JP2011204843A - 発光素子 - Google Patents

Abstract

【課題】高発光効率と耐久性を両立した有機薄膜発光素子を提供すること。
【解決手段】基板上に形成された第一電極上に、少なくとも発光層および電子輸送層を含む薄膜層と、薄膜層上に形成された第二電極とを含む有機電界発光素子であって、電子輸送層が特定のピレン化合物を含み、かつ発光層が特定のピレン化合物または特定のジインデノフルオレン化合物を含むことを特徴とする発光素子。
【選択図】なし

Description

本発明は、電気エネルギーを光に変換できる発光素子であって、表示素子、フラットパネルディスプレイ、バックライト、照明、インテリア、標識、看板、電子写真機および光信号発生器などの分野に利用可能な発光素子に関するものである。

陰極から注入された電子と陽極から注入された正孔が両極に挟まれた有機蛍光体内で再結合する際に発光するという有機薄膜発光素子の研究が、近年活発に行われている。この発光素子は、薄型でかつ低駆動電圧下での高輝度発光と、蛍光材料を選ぶことによる多色発光が特徴であり、注目を集めている。

この研究は、コダック社のＣ．Ｗ．Ｔａｎｇらによって有機薄膜素子が高輝度に発光することを示して以来、多くの研究機関が検討を行っている。コダック社の研究グループが提示した有機薄膜発光素子の代表的な構成は、ＩＴＯガラス基板上に正孔輸送性のジアミン化合物、発光層である８−ヒドロキシキノリンアルミニウム、そして陰極としてＭｇ：Ａｇを順次設けたものであり、１０Ｖ程度の駆動電圧で１,０００ｃｄ／ｍ^２の緑色発光が可能であった（非特許文献１参照）。

また、有機薄膜発光素子は、発光層に種々の蛍光材料を用いることにより、多様な発光色を得ることが可能であることから、ディスプレイなどへの実用化研究が盛んである。三原色の発光材料の中では緑色発光材料の研究が最も進んでおり、現在は赤色発光材料と青色発光材料において、特性向上を目指して鋭意研究がなされている。

有機薄膜発光素子は、発光効率の向上、駆動電圧の低下、耐久性の向上を満たす必要がある。中でも、発光効率が低いと高輝度を要する画像の出力ができなくなり、所望の輝度を出力するための消費電力量が多くなる。また、素子の耐久性が十分でない場合、発光デバイスとして実用的な寿命を得ることは難しい。特に、青色発光素子に関しては、高発光効率を示しつつ耐久性に優れた、信頼性の高い素子を提供する青色発光材料は少ない。例えば、発光効率を向上させるために、様々な発光材料が開発されている（例えば、特許文献１〜８参照）。また、電子輸送層として用いられる材料の改良により発光効率を向上させる技術や、そのような材料にアルカリ金属をドープする技術が開示されている（例えば、特許文献９〜１４参照）。

特開２００７−１３１７２３号公報 特開２００６−２６５５１５号公報 特開２００７−２２４１７１号公報 特開平５−１７７６５号公報 国際公開ＷＯ２００２／０２０４５９号 国際公開ＷＯ２００４／０８３１６２号 国際公開ＷＯ２００４／０４４０８８号 特開２００７−２３０９６０号公報 特開２０００−３４８８６４号公報 特開２００４−２７７３７７号公報 特開２００３−３４７０６０号公報 特開２００２−３５２９６１号公報 特開２００４−２２９７号公報 国際公開ＷＯ２０１０／００１８１７号

"Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ"，（米国），１９８７年，５１巻，１２号，ｐ．９１３−９１５

しかし、上述のように、有機薄膜発光素子には、発光効率の向上、駆動電圧の低下、耐久性の向上を満たす必要があり、特に、青色発光素子に関しては、耐久性に優れ、信頼性の高い素子を提供する青色発光材料は少ない。

また、電子輸送層に用いられる化合物を改良する場合であっても、特許文献９〜１４のような従来公知の組み合わせでは、高発光効率と耐久性との両立には不十分であった。

本発明は、かかる従来技術の問題を解決し、高発光効率と耐久性とを両立した有機薄膜発光素子を提供することを目的とするものである。

本発明は、基板上に形成された第一電極上に、少なくとも発光層および電子輸送層を含む薄膜層と、薄膜層上に形成された第二電極とを含む有機電界発光素子であって、発光層にジアリールアミノ基が置換された縮合芳香族環化合物を用いないことを特徴とする発光素子である。

より好ましくは、電子輸送層が下記一般式（１）で表される化合物を含み、かつ発光層が下記一般式（２）もしくは（５）で表される化合物を含むことを特徴とする発光素子である。

（Ｒ^１〜Ｒ^１０はそれぞれ同じでも異なっていてもよく、水素、アルキル基、シクロアルキル基、複素環基、アルケニル基、シクロアルケニル基、アルキニル基、アルコキシ基、アルキルチオ基、アリールエーテル基、アリールチオエーテル基、アリール基、ヘテロアリール基、ハロゲン、カルボニル基、カルボキシル基、オキシカルボニル基、カルバモイル基、シリル基および−Ｐ（＝Ｏ）Ｒ^１１Ｒ^１２からなる群より選ばれる。Ｒ^１１およびＲ^１２はアリール基またはヘテロアリール基である。Ｒ^１〜Ｒ^１０は隣接する置換基同士で環を形成してもよい。但し、Ｒ^１〜Ｒ^１０の少なくとも１つはＬ^１との連結に用いられる。ｎは１〜４の整数である。Ｌ^１は単結合、アリーレン基およびヘテロアリーレン基からなる群より選ばれる。Ａｒ¹は電子受容性窒素を有する芳香族複素環基である。ｎが２以上の場合、Ａｒ¹およびＬ^１それぞれ同じでも異なっていてもよい。）

（Ｒ^１３〜Ｒ^２２はそれぞれ同じでも異なっていてもよく、水素、アルキル基、シクロアルキル基、アルケニル基、シクロアルケニル基、アルキニル基、アルコキシ基、アルキルチオ基、アリールエーテル基、アリールチオエーテル基、アリール基、ヘテロアリール基、ハロゲン、カルボニル基、カルボキシル基、オキシカルボニル基、カルバモイル基、シリル基および−Ｐ（＝Ｏ）Ｒ^２３Ｒ^２４からなる群より選ばれる。Ｒ^２３およびＲ^２４はアリール基またはヘテロアリール基である。Ｒ^１３〜Ｒ^２２は隣接する置換基同士で環を形成してもよい。ｎ¹は１〜２の整数である。但し、Ｒ^１３〜Ｒ^２２の少なくとも１つはＡ^１との連結に用いられる。但し、Ａ^１はシアノ基ならびに下記一般式（３）および（４）に示された基から選ばれる。）

（Ｒ^２５〜Ｒ^２８はそれぞれ同じでも異なっていてもよく、水素、アルキル基、シクロアルキル基、複素環基、アリール基、ヘテロアリール基の中から選ばれる。Ｒ^２５〜Ｒ^２８は隣接する置換基同士で環を形成していても良い。Ｘ^１は酸素原子、硫黄原子もしくは−Ｎ（Ｒ^２９）−である。Ｒ^２９は水素、アルキル基、シクロアルキル基、複素環基、アリール基およびヘテロアリール基の中から選ばれる。Ｙ^１は−Ｎ＝または−Ｃ（Ｒ^３０）＝である。Ｒ^３０は水素、アルキル基、シクロアルキル基、複素環基、アリール基およびヘテロアリール基の中から選ばれる。）

（Ｒ^３１〜Ｒ^４０はそれぞれ同じでも異なっていてもよく、水素、アルキル基、シクロアルキル基、複素環基、アリール基、ヘテロアリール基の中から選ばれる。Ｒ^３１〜Ｒ^４０は隣接する置換基同士で環を形成していても良い。）

（Ｒ^４１〜Ｒ^５８はそれぞれ同じでも異なっていてもよく、水素、アルキル基、シクロアルキル基、アルケニル基、シクロアルケニル基、アルキニル基、アルコキシ基、アルキルチオ基、アリールエーテル基、アリールチオエーテル基、アリール基、ヘテロアリール基、ハロゲン、カルボニル基、カルボキシル基、オキシカルボニル基、カルバモイル基、シリル基および−Ｐ（＝Ｏ）Ｒ^５９Ｒ^６０からなる群より選ばれる。Ｒ^５９およびＲ^６０はアリール基またはヘテロアリール基である。Ｒ^４１〜Ｒ^５８は隣接する置換基同士で環を形成してもよい。ｎ^２は１〜２の整数である。但し、Ｒ^４１〜Ｒ^５８の少なくとも１つはＡ^２との連結に用いられる。Ａ^２は下記一般式（６）に示された基である。）

（Ｒ^６１〜Ｒ^６４はそれぞれ同じでも異なっていてもよく、水素、アルキル基、シクロアルキル基、複素環基、アリール基、ヘテロアリール基の中から選ばれる。Ｒ^６１〜Ｒ^６４は隣接する置換基同士で環を形成していても良い。Ｚは単結合、アリーレン基およびヘテロアリーレン基からなる群より選ばれる。Ｘ^２は酸素原子または硫黄原子である。Ｙ^２は−Ｎ＝または−Ｃ（Ｒ^６５）＝である。Ｒ^６５は水素、アルキル基、シクロアルキル基、複素環基、アリール基およびヘテロアリール基の中から選ばれる。）

本発明により、高発光効率と耐久性を両立した有機電界発光素子を提供することができる。

本発明は、基板上に形成された第一電極上に、少なくとも発光層および電子輸送層を含む薄膜層と、薄膜層上に形成された第二電極とを含む有機電界発光素子であって、電子輸送層にピレン系化合物を含み、発光層にジアリールアミノ基を有していない化合物を用いることを特徴とする発光素子である。

本発明に用いられる一般式（１）で表されるピレン化合物は高い電子注入輸送能を有するため、電子輸送層として用いることで高発光効率かつ低駆動電圧の有機薄膜発光素子を与えることができる。しかしながらこの電子輸送層は非常に高い電子注入輸送能を有するため、組み合わせて用いられる発光材料の種類によっては、発光層内の再結合領域が正孔輸送層側に局在化し、素子の耐久性が劣化する要因となることがある。特に、発光材料として現在広く使用されているジアリールアミノ基を有する化合物と組み合わせた場合、耐久性を保つことは難しいことがわかった。これは、ジアリールアミノ基の電子に対する安定性の弱さのためであると推察される。

これに対し本発明者らは、発光材料としてジアリールアミノ基を有していない化合物を用いることで、耐久性を改善することが可能となることを見出した。中でも、発光層に後述の一般式（２）もしくは（５）で表される化合物を用いることが好ましく、これにより耐久性を大幅に改善することが可能となる。

すなわち、電子輸送層に一般式（１）で表される化合物を用い、かつ発光層に一般式（２）もしくは（５）で表される化合物を用いることは、高発光効率と耐久性を両立する上で特に好ましい組み合わせである。

本発明における一般式（１）で表される化合物について詳細に説明する。

Ｒ^１〜Ｒ^１０はそれぞれ同じでも異なっていてもよく、水素、アルキル基、シクロアルキル基、複素環基、アルケニル基、シクロアルケニル基、アルキニル基、アルコキシ基、アルキルチオ基、アリールエーテル基、アリールチオエーテル基、アリール基、ヘテロアリール基、ハロゲン、カルボニル基、カルボキシル基、オキシカルボニル基、カルバモイル基、シリル基および−Ｐ（＝Ｏ）Ｒ^１１Ｒ^１２からなる群より選ばれる。Ｒ^１１およびＲ^１２はアリール基またはヘテロアリール基である。Ｒ^１〜Ｒ^１０は隣接する置換基同士で環を形成してもよい。但し、Ｒ^１〜Ｒ^１０の少なくとも１つはＬ^１との連結に用いられる。ｎは１〜４の整数である。Ｌ^１は単結合、アリーレン基およびヘテロアリーレン基からなる群より選ばれる。Ａｒ¹は電子受容性窒素を有する芳香族複素環基である。ｎが２以上の場合、Ａｒ¹およびＬ^１それぞれ同じでも異なっていてもよい。

これらの置換基のうち、アルキル基とは、例えば、メチル基、エチル基、ｎ−プロピル基、イソプロピル基、ｎ−ブチル基、ｓｅｃ−ブチル基、ｔｅｒｔ−ブチル基などの飽和脂肪族炭化水素基を示し、これは置換基を有していても有していなくてもよい。置換されている場合の追加の置換基には特に制限は無く、例えば、アルキル基、アリール基、ヘテロアリール基等を挙げることができ、この点は、以下の記載にも共通する。また、アルキル基の炭素数は特に限定されないが、入手の容易性やコストの点から、通常１以上２０以下、より好ましくは１以上８以下の範囲である。

シクロアルキル基とは、例えば、シクロプロピル、シクロヘキシル、ノルボルニル、アダマンチルなどの飽和脂環式炭化水素基を示し、これは置換基を有していても有していなくてもよい。アルキル基部分の炭素数は特に限定されないが、通常、３以上２０以下の範囲である。

複素環基とは、例えば、ピラン環、ピペリジン環、環状アミドなどの炭素以外の原子を環内に有する脂肪族環を示し、これは置換基を有していても有していなくてもよい。複素環基の炭素数は特に限定されないが、通常、２以上２０以下の範囲である。

アルケニル基とは、例えば、ビニル基、アリル基、ブタジエニル基などの二重結合を含む不飽和脂肪族炭化水素基を示し、これは置換基を有していても有していなくてもよい。アルケニル基の炭素数は特に限定されないが、通常、２以上２０以下の範囲である。

シクロアルケニル基とは、例えば、シクロペンテニル基、シクロペンタジエニル基、シクロヘキセニル基などの二重結合を含む不飽和脂環式炭化水素基を示し、これは置換基を有していても有していなくてもよい。

アルキニル基とは、例えば、エチニル基などの三重結合を含む不飽和脂肪族炭化水素基を示し、これは置換基を有していても有していなくてもよい。アルキニル基の炭素数は特に限定されないが、通常、２以上２０以下の範囲である。

アルコキシ基とは、例えば、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基などのエーテル結合を介して脂肪族炭化水素基が結合した官能基を示し、この脂肪族炭化水素基は置換基を有していても有していなくてもよい。アルコキシ基の炭素数は特に限定されないが、通常、１以上２０以下の範囲である。

アルキルチオ基とは、アルコキシ基のエーテル結合の酸素原子が硫黄原子に置換されたものである。アルキルチオ基の炭化水素基は置換基を有していても有していなくてもよい。アルキルチオ基の炭素数は特に限定されないが、通常、１以上２０以下の範囲である。

アリールエーテル基とは、例えば、フェノキシ基など、エーテル結合を介した芳香族炭化水素基が結合した官能基を示し、芳香族炭化水素基は置換基を有していても有していなくてもよい。アリールエーテル基の炭素数は特に限定されないが、通常、６以上４０以下の範囲である。

アリールチオエーテル基とは、アリールエーテル基のエーテル結合の酸素原子が硫黄原子に置換されたものである。アリールエーテル基における芳香族炭化水素基は置換基を有していても有していなくてもよい。アリールエーテル基の炭素数は特に限定されないが、通常、６以上４０以下の範囲である。

アリール基とは、例えば、フェニル基、ナフチル基、ビフェニル基、フェナントリル基、ターフェニル基、ピレニル基などの芳香族炭化水素基を示す。アリール基は、置換基を有していても有していなくてもよい。アリール基の炭素数は特に限定されないが、通常、６以上４０以下の範囲である。

ヘテロアリール基とは、フラニル基、チオフェニル基、ピリジル基、キノリニル基、ピラジニル基、ナフチリジル基、ベンゾフラニル基、ベンゾチオフェニル基、インドリル基、ジベンゾフラニル基、ジベンゾチオフェニル基、カルバゾリル基などの炭素以外の原子を一個または複数個環内に有する環状芳香族基を示し、これは無置換でも置換されていてもかまわない。ヘテロアリール基の炭素数は特に限定されないが、通常、２以上３０以下の範囲である。

ハロゲン原子とは、フッ素、塩素、臭素、ヨウ素を示す。カルボニル基、カルボキシル基、オキシカルボニル基、カルバモイル基、ホスフィンオキサイド基は、置換基を有していても有していなくてもよく、置換基としては例えばアルキル基、シクロアルキル基、アリール基、ヘテロアリール基などが挙げられ、これら置換基はさらに置換されてもよい。

シリル基とは、例えば、トリメチルシリル基などのケイ素原子への結合を有する官能基を示し、これは置換基を有していても有していなくてもよい。シリル基の炭素数は特に限定されないが、通常、３以上２０以下の範囲である。また、ケイ素数は、通常、１以上６以下である。

アリーレン基とは、フェニル基、ナフチル基、ビフェニル基、フェナントリル基、ターフェニル基、ピレニル基などの芳香族炭化水素基から導かれる２価の基を示し、これは置換基を有していても有していなくてもよい。アリーレン基の炭素数は特に限定されないが、通常、６以上４０以下の範囲である。一般式（１）のＬ^１がアリーレン基の場合、該アリーレン基は置換基を有していても有していなくてもよいが、置換基も含めて炭素数は６以上６０以下の範囲である。

隣接する置換基同士で環を形成する場合、任意の隣接２置換基（例えば一般式（１）のＲ^２とＲ^３）が互いに結合して共役または非共役の縮合環を形成できる。縮合環の構成元素として、炭素以外にも窒素、酸素、硫黄、リン、ケイ素原子を含んでいてもよいし、さらに別の環と縮合してもよい。

電子受容性窒素を含む芳香族複素環基とは、ピリジル基、キノリニル基、キノキサリニル基、ピラジニル基、ピリミジル基、ピリダジニル基、フェナントロリニル基、イミダゾピリジル基、トリアジル基、アクリジル基、ベンゾイミダゾリル基、ベンゾオキサゾリル基、ベンゾチアゾリル基など、上記ヘテロアリール基のうち、炭素以外の原子として、少なくとも電子受容性の窒素原子を一個または複数個環内に有する環状芳香族基を示し、これは無置換でも置換されていてもかまわない。ここで言う電子受容性窒素とは、隣接原子との間に多重結合を形成している窒素原子を表す。窒素原子が高い電子陰性度を有することから、該多重結合は電子受容的な性質を有する。それゆえ、電子受容性窒素を含む芳香族複素環は、高い電子親和性を有する。電子受容性窒素を含む芳香族複素環基の炭素数は特に限定されないが、通常、２以上３０以下の範囲である。電子受容性窒素を含む芳香族複素環基の連結位置はどの部分でもよく、例えばピリジル基の場合、２−ピリジル基、３−ピリジル基または４−ピリジル基のいずれでもよい。

本発明の一般式（１）で表される化合物は、分子中にピレン骨格と電子受容性窒素を含む芳香族複素環を有している。これにより、ピレン骨格の高い電子輸送性、電気化学的安定性と電子受容性窒素を含む芳香族複素環の高い電子受容性を両立することが可能となり、高い電子注入輸送能を発現する。

さらに、一般式（１）で表される化合物が下記一般式（７）で表される化合物であると、ピレン骨格の７位（Ｘ^３）にアルキル基、アリール基およびヘテロアリール基から選ばれる置換基が導入されていることにより、ピレン骨格同士の相互作用が抑制され、発光効率と薄膜安定性が向上するため好ましい。

Ｒ^６６〜Ｒ^７２はそれぞれ同じでも異なっていてもよく、水素、アルキル基、シクロアルキル基、複素環基、アルケニル基、シクロアルケニル基、アルキニル基、アルコキシ基、アルキルチオ基、アリールエーテル基、アリールチオエーテル基、アリール基、ヘテロアリール基、ハロゲン、カルボニル基、カルボキシル基、オキシカルボニル基、カルバモイル基、アミノ基、シリル基および−Ｐ（＝Ｏ）Ｒ^７３Ｒ^７４からなる群より選ばれる。Ｒ^７３およびＲ^７４はアリール基またはヘテロアリール基である。Ｒ^６６〜Ｒ^７２は隣接する置換基同士で環を形成してもよい。Ｌ^２、Ｌ^３はそれぞれ同じでも異なっていてもよく、単結合、アリーレン基およびヘテロアリーレン基からなる群より選ばれる。Ｘ^３はアルキル基、アリール基およびヘテロアリール基からなる群より選ばれる。Ａｒ^２は電子受容性窒素を含む芳香族複素環基であり、Ａｒ^３はアリール基またはヘテロアリール基である。

これらの置換基の説明は上記と同様である。なお、上述の置換基のうち、Ｘ^３は好ましくは炭素数１以上４以下の飽和炭化水素基、置換されていてもいなくてもよい炭素数６以上１８以下の芳香族炭化水素基、または置換されていてもいなくてもよい炭素数２以上１８以下の芳香族複素環基である。より具体的には、メチル基、エチル基、ｎ−プロピル基、イソプロピル基、ｎ−ブチル基、ｓｅｃ−ブチル基、ｔｅｒｔ−ブチル基、フェニル基、ナフチル基、ビフェニル基、ターフェニル基、ピリジル基、キノリニル基、ピラジニル基、ナフチリジル基、ベンゾフラニル基、ベンゾチオフェニル基などが挙げられる。

Ｌ^２およびＬ^３は好ましくはフェニレン基またはナフチレン基である。より具体的には１，４−フェニレン基、１，３−フェニレン基、２，６−ナフチレン基、２，８−ナフチレン基などが挙げられ、より好ましくは１，４−フェニレン基などが挙げられる。

Ａｒ^２は好ましくはピリジル基、キノリニル基、キノキサリニル基、ピリミジル基、フェナントロリニル基、ベンゾ［ｄ］イミダゾリル基、イミダゾ［１，２−ａ］ピリジル基などである。より具体的には２−ピリジル基、３−ピリジル基、４−ピリジル基、２−キノリニル基、３−キノリニル基、６−キノリニル基、２−キノキサリニル基、５−ピリミジル基、２−フェナントロリニル基、１−ベンゾ［ｄ］イミダゾリル基、２−ベンゾ［ｄ］イミダゾリル基、２−イミダゾ［１，２−ａ］ピリジル基、３−イミダゾ［１，２−ａ］ピリジル基などが挙げられ、より好ましくは２−ピリジル基、３−ピリジル基、２−キノリニル基、３−キノリニル基、６−キノリニル基などが挙げられる。

Ａｒ^３は好ましくはフェニル基、ナフチル基、ビフェニル基、フルオレニル基、ピリジル基、キノリニル基、ジベンゾフラニル基、カルバゾリル基などである。より具体的にはフェニル基、１−ナフチル基、２−ナフチル基、４−ビフェニル基、２−フルオレニル基、２−ピリジル基、３−ピリジル基、４−ピリジル基、２−キノリニル基、３−キノリニル基、６−キノリニル基、４−ジベンゾフラニル基、９−カルバゾリル基などが挙げられ、より好ましくは２−ピリジル基、３−ピリジル基、２−キノリニル基、３−キノリニル基などが挙げられる。

また、一般式（１）で表される化合物が下記一般式（８）で表される化合物であると、ピレン骨格の１位と６位に置換基が導入されていることにより、ピレン骨格同士の相互作用が抑制され、発光効率と薄膜安定性が向上するため好ましい。

Ｒ^７５〜Ｒ^８２はそれぞれ同じでも異なっていてもよく、水素、アルキル基、シクロアルキル基、複素環基、アルケニル基、シクロアルケニル基、アルキニル基、アルコキシ基、アルキルチオ基、アリールエーテル基、アリールチオエーテル基、アリール基、ヘテロアリール基、ハロゲン、カルボニル基、カルボキシル基、オキシカルボニル基、カルバモイル基、シリル基および−Ｐ（＝Ｏ）Ｒ^８３Ｒ^８４からなる群より選ばれる。Ｒ^８３およびＲ^８４はアリール基またはヘテロアリール基である。Ｒ^７５〜Ｒ^８２は隣接する置換基同士で環を形成してもよい。隣接する置換基同士で環を形成してもよい。Ｌ^４、Ｌ^５はそれぞれ同じでも異なっていてもよく、単結合、アリーレン基およびヘテロアリーレン基からなる群より選ばれる。Ａｒ^４は電子受容性窒素を含む芳香族複素環基であり、Ａｒ^５はアリール基またはヘテロアリール基である。

これらの置換基の説明は上記と同様である。なお、上述の置換基のうち、Ｌ^４およびＬ^５は好ましくは単結合またはフェニレン基またはナフチレン基である。より具体的には、単結合、１，４−フェニレン基、１，３−フェニレン基、２，６−ナフチレン基、２，８−ナフチレン基などが挙げられ、より好ましくは単結合または１，４−フェニレン基などが挙げられる。

Ａｒ^４は好ましくはピリジル基、キノリニル基、キノキサリニル基、ピリミジル基、フェナントロリニル基、ベンゾ［ｄ］イミダゾリル基、イミダゾ［１，２−ａ］ピリジル基などである。より具体的には２−ピリジル基、３−ピリジル基、４−ピリジル基、２−キノリニル基、３−キノリニル基、６−キノリニル基、２−キノキサリニル基、５−ピリミジル基、２−フェナントロリニル基、１−ベンゾ［ｄ］イミダゾリル基、２−ベンゾ［ｄ］イミダゾリル基、２−イミダゾ［１，２−ａ］ピリジル基、３−イミダゾ［１，２−ａ］ピリジル基などが挙げられ、より好ましくは２−ピリジル基、３−ピリジル基、２−キノリニル基、３−キノリニル基、６−キノリニル基などが挙げられる。

Ａｒ^５は好ましくはフェニル基、ナフチル基、ビフェニル基、フルオレニル基、ピリジル基、キノリニル基、ジベンゾフラニル基、カルバゾリル基などである。より具体的にはフェニル基、１−ナフチル基、２−ナフチル基、４−ビフェニル基、２−フルオレニル基、２−ピリジル基、３−ピリジル基、４−ピリジル基、２−キノリニル基、３−キノリニル基、６−キノリニル基、４−ジベンゾフラニル基、９−カルバゾリル基などが挙げられ、より好ましくは２−ナフチル基、４−ジベンゾフラニル基、９−カルバゾリル基などが挙げられる。

上記一般式（１）に表される化合物としては、特に限定されるものではないが、具体的には以下のような例が挙げられる。

本発明における一般式（２）で表される化合物について詳細に説明する。

Ｒ^１３〜Ｒ^２２はそれぞれ同じでも異なっていてもよく、水素、アルキル基、シクロアルキル基、アルケニル基、シクロアルケニル基、アルキニル基、アルコキシ基、アルキルチオ基、アリールエーテル基、アリールチオエーテル基、アリール基、ヘテロアリール基、ハロゲン、カルボニル基、カルボキシル基、オキシカルボニル基、カルバモイル基、シリル基および−Ｐ（＝Ｏ）Ｒ^２３Ｒ^２４からなる群より選ばれる。Ｒ^２３およびＲ^２４はアリール基またはヘテロアリール基である。Ｒ^１３〜Ｒ^２２は隣接する置換基同士で環を形成してもよい。ｎ¹は１〜２の整数である。但し、Ｒ^１３〜Ｒ^２２の少なくとも１つはＡ^１との連結に用いられる。但し、Ａ^１はシアノ基ならびに下記一般式（３）および（４）に示された基から選ばれる。

Ｒ^２５〜Ｒ^２８はそれぞれ同じでも異なっていてもよく、水素、アルキル基、シクロアルキル基、複素環基、アリール基、ヘテロアリール基の中から選ばれる。Ｒ^２５〜Ｒ^２８は隣接する置換基同士で間を形成していても良い。Ｘ^１は酸素原子、硫黄原子もしくは−Ｎ（Ｒ^２９）−である。Ｒ^２９は水素、アルキル基、シクロアルキル基、複素環基、アリール基およびヘテロアリール基の中から選ばれる。Ｙ^１は−Ｎ＝または−Ｃ（Ｒ^３０）＝である。Ｒ^３０は水素、アルキル基、シクロアルキル基、複素環基、アリール基およびヘテロアリール基の中から選ばれる。

Ｒ^３１〜Ｒ^４０はそれぞれ同じでも異なっていてもよく、水素、アルキル基、シクロアルキル基、複素環基、アリール基、ヘテロアリール基の中から選ばれる。Ｒ^３１〜Ｒ^４０は隣接する置換基同士で環を形成していても良い。

これらの置換基の説明は上記と同様である。

本発明の一般式（２）で表される化合物は、Ａ^１との連結にＲ^１３、Ｒ^１５、Ｒ^１８、Ｒ^２０のうち１箇所または２箇所が用いられると、化合物同士の相互作用が抑制され、高効率発光が可能となるため好ましい。

さらに、Ａ^１との連結に用いられた置換位置以外にＲ^１３、Ｒ^１５、Ｒ^１８、Ｒ^１９、Ｒ^２０のうち少なくとも一つがアルキル基、アリール基もしくはヘテロアリール基であると好ましい。ここでのアルキル基、アリール基もしくはヘテロアリール基とは、好ましくは、炭素数１以上４以下の飽和炭化水素基、置換されていてもいなくてもよい炭素数６以上１８以下の芳香族炭化水素基、または置換されていてもいなくてもよい炭素数２以上１８以下の芳香族複素環基である。より具体的には、メチル基、エチル基、ｎ−プロピル基、イソプロピル基、ｎ−ブチル基、ｓｅｃ−ブチル基、ｔｅｒｔ−ブチル基、フェニル基、ナフチル基、ビフェニル基、ターフェニル基、フルオレニル基、ピリジル基、キノリニル基、ジベンゾフラニル基、カルバゾリル基などが好ましい。

上記一般式（２）に表される化合物としては、特に限定されるものではないが、具体的には以下のような例が挙げられる。

本発明における一般式（５）で表される化合物について詳細に説明する。

Ｒ^４１〜Ｒ^５８はそれぞれ同じでも異なっていてもよく、水素、アルキル基、シクロアルキル基、アルケニル基、シクロアルケニル基、アルキニル基、アルコキシ基、アルキルチオ基、アリールエーテル基、アリールチオエーテル基、アリール基、ヘテロアリール基、ハロゲン、カルボニル基、カルボキシル基、オキシカルボニル基、カルバモイル基、シリル基および−Ｐ（＝Ｏ）Ｒ^５９Ｒ^６０からなる群より選ばれる。Ｒ^５９およびＲ^６０はアリール基またはヘテロアリール基である。Ｒ^４１〜Ｒ^５８は隣接する置換基同士で環を形成してもよい。ｎ^２は１〜２の整数である。但し、Ｒ^４１〜Ｒ^５８の少なくとも１つはＡ^２との連結に用いられる。Ａ^２は下記一般式（６）に示された基である。

Ｒ^６１〜Ｒ^６４はそれぞれ同じでも異なっていてもよく、水素、アルキル基、シクロアルキル基、複素環基、アリール基、ヘテロアリール基の中から選ばれる。Ｒ^６１〜Ｒ^６４は隣接する置換基同士で環を形成していても良い。Ｚは単結合、アリーレン基およびヘテロアリーレン基からなる群より選ばれる。Ｘ^２は酸素原子または硫黄原子である。Ｙ^２は−Ｎ＝または−Ｃ（Ｒ^６５）＝である。Ｒ^６５は水素、アルキル基、シクロアルキル基、複素環基、アリール基およびヘテロアリール基の中から選ばれる。
これらの置換基の説明は上記と同様である。

本発明の一般式（５）で表される化合物は、Ａ^２との連結にＲ^４２、Ｒ^５１のうち１箇所または２箇所が用いられると、化合物同士の相互作用が抑制され、高効率発光が可能となるため好ましい。

さらに、ｎ^２が１のとき、Ｒ^５１がアリール基もしくはヘテロアリール基であると好ましい。アリール基もしくはヘテロアリール基とは、好ましくは、置換されていてもいなくてもよい炭素数６以上１８以下の芳香族炭化水素基、または置換されていてもいなくてもよい炭素数２以上１８以下の芳香族複素環基である。より具体的には、フェニル基、ナフチル基、ビフェニル基、ターフェニル基、フルオレニル基、ピリジル基、キノリニル基、ジベンゾフラニル基、カルバゾリル基などである。

上記一般式（５）に表される化合物としては、特に限定されるものではないが、具体的には以下のような例が挙げられる。

次に、本発明の発光素子の実施の形態について詳細に説明する。本発明の発光素子は、陽極と陰極、およびそれら陽極と陰極との間に介在する有機層を有し、該有機層は少なくとも発光層を含み、該発光層が電気エネルギーにより発光する。

有機層は、発光層のみからなる構成の他に、１）正孔輸送層／発光層／電子輸送層および、２）発光層／電子輸送層、３）正孔輸送層／発光層などの積層構成が挙げられる。また、上記各層は、それぞれ単一層、複数層のいずれでもよい。正孔輸送層および電子輸送層が複数層を有する場合、電極に接する側の層をそれぞれ正孔注入層および電子注入層と呼ぶことがあるが、以下の説明では特に言及しない限りでは正孔注入材料は正孔輸送材料に、電子注入材料は電子輸送材料にそれぞれ含まれる。

本発明の発光素子において、陽極と陰極は素子の発光のために十分な電流を供給するための役割を有するものであり、光を取り出すために少なくとも一方は透明または半透明であることが望ましい。通常、基板上に形成される陽極を透明電極とする。

陽極に用いる材料は、正孔を有機層に効率よく注入できる材料、かつ光を取り出すために透明または半透明であれば、酸化錫、酸化インジウム、酸化錫インジウム（ＩＴＯ）酸化亜鉛インジウム（ＩＺＯ）などの導電性金属酸化物、あるいは、金、銀、クロムなどの金属、ヨウ化銅、硫化銅などの無機導電性物質、ポリチオフェン、ポリピロール、ポリアニリンなどの導電性ポリマーなど特に限定されるものでないが、ＩＴＯガラスやネサガラスを用いることが特に望ましい。これらの電極材料は、単独で用いてもよいが、複数の材料を積層または混合して用いてもよい。透明電極の抵抗は素子の発光に十分な電流が供給できればよいので限定されないが、素子の消費電力の観点からは低抵抗であることが望ましい。例えば３００Ω／□以下のＩＴＯ基板であれば素子電極として機能するが、現在では１０Ω／□程度の基板の供給も可能になっていることから、２０Ω／□以下の低抵抗の基板を使用することが特に望ましい。ＩＴＯの厚みは抵抗値に合わせて任意に選ぶ事ができるが、通常１００〜３００ｎｍの間で用いられることが多い。

また、発光素子の機械的強度を保つために、発光素子を基板上に形成することが好ましい。基板は、ソーダガラスや無アルカリガラスなどのガラス基板が好適に用いられる。ガラス基板の厚みは、機械的強度を保つのに十分な厚みがあればよいので、０．５ｍｍ以上あれば十分である。ガラスの材質については、ガラスからの溶出イオンが少ない方がよいので無アルカリガラスの方が好ましい。または、ＳｉＯ_２などのバリアコートを施したソーダライムガラスも市販されているのでこれを使用することもできる。さらに、第一電極が安定に機能するのであれば、基板はガラスである必要はなく、例えば、プラスチック基板上に陽極を形成しても良い。ＩＴＯ膜形成方法は、電子線ビーム法、スパッタリング法および化学反応法など特に制限を受けるものではない。

陰極に用いる材料は、電子を効率よく発光層に注入できる物質であれば特に限定されない。一般的には白金、金、銀、銅、鉄、錫、アルミニウム、インジウムなどの金属、またはこれらの金属とリチウム、ナトリウム、カリウム、カルシウム、マグネシウムなどの低仕事関数金属との合金や多層積層などが好ましい。中でも、主成分としてはアルミニウム、銀、マグネシウムが電気抵抗値や製膜しやすさ、膜の安定性、発光効率などの面から好ましい。特にマグネシウムと銀で構成されると、本発明における電子輸送層および電子注入層への電子注入が容易になり、低電圧駆動が可能になるため好ましい。

さらに、陰極保護のために白金、金、銀、銅、鉄、錫、アルミニウムおよびインジウムなどの金属、またはこれら金属を用いた合金、シリカ、チタニアおよび窒化ケイ素などの無機物、ポリビニルアルコール、ポリ塩化ビニル、炭化水素系高分子化合物などの有機高分子化合物を、保護膜層として陰極上に積層することが好ましい例として挙げられる。ただし、陰極側から光を取り出す素子構造（トップエミッション構造）の場合は、保護膜層は可視光領域で光透過性のある材料から選択される。これらの電極の作製法は、抵抗加熱、電子線ビーム、スパッタリング、イオンプレーティングおよびコーティングなど特に制限されない。

正孔輸送層は、正孔輸送材料の一種または二種以上を積層または混合する方法、もしくは、正孔輸送材料と高分子結着剤の混合物を用いる方法により形成される。また、正孔輸送材料に塩化鉄（III）のような無機塩を添加して正孔輸送層を形成してもよい。正孔輸送材料は、電界を与えられた電極間において正極からの正孔を効率良く輸送することが必要で、正孔注入効率が高く、注入された正孔を効率良く輸送することが望ましい。そのためには適切なイオン化ポテンシャルを持ち、しかも正孔移動度が大きく、さらに安定性に優れ、トラップとなる不純物が製造時および使用時に発生しにくい物質であることが要求される。このような条件を満たす物質として、特に限定されるものではないが、４，４’−ビス（Ｎ−（３−メチルフェニル）−Ｎ−フェニルアミノ）ビフェニル、４，４’−ビス（Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニルアミノ）ビフェニル、４，４’，４”−トリス（３−メチルフェニル（フェニル）アミノ）トリフェニルアミンなどのトリフェニルアミン誘導体、ビス（Ｎ−アリルカルバゾール）またはビス（Ｎ−アルキルカルバゾール）などのビスカルバゾール誘導体、ピラゾリン誘導体、スチルベン系化合物、ヒドラゾン系化合物、ベンゾフラン誘導体やチオフェン誘導体、オキサジアゾール誘導体、フタロシアニン誘導体、ポルフィリン誘導体などの複素環化合物、フラーレン誘導体、ポリマー系では前記単量体を側鎖に有するポリカーボネートやスチレン誘導体、ポリチオフェン、ポリアニリン、ポリフルオレン、ポリビニルカルバゾールおよびポリシランなどが好ましい。

さらにｐ型Si、ｐ型SiC等の無機化合物も使用できる。また、下記一般式（９）で表される化合物、テトラフルオロテトラシアノキノジメタン（４Ｆ−ＴＣＮＱ）または酸化モリブデンも用いることができる。

Ｒ^８５〜Ｒ^９０はそれぞれ同じでも異なっていてもよく、ハロゲン、スルホニル基、カルボニル基、ニトロ基、シアノ基、トリフルオロメチル基からなる群より選ばれる。

中でも、化合物（１０）（１，４，５，８，９，１２−ヘキサアザトリフェニレンヘキサカルボニトリル）が正孔輸送層または正孔注入層に含まれると、より低電圧駆動となるため好ましい。

本発明において、発光層は単一層、複数層のどちらでもよく、それぞれ発光材料（ホスト材料、ドーパント材料）により形成され、これはホスト材料とドーパント材料との混合物であっても、ホスト材料単独であっても、いずれでもよい。すなわち、本発明の発光素子では、各発光層において、ホスト材料もしくはドーパント材料のみが発光してもよいし、ホスト材料とドーパント材料がともに発光してもよい。電気エネルギーを効率よく利用し、高色純度の発光を得るという観点からは、発光層はホスト材料とドーパント材料の混合からなることが好ましい。また、ホスト材料とドーパント材料は、それぞれ一種類であっても、複数の組み合わせであっても、いずれでもよい。ドーパント材料はホスト材料の全体に含まれていても、部分的に含まれていても、いずれでもよい。ドーパント材料は積層されていても、分散されていても、いずれでもよい。ドーパント材料は発光色の制御ができる。ドーパント材料の量は、多すぎると濃度消光現象が起きるため、ホスト材料に対して２０重量％以下で用いることが好ましく、さらに好ましくは１０重量％以下である。ドーピング方法は、ホスト材料との共蒸着法によって形成することができるが、ホスト材料と予め混合してから同時に蒸着してもよい。

一般式（２）もしくは（５）で表される化合物は、発光材料として好適に用いられる。また、一般式（２）および（５）は、青色領域に強い発光を示すことから、青色発光材料として好適に用いられるが、これに限定されるものではなく、緑色〜赤色発光素子や白色発光素子用の材料としても用いることができる。一般式（２）もしくは（５）で表される化合物はホスト材料として用いてもよいが、蛍光量子収率が高く、スペクトル半値幅が狭いことから、ドーパント材料として好適に用いられる。

発光材料は、一般式（２）および（５）で表される化合物の他に、具体的には、以前から発光体として知られていたアントラセンやピレンなどの縮合環誘導体、トリス（８−キノリノラト）アルミニウムを始めとする金属キレート化オキシノイド化合物、ビススチリルアントラセン誘導体やジスチリルベンゼン誘導体などのビススチリル誘導体、テトラフェニルブタジエン誘導体、インデン誘導体、クマリン誘導体、オキサジアゾール誘導体、ピロロピリジン誘導体、ペリノン誘導体、シクロペンタジエン誘導体、オキサジアゾール誘導体、チアジアゾロピリジン誘導体、ジベンゾフラン誘導体、カルバゾール誘導体、インドロカルバゾール誘導体、ポリマー系では、ポリフェニレンビニレン誘導体、ポリパラフェニレン誘導体、そして、ポリチオフェン誘導体などであってジアリールアミノ構造を有しないものが使用できるが特に限定されるものではない。

発光材料に含有されるホスト材料は、特に限定されるものではないが、ナフタレン、アントラセン、フェナンスレン、ピレン、クリセン、ナフタセン、トリフェニレン、ペリレン、フルオランテン、フルオレン、インデンなどの縮合アリール環を有する化合物やその誘導体、トリス（８−キノリナート）アルミニウム（III）をはじめとする金属キレート化オキシノイド化合物、ジスチリルベンゼン誘導体などのビススチリル誘導体、テトラフェニルブタジエン誘導体、インデン誘導体、クマリン誘導体、オキサジアゾール誘導体、ピロロピリジン誘導体、ペリノン誘導体、シクロペンタジエン誘導体、カルバゾール誘導体、ピロロピロール誘導体、チアジアゾロピリジン誘導体、ジベンゾフラン誘導体、カルバゾール誘導体、インドロカルバゾール誘導体、ポリマー系では、ポリフェニレンビニレン誘導体、ポリパラフェニレン誘導体、ポリフルオレン誘導体、ポリビニルカルバゾール誘導体、ポリチオフェン誘導体などであってジアリールアミノ構造を有しないものが使用できるが特に限定されるものではない。

ドーパント材料は、特に限定されないが、ナフタレン、アントラセン、フェナンスレン、ピレン、クリセン、トリフェニレン、ペリレン、フルオランテン、フルオレン、インデンなどの縮合アリール環を有する化合物やその誘導体（例えば２−（ベンゾチアゾール−２−イル）−９，１０−ジフェニルアントラセンや５，６，１１，１２−テトラフェニルナフタセンなど）、フラン、ピロール、チオフェン、シロール、９−シラフルオレン、９，９’−スピロビシラフルオレン、ベンゾチオフェン、ベンゾフラン、インドール、ジベンゾチオフェン、ジベンゾフラン、イミダゾピリジン、フェナントロリン、ピリジン、ピラジン、ナフチリジン、キノキサリン、ピロロピリジン、チオキサンテンなどのヘテロアリール環を有する化合物やその誘導体、ボラン誘導体、ジスチリルベンゼン誘導体、芳香族アセチレン誘導体、テトラフェニルブタジエン誘導体、スチルベン誘導体、アルダジン誘導体、ピロメテン誘導体、ジケトピロロ［３，４−ｃ］ピロール誘導体、２，３，５，６−１Ｈ，４Ｈ−テトラヒドロ−９−（２’−ベンゾチアゾリル）キノリジノ［９，９ａ，１−ｇｈ］クマリンなどのクマリン誘導体、イミダゾール、チアゾール、チアジアゾール、カルバゾール、オキサゾール、オキサジアゾール、トリアゾールなどのアゾール誘導体およびその金属錯体、有機遷移金属錯体（例えばIr(ppy)₃などの有機イリジウム錯体）などであってジアリールアミノ構造を有しないものが挙げられる。

本発明において、電子輸送層とは、陰極から電子が注入され、さらに電子を輸送する層である。電子輸送層には、電子注入効率が高く、注入された電子を効率良く輸送することが望まれる。そのため電子輸送層は、電子親和力が大きく、しかも電子移動度が大きく、さらに安定性に優れ、トラップとなる不純物が製造時および使用時に発生しにくい物質であることが要求される。特に膜厚を厚く積層する場合には、低分子量の化合物は結晶化するなどして膜質が劣化しやすいため、安定な膜質を保つ分子量４００以上の化合物が好ましい。しかしながら、正孔と電子の輸送バランスを考えた場合に、電子輸送層が陽極からの正孔が再結合せずに陰極側へ流れるのを効率よく阻止できる役割を主に果たすならば、電子輸送能力がそれ程高くない材料で構成されていても、発光効率を向上させる効果は電子輸送能力が高い材料で構成されている場合と同等となる。したがって、本発明における電子輸送層には、正孔の移動を効率よく阻止できる正孔阻止層も同義のものとして含まれる。

一般式（１）で表される化合物は、上記条件を満たす化合物であり、高い電子注入輸送能を有することから電子輸送材料としても好適に用いられる。

一般式（１）で表される化合物は、ピレン骨格と含窒素複素環を含有するため電子注入輸送性、電気化学的安定性に優れる。また、ピレン骨格の７位にアルキル基、アリール基、ヘテロアリール基から選ばれる置換基が導入されている場合や、ピレン骨格の２、６位に置換基が導入されている場合は、高い電子注入輸送能を維持したまま、安定な膜質を得ることが可能となる。さらに、電子輸送層にさらにドナー性化合物を含む場合には、上記置換基の導入により、ドナー性化合物との薄膜状態における相溶性が向上し、より高い電子注入輸送能を発現する。この混合物層の働きにより、陰極から発光層への電子の輸送が促進され、高発光効率と低駆動電圧を両立することができる。

本発明で用いられる電子輸送材料は、一般式（１）で表される化合物の各一種のみに限る必要はなく、複数の化合物を混合して用いたり、その他の電子輸送材料の一種類以上を本発明の効果を損なわない範囲で一般式（１）で表される化合物と混合して用いてもよい。混合しうる電子輸送材料としては、特に限定されないが、ナフタレン、アントラセン、ピレンなどの縮合アリール環を有する化合物やその誘導体、４，４’−ビス（ジフェニルエテニル）ビフェニルに代表されるスチリル系芳香環誘導体、ペリレン誘導体、ペリノン誘導体、クマリン誘導体、ナフタルイミド誘導体、アントラキノンやジフェノキノンなどのキノン誘導体、リンオキサイド誘導体、カルバゾール誘導体およびインドール誘導体、トリス（８−キノリノラート）アルミニウム（III）などのキノリノール錯体やヒドロキシフェニルオキサゾール錯体などのヒドロキシアゾール錯体、アゾメチン錯体、トロポロン金属錯体およびフラボノール金属錯体が挙げられる。

次に、ドナー性化合物について説明する。本発明におけるドナー性化合物は電子注入障壁の改善により、陰極または電子注入層からの電子輸送層への電子注入を容易にし、さらに電子輸送層の電気伝導性を向上させる化合物である。すなわち本発明の発光素子において、電子輸送層は、一般式（１）で表される化合物に加えて、電子輸送能力を向上させるためにドナー性化合物をドーピングしたものであることがより好ましい。

本発明におけるドナー性化合物の好ましい例としては、アルカリ金属、アルカリ金属を含有する無機塩、アルカリ金属と有機物との錯体、アルカリ土類金属、アルカリ土類金属を含有する無機塩またはアルカリ土類金属と有機物との錯体などが挙げられる。アルカリ金属、アルカリ土類金属の好ましい種類としては、低仕事関数で電子輸送能向上の効果が大きいリチウム、ナトリウム、セシウムといったアルカリ金属や、マグネシウム、カルシウムといったアルカリ土類金属が挙げられる。

また、真空中での蒸着が容易で取り扱いに優れることから、金属単体よりも無機塩、あるいは有機物との錯体の状態であることが好ましい。さらに、大気中での取扱を容易にし、添加濃度の制御のし易さの点で、有機物との錯体の状態にあることがより好ましい。無機塩の例としては、LiO、Li₂O等の酸化物、窒化物、LiF、NaF、KF等のフッ化物、Li₂CO₃、Na₂CO₃、K₂CO₃、Rb₂CO₃、Cs₂CO₃等の炭酸塩などが挙げられる。また、アルカリ金属またはアルカリ土類金属の好ましい例としては、原料が安価で合成が容易な点から、リチウムが挙げられる。また、有機物との錯体における有機物の好ましい例としては、キノリノール、ベンゾキノリノール、フラボノール、ヒドロキシイミダゾピリジン、ヒドロキシベンズアゾール、ヒドロキシトリアゾールなどが挙げられる。中でも、アルカリ金属と有機物との錯体が好ましく、リチウムと有機物との錯体がより好ましく、リチウムキノリノールが特に好ましい。

また、電子輸送層中のドナー性化合物のドーピング割合が適切であると、陰極または電子注入層からの電子輸送層への電子の注入割合が増加し、陰極と電子注入層間または電子注入層と電子輸送層間でのエネルギー障壁が軽減され低駆動電圧化する。好適なドーピング濃度は材料やドーピング領域の膜厚によっても異なるが、有機化合物とドナー性化合物のモル比１００：１〜１：１００の範囲が好ましく、１０：１〜１：１０がより好ましい。

電子輸送層にドナー性化合物をドーピングして電子輸送能を向上させる方法は、薄膜層の膜厚が厚い場合に特に効果を発揮するものである。電子輸送層および発光層の合計膜厚が５０ｎｍ以上の場合に特に好ましく用いられる。例えば、発光効率を向上させるために干渉効果を利用する方法があるが、これは発光層から直接放射される光と、陰極で反射された光の位相を整合させて光の取り出し効率を向上させるものである。この最適条件は光の発光波長に応じて変化するが、電子輸送層および発光層の合計膜厚が５０ｎｍ以上となり、赤色などの長波長発光の場合には１００ｎｍ近くの厚膜になる場合がある。

ドーピングする電子輸送層の膜厚は、電子輸送層の一部分または全部のどちらでも構わないが、電子輸送層全体の膜厚が厚いほどドーピングする濃度も濃い方がよい。一部分にドーピングする場合、少なくとも電子輸送層／陰極界面にはドーピング領域を設けることが望ましく、陰極界面付近にドーピングするだけでも低電圧化の効果は得られる。一方、ドナー性化合物が発光層にドーピングされると発光効率を低下させる悪影響を及ぼす場合には、発光層／電子輸送層界面にノンドープ領域を設けることが望ましい。

発光素子を構成する上記各層の形成方法は、抵抗加熱蒸着、電子ビーム蒸着、スパッタリング、分子積層法、コーティング法など特に限定されないが、通常は、素子特性の点から抵抗加熱蒸着または電子ビーム蒸着が好ましい。

有機層の厚みは、発光物質の抵抗値にもよるので限定することはできないが、１〜１０００ｎｍであることが好ましい。発光層、電子輸送層、正孔輸送層の膜厚はそれぞれ、好ましくは１ｎｍ以上２００ｎｍ以下であり、さらに好ましくは５ｎｍ以上１００ｎｍ以下である。

本発明の発光素子は、電気エネルギーを光に変換できる機能を有する。ここで電気エネルギーとしては主に直流電流が使用されるが、パルス電流や交流電流を用いることも可能である。電流値および電圧値は特に制限はないが、素子の消費電力や寿命を考慮すると、できるだけ低いエネルギーで最大の輝度が得られるよう選ばれるべきである。

本発明の発光素子は、例えば、マトリクスおよび／またはセグメント方式で表示するディスプレイとして好適に用いられる。

マトリクス方式とは、表示のための画素が格子状やモザイク状など二次元的に配置され、画素の集合で文字や画像を表示する。画素の形状やサイズは用途によって決まる。例えば、パソコン、モニター、テレビの画像および文字表示には、通常一辺が３００μｍ以下の四角形の画素が用いられ、また、表示パネルのような大型ディスプレイの場合は、一辺がｍｍオーダーの画素を用いることになる。モノクロ表示の場合は、同じ色の画素を配列すればよいが、カラー表示の場合には、赤、緑、青の画素を並べて表示させる。この場合、典型的にはデルタタイプとストライプタイプがある。そして、このマトリクスの駆動方法は、線順次駆動方法やアクティブマトリクスのどちらでもよい。線順次駆動はその構造が簡単であるが、動作特性を考慮した場合、アクティブマトリクスの方が優れる場合があるので、これも用途によって使い分けることが必要である。

本発明におけるセグメント方式とは、予め決められた情報を表示するようにパターンを形成し、このパターンの配置によって決められた領域を発光させる方式である。例えば、デジタル時計や温度計における時刻や温度表示、オーディオ機器や電磁調理器などの動作状態表示および自動車のパネル表示などが挙げられる。そして、前記マトリクス表示とセグメント表示は同じパネルの中に共存していてもよい。

本発明の発光素子は、各種機器等のバックライトとしても好ましく用いられる。バックライトは、主に自発光しない表示装置の視認性を向上させる目的に使用され、液晶表示装置、時計、オーディオ装置、自動車パネル、表示板および標識などに使用される。特に、液晶表示装置、中でも薄型化が検討されているパソコン用途のバックライトに本発明の発光素子は好ましく用いられ、従来のものより薄型で軽量なバックライトを提供できる。

以下、実施例をあげて本発明を説明するが、本発明はこれらの実施例によって限定されるものではない。

実施例１
ＩＴＯ透明導電膜を１５０ｎｍ堆積させたガラス基板（ジオマテック（株）製、１１Ω／□、スパッタ品）を３８×４６ｍｍに切断し、エッチングを行った。得られた基板を “セミコクリーン５６”（商品名、フルウチ化学（株）製）で１５分間超音波洗浄してから、超純水で洗浄した。この基板を素子を作製する直前に１時間ＵＶ−オゾン処理し、真空蒸着装置内に設置して、装置内の真空度が５×１０^−４Ｐａ以下になるまで排気した。抵抗加熱法によって、まず正孔注入材料として、銅フタロシアニンを１５ｎｍ、正孔輸送材料として、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラ（４−ビフェニル）―ジアミノビフェニルを６０ｎｍ蒸着した。次に、発光材料に、ホスト材料として化合物（Ｈ−１）を、ドーパント材料として化合物（Ｄ−１）をドープ濃度が５重量％になるようにして４０ｎｍの厚さに蒸着した。次に、化合物（Ｅ−１）を電子輸送層として２０ｎｍの厚さに蒸着して積層した。

次に、フッ化リチウムを０．５ｎｍ蒸着した後、アルミニウムを１０００ｎｍ蒸着して陰極とし、５×５ｍｍ角の素子を作製した。ここで言う膜厚は、水晶発振式膜厚モニター表示値である。この発光素子を１０ｍＡ／ｃｍ^２で直流駆動したところ、外部量子効率４．８％、輝度半減時間６８００時間の高効率青色発光が得られた。なお、化合物（Ｈ−１）、（Ｄ−１）および（Ｅ−１）は下記に示す化合物である。

実施例２〜１４
ドーパント材料、電子輸送層として表１に記載した材料を用いた以外は、実施例１と同様にして発光素子を作製した。各実施例の結果は表１に示した。なお、表１中、化合物（Ｄ−２）〜（Ｄ−６）および（Ｅ−２）〜（Ｅ〜４）は下記に示す化合物である。

実施例１５
電子輸送層として、化合物（Ｅ−１）とドナー性化合物としてフッ化リチウムを混合した層を、蒸着速度比１：１(=0.05nm/s：0.05nm/s)で２０ｎｍの厚さに蒸着して積層した以外は、実施例１と同様にして発光素子を作製した。実施例の結果は表１に示した。

実施例１６
電子輸送層として表１に記載した材料を用いた以外は、実施例１５と同様にして発光素子を作製した。実施例の結果は表１に示した。

実施例１７
電子輸送層として、化合物（Ｅ−１）とドナー性化合物（２Ｅ−１）を混合した層を、蒸着速度比１：１(=0.05nm/s：0.05nm/s)で２０ｎｍの厚さに蒸着して積層した以外は、実施例１と同様にして発光素子を作製した。実施例の結果は表１に示した。なお、化合物（２Ｅ−１）は下記に示す化合物である。

実施例１８
電子輸送層として表１に記載した材料を用いた以外は、実施例１７と同様にして発光素子を作製した。実施例の結果は表１に示した。

実施例１９
陰極として、フッ化リチウムを０．５ｎｍ蒸着した後、マグネシウムと銀の共蒸着膜を蒸着速度比がマグネシウム：銀＝１０：１(=0.5nm/s：0.05nm/s)で１００ｎｍ蒸着した以外は、実施例１７と同様にして発光素子を作製した。実施例の結果は表１に示した。

実施例２０
電子輸送層として表１に記載した材料を用いた以外は、実施例１９と同様にして発光素子を作製した。実施例の結果は表１に示した。

参考例１〜９
ドーパントもしくは電子輸送層として表１に記載した材料を用いた以外は、実施例１と同様にして発光素子を作製した。各参考例の結果は表１に示した。なお、表１中、化合物（Ｄ−７）〜（Ｄ−９）および（Ｅ−５）〜（Ｅ−７）は下記に示す化合物である。

比較例１〜６
ドーパントもしくは電子輸送層として表１に記載した材料を用いた以外は、実施例１と同様にして発光素子を作製した。各比較例の結果は表１に示した。なお、表１中、化合物（Ｄ−１０）〜（Ｄ−１２）は下記に示す化合物である。

Claims (9)

1. 基板上に形成された第一電極上に、少なくとも発光層および電子輸送層を含む薄膜層と、薄膜層上に形成された第二電極とを含む有機電界発光素子であって、電子輸送層が下記一般式（１）で表される化合物を含み、かつ発光層が下記一般式（２）もしくは（５）で表される化合物を含むことを特徴とする発光素子。
   

   

   （Ｒ^１〜Ｒ^１０はそれぞれ同じでも異なっていてもよく、水素、アルキル基、シクロアルキル基、複素環基、アルケニル基、シクロアルケニル基、アルキニル基、アルコキシ基、アルキルチオ基、アリールエーテル基、アリールチオエーテル基、アリール基、ヘテロアリール基、ハロゲン、カルボニル基、カルボキシル基、オキシカルボニル基、カルバモイル基、シリル基および−Ｐ（＝Ｏ）Ｒ^１１Ｒ^１２からなる群より選ばれる。Ｒ^１１およびＲ^１２はアリール基またはヘテロアリール基である。Ｒ^１〜Ｒ^１０は隣接する置換基同士で環を形成してもよい。但し、Ｒ^１〜Ｒ^１０の少なくとも１つはＬ^１との連結に用いられる。ｎは１〜４の整数である。Ｌ^１は単結合、アリーレン基およびヘテロアリーレン基からなる群より選ばれる。Ａｒ¹は電子受容性窒素を有する芳香族複素環基である。ｎが２以上の場合、Ａｒ¹およびＬ^１それぞれ同じでも異なっていてもよい。）
   

   

   （Ｒ^１３〜Ｒ^２２はそれぞれ同じでも異なっていてもよく、水素、アルキル基、シクロアルキル基、アルケニル基、シクロアルケニル基、アルキニル基、アルコキシ基、アルキルチオ基、アリールエーテル基、アリールチオエーテル基、アリール基、ヘテロアリール基、ハロゲン、カルボニル基、カルボキシル基、オキシカルボニル基、カルバモイル基、シリル基および−Ｐ（＝Ｏ）Ｒ^２３Ｒ^２４からなる群より選ばれる。Ｒ^２３およびＲ^２４はアリール基またはヘテロアリール基である。Ｒ^１３〜Ｒ^２２は隣接する置換基同士で環を形成してもよい。ｎ¹は１〜２の整数である。但し、Ｒ^１３〜Ｒ^２２の少なくとも１つはＡ^１との連結に用いられる。但し、Ａ^１はシアノ基ならびに下記一般式（３）および（４）に示された基から選ばれる。）
   

   

   （Ｒ^２５〜Ｒ^２８はそれぞれ同じでも異なっていてもよく、水素、アルキル基、シクロアルキル基、複素環基、アリール基、ヘテロアリール基の中から選ばれる。Ｒ^２５〜Ｒ^２８は隣接する置換基同士で環を形成していても良い。Ｘ^１は酸素原子、硫黄原子もしくは−Ｎ（Ｒ^２９）−である。Ｒ^２９は水素、アルキル基、シクロアルキル基、複素環基、アリール基およびヘテロアリール基の中から選ばれる。Ｙ^１は−Ｎ＝または−Ｃ（Ｒ^３０）＝である。Ｒ^３０は水素、アルキル基、シクロアルキル基、複素環基、アリール基およびヘテロアリール基の中から選ばれる。）
   

   

   （Ｒ^３１〜Ｒ^４０はそれぞれ同じでも異なっていてもよく、水素、アルキル基、シクロアルキル基、複素環基、アリール基、ヘテロアリール基の中から選ばれる。Ｒ^３１〜Ｒ^４０は隣接する置換基同士で間を形成していても良い。）
   

   

   （Ｒ^４１〜Ｒ^５８はそれぞれ同じでも異なっていてもよく、水素、アルキル基、シクロアルキル基、アルケニル基、シクロアルケニル基、アルキニル基、アルコキシ基、アルキルチオ基、アリールエーテル基、アリールチオエーテル基、アリール基、ヘテロアリール基、ハロゲン、カルボニル基、カルボキシル基、オキシカルボニル基、カルバモイル基、シリル基および−Ｐ（＝Ｏ）Ｒ^５９Ｒ^６０からなる群より選ばれる。Ｒ^５９およびＲ^６０はアリール基またはヘテロアリール基である。Ｒ^４１〜Ｒ^５８は隣接する置換基同士で環を形成してもよい。ｎ^２は１〜２の整数である。但し、Ｒ^４１〜Ｒ^５８の少なくとも１つはＡ^２との連結に用いられる。Ａ^２は下記一般式（６）に示された基である。）
   

   

   （Ｒ^６１〜Ｒ^６４はそれぞれ同じでも異なっていてもよく、水素、アルキル基、シクロアルキル基、複素環基、アリール基、ヘテロアリール基の中から選ばれる。Ｒ^６１〜Ｒ^６４は隣接する置換基同士で環を形成していても良い。Ｚは単結合、アリーレン基およびヘテロアリーレン基からなる群より選ばれる。Ｘ^２は酸素原子または硫黄原子である。Ｙ^２は−Ｎ＝または−Ｃ（Ｒ^６５）＝である。Ｒ^６５は水素、アルキル基、シクロアルキル基、複素環基、アリール基およびヘテロアリール基の中から選ばれる。）
2. 前記一般式（１）で表される化合物が下記一般式（７）で表される化合物であることを特徴とする請求項１記載の発光素子。
   

   

   （Ｒ^６６〜Ｒ^７２はそれぞれ同じでも異なっていてもよく、水素、アルキル基、シクロアルキル基、複素環基、アルケニル基、シクロアルケニル基、アルキニル基、アルコキシ基、アルキルチオ基、アリールエーテル基、アリールチオエーテル基、アリール基、ヘテロアリール基、ハロゲン、カルボニル基、カルボキシル基、オキシカルボニル基、カルバモイル基、アミノ基、シリル基および−Ｐ（＝Ｏ）Ｒ^７３Ｒ^７４からなる群より選ばれる。Ｒ^７３およびＲ^７４はアリール基またはヘテロアリール基である。Ｒ^６６〜Ｒ^７２は隣接する置換基同士で環を形成してもよい。Ｌ^２、Ｌ^３はそれぞれ同じでも異なっていてもよく、単結合、アリーレン基およびヘテロアリーレン基からなる群より選ばれる。Ｘ^３はアルキル基、アリール基およびヘテロアリール基からなる群より選ばれる。Ａｒ^２は電子受容性窒素を含む芳香族複素環基であり、Ａｒ^３はアリール基またはヘテロアリール基である。）
3. 前記一般式（１）で表される化合物が下記一般式（８）で表されるピレン化合物であることを特徴とする請求項１記載の発光素子。
   

   

   （Ｒ^７５〜Ｒ^８２はそれぞれ同じでも異なっていてもよく、水素、アルキル基、シクロアルキル基、複素環基、アルケニル基、シクロアルケニル基、アルキニル基、アルコキシ基、アルキルチオ基、アリールエーテル基、アリールチオエーテル基、アリール基、ヘテロアリール基、ハロゲン、カルボニル基、カルボキシル基、オキシカルボニル基、カルバモイル基、シリル基および−Ｐ（＝Ｏ）Ｒ^８３Ｒ^８４からなる群より選ばれる。Ｒ^８３およびＲ^８４はアリール基またはヘテロアリール基である。Ｒ^７５〜Ｒ^８２は隣接する置換基同士で環を形成してもよい。隣接する置換基同士で環を形成してもよい。Ｌ^４、Ｌ^５はそれぞれ同じでも異なっていてもよく、単結合、アリーレン基およびヘテロアリーレン基からなる群より選ばれる。Ａｒ^４は電子受容性窒素を含む芳香族複素環基であり、Ａｒ^５はアリール基またはヘテロアリール基である。）
4. 一般式（２）において、Ａ^１との連結にＲ^１３、Ｒ^１５、Ｒ^１８、Ｒ^２０のうち１箇所または２箇所が用いられることを特徴とする請求項１〜３のいずれか記載の発光素子。
5. 一般式（５）において、Ａ^２との連結にＲ^４２、Ｒ^５１のうち１箇所または２箇所が用いられることを特徴とする請求項１〜３のいずれか記載の発光素子。
6. 発光層がホスト材料とドーパント材料を有し、一般式（２）もしくは一般式（５）で表される化合物を含有する発光素子材料がドーパント材料であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか記載の発光素子。
7. 電子輸送層に一般式（１）で表される化合物とドナー性化合物とを含むことを特徴とする請求項１〜６のいずれか記載の発光素子。
8. ドナー性化合物がアルカリ金属、アルカリ金属を含有する無機塩、アルカリ金属と有機物との錯体、アルカリ土類金属、アルカリ土類金属を含有する無機塩またはアルカリ土類金属と有機物との錯体であることを特徴とする請求項７記載の発光素子。
9. ドナー性化合物がアルカリ金属と有機物との錯体またはアルカリ土類金属と有機物との錯体であることを特徴とする請求項７記載の発光素子。