(57)【要約】【課題】２つの発光層が存在する場合、励起状態が集中し、励起状態を作る側の発光層の表面が劣化する。本発明は、発光層の劣化を抑制することを目的とする。【解決手段】有機発光素子は３つの発光層を有する。第１の発光層では、注入された電子は第１のエミッタを伝導する。アニオン状態となった第１のエミッタ分子のＨＯＭＯのエネルギー位置は低エネルギー化し、第１のホスト材料のＨＯＭＯより小さくなり、正孔をトラップしやすくなる。その結果、第１のエミッタのアニオン状態から励起状態が生成される。【選択図】  図３
2013229268.tif 000002
【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順に配置された第１の発光層、第２の発光層、及び第３の発光層を有する有機発光素子であって、
第１の発光層では、第１のホスト材料に第１のエミッタが分散され、
第２の発光層では、第２のホスト材料に第２のエミッタが分散され、
第３の発光層では、第３のホスト材料に第３のエミッタが分散され、
前記第１の発光層では、正孔が発光層の第１のホスト材料間を伝導し、
前記第２の発光層では、正孔が発光層の第２のホスト材料間を伝導し、
前記第１の発光層では、電子が発光層の第１のエミッタ間を伝導し、
前記第２の発光層では、電子が発光層の第２のエミッタ間を伝導し、
前記第３の発光層では、電子が発光層の第３のエミッタ間を伝導することを特徴とする有機発光素子。
【請求項２】
請求項１に記載の有機発光素子であって、
前記第３の発光層では、正孔が第３のエミッタにトラップされることを特徴とする有機発光素子。
【請求項３】
請求項１に記載の有機発光素子であって、
前記第１の発光層の正孔移動度が、前記第３の発光層の電子移動度より小さく、
前記第２の発光層の正孔移動度が、前記第３の発光層の電子移動度より小さいことを特徴とする有機発光素子。
【請求項４】
請求項１に記載の有機発光素子において、
前記第１のホスト材料のＨＯＭＯをＨＯＭＯ（ｈｏｓｔ１）、
前記第１のエミッタ分子のＨＯＭＯをＨＯＭＯ（ｅｍｉｔ１）、
前記第２のホスト材料のＨＯＭＯをＨＯＭＯ（ｈｏｓｔ２）、
前記第２のエミッタ分子のＨＯＭＯをＨＯＭＯ（ｅｍｉｔ２）、
としたとき、下記式を満たすことを特徴とする有機発光素子。
ＨＯＭＯ（ｈｏｓｔ１）＜ＨＯＭＯ（ｅｍｉｔ１）
ＨＯＭＯ（ｈｏｓｔ２）＜ＨＯＭＯ（ｅｍｉｔ２）
【請求項５】
請求項２に記載の有機発光素子において、
前記第３のホスト材料のＨＯＭＯをＨＯＭＯ（ｈｏｓｔ３）、
前記第３のエミッタ分子のＨＯＭＯをＨＯＭＯ（ｅｍｉｔ３）、
としたとき、下記式を満たすことを特徴とする有機発光素子。
ＨＯＭＯ（ｈｏｓｔ３）＞ＨＯＭＯ（ｅｍｉｔ３）
【請求項６】
請求項１に記載の有機発光素子において、
前記第１のホスト材料のＬＵＭＯをＬＵＭＯ（ｈｏｓｔ１）、
前記第１のエミッタ分子のＬＵＭＯをＬＵＭＯ（ｅｍｉｔ１）、
前記第２のホスト材料のＬＵＭＯをＬＵＭＯ（ｈｏｓｔ２）、
前記第２のエミッタ分子のＬＵＭＯをＬＵＭＯ（ｅｍｉｔ２）、
前記第３のホスト材料のＬＵＭＯをＬＵＭＯ（ｈｏｓｔ３）、
前記第３のエミッタ分子のＬＵＭＯをＬＵＭＯ（ｅｍｉｔ３）、
としたとき、下記式を満たすことを特徴とする有機発光素子。
ＬＵＭＯ（ｈｏｓｔ１）＜ＬＵＭＯ（ｅｍｉｔ１）
ＬＵＭＯ（ｈｏｓｔ２）＜ＬＵＭＯ（ｅｍｉｔ２）
ＬＵＭＯ（ｈｏｓｔ３）＜ＬＵＭＯ（ｅｍｉｔ３）
【請求項７】
請求項１に記載の有機発光素子であって、
正孔阻止層を有することを特徴とする有機発光素子。
【請求項８】
陽極と、陰極と、
前記陽極と前記陰極との間に順に配置された第１の発光層及び第２の発光層を有する有機発光素子であって、
第１の発光層では、第１のホスト材料に第１のエミッタ及び第２のエミッタが分散され、
第２の発光層では、第２のホスト材料に第３のエミッタが分散され、
前記第１の発光層では、正孔が発光層の第１のホスト材料間を伝導し、
前記第２の発光層では、正孔が発光層の第２のホスト材料間を伝導し、
前記第１の発光層では、電子が発光層の第１のエミッタ間、第２のエミッタ分子間または第１のエミッタと第２のエミッタとの間を伝導し、
前記第２の発光層では、電子が発光層の第３のエミッタ間を伝導することを特徴とする有機発光素子。
【請求項９】
請求項８に記載の有機発光素子において、
前記第１のホスト材料のＨＯＭＯをＨＯＭＯ（ｈｏｓｔ１）、
前記第１のエミッタ分子のＨＯＭＯをＨＯＭＯ（ｅｍｉｔ１）、
前記第２のエミッタ分子のＨＯＭＯをＨＯＭＯ（ｅｍｉｔ２）、
前記第２のホスト材料のＨＯＭＯをＨＯＭＯ（ｈｏｓｔ２）、
前記第３のエミッタ分子のＨＯＭＯをＨＯＭＯ（ｅｍｉｔ３）、
としたとき、下記式を満たすことを特徴とする有機発光素子。
ＨＯＭＯ（ｈｏｓｔ１）＜ＨＯＭＯ（ｅｍｉｔ１）
ＨＯＭＯ（ｈｏｓｔ１）＜ＨＯＭＯ（ｅｍｉｔ２）
ＨＯＭＯ（ｈｏｓｔ２）＜ＨＯＭＯ（ｅｍｉｔ３）
【請求項１０】
請求項８に記載の有機発光素子において、
前記第１のホスト材料のＬＵＭＯをＬＵＭＯ（ｈｏｓｔ１）、
前記第１のエミッタ分子のＬＵＭＯをＬＵＭＯ（ｅｍｉｔ１）、
前記第２のエミッタ分子のＬＵＭＯをＬＵＭＯ（ｅｍｉｔ２）、
前記第２のホスト材料のＬＵＭＯをＬＵＭＯ（ｈｏｓｔ２）、
前記第３のエミッタ分子のＬＵＭＯをＬＵＭＯ（ｅｍｉｔ３）、
としたとき、下記式を満たすことを特徴とする有機発光素子。
ＬＵＭＯ（ｈｏｓｔ１）＜ＬＵＭＯ（ｅｍｉｔ１）
ＬＵＭＯ（ｈｏｓｔ１）＜ＬＵＭＯ（ｅｍｉｔ２）
ＬＵＭＯ（ｈｏｓｔ２）＜ＬＵＭＯ（ｅｍｉｔ３）
【請求項１１】
陽極と、陰極と、
前記陽極と前記陰極との間に順に配置された第１の発光層を有する有機発光素子であって、
第１の発光層では、第１のホスト材料に第１のエミッタ、第２のエミッタ及び第３のエミッタが分散され、
前記第１の発光層では、正孔が第１のホスト分子間を伝導し、第２の電極側に偏在する第３のエミッタにトラップされ、
前記第１の発光層では、電子が発光層の第１のエミッタ間、第２のエミッタ間、第１のエミッタと第２のエミッタ間、または第３のエミッタ間を伝導することを特徴とする有機発光素子。
【請求項１２】
請求項１１に記載の有機発光素子において、
前記第１のホスト材料のＨＯＭＯをＨＯＭＯ（ｈｏｓｔ１）、
前記第１のエミッタ分子のＨＯＭＯをＨＯＭＯ（ｅｍｉｔ１）、
前記第２のエミッタ分子のＨＯＭＯをＨＯＭＯ（ｅｍｉｔ２）、
前記第３のエミッタ分子のＨＯＭＯをＨＯＭＯ（ｅｍｉｔ３）、
としたとき、下記式を満たすことを特徴とする有機発光素子。
ＨＯＭＯ（ｈｏｓｔ１）＜ＨＯＭＯ（ｅｍｉｔ１）
ＨＯＭＯ（ｈｏｓｔ１）＜ＨＯＭＯ（ｅｍｉｔ２）
ＨＯＭＯ（ｈｏｓｔ１）＞ＨＯＭＯ（ｅｍｉｔ３）
【請求項１３】
請求項１１に記載の有機発光素子において、
前記第１のホスト材料のＬＵＭＯをＬＵＭＯ（ｈｏｓｔ１）、
前記第１のエミッタ分子のＬＵＭＯをＬＵＭＯ（ｅｍｉｔ１）、
前記第２のエミッタ分子のＬＵＭＯをＬＵＭＯ（ｅｍｉｔ２）、
前記第３のエミッタ分子のＬＵＭＯをＬＵＭＯ（ｅｍｉｔ３）、
としたとき、下記式を満たすことを特徴とする有機発光素子。
ＬＵＭＯ（ｈｏｓｔ１）＜ＬＵＭＯ（ｅｍｉｔ１）
ＬＵＭＯ（ｈｏｓｔ１）＜ＬＵＭＯ（ｅｍｉｔ２）
ＬＵＭＯ（ｈｏｓｔ１）＜ＬＵＭＯ（ｅｍｉｔ３）
【請求項１４】
請求項１乃至１３のいずれかに記載の有機発光素子において、
前記第１のエミッタの濃度をｍ（ｅｍｉｔ１）、
前記第２のエミッタの濃度をｍ（ｅｍｉｔ２）、
前記第３のエミッタの濃度をｍ（ｅｍｉｔ３）、
としたとき、以下の式を満たすことを特徴とする有機発光素子。
ｍ（ｅｍｉｔ１）≧１０％
ｍ（ｅｍｉｔ２）≧１０％
ｍ（ｅｍｉｔ３）≧１０％
【請求項１５】
請求項１乃至７、１１乃至１３のいずれかに記載の有機発光素子において、
前記第３のエミッタの発光色が赤色であることを特徴とする有機発光素子。
【請求項１６】
請求項１乃至７のいずれかに記載の有機発光素子において、
前記第１のホスト材料のＬＵＭＯをＬＵＭＯ（ｈｏｓｔ１）、
前記第１のエミッタ分子のＬＵＭＯをＬＵＭＯ（ｅｍｉｔ１）、
前記第２のホスト材料のＬＵＭＯをＬＵＭＯ（ｈｏｓｔ２）、
前記第２のエミッタ分子のＬＵＭＯをＬＵＭＯ（ｅｍｉｔ２）、
としたとき、下記式を満たすことを特徴とする有機発光素子。
中性状態では、
ＬＵＭＯ（ｈｏｓｔ１）＜ＬＵＭＯ（ｅｍｉｔ１）
ＬＵＭＯ（ｈｏｓｔ２）＜ＬＵＭＯ（ｅｍｉｔ２）
カチオン状態では、
ＬＵＭＯ（ｈｏｓｔ１）≧ＬＵＭＯ（ｅｍｉｔ１）
ＬＵＭＯ（ｈｏｓｔ２）≧ＬＵＭＯ（ｅｍｉｔ２）
【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】
従来例として、特許文献１に以下の技術が開示されている。すなわち、積層された発光層において、第１の発光層は三重項エミッタ（エミッタはドーパントともいう）が添加されて、両極性を有するが、特に正孔を輸送する。また第２の発光層は三重項エミッタが添加されて両極性を有するが、特に電子を輸送し、第１の発光層と第２の発光層の界面ではねじれタイプIIのエネルギー障壁を有する構造が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特表２００８−５０９５６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来技術では、２つの発光層の界面に励起状態が集中し、界面近傍の発光エミッタが劣化することが問題であった。本発明は、高効率を維持し、長寿命特性を有する素子構造を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するための本発明の特徴は以下の通りである。
【０００６】
有機発光素子は３つの発光層を有する。第１の発光層では、注入された電子は第１のエミッタを伝導する。アニオン状態となった第１のエミッタ分子のＨＯＭＯのエネルギー位置は低エネルギー化し、第１のホスト材料のＨＯＭＯより小さくなり、正孔をトラップしやすくなる。その結果、第１のエミッタのアニオン状態から励起状態が生成される。
【発明の効果】
【０００７】
本発明により、発光層の劣化を抑制できる。上記した以外の課題、構成及び効果は以下の実施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】有機発光素子の一実施形態における断面図である。
【図２】従来構成の有機発光素子のエネルギー準位概念図である。
【図３】３つの発光層を有する有機発光素子のエネルギー準位概念図である。
【図４】３つの発光層を有する有機発光素子のエネルギー準位概念図である。
【図５】２つの発光層を有する有機発光素子のエネルギー準位概念図である。
【図６】２つの発光層を有する有機発光素子のエネルギー準位概念図である。
【図７】１つの発光層を有する有機発光素子のエネルギー準位概念図である。
【図８】第３の発光層に正孔阻止層を設けた例である。
【図９】第２の発光層に正孔阻止層を設けた例である。
【図１０】第１の発光層に正孔阻止層を設けた例である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面等を用いて、本発明の実施形態について説明する。以下の説明は本願発明の内容の具体例を示すものであり、本願発明がこれらの説明に限定されるものではなく、本明細書に開示される技術的思想の範囲内において当業者による様々な変更および修正が可能である。実施例を説明するための全図において、同一の機能を有するものは、同一の符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
【００１０】
図１は有機発光素子の一実施形態における断面図である。有機発光素子１００は、第１の基板１０１、第２の基板１０２、第１の電極１０３、第２の電極１０４および有機層１０５で構成される。図１の下側から第１の基板１０１、第１の電極１０３、有機層１０５、第２の電極１０４、第２の基板１０２の順に配置されている。第１の電極１０３を陰極となる反射電極、第２の電極１０４を陽極となる透明電極とすると、図１の有機発光素子は第２の電極１０４側から有機層１０５の発光を取り出すトップエミッション型となる。
また、第１の電極１０３を陽極となる透明電極、第２の電極１０４を陰極となる反射電極とすると、図１の有機発光素子は第１の電極１０３側から有機層１０５の発光を取り出すボトムエミッション型となる。第１の基板１０１および第１の電極１０３、第１の電極１０３および有機層１０５、有機層１０５および第２の電極１０４はそれぞれ接していても構わない。有機層１０５として赤色発光層、緑色発光層および青色発光層が含まれることにより、有機層１０５から赤色発光、緑色発光、及び青色発光による白色光が出射される。ただし、白色光となるのであれば、有機層１０５として補色となる２つの発光色の発光層が含まれる。例えば、水色発光層と黄色発光層の組合せが考えられる。
【００１１】
図１の有機発光素子に駆動装置等が備えられることで光源装置となる。本発明を用いた光源装置としては、家庭用の照明、車内の照明、液晶表示装置のバックライト等が挙げられるが、これらに限定するものではない。
【００１２】
図２に従来構成の有機発光素子のエネルギー準位概念図を示す。図２において、有機層１０５は正孔輸送層１４、第１の発光層１、第２の発光層２および電子輸送層１５で構成される。第１の発光層１にはホストおよび発光性エミッタが含まれている。第２の発光層２にはホストおよび発光性エミッタが含まれている。第１の発光層１の発光性エミッタおよび第２の発光層２の発光性エミッタについて、主骨格が同じ、置換基が同じ、または同種の置換基を有するものとする。有機発光素子の両電極間に電圧が印加されると、正孔９および電子１０が有機層１０５内に注入される。
【００１３】
図２のエネルギー準位概念図において各層の関係を以下に記載するが、これに限られない。最高被占軌道（ＨＯＭＯ）エネルギーは光電子分光法によって測定される。また、最低空軌道（ＬＵＭＯ）エネルギーは、吸収スペクトルからＨＯＭＯ−ＬＵＭＯのエネルギー差を求め算出する方法や、逆光電子分光法によって直接測定される。正孔輸送層１４のＨＯＭＯ３は、第１の発光層１のホスト材料のＨＯＭＯ４より小さい。第１の発光層１のホスト材料のＨＯＭＯ４は、第２の発光層２のホスト材料のＨＯＭＯ５より小さい。第２の発光層２のホスト材料のＬＵＭＯ８は、電子輸送層１５のＬＵＭＯ６より小さい。第１の発光層１のホスト材料のＬＵＭＯ７は、第２の発光層２のホスト材料のＬＵＭＯ８より小さい。第１の発光層１及び第２の発光層２に分散されたエミッタ分子のＬＵＭＯのエネルギー位置１１は、第１の発光層１のホスト材料のＬＵＭＯ７および第２の発光層２のホスト材料のＬＵＭＯ８より大きい。第１の発光層１及び第２の発光層２に分散されたエミッタ分子のＨＯＭＯのエネルギー位置１２は、第１の発光層１のホスト材料のＨＯＭＯ４および第２の発光層２のホスト材料のＨＯＭＯ５より小さい。
【００１４】
第１の発光層１と第２の発光層２の界面のエネルギー障壁により、正孔９はブロックされて、同界面の第１の発光層１側にたまる。同様に、第１の発光層１と第２の発光層２界面のエネルギー障壁により、電子１０はブロックされて、第２の発光層２側にたまる。電流密度が高くなるにつれて、第１の発光層１を突き抜けた正孔が第２の発光層２の発光性エミッタにおいてトラップされる。また、第２の発光層２を突き抜けた電子が第１の発光層１の発光性エミッタにおいてトラップされる。そのため、発光に寄与しないキャリアが低減され、高発光効率となる。しかし、従来構造では、第１の発光層１と第２の発光層２との界面付近において再結合密度が高くなり、励起状態が集中するため、第１の発光層１と第２の発光層２との界面付近におけるエミッタの劣化が問題となる。また、エミッタの劣化を改善する手段が開示されていない。
【００１５】
一方、本発明の一実施形態では、励起状態の生成において、発光エミッタのカチオン状態を経由しないことで、発光エミッタの劣化を抑制することを目的としている。図３に３つの発光層を有する有機発光素子のエネルギー準位概念図を示す。
【００１６】
図３において、有機層１０５は第１の発光層１４１、第２の発光層１４２、及び第３の発光層１４３で構成されている。第１の発光層１４１は第１のホスト材料に第１のエミッタが分散されている。第２の発光層１４２は第２のホスト材料に第２のエミッタが分散されている。第３の発光層１４３は第３のホスト材料に第３のエミッタが分散されている。
【００１７】
図３のエネルギー準位概念図において各層の関係を以下に記載するが、これに限られない。
【００１８】
始めに、正孔の発光層内における輸送について説明する。第１のホスト材料のＨＯＭＯのエネルギー位置１４４は、第１のエミッタ分子のＨＯＭＯのエネルギー位置１４５に比べて小さい。そのため、第１の発光層１４１に注入された正孔は第１のホスト分子間を伝導する。第２のホスト材料のＨＯＭＯのエネルギー位置１４６も第２のエミッタ分子のＨＯＭＯのエネルギー位置１４７に比べて小さい。第１の発光層１４１と同様、第２の発光層１４２に注入された正孔は第２のホスト分子間を伝導する。一方、第３のホスト材料のＨＯＭＯのエネルギー位置１４８は第３のエミッタ分子のＨＯＭＯのエネルギー位置１４９に比べて大きい。そのため、第３の発光層１４３に注入された正孔は第３のエミッタにトラップされ、エミッタ分子間を伝導するか、第３のエミッタ分子への正孔トラップと第３のホスト分子へのリリースを繰り返して第３のホスト分子間を伝導する。
【００１９】
次に、電子の発光層内における輸送について説明する。第３のホスト材料のＬＵＭＯのエネルギー位置１５４は、第３のエミッタ分子のＬＵＭＯのエネルギー位置１５５に比べて小さい。そのため、第３の発光層１４３に注入された電子は第３のエミッタ分子間を伝導する。第２のホスト材料のＬＵＭＯのエネルギー位置１５２も第２のエミッタ分子のＬＵＭＯのエネルギー位置１５３に比べて小さい。第３の発光層１４３同様、第２の発光層１４２に注入された電子は第２のエミッタ分子間を伝導する。第１のホスト材料のＬＵＭＯのエネルギー位置１５０は第１のエミッタ分子のＬＵＭＯのエネルギー位置１５１に比べて小さく、第１の発光層１４１に注入された電子は第１のエミッタ分子間を伝導する。第１の発光層、第２の発光層、及び第３の発光層とも、電子はエミッタ間を伝導する。伝導特性を向上させるためには、エミッタの濃度を高くする必要がある。具体的には、１０％以上が望ましい。
【００２０】
上記正孔、電子の輸送から、各発光層内におけるキャリアの再結合は以下の様になる。
第１の発光層１４１では、注入された電子は第１のエミッタを伝導する。アニオン状態となった第１のエミッタ分子のＨＯＭＯのエネルギー位置１４５′は低エネルギー化し、第１のホスト材料のＨＯＭＯより小さくなり、正孔をトラップしやすくなる。その結果、第１のエミッタのアニオン状態から励起状態が生成される。我々のシミュレーションの検討結果によると、三重項燐光エミッタ分子では、カチオン状態が不安定で分解しやすい。第１の発光層１４１では、エミッタのカチオン状態を経由しないで励起状態が生成されるので、エミッタ分子の分解による劣化が抑制されて、高信頼性を確保できる。
【００２１】
同様に、第２の発光層１４２では、注入された電子は第２のエミッタを伝導する。アニオン状態となった第２のエミッタ分子のＨＯＭＯのエネルギー位置１４７′は低エネルギー化し、第２のホスト材料のＨＯＭＯより小さくなり、正孔をトラップしやすくなる。その結果、第２のエミッタのアニオン状態から励起状態が生成される。第２の発光層１４２においても第２のエミッタのカチオン状態を経由しないで再結合状態が形成されるため、高信頼性が確保できる。
【００２２】
一方、第３の発光層１４３では、第３のエミッタが正孔のトラップとして機能するが、第３の発光層１４３は陰極である第２の電極１０４側にあるため、第３の発光層では注入された電子が多く、第３のエミッタのアニオン状態がカチオン状態に比べて多い。そのため、第３のエミッタのアニオン状態を経て励起状態が形成される割合が高く、第３の発光層においても高信頼性が確保される。特に、第１の発光層４１の正孔移動度、第２の発光層の正孔移動度に比べて、第３の発光層の電子移動度が大きいと、第３の発光層では、第３のエミッタのカチオン状態が形成されず、アニオン状態が形成されており、それに正孔がトラップされて、励起状態が生成される。そのため、第３の発光層においても高信頼性が確保される。第１の発光層及び第２の発光層では、エミッタ分子のＨＯＭＯのエネルギー位置がホスト材料のＨＯＭＯのエネルギー位置より大きい。そのため、エミッタはバンドギャップの大きい、すなわち、発光中心波長の短い、青色、緑色エミッタを用いることが望ましい。一方、第３の発光層では、エミッタ分子のＨＯＭＯのエネルギー位置はホスト材料のＨＯＭＯのエネルギー位置より小さく、エミッタ分子のＬＵＭＯのエネルギー位置はホスト材料のＬＵＭＯのエネルギー位置より大きい。そのため、エミッタはバンドギャップの小さい、すなわち、発光中心波長の長い、赤色エミッタを用いることが望ましい。
【００２３】
ここで、キャリア移動度はＴＯＦ法やＩＳ法で計測される。ＴＯＦ法とは、一方の電極側でシート状の電荷を光パルスで発生させ、電界によって反対側に掃引させて、過渡電流波形から走行時間を測定し、平均電界を利用して移動度を求める方法である。ＩＳ法とは、微小正弦波電圧信号を素子に印加し、その応答電流信号の振幅と位相から、印加電圧信号の周波数の関数としてインピーダンススペクトルを取得することにより、走行時間、すなわち移動度を算出する方法である。
【００２４】
次に、本発明の別実施形態を説明する。図４に３つの発光層を有する有機発光素子のエネルギー準位概念図を示す。
【００２５】
図４において、有機層１０５は第１の発光層２４１、第２の発光層２４２、及び第３の発光層２４３で構成されている。第１の発光層２４１は第１のホスト材料に第１のエミッタが分散されている。第２の発光層２４２は第２のホスト材料に第２のエミッタが分散されている。第３の発光層２４３は第３のホスト材料に第３のエミッタが分散されている。
【００２６】
始めに、正孔の発光層内における輸送について説明する。第１のホスト材料のＨＯＭＯのエネルギー位置２４４は、第１のエミッタ分子のＨＯＭＯのエネルギー位置２４５に比べて小さい。そのため、第１の発光層２４１に注入された正孔は第１のホスト分子間を伝導する。第２のホスト材料のＨＯＭＯのエネルギー位置２４６も第２のエミッタ分子のＨＯＭＯのエネルギー位置２４７に比べて小さい。第１の発光層２４１と同様、第２の発光層２４２に注入された正孔は第２のホスト分子間を伝導する。第３のホスト材料のＨＯＭＯのエネルギー位置２４８は第３のエミッタ分子のＨＯＭＯのエネルギー位置２４９に比べて小さい。そのため、第３の発光層２４３に注入された正孔は第３のホスト分子間を伝導する。
【００２７】
次に、電子の発光層内における輸送について説明する。第３のホスト材料のＬＵＭＯのエネルギー位置２５４は、第３のエミッタ分子のＬＵＭＯのエネルギー位置２５５に比べて小さい。そのため、第３の発光層２４３に注入された電子は第３のエミッタ分子間を伝導する。第２のホスト材料のＬＵＭＯのエネルギー位置２５２も第２のエミッタ分子のＬＵＭＯのエネルギー位置２５３に比べて小さい。第３の発光層２４３同様、第２の発光層２４２に注入された電子は第２のエミッタ分子間を伝導する。第１のホスト材料のＬＵＭＯのエネルギー位置２５０は第１のエミッタ分子のＬＵＭＯのエネルギー位置２５１に比べて小さく、第１の発光層２４１に注入された電子は第１のエミッタ分子間を伝導する。第１の発光層、第２の発光層、及び第３の発光層とも、電子はエミッタ間を伝導する。伝導特性を向上させるためには、エミッタの濃度を高くする必要がある。具体的には、１０％以上が望ましい。
【００２８】
上記正孔、電子の輸送から、各発光層内におけるキャリアの再結合は以下の様になる。
第１の発光層２４１では、注入された電子は第１のエミッタを伝導する。アニオン状態となった第１のエミッタ分子のＨＯＭＯのエネルギー位置２４５′は低エネルギー化し、第１のホスト材料のＨＯＭＯより小さくなり、正孔をトラップしやすくなる。その結果、第１のエミッタのアニオン状態から励起状態が生成される。我々のシミュレーションの検討結果によると、三重項燐光エミッタ分子では、カチオン状態が不安定で分解しやすい。第１の発光層２４１では、エミッタのカチオン状態を経由しないで励起状態が生成されるので、エミッタ分子の分解による劣化が抑制されて、高信頼性が確保できる。
【００２９】
同様に、第２の発光層２４２では、注入された電子は第２のエミッタを伝導する。アニオン状態となった第２のエミッタ分子のＨＯＭＯのエネルギー位置２４７′は低エネルギー化し、第２のホスト材料のＨＯＭＯより小さくなり、正孔をトラップしやすくなる。その結果、第２のエミッタのアニオン状態から励起状態が生成される。第２の発光層２４２においても第２のエミッタのカチオン状態を経由しないで再結合状態が形成されるため、高信頼性が確保できる。
【００３０】
同様に、第３の発光層２４３では、注入された電子は第３のエミッタを伝導する。アニオン状態となった第３のエミッタ分子のＨＯＭＯのエネルギー位置２４９′は低エネルギー化し、第３のホスト材料のＨＯＭＯより小さくなり、正孔をトラップしやすくなる。その結果、第３のエミッタのアニオン状態から励起状態が生成される。第３の発光層２４３においても第３のエミッタのカチオン状態を経由しないで再結合状態が形成されるため、高信頼性が確保できる。
【００３１】
図８に示した様に、第３の発光層２４３に正孔阻止層２５６を有する素子構成を用いると、高効率化に繋がる。正孔阻止材料のＨＯＭＯのエネルギー位置２５７は第３のホスト材料のＨＯＭＯのエネルギー位置２４８より大きい値が望ましい。ここで、ホスト材料のＨＯＭＯとは、ホスト材料で形成された薄膜のＨＯＭＯをさす。その場合、第３の発光層内を伝搬した正孔は、第３の発光層と正孔阻止層２５６の界面で留まり、最終的には励起状態となるため、発光に寄与しない無効電流が低減されるため、高効率特性が得られる。
【００３２】
次に、本発明の別実施形態を説明する。図５に２つの発光層を有する有機発光素子のエネルギー準位概念図を示す。
【００３３】
図５において、有機層１０５は第１の発光層３４１、及び第２の発光層３４２で構成されている。第１の発光層３４１は第１のホスト材料に第１のエミッタと第２のエミッタが分散されている。第２の発光層３４２は第２のホスト材料に第３のエミッタが分散されている。
【００３４】
始めに、正孔の発光層内における輸送について説明する。第１のホスト材料のＨＯＭＯのエネルギー位置３４４は、第１のエミッタ分子のＨＯＭＯのエネルギー位置３４５、第２のエミッタ分子のＨＯＭＯのエネルギー位置３４７に比べて小さい。そのため、第１の発光層３４１に注入された正孔は第１のホスト分子間を伝導する。第２のホスト材料のＨＯＭＯのエネルギー位置３４６は第３のエミッタ分子のＨＯＭＯのエネルギー位置３４９に比べて小さい。そのため、第２の発光層３４２に注入された正孔は第３のホスト分子間を伝導する。
【００３５】
次に、電子の発光層内における輸送について説明する。第２のホスト材料のＬＵＭＯのエネルギー位置３５２は、第３のエミッタ分子のＬＵＭＯのエネルギー位置３５５に比べて小さい。そのため、第２の発光層３４２に注入された電子は第３のエミッタ分子間を伝導する。第１のホスト材料のＬＵＭＯのエネルギー位置３５０は第１のエミッタ分子のＬＵＭＯのエネルギー位置３５１、第２のエミッタ分子のＬＵＭＯのエネルギー位置３５３に比べて小さく、第１の発光層３４１に注入された電子は第１のエミッタ分子間、第２のエミッタ分子間、或いは、第１のエミッタ分子と第２のエミッタ分子間を伝導する。第１の発光層、及び第２の発光層とも、電子はエミッタ分子間を伝導する。伝導特性を向上させるためには、エミッタの濃度を高くする必要がある。具体的には、１０％以上が望ましい。
【００３６】
上記正孔、電子の輸送から、各発光層内におけるキャリアの再結合は以下の様になる。
第１の発光層３４１では、注入された電子は第１のエミッタ或いは第２のエミッタを伝導する。アニオン状態となった第１のエミッタ分子のＨＯＭＯのエネルギー位置３４５′は低エネルギー化し、第１のホスト材料のＨＯＭＯのエネルギー位置より小さくなり、正孔をトラップしやすくなる。
【００３７】
また、アニオン状態となった第２のエミッタ分子のＨＯＭＯのエネルギー位置３４７′は低エネルギー化し、第１のホスト材料のＨＯＭＯのエネルギー位置より小さくなり、正孔とトラップしやすくなる。その結果、第１のエミッタのアニオン状態或いは第２のエミッタのアニオン状態から励起状態が生成される。我々のシミュレーションの検討結果によると、三重項燐光エミッタ分子では、カチオン状態が不安定で分解しやすい。第１の発光層３４１では、エミッタのカチオン状態を経由しないで励起状態が生成されるので、エミッタ分子の分解による劣化が抑制されて、高信頼性が確保できる。第２の発光層３４２においても、アニオン状態となった第３のエミッタ分子のＨＯＭＯのエネルギー位置３４９′は低エネルギー化し、第２のホスト材料のＨＯＭＯのエネルギー位置より小さくなり、正孔とトラップしやすくなる。その結果、第３のエミッタのアニオン状態から励起状態が生成される。そのため、第３のエミッタのカチオン状態を経由しないで再結合状態が形成されるため、高信頼性が確保できる。
【００３８】
図９に示した様に、第２の発光層３４２に正孔阻止層３５６を設けた素子構成を用いると、高効率化に繋がる。正孔阻止材料のＨＯＭＯのエネルギー位置３５７は第２のホスト材料のＨＯＭＯより大きい値が望ましい。その場合、第２の発光層内を伝搬した正孔は、第２の発光層と正孔阻止層の界面で留まり、最終的には励起状態となるため、発光に寄与しない無効電流が低減されるため、高効率特性が得られる。
【００３９】
次に、本発明の別実施形態を説明する。図６に２つの発光層を有する有機発光素子のエネルギー準位概念図を示す。
【００４０】
図６において、有機層１０５の発光層は第１の発光層４４１、及び第２の発光層４４２で構成されている。図５と比べて、第１の発光層４４１と第２の発光層４４２の積層順が異なっている。第１の発光層４４１は第１のホスト材料に第１のエミッタと第２のエミッタが分散されている。第２の発光層４４２は第３のホスト材料に第３のエミッタが分散されている。
【００４１】
始めに、正孔の発光層内における輸送について説明する。第２のホスト材料のＨＯＭＯのエネルギー位置４４６は第３のエミッタ分子のＨＯＭＯのエネルギー位置４４９に比べて小さい。そのため、第２の発光層４４２に注入された正孔は第３のホスト分子間を伝導する。第１のホスト材料のＨＯＭＯのエネルギー位置４４４は、第１のエミッタ分子のＨＯＭＯのエネルギー位置４４５、第２のエミッタ分子のＨＯＭＯのエネルギー位置４４７に比べて小さい。そのため、第１の発光層４４１に注入された正孔は第１のホスト分子間を伝導する。
【００４２】
次に、電子の発光層内における輸送について説明する。第１のホスト材料のＬＵＭＯのエネルギー位置４５０は第１のエミッタ分子のＬＵＭＯのエネルギー位置４５１、第２のエミッタ分子のＬＵＭＯのエネルギー位置４５３に比べて小さく、第１の発光層４４１に注入された電子は第１のエミッタ分子間、第２のエミッタ分子間、或いは、第１のエミッタ分子と第２のエミッタ分子間を伝導する。第２のホスト材料のＬＵＭＯのエネルギー位置４５２は、第３のエミッタ分子のＬＵＭＯのエネルギー位置４５５に比べて小さい。そのため、第２の発光層４４２に注入された電子は第３のエミッタ分子間を伝導する。第１の発光層、及び第２の発光層とも、電子はエミッタ間を伝導する。伝導特性を向上させるためには、エミッタの濃度を高くする必要がある。具体的には、１０％以上が望ましい。
【００４３】
上記正孔、電子の輸送から、各発光層内におけるキャリアの再結合は以下の様になる。
第２の発光層４４２では、第３のエミッタのカチオン状態を経由しないで再結合状態が形成されるため、高信頼性が確保できる。また、第１の発光層４４１では、注入された電子は第１のエミッタ或いは第２のエミッタを伝導する。アニオン状態となった第１のエミッタ分子のＨＯＭＯのエネルギー位置４４５′は低エネルギー化し、第１のホスト材料のＨＯＭＯのエネルギー位置より小さくなり、正孔をトラップしやすくなる。また、アニオン状態となった第２のエミッタ分子のＨＯＭＯのエネルギー位置４４７′は低エネルギー化し、第１のホスト材料のＨＯＭＯのエネルギー位置より小さくなり、正孔とトラップしやすくなる。その結果、第１のエミッタのアニオン状態或いは第２のエミッタのアニオン状態から励起状態が生成される。我々のシミュレーションの検討結果によると、三重項燐光エミッタ分子では、カチオン状態が不安定で分解しやすい。第１の発光層４４１では、アニオン状態となった第１のエミッタ分子のＨＯＭＯのエネルギー位置４４５′は低エネルギー化し、第１のホスト材料のＨＯＭＯのエネルギー位置４４４より小さくなり、正孔とトラップしやすくなる。また、アニオン状態となった第２のエミッタ分子のＨＯＭＯのエネルギー位置４４７′は低エネルギー化し、第１のホスト材料のＨＯＭＯのエネルギー位置４４４より小さくなり、正孔とトラップしやすくなる。その結果、第１、第２のエミッタのアニオン状態から励起状態が生成される。そのため、エミッタのカチオン状態を経由しないで励起状態が生成されるので、エミッタ分子の分解による劣化が抑制されて、高信頼性が確保できる。
【００４４】
図１０に示した様に、第１の発光層４４１の隣に正孔阻止層４５６を設けた素子構成を用いると、高効率化に繋がる。正孔阻止材料のＨＯＭＯのエネルギー位置４５７は第１のホスト材料のＨＯＭＯのエネルギー位置４４４より大きい値が望ましい。その場合、第１の発光層内を伝搬した正孔は、第１の発光層と正孔阻止層４５６の界面で留まり、最終的には励起状態となるため、発光に寄与しない無効電流が低減されるため、高効率特性が得られる。
【００４５】
次に、本発明の別実施形態を説明する。図７に１つの発光層を有する有機発光素子のエネルギー準位概念図を示す。
【００４６】
図７において、有機層１０５は第１の発光層５４１で構成されている。第１の発光層５４１は第１のホスト材料に第１のエミッタ、第２のエミッタ、及び第３のエミッタが分散されている。第３のエミッタは第２の電極１０４側に偏在している。
【００４７】
始めに、正孔の発光層内における輸送について説明する。第１のホスト材料のＨＯＭＯのエネルギー位置５４４は、第１のエミッタ分子のＨＯＭＯのエネルギー位置５４５、第２のエミッタ分子のＨＯＭＯのエネルギー位置５４７に比べて小さい。また、第３のエミッタ分子のＨＯＭＯのエネルギー位置５４９に比べて大きい。そのため、第１の発光層５４１に注入された正孔は第１のホスト分子間を伝導し、第２の電極側に偏在する第３のエミッタにトラップされる。
【００４８】
次に、電子の発光層内における輸送について説明する。第１のホスト材料のＬＵＭＯのエネルギー位置５５０は、第３のエミッタ分子のＬＵＭＯのエネルギー位置５５５、第１のエミッタ分子のＬＵＭＯのエネルギー位置５５１、及び第２のエミッタ分子のＬＵＭＯのエネルギー位置５５３に比べて小さい。そのため、第１の発光層５４１に注入された電子は第３のエミッタ分子、第１のエミッタ分子、第２のエミッタ分子間、或いは第１のエミッタ分子と第２のエミッタ分子間を伝導する。第１の発光層では、電子はエミッタ間を伝導する。伝導特性を向上させるためには、エミッタの濃度を高くする必要がある。具体的には、１０％以上が望ましい。
【００４９】
上記正孔、電子の輸送から、各発光層内におけるキャリアの再結合は以下の様になる。
第１の発光層５４１では、注入された電子は第１のエミッタ或いは第２のエミッタを伝導する。アニオン状態となった第１のエミッタ分子のＨＯＭＯのエネルギー位置５４５′は低エネルギー化し、第１のホスト材料のＨＯＭＯのエネルギー位置より小さくなり、正孔をトラップしやすくなる。また、アニオン状態となった第２のエミッタ分子のＨＯＭＯのエネルギー位置５４７′は低エネルギー化し、第１のホスト材料のＨＯＭＯのエネルギー位置より小さくなり、正孔をトラップしやすくなる。その結果、第１のエミッタのアニオン状態或いは第２のエミッタのアニオン状態から励起状態が生成される。また、第２の電極１０４側に偏在する第３のエミッタにおいてもカチオン状態を経由しないで再結合状態が形成されるため、高信頼性が確保できる。第１の発光層では、第３のエミッタ分子のＨＯＭＯのエネルギー位置は第１のホスト材料のＨＯＭＯのエネルギー位置より小さく、第３のエミッタ分子のＬＵＭＯのエネルギー位置は第１のホスト材料のＬＵＭＯのエネルギー位置より大きい。そのため、第３のエミッタはバンドギャップの小さい、すなわち、発光中心波長の長い、赤色エミッタを用いることが望ましい。
【００５０】
以下に有機層について説明する。
【００５１】
＜発光層ホスト＞
ホストとして、カルバゾール誘導体、フルオレン誘導体またはアリールシラン誘導体などを用いることが好ましい。効率の良い発光を得るためには青色エミッタの励起エネルギーよりも、ホストの励起エネルギーが十分大きいことが好ましい。なお、励起エネルギーは発光スペクトルを用いて測定される。
【００５２】
＜青色エミッタ＞
青色エミッタは４００nmから５００nmの間に室温におけるＰＬスペクトルの最大強度が存在する。青色エミッタの主骨格としては例えばペリレン、イリジウム錯体（Ｂｉｓ(３、５−ｄｉｆｌｕｏｒｏ−２−(２−ｐｙｒｉｄｙｌ)ｐｈｅｎｙｌ−(２−ｃａｒｂｏｘｙｐｙｒｉｄｙｌ)ｉｒｉｄｉｕｍ(III))：ＦＩｒｐｉｃなど）があげられる。中でも発光特性の面で（化１１）で示されるイリジウム錯体がより好ましい。式中Ｘ１はＮを含む芳香族ヘテロ環を表し、Ｘ２は芳香族炭化水素環または芳香族ヘテロ環を表す。
【００５３】
【化１】
2013229268.tif 000003
【００５４】
Ｘ１で表される芳香族ヘテロ環としては、キノリン環、イソキノリン環、ピリジン環、キノキサリン環、チアゾール環、ピリミジン環、ベンゾチアゾール環、オキサゾール環、ベンゾオキサゾール環、インドール環、イソインドール環などがあげられる。Ｘ２で表される芳香族炭化水素環または芳香族ヘテロ環としては、ベンゼン環、ナフタレン環、アントラセン環、チオフェン環、ベンゾチオフェン環、フラン環、ベンゾフラン環、フルオレン環などがあげられる。式中Ｘ３はアセチルアセトナート誘導体、ピコリネート誘導体、テトラキスピラゾリルボレート誘導体などが挙げられる。また、Ｘ３はＸ１−Ｘ２と同様でもかまわない。
【００５５】
発光効率やキャリア伝導の観点から、青色エミッタの濃度はホストに対し１０wt％以上が好ましい。青色エミッタの重量平均分子量は５００以上３０００以下が望ましい。
【００５６】
＜緑色エミッタ＞
緑色エミッタは５００nmから５９０nmの間に室温におけるＰＬスペクトルの最大強度が存在する。緑色エミッタの主骨格としては、例えばクマリンおよびその誘導体、イリジウム錯体（Ｔｒｉｓ(２−ｐｈｅｎｙｌｐｙｒｉｄｉｎｅ)ｉｒｉｄｉｕｍ(III)：以下Ｉｒ(ｐｐｙ)3、など）があげられる。中でも発光特性の面で（化１１）で示されるイリジウム錯体がより好ましい。式中Ｘ１はＮを含む芳香族ヘテロ環を表し、Ｘ２は芳香族炭化水素環または芳香族ヘテロ環を表す。
【００５７】
Ｘ１で表される芳香族ヘテロ環としては、キノリン環、イソキノリン環、ピリジン環、キノキサリン環、チアゾール環、ピリミジン環、ベンゾチアゾール環、オキサゾール環、ベンゾオキサゾール環、インドール環、イソインドール環などがあげられる。Ｘ２で表される芳香族炭化水素環または芳香族ヘテロ環としては、ベンゼン環、ナフタレン環、アントラセン環、チオフェン環、ベンゾチオフェン環、フラン環、ベンゾフラン環、フルオレン環などがあげられる。Ｘ３はアセチルアセトナート誘導体、Ｘ１−Ｘ２と同様のものなどが挙げられる。
【００５８】
前述した様に、緑色エミッタ分子のＨＯＭＯのエネルギー位置は同エミッタが添加されるホスト材料のＨＯＭＯのエネルギー位置より大きいことが望ましい。また、緑色エミッタに電子が供給されたアニオン状態のＨＯＭＯのエネルギー位置は同エミッタが添加されるホスト材料のＨＯＭＯのエネルギー位置より小さいことが望ましい。具体的な例として、（化１４）、（化１５）、（化１６）が挙げられる。
【００５９】
【化２】
2013229268.tif 000004
【００６０】
【化３】
2013229268.tif 000005
【００６１】
【化４】
2013229268.tif 000006
【００６２】
緑色エミッタ分子のＨＯＭＯのエネルギー位置及びホスト材料のＨＯＭＯのエネルギー位置について、中性状態では、
ＬＵＭＯ（ｈｏｓｔ１）＜ＬＵＭＯ（ｅｍｉｔ１）
カチオン状態では、
ＬＵＭＯ（ｈｏｓｔ１）≧ＬＵＭＯ（ｅｍｉｔ１）
の関係を満たす。この関係は、青色エミッタ分子のＨＯＭＯのエネルギー位置及びホスト材料のＨＯＭＯのエネルギー位置についても成り立つ。
【００６３】
発光効率、青色エミッタからのエネルギー移動の抑制およびキャリア伝導の観点から、緑色エミッタの濃度はホストに対し１wt％以下が好ましい。緑色エミッタの重量平均分子量は５００以上３０００以下が望ましい。
【００６４】
＜赤色エミッタ＞
赤色エミッタは５９０nmから７８０nmの間に室温におけるＰＬスペクトルの最大強度が存在する。赤色エミッタの主骨格としては、例えばルブレン、(Ｅ)−２−(２−(４−(ｄｉｍｅｔｈｙｌａｍｉｎｏ)ｓｔｙｒｙｌ)−６−ｍｅｔｈｙｌ−４Ｈ−ｐｙｒａｎ−４−ｙｌｉｄｅｎｅ)ｍａｌｏｎｏｎｉｔｒｉｌｅ（ＤＣＭ）およびその誘導体、イリジウム錯体（Ｂｉｓ(１−ｐｈｅｎｙｌｉｓｏｑｕｉｎｏｌｉｎｅ)(ａｃｅｔｙｌａｃｅｔｏｎａｔｅ)ｉｒｉｄｉｕｍ(III)など）、オスミウム錯体、ユーロピウム錯体があげられる。
中でも発光特性の面で（化１１）で示されるイリジウム錯体がより好ましい。式中Ｘ１はＮを含む芳香族ヘテロ環を表し、Ｘ２は芳香族炭化水素環または芳香族ヘテロ環を表す。
【００６５】
Ｘ１で表される芳香族ヘテロ環としては、キノリン環、イソキノリン環、ピリジン環、キノキサリン環、チアゾール環、ピリミジン環、ベンゾチアゾール環、オキサゾール環、ベンゾオキサゾール環、インドール環、イソインドール環などがあげられる。Ｘ２で表される芳香族炭化水素環または芳香族ヘテロ環としては、ベンゼン環、ナフタレン環、アントラセン環、チオフェン環、ベンゾチオフェン環、フラン環、ベンゾフラン環、フルオレン環などがあげられる。Ｘ３はアセチルアセトナート誘導体などが好ましい。
【００６６】
青色エミッタからのエネルギー移動の抑制およびキャリア伝導の観点から、赤色エミッタの濃度はホストに対し１wt％以下が好ましい。赤色エミッタの重量平均分子量は５００以上３０００以下が望ましい。
【００６７】
＜正孔注入層＞
正孔注入層は発光効率や寿命を改善する目的で使用される。また、特に必須ではないが、陽極の凹凸を緩和する目的で使用される。正孔注入層を単層もしくは複数層設けてもよい。正孔注入層としては、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）等の導電性高分子が好ましい。その他にも、ポリピロール系やトリフェニルアミン系のポリマー材料を用いることができる。また、低分子（重量平均分子量１００００以下）材料系と組合せてよく用いられる、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。
【００６８】
＜正孔輸送層＞
正孔輸送層は発光層に正孔を供給する層である。広い意味で正孔注入層、電子阻止層も正孔輸送層に含まれる。正孔輸送層を単層もしくは複数層設けてもよい。正孔輸送層としては、スターバーストアミン系化合物やスチルベン誘導体、ヒドラゾン誘導体、チオフェン誘導体、フルオレン誘導体などを用いることができる。また、これらの材料に限られるものではなく、これらの材料を２種以上併用しても差し支えない。正孔輸送層を低抵抗化し駆動電圧を低下させるために、正孔輸送層中に電子受容性材料を添加しても良い。
【００６９】
＜電子阻止層＞
正孔輸送層と発光層の間に発光層内に電子を閉じ込める電子阻止層を設けてもよい。電子阻止層材料はＬＵＭＯのエネルギー位置が小さいことが望ましい。具体的には、ＴＡＰＣ（（化１））やＮＰＢ（（化２））が望ましいが、これらの材料に限定されるものではない。また、上記のうち併用できる材料が１種または２種以上電子阻止層に含まれていてもよい。
【００７０】
【化５】
2013229268.tif 000007
【００７１】
【化６】
2013229268.tif 000008
【００７２】
＜電子輸送層＞
電子輸送層は発光層に電子を供給する層である。広い意味で電子注入層、正孔阻止層も電子輸送層に含まれる。電子輸送層を単層もしくは複数層設けてもよい。この電子輸送層の材料としては、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（ＢＡｌｑ）や、トリス(８−キノリノラト)アルミニウム（Ａｌｑ3）、Ｔｒｉｓ(２、４、６−ｔｒｉｍｅｔｈｙｌ−３−(ｐｙｒｉｄｉｎ−３−ｙｌ)ｐｈｅｎｙｌ)ｂｏｒａｎｅ（３ＴＰＹＭＢ）、１、４−Ｂｉｓ(ｔｒｉｐｈｅｎｙｌｓｉｌｙｌ)ｂｅｎｚｅｎｅ（ＵＧＨ２）、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、シロール誘導体などを用いることができる。電子輸送層を低抵抗化し素子の駆動電圧を低下させるために、電子輸送層中に電子供与性材料を添加しても良い。
【００７３】
＜正孔阻止層＞
発光層と電子輸送層の間に発光層内に正孔を閉じ込めるため、正孔阻止層を設けてもよい。正孔阻止層材料はＨＯＭＯのエネルギー位置が深いことが望ましい。具体的には、３ＴＰＹＭＢ（（化３））やＡｌｑ3（（化４））が挙げられるが、これらの材料に限定されるものではない。また、上記のうち併用できる材料が１種または２種以上正孔阻止層に含まれていてもよい。
【００７４】
【化７】
2013229268.tif 000009
【００７５】
【化８】
2013229268.tif 000010
【００７６】
＜電子注入層＞
電子注入層は陰極から電子輸送層への電子注入効率を向上させる。具体的には、弗化リチウム、弗化マグネシウム、弗化カルシウム、弗化ストロンチウム、弗化バリウム、酸化マグネシウム、酸化アルミニウムが望ましい。また、もちろんこれらの材料に限られるわけではなく、また、これらの材料を２種以上併用しても差し支えない。
【００７７】
＜基板＞
第１の基板１０１および第２の基板１０２として、ガラス基板、金属基板、ＳｉＯ2、ＳｉＮx、Ａｌ2Ｏ3等の無機材料を形成したプラスチック基板等が挙げられる。金属基板材料としては、ステンレス、アロイなどの合金が挙げられる。プラスチック基板材料としては、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリメチルメタクリレート、ポリサルフォン、ポリカーボネート、ポリイミド等が挙げられる。
【００７８】
＜陽極＞
陽極材料としては、透明性と高い仕事関数を有する材料であれば用いることができる。
具体的には、ＩＴＯ、ＩＺＯなどの導電性酸化物や、薄いＡｇなどの仕事関数の大きい金属が挙げられる。電極のパターン形成は、一般的にはガラス等の基板上にホトリソグラフィーなどを用いて行うことができる。
【００７９】
＜陰極＞
陰極材料は、発光層からの光を反射するための反射電極である。具体的には、ＬｉＦとＡｌの積層体やＭｇ：Ａｇ合金などが好適に用いられる。また、これらの材料に限定されるものではなく、例えばＬｉＦの代わりとして、Ｃｓ化合物、Ｂａ化合物、Ｃａ化合物などを用いることができる。
【００８０】
以下に具体的な実施例を示して、本願発明の内容をさらに詳細に説明する。
【実施例１】
【００８１】
本発明の第１の実施例として、図３、図４に示す３つの発光層を有する有機発光素子を蒸着法を用いて、以下の手順にて作製した。
【００８２】
ＩＴＯ（１５０nm）電極付ガラス基板を、アセトンに浸して１０分間超音波洗浄を行った。次に、純水を用いた超音波スピン洗浄機を用いて、純水洗浄及び回転乾燥を行った。
その後、ホットプレートを用いて、大気雰囲気で基板を２００℃１０分間加熱した。加熱後、基板を１０分間冷却し、ＵＶ／Ｏ3処理を照射強度８mW／cm2にて３０分間行った。
【００８３】
これらの処理を施した基板上に、真空蒸着装置にて、正孔注入層としてα−ＮＰＤ（（化２））を形成した。正孔注入層の膜厚は５nmであった。
【００８４】
次に、基板上に正孔輸送層としてＴＡＰＣ（（化１））を形成した。正孔注入層の膜厚は８５nmであった。
【００８５】
次に、正孔輸送層の上に、第１の発光層としてホスト材料ＴＣＺ−１（（化５））に緑色エミッタ（（化６））を１wt％ドープした膜厚１０nmの有機膜を形成した。その上に、第２の発光層としてホスト材料ｍＣＰ（（化７））に青色エミッタＦＩｒ６（（化８））を１０wt％ドープした膜厚１０nmの有機膜を形成した。その上に、第３の発光層としてホスト材料ＣＢＰ（（化９））に赤色エミッタ（（化１０））を１wt％ドープした膜厚１０nmの有機膜を形成した。
【００８６】
なお、ここでは、第１の発光層に緑色エミッタを、第２の発光層に青色エミッタを入れる構成としたが、それを反対にして第１の発光層に青色エミッタを、第２の発光層に緑色エミッタを入れる構成としても、本発明の有機発光素子を製造可能である。
【００８７】
【化９】
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【００８８】
【化１０】
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【００８９】
【化１１】
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【００９０】
【化１２】
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【００９１】
【化１３】
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【００９２】
【化１４】
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【００９３】
次に、第３の発光層上に電子輸送層として３ＴＰＹＭＢ（（化３））膜を形成した。電子輸送層の膜厚は３０nmであった。
【００９４】
次に、正孔阻止層上に電子注入層としてＬｉＦを形成した。電子注入層の膜厚は０.５nmであった。次に、電子注入層の上に陰極としてＡｌを蒸着した。陰極の膜厚は１５０nmであった。
【００９５】
最後に、光硬化樹脂からなる封止剤の付いた封止基板を用いて封止を行い、有機発光素子を作製した。
【００９６】
本有機発光素子では、第１の発光層及び第２の発光層において、ホスト材料のＨＯＭＯのエネルギー位置に比べて、エミッタ分子のＨＯＭＯのエネルギー位置が深いため、正孔はホスト材料間を伝搬する。また、ホスト材料のＬＵＭＯのエネルギー位置に比べて、エミッタ分子のＬＵＭＯのエネルギー位置が深いため、電子はエミッタでの捕獲・放出を繰り返して発光層を伝搬する。そのため、緑色エミッタ、青色エミッタの励起状態はカチオンを経由しないで生成されたため、エミッタの劣化が低減された。また、第３の発光層では、赤色エミッタのアニオンが多い状態で正孔が注入されるため、赤色エミッタの励起状態がカチオンを経由しないで生成されたため、エミッタの劣化が低減された。以上の効果により、本有機発光素子の寿命が向上した。
【実施例２】
【００９７】
次に、本発明の第２の実施例として、図５、図６に示す２つの発光層を有する有機発光素子を蒸着法を用いて、以下の手順に従って作製した。
【００９８】
ＩＴＯ電極付ガラス基板の前処理方法、正孔注入層及び正孔輸送層の形成方法は、実施例１と同様である。
【００９９】
次に、正孔輸送層の上に第１の発光層としてホスト材料ＴＣＺ−１（（化５））に緑色エミッタ（（化１２））を１０wt％と赤色エミッタ（（化１０））を１wt％ドープした有機膜を形成した。第１発光層の膜厚は１５nmであった。次に、第１の発光層に第２の発光層としてホスト材料ｍＣＰ（（化７））に青色エミッタＦＩｒ６（（化８））を１０wt％ドープした膜厚１５nmの有機膜を形成した。その上に、電子輸送層、電子注入層、陰極、封止形成方法、条件は実施例１と同様である。
【０１００】
【化１５】
2013229268.tif 000017
【０１０１】
本有機発光素子では、第１の発光層において、ホスト材料のＨＯＭＯのエネルギー位置よりエミッタ分子のＨＯＭＯのエネルギー位置が深く、ホスト材料のＬＵＭＯのエネルギー位置よりエミッタ分子のＬＵＭＯのエネルギー位置が深いため、緑色エミッタ、赤色エミッタの励起状態はカチオンを経由しないで生成され、エミッタの劣化が低減された。また、第３の発光層でも青色エミッタの励起状態がカチオンを経由しないで生成され、エミッタの劣化が低減された。以上の効果により、本有機発光素子の寿命が向上した。
【実施例３】
【０１０２】
次に、本発明の第３の実施例として、図７に示す１つの発光層を有する有機発光素子を塗布法を用いて、以下の手順に従って作製した。
【０１０３】
下部電極にはＩＴＯ電極、正孔輸送層にはポリマー系の材料を用いた。発光層にはホスト材料としてＴＣＺ−１（（化５））、青色エミッタとしてＦＩｒ６（（化８））、緑色エミッタとして（化６）、赤色エミッタとして（化１３）を用いた。それぞれの材料の重量比は１００：１０：１：１とした。
【０１０４】
【化１６】
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【０１０５】
これらのホスト材料、青色エミッタ、緑色エミッタ、赤色エミッタ材料をトルエンに溶解させて塗液を作製した。塗液の固形成分濃度は１wt.％に設定した。この塗液を用いて、スピンコート法により発光層を形成した。
【０１０６】
次に、電子輸送層を形成した。２−プロパノールに（化６）を溶解させた塗液を用いて、スピンコート法により電子輸送層を形成した。続いて、ＬｉＦとＡｌの積層体を電子注入層/陰極として形成し、目的の有機発光素子を作製した。封止方法は実施例１と同様である。
【０１０７】
本有機発光素子では、発光層において、赤色エミッタが置換基により、電子輸送層側となる上面側に局在した。ホスト材料のＨＯＭＯのエネルギー位置より青色エミッタ及び緑色エミッタ分子のＨＯＭＯのエネルギー位置が深く、ホスト材料のＬＵＭＯのエネルギー位置より青色エミッタ及び緑色エミッタ分子のＬＵＭＯのエネルギー位置が深いため、青色エミッタ、緑色エミッタの励起状態はカチオンを経由しないで生成され、エミッタの劣化が低減された。また、赤色エミッタ分子のＨＯＭＯのエネルギー位置は、ホスト材料のＨＯＭＯのエネルギー位置より浅いが、赤色エミッタ分子のＬＵＭＯのエネルギー位置がホスト材料のＬＵＭＯのエネルギー位置より深いため、赤色エミッタのアニオンを経て励起状態が形成され、エミッタの劣化が低減された。以上の効果により、本有機発光素子の寿命が向上した。
【符号の説明】
【０１０８】
１、１４１、２４１、３４１、４４１、５４１  第１の発光層
２、１４２、２４２、３４２、４４２  第２の発光層
３  正孔輸送層１４のＨＯＭＯ
４  第１の発光層１のホスト材料のＨＯＭＯ
５  第２の発光層２のホスト材料のＨＯＭＯ
６  電子輸送層１５のＬＵＭＯ
７  第１の発光層１のホスト材料のＬＵＭＯ
８  第２の発光層２のホスト材料のＬＵＭＯ
９  正孔
１０  電子
１１  第１の発光層１及び第２の発光層２に分散されたエミッタ分子のＬＵＭＯのエネルギー位置
１２  第１の発光層１及び第２の発光層２に分散されたエミッタ分子のＨＯＭＯのエネルギー位置
１４  正孔輸送層
１５  電子輸送層
１０１  第１の基板
１０２  第２の基板
１０３  第１の電極
１０４  第２の電極
１０５  有機層
１４３、２４３  第３の発光層
１４４、２４４、３４４、４４４、５４４  第１のホスト材料のＨＯＭＯのエネルギー位置
１４５、２４５、３４５、４４５、５４５  第１のエミッタ分子のＨＯＭＯのエネルギー位置１４６、２４６、３４６、４４６  第２のホスト材料のＨＯＭＯのエネルギー位置
１４７、２４７、３４７、４４７、５４７  第２のエミッタ分子のＨＯＭＯのエネルギー位置１４８、２４８  第３のホスト材料のＨＯＭＯのエネルギー位置
１４９、２４９、３４９、４４９、５４９  第３のエミッタ分子のＨＯＭＯのエネルギー位置１５０、２５０、３５０、４５０、５５０  第１のホスト材料のＬＵＭＯのエネルギー位置
１５１、２５１、３５１、４５１、５５１  第１のエミッタ分子のＬＵＭＯのエネルギー位置１５２、２５２、３５２、４５２  第２のホスト材料のＬＵＭＯのエネルギー位置
１５３、２５３、３５３、４５３、５５３  第２のエミッタ分子のＬＵＭＯのエネルギー位置１５４、２５４  第３のホスト材料のＬＵＭＯのエネルギー位置
１５５、２５５、３５５、４５５、５５５  第３のエミッタ分子のＬＵＭＯのエネルギー位置
【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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【図９】
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【図１０】
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