JP6711602B2 - 有機発光素子 - Google Patents
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Description
本発明は、有機発光素子に関する。
近年、無機化合物を用いて作製される電子機能素子に対して、無機化合物では困難である塗布成膜や低温プロセスを利用することができる有機化合物を用いて作製した有機電子素子が注目を集め検討がなされている。有機電子素子の中でも、特に、有機発光素子（有機エレクトロルミネッセンス素子、有機ＥＬ素子）は、開発が急速に進められている。また有機発光素子を有する電子機器の開発も従来から行われており、例えば、有機発光素子を各種情報処理機器に組み込んだ表示用装置においては、有機発光素子の低消費電力化への要求が高まっている。そして、この低消費電力化を達成させるために、有機発光素子の低電圧化が試みられている。特許文献１は、有機化合物とアルカリ金属等の低仕事関数金属とを共蒸着することによる有機発光素子の低電圧化が開示されている。また、特許文献２では、有機半導体の中に金属錯体（有機ｎ−ドーパント）をドープさせることによる有機発光素子の低電圧化が開示されている。さらに、特許文献３には、電子輸送性材料にカルベン化合物（有機ｎ−ドーパント）をドープさせることによる有機発光素子の低電圧化が開示されている。
しかしながら、特許文献１乃至３に開示されているアルカリ金属や有機ｎ−ドーパントは、その特性上強い還元性を有し、容易に水分や酸素と反応する性質を有するため大気中で取り扱うことが難しい。このため、特許文献１乃至３に開示されている有機発光素子は、素子寿命という観点では十分ではなかった。また有機ｎ−ドーパントの中には、大気中で安定なものもあったが、大気中で安定な有機ｎ−ドーパントは、ドナー性が低く電子注入効率が不十分であった。本発明は、上述した課題を解決するためになされるものであり、その目的は、低電圧で駆動しかつ長寿命である有機発光素子を提供することにある。
本発明の有機発光素子は、陽極と陰極と、前記陽極と前記陰極との間に配置され、発光層と有機機能層とを有する有機化合物層と、を有する有機発光素子であって、
前記有機機能層が、下記一般式（１）又は（２）に示される有機化合物と、仕事関数が４．４ｅＶ以上の遷移金属と、を有し、
前記有機機能層の全体に対する前記遷移金属の濃度が、０．１体積％以上５０体積％以下であることを特徴とする。
また、本発明の他の有機発光素子は、陽極と陰極と、前記陽極と前記陰極との間に配置され、発光層と有機機能層とを有する有機化合物層と、を有する有機発光素子であって、
前記有機機能層が、下記一般式（１）又は（２）に示される有機化合物と、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔ及びＣｕから選択される遷移金属と、を有することを特徴とする。
前記有機機能層が、下記一般式（１）又は（２）に示される有機化合物と、仕事関数が４．４ｅＶ以上の遷移金属と、を有し、
前記有機機能層の全体に対する前記遷移金属の濃度が、０．１体積％以上５０体積％以下であることを特徴とする。
また、本発明の他の有機発光素子は、陽極と陰極と、前記陽極と前記陰極との間に配置され、発光層と有機機能層とを有する有機化合物層と、を有する有機発光素子であって、
前記有機機能層が、下記一般式（１）又は（２）に示される有機化合物と、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔ及びＣｕから選択される遷移金属と、を有することを特徴とする。
本発明によれば、低電圧で駆動しかつ長寿命である有機発光素子を提供することができる。
［第一の実施形態］
本発明は、陽極と陰極と、陽極と陰極との間に配置され、発光層と有機機能層とを有する有機化合物層と、を有する有機発光素子に関する。このように、本発明において、陽極及び陰極からなる一対の電極の間に配置される有機化合物層は、少なくとも二つの層（発光層、有機機能層）を有する積層体である。ただし、本発明において、有機化合物層に含まれる層は、発光層及び有機機能層のみに限定されるものではない。本発明において、有機化合物層に含まれる層としては、発光層及び有機機能層の他に、正孔注入層、正孔輸送層、電子ブロック層、正孔ブロック層、電子輸送層、電子注入層等が挙げられる。
本発明において、有機機能層は、下記一般式（１）又は（２）に示される有機化合物と、仕事関数が４．４ｅＶ以上の遷移金属と、を有している。
本発明は、陽極と陰極と、陽極と陰極との間に配置され、発光層と有機機能層とを有する有機化合物層と、を有する有機発光素子に関する。このように、本発明において、陽極及び陰極からなる一対の電極の間に配置される有機化合物層は、少なくとも二つの層（発光層、有機機能層）を有する積層体である。ただし、本発明において、有機化合物層に含まれる層は、発光層及び有機機能層のみに限定されるものではない。本発明において、有機化合物層に含まれる層としては、発光層及び有機機能層の他に、正孔注入層、正孔輸送層、電子ブロック層、正孔ブロック層、電子輸送層、電子注入層等が挙げられる。
本発明において、有機機能層は、下記一般式（１）又は（２）に示される有機化合物と、仕事関数が４．４ｅＶ以上の遷移金属と、を有している。
式（１）において、Ｒ1及びＲ2は、それぞれ水素原子又はハロゲン原子、炭素原子数１以上８以下のアルキル基及び置換基を有していてもよいアリール基から選択される置換基を表す。
Ｒ1又はＲ2で表されるハロゲン原子として、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子等が挙げられるが、フッ素原子が好ましい。
Ｒ1又はＲ2で表される炭素原子数１以上８以下のアルキル基として、メチル基、エチル基、ｎ−プロピル基、ｉｓｏ−プロピル基、ｎ−ブチル基、ｉｓｏ−ブチル基、ｓｅｃ−ブチル基、ｔｅｒｔ−ブチル基、ｎ−ペンチル基、ｎ−ヘキシル基、ｎ−オクチル基等が挙げられる。
Ｒ1又はＲ2で表されるアリール基として、フェニル基等が挙げられる。尚、当該アリール基は、メチル基、エチル基、ｎ−プロピル基、ｉｓｏ−プロピル基、ｎ−ブチル基、ｉｓｏ−ブチル基、ｓｅｃ−ブチル基、ｔｅｒｔ−ブチル基等のアルキル基、フェニル基、ナフチル基、フェナントリル基、フルオレニル基等の炭化水素芳香環基、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子等のハロゲン原子（好ましくは、フッ素原子）等の置換基をさらに有してもよい。
Ｒ1又はＲ2で表されるハロゲン原子として、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子等が挙げられるが、フッ素原子が好ましい。
Ｒ1又はＲ2で表される炭素原子数１以上８以下のアルキル基として、メチル基、エチル基、ｎ−プロピル基、ｉｓｏ−プロピル基、ｎ−ブチル基、ｉｓｏ−ブチル基、ｓｅｃ−ブチル基、ｔｅｒｔ−ブチル基、ｎ−ペンチル基、ｎ−ヘキシル基、ｎ−オクチル基等が挙げられる。
Ｒ1又はＲ2で表されるアリール基として、フェニル基等が挙げられる。尚、当該アリール基は、メチル基、エチル基、ｎ−プロピル基、ｉｓｏ−プロピル基、ｎ−ブチル基、ｉｓｏ−ブチル基、ｓｅｃ−ブチル基、ｔｅｒｔ−ブチル基等のアルキル基、フェニル基、ナフチル基、フェナントリル基、フルオレニル基等の炭化水素芳香環基、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子等のハロゲン原子（好ましくは、フッ素原子）等の置換基をさらに有してもよい。
式（１）において、Ａｒ1及びＡｒ2は、それぞれアルキル基、ハロゲン原子あるいは置換アミノ基を有してもよい芳香族炭化水素基又はアルキル基、ハロゲン原子あるいは置換アミノ基を有してもよい複素環基を表す。
Ａｒ1又はＡｒ2で表される芳香族炭化水素基として、フェニル基、ナフチル基、アントリル基等が挙げられる。芳香族炭化水素基として、好ましくは、フェニル基、ナフチル基及びアントリル基から選択される置換基であり、特に好ましくは、フェニル基である。
Ａｒ1又はＡｒ2で表される複素環基として、ピリジル基、ビピリジル基、チオフェニル基、カルバゾール基等が挙げられる。好ましくは、ピリジル基、ビピリジル基、チオフェニル基及びカルバゾール基から選択される置換基であり、特に好ましくは、ピリジル基である。
Ａｒ1又はＡｒ2で表される芳香族炭化水素基として、フェニル基、ナフチル基、アントリル基等が挙げられる。芳香族炭化水素基として、好ましくは、フェニル基、ナフチル基及びアントリル基から選択される置換基であり、特に好ましくは、フェニル基である。
Ａｒ1又はＡｒ2で表される複素環基として、ピリジル基、ビピリジル基、チオフェニル基、カルバゾール基等が挙げられる。好ましくは、ピリジル基、ビピリジル基、チオフェニル基及びカルバゾール基から選択される置換基であり、特に好ましくは、ピリジル基である。
上記芳香族炭化水素基及び上記複素環基が有してもよいアルキル基として、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、イソブチル基、ｔ−ブチル基等が挙げられる。
上記芳香族炭化水素基及び上記複素環基が有してもよいハロゲン原子として、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子等が挙げられる。
上記芳香族炭化水素基及び上記複素環基が有してもよい置換アミノ基として、炭素原子数１乃至４のアルキル基を有するアルキルアミノ基（例えば、ジメチルアミノ基等）、フェニル基、ナフチル基等を有するアリールアミノ基（例えば、ジフェニルアミノ基等）等が挙げられる。尚、上記置換アミノ基が有する置換基は、同じであってもよいし異なっていてもよい。
ところで、Ａｒ1又はＡｒ2で表される芳香族炭化水素基及び複素環基は、一般式（１）の化合物の基本骨格中にある窒素原子と結合している炭素原子の両隣にある二つの炭素原子、即ち、両オルト位に位置する炭素原子にそれぞれアルキル基が置換されるのが好ましい。Ａｒ1又はＡｒ2で表される芳香族炭化水素基において、両オルト位に位置する炭素原子にアルキル基が置換されている置換基として、例えば、下記一般式（３）に示される置換基が挙げられる。
上記芳香族炭化水素基及び上記複素環基が有してもよいハロゲン原子として、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子等が挙げられる。
上記芳香族炭化水素基及び上記複素環基が有してもよい置換アミノ基として、炭素原子数１乃至４のアルキル基を有するアルキルアミノ基（例えば、ジメチルアミノ基等）、フェニル基、ナフチル基等を有するアリールアミノ基（例えば、ジフェニルアミノ基等）等が挙げられる。尚、上記置換アミノ基が有する置換基は、同じであってもよいし異なっていてもよい。
ところで、Ａｒ1又はＡｒ2で表される芳香族炭化水素基及び複素環基は、一般式（１）の化合物の基本骨格中にある窒素原子と結合している炭素原子の両隣にある二つの炭素原子、即ち、両オルト位に位置する炭素原子にそれぞれアルキル基が置換されるのが好ましい。Ａｒ1又はＡｒ2で表される芳香族炭化水素基において、両オルト位に位置する炭素原子にアルキル基が置換されている置換基として、例えば、下記一般式（３）に示される置換基が挙げられる。
式（３）において、＊は、窒素原子との結合手を表す。式（３）において、Ｒ11乃至Ｒ15は、それぞれ水素原子又はアルキル基を表す。好ましくは、Ｒ11乃至Ｒ15は、それぞれアルキル基である。Ｒ11乃至Ｒ15で表されるアルキル基として、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、イソブチル基、ｔ−ブチル基等が挙げられる。一般式（３）に示される置換基として、具体的には、２，６−ジイソプロピルフェニル基、メシチル基等が挙げられる。
式（２）において、Ｒ3乃至Ｒ6は、それぞれ水素原子又はハロゲン原子、炭素原子数１以上８以下のアルキル基及び置換基を有していてもよいアリール基から選択される置換基を表す。尚、Ｒ3乃至Ｒ6のいずれかで表されるハロゲン原子、アルキル基及びアリール基の具体例は、式（１）中のＲ1又はＲ2で表されるハロゲン原子、アルキル基及びアリール基の具体例と同様である。また当該アリール基が有してもよい置換基の具体例も、式（１）中のＲ1又はＲ2で表されるアリール基が有してもよいアルキル基の具体例と同様である。
式（２）において、Ａｒ3及びＡｒ4は、それぞれアルキル基、ハロゲン原子あるいは置換アミノ基を有してもよい芳香族炭化水素基又はアルキル基、ハロゲン原子あるいは置換アミノ基を有してもよい複素環基を表す。尚、Ａｒ3又はＡｒ4で表される芳香族炭化水素基及び複素環基の具体例は、式（１）中のＡｒ1又はＡｒ2で表される芳香族炭化水素基及び複素環基の具体例と同様である。また芳香族炭化水素基及び複素環基が有してもよいアルキル基、ハロゲン原子及び置換アミノ基の具体例も、式（１）中のＡｒ1又はＡｒ2で表される芳香族炭化水素基及び複素環基が有してもよいアルキル基、ハロゲン原子及び置換アミノ基の具体例と同様である。
式（２）において、Ａｒ3及びＡｒ4は、それぞれアルキル基、ハロゲン原子あるいは置換アミノ基を有してもよい芳香族炭化水素基又はアルキル基、ハロゲン原子あるいは置換アミノ基を有してもよい複素環基を表す。尚、Ａｒ3又はＡｒ4で表される芳香族炭化水素基及び複素環基の具体例は、式（１）中のＡｒ1又はＡｒ2で表される芳香族炭化水素基及び複素環基の具体例と同様である。また芳香族炭化水素基及び複素環基が有してもよいアルキル基、ハロゲン原子及び置換アミノ基の具体例も、式（１）中のＡｒ1又はＡｒ2で表される芳香族炭化水素基及び複素環基が有してもよいアルキル基、ハロゲン原子及び置換アミノ基の具体例と同様である。
ここで、一般式（１）、（２）に示される有機化合物は、カルベン化合物である。このカルベン化合物と遷移金属とが組み合わさることにより、有機発光素子の電子注入効率を改善させることができる。尚、電子注入効率の改善のメカニズムについては、後述する。ここで、カルベンとは、価電子６個を有し、２配位となっている炭素種のことを言い、炭素原子上の結合に供さない電子を２つ有している。このため、このカルベンを有する化合物は強い電子供与性を有するので、大気中の水分や酸素と容易に反応する。このためカルベンを有する化合物は一般的に安定性が低い。
しかしながら、一般式（１）及び（２）で示されるカルベン化合物（以下、適宜「カルベン化合物（１）」や「カルベン化合物（２）」と表すことがある。）は、芳香族性が高いイミダゾール構造を有する含窒素複素環カルベン骨格である。このためカルベン化合物（１）やカルベン化合物（２）は、カルベン化合物の中でも安定性が高い材料である。またカルベン化合物（１）やカルベン化合物（２）の中でも、基本骨格中の窒素原子と結合する置換基（Ａｒ1乃至Ａｒ4）が、両オルト位に位置する炭素原子にアルキル基を有する置換基である場合、当該置換基に含まれるアルキル基がカルベン自体をより安定させることができるため、特に好ましい。
しかしながら、一般式（１）及び（２）で示されるカルベン化合物（以下、適宜「カルベン化合物（１）」や「カルベン化合物（２）」と表すことがある。）は、芳香族性が高いイミダゾール構造を有する含窒素複素環カルベン骨格である。このためカルベン化合物（１）やカルベン化合物（２）は、カルベン化合物の中でも安定性が高い材料である。またカルベン化合物（１）やカルベン化合物（２）の中でも、基本骨格中の窒素原子と結合する置換基（Ａｒ1乃至Ａｒ4）が、両オルト位に位置する炭素原子にアルキル基を有する置換基である場合、当該置換基に含まれるアルキル基がカルベン自体をより安定させることができるため、特に好ましい。
以下、本願の有機発光素子の構成材料として用いることができるカルベン化合物の例を示す。ただし、本発明においては、これら化合物に限定されるものではない。
有機機能層に含まれる遷移金属としては、仕事関数が４．４ｅＶ以上の高い仕事関数を有する金属材料が挙げられる。当該金属材料の中でも、好ましくは、Ａｇ、Ａｕ、Ｃｕ及びＰｔから選択される金属材料である。
本発明において、カルベン化合物（１）又はカルベン化合物（２）と共に、仕事関数が４．４ｅＶ以上の金属材料を用いるのは、カルベン錯体から供与される電子を受容しやすくなることで相互作用が起こしやすくなるためである。また、Ａｇ、Ａｕ、Ｃｕ及びＰｔは、いずれも遷移金属であると共に、金属中の自由電子振動に由来するプラズモンを有しており下記の相互作用が期待できるので、好ましい。
有機機能層内では、カルベン化合物と遷移金属とが接している状態にある。この状態では、カルベン化合物の高い電子供与性に起因して、遷移金属の表面に、配位子金属電荷移動（ＬＭＣＴ）様の相互作用、及び金属のプラズモンとの相互作用が起きる。これらの相互作用により、有機機能層内において安定かつ電子活性な状態を形成する。また有機機能層は、層内に少なくともカルベン化合物及び遷移金属を有していればよく、当該カルベン化合物以外のカルベン誘導体（例えば、カルベン前駆体、カルベン二量体）又は当該技術分野の周知あるいは公知である有機化合物がさらに含まれていてもよい。
本発明において、カルベン化合物（１）又はカルベン化合物（２）と共に、仕事関数が４．４ｅＶ以上の金属材料を用いるのは、カルベン錯体から供与される電子を受容しやすくなることで相互作用が起こしやすくなるためである。また、Ａｇ、Ａｕ、Ｃｕ及びＰｔは、いずれも遷移金属であると共に、金属中の自由電子振動に由来するプラズモンを有しており下記の相互作用が期待できるので、好ましい。
有機機能層内では、カルベン化合物と遷移金属とが接している状態にある。この状態では、カルベン化合物の高い電子供与性に起因して、遷移金属の表面に、配位子金属電荷移動（ＬＭＣＴ）様の相互作用、及び金属のプラズモンとの相互作用が起きる。これらの相互作用により、有機機能層内において安定かつ電子活性な状態を形成する。また有機機能層は、層内に少なくともカルベン化合物及び遷移金属を有していればよく、当該カルベン化合物以外のカルベン誘導体（例えば、カルベン前駆体、カルベン二量体）又は当該技術分野の周知あるいは公知である有機化合物がさらに含まれていてもよい。
この有機機能層の形成方法は、特に限定はないが、好ましくは、真空蒸着法によるカルベン化合物と遷移金属との共蒸着によって形成する方法である。特に、真空中での抵抗加熱蒸着法によってカルベン化合物（１）と遷移金属とを共蒸着することで、カルベン化合物（１）と遷移金属との混合膜を形成することが可能である。この混合膜内において、遷移金属は粒子状に存在していることが好ましい。また遷移金属の粒子は、局在プラズモンを有する数ｎｍ乃至数十ｎｍ程度のサイズであれば粒子自体の形状は特に限定されない。遷移金属の粒子の具体的形状として、例えば、球状、棒状、島状、フレーク状等が挙げられる。このように有機機能層内において遷移金属が粒子状に存在するのは、遷移金属を蒸着際に生じる気化した金属原子が、カルベン化合物等の有機化合物との濡れ性が低いため微小に凝集するためである。
有機機能層を形成する際に使用される遷移金属が銀や金といった表面プラズモンを発生する元素である場合、遷移金属が微粒子で存在することは、表面プラズモンを確認することにより確認することができる。
また有機機能層は、真空蒸着法等のドライ法に限らずウェット法により成膜することができる。係る場合は、カルベン化合物と微粒子状の遷移金属とを溶媒に溶解及び分散させておく。ウェット法による有機機能層の具体的な成膜方法としては、スピンコート法、インクジェット法、スプレー法、キャスト法、ディップ法等を挙げることができる。
有機機能層を形成する際に使用される遷移金属が銀や金といった表面プラズモンを発生する元素である場合、遷移金属が微粒子で存在することは、表面プラズモンを確認することにより確認することができる。
また有機機能層は、真空蒸着法等のドライ法に限らずウェット法により成膜することができる。係る場合は、カルベン化合物と微粒子状の遷移金属とを溶媒に溶解及び分散させておく。ウェット法による有機機能層の具体的な成膜方法としては、スピンコート法、インクジェット法、スプレー法、キャスト法、ディップ法等を挙げることができる。
本発明において、有機機能層の膜厚は、０．１ｎｍ以上であれば好ましく、１ｎｍ乃至１０ｎｍの範囲となるのがより好ましいが、特に限定はなく、有機発光素子自体の機能に合わせて適宜その膜厚を選択できる。また有機機能層に混合させる遷移金属の有機機能層全体に対する濃度は、層内にカルベン化合物と遷移金属とが含まれていれば特に限定はないが、相互作用をより確実に起こすためにはカルベン化合物の方の比率を高くする方が好ましい。例えば、有機機能層全体に対する遷移金属の濃度は、０．１体積％以上５０体積％以下が好ましく、１体積％乃至１０体積％であるのがより好ましい。尚、有機機能層全体に対する遷移金属の濃度は、層内に含まれるカルベン化合物及び遷移金属の種類により最適な濃度を適宜選択し得る。
［第二の実施形態］
図１は、本発明の有機発光素子における実施形態の例を示す断面模式図である。以下、図１を参照しながら本実施形態（第二の実施形態）について説明する。
図１の有機発光素子１は、基板１０の上に形成される陰極１１と、陰極１１の上に設けられる有機化合物層１２と、有機化合物層１２の上に設けられる陽極１８と、を有している。また図１の有機発光素子１を構成する有機化合物層１２は、基板１０側から順に、有機機能層１３、電子輸送層１４、発光層１５、正孔輸送層１６及び正孔注入層１７が積層されている積層体である。また図１の有機発光素子１には、陽極１８の上に、キャッピング層２０が設けられている。尚、図１の有機発光素子１は、基板１０側の電極を陰極１１としているが、本発明においては、陽極１８を基板１０側の電極としてもよい。陽極１８が基板１０側の電極である場合、有機化合物層１２の積層順として、例えば、基板１０側から、正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電子輸送層、有機機能層としてもよい。
以下、図１に示されるように、陰極１１が基板１０側の電極である場合について説明する。尚、図１に示される構成はあくまでも有機発光素子の構成の一具体例であり、本発明はこの構成に限定されるものではない。
図１は、本発明の有機発光素子における実施形態の例を示す断面模式図である。以下、図１を参照しながら本実施形態（第二の実施形態）について説明する。
図１の有機発光素子１は、基板１０の上に形成される陰極１１と、陰極１１の上に設けられる有機化合物層１２と、有機化合物層１２の上に設けられる陽極１８と、を有している。また図１の有機発光素子１を構成する有機化合物層１２は、基板１０側から順に、有機機能層１３、電子輸送層１４、発光層１５、正孔輸送層１６及び正孔注入層１７が積層されている積層体である。また図１の有機発光素子１には、陽極１８の上に、キャッピング層２０が設けられている。尚、図１の有機発光素子１は、基板１０側の電極を陰極１１としているが、本発明においては、陽極１８を基板１０側の電極としてもよい。陽極１８が基板１０側の電極である場合、有機化合物層１２の積層順として、例えば、基板１０側から、正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電子輸送層、有機機能層としてもよい。
以下、図１に示されるように、陰極１１が基板１０側の電極である場合について説明する。尚、図１に示される構成はあくまでも有機発光素子の構成の一具体例であり、本発明はこの構成に限定されるものではない。
基板１０は、有機発光素子１の支持対体として用いられる部材である。基板１０の構成材料として、例えば、ガラス、プラスチック、金属材料等が挙げられる。尚、基板１０が透明である場合、基板１０側から有機発光素子１の発光を取り出すことが可能である。
陰極１１及び陽極１８の構成材料としては、インジウムスズ酸化物、インジウム亜鉛酸化物等の透明酸化物導電体、アルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）、シリコン（Ｓｉ）、チタン（Ｔｉ）、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）等の金属材料、これら金属材料を二種類以上組み合わせてなる合金、窒化チタン（ＴｉＮ）等の金属化合物等を挙げることができる。またこれら列挙した材料のうち二種類以上を組み合わせてなる複合材料も用いることができる。尚、図１の有機発光素子１においては、基板１０の電極である陰極１２は、一層で構成されていてもよいし、複数の層で構成されていてもよい。本発明の有機発光素子においては、有機機能層１３が高い電子注入性を有する層である。このため、陰極１１の構成材料としては、仕事関数の小さい材料に限定されず、仕事関数が大きい材料も用いることができる。
陰極１１及び陽極１８の構成材料としては、インジウムスズ酸化物、インジウム亜鉛酸化物等の透明酸化物導電体、アルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）、シリコン（Ｓｉ）、チタン（Ｔｉ）、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）等の金属材料、これら金属材料を二種類以上組み合わせてなる合金、窒化チタン（ＴｉＮ）等の金属化合物等を挙げることができる。またこれら列挙した材料のうち二種類以上を組み合わせてなる複合材料も用いることができる。尚、図１の有機発光素子１においては、基板１０の電極である陰極１２は、一層で構成されていてもよいし、複数の層で構成されていてもよい。本発明の有機発光素子においては、有機機能層１３が高い電子注入性を有する層である。このため、陰極１１の構成材料としては、仕事関数の小さい材料に限定されず、仕事関数が大きい材料も用いることができる。
発光層１５から出力された光を基板１０側から取り出す場合は、基板１０及び陰極１１を光を透過する部材にして、陽極１８を不透明又は光を反射する部材にする。一方、発光層１５から出力された光を基板１０とは反対の側から取り出す場合は、陰極１１を不透明又は光を反射する部材にして、陽極１８を光を透過する部材にする。
発光層１５は、発光性の高い物質を含む層である。発光層１５を形成する場合は、発光性の高い物質のみを用いて発光層１５を形成してもよいが、発光性の高い物質をホスト材料に少量ドーピングする態様で発光層１５を形成するのが好ましい。ホスト材料として、トリアリールアミン誘導体、フェニレン誘導体、縮合環芳香族化合物（例えば、ナフタレン誘導体、フェナントレン誘導体、フルオレン誘導体、クリセン誘導体、ペリレン誘導体等）、有機金属錯体（例えば、トリス（８−キノリノラート）アルミニウム等の有機アルミニウム錯体、有機ベリリウム錯体、有機イリジウム錯体、有機プラチナ錯体等）、及びポリ（フェニレンビニレン）誘導体、ポリ（フルオレン）誘導体、ポリ（フェニレン）誘導体、ポリ（チエニレンビニレン）誘導体、ポリ（アセチレン）誘導体等の高分子誘導体が挙げられるが、これらに限定されるものではない。発光性の高い物質としては、例えば、トリアリールアミン誘導体、フェニレン誘導体、縮合環芳香族化合物（例えば、フルオランテン誘導体、ベンゾフルオランテン誘導体、ピレン誘導体、クリセン誘導体、またそれらとジアリールアミン置換誘導体等）、スチルベン誘導体等の青、緑、赤発光性の蛍光性発光材料や有機金属錯体（例えば、有機イリジウム錯体、有機プラチナ錯体、希土類金属錯体等）等の青、緑、赤発光性の燐光性発光材料が挙げられる。発光性が高い物質は、発光層１５の全体に対して０．１質量％以上３０質量％以下含まれることが好ましく、０．５重量％以上１０重量％以下含まれることがより好ましい。
発光層１５は、発光性の高い物質を含む層である。発光層１５を形成する場合は、発光性の高い物質のみを用いて発光層１５を形成してもよいが、発光性の高い物質をホスト材料に少量ドーピングする態様で発光層１５を形成するのが好ましい。ホスト材料として、トリアリールアミン誘導体、フェニレン誘導体、縮合環芳香族化合物（例えば、ナフタレン誘導体、フェナントレン誘導体、フルオレン誘導体、クリセン誘導体、ペリレン誘導体等）、有機金属錯体（例えば、トリス（８−キノリノラート）アルミニウム等の有機アルミニウム錯体、有機ベリリウム錯体、有機イリジウム錯体、有機プラチナ錯体等）、及びポリ（フェニレンビニレン）誘導体、ポリ（フルオレン）誘導体、ポリ（フェニレン）誘導体、ポリ（チエニレンビニレン）誘導体、ポリ（アセチレン）誘導体等の高分子誘導体が挙げられるが、これらに限定されるものではない。発光性の高い物質としては、例えば、トリアリールアミン誘導体、フェニレン誘導体、縮合環芳香族化合物（例えば、フルオランテン誘導体、ベンゾフルオランテン誘導体、ピレン誘導体、クリセン誘導体、またそれらとジアリールアミン置換誘導体等）、スチルベン誘導体等の青、緑、赤発光性の蛍光性発光材料や有機金属錯体（例えば、有機イリジウム錯体、有機プラチナ錯体、希土類金属錯体等）等の青、緑、赤発光性の燐光性発光材料が挙げられる。発光性が高い物質は、発光層１５の全体に対して０．１質量％以上３０質量％以下含まれることが好ましく、０．５重量％以上１０重量％以下含まれることがより好ましい。
正孔輸送層１６は、陽極１８から注入された正孔を発光層１５に輸送する層である。正孔輸送層１６の構成材料としては、ベンジジン骨格を有するアリールアミン誘導体、カルバゾール誘導体等を用いることができる。
正孔注入層１７は、陽極１８から発光層１５へ向けて効率良く正孔を注入するための層であり、正孔輸送性材料とｐ−ドーパント等の電子引き抜き材料とを含ませて導電性を高くした層を用いることが好ましい。ｐ−ドーパント材料としては、酸化モリブデン、酸化タングステン等の遷移金属酸化物、ヘキサアザトリフェニレン誘導体、テトラシアノキノジメタン等の有機ｐ−ドーパントを用いることができる。
電子輸送層１４は、有機機能層１３から注入された電子を効率良く発光層１５へ輸送するための層である。電子輸送層１４の構成材料となる電子輸送性材料としては、正孔注入性材料あるいは正孔輸送性材料のホール移動度とのバランス等を考慮しながら適宜選択される。電子輸送性材料としては、縮合環芳香族化合物（例えば、ナフタレン誘導体、フェナントレン誘導体、フルオレン誘導体、クリセン誘導体等）、オキサジアゾール誘導体、オキサゾール誘導体、ピラジン誘導体、トリアゾール誘導体、トリアジン誘導体、キノリン誘導体、キノキサリン誘導体、フェナントロリン誘導体、有機アルミニウム錯体等が挙げられるがもちろんこれらに限定されるものではない。
尚、図１の有機発光素子１では図示されていないが、電子輸送層１４と発光層１５との間に正孔ブロック層を、正孔輸送層１６と発光層１５との間に電子ブロック層を適宜設けてもよい。電子輸送層１４は、一層で構成されていてもよいし、複数の層からなる積層構成であってもよい。電子輸送層１４が積層構成である場合、陰極１１に接する層を電子注入層としてもよい。
正孔注入層１７は、陽極１８から発光層１５へ向けて効率良く正孔を注入するための層であり、正孔輸送性材料とｐ−ドーパント等の電子引き抜き材料とを含ませて導電性を高くした層を用いることが好ましい。ｐ−ドーパント材料としては、酸化モリブデン、酸化タングステン等の遷移金属酸化物、ヘキサアザトリフェニレン誘導体、テトラシアノキノジメタン等の有機ｐ−ドーパントを用いることができる。
電子輸送層１４は、有機機能層１３から注入された電子を効率良く発光層１５へ輸送するための層である。電子輸送層１４の構成材料となる電子輸送性材料としては、正孔注入性材料あるいは正孔輸送性材料のホール移動度とのバランス等を考慮しながら適宜選択される。電子輸送性材料としては、縮合環芳香族化合物（例えば、ナフタレン誘導体、フェナントレン誘導体、フルオレン誘導体、クリセン誘導体等）、オキサジアゾール誘導体、オキサゾール誘導体、ピラジン誘導体、トリアゾール誘導体、トリアジン誘導体、キノリン誘導体、キノキサリン誘導体、フェナントロリン誘導体、有機アルミニウム錯体等が挙げられるがもちろんこれらに限定されるものではない。
尚、図１の有機発光素子１では図示されていないが、電子輸送層１４と発光層１５との間に正孔ブロック層を、正孔輸送層１６と発光層１５との間に電子ブロック層を適宜設けてもよい。電子輸送層１４は、一層で構成されていてもよいし、複数の層からなる積層構成であってもよい。電子輸送層１４が積層構成である場合、陰極１１に接する層を電子注入層としてもよい。
キャッピング層２０は、有機発光素子１を封止する封止膜として用いることができる。またキャッピング層２０は、発光層１５から出力された光を陽極１８から取り出す場合に光学干渉層として用いることができる。キャッピング層２０の構成材料として、例えば、酸化シリコン、窒化シリコン、酸化インジウム錫、酸化インジウム亜鉛等の無機材料、及び有機材料が挙げられる。キャッピング層２０の膜厚は、上記目的に応じて適宜設定すればよいが、キャッピング層２０を封止膜として用いる場合は、１００ｎｍ以上１０μｍ以下が好ましい。またキャッピング層２０を封止膜として用いる場合、キャッピング層２０は、窒化シリコン、酸化シリコン、酸窒化シリコン、酸化アルミニウム等の無機材料からなる単層あるいは二層以上で構成される層であるのが好ましい。一方、キャッピング層２０を光学干渉層として用いる場合、その膜厚は５０ｎｍ以上３００ｎｍ以下が好ましい。ただし、本発明において、キャッピング層２０は必ずしも設けなくてもよい。上述したように、有機発光素子１は、キャッピング層２０からなる封止膜のみによって封止されていてもよいし、ガラス、金属等で有機発光素子１を覆うことによって封止されていてもよい。
本実施形態に係る有機発光素子を作製する場合、一般には、真空蒸着法、イオン化蒸着法、スパッタリング法、プラズマあるいは、適当な溶媒に溶解させて公知の塗布法（例えば、スピンコーティング、ディッピング、キャスト法、ＬＢ法、インクジェット法等）により層を形成することができる。
［第三の実施形態］
本発明の有機発光素子に含まれる有機機能層は、電荷発生層として用いることができる。本発明に係る有機機能層を電荷発生層として用いる場合は、例えば、下記のような積層構成において有機機能層を用いることができる。
基板／陰極／第一電子輸送層／第一発光層／第一正孔輸送層／正孔注入層／有機機能層／第二電子輸送層／第二発光層／第二正孔輸送層／陽極
尚、上記積層構成において、第一電子輸送層と、第一発光層と、第一正孔輸送層と、が順次積層されてなる構成は、有機発光素子の一部材である有機化合物層に相当する。同様に、第二電子輸送層と、第二発光層と、第二正孔輸送層と、が順次積層されてなる構成も、有機化合物層に相当する。
本発明の有機発光素子に含まれる有機機能層は、電荷発生層として用いることができる。本発明に係る有機機能層を電荷発生層として用いる場合は、例えば、下記のような積層構成において有機機能層を用いることができる。
基板／陰極／第一電子輸送層／第一発光層／第一正孔輸送層／正孔注入層／有機機能層／第二電子輸送層／第二発光層／第二正孔輸送層／陽極
尚、上記積層構成において、第一電子輸送層と、第一発光層と、第一正孔輸送層と、が順次積層されてなる構成は、有機発光素子の一部材である有機化合物層に相当する。同様に、第二電子輸送層と、第二発光層と、第二正孔輸送層と、が順次積層されてなる構成も、有機化合物層に相当する。
上記構成に含まれる電子輸送層（第一電子輸送層、第二電子輸送層）、発光層（第一発光層、第二発光層）及び正孔輸送層（第一正孔輸送層、第二正孔輸送層）の構成材料は、それぞれ同じであってもよいし異なっていてもよい。また上記構成に含まれる二種類の発光層（第一発光層、第二発光層）の発光色は、同じであってもよいし異なっていてもよい。本実施形態の積層構成において、有機機能層は、第一の実施形態の有機発光素子に含まれる有機機能層と同じであり、正孔注入層から電子を引き抜き第二電子輸送層へ電子を輸送する。このとき電子を引き抜かれた正孔注入層には正孔が発生する。このため、有機機能層は、正孔注入層から第一正孔輸送層への正孔の輸送を間接的に担っている。また有機機能層による隣接する層（正孔注入層）からの電子の引き抜きは、有機機能層が有する固有の機能であって、有機機能層が電極と接触しなくても奏する機能である。本実施形態の積層構成に含まれる正孔注入層は、例えば、第二の実施形態に係る有機発光素子に含まれる正孔注入層１７を用いることができる。
［有機発光素子の用途］
本発明の有機発光素子は、表示装置や照明装置の構成部材として用いることができる。他にも電子写真方式の画像形成装置の露光光源や液晶表示装置のバックライト、照明等の用途がある。本発明の有機発光素子はさらにカラーフィルタを有していてもよい。
本発明の有機発光素子は、表示装置や照明装置の構成部材として用いることができる。他にも電子写真方式の画像形成装置の露光光源や液晶表示装置のバックライト、照明等の用途がある。本発明の有機発光素子はさらにカラーフィルタを有していてもよい。
本発明の表示装置において、本発明の有機発光素子は、複数の画素を有する表示部に含まれる。そして、この画素は、本発明の有機発光素子と能動素子とを有している。能動素子の一例として発光輝度を制御するためのスイッチング素子が挙げられ、スイッチング素子の一例としてＴＦＴ素子が挙げられる。本発明の表示装置において、画素に含まれる有機発光素子の陽極又は陰極は、表示装置を構成する基板の絶縁性表面に設けられているＴＦＴ素子のドレイン電極又はソース電極と接続している。表示装置はパーソナルコンピュータ（ＰＣ）の画像表示装置として用いることができる。
尚、本発明の表示装置は、エリアＣＣＤ、リニアＣＣＤ、メモリーカードからの画像情報を入力する入力部を有し、入力された画像を表示部に表示する画像情報処理装置でもよい。また、画像情報処理装置や画像形成装置が有する表示部は、タッチパネル機能を有していてもよい。また表示装置はマルチファンクションプリンタの表示部に用いられてもよい。
尚、本発明の表示装置は、エリアＣＣＤ、リニアＣＣＤ、メモリーカードからの画像情報を入力する入力部を有し、入力された画像を表示部に表示する画像情報処理装置でもよい。また、画像情報処理装置や画像形成装置が有する表示部は、タッチパネル機能を有していてもよい。また表示装置はマルチファンクションプリンタの表示部に用いられてもよい。
本発明の照明装置は、例えば、室内を照明する装置である。照明装置は、白色、昼白色、その他青又は赤のいずれの波長の光を発光するものであってよい。本発明の照明装置が有する有機発光素子は、有機化合物層、特に、発光層に複数の発光材料を有し、少なくともこれら発光材料のうちのいずれかは、他の発光材料と異なる色を発する。そして、これら発光材料から発せられた光を外部へ取り出すことにより照明光を得ることができる。照明光は、好ましくは、白色である。
本発明の照明装置は、本発明の有機発光素子とこれに接続されるＡＣ／ＤＣコンバーター回路とを有している。本発明において、照明装置はカラーフィルタを有してもよい。本発明の照明装置に含まれるＡＣ／ＤＣコンバーター回路は、交流電圧を直流電圧に変換する回路であり、有機発光素子に駆動電圧を供給するための回路である。
本発明の照明装置は、本発明の有機発光素子とこれに接続されるＡＣ／ＤＣコンバーター回路とを有している。本発明において、照明装置はカラーフィルタを有してもよい。本発明の照明装置に含まれるＡＣ／ＤＣコンバーター回路は、交流電圧を直流電圧に変換する回路であり、有機発光素子に駆動電圧を供給するための回路である。
本発明の画像形成装置は、感光体と、この感光体を露光するための露光部と、この感光体に現像剤を付与する現像器部と、を有する。本発明の画像形成装置において、現像器部は、感光体の表面に形成された静電潜像を現像するための現像器を有している。尚、本発明において、画像形成装置には、例えば、感光体の表面を帯電させる帯電部をさらに有していてもよい。本発明の画像形成装置において、露光手段は、本発明の有機発光素子を有している。本発明の画像形成装置を構成する露光手段として、例えば、本発明の有機発光素子を有する露光機が挙げられる。露光機が有する有機発光素子は、列を形成して並んでいてもよいし、露光機の露光面全体が発光する形態でもよい。尚、露光器が有する有機発光素子が列を形成して並んでいる場合、複数の有機発光素子は、上記感光体の回転軸方向に沿って配列されているのが望ましい。
以下、図面を参照しながら、本発明の発光装置の実施形態について説明する。図２は、本発明の発光装置を示す模式図である。尚、図２（ａ）は、斜視図、図２（ｂ）は、図２（ａ）中のＡ−Ｂ断面を示す断面図、図２（ｃ）は、図２（ａ）中のＣ−Ｄ断面を示す断面図である。また、図２の発光装置は、表示装置として使用することができる。図２の発光装置２は、有機発光素子を備える画素２１を複数有している。図２の発光装置２において、各画素２１は、マトリックス状に配置され、発光領域２２を形成している。尚、図２（ａ）に示される画素２１が設けられている領域は、発光素子１個分の発光領域に対応した領域である。本発明の発光装置が有する発光素子は、有機発光素子であるため、本発明の発光装置は各画素２１に所定の発光色の光を出力する有機発光素子が配置された発光装置である。有機発光素子の発光色として、例えば、赤色、緑色及び青色が挙げられるが、これらに限定されず、白色、黄色、シアン等でもよい。また、本発明の発光装置には、発光色の異なる複数種の画素（例えば、赤色を発する画素、緑色を発する画素及び青色を発する画素）からなる画素ユニットが複数配列されていてもよい。ここで、画素ユニットとは、各画素の混色によって所望の色の発光を可能とする最小の単位を示す。また、本発明の発光装置において、画素２１の配列態様は、例えば、図２（ａ）に示されるようにマトリクス配列であってもよいし、プリントヘッド用発光装置として使用するために同一色の複数の画素を一次元方向に配列した態様であってもよい。
図２（ｂ）に示されるように、発光装置２を構成する複数の画素２１は、それぞれ基板１０の上に、基板１０側の電極である第一電極３１と、発光層を含む有機化合物層（３２Ｒ、３２Ｇ又は３２Ｂ）と、第二電極３３と、この順に備える有機発光素子を有する。図２の発光装置２が有する有機発光素子は、第一電極３１に、発光層から放射されて第一電極３１に向かう光を反射する反射面を有し、第二電極３３から光を取り出す構成である。
図２の発光装置２は、図２（ｃ）に示されるように、基板１０と第一電極３１との間に、有機発光素子に電流を供給するためのトランジスタ３４が配置され、第一電極３１と接続されている。より具体的には、第一電極３１とトランジスタ３４のソース電極あるいはドレイン電極とが接続されている。また、トランジスタ３４の上には、トランジスタ３４の少なくとも一部を覆うように第一絶縁層３５と第二絶縁層３６とが形成されている。第一絶縁層３５及び第二絶縁層３６は、トランジスタ３４を設ける領域の少なくとも一部に開口部が形成されている。また、この開口部にて第一電極３１とトランジスタ３４とが接続されている。また、第三絶縁層３７は、少なくともこの開口部を覆うように形成されている。
図２の発光装置２において、第一電極３１は、第一の層３１ａと第二の層３１ｂとがこの順で積層された積層電極である。第一の層３１ａの構成材料として、Ａｌ、ＡｌＮｄ等のＡｌ合金、Ａｇ合金等の反射率が高い金属材料を使用することができる。第一の層３１ａの膜厚は、５０ｎｍ以上２００ｎｍ以下であればよい。この第一の層３１ａは、トランジスタ３４と接続され、有機発光素子に電子を供給する陰極の機能と、有機発光素子が有する有機化合物層（３２Ｒ、３２Ｇ、３２Ｂ）にて出力された光を第二電極３３側へ取り出すための反射層の機能と、を備える。第二の層３１ｂの構成材料として、仕事関数が高い金属材料（例えば、Ｍｏ、Ｗ等の金属材料）、酸化物（例えば、インジウムスズ酸化物、インジウム亜鉛酸化物等）等が挙げられる。ただし、本発明において、第一電極３１を設ける際は、第二の層３１ｂの形成を省略してもよい。また有機化合物層（３２Ｒ、３２Ｇ、３２Ｂ）にて出力された光を、基板１０側から取り出す場合は、第一の層３１ａの構成材料として、インジウムスズ酸化物、インジウム亜鉛酸化物等の透明導電性酸化物が使用できる。
図２の発光装置２において、基板１０は、例えば、ガラス基板や半導体基板、金属基板等で構成されるが、フレキシブルな基板も使用することができる。
図２の発光装置２において、トランジスタ３４は、ポリシリコン、アモルファスシリコン等の半導体で形成されていてもよい。
第一絶縁層３５の構成材料として、窒化シリコン、酸化シリコン、酸窒化シリコン等の無機絶縁材料を用いることができる。第一絶縁層３５の膜厚は、１００ｎｍ以上１μｍ以下であればよい。また、第一絶縁層３５は、第二絶縁層３６と兼用でもよい。
第二絶縁層３６の構成材料として、ポリイミド樹脂、アクリル樹脂等の樹脂材料、窒化シリコン等の無機材料等を用いることができる。特に、第一絶縁層３５だけでなく第二絶縁層３６も形成する場合、第二絶縁層３６は、トランジスタ３４の表面の凹凸を平坦化させる目的で樹脂材料から構成されているのがよい。尚、無機材料を用いて第二絶縁層３６を形成する場合は、第二絶縁層３６の表面が平坦になるように当該表面を研磨してもよい。樹脂材料で第二絶縁層３６を形成する場合、この第二絶縁層３６の膜厚は、３００ｎｍ以上１０μｍ以下であれば好ましい。一方、無機材料で第二絶縁層３６を形成する場合、この第二絶縁層３６の膜厚は、１００ｎｍ以上１μｍ以下であれば好ましい。
第三絶縁層３７は、第二絶縁層３６と同じ材料で、かつ同じ膜厚で形成することができる。尚、第三絶縁層３７は、第一電極３１と第二電極３３とがショートしない構成、例えば、第一電極３１の側面まで有機化合物層（３２Ｒ、３２Ｇ、３２Ｂ）で覆う構成であれば必ずしも設けなくてもよい。また第三絶縁層３７は、トランジスタ３４の上に設けてもよいが、必ずしもトランジスタ３４の上に設けなくてもよい。
図２の発光装置２において、トランジスタ３４は、ポリシリコン、アモルファスシリコン等の半導体で形成されていてもよい。
第一絶縁層３５の構成材料として、窒化シリコン、酸化シリコン、酸窒化シリコン等の無機絶縁材料を用いることができる。第一絶縁層３５の膜厚は、１００ｎｍ以上１μｍ以下であればよい。また、第一絶縁層３５は、第二絶縁層３６と兼用でもよい。
第二絶縁層３６の構成材料として、ポリイミド樹脂、アクリル樹脂等の樹脂材料、窒化シリコン等の無機材料等を用いることができる。特に、第一絶縁層３５だけでなく第二絶縁層３６も形成する場合、第二絶縁層３６は、トランジスタ３４の表面の凹凸を平坦化させる目的で樹脂材料から構成されているのがよい。尚、無機材料を用いて第二絶縁層３６を形成する場合は、第二絶縁層３６の表面が平坦になるように当該表面を研磨してもよい。樹脂材料で第二絶縁層３６を形成する場合、この第二絶縁層３６の膜厚は、３００ｎｍ以上１０μｍ以下であれば好ましい。一方、無機材料で第二絶縁層３６を形成する場合、この第二絶縁層３６の膜厚は、１００ｎｍ以上１μｍ以下であれば好ましい。
第三絶縁層３７は、第二絶縁層３６と同じ材料で、かつ同じ膜厚で形成することができる。尚、第三絶縁層３７は、第一電極３１と第二電極３３とがショートしない構成、例えば、第一電極３１の側面まで有機化合物層（３２Ｒ、３２Ｇ、３２Ｂ）で覆う構成であれば必ずしも設けなくてもよい。また第三絶縁層３７は、トランジスタ３４の上に設けてもよいが、必ずしもトランジスタ３４の上に設けなくてもよい。
図２の発光装置２を構成する有機化合物層（３２Ｒ、３２Ｇ、３２Ｂ）は、第一乃至第三の実施形態にて示される、少なくとも有機機能層と、赤色、緑色又は青色を発する発光層と、を含む複数の層からなる多層積層構成である。ところで、有機化合物層に含まれる有機機能層は、電子注入効率が高いため、有機発光素子の駆動電圧を低くすると共に発光効率を向上させることが可能となる。また有機化合物層（３２Ｒ、３２Ｇ、３２Ｂ）はそれぞれ、赤色の光を発する発光層、緑色の光を発する発光層又は青色の光を発する発光層のいずれかを有しており、各発光層は、赤色、緑色又は青色のいずれかの光を発する画素（有機発光素子）に対応してパターン形成されている。また有機化合物層（３２Ｒ、３２Ｇ、３２Ｂ）は、本発明に係る有機機能層及び発光層以外にも、正孔輸送層や電子輸送層等の層を一層あるいは二層以上有していてもよく、さらに、正孔輸送層や電子輸送層は画素（有機発光素子）に対応して形成されていてもよいし、複数の画素にまたがって形成されていてもよいし、その組み合わせでもよい。
また、第一電極３１は、隣の画素を構成する有機発光素子が有する第一電極３１とは分離され、画素（有機発光素子）ごとに形成されている。第二電極３３は、隣の画素と共通する電極として形成されていてもよいし、画素ごとにパターン形成されていてもよい。尚、図２（ｂ）に示されるように、第一電極３１と第二電極３３とがショートしないように第一電極３１の端部を第三絶縁層３７が覆っている態様が好ましい。
本発明の発光装置は、図２（ｂ）に示されるように、第二電極３３の上に、有機材料や無機材料からなる光学調整層３８を設けてもよい。また光学調整層３８を設ける際は、その膜厚を調整することにより、光干渉効果を高めて、有機発光素子の発光効率をより向上させることができる。また、図２の発光装置２を構成する本発明の有機発光素子は、水分や酸素の侵入を防ぐために封止ガラス（不図示）によって封止されている。
本発明の発光装置は、レーザービームプリンタ等の画像形成装置に適用することができる。画像形成装置は、より具体的には、発光装置によって潜像が形成される感光体と、感光体を帯電する帯電手段と、を備えている。また、本発明の発光装置は、異なる色を発する複数の有機発光素子を含んでいてもよく、係る場合には、ＣＭＯＳセンサ等の撮像素子を有するデジタルカメラやデジタルビデオカメラ等の撮像装置のディスプレイや電子ビューファインダとして使用することができる。その他には、画像形成装置のディスプレイ、携帯電話やスマートフォン等の携帯情報端末のディスプレイとして使用することができる。また、本発明の発光装置は、単色の複数の有機発光素子と、赤色、緑色、青色のカラーフィルタと、を備える構成であってもよい。
以下、実施例により、本発明の有機発光素子についてより具体的に説明する。
（有機機能層の膜特性）
本発明の有機発光素子が有する有機機能層の膜特性について、以下に説明する方法により評価した。
ガラス基板をＵＶ処理にて洗浄した後、このガラス基板を真空チャンバー内に設置した。次に、真空チャンバー内の真空度を１０-4Ｐａに設定し、抵抗加熱による真空蒸着法により、カルベン化合物である下記に示される化合物１０と銀（Ａｇ）とをガラス基板の上に共蒸着した。
本発明の有機発光素子が有する有機機能層の膜特性について、以下に説明する方法により評価した。
ガラス基板をＵＶ処理にて洗浄した後、このガラス基板を真空チャンバー内に設置した。次に、真空チャンバー内の真空度を１０-4Ｐａに設定し、抵抗加熱による真空蒸着法により、カルベン化合物である下記に示される化合物１０と銀（Ａｇ）とをガラス基板の上に共蒸着した。
このとき共蒸着膜の膜厚を１１ｎｍとし、この共蒸着膜に含まれる化合物１０と銀（Ａｇ）との体積比が、化合物１０：Ａｇ＝１０：１となるように蒸着速度を調整した。ここで、この共蒸着膜が成膜されている基板をサンプルＡとする。一方、上述した真空条件と同一の条件で化合物１０のみが膜厚１０ｎｍで成膜された基板をサンプルＢとする。次に、サンプルＡ及びサンプルＢについて、窒素雰囲気中のグローブボックスにて、乾燥剤を入れた封止ガラスとガラス基板の成膜面とをエポキシ樹脂接着剤を用いて接着させることで、基板上に形成されている膜を封止した。
次に、分光光度計（島津製作所製ＳｏｌｉｄＳｐｅｃ ３７００）にて、作製したサンプルの透過反射率測定し、吸収スペクトルを算出した。図３は、サンプルＡ、サンプルＢの各々の吸収スペクトルを示す図である。図３より、化合物１０とＡｇとの共蒸着膜において銀微粒子による特徴的なプラズモン吸収が見られることから、共蒸着膜に含まれるＡｇは微粒子として膜内に混合していることが確認された。
次に、分光光度計（島津製作所製ＳｏｌｉｄＳｐｅｃ ３７００）にて、作製したサンプルの透過反射率測定し、吸収スペクトルを算出した。図３は、サンプルＡ、サンプルＢの各々の吸収スペクトルを示す図である。図３より、化合物１０とＡｇとの共蒸着膜において銀微粒子による特徴的なプラズモン吸収が見られることから、共蒸着膜に含まれるＡｇは微粒子として膜内に混合していることが確認された。
［実施例１］
以下に、本実施例で使用した材料の一部を示す。
以下に、本実施例で使用した材料の一部を示す。
スパッタ法により、ガラス基板の上に、酸化錫インジウム（ＩＴＯ）を成膜して陰極を形成した。このとき陰極の膜厚を１２０ｎｍとした。次に、陰極が成膜されている基板を、アセトン、イソプロピルアルコール（ＩＰＡ）で順次超音波洗浄し、次いでＩＰＡで煮沸洗浄後乾燥した。さらに、ＵＶ／オゾン洗浄したものを、透明導電性支持基板として次の工程で使用した。次に、透明導電性支持基板を真空チャンバー内に設置し、真空チャンバー内の真空度を１０-4Ｐａに設定した。次に、抵抗加熱による真空蒸着法により、陰極の上に、以下に説明する層を順に成膜した。まず化合物１０（カルベン化合物）とＡｇ（遷移金属）とを共蒸着して、有機機能層を形成した。尚、本実施例においては、蒸着速度及び膜厚を適宜調整して下記表１に示されるように有機機能層を複数通り形成した。尚、いずれのサンプル（１ａ乃至１ｄ）においても有機機能層は、電子活性であった。
次に、有機機能層の上に、化合物１１を成膜して膜厚４０ｎｍの電子輸送層を形成した。次に、電子輸送層の上に、化合物１２と化合物１３とを共蒸着して膜厚２０ｎｍの発光層を形成した。このとき、化合物１３の濃度が発光層全体に対して０．５体積％となるように蒸着速度を調整した。次に、発光層の上に化合物１４を成膜して膜厚３０ｎｍの正孔輸送層を形成した。次に、正孔輸送層の上に、化合物１４と三酸化モリブデンとを共蒸着して膜厚２０ｎｍの正孔注入層を形成した。このとき、三酸化モリブデンの濃度が正孔注入層全体に対して５体積％となるように蒸着速度を調整した。次に、正孔注入層の上にＡｇを成膜して膜厚１００ｎｍの陽極を形成した。以上により、有機発光素子を得た。尚、この有機発光素子は、次の工程で、窒素雰囲気中のグローブボックス内にて、乾燥剤を入れた封止ガラスとガラス基板の成膜面とをエポキシ樹脂接着剤を用いて接着させることにより、封止した。得られた有機発光素子について、一定の電流の印加時における電圧及び輝度特性を測定・評価した。ここで電流密度が１００ｍＡ／ｃｍ2における電流効率（ｃｄ／Ａ）及び電圧（Ｖ）を下記表２に示す。
［実施例２］
実施例１において、有機機能層の形成の際に、Ａｇに代えて、金（Ａｕ）を使用し、化合物１０とＡｕとの体積比が、化合物１０：Ａｕ＝１０：１（体積比）となるように蒸着速度を調整して膜厚３．３ｎｍの膜を成膜した。これを除いては、実施例１と同様の方法により有機発光素子を得た。得られた有機発光素子について、実施例１と同様の方法により、一定の電流の印加時における電圧及び輝度特性を測定・評価した。ここで電流密度が１００ｍＡ／ｃｍ2における電流効率（ｃｄ／Ａ）及び電圧（Ｖ）を下記表２に示す。
実施例１において、有機機能層の形成の際に、Ａｇに代えて、金（Ａｕ）を使用し、化合物１０とＡｕとの体積比が、化合物１０：Ａｕ＝１０：１（体積比）となるように蒸着速度を調整して膜厚３．３ｎｍの膜を成膜した。これを除いては、実施例１と同様の方法により有機発光素子を得た。得られた有機発光素子について、実施例１と同様の方法により、一定の電流の印加時における電圧及び輝度特性を測定・評価した。ここで電流密度が１００ｍＡ／ｃｍ2における電流効率（ｃｄ／Ａ）及び電圧（Ｖ）を下記表２に示す。
［実施例３］
実施例１において、有機機能層の形成の際に、化合物１０と化合物１１とＡｇとが、体積比で化合物１０：化合物１１：Ａｇ＝５：５：１となるように蒸着速度を調整して膜厚３．３ｎｍの膜を成膜した。これを除いては、実施例１と同様の方法により有機発光素子を得た。得られた有機発光素子について、実施例１と同様の方法により、一定の電流の印加時における電圧及び輝度特性を測定・評価した。ここで電流密度が１００ｍＡ／ｃｍ2における電流効率（ｃｄ／Ａ）及び電圧（Ｖ）を下記表２に示す。
実施例１において、有機機能層の形成の際に、化合物１０と化合物１１とＡｇとが、体積比で化合物１０：化合物１１：Ａｇ＝５：５：１となるように蒸着速度を調整して膜厚３．３ｎｍの膜を成膜した。これを除いては、実施例１と同様の方法により有機発光素子を得た。得られた有機発光素子について、実施例１と同様の方法により、一定の電流の印加時における電圧及び輝度特性を測定・評価した。ここで電流密度が１００ｍＡ／ｃｍ2における電流効率（ｃｄ／Ａ）及び電圧（Ｖ）を下記表２に示す。
［実施例４］
実施例２において、有機機能層を形成する前に、以下に説明する方法により正孔注入層を形成した。
（正孔注入層の形成）
透明導電性支持基板を真空チャンバー内に設置し、チャンバー内の真空度を１０-4Ｐａとした。次に、抵抗加熱による真空蒸着法により、陰極の上に、化合物１４と三酸化モリブデンとを共蒸着して膜厚１０ｎｍの正孔注入層を形成した。尚、正孔注入層の形成の際に、正孔注入層全体に対する酸化モリブデンの濃度が５体積％になるように蒸着速度を調整した。
実施例２において、有機機能層を形成する前に、以下に説明する方法により正孔注入層を形成した。
（正孔注入層の形成）
透明導電性支持基板を真空チャンバー内に設置し、チャンバー内の真空度を１０-4Ｐａとした。次に、抵抗加熱による真空蒸着法により、陰極の上に、化合物１４と三酸化モリブデンとを共蒸着して膜厚１０ｎｍの正孔注入層を形成した。尚、正孔注入層の形成の際に、正孔注入層全体に対する酸化モリブデンの濃度が５体積％になるように蒸着速度を調整した。
これを除いては、実施例２と同様の方法により有機発光素子を得た。得られた有機発光素子について、実施例１と同様の方法により、一定の電流の印加時における電圧及び輝度特性を測定・評価した。ここで電流密度が１００ｍＡ／ｃｍ2における電流効率（ｃｄ／Ａ）及び電圧（Ｖ）を下記表２に示す。
［実施例５］
スパッタ法により、ガラス基板の上に、酸化錫インジウム（ＩＴＯ）を成膜して陽極を形成した。このとき陽極の膜厚を１２０ｎｍとした。次に、陽極が成膜されている基板を、アセトン、イソプロピルアルコール（ＩＰＡ）で順次超音波洗浄し、次いでＩＰＡで煮沸洗浄後乾燥した。さらに、ＵＶ／オゾン洗浄したものを、透明導電性支持基板として次の工程で使用した。次に、透明導電性支持基板を真空チャンバー内に設置し、真空チャンバー内の真空度を１０-4Ｐａに設定した。次に、抵抗加熱による真空蒸着法により、陽極の上に、以下に説明する層を順に成膜した。まず化合物１４と三酸化モリブデンとを共蒸着して、膜厚２０ｎｍの正孔注入層を形成した。このとき、正孔注入層の全体に対する酸化モリブデンの濃度が５体積％となるように蒸着速度を調整した。次に、正孔注入層の上に、化合物１４を成膜して膜厚３０ｎｍの正孔輸送層を形成した。次に、正孔輸送層の上に、化合物１２と化合物１３とを共蒸着して、膜厚２０ｎｍの発光層を形成した。このとき、発光層の全体に対する化合物１３の濃度が０．５体積％となるように蒸着速度を調整した。次に、発光層の上に化合物１１を成膜して膜厚４０ｎｍの電子輸送層を形成した。次に、電子輸送層の上に化合物１０（カルベン化合物）とＡｇ（遷移金属）とを共蒸着して膜厚３．３ｎｍの有機機能層を形成した。このとき、化合物１０とＡｇとの体積比が、化合物１０：Ａｇ＝１０：１となるように蒸着速度を調整した。次に、有機機能層の上にＡｌを成膜して膜厚１００ｎｍの陰極を形成した。以上により有機発光素子を得た。尚、この有機発光素子は、次の工程で、窒素雰囲気中のグローブボックス内にて、乾燥剤を入れた封止ガラスとガラス基板の成膜面とをエポキシ樹脂接着剤を用いて接着させることにより、封止した。得られた有機発光素子について、実施例１と同様の方法により、一定の電流の印加時における電圧及び輝度特性を測定・評価した。ここで電流密度が１００ｍＡ／ｃｍ2における電流効率（ｃｄ／Ａ）及び電圧（Ｖ）を下記表２に示す。
スパッタ法により、ガラス基板の上に、酸化錫インジウム（ＩＴＯ）を成膜して陽極を形成した。このとき陽極の膜厚を１２０ｎｍとした。次に、陽極が成膜されている基板を、アセトン、イソプロピルアルコール（ＩＰＡ）で順次超音波洗浄し、次いでＩＰＡで煮沸洗浄後乾燥した。さらに、ＵＶ／オゾン洗浄したものを、透明導電性支持基板として次の工程で使用した。次に、透明導電性支持基板を真空チャンバー内に設置し、真空チャンバー内の真空度を１０-4Ｐａに設定した。次に、抵抗加熱による真空蒸着法により、陽極の上に、以下に説明する層を順に成膜した。まず化合物１４と三酸化モリブデンとを共蒸着して、膜厚２０ｎｍの正孔注入層を形成した。このとき、正孔注入層の全体に対する酸化モリブデンの濃度が５体積％となるように蒸着速度を調整した。次に、正孔注入層の上に、化合物１４を成膜して膜厚３０ｎｍの正孔輸送層を形成した。次に、正孔輸送層の上に、化合物１２と化合物１３とを共蒸着して、膜厚２０ｎｍの発光層を形成した。このとき、発光層の全体に対する化合物１３の濃度が０．５体積％となるように蒸着速度を調整した。次に、発光層の上に化合物１１を成膜して膜厚４０ｎｍの電子輸送層を形成した。次に、電子輸送層の上に化合物１０（カルベン化合物）とＡｇ（遷移金属）とを共蒸着して膜厚３．３ｎｍの有機機能層を形成した。このとき、化合物１０とＡｇとの体積比が、化合物１０：Ａｇ＝１０：１となるように蒸着速度を調整した。次に、有機機能層の上にＡｌを成膜して膜厚１００ｎｍの陰極を形成した。以上により有機発光素子を得た。尚、この有機発光素子は、次の工程で、窒素雰囲気中のグローブボックス内にて、乾燥剤を入れた封止ガラスとガラス基板の成膜面とをエポキシ樹脂接着剤を用いて接着させることにより、封止した。得られた有機発光素子について、実施例１と同様の方法により、一定の電流の印加時における電圧及び輝度特性を測定・評価した。ここで電流密度が１００ｍＡ／ｃｍ2における電流効率（ｃｄ／Ａ）及び電圧（Ｖ）を下記表２に示す。
［実施例６］
実施例１において、有機機能層の形成の際に、化合物１０に代えて化合物２０を使用し、化合物２０とＡｇとの体積比が、化合物２０：Ａｇ＝１０：１（体積比）となるように蒸着速度を調整して膜厚３．３ｎｍの膜を成膜した。これを除いては、実施例１と同様の方法により有機発光素子を得た。得られた有機発光素子について、実施例１と同様の方法により、一定の電流の印加時における電圧及び輝度特性を測定・評価した。ここで電流密度が１００ｍＡ／ｃｍ2における電流効率（ｃｄ／Ａ）及び電圧（Ｖ）を下記表２に示す。
実施例１において、有機機能層の形成の際に、化合物１０に代えて化合物２０を使用し、化合物２０とＡｇとの体積比が、化合物２０：Ａｇ＝１０：１（体積比）となるように蒸着速度を調整して膜厚３．３ｎｍの膜を成膜した。これを除いては、実施例１と同様の方法により有機発光素子を得た。得られた有機発光素子について、実施例１と同様の方法により、一定の電流の印加時における電圧及び輝度特性を測定・評価した。ここで電流密度が１００ｍＡ／ｃｍ2における電流効率（ｃｄ／Ａ）及び電圧（Ｖ）を下記表２に示す。
［比較例１］
実施例１において、化合物１０のみを成膜して膜厚３ｎｍの有機機能層を形成した以外は、実施例１と同様の方法により有機発光素子を得た。得られた有機発光素子について、実施例１と同様の方法により、一定の電流の印加時における電圧及び輝度特性を測定・評価した。ここで電流密度が１００ｍＡ／ｃｍ2における電流効率（ｃｄ／Ａ）及び電圧（Ｖ）を下記表２に示す。
実施例１において、化合物１０のみを成膜して膜厚３ｎｍの有機機能層を形成した以外は、実施例１と同様の方法により有機発光素子を得た。得られた有機発光素子について、実施例１と同様の方法により、一定の電流の印加時における電圧及び輝度特性を測定・評価した。ここで電流密度が１００ｍＡ／ｃｍ2における電流効率（ｃｄ／Ａ）及び電圧（Ｖ）を下記表２に示す。
［比較例２］
実施例２において、Ａｇに代えてアルミニウム（Ａｌ）を用いた以外は、実施例２と同様の方法により有機発光素子を得た。得られた有機発光素子について、実施例１と同様の方法により、一定の電流の印加時における電圧及び輝度特性を測定・評価した。ここで電流密度が１００ｍＡ／ｃｍ2における電流効率（ｃｄ／Ａ）及び電圧（Ｖ）を下記表２に示す。
実施例２において、Ａｇに代えてアルミニウム（Ａｌ）を用いた以外は、実施例２と同様の方法により有機発光素子を得た。得られた有機発光素子について、実施例１と同様の方法により、一定の電流の印加時における電圧及び輝度特性を測定・評価した。ここで電流密度が１００ｍＡ／ｃｍ2における電流効率（ｃｄ／Ａ）及び電圧（Ｖ）を下記表２に示す。
表２より、本発明に係る有機機能層を、有機発光素子を構成する層として採用することにより、駆動電圧や効率の観点で有機発光素子の機能を向上させていることがわかった。また、実施例４より、本発明に係る有機機能層は、電荷発生層として機能させることができることがわかった。以上より、本発明に係る有機化合物層を採用することで、有機発光素子の電荷に関わる特性、例えば、電子注入・輸送特性を改善するできることが示された。
１：有機発光素子、１０：基板、１１：陰極、１２：有機化合物層、１３：有機機能層、１４：電子輸送層、１５：発光層、１６：正孔輸送層、１７：正孔注入層、１８：陽極、２０：キャッピング層
Claims (12)
- 陽極と陰極と、前記陽極と前記陰極との間に配置され、発光層と有機機能層とを有する有機化合物層と、を有する有機発光素子であって、
前記有機機能層が、下記一般式（１）又は（２）に示される有機化合物と、仕事関数が４．４ｅＶ以上の遷移金属と、を有し、
前記有機機能層の全体に対する前記遷移金属の濃度が、０．１体積％以上５０体積％以下であることを特徴とする、有機発光素子。
- 前記芳香族炭化水素基が、フェニル基、ナフチル基及びアントリル基から選択される置換基であり、
前記複素環基が、ピリジル基、ビピリジル基、チオフェニル基及びカルバゾール基から選択される置換基であることを特徴とする、請求項１に記載の有機発光素子。 - 前記芳香族炭化水素基が、フェニル基であり、
前記複素環基が、ピリジル基であることを特徴とする、請求項１又は２に記載の有機発光素子。 - 前記芳香族炭化水素基が下記一般式（３）に示される置換基であることを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の有機発光素子。
- 前記遷移金属が、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔ及びＣｕから選択される金属であることを特徴とする、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の有機発光素子。
- 陽極と陰極と、前記陽極と前記陰極との間に配置され、発光層と有機機能層とを有する有機化合物層と、を有する有機発光素子であって、
前記有機機能層が、下記一般式（１）又は（２）に示される有機化合物と、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔ及びＣｕから選択される遷移金属と、を有することを特徴とする、有機発光素子。
- 前記有機機能層の全体に対する前記遷移金属の濃度が、０．１体積％以上５０体積％以下であることを特徴とする、請求項６に記載の有機発光素子。
- 前記有機機能層が、前記陽極又は前記陰極と接していることを特徴とする、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の有機発光素子。
- 前記有機機能層の厚さが１ｎｍ乃至１０ｎｍであることを特徴とする、請求項１乃至８のいずれか一項に記載の有機発光素子。
- 複数の画素を有し、前記複数の画素の少なくとも一つが、請求項１乃至９のいずれか一項に記載の有機発光素子と、前記有機発光素子に接続されている能動素子と、を有することを特徴とする、表示装置。
- 請求項１乃至９のいずれか一項に記載の有機発光素子と、前記有機発光素子に接続されているＡＣ／ＤＣコンバーターと、を有することを特徴とする、照明装置。
- 感光体と、前記感光体を露光する露光部と、前記感光体に現像剤を付与する現像器部と、を有する画像形成装置であって、
前記露光部が、請求項１乃至９のいずれか一項に記載の有機発光素子を複数有し、
複数の前記有機発光素子が、前記感光体の回転軸方向に沿って配列されていることを特徴とする、画像形成装置。
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