有機エレクトロルミネッセンス素子およびそれを備える有機エレクトロルミネッセンス装置
【課題】 所望の発光層の発光効率が向上された有機エレクトロルミネッセンス素子およびそれを備える有機エレクトロルミネッセンス装置を提供する。
【解決手段】 基板上に、例えば、インジウム−スズ酸化物（ＩＴＯ）等の透明導電膜からなるホール注入電極を形成する。ホール注入電極上に、ホール注入層を形成する。次に、ホール注入層上に、ホール輸送層、第１の発光層５ａ、薄膜層５ｃ、第２の発光層５ｂおよび電子輸送層を真空蒸着により順に形成する。さらに、この電子輸送層上に電子注入電極を形成する。上記の薄膜層５ｃは、第１の発光層５ａのホスト材料と同じ材料からなる。
【解決手段】 基板上に、例えば、インジウム−スズ酸化物（ＩＴＯ）等の透明導電膜からなるホール注入電極を形成する。ホール注入電極上に、ホール注入層を形成する。次に、ホール注入層上に、ホール輸送層、第１の発光層５ａ、薄膜層５ｃ、第２の発光層５ｂおよび電子輸送層を真空蒸着により順に形成する。さらに、この電子輸送層上に電子注入電極を形成する。上記の薄膜層５ｃは、第１の発光層５ａのホスト材料と同じ材料からなる。
【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およびそれを備える有機エレクトロルミネッセンス装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、情報技術の興隆に伴い、厚さ数ｍｍ程度の薄型でフルカラー表示が可能な薄型表示素子への要望が高まっている。このような薄型表示素子として、有機エレクトロルミネッセンス素子（以下、有機ＥＬ素子と称する）の開発が進められている。
【０００３】
フルカラー表示を実現するための手段としては、赤色発光素子、緑色発光素子および青色発光素子を用いる方法と、白色発光素子と、光の３原色の単色光を透過させるカラーフィルタとを組み合わせて用いる方法が挙げられる。この白色光素子は青色発光材料とオレンジ色発光材料とを含み、青色発光材料が発する青色光とオレンジ色発光材料が発するオレンジ色光とを同時に発光させて白色を実現している。
【０００４】
上記白色発光素子においては、青色光を発する発光層およびオレンジ色光を発する発光層が形成される（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００１−５２８７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記のような有機ＥＬ素子においては、使用目的に応じてオレンジ色光を発する発光層の発光効率を向上させたい場合、または青色光を発する発光層の発光効率を向上させたい場合がある。
【０００６】
本発明の目的は、所望の発光層の発光効率が向上された有機エレクトロルミネッセンス素子およびそれを備える有機エレクトロルミネッセンス装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（１）第１の発明に係る有機エレクトロルミネッセンス素子は、第１の電極と第２の電極との間に第１の発光層と第２の発光層とを順に備え、第１の発光層と第２の発光層との間に薄膜層をさらに備え、第１の発光層は、第１のホスト材料および第１の波長の光を発生する第１の発光ドーパントを含み、第２の発光層は、第２のホスト材料および第１の波長よりも短い第２の波長の光を発生する第２の発光ドーパントを含み、薄膜層の最低空分子軌道のエネルギーレベルは、第２の発光層の第２の発光ドーパントの最低空分子軌道のエネルギーレベルよりも高いものである。
【０００８】
本発明に係る有機エレクトロルミネッセンス素子においては、第１の発光層と第２の発光層との間に薄膜層が設けられている。そして、薄膜層の最低空分子軌道のエネルギーレベルは、第２の発光層の第２の発光ドーパントの最低空分子軌道のエネルギーレベルよりも高い。
【０００９】
それにより、第２の発光層の第２の発光ドーパントの最低空分子軌道のエネルギーレベルから薄膜層の最低空分子軌道のエネルギーレベルへエネルギー障壁が形成される。これにより、第２の発光層の第２の発光ドーパントの最低空分子軌道のエネルギーレベルから薄膜層の最低空分子軌道のエネルギーレベルに電子が移動することが困難になる。その結果、第２の発光層の第２の発光ドーパントの最低空分子軌道のエネルギーレベルにある電子は、第２の発光層内で最高被占有分子軌道のエネルギーレベルにあるホールと再結合しやすくなる。したがって、第２の発光層の発光効率が向上され、有機エレクトロルミネッセンス素子全体の発光効率が向上される。
【００１０】
（２）薄膜層は、第１の発光層の第１のホスト材料と同じ誘導体材料からなってもよい。この場合、薄膜層はホールを輸送する役割も担う。それにより、ホールと電子との再結合領域が電子注入電極側へ移動する。したがって、ホールと再結合することなくホール注入電極側の層へ到達する電子が低減され、電子注入電極側でホールと電子とが再結合されやすくなる。その結果、有機エレクトロルミネッセンス素子の発光効率が向上される。
【００１１】
（３）薄膜層は、第２の発光層の第２のホスト材料と同じ誘導体材料からなってもよい。この場合、第１の発光層の第１のホスト材料の最高被占有分子軌道のエネルギーレベルから薄膜層の最高被占有分子軌道のエネルギーレベルへ高いエネルギー障壁が形成される。これにより、第１の発光層の第１の発光ドーパントおよび第１のホスト材料の最高被占有分子軌道のエネルギーレベルから薄膜層の最高被占有分子軌道のエネルギーレベルにホールが移動することが困難になる。その結果、第１の発光層の第１の発光ドーパントおよび第１のホスト材料の最高被占有分子軌道のエネルギーレベルにあるホールは、それぞれ第１の発光層内で最低空分子軌道のエネルギーレベルにある電子と再結合しやすくなる。したがって、第１の発光層の発光効率が向上され、有機エレクトロルミネッセンス素子全体の発光効率が向上される。
【００１２】
（４）薄膜層は、第１の発光層の第１のホスト材料と同じ誘導体材料と、第２の発光層の第２のホスト材料と同じ誘導体材料との混合物からなってもよい。
【００１３】
この場合、第２の発光層の第２の発光ドーパントの最低空分子軌道にある電子が、それよりも高い薄膜層の最低空分子軌道のエネルギーレベルを超えて移動することが困難となる。それにより、第２の発光層の第２の発光ドーパントの最低空分子軌道のエネルギーレベルにある電子は、第２の発光層内でホールと再結合しやすくなる。したがって、第２の発光層の発光効率が向上され、有機エレクトロルミネッセンス素子全体の発光効率が向上される。
【００１４】
また、薄膜層は第１の発光層の第１のホスト材料と同じ誘導体材料と、第２の発光層の第２のホスト材料と同じ誘導体材料とを含む。この薄膜層における２つの誘導体材料からなる混合物の混合比率を変えることにより、薄膜層の最低空分子軌道および最高被占有分子軌道のエネルギーレベルは変わらないが、第２の発光層へのホールの輸送性を変化させることが可能となる。すなわち、第１の発光層のホスト材料の最高被占有分子軌道のエネルギーレベルから第２の発光層へのエネルギー障壁によるホールの移動阻止性を調整することが可能となる。それにより、第１の発光層内および第２の発光層内での再結合の確率を調整することができる。したがって、発光色（発光強度）を調整することができる。
【００１５】
これらにより、使用目的に応じて発光効率を向上させることができるとともに、使用目的に応じて発光色を適切に調整することができる。
【００１６】
（５）第２の発光層は、ホール輸送性材料からなる補助ドーパントをさらに含み、薄膜層の最低空分子軌道のエネルギーレベルは、第２の発光層の補助ドーパントの最低空分子軌道のエネルギーレベルと同じである、またはそれよりも高くてもよい。
【００１７】
この場合、第２の発光層の補助ドーパントの最低空分子軌道のエネルギーレベルから薄膜層の最低空分子軌道のエネルギーレベルへより高いエネルギー障壁が形成される。これにより、第２の発光層の第２の発光ドーパントおよび補助ドーパントの最低空分子軌道のエネルギーレベルから薄膜層の最低空分子軌道のエネルギーレベルに電子が移動することがより困難になる。その結果、第２の発光層の第２の発光ドーパントおよび補助ドーパントの最低空分子軌道のエネルギーレベルにある電子は、それぞれ第２の発光層内で最高被占有分子軌道のエネルギーレベルにあるホールとより再結合しやすくなる。したがって、第２の発光層の発光効率がより向上され、有機エレクトロルミネッセンス素子全体の発光効率がより向上される。
【００１８】
（６）第１のホスト材料は、式（１）で示される分子構造を有するトリアリールアミン誘導体を含み、式（１）中のＡｒ５〜Ａｒ７は同一または異なり、芳香族置換基であってもよい。この場合、ホールと再結合することなくホール注入電極側の層へ到達する電子が低減され、有機エレクトロルミネッセンス素子の発光効率が向上される。
【００１９】
【化１】
【００２０】
（７）トリアリールアミン誘導体は、式（２）で示される分子構造を有するベンジジン誘導体を含み、式（２）中のＡｒ８〜Ａｒ１１は同一または異なり、芳香族置換基であってもよい。この場合、ホールと再結合することなくホール注入電極側の層へ到達する電子が低減され、有機エレクトロルミネッセンス素子の発光効率がより向上される。
【００２１】
【化２】
【００２２】
（８）ベンジジン誘導体は、式（３）で示される分子構造を有するN,N'-ジ(1-ナフチル)-N,N'-ジフェニル-ベンジジンを含んでもよい。この場合、ホールと再結合することなくホール注入電極側の層へ到達する電子が低減され、有機エレクトロルミネッセンス素子の発光効率がさらに向上される。
【００２３】
【化３】
【００２４】
（９）第２の発明に係る有機エレクトロルミネッセンス装置は、基板と、基板上に形成された第１の発明に係る１または複数の有機エレクトロルミネッセンス素子と、有機エレクトロルミネッセンス素子の上または下に形成された色変換部材とを備えたものである。
【００２５】
本発明に係る有機エレクトロルミネッセンス装置においては、１または複数の有機エレクトロルミネッセンス素子により発生された光が色変換部材を透過して外部に出射される。また、第１の発明に係る有機エレクトロルミネッセンス素子が用いられているので、第２の発光層の発光効率が向上され、有機エレクトロルミネッセンス素子全体の発光効率が向上された有機エレクトロルミネッセンス装置を得ることができる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、有機エレクトロルミネッセンス素子における所望の発光層の発光効率が向上される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、本発明に係る有機エレクトロルミネッセンス（以下、有機ＥＬと称する）素子およびそれを備える有機ＥＬ装置について説明する。
【００２８】
（第１の実施の形態）
図１は、第１の実施の形態に係る有機ＥＬ装置を示す模式的な断面図であり、図２は、図１の有機ＥＬ装置の構造を詳細に示した断面図である。
【００２９】
図１の有機ＥＬ装置は、有機ＥＬ素子１００、赤色カラーフィルタ層ＣＦＲ、緑色カラーフィルタ層ＣＦＧ、青色カラーフィルタ層ＣＦＢおよび基板１から構成される。
【００３０】
赤色カラーフィルタ層ＣＦＲ、緑色カラーフィルタ層ＣＦＧおよび青色カラーフィルタ層ＣＦＢは、有機ＥＬ素子１００および基板１の間に形成される。また、赤色カラーフィルタ層ＣＦＲ、緑色カラーフィルタ層ＣＦＧおよび青色カラーフィルタ層ＣＦＢにより有機ＥＬ装置の各画素が形成されるように配置される。
【００３１】
これら各カラーフィルタ層は、例えばガラスまたはプラスチック等の透明な材料からなる。また、各カラーフィルタ層として、ＣＣＭ（色彩転換媒体）を用いてもよく、ガラスまたはプラスチック等の透明な材料およびＣＣＭの両方を用いてもよい。
【００３２】
次に、図２を用いて図１の有機ＥＬ装置の構造の詳細を説明する。
【００３３】
図２に示すように、ガラスまたはプラスチック等からなる透明の基板１上に、例えば酸化シリコン（ＳｉＯ2 ）からなる層と窒化シリコン（ＳｉＮx ）からなる層との積層膜１１が形成される。
【００３４】
積層膜１１上の一部にＴＦＴ（薄膜トランジスタ）２０が形成される。ＴＦＴ２０はチャネル領域１２、ドレイン電極１３ｄ、ソース電極１３ｓ、ゲート酸化膜１４およびゲート電極１５からなる。
【００３５】
例えば、積層膜１１上の一部にポリシリコン層等からなるチャネル領域１２が形成される。チャネル領域１２上には、ドレイン電極１３ｄおよびソース電極１３ｓが形成される。チャネル領域１２上にゲート酸化膜１４が形成される。ゲート酸化膜１４上にゲート電極１５が形成される。
【００３６】
ＴＦＴ２０のドレイン電極１３ｄは後述のホール注入電極２に接続され、ＴＦＴ２０のソース電極１３ｓは電源線（図示せず）に接続される。
【００３７】
ゲート電極１５を覆うようにゲート酸化膜１４上に第１の層間絶縁膜１６が形成される。ドレイン電極１３ｄおよびソース電極１３ｓを覆うように第１の層間絶縁膜１６上に第２の層間絶縁膜１７が形成される。ゲート電極１５は電極（図示せず）に接続される。
【００３８】
なお、ゲート酸化膜１４は、例えば窒化シリコンからなる層と酸化シリコンからなる層との積層構造を有する。また、第１の層間絶縁膜１６は、例えば酸化シリコンからなる層と窒化シリコンからなる層との積層構造を有し、第２の層間絶縁膜１７は、例えば窒化シリコンからなる。
【００３９】
第２の層間絶縁膜１７上に、赤色カラーフィルタ層ＣＦＲ、緑色カラーフィルタ層ＣＦＧおよび青色カラーフィルタ層ＣＦＢがそれぞれ形成される。赤色カラーフィルタ層ＣＦＲは、赤色の波長領域の光を透過させ、緑色カラーフィルタ層ＣＦＧは、緑色の波長領域の光を透過させ、青色カラーフィルタ層ＣＦＢは、青色の波長領域の光を透過させる。なお、図２においては、青色カラーフィルタ層ＣＦＢを例示する。青色カラーフィルタ層ＣＦＢは、４００ｎｍ〜５３０ｎｍの波長領域の光を７０％以上透過させることが好ましく、８０％以上透過させることがより好ましい。
【００４０】
赤色カラーフィルタ層ＣＦＲ、緑色カラーフィルタ層ＣＦＧおよび青色カラーフィルタ層ＣＦＢを覆うように第２の層間絶縁膜１７上に、例えばアクリル樹脂等からなる第１の平坦化層１８が形成される。
【００４１】
第１の平坦化層１８上に有機ＥＬ素子１００が形成される。有機ＥＬ素子１００は、ホール注入電極２、ホール注入層３、ホール輸送層４、第１の発光層５ａ、薄膜層５ｃ、第２の発光層５ｂ、電子輸送層６および電子注入電極７を順に含む。第１の平坦化層１８上にホール注入電極２が各画素ごとに形成され、画素間の領域においてホール注入電極２を覆うように絶縁性の第２の平坦化層１９が形成される。なお、ホール注入電極２は、例えばインジウム−スズ酸化物（ＩＴＯ）等の透明導電膜からなる。電子注入電極７は、例えばフッ化リチウムとアルミニウムとが積層されて形成される。
【００４２】
基板１は、ガラスまたはプラスチック等からなる透明基板である。ホール注入層３は、例えば、プラズマＣＶＤ法（プラズマ化学的気相成長法）により形成されたＣＦX （フッ化炭素）からなる。
【００４３】
ホール輸送層４としては、例えば、下記式（１）に示されるトリアリールアミン誘導体を用いることができる。
【００４４】
【化４】
【００４５】
式（１）において、Ａｒ５〜Ａｒ７は芳香族置換基を示し、互いに同一であってもよいし、互いに異なってもよい。
【００４６】
式（１）中のＡｒ５〜Ａｒ７の芳香族置換基は、炭素数が１６以下であることが好ましい。この場合、トリアリールアミン誘導体の分子量が小さくなるので、ホール輸送層４の作製時における真空蒸着が容易になる。
【００４７】
ホール輸送層４として用いられるトリアリールアミン誘導体は、例えば、下記式（２）に示されるベンジジン誘導体である。
【００４８】
【化５】
【００４９】
式（２）において、Ａｒ８〜Ａｒ１１は芳香族置換基を示し、互いに同一であってもよいし、互いに異なってもよい。式（２）中のＡｒ８〜Ａｒ１１の芳香族置換基としては、フェニル基、3-メチルフェニル基、1-ナフチル基、2-ナフチル基、1,1'-ビフェニル-4-イル基、9-アンスリル基、2-チエニル基、2-ピリジル基、3-ピリジル基等が挙げられる。
【００５０】
式（２）中のＡｒ８〜Ａｒ１１の芳香族置換基は、炭素数が１６以下であることが好ましい。この場合、ベンジジン誘導体の分子量が小さくなるので、ホール輸送層４の作製時における真空蒸着が容易になる。
【００５１】
本実施の形態においては、ホール輸送層４は、下記式（３）に示されるN,N'-ジ(1-ナフチル)-N,N'-ジフェニル-ベンジジン（N,N'-Di(1-naphthyl)-N,N'-diphenyl-benzidine）（以下、ＮＰＢと略記する）である。
【００５２】
【化６】
【００５３】
また、本実施の形態においてホール輸送層４として用いられるトリアリールアミン誘導体は、下記式（４）に示されるトリフェニルアミン誘導体でもよい。
【００５４】
【化７】
【００５５】
式（４）において、Ａｒ１２〜Ａｒ１４は芳香族置換基を示し、互いに同一であってもよいし、互いに異なってもよい。式（４）中のＡｒ１２〜Ａｒ１４の芳香族置換基としては、フェニル基、3-メチルフェニル基、4-tert-ブチルフェニル基、1-ナフチル基、2-ナフチル基、1,1'-ビフェニル-4-イル基、9-アンスリル基、2-チエニル基、2-ピリジル基、3-ピリジル基等が挙げられる。
【００５６】
式（４）中のＡｒ１２〜Ａｒ１４の芳香族置換基は、炭素数が１６以下であることが好ましい。この場合、トリフェニルアミン誘導体の分子量が小さくなるので、ホール輸送層４の作製時における真空蒸着が容易になる。
【００５７】
第１の発光層５ａは、ホスト材料に第１のドーパントおよび第２のドーパントがドープされた構成を有する。
【００５８】
第１の発光層５ａのホスト材料としては、例えば、ホール輸送層４の材料と同じトリアリールアミン誘導体を用いることができる。
【００５９】
第１の発光層５ａのホスト材料として用いられるトリアリールアミン誘導体は、例えば、ベンジジン誘導体である。
【００６０】
本実施の形態においては、第１の発光層５ａのホスト材料は、ＮＰＢである。
【００６１】
また、本実施の形態において第１の発光層５ａのホスト材料として用いられるトリアリールアミン誘導体はトリフェニルアミン誘導体でもよい。
【００６２】
第１の発光層５ａの第１のドーパントとしては、例えば、下記式（５）に示されるテトラセン誘導体を用いることができる。
【００６３】
【化８】
【００６４】
式（５）において、Ａｒ１５〜Ａｒ１８は水素原子、ハロゲン原子、脂肪族置換基または芳香族置換基を示し、互いに同一であってもよいし、互いに異なってもよい。式（５）中のＡｒ１５〜Ａｒ１８の脂肪族置換基としては、メチル基、エチル基、1-プロピル基、2-プロピル基、tert-ブチル基等が挙げられる。式（５）中のＡｒ１５〜Ａｒ１８の芳香族置換基としては、フェニル基、3-メチルフェニル基、4-tert-ブチルフェニル基、1-ナフチル基、2-ナフチル基、4-tert-ブチル-1-ナフチル基、1,1'-ビフェニル-4-イル基、9-アンスリル基、2-チエニル基、2-ピリジル基、3-ピリジル基等が挙げられる。
【００６５】
式（５）中のＡｒ１５〜Ａｒ１８の脂肪族置換基は、炭素数が４以下であることが好ましく、式（５）中のＡｒ１５〜Ａｒ１８の芳香族置換基は、炭素数が１６以下であることが好ましい。この場合、テトラセン誘導体の分子量が小さくなるので、第１の発光層５ａの作製時における真空蒸着が容易になる。
【００６６】
本実施の形態においては、第１の発光層５ａの第１のドーパントは、例えば下記式（６）に示される5,12-ビス（4-ターシャリー-ブチルフェニル）-ナフタセン（5,12-Bis(4-tert-butylphenyl)-naphthacene）（以下、ｔＢｕＤＰＮと略記する）である。
【００６７】
【化９】
【００６８】
また、本実施の形態においては、第１の発光層５ａの第１のドーパントとして、下記式（７）に示されるペリレン誘導体を用いてもよい。
【００６９】
【化１０】
【００７０】
式（７）において、Ａｒ１９〜Ａｒ２２は水素原子、ハロゲン原子、脂肪族置換基または芳香族置換基を示し、互いに同一であってもよいし、互いに異なってもよい。式（７）中のＡｒ１９〜Ａｒ２２の脂肪族置換基としては、メチル基、エチル基、1-プロピル基、2-プロピル基、tert-ブチル基等が挙げられる。式（７）中のＡｒ１９〜Ａｒ２２の芳香族置換基としては、フェニル基、3-メチルフェニル基、4-tert-ブチルフェニル基、1-ナフチル基、2-ナフチル基、4-tert-ブチル-1-ナフチル基等が挙げられる。
【００７１】
式（７）中のＡｒ１９〜Ａｒ２２の脂肪族置換基は、炭素数が４以下であることが好ましく、式（７）中のＡｒ１９〜Ａｒ２２の芳香族置換基は、炭素数が１６以下であることが好ましい。この場合、ペリレン誘導体の分子量が小さくなるので、第１の発光層５ａの作製時における真空蒸着が容易になる。
【００７２】
第１の発光層５ａの第２のドーパントとしては、例えば、下記式（８）に示される5,12-ビス(4-(6-メチルベンゾチアゾール-2-イル)フェニル)-6,11-ジフェニルナフタセン（5,12-Bis(4-(6-methylbenzothiazol-2-yl)phenyl)-6,11-diphenylnaphthacen）（以下、ＤＢｚＲと略記する）を用いることができる。
【００７３】
【化１１】
【００７４】
ここで、第１の発光層５ａの第２のドーパントは発光し、第１のドーパントは、その最低空分子軌道（ＬＵＭＯ）および最高被占有分子軌道（ＨＯＭＯ）のエネルギーレベルが、それぞれホスト材料のＬＵＭＯレベルと第２のドーパントのＬＵＭＯレベルとの間におけるＬＵＭＯレベル、およびホスト材料のＨＯＭＯレベルと第２のドーパントのＨＯＭＯレベルとの間におけるＨＯＭＯレベルとなり、ホスト材料から第２のドーパントへのエネルギーの移動を促進することにより第２のドーパントの発光を補助する役割を担う。それにより、第１の発光層５ａは、５００ｎｍよりも大きく６５０ｎｍよりも小さいピーク波長を有する橙色光を発生する。
【００７５】
本実施の形態においては、薄膜層５ｃは、第１の発光層５ａのホスト材料と同じ誘導体材料から形成される。本実施の形態では、薄膜層５ｃはＮＰＢからなる。
【００７６】
第２の発光層５ｂは、ホスト材料に第１のドーパントおよび第２のドーパントがドープされた構成を有する。
【００７７】
第２の発光層５ｂのホスト材料としては、例えば、下記式（９）に示されるアントラセン誘導体を用いることができる。
【００７８】
【化１２】
【００７９】
上記式（９）において、Ａｒ１〜Ａｒ４は水素原子、ハロゲン原子、脂肪族置換基または芳香族置換基を示し、互いに同一であってもよいし、互いに異なってもよく、ｎは１〜３のいずれかの整数を示す。式（９）中のＡｒ１およびＡｒ３はアントラセン環の９位および１０位に置換し、Ａｒ２およびＡｒ４はアントラセン環の１〜８位のいずれかの位置に置換する。上記式（９）中のＡｒ１〜Ａｒ４の脂肪族置換基としては、メチル基、エチル基、1-プロピル基、2-プロピル基、tert-ブチル基等が挙げられる。上記式（９）中のＡｒ１〜Ａｒ４の芳香族置換基としては、フェニル基、3-メチルフェニル基、4-tert-ブチルフェニル基、1-ナフチル基、2-ナフチル基、4-tert-ブチル-1-ナフチル基、1,1'-ビフェニル-4-イル基、9-アンスリル基、2-チエニル基、2-ピリジル基、3-ピリジル基等が挙げられる。
【００８０】
式（９）中のＡｒ１〜Ａｒ４の脂肪族置換基は、炭素数が４以下であることが好ましく、式（９）中のＡｒ１〜Ａｒ４の芳香族置換基は、炭素数が１６以下であることが好ましい。この場合、アントラセン誘導体の分子量が小さくなるので、第２の発光層５ｂの作製時における真空蒸着が容易になる。
【００８１】
本実施の形態においては、第２の発光層５ｂは、下記式（１０）に示されるターシャリー-ブチル置換ジナフチルアントラセン（tert-butyl substituted dinaphthylanthracene）（以下、ＴＢＡＤＮと略記する）を用いることができる。
【００８２】
【化１３】
【００８３】
第２の発光層５ｂの第１のドーパントとしては、例えば、ホール輸送層４の材料と同じトリアリールアミン誘導体を用いることができる。
【００８４】
本実施の形態において第２の発光層５ｂの第１のドーパントとして用いられるトリアリールアミン誘導体は、例えば、ベンジジン誘導体である。
【００８５】
本実施の形態においては、第２の発光層５ｂの第１のドーパントは、ＮＰＢである。
【００８６】
第２の発光層５ｂの第２のドーパントとしては、例えば、下記式（１１）に示される1,4,7,10-テトラ-ターシャリー-ブチルペリレン（1,4,7,10-Tetra-tert-butylPerylene）（以下、ＴＢＰと略記する）を用いることができる。
【００８７】
【化１４】
【００８８】
ここで、第２の発光層５ｂの第２のドーパントは発光し、第１のドーパントはホール輸送性材料からなり、ホールの輸送を促進することにより第２のドーパントの発光を補助する役割を担う。それにより、第２の発光層５ｂは、４００ｎｍよりも大きく５００ｎｍよりも小さいピーク波長を有する青色光を発生する。
【００８９】
電子輸送層６としては、電子移動度の高い材料を用いることが好ましい。例えば、下記式（１２）に示されるフェナントロリン誘導体を用いることができる。
【００９０】
【化１５】
【００９１】
式（１２）において、Ｒ２３〜Ｒ２６は互いに同一であってもよいし、互いに異なってもよい。式（１２）中のＲ２３〜Ｒ２６は、水素原子、ハロゲン原子、脂肪族置換基または芳香族置換基を示し、Ｒ２５およびＲ２６は式（１２）のベンゼン環のオルト位、メタ位およびパラ位のいずれの位置にあってもよい。式（１２）の２３〜Ｒ２６の脂肪族置換基としては、メチル基、エチル基、1-プロピル基、2-プロピル基、tert-ブチル基等が挙げられ、芳香族置換基としては、フェニル基、1-ナフチル基、2-ナフチル基、9-アンスリル基、2-チエニル基、2-ピリジル基、3-ピリジル基等が挙げられる。
【００９２】
式（１２）中のＲ２３〜Ｒ２６の脂肪族置換基は、炭素数が４以下であることが好ましく、式（１２）中のＲ２３〜Ｒ２６の芳香族置換基は、炭素数が１６以下であることが好ましい。この場合、フェナントロリン誘導体の分子量が小さくなるので、電子輸送層６の作製時における真空蒸着が容易になる。
【００９３】
本実施の形態においては、電子輸送層６は、下記式（１３）に示される2,9-ジメチル-4,7-ジフェニル-1,10-フェナントロリン（2,9-Dimethyl-4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline）（以下、ＢＣＰと略記する）からなる。
【００９４】
【化１６】
【００９５】
なお、電子輸送層６として、下記式（１４）に示されるトリス(8-ヒドロキシキノリナト)アルミニウム（Tris(8-hydroxyquinolinato)aluminum）（以下、Ａｌｑと略記する）を用いてもよい。
【００９６】
【化１７】
【００９７】
図３は、本実施の形態に係る有機ＥＬ素子における第１の発光層５ａ、薄膜層５ｃおよび第２の発光層５ｂの最低空分子軌道（ＬＵＭＯ）および最高被占有分子軌道（ＨＯＭＯ）のエネルギーレベルならびに電子およびホールの移動過程の一例を示す模式図である。
【００９８】
上述したように、第１の発光層５ａのホスト材料と薄膜層５ｃと第２の発光層５ｂの第１のドーパントとは同一誘導体材料を用いているため、第１の発光層５ａのホスト材料のＬＵＭＯレベルと薄膜層５ｃのＬＵＭＯレベルと第２の発光層５ｂの第１のドーパントのＬＵＭＯレベルとは等しい。第１の発光層５ａのホスト材料のＬＵＭＯレベル、薄膜層５ｃのＬＵＭＯレベルおよび第２の発光層５ｂの第１のドーパントのＬＵＭＯレベルをＬ１とする。
【００９９】
また、第１の発光層５ａのホスト材料と薄膜層５ｃと第２の発光層５ｂの第１のドーパントとは同一誘導体材料を用いているため、第１の発光層５ａのホスト材料のＨＯＭＯレベルと薄膜層５ｃのＨＯＭＯレベルと第２の発光層５ｂの第１のドーパントのＨＯＭＯレベルとは等しい。第１の発光層５ａのホスト材料のＨＯＭＯレベル、薄膜層５ｃのＨＯＭＯレベルおよび第２の発光層５ｂの第１のドーパントのＨＯＭＯレベルをＨ１とする。
【０１００】
また、第１の発光層５ａの第１のドーパントのＬＵＭＯレベルおよびＨＯＭＯレベルをそれぞれＬ３およびＨ３とし、第１の発光層５ａの第２のドーパントのＬＵＭＯレベルおよびＨＯＭＯレベルをそれぞれＬ４およびＨ４とする。
【０１０１】
また、第２の発光層５ｂのホスト材料のＬＵＭＯレベルおよびＨＯＭＯレベルをそれぞれＬ０およびＨ０とし、第２の発光層５ｂの第２のドーパントのＬＵＭＯレベルおよびＨＯＭＯレベルをそれぞれＬ２およびＨ２とする。
【０１０２】
図３に示すように、第１の発光層５ａにおいては、（第２のドーパントのＬＵＭＯレベルＬ４）≦（第１のドーパントのＬＵＭＯレベルＬ３）≦（ホスト材料のＬＵＭＯレベルＬ１）の関係が成立する。なお、電子のエネルギーは矢印Ｖの方向に高くなる。
【０１０３】
第２の発光層５ｂにおいては、（第２のドーパントのＬＵＭＯレベルＬ２）≦（第１のドーパントのＬＵＭＯレベルＬ１）≦（ホスト材料のＬＵＭＯレベルＬ０）の関係が成立する。
【０１０４】
また、第１の発光層５ａにおいては、（第２のドーパントのＨＯＭＯレベルＨ４）≦（第１のドーパントのＨＯＭＯレベルＨ３）≦（ホスト材料のＨＯＭＯレベルＨ１）の関係が成立する。なお、ホールのエネルギーは矢印Ｕの方向に高くなる。
【０１０５】
第２の発光層５ｂにおいては、（第２のドーパントのＨＯＭＯレベルＨ２）≦（第１のドーパントのＨＯＭＯレベルＨ１）≦（ホスト材料のＨＯＭＯレベルＨ０）の関係が成立する。
【０１０６】
図２の有機ＥＬ素子１００のホール注入電極２と電子注入電極７との間に駆動電圧が印加されると、ホール注入電極２より供給されたホールがホール注入層３に注入され、電子注入電極７より供給された電子が電子輸送層６に注入される。
【０１０７】
ホール注入層３に注入されたホールはホール輸送層４を介して第１の発光層５ａ、薄膜層５ｃおよび第２の発光層５ｂに輸送され、電子輸送層６に注入された電子は第２の発光層５ｂ、薄膜層５ｃおよび第１の発光層５ａに輸送される。
【０１０８】
電子輸送層６から第２の発光層５ｂおよび薄膜層５ｃを通して第１の発光層５ａへ輸送される電子は、ホスト材料のＬＵＭＯレベルＬ１、第１のドーパントのＬＵＭＯレベルＬ３および第２のドーパントのＬＵＭＯレベルＬ４に移動する。
【０１０９】
第１の発光層５ａにおいて、ＬＵＭＯレベルＬ１にある電子は、ＬＵＭＯレベルＬ３またはＬ４に移動する。
【０１１０】
また、電子輸送層６から第２の発光層５ｂへ輸送される電子は、ホスト材料のＬＵＭＯレベルＬ０、第１のドーパントのＬＵＭＯレベルＬ１および第２のドーパントのＬＵＭＯレベルＬ２に移動する。
【０１１１】
第２の発光層５ｂにおいて、ＬＵＭＯレベルＬ０にある電子は、ＬＵＭＯレベルＬ１またはＬ２に移動する。
【０１１２】
ここで、第２の発光層５ｂのホスト材料のＬＵＭＯレベルＬ０および第１のドーパントのＬＵＭＯレベルＬ１に移動した電子は、薄膜層５ｃのＬＵＭＯレベルＬ１ならびに第１の発光層５ａのホスト材料のＬＵＭＯレベルＬ１、第１のドーパントのＬＵＭＯレベルＬ３および第２のドーパントのＬＵＭＯレベルＬ４に移動する。
【０１１３】
一方、本実施の形態においては、（第２の発光層５ｂの第２のドーパントのＬＵＭＯレベルＬ２）≦（薄膜層５ｃのＬＵＭＯレベルＬ１）の関係が成立するので、第２の発光層５ｂの第２のドーパントのＬＵＭＯレベルＬ２から薄膜層５ｃのＬＵＭＯレベルＬ１へエネルギー障壁が形成される。それにより、第２の発光層５ｂの第２のドーパントのＬＵＭＯレベルＬ２から薄膜層５ｃのＬＵＭＯレベルＬ１ならびに第１の発光層５ａのホスト材料のＬＵＭＯレベルＬ１、第１のドーパントのＬＵＭＯレベルＬ３および第２のドーパントのＬＵＭＯレベルＬ４に電子が移動することが困難になる。
【０１１４】
ホール輸送層４から第１の発光層５ａへ輸送されるホールは、ホスト材料のＨＯＭＯレベルＨ１、第１のドーパントのＨＯＭＯレベルＨ３および第２のドーパントのＨＯＭＯレベルＨ４に移動する。
【０１１５】
第１の発光層５ａにおいて、ＨＯＭＯレベルＨ１にあるホールは、ＨＯＭＯレベルＨ３またはＨ４に移動する。
【０１１６】
また、ホール輸送層４から第１の発光層５ａおよび薄膜層５ｃを通して第２の発光層５ｂへ輸送されるホールは、ホスト材料のＨＯＭＯレベルＨ０、第１のドーパントのＨＯＭＯレベルＨ１および第２のドーパントのＨＯＭＯレベルＨ２に移動する。
【０１１７】
第２の発光層５ｂにおいて、ＨＯＭＯレベルＨ０にあるホールは、ＨＯＭＯレベルＨ１またはＨ２に移動する。
【０１１８】
第１の発光層５ａにおいて、ＨＯＭＯレベルＨ４のホールとＬＵＭＯレベルＬ４の電子とが再結合し、第１の発光層５ａがオレンジ色に発光する。第２の発光層５ｂにおいて、ＨＯＭＯレベルＨ２のホールとＬＵＭＯレベルＬ２の電子とが再結合し、第２の発光層５ｂが青色に発光する。
【０１１９】
本実施の形態に係る有機ＥＬ装置は、以下の構成を有してもよい。
【０１２０】
図４は、他の実施の形態に係る有機ＥＬ装置を示す詳細断面図である。図４の有機ＥＬ装置は以下の点で図２の有機ＥＬ装置と構造が異なる。
【０１２１】
図４の有機ＥＬ装置においては、図２の有機ＥＬ装置と同様に、基板１上に積層膜１１、ＴＦＴ２０、第１の層間絶縁膜１６、第２の層間絶縁膜１７、青色カラーフィルタ層ＣＦＢ、第１の平坦化層１８、第２の平坦化層１９および有機ＥＬ素子１００が形成される。なお、図４においても、青色カラーフィルタ層ＣＦＢを例示する。
【０１２２】
その後、有機ＥＬ素子１００上に、透明の接着剤層２３を介してオーバーコート層２２、青色カラーフィルタ層ＣＦＢおよび透明の封止基板２１が順に積層された積層体が接着される。これにより、トップエミッション構造の有機ＥＬ装置が完成する。
【０１２３】
有機ＥＬ素子１００により発生された光は、赤色カラーフィルタ層ＣＦＲ、緑色カラーフィルタ層ＣＦＧおよび青色カラーフィルタ層ＣＦＢと透明の封止基板２１とを通じて外部に取り出される。
【０１２４】
図４の有機ＥＬ装置において、基板１は不透明な材料により形成されてもよい。また、有機ＥＬ素子１００のホール注入電極２は、例えば膜厚約５０ｎｍのインジウム−スズ酸化物（ＩＴＯ）と膜厚約１００ｎｍのアルミニウム、クロムまたは銀とを積層することにより形成される。この場合、ホール注入電極２は、有機ＥＬ素子１００により発生された光を封止基板２１側へ反射する。
【０１２５】
電子注入電極７は、透明な材料からなる。電子注入電極７は、例えば膜厚約１００ｎｍのインジウム−スズ酸化物（ＩＴＯ）と膜厚約２０ｎｍの銀とを積層することにより形成される。
【０１２６】
オーバーコート層２２は、例えば厚み約１μｍのアクリル樹脂等により形成される。赤色カラーフィルタ層ＣＦＲ、緑色カラーフィルタ層ＣＦＧおよび青色カラーフィルタ層ＣＦＢはそれぞれ約１μｍの厚みを有する。
【０１２７】
封止基板２１としては、例えばガラス、酸化シリコン（ＳｉＯ2 ）からなる層または窒化シリコン（ＳｉＮx ）からなる層を用いることができる。
【０１２８】
図４の有機ＥＬ装置においては、トップエミッション構造であることによりＴＦＴ２０上の領域も画素領域として用いることができる。すなわち、図４の有機ＥＬ装置では、図２の青色カラーフィルタ層ＣＦＢよりも大きい青色カラーフィルタ層ＣＦＢを用いることができる。それにより、より広い領域を画素領域として用いることができるので、有機ＥＬ装置の発光効率が向上する。
【０１２９】
（第１の実施の形態における効果）
上記実施の形態においては、第１の発光層５ａと第２の発光層５ｂとの間に薄膜層５ｃを設けている。そして、薄膜層５ｃのＬＵＭＯレベルＬ１は、第２の発光層５ｂの第２のドーパントのＬＵＭＯレベルＬ２よりも高い。それにより、第２の発光層５ｂの第２のドーパントのＬＵＭＯレベルＬ２にある電子は、第１の発光層５ａのホスト材料のＬＵＭＯレベルＬ１、第１のドーパントのＬＵＭＯレベルＬ３および第２のドーパントのＬＵＭＯレベルＬ４に移動することが困難になる。これにより、第２の発光層５ｂの第２のドーパントのＬＵＭＯレベルＬ２にある電子は、第２の発光層５ｂ内でＨＯＭＯレベルＨ２のホールと再結合しやすくなる。したがって、第２の発光層５ｂの発光効率が向上される。その結果、有機ＥＬ素子１００全体の発光効率が向上される。
【０１３０】
（第２の実施の形態）
本実施の形態に係る有機ＥＬ素子が第１の実施の形態に係る有機ＥＬ素子１００と異なる点は、薄膜層５ｃが第２の発光層５ｂのホスト材料と同じ誘導体材料からなる点である。本実施の形態では、薄膜層５ｃはＴＢＡＤＮからなる。
【０１３１】
図５は、本実施の形態に係る有機ＥＬ素子における第１の発光層５ａ、薄膜層５ｃおよび第２の発光層５ｂの最低空分子軌道および最高被占有分子軌道のエネルギーレベルならびに電子およびホールの移動過程の一例を示す模式図である。なお、以下の説明においては、図３の例と同じ構成および作用については省略する。
【０１３２】
図５に示すように、第２の発光層５ｂのホスト材料と薄膜層５ｃとは同一誘導体材料を用いているため、第２の発光層５ｂのホスト材料のＬＵＭＯレベルと薄膜層５ｃのＬＵＭＯレベルとは等しい。
【０１３３】
第２の発光層５ｂのホスト材料のＬＵＭＯレベルＬ０に移動した電子は、薄膜層５ｃのＬＵＭＯレベルＬ０ならびに第１の発光層５ａのホスト材料のＬＵＭＯレベルＬ１、第１のドーパントのＬＵＭＯレベルＬ３および第２のドーパントのＬＵＭＯレベルＬ４に移動する。
【０１３４】
本実施の形態においては、（第１の発光層５ａの第２のホスト材料のＨＯＭＯレベルＨ１）≦（薄膜層５ｃのＨＯＭＯレベルＨ０）の関係が成立するので、第１の発光層５ａのホスト材料のＨＯＭＯレベルＨ１から薄膜層５ｃのＨＯＭＯレベルＨ０へエネルギー障壁が形成される。それにより、第１の発光層５ａの第１のドーパントのＨＯＭＯレベルＨ３、第２のドーパントのＨＯＭＯレベルＨ４およびホスト材料のＨＯＭＯレベルＨ１から薄膜層５ｃのＨＯＭＯレベルＨ０ならびに第２の発光層５ｂのホスト材料のＨＯＭＯレベルＨ０、第１のドーパントのＨＯＭＯレベルＨ１および第２のドーパントのＨＯＭＯレベルＨ２にホールが移動することが困難になる。
【０１３５】
（第２の実施の形態における効果）
このように、本実施の形態においては、薄膜層５ｃのＨＯＭＯレベルＨ０は、第１の発光層５ａの第１のドーパントのＨＯＭＯレベルＨ３、第２のドーパントのＨＯＭＯレベルＨ４およびホスト材料のＨＯＭＯレベルＨ１よりも高い。それにより、第１の発光層５ａの第１のドーパントのＨＯＭＯレベルＨ３、第２のドーパントのＨＯＭＯレベルＨ４およびホスト材料のＨＯＭＯレベルＨ１にあるホールは、第２の発光層５ｂのホスト材料のＨＯＭＯレベルＨ０、第１のドーパントのＨＯＭＯレベルＨ１および第２のドーパントのＨＯＭＯレベルＨ２に移動すること困難になる。これにより、第１の発光層５ａの第１のドーパントのＨＯＭＯレベルＨ３、第２のドーパントのＨＯＭＯレベルＨ４およびホスト材料のＨＯＭＯレベルＨ１にあるホールは、第１の発光層５ａ内でそれぞれＬＵＭＯレベルＬ３，Ｌ４，Ｌ１の電子と再結合しやすくなる。したがって、第１の発光層５ａの発光効率がより向上される。その結果、有機ＥＬ素子１００全体の発光効率がより向上される。
【０１３６】
（第３の実施の形態）
本実施の形態に係る有機ＥＬ素子が第１の実施の形態に係る有機ＥＬ素子１００と異なる点は、薄膜層５ｃが第１の発光層５ａのホスト材料と同じ誘導体材料と第２の発光層５ｂのホスト材料と同じ誘導体材料との混合物からなる点である。本実施の形態では、薄膜層５ｃはＮＰＢとＴＢＡＤＮとの混合物からなる。
【０１３７】
図６は、本実施の形態に係る有機ＥＬ素子における第１の発光層５ａ、薄膜層５ｃおよび第２の発光層５ｂの最低空分子軌道および最高被占有分子軌道のエネルギーレベル、ならびに電子およびホールの移動過程の一例を示す模式図である。なお、以下の説明においては、図３および図５の例と同じ構成および作用については省略する。
【０１３８】
図６に示すように、薄膜層５ｃは、第１の発光層５ａのホスト材料と同じ誘導体材料と第２の発光層５ｂのホスト材料と同じ誘導体材料との混合物を用いているため、第１の発光層５ａのホスト材料および第２の発光層５ｂのホスト材料の両方のＬＵＭＯレベルと同じＬＵＭＯレベルを有し、かつ、第１の発光層５ａのホスト材料および第２の発光層５ｂのホスト材料の両方のＨＯＭＯレベルと同じＨＯＭＯレベルを有する。
【０１３９】
第２の発光層５ｂのホスト材料のＬＵＭＯレベルＬ０に移動した電子は、第１のドーパントのＬＵＭＯレベルＬ１および第２のドーパントのＬＵＭＯレベルＬ２に移動する。
【０１４０】
ここで、第２の発光層５ｂのホスト材料のＬＵＭＯレベルＬ０および第２の発光層５ｂの第１のドーパントのＬＵＭＯレベルＬ１に移動した電子は、薄膜層５ｃのＬＵＭＯレベルＬ０およびＬＵＭＯレベルＬ１に移動し、さらに第１の発光層５ａのホスト材料のＬＵＭＯレベルＬ１、第１のドーパントのＬＵＭＯレベルＬ３および第２のドーパントのＬＵＭＯレベルＬ４に移動する。
【０１４１】
本実施の形態においては、（第２の発光層５ｂの第２のドーパントのＬＵＭＯレベルＬ２）≦（薄膜層５ｃのＬＵＭＯレベルＬ０，Ｌ１）の関係が成立するので、第２の発光層５ｂの第２のドーパントのＬＵＭＯレベルＬ２から薄膜層５ｃのＬＵＭＯレベルＬ０，Ｌ１ヘエネルギー障壁が形成される。それにより、第１の実施の形態と同様に、第２の発光層５ｂの第２のドーパントのＬＵＭＯレベルＬ２にある電子が、第１の発光層５ａへ移動することが困難となる。
【０１４２】
一方、ホール輸送層４からのホールは、薄膜層５ｃを介して第２の発光層５ｂホスト材料のＨＯＭＯレベルＨ０、第１のドーパントのＨＯＭＯレベルＨ１および第２のドーパントのＨＯＭＯレベルＨ２に移動するが、本実施の形態においては、薄膜層５ｃはＨＯＭＯレベルＨ０，Ｈ１を有する。
【０１４３】
したがって、第１の発光層５ａのホスト材料のＨＯＭＯレベルＨ１から第２の発光層５ｂに移動するホールに対しては、薄膜層５ｃのＨＯＭＯレベルＨ０がエネルギー障壁となる。それにより、薄膜層５ｃが第１の発光層５ａのホスト材料と同じ誘導体材料のみで構成されている場合（図３の構成）に比べて、ホールの移動は制限される。
【０１４４】
（第３の実施の形態における効果）
上記のような構成により、本実施の形態では、電子に対しては、第２の発光層５ｂの第２のドーパントのＬＵＭＯレベルＬ２から第１の発光層５ａへの移動を妨げるエネルギー障壁を形成する。その結果、第２の発光層５ｂの第２のドーパントのＬＵＭＯレベルＬ２にある電子は、第２の発光層５ｂ内でＨＯＭＯレベルＨ２のホールと再結合しやすくなる。したがって、第２の発光層５ｂの発光効率が向上される。その結果、有機ＥＬ素子全体の発光効率が向上される。
【０１４５】
また、薄膜層５ｃは、第２の発光層５ｂのホスト材料であるＴＢＡＤＮに加えてホール輸送性材料であるＮＰＢを含む。薄膜層５ｃにおける２つの誘導体材料からなる混合物の混合比率を変えることにより、薄膜層５ｃのＬＵＭＯレベルおよびＨＯＭＯレベルは変わらないが、第２の発光層５ｂへのホールの輸送性を変化させることが可能となる。すなわち、第１の発光層５ａのホスト材料のＨＯＭＯレベルＨ１から第２の発光層５ｂへのエネルギー障壁によるホールの移動阻止性を調整することが可能となる。それにより、第１の発光層５ａ内および第２の発光層５ｂ内での再結合の確率を調整することができる。したがって、発光色（発光強度）を調整することができる。
【０１４６】
これらにより、使用目的に応じて発光効率を向上させることができるとともに、使用目的に応じて発光色を適切に調整することができる。
【０１４７】
（他の実施の形態）
なお、上記各実施の形態においては、第１の発光層５ａのホスト材料としてホール輸送層４と同じ材料が用いられているが、第１の発光層５ａがホール輸送層としての役割を担うことができるのであれば、第１の発光層５ａのホスト材料とホール輸送層４の材料とが互いに異なってもよい。
【０１４８】
（請求項の各構成要素と実施の形態の各部との対応関係）
上記各実施の形態においては、ホール注入電極２が第１の電極に相当し、電子注入電極７が第２の電極に相当し、第１の発光層５ａの第２のドーパントが第１の発光ドーパントに相当し、第２の発光層５ｂの第２のドーパントが第２の発光ドーパントに相当し、第２の発光層５ｂの第１のドーパントが補助ドーパントに相当し、赤色カラーフィルタ層ＣＦＲ、緑色カラーフィルタ層ＣＦＧおよび青色カラーフィルタ層ＣＦＢが色変換部材に相当する。
【実施例】
【０１４９】
以下、実施例１〜３および比較例の有機ＥＬ素子を作製し、作製した有機ＥＬ素子の発光効率およびＣＩＥ（Commission Internationale d'Eclairage：国際照明委員会）色度座標（ｘ，ｙ）をそれぞれ測定した。なお、作製した各有機ＥＬ素子においては、ホール注入層３は設けなかった。
【０１５０】
（実施例１）
実施例１においては、図２の構成を有する有機ＥＬ素子１００を次のように作製した。
【０１５１】
ガラスからなる基板１上にインジウム−スズ酸化物（ＩＴＯ）からなるホール注入電極２を形成した。
【０１５２】
次に、ホール注入電極２上に、ホール輸送層４、第１の発光層５ａ、薄膜層５ｃ、第２の発光層５ｂおよび電子輸送層６を真空蒸着により順に形成した。
【０１５３】
ホール輸送層４は、膜厚１５５ｎｍのＮＰＢからなる。第１の発光層５ａは、膜厚３００ｎｍを有し、ＮＰＢからなるホスト材料にｔＢｕＤＰＮからなる第１のドーパントを２０体積％添加し、第２のドーパントを３体積％添加することにより形成される。また、薄膜層５ｃは、膜厚５ｎｍのＮＰＢからなる。
【０１５４】
第２の発光層５ｂは、膜厚４５０ｎｍを有し、ホスト材料にＮＰＢからなる第１のドーパントを２０体積％添加し、第２のドーパントを２．５体積％添加することにより形成される。また、電子輸送層６は、膜厚１０ｎｍを有する。
【０１５５】
その後、電子輸送層６上に、１ｎｍのフッ化リチウム膜および２００ｎｍのアルミニウム膜の積層構造からなる電子注入電極７を形成した。
【０１５６】
以上のようにして作製した有機ＥＬ素子の２０ｍＡ／ｃｍ2 での発光効率およびＣＩＥ色度座標（ｘ，ｙ）を測定した。なお、ＣＩＥ色度座標（ｘ，ｙ）は、それぞれ色空間をＸＹＺ座標系で表したＣＩＥ表色系でのｘ座標およびｙ座標である。
【０１５７】
その結果、発光効率は１４．１６ｃｄ／Ａとなり、ＣＩＥ色度座標（ｘ，ｙ）は、（０．１９，０．３８）となった。
【０１５８】
（実施例２）
実施例２においては、薄膜層５ｃを第２の発光層５ｂのホスト材料により構成した点を除いて、実施例１と同じ構成を有する有機ＥＬ素子を作製した。
【０１５９】
作製した有機ＥＬ素子の２０ｍＡ／ｃｍ2 での発光効率およびＣＩＥ色度座標（ｘ，ｙ）を測定した。
【０１６０】
その結果、発光効率は１４．７８ｃｄ／Ａとなり、ＣＩＥ色度座標（ｘ，ｙ）は、（０．４３，０．４２）となった。
【０１６１】
（実施例３）
実施例３においては、薄膜層５ｃを第２の発光層５ｂのホスト材料に対してＮＰＢを２０体積％混合することによって得られた膜により形成した点を除いて、実施例１と同じ構成を有する有機ＥＬ素子を作製した。
【０１６２】
作製した有機ＥＬ素子の２０ｍＡ／ｃｍ2 での発光効率およびＣＩＥ色度座標（ｘ，ｙ）を測定した。
【０１６３】
その結果、発光効率は１３．６１ｃｄ／Ａとなり、ＣＩＥ色度座標（ｘ，ｙ）は、（０．２９，０．３９）となった。
【０１６４】
（比較例）
比較例においては、薄膜層５ｃを設けなかった点を除いて、実施例１と同じ構成を有する有機ＥＬ素子を作製した。
【０１６５】
作製した有機ＥＬ素子の２０ｍＡ／ｃｍ2 での発光効率およびＣＩＥ色度座標（ｘ，ｙ）を測定した。
【０１６６】
その結果、発光効率は１１．９７ｃｄ／Ａとなり、ＣＩＥ色度座標（ｘ，ｙ）は、（０．２７，０．３８）となった。
【０１６７】
（評価）
上記の実施例１〜３で作製した有機ＥＬ素子１００の発光効率は、比較例で作製した有機ＥＬ素子の発光効率よりも１０〜２０％高くなった。それにより、消費電力を低減することができた。
【０１６８】
また、各有機ＥＬ素子における発光色は、ＣＩＥ色度座標（ｘ，ｙ）からわかるように、実施例１の有機ＥＬ素子では青寄りの白色、実施例２の有機ＥＬ素子ではオレンジ寄りの白色、実施例３の有機ＥＬ素子ではほぼ白色となった。
【０１６９】
これらは、実施例１の有機ＥＬ素子では青色発光層である第２の発光層５ｂで多くの再結合が起こり、実施例２の有機ＥＬ素子ではオレンジ色発光層である第１の発光層５ａで多くの再結合が起こり、実施例３の有機ＥＬ素子では、第１の発光層５ａおよび第２の発光層５ｂの両発光層での再結合の割合が調整された結果、発光強度のバランスが適切になったためであると考えられる。
【産業上の利用可能性】
【０１７０】
本発明に係る有機エレクトロルミネッセンス素子は、各光源または表示装置等に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１７１】
【図１】第１の実施の形態に係る有機ＥＬ装置を示す模式的な断面図である。
【図２】図１の有機ＥＬ装置の構造を詳細に示した断面図である。
【図３】本実施の形態に係る有機ＥＬ素子における第１の発光層、薄膜層および第２の発光層の最低空分子軌道および最高被占有分子軌道のエネルギーレベルならびに電子およびホールの移動過程の一例を示す模式図である。
【図４】他の実施の形態に係る有機ＥＬ装置を示す詳細断面図である。
【図５】本実施の形態に係る有機ＥＬ素子における第１の発光層、薄膜層および第２の発光層の最低空分子軌道および最高被占有分子軌道のエネルギーレベルならびに電子およびホールの移動過程の一例を示す模式図である。
【図６】本実施の形態に係る有機ＥＬ素子における第１の発光層、薄膜層および第２の発光層の最低空分子軌道および最高被占有分子軌道のエネルギーレベルならびに電子およびホールの移動過程の一例を示す模式図である。
【符号の説明】
【０１７２】
１ 基板
２ ホール注入電極
３ ホール注入層
４ ホール輸送層
５ａ 第１の発光層
５ｂ 第２の発光層
５ｃ 薄膜層
６ 電子輸送層
７ 電子注入電極
１００ 有機エレクトロルミネッセンス素子
ＣＦＲ 赤色カラーフィルタ層
ＣＦＧ 緑色カラーフィルタ層
ＣＦＢ 青色カラーフィルタ層
【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およびそれを備える有機エレクトロルミネッセンス装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、情報技術の興隆に伴い、厚さ数ｍｍ程度の薄型でフルカラー表示が可能な薄型表示素子への要望が高まっている。このような薄型表示素子として、有機エレクトロルミネッセンス素子（以下、有機ＥＬ素子と称する）の開発が進められている。
【０００３】
フルカラー表示を実現するための手段としては、赤色発光素子、緑色発光素子および青色発光素子を用いる方法と、白色発光素子と、光の３原色の単色光を透過させるカラーフィルタとを組み合わせて用いる方法が挙げられる。この白色光素子は青色発光材料とオレンジ色発光材料とを含み、青色発光材料が発する青色光とオレンジ色発光材料が発するオレンジ色光とを同時に発光させて白色を実現している。
【０００４】
上記白色発光素子においては、青色光を発する発光層およびオレンジ色光を発する発光層が形成される（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００１−５２８７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記のような有機ＥＬ素子においては、使用目的に応じてオレンジ色光を発する発光層の発光効率を向上させたい場合、または青色光を発する発光層の発光効率を向上させたい場合がある。
【０００６】
本発明の目的は、所望の発光層の発光効率が向上された有機エレクトロルミネッセンス素子およびそれを備える有機エレクトロルミネッセンス装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（１）第１の発明に係る有機エレクトロルミネッセンス素子は、第１の電極と第２の電極との間に第１の発光層と第２の発光層とを順に備え、第１の発光層と第２の発光層との間に薄膜層をさらに備え、第１の発光層は、第１のホスト材料および第１の波長の光を発生する第１の発光ドーパントを含み、第２の発光層は、第２のホスト材料および第１の波長よりも短い第２の波長の光を発生する第２の発光ドーパントを含み、薄膜層の最低空分子軌道のエネルギーレベルは、第２の発光層の第２の発光ドーパントの最低空分子軌道のエネルギーレベルよりも高いものである。
【０００８】
本発明に係る有機エレクトロルミネッセンス素子においては、第１の発光層と第２の発光層との間に薄膜層が設けられている。そして、薄膜層の最低空分子軌道のエネルギーレベルは、第２の発光層の第２の発光ドーパントの最低空分子軌道のエネルギーレベルよりも高い。
【０００９】
それにより、第２の発光層の第２の発光ドーパントの最低空分子軌道のエネルギーレベルから薄膜層の最低空分子軌道のエネルギーレベルへエネルギー障壁が形成される。これにより、第２の発光層の第２の発光ドーパントの最低空分子軌道のエネルギーレベルから薄膜層の最低空分子軌道のエネルギーレベルに電子が移動することが困難になる。その結果、第２の発光層の第２の発光ドーパントの最低空分子軌道のエネルギーレベルにある電子は、第２の発光層内で最高被占有分子軌道のエネルギーレベルにあるホールと再結合しやすくなる。したがって、第２の発光層の発光効率が向上され、有機エレクトロルミネッセンス素子全体の発光効率が向上される。
【００１０】
（２）薄膜層は、第１の発光層の第１のホスト材料と同じ誘導体材料からなってもよい。この場合、薄膜層はホールを輸送する役割も担う。それにより、ホールと電子との再結合領域が電子注入電極側へ移動する。したがって、ホールと再結合することなくホール注入電極側の層へ到達する電子が低減され、電子注入電極側でホールと電子とが再結合されやすくなる。その結果、有機エレクトロルミネッセンス素子の発光効率が向上される。
【００１１】
（３）薄膜層は、第２の発光層の第２のホスト材料と同じ誘導体材料からなってもよい。この場合、第１の発光層の第１のホスト材料の最高被占有分子軌道のエネルギーレベルから薄膜層の最高被占有分子軌道のエネルギーレベルへ高いエネルギー障壁が形成される。これにより、第１の発光層の第１の発光ドーパントおよび第１のホスト材料の最高被占有分子軌道のエネルギーレベルから薄膜層の最高被占有分子軌道のエネルギーレベルにホールが移動することが困難になる。その結果、第１の発光層の第１の発光ドーパントおよび第１のホスト材料の最高被占有分子軌道のエネルギーレベルにあるホールは、それぞれ第１の発光層内で最低空分子軌道のエネルギーレベルにある電子と再結合しやすくなる。したがって、第１の発光層の発光効率が向上され、有機エレクトロルミネッセンス素子全体の発光効率が向上される。
【００１２】
（４）薄膜層は、第１の発光層の第１のホスト材料と同じ誘導体材料と、第２の発光層の第２のホスト材料と同じ誘導体材料との混合物からなってもよい。
【００１３】
この場合、第２の発光層の第２の発光ドーパントの最低空分子軌道にある電子が、それよりも高い薄膜層の最低空分子軌道のエネルギーレベルを超えて移動することが困難となる。それにより、第２の発光層の第２の発光ドーパントの最低空分子軌道のエネルギーレベルにある電子は、第２の発光層内でホールと再結合しやすくなる。したがって、第２の発光層の発光効率が向上され、有機エレクトロルミネッセンス素子全体の発光効率が向上される。
【００１４】
また、薄膜層は第１の発光層の第１のホスト材料と同じ誘導体材料と、第２の発光層の第２のホスト材料と同じ誘導体材料とを含む。この薄膜層における２つの誘導体材料からなる混合物の混合比率を変えることにより、薄膜層の最低空分子軌道および最高被占有分子軌道のエネルギーレベルは変わらないが、第２の発光層へのホールの輸送性を変化させることが可能となる。すなわち、第１の発光層のホスト材料の最高被占有分子軌道のエネルギーレベルから第２の発光層へのエネルギー障壁によるホールの移動阻止性を調整することが可能となる。それにより、第１の発光層内および第２の発光層内での再結合の確率を調整することができる。したがって、発光色（発光強度）を調整することができる。
【００１５】
これらにより、使用目的に応じて発光効率を向上させることができるとともに、使用目的に応じて発光色を適切に調整することができる。
【００１６】
（５）第２の発光層は、ホール輸送性材料からなる補助ドーパントをさらに含み、薄膜層の最低空分子軌道のエネルギーレベルは、第２の発光層の補助ドーパントの最低空分子軌道のエネルギーレベルと同じである、またはそれよりも高くてもよい。
【００１７】
この場合、第２の発光層の補助ドーパントの最低空分子軌道のエネルギーレベルから薄膜層の最低空分子軌道のエネルギーレベルへより高いエネルギー障壁が形成される。これにより、第２の発光層の第２の発光ドーパントおよび補助ドーパントの最低空分子軌道のエネルギーレベルから薄膜層の最低空分子軌道のエネルギーレベルに電子が移動することがより困難になる。その結果、第２の発光層の第２の発光ドーパントおよび補助ドーパントの最低空分子軌道のエネルギーレベルにある電子は、それぞれ第２の発光層内で最高被占有分子軌道のエネルギーレベルにあるホールとより再結合しやすくなる。したがって、第２の発光層の発光効率がより向上され、有機エレクトロルミネッセンス素子全体の発光効率がより向上される。
【００１８】
（６）第１のホスト材料は、式（１）で示される分子構造を有するトリアリールアミン誘導体を含み、式（１）中のＡｒ５〜Ａｒ７は同一または異なり、芳香族置換基であってもよい。この場合、ホールと再結合することなくホール注入電極側の層へ到達する電子が低減され、有機エレクトロルミネッセンス素子の発光効率が向上される。
【００１９】
【化１】
【００２０】
（７）トリアリールアミン誘導体は、式（２）で示される分子構造を有するベンジジン誘導体を含み、式（２）中のＡｒ８〜Ａｒ１１は同一または異なり、芳香族置換基であってもよい。この場合、ホールと再結合することなくホール注入電極側の層へ到達する電子が低減され、有機エレクトロルミネッセンス素子の発光効率がより向上される。
【００２１】
【化２】
【００２２】
（８）ベンジジン誘導体は、式（３）で示される分子構造を有するN,N'-ジ(1-ナフチル)-N,N'-ジフェニル-ベンジジンを含んでもよい。この場合、ホールと再結合することなくホール注入電極側の層へ到達する電子が低減され、有機エレクトロルミネッセンス素子の発光効率がさらに向上される。
【００２３】
【化３】
【００２４】
（９）第２の発明に係る有機エレクトロルミネッセンス装置は、基板と、基板上に形成された第１の発明に係る１または複数の有機エレクトロルミネッセンス素子と、有機エレクトロルミネッセンス素子の上または下に形成された色変換部材とを備えたものである。
【００２５】
本発明に係る有機エレクトロルミネッセンス装置においては、１または複数の有機エレクトロルミネッセンス素子により発生された光が色変換部材を透過して外部に出射される。また、第１の発明に係る有機エレクトロルミネッセンス素子が用いられているので、第２の発光層の発光効率が向上され、有機エレクトロルミネッセンス素子全体の発光効率が向上された有機エレクトロルミネッセンス装置を得ることができる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、有機エレクトロルミネッセンス素子における所望の発光層の発光効率が向上される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、本発明に係る有機エレクトロルミネッセンス（以下、有機ＥＬと称する）素子およびそれを備える有機ＥＬ装置について説明する。
【００２８】
（第１の実施の形態）
図１は、第１の実施の形態に係る有機ＥＬ装置を示す模式的な断面図であり、図２は、図１の有機ＥＬ装置の構造を詳細に示した断面図である。
【００２９】
図１の有機ＥＬ装置は、有機ＥＬ素子１００、赤色カラーフィルタ層ＣＦＲ、緑色カラーフィルタ層ＣＦＧ、青色カラーフィルタ層ＣＦＢおよび基板１から構成される。
【００３０】
赤色カラーフィルタ層ＣＦＲ、緑色カラーフィルタ層ＣＦＧおよび青色カラーフィルタ層ＣＦＢは、有機ＥＬ素子１００および基板１の間に形成される。また、赤色カラーフィルタ層ＣＦＲ、緑色カラーフィルタ層ＣＦＧおよび青色カラーフィルタ層ＣＦＢにより有機ＥＬ装置の各画素が形成されるように配置される。
【００３１】
これら各カラーフィルタ層は、例えばガラスまたはプラスチック等の透明な材料からなる。また、各カラーフィルタ層として、ＣＣＭ（色彩転換媒体）を用いてもよく、ガラスまたはプラスチック等の透明な材料およびＣＣＭの両方を用いてもよい。
【００３２】
次に、図２を用いて図１の有機ＥＬ装置の構造の詳細を説明する。
【００３３】
図２に示すように、ガラスまたはプラスチック等からなる透明の基板１上に、例えば酸化シリコン（ＳｉＯ2 ）からなる層と窒化シリコン（ＳｉＮx ）からなる層との積層膜１１が形成される。
【００３４】
積層膜１１上の一部にＴＦＴ（薄膜トランジスタ）２０が形成される。ＴＦＴ２０はチャネル領域１２、ドレイン電極１３ｄ、ソース電極１３ｓ、ゲート酸化膜１４およびゲート電極１５からなる。
【００３５】
例えば、積層膜１１上の一部にポリシリコン層等からなるチャネル領域１２が形成される。チャネル領域１２上には、ドレイン電極１３ｄおよびソース電極１３ｓが形成される。チャネル領域１２上にゲート酸化膜１４が形成される。ゲート酸化膜１４上にゲート電極１５が形成される。
【００３６】
ＴＦＴ２０のドレイン電極１３ｄは後述のホール注入電極２に接続され、ＴＦＴ２０のソース電極１３ｓは電源線（図示せず）に接続される。
【００３７】
ゲート電極１５を覆うようにゲート酸化膜１４上に第１の層間絶縁膜１６が形成される。ドレイン電極１３ｄおよびソース電極１３ｓを覆うように第１の層間絶縁膜１６上に第２の層間絶縁膜１７が形成される。ゲート電極１５は電極（図示せず）に接続される。
【００３８】
なお、ゲート酸化膜１４は、例えば窒化シリコンからなる層と酸化シリコンからなる層との積層構造を有する。また、第１の層間絶縁膜１６は、例えば酸化シリコンからなる層と窒化シリコンからなる層との積層構造を有し、第２の層間絶縁膜１７は、例えば窒化シリコンからなる。
【００３９】
第２の層間絶縁膜１７上に、赤色カラーフィルタ層ＣＦＲ、緑色カラーフィルタ層ＣＦＧおよび青色カラーフィルタ層ＣＦＢがそれぞれ形成される。赤色カラーフィルタ層ＣＦＲは、赤色の波長領域の光を透過させ、緑色カラーフィルタ層ＣＦＧは、緑色の波長領域の光を透過させ、青色カラーフィルタ層ＣＦＢは、青色の波長領域の光を透過させる。なお、図２においては、青色カラーフィルタ層ＣＦＢを例示する。青色カラーフィルタ層ＣＦＢは、４００ｎｍ〜５３０ｎｍの波長領域の光を７０％以上透過させることが好ましく、８０％以上透過させることがより好ましい。
【００４０】
赤色カラーフィルタ層ＣＦＲ、緑色カラーフィルタ層ＣＦＧおよび青色カラーフィルタ層ＣＦＢを覆うように第２の層間絶縁膜１７上に、例えばアクリル樹脂等からなる第１の平坦化層１８が形成される。
【００４１】
第１の平坦化層１８上に有機ＥＬ素子１００が形成される。有機ＥＬ素子１００は、ホール注入電極２、ホール注入層３、ホール輸送層４、第１の発光層５ａ、薄膜層５ｃ、第２の発光層５ｂ、電子輸送層６および電子注入電極７を順に含む。第１の平坦化層１８上にホール注入電極２が各画素ごとに形成され、画素間の領域においてホール注入電極２を覆うように絶縁性の第２の平坦化層１９が形成される。なお、ホール注入電極２は、例えばインジウム−スズ酸化物（ＩＴＯ）等の透明導電膜からなる。電子注入電極７は、例えばフッ化リチウムとアルミニウムとが積層されて形成される。
【００４２】
基板１は、ガラスまたはプラスチック等からなる透明基板である。ホール注入層３は、例えば、プラズマＣＶＤ法（プラズマ化学的気相成長法）により形成されたＣＦX （フッ化炭素）からなる。
【００４３】
ホール輸送層４としては、例えば、下記式（１）に示されるトリアリールアミン誘導体を用いることができる。
【００４４】
【化４】
【００４５】
式（１）において、Ａｒ５〜Ａｒ７は芳香族置換基を示し、互いに同一であってもよいし、互いに異なってもよい。
【００４６】
式（１）中のＡｒ５〜Ａｒ７の芳香族置換基は、炭素数が１６以下であることが好ましい。この場合、トリアリールアミン誘導体の分子量が小さくなるので、ホール輸送層４の作製時における真空蒸着が容易になる。
【００４７】
ホール輸送層４として用いられるトリアリールアミン誘導体は、例えば、下記式（２）に示されるベンジジン誘導体である。
【００４８】
【化５】
【００４９】
式（２）において、Ａｒ８〜Ａｒ１１は芳香族置換基を示し、互いに同一であってもよいし、互いに異なってもよい。式（２）中のＡｒ８〜Ａｒ１１の芳香族置換基としては、フェニル基、3-メチルフェニル基、1-ナフチル基、2-ナフチル基、1,1'-ビフェニル-4-イル基、9-アンスリル基、2-チエニル基、2-ピリジル基、3-ピリジル基等が挙げられる。
【００５０】
式（２）中のＡｒ８〜Ａｒ１１の芳香族置換基は、炭素数が１６以下であることが好ましい。この場合、ベンジジン誘導体の分子量が小さくなるので、ホール輸送層４の作製時における真空蒸着が容易になる。
【００５１】
本実施の形態においては、ホール輸送層４は、下記式（３）に示されるN,N'-ジ(1-ナフチル)-N,N'-ジフェニル-ベンジジン（N,N'-Di(1-naphthyl)-N,N'-diphenyl-benzidine）（以下、ＮＰＢと略記する）である。
【００５２】
【化６】
【００５３】
また、本実施の形態においてホール輸送層４として用いられるトリアリールアミン誘導体は、下記式（４）に示されるトリフェニルアミン誘導体でもよい。
【００５４】
【化７】
【００５５】
式（４）において、Ａｒ１２〜Ａｒ１４は芳香族置換基を示し、互いに同一であってもよいし、互いに異なってもよい。式（４）中のＡｒ１２〜Ａｒ１４の芳香族置換基としては、フェニル基、3-メチルフェニル基、4-tert-ブチルフェニル基、1-ナフチル基、2-ナフチル基、1,1'-ビフェニル-4-イル基、9-アンスリル基、2-チエニル基、2-ピリジル基、3-ピリジル基等が挙げられる。
【００５６】
式（４）中のＡｒ１２〜Ａｒ１４の芳香族置換基は、炭素数が１６以下であることが好ましい。この場合、トリフェニルアミン誘導体の分子量が小さくなるので、ホール輸送層４の作製時における真空蒸着が容易になる。
【００５７】
第１の発光層５ａは、ホスト材料に第１のドーパントおよび第２のドーパントがドープされた構成を有する。
【００５８】
第１の発光層５ａのホスト材料としては、例えば、ホール輸送層４の材料と同じトリアリールアミン誘導体を用いることができる。
【００５９】
第１の発光層５ａのホスト材料として用いられるトリアリールアミン誘導体は、例えば、ベンジジン誘導体である。
【００６０】
本実施の形態においては、第１の発光層５ａのホスト材料は、ＮＰＢである。
【００６１】
また、本実施の形態において第１の発光層５ａのホスト材料として用いられるトリアリールアミン誘導体はトリフェニルアミン誘導体でもよい。
【００６２】
第１の発光層５ａの第１のドーパントとしては、例えば、下記式（５）に示されるテトラセン誘導体を用いることができる。
【００６３】
【化８】
【００６４】
式（５）において、Ａｒ１５〜Ａｒ１８は水素原子、ハロゲン原子、脂肪族置換基または芳香族置換基を示し、互いに同一であってもよいし、互いに異なってもよい。式（５）中のＡｒ１５〜Ａｒ１８の脂肪族置換基としては、メチル基、エチル基、1-プロピル基、2-プロピル基、tert-ブチル基等が挙げられる。式（５）中のＡｒ１５〜Ａｒ１８の芳香族置換基としては、フェニル基、3-メチルフェニル基、4-tert-ブチルフェニル基、1-ナフチル基、2-ナフチル基、4-tert-ブチル-1-ナフチル基、1,1'-ビフェニル-4-イル基、9-アンスリル基、2-チエニル基、2-ピリジル基、3-ピリジル基等が挙げられる。
【００６５】
式（５）中のＡｒ１５〜Ａｒ１８の脂肪族置換基は、炭素数が４以下であることが好ましく、式（５）中のＡｒ１５〜Ａｒ１８の芳香族置換基は、炭素数が１６以下であることが好ましい。この場合、テトラセン誘導体の分子量が小さくなるので、第１の発光層５ａの作製時における真空蒸着が容易になる。
【００６６】
本実施の形態においては、第１の発光層５ａの第１のドーパントは、例えば下記式（６）に示される5,12-ビス（4-ターシャリー-ブチルフェニル）-ナフタセン（5,12-Bis(4-tert-butylphenyl)-naphthacene）（以下、ｔＢｕＤＰＮと略記する）である。
【００６７】
【化９】
【００６８】
また、本実施の形態においては、第１の発光層５ａの第１のドーパントとして、下記式（７）に示されるペリレン誘導体を用いてもよい。
【００６９】
【化１０】
【００７０】
式（７）において、Ａｒ１９〜Ａｒ２２は水素原子、ハロゲン原子、脂肪族置換基または芳香族置換基を示し、互いに同一であってもよいし、互いに異なってもよい。式（７）中のＡｒ１９〜Ａｒ２２の脂肪族置換基としては、メチル基、エチル基、1-プロピル基、2-プロピル基、tert-ブチル基等が挙げられる。式（７）中のＡｒ１９〜Ａｒ２２の芳香族置換基としては、フェニル基、3-メチルフェニル基、4-tert-ブチルフェニル基、1-ナフチル基、2-ナフチル基、4-tert-ブチル-1-ナフチル基等が挙げられる。
【００７１】
式（７）中のＡｒ１９〜Ａｒ２２の脂肪族置換基は、炭素数が４以下であることが好ましく、式（７）中のＡｒ１９〜Ａｒ２２の芳香族置換基は、炭素数が１６以下であることが好ましい。この場合、ペリレン誘導体の分子量が小さくなるので、第１の発光層５ａの作製時における真空蒸着が容易になる。
【００７２】
第１の発光層５ａの第２のドーパントとしては、例えば、下記式（８）に示される5,12-ビス(4-(6-メチルベンゾチアゾール-2-イル)フェニル)-6,11-ジフェニルナフタセン（5,12-Bis(4-(6-methylbenzothiazol-2-yl)phenyl)-6,11-diphenylnaphthacen）（以下、ＤＢｚＲと略記する）を用いることができる。
【００７３】
【化１１】
【００７４】
ここで、第１の発光層５ａの第２のドーパントは発光し、第１のドーパントは、その最低空分子軌道（ＬＵＭＯ）および最高被占有分子軌道（ＨＯＭＯ）のエネルギーレベルが、それぞれホスト材料のＬＵＭＯレベルと第２のドーパントのＬＵＭＯレベルとの間におけるＬＵＭＯレベル、およびホスト材料のＨＯＭＯレベルと第２のドーパントのＨＯＭＯレベルとの間におけるＨＯＭＯレベルとなり、ホスト材料から第２のドーパントへのエネルギーの移動を促進することにより第２のドーパントの発光を補助する役割を担う。それにより、第１の発光層５ａは、５００ｎｍよりも大きく６５０ｎｍよりも小さいピーク波長を有する橙色光を発生する。
【００７５】
本実施の形態においては、薄膜層５ｃは、第１の発光層５ａのホスト材料と同じ誘導体材料から形成される。本実施の形態では、薄膜層５ｃはＮＰＢからなる。
【００７６】
第２の発光層５ｂは、ホスト材料に第１のドーパントおよび第２のドーパントがドープされた構成を有する。
【００７７】
第２の発光層５ｂのホスト材料としては、例えば、下記式（９）に示されるアントラセン誘導体を用いることができる。
【００７８】
【化１２】
【００７９】
上記式（９）において、Ａｒ１〜Ａｒ４は水素原子、ハロゲン原子、脂肪族置換基または芳香族置換基を示し、互いに同一であってもよいし、互いに異なってもよく、ｎは１〜３のいずれかの整数を示す。式（９）中のＡｒ１およびＡｒ３はアントラセン環の９位および１０位に置換し、Ａｒ２およびＡｒ４はアントラセン環の１〜８位のいずれかの位置に置換する。上記式（９）中のＡｒ１〜Ａｒ４の脂肪族置換基としては、メチル基、エチル基、1-プロピル基、2-プロピル基、tert-ブチル基等が挙げられる。上記式（９）中のＡｒ１〜Ａｒ４の芳香族置換基としては、フェニル基、3-メチルフェニル基、4-tert-ブチルフェニル基、1-ナフチル基、2-ナフチル基、4-tert-ブチル-1-ナフチル基、1,1'-ビフェニル-4-イル基、9-アンスリル基、2-チエニル基、2-ピリジル基、3-ピリジル基等が挙げられる。
【００８０】
式（９）中のＡｒ１〜Ａｒ４の脂肪族置換基は、炭素数が４以下であることが好ましく、式（９）中のＡｒ１〜Ａｒ４の芳香族置換基は、炭素数が１６以下であることが好ましい。この場合、アントラセン誘導体の分子量が小さくなるので、第２の発光層５ｂの作製時における真空蒸着が容易になる。
【００８１】
本実施の形態においては、第２の発光層５ｂは、下記式（１０）に示されるターシャリー-ブチル置換ジナフチルアントラセン（tert-butyl substituted dinaphthylanthracene）（以下、ＴＢＡＤＮと略記する）を用いることができる。
【００８２】
【化１３】
【００８３】
第２の発光層５ｂの第１のドーパントとしては、例えば、ホール輸送層４の材料と同じトリアリールアミン誘導体を用いることができる。
【００８４】
本実施の形態において第２の発光層５ｂの第１のドーパントとして用いられるトリアリールアミン誘導体は、例えば、ベンジジン誘導体である。
【００８５】
本実施の形態においては、第２の発光層５ｂの第１のドーパントは、ＮＰＢである。
【００８６】
第２の発光層５ｂの第２のドーパントとしては、例えば、下記式（１１）に示される1,4,7,10-テトラ-ターシャリー-ブチルペリレン（1,4,7,10-Tetra-tert-butylPerylene）（以下、ＴＢＰと略記する）を用いることができる。
【００８７】
【化１４】
【００８８】
ここで、第２の発光層５ｂの第２のドーパントは発光し、第１のドーパントはホール輸送性材料からなり、ホールの輸送を促進することにより第２のドーパントの発光を補助する役割を担う。それにより、第２の発光層５ｂは、４００ｎｍよりも大きく５００ｎｍよりも小さいピーク波長を有する青色光を発生する。
【００８９】
電子輸送層６としては、電子移動度の高い材料を用いることが好ましい。例えば、下記式（１２）に示されるフェナントロリン誘導体を用いることができる。
【００９０】
【化１５】
【００９１】
式（１２）において、Ｒ２３〜Ｒ２６は互いに同一であってもよいし、互いに異なってもよい。式（１２）中のＲ２３〜Ｒ２６は、水素原子、ハロゲン原子、脂肪族置換基または芳香族置換基を示し、Ｒ２５およびＲ２６は式（１２）のベンゼン環のオルト位、メタ位およびパラ位のいずれの位置にあってもよい。式（１２）の２３〜Ｒ２６の脂肪族置換基としては、メチル基、エチル基、1-プロピル基、2-プロピル基、tert-ブチル基等が挙げられ、芳香族置換基としては、フェニル基、1-ナフチル基、2-ナフチル基、9-アンスリル基、2-チエニル基、2-ピリジル基、3-ピリジル基等が挙げられる。
【００９２】
式（１２）中のＲ２３〜Ｒ２６の脂肪族置換基は、炭素数が４以下であることが好ましく、式（１２）中のＲ２３〜Ｒ２６の芳香族置換基は、炭素数が１６以下であることが好ましい。この場合、フェナントロリン誘導体の分子量が小さくなるので、電子輸送層６の作製時における真空蒸着が容易になる。
【００９３】
本実施の形態においては、電子輸送層６は、下記式（１３）に示される2,9-ジメチル-4,7-ジフェニル-1,10-フェナントロリン（2,9-Dimethyl-4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline）（以下、ＢＣＰと略記する）からなる。
【００９４】
【化１６】
【００９５】
なお、電子輸送層６として、下記式（１４）に示されるトリス(8-ヒドロキシキノリナト)アルミニウム（Tris(8-hydroxyquinolinato)aluminum）（以下、Ａｌｑと略記する）を用いてもよい。
【００９６】
【化１７】
【００９７】
図３は、本実施の形態に係る有機ＥＬ素子における第１の発光層５ａ、薄膜層５ｃおよび第２の発光層５ｂの最低空分子軌道（ＬＵＭＯ）および最高被占有分子軌道（ＨＯＭＯ）のエネルギーレベルならびに電子およびホールの移動過程の一例を示す模式図である。
【００９８】
上述したように、第１の発光層５ａのホスト材料と薄膜層５ｃと第２の発光層５ｂの第１のドーパントとは同一誘導体材料を用いているため、第１の発光層５ａのホスト材料のＬＵＭＯレベルと薄膜層５ｃのＬＵＭＯレベルと第２の発光層５ｂの第１のドーパントのＬＵＭＯレベルとは等しい。第１の発光層５ａのホスト材料のＬＵＭＯレベル、薄膜層５ｃのＬＵＭＯレベルおよび第２の発光層５ｂの第１のドーパントのＬＵＭＯレベルをＬ１とする。
【００９９】
また、第１の発光層５ａのホスト材料と薄膜層５ｃと第２の発光層５ｂの第１のドーパントとは同一誘導体材料を用いているため、第１の発光層５ａのホスト材料のＨＯＭＯレベルと薄膜層５ｃのＨＯＭＯレベルと第２の発光層５ｂの第１のドーパントのＨＯＭＯレベルとは等しい。第１の発光層５ａのホスト材料のＨＯＭＯレベル、薄膜層５ｃのＨＯＭＯレベルおよび第２の発光層５ｂの第１のドーパントのＨＯＭＯレベルをＨ１とする。
【０１００】
また、第１の発光層５ａの第１のドーパントのＬＵＭＯレベルおよびＨＯＭＯレベルをそれぞれＬ３およびＨ３とし、第１の発光層５ａの第２のドーパントのＬＵＭＯレベルおよびＨＯＭＯレベルをそれぞれＬ４およびＨ４とする。
【０１０１】
また、第２の発光層５ｂのホスト材料のＬＵＭＯレベルおよびＨＯＭＯレベルをそれぞれＬ０およびＨ０とし、第２の発光層５ｂの第２のドーパントのＬＵＭＯレベルおよびＨＯＭＯレベルをそれぞれＬ２およびＨ２とする。
【０１０２】
図３に示すように、第１の発光層５ａにおいては、（第２のドーパントのＬＵＭＯレベルＬ４）≦（第１のドーパントのＬＵＭＯレベルＬ３）≦（ホスト材料のＬＵＭＯレベルＬ１）の関係が成立する。なお、電子のエネルギーは矢印Ｖの方向に高くなる。
【０１０３】
第２の発光層５ｂにおいては、（第２のドーパントのＬＵＭＯレベルＬ２）≦（第１のドーパントのＬＵＭＯレベルＬ１）≦（ホスト材料のＬＵＭＯレベルＬ０）の関係が成立する。
【０１０４】
また、第１の発光層５ａにおいては、（第２のドーパントのＨＯＭＯレベルＨ４）≦（第１のドーパントのＨＯＭＯレベルＨ３）≦（ホスト材料のＨＯＭＯレベルＨ１）の関係が成立する。なお、ホールのエネルギーは矢印Ｕの方向に高くなる。
【０１０５】
第２の発光層５ｂにおいては、（第２のドーパントのＨＯＭＯレベルＨ２）≦（第１のドーパントのＨＯＭＯレベルＨ１）≦（ホスト材料のＨＯＭＯレベルＨ０）の関係が成立する。
【０１０６】
図２の有機ＥＬ素子１００のホール注入電極２と電子注入電極７との間に駆動電圧が印加されると、ホール注入電極２より供給されたホールがホール注入層３に注入され、電子注入電極７より供給された電子が電子輸送層６に注入される。
【０１０７】
ホール注入層３に注入されたホールはホール輸送層４を介して第１の発光層５ａ、薄膜層５ｃおよび第２の発光層５ｂに輸送され、電子輸送層６に注入された電子は第２の発光層５ｂ、薄膜層５ｃおよび第１の発光層５ａに輸送される。
【０１０８】
電子輸送層６から第２の発光層５ｂおよび薄膜層５ｃを通して第１の発光層５ａへ輸送される電子は、ホスト材料のＬＵＭＯレベルＬ１、第１のドーパントのＬＵＭＯレベルＬ３および第２のドーパントのＬＵＭＯレベルＬ４に移動する。
【０１０９】
第１の発光層５ａにおいて、ＬＵＭＯレベルＬ１にある電子は、ＬＵＭＯレベルＬ３またはＬ４に移動する。
【０１１０】
また、電子輸送層６から第２の発光層５ｂへ輸送される電子は、ホスト材料のＬＵＭＯレベルＬ０、第１のドーパントのＬＵＭＯレベルＬ１および第２のドーパントのＬＵＭＯレベルＬ２に移動する。
【０１１１】
第２の発光層５ｂにおいて、ＬＵＭＯレベルＬ０にある電子は、ＬＵＭＯレベルＬ１またはＬ２に移動する。
【０１１２】
ここで、第２の発光層５ｂのホスト材料のＬＵＭＯレベルＬ０および第１のドーパントのＬＵＭＯレベルＬ１に移動した電子は、薄膜層５ｃのＬＵＭＯレベルＬ１ならびに第１の発光層５ａのホスト材料のＬＵＭＯレベルＬ１、第１のドーパントのＬＵＭＯレベルＬ３および第２のドーパントのＬＵＭＯレベルＬ４に移動する。
【０１１３】
一方、本実施の形態においては、（第２の発光層５ｂの第２のドーパントのＬＵＭＯレベルＬ２）≦（薄膜層５ｃのＬＵＭＯレベルＬ１）の関係が成立するので、第２の発光層５ｂの第２のドーパントのＬＵＭＯレベルＬ２から薄膜層５ｃのＬＵＭＯレベルＬ１へエネルギー障壁が形成される。それにより、第２の発光層５ｂの第２のドーパントのＬＵＭＯレベルＬ２から薄膜層５ｃのＬＵＭＯレベルＬ１ならびに第１の発光層５ａのホスト材料のＬＵＭＯレベルＬ１、第１のドーパントのＬＵＭＯレベルＬ３および第２のドーパントのＬＵＭＯレベルＬ４に電子が移動することが困難になる。
【０１１４】
ホール輸送層４から第１の発光層５ａへ輸送されるホールは、ホスト材料のＨＯＭＯレベルＨ１、第１のドーパントのＨＯＭＯレベルＨ３および第２のドーパントのＨＯＭＯレベルＨ４に移動する。
【０１１５】
第１の発光層５ａにおいて、ＨＯＭＯレベルＨ１にあるホールは、ＨＯＭＯレベルＨ３またはＨ４に移動する。
【０１１６】
また、ホール輸送層４から第１の発光層５ａおよび薄膜層５ｃを通して第２の発光層５ｂへ輸送されるホールは、ホスト材料のＨＯＭＯレベルＨ０、第１のドーパントのＨＯＭＯレベルＨ１および第２のドーパントのＨＯＭＯレベルＨ２に移動する。
【０１１７】
第２の発光層５ｂにおいて、ＨＯＭＯレベルＨ０にあるホールは、ＨＯＭＯレベルＨ１またはＨ２に移動する。
【０１１８】
第１の発光層５ａにおいて、ＨＯＭＯレベルＨ４のホールとＬＵＭＯレベルＬ４の電子とが再結合し、第１の発光層５ａがオレンジ色に発光する。第２の発光層５ｂにおいて、ＨＯＭＯレベルＨ２のホールとＬＵＭＯレベルＬ２の電子とが再結合し、第２の発光層５ｂが青色に発光する。
【０１１９】
本実施の形態に係る有機ＥＬ装置は、以下の構成を有してもよい。
【０１２０】
図４は、他の実施の形態に係る有機ＥＬ装置を示す詳細断面図である。図４の有機ＥＬ装置は以下の点で図２の有機ＥＬ装置と構造が異なる。
【０１２１】
図４の有機ＥＬ装置においては、図２の有機ＥＬ装置と同様に、基板１上に積層膜１１、ＴＦＴ２０、第１の層間絶縁膜１６、第２の層間絶縁膜１７、青色カラーフィルタ層ＣＦＢ、第１の平坦化層１８、第２の平坦化層１９および有機ＥＬ素子１００が形成される。なお、図４においても、青色カラーフィルタ層ＣＦＢを例示する。
【０１２２】
その後、有機ＥＬ素子１００上に、透明の接着剤層２３を介してオーバーコート層２２、青色カラーフィルタ層ＣＦＢおよび透明の封止基板２１が順に積層された積層体が接着される。これにより、トップエミッション構造の有機ＥＬ装置が完成する。
【０１２３】
有機ＥＬ素子１００により発生された光は、赤色カラーフィルタ層ＣＦＲ、緑色カラーフィルタ層ＣＦＧおよび青色カラーフィルタ層ＣＦＢと透明の封止基板２１とを通じて外部に取り出される。
【０１２４】
図４の有機ＥＬ装置において、基板１は不透明な材料により形成されてもよい。また、有機ＥＬ素子１００のホール注入電極２は、例えば膜厚約５０ｎｍのインジウム−スズ酸化物（ＩＴＯ）と膜厚約１００ｎｍのアルミニウム、クロムまたは銀とを積層することにより形成される。この場合、ホール注入電極２は、有機ＥＬ素子１００により発生された光を封止基板２１側へ反射する。
【０１２５】
電子注入電極７は、透明な材料からなる。電子注入電極７は、例えば膜厚約１００ｎｍのインジウム−スズ酸化物（ＩＴＯ）と膜厚約２０ｎｍの銀とを積層することにより形成される。
【０１２６】
オーバーコート層２２は、例えば厚み約１μｍのアクリル樹脂等により形成される。赤色カラーフィルタ層ＣＦＲ、緑色カラーフィルタ層ＣＦＧおよび青色カラーフィルタ層ＣＦＢはそれぞれ約１μｍの厚みを有する。
【０１２７】
封止基板２１としては、例えばガラス、酸化シリコン（ＳｉＯ2 ）からなる層または窒化シリコン（ＳｉＮx ）からなる層を用いることができる。
【０１２８】
図４の有機ＥＬ装置においては、トップエミッション構造であることによりＴＦＴ２０上の領域も画素領域として用いることができる。すなわち、図４の有機ＥＬ装置では、図２の青色カラーフィルタ層ＣＦＢよりも大きい青色カラーフィルタ層ＣＦＢを用いることができる。それにより、より広い領域を画素領域として用いることができるので、有機ＥＬ装置の発光効率が向上する。
【０１２９】
（第１の実施の形態における効果）
上記実施の形態においては、第１の発光層５ａと第２の発光層５ｂとの間に薄膜層５ｃを設けている。そして、薄膜層５ｃのＬＵＭＯレベルＬ１は、第２の発光層５ｂの第２のドーパントのＬＵＭＯレベルＬ２よりも高い。それにより、第２の発光層５ｂの第２のドーパントのＬＵＭＯレベルＬ２にある電子は、第１の発光層５ａのホスト材料のＬＵＭＯレベルＬ１、第１のドーパントのＬＵＭＯレベルＬ３および第２のドーパントのＬＵＭＯレベルＬ４に移動することが困難になる。これにより、第２の発光層５ｂの第２のドーパントのＬＵＭＯレベルＬ２にある電子は、第２の発光層５ｂ内でＨＯＭＯレベルＨ２のホールと再結合しやすくなる。したがって、第２の発光層５ｂの発光効率が向上される。その結果、有機ＥＬ素子１００全体の発光効率が向上される。
【０１３０】
（第２の実施の形態）
本実施の形態に係る有機ＥＬ素子が第１の実施の形態に係る有機ＥＬ素子１００と異なる点は、薄膜層５ｃが第２の発光層５ｂのホスト材料と同じ誘導体材料からなる点である。本実施の形態では、薄膜層５ｃはＴＢＡＤＮからなる。
【０１３１】
図５は、本実施の形態に係る有機ＥＬ素子における第１の発光層５ａ、薄膜層５ｃおよび第２の発光層５ｂの最低空分子軌道および最高被占有分子軌道のエネルギーレベルならびに電子およびホールの移動過程の一例を示す模式図である。なお、以下の説明においては、図３の例と同じ構成および作用については省略する。
【０１３２】
図５に示すように、第２の発光層５ｂのホスト材料と薄膜層５ｃとは同一誘導体材料を用いているため、第２の発光層５ｂのホスト材料のＬＵＭＯレベルと薄膜層５ｃのＬＵＭＯレベルとは等しい。
【０１３３】
第２の発光層５ｂのホスト材料のＬＵＭＯレベルＬ０に移動した電子は、薄膜層５ｃのＬＵＭＯレベルＬ０ならびに第１の発光層５ａのホスト材料のＬＵＭＯレベルＬ１、第１のドーパントのＬＵＭＯレベルＬ３および第２のドーパントのＬＵＭＯレベルＬ４に移動する。
【０１３４】
本実施の形態においては、（第１の発光層５ａの第２のホスト材料のＨＯＭＯレベルＨ１）≦（薄膜層５ｃのＨＯＭＯレベルＨ０）の関係が成立するので、第１の発光層５ａのホスト材料のＨＯＭＯレベルＨ１から薄膜層５ｃのＨＯＭＯレベルＨ０へエネルギー障壁が形成される。それにより、第１の発光層５ａの第１のドーパントのＨＯＭＯレベルＨ３、第２のドーパントのＨＯＭＯレベルＨ４およびホスト材料のＨＯＭＯレベルＨ１から薄膜層５ｃのＨＯＭＯレベルＨ０ならびに第２の発光層５ｂのホスト材料のＨＯＭＯレベルＨ０、第１のドーパントのＨＯＭＯレベルＨ１および第２のドーパントのＨＯＭＯレベルＨ２にホールが移動することが困難になる。
【０１３５】
（第２の実施の形態における効果）
このように、本実施の形態においては、薄膜層５ｃのＨＯＭＯレベルＨ０は、第１の発光層５ａの第１のドーパントのＨＯＭＯレベルＨ３、第２のドーパントのＨＯＭＯレベルＨ４およびホスト材料のＨＯＭＯレベルＨ１よりも高い。それにより、第１の発光層５ａの第１のドーパントのＨＯＭＯレベルＨ３、第２のドーパントのＨＯＭＯレベルＨ４およびホスト材料のＨＯＭＯレベルＨ１にあるホールは、第２の発光層５ｂのホスト材料のＨＯＭＯレベルＨ０、第１のドーパントのＨＯＭＯレベルＨ１および第２のドーパントのＨＯＭＯレベルＨ２に移動すること困難になる。これにより、第１の発光層５ａの第１のドーパントのＨＯＭＯレベルＨ３、第２のドーパントのＨＯＭＯレベルＨ４およびホスト材料のＨＯＭＯレベルＨ１にあるホールは、第１の発光層５ａ内でそれぞれＬＵＭＯレベルＬ３，Ｌ４，Ｌ１の電子と再結合しやすくなる。したがって、第１の発光層５ａの発光効率がより向上される。その結果、有機ＥＬ素子１００全体の発光効率がより向上される。
【０１３６】
（第３の実施の形態）
本実施の形態に係る有機ＥＬ素子が第１の実施の形態に係る有機ＥＬ素子１００と異なる点は、薄膜層５ｃが第１の発光層５ａのホスト材料と同じ誘導体材料と第２の発光層５ｂのホスト材料と同じ誘導体材料との混合物からなる点である。本実施の形態では、薄膜層５ｃはＮＰＢとＴＢＡＤＮとの混合物からなる。
【０１３７】
図６は、本実施の形態に係る有機ＥＬ素子における第１の発光層５ａ、薄膜層５ｃおよび第２の発光層５ｂの最低空分子軌道および最高被占有分子軌道のエネルギーレベル、ならびに電子およびホールの移動過程の一例を示す模式図である。なお、以下の説明においては、図３および図５の例と同じ構成および作用については省略する。
【０１３８】
図６に示すように、薄膜層５ｃは、第１の発光層５ａのホスト材料と同じ誘導体材料と第２の発光層５ｂのホスト材料と同じ誘導体材料との混合物を用いているため、第１の発光層５ａのホスト材料および第２の発光層５ｂのホスト材料の両方のＬＵＭＯレベルと同じＬＵＭＯレベルを有し、かつ、第１の発光層５ａのホスト材料および第２の発光層５ｂのホスト材料の両方のＨＯＭＯレベルと同じＨＯＭＯレベルを有する。
【０１３９】
第２の発光層５ｂのホスト材料のＬＵＭＯレベルＬ０に移動した電子は、第１のドーパントのＬＵＭＯレベルＬ１および第２のドーパントのＬＵＭＯレベルＬ２に移動する。
【０１４０】
ここで、第２の発光層５ｂのホスト材料のＬＵＭＯレベルＬ０および第２の発光層５ｂの第１のドーパントのＬＵＭＯレベルＬ１に移動した電子は、薄膜層５ｃのＬＵＭＯレベルＬ０およびＬＵＭＯレベルＬ１に移動し、さらに第１の発光層５ａのホスト材料のＬＵＭＯレベルＬ１、第１のドーパントのＬＵＭＯレベルＬ３および第２のドーパントのＬＵＭＯレベルＬ４に移動する。
【０１４１】
本実施の形態においては、（第２の発光層５ｂの第２のドーパントのＬＵＭＯレベルＬ２）≦（薄膜層５ｃのＬＵＭＯレベルＬ０，Ｌ１）の関係が成立するので、第２の発光層５ｂの第２のドーパントのＬＵＭＯレベルＬ２から薄膜層５ｃのＬＵＭＯレベルＬ０，Ｌ１ヘエネルギー障壁が形成される。それにより、第１の実施の形態と同様に、第２の発光層５ｂの第２のドーパントのＬＵＭＯレベルＬ２にある電子が、第１の発光層５ａへ移動することが困難となる。
【０１４２】
一方、ホール輸送層４からのホールは、薄膜層５ｃを介して第２の発光層５ｂホスト材料のＨＯＭＯレベルＨ０、第１のドーパントのＨＯＭＯレベルＨ１および第２のドーパントのＨＯＭＯレベルＨ２に移動するが、本実施の形態においては、薄膜層５ｃはＨＯＭＯレベルＨ０，Ｈ１を有する。
【０１４３】
したがって、第１の発光層５ａのホスト材料のＨＯＭＯレベルＨ１から第２の発光層５ｂに移動するホールに対しては、薄膜層５ｃのＨＯＭＯレベルＨ０がエネルギー障壁となる。それにより、薄膜層５ｃが第１の発光層５ａのホスト材料と同じ誘導体材料のみで構成されている場合（図３の構成）に比べて、ホールの移動は制限される。
【０１４４】
（第３の実施の形態における効果）
上記のような構成により、本実施の形態では、電子に対しては、第２の発光層５ｂの第２のドーパントのＬＵＭＯレベルＬ２から第１の発光層５ａへの移動を妨げるエネルギー障壁を形成する。その結果、第２の発光層５ｂの第２のドーパントのＬＵＭＯレベルＬ２にある電子は、第２の発光層５ｂ内でＨＯＭＯレベルＨ２のホールと再結合しやすくなる。したがって、第２の発光層５ｂの発光効率が向上される。その結果、有機ＥＬ素子全体の発光効率が向上される。
【０１４５】
また、薄膜層５ｃは、第２の発光層５ｂのホスト材料であるＴＢＡＤＮに加えてホール輸送性材料であるＮＰＢを含む。薄膜層５ｃにおける２つの誘導体材料からなる混合物の混合比率を変えることにより、薄膜層５ｃのＬＵＭＯレベルおよびＨＯＭＯレベルは変わらないが、第２の発光層５ｂへのホールの輸送性を変化させることが可能となる。すなわち、第１の発光層５ａのホスト材料のＨＯＭＯレベルＨ１から第２の発光層５ｂへのエネルギー障壁によるホールの移動阻止性を調整することが可能となる。それにより、第１の発光層５ａ内および第２の発光層５ｂ内での再結合の確率を調整することができる。したがって、発光色（発光強度）を調整することができる。
【０１４６】
これらにより、使用目的に応じて発光効率を向上させることができるとともに、使用目的に応じて発光色を適切に調整することができる。
【０１４７】
（他の実施の形態）
なお、上記各実施の形態においては、第１の発光層５ａのホスト材料としてホール輸送層４と同じ材料が用いられているが、第１の発光層５ａがホール輸送層としての役割を担うことができるのであれば、第１の発光層５ａのホスト材料とホール輸送層４の材料とが互いに異なってもよい。
【０１４８】
（請求項の各構成要素と実施の形態の各部との対応関係）
上記各実施の形態においては、ホール注入電極２が第１の電極に相当し、電子注入電極７が第２の電極に相当し、第１の発光層５ａの第２のドーパントが第１の発光ドーパントに相当し、第２の発光層５ｂの第２のドーパントが第２の発光ドーパントに相当し、第２の発光層５ｂの第１のドーパントが補助ドーパントに相当し、赤色カラーフィルタ層ＣＦＲ、緑色カラーフィルタ層ＣＦＧおよび青色カラーフィルタ層ＣＦＢが色変換部材に相当する。
【実施例】
【０１４９】
以下、実施例１〜３および比較例の有機ＥＬ素子を作製し、作製した有機ＥＬ素子の発光効率およびＣＩＥ（Commission Internationale d'Eclairage：国際照明委員会）色度座標（ｘ，ｙ）をそれぞれ測定した。なお、作製した各有機ＥＬ素子においては、ホール注入層３は設けなかった。
【０１５０】
（実施例１）
実施例１においては、図２の構成を有する有機ＥＬ素子１００を次のように作製した。
【０１５１】
ガラスからなる基板１上にインジウム−スズ酸化物（ＩＴＯ）からなるホール注入電極２を形成した。
【０１５２】
次に、ホール注入電極２上に、ホール輸送層４、第１の発光層５ａ、薄膜層５ｃ、第２の発光層５ｂおよび電子輸送層６を真空蒸着により順に形成した。
【０１５３】
ホール輸送層４は、膜厚１５５ｎｍのＮＰＢからなる。第１の発光層５ａは、膜厚３００ｎｍを有し、ＮＰＢからなるホスト材料にｔＢｕＤＰＮからなる第１のドーパントを２０体積％添加し、第２のドーパントを３体積％添加することにより形成される。また、薄膜層５ｃは、膜厚５ｎｍのＮＰＢからなる。
【０１５４】
第２の発光層５ｂは、膜厚４５０ｎｍを有し、ホスト材料にＮＰＢからなる第１のドーパントを２０体積％添加し、第２のドーパントを２．５体積％添加することにより形成される。また、電子輸送層６は、膜厚１０ｎｍを有する。
【０１５５】
その後、電子輸送層６上に、１ｎｍのフッ化リチウム膜および２００ｎｍのアルミニウム膜の積層構造からなる電子注入電極７を形成した。
【０１５６】
以上のようにして作製した有機ＥＬ素子の２０ｍＡ／ｃｍ2 での発光効率およびＣＩＥ色度座標（ｘ，ｙ）を測定した。なお、ＣＩＥ色度座標（ｘ，ｙ）は、それぞれ色空間をＸＹＺ座標系で表したＣＩＥ表色系でのｘ座標およびｙ座標である。
【０１５７】
その結果、発光効率は１４．１６ｃｄ／Ａとなり、ＣＩＥ色度座標（ｘ，ｙ）は、（０．１９，０．３８）となった。
【０１５８】
（実施例２）
実施例２においては、薄膜層５ｃを第２の発光層５ｂのホスト材料により構成した点を除いて、実施例１と同じ構成を有する有機ＥＬ素子を作製した。
【０１５９】
作製した有機ＥＬ素子の２０ｍＡ／ｃｍ2 での発光効率およびＣＩＥ色度座標（ｘ，ｙ）を測定した。
【０１６０】
その結果、発光効率は１４．７８ｃｄ／Ａとなり、ＣＩＥ色度座標（ｘ，ｙ）は、（０．４３，０．４２）となった。
【０１６１】
（実施例３）
実施例３においては、薄膜層５ｃを第２の発光層５ｂのホスト材料に対してＮＰＢを２０体積％混合することによって得られた膜により形成した点を除いて、実施例１と同じ構成を有する有機ＥＬ素子を作製した。
【０１６２】
作製した有機ＥＬ素子の２０ｍＡ／ｃｍ2 での発光効率およびＣＩＥ色度座標（ｘ，ｙ）を測定した。
【０１６３】
その結果、発光効率は１３．６１ｃｄ／Ａとなり、ＣＩＥ色度座標（ｘ，ｙ）は、（０．２９，０．３９）となった。
【０１６４】
（比較例）
比較例においては、薄膜層５ｃを設けなかった点を除いて、実施例１と同じ構成を有する有機ＥＬ素子を作製した。
【０１６５】
作製した有機ＥＬ素子の２０ｍＡ／ｃｍ2 での発光効率およびＣＩＥ色度座標（ｘ，ｙ）を測定した。
【０１６６】
その結果、発光効率は１１．９７ｃｄ／Ａとなり、ＣＩＥ色度座標（ｘ，ｙ）は、（０．２７，０．３８）となった。
【０１６７】
（評価）
上記の実施例１〜３で作製した有機ＥＬ素子１００の発光効率は、比較例で作製した有機ＥＬ素子の発光効率よりも１０〜２０％高くなった。それにより、消費電力を低減することができた。
【０１６８】
また、各有機ＥＬ素子における発光色は、ＣＩＥ色度座標（ｘ，ｙ）からわかるように、実施例１の有機ＥＬ素子では青寄りの白色、実施例２の有機ＥＬ素子ではオレンジ寄りの白色、実施例３の有機ＥＬ素子ではほぼ白色となった。
【０１６９】
これらは、実施例１の有機ＥＬ素子では青色発光層である第２の発光層５ｂで多くの再結合が起こり、実施例２の有機ＥＬ素子ではオレンジ色発光層である第１の発光層５ａで多くの再結合が起こり、実施例３の有機ＥＬ素子では、第１の発光層５ａおよび第２の発光層５ｂの両発光層での再結合の割合が調整された結果、発光強度のバランスが適切になったためであると考えられる。
【産業上の利用可能性】
【０１７０】
本発明に係る有機エレクトロルミネッセンス素子は、各光源または表示装置等に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１７１】
【図１】第１の実施の形態に係る有機ＥＬ装置を示す模式的な断面図である。
【図２】図１の有機ＥＬ装置の構造を詳細に示した断面図である。
【図３】本実施の形態に係る有機ＥＬ素子における第１の発光層、薄膜層および第２の発光層の最低空分子軌道および最高被占有分子軌道のエネルギーレベルならびに電子およびホールの移動過程の一例を示す模式図である。
【図４】他の実施の形態に係る有機ＥＬ装置を示す詳細断面図である。
【図５】本実施の形態に係る有機ＥＬ素子における第１の発光層、薄膜層および第２の発光層の最低空分子軌道および最高被占有分子軌道のエネルギーレベルならびに電子およびホールの移動過程の一例を示す模式図である。
【図６】本実施の形態に係る有機ＥＬ素子における第１の発光層、薄膜層および第２の発光層の最低空分子軌道および最高被占有分子軌道のエネルギーレベルならびに電子およびホールの移動過程の一例を示す模式図である。
【符号の説明】
【０１７２】
１ 基板
２ ホール注入電極
３ ホール注入層
４ ホール輸送層
５ａ 第１の発光層
５ｂ 第２の発光層
５ｃ 薄膜層
６ 電子輸送層
７ 電子注入電極
１００ 有機エレクトロルミネッセンス素子
ＣＦＲ 赤色カラーフィルタ層
ＣＦＧ 緑色カラーフィルタ層
ＣＦＢ 青色カラーフィルタ層
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の電極と第２の電極との間に第１の発光層と第２の発光層とを順に備え、
前記第１の発光層と前記第２の発光層との間に薄膜層をさらに備え、
前記第１の発光層は、第１のホスト材料および第１の波長の光を発生する第１の発光ドーパントを含み、
前記第２の発光層は、第２のホスト材料および前記第１の波長よりも短い第２の波長の光を発生する第２の発光ドーパントを含み、
前記薄膜層の最低空分子軌道のエネルギーレベルは、前記第２の発光層の第２の発光ドーパントの最低空分子軌道のエネルギーレベルよりも高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２】
前記薄膜層は、前記第１の発光層の第１のホスト材料と同じ誘導体材料からなることを特徴とする請求項１記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項３】
前記薄膜層は、前記第２の発光層の第２のホスト材料と同じ誘導体材料からなることを特徴とする請求項１記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項４】
前記薄膜層は、前記第１の発光層の第１のホスト材料と同じ誘導体材料と、前記第２の発光層の第２のホスト材料と同じ誘導体材料との混合物からなることを特徴とする請求項１記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項５】
前記第２の発光層は、ホール輸送性材料からなる補助ドーパントをさらに含み、
前記薄膜層の最低空分子軌道のエネルギーレベルは、前記第２の発光層の補助ドーパントの最低空分子軌道のエネルギーレベルと同じである、またはそれよりも高いことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項６】
前記第１のホスト材料は、式（１）で示される分子構造を有するトリアリールアミン誘導体を含み、式（１）中のＡｒ５〜Ａｒ７は同一または異なり、芳香族置換基であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【化１】
【請求項７】
前記トリアリールアミン誘導体は、式（２）で示される分子構造を有するベンジジン誘導体を含み、式（２）中のＡｒ８〜Ａｒ１１は同一または異なり、芳香族置換基であることを特徴とする請求項６記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【化２】
【請求項８】
前記ベンジジン誘導体は、式（３）で示される分子構造を有するN,N'-ジ(1-ナフチル)-N,N'-ジフェニル-ベンジジンを含むことを特徴とする請求項７記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【化３】
【請求項９】
基板と、
前記基板上に形成された請求項１〜８のいずれかに記載の１または複数の有機エレクトロルミネッセンス素子と、
前記有機エレクトロルミネッセンス素子の上または下に形成された色変換部材とを備えたことを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス装置。
【請求項１】
第１の電極と第２の電極との間に第１の発光層と第２の発光層とを順に備え、
前記第１の発光層と前記第２の発光層との間に薄膜層をさらに備え、
前記第１の発光層は、第１のホスト材料および第１の波長の光を発生する第１の発光ドーパントを含み、
前記第２の発光層は、第２のホスト材料および前記第１の波長よりも短い第２の波長の光を発生する第２の発光ドーパントを含み、
前記薄膜層の最低空分子軌道のエネルギーレベルは、前記第２の発光層の第２の発光ドーパントの最低空分子軌道のエネルギーレベルよりも高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２】
前記薄膜層は、前記第１の発光層の第１のホスト材料と同じ誘導体材料からなることを特徴とする請求項１記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項３】
前記薄膜層は、前記第２の発光層の第２のホスト材料と同じ誘導体材料からなることを特徴とする請求項１記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項４】
前記薄膜層は、前記第１の発光層の第１のホスト材料と同じ誘導体材料と、前記第２の発光層の第２のホスト材料と同じ誘導体材料との混合物からなることを特徴とする請求項１記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項５】
前記第２の発光層は、ホール輸送性材料からなる補助ドーパントをさらに含み、
前記薄膜層の最低空分子軌道のエネルギーレベルは、前記第２の発光層の補助ドーパントの最低空分子軌道のエネルギーレベルと同じである、またはそれよりも高いことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項６】
前記第１のホスト材料は、式（１）で示される分子構造を有するトリアリールアミン誘導体を含み、式（１）中のＡｒ５〜Ａｒ７は同一または異なり、芳香族置換基であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【化１】
【請求項７】
前記トリアリールアミン誘導体は、式（２）で示される分子構造を有するベンジジン誘導体を含み、式（２）中のＡｒ８〜Ａｒ１１は同一または異なり、芳香族置換基であることを特徴とする請求項６記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【化２】
【請求項８】
前記ベンジジン誘導体は、式（３）で示される分子構造を有するN,N'-ジ(1-ナフチル)-N,N'-ジフェニル-ベンジジンを含むことを特徴とする請求項７記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【化３】
【請求項９】
基板と、
前記基板上に形成された請求項１〜８のいずれかに記載の１または複数の有機エレクトロルミネッセンス素子と、
前記有機エレクトロルミネッセンス素子の上または下に形成された色変換部材とを備えたことを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００６−１００８０６（Ｐ２００６−１００８０６Ａ）
【公開日】平成１８年４月１３日（２００６．４．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−２４６０２２（Ｐ２００５−２４６０２２）
【出願日】平成１７年８月２６日（２００５．８．２６）
【出願人】（０００００１８８９）三洋電機株式会社 (18,308)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年４月１３日（２００６．４．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年８月２６日（２００５．８．２６）
【出願人】（０００００１８８９）三洋電機株式会社 (18,308)
【Ｆターム（参考）】
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