有機電界発光素子
【課題】高効率で発光させることができ、安定に駆動することが可能な有機電界発光素子を提供する。
【解決手段】陽極１１と陰極３１との間に有機層２０を備え、有機層２０は、陽極１１側から順に、電子注入層２１、電子輸送層２２、機能性層２３、正孔輸送層２４、発光層２５、電子輸送層２６を積層した構造を有している。電子輸送層２１は電子輸送材料を含み、機能性層２３はヘキサアザトリフェニレンなどを含んで設けられている。電子輸送層２２および機能性層２３を有することにより、発光層２５に電界をかけた場合に、横方向への電流の広がりを抑制しつつ、陽極１１から発光層２５へ正孔を効率よく十分に注入する。
【解決手段】陽極１１と陰極３１との間に有機層２０を備え、有機層２０は、陽極１１側から順に、電子注入層２１、電子輸送層２２、機能性層２３、正孔輸送層２４、発光層２５、電子輸送層２６を積層した構造を有している。電子輸送層２１は電子輸送材料を含み、機能性層２３はヘキサアザトリフェニレンなどを含んで設けられている。電子輸送層２２および機能性層２３を有することにより、発光層２５に電界をかけた場合に、横方向への電流の広がりを抑制しつつ、陽極１１から発光層２５へ正孔を効率よく十分に注入する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カラーディスプレイなどに用いられる有機電界発光素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
有機化合物による電界発光現象としては、強く蛍光を発生するアントラセン単結晶へのキャリア注入による発光現象が１９６０年代前半にＨｅｌｆｒｉｃｈらにより、発見されている。それ以来、このような電界発光現象は、長期間研究されてきたが、低輝度、単色であり、しかも有機化合物の単結晶を用いていたため、種々の有機化合物へのキャリア注入という基礎的研究にとどまっていた。しかし、１９７８年にＥａｓｔｍａｎ Ｋｏｄａｋ社のＴａｎｇらにより、低電圧駆動であり、かつ高輝度発光が可能なアモルファス発光層を有する積層構造の有機電界発光素子が発表されて以来、各方面で有機電界発光素子の研究開発が盛んになっている。
【０００３】
このような有機電界発光素子の研究開発は、例えば、ＲＧＢ三原色の発光、安定性の向上あるいは輝度の上昇といったことを目的として、積層構造や製造方法などについて行われている。具体的には、Ｃ．Ａｄａｃｈｉ、Ｓ．Ｔｏｋｉｔｏ、Ｔ．Ｔｓｕｔｓｕｉ、Ｓ．Ｓａｉｔｏ等のＪａｐａｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ第２７巻２号Ｌ２６９〜Ｌ２７１頁（１９８８年）掲載の研究報告に記載されているように、正孔輸送材料、発光材料および電子輸送材料の３層構造（ダブルヘテロ構造）を有する有機電界発光素子が開発されている。さらに、Ｃ．Ｗ．Ｔａｎｇ、Ｓ．Ａ．ＶａｎＳｌｙｋｅ、Ｃ．Ｈ．Ｃｈｅｎ等のＪｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ第６５巻９号３６１０〜３６１６頁（１９８９年）掲載の研究報告に記載されているように、電子輸送材料中に発光材料を含ませた素子構造が開発されている。
【０００４】
また、有機電界発光素子に用いられる有機化合物の特徴となる分子構造の設計などにより、様々な新規材料が開発されている。これにより、直流低電圧駆動性や薄型化や自発光性などの特徴を有する有機電界発光素子をカラーディスプレイ（表示装置）へ応用する研究も盛んになっている。
【０００５】
このような表示装置に用いられる有機電界発光素子は、例えば、ガラスなどの透明な基板上に設けられており、その基板上に設けられたＩＴＯ（Indium Tin Oxide）などの透明電極材料からなる陽極と、この陽極上に設けられた有機層と、さらに有機層の上部に設けられた陰極とを備えた構成のものが知られている。ここでの有機層は、陽極側から、例えば正孔注入層、正孔輸送層および電子輸送性の発光層を順次積層させた構成となっている。この有機電界発光素子では、陰極から注入された電子と陽極から注入された正孔とが発光層にて再結合する際に生じる光が基板側（下面側）から取り出されるようになっている。このような構成の有機電界発光素子は、いわゆる下面発光型と呼ばれている。
【０００６】
また、その他にも、例えば、下面発光型の有機電界発光素子に用いた材料と同様の材料を用いて基板側から陰極、有機層、陽極を順次積層した構成を有する有機電界発光素子や、上方に位置する電極（上部電極）を透明電極材料や光半透過性電極材料とした有機電界発光素子がある。この場合には、基板と反対側から光が取り出されることになり、このような有機電界発光素子は、いわゆる上面発光型と呼ばれている。この上面発光型の有機電界発光素子は、基板上に薄膜トランジスタ（ＴＦＴ；thin film transistor）などの駆動回路を設けたアクティブマトリックス型の表示装置に用いた場合に、駆動回路が取り出される光を妨げることがないため、発光部の開口率を向上させるうえで有利である。
【０００７】
このような上面発光型では、一般的に、基板側の電極として高反射性の材料のものが用いられ、有機電界発光素子の構造が発光層から発せられる光を共振させて射出させるキャビティ構造となるように形成されている。このキャビティ構造を有する有機電界発光素子では、有機層の膜厚は、発光波長によって規定され、その多重干渉を計算することにより導くことができる。上面発光型では、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である。
【０００８】
上面発光型にキャビティ構造を用いるためには、特に反射率の高い材料で陽極を構成する必要がある。この陽極を構成する材料としては、例えば、銀（Ａｇ）あるいは銀を含む合金を用いることや、銅（Ｃｕ）、パラジウム（Ｐｄ）、金（Ａｕ）、ニッケル（Ｎｉ）あるいは白金（Ｐｔ）を副成分金属としたアルミニウム（Ａｌ）合金を用いることが提案されている（例えば、特許文献１，２参照。）。ところが、これら光反射率が高いＡｇあるいはＡｌなどの金属膜を陽極として用いた場合には、発光効率の向上は期待できるが、この陽極としての金属膜から有機層に直接正孔を注入することは仕事関数が低いことから難しく、正孔の不足により有機電界発光素子の動作電圧上昇および低効率化を引き起こしやすいという問題がある。
【特許文献１】特開２００３−０７７６８１号公報
【特許文献２】特開２００３−２３４１９３号公報
【０００９】
そこで、上記の問題を改善するために、電子受容性があり、有機化合物をルイス酸化学的に酸化可能な性質を有する化合物を用いて、有機層への正孔の注入を促進させる技術が提案されている。このような化合物としては、酸化バナジウム（Ｖ2 Ｏ5 ）（例えば、特許文献３参照。）や、ヘキサアザトリフェニレン（例えば、特許文献４参照。）などが用いられている。
【特許文献３】特開２００７−００５７８４号公報
【特許文献４】特開２００７−３１１８１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、上記した酸化バナジウムやヘキサアザトリフェニレンなどを用いた場合でも、高反射率で仕事関数が低い陽極から有機層に正孔を安定的に注入するには不十分であり、発光効率が低く、動作電圧上昇などによる短寿命化という問題がある。特に、正孔移動度の高いヘキサアザトリフェニレンを陽極上に積層した場合には、電流が横方向にも広がりやすいという問題もある。このような電流の横方向の広がりが生じると、表示装置では、駆動した素子に隣接する素子も発光するおそれがある。
【００１１】
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、高効率で発光させることができ、安定に駆動することが可能な有機電界発光素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の有機電界発光素子は、陰極および陽極と、その間に設けられた有機発光層とを備え、陽極と有機発光層との間に、電子輸送材料と化１で表される化合物とを含むものである。
【００１３】
【化１】
（Ｒ１〜Ｒ６は水素、ハロゲン、ヒドロキシル基、アミノ基、アリールアミノ基、炭素数２０以下の置換あるいは無置換のカルボニル基を有する基、炭素数２０以下の置換あるいは無置換のカルボニルエステル結合を有する基、炭素数２０以下の置換あるいは無置換のアルキル基、炭素数２０以下の置換あるいは無置換のアルケニル基、炭素数２０以下の置換あるいは無置換のアルコキシル基、炭素数３０以下の置換あるいは無置換のアリール基、炭素数３０以下の置換あるいは無置換の複素環を有する基、ニトロ基、シアノ基またはシリル基である。ただし、隣り合うＲ１〜Ｒ６は結合して環状構造を形成してもよい。Ｘ１〜Ｘ６は炭素あるいは窒素原子である。）
【００１４】
本発明の有機電界発光素子では、陽極と有機発光層との間に、電子輸送材料と化１に示した化合物とを含むことにより、両極間に電界を印加した場合の電流の横方向への広がりが抑制されると共に、正孔が陽極から有機発光層へ効率よくかつ十分に注入される。よって、有機発光層が高い効率で発光し、そのうえ動作電圧の上昇が抑制されるため、発光強度が良好に維持される。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の有機電界発光素子によれば、陽極と有機発光層との間に、電子輸送材料と化１に示した化合物とを含むようにしたので、高効率で発光させることができると共に、安定に駆動することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１７】
図１は、本発明の一実施の形態に係る有機電界発光素子の断面構成を表している。この有機電界発光素子（有機ＥＬ素子）は、例えばカラーディスプレイなどの表示装置に用いられるものであり、陽極１１と、その上に設けられた有機層２０と、有機層２０の上に設けられた陰極３１とを備えている。また、有機層２０は、陽極１１側から順に、電子注入層２１、電子輸送層２２、機能性層２３、正孔輸送層２４、発光層２５および電子輸送層２６を積層した構造を有している。ここでは、発光層２５から発せられる光（以下、発光光という。）が陰極３１側から取り出される上面発光方式の表示素子の場合について説明する。
【００１８】
また、この有機電界発光素子は、陽極１１と陰極３１との間で発光光を共振させて、光を取り出す共振器構造を有している。この共振器構造を備えることにより、有機電界発光素子から取り出される光（以下、取り出し光という。）の色純度が向上すると共に、共振の中心波長付近が取り出し光となるため、その光強度も向上する。
【００１９】
具体的には、この共振器構造は、陽極１１の発光層２５側における発光光の反射表面を第１端部Ｐ１とし、陰極３１の発光層２５側における発光光の反射表面を第２端部Ｐ２とし、その第１端部Ｐ１と第２端部Ｐ２との間で、発光層２５からの発光光を有機層２０を共振器として共振させ、第２端部Ｐ２側から取り出し光を得るものである。この場合には、第１端部Ｐ１と第２端部Ｐ２との間の光学的距離Ｌは、例えば、数１に示した数式（１）を満たすように設定されている。
【００２０】
【数１】
（Ｌは第１端部Ｐ１と第２端部Ｐ２との光学的距離であり、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）であり、λは取り出し光のスペクトルのピーク波長である。ｍはＬが正となる整数を表す。なお、Ｌおよびλの単位は互いに共通しており、例えばｎｍである。）
【００２１】
光学的距離Ｌが数式（１）を満たすようにする場合には、λは任意に設定可能であり、これにより所望の波長の光を取り出し光とすることができる。すなわち、λは、有機電界発光素子より取り出したい光のピーク波長となる。このことは後述する数２〜数４において説明するλについても同様である。この光学的距離Ｌは、数式（１）を満たす正の最小値となるのが好ましい。
【００２２】
また、光学的距離Ｌは、発光層２５の最大発光位置と第１端部Ｐ１との光学的距離Ｌ1 が数２で表される数式（２）を満たし、かつ最大発光位置と第２端部Ｐ２との間の光学的距離Ｌ2 が数３で表される数式（３）を満たすように設定されていてもよい。ここでの最大発光位置とは、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２５の陽極１１側と陰極３１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が最大発光位置となる。
【００２３】
【数２】
（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であり、ａ1 は発光層２５における発光分布に基づく補正量であり、λは取り出し光のスペクトルのピーク波長であり、Φ1 は第１端部Ｐ１で生じる反射光の位相シフト（ｒａｄ）である。ｍ1 は０または整数である。）
【００２４】
【数３】
（ｔＬ2 は第２端部Ｐ２と最大発光位置との間の光学的理論距離であり、ａ2 は発光層２５における発光分布に基づく補正量であり、λは取り出し光のスペクトルのピーク波長であり、Φ2 は第２端部Ｐ２で生じる反射光の位相シフト（ｒａｄ）である。ｍ2 は０または整数を表す。
【００２５】
数式（２）は、発光光のうち陽極１１側へ向かう光が第１端部Ｐ１で反射して戻ってきた際に、その戻り光の位相と発光時の位相とが同一となると共に、発光光のうち陰極３１側へ向かう光と強め合う関係となるようにするためのものである。また、数式（３）は、発光光のうち陰極３１側へ向かう光が第２端部Ｐ２で反射して戻ってきた際に、その戻り光の位相と発光時の位相とが同一となると共に、発光光のうち陽極１１側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。
【００２６】
数式（２），（３）を満たす共振器構造は、電子輸送層２６の厚さを電子注入層２１、電子輸送層２２、機能性層２３および正孔輸送層２４の合計の厚さよりも厚く形成し、数式（２），（３）においてｍ1 ＞ｍ2 を満たすようにすることにより設計可能である。これにより、光の取り出し効率が向上する。
【００２７】
なお、数式（２）中の光学的理論距離ｔＬ1 および数式（３）中の光学的理論距離ｔＬ2 は、発光領域に広がりがないものとみなした場合に、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とがちょうど打ち消し合い、戻り光の位相と発光時の位相とが同一となる理論値である。ただし、発光部分には通常広がりがあるので、数式（２），（３）では、発光分布に基づく補正量ａ1 ，ａ2 が加えられている。
【００２８】
この補正量ａ1 ，ａ2 は、発光層２５中における発光分布により異なるが、最大発光位置が発光層２５の陰極３１側にあり、その発光分布が最大発光位置から陽極１１側に広がっている場合、または最大発光位置が発光層２５の陽極１１側にあり、その発光分布が最大発光位置から陰極３１側に広がっている場合には、例えば、数４で表される数式（４）により求められる。
【００２９】
【数４】
（ｂは発光層２５における発光分布が最大発光位置から陽極１１の方向へ広がっている場合には２ｎ≦ｂ≦６ｎの範囲内の値であり、最大発光位置から陰極３１の方向へ広がっている場合には−６ｎ≦ｂ≦−２ｎの範囲内の値である。ｓは発光層２５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。）
【００３０】
このような上面発光方式の有機電界発光素子では、発光層２５に電界を印加する一方の電極である陽極１１は、光反射性を有するものとなっている。この陽極１１は、例えばガラスなどの基板上に設けられている。この有機電界発光素子を用いて構成される表示装置がアクティブマトリックス方式の場合には、陽極１１は、駆動回路が設けられた基板上に、画素ごとにマトリクス状に形成されている。
【００３１】
陽極１１は、可視光の実質的全波長成分を反射できるように形成されていることが好ましい。また、この陽極１１の反射率は、０．４以上１以下であるのが好ましい。０．４以上であれば、十分な取り出し光の強度が得られるからである。陽極１１を構成する材料としては、高い反射率が得られるものが好ましく、仕事関数が４．５ｅＶ以下となる導電性を有する材料が好ましい。このような材料としては、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、クロム（Ｃｒ）、モリブデン（Ｍｏ）、タンタル（Ｔａ）、チタニウム（Ｔｉ）、亜鉛（Ｚｎ）あるいは白金（Ｐｔ）などの金属や、これらのうちの１種あるいは２種以上を含む合金や、それらの酸化物などが挙げられる。これらは単独で用いられてもよいし、複数種を混合して用いてもよい。
【００３２】
なお、陽極１１は、上記した金属を含む反射膜の上（発光層２５側）にＩＴＯやＩＺＯなどの透明導電性材料よりなる層を形成することにより、２層構造としてもよい。
【００３３】
陽極１１の上に設けられた電子注入層２１は、例えば、１ｎｍ程度の厚さで形成されており、陽極１１において生じた電子を電子輸送層２２に注入するためのものである。電子注入層２１を構成する材料としては、例えば、リチウム（Ｌｉ）の酸化物である酸化リチウム（Ｌｉ2 Ｏ）や、セシウム（Ｃｓ）の複合酸化物である炭酸セシウム（Ｃｓ2 ＣＯ3 ）や、これらの酸化物および複合酸化物の混合材料が挙げられる。また、電子注入層２１を構成する材料は、このような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）などのアルカリ土類金属や、リチウムおよびセシウム以外のアルカリ金属や、インジウム（Ｉｎ）、マグネシウム（Ｍｇ）などの仕事関数の小さい金属や、これらの金属の酸化物、複合酸化物あるいはフッ化物などを用いることもできる。これらは単体で用いてもよいし、これらの金属、酸化物、複合酸化物およびフッ化物を混合して用いてもよいし、合金として安定性を高めて用いてもよい。なお、ここでは、電子注入層２１を設けるようにしたが、電子注入層２１を設けないようにしてもよい。この場合には、陽極１１の上に直接、後述する電子輸送層２２が設けられることとなる。
【００３４】
電子注入層２１の上に設けられた電子輸送層２２は、陽極１１側から電子を機能性層２３側に移動させると共に、その電子を機能性層２３との界面に蓄積させるためのものである。これにより、陽極１１および陰極３１との間に電圧が印加され有機層２０に電界がかかった場合に、正孔の横方向（有機層２０の面内方向）への広がりが抑制される。このように機能するのは、以下の理由によるものと考えられる。電子輸送層２２は、還元状態で安定な電子輸送材料を含んでいるので、陽極１１側から電子を機能性層２３側に移動させる。ここで、隣接する機能性層２３は、正孔移動度が高いが、電子移動度が著しく低い材料により構成されている。このため、陽極１１側から移動した電子は、電子輸送層２２と機能性層２３との界面に蓄積されることとなる。よって、この電子の蓄積により、陽極１１および陰極３１の間に電界が印加された場合には、機能性層２３による発光層２５への正孔注入が促進されると共に、正孔の横方向への広がりが抑制される。なお、電子輸送層２２と機能性層２３との界面に蓄積される電子の量は、電子輸送層２２を構成する材料や、その膜厚によって調整することができる。すなわち、陽極１１と発光層２５との間に電子輸送層２２および機能性層２３をこの順で設けることにより、横方向への電流の広がりが抑制されると共に、正孔が陽極１１から発光層２５へ効率よくかつ十分に注入される。
【００３５】
電子輸送層２２を構成する材料は、電子輸送材料であれば任意であるが、窒素を構成元素として含む複素環化合物（含窒素複素環化合物）であるのが好ましい。還元状態でより安定であるため、より効率よく電子が輸送されるからである。このような含窒素複素環化合物としては、例えば、キノリノール系金属錯体、ピリジン誘導体、フェナントロリン誘導体、ジフェニルキノン誘導体、オキサジアゾール誘導体、トリアゾール誘導体、チアジアゾール誘導体、キノキサリン誘導体、ピラゾール誘導体、トリアジン誘導体、ピラジン誘導体、ベンゾキノリン誘導体、イミダゾピリジン誘導体あるいはイミダゾール誘導体などが挙げられる。具体的には、化２〜化５で表される一連の化合物などが挙げられる。これらは単独で用いてもよいし、複数種を混合して用いてもよい。なお、電子輸送層２２を構成する材料は、電子輸送材料であれば、化２〜化５に示した化合物に限定されるものではない。
【００３６】
【化２】
【００３７】
【化３】
【００３８】
【化４】
【００３９】
【化５】
【００４０】
電子輸送層２２の厚さは、機能性層２３との界面に十分に電子を蓄積できるのであれば任意であるが、電子注入層２１と併せて３０ｎｍ以下の厚さとなっていることが好ましい。３０ｎｍより厚くなると、電子の輸送効率が低くなり、この結果、電圧が高くなるおそれがあるからである。
【００４１】
電子輸送層２２の上に設けられた機能性層２３は、電子輸送層２２から輸送された電子を電子輸送層２２との界面に蓄積し、これにより正孔を効率よく正孔輸送層２４に注入するためのものである。この機能性層２３は、正孔移動度が高く、電子移動度が著しく低い材料により構成され、具体的な材料としては、例えば、化６〜化９で表される化合物が挙げられる。これらは単独で用いてもよいし、複数種を混合して用いてもよい。中でも、この材料としては、化６に示した化合物が好ましい。正孔注入効率が高いと共に、容易に合成可能であるからである。
【００４２】
【化６】
（Ｒ１〜Ｒ６は水素、ハロゲン、ヒドロキシル基、アミノ基、アリールアミノ基、炭素数２０以下の置換あるいは無置換のカルボニル基を有する基、炭素数２０以下の置換あるいは無置換のカルボニルエステル結合を有する基、炭素数２０以下の置換あるいは無置換のアルキル基、炭素数２０以下の置換あるいは無置換のアルケニル基、炭素数２０以下の置換あるいは無置換のアルコキシル基、炭素数３０以下の置換あるいは無置換のアリール基、炭素数３０以下の置換あるいは無置換の複素環を有する基、ニトロ基、シアノ基（ニトリル基）またはシリル基である。ただし、隣り合うＲ１〜Ｒ６は結合して環状構造を形成してもよい。Ｘ１〜Ｘ６は炭素原子あるいは窒素原子である。）
【００４３】
【化７】
（Ｒ１１〜Ｒ１６は水素、ハロゲン、ハロゲンを有する基、ヒドロキシル基、アミノ基、アリールアミノ基、炭素数２０以下の置換あるいは無置換のカルボニル基を有する基、炭素数２０以下の置換あるいは無置換のカルボニルエステル結合を有する基、炭素数２０以下の置換あるいは無置換のアルキル基、炭素数２０以下の置換あるいは無置換のアルケニル基、炭素数２０以下の置換あるいは無置換のアルコキシル基、炭素数３０以下の置換あるいは無置換のアリール基、炭素数３０以下の置換あるいは無置換の複素環を有する基、ニトロ基、シアノ基またはシリル基である。ただし、隣り合うＲ１１〜Ｒ１６は結合して環状構造を形成してもよい。Ｘ１１〜Ｘ１６は炭素あるいは窒素原子である。Ｙ１１〜Ｙ１３は炭素原子、窒素原子、酸素原子あるいは硫黄原子であり、Ｙ１１〜Ｙ１３が炭素原子および窒素原子の場合には、Ｙ１１〜Ｙ１３は水素、炭素数２０以下の置換あるいは無置換のアルキル基、炭素数２０以下の置換あるいは無置換のアルケニル基、炭素数３０以下の置換あるいは無置換のアリール基、炭素数３０以下の置換あるいは無置換の複素環を有する基を有する。）
【００４４】
【化８】
（Ｒ２１〜Ｒ２８は水素、ハロゲン、ヒドロキシル基、アミノ基、アリールアミノ基、炭素数２０以下の置換あるいは無置換のカルボニル基を有する基、炭素数２０以下の置換あるいは無置換のカルボニルエステル結合を有する基、炭素数２０以下の置換あるいは無置換のアルキル基、炭素数２０以下の置換あるいは無置換のアルケニル基、炭素数２０以下の置換あるいは無置換のアルコキシル基、炭素数３０以下の置換あるいは無置換のアリール基、炭素数３０以下の置換あるいは無置換の複素環を有する基、ニトロ基、シアノ基またはシリル基である。ただし、隣り合うＲ２１〜Ｒ２８は結合して環状構造を形成してもよい。Ｘ２１〜Ｘ３０は炭素原子あるいは窒素原子である。）
【００４５】
【化９】
（Ｒ３１〜Ｒ３８は水素、ハロゲン、ハロゲンを有する基、ヒドロキシル基、アミノ基、アリールアミノ基、炭素数２０以下の置換あるいは無置換のカルボニル基を有する基、炭素数２０以下の置換あるいは無置換のカルボニルエステル結合を有する基、炭素数２０以下の置換あるいは無置換のアルキル基、炭素数２０以下の置換あるいは無置換のアルケニル基、炭素数２０以下の置換あるいは無置換のアルコキシル基、炭素数３０以下の置換あるいは無置換のアリール基、炭素数３０以下の置換あるいは無置換の複素環を有する基、ニトロ基、シアノ基またはシリル基である。ただし、隣り合うＲ３１〜Ｒ３８は結合して環状構造を形成してもよい。Ｘ３１〜Ｘ３８およびＹ３１〜Ｙ３４は炭素原子あるいは窒素原子である。Ｍｔは２つの水素原子、または銅、亜鉛、鉄、コバルトあるいはニッケルである。）
【００４６】
なお、化６中のＲ１〜Ｒ６は、同一でもよいし異なっていてもよい。このことは、化６中のＸ１〜Ｘ６、化７中のＲ１１〜Ｒ１６、Ｘ１１〜Ｘ１６、Ｙ１１〜Ｙ１３およびＹ１１〜Ｙ１３に導入された基、化８中のＲ２１〜Ｒ２８およびＸ２１〜Ｘ３０、ならびに化９中のＲ３１〜Ｒ３８、Ｘ３１〜Ｘ３８およびＹ３１〜Ｙ３４についても同様である。
【００４７】
化６に示した化合物としては、例えば、化１０〜化１２で表される一連の化合物が挙げられる。化１０（１）〜（１０）に示した化合物はＲ１〜Ｒ６としてシアノ基を有する化合物であり、化１１（１）〜（１０）に示した化合物はＲ１〜Ｒ６としてニトロ基を有する化合物であり、化１２（１）〜（４）に示した化合物はＲ１〜Ｒ６としてシアノ基およびニトロ基を有する化合物であり、化１２（５）〜（１０）に示した化合物はＲ１〜Ｒ６としてフッ素基を有する化合物である。
【００４８】
【化１０】
【００４９】
【化１１】
【００５０】
【化１２】
【００５１】
また、化６に示した化合物は、化１３で表される化合物でもよい。化１３に示した化合物は、化６中の隣り合うＲ１〜Ｒ６が結合して環状構造を形成したものである。なお、化１３中のＲ１〜Ｒ６およびＸ１〜Ｘ６は、化６中のＲ１〜Ｒ６およびＸ１〜Ｘ６と同様である。また、化１３中のＹ１〜Ｙ６は同一であってもよいし、異なっていてもよく、このことはｐ〜ｒについても同様である。
【００５２】
【化１３】
（Ｒ１〜Ｒ６は水素、ハロゲン、ヒドロキシル基、アミノ基、アリールアミノ基、炭素数２０以下の置換あるいは無置換のカルボニル基を有する基、炭素数２０以下の置換あるいは無置換のカルボニルエステル結合を有する基、炭素数２０以下の置換あるいは無置換のアルキル基、炭素数２０以下の置換あるいは無置換のアルケニル基、炭素数２０以下の置換あるいは無置換のアルコキシル基、炭素数３０以下の置換あるいは無置換のアリール基、炭素数３０以下の置換あるいは無置換の複素環を有する基、ニトロ基、シアノ基またはシリル基である。ただし、隣り合うＲ１〜Ｒ６は結合して環状構造を形成してもよい。Ｘ１〜Ｘ６およびＹ１〜Ｙ６は炭素原子あるいは窒素原子である。ｐ、ｑおよびｒは０以上の整数を表し、（ｐ＋ｑ＋ｒ）≧１を満たしている。）
【００５３】
化１３に示した化合物としては、例えば、化１４および化１５で表される一連の化合物が挙げあれる。化１４および化１５に示した化合物は（ｐ＋ｑ＋ｒ）＝１の場合の化合物である。
【００５４】
【化１４】
【００５５】
【化１５】
【００５６】
化７に示した化合物としては、Ｙ１１〜Ｙ１３が炭素原子の場合として化１６で表される化合物が挙げられ、具体的には、化１７で表される一連の化合物が挙げられる。なお、化１６中のＲ１１〜Ｒ１６，Ｘ１１〜Ｘ１６は、化７中のＲ１１〜Ｒ１６，Ｘ１１〜Ｘ１６と同様である。化１６中のＡ１１〜Ａ１６は同一でもよいし、異なっていてもよい。
【００５７】
【化１６】
（Ｒ１１〜Ｒ１６は水素、ハロゲン、ハロゲンを有する基、ヒドロキシル基、アミノ基、アリールアミノ基、炭素数２０以下の置換あるいは無置換のカルボニル基を有する基、炭素数２０以下の置換あるいは無置換のカルボニルエステル結合を有する基、炭素数２０以下の置換あるいは無置換のアルキル基、炭素数２０以下の置換あるいは無置換のアルケニル基、炭素数２０以下の置換あるいは無置換のアルコキシル基、炭素数３０以下の置換あるいは無置換のアリール基、炭素数３０以下の置換あるいは無置換の複素環を有する基、ニトロ基、シアノ基またはシリル基である。ただし、隣り合うＲ１１〜Ｒ１６は結合して環状構造を形成してもよい。Ｘ１１〜Ｘ１６は炭素あるいは窒素原子である。Ａ１１〜Ａ１６は水素、炭素数２０以下の置換あるいは無置換のアルキル基、炭素数２０以下の置換あるいは無置換のアルケニル基、炭素数３０以下の置換あるいは無置換のアリール基、炭素数３０以下の置換あるいは無置換の複素環を有する基である。）
【００５８】
【化１７】
【００５９】
また、化７に示した化合物としては、Ｙ１１〜Ｙ１３が窒素原子の場合として化１８で表される化合物が挙げられ、具体的には、化１９（１）〜（３）で表される一連の化合物が挙げられる。さらに、化７に示した化合物としては、Ｙ１１〜Ｙ１３が酸素原子あるいは硫黄原子の場合として化１９（４）〜（６）で表される化合物が挙げられる。なお、化１８中のＲ１１〜Ｒ１６，Ｘ１１〜Ｘ１６は、化７中のＲ１１〜Ｒ１６，Ｘ１１〜Ｘ１６と同様である。化１８中のＡ１７〜Ａ１９は同一でもよいし、異なっていてもよい。
【００６０】
【化１８】
（Ｒ１１〜Ｒ１６は水素、ハロゲン、ハロゲンを有する基、ヒドロキシル基、アミノ基、アリールアミノ基、炭素数２０以下の置換あるいは無置換のカルボニル基を有する基、炭素数２０以下の置換あるいは無置換のカルボニルエステル結合を有する基、炭素数２０以下の置換あるいは無置換のアルキル基、炭素数２０以下の置換あるいは無置換のアルケニル基、炭素数２０以下の置換あるいは無置換のアルコキシル基、炭素数３０以下の置換あるいは無置換のアリール基、炭素数３０以下の置換あるいは無置換の複素環を有する基、ニトロ基、シアノ基またはシリル基である。ただし、隣り合うＲ１１〜Ｒ１６は結合して環状構造を形成してもよい。Ｘ１１〜Ｘ１６は炭素あるいは窒素原子である。Ａ１７〜Ａ１９は水素、炭素数２０以下の置換あるいは無置換のアルキル基、炭素数２０以下の置換あるいは無置換のアルケニル基、炭素数３０以下の置換あるいは無置換のアリール基、炭素数３０以下の置換あるいは無置換の複素環を有する基である。）
【００６１】
【化１９】
【００６２】
化８に示した化合物としては、例えば、化２０および化２１で表される一連の化合物が挙げられる。また化９に示した化合物としては、化２２で表される一連の化合物が挙げられる。化２０および化２１に示した化合物はＲ２１〜Ｒ２８としてシアノ基あるいはニトロ基を有する化合物の一例である。化２２に示した化合物は、Ｍｔとしてニッケルあるいは銅を有する化合物の一例である。
【００６３】
【化２０】
【００６４】
【化２１】
【００６５】
【化２２】
【００６６】
正孔輸送層２４は、機能性層２３から注入された正孔を発光層２５へ効率よく輸送するためのものである。この正孔輸送層２４を構成する材料としては、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、オキサゾール、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などが挙げられる。また、この他にも、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などの複素環式共役系のモノマー、オリゴマーまたはポリマーなどが挙げられる。これらは単独で用いてもよいし、複数種を混合して用いてもよい。具体的には、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）、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）、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）あるいはポリ（２，２’−チエニルピロール）などである。なお、正孔を効率よく輸送可能な材料であれば、上記したものに限定されるものではない。
【００６７】
発光層２５は、陽極１１と陰極３１との間で電界が印加された際に、陽極１１側から注入された正孔と、陰極３１側から注入された電子とが再結合し、光を発生する領域である。この発光層２５を構成する材料としては、発光機能（正孔と電子との再結合の場を提供し、この再結合を発光につなげる機能）と共に、例えば、電荷の注入機能（電界印加時において、機能性層２３からの正孔を注入することができると共に、陰極３１（３１Ｂ）あるいは電子注入層（３１Ａ）からの電子を注入することができる機能）、および電荷の輸送機能（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）を有するものが好ましい。これにより、発光効率が向上する一方で、正孔輸送層２４や後述する電子輸送層２６および陰極３１の第一層３１Ａ（電子注入層）を設けなくとも、発光することが可能となる。
【００６８】
このような発光層２５は、例えば、ホストとなる化合物と、発光ドーパントとを含んで構成されている。ホストとしては、スチリル誘導体、アントラセン誘導体、ナフタセン誘導体あるいは芳香族アミンなどが挙げられる。これらは単独で用いてもよいし、複数種を混合してもよい。スチリル誘導体は、ジスチル誘導体、トリスチル誘導体、テトラスチル誘導体およびスチリルアミン誘導体のうちの少なくとも１種であることが好ましい。アントラセン誘導体は、非対称アントラセン系化合物であることが好ましい。芳香族アミンは、芳香族置換された窒素原子を２〜４つ有する化合物であることが好ましい。このようなホストとしては、例えば、化２３で表される化合物などが挙げられる。
【００６９】
【化２３】
【００７０】
発光ドーパントは、蛍光材料の１種あるいは２種以上を適宜選択して用いることができる。この蛍光材料は、蛍光色素を含んでもよい。蛍光色素としては、例えば、スチリルベンゼン系色素、オキサゾール系色素、ペリレン系色素、クマリン系色素あるいはアクリジン系色素などのレーザー用色素が挙げられる。また、その他の蛍光材料としては、アントラセン誘導体、ナフタセン誘導体、ペンタセン誘導体あるいはクリセン誘導体などの多芳香族炭化水素系材料、ピロメテン骨格化合物あるいはその金属錯体、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または金属キレート化オキシノイド化合物などが挙げられる。これらは単独で用いてもよいし、複数種を混合して用いてもよい。この発光ドーパントとしては、例えば、化２４で表される化合物が挙げられる。
【００７１】
【化２４】
【００７２】
発光ドーパントとして、上記した蛍光材料を用いた場合には、発光層２５中における蛍光材料のドープ濃度は、膜厚比で０．５重量％以上１５重量％以下であるのが好ましい。
【００７３】
発光層２５の上に設けられた電子輸送層２６は、陰極３１から注入された電子を発光層２５に効率よく輸送するためのものである。この電子輸送層２６を構成する材料としては、例えば、電子輸送層２２を構成する材料と同様のものが挙げられる。
【００７４】
電子輸送層２６の上に設けられた陰極３１は、発光層２５に電界を印加する一方の電極であり、光透過性の材料により構成されている。これにより、有機層２０において共振された発光光が陰極３１から外側へ取り出されることとなる。この陰極３１は、発光層２５側から順に第１層３１Ａおよび第２層３１Ｂが積層されて形成されている。第１層３１Ａは、電子輸送層２６に電子を効率よく注入することが可能な材料により構成されており、例えば、電子注入層２１を構成する材料と同様のものが挙げられる。また、第２層３１Ｂは、透明導電性材料や半透過性導電性材料などにより構成され、例えば、アルミニウム、マグネシウム、カルシウムあるいはナトリウムなどの金属元素の単体または合金により構成されている。中でも、マグネシウムと銀との合金（ＭｇＡｇ合金）、またはアルミニウムとリチウムとの合金（ＡｌＬｉ合金）が好ましい。なお、ここでは、陰極３１が第１層３１Ａおよび第２層３１Ｂの二層構造となっているので、上記した第２端部Ｐ２は、第２層３１Ｂの発光層２５側の表面となる。また、ここでは第１層３１Ａを設けるようにしたが、それを設けずに第２層３１Ｂのみにより構成されていてもよい。
【００７５】
このような有機電界発光素子は、例えば、以下のように製造することができる。
【００７６】
まず、基板上に陽極１１を蒸着法やスパッタリング法などにより形成する。続いて、陽極１１の上に、電子注入層２１、電子輸送層２２、機能性層２３、正孔輸送層２４、発光層２５および電子輸送層２６をこの順で、真空蒸着法などにより積層し、有機層２０を形成する。最後に、この有機層２０の上に、蒸着法などにより、第１層３１Ａおよび第２層３１Ｂをこの順で積層して、陰極３１を形成する。これにより、図１に示した有機電界発光素子が完成する。
【００７７】
本実施の形態における有機電界発光素子では、陽極１１と発光層２５との間の電子輸送層２２が還元状態で安定な電子輸送材料を含んでいるので、有機層２０に電界がかかっていない状態において、陽極１１から電子が電子注入層２１を介して移動し、電子輸送層２２と機能性層２３との間に蓄積される。この状態で、陽極１１と陰極３１との間に電圧が印加され、有機層２０に電界がかかると、この電子の蓄積によって、有機層２０の面内方向における正孔の広がりが抑制されると共に、機能性層２３が正孔を正孔輸送層２４へ効率よくかつ十分に注入する。この注入された正孔を正孔輸送層２４が効率よく発光層２５に輸送する。その一方で、陰極３１から電子が電子輸送層２６を介して効率よく発光層２５に輸送される。このように陽極１１側から移動してきた正孔と、陰極３１側から移動してきた電子とが、発光層２５において再結合し、光を発することとなる。この発光層２５において発せられた光は、陽極１１の第１端部Ｐ１と陰極３１の第２端部Ｐ２との間で共振し、その光の純度および強度が高められたのちに、陰極３１を透過して、取り出し光として射出する。
【００７８】
すなわち、この有機電界発光素子では、陽極１１と発光層２５との間に、陽極１１から順に、電子輸送材料を含む電子輸送層２２と上記した化６〜化９に示した化合物のうちの少なくとも１種を含む機能性層２３とが設けられていることにより、陽極１１および陰極３１の間に電界が印加された場合に、有機層２０の面内方向への電流の広がりが抑制されると共に、陽極１１から正孔が発光層２５へ効率よくかつ十分に注入される。このため、発光層２５が高効率で発光し、そのうえ動作電圧の上昇が抑制され、発光層２５の発光強度が良好に維持される。よって、この有機電界発光素子によれば、高効率で発光させることができると共に、安定に駆動することができる。この場合には、機能性層２３は、化６に示した化合物を含むようにすれば、より高い効果を得ることができる。
【００７９】
次に、上記した有機電界発光素子の適用例について説明する。ここで、表示装置を例に挙げると、上記した有機電界発光素子は以下のように用いられる。
【００８０】
図２は表示装置の断面構成を表している。この表示装置は、ＴＦＴなどの駆動回路（図示せず）を備えた駆動用基板１０の上に絶縁層１２および有機電界発光素子１Ｒ，１Ｇ，１Ｂを有する構成となっている。また、この表示装置では、有機電界発光素子１Ｒ，１Ｇ，１Ｂの上に、それらを覆うように保護層３２が形成され、この保護層３２上に設けられた接着層３３により接着された封止用基板４０により全面にわたって封止されている。
【００８１】
駆動用基板１０は、ガラスなどの透明基板や、シリコン基板や、フィルム状のフレキシブル基板などの上に有機電界発光素子１Ｒ，１Ｇ，１ＢごとにＴＦＴなどの駆動回路（図示せず）および平坦化絶縁膜（図示せず）が設けられている。
【００８２】
有機電界発光素子１Ｒ，１Ｇ，１Ｂは、上記した有機電界発光素子と同様の構成を有している。ここでは、有機電界発光素子１Ｒ，１Ｇ，１Ｂから取り出される光は、表示装置において、それぞれ赤色、緑色および青色を呈することとする。なお、ここでの有機層２０は、有機電界発光素子１Ｒ，１Ｇ，１Ｂの発光色によってそれぞれ構成が異なっていてもよい。
【００８３】
絶縁層１２は、有機電界発光素子１Ｒ，１Ｇ，１Ｂの陽極１１と陰極３１との絶縁性を確保すると共に発光領域を正確に所望の形状にするためのものである。この絶縁層１２は、駆動用基板１０の上において、有機電界発光素子１Ｒ，１Ｇ，１Ｂの各陽極１１との間に、各陽極１１を取り囲み、開口部を形成するように設けられている。このような絶縁層１２は、例えばポリイミドなどの感光性樹脂により構成されている。なお、ここでは、有機層２０および陰極３１は、絶縁層１２の上にも連続して設けられているが、発光光が生じるのは絶縁層１２の開口部（陽極１１の上部）だけである。
【００８４】
保護層３２は、有機層２０に水分などが侵入することを防止するためのものであり、透過水性および吸水性の低い材料により構成されると共に十分な厚みを有している。また、保護層３２は、発光層２５で発生した光に対する透過性が高く、例えば８０％以上の透過率を有する材料により構成されている。このような保護層３２は、例えば、厚さが２μｍ〜３μｍ程度であり、アモルファスな絶縁性材料により構成されている。具体的には、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-x Ｎx ）あるいはアモルファスカーボン（α−Ｃ）が好ましい。これらのアモルファスな絶縁性材料は、グレインを構成しないので透水性が低く、良好な保護層３２となる。また、保護層３２は、ＩＴＯのような透明導電性材料により構成されていてもよい。
【００８５】
接着層３３は、例えば、熱硬化型樹脂または紫外線硬化型樹脂により構成されている。
【００８６】
封止用基板４０は、有機電界発光素子１Ｒ，１Ｇ，１Ｂの陰極３１側に位置しており、接着層３２と共に有機電界発光素子１Ｒ，１Ｇ，１Ｂを封止するものであり、有機電界発光素子１Ｒ，１Ｇ，１Ｂで発生した光を透過可能なガラスなどの材料により構成されている。封止用基板４０には、例えば、カラーフィルタ（図示せず）が設けられており、有機電界発光素子１Ｒ，１Ｇ，１Ｂで発生した光を取り出すと共に、有機電界発光素子１Ｒ，１Ｇ，１Ｂならびにその間の配線（図示せず）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てもよい。
【００８７】
カラーフィルタは、封止用基板４０のどちら側の面に設けられてもよいが、有機電界発光素子１Ｒ，１Ｇ，１Ｂの側に設けられることが好ましい。カラーフィルタが表面に露出せず、接着層３３により保護することができるからである。また、発光層２５とカラーフィルタとの間の距離が狭くなることにより、有機電界発光素子１Ｒ，１Ｂ，１Ｇから射出された光が隣接する他の色のカラーフィルタに入射して混色を生じることを避けることができるからである。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、有機電界発光素子１Ｒ，１Ｇ，１Ｂに対応して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。
【００８８】
この表示装置は、例えば次のようにして製造することができる。
【００８９】
まず、駆動用基板１０を用意し、その上に、例えばスパッタ法により、陽極１１を形成し、例えばドライエッチングにより所定の形状に成形する。
【００９０】
続いて、駆動用基板１１の全面にわたり、陽極１１を覆うように感光性樹脂を塗布し、例えばフォトリソグラフィ法により発光領域に対応して開口部を設け、焼成することにより、絶縁層１２を形成する。
【００９１】
そののち、例えば蒸着法により、上記した有機電界発光素子と同様の手順により、有機層２０を形成したのち、有機層２０の上に陰極３１を形成する。このようにして、有機電界発光素子１Ｒ，１Ｇ，１Ｂを形成する。
【００９２】
有機電界発光素子１Ｒ，１Ｇ，１Ｂを形成したのち、これらの上に保護膜３２を形成する。保護膜３２の形成方法は、下地に対して影響を及ぼすことのない程度に、成膜粒子のエネルギーが小さい成膜方法、例えば蒸着法またはＣＶＤ法が好ましい。また、保護膜３２は、陰極３１を大気に暴露することなく、陰極３１の形成と連続して行うことが望ましい。大気中の水分や酸素により有機層２０が劣化してしまうのを抑制することができるからである。さらに、有機層２０の劣化による輝度の低下を防止するため、保護膜３２の成膜温度は常温に設定すると共に、保護膜３２の剥がれを防止するために膜のストレスが最小になる条件で成膜することが望ましい。
【００９３】
また、例えば、封止用基板４０の上に、赤色フィルタの材料をスピンコートなどにより塗布し、フォトリソグラフィ技術によりパターニングして焼成することにより赤色フィルタを形成する。続いて、赤色フィルタと同様にして、青色フィルタおよび緑色フィルタを順次形成する。
【００９４】
そののち、保護膜３２の上に、接着層３３を形成し、この接着層３３を介して封止用基板４０を貼り合わせる。その際、封止用基板４０のカラーフィルタを形成した面を、有機電界発光素子１Ｒ，１Ｇ，１Ｂ側にして配置することが好ましい。以上により、図２に示した表示装置が完成する。
【００９５】
このような表示装置では、画像データに基づいて選択された各有機電界発光素子１Ｒ，１Ｇ，１Ｂにおいて、陽極１１および陰極３１の間に駆動電圧が印加されると、有機層２０に電界がかかる。この電界がかかった有機層２０では、発光層２５において正孔と電子とが再結合して発光光が生じる。この発光光は、有機層２０において共振し、カラーフィルタおよび封止用基板４０を透過して取り出される。
【００９６】
この表示装置によれば、有機電界発光素子１Ｒ，１Ｂ，１Ｇが陽極１１と発光層２５との間に、陽極１１から順に、電子輸送材料を含む電子輸送層２２と、上記した化６〜化９に示した化合物のうちの少なくとも１種を含む機能性層２３とを積層して有することにより、両極間に電界が印加された場合に、有機層２０の面内方向への電流の広がりを抑制しつつ、陽極１１から発光層２５へ正孔が効率よくかつ十分に注入される。このため、発光層２５が高効率で発光し、そのうえ動作電圧の上昇が抑制され、発光層２５の発光強度が良好に維持される。よって、この有機電界発光素子によれば、高効率で発光させることができると共に、安定に駆動することができる。この場合においても、機能性層２３は、化６に示した化合物を含むようにすれば、より高い効果を得ることができる。
【００９７】
なお、本実施の形態における有機電界発光素子では、陽極１１と発光層２５との間に、陽極１１から順に、電子輸送材料を含む電子輸送層２２と上記した化６に示した化合物等を含む機能性層２３とを積層して設けるようにしたが、図３の変形例に示したように、電子輸送材料と化６に示した化合物等とを混合して含む機能性層２７を設けるようにしてもよい。この有機電界発光素子は、電子輸送層２２および機能性層２３に代えて、機能性層２７を設けたことを除き、図１に示した有機電界発光素子と同様の構成を有している。
【００９８】
機能性層２７は、陽極１１側から電子を移動させ蓄積するものである。これにより、有機層２０に電界がかかった場合には、機能性層２７による正孔輸送層２４への正孔注入が促進されると共に、正孔の横方向（有機層２０の面内方向）への広がりが抑制される。この機能性層２７に蓄積される電子の量は、電子輸送材料の種類またはその含有量や、機能性層２７の膜厚によって調整することができる。また、機能性層２７の厚さは、３０ｎｍ以下であることが好ましい。駆動電圧を低くすることができるからである。この機能性層２７は、上記した電子輸送材料と化６に示した化合物等とを例えば共蒸着させることにより形成することができる。
【００９９】
図３に示した有機電界発光素子では、機能性層２７が電子輸送材料および化６に示した化合物等を混合して含んでいるので、有機層２０に電界がかかっていない状態では、陽極１１から電子が電子注入層２１を介して移動し、機能性層２７に蓄積される。この状態で、陽極１１と陰極３１との間に電圧が印加され、有機層２０に電界がかかると、その電子の蓄積によって、有機層２０における面内方向への正孔の広がりが抑制されると共に、機能性層２７が正孔を正孔輸送層２４へ効率よくかつ十分に注入する。この注入された正孔を正孔輸送層２４が効率よく発光層２５に輸送する。その一方で、陰極３１から電子が電子輸送層２６を介して効率よく発光層２５に輸送される。このように、陽極１１側から移動してきた正孔と、陰極３１側から移動してきた電子とが発光層２５において再結合し、光を発することとなる。この発光光が陽極１１の第１端部Ｐ１と陰極３１の第２端部Ｐ２との間で共振し、その光の純度および強度を高められたのちに、陰極３１を透過して、取り出し光として射出する。
【０１００】
この変形例の有機電界発光素子によれば、陽極１１と発光層２５との間に、上記した電子輸送材料および上記した化６〜化９に示した化合物のうちの少なくとも１種を混合して含む機能性層２７を設けるようにしたので、発光層２５が高効率で発光し、そのうえ動作電圧の上昇が抑制され、発光層２５の発光強度が良好に維持される。よって、高効率で発光させることができると共に、安定に駆動することができる。この場合においても、機能性層２７は、化６に示した化合物を含むようにすれば、より高い効果を得ることができる。
【０１０１】
また、上記した実施の形態および変形例では、有機層２０を電子注入層２１、電子輸送層２２、機能性層２３、正孔輸送層２４、発光層２５および電子輸送層２６により構成する、あるいは電子輸送層２２および機能性層２３に代えて機能性層２７を設けて構成したが、発光層２５と陽極１１との間に電子輸送層２２および機能性層２３を有する、あるいは機能性層２７を有していればよく、その他の層は、必要に応じて設けるようにしてもよい。
【０１０２】
さらに、上記した実施の形態および変形例では、有機層２０を形成する電子注入層２１、電子輸送層２２、機能性層２３、正孔輸送層２４、発光層２５および電子輸送層２６、ならびに機能性層２７をそれぞれ単層で形成するようにしたが、各層を複数層で形成するようにしてもよい。この場合においても、同様の作用効果を得ることができる。
【実施例】
【０１０３】
本発明の実施例について詳細に説明する。
【０１０４】
（実施例１−１）
以下の手順により、図１に示した有機電界発光素子を作製した。この際、陽極１１および陰極３１との間で発光光を共振させて取り出す共振器構造を有するものとした。
【０１０５】
まず、３０ｍｍ×３０ｍｍのガラス基板の上に、厚さ２００ｎｍのアルミニウム膜を形成した。続いて、このアルミニウム膜の上に、発光領域となる２ｍｍ×２ｍｍの開口部を有するように、酸化ケイ素（ＳｉＯ2 ）からなる絶縁層を蒸着し、これにより陽極１１を形成した。
【０１０６】
次に、陽極１１の上に、真空蒸着法により有機層２０を形成した。有機層２０を形成する際には、蒸着速度を０．２ｎｍ／秒として、以下のように各層を形成した。まず、陽極１１の上に、ＬｉＦからなる厚さ１ｎｍの電子注入層２１を形成した。続いて、電子注入層２１の上に、電子輸送材料として化２（１）に示した化合物を用いて、厚さ１５ｎｍの電子輸送層２２を形成した。こののち、この電子輸送層２２の上に、化６に示した化合物として化１０（１０）に示した化合物を用いて、厚さ１５ｎｍの機能性層２３を形成した。続いて、機能性層２３の上に、α−ナフチルフェニルフェニレンジアミン（α−ＮＰＤ）からなる厚さ１５ｎｍの正孔輸送層２４を形成したのち、正孔輸送層２４の上に、厚さ３０ｎｍの発光層２５を形成した。発光層２５を形成する場合には、ホストとして化２３に示した化合物と、蛍光ドーパントとして化２４に示した化合物とを体積比（ホスト：蛍光ドーパント）で１０：１となるように共蒸着させた。最後に、発光層２５の上に、電子輸送材料である化３（１）に示した化合物（Ａｌｑ3 ）からなる厚さ１５ｎｍの電子輸送層２６を形成した。
【０１０７】
次に、有機層２０の上に、真空蒸着法により陰極３１を形成した。陰極３１を形成する際には、電子輸送層２６の上に、０．０１ｎｍ／秒の蒸着速度で、ＬｉＦからなる厚さ０．３ｎｍの第１層３１Ａを形成したのち、その上に、マグネシウム銀合金からなる厚さ１０ｎｍの第２層３１Ｂを形成した。これにより、図１に示した有機電界発光素子が完成した。この場合、共振器構造の第１端部Ｐ１は陽極１１の発光層２５側の表面となり、第２端部Ｐ２は陰極３１の第２層３１Ｂの発光層２５側の表面となる。
【０１０８】
（実施例１−２）
電子注入層２１を設けずに、陽極１１の上に電子輸送層２２を直接形成したことを除き、実施例１−１と同様の手順を経た。
【０１０９】
（実施例１−３）
電子輸送層２２の厚さを５ｎｍとして形成したことを除き、実施例１−１と同様の手順を経た。
【０１１０】
（実施例１−４）
電子注入層２１を設けずに、陽極１１の上に電子輸送層２２を直接形成したことを除き、実施例１−３と同様の手順を経た。
【０１１１】
（実施例１−５）
化６に示した化合物として、化１０（１０）に示した化合物に代えて、化１５（３）に示した化合物を用いたことを除き、実施例１−４と同様の手順を経た。
【０１１２】
（実施例１−６〜１−８）
電子輸送材料として、化２（１）に示した化合物に代えて、化３（１）に示した化合物（実施例１−６）、化３（２）に示した化合物（実施例１−７）あるいは化５（７）に示した化合物（実施例１−８）を用いたことを除き、実施例１−５と同様の手順を経た。
【０１１３】
（実施例１−９）
陽極１１および機能性層２３の構成を変更したことを除き、実施例１−７と同様の手順を経た。この際、陽極１１として、アルミニウム膜に代えて厚さ２００ｎｍの銀（Ａｇ）膜を形成し、その上にさらに厚さ５ｎｍのＩＴＯからなる膜を形成した。また、化１５（３）に示した化合物に代えて、化１０（８）に示した化合物を用いて厚さ５ｎｍからなる機能性層２３を形成した。
【０１１４】
（実施例１−１０）
電子輸送層２２および機能性層２４に代えて、電子輸送材料と化６に示した化合物とを混合して含む機能性層２７を形成したことを除き、実施例１−２と同様の手順を経た。この際、電子輸送材料として化３（２）に示した化合物と、化６に示した化合物として化１０（１０）に示した化合物とを体積比（化３（２）：化１０（１０））で５：５となるように、共蒸着させ、厚さ２０ｎｍの機能性層２７を形成した。
【０１１５】
（比較例１−１）
電子輸送層２１を設けずに、陽極の上に化１０（１０）に示した化合物からなる機能性層を直接形成したことを除き、実施例１−２と同様の手順を経た。
【０１１６】
（比較例１−２）
電子輸送層２２および機能性層２３を設けずに、陽極の上に発光層を直接形成したことを除き、実施例１−２と同様の手順を経た。
【０１１７】
これらの実施例１−１〜１−１０および比較例１−１，１−２の有機電界発光素子について、定電流駆動時における電圧および電流効率、ならびに発光寿命を測定したところ、表１に示した結果が得られた。
【０１１８】
電圧および電流効率を測定する際には、電流密度を１０ｍＡ／ｃｍ2 とした。また、発光寿命を測定する際には、５０℃の雰囲気中において、電流密度を５０ｍＡ／ｃｍ2 として定電流駆動した時の初期輝度を１とし、その初期輝度に対する相対輝度が０．８となるまでの時間を測定した。
【０１１９】
【表１】
【０１２０】
表１に示したように、陽極１１と発光層２５との間に、化２（１）に示した化合物等と共に化１０（１０）に示した化合物等を含む実施例１−１〜１−１０では、電圧は、それを含まない比較例１−１よりも僅かに高くなったが、比較例１−２よりも低下した。また、実施例１−１〜１−１０では、比較例１−１，１−２よりも電流効率は高くなり、発光寿命は著しく長くなった。また、陽極１１と発光層２５との間に電子輸送層２２および機能性層２３を積層した実施例１−１〜１−９と、その代わりに機能性層２７を形成した実施例１−１０とでは、電圧、電流効率および発光寿命がほぼ同等となった。すなわち、化２（１）に示した化合物等の電子輸送材料と共に化１０（１０）示した化合物等の化６に示した化合物を併せて用いることにより、電子輸送層２２と機能性層２３との界面あるいは機能性層２７に電子が蓄積されることが示唆された。加えて、この電子の蓄積によって、機能性層２３あるいは機能性層２７による発光層２５への正孔注入が促進されたことが示唆された。これにより、動作電圧を上昇させることなく、電流効率が高くなり、発光寿命が著しく長くなったものと考えられる。
【０１２１】
これらのことから、上記した有機電界発光素子では、陽極１１と発光層２５との間に、電子輸送材料および化６に示した化合物を含むことにより、電子輸送材料および化６に示した化合物の種類や積層構造に依存せず、高効率で発光させることができると共に、安定に駆動することができることが確認された。
【０１２２】
また、実施例１−１と実施例１−２との比較、および実施例１−３と実施例１−４との比較から、電子注入層２１を設けた場合（実施例１−１，１−３）には、それを設けない場合（実施例１−２，１−４）よりも、電圧は低くなったが、発光寿命は電子注入層２１を設けない場合のほうが１．５倍長くなった。すなわち、上記した有機電界発光素子では、電子注入層２１を設けないほうが、安定に駆動するには有利であることがわかった。
【０１２３】
さらに、実施例１−１と実施例１−３との比較、および実施例１−２と実施例１−４との比較から、電子輸送層２１の厚さに依存せずに十分な発光寿命が得られることがわかった。この場合の電子輸送層２１の厚さは、５ｎｍ以上１５ｎｍ以下の範囲であり、この範囲では、電子輸送層２１の厚さが厚いほうが、より発光寿命が長くなった。
【０１２４】
（実施例２−１〜２−１０）
以下の手順により、図１に示した有機電界発光素子を２つ隣り合うように作製したことを除き、実施例１−１〜１−１０と同様の手順を経た。この場合には、まず、図４に示したように、３０ｍｍ×３０ｍｍのガラス基板上に、陽極１１に代えて、２つの陽極１１Ａ，１１Ｂおよびそれらの引き出し電極１１ＡＥ，１１ＢＥを２００μｍの間隔で形成し、それぞれ分離配置した。こののち、各陽極１１Ａ，１１Ｂの上に１ｍｍ×１ｍｍの開口部を有するように酸化ケイ素を蒸着し、絶縁層１２Ａを形成した。これにより、各有機電界発光素子の発光領域を形成した。なお、図４（Ａ）はガラス基板上に形成された陽極１１Ａ，１１Ｂおよび絶縁層１２Ａの平面構成を表し、図４（Ｂ）は図４（Ａ）におけるＩＶＢ−ＩＶＢ線における断面構成を表している。
【０１２５】
続いて、図５に示したように、陽極１１Ａ，１１Ｂおよびその間に配置された絶縁層１２Ａを併せて取り囲むようにマスクパターン５０を形成した。これにより、陽極１１Ａ，１１Ｂ上に共通して有機層２０を形成できるようにした。なお、図５（Ａ）は絶縁層１２Ａの上に形成されたマスクパターン５０の平面構成を表し、図５（Ｂ）は図５（Ａ）におけるＶＢ−ＶＢ線における断面構成を表している。こののち、実施例１−１〜１−１０と同様にして、有機層２０および陰極３１を形成し、図６に示したように、隣り合う２つの有機電界発光素子が完成した。この場合においても、陽極１１Ａ，１１Ｂおよび陰極３１との間で発光光を共振させて取り出す共振器構造を有するものとした。
【０１２６】
（比較例２−１，２−２）
実施例２−１〜２−１０と同様の手順により、２つの有機電界発光素子を隣り合うように形成したことを除き、比較例１−１，１−２と同様の手順を経た。
【０１２７】
これらの実施例２−１〜２−１０および比較例２−１，２−２の有機電界発光素子について、陽極１１Ａを有する有機電界発光素子を定電流駆動で電流密度１０ｍＡ／ｃｍ2 として発光させた際の陽極１１Ｂを有する有機電界発光素子の輝度（ｃｄ／ｍ2 ）を測定したところ、表２に示した結果が得られた。
【０１２８】
【表２】
【０１２９】
表２に示したように、陽極１１Ａを有する有機電界発光素子を発光させた場合に、実施例２−１〜２−１０および比較例２−２では、陽極１１Ｂを有する有機電界発光素子は発光しなかった。しかし、陽極１１Ａ，１１Ｂと発光層２５との間に電子輸送材料を含まない比較例２−１では、陽極１１Ｂを有する有機電界発光素子が発光した。この結果は、陽極１１（１１Ａ，１１Ｂ）と発光層２５との間に、化１０（１０）示した化合物等の化６に示した化合物と共に、化２（２）に示した化合物等の電子輸送材料を含む場合には、電流は横方向（有機層２０の面内方向）に広がりにくくなるが、電子輸送材料を含まない場合には、電流が横方向に広がり、その電流により隣り合う有機電界発光素子を駆動させることを表している。
【０１３０】
このことから、上記した有機電界発光素子では、陽極１１（１１Ａ，１１Ｂ）と発光層２５との間に、電子輸送材料および化６に示した化合物を含むことにより、電子輸送材料および化６に示した化合物の種類やそれらの積層構造に依存せず、安定に駆動することができることが確認された。
【０１３１】
以上、実施の形態および実施例を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記した実施の形態および実施例において説明した態様に限定されず、種々の変形が可能である。例えば、上記した実施の形態および実施例では、上面発光型の有機電界発光素子について説明したが、下面発光型としてもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１３２】
【図１】本発明の一実施の形態に係る有機電界発光素子の構成を表す断面図である。
【図２】本発明の一実施の形態に係る有機電界発光素子を備えた表示装置の構成を表す断面図である。
【図３】図１に示した有機電界発光素子の変形例を表す断面図である。
【図４】実施例において用いた有機電界発光素子を作製する際の一工程を表す断面図および平面図である。
【図５】図４に続く一工程を表す断面図および平面図である。
【図６】実施例において用いた有機電界発光素子の構成を表す断面図である。
【符号の説明】
【０１３３】
１Ｒ，１Ｂ，１Ｇ…有機電界発光素子、１０…駆動用基板、１１，１１Ａ，１１Ｂ…陽極、１１ＡＥ，１１ＡＢ…引き出し電極、１２，１２Ａ…絶縁層、２０…有機層、２１…電子注入層、２２…電子輸送層、２３，２７…機能性層、２４…正孔輸送層、２５…発光層、２６…電子輸送層、３０…封止用基板、３１…陰極、３１Ａ…第１層、３１Ｂ…第２層、３２…保護層、３３…接着層。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カラーディスプレイなどに用いられる有機電界発光素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
有機化合物による電界発光現象としては、強く蛍光を発生するアントラセン単結晶へのキャリア注入による発光現象が１９６０年代前半にＨｅｌｆｒｉｃｈらにより、発見されている。それ以来、このような電界発光現象は、長期間研究されてきたが、低輝度、単色であり、しかも有機化合物の単結晶を用いていたため、種々の有機化合物へのキャリア注入という基礎的研究にとどまっていた。しかし、１９７８年にＥａｓｔｍａｎ Ｋｏｄａｋ社のＴａｎｇらにより、低電圧駆動であり、かつ高輝度発光が可能なアモルファス発光層を有する積層構造の有機電界発光素子が発表されて以来、各方面で有機電界発光素子の研究開発が盛んになっている。
【０００３】
このような有機電界発光素子の研究開発は、例えば、ＲＧＢ三原色の発光、安定性の向上あるいは輝度の上昇といったことを目的として、積層構造や製造方法などについて行われている。具体的には、Ｃ．Ａｄａｃｈｉ、Ｓ．Ｔｏｋｉｔｏ、Ｔ．Ｔｓｕｔｓｕｉ、Ｓ．Ｓａｉｔｏ等のＪａｐａｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ第２７巻２号Ｌ２６９〜Ｌ２７１頁（１９８８年）掲載の研究報告に記載されているように、正孔輸送材料、発光材料および電子輸送材料の３層構造（ダブルヘテロ構造）を有する有機電界発光素子が開発されている。さらに、Ｃ．Ｗ．Ｔａｎｇ、Ｓ．Ａ．ＶａｎＳｌｙｋｅ、Ｃ．Ｈ．Ｃｈｅｎ等のＪｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ第６５巻９号３６１０〜３６１６頁（１９８９年）掲載の研究報告に記載されているように、電子輸送材料中に発光材料を含ませた素子構造が開発されている。
【０００４】
また、有機電界発光素子に用いられる有機化合物の特徴となる分子構造の設計などにより、様々な新規材料が開発されている。これにより、直流低電圧駆動性や薄型化や自発光性などの特徴を有する有機電界発光素子をカラーディスプレイ（表示装置）へ応用する研究も盛んになっている。
【０００５】
このような表示装置に用いられる有機電界発光素子は、例えば、ガラスなどの透明な基板上に設けられており、その基板上に設けられたＩＴＯ（Indium Tin Oxide）などの透明電極材料からなる陽極と、この陽極上に設けられた有機層と、さらに有機層の上部に設けられた陰極とを備えた構成のものが知られている。ここでの有機層は、陽極側から、例えば正孔注入層、正孔輸送層および電子輸送性の発光層を順次積層させた構成となっている。この有機電界発光素子では、陰極から注入された電子と陽極から注入された正孔とが発光層にて再結合する際に生じる光が基板側（下面側）から取り出されるようになっている。このような構成の有機電界発光素子は、いわゆる下面発光型と呼ばれている。
【０００６】
また、その他にも、例えば、下面発光型の有機電界発光素子に用いた材料と同様の材料を用いて基板側から陰極、有機層、陽極を順次積層した構成を有する有機電界発光素子や、上方に位置する電極（上部電極）を透明電極材料や光半透過性電極材料とした有機電界発光素子がある。この場合には、基板と反対側から光が取り出されることになり、このような有機電界発光素子は、いわゆる上面発光型と呼ばれている。この上面発光型の有機電界発光素子は、基板上に薄膜トランジスタ（ＴＦＴ；thin film transistor）などの駆動回路を設けたアクティブマトリックス型の表示装置に用いた場合に、駆動回路が取り出される光を妨げることがないため、発光部の開口率を向上させるうえで有利である。
【０００７】
このような上面発光型では、一般的に、基板側の電極として高反射性の材料のものが用いられ、有機電界発光素子の構造が発光層から発せられる光を共振させて射出させるキャビティ構造となるように形成されている。このキャビティ構造を有する有機電界発光素子では、有機層の膜厚は、発光波長によって規定され、その多重干渉を計算することにより導くことができる。上面発光型では、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である。
【０００８】
上面発光型にキャビティ構造を用いるためには、特に反射率の高い材料で陽極を構成する必要がある。この陽極を構成する材料としては、例えば、銀（Ａｇ）あるいは銀を含む合金を用いることや、銅（Ｃｕ）、パラジウム（Ｐｄ）、金（Ａｕ）、ニッケル（Ｎｉ）あるいは白金（Ｐｔ）を副成分金属としたアルミニウム（Ａｌ）合金を用いることが提案されている（例えば、特許文献１，２参照。）。ところが、これら光反射率が高いＡｇあるいはＡｌなどの金属膜を陽極として用いた場合には、発光効率の向上は期待できるが、この陽極としての金属膜から有機層に直接正孔を注入することは仕事関数が低いことから難しく、正孔の不足により有機電界発光素子の動作電圧上昇および低効率化を引き起こしやすいという問題がある。
【特許文献１】特開２００３−０７７６８１号公報
【特許文献２】特開２００３−２３４１９３号公報
【０００９】
そこで、上記の問題を改善するために、電子受容性があり、有機化合物をルイス酸化学的に酸化可能な性質を有する化合物を用いて、有機層への正孔の注入を促進させる技術が提案されている。このような化合物としては、酸化バナジウム（Ｖ2 Ｏ5 ）（例えば、特許文献３参照。）や、ヘキサアザトリフェニレン（例えば、特許文献４参照。）などが用いられている。
【特許文献３】特開２００７−００５７８４号公報
【特許文献４】特開２００７−３１１８１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、上記した酸化バナジウムやヘキサアザトリフェニレンなどを用いた場合でも、高反射率で仕事関数が低い陽極から有機層に正孔を安定的に注入するには不十分であり、発光効率が低く、動作電圧上昇などによる短寿命化という問題がある。特に、正孔移動度の高いヘキサアザトリフェニレンを陽極上に積層した場合には、電流が横方向にも広がりやすいという問題もある。このような電流の横方向の広がりが生じると、表示装置では、駆動した素子に隣接する素子も発光するおそれがある。
【００１１】
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、高効率で発光させることができ、安定に駆動することが可能な有機電界発光素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の有機電界発光素子は、陰極および陽極と、その間に設けられた有機発光層とを備え、陽極と有機発光層との間に、電子輸送材料と化１で表される化合物とを含むものである。
【００１３】
【化１】
（Ｒ１〜Ｒ６は水素、ハロゲン、ヒドロキシル基、アミノ基、アリールアミノ基、炭素数２０以下の置換あるいは無置換のカルボニル基を有する基、炭素数２０以下の置換あるいは無置換のカルボニルエステル結合を有する基、炭素数２０以下の置換あるいは無置換のアルキル基、炭素数２０以下の置換あるいは無置換のアルケニル基、炭素数２０以下の置換あるいは無置換のアルコキシル基、炭素数３０以下の置換あるいは無置換のアリール基、炭素数３０以下の置換あるいは無置換の複素環を有する基、ニトロ基、シアノ基またはシリル基である。ただし、隣り合うＲ１〜Ｒ６は結合して環状構造を形成してもよい。Ｘ１〜Ｘ６は炭素あるいは窒素原子である。）
【００１４】
本発明の有機電界発光素子では、陽極と有機発光層との間に、電子輸送材料と化１に示した化合物とを含むことにより、両極間に電界を印加した場合の電流の横方向への広がりが抑制されると共に、正孔が陽極から有機発光層へ効率よくかつ十分に注入される。よって、有機発光層が高い効率で発光し、そのうえ動作電圧の上昇が抑制されるため、発光強度が良好に維持される。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の有機電界発光素子によれば、陽極と有機発光層との間に、電子輸送材料と化１に示した化合物とを含むようにしたので、高効率で発光させることができると共に、安定に駆動することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１７】
図１は、本発明の一実施の形態に係る有機電界発光素子の断面構成を表している。この有機電界発光素子（有機ＥＬ素子）は、例えばカラーディスプレイなどの表示装置に用いられるものであり、陽極１１と、その上に設けられた有機層２０と、有機層２０の上に設けられた陰極３１とを備えている。また、有機層２０は、陽極１１側から順に、電子注入層２１、電子輸送層２２、機能性層２３、正孔輸送層２４、発光層２５および電子輸送層２６を積層した構造を有している。ここでは、発光層２５から発せられる光（以下、発光光という。）が陰極３１側から取り出される上面発光方式の表示素子の場合について説明する。
【００１８】
また、この有機電界発光素子は、陽極１１と陰極３１との間で発光光を共振させて、光を取り出す共振器構造を有している。この共振器構造を備えることにより、有機電界発光素子から取り出される光（以下、取り出し光という。）の色純度が向上すると共に、共振の中心波長付近が取り出し光となるため、その光強度も向上する。
【００１９】
具体的には、この共振器構造は、陽極１１の発光層２５側における発光光の反射表面を第１端部Ｐ１とし、陰極３１の発光層２５側における発光光の反射表面を第２端部Ｐ２とし、その第１端部Ｐ１と第２端部Ｐ２との間で、発光層２５からの発光光を有機層２０を共振器として共振させ、第２端部Ｐ２側から取り出し光を得るものである。この場合には、第１端部Ｐ１と第２端部Ｐ２との間の光学的距離Ｌは、例えば、数１に示した数式（１）を満たすように設定されている。
【００２０】
【数１】
（Ｌは第１端部Ｐ１と第２端部Ｐ２との光学的距離であり、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）であり、λは取り出し光のスペクトルのピーク波長である。ｍはＬが正となる整数を表す。なお、Ｌおよびλの単位は互いに共通しており、例えばｎｍである。）
【００２１】
光学的距離Ｌが数式（１）を満たすようにする場合には、λは任意に設定可能であり、これにより所望の波長の光を取り出し光とすることができる。すなわち、λは、有機電界発光素子より取り出したい光のピーク波長となる。このことは後述する数２〜数４において説明するλについても同様である。この光学的距離Ｌは、数式（１）を満たす正の最小値となるのが好ましい。
【００２２】
また、光学的距離Ｌは、発光層２５の最大発光位置と第１端部Ｐ１との光学的距離Ｌ1 が数２で表される数式（２）を満たし、かつ最大発光位置と第２端部Ｐ２との間の光学的距離Ｌ2 が数３で表される数式（３）を満たすように設定されていてもよい。ここでの最大発光位置とは、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２５の陽極１１側と陰極３１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が最大発光位置となる。
【００２３】
【数２】
（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であり、ａ1 は発光層２５における発光分布に基づく補正量であり、λは取り出し光のスペクトルのピーク波長であり、Φ1 は第１端部Ｐ１で生じる反射光の位相シフト（ｒａｄ）である。ｍ1 は０または整数である。）
【００２４】
【数３】
（ｔＬ2 は第２端部Ｐ２と最大発光位置との間の光学的理論距離であり、ａ2 は発光層２５における発光分布に基づく補正量であり、λは取り出し光のスペクトルのピーク波長であり、Φ2 は第２端部Ｐ２で生じる反射光の位相シフト（ｒａｄ）である。ｍ2 は０または整数を表す。
【００２５】
数式（２）は、発光光のうち陽極１１側へ向かう光が第１端部Ｐ１で反射して戻ってきた際に、その戻り光の位相と発光時の位相とが同一となると共に、発光光のうち陰極３１側へ向かう光と強め合う関係となるようにするためのものである。また、数式（３）は、発光光のうち陰極３１側へ向かう光が第２端部Ｐ２で反射して戻ってきた際に、その戻り光の位相と発光時の位相とが同一となると共に、発光光のうち陽極１１側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。
【００２６】
数式（２），（３）を満たす共振器構造は、電子輸送層２６の厚さを電子注入層２１、電子輸送層２２、機能性層２３および正孔輸送層２４の合計の厚さよりも厚く形成し、数式（２），（３）においてｍ1 ＞ｍ2 を満たすようにすることにより設計可能である。これにより、光の取り出し効率が向上する。
【００２７】
なお、数式（２）中の光学的理論距離ｔＬ1 および数式（３）中の光学的理論距離ｔＬ2 は、発光領域に広がりがないものとみなした場合に、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とがちょうど打ち消し合い、戻り光の位相と発光時の位相とが同一となる理論値である。ただし、発光部分には通常広がりがあるので、数式（２），（３）では、発光分布に基づく補正量ａ1 ，ａ2 が加えられている。
【００２８】
この補正量ａ1 ，ａ2 は、発光層２５中における発光分布により異なるが、最大発光位置が発光層２５の陰極３１側にあり、その発光分布が最大発光位置から陽極１１側に広がっている場合、または最大発光位置が発光層２５の陽極１１側にあり、その発光分布が最大発光位置から陰極３１側に広がっている場合には、例えば、数４で表される数式（４）により求められる。
【００２９】
【数４】
（ｂは発光層２５における発光分布が最大発光位置から陽極１１の方向へ広がっている場合には２ｎ≦ｂ≦６ｎの範囲内の値であり、最大発光位置から陰極３１の方向へ広がっている場合には−６ｎ≦ｂ≦−２ｎの範囲内の値である。ｓは発光層２５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。）
【００３０】
このような上面発光方式の有機電界発光素子では、発光層２５に電界を印加する一方の電極である陽極１１は、光反射性を有するものとなっている。この陽極１１は、例えばガラスなどの基板上に設けられている。この有機電界発光素子を用いて構成される表示装置がアクティブマトリックス方式の場合には、陽極１１は、駆動回路が設けられた基板上に、画素ごとにマトリクス状に形成されている。
【００３１】
陽極１１は、可視光の実質的全波長成分を反射できるように形成されていることが好ましい。また、この陽極１１の反射率は、０．４以上１以下であるのが好ましい。０．４以上であれば、十分な取り出し光の強度が得られるからである。陽極１１を構成する材料としては、高い反射率が得られるものが好ましく、仕事関数が４．５ｅＶ以下となる導電性を有する材料が好ましい。このような材料としては、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、クロム（Ｃｒ）、モリブデン（Ｍｏ）、タンタル（Ｔａ）、チタニウム（Ｔｉ）、亜鉛（Ｚｎ）あるいは白金（Ｐｔ）などの金属や、これらのうちの１種あるいは２種以上を含む合金や、それらの酸化物などが挙げられる。これらは単独で用いられてもよいし、複数種を混合して用いてもよい。
【００３２】
なお、陽極１１は、上記した金属を含む反射膜の上（発光層２５側）にＩＴＯやＩＺＯなどの透明導電性材料よりなる層を形成することにより、２層構造としてもよい。
【００３３】
陽極１１の上に設けられた電子注入層２１は、例えば、１ｎｍ程度の厚さで形成されており、陽極１１において生じた電子を電子輸送層２２に注入するためのものである。電子注入層２１を構成する材料としては、例えば、リチウム（Ｌｉ）の酸化物である酸化リチウム（Ｌｉ2 Ｏ）や、セシウム（Ｃｓ）の複合酸化物である炭酸セシウム（Ｃｓ2 ＣＯ3 ）や、これらの酸化物および複合酸化物の混合材料が挙げられる。また、電子注入層２１を構成する材料は、このような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）などのアルカリ土類金属や、リチウムおよびセシウム以外のアルカリ金属や、インジウム（Ｉｎ）、マグネシウム（Ｍｇ）などの仕事関数の小さい金属や、これらの金属の酸化物、複合酸化物あるいはフッ化物などを用いることもできる。これらは単体で用いてもよいし、これらの金属、酸化物、複合酸化物およびフッ化物を混合して用いてもよいし、合金として安定性を高めて用いてもよい。なお、ここでは、電子注入層２１を設けるようにしたが、電子注入層２１を設けないようにしてもよい。この場合には、陽極１１の上に直接、後述する電子輸送層２２が設けられることとなる。
【００３４】
電子注入層２１の上に設けられた電子輸送層２２は、陽極１１側から電子を機能性層２３側に移動させると共に、その電子を機能性層２３との界面に蓄積させるためのものである。これにより、陽極１１および陰極３１との間に電圧が印加され有機層２０に電界がかかった場合に、正孔の横方向（有機層２０の面内方向）への広がりが抑制される。このように機能するのは、以下の理由によるものと考えられる。電子輸送層２２は、還元状態で安定な電子輸送材料を含んでいるので、陽極１１側から電子を機能性層２３側に移動させる。ここで、隣接する機能性層２３は、正孔移動度が高いが、電子移動度が著しく低い材料により構成されている。このため、陽極１１側から移動した電子は、電子輸送層２２と機能性層２３との界面に蓄積されることとなる。よって、この電子の蓄積により、陽極１１および陰極３１の間に電界が印加された場合には、機能性層２３による発光層２５への正孔注入が促進されると共に、正孔の横方向への広がりが抑制される。なお、電子輸送層２２と機能性層２３との界面に蓄積される電子の量は、電子輸送層２２を構成する材料や、その膜厚によって調整することができる。すなわち、陽極１１と発光層２５との間に電子輸送層２２および機能性層２３をこの順で設けることにより、横方向への電流の広がりが抑制されると共に、正孔が陽極１１から発光層２５へ効率よくかつ十分に注入される。
【００３５】
電子輸送層２２を構成する材料は、電子輸送材料であれば任意であるが、窒素を構成元素として含む複素環化合物（含窒素複素環化合物）であるのが好ましい。還元状態でより安定であるため、より効率よく電子が輸送されるからである。このような含窒素複素環化合物としては、例えば、キノリノール系金属錯体、ピリジン誘導体、フェナントロリン誘導体、ジフェニルキノン誘導体、オキサジアゾール誘導体、トリアゾール誘導体、チアジアゾール誘導体、キノキサリン誘導体、ピラゾール誘導体、トリアジン誘導体、ピラジン誘導体、ベンゾキノリン誘導体、イミダゾピリジン誘導体あるいはイミダゾール誘導体などが挙げられる。具体的には、化２〜化５で表される一連の化合物などが挙げられる。これらは単独で用いてもよいし、複数種を混合して用いてもよい。なお、電子輸送層２２を構成する材料は、電子輸送材料であれば、化２〜化５に示した化合物に限定されるものではない。
【００３６】
【化２】
【００３７】
【化３】
【００３８】
【化４】
【００３９】
【化５】
【００４０】
電子輸送層２２の厚さは、機能性層２３との界面に十分に電子を蓄積できるのであれば任意であるが、電子注入層２１と併せて３０ｎｍ以下の厚さとなっていることが好ましい。３０ｎｍより厚くなると、電子の輸送効率が低くなり、この結果、電圧が高くなるおそれがあるからである。
【００４１】
電子輸送層２２の上に設けられた機能性層２３は、電子輸送層２２から輸送された電子を電子輸送層２２との界面に蓄積し、これにより正孔を効率よく正孔輸送層２４に注入するためのものである。この機能性層２３は、正孔移動度が高く、電子移動度が著しく低い材料により構成され、具体的な材料としては、例えば、化６〜化９で表される化合物が挙げられる。これらは単独で用いてもよいし、複数種を混合して用いてもよい。中でも、この材料としては、化６に示した化合物が好ましい。正孔注入効率が高いと共に、容易に合成可能であるからである。
【００４２】
【化６】
（Ｒ１〜Ｒ６は水素、ハロゲン、ヒドロキシル基、アミノ基、アリールアミノ基、炭素数２０以下の置換あるいは無置換のカルボニル基を有する基、炭素数２０以下の置換あるいは無置換のカルボニルエステル結合を有する基、炭素数２０以下の置換あるいは無置換のアルキル基、炭素数２０以下の置換あるいは無置換のアルケニル基、炭素数２０以下の置換あるいは無置換のアルコキシル基、炭素数３０以下の置換あるいは無置換のアリール基、炭素数３０以下の置換あるいは無置換の複素環を有する基、ニトロ基、シアノ基（ニトリル基）またはシリル基である。ただし、隣り合うＲ１〜Ｒ６は結合して環状構造を形成してもよい。Ｘ１〜Ｘ６は炭素原子あるいは窒素原子である。）
【００４３】
【化７】
（Ｒ１１〜Ｒ１６は水素、ハロゲン、ハロゲンを有する基、ヒドロキシル基、アミノ基、アリールアミノ基、炭素数２０以下の置換あるいは無置換のカルボニル基を有する基、炭素数２０以下の置換あるいは無置換のカルボニルエステル結合を有する基、炭素数２０以下の置換あるいは無置換のアルキル基、炭素数２０以下の置換あるいは無置換のアルケニル基、炭素数２０以下の置換あるいは無置換のアルコキシル基、炭素数３０以下の置換あるいは無置換のアリール基、炭素数３０以下の置換あるいは無置換の複素環を有する基、ニトロ基、シアノ基またはシリル基である。ただし、隣り合うＲ１１〜Ｒ１６は結合して環状構造を形成してもよい。Ｘ１１〜Ｘ１６は炭素あるいは窒素原子である。Ｙ１１〜Ｙ１３は炭素原子、窒素原子、酸素原子あるいは硫黄原子であり、Ｙ１１〜Ｙ１３が炭素原子および窒素原子の場合には、Ｙ１１〜Ｙ１３は水素、炭素数２０以下の置換あるいは無置換のアルキル基、炭素数２０以下の置換あるいは無置換のアルケニル基、炭素数３０以下の置換あるいは無置換のアリール基、炭素数３０以下の置換あるいは無置換の複素環を有する基を有する。）
【００４４】
【化８】
（Ｒ２１〜Ｒ２８は水素、ハロゲン、ヒドロキシル基、アミノ基、アリールアミノ基、炭素数２０以下の置換あるいは無置換のカルボニル基を有する基、炭素数２０以下の置換あるいは無置換のカルボニルエステル結合を有する基、炭素数２０以下の置換あるいは無置換のアルキル基、炭素数２０以下の置換あるいは無置換のアルケニル基、炭素数２０以下の置換あるいは無置換のアルコキシル基、炭素数３０以下の置換あるいは無置換のアリール基、炭素数３０以下の置換あるいは無置換の複素環を有する基、ニトロ基、シアノ基またはシリル基である。ただし、隣り合うＲ２１〜Ｒ２８は結合して環状構造を形成してもよい。Ｘ２１〜Ｘ３０は炭素原子あるいは窒素原子である。）
【００４５】
【化９】
（Ｒ３１〜Ｒ３８は水素、ハロゲン、ハロゲンを有する基、ヒドロキシル基、アミノ基、アリールアミノ基、炭素数２０以下の置換あるいは無置換のカルボニル基を有する基、炭素数２０以下の置換あるいは無置換のカルボニルエステル結合を有する基、炭素数２０以下の置換あるいは無置換のアルキル基、炭素数２０以下の置換あるいは無置換のアルケニル基、炭素数２０以下の置換あるいは無置換のアルコキシル基、炭素数３０以下の置換あるいは無置換のアリール基、炭素数３０以下の置換あるいは無置換の複素環を有する基、ニトロ基、シアノ基またはシリル基である。ただし、隣り合うＲ３１〜Ｒ３８は結合して環状構造を形成してもよい。Ｘ３１〜Ｘ３８およびＹ３１〜Ｙ３４は炭素原子あるいは窒素原子である。Ｍｔは２つの水素原子、または銅、亜鉛、鉄、コバルトあるいはニッケルである。）
【００４６】
なお、化６中のＲ１〜Ｒ６は、同一でもよいし異なっていてもよい。このことは、化６中のＸ１〜Ｘ６、化７中のＲ１１〜Ｒ１６、Ｘ１１〜Ｘ１６、Ｙ１１〜Ｙ１３およびＹ１１〜Ｙ１３に導入された基、化８中のＲ２１〜Ｒ２８およびＸ２１〜Ｘ３０、ならびに化９中のＲ３１〜Ｒ３８、Ｘ３１〜Ｘ３８およびＹ３１〜Ｙ３４についても同様である。
【００４７】
化６に示した化合物としては、例えば、化１０〜化１２で表される一連の化合物が挙げられる。化１０（１）〜（１０）に示した化合物はＲ１〜Ｒ６としてシアノ基を有する化合物であり、化１１（１）〜（１０）に示した化合物はＲ１〜Ｒ６としてニトロ基を有する化合物であり、化１２（１）〜（４）に示した化合物はＲ１〜Ｒ６としてシアノ基およびニトロ基を有する化合物であり、化１２（５）〜（１０）に示した化合物はＲ１〜Ｒ６としてフッ素基を有する化合物である。
【００４８】
【化１０】
【００４９】
【化１１】
【００５０】
【化１２】
【００５１】
また、化６に示した化合物は、化１３で表される化合物でもよい。化１３に示した化合物は、化６中の隣り合うＲ１〜Ｒ６が結合して環状構造を形成したものである。なお、化１３中のＲ１〜Ｒ６およびＸ１〜Ｘ６は、化６中のＲ１〜Ｒ６およびＸ１〜Ｘ６と同様である。また、化１３中のＹ１〜Ｙ６は同一であってもよいし、異なっていてもよく、このことはｐ〜ｒについても同様である。
【００５２】
【化１３】
（Ｒ１〜Ｒ６は水素、ハロゲン、ヒドロキシル基、アミノ基、アリールアミノ基、炭素数２０以下の置換あるいは無置換のカルボニル基を有する基、炭素数２０以下の置換あるいは無置換のカルボニルエステル結合を有する基、炭素数２０以下の置換あるいは無置換のアルキル基、炭素数２０以下の置換あるいは無置換のアルケニル基、炭素数２０以下の置換あるいは無置換のアルコキシル基、炭素数３０以下の置換あるいは無置換のアリール基、炭素数３０以下の置換あるいは無置換の複素環を有する基、ニトロ基、シアノ基またはシリル基である。ただし、隣り合うＲ１〜Ｒ６は結合して環状構造を形成してもよい。Ｘ１〜Ｘ６およびＹ１〜Ｙ６は炭素原子あるいは窒素原子である。ｐ、ｑおよびｒは０以上の整数を表し、（ｐ＋ｑ＋ｒ）≧１を満たしている。）
【００５３】
化１３に示した化合物としては、例えば、化１４および化１５で表される一連の化合物が挙げあれる。化１４および化１５に示した化合物は（ｐ＋ｑ＋ｒ）＝１の場合の化合物である。
【００５４】
【化１４】
【００５５】
【化１５】
【００５６】
化７に示した化合物としては、Ｙ１１〜Ｙ１３が炭素原子の場合として化１６で表される化合物が挙げられ、具体的には、化１７で表される一連の化合物が挙げられる。なお、化１６中のＲ１１〜Ｒ１６，Ｘ１１〜Ｘ１６は、化７中のＲ１１〜Ｒ１６，Ｘ１１〜Ｘ１６と同様である。化１６中のＡ１１〜Ａ１６は同一でもよいし、異なっていてもよい。
【００５７】
【化１６】
（Ｒ１１〜Ｒ１６は水素、ハロゲン、ハロゲンを有する基、ヒドロキシル基、アミノ基、アリールアミノ基、炭素数２０以下の置換あるいは無置換のカルボニル基を有する基、炭素数２０以下の置換あるいは無置換のカルボニルエステル結合を有する基、炭素数２０以下の置換あるいは無置換のアルキル基、炭素数２０以下の置換あるいは無置換のアルケニル基、炭素数２０以下の置換あるいは無置換のアルコキシル基、炭素数３０以下の置換あるいは無置換のアリール基、炭素数３０以下の置換あるいは無置換の複素環を有する基、ニトロ基、シアノ基またはシリル基である。ただし、隣り合うＲ１１〜Ｒ１６は結合して環状構造を形成してもよい。Ｘ１１〜Ｘ１６は炭素あるいは窒素原子である。Ａ１１〜Ａ１６は水素、炭素数２０以下の置換あるいは無置換のアルキル基、炭素数２０以下の置換あるいは無置換のアルケニル基、炭素数３０以下の置換あるいは無置換のアリール基、炭素数３０以下の置換あるいは無置換の複素環を有する基である。）
【００５８】
【化１７】
【００５９】
また、化７に示した化合物としては、Ｙ１１〜Ｙ１３が窒素原子の場合として化１８で表される化合物が挙げられ、具体的には、化１９（１）〜（３）で表される一連の化合物が挙げられる。さらに、化７に示した化合物としては、Ｙ１１〜Ｙ１３が酸素原子あるいは硫黄原子の場合として化１９（４）〜（６）で表される化合物が挙げられる。なお、化１８中のＲ１１〜Ｒ１６，Ｘ１１〜Ｘ１６は、化７中のＲ１１〜Ｒ１６，Ｘ１１〜Ｘ１６と同様である。化１８中のＡ１７〜Ａ１９は同一でもよいし、異なっていてもよい。
【００６０】
【化１８】
（Ｒ１１〜Ｒ１６は水素、ハロゲン、ハロゲンを有する基、ヒドロキシル基、アミノ基、アリールアミノ基、炭素数２０以下の置換あるいは無置換のカルボニル基を有する基、炭素数２０以下の置換あるいは無置換のカルボニルエステル結合を有する基、炭素数２０以下の置換あるいは無置換のアルキル基、炭素数２０以下の置換あるいは無置換のアルケニル基、炭素数２０以下の置換あるいは無置換のアルコキシル基、炭素数３０以下の置換あるいは無置換のアリール基、炭素数３０以下の置換あるいは無置換の複素環を有する基、ニトロ基、シアノ基またはシリル基である。ただし、隣り合うＲ１１〜Ｒ１６は結合して環状構造を形成してもよい。Ｘ１１〜Ｘ１６は炭素あるいは窒素原子である。Ａ１７〜Ａ１９は水素、炭素数２０以下の置換あるいは無置換のアルキル基、炭素数２０以下の置換あるいは無置換のアルケニル基、炭素数３０以下の置換あるいは無置換のアリール基、炭素数３０以下の置換あるいは無置換の複素環を有する基である。）
【００６１】
【化１９】
【００６２】
化８に示した化合物としては、例えば、化２０および化２１で表される一連の化合物が挙げられる。また化９に示した化合物としては、化２２で表される一連の化合物が挙げられる。化２０および化２１に示した化合物はＲ２１〜Ｒ２８としてシアノ基あるいはニトロ基を有する化合物の一例である。化２２に示した化合物は、Ｍｔとしてニッケルあるいは銅を有する化合物の一例である。
【００６３】
【化２０】
【００６４】
【化２１】
【００６５】
【化２２】
【００６６】
正孔輸送層２４は、機能性層２３から注入された正孔を発光層２５へ効率よく輸送するためのものである。この正孔輸送層２４を構成する材料としては、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、オキサゾール、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などが挙げられる。また、この他にも、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などの複素環式共役系のモノマー、オリゴマーまたはポリマーなどが挙げられる。これらは単独で用いてもよいし、複数種を混合して用いてもよい。具体的には、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）、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）、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）あるいはポリ（２，２’−チエニルピロール）などである。なお、正孔を効率よく輸送可能な材料であれば、上記したものに限定されるものではない。
【００６７】
発光層２５は、陽極１１と陰極３１との間で電界が印加された際に、陽極１１側から注入された正孔と、陰極３１側から注入された電子とが再結合し、光を発生する領域である。この発光層２５を構成する材料としては、発光機能（正孔と電子との再結合の場を提供し、この再結合を発光につなげる機能）と共に、例えば、電荷の注入機能（電界印加時において、機能性層２３からの正孔を注入することができると共に、陰極３１（３１Ｂ）あるいは電子注入層（３１Ａ）からの電子を注入することができる機能）、および電荷の輸送機能（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）を有するものが好ましい。これにより、発光効率が向上する一方で、正孔輸送層２４や後述する電子輸送層２６および陰極３１の第一層３１Ａ（電子注入層）を設けなくとも、発光することが可能となる。
【００６８】
このような発光層２５は、例えば、ホストとなる化合物と、発光ドーパントとを含んで構成されている。ホストとしては、スチリル誘導体、アントラセン誘導体、ナフタセン誘導体あるいは芳香族アミンなどが挙げられる。これらは単独で用いてもよいし、複数種を混合してもよい。スチリル誘導体は、ジスチル誘導体、トリスチル誘導体、テトラスチル誘導体およびスチリルアミン誘導体のうちの少なくとも１種であることが好ましい。アントラセン誘導体は、非対称アントラセン系化合物であることが好ましい。芳香族アミンは、芳香族置換された窒素原子を２〜４つ有する化合物であることが好ましい。このようなホストとしては、例えば、化２３で表される化合物などが挙げられる。
【００６９】
【化２３】
【００７０】
発光ドーパントは、蛍光材料の１種あるいは２種以上を適宜選択して用いることができる。この蛍光材料は、蛍光色素を含んでもよい。蛍光色素としては、例えば、スチリルベンゼン系色素、オキサゾール系色素、ペリレン系色素、クマリン系色素あるいはアクリジン系色素などのレーザー用色素が挙げられる。また、その他の蛍光材料としては、アントラセン誘導体、ナフタセン誘導体、ペンタセン誘導体あるいはクリセン誘導体などの多芳香族炭化水素系材料、ピロメテン骨格化合物あるいはその金属錯体、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または金属キレート化オキシノイド化合物などが挙げられる。これらは単独で用いてもよいし、複数種を混合して用いてもよい。この発光ドーパントとしては、例えば、化２４で表される化合物が挙げられる。
【００７１】
【化２４】
【００７２】
発光ドーパントとして、上記した蛍光材料を用いた場合には、発光層２５中における蛍光材料のドープ濃度は、膜厚比で０．５重量％以上１５重量％以下であるのが好ましい。
【００７３】
発光層２５の上に設けられた電子輸送層２６は、陰極３１から注入された電子を発光層２５に効率よく輸送するためのものである。この電子輸送層２６を構成する材料としては、例えば、電子輸送層２２を構成する材料と同様のものが挙げられる。
【００７４】
電子輸送層２６の上に設けられた陰極３１は、発光層２５に電界を印加する一方の電極であり、光透過性の材料により構成されている。これにより、有機層２０において共振された発光光が陰極３１から外側へ取り出されることとなる。この陰極３１は、発光層２５側から順に第１層３１Ａおよび第２層３１Ｂが積層されて形成されている。第１層３１Ａは、電子輸送層２６に電子を効率よく注入することが可能な材料により構成されており、例えば、電子注入層２１を構成する材料と同様のものが挙げられる。また、第２層３１Ｂは、透明導電性材料や半透過性導電性材料などにより構成され、例えば、アルミニウム、マグネシウム、カルシウムあるいはナトリウムなどの金属元素の単体または合金により構成されている。中でも、マグネシウムと銀との合金（ＭｇＡｇ合金）、またはアルミニウムとリチウムとの合金（ＡｌＬｉ合金）が好ましい。なお、ここでは、陰極３１が第１層３１Ａおよび第２層３１Ｂの二層構造となっているので、上記した第２端部Ｐ２は、第２層３１Ｂの発光層２５側の表面となる。また、ここでは第１層３１Ａを設けるようにしたが、それを設けずに第２層３１Ｂのみにより構成されていてもよい。
【００７５】
このような有機電界発光素子は、例えば、以下のように製造することができる。
【００７６】
まず、基板上に陽極１１を蒸着法やスパッタリング法などにより形成する。続いて、陽極１１の上に、電子注入層２１、電子輸送層２２、機能性層２３、正孔輸送層２４、発光層２５および電子輸送層２６をこの順で、真空蒸着法などにより積層し、有機層２０を形成する。最後に、この有機層２０の上に、蒸着法などにより、第１層３１Ａおよび第２層３１Ｂをこの順で積層して、陰極３１を形成する。これにより、図１に示した有機電界発光素子が完成する。
【００７７】
本実施の形態における有機電界発光素子では、陽極１１と発光層２５との間の電子輸送層２２が還元状態で安定な電子輸送材料を含んでいるので、有機層２０に電界がかかっていない状態において、陽極１１から電子が電子注入層２１を介して移動し、電子輸送層２２と機能性層２３との間に蓄積される。この状態で、陽極１１と陰極３１との間に電圧が印加され、有機層２０に電界がかかると、この電子の蓄積によって、有機層２０の面内方向における正孔の広がりが抑制されると共に、機能性層２３が正孔を正孔輸送層２４へ効率よくかつ十分に注入する。この注入された正孔を正孔輸送層２４が効率よく発光層２５に輸送する。その一方で、陰極３１から電子が電子輸送層２６を介して効率よく発光層２５に輸送される。このように陽極１１側から移動してきた正孔と、陰極３１側から移動してきた電子とが、発光層２５において再結合し、光を発することとなる。この発光層２５において発せられた光は、陽極１１の第１端部Ｐ１と陰極３１の第２端部Ｐ２との間で共振し、その光の純度および強度が高められたのちに、陰極３１を透過して、取り出し光として射出する。
【００７８】
すなわち、この有機電界発光素子では、陽極１１と発光層２５との間に、陽極１１から順に、電子輸送材料を含む電子輸送層２２と上記した化６〜化９に示した化合物のうちの少なくとも１種を含む機能性層２３とが設けられていることにより、陽極１１および陰極３１の間に電界が印加された場合に、有機層２０の面内方向への電流の広がりが抑制されると共に、陽極１１から正孔が発光層２５へ効率よくかつ十分に注入される。このため、発光層２５が高効率で発光し、そのうえ動作電圧の上昇が抑制され、発光層２５の発光強度が良好に維持される。よって、この有機電界発光素子によれば、高効率で発光させることができると共に、安定に駆動することができる。この場合には、機能性層２３は、化６に示した化合物を含むようにすれば、より高い効果を得ることができる。
【００７９】
次に、上記した有機電界発光素子の適用例について説明する。ここで、表示装置を例に挙げると、上記した有機電界発光素子は以下のように用いられる。
【００８０】
図２は表示装置の断面構成を表している。この表示装置は、ＴＦＴなどの駆動回路（図示せず）を備えた駆動用基板１０の上に絶縁層１２および有機電界発光素子１Ｒ，１Ｇ，１Ｂを有する構成となっている。また、この表示装置では、有機電界発光素子１Ｒ，１Ｇ，１Ｂの上に、それらを覆うように保護層３２が形成され、この保護層３２上に設けられた接着層３３により接着された封止用基板４０により全面にわたって封止されている。
【００８１】
駆動用基板１０は、ガラスなどの透明基板や、シリコン基板や、フィルム状のフレキシブル基板などの上に有機電界発光素子１Ｒ，１Ｇ，１ＢごとにＴＦＴなどの駆動回路（図示せず）および平坦化絶縁膜（図示せず）が設けられている。
【００８２】
有機電界発光素子１Ｒ，１Ｇ，１Ｂは、上記した有機電界発光素子と同様の構成を有している。ここでは、有機電界発光素子１Ｒ，１Ｇ，１Ｂから取り出される光は、表示装置において、それぞれ赤色、緑色および青色を呈することとする。なお、ここでの有機層２０は、有機電界発光素子１Ｒ，１Ｇ，１Ｂの発光色によってそれぞれ構成が異なっていてもよい。
【００８３】
絶縁層１２は、有機電界発光素子１Ｒ，１Ｇ，１Ｂの陽極１１と陰極３１との絶縁性を確保すると共に発光領域を正確に所望の形状にするためのものである。この絶縁層１２は、駆動用基板１０の上において、有機電界発光素子１Ｒ，１Ｇ，１Ｂの各陽極１１との間に、各陽極１１を取り囲み、開口部を形成するように設けられている。このような絶縁層１２は、例えばポリイミドなどの感光性樹脂により構成されている。なお、ここでは、有機層２０および陰極３１は、絶縁層１２の上にも連続して設けられているが、発光光が生じるのは絶縁層１２の開口部（陽極１１の上部）だけである。
【００８４】
保護層３２は、有機層２０に水分などが侵入することを防止するためのものであり、透過水性および吸水性の低い材料により構成されると共に十分な厚みを有している。また、保護層３２は、発光層２５で発生した光に対する透過性が高く、例えば８０％以上の透過率を有する材料により構成されている。このような保護層３２は、例えば、厚さが２μｍ〜３μｍ程度であり、アモルファスな絶縁性材料により構成されている。具体的には、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-x Ｎx ）あるいはアモルファスカーボン（α−Ｃ）が好ましい。これらのアモルファスな絶縁性材料は、グレインを構成しないので透水性が低く、良好な保護層３２となる。また、保護層３２は、ＩＴＯのような透明導電性材料により構成されていてもよい。
【００８５】
接着層３３は、例えば、熱硬化型樹脂または紫外線硬化型樹脂により構成されている。
【００８６】
封止用基板４０は、有機電界発光素子１Ｒ，１Ｇ，１Ｂの陰極３１側に位置しており、接着層３２と共に有機電界発光素子１Ｒ，１Ｇ，１Ｂを封止するものであり、有機電界発光素子１Ｒ，１Ｇ，１Ｂで発生した光を透過可能なガラスなどの材料により構成されている。封止用基板４０には、例えば、カラーフィルタ（図示せず）が設けられており、有機電界発光素子１Ｒ，１Ｇ，１Ｂで発生した光を取り出すと共に、有機電界発光素子１Ｒ，１Ｇ，１Ｂならびにその間の配線（図示せず）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てもよい。
【００８７】
カラーフィルタは、封止用基板４０のどちら側の面に設けられてもよいが、有機電界発光素子１Ｒ，１Ｇ，１Ｂの側に設けられることが好ましい。カラーフィルタが表面に露出せず、接着層３３により保護することができるからである。また、発光層２５とカラーフィルタとの間の距離が狭くなることにより、有機電界発光素子１Ｒ，１Ｂ，１Ｇから射出された光が隣接する他の色のカラーフィルタに入射して混色を生じることを避けることができるからである。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、有機電界発光素子１Ｒ，１Ｇ，１Ｂに対応して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。
【００８８】
この表示装置は、例えば次のようにして製造することができる。
【００８９】
まず、駆動用基板１０を用意し、その上に、例えばスパッタ法により、陽極１１を形成し、例えばドライエッチングにより所定の形状に成形する。
【００９０】
続いて、駆動用基板１１の全面にわたり、陽極１１を覆うように感光性樹脂を塗布し、例えばフォトリソグラフィ法により発光領域に対応して開口部を設け、焼成することにより、絶縁層１２を形成する。
【００９１】
そののち、例えば蒸着法により、上記した有機電界発光素子と同様の手順により、有機層２０を形成したのち、有機層２０の上に陰極３１を形成する。このようにして、有機電界発光素子１Ｒ，１Ｇ，１Ｂを形成する。
【００９２】
有機電界発光素子１Ｒ，１Ｇ，１Ｂを形成したのち、これらの上に保護膜３２を形成する。保護膜３２の形成方法は、下地に対して影響を及ぼすことのない程度に、成膜粒子のエネルギーが小さい成膜方法、例えば蒸着法またはＣＶＤ法が好ましい。また、保護膜３２は、陰極３１を大気に暴露することなく、陰極３１の形成と連続して行うことが望ましい。大気中の水分や酸素により有機層２０が劣化してしまうのを抑制することができるからである。さらに、有機層２０の劣化による輝度の低下を防止するため、保護膜３２の成膜温度は常温に設定すると共に、保護膜３２の剥がれを防止するために膜のストレスが最小になる条件で成膜することが望ましい。
【００９３】
また、例えば、封止用基板４０の上に、赤色フィルタの材料をスピンコートなどにより塗布し、フォトリソグラフィ技術によりパターニングして焼成することにより赤色フィルタを形成する。続いて、赤色フィルタと同様にして、青色フィルタおよび緑色フィルタを順次形成する。
【００９４】
そののち、保護膜３２の上に、接着層３３を形成し、この接着層３３を介して封止用基板４０を貼り合わせる。その際、封止用基板４０のカラーフィルタを形成した面を、有機電界発光素子１Ｒ，１Ｇ，１Ｂ側にして配置することが好ましい。以上により、図２に示した表示装置が完成する。
【００９５】
このような表示装置では、画像データに基づいて選択された各有機電界発光素子１Ｒ，１Ｇ，１Ｂにおいて、陽極１１および陰極３１の間に駆動電圧が印加されると、有機層２０に電界がかかる。この電界がかかった有機層２０では、発光層２５において正孔と電子とが再結合して発光光が生じる。この発光光は、有機層２０において共振し、カラーフィルタおよび封止用基板４０を透過して取り出される。
【００９６】
この表示装置によれば、有機電界発光素子１Ｒ，１Ｂ，１Ｇが陽極１１と発光層２５との間に、陽極１１から順に、電子輸送材料を含む電子輸送層２２と、上記した化６〜化９に示した化合物のうちの少なくとも１種を含む機能性層２３とを積層して有することにより、両極間に電界が印加された場合に、有機層２０の面内方向への電流の広がりを抑制しつつ、陽極１１から発光層２５へ正孔が効率よくかつ十分に注入される。このため、発光層２５が高効率で発光し、そのうえ動作電圧の上昇が抑制され、発光層２５の発光強度が良好に維持される。よって、この有機電界発光素子によれば、高効率で発光させることができると共に、安定に駆動することができる。この場合においても、機能性層２３は、化６に示した化合物を含むようにすれば、より高い効果を得ることができる。
【００９７】
なお、本実施の形態における有機電界発光素子では、陽極１１と発光層２５との間に、陽極１１から順に、電子輸送材料を含む電子輸送層２２と上記した化６に示した化合物等を含む機能性層２３とを積層して設けるようにしたが、図３の変形例に示したように、電子輸送材料と化６に示した化合物等とを混合して含む機能性層２７を設けるようにしてもよい。この有機電界発光素子は、電子輸送層２２および機能性層２３に代えて、機能性層２７を設けたことを除き、図１に示した有機電界発光素子と同様の構成を有している。
【００９８】
機能性層２７は、陽極１１側から電子を移動させ蓄積するものである。これにより、有機層２０に電界がかかった場合には、機能性層２７による正孔輸送層２４への正孔注入が促進されると共に、正孔の横方向（有機層２０の面内方向）への広がりが抑制される。この機能性層２７に蓄積される電子の量は、電子輸送材料の種類またはその含有量や、機能性層２７の膜厚によって調整することができる。また、機能性層２７の厚さは、３０ｎｍ以下であることが好ましい。駆動電圧を低くすることができるからである。この機能性層２７は、上記した電子輸送材料と化６に示した化合物等とを例えば共蒸着させることにより形成することができる。
【００９９】
図３に示した有機電界発光素子では、機能性層２７が電子輸送材料および化６に示した化合物等を混合して含んでいるので、有機層２０に電界がかかっていない状態では、陽極１１から電子が電子注入層２１を介して移動し、機能性層２７に蓄積される。この状態で、陽極１１と陰極３１との間に電圧が印加され、有機層２０に電界がかかると、その電子の蓄積によって、有機層２０における面内方向への正孔の広がりが抑制されると共に、機能性層２７が正孔を正孔輸送層２４へ効率よくかつ十分に注入する。この注入された正孔を正孔輸送層２４が効率よく発光層２５に輸送する。その一方で、陰極３１から電子が電子輸送層２６を介して効率よく発光層２５に輸送される。このように、陽極１１側から移動してきた正孔と、陰極３１側から移動してきた電子とが発光層２５において再結合し、光を発することとなる。この発光光が陽極１１の第１端部Ｐ１と陰極３１の第２端部Ｐ２との間で共振し、その光の純度および強度を高められたのちに、陰極３１を透過して、取り出し光として射出する。
【０１００】
この変形例の有機電界発光素子によれば、陽極１１と発光層２５との間に、上記した電子輸送材料および上記した化６〜化９に示した化合物のうちの少なくとも１種を混合して含む機能性層２７を設けるようにしたので、発光層２５が高効率で発光し、そのうえ動作電圧の上昇が抑制され、発光層２５の発光強度が良好に維持される。よって、高効率で発光させることができると共に、安定に駆動することができる。この場合においても、機能性層２７は、化６に示した化合物を含むようにすれば、より高い効果を得ることができる。
【０１０１】
また、上記した実施の形態および変形例では、有機層２０を電子注入層２１、電子輸送層２２、機能性層２３、正孔輸送層２４、発光層２５および電子輸送層２６により構成する、あるいは電子輸送層２２および機能性層２３に代えて機能性層２７を設けて構成したが、発光層２５と陽極１１との間に電子輸送層２２および機能性層２３を有する、あるいは機能性層２７を有していればよく、その他の層は、必要に応じて設けるようにしてもよい。
【０１０２】
さらに、上記した実施の形態および変形例では、有機層２０を形成する電子注入層２１、電子輸送層２２、機能性層２３、正孔輸送層２４、発光層２５および電子輸送層２６、ならびに機能性層２７をそれぞれ単層で形成するようにしたが、各層を複数層で形成するようにしてもよい。この場合においても、同様の作用効果を得ることができる。
【実施例】
【０１０３】
本発明の実施例について詳細に説明する。
【０１０４】
（実施例１−１）
以下の手順により、図１に示した有機電界発光素子を作製した。この際、陽極１１および陰極３１との間で発光光を共振させて取り出す共振器構造を有するものとした。
【０１０５】
まず、３０ｍｍ×３０ｍｍのガラス基板の上に、厚さ２００ｎｍのアルミニウム膜を形成した。続いて、このアルミニウム膜の上に、発光領域となる２ｍｍ×２ｍｍの開口部を有するように、酸化ケイ素（ＳｉＯ2 ）からなる絶縁層を蒸着し、これにより陽極１１を形成した。
【０１０６】
次に、陽極１１の上に、真空蒸着法により有機層２０を形成した。有機層２０を形成する際には、蒸着速度を０．２ｎｍ／秒として、以下のように各層を形成した。まず、陽極１１の上に、ＬｉＦからなる厚さ１ｎｍの電子注入層２１を形成した。続いて、電子注入層２１の上に、電子輸送材料として化２（１）に示した化合物を用いて、厚さ１５ｎｍの電子輸送層２２を形成した。こののち、この電子輸送層２２の上に、化６に示した化合物として化１０（１０）に示した化合物を用いて、厚さ１５ｎｍの機能性層２３を形成した。続いて、機能性層２３の上に、α−ナフチルフェニルフェニレンジアミン（α−ＮＰＤ）からなる厚さ１５ｎｍの正孔輸送層２４を形成したのち、正孔輸送層２４の上に、厚さ３０ｎｍの発光層２５を形成した。発光層２５を形成する場合には、ホストとして化２３に示した化合物と、蛍光ドーパントとして化２４に示した化合物とを体積比（ホスト：蛍光ドーパント）で１０：１となるように共蒸着させた。最後に、発光層２５の上に、電子輸送材料である化３（１）に示した化合物（Ａｌｑ3 ）からなる厚さ１５ｎｍの電子輸送層２６を形成した。
【０１０７】
次に、有機層２０の上に、真空蒸着法により陰極３１を形成した。陰極３１を形成する際には、電子輸送層２６の上に、０．０１ｎｍ／秒の蒸着速度で、ＬｉＦからなる厚さ０．３ｎｍの第１層３１Ａを形成したのち、その上に、マグネシウム銀合金からなる厚さ１０ｎｍの第２層３１Ｂを形成した。これにより、図１に示した有機電界発光素子が完成した。この場合、共振器構造の第１端部Ｐ１は陽極１１の発光層２５側の表面となり、第２端部Ｐ２は陰極３１の第２層３１Ｂの発光層２５側の表面となる。
【０１０８】
（実施例１−２）
電子注入層２１を設けずに、陽極１１の上に電子輸送層２２を直接形成したことを除き、実施例１−１と同様の手順を経た。
【０１０９】
（実施例１−３）
電子輸送層２２の厚さを５ｎｍとして形成したことを除き、実施例１−１と同様の手順を経た。
【０１１０】
（実施例１−４）
電子注入層２１を設けずに、陽極１１の上に電子輸送層２２を直接形成したことを除き、実施例１−３と同様の手順を経た。
【０１１１】
（実施例１−５）
化６に示した化合物として、化１０（１０）に示した化合物に代えて、化１５（３）に示した化合物を用いたことを除き、実施例１−４と同様の手順を経た。
【０１１２】
（実施例１−６〜１−８）
電子輸送材料として、化２（１）に示した化合物に代えて、化３（１）に示した化合物（実施例１−６）、化３（２）に示した化合物（実施例１−７）あるいは化５（７）に示した化合物（実施例１−８）を用いたことを除き、実施例１−５と同様の手順を経た。
【０１１３】
（実施例１−９）
陽極１１および機能性層２３の構成を変更したことを除き、実施例１−７と同様の手順を経た。この際、陽極１１として、アルミニウム膜に代えて厚さ２００ｎｍの銀（Ａｇ）膜を形成し、その上にさらに厚さ５ｎｍのＩＴＯからなる膜を形成した。また、化１５（３）に示した化合物に代えて、化１０（８）に示した化合物を用いて厚さ５ｎｍからなる機能性層２３を形成した。
【０１１４】
（実施例１−１０）
電子輸送層２２および機能性層２４に代えて、電子輸送材料と化６に示した化合物とを混合して含む機能性層２７を形成したことを除き、実施例１−２と同様の手順を経た。この際、電子輸送材料として化３（２）に示した化合物と、化６に示した化合物として化１０（１０）に示した化合物とを体積比（化３（２）：化１０（１０））で５：５となるように、共蒸着させ、厚さ２０ｎｍの機能性層２７を形成した。
【０１１５】
（比較例１−１）
電子輸送層２１を設けずに、陽極の上に化１０（１０）に示した化合物からなる機能性層を直接形成したことを除き、実施例１−２と同様の手順を経た。
【０１１６】
（比較例１−２）
電子輸送層２２および機能性層２３を設けずに、陽極の上に発光層を直接形成したことを除き、実施例１−２と同様の手順を経た。
【０１１７】
これらの実施例１−１〜１−１０および比較例１−１，１−２の有機電界発光素子について、定電流駆動時における電圧および電流効率、ならびに発光寿命を測定したところ、表１に示した結果が得られた。
【０１１８】
電圧および電流効率を測定する際には、電流密度を１０ｍＡ／ｃｍ2 とした。また、発光寿命を測定する際には、５０℃の雰囲気中において、電流密度を５０ｍＡ／ｃｍ2 として定電流駆動した時の初期輝度を１とし、その初期輝度に対する相対輝度が０．８となるまでの時間を測定した。
【０１１９】
【表１】
【０１２０】
表１に示したように、陽極１１と発光層２５との間に、化２（１）に示した化合物等と共に化１０（１０）に示した化合物等を含む実施例１−１〜１−１０では、電圧は、それを含まない比較例１−１よりも僅かに高くなったが、比較例１−２よりも低下した。また、実施例１−１〜１−１０では、比較例１−１，１−２よりも電流効率は高くなり、発光寿命は著しく長くなった。また、陽極１１と発光層２５との間に電子輸送層２２および機能性層２３を積層した実施例１−１〜１−９と、その代わりに機能性層２７を形成した実施例１−１０とでは、電圧、電流効率および発光寿命がほぼ同等となった。すなわち、化２（１）に示した化合物等の電子輸送材料と共に化１０（１０）示した化合物等の化６に示した化合物を併せて用いることにより、電子輸送層２２と機能性層２３との界面あるいは機能性層２７に電子が蓄積されることが示唆された。加えて、この電子の蓄積によって、機能性層２３あるいは機能性層２７による発光層２５への正孔注入が促進されたことが示唆された。これにより、動作電圧を上昇させることなく、電流効率が高くなり、発光寿命が著しく長くなったものと考えられる。
【０１２１】
これらのことから、上記した有機電界発光素子では、陽極１１と発光層２５との間に、電子輸送材料および化６に示した化合物を含むことにより、電子輸送材料および化６に示した化合物の種類や積層構造に依存せず、高効率で発光させることができると共に、安定に駆動することができることが確認された。
【０１２２】
また、実施例１−１と実施例１−２との比較、および実施例１−３と実施例１−４との比較から、電子注入層２１を設けた場合（実施例１−１，１−３）には、それを設けない場合（実施例１−２，１−４）よりも、電圧は低くなったが、発光寿命は電子注入層２１を設けない場合のほうが１．５倍長くなった。すなわち、上記した有機電界発光素子では、電子注入層２１を設けないほうが、安定に駆動するには有利であることがわかった。
【０１２３】
さらに、実施例１−１と実施例１−３との比較、および実施例１−２と実施例１−４との比較から、電子輸送層２１の厚さに依存せずに十分な発光寿命が得られることがわかった。この場合の電子輸送層２１の厚さは、５ｎｍ以上１５ｎｍ以下の範囲であり、この範囲では、電子輸送層２１の厚さが厚いほうが、より発光寿命が長くなった。
【０１２４】
（実施例２−１〜２−１０）
以下の手順により、図１に示した有機電界発光素子を２つ隣り合うように作製したことを除き、実施例１−１〜１−１０と同様の手順を経た。この場合には、まず、図４に示したように、３０ｍｍ×３０ｍｍのガラス基板上に、陽極１１に代えて、２つの陽極１１Ａ，１１Ｂおよびそれらの引き出し電極１１ＡＥ，１１ＢＥを２００μｍの間隔で形成し、それぞれ分離配置した。こののち、各陽極１１Ａ，１１Ｂの上に１ｍｍ×１ｍｍの開口部を有するように酸化ケイ素を蒸着し、絶縁層１２Ａを形成した。これにより、各有機電界発光素子の発光領域を形成した。なお、図４（Ａ）はガラス基板上に形成された陽極１１Ａ，１１Ｂおよび絶縁層１２Ａの平面構成を表し、図４（Ｂ）は図４（Ａ）におけるＩＶＢ−ＩＶＢ線における断面構成を表している。
【０１２５】
続いて、図５に示したように、陽極１１Ａ，１１Ｂおよびその間に配置された絶縁層１２Ａを併せて取り囲むようにマスクパターン５０を形成した。これにより、陽極１１Ａ，１１Ｂ上に共通して有機層２０を形成できるようにした。なお、図５（Ａ）は絶縁層１２Ａの上に形成されたマスクパターン５０の平面構成を表し、図５（Ｂ）は図５（Ａ）におけるＶＢ−ＶＢ線における断面構成を表している。こののち、実施例１−１〜１−１０と同様にして、有機層２０および陰極３１を形成し、図６に示したように、隣り合う２つの有機電界発光素子が完成した。この場合においても、陽極１１Ａ，１１Ｂおよび陰極３１との間で発光光を共振させて取り出す共振器構造を有するものとした。
【０１２６】
（比較例２−１，２−２）
実施例２−１〜２−１０と同様の手順により、２つの有機電界発光素子を隣り合うように形成したことを除き、比較例１−１，１−２と同様の手順を経た。
【０１２７】
これらの実施例２−１〜２−１０および比較例２−１，２−２の有機電界発光素子について、陽極１１Ａを有する有機電界発光素子を定電流駆動で電流密度１０ｍＡ／ｃｍ2 として発光させた際の陽極１１Ｂを有する有機電界発光素子の輝度（ｃｄ／ｍ2 ）を測定したところ、表２に示した結果が得られた。
【０１２８】
【表２】
【０１２９】
表２に示したように、陽極１１Ａを有する有機電界発光素子を発光させた場合に、実施例２−１〜２−１０および比較例２−２では、陽極１１Ｂを有する有機電界発光素子は発光しなかった。しかし、陽極１１Ａ，１１Ｂと発光層２５との間に電子輸送材料を含まない比較例２−１では、陽極１１Ｂを有する有機電界発光素子が発光した。この結果は、陽極１１（１１Ａ，１１Ｂ）と発光層２５との間に、化１０（１０）示した化合物等の化６に示した化合物と共に、化２（２）に示した化合物等の電子輸送材料を含む場合には、電流は横方向（有機層２０の面内方向）に広がりにくくなるが、電子輸送材料を含まない場合には、電流が横方向に広がり、その電流により隣り合う有機電界発光素子を駆動させることを表している。
【０１３０】
このことから、上記した有機電界発光素子では、陽極１１（１１Ａ，１１Ｂ）と発光層２５との間に、電子輸送材料および化６に示した化合物を含むことにより、電子輸送材料および化６に示した化合物の種類やそれらの積層構造に依存せず、安定に駆動することができることが確認された。
【０１３１】
以上、実施の形態および実施例を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記した実施の形態および実施例において説明した態様に限定されず、種々の変形が可能である。例えば、上記した実施の形態および実施例では、上面発光型の有機電界発光素子について説明したが、下面発光型としてもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１３２】
【図１】本発明の一実施の形態に係る有機電界発光素子の構成を表す断面図である。
【図２】本発明の一実施の形態に係る有機電界発光素子を備えた表示装置の構成を表す断面図である。
【図３】図１に示した有機電界発光素子の変形例を表す断面図である。
【図４】実施例において用いた有機電界発光素子を作製する際の一工程を表す断面図および平面図である。
【図５】図４に続く一工程を表す断面図および平面図である。
【図６】実施例において用いた有機電界発光素子の構成を表す断面図である。
【符号の説明】
【０１３３】
１Ｒ，１Ｂ，１Ｇ…有機電界発光素子、１０…駆動用基板、１１，１１Ａ，１１Ｂ…陽極、１１ＡＥ，１１ＡＢ…引き出し電極、１２，１２Ａ…絶縁層、２０…有機層、２１…電子注入層、２２…電子輸送層、２３，２７…機能性層、２４…正孔輸送層、２５…発光層、２６…電子輸送層、３０…封止用基板、３１…陰極、３１Ａ…第１層、３１Ｂ…第２層、３２…保護層、３３…接着層。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
陰極および陽極と、その間に設けられた有機発光層とを備え、
前記陽極と前記有機発光層との間に、電子輸送材料と、化１で表される化合物とを含む有機電界発光素子。
【化１】
（Ｒ１〜Ｒ６は水素、ハロゲン、ヒドロキシル基、アミノ基、アリールアミノ基、炭素数２０以下の置換あるいは無置換のカルボニル基を有する基、炭素数２０以下の置換あるいは無置換のカルボニルエステル結合を有する基、炭素数２０以下の置換あるいは無置換のアルキル基、炭素数２０以下の置換あるいは無置換のアルケニル基、炭素数２０以下の置換あるいは無置換のアルコキシル基、炭素数３０以下の置換あるいは無置換のアリール基、炭素数３０以下の置換あるいは無置換の複素環を有する基、ニトロ基、シアノ基またはシリル基である。ただし、隣り合うＲ１〜Ｒ６は結合して環状構造を形成してもよい。Ｘ１〜Ｘ６は炭素あるいは窒素原子である。）
【請求項２】
前記陽極と前記有機発光層との間に、前記陽極側から順に前記電子輸送材料を含む層および前記化１に示した化合物を含む層を積層して有する請求項１記載の有機電界発光素子。
【請求項３】
前記化１に示した化合物を含む層と前記有機発光層との間に、正孔輸送層を有する請求項２記載の有機電界発光素子。
【請求項４】
前記陽極と前記有機発光層との間に、前記電子輸送材料および前記化１に示した化合物を混合して含む層を有する請求項１記載の有機電界発光素子。
【請求項５】
前記混合して含む層と前記有機発光層との間に、正孔輸送層を有する請求項４記載の有機電界発光素子。
【請求項６】
前記電子輸送材料は、窒素を構成元素として含む複素環化合物（化１に示した化合物に該当するものを除く）である請求項１記載の有機電界発光素子。
【請求項７】
前記陽極は、アルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、クロム（Ｃｒ）、モリブデン（Ｍｏ）、タンタル（Ｔａ）、亜鉛（Ｚｎ）、チタニウム（Ｔｉ）および白金（Ｐｔ）からなる群のうちの少なくとも１種を含む請求項１記載の有機電界発光素子。
【請求項１】
陰極および陽極と、その間に設けられた有機発光層とを備え、
前記陽極と前記有機発光層との間に、電子輸送材料と、化１で表される化合物とを含む有機電界発光素子。
【化１】
（Ｒ１〜Ｒ６は水素、ハロゲン、ヒドロキシル基、アミノ基、アリールアミノ基、炭素数２０以下の置換あるいは無置換のカルボニル基を有する基、炭素数２０以下の置換あるいは無置換のカルボニルエステル結合を有する基、炭素数２０以下の置換あるいは無置換のアルキル基、炭素数２０以下の置換あるいは無置換のアルケニル基、炭素数２０以下の置換あるいは無置換のアルコキシル基、炭素数３０以下の置換あるいは無置換のアリール基、炭素数３０以下の置換あるいは無置換の複素環を有する基、ニトロ基、シアノ基またはシリル基である。ただし、隣り合うＲ１〜Ｒ６は結合して環状構造を形成してもよい。Ｘ１〜Ｘ６は炭素あるいは窒素原子である。）
【請求項２】
前記陽極と前記有機発光層との間に、前記陽極側から順に前記電子輸送材料を含む層および前記化１に示した化合物を含む層を積層して有する請求項１記載の有機電界発光素子。
【請求項３】
前記化１に示した化合物を含む層と前記有機発光層との間に、正孔輸送層を有する請求項２記載の有機電界発光素子。
【請求項４】
前記陽極と前記有機発光層との間に、前記電子輸送材料および前記化１に示した化合物を混合して含む層を有する請求項１記載の有機電界発光素子。
【請求項５】
前記混合して含む層と前記有機発光層との間に、正孔輸送層を有する請求項４記載の有機電界発光素子。
【請求項６】
前記電子輸送材料は、窒素を構成元素として含む複素環化合物（化１に示した化合物に該当するものを除く）である請求項１記載の有機電界発光素子。
【請求項７】
前記陽極は、アルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、クロム（Ｃｒ）、モリブデン（Ｍｏ）、タンタル（Ｔａ）、亜鉛（Ｚｎ）、チタニウム（Ｔｉ）および白金（Ｐｔ）からなる群のうちの少なくとも１種を含む請求項１記載の有機電界発光素子。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１０−２７８８５（Ｐ２０１０−２７８８５Ａ）
【公開日】平成２２年２月４日（２０１０．２．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１８８２００（Ｐ２００８−１８８２００）
【出願日】平成２０年７月２２日（２００８．７．２２）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年２月４日（２０１０．２．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年７月２２日（２００８．７．２２）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
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