(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ｉ）第１の電極と、
（ｉｉ）（１）第３級芳香族アミンと、（２）金属オキシノイドと、（３）式
【化１】
0003999104.tif 000006
（式中、Ｘは、酸素原子、硫黄原子、アルキルイミノ基、およびアリールイミノ基からなる群より選択され、Ｒ１およびＲ２はそれぞれ、アルキル、アリール、および炭素環からなる群より選択され、Ｒ３およびＲ４はそれぞれ、水素原子、アルキル、ならびに任意にそれぞれＲ１およびＲ２と結合した分岐または未分岐の５または６員置換環からなる群より選択され、Ｒ５、Ｒ６、Ｒ７、およびＲ８はそれぞれ、水素原子、アルコキシ基、およびアルキル基からなる群より選択される）の緑色発光クマリン色素と、の混合物を含む混合領域と、
（ｉｉｉ）第２の電極と、
（ｉｖ）前記第１および第２の電極のうちの一方の上にコーティングされた任意の熱保護要素と、
を含む有機発光素子であって、前記第１および第２の電極のうちの一方は正孔注入アノードであり、前記第１および第２の電極のうちの一方は電子注入カソードである有機発光素子であって、前記有機発光素子は、
（ｖ）前記アノードと前記混合領域の間に挿入または配置された、バッファ層を任意に有する正孔輸送領域と、
（ｖｉ）前記カソードと前記混合領域の間に挿入された電子輸送領域と、の少なくとも１つをさらに含み、前記緑色発光色素は、前記混合層成分（ｉｉ）の全量を基準にして０．０１〜１０重量％の量で存在し、
（ｖｉｉ）前記電子輸送領域が複数の層を含み、前記混合領域と接触する第１の層が前記混合領域に使用した電子輸送材料と同じ（８−ヒドロキシキノリン）アルミニウム（Ａｌｑ３）から作成され、前記カソードと接触する第２の層が４−４’−ビス−［２−（４，６−ジフェニル−１，３，５−トリアジン）］−１，１’−ビフェニル（Ｔ１）から作成され、又は、前記混合領域と接触する第１の層が前記混合領域に使用した電子輸送材料と異なる４，４’−ビス−（４−フェニルキノリン−２−イル）−１，１’−ビフェニル（ＴＡ）から作成され、前記カソードと接触する第２の層が（８−ヒドロキシキノリン）アルミニウム（Ａｌｑ３）から作成される
ことを特徴とする有機発光素子。
【請求項２】
前記緑色発光クマリン色素が１０−２−（ベンゾチアゾリル）−２，３，６，７−テトラヒドロ−１，１，７，７−テトラメチル−１Ｈ，５Ｈ，１１Ｈ−（１）ベンゾピロピラノ（６，７，−８−ｉｊ）キノリジン−１１−オン（Ｃ５４５Ｔ）である請求項１に記載の有機発光素子。
【請求項３】
正孔輸送領域が存在し、前記正孔輸送領域が、（ｉ）２５重量％〜９９重量％のポルフィリンと、（ｉｉ）７５重量％〜１重量％の芳香族第３級アミンとの混合物で構成される層を含む請求項１に記載の有機発光素子。
【請求項４】
熱保護要素または層が存在し、前記熱保護要素がＳｉＯ、ＳｉＯ２、またはそれらの混合物の層を含む請求項１に記載の有機発光素子。
【請求項５】
前記領域が１から５層を含む請求項１に記載の有機発光素子。
【請求項６】
前記エミッター量が０．０１〜５重量％である請求項１に記載の有機発光素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は光電子素子に関し、より詳細には有機発光素子（有機ＥＬ素子）に関する。より具体的に言うと、本発明は実質的に安定な有機ＥＬ素子に関し、実施形態においてこれらの素子は例えば約１００℃などの高温で効率が急速に低下する形態の劣化を示さず、さらにはこれらの素子は高温による悪影響を実質的に受けない。
【０００２】
【従来の技術】
Ｓ．ナカ（Ｎａｋａ）らの論文（下記）に記載されているように、これらの１層の混合層の有機発光素子は一般に多層有機発光素子よりも効率が低い。これらの素子は、ＮＢＰ（Ｎ，Ｎ’−ジ（ナフタレン−１−イル）−Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−ベンジジン）などの正孔輸送材料と、Ａｌｑ3（トリス（８−ヒドロキシキノリン）アルミニウム）などの発光性電子輸送材料との１層の混合層のみを含み、これらの素子は不安定であり効率が低いと考えられている。
【０００３】
多数の公知の有機発光素子は、初期値のある比率まで輝度が低下するまでの作動寿命が比較的短い。高温で素子を稼働させると、これらの有機発光素子の効率は低下する。一般に、素子の寿命は、作動温度が１０℃上昇するごとに約１／２に減少する可能性がある。さらに、高温において有機発光素子の劣化に対する感受性は、例えばチョウ（Ｚｈｏｕ）ら（下記）、に記載されるように増加し、このために素子の安定性がさらに低下する。その結果、約１００ｃｄ／ｍ2の通常の表示輝度レベルにおけるこれらの有機発光素子の作動寿命は例えば、約６０℃〜約８０℃の温度で約１００時間以下に制限される。
【０００４】
【特許文献１】
米国特許第５，８５３，９０５号明細書
【特許文献２】
米国特許第５，９２５，９８０号明細書
【特許文献３】
米国特許第６，１１４，０５５号明細書
【特許文献４】
米国特許第６，１３０，００１号明細書
【非特許文献１】
エス．ナカら(S.Naka et al.)，"Organic Electroluminescent Devices Using a Mixed Single Layer," Jpn. J. Appl. Phys. 33, pp. L1772-L1774, 1994
【非特許文献２】
チョウら（Zhou et al.）"Real-Time Observation of Temperature Rise and Thermal Breakdown Processers in Organic Leds Using an IR Imaging and Analysis System" Adavanced Materials 12, 265〜269項, 2000
【非特許文献３】
ジェイ．シャイおよびシー．ダブリュ．タン(J.Shi and C.W.Tang)"Doped organic electroluminescent devices with improved stability" Appl, Phys. Lett. 70, pp.1665-1667, 1997
【０００５】
【発明の概要】
本発明の態様は、
（ｉ）第１の電極と、
（ｉｉ）（１）第３級芳香族アミンと、（２）金属オキシノイドと、（３）式
【０００６】
【化２】
0003999104.tif 000002
【０００７】
（式中、Ｘは、酸素原子、硫黄原子、アルキルイミノ基、およびアリールイミノ基からなる群より選択され、Ｒ1およびＲ2はそれぞれ、アルキル、アリール、および炭素環からなる群より選択され、Ｒ3およびＲ4はそれぞれ、水素原子、アルキル、ならびに任意にそれぞれＲ1およびＲ2と結合した分岐または未分岐の５または６員置換環からなる群より選択され、Ｒ5，Ｒ6、Ｒ7、およびＲ8はそれぞれ、水素原子、アルコキシ基、およびアルキル基からなる群より選択される）の緑色発光クマリン色素と、の混合物を含む混合領域と、
（ｉｉｉ）第２の電極と、
（ｉｖ）第１および第２の電極のうちの一方の上にコーティングされた任意の熱保護要素と、
を含む有機発光素子であって、第１および第２の電極のうちの一方は正孔注入アノードであり、第１および第２の電極のうちの一方は電子注入カソードである有機発光素子であって、前記有機発光素子は、
（ｖ）アノードと混合領域の間に挿入または配置された、バッファ層を任意に有する正孔輸送領域と、
（ｖｉ）カソードと混合領域の間に挿入された電子輸送領域と、
の少なくとも１つをさらに含み、緑色発光色素は、混合層成分（ｉｉ）の全量を基準にして約０．０１〜約１０重量％の量で存在する有機発光素子、緑色発光クマリン色素が１０−２−（ベンゾチアゾリル）−２，３，６，７−テトラヒドロ−１，１，７，７−テトラメチル−１Ｈ，５Ｈ，１１Ｈ−（１）ベンゾピロピラノ（６，７，−８−ｉｊ）キノリジン−１１−オン（Ｃ５４５Ｔ）である有機発光素子、第３級芳香族アミンがＮ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラアリールベンジジンである有機発光素子、アミンがＮ，Ｎ’−ジ（ナフタレン−１−イル）−Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−ベンジジン（ＮＰＢ）およびＮ，Ｎ’−ビス（ｐ−ビフェニル）−Ｎ，Ｎ’−ジフェニルベンジジン（ビフェニルＴＰＤ）からなる群より選択されるＮ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラアリールベンジジンであり、金属オキシノイドがトリス（８−ヒドロキシキノリン）アルミニウム（Ａｌｑ3）である有機発光素子、正孔輸送領域が第３級芳香族アミン、ポルフィリン、およびインドロカルバゾールからなる群より選択される少なくとも１種類の材料を含み、（ｉｉ）電子輸送領域が金属オキシノイド、スチルベン、トリアジン、ポルフィリン、およびキノリンからなる群より選択される少なくとも１種類の材料を含む有機発光素子、混合領域が、約２０重量％〜約８０重量％の第３級芳香族アミンと、約８０重量％〜約２０重量％の金属オキシノイドと、約０．０１重量％〜約１０重量％のクマリン色素とを含み、これらの重量％は混合領域を構成する材料の全重量を基準にしている有機発光素子、混合領域が、約３５重量％〜約６５重量％の第３級芳香族アミンと、約６５重量％〜約３５重量％の金属オキシノイドと、約０．１重量％〜約４重量％のクマリン色素とを含み、これらの重量％は混合領域を構成する材料の全重量を基準にしている有機発光素子、混合領域が約０．２重量％の約２重量％のクマリン色素を含み、これらの重量％は混合領域を構成する材料の全重量を基準にしている有機発光素子、Ａ．正孔輸送領域を構成する材料と混合領域を構成する第３級芳香族アミンとが類似している、およびＢ．電子輸送領域を構成する材料と混合領域を構成する金属オキシノイドとが類似している、の少なくとも一方である有機発光素子、Ａ．正孔輸送領域を構成する材料と混合領域を構成する第３級芳香族アミンとが異なる材料である、およびＢ．電子輸送領域を構成する材料と混合領域を構成する金属オキシノイドとが異なる材料である、の少なくとも一方である有機発光素子、電子輸送領域が存在し、その電子輸送領域が少なくとも２つの層を含む有機発光素子、（１）電子輸送領域の第１の層が混合領域と接触し、この第１の層は金属オキシノイドおよびキノリンからなる群より選択される材料を含み、（２）電子輸送領域の第２の層がカソードと接触し、この第２の層は金属オキシノイド、フタロシアニン、およびトリアジンからなる群より選択される材料を含む有機発光素子、第１の層がトリス（８−ヒドロキシキノリン）アルミニウム（Ａｌｑ3）またはビス（８−ヒドロキシキノラト）−（４−フェニルフェノラト）アルミニウム（Ｂａｌｑ）などの公知の金属オキシノイドを含み、第２の層がトリス（８−ヒドロキシキノリン）アルミ���ウム（Ａｌｑ3）である金属オキシノイドを含む有機発光素子、正孔輸送領域が存在し、その正孔輸送領域が、（ｉ）約２５重量％〜約９９重量％のポルフィリンと、（ｉｉ）約７５重量％〜約１重量％の芳香族第３級アミンとの混合物で構成される層を含む有機発光素子、（１）酸化インジウムスズの層を含むアノードと、（２）（ｉ）ＭｇおよびＡｇ、（ｉｉ）Ａｌ、（ｉｉｉ）酸化インジウムスズ、ならびに（ｉｖ）有機化合物、Ｍｇ、およびＡｇからなる群より選択される層を含むカソードとの少なくとも１つが存在する有機発光素子、カソードがアルカリ金属またはその化合物をさらに含む有機発光素子、アルカリ金属がＬｉ、Ｎａ、Ｋ、およびＣｓからなる群より選択される有機発光素子、ＳｉＯ、ＳｉＯ2、またはそれらの混合物の熱保護要素が存在する有機発光素子、混合領域の厚さが約５ｎｍ〜約５００ｎｍであり、正孔輸送領域の厚さが約５ｎｍ〜約２５０ｎｍであり、および／または電子輸送領域の厚さが約５ｎｍ〜約１００ｎｍである有機発光素子、
（ｉ）基板上に約３０〜約３００ｎｍの厚さでコーティングされた酸化インジウムスズのアノードであって、このアノードと基板は約４００ｎｍより長波長の放射線の少なくとも約７０％を透過することができるアノードと、
（ｉｉ）銅フタロシアニン（ＣｕＰｃ）、Ｎ，Ｎ’−ジ（ナフタレン−１−イル）−Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−ベンジジン（ＮＰＢ）、Ｎ，Ｎ’−ビス（ｐ−ビフェニル）−Ｎ，Ｎ’−ジフェニルベンジジン（ビフェニルＴＰＤ）、５，１１−ジ−ナフチル−５，１１−ジヒドロインドロ［３，２−ｂ］カルバゾール、および２，８−ジメチル−５，１１−ジ−ナフチル−５，１１−ジヒドロインドロ［３，２−ｂ］カルバゾールを含む材料の群から選択される少なくとも１種類の材料で構成されるアノード上の正孔輸送領域であって、厚さが約５ｎｍ〜約１００ｎｍである正孔輸送領域と、
（ｉｉｉ）（１）約３５重量％〜約６５重量％のＮ，Ｎ’−ジ（ナフタレン−１−イル）−Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−ベンジジン（ＮＰＢ）またはＮ，Ｎ’−ビス（ｐ−ビフェニル）−Ｎ，Ｎ’−ジフェニルベンジジン（ビフェニルＴＰＤ）と、（２）約６５重量％〜約３５重量％のトリス（８−ヒドロキシキノリン）アルミニウムまたはビス（８−ヒドロキシキノラト）−（４−フェニルフェノラト）アルミニウムと、（３）約０．２重量％〜約２重量％の１０−２−（ベンゾチアゾリル）−２，３，６，７−テトラヒドロ−１，１，７，７−テトラメチル−１Ｈ，５Ｈ，１１Ｈ−（１）ベンゾピロピラノ（６，７，−８−ｉｊ）キノリジン−１１−オン（Ｃ５４５Ｔ）とを含み正孔輸送領域上に存在する混合領域であって、これらすべての重量％は混合領域を構成する材料の全重量を基準にしたものであり、厚さが約５０ｎｍ〜約１５０ｎｍである混合領域と、
（ｉｖ）トリス（８−ヒドロキシキノリン）アルミニウム（Ａｌｑ3）またはビス（８−ヒドロキシキノラト）−（４−フェニルフェノラト）アルミニウム（Ｂａｌｑ）を含み混合領域上に存在する電子輸送領域であって、厚さが約５ｎｍ〜約５０ｎｍである電子輸送領域と、
（ｖ）カソード上に存在する熱保護要素と、
を含む有機発光素子、
（ｉ）アノードと、
（ｉｉ）アノード上にあるかアノードと接触する正孔輸送領域であって、アノードと接触するバッファ層をさらに含み、銅フタロシアニンを含み、バッファ層の厚さが約１０ｎｍ〜約３０ｎｍであり、正孔輸送領域の厚さがバッファ層の厚さより約５ｎｍ〜約２０ｎｍ厚い正孔輸送領域と、
（ｉｉｉ）正孔輸送領域上に存在する混合領域と、
（ｉｖ）トリス（８−ヒドロキシキノリン）アルミニウム（Ａｌｑ3）を含み混合領域上に存在する電子輸送領域と、
（ｖ）電子輸送領域上に存在するカソードと、
（ｖｉ）カソード上に存在する熱保護要素と、
を含む有機発光素子、
（ｉ）基板上に約３０〜約３００ｎｍの厚さでコーティングされた酸化インジウムスズのアノードであって、このアノードと基板は約４００ｎｍより長波長の放射線の少なくとも約７０％を透過することができるアノードと、
（ｉｉ）アノード上の正孔輸送領域であって、アノードと接触するバッファ層をさらに含み、銅フタロシアニンを含み、バッファ層の厚さが約１０ｎｍ〜約３０ｎｍであり、正孔輸送領域の厚さがバッファ層の厚さよりも約５ｎｍ〜約２０ｎｍ厚い正孔輸送領域と、
（ｉｉｉ）（１）約３５重量％〜約６５重量％のＮ，Ｎ’−ジ（ナフタレン−１−イル）−Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−ベンジジン（ＮＰＢ）またはＮ，Ｎ’−ビス（ｐ−ビフェニル）−Ｎ，Ｎ’−ジフェニルベンジジン（ビフェニルＴＰＤ）と、（２）約６５重量％〜約３５重量％のトリス（８−ヒドロキシキノリン）アルミニウムまたはビス（８−ヒドロキシキノラト）−（４−フェニルフェノラト）アルミニウムと、（３）約０．２重量％〜約２重量％の１０−２−（ベンゾチアゾリル）−２，３，６，７−テトラヒドロ−１，１，７，７−テトラメチル−１Ｈ，５Ｈ，１１Ｈ−（１）ベンゾピロピラノ（６，７，−８−ｉｊ）キノリジン−１１−オン（Ｃ５４５Ｔ）とを含み正孔輸送領域上に存在する混合領域であって、厚さが約５０ｎｍ〜約１５０ｎｍである混合領域と、
（ｉｖ）（１）混合領域と接触し厚さが約５ｎｍ〜約２５ｎｍである第１の層と、（２）カソードと接触し厚さが約５ｎｍ〜約２５ｎｍでありトリス（８−ヒドロキシキノリン）アルミニウム（Ａｌｑ3）で構成される第２の層とを含み混合領域上に存在する電子輸送領域と、
（ｖ）電子輸送領域上に存在するカソードと、
を含む有機発光素子、領域が約１〜約５層を含む有機発光素子、エミッター量が約０．０１〜約５重量％である有機発光素子、エミッター量が約０．２〜約２重量％である有機発光素子に関する。
【０００８】
緑色発光化合物の具体例は、クマリン色素の１０−２−（ベンゾチアゾリル）−２，３，６，７−テトラヒドロ−１，１，７，７−テトラメチル−１Ｈ，５Ｈ，１１Ｈ−（１）ベンゾピロピラノ（６，７，−８−ｉｊ）キノリジン−１１−オン（Ｃ５４５Ｔ）であり、その場合第３級芳香族アミンはＮ，Ｎ’−ジ（ナフタレン−１−イル）−Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−ベンジジン（ＮＰＢ）またはＮ，Ｎ’−ビス（ｐ−ビフェニル）−Ｎ，Ｎ’−ジフェニルベンジジン（ビフェニルＴＰＤ）であり、金属オキシノイドはトリス（８−ヒドロキシキノリン）アルミニウム（ＡＩＱ3）である。
【０００９】
【発明の実施の形態】
実施形態における本発明による素子は、例えば（ｉ）約７０℃〜約１００℃の高温で作動させた場合でさえも初期輝度１００ｃｄ／ｍ2から５，０００時間を超える半減期を示すなどの高い安定性、（ｉｉ）例えば８．４ｃｄ／Ａに達する向上したエレクトロルミネセンス効率、ならびに（ｉｉｉ）Ｃ．Ｉ．Ｅ．チャートの色座標０．３０４，０．６１７などの向上した緑色純度などの所望の性質の組合せという形の向上した性能を有する。
【００１０】
本発明の有機発光素子は、
（ｉ）アノードと、
（ｉｉ）（１）第３級芳香族アミンと、（２）金属オキシノイドと、（３）式Ｉ
【００１１】
【化３】
0003999104.tif 000003
【００１２】
（式中のＸやＲなどの置換基は本明細書で説明される通りである）の緑色発光クマリン色素との混合物を含む混合領域と、
（ｉｉｉ）第２の電極と、
（ｉｖ）第１および第２の電極のうちの一方の上にコーティングされる熱保護要素と、
を含み、第１および第２の電極のうちの一方は正孔注入アノードであり、これらの電極のうちの一方は電子注入カソードであり、本発明の有機発光素子は、
（ｖ）アノードと混合領域の間に挿入され、バッファ層を任意に有する正孔輸送領域と、
（ｖｉ）カソードと混合領域の間に挿入された電子輸送領域と、
の少なくとも１つをさらに含む。
【００１３】
約５ｎｍ〜約５，０００ｎｍの厚さで互いに積層された単層あるいは多数または通常は２から３層の複数の層を含むことができる正孔輸送領域と、電子輸送領域とは、よりバランスのとれた電荷注入過程が実現され、キャリアの対極への漏れが軽減されると考えられ、そのため、例えば米国特許第５，８５３，９０５号、第５，９２５，９８０号、第６，１１４，０５５号、および第６，１３０，００１号の有機発光素子などの多数の従来技術の有機発光素子よりも高い効率を示すことができる。
【００１４】
図面に関して、「領域」は１つの層を意味するが、本明細書に記載されるように、領域は複数の層を意味してもよい。
【００１５】
図１には、正孔注入アノードとして機能する第１の電極１２を含む有機発光素子１０が示されており、第１の電極１２上にはバッファ層を任意に含むことができる正孔輸送領域１３が積層され、正孔輸送領域１３の上には、（１）第３級芳香族アミンと、（２）金属オキシノイドと、（３）１０−２−（ベンゾチアゾリル）−２，３，６，７−テトラヒドロ−１，１，７，７−テトラメチル−ＩＨ，５Ｈ，１１Ｈ−（１）ベンゾピロピラノ（６，７，−８−ｉｊ）キノリジン−１１−オン（Ｃ５４５Ｔ）などである式Ｉの緑色発光クマリン色素と、の混合物などを含む混合領域１４が積層され、混合領域１４の上には電子輸送領域１５が積層され、電子輸送領域１５の上には電子注入電極として機能する第２の電極１６が積層される。
【００１６】
ＥＬ素子用に選択された材料または化合物の電荷輸送特性などに依存して、一部の実施形態では、有機発光素子は正孔輸送領域と電子輸送領域のうちの１つのみを含むことが望ましい場合があり、すなわち実施形態では、素子は、アノードと混合領域の間に正孔輸送領域を含むが、混合領域とカソードの間に電子輸送領域は存在しなくてもよく、この場合には混合領域はカソードと接触し、あるいは混合領域とカソードの間に電子輸送領域を含むが、アノードと混合領域の間に正孔輸送領域は存在しなくてもよく、この場合には混合領域はアノードと接触する。上記の有機発光素子の代表的実施形態を図２に示しており、素子２０は、正孔注入アノードとして機能する第１の電極２２を含み、第１の電極２２の上には任意にバッファ層を含むことができる正孔輸送領域２３が積層され、正孔輸送領域２３の上には、（１）第３級芳香族アミンと、（２）金属オキシノイドと、（３）１０−２−（ベンゾチアゾリル）−２，３，６，７−テトラヒドロ−１，１，７，７−テトラメチル−ＩＨ，５Ｈ，１１Ｈ−（１）ベンゾピロピラノ（６，７，−８−ｉｊ）キノリジン−１１−オン（Ｃ５４５Ｔ）などである式Ｉの緑色発光クマリン色素と、の混合物などを含む混合領域２４が積層され、混合領域２４の上には電子注入電極として機能する第２の電極２６が積層される。
【００１７】
図３を参照すると、有機発光素子３０は、正孔注入アノードとして機能する第１の電極３２を含み、第１の電極３２の上には、（１）第３級芳香族アミンと、（２）金属オキシノイドと、（３）１０−２−（ベンゾチアゾリル）−２，３，６，７−テトラヒドロ−１，１，７，７−テトラメチル−ＩＨ，５Ｈ，１１Ｈ−（１）ベンゾピロピラノ（６，７，−８−ｉｊ）キノリジン−１１−オン（Ｃ５４５Ｔ）などである式Ｉの緑色発光クマリン色素と、の混合物などを含む混合領域３４が積層され、混合領域３４の上には電子輸送領域３５が積層またはコーティングされ、電子輸送領域の上には電子注入電極として機能する第２の電極３６が積層される、あるいは、有機発光素子は、（ｉ）アノードと混合領域の間の正孔輸送領域と、（ｉｉ）カソードと混合領域の間の電子輸送領域との両方を含んでもよく、その実施形態では第１の電極１２、２２、３２あるいは第２の電極１６、２６、３６の上に任意の熱保護要素が積層され、有機発光素子は例えば、アノード１２、２２と混合領域１４、２４の間の正孔輸送領域１３、２３、ならびに混合領域１４、３４とカソード１６、２６の間の電子輸送領域１５、３５の少なくとも１つが複数の分離した層を含む。正孔輸送領域１３、２３ならびに電子輸送領域１５、３５のそれぞれの層の数は選択的に変動させることができる。通常、これらの両方の領域の層の数は本明細書に記載されるように例えば２〜約１０であり、そのような素子は、混合領域１４、２４、３４へのキャリア注入の向上、作動電圧の低下、ならびに素子効率および／または安定性の向上などの多数の所望の効果を得ることができる。
【００１８】
本発明の実施形態によると、混合領域１４、２４を構成する正孔輸送材料と、正孔輸送領域１３、２３を構成する正孔輸送材料とは、同じ材料であってもよいし、異なる材料であってもよい。混合領域１４、２４と正孔輸送領域１３、２３とで異なる正孔輸送材料を使用することによって、有機発光素子１０、２０の安定性の増加などの所望の性質が得られる場合がある。さらに、多層正孔輸送領域の異なる層に使用される正孔輸送材料も異なっていてもよいし、同種のものであってもよい。
【００１９】
同様に、混合領域１４、３４を構成する電子輸送材料と、電子輸送領域１５、３５を構成する電子輸送材料は、同じ材料であってもよいし、異なる材料であってもよい。混合領域１４、３４と電子輸送領域１５、３５とで異なる電子輸送材料を使用することによって、有機発光素子１０、３０の効率の増加などの所望の性質が得られる場合がある。さらに、多層電子輸送領域の異なる層に使用される電子輸送材料も異なっていてもよいし、同種のものであってもよい。
【００２０】
実施形態では、正孔輸送領域１３、２３は、フタロシアニンと第３級芳香族アミンまたはインドロカルバゾールなどの正孔輸送材料との混合物を含む層を有する。これらの実施形態の一部では、銅フタロシアニン（ＣｕＰｃ）などのポルフィリンと、５，１１−ジ−ナフチル−５，１１−ジヒドロインドロ［３，２−ｂ］カルバゾール、２，８−ジメチル−５，１１−ジ−ナフチル−５，１１−ジヒドロインドロ［３，２−ｂ］カルバゾールなどのインドロカルバゾール、あるいはジ（ナフタレン−１−イル）−Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−ベンジジン（ＮＰＢ）またはＮ，Ｎ’−ビス（ｐ−ビフェニル）−Ｎ，Ｎ’−ジフェニルベンジジン（ビフェニルＴＰＤ）などの第３級芳香族アミンなどの正孔輸送材料との混合物を含む層で正孔輸送領域が実質的に構成される。この混合物で構成される層を有する正孔輸送領域を含む有機発光素子は、高い作動安定性を示し、より具体的に言えば、約９０℃の高温で素子を作動させる場合の有機発光素子１０、２０のドライブ電圧の増加がより遅くなる。
【００２１】
本発明による有機発光素子の実施形態では、第１の電極および第２の電極の一方は、（ｉ）Ｍｇなどの金属の第１成分と、（ｉｉ）ＡｌＱ3などの有機材料の第２成分と、（ｉｉｉ）Ａｇなどの金属、有機材料、および無機材料からなる群より選択される少なくとも１種類の第３成分とを含む金属−有機混合領域を含む。特定の実施形態では、有機発光素子のカソード１６は、（ｉ）Ｍｇなどの金属の第１成分と、（ｉｉ）ＡｌＱ3などの有機材料の第２成分と、（ｉｉｉ）Ａｇなどの金属、有機材料、および無機材料からなる群より選択される少なくとも１種類の第３成分とを含む金属−有機混合領域を含む。これらの実施形態は、コントラストの増加などの多数の所望の性質を得ることができ、そのため有機発光素子を使用するディスプレイの視認性および環境安定性が向上する。
【００２２】
本発明によると、有機発光素子の実施形態は、交流（ＡＣ）および／または直流の（ＤＣ）ドライブ条件で作動させることができる。ＡＣドライブ条件は、作動寿命を延長させるためには好ましく、特に高温における素子作動条件では好ましい。好ましい作動電圧範囲としては、例えば約３〜２０ボルトが挙げられ、より具体的には約５〜約１５ボルトである。ドライブ電流の好ましい範囲は、例えば約１〜約１，０００ｍＡ／ｃｍ2の密度であり、より具体的には約１０ｍＡ／ｃｍ2〜約２００ｍＡ／ｃｍ2である。これらの範囲外のドライブ電圧および電流も実施形態で使用することができる。
【００２３】
アノード１２、２２、３２は、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、ケイ素、酸化スズ、金、および白金などの好適な正電荷注入電極を含むことができる。その他のアノードに好適な材料としては、例えば仕事関数が約４ｅＶ以上、好ましくは約４ｅＶ〜約６ｅＶの導電性炭素、ポリアニリン、ポリチオフェン、ポリピロールなどのπ−共役ポリマーが挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【００２４】
アノード１２、２２、３２は任意の好適な形態であってよい。透明または実質的に透明なガラス板またはプラスチックフィルムなどの光透過性基板上に導電性薄層をコーティングすることができる。したがって本発明による有機発光素子の実施形態は、酸化スズまたは酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）をガラス基板上にコーティングして作製される光透過性アノードを含んでもよい。また、厚さが例えば約２００Å未満、特に約７５Å〜約１５０Åである非常に薄い光透過性金属アノードを使用してもよい。これらの薄いアノードは金、パラジウムなどの金属を含んでもよい。さらに、導電性炭素またはポリアニリン、ポリチオフェン、ポリピロールなどの共役ポリマーの厚さが例えば５０Å〜約１７５Åの透明または半透明薄層をアノードとして使用してもよい。アノード１２、２２、３２およびカソード１６、２６、３６のさらに別の好適な形態は米国特許第４，８８５，２１１号に開示されている。
【００２５】
アノード１２、２２、３２の厚さは、アノード材料の光学定数に依存して約１ｎｍ〜約５，０００ｎｍの範囲を取りうる。アノードの厚さの好ましい範囲の１つは約３０ｎｍ〜約３００ｎｍである。これらの範囲外の厚さも使用することができる。
【００２６】
アノード１２、２２上の正孔輸送領域１３、２３の形成に使用される正孔輸送材料は任意の好適な公知または後に開発される材料であってよい。好適な正孔輸送材料としては、ポリアニリンおよびその酸ドープ形態、ポリピロール、ポリ（フェニレンビニレン）、および公知の半導体有機材料などの導電性材料、米国特許第４，３５６，４２９号に開示される１，１０，１５，２０−テトラフェニル−２１Ｈ，２３Ｈ−ポルフィリン銅（ＩＩ）などのポルフィリン誘導体、銅フタロシアニン、銅テトラメチルフタロシアニン、亜鉛フタロシアニン、酸化チタンフタロシアニン、マグネシウムフタロシアニンなどが挙げられるが、これらに限定されるものではない。これらの材料およびその他の好適な材料の混合物も使用することができる。正孔輸送材料の好ましい種類は、米国特許第４，５３９，５０７号、第４，７２０，４３２号、および第５，０６１，５６９号に開示されるような芳香族第３級アミンである。好適な代表的芳香族第３級アミンとしては、ビス（４−ジメチルアミノ−２−メチルフェニル）フェニルメタン、Ｎ，Ｎ’−ジ（ナフタレン−１−イル）−Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−ベンジジン（ＮＰＢ）、Ｎ，Ｎ’−ビス（ｐ−ビフェニル）−Ｎ，Ｎ’−ジフェニルベンジジン（ビフェニルＴＰＤ）、およびそれらの誘導体が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【００２７】
正孔輸送領域１３、２３用に選択されるもう１つの種類の芳香族第３級アミンは多環式芳香族アミンである。このような多環式芳香族アミンとしてはＮ，Ｎ−ビス−［４’−（Ｎ−フェニル−Ｎ−ｍ−トリルアミノ）−４−ビフェニルイル］アニリンが挙げられるが、これに限定されるものではない。
【００２８】
正孔輸送領域１３、２３は、ある正孔注入および輸送特性を有し素子の性能を向上させるように選択された材料で構成される任意のバッファ層をさらに含んでもよい。バッファ層に使用することができる好適な材料としては、米国特許第４，３５６，４２９号に開示される１，１０，１５，２０−テトラフェニル−２１Ｈ，２３Ｈ−ポルフィリン銅（ＩＩ）などのポルフィリン誘導体などの半導体有機材料、銅フタロシアニン、銅テトラメチルフタロシアニン、亜鉛フタロシアニン、酸化チタンフタロシアニン、マグネシウムフタロシアニンなどが挙げられ、銅フタロシアニンが好ましい例の１つである。これらおよびその他の好適な材料の混合物を使用することもできる。バッファ層に使用可能なその他の好適な材料としては、ＭｇＯ、Ａｌ2Ｏ3、ＢｅＯ、ＢａＯ、ＡｇＯ、ＳｒＯ、ＳｉＯ、ＳｉＯ2、ＺｒＯ2、ＣａＯ、Ｃｓ2Ｏ、Ｒｂ2Ｏ、Ｌｉ2Ｏ、Ｋ2Ｏ、およびＮａ2Ｏなどの金属酸化物、ＬｉＦ、ＫＣｌ、ＮａＣｌ、ＣｓＣｌ、ＣｓＦ、およびＫＦなどのハロゲン化物などの半導体および絶縁性金属化合物が挙げられる。
【００２９】
特定の実施形態では、正孔輸送領域１３、２３は、ポルフィリンと、第３級芳香族アミンまたはインドロカルバゾールなどの正孔輸送材料との混合物を含む層を有する。これらの実施形態のある場合では、正孔輸送領域は、銅フタロシアニン（ＣｕＰｃ）などのポルフィリンと、インドロカルバゾール、またはジ（ナフタレン−１−イル）−Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−ベンジジン（ＮＰＢ）またはＮ，Ｎ’−ビス（ｐ−ビフェニル）−Ｎ，Ｎ’−ジフェニルベンジジン（ビフェニルＴＰＤ）などの第３級芳香族アミンなどの正孔輸送材料との混合物を含む層から実質的に形成される。
【００３０】
任意のバッファ層を有する正孔輸送領域１３、２３は、任意の好適な公知の方法または将来開発される方法によって上述の材料の中の１種類を薄膜に成形することによって作製可能である。この目的に好適である方法としては、例えば蒸着およびスピンコーティング法が挙げられる。
【００３１】
任意のバッファ層は正孔輸送領域１３、２３内の任意の位置に配置することができ、すなわち、任意のバッファ層の一面を正孔輸送領域１３、２３の一面と重なるように配置することができ、この場合、任意のバッファ層はアノード１２、２２または混合領域１４、２４のいずれかと接触し、あるいはバッファ層は正孔輸送領域１３、２３の２つの面の間にバッファ層の二つの面が存在するように配置することもできる。しかしながら実施形態では、アノード１２、２２と接触した状態でバッファ層が配置される。
【００３２】
任意のバッファ層を有する正孔輸送領域１３、２３の厚さは約５ｎｍ〜約５００ｎｍの範囲であり、これらの範囲外の厚さも実施形態で使用可能である。任意のバッファ層の厚さは約１ｎｍ〜約１００ｎｍとなり得る。実施形態では、任意のバッファ層の厚さは、正孔輸送領域１３、２３の厚さよりも少なくとも１ｎｍ薄い。任意のバッファ層の具体的な厚さの範囲は約５ｎｍ〜約２５ｎｍであり、任意のバッファ層の別の具体的な厚さの範囲は約１ｎｍ〜約５ｎｍである。
【００３３】
バッファ層に関してさらに述べると、正孔輸送領域１３の厚さは有機発光素子の性能に影響を与える厚さであってよい。正孔輸送領域１３、２３内の任意のバッファ層の厚さを除いた正孔輸送領域１３、２３の厚さが素子の性能に影響を与えてもよく、一般にバッファ層の厚さを減少させずに正孔輸送領域１３、２３の厚さを減少させることは、素子の安定性の向上に望ましい場合があるが、同時に素子の効率を低下させるために望ましくないこともある。任意のバッファ層の厚さを除いた正孔輸送領域の厚さ（バッファ層の厚さを引いた後に残った正孔輸送領域の厚さ）の好ましい範囲は約５ｎｍ〜約１５ｎｍである。任意のバッファ層の厚さを除いた正孔輸送領域の厚さの別の好ましい範囲は約１５ｎｍ〜約７５ｎｍである。
【００３４】
正孔輸送領域１３、２３またはアノード３２上に形成される混合領域１４、２４、３４は、第１の成分としての約２０重量％〜約８０重量％の第３級芳香族アミン正孔輸送材料と、第２の成分としての約８０重量％〜約２０重量％の金属オキシノイド電子輸送材料と、第３の成分としての約０．０１重量％〜約１０重量％の式Ｉの緑色発光クマリン色素とを含み、すべての重量％は混合領域を構成する材料の全重量を基準にしている。好ましい実施形態では、混合領域１４、２４、３４、および実施形態の素子は、例えば第３成分として約０．１重量％〜約４重量％の式Ｉの緑色発光クマリン色素を含むか、あるいは混合領域１４、２４、３４中の緑色発光クマリン色素の量は約０．２重量％〜約２重量％であり、緑色発光クマリン色素は、例えば１０−２−（ベンゾチアゾリル）−２，３，６，７−テトラヒドロ−１，１，７，７−テトラメチル−１Ｈ，５Ｈ，１１Ｈ−（１）ベンゾピロピラノ（６，７，−８−ｉｊ）キノリジン−１１−オン（Ｃ５４５Ｔ）である。
【００３５】
本発明による有機発光素子の実施形態では、混合領域１４、２４、３４は１層以上を含んでもよい。例えば、混合領域１４、２４、３４は、２層、３層、またはそれを超える数の独立した層を有するように選択して作製することができる。このような実施形態では、正孔輸送材料、電子輸送材料、または緑色発光クマリン色素の混合比は各層で同一であってもよいし、あるいは層によって混合比を変化させてもよい。例えば、多層のそれぞれが正孔輸送材料と電子輸送材料を同じ重量％で含んでもよい。別の実施形態では、混合領域はこれらの材料を異なる量で含んでもよい。
【００３６】
混合領域１４、２４、３４に使用可能な芳香族第３級アミンの具体例は、米国特許第４，５３９，５０７号、第４，７２０，４３２号、および第５，０６１，５６９号に開示されるものから選択することができる。好適な代表的芳香族第３級アミンとしては、Ｎ，Ｎ’−ジ（ナフタレン−１−イル）−Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−ベンジジン（ＮＰＢ）、Ｎ，Ｎ’−ビス（ｐ−ビフェニル）−Ｎ，Ｎ’−ジフェニルベンジジン（ビフェニルＴＰＤ）、ビス（４−ジメチルアミノ−２−メチルフェニル）フェニルメタン、Ｎ，Ｎ，Ｎ−トリ（ｐ−トリル）アミン、Ｎ，Ｎ’−ジ−１−ナフチル−Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−１，１’−ビフェニル−４，４’−ジアミン（これがより好ましい）、Ｎ，Ｎ’−ビス（３−メチルフェニル）−Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−１，１’−ビフェニル−４，４’−ジアミン、Ｎ，Ｎ’−ビス（３−メトキシフェニル）−Ｎ
，Ｎ’−ジフェニル−１，１’−ビフェニル−４，４’−ジアミンなどが挙げられるが、これらに限定されるものではない。好ましい正孔輸送材料としては、ナフチル−置換ベンジジン誘導体およびそれらの混合物なども挙げられる。
【００３７】
混合領域１４、２４、３４に使用可能な金属オキシノイドの具体例としては、米国特許第４，５３９，５０７号、第５，１５１，６２９号、第５，１５０，００６号、第５，１４１，６７１号、および第５，８４６，６６６号に開示される金属オキシノイド化合物が挙げられるが、これらの限定されるものではない。具体例としては、トリス（８−ヒドロキシキノリネート）アルミニウム（ＡＩｑ3）、およびビス（８−ヒドロキシキノラト）−（４−フェニルフェノラト）アルミニウム（ＢＡｌｑ）、ビス（８−ヒドロキシキノリネート）マグネシウム、ビス（８−ヒドロキシキノリネート）亜鉛、トリス（５−メチル−８−ヒドロキシキノリネート）アルミニウム、ならびに米国特許第５，８４６，６６６に記載されるビス（８−キノリンチオラト）亜鉛、ビス（８−キノリンチオラト）カドミウム、トリス（８−キノリンチオラト）ガリウム、トリス（８−キノリンチオラト）インジウム、およびビス［ベンゾ｛ｆ｝−８−キノリンチオラト］亜鉛などの金属チオイシノイドが挙げられる。
【００３８】
混合領域１４、２４、３４の厚さは約１０ｎｍ〜約２，０００ｎｍの範囲を取ることができる。好ましくは混合領域１４、２４、３４の厚さは約５０ｎｍ〜約２００ｎｍである。混合領域１４、２４、３４の厚さを減少させると、有機発光素子の作動電圧が低下して望ましい場合もあるが、同時に本発明の有機発光素子の輝度（およびＥＬ効率）を低下させる原因となり望ましくない場合もある。
【００３９】
混合領域１４、３４上の電子輸送領域１５、３５の形成に使用される電子輸送材料は、任意の好適な公知の材料または最近開発された材料であってよい。好適な電子輸送材料としては、金属オキシノイドなどの導電性材料が挙げられるが、これらに限定されるものではない。電子輸送領域１５、３５に使用可能な金属オキシノイドの具体例としては、米国特許第４，５３９，５０７号、第５，１５１，６２９号、第５，１５０，００６号、および第５，１４１，６７１号にに開示されるような８−ヒドロキシキノリンの金属キレートが挙げられるがこれらに限定されるものではない。具体例としては、トリス（８−ヒドロキシキノリネート）アルミニウム（Ａｌｑ3）、ビス（８−ヒドロキシキノラト）−（４−フェニルフェノラト）アルミニウム（Bａｌｑ）、トリス（７−プロピル−８−キノリノラト）アルミニウム、ビス［ベンゾ｛ｆ｝−８−キノリネート］亜鉛、ビス（１０−ヒドロキシベンゾ［ｈ］キノリネート）ベリリウム、４，４’−ビス（２，２−ジフェニルビニル）ビフェニルなどの米国特許第５，５１６，５７７号に開示されるようなスチルベン誘導体、米国特許第５，８４６，６６６号に記載されるビス（８−キノリンチオラト）亜鉛、ビス（８−キノリンチオラト）カドミウム、トリス（８−キノリンチオラト）ガリウム、トリス（８−キノリンチオラト）インジウムなどの特定の金属チオキシノイド化合物、米国特許第５，９２５，４７２号に開示されるオキサジアゾール金属キレート、例えばビス［２−（２−ヒドロキシフェニル）−５−フェニル−１，３，４−オキサジアゾラト］亜鉛、ビス［２−（２−ヒドロキシフェニル）−５−フェニル−１，３，４−オキサジアゾラト］ベリリウム、ビス［２−α−（２−ヒドロキシナフチル）−５−フェニル−１，３，４−オキサジアゾラト］亜鉛、およびビス［２−（２−ヒドロキシフェニル）−５−（１−ナフチル）−１，３，４−チアジアゾラト］ベリリウム、例えば１，４−ビス（４−フェニルキノリン−２−イル）ベンゼン、４，４’−ビス（４−フェニルキノリン−２−イル）−１，１’−ビフェニル（ＴＡ）などのキノリン類、ならびに米国特許第６，０５７，０４８号および米国特許第６，２２９，０１２号に記載される４，４−ビス−［２−（４，６−ジフェニル−１，３，５−トリアジニル）］−１，１’−ビフェニル、４，４’−ビス−［２−（４，６−ジ−ｐ−トリル−１，３，５−トリアジニル）］−１，１’−ビフェニル、４，４’−ビス−［２−（４，６−ジ−ｍ−トリル−１，３，５−トリアジニル）］−１，１’−ビフェニル、４，４’−ビス−［２−（４，６−ジ−ｐ−メトキシフェニル−１，３，５−トリアジニル）］−１，１’−ビフェニル、４，４’−ビス−［２−（４，６−ジ−ｍ−メトキシフェニル−１，３，５−トリアジニル）］−１，１’−ビフェニル、２，４，６−トリス（４−ビフェニルイル）−１，３，５−トリアジンなどのトリアジン類が挙げられる。
【００４０】
電子輸送領域１５、３５は、約１ｎｍ〜約１００ｎｍの範囲の厚さの電子輸送材料を含むことができる。好ましくはこの厚さは約５ｎｍ〜約５０ｎｍである。これらの範囲外の厚さも使用することができる。多層電子輸送領域１５、３５を含む有機発光素子の実施形態では、個々の層の厚さは少なくとも約１ｎｍである。
【００４１】
電子輸送領域１５、３５または混合領域２４の上に形成されるカソード１６、２６、３６は、高仕事関数成分を有する金属、例えば仕事関数が約４ｅＶ〜約６ｅＶの金属、あるいは仕事関数が約２ｅＶ〜約４ｅＶの金属などの低仕事関数成分などの好適な電子注入材料を含むことができる。カソード１６、２６、３６は、低仕事関数（約４ｅＶ未満）金属と、少なくとも１種類のその他の金属との組合せを含むことができる。第２のその他の金属に対する低仕事関数金属の有効な比率は約０．１重量％未満〜約９９．９重量％である。低仕事関数金属の具体例としては、リチウムまたはナトリウムなどのアルカリ金属、ベリリウム、マグネシウム、カルシウム、またはバリウムなどの２Ａ属すなわちアルカリ土類金属、ならびにスカンジウム、イットリウム、ランタン、セリウム、ユーロピウム、テルビウム、またはアクチニウムなどの希土類金属およびアクチニド金属を含むＩＩＩ属金属が挙げられるが、これらに限定されるものではない。リチウム、マグネシウム、およびカルシウムは好ましい低仕事関数金属である。米国特許第４，８８５，２１１号および米国特許第４，７２０，４３２号に記載されるＭｇ−Ａｇ合金カソードは、実施形態におけるカソード１６、２６、３６の形成に好ましいカソード材料である。（ｉ）Ｍｇなどの金属の第１成分と（ｉｉ）ＡｌＱ3などの有機材料の第２成分と、（ｉｉｉ）Ａｇなどの金属、有機材料、および無機材料からなる群より選択される少なくとも１種類の第３成分とのカソード、ならびに米国特許第５，４２９，８８４号に記載されるカソードも挙げられる。カソードは、アルミニウムやインジウムなどのその他の高仕事関数金属とのリチウム合金から作製することができる。
【００４２】
カソード１６、２６、３６は、米国特許第５，４５７，５６５号、第５，６０８，２８７号、および第５，７３９，６３５号に記載されるような酸化物材料またはアルカリ金属化合物などの、電子輸送領域１５、３５または絶縁性材料の混合領域２４と接触する電子注入層を含むこともできる。
【００４３】
カソード１６、２６、３６の厚さは、例えば約１０ｎｍ〜約１，０００ｎｍの範囲を取ることができる。この範囲外の厚さを使用することもできる。
【００４４】
実施形態では、熱保護要素を含む本発明による有機発光素子は、任意にカソード１６、２６、３６またはアノード１２、２２、３２上に形成することができる。通常、熱保護要素は、ＳｉＯ、ＳｉＯ2、および／またはそれらの混合物で構成される層で構成され、その厚さは例えば約３００ｎｍ〜約５，０００ｎｍの範囲である。
【００４５】
これらの実施例では、「領域」は１つの層を意味する。
【００４６】
【実施例Ｉ】
有機発光素子１０が９０℃でより高い作動安定性を示し向上した色純度を示すことを実証するための実施例
図１の素子１０のような構造を有する有機発光素子を作製し、評価を行った。この素子では、ナフチル−置換ベンジジン誘導体のＮ，Ｎ’−ジ−１−ナフチル−Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−１，１’−ビフェニル−４，４’−ジアミン（ＮＰＢ）およびトリス（８−ヒドロキシキノリン）アルミニウム（Ａｌｑ3）をそれぞれ正孔輸送材料および電子輸送材料として使用し、この有機発光素子１０は正孔輸送領域１３、混合領域１４、および電子輸送領域１５を含むものであった。混合領域１４は、約４９．５重量％のＮＰＢ、約４９．５重量％のＡｌｑ3、および約１重量％の１０−２−（ベンゾチアゾリル）−２，３，６，７−テトラヒドロ−１，１，７，７−テトラメチル−１Ｈ，５Ｈ，１１Ｈ−（ｌ）ベンゾピロピラノ（６，７，−８−ｉｊ）キノリジン−１１−オン（Ｃ５４５Ｔ）で構成された。
【００４７】
正孔輸送領域１３内のバッファ層の作製に銅フタロシアニン（ＣｕＰｃ）を使用し、このバッファ層はアノード１２と接触させた。バッファ層の厚さは約１５ｎｍであり、正孔輸送領域１３の厚さは約２５ｎｍであり、混合領域１４の厚さは約８０ｎｍであり、電子輸送領域１５の厚さは約２０ｎｍであった。厚さ約２００ｎｍの酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）で構成されガラス基板上にあらかじめコーティングされたアノード１２と、厚さ約１２０ｎｍのＭｇ：Ａｇ（重量比１０：１）合金で構成されるカソード１８との間に、正孔輸送領域１３、混合層１４、および電子輸送領域１５を形成した。一酸化ケイ素（ＳｉＯ）で構成され厚さが約２００ｎｍの熱保護要素をカソード１６上にコーティングした。
【００４８】
有機発光素子は、約６×１０-6ｔｏｒｒの圧力で真空蒸着法を使用して製造した。混合領域１４は、約０．１〜約１０Ａ／ｓの間で単一蒸着速度を調整して別々の供給源から純（全体的に純度約１００％）ＮＰＢ、純Ａｌｑ3、および純Ｃ５４５Ｔを同時蒸着することによって作製し、所望の混合比の混合領域１４を得た。有機正孔輸送領域１３、混合領域１４、および電子輸送領域１５を形成させた後に、真空中断せずに電子輸送領域１５上に金属カソード１６を蒸着させた。
【００４９】
平均一定電流密度３１．２５ｍＡ／ｃｍ2におけるＡＣドライブ条件において窒素ガス中９０℃の温度で素子を作動させた場合の上記ＥＬ素子で得られる作動寿命について試験した。この電流密度で、有機発光素子の初期輝度は約２，６００ｃｄ／ｍ2（カンデラ／平方メートル）であった。
【００５０】
作動寿命試験より、初期輝度約２，６００ｃｄ／ｍ2からの素子の半減期（素子の輝度が初期輝度の半分に低下するまでに経過する時間）は、９０℃で連続的に素子を作動させた場合に約５００時間であることが分かった。標準的条件の通常の初期表示輝度１００ｃｄ／ｍ2よりも約２６倍明るい初期輝度約２，６００ｃｄ／ｍ2で素子の半減期が測定されるため、測定値の半減期５００時間は９０℃の高応力条件下での加速された半減期を表しており、これは９０℃における通常の初期表示輝度１００ｃｄ／ｍ2の場合で半減期約１３，０００時間（２６×５００時間）に対応している。したがってこの実施例は、高温作動条件（例えば約８０℃〜約１００℃以上の範囲の温度）で初期輝度約１００ｃｄ／ｍ2において素子の半減期約１３，０００時間が選択される場合に、本発明の実施形態による有機発光素子をその用途に使用することができることを示している。
【００５１】
対照的に、公知の有機発光素子の半減期は、このような８０℃〜１００℃の高温において初期輝度１００ｃｄ／ｍ2で数百時間以下に制限されることが知られており、Ｊ．Ｒ．シーツ（Ｓｈｅａｔｓ）らの「Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｅｌｅｃｔｒｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ  Ｄｅｖｉｃｅｓ（有機エレクトロルミネセンス素子）」，Ｓｃｉｅｎｃｅ  ２７３，ｐｐ．８８４−８８８，１９９６のＥＬ素子、およびＳ．トキト（Ｔｏｋｉｔｏ）ら「Ｈｉｇｈ−Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  Ｏｐｅｒａｔｉｏｎ  ｏｆ  ａｎ  Ｅｌｅｃｔｒｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ  Ｄｅｖｉｃｅ  Ｆａｂｒｉｃａｔｅｄ  Ｕｓｉｎｇ  ａ  Ｎｏｖｅｌ  Ｔｒｉｐｈｅｎｌａｍｉｎｅ  Ｄｅｒｉｖａｔｉｖｅ（新規トリフェニルアミンを使用して製造したエレクトロルミネセンス素子の高温での動作）」，Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．６９，８７８（１９９６）のＥＬ素子を参照することができる。このような公知の有機発光素子の一例として、参考文献Ｊ．シャイ（Ｓｈｉ）およびＣ．Ｗ．タン（Ｔａｎｇ）の「Ｄｏｐｅｄ  ｏｒｇａｎｉｃ  ｅｌｅｃｔｒｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ  ｄｅｖｉｃｅｓ  ｗｉｔｈ  ｉｍｐｒｏｖｅｄ  ｓｔａｂｉｌｉｔｙ（安定性が向上したドープ有機エレクトロルミネセンス素子）」，Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．７０，ｐｐ．１６６５−１６６７，１９９７を製造して、評価を行った。この公知の素子は、（１）ＣｕＰｃから作製されアノードと接触する厚さ約１５ｎｍのバッファ層を含むＮＰＢから作製された厚さ約７５ｎｍの正孔輸送領域と、（２）約９９．６重量％のＡｌｑ3と約０．４重量％のジメチルキナクリドン（ＤＭＱ）緑色エミッターから作製された厚さ約３７．５ｎｍの発光領域と、（３）Ａｌｑ3から作製された厚さ約３７．５ｎｍの電子輸送領域とを含み、正孔輸送領域、発光領域、および電子輸送領域は、あらかじめガラス基板上にコーティングされた厚さ約２００ｎｍの酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）で構成されるアノードと、厚さ約１２０ｎｍのＭｇ：Ａｇ（重量比１０：１）合金で構成されるカソードとの間に形成した。この有機発光素子は約６×１０-6ｔｏｒｒにおける真空蒸着法を使用して作製した。発光電子輸送領域は、所望の混合比を得るために約０．１〜約１０Ａ／ｓの間で単一蒸着速度を調整して別々の供給源からの純Ａｌｑ3および純ＤＭＱを同時蒸着することによって作製した。有機正孔輸送領域および発光電子輸送領域を形成させた後に、真空を中断せずに発光電子輸送領域上に金属カソードを蒸着させた。
【００５２】
平均一定電流密度３１．２５ｍＡ／ｃｍ2におけるＡＣドライブ条件において窒素ガス中９０℃の温度で作動させた場合の上記対照素子の作動寿命を試験した。この電流密度で、有機発光素子の初期輝度は約３，０００ｃｄ／ｍ2であった。
【００５３】
作動寿命試験より、初期輝度約３，０００ｃｄ／ｍ2からの素子の半減期（初期輝度の半分に素子の輝度が低下するまでに経過する時間）は、９０℃で連続的に素子を作動させた場合にわずか約４５時間であることが分かった。標準的条件の通常の初期表示輝度１００ｃｄ／ｍ2よりも約３０倍明るい初期輝度約３，０００ｃｄ／ｍ2で素子の半減期が測定されるため、測定値の半減期４５時間は９０℃の高応力条件下での加速された半減期を表しており、これは９０℃における通常の初期表示輝度１００ｃｄ／ｍ2の場合でわずか約１，３５０時間（３０×４５時間）の半減期に対応しており、これは本発明の前述のように作製した素子の半減期のわずか約１０％である。
【００５４】
上記の比較から、約７０℃〜約１００℃の温度などの高温で作動させた場合に公知の不安定な上記対照有機発光素子よりも素子の半減期が長いことで示されるように、本発明の実施形態による有機発光素子は作動安定性がより高いことを示している。
【００５５】
【実施例ＩＩ】
図１の素子１０に示されるような構造を有する第１の有機発光素子を作製し、評価した。この素子では、ナフチル−置換ベンジジン誘導体のＮ，Ｎ’−ジ−１−ナフチル−Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−１，１’−ビフェニル−４，４’−ジアミン（ＮＰＢ）およびトリス（８−ヒドロキシキノリン）アルミニウム（Ａｌｑ3）をそれぞれ正孔輸送材料および電子輸送材料として使用し、この有機発光素子１０は正孔輸送領域１３、混合領域１４（層全体）、および電子輸送領域１５を含むものであった。混合領域１４は、約４９．５重量％のＮＰＢ、約４９．５重量％のＡｌｑ3、および約１重量％のＣ５４５Ｔで構成された。正孔輸送領域１３内のバッファ層の作製に銅フタロシアニン（ＣｕＰｃ）を使用し、このバッファ層はアノード１２と接触させた。バッファ層の厚さは約１５ｎｍであり、正孔輸送領域１３の厚さは約２５ｎｍであり、混合領域１４の厚さは約８０ｎｍであり、電子輸送領域１５の厚さは約２０ｎｍであった。厚さ約２００ｎｍの酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）で構成されガラス基板上にあらかじめコーティングされたアノード１２と、厚さ約１２０ｎｍのＭｇ：Ａｇ（重量比１０：１）合金で構成されるカソード１８との間に、正孔輸送領域１３、混合層１４、および電子輸送領域１５を形成した。一酸化ケイ素（ＳｉＯ）で構成され厚さが約２００ｎｍの熱保護要素をカソード１６上にコーティングした。
【００５６】
有機発光素子は、約６×１０-6ｔｏｒｒの圧力で真空蒸着法を使用して製造した。混合領域１４は、約０．１〜約１０Ａ／ｓの間で単一蒸着速度を調整して別々の供給源から純ＮＰＢ、純Ａｌｑ3、および純Ｃ５４５Ｔを同時蒸着することによって作製し、所望の混合比の混合領域１４を得た。有機正孔輸送領域１３、混合領域１４、および電子輸送領域１５を形成させた後に、減圧を中断せずに電子輸送領域１５上に金属カソード１６を蒸着させた。
【００５７】
電流密度約３１．２５ｍＡ／ｃｍ2で作動させた場合、上記のように作製した有機発光素子はＣ．Ｉ．Ｅ．チャートによる色座標（０．３０４，０．６１７）の緑色発光が得られ、輝度は約２，６００ｃｄ／ｍ2であり、これはエレクトロルミネセンス効率約８．４ｃｄ／Ａに対応する。
【００５８】
比較のために、混合領域１４の緑色エミッターとしてＣ５４５Ｔの代わりにジメチルキナクリドン（ＤＭＱ）を使用したことを除けば、第１の有機素子とすべて同一にして上述の方法に従って第２の有機発光素子を作製した。電流密度約３１．２５ｍＡ／ｃｍ2で作動させた場合、この第２の有機発光素子はおよその色座標（０．３７７，０．６００）の緑色発光が得られたが、これはＣ．Ｉ．Ｅチャートによると緑色よりも純度が低い色に対応しており、輝度はわずか約１，７００ｃｄ／ｍ2であり、これはエレクトロルミネセンス効率わずか約５．６ｃｄ／Ａに対応する。
【００５９】
上記結果から、第１の有機発光素子は、第２の比較有機発光素子よりも色純度が高くエレクトロルミネセンスが約５０％高い緑色発光が得られた。したがってこの実施例は、従来技術の緑色有機発光素子と比較すると、本発明の実施形態の有機発光素子の方が色純度が向上し、エレクトロルミネセンス効率も高いことを示している。
【００６０】
【実施例ＩＩＩ】
図１の素子１０などの構造を有する７つの有機発光素子を作製し、評価を行った。これらの素子では、ナフチル−置換ベンジジン誘導体のＮ，Ｎ’−ジ−１−ナフチル−Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−１，１’−ビフェニル−４，４’−ジアミン（ＮＰＢ）およびトリス（８−ヒドロキシキノリン）アルミニウム（Ａｌｑ3）をそれぞれ正孔輸送材料および電子輸送材料として使用し、この有機発光素子１０は正孔輸送領域１３、混合領域１４、および電子輸送領域１５を含むものであった。第１の素子（素子ＩＩＩ−Ａ）の場合、混合領域１４は約４９．８５重量％のＮＰＢ、約４９．８５重量％のＡｌｑ3、および約０．３重量％のＣ５４５Ｔで構成された。第２の素子（素子ＩＩＩ−Ｂ）の場合、混合領域１４は約４９．７重量％のＮＰＢ、約４９．７重量％のＡｌｑ3、および約０．６重量％のＣ５４５Ｔで構成された。第３の素子（素子ＩＩＩ−Ｃ）の場合、混合領域１４は約４９．６重量％のＮＰＢ、約４９．６重量％のＡｌｑ3、および約０．８重量％のＣ５４５Ｔで構成された。第４の素子（素子ＩＩＩ−Ｄ）の場合、混合領域１４は約４９．５重量％のＮＰＢ、約４９．５重量％のＡｌｑ3、および約１重量％のＣ５４５Ｔで構成された。第５の素子（素子ＩＩＩ−Ｅ）の場合、混合領域１４は約４９．４重量％のＮＰＢ、約４９．４重量％のＡｌｑ3、および約１．２重量％のＣ５４５Ｔで構成された。第６の素子（素子ＩＩＩ−Ｆ）の場合、混合領域１４は約４８．５重量％のＮＰＢ、約４８．５重量％のＡｌｑ3、および約３重量％のＣ５４５Ｔで構成された。第７の素子（素子ＩＩＩ−Ｇ）の場合、混合領域１４は約４５重量％のＮＰＢ、約４５重量％のＡｌｑ3、および約１０重量％のＣ５４５Ｔで構成された。すべての素子について、正孔輸送領域１３の厚さは約２０ｎｍであり、混合領域１４の厚さは約８０ｎｍであり、電子輸送領域１５の厚さは約２０ｎｍであった。厚さ約２００ｎｍの酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）で構成されガラス基板上にあらかじめコーティングされたアノード１２と、厚さ約１２０ｎｍのＭｇ：Ａｇ（重量比１０：１）合金で構成されるカソード１８との間に、正孔輸送領域１３、混合層１４、および電子輸送領域１５を形成した。一酸化ケイ素（ＳｉＯ）で構成され厚さが約２００ｎｍの熱保護要素をカソード１６上にコーティングした。
【００６１】
有機発光素子は、約６×１０-6ｔｏｒｒの圧力で真空蒸着法を使用して製造した。混合領域１４は、約０．１〜約１０Ａ／ｓの間で単一蒸着速度を調整して別々の供給源から純ＮＰＢ、純Ａｌｑ3、および純Ｃ５４５Ｔを同時蒸着することによって作製し、所望の混合比の混合領域１４を得た。有機正孔輸送領域１３、混合領域１４、および電子輸送領域１５を形成させた後に、真空を中断せずに電子輸送領域１５上に金属カソード１６を蒸着させた。
【００６２】
電流密度約２５ｍＡ／ｃｍ2で作動させた場合、上記の有機発光素子によって、表１に示すような色座標、輝度、およびエレクトロルミネセンス効率の緑色発光が得られた（ｃｄ／ｍ2（カンデラ／平方メートル）、ｃｄ／Ａ（カンデラ／アンペア）、色座標などの測定には、ミノルタ（Ｍｉｎｏｌｔａ）モデルＣＳ１００クロマ・メーター（Ｃｈｒｏｍａ  Ｍｅｔｅｒ）を使用した）。
【００６３】
【表１】
0003999104.tif 000004
【００６４】
混合領域１４中のＣ５４５Ｔ濃度に依存して素子の輝度およびエレクトロルミネセンス効率が変化した。したがって、例えばＣ５４５Ｔ濃度が例えば約０．６重量％〜約１．２重量％である場合に素子の輝度およびエレクトロルミネセンス効率が増加することが示されている。
【００６５】
【実施例ＩＶ】
複数の層で構成される電子輸送領域１５を使用することによる、有機発光素子１０の効率の増加およびドライブ電圧の低下に対する影響を示す実施例
図１の素子１０に示されるような構造を有する第１の有機発光素子を作製し、評価した。この素子（以下、素子ＩＶ−Ａと呼ぶ）では、ナフチル−置換ベンジジン誘導体のＮ，Ｎ’−ジ−１−ナフチル−Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−１，１’−ビフェニル−４，４’−ジアミン（ＮＰＢ）およびトリス（８−ヒドロキシキノリン）アルミニウム（Ａｌｑ3）をそれぞれ正孔輸送材料および電子輸送材料として使用し、この有機発光素子１０は正孔輸送領域１３、混合領域１４（層全体）、および電子輸送領域１５を含むものであった。混合領域１４は、約４９．５重量％のＮＰＢ、約４９．５重量％のＡｌｑ3、および約１重量％のＣ５４５Ｔで構成された。正孔輸送領域１３内のバッファ層の作製に銅フタロシアニン（ＣｕＰｃ）を使用し、このバッファ層はアノード１２と接触させた。バッファ層の厚さは約１５ｎｍであり、正孔輸送領域１３の厚さは約２５ｎｍであり、混合領域１４の厚さは約８０ｎｍであり、電子輸送領域１５の厚さは約２０ｎｍであった。厚さ約２００ｎｍの酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）で構成されガラス基板上にあらかじめコーティングされたアノード１２と、厚さ約１２０ｎｍのＭｇ：Ａｇ（重量比１０：１）合金で構成されるカソード１８との間に、正孔輸送領域１３、混合層１４、および電子輸送領域１５を形成した。一酸化ケイ素（ＳｉＯ）で構成され厚さが約２００ｎｍの熱保護要素をカソード１６上にコーティングした。この有機発光素子は、約６×１０-6ｔｏｒｒの圧力で真空蒸着法を使用して製造した。混合領域１４は、約０．１〜約１０Ａ／ｓの間で単一蒸着速度を調整して別々の供給源から純ＮＰＢ、純Ａｌｑ3、および純Ｃ５４５Ｔを同時蒸着することによって作製し、所望の混合比の混合領域１４を得た。
【００６６】
有機正孔輸送領域１３、混合領域１４、および電子輸送領域１５を形成させた後に、真空を中断せずに電子輸送領域１５上に金属カソード１６を蒸着させた。
【００６７】
電子輸送領域１５が（１）混合領域１４と同じ電子輸送材料（すなわちＡｌｑ3）から作製され厚さが約１０ｎｍの第１の層（混合領域１４と接触する）、および（２）異なる電子輸送材料（トリアジン化合物の４，４’−ビス−［２−（４，６−ジフェニル−１，３，５−トリアジニル）］−１，１’−ビフェニル（Ｔ１）を使用した）から作製され厚さが約１０ｎｍである第２の層（カソード１６と接触する）の複数の層を含むことを除けば、素子ＩＶ−Ａと同じの構造である第２の有機発光素子（素子ＩＶ−Ｂ）を作製し、評価した。
【００６８】
電子輸送領域１５が（１）混合領域１４に使用した電子輸送材料とは異なる材料（１，４−ビス（４−フェニルキノリン−２−イル）ベンゼン型のキノリン化合物、４，４’−ビス（４−フェニルキノリン−２−イル）−１，１’−ビフェニル（ＴＡ）を使用した）から作製され厚さが約１０ｎｍの第１の層（混合領域１４と接触する）、および（２）Ａｌｑ3から作製され厚さが約１０ｎｍである第２の層（カソード１６と接触する）からなる複数の層を含むことを除けば、素子ＩＶ−Ａと同じの構造である第３の有機発光素子（素子ＩＶ−Ｃ）も作製し、評価した。
【００６９】
電流密度約２５ｍＡ／ｃｍ2で作動させた場合、上記の３つの有機発光素子は、表２に示されるドライブ電圧、輝度、およびエレクトロルミネセンス効率での緑色発光が得られた。
【００７０】
【表２】
0003999104.tif 000005
【００７１】
表２より、複数層で形成される電子輸送領域１５を含む素子ＩＶ−ＢおよびＩＶ−Ｃは、単層の電子輸送領域１５を含む素子ＩＶ−Ａと比較した場合に低ドライブ電圧、高輝度、および高エレクトロルミネセンス効率などの多くの所望の性質が得られる。例えば、素子ＩＶ−Ａと比較すると、素子ＩＶ−ＢおよびＩＶ−Ｃのエレクトロルミネセンス効率はそれぞれ約９．５％および２１％高く、さらに素子ＩＶ−Ａと比較すると、素子ＩＶ−ＢおよびＩＶ−Ｃの電力変換効率はそれぞれ約１３．７％および１３．２％高かった。したがって、本発明による有機発光素子の実施形態では、複数層から形成された電子輸送領域を使用することによって、素子性能をさらに向上させることができる。さらに、これらの実施形態では、混合領域１４と、混合領域と接触する電子輸送領域１５とで異なる電子輸送材料を使用することで（素子ＩＶ−Ｃ）、有機発光素子のエレクトロルミネセンス効率をさらに向上させることができる。したがって、これらの緑色有機発光素子は、種々の室温条件（例えば約２０℃〜約３５℃の温度での技術用途、および高温（約７０℃〜約１００℃の温度）で素子を安定な状態で作動させることができ、そのためこれら高温および過酷な条件下で効率的に使用することができる。したがって、例えば本発明の素子は、自動車およびその他の種類の乗り物、コンピュータのモニター、テレビおよびその他の電子素子およびシステムなどに使用される多種多様な表示装置に使用することができる。さらに本発明の素子は、高温になることが多い工業用などの過酷な条件に使用することができる。実施形態における素子は、例えば少なくとも約５０℃または約７０℃の高温、さらには約１００℃などのより高温において長い寿命で安定した性能を示す。したがって、本発明の実施形態による有機発光素子は、従来の二層素子が好適でなかった用途に使用することができる。さらに、本発明による有機発光素子は、エレクトロルミネセンスを向上させることができ、色純度の向上を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る有機発光素子の断面図である。
【図２】本発明に係る有機発光素子の断面図である。
【図３】本発明に係る有機発光素子の断面図である。
【符号の説明】
１０，２０、及び３０……有機発光素子
１２，２２，及び３２……アノード
１３、及び２３………正孔輸送領域
１４，２４、及び３４……混合領域
１５、及び３５………電子輸送領域
１６、２６、及び３６……カソード
【図１】
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【図２】
0003999104.tif 000008
【図３】
0003999104.tif 000009