有機エレクトロルミネッセンス素子
【課題】発光効率の高い有機エレクトロルミネッセンス素子を提供することを目的とする。
【解決手段】一対の電極２、７の間に第１発光層５と第２発光層１０とが積層されてなる２つの発光層を備え、前記２つの発光層がそれぞれ発光層の大部分を占めるホスト材料に燐光材料からなるゲスト材料が少量含有されてなる有機エレクトロルミネッセンス素子であって、前記有機エレクトロルミネッセンス素子に電圧を印加することにより一対の電極２、７から注入される電子とホールとから形成される励起子エネルギーが第１発光層５のホスト材料から第１発光層５のゲスト材料である燐光材料へエネルギー移動され、第１発光層５のゲスト材料である燐光材料で発光するとともに、一対の電極２、７から注入される電子とホールが、第２発光層１０のゲスト材料である燐光材料で直接再結合して発光する有機エレクトロルミネッセンス素子を用いることによって、上記課題を解決できる。
【解決手段】一対の電極２、７の間に第１発光層５と第２発光層１０とが積層されてなる２つの発光層を備え、前記２つの発光層がそれぞれ発光層の大部分を占めるホスト材料に燐光材料からなるゲスト材料が少量含有されてなる有機エレクトロルミネッセンス素子であって、前記有機エレクトロルミネッセンス素子に電圧を印加することにより一対の電極２、７から注入される電子とホールとから形成される励起子エネルギーが第１発光層５のホスト材料から第１発光層５のゲスト材料である燐光材料へエネルギー移動され、第１発光層５のゲスト材料である燐光材料で発光するとともに、一対の電極２、７から注入される電子とホールが、第２発光層１０のゲスト材料である燐光材料で直接再結合して発光する有機エレクトロルミネッセンス素子を用いることによって、上記課題を解決できる。
【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ものであって、特に２つ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、有機ＥＬ）素子は、テレビ、パーソナルコンピュータ、携帯端末などの表示装置や、これらの表示装置に用いられるバックライト、さらには照明機器などへの応用が期待されている。このため、有機ＥＬ素子を低電圧で駆動する技術や、有機ＥＬ素子の発光効率を良好とするための様々な技術の開発が進められている。
【０００３】
有機ＥＬ素子は、たとえば、インジウム−スズ酸化物（以下、ＩＴＯ）などの透明電極（陽極）とアルミニウムなどの金属電極（陰極）との間に、有機層が形成されてなる。当該有機層は発光材料（発光層）を含み、当該発光材料は透明電極と金属電極を介して電圧が印加される構造となっている。
【０００４】
上記の透明電極と金属電極との間に電圧が印加されると、透明電極から正孔（ホール）が、金属電極から電子が注入され、電子とホールは発光材料中で性結合して発光が生じる。この場合、発光効率を良好にするために、透明電極と金属電極との間に、電子輸送材料（電子輸送層）、ホール輸送材料（ホール輸送層）などを有するように構成している。
【０００５】
近年、有機ＥＬ素子の発光効率を良好にするために、従来の蛍光材料に代えて燐光材料が用いられるようになってきている。従来の蛍光材料は、有機化合物の一重項励起状態から一重項基底状態への輻射遷移である蛍光を利用したものである。理論的な外部量子効率（注入電子数に対する外部への放射光子数の割合）としては５％が限界とされている。
【０００６】
一方、燐光材料は、三重項励起状態から一重項基底状態への輻射遷移である燐光を利用するため、その発光効率は蛍光材料の発光効率よりも良くなる（たとえば、非特許文献１）。また、燐光材料を使用する際のホスト材料の三重項エネルギーの閉じ込めの重要性については、数多くの報告がなされている（たとえば、非特許文献２）。
【０００７】
上記の有機ＥＬ素子を、たとえば、ディスプレイなどに用いる場合には、赤、緑、青の三原色が必要となる。緑や赤に関しては、蛍光材料で発光効率・素子寿命のよい素子が数多く報告されている
たとえば、緑色発光あるいは赤色発光の燐光材料をゲストとして用いる場合には、ホスト材料として下記化学構造式（１）で表されるＣＢＰなどのようなバイポーラ材料を選択することができ、励起子の高密度化を避けることができる。
【０００８】
【化１】
【０００９】
そこで、燐光材料を用いた青色発光有機ＥＬ素子への展開が期待された。しかし、青色発光有機ＥＬ素子については高効率化・長寿命化が困難であった。
色純度の高い青色燐光材料を効率よく発光させるためには、その燐光材料よりも三重項エネルギーの大きいホスト材料が必要となる。一般に、三重項エネルギーの大きい材料としてカルバゾール誘導体があげられるが、これらの多くはホール輸送性材料である。そのため、有機ＥＬ素子において、このような三重項エネルギーの大きいホール輸送性のホスト材料をホールブロック層と積層して用いた場合には、ホール輸送性のホスト材料とホールブロック層との界面で高密度の励起子が生成されてホスト材料から燐光材料へのエネルギー移動が不完全となること、生成された励起子に対するゲスト材料の濃度が不十分となること、三重項−三重項消滅および三重項―励起子間の相互作用などにより、発光効率が低下する。実際、有機ＥＬ素子における発光効率の低下が、三重項−三重項消滅や、励起子−電荷間の相互作用によるものであると考えられる場合が報告されている（たとえば、非特許文献６）。
【００１０】
特許文献１には、有機ＥＬ素子の発光効率を向上させ、長寿命化を実現する方法の一つとして、有機ＥＬ素子の発光層を第１の金属錯体のみからなる発光層と第２の金属錯体のみからなる発光層の２つの発光層で形成する構成が開示されている。これにより、発光層が金属錯体のみからなる１層である場合の有機ＥＬ素子に比べて発光効率を向上させ、長寿命化が実現できるが、実用化の点では十分なものではなく、特に青色発光有機ＥＬ素子の発光効率、寿命としては十分ではなかった。
【００１１】
白色発光の有機ＥＬ素子をバックライトとして用いて、赤、緑、青のカラーフィルターと組み合わせることによっても、ディスプレイを製造することができる。また、白色発光の有機ＥＬ素子は、照明機器などにも好適に用いることができる。
白色発光の有機ＥＬ素子には、高い発光効率に加えて高い演色性が求められる。高い演色性は、可視光領域を広くカバーするような発光がされることによりなされる。たとえば、赤色、緑色及び青色の発光色を呈する材料を有機ＥＬ素子内に含有させ、各色をバランスよく発光させることにより、高い演色性の白色発光をさせることができる。
【００１２】
そこで、燐光材料を用いた白色発光有機ＥＬ素子への展開も期待された。燐光材料を用いた白色発光の有機ＥＬ素子としては、たとえば、次の三種類の素子が考えられる。
（１）蒸着分散型素子：赤色、緑色及び青色の発光色を呈する燐光材料をゲスト材料として低分子材料からなるホスト材料中に分散させて白色発光層を形成する（例えば、非特許文献７）。前記白色発光層は、たとえば、真空蒸着法により成膜する。
（２）蒸着積層型素子：赤色の発光色を呈する燐光材料をゲスト材料として低分子材料からなるホスト材料に分散させて形成した赤色発光層と、緑色の発光色を呈する燐光材料をゲスト材料として低分子材料からなるホスト材料に分散させて形成した緑色発光層と、青色の発光色を呈する燐光材料をゲスト材料として低分子材料からなるホスト材料に分散させて形成した青色発光層とを積層して白色発光層を形成する（例えば、非特許文献８）。前記各色の発光層はそれぞれ、たとえば、真空蒸着法により成膜する。
（３）高分子分散型素子：赤色、緑色及び青色の発光色を呈する燐光材料をゲスト材料として高分子材料からなるホスト材料に分散させて白色発光層を形成する（例えば、非特許文献９、特許文献２）。前記白色発光層は、たとえば、塗布法により成膜する。
【００１３】
しかし、上記の三種類の素子はいずれも問題点があった。
まず、蒸着分散型素子では、白色発光を得るために各燐光材料の濃度バランスを制御する必要があり、真空蒸着の際、赤色、緑色及び青色の発光色を呈する各燐光材料及びホスト材料である低分子材料の蒸着速度をそれぞれ厳密に調整することが必要となるが、これが非常に難しい。
また、蒸着積層型素子では、白色発光を得るために最適な条件を決定するパラメーターとして、各色の発光層のゲスト濃度だけでなく、各色の発光層の厚さがあるので、各色の発光層の厚さを変更して発光実験を繰り返す工程が必要となり、そのための開発コストおよび開発時間が多くかかる。また、実際の素子製造プロセスも、各色の発光層を別々に形成するので、製造プロセスが煩雑となり、製造コストが高くなる。
一方、高分子分散型素子では、塗布法を用いるので、ゲスト材料及びホスト材料の蒸着速度をそれぞれ厳密に調整する必要がなくなり、製造プロセスを簡易にすることができる。また、白色発光を得るために各色の発光層を形成する必要がなくなり、各色の発光層の厚さを変更して発光実験を繰り返す工程が必要となり、製造プロセスを簡素化することができる。
しかし、高分子分散型素子は、その発光効率が低分子材料を用い素子に比較して低いという問題があった。
【特許文献１】特開２００７−２９４４０２号公報
【特許文献２】特開２００７−３０５７８３号公報
【非特許文献１】エム・エー・バルドー，エス・ラマンスキー，ピー・イー・トンプソン，エス・アール・フォレスト（Ｍ．Ａ．Ｂａｌｄｏ， Ｓ．Ｌａｍａｎｓｋｙ， Ｐ．Ｅ．Ｔｈｏｍｐｓｏｎ ａｎｄ Ｓ．Ｒ．Ｆｏｒｒｅｓｔ），アプライド．フィジックス．レター（Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．），７５，４（１９９９）
【非特許文献２】エス・トキトウら（Ｓ．Ｔｏｋｉｔｏ ｅｔ ａｌ），アプライド．フィジックス．レター（Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．），８３，５６９（２００３）
【非特許文献３】アイ・タナカら（Ｉ．Ｔａｎａｋａ ｅｔ ａｌ），ジャーナル．オブ．アプライド．フィジックス（Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．），９９，０７３５０１（２００６）
【非特許文献４】エックス・レンら（Ｘ．Ｒｅｎ ｅｔ ａｌ），ケミカル．マテリアルズ（Ｃｈｅｍ．Ｍａｔｅｒ．），１６，４７４７（２００４）
【非特許文献５】アール・ジェイ・ホームズら（Ｒ．Ｊ．Ｈｏｌｍｅｓ ｅｔ ａｌ），アプライド．フィジックス．レター（Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．），８３，３８１８（２００３）
【非特許文献６】エム・エー・バルドーら（Ｍ．Ａ．Ｂａｌｄｏ ｅｔ ａｌ），フィジックス．レビュー（Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．），Ｂ６２，１０９６７（２０００）
【非特許文献７】ビー・ダブリュ・ダンドラデ（Ｂ．Ｗ．Ｄ’Ａｎｄｒａｄｅ ｅｔ ａｌ），アドバンスド．マテリアル（Ａｄｖ．Ｍａｔｅｒ．），１６，６２４（２００４）
【非特許文献８】ワイ・サンら（Ｙ．Ｓｕｎ ｅｔ ａｌ），アプライド．フィジックス．レター（Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．），９１，２６３５０３（２００７）
【非特許文献９】エイチ・ビー・ウーら（Ｈ．Ｂ．Ｗｕ ｅｔ ａｌ），アドバンスド．マテリアル（Ａｄｖ．Ｍａｔｅｒ．），２０，６９６（２００８）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明は、上記事情を鑑みてなされたもので、発光効率の高い有機エレクトロルミネッセンス素子を提供することを目的とする。特に、発光効率が高く、演色性が高い白色発光の有機エレクトロルミネッセンス素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明は、上記の問題を解決する新規で有用な有機ＥＬ素子を提供することを統括的課題としている。そこで、本発明の発明者らが鋭意研究した結果、ホスト材料に燐光材料をドープした第１発光層に加えて、ホールブロック材料に燐光材料をドープした第２発光層を設けることで、励起子の生成領域を分配し、高効率な有機ＥＬ素子を形成することが可能であることを見出した。
特に、２つの発光層に含有させた複数のゲスト材料を同時に発光させて白色発光を行う際に、ホスト材料に対して三重項エネルギーの低いゲスト材料を用いることにより、発光効率が高く、演色性が高い白色発光の有機ＥＬ素子を形成することが可能であることを見出した。
【００１６】
上記の目的を達成するために、本発明は以下の構成を採用した。すなわち、
本発明の有機エレクトロルミネッセンス素子は、一対の電極の間に第１発光層と第２発光層とが積層されてなる２つの発光層を備え、前記２つの発光層がそれぞれホスト材料に燐光材料からなるゲスト材料が含有されてなる有機エレクトロルミネッセンス素子であって、前記有機エレクトロルミネッセンス素子に電圧を印加することにより、前記一対の電極から注入される電子とホールとから形成される励起子のエネルギーが、前記第１発光層のホスト材料から前記第１発光層のゲスト材料である燐光材料へエネルギー移動され、前記第１発光層のゲスト材料である燐光材料で発光するとともに、前記一対の電極から注入される電子とホールが、前記第２発光層のゲスト材料である燐光材料で直接再結合して発光することを特徴とする。
【００１７】
本発明の有機エレクトロルミネッセンス素子は、前記第１発光層のホスト材料が、前記第１発光層のゲスト材料である燐光材料よりも大きい三重項エネルギーを有するホール輸送性材料であることを特徴とする。
【００１８】
本発明の有機エレクトロルミネッセンス素子は、前記第２発光層のホスト材料が、前記第２発光層のゲスト材料である燐光材料よりも大きなイオン化ポテンシャルを有するとともに、より大きな三重項エネルギーを有し、ホールブロック性が高い電子輸送性材料であることを特徴とする。
【００１９】
本発明の有機エレクトロルミネッセンス素子は、前記２つの発光層の界面で、前記第１発光層のホスト材料から前記第２発光層のゲスト材料である燐光材料へ電荷注入されることにより、前記一対の電極から注入される電子とホールとから形成される励起子の生成領域が前記２つの発光層に分配され、前記２つの発光層で発光することを特徴とする。
【００２０】
本発明の有機エレクトロルミネッセンス素子は、前記２つの発光層のゲスト材料がいずれも青色発光の燐光材料であり、青色発光を行うことを特徴とする。
【００２１】
前記２つの発光層に複数のゲスト材料である燐光材料が含有されており、前記複数のゲスト材料である燐光材料を同時に発光させて白色発光を行うことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【００２２】
本発明の有機エレクトロルミネッセンス素子は、前記２つの発光層のゲスト材料がそれぞれその発光色を互いに補色とする燐光材料であり、白色発光を行うことを特徴とする。
【００２３】
本発明の有機エレクトロルミネッセンス素子は、前記２つの発光層に少なくとも赤色の発光色を呈するゲスト材料である燐光材料と、緑色の発光色を呈するゲスト材料である燐光材料と、青色の発光色を呈するゲスト材料である燐光材料とが含有されていることを特徴とする。
【００２４】
本発明の有機エレクトロルミネッセンス素子は、前記２つの発光層に含有される複数のゲスト材料である燐光材料のうち、前記第２発光層のゲスト材料である燐光材料が最も小さな三重項エネルギーを有することを特徴とする。
【００２５】
本発明の有機エレクトロルミネッセンス素子は、前記第２発光層のホスト材料が、前記２つの発光層に含有される複数のゲスト材料である燐光材料よりも大きい三重項エネルギーを有し、ホールブロック性が高い電子輸送性材料であることを特徴とする。
【００２６】
本発明の有機エレクトロルミネッセンス素子は、前記第１発光層のホスト材料が、前記２つの発光層に含有される複数のゲスト材料である燐光材料よりも大きい三重項エネルギーを有するホール輸送性材料であることを特徴とする。
【００２７】
本発明の有機エレクトロルミネッセンス素子は、前記２つの発光層の界面で、前記第１発光層のゲスト材料である燐光材料から前記第２発光層のゲスト材料である燐光材料へエネルギー移動することにより、発光領域が前記２つの発光層に分配され、前記２つの発光層で発光することを特徴とする。
【００２８】
本発明の有機エレクトロルミネッセンス素子は、前記第１発光層が塗布法により形成され、前記第２発光層が真空蒸着法により形成されてなることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２９】
上記の構成によれば、発光効率の高い有機エレクトロルミネッセンス素子を提供することができる。特に、発光効率が高く、演色性が高い白色発光の有機エレクトロルミネッセンス素子を提供することができる。
【００３０】
本発明の有機エレクトロルミネッセンス素子は、一対の電極の間に第１発光層と第２発光層とが積層されてなる２つの発光層を備え、前記２つの発光層がそれぞれホスト材料に燐光材料からなるゲスト材料が含有されてなる有機エレクトロルミネッセンス素子であって、前記有機エレクトロルミネッセンス素子に電圧を印加することにより、前記一対の電極から注入される電子とホールとから形成される励起子のエネルギーが、前記第１発光層のホスト材料から前記第１発光層のゲスト材料である燐光材料へエネルギー移動され、前記第１発光層のゲスト材料である燐光材料で発光するとともに、前記一対の電極から注入される電子とホールが、前記第２発光層のゲスト材料である燐光材料で直接再結合して発光する構成なので、第１発光層と第２発光層との界面で蓄積されたホールの一部が、第２発光層のゲスト材料である燐光材料に直接注入されホッピング移動する際に第２発光層のホスト中を移動してきた電子と直接再結合してエネルギー放射（発光）を行うこともできる。そのため、有機ＥＬ素子の発光効率を向上させることができる。
【００３１】
本発明の有機エレクトロルミネッセンス素子は、第１発光層のホスト材料が、第１発光層のゲスト材料である燐光材料よりも大きい三重項エネルギーを有するホール輸送性材料である構成なので、ホールを高密度で蓄積できるとともに、ホールをゲスト材料である燐光材料にトラップさせて、発光効率を向上させることができる。
【００３２】
本発明の有機エレクトロルミネッセンス素子は、第２発光層のホスト材料が、第２発光層のゲスト材料である燐光材料よりも大きなイオン化ポテンシャルを有するとともに、より大きな三重項エネルギーを有し、ホールブロック性が高い電子輸送性材料である構成なので、第１発光層との界面でホールをブロックして、第１発光層側にホールを高密度で蓄積できるとともに、前記ホールを第２発光層のゲスト材料である燐光材料にトラップさせて、直接再結合させて発光させ、発光効率を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
以下、本発明の実施形態である有機ＥＬ素子について説明する。
（実施形態１：青色発光有機ＥＬ素子）
図１は、本発明の実施形態である有機ＥＬ素子の一例を示す模式図である。
図１に示すように、本発明の実施形態である有機ＥＬ素子は、基板１上に、陽極（電極）２、ホール注入層（有機層）３、ホール輸送層（有機層）４、第１発光層：燐光材料を含む発光層（有機層）５、第２発光層：ホールブロック兼発光層（有機層）１０、電子輸送層（有機層）９、陰極（電極）７がこの順序で積層されている。
【００３４】
＜基板＞
基板１は、透明なガラス基板などが好ましい。これにより、ガラス基板を介して、有機ＥＬ素子から光を出射させることができる。なお、光をガラス基板と反対側から出射させるトップエミッション方式などを採用する場合には、透明な基板を用いる必要がなく、シリコン基板や金属基板などを用いても良い。
【００３５】
＜陽極（電極）＞
陽極２は、透明な金属酸化物などからなる透明な電極であることが好ましく、たとえば、ＩＴＯ、ＩＺＯなどを挙げることができる。スパッタ法などにより形成することができる。
【００３６】
＜ホール注入層（有機層）＞
ホール注入層３は、ホール注入性材料から形成されることが好ましい。たとえば、ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳなどを挙げることができる。
なお、ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳからなるホール注入層３は、ＰＥＤＯＴとＰＳＳを含む混合水溶液（Ｈ．Ｃ．スタルク社製（Ｈ．Ｃ．Ｓｔａｒｃｋ）、Ｂａｙｔｒｏｎ Ｐ ＣＨ８０００、固形分３％、以下、ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ混合水溶液）を用意して、これを基板１の陽極２が形成された一面にスピンコーティング法により塗布した後、１８０℃で１時間乾燥させて、形成することができる。
【００３７】
＜ホール輸送層（有機層）＞
ホール輸送層４は、ホール輸送性材料から形成されることが好ましい。たとえば、α−ＮＰＤなどを挙げることができる。真空蒸着法などを用いて成膜することができる。
なお、十分なホールを第１発光層５へ輸送できる場合には、ホール輸送層４を設けなくてもよい。これにより、第１発光層５を塗布法で形成する場合には、ホール注入層３に連続して塗布法を用いることができ、製造プロセスを簡略化することができる。
【００３８】
＜第１発光層（有機層）＞
第１発光層５は、第１発光層の主成分となる第１発光層用ホスト材料と、第１発光層に少量含有させる第１発光層用ゲスト材料とから構成されている。
たとえば、真空蒸着法により、第１発光層用ホスト材料と第１発光層用ゲスト材料とを共蒸着することにより、第１発光層５を形成することができる。
また、前記第１発光層用ホスト材料と前記第１発光層用ゲスト材料とを溶解させて調整した第１発光層用溶液を用いて、スピンコーティングなどの塗布法を行うことにより、第１発光層５を形成してもよい。
【００３９】
＜第１発光層用ホスト材料（第１発光層のホスト材料）＞
第１発光層用ホスト材料としては、第１発光層用ゲスト材料よりも三重項エネルギーが大きいホール輸送性材料が好ましい。たとえば、下記化学構造式（２）で示されるアダマンタンカルバゾール（Ａｄ−Ｃｚ）などを挙げることができる。
Ａｄ−Ｃｚは、先に示したＣＢＰのフェニル基の間にアダマンチル基が導入された構造であり、これにより構造的なねじれが発生して、三重項エネルギーが大きくなる。
【００４０】
【化２】
【００４１】
また、Ａｄ−Ｃｚの電荷移動度をＴｉｍｅ−ｏｆ−Ｆｌｉｇｈｔ（ＴＯＦ）法で測定したところ、ホール移動度は、約１０−５（ｃｍ２／Ｖｓ）であることが分かった。また、電子移動度は測定限界を超えて低い値であることが分かった。従って、Ａｄ−Ｃｚはホール輸送性材料である。
【００４２】
＜第１発光層用ゲスト材料（第１発光層のゲスト材料）＞
第１発光層用ゲスト材料としては、発光効率の高いイリジウム錯体などのような燐光材料が好ましく、たとえば、下記化学構造式（３）で示される色純度の高い青色発光の燐光材料であるＦＩｒ６などを挙げることができる。
【００４３】
【化３】
【００４４】
図２は、Ａｄ−ＣｚとＦＩｒ６との燐光スペクトルの測定結果である。なお、Ａｄ−Ｃｚは８Ｋで測定し、ＦＩｒ６は２９５Ｋで測定した。
これらのスペクトルから見積もることのできる三重項エネルギー値は、ホスト材料であるＡｄ−Ｃｚが２．８８ｅＶであり、ゲスト材料であるＦＩｒ６は２．７ｅＶであった。
【００４５】
＜第２発光層：ホールブロック層兼発光層（有機層）＞
第２発光層１０は、ホールブロック層を兼ねる発光層であることが好ましい。これにより、発光効率を向上させることができる。
第２発光層１０は、第２発光層の主成分となる第２発光層用ホスト材料と、第２発光層に微量含有させる第２発光層用ゲスト材料とからなる。
【００４６】
＜第２発光層用ホスト材料（第２発光層のホスト材料）＞
第２発光層用ホスト材料としては、エネルギーバンドギャップが広い、ホールブロック性材料が好ましい。なお、ホールブロック性材料は、有機ＥＬ素子として用いたときにホールブロック性材料の界面または層自体でホールの動きをブロックするホールブロック性を示す材料であればよく、ホールブロック性が高い電子輸送性材料であってもよい。別の言い方をすれば、第２発光層用ホスト材料のイオン化ポテンシャルが、第１発光層用ホスト材料のイオン化ポテンシャルよりも大きいことが好ましい。これにより、第１発光層と第２発光層との界面でホールをブロックし、励起子を効率よく生成することができる。
たとえば、第２発光層用ホスト材料としては、下記化学構造式（４）で示されるＵＧＨ２などを挙げることができる。
【００４７】
【化４】
【００４８】
なお、ＵＧＨ２の三重項エネルギーの大きさは約３ｅＶとの報告がある（たとえば、非特許文献４）。つまり、ＦＩｒ６の三重項エネルギーよりも大きいので、第２発光層では、ＦＩｒ６に三重項エネルギーの閉じ込めが可能となる。これにより、ＦＩｒ６から青色発光の強度を高めることができる。
【００４９】
第２発光層ホスト材料は、第２発光層ゲスト材料よりも大きなイオン化ポテンシャルを有することが好ましい。これにより、第２発光層ホスト材料上で電子を効率的にホッピング輸送することができるとともに、第２発光層ゲスト材料でトラップさせた電子をホールと効率的に再結合させて、発光させることができる。
【００５０】
なお、第１発光層のホスト材料がホール輸送性材料であり、第２発光層のホスト材料がホールブロック性が高い電子輸送性材料（ホールブロック性材料）であることにより、第１発光層と第２発光層との界面で効率的にホールをブロックしてホールを蓄積することができ、励起子を効率的に生成することができる。
【００５１】
＜第２発光層用ゲスト材料（第２発光層のゲスト材料）＞
第２発光層用ゲスト材料としては、色純度の高い青色発光の有機ＥＬ素子を作成する場合には、第１発光層用ゲスト材料と同じ材料が好ましい。つまり、第１発光層用ゲスト材料としてＦＩｒ６を用いた場合には、第２発光層用ゲスト材料としてはＦＩｒ６を用いる。
【００５２】
＜第１発光層および第２発光層のゲスト濃度＞
第１発光層および第２発光層のゲスト濃度は、ホスト材料及びゲスト材料の種類、第１発光層および第２発光層の膜厚などによって、有機ＥＬ素子の目的とする特性に合わせて最適となるように決定する。
本発明の実施形態である有機ＥＬ素子のように、第１発光層のホスト材料としてホール輸送性材料を用い、第２発光層のホスト材料としてホールブロック性材料を用いた場合には、ゲスト濃度を多すぎないようにすることが好ましい。ゲスト濃度が多すぎる場合には、エネルギー失活が生じて、発光効率を低下させる場合が発生する。また、ゲスト濃度が少なすぎる場合には、すべての励起子のエネルギーがゲストで消費することができずに、ホストで消費される場合が生じ、発光効率を十分向上させることはできない。
【００５３】
ゲスト濃度を最適な範囲とすることにより、第１発光層では、一対の電極から注入される電子とホールとから形成される励起子のエネルギーを、第１発光層で、第１発光層のホスト材料（Ａｄ−Ｃｚ）から第１発光層のゲスト材料である燐光材料（ＦＩｒ６）へエネルギー移動させて効率的に発光させることができる。また、第２発光層では、一対の電極から注入される電子とホールを、第２発光層のゲスト材料である燐光材料（ＦＩｒ６）で直接再結合させて発光させることができる。これにより、有機ＥＬ素子の発光効率を向上させることができる。
【００５４】
このように、第１発光層と第２発光層の２つの発光層を有する構造とすることにより、励起子の生成領域を２つの発光層に分配して広い範囲に拡大して励起子の再結合確率を上げるとともに、有機ＥＬ素子内で生成されたほぼ全ての励起子をゲスト材料である燐光材料（ＦＩｒ６）へ移動させて、ゲスト材料である燐光材料（ＦＩｒ６）の発光とすることにより、有機ＥＬ素子の発光効率を最大限向上させることができる。
【００５５】
＜電子輸送層（有機層）＞
電子輸送層９は、電子輸送性の材料が好ましく、たとえば、下記化学構造式（５）で示されるＴＰＢＩなどを挙げることができる。
【００５６】
【化５】
【００５７】
＜陰極（電極）＞
陰極（電極）７は、導電性の高く、イオン化ポテンシャルの大きい金属からなることが好ましい。しかし、このような金属は反応性が高く、容易に酸化されたり、水分と反応したりするので、反応生成の低い金属でカバーする２層構造にしたり、反応性低い金属に反応性の高い金属をドープするホスト−ゲスト構造とすることが好ましい。たとえば、ＬｉＦ（膜厚０．５ｎｍ）とＡｌ（膜厚１００ｎｍ）をこの順序で積層する。
【００５８】
なお、陽極２と陰極７をそれぞれ長手方向が互いに垂直となるストライプ状に形成することにより、前記ストライプの電極の交差部分の有機薄膜層に容易に電圧を印加できるシンプルマトリクス構造とすることがでる。陽極２および陰極７のストライプ構造はそれぞれ、フォトリソグラフィー法、メタルマスク真空蒸着法などを用いて形成することができる。
【００５９】
なお、このように２つの発光層のゲスト材料をどちらも青色発光の燐光材料として２つの発光層から発光させることにより、有機ＥＬ素子の青色発光の発光効率を向上させることができる。本実施形態では、２つの発光層のゲスト材料として、同一の青色発光の燐光材料を用いたが、異なる青色発光の燐光材料を用いても良い。
また、２つの発光層のゲスト材料として、それぞれその発光色を互いに補色とする燐光材料を用いて、それらを２つの発光層から同時に発光させることにより、有機ＥＬ素子を白色発光させる構成としても良い。
さらにまた、２つの発光層のゲスト材料を、３原色の発光色を呈する燐光材料を用いて、それらを２つの発光層から同時に発光させることにより、有機ＥＬ素子を白色発光させる構成としても良い。
【００６０】
＜比較形態１：発光効率の向上のメカニズムの考察１＞
次に、図３に示す構造の有機ＥＬ素子を比較形態１として、図１に示す本発明の実施形態である有機ＥＬ素子が高い発光効率を示すメカニズムについて説明する。
図３に示す構造の有機ＥＬ素子は、第２発光層：ホールブロック層兼発光層１０の代わりに、ホールブロック層８が設けられているほかは、図１に示す有機ＥＬ素子と同様の構成とされている。つまり、発光層は単層とされている。なお、同じ部材については同じ符号を付して示している。
【００６１】
＜ホールブロック層（有機層）＞
ホールブロック層８は、ホールをブロックするホールブロック性の材料からなる。たとえば、ＵＧＨ２などを挙げることができる。
【００６２】
図３に示すように、この有機ＥＬ素子では、発光層５のホスト材料としてホール輸送性のＡｄ−Ｃｚが用いられており、その上にホールブロック性の高いＵＧＨ２からなるホールブロック層８が積層されている。
そのため、発光層５とホールブロック層８の界面でホールがブロックされることにより、発光層５における励起子の密度が上がる。具体的には、高密度のホスト材料の励起子が生成されることとなるが、そのホスト材料の励起子に対するゲスト濃度が不十分であると、エネルギー放射（発光）される過程で、ホスト材料の励起子がゲスト材料へ移動してエネルギー放射（発光）を行うことができず、一部の励起子はホスト材料でエネルギー放射（発光）を行うこととなり、ホスト材料の発光が観測されることとなる。この場合、ホスト材料の発光効率はゲスト材料に比べて低いので、有機ＥＬ素子の外部量子効率も低下することとなる。
【００６３】
これに対して、図１に示す本発明の実施形態である有機ＥＬ素子においては、第１発光層５の上に第２発光層１０が積層されているので、第１発光層５と第２発光層１０との界面で形成された励起子が、第一発光層５の燐光材料（ＦＩｒ６）にエネルギー移動し発光を行うだけでなく、第１発光層５と第２発光層１０との界面に蓄積されたホールの一部が、第２発光層１０のゲスト材料（ＦＩｒ６）である燐光材料にトラップされて前記陰極７から注入された電子と直接再結合してエネルギー放射（発光）を行うこともできる。そのため、有機ＥＬ素子の外部量子効率を向上させることができる。
なお、ＵＧＨ２中のＦＩｒ６に直接ホールが注入されるという現象は、たとえば、非特許文献５で報告されている。
【００６４】
これは、ＵＧＨ２のＨＯＭＯエネルギー（７．２ｅＶ）がＦＩｒ６のＨＯＭＯエネルギー（６．４ｅＶ）よりも大きく、ホストであるアダマンタンカルバゾール（Ａｄ−Ｃｚ）のＨＯＭＯエネルギー（６．１ｅＶ）がＦＩｒ６のＨＯＭＯエネルギー（６．４ｅＶ）に近いためである。
【００６５】
このように、まず、電子およびホールからなるキャリアが輸送されるホスト材料では、まず、電子およびホールからなるキャリアの再結合が起こって、ホスト材料の励起子が生成する。その後、この励起子のエネルギーが燐光材料に移動する。
第１発光層では、ここでホスト材料の励起子がゲスト材料にエネルギー移動した後、ゲスト材料でエネルギー放射（発光）を行って燐光の発光を得ている。
また、第２発光層では、燐光材料自身が電子およびホールからなるキャリアのキャリアトラップとなり、燐光材料上で電子とホールの再結合が起こり燐光材料からの発光を得ている。
このように、２つの発光層を有機ＥＬ素子内に設けることにより、励起子の生成領域を分配することができ、高発光効率な有機ＥＬ素子を得ることができる。
【００６６】
このような２つの発光層を有する本発明の実施形態である有機ＥＬ素子は、青色発光の燐光材料をゲスト材料として用いた場合に特に有用となる。
前記の通り、大きい三重項エネルギーを持つホスト材料の多くはホール輸送性材料である。このようなホール輸送性材料を第１発光層のホスト材料として用いた場合には、ホールブロック層の材料として、ホールブロック性が高く、かつ、三重項エネルギーの大きい材料が必要とされる。このようなホールブロック層を発光層と兼用した第２発光層とするとともに、そのゲスト材料として青色発光の燐光材料をドープすることにより、過剰なホスト材料の励起子生成、三重項−三重項消滅および励起子−電荷間相互作用を回避することができる。
また、青色発光の燐光材料であるゲスト材料のＨＯＭＯエネルギーがホールブロック材料からなるホスト材料のＨＯＭＯエネルギーよりも小さく、青色発光の燐光材料であるゲスト材料へ電荷を直接注入することが可能であれば、励起子の生成領域を分配することが可能であり、有機ＥＬ素子の発光効率を向上させることができる。
【００６７】
図４は、左から順に、図１に示した有機ＥＬ素子のホール輸送層４、第１発光層５、第２発光層１０、電子輸送層９のエネルギーダイアグラムである。これは、各材料の最高占有軌道（ＨＯＭＯ）エネルギー値および最低非占有軌道（ＬＵＭＯ）エネルギー値から形成する。
図４に示すように、第１発光層では、ホスト材料であるＡｄ−ＣｚのＨＯＭＯエネルギー値は６．１ｅＶであり、ゲスト材料であるＦＩｒ６のＨＯＭＯエネルギー値は６．４ｅＶであるので、陽極から注入され、ホール輸送層のＮＰＤ中を輸送されたホールはＡｄ−Ｃｚに優先的に注入された後、第２発光層のＵＧＨ２との界面までホッピング移動する。第１発光層と第２発光層との界面には、ホールの移動に対する障壁が存在する。すなわち、ＵＧＨ２の高いホールブロック性により、ホールはＡｄ−ＣｚとＵＧＨ２との界面でブロックされ、界面のＡｄ−Ｃｚ側に滞留して、高密度のホールが生成される。これにより、界面で第２発光層のＵＧＨ２中を移動してきた電子と再結合して、高密度のホスト材料の励起子が生成する。
この高密度のホスト材料の励起子がＡｄ−Ｃｚからなる発光層のＦＩｒ６からなるゲスト材料へエネルギー移動した後、ＦＩｒ６からなるゲスト材料でエネルギー放射して発光する。また、界面に滞留したホールの一部は、ＵＧＨ２中のＦＩｒ６へ移動した後、陰極から注入された電子と直接再結合して、エネルギー放射して発光する。
外部量子効率の向上の要因は、ＵＧＨ２の高いホールブロック性により、Ａｄ−ＣｚとＵＧＨ２との界面で高密度のホールが生成されて、高密度のホスト材料の励起子が生成するとともに、ＵＧＨ２中のＦＩｒ６へホールの一部が移動して陰極から注入された電子と直接再結合することにより、ＦＩｒ６の発光に寄与したことによるものであると考察できる。
【００６８】
＜比較形態２：発光効率の向上のメカニズムの考察２＞
次に、図５に示す構造の有機ＥＬ素子を比較形態２として、図１に示す本発明の実施形態である有機ＥＬ素子の発光効率が高くなったメカニズムについて説明する。
図５に示す構造の有機ＥＬ素子は、第２発光層：ホールブロック層兼発光層１０および電子輸送層９の代わりに、電子輸送層兼ホールブロック層６が設けられているほかは、図１に示す有機ＥＬ素子と同様の構成とされている。つまり、発光層は単層とされている。なお、同じ部材については同じ符号を付して示している。
【００６９】
＜電子輸送層兼ホールブロック層（有機層）＞
電子輸送層兼ホールブロック層６は、電子輸送が高く、ホールをブロックするホールブロック性の材料からなり、たとえば、ＴＰＢＩなどを挙げることができる。
ＴＰＢＩは、低温での発光スペクトルの測定により燐光を観測することはできず、この方法ではＴＰＢＩの三重項エネルギーの決定ができない。しかし、低温で燐光を観測できない有機薄膜に別の燐光材料を混ぜることにより、別の燐光材料が燐光増感剤となり、低温で前記有機薄膜の燐光の観測が可能となることが報告されている（たとえば、非特許文献３）。
この非特許文献３に開示された方法と同様にして、ＴＰＢＩの薄膜に５０質量％のＦＩｒ６をドープし、発光スペクトルを測定したところ、ＴＰＢＩの燐光発光を観測することができ、これにより得られたＴＰＢＩの三重項エネルギーは２．５８ｅＶであり、この値はＦＩｒ６の三重項エネルギーの値よりも小さかった。
【００７０】
このような比較形態２の有機ＥＬ素子の場合には、発光層５と電子輸送層兼ホールブロック層６との界面において、ＴＰＢＩの三重項エネルギーは２．５８ｅＶであり、この値はＦＩｒ６の三重項エネルギーの値２．７ｅＶおよびＡｄ−Ｃｚの三重項エネルギーの値２．８８ｅＶよりも小さいので、Ａｄ−Ｃｚをホスト材料とする発光層５とＴＰＢＩからなる電子輸送層兼ホールブロック層６との界面において、三重項エネルギーの閉じ込めが不十分となる。
これに対して、本発明の実施形態である有機ＥＬ素子の場合には、第１発光層５と電子輸送層９との間に第２発光層１０が形成されているので、第１発光層５と第２発光層１０との界面で三重項エネルギーの閉じ込めを有効に行うことができる。
これにより、本発明の実施形態である有機ＥＬ素子の発光効率を比較形態２の有機ＥＬ素子の発光効率よりも高くすることができる。
【００７１】
（実施形態２：白色発光有機ＥＬ素子）
図６は、本発明の実施形態である有機ＥＬ素子の別の一例を示す模式図である。
図６に示すように、本発明の実施形態である有機ＥＬ素子は、ホール輸送層４を形成しない他は、実施形態１に示した素子構造と同様の構成とされている。なお、実施形態１で示した部材と同様の部材については同一の符号を付して示している。
【００７２】
このように、本発明の実施形態である有機ＥＬ素子はホール輸送層４を形成しなくても良い。陽極２からホール注入層３へ注入されたホールが速やかに第１発光層５へ輸送されるためである。
【００７３】
図６の２つの発光層（第１発光層５及び第２発光層１０）には複数のゲスト材料である燐光材料が含有されている。
具体的には、第１発光層５に緑色の発光色を呈するゲスト材料である燐光材料と、青色の発光色を呈するゲスト材料である燐光材料とを含有されており、第２発光層１０に赤色の発光色を呈するゲスト材料である燐光材料を含有されている。
【００７４】
＜第１発光層（有機層）＞
第１発光層５は、第１発光層５の主成分となる第１発光層用ホスト材料と、第１発光層５に少量含有させる第１発光層用ゲスト材料とから構成されている。
【００７５】
＜第１発光層用ホスト材料（第１発光層のホスト材料）＞
第１発光層用ホスト材料としては、第１発光層用ゲスト材料よりも三重項エネルギーが大きいホール輸送性材料が用いられ、たとえば、Ａｄ−Ｃｚを挙げることができる。
なお、第１発光層５のホスト材料として低分子材料を用いてもよい。これにより、低分子材料からなるホスト材料により、三重項エネルギーを閉じ込めることができ、青色発光の燐光材料及び緑色発光の燐光材料の発光効率を向上させることができる。なお、３原色の燐光材料からなる白色発光の有機ＥＬ素子は、各燐光材料の発光効率を向上させることにより、有機ＥＬ素子の白色発光の発光効率を向上させることができる。
【００７６】
さらに、第１発光層５のホスト材料は、２つの発光層５、１０に含有される複数のゲスト材料である燐光材料よりも大きい三重項エネルギーを有することが好ましい。これにより、ホスト材料からゲスト材料である燐光材料に効率的にエネルギー移動させることができる。
【００７７】
＜第１発光層用ゲスト材料（第１発光層のゲスト材料）＞
第１発光層用ゲスト材料としては、発光効率の高い燐光材料が好ましく、第２発光層１０のゲスト材料である燐光材料以外の燐光材料であることが好ましい。第２発光層１０のゲスト材料である燐光材料は、赤色の発光色を呈する燐光材料を用いるので、第１発光層５のゲスト材料としては、たとえば、青色発光及び緑色発光の燐光材料を用いる。
青色の発光色を呈するゲスト材料である燐光材料としては、たとえば、先に示したＦＩｒ６などを用いることができる。
また、緑色の発光色を呈するゲスト材料である燐光材料としては、たとえば、下記化学構造式（６）で示されるＩｒ（ｐｐｙ）３などを用いることができる。
【００７８】
【化６】
【００７９】
＜第２発光層：ホールブロック層兼発光層（有機層）＞
第２発光層１０は、ホールブロック層を兼ねる発光層である。第２発光層１０は、第２発光層１０の主成分となる第２発光層用ホスト材料と、第２発光層１０に微量含有させる第２発光層用ゲスト材料とからなる。
【００８０】
＜第２発光層用ホスト材料（第２発光層のホスト材料）＞
第２発光層用ホスト材料としては、エネルギーバンドギャップが広い、ホールブロック性材料が好ましく、たとえば、ＵＧＨ２を挙げることができる。
【００８１】
さらに、第２発光層１０のホスト材料は、２つの発光層５、１０に含有される複数のゲスト材料である燐光材料よりも大きい三重項エネルギーを有することが好ましい。これにより、ホスト材料からゲスト材料である燐光材料に効率的にエネルギー移動させることができる。
【００８２】
＜第２発光層用ゲスト材料（第２発光層のゲスト材料）＞
３種類のゲスト材料である燐光材料のうち最も小さな三重項エネルギーを有する燐光材料を第２発光層１０に分散させることが好ましい。
これにより、２つの発光層５、１０の界面で、第１発光層５のゲスト材料である燐光材料から第２発光層１０のゲスト材料である燐光材料へエネルギー移動させることができ、発光領域を２つの発光層５、１０に分配して、２つの発光層５、１０で発光するようにすることができる。
【００８３】
３原色の発光色を呈する燐光材料において、最も小さな三重項エネルギーを有する燐光材料は赤色の発光色を呈する燐光材料であるので、第２発光層１０のゲスト材料としては、赤色の発光色を呈する燐光材料が好ましい。
赤色の発光色を呈するゲスト材料である燐光材料としては、下記化学構造式（７）で示されるＩｒ（ｐｉｑ）３などを用いることができる。
【００８４】
【化７】
【００８５】
ＦＩｒ６、Ｉｒ（ｐｐｙ）３及びＩｒ（ｐｉｑ）３では、Ｉｒ（ｐｉｑ）３の三重項エネルギーが最も小さい。そのため、前記３種類のゲスト材料である燐光材料を用いて白色発光の有機ＥＬ素子を作製する場合には、第２発光層１０のゲスト材料をＩｒ（ｐｉｑ）３とし、第１発光層５のゲスト材料をＦＩｒ６及びＩｒ（ｐｐｙ）３とする。
【００８６】
図７は、前記３原色の燐光材料をそれぞれゲスト材料として用いた有機ＥＬ素子の発光スペクトルである。図７に示すように、ＦＩｒ６をゲスト材料として用いた有機ＥＬ素子は４５０ｎｍ付近と４９０ｎｍ付近に２つのピークを有する青色の発光を示す。また、Ｉｒ（ｐｐｙ）３をゲスト材料として用いた有機ＥＬ素子は５２０ｎｍ付近にピークを有し、５５０ｎｍ付近にショルダーを有する緑色の発光を示す。さらに、Ｉｒ（ｐｉｑ）３をゲスト材料として用いた有機ＥＬ素子は６４０ｎｍ付近にピークを有する赤色の発光を示す。
【００８７】
本実施形態では、２つの発光層５、１０に含有されるゲスト材料である燐光材料が、少なくとも３原色の発光色を呈するゲスト材料である燐光材料とされているので、これらの燐光材料を同時に発光させることにより、有機ＥＬ素子を白色発光させることができる。
また、３原色の発光色を呈するゲスト材料である燐光材料を用いることにより、その白色発光を可視光領域でブロードな半値幅を有する発光とすることができ、有機ＥＬ素子の演色性を高くすることができる。
なお、３原色の発光色を呈する燐光材料は、それぞれ、ＦＩｒ６、Ｉｒ（ｐｐｙ）３及びＩｒ（ｐｉｑ）３のように、赤色、青色、緑色の発光波長成分を有し、色度座標がその近傍である材料であればよい。
【００８８】
少なくとも３原色のゲスト材料である燐光材料が含有されていれば良く、より多くの燐光材料を含有させても良い。たとえば、４種類目の燐光材料として黄色の発光色を呈する燐光材料を加えても良い。これにより、塗布法で用いる溶液の調整など製造工程が煩雑化するが、白色の発光色の色度バランスの細かい調整をすることができ、また、演色性をより高くすることができる。
【００８９】
なお、特許文献２では、三重項エネルギーのエネルギー移動が説明されている。そこでは、三重項エネルギーの大きい燐光材料から三重項エネルギーの小さい燐光材料へのエネルギー移動が容易に生じることが記載されている。
また、三重項エネルギーの小さい燐光材料の発光寿命が短い場合には、発光色の電流密度に対する変化（発光色の電流密度依存性）が小さいことが記載されている。
【００９０】
本実施形態では、図６に示すように、２つの発光層５、１０を有しているので、励起子の高密度化を回避して、それに伴う消光を回避することができ、第１発光層で、ホスト材料であるＡｄ−Ｃｚからゲスト材料であるＦＩｒ６及びＩｒ（ｐｐｙ）３へエネルギー移動を効率的に行い、第１発光層５で青色発光と緑色発光が高発光効率で行うことができる。
また、２つの発光層（第１発光層５及び第２発光層１０）は積層されて形成されており、第２発光層のゲスト材料であるＩｒ（ｐｉｑ）３の三重項エネルギーが他の２つのゲスト材料（ＦＩｒ６及びＩｒ（ｐｐｙ）３）の三重項エネルギーよりも小さいので、第１発光層５の励起子は、第２発光層１０のゲスト材料であるＩｒ（ｐｉｑ）３へもエネルギー移動される。これにより、Ｉｒ（ｐｉｑ）３で効率的に赤色発光を行われることとなる。つまり、素子内で生成されたほぼ全ての励起子のエネルギーをゲスト材料である燐光材料にエネルギー移動させて、２つの発光層５、１０で３色の発光を効率的に行って、白色発光の有機ＥＬ素子の発光効率、すなわち、外部量子効率を向上させることができる。
【００９１】
＜ゲスト濃度＞
なお、前記３種類のゲスト材料である燐光材料のゲスト濃度は正確に制御することが好ましい。ゲスト濃度により、発光効率だけでなく、発光色（発光スペクトル）が大きく変わるためである。
発光色（発光スペクトル）は、各色が組み合わされた結果呈されるものなので、白色の色度座標となるように、バランスよく各色を発光させるようなゲスト濃度とする必要がある。
たとえば、赤色の発光色を呈する燐光材料のゲスト濃度が他の燐光材料のゲスト濃度より大きい場合には、発光色は赤っぽい白色となる場合がある。また、青色の発光色を呈する燐光材料のゲスト濃度が他の燐光材料のゲスト濃度より大きい場合には、発光色は青っぽい白色となる場合がある。
【００９２】
ＦＩｒ６、Ｉｒ（ｐｐｙ）３及びＩｒ（ｐｉｑ）３を用いて、白色発光の有機ＥＬ素子を作製する場合には、ＦＩｒ６、Ｉｒ（ｐｐｙ）３及びＩｒ（ｐｉｑ）３のゲスト濃度を変化させて素子を作製した後、その素子の発光効率及び発光色（発光スペクトル）を測定することを繰り返す手法を用いて、白色発光として最適なゲスト濃度を決定する。
【００９３】
これらの条件を考慮して、最適なホスト材料及びゲスト材料を組み合わせることにより、白色発光の発光色の経時変化または印加電流値の大きさに伴う変化を最小とすることができる。
【００９４】
＜第１発光層及び第２発光層の形成方法＞
第１発光層５は塗布法により形成し、第２発光層１０は真空蒸着法で形成することが好ましい。なお、塗布法としては、公知の塗布法を用いることができ、たとえば、スピンコーティング法、ディッピング法、印刷法などを用いることができる。
【００９５】
第１発光層５を塗布法により形成する利点は、ホール注入層３を塗布法により形成した後、連続して、第１発光層５を塗布法により形成することができ、製造工程を簡易にすることができることである。
また、第１発光層用ホスト材料として用いるＡｄ−ＣｚはＴＨＦ等の有機溶媒に容易に溶解させることができるので、第１発光層用溶液を容易に調製することができ、この溶液を用いて塗布法で薄膜からなる第１発光層５を容易に形成することができる。
さらにまた、第１発光層用溶液にはゲスト材料である燐光材料の濃度を正確に調整して分散させることができる構成なので、第１発光層５にホスト材料とともにゲスト材料である燐光材料を複数含有させた場合でも、それらのゲスト濃度を正確に制御して溶液を調整することができ、第１発光層５のゲスト濃度を正確に制御することができる。
【００９６】
第２発光層１０を真空蒸着法により形成することにより、第１発光層５と第２発光層１０との界面を明確に形成することができる。逆に、第２発光層１０を塗布法で形成した場合には、第２発光層用溶液の有機溶媒によって、第１発光層５の界面が荒らされるおそれが発生するので好ましくない。
また、１種類のゲスト材料とホスト材料とを共蒸着させて任意のゲスト濃度とすることは容易であるので、第２発光層１０を真空蒸着法で容易に形成することができる。逆に、２種類以上のゲスト材料である燐光材料とホスト材料とを共蒸着させて任意のゲスト濃度の第２発光層１０を形成することは困難である。
【００９７】
以上の理由により、第１発光層５は塗布法により形成し、第２発光層１０は真空蒸着法で形成することが好ましい。
【００９８】
なお、本実施形態では、白色発光の有機ＥＬ素子として、３原色の発光色を呈するゲスト材料を用いたが、２つの発光層のゲスト材料を、それぞれその発光色を互いに補色とする燐光材料として２つの発光層５、１０から同時に発光させる構成としてもよい。
これにより、有機ＥＬ素子を白色発光させることができる。たとえば、第１発光層５のゲスト材料として青色発光の燐光材料を用い、第２発光層１０のゲスト材料として橙色発光の燐光材料を用いることにより、高い発光効率の白色発光の有機ＥＬ素子を得ることができる。
また、本実施形態で、ゲスト材料として青色発光の燐光材料を用いて、青色発光の有機ＥＬ素子としてもよい。発光効率の高い青色発光の有機ＥＬ素子とすることができる。
【００９９】
＜比較形態３：発光効率の向上のメカニズムの考察３＞
次に、図８に示す構造の有機ＥＬ素子を比較形態３として、図６に示す本発明の実施形態である有機ＥＬ素子が高い発光効率を示すメカニズムについて説明する。
図８に示す構造の有機ＥＬ素子は、第２発光層：ホールブロック層兼発光層１０の代わりに、ホールブロック層８が設けられているほかは、図６に示す有機ＥＬ素子と同様の構成とされている。つまり、発光層は単層とされている。なお、同じ部材については同じ符号を付して示している。ホールブロック層８としては、ＵＧＨ２などを用いる。
【０１００】
図８に示す素子構造の白色発光の有機ＥＬ素子を作製する場合には、第１発光層（発光層）５に３種類のゲスト材料全てを添加する必要がある。
この第１発光層（発光層）５を塗布法により形成するためには、ゲスト材料である３種類の燐光材料をホスト材料とともに有機溶媒に溶解して第１発光層用溶液を調整する必要がある。一般に、青色発光の燐光材料の濃度を高くする必要があるが、この溶液では、塗布法を用いて薄膜を成膜した場合に、青色発光の燐光材料の結晶化、析出等が生じるおそれが発生するので、青色発光の燐光材料の濃度高くすることができない。
青色発光の燐光材料の濃度が低い有機ＥＬ素子を白色発光させたときには、青色発光の燐光材料のように三重項エネルギーの高い材料から三重項エネルギーの低い材料へエネルギー移動が積極的に行われてしまい、青色発光の輝度が相対的に低下してしまう。その結果、赤および緑っぽい白色発光となってしまう。
【０１０１】
＜比較形態４：発光効率の向上のメカニズムの考察４＞
次に、図９に示す構造の有機ＥＬ素子を比較形態４として、図７に示す本発明の実施形態である有機ＥＬ素子が高い発光効率を示すメカニズムについて説明する。
図９に示す構造の有機ＥＬ素子は、第２発光層：ホールブロック層兼発光層１０の代わりに、別の発光層１２が設けられているほかは、図７に示す有機ＥＬ素子と同様の構成とされている。なお、同じ部材については同じ符号を付して示している。
別の発光層１２は、ホスト材料が異なる他は、第２発光層と同様の構成とされている。つまり、第２発光層のホスト材料は、ＵＧＨ２であるのに対し、別の発光層のホスト材料はＴＰＢＩとされている。
【０１０２】
ＴＰＢＩは、その三重項エネルギーの値が２．５８ｅＶであり、第１発光層５のゲスト材料であるＦＩｒ６の三重項エネルギーの値２．７ｅＶよりも小さいので、三重項エネルギーの閉じ込めを効率的に行うことができず、有機ＥＬ素子の発光効率を向上させることができないとともに、発光色を最適なものとすることができない。
【０１０３】
なお、第１発光層５および第２発光層１０のホスト材料及びゲスト材料の主な特性を表１にまとめた。なお、イオン化ポテンシャル（ＩＰ）については、ＨＯＭＯのエネルギー位置と同等のものとして取り扱った。
【０１０４】
【表１】
【０１０５】
本発明の実施形態である有機ＥＬ素子は、一対の電極２、７の間に第１発光層５と第２発光層１０とが積層されてなる２つの発光層を備え、前記２つの発光層がそれぞれホスト材料に燐光材料からなるゲスト材料が含有されてなる有機ＥＬ素子であって、前記有機ＥＬ素子に電圧を印加することにより、前記一対の電極２、７から注入される電子とホールとから形成される励起子のエネルギーが、前記第１発光層５のホスト材料から前記第１発光層５のゲスト材料である燐光材料へエネルギー移動され、前記第１発光層５のゲスト材料である燐光材料で発光するとともに、前記一対の電極２、７から注入される電子とホールが、前記第２発光層１０のゲスト材料である燐光材料で直接再結合して発光する構成なので、第１発光層５と第２発光層１０との界面で形成された励起子が、第１発光層５と第２発光層１０との界面で蓄積されたホールの一部が、第２発光層１０のゲスト材料（ＦＩｒ６）に直接注入されホッピング移動する際に第２発光層１０のホスト中を移動してきた電子と直接再結合してエネルギー放射（発光）を行うこともできる。そのため、有機ＥＬ素子の発光効率を向上させることができる。また、第１発光層との界面でホールをブロックして、第１発光層側にホールを高密度で蓄積できるとともに、前記ホールを第２発光層１０のゲスト材料である燐光材料にトラップさせて、直接再結合させて発光させ、発光効率（または、外部量子効率、以下、同じ）を向上させることができる。
【０１０６】
本発明の実施形態である有機ＥＬ素子は、第１発光層５のホスト材料が、第１発光層５のゲスト材料である燐光材料よりも大きい三重項エネルギーを有するホール輸送性材料である構成なので、ホールブロック層との界面でホールを高密度で蓄積できるとともに、発光時にゲストの三重項エネルギーを閉じ込めて、発光効率を向上させることができる。
【０１０７】
本発明の実施形態である有機ＥＬ素子は、第２発光層１０のホスト材料が、第２発光層１０のゲスト材料である燐光材料よりも大きなイオン化ポテンシャルを有するとともに、より大きな三重項エネルギーを有し、ホールブロック性が高い電子輸送性材料である構成なので、第１発光層との界面でホールをブロックして、第１発光層側にホールを高密度で蓄積できるとともに、前記ホールを第２発光層１０のゲスト材料である燐光材料にトラップさせて、直接再結合させて発光させ、発光効率を向上させることができる。
【０１０８】
本発明の実施形態である有機ＥＬ素子は、２つの発光層５、１０の界面で、第１発光層５のホスト材料から第２発光層１０のゲスト材料である燐光材料へ電荷注入されることにより、一対の電極２、７から注入される電子とホールとから形成される励起子の生成領域が２つの発光層に分配され、２つの発光層５、１０で発光する構成なので、発光効率を向上させることができる。
【０１０９】
本発明の実施形態である有機ＥＬ素子は、２つの発光層５、１０のゲスト材料がいずれも青色発光の燐光材料であり、青色発光を行う構成なので、青色発光の発光効率を向上させることができる。
【０１１０】
本発明の実施形態である有機ＥＬ素子は、２つの発光層５、１０に複数のゲスト材料である燐光材料が含有されており、前記複数のゲスト材料である燐光材料を同時に発光させて白色発光を行う構成なので、白色発光の発光効率を向上させることができる。
【０１１１】
本発明の実施形態である有機ＥＬ素子は、２つの発光層５、１０のゲスト材料がそれぞれその発光色を互いに補色とする燐光材料であり、白色発光を行う構成なので、白色発光の発光効率を向上させることができる。
【０１１２】
本発明の実施形態である有機ＥＬ素子は、２つの発光層５、１０に少なくとも赤色の発光色を呈するゲスト材料である燐光材料と、緑色の発光色を呈するゲスト材料である燐光材料と、青色の発光色を呈するゲスト材料である燐光材料とが含有されている構成なので、白色発光の発光効率を向上させることができるとともに、演色性を向上させることができる。
【０１１３】
本発明の実施形態である有機ＥＬ素子は、２つの発光層５、１０に含有される複数のゲスト材料のうち、第２発光層１０のゲスト材料が最も小さな三重項エネルギーを有する構成なので、励起子のエネルギーを第２発光層１０のゲスト材料にエネルギー移動させて発光させることができ、発光効率を向上させることができる。
【０１１４】
本発明の実施形態である有機ＥＬ素子は、第２発光層１０のホスト材料が、２つの発光層５、１０に含有される複数のゲスト材料よりも大きい三重項エネルギーを有し、ホールブロック性が高い電子輸送性材料である構成なので、複数のゲスト材料に三重項エネルギーを閉じ込めて、発光効率を向上させることができる。
【０１１５】
本発明の実施形態である有機ＥＬ素子は、第１発光層５のホスト材料が、２つの発光層５、１０に含有される複数のゲスト材料よりも大きい三重項エネルギーを有するホール輸送性材料である構成なので、第２発光層１０との界面でホールをブロックして、ホールを高密度で蓄積することにより、第２発光層１０のホスト材料の励起状態を効率よく生成して、エネルギーの閉じ込めを行うことにより、発光効率を向上させることができる。
【０１１６】
本発明の実施形態である有機ＥＬ素子は、２つの発光層５、１０の界面で、第１発光層５のゲスト材料から第２発光層１０のゲスト材料へエネルギー移動することにより、発光領域が２つの発光層５、１０に分配され、２つの発光層５、１０で発光する構成なので、発光領域を拡げて励起子の高密度化を防ぐことができ、発光効率を向上させることができる。
【０１１７】
本発明の実施形態である有機ＥＬ素子は、第１発光層５が塗布法により形成され、第２発光層１０が真空蒸着法により形成されてなる構成なので、白色発光の有機ＥＬ素子を容易にかつ効率的に製造することができるとともに、白色発光の発光効率を向上させることができる。
以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説明する。しかし、本発明はこれらの実施例にのみ限定されるものではない。
【実施例】
【０１１８】
（実施例１）
＜素子の作製＞
２５×３５ｍｍ角の透明なガラスからなる基板を用意して、公知の洗浄工程により基板面を洗浄した。
次に、前記基板の一面にＩＴＯを公知の成膜方法により成膜した後ストライプ状にパターニングして、これを陽極（電極）とした。その後、ＩＴＯ表面をＯ２プラズマ処理によりクリーニングした。
【０１１９】
次に、ＰＥＤＯＴとＰＳＳを含む混合水溶液（Ｈ．Ｃ．スタルク社製（Ｈ．Ｃ．Ｓｔａｒｃｋ）、Ｂａｙｔｒｏｎ Ｐ ＣＨ８０００、固形分３％、以下、ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ混合水溶液）を用意して、これを前記基板の陽極が形成された一面にスピンコーティング法により塗布した後、１８０℃で１時間乾燥させて、ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳからなるホール注入層を形成した。
【０１２０】
次に、前記基板を真空装置のチャンバーに入れて、真空蒸着法により、α−ＮＰＤからなるホール輸送層、燐光材料であるＦＩｒ６を含むアダマンタンカルバゾール（Ａｄ−Ｃｚ）からなる発光層（第１発光層）、燐光材料であるＦＩｒ６を含むＵＧＨ２からなるホールブロック兼発光層（第２発光層）、ＴＰＢＩからなる電子輸送層をこの順序で成膜した。このとき、第１発光層のゲスト濃度および第２発光層のゲスト濃度はそれぞれ３質量％とした。
なお、燐光材料を含む発光層および燐光材料を含むＵＧＨ２からなるホールブロック兼発光層の成膜においては、燐光材料とホスト材料との共蒸着法を用いた。
【０１２１】
次に、真空蒸着法により、メタルマスクを用いて、ＬｉＦ（膜厚０．５ｎｍ）とＡｌ（膜厚１００ｎｍ）をこの順序で積層したストライプ状の陰極（電極）を形成した。
最後に、ＵＶ硬化樹脂により、ガラスキャップを基板上に接着し、有機ＥＬ素子を封止して、図１に示す有機ＥＬ素子を作製した。
【０１２２】
＜素子の評価＞
図１０は、この有機ＥＬ素子の素子特性評価結果を示すグラフであって、外部量子効率の電流密度依存性を示すものである。Ａｄ−ＣｚおよびＵＧＨ２にＦＩｒ６をそれぞれ３質量％ドープしたときに外部量子効率は最大となり、その値は約１６％となった。
【０１２３】
図１１は、この有機ＥＬ素子の発光スペクトルを示すグラフであって、電流密度が１ｍＡ／ｃｍ２のときの結果である。
短波長領域において見られるＡｄ−Ｃｚの発光によるものと考えられるピークは、ほとんどなかった。これは、素子内で生成されたほぼ全ての励起子がＦＩｒ６の発光として得られていることを示す結果であると考察した。また、これにより、有機ＥＬ素子の高効率化がなされたと考察した。
【０１２４】
（実施例２、３）
第１発光層のゲスト濃度および第２発光層のゲスト濃度を変えた他は実施例１と同様にして、有機ＥＬ素子を作製した。
具体的には、実施例２の有機ＥＬ素子は、第１発光層のゲスト濃度および第２発光層のゲスト濃度をそれぞれ６質量％として作製した。また、実施例３の有機ＥＬ素子は、第１発光層のゲスト濃度を３質量％、第２発光層のゲスト濃度を６質量％として作製した。
【０１２５】
＜素子の評価＞
図１２は、実施例２、３の有機ＥＬ素子の素子特性評価結果を実施例１の有機ＥＬ素子の結果とともに示すグラフであって、外部量子効率の電流密度依存性を示すものである。外部量子効率のピーク値としては、実施例１の結果が最も良かった。
【０１２６】
（実施例４）
＜素子の作製＞
２５×３５ｍｍ角の透明なガラスからなる基板を用意して、公知の洗浄工程により基板面を洗浄した。
次に、前記基板の一面にＩＴＯを公知の成膜方法により成膜した後、ストライプ状にパターニングして、これを陽極（電極）とした。その後、ＩＴＯ表面をＯ２プラズマ処理によりクリーニングした。
【０１２７】
次に、ＰＥＤＯＴとＰＳＳを含む混合水溶液（Ｈ．Ｃ．スタルク社製（Ｈ．Ｃ．Ｓｔａｒｃｋ）、Ｂａｙｔｒｏｎ Ｐ ＣＨ８０００、固形分３％、以下、ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ混合水溶液）を用意して、これを前記基板の陽極が形成された一面にスピンコーティング法により塗布した後、１８０℃で１時間乾燥させて、ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳからなるホール注入層を形成した。
【０１２８】
次に、ホスト材料であるアダマンタンカルバゾール（Ａｄ−Ｃｚ）、第１ゲスト材料であるＦＩｒ６、第２ゲスト材料であるＩｒ（ｐｐｙ）３を、Ａｄ−Ｃｚ：ＦＩｒ６：Ｉｒ（ｐｐｙ）３＝７９．８：２０：０．２となる混合比で量りとった材料が０．５質量％となるようにＴＨＦ溶液に溶解させて第１発光層形成用溶液を調整した。
これを前記ホール注入層の上にスピンコーティング法により塗布した後、１００℃で１時間乾燥させて、第１発光層を形成した。これにより、ＦＩｒ６及びＩｒ（ｐｐｙ）３のゲスト濃度は、それぞれ２０質量％、０．２質量％となった。
【０１２９】
次に、前記基板を真空装置のチャンバーに入れて、真空蒸着法により、燐光材料であるＩｒ（ｐｉｑ）３を含むＵＧＨ２からなるホールブロック兼発光層（第２発光層）、ＴＰＢＩからなる電子輸送層をこの順序で成膜した。このとき、第２発光層のゲスト濃度は０．８質量％とした。
なお、燐光材料を含む発光層および燐光材料を含むＵＧＨ２からなるホールブロック兼発光層の成膜においては、燐光材料とホスト材料との共蒸着法を用いた。
【０１３０】
次に、真空蒸着法により、メタルマスクを用いて、ＬｉＦ（膜厚０．５ｎｍ）とＡｌ（膜厚１００ｎｍ）をこの順序で積層したストライプ状の陰極（電極）を形成した。
最後に、ＵＶ硬化樹脂により、ガラスキャップを基板上に接着し、有機ＥＬ素子を封止して、図６に示す有機ＥＬ素子を作製した。
【０１３１】
＜素子の評価＞
図１３は、この有機ＥＬ素子の素子特性評価結果を示すグラフであって、外部量子効率の電流密度依存性を示すものである。外部量子効率の最大値は、約１２％であった。
【０１３２】
図１４は、この有機ＥＬ素子の発光の色度座標の電流密度依存性を示すものであり、それぞれ電流密度（Ｊ）＝０．１ｍＡ／ｃｍ２、１ｍＡ／ｃｍ２、１０ｍＡ／ｃｍ２の時の色度座標を示すものである。電流密度（Ｊ）を大きくするに従い、赤みを帯びた白色から青みを帯びた白色の方向に発光色（色調）が変化したが、その変化は小さかった。
ゲスト材料である燐光材料ＦＩｒ６、Ｉｒ（ｐｐｙ）３、Ｉｒ（ｐｉｑ）３の発光寿命がそれぞれ３μ秒、１．５μ秒、１．５μ秒であり、三重項エネルギーの小さい燐光材料Ｉｒ（ｐｉｑ）３の発光寿命が短いので、電流密度（Ｊ）の変化に対する発光色（色調）の変化が小さかったと考えた。
【０１３３】
図１５は、この有機ＥＬ素子の発光スペクトルであって、電流密度が０．１ｍＡ／ｃｍ２のときの結果である。
短波長領域において見られるＡｄ−Ｃｚの発光によるものと考えられるピークは、ほとんどなかった。これは、素子内で生成された大部分の励起子が燐光発光として得られていることを示す結果であると考察した。また、これにより、有機ＥＬ素子の高効率化がなされたと考察した。
【０１３４】
（比較例１）
＜素子の作製＞
燐光材料であるＦＩｒ６を含むＵＧＨ２からなるホールブロック兼発光層の代わりに、ＵＧＨ２からなるホールブロック層を設けた他は実施例１と同様にして、図３に示す有機ＥＬ素子を作製した。
【０１３５】
＜素子の評価＞
図１６は、この有機ＥＬ素子の素子特性評価結果を示すグラフであって、外部量子効率の電流密度依存性を示すものである。Ａｄ−ＣｚにＦＩｒ６を６質量％ドープしたときの外部量子効率の最大値は約１０％であった。
【０１３６】
（比較例２、３）
発光層のゲスト濃度を変えた他は比較例１と同様にして、有機ＥＬ素子を作製した。
具体的には、比較例２の有機ＥＬ素子は、発光層のゲスト濃度を３質量％として作製した。また、比較例３の有機ＥＬ素子は、発光層のゲスト濃度を１４質量％として作製した。
【０１３７】
＜素子の評価＞
図１７は、比較例２、３の有機ＥＬ素子の素子特性評価結果を比較例１の有機ＥＬ素子の結果とともに示すグラフであって、外部量子効率の電流密度依存性を示すものである。外部量子効率の最大値としては、比較例１の結果が最も良かった。
【０１３８】
図１８は、比較例２、３の有機ＥＬ素子の発光スペクトルであって、電流密度が１ｍＡ／ｃｍ２のときの結果である。
ここで、短波長領域を２０倍拡大したスペクトルに注目すると、ＦＩｒ６の濃度（ゲスト濃度）が３質量％の有機ＥＬ素子の発光スペクトルでは、ＦＩｒ６の発光の短波長側にホストであるＡｄ−Ｃｚの発光によるものと考えられるピークが見られる。このことは、高密度に生成されているホストであるＡｄ−Ｃｚの励起子に対するゲストであるＦＩｒ６のゲスト濃度が不十分であり、ゲストであるＦＩｒ６だけでなく、ホストであるＡｄ−Ｃｚからも発光されたことを示している。
逆に、ゲスト濃度が十分ある場合には完全にホストからゲストへエネルギー移動が行われて発光する。図１８のゲスト濃度が１４質量％の有機ＥＬ素子の発光スペクトルは、それを示唆する結果であり、ゲスト濃度が十分あるのでホストであるＡｄ−Ｃｚの発光が短波長側で見られなかった。しかし、この場合、濃度消光により、図１７に示されるように、外部量子効率は低かった。
【０１３９】
（比較例４）
＜素子の作製＞
燐光材料であるＦＩｒ６を含むＵＧＨ２からなるホールブロック兼発光層、ＴＰＢＩからなる電子輸送層の代わりに、ＴＰＢＩからなる電子輸送層兼ホールブロック層を設けた他は実施例１と同様にして、図５に示す有機ＥＬ素子を作製した。
【０１４０】
＜素子の評価＞
図１９は、比較例４の有機ＥＬ素子の素子特性評価結果を示すグラフであって、外部量子効率の電流密度依存性を示すものである。Ａｄ−ＣｚにＦＩｒ６を６質量％ドープしたときの外部量子効率の最大値は約７％となり、それほど高い値ではなかった。
ＴＰＢＩからなる電子輸送層兼ホールブロック層と、Ａｄ−Ｃｚとの界面における三重項エネルギーの閉じ込めが不十分であったためと推測した。
【０１４１】
（比較例５）
＜素子の作製＞
第１発光層に、第三ゲスト材料としてＩｒ（ｐｉｑ）３を添加し、第２発光層の代わりにＵＧＨ２からなるホールブロック層を設けた他は実施例４と同様にして、図８に示す有機ＥＬ素子を作製した。
【０１４２】
第１発光層は、まず、ホスト材料であるアダマンタンカルバゾール（Ａｄ−Ｃｚ）、第１ゲスト材料であるＦＩｒ６、第２ゲスト材料であるＩｒ（ｐｐｙ）３を、Ａｄ−Ｃｚ：ＦＩｒ６：Ｉｒ（ｐｐｙ）３：Ｉｒ（ｐｉｑ）３＝７９．８：２０：０．２：０．４となる混合比で量りとった材料が０．５質量％となるようにＴＨＦ溶液に溶解させて第１発光層形成用溶液を調整した後、これをホール注入層の上にスピンコーティング法により塗布した後、１００℃で１時間乾燥させて形成した。これにより、ＦＩｒ６及びＩｒ（ｐｐｙ）３、Ｉｒ（ｐｉｑ）３のゲスト濃度は、それぞれ２０質量％、０．２質量％、０．４質量％となった。
【０１４３】
また、ホールブロック層は、第１発光層まで形成した基板を真空装置のチャンバーに入れて、真空蒸着法により、ＵＧＨ２を成膜して形成した。
【０１４４】
＜素子の評価＞
図２０は、この有機ＥＬ素子の素子特性評価結果を示すグラフであって、外部量子効率の電流密度依存性を示すものである。なお、実施例４の結果と比較するために、実施例４の結果も合わせて示している。実施例４の結果に比べ、比較例５の外部量子効率は非常に低い値であった。
【０１４５】
図２１は、この有機ＥＬ素子の発光スペクトルであって、電流密度が０．１ｍＡ／ｃｍ２のときの結果である。図２１の４００ｎｍ付近には、発光スペクトルの短波長領域を２０倍に拡大したスペクトルを合わせて示している。
短波長領域においてＡｄ−Ｃｚの発光によるものと考えられるピークが見られた。これは、第１発光層のホスト材料であるＡｄ−Ｃｚとホールブロック層の材料であるＵＧＨ２との界面で多くの励起子が発生して励起子密度が高くなるが、発光領域が狭いので、すべての励起子がゲスト材料である燐光材料で発光しない場合が生じることを示している。
これに対して、実施例４の有機ＥＬ素子では、第１発光層中の三重項エネルギーが高い燐光材料から、第２発光層中の三重項エネルギーが低い燐光材料へエネルギー移動が起こり、発光領域を拡大することができるので、励起子の高密度化を回避することができたと考察した。また、これにより、有機ＥＬ素子の高効率化がなされたと考察した。
【０１４６】
（比較例６）
＜素子の作製＞
第２発光層の代わりに、Ｉｒ（ｐｉｑ）３を含むＴＰＢＩからなるホールブロック兼発光層（別の発光層）を設けた他は実施例４と同様にして、図９に示す有機ＥＬ素子を作製した。なお、このとき、別の発光層のゲスト濃度は０．８質量％とした。
【０１４７】
＜素子の評価＞
図２２は、この有機ＥＬ素子の素子特性評価結果を示すグラフであって、外部量子効率の電流密度依存性を示すものである。外部量子効率の最大値は、約１２％であった。第１発光層と、別の発光層を積層して形成することにより、有機ＥＬ素子の高効率化がなされたと考察した。
【０１４８】
図２３は、この有機ＥＬ素子の発光の色度座標の電流密度依存性を示すものであり、それぞれ電流密度（Ｊ）＝０．１ｍＡ／ｃｍ２、１ｍＡ／ｃｍ２、１０ｍＡ／ｃｍ２の時の色度座標を示すものである。実施例４と同様に、電流密度（Ｊ）を大きくするに従い、赤みを帯びた白色から青みを帯びた白色の方向に発光色（色調）が変化するとともに、その変化は小さかった。
しかし、実施例４に比較して、発光色（色調）は、より赤みを帯びた白色であり、電流密度（Ｊ）を大きくしても、青色の発光の寄与が小さく、良好な白色発光が得られなかった。
【０１４９】
これは、ＴＰＢＩとＦＩｒ６との間で三重項エネルギーの閉じ込めが不十分であったためと推測した。
実施例４の場合には、第１発光層のホスト材料であるＡｄ−Ｃｚと第２発光層のホスト材料であるＵＧＨ２の三重項エネルギーの値が、ＦＩｒ６の三重項エネルギーの値よりも高いので、ゲスト材料である燐光材料の間のみでエネルギー移動がなされて、燐光材料で発光が生じる。
しかし、本比較例６のように、別の発光層のホスト材料であるＴＰＢＩの三重項エネルギーの値は、ＦＩｒ６の三重項エネルギーの値よりも低いので、ゲスト材料である燐光材料の間に加え、ホスト材料であるＴＰＢＩへのエネルギー移動もなされる。さらに、ホスト材料であるＴＰＢＩからゲスト材料であるＩｒ（ｐｉｑ）３へのエネルギー移動がなされて、赤色の発光輝度が高くなり、発光色（色調）は、より赤みを帯びた白色となったと考察した。
【０１５０】
第１発光層におけるＦＩｒ６の濃度を上げることができれば、青色の発光輝度をより高くして、発光色（色調）を良好なものとすることができるが、２０％を超える濃度のＦＩｒ６を添加した場合には、第１発光層を形成した時点でＦＩｒ６が析出してしまい、第１発光層を平滑で均一な層として形成できなかった。そのため、有機ＥＬ素子の発光効率を向上させることはできなかった。
実施例１〜４および比較例１〜６の有機ＥＬ素子の素子作成条件（素子構造、材料など）について表２〜４にまとめ、素子評価結果（外部量子効率の最大値及び発光色）について表５にまとめた。
【０１５１】
【表２】
【０１５２】
【表３】
【０１５３】
【表４】
【０１５４】
【表５】
【産業上の利用可能性】
【０１５５】
本発明は、有機ＥＬ素子に関するものであり、有機ＥＬ素子を利用した発光素子、照明機器、ディスプレイ産業において利用可能性がある。
【図面の簡単な説明】
【０１５６】
【図１】本発明の実施形態である有機ＥＬ素子を説明する模式図である。
【図２】Ａｄ−ＣｚとＦＩｒ６の燐光スペクトルである。
【図３】比較形態１の有機ＥＬ素子を説明する模式図である。
【図４】本発明の実施形態である有機ＥＬ素子のエネルギーダイアグラムである。
【図５】比較形態２の有機ＥＬ素子を説明する模式図である。
【図６】本発明の実施形態である有機ＥＬ素子の別の一例を説明する模式図である。
【図７】ＦＩｒ６、Ｉｒ（ｐｐｙ）３、Ｉｒ（ｐｉｑ）３をゲスト材料とした有機ＥＬ素子の発光スペクトルである。
【図８】比較形態３の有機ＥＬ素子を説明する模式図である。
【図９】比較形態４の有機ＥＬ素子を説明する模式図である。
【図１０】実施例１の有機ＥＬ素子の外部量子効率の電流密度依存性を示すグラフである。
【図１１】実施例１の有機ＥＬ素子の発光スペクトルである。
【図１２】実施例１〜３の有機ＥＬ素子の外部量子効率の電流密度依存性を示すグラフである。
【図１３】実施例４の有機ＥＬ素子の外部量子効率の電流密度依存性を示すグラフである。
【図１４】実施例４の有機ＥＬ素子の色度座標の電流密度依存性を示すグラフである。
【図１５】実施例４の有機ＥＬ素子の発光スペクトルである。
【図１６】比較例１の有機ＥＬ素子の外部量子効率の電流密度依存性を示すグラフである。
【図１７】比較例１〜３の有機ＥＬ素子の外部量子効率の電流密度依存性を示すグラフである。
【図１８】比較例２、３の有機ＥＬ素子の発光スペクトルである。
【図１９】比較例４の有機ＥＬ素子の外部量子効率の電流密度依存性を示すグラフである。
【図２０】実施例４および比較例５の有機ＥＬ素子の外部量子効率の電流密度依存性を示すグラフである。
【図２１】比較例５の有機ＥＬ素子の発光スペクトルである。
【図２２】比較例６の有機ＥＬ素子の外部量子効率の電流密度依存性を示すグラフである。
【図２３】比較例６の有機ＥＬ素子の色度座標の電流密度依存性を示すグラフである。
【符号の説明】
【０１５７】
１…基板、２…陽極（電極）、３…ホール注入層、４…ホール輸送層、５…第１発光層（発光層）、６…電子輸送層兼ホールブロック層、７…陰極（電極）、８…ホールブロック層、９…電子輸送層、１０…第２発光層（ホールブロック層兼発光層）、１２…別の発光層。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機エレクトロルミネッセンス素子に関するものであって、特に２つ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、有機ＥＬ）素子は、テレビ、パーソナルコンピュータ、携帯端末などの表示装置や、これらの表示装置に用いられるバックライト、さらには照明機器などへの応用が期待されている。このため、有機ＥＬ素子を低電圧で駆動する技術や、有機ＥＬ素子の発光効率を良好とするための様々な技術の開発が進められている。
【０００３】
有機ＥＬ素子は、たとえば、インジウム−スズ酸化物（以下、ＩＴＯ）などの透明電極（陽極）とアルミニウムなどの金属電極（陰極）との間に、有機層が形成されてなる。当該有機層は発光材料（発光層）を含み、当該発光材料は透明電極と金属電極を介して電圧が印加される構造となっている。
【０００４】
上記の透明電極と金属電極との間に電圧が印加されると、透明電極から正孔（ホール）が、金属電極から電子が注入され、電子とホールは発光材料中で性結合して発光が生じる。この場合、発光効率を良好にするために、透明電極と金属電極との間に、電子輸送材料（電子輸送層）、ホール輸送材料（ホール輸送層）などを有するように構成している。
【０００５】
近年、有機ＥＬ素子の発光効率を良好にするために、従来の蛍光材料に代えて燐光材料が用いられるようになってきている。従来の蛍光材料は、有機化合物の一重項励起状態から一重項基底状態への輻射遷移である蛍光を利用したものである。理論的な外部量子効率（注入電子数に対する外部への放射光子数の割合）としては５％が限界とされている。
【０００６】
一方、燐光材料は、三重項励起状態から一重項基底状態への輻射遷移である燐光を利用するため、その発光効率は蛍光材料の発光効率よりも良くなる（たとえば、非特許文献１）。また、燐光材料を使用する際のホスト材料の三重項エネルギーの閉じ込めの重要性については、数多くの報告がなされている（たとえば、非特許文献２）。
【０００７】
上記の有機ＥＬ素子を、たとえば、ディスプレイなどに用いる場合には、赤、緑、青の三原色が必要となる。緑や赤に関しては、蛍光材料で発光効率・素子寿命のよい素子が数多く報告されている
たとえば、緑色発光あるいは赤色発光の燐光材料をゲストとして用いる場合には、ホスト材料として下記化学構造式（１）で表されるＣＢＰなどのようなバイポーラ材料を選択することができ、励起子の高密度化を避けることができる。
【０００８】
【化１】
【０００９】
そこで、燐光材料を用いた青色発光有機ＥＬ素子への展開が期待された。しかし、青色発光有機ＥＬ素子については高効率化・長寿命化が困難であった。
色純度の高い青色燐光材料を効率よく発光させるためには、その燐光材料よりも三重項エネルギーの大きいホスト材料が必要となる。一般に、三重項エネルギーの大きい材料としてカルバゾール誘導体があげられるが、これらの多くはホール輸送性材料である。そのため、有機ＥＬ素子において、このような三重項エネルギーの大きいホール輸送性のホスト材料をホールブロック層と積層して用いた場合には、ホール輸送性のホスト材料とホールブロック層との界面で高密度の励起子が生成されてホスト材料から燐光材料へのエネルギー移動が不完全となること、生成された励起子に対するゲスト材料の濃度が不十分となること、三重項−三重項消滅および三重項―励起子間の相互作用などにより、発光効率が低下する。実際、有機ＥＬ素子における発光効率の低下が、三重項−三重項消滅や、励起子−電荷間の相互作用によるものであると考えられる場合が報告されている（たとえば、非特許文献６）。
【００１０】
特許文献１には、有機ＥＬ素子の発光効率を向上させ、長寿命化を実現する方法の一つとして、有機ＥＬ素子の発光層を第１の金属錯体のみからなる発光層と第２の金属錯体のみからなる発光層の２つの発光層で形成する構成が開示されている。これにより、発光層が金属錯体のみからなる１層である場合の有機ＥＬ素子に比べて発光効率を向上させ、長寿命化が実現できるが、実用化の点では十分なものではなく、特に青色発光有機ＥＬ素子の発光効率、寿命としては十分ではなかった。
【００１１】
白色発光の有機ＥＬ素子をバックライトとして用いて、赤、緑、青のカラーフィルターと組み合わせることによっても、ディスプレイを製造することができる。また、白色発光の有機ＥＬ素子は、照明機器などにも好適に用いることができる。
白色発光の有機ＥＬ素子には、高い発光効率に加えて高い演色性が求められる。高い演色性は、可視光領域を広くカバーするような発光がされることによりなされる。たとえば、赤色、緑色及び青色の発光色を呈する材料を有機ＥＬ素子内に含有させ、各色をバランスよく発光させることにより、高い演色性の白色発光をさせることができる。
【００１２】
そこで、燐光材料を用いた白色発光有機ＥＬ素子への展開も期待された。燐光材料を用いた白色発光の有機ＥＬ素子としては、たとえば、次の三種類の素子が考えられる。
（１）蒸着分散型素子：赤色、緑色及び青色の発光色を呈する燐光材料をゲスト材料として低分子材料からなるホスト材料中に分散させて白色発光層を形成する（例えば、非特許文献７）。前記白色発光層は、たとえば、真空蒸着法により成膜する。
（２）蒸着積層型素子：赤色の発光色を呈する燐光材料をゲスト材料として低分子材料からなるホスト材料に分散させて形成した赤色発光層と、緑色の発光色を呈する燐光材料をゲスト材料として低分子材料からなるホスト材料に分散させて形成した緑色発光層と、青色の発光色を呈する燐光材料をゲスト材料として低分子材料からなるホスト材料に分散させて形成した青色発光層とを積層して白色発光層を形成する（例えば、非特許文献８）。前記各色の発光層はそれぞれ、たとえば、真空蒸着法により成膜する。
（３）高分子分散型素子：赤色、緑色及び青色の発光色を呈する燐光材料をゲスト材料として高分子材料からなるホスト材料に分散させて白色発光層を形成する（例えば、非特許文献９、特許文献２）。前記白色発光層は、たとえば、塗布法により成膜する。
【００１３】
しかし、上記の三種類の素子はいずれも問題点があった。
まず、蒸着分散型素子では、白色発光を得るために各燐光材料の濃度バランスを制御する必要があり、真空蒸着の際、赤色、緑色及び青色の発光色を呈する各燐光材料及びホスト材料である低分子材料の蒸着速度をそれぞれ厳密に調整することが必要となるが、これが非常に難しい。
また、蒸着積層型素子では、白色発光を得るために最適な条件を決定するパラメーターとして、各色の発光層のゲスト濃度だけでなく、各色の発光層の厚さがあるので、各色の発光層の厚さを変更して発光実験を繰り返す工程が必要となり、そのための開発コストおよび開発時間が多くかかる。また、実際の素子製造プロセスも、各色の発光層を別々に形成するので、製造プロセスが煩雑となり、製造コストが高くなる。
一方、高分子分散型素子では、塗布法を用いるので、ゲスト材料及びホスト材料の蒸着速度をそれぞれ厳密に調整する必要がなくなり、製造プロセスを簡易にすることができる。また、白色発光を得るために各色の発光層を形成する必要がなくなり、各色の発光層の厚さを変更して発光実験を繰り返す工程が必要となり、製造プロセスを簡素化することができる。
しかし、高分子分散型素子は、その発光効率が低分子材料を用い素子に比較して低いという問題があった。
【特許文献１】特開２００７−２９４４０２号公報
【特許文献２】特開２００７−３０５７８３号公報
【非特許文献１】エム・エー・バルドー，エス・ラマンスキー，ピー・イー・トンプソン，エス・アール・フォレスト（Ｍ．Ａ．Ｂａｌｄｏ， Ｓ．Ｌａｍａｎｓｋｙ， Ｐ．Ｅ．Ｔｈｏｍｐｓｏｎ ａｎｄ Ｓ．Ｒ．Ｆｏｒｒｅｓｔ），アプライド．フィジックス．レター（Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．），７５，４（１９９９）
【非特許文献２】エス・トキトウら（Ｓ．Ｔｏｋｉｔｏ ｅｔ ａｌ），アプライド．フィジックス．レター（Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．），８３，５６９（２００３）
【非特許文献３】アイ・タナカら（Ｉ．Ｔａｎａｋａ ｅｔ ａｌ），ジャーナル．オブ．アプライド．フィジックス（Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．），９９，０７３５０１（２００６）
【非特許文献４】エックス・レンら（Ｘ．Ｒｅｎ ｅｔ ａｌ），ケミカル．マテリアルズ（Ｃｈｅｍ．Ｍａｔｅｒ．），１６，４７４７（２００４）
【非特許文献５】アール・ジェイ・ホームズら（Ｒ．Ｊ．Ｈｏｌｍｅｓ ｅｔ ａｌ），アプライド．フィジックス．レター（Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．），８３，３８１８（２００３）
【非特許文献６】エム・エー・バルドーら（Ｍ．Ａ．Ｂａｌｄｏ ｅｔ ａｌ），フィジックス．レビュー（Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．），Ｂ６２，１０９６７（２０００）
【非特許文献７】ビー・ダブリュ・ダンドラデ（Ｂ．Ｗ．Ｄ’Ａｎｄｒａｄｅ ｅｔ ａｌ），アドバンスド．マテリアル（Ａｄｖ．Ｍａｔｅｒ．），１６，６２４（２００４）
【非特許文献８】ワイ・サンら（Ｙ．Ｓｕｎ ｅｔ ａｌ），アプライド．フィジックス．レター（Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．），９１，２６３５０３（２００７）
【非特許文献９】エイチ・ビー・ウーら（Ｈ．Ｂ．Ｗｕ ｅｔ ａｌ），アドバンスド．マテリアル（Ａｄｖ．Ｍａｔｅｒ．），２０，６９６（２００８）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明は、上記事情を鑑みてなされたもので、発光効率の高い有機エレクトロルミネッセンス素子を提供することを目的とする。特に、発光効率が高く、演色性が高い白色発光の有機エレクトロルミネッセンス素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明は、上記の問題を解決する新規で有用な有機ＥＬ素子を提供することを統括的課題としている。そこで、本発明の発明者らが鋭意研究した結果、ホスト材料に燐光材料をドープした第１発光層に加えて、ホールブロック材料に燐光材料をドープした第２発光層を設けることで、励起子の生成領域を分配し、高効率な有機ＥＬ素子を形成することが可能であることを見出した。
特に、２つの発光層に含有させた複数のゲスト材料を同時に発光させて白色発光を行う際に、ホスト材料に対して三重項エネルギーの低いゲスト材料を用いることにより、発光効率が高く、演色性が高い白色発光の有機ＥＬ素子を形成することが可能であることを見出した。
【００１６】
上記の目的を達成するために、本発明は以下の構成を採用した。すなわち、
本発明の有機エレクトロルミネッセンス素子は、一対の電極の間に第１発光層と第２発光層とが積層されてなる２つの発光層を備え、前記２つの発光層がそれぞれホスト材料に燐光材料からなるゲスト材料が含有されてなる有機エレクトロルミネッセンス素子であって、前記有機エレクトロルミネッセンス素子に電圧を印加することにより、前記一対の電極から注入される電子とホールとから形成される励起子のエネルギーが、前記第１発光層のホスト材料から前記第１発光層のゲスト材料である燐光材料へエネルギー移動され、前記第１発光層のゲスト材料である燐光材料で発光するとともに、前記一対の電極から注入される電子とホールが、前記第２発光層のゲスト材料である燐光材料で直接再結合して発光することを特徴とする。
【００１７】
本発明の有機エレクトロルミネッセンス素子は、前記第１発光層のホスト材料が、前記第１発光層のゲスト材料である燐光材料よりも大きい三重項エネルギーを有するホール輸送性材料であることを特徴とする。
【００１８】
本発明の有機エレクトロルミネッセンス素子は、前記第２発光層のホスト材料が、前記第２発光層のゲスト材料である燐光材料よりも大きなイオン化ポテンシャルを有するとともに、より大きな三重項エネルギーを有し、ホールブロック性が高い電子輸送性材料であることを特徴とする。
【００１９】
本発明の有機エレクトロルミネッセンス素子は、前記２つの発光層の界面で、前記第１発光層のホスト材料から前記第２発光層のゲスト材料である燐光材料へ電荷注入されることにより、前記一対の電極から注入される電子とホールとから形成される励起子の生成領域が前記２つの発光層に分配され、前記２つの発光層で発光することを特徴とする。
【００２０】
本発明の有機エレクトロルミネッセンス素子は、前記２つの発光層のゲスト材料がいずれも青色発光の燐光材料であり、青色発光を行うことを特徴とする。
【００２１】
前記２つの発光層に複数のゲスト材料である燐光材料が含有されており、前記複数のゲスト材料である燐光材料を同時に発光させて白色発光を行うことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【００２２】
本発明の有機エレクトロルミネッセンス素子は、前記２つの発光層のゲスト材料がそれぞれその発光色を互いに補色とする燐光材料であり、白色発光を行うことを特徴とする。
【００２３】
本発明の有機エレクトロルミネッセンス素子は、前記２つの発光層に少なくとも赤色の発光色を呈するゲスト材料である燐光材料と、緑色の発光色を呈するゲスト材料である燐光材料と、青色の発光色を呈するゲスト材料である燐光材料とが含有されていることを特徴とする。
【００２４】
本発明の有機エレクトロルミネッセンス素子は、前記２つの発光層に含有される複数のゲスト材料である燐光材料のうち、前記第２発光層のゲスト材料である燐光材料が最も小さな三重項エネルギーを有することを特徴とする。
【００２５】
本発明の有機エレクトロルミネッセンス素子は、前記第２発光層のホスト材料が、前記２つの発光層に含有される複数のゲスト材料である燐光材料よりも大きい三重項エネルギーを有し、ホールブロック性が高い電子輸送性材料であることを特徴とする。
【００２６】
本発明の有機エレクトロルミネッセンス素子は、前記第１発光層のホスト材料が、前記２つの発光層に含有される複数のゲスト材料である燐光材料よりも大きい三重項エネルギーを有するホール輸送性材料であることを特徴とする。
【００２７】
本発明の有機エレクトロルミネッセンス素子は、前記２つの発光層の界面で、前記第１発光層のゲスト材料である燐光材料から前記第２発光層のゲスト材料である燐光材料へエネルギー移動することにより、発光領域が前記２つの発光層に分配され、前記２つの発光層で発光することを特徴とする。
【００２８】
本発明の有機エレクトロルミネッセンス素子は、前記第１発光層が塗布法により形成され、前記第２発光層が真空蒸着法により形成されてなることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２９】
上記の構成によれば、発光効率の高い有機エレクトロルミネッセンス素子を提供することができる。特に、発光効率が高く、演色性が高い白色発光の有機エレクトロルミネッセンス素子を提供することができる。
【００３０】
本発明の有機エレクトロルミネッセンス素子は、一対の電極の間に第１発光層と第２発光層とが積層されてなる２つの発光層を備え、前記２つの発光層がそれぞれホスト材料に燐光材料からなるゲスト材料が含有されてなる有機エレクトロルミネッセンス素子であって、前記有機エレクトロルミネッセンス素子に電圧を印加することにより、前記一対の電極から注入される電子とホールとから形成される励起子のエネルギーが、前記第１発光層のホスト材料から前記第１発光層のゲスト材料である燐光材料へエネルギー移動され、前記第１発光層のゲスト材料である燐光材料で発光するとともに、前記一対の電極から注入される電子とホールが、前記第２発光層のゲスト材料である燐光材料で直接再結合して発光する構成なので、第１発光層と第２発光層との界面で蓄積されたホールの一部が、第２発光層のゲスト材料である燐光材料に直接注入されホッピング移動する際に第２発光層のホスト中を移動してきた電子と直接再結合してエネルギー放射（発光）を行うこともできる。そのため、有機ＥＬ素子の発光効率を向上させることができる。
【００３１】
本発明の有機エレクトロルミネッセンス素子は、第１発光層のホスト材料が、第１発光層のゲスト材料である燐光材料よりも大きい三重項エネルギーを有するホール輸送性材料である構成なので、ホールを高密度で蓄積できるとともに、ホールをゲスト材料である燐光材料にトラップさせて、発光効率を向上させることができる。
【００３２】
本発明の有機エレクトロルミネッセンス素子は、第２発光層のホスト材料が、第２発光層のゲスト材料である燐光材料よりも大きなイオン化ポテンシャルを有するとともに、より大きな三重項エネルギーを有し、ホールブロック性が高い電子輸送性材料である構成なので、第１発光層との界面でホールをブロックして、第１発光層側にホールを高密度で蓄積できるとともに、前記ホールを第２発光層のゲスト材料である燐光材料にトラップさせて、直接再結合させて発光させ、発光効率を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
以下、本発明の実施形態である有機ＥＬ素子について説明する。
（実施形態１：青色発光有機ＥＬ素子）
図１は、本発明の実施形態である有機ＥＬ素子の一例を示す模式図である。
図１に示すように、本発明の実施形態である有機ＥＬ素子は、基板１上に、陽極（電極）２、ホール注入層（有機層）３、ホール輸送層（有機層）４、第１発光層：燐光材料を含む発光層（有機層）５、第２発光層：ホールブロック兼発光層（有機層）１０、電子輸送層（有機層）９、陰極（電極）７がこの順序で積層されている。
【００３４】
＜基板＞
基板１は、透明なガラス基板などが好ましい。これにより、ガラス基板を介して、有機ＥＬ素子から光を出射させることができる。なお、光をガラス基板と反対側から出射させるトップエミッション方式などを採用する場合には、透明な基板を用いる必要がなく、シリコン基板や金属基板などを用いても良い。
【００３５】
＜陽極（電極）＞
陽極２は、透明な金属酸化物などからなる透明な電極であることが好ましく、たとえば、ＩＴＯ、ＩＺＯなどを挙げることができる。スパッタ法などにより形成することができる。
【００３６】
＜ホール注入層（有機層）＞
ホール注入層３は、ホール注入性材料から形成されることが好ましい。たとえば、ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳなどを挙げることができる。
なお、ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳからなるホール注入層３は、ＰＥＤＯＴとＰＳＳを含む混合水溶液（Ｈ．Ｃ．スタルク社製（Ｈ．Ｃ．Ｓｔａｒｃｋ）、Ｂａｙｔｒｏｎ Ｐ ＣＨ８０００、固形分３％、以下、ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ混合水溶液）を用意して、これを基板１の陽極２が形成された一面にスピンコーティング法により塗布した後、１８０℃で１時間乾燥させて、形成することができる。
【００３７】
＜ホール輸送層（有機層）＞
ホール輸送層４は、ホール輸送性材料から形成されることが好ましい。たとえば、α−ＮＰＤなどを挙げることができる。真空蒸着法などを用いて成膜することができる。
なお、十分なホールを第１発光層５へ輸送できる場合には、ホール輸送層４を設けなくてもよい。これにより、第１発光層５を塗布法で形成する場合には、ホール注入層３に連続して塗布法を用いることができ、製造プロセスを簡略化することができる。
【００３８】
＜第１発光層（有機層）＞
第１発光層５は、第１発光層の主成分となる第１発光層用ホスト材料と、第１発光層に少量含有させる第１発光層用ゲスト材料とから構成されている。
たとえば、真空蒸着法により、第１発光層用ホスト材料と第１発光層用ゲスト材料とを共蒸着することにより、第１発光層５を形成することができる。
また、前記第１発光層用ホスト材料と前記第１発光層用ゲスト材料とを溶解させて調整した第１発光層用溶液を用いて、スピンコーティングなどの塗布法を行うことにより、第１発光層５を形成してもよい。
【００３９】
＜第１発光層用ホスト材料（第１発光層のホスト材料）＞
第１発光層用ホスト材料としては、第１発光層用ゲスト材料よりも三重項エネルギーが大きいホール輸送性材料が好ましい。たとえば、下記化学構造式（２）で示されるアダマンタンカルバゾール（Ａｄ−Ｃｚ）などを挙げることができる。
Ａｄ−Ｃｚは、先に示したＣＢＰのフェニル基の間にアダマンチル基が導入された構造であり、これにより構造的なねじれが発生して、三重項エネルギーが大きくなる。
【００４０】
【化２】
【００４１】
また、Ａｄ−Ｃｚの電荷移動度をＴｉｍｅ−ｏｆ−Ｆｌｉｇｈｔ（ＴＯＦ）法で測定したところ、ホール移動度は、約１０−５（ｃｍ２／Ｖｓ）であることが分かった。また、電子移動度は測定限界を超えて低い値であることが分かった。従って、Ａｄ−Ｃｚはホール輸送性材料である。
【００４２】
＜第１発光層用ゲスト材料（第１発光層のゲスト材料）＞
第１発光層用ゲスト材料としては、発光効率の高いイリジウム錯体などのような燐光材料が好ましく、たとえば、下記化学構造式（３）で示される色純度の高い青色発光の燐光材料であるＦＩｒ６などを挙げることができる。
【００４３】
【化３】
【００４４】
図２は、Ａｄ−ＣｚとＦＩｒ６との燐光スペクトルの測定結果である。なお、Ａｄ−Ｃｚは８Ｋで測定し、ＦＩｒ６は２９５Ｋで測定した。
これらのスペクトルから見積もることのできる三重項エネルギー値は、ホスト材料であるＡｄ−Ｃｚが２．８８ｅＶであり、ゲスト材料であるＦＩｒ６は２．７ｅＶであった。
【００４５】
＜第２発光層：ホールブロック層兼発光層（有機層）＞
第２発光層１０は、ホールブロック層を兼ねる発光層であることが好ましい。これにより、発光効率を向上させることができる。
第２発光層１０は、第２発光層の主成分となる第２発光層用ホスト材料と、第２発光層に微量含有させる第２発光層用ゲスト材料とからなる。
【００４６】
＜第２発光層用ホスト材料（第２発光層のホスト材料）＞
第２発光層用ホスト材料としては、エネルギーバンドギャップが広い、ホールブロック性材料が好ましい。なお、ホールブロック性材料は、有機ＥＬ素子として用いたときにホールブロック性材料の界面または層自体でホールの動きをブロックするホールブロック性を示す材料であればよく、ホールブロック性が高い電子輸送性材料であってもよい。別の言い方をすれば、第２発光層用ホスト材料のイオン化ポテンシャルが、第１発光層用ホスト材料のイオン化ポテンシャルよりも大きいことが好ましい。これにより、第１発光層と第２発光層との界面でホールをブロックし、励起子を効率よく生成することができる。
たとえば、第２発光層用ホスト材料としては、下記化学構造式（４）で示されるＵＧＨ２などを挙げることができる。
【００４７】
【化４】
【００４８】
なお、ＵＧＨ２の三重項エネルギーの大きさは約３ｅＶとの報告がある（たとえば、非特許文献４）。つまり、ＦＩｒ６の三重項エネルギーよりも大きいので、第２発光層では、ＦＩｒ６に三重項エネルギーの閉じ込めが可能となる。これにより、ＦＩｒ６から青色発光の強度を高めることができる。
【００４９】
第２発光層ホスト材料は、第２発光層ゲスト材料よりも大きなイオン化ポテンシャルを有することが好ましい。これにより、第２発光層ホスト材料上で電子を効率的にホッピング輸送することができるとともに、第２発光層ゲスト材料でトラップさせた電子をホールと効率的に再結合させて、発光させることができる。
【００５０】
なお、第１発光層のホスト材料がホール輸送性材料であり、第２発光層のホスト材料がホールブロック性が高い電子輸送性材料（ホールブロック性材料）であることにより、第１発光層と第２発光層との界面で効率的にホールをブロックしてホールを蓄積することができ、励起子を効率的に生成することができる。
【００５１】
＜第２発光層用ゲスト材料（第２発光層のゲスト材料）＞
第２発光層用ゲスト材料としては、色純度の高い青色発光の有機ＥＬ素子を作成する場合には、第１発光層用ゲスト材料と同じ材料が好ましい。つまり、第１発光層用ゲスト材料としてＦＩｒ６を用いた場合には、第２発光層用ゲスト材料としてはＦＩｒ６を用いる。
【００５２】
＜第１発光層および第２発光層のゲスト濃度＞
第１発光層および第２発光層のゲスト濃度は、ホスト材料及びゲスト材料の種類、第１発光層および第２発光層の膜厚などによって、有機ＥＬ素子の目的とする特性に合わせて最適となるように決定する。
本発明の実施形態である有機ＥＬ素子のように、第１発光層のホスト材料としてホール輸送性材料を用い、第２発光層のホスト材料としてホールブロック性材料を用いた場合には、ゲスト濃度を多すぎないようにすることが好ましい。ゲスト濃度が多すぎる場合には、エネルギー失活が生じて、発光効率を低下させる場合が発生する。また、ゲスト濃度が少なすぎる場合には、すべての励起子のエネルギーがゲストで消費することができずに、ホストで消費される場合が生じ、発光効率を十分向上させることはできない。
【００５３】
ゲスト濃度を最適な範囲とすることにより、第１発光層では、一対の電極から注入される電子とホールとから形成される励起子のエネルギーを、第１発光層で、第１発光層のホスト材料（Ａｄ−Ｃｚ）から第１発光層のゲスト材料である燐光材料（ＦＩｒ６）へエネルギー移動させて効率的に発光させることができる。また、第２発光層では、一対の電極から注入される電子とホールを、第２発光層のゲスト材料である燐光材料（ＦＩｒ６）で直接再結合させて発光させることができる。これにより、有機ＥＬ素子の発光効率を向上させることができる。
【００５４】
このように、第１発光層と第２発光層の２つの発光層を有する構造とすることにより、励起子の生成領域を２つの発光層に分配して広い範囲に拡大して励起子の再結合確率を上げるとともに、有機ＥＬ素子内で生成されたほぼ全ての励起子をゲスト材料である燐光材料（ＦＩｒ６）へ移動させて、ゲスト材料である燐光材料（ＦＩｒ６）の発光とすることにより、有機ＥＬ素子の発光効率を最大限向上させることができる。
【００５５】
＜電子輸送層（有機層）＞
電子輸送層９は、電子輸送性の材料が好ましく、たとえば、下記化学構造式（５）で示されるＴＰＢＩなどを挙げることができる。
【００５６】
【化５】
【００５７】
＜陰極（電極）＞
陰極（電極）７は、導電性の高く、イオン化ポテンシャルの大きい金属からなることが好ましい。しかし、このような金属は反応性が高く、容易に酸化されたり、水分と反応したりするので、反応生成の低い金属でカバーする２層構造にしたり、反応性低い金属に反応性の高い金属をドープするホスト−ゲスト構造とすることが好ましい。たとえば、ＬｉＦ（膜厚０．５ｎｍ）とＡｌ（膜厚１００ｎｍ）をこの順序で積層する。
【００５８】
なお、陽極２と陰極７をそれぞれ長手方向が互いに垂直となるストライプ状に形成することにより、前記ストライプの電極の交差部分の有機薄膜層に容易に電圧を印加できるシンプルマトリクス構造とすることがでる。陽極２および陰極７のストライプ構造はそれぞれ、フォトリソグラフィー法、メタルマスク真空蒸着法などを用いて形成することができる。
【００５９】
なお、このように２つの発光層のゲスト材料をどちらも青色発光の燐光材料として２つの発光層から発光させることにより、有機ＥＬ素子の青色発光の発光効率を向上させることができる。本実施形態では、２つの発光層のゲスト材料として、同一の青色発光の燐光材料を用いたが、異なる青色発光の燐光材料を用いても良い。
また、２つの発光層のゲスト材料として、それぞれその発光色を互いに補色とする燐光材料を用いて、それらを２つの発光層から同時に発光させることにより、有機ＥＬ素子を白色発光させる構成としても良い。
さらにまた、２つの発光層のゲスト材料を、３原色の発光色を呈する燐光材料を用いて、それらを２つの発光層から同時に発光させることにより、有機ＥＬ素子を白色発光させる構成としても良い。
【００６０】
＜比較形態１：発光効率の向上のメカニズムの考察１＞
次に、図３に示す構造の有機ＥＬ素子を比較形態１として、図１に示す本発明の実施形態である有機ＥＬ素子が高い発光効率を示すメカニズムについて説明する。
図３に示す構造の有機ＥＬ素子は、第２発光層：ホールブロック層兼発光層１０の代わりに、ホールブロック層８が設けられているほかは、図１に示す有機ＥＬ素子と同様の構成とされている。つまり、発光層は単層とされている。なお、同じ部材については同じ符号を付して示している。
【００６１】
＜ホールブロック層（有機層）＞
ホールブロック層８は、ホールをブロックするホールブロック性の材料からなる。たとえば、ＵＧＨ２などを挙げることができる。
【００６２】
図３に示すように、この有機ＥＬ素子では、発光層５のホスト材料としてホール輸送性のＡｄ−Ｃｚが用いられており、その上にホールブロック性の高いＵＧＨ２からなるホールブロック層８が積層されている。
そのため、発光層５とホールブロック層８の界面でホールがブロックされることにより、発光層５における励起子の密度が上がる。具体的には、高密度のホスト材料の励起子が生成されることとなるが、そのホスト材料の励起子に対するゲスト濃度が不十分であると、エネルギー放射（発光）される過程で、ホスト材料の励起子がゲスト材料へ移動してエネルギー放射（発光）を行うことができず、一部の励起子はホスト材料でエネルギー放射（発光）を行うこととなり、ホスト材料の発光が観測されることとなる。この場合、ホスト材料の発光効率はゲスト材料に比べて低いので、有機ＥＬ素子の外部量子効率も低下することとなる。
【００６３】
これに対して、図１に示す本発明の実施形態である有機ＥＬ素子においては、第１発光層５の上に第２発光層１０が積層されているので、第１発光層５と第２発光層１０との界面で形成された励起子が、第一発光層５の燐光材料（ＦＩｒ６）にエネルギー移動し発光を行うだけでなく、第１発光層５と第２発光層１０との界面に蓄積されたホールの一部が、第２発光層１０のゲスト材料（ＦＩｒ６）である燐光材料にトラップされて前記陰極７から注入された電子と直接再結合してエネルギー放射（発光）を行うこともできる。そのため、有機ＥＬ素子の外部量子効率を向上させることができる。
なお、ＵＧＨ２中のＦＩｒ６に直接ホールが注入されるという現象は、たとえば、非特許文献５で報告されている。
【００６４】
これは、ＵＧＨ２のＨＯＭＯエネルギー（７．２ｅＶ）がＦＩｒ６のＨＯＭＯエネルギー（６．４ｅＶ）よりも大きく、ホストであるアダマンタンカルバゾール（Ａｄ−Ｃｚ）のＨＯＭＯエネルギー（６．１ｅＶ）がＦＩｒ６のＨＯＭＯエネルギー（６．４ｅＶ）に近いためである。
【００６５】
このように、まず、電子およびホールからなるキャリアが輸送されるホスト材料では、まず、電子およびホールからなるキャリアの再結合が起こって、ホスト材料の励起子が生成する。その後、この励起子のエネルギーが燐光材料に移動する。
第１発光層では、ここでホスト材料の励起子がゲスト材料にエネルギー移動した後、ゲスト材料でエネルギー放射（発光）を行って燐光の発光を得ている。
また、第２発光層では、燐光材料自身が電子およびホールからなるキャリアのキャリアトラップとなり、燐光材料上で電子とホールの再結合が起こり燐光材料からの発光を得ている。
このように、２つの発光層を有機ＥＬ素子内に設けることにより、励起子の生成領域を分配することができ、高発光効率な有機ＥＬ素子を得ることができる。
【００６６】
このような２つの発光層を有する本発明の実施形態である有機ＥＬ素子は、青色発光の燐光材料をゲスト材料として用いた場合に特に有用となる。
前記の通り、大きい三重項エネルギーを持つホスト材料の多くはホール輸送性材料である。このようなホール輸送性材料を第１発光層のホスト材料として用いた場合には、ホールブロック層の材料として、ホールブロック性が高く、かつ、三重項エネルギーの大きい材料が必要とされる。このようなホールブロック層を発光層と兼用した第２発光層とするとともに、そのゲスト材料として青色発光の燐光材料をドープすることにより、過剰なホスト材料の励起子生成、三重項−三重項消滅および励起子−電荷間相互作用を回避することができる。
また、青色発光の燐光材料であるゲスト材料のＨＯＭＯエネルギーがホールブロック材料からなるホスト材料のＨＯＭＯエネルギーよりも小さく、青色発光の燐光材料であるゲスト材料へ電荷を直接注入することが可能であれば、励起子の生成領域を分配することが可能であり、有機ＥＬ素子の発光効率を向上させることができる。
【００６７】
図４は、左から順に、図１に示した有機ＥＬ素子のホール輸送層４、第１発光層５、第２発光層１０、電子輸送層９のエネルギーダイアグラムである。これは、各材料の最高占有軌道（ＨＯＭＯ）エネルギー値および最低非占有軌道（ＬＵＭＯ）エネルギー値から形成する。
図４に示すように、第１発光層では、ホスト材料であるＡｄ−ＣｚのＨＯＭＯエネルギー値は６．１ｅＶであり、ゲスト材料であるＦＩｒ６のＨＯＭＯエネルギー値は６．４ｅＶであるので、陽極から注入され、ホール輸送層のＮＰＤ中を輸送されたホールはＡｄ−Ｃｚに優先的に注入された後、第２発光層のＵＧＨ２との界面までホッピング移動する。第１発光層と第２発光層との界面には、ホールの移動に対する障壁が存在する。すなわち、ＵＧＨ２の高いホールブロック性により、ホールはＡｄ−ＣｚとＵＧＨ２との界面でブロックされ、界面のＡｄ−Ｃｚ側に滞留して、高密度のホールが生成される。これにより、界面で第２発光層のＵＧＨ２中を移動してきた電子と再結合して、高密度のホスト材料の励起子が生成する。
この高密度のホスト材料の励起子がＡｄ−Ｃｚからなる発光層のＦＩｒ６からなるゲスト材料へエネルギー移動した後、ＦＩｒ６からなるゲスト材料でエネルギー放射して発光する。また、界面に滞留したホールの一部は、ＵＧＨ２中のＦＩｒ６へ移動した後、陰極から注入された電子と直接再結合して、エネルギー放射して発光する。
外部量子効率の向上の要因は、ＵＧＨ２の高いホールブロック性により、Ａｄ−ＣｚとＵＧＨ２との界面で高密度のホールが生成されて、高密度のホスト材料の励起子が生成するとともに、ＵＧＨ２中のＦＩｒ６へホールの一部が移動して陰極から注入された電子と直接再結合することにより、ＦＩｒ６の発光に寄与したことによるものであると考察できる。
【００６８】
＜比較形態２：発光効率の向上のメカニズムの考察２＞
次に、図５に示す構造の有機ＥＬ素子を比較形態２として、図１に示す本発明の実施形態である有機ＥＬ素子の発光効率が高くなったメカニズムについて説明する。
図５に示す構造の有機ＥＬ素子は、第２発光層：ホールブロック層兼発光層１０および電子輸送層９の代わりに、電子輸送層兼ホールブロック層６が設けられているほかは、図１に示す有機ＥＬ素子と同様の構成とされている。つまり、発光層は単層とされている。なお、同じ部材については同じ符号を付して示している。
【００６９】
＜電子輸送層兼ホールブロック層（有機層）＞
電子輸送層兼ホールブロック層６は、電子輸送が高く、ホールをブロックするホールブロック性の材料からなり、たとえば、ＴＰＢＩなどを挙げることができる。
ＴＰＢＩは、低温での発光スペクトルの測定により燐光を観測することはできず、この方法ではＴＰＢＩの三重項エネルギーの決定ができない。しかし、低温で燐光を観測できない有機薄膜に別の燐光材料を混ぜることにより、別の燐光材料が燐光増感剤となり、低温で前記有機薄膜の燐光の観測が可能となることが報告されている（たとえば、非特許文献３）。
この非特許文献３に開示された方法と同様にして、ＴＰＢＩの薄膜に５０質量％のＦＩｒ６をドープし、発光スペクトルを測定したところ、ＴＰＢＩの燐光発光を観測することができ、これにより得られたＴＰＢＩの三重項エネルギーは２．５８ｅＶであり、この値はＦＩｒ６の三重項エネルギーの値よりも小さかった。
【００７０】
このような比較形態２の有機ＥＬ素子の場合には、発光層５と電子輸送層兼ホールブロック層６との界面において、ＴＰＢＩの三重項エネルギーは２．５８ｅＶであり、この値はＦＩｒ６の三重項エネルギーの値２．７ｅＶおよびＡｄ−Ｃｚの三重項エネルギーの値２．８８ｅＶよりも小さいので、Ａｄ−Ｃｚをホスト材料とする発光層５とＴＰＢＩからなる電子輸送層兼ホールブロック層６との界面において、三重項エネルギーの閉じ込めが不十分となる。
これに対して、本発明の実施形態である有機ＥＬ素子の場合には、第１発光層５と電子輸送層９との間に第２発光層１０が形成されているので、第１発光層５と第２発光層１０との界面で三重項エネルギーの閉じ込めを有効に行うことができる。
これにより、本発明の実施形態である有機ＥＬ素子の発光効率を比較形態２の有機ＥＬ素子の発光効率よりも高くすることができる。
【００７１】
（実施形態２：白色発光有機ＥＬ素子）
図６は、本発明の実施形態である有機ＥＬ素子の別の一例を示す模式図である。
図６に示すように、本発明の実施形態である有機ＥＬ素子は、ホール輸送層４を形成しない他は、実施形態１に示した素子構造と同様の構成とされている。なお、実施形態１で示した部材と同様の部材については同一の符号を付して示している。
【００７２】
このように、本発明の実施形態である有機ＥＬ素子はホール輸送層４を形成しなくても良い。陽極２からホール注入層３へ注入されたホールが速やかに第１発光層５へ輸送されるためである。
【００７３】
図６の２つの発光層（第１発光層５及び第２発光層１０）には複数のゲスト材料である燐光材料が含有されている。
具体的には、第１発光層５に緑色の発光色を呈するゲスト材料である燐光材料と、青色の発光色を呈するゲスト材料である燐光材料とを含有されており、第２発光層１０に赤色の発光色を呈するゲスト材料である燐光材料を含有されている。
【００７４】
＜第１発光層（有機層）＞
第１発光層５は、第１発光層５の主成分となる第１発光層用ホスト材料と、第１発光層５に少量含有させる第１発光層用ゲスト材料とから構成されている。
【００７５】
＜第１発光層用ホスト材料（第１発光層のホスト材料）＞
第１発光層用ホスト材料としては、第１発光層用ゲスト材料よりも三重項エネルギーが大きいホール輸送性材料が用いられ、たとえば、Ａｄ−Ｃｚを挙げることができる。
なお、第１発光層５のホスト材料として低分子材料を用いてもよい。これにより、低分子材料からなるホスト材料により、三重項エネルギーを閉じ込めることができ、青色発光の燐光材料及び緑色発光の燐光材料の発光効率を向上させることができる。なお、３原色の燐光材料からなる白色発光の有機ＥＬ素子は、各燐光材料の発光効率を向上させることにより、有機ＥＬ素子の白色発光の発光効率を向上させることができる。
【００７６】
さらに、第１発光層５のホスト材料は、２つの発光層５、１０に含有される複数のゲスト材料である燐光材料よりも大きい三重項エネルギーを有することが好ましい。これにより、ホスト材料からゲスト材料である燐光材料に効率的にエネルギー移動させることができる。
【００７７】
＜第１発光層用ゲスト材料（第１発光層のゲスト材料）＞
第１発光層用ゲスト材料としては、発光効率の高い燐光材料が好ましく、第２発光層１０のゲスト材料である燐光材料以外の燐光材料であることが好ましい。第２発光層１０のゲスト材料である燐光材料は、赤色の発光色を呈する燐光材料を用いるので、第１発光層５のゲスト材料としては、たとえば、青色発光及び緑色発光の燐光材料を用いる。
青色の発光色を呈するゲスト材料である燐光材料としては、たとえば、先に示したＦＩｒ６などを用いることができる。
また、緑色の発光色を呈するゲスト材料である燐光材料としては、たとえば、下記化学構造式（６）で示されるＩｒ（ｐｐｙ）３などを用いることができる。
【００７８】
【化６】
【００７９】
＜第２発光層：ホールブロック層兼発光層（有機層）＞
第２発光層１０は、ホールブロック層を兼ねる発光層である。第２発光層１０は、第２発光層１０の主成分となる第２発光層用ホスト材料と、第２発光層１０に微量含有させる第２発光層用ゲスト材料とからなる。
【００８０】
＜第２発光層用ホスト材料（第２発光層のホスト材料）＞
第２発光層用ホスト材料としては、エネルギーバンドギャップが広い、ホールブロック性材料が好ましく、たとえば、ＵＧＨ２を挙げることができる。
【００８１】
さらに、第２発光層１０のホスト材料は、２つの発光層５、１０に含有される複数のゲスト材料である燐光材料よりも大きい三重項エネルギーを有することが好ましい。これにより、ホスト材料からゲスト材料である燐光材料に効率的にエネルギー移動させることができる。
【００８２】
＜第２発光層用ゲスト材料（第２発光層のゲスト材料）＞
３種類のゲスト材料である燐光材料のうち最も小さな三重項エネルギーを有する燐光材料を第２発光層１０に分散させることが好ましい。
これにより、２つの発光層５、１０の界面で、第１発光層５のゲスト材料である燐光材料から第２発光層１０のゲスト材料である燐光材料へエネルギー移動させることができ、発光領域を２つの発光層５、１０に分配して、２つの発光層５、１０で発光するようにすることができる。
【００８３】
３原色の発光色を呈する燐光材料において、最も小さな三重項エネルギーを有する燐光材料は赤色の発光色を呈する燐光材料であるので、第２発光層１０のゲスト材料としては、赤色の発光色を呈する燐光材料が好ましい。
赤色の発光色を呈するゲスト材料である燐光材料としては、下記化学構造式（７）で示されるＩｒ（ｐｉｑ）３などを用いることができる。
【００８４】
【化７】
【００８５】
ＦＩｒ６、Ｉｒ（ｐｐｙ）３及びＩｒ（ｐｉｑ）３では、Ｉｒ（ｐｉｑ）３の三重項エネルギーが最も小さい。そのため、前記３種類のゲスト材料である燐光材料を用いて白色発光の有機ＥＬ素子を作製する場合には、第２発光層１０のゲスト材料をＩｒ（ｐｉｑ）３とし、第１発光層５のゲスト材料をＦＩｒ６及びＩｒ（ｐｐｙ）３とする。
【００８６】
図７は、前記３原色の燐光材料をそれぞれゲスト材料として用いた有機ＥＬ素子の発光スペクトルである。図７に示すように、ＦＩｒ６をゲスト材料として用いた有機ＥＬ素子は４５０ｎｍ付近と４９０ｎｍ付近に２つのピークを有する青色の発光を示す。また、Ｉｒ（ｐｐｙ）３をゲスト材料として用いた有機ＥＬ素子は５２０ｎｍ付近にピークを有し、５５０ｎｍ付近にショルダーを有する緑色の発光を示す。さらに、Ｉｒ（ｐｉｑ）３をゲスト材料として用いた有機ＥＬ素子は６４０ｎｍ付近にピークを有する赤色の発光を示す。
【００８７】
本実施形態では、２つの発光層５、１０に含有されるゲスト材料である燐光材料が、少なくとも３原色の発光色を呈するゲスト材料である燐光材料とされているので、これらの燐光材料を同時に発光させることにより、有機ＥＬ素子を白色発光させることができる。
また、３原色の発光色を呈するゲスト材料である燐光材料を用いることにより、その白色発光を可視光領域でブロードな半値幅を有する発光とすることができ、有機ＥＬ素子の演色性を高くすることができる。
なお、３原色の発光色を呈する燐光材料は、それぞれ、ＦＩｒ６、Ｉｒ（ｐｐｙ）３及びＩｒ（ｐｉｑ）３のように、赤色、青色、緑色の発光波長成分を有し、色度座標がその近傍である材料であればよい。
【００８８】
少なくとも３原色のゲスト材料である燐光材料が含有されていれば良く、より多くの燐光材料を含有させても良い。たとえば、４種類目の燐光材料として黄色の発光色を呈する燐光材料を加えても良い。これにより、塗布法で用いる溶液の調整など製造工程が煩雑化するが、白色の発光色の色度バランスの細かい調整をすることができ、また、演色性をより高くすることができる。
【００８９】
なお、特許文献２では、三重項エネルギーのエネルギー移動が説明されている。そこでは、三重項エネルギーの大きい燐光材料から三重項エネルギーの小さい燐光材料へのエネルギー移動が容易に生じることが記載されている。
また、三重項エネルギーの小さい燐光材料の発光寿命が短い場合には、発光色の電流密度に対する変化（発光色の電流密度依存性）が小さいことが記載されている。
【００９０】
本実施形態では、図６に示すように、２つの発光層５、１０を有しているので、励起子の高密度化を回避して、それに伴う消光を回避することができ、第１発光層で、ホスト材料であるＡｄ−Ｃｚからゲスト材料であるＦＩｒ６及びＩｒ（ｐｐｙ）３へエネルギー移動を効率的に行い、第１発光層５で青色発光と緑色発光が高発光効率で行うことができる。
また、２つの発光層（第１発光層５及び第２発光層１０）は積層されて形成されており、第２発光層のゲスト材料であるＩｒ（ｐｉｑ）３の三重項エネルギーが他の２つのゲスト材料（ＦＩｒ６及びＩｒ（ｐｐｙ）３）の三重項エネルギーよりも小さいので、第１発光層５の励起子は、第２発光層１０のゲスト材料であるＩｒ（ｐｉｑ）３へもエネルギー移動される。これにより、Ｉｒ（ｐｉｑ）３で効率的に赤色発光を行われることとなる。つまり、素子内で生成されたほぼ全ての励起子のエネルギーをゲスト材料である燐光材料にエネルギー移動させて、２つの発光層５、１０で３色の発光を効率的に行って、白色発光の有機ＥＬ素子の発光効率、すなわち、外部量子効率を向上させることができる。
【００９１】
＜ゲスト濃度＞
なお、前記３種類のゲスト材料である燐光材料のゲスト濃度は正確に制御することが好ましい。ゲスト濃度により、発光効率だけでなく、発光色（発光スペクトル）が大きく変わるためである。
発光色（発光スペクトル）は、各色が組み合わされた結果呈されるものなので、白色の色度座標となるように、バランスよく各色を発光させるようなゲスト濃度とする必要がある。
たとえば、赤色の発光色を呈する燐光材料のゲスト濃度が他の燐光材料のゲスト濃度より大きい場合には、発光色は赤っぽい白色となる場合がある。また、青色の発光色を呈する燐光材料のゲスト濃度が他の燐光材料のゲスト濃度より大きい場合には、発光色は青っぽい白色となる場合がある。
【００９２】
ＦＩｒ６、Ｉｒ（ｐｐｙ）３及びＩｒ（ｐｉｑ）３を用いて、白色発光の有機ＥＬ素子を作製する場合には、ＦＩｒ６、Ｉｒ（ｐｐｙ）３及びＩｒ（ｐｉｑ）３のゲスト濃度を変化させて素子を作製した後、その素子の発光効率及び発光色（発光スペクトル）を測定することを繰り返す手法を用いて、白色発光として最適なゲスト濃度を決定する。
【００９３】
これらの条件を考慮して、最適なホスト材料及びゲスト材料を組み合わせることにより、白色発光の発光色の経時変化または印加電流値の大きさに伴う変化を最小とすることができる。
【００９４】
＜第１発光層及び第２発光層の形成方法＞
第１発光層５は塗布法により形成し、第２発光層１０は真空蒸着法で形成することが好ましい。なお、塗布法としては、公知の塗布法を用いることができ、たとえば、スピンコーティング法、ディッピング法、印刷法などを用いることができる。
【００９５】
第１発光層５を塗布法により形成する利点は、ホール注入層３を塗布法により形成した後、連続して、第１発光層５を塗布法により形成することができ、製造工程を簡易にすることができることである。
また、第１発光層用ホスト材料として用いるＡｄ−ＣｚはＴＨＦ等の有機溶媒に容易に溶解させることができるので、第１発光層用溶液を容易に調製することができ、この溶液を用いて塗布法で薄膜からなる第１発光層５を容易に形成することができる。
さらにまた、第１発光層用溶液にはゲスト材料である燐光材料の濃度を正確に調整して分散させることができる構成なので、第１発光層５にホスト材料とともにゲスト材料である燐光材料を複数含有させた場合でも、それらのゲスト濃度を正確に制御して溶液を調整することができ、第１発光層５のゲスト濃度を正確に制御することができる。
【００９６】
第２発光層１０を真空蒸着法により形成することにより、第１発光層５と第２発光層１０との界面を明確に形成することができる。逆に、第２発光層１０を塗布法で形成した場合には、第２発光層用溶液の有機溶媒によって、第１発光層５の界面が荒らされるおそれが発生するので好ましくない。
また、１種類のゲスト材料とホスト材料とを共蒸着させて任意のゲスト濃度とすることは容易であるので、第２発光層１０を真空蒸着法で容易に形成することができる。逆に、２種類以上のゲスト材料である燐光材料とホスト材料とを共蒸着させて任意のゲスト濃度の第２発光層１０を形成することは困難である。
【００９７】
以上の理由により、第１発光層５は塗布法により形成し、第２発光層１０は真空蒸着法で形成することが好ましい。
【００９８】
なお、本実施形態では、白色発光の有機ＥＬ素子として、３原色の発光色を呈するゲスト材料を用いたが、２つの発光層のゲスト材料を、それぞれその発光色を互いに補色とする燐光材料として２つの発光層５、１０から同時に発光させる構成としてもよい。
これにより、有機ＥＬ素子を白色発光させることができる。たとえば、第１発光層５のゲスト材料として青色発光の燐光材料を用い、第２発光層１０のゲスト材料として橙色発光の燐光材料を用いることにより、高い発光効率の白色発光の有機ＥＬ素子を得ることができる。
また、本実施形態で、ゲスト材料として青色発光の燐光材料を用いて、青色発光の有機ＥＬ素子としてもよい。発光効率の高い青色発光の有機ＥＬ素子とすることができる。
【００９９】
＜比較形態３：発光効率の向上のメカニズムの考察３＞
次に、図８に示す構造の有機ＥＬ素子を比較形態３として、図６に示す本発明の実施形態である有機ＥＬ素子が高い発光効率を示すメカニズムについて説明する。
図８に示す構造の有機ＥＬ素子は、第２発光層：ホールブロック層兼発光層１０の代わりに、ホールブロック層８が設けられているほかは、図６に示す有機ＥＬ素子と同様の構成とされている。つまり、発光層は単層とされている。なお、同じ部材については同じ符号を付して示している。ホールブロック層８としては、ＵＧＨ２などを用いる。
【０１００】
図８に示す素子構造の白色発光の有機ＥＬ素子を作製する場合には、第１発光層（発光層）５に３種類のゲスト材料全てを添加する必要がある。
この第１発光層（発光層）５を塗布法により形成するためには、ゲスト材料である３種類の燐光材料をホスト材料とともに有機溶媒に溶解して第１発光層用溶液を調整する必要がある。一般に、青色発光の燐光材料の濃度を高くする必要があるが、この溶液では、塗布法を用いて薄膜を成膜した場合に、青色発光の燐光材料の結晶化、析出等が生じるおそれが発生するので、青色発光の燐光材料の濃度高くすることができない。
青色発光の燐光材料の濃度が低い有機ＥＬ素子を白色発光させたときには、青色発光の燐光材料のように三重項エネルギーの高い材料から三重項エネルギーの低い材料へエネルギー移動が積極的に行われてしまい、青色発光の輝度が相対的に低下してしまう。その結果、赤および緑っぽい白色発光となってしまう。
【０１０１】
＜比較形態４：発光効率の向上のメカニズムの考察４＞
次に、図９に示す構造の有機ＥＬ素子を比較形態４として、図７に示す本発明の実施形態である有機ＥＬ素子が高い発光効率を示すメカニズムについて説明する。
図９に示す構造の有機ＥＬ素子は、第２発光層：ホールブロック層兼発光層１０の代わりに、別の発光層１２が設けられているほかは、図７に示す有機ＥＬ素子と同様の構成とされている。なお、同じ部材については同じ符号を付して示している。
別の発光層１２は、ホスト材料が異なる他は、第２発光層と同様の構成とされている。つまり、第２発光層のホスト材料は、ＵＧＨ２であるのに対し、別の発光層のホスト材料はＴＰＢＩとされている。
【０１０２】
ＴＰＢＩは、その三重項エネルギーの値が２．５８ｅＶであり、第１発光層５のゲスト材料であるＦＩｒ６の三重項エネルギーの値２．７ｅＶよりも小さいので、三重項エネルギーの閉じ込めを効率的に行うことができず、有機ＥＬ素子の発光効率を向上させることができないとともに、発光色を最適なものとすることができない。
【０１０３】
なお、第１発光層５および第２発光層１０のホスト材料及びゲスト材料の主な特性を表１にまとめた。なお、イオン化ポテンシャル（ＩＰ）については、ＨＯＭＯのエネルギー位置と同等のものとして取り扱った。
【０１０４】
【表１】
【０１０５】
本発明の実施形態である有機ＥＬ素子は、一対の電極２、７の間に第１発光層５と第２発光層１０とが積層されてなる２つの発光層を備え、前記２つの発光層がそれぞれホスト材料に燐光材料からなるゲスト材料が含有されてなる有機ＥＬ素子であって、前記有機ＥＬ素子に電圧を印加することにより、前記一対の電極２、７から注入される電子とホールとから形成される励起子のエネルギーが、前記第１発光層５のホスト材料から前記第１発光層５のゲスト材料である燐光材料へエネルギー移動され、前記第１発光層５のゲスト材料である燐光材料で発光するとともに、前記一対の電極２、７から注入される電子とホールが、前記第２発光層１０のゲスト材料である燐光材料で直接再結合して発光する構成なので、第１発光層５と第２発光層１０との界面で形成された励起子が、第１発光層５と第２発光層１０との界面で蓄積されたホールの一部が、第２発光層１０のゲスト材料（ＦＩｒ６）に直接注入されホッピング移動する際に第２発光層１０のホスト中を移動してきた電子と直接再結合してエネルギー放射（発光）を行うこともできる。そのため、有機ＥＬ素子の発光効率を向上させることができる。また、第１発光層との界面でホールをブロックして、第１発光層側にホールを高密度で蓄積できるとともに、前記ホールを第２発光層１０のゲスト材料である燐光材料にトラップさせて、直接再結合させて発光させ、発光効率（または、外部量子効率、以下、同じ）を向上させることができる。
【０１０６】
本発明の実施形態である有機ＥＬ素子は、第１発光層５のホスト材料が、第１発光層５のゲスト材料である燐光材料よりも大きい三重項エネルギーを有するホール輸送性材料である構成なので、ホールブロック層との界面でホールを高密度で蓄積できるとともに、発光時にゲストの三重項エネルギーを閉じ込めて、発光効率を向上させることができる。
【０１０７】
本発明の実施形態である有機ＥＬ素子は、第２発光層１０のホスト材料が、第２発光層１０のゲスト材料である燐光材料よりも大きなイオン化ポテンシャルを有するとともに、より大きな三重項エネルギーを有し、ホールブロック性が高い電子輸送性材料である構成なので、第１発光層との界面でホールをブロックして、第１発光層側にホールを高密度で蓄積できるとともに、前記ホールを第２発光層１０のゲスト材料である燐光材料にトラップさせて、直接再結合させて発光させ、発光効率を向上させることができる。
【０１０８】
本発明の実施形態である有機ＥＬ素子は、２つの発光層５、１０の界面で、第１発光層５のホスト材料から第２発光層１０のゲスト材料である燐光材料へ電荷注入されることにより、一対の電極２、７から注入される電子とホールとから形成される励起子の生成領域が２つの発光層に分配され、２つの発光層５、１０で発光する構成なので、発光効率を向上させることができる。
【０１０９】
本発明の実施形態である有機ＥＬ素子は、２つの発光層５、１０のゲスト材料がいずれも青色発光の燐光材料であり、青色発光を行う構成なので、青色発光の発光効率を向上させることができる。
【０１１０】
本発明の実施形態である有機ＥＬ素子は、２つの発光層５、１０に複数のゲスト材料である燐光材料が含有されており、前記複数のゲスト材料である燐光材料を同時に発光させて白色発光を行う構成なので、白色発光の発光効率を向上させることができる。
【０１１１】
本発明の実施形態である有機ＥＬ素子は、２つの発光層５、１０のゲスト材料がそれぞれその発光色を互いに補色とする燐光材料であり、白色発光を行う構成なので、白色発光の発光効率を向上させることができる。
【０１１２】
本発明の実施形態である有機ＥＬ素子は、２つの発光層５、１０に少なくとも赤色の発光色を呈するゲスト材料である燐光材料と、緑色の発光色を呈するゲスト材料である燐光材料と、青色の発光色を呈するゲスト材料である燐光材料とが含有されている構成なので、白色発光の発光効率を向上させることができるとともに、演色性を向上させることができる。
【０１１３】
本発明の実施形態である有機ＥＬ素子は、２つの発光層５、１０に含有される複数のゲスト材料のうち、第２発光層１０のゲスト材料が最も小さな三重項エネルギーを有する構成なので、励起子のエネルギーを第２発光層１０のゲスト材料にエネルギー移動させて発光させることができ、発光効率を向上させることができる。
【０１１４】
本発明の実施形態である有機ＥＬ素子は、第２発光層１０のホスト材料が、２つの発光層５、１０に含有される複数のゲスト材料よりも大きい三重項エネルギーを有し、ホールブロック性が高い電子輸送性材料である構成なので、複数のゲスト材料に三重項エネルギーを閉じ込めて、発光効率を向上させることができる。
【０１１５】
本発明の実施形態である有機ＥＬ素子は、第１発光層５のホスト材料が、２つの発光層５、１０に含有される複数のゲスト材料よりも大きい三重項エネルギーを有するホール輸送性材料である構成なので、第２発光層１０との界面でホールをブロックして、ホールを高密度で蓄積することにより、第２発光層１０のホスト材料の励起状態を効率よく生成して、エネルギーの閉じ込めを行うことにより、発光効率を向上させることができる。
【０１１６】
本発明の実施形態である有機ＥＬ素子は、２つの発光層５、１０の界面で、第１発光層５のゲスト材料から第２発光層１０のゲスト材料へエネルギー移動することにより、発光領域が２つの発光層５、１０に分配され、２つの発光層５、１０で発光する構成なので、発光領域を拡げて励起子の高密度化を防ぐことができ、発光効率を向上させることができる。
【０１１７】
本発明の実施形態である有機ＥＬ素子は、第１発光層５が塗布法により形成され、第２発光層１０が真空蒸着法により形成されてなる構成なので、白色発光の有機ＥＬ素子を容易にかつ効率的に製造することができるとともに、白色発光の発光効率を向上させることができる。
以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説明する。しかし、本発明はこれらの実施例にのみ限定されるものではない。
【実施例】
【０１１８】
（実施例１）
＜素子の作製＞
２５×３５ｍｍ角の透明なガラスからなる基板を用意して、公知の洗浄工程により基板面を洗浄した。
次に、前記基板の一面にＩＴＯを公知の成膜方法により成膜した後ストライプ状にパターニングして、これを陽極（電極）とした。その後、ＩＴＯ表面をＯ２プラズマ処理によりクリーニングした。
【０１１９】
次に、ＰＥＤＯＴとＰＳＳを含む混合水溶液（Ｈ．Ｃ．スタルク社製（Ｈ．Ｃ．Ｓｔａｒｃｋ）、Ｂａｙｔｒｏｎ Ｐ ＣＨ８０００、固形分３％、以下、ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ混合水溶液）を用意して、これを前記基板の陽極が形成された一面にスピンコーティング法により塗布した後、１８０℃で１時間乾燥させて、ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳからなるホール注入層を形成した。
【０１２０】
次に、前記基板を真空装置のチャンバーに入れて、真空蒸着法により、α−ＮＰＤからなるホール輸送層、燐光材料であるＦＩｒ６を含むアダマンタンカルバゾール（Ａｄ−Ｃｚ）からなる発光層（第１発光層）、燐光材料であるＦＩｒ６を含むＵＧＨ２からなるホールブロック兼発光層（第２発光層）、ＴＰＢＩからなる電子輸送層をこの順序で成膜した。このとき、第１発光層のゲスト濃度および第２発光層のゲスト濃度はそれぞれ３質量％とした。
なお、燐光材料を含む発光層および燐光材料を含むＵＧＨ２からなるホールブロック兼発光層の成膜においては、燐光材料とホスト材料との共蒸着法を用いた。
【０１２１】
次に、真空蒸着法により、メタルマスクを用いて、ＬｉＦ（膜厚０．５ｎｍ）とＡｌ（膜厚１００ｎｍ）をこの順序で積層したストライプ状の陰極（電極）を形成した。
最後に、ＵＶ硬化樹脂により、ガラスキャップを基板上に接着し、有機ＥＬ素子を封止して、図１に示す有機ＥＬ素子を作製した。
【０１２２】
＜素子の評価＞
図１０は、この有機ＥＬ素子の素子特性評価結果を示すグラフであって、外部量子効率の電流密度依存性を示すものである。Ａｄ−ＣｚおよびＵＧＨ２にＦＩｒ６をそれぞれ３質量％ドープしたときに外部量子効率は最大となり、その値は約１６％となった。
【０１２３】
図１１は、この有機ＥＬ素子の発光スペクトルを示すグラフであって、電流密度が１ｍＡ／ｃｍ２のときの結果である。
短波長領域において見られるＡｄ−Ｃｚの発光によるものと考えられるピークは、ほとんどなかった。これは、素子内で生成されたほぼ全ての励起子がＦＩｒ６の発光として得られていることを示す結果であると考察した。また、これにより、有機ＥＬ素子の高効率化がなされたと考察した。
【０１２４】
（実施例２、３）
第１発光層のゲスト濃度および第２発光層のゲスト濃度を変えた他は実施例１と同様にして、有機ＥＬ素子を作製した。
具体的には、実施例２の有機ＥＬ素子は、第１発光層のゲスト濃度および第２発光層のゲスト濃度をそれぞれ６質量％として作製した。また、実施例３の有機ＥＬ素子は、第１発光層のゲスト濃度を３質量％、第２発光層のゲスト濃度を６質量％として作製した。
【０１２５】
＜素子の評価＞
図１２は、実施例２、３の有機ＥＬ素子の素子特性評価結果を実施例１の有機ＥＬ素子の結果とともに示すグラフであって、外部量子効率の電流密度依存性を示すものである。外部量子効率のピーク値としては、実施例１の結果が最も良かった。
【０１２６】
（実施例４）
＜素子の作製＞
２５×３５ｍｍ角の透明なガラスからなる基板を用意して、公知の洗浄工程により基板面を洗浄した。
次に、前記基板の一面にＩＴＯを公知の成膜方法により成膜した後、ストライプ状にパターニングして、これを陽極（電極）とした。その後、ＩＴＯ表面をＯ２プラズマ処理によりクリーニングした。
【０１２７】
次に、ＰＥＤＯＴとＰＳＳを含む混合水溶液（Ｈ．Ｃ．スタルク社製（Ｈ．Ｃ．Ｓｔａｒｃｋ）、Ｂａｙｔｒｏｎ Ｐ ＣＨ８０００、固形分３％、以下、ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ混合水溶液）を用意して、これを前記基板の陽極が形成された一面にスピンコーティング法により塗布した後、１８０℃で１時間乾燥させて、ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳからなるホール注入層を形成した。
【０１２８】
次に、ホスト材料であるアダマンタンカルバゾール（Ａｄ−Ｃｚ）、第１ゲスト材料であるＦＩｒ６、第２ゲスト材料であるＩｒ（ｐｐｙ）３を、Ａｄ−Ｃｚ：ＦＩｒ６：Ｉｒ（ｐｐｙ）３＝７９．８：２０：０．２となる混合比で量りとった材料が０．５質量％となるようにＴＨＦ溶液に溶解させて第１発光層形成用溶液を調整した。
これを前記ホール注入層の上にスピンコーティング法により塗布した後、１００℃で１時間乾燥させて、第１発光層を形成した。これにより、ＦＩｒ６及びＩｒ（ｐｐｙ）３のゲスト濃度は、それぞれ２０質量％、０．２質量％となった。
【０１２９】
次に、前記基板を真空装置のチャンバーに入れて、真空蒸着法により、燐光材料であるＩｒ（ｐｉｑ）３を含むＵＧＨ２からなるホールブロック兼発光層（第２発光層）、ＴＰＢＩからなる電子輸送層をこの順序で成膜した。このとき、第２発光層のゲスト濃度は０．８質量％とした。
なお、燐光材料を含む発光層および燐光材料を含むＵＧＨ２からなるホールブロック兼発光層の成膜においては、燐光材料とホスト材料との共蒸着法を用いた。
【０１３０】
次に、真空蒸着法により、メタルマスクを用いて、ＬｉＦ（膜厚０．５ｎｍ）とＡｌ（膜厚１００ｎｍ）をこの順序で積層したストライプ状の陰極（電極）を形成した。
最後に、ＵＶ硬化樹脂により、ガラスキャップを基板上に接着し、有機ＥＬ素子を封止して、図６に示す有機ＥＬ素子を作製した。
【０１３１】
＜素子の評価＞
図１３は、この有機ＥＬ素子の素子特性評価結果を示すグラフであって、外部量子効率の電流密度依存性を示すものである。外部量子効率の最大値は、約１２％であった。
【０１３２】
図１４は、この有機ＥＬ素子の発光の色度座標の電流密度依存性を示すものであり、それぞれ電流密度（Ｊ）＝０．１ｍＡ／ｃｍ２、１ｍＡ／ｃｍ２、１０ｍＡ／ｃｍ２の時の色度座標を示すものである。電流密度（Ｊ）を大きくするに従い、赤みを帯びた白色から青みを帯びた白色の方向に発光色（色調）が変化したが、その変化は小さかった。
ゲスト材料である燐光材料ＦＩｒ６、Ｉｒ（ｐｐｙ）３、Ｉｒ（ｐｉｑ）３の発光寿命がそれぞれ３μ秒、１．５μ秒、１．５μ秒であり、三重項エネルギーの小さい燐光材料Ｉｒ（ｐｉｑ）３の発光寿命が短いので、電流密度（Ｊ）の変化に対する発光色（色調）の変化が小さかったと考えた。
【０１３３】
図１５は、この有機ＥＬ素子の発光スペクトルであって、電流密度が０．１ｍＡ／ｃｍ２のときの結果である。
短波長領域において見られるＡｄ−Ｃｚの発光によるものと考えられるピークは、ほとんどなかった。これは、素子内で生成された大部分の励起子が燐光発光として得られていることを示す結果であると考察した。また、これにより、有機ＥＬ素子の高効率化がなされたと考察した。
【０１３４】
（比較例１）
＜素子の作製＞
燐光材料であるＦＩｒ６を含むＵＧＨ２からなるホールブロック兼発光層の代わりに、ＵＧＨ２からなるホールブロック層を設けた他は実施例１と同様にして、図３に示す有機ＥＬ素子を作製した。
【０１３５】
＜素子の評価＞
図１６は、この有機ＥＬ素子の素子特性評価結果を示すグラフであって、外部量子効率の電流密度依存性を示すものである。Ａｄ−ＣｚにＦＩｒ６を６質量％ドープしたときの外部量子効率の最大値は約１０％であった。
【０１３６】
（比較例２、３）
発光層のゲスト濃度を変えた他は比較例１と同様にして、有機ＥＬ素子を作製した。
具体的には、比較例２の有機ＥＬ素子は、発光層のゲスト濃度を３質量％として作製した。また、比較例３の有機ＥＬ素子は、発光層のゲスト濃度を１４質量％として作製した。
【０１３７】
＜素子の評価＞
図１７は、比較例２、３の有機ＥＬ素子の素子特性評価結果を比較例１の有機ＥＬ素子の結果とともに示すグラフであって、外部量子効率の電流密度依存性を示すものである。外部量子効率の最大値としては、比較例１の結果が最も良かった。
【０１３８】
図１８は、比較例２、３の有機ＥＬ素子の発光スペクトルであって、電流密度が１ｍＡ／ｃｍ２のときの結果である。
ここで、短波長領域を２０倍拡大したスペクトルに注目すると、ＦＩｒ６の濃度（ゲスト濃度）が３質量％の有機ＥＬ素子の発光スペクトルでは、ＦＩｒ６の発光の短波長側にホストであるＡｄ−Ｃｚの発光によるものと考えられるピークが見られる。このことは、高密度に生成されているホストであるＡｄ−Ｃｚの励起子に対するゲストであるＦＩｒ６のゲスト濃度が不十分であり、ゲストであるＦＩｒ６だけでなく、ホストであるＡｄ−Ｃｚからも発光されたことを示している。
逆に、ゲスト濃度が十分ある場合には完全にホストからゲストへエネルギー移動が行われて発光する。図１８のゲスト濃度が１４質量％の有機ＥＬ素子の発光スペクトルは、それを示唆する結果であり、ゲスト濃度が十分あるのでホストであるＡｄ−Ｃｚの発光が短波長側で見られなかった。しかし、この場合、濃度消光により、図１７に示されるように、外部量子効率は低かった。
【０１３９】
（比較例４）
＜素子の作製＞
燐光材料であるＦＩｒ６を含むＵＧＨ２からなるホールブロック兼発光層、ＴＰＢＩからなる電子輸送層の代わりに、ＴＰＢＩからなる電子輸送層兼ホールブロック層を設けた他は実施例１と同様にして、図５に示す有機ＥＬ素子を作製した。
【０１４０】
＜素子の評価＞
図１９は、比較例４の有機ＥＬ素子の素子特性評価結果を示すグラフであって、外部量子効率の電流密度依存性を示すものである。Ａｄ−ＣｚにＦＩｒ６を６質量％ドープしたときの外部量子効率の最大値は約７％となり、それほど高い値ではなかった。
ＴＰＢＩからなる電子輸送層兼ホールブロック層と、Ａｄ−Ｃｚとの界面における三重項エネルギーの閉じ込めが不十分であったためと推測した。
【０１４１】
（比較例５）
＜素子の作製＞
第１発光層に、第三ゲスト材料としてＩｒ（ｐｉｑ）３を添加し、第２発光層の代わりにＵＧＨ２からなるホールブロック層を設けた他は実施例４と同様にして、図８に示す有機ＥＬ素子を作製した。
【０１４２】
第１発光層は、まず、ホスト材料であるアダマンタンカルバゾール（Ａｄ−Ｃｚ）、第１ゲスト材料であるＦＩｒ６、第２ゲスト材料であるＩｒ（ｐｐｙ）３を、Ａｄ−Ｃｚ：ＦＩｒ６：Ｉｒ（ｐｐｙ）３：Ｉｒ（ｐｉｑ）３＝７９．８：２０：０．２：０．４となる混合比で量りとった材料が０．５質量％となるようにＴＨＦ溶液に溶解させて第１発光層形成用溶液を調整した後、これをホール注入層の上にスピンコーティング法により塗布した後、１００℃で１時間乾燥させて形成した。これにより、ＦＩｒ６及びＩｒ（ｐｐｙ）３、Ｉｒ（ｐｉｑ）３のゲスト濃度は、それぞれ２０質量％、０．２質量％、０．４質量％となった。
【０１４３】
また、ホールブロック層は、第１発光層まで形成した基板を真空装置のチャンバーに入れて、真空蒸着法により、ＵＧＨ２を成膜して形成した。
【０１４４】
＜素子の評価＞
図２０は、この有機ＥＬ素子の素子特性評価結果を示すグラフであって、外部量子効率の電流密度依存性を示すものである。なお、実施例４の結果と比較するために、実施例４の結果も合わせて示している。実施例４の結果に比べ、比較例５の外部量子効率は非常に低い値であった。
【０１４５】
図２１は、この有機ＥＬ素子の発光スペクトルであって、電流密度が０．１ｍＡ／ｃｍ２のときの結果である。図２１の４００ｎｍ付近には、発光スペクトルの短波長領域を２０倍に拡大したスペクトルを合わせて示している。
短波長領域においてＡｄ−Ｃｚの発光によるものと考えられるピークが見られた。これは、第１発光層のホスト材料であるＡｄ−Ｃｚとホールブロック層の材料であるＵＧＨ２との界面で多くの励起子が発生して励起子密度が高くなるが、発光領域が狭いので、すべての励起子がゲスト材料である燐光材料で発光しない場合が生じることを示している。
これに対して、実施例４の有機ＥＬ素子では、第１発光層中の三重項エネルギーが高い燐光材料から、第２発光層中の三重項エネルギーが低い燐光材料へエネルギー移動が起こり、発光領域を拡大することができるので、励起子の高密度化を回避することができたと考察した。また、これにより、有機ＥＬ素子の高効率化がなされたと考察した。
【０１４６】
（比較例６）
＜素子の作製＞
第２発光層の代わりに、Ｉｒ（ｐｉｑ）３を含むＴＰＢＩからなるホールブロック兼発光層（別の発光層）を設けた他は実施例４と同様にして、図９に示す有機ＥＬ素子を作製した。なお、このとき、別の発光層のゲスト濃度は０．８質量％とした。
【０１４７】
＜素子の評価＞
図２２は、この有機ＥＬ素子の素子特性評価結果を示すグラフであって、外部量子効率の電流密度依存性を示すものである。外部量子効率の最大値は、約１２％であった。第１発光層と、別の発光層を積層して形成することにより、有機ＥＬ素子の高効率化がなされたと考察した。
【０１４８】
図２３は、この有機ＥＬ素子の発光の色度座標の電流密度依存性を示すものであり、それぞれ電流密度（Ｊ）＝０．１ｍＡ／ｃｍ２、１ｍＡ／ｃｍ２、１０ｍＡ／ｃｍ２の時の色度座標を示すものである。実施例４と同様に、電流密度（Ｊ）を大きくするに従い、赤みを帯びた白色から青みを帯びた白色の方向に発光色（色調）が変化するとともに、その変化は小さかった。
しかし、実施例４に比較して、発光色（色調）は、より赤みを帯びた白色であり、電流密度（Ｊ）を大きくしても、青色の発光の寄与が小さく、良好な白色発光が得られなかった。
【０１４９】
これは、ＴＰＢＩとＦＩｒ６との間で三重項エネルギーの閉じ込めが不十分であったためと推測した。
実施例４の場合には、第１発光層のホスト材料であるＡｄ−Ｃｚと第２発光層のホスト材料であるＵＧＨ２の三重項エネルギーの値が、ＦＩｒ６の三重項エネルギーの値よりも高いので、ゲスト材料である燐光材料の間のみでエネルギー移動がなされて、燐光材料で発光が生じる。
しかし、本比較例６のように、別の発光層のホスト材料であるＴＰＢＩの三重項エネルギーの値は、ＦＩｒ６の三重項エネルギーの値よりも低いので、ゲスト材料である燐光材料の間に加え、ホスト材料であるＴＰＢＩへのエネルギー移動もなされる。さらに、ホスト材料であるＴＰＢＩからゲスト材料であるＩｒ（ｐｉｑ）３へのエネルギー移動がなされて、赤色の発光輝度が高くなり、発光色（色調）は、より赤みを帯びた白色となったと考察した。
【０１５０】
第１発光層におけるＦＩｒ６の濃度を上げることができれば、青色の発光輝度をより高くして、発光色（色調）を良好なものとすることができるが、２０％を超える濃度のＦＩｒ６を添加した場合には、第１発光層を形成した時点でＦＩｒ６が析出してしまい、第１発光層を平滑で均一な層として形成できなかった。そのため、有機ＥＬ素子の発光効率を向上させることはできなかった。
実施例１〜４および比較例１〜６の有機ＥＬ素子の素子作成条件（素子構造、材料など）について表２〜４にまとめ、素子評価結果（外部量子効率の最大値及び発光色）について表５にまとめた。
【０１５１】
【表２】
【０１５２】
【表３】
【０１５３】
【表４】
【０１５４】
【表５】
【産業上の利用可能性】
【０１５５】
本発明は、有機ＥＬ素子に関するものであり、有機ＥＬ素子を利用した発光素子、照明機器、ディスプレイ産業において利用可能性がある。
【図面の簡単な説明】
【０１５６】
【図１】本発明の実施形態である有機ＥＬ素子を説明する模式図である。
【図２】Ａｄ−ＣｚとＦＩｒ６の燐光スペクトルである。
【図３】比較形態１の有機ＥＬ素子を説明する模式図である。
【図４】本発明の実施形態である有機ＥＬ素子のエネルギーダイアグラムである。
【図５】比較形態２の有機ＥＬ素子を説明する模式図である。
【図６】本発明の実施形態である有機ＥＬ素子の別の一例を説明する模式図である。
【図７】ＦＩｒ６、Ｉｒ（ｐｐｙ）３、Ｉｒ（ｐｉｑ）３をゲスト材料とした有機ＥＬ素子の発光スペクトルである。
【図８】比較形態３の有機ＥＬ素子を説明する模式図である。
【図９】比較形態４の有機ＥＬ素子を説明する模式図である。
【図１０】実施例１の有機ＥＬ素子の外部量子効率の電流密度依存性を示すグラフである。
【図１１】実施例１の有機ＥＬ素子の発光スペクトルである。
【図１２】実施例１〜３の有機ＥＬ素子の外部量子効率の電流密度依存性を示すグラフである。
【図１３】実施例４の有機ＥＬ素子の外部量子効率の電流密度依存性を示すグラフである。
【図１４】実施例４の有機ＥＬ素子の色度座標の電流密度依存性を示すグラフである。
【図１５】実施例４の有機ＥＬ素子の発光スペクトルである。
【図１６】比較例１の有機ＥＬ素子の外部量子効率の電流密度依存性を示すグラフである。
【図１７】比較例１〜３の有機ＥＬ素子の外部量子効率の電流密度依存性を示すグラフである。
【図１８】比較例２、３の有機ＥＬ素子の発光スペクトルである。
【図１９】比較例４の有機ＥＬ素子の外部量子効率の電流密度依存性を示すグラフである。
【図２０】実施例４および比較例５の有機ＥＬ素子の外部量子効率の電流密度依存性を示すグラフである。
【図２１】比較例５の有機ＥＬ素子の発光スペクトルである。
【図２２】比較例６の有機ＥＬ素子の外部量子効率の電流密度依存性を示すグラフである。
【図２３】比較例６の有機ＥＬ素子の色度座標の電流密度依存性を示すグラフである。
【符号の説明】
【０１５７】
１…基板、２…陽極（電極）、３…ホール注入層、４…ホール輸送層、５…第１発光層（発光層）、６…電子輸送層兼ホールブロック層、７…陰極（電極）、８…ホールブロック層、９…電子輸送層、１０…第２発光層（ホールブロック層兼発光層）、１２…別の発光層。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の電極の間に第１発光層と第２発光層とが積層されてなる２つの発光層を備え、
前記２つの発光層がそれぞれホスト材料に燐光材料からなるゲスト材料が含有されてなる有機エレクトロルミネッセンス素子であって、
前記有機エレクトロルミネッセンス素子に電圧を印加することにより、前記一対の電極から注入される電子とホールとから形成される励起子のエネルギーが、前記第１発光層のホスト材料から前記第１発光層のゲスト材料である燐光材料へエネルギー移動され、前記第１発光層のゲスト材料である燐光材料で発光するとともに、
前記一対の電極から注入される電子とホールが、前記第２発光層のゲスト材料である燐光材料で直接再結合して発光することを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項２】
前記第１発光層のホスト材料が、前記第１発光層のゲスト材料である燐光材料よりも大きい三重項エネルギーを有するホール輸送性材料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３】
前記第２発光層のホスト材料が、前記第２発光層のゲスト材料である燐光材料よりも大きなイオン化ポテンシャルを有するとともに、より大きな三重項エネルギーを有し、ホールブロック性が高い電子輸送性材料であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項４】
前記２つの発光層の界面で、前記第１発光層のホスト材料から前記第２発光層のゲスト材料である燐光材料へ電荷注入されることにより、前記一対の電極から注入される電子とホールとから形成される励起子の生成領域が前記２つの発光層に分配され、前記２つの発光層で発光することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項５】
前記２つの発光層のゲスト材料がいずれも青色発光の燐光材料であり、青色発光を行うことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項６】
前記２つの発光層に複数のゲスト材料である燐光材料が含有されており、前記複数のゲスト材料である燐光材料を同時に発光させて白色発光を行うことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項７】
前記２つの発光層のゲスト材料がそれぞれその発光色を互いに補色とする燐光材料であり、白色発光を行うことを特徴とする請求項６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２つの発光層に少なくとも赤色の発光色を呈するゲスト材料である燐光材料と、緑色の発光色を呈するゲスト材料である燐光材料と、青色の発光色を呈するゲスト材料である燐光材料とが含有されていることを特徴とする請求項６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２つの発光層に含有される複数のゲスト材料である燐光材料のうち、前記第２発光層のゲスト材料である燐光材料が最も小さな三重項エネルギーを有することを特徴とする請求項６〜８のいずれか１項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項１０】
前記第２発光層のホスト材料が、前記２つの発光層に含有される複数のゲスト材料である燐光材料よりも大きい三重項エネルギーを有し、ホールブロック性が高い電子輸送性材料であることを特徴とする請求項６〜９のいずれか１項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項１１】
前記第１発光層のホスト材料が、前記２つの発光層に含有される複数のゲスト材料である燐光材料よりも大きい三重項エネルギーを有するホール輸送性材料であることを特徴とする請求項６〜１０のいずれか１項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項１２】
前記２つの発光層の界面で、前記第１発光層のゲスト材料である燐光材料から前記第２発光層のゲスト材料である燐光材料へエネルギー移動することにより、発光領域が前記２つの発光層に分配され、前記２つの発光層で発光することを特徴とする請求項６〜１１のいずれか１項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項１３】
前記第１発光層が塗布法により形成され、前記第２発光層が真空蒸着法により形成されてなることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項１】
一対の電極の間に第１発光層と第２発光層とが積層されてなる２つの発光層を備え、
前記２つの発光層がそれぞれホスト材料に燐光材料からなるゲスト材料が含有されてなる有機エレクトロルミネッセンス素子であって、
前記有機エレクトロルミネッセンス素子に電圧を印加することにより、前記一対の電極から注入される電子とホールとから形成される励起子のエネルギーが、前記第１発光層のホスト材料から前記第１発光層のゲスト材料である燐光材料へエネルギー移動され、前記第１発光層のゲスト材料である燐光材料で発光するとともに、
前記一対の電極から注入される電子とホールが、前記第２発光層のゲスト材料である燐光材料で直接再結合して発光することを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項２】
前記第１発光層のホスト材料が、前記第１発光層のゲスト材料である燐光材料よりも大きい三重項エネルギーを有するホール輸送性材料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３】
前記第２発光層のホスト材料が、前記第２発光層のゲスト材料である燐光材料よりも大きなイオン化ポテンシャルを有するとともに、より大きな三重項エネルギーを有し、ホールブロック性が高い電子輸送性材料であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項４】
前記２つの発光層の界面で、前記第１発光層のホスト材料から前記第２発光層のゲスト材料である燐光材料へ電荷注入されることにより、前記一対の電極から注入される電子とホールとから形成される励起子の生成領域が前記２つの発光層に分配され、前記２つの発光層で発光することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項５】
前記２つの発光層のゲスト材料がいずれも青色発光の燐光材料であり、青色発光を行うことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項６】
前記２つの発光層に複数のゲスト材料である燐光材料が含有されており、前記複数のゲスト材料である燐光材料を同時に発光させて白色発光を行うことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項７】
前記２つの発光層のゲスト材料がそれぞれその発光色を互いに補色とする燐光材料であり、白色発光を行うことを特徴とする請求項６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２つの発光層に少なくとも赤色の発光色を呈するゲスト材料である燐光材料と、緑色の発光色を呈するゲスト材料である燐光材料と、青色の発光色を呈するゲスト材料である燐光材料とが含有されていることを特徴とする請求項６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２つの発光層に含有される複数のゲスト材料である燐光材料のうち、前記第２発光層のゲスト材料である燐光材料が最も小さな三重項エネルギーを有することを特徴とする請求項６〜８のいずれか１項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項１０】
前記第２発光層のホスト材料が、前記２つの発光層に含有される複数のゲスト材料である燐光材料よりも大きい三重項エネルギーを有し、ホールブロック性が高い電子輸送性材料であることを特徴とする請求項６〜９のいずれか１項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項１１】
前記第１発光層のホスト材料が、前記２つの発光層に含有される複数のゲスト材料である燐光材料よりも大きい三重項エネルギーを有するホール輸送性材料であることを特徴とする請求項６〜１０のいずれか１項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項１２】
前記２つの発光層の界面で、前記第１発光層のゲスト材料である燐光材料から前記第２発光層のゲスト材料である燐光材料へエネルギー移動することにより、発光領域が前記２つの発光層に分配され、前記２つの発光層で発光することを特徴とする請求項６〜１１のいずれか１項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項１３】
前記第１発光層が塗布法により形成され、前記第２発光層が真空蒸着法により形成されてなることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【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】
【公開番号】特開２０１０−３４４８４（Ｐ２０１０−３４４８４Ａ）
【公開日】平成２２年２月１２日（２０１０．２．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２１８４１３（Ｐ２００８−２１８４１３）
【出願日】平成２０年８月２７日（２００８．８．２７）
【出願人】（０００００４３５２）日本放送協会 (2,206)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年２月１２日（２０１０．２．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年８月２７日（２００８．８．２７）
【出願人】（０００００４３５２）日本放送協会 (2,206)
【Ｆターム（参考）】
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