(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
陽極および陰極と、
上記陽極および上記陰極の間に形成され、発光層を少なくとも有している有機層とを基板上に備えた有機エレクトロルミネッセンス素子において、
上記発光層は、
上記陽極側に位置し、第一ホスト材料からなる第一発光層と、
上記陰極側に位置し、第二ホスト材料からなる第二発光層と、
上記第一発光層と上記第二発光層との間に位置し、第三ホスト材料からなる第三発光層とを備え、
上記第一ホスト材料、上記第二ホスト材料、および上記第三ホスト材料は、それぞれ互いに異なっており、なおかつ上記第一ホスト材料、上記第二ホスト材料、および上記第三ホスト材料には、同一の有機発光材料がドープされており、
上記第一ホスト材料、上記第二ホスト材料、上記第三ホスト材料、および上記有機発光材料のそれぞれの最高被占準位（ＨＯＭＯ）および最低空準位（ＬＵＭＯ）は、下記の関係式（１）および（２）を満たすことを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子。
（１）｜第一ホスト材料のＨＯＭＯ｜＞｜有機発光材料のＨＯＭＯ｜かつ｜有機発光材料のＨＯＭＯ｜＜｜第三ホスト材料のＨＯＭＯ｜
（２）｜第二ホスト材料のＬＵＭＯ｜＜｜有機発光材料のＬＵＭＯ｜かつ｜有機発光材料のＬＵＭＯ｜＞｜第三ホスト材料のＬＵＭＯ｜
【請求項２】
上記第一ホスト材料、上記第二ホスト材料、および上記有機発光材料のそれぞれの最高被占準位（ＨＯＭＯ）および最低空準位（ＬＵＭＯ）は、下記の関係式（３）および（４）を満たす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。
（３）｜第一ホスト材料のＬＵＭＯ｜＞｜有機発光材料のＬＵＭＯ｜
（４）｜第二ホスト材料のＨＯＭＯ｜＜｜有機発光材料のＨＯＭＯ｜
【請求項３】
上記第一ホスト材料、第二ホスト材料、および第三ホスト材料は、上記有機発光材料の励起三重項準位よりも高い励起三重項準位を有していることを特徴とする請求項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。
【請求項４】
上記第一ホスト材料、上記第二ホスト材料、および上記第三ホスト材料のそれぞれの正孔移動度および電子移動度は、下記の関係式（５）および（６）を満たすことを特徴とする請求項１〜３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。
（５）第一ホスト材料の正孔移動度＞第三ホスト材料の正孔移動度
（６）第二ホスト材料の電子移動度＞第三ホスト材料の電子移動度
【請求項５】
上記第一発光層、上記第二発光層、および上記第三発光層のそれぞれの膜厚は、下記の関係式（７）および（８）を満たすことを特徴とする請求項１〜４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。
（７）第一発光層の膜厚＞第三発光層の膜厚かつ第三発光層の膜厚＜第二発光層の膜厚
（８）５Å＜第三発光層の膜厚＜４２Å
【請求項６】
上記第三発光層の膜厚は、下記の関係式（９）を満たすことを特徴とする請求項１〜５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。
（９）１０Å＜第三発光層の膜厚＜３０Å
【請求項７】
上記第一ホスト材料、上記第二ホスト材料、および上記有機発光材料のそれぞれの最高被占準位（ＨＯＭＯ）および最低空準位（ＬＵＭＯ）は、下記の関係式（１０）および（１１）の少なくともいずれか一方を満たすことを特徴とする請求項１〜６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。
（１０）０ｅＶ＜（｜第一ホスト材料のＬＵＭＯ｜−｜有機発光材料のＬＵＭＯ｜）≦０．５ｅＶ
（１１）０ｅＶ＜（｜有機発光材料のＨＯＭＯ｜−｜第二ホスト材料のＨＯＭＯ｜）≦０．５ｅＶ
【請求項８】
上記第一ホスト材料、上記第二ホスト材料、および上記有機発光材料のそれぞれの最高被占準位（ＨＯＭＯ）および最低空準位（ＬＵＭＯ）は、下記の関係式（１２）および（１３）の少なくともいずれか一方を満たすことを特徴とする請求項１〜６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。
（１２）０．１ｅＶ≦（｜第一ホスト材料のＬＵＭＯ｜−｜有機発光材料のＬＵＭＯ｜）≦０．３ｅＶ
（１３）０．１ｅＶ≦（｜有機発光材料のＨＯＭＯ｜−｜第二ホスト材料のＨＯＭＯ｜）≦０．３ｅＶ
【請求項９】
上記有機層は、
上記陽極から上記有機層への正孔の注入を促進するドーパントがドープされた正孔注入層と、
上記陰極から上記有機層への電子の注入を促進するドーパントがドープされた電子注入層とを有していることを特徴とする請求項１〜８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。
【請求項１０】
上記正孔注入層と上記発光層との間には、上記ドーパントおよび上記有機発光材料がドープされていない領域があることを特徴とする請求項９に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項１１】
上記電子注入層と上記発光層との間には、上記ドーパントおよび上記有機発光材料がドープされていない領域があることを特徴とする請求項１０に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項１２】
上記有機発光材料は、燐光発光材料であることを特徴とする請求項１〜１１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。
【請求項１３】
請求項１〜１２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薄膜トランジスタ基板上に形成した表示手段を備えることを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス表示装置。
【請求項１４】
陽極および陰極と、
上記陽極および上記陰極の間に形成された発光層を少なくとも有している有機層とを基板上に備えた有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法において、
上記基板上に、上記陽極を形成する陽極形成工程と、
上記陽極上に、当該陽極から正孔が注入される正孔注入層を形成する正孔注入層形成工程と、
上記正孔注入層上に、上記陽極から上記有機層に注入される正孔を輸送する正孔輸送層を形成する正孔輸送層形成工程と、
上記正孔輸送層上に、上記発光層として、第一ホスト材料からなる第一発光層を形成する第一発光層形成工程と、
上記第一発光層上に、上記発光層として、第三ホスト材料からなる第三発光層を形成する第三発光層形成工程と、
上記第三発光層上に、上記発光層として、第二ホスト材料からなる第二発光層を形成する第二発光層形成工程と、
上記第二発光層上に、上記陰極から上記有機層に注入される電子を輸送する電子輸送層を形成する電子輸送層形成工程と、
上記電子輸送層上に、上記陰極から電子が注入される電子注入層を形成する電子注入層形成工程と、
上記電子注入層上に、上記陰極を形成する陰極形成工程とを備え、
上記第一発光層形成工程、上記第二発光層形成工程、および上記第三発光層形成工程において、上記第一ホスト材料、上記第二ホスト材料、および上記第三ホスト材料として、それぞれ互いに異なる材料を用い、なおかつ上記第一ホスト材料、上記第二ホスト材料、および上記第三ホスト材料に同一の有機発光材料をドープし、なおかつ下記の関係式（１４）および（１５）を満たす最高被占準位（ＨＯＭＯ）および最低空準位（ＬＵＭＯ）をそれぞれ有する上記第一ホスト材料、上記第二ホスト材料、上記第三ホスト材料、および上記有機発光材料を用いて、上記第一発光層、上記第二発光層、および上記第三発光層を形成することを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法。
（１４）｜第一ホスト材料のＨＯＭＯ｜＞｜有機発光材料のＨＯＭＯ｜かつ｜有機発光材料のＨＯＭＯ｜＜｜第三ホスト材料のＨＯＭＯ｜
（１５）｜第二ホスト材料のＬＵＭＯ｜＜｜有機発光材料のＬＵＭＯ｜かつ｜有機発光材料のＬＵＭＯ｜＞｜第三ホスト材料のＬＵＭＯ｜
【請求項１５】
上記第一ホスト材料、上記第二ホスト材料、および上記有機発光材料のそれぞれの最高被占準位（ＨＯＭＯ）および最低空準位（ＬＵＭＯ）は、下記の関係式（１６）および（１７）の少なくともいずれか一方を満たすことを特徴とする請求項１４に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法。
（１６）｜第一ホスト材料のＬＵＭＯ｜＞｜有機発光材料のＬＵＭＯ｜
（１７）｜第二ホスト材料のＨＯＭＯ｜＜｜有機発光材料のＨＯＭＯ｜
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高輝度、高効率および長寿命を実現する有機エレクトロルミネッセンス素子、およびその製造方法、ならびに有機エレクトロルミネッセンス表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、従来主流であったブラウン管を使用した表示装置から、薄型のフラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）の表示装置のニーズが高まりつつある。ＦＰＤには各種のものがあり、例えば、非自発光型の液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、自発光型のプラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ）、無機エレクトロルミネッセンス（無機ＥＬ）ディスプレイ、または有機エレクトロルミネッセンス（有機ＥＬ）ディスプレイ等が知られている。【０００３】
中でも、有機ＥＬディスプレイは、表示に使用する素子（有機ＥＬ素子）が薄型かつ軽量であり、なおかつ低電圧駆動、高輝度および自発光等の特性を有していることから、その研究開発が盛んに行われている。【０００４】
有機ＥＬ素子は、基板上に一対の電極（陽極および陰極）を有しており、当該一対の電極の間に発光層を少なくとも備えた有機層を有している。当該発光層は、ホスト材料に有機発光材料をドープして形成されている。一般的には、発光層と陽極との間に、ホスト材料にアクセプターをドープした正孔注入層等を設け、発光層と陰極との間に、ホスト材料にドナーをドープした電子注入層等を設けている。【０００５】
有機ＥＬ素子では、陽極および陰極に電圧を印加することによって、当該陽極から有機層に正孔が注入され、当該陰極から有機層に電子が注入される。両電極から注入された正孔および電子は、発光層において再結合することによって励起子を生成する。有機ＥＬ素子は、当該励起子が失活する際に放出する光を利用して発光している。【０００６】
発光層には、燐光発光材料、または蛍光発光材料等の有機発光材料を用いるのが一般的である。燐光発光材料を利用した有機ＥＬ素子は、発光効率が高く、発光寿命が長いという利点があるため、特に最近では発光層に燐光発光材料を用いた有機ＥＬ素子が普及しつつある。また、有機ＥＬ素子の低消費電力化を目指して、内部量子収率が最大１００％の燐光発光材料を導入した有機ＥＬ素子の開発が進んでいる。【０００７】
赤色発光する有機ＥＬ素子と、緑色発光する有機ＥＬ素子とには、内部量子収率が最大１００％の燐光発光材料が導入されている。しかしながら、青色発光する有機ＥＬ素子については、内部量子収率が最大１００％の燐光発光材料を導入するには至っておらず、内部量子収率が最大２５％の蛍光発光材料が用いられている。【０００８】
有機ＥＬ素子において、青色発光するには、赤色発光および緑色発光と比較して高エネルギーを必要とする。さらに、当該エネルギーを励起三重項準位（Ｔ１）から得ようとすると、Ｔ１、電子、および正孔のすべてを発光層中の燐光発光材料に閉じ込める必要がある。そのため、発光層を構成する材料だけでなく、発光層の周辺の材料も含めて、最高被占準位（ＨＯＭＯ準位）と最低空準位（ＬＵＭＯ準位）とのギャップを非常に大きくする必要がある。しかしながら、発光層のＨＯＭＯ準位とＬＵＭＯ準位とのギャップを大きくするため、発光層を構成するホスト材料として、分子間で共役し、相互作用を示し、キャリアの移動度が高い材料を用いるのが困難である。それ故、青色燐光発光材料を用いた場合、駆動には高電圧を必要とするが、その割に発光効率は低いという問題がある。【０００９】
青色燐光発光材料を用いた従来の有機ＥＬ素子３１の具体的な例を図８に示す。図８は、青色燐光発光材料を用いた従来の有機ＥＬ素子３１を構成する各層のエネルギーダイアグラムを示す図である。本図では、ホスト材料として、正孔注入層３３ではＮＰＢ（ＨＯＭＯ準位＝５．５ｅＶ，ＬＵＭＯ準位＝２．４ｅＶ）を用い、正孔輸送層３４ではｍＣＰ（ＨＯＭＯ準位＝５．９ｅＶ，ＬＵＭＯ準位＝２．４ｅＶ）を用い、電子輸送層３６では３ＴＰＹＭＢ（ＨＯＭＯ準位＝６．８ｅＶ，ＬＵＭＯ準位＝３．３ｅＶ）を用いている。発光層３５においては、燐光発光材料としてＦｉｒ６（ＨＯＭＯ準位＝６．１ｅＶ，ＬＵＭＯ準位＝３．１ｅＶ）を用いている。当該Ｆｉｒ６に正孔および電子を閉じ込めるために、発光層３５ではホスト材料として、ＨＯＭＯ準位とＬＵＭＯ準位とのギャップが大きいＵＧＨ２（ＨＯＭＯ準位＝７．２ｅＶ，ＬＵＭＯ準位＝２．８ｅＶ）を用いている。しかしながら、ＵＧＨ２がワイドギャップであるため、正孔輸送層３４から発光層３５に効率良く正孔を伝搬することができない。同様に、電子輸送層３６から発光層３５に効率良く電子を伝搬することができない。そのため、このように青色燐光発光材料を用いた有機ＥＬ素子３１では、上述したように、駆動には高電圧を必要とするが、その割に発光効率は低いという問題がある。【００１０】
そこで、青色燐光発光材料を用いた有機ＥＬ素子の発光効率を向上させるために工夫がなされている。例えば、非特許文献１には、発光層を二層設けた有機ＥＬ素子が開示されている。具体的には、一対の電極の間に正孔注入層、第一発光層、第二発光層、および電子注入層を順に形成した有機層を備えた有機ＥＬ素子が開示されている。本文献では、ホスト材料として正孔注入層ではＤＴＡＳｉ（ＨＯＭＯ準位＝５．６ｅＶ，ＬＵＭＯ準位＝２．２ｅＶ）を用い、電子注入層ではＢｐｈｅｎ（ＨＯＭＯ準位＝６．４ｅＶ，ＬＵＭＯ準位＝３．０ｅＶ）を用いている。また、第一発光層では４ＣｚＰＢＰ（ＨＯＭＯ準位＝６．０ｅＶ，ＬＵＭＯ準位＝２．５ｅＶ）をホスト材料として用い、第二発光層ではＰＰＴ（ＨＯＭＯ準位＝６．６ｅＶ，ＬＵＭＯ準位＝２．９ｅＶ）をホスト材料として用いている。第一発光層および第二発光層には、青色燐光発光材料としてＦＩｒｐｉｃ（ＨＯＭＯ準位＝５．８ｅＶ，ＬＵＭＯ準位＝２．９ｅＶ）がドープされている。【００１１】
この構成によれば、第一発光層および第二発光層におけるＨＯＭＯ準位とＬＵＭＯ準位とのギャップが小さい有機ＥＬ素子が得られる。したがって、発光層において正孔および電子の移動度が向上するホスト材料を用いても良い。これは、有機蒸着膜では、正孔および電子の輸送はホッピング伝導によって行われているためである（非特許文献２）。電子が分子間をホッピングして伝導するためには、中性状態とラジカルアニオン状態との電子状態間における波動関数の重なりが大きいことが必要である。一方、正孔においては、分子間をホッピングして伝導するためには中性状態とラジカルカチオン状態との電子状態間における波動関数の重なりが大きい必要がある。つまり、中性状態およびラジカルアニオン状態、または中性状態およびラジカルカチオン状態のスタッキング（π−π相互作用）が強いほど、正孔および電子の移動度が高い。また、スタッキングが強いと、ＨＯＭＯ準位およびＬＵＭＯ準位のギャップが小さくなる。したがって、本構成を用いれば、１０００ｃｄ／ｍ２における有機ＥＬ素子の駆動電圧が４．６Ｖと低く、発光効率が２２ｃｄ／Ａと高い有機ＥＬ素子が得られる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１２】
【非特許文献１】Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ ９４，０８３５０６，２００９
【非特許文献２】時任静士、安達千波矢、村田英幸共著「有機ＥＬディスプレイ」株式会社オーム社、２００４年８月
【非特許文献３】渡辺正、中林誠一郎著「電子移動の化学―電気化学入門」日本化学会編、朝倉書店、２００５年９月
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
上記した非特許文献１に開示されている有機ＥＬ素子では、電子注入層から第二発光層へ電子が伝搬されると、発光ドーパント（ＦＩｒｐｉｃ）に電子が伝搬される。しかしながら、本文献に開示されている有機ＥＬ素子では、発光ドーパントから第一発光層に電子が伝搬されやすい構成になっている。したがって、この構成によれば、第一発光層および第二発光層の界面において正孔および電子が再結合せず、再結合をする確率が低下してしまう。すなわち、内部量子収率が低下してしまう。【００１４】
また、上記非特許文献１に開示されている有機ＥＬ素子では、第一発光層および第二発光層の燐光発光材料として、スカイブルーに発光するＦＩｒｐｉｃを用いている。当該ＦＩｒｐｉｃのＨＯＭＯ準位とＬＵＭＯ準位とのギャップは小さいため、低駆動電圧であり、高発光効率の有機ＥＬ素子が得られる。したがって、深い青色に発光する燐光発光材料を用いる場合には、このような燐光発光材料のＨＯＭＯ準位とＬＵＭＯ準位とのギャップは大きいため、ＨＯＭＯ準位とＬＵＭＯ準位とのギャップが大きいホスト材料が必要となる。したがって、駆動には高電圧を必要とするが、その割には発光効率が低くなってしまうという問題は依然残されたままである。【００１５】
そこで、本発明は上記の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、低電圧で駆動することができ、なおかつ発光効率が高い有機ＥＬ素子、およびその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明に係る有機エレクトロルミネッセンス素子は、上記課題を解決するために、陽極および陰極と、上記陽極および上記陰極の間に形成され、発光層を少なくとも有している有機層とを基板上に備えた有機エレクトロルミネッセンス素子において、上記発光層は、上記陽極側に位置し、第一ホスト材料からなる第一発光層と、上記陰極側に位置し、第二ホスト材料からなる第二発光層と、上記第一発光層と上記第二発光層との間に位置し、第三ホスト材料からなる第三発光層とを備え、上記第一ホスト材料、上記第二ホスト材料、および上記第三ホスト材料は、それぞれ互いに異なっており、なおかつ上記第一ホスト材料、上記第二ホスト材料、および上記第三ホスト材料には、同一の有機発光材料がドープされており、上記第一ホスト材料、上記第二ホスト材料、上記第三ホスト材料、および上記有機発光材料のそれぞれの最高被占準位（ＨＯＭＯ）および最低空準位（ＬＵＭＯ）は、下記の関係式（１）および（２）を満たすことを特徴としている。
（１）｜第一ホスト材料のＨＯＭＯ｜＞｜有機発光材料のＨＯＭＯ｜かつ｜有機発光材料のＨＯＭＯ｜＜｜第三ホスト材料のＨＯＭＯ｜
（２）｜第二ホスト材料のＬＵＭＯ｜＜｜有機発光材料のＬＵＭＯ｜かつ｜有機発光材料のＬＵＭＯ｜＞｜第三ホスト材料のＬＵＭＯ｜
上記構成によれば、第一発光層を構成するホスト材料には、有機発光材料の最高被占準位よりも深い最高被占準位を有する材料を用いている。一方、第二発光層を構成するホスト材料には、有機発光材料の最低空準位よりも浅い最低空準位を有する材料を用いている。これによれば、有機発光材料の最高被占準位は、第一発光層のホスト材料の最高被占準位よりも浅いため、第一発光層に伝搬された正孔は、最終的に第三発光層において有機発光材料に完全に伝搬される。同様に、有機発光材料の最低空準位は、第二発光層のホスト材料の最低空準位よりも深いため、第二発光層に伝搬された電子は、最終的に第三発光層において有機発光材料に完全に伝搬される。これによって、第三発光層において、有機発光材料に伝搬された正孔と電子とが再結合することによって発光する。【００１７】
なお、第三発光層を構成するホスト材料としては、最高被占準位と最低空準位とのギャップが大きい材料を使用する。これによれば、第一発光層から伝搬された正孔が、第二発光層に移動するのを抑制することができる。同様に、第二発光層から伝搬された電子が、第一発光層に移動するのを抑制することができる。さらに、最高被占準位と最低空準位とのギャップが大きいため、発光層における正孔および電子の移動度は低い。したがって、第三発光層に伝搬された正孔および電子を、第三発光層内に閉じ込めることができ、なおかつ正孔および電子の移動性が低下していることから、正孔および電子の再結合の確率を上げることができる。【００１８】
以上より、本発明に係る有機エレクトロルミネッセンス素子（有機ＥＬ素子）では、正孔および電子を効率良く、なおかつ確実に第三発光層にまで伝搬することができる。さらに、正孔および電子が再結合する確率を上げることができるので、有機ＥＬ素子の駆動電圧を低下することができる。また、発光層において正孔および電子が再結合する確率が上がるので、内部量子収率は向上し、発光効率を向上させることができる。【００１９】
また、本発明に係る有機エレクトロルミネッセンス表示装置においては、上記の課題を解決するために、上述した有機エレクトロルミネッセンス素子を薄膜トランジスタ基板上に形成した表示手段を備えていることを特徴としている。【００２０】
上記構成によれば、低駆動電圧であり、発光効率が高い有機ＥＬ素子を備えているため、高輝度、高効率かつ長寿命の表示装置を提供できる。【００２１】
また、本発明に係る有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法は、上記課題を解決するために、陽極および陰極と、上記陽極および上記陰極の間に形成された発光層を少なくとも有している有機層とを基板上に備えた有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法において、上記基板上に、上記陽極を形成する陽極形成工程と、上記陽極上に、当該陽極から正孔が注入される正孔注入層を形成する正孔注入層形成工程と、上記正孔注入層上に、上記陽極から上記有機層に注入される正孔を輸送する正孔輸送層を形成する正孔輸送層形成工程と、上記正孔輸送層上に、上記発光層として、第一ホスト材料からなる第一発光層を形成する第一発光層形成工程と、上記第一発光層上に、上記発光層として、第三ホスト材料からなる第三発光層を形成する第三発光層形成工程と、上記第三発光層上に、上記発光層として、第二ホスト材料からなる第二発光層を形成する第二発光層形成工程と、
上記第二発光層上に、上記陰極から上記有機層に注入される電子を輸送する電子輸送層を形成する電子輸送層形成工程と、上記電子輸送層上に、上記陰極から電子が注入される電子注入層を形成する電子注入層形成工程と、上記電子注入層上に、上記陰極を形成する陰極形成工程とを備え、上記第一発光層形成工程、上記第二発光層形成工程、および上記第三発光層形成工程において、上記第一ホスト材料、上記第二ホスト材料、および上記第三ホスト材料として、それぞれ互いに異なる材料を用い、なおかつ上記第一ホスト材料、上記第二ホスト材料、および上記第三ホスト材料に同一の有機発光材料をドープし、なおかつ下記の関係式（１４）および（１５）を満たす最高被占準位（ＨＯＭＯ）および最低空準位（ＬＵＭＯ）をそれぞれ有する上記第一ホスト材料、上記第二ホスト材料、上記第三ホスト材料、および上記有機発光材料を用いて、上記第一発光層、上記第二発光層、および上記第三発光層を形成することを特徴としている。
（１４）｜第一ホスト材料のＨＯＭＯ｜＞｜有機発光材料のＨＯＭＯ｜かつ｜有機発光材料のＨＯＭＯ｜＜｜第三ホスト材料のＨＯＭＯ｜
（１５）｜第二ホスト材料のＬＵＭＯ｜＜｜有機発光材料のＬＵＭＯ｜かつ｜有機発光材料のＬＵＭＯ｜＞｜第三ホスト材料のＬＵＭＯ｜
上記方法によれば、低駆動電圧であり、発光効率が高い有機ＥＬ素子を提供することができる。【００２２】
本発明の他の目的、特徴、および優れた点は、以下に示す記載によって十分分かるであろう。また、本発明の利点は、添付図面を参照した次の説明で明白になるであろう。
【発明の効果】
【００２３】
本発明に係る有機エレクトロルミネッセンス素子では、正孔および電子を効率良く、なおかつ確実に発光層にまで伝搬することができる。さらに、正孔および電子が再結合する確率を上げることができるので、有機ＥＬ素子の駆動電圧を低下することができる。また、発光層において正孔および電子が再結合する確率が上がるので、内部量子収率は向上し、発光効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の一実施形態に係る有機エレクトロルミネッセンス素子を構成する各層のエネルギーダイアグラムを示す図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る有機エレクトロルミネッセンス素子の断面を示す図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る有機エレクトロルミネッセンス素子および従来の有機エレクトロルミネッセンス素子における、発光層の膜厚と電流効率との関係を示す図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る有機エレクトロルミネッセンス素子を備えた有機エレクトロルミネッセンス表示装置の概略を示す図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る有機エレクトロルミネッセンス表示装置を備えた携帯電話の概略を示す図である。
【図６】本発明の一実施形態に係る有機エレクトロルミネッセンス表示装置を備えたテレビジョン受像機の概略を示す図である。
【図７】本発明の一実施形態に係る有機エレクトロルミネッセンス素子を備えた照明装置の概略を示す図である。
【図８】青色燐光発光材料を用いた従来の有機ＥＬ素子を構成する各層のエネルギーダイアグラムを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
（有機ＥＬ素子１の概要）
本実施形態に係る有機エレクトロルミネッセンス素子（有機ＥＬ素子）は、一対の電極（陽極および陰極）と、一対の電極の間に位置し、発光層を含む有機層とが基板上に積層されて構成される。より具体的な構成については、図２を参照して以下に説明する。図２は、有機ＥＬ素子１の断面を示す図である。
【００２６】
図２に示すように、有機ＥＬ素子１は、絶縁性基板１１上に、ゲート電極１４、ドレイン電極１５、ソース電極１６、およびゲート絶縁膜１７からなる薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）が所定の間隔で複数形成されている。また、絶縁性基板１１からＴＦＴにかけて、接続配線１８が形成されている。
【００２７】
各ＴＦＴ上には、平坦化膜８１が配設されており、平坦化膜８１にはコンタクトホール１９が形成されている。ＴＦＴのドレイン電極１５は、該コンタクトホール１９を介して陽極２と電気的に接続されている。隣り合う陽極２の間には、エッジカバー２０が設けられており、陽極２のＴＦＴとは反対側の位置には、正孔注入層３、正孔輸送層４、発光層５、正孔ブロッキング層１２、電子輸送層６、および電子注入層７からなる有機層、および陰極１３が形成されている。陰極１３の上は、無機封止膜２５によって覆われており、該無機封止膜２５によって陽極２、有機層、および陰極１３は封止される。
【００２８】
一方、ＴＦＴが形成された絶縁性基板１１に対向する絶縁性基板１１には、光吸収層２１、蛍光体層２２、および散乱体層２３が形成されている。そして、２つの絶縁性基板１１の間には、樹脂封止膜２４が形成されている。
【００２９】
なお、本実施形態に係る有機ＥＬ素子１の発光層５は、三層構造をしており、第一発光層、第二発光層、および第三発光層からなる。特に、発光層を構成するホスト材料の最高被占準位（ＨＯＭＯ準位）と最低空準位（ＬＵＭＯ準位）とのギャップが小さくなるように構成されている。また、発光層内には、正孔と電子とが再結合する領域として第三発光層を第一発光層と第二発光層との間に設けている。これにより、有機層での正孔および電子の移動度を高く保ちつつ、発光層での正孔と電子とが再結合する確率を高くすることができる。これについては、以下で詳しく説明する。
【００３０】
（有機層の構成）
有機ＥＬ素子１の有機層の構成について、図１を参照して説明する。図１は、有機ＥＬ素子１を構成する各層のエネルギーダイアグラムを示す図である。
【００３１】
上述したように、有機ＥＬ素子１の有機層は正孔注入層３、正孔輸送層４、発光層５、電子輸送層６、および電子注入層７を順に形成したものである。発光層５は三層構造をしており、第一発光層５ａ、第二発光層５ｃ、および第三発光層５ｂからなる。第一発光層５ａ、第二発光層５ｃ、および第三発光層５ｂには、単一の燐光発光材料（有機発光材料）がドープされている。第一発光層５ａは陽極２側に位置しており、陽極２から注入された正孔を正孔輸送層４から受け取り、第三発光層５ｂに伝搬する。一方、第二発光層５ｃは陰極（図示せず）側に位置しており、陰極から注入された電子を電子輸送層６から受け取り、第三発光層５ｂに伝搬する。第一発光層５ａおよび第二発光層５ｃの間に位置する第三発光層５ｂでは、第一発光層５ａから伝搬された正孔と第二発光層５ｃから伝搬された電子とが再結合をすることによって、発光する。
【００３２】
この際、本実施形態に係る有機ＥＬ素子１では、正孔が第一発光層５ａから第三発光層５ｂに確実に伝搬され、電子が第二発光層５ｃから第三発光層５ｂに確実に伝搬されるようにしている。具体的には、図１に示すように、第一発光層５ａを構成するホスト材料（第一ホスト材料）には、燐光発光材料のＨＯＭＯ準位８よりも深いＨＯＭＯ準位を有する材料（｜ＨＯＭＯ（第一ホスト材料）｜＞｜ＨＯＭＯ（燐光発光材料）｜）を用いている。一方、第二発光層５ｃを構成するホスト材料（第二ホスト材料）には、燐光発光材料のＬＵＭＯ準位９よりも浅いＬＵＭＯ準位を有する材料（｜ＬＵＭＯ（第二ホスト材料）｜＜｜ＬＵＭＯ（燐光発光材料）｜）を用いている。これによれば、燐光発光材料のＨＯＭＯ準位８は、第一発光層５ａのホスト材料のＨＯＭＯ準位よりも浅いため、第一発光層５ａに伝搬された正孔は、最終的に第三発光層５ｂにおいて燐光発光材料に完全に伝搬される。同様に、燐光発光材料のＬＵＭＯ準位９は、第二発光層５ｃのホスト材料のＬＵＭＯ準位よりも深いため、第二発光層５ｃに伝搬された電子は、最終的に第三発光層５ｂにおいて燐光発光材料に完全に伝搬される。これによって、第三発光層５ｂにおいて、燐光発光材料に伝搬された正孔と電子とが再結合することによって発光する。
【００３３】
なお、第三発光層５ｂを構成するホスト材料（第三ホスト材料）としては、ＨＯＭＯ準位とＬＵＭＯ準位とのギャップが大きい材料を使用する。具体的には、燐光発光材料のＨＯＭＯ準位８よりも深いＨＯＭＯ準位（｜ＨＯＭＯ（第三ホスト材料）｜＞｜ＨＯＭＯ（燐光発光材料）｜）を有し、燐光発光材料のＬＵＭＯ準位９よりも浅いＬＵＭＯ準位（｜ＬＵＭＯ（第三ホスト材料）｜＜｜ＬＵＭＯ（燐光発光材料）｜）を有するホスト材料を用いる。これによれば、第一発光層５ａから伝搬された正孔が、第二発光層５ｃに移動するのを抑制することができる。同様に、第二発光層５ｃから伝搬された電子が、第一発光層５ａに移動するのを抑制することができる。さらに、ＨＯＭＯ準位とＬＵＭＯ準位とのギャップが大きいため、発光層５ｂにおける正孔および電子の移動度は低い。したがって、第三発光層５ｂに伝搬された正孔および電子を、第三発光層５ｂ内に閉じ込めることができ、なおかつ正孔および電子の移動性が低下していることから、正孔および電子の再結合の確率を上げることができる。
【００３４】
以上より、本実施形態に係る有機ＥＬ素子１では、三層構造の発光層５を有し、燐光発光材料のＨＯＭＯ準位８とＬＵＭＯ準位９とを考慮して当該発光層５に用いるホスト材料を決定している。これによって、陽極２から注入される正孔を確実に第三発光層５ｂにまで伝搬することができる。同様に、陰極から注入される電子を確実に第三発光層５ｂにまで伝搬することができる。また、第三発光層５ｂのＨＯＭＯ準位とＬＵＭＯ準位とのギャップが大きくなるように構成しているので、第三発光層５ｂ内に正孔および電子を閉じ込めることができる。その結果、正孔および電子が再結合する確率を上げることができる。したがって、本実施形態に係る有機ＥＬ素子１では、正孔および電子を効率良く伝搬することができるので、有機ＥＬ素子１の駆動電圧を低下することができる。また、発光層５において正孔および電子が再結合する確率を上げることができるので、内部量子収率は向上し、発光効率を向上させることができる。
【００３５】
従来の青色燐光発光材料を用いた有機ＥＬ素子では、高駆動電圧を必要とする割には発光効率が低いという問題があった。しかしながら、本実施形態によれば、青色燐光発光材料を用いた場合でも、正孔および電子を第三発光層５ｂにまで効率良く伝搬することができる。すなわち、正孔および電子が再結合する確率を上げることができるので、有機ＥＬ素子１の内部量子収率は向上し、発光効率を向上させることができる。
【００３６】
（有機ＥＬ素子１の基板）
以下では、有機ＥＬ素子１を構成する各部材について説明する。上述したように、有機ＥＬ素子１は、基板（図示せず）上に形成された陽極２と陰極との間に、正孔注入層３、正孔輸送層４、発光層５、電子輸送層６、および電子注入層７からなる有機層を備えている。
【００３７】
まず、基板について説明する。有機ＥＬ素子１を構成する基板は、絶縁性を有している基板であれば良い。有機ＥＬ素子１の基板として用いることが可能な材料としては、特に限定されるものではなく、例えば公知の絶縁性の基板材料を用いることができる。
【００３８】
例えば、ガラス、または石英等からなる無機材料基板、あるいは、ポリエチレンテレフタレート、またはポリイミド樹脂等からなるプラスチック基板等を利用できる。他には、アルミニウム（Ａｌ）または鉄（Ｆｅ）等からなる金属基板に、酸化シリコンまたは有機絶縁材料等からなる絶縁物を表面にコーティングした基板等を利用できる。あるいは、Ａｌ等からなる金属基板の表面を陽極酸化等の方法によって絶縁化処理した基板等も利用できる。
【００３９】
なお、有機ＥＬ素子１の発光層５から発した光を、基板とは反対側から取り出す場合、すなわちトップエミッション型の場合には、基板には光透過性を有しない材料を用いるのが良い。例えば、シリコンウェハー等の半導体基板を用いても良い。逆に、有機ＥＬ素子１の発光層５から発した光を、基板側から取り出す場合、すなわちボトムエミッション型の場合には、基板には光透過性を有する材料を用いるのが良い。例えば、ガラス基板、またはプラスチック基板等を用いても良い。
【００４０】
（有機ＥＬ素子１の電極）
次に電極について説明する。有機ＥＬ素子１を構成する電極は、陽極２および陰極のように対として機能すれば良い。各電極は１つの電極材料からなる単層構造であっても良いし、複数の電極材料からなる積層構造であっても良い。有機ＥＬ素子１の電極として用いることが可能な電極材料としては、特に限定されるものではなく、例えば公知の電極材料を用いることができる。
【００４１】
陽極２としては、例えば、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、およびニッケル（Ｎｉ）等の金属、ならびに酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、酸化スズ（ＳｎＯ２）、酸化インジウム亜鉛（ＩＺＯ）等の透明電極材料等が利用できる。
【００４２】
一方、陰極としては、リチウム（Ｌｉ）、カルシウム（Ｃａ）、セリウム（Ｃｅ）、バリウム（Ｂａ）、アルミニウム（Ａｌ）等の金属、またはこれらの金属を含有するマグネシウム（Ｍｇ）：銀（Ａｇ）合金、Ｌｉ：Ａｌ合金等の合金等が利用できる。
【００４３】
なお、有機ＥＬ素子１の発光層５から発した光を、陽極２および陰極のいずれか一方の電極側から取り出す必要がある。この場合には、一方の電極には光を透過する電極材料を用い、他方の電極には光を透過しない電極材料を用いることが好ましい。光を透過しない電極材料としては、タンタルまたは炭素等の黒色電極、Ａｌ、Ａｇ、Ａｕ、Ａｌ：Ｌｉ合金、Ａｌ：ネオジウム（Ｎｄ）合金、またはＡｌ：シリコン（Ｓｉ）合金等の反射性金属電極等が挙げられる。
【００４４】
（有機ＥＬ素子１の有機層）
続いて有機層について説明する。当該有機層は、正孔注入層３、正孔輸送層４、発光層５、電子輸送層６、および電子注入層７を有している。
【００４５】
まず発光層５について述べる。上述したように、当該発光層５は三層構造をしており、第一発光層５ａ、第二発光層５ｃ、および第三発光層５ｂからなり、各層には単一の燐光発光材料がドープされている。発光層５に用いることが可能な燐光発光材料としては、特に限定されるものではなく、例えば公知の燐光発光材料を用いることができる。
【００４６】
例えば、青色燐光発光材料としては、イリジウム（III）ビス（４’，６’−ジフルオロフェニルピリジナト）テトラキス（１−ピラゾリル）ボレート（ＦＩｒ６）（ＨＯＭＯ準位＝６．１ｅＶ，ＬＵＭＯ準位＝３．１ｅＶ，Ｔ１＝２．７１ｅＶ）、イリジウム（III）ビス［４，６−（ジ−フルオロフェニル）−ピリジナト−Ｎ，Ｃ２’］ピコリネート（ＦＩｒｐｉｃ）、イリジウム（III）トリス［Ｎ−（４’−シアノフェニル）−Ｎ’−メチルイミダゾル−２−イリデン−Ｃ２，Ｃ２’］（Ｉｒ（ｃｎ−ｐｍｉｃ）３）、トリス（（３，５−ジフルオロ−４−シアノフェニル）ピリジン）イリジウム（ＦＣＮＩｒ）、またはＩｒ（ｃｎｂｉｃ）３等のＩｒ錯体、白金（Ｐｔ）、レテニウム（Ｒｅ）、ルテニウム（Ｒｕ）、銅（Ｃｕ）、またはオスミウム（Ｏｓ）等の重原子金属の錯体等が挙げられる。
【００４７】
上述したように、正孔が第一発光層５ａから第三発光層５ｂに確実に伝搬されるように、第一発光層５ａを構成するホスト材料には、燐光発光材料のＨＯＭＯ準位８よりも安定なＨＯＭＯ準位を有する材料を用いている。そのため、第一発光層５ａを構成するホスト材料は、従来電子輸送性材料として用いているホスト材料のＨＯＭＯ準位およびＬＵＭＯ準位と類似したＨＯＭＯ準位およびＬＵＭＯ準位を有していることが好ましい。これによって、正孔を第一発光層５ａから第三発光層５ｂに確実に伝搬することができる。また、励起エネルギーを燐光発光材料中に閉じ込めるために、発光層５に用いる燐光発光材料の励起三重項準位（Ｔ１）よりも大きいＴ１を有している材料を用いることが好ましい。ただし、ホスト材料が燐光発光材料のＴ１よりも小さいＴ１を有している場合でも、その差が０．１ｅＶ程度であれば、燐光発光材料からの励起エネルギーの移動は起こりにくい。したがって、燐光発光材料のＴ１よりも０．１ｅＶ程度小さいＴ１を有しているホスト材料であれば、適用可能である。
【００４８】
例えば、第一発光層５ａを構成するホスト材料として、トリス（２，４，６−トリメチル−３−（ピリジン−３−イル）フェニル）ボラン（３ＴＰＹＭＢ）（ＨＯＭＯ準位＝６．８ｅＶ，ＬＵＭＯ準位＝３．３ｅＶ，Ｔ１＝２．９８ｅＶ）、または１，３，５−トリ（ｍ−ピリジ−３−イル−フェニル）ベンゼン（ＴｍＴｙＰＢ）（ＨＯＭＯ準位＝６．６８ｅＶ，ＬＵＭＯ準位＝２．７３ｅＶ，Ｔ１＝２．７８ｅＶ）等を用いることができるが、特にこれらに限定されるわけではない。
【００４９】
同様に、電子が第二発光層５ｃから第三発光層５ｂに確実に伝搬されるように、第二発光層５ｃを構成するホスト材料には、燐光発光材料のＬＵＭＯ準位９よりも不安定なＬＵＭＯ準位を有する材料を用いている。そのため、第二発光層５ｃを構成するホスト材料は、従来正孔輸送性材料として用いているホスト材料のＨＯＭＯ準位およびＬＵＭＯ準位と類似したＨＯＭＯ準位およびＬＵＭＯ準位を有していることが好ましい。これによって、電子を第二発光層５ｃから第三発光層５ｂに確実に伝搬することができる。また、励起エネルギーを燐光発光材料中に閉じ込めるために、発光層５に用いる燐光発光材料のＴ１よりも大きいＴ１を有している材料を用いることが好ましい。ただし、ホスト材料が燐光発光材料のＴ１よりも小さいＴ１を有している場合でも、その差が０．１ｅＶ程度であれば、燐光発光材料からの励起エネルギーの移動は起こりにくい。したがって、燐光発光材料のＴ１よりも０．１ｅＶ程度小さいＴ１を有しているホスト材料であれば、適用可能である。
【００５０】
例えば、第二発光層５ｃを構成するホスト材料として、１，３−ビス（カルバゾール−９−イル）ベンゼン（ｍＣＰ）（ＨＯＭＯ準位＝５．９ｅＶ，ＬＵＭＯ準位＝２．４ｅＶ，Ｔ１＝２．９ｅＶ）、またはアダマンタン  カルバゾール（Ａｄ−Ｃｚ）（ＨＯＭＯ準位＝５．８ｅＶ，ＬＵＭＯ準位＝２．６ｅＶ，Ｔ１＝２．８８ｅＶ）等を用いることができるが、特にこれらに限定されるわけではない。
【００５１】
上述したように、第三発光層５ｂにおいて、正孔および電子を第三発光層５ｃ内に閉じ込めるために、燐光発光材料のＨＯＭＯ準位８よりも深いＨＯＭＯ準位を有し、燐光発光材料のＬＵＭＯ準位９よりも浅いＬＵＭＯｊンイを有するホスト材料を使用している。例えば、スルホン化ポリ（２，６−ジメチル−１，４−フェニレンオキシド）（ＳＰＰＯ１）（ＨＯＭＯ準位＝６．５ｅＶ，ＬＵＭＯ準位＝２．７ｅＶ，Ｔ１＝２．９ｅＶ）、またはＨＯＭＯ準位とＬＵＭＯ準位とのギャップが大きいＳｉ系ホスト材料、またはＰ系ホスト材料等を用いることができる。Ｓｉ系ホスト材料とは、例えば、ジフェニルジ（ｏ−トリル）シラン（ＵＧＨ１）（ＨＯＭＯ準位＝７．２ｅＶ，ＬＵＭＯ準位＝２．６ｅＶ，Ｔ１＝３．１５ｅＶ）、ｐ−ビス（トリフェニルシリーリ）ベンゼン（ＵＧＨ２）、３，５−ジ（Ｎ−カルバゾリル）テトラフェニルシラン（ＳｉｍＣＰ）、３，５−ジ（９Ｈ−カルバゾル−９−イル）テトラフェニルシラン（ＳｉｍＣＰ２）、または９−（４−テルト−ブチルフェニル）−３，６−ビス（トリフェニルシリル）−９Ｈ−カルバゾール（ＣｚＳｉ）（ＨＯＭＯ準位＝６．０ｅＶ，ＬＵＭＯ準位＝２．５ｅＶ，Ｔ１＝３．０２ｅＶ）等である。一方、Ｐ系ホスト材料とは、例えば、ＰＯ１、２，８−ビス（ジフェニルフォスフォリル）ジベンゾチオフェン（ＰＰＴ）（ＨＯＭＯ準位＝６．６ｅＶ，ＬＵＭＯ準位＝２．９ｅＶ，Ｔ１＝３．０ｅＶ）、または４−（ジフェニルフォスフォリル）−Ｎ，Ｎ−ジフェニルアニリン（ＨＭ−Ａ１）等である。それ以外にも、２，２−ビス［（４−ベンズイロキシ）フェニル］プロパン（ＭＭＡ１）、２，２−ビス（４−カルバゾイルフェニル）−１，１−ビフェニル（４ＣｚＰＢＰ）、４，４’−ジクロロベンゾフェノン（ＢＣＢＰ）、３，７−ビス［４−（Ｎ−カルバゾリル）フェニル］ベンゾ［１，２−ｂ４，５−ｂ０］ジフラン（ＣＺＢＤＰ）、または（４−ブロモフェニル）−５−メルカプト−１，２，３，４−テトラゾール（ＢＰＭＴ）等も適用可能である。また、励起エネルギーを燐光発光材料中に閉じ込めるために、発光層５に用いる燐光発光材料のＴ１よりも大きいＴ１を有しているホスト材料を用いることが好ましい。ただし、ホスト材料が燐光発光材料のＴ１よりも小さいＴ１を有している場合でも、その差が０．１ｅＶ程度であれば、燐光発光材料からの励起エネルギーの移動は起こりにくい。したがって、燐光発光材料のＴ１よりも０．１ｅＶ程度小さいＴ１を有しているホスト材料であれば、適用可能である。
【００５２】
以上では、第一発光層５ａ、第二発光層５ｃ、および第三発光層５ｂに適用可能なホスト材料について述べたが、必ずしも上記ホスト材料に限定されるわけではない。例えば、有機ＥＬ素子１に用いる燐光発光材料を決定した上で上述した条件を満たすような適当なホスト材料を選択して各発光層に用いれば良い。すなわち、上述した条件を満たすようなホスト材料であれば、以上に列記したホスト材料に限定されない。したがって、有機ＥＬ素子１の各層に用いるホスト材料の組み合わせ、および有機ＥＬ素子１に用いる燐光発光材料等を考慮して、用いるホスト材料をそれぞれ決定すれば良い。また、使用するホスト材料は三種類に限定されるわけではなく、少なくとも三種類のホスト材料を用いれば良い。
【００５３】
次に正孔注入層３について説明する。正孔注入層３に用いることが可能な正孔注入性材料しては、特に限定されるものではなく、例えば公知の正孔注入性材料を用いることができる。例えば、４，４’−ビス［Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニル−アミノ］ビフェニル（α−ＮＰＤ）、ジ−［４−（Ｎ，Ｎ−ジトリル−アミノ）−フェニル］シクロヘキサン（ＴＡＰＣ）（ＨＯＭＯ準位＝５．５ｅＶ，ＬＵＭＯ準位＝１．８ｅＶ，Ｔ１＝２．８７ｅＶ）、９，１０−ジフェニルアントラセン−２−スルフォネート（ＤＰＡＳ）、Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−Ｎ，Ｎ’−（４−（ジ（３−トリル）アミノ）フェニル）−１，１’−ビフェニル−４，４’−ジアミン（ＤＮＴＰＤ）、イリジウム（III）トリス［Ｎ，Ｎ’−ジフェニルベンズイミダゾル−２−イリデン−Ｃ２，Ｃ２’］（Ｉｒ（ｄｐｂｉｃ）３）、４，４’，４”−トリス−（Ｎ−カルバゾリル）−トリフェニルアミン（ＴＣＴＡ）、２，２−ビス（ｐ−トリメリットオキシフェニル）プロパン酸無水物（ＢＴＰＤ）、ビス［４−（ｐ，ｐ−ジトリルアミノ）フェニル］ジフェニルシラン（ＤＴＡＳｉ）、または上記第二発光層５ｃに用いるホスト材料等が適用可能である。
【００５４】
続いて正孔輸送層４について説明する。正孔輸送層４に用いることが可能な正孔輸送性材料しては、特に限定されるものではなく、例えば公知の正孔輸送性材料を用いることができる。例えば、ＴＡＰＣ、ＤＰＡＳ、ＤＮＴＰＤ、Ｉｒ（ｄｐｂｉｃ）３、ＴＣＴＡ、ＢＴＰＤ、ＤＴＡＳｉ、または上記第二発光層５ｃに用いるホスト材料等が適用可能である。
【００５５】
次に電子輸送層６について説明する。電子輸送層６に用いることが可能な電子輸送性材料としては、特に限定されるものではなく、例えば公知の電子輸送性材料を用いることができる。例えば、２，９−ジメチル−４，７−ジフェニル−１，１０−フェナントロリン（ＢＣＰ）、１，３，５−トリス（Ｎ−フェニルベンズイミダゾル−２−イル）ベンゼン（ＴＰＢＩ）、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）、４，７−ジフェニル−１，１０−フェナントロリン（Ｂｐｈｅｎ）、Ａｄ−Ｃｚ、ジパルミトイルホスファチジルセリン（ＤＰＰＳ）、１，３，５−トリ（ｍ−ピリド−３−イル−フェニル）ベンゼン（ＴｍＰｙＰＢ）、１，３，５−トリ（ｐ−ピリド−３−イル−フェニル）ベンゼン（ＴｐＰｙＰＢ）、または上記第一発光層５ａに用いるホスト材料等が適用可能である。
【００５６】
最後に、電子注入層７について説明する。電子注入層７に用いることが可能な電子注入性材料としては、特に限定されるものではなく、例えば公知の電子注入性材料を用いることができる。例えば、ＬｉＦ、ＢＣＰ、ＴＰＢＩ、ＴＡＺ、Ｂｐｈｅｎ、Ａｄ−Ｃｚ、ＤＰＰＳ、ＴｍＰｙＰＢ、ＴｐＰｙＰＢ、または上記第一発光層５ａに用いるホスト材料等が適用可能である。
【００５７】
（有機ＥＬ素子１の製造工程）
有機ＥＬ素子１の製造工程について、簡単に説明する。上述したように、通常有機ＥＬ素子は、スイッチング素子としてトランジスタを有しているが、本実施形態ではその製造工程については言及しない。
【００５８】
以下では、複数のトランジスタが島状に形成された基板上に、陽極２、有機層、および陰極を形成する工程を説明する。まず、各トランジスタの上に陽極２をパターン形成する（陽極形成工程）。そして、形成した陽極２上に有機層の各層を形成していく。なお、陽極２周辺の絶縁性を確保するために、陽極２周辺に有機絶縁膜（図示せず）を設けても良い。有機絶縁膜として、ポリイミド系等の樹脂材料等を用いるのが好ましいが、特にこれらに限定されるものではなく、例えば公知の有機絶縁材料を用いることができる。
【００５９】
そして、正孔注入層３を形成する（正孔注入層形成工程）。陽極２上に正孔注入性材料を蒸着させる。この際、当該正孔注入層３の膜厚は、４５ｎｍ程度であることが好ましい。このようにして、正孔注入層３を形成する。
【００６０】
続いて正孔輸送層４を形成する（正孔輸送層形成工程）。正孔注入層３上に正孔輸送性材料を蒸着させる。この際、当該正孔輸送層４の膜厚は、１５ｎｍ程度であることが好ましい。このようにして、正孔輸送層４を形成する。
【００６１】
次に発光層５を形成する。具体的には、正孔輸送層４上に第一発光層５ａ用のホスト材料と、燐光発光材料とを共蒸着させる（第一発光層形成工程）。この際、ホスト材料中に燐光発光材料を７．５％程度ドープさせることが好ましい。このようにして、第一発光層５ａを形成する。なお、層の厚さは１０ｎｍ程度であることが好ましい。
【００６２】
そして、第一発光層５ａ上に第三発光層５ｂ用のホスト材料と、燐光発光材料とを共蒸着させる（第三発光層形成工程）。この際、ホスト材料中に燐光発光材料を７．５％程度ドープさせることが好ましい。このようにして、第三発光層５ｂを形成する。なお、層の厚さは、好ましくは０．５〜４ｎｍ程度、より好ましくは２ｎｍ程度であることが好ましい。これについて、図３を参照して、詳しく説明する。図３は、有機ＥＬ素子１および従来の有機ＥＬ素子における、発光層の膜厚と電流効率との関係を示す図である。縦軸は、電流効率を示し、横軸は、発光層の膜圧を示している。なお、有機ＥＬ素子１においては、第三発光層５ｂの膜厚としている。
【００６３】
図３に示すように、有機ＥＬ素子１の第三発光層５ｂの膜厚が、２０Å程度の時に電流効率が高いピークを示す。第三発光層５ｂの膜厚が２０Åよりも小さくになるに従い電流効率は低下し、膜厚が２０Åよりも大きくなるに従い電流効率は低下する。これは、第三発光層５ｂの膜厚が厚いと、第三発光層５ｂにおける正孔および電子の移動度が低くなり、正孔と電子とが再結合する確率が低下してしまうためである。したがって、第三発光層５ｂの膜厚はより薄い方が好ましいが、第三発光層５ｂの膜厚が薄いと、第一発光層５ａから伝搬された正孔が第二発光層５ｃに移動してしまう。同様に、第二発光層５ｃから伝搬された電子が第一発光層５ａに移動してしまう。その結果、図３に示すように、第三発光層５ｂにおける正孔と電子とが再結合する確率が低下してしまう。したがって、第三発光層５ｂの膜厚は、５〜４２Å（０．５〜４．２ｎｍ）であることが好ましい。上記の場合、従来の有機ＥＬ素子（後述の比較例のケース）よりも電流効率が高くなる。また、さらには、第三発光層５ｂの膜厚は、１０〜３０Åであることが望ましい。その際、従来の有機ＥＬ素子よりも電流効率が１．５倍となる。それにより、高効率な有機ＥＬ素子１が得られる。
【００６４】
しかし、有機ＥＬ素子１の電流効率は、用いるホスト材料および燐光発光材料のＨＯＭＯ準位とＬＵＭＯ準位との差異、および正孔と電子との移動度の差異の影響を受ける。したがって、これらを考慮した上で最適な第三発光層５ｂの膜厚を決定すれば良く、第三発光層５ｂの膜厚は必ずしも上記範囲に限定されるものではない。
【００６５】
次に第三発光層５ｂ上に第二発光層５ｃ用のホスト材料と、燐光発光材料とを共蒸着させる（第二発光層形成工程）。この際、ホスト材料中に燐光発光材料を７．５％程度ドープさせることが好ましい。このようにして、第二発光層５ｃを形成する。なお、層の厚さは３０ｎｍ程度であることが好ましい。以上より、第一発光層５ａ、第二発光層５ｃ、および第三発光層５ｂを有する発光層５が形成される。
【００６６】
続いて電子輸送層６を形成する（電子輸送層形成工程）。発光層５上に電子輸送性材料を蒸着させる。この際、当該電子輸送層６の膜厚は、１０ｎｍ程度であることが好ましい。このようにして、電子輸送層６を形成する。
【００６７】
次に電子注入層７を形成する（電子注入層形成工程）。電子輸送層６上に電子注入性材料を蒸着させる。このようにして、電子注入層７を形成する。
【００６８】
最後に、陰極を形成する（陰極形成工程）。電子注入層７上に陰極をパターン形成し、有機ＥＬ素子１は完成する。
【００６９】
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。すなわち、請求項に示した範囲で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【００７０】
例えば、上記実施形態では、燐光発光材料として青色の燐光発光材料を用いる場合を説明したが、青色以外の燐光発光材料、または蛍光発光材料等、他の有機発光材料も適用可能である。本実施形態に係る有機ＥＬ素子１に、青色燐光発光材料以外の有機発光材料を用いた場合でも、さらなる駆動電圧の低下を実現することができる。
【００７１】
また、正孔注入層３および電子注入層７にそれぞれドーパントをドープしても良い。さらに、正孔および電子の輸送を促進する目的で正孔輸送層４および電子輸送層６にそれぞれドーパントをドープしても問題ない。例えば、第一発光層５ａにｐ−ドーパント等のドーパントをドープして、第一発光層５ａに正孔注入層３および正孔輸送層４を兼ねさせても良い。同様に、第二発光層５ｂにｎ−ドーパント等のドーパントをドープして、第二発光層５ｂに電子輸送層６および電子注入層７を兼ねさせても良い。これによれば、有機ＥＬ素子１の層構造を単純化することができるので、製造プロセスを簡易にすることができる。また、各注入層および各輸送層をそれぞれ省略することができるため、有機ＥＬ素子１の製造コストを低く抑えることができる。
【００７２】
さらに、本実施形態に係る有機ＥＬ素子１を備えた表示手段を有する有機ＥＬ表示装置を実現することも可能である。その具体例を、図４に示す。図４は、有機ＥＬ素子１を備えた有機ＥＬ表示装置５０の概略を示す図である。
【００７３】
図４に示すように、有機ＥＬ素子１を備えた有機ＥＬ表示装置５０は、基板５２上に、画素部４３、ゲート信号側駆動回路２８、データ信号側駆動回路２９、配線４１、電流供給線４２、封止基板４４、ＦＰＣ（Flexible Printed Circuits）２６、および外部駆動回路２７を有している。
【００７４】
外部駆動回路２７は、画素部４３の走査ライン（走査線）をゲート信号側駆動回路２８により順次選択し、選択されている走査線に沿って配置されている各画素素子に対し、データ信号側駆動回路２９におり画素データを書き込む。すなわち、ゲート信号側駆動回路２８が走査線を順次駆動し、データ信号側駆動回路２９がデータ線に画素データを出力することによって、駆動された走査線とデータが出力されたデータ線とが交差する位置に配置された画素素子が駆動される。
【００７５】
また、上述した有機ＥＬ表示装置を備えた電子機器を実現することも可能である。その具体例を、図５および図６に示す。図５は、有機ＥＬ表示装置を備えた携帯電話６０の概略を示す図である。図６は、有機ＥＬ表示装置を備えたテレビジョン受像機７０の概略を示す図である。
【００７６】
図５に示すように、携帯電話６０の表示部４９に、本実施形態に係る有機ＥＬ素子１を備えた有機ＥＬ表示装置を搭載することができる。なお、図に示す４５は音声入力部であり、４６は音声出力部であり、４７は本体部分であり、４８はアンテナであり、５１は操作スイッチである。これらの部材は、従来の携帯電話と同様の機能を有しているため、ここではその説明は省略する。また、携帯電話６０の具体的な構成についても、ここでは言及しない。
【００７７】
また、図６に示すように、テレビジョン受像機７０の表示部６１に、本実施形態に係る有機ＥＬ素子１を備えた有機ＥＬ表示装置を搭載することもできる。なお、図に示す６２はスピーカである。テレビジョン受像機７０は、表示部６１に本実施形態に係る有機ＥＬ表示装置を備えている点以外は、従来のテレビジョン受像機７０と同様の構成を有しているため、具体的な構成については、ここでは言及しない。
【００７８】
以上のように、本実施形態に係る有機ＥＬ素子１を備えることによって、発光効率が高い有機ＥＬ表示装置が実現でき、該有機ＥＬ表示装置は、表示部を備えた各種の電子機器に搭載することが可能である。
【００７９】
なお、以上では、本実施形態に係る有機ＥＬ素子１を備えた表示手段を有する有機ＥＬ表示装置について説明したが、有機ＥＬ素子１は、照明装置の光源として利用することも可能である。その具体例を、図７に示す。図７は、有機ＥＬ素子１を備えた照明装置８０の概略を示す図である。
【００８０】
図７に示すように、有機ＥＬ素子１を備えた照明装置８０は、光学フィルム７１、基板１１、陽極２、有機ＥＬ層１０、陰極１３、熱拡散シート６４、封止基板６５、封止樹脂６３、放熱材６６、駆動用回路６７、配線６８、および引掛シーリング６９を有している。
【００８１】
以上のように、本実施形態に係る有機ＥＬ素子１を備えることによって、発光効率が高い照明装置を提供することができる。
【００８２】
〔実施形態の総括〕
以上のように、本発明に係る有機エレクトロルミネッセンス素子においては、さらに、上記第一ホスト材料、上記第二ホスト材料、および上記有機発光材料のそれぞれの最高被占準位（ＨＯＭＯ）および最低空準位（ＬＵＭＯ）は、下記の関係式（３）および（４）を満たすことを特徴としている。
（３）｜第一ホスト材料のＬＵＭＯ｜＞｜有機発光材料のＬＵＭＯ｜
（４）｜第二ホスト材料のＨＯＭＯ｜＜｜有機発光材料のＨＯＭＯ｜
また、本発明に係る有機エレクトロルミネッセンス素子においては、さらに、上記第一ホスト材料、第二ホスト材料、および第三ホスト材料は、上記有機発光材料の励起三重項準位よりも高い励起三重項準位を有していることを特徴としている。
【００８３】
上記構成によれば、励起エネルギーを発光層中の有機発光材料中に閉じ込めることができ、有機発光材料からの励起エネルギーの移動を防ぐことができる。
【００８４】
また、本発明に係る有機エレクトロルミネッセンス素子においては、さらに、上記第一ホスト材料、上記第二ホスト材料、および上記第三ホスト材料のそれぞれの正孔移動度および電子移動度は、下記の関係式（５）および（６）を満たすことを特徴としている。
（５）第一ホスト材料の正孔移動度＞第三ホスト材料の正孔移動度
（６）第二ホスト材料の電子移動度＞第三ホスト材料の電子移動度
また、本発明に係る有機エレクトロルミネッセンス素子においては、さらに、上記第一発光層、上記第二発光層、および上記第三発光層のそれぞれの膜厚は、下記の関係式（７）および（８）を満たすことを特徴としている。
（７）第一発光層の膜厚＞第三発光層の膜厚かつ第三発光層の膜厚＜第二発光層の膜厚
（８）５Å＜第三発光層の膜厚＜４２Å
また、本発明に係る有機エレクトロルミネッセンス素子においては、さらに、上記第三発光層の膜厚は、下記の関係式（９）を満たすことを特徴としている。
（９）１０Å＜第三発光層の膜厚＜３０Å
また、本発明に係る有機エレクトロルミネッセンス素子においては、さらに、上記第一ホスト材料、上記第二ホスト材料、および上記有機発光材料のそれぞれの最高被占準位（ＨＯＭＯ）および最低空準位（ＬＵＭＯ）は、下記の関係式（１０）および（１１）の少なくともいずれか一方を満たすことを特徴としている。
（１０）０ｅＶ＜（｜第一ホスト材料のＬＵＭＯ｜−｜有機発光材料のＬＵＭＯ｜）≦０．５ｅＶ
（１１）０ｅＶ＜（｜有機発光材料のＨＯＭＯ｜−｜第二ホスト材料のＨＯＭＯ｜）≦０．５ｅＶ
また、本発明に係る有機エレクトロルミネッセンス素子においては、さらに、上記第一ホスト材料、上記第二ホスト材料、および上記有機発光材料のそれぞれの最高被占準位（ＨＯＭＯ）および最低空準位（ＬＵＭＯ）は、下記の関係式（１２）および（１３）の少なくともいずれか一方を満たすことを特徴としている。
（１２）０．１ｅＶ≦（｜第一ホスト材料のＬＵＭＯ｜−｜有機発光材料のＬＵＭＯ｜）≦０．３ｅＶ
（１３）０．１ｅＶ≦（｜有機発光材料のＨＯＭＯ｜−｜第二ホスト材料のＨＯＭＯ｜）≦０．３ｅＶ
また、本発明に係る有機エレクトロルミネッセンス素子においては、さらに、上記有機層は、上記陽極から上記有機層への正孔の注入を促進するドーパントがドープされた正孔注入層と、上記陰極から上記有機層への電子の注入を促進するドーパントがドープされた電子注入層とを有していることを特徴としている。
【００８５】
上記構成によれば、第一電極から注入されるキャリアの有機層への注入が促進され、第二電極から注入されるキャリアの有機層への注入が促進される。これより、発光層に正孔および電子を十分に伝搬することができる。
【００８６】
また、本発明に係る有機エレクトロルミネッセンス素子においては、さらに、上記正孔注入層と上記発光層との間には、上記ドーパントおよび上記有機発光材料がドープされていない領域があることを特徴としている。
【００８７】
また、本発明に係る有機エレクトロルミネッセンス素子においては、さらに、上記電子注入層と上記発光層との間には、上記ドーパントおよび上記有機発光材料がドープされていない領域があることを特徴としている。
【００８８】
上記構成によれば、発光層と第一キャリア注入層との間の有機発光材料およびドーパントがドープされていない領域は、キャリアのブロッキング層として働く。これより、発光層と第一キャリア注入層との界面においてエクサイプレックスによるエネルギー失活等を起こしてしまうのを防ぐことができる。すなわち、発光層から第一キャリア注入層へのエネルギーのロスを防ぐことができる。同様に、発光層と第二キャリア注入層との間の有機発光材料およびドーパントがドープされていない領域も、発光層から第二キャリア注入層へのエネルギーのロスを防ぐことができる。
【００８９】
また、本発明に係る有機エレクトロルミネッセンス素子においては、さらに、上記有機発光材料は、燐光発光材料であることを特徴としている。
【００９０】
上記構成によれば、発光効率が高く、発光寿命が長い有機ＥＬ素子を得ることができる。
【００９１】
また、本発明に係る有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法においては、上記第一ホスト材料、上記第二ホスト材料、および上記有機発光材料のそれぞれの最高被占準位（ＨＯＭＯ）および最低空準位（ＬＵＭＯ）は、下記の関係式（１６）および（１７）の少なくともいずれか一方を満たすことを特徴としている。
（１６）｜第一ホスト材料のＬＵＭＯ｜＞｜有機発光材料のＬＵＭＯ｜
（１７）｜第二ホスト材料のＨＯＭＯ｜＜｜有機発光材料のＨＯＭＯ｜
発明の詳細な説明の項においてなされた具体的な実施形態または実施例は、あくまでも、本発明の技術内容を明らかにするものであって、そのような具体例にのみ限定して狭義に解釈されるべきものではなく、本発明の精神と次に記載する請求の範囲内で、いろいろと変更して実施することができるものである。
【実施例】
【００９２】
以下では、実施例を挙げて本発明をさらに詳しく説明するが、本発明はその要旨を超えない限り、これら実施例に限定されるものではない。【００９３】
（実施例１）
ガラス基板上にプラズマ化学蒸着（プラズマＣＶＤ）法によってシリコン半導体膜を形成し、結晶化処理を施した後、多結晶半導体膜を形成した。続いて多結晶シリコン薄膜をエッチング処理し、複数の島状パターンを形成した。次に多結晶シリコン薄膜の各島の上に窒化ケイ素（ＳｉＮ）をゲート絶縁膜として形成した。その後、チタン（Ｔｉ）−アルミニウム（Ａｌ）−チタン（Ｔｉ）の積層膜をゲート電極として順次形成し、エッチング処理によってパターニングを行った。当該ゲート電極の上に、Ｔｉ−Ａｌ−Ｔｉを用いてソース電極およびドレイン電極を形成し、複数の薄膜トランジスタを作製した。【００９４】
形成した薄膜トランジスタ上にスルーホールを有する層間絶縁膜を形成して平坦化した。そして、当該スルーホールを介して酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）電極を陽極として形成した。ポリイミド系樹脂の単層でＩＴＯ電極の周辺を取り囲むようにしてパターニングした後、ＩＴＯ電極を形成した基板を超音波洗浄し、２００℃の減圧下で３時間ベークした。【００９５】
続いて、陽極上に４，４’−ビス［Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニル−アミノ］ビフェニル（α−ＮＰＤ）を真空蒸着法によって蒸着速度１Å／ｓｅｃで蒸着した。このようにして、陽極上に膜厚４５ｎｍの正孔注入層を形成した。【００９６】
その後、正孔注入層上にＮ，Ｎ−ジカルバゾイル−３，５−ベンゼン（ｍＣＰ）を真空蒸着法によって蒸着速度１Å／ｓｅｃで蒸着した。このようにして、正孔注入層上に膜厚１５ｎｍの正孔輸送層を形成した。【００９７】
そして、正孔輸送層上に２，８−ビス（ジフェニルフォスフォリル）ジベンゾチオフェン（ＰＰＴ）と、イリジウム（III）ビス（４’，６’−ジフルオロフェニルピリジナト）テトラキス（１−ピラゾリル）ボレート（ＦＩｒ６）とを真空蒸着法によって共蒸着した。この際、ＰＰＴ中にＦＩｒ６が７．５％程度含まれるようにドープした。このようにして、正孔輸送層上に膜厚１０ｎｍの第一発光層を形成した。【００９８】
その後、第一発光層上に、ジフェニルジ（ｏ−トリル）シラン（ＵＧＨ１）と、ＦＩｒ６とを真空蒸着法によって共蒸着した。この際、ＵＧＨ１中にＦＩｒ６が７．５％程度含まれるようにドープした。このようにして、第一発光層上に膜厚２ｎｍの第三発光層を形成した。【００９９】
そして、第三発光層上に９−（４−テルト−ブチルフェニル）―３，６−ビス（トリフェニルシリル）−９Ｈ−カルバゾール（ＣｚＳｉ）と、ＦＩｒ６とを真空蒸着法によって共蒸着した。この際、ＣｚＳｉ中にＦＩｒ６が７．５％程度含まれるようにドープした。このようにして、第三発光層上に膜厚３０ｎｍの第二発光層を形成した。【０１００】
次に、第二発光層上に１，３，５−トリス（Ｎ−フェニルベンズイミダゾル−２−イル）ベンゼン（ＴＰＢＩ）を真空蒸着法によって蒸着した。このようにして、第二発光層上に膜厚１０ｎｍの電子輸送層を形成した。【０１０１】
続いて、電子輸送層上にフッ化リチウム（ＬｉＦ）を真空蒸着法によって蒸着速度１Å／ｓｅｃで蒸着し、膜厚０．５ｎｍのＬｉＦ膜を形成した。その後、ＬｉＦ膜上にアルミニウム（Ａｌ）を用いて膜厚１００ｎｍのＡｌ膜を形成した。このようにして、ＬｉＦとＡｌとの積層膜を陰極として形成し、有機ＥＬ素子を作製した。【０１０２】
得られた有機ＥＬ素子の１０００ｃｄ／ｍ２における電流効率および寿命Ｔ５０を測定した。その結果、電流効率は２０ｃｄ／Ａとなり、寿命Ｔ５０は３０００ｈと良好な値を示した。【０１０３】
上記した実施例では、発光層が多層構造をしており、当該発光層のホスト材料には、燐光発光材料を考慮した材料を用いている。具体的には、本実施例では、ＦＩｒ６の最高被占準位（ＨＯＭＯ準位）よりも深いＨＯＭＯ準位を有するＰＰＴを第一発光層のホスト材料として用いている。また、ＦＩｒ６の最低空準位（ＬＵＭＯ準位）よりも浅いＬＵＭＯ準位を有するＣｚＳｉを第二発光層のホスト材料として用いている。さらに、第三発光層のホスト材料として、ＦＩｒ６のＨＯＭＯ準位よりも深いＨＯＭＯ準位を有し、ＦＩｒ６のＬＵＭＯ準位よりも浅いＬＵＭＯ準位を有するＵＧＨ１を用いている。これより、陽極から注入される正孔を確実に第三発光層にまで伝搬することができる。同様に、陰極から注入される電子を確実に第三発光層にまで伝搬することができる。また、第三発光層のＨＯＭＯ準位とＬＵＭＯ準位とのギャップが大きくなるように構成しているので、第三発光層内に正孔および電子を閉じ込めることができる。その結果、正孔および電子が再結合する確率を上げることができる。したがって、本実施例に係る有機ＥＬ素子では、正孔および電子を効率良く伝搬することができるので、電流効率および寿命Ｔ５０共に良好な値を示した。【０１０４】
（実施例２）
実施例１の第二発光層のホスト材料ＣｚＳｉ（ＨＯＭＯ準位＝６．０ｅＶ，ＬＵＭＯ準位＝２．５ｅＶ）の代わりに、アダマンタン  カルバゾール（Ａｄ−Ｃｚ）（ＨＯＭＯ準位＝５．８ｅＶ，ＬＵＭＯ準位＝２．６ｅＶ）を用い、発光材料は実施例１と同じように、ＦＩｒ６（ＨＯＭＯ準位＝６．１ｅＶ，ＬＵＭＯ準位＝３．１ｅＶ）を用いた第二発光層を持つ有機ＥＬ素子を作製した。上記の第二発光層のホスト材料としてＡｄ−Ｃｚを用いる点以外は、実施例１と同じ膜厚構成で作製した。【０１０５】
得られた有機ＥＬ素子の１０００ｃｄ／ｍ２における電流効率および駆動電圧を測定した。その結果、電流効率は１５ｃｄ／Ａとなり、電圧は実施例１の約８割となり、良好な値を示した。したがって、第二発光層のホスト材料のＨＯＭＯ準位と燐光発光材料とのＨＯＭＯ準位との差が、実施例１のように０．１ｅＶであっても、実施例２のように０．３ｅＶであっても、良好な値を示すことが分かった。【０１０６】
これは、有機ＥＬ素子の正孔および電子の輸送は、ホッピング伝導によって行われていることに関係している。ホッピング伝導の際、正孔がトラップされている準位と、正孔がホッピングする準位との差をΔＥとすると、正孔の移動度は、ｅｘｐ（−ΔＥ／ＲＴ）で下がっていく（Ｒ：気体定数，Ｔ：絶対温度［Ｋ］）。以上の点から、第二発光層を構成するホスト材料のＨＯＭＯ準位は、燐光発光材料のＨＯＭＯ準位よりも浅いことが好ましい。【０１０７】
ここで、第二発光層を構成するホスト材料のＨＯＭＯ準位と、燐光発光材料のＨＯＭＯ準位との差を０．５ｅＶより大きくすると、正孔が熱的に励起できる確率が低くなってしまう。したがって、第二発光層を構成するホスト材料のＨＯＭＯ準位と、燐光発光材料のＨＯＭＯ準位との差が０．５ｅＶ以内であることがより好ましいと言える。具体的な例で示すと、電子（正孔）移動速度は、下記式（１）のように、一般的なアレニウス式で表すことができる。ｋＥＴは電子（正孔）移動速度定数であり、Ａは頻度因子（温度に無関係な定数）である。【０１０８】
ｋＥＴ＝Ａｅｘｐ（−ΔＥ／ＲＴ）      …（１）
Ａは、非特許文献３に記載されているように、分子間の反応の場合では、１０１１Ｍ−１ｓ−１とされている。この際、ΔＥの数値による速度定数の値を式（１）から算出した結果を下記に示す。【０１０９】
ΔＥ＝０．１ｅＶの場合、ｋＥＴ＝２．０×１０９ｓ−１
ΔＥ＝０．２ｅＶの場合、ｋＥＴ＝４．１×１０７ｓ−１
ΔＥ＝０．３ｅＶの場合、ｋＥＴ＝８．４×１０５ｓ−１
ΔＥ＝０．４ｅＶの場合、ｋＥＴ＝１．７×１０４ｓ−１
ΔＥ＝０．５ｅＶの場合、ｋＥＴ＝３．５×１０２ｓ−１
ΔＥ＝０．６ｅＶの場合、ｋＥＴ＝７．１ｓ−１
以上から、ΔＥが０．５ｅＶ以内では、サブｍｓ（０．５ｅＶ時，２９ｍｓ）以内で電子移動が第一発光層を構成するホスト材料から燐光発光材料へと分子間で進行するが、０．６ｅＶを超えると秒単位でしか電子移動が進行しないことが分かる。つまり、電子が０．５ｅＶ以内の差であれば、アップヒルのエネルギー差であろうとも、電子移動が起こり得ると言える。【０１１０】
また、電場によって安定化されるエネルギー［ｆ（ｘ）］は、下記式（２）のように表すことができる。具体的には、Ｖという電場をかけた際における距離ｘの位置で電子が安定化するエネルギーである。なお、ｑは素電荷（電子の電荷の絶対値）である。【０１１１】
ｆ（ｘ）＝−ｑＶｘ      …（２）
つまり、式（２）から分かるように、電場をかけることで逆方向への電子（正孔）の移動は起こりにくくなり、あくまで電場の勾配に沿って電子（正孔）移動が起こりやすいと言える。すなわち、電場の影響で一度正孔が移されると、正孔は第一発光層から正孔輸送材料等の陽極側材料へ戻りにくく、第一発光層を構成するホスト材料から燐光発光材料へと移る方が優勢となる。【０１１２】
したがって、第二発光層を構成するホスト材料のＨＯＭＯ準位と、燐光発光材料のＨＯＭＯ準位との差を０．５ｅＶ以内にすると、正孔が熱的に励起する確率が高くなり、正孔および電子が再結合する確率を高めることができる。実施例２の結果に基づけば、第二発光層を構成するホスト材料のＨＯＭＯ準位と、燐光発光材料のＨＯＭＯ準位との差は、０．３ｅＶ以内であることがより好ましい。【０１１３】
また、第二発光層を構成するホスト材料のＨＯＭＯ準位と、燐光発光材料のＨＯＭＯ準位との差を０ｅＶよりも大きくすることが好ましい。デバイスの低電圧化につながるため、０．１ｅＶ異常にすることがより好ましい。【０１１４】
さらに、第一発光層を構成するホスト材料のＬＵＭＯ準位と、燐光発光材料のＬＵＭＯ準位の間の差も上記と同じ理由により、０ｅＶよりも大きく、０．５ｅＶ以内であることが好ましい。より好ましくは、０．１ｅＶ以上０．３ｅＶ以内である。【０１１５】
（比較例１）
実施例１の有機ＥＬ素子から第一発光層および第二発光層をなくし、ワイドギャップホストのＵＧＨ１を使用した単一発光層の有機ＥＬ素子を作製した。実施例１と同様に、正孔輸送層まで形成し、次に正孔輸送層上にＵＧＨ１とＦＩｒ６とを真空蒸着法によって共蒸着した。この際、ＵＧＨ１中にＦＩｒ６が７．５％程度含まれるようにドープした。このようにし、膜厚３０ｎｍの発光層（単一層）を形成した。【０１１６】
そして、上記の発光層上に、電子輸送層、ＬｉＦ、およびＡｌを実施例１と同様に形成し、有機ＥＬ素子を作製した。【０１１７】
得られた有機ＥＬ素子の１０００ｃｄ／ｍ２における電流効率を測定したところ、電流効率は１０ｃｄ／Ａとなり、実施例１の半分となった。【０１１８】
（比較例２）
実施例１の第二発光層のホスト材料ＣｚＳｉの代わりに、ＵＧＨ１を用い、発光材料は実施例１と同じように、ＦＩｒ６を用いた第二発光層を持つ有機ＥＬ素子を作製した。上記の第二発光層のホスト材料としてＵＧＨ１を用いる点以外は、実施例１と同じ膜厚構成作製した。【０１１９】
得られた有機ＥＬ素子の１０００ｃｄ／ｍ２における電流効率および駆動電圧を測定した。その結果、電流効率は１０ｃｄ／Ａとなり、実施例１の半分となった。また、駆動電圧は実施例１の約２倍となった。
【産業上の利用可能性】
【０１２０】
本発明は、有機ＥＬ素子を用いた各種デバイスに利用することが可能であり、例えばテレビ等の表示装置等に利用することができる。
【符号の説明】
【０１２１】
１，３１  有機ＥＬ素子
２，３２  陽極
３，３３  正孔注入層
４，３４  正孔輸送層
５，３５  発光層
５ａ  第一発光層
５ｂ  第三発光層
５ｃ  第二発光層
６，３６  電子輸送層
７，３７  電子注入層
８，３８  燐光発光材料の最高被占準位
９，３９  燐光発光材料の最低空準位
【図１】
0005475003.tif 000002
【図２】
0005475003.tif 000003
【図３】
0005475003.tif 000004
【図４】
0005475003.tif 000005
【図５】
0005475003.tif 000006
【図６】
0005475003.tif 000007
【図７】
0005475003.tif 000008
【図８】
0005475003.tif 000009