電荷輸送性有機薄膜および有機エレクトロルミネッセンス素子
【課題】優れた電荷輸送性を有する電荷輸送性有機薄膜、および該電荷輸送性有機薄膜を備えた有機エレクトロルミネッセンス素子の提供。
【解決手段】本発明の電荷輸送性有機薄膜は、基材上に形成され、互いに平行でない複数のπ電子共役構造面を有する電荷輸送性のπ共役化合物を含んでなる電荷輸送性の非晶質薄膜であって、前記π共役化合物が電子輸送性である場合は最低非占有分子軌道（ＬＵＭＯ）が主に分布しているπ電子共役構造面を、前記π共役化合物が正孔輸送性である場合は最高占有分子軌道（ＨＯＭＯ）が主に分布しているπ電子共役構造面を、それぞれ第１のπ電子共役構造面としたとき、前記第１のπ電子共役構造面が前記基材の表面に対して実質的に平行に配向していることを特徴とする。
【解決手段】本発明の電荷輸送性有機薄膜は、基材上に形成され、互いに平行でない複数のπ電子共役構造面を有する電荷輸送性のπ共役化合物を含んでなる電荷輸送性の非晶質薄膜であって、前記π共役化合物が電子輸送性である場合は最低非占有分子軌道（ＬＵＭＯ）が主に分布しているπ電子共役構造面を、前記π共役化合物が正孔輸送性である場合は最高占有分子軌道（ＨＯＭＯ）が主に分布しているπ電子共役構造面を、それぞれ第１のπ電子共役構造面としたとき、前記第１のπ電子共役構造面が前記基材の表面に対して実質的に平行に配向していることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電荷輸送性有機薄膜および有機エレクトロルミネッセンス素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、高度情報化に伴い、フラットパネルディスプレイのニーズが高まっている。フラットパネルディスプレイとしては、非自発光型の液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、自発光型のプラズマディスプレイ（ＰＤＰ）、無機エレクトロルミネセンス（無機ＥＬ）ディスプレイ、有機エレクトロルミネセンス（有機ＥＬ）ディスプレイ等が知られているが、これらのフラットパネルディスプレイの中でも、有機ＥＬディスプレイは、自発光の点で特に注目されている。
【０００３】
有機エレクトロルミネッセンス素子（以下、「有機ＥＬ素子」と略称することがある。）としては、１９６０年代にアントラセン単結晶などの有機固体でのキャリア注入型ＥＬ素子が詳しく研究されていた。これらの素子は単層型のものであったが、その後、Ｔａｎｇ等は一対の電極間に発光層と正孔輸送層を有する積層型有機ＥＬ素子を提案した。これらの注入型ＥＬ素子の発光メカニズムは、［１］陰極からの電子注入と陽極からの正孔注入、［２］電子と正孔の固体中の移動、［３］電子と正孔の再結合、［４］生成された一重項励起子からの発光、という段階を経る点で共通する。
【０００４】
積層型有機ＥＬ素子の代表例としては、陽極としてガラス基板上にＩＴＯ（IndiumTin Oxide）膜を形成し、その上にＴＰＤ（Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−Ｎ，Ｎ’−ジ（３−メチルフェニル）−１，１’−ビフェニル−４，４’−ジアミン）を約５０ｎｍの厚さで形成し、その上部にＡｌｑ３（トリス（８−キノラリト）アルミニウム）を約５０ｎｍの厚さで形成し、さらに陰極としてＡｌ、Ｌｉ合金を蒸着することで素子を構成する例が挙げられる。
陽極に用いるＩＴＯの仕事関数を４．４〜５．０ｅＶとすることで、ＴＰＤに対して正孔を注入し易くし、陰極には仕事関数のできるだけ小さな金属で安定なものを選ぶ。例えば、ＡｌとＬｉの合金やＭｇとＡｇの合金などである。この構成によると、例えば、５Ｖ〜１０Ｖの直流電圧の印加により緑色の発光が得られる。
【０００５】
また、キャリア輸送層として導電性液晶を用いた例も知られている。例えば、非特許文献１には、長鎖トリフェニレン系化合物である、ディスコティック液晶の液晶相（Ｄｈ相）の移動度が１０−３〜１０−２ｃｍ２／Ｖｓｅｃであり、メゾフェーズ（中間相、液晶相ではない）での移動度が１０-１ｃｍ２／Ｖｓｅｃであることが開示されている。さらに、非特許文献２には、棒状液晶においても、フェニルナフタレン系のスメクチックＢ相における移動度が１０−３ｃｍ２／Ｖｓｅｃ以上であることが開示されている。
上記したような従来の有機ＥＬ素子では、有機化合物層の厚さは２層或いは３層の膜厚総計で５０〜５００ｎｍ前後である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平６−３３００１８号公報
【特許文献２】特開２００１−１６７８８７号公報
【特許文献３】特開２００１−１６７８８８号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】Ｎａｔｕｒｅ，Ｖｏｌ．３７１，ｐ．１４１
【非特許文献２】半那純一、応用物理、第６８巻、第１号、ｐ．２６，
【非特許文献３】Ｏｒｇａｎｉｃ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，１０，２００９，１２７−１３７
【非特許文献４】Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ，９３，２００８，１７３３０２
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従来の有機ＥＬ素子は、厚さが１００ｎｍ前後の薄層に１００ＭＶ／ｃｍ程度の高電圧を印加するため、電極間ショートが起こりやすいという問題があった。この問題は、有機層各層の膜厚を厚くする、あるいは、有機層を多層にすることで多少軽減されるが、生産性が低下する、さらに駆動電圧が上昇するといった問題が生じる。１００ＭＶ／ｃｍ程度の電界を印加する理由は、有機層のキャリア移動度が小さいためであり、高移動度の有機層を形成できれば印加電界を低減することができる。現在、一般に有機ＥＬ素子に用いられているキャリア輸送層の移動度は１０−５〜１０−３ｃｍ２／Ｖｓｅｃであり、アモルファス材料でも１０−３ｃｍ２／Ｖｓｅｃ程度が限界といわれている。
そのため、高移動度を有する導電性液晶化合物を用いた新しいキャリア輸送層や発光層が期待されている。例えば、キャリア輸送性の高い導電性液晶としては、ディスコティック液晶や高い秩序度を有するスメクチック液晶が挙げられる。
【０００９】
このような問題点を解決するために、強電界条件下で低分子有機材料をスピンコート製膜することによる分子配向方向が制御された有機非晶質薄膜の製造が提案されている（特許文献１参照）。しかしながら、特許文献１では、得られる有機薄膜の分子配向状態に関する情報が開示されておらず、その得られた薄膜が与える特性としては２次の非線形光学効果が明らかにされているのみであった。また、有機ＥＬ素子において、そのキャリア輸送層に導電性液晶化合物を用いることによる配向制御された薄膜を用いる試みもなされているが（特許文献２、３参照）、非晶質薄膜を得る方法は開示されておらず、また、有機ＥＬ素子としての特性も十分ではなかった。最近、π共役材料としてスチリル系化合物の蒸着製膜を行った場合、基板に対して水平方向の配向が優先することが報告されたが、水平配向が優先することによる電荷輸送特性の変化や、水平配向が優先することを利用した具体的な有機半導体素子については示されていない（非特許文献３、４参照）。
【００１０】
本発明は、このような従来の実情に鑑みてなされたものであり、優れた電荷輸送性を有する電荷輸送性有機薄膜、および該電荷輸送性有機薄膜を備えた有機エレクトロルミネッセンス素子を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明者らは、上記課題を解決するため、電荷輸送性の有機薄膜を構成するπ共役化合物の最高占有分子軌道（ＨＯＭＯ）および最低非占有分子軌道（ＬＵＭＯ）に着目し、鋭意研究を重ねた。その結果、有機層のπ共役化合物において、ＨＯＭＯまたはＬＵＭＯが主に分布しているπ電子共役面の配向を制御することにより、有機層の電荷輸送性を高めることができることを見出し、本発明を完成するに至った。すなわち、本発明は、以下の構成を採用した。
【００１２】
本発明の電荷輸送性有機薄膜は、基材上に形成され、互いに平行でない複数のπ電子共役構造面を有する電荷輸送性のπ共役化合物を含んでなる電荷輸送性の非晶質薄膜であって、前記π共役化合物が電子輸送性である場合は最低非占有分子軌道（ＬＵＭＯ）が主に分布しているπ電子共役構造面を、前記π共役化合物が正孔輸送性である場合は最高占有分子軌道（ＨＯＭＯ）が主に分布しているπ電子共役構造面を、それぞれ第１のπ電子共役構造面としたとき、前記第１のπ電子共役構造面が前記基材の表面に対して実質的に平行に配向していることを特徴とする。
【００１３】
本発明の電荷輸送性有機薄膜は、前記ＨＯＭＯおよび前記ＬＵＭＯが、Ｇａｕｓｓｉａｎ０９Ｗを用いた非経験的分子軌道計算法により導出されることが好ましい。
本発明の電荷輸送性有機薄膜は、前記第１のπ電子共役構造面に平行な遷移双極子モーメントの方向に対する２次の配向パラメータＳが、−０．１〜−０．５の範囲にあることができる。
本発明の電荷輸送性有機薄膜は、前記第１のπ電子共役構造面が長軸および短軸を有し、前記第１のπ電子共役構造面の長軸方向に対する２次の配向パラメータSが、−０．１〜−０．５の範囲にあることもできる。
本発明の電荷輸送性有機薄膜は、前記第１のπ共役構造面が、前記π共役化合物において最も面積の広いπ電子共役構造面であることもできる。
【００１４】
本発明の有機エレクトロルミネッセンス素子は、発光材料を含む少なくとも１層の有機層が２枚の対向する電極間に配置された有機エレクトロルミネッセンス素子であって、前記有機層が、上記本発明の電荷輸送性有機薄膜を含んでなることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、優れた電荷輸送性を有する電荷輸送性有機薄膜、および該電荷輸送性有機薄膜を備えた有機エレクトロルミネッセンス素子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本実施形態の電荷輸送性有機薄膜を適用した素子の一例を示す模式図である。
【図２】図２（ａ）はＭＡＤＮの安定構造を示し、図２（ｃ）はＭＡＤＮのＨＯＭＯの分子軌道を示し、図２（ｃ）はＭＡＤＮのＬＵＭＯの分子軌道を示す。
【図３】本発明に係る有機ＥＬ素子の一実施形態を示す概略模式図である。
【図４】図４（ａ）はα−ＮＰＤの安定構造であり、図４（ｂ）はα−ＮＰＤのＨＯＭＯの分子軌道である。
【図５】図５（ａ）はＴｃＴａの安定構造であり、図５（ｂ）はＴｃＴａのＨＯＭＯの分子軌道である。
【図６】図６（ａ）はＢＣＰの安定構造であり、図６（ｂ）はＢＣＰのＬＵＭＯの分子軌道である。
【図７】図７（ａ）はｍＣＰの安定構造であり、図７（ｂ）はｍＣＰのＨＯＭＯの分子軌道である。
【図８】図８（ａ）は比較例１の素子１の解析結果を示すグラフであり、図８（ｂ）は実施例１の素子２の解析結果を示すグラフである。
【図９】比較例１の素子１及び実施例１の素子２の電流−電圧（Ｉ−Ｖ）特性測定結果を示すグラフである。
【図１０】検討例１の電流−電圧（Ｉ−Ｖ）特性測定結果を示すグラフである。
【図１１】検討例２の配向パラメータＳおよび２Ｖ印加時の電流密度を示すグラフである。
【図１２】検討例３の配向パラメータＳを示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明に係る電荷輸送性有機薄膜、及びこれを用いた有機エレクトロルミネッセンス素子の一実施形態について説明する。なお、以下に示す実施形態は、発明の趣旨をより良く理解させるために具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。また、以下の説明で用いる図面は、本発明の特徴をわかりやすくするために、便宜上、要部となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。
【００１８】
本実施形態の電荷輸送性有機薄膜は、分子構造中に互いに平行でない複数のπ電子共役構造面を有する電荷輸送性のπ共役化合物を含んでなる電荷輸送性の非晶質薄膜である。ここで、「電荷輸送性」とは、電子輸送性または正孔輸送性であることを表す。
【００１９】
従来より、電荷輸送性の有機薄膜において、有機薄膜を構成するπ共役化合物を電極等の基材の平面に対して平行に配向させる技術が開示されている。しかし、π共役化合物の分子構造によっては、分子構造中の全てのπ電子共役構造面が同一平面上にない場合がある。
【００２０】
本発明者らが、互いに平行でない複数のπ電子共役構造面を有するπ共役化合物を含む電荷輸送性の非晶質薄膜について鋭意研究を行ったところ、π共役化合物のπ電子軌道のうち、最高占有分子軌道（ＨＯＭＯ）または最低非占有分子軌道（ＬＵＭＯ）の分布を考慮して薄膜中のπ共役化合物の配向を制御することが電荷輸送性の向上には重要であることを見出した。電荷（電子、正孔）移動の起こり易さは、薄膜中の導電方向における電荷移動に関与するπ軌道の重なりが重要である。そのため、従来技術のように、分子中のいずれかのπ電子共役構造面を電極等の基材表面に対して平行に配向させるだけでは、必ずしも電荷輸送性が向上しない場合があることが判明した。
【００２１】
図１に本実施形態の電荷輸送性有機薄膜を適用した素子の一例を模式的に示す。図１に示す素子１０は、一対の電極１、２間に本実施形態の電荷輸送性有機薄膜５（以下、「有機薄膜５」と略称することがある。）が狭持されて構成されている。有機薄膜５の膜厚は、特に限定されず、例えば、１０〜１００ｎｍの範囲とされる。
本実施形態の有機薄膜５において、有機薄膜５を構成するπ共役化合物は、その分子構造中の複数のπ電子共役構造面のうち、ＨＯＭＯあるいはＬＵＭＯが主に分布しているπ電子共役構造面（第１のπ電子共役構造面）が、基材である電極１（または電極２）の表面に対して実質的に平行に配向している。
【００２２】
ここで、本実施形態において有機薄膜５が形成される基材とは、その表面が平坦である結晶性又は非晶質性の板状の基材（基板）を用いることができる。例えば、結晶性基板としては、シリコン、サファイア等による単結晶基板や、その表面に有機または無機薄膜を成膜した基板、ガラス基板上にＩＴＯ（Indium Tin Oxide）のような無機導電性酸化物の電極を成膜した基板、または電極等が挙げられる。
本実施形態の有機薄膜５を構成するπ共役化合物が有するπ電子共役構造面としては、ベンゼン環、ナフタレン環、アントラセン環、フェナントロリン環、ベンゾフラン環、ベンゾジフラン環、トリアジン環、イミダゾール環、ベンゾイミダゾール環、トリアゾール環、ピリジン環、オキサジアゾール環、カルバゾール環等が挙げられる。
また、本実施形態において、π電子共役構造面（第１のπ電子共役構造面）が基材の表面に対して実質的に平行に配向とは、該π電子共役構造面が基材表面に完全に平行な場合は勿論のこと、該π電子共役構造面と基材表面とがなす角度が４５°未満になるように配向している状態を示す。
【００２３】
本実施形態の有機薄膜５において、有機薄膜５を構成するπ共役化合物が電子輸送性である場合、電子移動に関与する軌道であるＬＵＭＯが主に分布しているπ電子共役構造面が基材である電極１の表面に対して実質的に平行となるように配向している。これにより、有機薄膜５の膜厚方向（導電方向）に隣接するπ共役化合物のＬＵＭＯに相当するπ電子軌道の重なりが大きくなり、電極１、２に挟まれた有機薄膜５の膜厚方向の電子輸送性が向上する。
また、本実施形態の有機薄膜５において、有機薄膜５を構成するπ共役化合物が正孔輸送性である場合、正孔移動に関与する軌道であるＨＯＭＯが主に分布しているπ電子共役構造面が基材である電極１の表面に対して実質的に平行となるように配向している。これにより、有機薄膜５の膜厚方向（導電方向）に隣接するπ共役化合物のＨＯＭＯに相当するπ電子軌道の重なりが大きくなり、電極１、２に挟まれた有機薄膜５の膜厚方向の正孔輸送性が向上する。
【００２４】
このように高い電荷輸送性を有する本実施形態の有機薄膜５を用いて後述する有機エレクトロルミネッセンス素子（以下、「有機ＥＬ素子」と略称することがある。）を構成するならば、電極から有機層（有機薄膜）への電荷の注入効率が向上するので、有機ＥＬ素子の駆動電圧を低電圧化できる。
【００２５】
有機薄膜５を構成するπ共役化合物のＨＯＭＯおよびＬＵＭＯの分布は、非経験的分子軌道法により算出することができる。非経験的分子軌道法を用いたＨＯＭＯおよびＬＵＭＯ算出は、汎用の量子化学計算ソフトを用いて行うことができ、例えば、米国Gaussian社製のGaussianシリーズ、Schrodinger社製のMarcoModel、Wavefunction社製のSpartan、アドバンスソフト社製のABINIT-MP/BioStation等が挙げられ、Gaussian09（Gaussian09W、Gaussian09M）が好適である。
Gaussian09Wを用いてπ共役化合物のＨＯＭＯまたはＬＵＭＯの分布を計算する場合、まず、チェックポイントファイルの指定、分子モデルの初期座標、計算方法と基底関数、電荷とスピン多重度を入力してインプットファイルを作成し、計算を実行することにより最適構造化を行い、π共役化合物の安定構造を計算する。次いで、得られた安定構造に対して分子軌道を表示することにより、π共役化合物のＨＯＭＯまたはＬＵＭＯの分布を可視化することができる。なお、インプットファイルの作成・実行の際の計算方法には、Hartree-Fock法、密度汎関数法（DFT）、MP（Moller Plesset perturbation theory）法、CC（Coupled Cluster theory）法を選択できる。本明細書において後述するＧａｕｓｓｉａｎ09Ｗによる計算は、DFT法を用いて行った。また、Ｇａｕｓｓｉａｎ09Ｗでは安定構造の計算と同時にHOMO、LUMOも計算されており、GaussianViewによりHOMO、LUMOの分布を可視化できる。
【００２６】
例えば、両極性電荷輸送性を示す有機材料として注目されている２−メチル−９，１０−ビス（ナフタレン−２−イル）アントラセン（ＭＡＤＮ）の分子構造を以下に示す。
【００２７】
【化１】
【００２８】
ＭＡＤＮはアントラセンの両側（９位と１０位）にナフタレンが結合した構造である。
ＭＡＤＮについて、Ｇａｕｓｓｉａｎ０９Ｗを用いた非経験的分子軌道計算法のレベルＢ３ＬＹＰ／６−３１Ｇ（ｄ）により計算したＭＡＤＮの安定構造を図２（ａ）に示す。また、この安定構造に対してＭＡＤＮのＨＯＭＯの分子軌道を可視化したものを 図２（ｂ）に、ＬＵＭＯの分子軌道を可視化したものを図２（ｃ）に示す。
図２に示すように、ＭＡＤＮのＨＯＭＯおよびＬＵＭＯの分子軌道はアントラセン環にあり、ナフタレン環にはほとんど存在しない。
ＭＡＤＮは両極性電荷輸送性であるが、後述の如く有機ＥＬ素子の電極間に配置される有機層の一層としてＭＡＤＮを適用するには、ＭＡＤＮ膜を電荷輸送性または正孔輸送性の層として機能させるいずれの場合にも、ＨＯＭＯおよびＬＵＭＯが主に分布しているアントラセン環が、基材である電極表面に対して実質的に水平方向に配向するように膜中のＭＡＤＮの配向を制御することにより、ＭＡＤＮ膜の電荷輸送性を向上させることができ、当該有機ＥＬ素子の駆動電圧を低電圧化できる。
【００２９】
有機薄膜５中のπ共役化合物の配向を上記の如く制御する方法としては、有機薄膜５の成膜後に熱処理を施す方法、有機薄膜５の成膜中の加熱、磁場あるいは電場の印加等により配向性を生じさせる方法が挙げられる。
一例として、ＭＡＤＮ膜の場合は、後述の実施例に示す如く、成膜後のＭＡＤＮ膜を１４０℃で熱処理する、又はＭＡＤＮ膜の成膜時の基材（基板あるいは電極の成膜面）の温度を６０℃以上にする、ことによりＭＡＤＮのアントラセン環が実質的に基材表面に対して水平方向に配向したＭＡＤＮ膜を成膜できる。
【００３０】
上述の如く本実施形態に有機薄膜５は、π共役化合物の複数のπ電子共役構造面のうち、電荷移動に関与する分子軌道（π共役化合物が正孔輸送性の場合はＨＯＭＯ、電子輸送性の場合はＬＵＭＯ）が主に分布するπ電子共役構造面が、基材表面に対して実質的に水平に配向して構成されている。ここで、「ＨＯＭＯまたはＬＵＭＯが主に分布しているπ電子共役構造面」とは、π共役化合物の複数のπ電子共役構造平面の中で、ＨＯＭＯまたはＬＵＭＯの分布割合が最も多いπ電子共役構造面を示す。なお、本実施形態の有機薄膜５を構成可能なπ共役化合物の中には、後述の如く、複数のπ電子共役構造面に満遍なくＨＯＭＯまたはＬＵＭＯが分布している場合もある。その場合は、最も面積の大きいπ電子共役構造面を基材表面に対して実質的に水平に配向させることが好ましく、これにより、有機薄膜５の電荷輸送性を向上できる。
【００３１】
本実施形態の有機薄膜５において、π共役化合物の複数のπ電子共役構造面のうち、ＨＯＭＯまたはＬＵＭＯが主に分布するπ電子共役構造面（第１のπ電子共役構造面）に平行な遷移双極子モーメントの方向に対する２次の配向パラメータＳが、−０．１〜−０．５の範囲であることが好ましい。有機薄膜Ｓの配向パラメータＳが前記範囲であることにより、第１のπ電子共役構造面が基材表面に対して水平方向に近くなり、有機薄膜５の電荷輸送性が良好となるので好ましい。後述の実施例で示す如く、第１のπ電子共役構造面が、他のπ電子共役構造面よりも、基材表面に対して水平方向に配向することにより、第１のπ電子共役構造面に平行な遷移双極子モーメントの方向に対する２次の配向パラメータＳが、−０．１以下となり、電荷輸送性が向上していることが確認されている。
【００３２】
配向パラメータＳは、分子の配向軸と、基材に対して垂直方向との角度をθ（°）とした時、以下の式（Ａ）で表される（非特許文献４参照）。
【００３３】
【数１】
【００３４】
（式（Ａ）中、kxyは基板に対して水平方向の消衰係数、kzは基板に対して垂直方向の消衰係数を表す。）
ここで、ｘ及びｙを、互いに直交し且つ光学的に等方的な二つの方向とし、これらの方向の消衰係数をｋｘ及びｋｙとすると、ｋｘｙ＝ｋｘ＝ｋｙである。
式（Ａ）において、kxyおよびkzは有機薄膜５の分光エリプソメトリ等の光学的評価により求めることができる。例えば、有機薄膜が光学的に異方性を有していない場合はＳ＝０、有機薄膜中の分子配向方向が基材に対して完全に垂直方向の場合はＳ＝１、有機薄膜中の分子配向方向が基材に対して完全に水平方向の場合はＳ＝−０．５となる。そのため、本実施形態では、上記した配向パラメータＳの好ましい範囲の下限値を−０．５と設定した。
【００３５】
本実施形態の有機薄膜５において、式（Ａ）におけるθの設定基準となる分子の配向軸を、ＨＯＭＯまたはＬＵＭＯが主に分布するπ電子共役構造面（第１のπ電子共役構造面）に平行な遷移双極子モーメントの方向とする。ここで、有機薄膜５を構成するπ共役化合物のπ電子共役構造面に平行な方向を含む各方向の遷移双極子モーメントは、Ｇａｕｓｓｉａｎ０９Ｗの時間依存密度汎関数法（TD-DFT）を用いた電子励起状態の計算結果から得ることができる。得られた計算結果に遷移双極子モーメントの向き、大きさ、波長が記載されているので、これらと実際に測定した有機薄膜５の消衰係数曲線のピークの波長と比較することにより、どの吸収ピークがどの方向の遷移双極子モーメントに由来するかを判定できる。
【００３６】
本実施形態の有機薄膜５において、式（Ａ）におけるθの設定基準となる分子の配向軸は、ＨＯＭＯまたはＬＵＭＯが主に分布する第１のπ電子共役構造面に平行な遷移双極子モーメントの方向とされるが、上記したＭＡＤＮのように第１のπ電子共役構造面が、アントラセン等の長軸および短軸を有する形状の場合は、第１のπ電子共役構造面の長軸方向を分子の配向軸として、配向パラメータＳを設定することが好ましい。この場合の配向パラメータＳも、上記同様、−０．１〜−０．５の範囲とすることが好ましい。
【００３７】
また、本実施形態の有機薄膜５において、第１のπ電子共役構造面が直線状である場合は、第１のπ電子共役構造面の直線方向（長尺方向）を分子の配向軸として、配向パラメータＳを設定することが好ましい。この場合の配向パラメータＳも、上記同様、−０．１〜−０．５の範囲とすることが好ましい。
【００３８】
さらに、本実施形態の有機薄膜５において、第１のπ電子共役構造面が円形状あるいは正方形状である場合は、第１のπ電子共役構造面の面内にある（該共役構造面に平行な）遷移双極子モーメントの方向を分子の配向軸として、配向パラメータＳを設定することが好ましい。この場合の配向パラメータＳも、上記同様、−０．１〜−０．５の範囲とすることが好ましい。
【００３９】
以上説明したように、本実施形態の有機薄膜５は、π共役化合物の複数のπ電子共役構造面のうち、電荷移動に関与する分子軌道（π共役化合物が正孔輸送性の場合はＨＯＭＯ、電子輸送性の場合はＬＵＭＯ）が主に分布するπ電子共役構造面が、基材表面に対して実質的に水平に配向して構成されている。そのため、電荷移動に関与するπ軌道の重なりが大きくなることにより、良好な電荷輸送性を有する有機薄膜５となる。
本実施形態の電荷輸送性有機薄膜５は、有機エレクトロルミネッセンス素子、有機薄膜トランジスタ等、種々の有機電子デバイスに適用可能である。本実施形態の有機薄膜５は高い電荷輸送性を有するため、有機エレクトロルミネッセンス素子（有機ＥＬ素子）を構成する有機層の少なくとも一層として有機薄膜５を適用することで、該有機ＥＬ素子の電極から有機層（有機薄膜５）への電荷注入効率が向上し、該有機ＥＬ素子の駆動電圧を低電圧化できる。
【００４０】
以下、上記本実施形態の有機薄膜５を用いてなる有機エレクトロルミネッセンス素子（有機ＥＬ素子）の一実施形態について説明する。
図３は、本発明に係る有機ＥＬ素子の一実施形態を示す概略模式図である。
図３に示す本実施形態に係る有機ＥＬ素子２０は、ガラス板等の基板１１上に形成された第１電極（陽極）１２と、第１電極１２に対向配置された第２電極（陰極）１９と、この一対の電極１２、１９間に挟持された有機ＥＬ層（有機層）７から構成される。
【００４１】
有機ＥＬ層７は、公知の有機ＥＬ材料を用いる事が可能で、例えば、第１電極１２と第２電極１９との間に少なくとも有機発光材料からなる有機発光層７を有する有機層を含む有機ＥＬ層７により構成されているが、これらに限定されるものではない。
本実施形態の有機ＥＬ素子２０における有機ＥＬ層７は、有機発光層１５の単層構造でも、図３に示すような有機発光層１５と正孔輸送性または電子輸送性の電荷輸送層との多層構造でもよく、具体的には、下記の構成が挙げられるが、本発明はこれらにより限定されるものではない。
【００４２】
（１）有機発光層１５
（２）正孔輸送層１４／有機発光層１５
（３）有機発光層１５／電子輸送層１７
（４）正孔輸送層１４／有機発光層１５／電子輸送層１７
（５）正孔注入層１３／正孔輸送層１４／有機発光層１５／電子輸送層１７
（６）正孔注入層１３／正孔輸送層１４／有機発光層１５／電子輸送層１７／電子注入層１８
（７）正孔注入層１３／正孔輸送層１４／有機発光層１５／正孔防止層１６／電子輸送層１７
（８）正孔注入層１３／正孔輸送層１４／有機発光層１５／正孔防止層１６／電子輸送層１７／電子注入層１８
（９）正孔注入層１３／正孔輸送層１４／電子防止層／有機発光層１５／正孔防止層１６／電子輸送層１７／電子注入層１８
ここで、有機発光層１５、正孔注入層１３、正孔輸送層１４、正孔防止層１６、電子防止層、電子輸送層１７及び電子注入層１８の各層は、単層構造でも多層構造でもよい。
【００４３】
上記本実施形態の有機薄膜５は良好な電荷輸送性を有するため、本実施形態の有機ＥＬ素子２０の正孔注入層１３、正孔輸送層１４、電子防止層、有機発光層１５、正孔防止層１６、電子輸送層１７、電子注入層１８の少なくともいずれか一層に上記実施形態の有機薄膜５が適用されることが好ましい。
ここで、有機ＥＬ素子２０の有機ＥＬ素子７を構成する少なくとも一層が電荷輸送性のπ共役化合物より構成され、該π共役化合物がその分子構造中に複数の平行でないπ電子共役構造面を有する場合に、上記本実施形態の有機薄膜５を適用可能である。なお、有機薄膜５の配向を適用可能な層および化合物については、後述する。
【００４４】
以下、有機ＥＬ素子２０の各構成要素について説明する。
第１電極１２及び第２電極１９は、陽極又は陰極として機能するものであることが好ましい。陰極を構成する材料としては、アルカリ金属、アルカリ土類金属等が挙げられる。安定性を考慮する場合、陰極は、カルシウム膜、アルミニウム膜、アルミニウムリチウム合金、アルミニウム銅合金、アルミニウム銅シリコン合金、カルシウムとアルミニウムとの積層膜、リチウム、ナトリウムカリウム合金、マグネシウム合金膜、バリウム膜、バリウム化合物膜、セシウム膜、セシウム化合物膜、フッ素化合物膜等であることが好ましい。陽極を構成する材料としては、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）、酸化インジウム亜鉛（ＩＺＯ（登録商標））、酸化インジウム、酸化錫、Ｃｄ２ＳｎＯ４、酸化亜鉛、ヨウ化銅、金、白金等が挙げられる。なお、図３には、第１電極１２が陽極、第２電極１９が陰極の場合を示しているが、本発明はこれに限定されず、第１電極１２が陰極、第２電極１９が陽極であってもよい。その場合、有機ＥＬ層７の積層構造を図３とは上下逆にして、陽極側に正孔輸送性の層を配置し、陰極側に電子輸送性の層を配置すればよい。
【００４５】
第１電極１２及び第２電極１９は、上記の材料を用いてＥＢ（電子ビーム）蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法、抵抗加熱蒸着法等の公知の方法により基板上に形成することができるが、本発明はこれらの形成方法に限定されるものではない。また、必要に応じて、フォトリソグラフフィー法、レーザー剥離法により、形成した電極をパターン化することもでき、シャドーマスクと組み合わせることで直接パターン化した電極を形成することもできる。
第１電極１２及び第２電極１６の膜厚は、５０ｎｍ以上が好ましい。第１電極１２及び第２電極１９の膜厚が５０ｎｍ未満の場合には、配線抵抗が高くなることから、駆動電圧の上昇が生じるおそれがある。
【００４６】
有機発光層１５は、有機発光材料のみから構成されていてもよく、発光性のドーパントとホスト材料の組み合わせから構成されていてもよく、任意に正孔輸送材料、電子輸送材料、添加剤（ドナー、アクセプター等）等を含んでいてもよく、また、これらの材料が高分子材料（結着用樹脂）又は無機材料中に分散された構成であってもよい。発光効率・寿命の観点からは、ホスト材料中に発光性のドーパントが分散されたものが好ましい。
【００４７】
有機発光材料としては、有機ＥＬ用の公知の発光材料を用いることができる。このような発光材料は、低分子発光材料、高分子発光材料等に分類され、これらの具体的な化合物を以下に例示するが、本発明はこれらの材料に限定されるものではない。また、上記発光材料は、蛍光材料、燐光材料等に分類されるものでもよく、低消費電力化の観点で、発光効率の高い燐光材料を用いる事が好ましい。
ここで、具体的な化合物を以下に例示するが、本発明はこれらの材料に限定されるものではない。
【００４８】
有機発光層１５に用いられる低分子発光材料としては、例えば、４，４’−ビス（２，２’−ジフェニルビニル）−ビフェニル（ＤＰＶＢｉ）等の芳香族ジメチリデン化合物、５−メチル−２−［２−［４−（５−メチル−２−ベンゾオキサゾリル）フェニル］ビニル］ベンゾオキサゾール等のオキサジアゾール化合物、３−（４−ビフェニルイル）−４−フェニル−５−ｔ−ブチルフェニル−１，２，４−トリアゾール（ＴＡＺ）等のトリアゾール誘導体、１，４−ビス（２−メチルスチリル）ベンゼン等のスチリルベンゼン化合物、チオピラジンジオキシド誘導体、ベンゾキノン誘導体、ナフトキノン誘導体、アントラキノン誘導体、ジフェノキノン誘導体、フルオレノン誘導体等の蛍光性有機材料、及び、アゾメチン亜鉛錯体、（８−ヒドロキシキノリナト）アルミニウム錯体（Ａｌｑ３）等の蛍光発光有機金属錯体、ＢｅＢｑ（ビス（ベンゾキノリノラト）ベリリウム錯体）、ＤＴＶＢｉ（４，４’−ビス−（２，２−ジ−ｐ−トリル−ビニル）−ビフェニル）、Ｅｕ（ＤＢＭ）３（Ｐｈｅｎ）（トリス（１，３−ジフェニル−１，３−プロパンジオノ）（モノフェナントロリン）Ｅｕ（ＩＩＩ））、さらには、ジフェニルエチレン誘導体、トリフェニルアミン誘導体、ジアミノカルバゾール誘導体、ビススチリル誘導体、芳香性ジアミン誘導体、キナクリドン系化合物、ペリレン系化合物、クマリン系化合物、ジスチリルアリーレン誘導体（ＤＰＶＢｉ）、オリゴチオフェン誘導体（ＢＭＡ−３Ｔ）などが挙げられる。
【００４９】
有機発光層１５に用いられる高分子発光材料としては、例えば、ポリ（２−デシルオキシ−１，４−フェニレン）（ＤＯ−ＰＰＰ）、ポリ［２，５−ビス−［２−（Ｎ，Ｎ，Ｎ−トリエチルアンモニウム）エトキシ］−１，４−フェニル−アルト−１，４−フェニルレン］ジブロマイド（ＰＰＰ−ＮＥｔ３＋）、ポリ［２−（２’−エチルヘキシルオキシ）−５−メトキシ−１，４−フェニレンビニレン］（ＭＥＨ−ＰＰＶ）、ポリ［５−メトキシ−（２−プロパノキシサルフォニド）−１，４−フェニレンビニレン］（ＭＰＳ−ＰＰＶ）、ポリ［２，５−ビス−（ヘキシルオキシ）−１，４−フェニレン−（１−シアノビニレン）］（ＣＮ−ＰＰＶ）等のポリフェニレンビニレン誘導体、ポリ（９，９−ジオクチルフルオレン）（ＰＤＡＦ）等のポリスピロ誘導体などが挙げられる。
【００５０】
有機発光層１５が発光性のドーパントとホスト材料から構成される場合、有機発光層１５のホスト材料としては、４，４’−ビス（カルバゾール）ビフェニル、９，９−ジ（４−ジカルバゾール−ベンジル）フルオレン（ＣＰＦ）、１，３−ビス（カルバゾール−９−イル）ベンゼン（ｍＣＰ）、ポリ（Ｎ−オクチル−２，７−カルバゾール−Ｏ−９，９−ジオクチル−２，７−フルオレン）（ＰＣＦ）、４，４’−ビス（カルバゾール−９−イル）ビフェニル（ＣＢＰ）、９，９’−（５−（トリフェニルシリル）−１，３−フェニレン）ビス（９Ｈ−カルバゾール）（ＳｉｍＣＰ）、ビス（３，５−ジ（９Ｈ−カルバゾール−９−イル）フェニル）ジフェニルシラン（ＳｉｍＣＰ２）、９−（４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−３，６−ビス（トリフェニルシリル）−９Ｈ−カルバゾール（ＣｚＳｉ）、２，２’−ビス（４−カルバゾール−９−イル）フェニル）−ビフェニル（ＢＣＢＰ）、９，９’−（（２，６−ジフェニルベンゾ［１，２−ｂ：４，５−ｂ’］ジフラン−３，７−ジイル）ビス（４，１−フェニレン））ビス（９Ｈ−カルバゾール）（ＣＺＢＤＦ）、等のカルバゾール誘導体、４−（ジフェニルフォスフォイル）−Ｎ，Ｎ−ジフェニルアニリン（ＨＭ−Ａ１）等のアニリン誘導体、１，３−ビス（９−フェニル−９Ｈ−フルオレン−９−イル）ベンゼン（ｍＤＰＦＢ）、１，４−ビス（９−フェニル−９Ｈ−フルオレン−９−イル）ベンゼン（ｐＤＰＦＢ）、９，９−スピロビフルオレン−２−イル−ジフェニル−フォスフィンオキサイド（ＳＰＰＯ１）等のフルオレン誘導体、ビス（２−メチルフェニル）ジフェニルシラン（ＵＧＨ１）、１，４−ビストリフェニルシリルベンゼン（ＵＧＨ２）、プロパン−２，２’−ジイルビス（４，１−フェニレン）ジベンゾエート（ＭＭＡ１）、４，４’−ビス（ジフェニルフォスフィンオキサイド）ビフェニル（ＰＯ１）、２，８−ビス（ジフェニルフォスフォリル）ジベンゾ［ｂ，ｄ］チオフェン（ＰＰＴ）、４−（ジフェニルフォスフォリル）−Ｎ，Ｎ−ジフェニルアニリン（ＨＭ−Ａ１）、２，４−ビス（フェノキシ）−６−（３−メチルジフェニルアミノ）−１，３，５−トリアジン（ＢＰＭＴ）、２−メチル−９，１０−ジ（ナフタレン−２−イル）アントラセン（ＭＡＤＮ）等が挙げられる。
【００５１】
有機発光層１５が発光性のドーパントとホスト材料から構成される場合、有機発光層１５に含まれる発光性のドーパントとしては、有機ＥＬ用の公知のドーパント材料を用いることができる。このようなドーパント材料としては、例えば、ｐ−クォーターフェニル、３，５，３,５テトラ−ｔ−ブチルセクシフェニル、３，５，３，５−テトラ−ｔ−ブチル−ｐ−クィンクフェニル、スチリル誘導体等の蛍光発光材料、ビス［（４，６−ジフルオロフェニル）−ピリジナト−Ｎ，Ｃ２’］ピコリネート イリジウム（III）（ＦＩｒｐｉｃ）、ビス（４’，６’−ジフルオロフェニルポリジナト）テトラキス（１−ピラゾイル）ボレート イリジウム（III）（ＦＩｒ６）、トリス（２−フェニルピリジル）イリジウム（III）（Ｉｒ（ｐｐｙ）３）、トリス（１−フェニルイソキノリン）イリジウム（III）（Ｉｒ（ｐｉｑ）３）等の燐光発光有機金属錯体等が挙げられる。
【００５２】
電荷注入輸送層は、電荷（正孔、電子）の電極１２、１９からの注入と、有機発光層１５への輸送（注入）をより効率よく行う目的で、電荷注入層（正孔注入層１３、電子注入層１８）と電荷輸送層（正孔輸送層１４、電子輸送層１７）に分類され、以下に例示する電荷注入輸送材料のみから構成されていてもよく、任意に添加剤（ドナー、アクセプター等）等を含んでいてもよい。
電荷注入輸送材料としては、有機ＥＬ用、有機光導電体用の公知の電荷輸送材料を用いることができる。このような電荷注入輸送材料は、正孔注入輸送材料及び電子注入輸送材料に分類され、これらの具体的な化合物を以下に例示するが、本発明はこれらの材料に限定されるものではない。
【００５３】
正孔注入層１３および／または正孔輸送層１４を構成する正孔注入輸送材料としては、例えば、酸化バナジウム（Ｖ２Ｏ５）、酸化モリブデン（ＭｏＯ２）等の酸化物、無機ｐ型半導体材料、ポルフィリン化合物、Ｎ，Ｎ’−ビス（３−メチルフェニル）−Ｎ，Ｎ’−ビス（フェニル）−ベンジジン（ＴＰＤ）、Ｎ，Ｎ’−ジ（ナフタレン−１−イル）−Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−ベンジジン（α−ＮＰＤ）、トリス（４−（９Ｈ−カルバゾール−９−イル）フェニル）アミン（ＴｃＴａ）、４，４’−（シクロヘキサン−１，１−ジイル）ビス（Ｎ，Ｎ−ジ−ｐ−トリルアニリン）（ＴＡＰＣ）、２，２’−ビス（Ｎ，Ｎ−ジフェニルアミン）−９，９’−スピロビフルオレン（ＤＰＡＳ）、Ｎ１，Ｎ１’−（ビフェニル−４，４’−ジイル）ビス（Ｎ１−フェニル−Ｎ４，Ｎ４−ジ−ｍ−トリルベンゼン−１，４−ジアミン）（ＤＮＴＰＤ）、１，３−ビス（カルバゾール−９−イル）ベンゼン（ｍＣＰ）、Ｎ３，Ｎ３，Ｎ３”’， Ｎ３”’−テトラ−ｐ−トリル−［１，１’：２’，１”：２”，１”’−クオーターフェニル］−３，３”’−ジアミン（ＢＴＰＤ）、４，４’−（ジフェニルシランジイル）ビス（Ｎ，Ｎ−ジ−ｐ−トリルアニリン）（ＤＴＡＳｉ）、２，２−ビス（４−カルバゾール−９−イルフェニル）アダマンティン（Ａｄ−Ｃｚ）等の芳香族第三級アミン化合物、ヒドラゾン化合物、キナクリドン化合物、スチリルアミン化合物、２−メチル−９，１０−ジ（ナフタレン−２−イル）アントラセン（ＭＡＤＮ）等の低分子材料、ポリアニリン（ＰＡＮＩ）、ポリアニリン−樟脳スルホン酸（ＰＡＮＩ−ＣＳＡ）、３，４−ポリエチレンジオキシチオフェン／ポリスチレンサルフォネイト（ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ）、ポリ（トリフェニルアミン）誘導体（Ｐｏｌｙ−ＴＰＤ）、ポリビニルカルバゾール（ＰＶＣｚ）、ポリ（ｐ−フェニレンビニレン）（ＰＰＶ）、ポリ（ｐ−ナフタレンビニレン）（ＰＮＶ）等の高分子材料等が挙げられる。
【００５４】
陽極からの正孔の注入・輸送をより効率よく行う点で、正孔注入層１３として用いる材料としては、正孔輸送層１４に使用する正孔注入輸送材料より最高被占分子軌道（ＨＯＭＯ）のエネルギー準位が低い材料を用いることが好ましく、正孔輸送層１４としては、正孔注入層１３に使用する正孔注入輸送材料より正孔の移動度が、高い材料を用いることが好ましい。
【００５５】
また、より正孔の注入・輸送性を向上させるため、前記正孔注入輸送材料にアクセプターをドープする事が好ましい。アクセプターとしては、有機ＥＬ用の公知のアクセプター材料を用いることができる。これらの具体的な化合物を以下に例示するが、本発明はこれらの材料に限定されるものではない。
【００５６】
正孔注入層１３および／または正孔輸送層１４を構成する正孔注入輸送材料にドープ可能なアクセプター材料としては、Ａｕ、Ｐｔ、Ｗ，Ｉｒ、ＰＯＣｌ３ 、ＡｓＦ６ 、Ｃｌ、Ｂｒ、Ｉ、酸化バナジウム（Ｖ２Ｏ５）、酸化モリブデン（ＭｏＯ２）等の無機材料、ＴＣＮＱ（７，７，８，８，−テトラシアノキノジメタン）、ＴＣＮＱＦ４（テトラフルオロテトラシアノキノジメタン）、ＴＣＮＥ（テトラシアノエチレン）、ＨＣＮＢ（ヘキサシアノブタジエン）、ＤＤＱ（ジシクロジシアノベンゾキノン）等のシアノ基を有する化合物、ＴＮＦ（トリニトロフルオレノン）、ＤＮＦ（ジニトロフルオレノン）等のニトロ基を有する化合物、フルオラニル、クロラニル、ブロマニル等の有機材料が挙げられる。この内、ＴＣＮＱ、ＴＣＮＱＦ４、ＴＣＮＥ、ＨＣＮＢ、ＤＤＱ等のシアノ基を有する化合物がよりキャリア濃度を効果的に増加させることが可能であるためより好ましい。
【００５７】
電子注入層１８および／または電子輸送層１７を構成する電子注入輸送材料としては、例えば、ｎ型半導体である無機材料、１，３−ビス（２−（２，２’−ピリジン−６−イル）−１，３，４−オキサジアゾ−５−イル）ベンゼン（Ｂｐｙ−ＯＸＤ）、１，３−ビス（５−（４−（ｔｅｒｔ−ブチル）フェニル）−１，３，４−オキサジアゾールー２−イル）ベンゼン（ＯＸＤ７）等のオキサジアゾール誘導体、３−（４−ビフェニル）−４−フェニル−５−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル−１，２，４−トリアゾール（ＴＡＺ）等のトリアゾール誘導体、チオピラジンジオキシド誘導体、ベンゾキノン誘導体、ナフトキノン誘導体、アントラキノン誘導体、ジフェノキノン誘導体、フルオレノン誘導体、ベンゾジフラン誘導体、２−メチル−９，１０−ジ（ナフタレン−２−イル）アントラセン（ＭＡＤＮ）、２，９−ジメチル−４，７−ジフェニル−１，１０−フェナントロリン（ＢＣＰ）、トリス（２，４，６−トリメチル−３−（ピリジン−３−イル）フェニル）ボラン（３ＴＰＹＭＢ）、２，２’，２”−（１，３，５−ベンジントリル）−トリス（１−フェニル−１Ｈ−ベンゾイミダゾール）（ＴＰＢＩ）、４，７−ジフェニル−１，１０−フェナントロリン（ＢＰｈｅｎ）、ジフェニルビス（４−（ピリジン−３−イル）フェニル）シラン（ＤＰＰＳ）、１，３，５−トリ（（３−ピリジル）−フェン−３−イル）ベンゼン（ＴｍＰｙＰＢ）、１，３，５−トリ（ｐ−ピリジ−３−イル−フェニル）ベンゼン（ＴｐＰｙＰＢ）等の低分子材料；ポリ（オキサジアゾール）（Ｐｏｌｙ−ＯＸＺ）、ポリスチレン誘導体（ＰＳＳ）等の高分子材料が挙げられる。特に、電子注入材料としては、特にフッ化リチウム（ＬｉＦ）、フッ化バリウム（ＢａＦ２）等のフッ化物、酸化リチウム（Ｌｉ２Ｏ）等の酸化物等が挙げられる。
【００５８】
電子の陰極からの注入・輸送をより効率よく行う点で、電子注入層１８として用いる材料としては、電子輸送層１７に使用する電子注入輸送材料より最低空分子軌道（ＬＵＭＯ）のエネルギー準位が高い材料を用いることが好ましく、電子輸送層１７として用いる材料としては、電子注入層１８に使用する電子注入輸送材料より電子の移動度が高い材料を用いることが好ましい。
【００５９】
また、より電子の注入・輸送性を向上させるため、前記電子注入輸送材料にドナーをドープする事が好ましい。ドナーとしては、有機ＥＬ用の公知のドナー材料を用いることができる。これらの具体的な化合物を以下に例示するが、本発明はこれらの材料に限定されるものではない。
【００６０】
電子注入層１８および／または電子輸送層１７を構成する電子注入輸送材料にドープ可能なドナー材料としては、アルカリ金属、アルカリ土類金属、希土類元素、Ａｌ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｉｎ等の無機材料、アニリン類、フェニレンジアミン類、ベンジジン類（Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラフェニルベンジジン、Ｎ，Ｎ’−ビス−（３−メチルフェニル）−Ｎ，Ｎ’−ビス−（フェニル）−ベンジジン、Ｎ，Ｎ’−ジ（ナフタレン−１−イル）−Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−ベンジジン等）、トリフェニルアミン類（トリフェニルアミン、４，４’４”−トリス（Ｎ，Ｎ−ジフェニル−アミノ）−トリフェニルアミン、４，４’４”−トリス（Ｎ−３−メチルフェニル−Ｎ−フェニル−アミノ）−トリフェニルアミン、４，４’４”−トリス（Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニル−アミノ）−トリフェニルアミン等）、トリフェニルジアミン類（Ｎ，Ｎ’−ジ−（４−メチル−フェニル）−Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−１，４−フェニレンジアミン）等の芳香族３級アミンを骨格にもつ化合物、フェナントレン、ピレン、ペリレン、アントラセン、テトラセン、ペンタセン等の縮合多環化合物（ただし、縮合多環化合物は置換基を有してもよい）、ＴＴＦ（テトラチアフルバレン）類、ジベンゾフラン、フェノチアジン、カルバゾール等の有機材料がある。この内特に、芳香族３級アミンを骨格にもつ化合物、縮合多環化合物、アルカリ金属がよりキャリア濃度を効果的に増加させることが可能であるためより好ましい。
【００６１】
電子防止層としては、正孔輸送層１４及び正孔注入層１３として前記したものと同じものを使用することができる。
正孔防止層１６としては、電子輸送層１７及び電子注入層１８として前記したものと同じものを使用することができる。
【００６２】
有機発光層１５、正孔輸送層１４、電子輸送層１７、正孔注入層１３、電子注入層１８、正孔防止層１６及び電子防止層等の有機ＥＬ層７は、上記の材料を溶剤に溶解、分散させた有機ＥＬ層形成用塗液を用いて、スピンコーティング法、ディッピング法、ドクターブレード法、吐出コート法、スプレーコート法等の塗布法、インクジェット法、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等の印刷法等による公知のウエットプロセス、上記の材料を抵抗加熱蒸着法、電子線（ＥＢ）蒸着法、分子線エピタキシー（ＭＢＥ）法、スパッタリング法、有機気相蒸着（ＯＶＰＤ）法等の公知のドライプロセス、又は、レーザー転写法等により形成することができる。なお、ウエットプロセスにより有機ＥＬ層７を形成する場合には、有機ＥＬ層７形成用塗液は、レベリング剤、粘度調整剤等の塗液の物性を調整するための添加剤を含んでいてもよい。
【００６３】
有機ＥＬ層７を構成する各層の膜厚は、通常１〜１０００ｎｍ程度であり、１０〜２００ｎｍがより好ましい。有機ＥＬ層７を構成する各層の膜厚が１０ｎｍ未満であると、本来必要とされる物性（電荷（電子、正孔）の注入特性、輸送特性、閉じ込め特性）が得られない可能性や、ゴミ等の異物による画素欠陥が生じる虞がある。また、有機ＥＬ層７を構成する各層の膜厚が２００ｎｍを超えると駆動電圧の上昇が生じ、消費電力の上昇に繋がる虞がある。
【００６４】
有機ＥＬ層７を構成する層のいずれかの層に対して、上記した本発明に係る電荷輸送性有機薄膜５を適用する場合は、前述の如く有機薄膜を成膜した後に加熱処理する、有機薄膜を成膜時に加熱する、磁場あるいは電場の印加等により配向性を生じさせることにより、その配向性を制御すればよい。これにより、当該層を構成するπ共役化合物の複数のπ電子共役構造面のうち、電荷移動に関与するＨＯＭＯまたはＬＵＭＯが主に分布するπ電子共役構造面を基板１１（および電極１２）の表面に対して実質的に平行に配向させて、当該層の電荷輸送性を向上することができる。これにより、有機ＥＬ素子２０の有機ＥＬ層７の電荷輸送性が向上するので、電極１２、１９から有機ＥＬ層７への電荷の注入効率が向上でき、有機ＥＬ素子２０の駆動電圧を低電圧化できる。
【００６５】
以下、有機ＥＬ素子２０の有機ＥＬ層７において、上記した本発明に係る有機薄膜５の配向を適用可能なπ共役化合物および該化合物により構成される層の例を示す。
【００６６】
正孔注入層１３、正孔輸送層１４を構成する代表的な正孔輸送材料であるＮ，Ｎ’−ジ（ナフタレン−１−イル）−Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−ベンジジン（α−ＮＰＤ）の分子構造を以下に示す。
【００６７】
【化２】
【００６８】
また、Ｇａｕｓｓｉａｎ０９Ｗを用いた非経験的分子軌道計算法のレベルＢ３ＬＹＰ／６−３１Ｇにより計算したα−ＮＰＤの安定構造を図４（ａ）に示し、同計算法により計算したα−ＮＰＤのＨＯＭＯの分子軌道を図４（ｂ）に示す。
正孔輸送性のα−ＮＰＤは、正孔輸送に関与するＨＯＭＯの分子軌道は中央のビフェニル部に主に分布しており、ナフタレン部におけるＨＯＭＯの分子軌道はわずかである。従って、α−ＮＰＤを正孔注入層１３または正孔輸送層１４として用いる場合は、ナフタレン環が基板１１（電極１２）に対して水平方向に配向していても電荷輸送特性は低いと考えられ、ビフェニル部を基板１１（電極１２）に対して実質的に平行となるように配向させることで電荷輸送性を向上できると考えられる。
【００６９】
正孔注入層１３、正孔輸送層１４を構成する正孔輸送材料である４，４’，４”−トリス（カルバゾール−９−イル）トリフェニルアミン（ＴｃＴａ）の分子構造を以下に示す。
【００７０】
【化３】
【００７１】
また、Ｇａｕｓｓｉａｎ０９Ｗを用いた非経験的分子軌道計算法のレベルＢ３ＬＹＰ／６−３１Ｇにより計算したＴｃＴａの安定構造を図５（ａ）に示し、同計算法により計算したＴｃＴａのＨＯＭＯの分子軌道を図５（ｂ）に示す。
正孔輸送性のＴｃＴａは、正孔輸送に関与するＨＯＭＯの分子軌道が分子全体に分布しているが、カルバゾール部が最も面積の広いπ電子共役構造面となっており、いずれかのカルバゾールが基板に対して水平に配置することにより、電荷輸送性が向上すると考えられる。
【００７２】
電子注入層１８、電子輸送層１７を構成する電子輸送材料である２，９−ジメチル−４，７−ジフェニル−１，１０−フェナントロリン（ＢＣＰ）の分子構造を以下に示す。
【００７３】
【化４】
【００７４】
また、Ｇａｕｓｓｉａｎ０９Ｗを用いた非経験的分子軌道計算法のレベルＢ３ＬＹＰ／６−３１Ｇにより計算したＢＣＰの安定構造を図６（ａ）に示し、同計算法により計算したＢＣＰのＬＵＭＯの分子軌道を図６（ｂ）に示す。
電子輸送性のＢＣＰは、電子輸送に関与するＬＵＭＯの分子軌道が、主にフェナントロリン部に分布しており、フェナントロリンが基板１１（電極１２）に対して実質的に水平方向になるように配向させることにより、電荷輸送特性を向上できると考えられる。
【００７５】
有機発光層１５のホスト材料、あるいは、正孔注入層１３、正孔輸送層１４を構成する正孔輸送材料として用いられる１，３−ビス（カルバゾール−９−イル）ベンゼン（ｍＣＰ）の分子構造を以下に示す。
【００７６】
【化５】
【００７７】
また、Ｇａｕｓｓｉａｎ０９Ｗを用いた非経験的分子軌道計算法のレベルＢ３ＬＹＰ／６−３１Ｇにより計算したｍＣＰの安定構造を図７（ａ）に示し、同計算法により算出したｍＣＰのＨＯＭＯの分子軌道を図７（ｂ）に示す。
正孔輸送性のｍＣＰは、カルバゾール部において正孔輸送に関与するＨＯＭＯの分子軌道の広がりが大きく、カルバゾール環が基板１１（電極１２）に対して実質的に水平方向に配向している方が電荷輸送特性は高くなる考えられる。
【００７８】
正孔注入層１３または正孔輸送層１４を構成する正孔注入材料である４，４’−（シクロヘキサン−１，１−ジイル）ビス（Ｎ，Ｎ−ジ−ｐ−トリルアニリン）（ＴＡＰＣ）の分子構造を以下に示す。
【００７９】
【化６】
【００８０】
Ｇａｕｓｓｉａｎ０９Ｗを用いた非経験的分子軌道計算法のレベルＢ３ＬＹＰ／６−３１Ｇにより計算したところ、ＴＡＰＣにおいては、個々のベンゼン環がそれぞれπ電子共役構造面となり、各π電子共役構造面は６角形あるいは円であり、正孔輸送に関与するＨＯＭＯはシクロヘキサンと結合しているベンゼン環に比較的偏って分布している。従って、シクロヘキサンと結合しているベンゼン環が基板１１（電極１２）に対して実質的に水平方向になるように配向させることにより、電荷輸送特性を向上できると考えられる。
【００８１】
正孔注入層１３または正孔輸送層１４を構成する正孔注入材料である２，２’−ビス（Ｎ，Ｎ−ジフェニルアミン）−９，９’−スピロビフルオレン（ＤＰＡＳ）の分子構造を以下に示す。
【００８２】
【化７】
【００８３】
Ｇａｕｓｓｉａｎ０９Ｗを用いた非経験的分子軌道計算法のレベルＢ３ＬＹＰ／６−３１Ｇにより計算したところ、ＤＰＡＳにおいては、個々のベンゼン環がそれぞれπ電子共役構造面になっており、正孔輸送に関与するＨＯＭＯは主にジフェニルアミン 部に分布する。従って、ジフェニルアミン部が基板１１（電極１２）に対して実質的に水平方向になるように配向させることにより、電荷輸送特性を向上できると考えられる。
【００８４】
正孔注入層１３または正孔輸送層１４を構成する正孔注入材料であるＮ１，Ｎ１’−（ビフェニル−４，４’−ジイル）ビス（Ｎ１−フェニル−Ｎ４，Ｎ４−ジ−ｍ−トリルベンゼン−１，４−ジアミン）（ＤＮＴＰＤ）の分子構造を以下に示す。
【００８５】
【化８】
【００８６】
Ｇａｕｓｓｉａｎ０９Ｗを用いた非経験的分子軌道計算法のレベルＢ３ＬＹＰ／６−３１Ｇにより計算したところ、ＤＮＴＰＤにおいては、個々のベンゼン環は同一平面上にはなく、それぞれπ電子共役構造面になっており、正孔輸送に関与するＨＯＭＯはＮ原子で挟まれた4つのベンゼン環の部分で広がっている。従って、これらのベンゼン環が基板１１（電極１２）に対して実質的に水平方向になるように配向させることにより、電荷輸送特性を向上できると考えられる。
【００８７】
正孔輸送層１４または正孔注入層１３を構成する正孔輸送材料であるＮ３，Ｎ３，Ｎ３”’， Ｎ３”’−テトラ−ｐ−トリル−［１，１’：２’，１”：２”，１”’−クオーターフェニル］−３，３”’−ジアミン（ＢＴＰＤ）の分子構造を以下に示す。
【００８８】
【化９】
【００８９】
Ｇａｕｓｓｉａｎ０９Ｗを用いた非経験的分子軌道計算法のレベルＢ３ＬＹＰ／６−３１Ｇにより計算したところ、ＢＴＰＤにおいては、個々のベンゼン環は同一平面上にはなく、それぞれπ電子共役構造面になっており、正孔輸送に関与するＨＯＭＯは主にＮ原子に結合しているベンゼン環に分布している。従って、この部分が基板１１（電極１２）に対して実質的に水平方向になるように配向させることにより、電荷輸送特性を向上できると考えられる。
【００９０】
正孔輸送層１４または正孔注入層１３を構成する正孔輸送材料である４，４’−（ジフェニルシランジイル）ビス（Ｎ，Ｎ−ジ−ｐ−トリルアニリン）（ＤＴＡＳｉ）の分子構造を以下に示す。
【００９１】
【化１０】
【００９２】
Ｇａｕｓｓｉａｎ０９Ｗを用いた非経験的分子軌道計算法のレベルＢ３ＬＹＰ／６−３１Ｇにより計算したところ、ＤＴＡＳｉにおいては、個々のベンゼン環がそれぞれπ電子共役面になっており、正孔輸送に関与するＨＯＭＯは主にN原子に結合したベンゼン環に分布する。従って、N原子に結合したベンゼン環が基板１１（電極１２）に対して実質的に水平方向になるように配向させることにより、電荷輸送特性を向上できると考えられる。
【００９３】
正孔輸送層１４または正孔注入層１３を構成する正孔輸送材料である２，２−ビス（４−カルバゾール−９−イルフェニル）アダマンティン（Ａｄ−Ｃｚ）の分子構造を以下に示す。
【００９４】
【化１１】
【００９５】
Ｇａｕｓｓｉａｎ０９Ｗを用いた非経験的分子軌道計算法のレベルＢ３ＬＹＰ／６−３１Ｇにより計算したところ、Ａｄ−Ｃｚにおいては、それぞれのカルバゾール環、ベンゼン環が別々の互いに平行でないπ電子共役構造面を形成している。正孔輸送に関与するＨＯＭＯは主にカルバゾール部に分布する。従って、カルバゾール部が基板１１（電極１２）に対して実質的に水平方向になるように配向させることにより、電荷輸送特性を向上できると考えられる。
【００９６】
有機発光層１５のホスト材料である４，４’−ビス（カルバゾール−９−イル）ビフェニル（ＣＢＰ）の分子構造を以下に示す。
【００９７】
【化１２】
【００９８】
Ｇａｕｓｓｉａｎ０９Ｗを用いた非経験的分子軌道計算法のレベルＢ３ＬＹＰ／６−３１Ｇにより計算したところ、ＣＢＰにおいて、それぞれのカルバゾール環、ベンゼン環が別々のπ電子共役構造面を形成しており、全てのπ電子共役構造面が互いに平行ではない。ＣＢＰにおいて、正孔輸送に関与するＨＯＭＯは主にカルバゾール部に分布する。従って、カルバゾール部が基板１１（電極１２）に対して実質的に水平方向になるように配向させることにより、正孔輸送特性を向上できると考えられる。また、電子輸送に関与するＬＵＭＯは主にＮ原子に挟まれたビフェニル部に分布する。従って、Ｎ原子に挟まれたビフェニル部が基板１１（電極１２）に対して実質的に水平方向になるように配向させることにより、電子輸送特性を向上できると考えられる。
【００９９】
有機発光層１５のホスト材料であるビス（２−メチルフェニル）ジフェニルシラン（ＵＧＨ１）の分子構造を以下に示す。
【０１００】
【化１３】
【０１０１】
Ｇａｕｓｓｉａｎ０９Ｗを用いた非経験的分子軌道計算法のレベルＢ３ＬＹＰ／６−３１Ｇにより計算したところ、ＵＧＨ１において、各ベンゼン環が別々に互いに平行でないπ電子共役構造面を形成している。ＵＧＨ１において、正孔輸送に関与するＨＯＭＯは主にメチル基が結合しているベンゼン環に分布する。従って、メチル基が結合しているベンゼン環が基板１１（電極１２）に対して実質的に水平方向になるように配向させることにより、正孔輸送特性を向上できると考えられる。また、電子輸送に関与するLUＭＯは主にメチル基が結合していないベンゼン環に分布する。従って、メチル基が結合していないベンゼン環が基板１１（電極１２）に対して実質的に水平方向になるように配向させることにより、電子輸送特性を向上できると考えられる。
【０１０２】
有機発光層１５のホスト材料である１，４−ビストリフェニルシリルベンゼン（ＵＧＨ２）の分子構造を以下に示す。
【０１０３】
【化１４】
【０１０４】
Ｇａｕｓｓｉａｎ０９Ｗを用いた非経験的分子軌道計算法のレベルＢ３ＬＹＰ／６−３１Ｇにより計算したところ、ＵＧＨ２において、各ベンゼン環が別々に互いに平行でないπ電子共役構造面を形成している。ＵＧＨ２において、ＨＯＭＯおよびＬＵＭＯは主にＳｉ原子に挟まれたベンゼン環に分布する。従って、Ｓｉ原子に挟まれたベンゼン環が基板１１（電極１２）に対して実質的に水平方向になるように配向させることにより、電荷輸送特性を向上できると考えられる。
【０１０５】
有機発光層１５のホスト材料である９，９’−（５−（トリフェニルシリル）−１，３−フェニレン）ビス（９Ｈ−カルバゾール）（ＳｉｍＣＰ）の分子構造を以下に示す。
【０１０６】
【化１５】
【０１０７】
Ｇａｕｓｓｉａｎ０９Ｗを用いた非経験的分子軌道計算法のレベルＢ３ＬＹＰ／６−３１Ｇにより計算したところ、ＳｉｍＣＰにおいて、それぞれのカルバゾール環、ベンゼン環が別々に互いに平行でないπ電子共役構造面を形成している。ＳｉｍＣＰにおいて、正孔輸送に関与するＨＯＭＯは主にカルバゾール部に分布する。従って、カルバゾール部が基板１１（電極１２）に対して実質的に水平方向になるように配向させることにより、正孔輸送特性を向上できると考えられる。また、電子輸送に関与するＬＵＭＯは主に中央のベンゼン環に分布する。従って、中央のベンゼン環が基板１１（電極１２）に対して実質的に水平方向になるように配向させることにより、電子輸送特性を向上できると考えられる。
【０１０８】
有機発光層１５のホスト材料であるビス（３，５−ジ（９Ｈ−カルバゾール−９−イル）フェニル）ジフェニルシラン（ＳｉｍＣＰ２）の分子構造を以下に示す。
【０１０９】
【化１６】
【０１１０】
Ｇａｕｓｓｉａｎ０９Ｗを用いた非経験的分子軌道計算法のレベルＢ３ＬＹＰ／６−３１Ｇにより計算したところ、ＳｉｍＣＰ２において、それぞれのカルバゾール環、ベンゼン環が別々に互いに平行でないπ電子共役構造面を形成している。ＳｉｍＣＰ２において、正孔輸送に関与するＨＯＭＯは主にカルバゾール部に分布する。従って、カルバゾール部が基板１１（電極１２）に対して実質的に水平方向になるように配向させることにより、正孔輸送特性を向上できると考えられる。また、電子輸送に関与するＬＵＭＯは主にＳｉ原子とＮ原子が結合しているベンゼン環に分布する。従って、Ｓｉ原子とＮ原子が結合しているベンゼン環が基板１１（電極１２）に対して実質的に水平方向になるように配向させることにより、電子輸送特性を向上できると考えられる。
【０１１１】
有機発光層１５のホスト材料である９，９−スピロビフルオレン−２−イル−ジフェニル−フォスフィンオキサイド（ＳＰＰＯ１）の分子構造を以下に示す。
【０１１２】
【化１７】
【０１１３】
Ｇａｕｓｓｉａｎ０９Ｗを用いた非経験的分子軌道計算法のレベルＢ３ＬＹＰ／６−３１Ｇにより計算したところ、ＳＰＰＯ１において、各ベンゼン環が別々に互いに平行でないπ電子共役構造面を形成している。ＳＰＰＯ１において、正孔輸送に関与するＨＯＭＯは主にP原子と結合していない方のフルオレン部に分布する。従って、P原子と結合していない方のフルオレン部が基板１１（電極１２）に対して実質的に水平方向になるように配向させることにより、正孔輸送特性を向上できると考えられる。また、電子輸送に関与するＬＵＭＯは主にP原子と結合している方のフルオレン部に分布する。従って、P原子と結合している方のフルオレン部が基板１１（電極１２）に対して実質的に水平方向になるように配向させることにより、電子輸送特性を向上できると考えられる。
【０１１４】
有機発光層１５のホスト材料であるプロパン−２，２’−ジイルビス（４，１−フェニレン）ジベンゾエート（ＭＭＡ１）の分子構造を以下に示す。
【０１１５】
【化１８】
【０１１６】
Ｇａｕｓｓｉａｎ０９Ｗを用いた非経験的分子軌道計算法のレベルＢ３ＬＹＰ／６−３１Ｇにより計算したところ、ＭＭＡ１において、各ベンゼン環が別々に互いに平行でないπ電子共役構造面を形成している。ＭＭＡ１において、正孔輸送に関与するＨＯＭＯは主にＯ原子が結合しているベンゼン環に分布する。従って、Ｏ原子が結合しているベンゼン環が基板１１（電極１２）に対して実質的に水平方向になるように配向させることにより、正孔輸送特性を向上できると考えられる。また、電子輸送に関与するＬＵＭＯは主に末端のベンゼン環に分布する。従って、末端のベンゼン環が基板１１（電極１２）に対して実質的に水平方向になるように配向させることにより、電子輸送特性を向上できると考えられる。
【０１１７】
有機発光層１５のホスト材料である９−（４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−３，６−ビス（トリフェニルシリル）−９Ｈ−カルバゾール（ＣｚＳｉ）の分子構造を以下に示す。
【０１１８】
【化１９】
【０１１９】
Ｇａｕｓｓｉａｎ０９Ｗを用いた非経験的分子軌道計算法のレベルＢ３ＬＹＰ／６−３１Ｇにより計算したところ、ＣｚＳｉにおいて、中央のカルバゾール環、その他のベンゼン環が別々に互いに平行でないπ電子共役構造面を形成している。ＣｚＳｉにおいて、ＨＯＭＯおよびＬＵＭＯは主にカルバゾール部に分布する。従って、カルバゾール部が基板１１（電極１２）に対して実質的に水平方向になるように配向させることにより、電荷輸送特性を向上できると考えられる。
【０１２０】
有機発光層１５のホスト材料である４，４’−ビス（ジフェニルフォスフィンオキサイド）ビフェニル（ＰＯ１）の分子構造を以下に示す。
【０１２１】
【化２０】
【０１２２】
Ｇａｕｓｓｉａｎ０９Ｗを用いた非経験的分子軌道計算法のレベルＢ３ＬＹＰ／６−３１Ｇにより計算したところ、ＰＯ１において、真ん中の２つのベンゼン環（ビフェニル部）が同一平面上にあり、１つのπ電子共役構造面を形成しており、その他のベンゼン環（ジフェニル部）のπ電子共役構造面とは互いに平行でない。ＰＯ１において、ＨＯＭＯおよびＬＵＭＯは主にジフェニル部に分布する。従って、ジフェニル部が基板１１（電極１２）に対して実質的に水平方向になるように配向させることにより、電荷輸送特性を向上できると考えられる。
【０１２３】
有機発光層１５のホスト材料である２，２’−ビス（４−カルバゾール−９−イル）フェニル）−ビフェニル（ＢＣＢＰ）の分子構造を以下に示す。
【０１２４】
【化２１】
【０１２５】
Ｇａｕｓｓｉａｎ０９Ｗを用いた非経験的分子軌道計算法のレベルＢ３ＬＹＰ／６−３１Ｇにより計算したところ、ＢＣＢＰにおいて、両側のカルバゾール環と中央の4つのベンゼン環は同一平面上になく、互いに平行でないπ電子共役構造面を形成している。ＢＣＢＰにおいて、正孔輸送に関与するＨＯＭＯは主にカルバゾール部に分布する。従って、カルバゾール部が基板１１（電極１２）に対して実質的に水平方向になるように配向させることにより、正孔輸送特性を向上できると考えられる。また、電子輸送に関与するＬＵＭＯは主にカルバゾールに結合したフェニルおよびビフェニル部に分布する。従って、カルバゾールに結合したフェニルおよびビフェニル部が基板１１（電極１２）に対して実質的に水平方向になるように配向させることにより、電子輸送特性を向上できると考えられる。
【０１２６】
有機発光層１５のホスト材料である２，８−ビス（ジフェニルフォスフォリル）ジベンゾ［ｂ，ｄ］チオフェン（ＰＰＴ）の分子構造を以下に示す。
【０１２７】
【化２２】
【０１２８】
Ｇａｕｓｓｉａｎ０９Ｗを用いた非経験的分子軌道計算法のレベルＢ３ＬＹＰ／６−３１Ｇにより計算したところ、ＰＰＴにおいて、中央のジベンゾチオフェンとベンゼン環とが互いに平行でないπ電子共役構造面となっている。ＰＰＴにおいて、ＨＯＭＯおよびＬＵＭＯは主にジベンゾチオフェン部に分布する。従って、ジベンゾチオフェン部が基板１１（電極１２）に対して実質的に水平方向になるように配向させることにより、電荷輸送特性を向上できると考えられる。
【０１２９】
有機発光層１５のホスト材料である４−（ジフェニルフォスフォリル）−Ｎ，Ｎ−ジフェニルアニリン（ＨＭ−Ａ１）の分子構造を以下に示す。
【０１３０】
【化２３】
【０１３１】
Ｇａｕｓｓｉａｎ０９Ｗを用いた非経験的分子軌道計算法のレベルＢ３ＬＹＰ／６−３１Ｇにより計算したところ、ＨＭ−Ａ１において、各ベンゼン環が別々に互いに平行でないπ電子共役構造面を形成している。ＨＭ−Ａ１において、正孔輸送に関与するＨＯＭＯは主にジフェニルアニリン部に分布する。従って、ジフェニルアニリン部が基板１１（電極１２）に対して実質的に水平方向になるように配向させることにより、正孔輸送特性を向上できると考えられる。また、電子輸送に関与するＬＵＭＯは主にＮ原子とＰ原子に挟まれたベンゼン環に分布する。従って、Ｎ原子とＰ原子に挟まれたベンゼン環が基板１１（電極１２）に対して実質的に水平方向になるように配向させることにより、電子輸送特性を向上できると考えられる。
【０１３２】
有機発光層１５のホスト材料である９，９’−（（２，６−ジフェニルベンゾ［１，２−ｂ：４，５−ｂ’］ジフラン−３，７−ジイル）ビス（４，１−フェニレン））ビス（９Ｈ−カルバゾール）（ＣＺＢＤＦ）の分子構造を以下に示す。
【０１３３】
【化２４】
【０１３４】
Ｇａｕｓｓｉａｎ０９Ｗを用いた非経験的分子軌道計算法のレベルＢ３ＬＹＰ／６−３１Ｇにより計算したところ、ＣＺＢＤＦにおいて、中央のベンゾジフランと両端のカルバゾール、その他のベンゼン環が互いに平行でないπ電子共役構造面を形成している。ＣＺＢＤＦにおいて、ＨＯＭＯおよびＬＵＭＯは主にジベンゾフラン部に分布する。従って、ジベンゾフラン部が基板１１（電極１２）に対して実質的に水平方向になるように配向させることにより、電荷輸送特性を向上できると考えられる。
【０１３５】
有機発光層１５のホスト材料である２，４−ビス（フェノキシ）−６−（３−メチルジフェニルアミノ）−１，３，５−トリアジン（ＢＰＭＴ）の分子構造を以下に示す。
【０１３６】
【化２５】
【０１３７】
Ｇａｕｓｓｉａｎ０９Ｗを用いた非経験的分子軌道計算法のレベルＢ３ＬＹＰ／６−３１Ｇにより計算したところ、ＢＰＭＴにおいて、トリアジン環、ベンゼン環が互いに平行でないπ電子共役構造面を形成している。ＢＰＭＴにおいて、正孔輸送に関与するＨＯＭＯは主にジフェニルアミノ基に分布する。従って、ジフェニルアミノ基が基板１１（電極１２）に対して実質的に水平方向になるように配向させることにより、正孔輸送特性を向上できると考えられる。また、電子輸送に関与するＬＵＭＯは主にトリアジン環およびトリアジン環とＯ原子を介して結合しているベンゼン環に分布する。従って、トリアジン環およびトリアジン環とＯ原子を介して結合しているベンゼン環が基板１１（電極１２）に対して実質的に水平方向になるように配向させることにより、電子輸送特性を向上できると考えられる。
【０１３８】
電子輸送層１７または電子注入層１８を構成する電子輸送材料である２，２’，２”−（１，３，５−ベンジントリル）−トリス（１−フェニル−１Ｈ−ベンゾイミダゾール）（ＴＰＢＩ）の分子構造を以下に示す。
【０１３９】
【化２６】
【０１４０】
Ｇａｕｓｓｉａｎ０９Ｗを用いた非経験的分子軌道計算法のレベルＢ３ＬＹＰ／６−３１Ｇにより計算したところ、ＴＰＢＩ３において、各ベンゾイミダゾールとベンゼン環は互いに平行でないπ電子共役構造面を形成している。電子輸送に関与するＬＵＭＯは主に中央のベンゼン環に分布する。従って、中央のベンゼン環が基板１１（電極１２）に対して実質的に水平方向になるように配向させることにより、電荷輸送特性を向上できると考えられる。
【０１４１】
電子輸送層１７または電子注入層１８を構成する電子輸送材料である３−（４−ビフェニル）−４−フェニル−５−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル−１，２，４−トリアゾール（ＴＡＺ）の分子構造を以下に示す。
【０１４２】
【化２７】
【０１４３】
Ｇａｕｓｓｉａｎ０９Ｗを用いた非経験的分子軌道計算法のレベルＢ３ＬＹＰ／６−３１Ｇにより計算したところ、ＴＡＺにおいて、トリアゾール環と各ベンゼン環は互いに平行でないπ電子共役構造面を形成している。電子輸送に関与するＬＵＭＯは主にビフェニルのトリアゾール側のベンゼン環に分布する。従って、ビフェニルのトリアゾール側のベンゼン環が基板１１（電極１２）に対して実質的に水平方向になるように配向させることにより、電荷輸送特性を向上できると考えられる。
【０１４４】
電子輸送層１７または電子注入層１８を構成する電子輸送材料である４，７−ジフェニル−１，１０−フェナントロリン（ＢＰｈｅｎ）の分子構造を以下に示す。
【０１４５】
【化２８】
【０１４６】
Ｇａｕｓｓｉａｎ０９Ｗを用いた非経験的分子軌道計算法のレベルＢ３ＬＹＰ／６−３１Ｇにより計算したところ、ＢＰｈｅｎにおいて、フェナントロリン環と各ベンゼン環は互いに平行でないπ電子共役構造面を形成している。電子輸送に関与するＬＵＭＯは主にフェナントロリン部に分布する。従って、フェナントロリン部が基板１１（電極１２）に対して実質的に水平方向になるように配向させることにより、電荷輸送特性を向上できると考えられる。
【０１４７】
電子輸送層１７または電子注入層１８を構成する電子輸送材料であるジフェニルビス（４−（ピリジン−３−イル）フェニル）シラン（ＤＰＰＳ）の分子構造を以下に示す。
【０１４８】
【化２９】
【０１４９】
Ｇａｕｓｓｉａｎ０９Ｗを用いた非経験的分子軌道計算法のレベルＢ３ＬＹＰ／６−３１Ｇにより計算したところ、ＤＰＰＳにおいて、各ピリジン環と各ベンゼン環は互いに平行でないπ電子共役構造面を形成している。電子輸送に関与するＬＵＭＯは主にピリジン環およびピリジン環と結合しているベンゼン環に分布する。従って、ピリジン環およびピリジン環と結合しているベンゼン環が基板１１（電極１２）に対して実質的に水平方向になるように配向させることにより、電荷輸送特性を向上できると考えられる。
【０１５０】
電子輸送層１７または電子注入層１８を構成する電子輸送材料である１，３，５−トリ（（３−ピリジル）−フェン−３−イル）ベンゼン（ＴｍＰｙＰＢ）の分子構造を以下に示す。
【０１５１】
【化３０】
【０１５２】
Ｇａｕｓｓｉａｎ０９Ｗを用いた非経験的分子軌道計算法のレベルＢ３ＬＹＰ／６−３１Ｇにより計算したところ、ＴｍＰｙＰＢにおいて、各ピリジン環と各ベンゼン環は互いに平行でないπ電子共役構造面を形成している。電子輸送に関与するＬＵＭＯは主に４つのベンゼン環（１，３，５−トリフェニルベンゼン部）に分布する。従って、４つのベンゼン環が基板１１（電極１２）に対して実質的に水平方向になるように配向させることにより、電荷輸送特性を向上できると考えられる。
【０１５３】
電子輸送層１７または電子注入層１８を構成する電子輸送材料である１，３，５−トリ（ｐ−ピリジ−３−イル−フェニル）ベンゼン（ＴｐＰｙＰＢ）の分子構造を以下に示す。
【０１５４】
【化３１】
【０１５５】
Ｇａｕｓｓｉａｎ０９Ｗを用いた非経験的分子軌道計算法のレベルＢ３ＬＹＰ／６−３１Ｇにより計算したところ、ＴｐＰｙＰＢにおいて、各ピリジン環と各ベンゼン環は互いに平行でないπ電子共役構造面を形成している。電子輸送に関与するＬＵＭＯは主に４つのベンゼン環（１，３，５−トリフェニルベンゼン部）に分布する。従って、４つのベンゼン環が基板１１（電極１２）に対して実質的に水平方向になるように配向させることにより、電荷輸送特性を向上できると考えられる。
【０１５６】
上記で例示した有機ＥＬ層７を構成するπ共役化合物および該化合物より構成される層は一例であるが、上記の如く、有機ＥＬ層７を構成する少なくともいずれかの層に対して、上記した本発明に係る電荷輸送性有機薄膜５を適用することができる。これにより、当該層を構成するπ共役化合物の複数のπ電子共役構造面のうち、電荷移動に関与するＨＯＭＯまたはＬＵＭＯが主に分布するπ電子共役構造面を基板１１（および電極１２）の表面に対して実質的に平行に配向させて、当該層の電荷輸送性を向上することができる。従って、有機ＥＬ素子２０の有機ＥＬ層７の電荷輸送性が向上するので、電極１２、１９から有機ＥＬ層７への電荷の注入効率が向上でき、有機ＥＬ素子２０の駆動電圧を低電圧化できる。
【０１５７】
なお、本発明に係る有機ＥＬ素子は、発光した光を基板側に放射するボトムエミッションタイプのデバイスで構成されていてもよいし、そうではなくて基板とは反対側に放射するトップエミッションタイプのデバイスで構成されていてもよい。また、本発明の有機発光素子の駆動方式は特に限定されず、アクティブ駆動方式でもパッシブ駆動方式でも良いが、有機発光素子をアクティブ駆動方式で駆動させる方が好ましい。アクティブ駆動方式を採用することにより、パッシブ駆動方式に比べて有機発光素子の発光時間を長くすることができ、所望の輝度を得る駆動電圧を低減し、低消費電力化が可能となるため好ましい。
【実施例】
【０１５８】
以下、実施例に基づき本発明をさらに詳述するが、本発明は以下の実施例に制限されるものではない。
【０１５９】
（比較例１）
基板として、電極および配線としてパターニングされた厚さ１５０ｎｍのＩＺＯ（登録商標、酸化インジウム亜鉛）膜が形成された厚さ０．７ｍｍのガラスを用いた。この基板を水洗後、純水超音波洗浄１０分、アセトン超音波洗浄１０分、イソプロピルアルコール蒸気洗浄５分を行い、１００℃にて１時間乾燥させた。
次に、洗浄後の基板に酸素を少量含む窒素雰囲気中でＵＶ光を照射し、表面の洗浄処理を施した後、真空蒸着装置内に導入した。その後、基板上に室温で膜厚１００ｎｍの２−メチル−９，１０−ビス（ナフタレン−２−イル）アントラセン（ＭＡＤＮ）を真空蒸着により形成した。次いで、電極および配線パターンを有するシャドーマスクを用いて、Ａｌを蒸着し、ＭＡＤＮ膜上に厚さ１００ｎｍのアルミニウム（Ａｌ）電極を形成し、その後にグローブボックス内にて封止して、比較例１の素子１を作製した。
【０１６０】
（実施例１）
比較例１の素子１と同じ手順でＩＺＯ（登録商標）上に膜厚１００ｎｍのＭＡＤＮを蒸着した後、酸素および水分濃度が制御された窒素雰囲気のグローブボックス内で、１４０℃で３０分間熱処理した。
次に、熱処理後のＭＡＤＮ付き基板を真空蒸着室内に戻し、電極および配線パターンを有するシャドーマスクを用いて、ＭＡＤＮ膜上に厚さ１００ｎｍのＡｌを蒸着して電極を形成した後にグローブボックス内にて封止して、実施例１の素子２を作製した。
【０１６１】
素子１（比較例１）および素子２（実施例１）のＭＡＤＮ膜の分子の配向状態を調べるため、素子１および素子２の基板について、Ａｌ蒸着直前に取り出し、分光エリプソメーター（J. A. Woollam社製Ｍ−２０００Ｕ）により測定した。
分光エリプソメーターの測定データを解析し、素子１および素子２の基板のＭＡＤＮ膜の光学定数（屈折率ｎおよび消衰係数ｋ）を導出した。素子１（比較例１）の解析結果を図８（ａ）に、素子２（実施例１）の解析結果を図８（ｂ）に示す。測定データの解析は、ＭＡＤＮ膜が基板に垂直な方向に一軸対称性を持つとしたモデルで行った。なお、図８に示すグラフにおいて、「kx,ky」は基板に対して水平方向の消衰係数、「kz」は基板に対して垂直方向の消衰係数、「nx,ny」は基板に対して水平方向の屈折率、「nz」は基板に対して垂直方向の屈折率をそれぞれ示す。
【０１６２】
図８（ａ）及び図８（ｂ）に示すように、消衰係数「kx,ky」及び「kz」にピークが２つ見られ、Ｇａｕｓｓｉａｎ０９Ｗを用いた非経験的分子軌道計算法のレベルＢ３ＬＹＰ／６−３１Ｇ（ｄ）によるＭＡＤＮ分子の遷移双極子モーメントの計算結果から、波長２５０ｎｍ付近のピークは図２（ａ）に示すアントラセンの長軸方向（ｙ方向）の遷移双極子モーメントに由来し、波長４００ｎｍ付近のピークは図２（ｂ）に示すアントラセンの短軸方向（ｘ方向）の遷移双極子モーメントに由来することがわかった。
波長２５０ｎｍ付近のピークにおけるＭＡＤＮ膜のアントラセンの長軸方向（ｙ方向）の遷移双極子モーメントに対する配向パラメータＳ、及び、４００ｎｍ付近のピークにおけるアントラセンの短軸方向（ｘ方向；ナフタレン環のπ共役平面に水平方向）の遷移双極子モーメントに対する配向パラメータＳを、それぞれ上記式（Ａ）より求めた。その結果を図８（ａ）および図８（ｂ）に合わせて示す。
【０１６３】
図８（ａ）の結果より、熱処理を施さなかった比較例１の素子１では、ＭＡＤＮを構成するアントラセンの短軸方向（図２（ａ）のｘ方向）の異方性が強く、ナフタレン環が基板に対して垂直よりも水平方向に向く傾向があることがわかる。それに対して、図８（ｂ）に示す熱処理を施した実施例１の素子２では、ＭＡＤＮを構成するアントラセンの長軸方向（図２（ａ）のｙ方向）の異方性が強くなり、アントラセン環が基板に対して垂直よりも水平方向に向く傾向に変わっており、アントラセン環が基板に対して実質的に水平に配向していた。
【０１６４】
このように配向性の異なるＭＡＤＮ膜の電気的特性を素子１および素子２の電流−電圧（Ｉ−Ｖ）特性測定により評価した。Ｉ−Ｖ特性の測定結果を図９に示す。この結果は、実施例１の素子２の方が、比較例１の素子１よりも印加電圧に対してより電流が流れやすく、ＭＡＤＮを構成するナフタレン環が基板に対して水平に向いた状態よりもアントラセン環が基板に対して実質的に水平方向に向いている方が電荷輸送性が高いことを示す。すなわち、図２（ａ）に示すように、ＨＯＭＯの分子軌道がほとんど分布していないナフタレン環が基板に対して水平に向いているよりも、ＨＯＭＯの分子軌道が主に分布しているアントラセン環が基板に対して水平に向いている方が電荷輸送性が高くなることが明らかである。以上の結果より、薄膜の配向を制御して電荷輸送性を向上させるためには、ＨＯＭＯ（またはＬＵＭＯ）の分子軌道の分布を考慮し、ＨＯＭＯ（またはＬＵＭＯ）が主に分布しているπ電子共役構造面を基板に対して実質的に平行に配向させることが重要であることが確認された。
【０１６５】
（実施例２）
実施例１と同様にＩＺＯ（登録商標）基板を準備し、洗浄を施して真空蒸着装置内に導入した。
次に、蒸着室内で基板温度を８０℃まで昇温し、その状態でＩＺＯ（登録商標）上に２−メチル−９，１０−ビス（ナフタレン−２−イル）アントラセン（ＭＡＤＮ）を膜厚１００ｎｍ蒸着した。蒸着後、基板温度を４０℃以下に降温して、電極および配線パターンを有するシャドーマスクを用いてＡｌを１００ｎｍ蒸着して、ＭＡＤＮ膜上にアルミニウム（Ａｌ）電極を形成した。その後、蒸着した基板をグローブボックス内で封止して実施例２の素子３を作製した。
【０１６６】
実施例２の素子３と同じ条件で蒸着したＭＡＤＮ膜の配向性を、実施例１および比較例１と同様の手法で分光エリプソで評価した結果、実施例１の素子２のＭＡＤＮ膜と同じであることがわかった。
また、素子３の電流−電圧（Ｉ−Ｖ）特性を測定したところ、実施例２の素子３のＩ−Ｖ特性も実施例１の素子２とほぼ同じであり、比較例１の素子１よりも印加電圧に対してより電流が流れやすくなっていた。
実施例２の素子３の結果からも、上記実施例１と同様に、ＭＡＤＮを構成するナフタレン環が基板に対して水平に向いた状態よりもアントラセン環が基板に対して水平に向いている方が電荷輸送性が高くなることが示された。
【０１６７】
（比較例２）
比較例１と同様にして基板として、ＩＺＯ（登録商標）基板上に室温で膜厚１００ｎｍの２−メチル−９，１０−ビス（ナフタレン−２−イル）アントラセン（ＭＡＤＮ）を真空蒸着により形成した。
次に、ＭＡＤＮ膜上に真空蒸着によりＡｌｑ３（トリス（８−キノラリト）アルミニウム）膜を膜厚５０ｎｍ形成した。
次いで、電極および配線パターンを有するシャドーマスクを用いて、Ａｌを蒸着し、Ａｌｑ３膜上に厚さ１００ｎｍのアルミニウム（Ａｌ）電極を形成し、その後にグローブボックス内にて封止して、比較例２の素子４を作製した。
【０１６８】
（実施例３）
比較例２の素子４と同じ手順でＩＺＯ（登録商標）上に膜厚１００ｎｍのＭＡＤＮを蒸着した後、酸素および水分濃度が制御された窒素雰囲気のグローブボックス内で、１４０℃で３０分間熱処理した。
次に、熱処理後のＭＡＤＮ付き基板を真空蒸着室内に戻し、ＭＡＤＮ膜上に真空蒸着によりＡｌｑ３（トリス（８−キノラリト）アルミニウム）膜を膜厚５０ｎｍ形成した。
次いで、電極および配線パターンを有するシャドーマスクを用いて、ＭＡＤＮ膜上に厚さ１００ｎｍのＡｌを蒸着して電極を形成した後にグローブボックス内にて封止して、実施例３の素子５を作製した。
【０１６９】
比較例２の素子４および実施例３の素子５のＩ−Ｖ特性を測定したところ、素子５のＩ−Ｖ特性の方が素子４よりも印加電圧に対してより電流が流れやすく、この素子構造に対してもＭＡＤＮを構成するナフタレン環が基板に対して水平に向いた状態よりもアントラセン環が基板に対して水平に向いている方が電荷輸送性が高いことが示された。
【０１７０】
（検討例１）
実施例１及び比較例１と同様にしてＭＡＤＮ膜を成膜した後、（１）熱処理をしない、（２）１００℃３０分間の熱処理を施す、（３）１４０℃３０分間の熱処理を施す、のいずれかの条件で処理を行ったあと、実施例１及び比較例１と同様にしてＡｌ電極の形成および封止を行った。
得られた各素子について、電流−電圧（Ｉ−Ｖ）特性測定を行った。結果を図１０に示す。
図１０の結果より、ＭＡＤＮ膜は、成膜後に１４０℃で熱処理することにより配向性が変化し、ナフタレン環よりもアントラセン環が基板に実質的に水平に配向し、電荷輸送性が向上することがわかった。
【０１７１】
（検討例２）
ＭＡＤＮ膜の成膜後の熱処理温度を２０℃、８０℃、１００℃、１２０℃、１４０℃に変化させたこと以外は、検討例１と同様にして素子を作製し、得られた各素子について、配向パラメータＳおよび２Ｖ印加時の電流密度を測定した。その結果を図１１に示す。なお、図１１において、「Ｓ−アントラセンｙ」は、図８に示すように消衰係数の波長２５０ｎｍ付近のピークにおけるアントラセンの長軸方向（ｙ方向）の遷移双極子モーメントに対する配向パラメータＳを示す。また、「Ｓ−アントラセンｘ」は、図８に示すように消衰係数の波長４００ｎｍ付近のピークにおけるアントラセンの短軸方向（ｘ方向；ナフタレン環のπ共役平面に水平方向）の遷移双極子モーメントに対する配向パラメータＳを示す。
図１０の結果より、ＭＡＤＮ膜は、成膜後に１４０℃で熱処理することにより配向性が変化し、配向パラメータ「Ｓ−アントラセンｙ」が−０．１５以下となっており、ナフタレン環よりもアントラセン環が基板に対して実質的に水平に配向し、電荷輸送性が向上していた。
【０１７２】
（検討例３）
ＭＡＤＮ膜の成膜時のＩＺＯ（登録商標）基板温度を室温〜１２０℃まで変化させたこと以外は、比較例１と同様にして素子を作製した。得られた素子について、実施例１及び比較例１と同様の手法で分光エリプソで評価し、波長２５０ｎｍ付近の消衰係数のピークにおける配向パラメータＳと、波長４００ｎｍ付近の消衰係数のピークにおける配向パラメータＳを測定した。その結果を、図１２に示す。
図１２に示すように、基板の温度を６０℃以上としてＭＡＤＮ膜を成膜することにより、波長２５０ｎｍ付近のピークに由来する配向パラメータＳと、波長４００ｎｍ付近のピークに由来する配向パラメータＳとの大小関係が逆転しており、ＭＡＤＮにおけるナフタレン環よりもアントラセン環の方が基板に対して水平方向となるような配向に変化したことがわかる。この結果より、配向パラメータＳが−０．１以下の場合に、ＨＯＭＯが主に分布しているアントラセン環が基板に対して実質的に水平に配向し、電荷輸送性が向上することがわかる。
【産業上の利用可能性】
【０１７３】
本発明は、例えば、有機エレクトロルミネッセンス素子（有機ＥＬ素子）、色変換発光素子、光変換発光素子、光電変換素子、有機薄膜トランジスタ、有機レーザーダイオード素子等に利用することができ、また、各発光素子を用いた表示装置、照明装置および電子機器等にも利用することができる。
【符号の説明】
【０１７４】
１、２…電極、５…電荷輸送性有機薄膜、７…有機ＥＬ層（有機層）、１０…素子、１１…基板、１２、１９…電極、１３…正孔注入層、１４…正孔輸送層、１５…有機発光層、１６…正孔防止層、１７…電子輸送層、１８…電子注入層、２０…有機エレクトロルミネッセンス素子（有機ＥＬ素子）。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電荷輸送性有機薄膜および有機エレクトロルミネッセンス素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、高度情報化に伴い、フラットパネルディスプレイのニーズが高まっている。フラットパネルディスプレイとしては、非自発光型の液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、自発光型のプラズマディスプレイ（ＰＤＰ）、無機エレクトロルミネセンス（無機ＥＬ）ディスプレイ、有機エレクトロルミネセンス（有機ＥＬ）ディスプレイ等が知られているが、これらのフラットパネルディスプレイの中でも、有機ＥＬディスプレイは、自発光の点で特に注目されている。
【０００３】
有機エレクトロルミネッセンス素子（以下、「有機ＥＬ素子」と略称することがある。）としては、１９６０年代にアントラセン単結晶などの有機固体でのキャリア注入型ＥＬ素子が詳しく研究されていた。これらの素子は単層型のものであったが、その後、Ｔａｎｇ等は一対の電極間に発光層と正孔輸送層を有する積層型有機ＥＬ素子を提案した。これらの注入型ＥＬ素子の発光メカニズムは、［１］陰極からの電子注入と陽極からの正孔注入、［２］電子と正孔の固体中の移動、［３］電子と正孔の再結合、［４］生成された一重項励起子からの発光、という段階を経る点で共通する。
【０００４】
積層型有機ＥＬ素子の代表例としては、陽極としてガラス基板上にＩＴＯ（IndiumTin Oxide）膜を形成し、その上にＴＰＤ（Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−Ｎ，Ｎ’−ジ（３−メチルフェニル）−１，１’−ビフェニル−４，４’−ジアミン）を約５０ｎｍの厚さで形成し、その上部にＡｌｑ３（トリス（８−キノラリト）アルミニウム）を約５０ｎｍの厚さで形成し、さらに陰極としてＡｌ、Ｌｉ合金を蒸着することで素子を構成する例が挙げられる。
陽極に用いるＩＴＯの仕事関数を４．４〜５．０ｅＶとすることで、ＴＰＤに対して正孔を注入し易くし、陰極には仕事関数のできるだけ小さな金属で安定なものを選ぶ。例えば、ＡｌとＬｉの合金やＭｇとＡｇの合金などである。この構成によると、例えば、５Ｖ〜１０Ｖの直流電圧の印加により緑色の発光が得られる。
【０００５】
また、キャリア輸送層として導電性液晶を用いた例も知られている。例えば、非特許文献１には、長鎖トリフェニレン系化合物である、ディスコティック液晶の液晶相（Ｄｈ相）の移動度が１０−３〜１０−２ｃｍ２／Ｖｓｅｃであり、メゾフェーズ（中間相、液晶相ではない）での移動度が１０-１ｃｍ２／Ｖｓｅｃであることが開示されている。さらに、非特許文献２には、棒状液晶においても、フェニルナフタレン系のスメクチックＢ相における移動度が１０−３ｃｍ２／Ｖｓｅｃ以上であることが開示されている。
上記したような従来の有機ＥＬ素子では、有機化合物層の厚さは２層或いは３層の膜厚総計で５０〜５００ｎｍ前後である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平６−３３００１８号公報
【特許文献２】特開２００１−１６７８８７号公報
【特許文献３】特開２００１−１６７８８８号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】Ｎａｔｕｒｅ，Ｖｏｌ．３７１，ｐ．１４１
【非特許文献２】半那純一、応用物理、第６８巻、第１号、ｐ．２６，
【非特許文献３】Ｏｒｇａｎｉｃ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，１０，２００９，１２７−１３７
【非特許文献４】Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ，９３，２００８，１７３３０２
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従来の有機ＥＬ素子は、厚さが１００ｎｍ前後の薄層に１００ＭＶ／ｃｍ程度の高電圧を印加するため、電極間ショートが起こりやすいという問題があった。この問題は、有機層各層の膜厚を厚くする、あるいは、有機層を多層にすることで多少軽減されるが、生産性が低下する、さらに駆動電圧が上昇するといった問題が生じる。１００ＭＶ／ｃｍ程度の電界を印加する理由は、有機層のキャリア移動度が小さいためであり、高移動度の有機層を形成できれば印加電界を低減することができる。現在、一般に有機ＥＬ素子に用いられているキャリア輸送層の移動度は１０−５〜１０−３ｃｍ２／Ｖｓｅｃであり、アモルファス材料でも１０−３ｃｍ２／Ｖｓｅｃ程度が限界といわれている。
そのため、高移動度を有する導電性液晶化合物を用いた新しいキャリア輸送層や発光層が期待されている。例えば、キャリア輸送性の高い導電性液晶としては、ディスコティック液晶や高い秩序度を有するスメクチック液晶が挙げられる。
【０００９】
このような問題点を解決するために、強電界条件下で低分子有機材料をスピンコート製膜することによる分子配向方向が制御された有機非晶質薄膜の製造が提案されている（特許文献１参照）。しかしながら、特許文献１では、得られる有機薄膜の分子配向状態に関する情報が開示されておらず、その得られた薄膜が与える特性としては２次の非線形光学効果が明らかにされているのみであった。また、有機ＥＬ素子において、そのキャリア輸送層に導電性液晶化合物を用いることによる配向制御された薄膜を用いる試みもなされているが（特許文献２、３参照）、非晶質薄膜を得る方法は開示されておらず、また、有機ＥＬ素子としての特性も十分ではなかった。最近、π共役材料としてスチリル系化合物の蒸着製膜を行った場合、基板に対して水平方向の配向が優先することが報告されたが、水平配向が優先することによる電荷輸送特性の変化や、水平配向が優先することを利用した具体的な有機半導体素子については示されていない（非特許文献３、４参照）。
【００１０】
本発明は、このような従来の実情に鑑みてなされたものであり、優れた電荷輸送性を有する電荷輸送性有機薄膜、および該電荷輸送性有機薄膜を備えた有機エレクトロルミネッセンス素子を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明者らは、上記課題を解決するため、電荷輸送性の有機薄膜を構成するπ共役化合物の最高占有分子軌道（ＨＯＭＯ）および最低非占有分子軌道（ＬＵＭＯ）に着目し、鋭意研究を重ねた。その結果、有機層のπ共役化合物において、ＨＯＭＯまたはＬＵＭＯが主に分布しているπ電子共役面の配向を制御することにより、有機層の電荷輸送性を高めることができることを見出し、本発明を完成するに至った。すなわち、本発明は、以下の構成を採用した。
【００１２】
本発明の電荷輸送性有機薄膜は、基材上に形成され、互いに平行でない複数のπ電子共役構造面を有する電荷輸送性のπ共役化合物を含んでなる電荷輸送性の非晶質薄膜であって、前記π共役化合物が電子輸送性である場合は最低非占有分子軌道（ＬＵＭＯ）が主に分布しているπ電子共役構造面を、前記π共役化合物が正孔輸送性である場合は最高占有分子軌道（ＨＯＭＯ）が主に分布しているπ電子共役構造面を、それぞれ第１のπ電子共役構造面としたとき、前記第１のπ電子共役構造面が前記基材の表面に対して実質的に平行に配向していることを特徴とする。
【００１３】
本発明の電荷輸送性有機薄膜は、前記ＨＯＭＯおよび前記ＬＵＭＯが、Ｇａｕｓｓｉａｎ０９Ｗを用いた非経験的分子軌道計算法により導出されることが好ましい。
本発明の電荷輸送性有機薄膜は、前記第１のπ電子共役構造面に平行な遷移双極子モーメントの方向に対する２次の配向パラメータＳが、−０．１〜−０．５の範囲にあることができる。
本発明の電荷輸送性有機薄膜は、前記第１のπ電子共役構造面が長軸および短軸を有し、前記第１のπ電子共役構造面の長軸方向に対する２次の配向パラメータSが、−０．１〜−０．５の範囲にあることもできる。
本発明の電荷輸送性有機薄膜は、前記第１のπ共役構造面が、前記π共役化合物において最も面積の広いπ電子共役構造面であることもできる。
【００１４】
本発明の有機エレクトロルミネッセンス素子は、発光材料を含む少なくとも１層の有機層が２枚の対向する電極間に配置された有機エレクトロルミネッセンス素子であって、前記有機層が、上記本発明の電荷輸送性有機薄膜を含んでなることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、優れた電荷輸送性を有する電荷輸送性有機薄膜、および該電荷輸送性有機薄膜を備えた有機エレクトロルミネッセンス素子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本実施形態の電荷輸送性有機薄膜を適用した素子の一例を示す模式図である。
【図２】図２（ａ）はＭＡＤＮの安定構造を示し、図２（ｃ）はＭＡＤＮのＨＯＭＯの分子軌道を示し、図２（ｃ）はＭＡＤＮのＬＵＭＯの分子軌道を示す。
【図３】本発明に係る有機ＥＬ素子の一実施形態を示す概略模式図である。
【図４】図４（ａ）はα−ＮＰＤの安定構造であり、図４（ｂ）はα−ＮＰＤのＨＯＭＯの分子軌道である。
【図５】図５（ａ）はＴｃＴａの安定構造であり、図５（ｂ）はＴｃＴａのＨＯＭＯの分子軌道である。
【図６】図６（ａ）はＢＣＰの安定構造であり、図６（ｂ）はＢＣＰのＬＵＭＯの分子軌道である。
【図７】図７（ａ）はｍＣＰの安定構造であり、図７（ｂ）はｍＣＰのＨＯＭＯの分子軌道である。
【図８】図８（ａ）は比較例１の素子１の解析結果を示すグラフであり、図８（ｂ）は実施例１の素子２の解析結果を示すグラフである。
【図９】比較例１の素子１及び実施例１の素子２の電流−電圧（Ｉ−Ｖ）特性測定結果を示すグラフである。
【図１０】検討例１の電流−電圧（Ｉ−Ｖ）特性測定結果を示すグラフである。
【図１１】検討例２の配向パラメータＳおよび２Ｖ印加時の電流密度を示すグラフである。
【図１２】検討例３の配向パラメータＳを示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明に係る電荷輸送性有機薄膜、及びこれを用いた有機エレクトロルミネッセンス素子の一実施形態について説明する。なお、以下に示す実施形態は、発明の趣旨をより良く理解させるために具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。また、以下の説明で用いる図面は、本発明の特徴をわかりやすくするために、便宜上、要部となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。
【００１８】
本実施形態の電荷輸送性有機薄膜は、分子構造中に互いに平行でない複数のπ電子共役構造面を有する電荷輸送性のπ共役化合物を含んでなる電荷輸送性の非晶質薄膜である。ここで、「電荷輸送性」とは、電子輸送性または正孔輸送性であることを表す。
【００１９】
従来より、電荷輸送性の有機薄膜において、有機薄膜を構成するπ共役化合物を電極等の基材の平面に対して平行に配向させる技術が開示されている。しかし、π共役化合物の分子構造によっては、分子構造中の全てのπ電子共役構造面が同一平面上にない場合がある。
【００２０】
本発明者らが、互いに平行でない複数のπ電子共役構造面を有するπ共役化合物を含む電荷輸送性の非晶質薄膜について鋭意研究を行ったところ、π共役化合物のπ電子軌道のうち、最高占有分子軌道（ＨＯＭＯ）または最低非占有分子軌道（ＬＵＭＯ）の分布を考慮して薄膜中のπ共役化合物の配向を制御することが電荷輸送性の向上には重要であることを見出した。電荷（電子、正孔）移動の起こり易さは、薄膜中の導電方向における電荷移動に関与するπ軌道の重なりが重要である。そのため、従来技術のように、分子中のいずれかのπ電子共役構造面を電極等の基材表面に対して平行に配向させるだけでは、必ずしも電荷輸送性が向上しない場合があることが判明した。
【００２１】
図１に本実施形態の電荷輸送性有機薄膜を適用した素子の一例を模式的に示す。図１に示す素子１０は、一対の電極１、２間に本実施形態の電荷輸送性有機薄膜５（以下、「有機薄膜５」と略称することがある。）が狭持されて構成されている。有機薄膜５の膜厚は、特に限定されず、例えば、１０〜１００ｎｍの範囲とされる。
本実施形態の有機薄膜５において、有機薄膜５を構成するπ共役化合物は、その分子構造中の複数のπ電子共役構造面のうち、ＨＯＭＯあるいはＬＵＭＯが主に分布しているπ電子共役構造面（第１のπ電子共役構造面）が、基材である電極１（または電極２）の表面に対して実質的に平行に配向している。
【００２２】
ここで、本実施形態において有機薄膜５が形成される基材とは、その表面が平坦である結晶性又は非晶質性の板状の基材（基板）を用いることができる。例えば、結晶性基板としては、シリコン、サファイア等による単結晶基板や、その表面に有機または無機薄膜を成膜した基板、ガラス基板上にＩＴＯ（Indium Tin Oxide）のような無機導電性酸化物の電極を成膜した基板、または電極等が挙げられる。
本実施形態の有機薄膜５を構成するπ共役化合物が有するπ電子共役構造面としては、ベンゼン環、ナフタレン環、アントラセン環、フェナントロリン環、ベンゾフラン環、ベンゾジフラン環、トリアジン環、イミダゾール環、ベンゾイミダゾール環、トリアゾール環、ピリジン環、オキサジアゾール環、カルバゾール環等が挙げられる。
また、本実施形態において、π電子共役構造面（第１のπ電子共役構造面）が基材の表面に対して実質的に平行に配向とは、該π電子共役構造面が基材表面に完全に平行な場合は勿論のこと、該π電子共役構造面と基材表面とがなす角度が４５°未満になるように配向している状態を示す。
【００２３】
本実施形態の有機薄膜５において、有機薄膜５を構成するπ共役化合物が電子輸送性である場合、電子移動に関与する軌道であるＬＵＭＯが主に分布しているπ電子共役構造面が基材である電極１の表面に対して実質的に平行となるように配向している。これにより、有機薄膜５の膜厚方向（導電方向）に隣接するπ共役化合物のＬＵＭＯに相当するπ電子軌道の重なりが大きくなり、電極１、２に挟まれた有機薄膜５の膜厚方向の電子輸送性が向上する。
また、本実施形態の有機薄膜５において、有機薄膜５を構成するπ共役化合物が正孔輸送性である場合、正孔移動に関与する軌道であるＨＯＭＯが主に分布しているπ電子共役構造面が基材である電極１の表面に対して実質的に平行となるように配向している。これにより、有機薄膜５の膜厚方向（導電方向）に隣接するπ共役化合物のＨＯＭＯに相当するπ電子軌道の重なりが大きくなり、電極１、２に挟まれた有機薄膜５の膜厚方向の正孔輸送性が向上する。
【００２４】
このように高い電荷輸送性を有する本実施形態の有機薄膜５を用いて後述する有機エレクトロルミネッセンス素子（以下、「有機ＥＬ素子」と略称することがある。）を構成するならば、電極から有機層（有機薄膜）への電荷の注入効率が向上するので、有機ＥＬ素子の駆動電圧を低電圧化できる。
【００２５】
有機薄膜５を構成するπ共役化合物のＨＯＭＯおよびＬＵＭＯの分布は、非経験的分子軌道法により算出することができる。非経験的分子軌道法を用いたＨＯＭＯおよびＬＵＭＯ算出は、汎用の量子化学計算ソフトを用いて行うことができ、例えば、米国Gaussian社製のGaussianシリーズ、Schrodinger社製のMarcoModel、Wavefunction社製のSpartan、アドバンスソフト社製のABINIT-MP/BioStation等が挙げられ、Gaussian09（Gaussian09W、Gaussian09M）が好適である。
Gaussian09Wを用いてπ共役化合物のＨＯＭＯまたはＬＵＭＯの分布を計算する場合、まず、チェックポイントファイルの指定、分子モデルの初期座標、計算方法と基底関数、電荷とスピン多重度を入力してインプットファイルを作成し、計算を実行することにより最適構造化を行い、π共役化合物の安定構造を計算する。次いで、得られた安定構造に対して分子軌道を表示することにより、π共役化合物のＨＯＭＯまたはＬＵＭＯの分布を可視化することができる。なお、インプットファイルの作成・実行の際の計算方法には、Hartree-Fock法、密度汎関数法（DFT）、MP（Moller Plesset perturbation theory）法、CC（Coupled Cluster theory）法を選択できる。本明細書において後述するＧａｕｓｓｉａｎ09Ｗによる計算は、DFT法を用いて行った。また、Ｇａｕｓｓｉａｎ09Ｗでは安定構造の計算と同時にHOMO、LUMOも計算されており、GaussianViewによりHOMO、LUMOの分布を可視化できる。
【００２６】
例えば、両極性電荷輸送性を示す有機材料として注目されている２−メチル−９，１０−ビス（ナフタレン−２−イル）アントラセン（ＭＡＤＮ）の分子構造を以下に示す。
【００２７】
【化１】
【００２８】
ＭＡＤＮはアントラセンの両側（９位と１０位）にナフタレンが結合した構造である。
ＭＡＤＮについて、Ｇａｕｓｓｉａｎ０９Ｗを用いた非経験的分子軌道計算法のレベルＢ３ＬＹＰ／６−３１Ｇ（ｄ）により計算したＭＡＤＮの安定構造を図２（ａ）に示す。また、この安定構造に対してＭＡＤＮのＨＯＭＯの分子軌道を可視化したものを 図２（ｂ）に、ＬＵＭＯの分子軌道を可視化したものを図２（ｃ）に示す。
図２に示すように、ＭＡＤＮのＨＯＭＯおよびＬＵＭＯの分子軌道はアントラセン環にあり、ナフタレン環にはほとんど存在しない。
ＭＡＤＮは両極性電荷輸送性であるが、後述の如く有機ＥＬ素子の電極間に配置される有機層の一層としてＭＡＤＮを適用するには、ＭＡＤＮ膜を電荷輸送性または正孔輸送性の層として機能させるいずれの場合にも、ＨＯＭＯおよびＬＵＭＯが主に分布しているアントラセン環が、基材である電極表面に対して実質的に水平方向に配向するように膜中のＭＡＤＮの配向を制御することにより、ＭＡＤＮ膜の電荷輸送性を向上させることができ、当該有機ＥＬ素子の駆動電圧を低電圧化できる。
【００２９】
有機薄膜５中のπ共役化合物の配向を上記の如く制御する方法としては、有機薄膜５の成膜後に熱処理を施す方法、有機薄膜５の成膜中の加熱、磁場あるいは電場の印加等により配向性を生じさせる方法が挙げられる。
一例として、ＭＡＤＮ膜の場合は、後述の実施例に示す如く、成膜後のＭＡＤＮ膜を１４０℃で熱処理する、又はＭＡＤＮ膜の成膜時の基材（基板あるいは電極の成膜面）の温度を６０℃以上にする、ことによりＭＡＤＮのアントラセン環が実質的に基材表面に対して水平方向に配向したＭＡＤＮ膜を成膜できる。
【００３０】
上述の如く本実施形態に有機薄膜５は、π共役化合物の複数のπ電子共役構造面のうち、電荷移動に関与する分子軌道（π共役化合物が正孔輸送性の場合はＨＯＭＯ、電子輸送性の場合はＬＵＭＯ）が主に分布するπ電子共役構造面が、基材表面に対して実質的に水平に配向して構成されている。ここで、「ＨＯＭＯまたはＬＵＭＯが主に分布しているπ電子共役構造面」とは、π共役化合物の複数のπ電子共役構造平面の中で、ＨＯＭＯまたはＬＵＭＯの分布割合が最も多いπ電子共役構造面を示す。なお、本実施形態の有機薄膜５を構成可能なπ共役化合物の中には、後述の如く、複数のπ電子共役構造面に満遍なくＨＯＭＯまたはＬＵＭＯが分布している場合もある。その場合は、最も面積の大きいπ電子共役構造面を基材表面に対して実質的に水平に配向させることが好ましく、これにより、有機薄膜５の電荷輸送性を向上できる。
【００３１】
本実施形態の有機薄膜５において、π共役化合物の複数のπ電子共役構造面のうち、ＨＯＭＯまたはＬＵＭＯが主に分布するπ電子共役構造面（第１のπ電子共役構造面）に平行な遷移双極子モーメントの方向に対する２次の配向パラメータＳが、−０．１〜−０．５の範囲であることが好ましい。有機薄膜Ｓの配向パラメータＳが前記範囲であることにより、第１のπ電子共役構造面が基材表面に対して水平方向に近くなり、有機薄膜５の電荷輸送性が良好となるので好ましい。後述の実施例で示す如く、第１のπ電子共役構造面が、他のπ電子共役構造面よりも、基材表面に対して水平方向に配向することにより、第１のπ電子共役構造面に平行な遷移双極子モーメントの方向に対する２次の配向パラメータＳが、−０．１以下となり、電荷輸送性が向上していることが確認されている。
【００３２】
配向パラメータＳは、分子の配向軸と、基材に対して垂直方向との角度をθ（°）とした時、以下の式（Ａ）で表される（非特許文献４参照）。
【００３３】
【数１】
【００３４】
（式（Ａ）中、kxyは基板に対して水平方向の消衰係数、kzは基板に対して垂直方向の消衰係数を表す。）
ここで、ｘ及びｙを、互いに直交し且つ光学的に等方的な二つの方向とし、これらの方向の消衰係数をｋｘ及びｋｙとすると、ｋｘｙ＝ｋｘ＝ｋｙである。
式（Ａ）において、kxyおよびkzは有機薄膜５の分光エリプソメトリ等の光学的評価により求めることができる。例えば、有機薄膜が光学的に異方性を有していない場合はＳ＝０、有機薄膜中の分子配向方向が基材に対して完全に垂直方向の場合はＳ＝１、有機薄膜中の分子配向方向が基材に対して完全に水平方向の場合はＳ＝−０．５となる。そのため、本実施形態では、上記した配向パラメータＳの好ましい範囲の下限値を−０．５と設定した。
【００３５】
本実施形態の有機薄膜５において、式（Ａ）におけるθの設定基準となる分子の配向軸を、ＨＯＭＯまたはＬＵＭＯが主に分布するπ電子共役構造面（第１のπ電子共役構造面）に平行な遷移双極子モーメントの方向とする。ここで、有機薄膜５を構成するπ共役化合物のπ電子共役構造面に平行な方向を含む各方向の遷移双極子モーメントは、Ｇａｕｓｓｉａｎ０９Ｗの時間依存密度汎関数法（TD-DFT）を用いた電子励起状態の計算結果から得ることができる。得られた計算結果に遷移双極子モーメントの向き、大きさ、波長が記載されているので、これらと実際に測定した有機薄膜５の消衰係数曲線のピークの波長と比較することにより、どの吸収ピークがどの方向の遷移双極子モーメントに由来するかを判定できる。
【００３６】
本実施形態の有機薄膜５において、式（Ａ）におけるθの設定基準となる分子の配向軸は、ＨＯＭＯまたはＬＵＭＯが主に分布する第１のπ電子共役構造面に平行な遷移双極子モーメントの方向とされるが、上記したＭＡＤＮのように第１のπ電子共役構造面が、アントラセン等の長軸および短軸を有する形状の場合は、第１のπ電子共役構造面の長軸方向を分子の配向軸として、配向パラメータＳを設定することが好ましい。この場合の配向パラメータＳも、上記同様、−０．１〜−０．５の範囲とすることが好ましい。
【００３７】
また、本実施形態の有機薄膜５において、第１のπ電子共役構造面が直線状である場合は、第１のπ電子共役構造面の直線方向（長尺方向）を分子の配向軸として、配向パラメータＳを設定することが好ましい。この場合の配向パラメータＳも、上記同様、−０．１〜−０．５の範囲とすることが好ましい。
【００３８】
さらに、本実施形態の有機薄膜５において、第１のπ電子共役構造面が円形状あるいは正方形状である場合は、第１のπ電子共役構造面の面内にある（該共役構造面に平行な）遷移双極子モーメントの方向を分子の配向軸として、配向パラメータＳを設定することが好ましい。この場合の配向パラメータＳも、上記同様、−０．１〜−０．５の範囲とすることが好ましい。
【００３９】
以上説明したように、本実施形態の有機薄膜５は、π共役化合物の複数のπ電子共役構造面のうち、電荷移動に関与する分子軌道（π共役化合物が正孔輸送性の場合はＨＯＭＯ、電子輸送性の場合はＬＵＭＯ）が主に分布するπ電子共役構造面が、基材表面に対して実質的に水平に配向して構成されている。そのため、電荷移動に関与するπ軌道の重なりが大きくなることにより、良好な電荷輸送性を有する有機薄膜５となる。
本実施形態の電荷輸送性有機薄膜５は、有機エレクトロルミネッセンス素子、有機薄膜トランジスタ等、種々の有機電子デバイスに適用可能である。本実施形態の有機薄膜５は高い電荷輸送性を有するため、有機エレクトロルミネッセンス素子（有機ＥＬ素子）を構成する有機層の少なくとも一層として有機薄膜５を適用することで、該有機ＥＬ素子の電極から有機層（有機薄膜５）への電荷注入効率が向上し、該有機ＥＬ素子の駆動電圧を低電圧化できる。
【００４０】
以下、上記本実施形態の有機薄膜５を用いてなる有機エレクトロルミネッセンス素子（有機ＥＬ素子）の一実施形態について説明する。
図３は、本発明に係る有機ＥＬ素子の一実施形態を示す概略模式図である。
図３に示す本実施形態に係る有機ＥＬ素子２０は、ガラス板等の基板１１上に形成された第１電極（陽極）１２と、第１電極１２に対向配置された第２電極（陰極）１９と、この一対の電極１２、１９間に挟持された有機ＥＬ層（有機層）７から構成される。
【００４１】
有機ＥＬ層７は、公知の有機ＥＬ材料を用いる事が可能で、例えば、第１電極１２と第２電極１９との間に少なくとも有機発光材料からなる有機発光層７を有する有機層を含む有機ＥＬ層７により構成されているが、これらに限定されるものではない。
本実施形態の有機ＥＬ素子２０における有機ＥＬ層７は、有機発光層１５の単層構造でも、図３に示すような有機発光層１５と正孔輸送性または電子輸送性の電荷輸送層との多層構造でもよく、具体的には、下記の構成が挙げられるが、本発明はこれらにより限定されるものではない。
【００４２】
（１）有機発光層１５
（２）正孔輸送層１４／有機発光層１５
（３）有機発光層１５／電子輸送層１７
（４）正孔輸送層１４／有機発光層１５／電子輸送層１７
（５）正孔注入層１３／正孔輸送層１４／有機発光層１５／電子輸送層１７
（６）正孔注入層１３／正孔輸送層１４／有機発光層１５／電子輸送層１７／電子注入層１８
（７）正孔注入層１３／正孔輸送層１４／有機発光層１５／正孔防止層１６／電子輸送層１７
（８）正孔注入層１３／正孔輸送層１４／有機発光層１５／正孔防止層１６／電子輸送層１７／電子注入層１８
（９）正孔注入層１３／正孔輸送層１４／電子防止層／有機発光層１５／正孔防止層１６／電子輸送層１７／電子注入層１８
ここで、有機発光層１５、正孔注入層１３、正孔輸送層１４、正孔防止層１６、電子防止層、電子輸送層１７及び電子注入層１８の各層は、単層構造でも多層構造でもよい。
【００４３】
上記本実施形態の有機薄膜５は良好な電荷輸送性を有するため、本実施形態の有機ＥＬ素子２０の正孔注入層１３、正孔輸送層１４、電子防止層、有機発光層１５、正孔防止層１６、電子輸送層１７、電子注入層１８の少なくともいずれか一層に上記実施形態の有機薄膜５が適用されることが好ましい。
ここで、有機ＥＬ素子２０の有機ＥＬ素子７を構成する少なくとも一層が電荷輸送性のπ共役化合物より構成され、該π共役化合物がその分子構造中に複数の平行でないπ電子共役構造面を有する場合に、上記本実施形態の有機薄膜５を適用可能である。なお、有機薄膜５の配向を適用可能な層および化合物については、後述する。
【００４４】
以下、有機ＥＬ素子２０の各構成要素について説明する。
第１電極１２及び第２電極１９は、陽極又は陰極として機能するものであることが好ましい。陰極を構成する材料としては、アルカリ金属、アルカリ土類金属等が挙げられる。安定性を考慮する場合、陰極は、カルシウム膜、アルミニウム膜、アルミニウムリチウム合金、アルミニウム銅合金、アルミニウム銅シリコン合金、カルシウムとアルミニウムとの積層膜、リチウム、ナトリウムカリウム合金、マグネシウム合金膜、バリウム膜、バリウム化合物膜、セシウム膜、セシウム化合物膜、フッ素化合物膜等であることが好ましい。陽極を構成する材料としては、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）、酸化インジウム亜鉛（ＩＺＯ（登録商標））、酸化インジウム、酸化錫、Ｃｄ２ＳｎＯ４、酸化亜鉛、ヨウ化銅、金、白金等が挙げられる。なお、図３には、第１電極１２が陽極、第２電極１９が陰極の場合を示しているが、本発明はこれに限定されず、第１電極１２が陰極、第２電極１９が陽極であってもよい。その場合、有機ＥＬ層７の積層構造を図３とは上下逆にして、陽極側に正孔輸送性の層を配置し、陰極側に電子輸送性の層を配置すればよい。
【００４５】
第１電極１２及び第２電極１９は、上記の材料を用いてＥＢ（電子ビーム）蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法、抵抗加熱蒸着法等の公知の方法により基板上に形成することができるが、本発明はこれらの形成方法に限定されるものではない。また、必要に応じて、フォトリソグラフフィー法、レーザー剥離法により、形成した電極をパターン化することもでき、シャドーマスクと組み合わせることで直接パターン化した電極を形成することもできる。
第１電極１２及び第２電極１６の膜厚は、５０ｎｍ以上が好ましい。第１電極１２及び第２電極１９の膜厚が５０ｎｍ未満の場合には、配線抵抗が高くなることから、駆動電圧の上昇が生じるおそれがある。
【００４６】
有機発光層１５は、有機発光材料のみから構成されていてもよく、発光性のドーパントとホスト材料の組み合わせから構成されていてもよく、任意に正孔輸送材料、電子輸送材料、添加剤（ドナー、アクセプター等）等を含んでいてもよく、また、これらの材料が高分子材料（結着用樹脂）又は無機材料中に分散された構成であってもよい。発光効率・寿命の観点からは、ホスト材料中に発光性のドーパントが分散されたものが好ましい。
【００４７】
有機発光材料としては、有機ＥＬ用の公知の発光材料を用いることができる。このような発光材料は、低分子発光材料、高分子発光材料等に分類され、これらの具体的な化合物を以下に例示するが、本発明はこれらの材料に限定されるものではない。また、上記発光材料は、蛍光材料、燐光材料等に分類されるものでもよく、低消費電力化の観点で、発光効率の高い燐光材料を用いる事が好ましい。
ここで、具体的な化合物を以下に例示するが、本発明はこれらの材料に限定されるものではない。
【００４８】
有機発光層１５に用いられる低分子発光材料としては、例えば、４，４’−ビス（２，２’−ジフェニルビニル）−ビフェニル（ＤＰＶＢｉ）等の芳香族ジメチリデン化合物、５−メチル−２−［２−［４−（５−メチル−２−ベンゾオキサゾリル）フェニル］ビニル］ベンゾオキサゾール等のオキサジアゾール化合物、３−（４−ビフェニルイル）−４−フェニル−５−ｔ−ブチルフェニル−１，２，４−トリアゾール（ＴＡＺ）等のトリアゾール誘導体、１，４−ビス（２−メチルスチリル）ベンゼン等のスチリルベンゼン化合物、チオピラジンジオキシド誘導体、ベンゾキノン誘導体、ナフトキノン誘導体、アントラキノン誘導体、ジフェノキノン誘導体、フルオレノン誘導体等の蛍光性有機材料、及び、アゾメチン亜鉛錯体、（８−ヒドロキシキノリナト）アルミニウム錯体（Ａｌｑ３）等の蛍光発光有機金属錯体、ＢｅＢｑ（ビス（ベンゾキノリノラト）ベリリウム錯体）、ＤＴＶＢｉ（４，４’−ビス−（２，２−ジ−ｐ−トリル−ビニル）−ビフェニル）、Ｅｕ（ＤＢＭ）３（Ｐｈｅｎ）（トリス（１，３−ジフェニル−１，３−プロパンジオノ）（モノフェナントロリン）Ｅｕ（ＩＩＩ））、さらには、ジフェニルエチレン誘導体、トリフェニルアミン誘導体、ジアミノカルバゾール誘導体、ビススチリル誘導体、芳香性ジアミン誘導体、キナクリドン系化合物、ペリレン系化合物、クマリン系化合物、ジスチリルアリーレン誘導体（ＤＰＶＢｉ）、オリゴチオフェン誘導体（ＢＭＡ−３Ｔ）などが挙げられる。
【００４９】
有機発光層１５に用いられる高分子発光材料としては、例えば、ポリ（２−デシルオキシ−１，４−フェニレン）（ＤＯ−ＰＰＰ）、ポリ［２，５−ビス−［２−（Ｎ，Ｎ，Ｎ−トリエチルアンモニウム）エトキシ］−１，４−フェニル−アルト−１，４−フェニルレン］ジブロマイド（ＰＰＰ−ＮＥｔ３＋）、ポリ［２−（２’−エチルヘキシルオキシ）−５−メトキシ−１，４−フェニレンビニレン］（ＭＥＨ−ＰＰＶ）、ポリ［５−メトキシ−（２−プロパノキシサルフォニド）−１，４−フェニレンビニレン］（ＭＰＳ−ＰＰＶ）、ポリ［２，５−ビス−（ヘキシルオキシ）−１，４−フェニレン−（１−シアノビニレン）］（ＣＮ−ＰＰＶ）等のポリフェニレンビニレン誘導体、ポリ（９，９−ジオクチルフルオレン）（ＰＤＡＦ）等のポリスピロ誘導体などが挙げられる。
【００５０】
有機発光層１５が発光性のドーパントとホスト材料から構成される場合、有機発光層１５のホスト材料としては、４，４’−ビス（カルバゾール）ビフェニル、９，９−ジ（４−ジカルバゾール−ベンジル）フルオレン（ＣＰＦ）、１，３−ビス（カルバゾール−９−イル）ベンゼン（ｍＣＰ）、ポリ（Ｎ−オクチル−２，７−カルバゾール−Ｏ−９，９−ジオクチル−２，７−フルオレン）（ＰＣＦ）、４，４’−ビス（カルバゾール−９−イル）ビフェニル（ＣＢＰ）、９，９’−（５−（トリフェニルシリル）−１，３−フェニレン）ビス（９Ｈ−カルバゾール）（ＳｉｍＣＰ）、ビス（３，５−ジ（９Ｈ−カルバゾール−９−イル）フェニル）ジフェニルシラン（ＳｉｍＣＰ２）、９−（４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−３，６−ビス（トリフェニルシリル）−９Ｈ−カルバゾール（ＣｚＳｉ）、２，２’−ビス（４−カルバゾール−９−イル）フェニル）−ビフェニル（ＢＣＢＰ）、９，９’−（（２，６−ジフェニルベンゾ［１，２−ｂ：４，５−ｂ’］ジフラン−３，７−ジイル）ビス（４，１−フェニレン））ビス（９Ｈ−カルバゾール）（ＣＺＢＤＦ）、等のカルバゾール誘導体、４−（ジフェニルフォスフォイル）−Ｎ，Ｎ−ジフェニルアニリン（ＨＭ−Ａ１）等のアニリン誘導体、１，３−ビス（９−フェニル−９Ｈ−フルオレン−９−イル）ベンゼン（ｍＤＰＦＢ）、１，４−ビス（９−フェニル−９Ｈ−フルオレン−９−イル）ベンゼン（ｐＤＰＦＢ）、９，９−スピロビフルオレン−２−イル−ジフェニル−フォスフィンオキサイド（ＳＰＰＯ１）等のフルオレン誘導体、ビス（２−メチルフェニル）ジフェニルシラン（ＵＧＨ１）、１，４−ビストリフェニルシリルベンゼン（ＵＧＨ２）、プロパン−２，２’−ジイルビス（４，１−フェニレン）ジベンゾエート（ＭＭＡ１）、４，４’−ビス（ジフェニルフォスフィンオキサイド）ビフェニル（ＰＯ１）、２，８−ビス（ジフェニルフォスフォリル）ジベンゾ［ｂ，ｄ］チオフェン（ＰＰＴ）、４−（ジフェニルフォスフォリル）−Ｎ，Ｎ−ジフェニルアニリン（ＨＭ−Ａ１）、２，４−ビス（フェノキシ）−６−（３−メチルジフェニルアミノ）−１，３，５−トリアジン（ＢＰＭＴ）、２−メチル−９，１０−ジ（ナフタレン−２−イル）アントラセン（ＭＡＤＮ）等が挙げられる。
【００５１】
有機発光層１５が発光性のドーパントとホスト材料から構成される場合、有機発光層１５に含まれる発光性のドーパントとしては、有機ＥＬ用の公知のドーパント材料を用いることができる。このようなドーパント材料としては、例えば、ｐ−クォーターフェニル、３，５，３,５テトラ−ｔ−ブチルセクシフェニル、３，５，３，５−テトラ−ｔ−ブチル−ｐ−クィンクフェニル、スチリル誘導体等の蛍光発光材料、ビス［（４，６−ジフルオロフェニル）−ピリジナト−Ｎ，Ｃ２’］ピコリネート イリジウム（III）（ＦＩｒｐｉｃ）、ビス（４’，６’−ジフルオロフェニルポリジナト）テトラキス（１−ピラゾイル）ボレート イリジウム（III）（ＦＩｒ６）、トリス（２−フェニルピリジル）イリジウム（III）（Ｉｒ（ｐｐｙ）３）、トリス（１−フェニルイソキノリン）イリジウム（III）（Ｉｒ（ｐｉｑ）３）等の燐光発光有機金属錯体等が挙げられる。
【００５２】
電荷注入輸送層は、電荷（正孔、電子）の電極１２、１９からの注入と、有機発光層１５への輸送（注入）をより効率よく行う目的で、電荷注入層（正孔注入層１３、電子注入層１８）と電荷輸送層（正孔輸送層１４、電子輸送層１７）に分類され、以下に例示する電荷注入輸送材料のみから構成されていてもよく、任意に添加剤（ドナー、アクセプター等）等を含んでいてもよい。
電荷注入輸送材料としては、有機ＥＬ用、有機光導電体用の公知の電荷輸送材料を用いることができる。このような電荷注入輸送材料は、正孔注入輸送材料及び電子注入輸送材料に分類され、これらの具体的な化合物を以下に例示するが、本発明はこれらの材料に限定されるものではない。
【００５３】
正孔注入層１３および／または正孔輸送層１４を構成する正孔注入輸送材料としては、例えば、酸化バナジウム（Ｖ２Ｏ５）、酸化モリブデン（ＭｏＯ２）等の酸化物、無機ｐ型半導体材料、ポルフィリン化合物、Ｎ，Ｎ’−ビス（３−メチルフェニル）−Ｎ，Ｎ’−ビス（フェニル）−ベンジジン（ＴＰＤ）、Ｎ，Ｎ’−ジ（ナフタレン−１−イル）−Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−ベンジジン（α−ＮＰＤ）、トリス（４−（９Ｈ−カルバゾール−９−イル）フェニル）アミン（ＴｃＴａ）、４，４’−（シクロヘキサン−１，１−ジイル）ビス（Ｎ，Ｎ−ジ−ｐ−トリルアニリン）（ＴＡＰＣ）、２，２’−ビス（Ｎ，Ｎ−ジフェニルアミン）−９，９’−スピロビフルオレン（ＤＰＡＳ）、Ｎ１，Ｎ１’−（ビフェニル−４，４’−ジイル）ビス（Ｎ１−フェニル−Ｎ４，Ｎ４−ジ−ｍ−トリルベンゼン−１，４−ジアミン）（ＤＮＴＰＤ）、１，３−ビス（カルバゾール−９−イル）ベンゼン（ｍＣＰ）、Ｎ３，Ｎ３，Ｎ３”’， Ｎ３”’−テトラ−ｐ−トリル−［１，１’：２’，１”：２”，１”’−クオーターフェニル］−３，３”’−ジアミン（ＢＴＰＤ）、４，４’−（ジフェニルシランジイル）ビス（Ｎ，Ｎ−ジ−ｐ−トリルアニリン）（ＤＴＡＳｉ）、２，２−ビス（４−カルバゾール−９−イルフェニル）アダマンティン（Ａｄ−Ｃｚ）等の芳香族第三級アミン化合物、ヒドラゾン化合物、キナクリドン化合物、スチリルアミン化合物、２−メチル−９，１０−ジ（ナフタレン−２−イル）アントラセン（ＭＡＤＮ）等の低分子材料、ポリアニリン（ＰＡＮＩ）、ポリアニリン−樟脳スルホン酸（ＰＡＮＩ−ＣＳＡ）、３，４−ポリエチレンジオキシチオフェン／ポリスチレンサルフォネイト（ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ）、ポリ（トリフェニルアミン）誘導体（Ｐｏｌｙ−ＴＰＤ）、ポリビニルカルバゾール（ＰＶＣｚ）、ポリ（ｐ−フェニレンビニレン）（ＰＰＶ）、ポリ（ｐ−ナフタレンビニレン）（ＰＮＶ）等の高分子材料等が挙げられる。
【００５４】
陽極からの正孔の注入・輸送をより効率よく行う点で、正孔注入層１３として用いる材料としては、正孔輸送層１４に使用する正孔注入輸送材料より最高被占分子軌道（ＨＯＭＯ）のエネルギー準位が低い材料を用いることが好ましく、正孔輸送層１４としては、正孔注入層１３に使用する正孔注入輸送材料より正孔の移動度が、高い材料を用いることが好ましい。
【００５５】
また、より正孔の注入・輸送性を向上させるため、前記正孔注入輸送材料にアクセプターをドープする事が好ましい。アクセプターとしては、有機ＥＬ用の公知のアクセプター材料を用いることができる。これらの具体的な化合物を以下に例示するが、本発明はこれらの材料に限定されるものではない。
【００５６】
正孔注入層１３および／または正孔輸送層１４を構成する正孔注入輸送材料にドープ可能なアクセプター材料としては、Ａｕ、Ｐｔ、Ｗ，Ｉｒ、ＰＯＣｌ３ 、ＡｓＦ６ 、Ｃｌ、Ｂｒ、Ｉ、酸化バナジウム（Ｖ２Ｏ５）、酸化モリブデン（ＭｏＯ２）等の無機材料、ＴＣＮＱ（７，７，８，８，−テトラシアノキノジメタン）、ＴＣＮＱＦ４（テトラフルオロテトラシアノキノジメタン）、ＴＣＮＥ（テトラシアノエチレン）、ＨＣＮＢ（ヘキサシアノブタジエン）、ＤＤＱ（ジシクロジシアノベンゾキノン）等のシアノ基を有する化合物、ＴＮＦ（トリニトロフルオレノン）、ＤＮＦ（ジニトロフルオレノン）等のニトロ基を有する化合物、フルオラニル、クロラニル、ブロマニル等の有機材料が挙げられる。この内、ＴＣＮＱ、ＴＣＮＱＦ４、ＴＣＮＥ、ＨＣＮＢ、ＤＤＱ等のシアノ基を有する化合物がよりキャリア濃度を効果的に増加させることが可能であるためより好ましい。
【００５７】
電子注入層１８および／または電子輸送層１７を構成する電子注入輸送材料としては、例えば、ｎ型半導体である無機材料、１，３−ビス（２−（２，２’−ピリジン−６−イル）−１，３，４−オキサジアゾ−５−イル）ベンゼン（Ｂｐｙ−ＯＸＤ）、１，３−ビス（５−（４−（ｔｅｒｔ−ブチル）フェニル）−１，３，４−オキサジアゾールー２−イル）ベンゼン（ＯＸＤ７）等のオキサジアゾール誘導体、３−（４−ビフェニル）−４−フェニル−５−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル−１，２，４−トリアゾール（ＴＡＺ）等のトリアゾール誘導体、チオピラジンジオキシド誘導体、ベンゾキノン誘導体、ナフトキノン誘導体、アントラキノン誘導体、ジフェノキノン誘導体、フルオレノン誘導体、ベンゾジフラン誘導体、２−メチル−９，１０−ジ（ナフタレン−２−イル）アントラセン（ＭＡＤＮ）、２，９−ジメチル−４，７−ジフェニル−１，１０−フェナントロリン（ＢＣＰ）、トリス（２，４，６−トリメチル−３−（ピリジン−３−イル）フェニル）ボラン（３ＴＰＹＭＢ）、２，２’，２”−（１，３，５−ベンジントリル）−トリス（１−フェニル−１Ｈ−ベンゾイミダゾール）（ＴＰＢＩ）、４，７−ジフェニル−１，１０−フェナントロリン（ＢＰｈｅｎ）、ジフェニルビス（４−（ピリジン−３−イル）フェニル）シラン（ＤＰＰＳ）、１，３，５−トリ（（３−ピリジル）−フェン−３−イル）ベンゼン（ＴｍＰｙＰＢ）、１，３，５−トリ（ｐ−ピリジ−３−イル−フェニル）ベンゼン（ＴｐＰｙＰＢ）等の低分子材料；ポリ（オキサジアゾール）（Ｐｏｌｙ−ＯＸＺ）、ポリスチレン誘導体（ＰＳＳ）等の高分子材料が挙げられる。特に、電子注入材料としては、特にフッ化リチウム（ＬｉＦ）、フッ化バリウム（ＢａＦ２）等のフッ化物、酸化リチウム（Ｌｉ２Ｏ）等の酸化物等が挙げられる。
【００５８】
電子の陰極からの注入・輸送をより効率よく行う点で、電子注入層１８として用いる材料としては、電子輸送層１７に使用する電子注入輸送材料より最低空分子軌道（ＬＵＭＯ）のエネルギー準位が高い材料を用いることが好ましく、電子輸送層１７として用いる材料としては、電子注入層１８に使用する電子注入輸送材料より電子の移動度が高い材料を用いることが好ましい。
【００５９】
また、より電子の注入・輸送性を向上させるため、前記電子注入輸送材料にドナーをドープする事が好ましい。ドナーとしては、有機ＥＬ用の公知のドナー材料を用いることができる。これらの具体的な化合物を以下に例示するが、本発明はこれらの材料に限定されるものではない。
【００６０】
電子注入層１８および／または電子輸送層１７を構成する電子注入輸送材料にドープ可能なドナー材料としては、アルカリ金属、アルカリ土類金属、希土類元素、Ａｌ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｉｎ等の無機材料、アニリン類、フェニレンジアミン類、ベンジジン類（Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラフェニルベンジジン、Ｎ，Ｎ’−ビス−（３−メチルフェニル）−Ｎ，Ｎ’−ビス−（フェニル）−ベンジジン、Ｎ，Ｎ’−ジ（ナフタレン−１−イル）−Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−ベンジジン等）、トリフェニルアミン類（トリフェニルアミン、４，４’４”−トリス（Ｎ，Ｎ−ジフェニル−アミノ）−トリフェニルアミン、４，４’４”−トリス（Ｎ−３−メチルフェニル−Ｎ−フェニル−アミノ）−トリフェニルアミン、４，４’４”−トリス（Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニル−アミノ）−トリフェニルアミン等）、トリフェニルジアミン類（Ｎ，Ｎ’−ジ−（４−メチル−フェニル）−Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−１，４−フェニレンジアミン）等の芳香族３級アミンを骨格にもつ化合物、フェナントレン、ピレン、ペリレン、アントラセン、テトラセン、ペンタセン等の縮合多環化合物（ただし、縮合多環化合物は置換基を有してもよい）、ＴＴＦ（テトラチアフルバレン）類、ジベンゾフラン、フェノチアジン、カルバゾール等の有機材料がある。この内特に、芳香族３級アミンを骨格にもつ化合物、縮合多環化合物、アルカリ金属がよりキャリア濃度を効果的に増加させることが可能であるためより好ましい。
【００６１】
電子防止層としては、正孔輸送層１４及び正孔注入層１３として前記したものと同じものを使用することができる。
正孔防止層１６としては、電子輸送層１７及び電子注入層１８として前記したものと同じものを使用することができる。
【００６２】
有機発光層１５、正孔輸送層１４、電子輸送層１７、正孔注入層１３、電子注入層１８、正孔防止層１６及び電子防止層等の有機ＥＬ層７は、上記の材料を溶剤に溶解、分散させた有機ＥＬ層形成用塗液を用いて、スピンコーティング法、ディッピング法、ドクターブレード法、吐出コート法、スプレーコート法等の塗布法、インクジェット法、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等の印刷法等による公知のウエットプロセス、上記の材料を抵抗加熱蒸着法、電子線（ＥＢ）蒸着法、分子線エピタキシー（ＭＢＥ）法、スパッタリング法、有機気相蒸着（ＯＶＰＤ）法等の公知のドライプロセス、又は、レーザー転写法等により形成することができる。なお、ウエットプロセスにより有機ＥＬ層７を形成する場合には、有機ＥＬ層７形成用塗液は、レベリング剤、粘度調整剤等の塗液の物性を調整するための添加剤を含んでいてもよい。
【００６３】
有機ＥＬ層７を構成する各層の膜厚は、通常１〜１０００ｎｍ程度であり、１０〜２００ｎｍがより好ましい。有機ＥＬ層７を構成する各層の膜厚が１０ｎｍ未満であると、本来必要とされる物性（電荷（電子、正孔）の注入特性、輸送特性、閉じ込め特性）が得られない可能性や、ゴミ等の異物による画素欠陥が生じる虞がある。また、有機ＥＬ層７を構成する各層の膜厚が２００ｎｍを超えると駆動電圧の上昇が生じ、消費電力の上昇に繋がる虞がある。
【００６４】
有機ＥＬ層７を構成する層のいずれかの層に対して、上記した本発明に係る電荷輸送性有機薄膜５を適用する場合は、前述の如く有機薄膜を成膜した後に加熱処理する、有機薄膜を成膜時に加熱する、磁場あるいは電場の印加等により配向性を生じさせることにより、その配向性を制御すればよい。これにより、当該層を構成するπ共役化合物の複数のπ電子共役構造面のうち、電荷移動に関与するＨＯＭＯまたはＬＵＭＯが主に分布するπ電子共役構造面を基板１１（および電極１２）の表面に対して実質的に平行に配向させて、当該層の電荷輸送性を向上することができる。これにより、有機ＥＬ素子２０の有機ＥＬ層７の電荷輸送性が向上するので、電極１２、１９から有機ＥＬ層７への電荷の注入効率が向上でき、有機ＥＬ素子２０の駆動電圧を低電圧化できる。
【００６５】
以下、有機ＥＬ素子２０の有機ＥＬ層７において、上記した本発明に係る有機薄膜５の配向を適用可能なπ共役化合物および該化合物により構成される層の例を示す。
【００６６】
正孔注入層１３、正孔輸送層１４を構成する代表的な正孔輸送材料であるＮ，Ｎ’−ジ（ナフタレン−１−イル）−Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−ベンジジン（α−ＮＰＤ）の分子構造を以下に示す。
【００６７】
【化２】
【００６８】
また、Ｇａｕｓｓｉａｎ０９Ｗを用いた非経験的分子軌道計算法のレベルＢ３ＬＹＰ／６−３１Ｇにより計算したα−ＮＰＤの安定構造を図４（ａ）に示し、同計算法により計算したα−ＮＰＤのＨＯＭＯの分子軌道を図４（ｂ）に示す。
正孔輸送性のα−ＮＰＤは、正孔輸送に関与するＨＯＭＯの分子軌道は中央のビフェニル部に主に分布しており、ナフタレン部におけるＨＯＭＯの分子軌道はわずかである。従って、α−ＮＰＤを正孔注入層１３または正孔輸送層１４として用いる場合は、ナフタレン環が基板１１（電極１２）に対して水平方向に配向していても電荷輸送特性は低いと考えられ、ビフェニル部を基板１１（電極１２）に対して実質的に平行となるように配向させることで電荷輸送性を向上できると考えられる。
【００６９】
正孔注入層１３、正孔輸送層１４を構成する正孔輸送材料である４，４’，４”−トリス（カルバゾール−９−イル）トリフェニルアミン（ＴｃＴａ）の分子構造を以下に示す。
【００７０】
【化３】
【００７１】
また、Ｇａｕｓｓｉａｎ０９Ｗを用いた非経験的分子軌道計算法のレベルＢ３ＬＹＰ／６−３１Ｇにより計算したＴｃＴａの安定構造を図５（ａ）に示し、同計算法により計算したＴｃＴａのＨＯＭＯの分子軌道を図５（ｂ）に示す。
正孔輸送性のＴｃＴａは、正孔輸送に関与するＨＯＭＯの分子軌道が分子全体に分布しているが、カルバゾール部が最も面積の広いπ電子共役構造面となっており、いずれかのカルバゾールが基板に対して水平に配置することにより、電荷輸送性が向上すると考えられる。
【００７２】
電子注入層１８、電子輸送層１７を構成する電子輸送材料である２，９−ジメチル−４，７−ジフェニル−１，１０−フェナントロリン（ＢＣＰ）の分子構造を以下に示す。
【００７３】
【化４】
【００７４】
また、Ｇａｕｓｓｉａｎ０９Ｗを用いた非経験的分子軌道計算法のレベルＢ３ＬＹＰ／６−３１Ｇにより計算したＢＣＰの安定構造を図６（ａ）に示し、同計算法により計算したＢＣＰのＬＵＭＯの分子軌道を図６（ｂ）に示す。
電子輸送性のＢＣＰは、電子輸送に関与するＬＵＭＯの分子軌道が、主にフェナントロリン部に分布しており、フェナントロリンが基板１１（電極１２）に対して実質的に水平方向になるように配向させることにより、電荷輸送特性を向上できると考えられる。
【００７５】
有機発光層１５のホスト材料、あるいは、正孔注入層１３、正孔輸送層１４を構成する正孔輸送材料として用いられる１，３−ビス（カルバゾール−９−イル）ベンゼン（ｍＣＰ）の分子構造を以下に示す。
【００７６】
【化５】
【００７７】
また、Ｇａｕｓｓｉａｎ０９Ｗを用いた非経験的分子軌道計算法のレベルＢ３ＬＹＰ／６−３１Ｇにより計算したｍＣＰの安定構造を図７（ａ）に示し、同計算法により算出したｍＣＰのＨＯＭＯの分子軌道を図７（ｂ）に示す。
正孔輸送性のｍＣＰは、カルバゾール部において正孔輸送に関与するＨＯＭＯの分子軌道の広がりが大きく、カルバゾール環が基板１１（電極１２）に対して実質的に水平方向に配向している方が電荷輸送特性は高くなる考えられる。
【００７８】
正孔注入層１３または正孔輸送層１４を構成する正孔注入材料である４，４’−（シクロヘキサン−１，１−ジイル）ビス（Ｎ，Ｎ−ジ−ｐ−トリルアニリン）（ＴＡＰＣ）の分子構造を以下に示す。
【００７９】
【化６】
【００８０】
Ｇａｕｓｓｉａｎ０９Ｗを用いた非経験的分子軌道計算法のレベルＢ３ＬＹＰ／６−３１Ｇにより計算したところ、ＴＡＰＣにおいては、個々のベンゼン環がそれぞれπ電子共役構造面となり、各π電子共役構造面は６角形あるいは円であり、正孔輸送に関与するＨＯＭＯはシクロヘキサンと結合しているベンゼン環に比較的偏って分布している。従って、シクロヘキサンと結合しているベンゼン環が基板１１（電極１２）に対して実質的に水平方向になるように配向させることにより、電荷輸送特性を向上できると考えられる。
【００８１】
正孔注入層１３または正孔輸送層１４を構成する正孔注入材料である２，２’−ビス（Ｎ，Ｎ−ジフェニルアミン）−９，９’−スピロビフルオレン（ＤＰＡＳ）の分子構造を以下に示す。
【００８２】
【化７】
【００８３】
Ｇａｕｓｓｉａｎ０９Ｗを用いた非経験的分子軌道計算法のレベルＢ３ＬＹＰ／６−３１Ｇにより計算したところ、ＤＰＡＳにおいては、個々のベンゼン環がそれぞれπ電子共役構造面になっており、正孔輸送に関与するＨＯＭＯは主にジフェニルアミン 部に分布する。従って、ジフェニルアミン部が基板１１（電極１２）に対して実質的に水平方向になるように配向させることにより、電荷輸送特性を向上できると考えられる。
【００８４】
正孔注入層１３または正孔輸送層１４を構成する正孔注入材料であるＮ１，Ｎ１’−（ビフェニル−４，４’−ジイル）ビス（Ｎ１−フェニル−Ｎ４，Ｎ４−ジ−ｍ−トリルベンゼン−１，４−ジアミン）（ＤＮＴＰＤ）の分子構造を以下に示す。
【００８５】
【化８】
【００８６】
Ｇａｕｓｓｉａｎ０９Ｗを用いた非経験的分子軌道計算法のレベルＢ３ＬＹＰ／６−３１Ｇにより計算したところ、ＤＮＴＰＤにおいては、個々のベンゼン環は同一平面上にはなく、それぞれπ電子共役構造面になっており、正孔輸送に関与するＨＯＭＯはＮ原子で挟まれた4つのベンゼン環の部分で広がっている。従って、これらのベンゼン環が基板１１（電極１２）に対して実質的に水平方向になるように配向させることにより、電荷輸送特性を向上できると考えられる。
【００８７】
正孔輸送層１４または正孔注入層１３を構成する正孔輸送材料であるＮ３，Ｎ３，Ｎ３”’， Ｎ３”’−テトラ−ｐ−トリル−［１，１’：２’，１”：２”，１”’−クオーターフェニル］−３，３”’−ジアミン（ＢＴＰＤ）の分子構造を以下に示す。
【００８８】
【化９】
【００８９】
Ｇａｕｓｓｉａｎ０９Ｗを用いた非経験的分子軌道計算法のレベルＢ３ＬＹＰ／６−３１Ｇにより計算したところ、ＢＴＰＤにおいては、個々のベンゼン環は同一平面上にはなく、それぞれπ電子共役構造面になっており、正孔輸送に関与するＨＯＭＯは主にＮ原子に結合しているベンゼン環に分布している。従って、この部分が基板１１（電極１２）に対して実質的に水平方向になるように配向させることにより、電荷輸送特性を向上できると考えられる。
【００９０】
正孔輸送層１４または正孔注入層１３を構成する正孔輸送材料である４，４’−（ジフェニルシランジイル）ビス（Ｎ，Ｎ−ジ−ｐ−トリルアニリン）（ＤＴＡＳｉ）の分子構造を以下に示す。
【００９１】
【化１０】
【００９２】
Ｇａｕｓｓｉａｎ０９Ｗを用いた非経験的分子軌道計算法のレベルＢ３ＬＹＰ／６−３１Ｇにより計算したところ、ＤＴＡＳｉにおいては、個々のベンゼン環がそれぞれπ電子共役面になっており、正孔輸送に関与するＨＯＭＯは主にN原子に結合したベンゼン環に分布する。従って、N原子に結合したベンゼン環が基板１１（電極１２）に対して実質的に水平方向になるように配向させることにより、電荷輸送特性を向上できると考えられる。
【００９３】
正孔輸送層１４または正孔注入層１３を構成する正孔輸送材料である２，２−ビス（４−カルバゾール−９−イルフェニル）アダマンティン（Ａｄ−Ｃｚ）の分子構造を以下に示す。
【００９４】
【化１１】
【００９５】
Ｇａｕｓｓｉａｎ０９Ｗを用いた非経験的分子軌道計算法のレベルＢ３ＬＹＰ／６−３１Ｇにより計算したところ、Ａｄ−Ｃｚにおいては、それぞれのカルバゾール環、ベンゼン環が別々の互いに平行でないπ電子共役構造面を形成している。正孔輸送に関与するＨＯＭＯは主にカルバゾール部に分布する。従って、カルバゾール部が基板１１（電極１２）に対して実質的に水平方向になるように配向させることにより、電荷輸送特性を向上できると考えられる。
【００９６】
有機発光層１５のホスト材料である４，４’−ビス（カルバゾール−９−イル）ビフェニル（ＣＢＰ）の分子構造を以下に示す。
【００９７】
【化１２】
【００９８】
Ｇａｕｓｓｉａｎ０９Ｗを用いた非経験的分子軌道計算法のレベルＢ３ＬＹＰ／６−３１Ｇにより計算したところ、ＣＢＰにおいて、それぞれのカルバゾール環、ベンゼン環が別々のπ電子共役構造面を形成しており、全てのπ電子共役構造面が互いに平行ではない。ＣＢＰにおいて、正孔輸送に関与するＨＯＭＯは主にカルバゾール部に分布する。従って、カルバゾール部が基板１１（電極１２）に対して実質的に水平方向になるように配向させることにより、正孔輸送特性を向上できると考えられる。また、電子輸送に関与するＬＵＭＯは主にＮ原子に挟まれたビフェニル部に分布する。従って、Ｎ原子に挟まれたビフェニル部が基板１１（電極１２）に対して実質的に水平方向になるように配向させることにより、電子輸送特性を向上できると考えられる。
【００９９】
有機発光層１５のホスト材料であるビス（２−メチルフェニル）ジフェニルシラン（ＵＧＨ１）の分子構造を以下に示す。
【０１００】
【化１３】
【０１０１】
Ｇａｕｓｓｉａｎ０９Ｗを用いた非経験的分子軌道計算法のレベルＢ３ＬＹＰ／６−３１Ｇにより計算したところ、ＵＧＨ１において、各ベンゼン環が別々に互いに平行でないπ電子共役構造面を形成している。ＵＧＨ１において、正孔輸送に関与するＨＯＭＯは主にメチル基が結合しているベンゼン環に分布する。従って、メチル基が結合しているベンゼン環が基板１１（電極１２）に対して実質的に水平方向になるように配向させることにより、正孔輸送特性を向上できると考えられる。また、電子輸送に関与するLUＭＯは主にメチル基が結合していないベンゼン環に分布する。従って、メチル基が結合していないベンゼン環が基板１１（電極１２）に対して実質的に水平方向になるように配向させることにより、電子輸送特性を向上できると考えられる。
【０１０２】
有機発光層１５のホスト材料である１，４−ビストリフェニルシリルベンゼン（ＵＧＨ２）の分子構造を以下に示す。
【０１０３】
【化１４】
【０１０４】
Ｇａｕｓｓｉａｎ０９Ｗを用いた非経験的分子軌道計算法のレベルＢ３ＬＹＰ／６−３１Ｇにより計算したところ、ＵＧＨ２において、各ベンゼン環が別々に互いに平行でないπ電子共役構造面を形成している。ＵＧＨ２において、ＨＯＭＯおよびＬＵＭＯは主にＳｉ原子に挟まれたベンゼン環に分布する。従って、Ｓｉ原子に挟まれたベンゼン環が基板１１（電極１２）に対して実質的に水平方向になるように配向させることにより、電荷輸送特性を向上できると考えられる。
【０１０５】
有機発光層１５のホスト材料である９，９’−（５−（トリフェニルシリル）−１，３−フェニレン）ビス（９Ｈ−カルバゾール）（ＳｉｍＣＰ）の分子構造を以下に示す。
【０１０６】
【化１５】
【０１０７】
Ｇａｕｓｓｉａｎ０９Ｗを用いた非経験的分子軌道計算法のレベルＢ３ＬＹＰ／６−３１Ｇにより計算したところ、ＳｉｍＣＰにおいて、それぞれのカルバゾール環、ベンゼン環が別々に互いに平行でないπ電子共役構造面を形成している。ＳｉｍＣＰにおいて、正孔輸送に関与するＨＯＭＯは主にカルバゾール部に分布する。従って、カルバゾール部が基板１１（電極１２）に対して実質的に水平方向になるように配向させることにより、正孔輸送特性を向上できると考えられる。また、電子輸送に関与するＬＵＭＯは主に中央のベンゼン環に分布する。従って、中央のベンゼン環が基板１１（電極１２）に対して実質的に水平方向になるように配向させることにより、電子輸送特性を向上できると考えられる。
【０１０８】
有機発光層１５のホスト材料であるビス（３，５−ジ（９Ｈ−カルバゾール−９−イル）フェニル）ジフェニルシラン（ＳｉｍＣＰ２）の分子構造を以下に示す。
【０１０９】
【化１６】
【０１１０】
Ｇａｕｓｓｉａｎ０９Ｗを用いた非経験的分子軌道計算法のレベルＢ３ＬＹＰ／６−３１Ｇにより計算したところ、ＳｉｍＣＰ２において、それぞれのカルバゾール環、ベンゼン環が別々に互いに平行でないπ電子共役構造面を形成している。ＳｉｍＣＰ２において、正孔輸送に関与するＨＯＭＯは主にカルバゾール部に分布する。従って、カルバゾール部が基板１１（電極１２）に対して実質的に水平方向になるように配向させることにより、正孔輸送特性を向上できると考えられる。また、電子輸送に関与するＬＵＭＯは主にＳｉ原子とＮ原子が結合しているベンゼン環に分布する。従って、Ｓｉ原子とＮ原子が結合しているベンゼン環が基板１１（電極１２）に対して実質的に水平方向になるように配向させることにより、電子輸送特性を向上できると考えられる。
【０１１１】
有機発光層１５のホスト材料である９，９−スピロビフルオレン−２−イル−ジフェニル−フォスフィンオキサイド（ＳＰＰＯ１）の分子構造を以下に示す。
【０１１２】
【化１７】
【０１１３】
Ｇａｕｓｓｉａｎ０９Ｗを用いた非経験的分子軌道計算法のレベルＢ３ＬＹＰ／６−３１Ｇにより計算したところ、ＳＰＰＯ１において、各ベンゼン環が別々に互いに平行でないπ電子共役構造面を形成している。ＳＰＰＯ１において、正孔輸送に関与するＨＯＭＯは主にP原子と結合していない方のフルオレン部に分布する。従って、P原子と結合していない方のフルオレン部が基板１１（電極１２）に対して実質的に水平方向になるように配向させることにより、正孔輸送特性を向上できると考えられる。また、電子輸送に関与するＬＵＭＯは主にP原子と結合している方のフルオレン部に分布する。従って、P原子と結合している方のフルオレン部が基板１１（電極１２）に対して実質的に水平方向になるように配向させることにより、電子輸送特性を向上できると考えられる。
【０１１４】
有機発光層１５のホスト材料であるプロパン−２，２’−ジイルビス（４，１−フェニレン）ジベンゾエート（ＭＭＡ１）の分子構造を以下に示す。
【０１１５】
【化１８】
【０１１６】
Ｇａｕｓｓｉａｎ０９Ｗを用いた非経験的分子軌道計算法のレベルＢ３ＬＹＰ／６−３１Ｇにより計算したところ、ＭＭＡ１において、各ベンゼン環が別々に互いに平行でないπ電子共役構造面を形成している。ＭＭＡ１において、正孔輸送に関与するＨＯＭＯは主にＯ原子が結合しているベンゼン環に分布する。従って、Ｏ原子が結合しているベンゼン環が基板１１（電極１２）に対して実質的に水平方向になるように配向させることにより、正孔輸送特性を向上できると考えられる。また、電子輸送に関与するＬＵＭＯは主に末端のベンゼン環に分布する。従って、末端のベンゼン環が基板１１（電極１２）に対して実質的に水平方向になるように配向させることにより、電子輸送特性を向上できると考えられる。
【０１１７】
有機発光層１５のホスト材料である９−（４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−３，６−ビス（トリフェニルシリル）−９Ｈ−カルバゾール（ＣｚＳｉ）の分子構造を以下に示す。
【０１１８】
【化１９】
【０１１９】
Ｇａｕｓｓｉａｎ０９Ｗを用いた非経験的分子軌道計算法のレベルＢ３ＬＹＰ／６−３１Ｇにより計算したところ、ＣｚＳｉにおいて、中央のカルバゾール環、その他のベンゼン環が別々に互いに平行でないπ電子共役構造面を形成している。ＣｚＳｉにおいて、ＨＯＭＯおよびＬＵＭＯは主にカルバゾール部に分布する。従って、カルバゾール部が基板１１（電極１２）に対して実質的に水平方向になるように配向させることにより、電荷輸送特性を向上できると考えられる。
【０１２０】
有機発光層１５のホスト材料である４，４’−ビス（ジフェニルフォスフィンオキサイド）ビフェニル（ＰＯ１）の分子構造を以下に示す。
【０１２１】
【化２０】
【０１２２】
Ｇａｕｓｓｉａｎ０９Ｗを用いた非経験的分子軌道計算法のレベルＢ３ＬＹＰ／６−３１Ｇにより計算したところ、ＰＯ１において、真ん中の２つのベンゼン環（ビフェニル部）が同一平面上にあり、１つのπ電子共役構造面を形成しており、その他のベンゼン環（ジフェニル部）のπ電子共役構造面とは互いに平行でない。ＰＯ１において、ＨＯＭＯおよびＬＵＭＯは主にジフェニル部に分布する。従って、ジフェニル部が基板１１（電極１２）に対して実質的に水平方向になるように配向させることにより、電荷輸送特性を向上できると考えられる。
【０１２３】
有機発光層１５のホスト材料である２，２’−ビス（４−カルバゾール−９−イル）フェニル）−ビフェニル（ＢＣＢＰ）の分子構造を以下に示す。
【０１２４】
【化２１】
【０１２５】
Ｇａｕｓｓｉａｎ０９Ｗを用いた非経験的分子軌道計算法のレベルＢ３ＬＹＰ／６−３１Ｇにより計算したところ、ＢＣＢＰにおいて、両側のカルバゾール環と中央の4つのベンゼン環は同一平面上になく、互いに平行でないπ電子共役構造面を形成している。ＢＣＢＰにおいて、正孔輸送に関与するＨＯＭＯは主にカルバゾール部に分布する。従って、カルバゾール部が基板１１（電極１２）に対して実質的に水平方向になるように配向させることにより、正孔輸送特性を向上できると考えられる。また、電子輸送に関与するＬＵＭＯは主にカルバゾールに結合したフェニルおよびビフェニル部に分布する。従って、カルバゾールに結合したフェニルおよびビフェニル部が基板１１（電極１２）に対して実質的に水平方向になるように配向させることにより、電子輸送特性を向上できると考えられる。
【０１２６】
有機発光層１５のホスト材料である２，８−ビス（ジフェニルフォスフォリル）ジベンゾ［ｂ，ｄ］チオフェン（ＰＰＴ）の分子構造を以下に示す。
【０１２７】
【化２２】
【０１２８】
Ｇａｕｓｓｉａｎ０９Ｗを用いた非経験的分子軌道計算法のレベルＢ３ＬＹＰ／６−３１Ｇにより計算したところ、ＰＰＴにおいて、中央のジベンゾチオフェンとベンゼン環とが互いに平行でないπ電子共役構造面となっている。ＰＰＴにおいて、ＨＯＭＯおよびＬＵＭＯは主にジベンゾチオフェン部に分布する。従って、ジベンゾチオフェン部が基板１１（電極１２）に対して実質的に水平方向になるように配向させることにより、電荷輸送特性を向上できると考えられる。
【０１２９】
有機発光層１５のホスト材料である４−（ジフェニルフォスフォリル）−Ｎ，Ｎ−ジフェニルアニリン（ＨＭ−Ａ１）の分子構造を以下に示す。
【０１３０】
【化２３】
【０１３１】
Ｇａｕｓｓｉａｎ０９Ｗを用いた非経験的分子軌道計算法のレベルＢ３ＬＹＰ／６−３１Ｇにより計算したところ、ＨＭ−Ａ１において、各ベンゼン環が別々に互いに平行でないπ電子共役構造面を形成している。ＨＭ−Ａ１において、正孔輸送に関与するＨＯＭＯは主にジフェニルアニリン部に分布する。従って、ジフェニルアニリン部が基板１１（電極１２）に対して実質的に水平方向になるように配向させることにより、正孔輸送特性を向上できると考えられる。また、電子輸送に関与するＬＵＭＯは主にＮ原子とＰ原子に挟まれたベンゼン環に分布する。従って、Ｎ原子とＰ原子に挟まれたベンゼン環が基板１１（電極１２）に対して実質的に水平方向になるように配向させることにより、電子輸送特性を向上できると考えられる。
【０１３２】
有機発光層１５のホスト材料である９，９’−（（２，６−ジフェニルベンゾ［１，２−ｂ：４，５−ｂ’］ジフラン−３，７−ジイル）ビス（４，１−フェニレン））ビス（９Ｈ−カルバゾール）（ＣＺＢＤＦ）の分子構造を以下に示す。
【０１３３】
【化２４】
【０１３４】
Ｇａｕｓｓｉａｎ０９Ｗを用いた非経験的分子軌道計算法のレベルＢ３ＬＹＰ／６−３１Ｇにより計算したところ、ＣＺＢＤＦにおいて、中央のベンゾジフランと両端のカルバゾール、その他のベンゼン環が互いに平行でないπ電子共役構造面を形成している。ＣＺＢＤＦにおいて、ＨＯＭＯおよびＬＵＭＯは主にジベンゾフラン部に分布する。従って、ジベンゾフラン部が基板１１（電極１２）に対して実質的に水平方向になるように配向させることにより、電荷輸送特性を向上できると考えられる。
【０１３５】
有機発光層１５のホスト材料である２，４−ビス（フェノキシ）−６−（３−メチルジフェニルアミノ）−１，３，５−トリアジン（ＢＰＭＴ）の分子構造を以下に示す。
【０１３６】
【化２５】
【０１３７】
Ｇａｕｓｓｉａｎ０９Ｗを用いた非経験的分子軌道計算法のレベルＢ３ＬＹＰ／６−３１Ｇにより計算したところ、ＢＰＭＴにおいて、トリアジン環、ベンゼン環が互いに平行でないπ電子共役構造面を形成している。ＢＰＭＴにおいて、正孔輸送に関与するＨＯＭＯは主にジフェニルアミノ基に分布する。従って、ジフェニルアミノ基が基板１１（電極１２）に対して実質的に水平方向になるように配向させることにより、正孔輸送特性を向上できると考えられる。また、電子輸送に関与するＬＵＭＯは主にトリアジン環およびトリアジン環とＯ原子を介して結合しているベンゼン環に分布する。従って、トリアジン環およびトリアジン環とＯ原子を介して結合しているベンゼン環が基板１１（電極１２）に対して実質的に水平方向になるように配向させることにより、電子輸送特性を向上できると考えられる。
【０１３８】
電子輸送層１７または電子注入層１８を構成する電子輸送材料である２，２’，２”−（１，３，５−ベンジントリル）−トリス（１−フェニル−１Ｈ−ベンゾイミダゾール）（ＴＰＢＩ）の分子構造を以下に示す。
【０１３９】
【化２６】
【０１４０】
Ｇａｕｓｓｉａｎ０９Ｗを用いた非経験的分子軌道計算法のレベルＢ３ＬＹＰ／６−３１Ｇにより計算したところ、ＴＰＢＩ３において、各ベンゾイミダゾールとベンゼン環は互いに平行でないπ電子共役構造面を形成している。電子輸送に関与するＬＵＭＯは主に中央のベンゼン環に分布する。従って、中央のベンゼン環が基板１１（電極１２）に対して実質的に水平方向になるように配向させることにより、電荷輸送特性を向上できると考えられる。
【０１４１】
電子輸送層１７または電子注入層１８を構成する電子輸送材料である３−（４−ビフェニル）−４−フェニル−５−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル−１，２，４−トリアゾール（ＴＡＺ）の分子構造を以下に示す。
【０１４２】
【化２７】
【０１４３】
Ｇａｕｓｓｉａｎ０９Ｗを用いた非経験的分子軌道計算法のレベルＢ３ＬＹＰ／６−３１Ｇにより計算したところ、ＴＡＺにおいて、トリアゾール環と各ベンゼン環は互いに平行でないπ電子共役構造面を形成している。電子輸送に関与するＬＵＭＯは主にビフェニルのトリアゾール側のベンゼン環に分布する。従って、ビフェニルのトリアゾール側のベンゼン環が基板１１（電極１２）に対して実質的に水平方向になるように配向させることにより、電荷輸送特性を向上できると考えられる。
【０１４４】
電子輸送層１７または電子注入層１８を構成する電子輸送材料である４，７−ジフェニル−１，１０−フェナントロリン（ＢＰｈｅｎ）の分子構造を以下に示す。
【０１４５】
【化２８】
【０１４６】
Ｇａｕｓｓｉａｎ０９Ｗを用いた非経験的分子軌道計算法のレベルＢ３ＬＹＰ／６−３１Ｇにより計算したところ、ＢＰｈｅｎにおいて、フェナントロリン環と各ベンゼン環は互いに平行でないπ電子共役構造面を形成している。電子輸送に関与するＬＵＭＯは主にフェナントロリン部に分布する。従って、フェナントロリン部が基板１１（電極１２）に対して実質的に水平方向になるように配向させることにより、電荷輸送特性を向上できると考えられる。
【０１４７】
電子輸送層１７または電子注入層１８を構成する電子輸送材料であるジフェニルビス（４−（ピリジン−３−イル）フェニル）シラン（ＤＰＰＳ）の分子構造を以下に示す。
【０１４８】
【化２９】
【０１４９】
Ｇａｕｓｓｉａｎ０９Ｗを用いた非経験的分子軌道計算法のレベルＢ３ＬＹＰ／６−３１Ｇにより計算したところ、ＤＰＰＳにおいて、各ピリジン環と各ベンゼン環は互いに平行でないπ電子共役構造面を形成している。電子輸送に関与するＬＵＭＯは主にピリジン環およびピリジン環と結合しているベンゼン環に分布する。従って、ピリジン環およびピリジン環と結合しているベンゼン環が基板１１（電極１２）に対して実質的に水平方向になるように配向させることにより、電荷輸送特性を向上できると考えられる。
【０１５０】
電子輸送層１７または電子注入層１８を構成する電子輸送材料である１，３，５−トリ（（３−ピリジル）−フェン−３−イル）ベンゼン（ＴｍＰｙＰＢ）の分子構造を以下に示す。
【０１５１】
【化３０】
【０１５２】
Ｇａｕｓｓｉａｎ０９Ｗを用いた非経験的分子軌道計算法のレベルＢ３ＬＹＰ／６−３１Ｇにより計算したところ、ＴｍＰｙＰＢにおいて、各ピリジン環と各ベンゼン環は互いに平行でないπ電子共役構造面を形成している。電子輸送に関与するＬＵＭＯは主に４つのベンゼン環（１，３，５−トリフェニルベンゼン部）に分布する。従って、４つのベンゼン環が基板１１（電極１２）に対して実質的に水平方向になるように配向させることにより、電荷輸送特性を向上できると考えられる。
【０１５３】
電子輸送層１７または電子注入層１８を構成する電子輸送材料である１，３，５−トリ（ｐ−ピリジ−３−イル−フェニル）ベンゼン（ＴｐＰｙＰＢ）の分子構造を以下に示す。
【０１５４】
【化３１】
【０１５５】
Ｇａｕｓｓｉａｎ０９Ｗを用いた非経験的分子軌道計算法のレベルＢ３ＬＹＰ／６−３１Ｇにより計算したところ、ＴｐＰｙＰＢにおいて、各ピリジン環と各ベンゼン環は互いに平行でないπ電子共役構造面を形成している。電子輸送に関与するＬＵＭＯは主に４つのベンゼン環（１，３，５−トリフェニルベンゼン部）に分布する。従って、４つのベンゼン環が基板１１（電極１２）に対して実質的に水平方向になるように配向させることにより、電荷輸送特性を向上できると考えられる。
【０１５６】
上記で例示した有機ＥＬ層７を構成するπ共役化合物および該化合物より構成される層は一例であるが、上記の如く、有機ＥＬ層７を構成する少なくともいずれかの層に対して、上記した本発明に係る電荷輸送性有機薄膜５を適用することができる。これにより、当該層を構成するπ共役化合物の複数のπ電子共役構造面のうち、電荷移動に関与するＨＯＭＯまたはＬＵＭＯが主に分布するπ電子共役構造面を基板１１（および電極１２）の表面に対して実質的に平行に配向させて、当該層の電荷輸送性を向上することができる。従って、有機ＥＬ素子２０の有機ＥＬ層７の電荷輸送性が向上するので、電極１２、１９から有機ＥＬ層７への電荷の注入効率が向上でき、有機ＥＬ素子２０の駆動電圧を低電圧化できる。
【０１５７】
なお、本発明に係る有機ＥＬ素子は、発光した光を基板側に放射するボトムエミッションタイプのデバイスで構成されていてもよいし、そうではなくて基板とは反対側に放射するトップエミッションタイプのデバイスで構成されていてもよい。また、本発明の有機発光素子の駆動方式は特に限定されず、アクティブ駆動方式でもパッシブ駆動方式でも良いが、有機発光素子をアクティブ駆動方式で駆動させる方が好ましい。アクティブ駆動方式を採用することにより、パッシブ駆動方式に比べて有機発光素子の発光時間を長くすることができ、所望の輝度を得る駆動電圧を低減し、低消費電力化が可能となるため好ましい。
【実施例】
【０１５８】
以下、実施例に基づき本発明をさらに詳述するが、本発明は以下の実施例に制限されるものではない。
【０１５９】
（比較例１）
基板として、電極および配線としてパターニングされた厚さ１５０ｎｍのＩＺＯ（登録商標、酸化インジウム亜鉛）膜が形成された厚さ０．７ｍｍのガラスを用いた。この基板を水洗後、純水超音波洗浄１０分、アセトン超音波洗浄１０分、イソプロピルアルコール蒸気洗浄５分を行い、１００℃にて１時間乾燥させた。
次に、洗浄後の基板に酸素を少量含む窒素雰囲気中でＵＶ光を照射し、表面の洗浄処理を施した後、真空蒸着装置内に導入した。その後、基板上に室温で膜厚１００ｎｍの２−メチル−９，１０−ビス（ナフタレン−２−イル）アントラセン（ＭＡＤＮ）を真空蒸着により形成した。次いで、電極および配線パターンを有するシャドーマスクを用いて、Ａｌを蒸着し、ＭＡＤＮ膜上に厚さ１００ｎｍのアルミニウム（Ａｌ）電極を形成し、その後にグローブボックス内にて封止して、比較例１の素子１を作製した。
【０１６０】
（実施例１）
比較例１の素子１と同じ手順でＩＺＯ（登録商標）上に膜厚１００ｎｍのＭＡＤＮを蒸着した後、酸素および水分濃度が制御された窒素雰囲気のグローブボックス内で、１４０℃で３０分間熱処理した。
次に、熱処理後のＭＡＤＮ付き基板を真空蒸着室内に戻し、電極および配線パターンを有するシャドーマスクを用いて、ＭＡＤＮ膜上に厚さ１００ｎｍのＡｌを蒸着して電極を形成した後にグローブボックス内にて封止して、実施例１の素子２を作製した。
【０１６１】
素子１（比較例１）および素子２（実施例１）のＭＡＤＮ膜の分子の配向状態を調べるため、素子１および素子２の基板について、Ａｌ蒸着直前に取り出し、分光エリプソメーター（J. A. Woollam社製Ｍ−２０００Ｕ）により測定した。
分光エリプソメーターの測定データを解析し、素子１および素子２の基板のＭＡＤＮ膜の光学定数（屈折率ｎおよび消衰係数ｋ）を導出した。素子１（比較例１）の解析結果を図８（ａ）に、素子２（実施例１）の解析結果を図８（ｂ）に示す。測定データの解析は、ＭＡＤＮ膜が基板に垂直な方向に一軸対称性を持つとしたモデルで行った。なお、図８に示すグラフにおいて、「kx,ky」は基板に対して水平方向の消衰係数、「kz」は基板に対して垂直方向の消衰係数、「nx,ny」は基板に対して水平方向の屈折率、「nz」は基板に対して垂直方向の屈折率をそれぞれ示す。
【０１６２】
図８（ａ）及び図８（ｂ）に示すように、消衰係数「kx,ky」及び「kz」にピークが２つ見られ、Ｇａｕｓｓｉａｎ０９Ｗを用いた非経験的分子軌道計算法のレベルＢ３ＬＹＰ／６−３１Ｇ（ｄ）によるＭＡＤＮ分子の遷移双極子モーメントの計算結果から、波長２５０ｎｍ付近のピークは図２（ａ）に示すアントラセンの長軸方向（ｙ方向）の遷移双極子モーメントに由来し、波長４００ｎｍ付近のピークは図２（ｂ）に示すアントラセンの短軸方向（ｘ方向）の遷移双極子モーメントに由来することがわかった。
波長２５０ｎｍ付近のピークにおけるＭＡＤＮ膜のアントラセンの長軸方向（ｙ方向）の遷移双極子モーメントに対する配向パラメータＳ、及び、４００ｎｍ付近のピークにおけるアントラセンの短軸方向（ｘ方向；ナフタレン環のπ共役平面に水平方向）の遷移双極子モーメントに対する配向パラメータＳを、それぞれ上記式（Ａ）より求めた。その結果を図８（ａ）および図８（ｂ）に合わせて示す。
【０１６３】
図８（ａ）の結果より、熱処理を施さなかった比較例１の素子１では、ＭＡＤＮを構成するアントラセンの短軸方向（図２（ａ）のｘ方向）の異方性が強く、ナフタレン環が基板に対して垂直よりも水平方向に向く傾向があることがわかる。それに対して、図８（ｂ）に示す熱処理を施した実施例１の素子２では、ＭＡＤＮを構成するアントラセンの長軸方向（図２（ａ）のｙ方向）の異方性が強くなり、アントラセン環が基板に対して垂直よりも水平方向に向く傾向に変わっており、アントラセン環が基板に対して実質的に水平に配向していた。
【０１６４】
このように配向性の異なるＭＡＤＮ膜の電気的特性を素子１および素子２の電流−電圧（Ｉ−Ｖ）特性測定により評価した。Ｉ−Ｖ特性の測定結果を図９に示す。この結果は、実施例１の素子２の方が、比較例１の素子１よりも印加電圧に対してより電流が流れやすく、ＭＡＤＮを構成するナフタレン環が基板に対して水平に向いた状態よりもアントラセン環が基板に対して実質的に水平方向に向いている方が電荷輸送性が高いことを示す。すなわち、図２（ａ）に示すように、ＨＯＭＯの分子軌道がほとんど分布していないナフタレン環が基板に対して水平に向いているよりも、ＨＯＭＯの分子軌道が主に分布しているアントラセン環が基板に対して水平に向いている方が電荷輸送性が高くなることが明らかである。以上の結果より、薄膜の配向を制御して電荷輸送性を向上させるためには、ＨＯＭＯ（またはＬＵＭＯ）の分子軌道の分布を考慮し、ＨＯＭＯ（またはＬＵＭＯ）が主に分布しているπ電子共役構造面を基板に対して実質的に平行に配向させることが重要であることが確認された。
【０１６５】
（実施例２）
実施例１と同様にＩＺＯ（登録商標）基板を準備し、洗浄を施して真空蒸着装置内に導入した。
次に、蒸着室内で基板温度を８０℃まで昇温し、その状態でＩＺＯ（登録商標）上に２−メチル−９，１０−ビス（ナフタレン−２−イル）アントラセン（ＭＡＤＮ）を膜厚１００ｎｍ蒸着した。蒸着後、基板温度を４０℃以下に降温して、電極および配線パターンを有するシャドーマスクを用いてＡｌを１００ｎｍ蒸着して、ＭＡＤＮ膜上にアルミニウム（Ａｌ）電極を形成した。その後、蒸着した基板をグローブボックス内で封止して実施例２の素子３を作製した。
【０１６６】
実施例２の素子３と同じ条件で蒸着したＭＡＤＮ膜の配向性を、実施例１および比較例１と同様の手法で分光エリプソで評価した結果、実施例１の素子２のＭＡＤＮ膜と同じであることがわかった。
また、素子３の電流−電圧（Ｉ−Ｖ）特性を測定したところ、実施例２の素子３のＩ−Ｖ特性も実施例１の素子２とほぼ同じであり、比較例１の素子１よりも印加電圧に対してより電流が流れやすくなっていた。
実施例２の素子３の結果からも、上記実施例１と同様に、ＭＡＤＮを構成するナフタレン環が基板に対して水平に向いた状態よりもアントラセン環が基板に対して水平に向いている方が電荷輸送性が高くなることが示された。
【０１６７】
（比較例２）
比較例１と同様にして基板として、ＩＺＯ（登録商標）基板上に室温で膜厚１００ｎｍの２−メチル−９，１０−ビス（ナフタレン−２−イル）アントラセン（ＭＡＤＮ）を真空蒸着により形成した。
次に、ＭＡＤＮ膜上に真空蒸着によりＡｌｑ３（トリス（８−キノラリト）アルミニウム）膜を膜厚５０ｎｍ形成した。
次いで、電極および配線パターンを有するシャドーマスクを用いて、Ａｌを蒸着し、Ａｌｑ３膜上に厚さ１００ｎｍのアルミニウム（Ａｌ）電極を形成し、その後にグローブボックス内にて封止して、比較例２の素子４を作製した。
【０１６８】
（実施例３）
比較例２の素子４と同じ手順でＩＺＯ（登録商標）上に膜厚１００ｎｍのＭＡＤＮを蒸着した後、酸素および水分濃度が制御された窒素雰囲気のグローブボックス内で、１４０℃で３０分間熱処理した。
次に、熱処理後のＭＡＤＮ付き基板を真空蒸着室内に戻し、ＭＡＤＮ膜上に真空蒸着によりＡｌｑ３（トリス（８−キノラリト）アルミニウム）膜を膜厚５０ｎｍ形成した。
次いで、電極および配線パターンを有するシャドーマスクを用いて、ＭＡＤＮ膜上に厚さ１００ｎｍのＡｌを蒸着して電極を形成した後にグローブボックス内にて封止して、実施例３の素子５を作製した。
【０１６９】
比較例２の素子４および実施例３の素子５のＩ−Ｖ特性を測定したところ、素子５のＩ−Ｖ特性の方が素子４よりも印加電圧に対してより電流が流れやすく、この素子構造に対してもＭＡＤＮを構成するナフタレン環が基板に対して水平に向いた状態よりもアントラセン環が基板に対して水平に向いている方が電荷輸送性が高いことが示された。
【０１７０】
（検討例１）
実施例１及び比較例１と同様にしてＭＡＤＮ膜を成膜した後、（１）熱処理をしない、（２）１００℃３０分間の熱処理を施す、（３）１４０℃３０分間の熱処理を施す、のいずれかの条件で処理を行ったあと、実施例１及び比較例１と同様にしてＡｌ電極の形成および封止を行った。
得られた各素子について、電流−電圧（Ｉ−Ｖ）特性測定を行った。結果を図１０に示す。
図１０の結果より、ＭＡＤＮ膜は、成膜後に１４０℃で熱処理することにより配向性が変化し、ナフタレン環よりもアントラセン環が基板に実質的に水平に配向し、電荷輸送性が向上することがわかった。
【０１７１】
（検討例２）
ＭＡＤＮ膜の成膜後の熱処理温度を２０℃、８０℃、１００℃、１２０℃、１４０℃に変化させたこと以外は、検討例１と同様にして素子を作製し、得られた各素子について、配向パラメータＳおよび２Ｖ印加時の電流密度を測定した。その結果を図１１に示す。なお、図１１において、「Ｓ−アントラセンｙ」は、図８に示すように消衰係数の波長２５０ｎｍ付近のピークにおけるアントラセンの長軸方向（ｙ方向）の遷移双極子モーメントに対する配向パラメータＳを示す。また、「Ｓ−アントラセンｘ」は、図８に示すように消衰係数の波長４００ｎｍ付近のピークにおけるアントラセンの短軸方向（ｘ方向；ナフタレン環のπ共役平面に水平方向）の遷移双極子モーメントに対する配向パラメータＳを示す。
図１０の結果より、ＭＡＤＮ膜は、成膜後に１４０℃で熱処理することにより配向性が変化し、配向パラメータ「Ｓ−アントラセンｙ」が−０．１５以下となっており、ナフタレン環よりもアントラセン環が基板に対して実質的に水平に配向し、電荷輸送性が向上していた。
【０１７２】
（検討例３）
ＭＡＤＮ膜の成膜時のＩＺＯ（登録商標）基板温度を室温〜１２０℃まで変化させたこと以外は、比較例１と同様にして素子を作製した。得られた素子について、実施例１及び比較例１と同様の手法で分光エリプソで評価し、波長２５０ｎｍ付近の消衰係数のピークにおける配向パラメータＳと、波長４００ｎｍ付近の消衰係数のピークにおける配向パラメータＳを測定した。その結果を、図１２に示す。
図１２に示すように、基板の温度を６０℃以上としてＭＡＤＮ膜を成膜することにより、波長２５０ｎｍ付近のピークに由来する配向パラメータＳと、波長４００ｎｍ付近のピークに由来する配向パラメータＳとの大小関係が逆転しており、ＭＡＤＮにおけるナフタレン環よりもアントラセン環の方が基板に対して水平方向となるような配向に変化したことがわかる。この結果より、配向パラメータＳが−０．１以下の場合に、ＨＯＭＯが主に分布しているアントラセン環が基板に対して実質的に水平に配向し、電荷輸送性が向上することがわかる。
【産業上の利用可能性】
【０１７３】
本発明は、例えば、有機エレクトロルミネッセンス素子（有機ＥＬ素子）、色変換発光素子、光変換発光素子、光電変換素子、有機薄膜トランジスタ、有機レーザーダイオード素子等に利用することができ、また、各発光素子を用いた表示装置、照明装置および電子機器等にも利用することができる。
【符号の説明】
【０１７４】
１、２…電極、５…電荷輸送性有機薄膜、７…有機ＥＬ層（有機層）、１０…素子、１１…基板、１２、１９…電極、１３…正孔注入層、１４…正孔輸送層、１５…有機発光層、１６…正孔防止層、１７…電子輸送層、１８…電子注入層、２０…有機エレクトロルミネッセンス素子（有機ＥＬ素子）。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材上に形成され、互いに平行でない複数のπ電子共役構造面を有する電荷輸送性のπ共役化合物を含んでなる電荷輸送性の非晶質薄膜であって、
前記π共役化合物が電子輸送性である場合は最低非占有分子軌道（ＬＵＭＯ）が主に分布しているπ電子共役構造面を、
前記π共役化合物が正孔輸送性である場合は最高占有分子軌道（ＨＯＭＯ）が主に分布しているπ電子共役構造面を、それぞれ第１のπ電子共役構造面としたとき、
前記第１のπ電子共役構造面が前記基材の表面に対して実質的に平行に配向していることを特徴とする電荷輸送性有機薄膜。
【請求項２】
前記ＨＯＭＯおよび前記ＬＵＭＯが、Ｇａｕｓｓｉａｎ０９Ｗを用いた非経験的分子軌道計算法により導出されることを特徴とする請求項１に記載の電荷輸送性有機薄膜。
【請求項３】
前記第１のπ電子共役構造面に平行な遷移双極子モーメントの方向に対する２次の配向パラメータＳが、−０．１〜−０．５の範囲にあることを特徴とする請求項１または２に記載の電荷輸送性有機薄膜。
【請求項４】
前記第１のπ電子共役構造面が長軸および短軸を有し、前記第１のπ電子共役構造面の長軸方向に対する２次の配向パラメータSが、−０．１〜−０．５の範囲にあることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の電荷輸送性有機薄膜。
【請求項５】
前記第１のπ共役構造面が、前記π共役化合物において最も面積の広いπ電子共役構造面であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の電荷輸送性有機薄膜。
【請求項６】
発光材料を含む少なくとも１層の有機層が２枚の対向する電極間に配置された有機エレクトロルミネッセンス素子であって、
前記有機層が、請求項１〜５のいずれか一項に記載の電荷輸送性有機薄膜を含んでなることを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項１】
基材上に形成され、互いに平行でない複数のπ電子共役構造面を有する電荷輸送性のπ共役化合物を含んでなる電荷輸送性の非晶質薄膜であって、
前記π共役化合物が電子輸送性である場合は最低非占有分子軌道（ＬＵＭＯ）が主に分布しているπ電子共役構造面を、
前記π共役化合物が正孔輸送性である場合は最高占有分子軌道（ＨＯＭＯ）が主に分布しているπ電子共役構造面を、それぞれ第１のπ電子共役構造面としたとき、
前記第１のπ電子共役構造面が前記基材の表面に対して実質的に平行に配向していることを特徴とする電荷輸送性有機薄膜。
【請求項２】
前記ＨＯＭＯおよび前記ＬＵＭＯが、Ｇａｕｓｓｉａｎ０９Ｗを用いた非経験的分子軌道計算法により導出されることを特徴とする請求項１に記載の電荷輸送性有機薄膜。
【請求項３】
前記第１のπ電子共役構造面に平行な遷移双極子モーメントの方向に対する２次の配向パラメータＳが、−０．１〜−０．５の範囲にあることを特徴とする請求項１または２に記載の電荷輸送性有機薄膜。
【請求項４】
前記第１のπ電子共役構造面が長軸および短軸を有し、前記第１のπ電子共役構造面の長軸方向に対する２次の配向パラメータSが、−０．１〜−０．５の範囲にあることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の電荷輸送性有機薄膜。
【請求項５】
前記第１のπ共役構造面が、前記π共役化合物において最も面積の広いπ電子共役構造面であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の電荷輸送性有機薄膜。
【請求項６】
発光材料を含む少なくとも１層の有機層が２枚の対向する電極間に配置された有機エレクトロルミネッセンス素子であって、
前記有機層が、請求項１〜５のいずれか一項に記載の電荷輸送性有機薄膜を含んでなることを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子。
【図１】
【図３】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図３】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１３−３０６７４（Ｐ２０１３−３０６７４Ａ）
【公開日】平成２５年２月７日（２０１３．２．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１６６９１０（Ｐ２０１１−１６６９１０）
【出願日】平成２３年７月２９日（２０１１．７．２９）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年２月７日（２０１３．２．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月２９日（２０１１．７．２９）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
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