JP5458554B2 - 有機電界発光素子および表示装置 - Google Patents

有機電界発光素子および表示装置 Download PDF

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Description

本発明は、カラーディスプレイなどに用いられる有機電界発光素子およびそれを用いた表示装置に関する。
近年、ブラウン管（ＣＲＴ）に代わる表示装置として、軽量で消費電力の小さいフラット表示装置の研究、開発が盛んに行われている。中でも、自発光型の表示素子（いわゆる発光素子）である有機電界発光素子を用いた表示装置は、注目されている。
この表示装置に用いられる有機電界発光素子は、例えば、発光光を取り出す方向により、下面発光型と上面発光型とに分類される。下面発光型では、ガラスなどの透明な基板上に設けられたＩＴＯ（Indium Tin Oxide）などの透明電極材料からなる陽極と、この陽極上に設けられた有機層と、さらに有機層の上部に設けられた陰極とを備えた構成のものが知られている。この有機層は、陽極側から、例えば、正孔輸送層、発光層、電子輸送層を順次積層させた構成となっている。この有機電界発光素子では、陰極から注入された電子と陽極から注入された正孔とが発光層にて再結合する際に生じる光が基板側（下面側）から取り出されるようになっている。
一方、上面発光型では、下面発光型の有機電界発光素子に用いた材料と同様の材料を用いて基板側から陰極、有機層、陽極を順次積層した構成を有するものや、上方に位置する電極（上部電極）を透明電極材料や光半透過性電極材料としたものがある。この場合には、基板と反対側から光が取り出される。この上面発光型では、基板上に薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）などの駆動回路を設けたアクティブマトリックス型の表示装置に用いた場合に、駆動回路が取り出される光を妨げることがないため、発光部の開口率を向上させるうえで有利である。
このような上面発光型では、基板側の電極を光反射性の高い金属膜で構成し、この金属膜を陽極として用いられることもある。この金属膜を構成する材料としては、アルミニウムや銀が用いられている。ところが、陽極としてアルミニウム等を含む金属膜を用いた場合には、金属膜の仕事関数が低いことから、陽極から有機層に対して直接正孔を注入することが難しく、正孔の不足により駆動電圧の上昇と共に発光効率の低下を引き起こしやすいという問題がある。そこで、その陽極の上に、ヘキサアザトリフェニレン誘導体を含む層を設けて、有機層への正孔の注入を促進させる技術が提案されている（特許文献１参照）。
ところで、陽極をＩＴＯなどの仕事関数が高い材料により形成した場合には、その陽極の上に、ｐドープ層を設けることにより、駆動電圧の上昇を抑制する技術も報告されている（非特許文献１参照）。このｐドープ層は、ｐ型ホスト化合物に対してｐ型ドーパント化合物をドーピングした材料により形成されたものである。ｐ型ホスト化合物およびｐ型ドーパント化合物としては、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および２，３，５，６−テトラ−フルオロ−７，７，８，８−テトラシアノキノジメタンがそれぞれ用いられている。
特表２００６−５０３４４３号公報 ジンソン・ハン（Jingsong Huang）他５名，「Low-voltage organic electroluminescent devices using pin structures 」，APPLIED PHYSICS LETTERS ，２００２年１月７日，第８０巻，第１号，ｐ１３９−１４１
しかしながら、上記した特許文献１および非特許文献１の技術では、有機電界発光素子の駆動電圧を十分に低下させるまでには至っておらず、駆動電圧をより低下させることができる技術が望まれている。
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、駆動電圧を低下させることが可能な有機電界発光素子および表示装置を提供することにある。
本発明の第１の有機電界発光素子は、光反射性を有する陽極と、光透過性を有する陰極と、陽極と陰極との間に、発光層を含む有機層とを備え、有機層は、陽極と発光層との間に、ｎ型ホスト化合物および２質量％以上１０質量％以下のｎ型ドーパント化合物を含むｎドープ層を有し、ｎ型ドーパント化合物の最高被占分子軌道（ＨＯＭＯ）エネルギーの絶対値とｎ型ホスト化合物の最低空軌道（ＬＵＭＯ）エネルギーの絶対値との差は、２ｅＶ以下であり、発光層から発せられた光は陰極側から射出されるものである。
本発明の第２の有機電界発光素子は、光反射性を有する陽極と、光透過性を有する陰極と、陽極と陰極との間に、発光層を含む有機層とを備え、有機層は、陽極と発光層との間に、ｎ型ホスト化合物および２質量％以上１０質量％以下のｎ型ドーパント化合物を含むｎドープ層を有し、ｎ型ホスト化合物は、式（３）で表される化合物であり、発光層から発せられた光は陰極側から射出されるものである。
本発明の第３の有機電界発光素子は、光反射性を有する陽極と、光透過性を有する陰極と、陽極と陰極との間に、発光層を含む有機層とを備え、有機層は、陽極と発光層との間に、ｎ型ホスト化合物および２質量％以上１０質量％以下のｎ型ドーパント化合物を含むｎドープ層を有し、ｎ型ドーパント化合物は、式（４）および式（５）で表されるアミン系化合物のうちの少なくとも１種であり、発光層から発せられた光は陰極側から射出されるものである。
また、本発明の第１，第２，第３の表示装置はそれぞれ、本発明の第１，第２，第３の有機電界発光素子を備えている。「ｎドープ」とは、ホストと、そのホストに対してドーピングするドーパントとの関係において、ドーパント分子の最高被占分子軌道（ＨＯＭＯ）エネルギーの絶対値がホスト分子の最低空軌道（ＬＵＭＯ）エネルギーの絶対値よりも高いことを表す。すなわち、（ドーパント分子のＨＯＭＯエネルギーの絶対値）＞（ホスト分子のＬＵＭＯエネルギーの絶対値）を満たす。また、「ｎドープ層」とは、上記のｎドープの関係を満たす、ホストとしてｎ型ホスト化合物を含むと共にドーパントとしてｎ型ドーパント化合物を含む層のことをいう。
Figure 0005458554
 （Ｚ１〜Ｚ６は各々独立に水素基、ハロゲン基、シアノ基、ニトロ基、シリル基、ヒドロキシル基、アミノ基、アリールアミノ基、カルボニル基を有する炭素数２０以下の基、カルボニルエステル結合を有する炭素数２０以下の基、炭素数２０以下のアルキル基、炭素数２０以下のアルケニル基、炭素数２０以下のアルコキシ基、芳香族環を有する炭素数３０以下の基あるいは複素環を有する炭素数３０以下の基、またはそれらの誘導体であり、Ｚ１とＺ２、Ｚ３とＺ４、Ｚ５とＺ６とは互いに結合して環状構造を形成してもよい。）
Figure 0005458554
 （Ｒ９〜Ｒ１４は各々独立に水素基、ハロゲン基、ヒドロキシル基、アミノ基、炭素数２０以下のアリールアミノ基、カルボニル基を有する炭素数２０以下の基、カルボニルエステル結合を有する炭素数２０以下の基、炭素数２０以下のアルキル基、炭素数２０以下のアルケニル基、炭素数２０以下のアルコキシ基あるいは芳香族環を有する炭素数２０以下の基またはそれらの誘導体である。）
Figure 0005458554
 （Ｒ１５〜Ｒ２０は各々独立に水素基、ハロゲン基、ヒドロキシル基、アミノ基、炭素数２０以下のアリールアミノ基、カルボニル基を有する炭素数２０以下の基、カルボニルエステル結合を有する炭素数２０以下の基、炭素数２０以下のアルキル基、炭素数２０以下のアルケニル基、炭素数２０以下のアルコキシ基あるいは芳香族環を有する炭素数２０以下の基またはそれらの誘導体であり、Ｒ１５とＲ２０、Ｒ１６とＲ１７、Ｒ１８とＲ１９とは互いに結合して環状構造を形成してもよい。Ｒ２１〜Ｒ２３は各々独立に２価の基である。）
本発明の有機電界発光素子および表示装置では、陽極と発光層との間のｎドープ層において、ｎ型ドーパント化合物のＨＯＭＯエネルギーの絶対値がｎ型ホスト化合物のＬＵＭＯエネルギーの絶対値よりも高い。従って、両電極間に電界が印加されていない状態あるいは電界が印加された状態において、ｎ型ドーパント化合物のＨＯＭＯからｎ型ホスト化合物のＬＵＭＯへ電子が容易に引き抜かれる。これにより、ｎ型ドーパント化合物が正に帯電すると共にｎ型ホスト化合物が電子の通り道となり、ｎ型ホスト化合物の負の空間電荷が緩和され、ｎドープ層における電荷移動時の抵抗が低減する。これと共に電荷移動に関与可能な電子濃度が高くなり、電荷が移動しやすくなる。このため、両電極間に電界が印加されると、有機層にかかる電圧の上昇が抑制され、陽極側からｎドープ層を介して効率よく移動した正孔と、陰極側から効率よく移動した電子とが、発光層において再結合して光が発せられる。
本発明の有機電界発光素子または表示装置によれば、陽極と発光層との間に、ｎ型ホスト化合物および２質量％以上１０質量％以下のｎ型ドーパント化合物を含むｎドープ層を設けるようにしたので、駆動電圧を低下させることができる。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。説明する順序は以下の通りである。
１．第１の実施の形態
（１−１）有機電界発光素子（上面発光型の例）
（１−２）表示装置（有機電界発光素子の使用例）
２．第２の実施の形態（配線材料）
＜１．第１の実施の形態＞
［（１−１）有機電界発光素子（上面発光型の例）］
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る有機電界発光素子の断面構成を表している。この有機電界発光素子（有機ＥＬ素子）は、例えばカラーディスプレイなどの表示装置に用いられるものである。この有機電界発光素子は、陽極１１および陰極３１との間に有機層２０を備えている。有機層２０は、陽極１１側から順に、ｎドープ層２１、正孔輸送層２２、発光層２３および電子輸送層２４を積層した構造を有している。ここでは、発光層２３から発せられる光（以下、発光光という）が陰極３１側から取り出される上面発光型の有機電界発光素子の場合について説明する。
陽極１１は、例えば、ガラスなどの透明基板や、シリコン基板や、フィルム状のフレキシブル基板などの基板上に設けられている。この有機電界発光素子を用いて構成される表示装置の駆動方式がアクティブマトリックス方式である場合には、陽極１１は、各画素にＴＦＴなどの駆動回路が設けられた基板上に、画素ごとにマトリックス状に形成されている。
陽極１１は、可視光の実質的全波長成分を反射できるように形成されていることが好ましい。陽極１１を構成する材料としては、例えば、仕事関数が４．５ｅＶ以下となる導電性の材料が好ましい。このような材料で構成された陽極１１では、可視光の反射率が高くなり、高い発光効率が得られるからである。このような材料としては、例えば、以下のものが挙げられる。アルミニウム、ニッケル、銀、金、白金、パラジウム、セレン、ロジウム、ルテニウム、イリジウム、レニウム、タングステン、モリブデン、クロム、タンタルあるいはニオブ、またはこれらのうちの１種あるいは２種以上を含む合金、それらの酸化物。その他に、酸化スズ、ＩＴＯ、酸化亜鉛あるいは酸化チタンなどが挙げられる。これらは単独で用いてもよいし、複数種を併せて用いてもよい。中でも、陽極１１は、アルミニウムを含んでいることが好ましく、特に、アルミニウムを主成分として含み、かつ副成分としてアルミニウムよりも相対的に仕事関数が低い元素を含む合金（以下、アルミニウム合金という）であるのが好ましい。反射率が高く、比較的安価であるからである。このアルミニウム合金が含む副成分としては、ランタノイド系列元素が好ましい。ランタノイド系列元素の仕事関数は、大きくはないが、この元素を含むことにより、陽極１１の安定性が向上すると共に十分な正孔注入性が得られるからである。アルミニウム合金は、副成分として、このランタノイド系列元素の他に、ケイ素や銅などを含んでいてもよい。アルミニウム合金が含む副成分元素の含有量は、１０重量％以下であることが好ましい。良好な反射率が得られ、導電性も高く、基板１０との密着性も高いからである。また、有機電界発光素子を製造する際に、その反射率が良好かつ安定的に維持される共に、高い加工精度および化学的安定性が得られるからである。
なお、陽極１１は、上記した金属元素を含む反射膜の上（有機層２０側）にＩＴＯやＩＺＯなどの透明導電性材料よりなる層を形成して、２層構造としてもよい。
有機層２０が備えたｎドープ層２１は、正孔を効率よく正孔輸送層２２に注入するためのものであり、ｎ型ホスト化合物およびｎ型ドーパント化合物を含んでいる。ここで、図２，図３を参照して、ｎドープ層２１中の電荷の移動について説明する。図２は本実施の形態における陽極１１の仕事関数と、ｎドープ層２１中のホスト分子およびドーパント分子のＨＯＭＯ，ＬＵＭＯのエネルギーレベルとの関係を表している。図３は本実施の形態に対する参考例として陽極の仕事関数と、ｐドープ層中のホスト分子およびドーパント分子のＨＯＭＯ，ＬＵＭＯのエネルギーレベルとの関係を表している。
図２に示したように、ｎドープ層２１では、ｎ型ホスト化合物のＬＵＭＯエネルギーレベルＮＨＬおよびＨＯＭＯエネルギーレベルＮＨＨが陽極１１の仕事関数Ｗｆよりも低いエネルギーレベルにある。また、ｎ型ドーパント化合物のＨＯＭＯエネルギーレベルＮＤＬは、ｎ型ホスト化合物のＬＵＭＯエネルギーレベルＮＨＬおよびＨＯＭＯエネルギーレベルＮＨＨの間にある。このため、ｎドープ層２１に電界が印加されていない状態あるいは電界が印加された状態において、ｎ型ドーパント化合物のＨＯＭＯ（ＮＤＨ）からｎ型ホスト化合物のＬＵＭＯ（ＮＨＬ）へ電子が容易に引き抜かれる。これにより、ｎ型ドーパント化合物が正に帯電すると共にｎ型ホスト化合物が電子の通り道となるため、ｎ型ホスト化合物の負の空間電荷が緩和される。よって、ｎドープ層２１における電荷移動時の抵抗が低減される。また、これにより、電荷移動に関与可能な電子濃度が高くなり、電荷が移動しやすくなる。
これに対して、図３に示したように、ｐドープ層では、ｐ型ホスト分子のＨＯＭＯエネルギーレベルＰＨＨおよびｐ型ドーパント分子のＬＵＭＯエネルギーレベルＰＤＬは、陽極の仕事関数Ｗｆよりも低い。ところが、ｐ型ドーパント分子のＬＵＭＯエネルギーレベルＰＤＬがｐ型ホスト分子のＨＯＭＯエネルギーレベルＰＨＨよりも高いエネルギーレベルにある。このため、ｐドープ層に電界が印加されていない状態あるいは電界が印加された状態において、ｐ型ホスト分子のＨＯＭＯエネルギーレベルＰＨＨからｐ型ドーパント分子のＬＵＭＯエネルギーレベルＰＤＬへ電子が引く抜かれることになる。これにより、ｐ型ホスト分子が正に帯電すると共にｐ型ドーパント分子が電子の通り道となる。よって、ｐドープ層においてｐ型ドーパント分子の負の空間電荷は、陽極に仕事関数が高いＩＴＯなどの材料を用いた場合には高くなりにくいが、陽極に仕事関数の低い材料を用いた場合には高くなりやすい。これにより、ｐドープ層における電荷移動時の抵抗が高くなる。
すなわち、仕事関数の低い（例えば、４．５ｅＶ以下）材料により構成された陽極１１上に、ｐドープ層を設けた場合には、駆動電圧は低下しにくいが、ｎドープ層２１を設けることによって、駆動電圧を低下させることができる。
また、ｎ型ドーパント化合物のＨＯＭＯエネルギーの絶対値（ＮＤＨ）とｎ型ホスト化合物のＬＵＭＯエネルギーの絶対値（ＮＨＬ）との差は、２ｅＶ以下であるのが好ましい。ＮＤＨから電子をより引き抜きやすくなるため、駆動電圧がより低下するからである。
ｎドープ層２１中におけるｎ型ドーパント化合物の含有量（ドーピング量）は、２質量％以上であるのが好ましい。２質量％未満の場合よりも、より高い電圧低下作用が得られるからである。中でも、ｎドープ層２１中におけるｎ型ドーパント化合物の含有量は、２質量％以上１０質量％以下であるのが好ましい。その範囲外である場合よりも、高い効果が得られるからである。
ｎ型ホスト化合物としては、図２に示したようなｎ型ドーパント化合物との関係を有するものであれば任意であるが、中でも、式（３）で表される化合物（ヘキサアザトリフェニレン誘導体）が好ましい。駆動電圧が低下すると共に、正孔の注入効率がより良好になり、高い発光効率が得られるからである。
Figure 0005458554
 （Ｚ１〜Ｚ６は各々独立に水素基、ハロゲン基、シアノ基、ニトロ基、シリル基、ヒドロキシル基、アミノ基、アリールアミノ基、カルボニル基を有する炭素数２０以下の基、カルボニルエステル結合を有する炭素数２０以下の基、炭素数２０以下のアルキル基、炭素数２０以下のアルケニル基、炭素数２０以下のアルコキシ基、芳香族環を有する炭素数３０以下の基あるいは複素環を有する炭素数３０以下の基またはそれらの誘導体であり、Ｚ１とＺ２、Ｚ３とＺ４、Ｚ５とＺ６とは互いに結合して環状構造を形成してもよい。）
式（３）中で説明したＺ１〜Ｚ６は、上記した基であれば任意であり、隣り合う基同士（Ｚ１とＺ２、Ｚ３とＺ４、Ｚ５とＺ６）は互いに結合して環状構造を形成してもよい。式（３）中で説明した「誘導体」とは、導入される原子団が有する水素のうちの一部あるいは全部を他の原子団で置換した基のことをいう。このことは、後述する式（１）、式（２）、式（４）および式（５）中においても同様である。
この式（３）に示した化合物としては、式（３−１）で表される化合物などが挙げられる。すなわち、式（３−１）のヘキサシアノアザトリフェニレンなどである。なお、式（３）に示した構造を有する化合物であれば、式（３−１）に示した化合物に限定されない。
Figure 0005458554
ｎ型ドーパント化合物としては、図２に示したようなｎ型ホスト化合物との関係を有するものであれば任意であるが、式（１）および式（２）で表されるアミン系化合物のうちの少なくとも１種が好ましい。上述の効果をより有効に発揮できるからである。
Figure 0005458554
 （Ｒ１〜Ｒ３は各々独立に水素基、ハロゲン基、ヒドロキシル基、アミノ基、炭素数２０以下のアリールアミノ基、カルボニル基を有する炭素数２０以下の基、カルボニルエステル結合を有する炭素数２０以下の基、炭素数２０以下のアルキル基、炭素数２０以下のアルケニル基、炭素数２０以下のアルコキシ基あるいは芳香族環を有する炭素数２０以下の基またはそれらの誘導体である。）
Figure 0005458554
 （Ｒ４〜Ｒ７は各々独立に水素基、ハロゲン基、ヒドロキシル基、アミノ基、炭素数２０以下のアリールアミノ基、カルボニル基を有する炭素数２０以下の基、カルボニルエステル結合を有する炭素数２０以下の基、炭素数２０以下のアルキル基、炭素数２０以下のアルケニル基、炭素数２０以下のアルコキシ基あるいは芳香族環を有する炭素数２０以下の基またはそれらの誘導体であり、Ｒ４とＲ５、Ｒ６とＲ７とは互いに結合して環状構造を形成してもよい。Ｒ８は１価あるいは２価の基である。）
式（１）中で説明したＲ１〜Ｒ３は、上記した基であれば任意である。Ｒ１〜Ｒ３として導入されるアリールアミノ基としては、例えば、ジフェニルアミノ基などが挙げられる。その誘導体としては、例えば、カルバゾール基などが挙げられる。また、芳香族環を有する炭素数２０以下の基としては、例えば、以下のものが挙げられる。フェニル基、ナフチル基、フルオレニル基、アントリル基、フェナントリル基、ナフタセニル基、ピレニル基、クリセニル基、フルオランテニル基、ビフェニリル基、ターフェニル基、トリフェニルメチル基、トリル基、ｔ−ブチルフェニル基、あるいはこれらの誘導体。
この式（１）に示したアミン系化合物としては、例えば、式（１−１）で表される化合物が挙げられる。すなわち、式（１−１）の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（ｍ−ＭＴＤＡＴＡ）などである。なお、式（１）に示した構造を有していれば、式（１−１）に示した化合物に限定されない。
Figure 0005458554
式（２）中で説明したＲ４〜Ｒ７は、上記した基であれば任意であり、Ｒ４とＲ５、Ｒ６とＲ７とは互いに結合して環状構造を形成してもよい。Ｒ４〜Ｒ７として導入されるアリールアミノ基およびその誘導体、ならびに芳香族環を有する炭素数２０以下の基としては、例えば、上記のＲ１〜Ｒ３で説明したものと同様の基が挙げられる。また、式（２）中で説明したＲ８は、アミン系化合物を形成する２つの窒素原子の間を連結する連結基であり、２価の基であれば任意であるが、１価の基であってもよい。１価の基であるＲ８としては、例えば、Ｒ４〜Ｒ７として導入される基と同様の基が挙げられる。
この式（２）に示したアミン系化合物としては、例えば、式（２−１）に示した化合物が挙げられる。すなわち、式（２−１）のＮ４，Ｎ４’−ジ−ナフタレン−１−イル−Ｎ４，Ｎ４’−ジフェニル−ビフェニル−４，４’−ジアミン（αＮＰＤ）などである。なお、式（２）に示した構造を有していれば、式（２−１）に示した化合物に限定されない。例えば、Ｒ８が１価の基であり、ＨＯＭＯエネルギーの絶対値が５．３ｅＶである化合物などでもよい。
Figure 0005458554
また、ｎ型ドーパント化合物としては、上記式（１），式（２）に示したアミン系化合物以外のものでもよく、例えば、式（４）あるいは式（５）で表されるアミン系化合物などが挙げられる。
Figure 0005458554
 （Ｒ９〜Ｒ１４は各々独立に水素基、ハロゲン基、ヒドロキシル基、アミノ基、炭素数２０以下のアリールアミノ基、カルボニル基を有する炭素数２０以下の基、カルボニルエステル結合を有する炭素数２０以下の基、炭素数２０以下のアルキル基、炭素数２０以下のアルケニル基、炭素数２０以下のアルコキシ基あるいは芳香族環を有する炭素数２０以下の基またはそれらの誘導体である。）
Figure 0005458554
 （Ｒ１５〜Ｒ２０は各々独立に水素基、ハロゲン基、ヒドロキシル基、アミノ基、炭素数２０以下のアリールアミノ基、カルボニル基を有する炭素数２０以下の基、カルボニルエステル結合を有する炭素数２０以下の基、炭素数２０以下のアルキル基、炭素数２０以下のアルケニル基、炭素数２０以下のアルコキシ基あるいは芳香族環を有する炭素数２０以下の基またはそれらの誘導体であり、Ｒ１５とＲ２０、Ｒ１６とＲ１７、Ｒ１８とＲ１９とは互いに結合して環状構造を形成してもよい。Ｒ２１〜Ｒ２３は各々独立に２価の基である。）
正孔輸送層２２は、ｎドープ層２１から注入された正孔を発光層２３へ効率よく輸送するためのものである。この正孔輸送層２２を構成する材料としては、正孔を効率よく輸送可能な材料であれば任意であり、例えば、以下の材料が挙げられる。これらは単独で用いてもよいし、複数種を混合して用いてもよい。
ベンジン、スチリルアミン、トリフェニルアミン、ポルフィリン、トリフェニレン、アザトリフェニレン、テトラシアノキノジメタン、トリアゾール、イミダゾール、オキサジアゾール、ポリアリールアルカン、フェニレンジアミン、アリールアミン、オキサゾール、アントラセン、フルオレノン、ヒドラゾン、スチルベン、あるいはこれらの誘導体。ポリシラン系化合物、ビニルカルバゾール系化合物、チオフェン系化合物、アニリン系化合物などの複素環式共役系のモノマー、オリゴマーまたはポリマー。
具体的には、以下の化合物などである。
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（ｍ−ＭＴＤＡＴＡ；上記式（２−１）に示した化合物）、α−ナフチルフェニルフェニレンジアミン、ポルフィリン、金属テトラフェニルポルフィリン、金属ナフタロシアニン。ヘキサシアノアザトリフェニレン（上記式（３−１）に示した化合物）、７，７，８，８−テトラシアノキノジメタン（ＴＣＮＱ）、式（６）で表される２，３，５，６−テトラ−フルオロ−７，７，８，８−テトラシアノキノジメタン（Ｆ４−ＴＣＮＱ）、テトラシアノ−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、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラキス（ｐ−トリル）ｐ−フェニレンジアミン、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラフェニル−４，４’−ジアミノビフェニル、Ｎ−フェニルカルバゾール。４−ジ−ｐ−トリルアミノスチルベン、ポリ（パラフェニレンビニレン）、ポリ（チオフェンビニレン）、ポリ（２，２’−チエニルピロール）。
Figure 0005458554
発光層２３は、陽極１１と陰極３１との間で電界が印加された際に、陽極１１側から注入された正孔と、陰極３１側から注入された電子とが再結合し、光を発生する領域である。この発光層２３を構成する材料としては、発光機能（正孔と電子との再結合の場を提供し、この再結合を発光につなげる機能）と共に、例えば、電荷の注入機能および電荷の輸送機能を有するものが好ましい。これにより、発光効率が向上する一方で、上記の正孔輸送層２２や後述する電子輸送層２４および陰極３１の第１層３１Ａを設けなくとも、発光することが可能となる。ここでいう電荷の注入機能とは、電界印加時において、ｎドープ層２１からの正孔を注入することができると共に、陰極３１からの電子を注入することができる機能のことである。また、電荷の輸送機能とは、注入された正孔および電子を電界の力で移動させる機能のことである。
この発光層２３を構成する材料としては、例えば、以下のものが挙げられる。
ナフタレン誘導体、インデン誘導体、フェナントレン誘導体、ピレン誘導体、ナフタセン誘導体、トリフェニレン誘導体、アントラセン誘導体、ペリレン誘導体、ピセン誘導体、フルオランテン誘導体、アセフェナントリレン誘導体、ペンタフェン誘導体、ペンタセン誘導体、コロネン誘導体、ブタジエン誘導体、スチルベン誘導体、トリス（８−キノリノラト）アルミニウム錯体（Ａｌｑ）あるいはビス（ベンゾキノリノラト）ベリリウム錯体。具体的には、上記式（１−１）に示した化合物であるαＮＰＤなどである。
また、発光層２３は、例えば、ホストとなる化合物（ホスト材料）に対して、各色（青色、緑色、赤色）の発光色素（発光性ゲスト材料）がドーピングされていてもよく、この場合、電界が印加されると、その発光色素の色調に従って、各色を発光する。
このホスト材料としては、例えば、上記した発光層２３を構成する材料が挙げられる。すなわち、以下の材料などである。
ナフタレン誘導体、インデン誘導体、フェナントレン誘導体、ピレン誘導体、ナフタセン誘導体、トリフェニレン誘導体、アントラセン誘導体、ペリレン誘導体、ピセン誘導体、フルオランテン誘導体、アセフェナントリレン誘導体、ペンタフェン誘導体、ペンタセン誘導体、コロネン誘導体、ブタジエン誘導体、スチルベン誘導体、トリス（８−キノリノラト）アルミニウム錯体（Ａｌｑ）、ビス（ベンゾキノリノラト）ベリリウム錯体。
より具体的には、例えば、９，１０−ジ（２−ナフチル）アントラセン（ＡＤＮ）などが挙げられる。
また、発光性ゲスト材料としては、発光効率が高い材料、例えば、低分子蛍光色素、蛍光性の高分子、さらには金属錯体等の有機発光材料が用いられる。以下で各色の発光ゲスト材料について説明する。
青色の発光性ゲスト材料とは、発光の波長範囲が約４００ｎｍ〜４９０ｎｍの範囲にピークを有する化合物のことであり、このような有機化合物としては、以下のものが挙げられる。ナフタレン誘導体、アントラセン誘導体、ナフタセン誘導体、スチリルアミン誘導体あるいはビス（アジニル）メテンホウ素錯体などが挙げられる。具体的には、アミノナフタレン誘導体、アミノアントラセン誘導体、アミノクリセン誘導体、アミノピレン誘導体、スチリルアミン誘導体あるいはビス（アジニル）メテンホウ素錯体などである。これらは単独で用いられてもよいし、複数種を混合して用いてもよい。
緑色の発光性ゲスト材料とは、発光の波長範囲が約４９０ｎｍ〜５８０ｎｍの範囲にピークを有する化合物ことであり、このような有機化合物としては、以下のものが挙げられる。ナフタレン誘導体、アントラセン誘導体、ピレン誘導体、ナフタセン誘導体、フルオランテン誘導体、ペリレン誘導体、クマリン誘導体、キナクリドン誘導体、インデノ［１，２，３−ｃｄ］ペリレン誘導体あるいはビス（アジニル）メテンホウ素錯体ピラン系色素。具体的には、アミノアントラセン誘導体、フルオランテン誘導体、クマリン誘導体、キナクリドン誘導体、インデノ［１，２，３−ｃｄ］ペリレン誘導体あるいはビス（アジニル）メテンホウ素錯体などである。これらは単独で用いられてもよいし、複数種を混合して用いてもよい。
赤色発光性ゲスト材料とは、発光の波長範囲が約５８０ｎｍ〜７００ｎｍの範囲にピークを有する化合物のことであり、このような有機化合物としては、以下のものが挙げられる。ニールレッド、ＤＣＭ１（｛４−Ｄｉｃｙａｎｍｅｔｈｙｌｅｎｅ−２−ｍｅｔｈｙｌ−６（ｐ−ｄｉｍｅｔｈｙｌａｍｉｎｏｓｔｙｒｙｌ）−４Ｈ−ｐｙｒａｎ｝）あるいはＤＣＪＴ（｛４−（ジシアノメチレン）−２−ｔ− ブチル−６− （ジュロリジルスチリル）− ピラン｝などのピラン誘導体、スクアリリウム誘導体、ポルフィリン誘導体、クロリン誘導体、ユーロジリン誘導体。これらは単独で用いられてもよいし、複数種を混合して用いてもよい。
なお、発光層２３は、上記した各色の発光性ゲスト材料を用いて、それらのうちの１色を発光するようにしてもよいし、各色のうちの１色を発光する層を積層して発光光を白色としてもよい。すなわち、発光層２３は、青色発光層、緑色発光層あるいは赤色発光層のうちのいずれかでもよいし、それらを積層して白色発光層としてもよい。
電子輸送層２４は、陰極３１から注入された電子を発光層２３に効率よく輸送するためのものである。電子輸送層２４を構成する材料としては、例えば、以下の材料が挙げられる。キノリン、ペリレン、フェナントロリン、ビススチリル、ピラジン、トリアゾール、オキサゾール、オキサジアゾール、フルオレノンあるいはこれらの誘導体、または金属錯体。具体的には、以下の化合物などである。トリス（８−ヒドロキシキノリン）アルミニウム（略称Ａｌｑ３）、アントラセン、ナフタレン、フェナントレン、ピレン、アントラセン、ペリレン、ブタジエン、クマリン、アクリジン、スチルベンあるいは１，１０−フェナントロリンまたはこれらの誘導体や金属錯体。これらは単独で用いてもよく、複数種を混合して用いてもよい。
陰極３１は、発光層２３に電界を印加する一方の電極であり、光透過性の材料により構成されている。これにより、発光層２３からの発光光およびその発光光が陽極１１表面において反射した光が、陰極３１から外側へ取り出されることとなる。この陰極３１は、発光層２３側に仕事関数が小さい材料を用いた層が形成されており、発光層２３側から順に第１層３１Ａおよび第２層３１Ｂが積層されている。
第１層３１Ａは、光透過性が良好であると共に、仕事関数が小さく、かつ電子輸送層２４に電子を効率よく注入することが可能な材料により構成されている。すなわち、第１層３１Ａは、電子注入層として機能する。このような材料としては、例えば、Ｌｉ2 Ｏ、Ｃｓ2 Ｏ、ＬｉＦあるいはＣａＦ2 などのアルカリ金属酸化物、アルカリ金属弗化物、アルカリ土類金属酸化物、アルカリ土類弗化物などが挙げられる。
また、第２層３１Ｂは、薄膜のＭｇＡｇ電極材料やＣａ電極材料などの光透過性を有し、かつ導電性が良好な材料により構成されている。また、この有機電界発光素子が、特に陽極１１と陰極３１との間で発光光を共振させて取り出すキャビティ構造を備える場合には、第２層３１Ｂは、例えば、Ｍｇ−Ａｇ（９：１）１０ｎｍ厚のような半透過性反射材料を用いて構成してもよい。
なお、陰極３１は、必要に応じて、第２層３１Ｂ上に、電極の劣化抑制のための封止電極として第３層（図示せず）を積層した構造でもよい。
このような有機電界発光素子は、例えば、以下のように製造することができる。
まず、基板上に陽極１１を蒸着法やスパッタリング法などにより形成する。続いて、陽極１１の上に、ｎドープ層２１、正孔輸送層２２、発光層２３および電子輸送層２４をこの順で、真空蒸着法などにより積層して有機層２０を形成する。最後に、電子輸送層２４の上に、真空蒸着法などにより、第１層３１Ａおよび第２層３１Ｂをこの順で積層して、陰極３１を形成する。これにより、図１に示した有機電界発光素子が完成する。
本実施の形態における有機電界発光素子では、陽極１１と陰極３１との間に電圧が印加され、有機層２０に電界がかかると、陽極１１からの正孔がｎドープ層２１および正孔輸送層２２を介して発光層２３に効率よく移動する。その一方で、陰極３１からの電子が電子輸送層２４を介して効率よく発光層２３に輸送される。このように陽極１１側から移動してきた正孔と、陰極３１側から移動してきた電子とが、発光層２３において再結合し、光を発することとなる。この発光層２３からの発光光と、この発光光が陽極１１の表面で反射した光とが陰極３１を透過して、射出する。この際、ｎドープ層２１では、図２に示したように、ｎ型ドーパント化合物のＨＯＭＯ（ＮＤＨ）からｎ型ホスト化合物のＬＵＭＯ（ＮＨＬ）へ電子が容易に引き抜かれる。これにより、ｎ型ドーパント化合物が正に帯電すると共にｎ型ホスト化合物が電子の通り道となるため、ｎ型ホスト化合物の負の空間電荷が緩和され、ｎドープ層２１における電荷移動時の抵抗が低減する。また、これにより、電荷移動に関与可能な電子濃度が高くなり、全体として電荷が移動しやすくなる。
すなわち、この有機電界発光素子では、陽極１１と発光層２３との間に、ｎドープ層２１を設けるようにしたので、駆動電圧を低下させることができ、発光効率を向上させることができる。この場合、ｎドープ層２１中におけるｎ型ドーパント化合物の含有量が２質量％以上であれば、より駆動電圧を低下させることができる。
また、陽極１１がアルミニウムを含んでいれば、仕事関数が高い材料により構成されている場合と比較して、より高い効果を得ることができる。
次に、上記した有機電界発光素子の適用例について説明する。ここで、表示装置を例に挙げると、上記した有機電界発光素子は以下のように用いられる。
［（１−２）表示装置］
図４は表示装置の断面構成を表している。この表示装置は、ＴＦＴなどの駆動回路（図示せず）を備えた駆動用基板１０の上に絶縁層１２および有機電界発光素子１Ｒ，１Ｇ，１Ｂを有する構成となっている。また、この表示装置では、有機電界発光素子１Ｒ，１Ｇ，１Ｂの上に、それらを覆うように保護層３２が形成され、この保護層３２上に設けられた接着層３３により接着された封止用基板４０により全面にわたって封止されている。すなわち、ここで説明する表示装置の駆動方式は、アクティブマトリックス方式である。
駆動用基板１０は、ガラスなどの透明基板や、シリコン基板や、フィルム状のフレキシブル基板などの上に、有機電界発光素子１Ｒ，１Ｇ，１ＢごとにＴＦＴなどの駆動回路（図示せず）および平坦化絶縁膜（図示せず）が設けられている。
有機電界発光素子１Ｒ，１Ｇ，１Ｂは、上記した有機電界発光素子と同様の構成を有している。ここでは、有機電界発光素子１Ｒ，１Ｇ，１Ｂから取り出される光は、表示装置において、それぞれ赤色、緑色および青色を呈することとする。なお、ここでは、後述する封止用基板４０がカラーフィルタ（図示せず）を有しているので、有機電界発光素子１Ｒ，１Ｇ，１Ｂが有する発光層２３は、同一の構成を有しているが、それぞれ異なる構成を有していてもよい。その場合には、有機電界発光素子１Ｒ，１Ｇ，１Ｂにおいて、それぞれの発光層２３が含む発光性ゲスト材料が異なることとなる。
絶縁層１２は、有機電界発光素子１Ｒ，１Ｇ，１Ｂの陽極１１と陰極３１との絶縁性を確保すると共に発光領域を正確に所望の形状にするためのものである。この絶縁層１２は、基板１０の上において、有機電界発光素子１Ｒ，１Ｇ，１Ｂの各陽極１１との間に、各陽極１１を取り囲み、開口部を形成するように設けられている。このような絶縁層１２は、例えばポリイミドなどの感光性樹脂により構成されている。なお、ここでは、有機層２０および陰極３１は、絶縁層１２の上にも連続して設けられているが、発光光が生じるのは絶縁層１２の開口部（陽極１１の上部）だけである。
保護層３２は、有機層２０に水分などが侵入することを防止するためのものであり、透過水性および吸水性の低い材料により構成されると共に十分な厚みを有している。また、保護層３２は、発光層２３で発生した光に対する透過性が高く、例えば８０％以上の透過率を有する材料により構成されている。このような保護層３２は、例えば、厚さが２μｍ〜３μｍ程度であり、アモルファスな絶縁性材料により構成されている。具体的には、アモルファスシリコン（α−Ｓｉ），アモルファス炭化シリコン（α−ＳｉＣ），アモルファス窒化シリコン（α−Ｓｉ1-x Ｎx ）あるいはアモルファスカーボン（α−Ｃ）が好ましい。これらのアモルファスな絶縁性材料は、グレインを構成しないので透水性が低く、良好な保護層３２となる。また、保護層３２は、ＩＴＯのような透明導電性材料により構成されていてもよい。
接着層３３は、例えば、熱硬化型樹脂または（ＵＶ）紫外線硬化型樹脂により構成されている。
封止用基板４０は、有機電界発光素子１Ｒ，１Ｇ，１Ｂの陰極３１側に位置しており、接着層３２と共に有機電界発光素子１Ｒ，１Ｇ，１Ｂを封止するものである。この封止用基板４０は、有機電界発光素子１Ｒ，１Ｇ，１Ｂで発生した光を透過可能なガラスなどの材料により構成されている。封止用基板４０には、例えば、カラーフィルタ（図示せず）が設けられている。これにより、有機電界発光素子１Ｒ，１Ｇ，１Ｂで発生した光を取り出すと共に、有機電界発光素子１Ｒ，１Ｇ，１Ｂならびにその間の配線（図示せず）において反射された外光を吸収し、コントラストを改善するようになっていてもよい。
カラーフィルタは、封止用基板４０のどちら側の面に設けられてもよいが、有機電界発光素子１Ｒ，１Ｇ，１Ｂの側に設けられることが好ましい。カラーフィルタが表面に露出せず、接着層３３により保護することができるからである。また、発光層２３とカラーフィルタとの間の距離が狭くなることにより、有機電界発光素子１Ｒ，１Ｂ，１Ｇから射出された光が隣接する他の色のカラーフィルタに入射して混色を生じることを避けることができるからである。カラーフィルタは、赤色フィルタ，緑色フィルタおよび青色フィルタ（いずれも図示せず）を有しており、有機電界発光素子１Ｒ，１Ｇ，１Ｂに対応して順に配置されている。赤色フィルタ，緑色フィルタおよび青色フィルタは、それぞれ例えば矩形形状で隙間なく形成されている。これらの赤色フィルタ、緑色フィルタおよび青色フィルタは、顔料を混入した樹脂によりそれぞれ構成されていてもよい。この顔料を選択することにより、目的とする赤，緑あるいは青の波長域における光透過率が高く、他の波長域における光透過率が低くなるように調整されている。
この表示装置は、例えば、次のようにして製造することができる。
まず、駆動用基板１０を用意し、その上に、例えばスパッタリング法により、陽極１１を形成し、例えばドライエッチングにより所定の形状に成形する。
続いて、基板１０の全面にわたり、陽極１１を覆うように感光性樹脂を塗布し、例えばフォトリソグラフィ法により発光領域に対応して開口部を設け、焼成することにより、絶縁層１２を形成する。
そののち、例えば、上記した有機電界発光素子を製造する際の手順と同様の手順により、有機層２０を形成したのち、有機層２０の上に陰極３１を形成する。このようにして、有機電界発光素子１Ｒ，１Ｇ，１Ｂを形成する。
有機電界発光素子１Ｒ，１Ｇ，１Ｂを形成したのち、これらの上に保護膜３２を形成する。保護膜３２の形成方法は、下地に対して影響を及ぼすことのない程度に、成膜粒子のエネルギーが小さい成膜方法、例えば蒸着法またはＣＶＤ法が好ましい。また、保護膜３２は、陰極３１を大気に暴露することなく、陰極３１の形成と連続して行うことが望ましい。大気中の水分や酸素により有機層２０が劣化してしまうのを抑制することができるからである。さらに、有機層２０の劣化による輝度の低下を防止するため、保護膜３２の成膜温度は常温に設定すると共に、保護膜３２の剥がれを防止するために膜のストレスが最小になる条件で成膜することが望ましい。
また、例えば、封止用基板４０の上に、赤色フィルタの材料をスピンコートなどにより塗布し、フォトリソグラフィ技術によりパターニングして焼成することにより赤色フィルタを形成する。続いて、赤色フィルタと同様にして、青色フィルタおよび緑色フィルタを順次形成する。
そののち、保護膜３２の上に、接着層３３を形成し、この接着層３３を介して封止用基板４０を貼り合わせる。その際、封止用基板４０のカラーフィルタを形成した面を、有機電界発光素子１Ｒ，１Ｇ，１Ｂ側にして配置することが好ましい。以上により、図４に示した表示装置が完成する。
このような表示装置では、画像データに基づいて選択された各有機電界発光素子１Ｒ，１Ｇ，１Ｂにおいて、陽極１１および陰極３１の間に駆動電圧が印加されると、有機層２０に電界がかかる。この電界がかかった有機層２０では、発光層２３において正孔と電子とが再結合して発光光が生じる。この発光光は、カラーフィルタおよび封止用基板４０を透過して取り出される。
この表示装置によれば、有機電界発光素子１Ｒ，１Ｂ，１Ｇの有機層２０が、陽極１１と発光層２３との間に、ｎドープ層２１を有するので、駆動電圧を低下させることができる。この他の作用効果については、上記した有機電界発光素子と同様である。
なお、上記した実施の形態では、有機層２０をｎドープ層２１、正孔輸送層２２、発光層２３および電子輸送層２４により構成したが、これに限定されるものではない。すなわち、有機層２０が、発光層２３と陽極１１との間にｎドープ層２１を有していればよく、その他の層は、必要に応じて設けるようにしてもよい。このことは、陰極３１の構成についても同様である。
さらに、上記した実施の形態では、有機層２０を構成するｎドープ層２１、正孔輸送層２２、発光層２３および電子輸送層２４をそれぞれ単層で形成する場合について主に説明したが、各層を複数層で形成するようにしてもよい。この場合においても、同様の作用効果を得ることができる。
＜２．第２の実施の形態（配線材料）＞
本発明の第２の実施の形態に係る配線材料は、表示装置などに搭載された回路基板などに用いられるものであり、上記したｎ型ホスト化合物およびｎ型ドーパント化合物を含む、ｎドープされた有機導電性材料である。これにより、低い電圧で通電することができる。
この配線材料は、例えば、図５に示した配線構造に用いることができる。図５はこの配線材料を用いた配線構造を模式的に表している。この配線構造は、第１電極５１（例えば、陽極）と第２電極５３（例えば、陰極）との間に、配線材料を含む層としてｎドープ層５２を備えている。
第１電極５１は、例えば、上記した有機電界発光素子の陽極１１と同様の構成を有している。また、ｎドープ層５２は、ｎ型ホスト化合物およびｎ型ドーパント化合物を含む配線材料により構成されており、上記したｎドープ層２１と同様の構成を有している。第２電極５３は、ｎドープ層５２側から、第１層５３Ａおよび第２層５３Ｂが積層した構造を有しており、例えば、上記した陰極３１（第１層３１Ａ，第２層３１Ｂ）と同様の構成を有している。なお、第２電極５３は、上記の陰極３１と同様に光透過性を有していてもよいが、光を透過しない材料、例えば、第１電極５１と同様の材料により構成されていてもよい。
この配線構造は、例えば、基板上に、蒸着法などにより、第１電極５１、ｎドープ層５２および第２電極５３を積層することにより、製造することができる。
この配線構造では、両電極間に電界を印加していない状態あるいは電界を印加した状態で、ｎドープ層５２において、図２に示したようにｎ型ドーパント化合物のＨＯＭＯ（ＮＤＨ）からｎ型ホスト化合物のＬＵＭＯ（ＮＨＬ）へ電子が容易に引き抜かれる。これにより、ｎ型ドーパント化合物が正に帯電すると共にｎ型ホスト化合物が電子の通り道となるため、ｎ型ホスト化合物の負の空間電荷が緩和され、ｎドープ層５２における電荷移動時の抵抗が低減する。また、これにより、電荷移動に関与可能な電子濃度が高くなり、電荷が移動しやすくなる。すなわち、この配線構造によれば、ｎドープ層５２を構成する材料以外の有機材料を用いた場合と比較して、低い電圧で通電することができる。よって、この配線材料によれば、金属材料などを用いなくても、抵抗が低い有機化合物による配線を実現することができる。
本発明の実施例について詳細に説明する。
（実験例１−１〜１−５）
以下の手順により、図５に示した配線構造を作製した。
まず、ガラス基板上に、ＲＦマグネトロンスパッタにより、厚さ２００ｎｍのアルミニウムよりなる第１電極５１（Ａｌ）を形成した。続いて、第１電極５１を形成した基板をプラズマ装置に搬送し、真空雰囲気下で酸素プラズマ（８０Ｗ，１０Ｐａ）処理を３分間行い、表面を洗浄した。続いて、洗浄した基板を蒸着装置に搬送し、真空雰囲気下で厚さ１００ｎｍのｎドープ層５２を形成した。この場合、ｎ型ホスト化合物として式（３−１）に示した化合物（ＨＡＴ）と、ｎ型ドーパント化合物として式（２−１）に示した化合物（αＮＰＤ）とを用いて、表１に示した組成となるようにｎ型ドーパント化合物の含有量を調整して共蒸着した。具体的には、ｎドープ層５２中におけるｎ型ドーパント化合物の含有量が０．５質量％（実験例１−１）、１質量％（実験例１−２）、２質量％（実験例１−３）、４質量％（実験例１−４）あるいは１０質量％（実験例１−５）となるようにした。次に、第２電極５３の第１層５３Ａとして、フッ化リチウム（ＬｉＦ）０．３ｎｍの厚さで真空蒸着し、その上に第２層５３Ｂとして厚さ１０ｎｍとなるようにマグネシウム銀合金（ＭｇＡｇ、１０：１（質量比））を共蒸着した。次に、この基板をプラズマＣＶＤ装置に搬送し、第２層５３Ｂの上に窒化シリコン膜（厚さ１μｍ）を形成した。最後に、窒化シリコン膜上にＵＶ硬化樹脂を滴下し、その上にガラス基板を重ねて、封止した。これにより、図５に示した配線構造が完成した。
（実験例１−６）
ｎドープ層５２の代わりに、式（３−１）に示した化合物（ＨＡＴ）からなる層を１００ｎｍの厚さで真空蒸着して形成したことを除き、実験例１−１と同様の手順を経た。
Figure 0005458554
これらの実験例１−１〜１−６の配線構造の両極間に３Ｖまでの電圧を印加し、電流密度を測定したところ、図６に示した結果が得られた。
図６に示したように、両極間にｎドープ層５２を形成した実験例１−１〜１−５では、それを形成しなかった実験例１−６よりも印加電圧に対する電流密度が著しく高くなった。また、ｎドープ層５２中のｎ型ドーパント化合物の含有量が２質量％以上の実験例１−３〜１−５では、２質量％未満の実験例１−１，１−２よりも印加電圧に対する電流密度が著しく高くなった。このことから、ｎドープ層５２を構成するｎ型ホスト化合物およびｎ型ドーパント化合物を含む配線材料を用いることにより、低い電圧で通電できることが確認された。この場合、配線材料中におけるｎ型ドーパント化合物の含有量が２質量％以上であれば、より低い電圧で通電できることも確認された。
（実験例２−１）
以下の手順により、図１に示した有機電界発光素子を作製した。
まず、ガラス基板上に、ＲＦマグネトロンスパッタにより、厚さ２００ｎｍのアルミニウム（Ａｌ）よりなる陽極１１を形成した。続いて、陽極１１を形成した基板をプラズマ装置に搬送し、真空雰囲気下で酸素プラズマ（８０Ｗ，１０Ｐａ）処理を３分間行い、表面を洗浄した。次に、洗浄した基板を蒸着装置に搬送し、真空雰囲気下で有機層２０を形成した。この場合、陽極１１の上に、まず、ｎ型ドーパント化合物の含有量が４質量％となるように共蒸着してｎドープ層２１（２０ｎｍ厚）を形成した。この際、ｎ型ホスト化合物として式（３−１）に示した化合物（ＨＡＴ）と、ｎ型ドーパント化合物として式（１−１）に示した化合物（ｍ−ＭＴＤＡＴＡ）とを用いた。そののち、ｍ−ＭＴＤＡＴＡからなる正孔輸送層２２（２０ｎｍ厚）、αＮＰＤからなる発光層２３（２０ｎｍ厚）およびＡｌｑからなる電子輸送層２４をそれぞれ蒸着した。次に、陰極３１の第１層３１Ａとして、フッ化リチウム（ＬｉＦ）を０．３ｎｍの厚さで真空蒸着し、その上に第２層３１Ｂとして厚さ１０ｎｍとなるようにマグネシウム銀合金（ＭｇＡｇ、１０：１（質量比））を共蒸着した。次に、この基板をプラズマＣＶＤ装置に搬送し、第２層３１Ｂの上に窒化シリコン膜（厚さ１μｍ）を形成した。最後に、窒化シリコン膜上にＵＶ硬化樹脂を滴下し、その上にガラス基板を重ねて、封止した。これにより、図１に示した有機電界発光素子が完成した。なお、ここで用いたｎドープ層２１中に含まれるｎ型ホスト化合物とｎ型ドーパント化合物とのＨＯＭＯおよびＬＵＭＯのエネルギーの絶対値（ｅＶ）を表２に示した。
（実験例２−２）
ｎドープ層２１を形成する際に、ｎ型ドーパント化合物としてｍ−ＭＴＤＡＴＡ（式（１−１））に代えて、αＮＰＤ（式（２−１））を用いたことを除き、実験例２−１と同様の手順を経た。
（実験例２−３）
ｎドープ層２１の代わりに、式（３−１）に示した化合物からなる層を２０ｎｍの厚さで真空蒸着して形成したことを除き、実験例２−１と同様の手順を経た。
（実験例２−４）
ｎドープ層２１の代わりに、式（３−１）に示した化合物と式（６）に示した化合物であるＦ４−ＴＣＮＱを含む層（２０ｎｍ厚）を形成したことを除き、実験例２−１と同様の手順を経た。この際、Ｆ４−ＴＣＮＱの含有量が４体積％となるように共蒸着した。
これらの実験例２−１〜２−４の有機電界発光素子について、電流密度１００ｍＡ／ｃｍ2 における駆動電圧および発光効率を測定したところ、表３に示した結果が得られた。
Figure 0005458554
Figure 0005458554
表３に示したように、ｎドープ層２１を形成した実験例２−１，２−２では、それを形成しなかった実験例２−３，２−４よりも駆動電圧が低くなり、発光効率が高くなった。この場合、表１に示したように、ｍ−ＭＴＤＡＴＡおよびαＮＰＤ（ｎ型ドーパント化合物）のＨＯＭＯエネルギーの絶対値と式（３−１）に示した化合物（ｎ型ホスト化合物）のＬＵＭＯエネルギーの絶対値との差は、２ｅＶ以下であった。また、いわゆるｐ型のドーパント化合物であるＦ４−ＴＣＮＱをｎ型ドーパント化合物の代わりに用いても、駆動電圧を低下させる作用は得られなかった。
このことから、有機電界発光素子では、陽極１１と発光層２３との間にｎドープ層２１を有することにより、駆動電圧を低下させることができ、発光効率が向上することが確認された。この場合には、上記した実験例１−１〜１−５の結果から、ｎドープ層２１中におけるｎ型ドーパント化合物の含有量が２質量％以上であれば、より駆動電圧を低下させることができるものと考えられる。
以上、実施の形態および実施例を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記した実施の形態および実施例において説明した態様に限定されず、種々の変形が可能である。例えば、上記した実施の形態および実施例では、上面発光型の有機電界発光素子について説明したが、下面発光型としてもよい。この場合には、透明材料により構成された基板上に、上記した陰極、有機層および陽極の順で積層し、その有機層を陰極側から順に、電子輸送層、発光層、正孔輸送層およびｎドープ層が積層した構造を有する。
また、上記した実施の形態では、アクティブマトリックス方式の表示装置について説明したが、パッシブ方式の表示装置であってもよい。
本発明の第１の実施の形態に係る有機電界発光素子の構成を表す断面図である。 陽極とｎドープ層との間の電荷の移動を説明するための図である。 陽極とｐドープ層との間の電荷の移動を説明するための図である。 有機電界発光素子を備えた表示装置の構成を表す断面図である。 本発明の第２の実施の形態に係る配線構造を表す断面図である。 実験例における電圧と電流との関係を表す図である。
符号の説明
１Ｒ，１Ｂ，１Ｇ…有機電界発光素子、１０…駆動用基板、１１…陽極、１２…絶縁層、２０…有機層、２１，５２…ｎドープ層、２２…正孔輸送層、２３…発光層、２４…電子輸送層、３０…封止用基板、３１…陰極、３１Ａ…第１層、３１Ｂ…第２層、３２…保護層、３３…接着層、５１…第１電極、５３…第２電極、５３Ａ…第１層、５３Ｂ…第２層。

Claims (11)

  1. 光反射性を有する陽極と、
    光透過性を有する陰極と、
    前記陽極と陰極との間に、発光層を含む有機層とを備え、
    前記発光層から発せられた光は前記陰極側から射出され、
    前記有機層は、前記陽極と前記発光層との間に、ｎ型ホスト化合物および２質量％以上１０質量％以下のｎ型ドーパント化合物を含むｎドープ層を有し、
    前記ｎ型ドーパント化合物の最高被占分子軌道（ＨＯＭＯ）エネルギーの絶対値と前記ｎ型ホスト化合物の最低空軌道（ＬＵＭＯ）エネルギーの絶対値との差は、２ｅＶ以下である
    有機電界発光素子。
  2. 光反射性を有する陽極と、
    光透過性を有する陰極と、
    前記陽極と陰極との間に、発光層を含む有機層とを備え、
    前記発光層から発せられた光は前記陰極側から射出され、
    前記有機層は、前記陽極と前記発光層との間に、ｎ型ホスト化合物および２質量％以上１０質量％以下のｎ型ドーパント化合物を含むｎドープ層を有し、
    前記ｎ型ホスト化合物は、式（３）で表される化合物である
    有機電界発光素子。
    Figure 0005458554
     （Ｚ１〜Ｚ６は各々独立に水素基、ハロゲン基、シアノ基、ニトロ基、シリル基、ヒドロキシル基、アミノ基、アリールアミノ基、カルボニル基を有する炭素数２０以下の基、カルボニルエステル結合を有する炭素数２０以下の基、炭素数２０以下のアルキル基、炭素数２０以下のアルケニル基、炭素数２０以下のアルコキシ基、芳香族環を有する炭素数３０以下の基あるいは複素環を有する炭素数３０以下の基、またはそれらの誘導体であり、Ｚ１とＺ２、Ｚ３とＺ４、Ｚ５とＺ６とは互いに結合して環状構造を形成してもよい。）
  3. 光反射性を有する陽極と、
    光透過性を有する陰極と、
    前記陽極と陰極との間に、発光層を含む有機層とを備え、
    前記発光層から発せられた光は前記陰極側から射出され、
    前記有機層は、前記陽極と前記発光層との間に、ｎ型ホスト化合物および２質量％以上１０質量％以下のｎ型ドーパント化合物を含むｎドープ層を有し、
    前記ｎ型ドーパント化合物は、式（４）および式（５）で表されるアミン系化合物のうちの少なくとも１種である
    有機電界発光素子。
    Figure 0005458554
     （Ｒ９〜Ｒ１４は各々独立に水素基、ハロゲン基、ヒドロキシル基、アミノ基、炭素数２０以下のアリールアミノ基、カルボニル基を有する炭素数２０以下の基、カルボニルエステル結合を有する炭素数２０以下の基、炭素数２０以下のアルキル基、炭素数２０以下のアルケニル基、炭素数２０以下のアルコキシ基あるいは芳香族環を有する炭素数２０以下の基またはそれらの誘導体である。）
    Figure 0005458554
     （Ｒ１５〜Ｒ２０は各々独立に水素基、ハロゲン基、ヒドロキシル基、アミノ基、炭素数２０以下のアリールアミノ基、カルボニル基を有する炭素数２０以下の基、カルボニルエステル結合を有する炭素数２０以下の基、炭素数２０以下のアルキル基、炭素数２０以下のアルケニル基、炭素数２０以下のアルコキシ基あるいは芳香族環を有する炭素数２０以下の基またはそれらの誘導体であり、Ｒ１５とＲ２０、Ｒ１６とＲ１７、Ｒ１８とＲ１９とは互いに結合して環状構造を形成してもよい。Ｒ２１〜Ｒ２３は各々独立に２価の基である。）
  4. 前記陽極は、構成元素としてアルミニウムを含む
    請求項１乃至３のうちいずれか１つに記載の有機電界発光素子。
  5. 前記有機層は、前記ｎドープ層と前記発光層との間に、正孔輸送層を有する
    請求項１乃至３のうちいずれか１つに記載の有機電界発光素子。
  6. 前記ｎ型ドーパント化合物は、式（１）および式（２）で表されるアミン系化合物のうちの少なくとも１種である
    請求項１または２に記載の有機電界発光素子。
    Figure 0005458554
     （Ｒ１〜Ｒ３は各々独立に水素基、ハロゲン基、ヒドロキシル基、アミノ基、炭素数２０以下のアリールアミノ基、カルボニル基を有する炭素数２０以下の基、カルボニルエステル結合を有する炭素数２０以下の基、炭素数２０以下のアルキル基、炭素数２０以下のアルケニル基、炭素数２０以下のアルコキシ基あるいは芳香族環を有する炭素数２０以下の基、またはそれらの誘導体である。）
    Figure 0005458554
     （Ｒ４〜Ｒ７は各々独立に水素基、ハロゲン基、ヒドロキシル基、アミノ基、炭素数２０以下のアリールアミノ基、カルボニル基を有する炭素数２０以下の基、カルボニルエステル結合を有する炭素数２０以下の基、炭素数２０以下のアルキル基、炭素数２０以下のアルケニル基、炭素数２０以下のアルコキシ基あるいは芳香族環を有する炭素数２０以下の基、またはそれらの誘導体であり、Ｒ４とＲ５、Ｒ６とＲ７とは互いに結合して環状構造を形成してもよい。Ｒ８は２価の基である。）
  7. 前記ｎ型ドーパント化合物は、式（１−１）および式（２−１）で表わされるアミン系化合物のうちの少なくとも１種である
    請求項１または２に記載の有機電界発光素子。
    Figure 0005458554
    Figure 0005458554
  8. 前記ｎ型ホスト化合物は、式（３−１）で表される化合物である
    請求項１乃至３のうちいずれか１つに記載の有機電界発光素子。
    Figure 0005458554
  9. 光反射性を有する陽極と、
    光透過性を有する陰極と、
    前記陽極と陰極との間に、発光層を含む有機層とを備え、
    前記有機層は、前記陽極と前記発光層との間に、ｎ型ホスト化合物および２質量％以上１０質量％以下のｎ型ドーパント化合物を含むｎドープ層を有し、
    前記ｎ型ドーパント化合物の最高被占分子軌道（ＨＯＭＯ）エネルギーの絶対値と前記ｎ型ホスト化合物の最低空軌道（ＬＵＭＯ）エネルギーの絶対値との差は、２ｅＶ以下であり、
    前記発光層から発せられた光は前記陰極側から射出される
    表示装置。
  10. 光反射性を有する陽極と、
    光透過性を有する陰極と、
    前記陽極と陰極との間に、発光層を含む有機層とを備え、
    前記有機層は、前記陽極と前記発光層との間に、ｎ型ホスト化合物および２質量％以上１０質量％以下のｎ型ドーパント化合物を含むｎドープ層を有し、
    前記ｎ型ホスト化合物は、式（３）で表される化合物であり、
    前記発光層から発せられた光は前記陰極側から射出される
    表示装置。
    Figure 0005458554
     （Ｚ１〜Ｚ６は各々独立に水素基、ハロゲン基、シアノ基、ニトロ基、シリル基、ヒドロキシル基、アミノ基、アリールアミノ基、カルボニル基を有する炭素数２０以下の基、カルボニルエステル結合を有する炭素数２０以下の基、炭素数２０以下のアルキル基、炭素数２０以下のアルケニル基、炭素数２０以下のアルコキシ基、芳香族環を有する炭素数３０以下の基あるいは複素環を有する炭素数３０以下の基、またはそれらの誘導体であり、Ｚ１とＺ２、Ｚ３とＺ４、Ｚ５とＺ６とは互いに結合して環状構造を形成してもよい。）
  11. 光反射性を有する陽極と、
    光透過性を有する陰極と、
    前記陽極と陰極との間に、発光層を含む有機層とを備え、
    前記有機層は、前記陽極と前記発光層との間に、ｎ型ホスト化合物および２質量％以上１０質量％以下のｎ型ドーパント化合物を含むｎドープ層を有し、
    前記ｎ型ドーパント化合物は、式（４）および式（５）で表されるアミン系化合物のうちの少なくとも１種であり、
    前記発光層から発せられた光は前記陰極側から射出される
    表示装置。
    Figure 0005458554
     （Ｒ９〜Ｒ１４は各々独立に水素基、ハロゲン基、ヒドロキシル基、アミノ基、炭素数２０以下のアリールアミノ基、カルボニル基を有する炭素数２０以下の基、カルボニルエステル結合を有する炭素数２０以下の基、炭素数２０以下のアルキル基、炭素数２０以下のアルケニル基、炭素数２０以下のアルコキシ基あるいは芳香族環を有する炭素数２０以下の基またはそれらの誘導体である。）
    Figure 0005458554
     （Ｒ１５〜Ｒ２０は各々独立に水素基、ハロゲン基、ヒドロキシル基、アミノ基、炭素数２０以下のアリールアミノ基、カルボニル基を有する炭素数２０以下の基、カルボニルエステル結合を有する炭素数２０以下の基、炭素数２０以下のアルキル基、炭素数２０以下のアルケニル基、炭素数２０以下のアルコキシ基あるいは芳香族環を有する炭素数２０以下の基またはそれらの誘導体であり、Ｒ１５とＲ２０、Ｒ１６とＲ１７、Ｒ１８とＲ１９とは互いに結合して環状構造を形成してもよい。Ｒ２１〜Ｒ２３は各々独立に２価の基である。）
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