(57)【要約】【課題】電子輸送速度の速い有機ＥＬ素子、この有機ＥＬ素子を備えた表示装置および照明装置を提供する。【解決手段】基板１上に、陰極２と発光層６と陽極９とがこの順に設けられ、発光層６が、膜の成長方向に対して負の配向分極を形成する材料を含む有機エレクトロルミネッセンス素子１０とする。基板１上に、陰極２と発光層６と陽極９とがこの順に設けられ、陰極２と発光層６との間に電子輸送層が設けられ、電子輸送層が、膜の成長方向に対して負の配向分極を形成する材料を含む有機エレクトロルミネッセンス素子としてもよい。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に、陰極と発光層と陽極とがこの順に設けられ、
前記発光層が、膜の成長方向に対して負の配向分極を形成する材料を含むことを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項２】
基板上に、陰極と発光層と陽極とがこの順に設けられ、
前記陰極と前記発光層との間に電子輸送層が設けられ、前記電子輸送層が、膜の成長方向に対して負の配向分極を形成する材料を含むことを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項３】
前記膜の成長方向に対して負の配向分極を形成する材料が、下記一般式（１）で表わされる化合物であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【化１】
2018200939.tif 000017
【請求項４】
前記陰極と前記発光層との間に金属酸化物からなる電子注入層を有することを特徴とする請求項１に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項５】
前記陰極と前記電子輸送層との間に金属酸化物からなる電子注入層を有することを特徴とする請求項２に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項６】
請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子を含むことを特徴とする表示装置。
【請求項７】
請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子を含むことを特徴とする照明装置。
【請求項８】
基板上に、陰極と有機層と陽極とがこの順に設けられ、
前記有機層が、膜の成長方向に対して負の配向分極を形成する材料を含むことを特徴とする有機薄膜太陽電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機エレクトロルミネッセンス素子（以下、エレクトロルミネッセンス（電界発光）を「ＥＬ」と記す場合がある。）、表示装置、照明装置、有機薄膜太陽電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
有機ＥＬ素子は、薄く、柔軟でフレキシブルである。また、有機ＥＬ素子を用いた表示装置は、現在主流となっている液晶表示装置およびプラズマ表示装置と比較して、高輝度で高精細な表示が可能である。また、有機ＥＬ素子を用いた表示装置は、液晶表示装置と比べて視野角が広い。これらのことから、有機ＥＬ素子は、テレビや携帯電話のディスプレイ等としての利用の拡大や、照明装置としての利用が期待されている。
【０００３】
有機ＥＬ素子としては、有機ＥＬ素子を構成する各層が全て有機物からなるものの他、有機ＥＬ素子を構成する層の一部が無機物からなる有機無機ハイブリッド型のもの（Ｈｙｂｒｉｄ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｉｎｏｒｇａｎｉｃ  ＬＥＤ：ＨＯＩＬＥＤ）が研究されている。
【０００４】
また、有機ＥＬ素子としては、基板と発光層との間に陽極が配置された順構造（通常構造）のものと、基板と発光層との間に陰極が配置された逆構造のもの（例えば、特許文献１参照）とがある。逆構造の有機ＥＬ素子では、基板上に発光層を形成する前に、電子注入層を形成できる。したがって、例えば、スパッタ法を用いて電子注入層を形成しても、発光層が損傷を受けることがなく、好ましい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第６１１００９９号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】E. Ito, Y. Washizu, N. Hayashi, H. Ishii, N. Matsuie, K. Tsuboi, Y. Ouchi, Y.Harima, K. Yamashita and K. Seki: J. Appl. Phys.,92(2002)7306.
【非特許文献２】Y. Noguchi, Y. Miyazaki, Y. Tanaka, N. Sato, Y. Nakayama, T. D. Schmidt, W. Brua tting and H. Ishii: J. Appl. Phys., 111 (2012) 114508.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来の逆構造の有機ＥＬ素子は、陰極から発光層への電子輸送性が不十分であった。このため、従来の逆構造の有機ＥＬ素子は、効率が低く、寿命の短いものであった。
【０００８】
本発明は、上記事情を鑑みてなされたものであり、電子輸送速度の速い有機ＥＬ素子、この有機ＥＬ素子を備えた表示装置および照明装置を提供することを課題とする。
また、本発明は、電子輸送速度の速い有機薄膜太陽電池を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者は、上記課題を解決するために、鋭意検討を重ねた。その結果、基板と発光層との間に陰極が配置された逆構造の有機ＥＬ素子において、発光層と電子輸送層のいずれか一方または両方を、膜の成長方向に対して負の配向分極を形成する材料を含むものとすればよいことを見出し、本発明を想到した。
【００１０】
すなわち、本発明は、以下の発明に関わる。
〔１〕  基板上に、陰極と発光層と陽極とがこの順に設けられ、
前記発光層が、膜の成長方向に対して負の配向分極を形成する材料を含むことを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子。
〔２〕  基板上に、陰極と発光層と陽極とがこの順に設けられ、
前記陰極と前記発光層との間に電子輸送層が設けられ、前記電子輸送層が、膜の成長方向に対して負の配向分極を形成する材料を含むことを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子。
【００１１】
〔３〕  前記膜の成長方向に対して負の配向分極を形成する材料が、下記一般式（１）で表わされる化合物であることを特徴とする〔１〕または〔２〕に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【００１２】
【化１】
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【００１３】
〔４〕  前記陰極と前記発光層との間に金属酸化物からなる電子注入層を有することを特徴とする〔１〕に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
〔５〕  前記陰極と前記電子輸送層との間に金属酸化物からなる電子注入層を有することを特徴とする〔２〕に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【００１４】
〔６〕  〔１〕〜〔５〕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を含むことを特徴とする表示装置。
〔７〕  〔１〕〜〔５〕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を含むことを特徴とする照明装置。
【００１５】
〔８〕  基板上に、陰極と有機層と陽極とがこの順に設けられ、
前記有機層が、膜の成長方向に対して負の配向分極を形成する材料を含むことを特徴とする有機薄膜太陽電池。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の有機ＥＬ素子は、基板上に、陰極と発光層と陽極とがこの順に設けられた逆構造のものであり、発光層が、膜の成長方向に対して負の配向分極を形成する材料を含むため、陰極から発光層への電子輸送速度が速く、電子注入性に優れる。したがって、本発明の有機ＥＬ素子は、高輝度で外部量子効率が高く、長寿命である。
また、本発明の有機ＥＬ素子は、陰極と発光層との間に電子輸送層が設けられ、電子輸送層が、膜の成長方向に対して負の配向分極を形成する材料を含む逆構造のものである。この有機ＥＬ素子は、陰極から発光層への電子輸送速度が速く、電子注入性に優れるため、高輝度で外部量子効率が高く、長寿命である。
【００１７】
本発明の表示装置および照明装置は、本発明の有機ＥＬ素子を含むものであり、有機ＥＬ素子が高輝度で外部量子効率が高く、長寿命であるため優れた性能を有する。
【００１８】
本発明の有機薄膜太陽電池は、基板上に、陰極と有機層と陽極とがこの順に設けられ、有機層が、膜の成長方向に対して負の配向分極を形成する材料を含むため、有機層の電子輸送速度の速い。したがって、本発明の有機薄膜太陽電池は、高効率で、長寿命である。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】有機層を形成している膜の成長方向に対する配向分極と、素子の電子輸送速度との関係について説明するための説明図である。
【図２】第１実施形態の有機ＥＬ素子を説明するための断面模式図である。
【図３】第２実施形態の有機ＥＬ素子を説明するための断面模式図である。
【図４】Ｂｅｂｑ２の膜厚と表面電位との関係を示したグラフである。
【図５】実施例１および比較例１の有機ＥＬ素子における電圧と輝度との関係を示したグラフである。
【図６】実施例１および比較例１の有機ＥＬ素子における電流密度と外部量子効率との関係を示したグラフである。
【図７】実施例１および比較例１の有機ＥＬ素子における電圧と電流密度との関係を示したグラフである。
【図８】実施例１および比較例１の有機ＥＬ素子における初期輝度を１としたときの輝度と、初期輝度に達した時点からの経過時間との関係を示したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明者は、上記課題を解決するために、以下に示すように、鋭意検討を重ねた。
すなわち、有機材料の多くは、分子内に永久双極子を持っている。有機材料からなる膜では、双極子を有する分子が成膜時に規則性を持って重なり合って並ぶことにより、配向分極が形成されている。本発明者は、有機材料からなる膜の配向分極の向きを利用して、基板上に陰極と有機層と陽極とがこの順に設けられた素子における電子輸送速度を向上させるべく検討を重ねた。その結果、有機層を、膜の成長方向に対して負の配向分極を形成する材料を含むものとすればよいことを見出し、本発明を想到した。
【００２１】
ここで、基板上に、陰極と有機層と陽極とがこの順に設けられた素子における、有機層を形成している膜の成長方向に対する配向分極と、素子の電子輸送速度との関係について詳細に説明する。
【００２２】
図１（ａ）〜（ｄ）は、有機層を形成している膜の成長方向に対する配向分極と、素子の電子注入性との関係について説明するための説明図である。図１（ａ）および（ｂ）は、基板上に、陰極と有機層と陽極とがこの順に設けられている場合（図１における「逆構造」の場合）である。図１（ｃ）および（ｄ）は、基板上に、陽極と有機層と陰極とがこの順に設けられている場合（図１における「通常構造」の場合）である。
【００２３】
逆構造の場合、図１（ａ）に示すように、有機層が、膜の成長方向（図１における上方向）に対して負の配向分極（−δ）を形成する材料であるとよい。この場合、陰極の有機層側の界面には、イメージチャージ（鏡像電荷）として、有機層とは反対の−δの分極が形成される。このことにより、図１において△で示される真空準位（Ｅｖａｃ）のシフトが起こり、陰極の有機層側の界面の仕事関数が下がる。その結果、陰極のフェルミ準位（ＥＦ）に対する最低非占有軌道（ＬＵＭＯ）の位置が下がる。よって、ＬＵＭＯの位置が陰極のフェルミ準位（ＥＦ）に近づき、電子の移動が促進され、電子輸送速度が向上する。
【００２４】
これに対し、図１（ｂ）に示すように、逆構造の場合に、有機層が、膜の成長方向（図１における上方向）に対して正の配向分極（＋δ）を形成する材料であると、電子の移動が困難となる。これは、陰極の有機層側の界面に＋δで示す真空準位（Ｅｖａｃ）のシフトが起こり、陰極のフェルミ準位（ＥＦ）に対する最低非占有軌道（ＬＵＭＯ）の位置が上がり、ＬＵＭＯの位置が陰極のフェルミ準位（ＥＦ）から遠くなるためである。
【００２５】
一方、通常構造の場合、図１（ｃ）に示すように、有機層が、膜の成長方向（図１における上方向）に対して負の配向分極（−δ）を形成する材料であると、電子の移動が困難となる。これは、通常構造では、陰極の有機層側の界面に、図１（ｂ）の場合と同様に、電子注入に不利な鏡像電荷である＋δの分極が形成されるためである。
また、通常構造の場合、図１（ｄ）に示すように、有機層が、膜の成長方向（図１における上方向）に対して正の配向分極（＋δ）を形成する材料であると、陰極の有機層側の界面に、図１（ａ）の場合と同様に、電子注入に有利な鏡像電荷である−δの分極が形成される。
【００２６】
図１（ａ）〜（ｄ）に示すように、膜の成長方向に対して負の配向分極を形成する材料（以下、「負の分極材料」と略記する場合がある。）を含むことによって電子輸送速度が向上する有機層とは、基板上に、陰極と有機層と陽極とがこの順に設けられた逆構造の素子に設けられた有機層である。具体的には、逆構造の有機ＥＬ素子の発光層、逆構造の有機ＥＬ素子の陰極と発光層との間に設けられた電子輸送層、逆構造の有機薄膜太陽電池の有機層（発電層）である。
【００２７】
なお、負の分極材料は、成膜開始後、膜の厚さ方向に１つの分子のみが並んでいる第１層目を形成した段階で負の配向分極を発現するものであってもよいし、膜の厚さ方向に複数個の分子を積層させることで負の配向分極を発現するものであってもよい。負の分極材料における負の配向分極の起源は明らかではないが、本発明における有機層の電子輸送速度向上の観点から、負の分極材料は、負の配向分極が発現するものであればよく、薄膜での利用が想定される。
【００２８】
以下、本発明の有機ＥＬ素子、表示装置、照明装置、有機薄膜太陽電池について、図面を用いて詳細に説明する。
［有機ＥＬ素子］
（第１実施形態）
図２は、本発明の有機ＥＬ素子の一例である第１実施形態の有機ＥＬ素子を説明するための断面模式図である。図２に示す有機ＥＬ素子１０は、基板１上に、陰極２と発光層６と陽極９とがこの順に設けられた逆構造の有機ＥＬ素子１０である。
【００２９】
本実施形態の有機ＥＬ素子１０は、陰極２と陽極９との間に、電子注入層３と、バッファ層４と、発光層６と、正孔輸送層７と、正孔注入層８とがこの順に積層された積層構造を有する。本実施形態の有機ＥＬ素子１０は、電子注入層３として無機材料である金属酸化物膜が設けられた逆構造の有機−無機ハイブリッド有機ＥＬ素子である。
図２に示す有機ＥＬ素子１０は、基板１と反対側に光を取り出すトップエミッション型であってもよいし、基板２側に光を取り出すボトムエミッション型であってもよい。
【００３０】
「基板」
基板１の材料としては、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリプロピレン、シクロオレフィンポリマー、ポリアミド、ポリエーテルサルフォン、ポリメチルメタクリレート、ポリカーボネート、ポリアリレートのような樹脂材料や、石英ガラス、ソーダガラスのようなガラス材料等が挙げられ、これらの１種又は２種以上を用いることができる。
【００３１】
図２に示す有機ＥＬ素子１０がトップエミッション型である場合、基板１の材料として、透明材料だけでなく不透明材料も用いることができる。具体的には、図２に示す有機ＥＬ素子１０がトップエミッション型である場合、基板１として、例えば、アルミナ等のセラミックス材料からなる基板、ステンレス鋼などの金属からなる基板の表面に酸化膜（絶縁膜）を形成したもの、樹脂材料からなる基板等も用いることができる。
【００３２】
基板１の平均厚さは、０．１〜３０ｍｍであることが好ましく、より好ましくは、０．１〜１０ｍｍである。基板１の平均厚さは、デジタルマルチメーターおよび／またはノギスにより測定できる。
【００３３】
「陰極」
陰極２としては、ＩＴＯ（インジウム酸化錫）、ＩＺＯ（インジウム酸化亜鉛）、ＦＴＯ（フッ素酸化錫）、Ｉｎ３Ｏ３、ＳｎＯ２、Ｓｂ含有ＳｎＯ２、Ａｌ含有ＺｎＯ等の酸化物等からなる膜を用いることができる。上記の中でも、陰極２として、ＩＴＯ膜、ＩＺＯ膜、ＦＴＯ膜のいずれかを用いることが好ましい。
有機ＥＬ素子１０がトップエミッション型である場合、陰極２の材料として、透明材料だけでなく、金属などからなる不透明材料も用いることができ、反射性の材料を用いてもよい。
【００３４】
陰極２の平均厚さは、特に制限されないが、１０〜５００ｎｍであることが好ましく、より好ましくは、１００〜２００ｎｍである。陰極２の平均厚さは、触針式段差計、分光エリプソメトリーにより測定できる。
【００３５】
「電子注入層」
電子注入層３は、陰極２と発光層６との間に設けられている。電子注入層３は、金属酸化物からなるものであることが好ましい。有機ＥＬ素子１０が金属酸化物からなる電子注入層３を有する場合、より一層電子注入性が向上するため、輝度、外部量子効率、寿命の全ての特性がより一層良好となる。
【００３６】
電子注入層３の用いられる金属酸化物としては、特に制限されないが、酸化チタン（ＴｉＯ２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化タングステン（ＷＯ３）、酸化二オブ（Ｎｂ２Ｏ５）、酸化鉄（Ｆｅ２Ｏ３）、酸化錫（ＳｎＯ２）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、酸化ハフニウム（ＨｆＯ２）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）等の１種又は２種以上を用いることができる。
【００３７】
図２に示す有機ＥＬ素子１０は、逆構造の有機ＥＬ素子１０であるので、基板１上に発光層６を形成する前に、電子注入層３を形成できる。したがって、例えば、スパッタ法を用いて電子注入層３を形成しても、電子注入層３よりも後に形成される発光層６を含む各層が損傷を受けることがなく、好ましい。
【００３８】
電子注入層３の平均厚さは、特に限定されないが、１〜１０００ｎｍであることが好ましく、より好ましくは、２〜１００ｎｍである。電子注入層３の平均厚さは、触針式段差計、分光エリプソメトリーにより測定できる。
【００３９】
「バッファ層」
バッファ層４は、電子注入層３と発光層６との間に設けられている。バッファ層４の材料としては、電子輸送性を有する化合物全般を用いることができる。
バッファ層４の材料としては、例えば、トランス型ポリアセチレン、シス型ポリアセチレン、ポリ（ジ−フェニルアセチレン）（ＰＤＰＡ）、ポリ（アルキル，フェニルアセチレン）（ＰＡＰＡ）のようなポリアセチレン系化合物；ポリ（パラ−フェンビニレン）（ＰＰＶ）、ポリ（２，５−ジアルコキシ−パラ−フェニレンビニレン）（ＲＯ−ＰＰＶ）、シアノ−置換−ポリ（パラ−フェンビニレン）（ＣＮ−ＰＰＶ）、ポリ（２−ジメチルオクチルシリル−パラ−フェニレンビニレン）（ＤＭＯＳ−ＰＰＶ）、ポリ（２−メトキシ，５−（２’−エチルヘキソキシ）−パラ−フェニレンビニレン）（ＭＥＨ−ＰＰＶ）のようなポリパラフェニレンビニレン系化合物；ポリ（３−アルキルチオフェン）（ＰＡＴ）、ポリ（オキシプロピレン）トリオール（ＰＯＰＴ）のようなポリチオフェン系化合物；ポリ（９，９−ジオクチルフルオレンのようなポリ（９，９−ジアルキルフルオレン）（ＰＤＡＦ）、ポリ（ジオクチルフルオレン−アルト−ベンゾチアジアゾール）（Ｆ８ＢＴ）、α，ω−ビス［Ｎ，Ｎ’−ジ（メチルフェニル）アミノフェニル］−ポリ［９，９−ビス（２−エチルヘキシル）フルオレン−２，７−ジル］（ＰＦ２／６ａｍ４）、ポリ（９，９−ジオクチル−２，７−ジビニレンフルオレニル−オルト−コ（アントラセン−９，１０−ジイル）のようなポリフルオレン系化合物；ポリ（パラ−フェニレン）（ＰＰＰ）、ポリ（１，５−ジアルコキシ−パラ−フェニレン）（ＲＯ−ＰＰＰ）のようなポリパラフェニレン系化合物；ポリ（Ｎ−ビニルカルバゾール）（ＰＶＫ）のようなポリカルバゾール系化合物；ポリ（メチルフェニルシラン）（ＰＭＰＳ）、ポリ（ナフチルフェニルシラン）（ＰＮＰＳ）、ポリ（ビフェニリルフェニルシラン）（ＰＢＰＳ）のようなポリシラン系化合物やジアザビシクロノネン、ホウ素含有化合物等が挙げられる。バッファ層４の材料として、上記の材料から選ばれる１種を用いてもよいし、２種以上を用いてもよい。
【００４０】
バッファ層４は、還元剤を含むものであってもよい。バッファ層４に含まれる還元剤は、ｎ−ドーパントとして働く。このため、バッファ層４が還元剤を含む場合、陰極２から発光層６への電子の供給が充分に行われ、有機ＥＬ素子１０の発光効率がより一層向上する。
【００４１】
バッファ層４に含まれる還元剤としては、電子供与性の化合物であれば特に制限されない。バッファ層４に含まれる還元剤としては、具体的には、１，３−ジメチル−２，３−ジヒドロ−１Ｈ−ベンゾ［ｄ］イミダゾール、１，３−ジメチル−２−フェニル−２，３−ジヒドロ−１Ｈ−ベンゾ［ｄ］イミダゾール、（４−（１，３−ジメチル−２，３−ジヒドロ−１Ｈ−ベンゾイミダゾール−２−イル）フェニル）ジメチルアミン（Ｎ−ＤＭＢＩ）、１，３，５−トリメチル−２−フェニル−２，３−ジヒドロ−１Ｈ−ベンゾ［ｄ］イミダゾール等の２，３−ジヒドロベンゾ［ｄ］イミダゾール化合物；３−メチル−２−フェニル−２，３−ジヒドロベンゾ［ｄ］チアゾール等の２，３−ジヒドロベンゾ［ｄ］チアゾール化合物；３−メチル−２−フェニル−２，３−ジヒドロベンゾ［ｄ］オキサゾール等の２，３−ジヒドロベンゾ［ｄ］オキサゾール化合物；ロイコクリスタルバイオレット（＝トリス（４−ジメチルアミノフェニル）メタン）、ロイコマラカイトグリーン（＝ビス（４−ジメチルアミノフェニル）フェニルメタン）、トリフェニルメタン等のトリフェニルメタン化合物；２，６−ジメチル−１，４−ジヒドロピリジン−３，５−ジカルボン酸ジエチル（ハンチュエステル）等のジヒドロピリジン化合物等の１種又は２種以上を用いることができる。この中でも、２，３−ジヒドロベンゾ［ｄ］イミダゾール化合物や、ジヒドロピリジン化合物が好ましい。特に、バッファ層４に含まれる還元剤として、（４−（１，３−ジメチル−２，３−ジヒドロ−１Ｈ−ベンゾイミダゾール−２−イル）フェニル）ジメチルアミン（Ｎ−ＤＭＢＩ）、または２，６−ジメチル−１，４−ジヒドロピリジン−３，５−ジカルボン酸ジエチル（ハンチュエステル）を用いることが好ましい。
【００４２】
バッファ層４に含まれる還元剤の含有量は、バッファ４層を形成する有機化合物１００質量％に対して、０．１〜１５質量％であることが好ましく、０．５〜１０質量％であることがより好ましく、更に好ましくは１〜５質量％である。バッファ層４に含まれる還元剤の含有量が０．１〜１５質量％であると、有機ＥＬ素子１０の発光効率がより一層高くなる。
【００４３】
バッファ層４の平均厚さは、５〜１００ｎｍであることが好ましい。バッファ層４の平均厚さが５ｎｍ以上であると、電子注入層３の表面に存在する凹凸が、バッファ層４が設けられていることにより、十分に平滑化される。その結果、電子注入層３の表面に存在する凹凸に起因するリーク電流が抑制され、バッファ層４を形成することによる効果が充分に発揮される。バッファ層４の平均厚さが１００ｎｍ以下であると、バッファ層４が厚すぎることによる有機ＥＬ素子１０の駆動電圧の上昇を抑制でき、好ましい。
【００４４】
バッファ層４の平均厚さは、５〜１００ｎｍであることが好ましく、より好ましくは１０〜６０ｎｍである。
バッファ層４の平均厚さは、触針式段差計、分光エリプソメトリーにより測定できる。
【００４５】
「発光層」
発光層６は、膜の成長方向に対して負の配向分極を形成する材料（以下、「負の分極材料」と略記する場合がある。）を含む。
負の分極材料としては、例えば、下記一般式（１）で表わされる化合物（Ｂｅｂｑ２）、下記一般式（２）で表わされる化合物（Ａｌ（７−Ｐｒｑ）３）などが挙げられる。特に、負の分極材料としては、式（１）で表わされるＢｅｂｑ２を用いることが好ましい。
また、Ｂｅｂｑ２は電子輸送性の材料である。このため、発光層６に含まれる負の分極材料としてＢｅｂｑ２を用いた場合、図２に示す有機ＥＬ素子１０のように電子輸送層を設けなくても、十分な電子輸送性が得られる。
【００４６】
【化２】
2018200939.tif 000004
【００４７】
【化３】
2018200939.tif 000005
【００４８】
発光層６に含まれる発光材料としては、燐光性化合物、蛍光材料、熱活性化遅延蛍光材料などを用いることができる。
発光層６に含まれる材料は、低分子化合物であることが好ましい。本発明において低分子化合物とは、高分子化合物（重合体）ではない化合物を意味し、分子量が低い化合物を必ずしも意味するものではない。発光層６に含まれる材料が低分子化合物である場合、輝度、外部量子効率、寿命の全ての特性がより良好な逆構造の有機ＥＬ素子１０となる。
【００４９】
本実施形態における発光層６は、ホスト材料とゲスト材料とを含むことが好ましい。
（ホスト材料）
ホスト材料は、１種のみ用いてもよいし、２種以上用いてもよい。本実施形態では、ホスト材料として、負の分極材料を用いることが好ましい。
【００５０】
（ゲスト材料）
ゲスト材料は、燐光性化合物であることが好ましい。ゲスト材料が燐光性化合物である場合、輝度、外部量子効率、寿命の各特性がより優れたものとなる。ゲスト材料は、１種のみ用いてもよいし、２種以上用いてもよい。
燐光性化合物としては、例えば、下記式（６１）または（６２）で表される化合物を好適に用いることができる。
【００５１】
【化４】
2018200939.tif 000006
【００５２】
式（６１）中、点線の円弧は、窒素原子と３つの炭素原子とで構成された骨格部分の一部とともに環構造が形成されていることを表し、窒素原子を含んで形成される環構造は、複素環構造である。
Ｘ’、Ｘ’’は、水素原子、又は、環構造の置換基となる１価の置換基を表し、点線の円弧部分を形成する環構造に複数個結合していてもよい。Ｘ’、Ｘ’’は、結合して点線の円弧で表される２つの環構造の一部とともに新たな環構造を形成してもよい。Ｘ’、Ｘ’’は、同一であってもよいし、異なっていてもよい。
式（６１）中、窒素原子と３つの炭素原子とで構成された骨格部分における点線は、点線で結ばれる２つの原子が単結合又は二重結合で結合していることを表す。
式（６１）中、Ｍ’は、金属原子を表す。窒素原子からＭ’への矢印は、窒素原子がＭ’原子へ配位していることを表す。ｎは、金属原子Ｍ’の価数を表す。
【００５３】
式（６２）中、点線の円弧は、窒素原子と３つの炭素原子とで構成された骨格部分の一部とともに環構造が形成されていることを表し、窒素原子を含んで形成される環構造は、複素環構造である。
Ｘ’、Ｘ’’は、水素原子、又は、環構造の置換基となる１価の置換基を表し、点線の円弧部分を形成する環構造に複数個結合していてもよい。Ｘ’、Ｘ’’は、結合して点線の円弧で表される２つの環構造の一部とともに新たな環構造を形成してもよい。Ｘ’、Ｘ’’は、同一であってもよいし、異なっていてもよい。
【００５４】
式（６２）中、窒素原子と３つの炭素原子とで構成された骨格部分における点線は、点線で結ばれる２つの原子が単結合又は二重結合で結合していることを表す。
式（６２）中、Ｍ’は、金属原子を表す。窒素原子からＭ’への矢印は、窒素原子がＭ’原子へ配位していることを表す。ｎは、金属原子Ｍ’の価数を表す。
式（６２）中、ＸａとＸｂとを結ぶ実線の円弧は、ＸａとＸｂとが少なくとも１つの他の原子を介して結合していることを表し、ＸａとＸｂとともに環構造を形成していてもよい。Ｘａ、Ｘｂは、酸素原子、窒素原子、炭素原子のいずれかを表す。Ｘａ、Ｘｂは、同一であってもよいし、異なっていてもよい。ＸｂからＭ’への矢印は、ＸｂがＭ’原子へ配位していることを表す。ｍ’は、１〜３の数である。
【００５５】
上記式（６１）及び式（６２）における点線の円弧で表される環構造としては、炭素数２〜２０の芳香環や複素環が挙げられる。具体的には、ベンゼン環、ナフタレン環、アントラセン環等の芳香族炭化水素環；ピリジン環、ピリミジン環、ピラジン環、トリアジン環、ベンゾチアゾール環、ベンゾチオール環、ベンゾオキサゾール環、ベンゾオキソール環、ベンゾイミダゾール環、キノリン環、イソキノリン環、キノキサリン環、およびフェナントリジン環、チオフェン環、フラン環、ベンゾチオフェン環、ベンゾフラン環等の複素環が挙げられる。
【００５６】
上記式（６１）及び式（６２）において、Ｘ’、Ｘ’’で表される環構造の置換基としては、ハロゲン原子、炭素数１〜２０、好ましくは炭素数１〜１０のアルキル基、炭素数１〜２０、好ましくは炭素数１〜１０のアラルキル基、炭素数１〜２０、好ましくは炭素数１〜１０のアルケニル基、炭素数１〜２０、好ましくは炭素数１〜１０のアリール基、アリールアミノ基、シアノ基、アミノ基、アシル基、炭素数１〜２０、好ましくは炭素数１〜１０のアルコキシカルボニル基、カルボキシル基、炭素数１〜２０、好ましくは炭素数１〜１０のアルコキシ基、炭素数１〜２０、好ましくは炭素数１〜１０のアルキルアミノ基、炭素数１〜２０、好ましくは炭素数１〜１０のジアルキルアミノ基、炭素数１〜２０、好ましくは炭素数１〜１０のアラルキルアミノ基、炭素数１〜２０、好ましくは炭素数１〜１０のハロアルキル基、水酸基、アリールオキシ基、カルバゾール基等が挙げられる。
【００５７】
上記式（６１）及び式（６２）において、Ｘ’、Ｘ’’が結合して点線の円弧で表される２つの環構造の一部とともに新たな環構造を形成している場合、点線の円弧で表される２つの環構造と新たな環構造を合わせた環構造としては、例えば、下記（６３−１）、（６３−２）に示す構造が挙げられる。
【００５８】
【化５】
2018200939.tif 000007
【００５９】
上記式（６１）及び式（６２）に示す化合物において、Ｍ’で表される金属原子としては、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、銀、レニウム、オスミウム、イリジウム、白金及び金が挙げられる。
【００６０】
上記式（６２）に示される化合物は、下記式（６４−１）に示される構造または（６４−２）に示される構造を有するものであることが好ましい。
【００６１】
【化６】
2018200939.tif 000008
【００６２】
式（６４−１）、（６４−２）中、Ｒ１〜Ｒ３は、水素原子又は１価の置換基を表す。Ｒ１〜Ｒ３は、同一であってもよいし、異なっていてもよい。
式（６４−２）において、Ｒ１〜Ｒ３が１価の置換基の場合、環構造が複数の１価の置換基を有していてもよい。
式（６４−１）、（６４−２）中、窒素原子からＭ’への矢印は、窒素原子がＭ’原子へ配位していることを表す。式（６４−１）中、酸素原子からＭ’への矢印は、酸素原子がＭ’原子へ配位していることを表す。
【００６３】
上記式（６１）または式（６２）で表される化合物の具体例としては、下記式（６５−１）〜（６５−５）で表される化合物等が挙げられる。
【００６４】
【化７】
2018200939.tif 000009
【００６５】
【化８】
2018200939.tif 000010
【００６６】
【化９】
2018200939.tif 000011
【００６７】
【化１０】
2018200939.tif 000012
【００６８】
ゲスト材料として使用される燐光性化合物としては、上記燐光性化合物の中でも特に、式（６５−１）で表されるイリジウム  トリス（２−フェニルピリジン）（Ｉｒ（ｐｐｙ）３）、式（６５−２）で表されるイリジウム  トリス（１−フェニルイソキノリン）（Ｉｒ（ｐｉｑ）３）、式（６５−３）で表されるイリジウム  ビス（２−メチルジベンゾ−［ｆ，ｈ］キノキサリン）（アセチルアセトナート）（Ｉｒ（ＭＤＱ）２（ａｃａｃ））、式（６５−４）で表されるイリジウム  トリス［３−メチル−２−フェニルピリジン］（Ｉｒ（ｍｐｐｙ）３）から選ばれる１種または２種以上を用いることが好ましい。
ゲスト材料として使用される燐光性化合物は、Ｐｔ錯体である式（６５−５）で示されるＴＬＥＣ０２５を用いてもよい。
また、ゲスト材料として使用される燐光性化合物は、常温で燐光発光する材料であることが好ましい。
【００６９】
発光層６中の燐光性化合物の含有量は、発光層６を形成する材料１００質量％に対して、０．５〜２０質量％であることが好ましく、０．５〜１０質量％であることがより好ましく、更に好ましくは１〜６質量％である。燐光性化合物の含有量が０．５〜２０質量％であると、有機ＥＬ素子１０の発光特性がより良好となる。
【００７０】
発光層６は、以下に示す低分子化合物などを含有していてもよい。低分子化合物としては、８−ヒドロキシキノリンアルミニウム（Ａｌｑ３）、トリス（４−メチル−８キノリノレート）アルミニウム（ＩＩＩ）（Ａｌｍｑ３）、８−ヒドロキシキノリン亜鉛（Ｚｎｑ２）、（１，１０−フェナントロリン）−トリス−（４，４，４−トリフルオロ−１−（２−チエニル）−ブタン−１，３−ジオネート）ユーロピウム（ＩＩＩ）（Ｅｕ（ＴＴＡ）３（ｐｈｅｎ））、２，３，７，８，１２，１３，１７，１８−オクタエチル−２１Ｈ，２３Ｈ−ポルフィンプラチナム（ＩＩ）のような各種金属錯体；ジスチリルベンゼン（ＤＳＢ）、ジアミノジスチリルベンゼン（ＤＡＤＳＢ）のようなベンゼン系化合物、ナフタレン、ナイルレッドのようなナフタレン系化合物、フェナントレンのようなフェナントレン系化合物、クリセン、６−ニトロクリセンのようなクリセン系化合物、ペリレン、Ｎ，Ｎ’−ビス（２，５−ジ−ｔ−ブチルフェニル）−３，４，９，１０−ペリレン−ジ−カルボキシイミド（ＢＰＰＣ）のようなペリレン系化合物、コロネンのようなコロネン系化合物、アントラセン、ビススチリルアントラセンのようなアントラセン系化合物、ピレンのようなピレン系化合物、４−（ジ−シアノメチレン）−２−メチル−６−（パラ−ジメチルアミノスチリル）−４Ｈ−ピラン（ＤＣＭ）のようなピラン系化合物、アクリジンのようなアクリジン系化合物、スチルベンのようなスチルベン系化合物、４，４’−ビス［９−ジカルバゾリル］−２，２’−ビフェニル（ＣＢＰ）、４、４’−ビス（９−エチル−３−カルバゾビニレン）−１，１’−ビフェニル（ＢＣｚＶＢｉ）のようなカルバゾール系化合物、２，５−ジベンゾオキサゾールチオフェンのようなチオフェン系化合物、ベンゾオキサゾールのようなベンゾオキサゾール系化合物、ベンゾイミダゾールのようなベンゾイミダゾール系化合物、２，２’−（パラ−フェニレンジビニレン）−ビスベンゾチアゾールのようなベンゾチアゾール系化合物、ビスチリル（１，４−ジフェニル−１，３−ブタジエン）、テトラフェニルブタジエンのようなブタジエン系化合物、ナフタルイミドのようなナフタルイミド系化合物、クマリンのようなクマリン系化合物、ペリノンのようなペリノン系化合物、オキサジアゾールのようなオキサジアゾール系化合物、アルダジン系化合物、１，２，３，４，５−ペンタフェニル−１，３−シクロペンタジエン（ＰＰＣＰ）のようなシクロペンタジエン系化合物、キナクリドン、キナクリドンレッドのようなキナクリドン系化合物、ピロロピリジン、チアジアゾロピリジンのようなピリジン系化合物、２，２’，７，７’−テトラフェニル−９，９’−スピロビフルオレンのようなスピロ化合物、フタロシアニン（Ｈ２Ｐｃ）、銅フタロシアニンのような金属または無金属のフタロシアニン系化合物、さらには特開２００９−１５５３２５号公報および特願２０１０−２８２７３号に記載のホウ素化合物材料等が挙げられ、これらの１種又は２種以上を用いることができる。
【００７１】
ゲスト材料およびホスト材料を除く低分子化合物の発光層６中における含有量は、発光層６を形成する材料１００質量％に対して、０．５〜２０質量％であることが好ましく、０．５〜１０質量％であることがより好ましく、更に好ましくは１〜６質量％である。低分子化合物の含有量が０．５〜２０質量％であると、有機ＥＬ素子１０の発光特性がより良好となる。
【００７２】
発光層６の平均厚さは、特に限定されないが、１０〜１００ｎｍであることが好ましく、より好ましくは１０〜５０ｎｍである。発光層６の平均厚さが１０ｎｍ以上であると、発光層６が負の分極材料を含むことによる陰極から発光層６への電子注入性向上効果が顕著となる。また、発光層６の平均厚さが１００ｎｍ以下であると、発光層６が厚いことによる有機ＥＬ素子１０の駆動電圧の上昇を抑制でき、好ましい。
発光層６の平均厚さは、水晶振動子膜厚計により成膜時に測定できる。
【００７３】
「正孔輸送層」
正孔輸送層７の材料としては、正孔輸送層の材料として通常用いることができるいずれの化合物も用いることができ、これらを混合して用いてもよい。具体的には、正孔輸送層７の材料として、１，１−ビス（４−ジ−パラ−トリアミノフェニル）シクロへキサン、１，１’−ビス（４−ジ−パラ−トリルアミノフェニル）−４−フェニル−シクロヘキサンのようなアリールシクロアルカン系化合物、４，４’，４’’−トリメチルトリフェニルアミン、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラフェニル−１，１’−ビフェニル−４，４’−ジアミン、Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−Ｎ，Ｎ’−ビス（３−メチルフェニル）−１，１’−ビフェニル−４，４’−ジアミン（ＴＰＤ１）、Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−Ｎ，Ｎ’−ビス（４−メトキシフェニル）−１，１’−ビフェニル−４，４’−ジアミン（ＴＰＤ２）、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラキス（４−メトキシフェニル）−１，１’−ビフェニル−４，４’−ジアミン（ＴＰＤ３）、Ｎ，Ｎ’−ジ（１−ナフチル）−Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−１，１’−ビフェニル−４，４’−ジアミン（α−ＮＰＤ）、ＴＰＴＥのようなアリールアミン系化合物、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラフェニル−パラ−フェニレンジアミン、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラ（パラ−トリル）−パラ−フェニレンジアミン、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラ（メタ−トリル）−メタ−フェニレンジアミン（ＰＤＡ）のようなフェニレンジアミン系化合物、カルバゾール、Ｎ−イソプロピルカルバゾール、Ｎ−フェニルカルバゾールのようなカルバゾール系化合物、スチルベン、４−ジ−パラ−トリルアミノスチルベンのようなスチルベン系化合物、オキサゾールのような置き鎖ゾール系化合物、トリフェニルメタン、４，４‘，４’‘−トリス［フェニル（ｍ−トリル）アミノ］トリフェニルアミン（ｍ−ＭＴＤＡＴＡ）のようなトリフェニルメタン系化合物、１−フェニル−３−（パラ−ジメチルアミノフェニル）ピラゾリンのようなピラゾリン系化合物、ベンジン（シクロヘキサジエン）系化合物、トリアゾールのようなトリアゾール系化合物、イミダゾールのようなイミダゾール系化合物、１，３，４−オキサジアゾール、２，５−ジ（４−ジメチルアミノフェニル）−１，３，４，−オキサジアゾールのようなオキサジアゾール系化合物、アントラセン、９−（４−ジエチルアミノスチリル）アントラセンのようなアントラセン系化合物、フルオレノン、２，４，７，−トリニトロ−９−フルオレノン、２，７−ビス（２−ヒドロキシ−３−（２−クロロフェニルカルバモイル）−１−ナフチルアゾ）フルオレノンのようなフルオレノン系化合物、ポリアニリンのようなアニリン系化合物、シラン系化合物、１，４−ジチオケト−３，６−ジフェニル−ピロロ−（３，４−ｃ）ピロロピロールのようなピロール系化合物、フルオレンのようなフルオレン系化合物、ポルフィリン、金属テトラフェニルポルフィリンのようなポルフィリン系化合物、キナクリドンのようなキナクリドン系化合物、フタロシアニン、銅フタロシアニン、テトラ（ｔ−ブチル）銅フタロシアニン、鉄フタロシアニンのような金属または無金属のフタロシアニン系化合物、銅ナフタロシアニン、バナジルナフタロシアニン、モノクロロガリウムナフタ���シアニンのような金属または無金属のナフタロシアニン系化合物、Ｎ，Ｎ’−ジ（ナフタレン−１−イル）−Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−ベンジジン、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラフェニルベンジジンのようなベンジジン系化合物等が挙げられ、これらの１種又は２種以上を用いることができる。これらの中でも、正孔輸送層７の材料としてα−ＮＰＤが好ましい。
【００７４】
図２に示す有機ＥＬ素子１０のように、独立した層として正孔輸送層７が形成されている場合、正孔輸送層７の平均厚さは、１０〜１５０ｎｍであることが好ましく、より好ましくは４０〜１００ｎｍである。
電子輸送層５の平均厚さは、水晶振動子膜厚計により成膜時に測定できる。
【００７５】
「正孔注入層」
正孔注入層８としては、特に制限されないが、酸化バナジウム（Ｖ２Ｏ５）、酸化モリブテン（ＭｏＯ３）、酸化ルテニウム（ＲｕＯ２）等金属酸化物の１種又は２種以上を用いることができる。これらの中でも、酸化バナジウム又は酸化モリブテンを主成分とすることが好ましい。正孔注入層８が酸化バナジウム又は酸化モリブテンを主成分とする場合、正孔注入層８が陽極９から正孔を注入して発光層６又は正孔輸送層７へ輸送する正孔注入層８としての機能がより優れたものとなる。また、酸化バナジウム又は酸化モリブテンは、それ自体の正孔輸送性が高いため、陽極９から発光層６又は正孔輸送層７への正孔の注入効率が低下するのを好適に防止できる。正孔注入層８は、酸化バナジウム及び／又は酸化モリブテンからなるものであることがより好ましい。
【００７６】
また、正孔注入層８として、正孔注入が促進可能なアクセプター材料である１，４，５，８，９，１２−ヘキサアザトリフェニレン−２，３，６，７，１０，１１−ヘキサカルボニトリル（ＨＡＴ−ＣＮ）、アクセプター材料である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）、アクセプター材料であるHexafluorotetracyanonaphthoquinodimethane（Ｆ６−ＴＮＡＰ）等も用いることができる。
【００７７】
正孔注入層８の平均厚さは、特に限定されないが、１〜１０００ｎｍであることが好ましく、より好ましくは５〜５０ｎｍである。正孔注入層８の平均厚さは、水晶振動子膜厚計により成膜時に測定することができる。
【００７８】
「陽極」
陽極９としては、Ａｕ、Ｐｔ、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｌまたはこれらを含む合金等からなる金属膜を用いることができる。この中でも、陽極９としては、Ａｕ膜、Ａｇ膜、Ａｌ膜のいずれかを用いることが好ましい。
陽極９の平均厚さは、特に限定されないが、１０〜１０００ｎｍであることが好ましく、より好ましくは３０〜１５０ｎｍである。また、陽極９の材料として、不透過な材料を用いる場合でも、例えば平均厚さを１０〜３０ｎｍ程度にすることで、トップエミッション型及び透明型の陽極９として使用することができる。
陽極９の平均厚さは、水晶振動子膜厚計により成膜時に測定することができる。
【００７９】
本実施形態の有機ＥＬ素子１０は、基板１上に、陰極２と、電子注入層３と、バッファ層４と、発光層６と、正孔輸送層７と、正孔注入層８と、陽極９とをこの順に形成することにより製造できる。陰極２、電子注入層３、バッファ層４、発光層６、正孔輸送層７、正孔注入層８、陽極９の各層の形成方法は、特に限定されず、各層に用いられる材料の特性に合わせて、従来公知の種々の形成方法を適宜用いて形成できる。
【００８０】
有機ＥＬ素子１０に含まれる上記各層の形成方法として、具体的には、気相成膜法であるプラズマＣＶＤ、熱ＣＶＤ、レーザーＣＶＤ等の化学蒸着法（ＣＶＤ）、真空蒸着、スパッタリング、イオンプレーティング等の乾式メッキ法、溶射法、そして液相成膜法である電解メッキ、浸漬メッキ、無電解メッキ等の湿式メッキ法、ゾル・ゲル法、ＭＯＤ法、スプレー熱分解法、微粒子分散液を用いたドクターブレード法、スピンコート法、インクジェット法、スクリーンプリンティング法等の印刷技術等を用いることができる。
【００８１】
本実施形態の有機ＥＬ素子１０は、基板１上に、陰極２と発光層６と陽極９とがこの順に設けられた逆構造のものであり、発光層６が、膜の成長方向に対して負の配向分極を形成する材料を含むため、陰極２から発光層６への電子輸送速度が速く、電子注入性に優れる。したがって、本実施形態の有機ＥＬ素子１０は、高輝度で外部量子効率が高く、長寿命である。よって、本実施形態の有機ＥＬ素子１０は、表示装置および照明装置の材料として好適に用いることができる。
【００８２】
（第２実施形態）
図３は、本発明の有機ＥＬ素子の一例である第２実施形態の有機ＥＬ素子を説明するための断面模式図である。図３に示す有機ＥＬ素子１１は、基板１上に、陰極２と発光層６と陽極９とがこの順に設けられた逆構造の有機ＥＬ素子１１である。
【００８３】
本実施形態の有機ＥＬ素子１１は、陰極２と陽極９との間に、電子注入層３と、バッファ層４と、電子輸送層５と、発光層６と、正孔輸送層７と、正孔注入層８とがこの順に積層された積層構造を有する。本実施形態の有機ＥＬ素子１１が、上述した第１実施形態の有機ＥＬ素子１０と異なるのは、バッファ層４と発光層６との間に電子輸送層５が設けられていることのみである。したがって、本実施形態においては、上述した第１実施形態の有機ＥＬ素子１０と同じ部材についての説明を省略する。
【００８４】
「電子輸送層」
電子輸送層５は、負の分極材料を含む。
負の分極材料としては、例えば、式（１）で表わされる化合物（Ｂｅｂｑ２）、式（２）で表わされる化合物などが挙げられる。負の分極材料としては、式（１）で表わされるＢｅｂｑ２を用いることが好ましい。
電子輸送層５には、負の分極材料とともに、以下に示す１種または２種以上の化合物が含まれていてもよい。
【００８５】
負の分極材料とともに電子輸送層５に用いることのできる材料としては、例えば、トリス−１，３，５−（３’−（ピリジン−３’’−イル）フェニル）ベンゼン（ＴｍＰｙＰｈＢ）のようなピリジン誘導体、（２−（３−（９−カルバゾリル）フェニル）キノリン（ｍＣＱ））のようなキノリン誘導体、２−フェニル−４，６−ビス（３，５−ジピリジルフェニル）ピリミジン（ＢＰｙＰＰＭ）のようなピリミジン誘導体、ピラジン誘導体、バソフェナントロリン（ＢＰｈｅｎ）のようなフェナントロリン誘導体、２，４−ビス（４−ビフェニル）−６−（４’−（２−ピリジニル）−４−ビフェニル）−［１，３，５］トリアジン（ＭＰＴ）のようなトリアジン誘導体、３−フェニル−４−（１’−ナフチル）−５−フェニル−１，２，４−トリアゾール（ＴＡＺ）のようなトリアゾール誘導体、オキサゾール誘導体、２−（４−ビフェニリル）−５−（４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル−１，３，４−オキサジアゾール）（ＰＢＤ）のようなオキサジアゾール誘導体、２，２’，２’’−（１，３，５−ベントリイル）−トリス（１−フェニル−１−Ｈ−ベンズイミダゾール）（ＴＰＢＩ）のようなイミダゾール誘導体、ナフタレン、ペリレン等の芳香環テトラカルボン酸無水物、ビス［２−（２’−ヒドロキシフェニル）ピリジン］ベリリウム（Ｂｅｐｐ２）、ビス［２−（２−ヒドロキシフェニル）ベンゾチアゾラト］亜鉛（Ｚｎ（ＢＴＺ）２）、トリス（８−ヒドロキシキノリナト）アルミニウム（Ａｌｑ３）などに代表される各種金属錯体、２，５−ビス（６’−（２’，２’’−ビピリジル））−１，１−ジメチル−３，４−ジフェニルシロール（ＰｙＰｙＳＰｙＰｙ）等のシロール誘導体に代表される有機シラン誘導体、ホウ素含有化合物等が挙げられる。
【００８６】
図３に示す有機ＥＬ素子１１のように、独立した層として電子輸送層５が形成されている場合、電子輸送層５の平均厚さは、５〜１５０ｎｍであることが好ましい。電子輸送層５の平均厚さが５ｎｍ以上であると、電子輸送層５が負の分極材料を含むことによる陰極から発光層６への電子注入性向上効果が顕著となる。また、電子輸送層５の平均厚さが１５０ｎｍ以下であると、電子輸送層５が厚いことによる有機ＥＬ素子１１の駆動電圧の上昇を抑制でき、好ましい。有機ＥＬ素子１１の駆動電圧を低くするため、電子輸送層５の平均厚さは５〜２０ｎｍであることがより好ましい。
電子輸送層５の平均厚さは、水晶振動子膜厚計により成膜時に測定できる。
【００８７】
図３に示す有機ＥＬ素子１１では、発光層６は負の分極材料を含んでいてもよいし、含んでいなくてもよい。発光層６が負の分極材料を含む場合、図３に示す有機ＥＬ素子１１の発光層６は、上述した第１実施形態の有機ＥＬ素子１０と同様のものとすることができる。
【００８８】
図３に示す有機ＥＬ素子１１の発光層６が、負の分極材料を含まない場合、発光層６の材料として、従来公知の如何なる材料を用いてもよい。
例えば、発光層６としてのホスト材料として、１２，１２'−(６−phenyl−１，３，５−triazine−２，４−diyl）bis（１１−phenyl−１１，１２−dihydroindolo［２，３−a］carbazole）（ＢＰＩＣｂＰＴＲＺ）、２−biphenyl−４，６−bis（１２−phenylindolo［２，３−ａ]carbazole−１１−yl）−１，３，５−triazine（ＰＩＣ−ＴＲＺ）などを用いることができる。
また、ゲスト材料としては、上述した第１実施形態の有機ＥＬ素子１０と同様の材料を用いることができる。
【００８９】
本実施形態の有機ＥＬ素子１０は、基板１上に、陰極２と、電子注入層３と、バッファ層４と、電子輸送層５と、発光層６と、正孔輸送層７と、正孔注入層８と、陽極９とをこの順に形成することにより製造できる。電子輸送層５の形成方法は、特に限定されず、従来公知の種々の形成方法を適宜用いて形成できる。
【００９０】
本実施形態の有機ＥＬ素子１１は、基板１上に、陰極２と発光層６と陽極９とがこの順に設けられた逆構造のものである。有機ＥＬ素子１１では、陰極２と発光層６との間に電子輸送層５が設けられ、電子輸送層５が、膜の成長方向に対して負の配向分極を形成する材料を含む。このため、有機ＥＬ素子１１は、陰極２から発光層６への電子輸送速度が速く、電子注入性に優れ、高輝度で外部量子効率が高く、長寿命ある。したがって、本実施形態の有機ＥＬ素子１１は、表示装置および照明装置の材料として好適に用いることができる。
【００９１】
「他の例」
本発明の有機ＥＬ素子は、上述した実施形態において説明した有機ＥＬ素子に限定されるものではない。
具体的には、上述した第１実施形態においては、基板１上に、陰極２と、電子注入層３と、バッファ層４と、発光層６と、正孔輸送層７と、正孔注入層８と、陽極９とがこの順に形成された有機ＥＬ素子１０を例に挙げて説明したが、本発明の有機ＥＬ素子においては、電子注入層３、バッファ層４、正孔輸送層７、正孔注入層８は、必要に応じて形成すればよく、設けられていなくてもよい。
【００９２】
また、上述した第１実施形態においては、電子輸送層５が設けられていない有機ＥＬ素子１０を例に挙げて説明したが、第１実施形態の有機ＥＬ素子１０には、負の分極材料を含まない電子輸送層５が設けられていてもよい。この場合、電子輸送層５の材料として、従来公知の如何なる材料を用いてもよい。具体的には、第１実施形態における電子輸送層５の材料として、第２実施形態において負の分極材料とともに電子輸送層５に含まれていてもよい１種または２種以上の化合物を用いることができる。
【００９３】
また、陰極２、電子注入層３、バッファ層４、電子輸送層５、発光層６、正孔輸送層７、正孔注入層８、陽極９の各層は、１層で形成されているものであってもよいし、２層以上からなるものであってもよい。
また、本発明の有機ＥＬ素子は、陰極２、電子注入層３、バッファ層４、電子輸送層５、発光層６、正孔輸送層７、正孔注入層８、陽極９の各層の間に、さらに他の層を有するものであってもよい。
【００９４】
［表示装置］
本実施形態の表示装置は、本実施形態の有機エレクトロルミネッセンス素子を含む。
本実施形態の表示装置は、高輝度で外部量子効率が高く、長寿命の有機ＥＬ素子を含むため優れた性能を有する。
【００９５】
［照明装置］
本実施形態の照明装置は、本実施形態の有機エレクトロルミネッセンス素子を含む。
本実施形態の照明装置は、高輝度で外部量子効率が高く、長寿命の有機ＥＬ素子を含むため優れた性能を有する。
【００９６】
［有機薄膜太陽電池］
本実施形態の有機薄膜太陽電池は、基板上に、陰極と有機層と陽極とがこの順に設けられたものである。本実施形態の有機薄膜太陽電池では、有機層（発電層）が、膜の成長方向に対して負の配向分極を形成する材料を含む。
したがって、陰極の有機層側の界面には、電子取り出しに有利な鏡像電荷である−δの分極が形成される。その結果、有機層の電子輸送速度が速く、発電効率が高く、寿命の長い有機薄膜太陽電池となる。
【実施例】
【００９７】
以下、本発明の実施例および比較例について説明する。なお、本発明は以下に示す実施例に限定されるものではない。
【００９８】
（膜の配向分極の測定）
式（１）で表わされるＢｅｂｑ２からなる膜について、以下に示す方法により、膜厚に依存した表面電位を測定した。その結果を図４に示す。
（測定方法）
真空一貫で蒸着法により成膜しながら、ケルビン法を用いて膜の表面電位特性を測定した。なお、膜の配向分極は、膜中に生成したフォトキャリアを補償電荷として、不可逆的に減衰する性質を持つため、光を入れないようにして表面電位を測定した。
【００９９】
図４は、Ｂｅｂｑ２の膜厚と表面電位との関係を示したグラフである。図４に示すように、Ｂｅｂｑ２からなる膜では、５ｎｍ程度までの極薄膜を形成した段階では負の配向分極を形成する効果が見られない。しかし、Ｂｅｂｑ２からなる膜では、膜厚が厚くなるのにしたがって、表面電位がマイナスになっていっており、成膜により負の表面電位が観測された。このことから、Ｂｅｂｑ２は、膜の成長方向に対して、負の配向分極を形成する材料であることが確認できた。また、図４に示すように、Ｂｅｂｑ２は、膜の厚さ方向に１つの分子のみが並んでいる第１層目を形成した段階で負の配向分極を発現するものではなく、膜の厚さ方向に複数個の分子を積層（５ｎｍ程度）することで負の配向分極を発現するものである。
【０１００】
以下の実施例および比較例において、有機ＥＬ素子を構成する各層の厚さは、触針式段差計（製品名「アルファステップＩＱ」、ＫＬＡテンコール社製）を用いて測定した。
「実施例１」
以下に示す［１］〜［５］の工程を行うことにより、図１に示す逆構造の有機ＥＬ素子１０を得た。
【０１０１】
［１］ＩＴＯ電極（陰極２）付きの平均厚さ０．７ｍｍの市販されている透明ガラスからなる基板１を用意した。ＩＴＯ電極としては、幅３ｍｍにパターニングされている厚み１００ｎｍのものを用いた。
この基板１に対し、以下に示す方法により、洗浄を行った。すなわち、基板１をアセトン中とイソプロパノール中でそれぞれ１０分間超音波洗浄した。次に、基板１をイソプロパノール中で５分間煮沸して取り出し、窒素ブローにより乾燥させた。その後、ＵＶ（紫外線）オゾン洗浄を２０分間行った。
【０１０２】
［２］洗浄後の基板１を、亜鉛金属ターゲットを持つミラトロンスパッタ装置の基板ホルダーに固定した。そして、スパッタ装置内を約１×１０−４Ｐａに減圧し、アルゴンと酸素を導入した状態でスパッタ法により、陰極２上に電子注入層３である膜厚７ｎｍの酸化亜鉛層を作成した。電子注入層３を形成する際には、電極取り出しのため、メタルマスクを用いて陰極２上の一部に電子注入層３が形成されないようにした。
次に、電子注入層３の形成された基板１に対し、大気下で４００℃、１時間のアニールを行った。
【０１０３】
［３］次に、電子注入層３上にバッファ層４として以下の膜を形成した。
まず、下記式（３）で示されるホウ素化合物と、下記式（４）で示されるジアザビシクロノネンとを１：２の質量比でシクロペンタノンに溶解し、塗料組成物を得た。次に、電子注入層３の形成された基板１をスピンコーターに設置した。そして、塗料組成物を電子注入層３上に滴下しながら、基板１を毎分３０００回転で３０秒間回転させて塗膜を形成した。その後、ホットプレートを用いて窒素雰囲気下で１２０℃、２時間のアニール処理を施した。以上の工程により、電子注入層３上に厚み２０ｎｍのバッファ層４を形成した。
【０１０４】
【化１１】
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【０１０５】
［４］バッファ層４までの各層を形成した基板１を、真空蒸着装置の基板ホルダーに固定した。また、発光層６、正孔輸送層７、正孔注入層８、陽極９の各層に使用する以下に示す材料を、それぞれアルミナルツボに入れて蒸着源にセットした。
（各層の材料）
発光層６（ホスト材料）上記式（１）で表されるＢｅｂｑ２
発光層６（ゲスト材料）上記式（６５−２）で表されるＩｒ（ｐｉｑ）３
正孔輸送層７：下記式（５）で表されるα−ＮＰＤ
正孔注入層８：下記式（６）で表されるＨＡＴ−ＣＮ
陽極９：Ａｌ
【０１０６】
【化１２】
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【０１０７】
【化１３】
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【０１０８】
［５］次に、さらにＢｅｂｑ２からなるホスト材料とＩｒ（ｐｉｑ）３からなるゲスト材料とを共蒸着し、厚み２５ｎｍの発光層６を成膜した。ゲスト材料の含有量は、発光層６全体に対して６質量％となるようにした。
次に、発光層６までの各層を形成した基板１上に、α−ＮＰＤを蒸着し、厚み４０ｎｍの正孔輸送層７を成膜した。
次に、正孔輸送層７までの各層を形成した基板１上に、ＨＡＴ−ＣＮを蒸着し、厚み１０ｎｍの正孔注入層８を成膜した。
次に、正孔注入層８までの各層を形成した基板１上に、Ａｌを膜厚１００ｎｍになるように蒸着し、陽極９を形成した。
【０１０９】
以上の工程により、実施例１の逆構造の有機ＥＬ素子１０を得た。
なお、陽極９を蒸着する時、ステンレス製の蒸着マスクを用いて蒸着面が幅３ｍｍの帯状になるようにした。このことにより、有機ＥＬ素子１０の発光面積を９ｍｍ２とした。
【０１１０】
「比較例１」
発光層６のホスト材料として、下記式（７）で示されるＴＰＢｉ（２，２‘，２“−（１，３，５−Ｂｅｎｚｉｎｅｔｒｉｙｌ）−ｔｒｉｓ（１−ｐｈｅｎｙｌ−１−ｈ−ｂｅｎｚｉｍｉｄａｚｏｌｅ））を用いたこと以外は、実施例１と同様にして、比較例１の逆構造の有機ＥＬ素子１０を得た。
ＴＰＢｉは、電子輸送性の材料であり、非特許文献２に記載されているように、膜の成長方向に対して正の配向分極を形成する材料である。
【０１１１】
【化１４】
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【０１１２】
（有機ＥＬ素子の発光特性測定）
実施例１および比較例１の有機ＥＬ素子を窒素雰囲気下で封止し、０Ｖ〜１０Ｖまでの直流電圧を印加した時の電圧と輝度との関係、電流密度と外部量子効率との関係、電流密度と電圧との関係を調べた。
ケースレー社製の「２４００型ソースメーター」により、各有機ＥＬ素子への電圧印加と、電流測定を行った。また、コニカミノルタ社製の「ＬＳ−１００」により、発光輝度を測定した。その結果を図５〜図７に示す。
【０１１３】
図５は、実施例１および比較例１の有機ＥＬ素子における電圧と輝度との関係を示したグラフである。図６は、実施例１および比較例１の有機ＥＬ素子における電流密度と外部量子効率との関係を示したグラフである。図７は、実施例１および比較例１の有機ＥＬ素子における電圧と電流密度との関係を示したグラフである。
図５〜図７に示すように、ホスト材料としてＢｅｂｑ２を用いた実施例１の有機ＥＬ素子は、ホスト材料としてＴＰＢｉを用いた比較例１の有機ＥＬ素子と比較して、外部量子効率が高く、電圧が同じである場合に高い輝度および電流値が得られている。
【０１１４】
（有機ＥＬ素子の寿命測定）
実施例１および比較例１の有機ＥＬ素子を、初期輝度を１０００ｃｄ／ｍ２として連続駆動し、初期輝度に達した時点からの経過時間に対する輝度の変化を測定した。輝度の変化は、初期輝度（１０００ｃｄ／ｍ２）を１として評価した。その結果を図８に示す。
【０１１５】
図８は、実施例１および比較例１の有機ＥＬ素子における初期輝度を１としたときの輝度と、初期輝度に達した時点からの経過時間との関係を示したグラフである。
図８に示すように、ホスト材料としてＢｅｂｑ２を用いた実施例１の有機ＥＬ素子は、ホスト材料としてＴＰＢｉを用いた比較例１の有機ＥＬ素子と比較して、初期輝度からの輝度の低下が少なく、長寿命である。
【０１１６】
図５〜図８に示す結果は、発光層が、膜の成長方向に対して負の配向分極を形成する材料（Ｂｅｂｑ２）を含むことにより、陰極の発光層側の界面に発光層とは反対の−δの分極が形成されて、陰極の発光層側の界面の仕事関数が下がり、電子の移動が促進されためであると推定される。
【符号の説明】
【０１１７】
１…基板、２…陰極、３…電子注入層、４…バッファ層、５…電子輸送層、６…発光層、７…正孔輸送層、８…正孔注入層、９…陽極、１０、１１…有機ＥＬ素子。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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