有機エレクトロルミネッセンス素子
【課題】 駆動電圧が低くかつ長寿命な有機エレクトロルミネッセンス素子を提供することおよび駆動電圧が低くかつ所望の発光色を得ることが可能な有機エレクトロルミネッセンス素子を提供することである。
【解決手段】 有機ＥＬ素子１００は、基板１上にホール注入電極２、ホール注入層３ａ、ホール輸送層４、発光層５、電子注入制限層６、電子輸送層７および電子注入電極８が順に積層された構造を有する。電子注入制限層６としては電子輸送層７に比べて電子移動度が低いまたは最低空分子軌道（ＬＵＭＯ）のエネルギーレベルが低い材料を用いる。
【解決手段】 有機ＥＬ素子１００は、基板１上にホール注入電極２、ホール注入層３ａ、ホール輸送層４、発光層５、電子注入制限層６、電子輸送層７および電子注入電極８が順に積層された構造を有する。電子注入制限層６としては電子輸送層７に比べて電子移動度が低いまたは最低空分子軌道（ＬＵＭＯ）のエネルギーレベルが低い材料を用いる。
【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に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、情報機器の多様化に伴い、一般に使用されているＣＲＴ（陰極線管）に比べて消費電力が少ない平面表示素子に対するニーズが高まってきている。このような平面表示素子の一つとして、高効率・薄型・軽量・低視野角依存性等の特徴を有する有機エレクトロルミネッセンス(以下、有機ＥＬと略記する。)素子が注目されている。
【０００３】
有機ＥＬ素子は、ホール注入電極と電子注入電極との間に、ホール輸送層、発光層および電子輸送層が順に形成された積層構造を有する。
【０００４】
従来の有機ＥＬ素子においては、電子輸送層として、例えば、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、Ａｌｑ３と略記する）等が一般に広く用いられてきた。
【０００５】
しかし、上記のＡｌｑ３は電子移動度が低い。そのため、電子輸送層としてＡｌｑ３を用いた場合、発光層へ十分な電子を注入しようとすると駆動電圧が高くなり、消費電力が大きくなる。
【０００６】
非特許文献１には、Ａｌｑ３よりも高い電子移動度を有する材料としてフェナントロリン誘導体が報告されている。また、非特許文献２にはＡｌｑ３よりも高い電子移動度を有する材料としてシロール誘導体が報告されている。これらの電子移動度の高い有機材料を電子輸送層に用いることにより、駆動電圧を大きく低減することができる。
【非特許文献１】Appl．Phys．Lett．，Vol．76，No．2，10 January 2000，p197-199
【非特許文献２】Appl．Phys．Lett．，Vol．80，No．2，14 January 2002，p189-191
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記の非特許文献１および非特許文献２に記載されているような電子移動度の高い材料を電子輸送層として用いた場合、有機ＥＬ素子内における電子とホールとの再結合領域がホール注入電極側に移動し、ホール輸送層に到達する電子の量が多くなる。ホール輸送層の材料として一般的に用いられているトリフェニルアミン誘導体は、電子を受け入れると非常に不安定になり劣化する。その結果、有機ＥＬ素子の発光寿命が短くなる。
【０００８】
また、２層以上の発光層を有する有機ＥＬ素子においては、電子とホールとの再結合領域がホール注入電極側に移動すると、ホール注入電極側の発光層における発光強度が電子注入電極側の発光層における発光強度に比べて高くなり、所望の発光色が得られなくなる。
【０００９】
本発明の目的は、駆動電圧が低くかつ長寿命な有機エレクトロルミネッセンス素子を提供することである。
【００１０】
本発明の他の目的は、駆動電圧が低くかつ所望の発光色を得ることが可能な有機エレクトロルミネッセンス素子を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係る有機エレクトロルミネッセンス素子は、ホール注入電極と、発光層と、電子注入電極とを順に備え、発光層と電子注入電極との間に電子の輸送を促進する電子輸送層と、電子の移動を制限する電子制限層とをさらに備えたものである。
【００１２】
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、発光層と電子注入電極との間に電子の輸送を促進する電子輸送層が設けられている。それにより、電子を効率よく発光層に注入することができるので、有機エレクトロルミネッセンス素子の駆動電圧を低くすることができる。
【００１３】
また、発光層と電子注入電極との間に電子の移動を制限する電子制限層が設けられている。それにより、電子注入電極から発光層へと注入される電子の移動が制限され、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発光層を通り抜けてホール注入電極側の層に到達する電子が低減される。その結果、電子によるホール注入電極側の層の劣化を防止することができ、有機エレクトロルミネッセンス素子の発光寿命を長くすることができる。
【００１４】
なお、電子制限層の材料としては、電子輸送層の材料よりも低い電子移動度を有する材料が選択される。
【００１５】
電子制限層は、発光層と電子輸送層との間に設けられてもよい。この場合、電子輸送層によって電子の輸送が促進され、有機エレクトロルミネッセンス素子の駆動電圧が低下する。さらに電子制限層によってホール注入電極側の層の劣化を防止することができ、有機エレクトロルミネッセンス素子の発光寿命が長くなる。
【００１６】
電子制限層は、電子輸送層と電子注入電極との間に設けられてもよい。この場合、電子輸送層によって電子の輸送が促進され、有機エレクトロルミネッセンス素子の駆動電圧が低下する。さらに電子制限層によってホール注入電極側の層の劣化を防止することができ、有機エレクトロルミネッセンス素子の発光寿命が長くなる。
【００１７】
電子制限層の最低空分子軌道のエネルギーレベルは、電子輸送層の最低空分子軌道のエネルギーレベルより低くてもよい。この場合、電子輸送層から電子制限層へと注入される電子を確実に制限することができるので、電子によるホール注入電極側の層の劣化を確実に防止することができる。それにより、有機エレクトロルミネッセンス素子の発光寿命を確実に延ばすことができる。
【００１８】
電子制限層は式（１）で示される分子構造を有する有機化合物を含み、式（１）中のＲ１〜Ｒ３は同一または異なり、水素原子、ハロゲン原子またはアルキル基であってもよい。この場合、電子制限層の最低空分子軌道のエネルギーレベルが低くなるとともに電子制限層における電子移動度が低くなるので、ホール注入電極側の層への電子の到達が十分に抑制され、有機エレクトロルミネッセンス素子の発光寿命を十分に延ばすことができる。
【００１９】
【化１】
【００２０】
電子制限層は式（２）で示される分子構造を有するトリス(8-ヒドロキシキノリナト)アルミニウム（Tris(8-hydroxyquinolinato)aluminum）を含んでもよい。この場合、電子制限層の最低空分子軌道のエネルギーレベルが低くなるとともに電子制限層における電子移動度が低くなるので、ホール注入電極側の層への電子の到達が十分に抑制され、有機エレクトロルミネッセンス素子の発光寿命を十分に延ばすことができる。
【００２１】
【化２】
【００２２】
電子制限層は式（３）で示される分子構造を有する有機化合物を含み、式（３）中のＲ４〜Ｒ７は同一または異なり、水素原子、ハロゲン原子またはアルキル基であってもよい。この場合、電子制限層の最低空分子軌道のエネルギーレベルが低くなるとともに電子制限層における電子移動度が低くなるので、ホール注入電極側の層への電子の到達が十分に抑制され、有機エレクトロルミネッセンス素子の発光寿命を十分に延ばすことができる。
【００２３】
【化３】
【００２４】
電子制限層はアントラセン誘導体を含んでもよい。この場合、電子制限層の最低空分子軌道のエネルギーレベルが低くなるとともに電子制限層における電子移動度が低くなるので、ホール注入電極側の層への電子の到達が十分に抑制され、有機エレクトロルミネッセンス素子の発光寿命を十分に延ばすことができる。
【００２５】
電子制限層は式（４）に示される分子構造を有するターシャリー-ブチル置換ジナフチルアントラセンを含んでもよい。この場合、電子制限層の最低空分子軌道のエネルギーレベルが低くなるとともに電子制限層における電子移動度が低くなるので、ホール注入電極側の層への電子の到達が十分に抑制され、有機エレクトロルミネッセンス素子の発光寿命を十分に延ばすことができる。
【００２６】
【化４】
【００２７】
電子輸送層はフェナントロリン化合物を含んでもよい。この場合、電子の移動が十分に促進されるので、有機エレクトロルミネッセンス素子の駆動電圧を十分に低下させることができる。
【００２８】
電子輸送層は式（５）に示される分子構造を有する1,10-フェナントロリンまたはその誘導体を含んでもよい。この場合、電子の移動が十分に促進されるので、有機エレクトロルミネッセンス素子の駆動電圧を十分に低下させることができる。
【００２９】
【化５】
【００３０】
電子輸送層は式（６）に示される分子構造を有するフェナントロリン誘導体を含み、式（６）中のＲ８〜Ｒ１１は同一または異なり、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であってもよい。この場合、電子の移動が十分に促進されるので、有機エレクトロルミネッセンス素子の駆動電圧を十分に低下させることができる。
【００３１】
【化６】
【００３２】
電子輸送層は式（７）に示される分子構造を有する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）を含んでもよい。この場合、電子の移動が十分に促進されるので、有機エレクトロルミネッセンス素子の駆動電圧を十分に低下させることができる。
【００３３】
【化７】
【００３４】
電子輸送層は式（８）に示される分子構造を有するシロール誘導体を含み、式（８）中のＲ１２〜Ｒ１５は同一または異なり、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であってもよい。この場合、電子の移動が十分に促進されるので、有機エレクトロルミネッセンス素子の駆動電圧を十分に低下させることができる。
【００３５】
【化８】
【００３６】
発光層は、ホスト材料と発光ドーパントとを含んでもよい。この場合、有機エレクトロルミネッセンス素子の発光効率を向上させることができる。
【００３７】
ホスト材料は、アントラセン誘導体、アルミニウム錯体、ルブレン誘導体およびアリールアミン誘導体のいずれかを含んでもよい。この場合、有機エレクトロルミネッセンス素子の発光効率を向上させることができる。
【００３８】
発光ドーパントは三重項励起エネルギーを発光に変換しうる材料を含んでもよい。この場合、有機エレクトロルミネッセンス素子の発光効率をさらに向上させることができる。
【００３９】
ホスト材料は、式（４）で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）を含み、ドーパントは式（９）で示される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）を含んでもよい。この場合、高効率な青色光の取り出しが可能である。
【００４０】
【化９】
【００４１】
【化１０】
【００４２】
ホスト材料は式（１０）で示される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）を含み、発光ドーパントは式（１１）で示される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）を含んでもよい。この場合、高効率な緑色光の取り出しが可能である。また、ホスト材料としてホール輸送性の材料が用いられているので、発光層中でホールが効率よく輸送される。それにより、ホールと再結合することなく発光層を通り抜けてホール注入電極側の層に到達する電子が低減される。その結果、電子によるホール注入電極側の層の劣化を防止することができ、有機エレクトロルミネッセンス素子の発光寿命を長くすることができる。
【００４３】
【化１１】
【００４４】
【化１２】
【００４５】
発光層は、１または複数の層を含んでもよい。この場合、１または複数の層の材料を選択することにより、所望の発光色を得ることができる。
【００４６】
発光層は、短波長発光層と長波長発光層とを含み、短波長発光層が発するピーク波長のうち少なくとも一つは５００ｎｍよりも小さく、長波長発光層が発するピーク波長のうち少なくとも一つは５００ｎｍよりも大きくてもよい。この場合、電子制限層の膜厚を調整することにより、ホールと電子との再結合領域の位置を制御することができる。それにより、短波長発光層および長波長発光層における発光の割合を調整することが可能となり、所望の発光色を得ることができる。
【００４７】
有機エレクトロルミネッセンス素子は、ホール注入電極と前記発光層との間にホールの輸送を促進するホール輸送層をさらに備えてもよい。この場合、ホールを効率よく発光層へ輸送することができるので、有機エレクトロルミネッセンス素子の発光効率を向上させることができる。
【００４８】
ホスト材料と前記ホール輸送層とが同じ有機化合物であってもよい。この場合、発光層５へのホールの注入障壁を小さくすることができるので、ホールをより効率よく発光層へ注入することができる。
【００４９】
ホール輸送層はアリールアミン誘導体を含んでもよい。この場合、ホール輸送層のホール輸送性が向上するので、ホールをさらに効率よく発光層へ注入することができる。
【００５０】
ホール輸送層は式（１０）で示される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）を含んでもよい。この場合、ホール輸送層のホール輸送性が向上するので、ホールをさらに効率よく発光層へ注入することができる。
【００５１】
【化１３】
【発明の効果】
【００５２】
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、電子の輸送を促進する電子輸送層と電子の移動を制限する電子制限層とを設けることにより、駆動電圧を低くしかつ寿命を延ばすことが可能となる。また、短波長発光層と長波長発光層とを設けることにより、所望の発光色を得ることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５３】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る有機ＥＬ素子を示す模式的な断面図である。
【００５４】
図１に示す有機ＥＬ素子１００の作製時には、まず基板１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２を形成し、このホール注入電極２上に、ホール注入層３ａ、ホール輸送層４、発光層５、電子制限層６および電子輸送層７を順に形成する。さらに、この電子輸送層７上に、例えば、アルミニウム等からなる電子注入電極８を形成する。
【００５５】
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。
【００５６】
ホール注入層３ａ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。ホール注入層３ａの厚さは０．５ｎｍ以上５ｎｍ以下であることが好ましい。この場合、ホールを効率よく発光層５に注入することができる。それにより、有機ＥＬ素子１００の駆動電圧の上昇を抑制することができる。
【００５７】
なお、ホール注入電極２とホール注入層３ａとの間に、例えばＣｕＰｃ（銅フタロシアニン）からなる他のホール注入層３ｂを形成してもよい。この場合、ホールをさらに効率よく発光層５に注入することができる。
【００５８】
ホール輸送層４は、例えば、下記式（１０）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）等の有機材料からなる。
【００５９】
【化１４】
【００６０】
発光層５は、例えば、下記式（４）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）をホスト材料とし、下記式（９）に示す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）を発光ドーパントとして形成される。
【００６１】
【化１５】
【００６２】
【化１６】
【００６３】
電子制限層６としては、電子移動度の低い材料または最低空分子軌道（ＬＵＭＯ）のエネルギーレベルが低い材料を用いることが好ましい。本実施の形態においては、電子制限層６の材料として、電子輸送層７の材料よりも電子移動度が低い材料または最低空分子軌道（ＬＵＭＯ）のエネルギーレベルが低い材料を選択する。例えば、下記式（１）に示される構造を有する有機化合物を用いることができる。
【００６４】
【化１７】
【００６５】
式（１）において、Ｒ１〜Ｒ３は互いに同一であってもよいし、互いに異なってもよく、式（１）中のキノリン環のいずれの位置にあってもよい。式（１）中のＲ１〜Ｒ３は、水素原子、ハロゲン原子または炭素数が４以下のアルキル基を示す。
【００６６】
本実施の形態においては、電子制限層６は、下記式（２）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、Ａｌｑ３と略記する）からなる。Ａｌｑ３の電子移動度は１０-6ｃｍ2 ／Ｖｓであり、ＬＵＭＯのエネルギーレベルは約−３．０ｅＶである。
【００６７】
【化１８】
【００６８】
また、電子制限層６としては、下記式（３）に示される構造を有する有機化合物を用いてもよい。
【００６９】
【化１９】
【００７０】
式（３）において、Ｒ４〜Ｒ７は互いに同一であってもよいし、互いに異なってもよく、ベンゼン環およびキノリン環のいずれの位置にあってもよい。式（３）中のＲ４〜Ｒ７は、水素原子、ハロゲン原子または炭素数４以下のアルキル基を示す。
【００７１】
電子輸送層７としては、電子移動度の高い材料または最低空分子軌道（ＬＵＭＯ）のエネルギーレベルが高い材料を用いることが好ましい。本実施の形態においては、電子輸送層７の材料として、電子制限層６の材料よりも電子移動度が高い材料または最低空分子軌道（ＬＵＭＯ）のエネルギーレベルが高い材料を選択する。例えば、フェナントロリン化合物を用いることができる。電子輸送層７の材料として用いられるフェナントロリン化合物としては、例えば、下記式（５）に示される1,10-フェナントロリン(1,10-phenanthroline)またはその誘導体が好ましい。
【００７２】
【化２０】
【００７３】
電子輸送層７の材料として用いられる1,10-フェナントロリンの誘導体としては、例えば、下記式（６）に示される構造を有する化合物を用いることがより好ましい。
【００７４】
【化２１】
【００７５】
式（６）において、Ｒ８〜Ｒ１１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（６）中のＲ８〜Ｒ１１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、Ｒ１０およびＲ１１は式（６）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（６）のＲ８〜Ｒ１１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。
【００７６】
本実施の形態においては、電子輸送層７は、下記式（７）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。ＢＣＰのＬＵＭＯのエネルギーレベルは約−２．７ｅＶである。
【００７７】
【化２２】
【００７８】
また、電子輸送層７としては、下記式（８）に示されるシロール誘導体を用いてもよい。
【００７９】
【化２３】
【００８０】
式（８）においては、Ｒ１２〜Ｒ１５は互いに同一であってもよいし、互いに異なっていてもよい。式（８）中のＲ１２〜Ｒ１５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す。式（８）のＲ１２〜Ｒ１５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、2-(2-フェニル)ピリジル基、2,2-ビピリジン-6-イル基等が挙げられる。
【００８１】
上記の有機ＥＬ素子１００においては、ホール注入電極２と電子注入電極８との間に電圧を印加することにより、有機ＥＬ素子１００の発光層５が発光し、基板１の裏面から光が出射される。
【００８２】
本実施の形態の有機ＥＬ素子１００においては、電子輸送層７として高い電子移動度を有するＢＣＰが用いられている。それにより、電子を効率よく発光層５に注入することができる。その結果、駆動電圧が低くなり、有機ＥＬ素子１００の消費電力が低減される。
【００８３】
また、発光層５と電子輸送層７との間に電子輸送層７よりも低い電子移動度を有しかつ最低空分子軌道（ＬＵＭＯ）のエネルギーレベルが低いＡｌｑ３からなる電子制限層６が設けられている。それにより、電子輸送層７から電子制限層６を通って発光層５へと注入される電子の移動が電子制限層６によって制限され、ホールと電子との再結合領域が電子注入電極８側へ移動する。したがって、ホールと再結合することなく発光層５を通り抜けてホール輸送層４に到達する電子が低減される。その結果、電子によるホール輸送層４の劣化を防止することができ、有機ＥＬ素子１００の発光寿命を長くすることができる。
【００８４】
この場合、電子制限層６により電流が制限されることになるが、電子輸送層７が高い電子移動度を有するので、有機ＥＬ素子１００全体に流れる電流はほとんど低減されない。このように、高い電子移動度を有する電子輸送層７および低い電子移動度を有する電子制限層６を組み合わせることにより、駆動電圧を低く保ちつつ有機ＥＬ素子１００の長寿命化を実現することができる。
【００８５】
なお、電子輸送層７の電子移動度は１０-5ｃｍ2 ／Ｖｓ以上であることが好ましく、１０-4ｃｍ2 ／Ｖｓ以上であることがより好ましい。この場合、発光層５への電子の注入量を十分に増加させることができるので、駆動電圧を大幅に下げることができる。
【００８６】
また、電子制限層６と電子輸送層７との電子移動度の差は１０倍以上であることが好ましい。この場合、発光層５への電子の注入量を十分に制限することができるので、有機ＥＬ素子１００の発光寿命を大幅に延ばすことができる。
【００８７】
また、電子制限層６の膜厚は２０ｎｍ以下であることが好ましく、１０ｎｍ以下であることがより好ましく、５ｎｍであることがさらに好ましい。この場合、電子の注入量を十分に増加させることができるので、駆動電圧を大幅に下げることができる。
【００８８】
このように、本実施の形態に係る有機ＥＬ素子１００によれば、発光層５上に電子制限層６および電子輸送層７を形成することにより、駆動電圧を低くしかつ発光寿命を長くすることが可能となる。
【００８９】
なお、本実施の形態に係る有機ＥＬ素子１００においては、発光層５上に電子制限層６および電子輸送層７が順に形成されているが、発光層５上に電子輸送層７および電子制限層６が順に形成されてもよい。
【００９０】
また、電子制限層６および電子輸送層７の代わりに発光層５上に電子制限層６の材料と電子輸送層７の材料とが混在する電子制限輸送層６７が形成されてもよい。この場合、電子制限輸送層６７における電子輸送制限層６の材料の含有率は４０重量％以下であることが好ましく、３０重量％以下であることがより好ましい。したがって、電子制限輸送層６７における電子輸送層７の材料の含有率は６０重量％以上であることが好ましく、７０重量％以上であることがより好ましい。それにより、発光効率を低下させることなく、駆動電圧を低くしかつ発光寿命を長くすることが可能となる。
【００９１】
また、電子制限層６の材料としては、上記の材料に限られず電子輸送層７よりも低い電子移動度を有する他の有機材料または最低空分子軌道（ＬＵＭＯ）のエネルギーレベルが低い他の有機材料を用いてもよい。例えば、アントラセン誘導体を用いることができる。本実施の形態において電子制限層６の材料として用いられるアントラセン誘導体としては、ＴＢＡＤＮが好ましい。
【００９２】
また、電子輸送層７の材料としては、上記の材料に限られず電子制限層６よりも高い電子移動度を有する他の有機材料または最低空分子軌道（ＬＵＭＯ）のエネルギーレベルが高い他の有機材料を用いてもよい。
【００９３】
また、上記実施の形態においては、発光層５は青色に発光するが、発光層５を橙色に発光させてもよく、緑色に発光させてもよく、赤色に発光させてもよい。
【００９４】
橙色に発光させる場合には、発光層５は、例えば、ＮＰＢをホスト材料として、下記式（１２）に示す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-diphenylnaphthacene）（以下、ＤＢｚＲと略記する）を発光ドーパントとして形成される。
【００９５】
【化２４】
【００９６】
なお、この場合、ホール輸送層４と発光層５のホスト材料とが同じ材料であるので、発光層５へのホールの注入障壁を小さくすることができ、より効率よくホールを発光層５へ注入することができる。
【００９７】
また、ホスト材料としてホール輸送層４の材料であるＮＰＢが用いられているので、発光層５はホールを輸送する役割も担う。この場合、ホールが効率よく輸送されるので、有機ＥＬ素子１００の発光効率が向上する。また、ホールと電子との再結合領域が電子制限層６側へ移動するので、ホールと再結合することなくホール輸送層４へと到達する電子が低減される。それにより、ホール輸送層４の劣化を防止することができ、有機ＥＬ素子１００の長寿命化が可能になる。
【００９８】
緑色に発光させる場合には、発光層５は、ＴＢＡＤＮをホスト材料とし、下記式（１１）に示す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）または下記式（１３）に示される3-(2-ベンゾチアゾールイル)-7-(ジエチルアミノ)クマリン（3-(2-Benzothiazolyl)-7-(diethylamino)coumarin）（以下クマリン６と略記する。）を発光ドーパントとして形成される。
【００９９】
【化２５】
【０１００】
【化２６】
【０１０１】
赤色に発光させる場合には、発光層５は、例えば、Ａｌｑ３をホスト材料とし、下記式（１４）に示されるルブレン（Rubrene）を補助ドーパントとし、下記式（１５）に示される(2-(1,1-ジメチルエチル)-6-(2-(2,3,6,7-テトラヒドロ-1,1,7,7-テトラメチル-lII,5II-ベンゾ〔ｉｊ〕キノリジン−９−イル)エテニル)-4H-ピラン−４-イリデン)プロパンジニトリル（(2-(1,1-Dimethylethyl)-6-(2-(2,3,6,7-tetrahydro-1,1,7,7-tetramethyl-lII,5II-benzo〔ij〕quinolizin-9-yl)ethenyl)-4H-pyran-4-ylidene)propanedinitrile）（以下、ＤＣＪＴＢと略記する）を発光ドーパントとして形成される。この場合、発光ドーパントは発光し、補助ドーパントは、ホスト材料から発光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発光ドーパントの発光を補助する役割を担う。なお、補助ドーパントはドープしなくてもよい。
【０１０２】
【化２７】
【０１０３】
【化２８】
【０１０４】
また、発光層５としては、三重項励起エネルギーを発光に変換可能な材料（以下、三重項発光材料と呼ぶ）を用いてもよい。この場合、有機ＥＬ素子１００の発光効率を向上させることができる。
【０１０５】
（第２の実施の形態）
図２は、本発明の第２の実施の形態に係る有機ＥＬ素子を示す模式的な断面図である。第２の実施の形態に係る有機ＥＬ素子１０１は、図１の有機ＥＬ素子１００の発光層５の代わりに橙色発光を得ることが可能な橙色発光層５ａおよび青色発光を得ることが可能な青色発光層５ｂが設けられる点を除き第１の実施の形態に係る有機ＥＬ素子１００と同様の構成を有する。
【０１０６】
橙色発光層５ａは、例えば、ＮＰＢをホスト材料とし、ｔＢｕＤＰＮを補助ドーパントとし、ＤＢｚＲを発光ドーパントとして形成される。この場合、発光ドーパントは発光し、補助ドーパントは、ホスト材料から発光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発光ドーパントの発光を補助する役割を担う。それにより、橙色発光層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。
【０１０７】
なお、この場合、ホール輸送層４と橙色発光層５ａのホスト材料とが同じ材料であるので、橙色発光層５ａへのホールの注入障壁を小さくすることができ、より効率よくホールを発光層５へ注入することができる。
【０１０８】
また、ホスト材料としてホール輸送層４の材料であるＮＰＢが用いられているので、橙色発光層５ａはホールを青色発光層５ｂへ輸送する役割も担う。この場合、ホールが効率よく青色発光層５ｂへ輸送されるので、有機ＥＬ素子１０１の発光効率が向上する。また、ホールと電子との再結合領域が青色発光層５ｂ側へ移動するので、ホールと再結合することなくホール輸送層４へと到達する電子が低減される。それにより、ホール輸送層４の劣化を防止することができ、有機ＥＬ素子１０１の長寿命化が可能になる。
【０１０９】
青色発光層５ｂは、例えば、ＴＢＡＤＮをホスト材料とし、ＮＰＢを補助ドーパントとし、ＴＢＰを発光ドーパントとして形成される。この場合、発光ドーパントは発光し、補助ドーパントはキャリアの輸送を促進することにより発光ドーパントの発光を補助する役割を担う。それにより、青色発光層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。
【０１１０】
なお、橙色発光層５ａおよび青色発光層５ｂにおいては、補助ドーパントはドープされなくてもよい。
【０１１１】
本実施の形態の有機ＥＬ素子１０１においては、電子輸送層７として高い電子移動度を有するＢＣＰが用いられている。それにより、電子を効率よく発光層５に注入することができる。その結果、駆動電圧が低くなり、有機ＥＬ素子１０１の消費電力が低減される。
【０１１２】
また、青色発光層５ｂと電子輸送層７との間に電子輸送層７よりも低い電子移動度を有しかつ最低空分子軌道（ＬＵＭＯ）のエネルギーレベルが低いＡｌｑ３からなる電子制限層６が設けられている。それにより、橙色発光層５ａおよび青色発光層５ｂへと注入される電子の移動が制限され、ホールと電子との再結合領域が電子注入電極８側へ移動する。この場合、電子制限層６の膜厚を調整することによりホールと電子との再結合領域の位置を制御することができる。その結果、橙色発光層５ａおよび青色発光層５ｂにおける発光の割合を調整することが可能となり、所望の発光色を得ることができる。
【０１１３】
この場合、電子制限層６により電流が制限されることになるが、電子輸送層７が高い電子移動度を有するので、有機ＥＬ素子１０１全体に流れる電流はほとんど低減されない。このように、高い電子移動度を有する電子輸送層７および低い電子移動度を有する電子制限層６を組み合わせることにより、駆動電圧を低くするとともに所望の発光色を得ることができる。
【０１１４】
なお、電子輸送層７の電子移動度は１０-5ｃｍ2 ／Ｖｓ以上であることが好ましく、１０-4ｃｍ2 ／Ｖｓ以上であることがより好ましい。この場合、橙色発光層５ａおよび青色発光層５ｂへの電子の注入量を十分に増加させることができるので、駆動電圧を大幅に下げることができる。
【０１１５】
また、電子制限層６と電子輸送層７との電子移動度の差は１０倍以上であることが好ましい。この場合、橙色発光層５ａおよび青色発光層５ｂへの電子の注入量を十分に制限することができるので、所望の発光色を容易に得ることができる。
【０１１６】
また、電子制限層６の膜厚は２０ｎｍ以下であることが好ましく、１０ｎｍ以下であることがより好ましく、５ｎｍであることがさらに好ましい。この場合、電子の注入量を十分に増加させることができるので、駆動電圧を大幅に下げることができる。
【０１１７】
このように、本実施の形態に係る有機ＥＬ素子１０１によれば、青色発光層５ｂ上に電子制限層６および電子輸送層７を形成することにより、駆動電圧を低くしかつ所望の発光色を得ることが可能となる。
【０１１８】
また、橙色発光層５ａおよび青色発光層５ｂとが発光することにより、白色発光を得ることができる。この場合、白色発光を得ることが可能な有機ＥＬ素子に赤色、緑色および青色のフィルタを設けることで光の３原色の表示（ＲＧＢ表示）が可能となり、フルカラー表示が実現する。
【０１１９】
本実施の形態に係る有機ＥＬ素子１０１においては、青色発光層５ｂ上に電子制限層６および電子輸送層７が順に形成されているが、青色発光層５ｂ上に電子輸送層７および電子制限層６が順に形成されてもよい。また、電子制限層６および電子輸送層７の代わりに青色発光層５ｂ上に電子制限層６の材料と電子輸送層７の材料とが混在する層が形成されてもよい。
【０１２０】
また、橙色発光層５ａは、例えば、下記式（１６）に示す4,4'-ビス(カルバゾール-9-イル)-ビフェニル（4,4'-Bis(carbazol-9-yl)-biphenyl：以下、ＣＢＰと略記する）をホスト材料とし、下記式（１７）に示すトリス（2-フェニルキノリン）イリジウム（Tris(2-phenylquinoline)iridium：以下、Ｉｒ（ｐｈｑ）３と略記する）を発光ドーパントとして形成されてもよい。この場合、Ｉｒ（ｐｈｑ）３は三重項発光材料であるので、有機ＥＬ素子１０１の発光効率を向上させることができる。
【０１２１】
【化２９】
【０１２２】
【化３０】
【０１２３】
本実施の形態においては、橙色発光層５ａが長波長発光層に相当し、青色発光層５ｂが短波長発光層に相当する。
【０１２４】
（第３の実施の形態）
図３は有機ＥＬ素子を用いた有機ＥＬ表示装置の一例を示す模式的平面図であり、図４は図３の有機ＥＬ表示装置のＡ−Ａ線断面図である。
【０１２５】
図３および図４の有機ＥＬ表示装置においては、赤色に発光する有機ＥＬ素子１００Ｒ、緑色に発光する有機ＥＬ素子１００Ｇおよび青色に発光する有機ＥＬ素子１００Ｂがマトリクス状に配置されている。
【０１２６】
各有機ＥＬ素子１００Ｒ，１００Ｇ，１００Ｂは図１の有機ＥＬ素子１００と同様の構成を有しており、それぞれ発光層５として赤色に発光する赤色発光層５Ｒ、緑色に発光する緑色発光層５Ｇおよび青色に発光する青色発光層５Ｂを備える。なお、各発光層５Ｒ，５Ｇ，５Ｂに用いられる材料は、第１の実施の形態において説明したものを用いることができる。
【０１２７】
以下、本実施の形態に係る有機ＥＬ表示装置をより詳細に説明する。
【０１２８】
図３においては、左から順に有機ＥＬ素子１００Ｒ、有機ＥＬ素子１００Ｇおよび有機ＥＬ素子１００Ｂが設けられている。
【０１２９】
各有機ＥＬ素子１００Ｒ，１００Ｇ，１００Ｂの構成は平面図では同一である。各有機ＥＬ素子１００Ｒ，１００Ｇ，１００Ｂは行方向に延びる２つのゲート信号線５１と列方向に延びる２つのドレイン信号線（データ線）５２とに囲まれた領域に形成される。各有機ＥＬ素子の領域内において、ゲート信号線５１とドレイン信号線５２との交点付近にはスイッチング素子である第１のＴＦＴ１３０が形成され、中央付近には各有機ＥＬ素子１００Ｒ，１００Ｇ，１００Ｂを駆動する第２のＴＦＴ１４０が形成される。また、各有機ＥＬ素子１００Ｒ，１００Ｇ，１００Ｂの領域内に補助容量７０、およびＩＴＯからなるホール注入電極２が形成される。ホール注入電極２の領域に各有機ＥＬ素子１００Ｒ，１００Ｇ，１００Ｂが島状に形成される。
【０１３０】
第１のＴＦＴ１３０のドレインはドレイン電極１３ｄを介してドレイン信号線５２に接続され、第１のＴＦＴ１３０のソースはソ−ス電極１３ｓを介して電極５５に接続される。第１のＴＦＴ１３０のゲート電極１１１は、ゲート信号線５１から延びる。
【０１３１】
補助容量７０は、電源電圧Ｖｓｃを受けるＳＣ線５４と、能動層１１（図４参照）と一体の電極５５とから構成される。
【０１３２】
第２のＴＦＴ１４０のドレインはドレイン電極４３ｄを介して各有機ＥＬ素子のホール注入電極２に接続され、第２のＴＦＴ１４０のソースはソ−ス電極４３ｓを介して列方向に延びる電源線５３に接続される。第２のＴＦＴ１４０のゲート電極４１は電極５５に接続される。
【０１３３】
図４に示されるように、ガラス基板１０上に多結晶シリコン等からなる能動層１１が形成され、その能動層１１の一部が有機ＥＬ素子を駆動するための第２のＴＦＴ１４０となる。能動層１１上にゲート酸化膜（図示せず）を介してダブルゲート構造のゲート電極４１が形成され、ゲート電極４１を覆うように能動層１１上に層間絶縁膜１３および第１の平坦化層１５が形成される。第１の平坦化層１５の材料としては、例えばアクリル樹脂を用いることができる。第１の平坦化層１５上に透明なホール注入電極２が各有機ＥＬ素子ごとに形成され、ホール注入電極２を覆うように第１の平坦化層１５上に絶縁性の第２の平坦化層１８が形成される。第２のＴＦＴ１４０は第２の平坦化層１８の下に形成されている。
【０１３４】
ホール注入電極２および第２の平坦化層１８を覆うようにホール輸送層４が全体の領域上に形成される。
【０１３５】
有機ＥＬ素子１００Ｒ、有機ＥＬ素子１００Ｇおよび有機ＥＬ素子１００Ｂのホール輸送層４上には、それぞれ列方向に延びるストライプ状の赤色発光層５Ｒ、緑色発光層５Ｇおよび青色発光層５Ｂが形成される。
【０１３６】
ストライプ状の赤色発光層５Ｒ、緑色発光層５Ｇおよび青色発光層５Ｂの間の境界は第２の平坦化層１８上の表面でガラス基板１０と平行となっている領域に設けられる。
【０１３７】
有機ＥＬ素子１００Ｒ、有機ＥＬ素子１００Ｇおよび有機ＥＬ素子１００Ｂの赤色発光層５Ｒ、緑色発光層５Ｇおよび青色発光層５Ｂ上には、列方向に延びるストライプ状の電子制限層６および列方向に延びるストライプ状の電子輸送層７がそれぞれ形成される。
【０１３８】
電子制限層６は、例えば、第１および第２の実施の形態と同様に低い電子移動度を有するＡｌｑ３からなる。電子輸送層７は、例えば、第１および第２の実施の形態と同様に高い電子移動度を有するＢＣＰからなる。
【０１３９】
さらに、各電子輸送層７上には電子注入電極８が形成される。電子注入電極８の上には樹脂等からなる保護層３４が形成されている。
【０１４０】
上記有機ＥＬ表示装置において、ゲート信号線５１に選択信号が出力されると第１のＴＦＴ１３０がオンし、そのときにドレイン信号線５２に与えられる電圧値（データ信号）に応じて補助容量７０が充電される。第２のＴＦＴ１４０のゲート電極４１は補助容量７０に充電された電荷に応じた電圧を受ける。それにより、電源線５３から各有機ＥＬ素子１００Ｒ，１００Ｇ，１００Ｂに供給される電流が制御され、各有機ＥＬ素子１００Ｒ，１００Ｇ，１００Ｂは供給された電流に応じた輝度で発光する。
【０１４１】
本実施の形態の有機ＥＬ表示装置の各有機ＥＬ素子１００Ｒ，１００Ｇ，１００Ｂにおいては、電子輸送層７として高い電子移動度を有するＢＣＰが用いられている。それにより、電子を効率よく赤色発光層５Ｒ、緑色発光層５Ｇおよび青色発光層５Ｂに注入することができる。その結果、各有機ＥＬ素子１００Ｒ，１００Ｇ，１００Ｂの駆動電圧が低くなり、有機ＥＬ表示装置の消費電力が低減される。
【０１４２】
また、赤色発光層５Ｒ、緑色発光層５Ｇおよび青色発光層５Ｂと電子輸送層７との間に電子輸送層７よりも低い電子移動度を有するＡｌｑ３からなる電子制限層６が設けられている。それにより、電子輸送層７から電子制限層６を通って赤色発光層５Ｒ、緑色発光層５Ｇおよび青色発光層５Ｂへと注入される電子の移動が制限され、ホールと電子との再結合領域が電子注入電極８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輸送層４に到達する電子が低減される。その結果、電子によるホール輸送層４の劣化を防止することができ、各有機ＥＬ素子１００Ｒ，１００Ｇ，１００Ｂの発光寿命を長くすることができる。
【０１４３】
この場合、電子制限層６により電流が制限されることになるが、電子輸送層７が高い電子移動度を有するので、各有機ＥＬ素子１００Ｒ，１００Ｇ，１００Ｂに流れる電流はほとんど低減されない。このように、高い電子移動度を有する電子輸送層７および低い電子移動度を有する電子制限層６を組み合わせることにより、駆動電圧を低く保ちつつ各有機ＥＬ素子１００Ｒ，１００Ｇ，１００Ｂの長寿命化を実現することができる。その結果、消費電力が少なくかつ発光寿命の長いフルカラー表示が得られる。
【０１４４】
（他の実施の形態）
発光層５のホスト材料としては、上記実施の形態において説明したものに限られず、例えば、トリス（8-キノリノラト）アルミニウム等の金属キレート化オキシノイド化合物、ジアリールブタジエン誘導体、スチルベン誘導体、べンズオキサゾール誘導体、ベンゾチアゾール誘導体、ＣＢＰ、トリアゾール系化合物、イミダゾール系化合物、オキサジアゾール系化合物、アントラセンやピレン、ペリレンなどの縮合環誘導体、ピラジン、ナフチリジン、キノキサリン、ピロロピリジン、ピリミジン、チオフェン、チオキサンテン等の複素環誘導体、ベンゾキノリノール金属錯体、ビピリジン金属錯体、ローダミン金属錯体、アゾメチン金属錯体、ジスチリルベンゼン誘導体、テトラフェニルブタジエン誘導体、スチルベン誘導体、アルダジン誘導体、クマリン誘導体、フタルイミド誘導体、ナフタルイミド誘導体、ペリノン誘導体、ピロロピロール誘導体、シクロペンタジエン誘導体、イミダゾール誘導体やオキサゾール誘導体、チアゾール誘導体、オキサジアゾール誘導体、チアジアゾール誘導体、トリアゾール誘導体等のアゾール誘導体およびその金属錯体、ベンズオキサゾール、ベンズイミダゾール、ベンゾチアゾール等のベンズアゾール誘導体およびその金属錯体、トリフェニルアミン誘導体およびカルバゾール誘導体等のアミン誘導体、メロシアニン誘導体、ポルフィリン誘導体、トリス（2-フェニルピリジン）イリジウム錯体等の燐光材料、メポリフェニレンビニレン誘導体、ポリパラフェニレン誘導体、ホリチオファン誘導体等を用いることができる。
【０１４５】
また、発光ドーパントとしては、例えば、アントラセン、ペリレン等の縮合多環芳香族炭化水素、７−ジメチルアミノ−４−メチルクマリン等のクマリン誘導体、ビス（ジイソプロピルフェニル）ペリレンテトラカルボン酸イミド等のナフタルイミド誘導体、ペリノン誘導体、アセチルアセトンおよびペンゾイルアセトンとフェナントロリン等を配位子とするＥｕ錯体等の希土類錯体、ジシアノメチレンピラン誘導体、ジシアノメチレンチオピラン誘導体、マグネシウムフタロシアニン、アルミニウムクロロフタロシアニン等の金属フタロシアニン誘導体、ポルフィリン誘導体、ローダミン誘導体、デアザフラピン誘導体、クマリン誘導体、オキサジン化合物、チオキサンテン誘導体、シアニン色素誘導体、フルオレセイン誘導体、アクリジン誘導体、キナクリドン誘導体、ピロロピロール誘導体、キナゾリン誘導体、ビロロピリジン誘導体、スクアリリウム誘導体、ビオラントロン誘導体、フェナジン誘導体、アクリドン誘導体、ジアザフラビン誘導体、ピロメテン誘導体およびその金属錯体、フェノキサジン誘導体、フェノキサゾン誘導体、チアジアゾロピレン誘導体、トリス（2-フェニルピリジン）イリジウム錯体、トリス（2-フェニルピリジル）イリジウム錯体、トリス[2-(2-チオフェニル)ピリジル]イリジウム錯体、トリス〔2-(2-ベンゾチオフェニル)ピリジル〕インジウム錯体、トリス（2-フェニルベンゾチアゾールミネッセンス）イリジウム錯体、トリス（2-フェニルベンゾオキサゾール）イリジウム錯体、トリスベンゾキノリンイリジウム錯体、ビス（2-フェニルピリジル）（アセテルアセトナート）イリジウム錯体、ビス[2-(2-チオフェニル)ピリジル]イリジウム錯体、ビス[2-(2-ベンゾチオフェニル)ピリジル]（アセチルアセトナート）イリジウム錯体、ビス（2-フェニルベンゾチアゾール）（アセチルアセトナート）イリジウム錯体等を用いることができる。
【実施例】
【０１４６】
以下、実施例および比較例の有機ＥＬ素子を作製し、作製した有機ＥＬ素子の発光特性を測定した。
【０１４７】
（実施例１および比較例１，２の比較）
（実施例１）
実施例１においては、図１の構造を有し青色に発光する有機ＥＬ素子を次のように作製した。
【０１４８】
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。次に、ホール注入電極２上にプラズマＣＶＤ法によりＣＦX （フッ化炭素）からなるホール注入層３ａを形成した。プラズマＣＶＤにおけるプラズマ放電時間は１５秒とした。
【０１４９】
さらに、ホール注入層３ａ上に、ホール輸送層４、発光層５、電子制限層６および電子輸送層７を真空蒸着により順に形成した。
【０１５０】
ホール輸送層４は、膜厚１５０ｎｍのＮＰＢからなる。発光層５は、膜厚３０ｎｍを有し、ＴＢＡＤＮからなるホスト材料にＴＢＰからなる発光ドーパントを１重量％添加することにより形成される。電子制限層６は、膜厚３ｎｍのＡｌｑ３からなる。電子輸送層７は、膜厚７ｎｍのＢＣＰからなる。
【０１５１】
その後、電子輸送層７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８を形成した。
【０１５２】
以上のようにして作製した有機ＥＬ素子の１０ｍＡ／ｃｍ2 での駆動電圧、ＣＩＥ色度座標、発光効率および発光寿命を測定した。なお、実施例１および後述する比較例１，２における発光寿命は測定開始時の輝度３０００ｃｄ／ｍ2 が半減するまでの時間を測定したものである。
【０１５３】
その結果、実施例１の有機ＥＬ素子の駆動電圧は４．２Ｖであり、ＣＩＥ色度座標は（ｘ，ｙ）＝（０．１４，０．１３）であり、発光効率は５．８ｃｄ／Ａであり、発光寿命は１３０時間であった。
【０１５４】
（比較例１）
比較例１においては、電子制限層６の膜厚を１０ｎｍとし、電子輸送層７を設けなかった点を除いて、実施例１と同じ構造を有する有機ＥＬ素子を作製した。
【０１５５】
比較例１の有機ＥＬ素子の１０ｍＡ／ｃｍ2 での駆動電圧、ＣＩＥ色度座標、発光効率および発光寿命を測定した。
【０１５６】
その結果、比較例１の有機ＥＬ素子の駆動電圧は６．２Ｖであり、ＣＩＥ色度座標は（ｘ、ｙ）＝（０．１４、０．１４）であり、発光効率は４．０ｃｄ／Ａであり、発光寿命は１５０時間であった。
【０１５７】
（比較例２）
比較例２においては、電子輸送層７の膜厚を１０ｎｍとし、電子制限層６を設けなかった点を除いて、実施例１と同じ構造を有する有機ＥＬ素子を作製した。
【０１５８】
比較例２の有機ＥＬ素子の１０ｍＡ／ｃｍ2 での駆動電圧、ＣＩＥ色度座標、発光効率および発光寿命を測定した。
【０１５９】
その結果、比較例２の有機ＥＬ素子の駆動電圧は３．８Ｖであり、ＣＩＥ色度座標は（ｘ，ｙ）＝（０．１４，０．１３）であり、発光効率は５．４ｃｄ／Ａであり、発光寿命は６０時間であった。
【０１６０】
（評価）
表１に、実施例１、比較例１および比較例２の有機ＥＬ素子の各層の条件を示す。表２に、実施例１、比較例１および比較例２における駆動電圧、ＣＩＥ色度座標、発光効率および発光寿命の測定結果を示す。
【０１６１】
【表１】
【０１６２】
【表２】
【０１６３】
表２に示すように、実施例１の有機ＥＬ素子の駆動電圧は比較例１の有機ＥＬ素子に比べて低くなっている。
【０１６４】
実施例１の有機ＥＬ素子においては、電子制限層６と電子注入電極８との間に高い電子移動度を有するＢＣＰからなる電子輸送層７が設けられている。この電子輸送層７が電子の移動を促進し、実施例１の有機ＥＬ素子の駆動電圧が低くなったと考えられる。
【０１６５】
一方、比較例１の有機ＥＬ素子においては、高い電子移動度を有するＢＣＰからなる電子輸送層７が設けられておらず、低い電子移動度を有するＡｌｑ３からなる電子制限層６のみが設けられている。この電子制限層６によって電子の移動が抑制され、比較例１の駆動電圧が高くなったと考えられる。
【０１６６】
ここで、実施例１の有機ＥＬ素子の発光効率は比較例１の有機ＥＬ素子に比べて高くなっている。さらに、実施例１の有機ＥＬ素子の発光寿命は比較例１の有機ＥＬ素子とほぼ等しくなっている。このように、実施例１の有機ＥＬ素子においては、ＢＣＰからなる電子輸送層７を設けることによる特性の低下はほとんどないと言える。
【０１６７】
また、表２に示すように、実施例１の有機ＥＬ素子の発光寿命は比較例２の有機ＥＬ素子に比べて十分に長くなっている。
【０１６８】
実施例１の有機ＥＬ素子においては、電子輸送層７と発光層５との間にＡｌｑ３からなる電子制限層６が設けられている。この電子制限層６によって電子輸送層７から発光層５へと注入される電子の移動が制限される。それにより、電子とホールとの再結合領域が電子注入電極８側へ移動し、ホールと再結合せずに発光層５を通り抜けてホール輸送層４に到達する電子が低減したと考えられる。その結果、ホール輸送層４の劣化を防止でき、実施例１の有機ＥＬ素子の発光寿命を長くすることができたと考えられる。
【０１６９】
一方、比較例２の有機ＥＬ素子には、電子制限層６が設けられていない。そのため、電子とホールとの再結合領域がホール注入電極２側に位置し、ホールと再結合せずに発光層５を通り抜けてホール輸送層４に到達する電子が増加したと考えられる。その結果、ホール輸送層４が劣化し、発光寿命が短くなったと考えられる。
【０１７０】
ここで、実施例１の有機ＥＬ素子の駆動電圧および発光効率は比較例３の有機ＥＬ素子とほぼ等しくなっている。このように、実施例１の有機ＥＬ素子においては、Ａｌｑ３からなる電子制限層６を設けることによる特性の低下はほとんどないと言える。
【０１７１】
また、表２に示すように、実施例１の有機ＥＬ素子のＣＩＥ色度座標は比較例１および比較例２の有機ＥＬ素子とほぼ等しくなっている。
【０１７２】
以上のように、電子制限層６として電子移動度の低い材料または最低空分子軌道（ＬＵＭＯ）のエネルギーレベルが低い材料を用い、電子輸送層７として電子移動度の高い材料を用いることにより、有機ＥＬ素子の発光特性を低下させることなく、駆動電圧を低くしかつ発光寿命を延ばすことができる。
【０１７３】
（実施例２〜５および比較例３の比較）
（実施例２）
実施例２においては、図２の構造を有する有機ＥＬ素子を次のように作製した。
【０１７４】
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。次に、ホール注入電極２上にプラズマＣＶＤ法によりＣＦX （フッ化炭素）からなるホール注入層３ａを形成した。プラズマＣＶＤにおけるプラズマ放電時間は１５秒とした。
【０１７５】
さらに、ホール注入層３ａ上に、ホール輸送層４、橙色発光層５ａ、青色発光層５ｂ、電子制限層６および電子輸送層７を真空蒸着により順に形成した。
【０１７６】
ホール輸送層４は、膜厚１５０ｎｍのＮＰＢからなる。橙色発光層５ａは、膜厚６０ｎｍ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１０重量％添加し、ＤＢｚＲからなる第２のドーパントを３重量％添加することにより形成される。
【０１７７】
青色発光層５ｂは、膜厚５０ｎｍを有し、ＴＢＡＤＮからなるホスト材料にＮＰＢからなる第１のドーパントを２０重量％添加し、ＴＢＰからなる第２のドーパントを１重量％添加することにより形成される。
【０１７８】
電子制限層６は、膜厚３ｎｍのＡｌｑ３からなる。電子輸送層７は、膜厚７ｎｍのＢＣＰからなる。
【０１７９】
その後、電子輸送層７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８を形成した。
【０１８０】
以上のようにして作製した有機ＥＬ素子の１０ｍＡ／ｃｍ2 での駆動電圧、ＣＩＥ色度座標および発光効率を測定した。
【０１８１】
その結果、実施例２の有機ＥＬ素子の駆動電圧は５．１Ｖであり、ＣＩＥ色度座標は（ｘ，ｙ）＝（０．４００，０．３９５）であり、発光効率は１５．２ｃｄ／Ａであった。
【０１８２】
（実施例３）
実施例３においては、電子制限層６の膜厚を５ｎｍにした点を除いて実施例２と同じ有機ＥＬ素子を作製した。
【０１８３】
実施例３の有機ＥＬ素子の１０ｍＡ／ｃｍ2 での駆動電圧、ＣＩＥ色度座標および発光効率を測定した。
【０１８４】
その結果、実施例２の有機ＥＬ素子の駆動電圧は５．５Ｖであり、ＣＩＥ色度座標は（ｘ，ｙ）＝（０．３５４，０．３６６）であり、発光効率は１４．１ｃｄ／Ａであった。
【０１８５】
（実施例４）
実施例４においては、電子制限層６の材料をＴＢＡＤＮとした点を除いて実施例２と同じ有機ＥＬ素子を作製した。
【０１８６】
実施例４の有機ＥＬ素子の２０ｍＡ／ｃｍ2 での駆動電圧、ＣＩＥ色度座標および発光効率を測定した。
【０１８７】
その結果、実施例４の有機ＥＬ素子の駆動電圧は５．２Ｖであり、ＣＩＥ色度座標は（ｘ，ｙ）＝（０．３９２，０．３９０）であり、発光効率は１３．６ｃｄ／Ａであった。
【０１８８】
（実施例５）
実施例５においては、電子制限層６の材料をＴＢＡＤＮとした点を除いて実施例３と同じ有機ＥＬ素子を作製した。
【０１８９】
実施例５の有機ＥＬ素子の２０ｍＡ／ｃｍ2 での駆動電圧、ＣＩＥ色度座標および発光効率を測定した。
【０１９０】
その結果、実施例４の有機ＥＬ素子の駆動電圧は５．７Ｖであり、ＣＩＥ色度座標は（ｘ，ｙ）＝（０．３３２，０．３３１）であり、発光効率は１２．４ｃｄ／Ａであった。
【０１９１】
（比較例３）
比較例３においては、電子制限層６を設けなかった点を除いて実施例２と同じ有機ＥＬ素子を作製した。
【０１９２】
比較例３の有機ＥＬ素子の２０ｍＡ／ｃｍ2 での駆動電圧、ＣＩＥ色度座標および発光効率を測定した。
【０１９３】
その結果、比較例３の有機ＥＬ素子の駆動電圧は４．５Ｖであり、ＣＩＥ色度座標は（ｘ，ｙ）＝（０．４６４，０．４４１）であり、発光効率は１５．６ｃｄ／Ａであった。
【０１９４】
（評価）
表３に、実施例２〜５および比較例３の有機ＥＬ素子の各層の条件を示す。表４に、実施例２〜５および比較例３における駆動電圧、ＣＩＥ色度座標および発光効率の測定結果を示す。
【０１９５】
【表３】
【０１９６】
【表４】
【０１９７】
図５は、実施例２、実施例３および比較例３の発光スペクトルを示すグラフである。図５において、横軸は波長を示し、縦軸は相対強度を示す。
【０１９８】
図５に示すように、実施例２、実施例３および比較例３の有機ＥＬ素子の発光スペクトルは、４５０ｎｍ付近で第１のピーク値を示し、５７０ｎｍ付近で第２のピーク値を示す。
【０１９９】
ここで、実施例２の有機ＥＬ素子においては、第１のピーク値と第２のピーク値とがほぼ同じである。実施例３の有機ＥＬ素子においては、第１のピーク値が第２のピーク値に比べて大きい。比較例３の有機ＥＬ素子においては、第２のピーク値が第１のピーク値に比べて大きい。
【０２００】
このように、電子制限層６の厚さによって、第１のピーク値に対する第２のピーク値の大きさが変化している。すなわち、電子制限層６の厚さを調整することによって、橙色発光層５ａと青色発光層５ｂとの発光強度比を調整することができ、所望の白色光を得ることができる。
【０２０１】
また、表４に示すように、実施例２および実施例３の有機ＥＬ素子の駆動電圧は比較例３の有機ＥＬ素子に比べてほとんど上昇していない。また、実施例２および実施例３の有機ＥＬ素子の発光効率は比較例３とほぼ同じである。このことから、実施例２および比較例３の有機ＥＬ素子においては、Ａｌｑ３からなる電子制限層６を設けたことによる特性の低下はほとんどないと言える。
【０２０２】
以上のように、電子制限層６として電子移動度の低い材料または最低空分子軌道（ＬＵＭＯ）のエネルギーレベルが低い材料を用い、電子輸送層７として電子移動度の高い材料を用いることにより、有機ＥＬ素子の発光特性を低下させることなく、駆動電圧を低くしかつ所望の発光色を得ることができる。
【０２０３】
また、表４に示すように、実施例４および実施例５の有機ＥＬ素子においても、色度座標が変化している。このことから、電子制限層６としてＴＢＡＤＮを用いる場合も、電子制限層６としてＡｌｑ３を用いる場合と同様に、電子制限層６の膜厚を調整することにより所望の発光色を得ることが可能であることが分かる。
【０２０４】
（実施例６，７および比較例４，５の比較）
（実施例６）
実施例６の有機ＬＥ素子が実施例１の有機ＥＬ素子と異なるのは以下の点である。
【０２０５】
実施例６においては、ホール注入電極２とホール輸送層３ａとの間にＣｕＰｃ（銅フタロシアニン）からなるホール輸送層３ｂを真空蒸着により形成した。なお、ホール輸送層３ｂの膜厚は１０ｎｍであり、ホール輸送層３ａの膜厚は１ｎｍである。
【０２０６】
発光層５は、膜厚４０ｎｍを有し、ＮＰＢからなるホスト材料にｔＢｕＤＰＮからなる発光ドーパントを添加することにより形成した。この場合、発光層５は緑色に発光する。
【０２０７】
（実施例７）
実施例７の有機ＥＬ素子が実施例６の有機ＥＬ素子と異なるのは以下の点である。
【０２０８】
実施例７においては、電子制限層６および電子輸送層７の代わりに、発光層５上に膜厚１０ｎｍの電子制限輸送層６７を真空蒸着により形成した。なお、電子制限輸送層６７は、電子制限輸送層６７全体に対してＡｌｑ３が２０重量％含有されるように形成した。
【０２０９】
（比較例４）
比較例４の有機ＥＬ素子が実施例６の有機ＥＬ素子と異なるのは以下の点である。
【０２１０】
比較例４においては、電子輸送層７を設けずに、電子制限層６の膜厚を１０ｎｍとした。
【０２１１】
（比較例５）
比較例５の有機ＥＬ素子が実施例６の有機ＥＬ素子と異なるのは以下の点である。
【０２１２】
比較例５においては、電子制限層６を設けずに、電子輸送層７の膜厚を１０ｎｍとした。
【０２１３】
（評価）
実施例６，７および比較例４，５の有機ＥＬ素子の２０ｍＡ／ｃｍ2 での駆動電圧、ＣＩＥ色度座標、発光効率、発光寿命、電力効率および外部量子効率を測定した。なお、発光寿命は測定開始時の輝度１０００ｃｄ／ｍ2 が半減するまでの時間を測定したものである。
【０２１４】
表５に、実施例６，７および比較例４，５の有機ＥＬ素子の各層の条件を示す。表６に、実施例６，７および比較例４，５の有機ＥＬ素子の駆動電圧、ＣＩＥ色度座標、発光効率、発光寿命、電力効率および外部量子効率の測定結果を示す。
【０２１５】
【表５】
【０２１６】
【表６】
【０２１７】
表６に示すように、実施例６の有機ＥＬ素子は比較例４の有機ＥＬ素子に比べて駆動電圧が大幅に低下するとともに発光効率、電力効率および外部量子効率が向上している。また、実施例６の有機ＥＬ素子の発光効率、電力効率および外部量子効率は比較例５の有機ＥＬ素子に比べてそれほど低下しておらず、駆動電圧もほとんど上昇していない。また、実施例６の有機ＥＬ素子の発光寿命は比較例５の有機ＥＬ素子に比べて大幅に向上している。すなわち、発光層５の材料としてＮＰＢおよびｔＢｕＤＰＮを用いて緑色に発光させた場合にも、実施例１および実施例２の有機ＥＬ素子と同様の効果を得ることができた。この結果、電子制限層６を設けることは、発光層５の材料にかかわらず有効であると言える。
【０２１８】
また、電子制限層６および電子輸送層７の代わりに電子輸送層６の材料と電子輸送層７の材料とが混在する電子制限輸送層６７を設けた実施例７の有機ＥＬ素子においても、比較例４に比べて駆動電圧を低下させるとともに発光特性を向上させかつ比較例５に比べて発光寿命を向上させる効果を得られることが分かる。
【０２１９】
（実施例８，９および比較例６，７の比較）
（実施例８および実施例９）
実施例８および実施例９の有機ＥＬ素子が実施例７の有機ＥＬ素子と異なるのは以下の点である。
【０２２０】
実施例８においては、発光層５のホスト材料としてＮＰＢを用い、発光ドーパントとしてＤＢｚＲを用いた。これにより、実施例８の有機ＥＬ素子は橙色に発光する。なお、発光ドーパントの添加量は３重量％である。
【０２２１】
実施例９においては、発光層５のホスト材料としてＡｌｑ３を用い、発光ドーパントとしてＤＣＪＴＢを用いた。これにより、実施例９の有機ＥＬ素子は赤色に発光する。なお、発光ドーパントの添加量は３重量％である。
【０２２２】
（比較例６および比較例７）
比較例６および比較例７の有機ＥＬ素子がそれぞれ実施例８および実施例９の有機ＥＬ素子と異なるのは以下の点である。
【０２２３】
比較例６および比較例７においては、電子制限輸送層６７の代わりにＢＣＰからなる電子輸送層７を設けた。
【０２２４】
（評価）
実施例８，９および比較例６，７の有機ＥＬ素子の２０ｍＡ／ｃｍ2 でのＣＩＥ色度座標、発光効率、発光寿命、電力効率および外部量子効率を測定した。なお、発光寿命は測定開始時の輝度１０００ｃｄ／ｍ2 が半減するまでの時間を測定したものである。
【０２２５】
表７に、実施例８，９および比較例６，７の有機ＥＬ素子の各層の条件を示す。表８に、実施例８，９および比較例６，７の有機ＥＬ素子のＣＩＥ色度座標、発光効率、発光寿命、電力効率および外部量子効率の測定結果を示す。
【０２２６】
【表７】
【０２２７】
【表８】
【０２２８】
表８に示すように、電子制限層６の材料と電子輸送層７の材料とが混在する電子制限輸送層６７を設けた実施例８および実施例９の有機ＥＬ素子においても、それぞれ比較例６および比較例７の有機ＥＬ素子に比べて外部量子効率を大きく低下させることなく、発光寿命を向上させる効果を得られることがわかる。特に、実施例９の有機ＥＬ素子は比較例７の有機ＥＬ素子に比べて発光特性がほとんど低下していない。
【０２２９】
（実施例１０〜１２および比較例８，９の比較）
（実施例１０）
実施例１０の有機ＥＬ素子が実施例２の有機ＥＬ素子と異なるのは以下の点である。
【０２３０】
実施例１０においては、ホール注入電極２とホール輸送層３ａとの間にＣｕＰｃ（銅フタロシアニン）からなるホール輸送層３ｂを真空蒸着により形成した。なお、ホール輸送層３ｂの膜厚は１０ｎｍであり、ホール輸送層３ａの膜厚は１ｎｍである。
【０２３１】
橙色発光層５ａは、膜厚１０ｎｍを有し、ＮＰＢからなるホスト材料にＤＢｚＲからなる発光ドーパントを３重量％添加することにより形成した。
【０２３２】
青色発光層５ｂは、膜厚４０ｎｍを有し、ＴＢＡＤＮからなるホスト材料にＴＢＰからなる発光ドーパントを添加することにより形成した。
【０２３３】
（実施例１１）
実施例１１の有機ＥＬ素子が実施例１０の有機ＥＬ素子と異なるのは以下の点である。
【０２３４】
実施例１１においては、青色発光層５ｂ上に電子輸送層７および電子制限層６を順に形成した。
【０２３５】
（実施例１２）
実施例１２の有機ＥＬ素子が実施例１０の有機ＥＬ素子と異なるのは以下の点である。
【０２３６】
実施例１２においては、電子制限層６および電子輸送層７の代わりに、青色発光層５ｂ上に膜厚１０ｎｍの電子制限輸送層６７を真空蒸着により形成した。なお、電子制限輸送層６７は、電子制限輸送層６７全体に対してＡｌｑ３が２０重量％含有されるように形成した。
【０２３７】
（比較例８）
比較例８の有機ＥＬ素子が実施例１０の有機ＥＬ素子と異なるのは以下の点である。
【０２３８】
比較例８においては、電子輸送層７を設けずに、電子制限層６の膜厚を１０ｎｍとした。
【０２３９】
（比較例９）
比較例９の有機ＥＬ素子が実施例１０の有機ＥＬ素子と異なるのは以下の点である。
【０２４０】
比較例９においては、電子制限層６を設けずに、電子輸送層７の膜厚を１０ｎｍとした。
【０２４１】
（評価）
実施例１０〜１２および比較例８，９の有機ＥＬ素子の２０ｍＡ／ｃｍ2 での駆動電圧、ＣＩＥ色度座標、発光効率、発光寿命、電力効率および外部量子効率を測定した。なお、発光寿命は測定開始時の輝度５０００ｃｄ／ｍ2 が半減するまでの時間を測定したものである。
【０２４２】
表９に、実施例１０〜１２および比較例８，９の有機ＥＬ素子の各層の条件を示す。表１０に、実施例１０〜１２および比較例８，９の有機ＥＬ素子の駆動電圧、ＣＩＥ色度座標、発光効率、発光寿命、電力効率および外部量子効率の測定結果を示す。
【０２４３】
【表９】
【０２４４】
【表１０】
【０２４５】
表１０に示すように、実施例１０の有機ＥＬ素子は比較例８の有機ＥＬ素子に比べて駆動電圧が大幅に低下するとともに発光効率、電力効率、および外部量子効率が向上している。また、実施例１０の有機ＥＬ素子の発光効率、電子効率および外部量子効率は比較例９の有機ＥＬ素子とほぼ等しく、駆動電圧の上昇は比較的小さい。また、実施例１０の有機ＥＬ素子の発光寿命は、比較例９の有機ＥＬ素子に比べて大幅に向上している。このことから、２つの発光層により白色発光を行う有機ＥＬ素子においても、電子制限層６を設けることにより、発光特性を低下させることなく、駆動電圧を低くしかつ発光寿命を延ばすことができることが分かる。
【０２４６】
また、実施例１１の有機ＥＬ素子の発光特性は、実施例１０の有機ＥＬ素子の発光特性とほぼ等しい。このことから、電子制限層６および電子輸送層７の配置を逆にした場合も同様の効果を得られることが分かる。
【０２４７】
また、電子制限層６および電子輸送層７の代わりに電子輸送層６の材料と電子輸送層７の材料とが混在する電子制限輸送層６７を設けた実施例１２の有機ＥＬ素子においても、比較例８に比べて駆動電圧を低下させるとともに発光特性を向上させかつ比較例９に比べて発光寿命を向上させる効果を得られることが分かる。
【０２４８】
（実施例１３および比較例１０の比較）
（実施例１３）
実施例１３の有機ＥＬ素子が実施例１２の有機ＥＬ素子と異なるのは以下の点である。
【０２４９】
実施例１３においては、橙色発光層５ａのホスト材料としてＣＢＰを用い、発光ドーパントとしてＩｒ（ｐｈｑ）３を用いた。なお、発光ドーパントの添加量は６重量％である。
【０２５０】
（比較例１０）
比較例１０の有機ＥＬ素子が実施例１３の有機ＥＬ素子と異なるのは以下の点である。
【０２５１】
比較例１０においては、電子制限輸送層６７の代わりにＢＣＰからなる電子輸送層７を設けた。
【０２５２】
（評価）
実施例１３および比較例１０の有機ＥＬ素子の２０ｍＡ／ｃｍ2 でのＣＩＥ色度座標、発光効率、発光寿命、電力効率および外部量子効率を測定した。なお、発光寿命は測定開始時の輝度５０００ｃｄ／ｍ2 が半減するまでの時間を測定したものである。
【０２５３】
表１１に、実施例１３および比較例１０の有機ＥＬ素子の各層の条件を示す。表１２に、実施例１３および比較例１０の有機ＥＬ素子のＣＩＥ色度座標、発光効率、発光寿命、電力効率および外部量子効率の測定結果を示す。
【０２５４】
【表１１】
【０２５５】
【表１２】
【０２５６】
表１２に示すように、実施例１３の有機ＥＬ素子は比較例１０の有機ＥＬ素子に比べて発光効率、電力効率および外部量子効率を大きく低下させることなく、発光寿命を向上させることができた。このことから、三重項発光材料を用いた有機ＥＬ素子においても、電子制限層６の材料と電子輸送層７の材料とが混在する電子制限輸送層６７を設けることにより、発光特性を低下させることなく発光寿命を向上させることができることが分かる。
【産業上の利用可能性】
【０２５７】
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有効に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【０２５８】
【図１】第１の実施の形態に係る有機ＥＬ素子の一例を示す模式的断面図である。
【図２】第２の実施の形態に係る有機ＥＬ素子の一例を示す模式的断面図である。
【図３】第１の実施の形態に係る有機ＥＬ素子を用いた有機ＥＬ表示装置の一例を示す模式的断面図である。
【図４】図３の有機ＥＬ表示装置のＡ−Ａ腺断面図である。
【図５】実施例２、実施例３および比較例３の発光特性を示すグラフである。
【符号の説明】
【０２５９】
１ 基板
２ ホール注入電極
３ａ，３ｂ ホール注入層
４ ホール輸送層
５ 発光層
６ 電子制限層
７ 電子輸送層
８ 電子注入電極
１００ 有機エレクトロルミネッセンス素子
【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に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、情報機器の多様化に伴い、一般に使用されているＣＲＴ（陰極線管）に比べて消費電力が少ない平面表示素子に対するニーズが高まってきている。このような平面表示素子の一つとして、高効率・薄型・軽量・低視野角依存性等の特徴を有する有機エレクトロルミネッセンス(以下、有機ＥＬと略記する。)素子が注目されている。
【０００３】
有機ＥＬ素子は、ホール注入電極と電子注入電極との間に、ホール輸送層、発光層および電子輸送層が順に形成された積層構造を有する。
【０００４】
従来の有機ＥＬ素子においては、電子輸送層として、例えば、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、Ａｌｑ３と略記する）等が一般に広く用いられてきた。
【０００５】
しかし、上記のＡｌｑ３は電子移動度が低い。そのため、電子輸送層としてＡｌｑ３を用いた場合、発光層へ十分な電子を注入しようとすると駆動電圧が高くなり、消費電力が大きくなる。
【０００６】
非特許文献１には、Ａｌｑ３よりも高い電子移動度を有する材料としてフェナントロリン誘導体が報告されている。また、非特許文献２にはＡｌｑ３よりも高い電子移動度を有する材料としてシロール誘導体が報告されている。これらの電子移動度の高い有機材料を電子輸送層に用いることにより、駆動電圧を大きく低減することができる。
【非特許文献１】Appl．Phys．Lett．，Vol．76，No．2，10 January 2000，p197-199
【非特許文献２】Appl．Phys．Lett．，Vol．80，No．2，14 January 2002，p189-191
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記の非特許文献１および非特許文献２に記載されているような電子移動度の高い材料を電子輸送層として用いた場合、有機ＥＬ素子内における電子とホールとの再結合領域がホール注入電極側に移動し、ホール輸送層に到達する電子の量が多くなる。ホール輸送層の材料として一般的に用いられているトリフェニルアミン誘導体は、電子を受け入れると非常に不安定になり劣化する。その結果、有機ＥＬ素子の発光寿命が短くなる。
【０００８】
また、２層以上の発光層を有する有機ＥＬ素子においては、電子とホールとの再結合領域がホール注入電極側に移動すると、ホール注入電極側の発光層における発光強度が電子注入電極側の発光層における発光強度に比べて高くなり、所望の発光色が得られなくなる。
【０００９】
本発明の目的は、駆動電圧が低くかつ長寿命な有機エレクトロルミネッセンス素子を提供することである。
【００１０】
本発明の他の目的は、駆動電圧が低くかつ所望の発光色を得ることが可能な有機エレクトロルミネッセンス素子を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係る有機エレクトロルミネッセンス素子は、ホール注入電極と、発光層と、電子注入電極とを順に備え、発光層と電子注入電極との間に電子の輸送を促進する電子輸送層と、電子の移動を制限する電子制限層とをさらに備えたものである。
【００１２】
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、発光層と電子注入電極との間に電子の輸送を促進する電子輸送層が設けられている。それにより、電子を効率よく発光層に注入することができるので、有機エレクトロルミネッセンス素子の駆動電圧を低くすることができる。
【００１３】
また、発光層と電子注入電極との間に電子の移動を制限する電子制限層が設けられている。それにより、電子注入電極から発光層へと注入される電子の移動が制限され、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発光層を通り抜けてホール注入電極側の層に到達する電子が低減される。その結果、電子によるホール注入電極側の層の劣化を防止することができ、有機エレクトロルミネッセンス素子の発光寿命を長くすることができる。
【００１４】
なお、電子制限層の材料としては、電子輸送層の材料よりも低い電子移動度を有する材料が選択される。
【００１５】
電子制限層は、発光層と電子輸送層との間に設けられてもよい。この場合、電子輸送層によって電子の輸送が促進され、有機エレクトロルミネッセンス素子の駆動電圧が低下する。さらに電子制限層によってホール注入電極側の層の劣化を防止することができ、有機エレクトロルミネッセンス素子の発光寿命が長くなる。
【００１６】
電子制限層は、電子輸送層と電子注入電極との間に設けられてもよい。この場合、電子輸送層によって電子の輸送が促進され、有機エレクトロルミネッセンス素子の駆動電圧が低下する。さらに電子制限層によってホール注入電極側の層の劣化を防止することができ、有機エレクトロルミネッセンス素子の発光寿命が長くなる。
【００１７】
電子制限層の最低空分子軌道のエネルギーレベルは、電子輸送層の最低空分子軌道のエネルギーレベルより低くてもよい。この場合、電子輸送層から電子制限層へと注入される電子を確実に制限することができるので、電子によるホール注入電極側の層の劣化を確実に防止することができる。それにより、有機エレクトロルミネッセンス素子の発光寿命を確実に延ばすことができる。
【００１８】
電子制限層は式（１）で示される分子構造を有する有機化合物を含み、式（１）中のＲ１〜Ｒ３は同一または異なり、水素原子、ハロゲン原子またはアルキル基であってもよい。この場合、電子制限層の最低空分子軌道のエネルギーレベルが低くなるとともに電子制限層における電子移動度が低くなるので、ホール注入電極側の層への電子の到達が十分に抑制され、有機エレクトロルミネッセンス素子の発光寿命を十分に延ばすことができる。
【００１９】
【化１】
【００２０】
電子制限層は式（２）で示される分子構造を有するトリス(8-ヒドロキシキノリナト)アルミニウム（Tris(8-hydroxyquinolinato)aluminum）を含んでもよい。この場合、電子制限層の最低空分子軌道のエネルギーレベルが低くなるとともに電子制限層における電子移動度が低くなるので、ホール注入電極側の層への電子の到達が十分に抑制され、有機エレクトロルミネッセンス素子の発光寿命を十分に延ばすことができる。
【００２１】
【化２】
【００２２】
電子制限層は式（３）で示される分子構造を有する有機化合物を含み、式（３）中のＲ４〜Ｒ７は同一または異なり、水素原子、ハロゲン原子またはアルキル基であってもよい。この場合、電子制限層の最低空分子軌道のエネルギーレベルが低くなるとともに電子制限層における電子移動度が低くなるので、ホール注入電極側の層への電子の到達が十分に抑制され、有機エレクトロルミネッセンス素子の発光寿命を十分に延ばすことができる。
【００２３】
【化３】
【００２４】
電子制限層はアントラセン誘導体を含んでもよい。この場合、電子制限層の最低空分子軌道のエネルギーレベルが低くなるとともに電子制限層における電子移動度が低くなるので、ホール注入電極側の層への電子の到達が十分に抑制され、有機エレクトロルミネッセンス素子の発光寿命を十分に延ばすことができる。
【００２５】
電子制限層は式（４）に示される分子構造を有するターシャリー-ブチル置換ジナフチルアントラセンを含んでもよい。この場合、電子制限層の最低空分子軌道のエネルギーレベルが低くなるとともに電子制限層における電子移動度が低くなるので、ホール注入電極側の層への電子の到達が十分に抑制され、有機エレクトロルミネッセンス素子の発光寿命を十分に延ばすことができる。
【００２６】
【化４】
【００２７】
電子輸送層はフェナントロリン化合物を含んでもよい。この場合、電子の移動が十分に促進されるので、有機エレクトロルミネッセンス素子の駆動電圧を十分に低下させることができる。
【００２８】
電子輸送層は式（５）に示される分子構造を有する1,10-フェナントロリンまたはその誘導体を含んでもよい。この場合、電子の移動が十分に促進されるので、有機エレクトロルミネッセンス素子の駆動電圧を十分に低下させることができる。
【００２９】
【化５】
【００３０】
電子輸送層は式（６）に示される分子構造を有するフェナントロリン誘導体を含み、式（６）中のＲ８〜Ｒ１１は同一または異なり、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であってもよい。この場合、電子の移動が十分に促進されるので、有機エレクトロルミネッセンス素子の駆動電圧を十分に低下させることができる。
【００３１】
【化６】
【００３２】
電子輸送層は式（７）に示される分子構造を有する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）を含んでもよい。この場合、電子の移動が十分に促進されるので、有機エレクトロルミネッセンス素子の駆動電圧を十分に低下させることができる。
【００３３】
【化７】
【００３４】
電子輸送層は式（８）に示される分子構造を有するシロール誘導体を含み、式（８）中のＲ１２〜Ｒ１５は同一または異なり、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であってもよい。この場合、電子の移動が十分に促進されるので、有機エレクトロルミネッセンス素子の駆動電圧を十分に低下させることができる。
【００３５】
【化８】
【００３６】
発光層は、ホスト材料と発光ドーパントとを含んでもよい。この場合、有機エレクトロルミネッセンス素子の発光効率を向上させることができる。
【００３７】
ホスト材料は、アントラセン誘導体、アルミニウム錯体、ルブレン誘導体およびアリールアミン誘導体のいずれかを含んでもよい。この場合、有機エレクトロルミネッセンス素子の発光効率を向上させることができる。
【００３８】
発光ドーパントは三重項励起エネルギーを発光に変換しうる材料を含んでもよい。この場合、有機エレクトロルミネッセンス素子の発光効率をさらに向上させることができる。
【００３９】
ホスト材料は、式（４）で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）を含み、ドーパントは式（９）で示される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）を含んでもよい。この場合、高効率な青色光の取り出しが可能である。
【００４０】
【化９】
【００４１】
【化１０】
【００４２】
ホスト材料は式（１０）で示される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）を含み、発光ドーパントは式（１１）で示される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）を含んでもよい。この場合、高効率な緑色光の取り出しが可能である。また、ホスト材料としてホール輸送性の材料が用いられているので、発光層中でホールが効率よく輸送される。それにより、ホールと再結合することなく発光層を通り抜けてホール注入電極側の層に到達する電子が低減される。その結果、電子によるホール注入電極側の層の劣化を防止することができ、有機エレクトロルミネッセンス素子の発光寿命を長くすることができる。
【００４３】
【化１１】
【００４４】
【化１２】
【００４５】
発光層は、１または複数の層を含んでもよい。この場合、１または複数の層の材料を選択することにより、所望の発光色を得ることができる。
【００４６】
発光層は、短波長発光層と長波長発光層とを含み、短波長発光層が発するピーク波長のうち少なくとも一つは５００ｎｍよりも小さく、長波長発光層が発するピーク波長のうち少なくとも一つは５００ｎｍよりも大きくてもよい。この場合、電子制限層の膜厚を調整することにより、ホールと電子との再結合領域の位置を制御することができる。それにより、短波長発光層および長波長発光層における発光の割合を調整することが可能となり、所望の発光色を得ることができる。
【００４７】
有機エレクトロルミネッセンス素子は、ホール注入電極と前記発光層との間にホールの輸送を促進するホール輸送層をさらに備えてもよい。この場合、ホールを効率よく発光層へ輸送することができるので、有機エレクトロルミネッセンス素子の発光効率を向上させることができる。
【００４８】
ホスト材料と前記ホール輸送層とが同じ有機化合物であってもよい。この場合、発光層５へのホールの注入障壁を小さくすることができるので、ホールをより効率よく発光層へ注入することができる。
【００４９】
ホール輸送層はアリールアミン誘導体を含んでもよい。この場合、ホール輸送層のホール輸送性が向上するので、ホールをさらに効率よく発光層へ注入することができる。
【００５０】
ホール輸送層は式（１０）で示される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）を含んでもよい。この場合、ホール輸送層のホール輸送性が向上するので、ホールをさらに効率よく発光層へ注入することができる。
【００５１】
【化１３】
【発明の効果】
【００５２】
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、電子の輸送を促進する電子輸送層と電子の移動を制限する電子制限層とを設けることにより、駆動電圧を低くしかつ寿命を延ばすことが可能となる。また、短波長発光層と長波長発光層とを設けることにより、所望の発光色を得ることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５３】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る有機ＥＬ素子を示す模式的な断面図である。
【００５４】
図１に示す有機ＥＬ素子１００の作製時には、まず基板１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２を形成し、このホール注入電極２上に、ホール注入層３ａ、ホール輸送層４、発光層５、電子制限層６および電子輸送層７を順に形成する。さらに、この電子輸送層７上に、例えば、アルミニウム等からなる電子注入電極８を形成する。
【００５５】
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。
【００５６】
ホール注入層３ａ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。ホール注入層３ａの厚さは０．５ｎｍ以上５ｎｍ以下であることが好ましい。この場合、ホールを効率よく発光層５に注入することができる。それにより、有機ＥＬ素子１００の駆動電圧の上昇を抑制することができる。
【００５７】
なお、ホール注入電極２とホール注入層３ａとの間に、例えばＣｕＰｃ（銅フタロシアニン）からなる他のホール注入層３ｂを形成してもよい。この場合、ホールをさらに効率よく発光層５に注入することができる。
【００５８】
ホール輸送層４は、例えば、下記式（１０）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）等の有機材料からなる。
【００５９】
【化１４】
【００６０】
発光層５は、例えば、下記式（４）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）をホスト材料とし、下記式（９）に示す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）を発光ドーパントとして形成される。
【００６１】
【化１５】
【００６２】
【化１６】
【００６３】
電子制限層６としては、電子移動度の低い材料または最低空分子軌道（ＬＵＭＯ）のエネルギーレベルが低い材料を用いることが好ましい。本実施の形態においては、電子制限層６の材料として、電子輸送層７の材料よりも電子移動度が低い材料または最低空分子軌道（ＬＵＭＯ）のエネルギーレベルが低い材料を選択する。例えば、下記式（１）に示される構造を有する有機化合物を用いることができる。
【００６４】
【化１７】
【００６５】
式（１）において、Ｒ１〜Ｒ３は互いに同一であってもよいし、互いに異なってもよく、式（１）中のキノリン環のいずれの位置にあってもよい。式（１）中のＲ１〜Ｒ３は、水素原子、ハロゲン原子または炭素数が４以下のアルキル基を示す。
【００６６】
本実施の形態においては、電子制限層６は、下記式（２）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、Ａｌｑ３と略記する）からなる。Ａｌｑ３の電子移動度は１０-6ｃｍ2 ／Ｖｓであり、ＬＵＭＯのエネルギーレベルは約−３．０ｅＶである。
【００６７】
【化１８】
【００６８】
また、電子制限層６としては、下記式（３）に示される構造を有する有機化合物を用いてもよい。
【００６９】
【化１９】
【００７０】
式（３）において、Ｒ４〜Ｒ７は互いに同一であってもよいし、互いに異なってもよく、ベンゼン環およびキノリン環のいずれの位置にあってもよい。式（３）中のＲ４〜Ｒ７は、水素原子、ハロゲン原子または炭素数４以下のアルキル基を示す。
【００７１】
電子輸送層７としては、電子移動度の高い材料または最低空分子軌道（ＬＵＭＯ）のエネルギーレベルが高い材料を用いることが好ましい。本実施の形態においては、電子輸送層７の材料として、電子制限層６の材料よりも電子移動度が高い材料または最低空分子軌道（ＬＵＭＯ）のエネルギーレベルが高い材料を選択する。例えば、フェナントロリン化合物を用いることができる。電子輸送層７の材料として用いられるフェナントロリン化合物としては、例えば、下記式（５）に示される1,10-フェナントロリン(1,10-phenanthroline)またはその誘導体が好ましい。
【００７２】
【化２０】
【００７３】
電子輸送層７の材料として用いられる1,10-フェナントロリンの誘導体としては、例えば、下記式（６）に示される構造を有する化合物を用いることがより好ましい。
【００７４】
【化２１】
【００７５】
式（６）において、Ｒ８〜Ｒ１１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（６）中のＲ８〜Ｒ１１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、Ｒ１０およびＲ１１は式（６）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（６）のＲ８〜Ｒ１１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。
【００７６】
本実施の形態においては、電子輸送層７は、下記式（７）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。ＢＣＰのＬＵＭＯのエネルギーレベルは約−２．７ｅＶである。
【００７７】
【化２２】
【００７８】
また、電子輸送層７としては、下記式（８）に示されるシロール誘導体を用いてもよい。
【００７９】
【化２３】
【００８０】
式（８）においては、Ｒ１２〜Ｒ１５は互いに同一であってもよいし、互いに異なっていてもよい。式（８）中のＲ１２〜Ｒ１５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す。式（８）のＲ１２〜Ｒ１５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、2-(2-フェニル)ピリジル基、2,2-ビピリジン-6-イル基等が挙げられる。
【００８１】
上記の有機ＥＬ素子１００においては、ホール注入電極２と電子注入電極８との間に電圧を印加することにより、有機ＥＬ素子１００の発光層５が発光し、基板１の裏面から光が出射される。
【００８２】
本実施の形態の有機ＥＬ素子１００においては、電子輸送層７として高い電子移動度を有するＢＣＰが用いられている。それにより、電子を効率よく発光層５に注入することができる。その結果、駆動電圧が低くなり、有機ＥＬ素子１００の消費電力が低減される。
【００８３】
また、発光層５と電子輸送層７との間に電子輸送層７よりも低い電子移動度を有しかつ最低空分子軌道（ＬＵＭＯ）のエネルギーレベルが低いＡｌｑ３からなる電子制限層６が設けられている。それにより、電子輸送層７から電子制限層６を通って発光層５へと注入される電子の移動が電子制限層６によって制限され、ホールと電子との再結合領域が電子注入電極８側へ移動する。したがって、ホールと再結合することなく発光層５を通り抜けてホール輸送層４に到達する電子が低減される。その結果、電子によるホール輸送層４の劣化を防止することができ、有機ＥＬ素子１００の発光寿命を長くすることができる。
【００８４】
この場合、電子制限層６により電流が制限されることになるが、電子輸送層７が高い電子移動度を有するので、有機ＥＬ素子１００全体に流れる電流はほとんど低減されない。このように、高い電子移動度を有する電子輸送層７および低い電子移動度を有する電子制限層６を組み合わせることにより、駆動電圧を低く保ちつつ有機ＥＬ素子１００の長寿命化を実現することができる。
【００８５】
なお、電子輸送層７の電子移動度は１０-5ｃｍ2 ／Ｖｓ以上であることが好ましく、１０-4ｃｍ2 ／Ｖｓ以上であることがより好ましい。この場合、発光層５への電子の注入量を十分に増加させることができるので、駆動電圧を大幅に下げることができる。
【００８６】
また、電子制限層６と電子輸送層７との電子移動度の差は１０倍以上であることが好ましい。この場合、発光層５への電子の注入量を十分に制限することができるので、有機ＥＬ素子１００の発光寿命を大幅に延ばすことができる。
【００８７】
また、電子制限層６の膜厚は２０ｎｍ以下であることが好ましく、１０ｎｍ以下であることがより好ましく、５ｎｍであることがさらに好ましい。この場合、電子の注入量を十分に増加させることができるので、駆動電圧を大幅に下げることができる。
【００８８】
このように、本実施の形態に係る有機ＥＬ素子１００によれば、発光層５上に電子制限層６および電子輸送層７を形成することにより、駆動電圧を低くしかつ発光寿命を長くすることが可能となる。
【００８９】
なお、本実施の形態に係る有機ＥＬ素子１００においては、発光層５上に電子制限層６および電子輸送層７が順に形成されているが、発光層５上に電子輸送層７および電子制限層６が順に形成されてもよい。
【００９０】
また、電子制限層６および電子輸送層７の代わりに発光層５上に電子制限層６の材料と電子輸送層７の材料とが混在する電子制限輸送層６７が形成されてもよい。この場合、電子制限輸送層６７における電子輸送制限層６の材料の含有率は４０重量％以下であることが好ましく、３０重量％以下であることがより好ましい。したがって、電子制限輸送層６７における電子輸送層７の材料の含有率は６０重量％以上であることが好ましく、７０重量％以上であることがより好ましい。それにより、発光効率を低下させることなく、駆動電圧を低くしかつ発光寿命を長くすることが可能となる。
【００９１】
また、電子制限層６の材料としては、上記の材料に限られず電子輸送層７よりも低い電子移動度を有する他の有機材料または最低空分子軌道（ＬＵＭＯ）のエネルギーレベルが低い他の有機材料を用いてもよい。例えば、アントラセン誘導体を用いることができる。本実施の形態において電子制限層６の材料として用いられるアントラセン誘導体としては、ＴＢＡＤＮが好ましい。
【００９２】
また、電子輸送層７の材料としては、上記の材料に限られず電子制限層６よりも高い電子移動度を有する他の有機材料または最低空分子軌道（ＬＵＭＯ）のエネルギーレベルが高い他の有機材料を用いてもよい。
【００９３】
また、上記実施の形態においては、発光層５は青色に発光するが、発光層５を橙色に発光させてもよく、緑色に発光させてもよく、赤色に発光させてもよい。
【００９４】
橙色に発光させる場合には、発光層５は、例えば、ＮＰＢをホスト材料として、下記式（１２）に示す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-diphenylnaphthacene）（以下、ＤＢｚＲと略記する）を発光ドーパントとして形成される。
【００９５】
【化２４】
【００９６】
なお、この場合、ホール輸送層４と発光層５のホスト材料とが同じ材料であるので、発光層５へのホールの注入障壁を小さくすることができ、より効率よくホールを発光層５へ注入することができる。
【００９７】
また、ホスト材料としてホール輸送層４の材料であるＮＰＢが用いられているので、発光層５はホールを輸送する役割も担う。この場合、ホールが効率よく輸送されるので、有機ＥＬ素子１００の発光効率が向上する。また、ホールと電子との再結合領域が電子制限層６側へ移動するので、ホールと再結合することなくホール輸送層４へと到達する電子が低減される。それにより、ホール輸送層４の劣化を防止することができ、有機ＥＬ素子１００の長寿命化が可能になる。
【００９８】
緑色に発光させる場合には、発光層５は、ＴＢＡＤＮをホスト材料とし、下記式（１１）に示す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）または下記式（１３）に示される3-(2-ベンゾチアゾールイル)-7-(ジエチルアミノ)クマリン（3-(2-Benzothiazolyl)-7-(diethylamino)coumarin）（以下クマリン６と略記する。）を発光ドーパントとして形成される。
【００９９】
【化２５】
【０１００】
【化２６】
【０１０１】
赤色に発光させる場合には、発光層５は、例えば、Ａｌｑ３をホスト材料とし、下記式（１４）に示されるルブレン（Rubrene）を補助ドーパントとし、下記式（１５）に示される(2-(1,1-ジメチルエチル)-6-(2-(2,3,6,7-テトラヒドロ-1,1,7,7-テトラメチル-lII,5II-ベンゾ〔ｉｊ〕キノリジン−９−イル)エテニル)-4H-ピラン−４-イリデン)プロパンジニトリル（(2-(1,1-Dimethylethyl)-6-(2-(2,3,6,7-tetrahydro-1,1,7,7-tetramethyl-lII,5II-benzo〔ij〕quinolizin-9-yl)ethenyl)-4H-pyran-4-ylidene)propanedinitrile）（以下、ＤＣＪＴＢと略記する）を発光ドーパントとして形成される。この場合、発光ドーパントは発光し、補助ドーパントは、ホスト材料から発光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発光ドーパントの発光を補助する役割を担う。なお、補助ドーパントはドープしなくてもよい。
【０１０２】
【化２７】
【０１０３】
【化２８】
【０１０４】
また、発光層５としては、三重項励起エネルギーを発光に変換可能な材料（以下、三重項発光材料と呼ぶ）を用いてもよい。この場合、有機ＥＬ素子１００の発光効率を向上させることができる。
【０１０５】
（第２の実施の形態）
図２は、本発明の第２の実施の形態に係る有機ＥＬ素子を示す模式的な断面図である。第２の実施の形態に係る有機ＥＬ素子１０１は、図１の有機ＥＬ素子１００の発光層５の代わりに橙色発光を得ることが可能な橙色発光層５ａおよび青色発光を得ることが可能な青色発光層５ｂが設けられる点を除き第１の実施の形態に係る有機ＥＬ素子１００と同様の構成を有する。
【０１０６】
橙色発光層５ａは、例えば、ＮＰＢをホスト材料とし、ｔＢｕＤＰＮを補助ドーパントとし、ＤＢｚＲを発光ドーパントとして形成される。この場合、発光ドーパントは発光し、補助ドーパントは、ホスト材料から発光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発光ドーパントの発光を補助する役割を担う。それにより、橙色発光層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。
【０１０７】
なお、この場合、ホール輸送層４と橙色発光層５ａのホスト材料とが同じ材料であるので、橙色発光層５ａへのホールの注入障壁を小さくすることができ、より効率よくホールを発光層５へ注入することができる。
【０１０８】
また、ホスト材料としてホール輸送層４の材料であるＮＰＢが用いられているので、橙色発光層５ａはホールを青色発光層５ｂへ輸送する役割も担う。この場合、ホールが効率よく青色発光層５ｂへ輸送されるので、有機ＥＬ素子１０１の発光効率が向上する。また、ホールと電子との再結合領域が青色発光層５ｂ側へ移動するので、ホールと再結合することなくホール輸送層４へと到達する電子が低減される。それにより、ホール輸送層４の劣化を防止することができ、有機ＥＬ素子１０１の長寿命化が可能になる。
【０１０９】
青色発光層５ｂは、例えば、ＴＢＡＤＮをホスト材料とし、ＮＰＢを補助ドーパントとし、ＴＢＰを発光ドーパントとして形成される。この場合、発光ドーパントは発光し、補助ドーパントはキャリアの輸送を促進することにより発光ドーパントの発光を補助する役割を担う。それにより、青色発光層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。
【０１１０】
なお、橙色発光層５ａおよび青色発光層５ｂにおいては、補助ドーパントはドープされなくてもよい。
【０１１１】
本実施の形態の有機ＥＬ素子１０１においては、電子輸送層７として高い電子移動度を有するＢＣＰが用いられている。それにより、電子を効率よく発光層５に注入することができる。その結果、駆動電圧が低くなり、有機ＥＬ素子１０１の消費電力が低減される。
【０１１２】
また、青色発光層５ｂと電子輸送層７との間に電子輸送層７よりも低い電子移動度を有しかつ最低空分子軌道（ＬＵＭＯ）のエネルギーレベルが低いＡｌｑ３からなる電子制限層６が設けられている。それにより、橙色発光層５ａおよび青色発光層５ｂへと注入される電子の移動が制限され、ホールと電子との再結合領域が電子注入電極８側へ移動する。この場合、電子制限層６の膜厚を調整することによりホールと電子との再結合領域の位置を制御することができる。その結果、橙色発光層５ａおよび青色発光層５ｂにおける発光の割合を調整することが可能となり、所望の発光色を得ることができる。
【０１１３】
この場合、電子制限層６により電流が制限されることになるが、電子輸送層７が高い電子移動度を有するので、有機ＥＬ素子１０１全体に流れる電流はほとんど低減されない。このように、高い電子移動度を有する電子輸送層７および低い電子移動度を有する電子制限層６を組み合わせることにより、駆動電圧を低くするとともに所望の発光色を得ることができる。
【０１１４】
なお、電子輸送層７の電子移動度は１０-5ｃｍ2 ／Ｖｓ以上であることが好ましく、１０-4ｃｍ2 ／Ｖｓ以上であることがより好ましい。この場合、橙色発光層５ａおよび青色発光層５ｂへの電子の注入量を十分に増加させることができるので、駆動電圧を大幅に下げることができる。
【０１１５】
また、電子制限層６と電子輸送層７との電子移動度の差は１０倍以上であることが好ましい。この場合、橙色発光層５ａおよび青色発光層５ｂへの電子の注入量を十分に制限することができるので、所望の発光色を容易に得ることができる。
【０１１６】
また、電子制限層６の膜厚は２０ｎｍ以下であることが好ましく、１０ｎｍ以下であることがより好ましく、５ｎｍであることがさらに好ましい。この場合、電子の注入量を十分に増加させることができるので、駆動電圧を大幅に下げることができる。
【０１１７】
このように、本実施の形態に係る有機ＥＬ素子１０１によれば、青色発光層５ｂ上に電子制限層６および電子輸送層７を形成することにより、駆動電圧を低くしかつ所望の発光色を得ることが可能となる。
【０１１８】
また、橙色発光層５ａおよび青色発光層５ｂとが発光することにより、白色発光を得ることができる。この場合、白色発光を得ることが可能な有機ＥＬ素子に赤色、緑色および青色のフィルタを設けることで光の３原色の表示（ＲＧＢ表示）が可能となり、フルカラー表示が実現する。
【０１１９】
本実施の形態に係る有機ＥＬ素子１０１においては、青色発光層５ｂ上に電子制限層６および電子輸送層７が順に形成されているが、青色発光層５ｂ上に電子輸送層７および電子制限層６が順に形成されてもよい。また、電子制限層６および電子輸送層７の代わりに青色発光層５ｂ上に電子制限層６の材料と電子輸送層７の材料とが混在する層が形成されてもよい。
【０１２０】
また、橙色発光層５ａは、例えば、下記式（１６）に示す4,4'-ビス(カルバゾール-9-イル)-ビフェニル（4,4'-Bis(carbazol-9-yl)-biphenyl：以下、ＣＢＰと略記する）をホスト材料とし、下記式（１７）に示すトリス（2-フェニルキノリン）イリジウム（Tris(2-phenylquinoline)iridium：以下、Ｉｒ（ｐｈｑ）３と略記する）を発光ドーパントとして形成されてもよい。この場合、Ｉｒ（ｐｈｑ）３は三重項発光材料であるので、有機ＥＬ素子１０１の発光効率を向上させることができる。
【０１２１】
【化２９】
【０１２２】
【化３０】
【０１２３】
本実施の形態においては、橙色発光層５ａが長波長発光層に相当し、青色発光層５ｂが短波長発光層に相当する。
【０１２４】
（第３の実施の形態）
図３は有機ＥＬ素子を用いた有機ＥＬ表示装置の一例を示す模式的平面図であり、図４は図３の有機ＥＬ表示装置のＡ−Ａ線断面図である。
【０１２５】
図３および図４の有機ＥＬ表示装置においては、赤色に発光する有機ＥＬ素子１００Ｒ、緑色に発光する有機ＥＬ素子１００Ｇおよび青色に発光する有機ＥＬ素子１００Ｂがマトリクス状に配置されている。
【０１２６】
各有機ＥＬ素子１００Ｒ，１００Ｇ，１００Ｂは図１の有機ＥＬ素子１００と同様の構成を有しており、それぞれ発光層５として赤色に発光する赤色発光層５Ｒ、緑色に発光する緑色発光層５Ｇおよび青色に発光する青色発光層５Ｂを備える。なお、各発光層５Ｒ，５Ｇ，５Ｂに用いられる材料は、第１の実施の形態において説明したものを用いることができる。
【０１２７】
以下、本実施の形態に係る有機ＥＬ表示装置をより詳細に説明する。
【０１２８】
図３においては、左から順に有機ＥＬ素子１００Ｒ、有機ＥＬ素子１００Ｇおよび有機ＥＬ素子１００Ｂが設けられている。
【０１２９】
各有機ＥＬ素子１００Ｒ，１００Ｇ，１００Ｂの構成は平面図では同一である。各有機ＥＬ素子１００Ｒ，１００Ｇ，１００Ｂは行方向に延びる２つのゲート信号線５１と列方向に延びる２つのドレイン信号線（データ線）５２とに囲まれた領域に形成される。各有機ＥＬ素子の領域内において、ゲート信号線５１とドレイン信号線５２との交点付近にはスイッチング素子である第１のＴＦＴ１３０が形成され、中央付近には各有機ＥＬ素子１００Ｒ，１００Ｇ，１００Ｂを駆動する第２のＴＦＴ１４０が形成される。また、各有機ＥＬ素子１００Ｒ，１００Ｇ，１００Ｂの領域内に補助容量７０、およびＩＴＯからなるホール注入電極２が形成される。ホール注入電極２の領域に各有機ＥＬ素子１００Ｒ，１００Ｇ，１００Ｂが島状に形成される。
【０１３０】
第１のＴＦＴ１３０のドレインはドレイン電極１３ｄを介してドレイン信号線５２に接続され、第１のＴＦＴ１３０のソースはソ−ス電極１３ｓを介して電極５５に接続される。第１のＴＦＴ１３０のゲート電極１１１は、ゲート信号線５１から延びる。
【０１３１】
補助容量７０は、電源電圧Ｖｓｃを受けるＳＣ線５４と、能動層１１（図４参照）と一体の電極５５とから構成される。
【０１３２】
第２のＴＦＴ１４０のドレインはドレイン電極４３ｄを介して各有機ＥＬ素子のホール注入電極２に接続され、第２のＴＦＴ１４０のソースはソ−ス電極４３ｓを介して列方向に延びる電源線５３に接続される。第２のＴＦＴ１４０のゲート電極４１は電極５５に接続される。
【０１３３】
図４に示されるように、ガラス基板１０上に多結晶シリコン等からなる能動層１１が形成され、その能動層１１の一部が有機ＥＬ素子を駆動するための第２のＴＦＴ１４０となる。能動層１１上にゲート酸化膜（図示せず）を介してダブルゲート構造のゲート電極４１が形成され、ゲート電極４１を覆うように能動層１１上に層間絶縁膜１３および第１の平坦化層１５が形成される。第１の平坦化層１５の材料としては、例えばアクリル樹脂を用いることができる。第１の平坦化層１５上に透明なホール注入電極２が各有機ＥＬ素子ごとに形成され、ホール注入電極２を覆うように第１の平坦化層１５上に絶縁性の第２の平坦化層１８が形成される。第２のＴＦＴ１４０は第２の平坦化層１８の下に形成されている。
【０１３４】
ホール注入電極２および第２の平坦化層１８を覆うようにホール輸送層４が全体の領域上に形成される。
【０１３５】
有機ＥＬ素子１００Ｒ、有機ＥＬ素子１００Ｇおよび有機ＥＬ素子１００Ｂのホール輸送層４上には、それぞれ列方向に延びるストライプ状の赤色発光層５Ｒ、緑色発光層５Ｇおよび青色発光層５Ｂが形成される。
【０１３６】
ストライプ状の赤色発光層５Ｒ、緑色発光層５Ｇおよび青色発光層５Ｂの間の境界は第２の平坦化層１８上の表面でガラス基板１０と平行となっている領域に設けられる。
【０１３７】
有機ＥＬ素子１００Ｒ、有機ＥＬ素子１００Ｇおよび有機ＥＬ素子１００Ｂの赤色発光層５Ｒ、緑色発光層５Ｇおよび青色発光層５Ｂ上には、列方向に延びるストライプ状の電子制限層６および列方向に延びるストライプ状の電子輸送層７がそれぞれ形成される。
【０１３８】
電子制限層６は、例えば、第１および第２の実施の形態と同様に低い電子移動度を有するＡｌｑ３からなる。電子輸送層７は、例えば、第１および第２の実施の形態と同様に高い電子移動度を有するＢＣＰからなる。
【０１３９】
さらに、各電子輸送層７上には電子注入電極８が形成される。電子注入電極８の上には樹脂等からなる保護層３４が形成されている。
【０１４０】
上記有機ＥＬ表示装置において、ゲート信号線５１に選択信号が出力されると第１のＴＦＴ１３０がオンし、そのときにドレイン信号線５２に与えられる電圧値（データ信号）に応じて補助容量７０が充電される。第２のＴＦＴ１４０のゲート電極４１は補助容量７０に充電された電荷に応じた電圧を受ける。それにより、電源線５３から各有機ＥＬ素子１００Ｒ，１００Ｇ，１００Ｂに供給される電流が制御され、各有機ＥＬ素子１００Ｒ，１００Ｇ，１００Ｂは供給された電流に応じた輝度で発光する。
【０１４１】
本実施の形態の有機ＥＬ表示装置の各有機ＥＬ素子１００Ｒ，１００Ｇ，１００Ｂにおいては、電子輸送層７として高い電子移動度を有するＢＣＰが用いられている。それにより、電子を効率よく赤色発光層５Ｒ、緑色発光層５Ｇおよび青色発光層５Ｂに注入することができる。その結果、各有機ＥＬ素子１００Ｒ，１００Ｇ，１００Ｂの駆動電圧が低くなり、有機ＥＬ表示装置の消費電力が低減される。
【０１４２】
また、赤色発光層５Ｒ、緑色発光層５Ｇおよび青色発光層５Ｂと電子輸送層７との間に電子輸送層７よりも低い電子移動度を有するＡｌｑ３からなる電子制限層６が設けられている。それにより、電子輸送層７から電子制限層６を通って赤色発光層５Ｒ、緑色発光層５Ｇおよび青色発光層５Ｂへと注入される電子の移動が制限され、ホールと電子との再結合領域が電子注入電極８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輸送層４に到達する電子が低減される。その結果、電子によるホール輸送層４の劣化を防止することができ、各有機ＥＬ素子１００Ｒ，１００Ｇ，１００Ｂの発光寿命を長くすることができる。
【０１４３】
この場合、電子制限層６により電流が制限されることになるが、電子輸送層７が高い電子移動度を有するので、各有機ＥＬ素子１００Ｒ，１００Ｇ，１００Ｂに流れる電流はほとんど低減されない。このように、高い電子移動度を有する電子輸送層７および低い電子移動度を有する電子制限層６を組み合わせることにより、駆動電圧を低く保ちつつ各有機ＥＬ素子１００Ｒ，１００Ｇ，１００Ｂの長寿命化を実現することができる。その結果、消費電力が少なくかつ発光寿命の長いフルカラー表示が得られる。
【０１４４】
（他の実施の形態）
発光層５のホスト材料としては、上記実施の形態において説明したものに限られず、例えば、トリス（8-キノリノラト）アルミニウム等の金属キレート化オキシノイド化合物、ジアリールブタジエン誘導体、スチルベン誘導体、べンズオキサゾール誘導体、ベンゾチアゾール誘導体、ＣＢＰ、トリアゾール系化合物、イミダゾール系化合物、オキサジアゾール系化合物、アントラセンやピレン、ペリレンなどの縮合環誘導体、ピラジン、ナフチリジン、キノキサリン、ピロロピリジン、ピリミジン、チオフェン、チオキサンテン等の複素環誘導体、ベンゾキノリノール金属錯体、ビピリジン金属錯体、ローダミン金属錯体、アゾメチン金属錯体、ジスチリルベンゼン誘導体、テトラフェニルブタジエン誘導体、スチルベン誘導体、アルダジン誘導体、クマリン誘導体、フタルイミド誘導体、ナフタルイミド誘導体、ペリノン誘導体、ピロロピロール誘導体、シクロペンタジエン誘導体、イミダゾール誘導体やオキサゾール誘導体、チアゾール誘導体、オキサジアゾール誘導体、チアジアゾール誘導体、トリアゾール誘導体等のアゾール誘導体およびその金属錯体、ベンズオキサゾール、ベンズイミダゾール、ベンゾチアゾール等のベンズアゾール誘導体およびその金属錯体、トリフェニルアミン誘導体およびカルバゾール誘導体等のアミン誘導体、メロシアニン誘導体、ポルフィリン誘導体、トリス（2-フェニルピリジン）イリジウム錯体等の燐光材料、メポリフェニレンビニレン誘導体、ポリパラフェニレン誘導体、ホリチオファン誘導体等を用いることができる。
【０１４５】
また、発光ドーパントとしては、例えば、アントラセン、ペリレン等の縮合多環芳香族炭化水素、７−ジメチルアミノ−４−メチルクマリン等のクマリン誘導体、ビス（ジイソプロピルフェニル）ペリレンテトラカルボン酸イミド等のナフタルイミド誘導体、ペリノン誘導体、アセチルアセトンおよびペンゾイルアセトンとフェナントロリン等を配位子とするＥｕ錯体等の希土類錯体、ジシアノメチレンピラン誘導体、ジシアノメチレンチオピラン誘導体、マグネシウムフタロシアニン、アルミニウムクロロフタロシアニン等の金属フタロシアニン誘導体、ポルフィリン誘導体、ローダミン誘導体、デアザフラピン誘導体、クマリン誘導体、オキサジン化合物、チオキサンテン誘導体、シアニン色素誘導体、フルオレセイン誘導体、アクリジン誘導体、キナクリドン誘導体、ピロロピロール誘導体、キナゾリン誘導体、ビロロピリジン誘導体、スクアリリウム誘導体、ビオラントロン誘導体、フェナジン誘導体、アクリドン誘導体、ジアザフラビン誘導体、ピロメテン誘導体およびその金属錯体、フェノキサジン誘導体、フェノキサゾン誘導体、チアジアゾロピレン誘導体、トリス（2-フェニルピリジン）イリジウム錯体、トリス（2-フェニルピリジル）イリジウム錯体、トリス[2-(2-チオフェニル)ピリジル]イリジウム錯体、トリス〔2-(2-ベンゾチオフェニル)ピリジル〕インジウム錯体、トリス（2-フェニルベンゾチアゾールミネッセンス）イリジウム錯体、トリス（2-フェニルベンゾオキサゾール）イリジウム錯体、トリスベンゾキノリンイリジウム錯体、ビス（2-フェニルピリジル）（アセテルアセトナート）イリジウム錯体、ビス[2-(2-チオフェニル)ピリジル]イリジウム錯体、ビス[2-(2-ベンゾチオフェニル)ピリジル]（アセチルアセトナート）イリジウム錯体、ビス（2-フェニルベンゾチアゾール）（アセチルアセトナート）イリジウム錯体等を用いることができる。
【実施例】
【０１４６】
以下、実施例および比較例の有機ＥＬ素子を作製し、作製した有機ＥＬ素子の発光特性を測定した。
【０１４７】
（実施例１および比較例１，２の比較）
（実施例１）
実施例１においては、図１の構造を有し青色に発光する有機ＥＬ素子を次のように作製した。
【０１４８】
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。次に、ホール注入電極２上にプラズマＣＶＤ法によりＣＦX （フッ化炭素）からなるホール注入層３ａを形成した。プラズマＣＶＤにおけるプラズマ放電時間は１５秒とした。
【０１４９】
さらに、ホール注入層３ａ上に、ホール輸送層４、発光層５、電子制限層６および電子輸送層７を真空蒸着により順に形成した。
【０１５０】
ホール輸送層４は、膜厚１５０ｎｍのＮＰＢからなる。発光層５は、膜厚３０ｎｍを有し、ＴＢＡＤＮからなるホスト材料にＴＢＰからなる発光ドーパントを１重量％添加することにより形成される。電子制限層６は、膜厚３ｎｍのＡｌｑ３からなる。電子輸送層７は、膜厚７ｎｍのＢＣＰからなる。
【０１５１】
その後、電子輸送層７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８を形成した。
【０１５２】
以上のようにして作製した有機ＥＬ素子の１０ｍＡ／ｃｍ2 での駆動電圧、ＣＩＥ色度座標、発光効率および発光寿命を測定した。なお、実施例１および後述する比較例１，２における発光寿命は測定開始時の輝度３０００ｃｄ／ｍ2 が半減するまでの時間を測定したものである。
【０１５３】
その結果、実施例１の有機ＥＬ素子の駆動電圧は４．２Ｖであり、ＣＩＥ色度座標は（ｘ，ｙ）＝（０．１４，０．１３）であり、発光効率は５．８ｃｄ／Ａであり、発光寿命は１３０時間であった。
【０１５４】
（比較例１）
比較例１においては、電子制限層６の膜厚を１０ｎｍとし、電子輸送層７を設けなかった点を除いて、実施例１と同じ構造を有する有機ＥＬ素子を作製した。
【０１５５】
比較例１の有機ＥＬ素子の１０ｍＡ／ｃｍ2 での駆動電圧、ＣＩＥ色度座標、発光効率および発光寿命を測定した。
【０１５６】
その結果、比較例１の有機ＥＬ素子の駆動電圧は６．２Ｖであり、ＣＩＥ色度座標は（ｘ、ｙ）＝（０．１４、０．１４）であり、発光効率は４．０ｃｄ／Ａであり、発光寿命は１５０時間であった。
【０１５７】
（比較例２）
比較例２においては、電子輸送層７の膜厚を１０ｎｍとし、電子制限層６を設けなかった点を除いて、実施例１と同じ構造を有する有機ＥＬ素子を作製した。
【０１５８】
比較例２の有機ＥＬ素子の１０ｍＡ／ｃｍ2 での駆動電圧、ＣＩＥ色度座標、発光効率および発光寿命を測定した。
【０１５９】
その結果、比較例２の有機ＥＬ素子の駆動電圧は３．８Ｖであり、ＣＩＥ色度座標は（ｘ，ｙ）＝（０．１４，０．１３）であり、発光効率は５．４ｃｄ／Ａであり、発光寿命は６０時間であった。
【０１６０】
（評価）
表１に、実施例１、比較例１および比較例２の有機ＥＬ素子の各層の条件を示す。表２に、実施例１、比較例１および比較例２における駆動電圧、ＣＩＥ色度座標、発光効率および発光寿命の測定結果を示す。
【０１６１】
【表１】
【０１６２】
【表２】
【０１６３】
表２に示すように、実施例１の有機ＥＬ素子の駆動電圧は比較例１の有機ＥＬ素子に比べて低くなっている。
【０１６４】
実施例１の有機ＥＬ素子においては、電子制限層６と電子注入電極８との間に高い電子移動度を有するＢＣＰからなる電子輸送層７が設けられている。この電子輸送層７が電子の移動を促進し、実施例１の有機ＥＬ素子の駆動電圧が低くなったと考えられる。
【０１６５】
一方、比較例１の有機ＥＬ素子においては、高い電子移動度を有するＢＣＰからなる電子輸送層７が設けられておらず、低い電子移動度を有するＡｌｑ３からなる電子制限層６のみが設けられている。この電子制限層６によって電子の移動が抑制され、比較例１の駆動電圧が高くなったと考えられる。
【０１６６】
ここで、実施例１の有機ＥＬ素子の発光効率は比較例１の有機ＥＬ素子に比べて高くなっている。さらに、実施例１の有機ＥＬ素子の発光寿命は比較例１の有機ＥＬ素子とほぼ等しくなっている。このように、実施例１の有機ＥＬ素子においては、ＢＣＰからなる電子輸送層７を設けることによる特性の低下はほとんどないと言える。
【０１６７】
また、表２に示すように、実施例１の有機ＥＬ素子の発光寿命は比較例２の有機ＥＬ素子に比べて十分に長くなっている。
【０１６８】
実施例１の有機ＥＬ素子においては、電子輸送層７と発光層５との間にＡｌｑ３からなる電子制限層６が設けられている。この電子制限層６によって電子輸送層７から発光層５へと注入される電子の移動が制限される。それにより、電子とホールとの再結合領域が電子注入電極８側へ移動し、ホールと再結合せずに発光層５を通り抜けてホール輸送層４に到達する電子が低減したと考えられる。その結果、ホール輸送層４の劣化を防止でき、実施例１の有機ＥＬ素子の発光寿命を長くすることができたと考えられる。
【０１６９】
一方、比較例２の有機ＥＬ素子には、電子制限層６が設けられていない。そのため、電子とホールとの再結合領域がホール注入電極２側に位置し、ホールと再結合せずに発光層５を通り抜けてホール輸送層４に到達する電子が増加したと考えられる。その結果、ホール輸送層４が劣化し、発光寿命が短くなったと考えられる。
【０１７０】
ここで、実施例１の有機ＥＬ素子の駆動電圧および発光効率は比較例３の有機ＥＬ素子とほぼ等しくなっている。このように、実施例１の有機ＥＬ素子においては、Ａｌｑ３からなる電子制限層６を設けることによる特性の低下はほとんどないと言える。
【０１７１】
また、表２に示すように、実施例１の有機ＥＬ素子のＣＩＥ色度座標は比較例１および比較例２の有機ＥＬ素子とほぼ等しくなっている。
【０１７２】
以上のように、電子制限層６として電子移動度の低い材料または最低空分子軌道（ＬＵＭＯ）のエネルギーレベルが低い材料を用い、電子輸送層７として電子移動度の高い材料を用いることにより、有機ＥＬ素子の発光特性を低下させることなく、駆動電圧を低くしかつ発光寿命を延ばすことができる。
【０１７３】
（実施例２〜５および比較例３の比較）
（実施例２）
実施例２においては、図２の構造を有する有機ＥＬ素子を次のように作製した。
【０１７４】
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。次に、ホール注入電極２上にプラズマＣＶＤ法によりＣＦX （フッ化炭素）からなるホール注入層３ａを形成した。プラズマＣＶＤにおけるプラズマ放電時間は１５秒とした。
【０１７５】
さらに、ホール注入層３ａ上に、ホール輸送層４、橙色発光層５ａ、青色発光層５ｂ、電子制限層６および電子輸送層７を真空蒸着により順に形成した。
【０１７６】
ホール輸送層４は、膜厚１５０ｎｍのＮＰＢからなる。橙色発光層５ａは、膜厚６０ｎｍ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１０重量％添加し、ＤＢｚＲからなる第２のドーパントを３重量％添加することにより形成される。
【０１７７】
青色発光層５ｂは、膜厚５０ｎｍを有し、ＴＢＡＤＮからなるホスト材料にＮＰＢからなる第１のドーパントを２０重量％添加し、ＴＢＰからなる第２のドーパントを１重量％添加することにより形成される。
【０１７８】
電子制限層６は、膜厚３ｎｍのＡｌｑ３からなる。電子輸送層７は、膜厚７ｎｍのＢＣＰからなる。
【０１７９】
その後、電子輸送層７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８を形成した。
【０１８０】
以上のようにして作製した有機ＥＬ素子の１０ｍＡ／ｃｍ2 での駆動電圧、ＣＩＥ色度座標および発光効率を測定した。
【０１８１】
その結果、実施例２の有機ＥＬ素子の駆動電圧は５．１Ｖであり、ＣＩＥ色度座標は（ｘ，ｙ）＝（０．４００，０．３９５）であり、発光効率は１５．２ｃｄ／Ａであった。
【０１８２】
（実施例３）
実施例３においては、電子制限層６の膜厚を５ｎｍにした点を除いて実施例２と同じ有機ＥＬ素子を作製した。
【０１８３】
実施例３の有機ＥＬ素子の１０ｍＡ／ｃｍ2 での駆動電圧、ＣＩＥ色度座標および発光効率を測定した。
【０１８４】
その結果、実施例２の有機ＥＬ素子の駆動電圧は５．５Ｖであり、ＣＩＥ色度座標は（ｘ，ｙ）＝（０．３５４，０．３６６）であり、発光効率は１４．１ｃｄ／Ａであった。
【０１８５】
（実施例４）
実施例４においては、電子制限層６の材料をＴＢＡＤＮとした点を除いて実施例２と同じ有機ＥＬ素子を作製した。
【０１８６】
実施例４の有機ＥＬ素子の２０ｍＡ／ｃｍ2 での駆動電圧、ＣＩＥ色度座標および発光効率を測定した。
【０１８７】
その結果、実施例４の有機ＥＬ素子の駆動電圧は５．２Ｖであり、ＣＩＥ色度座標は（ｘ，ｙ）＝（０．３９２，０．３９０）であり、発光効率は１３．６ｃｄ／Ａであった。
【０１８８】
（実施例５）
実施例５においては、電子制限層６の材料をＴＢＡＤＮとした点を除いて実施例３と同じ有機ＥＬ素子を作製した。
【０１８９】
実施例５の有機ＥＬ素子の２０ｍＡ／ｃｍ2 での駆動電圧、ＣＩＥ色度座標および発光効率を測定した。
【０１９０】
その結果、実施例４の有機ＥＬ素子の駆動電圧は５．７Ｖであり、ＣＩＥ色度座標は（ｘ，ｙ）＝（０．３３２，０．３３１）であり、発光効率は１２．４ｃｄ／Ａであった。
【０１９１】
（比較例３）
比較例３においては、電子制限層６を設けなかった点を除いて実施例２と同じ有機ＥＬ素子を作製した。
【０１９２】
比較例３の有機ＥＬ素子の２０ｍＡ／ｃｍ2 での駆動電圧、ＣＩＥ色度座標および発光効率を測定した。
【０１９３】
その結果、比較例３の有機ＥＬ素子の駆動電圧は４．５Ｖであり、ＣＩＥ色度座標は（ｘ，ｙ）＝（０．４６４，０．４４１）であり、発光効率は１５．６ｃｄ／Ａであった。
【０１９４】
（評価）
表３に、実施例２〜５および比較例３の有機ＥＬ素子の各層の条件を示す。表４に、実施例２〜５および比較例３における駆動電圧、ＣＩＥ色度座標および発光効率の測定結果を示す。
【０１９５】
【表３】
【０１９６】
【表４】
【０１９７】
図５は、実施例２、実施例３および比較例３の発光スペクトルを示すグラフである。図５において、横軸は波長を示し、縦軸は相対強度を示す。
【０１９８】
図５に示すように、実施例２、実施例３および比較例３の有機ＥＬ素子の発光スペクトルは、４５０ｎｍ付近で第１のピーク値を示し、５７０ｎｍ付近で第２のピーク値を示す。
【０１９９】
ここで、実施例２の有機ＥＬ素子においては、第１のピーク値と第２のピーク値とがほぼ同じである。実施例３の有機ＥＬ素子においては、第１のピーク値が第２のピーク値に比べて大きい。比較例３の有機ＥＬ素子においては、第２のピーク値が第１のピーク値に比べて大きい。
【０２００】
このように、電子制限層６の厚さによって、第１のピーク値に対する第２のピーク値の大きさが変化している。すなわち、電子制限層６の厚さを調整することによって、橙色発光層５ａと青色発光層５ｂとの発光強度比を調整することができ、所望の白色光を得ることができる。
【０２０１】
また、表４に示すように、実施例２および実施例３の有機ＥＬ素子の駆動電圧は比較例３の有機ＥＬ素子に比べてほとんど上昇していない。また、実施例２および実施例３の有機ＥＬ素子の発光効率は比較例３とほぼ同じである。このことから、実施例２および比較例３の有機ＥＬ素子においては、Ａｌｑ３からなる電子制限層６を設けたことによる特性の低下はほとんどないと言える。
【０２０２】
以上のように、電子制限層６として電子移動度の低い材料または最低空分子軌道（ＬＵＭＯ）のエネルギーレベルが低い材料を用い、電子輸送層７として電子移動度の高い材料を用いることにより、有機ＥＬ素子の発光特性を低下させることなく、駆動電圧を低くしかつ所望の発光色を得ることができる。
【０２０３】
また、表４に示すように、実施例４および実施例５の有機ＥＬ素子においても、色度座標が変化している。このことから、電子制限層６としてＴＢＡＤＮを用いる場合も、電子制限層６としてＡｌｑ３を用いる場合と同様に、電子制限層６の膜厚を調整することにより所望の発光色を得ることが可能であることが分かる。
【０２０４】
（実施例６，７および比較例４，５の比較）
（実施例６）
実施例６の有機ＬＥ素子が実施例１の有機ＥＬ素子と異なるのは以下の点である。
【０２０５】
実施例６においては、ホール注入電極２とホール輸送層３ａとの間にＣｕＰｃ（銅フタロシアニン）からなるホール輸送層３ｂを真空蒸着により形成した。なお、ホール輸送層３ｂの膜厚は１０ｎｍであり、ホール輸送層３ａの膜厚は１ｎｍである。
【０２０６】
発光層５は、膜厚４０ｎｍを有し、ＮＰＢからなるホスト材料にｔＢｕＤＰＮからなる発光ドーパントを添加することにより形成した。この場合、発光層５は緑色に発光する。
【０２０７】
（実施例７）
実施例７の有機ＥＬ素子が実施例６の有機ＥＬ素子と異なるのは以下の点である。
【０２０８】
実施例７においては、電子制限層６および電子輸送層７の代わりに、発光層５上に膜厚１０ｎｍの電子制限輸送層６７を真空蒸着により形成した。なお、電子制限輸送層６７は、電子制限輸送層６７全体に対してＡｌｑ３が２０重量％含有されるように形成した。
【０２０９】
（比較例４）
比較例４の有機ＥＬ素子が実施例６の有機ＥＬ素子と異なるのは以下の点である。
【０２１０】
比較例４においては、電子輸送層７を設けずに、電子制限層６の膜厚を１０ｎｍとした。
【０２１１】
（比較例５）
比較例５の有機ＥＬ素子が実施例６の有機ＥＬ素子と異なるのは以下の点である。
【０２１２】
比較例５においては、電子制限層６を設けずに、電子輸送層７の膜厚を１０ｎｍとした。
【０２１３】
（評価）
実施例６，７および比較例４，５の有機ＥＬ素子の２０ｍＡ／ｃｍ2 での駆動電圧、ＣＩＥ色度座標、発光効率、発光寿命、電力効率および外部量子効率を測定した。なお、発光寿命は測定開始時の輝度１０００ｃｄ／ｍ2 が半減するまでの時間を測定したものである。
【０２１４】
表５に、実施例６，７および比較例４，５の有機ＥＬ素子の各層の条件を示す。表６に、実施例６，７および比較例４，５の有機ＥＬ素子の駆動電圧、ＣＩＥ色度座標、発光効率、発光寿命、電力効率および外部量子効率の測定結果を示す。
【０２１５】
【表５】
【０２１６】
【表６】
【０２１７】
表６に示すように、実施例６の有機ＥＬ素子は比較例４の有機ＥＬ素子に比べて駆動電圧が大幅に低下するとともに発光効率、電力効率および外部量子効率が向上している。また、実施例６の有機ＥＬ素子の発光効率、電力効率および外部量子効率は比較例５の有機ＥＬ素子に比べてそれほど低下しておらず、駆動電圧もほとんど上昇していない。また、実施例６の有機ＥＬ素子の発光寿命は比較例５の有機ＥＬ素子に比べて大幅に向上している。すなわち、発光層５の材料としてＮＰＢおよびｔＢｕＤＰＮを用いて緑色に発光させた場合にも、実施例１および実施例２の有機ＥＬ素子と同様の効果を得ることができた。この結果、電子制限層６を設けることは、発光層５の材料にかかわらず有効であると言える。
【０２１８】
また、電子制限層６および電子輸送層７の代わりに電子輸送層６の材料と電子輸送層７の材料とが混在する電子制限輸送層６７を設けた実施例７の有機ＥＬ素子においても、比較例４に比べて駆動電圧を低下させるとともに発光特性を向上させかつ比較例５に比べて発光寿命を向上させる効果を得られることが分かる。
【０２１９】
（実施例８，９および比較例６，７の比較）
（実施例８および実施例９）
実施例８および実施例９の有機ＥＬ素子が実施例７の有機ＥＬ素子と異なるのは以下の点である。
【０２２０】
実施例８においては、発光層５のホスト材料としてＮＰＢを用い、発光ドーパントとしてＤＢｚＲを用いた。これにより、実施例８の有機ＥＬ素子は橙色に発光する。なお、発光ドーパントの添加量は３重量％である。
【０２２１】
実施例９においては、発光層５のホスト材料としてＡｌｑ３を用い、発光ドーパントとしてＤＣＪＴＢを用いた。これにより、実施例９の有機ＥＬ素子は赤色に発光する。なお、発光ドーパントの添加量は３重量％である。
【０２２２】
（比較例６および比較例７）
比較例６および比較例７の有機ＥＬ素子がそれぞれ実施例８および実施例９の有機ＥＬ素子と異なるのは以下の点である。
【０２２３】
比較例６および比較例７においては、電子制限輸送層６７の代わりにＢＣＰからなる電子輸送層７を設けた。
【０２２４】
（評価）
実施例８，９および比較例６，７の有機ＥＬ素子の２０ｍＡ／ｃｍ2 でのＣＩＥ色度座標、発光効率、発光寿命、電力効率および外部量子効率を測定した。なお、発光寿命は測定開始時の輝度１０００ｃｄ／ｍ2 が半減するまでの時間を測定したものである。
【０２２５】
表７に、実施例８，９および比較例６，７の有機ＥＬ素子の各層の条件を示す。表８に、実施例８，９および比較例６，７の有機ＥＬ素子のＣＩＥ色度座標、発光効率、発光寿命、電力効率および外部量子効率の測定結果を示す。
【０２２６】
【表７】
【０２２７】
【表８】
【０２２８】
表８に示すように、電子制限層６の材料と電子輸送層７の材料とが混在する電子制限輸送層６７を設けた実施例８および実施例９の有機ＥＬ素子においても、それぞれ比較例６および比較例７の有機ＥＬ素子に比べて外部量子効率を大きく低下させることなく、発光寿命を向上させる効果を得られることがわかる。特に、実施例９の有機ＥＬ素子は比較例７の有機ＥＬ素子に比べて発光特性がほとんど低下していない。
【０２２９】
（実施例１０〜１２および比較例８，９の比較）
（実施例１０）
実施例１０の有機ＥＬ素子が実施例２の有機ＥＬ素子と異なるのは以下の点である。
【０２３０】
実施例１０においては、ホール注入電極２とホール輸送層３ａとの間にＣｕＰｃ（銅フタロシアニン）からなるホール輸送層３ｂを真空蒸着により形成した。なお、ホール輸送層３ｂの膜厚は１０ｎｍであり、ホール輸送層３ａの膜厚は１ｎｍである。
【０２３１】
橙色発光層５ａは、膜厚１０ｎｍを有し、ＮＰＢからなるホスト材料にＤＢｚＲからなる発光ドーパントを３重量％添加することにより形成した。
【０２３２】
青色発光層５ｂは、膜厚４０ｎｍを有し、ＴＢＡＤＮからなるホスト材料にＴＢＰからなる発光ドーパントを添加することにより形成した。
【０２３３】
（実施例１１）
実施例１１の有機ＥＬ素子が実施例１０の有機ＥＬ素子と異なるのは以下の点である。
【０２３４】
実施例１１においては、青色発光層５ｂ上に電子輸送層７および電子制限層６を順に形成した。
【０２３５】
（実施例１２）
実施例１２の有機ＥＬ素子が実施例１０の有機ＥＬ素子と異なるのは以下の点である。
【０２３６】
実施例１２においては、電子制限層６および電子輸送層７の代わりに、青色発光層５ｂ上に膜厚１０ｎｍの電子制限輸送層６７を真空蒸着により形成した。なお、電子制限輸送層６７は、電子制限輸送層６７全体に対してＡｌｑ３が２０重量％含有されるように形成した。
【０２３７】
（比較例８）
比較例８の有機ＥＬ素子が実施例１０の有機ＥＬ素子と異なるのは以下の点である。
【０２３８】
比較例８においては、電子輸送層７を設けずに、電子制限層６の膜厚を１０ｎｍとした。
【０２３９】
（比較例９）
比較例９の有機ＥＬ素子が実施例１０の有機ＥＬ素子と異なるのは以下の点である。
【０２４０】
比較例９においては、電子制限層６を設けずに、電子輸送層７の膜厚を１０ｎｍとした。
【０２４１】
（評価）
実施例１０〜１２および比較例８，９の有機ＥＬ素子の２０ｍＡ／ｃｍ2 での駆動電圧、ＣＩＥ色度座標、発光効率、発光寿命、電力効率および外部量子効率を測定した。なお、発光寿命は測定開始時の輝度５０００ｃｄ／ｍ2 が半減するまでの時間を測定したものである。
【０２４２】
表９に、実施例１０〜１２および比較例８，９の有機ＥＬ素子の各層の条件を示す。表１０に、実施例１０〜１２および比較例８，９の有機ＥＬ素子の駆動電圧、ＣＩＥ色度座標、発光効率、発光寿命、電力効率および外部量子効率の測定結果を示す。
【０２４３】
【表９】
【０２４４】
【表１０】
【０２４５】
表１０に示すように、実施例１０の有機ＥＬ素子は比較例８の有機ＥＬ素子に比べて駆動電圧が大幅に低下するとともに発光効率、電力効率、および外部量子効率が向上している。また、実施例１０の有機ＥＬ素子の発光効率、電子効率および外部量子効率は比較例９の有機ＥＬ素子とほぼ等しく、駆動電圧の上昇は比較的小さい。また、実施例１０の有機ＥＬ素子の発光寿命は、比較例９の有機ＥＬ素子に比べて大幅に向上している。このことから、２つの発光層により白色発光を行う有機ＥＬ素子においても、電子制限層６を設けることにより、発光特性を低下させることなく、駆動電圧を低くしかつ発光寿命を延ばすことができることが分かる。
【０２４６】
また、実施例１１の有機ＥＬ素子の発光特性は、実施例１０の有機ＥＬ素子の発光特性とほぼ等しい。このことから、電子制限層６および電子輸送層７の配置を逆にした場合も同様の効果を得られることが分かる。
【０２４７】
また、電子制限層６および電子輸送層７の代わりに電子輸送層６の材料と電子輸送層７の材料とが混在する電子制限輸送層６７を設けた実施例１２の有機ＥＬ素子においても、比較例８に比べて駆動電圧を低下させるとともに発光特性を向上させかつ比較例９に比べて発光寿命を向上させる効果を得られることが分かる。
【０２４８】
（実施例１３および比較例１０の比較）
（実施例１３）
実施例１３の有機ＥＬ素子が実施例１２の有機ＥＬ素子と異なるのは以下の点である。
【０２４９】
実施例１３においては、橙色発光層５ａのホスト材料としてＣＢＰを用い、発光ドーパントとしてＩｒ（ｐｈｑ）３を用いた。なお、発光ドーパントの添加量は６重量％である。
【０２５０】
（比較例１０）
比較例１０の有機ＥＬ素子が実施例１３の有機ＥＬ素子と異なるのは以下の点である。
【０２５１】
比較例１０においては、電子制限輸送層６７の代わりにＢＣＰからなる電子輸送層７を設けた。
【０２５２】
（評価）
実施例１３および比較例１０の有機ＥＬ素子の２０ｍＡ／ｃｍ2 でのＣＩＥ色度座標、発光効率、発光寿命、電力効率および外部量子効率を測定した。なお、発光寿命は測定開始時の輝度５０００ｃｄ／ｍ2 が半減するまでの時間を測定したものである。
【０２５３】
表１１に、実施例１３および比較例１０の有機ＥＬ素子の各層の条件を示す。表１２に、実施例１３および比較例１０の有機ＥＬ素子のＣＩＥ色度座標、発光効率、発光寿命、電力効率および外部量子効率の測定結果を示す。
【０２５４】
【表１１】
【０２５５】
【表１２】
【０２５６】
表１２に示すように、実施例１３の有機ＥＬ素子は比較例１０の有機ＥＬ素子に比べて発光効率、電力効率および外部量子効率を大きく低下させることなく、発光寿命を向上させることができた。このことから、三重項発光材料を用いた有機ＥＬ素子においても、電子制限層６の材料と電子輸送層７の材料とが混在する電子制限輸送層６７を設けることにより、発光特性を低下させることなく発光寿命を向上させることができることが分かる。
【産業上の利用可能性】
【０２５７】
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有効に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【０２５８】
【図１】第１の実施の形態に係る有機ＥＬ素子の一例を示す模式的断面図である。
【図２】第２の実施の形態に係る有機ＥＬ素子の一例を示す模式的断面図である。
【図３】第１の実施の形態に係る有機ＥＬ素子を用いた有機ＥＬ表示装置の一例を示す模式的断面図である。
【図４】図３の有機ＥＬ表示装置のＡ−Ａ腺断面図である。
【図５】実施例２、実施例３および比較例３の発光特性を示すグラフである。
【符号の説明】
【０２５９】
１ 基板
２ ホール注入電極
３ａ，３ｂ ホール注入層
４ ホール輸送層
５ 発光層
６ 電子制限層
７ 電子輸送層
８ 電子注入電極
１００ 有機エレクトロルミネッセンス素子
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ホール注入電極と、
発光層と、
電子注入電極とを順に備え、
前記発光層と前記電子注入電極との間に電子の輸送を促進する電子輸送層と、電子の移動を制限する電子制限層とをさらに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素子。
【請求項２】
前記電子制限層は、前記発光層と前記電子輸送層との間に設けられ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】
前記電子制限層は、前記電子輸送層と前記電子注入電極との間に設けられ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】
前記電子制限層の最低空分子軌道のエネルギーレベルは、前記電子輸送層の最低空分子軌道のエネルギーレベルより低いことを特徴とする請求項１〜３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５】
前記電子制限層は式（１）で示される分子構造を有する有機化合物を含み、式（１）中のＲ１〜Ｒ３は同一または異なり、水素原子、ハロゲン原子またはアルキル基である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。
【化１】
【請求項６】
前記電子制限層は式（２）で示される分子構造を有するトリス(8-ヒドロキシキノリナト)アルミニウムを含む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２】
【請求項７】
前記電子制限層は式（３）で示される分子構造を有する有機化合物を含み、式（３）中のＲ４〜Ｒ７は同一または異なり、水素原子、ハロゲン原子またはアルキル基である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。
【化３】
【請求項８】
前記電子制限層はアントラセン誘導体を含む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９】
前記電子制限層は式（４）に示される分子構造を有するターシャリー-ブチル置換ジナフチルアントラセンを含むことを特徴とする請求項８記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【化４】
【請求項１０】
前記電子輸送層はフェナントロリン化合物を含むことを特徴とする請求項１〜９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１１】
前記電子輸送層は式（５）に示される分子構造を有する1,10-フェナントロリンまたはその誘導体を含むことを特徴とする請求項１〜１０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５】
【請求項１２】
前記電子輸送層は式（６）に示される分子構造を有するフェナントロリン誘導体を含み、式（６）中のＲ８〜Ｒ１１は同一または異なり、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であることを特徴とする請求項１〜１１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６】
【請求項１３】
前記電子輸送層は式（７）に示される分子構造を有する2,9-ジメチル-4,7-ジフェニル-1,10-フェナントロリンを含むこと特徴とする請求項１〜１２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７】
【請求項１４】
前記電子輸送層は式（８）に示される分子構造を有するシロール誘導体を含み、式（８）中のＲ１２〜Ｒ１５は同一または異なり、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であることを特徴とする請求項１〜１３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８】
【請求項１５】
前記発光層は、ホスト材料と発光ドーパントとを含むことを特徴とする請求項１〜１４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１６】
前記ホスト材料は、アントラセン誘導体、アルミニウム錯体、ルブレン誘導体およびアリールアミン誘導体のいずれかを含むことを特徴とする請求項１５記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項１７】
前記発光ドーパントは三重項励起エネルギーを発光に変換しうる材料を含むことを特徴とする請求項１５または１６記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項１８】
前記ホスト材料は、式（４）で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を含み、
前記発光ドーパントは式（９）で示される1,4,7,10-テトラ-ターシャリー-ブチルペリレンを含むことを特徴とする請求項１５または１６記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【化９】
【化１０】
【請求項１９】
前記ホスト材料は式（１０）で示されるN,N'-ジ(1-ナフチル)-N,N'-ジフェニル-ベンジジンを含み、
前記発光ドーパントは式（１１）で示される5,12-ビス（4-ターシャリー-ブチルフェニル）-ナフタセンを含むことを特徴とする請求項１５または１６記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【化１１】
【化１２】
【請求項２０】
前記発光層は、１または複数の層を含むことを特徴とする請求項１〜１９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２１】
前記発光層は、短波長発光層と長波長発光層とを含み、前記短波長発光層が発するピーク波長のうち少なくとも一つは５００ｎｍよりも小さく、前記長波長発光層が発するピーク波長のうち少なくとも一つは５００ｎｍよりも大きいことを特徴とする請求項２０記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項２２】
前記ホール注入電極と前記発光層との間にホールの輸送を促進するホール輸送層をさらに備えることを特徴とする請求項１〜２１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２３】
前記ホスト材料と前記ホール輸送層とが同じ有機化合物であることを特徴とする請求項２２記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項２４】
前記ホール輸送層はアリールアミン誘導体を含むことを特徴とする請求項２２または２３記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項２５】
前記ホール輸送層は式（１０）で示される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２２〜２４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１３】
【請求項１】
ホール注入電極と、
発光層と、
電子注入電極とを順に備え、
前記発光層と前記電子注入電極との間に電子の輸送を促進する電子輸送層と、電子の移動を制限する電子制限層とをさらに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素子。
【請求項２】
前記電子制限層は、前記発光層と前記電子輸送層との間に設けられ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】
前記電子制限層は、前記電子輸送層と前記電子注入電極との間に設けられ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】
前記電子制限層の最低空分子軌道のエネルギーレベルは、前記電子輸送層の最低空分子軌道のエネルギーレベルより低いことを特徴とする請求項１〜３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５】
前記電子制限層は式（１）で示される分子構造を有する有機化合物を含み、式（１）中のＲ１〜Ｒ３は同一または異なり、水素原子、ハロゲン原子またはアルキル基である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。
【化１】
【請求項６】
前記電子制限層は式（２）で示される分子構造を有するトリス(8-ヒドロキシキノリナト)アルミニウムを含む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２】
【請求項７】
前記電子制限層は式（３）で示される分子構造を有する有機化合物を含み、式（３）中のＲ４〜Ｒ７は同一または異なり、水素原子、ハロゲン原子またはアルキル基である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。
【化３】
【請求項８】
前記電子制限層はアントラセン誘導体を含む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９】
前記電子制限層は式（４）に示される分子構造を有するターシャリー-ブチル置換ジナフチルアントラセンを含むことを特徴とする請求項８記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【化４】
【請求項１０】
前記電子輸送層はフェナントロリン化合物を含むことを特徴とする請求項１〜９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１１】
前記電子輸送層は式（５）に示される分子構造を有する1,10-フェナントロリンまたはその誘導体を含むことを特徴とする請求項１〜１０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５】
【請求項１２】
前記電子輸送層は式（６）に示される分子構造を有するフェナントロリン誘導体を含み、式（６）中のＲ８〜Ｒ１１は同一または異なり、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であることを特徴とする請求項１〜１１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６】
【請求項１３】
前記電子輸送層は式（７）に示される分子構造を有する2,9-ジメチル-4,7-ジフェニル-1,10-フェナントロリンを含むこと特徴とする請求項１〜１２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７】
【請求項１４】
前記電子輸送層は式（８）に示される分子構造を有するシロール誘導体を含み、式（８）中のＲ１２〜Ｒ１５は同一または異なり、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であることを特徴とする請求項１〜１３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８】
【請求項１５】
前記発光層は、ホスト材料と発光ドーパントとを含むことを特徴とする請求項１〜１４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１６】
前記ホスト材料は、アントラセン誘導体、アルミニウム錯体、ルブレン誘導体およびアリールアミン誘導体のいずれかを含むことを特徴とする請求項１５記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項１７】
前記発光ドーパントは三重項励起エネルギーを発光に変換しうる材料を含むことを特徴とする請求項１５または１６記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項１８】
前記ホスト材料は、式（４）で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を含み、
前記発光ドーパントは式（９）で示される1,4,7,10-テトラ-ターシャリー-ブチルペリレンを含むことを特徴とする請求項１５または１６記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【化９】
【化１０】
【請求項１９】
前記ホスト材料は式（１０）で示されるN,N'-ジ(1-ナフチル)-N,N'-ジフェニル-ベンジジンを含み、
前記発光ドーパントは式（１１）で示される5,12-ビス（4-ターシャリー-ブチルフェニル）-ナフタセンを含むことを特徴とする請求項１５または１６記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【化１１】
【化１２】
【請求項２０】
前記発光層は、１または複数の層を含むことを特徴とする請求項１〜１９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２１】
前記発光層は、短波長発光層と長波長発光層とを含み、前記短波長発光層が発するピーク波長のうち少なくとも一つは５００ｎｍよりも小さく、前記長波長発光層が発するピーク波長のうち少なくとも一つは５００ｎｍよりも大きいことを特徴とする請求項２０記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項２２】
前記ホール注入電極と前記発光層との間にホールの輸送を促進するホール輸送層をさらに備えることを特徴とする請求項１〜２１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２３】
前記ホスト材料と前記ホール輸送層とが同じ有機化合物であることを特徴とする請求項２２記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項２４】
前記ホール輸送層はアリールアミン誘導体を含むことを特徴とする請求項２２または２３記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項２５】
前記ホール輸送層は式（１０）で示される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２２〜２４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１３】
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００６−６６８７２（Ｐ２００６−６６８７２Ａ）
【公開日】平成１８年３月９日（２００６．３．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−５３７１８（Ｐ２００５−５３７１８）
【出願日】平成１７年２月２８日（２００５．２．２８）
【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３月９日（２００６．３．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年２月２８日（２００５．２．２８）
【出願人】（０００００１８８９）三洋電機株式会社 (18,308)
【Ｆターム（参考）】
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