(57)【要約】      （修正有）【課題】有機発光素子の駆動電圧を低減する。【解決手段】有機層２０は、極性領域と、極性領域を挟持する２つの無極性領域とからなり、極性層は双極子モーメントが１［Ｄ］以上の有機極性化合物を５０体積％以上含み、無極性層は双極子モーメントが１［Ｄ］未満の有機化合物のみからなり、極性領域は発光層１４０を含み、且つ極性領域の総膜厚は、発光層１４０の膜厚の１．５倍以下であり、発光層１４０は少なくとも１層の極性層を含み、発光層１４０に含まれる極性層の少なくとも１層は、双極子モーメントが４［Ｄ］以上の有機極性化合物を合計で３０体積％以上含み、極性領域の全極性層についての、下記式（１）で表されるパラメータＰｊの総和ΣＰｊが１５０［Ｄ・ｎｍ］以上であることを特徴とする。Ｐｊ＝Σ（μｉｊ×ｄｊ×φｉｊ（１）（式中、ｄｊは膜厚、μｉｊは有機極性化合物ｉの双極子モーメント、φｉｊ有機極性化合物ｉの体積分率。）【選択図】図１
2015037168.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
陽極と、少なくとも１層の発光層を含む有機層と、陰極とを順に具備する有機発光素子であって、
前記有機層は、極性領域と、当該極性領域を両側から接して挟持する２つの無極性領域とからなり、
前記極性領域は極性層を少なくとも１層含み、
前記無極性領域は無極性層の１層または複数層からなり、
前記極性層は双極子モーメントが１［Ｄ］以上の有機極性化合物の少なくとも１種を合計で５０体積％以上含む層であり、
前記無極性層は双極子モーメントが１［Ｄ］未満の有機化合物のみからなる層であり、
前記極性領域は前記発光層を含み、且つ当該極性領域の総膜厚は、当該発光層の膜厚の１．５倍以下であり、
前記発光層は少なくとも１層の極性層を含み、
前記発光層に含まれる極性層の少なくとも１層は、双極子モーメントが４［Ｄ］以上の有機極性化合物の少なくとも１種を合計で３０体積％以上含み、
前記極性領域の全極性層についての、下記式（１）で表されるパラメータＰｊの総和ΣＰｊが１５０［Ｄ・ｎｍ］以上である
ことを特徴とする有機発光素子。
Ｐｊ＝Σ（μｉｊ×ｄｊ×φｉｊ）      （１）
（式（１）中、ｄｊは任意の極性層ｊの膜厚であり、μｉｊは当該極性層ｊにおける双極子モーメントが１Ｄ以上の任意の有機極性化合物ｉの双極子モーメントであり、φｉｊは当該極性層ｊにおける当該有機極性化合物ｉの体積分率である。また、Σは前記極性層ｊに含まれる有機極性化合物の全種類についての総和を取ることを意味する。）
【請求項２】
前記有機層が、ホール輸送層及び電子輸送層を含み、前記極性領域が前記発光層と、当該ホール輸送層又は当該電子輸送層のいずれか一方からなることを特徴とする請求項１に記載の有機発光素子。
【請求項３】
前記有機層が、ホール輸送層及び電子輸送層を含み、前記発光層が前記極性領域に一致し、当該ホール輸送層及び当該電子輸送層が前記無極性層であることを特徴とする請求項１に記載の有機発光素子。
【請求項４】
前記パラメータＰｊの総和ΣＰｊが、２５０［Ｄ・ｎｍ］以下であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の有機発光素子。
【請求項５】
前記パラメータＰｊの総和ΣＰｊが、２００［Ｄ・ｎｍ］以下であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の有機発光素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機発光素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
有機発光素子は、自発光や低消費電力等の優れた特徴を示し、一般的に、陽極と陰極との間に、発光材料を含む有機化合物を薄膜状に形成した発光層を挟む構造を有している。そして、これらの電極間に電圧を印加し、発光層内で正孔と電子を再結合させることによって発光材料を励起させ、発光させている。
【０００３】
一方で、このような有機発光素子の寿命を長期化させるための研究がなされている。例えば、特許文献１には、輝度の低下や駆動電圧の上昇を抑制するために、陰極と発光層との間に、電子輸送性材料と、電子輸送性材料よりも極性の大きい有機化合物とを含む混合層を有する有機電界発光素子が記載されている。特許文献２には、極性官能基を有するフラーレン化合物と電荷輸送性物質と組み合わせた電荷輸送性材料を含む電荷輸送性薄膜を正孔注入層として用いることにより、正孔注入層の光透過率が向上することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−２５１５８５号公報
【特許文献２】特開２０１０−１２３９３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、例えば、特許文献１に記載された有機発光素子の場合、ジピレニルアダマンタン（ＰＹ−ＡＤ）等の極性の大きい有機化合物を添加した２，２−ビ（９，１０−ジフェニルアントラセン）含む混合層を、発光層と陰極との間に設けている。しかし、ＰＹ−ＡＤ等の極性化合物の添加量が５体積％〜１０体積％程度の場合は、駆動電圧の上昇がある程度抑えられるものの、６０体積％程度に増量すると、駆動電圧の上昇が見られる。また、特許文献２に記載された有機発光素子の場合、電荷輸送性薄膜として良好な正孔注入効果を得るには、ある程度以上の膜厚が必要となり、膜厚を大きくすると駆動電圧が上昇するおそれがある。
【０００６】
本発明の目的は、有機発光素子における電荷の注入電圧を低減することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明によれば、陽極と、少なくとも１層の発光層を含む有機層と、陰極とを順に具備する有機発光素子であって、前記有機層は、極性領域と、当該極性領域を両側から接して挟持する２つの無極性領域とからなり、前記極性領域は極性層を少なくとも１層含み、前記無極性領域は無極性層の１層または複数層からなり、前記極性層は双極子モーメントが１［Ｄ］以上の有機極性化合物の少なくとも１種を合計で５０体積％以上含む層であり、前記無極性層は双極子モーメントが１［Ｄ］未満の有機化合物のみからなる層であり、前記極性領域は前記発光層を含み、且つ当該極性領域の総膜厚は、当該発光層の膜厚の１．５倍以下であり、前記発光層は少なくとも１層の極性層を含み、前記発光層に含まれる極性層の少なくとも１層は、双極子モーメントが４［Ｄ］以上の有機極性化合物の少なくとも１種を合計で３０体積％以上含み、前記極性領域の全極性層についての、下記式（１）で表されるパラメータＰｊの総和ΣＰｊが１５０［Ｄ・ｎｍ］以上であることを特徴とする有機発光素子が提供される。
【０００８】
Ｐｊ＝Σ（μｉｊ×ｄｊ×φｉｊ）      （１）
式（１）中、ｄｊは任意の極性層ｊの膜厚であり、μｉｊは当該極性層ｊにおける双極子モーメントが１Ｄ以上の任意の有機極性化合物ｉの双極子モーメントであり、φｉｊは当該極性層ｊにおける当該有機極性化合物ｉの体積分率である。また、Σは前記極性層ｊに含まれる有機極性化合物の全種類についての総和を取ることを意味する。
【０００９】
ここで、前記有機層が、ホール輸送層及び電子輸送層を含み、前記極性領域が前記発光層と、当該ホール輸送層又は当該電子輸送層のいずれか一方からなることが好ましい。
また、前記有機層が、ホール輸送層及び電子輸送層を含み、前記発光層が前記極性領域に一致し、当該ホール輸送層及び当該電子輸送層が前記無極性層であることが好ましい。
さらに、前記パラメータＰｊの総和ΣＰｊが、２５０［Ｄ・ｎｍ］以下であることが好ましい。
前記パラメータＰｊの総和ΣＰｊが、２００［Ｄ・ｎｍ］以下であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、有機発光素子における電荷注入電圧が低減する。すなわち、有機発光素子の陽極と陰極の間の有機層に極性層が形成され、更に極性層は無極性の層に挟持されていることにより、電荷輸送を妨げることなく電荷注入電圧を低減でき、駆動電圧が低下する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本実施形態が適用される有機発光素子の一例を示す概略断面図である。
【図２】有機層を構成するいずれの層も無極性層である有機発光素子のエネルギーバンド図である。
【図３】発光層が極性層で、ホール輸送層及び電子輸送層が無極性層である有機発光素子のエネルギーバンド図である。
【図４】発光層が極性層で、ホール輸送層及び電子輸送層が無極性層である他の構成の有機発光素子のエネルギーバンド図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。尚、本発明は、以下の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で種々変形して実施することができる。すなわち、実施の形態の例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、特に記載がない限り本発明の範囲を限定するものではなく、単なる説明例に過ぎない。また、使用する図面は、本実施の形態を説明するための一例であり、実際の大きさを表すものではない。各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。また、本明細書において、「層上」等の「上」は、必ずしも上面に接触して形成される場合に限定されず、離間して上方に形成される場合や、層と層の間に介在層が存在する場合も包含する意味で使用する。
【００１３】
＜有機発光素子１０＞
図１は、本実施形態が適用される有機発光素子１０の一例を示す概略断面図である。
図１に示すように、有機発光素子１０は、基板１１０と、基板１１０上に形成された第１電極（陽極）１２０と、第２電極（陰極）１６０と、第１電極（陽極）１２０と第２電極（陰極）１６０との間に発光層１４０を含む複数の層からなる有機層２０とを有している。
【００１４】
図１に示すように有機層２０は、発光層１４０と第１電極１２０との間に形成されたホール輸送層１３０と、発光層１４０と第２電極（陰極）１６０との間に形成された電子輸送層１５０とを有している。
後述するように、本実施の形態では、有機層２０は、双極子モーメントの大きな有機化合物を含む極性領域と、双極子モーメントの小さな有機化合物からなる２つの無極性領域を有し、２つの無極性領域は、極性領域を両側から接して挟持するように構成されている。
【００１５】
（極性領域）
本実施の形態では、極性領域は、極性層を少なくとも１層含む。極性層は双極子モーメントが１［Ｄ（デバイ））］以上の有機極性化合物の少なくとも１種を合計で５０体積％以上含む層である。さらに、極性層は双極子モーメントが１［Ｄ］以上の有機極性化合物の少なくとも１種を合計で７０体積％以上含むことが好ましい。発光層１４０はこの極性領域内に含まれ、無極性領域には含まれない。発光層１４０は１層以上の層を含む。
極性領域はホール輸送層１３０及び／又は電子輸送層１５０を含んでもよいが、極性領域が発光層１４０に一致するのが最も好ましい。極性領域がホール輸送層１３０及び／又は電子輸送層１５０の全体又は一部を含む場合は、これらのホール輸送層１３０及び電子輸送層１５０で極性領域に含まれる部分は、極性層である必要がある。また、発光層１４０が複数の層から形成される場合は、無極性層を含んでいてもよい。
【００１６】
発光層１４０は極性層を少なくとも１層含むが、発光層に含まれる極性層の少なくとも１層には、双極子モーメントが４［Ｄ］以上の有機極性化合物が３０体積％以上、好ましくは５０体積％以上、さらに好ましくは７０体積％以上含まれている。
極性層に含まれる有機極性化合物の双極子モーメントが過度に小さい場合には、後述の極性層に生じる自発的な分極（表面電位）が小さくなるため、ホール輸送層１３０及び電子輸送層１５０に形成される内部電界（電荷注入を妨げる方向に働く）が緩和されず、電荷注入が容易になるという本発明の効果が得られない。
【００１７】
双極子モーメントが４［Ｄ］以上の有機極性化合物としては、例えば、Ａｌｑ３（トリス（８−キノリノラト）アルミニウム：双極子モーメント４．１［Ｄ］）、ＯＸＤ−７（２，２−（３，１−フェニレン）ビス［５−（４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−１，３，４−オキサジアゾール］：双極子モーメント６．６［Ｄ］）、ＦＩｒｐｉｃ（イリジウム（III）ビス（（４，６−ジフルオロフェニル）ピリジナート−Ｎ，Ｃ２’）ピコリナート：双極子モーメント６．３［Ｄ］）、（４’−フルオロ−１，１’−ビフェニル）−４−オラト）ビス（２−メチル−８−キノリノラト）ガリウム（双極子モーメント１０．２［Ｄ］）、（４’−クロロ−１，１’−ビフェニル）−４−オラト）ビス（２−メチル−８−キノリノラト）ガリウム（双極子モーメント９．７［Ｄ］）、（１，１’−ビフェニル）−４−オラト）ビス（２−メチル−８−キノリノラト）ガリウム双極子モーメント８．６［Ｄ］）、（４’−フルオロ−１，１’−ビフェニル）−４−オラト）ビス（２−メチル−８−キノリノラト）アルミニウム（双極子モーメント５．６［Ｄ］）、（４’−クロロ−１，１’−フェニル）−４−オラト）ビス（２−メチル−８−キノリノラト）アルミニウム（双極子モーメント５．１［Ｄ］）、（１，１’−ビフェニル）−４−オラト）ビス（２−メチル−８−キノリノラト）アルミニウム（双極子モーメント４．０［Ｄ］）、及び下記構造式（１−１）〜（１−９）で示される有機化合物等が挙げられる。
【００１８】
【化１】
2015037168.tif 000003
【００１９】
【化２】
2015037168.tif 000004
【００２０】
【化３】
2015037168.tif 000005
【００２１】
【化４】
2015037168.tif 000006
【００２２】
【化５】
2015037168.tif 000007
【００２３】
また、双極子モーメントが１［Ｄ］以上、４［Ｄ］未満の有機極性化合物も極性層を構成することができる。このような有機極性化合物としては、例えば、ビス（２−メチル−８−キノリノラト）ガリウムクロライド（双極子モーメント１．８［Ｄ］）、４，４，８，８，−テトラキス（１Ｈ−ピラゾール−１−イル）ピラザボール（双極子モーメント１．８［Ｄ］）、及び下記構造式（２−１）〜（２−６）で示される有機化合物等が挙げられる。
【００２４】
【化６】
2015037168.tif 000008
【００２５】
【化７】
2015037168.tif 000009
【００２６】
【化８】
2015037168.tif 000010
【００２７】
ここで、極性領域を構成する極性層の数をｎとし、任意の極性層ｊ（ｊ＝１〜ｎ）について、下記式（１）で表されるパラメータＰｊが定義される。パラメータＰｊは、極性層としての極性の大きさを表すパラメータである。
Ｐｊ＝Σ（μｉｊ×φｉｊ×ｄｊ）      （１）
ここで、任意の極性層ｊに含まれる双極子モーメントが１［Ｄ］以上の有機極性化合物の数（種類）をｍｊとする。式（１）中、ｄｊは、任意の極性層ｊの膜厚である。また、μｉｊは、この極性層ｊに含まれる双極子モーメントが１［Ｄ］以上である任意の有機極性化合物ｉ（ｉ＝１〜ｍｊ）の双極子モーメントであり、φｉｊは、極性層ｊにおけるその有機極性化合物ｉの体積分率である。また、Σは、任意の極性層ｊについて、この極性層ｊに含まれる双極子モーメントが１［Ｄ］以上の全有機極性化合物についての総和（ｉ＝１〜ｍｊ）をとることを意味する。
【００２８】
本実施の形態が適用される有機発光素子１０において、極性領域を構成する複数の極性層ｊについて、上記の式（１）で表されるパラメータＰｊの総和をとったΣＰｊは、通常、１５０〜２５０［Ｄ・ｎｍ］の範囲であり、好ましくは、１５０〜２００［Ｄ・ｎｍ］の範囲である。
パラメータＰｊの総和ΣＰｊが過度に小さい場合には、後述の極性層に生じる自発的な分極（表面電位）が小さくなるため、ホール輸送層１３０及び電子輸送層１５０に形成される内部電界（電荷注入を妨げる方向に働く）が緩和されず、電荷注入が容易になるという本発明の効果が得られない。また、逆にパラメータＰｊの総和ΣＰｊが過度に大きい場合には、発光層１４０に形成される内部電界（電荷注入を妨げる方向に働く）が大きくなりすぎるため、ホールと電子の再結合が起こりにくくなり、発光効率が低下する。
【００２９】
ここで、有機発光素子１０の極性領域を構成する極性層の膜厚の総和（総膜厚）は、発光層１４０の膜厚の１．５倍以下の範囲内になるように調整されている。中でも、極性層の総膜厚が発光層１４０の膜厚の１倍の場合、すなわち、極性層が発光層１４０のみからなる場合が最も好ましい。
また、極性層の膜厚の総和（総膜厚）は、通常、５ｎｍ〜２００ｎｍの範囲であり、好ましくは、２０ｎｍ〜５０ｎｍの範囲である。極性層の膜厚の総和（総膜厚）が過度に薄いと、素子駆動時において、無極性層と極性層の界面に電荷が蓄積しやすくなり、輝度劣化が促進する傾向がある。極性層の膜厚が過度に厚いと、層間の電荷の輸送特性が低下する傾向がある。また、素子の駆動電圧が上昇する傾向がある。
【００３０】
（無極性領域）
本実施の形態では、無極性領域は、双極子モーメントが１［Ｄ］未満の有機化合物のみを含む無極性層のみからなり、前述の発光層１４０を一例とする極性領域の両側に接してこれを挟持するように配置されている。尚、無極性領域を構成する無極性層は、１層または２層以上の多層であってもよい。
双極子モーメントが１［Ｄ］未満の有機化合物としては、例えば、ＮＰＢ（α−ＮＰＤ、Ｎ，Ｎ’−ジ（１−ナフチル）−Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−ベンジジン）、ＴＢＢ（トラン−ビスベンジル）、ＣＢＰ（４，４’−ビス（カルバゾール−９−イル）−ビフェニル）、トリス（２，６−ジメチル−４−ビフェニル）ボラン、Ｉｒ（ｐｐｙ）３（トリス（２−フェニルピリジン）イリジウム（ＩＩＩ））、及び下記構造式（３−１）〜（３−３）で示される有機化合物等が挙げられる。
【００３１】
【化９】
2015037168.tif 000011
【００３２】
【化１０】
2015037168.tif 000012
【００３３】
また、本実施の形態が適用される有機発光素子１０は、有機層２０がホール輸送層１３０、発光層１４０及び電子輸送層１５０を含む構成となっている場合、発光層１４０と、ホール輸送層１３０の発光層１４０に接する側の一部分及び／又は電子輸送層１５０の発光層１４０に接する側の一部分が極性領域を形成していてもよい。
【００３４】
有機層２０における極性領域が、発光層１４０とホール輸送層１３０の発光層１４０に接する側の一部分からなる場合は、ホール輸送層１３０を２層以上の多層構造とし、少なくとも発光層１４０に接する側の１層を双極子モーメントが４［Ｄ］以上の有機極性化合物を３０体積％以上含む極性層とし、且つ少なくとも第１電極１２０に接する側の１層を双極子モーメントが１［Ｄ］未満の有機化合物のみからなる無極性層とすればよい。
また、有機層２０における極性領域が、発光層１４０と電子輸送層１５０の発光層１４０に接する側の一部分からなる場合は、電子輸送層１５０を２層以上の多層構造とし、少なくとも発光層１４０に接する１層を双極子モーメントが４［Ｄ］以上の有機極性化合物を３０体積％以上含む極性層とし、且つ少なくとも第２電極１６０に接する側の１層を双極子モーメントが１［Ｄ］未満の有機化合物のみからなる無極性層とすればよい。
【００３５】
有機層２０における極性領域が、ホール輸送層１３０の発光層１４０に接する側の一部分、発光層１４０及び電子輸送層１５０の発光層１４０に接する側の一部分からなる場合は、ホール輸送層１３０を２層以上の多層構造とし、少なくとも発光層１４０に接する側の１層を双極子モーメントが４［Ｄ］以上の有機極性化合物を３０体積％以上含む極性層とし、且つ少なくとも第１電極１２０に接する側の１層を双極子モーメントが１［Ｄ］未満の有機化合物のみからなる無極性層とし、さらに、電子輸送層１５０を２層以上の多層構造とし、少なくとも発光層１４０に接する側の１層を双極子モーメントが４［Ｄ］以上の有機極性化合物を３０体積％以上含む極性層とし、且つ少なくとも第２電極１６０に接する側の１層を双極子モーメントが１［Ｄ］未満の有機化合物のみからなる無極性層とすればよい。
【００３６】
本実施の形態が適用される有機発光素子１０において、有機層２０がホール輸送層１３０、発光層１４０及び電子輸送層１５０を含む構成となっている場合、発光層１４０が、双極子モーメントが４［Ｄ］以上である有機極性化合物を含む極性領域に一致し、且つ、発光層１４０の両側に接して形成されるホール輸送層１３０及び電子輸送層１５０が、双極子モーメントが１［Ｄ］未満の有機化合物のみからなる無極性層であることが好ましい。尚、ホール輸送層１３０、発光層１４０及び電子輸送層１５０は、それぞれ、１層又は２層以上の多層であってもよい。
【００３７】
次に、本発明の実施形態が適用される有機発光素子において駆動電圧が低下する理由を説明する。
一般に有機発光素子では、有機層と電極間のエネルギー障壁を小さくするために、仕事関数の大きい陽極材料と仕事関数の小さい陰極材料を用いる。このため両電極間には、外部から印加する電圧の他に陽極材料の仕事関数φ１［ｅＶ］と陰極材料の仕事関数φ２［ｅＶ］の差に相当する電位、すなわち内蔵電位Ｖｂｉ［Ｖ］（＝φ１／ｅ−φ２／ｅ、ｅは電荷素量）がかかる。この内蔵電位の向きは、陽極材料の仕事関数φ１が陰極材料の仕事関数φ２より大きいため、有機発光素子を駆動させるために外部から印加する電位の向きとは逆向きになる。
【００３８】
図２は、有機層２０（図１参照）を構成するいずれの層も無極性層である有機発光素子のエネルギーバンド図である。図１と同じ構成については同じ符号を用いて、詳細な説明は省略する。尚、以下、図３及び図４においても同様である。
図２（ａ）は、陽極（第１電極）１２０と陰極（第２電極）１６０の間に有機層２０を有し、有機層２０が陽極１２０側から順にホール輸送層１３０、発光層１４０、電子輸送層１５０から構成され、いずれの層も無極性層である有機発光素子における回路短絡時（外部印加電圧：Ｖｅｘ＝０）のエネルギーバンド図であり、図２（ｂ）は、電圧印加時（外部印加電圧：Ｖｅｘ＝Ｖｂｉ）のエネルギーバンド図である。
【００３９】
ここで、図２（ａ）に示す外部印加電圧がゼロの場合は、陽極１２０と陰極１６０の仕事関数差による内蔵電位Ｖｂｉによって、ホール輸送層１３０及び電子輸送層１５０にはそれぞれ電荷注入を妨げる方向に内部電界が形成されている。これに対し、図２（ｂ）に示すように、内蔵電位Ｖｂｉに相当する外部電圧を印加した場合（Ｖｅｘ＝Ｖｂｉの場合）は、ホール輸送層１３０及び電子輸送層１５０に形成されていた電界が打ち消され、電荷注入が可能となる。つまり、極性層を有しない有機層２０（図１参照）への陽極１２０及び陰極１６０からの電荷注入は、外部印加電圧Ｖｅｘが両電極の仕事関数差に相当する内蔵電位Ｖｂｉを超えた場合に初めて起こる。
【００４０】
次に、発光層１４０が双極子モーメントの大きい有機極性化合物を含む極性層で、ホール輸送層１３０及び電子輸送層１５０が無極性層である有機発光素子を考える。図３に、このような有機層の構成を有する有機発光素子のエネルギーバンド図を示す。
すなわち、図３は、発光層１４０が極性層で、ホール輸送層１３０及び電子輸送層１５０が無極性層である有機発光素子のエネルギーバンド図である。
図３（ａ）は、回路短絡時のエネルギーバンド図であり、図３（ｂ）は、電圧印加時のエネルギーバンド図を示す。ここで、有機発光素子は、通常行われるように、陽極１２０側から成膜する場合を考える。一方、双極子モーメントの大きい有機極性化合物はほとんどが成膜した上面が正の電位を示す（電位の大きさをＶｐとする）ことが分かっている。ここで、説明を簡単にするために、双極子モーメントにより極性層（発光層１４０）に生じる自発的な電位Ｖｐが内蔵電位Ｖｂｉに等しく、有機層２０の各層の誘電率も等しいとする。
【００４１】
このように、陽極側から成膜を行った有機発光素子で、極性層の表面電位が正であり、更にＶｐ＝Ｖｂｉである場合には、回路短絡時（外部印加電圧：Ｖｅｘ＝０）のエネルギーバンド図は図３（ａ）に示すようになる。すなわち、図２（ａ）に示す極性層のない場合に較べて、発光層１４０に形成される電界は、極性層による自発的な電位Ｖｐ（陰極側が正となる）により増大するが、その一方で、ホール輸送層１３０及び電子輸送層１５０に形成される電界は逆に緩和される。特に、極性層による自発的な電位Ｖｐが内蔵電位Ｖｂｉに等しい場合には、内蔵電位Ｖｂｉのみが存在する場合（図２（ａ））にホール輸送層１３０及び電子輸送層１５０に形成される電界は、図３（ａ）に示すように完全に打ち消される。この場合、外部電圧を印加していないにも関わらず、極性層（発光層１４０）の自発的な電位Ｖｐにより、ホール輸送層１３０及び電子輸送層１５０には電荷注入を妨げる方向の内部電界が生じず、これらの層に電荷注入が可能となる。
【００４２】
また、内蔵電位に相当する外部電圧を印加したとき（Ｖｅｘ＝Ｖｂｉの場合）のエネルギーバンド図は図３（ｂ）に示すようになる。この場合、極性層（発光層１４０）の自発的な電位Ｖｐにより、ホール輸送層１３０及び電子輸送層１５０には電荷注入を加速する方向の電界が形成され、これらの層への電荷注入がより促される。
尚、前述のように、極性層がある場合には、発光層１４０に形成される電界は増大し、電荷の輸送の妨げになる。しかし、発光層１４０においては、電荷の輸送が遅くなるが、再結合の確率は逆に増大するため、発光効率はそれほど低下しない。素子全体として見たときには、極性層があることによるホール輸送層１３０と電子輸送層１５０への注入促進の効果が発光層１４０における発光効率の低下を補ってもなお効果があり、駆動電圧低下の効果が得られる。
【００４３】
次に、図４は、発光層１４０が極性層で、ホール輸送層１３０及び電子輸送層１５０が無極性層である他の構成の有機発光素子のエネルギーバンド図である。すなわち、図４は、図３の有機発光素子とは、ＶｐがＶｂｉより小さい点のみが異なり、他は同じ構成である有機発光素子のエネルギーバンド図を示している。
上述のように、図２では極性層（発光層１４０）の自発的な電位Ｖｐが０の場合を考え、図３ではＶｐがＶｂｉに等しい場合を考えた。しかし、結局のところ、ホール輸送層１３０及び電子輸送層１５０に電荷が注入され始める外部印加電圧ＶｅｘはＶｅｘ＝Ｖｂｉ−Ｖｐで表され、そのときのエネルギーバンド図は図４のようになる。つまり、有機層が極性層とこれを両側から挟む無極性層とから構成される場合には、電荷注入が開始される外部印加電圧は極性層の自発的な電位分だけ小さくて済むようになる。
尚、上記の図３及び図４の説明は、有機発光素子を陽極側から形成し、極性層として成膜後の表面電位が正となる双極子モーメントの大きな有機極性化合物を用いた場合についてのものである。これに対し、有機発光素子を陰極側から形成する場合には、極性層として成膜後の表面電位が負となる双極子モーメントの大きな有機極性化合物を用いれば、図３の場合と同様の効果が得られ、電荷注入電圧が低下する。
【００４４】
本実施の形態の有機発光素子の極性層及び無極性層に用いる有機化合物を選定するためには、発光材料、ホール輸送材料及び電子輸送材料の双極子モーメントの値を知る必要がある。有機化合物の双極子モーメントの値は、公知文献により知ることができるものもある。また、公知文献ではわからない有機化合物については、その化合物の化学構造がわかれば、分子軌道法による計算で求めることができる。
極性層に生じる自発的な電位Ｖｐの大きさは、極性層の表面電位を測定することにより知ることができる。すなわち、極性層の自発的な電位が表面電位に相当すると考えられる。ここで、極性層の表面電位は、極性化合物の双極子モーメントと配向オーダパラメータおよび膜厚を因子として決められる。本実施の形態では、表面電位における配向オーダパラメータの寄与は、無視することができる程度に小さいと考えられる。
従って、式（１）で示すパラメータＰｊは、極性化合物を含むことにより生じる極性層の自発的な電位を決める指標として技術的意義を有すると考えられる。このとき、極性層に含まれる極性化合物の体積分率は、自発的な電位を決める双極子モーメントの寄与率を与える。
【００４５】
以下、本実施の形態が適用される有機発光素子１０の有機層２０（ホール輸送層１３０、発光層１４０、電子輸送層１５０）の各構成について説明する。
【００４６】
（ホール輸送層１３０）
ホール輸送層１３０は、第１電極（陽極）１２０側から正孔を受け取り第２電極（陰極）１６０側に輸送する機能を有する層である。ホール輸送層１３０に用いる材料としては、低分子化合物、高分子化合物が挙げられる。例えば、ピロール誘導体、カルバゾール誘導体、ポリアリールアルカン誘導体、ピラゾリン誘導体、ピラゾロン誘導体、フェニレンジアミン誘導体、アリールアミン誘導体、アミノ置換カルコン誘導体、スチリルアントラセン誘導体、フルオレノン誘導体、ヒドラゾン誘導体、スチルベン誘導体、シラザン誘導体、芳香族第三級アミン化合物、スチリルアミン化合物、芳香族ジメチリディン系化合物、フタロシアニン系化合物、ポルフィリン系化合物、チオフェン誘導体、有機シラン誘導体、カーボン等が挙げられる。
【００４７】
ホール輸送層１３０を形成する具体的な材料としては、例えば、ＴＰＤ（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）；α−ＮＰＤ（４，４’−ビス［Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニル）；ｍ−ＭＴＤＡＴＡ（４、４’，４’’−トリス（３−メチルフェニルフェニルアミノ）トリフェニルアミン）等の低分子トリフェニルアミン誘導体；ポリビニルカルバゾール；上記トリフェニルアミン誘導体に重合性置換基を導入して重合した高分子化合物等が挙げられる。ホール輸送層１３０は、上述した材料の１種又は２種以上からなる単層構造であってもよいし、同一組成又は異種組成の複数層からなる多層構造であってもよい。
【００４８】
ホール輸送層１３０には、電子受容性ドーパントを含有させることができる。電子受容性ドーパントとしては、電子受容性で有機化合物を酸化する性質を有する無機化合物または有機化合物が挙げられる。具体的には、無機化合物としては、塩化第二鉄、塩化アルミニウム、塩化ガリウム、塩化インジウム、五塩化アンチモン等のハロゲン化金属；五酸化バナジウム、三酸化モリブデン等の金属酸化物等が挙げられる。有機化合物としては、置換基としてニトロ基、ハロゲン、シアノ基、トリフルオロメチル基等を有する化合物、キノン系化合物、酸無水物系化合物、フラーレン等が挙げられる。
【００４９】
ホール輸送層１３０の厚さは、各層の導電性等に依存し、特に限定されないが、本実施の形態では、ホール輸送層１３０の厚さとしては、１ｎｍ〜１μｍであることが好ましく、５ｎｍ〜５００ｎｍであることがより好ましい。
【００５０】
尚、図示しないが、本実施の形態では、ホール輸送層１３０と第１電極（陽極）１２０との間に正孔注入層を設けても良い。また、発光層１４０とホール輸送層１３０との間に正孔輸送性中間層を設けてもよい。尚、各層は複数の層からなっていても良い。
正孔注入層としては、公知の正孔注入材料を使用することができる。具体的には、例えば、ポリアセチレン、ポリパラフェニレン、ポリアニリン、ポリチオフェン、ポリパラフェニレンビニレン等の導電性高分子；アリールアミン、フタロシアニン等の有機化合物；酸化バナジウム、酸化亜鉛、酸化モリブデン、酸化ルテニウム、酸化チタン等の酸化物が挙げられる。これらに上記の電子受容性ドーパントを含有させることができる。ドーパントを使用した例として、ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）（ＰＥＤＯＴ）とポリスチレンスルホン酸（ＰＳＳ）との混合物（ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ）、ポリアニリン（ＰＡＮＩ）とポリスチレンスルホン酸（ＰＳＳ）との混合物（ＰＡＮＩ／ＰＳＳ）等が挙げられる。
【００５１】
正孔注入層の厚さは、本実施の形態では、１μｍ以下である。また、０．１ｎｍ〜１μｍであることが好ましく、０．５ｎｍ〜５００ｎｍであることがより好ましく、１ｎｍ〜３００ｎｍであることがさらに好ましい。正孔注入層は、上述した材料の１種又は２種以上からなる単層構造であってもよいし、同一組成又は異種組成の複数層からなる多層構造であってもよい。
【００５２】
（発光層１４０）
本実施の形態において、発光層１４０は有機発光素子１０に電圧電界を印加した場合に、第１電極（陽極）１２０、ホール輸送層１３０から正孔を受け取り、第２電極（陰極）１６０、電子輸送層１５０から電子を受け取り、正孔と電子の再結合の場を提供して発光させる機能を有する層である。発光層１４０は、発光材料のみで構成されていてもよく、ホスト材料と発光性材料を含んだ構成でもよい。
【００５３】
発光性材料としては、発光性有機材料を用いることができる。また燐光性発光材料、蛍光性発光材料等が挙げられる。また、発光性有機材料の場合、発光性低分子化合物及び発光性高分子化合物のいずれも使用することができる。発光性有機材料としては、燐光性有機化合物および金属錯体が好ましい。金属錯体の中には燐光性を示すものもあり、このような金属錯体も好ましく用いられる。
【００５４】
燐光性発光材料としては、一般に、遷移金属原子又はランタノイド原子を含む錯体が挙げられる。本実施の形態では、発光性有機材料の金属錯体として、特に、シクロメタル化錯体を用いることが発光効率向上の観点から非常に好ましい。シクロメタル化錯体としては、例えば、２−フェニルピリジン誘導体、７，８−ベンゾキノリン誘導体、２−（２−チエニル）ピリジン誘導体、２−（１−ナフチル）ピリジン誘導体、２−フェニルキノリン誘導体等の配位子を有するイリジウム（Ｉｒ）、パラジウム（Ｐｄ）および白金（Ｐｔ）等の錯体が挙げられる。これらの中でも、イリジウム（Ｉｒ）錯体が特に好ましく、例えば、Ｉｒ（ｐｐｙ）３、Ｉｒ（Ｆｐｐｙ）３、Ｉｒ（ｐｉｑ）３、Ｉｒ（ｂｚｑ）３等の３配位子のイリジウム（Ｉｒ）錯体；ＦＩｒｐｉｃ、（ｐｐｙ）２Ｉｒ（ａｃａｃ）、（ｂｔｐ）２Ｉｒ（ａｃａｃ）、（ｂｚｑ）２Ｉｒ（ａｃａｃ）等の２配位子のイリジウム（Ｉｒ）錯体等が挙げられる。
【００５５】
シクロメタル化錯体は、シクロメタル化錯体を形成するのに必要な配位子以外に、他の配位子を有していてもよい。尚、シクロメタル化錯体には、三重項励起子から発光する化合物も含まれ、発光効率向上の観点から好ましい。
【００５６】
また、発光性高分子化合物としては、例えば、２−メトキシ−５−（２’−エチルヘキシルオキシ）−１，４−フェニレンビニレン共重合体（ＭＥＨ−ＰＰＶ）等のポリ−ｐ−フェニレンビニレン（ＰＰＶ）誘導体；ポリフルオレン誘導体、等のπ共役系の高分子化合物；低分子色素とテトラフェニルジアミンやトリフェニルアミンを主鎖や側鎖に導入したポリマー等が挙げられる。また、発光性高分子化合物と発光性低分子化合物とを併用することもできる。
【００５７】
蛍光性発光材料としては、一般には、ベンゾオキサゾール、ベンゾイミダゾール、ベンゾチアゾール、スチリルベンゼン、ポリフェニル、ジフェニルブタジエン、テトラフェニルブタジエン、ナフタルイミド、クマリン、ピラン、ペリノン、オキサジアゾール、アルダジン、ピラリジン、シクロペンタジエン、ビススチリルアントラセン、キナクリドン、ピロロピリジン、チアジアゾロピリジン、シクロペンタジエン、スチリルアミン、芳香族ジメチリディン化合物、縮合多環芳香族化合物（アントラセン、フェナントロリン、ピレン、ペリレン、ルブレン、またはペンタセン等）、８−キノリノールの金属錯体、ピロメテン錯体や希土類錯体に代表される各種金属錯体、有機シラン、及びこれらの誘導体等が挙げられる。
【００５８】
発光層１４０の厚さは、特に限定されず、通常、２ｎｍ〜１μｍであることが好ましく、３ｎｍ〜５００ｎｍであることがより好ましく、５ｎｍ〜２００ｎｍであることが更に好ましい。
【００５９】
（電子輸送層１５０）
電子輸送層１５０は、第２電極（陰極）１６０側から電子を受け取り第１電極（陽極）１２０側に輸送する機能を有する層である。電子輸送層１５０に用いる電子輸送材料としては、低分子化合物、高分子化合物が挙げられる。具体的には、ピリジン誘導体、キノリン誘導体、ピリミジン誘導体、ピラジン誘導体、フタラジン誘導体、フェナントロリン誘導体、トリアジン誘導体、トリアゾール誘導体、オキサゾール誘導体、オキサジアゾール誘導体、イミダゾール誘導体、フルオレノン誘導体、アントラキノジメタン誘導体、アントロン誘導体、ジフェニルキノン誘導体、チオピランジオキシド誘導体、カルボジイミド誘導体、フルオレニリデンメタン誘導体、ジスチリルピラジン誘導体、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、フタロシアニン誘導体、８−キノリノール誘導体の金属錯体やメタルフタロシアニン、ベンゾオキサゾールやベンゾチアゾールを配位子とする金属錯体に代表される各種金属錯体、シロールに代表される有機シラン誘導体、等が挙げられる。
【００６０】
電子輸送層１５０に使用される具体的な材料として、例えば、トリス（８−キノリノラト）アルミニウム（Ａｌｑ３）、ビス（２−メチル−８−キノリノラト）（４−フェニルフェノラト）アルミニウム等のアルミニウム化合物；ビス［２−（２−ヒドロキシフェニル）ベンゾチアゾラト］チタン等の亜鉛化合物、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、トリス（２，６−ジメチル−４−ビフェニル）ボラン等のホウ素化合物等が挙げられる。
【００６１】
電子輸送層１５０には、電子供与性ドーパントを含有させることもできる。電子供与性ドーパントとしては、電子供与性で有機化合物を還元する性質を有していればよく、Ｌｉ等のアルカリ金属、金属Ｍｇ、Ｃａ等のアルカリ土類金属、希土類金属を含む遷移金属や還元性有機化合物等が好適に用いられる。具体的には、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｂｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｙ、Ｃｓ、Ｌａ、Ｓｍ、Ｇｄ、およびＹｂ等が挙げられる。また、還元性有機化合物としては、例えば、含窒素化合物、含硫黄化合物、含燐化合物等が挙げられる。
【００６２】
電子輸送層１５０の厚さは、導電性等に依存し、特に限定されないが、本実施の形態では、１μｍ以下である。また、１ｎｍ〜１μｍであることが好ましく、５ｎｍ〜５００ｎｍであることがより好ましい。電子輸送層１５０は、上述した材料の１種又は２種以上からなる単層構造であってもよいし、同一組成又は異種組成の複数層からなる多層構造であってもよい。
【００６３】
尚、図示しないが、本実施の形態では、発光層１４０と電子輸送層１５０との間に、電子輸送性中間層を設けても良い。また、第２電極（陰極）１６０と電子輸送層１５０との間に陰極バッファ層を設けてもよい。電子輸送性中間層や陰極バッファ層を形成する材料としては、前述した電子輸送層１５０を形成する材料と同様なものが挙げられる。
陰極バッファ層の厚さは導電性等に依存し、特に限定されないが、本実施の形態では、通常、１μｍ以下であることが好ましい。また、０．１ｎｍ〜１μｍであることが好ましく、０．２ｎｍ〜５００ｎｍであることがより好ましく、０．５ｎｍ〜１００ｎｍであることが特に好ましい。陰極バッファ層は、上述した材料の１種又は２種以上からなる単層構造であってもよい、また、同一組成又は異種組成の複数層からなる多層構造であってもよい。
【００６４】
さらに、図示しないが、本実施の形態では、発光層１４０の第２電極（陰極）１６０側に、第１電極（陽極）１２０側から発光層１４０に輸送された正孔が、第２電極（陰極）１６０側に通りぬけることを防止する機能を有する正孔ブロック層を設けることができる。正孔ブロック層を構成する化合物の例としては、ＢＡｌｑ等のアルミニウム錯体、トリアゾール誘導体、ＢＣＰ等のフェナントロリン誘導体等が挙げられる。
【００６５】
正孔ブロック層の厚さとしては、１ｎｍ〜５００ｎｍであることが好ましく、５ｎｍ〜２００ｎｍであることがより好ましく、１０ｎｍ〜１００ｎｍであることが特に好ましい。正孔ブロック層は、上述した材料の１種又は２種以上からなる単層構造であってもよいし、同一組成又は異種組成の複数層からなる多層構造であってもよい。
【００６６】
また、さらに、本実施の形態では、発光層１４０の第１電極（陽極）１２０側に、第２電極（陰極）１６０側から発光層１４０に輸送された電子が、第１電極（陽極）１２０側に通りぬけることを防止する機能を有する電子ブロック層を設けることができる。電子ブロック層を構成する化合物の例としては、前述の正孔輸送材料として挙げたものが適用できる。
【００６７】
電子ブロック層の厚さは、１ｎｍ〜５００ｎｍであることが好ましく、５ｎｍ〜２００ｎｍであることがより好ましく、１０ｎｍ〜１００ｎｍであることが特に好ましい。正孔ブロック層は、上述した材料の１種又は２種以上からなる単層構造であってもよいし、同一組成又は異種組成の複数層からなる多層構造であってもよい。
【００６８】
次に、有機発光素子１０の他の層構成（基板１１０、第１電極１２０、第２電極１６０）について説明する。
【００６９】
（基板１１０）
基板１１０は、有機発光素子１０を形成するための支持体であり、有機発光素子１０に要求される機械的強度を満たす材料が用いられる。
基板１１０の材料は特に限定されず、目的に応じて適宜選択することができる。有機発光素子１０の基板１１０側から光を取り出す場合、発光層１４０から発せられる光を透過することが必要であり、さらに光を散乱又は減衰させない材料であることが好ましい。
【００７０】
基板１１０の具体例としては、例えば、無機材料では、イットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）、サファイアガラス、ソーダガラス、石英ガラス等のガラス類；窒化アルミ等の金属窒化物；アルミナ等の透明金属酸化物等が挙げられる。また、有機材料では、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンフタレート、ポリエチレンナフタレート等のポリエステル；ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリエーテルスルホン、ポリアリレート、ポリイミド、ポリシクロオレフィン、ノルボルネン樹脂、ポリ（クロロトリフルオロエチレン）等が挙げられる。
【００７１】
基板１１０としてガラスを用いる場合、その材質については、ガラスからの溶出イオンを少なくするため、無アルカリガラスを用いることが好ましい。また、ソーダライムガラスを用いる場合には、シリカ等のバリアコートを施したものを使用することが好ましい。有機材料の場合には、耐熱性、寸法安定性、耐溶剤性、電気絶縁性、及び加工性に優れていることが好ましい。
【００７２】
基板１１０は、光透過性であれば、無色透明または有色透明であってもよい。本実施の形態では、後述する発光層１４０から発せられる光を散乱又は減衰等させることがない点で無色透明であることが好ましい。
【００７３】
有機発光素子１０の基板１１０側から光を取り出す必要がない場合、基板１１０の材料としては、発光層１４０から発せられる光を透過する材料に限定されず不透明材料も使用できる。具体的には、上記材料に加えて、シリコン（Ｓｉ）、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、タングステン（Ｗ）、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）、ニオブ（Ｎｂ）の単体またはこれらの合金；ステンレス；ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３等の酸化物；ｎ−Ｓｉ等が挙げられる。
【００７４】
基板１１０が金属の場合、基板１１０と第１電極１２０及び第２電極１６０が絶縁されていることが好ましい。基板１１０の厚さは、要求される機械的強度に応じ適宜選択される。本実施の形態では、好ましくは、０．０１ｍｍ〜１０ｍｍ、より好ましくは０．１ｍｍ〜２ｍｍである。
基板１１０の形状、構造、大きさ等は特に限定されず、発光素子の用途、目的等に応じて適宜選択することができる。本実施の形態では、基板１１０の形状は、板状であることが好ましい。基板１１０の構造は、例えば、単層構造、積層構造が挙げられる。また、単一部材で形成されていてもよいし、２種以上の部材で形成されていてもよい。
【００７５】
（第１電極１２０）
第１電極（陽極）１２０は、通常、発光層１４０に正孔を供給する電極としての機能を有し、その形状、構造、大きさ等については特に限定されない。第１電極１２０の材料としては、例えば、金属、合金、金属酸化物、導電性化合物又はこれらの混合物や積層物が挙げられる。具体例としては、例えば、アンチモンやフッ素等をドープした酸化錫（ＡＴＯ、ＦＴＯ）、酸化錫、酸化亜鉛、酸化インジウム、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）、酸化亜鉛インジウム（ＩＺＯ）等の導電性金属酸化物；金、銀、クロム、ニッケル、銅、白金、タングステン、チタン、タンタル、ニオブ等の金属；前述の金属と導電性金属酸化物との混合物、ステンレス等の合金、ヨウ化銅、硫化銅等の無機導電性物質；ポリアニリン、ポリチオフェン、ポリピロール等の有機導電性材料；及びこれらとＩＴＯとの積層物等が挙げられる。この中では、導電性金属酸化物が好ましく、特に、生産性、高導電性、透明性等の点からはＩＴＯが好ましい。
【００７６】
第１電極１２０の成膜方法としては、例えば、印刷方式、コーティング方式等の湿式方式、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法等の物理的方式、ＣＶＤ、プラズマＣＶＤ法等の化学的方式等が挙げられる。本実施の形態では、例えば、ＩＴＯを用いて第１電極１２０を成膜する場合、直流又は高周波スパッタ法、真空蒸着法、イオンプレーティング法等を採用することができる。
【００７７】
有機発光素子１０の第１電極１２０の形成位置は特に制限はなく、発光素子の用途、目的に応じて適宜選択することができる。本実施の形態では、基板１１０上に形成されるのが好ましい。第１電極１２０は、基板１１０の一方の表面の全域に形成されていてもよく、その一部に形成されていてもよい。第１電極１２０を形成する際のパターニング法としては、フォトリソグラフィー等による化学的エッチング；レーザ光照射等による物理的エッチング；マスクを用いた真空蒸着やスパッタリング等；リフトオフ法、印刷法等が挙げられる。
【００７８】
第１電極１２０は電気伝導性を有し、−５℃〜８０℃の温度範囲における表面抵抗（シート抵抗）は、１０３Ω／□以下が好ましく、１０２Ω／□以下がより好ましい。仕事関数は、４．５ｅＶ以上であることが好ましい。第１電極１２０が光透過性である場合は、無色透明であっても、有色透明であってもよい。第１電極１２０側から発光を取り出すためには、その透過率としては、６０％以上が好ましく、７０％以上がより好ましい。
第１電極１２０の厚さは、第１電極１２０を構成する材料により適宜選択され特に限定されないが、通常、２ｎｍ〜５０μｍ程度であり、１０ｎｍ〜１μｍが好ましく、さらに３０〜２５０ｎｍがより好ましい。膜厚が過度に薄いと表面抵抗が高くなる傾向があり、膜厚が過度に厚いと光透過率が低くなる傾向がある。
【００７９】
基板１１０や第１電極１２０の表面処理を行うことで、オーバーコートされる層の性能（例えば、第１電極１２０との密着性、表面平滑性、正孔注入障壁等）を改善することができる。具体的な表面処理方法としては、高周波プラズマ処理を始めとして、スパッタリング処理、コロナ処理、ＵＶ（紫外線）オゾン照射処理、紫外線照射処理、または酸素プラズマ処理等が挙げられる。尚、仕事関数は、例えば、紫外線光電子分光分析法により測定することができる。
【００８０】
（第２電極１６０）
第２電極（陰極）１６０は、通常、発光層１４０に電子を注入する電極としての機能を有し、その形状、構造、大きさ等については特に限定されない。有機発光素子１０の第２電極１６０側から光を取り出す場合（第２電極１６０側の面が光を取り出す面、すなわち、発光面となる場合）、第２電極１６０は発光層１４０から発せられる光を透過する材料を用いることが好ましい。一方、有機発光素子１０の第２電極１６０側から光を取り出す必要のない場合、第２電極１６０は発光する光を透過する材料に限定されず不透明な材料も使用することができる。
【００８１】
本実施形態では第２電極１６０が陰極として用いられるため、仕事関数が低く、かつ化学的に安定なものが好ましい。第２電極１６０を構成する材料としては、例えば、金属、合金、金属酸化物、電気伝導性化合物、及びこれらの混合物等が挙げられる。具体例としては、アルカリ金属（Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｃｓ等）；マグネシウム（Ｍｇ）及びアルカリ土類金属（Ｃａ等）；金、銀、鉛、アルミニウム、ナトリウム−カリウム合金、リチウム−アルミニウム合金、マグネシウム−銀合金、インジウム、及びイッテルビウム等の希土類金属等が挙げられる。これらは、２種以上を併用することができる。
【００８２】
第２電極１６０の成膜方法としては、例えば、印刷方式、コーティング方式等の湿式方式；真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法等の物理的方式；ＣＶＤ、プラズマＣＶＤ法等の化学的方式等が挙げられる。また、第２電極１６０を形成する際のパターニング法としては、フォトリソグラフィー等による化学的エッチング；レーザ光照射等による物理的エッチング；マスクを用いた真空蒸着やスパッタリング等；リフトオフ法や印刷法等が挙げられる。
【００８３】
第２電極１６０の厚さは、第２電極１６０を構成する材料により適宜選択され特に限定されないが、通常１０ｎｍ〜５μｍ程度であり、５０ｎｍ〜１μｍが好ましい。第２電極１６０は、光透過性（発光層１４０から発せられた光を透過できる）であってもよいし、不透明であってもよい。なお、光透過性な第２電極１６０は、第２電極１６０の材料を１ｎｍ〜１０ｎｍの厚さに薄く成膜し、さらにＩＴＯやＩＺＯ等の透明な導電性材料を積層することによっても形成することができる。
【００８４】
＜有機発光素子の製造方法＞
（第１電極形成工程）
本実施の形態が適用される有機発光素子１０（図１参照）を製造する場合、先ず、基板１１０上に、例えば、抵抗加熱蒸着法、電子ビーム蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法、ＣＶＤ法等を用いて第１電極１２０を形成する。また、第１電極１２０の素材として銀等の金属微粒子、ヨウ化銅等の微粒子、カーボンブラック、導電性の金属酸化物微粒子、導電性高分子微粉末等を用いる場合には、これらを適当なバインダー樹脂溶液に分散させて基板１１０上に塗布することにより第１電極１２０を形成することもできる。この場合は、スピンコーティング法、ディップコーティング法、インクジェット法、印刷法、スプレー法、ディスペンサ法等の方法を用いて成膜した後、加熱処理して形成することも可能である。
【００８５】
続いて、第１電極１２０の上に、ホール輸送層１３０、発光層１４０および電子輸送層１５０、さらに、必要に応じて、正孔注入層、正孔輸送性中間層、電子輸送性中間層、陰極バッファ層等の各層を形成する。本実施の形態では、発光層１４０を含む各層の成膜には、抵抗加熱蒸着法または塗布法がより好ましく、ポリマー有機化合物を含む層の成膜を行うには、特に塗布法が好ましい。塗布法により成膜を行う場合は、成膜を行いたい層を構成する材料を、有機溶媒や水等の所定の溶媒に溶解または分散させた塗布溶液の塗布を行う。塗布を行う際にはスピンコーティング法、スプレーコーティング法、ディップコーティング法、インクジェット法、スリットコーティング法、ディスペンサ法、印刷等の種々の方法を使用することができる。塗布を行った後は、加熱あるいは真空引きを行って塗布溶液を乾燥させることで所望の層が形成される。
【００８６】
（第２電極形成工程）
さらに、電子輸送層１５０上に第２電極１６０を形成する。第２電極１６０を形成する方法としては、上述した第１電極１２０の形成と同様な方法が用いられる。
【実施例】
【００８７】
以下、実施例に基づき本発明をさらに詳細に説明する。但し、本発明は、その要旨を超えない限り、以下の実施例に限定されるものではない。
【００８８】
（実施例１）
以下の操作により、有機発光素子を作製した。
先ず、表面に膜厚１５０ｎｍのＩＴＯ（陽極）（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ）付きのガラス基板（７２ｍｍ×５５ｍｍ、厚さ：０．７ｍｍ、基板１１０に相当）を用意した。次に、抵抗加熱蒸着法により、陽極上に、膜厚５０ｎｍのＮＰＢ（Ｎ，Ｎ−ジ（１−ナフチル）−Ｎ，Ｎ’−ジフェニルベンジジン）からなるホール輸送層を成膜した。ＮＰＢは、双極子モーメントが１［Ｄ］未満の化合物であり、ホール輸送層は無極性層である。
【００８９】
続いて、ホール輸送層上に、双極子モーメントが６．６［Ｄ］の極性化合物であるＯＸＤ−７（２，２−（３，１−フェニレン）ビス［５−（４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−１，３，４−オキサジアゾール］）（９０体積％）に双極子モーメントが１［Ｄ］未満のＩｒ（ｐｐｙ）３（ｔｒｉｓ（２−フェニルピリジン）イリジウム（ＩＩＩ））（１０体積％）を添加した混合材料からなる膜厚３０ｎｍの発光層を成膜した。発光層は極性層であり、式（１）で定義されるパラメータＰは１７８［Ｄ・ｎｍ］である。
【００９０】
次に、発光層上に、トリス（２，６−ジメチル−４−ビフェニリル）ボラン（以下、ＰＰＢと略すことがある）からなる膜厚２０ｎｍの電子輸送層を成膜した。ＰＰＢは、双極子モーメントが１［Ｄ］未満の化合物であり、電子輸送層は無極性層である。続いて、電子輸送層上にＮａＦからなる膜厚１ｎｍの陰極バッファ層を成膜し、最後に、陰極バッファ層上に、スパッタリング法により、Ａｌからなる膜厚１００ｎｍの陰極を形成し、有機発光素子を作製した。
【００９１】
本実施例の有機発光素子の極性層は発光層１層のみであるため、極性領域の全極性層についての、前記式（１）で表されるパラメータＰｊの総和ΣＰｊは１７８［Ｄ・ｎｍ］である。
以上の操作により作製した有機発光素子について陽極−陰極の間に流れる電流が１ｍＡ／ｃｍ２になるときの電圧は２．９（Ｖ＠１ｍＡ／ｃｍ２）であった。結果を表１に示す。尚、表１において、双極子モーメントが１［Ｄ］未満の化合物のみからなる無極性層についてはパラメータＰｊの値は計算していない。
【００９２】
【表１】
2015037168.tif 000013
【００９３】
（実施例２）
電子輸送層を、双極子モーメントが４．１［Ｄ］のＡｌｑ３からなる極性層で膜厚１０ｎｍの第１の電子輸送層（発光層側）と、双極子モーメントが１［Ｄ］未満のＰＰＢからなる無極性層で膜厚１０ｎｍの第２の電子輸送層（陰極側）の２層構造とする以外は、実施例１と同様にして有機発光素子を作製した。
本実施例の有機発光素子の極性領域は、発光層とＡｌｑ３からなる第１の電子輸送層とで構成される。極性領域の全極性層についての、パラメータＰｊの総和ΣＰｊは２１９［Ｄ・ｎｍ］である。陽極−陰極の間に流れる電流が１ｍＡ／ｃｍ２になるときの電圧は３．２（Ｖ＠１ｍＡ／ｃｍ２）であった。結果を表２に示す。
【００９４】
【表２】
2015037168.tif 000014
【００９５】
（実施例３）
ホール輸送層を、双極子モーメントが１［Ｄ］未満のＮＰＢからなる無極性層で膜厚４０ｎｍの第１のホール輸送層（陽極側）と、双極子モーメントが６．６［Ｄ］のＯＸＤ−７（２５体積％）と双極子モーメントが１［Ｄ］以下のＮＰＢ（７５体積％）を混合した材料から構成された極性層で膜厚１０ｎｍの第２のホール輸送層（発光層側）との２層構造とする以外は、実施例１と同様にして有機発光素子を作製した。
本実施例の有機発光素子の極性領域は、ＯＸＤ−７（２５体積％）を含む第２のホール輸送層と発光層とで構成される。極性領域の全極性層についての、パラメータＰｊの総和ΣＰｊは１９５［Ｄ・ｎｍ］である。陽極−陰極の間に流れる電流が１ｍＡ／ｃｍ２になるときの電圧は３．１（Ｖ＠１ｍＡ／ｃｍ２）であった。結果を表３に示す。
【００９６】
【表３】
2015037168.tif 000015
【００９７】
（実施例４）
ホール輸送層を、双極子モーメントが１［Ｄ］未満のＮＰＢからなる無極性層で膜厚４５ｎｍの第１のホール輸送層（陽極側）と双極子モーメントが６．６［Ｄ］のＯＸＤ−７（２５体積％）と双極子モーメントが１［Ｄ］以下のＩｒ（ｐｐｙ）３（７５体積％）を混合した材料から構成された極性層で膜厚５ｎｍの第２のホール輸送層（発光層側）との２層構造とし、且つ、電子輸送層を、双極子モーメントが４．１［Ｄ］のＡｌｑ３からなる極性層で膜厚５ｎｍの第１の電子輸送層（発光層側）と、双極子モーメントが１［Ｄ］未満のＰＰＢからなる無極性層で膜厚１５ｎｍの第２の電子輸送層（陰極側）との２層構造とする以外は、実施例１と同様にして有機発光素子を作製した。
本実施例の有機発光素子の極性領域は、ＯＸＤ−７（２５体積％）を含む第２のホール輸送層と発光層とＡｌｑ３からなる第１の電子輸送層とで構成される。極性領域の全極性層についての、パラメータＰｊの総和ΣＰｊは２０７［Ｄ・ｎｍ］である。陽極−陰極の間に流れる電流が１ｍＡ／ｃｍ２になるときの電圧は３．３（Ｖ＠１ｍＡ／ｃｍ２）であった。結果を表４に示す。
【００９８】
【表４】
2015037168.tif 000016
【００９９】
（実施例５）
発光層を、双極子モーメントが６．６［Ｄ］の極性化合物であるＯＸＤ−７（９０体積％）と双極子モーメントが１［Ｄ］未満のＩｒ（ｐｐｙ）３（１０体積％）とから構成された膜厚３０ｎｍの第１の発光層（ホール輸送層側）と、双極子モーメントが４．１［Ｄ］の極性化合物であるＡｌｑ３（９０体積％）とＩｒ（ｐｐｙ）３（１０体積％）とから構成された膜厚１０ｎｍの第２の発光層（電子輸送層側）との２層構造とする以外は、実施例１と同様にして有機発光素子を作製した。
本実施例の有機発光素子の極性領域は、２層の発光層で構成される。極性領域の全極性層についての、パラメータＰｊの総和ΣＰｊが２１５［Ｄ・ｎｍ］である。陽極−陰極の間に流れる電流が１ｍＡ／ｃｍ２になるときの電圧は３．０（Ｖ＠１ｍＡ／ｃｍ２）であった。結果を表５に示す。
【０１００】
【表５】
2015037168.tif 000017
【０１０１】
（比較例１）
発光層を、双極子モーメントが１［Ｄ］未満の化合物であるＣＢＰ（４，４’−ビス（カルバゾール−９−イル）−ビフェニル）（９０体積％）と双極子モーメントが１［Ｄ］未満のＩｒ（ｐｐｙ）３（１０体積％）の混合材料とする以外は、実施例１と同様にして有機発光素子を作製した。すなわち、本比較例における有機発光素子は、極性領域を有していない。
陽極−陰極の間に流れる電流が１ｍＡ／ｃｍ２になるときの電圧は５．５（Ｖ＠１ｍＡ／ｃｍ２）であった。結果を表６に示す
【０１０２】
【表６】
2015037168.tif 000018
【０１０３】
（比較例２）
発光層を、双極子モーメントが１［Ｄ］未満の化合物であるＣＢＰ（９０体積％）とＩｒ（ｐｐｙ）３（１０体積％）の混合材料から構成された膜厚１５ｎｍの第１の発光層（ホール輸送層側）と、双極子モーメントが６．６［Ｄ］の極性化合物であるＯＸＤ−７（９０体積％）と双極子モーメントが１［Ｄ］未満のＩｒ（ｐｐｙ）３（１０体積％）とから構成された膜厚１５ｎｍ第２の発光層（電子輸送層側）との２層構造であること以外は、実施例１と同様にして有機発光素子を作製した。
極性領域の全極性層についての、パラメータＰｊの総和ΣＰｊは８９［Ｄ・ｎｍ］である。陽極−陰極の間に流れる電流が１ｍＡ／ｃｍ２になるときの電圧は５．０（Ｖ＠１ｍＡ／ｃｍ２）であった。結果を表７に示す。
【０１０４】
【表７】
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【０１０５】
（比較例３）
実施例１と同様な操作を行い、ＩＴＯ付きガラス基板上にホール輸送層を成膜した。続いてホール輸送層上に、１［Ｄ］未満の化合物であるＣＢＰ（９０体積％）と双極子モーメントが１［Ｄ］未満のＩｒ（ｐｐｙ）３（１０体積％）の混合材料から構成された膜厚１０ｎｍの第１の発光層、双極子モーメントが６．６［Ｄ］の極性化合物であるＯＸＤ−７（９０体積％）とＩｒ（ｐｐｙ）３（１０体積％）とから構成された膜厚８ｎｍの第２の発光層と、双極子モーメントが４．１［Ｄ］の極性化合物であるＡｌｑ３（９０体積％）とＩｒ（ｐｐｙ）３（１０体積％）とから構成された膜厚１０ｎｍの第３の発光層を順に成膜した。
【０１０６】
次に発光層上に、双極子モーメントが４．１［Ｄ］のＡｌｑ３からなる極性層である膜厚１２ｎｍの第１の電子輸送層と、双極子モーメントが１［Ｄ］未満であるＰＰＢからなる無極性層である膜厚８ｎｍの第２の電子輸送層を順に成膜した。続いて、電子輸送層上に、陰極バッファ層と陰極を実施例１と同様にして形成し、有機発光素子を作製した。
本比較例における各極性層のパラメータＰｊが５０以下である。極性領域の全極性層についての、パラメータＰｊの総和ΣＰｊは１３４［Ｄ・ｎｍ］である。陽極−陰極の間に流れる電流が１ｍＡ／ｃｍ２になるときの電圧は５．１（Ｖ＠１ｍＡ／ｃｍ２）であった。結果を表８に示す。
【０１０７】
【表８】
2015037168.tif 000020
【０１０８】
（比較例４）
電子輸送層を、双極子モーメントが４．１［Ｄ］の極性化合物であるＡｌｑ３からなる膜厚２０ｎｍの電子輸送層とする以外は実施例１と同様にして有機発光素子を作製した。
本比較例では、極性領域（発光層と電子輸送層）の総膜厚（５０ｎｍ）が、発光層の膜厚（３０ｎｍ）の１．５倍を超えている（１．６７倍）。
極性領域の全極性層についての、パラメータＰｊの総和ΣＰｊが２６０［Ｄ・ｎｍ］である。陽極−陰極の間に流れる電流が１ｍＡ／ｃｍ２になるときの電圧は３．８（Ｖ＠１ｍＡ／ｃｍ２）であった。結果を表９に示す
【０１０９】
【表９】
2015037168.tif 000021
【０１１０】
（比較例５）
電子輸送層を、双極子モーメントが４．１［Ｄ］の極性化合物であるＡｌｑ３からなる膜厚２０ｎｍの電子輸送層とする以外は比較例１と同様にして有機発光素子を作製した。
本比較例では極性領域は電子輸送層のみであり、この層についてのパラメータＰは８２［Ｄ・ｎｍ］である。陽極−陰極の間に流れる電流が１ｍＡ／ｃｍ２になるときの電圧は５．３（Ｖ＠１ｍＡ／ｃｍ２）であった。結果を表９に示す。
【０１１１】
【表１０】
2015037168.tif 000022
【０１１２】
以上のように、本実施の形態が適用される有機発光素子１０は、有機層２０が（無極性領域／極性領域／無極性領域）の３層構造を有し、極性領域は、双極子モーメントが１［Ｄ］（デバイ）以上である有機化合物を含む極性層を有し、極性領域中の発光層の少なくとも１層は、双極子モーメントが４［Ｄ］以上の有機化合物を含み、且つ前述の式（１）で表されるパラメータＰｊの総和ΣＰｊが１５０［Ｄ・ｎｍ］以上であり、極性領域の総膜厚が、発光層１４０の膜厚の１．５倍以下であることにより、有機発光素子における電荷の注入電圧が低減することが分かる。
【符号の説明】
【０１１３】
１０…有機発光素子、１１０…基板、１２０…第１電極（陽極）、１３０…ホール輸送層、１４０…発光層、１５０…電子輸送層、１６０…第２電極（陰極）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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