(57)【要約】【課題】耐久特性が改善され、発光バランスに優れる白色有機ＥＬ素子を提供する。【解決手段】少なくとも陽極２、第一発光層４ａ、中間層５、第二発光層４ｂ、陰極７をこの順に備え、中間層５が第一発光層４ａ及び第二発光層４ｂに隣接する白色有機ＥＬ素子において、第一発光層４ａ及び第二発光層４ｂが電子トラップ性であり、中間層５を構成する材料は、ＨＯＭＯ準位が第一発光層４ａのホストのＨＯＭＯ準位以下であり、炭化水素のみからなるＳ１準位が高い化合物である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも、陽極と、第一発光層と、中間層と、第二発光層と、陰極とをこの順に備え、前記中間層は、前記第一発光層と前記第二発光層との間に配置されている有機ＥＬ素子であって、
前記第一発光層は、第一ホストと第一ドーパントとを含有し、
前記第二発光層は、第二ホストと第二ドーパントとを含有し、
前記中間層は、芳香族炭化水素化合物を含有し、
前記第一ホストと前記第一ドーパントとの間で、下記（ａ）の関係が成り立ち、
前記第二ホストと前記第二ドーパントとの間で、下記（ｂ）の関係が成り立ち、
前記中間層材料と前記第一ホストとの間で、下記（ｃ）の関係が成り立つことを特徴とする有機ＥＬ素子。
（ａ）ＬＵＭＯ（Ｈ１）＞ＬＵＭＯ（Ｄ１）
（ｂ）ＬＵＭＯ（Ｈ２）＞ＬＵＭＯ（Ｄ２）
（ｃ）ＨＯＭＯ（Ｈ１）≧ＨＯＭＯ（ＩＬ）
〔上記（ａ）乃至（ｃ）において、ＬＵＭＯ（Ｈ１）、ＬＵＭＯ（Ｄ１）、ＬＵＭＯ（Ｈ２）、ＬＵＭＯ（Ｄ２）は、それぞれ、第一ホスト、第一ドーパント、第二ホスト、第二ドーパントのそれぞれのＬＵＭＯのエネルギー準位を表し、ＨＯＭＯ（Ｈ１）、ＨＯＭＯ（ＩＬ）は、それぞれ、第一ホスト、中間層材料のＨＯＭＯのエネルギー準位を表す。〕
【請求項２】
前記中間層の最低励起一重項のエネルギー準位が、２．５８ｅＶ以上であることを特徴とする請求項１に記載の有機ＥＬ素子。
【請求項３】
前記芳香族炭化水素化合物は、ベンゼン、ナフタレン、フルオレン、ベンゾフルオレン、フェナントレン、アントラセン、クリセン、トリフェニレン、ピレン、フルオランテン、ベンゾフルオランテンから選ばれる一種以上の芳香族炭化水素が結合することで分子構造が構成される化合物であることを特徴とする請求項１又は２に記載の有機ＥＬ素子。
【請求項４】
前記第一ホスト及び前記第二ホストは炭化水素であることを特徴とする請求項１又は２に記載の有機ＥＬ素子。
【請求項５】
前記第一ドーパント及び前記第二ドーパントが、蛍光を発光するドーパント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ＥＬ素子。
【請求項６】
前記第一ドーパント及び前記第二ドーパントはフルオランテン骨格を有し、置換アミノ基を有しない化合物であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の有機ＥＬ素子。
【請求項７】
前記第二発光層と前記陰極との間に、前記第二発光層に隣接して第三発光層を有し、
前記第三発光層は、第三ホストと蛍光発光する第三ドーパントとを含有し、
前記第三ホストと前記第三ドーパントとの間で、下記（ｄ）の関係が成り立つことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の有機ＥＬ素子。
（ｄ）ＬＵＭＯ（Ｈ３）＞ＬＵＭＯ（Ｄ３）
〔上記（ｄ）において、ＬＵＭＯ（Ｈ３）、ＬＵＭＯ（Ｄ３）は、それぞれ、第三ホスト、第三ドーパントのＬＵＭＯのエネルギー準位を表す。〕
【請求項８】
前記第一ドーパントは赤発光、前記第二ドーパント、前記第三ドーパントは一方が青発光で他方が緑発光であることを特徴とする請求項７に記載の有機ＥＬ素子。
【請求項９】
前記陽極と前記第一発光層との間に、前記第一発光層に隣接して第三発光層を有し、
前記第三発光層は、第三ホストと蛍光発光する第三ドーパントを含有し、
前記第三ホストと前記第三ドーパントとの間で、下記（ｄ）の関係が成り立つことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の有機ＥＬ素子。
（ｄ）ＬＵＭＯ（Ｈ３）＞ＬＵＭＯ（Ｄ３）
〔上記（ｄ）において、ＬＵＭＯ（Ｈ３）、ＬＵＭＯ（Ｄ３）は、それぞれ、第三ホスト、第三ドーパントのＬＵＭＯのエネルギー準位を表す。〕
【請求項１０】
前記第一ドーパントは緑発光、前記第二ドーパントは青発光、前記第三ドーパントは赤発光であることを特徴とする請求項９に記載の有機ＥＬ素子。
【請求項１１】
前記第一発光層は、蛍光発光する第三ドーパントを含有し、
前記第一ホストと前記第三ドーパントとの間で、下記（ｅ）の関係が成り立つことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の有機ＥＬ素子。
（ｅ）ＬＵＭＯ（Ｈ１）＞ＬＵＭＯ（Ｄ３）
〔上記（ｅ）において、ＬＵＭＯ（Ｄ３）は、第三ドーパントのＬＵＭＯのエネルギー準位を表す。〕
【請求項１２】
前記第二ドーパントは青発光、前記第一ドーパント及び前記第三ドーパントの一方は赤発光で他方が緑発光であることを特徴とする請求項１１に記載の有機ＥＬ素子。
【請求項１３】
前記第三ホストは、炭化水素であることを特徴とする請求項７乃至１２のいずれか一項に記載の有機ＥＬ素子。
【請求項１４】
前記第三ドーパントは、フルオランテン骨格を有し、置換アミノ基を有しない化合物であることを特徴とする請求項７乃至１３のいずれか一項に記載の有機ＥＬ素子。
【請求項１５】
前記第一ホストと前記第一ドーパントとの間で、下記（ｆ）の関係が成り立つことを特徴とする請求項１乃至１４のいずれか一項に記載の有機ＥＬ素子。
（ｆ）ＨＯＭＯ（Ｈ１）＜ＨＯＭＯ（Ｄ１）
〔上記（ｆ）において、ＨＯＭＯ（Ｈ１）、ＨＯＭＯ（Ｄ１）は、それぞれ、第一ホスト、第一ドーパントのＨＯＭＯのエネルギー準位を表す。〕
【請求項１６】
前記第二ホストと前記第二ドーパントとの間で、下記（ｇ）の関係が成り立つことを特徴とする請求項１乃至１５のいずれか一項に記載の有機ＥＬ素子。
（ｇ）ＨＯＭＯ（Ｈ２）＞ＨＯＭＯ（Ｄ２）
〔上記（ｇ）において、ＨＯＭＯ（Ｈ２）、ＨＯＭＯ（Ｄ２）は、それぞれ、第二ホスト、第二ドーパントのＨＯＭＯのエネルギー準位を表す。〕
【請求項１７】
前記第一ホストと前記第一ドーパントとの間で、下記（ｈ）の関係が成り立つことを特徴とする請求項１乃至１６のいずれか一項に記載の有機ＥＬ素子。
（ｈ）ＬＵＭＯ（Ｈ１）−ＬＵＭＯ（Ｄ１）＞ＨＯＭＯ（Ｄ１）−ＨＯＭＯ（Ｈ１）
〔上記（ｈ）において、ＨＯＭＯ（Ｄ１）は、第一ドーパントのＨＯＭＯのエネルギー準位を表す。〕
【請求項１８】
複数の画素を有する表示装置であって、前記画素は、請求項１乃至１７のいずれか一項に記載の有機ＥＬ素子と、前記有機ＥＬ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１９】
フレキシブル基板と、前記フレキシブル基板の上に配置されている表示部とを有する折り曲げ可能な表示装置であって、前記表示部は、請求項１乃至１７のいずれか一項に記載の有機ＥＬ素子と、前記有機ＥＬ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２０】
複数のレンズを有する光学部と、前記光学部を通過した光を受光する撮像素子と、画像を表示する表示部と、を有する撮像装置であって、前記表示部は、前記撮像素子が撮像した画像を表示する表示部であり、前記表示部は請求項１乃至１７のいずれか一項に記載の有機ＥＬ素子を有することを特徴とする撮像装置。
【請求項２１】
表示部と、通信部とを有する通信機器であって、前記表示部は、請求項１乃至１７のいずれか一項に記載の有機ＥＬ素子を有することを特徴とする通信機器。
【請求項２２】
光源と、光拡散部と、を有する照明装置であって、前記光源は、請求項１乃至１７のいずれか一項に記載の有機ＥＬ素子を有することを特徴とする照明装置。
【請求項２３】
光源を有する照明装置であって、前記光源の光出射側に光学フィルムを有し、前記光源が請求項１乃至１７のいずれか一項に記載の有機ＥＬ素子を有することを特徴とする照明装置。
【請求項２４】
請求項１乃至１７のいずれか一項に記載の有機ＥＬ素子と、前記有機ＥＬ素子を保護する保護部材とを有することを特徴とする灯具。
【請求項２５】
機体と、前記機体に設けられた灯具とを有する移動体であって、前記灯具は、請求項１乃至１７のいずれか一項に記載の有機ＥＬ素子を有することを特徴とする移動体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一対の電極間に挟まれた、発光層を含む有機ＥＬ（エレクトロルミネセンス）層に通電することにより光を放出する有機ＥＬ素子及び該有機ＥＬ素子を用いた各種装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、有機ＥＬ素子を用いたフルカラー発光アレイの研究開発が精力的に進められている。フルカラー発光アレイを作製する場合、発光層を画素（素子）ごとに塗り分ける方式と、発光層が白発光の有機ＥＬ素子を用い、カラーフィルタを画素ごとに塗り分ける方式とがある。有機ＥＬ素子に関しては、二種類以上の発光材料を用いることが多い。
特許文献１には、複数の発光層を積層し、２つの発光層間に電荷障壁層を備え、発光効率の向上を図った有機ＥＬ素子が開示されている。
特許文献２には、３つの発光層を積層し、各発光層間に発光層のホストと同一材料からなる中間層を備えることで、３つの発光層を発光させ、発光バランスの向上を図った有機ＥＬ素子が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２０１０／１３４３５０号パンフレット
【特許文献２】特開２０１１−１５１０１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に開示されている有機ＥＬ素子は、耐久特性が十分ではなかった。特許文献１の有機ＥＬ素子は、２つの発光層間に備えられる電荷障壁層（中間層）のＨＯＭＯ（最高被占軌道）のエネルギー準位（ＨＯＭＯ準位）が、周囲の発光層のホストよりも大きい。つまり、換言すると、中間層のＨＯＭＯ準位が隣り合う発光層のＨＯＭＯ準位よりも真空準位に近い素子構成になっている。従って、２つの発光層間に挟まれる中間層に正孔が蓄積されるので、蓄積された電荷による励起子のクエンチや、電荷たまりによる材料劣化が起こり得る。
また、特許文献２にて開示されている有機ＥＬ素子は、赤・緑・青の発光バランスが十分ではなかった。特許文献２の有機ＥＬ素子では、３つの発光層間に備えられる２つの中間層（第一中間層、第二中間層）のうち、赤発光層に隣接する第一中間層材料は、赤発光層を形成するホストと同一材料である素子構成になっている。従って、第一中間層を挟んで赤発光層とは反対側に位置する緑又は青発光層からのエネルギー移動が、第一中間層を介して赤発光層へと起こりやすく、エネルギー移動に伴う発光バランスの変化や発光効率の低下が起こりうる。
さらに、中間層も材料の構造によっては、素子の効率低下や素子劣化を引き起こすと考えられる。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、耐久特性が改善され、発光バランスに優れる有機ＥＬ素子、及び該有機ＥＬ素子を用いた各種装置を提供するものである。
【０００６】
本発明の第一は、少なくとも、陽極と、第一発光層と、中間層と、第二発光層と、陰極とをこの順に備え、前記中間層は、前記第一発光層と前記第二発光層に隣接する有機ＥＬ素子であって、
前記第一発光層は、第一ホストと第一ドーパントとを含有し、
前記第二発光層は、第二ホストと第二ドーパントとを含有し、
前記中間層は、芳香族炭化水素化合物を含有し、
前記第一ホストと前記第一ドーパントとの間で、下記（ａ）の関係が成り立ち、
前記第二ホストと前記第二ドーパントとの間で、下記（ｂ）の関係が成り立ち、
前記中間層材料と前記第一ホストとの間で、下記（ｃ）の関係が成り立つことを特徴とする。
（ａ）ＬＵＭＯ（Ｈ１）＞ＬＵＭＯ（Ｄ１）
（ｂ）ＬＵＭＯ（Ｈ２）＞ＬＵＭＯ（Ｄ２）
（ｃ）ＨＯＭＯ（Ｈ１）≧ＨＯＭＯ（ＩＬ）
〔上記（ａ）乃至（ｃ）において、ＬＵＭＯ（Ｈ１）、ＬＵＭＯ（Ｄ１）、ＬＵＭＯ（Ｈ２）、ＬＵＭＯ（Ｄ２）は、それぞれ、第一ホスト、第一ドーパント、第二ホスト、第二ドーパントのそれぞれのＬＵＭＯのエネルギー準位を表し、ＨＯＭＯ（Ｈ１）、ＨＯＭＯ（ＩＬ）は、それぞれ、第一ホスト、中間層材料のＨＯＭＯのエネルギー準位を表す。〕本発明の第二は、複数の画素を有する表示装置であって、前記画素は、上記本発明の有機ＥＬ素子と、前記有機ＥＬ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。
本発明の第三は、フレキシブル基板と、前記フレキシブル基板の上に配置されている表示部とを有する折り曲げ可能な表示装置であって、前記表示部は、上記本発明の有機ＥＬ素子と、前記有機ＥＬ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。
本発明の第四は、複数のレンズを有する光学部と、前記光学部を通過した光を受光する撮像素子と、画像を表示する表示部と、を有する撮像装置であって、前記表示部は、前記撮像素子が撮像した画像を表示する表示部であり、前記表示部は上記本発明の有機ＥＬ素子を有することを特徴とする。
本発明の第五は、表示部と、通信部とを有する通信機器であって、前記表示部は、上記本発明の有機ＥＬ素子を有することを特徴とする。
本発明の第六は、光源と、光拡散部と、を有する照明装置であって、前記光源は、上記本発明の有機ＥＬ素子を有することを特徴とする。
本発明の第七は、光源を有する照明装置であって、前記光源の光出射側に光学フィルムを有し、前記光源が上記本発明の有機ＥＬ素子を有することを特徴とする。
本発明の第八は、上記本発明の有機ＥＬ素子と、前記有機ＥＬ素子を保護する保護部材とを有することを特徴とする灯具である。
本発明の第九は、機体と、前記機体に設けられた灯具とを有する移動体であって、前記灯具は、上記本発明の有機ＥＬ素子を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、耐久特性が改善され、発光バランスの良い有機ＥＬ素子を提供することができる。よって、係る有機ＥＬ素子を用いて、求められる特性に優れた、表示装置、撮像装置、通信機器、照明装置、灯具、移動体が提供される。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の有機ＥＬ素子における実施形態の構成を模式的に示す断面模式図である。
【図２】本発明の有機ＥＬ素子を構成する各層のエネルギー準位を模式的に表したエネルギーダイアグラムである。
【図３】本発明の有機ＥＬ素子を用いた表示装置の一例の概略断面図である。
【図４】本発明の有機ＥＬ素子を用いた表示装置の他の例の構成を模式的に示す分解斜視図である。
【図５】本発明の有機ＥＬ素子を用いた撮像装置の一例を表す背面模式図である。
【図６】本発明の有機ＥＬ素子を用いた携帯通信機器の一例を模式的に表す斜視図である。
【図７】本発明の有機ＥＬ素子を用いた表示装置の他の例を表す正面模式図である。
【図８】本発明の有機ＥＬ素子を用いた照明装置の一例の構成を表す分解斜視図である。
【図９】本発明の有機ＥＬ素子を灯具に用いた自動車の一例を表す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明の有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）素子は、少なくとも、陽極と、第一発光層と、中間層と、第二発光層と、陰極とをこの順に備え、中間層は、第一発光層と第二発光層の間に配置されている。そして、陽極側の第一発光層は、第一ホストと第一ドーパントとを含有し、陰極側の第二発光層は、第二ホストと第二ドーパントとを有し、中間層は、構成材料として（以下、「中間層材料」と記す）芳香族炭化水素化合物を含有している。
【００１０】
ここで、それぞれの発光層において、ホストのＬＵＭＯ（最低空軌道）のエネルギー準位（以下、「ＬＵＭＯ準位」と記す）が、ドーパントのＬＵＭＯのエネルギー準位よりも大きい（真空準位に近い）。さらに、中間層材料のＨＯＭＯ（最高被占軌道）のエネルギー準位（以下、「ＨＯＭＯ準位」と記す）が、第一ホスト材料のＨＯＭＯ準位よりも小さい（真空準位から遠い）ことに特徴を有する。以下、図１を用いて、本発明をより詳細に説明する。
【００１１】
図１は、本発明の有機ＥＬ素子の実施形態の構成を模式的に示す図であり、積層方向における断面図である。
図１（ａ）に示される有機ＥＬ素子は、基板１上に、陽極２、正孔輸送層３、第一発光層４ａ、中間層５、第二発光層４ｂ、第三発光層４ｃ、電子輸送層６、陰極７がこの順に積層されている。前記第一発光層４ａと第二発光層４ｂと第三発光層４ｃは、異なる発光色のドーパントをそれぞれ含有する。
図１（ｂ）に示される有機ＥＬ素子は、基板１上に、陽極２、正孔輸送層３、第三発光層４ｃ、第一発光層４ａ、中間層５、第二発光層４ｂ、電子輸送層６、陰極７がこの順に積層されている。前記第一発光層４ａと第二発光層４ｂと第三発光層４ｃは、異なる発光色のドーパントをそれぞれ含有する。
図１（ｃ）に示される有機ＥＬ素子は、基板１上に、陽極２、正孔輸送層３、第一発光層４ａ、中間層５、第二発光層４ｂ、電子輸送層６、陰極７がこの順に積層されている。前記第一発光層４ａには異なる発光色のドーパントが２種類含まれ、第二発光層４ｂは、第一発光層４ａに含まれるドーパントとは異なる発光色のドーパントを含有する。
図１（ａ）乃至（ｃ）に示される発光層４ａ，４ｂ，４ｃはいずれも蛍光発光層である。発光層４ａ，４ｂ，４ｃはそれぞれ何色を発する発光層であってもよい。例えば、全て同じ色を発する発光であってもよいし、それぞれ異なる色を発光してもよい。また、発光層全体として白色を発するものであってよい。それぞれ異なる色を発光する場合は、赤、緑、青の発光層により、白色を発する構成であってよい。
【００１２】
尚、本発明において、発光層とは、陽極２及び陰極７間に設けられる有機化合物層のうち発光機能を有する層をいう。また発光層に含まれるホストは、各発光層に含まれる材料のうち主成分となる材料をいう。より具体的には、ホストとは発光層に含まれる材料のうち発光層内の含有率が５０質量％を超える材料をいう。一方、ドーパントとは、発光層に含まれる材料のうち、主成分とはならない材料のことである。より具体的には、ドーパントは、発光層に含まれる材料のうち、発光層内の含有率が５０質量％未満である材料をいう。発光層中のドーパントの濃度は、好ましくは０．１質量％以上２０質量％以下であり、さらには、濃度消光を抑制するために１０質量％以下であることが望ましい。
【００１３】
さらに、図１の各素子において、陽極２と正孔輸送層３との間に正孔注入層を、正孔輸送層３と発光層との間に電子ブロック層を備えていてもよい。また、発光層と電子輸送層６との間に正孔ブロック層を、電子輸送層６と陰極７との間に電子注入層を備えていてもよい。これら正孔注入層、電子ブロック層、正孔ブロック層、電子注入層は本発明において必要に応じて適宜用いられる。
【００１４】
図２は、本発明の有機ＥＬ素子を構成する発光層周辺のエネルギー準位を模式的に表したエネルギーダイアグラムを示す図である。
図２に示されるように、本発明において、第一発光層４ａに含まれる第一ホストと第一ドーパントとの間で下記（ａ）の関係が成り立つ。
（ａ）ＬＵＭＯ（Ｈ１）＞ＬＵＭＯ（Ｄ１）
上記（ａ）において、ＬＵＭＯ（Ｈ１）、ＬＵＭＯ（Ｄ１）はそれぞれ、第一ホスト、第一ドーパントのＬＵＭＯ準位を表す。
【００１５】
一方、第二発光層４ｂに含まれる第二ホストと第二ドーパントとの間で下記（ｂ）の関係が成り立つ。
（ｂ）ＬＵＭＯ（Ｈ２）＞ＬＵＭＯ（Ｄ２）
上記（ｂ）において、ＬＵＭＯ（Ｈ２）、ＬＵＭＯ（Ｄ２）はそれぞれ、第二ホスト、第二ドーパントのＬＵＭＯ準位を表す。
【００１６】
さらに、中間層５を構成する中間層材料と、第一発光層４ａに含まれる第一ホストとの間で下記（ｃ）の関係が成り立つ。
（ｃ）ＨＯＭＯ（Ｈ１）≧ＨＯＭＯ（ＩＬ）
上記（ｃ）において、ＨＯＭＯ（Ｈ１）、ＨＯＭＯ（ＩＬ）はそれぞれ第一ホスト、中間層材料のＨＯＭＯ準位を表す。
【００１７】
尚、ＨＯＭＯ準位及びＬＵＭＯ準位は真空準位を基準とし、通常の分子の場合、負の値を取る。よって、ＨＯＭＯ準位及びＬＵＭＯ準位を各々比較する際に、値の小さいもの（絶対値の大きいもの）は真空準位から遠く、値の大きいもの（絶対値の小さいもの）は真空準位に近くなる。
【００１８】
本発明においては、ＨＯＭＯ準位及びＬＵＭＯ準位は、分子軌道計算法より求めた数値を用いる。尚、分子軌道計算法の計算手法は、現在広く用いられている密度汎関数法（Ｄｅｎｓｉｔｙ  Ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ  Ｔｈｅｏｒｙ，ＤＦＴ）を用いた。汎関数はＢ３ＬＹＰ、基底関数は６−３１Ｇ＊を用いた。尚、分子軌道計算法は、現在広く用いられているＧａｕｓｓｉａｎ０９（Ｇａｕｓｓｉａｎ０９，ＲｅｖｉｓｉｏｎＣ．０１，Ｍ．Ｊ．Ｆｒｉｓｃｈ，Ｇ．Ｗ．Ｔｒｕｃｋｓ，Ｈ．Ｂ．Ｓｃｈｌｅｇｅｌ，Ｇ．Ｅ．Ｓｃｕｓｅｒｉａ，Ｍ．Ａ．Ｒｏｂｂ，Ｊ．Ｒ．Ｃｈｅｅｓｅｍａｎ，Ｇ．Ｓｃａｌｍａｎｉ，Ｖ．Ｂａｒｏｎｅ，Ｂ．Ｍｅｎｎｕｃｃｉ，Ｇ．Ａ．Ｐｅｔｅｒｓｓｏｎ，Ｈ．Ｎａｋａｔｓｕｊｉ，Ｍ．Ｃａｒｉｃａｔｏ，Ｘ．Ｌｉ，Ｈ．Ｐ．Ｈｒａｔｃｈｉａｎ，Ａ．Ｆ．Ｉｚｍａｙｌｏｖ，Ｊ．Ｂｌｏｉｎｏ，Ｇ．Ｚｈｅｎｇ，Ｊ．Ｌ．Ｓｏｎｎｅｎｂｅｒｇ，Ｍ．Ｈａｄａ，Ｍ．Ｅｈａｒａ，Ｋ．Ｔｏｙｏｔａ，Ｒ．Ｆｕｋｕｄａ，Ｊ．Ｈａｓｅｇａｗａ，Ｍ．Ｉｓｈｉｄａ，Ｔ．Ｎａｋａｊｉｍａ，Ｙ．Ｈｏｎｄａ，Ｏ．Ｋｉｔａｏ，Ｈ．Ｎａｋａｉ，Ｔ．Ｖｒｅｖｅｎ，Ｊ．Ａ．Ｍｏｎｔｇｏｍｅｒｙ，Ｊｒ．，Ｊ．Ｅ．Ｐｅｒａｌｔａ，Ｆ．Ｏｇｌｉａｒｏ，Ｍ．Ｂｅａｒｐａｒｋ，Ｊ．Ｊ．Ｈｅｙｄ，Ｅ．Ｂｒｏｔｈｅｒｓ，Ｋ．Ｎ．Ｋｕｄｉｎ，Ｖ．Ｎ．Ｓｔａｒｏｖｅｒｏｖ，Ｔ．Ｋｅｉｔｈ，Ｒ．Ｋｏｂａｙａｓｈｉ，Ｊ．Ｎｏｒｍａｎｄ，Ｋ．Ｒａｇｈａｖａｃｈａｒｉ，Ａ．Ｒｅｎｄｅｌｌ，Ｊ．Ｃ．Ｂｕｒａｎｔ，Ｓ．Ｓ．Ｉｙｅｎｇａｒ，Ｊ．Ｔｏｍａｓｉ，Ｍ．Ｃｏｓｓｉ，Ｎ．Ｒｅｇａ，Ｊ．Ｍ．Ｍｉｌｌａｍ，Ｍ．Ｋｌｅｎｅ，Ｊ．Ｅ．Ｋｎｏｘ，Ｊ．Ｂ．Ｃｒｏｓｓ，Ｖ．Ｂａｋｋｅｎ，Ｃ．Ａｄａｍｏ，Ｊ．Ｊａｒａｍｉｌｌｏ，Ｒ．Ｇｏｍｐｅｒｔｓ，Ｒ．Ｅ．Ｓｔｒａｔｍａｎｎ，Ｏ．Ｙａｚｙｅｖ，Ａ．Ｊ．Ａｕｓｔｉｎ，Ｒ．Ｃａｍｍｉ，Ｃ．Ｐｏｍｅｌｌｉ，Ｊ．Ｗ．Ｏｃｈｔｅｒｓｋｉ，Ｒ．Ｌ．Ｍａｒｔｉｎ，Ｋ．Ｍｏｒｏｋｕｍａ，Ｖ．Ｇ．Ｚａｋｒｚｅｗｓｋｉ，Ｇ．Ａ．Ｖｏｔｈ，Ｐ．Ｓａｌｖａｄｏｒ，Ｊ．Ｊ．Ｄａｎｎｅｎｂｅｒｇ，Ｓ．Ｄａｐｐｒｉｃｈ，Ａ．Ｄ．Ｄａｎｉｅｌｓ，Ｏ．Ｆａｒｋａｓ，Ｊ．Ｂ．Ｆｏｒｅｓｍａｎ，Ｊ．Ｖ．Ｏｒｔｉｚ，Ｊ．Ｃｉｏｓｌｏｗｓｋｉ，ａｎｄ  Ｄ．Ｊ．Ｆｏｘ，Ｇａｕｓｓｉａｎ，Ｉｎｃ．，Ｗａｌｌｉｎｇｆｏｒｄ  ＣＴ，２０１０．）により実施した。
後述する実施例においては、計算値の確からしさを検証するため、分子軌道計算法より求めた計算値と、実測値との比較を行った。
【００１９】
本発明の有機ＥＬ素子は、図１（ａ）乃至（ｃ）及び図２に示されるように、少なくとも二つの蛍光発光層４ａ、４ｂを有し、該発光層４ａ，４ｂ間に中間層５が設けられた素子構成を有している。そして、以下のような特徴を有するため、耐久特性と発光バランスに優れる有機ＥＬ素子となる。
（１）中間層５を挟む２つの発光層４ａ，４ｂが電子トラップ性である。
（２）中間層材料のＨＯＭＯ準位が、陽極２側の第一ホストのＨＯＭＯ準位以下である。
（３）中間層材料が炭化水素である。
（４）中間層材料の最低励起一重項（Ｓ１）のエネルギー準位（以下、「Ｓ１準位」と記す）が高い。
以下、これらの特徴について説明する。
【００２０】
（１）中間層５を挟む２つの発光層４ａ，４ｂが電子トラップ性である。
発光層中の電荷（正孔、電子）は、ホストとドーパントの準位間を行き来しながら、発光層内を移動する。言い換えれば、発光層中の電荷は、ホスト或いはドーパントにトラップされ、又はホスト或いはドーパントにデトラップすることを繰り返しながら、発光層内を移動する。この時に、ホストとドーパント間のＨＯＭＯ準位或いはＬＵＭＯ準位間の差が大きいほど電荷の移動度が低下する。
【００２１】
より具体的には、ホストのＬＵＭＯ準位よりもドーパントのＬＵＭＯ準位が小さい場合、発光層に電子トラップ性が生じ、ドーパントのＬＵＭＯ準位が小さいほど、電子トラップ性が向上する。また、ホストのＨＯＭＯ準位よりも、ドーパントのＨＯＭＯ準位が大きい場合、発光層に正孔トラップ性が生じる。
ここで、本発明においては、上記（ａ）及び（ｂ）の関係が成り立つ。即ち、図１において、中間層５を挟む２つの発光層４ａ、４ｂは電子トラップ性の発光層となり、各発光層４ａ、４ｂの電子移動度が低下する。こうすることで、再結合領域は電子輸送層６側に偏在することになる。
【００２２】
一般に、正孔輸送層材料として用いられるアミン化合物は、非共有電子対（ローンペア）を有するため、電子を放出したラジカルカチオン状態になることに対しては安定であるが、電子を受容したラジカルアニオン状態においては不安定な化合物である。即ち、陰極７から注入された電子が正孔輸送層３に到達すると、電子と正孔輸送層３を形成するアミン化合物とが相互作用し材料劣化を起こすため、発光効率や耐久特性の低下が起こると考えられる。本発明において、中間層５を挟む２つの発光層４ａ，４ｂは電子トラップ性であるため、再結合領域が電子輸送層６側に偏在している。結果として、電子による正孔輸送層３の劣化を防ぐことができ、耐久特性に優れる有機ＥＬ素子となる。
【００２３】
（２）中間層材料のＨＯＭＯ準位が、陽極２側の第一ホストのＨＯＭＯ準位以下である。
複数の発光層が積層した有機ＥＬ素子において、上記（１）のように電子輸送層６側に再結合領域を偏在させた場合、電子輸送層６側の発光層４ｂ、４ｃのみが発光し、白発光を得ることが難しくなることが考えられる。
【００２４】
ここで、本発明において、上記（ｃ）の関係が必要であることを見出した。これにより、第一発光層４ａと中間層５との間に正孔障壁が発生するため、第一発光層４ａに存在する正孔を増加することができ、再結合領域を正孔輸送層３側にも拡大させることができる。結果として、積層した複数の発光層４ａ、４ｂそれぞれを発光させ、白発光を得ることができる。
【００２５】
また、第一発光層４ａに到達した電子は、第一発光層４ａの電子トラップ性により、トラップされた状態にある。そして、第一発光層４ａと中間層５との界面に存在する正孔と速やかに再結合を起こすため、正孔輸送層３に到達する電子を制限することもできる。結果として、上述したような電子による正孔輸送層３の劣化を促進するようなことはない。
【００２６】
上記（ｃ）の関係を満たさない中間層５の場合、つまり、中間層５のＨＯＭＯ準位が、第一ホストのＨＯＭＯ準位よりも大きい場合には、正孔障壁がないために正孔輸送の制限が難しくなり、中間層５や第二発光層４ｂに再結合領域が限定される。これにより、中間層５や第二発光層４ｂに過剰な励起子が閉じ込められる状態になり、クエンチや材料劣化を招く恐れがある。
【００２７】
（３）中間層材料が炭化水素である。
本発明者等は、中間層５を構成する中間層材料は、炭化水素が好ましいことを見出した。本発明において中間層５は、第一発光層４ａと第二発光層４ｂとの電荷の受け渡しやキャリアバランスの調整を担う。特に第二発光層４ｂへ流れ込む正孔を調節するため、第一発光層４ａと中間層５との界面に正孔を蓄積させることが求められる。即ち、過剰なラジカルカチオン発生に耐え得る分子構造であることが必要であり、中間層材料としては、化学的安定性の高い炭化水素が好ましい。一般に、窒素原子や酸素原子、硫黄原子などのヘテロ原子を有する化合物は、非共有電子対を有するため、電子の供与と受容、即ち酸化還元に対して活性である。このため、電子の授受を通して生じる不対電子が不均化反応を起こすなどの相互作用による材料劣化を招く可能性があるため、化学的安定性は低い。一方、炭化水素は非共有電子対を有しておらず、化学的安定性が高いため、中間層材料として好ましい。
【００２８】
（４）中間層材料のＳ１準位が高い。
中間層材料は、キャリアバランスの調整だけでなく、第一発光層４ａと第二発光層４ｂ間のエネルギー移動を抑制する役割を担う。本発明の有機ＥＬ素子は、蛍光発光ドーパントによる発光素子であるため、中間層５としては、Ｓ１準位が十分に高い化合物であることが好ましい。具体的には、Ｓ１準位は２．５８ｅＶ以上であることが好ましい。青色領域である、４３０ｎｍ以上４８０ｎｍ以下の波長のエネルギー移動を抑制するためには、２．５８ｅＶ以上のＳ１準位であることが好ましく、より好ましくは２．８８ｅＶ以上、望ましくは３．００ｅＶ以上である。Ｓ１準位の高い材料としては、芳香族炭化水素化合物である。具体的には、ベンゼン、ナフタレン、フルオレン、ベンゾフルオレン、フェナントレン、アントラセン、クリセン、トリフェニレン、ピレン、フルオランテン、ベンゾフルオランテンから選ばれる一種以上の芳香族炭化水素が結合することで分子構造が構成される化合物である。尚、ここでいうＳ１準位は、上述した分子軌道計算により算出した数値である。
【００２９】
中間層５が、緑色領域である、５００ｎｍ以上５７０ｎｍ以下の波長のエネルギー移動を抑制する場合には、Ｓ１準位は、２．１８ｅＶ以上であることが好ましく、より好ましくは２．４８ｅＶ以上、望ましくは２．５０ｅＶ以上である。また、赤色領域である、５８０ｎｍ以上６８０ｎｍ以下の波長のエネルギー移動を抑制する場合には、Ｓ１準位は、２．１４ｅＶ以上であることが好ましく、より好ましくは１．８２ｅＶ以上、望ましくは１．８０ｅＶ以上である。
【００３０】
さらに、ベンゼン環が直線状に縮環したアセン化合物は、中央ベンゼン環に電子密度の高い置換位置があるため、酸化されやすく、芳香族炭化水素の中では化学的安定性が低い。よって、アセン化合物であるアントラセンを除いた、ベンゼン、ナフタレン、ベンゾフルオレン、フルオレン、フェナントレン、クリセン、トリフェニレン、ピレン、フルオランテン、ベンゾフルオランテンが特に好ましい。
【００３１】
さらに、ベンゼン及びナフタレンのみから構成される場合、バンドギャップが大きくなり、第一発光層４ａと第二発光層４ｂとの間に、電子及び正孔の注入障壁となる不要に過剰な障壁が生まれてしまう。これにより、キャリアバランスの調整がしにくくなることや、電荷溜りによる局所的な電界集中による材料劣化を招く恐れがある。よって、中間層材料のＳ１準位は、３．３ｅＶ以下であることが好ましく、より好ましくは３．２ｅＶ以下である。具体的には、中間層材料は、フルオレン、ベンゾフルオレン、フェナントレン、クリセン、トリフェニレン、ピレン、フルオランテン、ベンゾフルオランテンの少なくともいずれかを分子構造の一部に有している化合物が望ましい。また、過剰な正孔障壁を生み出さない観点から、第一発光層のホスト材料とのＨＯＭＯ準位の差異は、分子軌道計算で、０．５ｅＶ以内が好ましい。さらに、望ましくは０．３ｅＶ以内が好ましい。
【００３２】
複数の発光層を積層した有機ＥＬ素子の場合、単層の発光層を備えた単色の有機ＥＬ素子とは異なり、複数の発光層間の関係についても考慮しないと、良好な白色を実現することはできない。特に、上記の特徴（１）乃至（４）を満たす時、つまり、中間層５を挟む２つの発光層４ａ，４ｂが電子トラップ性であり、且つ、中間層材料のＨＯＭＯ準位が、陽極２側の第一ホストのＨＯＭＯ準位以下であり、その中間層材料が炭化水素であり、Ｓ１準位が高い場合、耐久特性と発光バランスに優れる有機ＥＬ素子を得ることができる。
【００３３】
さらに、以下のような条件を満たす素子構成となる場合、上記の特徴（１）乃至（４）の効果が高まるため、好ましい。
（５）第三発光層４ｃを有する場合、第三発光層４ｃも電子トラップ性であり、第三発光層４ｃを有さない場合、第三ドーパント（蛍光発光）は第一発光層４ａに含まれ、第一ホストと電子トラップの関係にある。
（６）第一発光層４ａが正孔トラップ性を有する。
（７）第二発光層４ｂの第二ドーパントのＨＯＭＯ準位が、第二ホストのＨＯＭＯ準位よりも小さい。
（８）各発光層４ａ，４ｂ，４ｃの電子トラップ性が、正孔トラップ性よりも大きい。
（９）第二発光層４ｂが青発光層である。
（１０）各ホスト材料が、炭化水素である。
（１１）各ドーパントが、フルオランテン骨格を有する。
以下、これらについて説明する。
【００３４】
（５）第三発光層４ｃを有する場合、第三発光層４ｃも電子トラップ性であり、第三発光層４ｃを有さない場合、第三ドーパントは第一発光層４ａに含まれ、第一ホストと電子トラップの関係にある。
図１に示した発光層４ａ、４ｂ、４ｃは、それぞれ少なくともホストとドーパントで構成されている。即ち、第一発光層４ａには、第一ホストと第一ドーパントが含まれており、第二発光層４ｂには、第二ホストと第二ドーパントが含まれている。図１（ａ）及び（ｂ）に示すように、第三発光層４ｃを有する場合は、第三発光層４ｃに第三ホストと第三ドーパントが含まれている。図１（ｃ）に示すように、第三発光層４ｃを有さない場合には、第一発光層４ａに第一ドーパントに加えて第三ドーパントが含まれている。
【００３５】
図１（ａ）のように、第二発光層４ｂと陰極７との間に、第二発光層４ｂに隣接する第三発光層４ｃを備える場合や、図１（ｂ）のように、第一発光層４ａと陽極２との間に、第一発光層４ａに隣接する第三発光層４ｃを備える場合には、第三ホストと第三ドーパントとの間で下記（ｄ）の関係が成り立つことが好ましい。
（ｄ）ＬＵＭＯ（Ｈ３）＞ＬＵＭＯ（Ｄ３）
上記（ｄ）において、ＬＵＭＯ（Ｈ３）、ＬＵＭＯ（Ｄ３）はそれぞれ、第三ホスト、第三ドーパントのＬＵＭＯ準位を表す。上記（ｄ）の関係を有することで、第三発光層４ｃは電子トラップ性となる。
【００３６】
図１（ａ）の場合、電子トラップ性発光層を電子輸送層６側にさらに設けることで、再結合領域が電子輸送層６側に偏在し、耐久特性が向上させることができる。また、図１（ｂ）のように、電子トラップ性発光層を正孔輸送層３側にさらに設けることで、正孔輸送層３に到達する電子を抑制することができ、耐久特性を向上させることができる。
【００３７】
また、図１（ｃ）のように、第三発光層４ｃを有さない場合には、第一発光層４ａがさらに第三ドーパントを有し、第一ホストと第三ドーパントとの間で下記（ｅ）の関係が成り立つことが好ましい。
（ｅ）ＬＵＭＯ（Ｈ１）＞ＬＵＭＯ（Ｄ３）
上記（ｅ）において、ＬＵＭＯ（Ｄ３）は、第三ドーパントのＬＵＭＯ準位を表す。上記（ｅ）の関係を有することで、第一発光層４ａの電子トラップ性を高めることができ、正孔輸送層３に到達する電子を抑制することができ、耐久特性を向上させることができる。
【００３８】
（６）第一発光層４ａが正孔トラップ性を有する。
さらに、第一発光層４ａにおいて、第一ホストと第一ドーパントとの間で下記（ｆ）の関係が成り立つことが好ましい。
（ｆ）ＨＯＭＯ（Ｈ１）＜ＨＯＭＯ（Ｄ１）
上記（ｆ）において、ＨＯＭＯ（Ｈ１）、ＨＯＭＯ（Ｄ１）はそれぞれ、第一ホスト、第一ドーパントのＨＯＭＯ準位を表す。上記（ｆ）の関係を有することにより、第一発光層４ａが正孔トラップ性を有するため、中間層５の注入障壁だけで調整していた第二発光層４ｂへ流れ込む正孔量のバランスをより調節しやすくなる。これにより、再結合領域を正孔輸送層３側にも拡大させて、バランスの良い白発光を実現しやすくなる。即ち、第一発光層４ａの正孔トラップ性と中間層５による正孔注入障壁により、第二発光層４ｂへ輸送する正孔量を調整することで白発光しやすいキャリアバランスを実現させることができる。
【００３９】
（７）第二発光層４ｂの第二ドーパントのＨＯＭＯ準位が、第二ホストのＨＯＭＯ準位よりも小さい。
さらに、第二発光層４ｂにおいて、第二ホストと第二ドーパントとの間で下記（ｇ）の関係が成り立つことが好ましい。
（ｇ）ＨＯＭＯ（Ｈ２）＞ＨＯＭＯ（Ｄ２）
上記（ｇ）において、ＨＯＭＯ（Ｈ２）、ＨＯＭＯ（Ｄ２）はそれぞれ、第二ホスト、第二ドーパントのＨＯＭＯ準位を表す。上記（ｇ）の関係を有することにより、第二発光層４ｂにおける正孔トラップ性を抑制することができる。その結果、再結合領域を電子輸送層６側に偏在させる効果を高めることができる。例えば、（ｇ）の関係により、図１（ａ）のように、電子輸送６側に第三発光層４ｃを有する積層構成の場合、第二発光層４ｂにおける正孔トラップ性が低いため、第三発光層４ｃへの正孔輸送を促進させる。よって、再結合領域を電子輸送層６側に偏在させる効果を高めることができる。また、（ｇ）の関係にある時、第二発光層４ｂにおける電子トラップ性を相対的に向上させることができる。
【００４０】
（８）各発光層４ａ，４ｂ，４ｃの電子トラップ性が、正孔トラップ性よりも高い。
また、正孔輸送層３の劣化を防ぐことのほかにも、電子トラップ性の発光層であることは耐久特性の改善に効果があることを説明する。
【００４１】
Ｓｃｉｅｎｃｅ，２８３，１９００（１９９９）には、発光層のホストであるトリス（８−キノリラト）アルミニウム（Ａｌｑ３）の劣化の一因が、正孔通電によって生成したラジカルカチオンの不安定性であることが示唆されている。このような発光層におけるラジカルカチオン起因の劣化を抑えるためには、発光層における正孔密度を下げることで、ラジカルカチオンになる確率自体を下げることが好ましい。そして、そのためには、正孔トラップ性を低下させ、電子トラップ性を高め、発光層における電子密度を高くするとよい。
【００４２】
具体的には図２の第一発光層４ａを用いて説明すると、下記（ｈ）の関係が好ましい。（ｈ）ＬＵＭＯ（Ｈ１）−ＬＵＭＯ（Ｄ１）＞ＨＯＭＯ（Ｄ１）−ＨＯＭＯ（Ｈ１）
上記（ｈ）の関係にあることで、第一発光層４ａの正孔トラップ性を低下させ、電子トラップ性を向上させることができる。
【００４３】
さらに、上記（ｇ）及び上記（ｈ）の関係を満たした場合、上記（ｂ）の関係と相俟って、第一発光層４ａの正孔トラップ性をさらに低下させ、相対的に電子トラップ性を高めることができる。結果として、中間層５を挟む各発光層全体の電子密度を高めることで、再結合確率を増やし、結果的に正孔密度を低下させることができる。
【００４４】
（９）第二発光層４ｂが青発光層である。
図１（ａ）の積層構成では、第一発光層４ａに含まれる第一ドーパントは赤発光であることが好ましく、第二発光層４ｂに含まれる第二ドーパント及び第三発光層４ｃに含まれる第三ドーパントの一方が緑発光、他方が青発光であることが好ましい。バンドギャップの狭い赤発光ドーパントを第一発光層４ａに含めることで、第一発光層４ａは上述した正孔トラップ性を発現しやすく、また中間層５との正孔障壁も有しやすい。さらに、本発明では、再結合領域を電子輸送層６側に偏在させる。よって、バンドギャップが広い青発光ドーパント及び緑発光ドーパントにより生じる励起エネルギーが、正孔輸送層３側の赤発光ドーパントへとエネルギー移動可能な積層構成である方が、バランスの良い白発光と優れた耐久特性を実現しやすいからである。
【００４５】
特に、第二発光層４ｂが青発光層であることが好ましい。バンドギャップが広い青発光ドーパントを用いることで、上記（ｂ）及び（ｇ）の関係を満たしやすく、第二発光層４ｂの正孔トラップ性を低下させることができるからである。
【００４６】
さらに、図１（ｂ）の積層構成では、第三発光層４ｃに含まれる第三ドーパントは赤発光、第一発光層４ａに含まれる第一ドーパントは緑発光、第二発光層４ｂに含まれる第二ドーパントは青発光であることが好ましい。バンドギャップの狭い赤発光ドーパントを第三発光層４ｃに含めることで、第三発光層４ｃは電子トラップ性が高い発光層となり、正孔輸送層３に到達する電子を抑制することができ、耐久特性が向上するからである。さらに、本発明では、再結合領域を電子輸送層６側に偏在させる。よって、バンドギャップの広い青発光ドーパントにより生じる励起エネルギーが、正孔輸送層３側の赤発光ドーパント及び緑発光ドーパントへとエネルギー移動可能な積層構成である方が、バランスの良い白発光と優れた耐久特性を実現しやすいからである。
【００４７】
さらに、図１（ｃ）の積層構成の場合、第一発光層４ａに含まれる第一ドーパント及び第三ドーパントは赤発光ドーパント及び緑発光ドーパントであることが好ましく、第二発光層４ｂに含まれる第二ドーパントは青発光ドーパントであることが好ましい。バンドギャップの狭い赤発光ドーパントを第一発光層４ａに含めることで、第一発光層４ａは電子トラップ性が高い発光層となり、正孔輸送層３に到達する電子を抑制することができ、耐久特性が向上するからである。さらに、本発明では、再結合領域を電子輸送層６側に偏在させる。よって、バンドギャップの広い青発光ドーパントの励起エネルギーが、正孔輸送層３側の赤発光ドーパント及び緑発光ドーパントへとエネルギー移動可能な積層構成である方が、バランスの良い白発光と優れた耐久特性を実現しやすい。
【００４８】
また、第一発光層４ａにおいてバンドギャップの異なる赤発光ドーパントと緑発光ドーパントとが混在すると、よりバンドギャップの狭い赤発光ドーパントへのエネルギー移動が起こりやすい。そのため、赤発光ドーパントのドープ濃度は、緑発光ドーパントのドープ濃度に比べて小さくすることが好ましい。好ましくは赤発光ドーパントの濃度は、質量比で緑発光ドーパント濃度の１／５以下、より好ましくは１／１０以下にすることが望ましい。これにより、赤・緑のドーパントの発光強度バランスを整えることができる。
結果として、図１（ａ）乃至（ｃ）の積層構成において、第二発光層４ｂが青発光層であることが、本発明の有機ＥＬ素子にとって好ましい。
【００４９】
尚、本明細書においては、青発光ドーパントとは、発光スペクトルのピーク波長が４３０ｎｍ乃至４８０ｎｍの発光材料をさす。また、緑発光ドーパントとは、発光スペクトルのピーク波長が５００ｎｍ乃至５７０ｎｍの発光材料を、赤発光ドーパント発光とは、発光スペクトルのピーク波長が５８０ｎｍ乃至６８０ｎｍのものをそれぞれさす。
【００５０】
（１０）各ホスト材料が、炭化水素である。
本発明において、発光層４ａ乃至４ｃのホストとして用いられる化合物は特に限定されないが、分子構造内に結合安定性の低い結合を有しない化合物の方が好ましい。分子構造内に結合安定性の低い結合、即ち、結合エネルギーの小さい不安定な結合を有する化合物を、有機ＥＬ素子を構成する発光層にホストとして含ませた場合、素子駆動時に化合物の駆動劣化が起こりやすい。その結果、有機ＥＬ素子の耐久寿命に悪影響を及ぼす可能性が高いからである。
【００５１】
下記に示す［４，４’−ビス（カルバゾール−９−イル）ビフェニル］（ＣＢＰ）を例にとると、結合安定性の低い結合とは、カルバゾール環とフェニレン基をつなぐ結合（窒素−炭素結合）のことである。下記に、ＣＢＰとホストの例示化合物ＥＭ１と、正孔注入輸送材料の例示化合物ＨＴ７の結合エネルギーの計算値の比較を示す。尚、計算手法は、ｂ３−ｌｙｐ／ｄｅｆ２−ＳＶ（Ｐ）を用いて行った。
【００５２】
【化１】
2020013781.tif 000003
【００５３】
上記結果より、本発明の有機ＥＬ素子の発光層４ａ乃至４ｃのホストとしては、炭素−炭素結合から構成される結合安定性の高い炭化水素であることが好ましい。一方で、ホストが炭化水素である場合、ホストのＬＵＭＯ準位は小さくなるため、電子トラップ性の高い発光層を形成するためにはドーパントのＬＵＭＯ準位も小さくなることが求められる。
【００５４】
（１１）各ドーパントが、フルオランテン骨格を有する。
本発明において、発光層４ａ乃至４ｃに含まれるドーパントとして用いられる化合物は特に限定されないが、上記（１０）に挙げた電子トラップ性の観点から、電子求引性の構造であるフルオランテン骨格を有することが好ましい。フルオランテン骨格を有することで、ＬＵＭＯ準位が小さくなり、ホスト材料とのＬＵＭＯ準位の差が大きくなり、電子トラップ性を向上させることができる。さらに電子供与性の置換アミノ基を有さない方が、ＬＵＭＯ準位が小さくなり、電子トラップ性が高くなるため、好ましい。また、結合安定性の観点からも、窒素−炭素結合となる置換アミノ基を有しない化合物であることが好ましい。
【００５５】
以上より、ホストが炭化水素であり、ドーパントがフルオランテン骨格を有し、且つ、置換アミノ基を有しない化合物である場合、電子トラップ性の高い発光層４ａ乃至４ｃを形成することができる。またこの場合、発光層４ａ乃至４ｃを形成する材料自体の安定性が高いため、優れた耐久特性を示す有機ＥＬ素子を得ることができる。
【００５６】
ここで、上記フルオランテン骨格について説明する。フルオランテン骨格とは、フルオランテン及び、フルオランテンにさらに芳香族炭化水素が縮合した縮合多環化合物を指す。具体的には、下記ＦＦ１乃至ＦＦ３０に示すような縮合多環化合物のことである。
【００５７】
【化２】
2020013781.tif 000004
【００５８】
上記ＦＦ１乃至ＦＦ３０のフルオランテン系化合物のうち、電子求引性を向上させ、電子トラップ性を向上させる観点から、フルオランテンが２つ以上縮合した構造を有するドーパントが好ましい。具体的には、ＦＦ７乃至ＦＦ１３、ＦＦ１６乃至ＦＦ２０、ＦＦ２３乃至ＦＦ３０の骨格を有するドーパントを本発明において、好適に用いることができる。
【００５９】
以上より、上記の条件（５）乃至（１０）を満たす時、つまり、第三ドーパントによる電子トラップ性が高まり、各発光層の正孔トラップ性が低く、第二発光層４ｂが青発光層であり、ホストが炭化水素であり、ドーパントがフルオランテン骨格を有する場合、特に耐久特性と発光バランスに優れる有機ＥＬ素子を得ることができる。
【００６０】
以下に本発明に用いられるホストの具体例を示す。但し、これらの化合物はあくまで具体例であり、本発明はこれに限定されるものではない。
【００６１】
【化３】
2020013781.tif 000005
【００６２】
上記ＥＭ１乃至ＥＭ３１のホストのうち、上述した結合安定性の観点から、炭化水素であるＥＭ１乃至ＥＭ２６が好ましい。これらの化合物をホストに用いることで、耐久特性に優れる有機ＥＬ素子を得ることができるからである。
本発明においてホストには、上記した具体例以外にも、カルバゾール誘導体、ジベンゾフラン誘導体、ジベンゾチオフェン誘導体、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等が用いられる。
【００６３】
本発明に用いられる青発光ドーパントは、例えば以下のものを挙げることができる。但し、本発明はこれに限定されるものではない。
【００６４】
【化４】
2020013781.tif 000006
【００６５】
上記ＢＤ１乃至ＢＤ３１の青発光ドーパントのうち、電子トラップ性の観点から、電子供与性の高い置換アミノ基を有しないことが好ましい。さらに、電子求引性の高いシアノ基を有することで、ドーパントのＬＵＭＯ準位を小さくすることができ、発光層の電子トラップ性を高めることができ、好ましい。
青発光ドーパントのドープ濃度としては、それぞれ０．１乃至１０質量％、より好ましくは０．３乃至５質量％が望ましい。濃度が薄すぎると電子トラップ確率が低下して、再結合確率が低下し、青色の発光強度の低下を招き、逆に濃度が濃すぎると濃度消光を起こすため望ましくない。
【００６６】
本発明に用いられる緑発光ドーパントは、例えば以下のものを用いることができる。但し、本発明はこれに限定されるものではない。
【００６７】
【化５】
2020013781.tif 000007
【００６８】
上記ＧＤ１乃至ＧＤ３２の緑発光ドーパントのうち、電子トラップ性の観点から、電子供与性の高い置換アミノ基を有しない化合物が好ましい。
緑発光ドーパントのドープ濃度としては、それぞれ０．１乃至１０質量％、より好ましくは０．３乃至５質量％が望ましい。濃度が薄すぎると電子トラップ確率が低下して、再結合確率が低下し、緑色の発光強度の低下を招き、逆に濃度が濃すぎると濃度消光を起こすため望ましくない。
【００６９】
本発明に用いられる赤発光ドーパントは、例えば以下のものを用いることができる。但し、本発明はこれに限定されるものではない。
【００７０】
【化６】
2020013781.tif 000008
【００７１】
上記ＲＤ１乃至ＲＤ２３の赤発光ドーパントのうち、結合安定性の観点から、炭化水素であることが好ましい。
赤発光ドーパントのドープ濃度としては、それぞれ０．１乃至５質量％、より好ましくは０．１乃至０．５質量％が望ましい。濃度が薄すぎると電子トラップ確率が低下して、再結合確率が低下し、赤色の発光強度の低下を招き、逆に濃度が濃すぎると濃度消光を起こすため望ましくない。
【００７２】
本発明においては、上述した青発光ドーパント、緑発光ドーパント、赤発光ドーパントの他に、縮環化合物（例えばフルオレン誘導体、ナフタレン誘導体、ピレン誘導体、ペリレン誘導体、テトラセン誘導体、アントラセン誘導体、ルブレン等）、キナクリドン誘導体、クマリン誘導体、スチルベン誘導体、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、イリジウム錯体、白金錯体、レニウム錯体、銅錯体、ユーロピウム錯体、ルテニウム錯体、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）誘導体等の高分子誘導体を用いることもできる。
【００７３】
以下に、本発明に用いられる中間層材料の具体例を示す。但し、これらの化合物はあくまで具体例であり、本発明はこれに限定されるものではない。
【００７４】
【化７】
2020013781.tif 000009
【００７５】
本発明の有機ＥＬ素子は、一対の電極と、前記一対の電極の間に配置される有機化合物層（有機ＥＬ層）とを有する有機電界素子であって、有機化合物層は陽極側から第一発光層／中間層／第二発光層からなる積層構成を有することを特徴とする。本発明においては、陽極と第一発光層の間に正孔輸送層を備えても良く、さらに、陽極と正孔輸送層との間に正孔注入層を備えた構成や、正孔輸送層と第一発光層との間に電子ブロッキング層を備えていても良い。また、本発明においては、陰極と第二発光層との間に電子輸送層を備えていても良く、さらに、陰極と電子輸送層との間に電子注入層を備えた構成や、電子輸送層と第二発光層との間に正孔ブロッキング層を備えていても良い。
【００７６】
特に、正孔輸送層と電子ブロッキング層、及び電子輸送層と正孔ブロッキング層を共に有している構成は、正孔と電子の両キャリアを発光層内に閉じ込めることができるので、キャリア漏れがなく発光効率が高い発光素子を得ることができる。
【００７７】
また、電極と有機化合物層界面に絶縁性層を設ける、接着層或いは干渉層を設ける、電子輸送層もしくは正孔輸送層がイオン化ポテンシャルの異なる二層から構成される、発光層が発光材料の異なる二層から構成されるなど多様な層構成をとることができる。
【００７８】
本発明の有機ＥＬ素子は、基板側の電極から光を取り出すいわゆるボトムエミッション方式でも、基板と逆側から光を取り出すいわゆるトップエミッション方式でも良く、両面取り出しの構成でも使用することができる。
【００７９】
上記正孔輸送層や正孔注入層に用いられる正孔注入輸送性材料としては、陽極からの正孔の注入を容易にすることができる材料や、注入された正孔を発光層へ輸送できるように正孔移動度が高い材料が好ましい。また有機ＥＬ素子中において結晶化等の膜質の劣化を抑制するために、ガラス転移点温度が高い材料が好ましい。正孔注入輸送性能を有する低分子及び高分子系材料としては、トリアリールアミン誘導体、アリールカルバゾール誘導体、フェニレンジアミン誘導体、スチルベン誘導体、フタロシアニン誘導体、ポルフィリン誘導体、ポリ（ビニルカルバゾール）、ポリ（チオフェン）、その他導電性高分子が挙げられる。さらに上記の正孔注入輸送性材料は、電子ブロッキング層にも好適に使用される。
【００８０】
以下に、正孔注入輸送性材料として用いられる化合物の具体例を示すが、本発明においては、これらに限定されるものではない。
【００８１】
【化８】
2020013781.tif 000010
【００８２】
上記電子輸送層や電子注入層に用いられる電子輸送性材料としては、陰極から注入された電子を発光層へ輸送することができるものから任意に選ぶことができ、正孔輸送性材料の正孔移動度とのバランス等を考慮して選択される。電子輸送性能を有する材料としては、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、縮環化合物（例えばフルオレン誘導体、ナフタレン誘導体、クリセン誘導体、アントラセン誘導体等）が挙げられる。さらに上記の電子輸送性材料は、正孔ブロッキング層にも好適に使用される。
【００８３】
以下に、電子輸送性材料として用いられる化合物の具体例を示すが、本発明においては、これらに限定されるものではない。
【００８４】
【化９】
2020013781.tif 000011
【００８５】
以下、その他の構成部材について、図１を用いて説明する。
基板１としては、石英、ガラス、シリコンウエハ、樹脂、金属など何を用いてもよい。また、基板１上には、トランジスタなどのスイッチング素子や配線を備え、その上に絶縁層を備えてもよい。絶縁層としては、陽極２と配線の導通を確保するために、コンタクトホールを形成可能で、尚かつ未接続の配線との絶縁を確保できれば、何を用いてもよい。例えば、ポリイミド等の樹脂、酸化シリコン、窒化シリコンなどを用いることができる。尚、ボトムエミッション型の素子の場合には、基板１及び上記絶縁層としては光透過性の材料を用いる。
【００８６】
陽極２の構成材料としては仕事関数がなるべく大きいものが良い。例えば、金、白金、銀、銅、ニッケル、パラジウム、コバルト、セレン、バナジウム、タングステン、等の金属単体やこれらを含む混合物、或いはこれらを組み合わせた合金、酸化錫、酸化亜鉛、酸化インジウム、酸化錫インジウム（ＩＴＯ）、酸化亜鉛インジウム等の金属酸化物が使用できる。またポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン等の導電性ポリマーも使用できる。
これらの電極物質は一種類を単独で使用してもよいし、二種類以上を併用して使用してもよい。また、陽極２は一層で構成されていてもよく、複数の層で構成されていてもよい。
【００８７】
トップエミッション型の素子の場合、陽極２を反射電極として用いるために、例えばクロム、アルミニウム、銀、チタン、タングステン、モリブデン、又はこれらの合金、積層したものなどを用いることができる。また、ボトムエミッション型の素子の場合、陽極２を透明電極として用いるために、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）、酸化インジウム亜鉛などの酸化物透明導電層などを用いることができるが、これらに限定されるものではない。
電極の形成には、フォトリソグラフィ技術を用いることができる。
【００８８】
一方、陰極７の構成材料としては仕事関数の小さなものがよい。例えばリチウム等のアルカリ金属、カルシウム等のアルカリ土類金属、アルミニウム、チタニウム、マンガン、銀、鉛、クロム等の金属単体又はこれらを含む混合物が挙げられる。或いはこれら金属単体を組み合わせた合金も使用することができる。例えばマグネシウム−銀、アルミニウム−リチウム、アルミニウム−マグネシウム、銀−銅、亜鉛−銀等が使用できる。酸化錫インジウム（ＩＴＯ）等の金属酸化物の利用も可能である。これらの電極物質は一種類を単独で使用してもよいし、二種類以上を併用して使用してもよい。また陰極７は一層構成でもよく、多層構成でもよい。
【００８９】
トップエミッション型の素子の場合、陰極７は、ＩＴＯなどの透明酸化物導電層を使用して光透過性とすれば良く、ボトムエミッション型の素子の場合には、陰極７をアルミニウム（Ａｌ）などを用いて反射電極とすれば良い。陰極７の形成方法としては、特に限定されないが、直流及び交流スパッタリング法などを用いると、膜のカバレッジがよく、抵抗を下げやすいためより好ましい。
【００９０】
陰極７形成後に、不図示の封止部材を設けてもよい。例えば、陰極７上に吸湿剤を設けたガラスを接着することで、有機化合物層に対する水等の浸入を抑え、表示不良の発生を抑えることができる。また、陰極７上に窒化ケイ素等のパッシベーション膜を設け、有機化合物層に対する水等の浸入を抑えてもよい。例えば、陰極７形成後に真空を破らずに別のチャンバーに搬送し、ＣＶＤ法で厚さ２μｍの窒化ケイ素膜を形成することで、封止膜としてもよい。
【００９１】
また、トップエミッション型であれば陰極７の外側に、ボトムエミッション型であれば基板１の外側にカラーフィルタを設けてもよい。カラーフィルタは別途形成したものを有機ＥＬ素子に貼り合わせてもよいし、有機ＥＬ素子にフォトリソグラフィ技術を用いて直接形成しても良い。
【００９２】
本発明に係る有機化合物層（正孔注入層、正孔輸送層、電子ブロッキング層、発光層、正孔ブロッキング層、電子輸送層、電子注入層）は、真空蒸着法、イオン化蒸着法、スパッタリング、プラズマ等のドライプロセスを用いて形成することができる。またドライプロセスに代えて、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ウェットプロセスを用いることもできる。
【００９３】
ここで真空蒸着法や溶液塗布法等によって層を形成すると、結晶化等が起こりにくく経時安定性に優れる。また塗布法で成膜する場合は、適当なバインダー樹脂と組み合わせて膜を形成することもできる。
【００９４】
上記バインダー樹脂としては、ポリビニルカルバゾール樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエステル樹脂、ＡＢＳ樹脂、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、尿素樹脂等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。また、これらバインダー樹脂は、ホモポリマー又は共重合体として一種類を単独で使用してもよいし、二種類以上を混合して使用してもよい。さらに必要に応じて、公知の可塑剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤等の添加剤を併用してもよい。
【００９５】
本発明の有機ＥＬ素子は、表示装置や撮像装置、通信機器、照明装置、灯具の光源として用いることができる。
【００９６】
図３は、有機ＥＬ素子とこの有機ＥＬ素子に接続される能動素子とを有する表示装置の例を示す断面模式図である。能動素子は、ポリシリコン、酸化物半導体等で構成されたトランジスタやＴＦＴであってよい。
図３の表示装置１０は、ガラス等の基板１１の上部に有機化合物層を保護するための絶縁層１２が設けられている。その上にはゲート電極１３、ゲート絶縁膜１４と、半導体層１５、ドレイン電極１６、ソース電極１７、を備えたトランジスタ１８を有する。
表示装置１０は、トランジスタ１８の上に、層間絶縁層１９を介して、有機ＥＬ素子２６を有する。有機ＥＬ素子２６は、陽極２１、発光層を含む有機化合物層２２、陰極２３を有する。
層間絶縁層１９には、コンタクトホール２０が設けられていて、コンタクトホール２０を介して有機ＥＬ素子２６を構成する陽極２１とソース電極１７とが接続されている。
尚、有機ＥＬ素子２６に含まれる電極（陽極２１、陰極２３）とトランジスタ１８に含まれる電極（ソース電極１７、ドレイン電極１６）との電気接続の方式は、図３に示される態様に限られるものではない。つまり陽極２１又は陰極２３のうちいずれか一方とトランジスタ１８のソース電極１７又はドレイン電極１６のいずれか一方とが電気接続されていればよい。
【００９７】
図３の表示装置１０では有機化合物層２２を１つの層の如く図示をしているが、有機化合物層２２は、複数層であってもよい。陰極２３の上には有機ＥＬ素子２６の劣化を抑制するための第一の保護層２４や第二の保護層２５が設けられている。
図３の表示装置１０ではスイッチング素子としてトランジスタ１８を使用しているが、これに代えて他の素子をスイッチング素子として用いてもよい。
また図３の表示装置１０に使用されるトランジスタは、単結晶シリコンウエハを用いたトランジスタに限らず、基板１１の絶縁性表面上に活性層を有する薄膜トランジスタでもよい。活性層として、単結晶シリコン、アモルファスシリコン、微結晶シリコンなどの非単結晶シリコン、インジウム亜鉛酸化物、インジウムガリウム亜鉛酸化物等の非単結晶酸化物半導体があげられる。尚、薄膜トランジスタはＴＦＴ素子とも呼ばれる。
【００９８】
図３の表示装置１０において、有機ＥＬ素子２６はトランジスタ１８により発光輝度が制御され、有機ＥＬ素子２６を複数面内に設けることでそれぞれの発光輝度により画像を表示することができる。尚、トランジスタ１８としてＴＦＴが好ましく用いられる。また、トランジスタ以外にも、ＭＩＭ素子、Ｓｉ基板等の基板上に形成されたアクティブマトリクスドライバーなどのスイッチング素子が好ましく用いられる。基板上とは、その基板内ということもできる。これは精細度によって選択され、例えば１インチでＱＶＧＡ程度の精細度の場合はＳｉ基板上に有機ＥＬ素子を設けることが好ましい。本発明の有機ＥＬ素子を用いた表示装置を駆動することにより、良好な画質で、長時間表示にも安定な表示が可能になる。
【００９９】
図４は、図３の表示装置を表示パネルとして用いた表示装置の一例を表す模式図である。図４の表示装置１０００は、上部カバー１００１と下部カバー１００９との間に、タッチパネル１００３、表示パネル１００５、フレーム１００６、回路基板１００７、バッテリー１００８を有している。タッチパネル１００３及び表示パネル１００５には、フレキシブルプリント回路ＦＰＣ１００２、１００４が接続されている。回路基板１００７にはトランジスタがプリントされている。バッテリー１００８は、表示装置が携帯機器でなければ設けなくてよいし、携帯機器であってもこの位置に設ける必要はない。
【０１００】
本発明の有機ＥＬ素子は、複数のレンズを有する光学部と、当該光学部を通過した光を受光する撮像素子とを有する撮像装置の表示部に用いられてもよい。撮像装置は、撮像素子が取得した情報を表示する表示部を有してよい。また、表示部は、撮像装置の外部に露出した表示部であっても、ファインダ内に配置された表示部であってもよい。撮像装置は、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラであってよい。
【０１０１】
図５は、上記撮像装置の一例を表す模式図である。図５の撮像装置１１００は、ビューファインダ１１０１、背面ディスプレイ１１０２、筐体１１０３、操作部１１０４を有している。ビューファインダ１１０１は、本発明の有機ＥＬ素子を有しており、撮像した画像のみならず、環境情報、撮像指示等を表示してもよい。環境情報には、外光の強度、外光の向き、被写体の動く速度、被写体が遮蔽物に遮蔽される可能性等であってよい。
【０１０２】
撮像に好適なタイミングはわずかな時間なので、少しでも早く情報を表示した方がよい。従って、本発明の有機ＥＬ素子は、応答速度が速く、撮像装置の表示部として好ましい。有機ＥＬ素子を用いた表示装置は、表示速度が求められる装置において、液晶表示装置よりも好適に用いることができる。
【０１０３】
撮像装置１１００は、不図示の光学部を有する。光学部は複数のレンズを有し、筐体１１０３内に収容されている撮像素子に結像する。複数のレンズは、その相対位置を調整することで、焦点を調整することができる。この操作を自動で行うこともできる。
【０１０４】
本発明の有機ＥＬ素子を用いた表示装置は、赤色、緑色、青色を有するカラーフィルタを有してよい。カラーフィルタは、当該赤色、緑色、青色がデルタ配列で配置されてよい。
【０１０５】
本発明の有機ＥＬ素子を用いた表示装置は、携帯端末の表示部に用いられてもよい。その際には、表示機能と操作機能との双方を有してもよい。携帯端末としては、スマートフォン等の携帯電話、タブレット、ヘッドマウントディスプレイ等が挙げられる。
【０１０６】
図６は、本発明の有機ＥＬ素子を表示部に用いた携帯機器の一例を表す模式図である。携帯機器１２００は、表示部１２０１と、操作部１２０２と、筐体１２０３とを有する。筐体１２０３には、回路、当該回路を有するプリント基板、バッテリー、通信部、が設けられており、操作部１２０２は、ボタンであってもよいし、タッチパネル方式の反応部であってもよい。操作部１２０２は、指紋を認識してロックの解除等を行う生体認識部であってもよい。通信部を有する携帯機器は通信機器ということもできる。
【０１０７】
図７は、本発明の有機ＥＬ素子を表示部に用いた表示装置の他の例を表す模式図である。図７（ａ）は、テレビモニタやＰＣモニタ等の表示装置である。表示装置１３００は、額縁１３０１と、表示部１３０２と、額縁１３０１と表示部１３０２とを支える土台１３０３とを有している。土台１３０３は、図７（ａ）の形態に限られず、額縁１３０１の下辺が土台を兼ねてもよい。また、額縁１３０１及び表示部１３０２は、曲がっていてもよく、その曲率半径は、５０００ｍｍ以上６０００ｍｍ以下であってよい。
【０１０８】
図７（ｂ）は本発明の有機ＥＬ素子を表示部に用いた表示装置の他の例を表す模式図である。図７（ｂ）の表示装置１３１０は、折り曲げ可能に構成されており、いわゆるフォルダブルな表示装置である。表示装置１３１０は、第一表示部１３１１、第二表示部１３１２、筐体１３１３、屈曲点１３１４を有する。第一表示部１３１１と第二表示部１３１２は本発明の有機ＥＬ素子であり、つなぎ目のない１枚で、屈曲点で分けることができる。第一表示部１３１１、第二表示部１３１２は、それぞれ異なる画像を表示してもよいし、第一及び第二表示部とで一つの画像を表示してもよい。筐体１３１３はフレキシブル基板である。
【０１０９】
図８は、本発明の有機ＥＬ素子を光源として用いた照明装置の一例を表す模式図である。照明装置１４００は、筐体１４０１と、光源１４０２と、回路基板１４０３と、光学フィルム１４０４と、光拡散部１４０５と、を有している。光学フィルム１４０４は光源１４０２の演色性を向上させるフィルタでもよく、光源１４０２の光出射側に配置される。光拡散部は、ライトアップ等、光源の光を効果的に拡散し、広い範囲に光を届けることができる。必要に応じて、最外部にカバーを設けてもよい。
【０１１０】
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、その他青から赤のいずれの色を発光するものであってよい。それらを調光する調光回路を有してよい。照明装置は本発明の有機ＥＬ素子に接続される、交流電圧を直流電圧に変換する電源回路を有している。また、白とは色温度が４２００Ｋで昼とは色温度が５０００Ｋである。照明装置はカラーフィルタを有してもよい。
【０１１１】
図９は、本発明の有機ＥＬ素子を灯具として用いた移動体の一例である自動車を示す模式図である。自動車１５００は、テールランプ１５０１を有する。テールランプは灯具の一例である。テールランプは、自動車のブレーキ操作等を行った際に、テールランプが点灯する形態であってよい。テールランプは、有機ＥＬ素子を保護する保護部材を有してよい。保護部材はある程度高い強度を有し、透明であれば材料は問わないが、ポリカーボネート等で構成されることが好ましい。ポリカーボネートにフランジカルボン酸誘導体、アクリロニトリル誘導体等を混ぜてよい。
【０１１２】
自動車１５００は、機体１５０３、それに取り付けられている窓１５０２を有してよい。窓は、自動車の前後を確認するための窓でなければ、透明なディスプレイであってもよい。当該透明なディスプレイとして、本発明の有機ＥＬ素子を用いても良い。この場合、有機ＥＬ素子が有する電極等の構成材料は透明な部材で構成される。本発明の移動体は、自動車の他にも、船舶、ドローン、航空機等であってよい。移動体が有する灯具は、その位置を示すために発光する形態であってよい。
【実施例】
【０１１３】
（実施例１）
＜ＨＯＭＯ準位・ＬＵＭＯ準位の測定＞
下記に示す方法で、ホスト及びドーパント、中間層材料のＨＯＭＯ準位、ＬＵＭＯ準位を測定した。結果を表１に示す。
【０１１４】
Ａ）ＨＯＭＯ準位の測定
アルミ基板上に各材料を用いて膜厚３０ｎｍの薄膜を形成し、この薄膜について、ＡＣ−３（理研計器社製）を用いてＨＯＭＯ準位を測定した。結果を表１、表２に示す。
【０１１５】
Ｂ）ＬＵＭＯ準位の測定
石英基板上に各材料を用いて膜厚３０ｎｍの薄膜を形成し、この薄膜について、分光光度計（「Ｖ−５６０」日本分光社製）を用い、被測定材料の光学バンドギャップ（吸収端）を求めた。その光学バンドギャップ値に前述のＨＯＭＯ準位との和をＬＵＭＯ準位とした。結果を表１、表２に示す。
【０１１６】
さらに、表１、表２に、分子軌道計算法より求めた計算値を示す。実測値との比較から、ＨＯＭＯ準位及びＬＵＭＯ準位には相関性があることが分かる。よって本実施例においては、計算値から求めたＨＯＭＯ準位及びＬＵＭＯ準位の数値を用いて素子結果を考察する。尚、以下の表中においては、ＨＯＭＯ準位及びＬＵＭＯ準位をそれぞれ「ＨＯＭＯ」、「ＬＵＭＯ」と記す。
【０１１７】
【表１】
2020013781.tif 000012
【０１１８】
【表２】
2020013781.tif 000013
【０１１９】
（実施例２）
本実施例では、基板上に陽極、正孔注入層、正孔輸送層、電子ブロッキング層、第一発光層、中間層、第二発光層、正孔ブロッキング層、電子輸送層、電子注入層、陰極が順次形成されたトップエミッション型構造の有機ＥＬ素子を作製した。具体的には、先ず、ガラス基板上に、スパッタリング法でＴｉを４０ｎｍ成膜し、フォトリソグラフィ技術を用いてパターニングし、陽極を形成した。尚、この時、陽極と陰極との対向面積が３ｍｍ2となるようにした。続いて、真空蒸着装置（アルバック社製）に洗浄済みの電極までを形成した上記基板と材料を取り付け、１．３３×１０-4Ｐａ（１×１０-6Ｔｏｒｒ）まで排気した後、ＵＶ／オゾン洗浄を施した。その後、下記表３に示される層構成で各層の成膜を行った。
【０１２０】
【表３】
2020013781.tif 000014
【０１２１】
電子注入層を形成した後、スパッタリング法でＩＴＯを５００ｎｍ成膜し、陰極を形成した。その後、基板をグローブボックスに移し、窒素雰囲気中で乾燥剤を入れたガラスキャップにより封止し、有機ＥＬ素子を得た。
【０１２２】
得られた有機ＥＬ素子に電圧印加装置を接続し、その特性を評価した。電流電圧特性をヒューレッドパッカード社製の微小電流計「４１４０Ｂ」で測定し、色度の評価はトプコン製「ＳＲ−３」を用いて行った。発光輝度は、トプコン社製「ＢＭ７」で測定した。１０００ｃｄ／ｍ2表示時の効率、電圧、及びＣＩＥ色度座標はそれぞれ６．４ｃｄ／Ａ、３．２Ｖ、（０．３６、０．３６）であり、高効率で良好な有機ＥＬ素子であった。
【０１２３】
次に、低電流密度（０．０１ｍＡ／ｃｍ2）における発光スペクトルの評価を行った。赤発光ドーパント由来の発光スペクトルのピーク高さ１．０とした時に、青発光ドーパント及び緑発光ドーパントのそれぞれのピーク高さを評価した。ピーク高さが０．１未満の場合「×」、ピーク高さが０．１以上０．５未満の場合「△」、ピーク高さが０．５以上の場合「○」とした。即ち、青発光と緑発光のピーク高さが十分に高い場合には、低電流密度、つまり低輝度においても、良好な白発光を得ることができると言える。その結果を表４に示す。
【０１２４】
さらに、初期輝度２０００ｃｄ／ｍ2での連続駆動試験を行い、１００時間経過後の輝度の劣化率を測定した。その結果を表４に示す。
【０１２５】
（実施例３乃至６、比較例１乃至３）
実施例２の第一発光層及び中間層、第二発光層を、表４に示される化合物に変更する以外は、実施例２と同様にして、有機ＥＬ素子を作製した。得られた有機ＥＬ素子について、実施例２と同様にその特性を測定・評価した。結果を表４に示す。
【０１２６】
【表４】
2020013781.tif 000015
【０１２７】
実施例２乃至７に示されるように、本発明の有機ＥＬ素子においては、優れた耐久特性と、低輝度域における赤・緑・青のバランスのよい白発光を確認することができた。一方で、比較例１においてはバランスの良い白発光を確認することができたが、耐久特性に優れなかった。これは中間層のＨＯＭＯ準位が小さいこと、さらに中間層材料がＨＴ７（アミン化合物）であり、炭化水素ではないことに起因する。また比較例２では、耐久低下が確認された。これは中間層材料が炭化水素ではないことに起因する。さらに比較例３では、バランスの良い発光を確認することができなかった。これは、中間層が存在しないため、第二発光層（青発光層）から第一発光層（赤・緑発光層）へとエネルギー移動しているためと考えられる。
【０１２８】
（実施例８乃至１１、比較例４）
実施例２の第一発光層及び中間層、第二発光層を、表５に示される化合物、膜厚、濃度に適宜変更する以外は、実施例１と同様にして、有機ＥＬ素子を作製した。得られた有機ＥＬ素子について、実施例１と同様にその特性を測定・評価した。結果を表５に示す。
【０１２９】
【表５】
2020013781.tif 000016
【０１３０】
（実施例１２乃至１４）
実施例２の第一発光層／中間層／第二発光層を、表６に示されるように第一発光層／中間層／第二発光層／第三発光層の積層構成に変更し、化合物と濃度を表６に示すように変更する以外は、実施例２と同様にして、有機ＥＬ素子を作製した。但し膜厚は第一発光層／中間層／第二発光層／第三発光層＝１０ｎｍ／５ｎｍ／１０ｎｍ／５ｎｍである。得られた有機ＥＬ素子について、実施例２と同様にその特性を測定・評価した。結果を表７に示す。
【０１３１】
【表６】
2020013781.tif 000017
【０１３２】
【表７】
2020013781.tif 000018
【０１３３】
実施例８乃至１４にあるように、本発明の有機ＥＬ素子においては、優れた耐久特性と、低輝度域における赤・緑・青のバランスの良い白発光を確認することができた。一方で、比較例４では、バランスの良い発光を確認することができなかった。これは、中間層が存在しないため、第一発光層（青発光層）から第二発光層（赤緑発光層）へとエネルギー移動しているためである。
【０１３４】
（実施例１５）
本実施例では、基板上に、陽極、正孔注入層、電子ブロッキング層、正孔輸送層、第一発光層、中間層、第二発光層、第三発光層、正孔ブロック層、電子輸送層、電子注入層、陰極が順次形成されたボトムエミッション型構造の有機ＥＬ素子を作製した。具体的には、先ずガラス基板上にＩＴＯを成膜し、所望のパターニング加工を施すことによりＩＴＯ電極（陽極）を形成した。この時、ＩＴＯ電極の膜厚を１００ｎｍとした。次に、１．３３×１０-4Ｐａの真空チャンバー内における抵抗加熱による真空蒸着を行って、上記ＩＴＯ電極の上に、下記表８に示す有機化合物層及び陰極を連続成膜した。尚、この時、陽極と陰極との対向面積が３ｍｍ2となるようにした。
【０１３５】
【表８】
2020013781.tif 000019
【０１３６】
そして、基板をグローブボックスに移し、窒素雰囲気中で乾燥剤を入れたガラスキャップにより封止し、有機ＥＬ素子を得た。得られた有機ＥＬ素子について、実施例２と同様に素子の特性を測定・評価した。その結果を表９に示す。
【０１３７】
（実施例１６乃至１７、比較例５乃至７）
実施例１５の第一発光層／中間層／第二発光層／第三発光層を、表９に示される化合物に変更する以外は、実施例１５と同様の方法により有機ＥＬ素子を作製した。得られた有機ＥＬ素子について実施例２と同様に素子の特性を測定・評価した。測定の結果を表１０に示す。
【０１３８】
【表９】
2020013781.tif 000020
【０１３９】
【表１０】
2020013781.tif 000021
【０１４０】
実施例１５乃至１７にあるように、本発明の有機ＥＬ素子においては、優れた耐久特性とバランスのよい白発光を確認することができた。一方で、比較例５においてはバランスの良い白発光を確認することができたが、耐久特性に優れなかった。これは中間層のＨＯＭＯ準位が小さいことに起因する。また比較例６では、耐久低下が確認された。これは青発光層が電子トラップ性でないことに起因する。さらに比較例７では、バランスの良い発光を確認することができなかった。これは、中間層のＳ１準位が低いため、第二発光層（青発光層）から第一発光層又は第三発光層（赤又は緑発光層）へとエネルギー移動しているためと考えられる。
【図１】
2020013781.tif 000022
【図２】
2020013781.tif 000023
【図３】
2020013781.tif 000024
【図４】
2020013781.tif 000025
【図５】
2020013781.tif 000026
【図６】
2020013781.tif 000027
【図７】
2020013781.tif 000028
【図８】
2020013781.tif 000029
【図９】
2020013781.tif 000030