカリ土類金属のうちの少なくとも１種を含む膜厚５ｎｍ以上１０ｎｍ以下の電子注入層１５とを設けるようにした。このため、発光層１４Ｃへの電子の注入量が確保され、これにより発光効率および寿命特性が向上する。即ち、より高精細にパターニングされた表示装置を構成する有機電界発光素子１１の発光層１４Ｃでも電子の注入量が充分確保されるため、発光効率および信頼性の高い高精細な表示装置を作製することが可能となる。
【０１１９】
また、電子輸送層１４Ｄと電子注入層１５間との相互作用により、有機層１４への金属の拡散が抑制され、有機電界発光素子１１およびこれを備えた表示装置の寿命特性が向上する。
【０１２０】
（第２の実施の形態）
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。
【０１２１】
図５は第２の実施の形態における有機電界発光素子２１の断面構成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電子注入層１５および陰極１６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２４が２層（第１有機層２４−１，第２有機層２４−２）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。
【０１２２】
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２４−１および第２有機層２４−２が電子供給層１８Ａと正孔注入層１８Ｂとを積層した構造を有する電荷発生層１８を介して積層されている。
【０１２３】
電子供給層１８Ａは、陽極１３側に設けられると共に、第１有機層２４−１側の発光層２４Ｂに電子を供給するものである。電子供給層１８Ａ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１８Ａ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１８Ａに添加可能な有機材料としては、例えば上述した電子輸送層１４Ｄおよび電子注入層１５の材料として示した式（７−１）〜式（７−１７６）および式（９−１）〜式（９−８）が挙げられる。
【０１２４】
正孔注入層１８Ｂは、陰極１６側に設けられると共に、第２有機層２４−２側の発光層２４Ｂに正孔を注入するものである。具体的には、正孔注入層１８Ｂは、第２有機層２４−２側から電子を引き抜き、電子供給層１８Ａを介して第１有機層２４−１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２４−２の発光層２４Ｂへ供給される。正孔注入層１８Ｂ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（１０）に示した化合物を用いることができる。
【０１２５】
【化５０】
【０１２６】
なお、電荷発生層１８は図５に示したように、電子供給層１８Ａと第１有機層２４−１の電子供給層２４Ｃ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。
【０１２７】
本実施の形態の有機電界発光素子２１では、有機層２４を２層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。
【０１２８】
なお、ここでは有機層２４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２４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。
【０１２９】
（モジュールおよび適用例）
以下、上記第１および第２の実施の形態で説明した有機電界発光素子を備えた表示装置の適用例について説明する。上記実施の形態の表示装置は、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。
【０１３０】
（モジュール）
上記実施の形態の表示装置は、例えば、図６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３０および封止用基板４０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。
【０１３１】
（適用例１）
図７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。
【０１３２】
（適用例２）
図８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。
【０１３３】
（適用例３）
図９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。
【０１３４】
（適用例４）
図１０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。
【０１３５】
（適用例５）
図１１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。
【０１３６】
（適用例６）
図１２は、小型および高精細な表示装置を備えたデジタル一眼レフカメラ（撮像装置）の外観を表したものであり、上記実施の形態の表示装置が適用される。ここで図１２（Ａ）は、撮像装置の正面外観図であり、図１２（Ｂ）は撮像装置の背面外観図である。この撮像装置は、例えば、カメラ本体部（４１１），交換式の撮影レンズユニット４１２，正面左端部に撮影者が把持するためのグリップ部４１３，ビューファインダ４１５およびモニタ４１４を有している。そのビューファインダ４１５およびモニタ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。
【０１３７】
（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と陰極１６との間に共振器構造を有す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２，３についても同様である。
【０１３８】
まず、３０ｍｍ×３０ｍｍのガラス板からなる基板１２上に、陽極１３としてＩＴＯ層を２００ｎｍの膜厚で形成したのち、次に、ＳｉＯ2蒸着により２０μｍ×２０μｍ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、正孔注入層１４Aとして式（１−１）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（１１）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。
【０１３９】
【化５１】
【０１４０】
次に、式（６−６５）に示した励起エネルギー３．１ｅＶホスト材料に対して式（１２）に示した励起エネルギー２．６ｅＶのゲスト材料を５％ドープし、膜厚４０ｎｍの青色発光を有する発光層１４Ｃを形成した。
【０１４１】
【化５２】
【０１４２】
次に、発光層１４Ｃ上に電子輸送層１４Ｄとして、例えば式（７−１３４）に示した化合物を用いて形成したのち電子注入層１５として、例えばＣａを５ｎｍの膜厚で形成した。
【０１４３】
続いて、陰極１６として、Ａｌを真空蒸着法により約２００ｎｍ（蒸着速度〜０．０１ｎｍ／ｓｅｃ）の膜厚で形成した。この場合には、陰極１６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。
【０１４４】
以下に説明する実施例２，３は、上記実施例１と同一の工程については省略する。
【０１４５】
（実施例２）
まず、実施例１と同様にして正孔輸送層１４Ｂまで形成した。続いて、式（１3）に示した励起エネルギー３．３ｅＶのりん光発光材料（ＣＢＰ）のホスト材料に対して、式（１4）に示した励起エネルギー２．４ｅＶのＩｒ（ｐｐｙ）３をゲスト材料として１０％ドープし、膜厚４０ｎｍの発光層１４Ｃを形成した。次に実施例１と同様にして電子輸送層１４Ｄ、電子注入層１５および陰極１６を形成し、有機電界発光素子１１を作製した。
【０１４６】
【化５３】
【０１４７】
【化５４】
【０１４８】
（実施例３）
まず、陽極１３として基板１２にＡｌ層を２００ｎｍの膜厚で形成したのち、ＩＴＯ層を２０ｎｍの膜厚で形成した。続いて実施例１と同様にして正孔注入層１４Ａおよび正孔輸送層１４Ｂを形成したのち、発光層１４Ｃとして赤色発光層１４ｒ，青色発光層１４ｂ，緑色発光層１４ｇをこの順に積層した。なお、赤色発光層１４ｒと青色発光層１４ｂとの間には発光層分離層を設けた。また、発光層の各膜厚はここではそれぞれ１０ｎｍである。具体的には、ホスト材料として式（５−１）で示した励起エネルギー２．２ｅＶの化合物（ルブレン）に対して式（１5）で示したゲスト材料を２％ドープし赤色発光層１４ｒを形成した。続いて、発光層分離層として式（１１）で示した化合物を用いて膜厚５ｎｍで形成した。次に、青色発光層１４ｂを実施例１と同様にして形成したのち、緑色発光層１４ｇとして、ホスト材料に例えば青色発光層１４ｂと同様に式（６−６５）で示した化合物を用い、ゲスト材料に例えば式（１6）に示した化合物を用いて形成し、発光層１４Ｃとした。
【０１４９】
【化５５】
【０１５０】
【化５６】
【０１５１】
以上のように作製した有機電界発光素子１１について、１０ｍＡｃｍ-2の電流密度における発光効率（ｃｄ／Ａ）を測定した。また、５０℃、３０ｍＡｃｍ-2の定電流駆動における輝度半減時間（ｈｒ）を測定した。
【０１５２】
なお、表１は実施例１〜３および比較例１〜３における画素形状、電子輸送層１４Ｄ，電子注入層１５および陰極１６として用いた材料および膜厚並びに発光効率および輝度半減時間（寿命）の測定結果の一覧である。また、画素形状とは、隣接する隔壁１７の間隔であり、小さいほど高精細であるといえる。
【０１５３】
【表１】
【０１５４】
実施例１−１〜１−３および比較例１−１〜１−３の結果から以下のことがわかる。比較例１−３においては、電子注入層１５の膜厚を薄くしても画素形状が大きいため充分な発光効率が得られているが、高精細にパターニングされた比較例１−２では発光効率は低く、充分な青色発光は得られなかった。これに対し、電子注入層１５の膜厚を厚く（５ｎｍ）した実施例１−１および実施例１−２では、充分な発光効率および寿命特性が得られた。
【０１５５】
次に、励起エネルギーの大きなりん光発光材料を用いた比較例２−３では、電子輸送層１４Ｄに本実施の形態に則した材料を用いているが、電子注入層１５の膜厚は従来の有機電界発光素子と同様に薄い。しかしながら、画素形状が２ｍｍと大きいため、充分な発光効率が得られた。但し、比較例２−１のように画素形状を２０μｍと小さくすると、発光効率は著しく低下した。また、電子注入層１５の膜厚を３ｎｍに厚くし、画素形状を更に小さくした比較例２−２では、電子輸送層１４Ｄにイミダゾール誘導体およびフェナントロリン誘導体を用いているため、Ｃａの発光層１４Ｃへの拡散による寿命の低下は見られないが、充分な発光効率は得られていない。これは、画素形状が非常に小さいことにより隣接する隔壁１７間の間隔が狭くなり、上述したように、隔壁１７と陽極１３との間の段差による電子注入層１６および陰極１６の部分的な薄膜化が高確率で生じるためである。即ち、陰極１６および電子注入層１５からの発光層１４Ｃへの電子の供給量が不足したためと考えられる。これに対し、実施例２では、画素形状２０μｍでも、比較例２−３を超える発光効率および寿命特性が確認された。
【０１５６】
比較例３−３では、比較例２−３と同様に画素形状が２ｍｍと大きく、充分な発光効率および寿命特性が得られている。しかし、画素形状を小さくする（比較例３−１）ことによって発光効率は低下し、特に励起エネルギーの大きな青色発光層１４ｂの発光効率は著しく低下した。図１３は、比較例３−1および比較例３−３の発光スペクトルを表したものである。図１３からわかるように、従来用いられているＬｉＦでは、比較例３−１では不充分であるため、発光層１４Ｃ、特に発光エネルギーの大きな青色発光層１４ｂ，緑色発光層１４ｇの発光強度が低下し、青色から緑色に対応する４５０ｎｍ〜５５０ｎｍ付近の発光スペクトルの低下が生じている。即ち、充分な白色発光は得られていないことがわかる。また、比較例３−２では、電子注入層１５にＣａを用い膜厚を５ｎｍとしたが、寿命特性は著しく低かった。これは、電子輸送層１４Ｄに従来用いられているＡｌｑ３を用いたことにより、発光層１４Ｃへの充分な電子の供給量が得られず、更に電子注入層１５からの活性金属（ここではＣａ）の発光層１４Ｃへの拡散が起こったためと考えられる。これに対し、実施例３では、画素形状２０μｍでも、比較例３−３を超える発光効率および寿命特性の向上が確認された。
【０１５７】
以上のことから、本実施の形態の有機電界発光素子１１は、電子輸送層１４Ｄにイミダゾール誘導体およびフェナントロリン誘導体を用い且つ電子注入層１５を構成するアルカリ金属またはアルカリ土類金属の膜厚を５ｎｍ以上とすることにより、発光層１４Ｃおよび陰極を構成する材料にかかわらず、発光効率および寿命特性が向上することがわかった。また、素子の小型化、即ち高精細なパターニングによる発光効率および寿命特性の低下は起こらず、その発光効率および寿命特性は画素形状２ｍｍの大面積の素子と同等あるいはそれ以上であった。
【０１５８】
以上、第１，第２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。
【０１５９】
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。
【０１６０】
また、上記第１の実施の形態では、有機電界発光素子１１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。
【０１６１】
更に、上記実施の形態では、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。
【符号の説明】
【０１６２】
１１，２１…有機電界発光素子、１２…基板、１３…陽極、１４…有機層、１４Ａ…正孔注入層、１４Ｂ…正孔輸送層、１４Ｃ…発光層、１４Ｄ…電子輸送層、１５…電子注入層、１６…陰極、１７…隔壁、１８…電荷発生層、２０…保護層、３０…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発光層を含む有機層を備え、隣接する前記発光層の発光部が２０μｍピッチ以下に区画された有機ＥＬ素子であって、
前記有機層は、
前記発光層と陰極との間に設けられると共に、イミダゾール誘導体およびフェナントロリン誘導体を少なくとも１種含有する電子輸送層と、
前記電子輸送層と陰極との間に設けられると共に、アルカリ金属またはアルカリ土類金属のうちの少なくとも１種からなる膜厚５ｎｍ以上１０ｎｍ以下の層を有する電子注入層と
を備えた有機電界発光素子。
【請求項２】
前記イミダゾール誘導体は、式（１）、式（２），式（３）または式（４）で表わされるいずれかの化合物である、請求項１に記載の有機電界発光素子。
【化１】
【化２】
【化３】
（Ａは炭素数１〜２０個のアルキル基、炭素数１〜２０のアルコキシ基、３〜４０個の芳香族環が縮合した多環芳香族炭化水素基を有する炭素数６〜１２０個の炭化水素基または含窒素複素環基あるいはそれらの誘導体である。Ｌは単結合、炭素数６〜６０個の芳香族炭化水素基または含窒素複素環基である。Ｒ１，２は各々独立して水素原子あるいはハロゲン原子、炭素数１〜２０個のアルキル基、炭素数６〜６０個の芳香族炭化水素基、含窒素複素環基または炭素数１〜２０個のアルコキシ基あるいはそれらの誘導体である。ｎは０〜４の整数であり、ｍは０〜２の整数である。）
【化４】
（Ｙ１〜Ｙ８は、各々独立して水素原子、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個のアルコキシ基または炭素数５〜６０個の脂肪族環基あるいはそれらの誘導体である。なお、Ｙ７とＹ８は連結基を介して環構造を形成してもよい。）
【請求項３】
前記フェナントロリン誘導体は、式（５）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５】
（Ｒ１〜Ｒ８はそれぞれ独立に、水素原子あるいはハロゲン原子、水酸基、メルカプト基、シアノ基、アルデヒド基、カルボニル基、カルボキシル基、エステル結合を有する基、カルバモイル基、アミノ基、ニトロ基、シリル基、シロキサニル基、または炭素数５個以下のアルキル基、炭素数３０個以下のアリール基、炭素数１から６個のアルキル基または炭素数１から６個アルコキシ基、炭素数６０個以下の複素環基あるいはそれらの誘導体である。）
【請求項４】
前記電子輸送層および電子注入層は、前記イミダゾール誘導体およびフェナントロリン誘導体のうちの少なくとも１種と、前記アルカリ金属またはアルカリ土類金属のうちの少なくとも１種を混合した混合層である、請求項１に記載の有機電界発光素子。
【請求項５】
前記発光層は２．３ｅＶ以上の励起エネルギーを有する、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の有機電界発光素子。
【請求項６】
前記陰極は、アルミニウム（Ａｌ）またはマグネシウム（Ｍｇ）を含む合金からなる膜厚１.５ｎｍ以上６ｎｍ未満の透明陰極層を含む、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の有機電界発光素子。
【請求項７】
前記有機層は、複数の発光層を有する、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の有機電界発光素子。
【請求項８】
前記電子注入層は、カルシウム（Ｃａ），リチウム（Ｌｉ），ナトリウム（Ｎａ）またはセシウムを含む、請求項１乃至７のいずれか１項に記載の有機電界発光素子。
【請求項９】
陽極と陰極との間に少なくとも前記複数の発光層を含む有機層がそれぞれ電荷発生層を介して複数積層されている、請求項１に記載の有機電界発光素子。
【請求項１０】
前記電荷発生層は、少なくとも陰極側に設けられた正孔注入層と、陽極側に設けられた電子供給層とから構成されている、請求項９に記載の有機電界発光素子。
【請求項１１】
陽極と陰極との間に発光層を含む有機層を備え、隣接する前記発光層の発光部が２０μｍピッチ以下に区画された複数の有機電界発光素子を有する有機電界発光表示装置であって、
前記有機電界発光素子は、陽極と陰極との間に発光層を含む有機層を備え、
前記有機層は、
前記発光層と陰極との間に設けられると共に、イミダゾール誘導体およびフェナントロリン誘導体を少なくとも１種含有する電子輸送層と、
前記電子輸送層と陰極との間に設けられると共に、アルカリ金属またはアルカリ土類金属のうちの少なくとも１種からなる膜厚５ｎｍ以上１０ｎｍ以下の層を有する電子注入層と、
を備えた表示装置。
【請求項１２】
前記複数の有機電界発光素子は絶縁層によって区画されている、請求項１１に記載の表示装置。
【請求項１】
陽極と陰極との間に発光層を含む有機層を備え、隣接する前記発光層の発光部が２０μｍピッチ以下に区画された有機ＥＬ素子であって、
前記有機層は、
前記発光層と陰極との間に設けられると共に、イミダゾール誘導体およびフェナントロリン誘導体を少なくとも１種含有する電子輸送層と、
前記電子輸送層と陰極との間に設けられると共に、アルカリ金属またはアルカリ土類金属のうちの少なくとも１種からなる膜厚５ｎｍ以上１０ｎｍ以下の層を有する電子注入層と
を備えた有機電界発光素子。
【請求項２】
前記イミダゾール誘導体は、式（１）、式（２），式（３）または式（４）で表わされるいずれかの化合物である、請求項１に記載の有機電界発光素子。
【化１】
【化２】
【化３】
（Ａは炭素数１〜２０個のアルキル基、炭素数１〜２０のアルコキシ基、３〜４０個の芳香族環が縮合した多環芳香族炭化水素基を有する炭素数６〜１２０個の炭化水素基または含窒素複素環基あるいはそれらの誘導体である。Ｌは単結合、炭素数６〜６０個の芳香族炭化水素基または含窒素複素環基である。Ｒ１，２は各々独立して水素原子あるいはハロゲン原子、炭素数１〜２０個のアルキル基、炭素数６〜６０個の芳香族炭化水素基、含窒素複素環基または炭素数１〜２０個のアルコキシ基あるいはそれらの誘導体である。ｎは０〜４の整数であり、ｍは０〜２の整数である。）
【化４】
（Ｙ１〜Ｙ８は、各々独立して水素原子、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個のアルコキシ基または炭素数５〜６０個の脂肪族環基あるいはそれらの誘導体である。なお、Ｙ７とＹ８は連結基を介して環構造を形成してもよい。）
【請求項３】
前記フェナントロリン誘導体は、式（５）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５】
（Ｒ１〜Ｒ８はそれぞれ独立に、水素原子あるいはハロゲン原子、水酸基、メルカプト基、シアノ基、アルデヒド基、カルボニル基、カルボキシル基、エステル結合を有する基、カルバモイル基、アミノ基、ニトロ基、シリル基、シロキサニル基、または炭素数５個以下のアルキル基、炭素数３０個以下のアリール基、炭素数１から６個のアルキル基または炭素数１から６個アルコキシ基、炭素数６０個以下の複素環基あるいはそれらの誘導体である。）
【請求項４】
前記電子輸送層および電子注入層は、前記イミダゾール誘導体およびフェナントロリン誘導体のうちの少なくとも１種と、前記アルカリ金属またはアルカリ土類金属のうちの少なくとも１種を混合した混合層である、請求項１に記載の有機電界発光素子。
【請求項５】
前記発光層は２．３ｅＶ以上の励起エネルギーを有する、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の有機電界発光素子。
【請求項６】
前記陰極は、アルミニウム（Ａｌ）またはマグネシウム（Ｍｇ）を含む合金からなる膜厚１.５ｎｍ以上６ｎｍ未満の透明陰極層を含む、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の有機電界発光素子。
【請求項７】
前記有機層は、複数の発光層を有する、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の有機電界発光素子。
【請求項８】
前記電子注入層は、カルシウム（Ｃａ），リチウム（Ｌｉ），ナトリウム（Ｎａ）またはセシウムを含む、請求項１乃至７のいずれか１項に記載の有機電界発光素子。
【請求項９】
陽極と陰極との間に少なくとも前記複数の発光層を含む有機層がそれぞれ電荷発生層を介して複数積層されている、請求項１に記載の有機電界発光素子。
【請求項１０】
前記電荷発生層は、少なくとも陰極側に設けられた正孔注入層と、陽極側に設けられた電子供給層とから構成されている、請求項９に記載の有機電界発光素子。
【請求項１１】
陽極と陰極との間に発光層を含む有機層を備え、隣接する前記発光層の発光部が２０μｍピッチ以下に区画された複数の有機電界発光素子を有する有機電界発光表示装置であって、
前記有機電界発光素子は、陽極と陰極との間に発光層を含む有機層を備え、
前記有機層は、
前記発光層と陰極との間に設けられると共に、イミダゾール誘導体およびフェナントロリン誘導体を少なくとも１種含有する電子輸送層と、
前記電子輸送層と陰極との間に設けられると共に、アルカリ金属またはアルカリ土類金属のうちの少なくとも１種からなる膜厚５ｎｍ以上１０ｎｍ以下の層を有する電子注入層と、
を備えた表示装置。
【請求項１２】
前記複数の有機電界発光素子は絶縁層によって区画されている、請求項１１に記載の表示装置。
【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】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１２−２１６６８１（Ｐ２０１２−２１６６８１Ａ）
【公開日】平成２４年１１月８日（２０１２．１１．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−８０８５７（Ｐ２０１１−８０８５７）
【出願日】平成２３年３月３１日（２０１１．３．３１）
【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１１月８日（２０１２．１１．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月３１日（２０１１．３．３１）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
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