JP5294872B2 - 有機エレクトロルミネッセンス素子 - Google Patents

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Description

本発明は、有機エレクトロルミネッセンス（ＥＬ）素子に関し、さらに詳しくは、寿命が長く、高発光効率が得られる有機ＥＬ素子に関する。
有機ＥＬ素子は、電界を印加することにより、陽極より注入された正孔と陰極より注入された電子の再結合エネルギーにより蛍光物質が発光する原理を利用した自発光素子である。
例えば、特許文献１では高効率化の技術として正孔阻止層を用いることが提案されている。しかしながら、青色発光のように発光層がワイドギャップ化している場合は、イオン化ポテンシャルが大きくなるため、それに組み合わせるための正孔阻止層のイオン化ポテンシャルはさらに大きくしなければならない。その結果、材料の選択が難しく、寿命が短い場合が多いため実用化されていない。
最近では、電子注入輸送層を２層以上設けた構成が検討されている。例えば、特許文献２では再結合効率を高めるため、イオン化ポテンシャルが発光層よりも０．２ｅＶ以上大きい、ジスチリルアリーレン誘導体からなる正孔阻止層を発光層に隣接して設けた素子を開示している。これにより発光効率を向上している。
特許文献３では、電子移動度が高く、かつ正孔移動度が低く、さらに正孔を効率的に発光層内に閉じこめるために、発光層のイオン化ポテンシャルより０．２ｅＶ以上大きいイオン化ポテンシャルの値を有する混合配位子錯体、二核金属錯体、１，２，４−トリアゾール環を少なくとも一個有する化合物、又はスチリル化合物材料を正孔阻止層に用いた素子が開示されている。
特許文献４では、正孔阻止層に用いる材料としてカルバゾリル基とフェニレン基からなる化合物を用いた素子の開発も行われている。
特許文献５では、高効率で長寿命素子を得るために、電子輸送性が高くかつ電子輸送層と発光層とのイオン化ポテンシャルの差が０．１ｅＶ以下となるナフタセン誘導体又はアントラセン誘導体からなる電子輸送層と、フェナントロリン又はフェナントロリン誘導体からなる電子注入層を積層し、さらに電子輸送材料とホスト材料の双極子モーメントを限定することで、電子輸送層への正孔の突き抜けを抑制し、電子輸送層での励起子生成が抑えられることで電子輸送層での発光を抑制した赤色系素子が開示されている。
特許文献６には、発光層と電子輸送層の間に電子注入抑制層を挿入した青色発光素子が開示されている。
また、特許文献７には、発光層と電子輸送層の間に挿入する非正孔障壁バッファ層として発光層のホスト材料と同一のイオン化ポテンシャル、同一の電子親和力を有するアントラセン誘導体を用いた青色発光素子が開示されている。
さらに特許文献８では、アントラセン誘導体を電子輸送層に用いた素子が開示されている。
しかしながら、従来の素子は実用的な寿命と駆動電圧、発光効率を兼ね備えていなかった。さらに、実用的な素子性能を得るための電子輸送層と電子注入層の最適な組合わせも見出されていない。
特開平２−１９５６８３公報 特開平１１−２４２９９６公報 特開平１１−３２９７３４公報 特開２００３−３１３７１公報 特開２００３−３３８３７７公報 特開２００４−３６２９１４公報 米国公開特許２００５−００６４２３５ 特表２００６−５１８５４５公報
本発明の目的は、実用的な効率と寿命を有する有機ＥＬ素子を提供することである。
本発明によれば、以下の有機ＥＬ素子が提供される。
１．陰極と陽極の間に、少なくとも発光層、電子輸送層及び電子注入層を含み、
前記発光層が、ピレン誘導体、クリセン誘導体、フルオレン誘導体又はアントラセン誘導体であるホスト材料を含有し、
前記電子輸送層が、ピレン誘導体、クリセン誘導体、フルオレン誘導体又はへテロ環を含まないアントラセン誘導体であって、前記発光層が含有するホスト材料よりも蛍光量子収率の小さい電子輸送材料を含有し、
前記電子注入層が、非錯体の含窒素５員複素環構造を含む化合物を含有する有機エレクトロルミネッセンス素子。
２．前記発光層が含有するホスト材料の蛍光量子収率が０．１５〜１であり、
前記電子輸送層が含有する電子輸送材料の蛍光量子収率が０．１〜０．２である１に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
３．前記電子輸送層の電子輸送材料が、下記式（１）で表される芳香族化合物（ただし２−（１，１−ジメチルエチル）−９，１０−ビス（２−ナフタレニル）アントラセンと９，１０−ジ−（２−ナフチル）アントラセンは除く）である１又は２に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
（式中、Ｙ、Ｙ’はそれぞれ置換もしくは無置換の核原子数５〜６０のアリール基ある。
Ｘは、それぞれ置換もしくは無置換の核炭素数６〜５０のアリール基、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１〜５０のアルコキシ基、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核原子数５〜５０のアリールオキシ基、置換もしくは無置換の核原子数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、カルボキシル基、ハロゲン原子、シアノ基、ニトロ基又はヒドロキシル基である。
ａ及びｂは、それぞれ０〜４の整数である。
ｒは１〜３の整数である。ｒ、ａ又はｂが複数のとき、複数のＸは同一でも異なってもよい。）
４．前記電子輸送層の電子輸送材料が、下記式（２）で表される芳香族化合物である１又は２に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
（式中、Ａｒ１及びＡｒ２は、それぞれ置換もしくは無置換の核炭素数６〜５０のアリール基である。
ｐ及びｑは、それぞれ１〜４の整数である。ｐ又はｑが複数のとき、複数のＡｒ１又はＡｒ２は同一でも異なってもよい。
Ｒ１〜Ｒ１０は、それぞれ水素原子、置換もしくは無置換の核炭素数６〜５０のアリール基、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シクロアルキル基、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炭素数６〜５０のアラルキル基、置換もしくは無置換の核原子数５〜５０のアリールオキシ基、置換もしくは無置換の核原子数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シリル基、カルボキシル基、ハロゲン原子、シアノ基、ニトロ基又はヒドロキシル基である。）
５．前記電子輸送層の電子輸送材料が、下記式（３）で表される芳香族化合物（ただし２−（１，１−ジメチルエチル）−９，１０−ビス（２−ナフタレニル）アントラセンと９，１０−ジ−（２−ナフチル）アントラセンは除く）である１又は２に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
（式中、Ａ１及びＡ２は、それぞれ置換もしくは無置換の核炭素数１０〜２０の縮合芳香族環基である。
Ａｒ１及びＡｒ２は、それぞれ水素原子又は置換もしくは無置換の核炭素数６〜５０のアリール基である。
Ｒ１〜Ｒ１０は、それぞれ水素原子、置換もしくは無置換の核炭素数６〜５０のアリール基、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シクロアルキル基、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炭素数６〜５０のアラルキル基、置換もしくは無置換の核原子数５〜５０のアリールオキシ基、置換もしくは無置換の核原子数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シリル基、カルボキシル基、ハロゲン原子、シアノ基、ニトロ基又はヒドロキシル基である。
Ａｒ１、Ａｒ２、Ｒ９及びＲ１０は、隣接するもの同士で飽和もしくは不飽和の環状構造を形成していてもよい。）
６．前記電子輸送層の電子輸送材料が、下記式（４）で表される芳香族化合物である１又は２に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
（式中、Ｒ１１〜Ｒ２０は、それぞれ水素原子、アルキル基，シクロアルキル基，置換もしくは無置換のアリール基，アルコキシル基，アリーロキシ基，アルキルアミノ基，アルケニル基，又はアリールアミノ基を示す。
ｕ及びｖは、それぞれ１〜５の整数を示し、それらが２以上の場合、Ｒ１同士又はＲ２同士は、同一でも異なっていてもよく、またＲ１同士又はＲ２同士が結合して環を形成していてもよいし、Ｒ１３とＲ１４，Ｒ１５とＲ１６，Ｒ１７とＲ１８，Ｒ１９とＲ２０がたがいに結合して環を形成していてもよい。
Ｌ１は単結合、−Ｏ−，−Ｓ−，−Ｎ（Ｒ）−（Ｒはアルキル基又は置換もしくは無置換のアリール基である）、アルキレン基又はアリーレン基を示す。）
７．前記電子輸送層の電子輸送材料が、下記式（５）で表される芳香族化合物である１又は２に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
（式中、Ｒ２１〜Ｒ３０は、それぞれ水素原子、アルキル基，シクロアルキル基，アリール基，アルコキシル基，アリーロキシ基，アルキルアミノ基，アリールアミノ基又は置換もしくは無置換の複数環基を示す。
ｃ，ｄ，ｅ及びｆは、それぞれ１〜５の整数を示し、それらが２以上の場合、Ｒ２１同士，Ｒ２２同士，Ｒ２６同士又はＲ２７同士は、同一でも異なっていてもよく、またＲ２１同士，Ｒ２２同士，Ｒ２６同士又はＲ２７同士が結合して環を形成していてもよいし、Ｒ２３とＲ２４，Ｒ２８とＲ２９が互いに結合して環を形成していてもよい。
Ｌ２は単結合、−Ｏ−，−Ｓ−，−Ｎ（Ｒ）−（Ｒはアルキル基又は置換もしくは無置換のアリール基である）、アルキレン基又はアリーレン基を示す。）
８．前記電子輸送層の電子輸送材料が、下記式（６）で表される芳香族化合物である１又は２に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。

（Ａ３）ｑ−（Ｘ１）ｈ−（Ａｒ１１）ｉ−（Ｙ１）ｊ−（Ｂ１）ｋ （６）

（式中、Ｘ１は、それぞれ置換もしくは無置換のピレン残基である。
Ａ３及びＢ１は、それぞれ水素原子、置換もしくは無置換の核炭素数３〜５０の芳香族炭化水素基、置換もしくは無置換の核炭素数１〜５０の芳香族複素環基、置換もしくは無置換の炭素数１〜５０のアルキル基あるいはアルキレン基、又は置換もしくは無置換の炭素数１〜５０のアルケニル基あるいはアルケニレン基である。
Ａｒ１１は、それぞれ置換もしくは無置換の核炭素数３〜５０の芳香族炭化水素基又は置換もしくは無置換の核炭素数１〜５０の芳香族複素環基である。
Ｙ１は、それぞれ置換もしくは無置換のアリール基である。
ｈは１〜３の整数、ｑ及びｋはそれぞれ０〜４の整数、ｊは０〜３の整数、ｉは１〜５の整数である。）
９．前記電子輸送層の電子輸送材料が、下記式（７）で表される芳香族化合物である１又は２に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
（式中、Ａｒ及びＡｒ’は、それぞれ置換もしくは無置換の核炭素数６〜５０のアリール基である。
Ｌ及びＬ’は、それぞれ置換もしくは無置換のフェニレン基、置換もしくは無置換のナフタレニレン基、置換もしくは無置換のフルオレニレン基又は置換もしくは無置換のジベンゾシロリレン基である。
ｍは０〜２の整数、ｎは１〜４の整数、ｓは０〜２の整数、ｔは０〜４の整数である。ｍ，ｎ，ｓ又はｔが複数のとき、複数のＡｒ、Ａｒ’、Ｌ又はＬ’は同一でも異なってもよい。
また、Ｌ又はＡｒは、ピレンの１〜５位のいずれかに結合し、Ｌ’又はＡｒ’は、ピレンの６〜１０位のいずれかに結合する。）
１０．前記電子輸送層の電子輸送材料が、下記式（８）で表される芳香族化合物である１又は２に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
（式中、Ａ５〜Ａ８は、それぞれ置換もしくは無置換のビフェニル基又は置換もしくは無置換のナフチル基である。）
１１．前記電子輸送層の電子輸送材料が、下記式（９）で表される芳香族化合物である１又は２に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
（式中、Ａ９〜Ａ１１は、それぞれ独立に、置換もしくは無置換の核炭素数６〜５０のアリーレン基である。Ａ１２〜Ａ１４は、それぞれ独立に、水素原子、又は置換もしくは無置換の核炭素数６〜５０のアリール基である。Ｒ３１〜Ｒ３３は、それぞれ独立に、水素原子、炭素数１〜６のアルキル基、炭素数３〜６のシクロアルキル基、炭素数１〜６のアルコキシル基、炭素数５〜１８のアリールオキシ基、炭素数７〜１８のアラルキルオキシ基、炭素数５〜１６のアリールアミノ基、ニトロ基、シアノ基、炭素数１〜６のエステル基又はハロゲン原子を示し、Ａ９〜Ａ１４のうち少なくとも１つは３環以上の縮合芳香族環を有する基である。）
１２．前記電子輸送層の電子輸送材料が、下記式（１０）で表される芳香族化合物である１又は２に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
（式中、Ｒ４１及びＲ４２は、水素原子、置換もしくは無置換のアルキル基、置換もしくは無置換のアラルキル基、置換もしくは無置換のアリール基，置換もしくは無置換の複素環基、置換アミノ基、シアノ基又はハロゲン原子を示す。異なるフルオレン基に結合するＲ４１同士、Ｒ４２同士は、同じであっても異なっていてもよく、同じフルオレン基に結合するＲ４１及びＲ４２は、同じであっても異なっていてもよい。
Ｒ４３及びＲ４４は、水素原子、置換もしくは無置換のアルキル基、置換もしくは無置換のアラルキル基、置換もしくは無置換のアリール基又は置換もしくは無置換の複素環基を示し、異なるフルオレン基に結合するＲ４３同士、Ｒ４４同士は、同じであっても異なっていてもよく、同じフルオレン基に結合するＲ４３及びＲ４４は、同じであっても異なっていてもよい。
Ａｒ２１及びＡｒ２２は、ベンゼン環の合計が３個以上の置換もしくは無置換の縮合多環アリール基又はベンゼン環と複素環の合計が３個以上の置換もしくは無置換の炭素でフルオレン基に結合する縮合多環複素環基を示し、Ａｒ２１及びＡｒ２２は、同じであっても異なっていてもよい。
ｗは、１〜１０の整数を表す。ｗが複数のとき、複数のＲ４１、Ｒ４２、Ｒ４３又はＲ４４は同一でも異なってもよい。）
１３．前記電子注入層の含窒素５員複素環構造を含む化合物が、下記式（１２）で表される化合物である１〜１２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。
｛式中、Ｒ５９〜Ｒ７０は、それぞれ、水素原子、置換もしくは無置換の核原子数５〜６０のアリール基、置換もしくは無置換の核原子数５〜６０のヘテロアリール基、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核原子数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核原子数５〜５０のアリールオキシ基、置換もしくは無置換の核原子数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核原子数５〜５０のアリール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、Ｒ５９〜Ｒ７０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、Ｒ５９〜Ｒ７０の少なくとも１つは下記式で示される置換基である。
（Ｌは、置換もしくは無置換の炭素数６〜６０のアリーレン基、置換もしくは無置換の炭素数５〜６０のヘテロアリーレン基、又は置換もしくは無置換のフルオレニレン基であり、
Ａｒ３１は、置換もしくは無置換の炭素数６〜６０のアリーレン基、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、
Ａｒ３２は、水素原子、置換もしくは無置換の核原子数５〜６０のアリール基、置換もしくは無置換のピリジル基、置換もしくは無置換のキノリル基、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核原子数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核原子数５〜５０のアリールオキシ基、置換もしくは無置換の核原子数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核原子数５〜５０のアリール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。）｝
１４．前記電子注入層の含窒素５員複素環構造を含む化合物が、下記式で表される化合物である１３に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
（式中、Ｒ１ａ〜Ｒ５ｃ、Ｌａ〜Ｌｃ、Ａｒ１ａ〜Ａｒ２ｃは、上記式（１２）におけるＲ５９〜Ｒ７０、Ｌ、Ａｒ３１、Ａｒ３２とそれぞれ同じである。）
特許文献１〜８の素子構成では電子輸送層へ到達した正孔により電子輸送層内でのキャリア再結合が発生するが、従来電子輸送層に用いられていた材料はキャリア再結合による劣化が発生しやすかった。これが短寿命の一因となっていた。一方本発明では、電子注入層用及び電子輸送層用の材料として好適な化合物を選択し、かつその組み合わせを選択することにより、長寿命かつ低駆動電圧かつ高効率な有機ＥＬ素子を得ることができる。
すなわち、発光層と接する電子輸送層にキャリア再結合による劣化が発生しにくく、また発光層が含有するホスト材料に比べて蛍光量子収率が低いことから電子輸送層自体が発光しにくい芳香族系化合物を適用することにより、長寿命な有機ＥＬ素子が得られる。
一方、電子注入層として含窒素５員複素環構造を含む化合物を用いることで陰極から電子注入しやすく駆動電圧が低い有機ＥＬ素子が得られる。
さらに本発明では、電子輸送層の正孔阻止機能を利用していないため、ホスト材料と電子輸送材料のイオン化ポテンシャルが同等でも異なっていても長寿命かつ高効率な性能が得られる。
以上のことから本発明によれば、高効率かつ長寿命の発光有機ＥＬ素子が提供できる。
本発明の発光素子の一実施形態を示す概略断面図である。
本発明の有機ＥＬ素子は、陰極と陽極の間に、少なくとも発光層、電子輸送層及び電子注入層を含む。発光層は、ピレン誘導体、クリセン誘導体、フルオレン誘導体又はアントラセン誘導体であるホスト材料を含有する。電子輸送層は、ピレン誘導体、クリセン誘導体、フルオレン誘導体又はへテロ環を含まないアントラセン誘導体であって、発光層が含有するホスト材料よりも蛍光量子収率の小さい電子輸送材料を含有する。電子注入層は、非錯体の含窒素５員複素環構造を含む化合物を含有する。
本発明の素子の一例を、図を用いて説明する。
図１は本発明の発光素子の一実施形態を示す概略断面図である。
発光素子１では、基板（図示せず）上に陽極１０、正孔注入・輸送層２０、発光層３０、電子輸送層４０、電子注入層５０、及び陰極６０がこの順に積層されている。
本発明においては、発光層３０がピレン誘導体、クリセン誘導体、フルオレン誘導体又はアントラセン誘導体であるホスト材料を含有する。電子輸送層４０がピレン誘導体、クリセン誘導体、フルオレン誘導体又はへテロ環を含まないアントラセン誘導体であって、発光層が含有するホスト材料よりも蛍光量子収率の小さい電子輸送材料を含有する。また、電子注入層５０が非錯体の含窒素５員複素環構造を含む化合物を含有する。
本発明の素子構成では、発光層が所定のホスト材料を含有し、電子輸送層が所定の電子輸送材料を含有し、電子注入層が所定の含窒素５員複素環構造を含む化合物を含有している。そして、電子輸送層の電子輸送材料は、蛍光量子収率が発光層のホスト材料の蛍光量子収率よりも必ず小さい。従って、ホスト材料と電子輸送材料がまったく同一の化合物となる組合せはない。
このような構成により、従来の構成よりも電子注入層への正孔注入が抑えられ、高効率かつ低電圧な有機ＥＬ素子が得られる。また、同様の理由により、素子の長寿命化が図られる。
本発明の発光層が含有するホスト材料の蛍光量子収率は０．１５〜１、電子輸送層の電子輸送材料の蛍光量子収率は０．１〜０．２の範囲が好ましい。より好ましくは発光層が含有するホスト材料の蛍光量子収率が０．２〜１、電子輸送層の電子輸送材料の蛍光量子収率が０．１〜０．１５の範囲である。電子輸送層の電子輸送材料の蛍光量子収率を発光層のホスト材料の蛍光量子収率よりも小さくすることにより、発光層の発光強度が増大するように電子輸送層での発光を抑制できることから、電子輸送材料の劣化を防ぐことができる。このことから、長寿命かつ低駆動電圧かつ高効率、長寿命の有機ＥＬ素子を得ることができる。また、電子輸送層の発光を抑制することで、色純度が高い有機ＥＬ素子を得ることができる。
さらに、本発明においては、電子輸送層の電子輸送材料と発光層が含有するホスト材料のエネルギーギャップの差が小さいことが好ましい。具体的には、０．１ｅＶ以下であることが好ましい。
また、電子輸送層の電子輸送材料の電子移動度が高いことが好ましい。具体的には、１０４〜１０６Ｖｃｍの電圧印加時に１０−４ｃｍ２／Ｖ・ｓ以上であることが好ましい。
これにより、電子輸送材料の発光を抑え、高効率かつ色純度の高い有機ＥＬ素子が得られる。
本発明の有機ＥＬ素子の代表的な構成例を以下に示す。尚、本発明はこれに限定されるものではない。
（１）陽極／正孔輸送層／発光層／電子輸送層／電子注入層／陰極
（２）陽極／正孔注入層／正孔輸送層／発光層／電子輸送層／電子注入層／陰極
（３）陽極／絶縁層／正孔輸送層／発光層／電子輸送層／電子注入層／陰極
（４）陽極／絶縁層／正孔注入層／正孔輸送層／発光層／電子輸送層／電子注入層／陰極
（５）陽極／正孔輸送層／発光層／電子輸送層／電子注入層／絶縁層／陰極
（６）陽極／正孔注入層／正孔輸送層／発光層／電子輸送層／電子注入層／絶縁層／陰極
（７）陽極／絶縁層／正孔輸送層／発光層／電子輸送層／電子注入層／絶縁層／陰極
（８）陽極／絶縁層／正孔注入層／正孔輸送層／発光層／電子輸送層／電子注入層／絶縁層／陰極
以下、本発明の特徴部分である有機ＥＬ素子の電子輸送層、電子注入層、及び発光層で使用する材料について説明し、その後、他の構成部材について説明する。
１．電子輸送層
本発明では、ピレン誘導体、クリセン誘導体、フルオレン誘導体又はへテロ環を含まないアントラセン誘導体であって、発光層が含有するホスト材料よりも蛍光量子収率の小さい電子輸送材料を含有する。このような誘導体として、具体的には、下記式（１）〜（１０）で表される芳香族化合物が挙げられる。
下記式（１）で表される芳香族化合物（ただし２−（１，１−ジメチルエチル）−９，１０−ビス（２−ナフタレニル）アントラセンと９，１０−ジ−（２−ナフチル）アントラセンは除く）。
（式中、Ｙ、Ｙ’はそれぞれ置換もしくは無置換の核原子数５〜６０のアリール基ある。
Ｘは、それぞれ置換もしくは無置換の核炭素数６〜５０のアリール基、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１〜５０のアルコキシ基、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核原子数５〜５０のアリールオキシ基、置換もしくは無置換の核原子数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、カルボキシル基、ハロゲン原子、シアノ基、ニトロ基又はヒドロキシル基である。
ａ及びｂは、それぞれ０〜４の整数である。
ｒは１〜３の整数である。ｒ、ａ又はｂが複数のとき、複数のＸは同一でも異なってもよい。）
下記式（２）で表される芳香族化合物。
（式中、Ａｒ１及びＡｒ２は、それぞれ置換もしくは無置換の核炭素数６〜５０のアリール基である。
ｐ及びｑは、それぞれ１〜４の整数である。ｐ又はｑが複数のとき、複数のＡｒ１又はＡｒ２は同一でも異なってもよい。
Ｒ１〜Ｒ１０は、それぞれ水素原子、置換もしくは無置換の核炭素数６〜５０のアリール基、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シクロアルキル基、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炭素数６〜５０のアラルキル基、置換もしくは無置換の核原子数５〜５０のアリールオキシ基、置換もしくは無置換の核原子数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シリル基、カルボキシル基、ハロゲン原子、シアノ基、ニトロ基又はヒドロキシル基である。）
下記式（３）で表される芳香族化合物（ただし２−（１，１−ジメチルエチル）−９，１０−ビス（２−ナフタレニル）アントラセンと９，１０−ジ−（２−ナフチル）アントラセンは除く）。
（式中、Ａ１及びＡ２は、それぞれ置換もしくは無置換の核炭素数１０〜２０の縮合芳香族環基である。
Ａｒ１及びＡｒ２は、それぞれ水素原子又は置換もしくは無置換の核炭素数６〜５０のアリール基である。
Ｒ１〜Ｒ１０は、それぞれ水素原子、置換もしくは無置換の核炭素数６〜５０のアリール基、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シクロアルキル基、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炭素数６〜５０のアラルキル基、置換もしくは無置換の核原子数５〜５０のアリールオキシ基、置換もしくは無置換の核原子数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シリル基、カルボキシル基、ハロゲン原子、シアノ基、ニトロ基又はヒドロキシル基である。
Ａｒ１、Ａｒ２、Ｒ９及びＲ１０は、隣接するもの同士で飽和もしくは不飽和の環状構造を形成していてもよい。）
下記式（４）で表される芳香族化合物。
（式中、Ｒ１１〜Ｒ２０は、それぞれ水素原子、アルキル基，シクロアルキル基，置換もしくは無置換のアリール基，アルコキシル基，アリーロキシ基，アルキルアミノ基，アルケニル基，又はアリールアミノ基を示す。
ｕ及びｖは、それぞれ１〜５の整数を示し、それらが２以上の場合、Ｒ１同士又はＲ２同士は、同一でも異なっていてもよく、またＲ１同士又はＲ２同士が結合して環を形成していてもよいし、Ｒ１３とＲ１４，Ｒ１５とＲ１６，Ｒ１７とＲ１８，Ｒ１９とＲ２０がたがいに結合して環を形成していてもよい。
Ｌ１は単結合、−Ｏ−，−Ｓ−，−Ｎ（Ｒ）−（Ｒはアルキル基又は置換もしくは無置換のアリール基である）、アルキレン基又はアリーレン基を示す。）
下記式（５）で表される芳香族化合物。
（式中、Ｒ２１〜Ｒ３０は、それぞれ水素原子、アルキル基，シクロアルキル基，アリール基，アルコキシル基，アリーロキシ基，アルキルアミノ基，アリールアミノ基又は置換もしくは無置換の複数環基を示す。
ｃ，ｄ，ｅ及びｆは、それぞれ１〜５の整数を示し、それらが２以上の場合、Ｒ２１同士，Ｒ２２同士，Ｒ２６同士又はＲ２７同士は、同一でも異なっていてもよく、またＲ２１同士，Ｒ２２同士，Ｒ２６同士又はＲ２７同士が結合して環を形成していてもよいし、Ｒ２３とＲ２４，Ｒ２８とＲ２９が互いに結合して環を形成していてもよい。
Ｌ２は単結合、−Ｏ−，−Ｓ−，−Ｎ（Ｒ）−（Ｒはアルキル基又は置換もしくは無置換のアリール基である）、アルキレン基又はアリーレン基を示す。）
下記式（６）で表される芳香族化合物。
（Ａ３）ｑ−（Ｘ１）ｈ−（Ａｒ１１）ｉ−（Ｙ１）ｊ−（Ｂ１）ｋ （６）
（式中、Ｘ１は、それぞれ置換もしくは無置換のピレン残基である。
Ａ３及びＢ１は、それぞれ水素原子、置換もしくは無置換の核炭素数３〜５０の芳香族炭化水素基、置換もしくは無置換の核炭素数１〜５０の芳香族複素環基、置換もしくは無置換の炭素数１〜５０のアルキル基あるいはアルキレン基、又は置換もしくは無置換の炭素数１〜５０のアルケニル基あるいはアルケニレン基である。
Ａｒ１１は、それぞれ置換もしくは無置換の核炭素数３〜５０の芳香族炭化水素基又は置換もしくは無置換の核炭素数１〜５０の芳香族複素環基である。
Ｙ１は、それぞれ置換もしくは無置換のアリール基である。
ｈは１〜３の整数、ｑ及びｋはそれぞれ０〜４の整数、ｊは０〜３の整数、ｉは１〜５の整数である。）
下記式（７）で表される芳香族化合物。
（式中、Ａｒ及びＡｒ’は、それぞれ置換もしくは無置換の核炭素数６〜５０のアリール基である。
Ｌ及びＬ’は、それぞれ置換もしくは無置換のフェニレン基、置換もしくは無置換のナフタレニレン基、置換もしくは無置換のフルオレニレン基又は置換もしくは無置換のジベンゾシロリレン基である。
ｍは０〜２の整数、ｎは１〜４の整数、ｓは０〜２の整数、ｔは０〜４の整数である。ｍ，ｎ，ｓ又はｔが複数のとき、複数のＡｒ、Ａｒ’、Ｌ又はＬ’は同一でも異なってもよい。
また、Ｌ又はＡｒは、ピレンの１〜５位のいずれかに結合し、Ｌ’又はＡｒ’は、ピレンの６〜１０位のいずれかに結合する。）
下記式（８）で表される芳香族化合物。
（式中、Ａ５〜Ａ８は、それぞれ置換もしくは無置換のビフェニル基又は置換もしくは無置換のナフチル基である。）
下記式（９）で表される芳香族化合物。
（式中、Ａ９〜Ａ１１は、それぞれ独立に、置換もしくは無置換の核炭素数６〜５０のアリーレン基である。Ａ１２〜Ａ１４は、それぞれ独立に、水素原子、又は置換もしくは無置換の核炭素数６〜５０のアリール基である。Ｒ３１〜Ｒ３３は、それぞれ独立に、水素原子、炭素数１〜６のアルキル基、炭素数３〜６のシクロアルキル基、炭素数１〜６のアルコキシル基、炭素数５〜１８のアリールオキシ基、炭素数７〜１８のアラルキルオキシ基、炭素数５〜１６のアリールアミノ基、ニトロ基、シアノ基、炭素数１〜６のエステル基又はハロゲン原子を示し、Ａ９〜Ａ１４のうち少なくとも１つは３環以上の縮合芳香族環を有する基である。）
下記式（１０）で表される芳香族化合物。
（式中、Ｒ４１及びＲ４２は、水素原子、置換もしくは無置換のアルキル基、置換もしくは無置換のアラルキル基、置換もしくは無置換のアリール基，置換もしくは無置換の複素環基、置換アミノ基、シアノ基又はハロゲン原子を示す。異なるフルオレン基に結合するＲ４１同士、Ｒ４２同士は、同じであっても異なっていてもよく、同じフルオレン基に結合するＲ４１及びＲ４２は、同じであっても異なっていてもよい。
Ｒ４３及びＲ４４は、水素原子、置換もしくは無置換のアルキル基、置換もしくは無置換のアラルキル基、置換もしくは無置換のアリール基又は置換もしくは無置換の複素環基を示し、異なるフルオレン基に結合するＲ４３同士、Ｒ４４同士は、同じであっても異なっていてもよく、同じフルオレン基に結合するＲ４３及びＲ４４は、同じであっても異なっていてもよい。
Ａｒ２１及びＡｒ２２は、ベンゼン環の合計が３個以上の置換もしくは無置換の縮合多環アリール基又はベンゼン環と複素環の合計が３個以上の置換もしくは無置換の炭素でフルオレン基に結合する縮合多環複素環基を示し、Ａｒ２１及びＡｒ２２は、同じであっても異なっていてもよい。
ｗは、１〜１０の整数を表す。ｗが複数のとき、複数のＲ４１、Ｒ４２、Ｒ４３又はＲ４４は同一でも異なってもよい。）
また、好適な芳香族化合物として、下記式（１１）で表される化合物も挙げられる。
式（１１）中、Ｚ１，Ｚ２はそれぞれ炭素原子数６〜２５の芳香族基である。Ｚ３，Ｚ４はそれぞれ水素原子又は炭素原子数６〜３５の芳香族基である。Ｚ１〜Ｚ４の芳香族基の例として、フェニル、ビフェニル、ターフェニル、ナフチル、フェナントレニル、ピレニル、スチレニル及びこれらの組み合わせが挙げられる。Ｚ５は２〜５個のベンゼン環からなる２価の基である。
２．電子注入層
本発明では、電子注入層が非錯体の含窒素５員複素環構造を含む化合物を含有する。具体的には、下記式（１２）で表される化合物が挙げられる。
｛式中、Ｒ５９〜Ｒ７０は、それぞれ、水素原子、置換もしくは無置換の核原子数５〜６０のアリール基、置換もしくは無置換の核原子数５〜６０のヘテロアリール基、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核原子数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核原子数５〜５０のアリールオキシ基、置換もしくは無置換の核原子数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核原子数５〜５０のアリール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、Ｒ５９〜Ｒ７０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、Ｒ５９〜Ｒ７０の少なくとも１つは下記式で示される置換基である。
（Ｌは、置換もしくは無置換の炭素数６〜６０のアリーレン基、置換もしくは無置換の炭素数５〜６０のヘテロアリーレン基、又は置換もしくは無置換のフルオレニレン基であり、
Ａｒ３１は、置換もしくは無置換の炭素数６〜６０のアリーレン基、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、
Ａｒ３２は、水素原子、置換もしくは無置換の核原子数５〜６０のアリール基、置換もしくは無置換のピリジル基、置換もしくは無置換のキノリル基、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核原子数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核原子数５〜５０のアリールオキシ基、置換もしくは無置換の核原子数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核原子数５〜５０のアリール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。）｝
上記式（１２）で表される化合物の具体例を以下に例示する。
（式中、Ｒ１ａ〜Ｒ５ｃ、Ｌａ〜Ｌｃ、Ａｒ１ａ〜Ａｒ２ｃは、上記式（１２）におけるＲ５９〜Ｒ７０、Ｌ、Ａｒ３１、Ａｒ３２とそれぞれ同じである。）
Ｌａ〜Ｌｃ及びＡｒ１ａ〜Ａｒ１ｃは、好ましくは置換もしくは無置換のフェニレン基、置換もしくは無置換のビフェニレン基、置換もしくは無置換のナフチレン基又は置換もしくは無置換のアントラセニレン基、置換もしくは無置換のピリジレン基である。より好ましくはフェニレン基、メチル基で置換されたフェニレン基、ビフェニレン基、ナフチレン基又はアントラセニレン基である。
Ａｒ２ａ〜Ａｒ２ｃは、好ましくは置換もしくは無置換のフェニル基、置換もしくは無置換のビフェニル基、置換もしくは無置換のターフェニル基、置換もしくは無置換のナフチル基、置換もしくは無置換の炭素数６〜２０のアリール基である。より好ましくはフェニル基、メチル基で置換されたフェニル基、ビフェニル基、ターフェニル基、ナフチル基、ナフチル基で置換されたフェニル基である。
Ｒ１ａ，Ｒ１ｃは、好ましくは置換もしくは無置換の炭素数１〜６のアルキル基、置換もしくは無置換の炭素数６〜２０のアリール基である。より好ましくはメチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、フェニル基、メチル基で置換されたフェニル基、ビフェニル基、ナフチル基である。
Ｒ２ｂ，Ｒ２ｃは、好ましくは水素原子、置換もしくは無置換の炭素数１〜６のアルキル基、置換もしくは無置換の炭素数６〜２０のアリール基である。より好ましくはメチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、フェニル基、メチル基で置換されたフェニル基、ビフェニル基、ナフチル基である。
Ｒ３ａ〜Ｒ６ａ，Ｒ３ｂ〜Ｒ６ｂ，Ｒ３ｃ〜Ｒ６ｃは、好ましくは水素原子、置換もしくは無置換の炭素数１〜６のアルキル基、置換もしくは無置換の炭素数６〜２０のアリール基、シアノ基である。より好ましくは水素原子、メチル基、フェニル基、ビフェニル基、ナフチル基、シアノ基、トリフルオロメチル基である。
電子輸送層及び電子注入層の膜厚は、好ましくは０．１〜１００ｎｍである。
３．発光層
有機ＥＬ素子の発光層は以下（１）〜（３）の機能を併せ持つものである。
（１） 注入機能；電界印加時に陽極又は正孔注入層より正孔を注入することができ、陰極又は電子注入層より電子を注入することができる機能
（２） 輸送機能；注入した電荷（電子と正孔）を電界の力で移動させる機能
（３） 発光機能；電子と正孔の再結合の場を提供し、これを発光につなげる機能
但し、正孔の注入されやすさと電子の注入されやすさに違いがあってもよく、また、正孔と電子の移動度で表される輸送能に大小があってもよいが、どちらか一方の電荷を移動することが好ましい。
発光層はホスト材料とドーピング材料からなるものが好ましい。
本発明では、発光層のホスト材料は、ピレン誘導体、クリセン誘導体、フルオレン誘導体又はアントラセン誘導体であり、蛍光量子収率が電子輸送層の電子輸送材料の蛍光量子収率よりも大きいものである。
特にホスト材料として、上述した電子輸送層に好適に使用される式（６）〜（１０），（１１）で表される化合物であって、蛍光量子収率が０．１５〜１である化合物が好ましい。
また、ホスト材料として、下記式（１’）〜（５’）（ただし２−（１，１−ジメチルエチル）−９，１０−ビス（２−ナフタレニル）アントラセンと９，１０−ジ−（２−ナフチル）アントラセンは除く）で表される化合物であって、蛍光量子収率が０．１５〜１である化合物が好ましい。
（式中、Ｙ、Ｙ’はそれぞれ置換もしくは無置換の核原子数５〜６０のアリール基又は置換もしくは無置換の核原子数５〜６０のヘテロアリール基である。
Ｘは、それぞれ置換もしくは無置換の核炭素数６〜５０のアリール基、置換もしくは無置換の核原子数５〜５０のヘテロアリール基、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１〜５０のアルコキシ基、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核原子数５〜５０のアリールオキシ基、置換もしくは無置換の核原子数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、カルボキシル基、ハロゲン原子、シアノ基、ニトロ基又はヒドロキシル基である。
ａ及びｂは、それぞれ０〜４の整数である。
ｒは１〜３の整数である。ｒ、ａ又はｂが複数のとき、複数のＸは同一でも異なってもよい。）
（式中、Ａｒ１及びＡｒ２は、それぞれ置換もしくは無置換の核炭素数６〜５０のアリール基、又は置換もしくは無置換の核原子数５〜６０のヘテロアリール基である。
ｐ及びｑは、それぞれ１〜４の整数である。ｐ又はｑが複数のとき、複数のＡｒ１又はＡｒ２は同一でも異なってもよい。
Ｒ１〜Ｒ１０は、それぞれ水素原子、置換もしくは無置換の核炭素数６〜５０のアリール基、置換もしくは無置換の核原子数５〜５０のヘテロアリール基、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シクロアルキル基、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炭素数６〜５０のアラルキル基、置換もしくは無置換の核原子数５〜５０のアリールオキシ基、置換もしくは無置換の核原子数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シリル基、カルボキシル基、ハロゲン原子、シアノ基、ニトロ基又はヒドロキシル基である。）
（式中、Ａ１及びＡ２は、それぞれ置換もしくは無置換の核炭素数１０〜２０の縮合芳香族環基である。
Ａｒ１及びＡｒ２は、それぞれ水素原子又は置換もしくは無置換の核炭素数６〜５０のアリール基である。
Ｒ１〜Ｒ１０は、それぞれ水素原子、置換もしくは無置換の核炭素数６〜５０のアリール基、置換もしくは無置換の核原子数５〜５０のヘテロアリール基、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シクロアルキル基、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炭素数６〜５０のアラルキル基、置換もしくは無置換の核原子数５〜５０のアリールオキシ基、置換もしくは無置換の核原子数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シリル基、カルボキシル基、ハロゲン原子、シアノ基、ニトロ基又はヒドロキシル基である。
Ａｒ１、Ａｒ２、Ｒ９及びＲ１０は、隣接するもの同士で飽和もしくは不飽和の環状構造を形成していてもよい。）
（式中、Ｒ１１〜Ｒ２０は、それぞれ水素原子、アルキル基，シクロアルキル基，置換もしくは無置換のアリール基，アルコキシル基，アリーロキシ基，アルキルアミノ基，アルケニル基，又はアリールアミノ基又は置換もしくは無置換の複素環式基を示す。
ｕ及びｖは、それぞれ１〜５の整数を示し、それらが２以上の場合、Ｒ１同士又はＲ２同士は、同一でも異なっていてもよく、またＲ１同士又はＲ２同士が結合して環を形成していてもよいし、Ｒ１３とＲ１４，Ｒ１５とＲ１６，Ｒ１７とＲ１８，Ｒ１９とＲ２０がたがいに結合して環を形成していてもよい。
Ｌ１は単結合、−Ｏ−，−Ｓ−，−Ｎ（Ｒ）−（Ｒはアルキル基又は置換もしくは無置換のアリール基である）、アルキレン基又はアリーレン基を示す。）
（式中、Ｒ２１〜Ｒ３０は、それぞれ水素原子、アルキル基，シクロアルキル基，アリール基，アルコキシル基，アリーロキシ基，アルキルアミノ基，アリールアミノ基又は置換もしくは無置換の複数環基を示す。
ｃ，ｄ，ｅ及びｆは、それぞれ１〜５の整数を示し、それらが２以上の場合、Ｒ２１同士，Ｒ２２同士，Ｒ２６同士又はＲ２７同士は、同一でも異なっていてもよく、またＲ２１同士，Ｒ２２同士，Ｒ２６同士又はＲ２７同士が結合して環を形成していてもよいし、Ｒ２３とＲ２４，Ｒ２８とＲ２９が互いに結合して環を形成していてもよい。
Ｌ２は単結合、−Ｏ−，−Ｓ−，−Ｎ（Ｒ）−（Ｒはアルキル基又は置換もしくは無置換のアリール基である）、アルキレン基又はアリーレン基を示す。）
これらホスト材料の中でも、好ましくはアントラセン誘導体、ピレン誘導体、クリセン誘導体、フルオレン誘導体であり、さらに好ましくはモノアントラセン誘導体、特に好ましくは非対称アントラセン誘導体である。
これらのホスト材料は、発光層に単独でも混合して使用してもよく、あるいは他の公知のホスト材料と混合してもよい。
このような他の公知のホスト材料又はドーピング材料としては、例えば、アリールアミン化合物及び／又はスチリルアミン化合物、アントラセン、ナフタレン、フェナントレン、ピレン、テトラセン、コロネン、クリセン、フルオレセイン、ペリレン、フタロペリレン、ナフタロペリレン、ペリノン、フタロペリノン、ナフタロペリノン、ジフェニルブタジエン、テトラフェニルブタジエン、クマリン、オキサジアゾール、アルダジン、ビスベンゾキサゾリン、ビススチリル、ピラジン、シクロペンタジエン、キノリン金属錯体、アミノキノリン金属錯体、ベンゾキノリン金属錯体、イミン、ジフェニルエチレン、ビニルアントラセン、ジアミノカルバゾール、ピラン、チオピラン、ポリメチン、メロシアニン、イミダゾールキレート化オキシノイド化合物、キナクリドン、ルブレン及び蛍光色素等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
また、発光層がドーパント材料として、アリールアミン化合物及び／又はスチリルアミン化合物を含有すると好ましい。
アリールアミン化合物としては下記式（Ａ）で表される化合物等が挙げられ、スチリルアミン化合物としては下記式（Ｂ）で表される化合物等が挙げられる。
（式中、Ａｒ３０１はｐ’価の基であり、フェニル基、ナフチル基、ビフェニル基、ターフェニル基、スチルベニル基、ジスチリルアリール基の対応するｐ’価の基であり、Ａｒ３０２及びＡｒ３０３は、それぞれ水素原子又は置換もしくは無置換の炭素数が６〜２０の芳香族基である。ｐ’は、１〜４の整数である。さらに好ましくはＡｒ３０２及び／又はＡｒ３０３はスチリル基が置換されている。）
ここで、炭素数が６〜２０の芳香族基としては、フェニル基、ナフチル基、アントラセニル基、フェナントリル基、テルフェニル基等が好ましい。
（式中、Ａｒ３０４はｑ’価の置換もしくは無置換の核炭素数５〜４０の芳香族基であり、Ａｒ３０５，Ａｒ３０６はそれぞれ置換もしくは無置換の核炭素数５〜４０のアリール基である。ｑ’は、１〜４の整数である。）
ここで、核原子数が５〜４０のアリール基としては、フェニル、ナフチル、アントラセニル、フェナントリル、ピレニル、クリセニル、コロニル、ビフェニル、テルフェニル、ピローリル、フラニル、チオフェニル、ベンゾチオフェニル、オキサジアゾリル、ジフェニルアントラセニル、インドリル、カルバゾリル、ピリジル、ベンゾキノリル、フルオランテニル、アセナフトフルオランテニル、スチルベン等が好ましい。核原子数が５〜４０のアリール基は、さらに置換基により置換されていてもよく、好ましい置換基としては、炭素数１〜６のアルキル基（エチル基、メチル基、イソプロピル基、ｎ−プロピル基、ｓ−ブチル基、ｔ−ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基等）、炭素数１〜６のアルコキシ基（エトキシ基、メトキシ基、イソプロポキシ基、ｎ−プロポキシ基、ｓ−ブトキシ基、ｔ−ブトキシ基、ペントキシ基、ヘキシルオキシ基、シクロペントキシ基、シクロヘキシルオキシ基等）、核原子数５〜４０のアリール基、核原子数５〜４０のアリール基で置換されたアミノ基、核原子数５〜４０のアリール基を有するエステル基、炭素数１〜６のアルキル基を有するエステル基、シアノ基、ニトロ基、ハロゲン原子（塩素、臭素、ヨウ素等）が挙げられる。Ａｒ３０４は上記のｑ’価の基が好ましい。
尚、発光材料としては、りん光発光性の化合物を用いることもできる。りん光発光の場合は、ホスト材料にカルバゾール環を含む化合物が好ましい。りん光発光性ドーパントは三重項励起子から発光することのできる化合物であり、三重項励起子から発光する限り特に限定されないが、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｏｓ及びＲｅからなる群から選択される少なくとも一つの金属を含む金属錯体であることが好ましい。
カルバゾール環を含む化合物からなるりん光発光に好適なホストは、その励起状態からりん光発光性化合物へエネルギー移動が起こる結果、りん光発光性化合物を発光させる機能を有する化合物である。ホスト化合物としては励起子エネルギーをりん光発光性化合物にエネルギー移動できる化合物ならば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。カルバゾール環以外に任意の複素環等を有していてもよい。
このようなホスト化合物の具体例としては、カルバゾール誘導体、トリアゾール誘導体、オキサゾール誘導体、オキサジアゾール誘導体、イミダゾール誘導体、ポリアリールアルカン誘導体、ピラゾリン誘導体、ピラゾロン誘導体、フェニレンジアミン誘導体、アリールアミン誘導体、アミノ置換カルコン誘導体、スチリルアントラセン誘導体、フルオレノン誘導体、ヒドラゾン誘導体、スチルベン誘導体、シラザン誘導体、芳香族第三アミン化合物、スチリルアミン化合物、芳香族ジメチリデン系化合物、ポルフィリン系化合物、アントラキノジメタン誘導体、アントロン誘導体、ジフェニルキノン誘導体、チオピランジオキシド誘導体、カルボジイミド誘導体、フルオレニリデンメタン誘導体、ジスチリルピラジン誘導体、ナフタレンペリレン等の複素環テトラカルボン酸無水物、フタロシアニン誘導体、８−キノリノール誘導体の金属錯体やメタルフタロシアニン、ベンゾオキサゾールやベンゾチアゾールを配位子とする金属錯体に代表される各種金属錯体ポリシラン系化合物、ポリ（Ｎ−ビニルカルバゾール）誘導体、アニリン系共重合体、チオフェンオリゴマー、ポリチオフェン等の導電性高分子オリゴマー、ポリチオフェン誘導体、ポリフェニレン誘導体、ポリフェニレンビニレン誘導体、ポリフルオレン誘導体等の高分子化合物等が挙げられる。ホスト化合物は単独で使用してもよいし、２種以上を併用してもよい。
具体例としては、以下のような化合物が挙げられる。
りん光発光性のドーパントは三重項励起子から発光することのできる化合物である。三重項励起子から発光する限り特に限定されないが、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｏｓ及びＲｅからなる群から選択される少なくとも一つの金属を含む金属錯体であることが好ましく、ポルフィリン金属錯体又はオルトメタル化金属錯体が好ましい。ポルフィリン金属錯体としては、ポルフィリン白金錯体が好ましい。りん光発光性化合物は単独で使用してもよいし、２種以上を併用してもよい。
オルトメタル化金属錯体を形成する配位子としては種々のものがあるが、好ましい配位子としては、２−フェニルピリジン誘導体、７，８−ベンゾキノリン誘導体、２−（２−チエニル）ピリジン誘導体、２−（１−ナフチル）ピリジン誘導体、２−フェニルキノリン誘導体等が挙げられる。これらの誘導体は必要に応じて置換基を有してもよい。特に、フッ素化物、トリフルオロメチル基を導入したものが、青色系ドーパントとしては好ましい。さらに補助配位子としてアセチルアセトナート、ピクリン酸等の上記配位子以外の配位子を有していてもよい。
りん光発光性のドーパントの発光媒体層における含有量としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、０．１〜７０質量％であり、１〜３０質量％が好ましい。りん光発光性化合物の含有量が０．１質量％未満では発光が微弱であり、その含有効果が十分に発揮されず、７０質量％を超える場合は、濃度消光と言われる現象が顕著になり素子性能が低下する恐れがある。
また、発光層は、必要に応じて正孔輸送材、電子輸送材、ポリマーバインダーを含有してもよい。
発光層の膜厚は、好ましくは５〜５０ｎｍ、より好ましくは７〜５０ｎｍ、最も好ましくは１０〜５０ｎｍである。５ｎｍ未満では発光層形成が困難となり、色度の調整が困難となる恐れがあり、５０ｎｍを超えると駆動電圧が上昇する恐れがある。
続いて、本発明の有機ＥＬ素子の他の各構成部材について説明する。
４．支持基板
支持基板は、有機ＥＬ素子を支持するための部材であり、そのため機械的強度や、寸法安定性に優れていることが好ましい。このような基板としては、具体的には、ガラス板、金属板、セラミックス板、又はプラスチック板（ポリカーボネート樹脂、アクリル樹脂、塩化ビニル樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂、ポリイミド樹脂、ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、シリコン樹脂、フッ素樹脂等）等を挙げることができる。
これらの材料からなる基板は、有機ＥＬ表示装置内への水分の侵入を避けるために、さらに無機膜を形成したり、フッ素樹脂を塗布したりして、防湿処理や疎水性処理を施してあることが好ましい。特に、有機発光媒体への水分の侵入を避けるために、基板における含水率及びガス透過係数を小さくすることが好ましい。具体的に、支持基板の含水率を０．０００１重量％以下及びガス透過係数を１×１０−１３ｃｃ・ｃｍ／ｃｍ２・Ｓｅｃ．ｃｍＨｇ以下とすることがそれぞれ好ましい。
支持基板側から光を取出す場合は、支持基板は可視光に対する透過率が５０％以上の透明であることが望ましいが、その反対側からＥＬ発光を取り出す場合には、基板は必ずしも透明性を有する必要はない。
５．陽極
陽極は、仕事関数の大きい（例えば、４．０ｅＶ以上）金属、合金、電気電導性化合物又はこれらの混合物を使用することが好ましい。具体的には、酸化インジウム錫合金（ＩＴＯ）、インジウム−亜鉛酸化物（ＩＺＯ）インジウム銅、スズ、酸化亜鉛、金、白金、パラジウム等の１種を単独で、又は２種以上を組み合わせて使用することができる。
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。また、陽極の厚さは、特に制限されるものではないが、好ましくは１０〜１０００ｎｍであり、より好ましくは１０〜２００ｎｍである。さらに、陽極から有機発光媒体層から放射された光を外部に取り出す場合は、好ましくは実質的に透明、即ち、光透過率が５０％以上である。
６．陰極
陰極は、好ましくは仕事関数の小さい（例えば、４．０ｅＶ未満）金属、合金電気電導性化合物又はこれらの混合物を使用する。具体的には、マグネシウム、アルミニウム、インジウム、リチウム、ナトリウム、セシウム、銀等の１種を単独で、又は２種以上を組み合わせて使用することができる。また陰極の厚さは、特に制限されるものではないが、好ましくは１０〜１０００ｎｍであり、より好ましくは１０〜２００ｎｍである。
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。
尚、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％より大きくすることが好ましい。
７．正孔注入・輸送層
正孔注入・輸送層は発光層への正孔注入を助け、発光領域まで輸送する層であって、正孔移動度が大きく、イオン化エネルギーが通常５．５ｅＶ以下と小さい。このような正孔注入・輸送層としては、より低い電界強度で正孔を発光媒体層に輸送する材料が好ましく、さらに正孔の移動度が、例えば１０４〜１０６Ｖ／ｃｍの電界印加時に、少なくとも１０−４ｃｍ２／Ｖ・秒であれば好ましい。
正孔注入・輸送層を形成する材料としては、前記の好ましい性質を有するものであれば特に制限はなく、従来、光導伝材料において正孔の電荷輸送材料として慣用されているものや、有機ＥＬ素子の正孔注入・輸送層に使用される公知のものの中から任意のものを選択して用いることができる。
具体例としては、トリアゾール誘導体（米国特許３，１１２，１９７号明細書等参照）、オキサジアゾール誘導体（米国特許３，１８９，４４７号明細書等参照）、イミダゾール誘導体（特公昭３７−１６０９６号公報等参照）、ポリアリールアルカン誘導体（米国特許３，６１５，４０２号明細書、同第３，８２０，９８９号明細書、同第３，５４２，５４４号明細書、特公昭４５−５５５号公報、同５１−１０９８３号公報、特開昭５１−９３２２４号公報、同５５−１７１０５号公報、同５６−４１４８号公報、同５５−１０８６６７号公報、同５５−１５６９５３号公報、同５６−３６６５６号公報等参照）、ピラゾリン誘導体及びピラゾロン誘導体（米国特許第３，１８０，７２９号明細書、同第４，２７８，７４６号明細書、特開昭５５−８８０６４号公報、同５５−８８０６５号公報、同４９−１０５５３７号公報、同５５−５１０８６号公報、同５６−８００５１号公報、同５６−８８１４１号公報、同５７−４５５４５号公報、同５４−１１２６３７号公報、同５５−７４５４６号公報等参照）、フェニレンジアミン誘導体（米国特許第３，６１５，４０４号明細書、特公昭５１−１０１０５号公報、同４６−３７１２号公報、同４７−２５３３６号公報、同５４−１１９９２５号公報等参照）、アリールアミン誘導体（米国特許第３，５６７，４５０号明細書、同第３，２４０，５９７号明細書、同第３，６５８，５２０号明細書、同第４，２３２，１０３号明細書、同第４，１７５，９６１号明細書、同第４，０１２，３７６号明細書、特公昭４９−３５７０２号公報、同３９−２７５７７号公報、特開昭５５−１４４２５０号公報、同５６−１１９１３２号公報、同５６−２２４３７号公報、西独特許第１，１１０，５１８号明細書等参照）、アミノ置換カルコン誘導体（米国特許第３，５２６，５０１号明細書等参照）、オキサゾール誘導体（米国特許第３，２５７，２０３号明細書等に開示のもの）、スチリルアントラセン誘導体（特開昭５６−４６２３４号公報等参照）、フルオレノン誘導体（特開昭５４−１１０８３７号公報等参照）、ヒドラゾン誘導体（米国特許第３，７１７，４６２号明細書、特開昭５４−５９１４３号公報、同５５−５２０６３号公報、同５５−５２０６４号公報、同５５−８５４９５号公報、同５７−１１３５０号公報、同５７−１４８７４９号公報、特開平２−３１１５９１号公報等参照）、スチルベン誘導体（特開昭６１−２１０３６３号公報、同第６１−２２８４５１号公報、同６１−１４６４２号公報、同６１−７２２５５号公報、同６２−４７６４６号公報、同６２−３６６７４号公報、同６２−１０６５２号公報、同６２−３０２５５号公報、同６０−９３４５５号公報、同６０−９４４６２号公報、同６０−１７４７４９号公報、同６０−１７５０５２号公報等参照）、シラザン誘導体（米国特許第４，９５０，９５０号明細書）、ポリシラン系（特開平２−２０４９９６号公報）、アニリン系共重合体（特開平２−２８２２６３号公報）に開示されている導電性高分子オリゴマー（特にチオフェンオリゴマー）等を挙げることができる。
正孔注入・輸送層の材料としては上記のものを使用することができるが、ポルフィリン化合物（特開昭６３−２９５６９６５号公報等に開示のもの）、芳香族第三級アミン化合物及びスチリルアミン化合物（米国特許第４，１２７，４１２号明細書、特開昭５３−２７０３３号公報、同５４−５８４４５号公報、同５５−７９４５０号公報、同５５−１４４２５０号公報、同５６−１１９１３２号公報、同６１−２９５５５８号公報、同６１−９８３５３号公報、同６３−２９５６９５号公報等参照）、特に芳香族第三級アミン化合物を用いることが好ましい。
正孔注入・輸送層に使用できる正孔注入・輸送材料としては、下記式で表される化合物が好ましい。
（式中、Ａｒ３１１〜Ａｒ３１４は、それぞれ独立に、置換もしくは無置換の核炭素数６〜５０のアリール基であり、Ｒ３１１〜Ｒ３１２は、それぞれ独立に、水素原子、置換もしくは無置換の核炭素数６〜５０のアリール基又は炭素数１〜５０のアルキル基であり、ｍ、ｎは０〜４の整数である。）
核炭素数６〜５０のアリール基としては、フェニル、ナフチル、ビフェニル、テルフェニル、フェナントリル基等が好ましい。尚、核炭素数６〜５０のアリール基は、さらに置換基により置換されていてもよく、好ましい置換基としては、炭素数１〜６のアルキル基（メチル基、エチル基、イソプロピル基、ｎ−プロピル基、ｓ−ブチル基、ｔ−ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基等）、核炭素数６〜５０のアリール基で置換されたアミノ基が挙げられる。
また、米国特許第５，０６１，５６９号に記載されている２個の縮合芳香族環を分子内に有する、例えば、４，４’−ビス（Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニルアミノ）ビフェニル（以下ＮＰＤと略記する）、また特開平４−３０８６８８号公報に記載されているトリフェニルアミンユニットが３つスターバースト型に連結された４，４’，４”−トリス（Ｎ−（３−メチルフェニル）−Ｎ−フェニルアミノ）トリフェニルアミン（以下ＭＴＤＡＴＡと略記する）等を挙げることができる。
さらに、芳香族ジメチリディン系化合物の他、ｐ型Ｓｉ、ｐ型ＳｉＣ等の無機化合物も正孔注入・輸送層の材料として使用することができる。
正孔注入・輸送層は上記の化合物を、例えば、真空蒸着法、スピンコート法、キャスト法、ＬＢ法等の公知の方法により薄膜化することにより形成することができる。正孔注入・輸送層としての膜厚は特に制限はないが、通常は５ｎｍ〜５μｍである。この正孔注入・輸送層は、正孔輸送帯域に上記化合物を含有していれば、上述した材料の一種又は二種以上からなる一層で構成されてもよく、異なる化合物からなる複数の正孔注入・輸送層を積層したものであってもよい。
８．絶縁層
有機ＥＬは超薄膜に電界を印可するために、リークやショートによる画素欠陥が生じやすい。これを防止するために、一対の電極間に絶縁性の薄膜層を挿入することが好ましい。
絶縁層に用いられる材料としては例えば酸化アルミニウム、弗化リチウム、酸化リチウム、弗化セシウム、酸化セシウム、酸化マグネシウム、弗化マグネシウム、酸化カルシウム、弗化カルシウム、弗化セシウム、炭酸セシウム、窒化アルミニウム、酸化チタン、酸化珪素、酸化ゲルマニウム、窒化珪素、窒化ホウ素、酸化モリブデン、酸化ルテニウム、酸化バナジウム等が挙げられる。
これらの混合物や積層物を用いてもよい。
９．その他
本発明の好ましい形態に、電子を輸送・注入する領域又は陰極と有機層の界面領域に、還元性ドーパントを含有する素子がある。ここで、還元性ドーパントとは、電子輸送性化合物を還元ができる物質と定義される。従って、一定の還元性を有するものであれば、様々なものが用いられ、例えば、アルカリ金属、アルカリ土類金属、希土類金属、アルカリ金属の酸化物、アルカリ金属のハロゲン化物、アルカリ土類金属の酸化物、アルカリ土類金属のハロゲン化物、希土類金属の酸化物又は希土類金属のハロゲン化物、アルカリ金属の有機錯体、アルカリ土類金属の有機錯体、希土類金属の有機錯体からなる群から選択される少なくとも一つの物質を好適に使用することができる。
また、より具体的に、好ましい還元性ドーパントとしては、Ｎａ（仕事関数：２．３６ｅＶ）、Ｋ（仕事関数：２．２８ｅＶ）、Ｒｂ（仕事関数：２．１６ｅＶ）及びＣｓ（仕事関数：１．９５ｅＶ）からなる群から選択される少なくとも一つのアルカリ金属や、Ｃａ（仕事関数：２．９ｅＶ）、Ｓｒ（仕事関数：２．０〜２．５ｅＶ）、及びＢａ（仕事関数：２．５２ｅＶ）からなる群から選択される少なくとも一つのアルカリ土類金属が挙げられる仕事関数が２．９ｅＶ以下のものが特に好ましい。これらのうち、より好ましい還元性ドーパントは、Ｋ、Ｒｂ及びＣｓからなる群から選択される少なくとも一つのアルカリ金属であり、さらに好ましくは、Ｒｂ又はＣｓであり、最も好ましのは、Ｃｓである。これらのアルカリ金属は、特に還元能力が高く、電子注入域への比較的少量の添加により、有機ＥＬ素子における発光輝度の向上や長寿命化が図られる。また、仕事関数が２．９ｅＶ以下の還元性ドーパントとして、これら２種以上のアルカリ金属の組合わせも好ましく、特に、Ｃｓを含んだ組み合わせ、例えば、ＣｓとＮａ、ＣｓとＫ、ＣｓとＲｂあるいはＣｓとＮａとＫとの組み合わせであることが好ましい。Ｃｓを組み合わせて含むことにより、還元能力を効率的に発揮することができ、電子注入域への添加により、有機ＥＬ素子における発光輝度の向上や長寿命化が図られる。
本発明においては陰極と有機層の間に絶縁体や半導体で構成される電子注入層をさらに設けてもよい。この時、電流のリークを有効に防止して、電子注入性を向上させることができる。このような絶縁体としては、アルカリ金属カルコゲナイド、アルカリ土類金属カルコゲナイド、アルカリ金属のハロゲン化物及びアルカリ土類金属のハロゲン化物からなる群から選択される少なくとも一つの金属化合物を使用するのが好ましい。電子注入層がこれらのアルカリ金属カルコゲナイド等で構成されていれば、電子注入性をさらに向上させることができる点で好ましい。具体的に、好ましいアルカリ金属カルコゲナイドとしては、例えば、Ｌｉ２Ｏ、ＬｉＯ、Ｎａ２Ｓ、Ｎａ２Ｓｅ及びＮａＯが挙げられ、好ましいアルカリ土類金属カルコゲナイドとしては、例えば、ＣａＯ、ＢａＯ、ＳｒＯ、ＢｅＯ、ＢａＳ、及びＣａＳｅが挙げられる。また、好ましいアルカリ金属のハロゲン化物としては、例えば、ＬｉＦ、ＮａＦ、ＫＦ、ＬｉＣｌ、ＫＣｌ及びＮａＣｌ等が挙げられる。また、好ましいアルカリ土類金属のハロゲン化物としては、例えば、ＣａＦ２、ＢａＦ２、ＳｒＦ２、ＭｇＦ２及びＢｅＦ２といったフッ化物や、フッ化物以外のハロゲン化物が挙げられる。
また、電子輸送層を構成する半導体としては、Ｂａ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｙｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｌｉ、Ｎａ、Ｃｄ、Ｍｇ、Ｓｉ、Ｔａ、Ｓｂ及びＺｎの少なくとも一つの元素を含む酸化物、窒化物又は酸化窒化物等の一種単独又は二種以上の組み合わせが挙げられる。また、電子輸送層を構成する無機化合物が、微結晶又は非晶質の絶縁性薄膜であることが好ましい。電子輸送層がこれらの絶縁性薄膜で構成されていれば、より均質な薄膜が形成されるために、ダークスポット等の画素欠陥を減少させることができる。尚、このような無機化合物としては、上述したアルカリ金属カルコゲナイド、アルカリ土類金属カルコゲナイド、アルカリ金属のハロゲン化物及びアルカリ土類金属のハロゲン化物等が挙げられる。
有機ＥＬ素子を作製する方法については、例えば上記の材料及び方法により、陽極から、必要な層を順次形成し、最後に陰極を形成すればよい。また、陰極から陽極へ、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／電子注入層／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、この陽極上に正孔輸送層を設ける。正孔輸送層の形成は、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）、目的とする正孔輸送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、続けて電子注入層を形成する。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。
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。
これまで記載してきた有機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。
尚、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。
［実施例］
以下、本発明の実施例を詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されない。尚、各実施例で使用した化合物の性質及び作製した素子は下記の方法で評価した。
（１）エネルギーギャップ：ベンゼン中の吸収スペクトルの吸収端から測定した。具体的には、可視・紫外分光光度計（日立、Ｕ−３４１０）を用いて、吸収スペクトルを測定し、そのスペクトルが立ち上がり始める波長から算出した。
（２）電子移動度：ＴＩＭＥ ＯＦ ＦＬＩＧＨＴ測定装置（オプテル、ＴＯＦ−３０１）を用いて測定した。
（３）輝度：分光放射輝度計（ＣＳ−１０００、ミノルタ製）により測定した。
（４）色度ＣＩＥ１９３１のｘ，ｙ：（３）記載の分光放射輝度計により測定した。
（５）発光効率（Ｌ／Ｊ）：Ｌ／Ｊは輝度と電流密度の比である。ＳＯＵＲＣＥＭＥＡＳＵＲＥ
ＵＮＩＴ ２３６（ＫＥＩＴＨＬＥＹ製）を用いて電流と電圧を測定すると同時に、分光放射輝度計にて輝度を測定し、電流値と発光面積より電流密度を計算し、Ｌ／Ｊを算出した。
（６）蛍光量子収率：積分球を使用した絶対量子収率測定装置（浜松フォトニクス製）により測定した。
後述する実施例及び比較例の電子輸送層、電子注入層又は発光層で使用した化合物の構造を示す。また、これら化合物の電子移動度及びエネルギーバンドギャップ（Eg）を表１に示す。

表１中の「１０−４」は電子移動度が１０−４オーダーであることを示す。
実施例１
２５ｍｍ×７５ｍｍ×１．１ｍｍ厚のＩＴＯ（膜厚１３０ｎｍ）透明電極付きガラス基板（ジオマティック社製）を、イソプロピルアルコール中で超音波洗浄を５分間行った後、電気抵抗２０ＭΩｍの蒸留水で、超音波洗浄を５分間行った。さらに、イソプロピルアルコール中で超音波洗浄を５分間行った後、ＩＴＯ基板を取り出し乾燥した。その後、すぐにサムコインターナショナル研究所製ＵＶオゾン装置にて、ＵＶオゾン洗浄を３０分間行った。
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、装置内部の真空引きを行い、１×１０−５Ｐａとした。続いて、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、蒸着速度を０．１ｎｍ／ｓｅｃとして、膜厚６０ｎｍのＮ，Ｎ’−ビス（Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−４−アミノフェニル）−Ｎ，Ｎ−ジフェニル−４，４’−ジアミノ−１，１’−ビフェニル膜（以下「ＴＰＤ２３２膜」と略記する。）を成膜した。このＴＰＤ２３２膜は、正孔注入層として機能する。
続いて、このＴＰＤ２３２膜上に、蒸着速度０．１ｎｍ／ｓｅｃの条件にて、膜厚２０ｎｍのＮ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラ（４−ビフェニル）−ジアミノビフェニレン層以下「ＴＢＤＢ層」を成膜した。この膜は正孔輸送層として機能する。さらに、膜厚４０ｎｍのホスト材料Ｈ１を、蒸着速度０．２ｎｍ／ｓｅｃで蒸着し、成膜した。同時に発光分子として、ドーパントＤ１を蒸着速度０．０１ｎｍ／ｓｅｃで蒸着した。この膜は発光層として機能する。
この発光層上に電子輸送層として、ＥＴ１を蒸着速度０．１ｎｍ／ｓｅｃで、膜厚７ｎｍの成膜を行った。さらに、電子注入層として、化合物ＥＩ１を蒸着速度０．１ｎｍ／ｓｅｃで、膜厚１３ｎｍの成膜を行った。弗化リチウムＬｉＦを、蒸着速度０．０１ｎｍ／ｓｅｃで、膜厚１ｎｍの成膜を行い、その上に金属Ａｌを蒸着速度０．８ｎｍ／ｓｅｃにて蒸着させ、金属陰極を形成し有機ＥＬ素子を形成した。
この有機ＥＬ素子の性能を測定した。その結果を表２に示す。表２において、発光層及び電子輸送層の括弧内の数字は蛍光量子収率を示す。尚、輝度半減寿命は、１２９０時間であった。
実施例２−２６
電子輸送層又は電子注入層の材料として、表２に記載の材料を用いたこと以外は、実施例１と同様に作製した。素子の評価結果を表２に示す。尚、輝度半減寿命は実施例１の素子と同等であった。
比較例１
実施例１において、電子注入層であるＥＩ１膜を形成せずに、電子輸送層であるＥＴ１の膜厚を２０ｎｍとした以外は同様に作製した。素子の評価結果を表２に示す。
この有機ＥＬ素子は不均一発光を示すとともに、実施例１の素子に比べて、駆動電圧が高く、Ｌ／Ｊ効率は著しく低くなっていることが確認できた。また輝度半減寿命は実施例１の素子に比べて、数十分の一になった。
比較例２
実施例１において、電子輸送層であるＥＴ１膜を形成せずに、電子注入層であるＥＩ２の膜厚を２０ｎｍとした以外は同様に作製した。素子の評価結果を表３に示す。
この有機ＥＬ素子は実施例１の素子に比べて、輝度半減寿命が十分の一になった。
比較例３
実施例１において、電子輸送層の材料としてＡｌｑを用い、２０ｎｍ膜厚に形成し、電子注入層を形成しなかったこと以外は同様に作製した。素子の評価結果を表３に示す。
この有機ＥＬ素子は実施例１の素子に比べて、駆動電圧が高くなっていることが確認できた。また輝度半減寿命は実施例１の素子に比べて、十分の一になった。
比較例４
実施例１において、電子注入層の材料としてＡｌｑを用いたこと以外は同様に作製した。素子の評価結果を表３に示す。
この有機ＥＬ素子は実施例１の素子に比べて、駆動電圧が高くなっていることが確認できた。また輝度半減寿命は実施例１の素子に比べて、十分の一になった。
比較例５
実施例１において、電子注入層を、ＢＰｈｅｎとサエスゲッター製アルカリディスペンサーにてＬｉを共蒸着した層とし、弗化リチウムＬｉＦ層を形成しないこと以外は同様に作製した。素子の評価結果を表３に示す。
この有機ＥＬ素子は実施例１の素子に比べて、駆動電圧が高くなった。また輝度半減寿命は実施例１の素子に比べて、五分の一になるとともに、高温保存寿命が著しく短くなった。
比較例６
実施例１において、電子輸送層の材料としてＢＡｌｑを用い、電子注入層を、ＢＰｈｅｎとサエスゲッター製アルカリディスペンサーにてＬｉを共蒸着した層とし、弗化リチウムＬｉＦ層を形成しないこと以外は同様に作製した。素子の評価結果を表３に示す。
この有機ＥＬ素子は実施例１の素子に比べて、駆動電圧が高くなった。また輝度半減寿命は実施例１の素子に比べて、五分の一になるとともに、高温保存寿命が著しく短くなった。
比較例７
発光層のホスト材料としてＥＴ１を、電子注入層の材料にＥＴ２を用いたこと以外は、実施例１と同様に作製した。素子の評価結果を表２に示す。
この有機ＥＬ素子は実施例１の素子に比べて、発光効率が低くなった。また、輝度半減寿命は実施例１の素子に比べて、３０％減になった。
本発明の有機ＥＬ素子は、各種表示装置、ディスプレイ、バックライト、照明光源、標識、看板、インテリア等の分野に適用でき、特にカラーディスプレイの表示素子として適している。

Claims (5)

  1. 陰極と陽極の間に、少なくとも発光層、電子輸送層及び電子注入層を含み、
    前記発光層が、ピレン誘導体、クリセン誘導体、フルオレン誘導体又はアントラセン誘導体であるホスト材料を含有し、
    前記電子輸送層が、
    下記式（１）で表される芳香族化合物（ただし２−（１，１−ジメチルエチル）−９，１０−ビス（２−ナフタレニル）アントラセンと９，１０−ジ−（２−ナフチル）アントラセンは除く）
    （式中、Ｙ、Ｙ’はそれぞれ置換もしくは無置換の核原子数５〜６０のアリール基である。
    Ｘは、それぞれ置換もしくは無置換の核炭素数６〜５０のアリール基、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１〜５０のアルコキシ基、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核原子数５〜５０のアリールオキシ基、置換もしくは無置換の核原子数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、カルボキシル基、ハロゲン原子、シアノ基、ニトロ基又はヒドロキシル基である。
    ａ及びｂは、それぞれ０〜４の整数である。
    ｒは１〜３の整数である。ｒ、ａ又はｂが複数のとき、複数のＸは同一でも異なってもよい。）、
    下記式（２）で表される芳香族化合物
    （式中、Ａｒ １ 及びＡｒ ２ は、それぞれ置換もしくは無置換の核炭素数６〜５０のアリール基である。
    ｐ及びｑは、それぞれ１〜４の整数である。ｐ又はｑが複数のとき、複数のＡｒ １ 又はＡｒ ２ は同一でも異なってもよい。
    Ｒ １ 〜Ｒ １０ は、それぞれ水素原子、置換もしくは無置換の核炭素数６〜５０のアリール基、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シクロアルキル基、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炭素数６〜５０のアラルキル基、置換もしくは無置換の核原子数５〜５０のアリールオキシ基、置換もしくは無置換の核原子数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シリル基、カルボキシル基、ハロゲン原子、シアノ基、ニトロ基又はヒドロキシル基である。）、
    下記式（３）で表される芳香族化合物（ただし２−（１，１−ジメチルエチル）−９，１０−ビス（２−ナフタレニル）アントラセンと９，１０−ジ−（２−ナフチル）アントラセンは除く）
    （式中、Ａ １ 及びＡ ２ は、それぞれ置換もしくは無置換の核炭素数１０〜２０の縮合芳香族環基である。
    Ａｒ １ 及びＡｒ ２ は、それぞれ水素原子又は置換もしくは無置換の核炭素数６〜５０のアリール基である。
    Ｒ １ 〜Ｒ １０ は、それぞれ水素原子、置換もしくは無置換の核炭素数６〜５０のアリール基、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シクロアルキル基、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炭素数６〜５０のアラルキル基、置換もしくは無置換の核原子数５〜５０のアリールオキシ基、置換もしくは無置換の核原子数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シリル基、カルボキシル基、ハロゲン原子、シアノ基、ニトロ基又はヒドロキシル基である。
    Ａｒ １ 、Ａｒ ２ 、Ｒ ９ 及びＲ １０ は、隣接するもの同士で飽和もしくは不飽和の環状構造を形成していてもよい。）、
    下記式（４）で表される芳香族化合物
    （式中、Ｒ １１ 〜Ｒ ２０ は、それぞれ水素原子、アルキル基，シクロアルキル基，置換もしくは無置換のアリール基，アルコキシル基，アリーロキシ基，アルキルアミノ基，アルケニル基，又はアリールアミノ基を示す。
    ｕ及びｖは、それぞれ１〜５の整数を示し、それらが２以上の場合、Ｒ １ 同士又はＲ ２ 同士は、同一でも異なっていてもよく、またＲ １ 同士又はＲ ２ 同士が結合して環を形成していてもよいし、Ｒ １３ とＲ １４ ，Ｒ １５ とＲ １６ ，Ｒ １７ とＲ １８ ，Ｒ １９ とＲ ２０ がたがいに結合して環を形成していてもよい。
    Ｌ １ は単結合、−Ｏ−，−Ｓ−，−Ｎ（Ｒ）−（Ｒはアルキル基又は置換もしくは無置換のアリール基である）、アルキレン基又はアリーレン基を示す。）、
    下記式（５）で表される芳香族化合物
    （式中、Ｒ ２１ 〜Ｒ ３０ は、それぞれ水素原子、アルキル基，シクロアルキル基，アリール基，アルコキシル基，アリーロキシ基，アルキルアミノ基，アリールアミノ基又は置換もしくは無置換の複数環基を示す。
    ｃ，ｄ，ｅ及びｆは、それぞれ１〜５の整数を示し、それらが２以上の場合、Ｒ ２１ 同士，Ｒ ２２ 同士，Ｒ ２６ 同士又はＲ ２７ 同士は、同一でも異なっていてもよく、またＲ ２１ 同士，Ｒ ２２ 同士，Ｒ ２６ 同士又はＲ ２７ 同士が結合して環を形成していてもよいし、Ｒ ２３ とＲ ２４ ，Ｒ ２８ とＲ ２９ が互いに結合して環を形成していてもよい。
    Ｌ ２ は単結合、−Ｏ−，−Ｓ−，−Ｎ（Ｒ）−（Ｒはアルキル基又は置換もしくは無置換のアリール基である）、アルキレン基又はアリーレン基を示す。）、
    下記式（６）で表される芳香族化合物

    （Ａ ３ ）ｑ−（Ｘ １ ）ｈ−（Ａｒ １１ ）ｉ−（Ｙ １ ）ｊ−（Ｂ １ ）ｋ （６）

    （式中、Ｘ １ は、それぞれ置換もしくは無置換のピレン残基である。
    Ａ ３ 及びＢ １ は、それぞれ水素原子、置換もしくは無置換の核炭素数３〜５０の芳香族炭化水素基、置換もしくは無置換の核炭素数１〜５０の芳香族複素環基、置換もしくは無置換の炭素数１〜５０のアルキル基あるいはアルキレン基、又は置換もしくは無置換の炭素数１〜５０のアルケニル基あるいはアルケニレン基である。
    Ａｒ １１ は、それぞれ置換もしくは無置換の核炭素数３〜５０の芳香族炭化水素基又は置換もしくは無置換の核炭素数１〜５０の芳香族複素環基である。
    Ｙ １ は、それぞれ置換もしくは無置換のアリール基である。
    ｈは１〜３の整数、ｑ及びｋはそれぞれ０〜４の整数、ｊは０〜３の整数、ｉは１〜５の整数である。）、
    下記式（７）で表される芳香族化合物
    （式中、Ａｒ及びＡｒ’は、それぞれ置換もしくは無置換の核炭素数６〜５０のアリール基である。
    Ｌ及びＬ’は、それぞれ置換もしくは無置換のフェニレン基、置換もしくは無置換のナフタレニレン基、置換もしくは無置換のフルオレニレン基又は置換もしくは無置換のジベンゾシロリレン基である。
    ｍは０〜２の整数、ｎは１〜４の整数、ｓは０〜２の整数、ｔは０〜４の整数である。ｍ，ｎ，ｓ又はｔが複数のとき、複数のＡｒ、Ａｒ’、Ｌ又はＬ’は同一でも異なってもよい。
    また、Ｌ又はＡｒは、ピレンの１〜５位のいずれかに結合し、Ｌ’又はＡｒ’は、ピレンの６〜１０位のいずれかに結合する。）、
    下記式（８）で表される芳香族化合物
    （式中、Ａ ５ 〜Ａ ８ は、それぞれ置換もしくは無置換のビフェニル基又は置換もしくは無置換のナフチル基である。）、
    下記式（９）で表される芳香族化合物
    （式中、Ａ ９ 〜Ａ １１ は、それぞれ独立に、置換もしくは無置換の核炭素数６〜５０のアリーレン基である。Ａ １２ 〜Ａ １４ は、それぞれ独立に、水素原子、又は置換もしくは無置換の核炭素数６〜５０のアリール基である。Ｒ ３１ 〜Ｒ ３３ は、それぞれ独立に、水素原子、炭素数１〜６のアルキル基、炭素数３〜６のシクロアルキル基、炭素数１〜６のアルコキシル基、炭素数５〜１８のアリールオキシ基、炭素数７〜１８のアラルキルオキシ基、炭素数５〜１６のアリールアミノ基、ニトロ基、シアノ基、炭素数１〜６のエステル基又はハロゲン原子を示し、Ａ ９ 〜Ａ １４ のうち少なくとも１つは３環以上の縮合芳香族環を有する基である。）、
    下記式（１０）で表される芳香族化合物
    （式中、Ｒ ４１ 及びＲ ４２ は、水素原子、置換もしくは無置換のアルキル基、置換もしくは無置換のアラルキル基、置換もしくは無置換のアリール基，置換もしくは無置換の複素環基、置換アミノ基、シアノ基又はハロゲン原子を示す。異なるフルオレン基に結合するＲ ４１ 同士、Ｒ ４２ 同士は、同じであっても異なっていてもよく、同じフルオレン基に結合するＲ ４１ 及びＲ ４２ は、同じであっても異なっていてもよい。
    Ｒ ４３ 及びＲ ４４ は、水素原子、置換もしくは無置換のアルキル基、置換もしくは無置換のアラルキル基、置換もしくは無置換のアリール基又は置換もしくは無置換の複素環基を示し、異なるフルオレン基に結合するＲ ４３ 同士、Ｒ ４４ 同士は、同じであっても異なっていてもよく、同じフルオレン基に結合するＲ ４３ 及びＲ ４４ は、同じであっても異なっていてもよい。
    Ａｒ ２１ 及びＡｒ ２２ は、ベンゼン環の合計が３個以上の置換もしくは無置換の縮合多環アリール基又はベンゼン環と複素環の合計が３個以上の置換もしくは無置換の炭素でフルオレン基に結合する縮合多環複素環基を示し、Ａｒ ２１ 及びＡｒ ２２ は、同じであっても異なっていてもよい。
    ｗは、１〜１０の整数を表す。ｗが複数のとき、複数のＲ ４１ 、Ｒ ４２ 、Ｒ ４３ 又はＲ ４４ は同一でも異なってもよい。）、
    からなる群から選択される化合物であって、前記発光層が含有するホスト材料よりも蛍光量子収率の小さい電子輸送材料を含有し、
    前記電子注入層が、非錯体の含窒素５員複素環構造を含む化合物を含有する有機エレクトロルミネッセンス素子。
  2. 前記電子輸送層の電子輸送材料が、
    からなる群から選択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。
  3. 前記発光層が含有するホスト材料の蛍光量子収率が０．１５〜１であり、
    前記電子輸送層が含有する電子輸送材料の蛍光量子収率が０．１〜０．２である請求項１又は２に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
  4. 前記電子注入層の含窒素５員複素環構造を含む化合物が、下記式（１２）で表される化合物である請求項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。
    ｛式中、Ｒ５９〜Ｒ７０は、それぞれ、水素原子、置換もしくは無置換の核原子数５〜６０のアリール基、置換もしくは無置換の核原子数５〜６０のヘテロアリール基、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核原子数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核原子数５〜５０のアリールオキシ基、置換もしくは無置換の核原子数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核原子数５〜５０のアリール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、Ｒ５９〜Ｒ７０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、Ｒ５９〜Ｒ７０の少なくとも１つは下記式で示される置換基である。
    （Ｌは、置換もしくは無置換の炭素数６〜６０のアリーレン基、置換もしくは無置換の炭素数５〜６０のヘテロアリーレン基、又は置換もしくは無置換のフルオレニレン基であり、
    Ａｒ３１は、置換もしくは無置換の炭素数６〜６０のアリーレン基、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、
    Ａｒ３２は、水素原子、置換もしくは無置換の核原子数５〜６０のアリール基、置換もしくは無置換のピリジル基、置換もしくは無置換のキノリル基、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核原子数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核原子数５〜５０のアリールオキシ基、置換もしくは無置換の核原子数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核原子数５〜５０のアリール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。）｝
  5. 前記電子注入層の含窒素５員複素環構造を含む化合物が、下記式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。
    （式中、Ｒ１ａ〜Ｒ５ｃ、Ｌａ〜Ｌｃ、Ａｒ１ａ〜Ａｒ２ｃは、上記式（１２）におけるＲ５９〜Ｒ７０、Ｌ、Ａｒ３１、Ａｒ３２とそれぞれ同じである。）
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JP2008258641A (ja) 有機エレクトロルミネッセンス素子

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