(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
陽極（２０）と陰極（４０）とからなる一対の電極（２０、４０）間に複数の有機層（３１、３２、３３）が挟まれてなる有機ＥＬ素子において、
前記複数の有機層は、前記陽極側に位置する正孔輸送層としての第１の有機層（３１）と、前記陰極側に位置する第３の有機層（３３）と、前記第１及び第３の有機層に挟まれた第２の有機層（３２）とを備えるものであり、
前記第３の有機層は、青色発光スペクトル特性を有する母材に青色発光する蛍光色素が添加されたものであり、
前記第２の有機層（３２）は、前記第２の有機層の母材に蛍光色素が添加されたものであり、
前記第２の有機層の母材の伝導帯最低準位（Ｅｃ３２）が、前記第１の有機層の母材の伝導帯最低準位（Ｅｃ３１）および前記第３の有機層の母材の伝導帯最低準位（Ｅｃ３３）よりも低くなっており、前記第２の有機層の母材に添加された蛍光色素の伝導帯最低準位（Ｅｃ３２’）が、前記第２の有機層の母材の伝導帯最低準位よりも低くなっていることを特徴とする有機ＥＬ素子。
【請求項２】
前記第１の有機層（３１）の母材が、青色発光スペクトル特性を有するものであることを特徴とする請求項１に記載の有機ＥＬ素子。
【請求項３】
前記第１の有機層（３１）の母材のエネルギーギャップと前記第３の有機層（３３）の母材のエネルギーギャップとの差が、０．４ｅＶ以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の有機ＥＬ素子。
【請求項４】
前記第２の有機層（３２）の母材の伝導帯最低準位（Ｅｃ３２）が前記第３の有機層（３３）の母材の伝導帯最低準位（Ｅｃ３３）よりも０．１ｅＶ以上低いことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一つに記載の有機ＥＬ素子。
【請求項５】
前記第２の有機層（３２）または前記第３の有機層（３３）において、蛍光色素のエネルギーギャップが、当該蛍光色素が添加される母材のエネルギーギャップよりも小さいことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一つに記載の有機ＥＬ素子。
【請求項６】
前記第２の有機層（３２）が前記第３の有機層（３３）に比べて薄いものであることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一つに記載の有機ＥＬ素子。
【請求項７】
陽極（２０）と陰極（４０）とからなる一対の電極（２０、４０）間に複数の有機層（３１ａ、３３）が挟まれてなる有機ＥＬ素子において、
前記複数の有機層は、前記陽極側に位置する正孔輸送層としての第１の有機層（３１ａ）と、この第１の有機層よりも前記陰極側に位置する第２の有機層（３３）とを備えるものであり、
前記第２の有機層は、青色発光スペクトル特性を有する母材に青色発光する蛍光色素が添加されたものであり、
前記第１の有機層は、その母材中に、前記第２の有機層の母材の伝導帯最低準位（Ｅｃ３３）よりも低い伝導帯最低準位（Ｅｃ３１ａ’）を有するドーパントが添加されたものであり、前記ドーパントが銅フタロシアニンであることを特徴とする有機ＥＬ素子。
【請求項８】
陽極（２０）と陰極（４０）との間に前記陽極側から正孔輸送層（３１）、発光層（３３ａ、３３ｂ）を介在させてなる有機ＥＬ素子において、
前記発光層は、前記正孔輸送層側に位置する第１の発光層（３３ａ）と前記第１の発光層よりも前記陰極側に位置する第２の発光層（３３ｂ）とからなり、
前記第２の発光層の母材は青色発光スペクトル特性を有する電子輸送性材料Ｃであり、
前記第１の発光層の母材は、青色発光スペクトル特性を有する正孔輸送性材料Ａと前記第２の発光層の母材である前記電子輸送性材料Ｃの伝導帯最低準位（Ｅｃ３３ｂ）よりも低い伝導帯最低準位（Ｅｃ３３ａ’）を有する電子輸送性材料Ｂとの混合物からなり、
前記第１の発光層および前記第２の発光層には蛍光色素が添加されており、前記第２の発光層に添加された蛍光色素は青色発光するものであり、
前記第１の発光層に添加された蛍光色素の伝導帯最低準位（Ｅｃ３３ａ”）が、前記第２の発光層の母材である前記電子輸送性材料Ｃの伝導帯最低準位よりも低くなっていることを特徴とする有機ＥＬ素子。
【請求項９】
前記第１の発光層（３３ａ）の母材である前記電子輸送性材料Ｂの伝導帯最低準位（Ｅｃ３３ａ’）が、前記第２の発光層（３３ｂ）の母材である前記電子輸送性材料Ｃの伝導帯最低準位（Ｅｃ３３ｂ）よりも０．１ｅＶ以上低いことを特徴とする請求項８に記載の有機ＥＬ素子。
【請求項１０】
前記第１の発光層（３３ａ）の母材を構成する前記混合物において、前記電子輸送性材料Ｂの価電子帯最高準位（Ｅｖ３３ａ’）が前記正孔輸送性材料Ａの価電子帯最高準位（Ｅｖ３３ａ）よりも低いことを特徴とする請求項８または９に記載の有機ＥＬ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、陽極と陰極とからなる一対の電極間に複数の有機層が挟まれてなる有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）素子に関し、更に詳しくは、発光効率が高く、かつ発光安定性に優れた青色発光層を有する有機ＥＬ素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
有機エレクトロルミネッセンス素子（有機ＥＬ素子）は、自己発光のため、高輝度で高視野角などの高視認性を有しており、かつ数Ｖ〜数十Ｖの低電圧駆動が可能なため駆動回路を含めた軽量化が可能である。そこで薄膜型ディスプレイ、照明、バックライト等としての活用が期待できる。
【０００３】
有機ＥＬ素子は、陽極と陰極とからなる一対の電極間に複数の積層された有機層が挟まれてなるもので、一般に、陽極側から陰極側にかけて正孔輸送層、発光層、電子輸送層等の有機層が設けられている。
【０００４】
そして、発光を行う発光層へは、陽極から正孔輸送層を介して正孔が、陰極から電子輸送層を介して電子がそれぞれ注入され、発光層内にて正孔と電子とが再結合し、このとき発生するエネルギーにより発光層中の発光材料が発光するようになっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このような有機ＥＬ素子は、種々の発光スペクトルを有する発光材料を組み合わせることにより、混色によってさまざまな発光が可能となることも特徴である。例えば、緑〜赤色については、アルミキレート等の緑色発光材料にドーパントを導入することにより緑〜赤の発光が可能である。
【０００６】
しかしながら、青色発光素子については、次のような問題がある。青色発光素子は、その母材が３８０ｎｍ以上５１０ｎｍ未満のピーク波長を持つ発光スペクトルを有する有機層（以下、青色発光層という）である。
【０００７】
青色発光層よりも陽極側に位置する正孔輸送層は、通常、エネルギーギャップが大きいが、青色発光層もエネルギーギャップが大きい。そのため、青色発光層と正孔輸送層との間のエネルギー障壁が小さく、陰極側から移動してくる電子は、青色発光層を超えて正孔輸送層へ注入されやすい。
【０００８】
このように、青色発光層を含む有機ＥＬ素子では、正孔輸送層への電子注入があるために、正孔輸送層の母材（例えばアミン系である正孔輸送性材料）が励起される。すると、正孔輸送層は、励起状態を保持することが不安定であるため、正孔輸送層の劣化が生じる。その結果、素子全体での輝度低下も早いという問題がある。
【０００９】
この正孔輸送層の母材を励起させない工夫として、従来、正孔輸送層に蛍光色素をドープする方法が知られている。例えば、特開２０００−１８２７６８号公報では、正孔輸送層中に、蛍光色素を添加して正孔輸送性発光層とすることによって、正孔輸送層において母材を励起させることなく蛍光色素を発光させるようにしている。それによれば、母材の劣化を防止することができると考えられるが、正孔輸送層の母材（正孔輸送材料）への電子注入を完全に阻止することは困難である。
【００１０】
また、正孔輸送層への電子注入を阻止する方法として、特開平３−２３０５８３号公報に提案されているように、エネルギーレベルの相対関係を調節する方法が挙げられる。この方法では、電子・正孔のエネルギー準位が井戸型になるように調整されている。混色発光を実現させるためには、井戸型層を２層の積層構造にすることも知られている。
【００１１】
しかしながら、この構造の場合、井戸型層を発光層として正孔輸送層への電子注入を阻止できるものの、井戸型層はエネルギーギャップの比較的狭い層であるため、井戸型層においてエネルギーギャップの狭い緑よりも長波長の発光を実現することはできても、青色といったエネルギーギャップの広い短波長の発光を実現することは困難である。
【００１２】
そこで、本発明は上記問題に鑑み、陽極と陰極とからなる一対の電極間に複数の有機層が挟まれてなる有機ＥＬ素子において、陽極側の正孔輸送層の母材の劣化を防止しつつ、青色成分を含む発光を適切に行えるようにすることを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、電極間の複数の有機層において、互いの伝導帯最低準位の関係を規定することで陽極側の有機層（つまり、正孔輸送層）への電子注入を抑制すること、および、蛍光色素が電子を捕獲する性質を持つことを利用し、陰極側の有機層に蛍光色素を添加し陰極側有機層にて発光を行うことに着目してなされたものである。
【００１４】
すなわち、請求項１に記載の発明では、陽極（２０）と陰極（４０）とからなる一対の電極（２０、４０）間に複数の有機層（３１、３２、３３）が挟まれてなる有機ＥＬ素子において、複数の有機層は、陽極側に位置する正孔輸送層としての第１の有機層（３１）と、陰極側に位置する第３の有機層（３３）と、第１及び第３の有機層に挟まれた第２の有機層（３２）とを備えるものであり、第３の有機層は、青色発光スペクトル特性を有する母材に青色発光する蛍光色素が添加されたものであり、第２の有機層（３２）は、第２の有機層の母材に蛍光色素が添加されたものであり、第２の有機層の母材の伝導帯最低準位（Ｅｃ３２）が、第１の有機層の母材の伝導帯最低準位（Ｅｃ３１）および第３の有機層の母材の伝導帯最低準位（Ｅｃ３３）よりも低くなっており、第２の有機層の母材に添加された蛍光色素の伝導帯最低準位（Ｅｃ３２’）が、第２の有機層の母材の伝導帯最低準位よりも低くなっていることを特徴としている。
【００１５】
それによれば、第２の有機層（３２）の伝導帯最低準位（Ｅｃ３２）が、その両側に位置する第１および第３の有機層の伝導帯最低準位（Ｅｃ３１、Ｅｃ３３）よりも低くなる。そのため、陰極（４０）から第３の有機層（３３）を超えて移動する電子は、第２の有機層に捕獲され、陽極（２０）側に位置し正孔輸送層として機能する第１の有機層（３１）へは注入されにくくなる。
【００１６】
また、陰極（４０）側の第３の有機層（３３）においては、その母材が青色発光領域の広いエネルギーギャップを有するものであるため、添加される蛍光色素としても青色発光を有するものを選択することができる。
【００１７】
そのため、上記伝導帯最低準位の関係を満足すべく第２の有機層（３２）のエネルギーギャップを小さくするために、第２の有機層を、青色発光領域よりも長波長領域（緑〜赤）にピーク波長を持つ発光スペクトルを有するものにしても、第３の有機層の蛍光色素として青色発光するものを選択すれば、第３の有機層にて青色発光が可能である。
【００１８】
これは、上述したように、蛍光色素に電子を捕獲する性質があること、および、陽極（２０）から第１及び第２の有機層（３１、３２）を超えて第３の有機層（３３）へ正孔を注入させることができることにより、第３の有機層内にて電子と正孔とが再結合し蛍光色素が発光するためである。
【００１９】
このように、本発明によれば、陽極（２０）側の第１の有機層（３１）への電子注入を抑制し、陰極（４０）側の第３の有機層（３３）にて青色発光を確保することができるため、陽極側の正孔輸送層の母材の劣化を防止しつつ、青色成分を含む発光を適切に行えるようにすることができる。さらに、本発明によれば、第３の有機層（３３）だけでなく、第２の有機層（３２）も蛍光色素を含むものにしているので、蛍光色素の電子捕獲性により第２の有機層の電子捕獲性を向上させることができる。また、第２および第３の有機層の両蛍光色素の発光を組み合わせることにより、発光色の選択性が広がる。
【００２０】
また、請求項２に記載の発明では、第１の有機層（３１）の母材が、青色発光スペクトル特性を有するものであることを特徴としている。
【００２１】
それによれば、第２の有機層（３２）を挟んで、第３の有機層（３３）だけでなく第１の有機層（３１）も青色発光領域にピーク波長を持つ発光スペクトルを有するものとなり、請求項１に記載の各有機層間の伝導帯最低準位の関係を、好適に満足することができる。
【００２４】
また、上記請求項１に記載の伝導帯最低準位の関係を好適に満足するには、請求項３に記載の発明のように、第１の有機層（３１）の母材のエネルギーギャップと第３の有機層（３３）の母材のエネルギーギャップとの差が、０．４ｅＶ以下であるようなエネルギーギャップ関係を設定することになる。
【００２５】
さらに、上記請求項１に記載の伝導帯最低準位の関係を満足し、それによる正孔輸送層への電子注入抑制効果を確保するためには、請求項４に記載の発明のように、第２の有機層（３２）の母材の伝導帯最低準位（Ｅｃ３２）が第３の有機層（３３）の母材の伝導帯最低準位（Ｅｃ３３）よりも０．１ｅＶ以上低いことが好ましい。
【００２６】
また、請求項５に記載の発明では、第２の有機層（３２）または第３の有機層（３３）において、蛍光色素のエネルギーギャップが、当該蛍光色素が添加される母材のエネルギーギャップよりも小さいことを特徴とする。それにより、好適に蛍光色素を発光させることができる。
【００２７】
また、請求項６に記載の発明では、第２の有機層（３２）が第３の有機層（３３）に比べて薄いものであることを特徴とする。
【００２８】
上述したように、第３の有機層（３３）にて蛍光色素を発光させるべく、陽極（２０）から第１及び第２の有機層（３１、３２）を超えて正孔を注入させるが、第２の有機層（３２）が厚いと第３の有機層への正孔の移動が行われにくくなる。その点、本発明のように、第２の有機層を第３の有機層に比べて薄いものにすれば、当該正孔の移動を確保するためには好ましい。
【００２９】
また、請求項７に記載の発明では、陽極（２０）と陰極（４０）とからなる一対の電極（２０、４０）間に複数の有機層（３１ａ、３３）が挟まれてなる有機ＥＬ素子において、複数の有機層は、陽極側に位置する正孔輸送層としての第１の有機層（３１ａ）と、この第１の有機層よりも陰極側に位置する第２の有機層（３３）とを備えるものであり、第２の有機層は、青色発光スペクトル特性を有する母材に青色発光する蛍光色素が添加されたものであり、第１の有機層は、その母材中に、第２の有機層の母材の伝導帯最低準位（Ｅｃ３３）よりも低い伝導帯最低準位（Ｅｃ３１ａ’）を有するドーパントが添加されたものであり、ドーパントが銅フタロシアニンであることを特徴としている。
【００３０】
それによれば、陰極（４０）側の第２の有機層（３３）においては、その母材が青色発光領域の広いエネルギーギャップを有するものであるため、添加される蛍光色素としても青色発光を有するものを選択することができる。
【００３１】
そして、本発明では、請求項１における第３の有機層（３３）と同様、第２の有機層（３３）にて青色発光が可能である。つまり、陽極（２０）から第１の有機層（３１ａ）を超えて第２の有機層（３３）へ注入された正孔が、第２の有機層（３３）の蛍光色素に捕獲された電子と再結合し、第２の有機層（３３）にて蛍光色素が発光する。
【００３２】
また、本発明では、陽極（２０）側の第１の有機層（３１ａ）が正孔輸送層として機能するが、この第１の有機層の母材中に、第２の有機層（３３）の母材の伝導帯最低準位（Ｅｃ３３）よりも低い伝導帯最低準位（Ｅｃ３１ａ’）を有するドーパントが添加されている。
【００３３】
それにより、陰極（４０）から第２の有機層（３３）を超えて第１の有機層（３１ａ）へ入ってくる電子は、ドーパントに捕獲され、第１の有機層の母材へは注入されにくくなる。つまり、第１の有機層には、電子捕獲部としてのドーパントが形成されることにより、第１の有機層の母材の電子による励起が抑制される。
【００３４】
このように、本発明によっても、陽極（２０）側の第１の有機層（３１ａ）への電子注入を抑制し、陰極（４０）側の第２の有機層（３３）にて青色発光を確保することができるため、陽極側の正孔輸送層の母材の劣化を防止しつつ、青色成分を含む発光を適切に行えるようにすることができる。
【００４２】
また、請求項８に記載の発明では、陽極（２０）と陰極（４０）との間に陽極側から正孔輸送層（３１）、発光層（３３ａ、３３ｂ）を介在させてなる有機ＥＬ素子において、発光層は、正孔輸送層側に位置する第１の発光層（３３ａ）と第１の発光層よりも陰極側に位置する第２の発光層（３３ｂ）とからなり、第２の発光層の母材は青色発光スペクトル特性を有する電子輸送性材料Ｃであり、第１の発光層の母材は、青色発光スペクトル特性を有する正孔輸送性材料Ａと第２の発光層の母材である電子輸送性材料Ｃの伝導帯最低準位（Ｅｃ３３ｂ）よりも低い伝導帯最低準位（Ｅｃ３３ａ’）を有する電子輸送性材料Ｂとの混合物からなり、第１の発光層および第２の発光層には蛍光色素が添加されており、第２の発光層に添加された蛍光色素は青色発光するものであり、第１の発光層に添加された蛍光色素の伝導帯最低準位（Ｅｃ３３ａ”）が、第２の発光層の母材である電子輸送性材料Ｃの伝導帯最低準位よりも低くなっていることを特徴とする。
【００４３】
それによれば、第２の発光層に対しては、陰極側から電子が注入され、第１の発光層の正孔輸送性材料Ａによって正孔輸送層からの正孔が注入される。そのため、第２の発光層において蛍光色素が発光可能である。
【００４４】
さらに、第２の発光層においては、その母材である電子輸送性材料Ｃが青色発光領域の広いエネルギーギャップを有するものであるため、添加される蛍光色素としても青色発光を有するものを選択することができる。よって、第２の発光層にて青色発光が可能である。
【００４５】
また、第１の発光層に対しては、陰極側からの電子が第２の発光層の電子輸送性材料Ｃを介して注入され、陽極側からの正孔が正孔輸送層を介して注入される。そして、第１の発光層内に注入された正孔、電子は、それぞれ第１の発光層の母材である正孔輸送性材料Ａ、電子輸送性材料Ｂの持つ輸送機能によって第１の発光層全域へ行き渡る。
【００４６】
そのため、第１の発光層全域において蛍光色素が効率よく発光する。こうして、本発明の有機ＥＬ素子では第１の発光層からの発光と第２の発光層からの発光の混色発光が行われる。
【００４７】
また、本発明では、第１の発光層の母材である電子輸送性材料Ｂは、その伝導帯最低準位（Ｅｃ３３ａ’）が第２の発光層の母材である電子輸送性材料Ｃの伝導帯最低準位（Ｅｃ３３ｂ）よりも低い。
【００４８】
そのため、陰極から第２の発光層を介して第１の発光層に注入されてくる電子は、この電子輸送性材料Ｂに捕獲される。そして、捕獲された電子は上述のように第１の発光層における蛍光色素の発光に寄与する。つまり、陰極側からの電子は、第１の発光層における電子輸送性材料Ｂおよび蛍光色素に捕獲されて第１の発光層内に留まり、正孔輸送層へは注入されにくくなる。
【００４９】
ちなみに、もし第１の発光層の母材である電子輸送性材料Ｂと第２の発光層の母材である電子輸送性材料Ｃとが同一材料である、すなわち、両電子輸送性材料Ｂ、Ｃの伝導帯最低準位が同一であると、陰極から第２の発光層を介して第１の発光層に注入された電子は、第１の発光層の電子輸送性材料Ｂに捕獲されずに、第１の発光層を越えて正孔輸送層へ注入されやすくなってしまう。
【００５０】
このように本発明によれば、陽極側の正孔輸送層への電子注入を抑制して正孔輸送層の母材の劣化を防止しつつ、第２の発光層にて青色発光系の蛍光色素を選択することで青色成分を含む発光を適切に行えるようにすることができる。
【００５１】
また、請求項９に記載の発明では、第１の発光層（３３ａ）の母材である電子輸送性材料Ｂの伝導帯最低準位（Ｅｃ３３ａ’）が、第２の発光層（３３ｂ）の母材である電子輸送性材料Ｃの伝導帯最低準位（Ｅｃ３３ｂ）よりも０．１ｅＶ以上低いことを特徴とする。
【００５２】
第１の発光層の電子輸送性材料Ｂの伝導帯最低準位が、第２の発光層の電子輸送性材料Ｃの伝導帯最低準位よりも低いということについて、明確な準位の差を設けるには０．１ｅＶ以上の差があることが好ましい。
【００５３】
また、請求項１０に記載の発明では、第１の発光層（３３ａ）の母材を構成する混合物において、電子輸送性材料Ｂの価電子帯最高準位（Ｅｖ３３ａ’）が正孔輸送性材料Ａの価電子帯最高準位（Ｅｖ３３ａ）よりも低いことを特徴とする。
【００５４】
それによれば、第１の発光層と第２の発光層とをバランス良く発光させることができ、好ましい。
【００５５】
もし、電子輸送性材料Ｂの価電子帯最高準位（Ｅｖ３３ａ’）が正孔輸送性材料Ａの価電子帯最高準位（Ｅｖ３３ａ）よりも高いと、第１の発光層から第２の発光層へ移動しようとする正孔が、電子輸送性材料Ｂに捕獲されて第２の発光層へ行きにくくなる。すると、第２の発光層へ十分に正孔が注入されず、第２の発光層の発光が不十分になってしまう。
【００５６】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【００５７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図に示す実施形態について説明する。なお、以下の各実施形態について、同一部分には図中、同一符号を付してある。
【００５８】
（第１実施形態）
図１は本発明の第１実施形態に係る有機ＥＬ素子Ｓ１の概略断面図である。この有機ＥＬ素子Ｓ１は、ガラスなどの可視光に対して透明性を有した基板１０の上にて、透明導電膜よりなる陽極２０と金属等よりなる陰極４０とからなる一対の電極２０、４０間に複数の有機層３０〜３４が挟まれてなるものである。
【００５９】
この有機ＥＬ素子Ｓ１において、基板１０上の各層は真空蒸着法等により成膜されるものである。そして、一対の電極２０、４０間に電圧を印加し、有機層３０〜３４からの発光を基板１０側から取り出すようにしている。
【００６０】
各有機層は、陽極２０側から陰極４０側にかけて、正孔注入層３０、正孔輸送層３１、電子捕獲層３２、発光層３３、電子輸送層３４の５層が、この順に積層されたものである。
【００６１】
ここにおいて、本実施形態では、中央の３層３１、３２、３３について、正孔輸送層３１を陽極２０側に位置する第１の有機層、発光層３３を陰極４０側に位置する第３の有機層、電子捕獲層３２を第１及び第３の有機層に挟まれた第２の有機層としている。
【００６２】
正孔輸送層（第１の有機層）３１としては、正孔輸送性材料よりなる母材が３８０ｎｍ以上５１０ｎｍ未満のピーク波長を持つ発光スペクトル（青色発光スペクトル特性）を有するものを用いることが好ましい。また、発光層（第３の有機層）３３としては、上記青色発光スペクトル特性を有する母材に蛍光色素が添加されたものを用いることが必要である。
【００６３】
また、電子捕獲層（第２の有機層）３２としては、発光スペクトルのピーク波長は特に限定しないが、典型的には、その母材が５１０ｎｍ以上のピーク波長を持つ発光スペクトルを有するものを採用する。つまり、典型的には、電子捕獲層３２の母材は、青色発光領域よりも長波長（緑〜赤）側にピーク波長を持つ発光スペクトルを持つものにできる。
【００６４】
また、本実施形態では、これら第１から第３の有機層３１〜３３のエネルギー準位を次のように設定している。図２は、第１から第３の有機層３１〜３３のエネルギー準位を示す図である。図２中、Ｍ１は陽極２０の仕事関数、Ｍ２は陰極４０の仕事関数である。
【００６５】
正孔輸送層（第１の有機層）３１の母材において伝導帯最低準位をＥｃ３１、価電子帯最高準位をＥｖ３１とし、電子捕獲層（第２の有機層）３２の母材において伝導帯最低準位をＥｃ３２、価電子帯最高準位をＥｖ３２とし、発光層（第３の有機層）３３の母材において伝導帯最低準位をＥｃ３３、価電子帯最高準位をＥｖ３３とする。なお、発光層３３中の破線は、発光層３３の蛍光色素の伝導帯最低準位Ｅｃ３３’および価電子帯最高準位Ｅｖ３３’である。
【００６６】
図２に示すように、電子捕獲層（第２の有機層）３２の母材の伝導帯最低準位Ｅｃ３２が、その両側に位置する正孔輸送層（第１の有機層）３１の母材の伝導帯最低準位Ｅｃ３１および発光層（第３の有機層）３３の母材の伝導帯最低準位Ｅｃ３３よりも低くなっている。
【００６７】
このような伝導帯最低準位Ｅｃ３１、Ｅｃ３２、Ｅｃ３３の関係によれば、陰極４０から発光層３３を超えて移動する電子は、電子捕獲層３２に捕獲され、陽極２０側に位置する正孔輸送層３１への注入が抑制される。
【００６８】
また、陰極４０側の発光層３３においては、その母材が青色発光スペクトル特性を有し、広いエネルギーギャップを有するものである。そのため、当該発光層３３に添加される蛍光色素としても青色発光を有するものを選択することができる。
【００６９】
それにより、上記伝導帯最低準位の関係を満足すべく電子捕獲層３２のエネルギーギャップを小さくするために、電子捕獲層３２を、青色発光領域よりも長波長領域にピーク波長を持つ発光スペクトルを有するものにしても、発光層３３の蛍光色素として青色発光するものを選択することができるから、発光層３３にて青色発光が可能である。
【００７０】
これは、蛍光色素に電子を捕獲する性質があること、および、陽極２０から正孔輸送層３１および電子捕獲層３２を超えて発光層３３へ正孔を注入させることができることにより、発光層３３内にて電子と正孔とが再結合し蛍光色素が発光するためである。
【００７１】
このように、本実施形態によれば、陽極２０側の正孔輸送層３１への電子注入を抑制し、陰極４０側の発光層３３にて青色発光を確保することができるため、正孔輸送層３１の母材の劣化防止しつつ、青色成分を含む発光を適切に行えるようにすることができる。
【００７２】
また、本実施形態においては、電子捕獲層（第２の有機層）３２は、電子捕獲層３２を構成する母材に蛍光色素が添加されたものでも良い。電子捕獲性を持つ蛍光色素を電子捕獲層３２に添加することで、電子捕獲層３２の電子捕獲性を向上させることができる。また、電子捕獲層３２および発光層３３の両蛍光色素の発光を組み合わせることにより、発光色の選択性が広がる。
【００７３】
また、上述したように、上記伝導帯最低準位の関係を満足するには、正孔輸送層３１の母材および発光層３１の母材を、ともに青色発光スペクトル特性を有し広いエネルギーギャップ（例えば３ｅＶ程度）を有するものにすることが好ましいが、この場合、正孔輸送層３１の母材のエネルギーギャップ（Ｅｃ３１−Ｅｖ３１）と発光層３３の母材のエネルギーギャップ（Ｅｃ３３−Ｅｖ３３）との差は、典型的には０．４ｅＶ以下程度に設定される。
【００７４】
また、上記伝導帯最低準位の関係を満足し、それによる正孔輸送層３１への電子注入抑制効果を確保するためには、電子捕獲層（第２の有機層）３２の母材の伝導帯最低準位Ｅｃ３２が、発光層（第３の有機層）３３の母材の伝導帯最低準位Ｅｃ３３よりも０．１ｅＶ以上低いことが好ましい。
【００７５】
また、上述したように、発光層３３にて蛍光色素を発光させるべく、陽極２０から正孔輸送層３１及び電子捕獲層３２を超えて正孔を注入させる。このとき、電子捕獲層３２が厚いと発光層３３への正孔の移動が行われにくくなる。その点を鑑みて当該正孔の移動を確保するためには、電子捕獲層３２を発光層３３に比べて薄いものにすることが好ましい。
【００７６】
このように、本実施形態によれば、上記第１〜第３の有機層３１〜３３において、第３の有機層３３を、青色発光スペクトル特性を有する母材に蛍光色素が添加されたものとし、第２の有機層３２の母材の伝導帯最低準位Ｅｃ３２を、第１の有機層３１の母材の伝導帯最低準位Ｅｃ３１および第３の有機層３３の母材の伝導帯最低準位Ｅｃ３３よりも低くした構成（第１の構成）を採用することで、正孔輸送層（第１の有機層）３１への電子注入抑制および第３の有機層３３の蛍光色素による青色発光の実現が図れる。
【００７７】
なお、本実施形態では、正孔輸送層（第１の有機層）３１は、その母材が青色発光スペクトル特性を有するものでなくても良い。つまり、上記伝導帯最低準位の関係が満足できるものであるならば、正孔輸送層３１は、青色よりも長波長側の緑色や赤色の発光スペクトル特性を有するものでも良い。
【００７８】
しかし、正孔輸送層３１の母材も、発光層３１の母材と同様に、青色発光スペクトル特性を有するものとすれば、正孔輸送層３１の母材のエネルギーギャップは広いものとなる。そして、正孔輸送層３１の母材の伝導帯最低準位Ｅｃ３１を電子捕獲層３２の母材の伝導帯最低準位Ｅｃ３２よりも大きくすることが容易になる。
【００７９】
このような見方をすれば、上記第１〜第３の有機層３１〜３３において、第１の有機層３１の母材を青色発光スペクトル特性を有するものとし、第３の有機層３３を、青色発光スペクトル特性を有する母材に蛍光色素が添加されたものとし、第２の有機層３２を、その母材が５１０ｎｍ以上のピーク波長を持つ発光スペクトルを有するものとした構成（第２の構成）においても、上記した本実施形態の効果が発揮される。
【００８０】
つまり、青色発光スペクトル特性を有する第１および第３の有機層３１、３３の母材は共に、比較的広いエネルギーギャップを有する。それに対し、青色よりも長波長領域の発光スペクトル特性を有する第２の有機層３２の母材は、比較的狭いエネルギーギャップを有するものとなる。
【００８１】
そのため、第２の有機層３２の母材の伝導帯最低準位Ｅｃ３２は、その両側の第１および第３の有機層３１、３３の母材の伝導帯最低準位Ｅｃ３１、Ｅｃ３３よりも低いものになり、上記伝導帯最低準位の関係が満足される。それにより、第２の有機層３２による電子捕獲が行われる。
【００８２】
このように、上記第２の構成においても、正孔輸送層（第１の有機層）３１への電子注入抑制がなされるとともに、第３の有機層３３の蛍光色素による青色発光の実現が図れるため、正孔輸送層の母材の劣化防止しつつ、青色成分を含む発光を適切に行えるようにすることができる。
【００８３】
また、別の見方をすれば、本実施形態は、陽極２０と陰極４０との間に複数の有機層３０〜３４が挟まれてなる有機ＥＬ素子において、有機層は、陽極２０側に位置する正孔輸送層３１と、陰極４０側に位置する陰極側有機層としての発光層３３と、正孔輸送層３１および陰極側有機層３３に挟まれ電子を捕獲する機能を有する電子捕獲層３２とを備えるものであり、陰極側有機層３３は、３８０ｎｍ以上５１０ｎｍ未満のピーク波長を持つ発光スペクトルを有する母材に蛍光色素が添加された構成（第３の構成）であるとも言える。
【００８４】
つまり、電子捕獲層３２によって発光層（陰極側有機層）３３からの電子が捕獲されることで正孔輸送層３１への電子注入抑制効果が発揮される。それとともに、陰極側有機層３３において、蛍光色素を選択することによる青色発光が可能である。そのため、この第３の構成によっても、正孔輸送層３１の母材の劣化防止しつつ、青色成分を含む発光を適切に行えると言える。
【００８５】
次に、本実施形態について限定するものではないが、以下の具体例を参照して、より詳細に述べる。なお、各例中に述べる材料は公知のものであるが、代表的なものについては、図３、図４に、その主骨格を表す。
【００８６】
（第１の具体例）
ガラス基板１０上に、透明電極としてＩＴＯ（インジウム−錫の酸化物）よりなる陽極２０をスパッタリング法により形成した。なお、陽極２０は、インジウム−亜鉛の酸化物でも良く、その膜厚は、１００ｎｍ〜１μｍ程度にできる。本例では、陽極２０の膜厚は、好ましい値として１５０ｎｍ程度とした。
【００８７】
その上に、正孔注入層３０として銅フタロシアニン（価電子帯最高準位Ｅｖ３０：５．３ｅＶ、伝導帯最低準位Ｅｃ３０：３．６ｅＶ、エネルギーギャップＥｇ：１．７ｅＶ）を、真空蒸着法により膜厚２０ｎｍにて形成した。
【００８８】
その上に、正孔輸送層３１としてトリフェニルアミン４量体（価電子帯最高準位Ｅｖ３１：５．４ｅＶ、伝導帯最低準位Ｅｃ３１：２．４ｅＶ、Ｅｇ：３．０ｅＶ、発光スペクトルのピーク波長Ｗｐ：４２０ｎｍ）を、真空蒸着法により膜厚４０ｎｍにて形成した。
【００８９】
その上に、電子捕獲層３２として、母材としてのトリス（８−キノリール）アルミニウム（以下、Ａｌｑという、価電子帯最高準位Ｅｖ３２：５．６ｅＶ、伝導帯最低準位Ｅｃ３２：３．１ｅＶ、Ｅｇ：２．５ｅＶ、Ｗｐ：５３０ｎｍ）に、蛍光色素としてのＤＣＪＴＢ（図３参照、価電子帯最高準位Ｅｖ３２’：５．３ｅＶ、伝導帯最低準位Ｅｃ３２’：３．２ｅＶ、Ｅｇ：２．１ｅＶ、Ｗｐ：６００ｎｍ）を１％添加したものを、真空蒸着法により膜厚２ｎｍにて形成した。
【００９０】
その上に、発光層３３として、母材としてのＢＡｌｑ（図４参照、価電子帯最高準位Ｅｖ３３：５．８ｅＶ、伝導帯最低準位Ｅｃ３３：３．０ｅＶ、Ｅｇ：２．８ｅＶ、Ｗｐ：４９０ｎｍ）に、蛍光色素としてのペリレン（価電子帯最高準位Ｅｖ３３’：５．５ｅＶ、伝導帯最低準位Ｅｃ３３’：２．６ｅＶ、Ｅｇ：２．９ｅＶ、Ｗｐ：４５０ｎｍ）１ｗｔ％を添加したものを、真空蒸着法により膜厚４０ｎｍにて形成した。
【００９１】
さらに、電子輸送層３４としてＡｌｑを真空蒸着法により膜厚２０ｎｍにて形成した。これら有機層３０〜３４を形成した後、蒸着法により、ＬｉＦを膜厚０．５ｎｍにて成膜し、その次に、Ａｌ（アルミニウム）を膜厚１００ｎｍにて成膜し、これらＬｉＦ／Ａｌの積層膜により陰極４０を形成した。
【００９２】
こうして得られた本例の有機ＥＬ素子Ｓ１は、電子捕獲層３２の蛍光色素ＤＣＪＴＢによる６００ｎｍの発光（赤色系）と、発光層３３の蛍光色素ペリレンによる４５０ｎｍの発光（青色系）との同時発光により、白色発光を行う白色発光素子である。
【００９３】
本例の有機ＥＬ素子Ｓ１におけるエネルギー準位を図５に模式的に示す。電子捕獲層（第２の有機層）３２の母材（Ａｌｑ）の伝導帯最低準位Ｅｃ３２（３．１ｅＶ）が、正孔輸送層（第１の有機層）３１の母材（トリフェニルアミン４量体）の伝導帯最低準位Ｅｃ３１（２．４ｅＶ）および発光層（第３の有機層）３３の母材（ＢＡｌｑ）の伝導帯最低準位Ｅｃ３３（３．０ｅＶ）よりも低くなっている。
【００９４】
そして、本例の有機ＥＬ素子Ｓ１について、８５℃環境で高温作動試験した時の輝度劣化特性を調べた。その結果を図６に示す。なお、図６では、比較例として、上記特開２０００−１８２７６８号公報に示されている正孔輸送層に蛍光色素を添加した構造のものについても、同様に調べた結果を示している。さらに図６では後述する第３実施形態の具体例（第４具体例）の結果も並記してある。
【００９５】
この比較例のエネルギー準位を図７に模式的に示す。このものは、上記図５に示すものにおいて、電子捕獲層３２を無くし、正孔輸送層３１の母材（トリフェニルアミン４量体）に蛍光色素４−（ジシアノメチレン）−２−メチル−６−（ｐ−ジメチルアミノスチリル）−４Ｈ−ピラン（ＤＣＭ１、価電子帯最高準位Ｅｖ３１’：５．４ｅＶ、伝導帯最低準位Ｅｃ３１’：３．５ｅＶ、Ｗｐ：５７０ｎｍ以上６１０ｎｍ未満）を０．２５％程度添加したものである。
【００９６】
図６からわかるように、本第１の具体例の有機ＥＬ素子Ｓ１は、電子捕獲層３２による正孔輸送層３１への電子注入抑制効果が発揮され、正孔輸送層３１の母材の劣化防止がなされるため、上記比較例に比べて、輝度低下の度合が遅く、寿命が長いものとすることができる。
【００９７】
（第２の具体例）
本具体例は、電子捕獲層３２を２層とし、各層に発光色の異なる蛍光色素を添加したものである。
【００９８】
上記第１の具体例と同様に、ガラス基板１０上に、膜厚１５０ｎｍ程度のＩＴＯよりなる陽極２０、膜厚２０ｎｍの銅フタロシアニンよりなる正孔注入層３０、膜厚４０ｎｍのトリフェニルアミン４量体よりなる正孔輸送層３１を順次形成した。
【００９９】
その上に、第１の電子捕獲層３２ａとして、母材としてのＡｌｑに蛍光色素としてのルブレン（価電子帯最高準位Ｅｖ３２ａ’：５．４ｅＶ、伝導帯最低準位Ｅｃ３２ａ’：３．２ｅＶ、Ｅｇ：２．２ｅＶ、Ｗｐ：５５５ｎｍ）を５％添加したものを、真空蒸着法により膜厚１０ｎｍにて形成した。
【０１００】
その上に、第２の電子捕獲層３２ｂとして、母材としてのＡｌｑに蛍光色素としてのジメチルキナクリドン（価電子帯最高準位Ｅｖ３２ｂ’：５．５ｅＶ、伝導帯最低準位Ｅｃ３２ｂ’：３．２ｅＶ、Ｅｇ：２．３ｅＶ、Ｗｐ：５３５ｎｍ）を２％添加したものを、真空蒸着法により膜厚２ｎｍにて形成した。
【０１０１】
その上に、上記第１の具体例と同様に、母材としてのＢＡｌｑに蛍光色素としてのペリレンを１ｗｔ％添加してなる発光層３３を膜厚４０ｎｍにて形成し、Ａｌｑよりなる電子輸送層３４を膜厚２０ｎｍにて形成し、ＬｉＦ／Ａｌの積層膜よりなる陰極４０を形成した。
【０１０２】
こうして得られた本例の有機ＥＬ素子Ｓ１は、電子捕獲層３２（３２ａと３２ｂ）の両蛍光色素ルブレン、ジメチルキナクリドンによる、それぞれ５５５ｎｍの発光、５３５ｎｍの発光と、発光層３３の蛍光色素ペリレンによる４５０ｎｍの発光（青色系）との同時発光により、白色発光を行う白色発光素子である。
【０１０３】
本例の有機ＥＬ素子Ｓ１におけるエネルギー準位を図８に模式的に示す。電子捕獲層（第２の有機層）３２ａ、３２ｂの母材（Ａｌｑ）の伝導帯最低準位Ｅｃ３２（３．１ｅＶ）が、正孔輸送層（第１の有機層）３１の母材（トリフェニルアミン４量体）の伝導帯最低準位Ｅｃ３１（２．４ｅＶ）および発光層（第３の有機層）３３の母材（ＢＡｌｑ）の伝導帯最低準位Ｅｃ３３（３．０ｅＶ）よりも低くなっている。
【０１０４】
そして、本例の有機ＥＬ素子Ｓ１についても、８５℃環境で高温作動試験した時の輝度劣化特性を調べた結果、上記第１の具体例と同様に、従来に比べて、輝度低下の度合が遅く、寿命が長いものとすることができた。
【０１０５】
以上、本第１実施形態について述べてきた。以下、材料を限定するわけではないが、本実施形態の主たる特徴である第１から第３の有機層（正孔輸送層３１、電子捕獲層３２、発光層３３）として使用可能な材料の一例を挙げておく。
【０１０６】
例えば正孔輸送層３１の母材としては、トリフェニルアミン４量体以外にも、Ｎ−Ｎ’−ジフェニル−Ｎ−Ｎ’−ビス（３メチルフェニル）−１，１’−ビフェニル４，４’−ジアミン（ＴＰＤ）やα−ナフチルフェニルジアミン（α−ＮＰＤ）等が挙げられる。
【０１０７】
また、電子捕獲層３２の母材としてはＡｌｑ以外にも、Ａｌｍｑ３、Ｚｎｑ２、Ｂｅｑ２等が挙げられ、電子捕獲層３２に添加される蛍光色素としてはＤＣＪＴＢ、ルブレン、ジメチルキナクリドン以外にも、ペンタセン誘導体、クマリン誘導体等が挙げられる。
【０１０８】
また、発光層３３の母材としてはＢＡｌｑ以外にも、アダマンタン誘導体、ジフェニルアントラセン、スピロ化合物、ベンゾオキサジアゾール亜鉛錯体等が挙げられ、発光層３３に添加される蛍光色素としてはペリレン以外にも、ジスチリルアリーレン誘導体等が挙げられる。
【０１０９】
（第２実施形態）
図９は本発明の第２実施形態に係る有機ＥＬ素子Ｓ２の概略断面図である。本実施形態は、請求項８の発明に係るものであり、この有機ＥＬ素子Ｓ２は、基板１０の上にて、透明導電膜よりなる陽極２０と金属等よりなる陰極４０とからなる一対の電極２０、４０間に複数の有機層３０、３１ａ、３３、３４が挟まれてなるものである。
【０１１０】
各有機層は、陽極２０側から陰極４０側にかけて、正孔注入層３０、正孔輸送層３１ａ、発光層３３、電子輸送層３４の４層が、この順に積層されたものである。本実施形態では、上記第１実施形態における電子捕獲層が無くなり、電子捕獲機能を持つ部分を正孔輸送層３１ａに設けたものである。
【０１１１】
本実施形態では、中央の２層３１ａ、３３について、正孔輸送層３１ａを陽極２０側に位置する第１の有機層、発光層３３を陰極４０側に位置する第２の有機層（請求項８でいう第２の有機層）としている。
【０１１２】
発光層（第２の有機層）３３としては、青色発光スペクトル特性を有する母材に蛍光色素が添加されたものを用いることが必要である。また、正孔輸送層（第１の有機層）３１ａとしては、正孔輸送性材料よりなる母材中に蛍光性を持たないドーパント（銅フタロシアニン等）が添加されたものを用いる。そして、このドーパントは、発光層３３の母材の伝導帯最低準位よりも低い伝導帯最低準位を有することが必要である。
【０１１３】
本実施形態における第１、第２の有機層３１ａ、３３のエネルギー準位を、図１０に示す。上記第１実施形態と同様、図１０中、Ｍ１は陽極２０の仕事関数、Ｍ２は陰極４０の仕事関数である。
【０１１４】
正孔輸送層（第１の有機層）３１ａの母材における伝導帯最低準位をＥｃ３１ａ、価電子帯最高準位をＥｖ３１ａとし、発光層（第２の有機層）３３の母材における伝導帯最低準位をＥｃ３３、価電子帯最高準位をＥｖ３３とする。
【０１１５】
なお、図１０において、正孔輸送層３１ａ中の破線は、正孔輸送層３１ａのドーパントの伝導帯最低準位Ｅｃ３１ａ’および価電子帯最高準位Ｅｖ３１ａ’であり、発光層３３中の破線は、発光層３３の蛍光色素の伝導帯最低準位Ｅｃ３３’および価電子帯最高準位Ｅｖ３３’である。
【０１１６】
図１０に示すように、正孔輸送層（第１の有機層）３１ａのドーパントの伝導帯最低準位Ｅｃ３１ａ’が、発光層（第２の有機層）３３の母材の伝導帯最低準位Ｅｃ３３よりも低くなっている。
【０１１７】
本第２実施形態によれば、上記第１実施形態と同様、陰極４０側の発光層（第２の有機層）３３においては、その母材が青色発光領域の広いエネルギーギャップを有するものであるため、添加される蛍光色素としても青色発光を有するものを選択できる。
【０１１８】
そのため、上記第１実施形態と同様、発光層３３にて青色発光が可能である。つまり、陽極２０から正孔輸送層（第１の有機層）３１ａを超えて発光層３３へ注入された正孔が、発光層３３の蛍光色素に捕獲された電子と再結合して、発光層３３にて蛍光色素が発光する。
【０１１９】
また、本実施形態では、正孔輸送層（第１の有機層）３１ａの母材中に、発光層３３の母材の伝導帯最低準位Ｅｃ３３よりも低い伝導帯最低準位Ｅｃ３１ａ’を有しかつ蛍光性を持たないドーパントが添加されている。
【０１２０】
それにより、陰極４０から発光層３３を超えて正孔輸送層３１ａへ入ってくる電子は、ドーパントに捕獲され、正孔輸送層３１ａの母材への注入が抑制される。つまり、正孔輸送層３１ａには、電子捕獲部としてのドーパントが形成されることにより、正孔輸送層３１ａの母材の電子による励起が抑制される。
【０１２１】
このように、本第２実施形態によっても、陽極２０側の正孔輸送層（第１の有機層）３１ａへの電子注入を抑制し、陰極４０側の発光層（第２の有機層）３３にて青色発光を確保することができるため、正孔輸送層の母材の劣化防止しつつ、青色成分を含む発光を適切に行えるようにすることができる。
【０１２２】
次に、本第２実施形態について限定するものではないが、以下の具体例を参照して、より詳細に述べる。
【０１２３】
（第３の具体例）
上記第１の具体例と同様に、ガラス基板１０上に、膜厚１５０ｎｍ程度のＩＴＯよりなる陽極２０、膜厚２０ｎｍの銅フタロシアニンよりなる正孔注入層３０を順次形成した。
【０１２４】
その上に、正孔輸送層３１ａの一部としてトリフェニルアミン４量体（価電子帯最高準位Ｅｖ３１ａ：５．４ｅＶ、伝導帯最低準位Ｅｃ３１ａ：２．４ｅＶ、Ｅｇ：３．０ｅＶ、Ｗｐ：４２０ｎｍ）を真空蒸着法により膜厚３０ｎｍにて形成する。
【０１２５】
さらに、正孔輸送層３１ａの残部として、母材としてのトリフェニルアミン４量体にドーパントとしての銅フタロシアニン（価電子帯最高準位Ｅｖ３１ａ’：５．３ｅＶ、伝導帯最低準位Ｅｃ３１ａ’：３．６ｅＶ、エネルギーギャップＥｇ：１．７ｅＶ）を１０％添加したものを、真空蒸着法により膜厚１０ｎｍにて形成する。
【０１２６】
こうして、第２実施形態における正孔輸送層３１ａは、トリフェニルアミン４量体を母材として銅フタロシアニン（ＣｕＰｃ）をドーパントとして添加した形で形成される。
【０１２７】
その上に、上記第１の具体例と同様に、母材としてのＢＡｌｑ（Ｅｖ３３：５．８ｅＶ、Ｅｃ３３：３．０ｅＶ、Ｅｇ：２．８ｅＶ、Ｗｐ：４９０ｎｍ）に蛍光色素としてのペリレン（Ｅｖ３３’：５．５ｅＶ、Ｅｃ３３’：２．６ｅＶ、Ｅｇ：２．９ｅＶ、Ｗｐ：４５０ｎｍ）を１ｗｔ％添加してなる発光層３３を、膜厚４０ｎｍにて形成し、Ａｌｑよりなる電子輸送層３４を膜厚２０ｎｍにて形成し、ＬｉＦ／Ａｌの積層膜よりなる陰極４０を形成した。
【０１２８】
こうして得られた本例の有機ＥＬ素子Ｓ２は、発光層３３の蛍光色素ペリレンによる４５０ｎｍの発光（青色系）の発光により、青色発光を行う青色発光素子である。
【０１２９】
本例の有機ＥＬ素子Ｓ２におけるエネルギー準位を図１１に模式的に示す。トリフェニルアミン４量体よりなる正孔輸送層（第１の有機層）３１ａのドーパント（銅フタロシアニン）の伝導帯最低準位Ｅｃ３１ａ’（３．６ｅＶ）が、発光層（第２の有機層）３３の母材（ＢＡｌｑ）の伝導帯最低準位Ｅｃ３３（３．０ｅＶ）よりも低くなっている。
【０１３０】
そして、本例の有機ＥＬ素子Ｓ２について、８５℃環境で高温作動試験した時の輝度劣化特性を調べた結果を、図１２に示す。なお、図１２では、比較例として、電子輸送層のみにペリレンを添加したもの、すなわち、上記図１１において正孔輸送層３１ａにドーパント（ＣｕＰｃ）を添加しない以外は同様の構成についても、同様に調べた結果を示している。
【０１３１】
図１２からわかるように、本第３の具体例（ＣｕＰｃドープあり）は、正孔輸送層３１ａに電子捕獲部としてのドーパントが混合され、それにより、正孔輸送層３１ａの母材への電子注入および電子による励起が抑制されるため、正孔輸送層３１ａの母材の劣化防止がなされ、比較例（ＣｕＰｃドープなし）に比べて、輝度低下の度合が遅く、寿命が長いものとすることができる。
【０１３２】
以上、本第２実施形態について述べてきたが、本実施形態においても、正孔輸送層３１ａ、発光層３３には、上記第１実施形態に示した使用可能な材料の一例を適用することができる。また、正孔輸送層３１ａのドーパント（電子捕獲部）としては、銅フタロシアニン以外にも、オキサジアゾール化合物等を用いることが可能である。
【０１３３】
（第３実施形態）
図１３は本発明の第３実施形態に係る有機ＥＬ素子Ｓ３の概略断面図である。本実施形態は、請求項１２の発明に係るものであり、大きくは基板１０の上にて、透明導電膜よりなる陽極２０と金属等よりなる陰極４０との間に陽極２０側から正孔輸送層３１、発光層３３ａ、３３ｂを介在させてなるものである。
【０１３４】
陽極２０の上には、正孔注入層３０、正孔輸送層３１が順次形成されており、正孔輸送層３１の上には発光層３３ａ、３３ｂが形成されている。ここで、発光層は、正孔輸送層３１側に位置する第１の発光層３３ａと第１の発光層３３ａよりも陰極４０側に位置する第２の発光層３３ｂとの２層構造からなる。
【０１３５】
これら両発光層層３３ａ、３３ｂは母材に蛍光色素を添加したものとして構成されている。第２の発光層３３ｂの母材は、３８０ｎｍ以上５１０ｎｍ未満のピーク波長を持つ発光スペクトルを有する、すなわち青色発光スペクトル特性を有する電子輸送性材料Ｃである。
【０１３６】
第１の発光層３３ａの母材は、青色発光スペクトル特性を有する正孔輸送性材料Ａと第２の発光層３３ｂの母材である電子輸送性材料Ｃの伝導帯最低準位よりも低い伝導帯最低準位を有する電子輸送性材料Ｂとの混合物である。
【０１３７】
また、発光層３３ａ、３３ｂの上には上記実施形態と同様、電子輸送層３４、陰極４０が順次形成されている。このような有機ＥＬ素子Ｓ３は、真空蒸着法において１種類の蒸着や共蒸着等を用いることで形成することが可能である。
【０１３８】
この有機ＥＬ素子Ｓ３においては、第２の発光層３３ｂに対しては、陰極４０から電子輸送層３４を介して電子が注入され、いっぽう陽極２０から正孔注入層３０．正孔輸送層３１、第１の発光層３３ａの正孔輸送性材料Ａを介して正孔が注入される。そして、第２の発光層３３ｂにおいて正孔と電子が再結合することで蛍光色素が発光する。
【０１３９】
さらに、第２の発光層３３ｂにおいては、その母材である電子輸送性材料Ｃが青色発光領域の広いエネルギーギャップを有するものであるため、添加される蛍光色素としても青色発光を有するものを選択することができる。よって、第２の発光層３３ｂにて青色発光が可能である。
【０１４０】
また、第１の発光層３３ａに対しては、陰極４０から電子輸送層３４、第２の発光層３３ｂの電子輸送性材料Ｃを介して電子が注入され、陽極２０から正孔注入層３０、正孔輸送層３１を介して正孔が注入される。そして、第１の発光層３３ａ内に注入された正孔、電子は、それぞれ第１の発光層３３ａの母材である正孔輸送性材料Ａの持つ正孔輸送機能、電子輸送性材料Ｂの持つ電子輸送機能によって第１の発光層３３ａ全域へ行き渡る。
【０１４１】
そのため、第１の発光層３３ａ内の全域にて正孔と電子の再結合が可能となり、第１の発光層３３ａ全域において蛍光色素が効率よく発光する。したがって、本実施形態の有機ＥＬ素子Ｓ３では第１の発光層３３ａからの発光と第２の発光層３３ｂからの発光の混色発光が行われる。
【０１４２】
また、本有機ＥＬ素子Ｓ３では、第１の発光層３３ａの母材である電子輸送性材料Ｂの伝導帯最低準位が第２の発光層３３ｂの母材である電子輸送性材料Ｃの伝導帯最低準位よりも低い。なお、準位の差を明確にするには０．１ｅＶ以上低いことが好ましい。そのため、陰極４０から第２の発光層３３ｂを介して第１の発光層３３ａに注入されてくる電子は、この電子輸送性材料Ｂに捕獲される。
【０１４３】
そして、第１の発光層３３ａの電子輸送性材料Ｂに捕獲された電子は上述のように第１の発光層３３ａにおける蛍光色素の発光に寄与する。つまり、陰極４０側からの電子は、第１の発光層３３ａにおける電子輸送性材料Ｂおよび蛍光色素に捕獲されて第１の発光層３３ａ内に留まり、正孔輸送層３１へは注入されにくくなる。
【０１４４】
ちなみに、もし第１の発光層３３ａの母材である電子輸送性材料Ｂと第２の発光層３３ｂの母材である電子輸送性材料Ｃとが同一材料である、すなわち、両電子輸送性材料Ｂ、Ｃの伝導帯最低準位が同一であると、陰極４０から第２の発光層３３ｂを介して第１の発光層３３ａに注入された電子は、第１の発光層３３ａの電子輸送性材料Ｂに捕獲されずに、第１の発光層３３ａを越えて正孔輸送層３１へ注入されやすくなってしまう。
【０１４５】
このように本実施形態の有機ＥＬ素子Ｓ３によれば、陽極２０側の正孔輸送層３１への電子注入を抑制して正孔輸送層３１の母材の劣化を防止しつつ、第２の発光層３３ｂにて青色発光系の蛍光色素を選択することで青色成分を含む発光を適切に行えるようにすることができる。
【０１４６】
そして、第１の発光層３３ａでは、第２の発光層３３ｂとは別の蛍光色素を選択することにより第２の発光層３３ｂとは別の色を効率よく発光させ、混色による発光を可能にさせることができる。
【０１４７】
次に、本第３実施形態について限定するものではないが、以下の具体例を参照して、より詳細に述べる。
【０１４８】
（第４の具体例）
本例の有機ＥＬ素子Ｓ３におけるエネルギー準位をＭ１を陽極２０の仕事関数、Ｍ２を陰極４０の仕事関数として図１４に模式的に示す。
【０１４９】
上記第１の具体例と同様に、ガラス基板１０上に、膜厚１５０ｎｍ程度のＩＴＯよりなる陽極２０、膜厚２０ｎｍの銅フタロシアニンよりなる正孔注入層３０、膜厚４０ｎｍのトリフェニルアミン４量体（価電子帯最高準位Ｅｖ３１：５．４ｅＶ、伝導帯最低準位Ｅｃ３１：２．４ｅＶ、Ｅｇ：３．０ｅＶ、Ｗｐ：４２０ｎｍ）よりなる正孔輸送層３１を順次形成した。
【０１５０】
その上に、第１の発光層３３ａを形成した。ここで、正孔輸送性材料Ａとしてトリフェニルアミン４量体（価電子帯最高準位Ｅｖ３３ａ：５．４ｅＶ、伝導帯最低準位Ｅｃ３３ａ：２．４ｅＶ）、電子輸送性材料ＢとしてＡｌｑ（価電子帯最高準位Ｅｖ３３ａ’：５．６ｅＶ、伝導帯最低準位Ｅｃ３３ａ’：３．１ｅＶ）を用いた。
【０１５１】
そして、トリフェニルアミン４量体：Ａｌｑの比が１：１の混合物を母材とした。この混合物の母材に蛍光色素としてのＤＣＪＴＢ（価電子帯最高準位Ｅｖ３３ａ”：５．３ｅＶ、伝導帯最低準位Ｅｃ３３ａ”：３．２ｅＶ、Ｅｇ：２．１ｅＶ、Ｗｐ：６００ｎｍ）を１％添加したものを、真空蒸着法（共蒸着）により膜厚５ｎｍにて形成した。こうして第１の発光層３３ａを形成した。
【０１５２】
その上に、第２の発光層３３ｂを形成した。第２の発光層３３ｂにおける母材、すなわち青色発光スペクトル特性を有する電子輸送性材料Ｃとしては、ＢＡｌｑ（Ｅｖ３３ｂ：５．８ｅＶ、Ｅｃ３３ｂ：３．０ｅＶ、Ｅｇ：２．８ｅＶ、Ｗｐ：４９０ｎｍ）を用い、これに蛍光色素としてのペリレン（Ｅｖ３３ｂ’：５．５ｅＶ、Ｅｃ３３ｂ’：２．６ｅＶ、Ｅｇ：２．９ｅＶ、Ｗｐ：４５０ｎｍ）を１ｗｔ％添加したものを真空蒸着法（共蒸着）により膜厚４０ｎｍにて形成した。
【０１５３】
こうして形成された発光層３３ａ、３３ｂの上に、上記具体例１と同様に、Ａｌｑよりなる電子輸送層３４を真空蒸着法にて膜厚２０ｎｍにて形成し、ＬｉＦ／Ａｌの積層膜よりなる陰極４０を形成した。
【０１５４】
このようにして得られた本例の有機ＥＬ素子Ｓ３は、第１の発光層３３ａの蛍光色素ＤＣＪＴＢによる６００ｎｍの発光（赤色系）と、第２の発光層３３ｂの蛍光色素ペリレンによる４５０ｎｍの発光（青色系）との同時発光により、混色として白色発光を行う白色発光素子である。
【０１５５】
そして、本例では、第１の発光層３３ａの母材である電子輸送性材料ＢとしてのＡｌｑの伝導帯最低準位Ｅｃ３３ａ’（３．１ｅＶ）が第２の発光層３３ｂの母材である電子輸送性材料ＣとしてのＢＡｌｑの伝導帯最低準位Ｅｃ３３ｂ（３．０ｅＶ）よりも０．１ｅＶ低くなっている。
【０１５６】
本第４の具体例例の有機ＥＬ素子Ｓ３について、８５℃環境で高温作動試験した時の輝度劣化特性を調べた結果は、上記図１に並記してある。本例では上記第１の具体例に比べて、若干輝度低下の度合が遅く、寿命が長いものとすることができる。
【０１５７】
これは、本例では、電子の捕獲機能を有する第１の発光層３３ａが、その母材として正孔輸送性材料Ａと電子輸送性材料Ｂとの混合物からなるものとしていることによる。
【０１５８】
ちなみに、もし第１の発光層３３ａの母材が正孔輸送性材料だけであると、正孔輸送層３１への電子注入は抑制できるが、第１の発光層３３ａ内の電子輸送性が不十分である。そのため、第１の発光層３３ａを厚く形成しても、第１の発光層３３ａは第２の発光層３３ｂに接する界面付近のわずかな領域でしか蛍光色素が発光しない。
【０１５９】
しかし、本第３実施形態では、第１の発光層３３ａの母材が正孔および電子両方の輸送性を持っているため、層内の電子、正孔の輸送が十分に確保される。そのため、上記第１の具体例に比べて、本第３実施形態では第１の発光層３３ａを厚くできると考えられる。
【０１６０】
実際に、本第４の具体例では第１の発光層３３ａの厚さは５ｎｍであり、上記第１の具体例では正孔輸送層３１に隣り合う電子捕獲層３２の厚さは２ｎｍである。正孔輸送層に隣り合って電子捕獲機能を有する層の膜厚が厚いほど、電子の捕獲効率が大きくなると考えられる。そのため、本例のほうが第１の具体例よりも寿命が長くなっていると考えられる。
【０１６１】
また、本第３実施形態においては、第１の発光層３３ａの母材を構成する混合物において、電子輸送性材料Ｂの価電子帯最高準位Ｅｖ３３ａ’が正孔輸送性材料Ａの価電子帯最高準位Ｅｖ３３ａよりも低いことが好ましい。
【０１６２】
上記第４の具体例では、第１の発光層３３ａにおいて、正孔輸送性材料Ａであるトリフェニルアミン４量体の価電子帯最高準位Ｅｖ３３ａは５．４ｅＶであり、電子輸送性材料ＢであるＡｌｑの価電子帯最高準位Ｅｖ３３ａ’は５．６ｅＶであり、この好ましい関係を満足している。
【０１６３】
もし、本実施形態において電子輸送性材料Ｂの価電子帯最高準位Ｅｖ３３ａ’が正孔輸送性材料Ａの価電子帯最高準位Ｅｖ３３ａよりも高いと、第１の発光層３３ａから第２の発光層３３ｂへ移動しようとする正孔が、電子輸送性材料Ｂに捕獲されて第２の発光層３３ｂへ行きにくくなる。すると、第２の発光層３３ｂへ十分に正孔が注入されず、第２の発光層３３ｂの発光が不十分になってしまう恐れがある。
【０１６４】
このように、第１の発光層３３ａの母材において、電子輸送性材料Ｂの価電子帯最高準位Ｅｖ３３ａ’が正孔輸送性材料Ａの価電子帯最高準位Ｅｖ３３ａよりも低いものであれば、第１の発光層３３ａと第２の発光層３３ｂとをバランス良く発光させることができる。
【０１６５】
なお、本第３実施形態において、青色発光層として機能することのできる第１の発光層３３ａの母材としては、アダマンタン誘導体やピレン化合物などを用いることも可能である。
【０１６６】
その他、本実施形態に用いる発光層３３ａ、３３ｂの母材や蛍光色素については、本実施形態の特徴を有するものであれば良く、上記以外のものであっても適宜選択して採用することができる。また、第１の発光層３３ａと第２の発光層３３ｂとで蛍光色素は同一であっても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る有機ＥＬ素子の概略断面図である。
【図２】上記第１実施形態における第１から第３の有機層のエネルギー準位を示す図である。
【図３】ＤＣＪＴＢの主骨格を示す図である。
【図４】ＢＡｌｑの主骨格を示す図である。
【図５】第１の具体例の有機ＥＬ素子におけるエネルギー準位を示す図である。
【図６】第１の具体例および第４の具体例の有機ＥＬ素子における輝度劣化特性を示す図である。
【図７】第１の具体例に対する比較例としての有機ＥＬ素子におけるエネルギー準位を示す図である。
【図８】第２の具体例の有機ＥＬ素子におけるエネルギー準位を示す図である。
【図９】本発明の第２実施形態に係る有機ＥＬ素子の概略断面図である。
【図１０】上記第２実施形態における第１、第２の有機層のエネルギー準位を示す図である。
【図１１】第３の具体例の有機ＥＬ素子におけるエネルギー準位を示す図である。
【図１２】第３の具体例の有機ＥＬ素子における輝度劣化特性を示す図である。
【図１３】本発明の第３実施形態に係る有機ＥＬ素子の概略断面図である。
【図１４】第４の具体例の有機ＥＬ素子におけるエネルギー準位を示す図である。
【符号の説明】
２０…陽極、３０…正孔注入層、３１、３１ａ…正孔輸送層、
３２…電子捕獲層、３３…発光層、３３ａ…第１の発光層、
３３ｂ…第２の発光層、３４…電子輸送層、４０…陰極、
Ｅｃ３１…正孔輸送層の母材の伝導帯最低準位、
Ｅｃ３１ａ’…正孔輸送層のドーパントの伝導帯最低準位、
Ｅｃ３２…電子捕獲層の母材の伝導帯最低準位、
Ｅｃ３３…発光層の母材の伝導帯最低準位。
Ｅｃ３３ａ’…第１の発光層における電子輸送性材料Ｂの伝導帯最低準位、
Ｅｃ３３ｂ…第２の発光層における電子輸送性材料Ｃの伝導帯最低準位、
Ｅｖ３３ａ’…第１の発光層における電子輸送性材料Ｂの価電子帯最高準位、
Ｅｖ３３ａ…第１の発光層における正孔輸送性材料Ａの価電子帯最高準位、
Ｅｖ３３ａ’…第１の発光層における電子輸送性材料Ｂの価電子帯最高準位。
【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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