(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
陽極上に有機化合物からなる正孔輸送性発光層が形成され、この正孔輸送性発光層と、陰極側の有機化合物からなる電子輸送層との間にホールブロック層が設けられ、前記正孔輸送性発光層中で電子−正孔の再結合による発光が得られ、前記再結合を起こすために設けられる前記ホールブロック層に、
【化１】
0003924648.tif 000039
〔この一般式中、Ｘ及びＹは互いに同一の若しくは異なる基であって、水素原子（但し  、２−及び９−位が水素原子である場合は除く。）、置換若しくは非置換のアルキル基  （但し、２−及び９−位がメチル基である場合は除く。）、置換若しくは非置換のシク  ロアルキル基、置換若しくは非置換のアリール基、置換若しくは非置換のアミノ基、ハ  ロゲン原子、ニトロ基、シアノ基又は水酸基を表し、これらの基を任意の位置に少なく  とも１つ含む。〕
で表されるバソフェナントロリン誘導体が含有されていることを特徴とする有機電界発光素子。
【請求項２】
前記ホールブロック層の最高占有分子軌道（ＨＯＭＯ）レベルが、前記ホールブロック層の両側に接して積層された各有機層のそれぞれの最高占有分子軌道（ＨＯＭＯ）レベルのうちエネルギー的に低い方の最高占有分子軌道（ＨＯＭＯ）レベル以下にある、請求項１に記載した有機電界発光素子。
【請求項３】
前記ホールブロック層の最低非占有分子軌道（ＬＵＭＯ）レベルが、前記ホールブロック層の両側に接して積層された各有機層のそれぞれの最低非占有分子軌道（ＬＵＭＯ）レベルのうちエネルギー的に低い方の最低非占有分子軌道（ＬＵＭＯ）レベル以上にあり、かつエネルギー的に高い方の最低非占有分子軌道（ＬＵＭＯ）レベル以下にある、請求項１に記載した有機電界発光素子。
【請求項４】
前記バソフェナントロリン誘導体が発光材料としても機能する、請求項１に記載した有機電界発光素子。
【請求項５】
光学的に透明な基体上に、前記陽極としての透明電極、前記正孔輸送性発光層、前記ホールブロック層、前記電子輸送層、及び前記陰極としての金属電極が順次積層されている、請求項１に記載した有機電界発光素子。
【請求項６】
カラーディスプレイ用の素子として構成されている、請求項５に記載した有機電界発光素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、有機電界発光素子に関し、例えば、自発光の平面型ディスプレイであって、特に、有機薄膜を電界発光層に用いる有機電界発光カラーディスプレイ等の表示素子又は発光性デバイスに好適な有機電界発光素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、マルチメディア指向の商品を初めとして、人間と機械とのインターフェースの重要性が高まってきている。人間がより快適に効率良く機械操作するためには、操作される機械からの情報を誤りなく、簡潔に、瞬時に、充分な量で取り出す必要があり、そのために、ディスプレイを初めとする様々な表示素子について研究が行われている。
【０００３】
また、機械の小型化に伴い、表示素子の小型化、薄型化に対する要求も日々、高まっているのが現状である。
【０００４】
例えば、ノート型パーソナルコンピュータ、ノート型ワードプロセッサなどの、表示素子一体型であるラップトップ型情報処理機器の小型化には目を見張る進歩があり、それに伴い、その表示素子である液晶ディスプレイに関しての技術革新も素晴らしいものがある。
【０００５】
今日、液晶ディスプレイは、様々な製品のインターフェースとして用いられており、ラップトップ型情報処理機器はもちろんのこと、小型テレビや時計、電卓を初めとして、我々の日常使用する製品に多く用いられている。
【０００６】
これらの液晶ディスプレイは液晶が低電圧駆動、低消費電力であるという特徴を生かし、小型から大容量表示デバイスに至るまで、人間と機械のインターフェースとして、表示素子の中心として研究されてきた。
【０００７】
しかし、この液晶ディスプレイは自発光性でないため、バックライトを必要とし、このバックライト駆動に、液晶を駆動するよりも大きな電力を必要とするため、結果的に内蔵蓄電池等では使用時間が短くなり、使用上の制限がある。
【０００８】
更に、液晶ディスプレイは、視野角が狭いため、大型ディスプレイ等の大型表示素子には適していないことも問題である。
【０００９】
また、液晶ディスプレイは、液晶分子の配向状態による表示方法であるので、視野角の中においても、角度によりコントラストが変化してしまうのも大きな問題であると考えられる。
【００１０】
また、駆動方式から考えれば、駆動方式の一つであるアクティブマトリクス方式は、動画を扱うに十分な応答速度を示すが、ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）駆動回路を用いるため、画素欠陥により画面サイズの大型化が困難であり、コストダウンの点からみても不利である。
【００１１】
液晶ディスプレイにおいて、別の駆動方式である単純マトリクス方式は、低コストである上に画面サイズの大型化が比較的容易であるが、動画を扱うに十分な応答速度を有していないという問題がある。
【００１２】
これに対し、自発光性表示素子は、プラズマ表示素子、無機電界発光素子、有機電界発光素子等が研究されている。
【００１３】
プラズマ表示素子は低圧ガス中でのプラズマ発光を表示に用いたもので、大型化、大容量化に適しているが、薄型化、コストの面での問題を抱えている。また、駆動に高電圧の交流バイアスを必要とし、携帯用デバイスには適していない。
【００１４】
無機電界発光素子は、緑色発光ディスプレイ等が商品化されたが、プラズマ表示素子と同様に、交流バイアス駆動であり、駆動には数百Ｖ必要であり、実用性に欠けている。
【００１５】
しかし、技術の発展により、カラーディスプレイ表示に必要なＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の三原色の発光に成功はしているが、無機材料のために、分子設計などによる発光波長等の制御は困難であり、フルカラー化は困難であると思われる。
【００１６】
一方、有機化合物による電界発光現象は、１９６０年代前半に、強く螢光を発生するアントラセン単結晶へのキャリア注入による発光現象が発見されて以来、長い期間、研究されてきたが、低輝度、単色で、しかも単結晶であったため、有機材料へのキャリア注入という基礎的研究として行われていた。
【００１７】
しかし、１９８７年にEastman Kodak 社のTangらが低電圧駆動、高輝度発光が可能なアモルファス発光層を有する積層構造の有機薄膜電界発光素子を発表して以来、各方面で、Ｒ、Ｇ、Ｂの三原色の発光、安定性、輝度上昇、積層構造、作製方法等の研究開発が盛んに行われている。
【００１８】
さらに、有機材料の特徴であるが、分子設計等により様々な新規材料が発明され、直流低電圧駆動、薄型、自発光性等の優れた特徴を有する、有機電界発光表示素子のカラーディスプレイへの応用研究も盛んに行われ始めている。
【００１９】
有機電界発光素子（以下、有機ＥＬ素子と称することがある。）は、１μｍ以下の膜厚であり、電流を注入することにより電気エネルギーを光エネルギーに変換して面状に発光するなど、自発光型の表示デバイスとして理想的な特徴を有している。
【００２０】
図１４は、従来の有機ＥＬ素子１０の一例を示す。この有機ＥＬ素子１０は、透明基板（例えばガラス基板）６上に、ＩＴＯ（Indium tin oxide）透明電極５、ホール輸送層４、発光層３、電子輸送層２、陰極（例えばアルミニウム電極）１を例えば真空蒸着法で順次成膜したものである。
【００２１】
そして、陽極である透明電極５と陰極１との間に直流電圧７を選択的に印加することによって、透明電極５から注入されたキャリアとしてのホールがホール輸送層４を経て、また陰極１から注入された電子が電子輸送層２を経て移動し、電子−ホールの再結合が生じ、ここから所定波長の発光８が生じ、透明基板６の側から観察できる。
【００２２】
発光層３には、例えばアントラセン、ナフタリン、フェナントレン、ピレン、クリセン、ペリレン、ブタジエン、クマリン、アクリジン、スチルベン等の発光物質を使用してよい。これは、電子輸送層２に含有させることができる。
【００２３】
図１５は、別の従来例を示すものであり、発光層３を省略し、電子輸送層２に上記の如き発光物質を含有させ、電子輸送層２とホール輸送層４との界面から所定波長の発光１８が生じるように構成した有機ＥＬ素子２０を示すものである。
【００２４】
図１６は、上記の有機ＥＬ素子の具体例を示す。即ち、各有機層（ホール輸送層４、発光層３又は電子輸送層２）の積層体を陰極１と陽極５との間に配するが、これらの電極をマトリクス状に交差させてストライプ状に設け、輝度信号回路３４、シフトレジスタ内蔵の制御回路３５によって時系列に信号電圧を印加し、多数の交差位置（画素）にてそれぞれ発光させるように構成している。
【００２５】
従って、このような構成により、ディスプレイとしては勿論、画像再生装置としても使用可能となる。なお、上記のストライプパターンをＲ、Ｇ、Ｂの各色毎に配し、フルカラー又はマルチカラー用として構成することができる。
【００２６】
こうした有機ＥＬ素子を用いた、複数の画素からなる表示デバイスにおいて、発光する有機薄膜層２、３、４は一般に、透明電極５と金属電極１との間に挟まれており、透明電極５側に発光する。
【００２７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記のような有機ＥＬ素子は、なお未解決の問題を有している。
【００２８】
例えば、有機ＥＬ素子のカラーディスプレイへの応用を行う上で、Ｒ、Ｇ、Ｂの三原色の安定した発光は必要不可欠な条件であるが、現在の段階では、緑色発光材料以外には、ディスプレイに応用可能な十分な安定性、色度、輝度等を兼ね備えた赤色、及び青色材料についての報告はない。
【００２９】
殊に、色度の良い青色発光については、発光に伴う熱緩和過程からの発熱や一重項酸素等の存在により、安定した発光すら得ることが困難であるのが現状である。
【００３０】
さらに、結晶性が高い色素の場合は、固体化したときに多量体が生成することにより、発光波長が長波長化し、発光しても直ぐに消光してしまう等の現象が生じることが多い。
【００３１】
新規の青色発光材料の開発については、多くの研究がなされているが、新規物質の開発、研究と共に、既存材料の応用により安定した発光を得ることも重要な課題であり、また、材料的にある程度は確立された物質を用いることは、研究開発における時間短縮に大きく貢献し、材料開発の指針を示すことにもなる。
【００３２】
例えば、蛍光収率の大きいクマリン系レーザー色素は、緑色発光の色純度向上のためのドープ材料として応用でき、また、青色発光材料として発光が得られたとの報告も今日では得られている。これは、クマリン系短波長蛍光色素が一般的に単体では結晶性が高く、アモルファスでは安定な青色発光材料として適さなかったのであるが、共蒸着の手法を取ることによりアモルファス性の安定な薄膜が得られるようになったためと考えられる。
【００３３】
例えばクマリン４５０などは最大蛍光波長が４４６ｎｍ近辺に存在し、色度としてＲ、Ｇ、Ｂの青色に対応しているが、クマリンは電子輸送性又は正孔（ホール）輸送性を有していないため、発光材料としての特性は、電子輸送性又はホール輸送性を有する材料と比較して明らかに劣っている。
【００３４】
また、亜鉛金属錯体に代表されるような材料系は、電子輸送性の青色発光層をシングルヘテロ型の素子構造で作製することにより、安定した青色発光を得ることが可能である。しかし、十分な輝度を得るために印加電圧を大きくしていくことに伴い、発光スペクトルが７００ｎｍ近辺の視感度の良い領域での発光が大きくなり、結果として、青色発光の色度がずれ、白色発光に近付くという欠点がある。
【００３５】
更に、一般的に有機電界発光素子の寿命は短いため、長寿命化のための研究が各方面で活発に行われている。
【００３６】
しかし、ディスプレイとして実用化するためには、初期輝度（２００カンデラ程度）からの半減時間が一万時間以上であることが好ましいが、このような耐用時間が得られてはいない。これは、有機電界発光素子の実用化に向けて改善すべき大きな問題である。
【００３７】
本発明の目的は、高発光効率及び高輝度で色度が良好な青色発光も可能であり、長時間安定した発光が可能な素子構造を有する有機電界発光素子を提供することにある。
【００３８】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記のような実情を鋭意検討し、材料的にも確立している既存の材料を応用することにより、高輝度においても色度の良い発光が可能なアモルファス性薄膜を効率良く発光することができれば、研究開発の大幅な時間短縮や、カラーディスプレイを初めとするフルカラー化と共に、素子の長寿命化に貢献することができることに着目し、本発明に到達した。
【００３９】
即ち、本発明は、陽極上に有機化合物からなる正孔輸送性発光層が形成され、この正孔輸送性発光層と、陰極側の有機化合物からなる電子輸送層との間にホールブロック層が設けられ、前記正孔輸送性発光層中で電子−正孔の再結合による発光が得られ、前記再結合を起こすために設けられる前記ホールブロック層に、
【化２】
0003924648.tif 000002
〔この一般式中、Ｘ及びＹは互いに同一の若しくは異なる基であって、水素原子（但し  、２−及び９−位が水素原子である場合は除く。）、置換若しくは非置換のアルキル基  （但し、２−及び９−位がメチル基である場合は除く。）、置換若しくは非置換のシク  ロアルキル基、置換若しくは非置換のアリール基、置換若しくは非置換のアミノ基、ハ  ロゲン原子、ニトロ基、シアノ基又は水酸基を表し、これらの基を任意の位置に少なく  とも１つ含む。〕
で表されるバソフェナントロリン誘導体が含有されていることを特徴とする有機電界発光素子に係るものである。
【００４０】
本発明の有機電界発光素子によれば、正孔輸送性発光層と電子輸送層との間に正孔輸送性発光層に接して設けられたホールブロック層に含まれているバソフェナントロリン誘導体が正孔の輸送をブロックする作用をなすため、正孔輸送性発光層中での電子−ホールの再結合が促進されて十分な発光が得られること（即ち、正孔輸送層が電子−ホールの再結合領域である発光層を兼ねた構造となること）によって、低電圧駆動でも安定かつ高輝度の発光、特に青色発光が可能になる。そして、上記のバソフェナントロリン誘導体は発光性を有していて、正孔輸送性発光層からの発光のみならず、上記のバソフェナントロリン誘導体からの発光も（或いは、いずれか一方の発光を）得ることができる。
【００４１】
従って、これまで、非発光性の優れた電子輸送材料が存在しないために困難な構造であると考えられてきた、有機電界発光素子（特に、低電圧駆動、自発光、薄型のアモルファス有機電界発光素子）において、正孔輸送層（ホール輸送層）が電子と正孔の再結合領域である発光層を兼ねると共に、長時間の安定した発光を与える長寿命な素子構造の有機電界発光素子を提供することができる。
【００４２】
即ち、ホール輸送層が発光層である有機電界発光素子でも、高輝度、高効率の安定した発光を得ることができ、特に、青色発光に関しては顕著であり、ＤＣ駆動で１００００ｃｄ／ｍ2 以上、１／１００デューティ比でのパルス駆動でも直流換算でピーク輝度５５０００ｃｄ／ｍ2 以上を得ることが可能である。
【００４３】
また、青色発光素子以外でも、青緑色発光、更にドーピングによる赤色発光、黄色発光、またドーピングによる色度の調節も可能である。これにより、優れた色度を持つ青色発光を高輝度で得ることができる有機電界青色発光素子を作製することが可能であり、材料開発における可能性と時間短縮、また、新たな発光材料系及び電子輸送材料の設計指針を示すことができる。
【００４６】
【発明の実施の形態】
本発明による有機電界発光素子においては、前記ホールブロック層の最高占有分子軌道（ＨＯＭＯ）レベルが、前記ホールブロック層の両側に接して積層された各有機層（特に前記ホール輸送層及び前記電子輸送層）のそれぞれの最高占有分子軌道（ＨＯＭＯ）レベルのうちエネルギー的に低い方の最高占有分子軌道（ＨＯＭＯ）レベル以下にあることが望ましい。
【００４７】
また、前記ホールブロック層の最低非占有分子軌道（ＬＵＭＯ）レベルが、前記ホールブロック層の両側に接して積層された各有機層（特に前記ホール輸送層及び前記電子輸送層）のそれぞれの最低非占有分子軌道（ＬＵＭＯ）レベルのうちエネルギー的に低い方の最低非占有分子軌道（ＬＵＭＯ）レベル以上にあり、かつエネルギー的に高い方の最低非占有分子軌道（ＬＵＭＯ）レベル以下にあることが望ましい。
【００４８】
また、前記ホールブロック層は蛍光収率の低い非発光性材料からなっていることが望ましく、複数層の積層構造であってもよい。
【００４９】
更に、ホールブロック層は、ホール輸送性発光層との界面でのエキサイプレックス（exciplex：２量体）の生成（即ち、発光効率の低下）を防止するためにも、蛍光収率の低い非発光性の材料であることが好ましい。
【００５０】
前記ホール輸送性発光層は短波長発光用のホール輸送性材料からなっているのがよい。また、前記ホールブロック層に使用可能な材料としては、図２に示す上記一般式のバソフェナントロリン誘導体が好適であり、具体的に例示すれば、例えば、図３〜図５に示す構造式１〜３のものを含む下記の例示化合物１〜１７８が挙げられるが、これらに限定されない（但し、Ｍｅはメチル基、Ｅｔはエチル基、Ｐｒはプロピル基、Ｂｕはブチル基を表す）。
【００５１】
上記の素子は、光学的に透明な基体上に、前記陽極としての透明電極、前記正孔輸送性発光層、前記ホールブロック層、前記電子輸送層、及び前記陰極としての金属電極が順次積層されていることが望ましい。
【００５２】
これにより、上記の素子は、カラーディスプレイ用の素子としても好適なものとなる。
【００５３】
【化３】
0003924648.tif 000003
【００５４】
【化４】
0003924648.tif 000004
【００５５】
【化５】
0003924648.tif 000005
【００５６】
【化６】
0003924648.tif 000006
【００５７】
【化７】
0003924648.tif 000007
【００５８】
【化８】
0003924648.tif 000008
【００５９】
【化９】
0003924648.tif 000009
【００６０】
【化１０】
0003924648.tif 000010
【００６１】
【化１１】
0003924648.tif 000011
【００６２】
【化１２】
0003924648.tif 000012
【００６３】
【化１３】
0003924648.tif 000013
【００６４】
【化１４】
0003924648.tif 000014
【００６５】
【化１５】
0003924648.tif 000015
【００６６】
【化１６】
0003924648.tif 000016
【００６７】
【化１７】
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【００６８】
【化１８】
0003924648.tif 000018
【００６９】
【化１９】
0003924648.tif 000019
【００７０】
【化２０】
0003924648.tif 000020
【００７１】
【化２１】
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【００７２】
【化２２】
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【００７３】
【化２３】
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【００７４】
【化２４】
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【００７５】
【化２５】
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【００７６】
【化２６】
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【００７７】
【化２７】
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【００７８】
【化２８】
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【００７９】
【化２９】
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【００８０】
【化３０】
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【００８１】
【化３１】
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【００８２】
【化３２】
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【００８３】
【化３３】
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【００８４】
【化３４】
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【００８５】
【化３２】
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【００８６】
【化３６】
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【００８７】
【化３７】
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【００８８】
【化３８】
0003924648.tif 000038
【００８９】
以下、本発明の好ましい実施の形態を説明する。
【００９０】
＜第１の実施の形態＞
図１は、本発明の第１の実施の形態による青色発光性の有機ＥＬ素子の要部を示す概略断面図である。
【００９１】
本実施の形態では、ガラス基板６上にＩＴＯ（Indium Tin Oxide）やＺｎをドープしたインジウム酸化物等からなる透明電極５をスパッタリング又は真空蒸着等の方法により形成し、その上に順次、ホール輸送層４ａ、ホール輸送性発光層４ｂ、ホールブロック性のある上記一般式のバソフェナントロリン誘導体含有層３３、電子輸送層２、カソード電極１を真空蒸着法により積層し、アモルファス有機薄膜からなる有機電界発光素子（有機ＥＬ素子）２１を作製したものである。
【００９２】
この有機ＥＬ素子２１は、ホール輸送層４が発光層としての性能を兼ね備えた構造として構成され、その基本構造は後述する他の実施の形態でも同様である。
【００９３】
本実施の形態の有機ＥＬ素子２１の特徴は、上記のバソフェナントロリン誘導体含有層３３がホールブロック層としてホール輸送層４と電子輸送層２との間に挿入されて積層されているので、ホール輸送層４中での電子−ホールの再結合を促進させ、ホール輸送層４での発光が得られ、並びに／或いは、バソフェナントロリン誘導体含有層３３からの発光も得られることである。
【００９４】
図６は、上記した本実施の形態（図１）の積層構造をバンドモデルで模式的に示したものである。
【００９５】
図６において、Ａｌ及びＡｌ−Ｌｉ（アルミニウム−リチウム）からなるカソード１及びＩＴＯ透明電極５の層に示した太線（Ｌ1 、Ｌ2 ）は、それぞれのメタルの凡その仕事関数であり、これらの両電極間の各層においては上部の太線ｌ1 、ｌ2 、ｌ3 、ｌ4 及び数値はそれぞれの最低非占有分子軌道（ＬＵＭＯ）のレベルを示し、下方の太線ｌ5 、ｌ6 、ｌ7 、ｌ8 及び数値はそれぞれの最高占有分子軌道（ＨＯＭＯ）のレベルを示している。但し、図６中のエネルギーレベル値は一例であって、材質によって種々に変化するものである。
【００９６】
この有機ＥＬ素子においては、図６に示すように、アノードとしての透明電極５から注入されたホールｈがホール輸送層４を経て移動し、一方、カソードの金属電極１から注入された電子ｅが電子輸送層２を経て移動し、この電子−ホールがホール輸送性発光層４において再結合して発光を生じる。
【００９７】
カソードとしての金属電極１から注入される電子ｅは、エネルギーレベルの低い方へ移動する性質があるため、金属電極１、電子輸送層２、ホールブロック層３３、ホール輸送性発光層４ｂ、ホール輸送層４ａの順に各層の最低非占有分子軌道（ＬＵＭＯ）レベルｌ1 〜ｌ4 を経由してホール輸送性発光層４ｂ、４ａに到達することができる。
【００９８】
一方、アノードとしてのＩＴＯ透明電極５から注入されるホールｈは、エネルギーレベルの高い方へ移動する性質があるため、ホール輸送層４ａ、ホール輸送性発光層４ｂ、ホールブロック層３３の順に各層の最高占有分子軌道（ＨＯＭＯ）レベルｌ5 〜ｌ7 を経由して電子輸送層２へ移動することができる。
【００９９】
しかし、図６に示す如く、ホールブロック層３３の最高占有分子軌道（ＨＯＭＯ）レベルｌ7 よりも電子輸送層２の最高占有分子軌道（ＨＯＭＯ）レベルｌ8 の方がエネルギー的に低いため、注入されたホールｈはホールブロック層３３から電子輸送層２へ移動し難くなり、ホールブロック層３３に充満するようになる。
【０１００】
この結果、ホールブロック層３３に充満したホールｈがホール輸送層４での電子−ホールの再結合を促進させ、ホール輸送層４を構成するホール輸送性発光層４ａ、４ｂの発光材料を発光させることになる。
【０１０１】
このように、ホールブロック層３３を設けることにより、ホール輸送層４において電子−ホールの再結合を効率よく生じるようにホールブロック層３３においてホールｈの輸送を効果的に制御している。そして、これにより発光するホール輸送性発光層４ａ、４ｂのうち、主としてホールブロック層３３に隣接するホール輸送性発光層４ｂによる発光にホール輸送性発光層４ａの発光も加わり、特定波長（青色）の光を放出する。
【０１０２】
本来、カソード電極１からの電子の注入とアノード電極５からのホールの注入とにより、電子輸送層２及びホール輸送層４はそれぞれの層において電子−ホールの再結合が生じる。従って、上記の如ホールブロック層３３が存在しない場合には、電子輸送層２とホール輸送層４との界面において電子−ホールの再結合が生じ、長波長の発光しか得られない。しかし、本実施例の如くホールブロック層３３を設けることにより、発光性物質が含有されているホール輸送層４を発光領域として青色発光を促進させることが可能になる。
【０１０３】
上記のように、ホールブロック層３３はホールｈの輸送を制御するためのものであり、このためには、ホールブロック層３３の最高占有分子軌道（ＨＯＭＯ）が、ホール輸送性発光層４ｂ及び電子輸送層２の最高占有分子軌道（ＨＯＭＯ）レベルのエネルギー的に低い方のレベルの最高占有分子軌道（ＨＯＭＯ）レベル以下にあり、かつ、ホールブロック層３３の最低非占有分子軌道（ＬＵＭＯ）が、ホール輸送性発光層４ｂ及び電子輸送層２の最低非占有分子軌道（ＬＵＭＯ）レベルの、エネルギー的に低い方の最低非占有分子軌道（ＬＵＭＯ）レベル以上であり、エネルギー的に高い方の最低非占有分子軌道（ＬＵＭＯ）レベル以下であればよく、上記の構成に限定されるものではない。
【０１０４】
但し、本発明は、上記エネルギー準位が上記範囲に無く、バソフェナントロリン含有層それ自身が発光することを妨げるものではない。また、ホールブロック層が複数層からなる積層構造であってもよい。
【０１０５】
上記のホールブロック層３３は、上記のバソフェナントロリン誘導体及び／又はその他の材質で形成できると共に、その厚みもその機能を保持することができる範囲で変化させてよい。その厚みは１Å〜１０００Å（０．１ｎｍ〜１００ｎｍ）とするのがよいが、厚みがあまり薄いと、ホールブロック能が不完全で再結合領域がホール輸送層及び電子輸送層にまたがり易く、またあまり厚いと、膜抵抗の増加から発光しないことがある。
【０１０６】
上記の有機ＥＬ素子２１は、図７のような真空蒸着装置１１を用いて作製される。この装置の内部には、アーム１２の下に固定された一対の支持手段１３が設けられ、この双方の固定手段１３、１３の間には、透明ガラス基板６を下向きにし、マスク２２をセットできるステージ機構（図示省略）が設けられている。そして、ガラス基板６及びマスク２２の下方には、支軸１４ａに支持されたシャッター１４が配置され、その下方に所定個数の各種蒸着源２８を配置する。各蒸着源は、電源２９による抵抗加熱方式で加熱される。この加熱には、必要に応じてＥＢ（電子線）加熱方式等も使用される。
【０１０７】
上記の装置において、マスク２２は画素用であり、シャッター１４は蒸着材料用である。そして、シャッター１４は支軸１４ａを中心に回動し、蒸着材料の昇華温度に合わせて、材料の蒸気流を遮断するためのものである。
【０１０８】
図８は、上記の真空蒸着装置により作製した有機ＥＬ素子２１の具体例を示す平面図である。即ち、サイズＬが３０ｍｍ×３０ｍｍのガラス基板６上に、サイズが２ｍｍ×２ｍｍのＩＴＯ透明電極５を上記した真空蒸着装置により約１００ｎｍの厚さで蒸着後に、全面にＳｉＯ2 ３０を蒸着し、これを所定の画素パターンにエッチングして多数の開口３１を形成し、ここに透明電極５をそれぞれ露出させる。従って、ＳｉＯ2 によって２ｍｍ×２ｍｍの発光領域（画素）ＰＸに対し蒸着マスク２２を用いて各有機層４、３３、２及び金属電極１を順次形成する。
【０１０９】
この真空蒸着装置１１においては、上記した図８のような多数の画素を有するもの以外に、サイズの大きい画素を単独に形成することもできる。
【０１１０】
上記のように、発光領域中で電子−ホールの再結合の効率を改善するための有機層３３を積層することによって、安定した、高輝度で低電圧駆動の、ホール輸送性発光層４を有する有機ＥＬ素子を形成することができる。特に、詳しくは後述するように、青色発光に関しては直流駆動で１００００cd/m2 以上、１／１００デューティ比でのパルス駆動でも、直流換算でピーク輝度５５０００cd/m2 以上の輝度を得ることが可能となる。
【０１１１】
上記電界発光素子の透明電極、有機ホール輸送層、有機ホールブロック層、有機電子輸送層及び金属電極は、それぞれが複数層からなる積層構造であってもよい。
【０１１２】
また、上記電界発光素子における各有機層は、真空蒸着以外にも、昇華又は気化を伴う他の成膜方法、或いはスピンコートやキャスト等の方法で形成してもよい。
【０１１３】
また、上記した電界発光素子のホール輸送性発光層は、この素子の発光スペクトルの制御のために微量分子の共蒸着を行ってもよく、例えば、ペリレン誘導体、クマリン誘導体等の有機物質を微量含む有機薄膜であってもよい。
【０１１４】
また、ホール輸送材料として使用可能な材料としては、ベンジジン又はその誘導体、スチリルアミン又はその誘導体、トリフェニルメタン又はその誘導体をはじめ、ポルフィリン又はその誘導体、トリアゾール又はその誘導体、イミダゾール又はその誘導体、オキサジアゾール又はその誘導体、ポリアリールアルカン又はその誘導体、フェニレンジアミン又はその誘導体、アリールアミン又はその誘導体、オキサゾール又はその誘導体、アントラセン又はその誘導体、フルオレノン又はその誘導体、ヒドラゾン又はその誘導体、スチルベン又はその誘導体、またはポリシラン系化合物、ビニルカルバゾール系化合物、チオフェン系化合物、アニリン系化合物等の複素環式共役系のモノマー、オリゴマー、ポリマー等が挙げられる。
【０１１５】
具体的には、α−ナフチルフェニルジアミン、ポルフィリン、金属テトラフェニルポルフィリン、金属ナフタロシアニン、４，４’，４”−トリメチルトリフェニルアミン、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、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラキス（ｐ−トリル）ｐ−フェニレンジアミン、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラフェニル−４，４’−ジアミノビフェニル、Ｎ−フェニルカルバゾール、４−ジ−ｐ−トリルアミノスチルベン、ポリ（パラフェニレンビニレン）、ポリ（チオフェンビニレン）、ポリ（２，２’−チエニルピロール）等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【０１１６】
また、電子輸送性材料として使用可能な材料としては、キノリン又はその誘導体、ペリレン又はその誘導体、ビススチリル又はその誘導体、ピラジン又はその誘導体等が挙げられる。
【０１１７】
具体的には、８−ヒドロキシキノリンアルミニウム、アントラセン、ナフタリン、フェナントレン、ピレン、クリセン、ペリレン、ブタジエン、クマリン、アクリジン、スチルベン、又はこれらの誘導体等が挙げられる。
【０１１８】
また、上記電界発光素子のアノード電極、カソード電極等の使用材料にも制限はない。
【０１１９】
カソード電極材料については、効率良く電子を注入するために、電極材料の真空準位からの仕事関数の小さい金属を用いるのが好ましく、アルミニウム−リチウム合金以外にも、例えば、アルミニウム、インジウム、マグネシウム、銀、カルシウム、バリウム、リチウム等の低仕事関数金属を単体で、または他の金属との合金として安定性を高めて使用してもよい。
【０１２０】
また、アノード電極側から有機電界発光を取り出すため、後述する実施例はアノード電極には透明電極であるＩＴＯを用いたが、効率良くホールを注入するために、アノード電極材料の真空準位からの仕事関数が大きいもの、例えば金、二酸化スズ−アンチモン混合物、酸化亜鉛−アルミニウム混合物の電極を用いてもよい。
【０１２１】
また、基板２としては、ガラス基板に限らず、不透明な材質、例えばシリコン基板、Ｃｒ基板等を用いてもよいし、ガラス上に金属を蒸着等の手法によって形成した基板を用いてもよい。基板に不透明な材質を用いた場合には、発光を外部に取り出すために、有機ＥＬデバイスの上面（カソード電極側）が透明若しくは半透明な材質で形成されていることが好ましく、これらの材料には例えばＩＴＯ等を使用することができる。
【０１２２】
また、モノカラー用の有機電界発光素子は勿論、発光材料を選択することによって、Ｒ、Ｇ、Ｂの三色を発光するフルカラー用、又はマルチカラー用の有機電界発光素子を作製することができる。その他、本発明はディスプレイ用としてだけでなく、光源用としても使用可能な有機電界発光素子に適用できると共に、他の光学的用途にも適用することができる。
【０１２３】
なお、上記した有機電界発光素子は、安定性を高めるためにゲルマニウム酸化物等で封止を行って大気中の酸素等の影響を排してもよく、また真空に引いた状態で素子を駆動してもよい。
【０１２４】
＜第２の実施の形態＞
図９は、本発明の第２の実施の形態による有機ＥＬ素子の要部を示す概略断面図である。
【０１２５】
本実施の形態による有機ＥＬ素子２２では、図１の素子と比べて、ＩＴＯ透明電極５上に、ホール輸送性発光層４ｂを形成し、ホール輸送性発光層を単層に形成していることが異なっている。
【０１２６】
＜第３の実施の形態＞
図１０は、本発明の第３の実施の形態による有機電界発光素子の要部を示す概略断面図である。
【０１２７】
本実施の形態による有機ＥＬ素子２３では、図１の素子と比べて、ＩＴＯ透明電極５上に、ホール輸送層（ホール輸送性発光層を兼ねる）４ａを形成し、上記した第２の実施の形態と同様にホール輸送性発光層を単層に形成している。
【０１２８】
【実施例】
以下、本発明を実施例について更に詳細に説明する。
【０１２９】
実施例１
本実施例による有機ＥＬ素子２１の具体的な構成をその製造方法に基づいて説明する。
【０１３０】
まず、３０ｍｍ×３０ｍｍのガラス基板６に例えば膜厚約１００ｎｍのＩＴＯ透明電極５を設け、この上に、ＳｉＯ2 蒸着により２ｍｍ×２ｍｍの発光領域以外をマスクした有機電界発光素子作製用のセルを作製した。
【０１３１】
そして、上記のＩＴＯ透明電極５上に、ホール輸送層４ａとしてｍ−ＭＴＤＡＴＡ（４，４’，４”−tris（３−methylphenylphenylamino)triphenylamine：図１１の構造式のもの）を蒸着速度０．２〜０．４ｎｍ/secで真空蒸着法により真空下で３０ｎｍの厚みに蒸着した。
【０１３２】
次に、このホール輸送層４ａ上に、ホール輸送性発光層４ｂとして、α−ＮＰＤ（α−naphtylphenyldiamine：図１２の構造式のもの）を５３ｎｍの厚みに真空蒸着（蒸着速度０．２〜０．４ｎｍ/sec）して、発光性を有した２層構造のホール輸送層４を形成した。
【０１３３】
次に、このホール輸送層４上に、図２に示す一般式で表されるバソフェナントロリン誘導体、例えばｏ−メチルフェニルバソフェナントロリン（２，９−dimethyl−４，７−diphenyl−１，１０−phenanthrolineの２−及び９−位にメチルフェニル基の付いたフェナントロリン誘導体：図４の構造式２（例示化合物２９）で示されるもの）をホールブロック層３３として、１５ｎｍの厚み（蒸着速度０．２〜０．４ｎｍ/sec）に真空蒸着した。
【０１３４】
そして、このホールブロック層３３の上に、電子輸送層２としてＡｌｑ3 （８−hydroxy quinoline aluminum：図１３の構造式のもの）を２０ｎｍの厚みに蒸着し、カソード電極１としてＡｌ−Ｌｉ（アルミニウム−リチウム合金：Ｌｉ濃度約１ｍｏｌ％）を約０．５ｎｍの厚みに、更にＡｌを２００ｎｍの厚みに真空蒸着して、図１に示す青色発光性の有機ＥＬ素子２１を作製した。
【０１３５】
こうして作製された本実施例による有機ＥＬ素子の特性を測定したところ、最大発光波長（吸収ピーク）は約４５０ｎｍであり、また、ＣＩＥ色度座標上での座標は（０．１５，０．１６）であり、良好な青色発光を呈した。
【０１３６】
発光スペクトルの形状から、α−ＮＰＤからなるホール輸送性発光層４ｂ（図１参照）からの発光であることは明らかであった。
【０１３７】
実施例２
本発明の第２の実施例による有機ＥＬ素子をその製造方法に基づいて説明する。
【０１３８】
本実施例による有機ＥＬ素子２３では、３０ｍｍ×３０ｍｍのガラス基板６に例えば膜厚約１００ｎｍのＩＴＯ透明電極５を設け、この上に、ＳｉＯ2 の真空蒸着により２ｍｍ×２ｍｍの発光領域以外をマスクした有機ＥＬ素子作製用のセルを作製した。
【０１３９】
そして、その上に、ホール輸送性発光層４ａとしてｍ−ＭＴＤＡＴＡ（４，４’，４”−tris（３−methylphenylphenylamino)triphenylamine：図１１の構造式のもの）を真空蒸着法により、真空下で５０ｎｍの厚みに蒸着（蒸着速度０．２〜０．４ｎｍ/sec）し、ホール輸送性発光層を単層に形成した。
【０１４０】
そして、その上に、図３に示したフェニルバソフェナントロリン（２，９−dimethyl−４，７−diphenyl−１，１０−phenanthrolineの２−及び９−位にフェニル基の付いたフェナントロリン誘導体：図３の構造式１（例示化合物２８）で示されるもの）をホールブロック層３３として例えば２０ｎｍの厚み（蒸着速度０．２〜０．４ｎｍ/sec）に真空蒸着した。
【０１４１】
そして、その上に、電子輸送層２としてＡｌｑ3 （８−hydroxy quinoline aluminum：図１３の構造式のもの）を３０ｎｍの厚みに蒸着し、カソード電極１としてＡｌ−Ｌｉ（アルミニウム−リチウム合金）を約２００ｎｍの厚みに真空蒸着（Ｌｉ濃度約１ｍｏｌ％）して、図１０に示す有機ＥＬ素子２３を作製した。
【０１４２】
こうして作製した本実施例による有機ＥＬ素子の特性を測定したところ、最大発光波長（吸収ピーク）は５００ｎｍであり、またＣＩＥ色度座標上での座標は（0.22，0.35）であり、良好な青緑色発光を呈した。
【０１４３】
そして、電流密度１００ｍＡ/cm2での輝度は２２００cd/m2 であった。
【０１４４】
実施例３
本発明の第３の実施例による有機ＥＬ素子をその製造方法に基づいて説明する。
【０１４５】
本実施例による有機ＥＬ素子２３では、３０ｍｍ×３０ｍｍのガラス基板６に例えば膜厚約１００ｎｍのＩＴＯ透明電極５を設け、この上に、ＳｉＯ2 の真空蒸着により２ｍｍ×２ｍｍの発光領域以外をマスクした有機ＥＬ素子作製用のセルを作製した。
【０１４６】
そして、その上に、ホール輸送性発光層４ａとしてｍ−ＭＴＤＡＴＡ（４，４’，４”−tris（３−methylphenylphenylamino)triphenylamine：図１１の構造式のもの）を真空蒸着法により、真空下で５０ｎｍの厚みに蒸着（蒸着速度０．２〜０．４ｎｍ/sec）し、ホール輸送性発光層を単層に形成した。
【０１４７】
そして、その上に、図４の構造式２（例示化合物２９）で示されるメチルフェニルバソフェナントロリン（２，９−dimethyl−４，７−diphenyl−１，１０−phenanthrolineの２−及び９−位にｏ（オルト）−メチルフェニル基の付いたフェナントロリン誘導体）をホールブロック層３３として例えば２０ｎｍの厚み（蒸着速度０．２〜０．４ｎｍ/sec）に真空蒸着した。
【０１４８】
そして、その上に、電子輸送層２としてＡｌｑ3 （８−hydroxy quinoline aluminum：図１３の構造式のもの）を３０ｎｍの厚みに蒸着し、カソード電極１としてＡｌ−Ｌｉ（アルミニウム−リチウム合金）を約２００ｎｍの厚みに真空蒸着（Ｌｉ濃度約１ｍｏｌ％）して、図１０に示す有機ＥＬ素子２３を作製した。
【０１４９】
こうして作製した本実施例による有機ＥＬ素子の特性を測定したところ、最大発光波長（吸収ピーク）は４５０ｎｍであり、またＣＩＥ色度座標上での座標は（0.17，0.15）であり、良好な青色発光を呈した。
【０１５０】
そして、電流密度１００ｍＡ/cm2での輝度は１１００cd/m2 であった。
【０１５１】
実施例４
本発明の第４の実施例による有機ＥＬ素子をその製造方法に基づいて説明する。
【０１５２】
本実施例による有機ＥＬ素子２３では、３０ｍｍ×３０ｍｍのガラス基板６に例えば膜厚約１００ｎｍのＩＴＯ透明電極５を設け、この上に、ＳｉＯ2 の真空蒸着により２ｍｍ×２ｍｍの発光領域以外をマスクした有機ＥＬ素子作製用のセルを作製した。
【０１５３】
そして、その上に、ホール輸送性発光層４ａとしてｍ−ＭＴＤＡＴＡ（４，４’，４”−tris（３−methylphenylphenylamino)triphenylamine：図１１の構造式のもの）を真空蒸着法により、真空下で５０ｎｍの厚みに蒸着（蒸着速度０．２〜０．４ｎｍ/sec）し、ホール輸送性発光層を単層に形成した。
【０１５４】
そして、その上に、図５の構造式３（例示化合物３２）で示されるジメチルフェニルバソフェナントロリン（２，９−dimethyl−４，７−diphenyl−１，１０−phenanthrolineの２−及び９−位にｏ（オルト）−ジメチルフェニル基の付いたフェナントロリン誘導体）をホールブロック層３３として例えば２０ｎｍの厚み（蒸着速度０．２〜０．４ｎｍ/sec）に真空蒸着した。
【０１５５】
そして、その上に、電子輸送層２としてＡｌｑ3 （８−hydroxy quinoline aluminum：図１３の構造式のもの）を３０ｎｍの厚みに蒸着し、カソード電極１としてＡｌ−Ｌｉ（アルミニウム−リチウム合金）を約２００ｎｍの厚みに真空蒸着（Ｌｉ濃度約１ｍｏｌ％）して、図１０に示す有機ＥＬ素子２３を作製した。
【０１５６】
こうして作製した本実施例による有機ＥＬ素子の特性を測定したところ、最大発光波長（吸収ピーク）は４４０ｎｍであり、またＣＩＥ色度座標上での座標は（0.16，0.15）であり、良好な青色発光を呈した。
【０１５７】
そして、電流密度１００ｍＡ/cm2での輝度は１０３０cd/m2 であった。
【０１５８】
上記したことから明らかなように、本発明に基づく各実施例１〜４の有機ＥＬ素子は、バソフェナントロリン誘導体を含有するホールブロック層３３をホール輸送性発光材料４ａ及び／又は４ｂと電子輸送層２との間に設けることにより、ホール輸送層での電子−ホールの再結合が十分となって発光層を兼ねることができ、効率の高い安定した発光を得ることができる。
【０１５９】
また、青色発光だけでなく、青緑色発光や、更にはドーピングによる赤色発光、ドーピングによる色度の調節も可能であった。
【０１６０】
上記した各実施例により、既存の材料を用いても、優れた色度を持つ青色発光を高輝度で得られる有機ＥＬ素子を作製することが可能であることが示され、材料開発における可能性と時間短縮を実現でき、また、新たな発光材料系及び電子輸送材料の設計指針を示すことができるものと考えられる。
【０１６１】
【発明の作用効果】
本発明は、上述した如く、正孔輸送性発光層と電子輸送層との間に正孔輸送性発光層と接して設けられたホールブロック層に上記一般式のバソフェナントロリン誘導体が含まれているので、従来、非発光性の優れた電子輸送材料が存在しないことで困難な構造であると考えられてきた、正孔輸送層が発光層である有機電界発光素子でも、高輝度、高効率の安定した発光を得ることができる。特に、青色発光に関しては顕著であり、ＤＣ駆動で１００００ｃｄ／ｍ2以上、１／１００デューティ比でのパルス駆動でも直流換算でピーク輝度５５０００ｃｄ／ｍ2以上を得ることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態による有機ＥＬ素子の要部の概略断面図である。
【図２】同、ホールブロック層に使用可能なバソフェナントロリン誘導体の一般式を示す図である。
【図３】同、バソフェナントロリン誘導体の構造式１を示す図である。
【図４】同、バソフェナントロリン誘導体の構造式２を示す図である。
【図５】同、バソフェナントロリン誘導体の構造式３を示す図である。
【図６】同、実施の形態による有機ＥＬ素子の積層構造を模式的に示すバンドモデル図である。
【図７】同、実施の形態に使用する真空蒸着装置の概略断面図である。
【図８】同、実施の形態に使用する有機ＥＬ素子の平面図である。
【図９】本発明の第２の実施の形態による有機ＥＬ素子の要部の概略断面図である。
【図１０】本発明の第３の実施の形態による有機ＥＬ素子の要部の概略断面図である。
【図１１】同、実施の形態に使用するｍ−ＭＴＤＡＴＡ（ホール輸送性発光材料）の構造式を示す図である。
【図１２】同、実施の形態に使用するα−ＮＰＤ（ホール輸送性発光材料）の構造式を示す図である。
【図１３】同、実施の形態に使用するＡｌｑ3 （電子輸送材料）の構造式を示す図である。
【図１４】従来の有機ＥＬ素子の一例を示す概略断面図である。
【図１５】同、他の有機ＥＬ素子の一例を示す概略断面図である。
【図１６】同、有機ＥＬ素子の具体例を示す概略斜視図である。
【符号の説明】
１…金属電極（カソード）、２…電子輸送層、４…ホール輸送層、
４ａ、４ｂ…ホール輸送性発光層、５…ＩＴＯ透明電極（アノード）、
６…ガラス基板、１０、２１、２２、２３…有機ＥＬ素子、
３３…ホールブロック層、ｅ…電子、ｈ…ホール
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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