(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
陽極と陰極と、
該陽極と該陰極との間に挟持され、該陽極と接するホール輸送層と、該陰極と接する電子輸送層と、から構成され、
該ホール輸送層と該電子輸送層とが接しており、
該電子輸送層が、該ホール輸送層側から順に、蛍光発光する第一の材料のみからなり該ホール輸送層と接する第一の発光領域と、該第一の材料と第二の材料とのみからなり該第一の材料由来の発光を発する第二の発光領域と、該第一の材料のみからなり発光しない第三の領域と、からなり、
該第二の材料が該第一の発光領域にて生じた三重項励起子をトラップした後、該第二の発光領域にて一重項励起子が生成され、該一重項励起子が該第二の材料から該第二の発光領域に含まれる該第一の材料へ移動することで、該第二の発光領域において該第一の材料由来の発光が発せられ、
該第二の材料のエネルギーギャップが該第一の材料のエネルギーギャップよりも大きく、
該第二の材料の最低三重項励起エネルギー準位が、該第一の材料の最低三重項励起エネルギー準位よりも小さく、
該第一の材料と該第二の材料とが下記関係式（１）及び（２）を満たすことを特徴とする、有機発光素子。
ＥＨ１＞ＥＨ２          （１）
ＥＬ１＜ＥＬ２          （２）
（式（１）において、ＥＨ１は、第一の材料の最高被占軌道エネルギー準位を表し、ＥＨ２は、第二の材料の最高被占軌道エネルギー準位を表す。式（２）において、ＥＬ１は、第一の材料の最低空軌道エネルギー準位を表し、ＥＬ２は、第二の材料の最低空軌道エネルギー準位を表す。）
【請求項２】
陽極と陰極と、
該陽極と該陰極との間に挟持され、該陽極と接するホール輸送層と、該陰極と接する電子輸送と、から構成され、
該ホール輸送層と該電子輸送層とが接しており、
該ホール輸送層が、該電子輸送層側から順に、蛍光発光する第一の材料のみからなり該電子輸送層と接する第一の発光領域と、該第一の材料と第二の材料とのみからなり該第一の材料由来の発光を発する第二の発光領域と、該第一の材料のみからなり発光しない第三の領域と、からなり、
該第二の材料が該第一の発光領域にて生じた三重項励起子をトラップした後、該第二の発光領域にて一重項励起子が生成され、該一重項励起子が該第二の材料から該第二の発光領域に含まれる該第一の材料へ移動することで、該第二の発光領域において該第一の材料由来の発光が発せられ、
該第二の材料のエネルギーギャップが該第一の材料のエネルギーギャップよりも大きく、
該第二の材料の最低三重項励起エネルギー準位が、該第一の材料の最低三重項励起エネルギー準位よりも小さく、
該第一の材料と該第二の材料とが下記関係式（１）及び（２）を満たすことを特徴とする、有機発光素子。
ＥＨ１＞ＥＨ２          （１）
ＥＬ１＜ＥＬ２          （２）
（式（１）において、ＥＨ１は、第一の材料の最高被占軌道エネルギー準位を表し、ＥＨ２は、第二の材料の最高被占軌道エネルギー準位を表す。式（２）において、ＥＬ１は、第一の材料の最低空軌道エネルギー準位を表し、ＥＬ２は、第二の材料の最低空軌道エネルギー準位を表す。）
【請求項３】
前記第一の発光領域及び前記第二の発光領域のいずれかが、さらに前記第一の材料のエネルギーギャップよりも小さいエネルギーギャップを有する第三の材料を含有し、該第三の材料が蛍光発光することを特徴とする、請求項１又は２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、陽極と陰極と間に有機化合物を含む薄膜が配置されている素子である。各電極からホール及び電子を注入することにより、発光性の有機化合物の励起子を生成させ、この励起子が基底状態に戻る際に有機発光素子は光を放射する。
【０００３】
非特許文献１には、機能分離型２層構成の有機発光素子が報告されている。非特許文献１で報告されている有機発光素子では、電子輸送材料及び発光材料としてアルミニウムキノリノール錯体が使用され、ホール輸送材料としてトリフェニルアミン誘導体が使用されている。
【０００４】
また最近では、Ｉｒ（ｐｐｙ）3等のイリジウム錯体を発光材料として用いた燐光性有機発光素子が注目されている（非特許文献２）。これらの燐光性有機発光素子においては、従来の蛍光発光素子では積極的に利用されなかった三重項励起子を、燐光というプロセスを経て発光として活用する。従って、従来の蛍光発光素子に比べて高い発光効率を得ることが可能である。しかしながら、非特許文献２等のように常温で高効率に燐光発光する物質は稀であり、材料選択の自由度が非常に少ないという問題点があった。
【０００５】
一方、非特許文献３には、蛍光発光素子であっても２つの三重項励起子から一重項励起子を生成する過程（三重項−三重項消滅）によって、三重項励起子を発光（蛍光発光）に利用できる場合があることが示唆されている。
【０００６】
【非特許文献１】Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．５１，９１３（１９８７）
【非特許文献２】Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．７５，４（１９９９）
【非特許文献３】Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．８１，１７（２００２）
【非特許文献４】Ｅｘｃｉｔｅｄ  Ｓｔａｔｅｓ  ａｎｄ  Ｐｈｏｔｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ  ｏｆ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｍｏｌｅｃｕｌｅｓ，Ｍａｒｔｉｎ  Ｋｌｅｓｓｉｎｇｅｒ  ａｎｄ  Ｊｏｓｅｆ  Ｍｉｃｈｌ，ＶＣＨ  Ｐｕｂｌｉｓｈｅｒｓ，Ｉｎｃ．２９２頁（１９９５年）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、発光効率の高い、蛍光発光の有機発光素子を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
発明者等は、上述の課題を解決するために鋭意検討した結果、本発明を完成するに至った。
【０００９】
即ち、本発明の有機発光素子は、陽極と陰極と、該陽極と該陰極との間に挟持され、該陽極と接するホール輸送層と、該陰極と接する電子輸送層と、から構成され、該ホール輸送層と該電子輸送層とが接しており、該電子輸送層が、該ホール輸送層側から順に、蛍光発光する第一の材料のみからなり該ホール輸送層と接する第一の発光領域と、該第一の材料と第二の材料とのみからなり該第一の材料由来の発光を発する第二の発光領域と、該第一の材料のみからなり発光しない第三の領域と、からなり、該第二の材料が該第一の発光領域にて生じた三重項励起子をトラップした後、該第二の発光領域にて一重項励起子が生成され、該一重項励起子が該第二の材料から該第二の発光領域に含まれる該第一の材料へ移動することで、該第二の発光領域において該第一の材料由来の発光が発せられ、該第二の材料のエネルギーギャップが該第一の材料のエネルギーギャップよりも大きく、該第二の材料の最低三重項励起エネルギー準位が、該第一の材料の最低三重項励起エネルギー準位よりも小さく、該第一の材料と該第二の材料とが下記関係式（１）及び（２）を満たすことを特徴とする。
ＥＨ１＞ＥＨ２          （１）
ＥＬ１＜ＥＬ２          （２）
（式（１）において、ＥＨ１は、第一の材料の最高被占軌道エネルギー準位を表し、ＥＨ２は、第二の材料の最高被占軌道エネルギー準位を表す。式（２）において、ＥＬ１は、第一の材料の最低空軌道エネルギー準位を表し、ＥＬ２は、第二の材料の最低空軌道エネルギー準位を表す。）
また本発明の有機発光素子の他の態様としては、陽極と陰極と、該陽極と該陰極との間に挟持され、該陽極と接するホール輸送層と、該陰極と接する電子輸送と、から構成され、該ホール輸送層と該電子輸送層とが接しており、該ホール輸送層が、該電子輸送層側から順に、蛍光発光する第一の材料のみからなり該電子輸送層と接する第一の発光領域と、該第一の材料と第二の材料とのみからなり該第一の材料由来の発光を発する第二の発光領域と、該第一の材料のみからなり発光しない第三の領域と、からなり、該第二の材料が該第一の発光領域にて生じた三重項励起子をトラップした後、該第二の発光領域にて一重項励起子が生成され、該一重項励起子が該第二の材料から該第二の発光領域に含まれる該第一の材料へ移動することで、該第二の発光領域において該第一の材料由来の発光が発せられ、該第二の材料のエネルギーギャップが該第一の材料のエネルギーギャップよりも大きく、該第二の材料の最低三重項励起エネルギー準位が、該第一の材料の最低三重項励起エネルギー準位よりも小さく、該第一の材料と該第二の材料とが下記関係式（１）及び（２）を満たすことを特徴とする。
ＥＨ１＞ＥＨ２          （１）
ＥＬ１＜ＥＬ２          （２）
（式（１）において、ＥＨ１は、第一の材料の最高被占軌道エネルギー準位を表し、ＥＨ２は、第二の材料の最高被占軌道エネルギー準位を表す。式（２）において、ＥＬ１は、第一の材料の最低空軌道エネルギー準位を表し、ＥＬ２は、第二の材料の最低空軌道エネルギー準位を表す。）
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、発光効率の高い、蛍光発光の有機発光素子を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明の有機発光素子は、陽極と陰極と、該陽極と該陰極との間に挟持される有機化合物からなる層と、から構成される。また、この有機化合物からなる層は、第一の発光領域と第二の発光領域と、を含む。
【００１２】
以下、図面を参照しながら本発明の有機発光素子について詳細に説明する。
【００１３】
図１は、本発明の有機発光素子における第一の実施形態を示す断面図である。図１の有機発光素子１０は、基板１上に、陽極２、ホール輸送層３、電子輸送層４及び陰極５が順次設けられている。図１の有機発光素子１０において、第一の発光領域及び第二の発光領域は、ホール輸送層３又は電子輸送層４に含まれる。
【００１４】
図２は、本発明の有機発光素子における第二の実施形態を示す断面図である。図２の有機発光素子２０は、図１の有機発光素子１０において、ホール輸送層３と電子輸送層４との間に発光層６が設けられている。図２の有機発光素子２０は、電荷（キャリア）輸送と発光との機能をそれぞれ分離したものであり、ホール輸送性、電子輸送性、発光性の各特性を有した有機化合物を適宜組み合わせて使用することができる。このため、極めて材料選択の自由度が増すとともに、発光波長を異にする種々の有機化合物が使用できるため、発光色相の多様化が可能になる。図２の有機発光素子２０において、第一の発光領域及び第二の発光領域は発光層６に含まれる。
【００１５】
図３は、本発明の有機発光素子における第三の実施形態を示す断面図である。図３の有機発光素子３０は、図２の有機発光素子２０において、陽極２とホール輸送層３との間にホール輸送性の層であるホール注入層７が設けられている。ホール注入層７を設けることにより陽極２とホール輸送層５との密着性又はホールの注入性が改善されるので低電圧化に効果的である。図３の有機発光素子３０において、図２の有機発光素子２０と同様に、第一の発光領域及び第二の発光領域は発光層６に含まれる。
【００１６】
図４は、本発明の有機発光素子における第四の実施形態を示す断面図である。図４の有機発光素子４０は、図２の有機発光素子２０において、発光層６と電子輸送層４との間に電子輸送性の層であるホールブロック層８が設けられている。イオン化ポテンシャルの大きな（即ち、ＨＯＭＯエネルギーの低い）有機化合物を、ホールブロック層８の構成材料として使用することにより、発光層６から陰極５側へのホール漏れが改善するので、発光効率が向上する。図４の有機発光素子４０において、図２の有機発光素子２０と同様に、第一の発光領域及び第二の発光領域は発光層６に含まれる。
【００１７】
このように、本発明の有機発光素子は、第一の発光領域及び第二の発光領域が素子を構成する層に含まれるものである。
【００１８】
次に、本発明の原理を、図１の有機発光素子１０を具体例にして、以下に説明する。
【００１９】
図５は、図１に示される有機発光素子において、第一の発光領域及び第二の発光領域が電子輸送層に含まれるときの各層のエネルギーレベルを示す図である。図５では、図１の有機発光素子１０を構成する電子輸送層４に第一の発光領域及び第二の発光領域が含まれている。より具体的には、電子輸送層４は、ホール輸送層３側から陰極５に向かって第一の発光領域４ａ、第二の発光領域４ｂ、第三の領域４ｃの順で構成される三層構造である。
【００２０】
ここで、第一の発光領域４ａは、第一の材料からなる。一方、第二の発光領域４ｂは、第一の材料と第二の材料とからなる。尚、図５で示される第三の領域は、第一の材料からなる。また、第二の材料において、そのエネルギーギャップは第一の材料のエネルギーギャップよりも大きく、その最低三重項励起エネルギーは第一の材料の最低三重項励起エネルギーよりも小さいものである。
【００２１】
図１の有機発光素子１０において、陽極２と陰極５との間に電圧を印加するとホール及び電子は、図５に示されるような挙動をする。具体的には、ホールは、陽極２から注入され、ホール輸送層３中を移動した後、ホール輸送層３と第一の発光領域４ａとの界面に存在するエネルギー障壁を乗り越えて、第一の発光領域４ａに注入される。一方、電子は、陰極５から注入され、第三の領域４ｃ及び第二の発光領域を経由して第一の発光領域４ａに到達する。このように第一の発光領域４ａに到達したホール及び電子は、第一の発光領域４ａを構成する発光性の有機化合物中で再結合し、当該有機化合物の励起子（励起状態）を生成する。
【００２２】
この時、ホール及び電子の再結合は、ホール密度と電子密度とがいずれも高い領域で起こりやすい。従って、当該有機化合物の励起子は、一般的には、電荷がエネルギー障壁によって蓄積しやすい有機層と有機層との界面の近傍において生成する確率が高い。
【００２３】
従って、図５において、第一の発光領域４ａ中のホール輸送層３側の界面近傍が、最もホール及び電子の再結合の確率が高く、この界面近傍から遠ざかるにつれて再結合の確率が低くなる。
【００２４】
以上のように、ホール及び電子は、そのほとんどがホール輸送層３と第一の発光領域４ａとの界面とその近傍で再結合する。これにより第一の発光領域４ａの構成材料である第一の材料の励起子が生成される。
【００２５】
ところでホール及び電子の再結合によって生じる励起子は、スピン多重度の違いから一重項励起子と三重項励起子に分けられ、その生成確率は約１：３であると言われている。ここで第一の材料の励起子が一重項励起子である場合は、この励起子が基底状態に戻ることにより、第一の材料に由来する蛍光が発せられる。一方、第一の材料の励起子が三重項励起子である場合は、この励起子は非蛍光性であるので積極的に蛍光発光に利用されない。
【００２６】
しかし本発明の有機発光素子では、２つの三重項励起子から１つの一重項励起子が生成される過程、即ち、三重項−三重項消滅（ＴＴ消滅）を効率よく起こすことができる。このため蛍光発光に利用できる励起子が増加するので、有機発光素子の発光効率を向上させることができる。
【００２７】
ホール輸送層３と第一の発光領域４ａとの界面又はその近傍で生じている三重項励起子は、第二の発光領域４ｂに向かって拡散する。この後、この三重項励起子は、第二の発光領域４ｂに含まれる第二の材料にトラップされることにより、第二の発光領域に蓄積される。このようにして三重項励起子の密度が大きくなった第二の発光領域４ｂでは、ＴＴ消滅が効率よく起こり、一重項励起子が生成される。ここで第二の材料のエネルギーギャップは第一の材料のエネルギーギャップよりも大きいため、生成した一重項励起子は第二の材料から第一の材料へ移動する。この移動により生じた第一の材料の一重項励起子は基底状態に戻ることにより、第二の発光領域から第一の材料に由来する蛍光を発する。
【００２８】
ここでＴＴ消滅を効率よく起こすには、三重項励起子の密度を大きくすることが重要である。このため本発明では、好ましくは、第二の発光領域を所定の領域に限定する。具体的には、図５においては、ホール輸送層３の隣に第一の発光領域４ａを設けて、第二の発光領域４ｂがホール輸送層３に接していないようにすることが有効である。ホール輸送層３側の界面近傍は電子密度が高く、三重項励起子が電子によって失活してしまうことから、三重項励起子を第二の発光領域４ｂ内に効率的に蓄積できないためである。
【００２９】
また、第一の発光領域及び第二の発光領域がホール輸送層に含まれている場合でも、第二の発光領域は所定の領域に限定する必要がある。図６は、図１に示される有機発光素子において、第一の発光領域及び第二の発光領域がホール輸送層に含まれるときの各層のエネルギーレベルを示す図である。図６において、ホール輸送層３は、第一の発光領域３ａ、第二の発光領域３ｂ及び第三の領域３ｃで構成される三層構造であり、陽極２から電子輸送層４に向かって、第三の領域３ｃ、第二の発光領域３ｂ及び第一の発光領域３ａの順で構成されている。各領域の構成材料は、図５の対応する領域と同じである。図６においては、図５と同様に電子輸送層４の隣に第一の発光領域３ａを設けて、第二の発光領域３ｂが電子輸送層３に接していないようにすることが有効である。
【００３０】
以上をまとめると、第一の発光領域は、電荷輸送層（ホール輸送層、電子輸送層）に接しており、第二の発光領域は、第一の発光領域が接している電荷輸送層に接していないのが望ましいといえる。
【００３１】
ただし、ホール輸送層と第二の発光領域との間に、第一の発光領域を設けるだけでは電子による三重項励起子の失活の観点から不十分となる場合がある。このため、第二の発光領域は、ホール輸送層と第一の発光領域との界面から、好ましくは、２０Å以上、さらに好ましくは、５０Å以上離す必要がある。ただし、三重項励起子を失活させることなく効率よく第二の発光領域へ移動させる必要があるため、第二の発光領域と、ホール輸送層と第一の発光領域との界面との距離は最大でも１０００Åである。
【００３２】
また、三重項励起子の密度を高めるため、第二の発光領域の膜厚は、好ましくは、１０００Å以下であり、さらに好ましくは２００Å以下である。
【００３３】
また、本発明の有機発光素子では、好ましくは、第一の材料と第二の材料とが下記関係式（１）及び（２）を満たす。
ＥＨ１＞ＥＨ２          （１）
ＥＬ１＜ＥＬ２          （２）
【００３４】
式（１）において、ＥＨ１は、第一の材料の最高被占軌道エネルギーを表し、ＥＨ２は、第二の材料の最高被占軌道エネルギーを表す。
【００３５】
式（２）において、ＥＬ１は、第一の材料の最低空軌道エネルギーを表し、ＥＬ２は、第二の材料の最低空軌道エネルギーを表す。
【００３６】
この条件を満たせば、第二の材料に電子やホールがよりトラップされなくなるので、電子やホールによる三重項励起子の失活を抑えることができる。
【００３７】
第二の発光領域において、第一の材料は電荷を輸送する役割を果たす。第二の発光領域における第一の材料の含有率は、第二の発光領域の構成材料の全重量を基準として、好ましくは、３０重量％乃至９９重量％であり、さらに好ましくは、５０重量％乃至９０重量％である。
【００３８】
第二の発光領域において、第二の材料は三重項励起子のトラップとＴＴ消滅を効率的に起こす役割を果たす。第二の発光領域における第二の材料の含有率は、第二の発光領域の構成材料の全重量を基準として、好ましくは、１重量％乃至７０重量％であり、さらに好ましくは、１０重量％乃至５０重量％である。
【００３９】
また、本発明の有機発光素子は第一の材料が蛍光発光するが、第一の発光領域及び第二の発光領域のいずれかに、さらに第三の材料を含有し、最終的に第三の材料が蛍光発光する形式にすることも可能である。この場合、第三の材料のエネルギーギャップは、第一の材料のエネルギーギャップよりも小さいことが重要である。これによって、一重項励起子が第一の材料から第三の材料へ移動することができる。ここで第三の材料の含有率は、含有される発光領域に含まれる構成材料の全重量を基準として、好ましくは、０．０１重量％乃至２０重量％であり、さらに好ましくは、０．１重量％乃至１０重量％である。
【００４０】
以上、図１に示す有機発光素子を例にとって、本発明の原理を説明したが、その他の実施形態でも同様の原理で高効率な蛍光発光素子が得られる。
【００４１】
次に、第一の材料、第二の材料及び第三の材料の具体例を説明する。
【００４２】
第一の材料としては、電荷の輸送性能に優れることが求められる。また、最終的に第１の材料が発光する場合には、蛍光量子収率が高い方が好ましい。従来知られている発光層を構成するホストから選択することも可能である。
【００４３】
第二の材料としては、エネルギーギャップが比較的広く、かつ、最低三重項励起エネルギーが小さいことが求められる。この要件を満たす材料として、好ましくは、３環以上の縮合多環構造を含む化合物である。特に好ましくは、アントラセン、ペリレン、ピレンの骨格を含む化合物である。
【００４４】
第三の材料を用いる場合、その第三の材料自体が蛍光量子収率の高いものであることが望ましい。従来知られている蛍光発光性のドーパント材料から選択することも可能である。
【００４５】
次に、本発明の有機発光素子を構成する他の部材について説明する。
【００４６】
ホール（正孔）輸送性材料としては、陽極からのホールの注入を容易にし、また注入されたホールを発光層に輸送する優れたモビリティを有することが好ましい。ホール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、フェニレンジアミン誘導体、トリアゾール誘導体、オキサジアゾール誘導体、イミダゾール誘導体、ピラゾリン誘導体、ピラゾロン誘導体、オキサゾール誘導体、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、フタロシアニン誘導体、ポルフィリン誘導体、及びポリ（ビニルカルバゾール）、ポリ（シリレン）、ポリ（チオフェン）、その他導電性高分子が挙げられるが、もちろんこれらに限定されるものではない。
【００４７】
電子注入輸送性材料としては、陰極からの電子の注入を容易にし、注入された電子を発光層に輸送する機能を有するものから任意に選ぶことができ、ホール輸送材料のキャリア移動度とのバランス等を考慮し選択される。電子注入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、チアゾール誘導体、チアジアゾール誘導体、ピラジン誘導体、トリアゾール誘導体、トリアジン誘導体、ペリレン誘導体、キノリン誘導体、キノキサリン誘導体、フルオレノン誘導体、アントロン誘導体、フェナントロリン誘導体、有機金属錯体等が挙げられるが、もちろんこれらに限定されるものではない。また、イオン化ポテンシャルの大きい材料は、ホールブロック材料としても使用できる。
【００４８】
陽極の材料としては、仕事関数がなるべく大きなものがよい。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あるいはこれら金属単体を複数組み合わせた合金、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、ポリフェニレンスルフィド等の導電性ポリマーも使用できる。これらの電極物質は、１種類を単独で使用してもよいし、２種類以上を併用して使用してもよい。また、陽極は一層で構成されていてもよいし、複数の層で構成されていてもよい。
【００４９】
一方、陰極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、ナトリウム、カリウム、カルシウム、マグネシウム、アルミニウム、インジウム、ルテニウム、チタニウム、マンガン、イットリウム、銀、鉛、錫、クロム等の金属単体が使用できる。これらの金属単体を複数組み合わせた合金も使用することができる。例えば、リチウム−インジウム、ナトリウム−カリウム、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、マグネシウム−インジウム等が使用できる。酸化錫インジウム（ＩＴＯ）等の金属酸化物も使用することができる。これらの電極物質は、１種類を単独で使用してもよいし、２種類以上を併用して使用してもよい。また、陰極は一層で構成されていてもよいし、複数の層で構成されていてもよい。
【００５０】
また陽極及び陰極は、少なくともいずれか一方が透明又は半透明であることが望ましい。
【００５１】
本発明で用いる基板としては、特に限定するものではないが、金属製基板、セラミックス製基板等の不透明性基板、ガラス、石英、プラスチックシート等の透明性基板が用いられる。また、基板にカラーフィルター膜、蛍光色変換フィルター膜、誘電体反射膜等を用いて発色光をコントロールすることも可能である。さらに、基板上に薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を作製し、それに接続するように素子を作製することも可能である。
【００５２】
さらに、ＴＦＴを２次元的に配列し画素を形成することにより、ディスプレイを構築することも可能である。例えば、赤、緑、青の３色の発光画素を配列することにより、フルカラーディスプレイとして使用することができる。
【００５３】
また、素子の光取り出し方向に関しては、ボトムエミッション構成（基板側から光を取り出す構成）及び、トップエミッション（基板の反対側から光を取り出す構成）のいずれも可能である。
【００５４】
尚、作製した素子に対して、酸素や水分等との接触を防止する目的で保護層あるいは封止層を設けることもできる。保護層としては、ダイヤモンド薄膜、金属酸化物、金属窒化物等の無機材料膜、フッ素樹脂、ポリパラキシレン、ポリエチレン、シリコーン樹脂、ポリスチレン樹脂等の高分子膜、さらには、光硬化性樹脂等が挙げられる。また、ガラス、気体不透過性フィルム、金属等をカバーし、適当な封止樹脂により素子自体をパッケージングすることもできる。
【００５５】
本発明の有機発光素子において、有機化合物からなる層は、種々の方法により得られる。一般には、真空蒸着法、イオン化蒸着法、スパッタリング、プラズマＣＶＤにより薄膜を形成する。あるいは、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）により薄膜を形成する。特に塗布法で成膜する場合は、適当な結着樹脂と組み合わせて膜を形成することもできる。
【００５６】
上記結着樹脂としては、広範囲な結着性樹脂より選択できる。例えば、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、ポリアリレート樹脂、ポリスチレン樹脂、ＡＢＳ樹脂、ポリブタジエン樹脂、ポリウレタン樹脂、アクリル樹脂、メタクリル樹脂、ブチラール樹脂、ポリビニルアセタール樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂、ジアリルフタレート樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、ポリスルホン樹脂、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。尚、これら結着樹脂は、ホモポリマーという形式で使用してもよいし、共重合体ポリマーという形式で使用してもよい。また、これら結着樹脂は、１種類を単独で使用してもよいし、２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。
【実施例】
【００５７】
以下、実施例により本発明をさらに具体的に説明していくが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００５８】
各実施例及び比較例において、以下に示す化合物を有機発光素子の構成材料として使用した。
【００５９】
【化１】
0005153235.tif 000002
【００６０】
ここで、化合物２を第一の材料として、化合物３を第二の材料として、化合物５を第三の材料としてそれぞれ使用した。尚、化合物１はホール輸送性の材料であり、化合物４は電子輸送性の材料である。
【００６１】
有機発光素子の作製に先立ち、第一の発光領域及び第二の発光領域の構成材料である第一の材料、第二の発光領域の構成材料である第二の材料、並びに第三の材料の物性についてそれぞれ評価した。具体的には、第一の材料、第二の材料及び第三の材料のエネルギーギャップ、最高被占軌道エネルギー、最低空軌道エネルギー、及び最低三重項励起エネルギー（Ｔ1エネルギー）を以下に示す方法により評価した。
【００６２】
（１）エネルギーギャップ
エネルギーギャップは、可視光−紫外吸収スペクトルから求めることができる。具体的には、ガラス基板上に成膜した薄膜について吸収スペクトルを測定し、そのスペクトルの吸収端から求めた。吸収スペクトルは、日立製分光光度計Ｕ−３０１０を用いて測定した。
【００６３】
（２）イオン化ポテンシャル及び最高被占軌道（ＨＯＭＯ）エネルギー
イオン化ポテンシャルは、大気下光電子分光法（理研機器製、測定器名：ＡＣ−１）を用いて測定した。一方、ＨＯＭＯエネルギーは、イオン化ポテンシャルの正負を逆転した値として定義することができ、通常負の値である。
【００６４】
（３）電子親和力及び最低空軌道（ＬＵＭＯ）エネルギー
電子親和力及び最低空軌道（ＬＵＭＯ）エネルギーは、エネルギーギャップとＨＯＭＯエネルギーとから算出することができる。具体的には、以下の式にエネルギーギャップとＨＯＭＯエネルギーとを代入してＬＵＭＯエネルギー（電子親和力）を算出することができる。
［ＬＵＭＯエネルギー］＝［ＨＯＭＯエネルギー］＋［エネルギーギャップ］
【００６５】
（４）最低三重項励起状態のエネルギー（Ｔ1エネルギー）
最低三重項励起エネルギー（Ｔ1エネルギー）は、対象となる有機化合物の燐光スペクトルから求めることが可能である。具体的には、液体窒素温度（７７Ｋ）等の低温下において燐光スペクトルの測定を行い、測定された燐光スペクトルの第一の発光ピーク（最も短波長のピーク）から、Ｔ1エネルギーを見積った。
【００６６】
尚、光励起によって三重項励起状態の生成が十分に行われず、燐光発光が得られない（燐光が弱く測れない）ものは、三重項増感剤からのエネルギー移動を用いることが有効である。
【００６７】
また、燐光の発光効率が非常に低いために、上記の方法で燐光が測れない場合には、アクセプターへの三重項−三重項エネルギー移動を用いて三重項励起状態のエネルギーを見積もる方法がある。（例えば、非特許文献４参照。）
【００６８】
第一の材料、第二の材料における各物性の評価結果を表１に示す。尚、第三の材料のエネルギーギャップは２．３４ｅＶであり、第一の材料のエネルギーギャップよりも小さい。
【００６９】
【表１】
0005153235.tif 000003
【００７０】
（実施例１）
図２に示す有機発光素子を以下に示す方法により作製した。
【００７１】
ガラス基板（基板１）上に、酸化錫インジウム（ＩＴＯ）をスパッタ法にて成膜し、陽極２を形成した。ここで陽極の膜厚を１３０ｎｍとした。次に、陽極２を形成した基板を、アセトン、イソプロピルアルコール（ＩＰＡ）で順次超音波洗浄し、次いでＩＰＡで煮沸洗浄後乾燥した。さらに、ＵＶ／オゾン洗浄した。以上の処理を施した基板を透明導電性支持基板として使用した。
【００７２】
次に、ホール輸送材料である化合物１の濃度０．１重量％のクロロホルム溶液を調製した。
【００７３】
この溶液を、上記の陽極２（ＩＴＯ電極）上に滴下し、最初に回転数５００ＲＰＭで１０秒、次に回転数１０００ＲＰＭで１分間スピンコートを行い、膜（ホール輸送層５）を形成した。この後１０分間、８０℃の真空オーブンで乾燥し、薄膜中の溶剤を完全に除去した。形成されたホール輸送層５の膜厚は１５ｎｍであった。
【００７４】
次に、第一の材料である化合物２を蒸着し第一の発光領域を形成した。このとき第一の発光領域の膜厚は５ｎｍであった。次に、化合物２と、第二の材料である化合物３を、それぞれ別のボートから同時蒸着して第二の発光領域を形成した。蒸着する際に、第二の発光領域を構成する化合物２と化合物３との重量濃度比が６０：４０となるように調整し、膜厚を１０ｎｍとした。本実施例において、第一の発光領域及び第二の発光領域は、発光層３として機能する。
【００７５】
引き続き、化合物２のみを蒸着し、電子輸送層６を形成した。このとき電子輸送層６の膜厚を３０ｎｍとし、蒸着時の真空度を１．０×１０-4Ｐａとし、蒸着時の成膜速度を０．１ｎｍ／ｓｅｃ以上０．３ｎｍ／ｓｅｃ以下程度とした。
【００７６】
次に、フッ化リチウム（ＬｉＦ）を先ほどの電子輸送層６の上に、真空蒸着法により膜を形成した。このときＬｉＦ膜の膜厚を０．５ｎｍとし、成膜速度を０．０５ｎｍ／ｓｅｃとした。次に、真空蒸着法によりアルミニウム膜を設けた。このときアルミニウム膜の膜厚を１５０ｎｍとし、成膜速度を１．０ｎｍ／ｓｅｃ以上１．２ｎｍ／ｓｅｃ以下とした。ここでＬｉＦ膜及びアルミニウム膜は、電子注入電極（陰極４）として機能する。
【００７７】
次に、水分の吸着によって素子劣化が起こらないように、窒素雰囲気中で保護用ガラス板をかぶせ、アクリル樹脂系接着材で封止した。以上のようにして有機発光素子を得た。
【００７８】
得られた素子について、ＩＴＯ電極（陽極２）を正極、アルミニウム電極（陰極４）を負極にして、５．０Ｖの電圧を印加した。その結果、発光輝度が４３０ｃｄ／ｍ2であり、発光効率が４．１ｃｄ／Ａであり、最大発光波長が５２５ｎｍである、化合物２に由来する緑色発光が観測された。
【００７９】
（比較例１）
実施例１において、第一の発光領域及び第二の発光領域の形成を省略し、かつ電子輸送層６の膜厚を４５ｎｍとした以外は、実施例１と同様の方法により有機発光素子を作製した。
【００８０】
得られた素子について、実施例１と同様にその特性を評価した。その結果、発光輝度が３４５ｃｄ／ｍ2であり、発光効率が３．１ｃｄ／Ａであり、最大発光波長が５２５ｎｍである化合物２に由来する緑色発光が観測された。しかし、実施例１よりも発光効率が低かった。
【００８１】
（比較例２）
実施例１において、第一の発光領域及び第二の発光領域の形成を省略し、かつ化合物２と化合物３とを重量比６０：４０となるように共蒸着し膜厚４５ｎｍの電子輸送層６を形成した以外は、実施例１と同様の方法により有機発光素子を作製した。
【００８２】
得られた素子について、実施例１と同様にその特性を評価した。その結果、発光輝度が３３０ｃｄ／ｍ2であり、発光効率が３．３ｃｄ／Ａであり、最大発光波長が５２５ｎｍである化合物２に由来する緑色発光が観測された。しかし、実施例１よりも発光効率が低かった。
【００８３】
（実施例２）
図４で示される有機発光素子を以下の方法で作製した。
【００８４】
実施例１と同様の方法により、陽極２及びホール輸送層５を順次成膜した後、化合物２のみを蒸着し第一の発光領域を形成した。このとき第一の発光領域の膜厚を５ｎｍとした。次に、化合物２と化合物３とを重量濃度比が６０：４０となるように共蒸着し、第二の発光領域を形成した。このとき第二の発光領域の膜厚を１０ｎｍとした。次に、引き続き、化合物２のみを蒸着しホールブロック層８を形成した。このときホールブロック層８の膜厚を１５ｎｍとした。次に、化合物４を蒸着し電子輸送層を形成した。このとき電子輸送層の膜厚を３０ｎｍとした。
【００８５】
この後、実施例１と同様の方法により陰極４を形成する複合膜（フッ化リチウム膜、アルミニウム膜）を成膜した。最後に実施例１と同様の方法により素子を封止した。
【００８６】
得られた素子について、実施例１と同様にその特性を評価した。その結果、発光輝度が６１０ｃｄ／ｍ2であり、発光効率が４．０ｃｄ／Ａであり、最大発光波長が５２５ｎｍである化合物２に由来する緑色発光が観測された。
【００８７】
（比較例３）
実施例２において、第一の発光領域の膜厚を３０ｎｍとし、かつ第二の発光領域及びホールブロック層８の形成を省略した以外は、実施例２と同様の方法により有機発光素子を作製した。
【００８８】
得られた素子について、実施例１と同様にその特性を評価した。その結果、発光輝度が４８０ｃｄ／ｍ2であり、発光効率が３．２ｃｄ／Ａであり、最大発光波長が５２５ｎｍである化合物２に由来する緑色発光が観測された。しかし、実施例２よりも発光効率が低かった。
【００８９】
（実施例３）
実施例１において、化合物２と化合物５とを重量濃度比で９９５：５となるように共蒸着し膜厚５ｎｍの第一の発光領域を形成した。次に、化合物２と化合物３と化合物５とを重量濃度比で６００：３９５：５となるように共蒸着し膜厚１０ｎｍの第二の発光領域を形成した。次に引き続き、化合物２と化合物５とを重量濃度比で９９５：５となるように共蒸着し膜厚３０ｎｍの電子輸送層６を形成した。これ以外は実施例１と同様の方法により有機発光素子を作製した。
【００９０】
得られた素子について、実施例１と同様にその特性を評価した。その結果、発光輝度が７７０ｃｄ／ｍ2であり、発光効率が８．１ｃｄ／Ａであり、最大発光波長が５１０ｎｍである化合物５に由来する緑色発光が観測された。
（比較例４）
実施例３において、第二の発光領域及び電子輸送層６の形成を省略した他は、実施例３と同様の方法により有機発光素子を作製した。
【００９１】
得られた素子について、実施例１と同様にその特性を評価した。その結果、発光輝度が７１５ｃｄ／ｍ2であり、発光効率が６．５ｃｄ／Ａであり、最大発光波長が５１０ｎｍである化合物５に由来する緑色発光が観測された。しかし、実施例３と比較して発光効率が低かった。
【図面の簡単な説明】
【００９２】
【図１】本発明の有機発光素子における第一の実施形態を示す断面図である。
【図２】本発明の有機発光素子における第二の実施形態を示す断面図である。
【図３】本発明の有機発光素子における第三の実施形態を示す断面図である。
【図４】本発明の有機発光素子における第四の実施形態を示す断面図である。
【図５】図１に示される有機発光素子において、第一の発光領域及び第二の発光領域が電子輸送層に含まれるときの各層のエネルギーレベルを示す図である。
【図６】図１に示される有機発光素子において、第一の発光領域及び第二の発光領域がホール輸送層に含まれるときの各層のエネルギーレベルを示す図である。
【符号の説明】
【００９３】
１  基板
２  陽極
３  ホール輸送層
４  電子輸送層
３ａ，４ａ  第一の発光領域
３ｂ，４ｂ  第二の発光領域
３ｃ，４ｃ  第三の領域
５  陰極
６  発光層
７  ホール注入層
８  ホールブロック層
１０，２０，３０，４０  有機発光素子
【図１】
0005153235.tif 000004
【図２】
0005153235.tif 000005
【図３】
0005153235.tif 000006
【図４】
0005153235.tif 000007
【図５】
0005153235.tif 000008
【図６】
0005153235.tif 000009