有機エレクトロルミネッセンス素子、表示装置及び照明装置
【課題】電力効率に優れた有機エレクトロルミネッセンス素子、特に燐光発光有機エレクトロルミネッセンス素子と、これを用いた表示装置、照明装置を提供することにある。
【解決手段】少なくとも１種の燐光発光ドーパントと少なくとも１種のホスト化合物を含有する発光層と陰極間に、正孔阻止層、電子輸送層の少なくとも２層を有する有機エレクトロルミネッセンス素子において、前記正孔阻止層が、三重項遷移エネルギーが２．８ｅＶ以上の有機化合物と仕事関数が２．９ｅＶ以下の金属原子または金属イオンを含有することを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子。
【解決手段】少なくとも１種の燐光発光ドーパントと少なくとも１種のホスト化合物を含有する発光層と陰極間に、正孔阻止層、電子輸送層の少なくとも２層を有する有機エレクトロルミネッセンス素子において、前記正孔阻止層が、三重項遷移エネルギーが２．８ｅＶ以上の有機化合物と仕事関数が２．９ｅＶ以下の金属原子または金属イオンを含有することを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機エレクトロルミネッセンス素子、及びこれを用いた表示装置及び照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
発光型の電子ディスプレイデバイスとして、エレクトロルミネッセンスディスプレイ（ＥＬＤ）がある。ＥＬＤの構成要素としては、無機エレクトロルミネッセンス素子（無機ＥＬ素子）や有機エレクトロルミネッセンス素子（以下、有機ＥＬ素子ともいう）が挙げられる。無機ＥＬ素子は平面型光源として使用されてきたが、発光素子を駆動させるためには交流の高電圧が必要である。
【０００３】
有機ＥＬ素子は、発光する化合物を含有する発光層を、陰極と陽極で挟んだ構成を有し、発光層に電子及び正孔を注入して、再結合させることにより励起子（エキシトン）を生成させ、このエキシトンが失活する際の光の放出（蛍光・燐光）を利用して発光する素子であり、数Ｖ〜数十Ｖ程度の電圧で発光が可能であり、さらに自己発光型であるために視野角に富み、視認性が高く、薄膜型の完全固体素子であるために省スペース、携帯性等の観点から注目されている。
【０００４】
また、有機ＥＬ素子は、従来実用に供されてきた主要な光源、例えば発光ダイオードや冷陰極管と異なり、面光源であることも大きな特徴である。この特性を有効に活用できる用途として、照明用光源、さまざまなディスプレイのバックライトがある。特に近年、需要の増加が著しい液晶フルカラーディスプレイのバックライトとして用いることも好適にできる。
【０００５】
このようなフルカラーディスプレイのバックライトとして用いる場合には、白色光源として用いることになる。有機ＥＬ素子で白色光を得るには、１つの素子中に発光材料を調製して混色により白色を得る方法、多色の発光画素、例えば、青・緑・赤の３色を塗り分け同時に発光させ混色して白色を得る方法、色変換色素を用い白色を得る方法（例えば、青発光材料と色変換蛍光色素の組み合わせ）等がある。
【０００６】
しかしながら、低コスト、高生産性、簡便な駆動方法等バックライトに求められる諸要求から見て、１つの素子中に発光材料を調製して混色により白色を得る方法がこの用途には有効であると考えられる。
【０００７】
この方法において、白色光を得るには、さらに詳細に述べれば素子中に補色の関係にある２色の発光材料、例えば、青発光材料と黄発光材料を用い混色して白色を得る方法、青・緑・赤の３色の発光材料を用い混色して白色を得る方法があるが、色再現性、カラーフィルターでの光損失をより少なくするといった観点から青・緑・赤の３色の発光材料を用い混色する方法が好ましい。
【０００８】
複数の発光色の異なる発光材料を１素子中に用いて混色により白色光を得るための有機層構成としては、１層中に発光色の異なる複数の発光材料を混合させる方法、発光色の異なる発光材料ごとに層を形成し、多層発光層の構造を有する素子を作成する方法等が知られているが、発光材料間の励起エネルギー移動の発生に起因する輝度、色度の不安定性を少なくできることから発光色の異なる発光材料ごとに層を形成する方法が好ましい。
【０００９】
例えば、効率の高い青、緑、赤の３色の蛍光体を発光材料としてドープすることによって、白色の有機ＥＬ素子が得られることが報告されている（例えば、特許文献１、２参照）。
【００１０】
また、より高輝度の有機ＥＬ素子が得られることから、近年、燐光発光材料の開発が進められている（例えば、非特許文献１〜３、特許文献３参照）。これは従来の蛍光体からの発光が励起一重項からの発光であり、一重項励起子と三重項励起子の生成比が１：３であるため発光性励起種の生成確率が２５％であるのに対し、励起三重項からの発光を利用する燐光材料の場合には、前記励起子生成比率と一重項励起子から三重項励起子への内部変換により、内部量子効率の上限が１００％となるため、蛍光発光材料の場合に比べて原理的に発光効率が最大４倍となることによる。
【００１１】
燐光発光有機ＥＬ素子においては、発光効率を高めるため正孔阻止層を発光層と陰極間に設けることが好ましいことが知られている。
【００１２】
しかしながら、正孔阻止層を設けると、駆動電圧が上昇する、場合によっては発光効率の上昇以上に駆動電圧が高くなり電力効率では不利になることがあり、実用上好ましくない一面を有している。
【特許文献１】特開平６−２０７１７０号公報
【特許文献２】特開２００４−２３５１６８号公報
【特許文献３】米国特許第６，０９７，１４７号明細書
【非特許文献１】Ｍ．Ａ．Ｂａｌｄｏ ｅｔ ａｌ．，Ｎａｔｕｒｅ，３９５巻，１５１〜１５４頁（１９９８年）
【非特許文献２】Ｍ．Ａ．Ｂａｌｄｏ ｅｔ ａｌ．，Ｎａｔｕｒｅ，４０３巻，１７号，７５０〜７５３頁（２０００年）
【非特許文献３】Ｂ．Ｗ．Ｄ‘ａｎｄｒａｄｅ ｅｔ ａｌ．，Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，１４巻，１４７〜１５１頁（２００２年）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明の目的は、電力効率に優れた有機エレクトロルミネッセンス素子、特に燐光発光有機エレクトロルミネッセンス素子と、これを用いた表示装置、照明装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の上記課題は、以下の構成により達成された。
【００１５】
１．少なくとも１種の燐光発光ドーパントと少なくとも１種のホスト化合物を含有する発光層と陰極間に、正孔阻止層、電子輸送層の少なくとも２層を有する有機エレクトロルミネッセンス素子において、前記正孔阻止層が、三重項遷移エネルギーが２．８ｅＶ以上の有機化合物と仕事関数が２．９ｅＶ以下の金属原子または金属イオンを含有することを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子。
【００１６】
２．少なくとも１種の燐光発光ドーパントと少なくとも１種のホスト化合物を含有する発光層と陰極間に、正孔阻止層、電子輸送層の少なくとも２層を有し、前記正孔阻止層と発光層間に厚さ１〜５ｎｍの中間層を有する有機エレクトロルミネッセンス素子において、前記正孔阻止層が、三重項遷移エネルギーが２．８ｅＶ以上の有機化合物と仕事関数が２．９ｅＶ以下の金属原子または金属イオンを含有し、かつ前記中間層を形成する有機化合物の三重項遷移エネルギーが前記発光層のホスト化合物の三重項遷移エネルギーと同じか大きいことを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子。
【００１７】
３．前記発光層を少なくとも２層以上有し、前記正孔阻止層に含有される有機化合物の三重項遷移エネルギーが前記発光層に含有される全ての前記ホスト化合物の三重項遷移エネルギーより大きいことを特徴とする１または２に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【００１８】
４．前記電子輸送層に仕事関数が２．９ｅＶ以下の金属原子または金属イオンを含有することを特徴とする１〜３のいずれか１項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【００１９】
５．前記金属原子または金属イオンがＣｓまたはＣｓイオンであることを特徴とする１〜４のいずれか１項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【００２０】
６．前記発光層が、発光極大波長が４４０〜４８０ｎｍの燐光発光ドーパントを含有することを特徴とする１〜５のいずれか１項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【００２１】
７．ＣＩＥ色度がＸ＝０．３３±０．０７、Ｙ＝０．３３±０．０７にある白色発光を呈することを特徴とする１〜６のいずれか１項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【００２２】
８．１〜７のいずれか１項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子を用いることを特徴とする表示装置。
【００２３】
９．１〜７のいずれか１項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子を用いることを特徴とする照明装置。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、電力効率に優れた有機エレクトロルミネッセンス素子、特に燐光発光有機エレクトロルミネッセンス素子と、これを用いた表示装置、照明装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
前述のように、正孔阻止層を設けると、駆動電圧が上昇する、場合によっては発光効率の上昇以上に駆動電圧が高くなり電力効率では不利になることがあり、実用上好ましくない一面を有している。
【００２６】
本発明者は鋭意検討の結果、この原因として、（１）膜厚が厚くなる（効果発現には５ｎｍ以上必要）、（２）正孔阻止層に使用される材料の電子移動度が低い、（３）正孔阻止層に用いられる材料のエネルギーギャップは、発光層ホスト材料のエネルギーギャップより大きいため、電子輸送層から発光層への電子注入に対するエネルギー障壁を形成する場合があることが分かった。
【００２７】
本発明では、少なくとも１種の燐光発光ドーパントと少なくとも１種のホスト化合物を含有する発光層と陰極間に、正孔阻止層、電子輸送層の少なくとも２層を有する有機ＥＬ素子において、前記正孔阻止層が、三重項遷移エネルギーが２．８ｅＶ以上の有機化合物と仕事関数が２．９ｅＶ以下の金属原子または金属イオンを含有する有機ＥＬ素子、
または、少なくとも１種の燐光発光ドーパントと少なくとも１種のホスト化合物を含有する発光層と陰極間に、正孔阻止層、電子輸送層の少なくとも２層を有し、前記正孔阻止層と発光層間に厚さ１〜５ｎｍの中間層を有する有機ＥＬ素子において、前記正孔阻止層が、三重項遷移エネルギーが２．８ｅＶ以上の有機化合物と仕事関数が２．９ｅＶ以下の金属原子または金属イオンを含有し、かつ前記中間層を形成する有機化合物の三重項遷移エネルギーが前記発光層のホスト化合物の三重項遷移エネルギーと同じか大きい有機ＥＬ素子により、電力効率に優れた有機ＥＬ素子、及び該有機ＥＬ素子を用いた表示装置、照明装置が得られることを見出した。
【００２８】
以下、本発明に係る各構成要素の詳細について順次説明する。
【００２９】
《有機ＥＬ素子》
本発明の有機ＥＬ素子について説明する。
【００３０】
《有機ＥＬ素子の発光と正面輝度》
本発明の有機ＥＬ素子や該有機ＥＬ素子に係る化合物の発光色は、「新編色彩科学ハンドブック」（日本色彩学会編、東京大学出版会、１９８５）の１０８頁の図４．１６において、分光放射輝度計ＣＳ−１０００（コニカミノルタセンシング社製）で測定した結果をＣＩＥ色度座標に当てはめたときの色で決定される。
【００３１】
本発明の有機ＥＬ素子は、集光シート等の集光部材を付属しない状態で２度視野角正面輝度が１０００ｃｄ／ｍ2において、ＣＩＥ１９３１表色系における色度が、Ｘ＝０．３３±０．０７、Ｙ＝０．３３±０．０７にあることが好ましい。
【００３２】
また、本発明の有機ＥＬ素子の発光スペクトルは、発光極大波長が各々４４０〜４９０ｎｍ（以下、青領域と呼称）、５００〜５４０ｎｍ（以下、緑領域と呼称）、６００〜６４０ｎｍ（以下、赤領域と呼称）の各領域に存在する発光波長の異なる少なくとも３つの発光層を有することが好ましい。
【００３３】
本発明においては、これらの発光層を用い、素子全体の発光スペクトルとして、発光極大波長が各々４４０〜４９０ｎｍ、５００〜５４０ｎｍ、６００〜６４０ｎｍの各領域にあることが好ましい。さらには液晶表示装置に用いる上では、各極大波長間の最小発光強度が隣接する前記波長領域にある発光極大強度の６０％以下であり、青領域、緑領域間ないし緑領域、赤領域間のいずれかは４５％以下であることが好ましく、前記青領域と緑領域間の最小発光波長が４７０〜５１０ｎｍにあり、前記緑領域と赤領域間の最小発光波長が５７０〜６００ｎｍにあるか、カラーフィルターを組み合わせて発光パネル、液晶表示装置を形成する際に、そのカラーフィルターの分光透過特性と前記最小発光波長が下記の関係を満たすように調整されていることがなお好ましい。
【００３４】
λBG−２０ｎｍ≦λ1≦λBG＋１０ｎｍ
λGR−２０ｎｍ≦λ2≦λGR＋１０ｎｍ
ここで、λ1は前記青領域と緑領域間の最小発光波長、λ2は前記緑領域と赤領域間の最小発光波長、λBGは波長４５０〜５５０ｎｍの範囲におけるカラーフィルター青画素の透過率と緑画素の透過率の積が最大となる波長、λGRは波長５５０〜６３０ｎｍの範囲におけるカラーフィルター緑画素の透過率と赤画素の透過率の積が最大となる波長である。
【００３５】
なお、本発明の有機ＥＬ素子に係る発光層については、後述する有機ＥＬ素子の層構成のところで、詳細に説明する。
【００３６】
次に、本発明の有機ＥＬ素子の層構成の好ましい具体例を以下に示すが、本発明はこれらに限定されない。
【００３７】
（１）陽極／発光層ユニット／電子輸送層／陰極
（２）陽極／正孔輸送層／発光層ユニット／電子輸送層／陰極
（３）陽極／正孔輸送層／発光層ユニット／正孔阻止層／電子輸送層／陰極
（４）陽極／正孔輸送層／発光層ユニット／正孔阻止層／電子輸送層／陰極バッファー層／陰極
（５）陽極／陽極バッファー層／正孔輸送層／発光層ユニット／正孔阻止層／電子輸送層／陰極バッファー層／陰極
ここで、発光層ユニットは、前記少なくとも発光波長の異なる３層の発光層を有し、また各発光層間には非発光性の中間層を有していることが好ましい。
【００３８】
《発光層》
本発明に係る発光層は、電極または電子輸送層、正孔輸送層から注入されてくる電子及び正孔が再結合して発光する層であり、発光する部分は発光層の層内であっても発光層と隣接層との界面であってもよい。
【００３９】
本発明に係る発光層は、発光極大波長が前記要件を満たしていれば、その構成には特に制限はないが、発光極大波長が前記青領域にある青発光層、前記緑領域にある緑発光層、前記赤領域にある赤発光層の少なくとも３層の発光層を有していることが好ましい。
【００４０】
また、発光層の数が４層より多い場合には、同一の発光スペクトルや発光極大波長を有する層が複数層あってもよい。
【００４１】
なお、以下本発明では、発光極大波長が４４０〜４９０ｎｍにある層を青発光層、５００〜５４０ｎｍにある層を緑発光層、６００〜６４０ｎｍの範囲にある層を赤発光層と称する。
【００４２】
各発光層間には非発光性の中間層を有していることが好ましい。
【００４３】
本発明においては、少なくとも青領域の発光層に含まれる主たる発光体は燐光発光ドーパントであり、さらには他の発光波長を有する発光材料も燐光発光ドーパントであることが好ましい。
【００４４】
発光層に含まれる主たる発光体とは、当該発光層より生ずる発光強度において、最大の部分を担う発光体をいい、主たる発光体による発光が該発光層の発光の５０％以上であることが好ましい。
【００４５】
本発明における発光層の膜厚の総和は２〜１００ｎｍの範囲にあることが好ましく、さらに好ましくはより低い駆動電圧を得ることができることから３０ｎｍ以下である。なお、本発明でいうところの発光層の膜厚の総和とは、発光層間に非発光性の中間層が存在する場合には、該中間層も含む膜厚である。
【００４６】
個々の発光層の膜厚としては２〜５０ｎｍの範囲に調整することが好ましく、さらに好ましくは２〜２０ｎｍの範囲に調整することである。青、緑、赤の各発光層の膜厚の関係については、特に制限はない。
【００４７】
発光層の作製には、後述する発光ドーパントやホスト化合物を、例えば、真空蒸着法、スピンコート法、キャスト法、ＬＢ法、インクジェット法等の公知の薄膜化法により製膜して形成することができる。
【００４８】
本発明においては、前記のスペクトル形状要件を維持する範囲において、各発光層には複数の発光性化合物を混合してもよく、また燐光発光ドーパントと蛍光発光体を同一発光層に混合して用いてもよい。
【００４９】
本発明においては、発光層の構成としてホスト化合物、発光ドーパント（発光ドーパント化合物ともいう）を含有し、ドーパントより発光させることが好ましい。
【００５０】
（ホスト化合物）
本発明の有機ＥＬ素子の発光層に含まれるホスト化合物としては、室温（２５℃）における燐光発光の燐光量子収率が０．１未満の化合物が好ましい。さらに好ましくは燐光量子収率が０．０１未満である。また、発光層に含有される化合物の中で、その層中での質量比が２０％以上であることが好ましい。
【００５１】
ホスト化合物としては、公知のホスト化合物を単独で用いてもよく、または複数種併用して用いてもよい。ホスト化合物を複数種用いることで、電荷の移動を調整することが可能であり、有機ＥＬ素子を高効率化することができる。また、後述する発光ドーパントを複数種用いることで異なる発光を混ぜることが可能となり、これにより任意の発光色を得ることができる。
【００５２】
本発明に用いられるホスト化合物としては、従来公知の低分子化合物でも、繰り返し単位をもつ高分子化合物でもよく、ビニル基やエポキシ基のような重合性基を有する低分子化合物（蒸着重合性発光ホスト）でもいい。
【００５３】
公知のホスト化合物としては、正孔輸送能、電子輸送能を有しつつ、かつ発光の長波長化を防ぎ、なおかつ高Ｔｇ（ガラス転移温度）である化合物が好ましい。ここで、ガラス転移点（Ｔｇ）とは、ＤＳＣ（Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｃｏｌｏｒｉｍｅｔｒｙ：示差走査熱量法）を用いて、ＪＩＳ−Ｋ−７１２１に準拠した方法により求められる値である。
【００５４】
公知のホスト化合物の具体例としては、以下の文献に記載されている化合物が挙げられる。例えば、特開２００１−２５７０７６号公報、同２００２−３０８８５５号公報、同２００１−３１３１７９号公報、同２００２−３１９４９１号公報、同２００１−３５７９７７号公報、同２００２−３３４７８６号公報、同２００２−８８６０号公報、同２００２−３３４７８７号公報、同２００２−１５８７１号公報、同２００２−３３４７８８号公報、同２００２−４３０５６号公報、同２００２−３３４７８９号公報、同２００２−７５６４５号公報、同２００２−３３８５７９号公報、同２００２−１０５４４５号公報、同２００２−３４３５６８号公報、同２００２−１４１１７３号公報、同２００２−３５２９５７号公報、同２００２−２０３６８３号公報、同２００２−３６３２２７号公報、同２００２−２３１４５３号公報、同２００３−３１６５号公報、同２００２−２３４８８８号公報、同２００３−２７０４８号公報、同２００２−２５５９３４号公報、同２００２−２６０８６１号公報、同２００２−２８０１８３号公報、同２００２−２９９０６０号公報、同２００２−３０２５１６号公報、同２００２−３０５０８３号公報、同２００２−３０５０８４号公報、同２００２−３０８８３７号公報等が挙げられる。
【００５５】
次に、本発明に係る発光ドーパントについて説明する。
【００５６】
本発明に係る発光ドーパントとしては、蛍光性化合物、燐光発光ドーパント（燐光性化合物、燐光発光性化合物等ともいう）を用いる。
【００５７】
（燐光発光ドーパント）
本発明に係る燐光発光ドーパントは励起三重項からの発光が観測される化合物であり、具体的には室温（２５℃）にて燐光発光する化合物であり、燐光量子収率が２５℃において０．０１以上の化合物であると定義されるが、好ましい燐光量子収率は０．１以上である。
【００５８】
上記燐光量子収率は第４版実験化学講座７の分光IIの３９８頁（１９９２年版、丸善）に記載の方法により測定できる。溶液中での燐光量子収率は種々の溶媒を用いて測定できるが、本発明に係る燐光発光ドーパントは、任意の溶媒のいずれかにおいて上記燐光量子収率（０．０１以上）が達成されればよい。
【００５９】
燐光発光ドーパントの発光は原理としては２種挙げられ、一つはキャリアが輸送されるホスト化合物上でキャリアの再結合が起こってホスト化合物の励起状態が生成し、このエネルギーを燐光発光ドーパントに移動させることで燐光発光ドーパントからの発光を得るというエネルギー移動型、もう一つは燐光発光ドーパントがキャリアトラップとなり、燐光発光ドーパント上でキャリアの再結合が起こり燐光発光ドーパントからの発光が得られるというキャリアトラップ型であるが、いずれの場合においても、燐光発光ドーパントの励起状態のエネルギーはホスト化合物の励起状態のエネルギーよりも低いことが条件である。
【００６０】
燐光発光ドーパントは、有機ＥＬ素子の発光層に使用される公知のものの中から適宜選択して用いることができる。
【００６１】
本発明に係る燐光発光ドーパントとしては、好ましくは元素の周期表で８〜１０族の金属を含有する錯体系化合物であり、さらに好ましくはイリジウム化合物、オスミウム化合物、または白金化合物（白金錯体系化合物）、希土類錯体であり、中でも最も好ましいのはイリジウム化合物である。
【００６２】
以下に燐光発光ドーパントとして用いられる化合物の具体例を示すが、本発明はこれらに限定されない。これらの化合物は、例えば、Ｉｎｏｒｇ．Ｃｈｅｍ．４０巻、１７０４〜１７１１に記載の方法等により合成できる。
【００６３】
【化１】
【００６４】
【化２】
【００６５】
【化３】
【００６６】
【化４】
【００６７】
【化５】
【００６８】
【化６】
【００６９】
本発明の有機ＥＬ素子には、蛍光発光体を用いることもできる。蛍光発光体（蛍光性ドーパント）の代表例としては、クマリン系色素、ピラン系色素、シアニン系色素、クロコニウム系色素、スクアリウム系色素、オキソベンツアントラセン系色素、フルオレセイン系色素、ローダミン系色素、ピリリウム系色素、ペリレン系色素、スチルベン系色素、ポリチオフェン系色素、または希土類錯体系蛍光体等が挙げられる。
【００７０】
また、従来公知のドーパントも本発明に用いることができ、例えば、国際公開第００／７０６５５号パンフレット、特開２００２−２８０１７８号公報、同２００１−１８１６１６号公報、同２００２−２８０１７９号公報、同２００１−１８１６１７号公報、同２００２−２８０１８０号公報、同２００１−２４７８５９号公報、同２００２−２９９０６０号公報、同２００１−３１３１７８号公報、同２００２−３０２６７１号公報、同２００１−３４５１８３号公報、同２００２−３２４６７９号公報、国際公開第０２／１５６４５号パンフレット、特開２００２−３３２２９１号公報、同２００２−５０４８４号公報、同２００２−３３２２９２号公報、同２００２−８３６８４号公報、特表２００２−５４０５７２号公報、特開２００２−１１７９７８号公報、同２００２−３３８５８８号公報、同２００２−１７０６８４号公報、同２００２−３５２９６０号公報、国際公開第０１／９３６４２号パンフレット、特開２００２−５０４８３号公報、同２００２−１００４７６号公報、同２００２−１７３６７４号公報、同２００２−３５９０８２号公報、同２００２−１７５８８４号公報、同２００２−３６３５５２号公報、同２００２−１８４５８２号公報、同２００３−７４６９号公報、特表２００２−５２５８０８号公報、特開２００３−７４７１号公報、特表２００２−５２５８３３号公報、特開２００３−３１３６６号公報、同２００２−２２６４９５号公報、同２００２−２３４８９４号公報、同２００２−２３５０７６号公報、同２００２−２４１７５１号公報、同２００１−３１９７７９号公報、同２００１−３１９７８０号公報、同２００２−６２８２４号公報、同２００２−１００４７４号公報、同２００２−２０３６７９号公報、同２００２−３４３５７２号公報、同２００２−２０３６７８号公報等が挙げられる。
【００７１】
（発光層間に設けられる中間層）
本発明に用いられる非発光性の中間層（非ドープ領域等ともいう）について説明する。
【００７２】
非発光性の中間層とは、複数の発光層を有する場合、その発光層間に設けられる層である。
【００７３】
非発光性の中間層の膜厚としては１〜２０ｎｍの範囲にあるのが好ましく、さらには３〜１０ｎｍの範囲にあることが隣接発光層間のエネルギー移動等相互作用を抑制し、かつ素子の電流電圧特性に大きな負荷を与えないということから好ましい。
【００７４】
この非発光性の中間層に用いられる材料としては、発光層のホスト化合物と同一でも異なっていてもよいが、隣接する２つの発光層の少なくとも一方の発光層のホスト化合物と同一であることが好ましい。
【００７５】
非発光性の中間層は非発光層、各発光層と共通の化合物（例えば、ホスト化合物等）を含有していてもよく、各々共通ホスト材料（ここで、共通ホスト材料が用いられるとは、燐光発光エネルギー、ガラス転移点等の物理化学的特性が同一である場合やホスト化合物の分子構造が同一である場合等を示す。）を含有することにより、発光層−非発光層間の層間の注入障壁が低減され、電圧（電流）を変化させても正孔と電子の注入バランスが保ちやすいという効果を得ることができる。さらに、非ドープ発光層に各発光層に含まれるホスト化合物と同一の物理的特性または同一の分子構造を有するホスト材料を用いることにより、従来の有機ＥＬ素子作製の大きな問題点である素子作製の煩雑さをも併せて解消することができる。
【００７６】
本発明の有機ＥＬ素子においては、ホスト材料はキャリアの輸送を担うため、キャリア輸送能を有する材料が好ましい。キャリア輸送能を表す物性としてキャリア移動度が用いられるが、有機材料のキャリア移動度は一般的に電界強度に依存性が見られる。電界強度依存性の高い材料は正孔と電子注入・輸送バランスを崩しやすいため、中間層材料、ホスト材料は移動度の電界強度依存性の少ない材料を用いることが好ましい。
【００７７】
また、一方では正孔や電子の注入バランスを最適に調整するためには、非発光性の中間層は後述する阻止層、即ち正孔阻止層、電子阻止層として機能することも好ましい態様として挙げられる。
【００７８】
《注入層：電子注入層、正孔注入層》
注入層は必要に応じて設け、電子注入層と正孔注入層があり、上記のごとく陽極と発光層または正孔輸送層の間、及び陰極と発光層または電子輸送層との間に存在させてもよい。
【００７９】
注入層とは、駆動電圧低下や発光輝度向上のために電極と有機層間に設けられる層のことで、「有機ＥＬ素子とその工業化最前線（１９９８年１１月３０日エヌ・ティー・エス社発行）」の第２編第２章「電極材料」（１２３〜１６６頁）に詳細に記載されており、正孔注入層（陽極バッファー層）と電子注入層（陰極バッファー層）とがある。
【００８０】
陽極バッファー層（正孔注入層）は、特開平９−４５４７９号公報、同９−２６００６２号公報、同８−２８８０６９号公報等にもその詳細が記載されており、具体例として、銅フタロシアニンに代表されるフタロシアニンバッファー層、酸化バナジウムに代表される酸化物バッファー層、アモルファスカーボンバッファー層、ポリアニリン（エメラルディン）やポリチオフェン等の導電性高分子を用いた高分子バッファー層等が挙げられる。
【００８１】
陰極バッファー層（電子注入層）は、特開平６−３２５８７１号公報、同９−１７５７４号公報、同１０−７４５８６号公報等にもその詳細が記載されており、具体的にはストロンチウムやアルミニウム等に代表される金属バッファー層、フッ化リチウムに代表されるアルカリ金属化合物バッファー層、フッ化マグネシウムに代表されるアルカリ土類金属化合物バッファー層、酸化アルミニウムに代表される酸化物バッファー層等が挙げられる。上記バッファー層（注入層）はごく薄い膜であることが望ましく、素材にもよるがその膜厚は０．１ｎｍ〜５μｍの範囲が好ましい。
【００８２】
《阻止層：正孔阻止層、電子阻止層》
阻止層は、上記のごとく有機化合物薄膜の基本構成層の他に必要に応じて設けられるものである。例えば、特開平１１−２０４２５８号公報、同１１−２０４３５９号公報、及び「有機ＥＬ素子とその工業化最前線（１９９８年１１月３０日エヌ・ティー・エス社発行）」の２３７頁等に記載されている正孔阻止（ホールブロック）層がある。
【００８３】
正孔阻止層とは広い意味では電子輸送層の機能を有し、電子を輸送する機能を有しつつ正孔を輸送する能力が著しく小さい正孔阻止材料からなり、電子を輸送しつつ正孔を阻止することで電子と正孔の再結合確率を向上させることができる。また、後述する電子輸送層の構成を必要に応じて、本発明に係る正孔阻止層として用いることができる。
【００８４】
本発明の有機ＥＬ素子の正孔阻止層は、発光層に隣接して設けられていることが好ましい。
【００８５】
本発明の正孔阻止層に用いられる有機化合物は、その三重項遷移エネルギーが２．８ｅＶ以上である。また、正孔阻止層に含有される有機化合物の三重項遷移エネルギーが前記発光層に含有される全ての前記ホスト化合物の三重項遷移エネルギーより大きいことが好ましい。
【００８６】
また、本発明の正孔阻止層は、仕事関数が２．９ｅＶ以下の金属原子または金属イオンを含有する。本発明に用いられる金属原子または金属イオンとしてはＣｓ、Ｃｓイオンが好ましい。
【００８７】
（発光層と正孔阻止層との間の中間層）
本発明においては、発光層と上記金属または金属イオンを含有する正孔阻止層との間に、発光層ホスト化合物の三重項遷移エネルギーと同じかそれ以上の三重項遷移エネルギーを有する化合物からなる中間層を有することが好ましい。該中間層の厚さは、１〜５ｎｍであり、１〜３ｎｍであることが好ましい。該中間層を有することで素子の駆動寿命特性が向上する。該中間層が５ｎｍより厚いと駆動電圧の増大等好ましくない影響が増大し、１ｎｍより薄いと中間層としての機能を発現しがたくなる。
【００８８】
電子阻止層とは広い意味では正孔輸送層の機能を有し、正孔を輸送する機能を有しつつ電子を輸送する能力が著しく小さい材料からなり、正孔を輸送しつつ電子を阻止することで電子と正孔の再結合確率を向上させることができる。また、後述する正孔輸送層の構成を必要に応じて電子阻止層として用いることができる。本発明に係る正孔阻止層、電子輸送層の膜厚としては好ましくは３〜１００ｎｍであり、さらに好ましくは５〜３０ｎｍである。
【００８９】
《正孔輸送層》
正孔輸送層とは正孔を輸送する機能を有する正孔輸送材料からなり、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。正孔輸送層は単層または複数層設けることができる。
【００９０】
正孔輸送材料としては、正孔の注入または輸送、電子の障壁性のいずれかを有するものであり、有機物、無機物のいずれであってもよい。例えば、トリアゾール誘導体、オキサジアゾール誘導体、イミダゾール誘導体、ポリアリールアルカン誘導体、ピラゾリン誘導体及びピラゾロン誘導体、フェニレンジアミン誘導体、アリールアミン誘導体、アミノ置換カルコン誘導体、オキサゾール誘導体、スチリルアントラセン誘導体、フルオレノン誘導体、ヒドラゾン誘導体、スチルベン誘導体、シラザン誘導体、アニリン系共重合体、また導電性高分子オリゴマー、特にチオフェンオリゴマー等が挙げられる。
【００９１】
正孔輸送材料としては上記のものを使用することができるが、ポルフィリン化合物、芳香族第３級アミン化合物及びスチリルアミン化合物、特に芳香族第３級アミン化合物を用いることが好ましい。
【００９２】
芳香族第３級アミン化合物及びスチリルアミン化合物の代表例としては、Ｎ，Ｎ，Ｎ′，Ｎ′−テトラフェニル−４，４′−ジアミノフェニル；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）；２，２−ビス（４−ジ−ｐ−トリルアミノフェニル）プロパン；１，１−ビス（４−ジ−ｐ−トリルアミノフェニル）シクロヘキサン；Ｎ，Ｎ，Ｎ′，Ｎ′−テトラ−ｐ−トリル−４，４′−ジアミノビフェニル；１，１−ビス（４−ジ−ｐ−トリルアミノフェニル）−４−フェニルシクロヘキサン；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；ビス（４−ジ−ｐ−トリルアミノフェニル）フェニルメタン；Ｎ，Ｎ′−ジフェニル−Ｎ，Ｎ′−ジ（４−メトキシフェニル）−４，４′−ジアミノビフェニル；Ｎ，Ｎ，Ｎ′，Ｎ′−テトラフェニル−４，４′−ジアミノジフェニルエーテル；４，４′−ビス（ジフェニルアミノ）クオードリフェニル；Ｎ，Ｎ，Ｎ−トリ（ｐ−トリル）アミン；４−（ジ−ｐ−トリルアミノ）−４′−〔４−（ジ−ｐ−トリルアミノ）スチリル〕スチルベン；４−Ｎ，Ｎ−ジフェニルアミノ−（２−ジフェニルビニル）ベンゼン；３−メトキシ−４′−Ｎ，Ｎ−ジフェニルアミノスチルベンゼン；Ｎ−フェニルカルバゾール、さらには米国特許第５，０６１，５６９号明細書に記載されている２個の縮合芳香族環を分子内に有するもの、例えば、４，４′−ビス〔Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニルアミノ〕ビフェニル（ＮＰＤ）、特開平４−３０８６８８号公報に記載されているトリフェニルアミンユニットが３つスターバースト型に連結された４，４′，４″−トリス〔Ｎ−（３−メチルフェニル）−Ｎ−フェニルアミノ〕トリフェニルアミン（ＭＴＤＡＴＡ）等が挙げられる。
【００９３】
さらにこれらの材料を高分子鎖に導入した、またはこれらの材料を高分子の主鎖とした高分子材料を用いることもできる。また、ｐ型−Ｓｉ、ｐ型−ＳｉＣ等の無機化合物も正孔注入材料、正孔輸送材料として使用することができる。
【００９４】
また、特開平１１−２５１０６７号公報、Ｊ．Ｈｕａｎｇ ｅｔ．ａｌ．著文献（Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ ８０（２００２），ｐ．１３９）に記載されているような所謂、ｐ型正孔輸送材料を用いることもできる。本発明においては、より高効率の発光素子が得られることから、これらの材料を用いることが好ましい。
【００９５】
正孔輸送層は上記正孔輸送材料を、例えば、真空蒸着法、スピンコート法、キャスト法、インクジェット法を含む印刷法、ＬＢ法等の公知の方法により、薄膜化することにより形成することができる。正孔輸送層の膜厚については特に制限はないが、通常は５ｎｍ〜５μｍ程度、好ましくは５〜２００ｎｍである。この正孔輸送層は上記材料の１種または２種以上からなる一層構造であってもよい。
【００９６】
また、不純物をドープしたｐ性の高い正孔輸送層を用いることもできる。その例としては、特開平４−２９７０７６号公報、特開２０００−１９６１４０号公報、同２００１−１０２１７５号公報、Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，９５，５７７３（２００４）等に記載されたものが挙げられる。
【００９７】
本発明においては、このようなｐ性の高い正孔輸送層を用いることが、より低消費電力の素子を作製することができるため好ましい。
【００９８】
《電子輸送層》
電子輸送層とは電子を輸送する機能を有する材料からなり、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。電子輸送層は単層または複数層設けることができる。
【００９９】
従来、単層の電子輸送層、及び複数層とする場合は発光層に対して陰極側に隣接する電子輸送層に用いられる電子輸送材料（正孔阻止材料を兼ねる）としては、陰極より注入された電子を発光層に伝達する機能を有していればよく、その材料としては従来公知の化合物の中から任意のものを選択して用いることができ、例えば、ニトロ置換フルオレン誘導体、ジフェニルキノン誘導体、チオピランジオキシド誘導体、カルボジイミド、フレオレニリデンメタン誘導体、アントラキノジメタン及びアントロン誘導体、オキサジアゾール誘導体等が挙げられる。さらに、上記オキサジアゾール誘導体において、オキサジアゾール環の酸素原子を硫黄原子に置換したチアジアゾール誘導体、電子吸引基として知られているキノキサリン環を有するキノキサリン誘導体も、電子輸送材料として用いることができる。さらにこれらの材料を高分子鎖に導入した、またはこれらの材料を高分子の主鎖とした高分子材料を用いることもできる。
【０１００】
また、８−キノリノール誘導体の金属錯体、例えば、トリス（８−キノリノール）アルミニウム（Ａｌｑ）、トリス（５，７−ジクロロ−８−キノリノール）アルミニウム、トリス（５，７−ジブロモ−８−キノリノール）アルミニウム、トリス（２−メチル−８−キノリノール）アルミニウム、トリス（５−メチル−８−キノリノール）アルミニウム、ビス（８−キノリノール）亜鉛（Ｚｎｑ）等、及びこれらの金属錯体の中心金属がＩｎ、Ｍｇ、Ｃｕ、Ｃａ、Ｓｎ、ＧａまたはＰｂに置き替わった金属錯体も、電子輸送材料として用いることができる。その他、メタルフリーもしくはメタルフタロシアニン、またはそれらの末端がアルキル基やスルホン酸基等で置換されているものも、電子輸送材料として好ましく用いることができる。また、発光層の材料として例示したジスチリルピラジン誘導体も電子輸送材料として用いることができるし、正孔注入層、正孔輸送層と同様にｎ型−Ｓｉ、ｎ型−ＳｉＣ等の無機半導体も電子輸送材料として用いることができる。
【０１０１】
電子輸送層は上記電子輸送材料を、例えば、真空蒸着法、スピンコート法、キャスト法、インクジェット法を含む印刷法、ＬＢ法等の公知の方法により、薄膜化することにより形成することができる。電子輸送層の膜厚については特に制限はないが、通常は５ｎｍ〜５μｍ程度、好ましくは５〜２００ｎｍである。電子輸送層は上記材料の１種または２種以上からなる一層構造であってもよい。
【０１０２】
また、不純物をドープしたｎ性の高い電子輸送層を用いることもできる。その例としては、特開平４−２９７０７６号公報、同１０−２７０１７２号公報、特開２０００−１９６１４０号公報、同２００１−１０２１７５号公報、Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，９５，５７７３（２００４）等に記載されたものが挙げられる。
【０１０３】
本発明においては、このようなｎ性の高い電子輸送層を用いることがより低消費電力の素子を作製することができるため好ましい。
【０１０４】
《支持基板》
本発明の有機ＥＬ素子に係る支持基板（以下、基体、基盤、基材、支持体等ともいう）としては、ガラス、プラスチック等の種類には特に限定はなく、また、透明であっても不透明であってもよい。支持基板側から光を取り出す場合には、支持基板は透明であることが好ましい。好ましく用いられる透明な支持基板としては、ガラス、石英、透明樹脂フィルムを挙げることができる。特に好ましい支持基板は、有機ＥＬ素子にフレキシブル性を与えることが可能な樹脂フィルムである。
【０１０５】
樹脂フィルムとしては、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）等のポリエステル、ポリエチレン、ポリプロピレン、セロファン、セルロースジアセテート、セルローストリアセテート、セルロースアセテートブチレート、セルロースアセテートプロピオネート（ＣＡＰ）、セルロースアセテートフタレート（ＴＡＣ）、セルロースナイトレート等のセルロースエステル類またはそれらの誘導体、ポリ塩化ビニリデン、ポリビニルアルコール、ポリエチレンビニルアルコール、シンジオタクティックポリスチレン、ポリカーボネート、ノルボルネン樹脂、ポリメチルペンテン、ポリエーテルケトン、ポリイミド、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、ポリフェニレンスルフィド、ポリスルホン類、ポリエーテルイミド、ポリエーテルケトンイミド、ポリアミド、フッ素樹脂、ナイロン、ポリメチルメタクリレート、アクリルあるいはポリアリレート類、アートン（商品名ＪＳＲ社製）あるいはアペル（商品名三井化学社製）といったシクロオレフィン系樹脂等を挙げられる。
【０１０６】
樹脂フィルムの表面には、無機物、有機物の被膜またはその両者のハイブリッド被膜が形成されていてもよく、ＪＩＳ Ｋ ７１２９−１９９２に準拠した方法で測定された水蒸気透過度が０．０１ｇ／ｍ2・ｄａｙ・ａｔｍ以下のバリア性フィルムであることが好ましく、さらにはＪＩＳ Ｋ ７１２６−１９９２に準拠した方法で測定された酸素透過度が１０-3ｇ／ｍ2／ｄａｙ以下、水蒸気透過度が１０-3ｇ／ｍ2／ｄａｙ以下の高バリア性フィルムであることが好ましく、前記の水蒸気透過度、酸素透過度がいずれも１０-5ｇ／ｍ2／ｄａｙ以下であることがさらに好ましい。
【０１０７】
バリア膜を形成する材料としては、水分や酸素等素子の劣化をもたらすものの浸入を抑制する機能を有する材料であればよく、例えば、酸化珪素、二酸化珪素、窒化珪素等を用いることができる。さらに該膜の脆弱性を改良するためにこれら無機層と有機材料からなる層の積層構造を持たせることがより好ましい。無機層と有機層の積層順については特に制限はないが、両者を交互に複数回積層させることが好ましい。
【０１０８】
《バリア膜の形成方法》
バリア膜の形成方法については特に限定はなく、例えば、真空蒸着法、スパッタリング法、反応性スパッタリング法、分子線エピタキシー法、クラスタ−イオンビーム法、イオンプレーティング法、プラズマ重合法、大気圧プラズマ重合法、プラズマＣＶＤ法、レーザーＣＶＤ法、熱ＣＶＤ法、コーティング法等を用いることができるが、特開２００４−６８１４３号公報に記載されているような大気圧プラズマ重合法によるものが特に好ましい。
【０１０９】
不透明な支持基板としては、例えば、アルミ、ステンレス等の金属板・フィルムや不透明樹脂基板、セラミック製の基板等が挙げられる。
【０１１０】
《封止》
本発明の有機ＥＬ素子の封止に用いられる封止手段としては、例えば、封止部材と電極、支持基板とを接着剤で接着する方法を挙げることができる。
【０１１１】
封止部材としては有機ＥＬ素子の表示領域を覆うように配置されておればよく、凹板状でも、平板状でもよい。また透明性、電気絶縁性は特に限定されない。
【０１１２】
具体的には、ガラス板、ポリマー板、フィルム、金属板、フィルム等が挙げられる。ガラス板としては、特にソーダ石灰ガラス、バリウム・ストロンチウム含有ガラス、鉛ガラス、アルミノケイ酸ガラス、ホウケイ酸ガラス、バリウムホウケイ酸ガラス、石英等を挙げることができる。また、ポリマー板としては、ポリカーボネート、アクリル、ポリエチレンテレフタレート、ポリエーテルサルファイド、ポリサルフォン等を挙げることができる。金属板としては、ステンレス、鉄、銅、アルミニウム、マグネシウム、ニッケル、亜鉛、クロム、チタン、モリブテン、シリコン、ゲルマニウム及びタンタルからなる群から選ばれる一種以上の金属または合金からなるものが挙げられる。
【０１１３】
本発明においては、素子を薄膜化できるということからポリマーフィルム、金属フィルムを好ましく使用することができる。さらにはポリマーフィルムは酸素透過度１０-3ｇ／ｍ2／ｄａｙ以下、水蒸気透過度１０-3ｇ／ｍ2／ｄａｙ以下のものであることが好ましい。また、前記の水蒸気透過度、酸素透過度がいずれも１０-5ｇ／ｍ2／ｄａｙ以下であることがさらに好ましい。
【０１１４】
封止部材を凹状に加工するのは、サンドブラスト加工、化学エッチング加工等が使われる。接着剤として具体的には、アクリル酸系オリゴマー、メタクリル酸系オリゴマーの反応性ビニル基を有する光硬化及び熱硬化型接着剤、２−シアノアクリル酸エステル等の湿気硬化型等の接着剤を挙げることができる。また、エポキシ系等の熱及び化学硬化型（二液混合）を挙げることができる。また、ホットメルト型のポリアミド、ポリエステル、ポリオレフィンを挙げることができる。また、カチオン硬化タイプの紫外線硬化型エポキシ樹脂接着剤を挙げることができる。
【０１１５】
なお、有機ＥＬ素子が熱処理により劣化する場合があるので、室温から８０℃までに接着硬化できるものが好ましい。また、前記接着剤中に乾燥剤を分散させておいてもよい。封止部分への接着剤の塗布は、市販のディスペンサーを使ってもよいし、スクリーン印刷のように印刷してもよい。
【０１１６】
また、有機層を挟み支持基板と対向する側の電極の外側に、該電極と有機層を被覆し、支持基板と接する形で無機物、有機物の層を形成し封止膜とすることも好適にできる。この場合、該膜を形成する材料としては、水分や酸素等素子の劣化をもたらすものの浸入を抑制する機能を有する材料であればよく、例えば、酸化珪素、二酸化珪素、窒化珪素等を用いることができる。さらに該膜の脆弱性を改良するためにこれら無機層と有機材料からなる層の積層構造を持たせることが好ましい。これらの膜の形成方法については、特に限定はなく、例えば、真空蒸着法、スパッタリング法、反応性スパッタリング法、分子線エピタキシー法、クラスタ−イオンビーム法、イオンプレーティング法、プラズマ重合法、大気圧プラズマ重合法、プラズマＣＶＤ法、レーザーＣＶＤ法、熱ＣＶＤ法、コーティング法等を用いることができる。
【０１１７】
封止部材と有機ＥＬ素子の表示領域との間隙には、気相及び液相では窒素、アルゴン等の不活性気体やフッ化炭化水素、シリコンオイルのような不活性液体を注入することが好ましい。また、真空とすることも可能である。また、内部に吸湿性化合物を封入することもできる。
【０１１８】
吸湿性化合物としては、例えば、金属酸化物（例えば、酸化ナトリウム、酸化カリウム、酸化カルシウム、酸化バリウム、酸化マグネシウム、酸化アルミニウム等）、硫酸塩（例えば、硫酸ナトリウム、硫酸カルシウム、硫酸マグネシウム、硫酸コバルト等）、金属ハロゲン化物（例えば、塩化カルシウム、塩化マグネシウム、フッ化セシウム、フッ化タンタル、臭化セリウム、臭化マグネシウム、沃化バリウム、沃化マグネシウム等）、過塩素酸類（例えば、過塩素酸バリウム、過塩素酸マグネシウム等）等が挙げられ、硫酸塩、金属ハロゲン化物及び過塩素酸類においては無水塩が好適に用いられる。
【０１１９】
《保護膜、保護板》
有機層を挟み支持基板と対向する側の前記封止膜、あるいは前記封止用フィルムの外側に、素子の機械的強度を高めるために保護膜、あるいは保護板を設けてもよい。特に封止が前記封止膜により行われている場合には、その機械的強度は必ずしも高くないため、このような保護膜、保護板を設けることが好ましい。これに使用することができる材料としては、前記封止に用いたのと同様なガラス板、ポリマー板・フィルム、金属板・フィルム等を用いることができるが、軽量かつ薄膜化ということからポリマーフィルムを用いることが好ましい。
【０１２０】
《陽極》
有機ＥＬ素子における陽極としては、仕事関数の大きい（４ｅＶ以上）金属、合金、電気伝導性化合物及びこれらの混合物を電極物質とするものが好ましく用いられる。このような電極物質の具体例としてはＡｕ等の金属、ＣｕＩ、インジウムチンオキシド（ＩＴＯ）、ＳｎＯ2、ＺｎＯ等の導電性透明材料が挙げられる。また、ＩＤＩＸＯ（Ｉｎ2Ｏ3−ＺｎＯ）等非晶質で透明導電膜を作製可能な材料を用いてもよい。陽極はこれらの電極物質を蒸着やスパッタリング等の方法により、薄膜を形成させ、フォトリソグラフィー法で所望の形状のパターンを形成してもよく、あるいはパターン精度をあまり必要としない場合は（１００μｍ以上程度）、上記電極物質の蒸着やスパッタリング時に所望の形状のマスクを介してパターンを形成してもよい。あるいは、有機導電性化合物のように塗布可能な物質を用いる場合には、印刷方式、コーティング方式等湿式製膜法を用いることもできる。この陽極より発光を取り出す場合には、透過率を１０％より大きくすることが望ましく、また陽極としてのシート抵抗は数百Ω／□以下が好ましい。さらに膜厚は材料にもよるが、通常１０〜１０００ｎｍ、好ましくは１０〜２００ｎｍの範囲で選ばれる。
【０１２１】
《陰極》
一方、陰極としては、仕事関数の小さい（４ｅＶ以下）金属（電子注入性金属と称する）、合金、電気伝導性化合物及びこれらの混合物を電極物質とするものが用いられる。このような電極物質の具体例としては、ナトリウム、ナトリウム−カリウム合金、マグネシウム、リチウム、マグネシウム／銅混合物、マグネシウム／銀混合物、マグネシウム／アルミニウム混合物、マグネシウム／インジウム混合物、アルミニウム／酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）混合物、インジウム、リチウム／アルミニウム混合物、希土類金属等が挙げられる。
【０１２２】
これらの中で、電子注入性及び酸化等に対する耐久性の点から、電子注入性金属とこれより仕事関数の値が大きく安定な金属である第二金属との混合物、例えば、マグネシウム／銀混合物、マグネシウム／アルミニウム混合物、マグネシウム／インジウム混合物、アルミニウム／酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）混合物、リチウム／アルミニウム混合物、アルミニウム等が好適である。陰極はこれらの電極物質を蒸着やスパッタリング等の方法により薄膜を形成させることにより、作製することができる。また、陰極としてのシート抵抗は数百Ω／□以下が好ましく、膜厚は通常１０ｎｍ〜５μｍ、好ましくは５０〜２００ｎｍの範囲で選ばれる。なお、発光した光を透過させるため、有機ＥＬ素子の陽極または陰極のいずれか一方が、透明または半透明であれば発光輝度が向上し好都合である。
【０１２３】
また、陰極に上記金属を１〜２０ｎｍの膜厚で作製した後に、陽極の説明で挙げた導電性透明材料をその上に作製することで、透明または半透明の陰極を作製することができ、これを応用することで陽極と陰極の両方が透過性を有する素子を作製することができる。
【０１２４】
《有機ＥＬ素子の作製方法》
本発明の有機ＥＬ素子の作製方法の一例として、陽極／正孔注入層／正孔輸送層／発光層／正孔阻止層／電子輸送層／陰極からなる有機ＥＬ素子の作製法について説明する。
【０１２５】
まず適当な支持基板上に所望の電極物質、例えば、陽極用物質からなる薄膜を１μｍ以下、好ましくは１０〜２００ｎｍの膜厚になるように蒸着やスパッタリング等の方法により形成させ、陽極を作製する。次に、この上に有機ＥＬ素子材料である正孔注入層、正孔輸送層、発光層、正孔阻止層、電子輸送層の有機化合物薄膜を形成させる。
【０１２６】
この有機化合物薄膜の薄膜化の方法としては、前記のごとく蒸着法、ウェットプロセス（スピンコート法、キャスト法、インクジェット法、印刷法）等があるが、均質な膜が得られやすく、かつピンホールが生成しにくい等の点から、真空蒸着法、スピンコート法、インクジェット法、印刷法が特に好ましい。さらに層毎に異なる製膜法を適用してもよい。製膜に蒸着法を採用する場合、その蒸着条件は使用する化合物の種類等により異なるが、一般にボート加熱温度５０〜４５０℃、真空度１０-6〜１０-2Ｐａ、蒸着速度０．０１〜５０ｎｍ／秒、基板温度−５０〜３００℃、膜厚０．１ｎｍ〜５μｍ、好ましくは５〜２００ｎｍの範囲で適宜選ぶことが望ましい。
【０１２７】
これらの層を形成後、その上に陰極用物質からなる薄膜を１μｍ以下好ましくは５０〜２００ｎｍの範囲の膜厚になるように、例えば、蒸着やスパッタリング等の方法により形成させ、陰極を設けることにより所望の有機ＥＬ素子が得られる。この有機ＥＬ素子の作製は、一回の真空引きで一貫して正孔注入層から陰極まで作製するのが好ましいが、途中で取り出して異なる製膜法を施しても構わない。その際、作業を乾燥不活性ガス雰囲気下で行う等の配慮が必要となる。
【０１２８】
また作製順序を逆にして、陰極、電子注入層、電子輸送層、発光層、正孔輸送層、正孔注入層、陽極の順に作製することも可能である。このようにして得られた多色の液晶表示装置に直流電圧を印加する場合には、陽極を＋、陰極を−の極性として電圧２〜４０Ｖ程度を印加すると発光が観測できる。また交流電圧を印加してもよい。なお、印加する交流の波形は任意でよい。
【０１２９】
有機ＥＬ素子は空気よりも屈折率の高い（屈折率１．６〜２．１程度）層の内部で発光し、発光層で発生した光のうち１５〜２０％程度の光しか取り出せないと一般的に言われている。これは、臨界角以上の角度θで界面（透明基板と空気との界面）に入射する光は全反射を起こし、素子外部に取り出すことができないことや、透明電極ないし発光層と透明基板との間で光が全反射を起こし、光が透明電極ないし発光層を導波し、結果として光が素子側面方向に逃げるためである。
【０１３０】
この光の取り出しの効率を向上させる手法としては、例えば、透明基板表面に凹凸を形成し、透明基板と空気界面での全反射を防ぐ方法（例えば、米国特許第４，７７４，４３５号明細書）、基板に集光性を持たせることにより効率を向上させる方法（例えば、特開昭６３−３１４７９５号公報）、素子の側面等に反射面を形成する方法（例えば、特開平１−２２０３９４号公報）、基板と発光体の間に中間の屈折率を持つ平坦層を導入し、反射防止膜を形成する方法（例えば、特開昭６２−１７２６９１号公報）、基板と発光体の間に基板よりも低屈折率を持つ平坦層を導入する方法（例えば、特開２００１−２０２８２７号公報）、基板、透明電極層や発光層のいずれかの層間（含む、基板と外界間）に回折格子を形成する方法（特開平１１−２８３７５１号公報）等がある。
【０１３１】
本発明においては、これらの方法を本発明の有機ＥＬ素子と組み合わせて用いることができるが、基板と発光体の間に基板よりも低屈折率を持つ平坦層を導入する方法、あるいは基板、透明電極層や発光層のいずれかの層間（含む、基板と外界間）に回折格子を形成する方法を好適に用いることができる。本発明はこれらの手段を組み合わせることにより、さらに高輝度あるいは耐久性に優れた素子を得ることができる。
【０１３２】
透明電極と透明基板の間に低屈折率の媒質を光の波長よりも長い厚みで形成すると、透明電極から出てきた光は、媒質の屈折率が低いほど外部への取り出し効率が高くなる。
【０１３３】
低屈折率層としては、例えば、エアロゲル、多孔質シリカ、フッ化マグネシウム、フッ素系ポリマー等が挙げられる。透明基板の屈折率は一般に１．５〜１．７程度であるので、低屈折率層は屈折率がおよそ１．５以下であることが好ましい。またさらに１．３５以下であることが好ましい。
【０１３４】
また、低屈折率媒質の厚みは媒質中の波長の２倍以上となるのが望ましい。これは、低屈折率媒質の厚みが光の波長程度になってエバネッセントで染み出した電磁波が基板内に入り込む膜厚になると、低屈折率層の効果が薄れるからである。
【０１３５】
全反射を起こす界面またはいずれかの媒質中に回折格子を導入する方法は、光取り出し効率の向上効果が高いという特徴がある。この方法は回折格子が１次の回折や２次の回折といった、所謂ブラッグ回折により光の向きを屈折とは異なる特定の向きに変えることができる性質を利用して、発光層から発生した光のうち、層間での全反射等により外に出ることができない光をいずれかの層間もしくは媒質中（透明基板内や透明電極内）に回折格子を導入することで光を回折させ、光を外に取り出そうとするものである。
【０１３６】
導入する回折格子は二次元的な周期屈折率を持っていることが望ましい。これは、発光層で発光する光はあらゆる方向にランダムに発生するので、ある方向にのみ周期的な屈折率分布を持っている一般的な１次元回折格子では、特定の方向に進む光しか回折されず、光の取り出し効率がさほど上がらない。しかしながら、屈折率分布を二次元的な分布にすることにより、あらゆる方向に進む光が回折され、光の取り出し効率が上がる。
【０１３７】
回折格子を導入する位置としては、前述のとおりいずれかの層間もしくは媒質中（透明基板内や透明電極内）でもよいが、光が発生する場所である有機発光層の近傍が望ましい。
【０１３８】
このとき、回折格子の周期は媒質中の光の波長の約１／２〜３倍程度が好ましい。回折格子の配列は正方形のラチス状、三角形のラチス状、ハニカムラチス状等、２次元的に配列が繰り返されることが好ましい。
【０１３９】
本発明の有機ＥＬ素子は支持基板の光取出し側に、例えば、マイクロレンズアレイ上の構造を設けるように加工したり、あるいは所謂集光シートと組み合わせることにより特定方向、例えば、素子発光面に対し正面方向に集光することにより、特定方向上の輝度を高めることができる。
【０１４０】
マイクロレンズアレイの例としては、基板の光取り出し側に一辺が３０μｍでその頂角が９０度となるような四角錐を２次元に配列する。一辺は１０〜１００μｍが好ましい。これより小さくなると回折の効果が発生して色付く、大きすぎると厚みが厚くなり好ましくない。
【０１４１】
集光シートとしては、例えば、液晶表示装置のＬＥＤバックライトで実用化されているものを用いることが可能である。このようなシートとして、例えば、住友スリーエム社製輝度上昇フィルム（ＢＥＦ）等を用いることができる。プリズムシートの形状としては、例えば、基材に頂角９０度、ピッチ５０μｍの△状のストライプが形成されたものであってもよいし、頂角が丸みを帯びた形状、ピッチをランダムに変化させた形状、その他の形状であってもよい。
【０１４２】
また、発光素子からの光放射角を制御するために光拡散板・フィルムを集光シートと併用してもよい。例えば、（株）きもと製拡散フィルム（ライトアップ）等を用いることができる。
【０１４３】
《用途》
本発明の有機ＥＬ素子は、表示デバイス、ディスプレイ、各種発光光源として用いることができる。発光光源として、例えば、家庭用照明、車内照明、時計や液晶用のバックライト、看板広告、信号機、光記憶媒体の光源、電子写真複写機の光源、光通信処理機の光源、光センサーの光源等が挙げられるがこれに限定するものではないが、特にカラーフィルターと組み合わせた液晶液晶表示装置のバックライト、照明用光源としての用途に有効に用いることができる。
【０１４４】
カラーフィルターと組み合わせてディスプレイのバックライトとして用いる場合には、輝度をさらに高めるため、前記の集光シートと組み合わせて用いるのが好ましい。
【実施例】
【０１４５】
以下、実施例により本発明を説明するが、本発明はこれらに限定されない。
【０１４６】
実施例１
《有機ＥＬ素子１−１の作製》
陽極として３０ｍｍ×３０ｍｍ、厚さ０．７ｍｍのガラス基板上に、ＩＴＯ（インジウムチンオキシド）を１２０ｎｍ成膜した支持基板にパターニングを行った後、このＩＴＯ透明電極を付けた透明支持基板をイソプロピルアルコールで超音波洗浄し、乾燥窒素ガスで乾燥し、ＵＶオゾン洗浄を５分間行った。この透明支持基板を市販の真空蒸着装置の基板ホルダーに固定した。
【０１４７】
真空蒸着装置内の蒸着用るつぼの各々に、各層の構成材料を各々素子作製に最適の量充填した。蒸着用るつぼはモリブデン製またはタングステン製抵抗加熱用材料で作製されたものを用いた。
【０１４８】
次いで、真空度４×１０-4Ｐａまで減圧した後、ｍ−ＭＴＤＡＴＡの入った前記蒸着用るつぼに通電して加熱し、蒸着速度０．１ｎｍ／秒で透明支持基板に蒸着し、２０ｎｍの正孔注入層を設けた。次いで、α−ＮＰＤを同様にして蒸着し４０ｎｍの正孔輸送層を設けた。次いで、以下の手順で各発光層及びその中間層を設けた。
【０１４９】
化合物（Ａ−１）と化合物（Ａ−２）を、膜厚比で９５：５になるように蒸着速度０．１ｎｍ／秒で共蒸着し、３０ｎｍの青燐光発光層を形成した。
【０１５０】
次いで、ＢＡｌｑを蒸着速度０．１ｎｍ／秒で１０ｎｍ蒸着し、青発光層に陰極側に隣接する正孔阻止層を形成し、次いでＢＣＰ及びＣｓＦを膜厚比４：１、蒸着速度０．１ｎｍ／秒で４０ｎｍ共蒸着し、電子輸送層を設けた。
【０１５１】
さらにアルミニウム１１０ｎｍを蒸着して陰極を形成し、有機ＥＬ素子１−１を作製した。
【０１５２】
正孔阻止層に用いたＢＡｌｑの三重項遷移エネルギーは約２．６ｅＶであった。青発光層に用いた燐光発光ドーパントの発光極大波長は４７０ｎｍであった。
【０１５３】
《有機ＥＬ素子１−２の作製》
化合物（Ａ−３）を用いて正孔阻止層を形成した以外は、有機ＥＬ素子１−１と同様にして有機ＥＬ素子１−２を作製した。
【０１５４】
正孔阻止層に用いた化合物（Ａ−３）の三重項遷移エネルギーは約３．１ｅＶであった。
【０１５５】
《有機ＥＬ素子１−３の作製》
化合物（Ａ−３）とＣｓＦを膜厚比４：１になるようにして正孔阻止層を形成した以外は、有機ＥＬ素子１−１と同様にして有機ＥＬ素子１−４を作製した。
【０１５６】
《有機ＥＬ素子の封止化処理と電流効率、電力効率の評価》
有機ＥＬ素子１−１〜１−３の各々の非発光面をガラスケースで覆い（なお、ガラスカバーでの封止作業は有機ＥＬ素子を大気に接触させることなく窒素雰囲気下のグローブボックス（純度９９．９９９％以上の高純度窒素ガスの雰囲気下）で行った。）、封止化処理した。次いで、分光放射輝度計ＣＳ−１０００（コニカミノルタセンシング社製）を用いて、各有機ＥＬ素子の電流効率、電力効率を評価した。評価結果を表１に示す。表１において、両効率は輝度１０００ｃｄ／ｍ2における有機ＥＬ素子１−１の効率を１００とする相対値で示す。
【０１５７】
【化７】
【０１５８】
【化８】
【０１５９】
【表１】
【０１６０】
表１より本発明の有機ＥＬ素子は、電流効率、電力効率において優れた性能を示すことが分かる。
【０１６１】
実施例２
《有機ＥＬ素子２−１の作製》
実施例１の有機ＥＬ素子１−３の作製において、発光層と正孔阻止層の間に厚さ３ｎｍのＣＢＰよりなる中間層を設けた以外は、有機ＥＬ素子１−３の作製と同様にして有機ＥＬ素子２−１を作製した。
【０１６２】
中間層に用いたＣＢＰの三重項遷移エネルギーは、約２．７ｅＶであった。
【０１６３】
《有機ＥＬ素子２−２の作製》
ＣＢＰに替えて化合物（Ａ−６）を用いて前記中間層を形成した以外は、有機ＥＬ素子２−１の作製と同様にして有機ＥＬ素子２−２を作製した。
【０１６４】
中間層に用いた化合物（Ａ−６）の三重項遷移エネルギーは約３．０ｅＶであった。
【０１６５】
《有機ＥＬ素子２−３の作製》
化合物（Ａ−６）を用いた中間層の厚さを５ｎｍとした以外は、有機ＥＬ素子２−２の作製と同様にして有機ＥＬ素子２−３を作製した。
【０１６６】
《有機ＥＬ素子２−４の作製》
化合物（Ａ−６）を用いた中間層の厚さを１０ｎｍとした以外は、有機ＥＬ素子２−２の作製と同様にして有機ＥＬ素子２−４を作製した。
【０１６７】
【化９】
【０１６８】
《有機ＥＬ素子の封止化処理と電流効率、電力効率及び駆動寿命の評価》
実施例１と同様にして、素子の封止化処理を行い、電流効率、電力効率、常温での駆動寿命を評価した。表２に、有機ＥＬ素子２−１の効率、寿命（輝度半減時間）を１００とした場合の相対値で示す。
【０１６９】
【表２】
【０１７０】
表２より本発明の有機ＥＬ素子は、電流効率、電力効率、駆動寿命において優れた性能を示すことが分かる。
【０１７１】
実施例３
《有機ＥＬ素子３−１の作製》
実施例１で用いたのと同様の基板上に、真空度４×１０-4Ｐａまで減圧した後、ｍ−ＭＴＤＡＴＡの入った前記蒸着用るつぼに通電して加熱し、蒸着速度０．１ｎｍ／秒で透明支持基板に蒸着し２０ｎｍの正孔注入層を設け、次にα−ＮＰＤを同様にして蒸着し４０ｎｍの正孔輸送層を設けた。
【０１７２】
次いで以下の手順で各発光層及びその中間層を設けた。
【０１７３】
化合物（Ａ−４）とＣＢＰを、膜厚比で９６：４になるように蒸着速度０．１ｎｍ／秒で共蒸着し１．５ｎｍの緑燐光発光層を形成し、その後ＣＢＰを蒸着速度０．１ｎｍ／秒で蒸着し３ｎｍの中間層を形成した。
【０１７４】
次いで化合物（Ａ−５）とＣＢＰを、膜厚比で９２：８になるように蒸着速度０．１ｎｍ／秒で共蒸着し３ｎｍの赤燐光発光層を形成し、その後化合物ＣＢＰを蒸着速度０．１ｎｍ／秒で３ｎｍ蒸着した。
【０１７５】
次いで化合物（Ａ−１）と化合物（Ａ−２）を膜厚比で９２：５になるように蒸着速度０．１ｎｍ／秒で共蒸着し１２ｎｍの青燐光発光層を形成した。
【０１７６】
次いで、化合物（Ａ−３）を蒸着速度０．１ｎｍ／秒で１０ｎｍ蒸着し正孔阻止層を形成し、その後ＢＣＰ及びＣｓＦを膜厚比４：１、蒸着速度０．１ｎｍ／秒で４０ｎｍ共蒸着し、電子輸送層を設け有機層の成膜を完了した。
【０１７７】
さらにアルミニウム１１０ｎｍを蒸着して陰極を形成し、有機ＥＬ素子３−１を作製した。
【０１７８】
《有機ＥＬ素子３−２の作製》
化合物（Ａ−３）とＣｓＦを膜厚比４：１になるようにして正孔阻止層を形成した以外は、素子３−１と全く同様にして有機ＥＬ素子３−２を作製した。
【０１７９】
【化１０】
【０１８０】
《有機ＥＬ素子の封止化処理と電流効率、電力効率及び駆動寿命の評価》
実施例１と同様にして、素子の封止化処理を行い、電流効率、電力効率及び駆動寿命を評価した。
【０１８１】
なお、有機ＥＬ素子３−１、３−２は正面輝度８００ｃｄ／ｍ2におけるＣＩＥ１９３１表色系における色度が、Ｘ＝０．３３±０．０７、Ｙ＝０．３３±０．０７にあった。
【０１８２】
【表３】
【０１８３】
表３より本発明の白色有機ＥＬ素子は、電流効率、電力効率、駆動寿命において優れた性能を示すことが分かる。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機エレクトロルミネッセンス素子、及びこれを用いた表示装置及び照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
発光型の電子ディスプレイデバイスとして、エレクトロルミネッセンスディスプレイ（ＥＬＤ）がある。ＥＬＤの構成要素としては、無機エレクトロルミネッセンス素子（無機ＥＬ素子）や有機エレクトロルミネッセンス素子（以下、有機ＥＬ素子ともいう）が挙げられる。無機ＥＬ素子は平面型光源として使用されてきたが、発光素子を駆動させるためには交流の高電圧が必要である。
【０００３】
有機ＥＬ素子は、発光する化合物を含有する発光層を、陰極と陽極で挟んだ構成を有し、発光層に電子及び正孔を注入して、再結合させることにより励起子（エキシトン）を生成させ、このエキシトンが失活する際の光の放出（蛍光・燐光）を利用して発光する素子であり、数Ｖ〜数十Ｖ程度の電圧で発光が可能であり、さらに自己発光型であるために視野角に富み、視認性が高く、薄膜型の完全固体素子であるために省スペース、携帯性等の観点から注目されている。
【０００４】
また、有機ＥＬ素子は、従来実用に供されてきた主要な光源、例えば発光ダイオードや冷陰極管と異なり、面光源であることも大きな特徴である。この特性を有効に活用できる用途として、照明用光源、さまざまなディスプレイのバックライトがある。特に近年、需要の増加が著しい液晶フルカラーディスプレイのバックライトとして用いることも好適にできる。
【０００５】
このようなフルカラーディスプレイのバックライトとして用いる場合には、白色光源として用いることになる。有機ＥＬ素子で白色光を得るには、１つの素子中に発光材料を調製して混色により白色を得る方法、多色の発光画素、例えば、青・緑・赤の３色を塗り分け同時に発光させ混色して白色を得る方法、色変換色素を用い白色を得る方法（例えば、青発光材料と色変換蛍光色素の組み合わせ）等がある。
【０００６】
しかしながら、低コスト、高生産性、簡便な駆動方法等バックライトに求められる諸要求から見て、１つの素子中に発光材料を調製して混色により白色を得る方法がこの用途には有効であると考えられる。
【０００７】
この方法において、白色光を得るには、さらに詳細に述べれば素子中に補色の関係にある２色の発光材料、例えば、青発光材料と黄発光材料を用い混色して白色を得る方法、青・緑・赤の３色の発光材料を用い混色して白色を得る方法があるが、色再現性、カラーフィルターでの光損失をより少なくするといった観点から青・緑・赤の３色の発光材料を用い混色する方法が好ましい。
【０００８】
複数の発光色の異なる発光材料を１素子中に用いて混色により白色光を得るための有機層構成としては、１層中に発光色の異なる複数の発光材料を混合させる方法、発光色の異なる発光材料ごとに層を形成し、多層発光層の構造を有する素子を作成する方法等が知られているが、発光材料間の励起エネルギー移動の発生に起因する輝度、色度の不安定性を少なくできることから発光色の異なる発光材料ごとに層を形成する方法が好ましい。
【０００９】
例えば、効率の高い青、緑、赤の３色の蛍光体を発光材料としてドープすることによって、白色の有機ＥＬ素子が得られることが報告されている（例えば、特許文献１、２参照）。
【００１０】
また、より高輝度の有機ＥＬ素子が得られることから、近年、燐光発光材料の開発が進められている（例えば、非特許文献１〜３、特許文献３参照）。これは従来の蛍光体からの発光が励起一重項からの発光であり、一重項励起子と三重項励起子の生成比が１：３であるため発光性励起種の生成確率が２５％であるのに対し、励起三重項からの発光を利用する燐光材料の場合には、前記励起子生成比率と一重項励起子から三重項励起子への内部変換により、内部量子効率の上限が１００％となるため、蛍光発光材料の場合に比べて原理的に発光効率が最大４倍となることによる。
【００１１】
燐光発光有機ＥＬ素子においては、発光効率を高めるため正孔阻止層を発光層と陰極間に設けることが好ましいことが知られている。
【００１２】
しかしながら、正孔阻止層を設けると、駆動電圧が上昇する、場合によっては発光効率の上昇以上に駆動電圧が高くなり電力効率では不利になることがあり、実用上好ましくない一面を有している。
【特許文献１】特開平６−２０７１７０号公報
【特許文献２】特開２００４−２３５１６８号公報
【特許文献３】米国特許第６，０９７，１４７号明細書
【非特許文献１】Ｍ．Ａ．Ｂａｌｄｏ ｅｔ ａｌ．，Ｎａｔｕｒｅ，３９５巻，１５１〜１５４頁（１９９８年）
【非特許文献２】Ｍ．Ａ．Ｂａｌｄｏ ｅｔ ａｌ．，Ｎａｔｕｒｅ，４０３巻，１７号，７５０〜７５３頁（２０００年）
【非特許文献３】Ｂ．Ｗ．Ｄ‘ａｎｄｒａｄｅ ｅｔ ａｌ．，Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，１４巻，１４７〜１５１頁（２００２年）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明の目的は、電力効率に優れた有機エレクトロルミネッセンス素子、特に燐光発光有機エレクトロルミネッセンス素子と、これを用いた表示装置、照明装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の上記課題は、以下の構成により達成された。
【００１５】
１．少なくとも１種の燐光発光ドーパントと少なくとも１種のホスト化合物を含有する発光層と陰極間に、正孔阻止層、電子輸送層の少なくとも２層を有する有機エレクトロルミネッセンス素子において、前記正孔阻止層が、三重項遷移エネルギーが２．８ｅＶ以上の有機化合物と仕事関数が２．９ｅＶ以下の金属原子または金属イオンを含有することを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子。
【００１６】
２．少なくとも１種の燐光発光ドーパントと少なくとも１種のホスト化合物を含有する発光層と陰極間に、正孔阻止層、電子輸送層の少なくとも２層を有し、前記正孔阻止層と発光層間に厚さ１〜５ｎｍの中間層を有する有機エレクトロルミネッセンス素子において、前記正孔阻止層が、三重項遷移エネルギーが２．８ｅＶ以上の有機化合物と仕事関数が２．９ｅＶ以下の金属原子または金属イオンを含有し、かつ前記中間層を形成する有機化合物の三重項遷移エネルギーが前記発光層のホスト化合物の三重項遷移エネルギーと同じか大きいことを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子。
【００１７】
３．前記発光層を少なくとも２層以上有し、前記正孔阻止層に含有される有機化合物の三重項遷移エネルギーが前記発光層に含有される全ての前記ホスト化合物の三重項遷移エネルギーより大きいことを特徴とする１または２に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【００１８】
４．前記電子輸送層に仕事関数が２．９ｅＶ以下の金属原子または金属イオンを含有することを特徴とする１〜３のいずれか１項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【００１９】
５．前記金属原子または金属イオンがＣｓまたはＣｓイオンであることを特徴とする１〜４のいずれか１項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【００２０】
６．前記発光層が、発光極大波長が４４０〜４８０ｎｍの燐光発光ドーパントを含有することを特徴とする１〜５のいずれか１項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【００２１】
７．ＣＩＥ色度がＸ＝０．３３±０．０７、Ｙ＝０．３３±０．０７にある白色発光を呈することを特徴とする１〜６のいずれか１項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【００２２】
８．１〜７のいずれか１項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子を用いることを特徴とする表示装置。
【００２３】
９．１〜７のいずれか１項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子を用いることを特徴とする照明装置。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、電力効率に優れた有機エレクトロルミネッセンス素子、特に燐光発光有機エレクトロルミネッセンス素子と、これを用いた表示装置、照明装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
前述のように、正孔阻止層を設けると、駆動電圧が上昇する、場合によっては発光効率の上昇以上に駆動電圧が高くなり電力効率では不利になることがあり、実用上好ましくない一面を有している。
【００２６】
本発明者は鋭意検討の結果、この原因として、（１）膜厚が厚くなる（効果発現には５ｎｍ以上必要）、（２）正孔阻止層に使用される材料の電子移動度が低い、（３）正孔阻止層に用いられる材料のエネルギーギャップは、発光層ホスト材料のエネルギーギャップより大きいため、電子輸送層から発光層への電子注入に対するエネルギー障壁を形成する場合があることが分かった。
【００２７】
本発明では、少なくとも１種の燐光発光ドーパントと少なくとも１種のホスト化合物を含有する発光層と陰極間に、正孔阻止層、電子輸送層の少なくとも２層を有する有機ＥＬ素子において、前記正孔阻止層が、三重項遷移エネルギーが２．８ｅＶ以上の有機化合物と仕事関数が２．９ｅＶ以下の金属原子または金属イオンを含有する有機ＥＬ素子、
または、少なくとも１種の燐光発光ドーパントと少なくとも１種のホスト化合物を含有する発光層と陰極間に、正孔阻止層、電子輸送層の少なくとも２層を有し、前記正孔阻止層と発光層間に厚さ１〜５ｎｍの中間層を有する有機ＥＬ素子において、前記正孔阻止層が、三重項遷移エネルギーが２．８ｅＶ以上の有機化合物と仕事関数が２．９ｅＶ以下の金属原子または金属イオンを含有し、かつ前記中間層を形成する有機化合物の三重項遷移エネルギーが前記発光層のホスト化合物の三重項遷移エネルギーと同じか大きい有機ＥＬ素子により、電力効率に優れた有機ＥＬ素子、及び該有機ＥＬ素子を用いた表示装置、照明装置が得られることを見出した。
【００２８】
以下、本発明に係る各構成要素の詳細について順次説明する。
【００２９】
《有機ＥＬ素子》
本発明の有機ＥＬ素子について説明する。
【００３０】
《有機ＥＬ素子の発光と正面輝度》
本発明の有機ＥＬ素子や該有機ＥＬ素子に係る化合物の発光色は、「新編色彩科学ハンドブック」（日本色彩学会編、東京大学出版会、１９８５）の１０８頁の図４．１６において、分光放射輝度計ＣＳ−１０００（コニカミノルタセンシング社製）で測定した結果をＣＩＥ色度座標に当てはめたときの色で決定される。
【００３１】
本発明の有機ＥＬ素子は、集光シート等の集光部材を付属しない状態で２度視野角正面輝度が１０００ｃｄ／ｍ2において、ＣＩＥ１９３１表色系における色度が、Ｘ＝０．３３±０．０７、Ｙ＝０．３３±０．０７にあることが好ましい。
【００３２】
また、本発明の有機ＥＬ素子の発光スペクトルは、発光極大波長が各々４４０〜４９０ｎｍ（以下、青領域と呼称）、５００〜５４０ｎｍ（以下、緑領域と呼称）、６００〜６４０ｎｍ（以下、赤領域と呼称）の各領域に存在する発光波長の異なる少なくとも３つの発光層を有することが好ましい。
【００３３】
本発明においては、これらの発光層を用い、素子全体の発光スペクトルとして、発光極大波長が各々４４０〜４９０ｎｍ、５００〜５４０ｎｍ、６００〜６４０ｎｍの各領域にあることが好ましい。さらには液晶表示装置に用いる上では、各極大波長間の最小発光強度が隣接する前記波長領域にある発光極大強度の６０％以下であり、青領域、緑領域間ないし緑領域、赤領域間のいずれかは４５％以下であることが好ましく、前記青領域と緑領域間の最小発光波長が４７０〜５１０ｎｍにあり、前記緑領域と赤領域間の最小発光波長が５７０〜６００ｎｍにあるか、カラーフィルターを組み合わせて発光パネル、液晶表示装置を形成する際に、そのカラーフィルターの分光透過特性と前記最小発光波長が下記の関係を満たすように調整されていることがなお好ましい。
【００３４】
λBG−２０ｎｍ≦λ1≦λBG＋１０ｎｍ
λGR−２０ｎｍ≦λ2≦λGR＋１０ｎｍ
ここで、λ1は前記青領域と緑領域間の最小発光波長、λ2は前記緑領域と赤領域間の最小発光波長、λBGは波長４５０〜５５０ｎｍの範囲におけるカラーフィルター青画素の透過率と緑画素の透過率の積が最大となる波長、λGRは波長５５０〜６３０ｎｍの範囲におけるカラーフィルター緑画素の透過率と赤画素の透過率の積が最大となる波長である。
【００３５】
なお、本発明の有機ＥＬ素子に係る発光層については、後述する有機ＥＬ素子の層構成のところで、詳細に説明する。
【００３６】
次に、本発明の有機ＥＬ素子の層構成の好ましい具体例を以下に示すが、本発明はこれらに限定されない。
【００３７】
（１）陽極／発光層ユニット／電子輸送層／陰極
（２）陽極／正孔輸送層／発光層ユニット／電子輸送層／陰極
（３）陽極／正孔輸送層／発光層ユニット／正孔阻止層／電子輸送層／陰極
（４）陽極／正孔輸送層／発光層ユニット／正孔阻止層／電子輸送層／陰極バッファー層／陰極
（５）陽極／陽極バッファー層／正孔輸送層／発光層ユニット／正孔阻止層／電子輸送層／陰極バッファー層／陰極
ここで、発光層ユニットは、前記少なくとも発光波長の異なる３層の発光層を有し、また各発光層間には非発光性の中間層を有していることが好ましい。
【００３８】
《発光層》
本発明に係る発光層は、電極または電子輸送層、正孔輸送層から注入されてくる電子及び正孔が再結合して発光する層であり、発光する部分は発光層の層内であっても発光層と隣接層との界面であってもよい。
【００３９】
本発明に係る発光層は、発光極大波長が前記要件を満たしていれば、その構成には特に制限はないが、発光極大波長が前記青領域にある青発光層、前記緑領域にある緑発光層、前記赤領域にある赤発光層の少なくとも３層の発光層を有していることが好ましい。
【００４０】
また、発光層の数が４層より多い場合には、同一の発光スペクトルや発光極大波長を有する層が複数層あってもよい。
【００４１】
なお、以下本発明では、発光極大波長が４４０〜４９０ｎｍにある層を青発光層、５００〜５４０ｎｍにある層を緑発光層、６００〜６４０ｎｍの範囲にある層を赤発光層と称する。
【００４２】
各発光層間には非発光性の中間層を有していることが好ましい。
【００４３】
本発明においては、少なくとも青領域の発光層に含まれる主たる発光体は燐光発光ドーパントであり、さらには他の発光波長を有する発光材料も燐光発光ドーパントであることが好ましい。
【００４４】
発光層に含まれる主たる発光体とは、当該発光層より生ずる発光強度において、最大の部分を担う発光体をいい、主たる発光体による発光が該発光層の発光の５０％以上であることが好ましい。
【００４５】
本発明における発光層の膜厚の総和は２〜１００ｎｍの範囲にあることが好ましく、さらに好ましくはより低い駆動電圧を得ることができることから３０ｎｍ以下である。なお、本発明でいうところの発光層の膜厚の総和とは、発光層間に非発光性の中間層が存在する場合には、該中間層も含む膜厚である。
【００４６】
個々の発光層の膜厚としては２〜５０ｎｍの範囲に調整することが好ましく、さらに好ましくは２〜２０ｎｍの範囲に調整することである。青、緑、赤の各発光層の膜厚の関係については、特に制限はない。
【００４７】
発光層の作製には、後述する発光ドーパントやホスト化合物を、例えば、真空蒸着法、スピンコート法、キャスト法、ＬＢ法、インクジェット法等の公知の薄膜化法により製膜して形成することができる。
【００４８】
本発明においては、前記のスペクトル形状要件を維持する範囲において、各発光層には複数の発光性化合物を混合してもよく、また燐光発光ドーパントと蛍光発光体を同一発光層に混合して用いてもよい。
【００４９】
本発明においては、発光層の構成としてホスト化合物、発光ドーパント（発光ドーパント化合物ともいう）を含有し、ドーパントより発光させることが好ましい。
【００５０】
（ホスト化合物）
本発明の有機ＥＬ素子の発光層に含まれるホスト化合物としては、室温（２５℃）における燐光発光の燐光量子収率が０．１未満の化合物が好ましい。さらに好ましくは燐光量子収率が０．０１未満である。また、発光層に含有される化合物の中で、その層中での質量比が２０％以上であることが好ましい。
【００５１】
ホスト化合物としては、公知のホスト化合物を単独で用いてもよく、または複数種併用して用いてもよい。ホスト化合物を複数種用いることで、電荷の移動を調整することが可能であり、有機ＥＬ素子を高効率化することができる。また、後述する発光ドーパントを複数種用いることで異なる発光を混ぜることが可能となり、これにより任意の発光色を得ることができる。
【００５２】
本発明に用いられるホスト化合物としては、従来公知の低分子化合物でも、繰り返し単位をもつ高分子化合物でもよく、ビニル基やエポキシ基のような重合性基を有する低分子化合物（蒸着重合性発光ホスト）でもいい。
【００５３】
公知のホスト化合物としては、正孔輸送能、電子輸送能を有しつつ、かつ発光の長波長化を防ぎ、なおかつ高Ｔｇ（ガラス転移温度）である化合物が好ましい。ここで、ガラス転移点（Ｔｇ）とは、ＤＳＣ（Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｃｏｌｏｒｉｍｅｔｒｙ：示差走査熱量法）を用いて、ＪＩＳ−Ｋ−７１２１に準拠した方法により求められる値である。
【００５４】
公知のホスト化合物の具体例としては、以下の文献に記載されている化合物が挙げられる。例えば、特開２００１−２５７０７６号公報、同２００２−３０８８５５号公報、同２００１−３１３１７９号公報、同２００２−３１９４９１号公報、同２００１−３５７９７７号公報、同２００２−３３４７８６号公報、同２００２−８８６０号公報、同２００２−３３４７８７号公報、同２００２−１５８７１号公報、同２００２−３３４７８８号公報、同２００２−４３０５６号公報、同２００２−３３４７８９号公報、同２００２−７５６４５号公報、同２００２−３３８５７９号公報、同２００２−１０５４４５号公報、同２００２−３４３５６８号公報、同２００２−１４１１７３号公報、同２００２−３５２９５７号公報、同２００２−２０３６８３号公報、同２００２−３６３２２７号公報、同２００２−２３１４５３号公報、同２００３−３１６５号公報、同２００２−２３４８８８号公報、同２００３−２７０４８号公報、同２００２−２５５９３４号公報、同２００２−２６０８６１号公報、同２００２−２８０１８３号公報、同２００２−２９９０６０号公報、同２００２−３０２５１６号公報、同２００２−３０５０８３号公報、同２００２−３０５０８４号公報、同２００２−３０８８３７号公報等が挙げられる。
【００５５】
次に、本発明に係る発光ドーパントについて説明する。
【００５６】
本発明に係る発光ドーパントとしては、蛍光性化合物、燐光発光ドーパント（燐光性化合物、燐光発光性化合物等ともいう）を用いる。
【００５７】
（燐光発光ドーパント）
本発明に係る燐光発光ドーパントは励起三重項からの発光が観測される化合物であり、具体的には室温（２５℃）にて燐光発光する化合物であり、燐光量子収率が２５℃において０．０１以上の化合物であると定義されるが、好ましい燐光量子収率は０．１以上である。
【００５８】
上記燐光量子収率は第４版実験化学講座７の分光IIの３９８頁（１９９２年版、丸善）に記載の方法により測定できる。溶液中での燐光量子収率は種々の溶媒を用いて測定できるが、本発明に係る燐光発光ドーパントは、任意の溶媒のいずれかにおいて上記燐光量子収率（０．０１以上）が達成されればよい。
【００５９】
燐光発光ドーパントの発光は原理としては２種挙げられ、一つはキャリアが輸送されるホスト化合物上でキャリアの再結合が起こってホスト化合物の励起状態が生成し、このエネルギーを燐光発光ドーパントに移動させることで燐光発光ドーパントからの発光を得るというエネルギー移動型、もう一つは燐光発光ドーパントがキャリアトラップとなり、燐光発光ドーパント上でキャリアの再結合が起こり燐光発光ドーパントからの発光が得られるというキャリアトラップ型であるが、いずれの場合においても、燐光発光ドーパントの励起状態のエネルギーはホスト化合物の励起状態のエネルギーよりも低いことが条件である。
【００６０】
燐光発光ドーパントは、有機ＥＬ素子の発光層に使用される公知のものの中から適宜選択して用いることができる。
【００６１】
本発明に係る燐光発光ドーパントとしては、好ましくは元素の周期表で８〜１０族の金属を含有する錯体系化合物であり、さらに好ましくはイリジウム化合物、オスミウム化合物、または白金化合物（白金錯体系化合物）、希土類錯体であり、中でも最も好ましいのはイリジウム化合物である。
【００６２】
以下に燐光発光ドーパントとして用いられる化合物の具体例を示すが、本発明はこれらに限定されない。これらの化合物は、例えば、Ｉｎｏｒｇ．Ｃｈｅｍ．４０巻、１７０４〜１７１１に記載の方法等により合成できる。
【００６３】
【化１】
【００６４】
【化２】
【００６５】
【化３】
【００６６】
【化４】
【００６７】
【化５】
【００６８】
【化６】
【００６９】
本発明の有機ＥＬ素子には、蛍光発光体を用いることもできる。蛍光発光体（蛍光性ドーパント）の代表例としては、クマリン系色素、ピラン系色素、シアニン系色素、クロコニウム系色素、スクアリウム系色素、オキソベンツアントラセン系色素、フルオレセイン系色素、ローダミン系色素、ピリリウム系色素、ペリレン系色素、スチルベン系色素、ポリチオフェン系色素、または希土類錯体系蛍光体等が挙げられる。
【００７０】
また、従来公知のドーパントも本発明に用いることができ、例えば、国際公開第００／７０６５５号パンフレット、特開２００２−２８０１７８号公報、同２００１−１８１６１６号公報、同２００２−２８０１７９号公報、同２００１−１８１６１７号公報、同２００２−２８０１８０号公報、同２００１−２４７８５９号公報、同２００２−２９９０６０号公報、同２００１−３１３１７８号公報、同２００２−３０２６７１号公報、同２００１−３４５１８３号公報、同２００２−３２４６７９号公報、国際公開第０２／１５６４５号パンフレット、特開２００２−３３２２９１号公報、同２００２−５０４８４号公報、同２００２−３３２２９２号公報、同２００２−８３６８４号公報、特表２００２−５４０５７２号公報、特開２００２−１１７９７８号公報、同２００２−３３８５８８号公報、同２００２−１７０６８４号公報、同２００２−３５２９６０号公報、国際公開第０１／９３６４２号パンフレット、特開２００２−５０４８３号公報、同２００２−１００４７６号公報、同２００２−１７３６７４号公報、同２００２−３５９０８２号公報、同２００２−１７５８８４号公報、同２００２−３６３５５２号公報、同２００２−１８４５８２号公報、同２００３−７４６９号公報、特表２００２−５２５８０８号公報、特開２００３−７４７１号公報、特表２００２−５２５８３３号公報、特開２００３−３１３６６号公報、同２００２−２２６４９５号公報、同２００２−２３４８９４号公報、同２００２−２３５０７６号公報、同２００２−２４１７５１号公報、同２００１−３１９７７９号公報、同２００１−３１９７８０号公報、同２００２−６２８２４号公報、同２００２−１００４７４号公報、同２００２−２０３６７９号公報、同２００２−３４３５７２号公報、同２００２−２０３６７８号公報等が挙げられる。
【００７１】
（発光層間に設けられる中間層）
本発明に用いられる非発光性の中間層（非ドープ領域等ともいう）について説明する。
【００７２】
非発光性の中間層とは、複数の発光層を有する場合、その発光層間に設けられる層である。
【００７３】
非発光性の中間層の膜厚としては１〜２０ｎｍの範囲にあるのが好ましく、さらには３〜１０ｎｍの範囲にあることが隣接発光層間のエネルギー移動等相互作用を抑制し、かつ素子の電流電圧特性に大きな負荷を与えないということから好ましい。
【００７４】
この非発光性の中間層に用いられる材料としては、発光層のホスト化合物と同一でも異なっていてもよいが、隣接する２つの発光層の少なくとも一方の発光層のホスト化合物と同一であることが好ましい。
【００７５】
非発光性の中間層は非発光層、各発光層と共通の化合物（例えば、ホスト化合物等）を含有していてもよく、各々共通ホスト材料（ここで、共通ホスト材料が用いられるとは、燐光発光エネルギー、ガラス転移点等の物理化学的特性が同一である場合やホスト化合物の分子構造が同一である場合等を示す。）を含有することにより、発光層−非発光層間の層間の注入障壁が低減され、電圧（電流）を変化させても正孔と電子の注入バランスが保ちやすいという効果を得ることができる。さらに、非ドープ発光層に各発光層に含まれるホスト化合物と同一の物理的特性または同一の分子構造を有するホスト材料を用いることにより、従来の有機ＥＬ素子作製の大きな問題点である素子作製の煩雑さをも併せて解消することができる。
【００７６】
本発明の有機ＥＬ素子においては、ホスト材料はキャリアの輸送を担うため、キャリア輸送能を有する材料が好ましい。キャリア輸送能を表す物性としてキャリア移動度が用いられるが、有機材料のキャリア移動度は一般的に電界強度に依存性が見られる。電界強度依存性の高い材料は正孔と電子注入・輸送バランスを崩しやすいため、中間層材料、ホスト材料は移動度の電界強度依存性の少ない材料を用いることが好ましい。
【００７７】
また、一方では正孔や電子の注入バランスを最適に調整するためには、非発光性の中間層は後述する阻止層、即ち正孔阻止層、電子阻止層として機能することも好ましい態様として挙げられる。
【００７８】
《注入層：電子注入層、正孔注入層》
注入層は必要に応じて設け、電子注入層と正孔注入層があり、上記のごとく陽極と発光層または正孔輸送層の間、及び陰極と発光層または電子輸送層との間に存在させてもよい。
【００７９】
注入層とは、駆動電圧低下や発光輝度向上のために電極と有機層間に設けられる層のことで、「有機ＥＬ素子とその工業化最前線（１９９８年１１月３０日エヌ・ティー・エス社発行）」の第２編第２章「電極材料」（１２３〜１６６頁）に詳細に記載されており、正孔注入層（陽極バッファー層）と電子注入層（陰極バッファー層）とがある。
【００８０】
陽極バッファー層（正孔注入層）は、特開平９−４５４７９号公報、同９−２６００６２号公報、同８−２８８０６９号公報等にもその詳細が記載されており、具体例として、銅フタロシアニンに代表されるフタロシアニンバッファー層、酸化バナジウムに代表される酸化物バッファー層、アモルファスカーボンバッファー層、ポリアニリン（エメラルディン）やポリチオフェン等の導電性高分子を用いた高分子バッファー層等が挙げられる。
【００８１】
陰極バッファー層（電子注入層）は、特開平６−３２５８７１号公報、同９−１７５７４号公報、同１０−７４５８６号公報等にもその詳細が記載されており、具体的にはストロンチウムやアルミニウム等に代表される金属バッファー層、フッ化リチウムに代表されるアルカリ金属化合物バッファー層、フッ化マグネシウムに代表されるアルカリ土類金属化合物バッファー層、酸化アルミニウムに代表される酸化物バッファー層等が挙げられる。上記バッファー層（注入層）はごく薄い膜であることが望ましく、素材にもよるがその膜厚は０．１ｎｍ〜５μｍの範囲が好ましい。
【００８２】
《阻止層：正孔阻止層、電子阻止層》
阻止層は、上記のごとく有機化合物薄膜の基本構成層の他に必要に応じて設けられるものである。例えば、特開平１１−２０４２５８号公報、同１１−２０４３５９号公報、及び「有機ＥＬ素子とその工業化最前線（１９９８年１１月３０日エヌ・ティー・エス社発行）」の２３７頁等に記載されている正孔阻止（ホールブロック）層がある。
【００８３】
正孔阻止層とは広い意味では電子輸送層の機能を有し、電子を輸送する機能を有しつつ正孔を輸送する能力が著しく小さい正孔阻止材料からなり、電子を輸送しつつ正孔を阻止することで電子と正孔の再結合確率を向上させることができる。また、後述する電子輸送層の構成を必要に応じて、本発明に係る正孔阻止層として用いることができる。
【００８４】
本発明の有機ＥＬ素子の正孔阻止層は、発光層に隣接して設けられていることが好ましい。
【００８５】
本発明の正孔阻止層に用いられる有機化合物は、その三重項遷移エネルギーが２．８ｅＶ以上である。また、正孔阻止層に含有される有機化合物の三重項遷移エネルギーが前記発光層に含有される全ての前記ホスト化合物の三重項遷移エネルギーより大きいことが好ましい。
【００８６】
また、本発明の正孔阻止層は、仕事関数が２．９ｅＶ以下の金属原子または金属イオンを含有する。本発明に用いられる金属原子または金属イオンとしてはＣｓ、Ｃｓイオンが好ましい。
【００８７】
（発光層と正孔阻止層との間の中間層）
本発明においては、発光層と上記金属または金属イオンを含有する正孔阻止層との間に、発光層ホスト化合物の三重項遷移エネルギーと同じかそれ以上の三重項遷移エネルギーを有する化合物からなる中間層を有することが好ましい。該中間層の厚さは、１〜５ｎｍであり、１〜３ｎｍであることが好ましい。該中間層を有することで素子の駆動寿命特性が向上する。該中間層が５ｎｍより厚いと駆動電圧の増大等好ましくない影響が増大し、１ｎｍより薄いと中間層としての機能を発現しがたくなる。
【００８８】
電子阻止層とは広い意味では正孔輸送層の機能を有し、正孔を輸送する機能を有しつつ電子を輸送する能力が著しく小さい材料からなり、正孔を輸送しつつ電子を阻止することで電子と正孔の再結合確率を向上させることができる。また、後述する正孔輸送層の構成を必要に応じて電子阻止層として用いることができる。本発明に係る正孔阻止層、電子輸送層の膜厚としては好ましくは３〜１００ｎｍであり、さらに好ましくは５〜３０ｎｍである。
【００８９】
《正孔輸送層》
正孔輸送層とは正孔を輸送する機能を有する正孔輸送材料からなり、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。正孔輸送層は単層または複数層設けることができる。
【００９０】
正孔輸送材料としては、正孔の注入または輸送、電子の障壁性のいずれかを有するものであり、有機物、無機物のいずれであってもよい。例えば、トリアゾール誘導体、オキサジアゾール誘導体、イミダゾール誘導体、ポリアリールアルカン誘導体、ピラゾリン誘導体及びピラゾロン誘導体、フェニレンジアミン誘導体、アリールアミン誘導体、アミノ置換カルコン誘導体、オキサゾール誘導体、スチリルアントラセン誘導体、フルオレノン誘導体、ヒドラゾン誘導体、スチルベン誘導体、シラザン誘導体、アニリン系共重合体、また導電性高分子オリゴマー、特にチオフェンオリゴマー等が挙げられる。
【００９１】
正孔輸送材料としては上記のものを使用することができるが、ポルフィリン化合物、芳香族第３級アミン化合物及びスチリルアミン化合物、特に芳香族第３級アミン化合物を用いることが好ましい。
【００９２】
芳香族第３級アミン化合物及びスチリルアミン化合物の代表例としては、Ｎ，Ｎ，Ｎ′，Ｎ′−テトラフェニル−４，４′−ジアミノフェニル；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）；２，２−ビス（４−ジ−ｐ−トリルアミノフェニル）プロパン；１，１−ビス（４−ジ−ｐ−トリルアミノフェニル）シクロヘキサン；Ｎ，Ｎ，Ｎ′，Ｎ′−テトラ−ｐ−トリル−４，４′−ジアミノビフェニル；１，１−ビス（４−ジ−ｐ−トリルアミノフェニル）−４−フェニルシクロヘキサン；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；ビス（４−ジ−ｐ−トリルアミノフェニル）フェニルメタン；Ｎ，Ｎ′−ジフェニル−Ｎ，Ｎ′−ジ（４−メトキシフェニル）−４，４′−ジアミノビフェニル；Ｎ，Ｎ，Ｎ′，Ｎ′−テトラフェニル−４，４′−ジアミノジフェニルエーテル；４，４′−ビス（ジフェニルアミノ）クオードリフェニル；Ｎ，Ｎ，Ｎ−トリ（ｐ−トリル）アミン；４−（ジ−ｐ−トリルアミノ）−４′−〔４−（ジ−ｐ−トリルアミノ）スチリル〕スチルベン；４−Ｎ，Ｎ−ジフェニルアミノ−（２−ジフェニルビニル）ベンゼン；３−メトキシ−４′−Ｎ，Ｎ−ジフェニルアミノスチルベンゼン；Ｎ−フェニルカルバゾール、さらには米国特許第５，０６１，５６９号明細書に記載されている２個の縮合芳香族環を分子内に有するもの、例えば、４，４′−ビス〔Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニルアミノ〕ビフェニル（ＮＰＤ）、特開平４−３０８６８８号公報に記載されているトリフェニルアミンユニットが３つスターバースト型に連結された４，４′，４″−トリス〔Ｎ−（３−メチルフェニル）−Ｎ−フェニルアミノ〕トリフェニルアミン（ＭＴＤＡＴＡ）等が挙げられる。
【００９３】
さらにこれらの材料を高分子鎖に導入した、またはこれらの材料を高分子の主鎖とした高分子材料を用いることもできる。また、ｐ型−Ｓｉ、ｐ型−ＳｉＣ等の無機化合物も正孔注入材料、正孔輸送材料として使用することができる。
【００９４】
また、特開平１１−２５１０６７号公報、Ｊ．Ｈｕａｎｇ ｅｔ．ａｌ．著文献（Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ ８０（２００２），ｐ．１３９）に記載されているような所謂、ｐ型正孔輸送材料を用いることもできる。本発明においては、より高効率の発光素子が得られることから、これらの材料を用いることが好ましい。
【００９５】
正孔輸送層は上記正孔輸送材料を、例えば、真空蒸着法、スピンコート法、キャスト法、インクジェット法を含む印刷法、ＬＢ法等の公知の方法により、薄膜化することにより形成することができる。正孔輸送層の膜厚については特に制限はないが、通常は５ｎｍ〜５μｍ程度、好ましくは５〜２００ｎｍである。この正孔輸送層は上記材料の１種または２種以上からなる一層構造であってもよい。
【００９６】
また、不純物をドープしたｐ性の高い正孔輸送層を用いることもできる。その例としては、特開平４−２９７０７６号公報、特開２０００−１９６１４０号公報、同２００１−１０２１７５号公報、Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，９５，５７７３（２００４）等に記載されたものが挙げられる。
【００９７】
本発明においては、このようなｐ性の高い正孔輸送層を用いることが、より低消費電力の素子を作製することができるため好ましい。
【００９８】
《電子輸送層》
電子輸送層とは電子を輸送する機能を有する材料からなり、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。電子輸送層は単層または複数層設けることができる。
【００９９】
従来、単層の電子輸送層、及び複数層とする場合は発光層に対して陰極側に隣接する電子輸送層に用いられる電子輸送材料（正孔阻止材料を兼ねる）としては、陰極より注入された電子を発光層に伝達する機能を有していればよく、その材料としては従来公知の化合物の中から任意のものを選択して用いることができ、例えば、ニトロ置換フルオレン誘導体、ジフェニルキノン誘導体、チオピランジオキシド誘導体、カルボジイミド、フレオレニリデンメタン誘導体、アントラキノジメタン及びアントロン誘導体、オキサジアゾール誘導体等が挙げられる。さらに、上記オキサジアゾール誘導体において、オキサジアゾール環の酸素原子を硫黄原子に置換したチアジアゾール誘導体、電子吸引基として知られているキノキサリン環を有するキノキサリン誘導体も、電子輸送材料として用いることができる。さらにこれらの材料を高分子鎖に導入した、またはこれらの材料を高分子の主鎖とした高分子材料を用いることもできる。
【０１００】
また、８−キノリノール誘導体の金属錯体、例えば、トリス（８−キノリノール）アルミニウム（Ａｌｑ）、トリス（５，７−ジクロロ−８−キノリノール）アルミニウム、トリス（５，７−ジブロモ−８−キノリノール）アルミニウム、トリス（２−メチル−８−キノリノール）アルミニウム、トリス（５−メチル−８−キノリノール）アルミニウム、ビス（８−キノリノール）亜鉛（Ｚｎｑ）等、及びこれらの金属錯体の中心金属がＩｎ、Ｍｇ、Ｃｕ、Ｃａ、Ｓｎ、ＧａまたはＰｂに置き替わった金属錯体も、電子輸送材料として用いることができる。その他、メタルフリーもしくはメタルフタロシアニン、またはそれらの末端がアルキル基やスルホン酸基等で置換されているものも、電子輸送材料として好ましく用いることができる。また、発光層の材料として例示したジスチリルピラジン誘導体も電子輸送材料として用いることができるし、正孔注入層、正孔輸送層と同様にｎ型−Ｓｉ、ｎ型−ＳｉＣ等の無機半導体も電子輸送材料として用いることができる。
【０１０１】
電子輸送層は上記電子輸送材料を、例えば、真空蒸着法、スピンコート法、キャスト法、インクジェット法を含む印刷法、ＬＢ法等の公知の方法により、薄膜化することにより形成することができる。電子輸送層の膜厚については特に制限はないが、通常は５ｎｍ〜５μｍ程度、好ましくは５〜２００ｎｍである。電子輸送層は上記材料の１種または２種以上からなる一層構造であってもよい。
【０１０２】
また、不純物をドープしたｎ性の高い電子輸送層を用いることもできる。その例としては、特開平４−２９７０７６号公報、同１０−２７０１７２号公報、特開２０００−１９６１４０号公報、同２００１−１０２１７５号公報、Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，９５，５７７３（２００４）等に記載されたものが挙げられる。
【０１０３】
本発明においては、このようなｎ性の高い電子輸送層を用いることがより低消費電力の素子を作製することができるため好ましい。
【０１０４】
《支持基板》
本発明の有機ＥＬ素子に係る支持基板（以下、基体、基盤、基材、支持体等ともいう）としては、ガラス、プラスチック等の種類には特に限定はなく、また、透明であっても不透明であってもよい。支持基板側から光を取り出す場合には、支持基板は透明であることが好ましい。好ましく用いられる透明な支持基板としては、ガラス、石英、透明樹脂フィルムを挙げることができる。特に好ましい支持基板は、有機ＥＬ素子にフレキシブル性を与えることが可能な樹脂フィルムである。
【０１０５】
樹脂フィルムとしては、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）等のポリエステル、ポリエチレン、ポリプロピレン、セロファン、セルロースジアセテート、セルローストリアセテート、セルロースアセテートブチレート、セルロースアセテートプロピオネート（ＣＡＰ）、セルロースアセテートフタレート（ＴＡＣ）、セルロースナイトレート等のセルロースエステル類またはそれらの誘導体、ポリ塩化ビニリデン、ポリビニルアルコール、ポリエチレンビニルアルコール、シンジオタクティックポリスチレン、ポリカーボネート、ノルボルネン樹脂、ポリメチルペンテン、ポリエーテルケトン、ポリイミド、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、ポリフェニレンスルフィド、ポリスルホン類、ポリエーテルイミド、ポリエーテルケトンイミド、ポリアミド、フッ素樹脂、ナイロン、ポリメチルメタクリレート、アクリルあるいはポリアリレート類、アートン（商品名ＪＳＲ社製）あるいはアペル（商品名三井化学社製）といったシクロオレフィン系樹脂等を挙げられる。
【０１０６】
樹脂フィルムの表面には、無機物、有機物の被膜またはその両者のハイブリッド被膜が形成されていてもよく、ＪＩＳ Ｋ ７１２９−１９９２に準拠した方法で測定された水蒸気透過度が０．０１ｇ／ｍ2・ｄａｙ・ａｔｍ以下のバリア性フィルムであることが好ましく、さらにはＪＩＳ Ｋ ７１２６−１９９２に準拠した方法で測定された酸素透過度が１０-3ｇ／ｍ2／ｄａｙ以下、水蒸気透過度が１０-3ｇ／ｍ2／ｄａｙ以下の高バリア性フィルムであることが好ましく、前記の水蒸気透過度、酸素透過度がいずれも１０-5ｇ／ｍ2／ｄａｙ以下であることがさらに好ましい。
【０１０７】
バリア膜を形成する材料としては、水分や酸素等素子の劣化をもたらすものの浸入を抑制する機能を有する材料であればよく、例えば、酸化珪素、二酸化珪素、窒化珪素等を用いることができる。さらに該膜の脆弱性を改良するためにこれら無機層と有機材料からなる層の積層構造を持たせることがより好ましい。無機層と有機層の積層順については特に制限はないが、両者を交互に複数回積層させることが好ましい。
【０１０８】
《バリア膜の形成方法》
バリア膜の形成方法については特に限定はなく、例えば、真空蒸着法、スパッタリング法、反応性スパッタリング法、分子線エピタキシー法、クラスタ−イオンビーム法、イオンプレーティング法、プラズマ重合法、大気圧プラズマ重合法、プラズマＣＶＤ法、レーザーＣＶＤ法、熱ＣＶＤ法、コーティング法等を用いることができるが、特開２００４−６８１４３号公報に記載されているような大気圧プラズマ重合法によるものが特に好ましい。
【０１０９】
不透明な支持基板としては、例えば、アルミ、ステンレス等の金属板・フィルムや不透明樹脂基板、セラミック製の基板等が挙げられる。
【０１１０】
《封止》
本発明の有機ＥＬ素子の封止に用いられる封止手段としては、例えば、封止部材と電極、支持基板とを接着剤で接着する方法を挙げることができる。
【０１１１】
封止部材としては有機ＥＬ素子の表示領域を覆うように配置されておればよく、凹板状でも、平板状でもよい。また透明性、電気絶縁性は特に限定されない。
【０１１２】
具体的には、ガラス板、ポリマー板、フィルム、金属板、フィルム等が挙げられる。ガラス板としては、特にソーダ石灰ガラス、バリウム・ストロンチウム含有ガラス、鉛ガラス、アルミノケイ酸ガラス、ホウケイ酸ガラス、バリウムホウケイ酸ガラス、石英等を挙げることができる。また、ポリマー板としては、ポリカーボネート、アクリル、ポリエチレンテレフタレート、ポリエーテルサルファイド、ポリサルフォン等を挙げることができる。金属板としては、ステンレス、鉄、銅、アルミニウム、マグネシウム、ニッケル、亜鉛、クロム、チタン、モリブテン、シリコン、ゲルマニウム及びタンタルからなる群から選ばれる一種以上の金属または合金からなるものが挙げられる。
【０１１３】
本発明においては、素子を薄膜化できるということからポリマーフィルム、金属フィルムを好ましく使用することができる。さらにはポリマーフィルムは酸素透過度１０-3ｇ／ｍ2／ｄａｙ以下、水蒸気透過度１０-3ｇ／ｍ2／ｄａｙ以下のものであることが好ましい。また、前記の水蒸気透過度、酸素透過度がいずれも１０-5ｇ／ｍ2／ｄａｙ以下であることがさらに好ましい。
【０１１４】
封止部材を凹状に加工するのは、サンドブラスト加工、化学エッチング加工等が使われる。接着剤として具体的には、アクリル酸系オリゴマー、メタクリル酸系オリゴマーの反応性ビニル基を有する光硬化及び熱硬化型接着剤、２−シアノアクリル酸エステル等の湿気硬化型等の接着剤を挙げることができる。また、エポキシ系等の熱及び化学硬化型（二液混合）を挙げることができる。また、ホットメルト型のポリアミド、ポリエステル、ポリオレフィンを挙げることができる。また、カチオン硬化タイプの紫外線硬化型エポキシ樹脂接着剤を挙げることができる。
【０１１５】
なお、有機ＥＬ素子が熱処理により劣化する場合があるので、室温から８０℃までに接着硬化できるものが好ましい。また、前記接着剤中に乾燥剤を分散させておいてもよい。封止部分への接着剤の塗布は、市販のディスペンサーを使ってもよいし、スクリーン印刷のように印刷してもよい。
【０１１６】
また、有機層を挟み支持基板と対向する側の電極の外側に、該電極と有機層を被覆し、支持基板と接する形で無機物、有機物の層を形成し封止膜とすることも好適にできる。この場合、該膜を形成する材料としては、水分や酸素等素子の劣化をもたらすものの浸入を抑制する機能を有する材料であればよく、例えば、酸化珪素、二酸化珪素、窒化珪素等を用いることができる。さらに該膜の脆弱性を改良するためにこれら無機層と有機材料からなる層の積層構造を持たせることが好ましい。これらの膜の形成方法については、特に限定はなく、例えば、真空蒸着法、スパッタリング法、反応性スパッタリング法、分子線エピタキシー法、クラスタ−イオンビーム法、イオンプレーティング法、プラズマ重合法、大気圧プラズマ重合法、プラズマＣＶＤ法、レーザーＣＶＤ法、熱ＣＶＤ法、コーティング法等を用いることができる。
【０１１７】
封止部材と有機ＥＬ素子の表示領域との間隙には、気相及び液相では窒素、アルゴン等の不活性気体やフッ化炭化水素、シリコンオイルのような不活性液体を注入することが好ましい。また、真空とすることも可能である。また、内部に吸湿性化合物を封入することもできる。
【０１１８】
吸湿性化合物としては、例えば、金属酸化物（例えば、酸化ナトリウム、酸化カリウム、酸化カルシウム、酸化バリウム、酸化マグネシウム、酸化アルミニウム等）、硫酸塩（例えば、硫酸ナトリウム、硫酸カルシウム、硫酸マグネシウム、硫酸コバルト等）、金属ハロゲン化物（例えば、塩化カルシウム、塩化マグネシウム、フッ化セシウム、フッ化タンタル、臭化セリウム、臭化マグネシウム、沃化バリウム、沃化マグネシウム等）、過塩素酸類（例えば、過塩素酸バリウム、過塩素酸マグネシウム等）等が挙げられ、硫酸塩、金属ハロゲン化物及び過塩素酸類においては無水塩が好適に用いられる。
【０１１９】
《保護膜、保護板》
有機層を挟み支持基板と対向する側の前記封止膜、あるいは前記封止用フィルムの外側に、素子の機械的強度を高めるために保護膜、あるいは保護板を設けてもよい。特に封止が前記封止膜により行われている場合には、その機械的強度は必ずしも高くないため、このような保護膜、保護板を設けることが好ましい。これに使用することができる材料としては、前記封止に用いたのと同様なガラス板、ポリマー板・フィルム、金属板・フィルム等を用いることができるが、軽量かつ薄膜化ということからポリマーフィルムを用いることが好ましい。
【０１２０】
《陽極》
有機ＥＬ素子における陽極としては、仕事関数の大きい（４ｅＶ以上）金属、合金、電気伝導性化合物及びこれらの混合物を電極物質とするものが好ましく用いられる。このような電極物質の具体例としてはＡｕ等の金属、ＣｕＩ、インジウムチンオキシド（ＩＴＯ）、ＳｎＯ2、ＺｎＯ等の導電性透明材料が挙げられる。また、ＩＤＩＸＯ（Ｉｎ2Ｏ3−ＺｎＯ）等非晶質で透明導電膜を作製可能な材料を用いてもよい。陽極はこれらの電極物質を蒸着やスパッタリング等の方法により、薄膜を形成させ、フォトリソグラフィー法で所望の形状のパターンを形成してもよく、あるいはパターン精度をあまり必要としない場合は（１００μｍ以上程度）、上記電極物質の蒸着やスパッタリング時に所望の形状のマスクを介してパターンを形成してもよい。あるいは、有機導電性化合物のように塗布可能な物質を用いる場合には、印刷方式、コーティング方式等湿式製膜法を用いることもできる。この陽極より発光を取り出す場合には、透過率を１０％より大きくすることが望ましく、また陽極としてのシート抵抗は数百Ω／□以下が好ましい。さらに膜厚は材料にもよるが、通常１０〜１０００ｎｍ、好ましくは１０〜２００ｎｍの範囲で選ばれる。
【０１２１】
《陰極》
一方、陰極としては、仕事関数の小さい（４ｅＶ以下）金属（電子注入性金属と称する）、合金、電気伝導性化合物及びこれらの混合物を電極物質とするものが用いられる。このような電極物質の具体例としては、ナトリウム、ナトリウム−カリウム合金、マグネシウム、リチウム、マグネシウム／銅混合物、マグネシウム／銀混合物、マグネシウム／アルミニウム混合物、マグネシウム／インジウム混合物、アルミニウム／酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）混合物、インジウム、リチウム／アルミニウム混合物、希土類金属等が挙げられる。
【０１２２】
これらの中で、電子注入性及び酸化等に対する耐久性の点から、電子注入性金属とこれより仕事関数の値が大きく安定な金属である第二金属との混合物、例えば、マグネシウム／銀混合物、マグネシウム／アルミニウム混合物、マグネシウム／インジウム混合物、アルミニウム／酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）混合物、リチウム／アルミニウム混合物、アルミニウム等が好適である。陰極はこれらの電極物質を蒸着やスパッタリング等の方法により薄膜を形成させることにより、作製することができる。また、陰極としてのシート抵抗は数百Ω／□以下が好ましく、膜厚は通常１０ｎｍ〜５μｍ、好ましくは５０〜２００ｎｍの範囲で選ばれる。なお、発光した光を透過させるため、有機ＥＬ素子の陽極または陰極のいずれか一方が、透明または半透明であれば発光輝度が向上し好都合である。
【０１２３】
また、陰極に上記金属を１〜２０ｎｍの膜厚で作製した後に、陽極の説明で挙げた導電性透明材料をその上に作製することで、透明または半透明の陰極を作製することができ、これを応用することで陽極と陰極の両方が透過性を有する素子を作製することができる。
【０１２４】
《有機ＥＬ素子の作製方法》
本発明の有機ＥＬ素子の作製方法の一例として、陽極／正孔注入層／正孔輸送層／発光層／正孔阻止層／電子輸送層／陰極からなる有機ＥＬ素子の作製法について説明する。
【０１２５】
まず適当な支持基板上に所望の電極物質、例えば、陽極用物質からなる薄膜を１μｍ以下、好ましくは１０〜２００ｎｍの膜厚になるように蒸着やスパッタリング等の方法により形成させ、陽極を作製する。次に、この上に有機ＥＬ素子材料である正孔注入層、正孔輸送層、発光層、正孔阻止層、電子輸送層の有機化合物薄膜を形成させる。
【０１２６】
この有機化合物薄膜の薄膜化の方法としては、前記のごとく蒸着法、ウェットプロセス（スピンコート法、キャスト法、インクジェット法、印刷法）等があるが、均質な膜が得られやすく、かつピンホールが生成しにくい等の点から、真空蒸着法、スピンコート法、インクジェット法、印刷法が特に好ましい。さらに層毎に異なる製膜法を適用してもよい。製膜に蒸着法を採用する場合、その蒸着条件は使用する化合物の種類等により異なるが、一般にボート加熱温度５０〜４５０℃、真空度１０-6〜１０-2Ｐａ、蒸着速度０．０１〜５０ｎｍ／秒、基板温度−５０〜３００℃、膜厚０．１ｎｍ〜５μｍ、好ましくは５〜２００ｎｍの範囲で適宜選ぶことが望ましい。
【０１２７】
これらの層を形成後、その上に陰極用物質からなる薄膜を１μｍ以下好ましくは５０〜２００ｎｍの範囲の膜厚になるように、例えば、蒸着やスパッタリング等の方法により形成させ、陰極を設けることにより所望の有機ＥＬ素子が得られる。この有機ＥＬ素子の作製は、一回の真空引きで一貫して正孔注入層から陰極まで作製するのが好ましいが、途中で取り出して異なる製膜法を施しても構わない。その際、作業を乾燥不活性ガス雰囲気下で行う等の配慮が必要となる。
【０１２８】
また作製順序を逆にして、陰極、電子注入層、電子輸送層、発光層、正孔輸送層、正孔注入層、陽極の順に作製することも可能である。このようにして得られた多色の液晶表示装置に直流電圧を印加する場合には、陽極を＋、陰極を−の極性として電圧２〜４０Ｖ程度を印加すると発光が観測できる。また交流電圧を印加してもよい。なお、印加する交流の波形は任意でよい。
【０１２９】
有機ＥＬ素子は空気よりも屈折率の高い（屈折率１．６〜２．１程度）層の内部で発光し、発光層で発生した光のうち１５〜２０％程度の光しか取り出せないと一般的に言われている。これは、臨界角以上の角度θで界面（透明基板と空気との界面）に入射する光は全反射を起こし、素子外部に取り出すことができないことや、透明電極ないし発光層と透明基板との間で光が全反射を起こし、光が透明電極ないし発光層を導波し、結果として光が素子側面方向に逃げるためである。
【０１３０】
この光の取り出しの効率を向上させる手法としては、例えば、透明基板表面に凹凸を形成し、透明基板と空気界面での全反射を防ぐ方法（例えば、米国特許第４，７７４，４３５号明細書）、基板に集光性を持たせることにより効率を向上させる方法（例えば、特開昭６３−３１４７９５号公報）、素子の側面等に反射面を形成する方法（例えば、特開平１−２２０３９４号公報）、基板と発光体の間に中間の屈折率を持つ平坦層を導入し、反射防止膜を形成する方法（例えば、特開昭６２−１７２６９１号公報）、基板と発光体の間に基板よりも低屈折率を持つ平坦層を導入する方法（例えば、特開２００１−２０２８２７号公報）、基板、透明電極層や発光層のいずれかの層間（含む、基板と外界間）に回折格子を形成する方法（特開平１１−２８３７５１号公報）等がある。
【０１３１】
本発明においては、これらの方法を本発明の有機ＥＬ素子と組み合わせて用いることができるが、基板と発光体の間に基板よりも低屈折率を持つ平坦層を導入する方法、あるいは基板、透明電極層や発光層のいずれかの層間（含む、基板と外界間）に回折格子を形成する方法を好適に用いることができる。本発明はこれらの手段を組み合わせることにより、さらに高輝度あるいは耐久性に優れた素子を得ることができる。
【０１３２】
透明電極と透明基板の間に低屈折率の媒質を光の波長よりも長い厚みで形成すると、透明電極から出てきた光は、媒質の屈折率が低いほど外部への取り出し効率が高くなる。
【０１３３】
低屈折率層としては、例えば、エアロゲル、多孔質シリカ、フッ化マグネシウム、フッ素系ポリマー等が挙げられる。透明基板の屈折率は一般に１．５〜１．７程度であるので、低屈折率層は屈折率がおよそ１．５以下であることが好ましい。またさらに１．３５以下であることが好ましい。
【０１３４】
また、低屈折率媒質の厚みは媒質中の波長の２倍以上となるのが望ましい。これは、低屈折率媒質の厚みが光の波長程度になってエバネッセントで染み出した電磁波が基板内に入り込む膜厚になると、低屈折率層の効果が薄れるからである。
【０１３５】
全反射を起こす界面またはいずれかの媒質中に回折格子を導入する方法は、光取り出し効率の向上効果が高いという特徴がある。この方法は回折格子が１次の回折や２次の回折といった、所謂ブラッグ回折により光の向きを屈折とは異なる特定の向きに変えることができる性質を利用して、発光層から発生した光のうち、層間での全反射等により外に出ることができない光をいずれかの層間もしくは媒質中（透明基板内や透明電極内）に回折格子を導入することで光を回折させ、光を外に取り出そうとするものである。
【０１３６】
導入する回折格子は二次元的な周期屈折率を持っていることが望ましい。これは、発光層で発光する光はあらゆる方向にランダムに発生するので、ある方向にのみ周期的な屈折率分布を持っている一般的な１次元回折格子では、特定の方向に進む光しか回折されず、光の取り出し効率がさほど上がらない。しかしながら、屈折率分布を二次元的な分布にすることにより、あらゆる方向に進む光が回折され、光の取り出し効率が上がる。
【０１３７】
回折格子を導入する位置としては、前述のとおりいずれかの層間もしくは媒質中（透明基板内や透明電極内）でもよいが、光が発生する場所である有機発光層の近傍が望ましい。
【０１３８】
このとき、回折格子の周期は媒質中の光の波長の約１／２〜３倍程度が好ましい。回折格子の配列は正方形のラチス状、三角形のラチス状、ハニカムラチス状等、２次元的に配列が繰り返されることが好ましい。
【０１３９】
本発明の有機ＥＬ素子は支持基板の光取出し側に、例えば、マイクロレンズアレイ上の構造を設けるように加工したり、あるいは所謂集光シートと組み合わせることにより特定方向、例えば、素子発光面に対し正面方向に集光することにより、特定方向上の輝度を高めることができる。
【０１４０】
マイクロレンズアレイの例としては、基板の光取り出し側に一辺が３０μｍでその頂角が９０度となるような四角錐を２次元に配列する。一辺は１０〜１００μｍが好ましい。これより小さくなると回折の効果が発生して色付く、大きすぎると厚みが厚くなり好ましくない。
【０１４１】
集光シートとしては、例えば、液晶表示装置のＬＥＤバックライトで実用化されているものを用いることが可能である。このようなシートとして、例えば、住友スリーエム社製輝度上昇フィルム（ＢＥＦ）等を用いることができる。プリズムシートの形状としては、例えば、基材に頂角９０度、ピッチ５０μｍの△状のストライプが形成されたものであってもよいし、頂角が丸みを帯びた形状、ピッチをランダムに変化させた形状、その他の形状であってもよい。
【０１４２】
また、発光素子からの光放射角を制御するために光拡散板・フィルムを集光シートと併用してもよい。例えば、（株）きもと製拡散フィルム（ライトアップ）等を用いることができる。
【０１４３】
《用途》
本発明の有機ＥＬ素子は、表示デバイス、ディスプレイ、各種発光光源として用いることができる。発光光源として、例えば、家庭用照明、車内照明、時計や液晶用のバックライト、看板広告、信号機、光記憶媒体の光源、電子写真複写機の光源、光通信処理機の光源、光センサーの光源等が挙げられるがこれに限定するものではないが、特にカラーフィルターと組み合わせた液晶液晶表示装置のバックライト、照明用光源としての用途に有効に用いることができる。
【０１４４】
カラーフィルターと組み合わせてディスプレイのバックライトとして用いる場合には、輝度をさらに高めるため、前記の集光シートと組み合わせて用いるのが好ましい。
【実施例】
【０１４５】
以下、実施例により本発明を説明するが、本発明はこれらに限定されない。
【０１４６】
実施例１
《有機ＥＬ素子１−１の作製》
陽極として３０ｍｍ×３０ｍｍ、厚さ０．７ｍｍのガラス基板上に、ＩＴＯ（インジウムチンオキシド）を１２０ｎｍ成膜した支持基板にパターニングを行った後、このＩＴＯ透明電極を付けた透明支持基板をイソプロピルアルコールで超音波洗浄し、乾燥窒素ガスで乾燥し、ＵＶオゾン洗浄を５分間行った。この透明支持基板を市販の真空蒸着装置の基板ホルダーに固定した。
【０１４７】
真空蒸着装置内の蒸着用るつぼの各々に、各層の構成材料を各々素子作製に最適の量充填した。蒸着用るつぼはモリブデン製またはタングステン製抵抗加熱用材料で作製されたものを用いた。
【０１４８】
次いで、真空度４×１０-4Ｐａまで減圧した後、ｍ−ＭＴＤＡＴＡの入った前記蒸着用るつぼに通電して加熱し、蒸着速度０．１ｎｍ／秒で透明支持基板に蒸着し、２０ｎｍの正孔注入層を設けた。次いで、α−ＮＰＤを同様にして蒸着し４０ｎｍの正孔輸送層を設けた。次いで、以下の手順で各発光層及びその中間層を設けた。
【０１４９】
化合物（Ａ−１）と化合物（Ａ−２）を、膜厚比で９５：５になるように蒸着速度０．１ｎｍ／秒で共蒸着し、３０ｎｍの青燐光発光層を形成した。
【０１５０】
次いで、ＢＡｌｑを蒸着速度０．１ｎｍ／秒で１０ｎｍ蒸着し、青発光層に陰極側に隣接する正孔阻止層を形成し、次いでＢＣＰ及びＣｓＦを膜厚比４：１、蒸着速度０．１ｎｍ／秒で４０ｎｍ共蒸着し、電子輸送層を設けた。
【０１５１】
さらにアルミニウム１１０ｎｍを蒸着して陰極を形成し、有機ＥＬ素子１−１を作製した。
【０１５２】
正孔阻止層に用いたＢＡｌｑの三重項遷移エネルギーは約２．６ｅＶであった。青発光層に用いた燐光発光ドーパントの発光極大波長は４７０ｎｍであった。
【０１５３】
《有機ＥＬ素子１−２の作製》
化合物（Ａ−３）を用いて正孔阻止層を形成した以外は、有機ＥＬ素子１−１と同様にして有機ＥＬ素子１−２を作製した。
【０１５４】
正孔阻止層に用いた化合物（Ａ−３）の三重項遷移エネルギーは約３．１ｅＶであった。
【０１５５】
《有機ＥＬ素子１−３の作製》
化合物（Ａ−３）とＣｓＦを膜厚比４：１になるようにして正孔阻止層を形成した以外は、有機ＥＬ素子１−１と同様にして有機ＥＬ素子１−４を作製した。
【０１５６】
《有機ＥＬ素子の封止化処理と電流効率、電力効率の評価》
有機ＥＬ素子１−１〜１−３の各々の非発光面をガラスケースで覆い（なお、ガラスカバーでの封止作業は有機ＥＬ素子を大気に接触させることなく窒素雰囲気下のグローブボックス（純度９９．９９９％以上の高純度窒素ガスの雰囲気下）で行った。）、封止化処理した。次いで、分光放射輝度計ＣＳ−１０００（コニカミノルタセンシング社製）を用いて、各有機ＥＬ素子の電流効率、電力効率を評価した。評価結果を表１に示す。表１において、両効率は輝度１０００ｃｄ／ｍ2における有機ＥＬ素子１−１の効率を１００とする相対値で示す。
【０１５７】
【化７】
【０１５８】
【化８】
【０１５９】
【表１】
【０１６０】
表１より本発明の有機ＥＬ素子は、電流効率、電力効率において優れた性能を示すことが分かる。
【０１６１】
実施例２
《有機ＥＬ素子２−１の作製》
実施例１の有機ＥＬ素子１−３の作製において、発光層と正孔阻止層の間に厚さ３ｎｍのＣＢＰよりなる中間層を設けた以外は、有機ＥＬ素子１−３の作製と同様にして有機ＥＬ素子２−１を作製した。
【０１６２】
中間層に用いたＣＢＰの三重項遷移エネルギーは、約２．７ｅＶであった。
【０１６３】
《有機ＥＬ素子２−２の作製》
ＣＢＰに替えて化合物（Ａ−６）を用いて前記中間層を形成した以外は、有機ＥＬ素子２−１の作製と同様にして有機ＥＬ素子２−２を作製した。
【０１６４】
中間層に用いた化合物（Ａ−６）の三重項遷移エネルギーは約３．０ｅＶであった。
【０１６５】
《有機ＥＬ素子２−３の作製》
化合物（Ａ−６）を用いた中間層の厚さを５ｎｍとした以外は、有機ＥＬ素子２−２の作製と同様にして有機ＥＬ素子２−３を作製した。
【０１６６】
《有機ＥＬ素子２−４の作製》
化合物（Ａ−６）を用いた中間層の厚さを１０ｎｍとした以外は、有機ＥＬ素子２−２の作製と同様にして有機ＥＬ素子２−４を作製した。
【０１６７】
【化９】
【０１６８】
《有機ＥＬ素子の封止化処理と電流効率、電力効率及び駆動寿命の評価》
実施例１と同様にして、素子の封止化処理を行い、電流効率、電力効率、常温での駆動寿命を評価した。表２に、有機ＥＬ素子２−１の効率、寿命（輝度半減時間）を１００とした場合の相対値で示す。
【０１６９】
【表２】
【０１７０】
表２より本発明の有機ＥＬ素子は、電流効率、電力効率、駆動寿命において優れた性能を示すことが分かる。
【０１７１】
実施例３
《有機ＥＬ素子３−１の作製》
実施例１で用いたのと同様の基板上に、真空度４×１０-4Ｐａまで減圧した後、ｍ−ＭＴＤＡＴＡの入った前記蒸着用るつぼに通電して加熱し、蒸着速度０．１ｎｍ／秒で透明支持基板に蒸着し２０ｎｍの正孔注入層を設け、次にα−ＮＰＤを同様にして蒸着し４０ｎｍの正孔輸送層を設けた。
【０１７２】
次いで以下の手順で各発光層及びその中間層を設けた。
【０１７３】
化合物（Ａ−４）とＣＢＰを、膜厚比で９６：４になるように蒸着速度０．１ｎｍ／秒で共蒸着し１．５ｎｍの緑燐光発光層を形成し、その後ＣＢＰを蒸着速度０．１ｎｍ／秒で蒸着し３ｎｍの中間層を形成した。
【０１７４】
次いで化合物（Ａ−５）とＣＢＰを、膜厚比で９２：８になるように蒸着速度０．１ｎｍ／秒で共蒸着し３ｎｍの赤燐光発光層を形成し、その後化合物ＣＢＰを蒸着速度０．１ｎｍ／秒で３ｎｍ蒸着した。
【０１７５】
次いで化合物（Ａ−１）と化合物（Ａ−２）を膜厚比で９２：５になるように蒸着速度０．１ｎｍ／秒で共蒸着し１２ｎｍの青燐光発光層を形成した。
【０１７６】
次いで、化合物（Ａ−３）を蒸着速度０．１ｎｍ／秒で１０ｎｍ蒸着し正孔阻止層を形成し、その後ＢＣＰ及びＣｓＦを膜厚比４：１、蒸着速度０．１ｎｍ／秒で４０ｎｍ共蒸着し、電子輸送層を設け有機層の成膜を完了した。
【０１７７】
さらにアルミニウム１１０ｎｍを蒸着して陰極を形成し、有機ＥＬ素子３−１を作製した。
【０１７８】
《有機ＥＬ素子３−２の作製》
化合物（Ａ−３）とＣｓＦを膜厚比４：１になるようにして正孔阻止層を形成した以外は、素子３−１と全く同様にして有機ＥＬ素子３−２を作製した。
【０１７９】
【化１０】
【０１８０】
《有機ＥＬ素子の封止化処理と電流効率、電力効率及び駆動寿命の評価》
実施例１と同様にして、素子の封止化処理を行い、電流効率、電力効率及び駆動寿命を評価した。
【０１８１】
なお、有機ＥＬ素子３−１、３−２は正面輝度８００ｃｄ／ｍ2におけるＣＩＥ１９３１表色系における色度が、Ｘ＝０．３３±０．０７、Ｙ＝０．３３±０．０７にあった。
【０１８２】
【表３】
【０１８３】
表３より本発明の白色有機ＥＬ素子は、電流効率、電力効率、駆動寿命において優れた性能を示すことが分かる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１種の燐光発光ドーパントと少なくとも１種のホスト化合物を含有する発光層と陰極間に、正孔阻止層、電子輸送層の少なくとも２層を有する有機エレクトロルミネッセンス素子において、前記正孔阻止層が、三重項遷移エネルギーが２．８ｅＶ以上の有機化合物と仕事関数が２．９ｅＶ以下の金属原子または金属イオンを含有することを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項２】
少なくとも１種の燐光発光ドーパントと少なくとも１種のホスト化合物を含有する発光層と陰極間に、正孔阻止層、電子輸送層の少なくとも２層を有し、前記正孔阻止層と発光層間に厚さ１〜５ｎｍの中間層を有する有機エレクトロルミネッセンス素子において、前記正孔阻止層が、三重項遷移エネルギーが２．８ｅＶ以上の有機化合物と仕事関数が２．９ｅＶ以下の金属原子または金属イオンを含有し、かつ前記中間層を形成する有機化合物の三重項遷移エネルギーが前記発光層のホスト化合物の三重項遷移エネルギーと同じか大きいことを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項３】
前記発光層を少なくとも２層以上有し、前記正孔阻止層に含有される有機化合物の三重項遷移エネルギーが前記発光層に含有される全ての前記ホスト化合物の三重項遷移エネルギーより大きいことを特徴とする請求項１または２に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項４】
前記電子輸送層に仕事関数が２．９ｅＶ以下の金属原子または金属イオンを含有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項５】
前記金属原子または金属イオンがＣｓまたはＣｓイオンであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項６】
前記発光層が、発光極大波長が４４０〜４８０ｎｍの燐光発光ドーパントを含有することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項７】
ＣＩＥ色度がＸ＝０．３３±０．０７、Ｙ＝０．３３±０．０７にある白色発光を呈することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子を用いることを特徴とする表示装置。
【請求項９】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子を用いることを特徴とする照明装置。
【請求項１】
少なくとも１種の燐光発光ドーパントと少なくとも１種のホスト化合物を含有する発光層と陰極間に、正孔阻止層、電子輸送層の少なくとも２層を有する有機エレクトロルミネッセンス素子において、前記正孔阻止層が、三重項遷移エネルギーが２．８ｅＶ以上の有機化合物と仕事関数が２．９ｅＶ以下の金属原子または金属イオンを含有することを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項２】
少なくとも１種の燐光発光ドーパントと少なくとも１種のホスト化合物を含有する発光層と陰極間に、正孔阻止層、電子輸送層の少なくとも２層を有し、前記正孔阻止層と発光層間に厚さ１〜５ｎｍの中間層を有する有機エレクトロルミネッセンス素子において、前記正孔阻止層が、三重項遷移エネルギーが２．８ｅＶ以上の有機化合物と仕事関数が２．９ｅＶ以下の金属原子または金属イオンを含有し、かつ前記中間層を形成する有機化合物の三重項遷移エネルギーが前記発光層のホスト化合物の三重項遷移エネルギーと同じか大きいことを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項３】
前記発光層を少なくとも２層以上有し、前記正孔阻止層に含有される有機化合物の三重項遷移エネルギーが前記発光層に含有される全ての前記ホスト化合物の三重項遷移エネルギーより大きいことを特徴とする請求項１または２に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項４】
前記電子輸送層に仕事関数が２．９ｅＶ以下の金属原子または金属イオンを含有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項５】
前記金属原子または金属イオンがＣｓまたはＣｓイオンであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項６】
前記発光層が、発光極大波長が４４０〜４８０ｎｍの燐光発光ドーパントを含有することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項７】
ＣＩＥ色度がＸ＝０．３３±０．０７、Ｙ＝０．３３±０．０７にある白色発光を呈することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子を用いることを特徴とする表示装置。
【請求項９】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子を用いることを特徴とする照明装置。
【公開番号】特開２００７−１８０２７７（Ｐ２００７−１８０２７７Ａ）
【公開日】平成１９年７月１２日（２００７．７．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−３７７１８９（Ｐ２００５−３７７１８９）
【出願日】平成１７年１２月２８日（２００５．１２．２８）
【出願人】（０００００１２７０）コニカミノルタホールディングス株式会社 (4,463)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年７月１２日（２００７．７．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１２月２８日（２００５．１２．２８）
【出願人】（０００００１２７０）コニカミノルタホールディングス株式会社 (4,463)
【Ｆターム（参考）】
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