(57)【要約】【課題】発光寿命が長く、発光効率の高い有機ＬＥＤ素子を提供する。【解決手段】陽極と、陰極と、前記陽極と前記陰極との間に設けられた有機薄膜層とを有し、前記有機薄膜層が、燐光発光を示すドーパント材料とホスト材料とを含有する発光層と、前記発光層よりも前記陽極側に設けられた正孔輸送層と、前記発光層と前記正孔輸送層との間に設けられる、前記正孔輸送層よりも三重項エネルギー準位が高く、かつ、膜厚が１ｎｍ以上５ｎｍ未満であるエネルギー障壁層とを有する、有機ＬＥＤ素子を提供する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
陽極と、
陰極と、
前記陽極と前記陰極との間に設けられる有機薄膜層とを有し、
前記有機薄膜層が、
燐光発光を示すドーパント材料とホスト材料とを含有する発光層と、
前記発光層よりも前記陽極側に設けられる正孔輸送層と
前記発光層と前記正孔輸送層との間に設けられる、前記発光層及び前記正孔輸送層よりも三重項エネルギー準位が高く、かつ、膜厚が１ｎｍ以上５ｎｍ未満であるエネルギー障壁層と
を更に有する有機ＬＥＤ素子。
【請求項２】
請求項１に記載の有機ＬＥＤ素子において、
前記エネルギー障壁層のＨＯＭＯ準位の絶対値が、正孔輸送層のＨＯＭＯ準位より０．９ｅＶ以上大きい
ことを特徴とする有機ＬＥＤ素子。
【請求項３】
請求項２に記載の有機ＬＥＤ素子において、
前記エネルギー障壁層の材料がｍＴＳＢであり、前記正孔輸送層の材料がＮＰＢである
ことを特徴とする有機ＬＥＤ素子。
【請求項４】
請求項２に記載の有機ＬＥＤ素子において、
前記エネルギー障壁層の材料がｍＴＳＢであり、前記正孔輸送層の材料が３ＢＴＰＤである
ことを特徴とする有機ＬＥＤ素子。
【請求項５】
請求項２に記載の有機ＬＥＤ素子において、
前記エネルギー障壁層の材料がｐＴＳＢであり、前記正孔輸送層の材料がＮＰＢである
ことを特徴とする有機ＬＥＤ素子。
【請求項６】
請求項２に記載の有機ＬＥＤ素子において、
前記エネルギー障壁層の材料がｐＴＳＢであり、前記正孔輸送層の材料が３ＢＴＰＤである
ことを特徴とする有機ＬＥＤ素子。
【請求項７】
請求項２に記載の有機ＬＥＤ素子において、
前記エネルギー障壁層の材料がＳＰ１であり、前記正孔輸送層の材料がＮＰＢである
ことを特徴とする有機ＬＥＤ素子。
【請求項８】
請求項２に記載の有機ＬＥＤ素子において、
前記エネルギー障壁層の材料がＳＰ１であり、前記正孔輸送層の材料が３ＢＴＰＤである
ことを特徴とする有機ＬＥＤ素子。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１項に記載の有機ＬＥＤ素子を備える光源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機ＬＥＤ素子と、有機ＬＥＤ素子を用いた光源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
有機ＬＥＤ素子は、ディスプレイや照明の光源として利用されている。現在、有機ＬＥＤ素子の発光効率と発光寿命の向上をめざして、研究開発が進められている。有機ＬＥＤ素子は、一般的に、陽極層、有機薄膜層、陰極層を有する層状構造を有し、有機薄膜層は、陽極側から順に、正孔注入層、正孔輸送層、発光層を有する層状構造を有する。有機ＬＥＤ素子の発光効率は、励起子の発光効率と形成効率に依存する。励起子の発光効率を大きくするためには、励起子の無輻射失活を抑制する必要がある。燐光を用いた有機ＬＥＤ素子では、一般的に、発光層のホスト材料の三重項エネルギー（Ｔ１）準位をドーパントのＴ１準位よりも十分に高くすることで、ドーパント上で形成した励起子の無輻射失活を抑制することができる。
【０００３】
しかし、発光層に隣接する正孔輸送層のＴ１準位が発光層のドーパントのＴ１準位より低い場合、発光層中のドーパント上に形成した励起子が正孔輸送層に移動し、無輻射失活して、有機ＬＥＤの発光効率が低下する問題がある。また、ドーパントから正孔輸送層への励起子の移動によって、正孔輸送層中で励起子が無輻射失活することで、正孔輸送層が劣化し、有機ＬＥＤの発光寿命が短くなる問題も同時に生じる。これらの問題に対し、特許文献１では、発光層と正孔輸送層の間に、正孔輸送層よりＴ１準位が高い第二正孔輸送層を形成して、ドーパントから正孔輸送層への励起子の移動を抑制している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−１３９８１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、引用文献１に記載の技術の場合、第二正孔輸送層は高い正孔輸送性を有する必要があり、高い正孔輸送性と高いＴ１準位を両立する材料の選択幅は小さい。従って、ドーパントから正孔輸送層への励起子の移動を抑制することができる新しい技術が必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
そこで、発明者らは、上記課題を解決するために、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。本明細書は、上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、「陽極と、陰極と、前記陽極と前記陰極との間に設けられた有機薄膜層とを有し、前記有機薄膜層が、燐光発光を示すドーパント材料とホスト材料とを含有する発光層と、前記発光層よりも前記陽極側に設けられた正孔輸送層と、前記発光層と前記正孔輸送層との間に設けられる、前記正孔輸送層よりも三重項エネルギー準位が高く、かつ、膜厚が１ｎｍ以上５ｎｍ未満であるエネルギー障壁層とを有する、有機ＬＥＤ素子」を提供する。また、一例として、「前記有機ＬＥＤ素子を有する光源装置」を提供する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明により、有機ＬＥＤ素子の発光の高効率化と長寿命化が可能となる。その結果、当該有機ＬＥＤ素子を有する光源装置についても発光の高効率化と長寿命化をを可能にできる。前述した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施の形態の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明における有機ＬＥＤ素子の一実施形態における断面構造を模式的に示す図。
【図２】実施例１〜８に係る有機ＬＥＤ素子の断面構造を模式的に示す図。
【図３】実施例と比較例で用いる正孔輸送層の材料の化学構造式を示す図。
【図４】実施例と比較例で用いるエネルギー障壁層の材料の化学構造式を示す図。
【図５】実施例と比較例で用いる発光層の材料の化学構造式を示す図。
【図６】比較例１及び２の有機ＬＥＤ素子の断面構造を模式的に示す図。
【図７】比較例３の有機ＬＥＤ素子の断面構造を模式的に示す図。
【図８】比較例４の有機ＬＥＤ素子の断面構造を模式的に示す図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面に基づいて、本発明の実施の形態を説明する。なお、本発明の実施の形態は、後述する形態例に限定されるものではなく、その技術思想の範囲において、種々の変形が可能である。
【００１０】
図１に、本発明に係る有機ＬＥＤ素子の断面構造を示す。実施形態に係る有機ＬＥＤ素子は、陽極２と、陰極３と、陽極２と陰極３との間に設けられた有機薄膜層４とから構成される。陽極２に用いる材料は、透明性と高い仕事関数を有する材料であれば特に制限はない。陽極２の用いる材料には、例えばＩＴＯ、ＩＺＯなどの導電性酸化物、薄いＡｇなどの仕事関数の大きい金属が挙げられる。陽極２の膜厚は、５ｎｍから２０００ｎｍの範囲で選択することが可能である。一般に、電極２は、ガラス等の基板１上にホトリソグラフィー技術などを用いてパターン形成される。
【００１１】
陰極３は、有機薄膜層４に電子を注入する役割と共に、有機薄膜層４から発光した光を反射する反射電極の役割を果たす。陰極３に用いる材料には、例えばＬｉＦとＡｌの積層体、ＭｇＡｇ合金などが用いられる。もっとも、陰極３に用いる材料は、これらの材料に限定されるものではなく、例えばＬｉＦの代わりに、Ｃｓ化合物、Ｂａ化合物、Ｃａ化合物などを用いることができる。陰極３の膜厚は、５ｎｍから２０００ｎｍの範囲で選択することが可能である。陰極３の形成には、例えば蒸着法が使用される。
【００１２】
有機薄膜層４は、陽極２と陰極３の間に形成される。有機薄膜層４は、陽極２の側から陰極３の側へ順番に、正孔注入層４１、正孔輸送層４２、エネルギー障壁層４３、発光層４４、電子輸送層４５、電子注入層４６を積層した多層膜である。正孔注入層４１は、正孔輸送層４２に正孔を注入できる層であれば特に制限はない。正孔注入層４１を構成する材料の例として、ＰＥＤＯＴ（ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン））：ＰＳＳ（ポリスチレンスルホネート）、ポリピロール系の高分子材料、トリフェニルアミン系の高分子材料等が挙げられる。また、低分子材料と組み合わせて用いることも可能であり、フタロシアニン類化合物やスターバーストアミン系化合物も適用可能である。正孔注入層４１の膜厚は、５ｎｍから１０００ｎｍの範囲で選択することが可能である。
【００１３】
正孔輸送層４２は、正孔注入層４１から注入された正孔を、エネルギー障壁層４３を経由して発光層４４に輸送できる層であれば特に制限はない。正孔輸送層４２の材料には、例えばスターバーストアミン系化合物、スチルベン誘導体、ヒドラゾン誘導体、チオフェン誘導体等を用いることができる。正孔輸送層４２の膜厚は、５ｎｍから１０００ｎｍの範囲で選択することが可能である。
【００１４】
エネルギー障壁層４３は、発光層４４で形成された励起子が正孔輸送層４２に移動することを抑制する機能を有する。エネルギー障壁層４３のＴ１準位は、正孔輸送層４２と発光層４４のいずれに対しても高いことが望ましい。また、エネルギー障壁層４３の膜厚は、１ｎｍ以上、５ｎｍ未満であることが望ましい。エネルギー障壁層４３の膜厚が１ｎｍより小さい場合、エネルギー障壁層４３が、正孔輸送層４２と発光層４４を十分に隔離できず、発光層から正孔輸送層４２に励起子の移動が生じるため好ましくない。また、エネルギー障壁層４３の膜厚が５ｎｍ以上の場合、正孔移動が起こり難くなり、有機ＬＥＤ素子の発光効率が低下するため好ましくない。エネルギー障壁層４３の材料には、例えばカルバゾール誘導体、フルオレン誘導体、アリールシラン系材料、燐酸系材料等が挙げられる。なお、前記のエネルギー障壁層４３の材料は、正孔輸送層４２のＨＯＭＯ準位より０．９ｅＶ以上大きい材料を選択することが可能である。
【００１５】
発光層４４は、燐光発光を示すドーパント材料（以下「ドーパント材料」と省略する。）とホスト材料とを有する。ドーパント材料は、正孔輸送層４２からエネルギー障壁層４３を経由して輸送される正孔と電子輸送層４５から輸送される電子とを用いて三重項励起子を形成し、燐光を発しながら輻射遷移する分子であれば特に制限はない。ドーパント材料の例として、Ir錯体、Ｐｔ錯体、Ｃｕ錯体などが挙げられる。また、ホスト材料は、ドーパント材料まで正孔と電子を輸送する機能を有する分子である。ホスト材料のＴ１準位は、ドーパント材料に比べて高いことが望ましい。ホスト材料のＴ１準位がドーパント材料に比べて低い場合、ドーパント材料上に形成した励起子がホスト材料に移動し、無輻射失活するため好ましくない。ホスト材料の例として、カルバゾール誘導体、フルオレン誘導体、アリールシラン系材料、燐酸系材料等が挙げられる。また、複数種類のドーパント材料と複数種類のホスト材料を用いて、発光層を形成することも可能である。発光層の膜厚は、５ｎｍから１０００ｎｍの範囲で選択することが可能である。
【００１６】
電子輸送層４５は、発光層４４に電子を供給する層であれば特に制限はない。電子輸送層４５の材料には、例えばビス（２−メチル−８−キノリノラト）−４−（フェニルフェノラト）アルミニウム（以下「ＢＡｌｑ」と省略する。）、トリス（８−キノリノラト）（以下「Ａｌｑ３」と省略する。）アルミニウム、オキサジアゾール誘導体、トリアゾール誘導体、フラーレン誘導体、フェナントロリン誘導体、キノリン誘導体などが挙げられる。また、これらの材料を２種類以上併用しても差し支えない。電子輸送層４５の膜厚は、５ｎｍから１０００ｎｍの範囲で選択することが可能である。
【００１７】
電子注入層４６は、陰極３から電子輸送層４５への電子注入効率を向上させる層であれば特に制限はない。電子注入層４６の材料には、例えばフッ化リチウム、フッ化マグネシウム、フッ化カルシウム、フッ化ストロンチウム、フッ化バリウム、酸化マグネシウム、酸化アルミニウム等が挙げられる。また、これらの材料を２種類以上併用しても差し支えない。電子注入層４６の膜厚は、０．５ｎｍから１０００ｎｍの範囲で選択することが可能である。
【００１８】
有機薄膜層４の形成方法には、例えば真空蒸着法や塗布法が挙げられる。また、必要に応じて、これらの方法を併用して有機薄膜層４を形成しても差し支えない。
【００１９】
以下では、実施例と比較例の具体的な構造について説明すると共に、実施例に係る有機ＬＥＤ素子によって実現される技術的効果を比較例に係る有機ＬＥＤ素子との対比しつつ説明する。もっとも、本発明は、後述する実施例に係る有機ＬＥＤ素子の構造に限られるものでない。
【００２０】
［実施例１］
図２に、実施例１に係る有機ＬＥＤ素子の構造例を示す。図２には、図１との対応部分に同一符号を付して表している。本実施例の場合、ガラス基板（基板１）上に蒸着法で５０ｎｍのＩＴＯ薄膜を製膜し、これを陽極２とした。その後、製膜されたＩＴＯ薄膜上にスピンキャスト法で、膜厚が２０ｎｍのＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ薄膜を作製し、これを正孔注入層４１とした。その後、蒸着法により、膜厚が２０ｎｍのＮＰＢ（４，４’−ビス［Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニル−アミノ］ビフェニル）薄膜を製膜し、これを正孔輸送層４２とした。ＮＰＢの化学構造式を図３に示す。その後、蒸着法により、膜厚が１．０ｎｍのｍＴＳＢ（ｍ−ビス（トリフェニルシリル）ベンゼン）薄膜を製膜し、これをエネルギー障壁層４３とした。ｍＴＳＢの化学構造式を図４に示す。その後、ドーパント材料である（ｔｆｍｐｐｙ）２Ｉｒ（ｐｉｃ）とホスト材料である２６ＤＣｚＰＰｙが１：５で混合された、膜厚が３０ｎｍの発光層４４を、蒸着法により製膜した。（ｔｆｍｐｐｙ）２Ｉｒ（ｐｉｃ）と２６ＤＣｚＰＰｙの化学構造式を図５に示す。その後、膜厚がそれぞれ２０ｎｍのＢＡｌｑ層とＡｌｑ３層を製膜し、電子輸送層４５とした。その後、蒸着法により、膜厚が１ｎｍのフッ化リチウム層を蒸着し、電子注入層４６とした。その後、蒸着法により膜厚が５００ｎｍのＡｌ層を蒸着し、これを陰極３とした。
【００２１】
［実施例２］
実施例２に係る有機ＬＥＤ素子として、図２に示す構造の素子を作製した。ただし、本実施例では、エネルギー障壁層４３を、その膜厚が３．０ｎｍとなるように、ｍＴＳＢ薄膜を蒸着法で形成した。その他の作製条件は、実施例１と同じである。
【００２２】
［実施例３］
実施例３に係る有機ＬＥＤ素子として、図２に示す構造の素子を作製した。ただし、本実施例では、エネルギー障壁層４３を、その膜厚が４．９ｎｍとなるように、ｍＴＳＢ薄膜を蒸着法で形成した。その他の作製条件は、実施例１と同じである。
【００２３】
［実施例４］
実施例４に係る有機ＬＥＤ素子として、図２に示す構造の素子を作製した。ただし、本実施例では、正孔輸送層４２として、膜厚が２０ｎｍの３ＢＴＰＤ（２，２’−ビス（３−ジトリルアミノフェニル）−１，１’−ビフェニル）を蒸着法で形成した。３ＢＴＰＤの化学構造式を図３に示す。また、本実施例では、エネルギー障壁層４３を、その膜厚が３ｎｍとなるように、ｍＴＳＢ薄膜を蒸着法で形成している。その他の作製条件は、実施例１と同じである。
【００２４】
［実施例５］
実施例５に係る有機ＬＥＤ素子として、図２に示す構造の素子を作製した。本実施例では、エネルギー障壁層４３として、膜厚が３．０ｎｍのｐＴＳＢ（ｐ−ビス（トリフェニルシリル）ベンゼン）薄膜を蒸着法で形成した。ｐＴＳＢの化学構造式を図４に示す。その他の作製条件は、実施例１と同じである。
【００２５】
［実施例６］
実施例６に係る有機ＬＥＤ素子として、図２に示す構造の素子を作製した。本実施例の場合も、エネルギー障壁層４３として、膜厚が３．０ｎｍのｐＴＳＢ薄膜を蒸着法で形成した。ただし、本実施例では、正孔輸送層４２として、膜厚が２０ｎｍの３ＢＴＰＤ薄膜を蒸着法で形成した。その他の作製条件は、実施例１と同じである。
【００２６】
［実施例７］
実施例７に係る有機ＬＥＤ素子として、図２に示す構造の素子を作製した。本実施例では、エネルギー障壁層４３として、膜厚が３．０ｎｍのＳＰ１薄膜を蒸着法で形成した。その他の作製条件は、実施例１と同じである。
【００２７】
実施例８に係る有機ＬＥＤ素子として、図２に示す構造の素子を作製した。本実施例でも、エネルギー障壁層４３として、膜厚が３．０ｎｍのＳＰ１薄膜を蒸着法で形成した。また、正孔輸送層４２として、膜厚が２０ｎｍの３ＢＴＰＤ薄膜を蒸着法で形成した。その他の作製条件は、実施例１と同じである。
【００２８】
［比較例１］
比較例１に係る有機ＬＥＤ素子として、図６に示す構造の素子を作製した。この比較例では、前述の実施例１〜８とは異なり、エネルギー障壁層４３を形成していない。その他の作製条件は、実施例１と同じである。すなわち、正孔輸送層４２として、膜厚が２０ｎｍのＮＰＢ薄膜を蒸着法で形成した。
【００２９】
［比較例２］
比較例２に係る有機ＬＥＤ素子として、図６に示す構造の素子を作製した。この比較例も、前述の実施例１〜８とは異なり、エネルギー障壁層４３を形成しなかった。なお、正孔輸送層４２については、比較例１と異なり、膜厚が２０ｎｍの３ＢＴＰＤ薄膜を蒸着法で形成した。その他の作製条件は、実施例１と同じである。
【００３０】
［比較例３］
比較例３に係る有機ＬＥＤ素子として、図７に示す構造の素子を作製した。この比較例では、前述の比較例１及び２と異なり、エネルギー障壁層４３を形成した。この比較例の場合、エネルギー障壁膜４３として、膜厚が５．５ｎｍのｍＴＳＢ薄膜を蒸着法で形成した。その他の作成条件は、実施例１と同じである。よって、この比較例と実施例１との違いは、エネルギー障壁膜４３の膜厚のみである。なお、比較例３における膜厚は、前述した実施例１〜８のいずれの有機ＬＥＤ素子よりも厚い。
【００３１】
［比較例４］
比較例４に係る有機ＬＥＤ素子として、図８に示す構造の素子を作製した。この比較例も、前述の比較例３と同様、エネルギー障壁層４３を形成した。ただし、この比較例の場合、エネルギー障壁膜４３として、膜厚が３ｎｍのＤＣｚ薄膜を蒸着法で形成した。ＤＣｚの化学構造式を図４に示す。また、この比較例では、正孔輸送層４２を、膜厚が２０ｎｍの３ＢＴＰＤ薄膜を蒸着法で形成した。その他の作製条件は、実施例１と同じである。このため、この比較例４は、エネルギー障壁層４３の膜厚、正孔輸送層４２の膜厚及び材料の点で実施例４と類似する。比較例４と実施例４の違いは、エネルギー障壁層４３の材料である。
【００３２】
［実施例と比較例の対比］
続いて、前述した各実施例に係る有機ＬＥＤ素子と比較例に係る有機ＬＥＤ素子の構造の違いによる発光効率や発光寿命の違いを説明する。なお、発明者らは、当該説明に関連して、各有機ＬＥＤ素子を構成する正孔輸送層４２とエネルギー障壁層４３のそれぞれについて、Ｔ１準位、ＨＯＭＯ準位、ＬＵＭＯ準位を評価した。Ｔ１準位は、各材料の薄膜の燐光スペクトルの長波長側の波長端の波長から求めた。ＨＯＭＯ準位は、光電子分光法を用いて評価した。また、各材料の薄膜の蛍光スペクトルからＬＵＭＯ準位とＨＯＭＯ準位の差を評価し、得られた値とＨＯＭＯ準位の値からＬＵＭＯ準位を評価した。結果を表１に示す。
【００３３】
【表１】
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【００３４】
また、上記と同様の手法により、実施例に係る有機ＬＥＤ素子と比較例に係る有機ＬＥＤ素子を構成する発光層４４のホスト材料である２６ＤＣｚＰＰｙについて、Ｔ１準位、ＨＯＭＯ準位、ＬＵＭＯ準位を評価した。その結果、Ｔ１準位が２．７ｅＶ、ＨＯＭＯ準位が６．１ｅＶ、ＬＵＭＯ準位が２．６ｅＶであることが分かった。
【００３５】
さらに、上記と同様の手法により、実施例に係る有機ＬＥＤ素子と比較例に係る有機ＬＥＤ素子を構成する発光層４４のドーパント材料である（ｔｆｍｐｐｙ）２Ｉｒ（ｐｉｃ）についてのＴ１準位を評価した。その結果、Ｔ１準位は２．６ｅＶであった。
【００３６】
次に、実施例に係る有機ＬＥＤ素子と比較例に係る有機ＬＥＤ素子のそれぞれについて、発光効率を測定した。まず、有機ＬＥＤ素子に印加する電圧を０Ｖから１０Ｖまで掃引し、有機ＬＥＤ素子に流れた電流量と有機ＬＥＤ素子の全発光量を測定して評価した。その後、各電圧における素子発光の電力効率を求めた。前述の表１では、各素子構造に対応する測定結果が示している。なお、表１では、発光効率と発光寿命を、いずれも比較例１の発光効率と発光寿命に対する相対値で表した。
【００３７】
まず、正孔輸送層４２の組成に着目し、実施例２と比較例１を比較し、実施例４と比較例２を比較し、実施例５と比較例１を比較し、実施例６と比較例２を比較し、実施例７と比較例１を比較し、実施例８と比較例２を比較した。表１から分かるように、正孔輸送層４２のＴ１準位よりも高いＴ１準位を有するエネルギー障壁層４３を正孔輸送層４２と発光層４４の間に配置すると、エネルギー障壁層４３を有しない有機ＬＥＤ素子に比して発光効率が向上することが分かる。その理由として、エネルギー障壁層４３の存在により、発光層４４中のドーパント材料から正孔輸送層４２への励起子の移動が低減したことが考えられる。
【００３８】
次に、エネルギー障壁層４３を有する有機ＬＥＤ素子である比較例３との比較により、最適なエネルギー障壁層４３の膜厚について検討する。比較例３に係る有機ＬＥＤ素子の構造は、エネルギー障壁層４３の膜厚を除き、実施例１、実施例２、実施例３に係る有機ＬＥＤ素子と同じである。因みに、実施例１、実施例２、実施例３に係る有機ＬＥＤ素子を構成するエネルギー障壁層４３の膜厚は、１ｎｍ以上５ｎｍ未満である。一方、比較例に係る有機ＬＥＤ素子を構成するエネルギー障壁層４３の膜厚は、５.５ｎｍである。表１から分かるように、実施例１、実施例２、実施例３に係る有機ＬＥＤ素子の発光効率は、いずれも比較例３に係る有機ＬＥＤ素子の発光効率（０．９）よりも大きくなっている。なお、比較例３に係る有機ＬＥＤ素子の発光効率は、エネルギー障壁層４３を有しない比較例１に係る有機ＬＥＤ素子の発光効率（１.０）よりも小さかった。この原因には、エネルギー障壁層４３の膜厚が５ｎｍ以上になることにより、正孔移動が起こり難くなったことが考えられる。
【００３９】
続いて、エネルギー障壁層４３を有する有機ＬＥＤ素子である比較例４との比較により、エネルギー障壁層４３の材料のＨＯＭＯ準位と正孔輸送層４２の材料のＨＯＭＯ準位との間の最適条件を検討する。比較例４に係る有機ＬＥＤ素子のエネルギー障壁層４３の膜厚は、前述の実施例４、６及び８に係る有機ＬＥＤ素子の場合と同じ３ｎｍである。しかし、比較例４に係る有機ＬＥＤ素子の発光効率は、比較例３と同様、比較例１に係る有機ＬＥＤ素子に比べても小さくなっている。この原因として、比較例４に係る有機ＬＥＤ素子の場合、エネルギー障壁層４３の材料であるＤＣｚのＨＯＭＯ準位が、正孔輸送層４２の材料である３ＢＴＰＤのＨＯＭＯ準位より０．５ｅＶしか大きくないことが影響していると考えられる。すなわち、エネルギー障壁層４３を配置する場合には、その膜厚が１ｎｍ以上５ｎｍ未満であるだけでは足りず、エネルギー障壁層４３の材料のＨＯＭＯ準位が、正孔輸送層４２の材料のＨＯＭＯ準位より０．９ｅＶ以上大きいことが必要であることが分かる。
【００４０】
次に、実施例に係る有機ＬＥＤ素子と比較例に係る有機ＬＥＤ素子のそれぞれについて、発光寿命を測定した。発光寿命は、各素子に対して、初期輝度が１０００ｃｄ／ｍ２となるように電流を流し、電流量一定で輝度が半減するまでの時間を測定して評価した。前述の表１には、各素子構造に対応する測定結果が示している。
【００４１】
まず、正孔輸送層４２の組成に着目し、実施例２と比較例１を比較し、実施例４と比較例２を比較し、実施例５と比較例１を比較し、実施例６と比較例２を比較し、実施例７と比較例１を比較し、実施例８と比較例２を比較した。表１から分かるように、正孔輸送層４２のＴ１準位よりも高いＴ１準位を有するエネルギー障壁層４３を正孔輸送層４２と発光層４４の間に配置すると、エネルギー障壁層４３を有しない有機ＬＥＤ素子に比して長寿命化することが分かる。この理由として、エネルギー障壁層４３の存在により、発光層４４中のドーパント材料から正孔輸送層４２への励起子の移動が低減したことが考えられる。
【００４２】
なお、正孔輸送層４２のＴ１準位よりも高いＴ１準位を有するエネルギー障壁層４３を正孔輸送層４２と発光層４４の間に配置した比較例３と比較例４の場合、比較例３に係る有機ＬＥＤ素子は比較例１に係る有機ＬＥＤ素子よりも長寿命化したが、比較例４に係る有機ＬＥＤ素子は比較例１に係る有機ＬＥＤ素子よりも寿命が短くなった。このことから、エネルギー障壁層４３の配置は長寿命化に有利である一方、エネルギー障壁層４３の材料のＨＯＭＯ準位が正孔輸送層４２の材料のＨＯＭＯ準位よりも０．９ｅＶ未満であると寿命が短くなることが分かった。
【００４３】
［まとめ］
以上のように、発光層４４と正孔輸送層４２との間に、正孔輸送層４２よりも三重項エネルギー準位（Ｔ１）が高く、かつ、膜厚が１ｎｍ以上５ｎｍ未満であるエネルギー障壁層４３を配置した構造を有する有機ＬＥＤ素子を製造することにより、従来素子に比して発光効率が高く、かつ、発光寿命の長い有機ＬＥＤ素子を実用化することができる。なお、エネルギー障壁層４３のＨＯＭＯ準位は、正孔輸送層４２のＨＯＭＯ準位よりも０．９ｅＶ以上大きくすることが望ましい。
【００４４】
［光源装置］
前述の各実施例では、専ら、単一の有機ＬＥＤ素子の構造について説明したが、各実施例に係る１つ又は複数の有機ＬＥＤ素子を基板上に配置することにより光源装置を実現することができる。１つの有機ＬＥＤ素子を基板上に配置した光源装置の構造は図１と同じである。なお、本明細書では、「光源装置」をいわゆる照明機器の光源のみならず、ディスプレイの光源の意味でも使用する。ここで、ディスプレイの光源は、バックライト光源、画素又はサブ画素としての光源の意味を含む。いずれの意味においても、前述の実施例に係る構造の有機ＬＥＤ素子によって光源装置を構成することにより、発光効率が高く、発光寿命の長い光源装置を実現することができる。
【符号の説明】
【００４５】
１…基板
２…陽極
３…陰極
４…有機薄膜層
４１…正孔注入層
４２…正孔輸送層
４３…エネルギー障壁層
４４…発光層
４５…電子輸送層
４６…電子注入層
【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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