CN101501880A - 有机电致发光元件 - Google Patents

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Abstract

一种有机电致发光元件(1)，其中，具有：阴极(10)和阳极(20)、以及设在所述阴极(10)和阳极(20)之间的至少含有发光层(32)和电子传输层(34)的有机层(30)，构成所述电子传输层(34)的电子迁移率最慢的电子传输材料的电子迁移率在0.4～0.5MV/cm的电场强度下为2.0×10－5cm2/Vs以上，构成所述发光层(32)的主体材料的电子迁移率/空穴迁移率(ΔEM)、与构成所述电子传输层(34)的电子迁移率最慢的电子传输材料的电子迁移率/空穴迁移率(ΔET)满足以下关系，ΔET＞1；0.3≤ΔEM≤10；ΔET＞ΔEM。

Description

有机电致发光元件
技术领域
本发明涉及发光特性以及寿命优异的有机电致发光(EL)元件。
背景技术
由于在有机EL元件中实现高效的发光，因此在有机EL元件中具有分离空穴传输、发光以及电子传输的功能的三层以上的层的多层型结构成为主流，发光层使用在固体介质(主体)材料中分散有激光色素等高量子收率的荧光色素(客体)的物质。在该结构中可以使发光层的荧光量子收率提高，不仅大幅度提高有机EL元件的量子效率，而且通过选择所使用的荧光色素可以自由地控制发光波长。
另外，多层型结构的元件的另一个优点为“载流子限制效应”。作为显示出对发挥载流子限制效应有效的结构材料的性质的例子，可以列举图3以及图4的例子。
图3是使用电子传输性发光层的例子。由于形成发光层的主体材料为电子传输性，因此，其结构为在空穴传输层与发光层的界面上容易使空穴和电子积存。即，设置障壁使形成发光层的主体材料的电离电势大于形成空穴传输层的空穴传输材料的电离电势，由此，容易使空穴积存在空穴传输层与发光层之间的界面上，并且通过使形成空穴传输层的空穴传输材料的电子亲和力的能量水平的绝对值小于形成发光层的主体材料的绝对值来提高电子障壁性，从而使电子积存在发光层与空穴传输层之间的界面上，由此提高电子与空穴的结合概率，提高发光效率。该电离电势与电子亲和力在严格意义上不同，但分别接近于最高被占分子轨道能级和最低空轨道能级，可以认为大小关系几乎相同。图3的结构记载于专利文献1，可以明确在电子传输性主体中加入磷光掺杂物、在空穴传输层界面上提高载流子复合概率并以高效率使其发光的技术。
图4是使用空穴传输性发光层的例子。就图4而言，由于形成发光层的主体材料为空穴传输性，因此，其结构为在与电子传输层的界面上容易使空穴和电子积存。即，设置障壁使形成电子传输层的电子传输材料的电离电势大于形成发光层的主体材料的电离电势，由此，容易使空穴积存在发光层与电子传输层之间的界面上，并且通过使形成电子传输层的电子传输材料的电子亲和力的能量水平的绝对值大于形成发光层的主体材料的绝对值来提高电子障壁性，从而使电子积存在发光层与电子传输层之间的界面上，由此提高电子与空穴的结合概率，提高发光效率。但是，如果这些电子障壁性、空穴障壁性过大，则出现元件的驱动电压提高、空穴与电子的载流子平衡容易破环等不利点。因此，要求适度的障壁性，通常为0.2eV左右的障壁。
但是，在如图3所示使用电子传输性发光层时，仅仅论述发光层与空穴传输层的关系，在如图4所示使用空穴传输性发光层时，仅仅论述发光层与电子传输层的关系，前者中电子传输层的电子传输性进一步与发光层的性质协同，后者中空穴传输层的空穴传输性进一步与发光层的性质协同，对元件性能带来何种影响还完全不明确。
在电子传输层中使用电子传输能力高的电子传输材料，可增加发光层内的每单位时间中存在的电子数目，因此结果涉及增加可以与空穴复合的激子数目，因而是用于提高发光效率的有效手段。但是，只通过简单增加电子传输性，得不到具有耐久性的元件。将说明该关系的示意图示于图5、图6。
图5是在图3中附加具有电子传输性的电子传输层的图。由于与图3同样，形成发光层的主体材料为电子传输性，因此，其结构为在空穴传输层与发光层的界面上容易使空穴和电子积存。在此，发光层的电子传输能力高时，可以认为在空穴传输层与发光层之间的局部界面、换言之在发光层侧的与空穴传输层面更接近的区域中引起复合。在此，使用电子传输能力高的电子传输层时，进一步在发光层侧的与空穴传输层面更接近的区域中引起复合的效果增大。但是，此时如果发光层的电子传输能力过高，则复合并不限于发光层侧的与空穴传输层面更接近的区域、或者该区域，在空穴传输层侧电子进入，从而引起复合，因此，容易引起空穴传输层发光的现象。特别是在使用芳胺类空穴传输层的情况下，通过注入电子而加速空穴传输材料的劣化，发光效率容易随时间变差，元件的耐久性变差。另外，复合集中在发光层侧的与空穴传输层面更接近的局部区域时，即使局部引起层界面的劣化，也容易大幅度受到其影响，捕捉由复合生成的单重态激子以及三重态激子，有可能随时间发光效率降低，得到不具有耐久性的元件。
图6是在图4中附加具有空穴传输性的空穴传输层的图。此时发光层为空穴传输性。此时，如果发光层的空穴传输能力高，则在发光层与电子传输层之间的局部界面上引起复合。由于在更接近电子传输层的局部区域中引起复合，因此，在电子传输层的单重态能隙或者三重态能隙小于由复合生成的单重态激子或三重态激子的能量时，能量在电子传输层侧泄漏，因此，发光效率下降。由此，限制电子传输材料的材料选择，特别是在磷光型有机EL元件的情况下，为了防止三重态激发能量的泄漏，需要三重态能隙大的电子传输性材料。另外，发光层的空穴传输能力与电子传输层的电子传输能力相比过强时，复合并不限于发光层侧的与电子传输层面更接近的区域、或者该区域，在电子传输层侧空穴进入，从而引起复合，因此，容易引起电子传输层发光的现象。此时，使用对空穴不稳定的电子传输层时，通过注入空穴而加速电子传输材料的劣化，发光效率容易随时间变差，元件的耐久性变差。另外，复合集中在发光层侧的与电子传输层面更接近的局部区域时，即使局部引起层界面的劣化，也容易大幅度受到其影响。因此，要求以电子传输层中不注入空穴的方式确切地使用在发光层内阻止空穴的电子传输层，实现高效率、长寿命的有机EL元件的材料受到很大限制。
特别是在磷光元件中，在形成发光层的主体材料为空穴传输性的情况下，如果没有使电子传输材料的电离电势大于主体材料的电离电势，则无法实现高效率元件。
另外，已知：在与发光相关的能量值高的蓝色系磷光元件中，与发光层邻接的层的三重态能隙小的情况下，三重态激发能量的发光层内的能量封闭并不充分，向邻接层泄漏，因此，发光效率显著降低。
为了同时实现有机电场发光元件的发光效率的提高和驱动稳定性的提高，提出了在发光层与阴极之间设置限制来自发光层的空穴移动的空穴阻止层，报道有作为空穴阻止材料的菲绕啉衍生物(参照专利文献2)、三唑衍生物(参照专利文献3)是有效的。另外，即使在磷光发光元件中也使用蒽衍生物(参照专利文献4)、菲绕啉衍生物(参照非专利文献1)和BAlq等铝络合物(参照非专利文献2)作为空穴阻止层。由此通过空穴阻止层使空穴蓄积在发光层中，提高与电子的复合概率，可以实现发光的高效率化。
但是，即使在磷光发光元件中使用这些空穴阻止材料，也未必得到具有充分的发光效率和长寿命的磷光发光元件。在使用菲绕啉衍生物时，磷光发光元件的效率提高，但驱动稳定性降低。另一方面，使用BAlq时，驱动稳定性提高，但效率有可能降低，期待驱动稳定性与效率的同时提高。另外，公开了使在磷光发光元件中电子传输层的能隙大于发光层的能隙是提高发光效率的要素(专利文献5)。另外，在电子传输层(空穴传输层)中使用蒽衍生物时，由于比发光层的能隙窄，因此，在绿、蓝色的磷光元件中效率低，元件寿命也短。由于其蒽骨架的能隙与发光材料相比显著降低(即带隙窄)，因此，发光层的激发能向使用蒽衍生物的层泄漏，观测到来自使用蒽衍生物的层的发光，或者由在使用蒽衍生物的层中生成的三重态激子通过无放射失活而损失其能量。
这些公知文献仅提及所有发光材料为电子传输性或者空穴传输性，对于构成发光层的主体材料的空穴或电子迁移率、与构成发光层的阴极侧或者阳极侧的层的主材料的空穴或电子迁移率的关系尚未有任何记载。
在专利文献4中，在实施例中使用空穴传输性主体材料，但对于电子传输材料与空穴传输性主体材料的载流子迁移率尚未有任何具体的记载。
专利文献6公开了在电子注入传输层与发光层之间设置空穴传输性高于电子注入传输层、且为电子传输性的非发光层的技术。但是，尚未明确在发光层和电子注入传输层或者电子传输性非发光层的空穴传输性、电子传输性方面具有密切相关的优选关系。
在专利文献7中，记载了在构成空穴传输层的多个层间的空穴迁移率、构成发光层的多个层间的空穴迁移率以及电子迁移率、构成电子传输层的多个层间的电子迁移率中优选的关系。但是，关于发光层与电子传输层的迁移率的优选关系没有任何记载。
专利文献1：日本特许3759925号公报
专利文献2：日本特开平10-79297号公报
专利文献3：日本特开平10-233284号公报
专利文献4：日本特开2006-049570号公报
专利文献5：美国专利第6097147号公报
专利文献6：国际公开第2004/077886号公报
非专利文献1：Appl.Phys.Lett.75，4(1999)
非专利文献2：Proc.SPIE.Vol.4105，P175-182(2000)
本发明的目的在于，提供即使在使用三重态能隙窄(2.1eV以下)的电子传输材料的情况下电子传输性也比以往的电子传输材料快的、高效率、长寿命的有机EL元件。
发明内容
本发明对发光层与电子传输层的空穴迁移率与电子迁移率之间的关系进行了深入的研究，结果发现，当它们满足特定的关系时，即使在使用三重态能隙窄(例如2.1eV以下)的电子传输材料的情况下，也得到低电压、高发光效率、长寿命的元件，从而完成了本发明。
根据本发明，提供以下有机EL元件。
1.一种有机电致发光元件，其中，具有：阴极和阳极、以及设在所述阴极和阳极之间的至少含有发光层和电子传输层的有机层，
构成所述电子传输层的电子迁移率最慢的电子传输材料的电子迁移率在0.4～0.5MV/cm的电场强度下为2.0×10-5cm2/Vs以上，
构成所述发光层的主体材料的电子迁移率/空穴迁移率(ΔEM)、与构成所述电子传输层的电子迁移率最慢的电子传输材料的电子迁移率/空穴迁移率(ΔET)满足以下关系，
ΔET>1
0.3≤ΔEM≤10
ΔET>ΔEM。
2.根据1所述的有机电致发光元件，其中ΔET≥3。
3.根据1或2所述的有机电致发光元件，其中，所述电子传输材料的电离电势小于等于所述主体材料的电离电势。
4.根据1～3中任一项所述的有机电致发光元件，其中，所述电子传输材料的单重态能隙或三重态能隙小于所述主体材料的单重态能隙或三重态能隙。
5.根据1～4中任一项所述的有机电致发光元件，其中，所述发光层含有至少一种掺杂材料和至少一种主体材料。
6.根据5所述的有机电致发光元件，其中，所述掺杂材料为磷光发光性材料。
7.根据6所述的有机电致发光元件，其中，所述磷光发光性材料为邻位金属化金属络合物。
8.根据5～7中任一项所述的有机电致发光元件，其中，所述掺杂材料的发光波长峰为500nm以下。
9.根据1～8中任一项所述的有机电致发光元件，其中，构成所述电子传输层的至少一种电子传输材料的三重态能隙的值为2.1eV以下。
10.根据1～9中任一项所述的有机电致发光元件，其中，所述电子传输层包含具有蒽骨架的化合物。
11.根据10所述的有机电致发光元件，其中，所述具有蒽骨架的化合物由下式表示，
Figure A200780028996D00101
式中，R1～R6分别独立地表示氢原子、取代或未取代的碳原子数为1～40的烷基、取代或未取代的碳原子数为1～40的全氟烷基、取代或未取代的碳原子数为1～40的烷氧基、取代或未取代的碳原子数为1～40的芳烷基、取代或未取代的碳原子数为1～40的芳基烷氧基、取代或未取代的碳原子数为6～80的芳基、取代或未取代的碳原子数为3～80的杂环基、取代或未取代的碳原子数为1～40的烷基甲硅烷基、取代或未取代的碳原子数为6～80的芳基甲硅烷基、氰基，相互邻接的取代基也可以形成环。
12.根据1～11中任一项所述的有机电致发光元件，其中，所述电子传输层中包含含有缺电子性的含氮五元环的稠合芳香族环衍生物、或者含有缺电子性的含氮六元环的稠合芳香族环衍生物。
13.根据12所述的有机电致发光元件，其中，所述含氮五元环为咪唑环、三唑环、四唑环、噁二唑环、噻二唑环、噁三唑环或者噻三唑环。
14.根据12所述的有机电致发光元件，其中，所述含氮六元环为喹喔啉环、喹啉环、喹唑啉环、吡啶环、吡嗪环或者嘧啶环。
15.根据1～14中任一项所述的有机电致发光元件，其中，在所述有机层和所述阴极的界面区域添加有还原性掺杂物。
16.根据1～15中任一项所述的有机电致发光元件，其中，所述发光层的膜厚为20nm以上。
17.根据1～16中任一项所述的有机电致发光元件，其中，包含位于所述阳极和阴极中的至少一个电极与所述有机层之间的供电子层或者受电子层。
根据本发明，可以提供从发光层向电子传输层的能量损失少、且高效率、长寿命的磷光元件。
附图说明
图1是表示本发明的一个实施方式涉及的有机EL元件的结构的图。
图2A是本发明的一个实施方式涉及的有机EL元件的能量图。
图2B是本发明的另一个实施方式涉及的有机EL元件的能量图。
图3是以往的有机EL元件的能量图。
图4是以往的另一个有机EL元件的能量图。
图5是以往的另一个有机EL元件的能量图。
图6是以往的另一个有机EL元件的能量图。
具体实施方式
本发明的有机EL元件具有阴极和阳极、以及设在阴极与阳极之间的至少含有发光层和电子传输层的有机层。
将这样的有机EL元件的一个实施方式示于图1。如图1所示，有机EL元件1由阴极10、阳极20和存在于它们中间的有机层30构成，有机层30从阴极侧起层叠电子传输层34、发光层32、空穴传输层36。另外，如后所述，本发明的有机EL元件并不限定于图1的结构，有机层至少含有电子传输层和发光层即可，另外也可以含有适当的层。
在本发明中，构成电子传输层34的电子迁移率最慢的电子传输材料的电子迁移率，在0.4～0.5MV/cm的电场强度下为2.0×10-5cm2/Vs以上。优选在0.5MV/cm下为2.5×10-5cm2/Vs以上。由此可以防止来自电子传输材料的发光，可以进行长寿命、无能量损失的高效率的发光。另外，优选为1.0×10-2cm2/Vs以下。
另外，构成发光层32的主体材料的电子迁移率/构成发光层32的主体材料的空穴迁移率(电子迁移率÷空穴迁移率)(ΔEM)、与构成电子传输层34的电子迁移率最慢的电子传输材料的电子迁移率/构成电子传输层34的电子迁移率最慢的电子传输材料的空穴迁移率(电子迁移率÷空穴迁移率)(ΔET)满足以下关系。
ΔET>1
0.3≤ΔEM≤10
ΔET>ΔEM
通过使ΔET大于1，可以使电子迅速到达发光层，可以防止来自电子传输材料的发光，可以进行长寿命、无能量损失的高效率的发光。优选ΔET为3以上。
通过使ΔEM为0.3以上且10以下，可以不将电子与空穴的复合带极度押附在空穴传输层中而是均衡地设置在发光层内的空穴传输层附近，元件寿命提高。如果为0.3以下，则空穴传输性过强，特别是单重态能隙或三重态能隙小的电子传输层、或电离电势的水平小的、即空穴障壁性小的电子传输层进行发光。优选为0.5以上且5以下。
由此，在主体材料中空穴传输性过高时，优选为电子传输性强的材料或空穴传输性/电子传输性的中间程度的材料。
通过使ΔET大于ΔEM，可以使电子迅速达到发光层，并且可以将电子压入在发光层的阳极侧，其结果由于可以使发光层与电子传输层的界面上的激子存在概率显著减小，因此，可以防止来自电子传输材料的发光。优选ΔET比ΔEM大10倍以上。
这样通过调节发光层32与电子传输层34的空穴迁移率以及电子迁移率，有机EL元件的效率提高，另外寿命延长。特别是在电子传输性主体材料中不一定添加掺杂材料的情况下，也得到高效率、长寿命的发光元件。
特别是如图2A、2B所示，即使在发光层32中使用空穴传输性主体材料，形成电子传输层34的电子传输材料如果满足上述条件，则由使用不一定具有电子障壁性的电子传输材料的元件，也得到高效率的发光。另外，对于电子传输材料而言不需要以往特别是磷光发光元件所必需的空穴障壁性或者能量障壁性。
另外，优选在发光层的阳极侧主要生成激子，因此，不一定需要构成电子传输层34的电子迁移率最慢的电子传输材料的电离电势比构成发光层32的主体材料的电离电势大，优选为相等或其以下。
发光层通常含有掺杂材料和主体材料。掺杂材料和主体材料可以为一种或二种以上。在掺杂材料中具有荧光发光性材料和磷光发光性材料。
在荧光型元件中，与磷光型元件相比，电子传输层的能隙可以比主体材料大也可以小，激子寿命短，激子的缓和非常快，因此对于元件性能影响更少。但是，在磷光型元件中，在磷光型元件内生成的激子寿命比在荧光型元件内生成的激子寿命长，在发光层内激子来回运动，因此可以认为与荧光型元件相比，材料的载流子迁移率的影响更大。只要是本发明的载流子迁移率的关系，构成电子传输层的电子迁移率最慢的电子传输材料的单重态能隙或三重态能隙，即使比发光层的主体材料的单重态能隙或三重态能隙小，也可以得到充分的磷光型EL元件的性能。
如上所述，作为掺杂材料，使用磷光发光性材料时，本发明的效果变显著。使用磷光发光性材料时，为了封闭磷光发光性材料的激发三重态能量，优选的主体材料是大于磷光发光性材料的三重态能隙的材料。作为其例子，可以列举后述的咔唑衍生物、聚亚苯基衍生物。另外，作为使用磷光发光性材料时的优选的电子传输材料，可以列举：后述的蒽骨架衍生物、含有缺电子性的含氮五元环或者含氮六元环的稠合芳香族环衍生物。
作为含氮五元环，可以例示：咪唑环、三唑环、四唑环、噁二唑环、噻二唑环、噁三唑环、或者噻三唑环。另外作为含氮六元环，可以例示：喹喔啉环、喹啉环、喹唑啉环、吡啶环、吡嗪环或嘧啶环。
掺杂材料的发光波长峰，优选为500nm以下。当为500nm以下时，可以进行蓝色发光，与红色、绿色组合也可以向白色元件展开。
另外，在图1所示的有机EL元件中，在阳极20与空穴传输层36之间、和/或阴极10与电子传输层34之间可以含有供电子层或者受电子层。如果含有供电子层或者受电子层，则在元件内可以增加空穴、电子的量，可以降低元件的驱动电压。
优选在阳极20与空穴传输层36之间含有受电子层。
另外，优选在阴极10与电子传输层34之间含有供电子层。
它们可以在同一元件内将阳极与空穴传输层之间的受电子层，和阴极与电子传输层之间的供电子层组合使用。
以下，对本发明的有机EL元件的各构成部件进行说明。
1.阳极
阳极优选使用功函数大(例如4.0eV以上)的金属、合金、电传导性化合物或者它们的混合物。具体而言，可以单独使用氧化铟锡合金(ITO)、铟—锌氧化物(IZO)铟铜、锡、氧化锌、金、铂、钯等中的1种，也可以将2种以上组合使用。
阳极可以通过用蒸镀法或溅射法等方法使这些电极物质形成薄膜来制成。另外，阳极的厚度没有特别的限制，优选为10～1000nm，更优选为10～200nm。另外，从阳极将由有机层放射的光射出到外部时，优选为实质上透明、即光透射率为50％以上。
2.阴极
阴极优选使用功函数小(例如不足4.0eV)的金属、合金、电传导性化合物或者它们的混合物。具体而言，可以单独使用镁、铝、铟、锂、钠铯、银等中的1种，也可以将2种以上组合使用。另外，阴极的厚度没有特别的限制，优选为10～1000nm，更优选为10～200nm。
3.有机层
有机层包含电子与空穴复合可以进行EL发光的发光层。该有机层例如可以将以下各层进行层叠来构成。
(i)发光层/电子传输层
(ii)空穴传输层/发光层/电子传输层
(iii)空穴传输层/发光层/电子传输层/电子注入层
(iv)空穴注入层/空穴传输层/发光层/电子传输层/电子注入层
(v)空穴注入层/空穴传输层/发光层/电子传输层/电子传输层/电子注入层
它们之中，(ii)～(v)的结构得到更高发光亮度，且耐久性也优异，因此通常优选是使用。
另外，在有机层中，为了改善载流子平衡、载流子注入性，也可以适宜设置无机半导体层、无机氧化物薄膜层、供体性有机薄膜层、受体性有机薄膜层等。另外，所述有机薄膜层可以多层层叠或者分离多个来使用，也可以组合这些各层来使用。
[发光层]
作为可以在发光层中使用的主体材料或掺杂材料，可以列举例如：芳胺化合物和/或苯乙烯基胺化合物、蒽、萘、菲、芘、并四苯、晕苯、
Figure A200780028996D0015180247QIETU
、荧光素、苝、酞苝(フタロペリレン)、萘并苝(ナフタロペリレン)、紫环酮、二苯代酚酞、萘并紫环酮、二苯基丁二烯、四苯基丁二烯、香豆素、噁二唑、醛连氮、二苯并噁唑啉、联苯乙烯、吡嗪、环戊二烯、喹啉金属络合物、氨基喹啉金属络合物、苯并喹啉金属络合物、亚胺、二苯乙烯、乙烯基蒽、二氨基咔唑、吡喃、噻喃、聚甲炔、部花青、咪唑螯合化8-羟基喹啉酮(日文：イミダゾ—ルキレ—ト
Figure A200780028996D0015180259QIETU
オキシノイド)化合物、喹吖啶酮、红荧烯及荧光色素等，但并不限于这些。
另外，发光层优选含有芳胺化合物或苯乙烯基胺化合物中的任一种或者二种。
作为芳胺化合物，可以列举下式(A)表示的化合物等，作为苯乙烯基胺化合物，可以列举下式(B)表示的化合物等。
Figure A200780028996D00161
(式中，Ar301为苯基、联苯基、三联苯基、茋基或二苯乙烯基芳基，Ar302和Ar303分别为氢原子或者取代或未取代的碳原子数为6～20的芳香族基团。p’为1～4的整数。进一步优选Ar302或Ar303中的任一者或二者的苯乙烯基被取代)。
在此，作为碳原子数为6～20的芳香族基团，优选为苯基、萘基、蒽基、菲基、三联苯基等。
Figure A200780028996D00162
(式中，Ar304～Ar306分别为取代或未取代的环原子数5～40的芳基。q’为1～4的整数)。
在此，作为环原子数为5～40的芳基，优选为苯基、萘基、蒽基、菲基、芘基、
Figure A200780028996D0016180343QIETU
基、晕苯基、联苯基、三联苯基、吡咯基、呋喃基、苯硫基、苯并苯硫基、噁二唑基、二苯并蒽基、吲哚基、咔唑基、吡啶基、苯并喹啉基、荧蒽基、苊并荧蒽基、茋基等。环原子数为5～40的芳基可以进一步由取代基取代，作为优选的取代基，可以列举：碳原子数为1～6的烷基(乙基、甲基、异丙基、正丙基、仲丁基、叔丁基、戊基、己基、环戊基、环己基等)、碳原子数为1～6的烷氧基(乙氧基、甲氧基、异丙氧基、正丙氧基、仲丁氧基、叔丁氧基、戊氧基、己氧基、环戊氧基、环己氧基等)、环原子数为5～40的芳基、由环原子数为5～40的芳基取代的氨基、具有环原子数为5～40的芳基的酯基、具有碳原子数为1～6的烷基的酯基、氰基、硝基、卤原子(氯、溴、碘等)。
作为可以在发光层中使用的主体材料，优选为在后述的电子传输层中使用的由式(1)～(10)表示的芳香族环化合物。
在以上的主体材料中，优选为蒽衍生物、进一步优选为单蒽衍生物、特别优选为非对称蒽。
另外，作为掺杂材料，也可以使用磷光发光性的化合物。在磷光发光的情况下，优选为在主体材料中含有咔唑环的化合物、或具有含氮杂环结构的化合物。磷光发光性掺杂物，为可以由三重态激子进行发光的化合物，只要由三重态激子进行发光则没有特别的限制，优选为含有选自Ir、Ru、Pd、Pt、Os、Cu和Re中的至少一种金属的金属络合物。
由含有咔唑环的化合物构成的适于磷光发光的主体，是具有以下功能的化合物，所述功能为由该激发态向磷光发光性化合物引起能量移动，结果使磷光发光性化合物发光。作为主体化合物只要是在磷光发光性化合物中可以使激子能量产生能量移动的化合物即可，没有特别的限制，可以根据目的来进行适宜选择。在咔唑环以外可以具有任意的杂环等。
作为这样的主体化合物的具体例子，可以列举：咔唑衍生物、三唑衍生物、噁唑衍生物、噁二唑衍生物、咪唑衍生物、聚芳基链烷衍生物、吡唑啉衍生物、吡唑啉酮衍生物、苯二胺衍生物、芳胺衍生物、氨基取代查耳酮衍生物、苯乙烯基蒽衍生物、芴酮衍生物、腙衍生物、茋衍生物、硅氮烷衍生物、芳香族叔胺化合物、苯乙烯基胺化合物、芳香族二次甲基(ジメチリデン)类化合物、卟啉类化合物、蒽醌二甲烷衍生物、蒽酮衍生物、二苯醌衍生物、噻喃二氧化物衍生物、碳二亚胺衍生物、亚芴基甲烷衍生物、二苯乙烯基吡嗪衍生物、萘苝等杂环四羧酸酐、酞菁衍生物、8-羟基喹啉酚衍生物的金属络合物或金属酞菁、以苯并噁唑或苯并噻唑作为配体的金属络合物为代表的各种金属络合物聚硅烷类化合物、聚(N-乙烯基咔唑)衍生物、苯胺类共聚物、噻吩低聚物、聚噻吩等导电性高分子低聚物、聚噻吩衍生物、聚亚苯基衍生物、聚苯乙炔衍生物、聚芴衍生物等高分子化合物等。主体化合物可以单独使用，也可以并用2种以上。
作为具体例子，可以列举：在下式表示的化合物组中满足上述的电子迁移率和空穴迁移率的关系的化合物。但只要满足上述关系，则并不限于这些化合物。另外，可以混合空穴传输性材料和电子传输性材料来满足上述关系。
Figure A200780028996D00191
Figure A200780028996D00201
磷光发光性的掺杂物为可以由三重态激子发光的化合物。只要由三重态激子进行发光则没有特别限制，优选为含有选自Ir、Ru、Pd、Pt、Os、Cu和Re中的至少一种金属的金属络合物。优选为卟啉金属络合物或邻位金属化金属络合物。作为卟啉金属络合物，优选为卟啉铂络合物。磷光发光性化合物可以单独使用，也可以并用2种以上。
作为形成邻位金属化金属络合物的配体可以为各种，但作为优选的配体，可以列举：2-苯基吡啶衍生物、7，8-苯并喹啉衍生物、2-(2-噻吩基)吡啶衍生物、2-(1-萘基)吡啶衍生物、2-苯基喹啉衍生物等。这些衍生物可以根据需要具有取代基。特别是引入有氟化合物、三氟甲基的化合物优选作为蓝色系掺杂物。另外作为辅助配体，可以具有乙酰丙酮化物、吡啶甲酸等除了上述配体以外的配体。
作为磷光发光性的掺杂物在发光层中的含量，没有特别的限制，可以根据目的来进行适宜选择，例如为0.1～70质量％，优选为1～30质量％。当磷光发光性化合物的含量不足0.1质量％时，发光微弱，不能充分地发挥其含有效果，当超过70质量％时，被称为浓度消光的现象变显著，元件性能有可能降低。
另外，发光层根据需要可以含有空穴传输材料、电子传输材料、聚合物粘合剂。
另外，发光层的膜厚优选为20nm以上。不足20nm时，三重态激子发生冲突、激子容易向邻接或相隔的有机层扩散，发光效率有可能降低。[空穴传输(注入/传输)层(空穴传输带域)]
在发光层的阳极侧可以进一步层叠空穴传输层。空穴传输层是有助于向发光层注入空穴、并传输至发光区域的层，空穴迁移率大，离子化能量小，通常为5.5eV以下。就这样的空穴传输层而言，优选以更低的电场强度将空穴传输至发光层的材料，另外，如果空穴的迁移率例如在施加104～106V/cm的电场时至少为10-4cm2/V·秒，则优选。
作为形成空穴传输层的材料，只要是具有上述优选的性质的材料，则没有特别的限制，可以从以往光传导材料中作为空穴的电荷传输材料惯用的材料、或用于有机EL元件的空穴传输层的公知材料中选择任意的材料来使用。
作为具体例子，可以列举：三唑衍生物(参照美国专利3,112,197号说明书等)、噁二唑衍生物(参照美国专利3,189,447号说明书等)、咪唑衍生物(参照日本特公昭37-16096号公报等)、聚芳基链烷衍生物(参照美国专利3,615,402号说明书、美国专利第3,820,989号说明书、美国专利第3,542,544号说明书、日本特公昭45-555号公报、日本特公昭51-10983号公报、日本特开昭51-93224号公报、日本特开昭55-17105号公报、日本特开昭56-4148号公报、日本特开昭55-108667号公报、日本特开昭55-156953号公报、日本特开昭56-36656号公报等)、吡唑啉衍生物及吡唑啉酮衍生物(参照美国专利第3,180,729号说明书、美国专利第4,278,746号说明书、日本特开昭55-88064号公报、日本特开昭55-88065号公报、日本特开昭49-105537号公报、日本特开昭55-51086号公报、日本特开昭56-80051号公报、日本特开昭56-88141号公报、日本特开昭57-45545号公报、日本特开昭54-112637号公报、日本特开昭55-74546号公报等)、苯二胺衍生物(参照美国专利第3,615,404号说明书、日本特公昭51-10105号公报、日本特公昭46-3712号公报、日本特公昭47-25336号公报、日本特公昭54-119925号公报等)、芳胺衍生物(参照美国专利第3,567,450号说明书、美国专利第3,240,597号说明书、美国专利第3,658,520号说明书、美国专利第4,232,103号说明书、美国专利第4,175,961号说明书、美国专利第4,012,376号说明书、日本特公昭49-35702号公报、日本特公昭39-27577号公报、日本特开昭55-144250号公报、日本特开昭56-119132号公报、日本特开昭56-22437号公报、西德专利第1,110,518号说明书等)、氨基取代查耳酮衍生物(参照美国专利第3,526,501号说明书)、噁唑衍生物(美国专利第3,257,203号说明书等中公开的化合物)、苯乙烯基蒽衍生物(参照日本特开昭56-46234号公报等)、芴酮衍生物(参照日本特开昭54-110837号公报等)、腙衍生物(参照美国专利第3,717,462号说明书、日本特开昭54-59143号公报、日本特开昭55-52063号公报、日本特开昭55-52064号公报、日本特开昭55-46760号公报、日本特开昭57-11350号公报、日本特开昭57-148749号公报、日本特开平2-311591号公报等)、茋衍生物(参照日本特开昭61-210363号公报、日本特开昭61-228451号公报、日本特开昭61-14642号公报、日本特开昭61-72255号公报、日本特开昭62-47646号公报、日本特开昭62-36674号公报、日本特开昭62-10652号公报、日本特开昭62-30255号公报、日本特开昭60-93455号公报、日本特开昭60-94462号公报、日本特开昭60-174749号公报、日本特开昭60-175052号公报等)、硅氮烷衍生物(美国专利第4,950,950号说明书)、聚硅烷类(日本特开平2-204996号公报)、苯胺类共聚物(日本特开平2-282263号公报)、导电性高分子低聚物(特别是噻吩低聚物)等。
作为空穴传输层的材料，可以使用上述的材料，但优选使用卟啉化合物(日本特开昭63-2956965号公报等中公开的化合物)、芳香族叔胺化合物和苯乙烯基胺化合物(参照美国专利第4,127,412号说明书、日本特开昭53-27033号公报、日本特开昭54-58445号公报、日本特开昭54-149634号公报、日本特开昭54-64299号公报、日本特开昭55-79450号公报、日本特开昭55-144250号公报、日本特开昭56-119132号公报、日本特开昭61-295558号公报、日本特开昭61-98353号公报、日本特开昭63-295695号公报等)，特别优选使用芳香族叔胺化合物。
作为可以在空穴传输层中使用的空穴传输材料，优选为由下式表示的化合物。
Figure A200780028996D00221
(式中，Ar311～Ar314分别独立地为取代或未取代的环碳原子数为6～50的芳基，R311～R312分别独立地为氢原子、取代或未取代的环碳原子数为6～50的芳基或碳原子数为1～50的烷基，m、n分别独立地为0～4的整数。Ar311～Ar314可以互相结合构成环。例如，在-N(Ar311)Ar312、-N(Ar313)Ar314中，至少一个可以为咔唑基、苯并咔唑基、氮杂咔唑基、苯并氮杂咔唑基、吩噁嗪基、吩噻嗪基等。
作为环碳原子数为6～50的芳基，优选为苯基、萘基、联苯基、三联苯基、菲基等。另外，环碳原子数为6～50的芳基可以进一步被取代基取代，作为优选的取代基，可以列举：碳原子数为1～6的烷基(甲基、乙基、异丙基、正丙基、仲丁基、叔丁基、戊基、己基、环戊基、环己基等)、由环碳原子数为6～50的芳基取代的氨基。
另外，可以列举：美国专利第5,061,569号中记载的在分子内具有2个稠合芳环的，例如4，4’-双(N-(1-萘)-N-苯氨基)联苯(以下简略记为NPD)；或日本特开平4-308688号公报中记载的三苯胺单元连接成3个星爆(starburst)型的化合物，作为其例子，可以列举4，4’，4”-三(N-(3-甲基苯)-N-苯氨基)三苯胺(以下简略记为MTDATA)或4，4’，4”-三(咔唑基-9-基)-三苯胺等。
另外，除了芳香族二次甲基类化合物之外，也可以使用p型Si、p型SiC等无机化合物作为空穴传输层的材料。
空穴传输层如果在空穴传输带区域含有上述化合物，则可以通过由上述材料的一种或二种以上构成的一层来构成，所述空穴传输层也可以是将由其他种类的化合物构成的空穴传输层进行层叠而成的层。
[电子传输(注入/传输)层(电子传输带区域)]
在发光层的阴极侧可以进一步层叠电子传输层。电子传输层是有助于向发光层注入电子的层，电子迁移率大。电子传输层在数nm～数μm的膜厚中进行适宜选择。
作为用于电子传输层的材料，优选为具有含氮杂环的化合物。
作为具有含氮杂环的化合物，可以列举由以下通式表示的噁二唑衍生物。
Figure A200780028996D00241
(式中，Ar321、Ar322、Ar323、Ar325、Ar326、Ar329分别表示取代或未取代的芳基，可以分别相同或不同。另外，Ar324、Ar327、Ar328表示取代或未取代的亚芳基，可以分别相同或不同)。
在此，作为芳基，可以列举：苯基、联苯基、蒽基、苝基、芘基。另外，作为亚芳基，可以列举：亚苯基、亚萘基、亚联苯基、亚蒽基、亚苝基、亚芘基等。另外，作为取代基，可以列举：碳原子数为1～10的烷基、碳原子数为1～10的烷氧基或氰基等。该电子传输性化合物优选为薄膜形成性的物质。
作为上述电子传输性化合物的具体例子，可以列举下述物质。
Figure A200780028996D00251
Me表示甲基，Bu表示丁基。
另外，作为具有含氮杂环的化合物，可以例示以下的化合物。
由下式表示的含氮杂环衍生物
Figure A200780028996D00252
(式中，A331～A333分别为氮原子或碳原子。
R331和R332分别为取代或未取代的碳原子数为6～60的芳基、取代或未取代的碳原子数为3～60的杂芳基、碳原子数为1～20的烷基、碳原子数为1～20的卤代烷基或者碳原子数为1～20的烷氧基，n为0～5的整数，当n为2以上的整数时，多个R331可以相同或不同。
另外，由相邻接的多个R331基团之间相互结合，可以形成取代或未取代的碳环式脂肪族环、或取代或未取代的碳环式芳香族环。
Ar331为取代或未取代的碳原子数为6～60的芳基、或者取代或未取代的碳原子数为3～60的杂芳基。
Ar331为取代或未取代的碳原子数为6～60的亚芳基、或者取代或未取代的碳原子数为3～60的杂亚芳基。
Ar332为氢原子、碳原子数为1～20的烷基、碳原子数为1～20的卤代烷基、碳原子数为1～20烷氧基、取代或未取代的碳原子数为6～60的芳基、或者取代或未取代的碳原子数为3～60的杂芳基。
其中Ar331、Ar332中的任一个为取代或未取代的碳原子数为10～60的稠环基、或者取代或未取代的碳原子数为3～60的杂稠环基。
L331、L332和L333分别为单键、取代或未取代的碳原子数为6～60的稠环、取代或未取代的碳原子数为3～60的杂稠环、或者取代或未取代的亚芴基)。
日本特开2004—002297号中示出的由下式表示的含氮杂环衍生物
HAr-L341-Ar341-Ar342
(式中，HAr为取代或未取代的碳原子数为3～40的含氮杂环，
L341为单键、取代或未取代的碳原子数为6～60的亚芳基、取代或未取代的碳原子数为3～60的杂亚芳基、或者取代或未取代的亚芴基，
Ar341为取代或未取代的碳原子数为6～60的2价的芳香族烃基，
Ar342为取代或未取代的碳原子数为6～60的芳基、或者取代或未取代的碳原子数为3～60的杂芳基)。
日本特开平09—087616中示出的由下式表示的硅杂环戊二烯衍生物
Figure A200780028996D00271
(式中，X351和Y351分别独立地为碳原子数1～6的饱和或不饱和的烃基、烷氧基、烯氧基、炔氧基、羟基、取代或未取代的芳基、取代或未取代的杂环、或者X351和Y351结合形成饱和或不饱和的环的结构，R351～R354分别独立地为氢、卤素、取代或未取代的碳原子数为1～6的烷基、烷氧基、芳氧基、全氟烷基、全氟烷氧基、氨基、烷基羰基、芳基羰基、烷氧羰基、芳氧羰基、偶氮基、烷基羰氧基、芳基羰氧基、烷氧羰氧基、芳氧羰氧基、亚磺酰基、磺酰基、磺基、甲硅烷基、氨基甲酰基、芳基、杂环基、烯基、炔基、硝基、甲酰基、亚硝基、甲酰氧基、异氰基、氰酸酯基、异氰酸酯基、硫氰酸酯基、异硫氰酸酯基或氰基、或者相邻接时取代或未取代的环缩合而成的结构)。
日本特开平09—194487中示出的由下式表示的硅杂环戊二烯衍生物
Figure A200780028996D00272
(式中，X361和Y361分别独立地为碳原子数1～6的饱和或不饱和的烃基、烷氧基、烯氧基、炔氧基、取代或未取代的芳基、取代或未取代的杂环、或者X361和Y361结合形成饱和或不饱和的环的结构，R361～R364分别独立地为氢、卤素、取代或未取代的碳原子数为1～6的烷基、烷氧基、芳氧基、全氟烷基、全氟烷氧基、氨基、烷基羰基、芳基羰基、烷氧羰基、芳氧羰基、偶氮基、烷基羰氧基、芳基羰氧基、烷氧羰氧基、芳氧羰氧基、亚磺酰基、磺酰基、磺基、甲硅烷基、氨基甲酰基、芳基、杂环基、烯基、炔基、硝基、甲酰基、亚硝基、甲酰氧基、异氰基、氰酸酯基、异氰酸酯基、硫氰酸酯基、异硫氰酸酯基或氰基、或者相邻接时取代或未取代的环缩合而成的结构(其中，R361和R364为苯基时，X361和Y361不为烷基和苯基，R361和R364为噻吩基时，X361和Y361为不同时满足一价烃基的结构，R362和R363为不同时满足烷基、芳基、烯基或者R362与R363结合形成环的脂肪族基团的结构，R361和R364为甲硅烷基时，R362、R363、X361和Y361分别独立地不为碳原子数1～6的一价烃基或氢原子，R361和R362为苯环稠合的结构时，X361和Y361不为烷基和苯基))。
WO00/40586号公报中示出的由下式表示的硼烷衍生物
Figure A200780028996D00281
(式中，R371～R378和Z372分别独立地表示氢原子、饱和或不饱和的烃基、芳香族基、杂环基、取代氨基、取代硼基、烷氧基或芳氧基，X371、Y371和Z371分别独立地表示饱和或不饱和的烃基、芳香族基、杂环基、取代氨基、烷氧基或芳氧基，Z371和Z372的取代基可以互相结合形成稠环，n表示1～3的整数，当n为2以上时，Z371可以不同。其中，不包括以下的情况：n为1、且X371、Y371和R372为甲基、R378为氢原子或取代硼基的情况；以及n为3、Z371为甲基的情况)。
在日本特开平10—088121中示出的由下式表示的化合物
Figure A200780028996D00291
(式中，Q381和Q382分别独立地表示由下式表示的配体，L381为卤原子、取代或未取代的烷基、取代或未取代的环烷基、取代或未取代的芳基、取代或未取代的杂环基、由-OR391(R391为氢原子、取代或未取代的烷基、取代或未取代的环烷基、取代或未取代的芳基、取代或未取代的杂环基)或者-O-Ga-Q391(Q392)(Q391和Q392，与Q381和Q382表示相同含义)表示的配体)。
Figure A200780028996D00292
(式中，环A401和A402分别为互相结合而成的取代或未取代的芳环或者杂环结构)。
列举形成上述式的配体的环A401和A402的取代基的具体例子时，有：氯、溴、碘、氟等卤素原子，甲基、乙基、丙基、丁基、仲丁基、叔丁基、戊基、己基、庚基、辛基、硬脂基、三氯甲基等取代或未取代的烷基，苯基、萘基、3-甲基苯基、3-甲氧基苯基、3-氟苯基、3-三氯甲基苯基、3-三氟甲基苯基、3-硝基苯基等取代或未取代的芳基，甲氧基、正丁氧基、叔丁氧基、三氯甲氧基、三氟乙氧基、五氟丙氧基、2，2，3，3-四氟丙氧基、1，1，1，3，3，3-六氟-2-丙氧基、6-(全氟乙基)己氧基等取代或未取代的烷氧基，苯氧基、对硝基苯氧基、对叔丁基苯氧基、3-氟苯氧基、五氟苯基、3-三氟甲基苯氧基等取代或未取代的芳氧基，甲硫基、乙硫基、叔丁硫基、己硫基、辛硫基、三氟甲硫基等取代或未取代的烷硫基，苯硫基、对硝基苯硫基、对叔丁基苯硫基、3-氟苯硫基、五氟苯硫基、3-三氟甲基苯硫基等取代或未取代的芳硫基，氰基、硝基、氨基、甲基氨基、二乙基氨基、乙基氨基、二乙基氨基、二丙基氨基、二丁基氨基、二苯基氨基等单或二取代氨基、双(乙酰氧甲基)氨基、双(乙酰氧乙基)氨基、双(乙酰氧丙基)氨基、双(乙酰氧丁基)氨基等酰氨基，羟基、硅氧基、酰基、甲基氨基甲酰基、二甲基氨基甲酰基、乙基氨基甲酰基、二乙基氨基甲酰基、丙基氨基甲酰基、丁基氨基甲酰基、苯基氨基甲酰基等氨基甲酰基，羧酸基、磺酸基、酰亚胺基、环戊基、环己基等环烷基，苯基、萘基、联苯基、蒽基、菲基、芴基、芘基等芳基，吡啶基、吡嗪基、嘧啶基、哒嗪基、三嗪基、吲哚基、喹啉基、吖啶基、吡咯烷基、二噁烷基、哌啶基、吗啉二基(morpholinyl)、哌嗪基、咔唑基、呋喃基、噻吩基、噁唑基、噁二唑基、苯并噁唑基、噻唑基、噻二唑基、苯并噻唑基、三唑基、咪唑基、苯并咪唑基等杂环基等。另外，以上的取代基之间也可以结合来进一步形成6元芳环或杂环。
作为含氮化合物，特别优选为含有缺电子性的含氮五元环的稠合芳香族环衍生物、或者含有缺电子性的含氮六元环的稠合芳香族环衍生物。
作为缺π电子性含氮环，可以列举选自咪唑环、三唑环、四唑环、噁二唑环、噻二唑环、噁三唑环以及噻三唑环中的含氮五元环的衍生物、或者选自喹喔啉环、喹啉环、喹唑啉环、吡啶环、吡嗪环以及嘧啶环中的含氮六元环衍生物作为优选的例子。
另外，在电子传输层中可以使用含有芳香族环化合物的化合物，优选为具有蒽骨架的化合物。
具体而言，优选为以下的化合物。
(式中，R1～R6分别独立地表示氢原子、取代或未取代的碳原子数为1～40的烷基、取代或未取代的碳原子数为1～40的全氟烷基、取代或未取代的碳原子数为1～40的烷氧基、取代或未取代的碳原子数为1～40的芳烷基、取代或未取代的碳原子数为1～40的芳基烷氧基、取代或未取代的碳原子数为6～80的芳基、取代或未取代的碳原子数为3～80的杂环基、取代或未取代的碳原子数为1～40的烷基甲硅烷基、取代或未取代的碳原子数为6～80的芳基甲硅烷基、氰基，相互邻接的取代基也可以形成环)。
以下示出该具体的化合物。
Figure A200780028996D00321
另外，作为具有蒽骨架的化合物，可以例示以下的化合物。
Figure A200780028996D00331
Figure A200780028996D00341
Figure A200780028996D00361
Figure A200780028996D00371
Figure A200780028996D00381
Figure A200780028996D00391
Figure A200780028996D00421
Figure A200780028996D00441
Figure A200780028996D00451
Figure A200780028996D00461
在电子传输层中可以组合使用上述具有含氮杂环的化合物、和上述具有蒽骨架的化合物。
电子传输层的膜厚优选为0.1～100nm。
本发明的优选形式中，具有在阴极与有机层的界面区域上含有还原性掺杂物的元件。在此，还原性掺杂物定义为可以还原电子传输性化合物的物质。因此，只要是具有一定还原性的物质，则可以使用各种物质，例如，可以适宜使用选自碱金属、碱土类金属、稀土类金属、碱金属的氧化物、碱金属的卤化物、碱土类金属的氧化物、碱土类金属的卤化物、稀土类金属的氧化物或稀土类金属的卤化物、碱金属的有机络合物、碱土类金属的有机络合物、稀土类金属的有机络合物中的至少一种物质。
另外，更具体而言，作为优选的还原性掺杂物，可以列举：选自Na(功函数：2.36eV)、K(功函数：2.28eV)、Rb(功函数：2.16eV)和Cs(功函数：1.95eV)中的至少一种碱金属，或选自Ca(功函数：2.9eV)、Sr(功函数：2.0～2.5eV)和Ba(功函数：2.52eV)中的至少一种碱土类金属，特别优选功函数为2.9eV以下的物质。它们之中，更优选的还原性掺杂物为选自K、Rb和Cs中的至少一种碱金属，进一步优选为Rb和Cs，最优选为Cs。这些碱金属，还原能力特别高，通过向电子注入域中添加较少量，就可以实现有机EL元件中发光亮度的提高和长寿命化。另外，作为功函数为2.9eV以下的还原性掺杂物，也优选它们2种以上的碱金属的组合，特别优选含有Cs的组合，例如Cs和Na、Cs和K、Cs和Rb、或Cs和Na和K的组合。通过组合含有Cs，可以有效发挥还原能力，通过向电子注入域中的添加，实现有机EL元件中发光亮度的提高和长寿命化。
本发明中，阴极与有机层之间可以进一步设置由绝缘体或半导体构成的电子传输层。此时，可以有效防止电流的泄漏，使电子注入性提高。作为这样的绝缘体，优选使用选自碱金属硫属化合物、碱土类金属硫属化合物、碱金属的卤化物和碱土类金属的卤化物中的至少一种金属化合物。电子传输层如果由这些碱金属硫属化合物等构成，则在可以进一步使电子注入性提高的方面优选。具体而言，作为优选的碱金属硫属化合物，可以列举例如：Li2O、LiO、Na2S、Na2Se和Na2O。作为优选的碱土类金属硫属化合物，可以列举例如：CaO、BaO、SrO、BeO、BaS和CaSe。另外，作为优选的碱金属的卤化物，可以列举例如：LiF、NaF、KF、CsF、LiCl、KCl和NaCl等。另外，作为优选的碱土类金属的卤化物，可以列举例如：CaF2、BaF2、SrF2、MgF2和BeF2等氟化物、或氟化物以外的卤化物。
另外，作为构成电子传输层的半导体，可以列举：含有Ba、Ca、Sr、Yb、Al、Ga、In、Li、Na、Cd、Mg、Si、Ta、Sb和Zn中的至少一种元素的氧化物、氮化物或氧氮化物等的单独一种或二种以上的组合。另外，构成电子传输层的无机化合物，优选为微晶或非晶质的绝缘性薄膜。电子传输层如果由这些绝缘性薄膜构成，则由于形成更匀质的薄膜，因此可以使暗斑等像素缺陷减少。另外，作为这样的无机化合物，可以列举：上述的碱金属硫属化合物、碱土类金属硫属化合物、碱金属的卤化物和碱土类金属的卤化物等。
[受电子层]
受电子层是含有受体的层。受体是易还原性的有机化合物。
化合物的易还原性可以用还原电位来测定。本发明中，在将饱和甘汞(SCE)电极作为参照电极的还原电位，优选为-0.3V以上，更优选为-0.8V以上，特别优选为具有大于四氰基苯醌二甲烷(TCNQ)的还原电位(约0V)的值的化合物。
受体优选为具有吸电子的取代基或者缺电子环的有机化合物。
作为吸电子的取代基，可以列举例如：卤素、CN-、羰基、芳基硼基等。
作为缺电子环，可以列举选自例如2-吡啶、3-吡啶、4-吡啶、2-喹啉、3-喹啉、4-喹啉、2-咪唑、4-咪唑、3-吡唑、4-吡唑、哒嗪、嘧啶、吡嗪、噌啉、酞嗪、喹唑啉、喹喔啉、3-(1，2，4-N)-三唑、5-(1，2，4-N)-三唑、5-四唑、4-(1-O，3-N)-噁唑、5-(1-O，3-N)-噁唑、4-(1-S，3-N)-噻唑、5-(1-S，3-N)-噻唑、2-苯并噁唑、2-苯并噻唑、4-(1，2，3-N)-苯并三唑以及苯并咪唑中的化合物等，但并不一定限定于这些。
受体优选为醌型衍生物、芳基硼烷衍生物、噻喃二氧化物衍生物、萘酰亚胺衍生物等酰亚胺衍生物、六氮杂苯并〔9，10〕菲衍生物等。
作为醌型衍生物，优选为下述示出的化合物。
Figure A200780028996D00491
(式中，R1～R48分别为氢、卤素、氟烷基、氰基、烷氧基、烷基或者芳基。其中，不包括R1～R48在同一分子中全部为氢或氟的情况。X为吸电子基团，由下式(j)～(p)的结构中的任一种构成。优选为(j)、(k)、(1)的结构。
Figure A200780028996D00492
(式中，R49～R52分别为氢、氟烷基、烷基、芳基或者杂环基，R50与R51可以形成环。)
Y为-N＝或者-CH＝。)
作为醌型衍生物的具体例子，可以列举以下化合物。
Figure A200780028996D00501
受体优选具有薄膜形成性。即，通过蒸镀可以形成受电子层。“可以形成薄膜”是指在基板上用真空蒸镀、旋涂等一般的薄膜形成方法来制作平坦的薄膜。在此平坦是指薄膜的凹凸小，优选表面粗糙度(Ra)为10nm以下，更优选表面粗糙度(Ra)为1.5nm以下，进一步优选表面粗糙度(Ra)为1nm以下。另外，表面粗糙度可以通过原子间力显微镜(AFM)进行测定。
具有薄膜形成性的有机化合物，优选为非晶性的有机化合物，更优选为非晶性的喹啉二甲烷衍生物，进一步优选为非晶性且CN-基的数目为5以上的喹啉二甲烷衍生物。例如，可以列举上述的(CN)2-TCNQ。
受电子层中包含的受体的含量优选相对于整个层为1～100摩尔％，更优选为50～100摩尔％。
受电子层除了受体之外还可以含有具有空穴传输性及光透射性的物质，但并不一定限定于此。
受电子层的膜厚优选为1～100nm。
作为芳基硼烷衍生物，优选为具有下述结构的化合物。
Figure A200780028996D00511
(式中，Ar1～Ar7分别为具有吸电子基团的芳基(含有杂环)。Ar8为具有吸电子基团的亚芳基。S为1或2)。
作为芳基硼烷衍生物的具体例子，可以列举以下的化合物。
Figure A200780028996D00512
特别优选为具有至少一个氟作为芳基上的取代基的化合物，可以列举三β-(五氟萘基)硼烷(PNB)等。
作为酰亚胺衍生物，优选为萘四羧酸二酰亚胺化合物以及均苯四酸二酰亚胺化合物。
作为噻喃二氧化物衍生物，可以列举下式(3a)示出的化合物，作为噻吨二氧化物衍生物，可以列举下式(3b)示出的化合物。
Figure A200780028996D00521
在式(3a)和式(3b)中，R53～R64分别为氢、卤素、氟烷基、氰基、烷基或者芳基。优选为氢、氰基。
在式(3a)和式(3b)中，X表示吸电子基团，与式(1a)～(1i)的X相同。优选为(j)、(k)、(l)的结构。
R53～R64表示的卤素、氟烷基、烷基以及芳基与R1～R48同样。
式(3a)表示的噻喃二氧化物衍生物、式(3b)表示的噻吨二氧化物衍生物的具体例子如下所示。
(式中，tBu为叔丁基。)
另外，在上述的式(1a)～(1i)、(3a)～(3b)中，吸电子基团X可以为由下式表示的取代基(x)或者(y)。
Figure A200780028996D00523
式中，Ar1及Ar2分别为取代或未取代的杂环、取代或未取代的芳氧基羰基或者醛基，优选为吡啶、吡嗪、喹喔啉。Ar1与Ar2也可以互相连接形成5元或6元的环状结构。
作为六氮杂苯并〔9，10〕菲衍生物，优选为下述列举的结构，特别优选为具有氰基的化合物。
Figure A200780028996D00531
(式中，R54分别为碳原子数为1～10的烷基、碳原子数为1～10的烷氧基、碳原子数为6～20的芳氧基。)
受电子层可以设置在阳极或者阴极与有机层之间，优选设置在阳极与有机层之间。
[供电子层]
供电子层是含有选自供体性金属、供体性化合物以及供体性金属络合物中的至少一种作为供体的层。
供体性金属是指功函数为3.8eV以下的金属，优选为碱金属、碱土类金属以及稀土类金属，更优选为Cs、Li、Na、Sr、K、Mg、Ca、Ba、Yb、Eu以及Ce。
供体性金属化合物是含有上述供体性金属的化合物，优选为含有碱金属、碱土类金属或稀土类金属的化合物，更优选为这些金属的卤化物、氧化物、碳酸盐、硼酸盐。例如，由MOx(M为供体性金属，x为0.5～1.5)、MFx(x为1～3)、M(CO3)x(x为0.5～1.5)表示的化合物。
供体性金属络合物是上述供体性金属的络合物，优选为碱金属、碱土类金属以及稀土类金属的有机金属络合物。优选为由下式(I)表示的有机金属络合物。
(式中，M为供体性金属，Q为配体，优选为羧酸衍生物、二酮衍生物、喹啉衍生物，n为1～4的整数。)
作为供体性金属络合物的具体例子，可以列举日本特开2005-72012号公报中记载的钨水车(日文：タングステン水車)等。另外，也可以使用日本特开平11-345687号公报中记载的中心金属为碱金属、碱土类金属的酞菁化合物等作为供体性金属络合物。
上述的供体可以单独使用，也可以组合二种以上来使用。
供电子层中含有的供体的含量优选相对于整个层为1～100摩尔％，更优选为50～100摩尔％。
供电子层除了为上述的供体之外，只要是具有光透射性的物质，则可以含有单一或多种物质。具体而言，可以使用胺化合物、稠环化合物、含氮环化合物、金属络合物等有机物、或金属氧化物、金属氮化物、金属氟化物、碳酸盐等无机物，但不一定限于此。
供电子层的膜厚优选为1～100nm。
供电子层可以设置在阳极或者阴极与有机层之间，优选设置在阴极与有机层之间。
实施例
在实施例、比较例中使用的材料如下所示。
TCTA         主体A       主体B       主体C
Figure A200780028996D00542
CBP             电子传输材料A       络合物A
这些材料的载流子(空穴、电子)迁移率、电离电势、单重态能隙或者三重态能隙如下进行测定。
1.迁移率测定
将25mm×75mm×1.1mm厚的带ITO透明电极的玻璃基板(ジオマテイツク公司制)在异丙醇中进行超声波清洗5分钟后，进行UV臭氧清洗30分钟。将清洗后的玻璃基板安装在真空蒸镀装置的基板支架上，首先，在ITO透明电极上通过电阻加热蒸镀将测定材料成膜为3～5μm。接着，在该膜上使金属Al蒸镀10nm，形成透明电极。
用株式会社オプテル制造的飞行时间(Time of Flight)装置TOF-401测定如上所述制作的元件在0.4～0.5MV/cm的电场强度下的载流子(空穴、电子)迁移率。激发光使用337nm的氮激光。用双对数绘制光电流I-时间t曲线，将所得到的拐点(日文：屈曲点)设为tr时，作为迁移率μ＝L2/(tr×V)求得。在此，L为样品膜厚，V为施加电压。
将由此求得的值示于表1。
2.电离电势测定
将测定材料在玻璃基板上以1000的膜厚进行蒸镀，至测定前均在氮气氛围下保存。使用这些膜，通过理研计器公司制造的紫外光电分光装置AC—3来测定光电子的飞出能量值。电离电势(Ip)的值由在图中上升的直线性高的区域与基线的交点求得。将所求得的值示于表1。
3.单重态能隙(EgS)测定
对各材料的甲苯稀溶液照射波长分解的光，由该吸收光谱的最长波长换算并求得。作为测定机器，使用分光光度计(U-3400(商品名)，日立制)。对该吸收光谱的最长波长的下降引切线，求得该切线与横轴交点的波长值：λedge(单位nm)，使用换算式Eg(s)(eV)＝1239.85/λedge进行换算。将所求得的值示于表2。
4.三重态能隙(EgT)测定
三重态能隙(EgT(Doapnt))通过以下的方法求得。通过公知的磷光测定法(例如，“光化学的世界”(日本化学会编/1993)50页左右记载的方法)对有机材料进行测定。具体而言，将有机材料溶解在溶剂中(样品10μmol/升，EPA(二乙基醚:异戊烷:乙醇＝5:5:2体积比，各溶剂为分光用级别)，得到磷光测定用样品。将装入石英池中的该样品冷却至77K，照射激发光，在波长测定该磷光。对该磷光光谱的短波长侧的上升引切线，将该波长值换算为能量值的值设定为EgT。使用日立制造的F-4500型分光荧光光度计本身与低温测定用任选用品进行测定。另外，测定装置并不限于此，也可以通过组合冷却装置以及低温用容器和激发光源、受光装置来进行测定。
另外，在本实施例中，通过下式换算该波长。
换算式EgT(eV)＝1239.85/λedge
“λedge”是指以纵轴为磷光强度、横轴为波长来绘制磷光光谱时，对该磷光光谱的短波长侧的上升引切线，该切线与横轴的交点的波长值。单位：nm。
将所求得的值示于表2。
表1
Figure A200780028996D00561
表2
 
材料 EgS(eV) EgT(eV)
主体材料A 3.55 2.90
主体材料B 3.53 2.88
主体材料C 3.57 2.89
主体材料CBP 3.51 2.81
电子传输材料A 3.00 1.82
实施例1
(有机EL元件的制作)
将25mm×75mm×1.1mm厚的带ITO透明电极的玻璃基板(ジオマテイツク公司制)在异丙醇中进行超声波清洗5分钟后，进行UV臭氧清洗30分钟。将清洗后的带透明电极线的玻璃基板安装在真空蒸镀装置的基板支架上，首先，在形成透明电极线的一侧的面上形成膜厚为95nm的TCTA来使覆盖透明电极。该TCTA膜作为空穴传输层起作用。另外，在空穴传输层成膜后，在该膜上通过电阻加热以膜厚30nm将主体A与络合物A进行共蒸镀成膜。络合物A的浓度为7.5重量％。该主体A：络合物A膜作为发光层起作用。在发光层成膜后，将电子传输材料A以膜厚25nm进行成膜。电子传输材料A层作为电子传输层起作用。之后，将LiF作为电子注入性电极(阴极)以成膜速度/分钟形成膜厚1nm。在该LiF层上蒸镀金属Al，形成膜厚为150nm的金属A阴极，得到有机EL元件。
(有机EL元件的发光性能评价)
使如上制作的有机EL元件通过直流电流驱动(电流密度J＝1mA/cm2)进行发光，测定发光波长(λ)、亮度(L)，求得发光效率(L/J)。另外，也测定电压(V)、电流效率(cd/A)、外部量子效率(％)。另外，由初始亮度1500cd/m3求出寿命。将结果示于表3。
实施例2
除了使用材料B作为主体材料之外，与实施例1同样制作有机EL元件，进行评价。将结果示于表3。
比较例1
除了使用材料C作为主体材料之外，与实施例1同样制作有机EL元件，进行评价。将结果示于表3。
比较例2
除了使用材料CBP作为主体材料之外，与实施例1同样制作有机EL元件，进行评价。将结果示于表3。
表3
 
材料 电压(V) 电流效率(cd/A) 发光效率(1m/W) 外部量子效率(％) 寿命(h)
实施例1 主体材料A 4.4 48 34 18 340
实施例2 主体材料B 4.5 42 30 17 282
比较例1 主体材料C 4.9 25 16 9.9 125
比较例2 CBP 5.0 19 13 7.5 88
比较例1、2观测到来自电子传输材料B的发光(峰430nm)。实施例与比较例相比，电压低，效率高，而且寿命也长。
产业上利用的可能性
本发明的有机EL元件可以适用于各种显示元件、显示器、背光、照明光源、标识、看板、室内等领域。
本说明书中记载的文献将其内容全部在本说明书中引用。

Claims (17)

1.一种有机电致发光元件，其中，具有：阴极和阳极、以及设在所述阴极和阳极之间的至少含有发光层和电子传输层的有机层，
构成所述电子传输层的电子迁移率最慢的电子传输材料的电子迁移率在0.4～0.5MV/cm的电场强度下为2.0×10-5cm2/Vs以上，
构成所述发光层的主体材料的电子迁移率/空穴迁移率(ΔEM)、与构成所述电子传输层的电子迁移率最慢的电子传输材料的电子迁移率/空穴迁移率(ΔET)满足以下关系，
ΔET>1
0.3≤ΔEM≤10
ΔET>ΔEM。
2.根据权利要求1所述的有机电致发光元件，其中ΔET≥3。
3.根据权利要求1或2所述的有机电致发光元件，其中，所述电子传输材料的电离电势小于等于所述主体材料的电离电势。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的有机电致发光元件，其中，所述电子传输材料的单重态能隙或三重态能隙小于所述主体材料的单重态能隙或三重态能隙。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的有机电致发光元件，其中，所述发光层含有至少一种掺杂材料和至少一种主体材料。
6.根据权利要求5所述的有机电致发光元件，其中，所述掺杂材料为磷光发光性材料。
7.根据权利要求6所述的有机电致发光元件，其中，所述磷光发光性材料为邻位金属化金属络合物。
8.根据权利要求5～7中任一项所述的有机电致发光元件，其中，所述掺杂材料的发光波长峰为500nm以下。
9.根据权利要求1～8中任一项所述的有机电致发光元件，其中，构成所述电子传输层的至少一种电子传输材料的三重态能隙的值为2.1eV以下。
10.根据权利要求1～9中任一项所述的有机电致发光元件，其中，所述电子传输层包含具有蒽骨架的化合物。
11.根据权利要求10所述的有机电致发光元件，其中，所述具有蒽骨架的化合物由下式表示，
Figure A200780028996C00031
式中，R1～R6分别独立地表示氢原子、取代或未取代的碳原子数为1～40的烷基、取代或未取代的碳原子数为1～40的全氟烷基、取代或未取代的碳原子数为1～40的烷氧基、取代或未取代的碳原子数为1～40的芳烷基、取代或未取代的碳原子数为1～40的芳基烷氧基、取代或未取代的碳原子数为6～80的芳基、取代或未取代的碳原子数为3～80的杂环基、取代或未取代的碳原子数为1～40的烷基甲硅烷基、取代或未取代的碳原子数为6～80的芳基甲硅烷基、氰基，相互邻接的取代基也可以形成环。
12.根据权利要求1～11中任一项所述的有机电致发光元件，其中，所述电子传输层中包含含有缺电子性的含氮五元环的稠合芳香族环衍生物、或者含有缺电子性的含氮六元环的稠合芳香族环衍生物。
13.根据权利要求12所述的有机电致发光元件，其中，所述含氮五元环为咪唑环、三唑环、四唑环、噁二唑环、噻二唑环、噁三唑环或者噻三唑环。
14.根据权利要求12所述的有机电致发光元件，其中，所述含氮六元环为喹喔啉环、喹啉环、喹唑啉环、吡啶环、吡嗪环或者嘧啶环。
15.根据权利要求1～14中任一项所述的有机电致发光元件，其中，在所述有机层和所述阴极的界面区域添加有还原性掺杂物。
16.根据权利要求1～15中任一项所述的有机电致发光元件，其中，所述发光层的膜厚为20nm以上。
17.根据权利要求1～16中任一项所述的有机电致发光元件，其中，包含位于所述阳极和阴极中的至少一个电极与所述有机层之间的供电子层或者受电子层。
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