JP2011003793A - 有機ｅｌ素子 - Google Patents

Abstract

【課題】低駆動電圧とともに、高発光効率、長寿命な有機ＥＬ素子を提供する。
【解決手段】少なくとも陽極と、発光層と、電子輸送層と、陰極とをこの順に備え、前記発光層は、ホストと、主ピーク波長が５５０ｎｍ以下の蛍光発光を示すドーパントとを含み、前記ドーパントのアフィニティＡｄが前記ホストのアフィニティＡｈ以上であり、前記電子輸送層を構成する材料が式（１）で表される含窒素複素環誘導体からなる有機エレクトロルミネッセンス素子。

【選択図】なし

Description

本発明は、有機ＥＬ素子に関する。特に、高効率で長寿命な発光を得ることができる有機ＥＬ素子に関する。

有機エレクトロルミネッセンス素子（以下、エレクトロルミネッセンスをＥＬと略記することがある）は、電界を印加することより、陽極より注入された正孔と陰極より注入された電子との再結合エネルギーにより、物質が発光する原理を利用した自発光素子である。

特許文献１には、ベンゾイミダゾールに特定の基が結合した構造を有する新規な含窒素複素環誘導体、及びその誘導体を電子輸送層に用いた有機ＥＬ素子が開示されている。電子輸送層用の材料として一般に用いられるＡｌｑに比べて低電圧で高い発光輝度が得られるとしている。しかしながら、５〜７Ｖの電圧で４〜７．５ｃｄ／Ａ程度であり、また初期輝度５００ｎｉｔでの半減寿命が１０００時間程度であった。

特許文献２には、下記式からなる特定の含窒素複素環誘導体及びそれを用いた有機ＥＬ素子が開示されている。ここで、Ｒ^ａは炭素数１〜５０のアルキル基である。このような材料を電子輸送層として用い、発光層にはアリールアミン化合物やスチリルアミン化合物を発光ドーパントとして用いる例が開示されている。特許文献１よりも低電圧な４．２Ｖで８．３５ｃｄ／Ａという効率が達成されている。

特許文献３においては、新規な青色発光ドーパントとしてフルオランテン化合物を用い、さらに電子輸送層として特許文献１に記載されているようなベンゾイミダゾール誘導体を用いた例が開示されている。（０．１５、０．１３）という良好な青色で電圧４．０Ｖ、効率７．９３ｃｄ／Ａ、初期輝度５０００ｃｄ／ｍ^２での半減寿命が８４０時間という性能が達成されている。

しかしながら、近年ディスプレイや照明といったデバイスにおいて、消費電力低下のために更なる高効率化が求められている。

国際公開第２００４／０８０９７５号パンフレット 国際公開第２００７／６３９９３号パンフレット 国際公開第２００８／１０２７４０号パンフレット

本発明は、駆動電圧を低下させるとともに、高い発光効率を有し、長寿命な有機ＥＬ素子を提供することを目的とする。

本発明者らは、前記目的を達成するために鋭意研究を重ねた結果、駆動電圧を低下させるとともに、高い発光効率を有し、長寿命な有機ＥＬ素子を提供できることを見出し、本発明を完成したものである。

特許文献３に記載のフルオランテン化合物を発光ドーパントとして用いる場合に、特許文献２に記載のような特定の含窒素複素環誘導体を電子輸送層として用いて高性能な有機ＥＬ素子を実現することを目的に、それらを組み合わせた有機ＥＬ素子において低電圧化、高効率化、長寿命化を阻害している因子について解析を行った結果、次のようなことが分かった。

（１）特許文献２に用いられているようなアリールアミン化合物やスチリルアミン化合物はアフィニティがホストよりも小さい傾向にある。青色発光するドーパントの場合には、エネルギーギャップが広いため、結果としてイオン化ポテンシャルがホストよりも小さくなり、ドーパントは正孔トラップとして機能する傾向が強くなる。そのため、発光層の正孔移動度はホストのみからなるノンドープ発光層に比べて小さくなり、発光層内においては電子輸送層から注入される電子が過剰となり、電子と正孔の再結合領域は発光層内の陽極側界面に偏在する。その結果、発光層に対して陽極側に位置する正孔輸送層へ電子が漏れやすくなる。このような現象が、正孔輸送層の還元劣化を引き起こして素子の短寿命化に影響したり、再結合量が減少して低効率化に影響する。また、発光層への正孔注入性が劣り、その結果、高電圧化を引き起こしていた。

（２）一方、特許文献３に用いられているようなアントラセン誘導体をホストに用い、このホストにフルオランテン化合物を用いる場合を考える。このフルオランテン化合物はアリールアミン化合物やスチリルアミン化合物と比べてアフィニティが大きい傾向にあり、ホストであるアントラセン誘導体のアフィニティよりも大きい。ホストよりもドーパントのアフィニティが大きい場合、ドーパントのイオン化ポテンシャルはホストのイオン化ポテンシャルと同程度かまたは大きくなる傾向となる。そのため、イオン化ポテンシャルが小さなドーパントによって引き起こされる低効率化や短寿命化、高電圧化といった現象は生じにくくなる。さらに、アフィニティの大きなドーパントは電子トラップとして機能する傾向にある。すると、フルオランテン系ドーパントを添加した発光層の電子移動度は小さくなる傾向にある。

（３）このような性質を備える発光層に隣接して、電子移動度が大きなベンゾイミダゾール系化合物を電子輸送層として用いると、発光層と電子輸送層の界面において電子が蓄積して発光層内に注入される電子の量が減る。そのために発光効率が出にくい傾向になる。

（４）また、発光層内における電子と正孔の再結合は電子輸送層側に偏る傾向にある。そのため、電子輸送層へ達する正孔の量が増え、電子輸送層に用いる材料の正孔耐性が長寿命化の観点で重要な要素となる。

そこで発明者らは、特許文献３に記載のフルオランテン化合物をドーパントとして用いる場合に、特許文献２に記載の含窒素複素環化合物において、含窒素複素環に置換するアルキル基の構造と素子性能の相関性を調べた。その結果、特定のアルキル基が、大きな電子移動度を有しつつも発光層への優れた電子注入性を有し、ホストに対して大きなアフィニティを有するドーパントと組み合わせた場合、特に低電圧、高効率、長寿命な青色発光素子が得られることが判明した。

本発明によれば、以下の有機エレクトロルミネッセンス素子が提供される。
１．少なくとも陽極と、発光層と、電子輸送層と、陰極とをこの順に備え、
前記発光層は、ホストと、主ピーク波長が５５０ｎｍ以下の蛍光発光を示すドーパントとを含み、
前記ドーパントのアフィニティＡｄが前記ホストのアフィニティＡｈ以上であり、
前記電子輸送層を構成する材料が下記式（１）で表される含窒素複素環誘導体からなる、
有機エレクトロルミネッセンス素子。

｛式（１）において、Ｒ^ａは、置換もしくは無置換の、直鎖状、分岐状もしくは環状の炭素数２〜１０のアルキル基であり、
Ｒ^１〜Ｒ^５は、水素原子、置換もしくは無置換の環形成原子数５〜６０の芳香族炭化水素基、置換もしくは無置換の環形成原子数５〜６０の複素環基、置換もしくは無置換の炭素数１〜５０のアルキル基、置換もしくは無置換の炭素数３〜５０のシクロアルキル基、置換もしくは無置換の環形成原子数６〜５０のアラルキル基、置換もしくは無置換の炭素数１〜５０のアルコキシ基、置換もしくは無置換の環形成原子数５〜５０のアリールオキシ基、置換もしくは無置換の環形成原子数５〜５０のアリールチオ基、置換もしくは無置換の炭素数１〜５０のアルコキシカルボニル基、置換もしくは無置換の環形成原子数５〜５０の芳香族炭化水素基で置換されたアミノ基、ハロゲン原子、シアノ基、ニトロ基、ヒドロキシル基又はカルボキシル基であり、
Ｒ^２〜Ｒ^５の隣り合う基が互いに結合して芳香環を形成していてもよく、
Ｒ^１〜Ｒ^５の少なくとも１つは下記式で示される置換基である。

（式中、Ｌは、置換もしくは無置換の炭素数６〜６０の芳香族炭化水素残基、置換もしくは無置換の環形成原子数５〜６０の複素環残基、又は置換もしくは無置換のフルオレニレン基であり、
Ａｒ^１は、置換もしくは無置換の炭素数６〜６０の芳香族炭化水素残基、置換もしくは無置換のピリジニレン基又は置換もしくは無置換のキノリニレン基であり、
Ａｒ^２は、水素原子、置換もしくは無置換の環形成原子数５〜６０の芳香族炭化水素基、置換もしくは無置換の環形成原子数５〜６０の複素環基、置換もしくは無置換の炭素数１〜５０のアルキル基、置換もしくは無置換の炭素数３〜５０のシクロアルキル基、置換もしくは無置換の環形成原子数６〜５０のアラルキル基、置換もしくは無置換の炭素数１〜５０のアルコキシ基、置換もしくは無置換の環形成原子数５〜５０のアリールオキシ基、置換もしくは無置換の環形成原子数５〜５０のアリールチオ基、置換もしくは無置換の炭素数１〜５０のアルコキシカルボニル基、置換もしくは無置換の環形成原子数５〜５０の芳香族炭化水素基で置換されたアミノ基、ハロゲン原子、シアノ基、ニトロ基、ヒドロキシル基又はカルボキシル基である。）｝
２．前記式（１）で表される化合物が、下記式（１ａ）で表される化合物である上記１に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。

｛式（１ａ）において、Ｒ^２〜Ｒ^５、Ｒ^ａ、Ｌ、Ａｒ^１、及びＡｒ^２は、それぞれ前記式（１）におけるものと同じである。｝
３．前記式（１）で表される化合物が、下記式（１ｂ）で表される化合物である上記１に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。

｛式（１ｂ）において、Ｒ^１〜Ｒ^５、Ｒ^ａ、Ｌ、及びＡｒ^２は、それぞれ前記式（１）におけるものと同じであり；
Ｒ^６は、前記式（１）におけるＲ^１〜Ｒ^５と同じであり、Ｒ^６が２以上ある場合には、それらは互いに同一でも異なっていてもよく；
ｎは０〜８の整数である。｝
４．前記ドーパントの少なくとも１つがフルオランテン誘導体又はホウ素錯体から選択される化合物である上記１〜３のいずれかに記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
５．前記フルオランテン誘導体が下記式（２）で表される化合物である上記４に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。

｛式（２）中、Ｘ^１〜Ｘ^１２は、それぞれ独立に、水素原子、ハロゲン原子、置換もしくは無置換の直鎖、分岐もしくは環状の炭素原子数１〜３０のアルキル基、置換もしくは無置換の直鎖、分岐もしくは環状の炭素原子数１〜３０のアルコキシ基、置換もしくは無置換の直鎖、分岐もしくは環状の炭素原子数１〜３０のアルキルチオ基、置換もしくは無置換の直鎖、分岐もしくは環状の炭素原子数２〜３０のアルケニル基、置換もしくは無置換の直鎖、分岐もしくは環状の炭素原子数２〜３０のアルケニルオキシ基、置換もしくは無置換の直鎖、分岐もしくは環状の炭素原子数２〜３０のアルケニルチオ基、置換もしくは無置換の炭素原子数７〜３０のアラルキル基、置換もしくは無置換の炭素原子数７〜３０のアラルキルオキシ基、置換もしくは無置換の炭素原子数７〜３０のアラルキルチオ基、置換もしくは無置換の炭素原子数６〜６０の芳香族炭化水素基、置換もしくは無置換の炭素原子数６〜２０のアリールオキシ基、置換もしくは無置換の炭素原子数６〜２０のアリールチオ基、置換もしくは無置換の炭素原子数６〜２０の複素環基、置換もしくは無置換の炭素原子数２〜３０のアリール基で置換されたアミノ基、ニトロ基、シアノ基、シリル基、水酸基、−ＣＯＯＲ^１ｅ基（基中、Ｒ^１ｅは水素原子、置換もしくは無置換の直鎖、分岐もしくは環状の炭素原子数１〜３０のアルキル基、置換もしくは無置換の直鎖、分岐もしくは環状の炭素原子数２〜３０のアルケニル基、置換もしくは無置換の炭素原子数７〜３０のアラルキル基、又は置換もしくは無置換の炭素原子数６〜３０の芳香族炭化水素基を表す）、−ＣＯＲ^２ｅ基（基中、Ｒ^２ｅは水素原子、置換もしくは無置換の直鎖、分岐もしくは環状の炭素原子数１〜３０のアルキル基、置換もしくは無置換の直鎖、分岐もしくは環状の炭素原子数２〜３０のアルケニル基、置換もしくは無置換の炭素原子数７〜３０のアラルキル基、置換もしくは無置換の炭素原子数６〜３０の芳香族炭化水素基、又はアミノ基を表す）、又は−ＯＣＯＲ^３ｅ基（基中、Ｒ^３ｅは、置換もしくは無置換の直鎖、分岐もしくは環状の炭素原子数１〜３０のアルキル基、置換もしくは無置換の直鎖、分岐もしくは環状の炭素原子数２〜３０のアルケニル基、置換もしくは無置換の炭素原子数７〜３０のアラルキル基、又は置換もしくは無置換の炭素原子数６〜３０の芳香族炭化水素基を表す）を表し、さらにＸ^１〜Ｘ^１２のうち、隣接する基及び各基の置換基は、互いに結合して、置換もしくは無置換の炭素環を形成していてもよい。｝
６．前記ホウ素錯体が下記式（３）で表される化合物である上記４に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。

｛式（３）中、１、２、３、４、５、１’、２’、３’及び４’は、各々独立に選ばれた炭素原子又は窒素原子を表わし、環Ａ及び環Ａ’は、少なくとも１つの窒素を含有する６員芳香族環系に相当する独立したアジン環系を表わす。Ｘ^ａ及びＸ^ｂは、各々独立に選ばれた置換基であり、ｍ及びｎは、各々独立に０〜４を表わす。Ｘ^ａ及びＸ^ｂが各々複数ある場合には、そのうちの各々２つが連結することによりそれぞれ環Ａ又は環Ａ’に対して縮合環を形成していてもよく、その際、該縮合環はアリール又は複素環置換基を含んでいてもよい。Ｚ^ａ及びＺ^ｂは、各々独立に選ばれたハロゲン原子、アリール基、アルキル基又はシクロアルキル基である。｝

本発明によれば、駆動電圧を低下させるとともに、高い発光効率を有し、長寿命な有機ＥＬ素子を提供することができる。

本発明の一実施形態に係る有機ＥＬ素子の概略構成を示す図である。 本発明の一実施形態に係る有機ＥＬ素子の発光層と電子輸送層のエネルギーダイアグラムを示す図である。

本発明の有機ＥＬ素子の構成について図を参照して説明する。
図１は、本発明の一実施形態にかかる有機ＥＬ素子の構成を示す図である。
有機ＥＬ素子１は、基板６０上の対向する陽極１０と陰極５０の間に、陽極１０側から、正孔輸送帯域２０と発光層３０と電子輸送帯域４０とをこの順に備える。

前記発光層３０は、ホストと、主ピーク波長が５５０ｎｍ以下の蛍光発光を示すドーパントとを含む。図２は発光層と電子輸送層のエネルギーダイアグラムを示す図であり、図の下側にいくほどエネルギーが大きいことを表す。図２のように前記ドーパントのアフィニティＡｄが前記ホストのアフィニティＡｈ以上であり、前記発光層に隣接し前記電子輸送帯域に含まれる電子輸送層を構成する材料が下記式（１）で表される含窒素複素環誘導体からなる。

ホストよりもドーパントのアフィニティが大きい場合、電子輸送層から注入される電子に対して、ドーパントは電子トラップとして機能する。即ちこのようなドーパントは電子トラップ性を有する傾向にある。

尚、アフィニティＡｆ（電子親和力）とは、材料の分子に電子を一つ与えた時に放出又は吸収されるエネルギーをいい、放出の場合は正、吸収の場合は負と定義する。
アフィニティＡｆは、イオン化ポテンシャルＩｐとエネルギーギャップＥｇ（Ｓ）とにより次のように規定する。
Ａｆ＝Ｉｐ−Ｅｇ（Ｓ）

ここで、イオン化ポテンシャルＩｐは、各材料の化合物から電子を取り去ってイオン化するために要するエネルギーを意味し、例えば、紫外線光電子分光分析装置（ＡＣ−３、理研（株）計器）で測定した値である。

エネルギーギャップＥｇ（Ｓ）は、基底状態と最低励起状態とのエネルギー差をいい、例えば、各材料のトルエン希薄溶液の吸収スペクトルの長波長側接線とベースライン（吸収ゼロ）との交点の波長値をエネルギーに換算して求める。
本発明では、主ピーク波長が５５０ｎｍ以下であるドーパントを用いることができる。
ここで、主ピーク波長とは、ドーパントの蛍光スペクトルの強度が最大となる波長のことをいい、例えば、無極性溶媒にドーパントを溶解した溶液に励起光を照射することにより得られる蛍光スペクトルから求めることができる。
ホストとしては、発光層に含まれるドーパントのアフィニティＡｄが前記ホストのアフィニティＡｈ以上の条件を満たすものを選択することができる。
本発明で用いるホストとして好ましい化合物としてアントラセン化合物を挙げることができ、具体的には以下のものが挙げられる。

式（４）中、Ａｒ^００１、Ａｒ^００２はそれぞれ独立に置換もしくは無置換の環形成炭素数６〜５０の芳香族炭化水素基である。Ｘ^００１〜Ｘ^００２は、それぞれ独立に置換もしくは無置換の環形成炭素数６〜５０の芳香族炭化水素基、置換もしくは無置換の環形成原子数５〜５０の複素環基、置換もしくは無置換の炭素数１〜５０のアルキル基、置換もしくは無置換の炭素数６〜５０のアラルキル基、置換もしくは無置換の環形成原子数５〜５０のアリールオキシ基である。ａ、ｂは、それぞれ０〜４の整数である。ｎは１〜３の整数である。また、ｎが２以上の場合は、［ ］内は、同じでも異なっていてもよい。好ましくはｎは１である。好ましくはａ，ｂは０である。
上記式（４）で表されるアントラセン化合物の具体例を下記に示す。

芳香族炭化水素基としては、置換もしくは無置換のフェニル基、インデニル基、フルオレニル基、ナフチル基、アントリル基、フェナントリル基、ナフタセニル基、アセナフチレニル基、ビフェニル基、クリセニル基、ピレニル基、トリフェニル基、フルオランテニル基、ペリレニル基、フルオレニル基、テルフェニル基が挙げられる。具体的には、フェニル基、６−インデニル基、７−インデニル基、１−フルオレニル基、２−フルオレニル基、１−ナフチル基、２−ナフチル基、１−アントリル基、２−アントリル基、９−アントリル基、１−フェナントリル基、２−フェナントリル基、３−フェナントリル基、４−フェナントリル基、９−フェナントリル基、１−ナフタセニル基、２−ナフタセニル基、５−ナフタセニル基、３−アセナフチレニル基、４−アセナフチレニル基、２−ビフェニル基、３−ビフェニル基、４−ビフェニル基、１−クリセニル基、２−クリセニル基、３−クリセニル基、６−クリセニル基、１−ピレニル基、２−ピレニル基、４−ピレニル基、１−トリフェニル基、２−トリフェニル基、１−フルオランテニル基、２−フルオランテニル基、３−フルオランテニル基、７−フルオランテニル基、８−フルオランテニル基、１−ペリレニル基、２−ペリレニル基、３−ペリレニル基が挙げられる。
好ましくは、置換もしくは無置換のフェニル基、１−ナフチル基、２−ナフチル基、９−フェナントリル基、２−フェナントリル基、２−フルオレニル基である。

芳香族炭化水素基は、好ましくは環形成炭素数が６から６０であり、より好ましくは６から３０である。

複素環基の例としては、置換もしくは無置換のピロリル基、ピリジニル基、ピラジニル基、インドリル基、フリル基、ジベンゾフラニル基、ジベンゾチエニル基、キノリル基、カルバゾリル基等が挙げられる。具体的には、１−ピロリル基、２−ピロリル基、３−ピロリル基、ピラジニル基、２−ピリジニル基、３−ピリジニル基、４−ピリジニル基、１−インドリル基、２−インドリル基、３−インドリル基、４−インドリル基、５−インドリル基、６−インドリル基、７−インドリル基、１−イソインドリル基、２−イソインドリル基、３−イソインドリル基、４−イソインドリル基、５−イソインドリル基、６−イソインドリル基、７−イソインドリル基、２−フリル基、３−フリル基、１−ベンゾフラニル基、２−ベンゾフラニル基、３−ベンゾフラニル基、４−ベンゾフラニル基、５−ベンゾフラニル基、６−ベンゾフラニル基、７−ベンゾフラニル基、１−イソベンゾフラニル基、３−イソベンゾフラニル基、４−イソベンゾフラニル基、５−イソベンゾフラニル基、６−イソベンゾフラニル基、７−イソベンゾフラニル基、１−ジベンゾフラニル基、２−ジベンゾフラニル基、３−ジベンゾフラニル基、４−ジベンゾフラニル基、１−ベンゾチオフェニル基、２−ベンゾチオフェニル基、３−ベンゾチオフェニル基、４−ベンゾチオフェニル基、５−ベンゾチオフェニル基、６−ベンゾチオフェニル基、７−ベンゾチオフェニル基、１−ジベンゾチオフェニル基、２−ジベンゾチオフェニル基、３−ジベンゾチオフェニル基、４−ジベンゾチオフェニル基、キノリル基、３−キノリル基、４−キノリル基、５−キノリル基、６−キノリル基、７−キノリル基、８−キノリル基、１−イソキノリル基、３−イソキノリル基、４−イソキノリル基、５−イソキノリル基、６−イソキノリル基、７−イソキノリル基、８−イソキノリル基、２−キノキサリニル基、５−キノキサリニル基、６−キノキサリニル基、１−カルバゾリル基、２−カルバゾリル基、３−カルバゾリル基、４−カルバゾリル基、９−カルバゾリル基、１−フェナンスリジニル基、２−フェナンスリジニル基、３−フェナンスリジニル基、４−フェナンスリジニル基、６−フェナンスリジニル基、７−フェナンスリジニル基、８−フェナンスリジニル基、９−フェナンスリジニル基、１０−フェナンスリジニル基、１−アクリジニル基、２−アクリジニル基、３−アクリジニル基、４−アクリジニル基、９−アクリジニル基、１，７−フェナンスロリン−２−イル基、１，７−フェナンスロリン−３−イル基、１，７−フェナンスロリン−４−イル基、１，７−フェナンスロリン−５−イル基、１，７−フェナンスロリン−６−イル基、１，７−フェナンスロリン−８−イル基、１，７−フェナンスロリン−９−イル基、１，７−フェナンスロリン−１０−イル基、１，８−フェナンスロリン−２−イル基、１，８−フェナンスロリン−３−イル基、１，８−フェナンスロリン−４−イル基、１，８−フェナンスロリン−５−イル基、１，８−フェナンスロリン−６−イル基、１，８−フェナンスロリン−７−イル基、１，８−フェナンスロリン−９−イル基、１，８−フェナンスロリン−１０−イル基、１，９−フェナンスロリン−２−イル基、１，９−フェナンスロリン−３−イル基、１，９−フェナンスロリン−４−イル基、１，９−フェナンスロリン−５−イル基、１，９−フェナンスロリン−６−イル基、１，９−フェナンスロリン−７−イル基、１，９−フェナンスロリン−８−イル基、１，９−フェナンスロリン−１０−イル基、１，１０−フェナンスロリン−２−イル基、１，１０−フェナンスロリン−３−イル基、１，１０−フェナンスロリン−４−イル基、１，１０−フェナンスロリン−５−イル基、２，９−フェナンスロリン−１−イル基、２，９−フェナンスロリン−３−イル基、２，９−フェナンスロリン−４−イル基、２，９−フェナンスロリン−５−イル基、２，９−フェナンスロリン−６−イル基、２，９−フェナンスロリン−７−イル基、２，９−フェナンスロリン−８−イル基、２，９−フェナンスロリン−１０−イル基、２，８−フェナンスロリン−１−イル基、２，８−フェナンスロリン−３−イル基、２，８−フェナンスロリン−４−イル基、２，８−フェナンスロリン−５−イル基、２，８−フェナンスロリン−６−イル基、２，８−フェナンスロリン−７−イル基、２，８−フェナンスロリン−９−イル基、２，８−フェナンスロリン−１０−イル基、２，７−フェナンスロリン−１−イル基、２，７−フェナンスロリン−３−イル基、２，７−フェナンスロリン−４−イル基、２，７−フェナンスロリン−５−イル基、２，７−フェナンスロリン−６−イル基、２，７−フェナンスロリン−８−イル基、２，７−フェナンスロリン−９−イル基、２，７−フェナンスロリン−１０−イル基、１−フェナジニル基、２−フェナジニル基、１−フェノチアジニル基、２−フェノチアジニル基、３−フェノチアジニル基、４−フェノチアジニル基、１０−フェノチアジニル基、１−フェノキサジニル基、２−フェノキサジニル基、３−フェノキサジニル基、４−フェノキサジニル基、１０−フェノキサジニル基、２−オキサゾリル基、４−オキサゾリル基、５−オキサゾリル基、２−オキサジアゾリル基、５−オキサジアゾリル基、３−フラザニル基、２−チエニル基、３−チエニル基等が挙げられる。

好ましくは、１−ジベンゾフラニル基、２−ジベンゾフラニル基、３−ジベンゾフラニル基、４−ジベンゾフラニル基、１−カルバゾリル基、２−カルバゾリル基、３−カルバゾリル基、４−カルバゾリル基、９−カルバゾリル基、１−ジベンゾチオフェニル基、２−ジベンゾチオフェニル基、３−ジベンゾチオフェニル基、４−ジベンゾチオフェニル基等が挙げられる。
複素環基は、環形成炭素数が５から１８であると好ましい。

上記の芳香族炭化水素基、複素環基、アルキル基、アラルキル基、アリールオキシ基等は置換されていてもよく、置換基としては、例えば炭素数１〜２０のアルキル基、炭素数６〜６０の芳香族炭化水素基、炭素数２〜６０の複素環基等が挙げられる。

置換基の具体例としては、直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基（好ましくは炭素数１〜２０、より好ましくは炭素数１〜１２、特に好ましくは炭素数１〜８であり、例えばメチル、エチル、イソプロピル、ｔ−ブチル、ｎ−オクチル、ｎ−デシル、ｎ−ヘキサデシル、シクロプロピル、シクロペンチル、シクロヘキシル等が挙げられる。）、アルケニル基（好ましくは炭素数２〜２０、より好ましくは炭素数２〜１２、特に好ましくは炭素数２〜８であり、例えばビニル、アリル、２−ブテニル、３−ペンテニル等が挙げられる。）、アルキニル基（好ましくは炭素数２〜２０、より好ましくは炭素数２〜１２、特に好ましくは炭素数２〜８であり、例えばプロパルギル、３−ペンチニル等が挙げられる。）、アリール基（好ましくは炭素数６〜６０、より好ましくは炭素数６〜３０、特に好ましくは炭素数６〜２０であり、例えばフェニル、フルオレニル、ナフチル、アントリル、フェナントリル、クリセニル、ピレニル、トリフェニレニル、フルオランテニル等が挙げられる。）、置換又は無置換のアミノ基（好ましくは炭素数０〜２０、より好ましくは炭素数０〜１２、特に好ましくは炭素数０〜６であり、例えばアミノ、メチルアミノ、ジメチルアミノ、ジエチルアミノ、ジフェニルアミノ、ジベンジルアミノ等が挙げられる。アルコキシ基（好ましくは炭素数１〜２０、より好ましくは炭素数１〜１２、特に好ましくは炭素数１〜８であり、例えばメトキシ、エトキシ、ブトキシ等が挙げられる。）、アリールオキシ基（好ましくは炭素数６〜２０、より好ましくは炭素数６〜１６、特に好ましくは炭素数６〜１２であり、例えばフェニルオキシ、２−ナフチルオキシ等が挙げられる。）、アシル基（好ましくは炭素数１〜２０、より好ましくは炭素数１〜１６、特に好ましくは炭素数１〜１２であり、例えばアセチル、ベンゾイル、ホルミル、ピバロイル等が挙げられる。）、アルコキシカルボニル基（好ましくは炭素数２〜２０、より好ましくは炭素数２〜１６、特に好ましくは炭素数２〜１２であり、例えばメトキシカルボニル、エトキシカルボニル等が挙げられる。）、アリールオキシカルボニル基（好ましくは炭素数７〜２０、より好ましくは炭素数７〜１６、特に好ましくは炭素数７〜１０であり、例えばフェニルオキシカルボニル等が挙げられる。）、アシルオキシ基（好ましくは炭素数２〜２０、より好ましくは炭素数２〜１６、特に好ましくは炭素数２〜１０であり、例えばアセトキシ、ベンゾイルオキシ等が挙げられる。）、アシルアミノ基（好ましくは炭素数２〜２０、より好ましくは炭素数２〜１６、特に好ましくは炭素数２〜１０であり、例えばアセチルアミノ、ベンゾイルアミノ等が挙げられる。）、アルコキシカルボニルアミノ基（好ましくは炭素数２〜２０、より好ましくは炭素数２〜１６、特に好ましくは炭素数２〜１２であり、例えばメトキシカルボニルアミノ等が挙げられる。）、アリールオキシカルボニルアミノ基（好ましくは炭素数７〜２０、より好ましくは炭素数７〜１６、特に好ましくは炭素数７〜１２であり、例えばフェニルオキシカルボニルアミノ等が挙げられる。）、置換又は無置換のスルホニルアミノ基（好ましくは炭素数１〜２０、より好ましくは炭素数１〜１６、特に好ましくは炭素数１〜１２であり、例えばメタンスルホニルアミノ、ベンゼンスルホニルアミノ等が挙げられる。）、置換又は無置換のスルファモイル基（好ましくは炭素数０〜２０、より好ましくは炭素数０〜１６、特に好ましくは炭素数０〜１２であり、例えばスルファモイル、メチルスルファモイル、ジメチルスルファモイル、フェニルスルファモイル等が挙げられる。）、置換又は無置換のカルバモイル基（好ましくは炭素数１〜２０、より好ましくは炭素数１〜１６、特に好ましくは炭素数１〜１２であり、例えばカルバモイル、メチルカルバモイル、ジエチルカルバモイル、フェニルカルバモイル等が挙げられる。）、アルキルチオ基（好ましくは炭素数１〜２０、より好ましくは炭素数１〜１６、特に好ましくは炭素数１〜１２であり、例えばメチルチオ、エチルチオ等が挙げられる。）、アリールチオ基（好ましくは炭素数６〜２０、より好ましくは炭素数６〜１６、特に好ましくは炭素数６〜１２であり、例えばフェニルチオ等が挙げられる。）、置換又は無置換のスルホニル基（好ましくは炭素数１〜２０、より好ましくは炭素数１〜１６、特に好ましくは炭素数１〜１２であり、例えばメシル、トシル等が挙げられる。）、置換又は無置換のスルフィニル基（好ましくは炭素数１〜２０、より好ましくは炭素数１〜１６、特に好ましくは炭素数１〜１２であり、例えばメタンスルフィニル、ベンゼンスルフィニル等が挙げられる。）、置換又は無置換のウレイド基（好ましくは炭素数１〜２０、より好ましくは炭素数１〜１６、特に好ましくは炭素数１〜１２であり、例えばウレイド、メチルウレイド、フェニルウレイド等が挙げられる。）、置換又は無置換のリン酸アミド基（好ましくは炭素数１〜２０、より好ましくは炭素数１〜１６、特に好ましくは炭素数１〜１２であり、例えばジエチルリン酸アミド、フェニルリン酸アミド等が挙げられる。）、ヒドロキシ基、メルカプト基、ハロゲン原子（例えばフッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子）、シアノ基、スルホ基、カルボキシル基、ニトロ基、ヒドロキサム酸基、スルフィノ基、ヒドラジノ基、イミノ基、ヘテロ環基（好ましくは炭素数１〜３０、より好ましくは炭素数１〜１２であり、ヘテロ原子としては、例えば窒素原子、酸素原子、硫黄原子を含むものであり具体的には例えばイミダゾリル、ピリジル、キノリル、フリル、チエニル、ピペリジル、モルホリノ、ベンゾオキサゾリル、ベンゾイミダゾリル、ベンゾチアゾリル、カルバゾリル等が挙げられる。）、シリル基（好ましくは炭素数３〜４０、より好ましくは炭素数３〜３０、特に好ましくは炭素数３〜２４であり、例えばトリメチルシリル、トリフェニルシリル等が挙げられる。）等が挙げられる。これらの置換基はさらに置換されてもよい。また置換基が２つ以上ある場合は、同一でも異なっていてもよい。また、可能な場合には互いに連結して環を形成していてもよい。
また、アルケニルチオ基、アラルキル基、アラルキルオキシ基、アラルキルチオ基等の具体例としては、上記に例示したアルケニル基、芳香族炭化水素基（アリール基）と−Ｓ−基、アルキル基、−Ｏ−基等を連結した基が挙げられる。

好適な置換基の例としては、メチル、エチル、プロピル、イソプロピル、ブチル、ｓｅｃ−ブチル、ｔｅｒｔ−ブチル、シクロヘキシル、フェニル、１−ナフチル、２−ナフチル、トリメチルシリル、トリフェニルシリルが挙げられる。

ドーパント材料としては、発光層に含まれる前記ドーパントのアフィニティＡｄがホストのアフィニティＡｈ以上の条件を満たすものを選択することができる。
ドーパントの１種として、フルオランテン誘導体、ホウ素錯体等を用いることが好ましい。

フルオランテン誘導体は下記式（２）で表される化合物であることが好ましい。

式（２）中、Ｘ^１〜Ｘ^１２は、それぞれ独立に、水素原子、ハロゲン原子、置換もしくは無置換の直鎖、分岐もしくは環状の炭素原子数１〜３０のアルキル基、置換もしくは無置換の直鎖、分岐もしくは環状の炭素原子数１〜３０のアルコキシ基、置換もしくは無置換の直鎖、分岐もしくは環状の炭素原子数１〜３０のアルキルチオ基、置換もしくは無置換の直鎖、分岐もしくは環状の炭素原子数２〜３０のアルケニル基、置換もしくは無置換の直鎖、分岐もしくは環状の炭素原子数２〜３０のアルケニルオキシ基、置換もしくは無置換の直鎖、分岐もしくは環状の炭素原子数２〜３０のアルケニルチオ基、置換もしくは無置換の炭素原子数７〜３０のアラルキル基、置換もしくは無置換の炭素原子数７〜３０のアラルキルオキシ基、置換もしくは無置換の炭素原子数７〜３０のアラルキルチオ基、置換もしくは無置換の炭素原子数６〜６０の芳香族炭化水素基、置換もしくは無置換の炭素原子数６〜２０のアリールオキシ基、置換もしくは無置換の炭素原子数６〜２０のアリールチオ基、置換もしくは無置換の炭素原子数６〜２０の複素環基、置換もしくは無置換の炭素原子数２〜３０のアリール基で置換されたアミノ基、ニトロ基、シアノ基、シリル基、水酸基、−ＣＯＯＲ^１ｅ基（基中、Ｒ^１ｅは水素原子、置換もしくは無置換の直鎖、分岐もしくは環状の炭素原子数１〜３０のアルキル基、置換もしくは無置換の直鎖、分岐もしくは環状の炭素原子数２〜３０のアルケニル基、置換もしくは無置換の炭素原子数７〜３０のアラルキル基、又は置換もしくは無置換の炭素原子数６〜３０の芳香族炭化水素基を表す）、−ＣＯＲ^２ｅ基（基中、Ｒ^２ｅは水素原子、置換もしくは無置換の直鎖、分岐もしくは環状の炭素原子数１〜３０のアルキル基、置換もしくは無置換の直鎖、分岐もしくは環状の炭素原子数２〜３０のアルケニル基、置換もしくは無置換の炭素原子数７〜３０のアラルキル基、置換もしくは無置換の炭素原子数６〜３０の芳香族炭化水素基、又はアミノ基を表す）、又は−ＯＣＯＲ^３ｅ基（基中、Ｒ^３ｅは、置換もしくは無置換の直鎖、分岐もしくは環状の炭素原子数１〜３０のアルキル基、置換もしくは無置換の直鎖、分岐もしくは環状の炭素原子数２〜３０のアルケニル基、置換もしくは無置換の炭素原子数７〜３０のアラルキル基、又は置換もしくは無置換の炭素原子数６〜３０の芳香族炭化水素基を表す）を表し、さらにＸ^１〜Ｘ^１２のうち、隣接する基及び各基の置換基は、互いに結合して、置換もしくは無置換の炭素環を形成していてもよい。

上記式（２）中の各基及びその置換基の具体例は、前記式（４）の化合物の説明に記載したものと同様である。

上記式（２）で表されるフルオランテン誘導体の具体例を以下に示す。

前記ホウ素錯体は、下記式（３）で表される化合物であることが好ましい。

式（３）中、１、２、３、４、５、１’、２’、３’及び４’は、各々独立に選ばれた炭素原子又は窒素原子を表わし、環Ａ及び環Ａ’は、少なくとも１つの窒素を含有する６員芳香族環系に相当する独立したアジン環系を表わす。
Ｘ^ａ及びＸ^ｂは、各々独立に選ばれた置換基であり、ｍ及びｎは、各々独立に０〜４を表わす。Ｘ^ａ及びＸ^ｂが各々複数ある場合には、そのうちの各々２つが連結することによりそれぞれ環Ａ又は環Ａ’に対して縮合環を形成していてもよく、その際、該縮合環はアリール又は複素環置換基を含んでいてもよい。
Ｚ^ａ及びＺ^ｂは、各々独立に選ばれたハロゲン原子、アルキル基、アリール基、又はシクロアルキル基である。

望ましくは、該アジン環は、１、２、３、４、１’、２’、３’及び４’がすべて炭素原子であり、ｍ及びｎが２以上であり、そして２以上のＸ^ａ及びＸ^ｂがそれぞれ連結して芳香族環を形成する炭素原子数２以上の置換基を表わすような、キノリニル又はイソキノリニル環である。Ｚ^ａ及びＺ^ｂはフッ素原子であることが望ましい。

以下、上記式（３）のホウ素錯体の具体例を示す。
尚、例示化合物中、Ｂ（ホウ素）とＮ（窒素）の結合（実線）の一方は、金属との配位結合を示す。

発光層のドーパントのアフィニティＡｄが前記ホストのアフィニティＡｈより０．１ｅＶ以上であることが好ましい。
また、ホスト材料のアフィニティＡｈは、２．５以上３．５以下であることが好ましい。
また、ドーパント材料のアフィニティＡｄは、２．５以上３．５以下であることが好ましい。

本発明における発光層のドーパントとしては、上記したものに限定されない。発光層に含まれる前記ドーパントのアフィニティＡｄがホストのアフィニティＡｈ以上の条件を満たすものであれば適宜選択できる。

発光層のドーパントは、例えば、非会合性の材料であることが好ましい。
非会合性の材料としては、以下の構造を有する化合物が挙げられる。
（Ａｒ）_ｎ−Ｆｕ
上記式においてＡｒは置換もしくは無置換の炭素原子数６〜２０の芳香族炭化水素基であり、ｎは２以上の整数であり、Ｆｕは３環以上の縮合環である。

会合性のドーパントは発光層の中で会合体をつくり、新たなトラップ準位をつくって、発光層のキャリア輸送性を阻害する。また、前記新たなトラップ準位による長波長発光を生じさせる。会合性のドーパントは、３重項励起子をトラップしＴＴＦ現象（二つの３重項励起子の衝突融合により１重項励起子が生成する現象（Ｔｒｉｐｌｅｔ−Ｔｒｉｐｌｅｔ−Ｆｕｓｉｏｎ）を起こり難くし、効率を低下させる原因をつくる。会合性のドーパントを用いると、３重項−３重項キャリアが吸収されてしまい高効率を得ることができないためである。これに対し、非会合性のドーパントを使用した場合には、会合性のドーパントを用いた場合に生じる前記効率の低下を防ぐことができる。
尚、上記Ｆｕの３環以上の縮合環は、アントラセン、ピレン、クリセン、又はフルオランテンであることが好ましい。

本発明においては、上述したような電子トラップ性を備える発光層に隣接する電子輸送層として、下記式（１）で示される特定構造を有する含窒素複素環誘導体からなる有機層を配置する。

式（１）において、Ｒ^ａは、置換もしくは無置換の、直鎖状、分岐状もしくは環状の炭素数２〜１０のアルキル基である。
Ｒ^１〜Ｒ^５は、水素原子、置換もしくは無置換の環形成原子数５〜６０の芳香族炭化水素基、置換もしくは無置換の環形成原子数５〜６０の複素環基、置換もしくは無置換の炭素数１〜５０のアルキル基、置換もしくは無置換の炭素数３〜５０のシクロアルキル基、置換もしくは無置換の環形成原子数６〜５０のアラルキル基、置換もしくは無置換の炭素数１〜５０のアルコキシ基、置換もしくは無置換の環形成原子数５〜５０のアリールオキシ基、置換もしくは無置換の環形成原子数５〜５０のアリールチオ基、置換もしくは無置換の炭素数１〜５０のアルコキシカルボニル基、置換もしくは無置換の環形成原子数５〜５０の芳香族炭化水素基で置換されたアミノ基、ハロゲン原子、シアノ基、ニトロ基、ヒドロキシル基又はカルボキシル基である。
Ｒ^２〜Ｒ^５の隣り合う基が互いに結合して芳香環を形成していてもよい。
Ｒ^１〜Ｒ^５の少なくとも１つは下記式で示される置換基である。

上記式中、Ｌは、置換もしくは無置換の炭素数６〜６０の芳香族炭化水素残基、置換もしくは無置換の環形成原子数５〜６０の複素環残基、又は置換もしくは無置換のフルオレニレン基である。
Ａｒ^１は、置換もしくは無置換の炭素数６〜６０の芳香族炭化水素残基、置換もしくは無置換のピリジニレン基又は置換もしくは無置換のキノリニレン基である。
Ａｒ^２は、水素原子、置換もしくは無置換の環形成原子数５〜６０の芳香族炭化水素基、置換もしくは無置換の環形成原子数５〜６０の複素環基、置換もしくは無置換の炭素数１〜５０のアルキル基、置換もしくは無置換の炭素数３〜５０のシクロアルキル基、置換もしくは無置換の環形成原子数６〜５０のアラルキル基、置換もしくは無置換の炭素数１〜５０のアルコキシ基、置換もしくは無置換の環形成原子数５〜５０のアリールオキシ基、置換もしくは無置換の環形成原子数５〜５０のアリールチオ基、置換もしくは無置換の炭素数１〜５０のアルコキシカルボニル基、置換もしくは無置換の環形成原子数５〜５０の芳香族炭化水素基で置換されたアミノ基、ハロゲン原子、シアノ基、ニトロ基、ヒドロキシル基又はカルボキシル基である。

前記式（１）で表される化合物は、下記式（１ａ）で表される化合物であることが好ましい。

式（１ａ）において、Ｒ^２〜Ｒ^５、Ｒ^ａ、Ｌ、Ａｒ^１、及びＡｒ^２は、それぞれ前記式（１）におけるものと同じである。

さらに、式（１）で表される化合物は、下記式（１ｂ）で表される化合物であることが好ましい。

式（１ｂ）において、Ｒ^２〜Ｒ^５、Ｒ^ａ、Ｌ、及びＡｒ^２は、それぞれ前記式（１）におけるものと同じである。
Ｒ^６は、前記式（１）におけるＲ^１〜Ｒ^５と同じであり、Ｒ^６が２以上ある場合には、それらは互いに同一でも異なっていてもよい。
ｎは０〜８の整数である。

式（１）、式（１ａ）及び式（１ｂ）の化合物中の各基の具体例は、前記式（４）の化合物の説明に記載したものと同様である。

上記式（１）で表される含窒素複素環誘導体の具体例としては、以下の化合物が挙げられる。

以下、本発明の有機ＥＬ素子の素子構成について説明する。
（１）有機ＥＬ素子の構成
本発明の有機ＥＬ素子の代表的な素子構成としては、
陽極／正孔輸送帯域／発光層／電子輸送帯域／陰極
の構造を挙げることができる。
正孔輸送帯域は、正孔注入層、正孔輸送層を単層又は複数層積層することにより構成される。
電子輸送帯域は、電子注入層、電子輸送層を単層又は複数層積層することにより構成される。
本発明は、発光層と、電子輸送帯域を構成する電子輸送層のうち発光層に隣接するものが式（１）で表される含窒素複素環誘導体からなる。
発光層は複数層からなってもよいが、その場合は発光層のうち最も陰極側に位置し、電子輸送帯域と隣接する発光層が、ホストと、主ピーク波長が５５０ｎｍ以下の蛍光発光を示すドーパントとを含み、前記ドーパントのアフィニティＡｄが前記ホストのアフィニティＡｈ以上であることを特徴とする。

（２）透光性基板
本発明の有機ＥＬ素子は、透光性の基板上に作製する。ここでいう透光性基板は有機ＥＬ素子を支持する基板であり、４００〜７００ｎｍの可視領域の光の透過率が５０％以上で平滑な基板が好ましい。
具体的には、ガラス板、ポリマー板等が挙げられる。ガラス板としては、特にソーダ石灰ガラス、バリウム・ストロンチウム含有ガラス、鉛ガラス、アルミノケイ酸ガラス、ホウケイ酸ガラス、バリウムホウケイ酸ガラス、石英等が挙げられる。またポリマー板としては、ポリカーボネート、アクリル、ポリエチレンテレフタレート、ポリエーテルサルファイド、ポリサルフォン等を挙げることができる。

（３）陽極
本発明の有機ＥＬ素子の陽極は、正孔を正孔輸送層又は発光層に注入する機能を有するものであり、４．５ｅＶ以上の仕事関数を有することが効果的である。本発明に用いられる陽極材料の具体例としては、酸化インジウム錫合金（ＩＴＯ）、酸化錫（ＮＥＳＡ）、インジウム−亜鉛酸化物、金、銀、白金、銅等が挙げられる。
陽極は、これらの電極物質を蒸着法やスパッタリング法等の方法で薄膜を形成させることにより作製することができる。
このように発光層からの発光を陽極から取り出す場合、陽極の発光に対する透過率が１０％より大きくすることが好ましい。また、陽極のシート抵抗は、数百Ω／□以下が好ましい。陽極の膜厚は材料にもよるが、通常１０ｎｍ〜１μｍ、好ましくは１０〜２００ｎｍの範囲で選択される。

（４）正孔注入層、正孔輸送層（正孔注入・輸送層）
正孔注入層又は正孔輸送層を設ける場合、これらの材料としては、有機ＥＬ素子の正孔注入層又は正孔輸送層の材料として用いられている公知のものを使用でき、特に制限はない。尚、正孔注入層又は正孔輸送層用の材料としては、正孔を輸送する能力を持ち、陽極層からの正孔注入効果、発光層又は発光材料に対して優れた正孔注入効果を有し、発光層で生成した励起子の電子注入層又は電子注入材料への移動を防止し、かつ薄膜形成能力の優れた化合物が好ましい。正孔注入層又は正孔輸送層の材料としては、例えばフタロシアニン誘導体；ナフタロシアニン誘導体；ポルフィリン誘導体；オキサゾール、オキサジアゾール、トリアゾール、イミダゾール、イミダゾロン、イミダゾールチオン、ピラゾリン、ピラゾロン、テトラヒドロイミダゾール、オキサゾール、オキサジアゾール、ヒドラゾン、アシルヒドラゾン、ポリアリールアルカン、スチルベン、ブタジエン、及びこれらの誘導体；ベンジジン型トリフェニルアミン、スチリルアミン型トリフェニルアミン、ジアミン型トリフェニルアミン等のアミン誘導体；ポリビニルカルバゾール、ポリシラン、導電性高分子等の高分子材料等が挙げられるが、特にこれらに限定されるものではない。

（５）発光層に隣接しない電子注入層、電子輸送層
発光層に接しない電子輸送層及び電子注入層の具体例としては、８−ヒドロキシキノリン又はその誘導体の金属錯体、オキサジアゾール誘導体、含窒素複素環誘導体が好適である。上記８−ヒドロキシキノリン又はその誘導体の金属錯体の具体例としては、オキシン（一般に８−キノリノール又は８−ヒドロキシキノリン）のキレートを含む金属キレートオキシノイド化合物、例えばトリス（８−キノリノール）アルミニウムを用いることができる。
また、電子注入層には、アルカリ金属化合物や、電子輸送層を形成する材料に、アルカリ金属等に代表されるドナーを添加したものを用いることができる。
ドナーとしては、ドナー性金属、ドナー性金属化合物及びドナー性金属錯体から選ばれる群のうち少なくとも一種を選ぶことができる。

アルカリ金属化合物としては、アルカリ金属のハロゲン化物、酸化物が好ましいものとして挙げられる。さらに好ましくはアルカリ金属のフッ化物が好ましい。例えばＬｉＦが好ましいものとして用いられる。
ドナー性金属とは、仕事関数３．８ｅＶ以下の金属をいい、好ましくはアルカリ金属、アルカリ土類金属及び希土類金属であり、より好ましくはＣｓ，Ｌｉ，Ｎａ，Ｓｒ，Ｋ，Ｍｇ，Ｃａ，Ｂａ，Ｙｂ，Ｅｕ及びＣｅである。
ドナー性金属化合物とは、上記のドナー性金属を含む化合物であり、好ましくはアルカリ金属、アルカリ土類金属又は希土類金属を含む化合物であり、より好ましくはこれらの金属のハロゲン化物、酸化物、炭酸塩、ホウ酸塩である。例えば、ＭＯ_ｘ（Ｍはドナー性金属、ｘは０．５〜１．５）、ＭＦ_ｘ（ｘは１〜３）、Ｍ（ＣＯ_３）_ｘ（ｘは０．５〜１．５）で表される化合物である。
ドナー性金属錯体とは、上記のドナー性金属の錯体であり、好ましくはアルカリ金属、アルカリ土類金属又は希土類金属の有機金属錯体である。

（６）陰極
陰極としては、電子注入・輸送層又は発光層に電子を注入するため、仕事関数の小さい（４ｅＶ以下）金属、合金、電気伝導性化合物及びこれらの混合物を電極物質とするものが用いられる。このような電極物質の具体例としては、ナトリウム、ナトリウム・カリウム合金、マグネシウム、リチウム、マグネシウム・銀合金、アルミニウム／酸化アルミニウム、アルミニウム・リチウム合金、インジウム、希土類金属等が挙げられる。
この陰極はこれらの電極物質を蒸着やスパッタリング等の方法により薄膜を形成させることにより、作製することができる。
ここで発光層からの発光を陰極から取り出す場合、陰極の発光に対する透過率は１０％より大きいことが好ましい。
また、陰極としてのシート抵抗は数百Ω／□以下が好ましく、膜厚は通常１０ｎｍ〜１μｍ、好ましくは５０〜２００ｎｍである。

（７）有機ＥＬ素子の製造方法
以上例示した材料及び形成方法により陽極、発光層、電子輸送層、必要に応じて正孔注入・輸送層、及び必要に応じて他の電子注入・輸送層を形成し、さらに陰極を形成することにより有機ＥＬ素子を作製することができる。また陰極から陽極へ、前記と逆の順序で有機ＥＬ素子を作製することもできる。
以下、透光性基板上に陽極／正孔輸送層／発光層／電子輸送層／陰極が順次設けられた構成の有機ＥＬ素子の作製例を記載する。

まず、適当な透光性基板上に陽極材料からなる薄膜を１μｍ以下、好ましくは１０〜２００ｎｍの範囲の膜厚になるように蒸着やスパッタリング等の方法により形成して陽極を作製する。次に、この陽極上に正孔注入層を設ける。正孔注入層の形成は、前述したように真空蒸着法、スピンコート法、キャスト法、ＬＢ法等の方法により行うことができるが、均質な膜が得られやすく、かつピンホールが発生しにくい等の点から真空蒸着法により形成することが好ましい。真空蒸着法により正孔輸送層を形成する場合、その蒸着条件は使用する化合物（正孔輸送層の材料）、目的とする正孔注入層の結晶構造や再結合構造等により異なるが、一般に蒸着源温度５０〜４５０℃、真空度１０^−７〜１０^−３Ｔｏｒｒ、蒸着速度０．０１〜５０ｎｍ／秒、基板温度−５０〜３００℃、膜厚５ｎｍ〜５μｍの範囲で適宜選択することが好ましい。

次に、正孔輸送層上に発光層を設ける発光層の形成も、所望の有機発光材料を用いて真空蒸着法、スパッタリング、スピンコート法、キャスト法等の方法により有機発光材料を薄膜化することにより形成できるが、均質な膜が得られやすく、かつピンホールが発生しにくい等の点から真空蒸着法により形成することが好ましい。真空蒸着法により発光層を形成する場合、その蒸着条件は使用する化合物により異なるが、一般的に正孔輸送層と同じような条件範囲の中から選択することができる。

次に、この発光層上に電子輸送層を設ける。正孔輸送層、発光層と同様、均質な膜を得る必要から真空蒸着法により形成することが好ましい。蒸着条件は正孔輸送層、発光層と同様の条件範囲から選択することができる。

真空蒸着法を用いる場合は他の材料との共蒸着をすることができる。また、スピンコート法を用いる場合は、他の材料と混合することによって含有させることができる。
最後に陰極を積層して有機ＥＬ素子を得ることができる。

陰極は金属から構成されるもので、蒸着法、スパッタリングを用いることができる。しかし下地の有機物層を製膜時の損傷から守るためには真空蒸着法が好ましい。
この有機ＥＬ素子の作製は一回の真空引きで一貫して陽極から陰極まで作製することが好ましい。

本発明の有機ＥＬ素子の各層の形成方法は特に限定されない。従来公知の真空蒸着法、スピンコーティング法等による形成方法を用いることができる。本発明の有機ＥＬ素子に用いる、有機薄膜層は、真空蒸着法、分子線蒸着法（ＭＢＥ法）もしくは溶媒に解かした溶液のディッピング法、スピンコーティング法、キャスティング法、バーコート法、ロールコート法等の塗布法による公知の方法で形成することができる。
本発明の有機ＥＬ素子の各有機層の膜厚は特に制限されないが、一般に膜厚が薄すぎるとピンホール等の欠陥が生じやすく、逆に厚すぎると高い印加電圧が必要となり効率が悪くなるため、通常は数ｎｍから１μｍの範囲が好ましい。
尚、有機ＥＬ素子に直流電圧を印加する場合、陽極を＋、陰極を−の極性にして、５〜４０Ｖの電圧を印加すると発光が観測できる。また、逆の極性で電圧を印加しても電流は流れず、発光は全く生じない。さらに交流電圧を印加した場合には陽極が＋、陰極が−の極性になった時のみ均一な発光が観測される。印加する交流の波形は任意でよい。

次に、実施例及び比較例を挙げて本発明をさらに詳しく説明するが、本発明はこれらの実施例の記載内容に何ら制限されるものではない。

［実施例及び比較例で用いた化合物］
実施例及び比較例で用いた各材料の化学構造式を下記にまとめて示す。

上記各ホスト材料及びドーパント材料のアフィニティ及び主ピーク波長を表１に示す。

［実施例１］
２５ｍｍ×７５ｍｍ×１．１ｍｍ厚のＩＴＯ透明電極付きガラス基板（旭硝子製）に、イソプロピルアルコール中で５分間の超音波洗浄をした後、３０分間のＵＶオゾン洗浄を行なった。
洗浄後の透明電極ライン付きガラス基板を真空蒸着装置の基板ホルダーに装着し、まず透明電極ラインが形成されている側の面上に、前記透明電極を覆うようにして膜厚５０ｎｍの化合物ＨＴ０を抵抗加熱により成膜した。このＨＴ０膜は第１正孔輸送層として機能する。
さらに、第１正孔輸送層の成膜に続けて、この膜上に膜厚４５ｎｍで、電子障壁性の化合物ＨＴ１を抵抗加熱により成膜した。このＨＴ１膜は第２正孔輸送層として機能する。
さらに、この第２正孔輸送層上に膜厚２０ｎｍで、ホスト材料として化合物Ｈ１、ドーパント材料として化合物Ｄ１を、抵抗加熱により共蒸着した。化合物Ｄ１の濃度は５質量％であった。この共蒸着膜は発光層として機能する。
そして、この発光層成膜に続けて化合物ＥＴ１を膜厚３０ｎｍ積層成膜した。このＥＴ１膜は、電子輸送層として機能する。
そして、この後ＬｉＦを電子注入層として成膜速度０．１Å／ｍｉｎで膜厚1．0ｎｍ形成した。このＬｉＦ膜上に金属Ａｌを蒸着させ、金属陰極を膜厚１５０ｎｍ形成し有機ＥＬ素子を形成した。

実施例１で作製された有機ＥＬ素子の素子構成は次の通りである。括弧内の数値は膜厚（ｎｍ）を示す。
素子構成：
ＩＴＯ（１３０）／ＨＴ０（５０）／ＨＴ１（４５）／Ｈ１：Ｄ１（２０；５ｗｔ％）／ＥＴ１（３０）／ＬｉＦ（１）／Ａｌ（１５０）

［比較例１］
電子輸送層を構成する材料としてＥＴ１の代わりにＥＴ２を用いた以外は、実施例１と同様にして有機ＥＬ素子を作製した。

［実施例２］
電子輸送層を構成する材料としてＥＴ１の代わりにＥＴ３を用いた以外は、実施例１と同様にして有機ＥＬ素子を作製した。

［比較例２］
電子輸送層を構成する材料としてＥＴ１の代わりにＥＴ４を用いた以外は、実施例１と同様にして有機ＥＬ素子を作製した。

［比較例３］
電子輸送層を構成する材料としてＥＴ１の代わりにＥＴ５を用いた以外は、実施例１と同様にして有機ＥＬ素子を作製した。

［実施例３］
発光層のドーパント材料としてＤ１の代わりにＤ２を用いた以外は、実施例１と同様にして有機ＥＬ素子を作製した。

［比較例４］
電子輸送層を構成する材料としてＥＴ１の代わりにＥＴ３を用いた以外は、実施例３と同様にして有機ＥＬ素子を作製した。

［比較例５］
発光層のドーパント材料としてＤ１の代わりにＤ３を用いた以外は、実施例１と同様にして有機ＥＬ素子を作製した。

［比較例６］
発光層のドーパント材料としてＤ１の代わりにＤ３を用いた以外は、実施例２と同様にして有機ＥＬ素子を作製した。

［有機ＥＬ素子の特性、寿命評価］
上記実施例及び比較例で作製した有機ＥＬ素子の特性及び寿命を下記方法によって測定し、結果を表２〜４に示す。

（１）電圧（Ｖ）
ソースメーター（アドバンテスト社製Ｒ６４２３）を用い、各有機ＥＬ素子を、電流密度１０ｍＡ／ｃｍ^２で駆動したときの電圧を測定した。

（２）発光効率：Ｌ／Ｊ（ｃｄ／Ａ）
分光放射輝度計（コニカミノルタ社製ＣＳ−１０００）を用い、各有機ＥＬ素子を、電流密度１０ｍＡ／ｃｍ^２で駆動したときの輝度（ｃｄ／ｍ^２）を測定し、得られた輝度を電流密度で除した値を発光効率Ｌ／Ｊとした。

（３）外部量子効率：ＥＱＥ（％）
前記分光放射輝度計を用い、各有機ＥＬ素子を電流密度１０ｍＡ／ｃｍ^２で駆動したときの分光放射輝度スペクトルを測定し、下記式に従い計算した値をＥＱＥとした。

ここで、πは円周率、ｅは素電荷量（単位：Ｃ）、ｈはプランク定数（単位：Ｊ・ｓ）、ｃは真空中の光速（単位：ｍ／ｓ）、Ｊは電流密度（単位：ｍＡ／ｃｍ^２）、λは波長（単位：ｎｍ）、Ｉ（λ）は分光放射輝度スペクトル（単位：Ｗ／ｓｒ／ｎｍ／ｍ^２）を表す。

（４）素子寿命
各有機ＥＬ素子を初期輝度１５００ｃｄ／ｍ^２で発光させ、輝度の経時変化を計測し、輝度が９０％に達した時間を寿命とした。

表１に示すように、置換基Ｒａがエチル基である化合物を用いて電子輸送層を形成した実施例１〜３の有機ＥＬ素子は、電圧、効率、寿命の点で優れている。
実施例１及び２の有機ＥＬ素子は、置換基Ｒａがフェニル基である化合物を用いて電子輸送層を形成した比較例１、２の有機ＥＬ素子に比べ、５％〜１０％の効率増大及び５％〜１０％の低電圧化が得られる上、同等もしくは３倍の寿命が得られている。

また実施例１、２の有機ＥＬ素子は、置換基Ｒａがメチル基である化合物を用いて電子輸送層を形成した比較例３の有機ＥＬ素子に比べ、１０％以上の低電圧化、１０％程度の高効率化が得られる上、同等の寿命が得られている。

また、ホストのアフィニティＡｈより大きなアフィニティＡｄを有するドーパントを用いて作成した実施例３の有機ＥＬ素子は、置換基Ｒａがフェニル基である化合物を用いて電子輸送層を形成した比較例４の有機ＥＬ素子に比べ、５％〜１０％の効率増大及び５％〜１０％の低電圧化が得られる上、３倍の寿命が得られている。

さらに、ホストのアフィニティＡｈより小さなアフィニティＡｄを有するドーパントを用いて発光層を形成し、本発明に含まれる置換基Ｒａがエチル基である化合物を用いて電子輸送層を形成した比較例５、６の有機ＥＬ素子に比べると、実施例１〜３は１０％以上の高効率化及び２倍以上の長寿命化される上、同等の電圧が得られる。

[発光層の移動度評価]
ドープ及びノンドープ発光層に正孔のみを通電する次のような構成の素子を作製した。
素子構成：
ＩＴＯ（１３０）／ＨＴ０（５）／Ｈ１：ドーパント（１００；５％）／Ａｌ（１５０）
ＩＴＯ（１３０）／ＨＴ０（５）／Ｈ１（１００）／Ａｌ（１５０）

また、ドープ及びノンドープ発光層に電子のみを通電する次のような構成の素子を作製した。
素子構成：
Ａｌ（５０）／Ｈ１：ドーパント（１００；５％）／ＥＴ５（５）／ＬｉＦ（０．５）／Ａｌ（５０）
Ａｌ（５０）／Ｈ１（１００）／ＥＴ５（５）／ＬｉＦ（０．５）／Ａｌ（５０）

移動度評価はインピーダンス分光法により行った。バイアスＤＣ電圧を印加しながら１００ｍＶの微小交流電圧を印加した。このときに流れる交流電流値（絶対値と位相）をインピーダンスアナライザー（ソーラトロン社製１２６０）を用いて測定した。交流電圧の周波数を変えながら本測定を行い、電流値と電圧値とから、複素インピーダンス（Ｚ）を算出した。このときモジュラスＭ＝ｉωＺ（ｉ：虚数単位、ω：角周波数）の虚数部（ＩｍＭ）の周波数依存性を求め、ＩｍＭが最大値となる周波数ωの逆数を、障壁層内を伝導する電子の応答時間と定義する。そして以下の式により電子移動度を算出した。
移動度＝（発光層の膜厚）^２／（応答時間・電圧）

ホストＨ１のみからなるノンドープ層、及びＨ１にドーパントＤ１、Ｄ２、Ｄ３を５質量％ドープしたドープ発光層の電子移動度、正孔移動度を求めた結果を表５に示す。尚、表５に示した電子移動度は電界強度が０．２５（ＭＶ／ｃｍ）のときの値であり、正孔移動度は電界強度が０．６４（ＭＶ／ｃｍ）のときの値である。

表５の結果から、ホストＨ１のアフィニティＡｈより大きなアフィニティＡｄを有するドーパントＤ１又はＤ２をドープした発光層の正孔移動度は、ノンドープ発光層の正孔移動度とほぼ同じであり、ドーパントＤ１、Ｄ２の正孔トラップ性は小さいことがわかる。一方、ホストＨ１のアフィニティＡｈより小さなアフィニティＡｄを有するドーパントＤ３をドープした発光層の正孔移動度は、ノンドープ発光層の移動度の０．０１倍であり、ドーパントＤ３は強い正孔トラップ性を有している。

また、Ｄ１又はＤ２をドープした発光層の電子移動度は、ノンドープ発光層の電子移動度より小さいものの０．５倍から０．２倍程度であり、それほど大きな電子トラップ性を有していない。このように正孔トラップ性を有しない傾向にあるドーパントと、かつ特定の置換基構造を持った電子輸送材料を組み合わせることにより、実施例１〜３のような高効率化、長寿命化及び低電圧化が達成された。

本発明によれば、駆動電圧を低下させるとともに、高い発光効率を有し、長寿命な有機ＥＬ素子が得られる。

１ 有機ＥＬ素子
１０ 陽極
２０ 正孔輸送帯域
３０ 発光層
４０ 電子輸送帯域
５０ 陰極
６０ 基板

Claims (6)

1. 少なくとも陽極と、発光層と、電子輸送層と、陰極とをこの順に備え、
   前記発光層は、ホストと、主ピーク波長が５５０ｎｍ以下の蛍光発光を示すドーパントとを含み、
   前記ドーパントのアフィニティＡｄが前記ホストのアフィニティＡｈ以上であり、
   前記電子輸送層を構成する材料が下記式（１）で表される含窒素複素環誘導体からなる、
   有機エレクトロルミネッセンス素子。
   

   

   ｛式（１）において、Ｒ^ａは、置換もしくは無置換の、直鎖状、分岐状もしくは環状の炭素数２〜１０のアルキル基であり、
   Ｒ^１〜Ｒ^５は、水素原子、置換もしくは無置換の環形成原子数５〜６０の芳香族炭化水素基、置換もしくは無置換の環形成原子数５〜６０の複素環基、置換もしくは無置換の炭素数１〜５０のアルキル基、置換もしくは無置換の炭素数３〜５０のシクロアルキル基、置換もしくは無置換の環形成原子数６〜５０のアラルキル基、置換もしくは無置換の炭素数１〜５０のアルコキシ基、置換もしくは無置換の環形成原子数５〜５０のアリールオキシ基、置換もしくは無置換の環形成原子数５〜５０のアリールチオ基、置換もしくは無置換の炭素数１〜５０のアルコキシカルボニル基、置換もしくは無置換の環形成原子数５〜５０の芳香族炭化水素基で置換されたアミノ基、ハロゲン原子、シアノ基、ニトロ基、ヒドロキシル基又はカルボキシル基であり、
   Ｒ^２〜Ｒ^５の隣り合う基が互いに結合して芳香環を形成していてもよく、
   Ｒ^１〜Ｒ^５の少なくとも１つは下記式で示される置換基である。
   

   

   （式中、Ｌは、置換もしくは無置換の炭素数６〜６０の芳香族炭化水素残基、置換もしくは無置換の環形成原子数５〜６０の複素環残基、又は置換もしくは無置換のフルオレニレン基であり、
   Ａｒ^１は、置換もしくは無置換の炭素数６〜６０の芳香族炭化水素残基、置換もしくは無置換のピリジニレン基又は置換もしくは無置換のキノリニレン基であり、
   Ａｒ^２は、水素原子、置換もしくは無置換の環形成原子数５〜６０の芳香族炭化水素基、置換もしくは無置換の環形成原子数５〜６０の複素環基、置換もしくは無置換の炭素数１〜５０のアルキル基、置換もしくは無置換の炭素数３〜５０のシクロアルキル基、置換もしくは無置換の環形成原子数６〜５０のアラルキル基、置換もしくは無置換の炭素数１〜５０のアルコキシ基、置換もしくは無置換の環形成原子数５〜５０のアリールオキシ基、置換もしくは無置換の環形成原子数５〜５０のアリールチオ基、置換もしくは無置換の炭素数１〜５０のアルコキシカルボニル基、置換もしくは無置換の環形成原子数５〜５０の芳香族炭化水素基で置換されたアミノ基、ハロゲン原子、シアノ基、ニトロ基、ヒドロキシル基又はカルボキシル基である。）｝
2. 前記式（１）で表される化合物が、下記式（１ａ）で表される化合物である請求項１に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
   

   

   ｛式（１ａ）において、Ｒ^２〜Ｒ^５、Ｒ^ａ、Ｌ、Ａｒ^１、及びＡｒ^２は、それぞれ前記式（１）におけるものと同じである。｝
3. 前記式（１）で表される化合物が、下記式（１ｂ）で表される化合物である請求項１に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
   

   

   ｛式（１ｂ）において、Ｒ^１〜Ｒ^５、Ｒ^ａ、Ｌ、及びＡｒ^２は、それぞれ前記式（１）におけるものと同じであり；
   Ｒ^６は、前記式（１）におけるＲ^１〜Ｒ^５と同じであり、Ｒ^６が２以上ある場合には、それらは互いに同一でも異なっていてもよく；
   ｎは０〜８の整数である。｝
4. 前記ドーパントの少なくとも１つがフルオランテン誘導体又はホウ素錯体から選択される化合物である請求項１〜３のいずれか１項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
5. 前記フルオランテン誘導体が下記式（２）で表される化合物である請求項４に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
   

   

   ｛式（２）中、Ｘ^１〜Ｘ^１２は、それぞれ独立に、水素原子、ハロゲン原子、置換もしくは無置換の直鎖、分岐もしくは環状の炭素原子数１〜３０のアルキル基、置換もしくは無置換の直鎖、分岐もしくは環状の炭素原子数１〜３０のアルコキシ基、置換もしくは無置換の直鎖、分岐もしくは環状の炭素原子数１〜３０のアルキルチオ基、置換もしくは無置換の直鎖、分岐もしくは環状の炭素原子数２〜３０のアルケニル基、置換もしくは無置換の直鎖、分岐もしくは環状の炭素原子数２〜３０のアルケニルオキシ基、置換もしくは無置換の直鎖、分岐もしくは環状の炭素原子数２〜３０のアルケニルチオ基、置換もしくは無置換の炭素原子数７〜３０のアラルキル基、置換もしくは無置換の炭素原子数７〜３０のアラルキルオキシ基、置換もしくは無置換の炭素原子数７〜３０のアラルキルチオ基、置換もしくは無置換の炭素原子数６〜６０の芳香族炭化水素基、置換もしくは無置換の炭素原子数６〜２０のアリールオキシ基、置換もしくは無置換の炭素原子数６〜２０のアリールチオ基、置換もしくは無置換の炭素原子数６〜２０の複素環基、置換もしくは無置換の炭素原子数２〜３０のアリール基で置換されたアミノ基、ニトロ基、シアノ基、シリル基、水酸基、−ＣＯＯＲ^１ｅ基（基中、Ｒ^１ｅは水素原子、置換もしくは無置換の直鎖、分岐もしくは環状の炭素原子数１〜３０のアルキル基、置換もしくは無置換の直鎖、分岐もしくは環状の炭素原子数２〜３０のアルケニル基、置換もしくは無置換の炭素原子数７〜３０のアラルキル基、又は置換もしくは無置換の炭素原子数６〜３０の芳香族炭化水素基を表す）、−ＣＯＲ^２ｅ基（基中、Ｒ^２ｅは水素原子、置換もしくは無置換の直鎖、分岐もしくは環状の炭素原子数１〜３０のアルキル基、置換もしくは無置換の直鎖、分岐もしくは環状の炭素原子数２〜３０のアルケニル基、置換もしくは無置換の炭素原子数７〜３０のアラルキル基、置換もしくは無置換の炭素原子数６〜３０の芳香族炭化水素基、又はアミノ基を表す）、又は−ＯＣＯＲ^３ｅ基（基中、Ｒ^３ｅは、置換もしくは無置換の直鎖、分岐もしくは環状の炭素原子数１〜３０のアルキル基、置換もしくは無置換の直鎖、分岐もしくは環状の炭素原子数２〜３０のアルケニル基、置換もしくは無置換の炭素原子数７〜３０のアラルキル基、又は置換もしくは無置換の炭素原子数６〜３０の芳香族炭化水素基を表す）を表し、さらにＸ^１〜Ｘ^１２のうち、隣接する基及び各基の置換基は、互いに結合して、置換もしくは無置換の炭素環を形成していてもよい。｝
6. 前記ホウ素錯体が下記式（３）で表される化合物である請求項４に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
   

   

   ｛式（３）中、１、２、３、４、５、１’、２’、３’及び４’は、各々独立に選ばれた炭素原子又は窒素原子を表わし、環Ａ及び環Ａ’は、少なくとも１つの窒素を含有する６員芳香族環系に相当する独立したアジン環系を表わす。Ｘ^ａ及びＸ^ｂは、各々独立に選ばれた置換基であり、ｍ及びｎは、各々独立に０〜４を表わす。Ｘ^ａ及びＸ^ｂが各々複数ある場合には、そのうちの各々２つが連結することによりそれぞれ環Ａ又は環Ａ’に対して縮合環を形成していてもよく、その際、該縮合環はアリール又は複素環置換基を含んでいてもよい。Ｚ^ａ及びＺ^ｂは、各々独立に選ばれたハロゲン原子、アリール基、アルキル基又はシクロアルキル基である。｝

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