JP4715202B2

JP4715202B2 - 有機ｅｌ素子及び有機ｅｌ素子の製造方法

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Publication number: JP4715202B2
Application number: JP2004381158A
Authority: JP
Inventors: 江美子神戸; 鉄司井上
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Priority date: 2004-12-28
Filing date: 2004-12-28
Publication date: 2011-07-06
Anticipated expiration: 2024-12-28
Also published as: JP2006186269A

Description

本発明は、有機ＥＬ（電界発光：Electro Luminescence）素子及び有機ＥＬ素子の製造方法に関する。

コダック社による低分子化合物を用いた真空蒸着法により有機層を形成した積層型有機ＥＬ素子の発表以来、有機ＥＬディスプレイの開発が盛んに行われ現在実用化されつつある。

その一方で、有機ＥＬ素子の素子特性の更なる向上が求められている。従来の有機ＥＬ素子は、発光層、電子移動層及び電子注入層などにアルミキノリノール錯体等の電子輸送能を有する材料を用いるものが一般に知られている。しかしながら、このような有機ＥＬ素子は高い発光輝度が得られるものの、発光効率の点で必ずしも十分とはいえないものであった。発光効率が不十分であると、発光させるための駆動電圧を高める必要があり、その結果、有機ＥＬ素子の寿命が低減する問題を生じる。

そこで、高効率で均一に発光させる有機ＥＬ素子の提供を意図して、例えば、発光層と陰極との間に、エネルギーギャップが４．０ｅＶ以上の絶縁性の金属酸化物を挿入してなる有機ＥＬ素子が提案されている（例えば、特許文献１参照）。また、高効率化及び寿命の向上を意図して、例えば、発光層と陽極及び陰極との間に絶縁層を設けた有機ＥＬ素子が提案されている（例えば、特許文献２参照）。

特開平５−３０８０号公報米国特許第５８５３９０５号明細書

しかしながら、最近では有機ＥＬ素子に要求される素子特性の水準が高まっており、上記従来の有機ＥＬ素子であっても、輝度、発光効率及び寿命の全てを高水準で満足するためには未だ改善の余地がある。特に、従来の有機ＥＬ素子の場合、その寿命は十分とは言えず、発光輝度、発光効率などの素子特性が比較的短時間で低下してしまう。

本発明は、従来技術の有する課題に鑑みてなされたものであり、発光輝度及び発光効率に十分優れ、これらの素子特性を長期間にわたって高水準に維持することが可能な長寿命の有機ＥＬ素子及びその製造方法を提供することを目的とする。

本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意研究を重ねた結果、有機ＥＬ素子の発光層と電子注入電極層との間に特定の有機化合物を含む有機薄膜層を設けることによって上記課題が解決されることを見出し、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明の第一の有機ＥＬ素子は、基板と、基板の一側に互いに対向するように配置された第１の電極層及び第２の電極層と、これらの電極層間に配置された発光層とを備える有機ＥＬ素子において、第１の電極層及び第２の電極層のいずれか一方がホール注入電極層であり、他方が電子注入電極層であり、且つ、発光層と電子注入電極層との間に、エネルギーギャップが３．５ｅＶ以上の蒸着可能な第１の有機化合物と、エネルギーギャップが３．５ｅＶ未満の蒸着可能な第２の有機化合物と、を含み、蒸着法により形成された有機薄膜層が設けられており、且つ、第１の有機化合物が極性化合物であるビニルピリジンの重合体であり、前記第２の有機化合物がアントラセン誘導体であることを特徴とする。

本発明の第一の有機ＥＬ素子によれば、上記構成を有することにより、発光輝度、発光効率などの素子特性を長期間にわたって高水準に維持することができるようになり、長寿命の有機ＥＬ素子が有効に実現可能となる。なお、本発明の有機ＥＬ素子によりこのような効果が得られる理由については必ずしも明確ではないが、本発明者らは以下のように推察する。

すなわち、上記の条件を満たす有機薄膜層を設けることにより、有機薄膜層がホールに対するブロッキング層として機能するとともに十分な電子注入性を同時に発揮し、電子とホールとの注入バランスを取ることが可能になるものと考えられる。そして、発光層におけるホールと電子との再結合の確率が上昇し、十分に高い発光効率及び寿命を有する有機ＥＬ素子を得ることができると考えられる。

さらには、上記第１の有機化合物と上記第２の有機化合物とを組み合わせて有機薄膜層に含有させることによって、かかる有機薄膜層の層厚制御が容易となり、生産性及び素子設計自由度に優れた有機ＥＬ素子が実現可能となる。これは、上記第１の有機化合物と上記第２の有機化合物とを組み合わせることで、有機薄膜層の層厚を厚くする場合であっても高い電子注入性を維持することができ、有機薄膜層のホールに対するブロッキング効果と電子注入性とを広範囲の層厚においてバランスさせることが可能となり、有機薄膜層の膜厚を薄くしたときに生じるムラなどの不具合を十分に抑制できることに起因すると考えられる。

また、上記本発明の第一の有機ＥＬ素子によれば、上記有機薄膜層を蒸着法により形成することができるため、溶媒を用いる塗布製膜法のように下層発光層を侵食し無発光状態になってしまうことを防ぐことができ、より自由度の高い素子設計が可能となる。さらに、塗布時の残留溶媒による素子劣化を十分に抑制することも可能となる。

また、本発明の第一の有機ＥＬ素子は、上記第２の有機化合物が極性化合物であることを特徴としてもよい。すなわち、上記有機薄膜層は、エネルギーギャップが３．５ｅＶ以上の蒸着可能な極性有機化合物とエネルギーギャップが３．５ｅＶ未満の蒸着可能な極性有機化合物との混合物を含有するものであってもよい。この有機薄膜層に電子注入電極層が隣接して設けられた場合、有機薄膜層と電子注入電極層との付着性をより確実に確保することが可能となり、寿命特性により優れた有機ＥＬ素子が実現可能となる。

また、本発明の第一の有機ＥＬ素子は、上記第２の有機化合物が無極性化合物であることを特徴としてもよい。すなわち、上記有機薄膜層は、エネルギーギャップが３．５ｅＶ以上の蒸着可能な極性有機化合物とエネルギーギャップが３．５ｅＶ未満の蒸着可能な無極性有機化合物との混合物を含有するものであってもよい。

さらに、本発明の第一の有機ＥＬ素子において、上記有機薄膜層と電子注入電極層との間に、アルカリ金属、アルカリ土類金属、希土類金属及びこれら金属の化合物からなる群より選択される少なくとも１種の金属又は化合物からなる層が更に設けられていることが好ましい。

このような層を設けることにより電子注入が促進され、発光輝度、発光効率、及び寿命をさらに向上させることが可能となる。

さらに、上記第１の有機化合物が、クラウンエーテル類、シクロファン類、トリアジン類、カリックスアーレン類、ポリエーテル類、又は複素環含有化合物を含むことが好ましい。このような有機薄膜層を設けることにより、有機ＥＬ素子の発光輝度、発光効率、及び寿命をより確実に向上させることが可能となる。

また、上記第１の有機化合物は、重量平均分子量が２０００以下である下記（ａ）〜（ｃ）の有機化合物の１又は２以上を含むことが好ましい。
（ａ）ビニルピリジン、（メタ）アクリル酸、Ｎ−アルキルアクリルアミド、Ｎ，Ｎ−ジアルキルアクリルアミド、ヒドロキシ（メタ）アクリレート、酢酸ビニル、スチレン及びＮ−ビニルピロリドンからなる群より選択される化合物の重合体若しくは共重合体又はその骨格単位を有する化合物。
（ｂ）アルキル基の炭素数が２〜４であるオキシアルキレン重合体若しくは共重合体又はその骨格単位を有する化合物。
（ｃ）ポリオキサゾリン、ポリビニルブチラール又はその骨格単位を有する化合物。

このような有機薄膜層を設けることにより、有機ＥＬ素子の発光輝度、発光効率、及び寿命をより確実に向上させることが可能となる。

さらに、上記第１の有機化合物のエネルギーギャップが３．８ｅＶ以上であることが好ましい。本発明の第一の有機ＥＬ素子においては、エネルギーギャップが３．８ｅＶ以上である蒸着可能な極性有機化合物と、エネルギーギャップが３．５ｅＶ未満の蒸着可能な第２の有機化合物とを含む有機薄膜層を備えることにより、発光輝度、発光効率などの素子特性をより長期間にわたってより高水準に維持できる有機ＥＬ素子が有効に実現可能となる。また、本発明の第二の有機ＥＬ素子においても、エネルギーギャップが３．８ｅＶ以上である蒸着可能な極性有機化合物と、電子注入輸送可能で蒸着可能な有機化合物とを含む有機薄膜層を備えることにより、発光輝度、発光効率などの素子特性をより長期間にわたってより高水準に維持できる有機ＥＬ素子が有効に実現可能となる。

また、本発明の有機ＥＬ素子の製造方法は、基板と、基板の一側に互いに対向するように配置された第１の電極層及び第２の電極層と、これらの電極層間に配置された発光層とを備え、第１の電極層及び第２の電極層のいずれか一方がホール注入電極層であり、他方が電子注入電極層であり、発光層と電子注入電極層との間に有機薄膜層が設けられている有機ＥＬ素子の製造方法であって、エネルギーギャップが３．５ｅＶ以上の蒸着可能な極性化合物でありビニルピリジンの重合体である第１の有機化合物と、エネルギーギャップが３．５ｅＶ未満の蒸着可能なアントラセン誘導体又は上記式（ｉ）若しくは（ｉｉ）で示される化合物であるである第２の有機化合物と、を含む有機薄膜層を形成することにより上記有機薄膜層を形成する有機薄膜層形成工程を備え、有機薄膜層形成工程において、第１の有機化合物と、第２の有機化合物と、を発光層上に共蒸着することにより有機薄膜層を形成することを特徴とする。

本発明の有機ＥＬ素子の製造方法によれば、上記本発明の第一の有機ＥＬ素子を容易に且つ確実に得ることができる。

さらに、上記有機薄膜層形成工程において、上記第１の有機化合物と、上記第２の有機化合物と、を発光層上に真空蒸着することにより有機薄膜層を形成することが好ましい。真空蒸着により有機薄膜層を形成する場合、膜厚の制御性に優れ且つ不純物質が含まれにくいので、膜厚が均一で高純度の有機薄膜層をより容易に且つより確実に形成することが可能となる。これにより、得られる本発明の第一の有機ＥＬ素子の発光輝度、発光効率、及び寿命をさらに向上させることが可能となる。また、有機薄膜層が発光層上に設けられることによって、より効果的なホールブロッキングが可能となり発光層への電子注入が促進され、得られる有機ＥＬ素子の駆動電圧の低減を図ることがより容易且つより確実となる。

本発明よれば、発光輝度及び発光効率に十分優れ、これらの素子特性を長期間にわたって高水準に維持することが可能な長寿命の有機ＥＬ素子及びその製造方法を提供することができる。

以下、本発明の好適な実施形態について、必要に応じて図面を参照しながら詳細に説明する。

まず、本発明の有機ＥＬ素子の好適な実施形態について、図１を参照しながら詳細に説明する。図１は、本発明の有機ＥＬ素子の第１実施形態を示す模式断面図である。

本実施形態の有機ＥＬ素子１は、基板１０と、基板１０の一側に形成された第１の電極層１２と、第１の電極層１２上に形成された、発光層２０と、発光層２０上に形成された有機薄膜層１６と、有機薄膜層１６上に形成された第２の電極層１８とを備え、第１の電極層１２がホール注入電極層であり、第２の電極層１８が電子注入電極層である。

さらに、有機薄膜層１６は、エネルギーギャップが３．５ｅＶ以上の蒸着可能な極性化合物である第１の有機化合物とエネルギーギャップが３．５ｅＶ未満の蒸着可能な第２の有機化合物とを含んで構成されている。

本実施形態にかかる有機ＥＬ素子１は、上記の構成を有していることにより、発光輝度及び発光効率に十分優れ、これらの素子特性を長期間にわたって高水準に維持することが可能となっている。有機ＥＬ素子１がこのような効果を有している理由については、本発明者らは以下のとおり推察する。すなわち、上記した第１の有機化合物及び第２の有機化合物を含んで構成される有機薄膜層１６が、有機薄膜層がホールに対するブロッキング層として機能するとともに、十分な電子注入性を同時に発揮し、電子とホールとの注入バランスを取ることが可能になるものと考えられる。そして、発光層におけるホールと電子との再結合の確率が上昇し、十分に高い発光効率及び寿命を有する有機ＥＬ素子を得ることができると考えられる。

また、有機薄膜層１６が発光層２０上に設けられている有機ＥＬ素子１では、より効果的なホールブロッキングが可能となり、発光層２０への電子注入が促進され、駆動電圧の低減を図ることがより容易且つより確実となっている。また、極性化合物である第１の有機化合物を含む有機薄膜層１６は電子注入電極層との付着性に優れているので、電子注入電極層の有機ＥＬ素子に対する付着性を十分に確保するとともに、電子注入電極層の膜厚を薄くすることが可能となる。これにより、有機ＥＬ素子１は更なる高効率化及び長寿命化を図ることができる。

（基板）
基板１０としては、非晶質基板（例えばガラス、石英など）、結晶基板（例えば、Ｓｉ、ＧａＡｓ、ＺｎＳｅ、ＺｎＳ、ＧａＰ、ＩｎＰなど）が挙げられ、またこれらの結晶基板に結晶質、非晶質あるいは金属のバッファ層を形成した基板も用いることができる。また金属基板としては、Ｍｏ、Ａｌ、Ｐｔ、Ｉｒ、Ａｕ、Ｐｄなどを用いることができる。さらには、樹脂フィルム基板（例えば、ポリエチレンテレフタレートなど）も用いることができる。

基板１０が光取り出し側となる場合、ガラスや石英などの透明基板を用いることが好ましく、特に、安価なガラスの透明基板を用いることが好ましい。透明基板には、発色光の調整のために、色フィルター膜や蛍光物質を含む色変換膜、あるいは誘電体反射膜などを設けてもよい。

（ホール注入電極層）
第１の電極層であるホール注入電極（陽極）層１２に用いる材料は、発光層へホールを効率よく注入することのできるものが好ましく、仕事関数４．５ｅＶ〜５．５ｅＶの物質が好ましい。具体的には、透明導電膜である錫ドープ酸化インジウム（ＩＴＯ）、亜鉛ドープ酸化インジウム（ＩＺＯ）、酸化インジウム（Ｉｎ_２Ｏ_３）、酸化スズ（ＳｎＯ_２）および酸化亜鉛（ＺｎＯ）のいずれかを主組成としたものが好ましい。

これらの酸化物は、その化学量論組成から多少偏倚していてもよい。ＩＴＯでのＩｎ_２Ｏ_３に対するＳｎＯ_２の混合比は、１〜２０質量％であると好ましく、５〜１２質量％であるとより好ましい。また、ＩＺＯでのＩｎ_２Ｏ_３に対するＺｎＯの混合比は、通常、１２〜３２質量％程度である。ホール注入電極層１２は、仕事関数を調整するため、シリカ（ＳｉＯ_２）を含有していてもよい。ＳｉＯ_２の含有量は、ＩＴＯに対して０．５〜１０モル％程度が好ましい。ＳｉＯ_２を含有することにより、ＩＴＯの仕事関数が増大する傾向にある。

光を取り出す側の電極層は、ホール注入電極層に限らず、有機ＥＬ素子の発光波長領域である４００〜７００ｎｍにおける透過率、特にＲＧＢ各色の波長における透過率は５０％以上であると好ましく、８０％以上であるとより好ましく、９０％以上であるとさらに好ましい。光透過率が５０％未満であると、発光層からの発光自体が減衰され、発光素子として必要な輝度を得難くなる傾向にある。

ホール注入電極層１２の膜厚は、光を取り出す側の電極層となるので、上述の光透過率を考慮して決定することが好ましい。例えば酸化物の透明導電膜を用いる場合、その膜厚は、５０〜５００ｎｍであると好ましく、５０〜３００ｎｍであるとより好ましい。ホール注入電極層１２の膜厚が５００ｎｍを超えると、光透過率が不十分となると共に、基板１０からのホール注入電極層１２の剥離が発生する傾向にある。また、膜厚の減少に伴い光透過性は向上するが、膜厚が５０ｎｍ未満の場合、発光層２０へのホール注入効率が低下すると共に膜の強度が低下してしまう傾向にある。

（電子注入電極層）
第２の電極層である電子注入電極（陰極）層１８に用いる材料は、後述する有機薄膜層１６の効果により、比較的低い仕事関数を有している必要がないため、特に限定されることはない。したがって、比較的低い仕事関数を有するＬｉ、Ｎａ、Ｋ若しくはＣｓなどのアルカリ金属、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ若しくはＢａなどのアルカリ土類金属、ＬｉＦ若しくはＣｓＩなどのアルカリハロゲン化物、Ｌｉ_２Ｏなどの酸化物、Ｌａ、Ｃｅ、Ｓｎ、Ｚｎ若しくはＺｒなどのアルカリ金属又はアルカリ土類金属と特性が近い金属を用いることができ、さらには、比較的高い仕事関数を有するＡｌ，Ａｇ，Ｉｎ，Ｔｉ，Ｃｕ，Ａｕ，Ｍｏ，Ｗ，Ｐｔ，Ｐｄ若しくはＮｉ、又は、これらの金属の合金、或いはこれらの金属と他の金属との合金をも用いることが可能である。また、これらのうち１種を単独で又は２種以上を組み合わせて用いることもできる。

これらのなかで、後述する有機薄膜層１６の機能を有効に発揮する観点から、ＬｉＦを電子注入電極層１８に用いると好ましい。電子注入電極層１８にＬｉＦを用いることにより、発光輝度、発光効率および寿命がさらに高水準で達成可能となる。

電子注入電極層１８の膜厚は、発光層２０への電子注入が可能であれば特に制限されないが、アルカリ金属又はアルカリ土類金属を用いる場合は、好ましくは０．１〜１００ｎｍ、より好ましくは１．０〜５０ｎｍである。また、アルカリハロゲン化物もしくはＬｉ_２Ｏなどの酸化物を用いる場合の膜厚は、発光層２０への電子注入能力の点からできるだけ薄い方が好ましく、具体的には、１０ｎｍ以下であると好ましく、１ｎｍ以下であるとより好ましい。

さらに、本実施形態の有機ＥＬ素子においては、電子注入電極層１８が複数の層構成を有していることが、発光輝度、発光効率、及び寿命をさらに向上させる観点から好ましい。例えば、電子注入電極層１８を２層構成とする場合には、有機薄膜層１６側の層を第１の電子注入電極層、有機薄膜層１６側と反対側の層を第２の電子注入電極層（以下、第１の電子注入電極層を「電子注入電極層」、第２の電子注入電極層を「保護電極層」という場合もある）とすることができる。この場合、第１の電子注入電極層に用いる材料は、上記アルカリ金属、上記アルカリ土類金属、Ｙｂ，Ｌａ，Ｅｒ，Ｓｍ，Ｃｅなどの希土類金属、及びこれら金属の化合物からなる群より選択される少なくとも１種の金属又は化合物が好ましい。また、第２の電子注入電極層（保護電極層）に用いる材料は、Ａｌ，Ａｇ，Ｉｎ，Ｔｉ，Ｃｕ，Ａｕ，Ｍｏ，Ｗ，Ｐｔ，Ｐｄ若しくはＮｉ、又は、これらの金属の合金、或いはこれらの金属と他の金属との合金を用いることが好ましい。

上記の実施形態では、極性化合物である第１の有機化合物を含む有機薄膜層によって、無機化合物薄膜層である上記第１の電子注入電極層の付着性が改善され、より高い発光効率および寿命を有する有機ＥＬ素子を得ることができる。

第１の電子注入電極層の膜厚は、０．０１〜１０ｎｍが好ましく、０．０１〜５ｎｍがより好ましい。また、第２の電子注入電極層の膜厚は、５〜１０００ｎｍが好ましく、５０〜１０００ｎｍがより好ましい。

（発光層）
発光層２０に用いられる発光材料としては、例えば、有機金属錯体若しくは蛍光色素などの低分子発光材料（発光性低分子化合物）、又は、π共役系高分子化合物若しくは分子分散型高分子化合物（非共役系高分子化合物中に蛍光色素を分散した構造を有する高分子化合物）などの高分子発光材料（発光性高分子化合物）が挙げられる。あるいは、比較的低い発光性を有する発光材料をホスト材料とし、比較的高い発光性を有する発光材料をドーパント材料（ゲスト材料）として混合して用いるなどの、二種以上の発光材料を組み合わせて用いてもよい。

発光層２０を構成する好ましい低分子化合物としては、ナフタレン誘導体、フェナンスレン誘導体、アントラセン誘導体、ナフタセン誘導体、ピレン誘導体、ペリレン誘導体、コロネン誘導体、インデン誘導体、フルオレン誘導体、フルオランテン誘導体、スチルベン誘導体、ペンタジエン誘導体、オキサゾール誘導体、オキサジアゾール誘導体、チアゾール誘導体、イミダゾール誘導体、インドール誘導体、トリアゾール誘導体、ピリジン誘導体、ピラジン誘導体、ピロール誘導体、チオフェン誘導体、キノリン誘導体、キノキサリン誘導体、カルバゾール誘導体、トリフェニルアミン誘導体、ジアミノビフェニル誘導体、スチリルアミン誘導体、ピラン誘導体、クマリン、キナクドリン誘導体、又は、Ａｌ、Ｚｎ、Ｂｅ、Ｉｒ、Ｐｔ若しくは希土類金属等を中心金属とした有機金属錯体化合物等が挙げられる。これらは１種を単独で、又は２種以上を組み合わせて用いてもよい。

高分子発光材料としては、例えば、発光材料を導入して高分子化したものが挙げられ、具体的には、カルバゾール、アントラセン、ナフタセン、ピレン、テトラセン、コロネン、ペリレン、フタロペリレン、ナフタロペリレン等の縮合多環化合物（さらに、置換基等を導入したこれらの誘導体であってもよい。）に直接あるいは連結基を介してビニル基を導入したモノマーを高分子化したポリビニル化合物などが挙げられる。

さらに、発光効率、耐熱性及び寿命をより向上させる観点から、高分子発光材料のなかで、分子分散型高分子化合物を発光層２０の発光材料として用いるとより好ましく、下記一般式（１）〜（４）で表される構造を有する化合物から誘導されたビニルモノマーを含む重合性モノマーを重合して得られるビニル系高分子化合物、下記一般式（５）〜（１０）で表される化合物を含む重合性モノマーを重合して得られるビニル系高分子化合物、及び、下記式（１１）〜（１３）で表される繰り返し単位を有する高分子化合物からなる群より選ばれる少なくとも１種の高分子化合物を用いると、キャリア輸送性、耐熱性及び発光効率の安定性の観点から、さらに好ましい。また、下記一般式（１）〜（４）で表される構造を有する化合物から誘導されたビニルモノマーが、上述と同様の観点から、それぞれ下記一般式（１４）〜（１６）および（１８）で表される構造を有する化合物から誘導されたビニルモノマーであるとより好ましく、下記一般式（５）、（９）および（１０）で表される化合物が、それぞれ下記一般式（２１）〜（２３）で表される化合物であるとより好ましい。

さらに、上述と同様の観点から、一般式（１６）で表される構造を有する化合物から誘導されたビニルモノマーが、下記一般式（１７）で表される構造を有する化合物から誘導されたビニルモノマーであるとさらに好ましく、一般式（１７）中のＸ^６１〜Ｘ^７３のうち少なくとも一つが総炭素数３〜２０のアルキル基を有する置換基であると特に好ましい。また、一般式（１８）で表される構造を有する化合物から誘導されたビニルモノマーが、下記一般式（１９）で表される構造を有する化合物から誘導されたビニルモノマーであるとさらに好ましく、下記一般式（２０）で表される構造を有する化合物から誘導されたビニルモノマーであるとより好ましい。

また、上述と同様の観点から、一般式（２３）で表される化合物が下記一般式（２４）もしくは（２５）で表される化合物であるとより好ましい。

ここで、式（１）中、Ｘ^１〜Ｘ^１０は同一であっても異なっていてもよく、それぞれ水素、アルキル基、アルコキシ基、アリール基、アリールオキシ基、複素環基、アミノ基、シアノ基又はハロゲン原子を表す。また、式（１）のピレン環を構成する炭素原子に結合する置換基同士は、互いに結合して環を形成してもよい。

ここで、式（２）中、Ｘ^１１〜Ｘ^２０は同一であっても異なっていてもよく、それぞれ水素、アルキル基、アルコキシ基、アリール基、アリールオキシ基、複素環基、アミノ基、シアノ基又はハロゲン原子を表す。また、式（２）のフェナントレン環を構成する炭素原子に結合する置換基同士は、互いに結合して環を形成してもよい。

ここで、式（３）中、Ｘ^２１〜Ｘ^２４は同一であっても異なっていてもよく、それぞれ置換基を表し、ｎ１は１〜３の整数を表し、ｋ１及びｋ４はそれぞれ０〜５の整数を表し、ｋ２及びｋ３はそれぞれ０〜４の整数を表す。

ここで、式（４）中、Ｘ^２５〜Ｘ^２９は同一であっても異なっていてもよく、それぞれアルキル基、アルコキシ基、アリール基、アリールオキシ基、複素環基、アミノ基、ハロゲン原子又はシアノ基を表す。ｋ５〜ｋ９は対応するベンゼン環への置換基の数を表し、ｋ５及びｋ７は０〜５の整数を表し、ｋ６及びｋ９は０〜４の整数を表し、ｋ８は０〜２の整数を表す。また、式（４）のジフェニルナフタセン環を構成する炭素原子に結合する置換基同士は、互いに結合して環を形成してもよい。

ここで、式（５）及び（６）中、Ｌ^１及びＬ^２はそれぞれ２価の基を表し、Ｘ^３０〜Ｘ^３５は同一であっても異なっていてもよく、それぞれアルキル基、アルコキシ基、アリール基、アリールオキシ基、複素環基、アミノ基、ハロゲン原子又はシアノ基を表し、ａ及びｂはそれぞれ０又は１を表し、ｋ１０、ｋ１３、ｋ１４及びｋ１５はそれぞれ０〜３の整数を表し、ｋ１１は０〜２の整数を表し、ｋ１２は０〜４の整数を表す。また、フルオランテン環を構成する炭素原子に結合した置換基同士は互いに結合して環を形成してもよい。

ここで、式（７）及び（８）中、Ｌ^３及びＬ^４はそれぞれ２価の基を示し、Ｘ^３６〜Ｘ^３８は同一であっても異なっていてよく、それぞれ水素原子又は置換基を表し、Ｙ^１〜Ｙ^４は同一であっても異なっていてもよく、それぞれ置換基を表し、ｃ及びｄはそれぞれ０又は１を表し、ｐ、ｒ及びｓはそれぞれ０〜４の整数を表し、ｑは０〜３の整数を表し、フルオレン環を構成する炭素原子に結合した置換基同士は互いに結合して環を形成してもよい。

ここで、式（９）及び（１０）中、Ｌ^５及びＬ^６はそれぞれ２価の基を示し、Ｘ^３９〜Ｘ^５８は同一であっても異なっていてもよく、それぞれ炭素原子または窒素原子を表し、ｅ及びｆはそれぞれ０又は１を表し、Ｘ^３９〜Ｘ^４８のうち一つはＬ^５で表される基又はビニル基が結合する炭素原子であり、それ以外の炭素原子には置換基が結合していてもよく、該置換基同士は互いに結合して環を形成してもよく、Ｘ^４９〜Ｘ^５８のうち一つはＬ^６で表される基又はビニル基が結合する炭素原子であり、それ以外の炭素原子には置換基が結合していてもよく、該置換基同士は互いに結合して環を形成してもよい。

ここで、式（１４）中、Ｌ^７は、単結合またはアルキレン基もしくはアリーレン基などの２価の基を表し、無置換でも置換基を有していてもよく、Ｘ^２〜Ｘ^１０は同一であっても異なっていてもよく、それぞれ水素原子、アルキル基、アルコキシ基、アリール基、アリールオキシ基、複素環基、アミノ基、シアノ基又はハロゲン原子を表す。また、式（１４）のピレン環を構成する炭素原子に結合する置換基同士は、互いに結合して環を形成してもよい。

ここで、式（１５）中、Ｌ^８は、単結合またはアルキル基もしくはアリール基などの２価の基であって、該２価の基は無置換でも置換基を有していてもよく、Ｘ^１１〜Ｘ^２０は同一であっても異なっていてもよく、それぞれ水素、アルキル基、アルコキシ基、アリール基、アリールオキシ基、複素環基、アミノ基、シアノ基又はハロゲン原子を表す。また、式（１５）のフェナントレン環を構成する炭素原子に結合する置換基同士は、互いに結合して環を形成してもよい。

ここで、式（１６）中、Ｘ^２１〜Ｘ^２３、Ｘ^５９及びＸ^６０は同一であっても異なっていてもよく、それぞれアルキル基、アルコキシ基、アリール基、アリールオキシ基、複素環基、ハロゲン原子、シアノ基、水酸基又はアミノ基を表す。ｎ１は１〜３の整数を表し、ｎ２は０又は１を表し、ｋ１は０〜５の整数を表し、ｋ２、ｋ３、ｋ１６及びｋ１７はそれぞれ０〜４の整数を表す。

ここで、式（１７）中、Ｘ^６１〜Ｘ^７３は、それぞれ同一であっても異なっていてもよく、それぞれ水素原子、アルキル基、アルコキシ基又はアリール基を表す。ｎ１は１〜３の整数を表し、ｎ２は０又は１を表す。

ここで、式（１８）中、Ｌ^９は、単結合、アルキレン基又はアリーレン基を表し、無置換でも置換基を有していてもよく、Ｘ^２５〜Ｘ^２９は同一であっても異なっていてもよく、それぞれアルキル基、アルコキシ基、アリール基、アリールオキシ基、複素環基、アミノ基、ハロゲン原子又はシアノ基を表す。ｋ５〜ｋ９は対応するベンゼン環への置換基の数を表し、ｋ５、ｋ６及びｋ９はそれぞれ０〜４の整数を表し、ｋ７は０〜５の整数を表し、ｋ８は０〜２の整数を表す。また、式（１８）のジフェニルナフタセン環を構成する炭素原子に結合する置換基同士は、互いに結合して環を形成してもよい。

ここで、式（１９）中、Ｌ^１０は、単結合、アルキレン基又はアリーレン基を表し、無置換でも置換基を有していてもよく、Ｘ^２５〜Ｘ^２９及びＸ^７４は同一であっても異なっていてもよく、それぞれアルキル基、アルコキシ基、アリール基、アリールオキシ基、複素環基、アミノ基、ハロゲン原子又はシアノ基を表す。ｋ５〜ｋ９及びｋ２１は対応するベンゼン環への置換基の数を表し、ｋ５及びｋ７はそれぞれ０〜５の整数を表し、ｋ６、ｋ９及びｋ２１はそれぞれ０〜４の整数を表し、ｋ８は０又は１を表す。また、式（１９）のジフェニルナフタセン環を構成する炭素原子に結合する置換基同士は、互いに結合して環を形成してもよい。

ここで、式（２０）中、Ｌ^１０は、単結合、アルキレン基又はアリーレン基を表し、無置換でも置換基を有していてもよく、Ｘ^２５〜Ｘ^２７、Ｘ^２９、Ｘ^７４及びＸ^７５は、同一であっても異なっていてもよく、それぞれアルキル基、アルコキシ基、アリール基、アリールオキシ基、複素環基、アミノ基、ハロゲン原子又はシアノ基を表す。ｋ５〜ｋ７、ｋ９、ｋ２１及びｋ２２は対応するベンゼン環への置換基の数を表し、ｋ５、ｋ７及びｋ２２はそれぞれ０〜５の整数を表し、ｋ６、ｋ９及びｋ２１はそれぞれ０〜４の整数を表す。また、式（２０）の、ジフェニルナフタセン環を構成する炭素原子に結合する置換基同士は、互いに結合して環を形成してもよい。

ここで、式（２１）中、Ｌ^１は２価の基を表し、Ｘ^３０〜Ｘ^３２は同一であっても異なっていてもよく、それぞれアルキル基、アルコキシ基、アリール基、アリールオキシ基、複素環基、アミノ基、ハロゲン原子又はシアノ基を表し、ａは０又は１を表し、ｋ１０は０〜３の整数を表し、ｋ１１は０〜２の整数を表し、ｋ１２は０〜４の整数を表す。また、式（２１）のフルオランテン環を構成する炭素原子に結合した置換基同士は互いに結合して環を形成してもよい。

ここで、式（２２）中、Ｌ^５は２価の基を表し、ｅは０又は１を表す。また、式（２２）のフェナントロリン環を構成する炭素原子のうちＬ^５で表される基又はビニル基が結合する原子以外の炭素原子には置換基が結合していてもよく、該置換基同士は互いに結合して環を形成してもよい。

ここで、式（２３）中、Ｌ^６は２価の基を表し、ｆは０又は１を表す。また、式（２３）のフェナントロリン環を構成する炭素原子のうちＬ^６で表される基又はビニル基が結合する原子以外の炭素原子には置換基が結合していてもよく、該置換基同士は互いに結合して環を形成してもよい。

ここで、式（２４）及び（２５）中、Ｌ^６は２価の基を表し、ｆは０又は１を表し、フェナントロリン環を構成する炭素原子のうちＬ^６で表される基又はビニル基が結合する原子以外の炭素原子には置換基が結合していてもよく、該置換基同士は互いに結合して環を形成してもよい。

また、π共役系高分子化合物を用いる場合は、下記一般式（２６）〜（２９）で表される繰り返し単位を有する高分子化合物のいずれかであると、より好ましい。

また、それぞれの上記高分子化合物の有するＬ^１〜Ｌ^１０が、置換又は未置換のフェニレン基であって、ａ〜ｆが１であると、上述と同様の観点から、特に好ましい。

さらに、発光層２０の発光材料として用いられる上記高分子化合物のうち、２種類以上の高分子化合物が有する繰り返し単位を共重合させた共重合体を該発光材料として用いることもでき、１種類以上の上記高分子化合物が有する繰り返し単位と、ここに例示していない高分子化合物が有する繰り返し単位との共重合体を該発光材料として用いることもできる。

発光層２０には、発光材料の他、必要に応じて、従来知られているホール輸送性材料及び／又は電子輸送性材料などのキャリア輸送材料を含有してもよい。

ホール輸送性材料としては、ピラゾリン誘導体、アリールアミン誘導体、スチルペン誘導体若しくはトリフェニルジアミン誘導体等を挙げることができる。

電子輸送性材料としては、オキサジアゾール誘導体、アントラキノジメタン若しくはその誘導体、ベンゾキノン若しくはその誘導体、ナフトキノン若しくはその誘導体、アントラキノン若しくはその誘導体、テトラシアノアンスラキノジメタン若しくはその誘導体、フルオレン若しくはその誘導体、ジフェニルジシアノエチレン若しくはその誘導体、ジフェノキノン誘導体、又は、８−ヒドロキシキノリン若しくはその誘導体等の有機金属錯体等を用いることができる。

キャリア輸送材料の使用量は、使用する化合物の種類などにより異なるので、十分な成膜性と発光特性を阻害しない範囲で最適な添加量を決めればよい。通常、発光材料に対して１〜４０質量％であり、より好ましくは２〜３０質量％である。

発光層２０の膜厚は、特に制限されず、また、形成方法によっても異なるが、発光効率をさらに向上させる観点から、２０〜１５０ｎｍであると好ましい。

（有機薄膜層）
有機薄膜層１６は、上述したように、エネルギーギャップが３．５ｅＶ以上の蒸着可能な極性化合物である第１の有機化合物とエネルギーギャップが３．５ｅＶ未満の蒸着可能な第２の有機化合物とを含んで構成されていることが必要である。

エネルギーギャップが３．５ｅＶ以上の蒸着可能な極性化合物である第１の有機化合物としては、下記（ａ）〜（ｅ）に示す化合物が挙げられる。
（ａ）ビニルピリジン、（メタ）アクリル酸、Ｎ−アルキルアクリルアミド、Ｎ，Ｎ−ジアルキルアクリルアミド、ヒドロキシ（メタ）アクリレート、酢酸ビニル、スチレン及びＮ−ビニルピロリドンからなる群より選択される化合物の重合体若しくは共重合体又はその骨格単位をもつ化合物。
（ｂ）アルキル基の炭素数が２〜４であるオキシアルキレン重合体若しくは共重合体又はその骨格単位をもつ化合物。
（ｃ）ポリオキサゾリン、ポリビニルブチラール又はその骨格単位をもつ化合物。
（ｄ）クラウンエーテル類、シクロファン類、トリアジン類又はカリックスアーレン類。
（ｅ）ポリエーテル類又は複素環含有化合物。
但し、上記（ａ）〜（ｅ）の化合物は、置換基を有していてもよい。

なお、上記（ａ）〜（ｅ）の化合物は、エネルギーギャップが３．５ｅＶ以上であること、蒸着可能であること、極性を有することの条件を全て満たす必要があるため、例えば、上記（ａ）に示す重合体又は共重合体において、置換基を有していないスチレンの単独重合体は極性を有していないので除かれる。また、（ｄ）の化合物のうちシクロファン類は、極性基又はヘテロ原子を分子内に含んで極性を有するものが選択される。

また、上記（ａ）〜（ｃ）の化合物は、その重量平均分子量（Ｍｗ）が２０００以下であることが好ましい。

さらに、上記（ａ）の化合物としては、下記一般式（ａ−１ａ）〜（ａ−１ｃ）で示されるポリビニルピリジンを用いることがより好ましい。

ここで、ｎは重合度を示し、ｎが４〜２０であることが好ましい。

また、上記（ｂ）に示す化合物としては、下記一般式（ｂ−１）で示される化合物が挙げられる。

ここで、式（ｂ−１）中、Ｒ^１、Ｒ^２、Ｒ^３、Ｒ^４、Ｚ及びＷはそれぞれ独立に、水素、置換基を有していてもよいアルキル基、置換基を有していてもよいアルコキシ基、置換基を有していてもよいアリール基、置換基を有していてもよいアリールオキシ基、置換基を有していてもよい複素環基、置換基を有していてもよいアミノ基、置換基を有していてもよいシアノ基、又はハロゲン原子を示す。また、Ｒ^１、Ｒ^２、Ｒ^３及びＲ^４は、互いに結合して環を形成してもよい。また、式（ｂ−１）中、ｋ１００及びｋ１０１はそれぞれ独立に、１〜４の整数を示し、ｎ２０は、２〜４５の整数を示す。

また、上記（ｂ−１）に示す化合物としては、例えば、下記一般式（ｂ−１ａ）〜（ｂ−１ｄ）で示される化合物が挙げられる。

上記クラウンエーテル類としては、例えば、下記一般式（ｄ−１）で表される構造を有する化合物が挙げられる。

ここで、式（ｄ−１）中、Ｒ^５、Ｒ^６、Ｒ^７及びＲ^８はそれぞれ独立に、水素、置換基を有していてもよいアルキル基、置換基を有していてもよいアルコキシ基、置換基を有していてもよいアリール基、置換基を有していてもよいアリールオキシ基、置換基を有していてもよい複素環基、置換基を有していてもよいアミノ基、置換基を有していてもよいシアノ基、又はハロゲン原子を示す。また、Ｒ^５、Ｒ^６、Ｒ^７及びＲ^８は、互いに結合して環を形成してもよい。また、式（ｄ−１）中、ｋ１０２及びｋ１０３はそれぞれ独立に、１〜４の整数を示し、ｎ２１は、２〜４５の整数を示す。

上記一般式（ｄ−１）で表される構造を有する化合物としては、例えば、下記一般式（ｄ−１ａ）及び（ｄ−１ｂ）で示される化合物が挙げられる。

また、本実施形態において用いることができるクラウンエーテル類としては、下記一般式（ｄ−１ｃ）〜（ｄ−１ｇ）で示される化合物が挙げられる。

さらに、クラウンエーテル類として好ましいものとしては、例えば、下記一般式（ｄ−２）及び（ｄ−３）で表される構造を有する化合物が挙げられる。

ここで、ｎ２２及びｍ２２は、それぞれ独立に１〜５０の整数を示す。Ｘ^１０４及びＸ^１０５は同一であっても異なっていてもよく、それぞれアルキル基、アルコキシ基、アリール基、アリールオキシ基、複素環基、ハロゲン原子、シアノ基、水酸基又はアミノ基を示す。ｋ１０４及びｋ１０５は対応するベンゼン環への置換基の数を表し、ｋ１０４及びｋ１０５はそれぞれ０〜４の整数を表す。

ここで、ｎ２３は、２〜５０の整数を示す。

また、上記一般式（ｄ−２）で示されるクラウンエーテル類のうち、下記一般式（ｄ−２ａ）〜（ｄ−２ｃ）で表される構造を有する化合物を用いることが、長寿命化及び高発光効率の観点からより好ましい。

また、上記一般式（ｄ−３）で示されるクラウンエーテル類のうち、下記一般式（ｄ−３ａ）で表される構造を有する化合物を用いることが、長寿命化及び高発光効率の観点からより好ましい。

シクロファン類としては、例えば、１，６，２０，２５−テトラアゾ［６，１，６，１］パラシクロファンが挙げられる。

トリアジン類としては、例えば、トリ（２−ピリジル）−１，３，５−トリアジンが挙げられる。

カリックスアーレン類としては、例えば、４−ｔｅｒｔ−ブチルカリックスアーレンが挙げられる。

ポリエーテル類としては、上記した（ｂ）の化合物及びクラウンエーテル類以外に、ＯＡｒ構造を複数有する化合物が挙げられる。ここで、Ａｒは、置換基を有していてもよいアリール基、又は置換基を有していてもよい複素環基を表す。また、本実施形態においては、ＯＡｒ構造を２〜２０有する化合物が好適に用いられる。

上記のＯＡｒ構造を複数有する化合物としては、例えば、下記一般式（ｅ−１ａ）〜（ｅ−１ｃ）で示される化合物が挙げられる。

上記複素環含有化合物としては、例えば、下記一般式（ｅ−２）〜（ｅ−２２０）で示される化合物が挙げられる。

また、エネルギーギャップが３．５ｅＶ未満の蒸着可能な第２の有機化合物は、極性を有する化合物であってもよく、無極性の化合物であってもよい。

エネルギーギャップが３．５ｅＶ未満の蒸着可能な第２の有機化合物としては、例えば、芳香族３級アミン等の３級アミン化合物；ヒソラゾン誘導体、カルバゾール誘導体、トリアゾール誘導体、イミダゾール誘導体、キノリノール金属錯体、オキサジアゾール誘導体、ピリジン誘導体、ピリミジン誘導体、キノリン誘導体、キノキサリン誘導体、ジフェニルキノン誘導体、有機金属錯体；アントラセン、クリセン、コロネン、トリフェニレン、ナフタセン、ナフタレン、フェナントレン、ピセン、ピレン、フルオレン、ペリレン、ジインデノペリレン、ベンゾピレン、フルオランテン、ベンゾ［Ｋ］フルオランテン等の縮合多環式芳香族炭化水素およびそれらの誘導体；キナクリドン、スチリル系色素、ルブレン等の芳香族炭化水素；ジフェニルイソベンゾフラン等が挙げられる。

第２の有機化合物として用いる有機金属化合物としては、長寿命化の観点から、下記一般式で示されるＡｌｑ３又はＢＡｌｑがより好ましい。

また、第２の有機化合物として用いる縮合多環式芳香族炭化水素としては、長寿命化の観点から、下記一般式（Ｃ）で示される化合物が好ましい。

さらに、上記第２の有機化合物としては、表１に示す（Ｉ−１）〜（Ｉ−２０）の化合物が挙げられる。なお、これらの化合物は下記一般式（Ｉ）で示される化合物のＲ_１１〜Ｒ_１５、Ｒ_２１〜Ｒ_２５を表１に示されるように組み合わせたものである。

また、上記第２の有機化合物としては、表２に示す（ＩＩ−１）〜（ＩＩ−１８）の化合物が挙げられる。なお、これらの化合物は下記一般式（ＩＩ）で示される化合物のＲ_１１〜Ｒ_１５、Ｒ_２１〜Ｒ_２５を表２に示されるように組み合わせたものである。

さらに、上記第２の有機化合物としては、表３に示す（ＩＩＩ−１）〜（ＩＩＩ−２２）の化合物が挙げられる。なお、これらの化合物は下記一般式（ＩＩＩ）で示される化合物のＲ_１１〜Ｒ_１５、Ｒ_２１〜Ｒ_２５を表３に示されるように組み合わせたものである。

また、上記第２の有機化合物としては、表４に示す（ＩＶ−１）〜（ＩＶ−２０）の化合物が挙げられる。なお、これらの化合物は下記一般式（ＩＶ）で示される化合物のＲ_１１〜Ｒ_１５、Ｒ_２１〜Ｒ_２５を表４に示されるように組み合わせたものである。

さらに、上記第２の有機化合物としては、表５に示す（Ｖ−１）〜（Ｖ−２３）の化合物が挙げられる。なお、これらの化合物は下記一般式（Ｖ）で示される化合物のＲ_３１〜Ｒ_３５、Ｒ_４１〜Ｒ_４５を表５に示されるように組み合わせたものである。

また、上記第２の有機化合物としては、表６に示す（ＶＩ−１）〜（ＶＩ−２４）の化合物が挙げられる。なお、これらの化合物は下記一般式（ＶＩ）で示される化合物のＲ_３１〜Ｒ_３５、Ｒ_４１〜Ｒ_４５を表６に示されるように組み合わせたものである。

さらに、上記第２の有機化合物としては、表７及び８に示す（ＶＩＩ−１）〜（ＶＩＩ−２７）の化合物が挙げられる。なお、これらの化合物は下記一般式（ＶＩＩ）で示される化合物のＲ_３１〜Ｒ_３５、Ｒ_４１〜Ｒ_４５を表７及び８に示されるように組み合わせたものである。

また、上記第２の有機化合物としては、下記一般式（ＶＩＩＩ−１）〜（ＶＩＩＩ−７）で示される化合物、下記一般式（ＩＸ−１）〜（ＩＸ−６）で示される化合物、および下記一般式（Ｘ−１）で示される化合物が挙げられる。

第２の有機化合物としてのアントラセン誘導体は、より具体的には、下記の化合物が挙げられる。

第２の有機化合物としてのピレン誘導体は、より具体的には、下記の化合物が挙げられる。

第２の有機化合物としてのペリレン誘導体は、より具体的には、下記の化合物が挙げられる。

第２の有機化合物としてのフルオランテン誘導体は、より具体的には、下記の化合物が挙げられる。

第２の有機化合物としてのベンゾ［Ｋ］フルオランテン誘導体は、より具体的には、下記の化合物が挙げられる。

第２の有機化合物としてのジインデノペリレン誘導体は、より具体的には、下記の化合物が挙げられる。

また、第２の有機化合物としての縮合多環式芳香族炭化水素は、上記以外に下記の化合物も挙げられる。

有機薄膜層６における、エネルギーギャップが３．５ｅＶ以上の蒸着可能な極性化合物である第１の有機化合物、及び、エネルギーギャップが３．５ｅＶ未満の蒸着可能な第２の有機化合物の含有割合は、質量比［第１の有機化合物の合計質量］／［第２の有機化合物の合計質量］で１００／１〜１／１００とすることが好ましく、１０／１〜１／１０とすることがより好ましい。かかる質量比が、１／１００未満であると、すなわち第１の有機化合物の含有割合が少なすぎると、有機ＥＬ素子の発光輝度、発光効率及び寿命が低下する傾向にあり、一方、１００／１を超えると、有機薄膜層６の層厚を増加させた場合に有機ＥＬ素子の発光輝度、発光効率及び寿命が低下する傾向にあり、膜厚の制御が必要となる傾向にある。

また、質量比［第１の有機化合物の合計質量］／［第２の有機化合物の合計質量］が１／１未満である場合には、第２の有機化合物のエネルギーギャップが２．９ｅＶ以上３．５ｅＶ未満であることが好ましく、この場合、発光効率をより向上させることが可能となる。これは、かかる第２の有機化合物と第１の有機化合物との組み合わせにより、有機薄膜層のホールに対するブロッキング効果と電子注入性とがさらに向上し、発光層におけるホールと電子との再結合の確率がより上昇した結果と考えられる。

有機薄膜層６の層厚は、０．１〜１００ｎｍが好ましい。さらに、有機薄膜層６の層厚は、質量比［第１の有機化合物の合計質量］／［第２の有機化合物の合計質量］によって適宜設定することが好ましい。例えば、質量比［第１の有機化合物の合計質量］／［第２の有機化合物の合計質量］が１０／１を超え１００／１以下である場合は０．１ｎｍ〜５ｎｍが好ましく、１／１を超え１０／１以下であるときは０．１ｎｍ〜２０ｎｍが好ましく、１／１００を超え１／１以下であるときは０．１ｎｍ〜１００ｎｍが好ましい。

本発明の有機ＥＬ素子の好適な別の実施形態は、上述の本発明の有機ＥＬ素子の第１実施形態において、有機薄膜層１６が、エネルギーギャップが３．５ｅＶ以上の蒸着可能な極性化合物である第１の有機化合物と、電子注入輸送可能で蒸着可能な有機化合物とを含んで構成されているものである。

電子注入輸送可能で蒸着可能な有機化合物としては、例えば、２−（４−ビフェニルイル）−５−（４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−１，３，４，−オキサジアゾール、及び、１，３，４，−オキサジアゾール２，２’−（１，３−フェニレン）ビス［５−［４−（１，１−ジメチルエチル）フェニル］］等が挙げられる。

以上、本発明の有機ＥＬ素子の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。

本発明の有機ＥＬ素子の別の実施形態において、第１の電極層が電子注入電極（陰極）層であって、第２の電極層がホール注入電極層であってもよい。基板上に電子注入電極（陰極）層を配置した場合、電子注入電極層側を光取り出し側とすることができる。この場合には、電子注入電極層が、上述したホール注入電極層を光取り出し側とした場合の光学的条件及び膜厚条件を満たすことが好ましい。

また、さらに別の実施形態において、従来知られているように、有機層として発光層を複数積層してもよく、発光層の他にホール注入層、ホール輸送層、及び／又は電子輸送層を積層してもよい。この場合、ホール注入層はホール注入電極層の発光層側に隣接して積層され、ホール輸送層は上記ホール注入層と発光層との間に積層され、電子輸送層は電子注入電極層と有機薄膜層との間に積層されうる。

以下、これらの別の態様について図を用いて説明する。なお、第１実施形態と同一又は同等の構成要素については同一符号を付し、重複する説明を省略する。

図２は、本発明の有機ＥＬ素子の第２実施形態を示す模式断面図である。図２に示される有機ＥＬ素子２は、ホール注入電極層１２と発光層２０との間にホール注入電極層側からホール注入層２４とホール輸送層２６とを備え、有機薄膜層１６と電子注入電極層１８との間に電子輸送層２２を備えている点で有機ＥＬ素子１と異なる。

図２に示す有機ＥＬ素子２は、上記の構成を有することにより、発光輝度、発光効率及び寿命の全てを高い水準で満足することがより容易且つより確実にできる。

ホール輸送層２６に用いられるホール輸送性材料及び電子輸送層２２に用いられる電子輸送性材料としては、例えば、オキサジアゾール誘導体、アントラキノジメタン若しくはその誘導体、ベンゾキノン若しくはその誘導体、ナフトキノン若しくはその誘導体、アントラキノン若しくはその誘導体、テトラシアノアンスラキノジメタン若しくはその誘導体、フルオレン若しくはその誘導体、ジフェニルジシアノエチレン若しくはその誘導体、ジフェノキノン誘導体、又は、８−ヒドロキシキノリン若しくはその誘導体等の有機金属錯体等が挙げられる。

ホール注入層２４に用いられるホール注入材料は、例えば、ピラゾリン誘導体、アリールアミン誘導体、スチルベン誘導体若しくはトリフェニルジアミン誘導体や、ポリチオフェン若しくはポリアニリンなどの公知の導電性高分子化合物を挙げることができる。

図３は、本発明の有機ＥＬ素子の第３実施形態を示す模式断面図である。図３に示される有機ＥＬ素子３は、基板１０上に、ホール注入層２４、ホール輸送層２６、第１の発光層２０ａ、第２の発光層２０ｂ、有機薄膜層１６、第１の電子注入電極層２８、第２の電子注入電極層３０（保護電極層）がこの順に積層された構成を有しており、発光層２０が第１の発光層２０ａと第２の発光層２０ｂとからなる２層構成であること、電子注入電極層１８が第１の電子注入電極層２８と第２の電子注入電極層３０とからなる２層構成であること、並びにホール注入層２４及びホール輸送層２６が設けられている点で有機ＥＬ素子１と異なる。

有機ＥＬ素子３によれば、発光層を２層構成とすることにより、発光色の調整をより容易に行うことが可能となる。また、発光層／有機薄膜層／第１の電子注入電極層／第２の電子注入電極層の構成とすることにより、上述したように各層の付着性が向上し、駆動電圧を大幅に低下できるとともに、発光輝度、発光効率、及び寿命をさらに向上させることが可能となる。

次に、本発明の有機ＥＬ素子の製造方法の好適な実施形態について詳細に説明する。ここでは図１に示したような構成を有する有機ＥＬ素子の製造方法について説明する。

まず、用意した基板１０上に、例えば、ＩＴＯなどのホール注入電極層１２を形成する。その形成方法は、スパッタ法若しくは蒸着法などの従来用いられている方法を採用できる。

次に、ホール注入電極層１２上に発光層２０を形成する。その形成方法としては、発光層が高分子発光材料（発光性高分子化合物）を含有する場合、その発光材料が溶液から形成可能であるものならば、スピンコート法、スプレーコート法、ディップコート法、インクジェット法若しくは印刷法などの塗布法を用いることができる。これらのうち、スピンコート法を用いることが好ましく、基板１０の全面に塗布することにより、発光層２０を形成する工程が非常に簡易になり、製造装置も簡単で安価なものとすることができる。

また、発光層が低分子発光材料である場合、上述した塗布法の他、スパッタ法若しくは蒸着法などを用いてもよい。

次に、発光層２０上に有機薄膜層１６を形成する。その形成方法としては、有機薄膜層１６が第１の有機化合物と第２の有機化合物とを含む場合には、上述した第１の有機化合物と第２の有機化合物とを含む有機薄膜層を形成できる方法であればよく、スパッタ法若しくは真空蒸着などの蒸着法、或いは、スピンコート法、スプレーコート法、ディップコート法、インクジェット法若しくは印刷法などの塗布法を用いることができる。また、有機薄膜層１６が第１の有機化合物と電子注入輸送可能で蒸着可能な有機化合物とを含む場合も同様に、上記の方法により有機薄膜層１６を形成できる。

上記の方法のうち、真空蒸着により有機薄膜層１６を形成することが好ましい。真空蒸着法は膜厚の制御性に優れ且つ不純物質が含まれにくいので、膜厚が均一で高純度の有機薄膜層をより容易に且つより確実に形成することが可能となる。これにより、得られる本発明の有機ＥＬ素子の発光輝度、発光効率、及び寿命をさらに向上させることが可能となる。真空蒸着により有機薄膜層１６を形成する場合、有機薄膜層１６における質量比［第１の有機化合物の合計質量］／［第２の有機化合物の合計質量］が上記した好ましい範囲となるように、第１の有機化合物と第２の有機化合物とを共蒸着させてもよく、第１の有機化合物と第２の有機化合物との混合物を蒸着させてもよい。有機薄膜層１６が第１の有機化合物と電子注入輸送可能で蒸着可能な有機化合物とを含んで構成される場合も同様に、第１の有機化合物と電子注入輸送可能で蒸着可能な有機化合物とを共蒸着させてもよく、第１の有機化合物と電子注入輸送可能で蒸着可能な有機化合物との混合物を蒸着させてもよい。この場合の有機薄膜層１６における質量比［第１の有機化合物の合計質量］／［電子注入輸送可能で蒸着可能な有機化合物の合計質量］は、上述した質量比［第１の有機化合物の合計質量］／［第２の有機化合物の合計質量］の範囲と同様のものとすることが好ましい。

そして、有機薄膜層１６上に電子注入電極層１８を形成して、有機ＥＬ素子１が完成する。その形成方法は、蒸着法若しくはスパッタ法等の従来用いられている方法を採用することができる。

以上、本発明の有機ＥＬ素子の製造方法の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。

例えば、有機ＥＬ素子１において、第１の電極層が電子注入電極（陰極）層であって、第２の電極層がホール注入電極層である場合には、基板上に電子注入電極（陰極）層が配置される。このような有機ＥＬ素子を製造する場合には、上述とは逆の順序で各層の形成を行えばよい。

以下、実施例により本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

（実施例１）
まず、厚さ１００ｎｍのＩＴＯ透明電極（陽極）層が形成されているガラス基板を用意し、これを中性洗剤及び純水を用いて超音波洗浄し、乾燥した。続いて、ＩＴＯ透明電極層の表面をＵＶ／Ｏ_３により洗浄した後、このガラス基板を真空蒸着装置「ＶＰＣ−４１０」（真空機工株式会社、商品名）の基板ホルダに固定し、装置内を１×１０^−４Ｐａ以下まで減圧した。そして、減圧状態を維持したまま、下記一般式（Ａ）で表される化合物を、蒸着速度０．１ｎｍ／秒でＩＴＯ透明電極層上に蒸着し、厚さ８０ｎｍのホール注入層を形成した。

次いで、上記で形成したホール注入層上に、下記一般式（Ｂ）で表される化合物を蒸着速度０．１ｎｍ／秒で蒸着し、厚さ１５ｎｍのホール輸送層を形成した。

次いで、上記で形成したホール輸送層上に、下記一般式（Ｃ）で表される化合物、上記一般式（Ｂ）で表される化合物及び下記一般式（Ｄ）で表される化合物を質量比８０：２０：３の割合で混合したものを、全体の蒸着速度０．１ｎｍ／秒で蒸着し、厚さ４０ｎｍの第１の発光層を形成した。

次いで、上記で形成した第１の発光層上に、上記一般式（Ｃ）で表される化合物、上記一般式（Ｂ）で表される化合物及び下記一般式（Ｅ）で表される化合物を質量比８０：２０：３の割合で混合したものを、全体の蒸着速度０．１ｎｍ／秒で蒸着し、厚さ４０ｎｍの第２の発光層を形成した。

次いで、上記で形成した発光層上に、下記一般式（Ｆ）で表されるポリ（２−ビニルピリジン）（重量平均分子量：１０００、エネルギーギャップ：４．４ｅＶ）と、上記一般式（Ｃ）（エネルギーギャップ：３．０ｅＶ）で表される化合物とを、蒸着速度０．１ｎｍ／秒で共蒸着し、厚さ２ｎｍの有機薄膜層を形成した。なお、形成された有機薄膜層におけるポリ（２−ビニルピリジン）及び上記一般式（Ｃ）で表される化合物の質量比が、［ポリ（２−ビニルピリジン）］／［上記一般式（Ｃ）の化合物］＝１／１となるようにそれぞれの化合物の蒸着速度を制御した。

式中、ｎは重合度を示す。

次いで、上記で形成した有機薄膜層上に、ＬｉＦを蒸着速度０．０１ｎｍ／秒で蒸着し、厚さ０．２ｎｍの電子注入陰極層を形成した。続いて、この電子注入陰極層上に、アルミニウムを蒸着速度２ｎｍ／秒で蒸着し、厚さ１５０ｎｍの保護電極層を形成し、図３に示すものと同様の構成を有する実施例１の有機ＥＬ素子を得た。

この有機ＥＬ素子に直流電圧を印加して電流密度１０ｍＡ／ｃｍ^２の定電流駆動を行ったところ、駆動電圧４．３Ｖにおいて輝度７００ｃｄ／ｃｍ^２の発光が測定され、ダークスポット及び輝点が見られない均一な発光面が確認された。また、この有機ＥＬ素子を電流密度５０ｍＡ／ｃｍ^２で定電流駆動させて寿命特性を評価したところ、初期輝度が３５００ｃｄ／ｃｍ^２で、この初期輝度に対して輝度が半減するまでの時間（「輝度半減時間」、以下同じ）が２８００時間であった。これらの結果を表９に示す。

（実施例２）
有機薄膜層におけるポリ（２−ビニルピリジン）及び上記一般式（Ｃ）の化合物の質量比を、［ポリ（２−ビニルピリジン）］／［上記一般式（Ｃ）の化合物］＝１／２としたこと以外は実施例１と同様にして、実施例２の有機ＥＬ素子を得た。

この有機ＥＬ素子に直流電圧を印加して電流密度１０ｍＡ／ｃｍ^２の定電流駆動を行ったところ、駆動電圧５．７Ｖにおいて輝度７００ｃｄ／ｃｍ^２の発光が測定され、ダークスポット及び輝点が見られない均一な発光面が確認された。また、この有機ＥＬ素子を電流密度５０ｍＡ／ｃｍ^２で定電流駆動させて寿命特性を評価したところ、初期輝度が３０００ｃｄ／ｃｍ^２で、輝度半減時間が３０００時間であった。これらの結果を表９に示す。

（実施例３）
有機薄膜層の膜厚を２０ｎｍとしたこと以外は実施例１と同様にして、実施例３の有機ＥＬ素子を得た。

この有機ＥＬ素子に直流電圧を印加して電流密度１０ｍＡ／ｃｍ^２の定電流駆動を行ったところ、駆動電圧５．８Ｖにおいて輝度８００ｃｄ／ｃｍ^２の発光が測定され、ダークスポット及び輝点が見られない均一な発光面が確認された。また、この有機ＥＬ素子を電流密度５０ｍＡ／ｃｍ^２で定電流駆動させて寿命特性を評価したところ、初期輝度が４０００ｃｄ／ｃｍ^２で、輝度半減時間が３１００時間であった。これらの結果を表９に示す。

（実施例４）
有機薄膜層の膜厚を２０ｎｍとしたこと以外は実施例２と同様にして、実施例４の有機ＥＬ素子を得た。

この有機ＥＬ素子に直流電圧を印加して電流密度１０ｍＡ／ｃｍ^２の定電流駆動を行ったところ、駆動電圧６．０Ｖにおいて輝度７００ｃｄ／ｃｍ^２の発光が測定され、ダークスポット及び輝点が見られない均一な発光面が確認された。また、この有機ＥＬ素子を電流密度５０ｍＡ／ｃｍ^２で定電流駆動させて寿命特性を評価したところ、初期輝度が３８００ｃｄ／ｃｍ^２で、輝度半減時間が２５００時間であった。これらの結果を表９に示す。

（実施例５）
有機薄膜層の形成において、上記一般式（Ｃ）で表される化合物の代わりにＡｌｑ３（Tris(8-hydroxyquinolinato)aluminum(III)）（エネルギーギャップ：２．６ｅＶ）を用い、有機薄膜層におけるポリ（２−ビニルピリジン）及びＡｌｑ３の質量比を、［ポリ（２−ビニルピリジン）］／［Ａｌｑ３］＝１／１としたこと以外は実施例３と同様にして、実施例５の有機ＥＬ素子を得た。

この有機ＥＬ素子に直流電圧を印加して電流密度１０ｍＡ／ｃｍ^２の定電流駆動を行ったところ、駆動電圧６．５Ｖにおいて輝度８００ｃｄ／ｃｍ^２の発光が測定され、ダークスポット及び輝点が見られない均一な発光面が確認された。また、この有機ＥＬ素子を電流密度５０ｍＡ／ｃｍ^２で定電流駆動させて寿命特性を評価したところ、初期輝度が３８００ｃｄ／ｃｍ^２で、輝度半減時間が３０００時間であった。これらの結果を表９に示す。

（実施例６）
有機薄膜層におけるポリ（２−ビニルピリジン）及びＡｌｑ３の質量比を、［ポリ（２−ビニルピリジン）］／［Ａｌｑ３］＝１／２としたこと以外は実施例５と同様にして、実施例６の有機ＥＬ素子を得た。

この有機ＥＬ素子に直流電圧を印加して電流密度１０ｍＡ／ｃｍ^２の定電流駆動を行ったところ、駆動電圧６．５Ｖにおいて輝度５００ｃｄ／ｃｍ^２の発光が測定され、ダークスポット及び輝点が見られない均一な発光面が確認された。また、この有機ＥＬ素子を電流密度５０ｍＡ／ｃｍ^２で定電流駆動させて寿命特性を評価したところ、初期輝度が２０００ｃｄ／ｃｍ^２で、輝度半減時間が３０００時間であった。これらの結果を表９に示す。

（比較例１）
上記一般式（Ｆ）で表されるポリ（２−ビニルピリジン）及び上記一般式（Ｃ）で表される化合物からなる有機薄膜層に代えて、上記一般式（Ｃ）で表される化合物のみを発光層上に蒸着速度０．１ｎｍ／秒で蒸着して厚さ２ｎｍの有機薄膜層を形成したこと以外は実施例１と同様にして、比較例１の有機ＥＬ素子を得た。

この有機ＥＬ素子に直流電圧を印加して電流密度１０ｍＡ／ｃｍ^２の定電流駆動を行ったところ、駆動電圧５．８Ｖにおいて輝度１００ｃｄ／ｃｍ^２の発光が測定された。また、この有機ＥＬ素子を電流密度５０ｍＡ／ｃｍ^２で定電流駆動させて寿命特性を評価したところ、初期輝度が５００ｃｄ／ｃｍ^２、輝度半減時間が１０時間であり、寿命も不十分であった。これらの結果を表９に示す。

（比較例２）
上記一般式（Ｆ）で表されるポリ（２−ビニルピリジン）及び上記一般式（Ｃ）で表される化合物からなる有機薄膜層に代えて、Ａｌｑ３（Tris(8-hydroxyquinolinato)aluminum(III)）（エネルギーギャップ：２．６ｅＶ）のみを発光層上に蒸着速度１ｎｍ／秒で蒸着して厚さ２０ｎｍのＡｌｑ３層を形成したこと以外は実施例１と同様にして、比較例２の有機ＥＬ素子を得た。

この有機ＥＬ素子に直流電圧を印加して電流密度１０ｍＡ／ｃｍ^２の定電流駆動を行ったところ、駆動電圧７．０Ｖにおいて輝度３００ｃｄ／ｃｍ^２の発光が測定された。また、この有機ＥＬ素子を電流密度５０ｍＡ／ｃｍ^２で定電流駆動させて寿命特性を評価したところ、初期輝度が１５００ｃｄ／ｃｍ^２、輝度半減時間が２０００時間であった。これらの結果を表９に示す。

（比較例３）
上記一般式（Ｆ）で表されるポリ（２−ビニルピリジン）及び上記一般式（Ｃ）で表される化合物からなる有機薄膜層に代えて、上記一般式（Ｆ）で表されるポリ（２−ビニルピリジン）のみを発光層上に蒸着速度０．５ｎｍ／秒で蒸着して厚さ２０ｎｍの有機薄膜層を形成したこと以外は実施例１と同様にして、比較例３の有機ＥＬ素子を得た。

この有機ＥＬ素子に直流電圧を印加して電流密度１０ｍＡ／ｃｍ^２の定電流駆動を行ったところ、駆動電圧２５Ｖにおいて輝度２ｃｄ／ｃｍ^２の発光が測定された。また、この有機ＥＬ素子を電流密度５０ｍＡ／ｃｍ^２で定電流駆動させて寿命特性を評価したところ、発光が測定されなかった。これらの結果を表９に示す。

表１に示すように、エネルギーギャップが３．５ｅＶ以上の蒸着可能な極性有機化合物とエネルギーギャップが３．５ｅＶ未満の蒸着可能な極性又は無極性の有機化合物との混合物からなる有機薄膜層が設けられている実施例１〜６の有機ＥＬ素子は、発光輝度及び発光効率に十分優れ、これらの素子特性を長期間にわたって高水準に維持することが可能な長寿命の有機ＥＬ素子であることが確認された。特に、実施例１、３及び５の有機ＥＬ素子は、より低い駆動電圧で十分な発光輝度が得られることが確認された。

図１は、本発明の有機ＥＬ素子の第１実施形態を示す模式断面図である。図２は、本発明の有機ＥＬ素子の第２実施形態を示す模式断面図である。図３は、本発明の有機ＥＬ素子の第３実施形態を示す模式断面図である。

符号の説明

１，２，３…有機ＥＬ素子、１０…基板、１２…第１の電極層、１６…有機薄膜層、１８…第２の電極層、２０…発光層、２０ａ…第１の発光層、２０ｂ…第２の発光層、２２…電子輸送層、２４…ホール注入層、２６…ホール輸送層、２８…第１の電子注入電極層、３０…第２の電子注入電極層。

Claims

基板と、該基板の一側に互いに対向するように配置された第１の電極層及び第２の電極層と、これらの電極層間に配置された発光層と、を備える有機ＥＬ素子において、
前記第１の電極層及び前記第２の電極層のいずれか一方がホール注入電極層であり、他方が電子注入電極層であり、且つ、
前記発光層と前記電子注入電極層との間に、エネルギーギャップが３．５ｅＶ以上の蒸着可能な第１の有機化合物と、エネルギーギャップが３．５ｅＶ未満の蒸着可能な第２の有機化合物と、を含み、蒸着法により形成された有機薄膜層が設けられており、且つ、
前記第１の有機化合物が極性化合物であるビニルピリジンの重合体であり、前記第２の有機化合物がアントラセン誘導体又は下記式（ｉ）若しくは（ｉｉ）で示される化合物である、有機ＥＬ素子。
前記ビニルピリジンの重合体が、ポリ（２−ビニルピリジン）である、請求項１に記載の有機ＥＬ素子。
前記第２の有機化合物が、下記式（Ｃ）で表される化合物である、請求項１又は２に記載の有機ＥＬ素子。
前記ビニルピリジンの重合体が、ポリ（２−ビニルピリジン）である、請求項３に記載の有機ＥＬ素子。
前記ビニルピリジンの重合体の重量平均分子量が２０００以下である、請求項１〜４のいずれか一項に記載の有機ＥＬ素子。
前記有機薄膜層と前記電子注入電極層との間に、アルカリ金属、アルカリ土類金属、希土類金属及びこれら金属の化合物からなる群より選択される少なくとも１種の金属又は化合物からなる層が更に設けられている、請求項１〜５のいずれか１項に記載の有機ＥＬ素子。
基板と、該基板の一側に互いに対向するように配置された第１の電極層及び第２の電極層と、これらの電極層間に配置された発光層と、を備え、
前記第１の電極層及び前記第２の電極層のいずれか一方がホール注入電極層であり、他方が電子注入電極層であり、前記発光層と前記電子注入電極層との間に有機薄膜層が設けられている、有機ＥＬ素子の製造方法であって、
エネルギーギャップが３．５ｅＶ以上の蒸着可能な極性化合物でありビニルピリジンの重合体である第１の有機化合物と、エネルギーギャップが３．５ｅＶ未満の蒸着可能なアントラセン誘導体又は下記式（ｉ）若しくは（ｉｉ）で示される化合物であるである第２の有機化合物と、を含む有機薄膜層を形成することにより前記有機薄膜層を形成する有機薄膜層形成工程を備え、
前記有機薄膜層形成工程において、前記第１の有機化合物と、前記第２の有機化合物と、を前記発光層上に共蒸着することにより前記有機薄膜層を形成する、有機ＥＬ素子の製造方法。