(57)【要約】本発明の有機ＥＬ素子は、陰極と陽極との間に設けられた複数の有機化合物含有層を備える。互いに隣接する二つの有機化合物含有層のうち、陽極寄りに位置する一方は、陰極寄りに位置する他方よりも低い電子移動度を有している。これにより、本発明の有機ＥＬ素子は、高い発光効率を有し、且つ、長い初期輝度半減寿命を有する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
陰極及び陽極と、
陰極と陽極との間に設けられた複数の有機化合物含有層であって、互いに隣接する二つの有機化合物含有層に関して、陽極寄りに位置する有機化合物含有層は、陰極寄りに位置する有機化合物含有層よりも低い電子移動度を有することと
を備えることを特徴とする有機電界発光素子。
【請求項２】
請求の範囲第１項に記載の有機電界発光素子において、前記有機化合物含有層は第１の有機化合物含有層であり、有機電界発光素子はさらに陰極と陽極との間に設けられた複数の第２の有機化合物含有層を備え、前記第２の有機化合物含有層のうちの少なくとも二つが電子輸送領域を構成していることを特徴とする有機電界発光素子。
【請求項３】
請求の範囲第１項に記載の有機電界発光素子において、前記有機化合物含有層のうちの少なくとも二つが電子輸送領域を構成していることを特徴とする有機電界発光素子。
【請求項４】
請求の範囲第２項又は第３項に記載の有機電界発光素子において、電子輸送領域を構成する有機化合物含有層を除いた有機化合物含有層のうちの少なくとも一つが、ホール注入領域、ホール輸送領域及び陰極界面領域のうちの少なくとも一つを構成していることを特徴とする有機電界発光素子。
【請求項５】
陰極及び陽極と、
陰極と陽極との間に設けられた発光領域及び電子輸送領域であって、その発光領域と電子輸送領域とは互いに隣接し、電子輸送領域は複数の有機化合物含有層によって構成され、その有機化合物含有層のうち発光領域と接する有機化合物含有層はキノリノラト系金属錯体を含有することと
を備えることを特徴とする有機電界発光素子。
【請求項６】
請求の範囲第５項に記載の有機電界発光素子において、前記発光領域は一つ又は複数の有機化合物含有層によって構成され、前記発光領域を構成する一つの有機化合物含有層、又は、前記発光領域を構成する複数の有機化合物含有層のうち最も陰極寄りに位置する有機化合物層は、ホール輸送性材料を含有し、キノリノラト系金属錯体を含有する前記有機化合物含有層は第１の有機化合物含有層であり、有機電界発光素子は、第１の有機化合物含有層と前記陰極との間に位置する第２の有機化合物含有層を備え、第２の有機化合物含有層は、キノリノラト系金属錯体よりも電子移動度の高い材料を含有することを特徴とする有機電界発光素子。
【請求項７】
請求の範囲第６項に記載の有機電界発光素子において、前記キノリノラト系金属錯体よりも電子移動度の高い材料は、シロール誘導体またはフェナントロリン誘導体であることを特徴とする有機電界発光素子。
【請求項８】
請求の範囲第６項又は第７項に記載の有機電界発光素子において、前記ホール輸送性材料は、ジスチリルアリーレン誘導体であることを特徴とする有機電界発光素子。
【請求項９】
請求の範囲第５項〜第８項のいずれか一項に記載の有機電界発光素子において、キノリノラト系金属錯体を含有する前記有機化合物層の厚さは０．５ｎｍ〜４ｎｍであることを特徴とする有機電界発光素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】  本発明は有機電界発光素子（有機ＥＬ素子）に関する。
【背景技術】  有機ＥＬ素子は、次世代ディスプレイ用の素子として注目されている。有機ＥＬ素子は、一般に、ガラス基板上にインジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）等の透明導電材料からなる陽極を形成し、その陽極上にホール注入領域、ホール輸送領域、発光領域、電子輸送領域及び陰極を順番に積層することによって形成されている。このように構成された有機ＥＬ素子は、陽極と陰極との間に直流電圧を印加することによって発光する。すなわち、陽極と陰極との間に直流電圧を印加すると、陽極からはホールが注入され、陰極からは電子が注入される。ホールはホール注入領域及びホール輸送領域を介して発光領域に移動し、電子は電子輸送領域を介して発光領域に移動する。そして、発光領域においてホールと電子とが再結合することにより、光が発せられる。
有機ＥＬ素子は、高効率かつ長寿命であることを望まれている。そうした中、電子輸送領域用の材料として、例えば、特開平０９−８７６１６号公報及び特開平０９−１９４４８７号公報に開示されるシロール誘導体、特開２００１−２６７０８０号公報及び特開２００１−１５５８６２号公報に開示さるフェナントロリン誘導体といった電子移動度の高い材料が注目されている。
シロール誘導体又はフェナントロリン誘導体を用いた有機ＥＬ素子は高効率であるが、電子移動度が高いために隣接層との間でエキサイプレックス（ｅｘｃｉｐｌｅｘ）あるいは電荷移動錯体を形成しやすいという問題がある。有機ＥＬ素子の有機化合物含有層の少なくとも一つの材料がエキサイプレックスあるいは電荷移動錯体を形成した場合、これらの励起子からの発光は弱いため、該有機ＥＬ素子の効率が低くなり、さらに初期輝度半減寿命は短くなる。初期輝度半減寿命とは、有機ＥＬ素子の寿命を表す一つの指標であって、一定の電流を有機ＥＬ素子に与え続けたときに、その有機ＥＬ素子の輝度が初期輝度の半分となるまでに要する時間をいう。一般に、初期輝度半減寿命の長い有機ＥＬ素子は寿命も長い。
【発明の開示】
本発明の目的は、高い発光効率を有し、且つ、長い初期輝度半減寿命を有する有機ＥＬ素子を提供することにある。
上記の目的を達成するために、本発明の一態様では、以下の有機ＥＬ素子が提供される。その有機ＥＬ素子は、陰極と、陽極と、陰極及び陽極の間に設けられた複数の有機化合物含有層とを備える。互いに隣接する二つの有機化合物含有層に関して、陽極寄りに位置する有機化合物含有層は、陰極寄りに位置する有機化合物含有層よりも低い電子移動度を有する。
有機ＥＬ素子の有機化合物含有層の構成を上記のような構成にすることにより、長い初期輝度半減寿命を有し、且つ、高い発光効率を有する有機ＥＬ素子を得ることができる。このような有機電界発光素子と類似するものとして、特開２００１−１５５８６２号公報に記載された発明が知られている。この発明は、有機発光層が電子輸送性能と正孔輸送性能の両者のキャリア輸送性能を有するとともに、層の厚さ方向に正孔輸送性能の高い領域から電子輸送性能の高い領域に徐々に変化していることを主旨とする。しかし、特開２００１−１５５８６２号公報に記載の発明において、キャリア輸送性能が問題となるのは、有機発光層に限られる。これに対して、本願発明においては、一対の電極間に狭持された有機化合物含有層全体における電子移動度に着目している点で大きく異なる。
本発明の別の態様では、以下の有機ＥＬ素子が提供される。その有機ＥＬ素子は、陰極と、陽極と、陰極と陽極との間に設けられた発光領域及び電子輸送領域とを備える。発光領域と電子輸送領域とは互いに隣接している。電子輸送領域は複数の有機化合物含有層によって構成されている。その有機化合物含有層のうち発光領域と接する有機化合物含有層はキノリノラト系金属錯体を含有している。
なお、本明細書において、「電子移動度」、「ホール移動度」とは、予め定められた強度の電界を有機化合物に印加したときに測定される電子移動度、ホール移動度を意味する。ただし、電子移動度を測定する際に印加する電界の強度は、有機ＥＬ素子が実際に使用される際に印加される電界強度の範囲内にあることを条件とする。
「電子輸送領域」は、少なくとも電子輸送機能を有していればよい。
「ホール輸送性材料」とは、ホール移動度が電子移動度よりも５０倍以上大きいか、あるいは、Ｔｉｍｅ  ｏｆ  Ｆｌｉｇｈｔ法（ＴＯＦ法）でホール移動度のみが測定され、電子移動度が測定されない材料である。ＴＯＦ法は、試料表面にパルス光を照射し、パルス光によって発生したキャリアが試料内を移動することによって生じた過渡電流を測定して電子移動度、ホール移動度を測定する方法である。
【図面の簡単な説明】  図１は、本発明の一実施形態に係る有機ＥＬ素子を示す断面図である。
【発明を実施するための最良の形態】  以下、図１を参照しながら本発明の一実施形態を説明する。
図１中、符号１は基板、符号２は陽極、符号３はホール注入領域、符号４はホール輸送領域、符号５は発光領域、符号６は電子輸送領域、符号６ａは第１の電子輸送層、符号６ｂは第２の電子輸送層、符号７は陰極界面領域、符号８は陰極を表す。
ホール注入領域３やホール輸送領域４は必ずしも必要ではないが、これらの層の存在によって、有機ＥＬ素子の発光効率及び初期輝度半減寿命はより向上する。
基板１は、有機ＥＬ素子を支持するものであって、材料については特に制限されない。基板１は、例えば、ガラス板、プラスチックシート、プラスチックフィルム、金属板、又は金属箔であってもよいし、シリコン等のセラミック材料から形成されてもよい。プラスチックシート及びプラスチックフィルムは、防湿性、耐衝撃性、耐熱性及び表面平滑性に優れることから、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、又はポリメタクリレート製であることが好ましい。プラスチック製の基板１の場合、防湿性を向上させるために、シリコン窒化膜、シリコン酸化膜、又はシリコン酸化窒化膜を基板１の表面に設けてもよい。発光領域５から発せられる光が基板１を通じて出射されるボトムエミッション型の有機ＥＬ素子の場合、基板１は可視光領域の光を透過可能であることが必要である。
陽極２は、ホール注入領域３にホールを注入する役割を有する。陽極２用の材料は、電気抵抗が小さく且つ仕事関数が大きい任意の材料であって、金属、合金、電気伝導性の化合物及びこれらの混合物等、種類を問わない。陽極２用の材料としては、例えば、ＩＴＯ、インジウム亜鉛酸化物（ＩＺＯ）、酸化スズ，酸化亜鉛、酸化亜鉛と酸化インジウムの混合系、窒化チタン等の金属酸化物；金属窒化物；金、白金、銀、銅、アルミニウム、ニッケル、鉛、クロム、モリブデン、タングステン、タンタル、ニオブ等の金属；ポリアニリン、ポリチオフェン、ポリピロール、ポリフェニレンビニレン等の導電性高分子が挙げられる。陽極２は、単独の材料から形成されてもよいし、複数の材料から形成されてもよい。陽極２の厚さは、１０ｎｍ〜１μｍ程度であり、好ましくは１０ｎｍ〜３００ｎｍである。陽極２は、例えば、スパッタリング法、イオンプレーティング法、真空蒸着法、スピンコート法によって形成される。
ホール注入領域３は、陽極２から注入されたホールを効率よくホール輸送領域４へ注入する役割と、陽極２と有機化合物を含有する機能領域との間の密着性をあげる役割とを有する。ホール注入領域３に用いられる材料の条件は、陽極２との密着性がよいこと、イオン化ポテンシャルが低いこと、ガラス転移温度が高いことである。ホール注入領域３の電子移動度は、ホール輸送領域４の電子移動度よりも低いことが望ましい。ホール注入領域３用の材料としては、例えば、フタロシアニン誘導体、ポルフィリン誘導体、ポリフェニレンビニレン誘導体、スターバーストアミン誘導体、ポリアニリン、及びポリチオフェンが挙げられる。これらの化合物の中でも上記条件を良好に満たす化合物としては、フタロシアニン誘導体である銅フタロシアニン（ＣｕＰｃ）及び無金属フタロシアニン、スターバーストアミン誘導体である４，４’，４”−トリス（３−メチルフェニルフェニル−アミン）トリフェニルアミンが挙げられる。ホール注入領域３は、単独の材料から形成されてもよいし、複数の材料から形成されてもよい。ホール注入領域３の厚さは５ｎｍ〜１００ｎｍ程度であり、好ましくは１０ｎｍ〜５０ｎｍである。ホール注入領域３は、例えば、真空蒸着法、スピンコート法、ディップ法によって形成される。
ホール輸送領域４は、ホール注入領域３から注入されたホールを効率よく発光領域５へ輸送する役割を有する。ホール輸送領域４に用いられる材料の条件は、ホール注入領域３からのホール注入が容易なこと、及び注入されたホールを発光領域５へ効率よく輸送することである。ホール輸送領域４の電子移動度は、発光領域５の電子移動度よりも低いことが好ましい。ホール輸送領域４形成用の材料としては、例えば、トリアリールアミン誘導体、トリフェニルアミン構造を主鎖並びに／若しくは側鎖として繰り返し構造を持つ化合物、トリフェニルメタン誘導体、ヒドラゾン誘導体、オキサゾール誘導体、オキサジアゾール誘導体、トリアゾール誘導体、フルオレニルジフェニルアミン誘導体、ベンジジン誘導体、ピラゾリン誘導体、スチルベン誘導体、スチリルアミン誘導体、ポリフェニレンビニレン誘導体、カルバゾール誘導体、フェニレンジアミン誘導体、スピロ系化合物が挙げられる。ホール輸送領域４形成用の材料はさらに、ホール注入領域３用の材料として上記した材料であってもよい。これらの化合物の中でも上記条件を良好に満たす化合物としては、トリアリールアミン誘導体であるトリフェニルアミン、トリフェニルアミンの２量体、３量体、４量体、５量体；ベンジジン誘導体であるＮ，Ｎ’−ジナフチル−Ｎ，Ｎ’−ジフェニルベンジジン；カルバゾール誘導体である４，４’−Ｎ，Ｎ’−ジカルバゾールビフェニル、ポリ（Ｎ−ビニルカルバゾール）が挙げられる。ホール輸送領域４は、単独の材料から形成されてもよいし、複数の材料から形成されてもよい。ホール輸送領域４の厚さは５ｎｍ〜１００ｎｍ程度であり、好ましくは１０ｎｍ〜５０ｎｍである。ホール輸送領域４は、例えば、真空蒸着法、スピンコート法、ディップ法によって形成される。
発光領域５では、有機材料が発光する。すなわち、ホール注入領域３及びホール輸送領域４中を移動してきたホールと、陰極界面領域７及び電子輸送領域６中を移動してきた電子とが発光領域５において再結合して励起子が形成され、それが基底状態に戻るときに発光が起きる。発光領域５に用いられる材料に求められる条件は、高い蛍光量子効率を示すこと、ホール並びに／若しくは電子を効率よく輸送することができること、ガラス転移温度が高いことである。発光領域５形成用の材料は、上記条件を満たすものであれば特に制限されるものでなく、例えば、ジスチリルアリーレン誘導体、ジスチリルベンゼン誘導体、ジスチリルアミン誘導体、キノリノラト系金属錯体、トリアリールアミン誘導体、アゾメチン誘導体、オキサジアゾール誘導体、ピラゾロキノリン誘導体、シロール誘導体、ナフタレン誘導体、アントラセン誘導体、ジカルバゾール誘導体、ペリレン誘導体、オリゴチオフェン誘導体、クマリン誘導体、ピレン誘導体、テトラフェニルブタジエン誘導体、ベンゾピラン誘導体、ユーロピウム錯体、ルブレン誘導体、キナクリドン誘導体、トリアゾール誘導体、ベンゾオキサゾール誘導体、ベンゾチアゾール誘導体が挙げられる。これらの化合物の中でも上記条件を良好に満たす化合物としては、キノリノラト系金属錯体であるトリス−（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）（ｐ−フェニルフェノラト）アルミニウム（ＢＡｌｑ）；トリアリールアミン誘導体であるトリフェニルアミンの４量体；ジスチリルアリーレン誘導体である４，４’−ビス（２，２’−ジフェニルビニル）ビフェニル（ＤＰＶＢｉ）が挙げられる。発光領域５は単独の有機化合物含有層によって構成されてもよいし、複数の有機化合物含有層によって構成されてもよい。また、発光領域５を構成する各有機化合物含有層は、単独の材料から形成されてもよいし、複数の材料から形成されてもよい。有機ＥＬ素子の発光効率や初期輝度半減寿命を向上させる目的で、ホスト化合物にゲスト化合物を数％ドーピングすることが通常行われるが、必ずしもドーピングしなくてもよい。ドーピングするときは、発光領域５内におけるゲスト化合物の濃度は一定でなくてもよい。例えば、ゲスト化合物の濃度を有機化合物含有層の厚さ方向に傾斜させることにより、この有機化合物含有層内において、陰極側の電子移動度が陽極側の電子移動度よりも大きくなるように、ゲスト化合物の濃度を変化させてもよい。発光領域５の膜さは１ｎｍ〜１００ｎｍ程度であり、好ましくは１０〜５０ｎｍ程度である。発光領域５は、例えば真空蒸着法によって形成される。
電子輸送領域６は、陰極８から注入された電子を発光領域５へ効率よく輸送する役割、及び発光領域５で生成した励起子が拡散して陰極８で消光するのを防ぐ役割を有する。本実施形態では、電子輸送領域６は、第１の電子輸送層６ａと第２の電子輸送層６ｂの二つの有機化合物含有層から構成されている。つまり、本実施形態の有機電界発光素子では、複数の有機化合物含有層のうちの二つの層が電子輸送領域を構成している。
以下、第１の電子輸送層６ａ及び第２の電子輸送層６ｂについて詳細に説明する。
第１の電子輸送層６ａは発光領域５に密着して配置され、発光領域５へ電子を輸送する役割を有する。第１の電子輸送層６ａ用の材料としては、発光領域５とエキサイプレックスあるいは電荷移動錯体を形成しない化合物が好ましく、また、発光領域５の電子移動度よりも高い電子移動度を有することが好ましい。このような材料として、特にキノリノラト系金属錯体が望ましい。
キノリノラト系金属錯体としては、配位子として８−キノリノラト、２−メチル−８−キノリノラト、４−メチル−８−キノリノラト、５−メチル−８−キノリノラト、３，４−ジメチル−８−キノリノラト、４−エチル−８−キノリノラト、４，５−ジメチル−８−キノリノラト、４，６−ジメチル−８−キノリノラト、４−メトキシ−８−キノリノラト、１０−ベンゾ［ｈ］キノリノラト、ベンゾ［ｆ］−８−キノリノラト、８−キノリノラトの２量体、７−プロピル−８−キノリノラトなどを持つ錯体であって、中心金属としてアルミニウム、ベリリウム、亜鉛、マグネシウム、ガリウム、インジウム、銅、カルシウム、錫、鉛を含むものが好ましく用いられる。より具体的なキノリノラト系金属錯体としては、Ａｌｑ３、ＢＡｌｑ、トリス（２−メチル−８−キノリノラト）アルミニウム、トリス（５−メチル−８−キノリノラト）アルミニウム、モノ（４−メチル−８−キノリノラト）ビス（８−キノリノラト）アルミニウム、モノ（４−エチル−８−キノリノラト）モノ（４−メチル−８−キノリノラト）モノ（８−キノリノラト）アルミニウム、トリス（３，４−ジメチル−８−キノリノラト）アルミニウム、トリス（４−メトキシ−８−キノリノラト）アルミニウム、トリス（４，５−ジメチル−８−キノリノラト）アルミニウム、トリス（４，６−ジメチル−８−キノリノラト）アルミニウム、トリス（５−クロロ−８−キノリノラト）アルミニウム、トリス（５−ブロモ−８−キノリノラト）アルミニウム、トリス（５，７−ジクロロ−８−キノリノラト）アルミニウム、トリス（５−シアノ−８−キノリノラト）アルミニウム、トリス（５−スルホニル−８−キノリノラト）アルミニウム、トリス（５−プロピル−８−キノリノラト）アルミニウム、ビス（８−キノリノラト）亜鉛、ビス（２−メチル−８−キノリノラト）亜鉛、ビス（２，４−ジメチル−８−キノリノラト）亜鉛、ビス（２−メチル−５−クロロ−８−キノリノラト）亜鉛、ビス（２−メチル−５−シアノ−８−キノリノラト）亜鉛、ビス（３，４−ジメチル−８−キノリノラト）亜鉛、ビス（４，６−ジメチル−８−キノリノラト）亜鉛、ビス（５−クロロ−８−キノリノラト）亜鉛、ビス（５，７−ジクロロ−８−キノリノラト）亜鉛、ビス（ベンゾ［ｆ］−８−キノリノラト）亜鉛、ビス（８−キノリノラト）ベリリウム、ビス（２−メチル−８−キノリノラト）ベリリウム、ビス（２，４−ジメチル−８−キノリノラト）ベリリウム、ビス（２−メチル−５−クロロ−８−キノリノラト）ベリリウム、ビス（２−メチル−５−シアノ−８−キノリノラト）ベリリウム、ビス（３，４−ジメチル−８−キノリノラト）ベリリウム、ビス（４，６−ジメチル−８−キノリノラト）ベリリウム、ビス（５−クロロ−８−キノリノラト）ベリリウム、ビス（４，６−ジメチル−８−キノリノラト）ベリリウム、ビス（１０−ヒドロキシベンゾ［ｈ］キノリノラト）ベリリウム、ビス（８−キノリノラト）マグネシウム、ビス（２−メチル−８−キノリノラト）マグネシウム、ビス（２，４−ジメチル−８−キノリノラト）マグネシウム、ビス（２−メチル−５−クロロ−８−キノリノラト）マグネシウム、ビス（２−メチル−５−シアノ−８−キノリノラト）マグネシウム、ビス（３，４−ジメチル−８−キノリノラト）マグネシウム、ビス（４，６−ジメチル−８−キノリノラト）マグネシウム、ビス（５−クロロ−８−キノリノラト）マグネシウム、ビス（５，７−ジクロロ−８−キノリノラト）マグネシウム、ビス（１０−ベンゾ［ｈ］キノリノラト）マグネシウム、トリス（８−キノリノラト）インジウム、８−キノリノラトリチウム、トリス（５−クロロ−８−キノリノラト）ガリウム、ビス（５−クロロ−８−キノリノラト）カルシウム、ビス（２−メチル−８−キノリノラト）（トリフェニルシラノラト）アルミニウム、ビス（２−メチル−８−キノリノラト）（ジフェニルメチルシラノラト）アルミニウム、ビス（２−メチル−８−キノリノラト）（ｔｅｒｔ−ブチルジフェニルシラノラト）アルミニウム、ビス（２−メチル−８−キノリノラト）（トリス−（４，４−ビフェニル）シラノラト）ガリウム、ビス（２−メチル−８−キノリノラト）（１−ナフトラト）ガリウム、ビス（２−メチル−８−キノリノラト）（２−ナフトラト）ガリウム、ビス（８−キノリノラト）銅が挙げられる。
第１の電子輸送層６ａは、キノリノラト系金属錯体を少なくとも含有すれば良く、例えば、他の材料と共蒸着して形成されても良い。共蒸着により第１の電子輸送層６ａを形成する場合には、第１の電子輸送層６ａの厚み方向において、キノリノラト系金属錯体の濃度が変化してもよいし、一様であってもよい。第１の電子輸送層６ａの厚さは０．１〜２０ｎｍ程度であり、好ましくは０．５〜４ｎｍ程度である。第１の電子輸送層６ａは、例えば、真空蒸着法によって形成される。
第２の電子輸送層６ｂは、第１の電子輸送層６ａへ効率よく電子を輸送する役割を有する。第２の電子輸送層６ｂに用いられる材料に求められる条件は、電子移動度が第１の電子輸送層６ａよりも高いことである。第２の電子輸送層６ｂ用の好ましい材料としては、例えば、シロール誘導体、フェナントロリン誘導体、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、キノキサリン誘導体、キノリン誘導体、ピロール誘導体、ベンゾピロール誘導体、テトラフェニルメタン誘導体、ピラゾール誘導体、チアゾール誘導体、ベンゾチアゾール誘導体、チアジアゾール誘導体、チオナフテン誘導体、スピロ系化合物、イミダゾール誘導体、ベンゾイミダゾール誘導体、ジスチリルベンゼン誘導体が挙げられる。より好ましい材料としては、特開平０９−８７６１６号公報又は特開平０９−１９４４８７号公報に記載のシロール誘導体、それらの中でも特に、２，５−ビス（６’−（２’，２”−ビピリジル））−１，１−ジメチル−３，４−ジフェニルシロールや２，５−ビス（６’−（２’，２”−ビピリジル））−１，１−ジメチル−３，４−ビス（２−メチルフェニル）シロールが挙げられる。また、フェナントロリン誘導体であるバソクプロイン及びバソフェナントロリン、特開２００１−２６７０８０号公報に記載のフェナントロリン誘導体も、第２の電子輸送層６ｂ用の材料として、より好ましい。第２の電子輸送層６ｂの厚さは１〜１００ｎｍ程度であり、好ましくは１〜５０ｎｍ程度である。第２の電子輸送層６ｂは、例えば真空蒸着法によって形成される。
電子輸送領域６は、必ずしも二つの有機化合物含有層によって構成される必要は無く、３以上の有機化合物含有層によって構成されても良い。
陰極界面領域７は、陰極８から第２の電子輸送層６ｂへの電子の注入性を上げたり、陰極８と電子輸送層領域６との密着性を良くする役割を有する。陰極界面領域７用の材料は、以上の性能を付与する材料であれば特に制限されるものでなく、公知の材料を用いることができる。すなわち、陰極界面領域７用の材料としては、例えば、フッ化リチウム、酸化リチウム、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、フッ化バリウム等のアルカリ金属又はアルカリ土類金属のフッ化物、酸化物、塩化物、及び硫化物が挙げられる。陰極界面領域７は、単独の材料から形成されてもよいし、複数の材料から形成されてもよい。陰極界面領域７の厚さは０．１ｎｍ〜１０ｎｍ程度であり、好ましくは０．３ｎｍ〜３ｎｍである。陰極界面領域７は、陰極界面領域７の全体にわたって均一な厚さを有するものであっても、不均一な厚さを有するものであってもよい。陰極界面領域７はまた、島状に形成されてもよい。陰極界面領域７は、例えば真空蒸着法によって形成される。
陰極８は、陰極界面領域７に電子を注入する役割を有する。陰極８に用いられる材料は、電気抵抗が小さく且つ仕事関数が低い任意の材料であって、金属、合金、電気伝導性の化合物及びこれらの混合物等、種類を問わない。陰極８用の材料としては、例えば、金、銀、銅、アルミニウム、インジウム、カルシウム、スズ等の金属；アルミニウム−カルシウム合金、アルミニウム−リチウム合金等のアルミニウム合金、あるいはマグネシウム−銀合金、マグネシウム−インジウム合金等のマグネシウム合金といった合金が挙げられる。陰極８用の材料はさらに、陽極２用の材料として上記した材料であってもよい。陰極８は、単独の材料から形成されてもよいし、複数の材料から形成されてもよい。陰極８の厚さは、５ｎｍ〜１μｍ程度であり、好ましくは１０ｎｍ〜５００ｎｍである。陰極８は、例えば、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法、電子ビーム蒸着法によって形成される。
陽極２及び陰極８のうち、発光領域５よりも光の取り出し側にある電極、すなわち、発光領域５よりも有機ＥＬ素子の光出射面の近くに位置する電極は、透明又は半透明であることが必要である。透明又は半透明の電極は、可視光領域で１０％以上の光透過率を有することが好ましい。
図１に示す有機ＥＬ素子は、本発明の実施形態の一例であり、本発明は、その要旨を超えない限り、何ら図１に示す有機ＥＬ素子に限定されるものではない。例えば、有機ＥＬ素子は、以下の（１）〜（４）に示す層を基板１上に備えるものであってもよい。（１）〜（４）に示す層は、左から順に基板１上に設けられてもよいし、右から順に基板１上に設けられてもよい。
（１）陽極／ホール注入領域／発光領域／電子輸送領域／陰極界面領域／陰極
（２）陽極／ホール注入領域／ホール輸送領域／発光領域／電子輸送領域／陰極
（３）陽極／発光領域／電子輸送領域／陰極界面領域／陰極
（４）陽極／発光領域／電子輸送領域／陰極
【実施例】  以下、本発明を実施例を用いて具体的に説明するが、本発明は実施例に限定して解釈されないのは当然である。
【実施例１】  基板１として、透明のガラス基板を用いた。基板１上には陽極２を形成した。陽極２は、厚さ１９０ｎｍのＩＴＯにより形成した。有機層を蒸着する前の基板洗浄として、基板１をアルカリ洗浄し、次いで純水洗浄し、乾燥した後、紫外線オゾン洗浄をした。基板１を真空蒸着装置へ移し、基板１上に設けたＩＴＯの上に、化学式１に示すＣｕＰｃを、カーボンるつぼにて蒸着速度０．１ｎｍ／ｓ、真空度約５．０×１０−５Ｐａで蒸着して、厚さ１０ｎｍのホール注入領域３を形成した。
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ホール注入領域３の上に、化学式２に示すトリフェニルアミンの４量体を、カーボンるつぼにて蒸着速度０．１ｎｍ／ｓ、真空度約５．０×１０−５Ｐａで蒸着して、厚さ１０ｎｍのホール輸送領域４を形成した。なお、トリフェニルアミンの４量体の電子移動度は、ホール注入領域３の材料であるＣｕＰｃの電子移動度よりも高い。電子移動度は、被測定物質のみからなる薄膜を形成し、ＴＯＦ法により測定した。
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ホール輸送領域４の上に、化学式３に示すＤＰＶＢｉ（発光色青）を、蒸着速度０．１ｎｍ／ｓ、真空度約５．０×１０−５Ｐａで蒸着して、厚さ３０ｎｍの発光領域５を形成した。なお、ＤＰＶＢｉはＴＯＦ法によるホール移動度及び電子移動度の測定によると、ホール輸送性材料である。ＤＰＶＢｉの電子移動度は、ホール輸送領域４の材料であるトリフェニルアミンの４量体の電子移動度よりも高い。
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発光領域５の上に、第１の電子輸送層６ａ及び第２の電子輸送層６ｂからなる電子輸送領域６を形成した。第１の電子輸送層６ａ及び第２の電子輸送層６ｂは、、発光領域５の上に同順で並んでいる。第１の電子輸送層６ａは、キノリノラト系金属錯体である化学式４に示すＡｌｑ３を、カーボンるつぼにて蒸着速度０．０１ｎｍ／ｓ、真空度約５．０×１０−５Ｐａで蒸着することによって形成され、４．０ｎｍの厚さを有する。なお、Ａｌｑ３の電子移動度は発光領域５の材料であるＤＰＶＢｉの電子移動度よりも大きい。
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第２の電子輸送層６ｂは、シロール誘導体である化学式５に示す２，５−ビス（６’−（２’，２”−ビピリジル））−１，１−ジメチル−３，４−ジフェニルシロール（ＥＴＭ）を、カーボンるつぼにて蒸着速度０．１ｎｍ／ｓ、真空度約５．０×１０−５Ｐａで蒸着することによって形成され、１５ｎｍの厚さを有する。
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第１の電子輸送層６ａを形成するＡｌｑ３と第２の電子輸送層６ｂを形成するＥＴＭの電子移動度を比較すると、ＥＴＭの方が電子移動度が高い。
第２の電子輸送層６ｂの形成が終了した後、フッ化リチウムをカーボンるつぼにて蒸着速度０．０３ｎｍ／ｓ、真空度約５．０×１０−５Ｐａで蒸着して、厚さ０．５ｎｍの陰極界面領域７を形成した。その後、アルミニウムをタングステンボートにて蒸着速度１ｎｍ／ｓ、真空度約５．０×１０−５Ｐａで蒸着して、厚さ１００ｎｍの陰極８を形成した。
（比較例１）
比較例１では、ホール注入領域３をＴＰＴＥから形成し、ホール輸送領域４をＣｕＰｃから形成するようにしたことを除いては、実施例１と同様にして素子を作成した。ホール注入領域３は、カーボンるつぼにて蒸着速度０．１ｎｍ／ｓ、真空度約５．０×１０−５ＰａでＴＰＴＥを蒸着することによって形成され、１０ｎｍの厚さを有する。ホール輸送領域４は、カーボンるつぼにて蒸着速度０．１ｎｍ／ｓ、真空度約５．０×１０−５ＰａでＣｕＰｃを蒸着することによって形成され、１０ｎｍの厚さを有する。なお、ＣｕＰｃの電子移動度は、ＴＰＴＥの電子移動度よりも低い。
（比較例２）
比較例２では、第１の電子輸送層６ａをＥＴＭから形成し、第２の電子輸送層６ｂをＡｌｑ３から形成するようにしたことを除いては、実施例１と同様にして素子を作成した。第１の電子輸送層６ａは、カーボンるつぼにて蒸着速度０．１ｎｍ／ｓ、真空度約５．０ＰａでＥＴＭを蒸着することによって形成され、４．０ｎｍの厚さを有する。第２の電子輸送層６ｂはは、カーボンるつぼにて蒸着速度０．１ｎｍ／ｓ、真空度約５．０×１０−５ＰａでＡｌｑ３を蒸着することによって形成され、１５ｎｍの厚さを有する。なお、Ａｌｑ３の電子移動度は、ＥＴＭの電子移動度よりも低い。
（比較例３）
比較例３では、発光領域５をＡｌｑ３から形成し、第１の電子輸送層６ａをＤＰＶＢｉから形成するようにしたことを除いては、実施例１と同様にして素子を作成した。発光領域５は、カーボンるつぼにて蒸着速度０．１ｎｍ／ｓ、真空度約５．０×１０−５ＰａでＡｌｑ３を蒸着することによって形成され、３０ｎｍの厚さを有する。第１の電子輸送層６ａは、カーボンるつぼにて蒸着速度０．１ｎｍ／ｓ、真空度約５．０ＰａでＤＰＶＢｉを蒸着することによって形成され、４．０ｎｍの厚さを有する。なお、ＤＰＶＢｉの電子移動度は、Ａｌｑ３の電子移動度よりも低い。
実施例１及び比較例１〜３のそれぞれの有機ＥＬ素子の、輝度１０００ｃｄ／ｍ２における電力効率、電流効率と、色度ｘ、色度ｙ、および初期輝度半減寿命の測定結果を表１に示す。輝度および色度は輝度測定器（株式会社トプコンの輝度計ＢＭ７）を用いて測定した。なお、初期輝度半減寿命は、一定の電流を有機ＥＬ素子に与え続けたときに、その有機ＥＬ素子の輝度が初期輝度２４００ｃｄ／ｍ２の半分となるまでに要する時間を示す。
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（評価）
一般的に、有機物を流れる電流は、有機物中の空間電荷に支配されるものと考えられている。互いに隣接する任意の２つの有機層において、陽極側に位置する有機層の電子移動度の方が陰極側に位置する有機層の電子移動度よりも大きくなるように並んでいると、有機物中の空間電荷が乱され、有機層全体としての移動度が減少し、発光効率が低下するものと考えられる。また、発光効率が低下すると、予め定めた輝度を実現するのに必要な電流が多くなるため、初期輝度半減寿命が短くなるものと考えられる。比較例１の有機ＥＬ素子では、ホール輸送領域４を形成するＣｕＰｃの電子移動度が、陽極側に隣接するホール注入領域３を形成するＴＰＴＥの電子移動度よりも低く、比較例２の有機ＥＬ素子では、第２の電子輸送層６ｂを形成するＡｌｑ３の電子移動度が、陽極側に隣接する第１の電子輸送層６ａを形成するＥＴＭの電子移動度よりも低く、比較例３の有機ＥＬ素子では、第１の電子輸送層６ａを形成するＤＰＶＢｉの電子移動度が、陽極側に隣接する発光領域５を形成するＡｌｑ３の電子移動度よりも低い。そのため、互いに隣接する有機層の電子移動度が陰極側に位置する有機層の方が大きくなるように並んでいる実施例１の有機ＥＬ素子よりも、表１に示すように、比較例１〜３の有機ＥＬ素子の電力効率、電流効率は低く、初期輝度半減寿命が短いものと考えられる。
【実施例２〜７】
実施例２〜７では、第１の電子輸送層６ａ（Ａｌｑ３）の厚さをそれぞれ３．０ｎｍ（実施例２）、２．５ｎｍ（実施例３）、２．０ｎｍ（実施例４）、１．５ｎｍ（実施例５）、１．０ｎｍ（実施例６）及び０．５ｎｍ（実施例７）とした。それ以外は、実施例１と同様に素子を作成した。
（比較例４）
比較例４では、第１の電子輸送層６ａを省略して、実施例１と同様にして素子を作成した。
実施例１〜７及び比較例４の各有機ＥＬ素子の、輝度１０００ｃｄ／ｍ２における電力効率、電流効率、色度ｘ、色度ｙ、および初期輝度半減寿命（初期輝度２４００ｃｄ／ｍ２）の測定結果を表２に示す。
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（評価）
表２に示すように、第１の電子輸送層６ａをＡｌｑ３で形成した実施例１〜７の有機ＥＬ素子は、第１の電子輸送層６ａを有さない比較例４の有機ＥＬ素子に比べて、電力効率、電流効率が向上している。一般に、電子移動度の高い材料とホール移動度の高い材料が密着配置されると、エキサイプレックスあるいは電荷移動錯体を形成しやすいと考えられており、さらに、有機ＥＬ素子に含有されている化合物がエキサイプレックスあるいは電荷移動錯体を形成している場合、発光波長は長波長化する。色度ｙを実施例１〜７の有機ＥＬ素子と比較例４の有機ＥＬ素子を比較すると、比較例４の有機ＥＬ素子の方が高くなっている。青色発光素子で色度ｙが高くなるということは、発光波長が長波長化していることを意味する。このことから、比較例４の有機ＥＬ素子では第２の電子輸送層６ｂを形成するＥＴＭと発光領域５を形成するＤＰＶＢｉとの界面付近においてエキサイプレックスあるいは電荷移動錯体が形成されていると考えられる。一般に、エキサイプレックスあるいは電界移動錯体からの発光は弱い。一方、実施例１〜７の有機ＥＬ素子では、第１の電子輸送層６ａを形成するＡｌｑ３と発光領域５を形成するＤＰＶＢｉとの界面付近においてエキサイプレックスあるいは電荷移動錯体の形成が抑制され、さらに、キノリノラト系金属錯体であるＡｌｑ３よりも電子移動度の高い材料を含む有機化合物含有層を陰極側に配置することにより、電子輸送領域６全体としての電子移動度が高くなっている。そのため、比較例４の有機ＥＬ素子に比べ実施例１〜７の有機ＥＬ素子は電力効率、電流効率が向上しているものと考えられる。特に、第１の電子輸送層６ａの厚さが０．５ｎｍ〜４ｎｍのとき、電力効率及び電流効率はよく向上している。
比較例４の有機ＥＬ素子の初期輝度半減寿命は、実施例１〜７の有機ＥＬ素子よりも短い。この理由は、エキサイプレックスを形成した比較例４の有機ＥＬ素子の電流効率が低いせいと考えられる。エキサイプレックスを形成していない実施例１〜７の有機ＥＬ素子と比べて、比較例４の有機ＥＬ素子では、所定の輝度を実現するためにはより多くの電流量が必要とされる。一般に、有機ＥＬ素子に流れる電流が増えると初期輝度半減寿命は短くなる。よって、比較例４の有機ＥＬ素子は、実施例１〜７の有機ＥＬ素子よりも初期輝度半減寿命が短いものと考えられる。特に、第１の電子輸送層６ａの厚さが０．５ｎｍ〜４ｎｍのとき、初期輝度半減寿命はよく改善されている。
【実施例８〜１４】
実施例８〜１４では、第２の電子輸送層６ｂがフェナントロリン誘導体である化学式６で示されるバソクプロインから形成されることを除いては、実施例１と同条件で有機ＥＬ素子が形成される。ただし、第１の電子輸送層６ａの厚さは、実施例８では４．０ｎｍ、実施例９では３．０ｎｍ、実施例１０では２．５ｎｍ、実施例１１では２．０ｎｍ、実施例１２では１．５ｎｍ、実施例１３では１．０ｎｍ、実施例１４では０．５ｎｍである。
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（比較例５）
比較例５は、第１の電子輸送層６ａを形成しない他は、実施例８〜１４と同様にして素子を作成した。
実施例８〜１４及び比較例５の各有機ＥＬ素子の、輝度１０００ｃｄ／ｍ２における電力効率、電流効率、色度ｘ、色度ｙ、および初期輝度半減寿命（初期輝度２４００ｃｄ／ｍ２）の測定結果を表３に示す。
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（評価）
表３に示すように、第１の電子輸送層６ａをＡｌｑ３で形成した実施例８〜１４の有機ＥＬ素子は第２の電子輸送層６ｂを有さない比較例５の有機ＥＬ素子に比べて、電力効率、電流効率が向上している。色度ｙを実施例８〜１４の有機ＥＬ素子と比較例５の有機ＥＬ素子で比較すると、比較例５の有機ＥＬ素子の方が高くなっている。青色発光素子で色度ｙが高くなるということは、発光波長が長波長化していることを意味する。このことから、比較例５の有機ＥＬ素子では第２の電子輸送層６ｂを形成するバソクプロインと発光領域５を形成するＤＰＶＢｉがエキサイプレックスあるいは電荷移動錯体を形成しているが、実施例８〜１４の有機ＥＬ素子ではエキサイプレックスあるいは電荷移動錯体の形成が抑制されており、その結果、比較例５の有機ＥＬ素子に比べ実施例８〜１４の有機ＥＬ素子は電力効率、電流効率が向上しているものと考えられる。特に、第１の電子輸送層６ａの厚さが０．５ｎｍ〜４ｎｍのとき、電力効率及び電流効率はよく向上している。
比較例５の有機ＥＬ素子の初期輝度半減寿命は、実施例８〜１４の有機ＥＬ素子よりも短い。この理由は、エキサイプレックスを形成した比較例５の有機ＥＬ素子の電流効率が低いせいと考えられる。エキサイプレックスを形成していない実施例８〜１４の有機ＥＬ素子と比べて、比較例５の有機ＥＬ素子では、所定の輝度を実現するためにはより多くの電流量が必要とされる。一般に、有機ＥＬ素子に流れる電流が増えると初期輝度半減寿命は短くなる。よって、比較例５の有機ＥＬ素子は、実施例８〜１４の有機ＥＬ素子よりも初期輝度半減寿命が短いものと考えられる。特に、第１の電子輸送層６ａの厚さが０．５ｎｍ〜４ｎｍのとき、初期輝度半減寿命はよく改善されている。
【図１】
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【国際調査報告】
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