【課題】本発明は、高効率化および長寿命化を実現することが可能であり、色変化の少ない有機ＥＬ素子を提供することを主目的とする。
【解決手段】本発明は、陽極と正孔注入輸送層と陽極側発光層と中央発光層と電子注入輸送層と陰極とが順に積層された有機ＥＬ素子であって、上記正孔注入輸送層の構成材料および上記陽極側発光層のホスト材料が同一であり、上記中央発光層の構成材料および上記陽極側発光層のホスト材料が異なり、上記正孔注入輸送層の構成材料の電子親和力をEa₁、上記中央発光層の構成材料の電子親和力をEa₂としたとき、Ea₁≧Ea₂であり、上記中央発光層の構成材料のイオン化ポテンシャルをIp₂、上記電子注入輸送層の構成材料のイオン化ポテンシャルをIp₃としたとき、Ip₂≧Ip₃であることを特徴とする有機ＥＬ素子を提供する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数層の発光層を有する有機エレクトロルミネッセンス素子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
有機エレクトロルミネッセンス（以下、エレクトロルミネッセンスをＥＬと略す場合がある。）素子は、自発光型のディスプレイとしての使用が注目されており、高輝度、高効率、長寿命が求められている。
【０００３】
有機ＥＬ素子の高輝度化の技術としては、ホスト材料および発光ドーパントを含有する発光層を用いることが知られている。この発光層では、陽極および陰極から注入された正孔および電子が発光層内のホスト材料で再結合し、そのエネルギーを発光ドーパントが受け取って発光する。このような発光層では、高輝度で色純度の良い発光を得ることが可能である。
また、ホスト材料および発光ドーパントを含有する発光層を有する有機ＥＬ素子においては、駆動電圧を低くすることを目的として、発光層と正孔輸送層や電子輸送層との界面にホスト材料のみからなる領域を設けることが提案されている（例えば特許文献１参照）。
【０００４】
一方、有機ＥＬ素子の高効率化および長寿命化の技術としては、発光材料の他に、正孔もしくは電子の注入機能、輸送機能、ブロッキング機能を有する材料を用いて複数の層を積層した多層構造とすることが知られている。しかしながら、多層構造を有する有機ＥＬ素子では、駆動中に各層の界面にて劣化が生じることによって、発光効率が低下したり、素子が劣化して輝度が低下したりすることが懸念される。特に、ブロッキング層が設けられた有機ＥＬ素子では、発光層とブロッキング層との界面に電荷が蓄積しやすく、そのため界面にて劣化が生じやすい。
【０００５】
そこで、本発明者らは、駆動中に各層の界面にて劣化が生じるのを抑制する手法として、各層のイオン化ポテンシャルおよび電子親和力の大小関係を規定し、ブロッキング層を有さない有機ＥＬ素子を提案している（特許文献２参照）。
【０００６】
また近年、白色発光の有機ＥＬ素子が光源に適用できることから盛んに開発されている。白色光は、通常、２種類または３種類の発光材料の発光により得ることができる。しかしながら、発光層に複数種類の発光材料が含まれる場合には、発光材料間でエネルギー移動が起こり、色度が変化してしまうという問題がある。そこで、互いに異なる発光材料を含有する複数層の発光層を積層することが提案されている（例えば特許文献３〜７参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−１３４６７７号公報
【特許文献２】国際公開第２００８／１０２６４４号パンフレット
【特許文献３】特開２０００−６８０５７号公報
【特許文献４】特開２００３−２８２２６６号公報
【特許文献５】国際公開第２００５／９１６８４号パンフレット
【特許文献６】特開２００６−２６９２３２号公報
【特許文献７】特開２００６−１２７９６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
複数層の発光層を積層すると、層の界面の数が増加するため、上述のような各層の界面での劣化が懸念される。特に、各層の界面での劣化は、複数層の発光層が積層されている場合には色変化を引き起こしやすい。よって、複数層の発光層が積層されている場合に色変化を少なくするためには、さらなる改善の余地がある。
【０００９】
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、高効率化および長寿命化を実現することが可能であり、色変化の少ない有機ＥＬ素子を提供することを主目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明は、陽極と、上記陽極上に形成された正孔注入輸送層と、上記正孔注入輸送層上に形成され、ホスト材料および発光ドーパントを含有する陽極側発光層と、上記陽極側発光層上に形成された中央発光層と、上記中央発光層上に形成された電子注入輸送層と、上記電子注入輸送層上に形成された陰極とを有する有機ＥＬ素子であって、上記正孔注入輸送層の構成材料および上記陽極側発光層のホスト材料が同一であり、上記中央発光層の構成材料および上記陽極側発光層のホスト材料が異なり、上記正孔注入輸送層の構成材料の電子親和力をEa₁、上記中央発光層の構成材料の電子親和力をEa₂としたとき、Ea₁≧Ea₂であり、上記中央発光層の構成材料のイオン化ポテンシャルをIp₂、上記電子注入輸送層の構成材料のイオン化ポテンシャルをIp₃としたとき、Ip₂≧Ip₃であることを特徴とする有機ＥＬ素子を提供する。
【００１１】
本発明によれば、正孔注入輸送層の構成材料および陽極側発光層のホスト材料が同一であり、正孔注入輸送層および中央発光層の構成材料の電子親和力がEa₁≧Ea₂であるので、駆動中における正孔注入輸送層および陽極側発光層の界面での電荷の蓄積がなく、劣化を抑制することができる。また、中央発光層および電子注入輸送層の構成材料のイオン化ポテンシャルがIp₂≧Ip₃であるので、駆動中における中央発光層および電子注入輸送層の界面での電荷の蓄積がなく、劣化を抑制することができる。さらに、中央発光層の構成材料および陽極側発光層のホスト材料が異なるので、中央発光層および陽極側発光層の界面には正孔注入輸送層および陽極側発光層の界面や中央発光層および電子注入輸送層の界面に比べて電荷が蓄積されやすくなり、中央発光層および陽極側発光層の界面にて集中的に発光させることができる。したがって、高効率および長寿命で色変化の少ない有機ＥＬ素子とすることが可能である。
【００１２】
また、本発明は、陽極と、上記陽極上に形成された正孔注入輸送層と、上記正孔注入輸送層上に形成された中央発光層と、上記中央発光層上に形成され、ホスト材料および発光ドーパントを含有する陰極側発光層と、上記陰極側発光層上に形成された電子注入輸送層と、上記電子注入輸送層上に形成された陰極とを有する有機ＥＬ素子であって、上記電子注入輸送層の構成材料および上記陰極側発光層のホスト材料が同一であり、上記中央発光層の構成材料および上記陰極側発光層のホスト材料が異なり、上記正孔注入輸送層の構成材料の電子親和力をEa₁、上記中央発光層の構成材料の電子親和力をEa₂としたとき、Ea₁≧Ea₂であり、上記中央発光層の構成材料のイオン化ポテンシャルをIp₂、上記電子注入輸送層の構成材料のイオン化ポテンシャルをIp₃としたとき、Ip₂≧Ip₃であることを特徴とする有機ＥＬ素子を提供する。
【００１３】
本発明によれば、正孔注入輸送層および中央発光層の構成材料の電子親和力がEa₁≧Ea₂であるので、駆動中における正孔注入輸送層および中央発光層の界面での電荷の蓄積がなく、劣化を抑制することができる。また、電子注入輸送層の構成材料および陰極側発光層のホスト材料が同一であり、中央発光層および電子注入輸送層の構成材料のイオン化ポテンシャルがIp₂≧Ip₃であるので、駆動中における陰極側発光層および電子注入輸送層の界面での電荷の蓄積がなく、劣化を抑制することができる。さらに、中央発光層の構成材料および陰極側発光層のホスト材料が異なるので、中央発光層および陰極側発光層の界面には正孔注入輸送層および中央発光層の界面や陰極側発光層および電子注入輸送層の界面に比べて電荷が蓄積されやすくなり、中央発光層および陰極側発光層の界面にて集中的に発光させることができる。したがって、高効率および長寿命で色変化の少ない有機ＥＬ素子とすることが可能である。
【００１４】
さらに、本発明は、陽極と、上記陽極上に形成された正孔注入輸送層と、上記正孔注入輸送層上に形成され、ホスト材料および発光ドーパントを含有する陽極側発光層と、上記陽極側発光層上に形成された中央発光層と、上記中央発光層上に形成され、ホスト材料および発光ドーパントを含有する陰極側発光層と、上記陰極側発光層上に形成された電子注入輸送層と、上記電子注入輸送層上に形成された陰極とを有する有機ＥＬ素子であって、上記正孔注入輸送層の構成材料および上記陽極側発光層のホスト材料が同一であり、上記電子注入輸送層の構成材料および上記陰極側発光層のホスト材料が同一であり、上記中央発光層の構成材料および上記陽極側発光層のホスト材料が異なり、上記中央発光層の構成材料および上記陰極側発光層のホスト材料が異なり、上記正孔注入輸送層の構成材料の電子親和力をEa₁、上記中央発光層の構成材料の電子親和力をEa₂としたとき、Ea₁≧Ea₂であり、上記中央発光層の構成材料のイオン化ポテンシャルをIp₂、上記電子注入輸送層の構成材料のイオン化ポテンシャルをIp₃としたとき、Ip₂≧Ip₃であることを特徴とする有機ＥＬ素子を提供する。
【００１５】
本発明によれば、正孔注入輸送層の構成材料および陽極側発光層のホスト材料が同一であり、正孔注入輸送層および中央発光層の構成材料の電子親和力がEa₁≧Ea₂であるので、駆動中における正孔注入輸送層および陽極側発光層の界面での電荷の蓄積がなく、劣化を抑制することができる。また、電子注入輸送層の構成材料および陰極側発光層のホスト材料が同一であり、中央発光層および電子注入輸送層の構成材料のイオン化ポテンシャルがIp₂≧Ip₃であるので、駆動中における陰極側発光層および電子注入輸送層の界面での電荷の蓄積がなく、劣化を抑制することができる。さらに、中央発光層の構成材料および陰極側発光層のホスト材料が異なり、中央発光層の構成材料および陰極側発光層のホスト材料が異なるので、中央発光層および陽極側発光層の界面と中央発光層および陰極側発光層の界面とには、正孔注入輸送層および陽極側発光層の界面や陰極側発光層および電子注入輸送層の界面に比べて電荷が蓄積されやすくなり、中央発光層および陽極側発光層の界面ならびに中央発光層および陰極側発光層の界面にて集中的に発光させることができる。したがって、高効率および長寿命で色変化の少ない有機ＥＬ素子とすることが可能である。
【００１６】
上述の発明においては、上記正孔注入輸送層および上記電子注入輸送層が正孔および電子を輸送しうるバイポーラ材料を含有し、上記正孔注入輸送層および上記電子注入輸送層に含有されるバイポーラ材料が同一であることが好ましい。正孔注入輸送層および電子注入輸送層が同一のバイポーラ材料を含有することにより、正孔が電子注入輸送層に突き抜けたり、電子が正孔注入輸送層に突き抜けたりしても、駆動中における各層の界面での劣化を効果的に抑制することができるからである。
【００１７】
また、上記発明においては、上記中央発光層がホスト材料および発光ドーパントを含有し、上記電子注入輸送層の構成材料および上記中央発光層のホスト材料が同一であり、上記正孔注入輸送層の構成材料および上記電子注入輸送層の構成材料が異なることも好ましい。電子注入輸送層の構成材料および中央発光層のホスト材料が同一であることにより、電子注入輸送層から中央発光層への電子注入障壁が小さくなり、駆動電圧を低下させることができるからである。
【００１８】
さらに、上記発明においては、上記中央発光層がホスト材料および発光ドーパントを含有し、上記正孔注入輸送層の構成材料および上記中央発光層のホスト材料が同一であり、上記正孔注入輸送層の構成材料および上記電子注入輸送層の構成材料が異なることも好ましい。正孔注入輸送層の構成材料および中央発光層のホスト材料が同一であることにより、正孔注入輸送層から中央発光層への正孔注入障壁が小さくなり、駆動電圧を低下させることができるからである。
【００１９】
また、上記発明においては、上記陽極側発光層と上記中央発光層との間にホスト材料および発光ドーパントを含有する第２中央発光層が形成されていてもよく、この場合、上記第２中央発光層のホスト材料が上記陽極側発光層のホスト材料と同一であることが好ましい。
【００２０】
さらに、上記発明においては、上記陰極側発光層と上記中央発光層との間にホスト材料および発光ドーパントを含有する第３中央発光層が形成されていてもよく、この場合、上記第３中央発光層のホスト材料が上記陰極側発光層のホスト材料と同一であることが好ましい。
【００２１】
また、本発明においては、上記中央発光層が、ホスト材料および発光ドーパントを含有し、上記発光ドーパントを含有する１箇所以上のドープ領域と上記発光ドーパントを含有しない１箇所以上のノンドープ領域とを有することが好ましい。中央発光層がノンドープ領域を有することにより、中央発光層のドープ領域中の発光ドーパントから他の物質へエネルギー移動が起こるのを抑制し、発光効率を高めることができるからである。
【００２２】
さらに、本発明においては、上記陽極側発光層が上記発光ドーパントを含有する１箇所以上のドープ領域と上記発光ドーパントを含有しない１箇所以上のノンドープ領域とを有することが好ましい。陽極側発光層がノンドープ領域を有することにより、陽極側発光層のドープ領域中の発光ドーパントから他の物質へエネルギー移動が起こるのを抑制し、発光効率を高めることができるからである。
【００２３】
また、本発明においては、上記陰極側発光層が上記発光ドーパントを含有する１箇所以上のドープ領域と上記発光ドーパントを含有しない１箇所以上のノンドープ領域とを有することが好ましい。陰極側発光層がノンドープ領域を有することにより、陰極側発光層のドープ領域中の発光ドーパントから他の物質へエネルギー移動が起こるのを抑制し、発光効率を高めることができるからである。
【００２４】
上記発明においては、上記中央発光層が上記正孔注入輸送層側に上記ノンドープ領域を有していてもよい。正孔注入輸送層と陽極側発光層と中央発光層とが順に積層されている場合には、陽極側発光層中の発光ドーパントおよび中央発光層中の発光ドーパントの間でのエネルギー移動を抑制することができる。一方、正孔注入輸送層と中央発光層とが順に積層されている場合には、中央発光層中の発光ドーパントから正孔注入輸送層の構成材料へのエネルギー移動を抑制することができる。また、中央発光層と正孔注入輸送層との界面にノンドープ領域が設けられていることにより、正孔注入輸送層から中央発光層への正孔注入を良好なものとすることができる。さらに、正孔注入輸送層および中央発光層の構成材料の電子親和力がEa₁≧Ea₂であるものの、中央発光層と正孔注入輸送層との界面にノンドープ領域が設けられているので、中央発光層中の発光ドーパントによる電荷のトラップによって、中央発光層へ注入される電荷のバランスをとることができる。
【００２５】
また上記発明においては、上記中央発光層が上記電子注入輸送層側に上記ノンドープ領域を有していてもよい。中央発光層と陰極側発光層と電子注入輸送層とが順に積層されている場合には、中央発光層中の発光ドーパントおよび陰極側発光層中の発光ドーパントの間でのエネルギー移動を抑制することができる。一方、中央発光層と電子注入輸送層とが順に積層されている場合には、中央発光層中の発光ドーパントから電子注入輸送層の構成材料へのエネルギー移動を抑制することができる。また、中央発光層と電子注入輸送層との界面にノンドープ領域が設けられていることにより、電子注入輸送層から中央発光層への電子注入を良好なものとすることができる。さらに、電子注入輸送層および中央発光層の構成材料のイオン化ポテンシャルがIp₂≧Ip₃であるものの、中央発光層と電子注入輸送層との界面にノンドープ領域が設けられているので、中央発光層中の発光ドーパントによる電荷のトラップによって、中央発光層へ注入される電荷のバランスをとることができる。
【００２６】
さらに上記発明においては、上記中央発光層が２箇所の上記ドープ領域を有し、上記２箇所のドープ領域の間に上記ノンドープ領域が配置されており、上記２箇所のドープ領域がそれぞれ異なる種類の発光ドーパントを含有していてもよい。一方のドープ領域に含まれる発光ドーパントから他方のドープ領域に含まれる発光ドーパントへのエネルギー移動を起こりにくくし発光効率を向上させることができるからである。
【００２７】
また上記発明においては、上記陽極側発光層が、上記中央発光層側に上記ノンドープ領域を有していてもよい。陽極側発光層中の発光ドーパントおよび中央発光層中の発光ドーパントの間でのエネルギー移動を抑制することができるからである。
【００２８】
さらに上記発明においては、上記陽極側発光層が２箇所の上記ドープ領域を有し、上記２箇所のドープ領域の間に上記ノンドープ領域が配置されており、上記２箇所のドープ領域がそれぞれ異なる種類の発光ドーパントを含有していてもよい。一方のドープ領域に含まれる発光ドーパントから他方のドープ領域に含まれる発光ドーパントへのエネルギー移動を起こりにくくし発光効率を向上させることができるからである。
【００２９】
また上記発明においては、上記陰極側発光層が、上記中央発光層側に上記ノンドープ領域を有していてもよい。陰極側発光層中の発光ドーパントおよび中央発光層中の発光ドーパントの間でのエネルギー移動を抑制することができるからである。
【００３０】
さらに上記発明においては、上記陰極側発光層が２箇所の上記ドープ領域を有し、上記２箇所のドープ領域の間に上記ノンドープ領域が配置されており、上記２箇所のドープ領域がそれぞれ異なる種類の発光ドーパントを含有していてもよい。一方のドープ領域に含まれる発光ドーパントから他方のドープ領域に含まれる発光ドーパントへのエネルギー移動を起こりにくくし発光効率を向上させることができるからである。
【００３１】
また本発明においては、上記陽極および上記正孔注入輸送層の間に第２正孔注入輸送層が形成されていてもよく、この場合、上記第２正孔注入輸送層の構成材料の電子親和力をEa₆としたときEa₆＜Ea₁であり、かつ、上記第２正孔注入輸送層の構成材料のイオン化ポテンシャルをIp₆としたときIp₆≦Ip₁であってもよい。Ea₆＜Ea₁であるので、エネルギー障壁が存在することにより正孔注入輸送層から陽極側への電子の突き抜けを防ぎ、第２正孔注入輸送層および陽極の界面での劣化を抑制することができるからである。また、Ip₆≦Ip₁であるので、陽極から正孔を注入しやすくすることができるからである。
【００３２】
さらに本発明においては、上記電子注入輸送層および上記陰極の間に第２電子注入輸送層が形成されていてもよく、この場合、上記第２電子注入輸送層の構成材料のイオン化ポテンシャルをIp₇としたときIp₃＜Ip₇であり、かつ、上記第２電子注入輸送層の構成材料の電子親和力をEa₇としたときEa₃≦Ea₇であってもよい。Ip₃＜Ip₇であるので、エネルギー障壁が存在することにより電子注入輸送層から陰極側への正孔の突き抜けを防ぎ、第２電子注入輸送層および陰極の界面での劣化を抑制することができるからである。また、Ea₃≦Ea₇であるので、陰極から電子を注入しやすくすることができるからである。
【００３３】
また本発明においては、複数層の上記発光層のうち、少なくともいずれか一つが蛍光発光ドーパントを含有し、その他が燐光発光ドーパントを含有することが好ましい。蛍光発光ドーパントおよび燐光発光ドーパントの間でエネルギー移動を抑制し、発光効率を高めるとともに、所望の発光色を得ることができるからである。
【発明の効果】
【００３４】
本発明においては、正孔注入輸送層および中央発光層の構成材料の電子親和力ならびに中央発光層および電子注入輸送層の構成材料のイオン化ポテンシャルが所定の関係を満たし、かつ、正孔注入輸送層および陽極側発光層が同一のホスト材料を含有する、あるいは、電子注入輸送層および陰極側発光層が同一のホスト材料を含有することにより、高効率化および長寿命化を図り、色変化を少なくすることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の有機ＥＬ素子の一例を示す概略断面図である。
【図２】本発明の有機ＥＬ素子のバンドダイヤグラムの一例を示す模式図である。
【図３】本発明の有機ＥＬ素子のバンドダイヤグラムの他の例を示す模式図である。
【図４】本発明の有機ＥＬ素子の他の例を示す概略断面図である。
【図５】本発明の有機ＥＬ素子のバンドダイヤグラムの他の例を示す模式図である。
【図６】本発明の有機ＥＬ素子のバンドダイヤグラムの他の例を示す模式図である。
【図７】本発明の有機ＥＬ素子の他の例を示す概略断面図である。
【図８】本発明の有機ＥＬ素子のバンドダイヤグラムの他の例を示す模式図である。
【図９】本発明の有機ＥＬ素子のバンドダイヤグラムの他の例を示す模式図である。
【図１０】本発明の有機ＥＬ素子の他の例を示す概略断面図である。
【図１１】本発明の有機ＥＬ素子の他の例を示す概略断面図である。
【図１２】本発明の有機ＥＬ素子の他の例を示す概略断面図である。
【図１３】本発明の有機ＥＬ素子の他の例を示す概略断面図である。
【図１４】本発明の有機ＥＬ素子のバンドダイヤグラムの他の例を示す模式図である。
【図１５】本発明の有機ＥＬ素子のバンドダイヤグラムの他の例を示す模式図である。
【図１６】本発明の有機ＥＬ素子の他の例を示す概略断面図である。
【図１７】本発明の有機ＥＬ素子の他の例を示す概略断面図である。
【図１８】本発明の有機ＥＬ素子の他の例を示す概略断面図である。
【図１９】本発明の有機ＥＬ素子の他の例を示す概略断面図である。
【図２０】本発明の有機ＥＬ素子の他の例を示す概略断面図である。
【図２１】本発明の有機ＥＬ素子の他の例を示す概略断面図である。
【図２２】本発明の有機ＥＬ素子のバンドダイヤグラムの他の例を示す模式図である。
【図２３】本発明の有機ＥＬ素子の他の例を示す概略断面図である。
【図２４】本発明の有機ＥＬ素子の他の例を示す概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
以下、本発明の有機ＥＬ素子について詳細に説明する。
本発明の有機ＥＬ素子は、複数層の発光層の構成により３つの実施態様に分けることができる。以下、各実施態様に分けて説明する。
【００３７】
Ｉ．第１実施態様
本発明の有機ＥＬ素子の第１実施態様は、陽極と、上記陽極上に形成された正孔注入輸送層と、上記正孔注入輸送層上に形成され、ホスト材料および発光ドーパントを含有する陽極側発光層と、上記陽極側発光層上に形成された中央発光層と、上記中央発光層上に形成された電子注入輸送層と、上記電子注入輸送層上に形成された陰極とを有する有機ＥＬ素子であって、上記正孔注入輸送層の構成材料および上記陽極側発光層のホスト材料が同一であり、上記中央発光層の構成材料および上記陽極側発光層のホスト材料が異なり、上記正孔注入輸送層の構成材料の電子親和力をEa₁、上記中央発光層の構成材料の電子親和力をEa₂としたとき、Ea₁≧Ea₂であり、上記中央発光層の構成材料のイオン化ポテンシャルをIp₂、上記電子注入輸送層の構成材料のイオン化ポテンシャルをIp₃としたとき、Ip₂≧Ip₃であることを特徴とするものである。
【００３８】
なお、各層の「構成材料」とは、各層が単一の材料で構成されている場合には、その材料をいい、また各層がホスト材料とドーパントとから構成されている場合には、ホスト材料をいう。
【００３９】
また、各層の「構成材料のイオン化ポテンシャル」とは、各層が単一の材料で構成されている場合には、その材料のイオン化ポテンシャルをいい、また各層がホスト材料とドーパントとから構成されている場合には、ホスト材料のイオン化ポテンシャルをいう。同様に、各層の「構成材料の電子親和力」とは、各層が単一の材料で構成されている場合には、その材料の電子親和力をいい、また各層がホスト材料とドーパントとから構成されている場合には、ホスト材料の電子親和力をいう。
【００４０】
イオン化ポテンシャルは、ＵＰＳ（紫外光電子分光法）（例えば測定機名「ＡＣ−２」理研計器製）により求めた値とする。また、電子親和力の測定方法としては、まずＨＯＭＯエネルギーをＵＰＳ（紫外光電子分光法）（例えば測定機名「ＡＣ−２」理研計器製）により求め、次いで光吸収によるエネルギーギャップ測定値と上記ＨＯＭＯエネルギーから算出する方法を採用する。
【００４１】
本実施態様の有機ＥＬ素子について、図面を参照しながら説明する。
図１は、本実施態様の有機ＥＬ素子の一例を示す概略断面図である。図１に例示するように、有機ＥＬ素子１は、基板２上に、陽極３と正孔注入輸送層４と陽極側発光層５ａと中央発光層６と電子注入輸送層７と陰極８とが順次積層されたものである。正孔注入輸送層４の構成材料および陽極側発光層５ａのホスト材料は同一となっている。また、陽極側発光層５ａのホスト材料および中央発光層６の構成材料は異なっている。
【００４２】
図２および図３はそれぞれ、本実施態様の有機ＥＬ素子のバンドダイヤグラムの一例を示す模式図である。図１に例示する有機ＥＬ素子において、正孔注入輸送層４のイオン化ポテンシャルをIp₁、陽極側発光層５ａのホスト材料のイオン化ポテンシャルをIp₄、中央発光層６の構成材料のイオン化ポテンシャルをIp₂、電子注入輸送層７の構成材料のイオン化ポテンシャルをIp₃とし、正孔注入輸送層４の構成材料の電子親和力をEa₁、陽極側発光層５ａのホスト材料の電子親和力をEa₄、中央発光層６の構成材料の電子親和力をEa₂、電子注入輸送層７の構成材料の電子親和力をEa₃とする。
【００４３】
正孔注入輸送層および中央発光層の構成材料の電子親和力の関係はEa₁≧Ea₂であり、中央発光層および電子注入輸送層の構成材料のイオン化ポテンシャルの関係はIp₂≧Ip₃である。
正孔注入輸送層の構成材料および陽極側発光層のホスト材料は同一であることから、正孔注入輸送層の構成材料および陽極側発光層のホスト材料のイオン化ポテンシャルの関係はIp₁＝Ip₄であり、正孔注入輸送層の構成材料および陽極側発光層のホスト材料の電子親和力の関係はEa₁＝Ea₄である。
陽極側発光層のホスト材料および中央発光層の構成材料は異なることから、Ip₄＝Ip₂のときEa₄≠Ea₂、および、Ea₄＝Ea₂のときIp₄≠Ip₂である。
すなわち、正孔注入輸送層の構成材料と陽極側発光層のホスト材料と中央発光層の構成材料との電子親和力の関係は、Ea₁＝Ea₄≧Ea₂であり、Ip₁＝Ip₄＝Ip₂のときEa₁≠Ea₂かつEa₄≠Ea₂、および、Ea₁＝Ea₄＝Ea₂のときIp₁≠Ip₂かつIp₄≠Ip₂である。
【００４４】
本実施態様においては、正孔注入輸送層の構成材料および陽極側発光層のホスト材料が同一であり、正孔注入輸送層の構成材料および中央発光層の構成材料の電子親和力の関係がEa₁≧Ea₂であり、中央発光層の構成材料および電子注入輸送層の構成材料のイオン化ポテンシャルの関係がIp₂≧Ip₃であることにより、対極への正孔および電子の突き抜けは起こるものの、陽極および陰極間を正孔および電子が円滑に輸送されるので、駆動中における正孔注入輸送層および陽極側発光層の界面と中央発光層および電子注入輸送層の界面とにおいて電荷の蓄積がなく、これらの層の界面での劣化を抑制することができる。したがって、顕著に安定な寿命特性を得ることできるとともに、色変化を小さくすることが可能である。
【００４５】
また本実施態様においては、陽極側発光層のホスト材料および中央発光層の構成材料が異なることにより、中央発光層および陽極側発光層の界面には、正孔注入輸送層および陽極側発光層の界面や中央発光層および電子注入輸送層の界面に比べて電荷が蓄積されやすくなり、中央発光層および陽極側発光層の界面にて集中的に発光させることができる。また、上述したように正孔および電子が円滑に輸送されることによって、発光層内全体で正孔および電子が再結合するため、正孔および電子の再結合効率が著しく低下することもない。したがって、高効率化を図ることが可能である。
【００４６】
さらに本実施態様においては、正孔注入輸送層の構成材料および陽極側発光層のホスト材料が同一であることにより、正孔注入輸送層から陽極側発光層への正孔注入障壁がなくなり、駆動電圧を低下させることが可能である。
【００４７】
以下、本実施態様の有機ＥＬ素子における各構成について説明する。
【００４８】
１．イオン化ポテンシャルおよび電子親和力
本実施態様においては、正孔注入輸送層の構成材料の電子親和力をEa₁、中央発光層の構成材料の電子親和力をEa₂としたとき、Ea₁≧Ea₂であり、中央発光層の構成材料のイオン化ポテンシャルをIp₂、電子注入輸送層の構成材料のイオン化ポテンシャルをIp₃としたとき、Ip₂≧Ip₃である。
【００４９】
正孔注入輸送層および中央発光層の構成材料の電子親和力の関係としては、正孔注入輸送層の構成材料の電子親和力をEa₁、中央発光層の構成材料の電子親和力をEa₂としたとき、Ea₁≧Ea₂であればよい。本実施態様においては、正孔注入輸送層の構成材料および陽極側発光層のホスト材料が同一であり、陽極側発光層のホスト材料および中央発光層の構成材料が異なるので、正孔注入輸送層の構成材料と陽極側発光層のホスト材料と中央発光層の構成材料との電子親和力の関係は、正孔注入輸送層の構成材料の電子親和力をEa₁、陽極側発光層のホスト材料の電子親和力をEa₄、中央発光層の構成材料の電子親和力をEa₂とすると、Ea₁＝Ea₄≧Ea₂である。この場合、陽極側発光層のホスト材料および中央発光層の構成材料が異なるので、Ip₁＝Ip₄＝Ip₂のときEa₁≠Ea₂かつEa₄≠Ea₂、および、Ea₁＝Ea₄＝Ea₂のときIp₁≠Ip₂かつIp₄≠Ip₂である。
中でも、Ea₁＝Ea₄＞Ea₂であることが好ましい。Ea₁＝Ea₄＞Ea₂かつIp₁＝Ip₄＜Ip₂であれば、中央発光層の構成材料のバンドギャップエネルギーを比較的大きくすることができるからである。例えば中央発光層がホスト材料および発光ドーパントを含有する場合には、発光効率の向上のために、中央発光層のホスト材料および発光ドーパントのイオン化ポテンシャルおよび電子親和力が所定の関係を満たすように、ホスト材料および発光ドーパントを選択することが容易となる。
【００５０】
Ea₁＝Ea₄＞Ea₂の場合、Ea₁およびEa₄とEa₂との差としては、正孔注入輸送層の構成材料と陽極側発光層のホスト材料と中央発光層の構成材料とに応じて異なるものであるが、具体的には０．１ｅＶ以上とすることが好ましく、０．２ｅＶ以上とすることがより好ましい。
【００５１】
正孔注入輸送層および中央発光層の構成材料のイオン化ポテンシャルの関係としては、正孔注入輸送層の構成材料のイオン化ポテンシャルをIp₁、中央発光層の構成材料のイオン化ポテンシャルをIp₂としたとき、通常はIp₁≦Ip₂とされる。本実施態様においては、上述したように、正孔注入輸送層の構成材料および陽極側発光層のホスト材料が同一であり、陽極側発光層のホスト材料および中央発光層の構成材料が異なるので、正孔注入輸送層の構成材料と陽極側発光層のホスト材料と中央発光層の構成材料とのイオン化ポテンシャルの関係は、正孔注入輸送層の構成材料のイオン化ポテンシャルをIp₁、陽極側発光層のホスト材料のイオン化ポテンシャルをIp₄、中央発光層の構成材料のイオン化ポテンシャルをIp₂とすると、通常、Ip₁＝Ip₄≦Ip₂とされる。この場合、陽極側発光層のホスト材料および中央発光層の構成材料が異なるので、上述したように、Ip₁＝Ip₄＝Ip₂のときEa₁≠Ea₂かつEa₄≠Ea₂、および、Ea₁＝Ea₄＝Ea₂のときIp₁≠Ip₂かつIp₄≠Ip₂である。
中でも、Ip₁＝Ip₄＜Ip₂であることが好ましい。陽極側発光層から中央発光層への正孔輸送において多少のエネルギー障壁が存在することにより、正孔の注入を制御し、発光効率を高めることができるからである。
【００５２】
Ip₁＝Ip₄＜Ip₂の場合、Ip₁およびIp₄とIp₂との差としては、正孔注入輸送層の構成材料と陽極側発光層のホスト材料と中央発光層の構成材料とに応じて異なるものであるが、具体的には０．１ｅＶ以上とすることが好ましく、０．２ｅＶ以上とすることがより好ましい。なお、Ip₄およびIp₂の差が比較的大きい場合であっても、駆動電圧を比較的高くすれば、陽極側発光層から中央発光層へ正孔を輸送させることができる。
【００５３】
中央発光層および電子注入輸送層の構成材料のイオン化ポテンシャルの関係としては、中央発光層の構成材料のイオン化ポテンシャルをIp₂、電子注入輸送層の構成材料のイオン化ポテンシャルをIp₃としたとき、Ip₂≧Ip₃であればよい。また、中央発光層および電子注入輸送層の構成材料の電子親和力の関係としては、中央発光層の構成材料の電子親和力をEa₂、電子注入輸送層の構成材料の電子親和力をEa₃としたとき、通常はEa₂≦Ea₃とされる。
【００５４】
中でも、中央発光層がホスト材料および発光ドーパントを含有し、中央発光層のホスト材料と電子注入輸送層の構成材料とが同一であることが好ましいことから、中央発光層および電子注入輸送層の構成材料のイオン化ポテンシャルおよび電子親和力の関係は、図３に例示するように、Ip₂＝Ip₃かつEa₂＝Ea₃であることが好ましい。電子注入輸送層から中央発光層への電子注入障壁がなくなり、駆動電圧を低下させることができるからである。
【００５５】
一方、中央発光層および電子注入輸送層の構成材料のイオン化ポテンシャルおよび電子親和力の関係は、図２に例示するように、Ip₂＞Ip₃かつEa₂＜Ea₃であることも好ましい。Ip₂＞Ip₃かつEa₂＜Ea₃であれば、中央発光層の構成材料のバンドギャップエネルギーを比較的大きくすることができるからである。例えば中央発光層がホスト材料および発光ドーパントを含有する場合には、発光効率の向上のために、中央発光層のホスト材料および発光ドーパントのイオン化ポテンシャルおよび電子親和力が所定の関係を満たすように、ホスト材料および発光ドーパントを選択することが容易となる。また、Ea₂＜Ea₃であるので、電子注入輸送層から中央発光層への電子輸送において多少のエネルギー障壁が存在することにより、電子の注入を制御し、発光効率を高めることができるからである。
【００５６】
Ip₂＞Ip₃の場合、Ip₂およびIp₃の差としては、中央発光層および電子注入輸送層の構成材料に応じて異なるものであるが、具体的には０．１ｅＶ以上とすることが好ましく、０．２ｅＶ以上とすることがより好ましい。
【００５７】
Ea₂＜Ea₃の場合、Ea₂およびEa₃の差としては、中央発光層および電子注入輸送層の構成材料に応じて異なるものであるが、具体的には０．１ｅＶ以上とすることが好ましく、０．２ｅＶ以上０．５ｅＶ以下とすることがより好ましい。なお、Ea₂およびEa₃の差が比較的大きい場合であっても、駆動電圧を比較的高くすれば、電子注入輸送層から中央発光層へ電子を輸送させることができる。
【００５８】
正孔注入輸送層および電子注入輸送層の構成材料のイオン化ポテンシャルおよび電子親和力の関係としては、特に限定されるものではない。
中でも、正孔注入輸送層および電子注入輸送層は同一のバイポーラ材料を含有することが好ましいことから、正孔注入輸送層の構成材料のイオン化ポテンシャルをIp₁、電子注入輸送層の構成材料のイオン化ポテンシャルをIp₃とし、正孔注入輸送層の構成材料の電子親和力をEa₁、電子注入輸送層の構成材料の電子親和力をEa₃としたとき、図２に例示するように、Ip₁＝Ip₃かつEa₁＝Ea₃であることが好ましい。
一方、中央発光層のホスト材料および電子注入輸送層の構成材料が同一であり、図３に例示するように中央発光層および電子注入輸送層の構成材料のイオン化ポテンシャルおよび電子親和力の関係がIp₂＝Ip₃かつEa₂＝Ea₃である場合には、正孔注入輸送層および中央発光層の構成材料が異なることから、正孔注入輸送層および電子注入輸送層の構成材料も異なり、正孔注入輸送層および電子注入輸送層の構成材料のイオン化ポテンシャルおよび電子親和力の関係はIp₁＝Ip₃のときEa₁≠Ea₃、Ea₁＝Ea₃のときIp₁≠Ip₃となる。
【００５９】
本実施態様においては、図４に例示するように、陽極３および正孔注入輸送層４の間に第２正孔注入輸送層９が形成されていてもよい。
この場合、第２正孔注入輸送層９の構成材料の電子親和力をEa₆、正孔注入輸送層４の構成材料の電子親和力をEa₁とすると、図５に例示するようにEa₆＜Ea₁であることが好ましい。陽極側への電子の突き抜けが起こり正孔注入輸送層へ電子が注入されたとしても、第２正孔注入輸送層および正孔注入輸送層間にエネルギー障壁が存在することにより第２正孔注入輸送層から陽極側への電子の突き抜けを防ぐことができる。そのため、第２正孔注入輸送層および陽極の界面での劣化を抑制することができる。また、第２正孔注入輸送層の構成材料は、正孔注入輸送層の構成材料と比較して、材料選択の幅が広く、第２正孔注入輸送層に好適な材料を用いることができる。これにより、陽極から第２正孔注入輸送層への正孔注入において有利な構成とすることができる。
【００６０】
Ea₆＜Ea₁の場合、Ea₆およびEa₁の差としては、第２正孔注入輸送層および正孔注入輸送層の構成材料に応じて異なるものであるが、具体的には０．１ｅＶ以上とすることが好ましく、より好ましくは０．２ｅＶ〜２．０ｅＶの範囲内である。
【００６１】
一方、第２正孔注入輸送層および正孔注入輸送層の構成材料の電子親和力の関係としては、図６に例示するようにEa₆≧Ea₁であることも好ましい。これにより、駆動中における第２正孔注入輸送層および正孔注入輸送層の界面での電荷の蓄積がなく、劣化を抑制することができるからである。
【００６２】
上記の場合、第２正孔注入輸送層９の構成材料のイオン化ポテンシャルをIp₆、正孔注入輸送層４の構成材料のイオン化ポテンシャルをIp₁とすると、通常はIp₆≦Ip₁とされる。中でも、図５に例示するようにIp₆＜Ip₁であることが好ましい。Ip₁およびIp₄が比較的大きい場合には、陽極側発光層へ正孔が輸送され難くなるが、Ip₆＜Ip₁＝Ip₄となるように第２正孔注入輸送層、正孔注入輸送層および陽極側発光層が形成されていることにより、陽極側発光層へ正孔を円滑に輸送することができるからである。また、第２正孔注入輸送層から正孔注入輸送層への正孔輸送において多少のエネルギー障壁が存在することにより、正孔の注入を制御し、発光効率を高めることができるからである。
【００６３】
Ip₆＜Ip₁の場合、Ip₆およびIp₁の差としては、第２正孔注入輸送層および正孔注入輸送層の構成材料に応じて異なるものであるが、具体的には０．１ｅＶ以上とすることが好ましく、より好ましくは０．２ｅＶ〜０．５ｅＶの範囲内である。
【００６４】
本実施態様においては、図４に例示するように、電子注入輸送層７および陰極８の間に第２電子注入輸送層１０が形成されていてもよい。
この場合、電子注入輸送層７の構成材料のイオン化ポテンシャルをIp₃、第２電子注入輸送層１０の構成材料のイオン化ポテンシャルをIp₇とすると、図５に例示するようにIp₃＜Ip₇であることが好ましい。陰極側への正孔の突き抜けが起こり電子注入輸送層へ正孔が注入されたとしても、電子注入輸送層および第２電子注入輸送層間にエネルギー障壁が存在することにより第２電子注入輸送層から陰極側への正孔の突き抜けを防ぐことができる。そのため、第２電子注入輸送層および陰極の界面での劣化を抑制することができる。また、第２電子注入輸送層の構成材料は、電子注入輸送層の構成材料と比較して、材料選択の幅が広く、第２電子注入輸送層に好適な材料を用いることができる。これにより、陰極から第２電子注入輸送層への電子注入において有利な構成とすることができる。
【００６５】
Ip₃＜Ip₇の場合、Ip₃およびIp₇の差としては、電子注入輸送層および第２電子注入輸送層の構成材料に応じて異なるものであるが、具体的には０．１ｅＶ以上とすることが好ましく、より好ましくは０．２ｅＶ〜２．０ｅＶの範囲内である。
【００６６】
一方、電子注入輸送層および第２電子注入輸送層の構成材料のイオン化ポテンシャルの関係としては、図６に例示するようにIp₃≧Ip₇であることも好ましい。これにより、駆動中における第２電子注入輸送層および電子注入輸送層の界面での電荷の蓄積がなく、劣化を抑制することができるからである。
【００６７】
上記の場合、電子注入輸送層７の構成材料の電子親和力をEa₃、第２電子注入輸送層１０の構成材料の電子親和力をEa₇とすると、通常はEa₃≦Ea₇とされる。中でも、図５に例示するようにEa₃＜Ea₇であることが好ましい。中央発光層のエネルギーギャップが比較的大きい場合には、中央発光層へ電子が輸送され難くなるが、Ea₂≦Ea₃＜Ea₇となるように中央発光層、電子注入輸送層および第２電子注入輸送層が形成されていることにより、中央発光層へ電子を円滑に輸送することができるからである。また、第２電子注入輸送層から電子注入輸送層への電子輸送において多少のエネルギー障壁が存在することにより、電子の注入を制御し、発光効率を高めることができるからである。
【００６８】
Ea₃＜Ea₇の場合、Ea₃およびEa₇の差としては、電子注入輸送層および第２電子注入輸送層の構成材料に応じて異なるものであるが、具体的には０．１ｅＶ以上とすることが好ましく、より好ましくは０．２ｅＶ〜０．５ｅＶの範囲内である。
【００６９】
本実施態様においては、図７に例示するように、第２正孔注入輸送層９および正孔注入輸送層４の間に第３正孔注入輸送層１１が形成されていてもよい。
この場合、第２正孔注入輸送層、第３正孔注入輸送層および正孔注入輸送層の構成材料の電子親和力の関係としては、第２正孔注入輸送層の構成材料の電子親和力をEa₆、第３正孔注入輸送層の構成材料の電子親和力をEa₈、正孔注入輸送層の構成材料の電子親和力をEa₁としたとき、図８に例示するようにEa₆＜Ea₈、Ea₈≧Ea₁であることが好ましい。これにより、陽極および第２正孔注入輸送層の界面、ならびに、第３正孔注入輸送層および正孔注入輸送層の界面での劣化を抑制することができるからである。また、Ea₆＜Ea₈であるので、第２正孔注入輸送層の構成材料の選択肢の幅が広くなるからである。
【００７０】
Ea₆＜Ea₈の場合、Ea₆およびEa₈の差としては、第２正孔注入輸送層および第３正孔注入輸送層の構成材料に応じて異なるものであるが、具体的には０．１ｅＶ以上とすることが好ましく、より好ましくは０．２ｅＶ〜２．０ｅＶの範囲内である。
【００７１】
一方、第２正孔注入輸送層、第３正孔注入輸送層および正孔注入輸送層の構成材料の電子親和力の関係としては、図９に例示するようにEa₆≧Ea₈≧Ea₁であることも好ましい。これにより、駆動中における各層の界面での劣化を抑制することができるからである。
【００７２】
上記の場合、第２正孔注入輸送層、第３正孔注入輸送層および正孔注入輸送層の構成材料のイオン化ポテンシャルの関係としては、第２正孔注入輸送層の構成材料のイオン化ポテンシャルをIp₆、第３正孔注入輸送層の構成材料のイオン化ポテンシャルをIp₈、正孔注入輸送層の構成材料のイオン化ポテンシャルをIp₁としたとき、通常はIp₆≦Ip₈≦Ip₁とされる。中でも、Ip₆＜Ip₈＜Ip₁であることが好ましい。Ip₆およびIp₈の差が比較的大きい場合には正孔が輸送され難くなるが、Ip₆＜Ip₈＜Ip₁となるように第２正孔注入輸送層および正孔注入輸送層の間に第３正孔注入輸送層が形成されていることにより、正孔を円滑に輸送することができるからである。また、多少のエネルギー障壁が存在することにより、正孔の注入を制御し、発光効率を高めることができるからである。
【００７３】
Ip₆＜Ip₈＜Ip₁の場合、Ip₆およびIp₈の差、ならびに、Ip₈およびIp₁の差としては、正孔注入輸送層、第２正孔注入輸送層および第３正孔注入輸送層の構成材料に応じて異なるものであるが、具体的にはそれぞれ０．１ｅＶ以上とすることが好ましく、より好ましくは０．２ｅＶ〜０．５ｅＶの範囲内である。
【００７４】
本実施態様においては、図７に例示するように、電子注入輸送層７および第２電子注入輸送層１０の間に第３電子注入輸送層１２が形成されていてもよい。
この場合、電子注入輸送層、第３電子注入輸送層および第２電子注入輸送層の構成材料のイオン化ポテンシャルの関係としては、電子注入輸送層の構成材料のイオン化ポテンシャルをIp₃、第３電子注入輸送層の構成材料のイオン化ポテンシャルをIp₉、第２電子注入輸送層の構成材料のイオン化ポテンシャルをIp₇としたとき、図８に例示するようにIp₃≧Ip₉、Ip₉＜Ip₇であることが好ましい。これにより、電子注入輸送層および第３電子注入輸送層の界面、ならびに、第２電子注入輸送層および陰極の界面での劣化を抑制することができるからである。また、Ip₉＜Ip₇であるので、第２電子注入輸送層の構成材料の選択肢の幅が広くなるからである。
【００７５】
Ip₉＜Ip₇の場合、Ip₉およびIp₇の差としては、第２電子注入輸送層および第３電子注入輸送層の構成材料に応じて異なるものであるが、具体的には０．１ｅＶ以上とすることが好ましく、より好ましくは０．２ｅＶ〜２．０ｅＶの範囲内である。
【００７６】
一方、電子注入輸送層、第３電子注入輸送層および第２電子注入輸送層の構成材料のイオン化ポテンシャルの関係としては、図９に例示するようにIp₃≧Ip₉≧Ip₇であることが好ましい。これにより、駆動中における各層の界面での劣化を抑制することができるからである。
【００７７】
上記の場合、電子注入輸送層、第３電子注入輸送層および第２電子注入輸送層の構成材料の電子親和力の関係としては、電子注入輸送層の構成材料の電子親和力をEa₃、第３電子注入輸送層の構成材料の電子親和力をEa₉、第２電子注入輸送層の構成材料の電子親和力をEa₇としたとき、通常はEa₃≦Ea₉≦Ea₇とされる。中でも、Ea₃＜Ea₉＜Ea₇であることが好ましい。Ea₃およびEa₇の差が比較的大きい場合には電子が輸送され難くなるが、Ea₃＜Ea₉＜Ea₇となるように電子注入輸送層および第２電子注入輸送層の間に第３電子注入輸送層が形成されていることにより、電子を円滑に輸送することができるからである。また、多少のエネルギー障壁が存在することにより、電子の注入を制御し、発光効率を高めることができるからである。
【００７８】
Ea₃＜Ea₉＜Ea₇の場合、Ea₃およびEa₉の差、ならびに、Ea₉およびEa₇の差としては、電子注入輸送層、第２電子注入輸送層および第３電子注入輸送層の構成材料に応じて異なるものであるが、具体的にはそれぞれ０．１ｅＶ以上とすることが好ましく、より好ましくは０．２ｅＶ〜０．５ｅＶの範囲内である。
【００７９】
なお、各層の構成材料のイオン化ポテンシャルおよび電子親和力の測定方法は、上述したとおりである。
【００８０】
２．陽極側発光層
本実施態様における陽極側発光層は、ホスト材料および発光ドーパントを含有し、正孔注入輸送層および中央発光層の間に形成されるものであり、陽極側発光層のホスト材料と正孔注入輸送層の構成材料とが同一であり、陽極側発光層のホスト材料と中央発光層の構成材料とが異なるものである。陽極側発光層は、電子と正孔との再結合の場を提供して発光する機能を有する。
【００８１】
陽極側発光層のホスト材料としては、正孔注入輸送層の構成材料と同一であればよく、例えば、色素系材料、金属錯体系材料、高分子系材料を挙げることができる。
【００８２】
色素系材料としては、例えば、シクロペンタジエン誘導体、テトラフェニルブタジエン誘導体、トリフェニルアミン誘導体、オキサジアゾール誘導体、ピラゾロキノリン誘導体、ジスチリルベンゼン誘導体、ジスチリルアリーレン誘導体、シロール誘導体、チオフェン環化合物、ピリジン環化合物、ペリノン誘導体、ペリレン誘導体、オリゴチオフェン誘導体、トリフマニルアミン誘導体、クマリン誘導体、オキサジアゾールダイマー、ピラゾリンダイマーなどを挙げることができる。
【００８３】
金属錯体系材料としては、例えば、アルミキノリノール錯体、ベンゾキノリノールベリリウム錯体、ベンゾオキサゾール亜鉛錯体、ベンゾチアゾール亜鉛錯体、アゾメチル亜鉛錯体、ポルフィリン亜鉛錯体、ユーロピウム錯体、イリジウム金属錯体、プラチナ金属錯体等、中心金属に、Ａｌ、Ｚｎ、Ｂｅ、Ｉｒ、Ｐｔ等、またはＴｂ、Ｅｕ、Ｄｙ等の希土類金属を有し、配位子に、オキサジアゾール、チアジアゾール、フェニルピリジン、フェニルベンゾイミダゾール、キノリン構造等を有する金属錯体等を挙げることができる。具体的には、トリス（８−ヒドロキシキノリノラト）アルミニウム（Ａｌｑ₃）を用いることができる。
【００８４】
高分子系材料としては、例えば、ポリパラフェニレンビニレン誘導体、ポリチオフェン誘導体、ポリパラフェニレン誘導体、ポリシラン誘導体、ポリアセチレン誘導体、ポリビニルカルバゾール、ポリフルオレノン誘導体、ポリフルオレン誘導体、ポリキノキサリン誘導体、ポリジアルキルフルオレン誘導体、およびそれらの共重合体等を挙げることができる。また、上記の色素系材料および金属錯体系材料を高分子化したものも挙げられる。
【００８５】
本実施態様において、陽極側発光層のホスト材料はバイポーラ材料であることが好ましい。
なお、「バイポーラ材料」とは、正孔および電子のいずれをも安定に輸送することができる材料であって、材料に還元性ドーパントをドープしたものを用いて電子のユニポーラデバイスを作製した場合に電子を安定に輸送することができ、かつ、材料に酸化性ドーパントをドープしたものを用いて正孔のユニポーラデバイスを作製した場合に正孔を安定に輸送することができる材料をいう。ユニポーラデバイスを作製する際には、具体的には、還元性ドーパントとして、Ｃｓもしくは８−ヒドロキシキノリノラトリチウム（Ｌｉｑ）を材料にドープしたものを用いて電子のユニポーラデバイスを作製し、酸化性ドーパントとしてＶ_２Ｏ_５もしくはＭｏＯ_３を材料にドープしたものを用いて正孔のユニポーラデバイスを作製することができる。
バイポーラ材料を陽極側発光層に用いることにより、駆動中における各層の界面での劣化を効果的に抑制することができるからである。
【００８６】
バイポーラ材料としては、例えば、ジスチリルアレーン誘導体、多芳香族化合物、芳香族縮合環化合物類、カルバゾール誘導体、複素環化合物等を挙げることができる。具体的には、下記式で示される4,4'-ビス(2,2-ジフェニル-エテン-1-イル)ジフェニル（4,4'-bis(2,2-diphenyl-ethen-1-yl)diphenyl；DPVBi）、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；CBP）、2,2',7,7'-テトラキス(カルバゾール-9-イル)-9,9'-スピロ-ビフルオレン（2,2',7,7'-tetrakis(carbazol-9-yl)-9,9'-spiro-bifluorene；spiro-CBP）、4,4''-ジ(N-カルバゾリル)-2',3',5',6'-テトラフェニル-p-テルフェニル（4,4''-di(N-carbazolyl)-2',3',5',6'-tetraphenyl-p-terphenyl；CzTT）、1,3-ビス(カルバゾール-9-イル)-ベンゼン（1,3-bis(carbazole-9-yl)-benzene；m-CP）、3-tert−ブチル-9,10-ジ(ナフサ-2-イル)アントラセン（3-tert−butyl-9,10-di(naphtha-2-yl)anthracene；TBADN）、およびこれらの誘導体等が挙げられる。
【００８７】
【化１】

【００８８】
【化２】

【００８９】
なお、上述の手法により正孔および電子の両キャリアの輸送が可能であると確認される材料は、すべて本発明におけるバイポーラ材料として用いることができる。
【００９０】
陽極側発光層の発光ドーパントは、蛍光発光または燐光発光するものであれば特に限定されるものではない。発光ドーパントとしては、例えば、ペリレン誘導体、クマリン誘導体、ルブレン誘導体、キナクリドン誘導体、スクアリウム誘導体、ポルフィリン誘導体、スチリル色素、テトラセン誘導体、ピラゾリン誘導体、デカシクレン、フェノキサゾン、キノキサリン誘導体、カルバゾール誘導体、フルオレン誘導体、イリジウム(Ir)化合物、白金化合物、金化合物、オスミウム化合物、ルテニウム(Ru)化合物、レニウム(Re)化合物等を挙げることができる。より具体的には、2,5,8,11-テトラ-tert-ブチルペリレン（2,5,8,11-Tetra-tert-butylperylene）（ペリレン誘導体）、2,3,6,7-テトラヒドロ-1,1,7,7,-テトラメチル-1H,5H,11H-10-(2-ベンゾチアゾリル)キノリジノ-[9,9a,1gh]クマリン（C545t）（2,3,6,7-Tetrahydro-1,1,7,7,-tetramethyl-1H,5H,11H-10-(2-benzothiazolyl)quinolizino-[9,9a,1gh]coumarin（C545t））（クマリン誘導体）、(5,6,11,12)-テトラフェニルナフタセン（(5,6,11,12)-Tetraphenylnaphthacene）（ルブレン誘導体）、および、トリス(2-フェニルピリジン)イリジウム(III)（Tris(2-phenylpyridine)iridium(III)；Ir(ppy)3）、トリス(1-フェニルイソキノリン)イリジウム(III)（Tris(1-phenylisoquinoline)iridium(III)；Ir(piq)3）、ビス(3,5-ジフルオロ-2-(2-ピリジル)フェニル-(2-カルボキシピリジル)イリジウム(III)（Bis(3,5-difluoro-2-(2-pyridyl)phenyl-(2-carboxypyridyl)iridium(III)；FIrpic)（イリジウム化合物）が挙げられる。
【００９１】
ホスト材料および発光ドーパントの電子親和力およびイオン化ポテンシャルの関係としては、ホスト材料の電子親和力をEa_h、発光ドーパントの電子親和力をEa_dとしたとき、Ea_h＜Ea_dであり、かつ、ホスト材料のイオン化ポテンシャルをIp_h、発光ドーパントのイオン化ポテンシャルをIp_dとしたとき、Ip_h＞Ip_dであることが好ましい。ホスト材料および発光ドーパントの電子親和力およびイオン化ポテンシャルが上記の関係を満たす場合には、正孔および電子が発光ドーパントにトラップされるので、発光効率を向上させることができるからである。
【００９２】
ここで、ホスト材料および発光ドーパントのイオン化ポテンシャルおよび電子親和力は、次のようにして得られる。イオン化ポテンシャルは、ＵＰＳ（紫外光電子分光法）（例えば測定機名「ＡＣ−２」理研計器製）により求める。一方、電子親和力の測定方法としては、まずＵＰＳ（紫外光電子分光法）（例えば測定機名「ＡＣ−２」理研計器製）によりＨＯＭＯエネルギーを求め、次いで光吸収によるエネルギーギャップ測定値と上記ＨＯＭＯエネルギーから算出する方法を採用する。
【００９３】
陽極側発光層では、発光ドーパント濃度が層の厚み方向に一定であってもよく、発光ドーパント濃度が層の厚み方向に分布を有していてもよい。
【００９４】
陽極側発光層は、２種類以上の発光ドーパントを含有していてもよい。例えば、光の三原色に対応する赤・青・緑の３種類の発光ドーパントを用いる場合、陽極側発光層に２種類の発光ドーパントを含有させ、中央発光層に１種類の発光ドーパントを含有させて、３種類の発光ドーパントをそれぞれ発光させることにより、白色光を得ることができる。また例えば、ホスト材料と発光ドーパントとの励起エネルギーの差が比較的大きい場合には、ホスト材料および発光ドーパントの励起エネルギーの中間に励起エネルギーをもつ発光ドーパントをさらに含有させることにより、エネルギー移動を円滑に起こさせることができ、発光効率を向上させることができる。さらに例えば、電子よりも正孔を輸送しやすい発光ドーパントと、正孔よりも電子を輸送しやすい発光ドーパントとを含有させることにより、陽極側発光層へ注入される正孔および電子のバランスをとることができ、発光効率を向上させることができる。
【００９５】
陽極側発光層が２種類以上の発光ドーパントを含有する場合、各発光ドーパントがそれぞれ発光してもよく、１種類のみが発光してもよい。発光ドーパントの励起エネルギーの大小、分布状態、および濃度により、１種類もしくはそれぞれの発光ドーパントの発光が得られる。
中でも、光の三原色に対応する赤・青・緑の３種類の発光ドーパントを用いて白色光を得る場合には、陽極側発光層に２種類の発光ドーパントを含有させ、中央発光層に１種類の発光ドーパントを含有させて、３種類の発光ドーパントをそれぞれ発光させることが好ましい。
【００９６】
陽極側発光層が、第１発光ドーパントと、ホスト材料の励起エネルギーよりも小さく、第１発光ドーパントの励起エネルギーよりも大きい励起エネルギーをもつ第２発光ドーパントとを含有する場合、第１発光ドーパントおよび第２発光ドーパントとしては、上述の発光ドーパントの中から適宜選択して用いることができる。例えば、ホスト材料として緑色発光するAlq₃を用い、第１発光ドーパントとして赤色発光するDCMを用いる場合、第２発光ドーパントとして黄色発光するルブレンを用いることにより、Alq₃（ホスト材料）→ルブレン（第２発光ドーパント）→DCM（第１発光ドーパント）の順に円滑にエネルギー移動を起こさせることができる。
【００９７】
陽極側発光層が、電子よりも正孔を輸送しやすい第３発光ドーパントと、正孔よりも電子を輸送しやすい第４発光ドーパントとを含有する場合、第３発光ドーパントおよび第４発光ドーパントとしては、正孔注入輸送層および電子注入輸送層の構成材料、ならびに陽極側発光層のホスト材料の組み合わせに応じて、上述の発光ドーパントの中から適宜選択して用いることができる。例えば、正孔注入輸送層および電子注入輸送層にTBADNを用い、陽極側発光層のホスト材料にCBP、発光ドーパントにルブレンを用いた場合、ルブレンは電子よりも正孔を輸送しやすい発光ドーパントとなる。また例えば、正孔注入輸送層および電子注入輸送層にTBADNを用い、陽極側発光層のホスト材料にCBP、発光ドーパントにアントラセンジアミンを用いた場合、アントラセンジアミンは正孔よりも電子を輸送しやすい発光ドーパントとなる。
【００９８】
なお、ホスト材料および発光ドーパントを含有する陽極側発光層が、電子よりも正孔を輸送しやすいものであるか、正孔よりも電子を輸送しやすいものであるかは、ホスト材料と単一の発光ドーパントとを含有する陽極側発光層を有する有機ＥＬ素子の発光スペクトルの放射パターンの角度依存性を評価することにより確認することができる。すなわち、発光スペクトルの波長、材料の屈折率、有機ＥＬ素子にて陽極側発光層から光が取り出されるまでの光路長、および放射パターンの角度依存性から確認することができる。
【００９９】
陽極側発光層が、電子よりも正孔を輸送しやすい第３発光ドーパントと、正孔よりも電子を輸送しやすい第４発光ドーパントとを含有する場合、ドープ領域内での第３発光ドーパントおよび第４発光ドーパントの濃度はそれぞれ、層の厚み方向に一定であってもよく、層の厚み方向に分布を有していてもよい。通常は、陽極側発光層内での第３発光ドーパントおよび第４発光ドーパントの濃度はそれぞれ、層の厚み方向に一定とされる。
【０１００】
陽極側発光層は、発光ドーパントを含有する１箇所以上のドープ領域と発光ドーパントを含有しない１箇所以上のノンドープ領域とを有することが好ましい。
【０１０１】
図１０（ａ）に示す例においては、陽極側発光層５ａがドープ領域２１とノンドープ領域２２とを有し、ノンドープ領域２２が中央発光層６側に配置されている。例えば陽極側発光層中の発光ドーパントおよび中央発光層中の発光ドーパントの間でエネルギー移動が起こり得る場合には、陽極側発光層および中央発光層の界面にノンドープ領域が設けられていることにより、上記エネルギー移動を起こりにくくし発光効率を向上させることができる。具体的には、陽極側発光層および中央発光層が互いに異なる色を発する発光ドーパントを含有しており、各発光ドーパントがそれぞれ発光することで白色光を得る場合には、陽極側発光層および中央発光層の界面にノンドープ領域が設けられていることが好ましい。また、陽極側発光層および中央発光層のうち、一方が蛍光発光ドーパントを含有し、他方が燐光発光ドーパントを含有しており、各発光ドーパントをそれぞれ発光させる場合にも、陽極側発光層および中央発光層の界面にノンドープ領域が設けられていることが好ましい。
【０１０２】
図１０（ｂ）に示す例においては、陽極側発光層５ａが２箇所のドープ領域２１ａ、２１ｂと１箇所のノンドープ領域２２とを有し、２箇所のドープ領域２１ａ、２１ｂの間にノンドープ領域２２が配置されている。例えばドープ領域２１ａ中の発光ドーパントおよびドープ領域２１ｂ中の発光ドーパントの間でエネルギー移動が起こり得る場合には、２つのドープ領域２１ａ，２１ｂの間にノンドープ領域２２が配置されていることにより上記エネルギー移動を起こりにくくし発光効率を向上させることができる。具体的には、２つのドープ領域が互いに異なる色を発する発光ドーパントを含有しており、各発光ドーパントがそれぞれ発光することで白色光を得る場合には、２箇所のドープ領域の間にノンドープ領域が配置されていることが好ましい。また、２つのドープ領域のうち、一方が蛍光発光ドーパントを含有し、他方が燐光発光ドーパントを含有しており、各発光ドーパントをそれぞれ発光させる場合にも、２箇所のドープ領域の間にノンドープ領域が配置されていることが好ましい。
【０１０３】
このように、陽極側発光層がノンドープ領域を有することにより、発光効率を向上させることができる。
【０１０４】
なお、発光ドーパントを含有しないノンドープ領域とは、実質的に発光ドーパントを含有しない領域をいう。具体的には、ノンドープ領域とは、ホスト材料および発光ドーパントを共蒸着させて発光層を成膜する際に、発光ドーパントの蒸着源のシャッターを閉じることにより形成される領域をいう。また、ノンドープ領域の厚みが１０ｎｍ以上である場合、ノンドープ領域とは、隣接するドープ領域中の発光ドーパントの含有量を１００％としたときに、発光ドーパントの含有量が１０％以下、好ましくは５％以下、さらに好ましくは１％以下である領域を有する領域をいう。
【０１０５】
ドープ領域およびノンドープ領域の配置としては、陽極側発光層が１箇所以上のドープ領域と１箇所以上のノンドープ領域とを有するような配置であれば特に限定されるものではない。例えば、図１０（ａ）に示すように陽極側発光層５ａが中央発光層６側にノンドープ領域２２を有していてもよく、図１０（ｂ）に示すように陽極側発光層５ａが２箇所のドープ領域２１ａ，２１ｂに挟まれたノンドープ領域２２を有していてもよい。また、図示しないが、陽極側発光層が２箇所のドープ領域と２箇所のノンドープ領域とを有し、ドープ領域とノンドープ領域とが交互に配置されていてもよい。
【０１０６】
ドープ領域およびノンドープ領域の配置は、発光ドーパントのエネルギー遷移を考慮して適宜選択される。
【０１０７】
ノンドープ領域の数としては、１箇所以上であればよいが、通常、１〜２箇所程度とされる。一方、ドープ領域の数としては、１箇所以上であればよいが、通常、１〜２箇所程度とされる。
【０１０８】
ドープ領域は、ホスト材料および発光ドーパントを含有する領域であればよく、ドープ領域では、発光ドーパント濃度が層の厚み方向に一定であってもよく、発光ドーパント濃度が層の厚み方向に分布を有していてもよい。通常は、ドープ領域では、発光ドーパント濃度が層の厚み方向に一定とされる。
【０１０９】
上述したように、陽極側発光層は２種類以上の発光ドーパントを含有していてもよいが、この場合、例えば、１箇所のドープ領域が２種類以上の発光ドーパントを含有していてもよく、２箇所のドープ領域が互いに異なる種類の発光ドーパントを含有していてもよい。
【０１１０】
２箇所のドープ領域が互いに異なる種類の発光ドーパントを含有する場合であって、例えば、光の三原色に対応する赤・青・緑の３種類の発光ドーパントを用い、陽極側発光層の２箇所のドープ領域をそれぞれ１種類の発光ドーパントを含有するものとし、中央発光層を１種類の発光ドーパントを含有するものとする場合には、陽極側発光層にて２箇所のドープ領域の間にノンドープ領域が配置されていることにより、発光ドーパント間のエネルギー移動を抑制して、発光ドーパントをそれぞれ発光させることができ、発光効率を向上させるともに、白色光を得ることができる。
【０１１１】
陽極側発光層の厚みとしては、電子と正孔との再結合の場を提供して発光する機能を発現することができる厚みであれば特に限定されるものではなく、例えば１ｎｍ〜２００ｎｍ程度で設定することができる。中でも、陽極側発光層の厚みを厚くすることによって、正孔および電子の注入バランスを向上させることで発光効率を高めるには、陽極側発光層の厚みが３ｎｍ〜１００ｎｍの範囲内であることが好ましく、より好ましくは５ｎｍ〜８０ｎｍの範囲内である。
【０１１２】
陽極側発光層がドープ領域とノンドープ領域とを有する場合、ノンドープ領域の厚みは、均一な膜が成膜可能であり、電子と正孔との再結合の場を提供して発光する機能を発現するドープ領域を確保することが可能な厚みであれば特に限定されるものではない。具体的には、ノンドープ領域の厚みは、０．１ｎｍ〜３０ｎｍ程度であることが好ましく、より好ましくは０．５ｎｍ〜２０ｎｍの範囲内、さらに好ましくは０．８ｎｍ〜１５ｎｍの範囲内である。
【０１１３】
陽極側発光層の成膜方法としては、ホスト材料および発光ドーパントを共蒸着させる方法が好ましく用いられる。この際、発光ドーパントの蒸着源のシャッターを開閉したり、発光ドーパントの蒸着速度を制御したりすることにより、ドープ領域およびノンドープ領域を有する陽極側発光層を形成することができる。
また、溶液からの塗布で薄膜形成が可能な場合には、スピンコート法やディップコート法等を用いることができる。この場合、ホスト材料および発光ドーパントを不活性なポリマー中に分散して用いてもよい。
【０１１４】
また、陽極側発光層中の発光ドーパント濃度に分布をつける場合には、例えば、ホスト材料および発光ドーパントの蒸着速度を連続的または周期的に変化させる方法を用いることができる。
【０１１５】
３．中央発光層
本実施態様における中央発光層は、陽極側発光層および電子注入輸送層の間に形成されるものであり、中央発光層の構成材料および陽極側発光層のホスト材料は異なり、中央発光層の構成材料および正孔注入輸送層の構成材料も異なるものである。中央発光層は、電子と正孔との再結合の場を提供して発光する機能を有する。
【０１１６】
中央発光層の構成材料としては、色素系材料、金属錯体系材料、高分子系材料を挙げることができる。なお、色素系材料、金属錯体系材料、高分子系材料については、上記陽極側発光層の項に記載したので、ここでの説明は省略する。
【０１１７】
また、中央発光層の構成材料はバイポーラ材料であってもよい。バイポーラ材料を中央発光層に用いることにより、駆動中における各層の界面での劣化を効果的に抑制することができるからである。なお、バイポーラ材料については、上記陽極側発光層の項に詳しく記載したので、ここでの説明は省略する。
【０１１８】
中央発光層中には、発光効率の向上、発光波長を変化させる等の目的で、蛍光発光または燐光発光する発光ドーパントを添加してもよい。すなわち、中央発光層は、上記の色素系材料、金属錯体系材料、高分子系材料、バイポーラ材料等のホスト材料と、発光ドーパントとを含有するものであってもよい。なお、発光ドーパントについては、上記陽極側発光層の項に記載したので、ここでの説明は省略する。
【０１１９】
中央発光層がホスト材料および発光ドーパントを含有する場合、中央発光層のホスト材料と電子注入輸送層の構成材料とが同一であることが好ましい。電子注入輸送層から中央側発光層への電子注入障壁がなくなり、駆動電圧を低下させることができるからである。
【０１２０】
一方、後述のように、正孔注入輸送層および電子注入輸送層が同一のバイポーラ材料を含有する場合には、正孔注入輸送層の構成材料と中央発光層の構成材料とは異なることから、中央発光層のホスト材料と電子注入輸送層の構成材料とは異なるものとなる。
【０１２１】
なお、中央発光層がホスト材料および発光ドーパントを含有する場合において、ホスト材料および発光ドーパントの電子親和力およびイオン化ポテンシャルの関係、中央発光層中の発光ドーパント濃度、ならびに、中央発光層が２種類以上の発光ドーパントを含有する場合については、上記陽極側発光層の項に記載したものと同様であるので、ここでの説明は省略する。
【０１２２】
中央発光層がホスト材料および発光ドーパントを含有する場合、中央発光層は、発光ドーパントを含有する１箇所以上のドープ領域と発光ドーパントを含有しない１箇所以上のノンドープ領域とを有することが好ましい。
【０１２３】
図１１（ａ）に示す例においては、中央発光層６がドープ領域２１とノンドープ領域２２とを有し、ノンドープ領域２２が陽極側発光層５ａ側に配置されている。例えば陽極側発光層中の発光ドーパントおよび中央発光層中の発光ドーパントの間でエネルギー移動が起こり得る場合には、陽極側発光層および中央発光層の界面にノンドープ領域が設けられていることにより、上記エネルギー移動を起こりにくくし発光効率を向上させることができる。
【０１２４】
図１１（ｂ）に示す例においては、中央発光層６がドープ領域２１とノンドープ領域２２とを有し、ノンドープ領域２２が電子注入輸送層７側に配置されている。例えば中央発光層６中の発光ドーパントから電子注入輸送層７の構成材料へエネルギー移動が起こり得る場合には、中央発光層６が電子注入輸送層７側にノンドープ領域２２を有することにより上記エネルギー移動を起こりにくくし発光効率を向上させることができる。
【０１２５】
図１１（ｃ）に示す例においては、中央発光層６が２箇所のドープ領域２１ａ、２１ｂと１箇所のノンドープ領域２２とを有し、２箇所のドープ領域２１ａ、２１ｂの間にノンドープ領域２２が配置されている。例えばドープ領域２１ａ中の発光ドーパントおよびドープ領域２１ｂ中の発光ドーパントの間でエネルギー移動が起こり得る場合には、２つのドープ領域２１ａ，２１ｂの間にノンドープ領域２２が配置されていることにより上記エネルギー移動を起こりにくくし発光効率を向上させることができる。
【０１２６】
このように、中央発光層がノンドープ領域を有することにより、発光効率を向上させることができる。
【０１２７】
ドープ領域およびノンドープ領域の配置としては、中央発光層が１箇所以上のドープ領域と１箇所以上のノンドープ領域とを有するような配置であれば特に限定されるものではない。例えば、図１１（ａ）に示すように中央発光層６が陽極側発光層５ａ側にノンドープ領域２２を有していてもよく、図１１（ｂ）に示すように中央発光層６が電子注入輸送層７側にノンドープ領域２２を有していてもよく、図１１（ｃ）に示すように中央発光層６が２箇所のドープ領域２１ａ，２１ｂに挟まれたノンドープ領域２２を有していてもよい。また、図示しないが、中央発光層が２箇所のドープ領域と３箇所のノンドープ領域とを有し、ドープ領域とノンドープ領域とが交互に配置されていてもよい。
【０１２８】
ドープ領域およびノンドープ領域の配置は、発光ドーパントのエネルギー遷移を考慮して適宜選択される。中でも、正孔および電子の注入バランスがとれるように、ドープ領域およびノンドープ領域の配置を適宜選択することが好ましい。
【０１２９】
図１１（ｂ）に例示する有機ＥＬ素子においては、中央発光層６が電子注入輸送層７側にノンドープ領域２２を有するので、電子注入輸送層および中央発光層の界面で発光ドーパントが電子注入を阻害することがなく、電子注入輸送層から中央発光層への電子注入を良好なものとすることができる。
ここで、本実施態様においては、中央発光層および電子注入輸送層の構成材料のイオン化ポテンシャルの関係がIp₂≧Ip₃であり、中央発光層に注入された正孔が対極へ突き抜けるのを防止するブロッキング層が設けられていないため、従来のブロッキング層を有する有機ＥＬ素子と同じようにして、発光層へ注入される正孔および電子のバランスをとることは困難である。
これに対して、図１１（ｂ）に例示する有機ＥＬ素子においては、中央発光層が電子注入輸送層側にノンドープ領域を有することにより、発光ドーパントによる電荷のトラップを制御することができ、高効率な素子を得ることができる。例えば、発光ドーパントが電子よりも正孔を輸送しやすいものである場合には、正孔の注入が過剰になる傾向がある。この場合には、中央発光層が電子注入輸送層側にノンドープ領域を有することにより、発光効率を向上させることができる。これは、中央発光層の電子注入輸送層側（陰極側）にノンドープ領域を設け、中央発光層の陽極発光層側（陽極側）にドープ領域を設けることにより、陽極から中央発光層に注入された正孔が、中央発光層中でより多く発光ドーパントにトラップされ、特に陽極側でより多く発光ドーパントにトラップされて、陰極へ突き抜けるのを防止しているためであると思料される。すなわち、中央発光層が電子注入輸送層側にノンドープ領域を有する場合には、正孔の注入が過剰である場合に有用である。
【０１３０】
ノンドープ領域の数としては、１箇所以上であればよいが、通常、１〜３箇所程度とされる。一方、ドープ領域の数としては、１箇所以上であればよいが、通常、１〜２箇所程度とされる。
【０１３１】
なお、ドープ領域およびノンドープ領域のその他の点については、上記陽極側発光層の項に記載したものと同様であるので、ここでの説明は省略する。
【０１３２】
中央発光層もホスト材料および発光ドーパントを含有する場合、陽極側発光層および中央発光層は異なる種類の発光ドーパントを含有することが好ましい。陽極側発光層および中央発光層を積層することで、陽極側発光層中の発光ドーパントおよび中央発光層中の発光ドーパントの間でのエネルギー移動を抑制し、陽極側発光層中の発光ドーパントおよび中央発光層中の発光ドーパントの両方を光らせることができ、発光効率を高めるとともに、所望の発光色を得ることができるからである。
【０１３３】
中でも、陽極側発光層および中央発光層のうち、すなわち複数層の発光層のうち、一方が蛍光発光ドーパントを含有し、他方が燐光発光ドーパントを含有することが好ましい。単一の発光層内に蛍光発光ドーパントおよび燐光発光ドーパントが含まれる場合には、蛍光発光ドーパントおよび燐光発光ドーパントの間でエネルギー移動が起こるおそれがあるが、陽極側発光層および中央発光層のうち、一方に蛍光発光ドーパントを含有させ、他方に燐光発光ドーパントを含有させることで、蛍光発光ドーパントおよび燐光発光ドーパントの間でエネルギー移動を抑制し、蛍光発光ドーパントおよび燐光発光ドーパントの両方を光らせることができ、発光効率を高めるとともに、所望の発光色を得ることができるからである。
【０１３４】
陽極側発光層および中央発光層が異なる種類の発光ドーパントを含有する場合、異なる種類の発光ドーパントの発光色は同じであってもよく異なっていてもよい。中でも、異なる種類の発光ドーパントの発光色は異なることが好ましい。陽極側発光層中の発光ドーパントおよび中央発光層中の発光ドーパントの両方を光らせることにより、所望の発光色を得ることができるからである。
【０１３５】
本実施態様において、白色光を得る場合には、陽極側発光層および中央発光層に異なる種類の発光ドーパントを含有させることが好ましい。例えば、赤色・青色・緑色の３種類の発光ドーパント、青色・黄色の２種類の発光ドーパント、水色・橙色の２種類の発光ドーパント、緑色・紫色の２種類の発光ドーパントの組み合わせを挙げることができる。中でも、赤色・青色・緑色の３種類の発光ドーパントを用いることが好ましい。
【０１３６】
赤色・青色・緑色の３種類の発光ドーパントを用いる場合、上述したように、陽極側発光層および中央発光層のうち、一方が蛍光発光ドーパントを含有し、他方が燐光発光ドーパントを含有することが好ましいことから、例えば、一方に青色蛍光発光ドーパントを含有させ、他方に赤色燐光発光ドーパントおよび緑色蛍光発光ドーパントを含有させる、あるいは、一方に赤色蛍光発光ドーパントを含有させ、他方に青色燐光発光ドーパントおよび緑色蛍光発光ドーパントを含有させることが好ましい。
【０１３７】
なお、中央発光層の厚みについては、上記陽極側発光層の厚みと同様であるので、ここでの説明は省略する。
【０１３８】
中央発光層の成膜方法としては、例えば、真空蒸着法、スパッタリング法等の乾式法、あるいは、印刷法、インクジェット法、スピンコート法、キャスティング法、ディッピング法、バーコート法、ブレードコート法、ロールコート法、グラビアコート法、フレキソ印刷法、スプレーコート法等の湿式法などを挙げることができる。
なお、ホスト材料および発光ドーパントを含有する中央発光層の成膜方法については、上記陽極側発光層の成膜方法と同様であるので、ここでの説明は省略する。
【０１３９】
また、中央発光層中の発光ドーパント濃度に分布をつける場合には、例えば、ホスト材料および発光ドーパントの蒸着速度を連続的または周期的に変化させる方法を用いることができる。
【０１４０】
４．正孔注入輸送層
本実施態様に用いられる正孔注入輸送層は、陽極および陽極側発光層の間に形成されるものであり、正孔注入輸送層の構成材料および陽極側発光層のホスト材料は同一であり、正孔注入輸送層の構成材料および中央発光層の構成材料は異なるものである。正孔注入輸送層は、陽極から陽極側発光層に正孔を安定に注入または輸送する機能を有する。
【０１４１】
正孔注入輸送層としては、正孔注入機能を有する正孔注入層、および正孔輸送機能を有する正孔輸送層のいずれか一方であってもよく、あるいは、正孔注入機能および正孔輸送機能の両機能を有する単一の層であってもよい。
【０１４２】
正孔注入輸送層の構成材料としては、陽極から注入された正孔を安定に陽極側発光層へ輸送することができる材料であれば特に限定されるものではなく、上記陽極側発光層のホスト材料に例示したものを用いることができる。
【０１４３】
中でも、正孔注入輸送層の構成材料は、バイポーラ材料であることが好ましい。バイポーラ材料を正孔注入輸送層に用いることにより、駆動中における層界面での劣化を効果的に抑制することができるからである。なお、バイポーラ材料については、上記陽極側発光層の項に記載したので、ここでの説明は省略する。
【０１４４】
正孔注入輸送層および後述の電子注入輸送層がバイポーラ材料を含有する場合、これらの層に含有されるバイポーラ材料は、同一であってもよく異なっていてもよい。
中でも、正孔注入輸送層および電子注入輸送層に含有されるバイポーラ材料は、同一であることが好ましい。これらのバイポーラ材料が同一であれば、正孔が電子注入輸送層に突き抜けたり、電子が正孔注入輸送層に突き抜けたりしても、これらの層が劣化しにくくなるからである。また、真空蒸着法等によりこれらの層を成膜する場合には、共通の蒸着源を用いることができ、製造工程上有利である。
一方、上述したように、中央発光層のホスト材料と電子注入輸送層の構成材料とが同一である場合には、正孔注入輸送層の構成材料と中央発光層の構成材料とは異なることから、正孔注入輸送層および電子注入輸送層に含有されるバイポーラ材料は異なるものとなる。
【０１４５】
また、正孔注入輸送層は、少なくとも陽極との界面に、有機材料（正孔注入輸送層用有機化合物）に酸化性ドーパントが混合された領域を有していてもよい。正孔注入輸送層が、少なくとも陽極との界面にて、正孔注入輸送層用有機化合物に酸化性ドーパントが混合された領域を有することにより、陽極から正孔注入輸送層への正孔注入障壁が小さくなり、駆動電圧を低下させることができるからである。
有機ＥＬ素子において、陽極から基本的に絶縁物である有機層への正孔注入過程は、陽極表面での有機化合物の酸化、すなわちラジカルカチオン状態の形成である（Phys. Rev.Lett., 14, 229 (1965)）。あらかじめ有機化合物を酸化する酸化性ドーパントを陽極に接触する正孔注入輸送層中にドープすることにより、陽極からの正孔注入に際するエネルギー障壁を低下させることができる。酸化性ドーパントがドープされた正孔注入輸送層中には、酸化性ドーパントにより酸化された状態（すなわち電子を供与した状態）の有機化合物が存在するので、正孔注入エネルギー障壁が小さく、従来の有機ＥＬ素子と比べて駆動電圧を低下させることができるのである。
【０１４６】
酸化性ドーパントとしては、正孔注入輸送層用有機化合物を酸化する性質を有するものであれば特に限定されるものではないが、通常は電子受容性化合物が用いられる。
【０１４７】
電子受容性化合物としては、無機物および有機物のいずれも用いることができる。電子受容性化合物が無機物である場合、例えば、塩化第二鉄、塩化アルミニウム、塩化ガリウム、塩化インジウム、五塩化アンチモン、三酸化モリブデン（ＭｏＯ_３）、五酸化バナジウム（Ｖ_２Ｏ_５）等のルイス酸が挙げられる。また、電子受容性化合物が有機物である場合、例えば、トリニトロフルオレノン等が挙げられる。
【０１４８】
中でも、電子受容性化合物としては、金属酸化物が好ましく、ＭｏＯ_３、Ｖ_２Ｏ_５が好適に用いられる。
【０１４９】
正孔注入輸送層が、正孔注入輸送層用有機化合物に酸化性ドーパントが混合された領域を有する場合、正孔注入輸送層は、少なくとも陽極との界面に上記の領域を有していればよく、例えば、正孔注入輸送層中に、酸化性ドーパントが均一にドープされていてもよく、酸化性ドーパントの含有量が陰極側から陽極側に向けて連続的に多くなるように酸化性ドーパントがドープされていてもよく、正孔注入輸送層の陽極との界面のみに局所的に酸化性ドーパントがドープされていてもよい。
【０１５０】
正孔注入輸送層中の酸化性ドーパント濃度は、特に限定されるものではないが、正孔注入輸送層用有機化合物と酸化性ドーパントとのモル比率が、正孔注入輸送層用有機化合物：酸化性ドーパント＝１：０．１〜１：１０の範囲内であることが好ましい。酸化性ドーパントの比率が上記範囲未満であると、酸化性ドーパントにより酸化された正孔注入輸送層用有機化合物の濃度が低すぎてドーピングの効果が十分に得られない場合があるからである。また、酸化性ドーパントの比率が上記範囲を超えると、正孔注入輸送層中の酸化性ドーパント濃度が正孔注入輸送層用有機化合物濃度をはるかに超えて、酸化性ドーパントにより酸化された正孔注入輸送層用有機化合物の濃度が極端に低下するので、同様にドーピングの効果が十分に得られない場合があるからである。
【０１５１】
正孔注入輸送層の成膜方法としては、例えば、真空蒸着法、スパッタリング法等の乾式法、あるいは、印刷法、インクジェット法、スピンコート法、キャスティング法、ディッピング法、バーコート法、ブレードコート法、ロールコート法、グラビアコート法、フレキソ印刷法、スプレーコート法等の湿式法などを挙げることができる。
【０１５２】
中でも、酸化性ドーパントがドープされた正孔注入輸送層の成膜方法としては、正孔注入輸送層用有機化合物と酸化性ドーパントとを共蒸着させる方法が好ましく用いられる。この共蒸着の手法において、塩化第二鉄、塩化インジウム等の比較的飽和蒸気圧の低い酸化性ドーパントはるつぼに入れて一般的な抵抗加熱法によって蒸着可能である。一方、常温でも蒸気圧が高く真空装置内の気圧を所定の真空度以下に保てない場合は、ニードルバルブやマスフローコントローラーのようにオリフィス(開口径)を制御して蒸気圧を制御したり、試料保持部分を独立に温度制御可能な構造にして冷却によって蒸気圧を制御したりしてもよい。
【０１５３】
また、陰極側から陽極側に向けて酸化性ドーパントの含有量が連続的に多くなるように、正孔注入輸送層用有機化合物に酸化性ドーパントを混合させる方法としては、例えば、上記の正孔注入輸送層用有機化合物と酸化性ドーパントとの蒸着速度を連続的に変化させる方法を用いることができる。
【０１５４】
正孔注入輸送層の厚みとしては、陽極から正孔を注入し、発光層へ正孔を輸送する機能が十分に発揮される厚みであれば特に限定されるものではないが、具体的には０．５ｎｍ〜１０００ｎｍ程度で設定することができ、中でも５ｎｍ〜５００ｎｍの範囲内であることが好ましい。
【０１５５】
また、酸化性ドーパントがドープされた正孔注入輸送層の厚みとしては、特に限定されるものではないが、０．５ｎｍ以上とすることが好ましい。酸化性ドーパントがドープされた正孔注入輸送層は、無電場の状態でも正孔注入輸送層用有機化合物がラジカルカチオンの状態で存在し、内部電荷として振る舞えるので、膜厚は特に限定されないのである。また、酸化性ドーパントがドープされた正孔注入輸送層を厚膜にしても、素子の電圧上昇をもたらすことがないので、陽極および陰極間の距離を通常の有機ＥＬ素子の場合よりも長く設定することにより、短絡の危険性を大幅に軽減させることもできる。
【０１５６】
５．電子注入輸送層
本実施態様に用いられる電子注入輸送層は、陰極および中央発光層の間に形成されるものである。電子注入輸送層は、陰極から中央発光層に電子を安定に注入または輸送する機能を有するものである。
【０１５７】
電子注入輸送層としては、電子注入機能を有する電子注入層、および電子輸送機能を有する電子輸送層のいずれか一方であってもよく、あるいは、電子注入機能および電子輸送機能の両機能を有する単一の層であってもよい。
【０１５８】
電子注入輸送層の構成材料としては、陰極から注入された電子を安定に中央発光層へ輸送することができる材料であれば特に限定されるものではなく、上記中央発光層の構成材料に例示した化合物の他、Ｂａ、Ｃａ、Ｌｉ、Ｃｓ、Ｍｇ、Ｓｒ等のアルカリ金属もしくはアルカリ土類金属の単体、フッ化マグネシウム、フッ化カルシウム、フッ化ストロンチウム、フッ化バリウム、フッ化リチウム、フッ化セシウム等のアルカリ金属もしくはアルカリ土類金属のフッ化物、アルミリチウム合金等のアルカリ金属の合金、酸化マグネシウム、酸化ストロンチウム、酸化アルミニウム等の金属酸化物、ポリメチルメタクリレートポリスチレンスルホン酸ナトリウム等のアルカリ金属の有機錯体などを挙げることができる。また、バソキュプロイン（ＢＣＰ）、バソフェナントロリン（Ｂｐｅｈｎ）等のフェナントロリン誘導体、トリアゾール誘導体、オキサジアゾール誘導体、トリス（８−ヒドロキシキノリノラト）アルミニウム（Ａｌｑ３）等のアルミキノリノール錯体などを挙げることができる。
【０１５９】
中でも、電子注入輸送層の構成材料は、バイポーラ材料であることが好ましい。バイポーラ材料を電子注入輸送層に用いることにより、駆動中における層界面での劣化を効果的に抑制することができる。なお、バイポーラ材料については、上記陽極側発光層の項に記載したので、ここでの説明は省略する。
【０１６０】
また、電子注入輸送層の構成材料と中央発光層のホスト材料とは同一であることが好ましい。電子注入輸送層から中央側発光層への電子注入障壁がなくなり、駆動電圧を低下させることができるからである。
一方、上述のように、正孔注入輸送層および電子注入輸送層に含まれるバイポーラ材料が同一である場合には、正孔注入輸送層の構成材料と中央発光層の構成材料とは異なることから、電子注入輸送層の構成材料と中央発光層のホスト材料とは異なるものとなる。
【０１６１】
また、電子注入輸送層の構成材料が有機化合物（電子注入輸送層用有機化合物）である場合、電子注入輸送層は、少なくとも陰極との界面に、上記電子注入輸送層用有機化合物に還元性ドーパントが混合された領域を有していてもよい。電子注入輸送層が、少なくとも陰極との界面にて、電子注入輸送層用有機化合物に還元性ドーパントが混合された領域を有することにより、陰極から電子注入輸送層への電子注入障壁が小さくなり、駆動電圧を低下させることができるからである。
有機ＥＬ素子において、陰極から基本的に絶縁物である有機層への電子注入過程は、陰極表面での有機化合物の還元、すなわちラジカルアニオン状態の形成である（Phys. Rev. Lett., 14, 229 (1965)）。あらかじめ有機化合物を還元する還元性ドーパントを陰極に接触する電子注入輸送層中にドープすることにより、陰極からの電子注入に際するエネルギー障壁を低下させることができる。電子注入輸送層中には、還元性ドーパントにより還元された状態（すなわち電子を受容し、電子が注入された状態）の有機化合物が存在するので、電子注入エネルギー障壁が小さく、従来の有機ＥＬ素子と比べて駆動電圧を低下させることができるのである。さらには、陰極に、一般に配線材として用いられている安定なＡｌのような金属を使用することができる。
【０１６２】
還元性ドーパントしては、電子注入輸送層用有機化合物を還元する性質を有するものであれば特に限定されるものではないが、通常は電子供与性化合物が用いられる。
【０１６３】
電子供与性化合物としては、金属（金属単体）、金属化合物、または有機金属錯体が好ましく用いられる。金属（金属単体）、金属化合物、または有機金属錯体としては、アルカリ金属、アルカリ土類金属、および希土類金属を含む遷移金属からなる群から選択される少なくとも１種の金属を含むものを挙げることができる。中でも、仕事関数が４．２ｅＶ以下である、アルカリ金属、アルカリ土類金属、および希土類金属を含む遷移金属からなる群から選択される少なくとも１種の金属を含むものであることが好ましい。このような金属（金属単体）としては、例えば、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｃｓ、Ｂｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｙ、Ｌａ、Ｍｇ、Ｓｍ、Ｇｄ、Ｙｂ、Ｗなどが挙げられる。また、金属化合物としては、例えば、Ｌｉ₂Ｏ、Ｎａ₂Ｏ、Ｋ₂Ｏ、Ｒｂ₂Ｏ、Ｃｓ₂Ｏ、ＭｇＯ、ＣａＯ等の金属酸化物、ＬｉＦ、ＮａＦ、ＫＦ、ＲｂＦ、ＣｓＦ、ＭｇＦ₂、ＣａＦ₂、ＳｒＦ₂、ＢａＦ₂、ＬｉＣｌ、ＮａＣｌ、ＫＣｌ、ＲｂＣｌ、ＣｓＣｌ、ＭｇＣｌ₂、ＣａＣｌ₂、ＳｒＣｌ₂、ＢａＣｌ₂等の金属塩などが挙げられる。有機金属錯体としては、例えば、Ｗを含む有機金属化合物、８−ヒドロキシキノリノラトリチウム（Ｌｉｑ）などが挙げられる。中でも、Ｃｓ、Ｌｉ、Ｌｉｑが好ましく用いられる。これらを電子注入輸送層用有機化合物にドープすることにより、良好な電子注入特性が得られるからである。
【０１６４】
電子注入輸送層が、電子注入輸送層用有機化合物に還元性ドーパントが混合された領域を有する場合、電子注入輸送層は、少なくとも陰極との界面に上記の領域を有していればよく、例えば、電子注入輸送層中に、還元性ドーパントが均一にドープされていてもよく、還元性ドーパントの含有量が陽極側から陰極側に向けて連続的に多くなるように還元性ドーパントがドープされていてもよく、電子注入輸送層の陰極との界面のみに局所的に還元性ドーパントがドープされていてもよい。
【０１６５】
電子注入輸送層中の還元性ドーパント濃度は、特に限定されるものではないが、０．１〜９９質量％程度とすることが好ましい。還元性ドーパント濃度が上記範囲未満であると、還元性ドーパントにより還元された電子注入輸送層用有機化合物の濃度が低すぎてドーピングの効果が十分に得られない場合があるからである。また、還元性ドーパント濃度が上記範囲を超えると、電子注入輸送層中の還元性ドーパント濃度が電子注入輸送層用有機化合物濃度をはるかに超え、還元性ドーパントにより還元された電子注入輸送層用有機化合物の濃度が極端に低下するので、同様にドーピングの効果が十分に得られない場合があるからである。
【０１６６】
電子注入輸送層の成膜方法としては、例えば、真空蒸着法、スパッタリング法等の乾式法、あるいは、印刷法、インクジェット法、スピンコート法、キャスティング法、ディップコート法、バーコート法、ブレードコート法、ロールコート法、グラビアコート法、フレキソ印刷法、スプレーコート法等の湿式法などを挙げることができる。
【０１６７】
中でも、還元性ドーパントがドープされた電子注入輸送層の成膜方法としては、上記の電子注入輸送層用有機化合物と還元性ドーパントとを共蒸着させる方法が好ましく用いられる。
なお、溶液からの塗布で薄膜形成が可能な場合には、還元性ドーパントがドープされた電子注入輸送層の成膜方法として、スピンコート法やディップコート法等を用いることができる。この場合、電子注入輸送層用有機化合物と還元性ドーパントとを不活性なポリマー中に分散して用いてもよい。
【０１６８】
また、陽極側から陰極側に向けて還元性ドーパントの含有量が連続的に多くなるように、電子注入輸送層用有機化合物に還元性ドーパントを混合させる方法としては、例えば、上記の電子注入輸送層用有機化合物と還元性ドーパントとの蒸着速度を連続的に変化させる方法を用いることができる。
【０１６９】
電子注入輸送層の厚みとしては、その機能が十分に発揮される厚みであれば特に限定されるものではない。
【０１７０】
また、還元性ドーパントがドープされた電子注入輸送層の厚みとしては、特に限定されるものでないが、０．１ｎｍ〜３００ｎｍの範囲内とすることが好ましく、より好ましくは０．５ｎｍ〜２００ｎｍの範囲内である。厚みが上記範囲未満であると、陰極界面近傍に存在する、還元性ドーパントにより還元された電子注入輸送層用有機化合物の量が少ないためにドーピングの効果が十分に得られない場合があるからである。また、厚みが上記範囲を超えると、電子注入輸送層全体の膜厚が厚すぎて、駆動電圧の上昇を招くおそれがあるからである。
【０１７１】
６．第２正孔注入輸送層
本実施態様においては、陽極および正孔注入輸送層の間に第２正孔注入輸送層が形成されていてもよい。この場合、第２正孔注入輸送層および正孔注入輸送層の構成材料のイオン化ポテンシャルおよび電子親和力は、上述した関係を満たすことが好ましい。
【０１７２】
陽極および正孔注入輸送層の間に第２正孔注入輸送層が形成されている場合、通常は、第２正孔注入輸送層が正孔注入層として機能し、正孔注入輸送層が正孔輸送層として機能する。
【０１７３】
第２正孔注入輸送層の構成材料としては、陽極からの正孔の注入を安定化させることができる材料であれば特に限定されるものではなく、上記陽極側発光層のホスト材料に例示した化合物の他、アリールアミン類、スターバースト型アミン類、フタロシアニン類、酸化バナジウム、酸化モリブデン、酸化ルテニウム、酸化アルミニウム等の酸化物、アモルファスカーボン、ポリアニリン、ポリチオフェン、ポリフェニレンビニレン等の導電性高分子およびそれらの誘導体を用いることができる。ポリアニリン、ポリチオフェン、ポリフェニレンビニレン等の導電性高分子およびそれらの誘導体は、酸がドープされていてもよい。具体的には、Ｎ，Ｎ´−ビス（ナフタレン−１−イル）−Ｎ，Ｎ´−ビス（フェニル）−ベンジジン（α−ＮＰＤ）、４，４，４−トリス（３−メチルフェニルフェニルアミノ）トリフェニルアミン（ＭＴＤＡＴＡ）、ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）／ポリスチレンスルホン酸（ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ）、ポリビニルカルバゾール（ＰＶＣｚ）等が挙げられる。
【０１７４】
中でも、第２正孔注入輸送層の構成材料は、バイポーラ材料であることが好ましい。バイポーラ材料を第２正孔注入輸送層に用いることにより、駆動中における層界面での劣化を効果的に抑制することができるからである。なお、バイポーラ材料については、上記陽極側発光層の項に記載したので、ここでの説明は省略する。
【０１７５】
第２正孔注入輸送層および後述の第２電子注入輸送層がバイポーラ材料を含有する場合、これらの層に含有されるバイポーラ材料は、同一であってもよく異なっていてもよい。
【０１７６】
第２正孔注入輸送層の構成材料が有機材料（正孔注入輸送層用有機化合物）である場合、第２正孔注入輸送層は、少なくとも陽極との界面に、上記正孔注入輸送層用有機化合物に酸化性ドーパントが混合された領域を有することが好ましい。第２正孔注入輸送層が、少なくとも陽極との界面にて、正孔注入輸送層用有機化合物に酸化性ドーパントが混合された領域を有することにより、陽極から第２正孔注入輸送層への正孔注入障壁が小さくなり、駆動電圧を低下させることができるからである。
なお、第２正孔注入輸送層が正孔注入輸送層用有機化合物に酸化性ドーパントが混合された領域を有する場合については、上記正孔注入輸送層が正孔注入輸送層用有機化合物に酸化性ドーパントが混合された領域を有する場合と同様であるので、ここでの説明は省略する。
【０１７７】
また、第２正孔注入輸送層の成膜方法および厚みについては、上述の正孔注入輸送層と同様であるので、ここでの説明は省略する。
【０１７８】
７．第２電子注入輸送層
本実施態様においては、電子注入輸送層および陰極の間に第２電子注入輸送層が形成されていてもよい。この場合、電子注入輸送層および第２電子注入輸送層の構成材料のイオン化ポテンシャルおよび電子親和力は、上述した関係を満たすことが好ましい。
【０１７９】
電子注入輸送層および陰極の間に第２電子注入輸送層が形成されている場合、通常は、第２電子注入輸送層が電子注入層として機能し、電子注入輸送層が電子輸送層として機能する。
【０１８０】
第２電子注入輸送層の構成材料としては、上記電子注入輸送層の構成材料と同様のものを用いることができる。
【０１８１】
中でも、第２電子注入輸送層の構成材料は、バイポーラ材料であることが好ましい。バイポーラ材料を第２電子注入輸送層に用いることにより、駆動中における層界面での劣化を効果的に抑制することができる。なお、バイポーラ材料については、上記陽極側発光層の項に記載したので、ここでの説明は省略する。
【０１８２】
第２電子注入輸送層の構成材料が有機化合物（電子注入輸送層用有機化合物）である場合、第２電子注入輸送層は、少なくとも陰極との界面に、上記電子注入輸送層用有機化合物に還元性ドーパントが混合された領域を有することが好ましい。第２電子注入輸送層が、少なくとも陰極との界面にて、電子注入輸送層用有機化合物に還元性ドーパントが混合された領域を有することにより、陰極から第２電子注入輸送層への電子注入障壁が小さくなり、駆動電圧を低下させることができるからである。
なお、第２電子注入輸送層が電子注入輸送層用有機化合物に還元性ドーパントが混合された領域を有する場合については、上記電子注入輸送層が電子注入輸送層用有機化合物に還元性ドーパントが混合された領域を有する場合と同様であるので、ここでの説明は省略する。
【０１８３】
なお、第２電子注入輸送層の成膜方法および厚みについては、上述の電子注入輸送層と同様であるので、ここでの説明は省略する。
【０１８４】
８．第３正孔注入輸送層
本実施態様においては、第２正孔注入輸送層および正孔注入輸送層の間に第３正孔注入輸送層が形成されていてもよい。この場合、第２正孔注入輸送層、第３正孔注入輸送層および正孔注入輸送層の構成材料のイオン化ポテンシャルおよび電子親和力は、上述した関係を満たすことが好ましい。
【０１８５】
第２正孔注入輸送層および正孔注入輸送層の間に第３正孔注入輸送層が形成されている場合、通常は、第２正孔注入輸送層が正孔注入層として機能し、第３正孔注入輸送層および正孔注入輸送層が正孔輸送層として機能する。
【０１８６】
第３正孔注入輸送層の構成材料としては、上記第２正孔注入輸送層の構成材料と同様のものを用いることができる。
【０１８７】
中でも、第３正孔注入輸送層の構成材料はバイポーラ材料であることが好ましい。バイポーラ材料を第３正孔注入輸送層に用いることにより、駆動中における層界面での劣化を効果的に抑制することができる。なお、バイポーラ材料については、上記陽極側発光層の項に記載したので、ここでの説明は省略する。
【０１８８】
第３正孔注入輸送層および後述の第３電子注入輸送層がバイポーラ材料を含有する場合、これらの層に含有されるバイポーラ材料は、同一であってもよく異なっていてもよい。
【０１８９】
なお、第３正孔注入輸送層の成膜方法および厚みについては、上述の正孔注入輸送層と同様であるので、ここでの説明は省略する。
【０１９０】
９．第３電子注入輸送層
本実施態様においては、電子注入輸送層および第２電子注入輸送層の間に第３電子注入輸送層が形成されていてもよい。この場合、電子注入輸送層、第３電子注入輸送層および第２電子注入輸送層の構成材料のイオン化ポテンシャルおよび電子親和力は、上述した関係を満たすことが好ましい。
【０１９１】
電子注入輸送層および第２電子注入輸送層の間に第３電子注入輸送層が形成されている場合、通常は、第２電子注入輸送層が電子注入層として機能し、第３電子注入輸送層および電子注入輸送層が電子輸送層として機能する。
【０１９２】
第３電子注入輸送層の構成材料としては、上記第２電子注入輸送層の構成材料と同様のものを用いることができる。
【０１９３】
中でも、第３電子注入輸送層の構成材料はバイポーラ材料であることが好ましい。バイポーラ材料を第３電子注入輸送層に用いることにより、駆動中における層界面での劣化を効果的に抑制することができる。なお、バイポーラ材料については、上記陽極側発光層の項に記載したので、ここでの説明は省略する。
【０１９４】
なお、第３電子注入輸送層の成膜方法および厚みについては、上述の電子注入輸送層と同様であるので、ここでの説明は省略する。
【０１９５】
１０．第２中央発光層
本実施態様においては、図１２に例示するように、陽極側発光層５ａと中央発光層６との間にホスト材料および発光ドーパントを含有する第２中央発光層１６ａが形成されていてもよい。第２中央発光層は、電子と正孔との再結合の場を提供して発光する機能を有する。
【０１９６】
第２中央発光層のホスト材料は、陽極側発光層のホスト材料と同一であることが好ましい。
第２中央発光層のホスト材料および発光ドーパントとしては、上述の陽極側発光層のホスト材料および発光ドーパントと同様のものを用いることができる。
【０１９７】
陽極側発光層と第２中央発光層と中央発光層とがホスト材料と発光ドーパントとを含有する場合、陽極側発光層と第２中央発光層と中央発光層とは互いに異なる種類の発光ドーパントを含有することが好ましい。陽極側発光層と第２中央発光層と中央発光層とを順に積層することで、陽極側発光層中の発光ドーパントおよび第２中央発光層中の発光ドーパントの間でのエネルギー移動、ならびに、第２中央発光層中の発光ドーパントおよび中央発光層中の発光ドーパントの間でのエネルギー移動を抑制し、各発光ドーパントをそれぞれ光らせることができ、発光効率を高めるとともに、所望の発光色を得ることができるからである。
【０１９８】
中でも、陽極側発光層、第２中央発光層および中央発光層のうち、１層または２層が蛍光発光ドーパントを含有し、それ以外の２層または１層が燐光発光ドーパントを含有することが好ましい。単一の発光層内に蛍光発光ドーパントおよび燐光発光ドーパントが含まれる場合には、蛍光発光ドーパントおよび燐光発光ドーパントの間でエネルギー移動が起こるおそれがあるが、陽極側発光層、第２中央発光層および中央発光層のうち、１層または２層に蛍光発光ドーパントを含有させ、それ以外の２層または１層に燐光発光ドーパントを含有させることで、蛍光発光ドーパントおよび燐光発光ドーパントの間でエネルギー移動を抑制し、蛍光発光ドーパントおよび燐光発光ドーパントの両方を光らせることができ、発光効率を高めるとともに、所望の発光色を得ることができるからである。
陽極側発光層、第２中央発光層および中央発光層のうち、１層が蛍光発光ドーパントを含有し、それ以外の２層が燐光発光ドーパントを含有する場合、陽極側発光層、第２中央発光層および中央発光層のいずれが蛍光発光ドーパントを含有するものであってもよい。
また、陽極側発光層、第２中央発光層および中央発光層のうち、２層が蛍光発光ドーパントを含有し、それ以外の１層が燐光発光ドーパントを含有する場合、陽極側発光層、第２中央発光層および中央発光層のいずれが燐光発光ドーパントを含有するものであってもよい。
【０１９９】
陽極側発光層、第２中央発光層および中央発光層が互いに異なる種類の発光ドーパントを含有する場合、異なる種類の発光ドーパントの発光色は同じであってもよく異なっていてもよい。中でも、異なる種類の発光ドーパントの発光色は異なることが好ましい。陽極側発光層中の発光ドーパント、第２中央発光層中の発光ドーパントおよび中央発光層中の発光ドーパントをそれぞれ光らせることにより、所望の発光色を得ることができるからである。
【０２００】
第２中央発光層は、発光ドーパントを含有する１箇所以上のドープ領域と発光ドーパントを含有しない１箇所以上のノンドープ領域とを有することが好ましい。第２中央発光層がノンドープ領域を有することにより、発光効率を向上させることができるからである。
【０２０１】
ドープ領域およびノンドープ領域の配置としては、例えば、第２中央発光層が陽極側発光層側にノンドープ領域を有していてもよく、第２中央発光層が中央発光層側にノンドープ領域を有していてもよい。
第２中央発光層が陽極側発光層側にノンドープ領域を有する場合において、例えば陽極側発光層中の発光ドーパントおよび第２中央発光層中の発光ドーパントの間でエネルギー移動が起こり得る場合には、陽極側発光層および第２中央発光層の界面にノンドープ領域が設けられていることにより、上記エネルギー移動を起こりにくくし発光効率を向上させることができる。
同様に、第２中央発光層が中央発光層側にノンドープ領域を有する場合において、例えば第２中央発光層中の発光ドーパントおよび中央発光層中の発光ドーパントの間でエネルギー移動が起こり得る場合には、第２中央発光層および中央発光層の界面にノンドープ領域が設けられていることにより、上記エネルギー移動を起こりにくくし発光効率を向上させることができる。
【０２０２】
ドープ領域およびノンドープ領域の配置は、発光ドーパントのエネルギー遷移を考慮して適宜選択される。中でも、正孔および電子の注入バランスがとれるように、ドープ領域およびノンドープ領域の配置を適宜選択することが好ましい。
【０２０３】
ノンドープ領域の数としては、１箇所以上であればよいが、通常、１〜２箇所とされる。一方、ドープ領域の数としては、１箇所以上であればよいが、通常、１箇所とされる。
【０２０４】
本発明において、白色光を得る場合には、陽極側発光層、第２中央発光層および中央発光層に異なる種類の発光ドーパントを含有させることが好ましい。中でも、赤色・青色・緑色の３種類の発光ドーパントを用いることが好ましい。
【０２０５】
赤色・青色・緑色の３種類の発光ドーパントを用いる場合、上述したように、陽極側発光層、第２中央発光層および中央発光層のうち、１層または２層が蛍光発光ドーパントを含有し、それ以外の２層または１層が燐光発光ドーパントを含有することが好ましいことから、例えば、１層に青色蛍光発光ドーパントを含有させ、それ以外の２層の一方に赤色燐光発光ドーパント、他方に緑色蛍光発光ドーパントを含有させる、あるいは、１層に赤色蛍光発光ドーパントを含有させ、それ以外の２層の一方に青色燐光発光ドーパント、他方に緑色蛍光発光ドーパントを含有させることが好ましい。
【０２０６】
なお、第２中央発光層の厚みおよび成膜方法については、上述の陽極側発光層の厚みおよび成膜方法と同様であるので、ここでの説明は省略する。
【０２０７】
１１．陽極
本実施態様に用いられる陽極は、透明であっても不透明であってもよいが、陽極側から光を取り出す場合には透明電極である必要がある。
【０２０８】
陽極には、正孔が注入し易いように仕事関数の大きい導電性材料を用いることが好ましい。また、陽極は抵抗ができるだけ小さいことが好ましく、一般には、金属材料が用いられるが、有機物あるいは無機化合物を用いてもよい。具体的には、酸化錫、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）、酸化インジウム亜鉛（ＩＺＯ）等が挙げられる。
【０２０９】
陽極は、一般的な電極の形成方法を用いて形成することができ、例えばスパッタリング法、真空蒸着法、イオンプレーティング法等が挙げられる。
また、陽極の厚みとしては、目的とする抵抗値や可視光線透過率、および導電性材料の種類により適宜選択される。
【０２１０】
１２．陰極
本実施態様に用いられる陰極は、透明であっても不透明であってもよいが、陰極側から光を取り出す場合には透明電極である必要がある。
【０２１１】
陰極には、電子が注入しやすいように仕事関数の小さな導電性材料を用いることが好ましい。また、陰極は抵抗ができるだけ小さいことが好ましく、一般には、金属材料が用いられるが、有機物あるいは無機化合物を用いてもよい。具体的には、単体としてＡｌ、Ｃｓ、Ｅｒ等、合金としてＭｇＡｇ、ＡｌＬｉ、ＡｌＬｉ、ＡｌＭｇ、ＣｓＴｅ等、積層体としてＣａ／Ａｌ、Ｍｇ／Ａｌ、Ｌｉ／Ａｌ、Ｃｓ／Ａｌ、Ｃｓ_２Ｏ／Ａｌ、ＬｉＦ／Ａｌ、ＥｒＦ_３／Ａｌ等が挙げられる。
【０２１２】
陰極は、一般的な電極の形成方法を用いて形成することができ、例えばスパッタリング法、真空蒸着法、イオンプレーティング法等が挙げられる。
また、陰極の厚みとしては、目的とする抵抗値や可視光線透過率、および導電性材料の種類により適宜選択される。
【０２１３】
１３．基板
本実施態様における基板は、上記の陽極、正孔注入輸送層、陽極側発光層、中央発光層、電子注入輸送層、および陰極等を支持するものである。陽極もしくは陰極が所定の強度を有する場合には、陽極もしくは陰極が基板を兼ねていてもよいが、通常は所定の強度を有する基板上に陽極もしくは陰極形成される。また、一般的に有機ＥＬ素子を製造する際には、陽極側から積層する方が安定して有機ＥＬ素子を作製することができることから、通常は、基板上には、陽極、正孔注入輸送層、陽極側発光層、中央発光層、電子注入輸送層、および陰極の順に積層される。
【０２１４】
基板は、透明であっても不透明であってもよいが、基板側から光を取り出す場合には透明基板である必要がある。透明基板としては、例えば、ソーダ石灰ガラス、アルカリガラス、鉛アルカリガラス、ホウケイ酸ガラス、アルミノケイ酸ガラス、シリカガラス等のガラス基板や、フィルム状に成形が可能な樹脂基板などを用いることができる。
【０２１５】
II．第２実施態様
本発明の有機ＥＬ素子の第２実施態様は、陽極と、上記陽極上に形成された正孔注入輸送層と、上記正孔注入輸送層上に形成された中央発光層と、上記中央発光層上に形成され、ホスト材料および発光ドーパントを含有する陰極側発光層と、上記陰極側発光層上に形成された電子注入輸送層と、上記電子注入輸送層上に形成された陰極とを有する有機ＥＬ素子であって、上記電子注入輸送層の構成材料および上記陰極側発光層のホスト材料が同一であり、上記中央発光層の構成材料および上記陰極側発光層のホスト材料が異なり、上記正孔注入輸送層の構成材料の電子親和力をEa₁、上記中央発光層の構成材料の電子親和力をEa₂としたとき、Ea₁≧Ea₂であり、上記中央発光層の構成材料のイオン化ポテンシャルをIp₂、上記電子注入輸送層の構成材料のイオン化ポテンシャルをIp₃としたとき、Ip₂≧Ip₃であることを特徴とするものである。
【０２１６】
本実施態様の有機ＥＬ素子について、図面を参照しながら説明する。
図１３は、本実施態様の有機ＥＬ素子の一例を示す概略断面図である。図１３に例示するように、有機ＥＬ素子１は、基板２上に、陽極３と正孔注入輸送層４と中央発光層６と陰極側発光層５ｂと電子注入輸送層７と陰極８とが順次積層されたものである。電子注入輸送層７の構成材料および陰極側発光層５ｂのホスト材料は同一となっている。また、陰極側発光層５ｂのホスト材料および中央発光層６の構成材料は異なっている。
【０２１７】
図１４および図１５はそれぞれ、本実施態様の有機ＥＬ素子のバンドダイヤグラムの一例を示す模式図である。図１３に例示する有機ＥＬ素子において、正孔注入輸送層４のイオン化ポテンシャルをIp₁、中央発光層６の構成材料のイオン化ポテンシャルをIp₂、陰極側発光層５ｂのホスト材料のイオン化ポテンシャルをIp₅、電子注入輸送層７の構成材料のイオン化ポテンシャルをIp₃とし、正孔注入輸送層４の構成材料の電子親和力をEa₁、中央発光層６の構成材料の電子親和力をEa₂、陰極側発光層５ｂのホスト材料の電子親和力をEa₅、電子注入輸送層７の構成材料の電子親和力をEa₃とする。
【０２１８】
正孔注入輸送層および中央発光層の構成材料の電子親和力の関係はEa₁≧Ea₂であり、中央発光層および電子注入輸送層の構成材料のイオン化ポテンシャルの関係はIp₂≧Ip₃である。
陰極側発光層のホスト材料および電子注入輸送層の構成材料は同一であることから、陰極側発光層のホスト材料および電子注入輸送層の構成材料のイオン化ポテンシャルの関係はIp₅＝Ip₃であり、陰極側発光層のホスト材料および電子注入輸送層の構成材料の電子親和力の関係はEa₅＝Ea₃である。
中央発光層の構成材料および陰極側発光層のホスト材料は異なることから、Ip₂＝Ip₅のときEa₂≠Ea₅、および、Ea₂＝Ea₅のときIp₂≠Ip₅である。
すなわち、中央発光層の構成材料と陰極側発光層のホスト材料と電子注入輸送層の構成材料とのイオン化ポテンシャルの関係は、Ip₂≧Ip₅＝Ip₃であり、Ip₂＝Ip₅＝Ip₃のときEa₂≠Ea₅かつEa₂≠Ea₃、および、Ea₂＝Ea₅＝Ea₃のときIp₂≠Ip₅かつIp₂≠Ip₃である。
【０２１９】
本実施態様においては、電子注入輸送層の構成材料および陰極側発光層のホスト材料が同一であり、正孔注入輸送層の構成材料および中央発光層の構成材料の電子親和力の関係がEa₁≧Ea₂であり、中央発光層の構成材料および電子注入輸送層の構成材料のイオン化ポテンシャルの関係がIp₂≧Ip₃であることにより、対極への正孔および電子の突き抜けは起こるものの、陽極および陰極間を正孔および電子が円滑に輸送されるので、駆動中における正孔注入輸送層および中央発光層の界面と陰極側発光層および電子注入輸送層の界面とにおいて電荷の蓄積がなく、これらの層の界面での劣化を抑制することができる。したがって、顕著に安定な寿命特性を得ることできるとともに、色変化を小さくすることが可能である。
【０２２０】
また本実施態様においては、中央発光層の構成材料および陰極側発光層のホスト材料が異なることにより、中央発光層および陰極側発光層の界面には、正孔注入輸送層および中央発光層の界面や陰極側発光層および電子注入輸送層の界面に比べて電荷が蓄積されやすくなり、中央発光層および陰極側発光層の界面にて集中的に発光させることができる。また、正孔および電子が円滑に輸送されることによって、発光層内全体で正孔および電子が再結合するため、正孔および電子の再結合効率が著しく低下することもない。したがって、高効率化を図ることが可能である。
【０２２１】
さらに本実施態様においては、電子注入輸送層の構成材料および陰極側発光層のホスト材料が同一であることにより、電子注入輸送層から陰極側発光層への電子注入障壁がなくなり、駆動電圧を低下させることが可能である。
【０２２２】
なお、陽極、陰極、基板、第３正孔注入輸送層、および第３電子注入輸送層については、上記第１実施態様に記載したものと同様であるので、ここでの説明は省略する。以下、本実施態様の有機ＥＬ素子における他の構成について説明する。
【０２２３】
１．イオン化ポテンシャルおよび電子親和力
本実施態様においては、正孔注入輸送層の構成材料の電子親和力をEa₁、中央発光層の構成材料の電子親和力をEa₂としたとき、Ea₁≧Ea₂であり、中央発光層の構成材料のイオン化ポテンシャルをIp₂、電子注入輸送層の構成材料のイオン化ポテンシャルをIp₃としたとき、Ip₂≧Ip₃である。
【０２２４】
正孔注入輸送層および中央発光層の構成材料の電子親和力の関係としては、正孔注入輸送層の構成材料の電子親和力をEa₁、中央発光層の構成材料の電子親和力をEa₂としたとき、Ea₁≧Ea₂であればよい。また、正孔注入輸送層および中央発光層の構成材料のイオン化ポテンシャルの関係としては、正孔注入輸送層の構成材料のイオン化ポテンシャルをIp₁、中央発光層の構成材料のイオン化ポテンシャルをIp₂としたとき、通常はIp₁≦Ip₂とされる。
【０２２５】
中でも、中央発光層がホスト材料および発光ドーパントを含有し、正孔注入輸送層の構成材料と中央発光層のホスト材料とが同一であることが好ましいことから、中央発光層および正孔注入輸送層の構成材料のイオン化ポテンシャルおよび電子親和力の関係は、図１５に例示するように、Ip₁＝Ip₂かつEa₁＝Ea₂であることが好ましい。正孔注入輸送層から中央発光層への正孔注入障壁がなくなり、駆動電圧を低下させることができるからである。
【０２２６】
一方、正孔注入輸送層および中央発光層の構成材料のイオン化ポテンシャルおよび電子親和力の関係は、図１４に例示するように、Ip₁＜Ip₂かつEa₁＞Ea₂であることも好ましい。Ip₁＜Ip₂かつEa₁＞Ea₂であれば、中央発光層の構成材料のバンドギャップエネルギーを比較的大きくすることができるからである。例えば中央発光層がホスト材料および発光ドーパントを含有する場合には、発光効率の向上のために、中央発光層のホスト材料および発光ドーパントのイオン化ポテンシャルおよび電子親和力が所定の関係を満たすように、ホスト材料および発光ドーパントを選択することが容易となる。また、Ip₁＜Ip₂であるので、正孔注入輸送層から中央発光層への正孔輸送において多少のエネルギー障壁が存在することにより、正孔の注入を制御し、発光効率を高めることができるからである。
【０２２７】
Ip₁＜Ip₂の場合、Ip₁およびIp₂の差としては、正孔注入輸送層および中央発光層の構成材料に応じて異なるものであるが、具体的には０．１ｅＶ以上とすることが好ましく、０．２ｅＶ以上とすることがより好ましい。なお、Ip₁およびIp₂の差が比較的大きい場合であっても、駆動電圧を比較的高くすれば、正孔注入輸送層から中央発光層へ正孔を輸送させることができる。
【０２２８】
Ea₁＞Ea₂の場合、Ea₁およびEa₂の差としては、正孔注入輸送層および中央発光層の構成材料に応じて異なるものであるが、具体的には０．１ｅＶ以上とすることが好ましく、０．２ｅＶ以上０．５ｅＶ以下とすることがより好ましい。
【０２２９】
中央発光層および電子注入輸送層の構成材料のイオン化ポテンシャルの関係としては、中央発光層の構成材料のイオン化ポテンシャルをIp₂、電子注入輸送層の構成材料のイオン化ポテンシャルをIp₃としたとき、Ip₂≧Ip₃であればよい。本実施態様においては、陰極側発光層のホスト材料および電子注入輸送層の構成材料が同一であり、中央発光層の構成材料および陰極側発光層のホスト材料が異なるので、中央発光層の構成材料と陰極側発光層のホスト材料と電子注入輸送層の構成材料とのイオン化ポテンシャルの関係は、中央発光層の構成材料のイオン化ポテンシャルをIp₂、陰極側発光層のホスト材料のイオン化ポテンシャルをIp₅、電子注入輸送層の構成材料のイオン化ポテンシャルをIp₃とすると、Ip₂≧Ip₅＝Ip₃である。この場合、中央発光層の構成材料および陰極側発光層のホスト材料が異なるので、Ip₂＝Ip₅＝Ip₃のときEa₂≠Ea₅かつEa₂≠Ea₃、および、Ea₂＝Ea₅＝Ea₃のときIp₂≠Ip₅かつIp₂≠Ip₃である。
中でも、Ip₂＞Ip₅＝Ip₃であることが好ましい。Ip₂＞Ip₅＝Ip₃かつEa₂＜Ea₅＝Ea₃であれば、中央発光層の構成材料のバンドギャップエネルギーを比較的大きくすることができるからである。例えば中央発光層がホスト材料および発光ドーパントを含有する場合には、発光効率の向上のために、中央発光層のホスト材料および発光ドーパントのイオン化ポテンシャルおよび電子親和力が所定の関係を満たすように、ホスト材料および発光ドーパントを選択することが容易となる。
【０２３０】
Ip₂＞Ip₅＝Ip₃の場合、Ip₂とIp₅およびIp₃との差としては、中央発光層の構成材料と陰極側発光層のホスト材料と電子注入輸送層の構成材料とに応じて異なるものであるが、具体的には０．１ｅＶ以上とすることが好ましく、０．２ｅＶ以上とすることがより好ましい。
【０２３１】
中央発光層および電子注入輸送層の構成材料の電子親和力の関係としては、中央発光層の構成材料の電子親和力をEa₂、電子注入輸送層の構成材料の電子親和力をEa₃としたとき、通常はEa₂≦Ea₃とされる。本実施態様においては、上述したように、陰極側発光層のホスト材料および電子注入輸送層の構成材料が同一であり、中央発光層の構成材料および陰極側発光層のホスト材料が異なるので、中央発光層の構成材料と陰極側発光層のホスト材料と電子注入輸送層の構成材料との電子親和力の関係は、中央発光層の構成材料の電子親和力をEa₂、陰極側発光層のホスト材料の電子親和力をEa₅、電子注入輸送層の構成材料の電子親和力をEa₃とすると、Ea₂≦Ea₅＝Ea₃とされる。この場合、中央発光層の構成材料および陰極側発光層のホスト材料が異なるので、上述したように、Ip₂＝Ip₅＝Ip₃のときEa₂≠Ea₅かつEa₂≠Ea₃、および、Ea₂＝Ea₅＝Ea₃のときIp₂≠Ip₅かつIp₂≠Ip₃である。
中でも、Ea₂＜Ea₅＝Ea₃であることが好ましい。陰極側発光層から中央発光層への電子輸送において多少のエネルギー障壁が存在することにより、電子の注入を制御し、発光効率を高めることができるからである。
【０２３２】
Ea₂＜Ea₅＝Ea₃の場合、Ea₂とEa₅およびEa₃との差としては、中央発光層の構成材料と陰極側発光層のホスト材料と電子注入輸送層の構成材料とに応じて異なるものであるが、具体的には０．１ｅＶ以上とすることが好ましく、０．２ｅＶ以上とすることがより好ましい。なお、Ea₂およびEa₅の差が比較的大きい場合であっても、駆動電圧を比較的高くすれば、陰極側発光層から中央発光層へ電子を輸送させることができる。
【０２３３】
正孔注入輸送層および電子注入輸送層の構成材料のイオン化ポテンシャルおよび電子親和力の関係としては、特に限定されるものではない。
中でも、正孔注入輸送層および電子注入輸送層は同一のバイポーラ材料を含有することが好ましいことから、正孔注入輸送層の構成材料のイオン化ポテンシャルをIp₁、電子注入輸送層の構成材料のイオン化ポテンシャルをIp₃とし、正孔注入輸送層の構成材料の電子親和力をEa₁、電子注入輸送層の構成材料の電子親和力をEa₃としたとき、図１４に例示するように、Ip₁＝Ip₃かつEa₁＝Ea₃であることが好ましい。
一方、正孔注入輸送層の構成材料と中央発光層のホスト材料とが同一であり、図１５に例示するように正孔注入輸送層および中央発光層の構成材料のイオン化ポテンシャルおよび電子親和力の関係がIp₁＝Ip₂かつEa₁＝Ea₂ある場合には、中央発光層および電子注入輸送層の構成材料が異なることから、正孔注入輸送層および電子注入輸送層の構成材料も異なり、正孔注入輸送層および電子注入輸送層の構成材料のイオン化ポテンシャルおよび電子親和力の関係はIp₁＝Ip₃のときEa₁≠Ea₃、Ea₁＝Ea₃のときIp₁≠Ip₃となる。
【０２３４】
本実施態様においては、図１６に例示するように、陽極３および正孔注入輸送層４の間に第２正孔注入輸送層９が形成されていてもよい。この場合、第２正孔注入輸送層および正孔注入輸送層の構成材料のイオン化ポテンシャルおよび電子親和力の関係については、上記第１実施態様と同様であるので、ここでの説明は省略する。
【０２３５】
本実施態様においては、図１６に例示するように、電子注入輸送層７および陰極８の間に第２電子注入輸送層１０が形成されていてもよい。この場合、電子注入輸送層および第２電子注入輸送層の構成材料のイオン化ポテンシャルおよび電子親和力の関係については、上記第１実施態様と同様であるので、ここでの説明は省略する。
【０２３６】
本実施態様においては、図１７に例示するように、第２正孔注入輸送層９および正孔注入輸送層４の間に第３正孔注入輸送層１１が形成されていてもよい。この場合、第２正孔注入輸送層、第３正孔注入輸送層および正孔注入輸送層の構成材料のイオン化ポテンシャルおよび電子親和力の関係については、上記第１実施態様と同様であるので、ここでの説明は省略する。
【０２３７】
本実施態様においては、図１７に例示するように、電子注入輸送層７および第２電子注入輸送層１０の間に第３電子注入輸送層１２が形成されていてもよい。この場合、電子注入輸送層、第３電子注入輸送層および第２電子注入輸送層の構成材料のイオン化ポテンシャルおよび電子親和力の関係については、上記第１実施態様と同様であるので、ここでの説明は省略する。
【０２３８】
なお、各層の構成材料のイオン化ポテンシャルおよび電子親和力の測定方法は、上記第１実施態様に記載したとおりである。
【０２３９】
２．陰極側発光層
本実施態様における陰極側発光層は、ホスト材料および発光ドーパントを含有し、中央発光層および電子注入輸送層およびの間に形成されるものであり、陰極側発光層のホスト材料と電子注入輸送層の構成材料とが同一であり、陰極側発光層のホスト材料と中央発光層の構成材料とが異なるものである。陰極側発光層は、電子と正孔との再結合の場を提供して発光する機能を有する。
【０２４０】
陰極側発光層のホスト材料としては、電子注入輸送層の構成材料と同一であればよく、例えば、色素系材料、金属錯体系材料、高分子系材料を挙げることができる。なお、色素系材料、金属錯体系材料、高分子系材料については、上記第１実施態様に記載したので、ここでの説明は省略する。
【０２４１】
本実施態様において、陰極側発光層のホスト材料はバイポーラ材料であることが好ましい。バイポーラ材料を陰極側発光層に用いることにより、駆動中における各層の界面での劣化を効果的に抑制することができるからである。
なお、バイポーラ材料については、上記第１実施態様の陽極側発光層の項に詳しく記載したので、ここでの説明は省略する。
【０２４２】
なお、発光ドーパント、ホスト材料および発光ドーパントの電子親和力およびイオン化ポテンシャルの関係、陰極側発光層中の発光ドーパント濃度、および、陰極側発光層が２種類以上の発光ドーパントを含有する場合については、上記第１実施態様の陽極側発光層の項に記載したものと同様であるので、ここでの説明は省略する。
【０２４３】
陰極側発光層は、発光ドーパントを含有する１箇所以上のドープ領域と発光ドーパントを含有しない１箇所以上のノンドープ領域とを有することが好ましい。
【０２４４】
図１８（ａ）に示す例においては、陰極側発光層５ｂがドープ領域２１とノンドープ領域２２とを有し、ノンドープ領域２２が中央発光層６側に配置されている。例えば陰極側発光層中の発光ドーパントおよび中央発光層中の発光ドーパントの間でエネルギー移動が起こり得る場合には、陰極側発光層および中央発光層の界面にノンドープ領域が設けられていることにより、上記エネルギー移動を起こりにくくし発光効率を向上させることができる。具体的には、陰極側発光層および中央発光層が互いに異なる色を発する発光ドーパントを含有しており、各発光ドーパントがそれぞれ発光することで白色光を得る場合には、陰極側発光層および中央発光層の界面にノンドープ領域が設けられていることが好ましい。また、陰極側発光層および中央発光層のうち、一方が蛍光発光ドーパントを含有し、他方が燐光発光ドーパントを含有しており、各発光ドーパントをそれぞれ発光させる場合にも、陰極側発光層および中央発光層の界面にノンドープ領域が設けられていることが好ましい。
【０２４５】
図１８（ｂ）に示す例においては、陰極側発光層５ｂが２箇所のドープ領域２１ａ、２１ｂと１箇所のノンドープ領域２２とを有し、２箇所のドープ領域２１ａ、２１ｂの間にノンドープ領域２２が配置されている。例えばドープ領域２１ａ中の発光ドーパントおよびドープ領域２１ｂ中の発光ドーパントの間でエネルギー移動が起こり得る場合には、２つのドープ領域２１ａ，２１ｂの間にノンドープ領域２２が配置されていることにより上記エネルギー移動を起こりにくくし発光効率を向上させることができる。具体的には、２つのドープ領域が互いに異なる色を発する発光ドーパントを含有しており、各発光ドーパントがそれぞれ発光することで白色光を得る場合には、２箇所のドープ領域の間にノンドープ領域が配置されていることが好ましい。また、２つのドープ領域のうち、一方が蛍光発光ドーパントを含有し、他方が燐光発光ドーパントを含有しており、各発光ドーパントをそれぞれ発光させる場合にも、２箇所のドープ領域の間にノンドープ領域が配置されていることが好ましい。
【０２４６】
このように、陰極側発光層がノンドープ領域を有することにより、発光効率を向上させることができる。
【０２４７】
ドープ領域およびノンドープ領域の配置としては、陰極側発光層が１箇所以上のドープ領域と１箇所以上のノンドープ領域とを有するような配置であれば特に限定されるものではない。例えば、図１８（ａ）に示すように陰極側発光層５ｂが中央発光層６側にノンドープ領域２２を有していてもよく、図１８（ｂ）に示すように陰極側発光層５ｂが２箇所のドープ領域２１ａ，２１ｂに挟まれたノンドープ領域２２を有していてもよい。また、図示しないが、陰極側発光層が２箇所のドープ領域と２箇所のノンドープ領域とを有し、ドープ領域とノンドープ領域とが交互に配置されていてもよい。
【０２４８】
ドープ領域およびノンドープ領域の配置は、発光ドーパントのエネルギー遷移を考慮して適宜選択される。
【０２４９】
なお、ドープ領域およびノンドープ領域のその他の点については、上記陽極側発光層の項に記載したものと同様であるので、ここでの説明は省略する。
【０２５０】
また、陰極側発光層の厚みおよび成膜方法については、上記第１実施態様における陽極側発光層の厚みおよび成膜方法と同様であるので、ここでの説明は省略する。
【０２５１】
３．中央発光層
本実施態様における中央発光層は、正孔注入輸送層および陰極側発光層の間に形成されるものであり、中央発光層の構成材料および陰極側発光層のホスト材料は異なり、中央発光層の構成材料および電子注入輸送層の構成材料も異なるものである。中央発光層は、電子と正孔との再結合の場を提供して発光する機能を有する。
【０２５２】
中央発光層の構成材料は、陰極側発光層のホスト材料および電子注入輸送層の構成材料と異なればよい。
また、中央発光層がホスト材料および発光ドーパントを含有する場合、中央発光層のホスト材料と正孔注入輸送層の構成材料とが同一であることが好ましい。正孔注入輸送層から中央側発光層への電子注入障壁がなくなり、駆動電圧を低下させることができるからである。
一方、後述のように、正孔注入輸送層の構成材料と電子注入輸送層の構成材料とが同一である場合には、中央発光層の構成材料と電子注入輸送層の構成材料とは異なることから、中央発光層のホスト材料と正孔注入輸送層の構成材料とは異なるものとなる。
なお、中央発光層の構成材料のその他の点については、上記第１実施態様と同様であるので、ここでの説明は省略する。
【０２５３】
また、中央発光層がホスト材料および発光ドーパントを含有する場合において、ホスト材料および発光ドーパントの電子親和力およびイオン化ポテンシャルの関係、中央発光層中の発光ドーパント濃度、および、中央発光層が２種類以上の発光ドーパントを含有する場合については、上記第１実施態様の陽極側発光層の項に記載したものと同様であるので、ここでの説明は省略する。
【０２５４】
中央発光層がホスト材料および発光ドーパントを含有する場合、中央発光層は、発光ドーパントを含有する１箇所以上のドープ領域と発光ドーパントを含有しない１箇所以上のノンドープ領域とを有することが好ましい。
【０２５５】
図１９（ａ）に示す例においては、中央発光層６がドープ領域２１とノンドープ領域２２とを有し、ノンドープ領域２２が陰極側発光層５ｂ側に配置されている。例えば陰極側発光層中の発光ドーパントおよび中央発光層中の発光ドーパントの間でエネルギー移動が起こり得る場合には、陰極側発光層および中央発光層の界面にノンドープ領域が設けられていることにより、上記エネルギー移動を起こりにくくし発光効率を向上させることができる。
【０２５６】
図１９（ｂ）に示す例においては、中央発光層６がドープ領域２１とノンドープ領域２２とを有し、ノンドープ領域２２が正孔注入輸送層４側に配置されている。例えば中央発光層６中の発光ドーパントから正孔注入輸送層４の構成材料へエネルギー移動が起こり得る場合には、中央発光層６が正孔注入輸送層４側にノンドープ領域２２を有することにより上記エネルギー移動を起こりにくくし発光効率を向上させることができる。
【０２５７】
図１９（ｃ）に示す例においては、中央発光層６が２箇所のドープ領域２１ａ、２１ｂと１箇所のノンドープ領域２２とを有し、２箇所のドープ領域２１ａ、２１ｂの間にノンドープ領域２２が配置されている。例えばドープ領域２１ａ中の発光ドーパントおよびドープ領域２１ｂ中の発光ドーパントの間でエネルギー移動が起こり得る場合には、２つのドープ領域２１ａ，２１ｂの間にノンドープ領域２２が配置されていることにより上記エネルギー移動を起こりにくくし発光効率を向上させることができる。
【０２５８】
このように、中央発光層がノンドープ領域を有することにより、発光効率を向上させることができる。
【０２５９】
ドープ領域およびノンドープ領域の配置としては、中央発光層が１箇所以上のドープ領域と１箇所以上のノンドープ領域とを有するような配置であれば特に限定されるものではない。例えば、図１９（ａ）に示すように中央発光層６が陰極側発光層５ｂ側にノンドープ領域２２を有していてもよく、図１９（ｂ）に示すように中央発光層６が正孔注入輸送層４側にノンドープ領域２２を有していてもよく、図１９（ｃ）に示すように中央発光層６が２箇所のドープ領域２１ａ，２１ｂに挟まれたノンドープ領域２２を有していてもよい。また、図示しないが、中央発光層が２箇所のドープ領域と３箇所のノンドープ領域とを有し、ドープ領域とノンドープ領域とが交互に配置されていてもよい。
【０２６０】
ドープ領域およびノンドープ領域の配置は、発光ドーパントのエネルギー遷移を考慮して適宜選択される。中でも、正孔および電子の注入バランスがとれるように、ドープ領域およびノンドープ領域の配置を適宜選択することが好ましい。
【０２６１】
図１９（ｂ）に例示する有機ＥＬ素子においては、中央発光層６が正孔注入輸送層４側にノンドープ領域２２を有するので、正孔注入輸送層および中央発光層の界面で発光ドーパントが正孔注入を阻害することがなく、正孔注入輸送層から中央発光層への正孔注入を良好なものとすることができる。
ここで、本実施態様においては、正孔注入輸送層および中央発光層の構成材料の電子親和力の関係がEa₁≧Ea₂であり、中央発光層に注入された電子が対極へ突き抜けるのを防止するブロッキング層が設けられていないため、従来のブロッキング層を有する有機ＥＬ素子と同じようにして、発光層へ注入される正孔および電子のバランスをとることは困難である。
これに対して、図１９（ｂ）に例示する有機ＥＬ素子においては、中央発光層が正孔注入輸送層側にノンドープ領域を有することにより、発光ドーパントによる電荷のトラップを制御することができ、高効率な素子を得ることができる。例えば、発光ドーパントが正孔よりも電子を輸送しやすいものである場合には、電子の注入が過剰になる傾向がある。この場合には、中央発光層が正孔注入輸送層側にノンドープ領域を有することにより、発光効率を向上させることができる。これは、中央発光層の正孔注入輸送層側（陽極側）にノンドープ領域を設け、中央発光層の陰極発光層側（陰極側）にドープ領域を設けることにより、陰極から中央発光層に注入された電子が、中央発光層中でより多く発光ドーパントにトラップされ、特に陰極側でより多く発光ドーパントにトラップされて、陽極へ突き抜けるのを防止しているためであると思料される。すなわち、中央発光層が正孔注入輸送層側にノンドープ領域を有する場合には、電子の注入が過剰である場合に有用である。
【０２６２】
なお、ドープ領域およびノンドープ領域のその他の点については、上記第１実施態様と同様である。
【０２６３】
中央発光層もホスト材料および発光ドーパントを含有する場合、陰極側発光層および中央発光層は異なる種類の発光ドーパントを含有することが好ましい。陰極側発光層および中央発光層を積層することで、陰極側発光層中の発光ドーパントおよび中央発光層中の発光ドーパントの間でのエネルギー移動を抑制し、陰極側発光層中の発光ドーパントおよび中央発光層中の発光ドーパントの両方を光らせることができ、発光効率を高めるとともに、所望の発光色を得ることができるからである。
【０２６４】
なお、陰極側発光層および中央発光層が異なる種類の発光ドーパントを含有する場合については、上記第１実施態様において陽極側発光層および中央発光層が異なる種類の発光ドーパントを含有する場合と同様であるので、ここでの説明は省略する。
【０２６５】
また、中央発光層の厚みおよび成膜方法については、上記第１実施態様と同様であるので、ここでの説明は省略する。
【０２６６】
４．正孔注入輸送層
本実施態様に用いられる正孔注入輸送層は、陽極および中央発光層の間に形成されるものである。正孔注入輸送層は、陽極から中央発光層に正孔を安定に注入または輸送する機能を有する。
【０２６７】
正孔注入輸送層としては、正孔注入機能を有する正孔注入層、および正孔輸送機能を有する正孔輸送層のいずれか一方であってもよく、あるいは、正孔注入機能および正孔輸送機能の両機能を有する単一の層であってもよい。
【０２６８】
正孔注入輸送層の構成材料としては、陽極から注入された正孔を安定に中央発光層へ輸送することができる材料であれば特に限定されるものではなく、上記第１実施態様の第２正孔注入輸送層の構成材料と同様のものを用いることができる。
【０２６９】
中でも、正孔注入輸送層の構成材料は、バイポーラ材料であることが好ましい。バイポーラ材料を正孔注入輸送層に用いることにより、駆動中における層界面での劣化を効果的に抑制することができるからである。なお、バイポーラ材料については、上記第１実施態様に記載したので、ここでの説明は省略する。
【０２７０】
正孔注入輸送層および後述の電子注入輸送層がバイポーラ材料を含有する場合、これらの層に含有されるバイポーラ材料は、同一であってもよく異なっていてもよい。
中でも、正孔注入輸送層および電子注入輸送層に含有されるバイポーラ材料は、同一であることが好ましい。これらのバイポーラ材料が同一であれば、正孔が電子注入輸送層に突き抜けたり、電子が正孔注入輸送層に突き抜けたりしても、これらの層が劣化しにくくなるからである。また、真空蒸着法等によりこれらの層を成膜する場合には、共通の蒸着源を用いることができ、製造工程上有利である。
【０２７１】
一方、正孔注入輸送層の構成材料と中央発光層のホスト材料とが同一であることも好ましい。正孔注入輸送層から中央側発光層への正孔注入障壁がなくなり、駆動電圧を低下させることができるからである。
なお、正孔注入輸送層および電子注入輸送層に含まれるバイポーラ材料が同一である場合には、電子注入輸送層の構成材料と中央発光層の構成材料とは異なることから、正孔注入輸送層の構成材料と中央発光層のホスト材料とは異なるものとなる。
【０２７２】
なお、酸化性ドーパントが混合された領域、正孔注入輸送層の成膜方法および厚みについては、上記第１実施態様に記載したものと同様であるので、ここでの説明は省略する。
【０２７３】
５．電子注入輸送層
本実施態様に用いられる電子注入輸送層は、陰極および中央発光層の間に形成されるものであり、電子注入輸送層の構成材料および陰極側発光層のホスト材料は同一であり、電子注入輸送層の構成材料および中央発光層の構成材料は異なるものである。電子注入輸送層は、陰極から陰極側発光層に電子を安定に注入または輸送する機能を有するものである。
【０２７４】
電子注入輸送層としては、電子注入機能を有する電子注入層、および電子輸送機能を有する電子輸送層のいずれか一方であってもよく、あるいは、電子注入機能および電子輸送機能の両機能を有する単一の層であってもよい。
【０２７５】
電子注入輸送層の構成材料としては、陰極から注入された電子を安定に中央発光層へ輸送することができる材料であれば特に限定されるものではなく、上記陰極側発光層のホスト材料に例示した化合物を用いることができる。
【０２７６】
中でも、電子注入輸送層の構成材料は、バイポーラ材料であることが好ましい。バイポーラ材料を電子注入輸送層に用いることにより、駆動中における層界面での劣化を効果的に抑制することができる。なお、バイポーラ材料については、上記第１実施態様の陽極側発光層の項に記載したので、ここでの説明は省略する。
【０２７７】
なお、還元性ドーパントが混合された領域、電子注入輸送層の成膜方法および厚みについては、上記第１実施態様に記載したものと同様であるので、ここでの説明は省略する。
【０２７８】
６．第２正孔注入輸送層
本実施態様においては、陽極および正孔注入輸送層の間に第２正孔注入輸送層が形成されていてもよい。この場合、第２正孔注入輸送層および正孔注入輸送層の構成材料のイオン化ポテンシャルおよび電子親和力は、上述した関係を満たすことが好ましい。
【０２７９】
陽極および正孔注入輸送層の間に第２正孔注入輸送層が形成されている場合、通常は、第２正孔注入輸送層が正孔注入層として機能し、正孔注入輸送層が正孔輸送層として機能する。
【０２８０】
第２正孔注入輸送層の構成材料としては、上記正孔注入輸送層の構成材料と同様のものを用いることができる。
【０２８１】
中でも、第２正孔注入輸送層の構成材料は、バイポーラ材料であることが好ましい。バイポーラ材料を第２正孔注入輸送層に用いることにより、駆動中における層界面での劣化を効果的に抑制することができるからである。なお、バイポーラ材料については、上記第１実施態様に記載したので、ここでの説明は省略する。
【０２８２】
第２正孔注入輸送層および後述の第２電子注入輸送層がバイポーラ材料を含有する場合、これらの層に含有されるバイポーラ材料は、同一であってもよく異なっていてもよい。
【０２８３】
なお、酸化性ドーパントが混合された領域、第２正孔注入輸送層の成膜方法および厚みについては、上記第１実施態様に記載したものと同様であるので、ここでの説明は省略する。
【０２８４】
７．第２電子注入輸送層
本実施態様においては、電子注入輸送層および陰極の間に第２電子注入輸送層が形成されていてもよい。この場合、電子注入輸送層および第２電子注入輸送層の構成材料のイオン化ポテンシャルおよび電子親和力は、上述した関係を満たすことが好ましい。
【０２８５】
電子注入輸送層および陰極の間に第２電子注入輸送層が形成されている場合、通常は、第２電子注入輸送層が電子注入層として機能し、電子注入輸送層が電子輸送層として機能する。
【０２８６】
第２電子注入輸送層の構成材料としては、陰極から注入された電子を安定に中央発光層へ輸送することができる材料であれば特に限定されるものではなく、上記第１実施態様の電子注入輸送層の構成材料と同様のものを用いることができる。
【０２８７】
中でも、第２電子注入輸送層の構成材料は、バイポーラ材料であることが好ましい。バイポーラ材料を第２電子注入輸送層に用いることにより、駆動中における層界面での劣化を効果的に抑制することができる。なお、バイポーラ材料については、上記第１実施態様の陽極側発光層の項に記載したので、ここでの説明は省略する。
【０２８８】
なお、還元性ドーパントが混合された領域、第２電子注入輸送層の成膜方法および厚みについては、上記第１実施態様に記載したものと同様であるので、ここでの説明は省略する。
【０２８９】
８．第３中央発光層
本実施態様においては、図２０に例示するように、中央発光層６と陰極側発光層５ｂとの間にホスト材料および発光ドーパントを含有する第３中央発光層１６ｂが形成されていてもよい。第３中央発光層は、電子と正孔との再結合の場を提供して発光する機能を有する。
【０２９０】
第３中央発光層のホスト材料は、陰極側発光層のホスト材料と同一であることが好ましい。
第３中央発光層のホスト材料および発光ドーパントとしては、上述の陰極側発光層のホスト材料および発光ドーパントと同様のものを用いることができる。
【０２９１】
中央発光層と第３中央発光層と陰極側発光層とがホスト材料と発光ドーパントとを含有する場合、中央発光層と第３中央発光層と陰極側発光層とは互いに異なる種類の発光ドーパントを含有することが好ましい。中央発光層と第３中央発光層と陰極側発光層とを順に積層することで、中央発光層中の発光ドーパントおよび第３中央発光層中の発光ドーパントの間でのエネルギー移動、ならびに、第３中央発光層中の発光ドーパントおよび陰極側発光層中の発光ドーパントの間でのエネルギー移動を抑制し、各発光ドーパントをそれぞれ光らせることができ、発光効率を高めるとともに、所望の発光色を得ることができるからである。
【０２９２】
中でも、中央発光層、第３中央発光層および陰極側発光層のうち、１層または２層が蛍光発光ドーパントを含有し、それ以外の２層または１層が燐光発光ドーパントを含有することが好ましい。単一の発光層内に蛍光発光ドーパントおよび燐光発光ドーパントが含まれる場合には、蛍光発光ドーパントおよび燐光発光ドーパントの間でエネルギー移動が起こるおそれがあるが、中央発光層、第３中央発光層および陰極側発光層のうち、１層または２層に蛍光発光ドーパントを含有させ、それ以外の２層または１層に燐光発光ドーパントを含有させることで、蛍光発光ドーパントおよび燐光発光ドーパントの間でエネルギー移動を抑制し、蛍光発光ドーパントおよび燐光発光ドーパントの両方を光らせることができ、発光効率を高めるとともに、所望の発光色を得ることができるからである。
中央発光層、第３中央発光層および陰極側発光層のうち、１層が蛍光発光ドーパントを含有し、それ以外の２層が燐光発光ドーパントを含有する場合、中央発光層、第３中央発光層および陰極側発光層のいずれが蛍光発光ドーパントを含有するものであってもよい。
また、中央発光層、第３中央発光層および陰極側発光層のうち、２層が蛍光発光ドーパントを含有し、それ以外の１層が燐光発光ドーパントを含有する場合、中央発光層、第３中央発光層および陰極側発光層のいずれが燐光発光ドーパントを含有するものであってもよい。
【０２９３】
中央発光層、第３中央発光層および陰極側発光層が互いに異なる種類の発光ドーパントを含有する場合、異なる種類の発光ドーパントの発光色は同じであってもよく異なっていてもよい。中でも、異なる種類の発光ドーパントの発光色は異なることが好ましい。中央発光層中の発光ドーパント、第３中央発光層中の発光ドーパントおよび陰極側発光層中の発光ドーパントをそれぞれ光らせることにより、所望の発光色を得ることができるからである。
【０２９４】
第３中央発光層は、発光ドーパントを含有する１箇所以上のドープ領域と発光ドーパントを含有しない１箇所以上のノンドープ領域とを有することが好ましい。第２中央発光層がノンドープ領域を有することにより、発光効率を向上させることができるからである。
【０２９５】
ドープ領域およびノンドープ領域の配置としては、例えば、第３中央発光層が中央発光層側にノンドープ領域を有していてもよく、第３中央発光層が陰極側発光層側にノンドープ領域を有していてもよい。
第３中央発光層が中央発光層側にノンドープ領域を有する場合において、例えば中央発光層中の発光ドーパントおよび第３中央発光層中の発光ドーパントの間でエネルギー移動が起こり得る場合には、中央発光層および第３中央発光層の界面にノンドープ領域が設けられていることにより、上記エネルギー移動を起こりにくくし発光効率を向上させることができる。
同様に、第３中央発光層が陰極側発光層側にノンドープ領域を有する場合において、例えば第３中央発光層中の発光ドーパントおよび陰極側発光層中の発光ドーパントの間でエネルギー移動が起こり得る場合には、第３中央発光層および陰極側発光層の界面にノンドープ領域が設けられていることにより、上記エネルギー移動を起こりにくくし発光効率を向上させることができる。
【０２９６】
ドープ領域およびノンドープ領域の配置は、発光ドーパントのエネルギー遷移を考慮して適宜選択される。中でも、正孔および電子の注入バランスがとれるように、ドープ領域およびノンドープ領域の配置を適宜選択することが好ましい。
【０２９７】
ノンドープ領域の数としては、１箇所以上であればよいが、通常、１〜２箇所とされる。一方、ドープ領域の数としては、１箇所以上であればよいが、通常、１箇所とされる。
【０２９８】
本発明において、白色光を得る場合には、中央発光層、第３中央発光層および陰極側発光層に異なる種類の発光ドーパントを含有させることが好ましい。中でも、赤色・青色・緑色の３種類の発光ドーパントを用いることが好ましい。
【０２９９】
赤色・青色・緑色の３種類の発光ドーパントを用いる場合、上述したように、中央発光層、第３中央発光層および陰極側発光層のうち、１層または２層が蛍光発光ドーパントを含有し、それ以外の２層または１層が燐光発光ドーパントを含有することが好ましいことから、例えば、１層に青色蛍光発光ドーパントを含有させ、それ以外の２層の一方に赤色燐光発光ドーパント、他方に緑色蛍光発光ドーパントを含有させる、あるいは、１層に赤色蛍光発光ドーパントを含有させ、それ以外の２層の一方に青色燐光発光ドーパント、他方に緑色蛍光発光ドーパントを含有させることが好ましい。
【０３００】
なお、第３中央発光層の厚みおよび成膜方法については、上述の陰極側発光層の厚みおよび成膜方法と同様であるので、ここでの説明は省略する。
【０３０１】
III．第３実施態様
本発明の有機ＥＬ素子の第３実施態様は、陽極と、上記陽極上に形成された正孔注入輸送層と、上記正孔注入輸送層上に形成され、ホスト材料および発光ドーパントを含有する陽極側発光層と、上記陽極側発光層上に形成された中央発光層と、上記中央発光層上に形成され、ホスト材料および発光ドーパントを含有する陰極側発光層と、上記陰極側発光層上に形成された電子注入輸送層と、上記電子注入輸送層上に形成された陰極とを有する有機ＥＬ素子であって、上記正孔注入輸送層の構成材料および上記陽極側発光層のホスト材料が同一であり、上記電子注入輸送層の構成材料および上記陰極側発光層のホスト材料が同一であり、上記中央発光層の構成材料および上記陽極側発光層のホスト材料が異なり、上記中央発光層の構成材料および上記陰極側発光層のホスト材料が異なり、上記正孔注入輸送層の構成材料の電子親和力をEa₁、上記中央発光層の構成材料の電子親和力をEa₂としたとき、Ea₁≧Ea₂であり、上記中央発光層の構成材料のイオン化ポテンシャルをIp₂、上記電子注入輸送層の構成材料のイオン化ポテンシャルをIp₃としたとき、Ip₂≧Ip₃であることを特徴とするものである。
【０３０２】
本実施態様の有機ＥＬ素子について、図面を参照しながら説明する。
図２１は、本実施態様の有機ＥＬ素子の一例を示す概略断面図である。図２１に例示するように、有機ＥＬ素子１は、基板２上に、陽極３と正孔注入輸送層４と陽極側発光層５ａと中央発光層６と陰極側発光層５ｂと電子注入輸送層７と陰極８とが順次積層されたものである。正孔注入輸送層４の構成材料および陽極側発光層５ａのホスト材料は同一であり、電子注入輸送層７の構成材料および陰極側発光層５ｂのホスト材料も同一である。また、陽極側発光層５ａのホスト材料および中央発光層６の構成材料は異なり、陰極側発光層５ｂのホスト材料および中央発光層６の構成材料も異なっている。
【０３０３】
図２２は、本実施態様の有機ＥＬ素子のバンドダイヤグラムの一例を示す模式図である。図２１に例示する有機ＥＬ素子において、正孔注入輸送層４のイオン化ポテンシャルをIp₁、陽極側発光層５ａのホスト材料のイオン化ポテンシャルをIp₄、中央発光層６の構成材料のイオン化ポテンシャルをIp₂、陰極側発光層５ｂのホスト材料のイオン化ポテンシャルをIp₅、電子注入輸送層７の構成材料のイオン化ポテンシャルをIp₃とし、正孔注入輸送層４の構成材料の電子親和力をEa₁、陽極側発光層５ａのホスト材料の電子親和力をEa₄、中央発光層６の構成材料の電子親和力をEa₂、陰極側発光層５ｂのホスト材料の電子親和力をEa₅、電子注入輸送層７の構成材料の電子親和力をEa₃とする。
【０３０４】
正孔注入輸送層および中央発光層の構成材料の電子親和力の関係はEa₁≧Ea₂であり、中央発光層および電子注入輸送層の構成材料のイオン化ポテンシャルの関係はIp₂≧Ip₃である。
【０３０５】
正孔注入輸送層の構成材料および陽極側発光層のホスト材料は同一であることから、正孔注入輸送層の構成材料および陽極側発光層のホスト材料のイオン化ポテンシャルの関係はIp₁＝Ip₄であり、正孔注入輸送層の構成材料および陽極側発光層のホスト材料の電子親和力の関係はEa₁＝Ea₄である。
陰極側発光層のホスト材料および電子注入輸送層の構成材料も同一であることから、陰極側発光層のホスト材料および電子注入輸送層の構成材料のイオン化ポテンシャルの関係はIp₅＝Ip₃であり、正孔注入輸送層の構成材料および陽極側発光層のホスト材料の電子親和力の関係はEa₅＝Ea₃である。
【０３０６】
陽極側発光層のホスト材料および中央発光層の構成材料は異なることから、Ip₄＝Ip₂のときEa₄≠Ea₂、および、Ea₄＝Ea₂のときIp₄≠Ip₂である。すなわち、正孔注入輸送層の構成材料と陽極側発光層のホスト材料と中央発光層の構成材料との電子親和力の関係は、Ea₁＝Ea₄≧Ea₂であり、Ip₁＝Ip₄＝Ip₂のときEa₁≠Ea₂かつEa₄≠Ea₂、および、Ea₁＝Ea₄＝Ea₂のときIp₁≠Ip₂かつIp₄≠Ip₂である。
中央発光層の構成材料および陰極側発光層のホスト材料も異なることから、Ip₂＝Ip₅のときEa₂≠Ea₅、および、Ea₂＝Ea₅のときIp₂≠Ip₅である。すなわち、中央発光層の構成材料と陰極側発光層のホスト材料と電子注入輸送層の構成材料とのイオン化ポテンシャルの関係は、Ip₂≧Ip₅＝Ip₃であり、Ip₂＝Ip₅＝Ip₃のときEa₂≠Ea₅かつEa₂≠Ea₃、および、Ea₂＝Ea₅＝Ea₃のときIp₂≠Ip₅かつIp₂≠Ip₃である。
【０３０７】
本実施態様においては、正孔注入輸送層の構成材料および陽極側発光層のホスト材料が同一であり、電子注入輸送層の構成材料および陰極側発光層のホスト材料が同一であり、正孔注入輸送層の構成材料および中央発光層の構成材料の電子親和力の関係がEa₁≧Ea₂であり、中央発光層の構成材料および電子注入輸送層の構成材料のイオン化ポテンシャルの関係がIp₂≧Ip₃であることにより、対極への正孔および電子の突き抜けは起こるものの、陽極および陰極間を正孔および電子が円滑に輸送されるので、駆動中における正孔注入輸送層および陽極側発光層の界面と陰極側発光層および電子注入輸送層の界面とにおいて電荷の蓄積がなく、これらの層の界面での劣化を抑制することができる。したがって、顕著に安定な寿命特性を得ることできるとともに、色変化を小さくすることが可能である。
【０３０８】
また本実施態様においては、陽極側発光層のホスト材料および中央発光層の構成材料が異なり、陰極側発光層のホスト材料および中央発光層の構成材料が異なることにより、中央発光層および陽極側発光層の界面と中央発光層および陰極側発光層の界面とには、正孔注入輸送層および陽極側発光層の界面や陰極側発光層および電子注入輸送層の界面に比べて電荷が蓄積されやすくなり、中央発光層および陽極側発光層の界面ならびに中央発光層および陰極側発光層の界面にて集中的に発光させることができる。また、正孔および電子が円滑に輸送されることによって、発光層内全体で正孔および電子が再結合するため、正孔および電子の再結合効率が著しく低下することもない。したがって、高効率化を図ることが可能である。
【０３０９】
さらに本実施態様においては、正孔注入輸送層の構成材料および陽極側発光層のホスト材料が同一であることにより、正孔注入輸送層から陽極側発光層への正孔注入障壁がなくなり、駆動電圧を低下させることが可能である。同様に、電子注入輸送層の構成材料および陰極側発光層のホスト材料が同一であることにより、電子注入輸送層から陰極側発光層への電子注入障壁がなくなり、駆動電圧を低下させることが可能である。
【０３１０】
なお、陽極、陰極、基板、陽極側発光層、正孔注入輸送層、第２正孔注入輸送層、第３正孔注入輸送層、第２電子注入輸送層および第３電子注入輸送層については、上記第１実施態様に記載したものと同様であり、陰極側発光層および電子注入輸送層については、上記第２実施態様に記載したものと同様であるので、ここでの説明は省略する。以下、本実施態様の有機ＥＬ素子における他の構成について説明する。
【０３１１】
１．イオン化ポテンシャルおよび電子親和力
本実施態様においては、正孔注入輸送層の構成材料の電子親和力をEa₁、中央発光層の構成材料の電子親和力をEa₂としたとき、Ea₁≧Ea₂であり、中央発光層の構成材料のイオン化ポテンシャルをIp₂、電子注入輸送層の構成材料のイオン化ポテンシャルをIp₃としたとき、Ip₂≧Ip₃である。
【０３１２】
なお、正孔注入輸送層の構成材料と陽極側発光層のホスト材料と中央発光層の構成材料とのイオン化ポテンシャルおよび電子親和力の関係については、上記第１実施態様と同様であるので、ここでの説明は省略する。
また、中央発光層の構成材料と陰極側発光層のホスト材料と電子注入輸送層の構成材料とのイオン化ポテンシャルおよび電子親和力の関係については、上記第２実施態様と同様であるので、ここでの説明は省略する。
【０３１３】
正孔注入輸送層および電子注入輸送層の構成材料のイオン化ポテンシャルおよび電子親和力の関係としては、特に限定されるものではない。中でも、正孔注入輸送層および電子注入輸送層は同一のバイポーラ材料を含有することが好ましいことから、正孔注入輸送層の構成材料のイオン化ポテンシャルをIp₁、電子注入輸送層の構成材料のイオン化ポテンシャルをIp₃とし、正孔注入輸送層の構成材料の電子親和力をEa₁、電子注入輸送層の構成材料の電子親和力をEa₃としたとき、図２２に例示するように、Ip₁＝Ip₃かつEa₁＝Ea₃であることが好ましい。
【０３１４】
本実施態様においては、図２３に例示するように、陽極３および正孔注入輸送層４の間に第２正孔注入輸送層９が形成されていてもよい。この場合、第２正孔注入輸送層および正孔注入輸送層の構成材料のイオン化ポテンシャルおよび電子親和力の関係については、上記第１実施態様と同様であるので、ここでの説明は省略する。
【０３１５】
本実施態様においては、図２３に例示するように、電子注入輸送層７および陰極８の間に第２電子注入輸送層１０が形成されていてもよい。この場合、電子注入輸送層および第２電子注入輸送層の構成材料のイオン化ポテンシャルおよび電子親和力の関係については、上記第１実施態様と同様であるので、ここでの説明は省略する。
【０３１６】
本実施態様においては、図２４に例示するように、第２正孔注入輸送層９および正孔注入輸送層４の間に第３正孔注入輸送層１１が形成されていてもよい。この場合、第２正孔注入輸送層、第３正孔注入輸送層および正孔注入輸送層の構成材料のイオン化ポテンシャルおよび電子親和力の関係については、上記第１実施態様と同様であるので、ここでの説明は省略する。
【０３１７】
本実施態様においては、図２４に例示するように、電子注入輸送層７および第２電子注入輸送層１０の間に第３電子注入輸送層１２が形成されていてもよい。この場合、電子注入輸送層、第３電子注入輸送層および第２電子注入輸送層の構成材料のイオン化ポテンシャルおよび電子親和力の関係については、上記第１実施態様と同様であるので、ここでの説明は省略する。
【０３１８】
なお、各層の構成材料のイオン化ポテンシャルおよび電子親和力の測定方法は、上記第１実施態様に記載したとおりである。
【０３１９】
２．中央発光層
本実施態様における中央発光層は、陽極側発光層および陰極側発光層の間に形成されるものである。中央発光層の構成材料および陽極側発光層のホスト材料は異なり、すなわち中央発光層の構成材料および正孔注入輸送層の構成材料も異なる。また、中央発光層の構成材料および陰極側発光層のホスト材料は異なり、すなわち中央発光層の構成材料および電子注入輸送層の構成材料も異なる。中央発光層は、電子と正孔との再結合の場を提供して発光する機能を有する。
【０３２０】
中央発光層の構成材料は、陽極側発光層のホスト材料および正孔注入輸送層の構成材料と異なり、かつ、陰極側発光層のホスト材料および電子注入輸送層の構成材料と異なればよい。なお、中央発光層の構成材料のその他の点については、上記第１実施態様と同様であるので、ここでの説明は省略する。
【０３２１】
中央発光層がホスト材料および発光ドーパントを含有する場合、中央発光層は、発光ドーパントを含有する１箇所以上のドープ領域と発光ドーパントを含有しない１箇所以上のノンドープ領域とを有することが好ましい。中央発光層の陽極側発光層側にノンドープ領域を有する場合には、陽極側発光層中の発光ドーパントおよび中央発光層中の発光ドーパントの間でエネルギー移動を起こりにくくし発光効率を向上させることができる。また、中央発光層の陰極側発光層側にノンドープ領域を有する場合には、陰極側発光層中の発光ドーパントおよび中央発光層中の発光ドーパントの間でエネルギー移動を起こりにくくし発光効率を向上させることができる。さらに、中央発光層が２箇所のドープ領域に挟まれたノンドープ領域を有する場合には、各ドープ領域中の発光ドーパントの間でエネルギー移動を起こりにくくし発光効率を向上させることができる。このように、中央発光層がノンドープ領域を有することにより、発光効率を向上させることができる。
【０３２２】
ドープ領域およびノンドープ領域の配置としては、中央発光層が１箇所以上のドープ領域と１箇所以上のノンドープ領域とを有するような配置であれば特に限定されるものではない。例えば、中央発光層の陽極側発光層側にノンドープ領域が配置されていてもよく、中央発光層の陰極側発光層側にノンドープ領域が配置されていてもよく、中央発光層が２箇所のドープ領域と１箇所のノンドープ領域とを有し、２箇所のドープ領域の間にノンドープ領域が配置されていてもよい。また、中央発光層が２箇所のドープ領域と３箇所のノンドープ領域とを有し、ドープ領域とノンドープ領域とが交互に配置されていてもよい。
【０３２３】
なお、ドープ領域およびノンドープ領域のその他の点については、上記第１実施態様と同様であるので、ここでの説明は省略する。
【０３２４】
中央発光層もホスト材料および発光ドーパントを含有する場合、陽極側発光層と中央発光層と陰極側発光層とは互いに異なる種類の発光ドーパントを含有することが好ましい。陽極側発光層と中央発光層と陰極側発光層とを積層することで、陽極側発光層中の発光ドーパントと中央発光層中の発光ドーパントと陰極側発光層中の発光ドーパントとの間でのエネルギー移動を抑制し、それぞれの発光ドーパントを光らせることができ、発光効率を高めるとともに、所望の発光色を得ることができるからである。
【０３２５】
中でも、陽極側発光層、中央発光層および陰極側発光層のうち、すなわち複数層の発光層のうち、少なくともいずれか一つが蛍光発光ドーパントを含有し、その他が燐光発光ドーパントを含有することが好ましい。これにより、蛍光発光ドーパントおよび燐光発光ドーパントの間でエネルギー移動を抑制し、蛍光発光ドーパントおよび燐光発光ドーパントを共に光らせることができ、発光効率を高めるとともに、所望の発光色を得ることができるからである。
【０３２６】
陽極側発光層と中央発光層と陰極側発光層とが互いに異なる種類の発光ドーパントを含有する場合、異なる種類の発光ドーパントの発光色は同じであってもよく異なっていてもよい。中でも、異なる種類の発光ドーパントの発光色は異なることが好ましい。それぞれの発光ドーパントを光らせることにより、所望の発光色を得ることができるからである。
【０３２７】
本実施態様において、白色光を得る場合には、陽極側発光層と中央発光層と陰極側発光層とに互いに異なる種類の発光ドーパントを含有させることが好ましい。中でも、赤色・青色・緑色の３種類の発光ドーパントを用いることが好ましい。
【０３２８】
赤色・青色・緑色の３種類の発光ドーパントを用いる場合、上述したように、陽極側発光層、中央発光層および陰極側発光層のうち、少なくともいずれか一つが蛍光発光ドーパントを含有し、その他が燐光発光ドーパントを含有することが好ましいことから、例えば、青色蛍光発光ドーパントと赤色燐光発光ドーパントと緑色蛍光発光ドーパントとを用いる、あるいは、赤色蛍光発光ドーパントと青色燐光発光ドーパントと緑色蛍光発光ドーパントとを用いることが好ましい。
【０３２９】
なお、中央発光層の厚みおよび成膜方法については、上記第１実施態様と同様であるので、ここでの説明は省略する。
【０３３０】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
【実施例】
【０３３１】
以下、本発明について実施例および比較例を用いて具体的に説明する。
まず、実施例で用いた材料の構造式、ならびにイオン化ポテンシャルおよび電子親和力を下記に示す。
【０３３２】
【化３】

【０３３３】
【化４】

【０３３４】
【化５】

【０３３５】
【化６】

【０３３６】
【化７】

【０３３７】
【表１】

【０３３８】
［実施例１］
（有機ＥＬ素子の作製）
まず、ガラス基板上に陽極としてITOが2mm幅のライン状にパターニングされたITO基板を準備した。そのITO基板上に、上記構造式で表されるTBADNとMoO₃とを体積比67：33で真空度10^-5Paの条件下、共蒸着により1.0Å/secの蒸着速度で合計膜厚10nmとなるように成膜し、正孔注入層（１層目の正孔注入輸送層）を形成した。次に、TBADNとMoO₃とを体積比90：10で真空度10^-5Paの条件下、共蒸着により1.0Å/secの蒸着速度で合計膜厚100nmとなるように真空蒸着し、その上にTBADNを10nmの厚さになるように真空蒸着し、正孔輸送層（２層目の正孔注入輸送層）を形成した。
【０３３９】
次に、ホスト材料としてTBADNを用い、青色発光ドーパントとして上記構造式で表されるTBPeを用いて、上記正孔輸送層上に、TBADNおよびTBPeを、TBPe濃度が3wt%となるように、真空度10^-5Paの条件下、蒸着速度1Å/secで10nmの厚さに真空蒸着により成膜し、青色発光層（１層目の発光層）を形成した。
次に、ホスト材料としてTBADNを用い、緑色発光ドーパントとして上記構造式で表されるC545Tを用いて、上記青色発光層上に、TBADNおよびC545Tを、C545T濃度が3wt%となるように、真空度10^-5Paの条件下、蒸着速度1Å/secで5nmの厚さに真空蒸着により成膜し、緑色発光層（２層目の発光層）を形成した。
次に、ホスト材料として上記構造式で表されるCBPを用い、赤色発光ドーパントとして上記構造式で表されるIr(piq)₃を用いて、上記緑色発光層上に、CBPおよびIr(piq)₃を、Ir(piq)₃濃度が3wt%となるように、真空度10^-5Paの条件下、蒸着速度1Å/secで10nmの厚さに真空蒸着により成膜し、赤色発光層（３層目の発光層）を形成した。
【０３４０】
次に、上記発光層上に、TBADNを、真空度10^-5Paの条件下、蒸着速度が1Å/secで10nmの厚さに真空蒸着により成膜し、電子輸送層（１層目の電子注入輸送層）を形成した。次に、上記電子輸送層上に、TBADNと、上記構造式で表されるLiqとを体積比1：1で真空度10^-5Paの条件下、共蒸着により蒸着速度1Å/secで膜厚10nmに成膜し、電子注入層（２層目の電子注入輸送層）を形成した。
【０３４１】
最後に、上記電子注入層上に陰極としてAlを蒸着速度5Å/secで100nmの厚さに蒸着した。
【０３４２】
［比較例１］
（有機ＥＬ素子の作製）
まず、ガラス基板上に陽極としてITOが2mm幅のライン状にパターニングされたITO基板を準備した。そのITO基板上に、上記構造式で表されるα-NPDとMoO₃とを体積比67：33で真空度10^-5Paの条件下、共蒸着により1.0Å/secの蒸着速度で合計膜厚10nmとなるように成膜し、正孔注入層を形成した。次に、α-NPDとMoO₃とを体積比90：10で真空度10^-5Paの条件下、共蒸着により1.0Å/secの蒸着速度で合計膜厚100nmとなるように真空蒸着し、その上にα-NPDを10nmの厚さになるように真空蒸着し、正孔輸送層を形成した。
【０３４３】
次に、ホスト材料としてTBADNを用い、青色発光ドーパントとしてTBPeを用いて、上記正孔輸送層上に、TBADNおよびTBPeを、TBPe濃度が3wt%となるように、真空度10^-5Paの条件下、蒸着速度1Å/secで10nmの厚さに真空蒸着により成膜し、青色発光層（１層目の発光層）を形成した。
次に、ホスト材料としてTBADNを用い、緑色発光ドーパントとしてC545Tを用いて、上記青色発光層上に、TBADNおよびC545Tを、C545T濃度が3wt%となるように、真空度10^-5Paの条件下、蒸着速度1Å/secで5nmの厚さに真空蒸着により成膜し、緑色発光層（２層目の発光層）を形成した。
次に、ホスト材料としてCBPを用い、赤色発光ドーパントとしてIr(piq)₃を用いて、上記緑色発光層上に、CBPおよびIr(piq)₃を、Ir(piq)₃濃度が3wt%となるように、真空度10^-5Paの条件下、蒸着速度1Å/secで10nmの厚さに真空蒸着により成膜し、赤色発光層（３層目の発光層）を形成した。
【０３４４】
次に、上記発光層上に、上記構造式で表されるAlq₃を、真空度10^-5Paの条件下、蒸着速度が1Å/secで10nmの厚さに真空蒸着により成膜し、電子輸送層を形成した。次に、上記電子輸送層上に、Alq₃と、Liqとを体積比1：1で真空度10^-5Paの条件下、共蒸着により蒸着速度1Å/secで膜厚10nmに成膜し、電子注入層を形成した。
【０３４５】
最後に、上記電子注入層上に陰極としてAlを蒸着速度5Å/secで100nmの厚さに蒸着した。
【０３４６】
（評価）
表２に実施例１および比較例１の有機ＥＬ素子の10mA/cm²下での発光特性を示す。
【０３４７】
【表２】

【０３４８】
実施例１および比較例１の有機ＥＬ素子からは、TBPe、C545T、Ir(piq)₃由来の発光ピークがそれぞれ観測された。実施例１の有機ＥＬ素子では、正面輝度の発光効率が6.8cd/Aであり、全角度へ放射される発光を観測して得られたフォトン数と、投入した電子数とから外部量子効率を算出したところ3.4%であった。一方、比較例１の有機ＥＬ素子では、正面輝度の発光効率は6.1cd/Aであり、外部量子効率は3.1%であった。また、寿命特性については、初期輝度1000cd/m²からの輝度半減寿命を定電流密度下で観察したところ、実施例１の有機ＥＬ素子では、輝度が半減する時間は150時間を達成した。一方、比較例１の有機ＥＬ素子では、100時間にて輝度が半減した。
【０３４９】
［実施例２］
（有機ＥＬ素子の作製）
まず、ガラス基板上に陽極としてITOが2mm幅のライン状にパターニングされたITO基板を準備した。そのITO基板上に、TBADNとMoO₃とを体積比67：33で真空度10^-5Paの条件下、共蒸着により1.0Å/secの蒸着速度で合計膜厚10nmとなるように成膜し、正孔注入層（１層目の正孔注入輸送層）を形成した。次に、TBADNとMoO₃とを体積比90：10で真空度10^-5Paの条件下、共蒸着により1.0Å/secの蒸着速度で合計膜厚100nmとなるように真空蒸着し、その上にTBADNを10nmの厚さになるように真空蒸着し、正孔輸送層（２層目の正孔注入輸送層）を形成した。
【０３５０】
次に、ホスト材料としてTBADNを用い、青色発光ドーパントとしてTBPeを用いて、上記正孔輸送層上に、TBADNおよびTBPeを、TBPe濃度が3wt%となるように、真空度10^-5Paの条件下、蒸着速度1Å/secで10nmの厚さに真空蒸着により成膜し、青色発光層（１層目の発光層）を形成した。
次に、ホスト材料としてCBPを用い、緑色発光ドーパントとして上記構造式で表されるIr(ppy)₃を用いて、上記青色発光層上に、CBPおよびIr(ppy)₃を、Ir(ppy)₃濃度が3wt%となるように、真空度10^-5Paの条件下、蒸着速度1Å/secで5nmの厚さに真空蒸着により成膜し、緑色発光層（２層目の発光層）を形成した。
次に、ホスト材料としてCBPを用い、赤色発光ドーパントとしてIr(piq)₃を用いて、上記緑色発光層上に、CBPおよびIr(piq)₃を、Ir(piq)₃濃度が3wt%となるように、真空度10^-5Paの条件下、蒸着速度1Å/secで10nmの厚さに真空蒸着により成膜し、赤色発光層（３層目の発光層）を形成した。
【０３５１】
次に、上記発光層上に、TBADNを、真空度10^-5Paの条件下、蒸着速度が1Å/secで10nmの厚さに真空蒸着により成膜し、電子輸送層（１層目の電子注入輸送層）を形成した。次に、上記電子輸送層上に、TBADNと、Liqとを体積比1：1で真空度10^-5Paの条件下、共蒸着により蒸着速度1Å/secで膜厚10nmに成膜し、電子注入層（２層目の電子注入輸送層）を形成した。
【０３５２】
最後に、上記電子注入層上に陰極としてAlを蒸着速度5Å/secで100nmの厚さに蒸着した。
【０３５３】
［比較例２］
（有機ＥＬ素子の作製）
まず、ガラス基板上に陽極としてITOが2mm幅のライン状にパターニングされたITO基板を準備した。そのITO基板上に、α-NPDとMoO₃とを体積比67：33で真空度10^-5Paの条件下、共蒸着により1.0Å/secの蒸着速度で合計膜厚10nmとなるように成膜し、正孔注入層を形成した。次に、α-NPDとMoO₃とを体積比90：10で真空度10^-5Paの条件下、共蒸着により1.0Å/secの蒸着速度で合計膜厚100nmとなるように真空蒸着し、その上にα-NPDを10nmの厚さになるように真空蒸着し、正孔輸送層を形成した。
【０３５４】
次に、ホスト材料としてTBADNを用い、青色発光ドーパントとしてTBPeを用いて、上記正孔輸送層上に、TBADNおよびTBPeを、TBPe濃度が3wt%となるように、真空度10^-5Paの条件下、蒸着速度1Å/secで10nmの厚さに真空蒸着により成膜し、青色発光層（１層目の発光層）を形成した。
次に、ホスト材料としてCBPを用い、緑色発光ドーパントとしてIr(ppy)₃を用いて、上記青色発光層上に、CBPおよびIr(ppy)₃を、Ir(ppy)₃濃度が3wt%となるように、真空度10^-5Paの条件下、蒸着速度1Å/secで5nmの厚さに真空蒸着により成膜し、緑色発光層（２層目の発光層）を形成した。
次に、ホスト材料としてCBPを用い、赤色発光ドーパントとしてIr(piq)₃を用いて、上記緑色発光層上に、CBPおよびIr(piq)₃を、Ir(piq)₃濃度が3wt%となるように、真空度10^-5Paの条件下、蒸着速度1Å/secで10nmの厚さに真空蒸着により成膜し、赤色発光層（３層目の発光層）を形成した。
【０３５５】
次に、上記発光層上に、Alq₃を、真空度10^-5Paの条件下、蒸着速度が1Å/secで10nmの厚さに真空蒸着により成膜し、電子輸送層を形成した。次に、上記電子輸送層上に、Alq₃と、Liqとを体積比1：1で真空度10^-5Paの条件下、共蒸着により蒸着速度1Å/secで膜厚10nmに成膜し、電子注入層を形成した。
【０３５６】
最後に、上記電子注入層上に陰極としてAlを蒸着速度5Å/secで100nmの厚さに蒸着した。
【０３５７】
（評価）
表３に実施例２および比較例２の有機ＥＬ素子の10mA/cm²下での発光特性を示す。
【０３５８】
【表３】

【０３５９】
実施例２および比較例２の有機ＥＬ素子からは、TBPe、Ir(ppy)₃、Ir(piq)₃由来の発光ピークがそれぞれ観測された。実施例２の有機ＥＬ素子では、正面輝度の発光効率が11.4cd/Aであり、全角度へ放射される発光を観測して得られたフォトン数と、投入した電子数とから外部量子効率を算出したところ6.1%であった。一方、比較例２の有機ＥＬ素子では、正面輝度の発光効率は9.2cd/Aであり、外部量子効率は5.4%であった。また、寿命特性については、初期輝度1000cd/m²からの輝度半減寿命を定電流密度下で観察したところ、実施例２の有機ＥＬ素子では、輝度が半減する時間は100時間を達成した。一方、比較例２の有機ＥＬ素子では、70時間にて輝度が半減した。
【０３６０】
［実施例３］
（有機ＥＬ素子の作製）
まず、ガラス基板上に陽極としてITOが2mm幅のライン状にパターニングされたITO基板を準備した。そのITO基板上に、TBADNとMoO₃とを体積比67：33で真空度10^-5Paの条件下、共蒸着により1.0Å/secの蒸着速度で合計膜厚10nmとなるように成膜し、正孔注入層（１層目の正孔注入輸送層）を形成した。次に、TBADNとMoO₃とを体積比90：10で真空度10^-5Paの条件下、共蒸着により1.0Å/secの蒸着速度で合計膜厚100nmとなるように真空蒸着し、その上にTBADNを10nmの厚さになるように真空蒸着し、正孔輸送層（２層目の正孔注入輸送層）を形成した。
【０３６１】
次に、ホスト材料としてTBADNを用い、青色発光ドーパントとしてTBPeを用いて、上記正孔輸送層上に、TBADNおよびTBPeを、TBPe濃度が3wt%となるように、真空度10^-5Paの条件下、蒸着速度1Å/secで10nmの厚さに真空蒸着により成膜し、青色発光層（１層目の発光層）を形成した。
次に、ホスト材料としてTBADNを用い、緑色発光ドーパントとしてC545Tを用いて、上記青色発光層上に、TBADNおよびC545Tを、C545T濃度が3wt%となるように、真空度10^-5Paの条件下、蒸着速度1Å/secで5nmの厚さに真空蒸着により成膜し、緑色発光層（２層目の発光層）を形成した。
次に、ホスト材料としてCBPを用い、赤色発光ドーパントとしてIr(piq)₃を用いて、上記緑色発光層上に、CBPおよびIr(piq)₃を、Ir(piq)₃濃度が3wt%となるように、真空度10^-5Paの条件下、蒸着速度1Å/secで10nmの厚さに真空蒸着により成膜し、赤色発光層（３層目の発光層）を形成した。
【０３６２】
次に、上記発光層上に、CBPを、真空度10^-5Paの条件下、蒸着速度が1Å/secで10nmの厚さに真空蒸着により成膜し、電子輸送層（１層目の電子注入輸送層）を形成した。次に、上記電子輸送層上に、CBPと、Liqとを体積比1：1で真空度10^-5Paの条件下、共蒸着により蒸着速度1Å/secで膜厚10nmに成膜し、電子注入層（２層目の電子注入輸送層）を形成した。
【０３６３】
最後に、上記電子注入層上に陰極としてAlを蒸着速度5Å/secで100nmの厚さに蒸着した。
【０３６４】
［実施例４］
（有機ＥＬ素子の作製）
まず、ガラス基板上に陽極としてITOが2mm幅のライン状にパターニングされたITO基板を準備した。そのITO基板上に、TBADNとMoO₃とを体積比67：33で真空度10^-5Paの条件下、共蒸着により1.0Å/secの蒸着速度で合計膜厚10nmとなるように成膜し、正孔注入層（１層目の正孔注入輸送層）を形成した。次に、TBADNとMoO₃とを体積比90：10で真空度10^-5Paの条件下、共蒸着により1.0Å/secの蒸着速度で合計膜厚100nmとなるように真空蒸着し、その上にTBADNを10nmの厚さになるように真空蒸着し、正孔輸送層（２層目の正孔注入輸送層）を形成した。
【０３６５】
次に、ホスト材料としてTBADNを用い、青色発光ドーパントとしてTBPeを用いて、上記正孔輸送層上に、TBADNおよびTBPeを、TBPe濃度が3wt%となるように、真空度10^-5Paの条件下、蒸着速度1Å/secで10nmの厚さに真空蒸着により成膜し、青色発光層（１層目の発光層）を形成した。
次に、ホスト材料としてTBADNを用い、緑色発光ドーパントとしてC545Tを用いて、上記青色発光層上に、TBADNおよびC545Tを、C545T濃度が3wt%となるように、真空度10^-5Paの条件下、蒸着速度1Å/secで5nmの厚さに真空蒸着により成膜し、緑色発光領域（ドープ領域）を形成した。次に、上記ドープ領域上に、TBADNを、真空度10^-5Paの条件下、1.0Å/secの蒸着速度で5nmの厚さに真空蒸着により成膜し、ノンドープ領域を形成した。これにより、ドープ領域とノンドープ領域とを有する緑色発光層（２層目の発光層）を得た。
次に、ホスト材料としてCBPを用い、赤色発光ドーパントとしてIr(piq)₃を用いて、上記緑色発光層上に、CBPおよびIr(piq)₃を、Ir(piq)₃濃度が3wt%となるように、真空度10^-5Paの条件下、蒸着速度1Å/secで10nmの厚さに真空蒸着により成膜し、赤色発光層（３層目の発光層）を形成した。
【０３６６】
次に、上記発光層上に、TBADNを、真空度10^-5Paの条件下、蒸着速度が1Å/secで10nmの厚さに真空蒸着により成膜し、電子輸送層（１層目の電子注入輸送層）を形成した。次に、上記電子輸送層上に、TBADNと、Liqとを体積比1：1で真空度10^-5Paの条件下、共蒸着により蒸着速度1Å/secで膜厚10nmに成膜し、電子注入層（２層目の電子注入輸送層）を形成した。
【０３６７】
最後に、上記電子注入層上に陰極としてAlを蒸着速度5Å/secで100nmの厚さに蒸着した。
【０３６８】
［実施例５］
（有機ＥＬ素子の作製）
まず、ガラス基板上に陽極としてITOが2mm幅のライン状にパターニングされたITO基板を準備した。そのITO基板上に、TBADNとMoO₃とを体積比67：33で真空度10^-5Paの条件下、共蒸着により1.0Å/secの蒸着速度で合計膜厚10nmとなるように成膜し、正孔注入層（１層目の正孔注入輸送層）を形成した。次に、TBADNとMoO₃とを体積比90：10で真空度10^-5Paの条件下、共蒸着により1.0Å/secの蒸着速度で合計膜厚100nmとなるように真空蒸着し、その上にTBADNを10nmの厚さになるように真空蒸着し、正孔輸送層（２層目の正孔注入輸送層）を形成した。
【０３６９】
次に、ホスト材料としてTBADNを用い、青色発光ドーパントとしてTBPeを用いて、上記正孔輸送層上に、TBADNおよびTBPeを、TBPe濃度が3wt%となるように、真空度10^-5Paの条件下、蒸着速度1Å/secで10nmの厚さに真空蒸着により成膜し、青色発光層（１層目の発光層）を形成した。
次に、ホスト材料としてTBADNを用い、緑色発光ドーパントとしてC545Tを用いて、上記青色発光層上に、TBADNおよびC545Tを、C545T濃度が3wt%となるように、真空度10^-5Paの条件下、蒸着速度1Å/secで5nmの厚さに真空蒸着により成膜し、緑色発光層（２層目の発光層）を形成した。
次に、上記緑色発光層上に、CBPを、真空度10^-5Paの条件下、1.0Å/secの蒸着速度で5nmの厚さに真空蒸着により成膜し、ノンドープ領域を形成した。次に、ホスト材料としてCBPを用い、赤色発光ドーパントとしてIr(piq)₃を用いて、上記ノンドープ領域上に、CBPおよびIr(piq)₃を、Ir(piq)₃濃度が3wt%となるように、真空度10^-5Paの条件下、蒸着速度1Å/secで10nmの厚さに真空蒸着により成膜し、赤色発光領域（ドープ領域）を形成した。これにより、ノンドープ領域とドープ領域とを有する赤色発光層（３層目の発光層）を得た。
【０３７０】
次に、上記発光層上に、TBADNを、真空度10^-5Paの条件下、蒸着速度が1Å/secで10nmの厚さに真空蒸着により成膜し、電子輸送層（１層目の電子注入輸送層）を形成した。次に、上記電子輸送層上に、TBADNと、Liqとを体積比1：1で真空度10^-5Paの条件下、共蒸着により蒸着速度1Å/secで膜厚10nmに成膜し、電子注入層（２層目の電子注入輸送層）を形成した。
【０３７１】
最後に、上記電子注入層上に陰極としてAlを蒸着速度5Å/secで100nmの厚さに蒸着した。
【０３７２】
［実施例６］
（有機ＥＬ素子の作製）
まず、ガラス基板上に陽極としてITOが2mm幅のライン状にパターニングされたITO基板を準備した。そのITO基板上に、TBADNとMoO₃とを体積比67：33で真空度10^-5Paの条件下、共蒸着により1.0Å/secの蒸着速度で合計膜厚10nmとなるように成膜し、正孔注入層（１層目の正孔注入輸送層）を形成した。次に、TBADNとMoO₃とを体積比90：10で真空度10^-5Paの条件下、共蒸着により1.0Å/secの蒸着速度で合計膜厚100nmとなるように真空蒸着し、その上にTBADNを10nmの厚さになるように真空蒸着し、正孔輸送層（２層目の正孔注入輸送層）を形成した。
【０３７３】
次に、ホスト材料としてTBADNを用い、青色発光ドーパントとしてTBPeを用いて、上記正孔輸送層上に、TBADNおよびTBPeを、TBPe濃度が3wt%となるように、真空度10^-5Paの条件下、蒸着速度1Å/secで10nmの厚さに真空蒸着により成膜し、青色発光層（１層目の発光層）を形成した。
次に、ホスト材料としてTBADNを用い、緑色発光ドーパントとしてC545Tを用いて、上記青色発光層上に、TBADNおよびC545Tを、C545T濃度が3wt%となるように、真空度10^-5Paの条件下、蒸着速度1Å/secで5nmの厚さに真空蒸着により成膜し、緑色発光層（２層目の発光層）を形成した。
次に、上記緑色発光層上に、CBPを、真空度10^-5Paの条件下、1.0Å/secの蒸着速度で5nmの厚さに真空蒸着により成膜し、ノンドープ領域を形成した。次に、ホスト材料としてCBPを用い、赤色発光ドーパントとしてIr(piq)₃を用いて、上記ノンドープ領域上に、CBPおよびIr(piq)₃を、Ir(piq)₃濃度が3wt%となるように、真空度10^-5Paの条件下、蒸着速度1Å/secで10nmの厚さに真空蒸着により成膜し、赤色発光領域（ドープ領域）を形成した。次に、上記ドープ領域上に、CBPを、真空度10^-5Paの条件下、1.0Å/secの蒸着速度で5nmの厚さに真空蒸着により成膜し、ノンドープ領域を形成した。これにより、ノンドープ領域とドープ領域とノンドープ領域とを有する赤色発光層（３層目の発光層）を得た。
【０３７４】
次に、上記発光層上に、TBADNを、真空度10^-5Paの条件下、蒸着速度が1Å/secで10nmの厚さに真空蒸着により成膜し、電子輸送層（１層目の電子注入輸送層）を形成した。次に、上記電子輸送層上に、TBADNと、Liqとを体積比1：1で真空度10^-5Paの条件下、共蒸着により蒸着速度1Å/secで膜厚10nmに成膜し、電子注入層（２層目の電子注入輸送層）を形成した。
【０３７５】
最後に、上記電子注入層上に陰極としてAlを蒸着速度5Å/secで100nmの厚さに蒸着した。
【０３７６】
（評価）
表４に実施例３〜６の有機ＥＬ素子の10mA/cm²下での発光特性を示す。
【０３７７】
【表４】

【０３７８】
ノンドープ領域を各発光層の界面に設けることで電流効率が向上することが確認された。初期輝度1000cd/m²からの輝度半減寿命についてはいずれの素子においても150時間以上であった。
【０３７９】
［実施例７］
（有機ＥＬ素子の作製）
まず、ガラス基板上に陽極としてITOが2mm幅のライン状にパターニングされたITO基板を準備した。そのITO基板上に、上記構造式で表されるDNTPDを真空度10^-5Paの条件下、共蒸着により1.0Å/secの蒸着速度で膜厚40nmとなるように成膜し、正孔注入層（１層目の正孔注入輸送層）を形成した。次に、TBADNとMoO₃とを体積比90：10で真空度10^-5Paの条件下、共蒸着により1.0Å/secの蒸着速度で合計膜厚10nmとなるように真空蒸着し、その上にTBADNを10nmの厚さになるように真空蒸着し、正孔輸送層（２層目の正孔注入輸送層）を形成した。
【０３８０】
次に、ホスト材料としてTBADNを用い、青色発光ドーパントとしてTBPeを用いて、上記正孔輸送層上に、TBADNおよびTBPeを、TBPe濃度が3wt%となるように、真空度10^-5Paの条件下、蒸着速度1Å/secで10nmの厚さに真空蒸着により成膜し、青色発光層（１層目の発光層）を形成した。
次に、ホスト材料としてTBADNを用い、緑色発光ドーパントとしてC545Tを用いて、上記青色発光層上に、TBADNおよびC545Tを、C545T濃度が3wt%となるように、真空度10^-5Paの条件下、蒸着速度1Å/secで5nmの厚さに真空蒸着により成膜し、緑色発光層（２層目の発光層）を形成した。
次に、上記緑色発光層上に、CBPを、真空度10^-5Paの条件下、1.0Å/secの蒸着速度で5nmの厚さに真空蒸着により成膜し、ノンドープ領域を形成した。次に、ホスト材料としてCBPを用い、赤色発光ドーパントとしてIr(piq)₃を用いて、上記ノンドープ領域上に、CBPおよびIr(piq)₃を、Ir(piq)₃濃度が3wt%となるように、真空度10^-5Paの条件下、蒸着速度1Å/secで10nmの厚さに真空蒸着により成膜し、赤色発光領域（ドープ領域）を形成した。次に、上記ドープ領域上に、CBPを、真空度10^-5Paの条件下、1.0Å/secの蒸着速度で5nmの厚さに真空蒸着により成膜し、ノンドープ領域を形成した。これにより、ノンドープ領域とドープ領域とノンドープ領域とを有する赤色発光層（３層目の発光層）を得た。
【０３８１】
次に、上記発光層上に、TBADNを、真空度10^-5Paの条件下、蒸着速度が1Å/secで10nmの厚さに真空蒸着により成膜し、電子輸送層（１層目の電子注入輸送層）を形成した。次に、上記電子輸送層上に、上記構造式で表されるBCPと、Liqとを体積比1：1で真空度10^-5Paの条件下、共蒸着により蒸着速度1Å/secで膜厚10nmに成膜し、電子注入層（２層目の電子注入輸送層）を形成した。
【０３８２】
最後に、上記電子注入層上に陰極としてAlを蒸着速度5Å/secで100nmの厚さに蒸着した。
【０３８３】
（評価）
表５に実施例７の有機ＥＬ素子の10mA/cm²下での発光特性を示す。
【０３８４】
【表５】

【０３８５】
実施例７の有機ＥＬ素子からは、TBPe、C545T、Ir(piq)₃由来の発光ピークがそれぞれ観測された。実施例６および実施例７の有機ＥＬ素子を比較すると、実施例６の有機ＥＬ素子では、正面輝度の発光効率が8.4cd/Aであり、全角度へ放射される発光を観測して得られたフォトン数と、投入した電子数とから外部量子効率を算出したところ4.3%であった。一方、実施例７の有機ＥＬ素子では、正面輝度の発光効率は8.6cd/Aであり、外部量子効率は4.4%であった。また、寿命特性については、初期輝度1000cd/m²からの輝度半減寿命を定電流密度下で観察したところ、実施例６、７の有機ＥＬ素子では、輝度が半減する時間はそれぞれ150時間を達成した。
【０３８６】
［実施例８］
（有機ＥＬ素子の作製）
まず、ガラス基板上に陽極としてITOが2mm幅のライン状にパターニングされたITO基板を準備した。そのITO基板上に、TBADNとMoO₃とを体積比67：33で真空度10^-5Paの条件下、共蒸着により1.0Å/secの蒸着速度で合計膜厚10nmとなるように成膜し、正孔注入層（１層目の正孔注入輸送層）を形成した。次に、TBADNとMoO₃とを体積比90：10で真空度10^-5Paの条件下、共蒸着により1.0Å/secの蒸着速度で合計膜厚100nmとなるように真空蒸着し、その上にTBADNを10nmの厚さになるように真空蒸着し、正孔輸送層（２層目の正孔注入輸送層）を形成した。
【０３８７】
次に、ホスト材料としてTBADNを用い、青色発光ドーパントとしてTBPeを用いて、上記正孔輸送層上に、TBADNおよびTBPeを、TBPe濃度が3wt%となるように、真空度10^-5Paの条件下、蒸着速度1Å/secで10nmの厚さに真空蒸着により成膜し、青色発光層（１層目の発光層）を形成した。
次に、ホスト材料として上記構造式で表されるTCTAを用い、緑色発光ドーパントとして上記構造式で表されるC545Tを用いて、上記青色発光層上に、TCTAおよびC545Tを、C545T濃度が3wt%となるように、真空度10^-5Paの条件下、蒸着速度1Å/secで5nmの厚さに真空蒸着により成膜し、緑色発光層（２層目の発光層）を形成した。
次に、ホスト材料としてCBPを用い、赤色発光ドーパントとしてIr(piq)₃を用いて、上記緑色発光層上に、CBPおよびIr(piq)₃を、Ir(piq)₃濃度が3wt%となるように、真空度10^-5Paの条件下、蒸着速度1Å/secで10nmの厚さに真空蒸着により成膜し、赤色発光層（３層目の発光層）を形成した。
【０３８８】
次に、上記発光層上に、CBPを、真空度10^-5Paの条件下、蒸着速度が1Å/secで10nmの厚さに真空蒸着により成膜し、電子輸送層（１層目の電子注入輸送層）を形成した。次に、上記電子輸送層上に、CBPと、Liqとを体積比1：1で真空度10^-5Paの条件下、共蒸着により蒸着速度1Å/secで膜厚10nmに成膜し、電子注入層（２層目の電子注入輸送層）を形成した。
【０３８９】
最後に、上記電子注入層上に陰極としてAlを蒸着速度5Å/secで100nmの厚さに蒸着した。
【０３９０】
（評価）
表６に実施例８の有機ＥＬ素子の10mA/cm²下での発光特性を示す。
【０３９１】
【表６】

【０３９２】
実施例８の有機ＥＬ素子からは、TBPe、C545T、Ir(piq)₃由来の発光ピークがそれぞれ観測された。実施例３および実施例８の有機ＥＬ素子を比較すると、実施例３の有機ＥＬ素子では、正面輝度の発光効率が7.1cd/Aであり、全角度へ放射される発光を観測して得られたフォトン数と、投入した電子数とから外部量子効率を算出したところ3.6%であった。一方、実施例８の有機ＥＬ素子では、正面輝度の発光効率は7.6cd/Aであり、外部量子効率は4.0%であった。また、寿命特性については、初期輝度1000cd/m²からの輝度半減寿命を定電流密度下で観察したところ、実施例３、８の有機ＥＬ素子では、輝度が半減する時間はそれぞれ150時間を達成した。
【符号の説明】
【０３９３】
１ … 有機ＥＬ素子
２ … 基板
３ … 陽極
４ … 正孔注入輸送層
５ａ … 陽極側発光層
５ｂ … 陰極側発光層
６ … 中央発光層
７ … 電子注入輸送層
８ … 陰極
９ … 第２正孔注入輸送層
１０ … 第２電子注入輸送層
１１ … 第３正孔注入輸送層
１２ … 第３電子注入輸送層
１６ａ … 第２中央発光層
１６ｂ … 第３中央発光層
２１，２１ａ，２１ｂ … ドープ領域
２２ … ノンドープ領域

【特許請求の範囲】
【請求項１】
陽極と、前記陽極上に形成された正孔注入輸送層と、前記正孔注入輸送層上に形成され、ホスト材料および発光ドーパントを含有する陽極側発光層と、前記陽極側発光層上に形成された中央発光層と、前記中央発光層上に形成された電子注入輸送層と、前記電子注入輸送層上に形成された陰極とを有する有機エレクトロルミネッセンス素子であって、
前記正孔注入輸送層の構成材料および前記陽極側発光層のホスト材料が同一であり、
前記中央発光層の構成材料および前記陽極側発光層のホスト材料が異なり、
前記正孔注入輸送層の構成材料の電子親和力をEa₁、前記中央発光層の構成材料の電子親和力をEa₂としたとき、Ea₁≧Ea₂であり、前記中央発光層の構成材料のイオン化ポテンシャルをIp₂、前記電子注入輸送層の構成材料のイオン化ポテンシャルをIp₃としたとき、Ip₂≧Ip₃であることを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項２】
陽極と、前記陽極上に形成された正孔注入輸送層と、前記正孔注入輸送層上に形成された中央発光層と、前記中央発光層上に形成され、ホスト材料および発光ドーパントを含有する陰極側発光層と、前記陰極側発光層上に形成された電子注入輸送層と、前記電子注入輸送層上に形成された陰極とを有する有機エレクトロルミネッセンス素子であって、
前記電子注入輸送層の構成材料および前記陰極側発光層のホスト材料が同一であり、
前記中央発光層の構成材料および前記陰極側発光層のホスト材料が異なり、
前記正孔注入輸送層の構成材料の電子親和力をEa₁、前記中央発光層の構成材料の電子親和力をEa₂としたとき、Ea₁≧Ea₂であり、前記中央発光層の構成材料のイオン化ポテンシャルをIp₂、前記電子注入輸送層の構成材料のイオン化ポテンシャルをIp₃としたとき、Ip₂≧Ip₃であることを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項３】
陽極と、前記陽極上に形成された正孔注入輸送層と、前記正孔注入輸送層上に形成され、ホスト材料および発光ドーパントを含有する陽極側発光層と、前記陽極側発光層上に形成された中央発光層と、前記中央発光層上に形成され、ホスト材料および発光ドーパントを含有する陰極側発光層と、前記陰極側発光層上に形成された電子注入輸送層と、前記電子注入輸送層上に形成された陰極とを有する有機エレクトロルミネッセンス素子であって、
前記正孔注入輸送層の構成材料および前記陽極側発光層のホスト材料が同一であり、
前記電子注入輸送層の構成材料および前記陰極側発光層のホスト材料が同一であり、
前記中央発光層の構成材料および前記陽極側発光層のホスト材料が異なり、
前記中央発光層の構成材料および前記陰極側発光層のホスト材料が異なり、
前記正孔注入輸送層の構成材料の電子親和力をEa₁、前記中央発光層の構成材料の電子親和力をEa₂としたとき、Ea₁≧Ea₂であり、前記中央発光層の構成材料のイオン化ポテンシャルをIp₂、前記電子注入輸送層の構成材料のイオン化ポテンシャルをIp₃としたとき、Ip₂≧Ip₃であることを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項４】
前記正孔注入輸送層および前記電子注入輸送層が正孔および電子を輸送しうるバイポーラ材料を含有し、前記正孔注入輸送層および前記電子注入輸送層に含有されるバイポーラ材料が同一であることを特徴とする請求項１に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項５】
前記正孔注入輸送層および前記電子注入輸送層が正孔および電子を輸送しうるバイポーラ材料を含有し、前記正孔注入輸送層および前記電子注入輸送層に含有されるバイポーラ材料が同一であることを特徴とする請求項２に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項６】
前記正孔注入輸送層および前記電子注入輸送層が正孔および電子を輸送しうるバイポーラ材料を含有し、前記正孔注入輸送層および前記電子注入輸送層に含有されるバイポーラ材料が同一であることを特徴とする請求項３に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項７】
前記中央発光層がホスト材料および発光ドーパントを含有し、前記電子注入輸送層の構成材料および前記中央発光層のホスト材料が同一であり、前記正孔注入輸送層の構成材料および前記電子注入輸送層の構成材料が異なることを特徴とする請求項１に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項８】
前記中央発光層がホスト材料および発光ドーパントを含有し、前記正孔注入輸送層の構成材料および前記中央発光層のホスト材料が同一であり、前記正孔注入輸送層の構成材料および前記電子注入輸送層の構成材料が異なることを特徴とする請求項２に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項９】
前記陽極側発光層と前記中央発光層との間にホスト材料および発光ドーパントを含有する第２中央発光層が形成され、前記第２中央発光層のホスト材料が前記陽極側発光層のホスト材料と同一であることを特徴とする請求項１、請求項４または請求項７に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項１０】
前記陰極側発光層と前記中央発光層との間にホスト材料および発光ドーパントを含有する第３中央発光層が形成され、前記第３中央発光層のホスト材料が前記陰極側発光層のホスト材料と同一であることを特徴とする請求項２、請求項５または請求項８に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項１１】
前記中央発光層が、ホスト材料および発光ドーパントを含有し、前記発光ドーパントを含有する１箇所以上のドープ領域と前記発光ドーパントを含有しない１箇所以上のノンドープ領域とを有することを特徴とする請求項１から請求項１０まで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１２】
前記陽極側発光層が前記発光ドーパントを含有する１箇所以上のドープ領域と前記発光ドーパントを含有しない１箇所以上のノンドープ領域とを有することを特徴とする請求項１、請求項３、請求項４、請求項６、請求項７、請求項９または請求項１１に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項１３】
前記陰極側発光層が前記発光ドーパントを含有する１箇所以上のドープ領域と前記発光ドーパントを含有しない１箇所以上のノンドープ領域とを有することを特徴とする請求項２、請求項３、請求項５、請求項６、請求項８、請求項１０または請求項１１に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項１４】
前記中央発光層が前記正孔注入輸送層側に前記ノンドープ領域を有することを特徴とする請求項１１に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項１５】
前記中央発光層が前記電子注入輸送層側に前記ノンドープ領域を有することを特徴とする請求項１１または請求項１４に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項１６】
前記中央発光層が２箇所の前記ドープ領域を有し、前記２箇所のドープ領域の間に前記ノンドープ領域が配置されており、前記２箇所のドープ領域がそれぞれ異なる種類の発光ドーパントを含有することを特徴とする請求項１１、請求項１４または請求項１５に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項１７】
前記陽極側発光層が、前記中央発光層側に前記ノンドープ領域を有することを特徴とする請求項１２に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項１８】
前記陽極側発光層が２箇所の前記ドープ領域を有し、前記２箇所のドープ領域の間に前記ノンドープ領域が配置されており、前記２箇所のドープ領域がそれぞれ異なる種類の発光ドーパントを含有することを特徴とする請求項１２または請求項１７に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項１９】
前記陰極側発光層が、前記中央発光層側に前記ノンドープ領域を有することを特徴とする請求項１３に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項２０】
前記陰極側発光層が２箇所の前記ドープ領域を有し、前記２箇所のドープ領域の間に前記ノンドープ領域が配置されており、前記２箇所のドープ領域がそれぞれ異なる種類の発光ドーパントを含有することを特徴とする請求項１３または請求項１９に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項２１】
前記陽極および前記正孔注入輸送層の間に第２正孔注入輸送層が形成され、前記第２正孔注入輸送層の構成材料の電子親和力をEa₆としたときEa₆＜Ea₁であり、かつ、前記第２正孔注入輸送層の構成材料のイオン化ポテンシャルをIp₆としたときIp₆≦Ip₁であることを特徴とする請求項１から請求項２０まで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２２】
前記電子注入輸送層および前記陰極の間に第２電子注入輸送層が形成され、前記第２電子注入輸送層の構成材料のイオン化ポテンシャルをIp₇としたときIp₃＜Ip₇であり、かつ、前記第２電子注入輸送層の構成材料の電子親和力をEa₇としたときEa₃≦Ea₇であることを特徴とする請求項１から請求項２１まで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】
複数層の前記発光層のうち、少なくともいずれか一つが蛍光発光ドーパントを含有し、その他が燐光発光ドーパントを含有することを特徴とする請求項１から請求項２２まで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。

【図１】

【図２】

【図３】

【図４】

【図５】

【図６】

【図７】

【図８】

【図９】

【図１０】

【図１１】

【図１２】

【図１３】

【図１４】

【図１５】

【図１６】

【図１７】

【図１８】

【図１９】

【図２０】

【図２１】

【図２２】

【図２３】

【図２４】

【公開番号】特開２０１０−２０５４３４（Ｐ２０１０−２０５４３４Ａ）
【公開日】平成２２年９月１６日（２０１０．９．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−４６５８６（Ｐ２００９−４６５８６）
【出願日】平成２１年２月２７日（２００９．２．２７）
【出願人】（０００００２８９７）大日本印刷株式会社 (14,506)
【Ｆターム（参考）】