JP6251670B2 - 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、特に、発光ユニットを２つ以上有するスタック型のマルチフォトンエミッション素子（ＭＰＥ素子）に関する。
一般的な有機ＥＬ素子は、基板上に設けられたＩＴＯ等からなる陽極、この陽極上に設けられた有機層、さらにこの上部に設けられた陰極とで構成されている。有機層は、陽極側から、例えば正孔注入層、正孔輸送層及び発光層を順次積層させた構成となっている。このように構成された有機ＥＬ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から取り出される。
有機ＥＬ素子の寿命は、一般的に注入された電荷の量によって決まっている。そのため、初期輝度を上げるために駆動電流を上げると、それにともない寿命が短くなるという問題がある。
この問題を解決するためには、駆動電流を変えずに輝度を上げる、即ち効率を改善するか、或いは駆動電流を下げても同様の輝度を得ることができる素子構成を実現する必要がある。
上記の素子構成として、陽極と陰極との間に、少なくとも発光層を有する有機層からなる複数の発光ユニットを、絶縁性の電荷発生層を介して重ねて配置した構成（ＭＰＥ素子）が提案されている。ここで、電荷発生層とは、電圧印加時において、電荷発生層の陰極側に配置された発光ユニットに対して正孔を注入する一方、電荷発生層の陽極側に配置された発光ユニットに対して電子を注入する役割を果たす層である。
電荷発生層を介して発光ユニットを積層させたスタック型の有機ＥＬ素子では、２つの発光ユニットを積層した場合には、理想的には発光効率［ｌｍ／Ｗ］は変ること無しに輝度［ｃｄ／Ａ］を２倍に、３つの発光ユニットを積層した場合には、理想的には発光効率は変ること無しに輝度を３倍にすることが可能であるとされている。
ＭＰＥ素子について、例えば、特許文献１及び特許文献３には透明導電体（ＩＴＯやＩＺＯ等）を電荷発生層に使用した素子が開示されている。
特許文献２には、酸化バナジウム（Ｖ２Ｏ５）や７酸化レニウム（Ｒｅ２Ｏ７）を電荷発生層に使用した素子が開示されている。特許文献４には、酸化モリブデン（ＭｏＯ３）のような金属酸化物や、塩化鉄（ＦｅＣｌ３）等の金属塩を電荷発生層に使用した素子が開示されている。特許文献５には、Ｎドープ層とＰドープ層の組み合わせを電荷発生層に使用した素子が開示されている。特許文献６には、フタロシアニン化合物を電荷発生層に使用した素子が開示されている。特許文献７には、ヘキサアザトリフェニレン（ＨＡＴ）及び特許文献２に記載のＦ４ＴＣＮＱ等の電子受容性有機物を電荷発生層に使用した素子が開示されている。
このように、電荷発生層については様々な材料が使用されているものの、従来の電荷発生層ではいくつかの課題があった。
具体的に、金属酸化物等の無機物は、成膜時の蒸着に高い温度が必要であるため、成膜プロセスの効率が低下し量産性が低いという問題がある。
また、ＩＴＯ等の透明導電体は高い電気伝導度を持つため、電荷発生層を通じた画素間の電流リークが発生することがある。従って、所望の画素を発光させたときに隣接する画素も発光することがある。この現象は、特に、有機ＥＬ素子を白色発光させ、素子上にカラーフィルターを設けてＲＧＢ各色を取り出す方式のディスプレイにおいて問題となる。即ち、隣接画素発光による混色が起こることにより色純度が大幅に低下するため色再現性の低下を招く。
また、スパッタリング等による透明導電体成膜時に、発生するプラズマ粒子による下地となる有機層へのダメージも懸念される。
一方、有機化合物を使用した場合、一般的に成膜時の温度が低く、プラズマ粒子は発生しないので成膜プロセスの効率や量産性に優れている。電子受容性の有機化合物を用いた場合、特に、特許文献７で示されるとおり、ＨＡＴを用いると、効率、電圧、寿命等の特性に優れる素子が得られる。しかしながら、ＨＡＴ自身の導電性が高いため、上述した透明導電体と同様に電荷発生層を通じた画素間の電流リークが発生することがあった。
特開２００３−４５６７６号公報 特開２００３−２７２８６０号公報 特開平１１−３２９７４８号公報 特開２００６−２４７９１号公報 特開２００４−３９６１７号公報 特開２００６−７３４８４号公報 特開２００６−１７３５５０号公報
本発明の目的は、発光効率が高く、駆動電圧の低いスタック型ＭＰＥ素子を提供することである。また、素子が画素を形成する場合、画素間の電流リークを抑制することができるスタック型ＭＰＥ素子を提供することである。
本発明者らは、上記課題を解決するべく鋭意検討した結果、電荷発生層に所定の化合物を使用することにより、発光効率が高く、駆動電圧の低いスタック型ＭＰＥ素子となり、また、画素間の電流リークも抑制できることを見出し、本発明を完成させた。
本発明によれば、以下の有機ＥＬ素子が提供される。
１．陽極と、陰極と、前記陽極と前記陰極との間に挟持され、それぞれ発光層を有する、２以上の発光ユニットと、前記発光ユニットの間に挟持される電荷発生層と、を有し、前記電荷発生層が、前記陽極側にあるＮ層と、前記陰極層側にあるＰ層を有し、前記Ｎ層が、下記式（Ｉ）又は（ＩＩ）で表される化合物を含有する、有機エレクトロルミネッセンス素子。
Figure 0006251670
 [式中、Ｒ１ａ〜Ｒ７ａ、Ｒ１ｂ〜Ｒ７ｂは、それぞれ独立に、水素原子、置換もしくは無置換の環形成炭素数６〜６０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炭素数７〜５０のアラルキル基、置換もしくは無置換の炭素数１〜５０のアルコキシ基、置換もしくは無置換の環形成炭素数６〜５０のアリールオキシ基、置換もしくは無置換の環形成炭素数６〜５０のアリールチオ基、置換もしくは無置換の炭素数２〜５０のアルコキシカルボニル基、置換もしくは無置換の環形成炭素数６〜５０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か、Ｒ１ａ〜Ｒ７ａ又はＲ１ｂ〜Ｒ７ｂのうち、隣接するものは互いに結合して環を形成する。
Ｌ１ａ及びＬ１ｂは、それぞれ、単結合又は連結基である。
Ａｒ１ａ及びＡｒ１ｂは、それぞれ、置換もしくは無置換の炭素数６〜６０の芳香族基である。
ｎは、１〜４であり、ｎが２以上の場合、括弧の内のフェナントロリン骨格を有する基は、同一でも異なっていてもよい。］
２．前記式（Ｉ）又は（ＩＩ）で表される化合物が、下記式（Ｉ−ａ）、（Ｉ−ｂ）、（ＩＩ−ａ）又は（ＩＩ−ｂ）で表される化合物である、１に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
Figure 0006251670
 [式中、Ｒ１ａ〜Ｒ７ａ及びＲ１ｂ〜Ｒ７ｂは、それぞれ前記式（Ｉ）及び（ＩＩ）におけるＲ１ａ〜Ｒ７ａ及びＲ１ｂ〜Ｒ７ｂと同様な基を表す。
Ｒ１１ａ〜Ｒ２０ａ及びＲ１１ｂ〜Ｒ２０ｂは、それぞれ独立に、水素原子、置換もしくは無置換の環形成炭素数６〜６０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炭素数７〜５０のアラルキル基、置換もしくは無置換の炭素数１〜５０のアルコキシ基、置換もしくは無置換の環形成炭素数６〜５０のアリールオキシ基、置換もしくは無置換の環形成炭素数６〜５０のアリールチオ基、置換もしくは無置換の炭素数２〜５０のアルコキシカルボニル基、置換もしくは無置換の環形成炭素数６〜５０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か、Ｒ１１ａ〜Ｒ２０ａ又はＲ１１ｂ〜Ｒ２０ｂのうち、隣接するものは互いに結合して環を形成する。
Ｌ１ａ及びＬ１ｂは、それぞれ単結合又は連結基である。］
３．前記電荷発生層のＮ層が、電子供与性金属、金属化合物及び金属錯体の少なくとも１つを含有する、１又は２に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
４．前記電荷発生層のＮ層が、アルカリ金属、アルカリ土類金属、希土類金属の単体、希土類金属の化合物及び希土類金属の錯体のうち、少なくとも１つを含有する、３に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
５．前記Ｐ層が、下記式（III）で表される化合物を含有する、１〜４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。
Figure 0006251670
 （式中、Ｒ１ｃ〜Ｒ６ｃは、それぞれ独立に、水素原子、置換もしくは無置換の環形成炭素数６〜６０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炭素数７〜５０のアラルキル基、置換もしくは無置換の炭素数１〜５０のアルコキシ基、置換もしくは無置換の環形成炭素数６〜５０のアリールオキシ基、置換もしくは無置換の環形成炭素数６〜５０のアリールチオ基、置換もしくは無置換の炭素数２〜５０のアルコキシカルボニル基、置換もしくは無置換の環形成炭素数６〜５０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。）
６．前記Ｐ層が、下記式（IV）で表される化合物を含有する、１〜４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。
Figure 0006251670
 ［式（IV）中、Ａｒ１は、環形成炭素数６〜２４の芳香環、あるいは環形成原子数５〜２４の複素環である。
Ｒｇ１及びＲｇ２は、それぞれ互いに同一でも異なっていてもよく、下記式（ｉ）もしくは（ii）である。
Figure 0006251670
 （上記式中、Ｘ１及びＸ２は互いに同一でも異なっていてもよく、下記（ａ）〜（ｇ）に示す二価の基のいずれかである。）
Figure 0006251670
 （上記式中、Ｒ２１〜Ｒ２４は、それぞれ互いに同一でも異なっていてもよく、水素原子、置換もしくは無置換のフルオロアルキル基、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リール基又は置換もしくは無置換の複素環基であり、Ｒ２２とＲ２３は互いに結合して環を形成してもよい。）
Ｒ１〜Ｒ４は、それぞれ互いに同一でも異なっていてもよく、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シクロアルキル基、置換もしくは無置換のアルケニル基、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、ハロゲン原子、置換もしくは無置換のフルオロアルキル基、置換もしくは無置換のアルコキシ基、置換もしくは無置換のフルオロアルコキシ基、置換もしくは無置換のアリーロキシ基、置換もしくは無置換のアラルキルオキシ基、置換もしくは無置換のアミノ基、置換もしくは無置換のシリル基又は、シアノ基であるか、Ｒ１とＲ２及びＲ３とＲ４は互いに結合して環を形成する。
Ｙ１〜Ｙ４は互いに同一でも異なっていてもよく、それぞれＮ、ＣＨ、又はＣ（Ｒ５）であり、Ｒ５は前記Ｒ１〜Ｒ４と同義である。］
７．前記発光ユニットの発光層を構成する少なくとも１つの材料が、他の発光ユニットの発光層を構成する材料と異なっている、１〜６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。
８．白色発光する、１〜７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。
本発明により、発光効率が高く、駆動電圧の低いスタック型の有機ＥＬ素子を提供することができる。また、画素間の電流リークを抑制することができる。
本発明に係る有機ＥＬ素子の一実施形態を示す概略断面図である。 本発明に係る有機ＥＬ素子の他の実施形態を示す概略断面図である。 基板上に３つの有機ＥＬ素子を形成した例を示す概略図である。 本発明の有機ＥＬ素子を使用したカラー表示装置の概略断面図である。 ＸＹＺ表色系色度図において、ＮＴＳＣが定めた赤、緑、青の色度座標を結んで得られる領域を示す図である。
本発明の有機ＥＬ素子は、陽極と陰極との間に２以上の発光ユニットが挟持され、かつ、発光ユニットの間に電荷発生層が挟持されている構成を有する。
図１は、本発明の有機ＥＬ素子の一実施形態の概略断面図である。
有機ＥＬ素子１は、基板１０上に、陽極２０、第１の発光ユニット３０Ａ、電荷発生層４０、第２の発光ユニット３０Ｂ及び陰極５０を、この順に備える。
第１の発光ユニット３０Ａ及び第２の発光ユニット３０Ｂは、電子及び正孔の再結合により発光するものである。２つの発光ユニットはそれぞれ、少なくとも発光層３２Ａ、３２Ｂを有する単層又は積層構造を有する。本実施形態では、発光ユニットは陽極側から、正孔輸送層３１、発光層３２及び電子輸送層３３を積層した多層膜構造を有している。
電荷発生層４０は、電圧印加時において正孔と電子を発生し、電荷発生層４０の陰極５０側に配置された発光ユニット、即ち、第２の発光ユニット３０Ｂに対して正孔を注入する一方、電荷発生層４０の陽極２０側に配置された発光ユニット、即ち、第１の発光ユニット３０Ａに対して電子を注入する役割を果たす層である。
本発明で電荷発生層４０は、陽極側に形成されるＮ層４１と、陰極側に形成されるＰ層４２を有する。そして、Ｎ層４１が、下記式（Ｉ）又は式(II)で表される化合物を含有することを特徴とする。
Figure 0006251670
上記式（Ｉ）又は式(II)で表される化合物をＮ層に使用することにより、発光効率が高く、駆動電圧の低い有機ＥＬ素子が得られる。また、低い蒸着温度にて電荷発生層を成膜することができるため、成膜プロセスの効率や量産性に優れている。さらに、有機ＥＬ素子を平面上に複数形成し画素とした場合、隣接する画素間の電流リークを抑制することができる。
以下、本発明の特徴である式（Ｉ）及び式(II)の化合物について説明する。
上記式（Ｉ）及び（II)中、Ｒ１ａ〜Ｒ７ａ、Ｒ１ｂ〜Ｒ７ｂは、それぞれ独立に、水素原子、置換もしくは無置換の環形成炭素数６〜６０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炭素数７〜５０のアラルキル基、置換もしくは無置換の炭素数１〜５０のアルコキシ基、置換もしくは無置換の環形成炭素数６〜５０のアリールオキシ基、置換もしくは無置換の環形成炭素数６〜５０のアリールチオ基、置換もしくは無置換の炭素数２〜５０のアルコキシカルボニル基、置換もしくは無置換の環形成炭素数６〜５０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。
Ｒ１ａ〜Ｒ７ａ又はＲ１ｂ〜Ｒ７ｂのうち、隣接するものは互いに結合して環を形成してもよい。環の例としては、ベンゼン環、ナフタレン環、ピラジン環、ピリジン環、フラン環等が挙げられる。
Ｌ１ａ及びＬ１ｂは、それぞれ、単結合又は連結基である。連結基としては、置換もしくは無置換の環形成炭素数６〜２０の芳香族基、置換もしくは無置換の炭素数１〜８のアルキレン鎖、置換もしくは無置換の複素環が挙げられる。具体的には、置換もしくは無置換のベンゼン環、置換もしくは無置換のナフタレン環、置換もしくは無置換のメチレン鎖、又は置換もしくは無置換のピリジン環が好ましい。
Ａｒ１ａ及びＡｒ１ｂは、それぞれ、置換もしくは無置換の炭素数６〜６０の芳香族基である。
ｎは、１〜４であり、ｎが２以上の場合、括弧の内のフェナントロリン骨格を有する基は、同一でも異なっていてもよい。
式（Ｉ）又は（ＩＩ）で表される化合物としては、下記式（Ｉ−ａ）、（Ｉ−ｂ）、（ＩＩ−ａ）又は（ＩＩ−ｂ）で表される化合物が好ましい。
Figure 0006251670
フェナントロリン骨格を有する基とアントラセン骨格を有する基を有することにより、電子アクセプターとしての機能と電子輸送層としての輸送能を両立することが可能となる。更には、蒸着安定性や成膜性が向上する。
式（Ｉ−ａ）、（Ｉ−ｂ）、（ＩＩ−ａ）及び（ＩＩ−ｂ）において、Ｒ１ａ〜Ｒ７ａ、Ｒ１ｂ〜Ｒ７ｂ、Ｌ１ａ及びＬ１ｂは、それぞれ式（Ｉ）及び（ＩＩ）におけるＲ１ａ〜Ｒ７ａ、Ｒ１ｂ〜Ｒ７ｂ、Ｌ１ａ及びＬ１ｂと同様な基を表す。
Ｒ１１ａ〜Ｒ２０ａ及びＲ１１ｂ〜Ｒ２０ｂは、それぞれ独立に、水素原子、置換もしくは無置換の環形成炭素数６〜６０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炭素数７〜５０のアラルキル基、置換もしくは無置換の炭素数１〜５０のアルコキシ基、置換もしくは無置換の環形成炭素数６〜５０のアリールオキシ基、置換もしくは無置換の環形成炭素数６〜５０のアリールチオ基、置換もしくは無置換の炭素数２〜５０のアルコキシカルボニル基、置換もしくは無置換の環形成炭素数６〜５０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。
Ｒ１１ａ〜Ｒ２０ａ又はＲ１１ｂ〜Ｒ２０ｂのうち、隣接するものは互いに結合して環を形成してもよい。環の例としては、ベンゼン環、ナフタレン環、ピラジン環、ピリジン環、フラン環等が挙げられる。
以下、上述した式（Ｉ）等の各基の例について説明する。
尚、本明細書において、アリール基は、単環の芳香族炭化水素環基及び複数の炭化水素環が縮合した縮合芳香族炭化水素環基を含み、ヘテロアリール基は、単環のヘテロ芳香族環基、並びに複数のヘテロ芳香族環が縮合したヘテロ縮合芳香族環基、及び芳香族炭化水素環とヘテロ芳香族環とが縮合したヘテロ縮合芳香族環基を含む。
「置換もしくは無置換の・・・」の「無置換」とは、水素原子が置換していることを意味し、本発明の化合物における水素原子には、軽水素、重水素、三重水素が含まれる。
環形成炭素（核炭素）とは、芳香環を構成する炭素原子を意味し、環形成原子（核原子）とは複素環（飽和環、不飽和環及び芳香族複素環を含む）を構成する炭素原子及びヘテロ原子を意味する。
環形成炭素数６〜６０のアリール基は、好ましくは炭素数６〜３０、特に好ましくは炭素数６〜２０であり、例えばフェニル、フルオレニル、ナフチル、アントリル、フェナントリル、クリセニル、ピレニル、トリフェニレニル、フルオランテニル等が挙げられる。
Ａｒ１ａ及びＡｒ１ｂが示す芳香族基としては、上述したアリール基及びアリール基から水素原子を除くことにより導かれる二価以上の基が挙げられる。
式（Ｉ）及び（ＩＩ）におけるＲ１ａ〜Ｒ７ａ及びＲ１ｂ〜Ｒ７ｂとしては、水素、フェニル、ナフチルが好ましい。
炭素数１〜５０のアルキル基としては、直鎖状若しくは分岐状のアルキル基がある。好ましくは炭素数１〜２０、より好ましくは炭素数１〜１２、特に好ましくは炭素数１〜８であり、例えばメチル、エチル、プロピル、ブチル、ペンチル、ヘキシル等が挙げられる。
環形成炭素数３〜５０のシクロアルキル基としては、シクロペンチル、シクロヘキシル等が挙げられる。
炭素数７〜５０のアラルキル基は、−Ｙ−Ｚと表され、Ｙの例として上記のアルキル基の例に対応するアルキレンの例が挙げられ、Ｚの例として上記のアリール基の例が挙げられる。アラルキル基のアリール部分は、炭素数が６〜３０が好ましい。アルキル部分は炭素数１〜１０が好ましく、特に好ましくは１〜６である。例えば、ベンジル基、フェニルエチル基、２−フェニルプロパン−２−イル基である。
炭素数１〜５０のアルコキシ基は、−ＯＹと表され、Ｙの例として上記のアルキル基の例が挙げられる。アルコキシ基は、好ましくは炭素数１〜２０、より好ましくは炭素数１〜１２、特に好ましくは炭素数１〜８であり、例えばメトキシ、エトキシ、プロポキシ、ブトキシ等が挙げられる。
環形成炭素数６〜５０のアリールオキシ基は、−ＯＹと表され、Ｙの例として上記のアリール基の例が挙げられる。好ましくは炭素数６〜２０、より好ましくは炭素数６〜１６、特に好ましくは炭素数６〜１２であり、例えばフェニルオキシ、２−ナフチルオキシ等が挙げられる。
環形成炭素数６〜５０のアリールチオ基は、−ＳＹと表され、Ｙの例として上記のアリール基の例が挙げられる。好ましくは炭素数６〜２０、より好ましくは炭素数６〜１６、特に好ましくは炭素数６〜１２であり、例えばフェニルチオ等が挙げられる。
炭素数２〜５０のアルコキシカルボニル基は、好ましくは炭素数２〜２０、より好ましくは炭素数２〜１６、特に好ましくは炭素数２〜１２であり、例えばメトキシカルボニル、エトキシカルボニル等が挙げられる。
置換もしくは無置換の環形成炭素数６〜５０のアリール基で置換されたアミノ基としては、ジアリールアミノ、アルキルアリールアミノ及びアリールアミノが挙げられる。窒素原子に結合するアルキル基及びアリール基の例としては上述のアリール基及びアルキル基が挙げられる。好ましくは炭素数６〜２０、より好ましくは炭素数６〜１２、特に好ましくは炭素数６であり、例えば、ジフェニルアミノ等が挙げられる
ハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子及び臭素原子が挙げられ、好ましくはフッ素原子である。
上記各基の置換基としては、それぞれ独立に、炭素数１〜２０の直鎖状もしくは分岐状のアルキル基、炭素数２〜２０の直鎖状もしくは分岐状のアルケニル基、環形成炭素数３〜２０のシクロアルキル基、炭素数１〜２０のアルキル基を有するトリアルキルシリル基、環形成炭素数６〜２４のアリール基又はアルキル基を有するシリル基、炭素数１〜２０のアルキル基及び環形成炭素数６〜２４のアリール基を有するアルキルアリールシリル基、環形成炭素数６〜２４のアリール基、環形成原子数５〜２４のヘテロアリール基、炭素数１〜２０のアルコキシ基、ハロゲン原子又はシアノ基である。具体的には、上記のアリール基、アルキル基、シクロアルキル基、ヘテロアリール基、アルコキシ基、ハロゲン原子又はシアノ基が挙げられる。さらに、これらの基が同様の置換基を有していてもよい。
アルケニル基としては、上述したアルキル基の分子内に不飽和結合を有する置換基が挙げられる。
アリール基を有するシリル基としては、トリアリールシリル基、アルキルアリールシリル基、トリアルキルシリル基がある。
好適な置換基の例としては、メチル、エチル、プロピル、イソプロピル、ブチル、ｓｅｃ−ブチル、ｔｅｒｔ−ブチル、シクロヘキシル、フェニル、１−ナフチル、２−ナフチル、トリメチルシリル、トリフェニルシリルが挙げられる。
以下に式（Ｉ）及び（II)で表される化合物の具体例を示すが、これらに限られるものではない。
Figure 0006251670
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式（Ｉ）及び（II）で表される化合物の合成については、ＷＯ２００７／０１８００４、ＷＯ２００６／６４４８４，ＷＯ２００６／０２１９８２を参照できる。
本発明では、電荷発生層のＮ層が、上述した式（Ｉ）又は(II)の化合物の他に、電子供与性金属、金属化合物及び金属錯体の少なくとも１つを含有することが好ましい。
具体的には、アルカリ金属、アルカリ金属化合物、アルカリ金属を含む有機金属錯体、アルカリ土類金属、アルカリ土類金属化合物、アルカリ土類金属を含む有機金属錯体、希土類金属、希土類金属化合物及び希土類金属を含む有機金属錯体のうち、少なくとも１つを含有することが好ましい。なかでも、アルカリ金属、アルカリ土類金属、希土類金属の単体、希土類金属の化合物及び希土類金属の錯体のうち、少なくとも１つを含有することが好ましい。
アルカリ金属としては、リチウム（Ｌｉ）、ナトリウム（Ｎａ）、カリウム（Ｋ）、ルビジウム（Ｒｂ）、セシウム（Ｃｓ）等が挙げられ、仕事関数が２．９ｅＶ以下のものが特に好ましい。これらのうち好ましくはＬｉ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓ、さらに好ましくはＬｉ、Ｒｂ又はＣｓであり、最も好ましくはＬｉである。
アルカリ土類金属としては、カルシウム（Ｃａ）、マグネシウム（Ｍｇ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、バリウム（Ｂａ）等が挙げられ、仕事関数が２．９ｅＶ以下のものが特に好ましい。
希土類金属としては、スカンジウム（Ｓｃ）、イットリウム（Ｙ）、セリウム（Ｃｅ）、テルビウム（Ｔｂ）、イッテルビウム（Ｙｂ）等が挙げられ、仕事関数が２．９ｅＶ以下のものが特に好ましい。
以上の金属のうち好ましい金属は、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可能である。
アルカリ金属化合物としては、酸化リチウム（Ｌｉ２Ｏ）、酸化セシウム（Ｃｓ２Ｏ）、酸化カリウム（Ｋ2Ｏ）等のアルカリ酸化物、フッ化リチウム（ＬｉＦ）、フッ化ナトリウム（ＮａＦ）、フッ化セシウム（ＣｓＦ）、フッ化カリウム（ＫＦ）等のアルカリハロゲン化物等が挙げられ、フッ化リチウム（ＬｉＦ）、酸化リチウム（Ｌｉ２Ｏ）、フッ化ナトリウム（ＮａＦ）が好ましい。
アルカリ土類金属化合物としては、酸化バリウム（ＢａＯ）、酸化ストロンチウム（ＳｒＯ）、酸化カルシウム（ＣａＯ）及びこれらを混合したストロンチウム酸バリウム（ＢａｘＳｒ１−ｘＯ）（０＜ｘ＜１）、カルシウム酸バリウム（ＢａｘＣａ１−ｘＯ）（０＜ｘ＜１）等が挙げられ、ＢａＯ、ＳｒＯ、ＣａＯが好ましい。
希土類金属化合物としては、フッ化イッテルビウム（ＹｂＦ３）、フッ化スカンジウム（ＳｃＦ３）、酸化スカンジウム（ＳｃＯ３）、酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）、酸化セリウム（Ｃｅ２Ｏ３）、フッ化ガドリニウム（ＧｄＦ３）、フッ化テルビウム（ＴｂＦ３）等が挙げられ、ＹｂＦ３、ＳｃＦ３、ＴｂＦ３が好ましい。
有機金属錯体としては、上記の通り、それぞれ金属イオンとしてアルカリ金属イオン、アルカリ土類金属イオン、希土類金属イオンの少なくとも一つ含有するものであれば特に限定はない。また、配位子にはキノリノール、ベンゾキノリノール、アクリジノール、フェナントリジノール、ヒドロキシフェニルオキサゾール、ヒドロキシフェニルチアゾール、ヒドロキシジアリールオキサジアゾール、ヒドロキシジアリールチアジアゾール、ヒドロキシフェニルピリジン、ヒドロキシフェニルベンゾイミダゾール、ヒドロキシベンゾトリアゾール、ヒドロキシフルボラン、ビピリジル、フェナントロリン、フタロシアニン、ポルフィリン、シクロペンタジエン、β−ジケトン類、アゾメチン類、及びそれらの誘導体等が好ましいが、これらに限定されるものではない。
上記金属、化合物及び錯体の添加形態としては、界面領域に層状又は島状に形成することが好ましい。形成方法としては、抵抗加熱蒸着法により上記金属、化合物及び錯体の少なくともいずれかを蒸着しながら、界面領域を形成する発光材料や電子注入材料である有機物を同時に蒸着させ、有機物中に上記金属、化合物及び錯体の少なくともいずれかを分散する方法が好ましい。分散濃度は通常、膜厚比で有機物：上記金属、化合物及び錯体＝１０００：１〜１：１０００であり、好ましくは１００：１〜１：１である。
上記金属、化合物及び錯体の少なくともいずれかを層状に形成する場合は、界面の有機層である発光材料や電子注入材料を層状に形成した後に、上記金属、化合物及び錯体の少なくともいずれかを単独で抵抗加熱蒸着法により蒸着し、好ましくは層の厚み０．１ｎｍ以上１５ｎｍ以下で形成する。
上記金属、化合物及び錯体の少なくともいずれかを島状に形成する場合は、界面の有機層である発光材料や電子注入材料を島状に形成した後に、上記金属、化合物及び錯体の少なくともいずれかを単独で抵抗加熱蒸着法により蒸着し、好ましくは島の厚み０．０５ｎｍ以上１ｎｍ以下で形成する。
また、本発明の有機ＥＬ素子における、主成分と、上記金属、化合物及び錯体の少なくともいずれかの割合としては、膜厚比で、主成分：電子供与性ドーパント及び／又は有機金属錯体＝１００：１〜１：１であると好ましく、５０：１〜４：１であるとさらに好ましい。
本発明の有機ＥＬ素子は、電荷発生層のＮ層に上記式（Ｉ）又は（II)で表される化合物を使用していればよく、他の構成部材である陽極、発光ユニット、陰極等は、本技術分野において公知の部材を適宜使用することができる。
以下、本発明の有機ＥＬ素子を構成する各部材について説明する。
（基板）
本発明の有機ＥＬ素子は基板上に作製する。基板は有機ＥＬ素子を支持するものである。発光ユニットからの光を、基板を通して取り出す場合には、基板は透光性である必要がある。この場合、４００〜７００ｎｍの可視領域の光の透過率が５０％以上であることが好ましい。
具体的には、ガラス板、ポリマー板等が挙げられる。ガラス板としては、特にソーダ石灰ガラス、バリウム・ストロンチウム含有ガラス、鉛ガラス、アルミノケイ酸ガラス、ホウケイ酸ガラス、バリウムホウケイ酸ガラス、石英等が挙げられる。またポリマー板としては、ポリカーボネート、アクリル、ポリエチレンテレフタレート、ポリエーテルサルファイド、ポリサルフォン等を挙げることができる。
尚、光取り出し方向の反対側に支持基板が位置する場合には透光性は不要である。
（陽極）
有機ＥＬ素子の陽極は、正孔輸送層又は発光層に正孔を注入する役割を担うものである。陽極側に透明性を必要とする場合は、酸化インジウム錫合金（ＩＴＯ）、酸化錫（ＮＥＳＡ）、酸化インジウム亜鉛合金（ＩＺＯ）、金、銀、白金、銅等が適用できる。また、透明性を必要としない、反射型電極とする場合には、これらの金属の他に、銀、アルミニウム、モリブデン、クロム、ニッケル等の金属や他の金属との合金を使用することもできる。
特に、仕事関数の低い（例えば、５．０ｅＶ以下）陽極と、本発明の有機ＥＬ素子用材料を用いた正孔注入層を組み合わせて用いても、電子授受が可能であり、良好な注入性を示す。
これら材料は単独で用いることもできるが、これら材料同士の合金や、その他の元素を添加した材料も適宜選択して用いることができる。
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。発光層からの発光を陽極から取り出す場合、陽極の発光に対する透過率は１０％より大きくすることが好ましい。また陽極のシート抵抗は、数百Ω／□以下が好ましい。陽極の膜厚は材料にもよるが、通常１０ｎｍ〜１μｍ、好ましくは１０〜２００ｎｍの範囲で選択される。
（発光ユニット）
発光ユニットは、少なくとも発光層を有する単層又は積層構造を有する。発光ユニットは、陽極側から第１有機層、発光層、第２有機層からなる多層膜構造であるものが好ましく、具体的には、正孔輸送帯域／発光層／電子輸送帯域、からなる多層膜構造が挙げられる。
正孔輸送帯域は、正孔注入層、正孔輸送層を単層又は複数層積層することにより構成される。電子輸送帯域は、電子注入層、電子輸送層を単層又は複数層積層することにより構成される。
本発明の有機ＥＬ素子は２つ以上の発光ユニットを有するが、各発光ユニットは同じ材料から構成されていてもよく、また、それぞれ異なる材料で構成されてもよい。
また、各発光ユニットの層構成は、同じでも、異なっていてもよい。例えば、図１に示す有機ＥＬ素子において、第１の発光ユニット３０Ａの電子輸送層を省略し、正孔輸送層３１Ａと発光層３２Ａからなる２層構造としてもよい。
さらに、各発光ユニットの発光色も同じでもよく、異なっていてもよい。例えば、図１に示す素子１において、第１の発光ユニット３０Ａの発光色を黄色とし、第２の発光ユニット３０Ｂの発光色を青色としてもよい。この場合、２つの光が混合して白色発光する有機ＥＬ素子が得られる。
以下、発光ユニットを構成する発光層、正孔輸送帯域及び電子輸送帯域について説明する。
（Ａ）発光層
発光層としては、ホスト材料とドーパント材料から構成される層が好ましい。
有機ＥＬ素子のホスト材料は、ルブレン、アントラセン、テトラセン、ピレン、ペリレン等が使用できる。好ましくはアントラセン誘導体であり、さらに好ましくは下記式（１）で表されるアントラセン誘導体を含む。
Figure 0006251670
 （式中、Ａｒ１１及びＡｒ１２は、それぞれ置換もしくは無置換の環形成炭素数６〜３０のアリール基又は置換もしくは無置換の環形成原子数５〜３０の複素環基である。
Ｒ１０１〜Ｒ１０８は、それぞれ水素原子、フッ素原子、置換もしくは無置換の炭素数１〜１０のアルキル基、置換もしくは無置換の炭素数３〜１０のシクロアルキル基、置換もしくは無置換の炭素数３〜３０のアルキルシリル基、置換もしくは無置換の環形成炭素数８〜３０のアリールシリル基、置換もしくは無置換の炭素数１〜２０のアルコキシ基、置換もしくは無置換の環形成炭素数６〜２０のアリールオキシ基、置換もしくは無置換の環形成炭素数６〜３０のアリール基、又は置換もしくは無置換の環形成原子数５〜３０の複素環基である。）
発光性ドーパントとしては、蛍光性ドーパントと燐光性ドーパントがある。
蛍光性ドーパントは一重項励起子から発光することのできる化合物である。蛍光性ドーパントとしては、アミン系化合物、芳香族化合物、トリス（８−キノリノラト）アルミニウム錯体等のキレート錯体、クマリン誘導体、テトラフェニルブタジエン誘導体、ビススチリルアリーレン誘導体、オキサジアゾール誘導体等から、要求される発光色に合わせて選ばれる化合物であることが好ましく、スチリルアミン化合物、スチリルジアミン化合物、アリールアミン化合物、アリールジアミン化合物、芳香族化合物がより好ましく、縮合多環アミン誘導体、芳香族化合物がさらに好ましい。これらの蛍光性ドーパントは単独でも、また複数組み合わせて使用してもよい。
縮合多環アミン誘導体としては、下記式（２）で表されるものが好ましい。
Figure 0006251670
式中、Ｙは環形成炭素数１０〜５０の置換もしくは無置換の縮合アリール基を示す。
Ａｒ２１、Ａｒ２２は、それぞれ置換もしくは無置換の環形成炭素数６〜５０のアリール基、又は置換もしくは無置換の環形成原子数５〜５０の複素環基を示す。
縮合アリール基とは、上記アリール基の中で２環以上の環構造が縮環した基である。
縮合アリール基としては、環形成炭素数１０〜５０（好ましくは環形成炭素数１０〜３０、より好ましくは環形成炭素数１０〜２０）の縮合アリール基であり、上記アリール基の具体例中、好ましくは、ナフチル基、アントリル基、ピレニル基、クリセニル基、フェナントリル基、フルオレニル基、フルオランテニル基、アセナフトフルオランテニル基、ナフタセニル基等が挙げられる。
Ｙの具体例としては、上記の縮合アリール基が挙げられ、好ましくは置換もしくは無置換のアントリル基、置換もしくは無置換のピレニル基、置換もしくは無置換のクリセニル基、アセナフトフルオランテニル基である。
Ａｒ２１、Ａｒ２２の好ましい例としては、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ジベンゾフラニル基等である。Ａｒ２１、Ａｒ２２の置換基の好ましい例としては、アルキル基、シアノ基、置換もしくは無置換のシリル基である。ｎは１〜４の整数である。ｎは１〜２の整数であることが好ましい。
上記芳香族化合物としては、下記式（３）で表されるフルオランテン化合物が好ましい。
Figure 0006251670
 （式中、Ｘ１０１〜Ｘ１０６及びＸ１０８〜Ｘ１１１は、それぞれ独立に、水素原子、置換もしくは無置換の環形成炭素数６〜３０のアリール基、置換もしくは無置換の環形成原子数５〜３０の複素環基、置換もしくは無置換の炭素数１〜１０のアルキル基、置換もしくは無置換の環形成炭素数３〜８のシクロアルキル基、置換もしくは無置換の炭素数１〜２０のアルコキシ基、置換もしくは無置換の炭素数７〜５０のアラルキル基、置換もしくは無置換の環形成原子数６〜５０のアリールオキシ基、置換もしくは無置換の環形成原子数６〜５０のアリールチオ基、置換もしくは無置換の炭素数２〜５０のアルコキシカルボニル基、置換もしくは無置換の環形成炭素数６〜３０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、ヒドロキシル基及びはカルボキシル基から選ばれる。
Ｘ１０７及びＸ１１２は、それぞれ独立に、置換もしくは無置換の環形成炭素数６〜３０のアリール基、置換もしくは無置換の環形成原子数５〜３０の複素環基、置換もしくは無置換の炭素数１〜２０のアルキル基、及び置換もしくは無置換の環形成炭素数３〜８のシクロアルキル基から選ばれる。
但し、Ｘ１０３とＸ１０４は、互いに異なる置換基である。
また、Ｘ１０１〜Ｘ１１２において、隣接する置換基同士は互いに結合して飽和もしくは不飽和の環状構造を形成してもよく、これら環状構造は置換されてもよい。）
式（３）のＸ１０３又はＸ１０４は、好ましくは置換もしくは無置換の環形成炭素数６〜３０のアリール基である。また、式（３）の「置換もしくは無置換」の好ましい置換基は、シアノ基又はハロゲン原子である。
式（３）おいて、アリール基、複素環基、アルキル基、シクロアルキル基、アルコキシ基、アラルキル基、アリールオキシ基、アリールチオ基、アルコキシカルボニル基、ハロゲン原子の例として上記で例示したものが挙げられる。
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三重項エネルギーギャップが大きく、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。
このようなホスト化合物の具体例としては、ベンゼン環やナフタレン環、複素環の組み合わせで構成される縮合環化合物、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。
Figure 0006251670
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％以上であることで、発光が微弱となるのを防ぎ、その含有効果が十分に発揮させることができる。７０質量％以下とすることで、濃度消光と言われる現象を抑え、素子性能が低下を防ぐことができる。
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、５〜５０ｎｍであることが好ましく、７〜５０ｎｍであることがより好ましく、１０〜５０ｎｍであることが最も好ましい。５ｎｍ以上とすることで発光層形成が容易となり、色度の調整がしやすくなる。５０ｎｍ以下とすることで駆動電圧が上昇するのを防ぐことができる。
（Ｂ）正孔輸送帯域
正孔輸送帯域の層としては、正孔輸送層や正孔注入層等がある。正孔輸送層は、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。このような正孔輸送層としてはより低い電界強度で正孔を発光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。
正孔輸送層の材料の具体例として、例えば、トリアゾール誘導体、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、ピラゾリン誘導体及びピラゾロン誘導体、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、オキサゾール誘導体、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、ポリシラン系、アニリン系共重合体、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。
正孔注入層又は正孔輸送層（正孔注入輸送層も含む）には、芳香族アミン化合物、例えば、下記式（４）で表わされる芳香族アミン誘導体が好適に用いられる。
Figure 0006251670
式（４）において、Ａｒ３１〜Ａｒ３４は、環形成炭素数６〜５０の芳香族炭化水素基（但し、置換基を有してもよい。）、環形成炭素数６〜５０の縮合芳香族炭化水素基（但し、置換基を有してもよい。）、環形成炭素数２〜４０の芳香族複素環基（但し、置換基を有してもよい。）環形成炭素数２〜４０の縮合芳香族複素環基（但し、置換基を有してもよい。）、それら芳香族炭化水素基とそれら芳香族複素環基とを結合させた基、それら芳香族炭化水素基とそれら縮合芳香族複素環基とを結合させた基それら縮合芳香族炭化水素基とそれら芳香族複素環基とを結合させた基、又はそれら縮合芳香族炭化水素基とそれら縮合芳香族複素環基とを結合させた基を表す。
Ｌは、単結合又はＡｒ３１〜Ａｒ３４と同様な基を表す。
また、下記式（５）の芳香族アミンも正孔注入層又は正孔輸送層の形成に好適に用いられる。
Figure 0006251670
式（５）において、Ａｒ３１〜Ａｒ３３の定義は式（４）のＡｒ３１〜Ａｒ３４の定義と同様である。
正孔注入層は、さらに正孔の注入を助けるために設けられる層である。正孔注入層の材料としては本発明の有機ＥＬ用材料単独でもよいし、他の材料と混合して用いてもよい。他の材料としては正孔輸送層と同様の材料を使用することができる。他に、ポルフィリン化合物、芳香族第三級アミン化合物及びスチリルアミン化合物を用いることもできる。さらに、電荷発生層のＰ層で用いられるＨＡＴやＦ４ＴＣＮＱ、式（４）で示される化合物を使用する事もできる。
また、含チオフェンオリゴマーや特開平８−１９３１９１号公報に開示してある含アリールアミンオリゴマー等の導電性オリゴマー、含アリールアミンデンドリマー等の導電性デンドリマー等も用いることができる。
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層の材料として使用することができる。
正孔注入層又は正孔輸送層は、例えば、上述した化合物を真空蒸着法、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。正孔注入層、正孔輸送層としての膜厚は特に制限はないが、通常は１ｎｍ〜５μｍである。
（Ｃ）電子輸送帯域
電子輸送帯域の層としては、電子注入層や電子輸送層等（以下、電子注入層・輸送層という）がある。
電子注入層・輸送層は、発光層への電子の注入を助け、発光領域まで輸送する層であって、電子移動度が大きい。
電子注入層・輸送層は数ｎｍ〜数μｍの膜厚で適宜選ばれるが、特に膜厚が厚いとき、電圧上昇を避けるために、１０４〜１０６Ｖ／ｃｍの電界印加時に電子移動度が少なくとも１０−５ｃｍ２／Ｖｓ以上であることが好ましい。
電子注入層・輸送層に用いられる材料としては、８−ヒドロキシキノリン又はその誘導体の金属錯体や含窒素複素環誘導体が好適である。
上記８−ヒドロキシキノリン又はその誘導体の金属錯体の具体例としては、オキシン（一般に８−キノリノール又は８−ヒドロキシキノリン）のキレートを含む金属キレートオキシノイド化合物、例えばトリス（８−キノリノール）アルミニウムを電子注入材料として用いることができる。
含窒素複素環誘導体としては、例えば、オキサゾール、チアゾール、オキサジアゾール、チアジアゾール、トリアゾール、ピリジン、ピリミジン、トリアジン、フェナントロリン、ベンズイミダゾール、イミダゾピリジン等が好ましく、中でもベンズイミダゾール誘導体、フェナントロリン誘導体、イミダゾピリジン誘導体が好ましい。
（電荷発生層）
電荷発生層は、電圧印加時において、電荷発生層の陰極側に配置された発光ユニットに対して正孔を注入する一方、電荷発生層の陽極側に配置された発光ユニットに対して電子を注入する役割を果たす層である。
本発明で電荷発生層は、陽極側に形成されるＮ層と、陰極層側に形成されるＰ層を有する。Ｎ層については上述したとおりである。
Ｎ層の膜厚は、０．１ｎｍ〜１００ｎｍが好ましく、特に、１ｎｍ〜５０ｎｍが好ましい。
Ｐ層としては、下記式（III）で表される化合物を含有する層が挙げられる。
Figure 0006251670
式（III）で表される化合物は、素子の効率、電圧、寿命等の特性を向上することから、電荷発生層に使用されている。しかしながら、式（III）の化合物自身の導電性が高いため、電荷発生層を通じた画素間の電流リークが発生することがあった。本発明のＮ層と式（III）で表される化合物を含有する層を組み合わせることにより、隣接する画素間の電流リークを抑制することができる。
式中のＲ１ｃ〜Ｒ６ｃは、それぞれ独立に、水素原子、置換もしくは無置換の環形成炭素数６〜６０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炭素数７〜５０のアラルキル基、置換もしくは無置換の炭素数１〜５０のアルコキシ基、置換もしくは無置換の環形成炭素数６〜５０のアリールオキシ基、置換もしくは無置換の環形成炭素数６〜５０のアリールチオ基、置換もしくは無置換の炭素数２〜５０のアルコキシカルボニル基、置換もしくは無置換の環形成炭素数６〜５０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。
上記の置換もしくは無置換の環形成炭素数６〜６０のアリール基等の具体例は、上述した式（Ｉ）等の例と同様である。
式（III）の化合物の具体例を以下に示す。その他の例は、特表２０１１―５２１４１４を参照できる。
Figure 0006251670
また、下記式（IV）で表される化合物を含有する層が挙げられる。本発明のＮ層と式（IV）で表される化合物を含有する層を組み合わせることにより、素子の輝度、駆動電圧の低下、寿命の向上等の特性を向上する効果が大きくなる。
Figure 0006251670
上記式（IV）中、Ａｒ１は、環形成炭素数６〜２４の芳香環又は環形成原子数５〜２４の複素環、好ましくは環形成炭素数６〜１４の芳香環又は環形成原子数５〜１４の複素環である。芳香環としては、ベンゼン環、ナフタレン環、フルオレン環、９，９−ジメチルフルオレン環、９，９−ジオクチルフルオレン環等が挙げられる。複素環としては、ピラジン環、ピリジン環、キノキサリン環、チオフェン環、ベンゾチオフェン環、ジベンゾチオフェン環、フラン環、ベンゾフラン環、ジベンゾフラン環、フェナントロリン環、ナフチリジン環、テトラアザアントラセン環等が挙げられる。前記芳香環及び複素環は、以下に記載するＲ１〜Ｒ４が表す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シクロアルキル基、置換もしくは無置換のアルケニル基、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、ハロゲン原子、置換もしくは無置換のフルオロアルキル基、置換もしくは無置換のアルコキシ基、置換もしくは無置換のフルオロアルコキシ基、置換もしくは無置換のアリーロキシ基、置換もしくは無置換のアラルキルオキシ基、置換もしくは無置換のアミノ基、置換もしくは無置換のシリル基又は、シアノ基で置換されていてもよい。
式（IV）中、Ｒ１〜Ｒ４は、それぞれ互いに同一でも異なっていてもよく、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シクロアルキル基、置換もしくは無置換のアルケニル基、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、ハロゲン原子、置換もしくは無置換のフルオロアルキル基、置換もしくは無置換のアルコキシ基、置換もしくは無置換のフルオロアルコキシ基、置換もしくは無置換のアリーロキシ基、置換もしくは無置換のアラルキルオキシ基、置換もしくは無置換のアミノ基、置換もしくは無置換のシリル基、又はシアノ基である。Ｒ１とＲ２及びＲ３とＲ４は互いに結合して環を形成してもよい。
アルキル基としては、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、イソブチル基、ｔｅｒｔ−ブチル基、オクチル基等が挙げられる。
シクロアルキル基としてはシクロペンチル基、シクロヘキシル基等が挙げられる。
アルケニル基としてはビニル基、プロペニル基（二重結合の位置異性体を含む）、ブテニル基（二重結合の位置異性体を含む）、ペンテニル基（二重結合の位置異性体を含む）等が挙げられる。
（置換）アリール基としては、フェニル基、ビフェニル基、ナフチル基、フルオロフェニル基、トリフルオロメチルフェニル基、（トリフルオロメチル）フルオロフェニル基、トリフルオロフェニル基、ビス（トリフルオロメチル）フェニル基、（トリフルオロメチル）ジフルオロフェニル基、トリフルオロメトキシフェニル基、トリフルオロメトキシフルオロフェニル基等が挙げられる。
複素環基としては、ピリジン、ピラジン、フラン、イミダゾール、ベンズイミダゾール、チオフェン等の残基が挙げられる。
ハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、又はヨウ素原子が挙げられる。
フルオロアルキル基としては、トリフルオロメチル基、ペンタフルオロエチル基、パーフルオロシクロヘキシル基、パーフルオロアダマンチル基等が挙げられる。
アルコキシ基としては、メトキシ基、エトキシ基等が挙げられる。
フルオロアルコキシ基としては、トリフルオロメトキシ基、ペンタフルオロエトキシ基、２，２，２−トリフルオロエトキシ基、２，２，３，３，３−ペンタフルオロプロポキシ基、２，２，３，３−テトラフルオロプロポキシ基、１，１，１，３，３，３−ヘキサフルオロプロパン‐２−イルオキシ基等が挙げられる。
（置換）アリールオキシ基の例としては、フェニルオキシ基、ペンタフルオロフェニルオキシ基、４−トリフルオロフェニルオキシ基等が挙げられる。
（置換）アラルキルオキシ基の例としては、ベンジルオキシ基、ペンタフルオロベンジルオキシ基、４−トリフルオロメチルベンジルオキシ基等が挙げられる。
（置換）アミノ基の例としては、アミノ基、モノもしくはジメチルアミノ基、モノもしくはジエチルアミノ基、モノもしくはジフェニルアミノ基等が挙げられる。
（置換）シリル基の例としては、シリル基、モノ、ジもしくはトリメチルシリル基、モノ、ジもしくはトリエチルシリル基、モノ、ジもしくはトリフェニルシリル基等が挙げられる。
また、Ｒ１〜Ｒ４の任意の置換基の例としては、上記で挙げたハロゲン原子、シアノ基、アルキル基、アリール基、フルオロアルキル基、フルオロアルコキシ基及び複素環基が挙げられる。
尚、以下、特筆しない限り“置換もしくは無置換”というときの任意の置換基の例としては、上記で挙げたハロゲン原子、シアノ基、アルキル基、アリール基、フルオロアルキル基、フルオロアルコキシ基及び複素環基が挙げられる。
既述のようにＲ１とＲ２及びＲ３とＲ４は互いに結合して環を形成してもよい。環の例としては、ベンゼン環、ナフタレン環、ピラジン環、ピリジン環、フラン環等が挙げられる。
さらに、Ｒ１〜Ｒ４の少なくとも一つは、フッ素原子、フルオロアルキル基、フルオロアルコキシ基、シアノ基、又は、フッ素、フルオロアルキル基、フルオロアルコキシ基、シアノ基から選ばれる少なくとも１種の基を有するアリール基もしくは複素環基であることが好ましい。これらを置換基にすることで電子受容性を高めたり、適度な昇華温度を得られたり、あるいは結晶化を抑制したりすることができる。
式（IV）中のＲｇ１及びＲｇ２は、それぞれ互いに同一でも異なっていてもよく、下記式（ｉ）もしくは（ii）である。
Figure 0006251670
上記式中、Ｘ１及びＸ２は互いに同一でも異なっていてもよく、下記（ａ）〜（ｇ）に示す二価の基のいずれかである。特に（ａ）〜（ｃ）であれば、耐熱性に優れる、あるいは合成のし易さ等の点から好ましい。
Figure 0006251670
上記式中、Ｒ２１〜Ｒ２４は、それぞれ互いに同一でも異なっていてもよく、水素原子、置換もしくは無置換のフルオロアルキル基、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シクロアルキル基、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であり、Ｒ２２とＲ２３は互いに結合して環を形成してもよい。フルオロアルキル基、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基及び複素環基の具体例としては、Ｒ１〜Ｒ４に関して例示した基が挙げられる。
式（IV）中、Ｙ１〜Ｙ４は互いに同一でも異なっていてもよく、それぞれ、Ｎ、ＣＨ、又はＣ（Ｒ５）であり、Ｒ５はＲ１〜Ｒ４と同様な基を表す。
また、Ｙ１〜Ｙ４のうち少なくとも１つは窒素原子であることが好ましい（後述のＹ２１〜Ｙ２６及びＹ３１〜Ｙ３８についても同様）。少なくとも１つは窒素原子であることで、電子受容性を高めたり、耐熱性を高めたり、あるいは結晶化を抑制したりすることができる。
式（IV）のインデノフルオレンジオン誘導体は、下記式（IV−Ａ）あるいは(Ｉ−Ｂ)で表されることが好ましい。下記式（IV−Ａ）中のＡｒ１等の各符号は、式（IV）と同義である。下記式（IV−Ｂ）中のＡｒ２は式（IV）におけるＡｒ１と同義であり、Ｘ３及びＸ４は式（IV）におけるＸ１及びＸ２と同義であり、Ｙ５〜Ｙ８は式（IV）におけるＹ１〜Ｙ４と同義であり、Ｒ１〜Ｒ４は式（IV）におけるＲ１〜Ｒ４と同義である。
Figure 0006251670
さらに好ましくは、式（IV）のインデノフルオレンジオン誘導体は下記式（IVa）〜（IVi）で表される。
Figure 0006251670
上記式中、Ｘ１及びＸ２、Ｒ１〜Ｒ４は式（IV）におけるＸ１及びＸ２、Ｒ１〜Ｒ４と同義であり、Ｙ２１〜Ｙ２６、Ｙ３１〜Ｙ３８及び、Ｙ４１〜Ｙ５０は式（IV）におけるＹ１〜Ｙ４と同義である。
特に好ましい式（IV）のインデノフルオレンジオン誘導体は下記式（IV−ａ）〜（IV−ｎ）で表される。尚、下記式（IV−ｂ）、（IV−ｄ）、（IV−ｆ）、（IV−ｈ）、（IV−ｊ）、（IV-ｌ）、（IV-ｎ）、（IV-ｐ）、及び（IV-ｒ）は、２つのシアノイミノ基のシアノ基の立体配置により、複数の異性体が存在する。本発明は特定の異性体に限定されるものではない。本発明は、特定の異性体のみでもよいし、２つもしくは２より大きい異性体の混合物であってもよい。
Figure 0006251670
Figure 0006251670
上記式中、Ｒ３１〜Ｒ５２は式（IV）におけるＲ１〜Ｒ４と同義である。Ｒ３１〜Ｒ５２のうち互いに隣接するものは互いに結合して環を形成してもよい。特に、Ｒ３１〜Ｒ５２の少なくとも一つが、フッ素原子、フルオロアルキル基、フルオロアルコキシ基、シアノ基、又は、フッ素、フルオロアルキル基、フルオロアルコキシ基、シアノ基から選ばれる基を少なくとも１種有するアリール基もしくは複素環基であることが好ましい。
インデノフルオレンジオン誘導体は、上記の各式の構造を有することで、電子受容性を有し、また、耐熱性に優れ、昇華温度が約２００℃以上を有し、昇華精製も可能であるため高純度化が可能となる。また、有機ＥＬ素子に使用することで素子の駆動電圧を低下させることができ、また、寿命を向上させることができる。さらに、素子の製造時において、昇華温度が約２００℃以上を有することから、蒸着用成膜装置内部に飛散することがないため、成膜装置又は有機ＥＬ素子を汚染することもない。
以下に式（IV）のインデノフルオレンジオン誘導体の具体例を示すが、これらに限られるものではない。
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式（IV）で表される化合物の合成については、ＷＯ２０１０／０６４６５５及びＷＯ２００９／０１１３２７を参照できる。
Ｐ層は、式（IV）で表される化合物のみからなる層でもよく、他の材料との混合物からなる層であってもよい。本発明では、Ｐ層が式（IV）で表される化合物と、少なくとも１種類の正孔輸送材料を含む層であることが好ましい。
正孔輸送材料としては、上述した正孔輸送帯域で使用される材料が使用できる。なかでも、芳香族第三級アミン化合物が好ましい。
Ｐ層における、式（IV）で表される化合物の含有率は、０．１重量％〜１００重量％であることが好ましく、特に、１０重量％〜７０重量％であることが好ましい。
Ｐ層の膜厚は、１ｎｍ〜５０ｎｍが好ましく、特に、５ｎｍ〜２０ｎｍが好ましい。
本発明では、発光ユニットの少なくとも１つが正孔輸送層を有し、電荷発生層のＰ層が正孔輸送層と接していることが好ましい。例えば、図１に示す有機ＥＬ素子１のように、第２の発光ユニット３０Ｂの正孔輸送層３１Ｂと電荷発生層のＰ層４２が接していることが好ましい。これにより電荷発生層から第２の発光ユニット３０Ｂの正孔輸送層３１Ｂへの正孔注入が効率よく行なわれ、素子の低電圧化する。
電荷発生層は、Ｎ層とＰ層の２層のみからなっていてもよく、また、Ｎ層とＰ層の間に介在層を有していてもよい。
（陰極）
陰極としては仕事関数の小さい（４ｅＶ以下）金属、合金、電気伝導性化合物及びこれらの混合物を電極物質とするものが用いられる。このような電極物質の具体例としては、ナトリウム、ナトリウム−カリウム合金、マグネシウム、リチウム、マグネシウム・銀合金、アルミニウム、アルミニウム／酸化アルミニウム、アルミニウム・リチウム合金、インジウム、希土類金属等が挙げられる。
この陰極はこれらの電極物質を蒸着やスパッタリング等の方法により薄膜を形成させることにより、作製することができる。
ここで発光層からの発光を陰極から取り出す場合、陰極の発光に対する透過率は１０％より大きくすることが好ましい。また陰極としてのシート抵抗は数百Ω／□以下が好ましく、膜厚は通常１０ｎｍ〜１μｍ、好ましくは５０〜２００ｎｍである。
（他の構成部材）
本発明においては陰極と有機層との間に絶縁体や半導体で構成される電子注入層を設けてもよい。これにより、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、ＣｓＦ，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。
電子注入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、電子注入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。
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。
本発明の有機ＥＬ素子の形態について、図１の有機ＥＬ素子１を例示して説明したが、本発明は有機ＥＬ素子１の形態に限定されるものではない。例えば、有機ＥＬ素子１では発光ユニットを２つ形成したが、３つ以上形成してもよい。
図２は本発明の第２の実施形態の有機ＥＬ素子の概略断面図である。
有機ＥＬ素子２は、基板１０上に、陽極２０、第１の発光ユニット３０Ａ、第１の電荷発生層４０Ａ、第２の発光ユニット３０Ｂ、第２の電荷発生層４０Ｂ、第３の発光ユニット３０Ｃ及び陰極５０を、この順に備える。有機ＥＬ素子２は、発光ユニットを３つ形成し、電荷発生層を２層形成した他は図１に示す有機ＥＬ素子１と同じ構成を有する。即ち、第１の電荷発生層４０Ａ（Ｎ層４１Ａ、Ｐ層４２Ａ）は上記の電荷発生層４０に対応し、第２の電荷発生層４０Ｂ（Ｎ層４１Ｂ、Ｐ層４２Ｂ）及び第３の発光ユニット３０Ｃ（正孔輸送層３１Ｃ、発光層３２Ｃ、電子輸送層３３Ｃ）は、それぞれ上述したものと同様である。
本実施形態では、例えば、各発光ユニットの発光色を異ならせ、赤色、緑色、青色とすることにより、３つの波長領域の光を調和よく有する演色性の高い白色発光ＥＬ素子が得られる。
本発明の有機ＥＬ素子は、例えば、表示装置の画素のように、複数の素子が基板上に形成されている場合に、特に、優れた効果を発揮する。
図３は、基板上に３つの有機ＥＬ素子を形成した例を示す概略図である。
基板１０上には、ストライプ状にパターン化された陽極２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃがある。基板１０及び各陽極上に、第一の発光ユニット３０Ａ、電荷発生層４０及び第２の発光ユニット３０Ｂが共通してこの順に形成されている。第２の発光ユニット３０Ｂ上に、陰極５０が陽極２０に直交するようにストライプ状に形成されている。
有機ＥＬ素子Ａ〜Ｃは、対向する陽極２０Ａ〜２０Ｃ及び陰極５０間に電圧が印加されたときに発光する。例えば、陽極２０Ｂと陰極５０間に電圧を印加すると、素子Ｂが発光する。
ＩＴＯ等の透明導電体等、従来の材料を電荷発生層に使用した素子の場合、素子間で共通して形成した電荷発生層を介して電荷が隣接する素子に流れ、その結果、本来、発光すべきでない隣接素子が発光するという問題が生じた。その結果、発光効率の低下や、表示装置としたときの色純度の低下を生じていた。
本発明の有機ＥＬ素子では、電荷発生層のＮ層に上述した式（Ｉ）又は(II)の化合物を使用することにより、隣接する素子への電荷の漏れを抑制できる。
本発明の有機ＥＬ素子は、特に、カラーフィルターを使用したカラー表示装置の発光素子として好適である。
図４は本発明の有機ＥＬ素子を使用したカラー表示装置の概略断面図である。
カラー表示装置は、図３に示す有機ＥＬ素子の光取り出し側に、赤色カラーフィルター（ＲＣＦ）６１、緑色カラーフィルター（ＧＣＦ）６２及び青色カラーフィルター（ＢＣＦ）６３を有するカラーフィルター６０を形成したものである。本実施形態では、第１の発光ユニット３０Ａの発光色を黄色とし、第２の発光ユニット３０Ｂの発光色を青色とすることにより、白色発光する有機ＥＬ素子とする。カラーフィルターにより白色光から所望の色のみを表示装置の外部に取り出す。
本発明の有機ＥＬ素子は、上述したとおり隣接する素子への電荷の漏洩を抑制できる。即ち、隣接素子の不要な発光を低減させ、所望の素子（画素）のみを発光させることができるため、表示装置の色再現性を向上できる。
本発明の有機ＥＬ素子は、公知の方法によって作製できる。具体的に、陽極や陰極は、蒸着やスパッタリング等の方法により形成できる。発光ユニット等の各有機層は、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。
［青色有機ＥＬ素子］
実施例１〜１５、比較例１〜３
図１に示す層構成を有する、発光を基板側から取り出すボトム発光方式の有機ＥＬ素子を作製した。尚、実施例で使用した有機化合物の構造を以下に示す。
Figure 0006251670
３０ｍｍ×３０ｍｍのガラス板からなる基板上に、陽極としてＩＴＯを２４０ｎｍの膜厚で形成した。次に、ＳｉＯ２蒸着により２ｍｍ×２ｍｍの発光領域以外を絶縁膜（図示省略）でマスクした有機ＥＬ素子用のセルを作製した。
陽極上に、正孔注入層として、上記の構造を有するヘキサニトリルアザトリフェニレン（ＨＡＴ）を１０ｎｍの膜厚で形成した。
正孔注入層上に、正孔輸送層、青色発光層及び電子輸送層からなる青色発光ユニット（第１の発光ユニット）を形成した。
具体的に、正孔輸送層として上記α−ＮＰＤを真空蒸着法により９０ｎｍ（蒸着速度０．２〜０．４ｎｍ／ｓｅｃ）の膜厚で形成した。
続いて、正孔輸送層上に、青色発光層を形成した。発光層のホストには上記式（１）の化合物を、ドーパントには式（２）の化合物を使用した。ドーパントの添加量が膜厚比で５％となるように真空蒸着し膜厚３０ｎｍの発光層とした。
次いで、青色発光層上に、電子輸送層として、上記Ａｌｑ３を３０ｎｍの膜厚で形成した。
青色発光ユニットに続けて電荷発生層を形成した。発光ユニットの電子輸送層上に、Ｎ層とＰ層を表１に示す化合物を用いてこの順に形成した。尚、比較例１では膜厚はＮ層及びＰ層を形成しなかった。いずれも１０ｎｍとした。Ｎ層は表１の化合物とＬｉの混合層である。
電荷発生層に続いて、第２の青色発光ユニットを形成した。形成方法は上述した第１の青色発光ユニットと同様にした。
その後、ＬｉＦを真空蒸着法により約０．３ｎｍ（蒸着速度〜０．０１ｎｍ／ｓｅｃ）の膜厚で形成し、次いで、Ａｌを真空蒸着法により２００ｎｍの膜厚で形成し、２層構造の陰極を形成し、有機ＥＬ素子を作製した。
作製した有機ＥＬ素子について、１０ｍＡｃｍ−２の電流密度における電圧（Ｖ）及び輝度（ｃｄ／ｍ２）、５０ｍＡ／ｃｍ２駆動での３００時間後の輝度相対値を測定した。結果を表１に示す。
Figure 0006251670
実施例１〜１５と比較例１の結果より、表のＮ層、Ｐ層を含む電荷発生層を利用してタンデム素子を作製することにより、単ユニット素子と比べ２倍の効率が得られ、電圧も２倍の値となった。これにより、表のＮ層、Ｐ層を含む電荷発生層を利用したタンデム素子はＭＰＥ素子として機能することがわかった。
実施例１〜１５と比較例２〜３の結果より、電荷発生層において、Ｎ層にＡｌｑもしくはＢＰｈｅｎを用いた場合、ＭＰＥ素子として機能するものの、高電圧化と短寿命化が見られた。これにより、電荷発生層のＮ層として実施例１〜１５の化合物が優れていることがわかった。
［白色有機ＥＬ素子］
実施例１６、１７、比較例４、５
解像度が１００ｐｐｉとなるように下部電極をパターン化したガラス基板を使用し、第１の青色発光ユニットに代えて、下記の黄色発光ユニットを形成した他は、実施例１と同様にして有機ＥＬ素子を作製した。
・パターン電極基板の作製
ガラス基板上に平坦化絶縁膜を形成した。平坦化絶縁膜材料はポジ型感光性の絶縁材料であれば特に限定しないが、ここではポリイミドを２．０μｍの厚さで形成した。基板上にポリイミドをスピンコート法により塗布し、露光装置にて露光を行い、パドル式現像装置にて現像し、所定の形状にパターニングした。ポリイミドを硬化させるためクリーンベーク炉にて本焼成し、厚さ２．０μｍの平坦化絶縁膜を形成した。
次に、平坦化絶縁膜上に下部電極を形成した。平坦化絶縁膜上に、ＩＴＯを２４０ｎｍ成膜し、通常のリソグラフィ技術を用いて所定の形状にパターニング、エッチングして下部電極を形成した。
パターン化した下部電極（ＩＴＯ）間に、ポリイミドを２．０μｍの厚さで形成し電極間絶縁層を形成した。電極間絶縁層は、基板上にポリイミドをスピンコート法により塗布し、露光装置にて露光を行い、パドル式現像装置にて現像した。これで感光性絶縁材料であるポリイミドが所定の形状にパターニングされたことになる。次に、ポリイミドを硬化させるためクリーンベーク炉にて本焼成し電極間絶縁層を形成した。
・黄色発光ユニットの形成
上記ヘキサニトリルアザトリフェニレン（ＨＡＴ）からなる正孔注入層上に、正孔輸送層、黄色発光層及び電子輸送層からなる黄色発光ユニット（第１の発光ユニット）を形成した。
正孔輸送層として、上記α−ＮＰＤを真空蒸着法により３０ｎｍ（蒸着速度０．２〜０．４ｎｍ／ｓｅｃ）の膜厚で形成した。
続いて、正孔輸送層上に、黄色発光層を形成した。発光層のホストには下記式（３）で表される化合物を、ドーパントには式（４）で表される化合物を使用した。ドーパントの添加量が膜厚比で５％となるように真空蒸着し膜厚３０ｎｍの発光層とした。
次いで、黄色発光層上に、電子輸送層として、上記Ａｌｑ３を２０ｎｍの膜厚で形成した。
以下、実施例１と同様にして表２に示す電荷発生層と第２の発光ユニットを形成し、有機ＥＬ素子を作製した。
Figure 0006251670
作製した有機ＥＬ素子について、作製した有機ＥＬ素子について、１０ｍＡｃｍ−２の電流密度における電圧（Ｖ）及び輝度（ｃｄ／ｍ２）、５０ｍＡ／ｃｍ２駆動での３００時間後の輝度相対値を測定した。また、分光放射輝度計により、発光のＣＩＥ色度を求めた。結果を表２に示す。
さらに実施例１６、１７、比較例５、６で作製した有機ＥＬ素子の各画素に、赤色、緑色及び青色のカラーフィルターを形成し、ＲＧＢ各色により包含される色再現性をＮＴＳＣ比で評価した。有機ＥＬ素子の作製は以下のとおりとした。
ガラス基板上の開口部となる箇所に、ＲＧＢそれぞれのカラーフィルターを順番に形成し、その上に、平坦化絶縁膜を形成し、カラーフィルターの凹凸を平坦化した。これにより、カラーフィルターを有するガラス基板を得た。以後、実施例５と同様にしてパターン電極基板を作製し、さらに、発光ユニットを形成した。
作製した素子は、パッシブ方式の駆動が可能になるよう、上部電極、下部電極を配線し、ＲＧＢそれぞれの画素が個々に発光できるようにした。これによりＲＧＢそれぞれの単色での発光が可能となる。
尚、ＮＴＳＣ比とは、表示装置の色再現範囲がアメリカＮａｔｉｏｎａｌ ＴｅｌｅｖｉｓｉｏｎＳｙｓｔｅｍＣｏｍｍｉｔｔｅｅ（ＮＴＳＣ）により定められた標準方式の３原色、赤（０．６７０，０．３３０）、緑（０．２１０，０．７１０）、青（０．１４０，０．０８０）により囲まれる面積に対する比（単位は％）である。図５にＸＹＺ表色系色度図においてＮＴＳＣが定めた赤、緑、青の色度座標を結んで得られる領域を示す。本領域を１００％する。
結果を表２に示す。
Figure 0006251670
実施例１６、１７の結果から、表２のＮ層及びＰ層を含む電荷発生層を利用してタンデム素子を作製することにより、黄色単ユニット素子と青色単ユニット素子を足した効率が得られ、白色発光が得られることが確認できた。
比較例４、５では、電荷発生層のＰ層にＨＡＴを用いた結果、ＭＰＥ素子として機能するものの、実施例と比べて、カラーフィルターを設けてディスプレイパネルを作製した際に、色再現性においてＮＴＳＣ比の低下が見られた。これはＨＡＴの抵抗値が低すぎるために、キャリアが電荷発生層を経由して隣接画素までリークし、隣接画素が発光するために、赤色、緑色又は青色の単色表示時において各色の色純度の低下を引き起こしたことによると考えられる。
それに対して、実施例１６、１７は、本発明のＮ層を使用したことにより、Ｐ層にＨＡＴを用いてもＮＴＳＣ比の低下が少ない。これは、Ｐ層による隣接正孔輸送層からの電子引き抜きに伴う電荷発生の際に、Ｐ層が引き抜いた電子をＮ層が陽極側発光ユニットへスムーズに注入することが可能となるため、Ｎ層とＰ層の界面に電子及び正孔が溜まらず、電荷発生層において電子の発生と同時に発生した正孔も陰極側発光ユニットにスムーズに注入されるからと考えられる。これにより、Ｐ層（ＨＡＴ層）を経由したキャリアのリークを抑制することができ、その結果、隣接画素発光も抑制され、赤色、緑色又は青色の単色表示時において各色の色純度の低下も抑制することができると考えられる。
以上から、スタック型白色素子において、電荷発生層に表のＮ層、Ｐ層を含む層を採用することによって、混色の少ない、色再現性の高い有機ＥＬディスプレイパネルの作製が可能であることがわかった。
本発明の有機ＥＬ素子は、壁掛けテレビのフラットパネルディスプレイ等の平面発光体、複写機、プリンター、液晶ディスプレイのバックライト又は計器類等の光源、表示板、標識灯等に利用できる。
上記に本発明の実施形態及び／又は実施例を幾つか詳細に説明したが、当業者は、本発明の新規な教示及び効果から実質的に離れることなく、これら例示である実施形態及び／又は実施例に多くの変更を加えることが容易である。従って、これらの多くの変更は本発明の範囲に含まれる。
この明細書に記載の文献及び本願のパリ優先の基礎となる日本出願明細書の内容を全てここに援用する。

Claims (14)

  1. 陽極と、陰極と、
    前記陽極と前記陰極との間に挟持され、それぞれ発光層を有する、２以上の発光ユニットと、
    前記発光ユニットの間に挟持される電荷発生層と、を有し、
    前記電荷発生層が、前記陽極側にあるＮ層と、前記陰極層側にあるＰ層を有し、
    前記Ｎ層が、下記式（Ｉ）又は（ＩＩ）で表される化合物を含有する、有機エレクトロルミネッセンス素子。
    Figure 0006251670
     ［式中、Ｒ１ａ〜Ｒ７ａ 及びＲ１ｂ〜Ｒ７ｂは、それぞれ独立に、水素原子、置換もしくは無置換の環形成炭素数６〜６０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炭素数７〜５０のアラルキル基、置換もしくは無置換の炭素数１〜５０のアルコキシ基、置換もしくは無置換の環形成炭素数６〜５０のアリールオキシ基、置換もしくは無置換の環形成炭素数６〜５０のアリールチオ基、置換もしくは無置換の炭素数２〜５０のアルコキシカルボニル基、置換もしくは無置換の環形成炭素数６〜５０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。
    Ｌ１ａ及びＬ１ｂは、それぞれ、単結合又は連結基である。
    Ａｒ１ａ及びＡｒ１ｂは、それぞれ、置換もしくは無置換の炭素数６〜６０の芳香族基である。
    ｎは、２であり、括弧の内のフェナントロリン骨格を有する基は、同一でも異なっていてもよい。］
  2. Ｌ１ａが単結合である請求項１に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
  3. Ｒ１ａ〜Ｒ７ａ及びＲ１ｂ〜Ｒ７ｂが、それぞれ独立に、水素原子又は置換もしくは無置換の環形成炭素数６〜６０のアリール基である請求項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. 陽極と、陰極と、
    前記陽極と前記陰極との間に挟持され、それぞれ発光層を有する、２以上の発光ユニットと、
    前記発光ユニットの間に挟持される電荷発生層と、を有し、
    前記電荷発生層が、前記陽極側にあるＮ層と、前記陰極層側にあるＰ層を有し、
    前記Ｎ層が、下記式（Ｉ’）又は（ＩＩ’）で表される化合物を含有する、有機エレクトロルミネッセンス素子。
    Figure 0006251670
     ［式中、Ｒ１ａ〜Ｒ７ａ 及びＲ１ｂ〜Ｒ７ｂは、それぞれ独立に、水素原子、置換もしくは無置換の環形成炭素数６〜６０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炭素数７〜５０のアラルキル基、置換もしくは無置換の炭素数１〜５０のアルコキシ基、置換もしくは無置換の環形成炭素数６〜５０のアリールオキシ基、置換もしくは無置換の環形成炭素数６〜５０のアリールチオ基、置換もしくは無置換の炭素数２〜５０のアルコキシカルボニル基、置換もしくは無置換の環形成炭素数６〜５０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。
    Ｌ１ａ及びＬ１ｂは、それぞれ、単結合又は連結基である。
    Ａｒ１ａ’及びＡｒ１ｂ’は、それぞれ、置換もしくは無置換のフルオレニル基、置換もしくは無置換のアントリル基、置換もしくは無置換のクリセニル基、置換もしくは無置換のピレニル基、置換もしくは無置換のトリフェニレニル基及び置換もしくは無置換のフルオランテニル基からなる群から選択される。
    ｎ’は、１である。］
  5. 前記式（Ｉ’）又は（ＩＩ’）で表される化合物が、下記式（Ｉ−ａ）、（Ｉ−ｂ）、（ＩＩ−ａ）又は（ＩＩ−ｂ）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。
    Figure 0006251670
     ［式中、Ｒ１ａ〜Ｒ７ａ及びＲ１ｂ〜Ｒ７ｂは、それぞれ前記式（Ｉ）及び（ＩＩ）におけるＲ１ａ〜Ｒ７ａ及びＲ１ｂ〜Ｒ７ｂと同様な基を表す。
    Ｒ１１ａ〜Ｒ２０ａ及びＲ１１ｂ〜Ｒ２０ｂは、それぞれ独立に、水素原子、置換もしくは無置換の環形成炭素数６〜６０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炭素数７〜５０のアラルキル基、置換もしくは無置換の炭素数１〜５０のアルコキシ基、置換もしくは無置換の環形成炭素数６〜５０のアリールオキシ基、置換もしくは無置換の環形成炭素数６〜５０のアリールチオ基、置換もしくは無置換の炭素数２〜５０のアルコキシカルボニル基、置換もしくは無置換の環形成炭素数６〜５０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。
    Ｌ１ａ及びＬ１ｂは、それぞれ単結合又は連結基である。］
  6. Ｌ１ａが、置換もしくは無置換の環形成炭素数６〜２０の芳香族基、置換もしくは無置換の炭素数１〜８のアルキレン鎖、及び置換もしくは無置換の複素環からなる群から選択される請求項４又は５に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
  7. Ｌ１ａが、置換もしくは無置換のベンゼン環、置換もしくは無置換のナフタレン環、置換もしくは無置換のメチレン鎖、及び置換もしくは無置換のピリジン環からなる群から選択される請求項４〜６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。
  8. 前記「置換もしくは無置換の・・・」の置換基が、それぞれ独立に、炭素数１〜２０の直鎖状もしくは分岐状のアルキル基、炭素数２〜２０の直鎖状もしくは分岐状のアルケニル基、環形成炭素数３〜２０のシクロアルキル基、炭素数１〜２０のアルキル基を有するトリアルキルシリル基、環形成炭素数６〜２４のアリール基又はアルキル基を有するシリル基、炭素数１〜２０のアルキル基及び環形成炭素数６〜２４のアリール基を有するアルキルアリールシリル基、環形成炭素数６〜２４のアリール基、環形成原子数５〜２４のヘテロアリール基、炭素数１〜２０のアルコキシ基、ハロゲン原子及びシアノ基からなる群から選択される請求項１〜７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。
  9. 前記電荷発生層のＮ層が、電子供与性金属、金属化合物及び金属錯体の少なくとも１つを含有する、請求項１〜８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。
  10. 前記電荷発生層のＮ層が、アルカリ金属、アルカリ土類金属、希土類金属の単体、希土類金属の化合物及び希土類金属の錯体のうち、少なくとも１つを含有する、請求項９に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
  11. 前記Ｐ層が、下記式（III）で表される化合物を含有する、請求項１〜１０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。
    Figure 0006251670
     （式中、Ｒ１ｃ〜Ｒ６ｃは、それぞれ独立に、水素原子、置換もしくは無置換の環形成炭素数６〜６０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炭素数７〜５０のアラルキル基、置換もしくは無置換の炭素数１〜５０のアルコキシ基、置換もしくは無置換の環形成炭素数６〜５０のアリールオキシ基、置換もしくは無置換の環形成炭素数６〜５０のアリールチオ基、置換もしくは無置換の炭素数２〜５０のアルコキシカルボニル基、置換もしくは無置換の環形成炭素数６〜５０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。）
  12. 前記Ｐ層が、下記式（IV）で表される化合物を含有する、請求項１〜１０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。
    Figure 0006251670
     ［式（IV）中、Ａｒ１は、環形成炭素数６〜２４の芳香環、又は環形成原子数５〜２４の複素環である。
    Ｒｇ１及びＲｇ２は、それぞれ互いに同一でも異なっていてもよく、下記式（ｉ）又は（ii）である。
    Figure 0006251670
     （上記式中、Ｘ１及びＸ２は互いに同一でも異なっていてもよく、下記（ａ）〜（ｇ）に示す二価の基のいずれかである。）
    Figure 0006251670
     （上記式中、Ｒ２１〜Ｒ２４は、それぞれ互いに同一でも異なっていてもよく、水素原子、置換もしくは無置換のフルオロアルキル基、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リール基又は置換もしくは無置換の複素環基であり、Ｒ２２とＲ２３は互いに結合して環を形成してもよい。）
    Ｒ１〜Ｒ４は、それぞれ互いに同一でも異なっていてもよく、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シクロアルキル基、置換もしくは無置換のアルケニル基、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、ハロゲン原子、置換もしくは無置換のフルオロアルキル基、置換もしくは無置換のアルコキシ基、置換もしくは無置換のフルオロアルコキシ基、置換もしくは無置換のアリーロキシ基、置換もしくは無置換のアラルキルオキシ基、置換もしくは無置換のアミノ基、置換もしくは無置換のシリル基又は、シアノ基である。
    Ｙ１〜Ｙ４は互いに同一でも異なっていてもよく、それぞれＮ、ＣＨ、又はＣ（Ｒ５）であり、Ｒ５は前記Ｒ１〜Ｒ４と同義である。］
  13. 前記発光ユニットの発光層を構成する少なくとも１つの材料が、他の発光ユニットの発光層を構成する材料と異なっている、請求項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。
  14. 白色発光する、請求項１〜１３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。
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