白色有機エレクトロルミネッセンス素子、画像表示素子及び照明装置
【課題】色度のずれが無く、高効率で、白色発光に適する有機エレクトロルミネッセンス素子を得る。
【解決手段】陽極と陰極との間に発光層を有する有機エレクトロルミネッセンス素子において、前記発光層を３層以上有し、該３層以上の発光層に、発光ピークの異なる発光層が２種以上含まれ、かつ、発光ピークの同じ発光層が２層以上含まれ、少なくとも１種の発光層には燐光性化合物を含有し、かつ、前記発光層が規則的な周期を持って積層されていることを特徴とする白色有機エレクトロルミネッセンス素子。
【解決手段】陽極と陰極との間に発光層を有する有機エレクトロルミネッセンス素子において、前記発光層を３層以上有し、該３層以上の発光層に、発光ピークの異なる発光層が２種以上含まれ、かつ、発光ピークの同じ発光層が２層以上含まれ、少なくとも１種の発光層には燐光性化合物を含有し、かつ、前記発光層が規則的な周期を持って積層されていることを特徴とする白色有機エレクトロルミネッセンス素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、陽極と陰極との間に３層以上の発光層を有する有機エレクトロルミネッセンス素子、それを用いた画像表示素子及び照明装置に関し、特に発光効率が高く、色度のずれがない白色発光に適する有機エレクトロルミネッセンス素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
有機ＥＬ素子は自己発光のため、視認性に優れ、かつ数Ｖ〜数十Ｖの低電圧駆動が可能なため駆動回路を含めた軽量化が可能である。そこで、有機ＥＬ素子は、薄膜型ディスプレイ、照明、バックライトとしての活用が期待されている。
【０００３】
また、有機ＥＬ素子は色バリエーションが豊富であることも特徴である。また、複数の発光色を組み合わせる混色によってさまざまな発光が可能となることも特徴である。
【０００４】
発光色の中で、特に白色発光のニーズは高く、またバックライトとしても活用できる。さらに、カラーフィルタを用いて青、緑、赤の画素に分けることが可能である。
【０００５】
この様な白色発光を行う方法としては次の２種類の方法がある。
【０００６】
１．一つの発光層に複数の発光化合物をドープする。
【０００７】
２．複数の発光層から複数の発光色を組み合わせる。
【０００８】
例えば、青（Ｂ）、緑（Ｇ）、赤（Ｒ）の３色により白色を達成する場合、１の場合は、素子作製方法として真空蒸着法を用いた場合は、ＢＧＲとホスト化合物の４元蒸着となり、コントロールが非常に困難となる。
【０００９】
また、ＢＧＲとホスト化合物を溶液に溶解或いは分散にして塗布する方法もあるが、いまのところ、塗布型有機ＥＬは蒸着型に比べ耐久性が劣るという問題がある。
【００１０】
一方、２の複数の発光層を組み合わせる方法が提案されている。蒸着型を用いる場合には１に比べ容易となる。
【００１１】
このような白色発光を行う有機ＥＬ素子としては、短波長発光である青色発光層と長波長発光である赤色発光層との２層を積層することにより、両発光層の混色として白色の発光を得るようにしたものが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【００１２】
しかしながら、このような発色の異なる（異なるピーク波長の）２層の発光層を積層したものにおいては、素子の駆動時間すなわち発光時間や印加電圧の変化に伴って、２つの発光層において膜質が変化したり、ホール（正孔）や電子の輸送性の度合が変化する等により、発光中心が移動し、その結果、色度変化を生じやすい。
【００１３】
特に、２つの発光層の混色として白色を得る場合、白色は他の色に比べて色度変化に敏感であるため、問題が顕在化する。
【００１４】
異なるピーク波長を有する複数の発光層からの混色発光を行うようにした有機ＥＬ素子において、駆動時間や電圧変化に伴う色度変化を極力抑制できるようにする方法として、異なるピーク波長の発光を行う発光層が交互に３層以上積層されたものが開示されている（例えば、特許文献２参照。）。
【００１５】
また、２層以上の積層構造において、発光層の膜厚及び有機ホスト材料と蛍光材料の比率を発光効率をパラメータとして設計する方法が開示されている（例えば、特許文献３参照。）。
【００１６】
これらは交互に積層することで、キャリアの注入バランスが多少ずれても、色ずれが起こりにくくなるという効果がある。しかしながら発光効率が低いこと、及び層間でのエネルギー移動があり、白色度において偏りが認められ、白色発光として未だ不十分であることが分かった。また、依然として電圧変化に伴い色度のずれがおこる問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１７】
【特許文献１】特開平７−１４２１６９号公報
【特許文献２】特開２００３−１８７９７７号公報
【特許文献３】特開２００４−６３３４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
本発明の課題は、色度のずれが無く、高効率で、白色発光に適する有機エレクトロルミネッセンス素子を得ることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明の上記目的を達成するための本発明の態様の一つは、陽極と陰極との間に発光層を有する有機エレクトロルミネッセンス素子において、前記発光層を３層以上有し、該３層以上の発光層に、発光ピークの異なる発光層が２種以上含まれ、かつ、発光ピークの同じ発光層が２層以上含まれ、少なくとも１種の発光層には燐光性化合物を含有し、かつ、前記発光層が規則的な周期を持って積層されてい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にある。
【００２０】
すなわち、本発明に係る上記課題は、以下の手段により解決される。
１．陽極と陰極との間に発光層を有する有機エレクトロルミネッセンス素子において、前記発光層を３層以上有し、該３層以上の発光層に、発光ピークの異なる発光層が２種以上含まれ、かつ、発光ピークの同じ発光層が２層以上含まれ、少なくとも１種の発光層には燐光性化合物を含有し、かつ、前記発光層が規則的な周期を持って積層されていることを特徴とする白色有機エレクトロルミネッセンス素子。
２．前記陰極から前記陽極にかけて、前記発光層が、少なくとも青色発光層、黄色発光層及び青色発光層の順に積層されていることを特徴とする第１項に記載の白色有機エレクトロルミネッセンス素子。
３．前記陰極から前記陽極にかけて、前記発光層が、少なくとも青色発光層、黄色発光層、青色発光層、黄色発光層、青色発光層及び黄色発光層の順に積層されていることを特徴とする第１項に記載の白色有機エレクトロルミネッセンス素子。
４．前記陰極から前記陽極にかけて、前記発光層が、少なくとも青色発光層、黄色発光層、青色発光層、黄色発光層、青色発光層、黄色発光層、青色発光層及び黄色発光層の順に積層されていることを特徴とする第１項に記載の白色有機エレクトロルミネッセンス素子。
５．前記陰極から前記陽極にかけて、前記発光層が、少なくとも青色発光層、緑色発光層、黄色発光層、青色発光層、緑色発光層及び黄色発光層の順に積層されていることを特徴とする請求項１に記載の白色有機エレクトロルミネッセンス素子。
６．前記陰極から前記陽極にかけて、前記発光層が、少なくとも青色発光層、緑色発光層、赤色発光層、青色発光層、緑色発光層、赤色発光層、青色発光層、緑色発光層及び赤色発光層の順に積層されていることを特徴とする第１項に記載の白色有機エレクトロルミネッセンス素子。
７．前記陰極から前記陽極にかけて、前記発光層が、少なくとも青色発光層、緑色発光層、黄色発光層、青色発光層、緑色発光層、黄色発光層、青色発光層、緑色発光層及び黄色発光層の順に積層されていることを特徴とする第１項に記載の白色有機エレクトロルミネッセンス素子。
８．発光ピークの異なる発光層が２種であり、発光ピークの同じ発光層が各々２層以上を有することを特徴とする第１項に記載の白色有機エレクトロルミネッセンス素子。
９．異なる発光ピークを有する発光層の全てが、燐光性化合物を含有することを特徴とする第１項〜第８項のいずれか一項に記載の白色有機エレクトロルミネッセンス素子。
１０．発光ピークの異なる発光層の全てが、発光ドーパントとホスト化合物を含有し、全ての発光層が同じホスト化合物で構成されていることを特徴とする第１項〜第９項のいずれか一項に記載の白色有機エレクトロルミネッセンス素子。
１１．ホスト化合物の励起３重項エネルギーは、前記燐光性化合物の励起３重項エネルギーよりも大きいことを特徴とする第１０項に記載の白色有機エレクトロルミネッセンス素子。
１２．発光層と陰極の間で、かつ発光層に隣接する層に正孔阻止層を有することを特徴とする第１項〜第１１項のいずれか一項に記載の白色有機エレクトロルミネッセンス素子。
１３．発光層と陽極の間で、かつ発光層に隣接する層に電子阻止層を有することを特徴とする第１項〜第１２項のいずれか一項に記載の白色有機エレクトロルミネッセンス素子。
１４．第１項〜第１３項のいずれか一項に記載の白色有機エレクトロルミネッセンス素子を用いたことを特徴とする画像表示素子。
１５．第１項〜第１３項のいずれか一項に記載の白色有機エレクトロルミネッセンス素子を用いたことを特徴とする照明装置。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の上記手段により、色度のずれが無く、高効率で、白色発光に適する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。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】有機ＥＬ素子の層構成を示す図
【図２】本発明の有機ＥＬ素子の発光層の層構成を示す図
【図３】本発明の有機ＥＬ素子の発光層の層構成を示す図
【図４】本発明の有機ＥＬ素子の発光層の層構成を示す図
【図５】本発明の有機ＥＬ素子の発光層の層構成を示す図
【図６】本発明の有機ＥＬ素子の発光層の層構成を示す図
【図７】本発明の有機ＥＬ素子の発光層の層構成を示す図
【図８】本発明の有機ＥＬ素子の発光層の層構成を示す図
【図９】本発明の有機ＥＬ素子の発光層の層構成を示す図
【図１０】有機ＥＬ素子から構成される表示装置の一例を示した模式図
【図１１】表示部の模式図
【図１２】画素の模式図
【図１３】パッシブマトリクス方式フルカラー表示装置の模式図
【図１４】照明装置の概略斜視図
【図１５】照明装置の断面図
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本発明の有機エレクトロルミネッセンス素子（有機ＥＬ素子）の層構成に関し、図を用いて説明するが、本発明はこれらに限定されるものでは無い。
【００２４】
図１の素子構成１で示される構造は、陰極と陽極の間に発光層を有し、発光層は電子阻止層と正孔阻止層で挟み込んでいる。
【００２５】
これらの電子阻止層或いは正孔阻止層は必ずしも必要ではないが、こういう構成とすることで、電子・正孔のキャリアを発光層に閉じ込め、更に電子と正孔の再結合により生成する励起子をも発光層に閉じ込めることができるため、これらの層を設けることが好ましい。
【００２６】
電子阻止層、正孔阻止層を形成する材料は既知のものを使用することができる。
【００２７】
電子阻止層は電子が発光層から漏れ出さぬよう電子を閉じ込めるため、電子阻止層を形成する材料は電子親和力が発光層を形成する材料よりも小さいことが好ましい。
【００２８】
また、正孔阻止層は正孔が発光層から漏れ出さぬように正孔を閉じ込めるため正孔阻止層を形成する材料は発光層を形成する材料よりもイオン化ポテンシャルが大きいことが好ましい。
【００２９】
更に電子と正孔が再結合して生成する３重項励起子を閉じ込めるため、正孔阻止層、電子阻止層を形成する材料の励起３重項エネルギーは発光層の燐光性化合物の励起３重項エネルギーよりも大きいことが好ましい。
【００３０】
さらに、それらを挟み込むように正孔輸送層、電子輸送層を設けることが好ましい。正孔輸送層、電子輸送層は既知の材料を用いることが出来る。駆動電圧低下の面から伝導度の高い材料を用いることが好ましい。
【００３１】
発光層の構成例を図２〜９を用いて説明する。発光層１−１〜発光層３−１４まで示すが本発明はこれらに限定されるものではない。
【００３２】
発光層１−１〜発光層３−１４は素子構成１における発光層部分のみを抜き出したものを示している。
【００３３】
本発明においては、発光層は少なくとも３層以上から構成され、発光ピークの異なる発光層を少なくとも２種以上有するが、好ましくは３もしくは４種類であり、最も好ましくは３種類である。
【００３４】
本発明において、発光ピークの異なる発光層とは、発光ピークがＰＬ測定したとき発光極大波長が少なくとも１０ｎｍ以上異なることを言う。
【００３５】
尚、ＰＬ測定とは、発光ドーパントとホスト化合物を発光層で用いる組成で石英基板に蒸着膜を作製するか、或いはポリマーなどのウェットプロセスにて作製するものは、スピンコートもしくはディップにより薄膜を作製し、得られた蒸着膜或いは薄膜を蛍光光度計で発光を測定することにより発光極大波長を決定できる。
【００３６】
有機ＥＬを点灯させた時の色は特に限定しないが、白色になることが好ましい。
【００３７】
例えば発光ピークの異なる発光層が２種である場合、青色と黄色或いは青緑色と赤、に発光する発光層の組み合わせで白色を得るのが好ましい。
【００３８】
例えば発光ピークの異なる発光層が３種である場合、青色と緑色と赤色に発光する組み合わせで白色を得るのが好ましい。
【００３９】
こうすることで、照明やバックライトなど様々な光源に用いることが出来る。
【００４０】
例えば発光ピークの異なる発光層が４種である場合、青、青緑、黄、赤の組み合わせにより白色を得ることができる。その他にも青色、緑色、赤色の３色での白色の色補正をするためにもう一層を使用することも可能である。
【００４１】
また、発光色は白色だけに限定するものではない。
【００４２】
発光ピークの異なる複数の発光層で単色（例えば青、緑、赤）を発光させることにより、より微妙な色の調整が可能となる。
【００４３】
複数の発光層の並び順は規則的な周期を持っていても良いし、ランダムであっても良い。
【００４４】
有機ＥＬ素子に電圧（電流）をかけたときに、電圧（電流）の変動に対して色度のずれがもっとも少ない並び方になるものが好ましい。
【００４５】
好ましくは規則的な周期を持っているものであり、例えば、図２〜９に示した発光層１−１〜１−６、２−９、２−２３、２−３６、３−９、３−１２、３−１４である。
【００４６】
このようにすると電圧（電流）を変化させたとき、発光位置が厚さ方向にシフトしても発光色が変化しにくくすることが可能である。
【００４７】
一方、複数の発光層から複数の発光色を組み合わせる場合、色ずれを最低限に抑えるために交互、周期、ランダム構造を多重に積層するが、その際、隣接層との接触が多くなるため、その界面でのエネルギー移動の機会が増え、発光層１層での白色素子の形成と同様の問題が生ずる。
【００４８】
有機ＥＬのエネルギー移動は主にフェルスター型が支配的だが、フェルスター型はエネルギー移動距離が大きい。
【００４９】
フェルスター型エネルギー移動とは、基本的にドナー分子の発光スペクトルとアクセプター分子の吸収スペクトルの重なり積分強度が大きいことが重要な因子となる。
【００５０】
蛍光性化合物の場合、スペクトルが重なると蛍光量子収率及びモル吸光係数が大きいため励起１重項エネルギー移動距離が大きくなる。
【００５１】
燐光性化合物においてもＴ←Ｇ吸収が見られる場合には蛍光性化合物と同様に励起３重項でのエネルギー移動が起こる（フェルスター型エネルギー移動に関しては『Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ ｏｆ Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ Ｓｐｅｃｔｒｏｃｓｏｐｙ』Ｊｏｓｅｐｈ Ｒ．Ｌａｋｏｗｉｃｚ著 Ｋｌｕｗｅｒ Ａｃａｄｅｍｉｃ Ｐｌｅｎｕｍ Ｐｕｂｌｉｓｈｅｒｓ ｐ．３６８）。しかしながら、Ｔ←Ｇ吸収のモル吸光係数は蛍光性化合
物に比して非常に小さいため燐光性化合物の方がフェルスター型のエネルギー移動距離は圧倒的に小さい。
【００５２】
本発明においては、発光層の少なくとも１種に燐光性化合物を含有させることにより、層間でのエネルギー移動を低減することができ、これにより薄層による多層化が可能となったものである。
【００５３】
それぞれの隣接する発光層への発光ドーパント間のエネルギー移動はフェルスター型で進行することから、フェルスター距離が小さい組み合わせでそれぞれの発光層の並び順を決定することが出来る。
【００５４】
さらに、ホスト材料を選択することで、電流−電圧特性を変化させることが出来る。
【００５５】
発光層の全体の膜厚は特に限定しないが、５から１００ｎｍが好ましい。更に好ましくは７から５０ｎｍが好ましく、最も好ましくは１０ｎｍから４０ｎｍである。
【００５６】
発光層を構成する複数の発光層における、それぞれの膜厚は１から２０ｎｍが好ましく更に好ましくは２から１０ｎｍである。
【００５７】
これらは素子駆動電圧、電圧（電流）に対する色度のずれ、エネルギー移動、作製の困難さにより、選ぶことができる。
【００５８】
本発明は、これらの発光層の構成の少なくとも１層に燐光性化合物を含有することが必要であり、好ましくは全ての発光層に燐光性化合物を含有することが好ましい。
【００５９】
（発光ホストと発光ドーパント）
発光層中の主成分であるホスト化合物に対する発光ドーパントとの混合比は好ましくは質量で０．１〜３０質量％未満の範囲である。
【００６０】
ただし、本発明においては発光層の少なくとも１層に燐光性化合物（燐光性ドーパント）を用いることが必要であり、発光ドーパントは複数種の化合物を混合して用いても良く、金属錯体やその他の構造を有する燐光性ドーパントでもよい。
【００６１】
発光ドーパントは、大きくわけて、蛍光を発光する蛍光性ドーパントと燐光を発光する燐光性ドーパントの２種類がある。
【００６２】
蛍光性ドーパントの代表例としては、クマリン系色素、ピラン系色素、シアニン系色素、クロコニウム系色素、スクアリウム系色素、オキソベンツアントラセン系色素、フルオレセイン系色素、ローダミン系色素、ピリリウム系色素、ペリレン系色素、スチルベン系色素、ポリチオフェン系色素、又は希土類錯体系蛍光体等が挙げられる。
【００６３】
燐光性ドーパントの代表例としては、好ましくは元素の周期表で８属、９属、１０属の金属を含有する錯体系化合物であり、更に好ましくは、イリジウム化合物、オスミウム化合物であり、中でも最も好ましいのはイリジウム化合物である。
【００６４】
燐光性ドーパントの具体例としては以下の特許公報に記載されている化合物である。
【００６５】
国際公開第００／７０６５５号パンフレット、特開２００２−２８０１７８号公報、特開２００１−１８１６１６号公報、特開２００２−２８０１７９号公報、特開２００１−１８１６１７号公報、特開２００２−２８０１８０号公報、特開２００１−２４７８５９号公報、特開２００２−２９９０６０号公報、特開２００１−３１３１７８号公報、特開２００２−３０２６７１号公報、特開２００１−３４５１８３号公報、特開２００２−３２４６７９号公報、国際公開第０２／１５６４５号パンフレット、特開２００２−３３２２９１号公報、特開２００２−５０４８４号公報、特開２００２−３３２２９２号公報、特開２００２−８３６８４号公報、特表２００２−５４０５７２号公報、特開２００２−１１７９７８号公報、特開２００２−３３８５８８号公報、特開２００２−１７０６８４号公報、特開２００２−３５２９６０号公報、国際公開第０１／９３６４２号パンフレット、特開２００２−５０４８３号公報、特開２００２−１００４７６号公報、特開２００２−１７３６７４号公報、特開２００２−３５９０８２号公報、特開２００２−１７５８８４号公報、特開２００２−３６３５５２号公報、特開２００２−１８４５８２号公報、特開２００３−７４６９号公報、特表２００２−５２５８０８号公報、特開２００３−７４７１号公報、特表２００２−５２５８３３号公報、特開２００３−３１３６６号公報、特開２００２−２２６４９５号公報、特開２００２−２３４８９４号公報、特開２００２−２３５０７６号公報、特開２００２−２４１７５１号公報、特開２００１−３１９７７９号公報、特開２００１−３１９７８０号公報、特開２００２−６２８２４号公報、特開２００２−１００４７４号公報、特開２００２−２０３６７９号公報、特開２００２−３４３５７２号公報、特開２００２−２０３６７８号公報等。
【００６６】
その具体例の一部を下記に示す。
【００６７】
【化１】
【００６８】
【化２】
【００６９】
【化３】
【００７０】
（発光ホスト化合物）
本発明に用いられる発光ホスト化合物としては、構造的には特に制限はないが、代表的にはカルバゾール誘導体、トリアリールアミン誘導体、芳香族ボラン誘導体、含窒素複素環化合物、チオフェン誘導体、フラン誘導体、オリゴアリーレン化合物等の基本骨格を有するもの、又は、カルボリン誘導体やジアザカルバゾール誘導体（ここで、ジアザカルバゾール誘導体とは、カルボリン誘導体のカルボリン環を構成する炭化水素環の少なくとも一つの炭素原子が窒素原子で置換されているものを表す。）等が挙げられる。
【００７１】
中でもカルボリン誘導体、ジアザカルバゾール誘導体等が好ましく用いられる。
【００７２】
以下に、カルボリン誘導体、ジアザカルバゾール誘導体等の具体例を挙げるが、本発明はこれらに限定されない。
【００７３】
【化４】
【００７４】
【化５】
【００７５】
また、本発明に用いられる発光ホストは低分子化合物でも、繰り返し単位をもつ高分子化合物でもよく、ビニル基やエポキシ基のような重合性基を有する低分子化合物（蒸着重合性発光ホスト）でもいい。
【００７６】
発光ホストとしては、正孔輸送能、電子輸送能を有しつつ、且つ、発光の長波長化を防ぎ、高Ｔｇ（ガラス転移温度）である化合物が好ましい。
【００７７】
発光ホストの具体例としては、以下の文献に記載されている化合物が好適である。例えば、特開２００１−２５７０７６号公報、同２００２−３０８８５５号公報、同２００１−３１３１７９号公報、同２００２−３１９４９１号公報、同２００１−３５７９７７号公報、同２００２−３３４７８６号公報、同２００２−８８６０号公報、同２００２−３３４７８７号公報、同２００２−１５８７１号公報、同２００２−３３４７８８号公報、同２００２−４３０５６号公報、同２００２−３３４７８９号公報、同２００２−７５６４５号公報、同２００２−３３８５７９号公報、同２００２−１０５４４５号公報、同２００２−３４３５６８号公報、同２００２−１４１１７３号公報、同２００２−３５２９５７号公報、同２００２−２０３６８３号公報、同２００２−３６３２２７号公報、同２００２−２３１４５３号公報、同２００３−３１６５号公報、同２００２−２３４８８８号公報、同２００３−２７０４８号公報、同２００２−２５５９３４号公報、同２００２−２６０８６１号公報、同２００２−２８０１８３号公報、同２００２−２９９０６０号公報、同２００２−３０２５１６号公報、同２００２−３０５０８３号公報、同２００２−３０５０８４号公報、同２００２−３０８８３７号公報等。
【００７８】
次に、有機ＥＬ素子の他の構成層について述べる。
【００７９】
《正孔阻止層》
正孔阻止層とは広い意味では電子輸送層の機能を有し、電子を輸送する機能を有しつつ正孔を輸送する能力が著しく小さい材料からなり、電子を輸送しつつ正孔を阻止することで電子と正孔の再結合確率を向上させることができる。
【００８０】
正孔阻止層としては、例えば特開平１１−２０４２５８号公報、同１１−２０４３５９号公報、及び「有機ＥＬ素子とその工業化最前線（１９９８年１１月３０日 エヌ・ティー・エス社発行）」の２３７頁等に記載の正孔阻止（ホールブロック）層等を本発明に係る正孔阻止層として適用可能である。また、後述する電子輸送層の構成を必要に応じて、本発明に係る正孔阻止層として用いることが出来る。
【００８１】
《電子阻止層》
一方、電子阻止層とは広い意味では正孔輸送層の機能を有し、正孔を輸送する機能を有しつつ電子を輸送する能力が著しく小さい材料からなり、正孔を輸送しつつ電子を阻止することで電子と正孔の再結合確率を向上させることができる。また、後述する正孔輸送層の構成を必要に応じて電子阻止層として用いることが出来る。
【００８２】
本発明に係る正孔阻止層、電子阻止層の膜厚としては好ましくは３〜１００ｎｍの範囲内であり、更に好ましくは５〜３０ｎｍの範囲内である。
【００８３】
《正孔輸送層》
正孔輸送層とは正孔を輸送する機能を有する材料を含み、広い意味で正孔注入層、電子阻止層も正孔輸送層に含まれる。正孔輸送層は単層もしくは複数層設けることができる。
【００８４】
正孔輸送材料としては、特に制限はなく、従来、光導伝材料において、正孔の電荷注入輸送材料として慣用されているものやＥＬ素子の正孔注入層、正孔輸送層に使用される公知のものの中から任意のものを選択して用いることができる。
【００８５】
正孔輸送材料は、正孔の注入もしくは輸送、電子の障壁性のいずれかを有するものであり、有機物、無機物のいずれであってもよい。例えばトリアゾール誘導体、オキサジアゾール誘導体、イミダゾール誘導体、ポリアリールアルカン誘導体、ピラゾリン誘導体及びピラゾロン誘導体、フェニレンジアミン誘導体、アリールアミン誘導体、アミノ置換カルコン誘導体、オキサゾール誘導体、スチリルアントラセン誘導体、フルオレノン誘導体、ヒドラゾン誘導体、スチルベン誘導体、シラザン誘導体、アニリン系共重合体、また、導電性高分子オリゴマー、特にチオフェンオリゴマー等が挙げられる。
【００８６】
正孔輸送材料としては、上記のものを使用することができるが、ポルフィリン化合物、芳香族第三級アミン化合物及びスチリルアミン化合物、特に芳香族第三級アミン化合物を用いることが好ましい。
【００８７】
芳香族第三級アミン化合物及びスチリルアミン化合物の代表例としては、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラフェニル−４，４’−ジアミノフェニル；Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−Ｎ，Ｎ’−ビス（３−メチルフェニル）−〔１，１’−ビフェニル〕−４，４’−ジアミン（ＴＰＤ）；２，２−ビス（４−ジ−ｐ−トリルアミノフェニル）プロパン；１，１−ビス（４−ジ−ｐ−トリルアミノフェニル）シクロヘキサン；Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラ−ｐ−トリル−４，４’−ジアミノビフェニル；１，１−ビス（４−ジ−ｐ−トリルアミノフェニル）−４−フェニルシクロヘキサン；ビス（４−ジメチルアミノ−２−メチルフェニル）フェニルメタン；ビス（４−ジ−ｐ−トリルアミノフェニル）フェニルメタン；Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−Ｎ，Ｎ’−ジ（４−メトキシフェニル）−４，４’−ジアミノビフェニル；Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラフェニル−４，４’−ジアミノジフェニルエーテル；４，４’−ビス（ジフェニルアミノ）クオードリフェニル；Ｎ，Ｎ，Ｎ−トリ（ｐ−トリル）アミン；４−（ジ−ｐ−トリルアミノ）−４’−〔４−（ジ−ｐ−トリルアミノ）スチリル〕スチルベン；４−Ｎ，Ｎ−ジフェニルアミノ−（２−ジフェニルビニル）ベンゼン；３−メトキシ−４’−Ｎ，Ｎ−ジフェニルアミノスチルベンゼン；Ｎ−フェニルカルバゾール、さらには、米国特許第５，０６１，５６９号明細書に記載されている２個の縮合芳香族環を分子内に有するもの、例えば４，４’−ビス〔Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニルアミノ〕ビフェニル（ＮＰＤ）、特開平４−３０８６８８号公報に記載されているトリフェニルアミンユニットが３つスターバースト型に連結された４，４’，４’’−トリス〔Ｎ−（３−メチルフェニル）−Ｎ−フェニルアミノ〕トリフェニルアミン（ＭＴＤＡＴＡ）等が挙げられる。
【００８８】
さらにこれらの材料を高分子鎖に導入した、又はこれらの材料を高分子の主鎖とした高分子材料を用いることもできる。
【００８９】
また、ｐ型−Ｓｉ、ｐ型−ＳｉＣ等の無機化合物も正孔注入材料、正孔輸送材料として使用することができる。また、正孔輸送材料は、高Ｔｇであることが好ましい。
【００９０】
この正孔輸送層は、上記正孔輸送材料を、例えば真空蒸着法、スピンコート法、キャスト法、インクジェット法、ＬＢ法等の公知の方法により、薄膜化することにより形成することができる。正孔輸送層の膜厚については特に制限はないが、通常は５〜５０００ｎｍの範囲内程度である。この正孔輸送層は、上記材料の１種又は２種以上からなる１層構造であってもよい。
【００９１】
又、不純物ドープしたｐ性の高い正孔輸送層を用いることも出来る。その例としては、特開平４−２９７０７６号、特開２０００−１９６１４０号、特開２００１−１０２１７５号、Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，９５，５７７３（２００４）などに記載されたものが挙げられる。
【００９２】
《電子輸送層》
電子輸送層とは電子を輸送する機能を有する材料からなり、広い意味で電子注入層、正孔阻止層も電子輸送層に含まれる。電子輸送層は、単層もしくは複数層を設けることができる。
【００９３】
従来、単層の電子輸送層、及び複数層とする場合は発光層に対して陰極側に隣接する電子輸送層に用いられる電子輸送材料（正孔阻止材料を兼ねる）としては、下記の材料が知られている。
【００９４】
さらに、電子輸送層は、陰極より注入された電子を発光層に伝達する機能を有していればよく、その材料としては従来公知の化合物の中から任意のものを選択して用いることができる。
【００９５】
この電子輸送層に用いられる材料（以下、電子輸送材料という）の例としては、ニトロ置換フルオレン誘導体、ジフェニルキノン誘導体、チオピランジオキシド誘導体、ナフタレンペリレンなどの複素環テトラカルボン酸無水物、カルボジイミド、フレオレニリデンメタン誘導体、アントラキノジメタン及びアントロン誘導体、オキサジアゾール誘導体などが挙げられる。さらに、上記オキサジアゾール誘導体において、オキサジアゾール環の酸素原子を硫黄原子に置換したチアジアゾール誘導体、電子吸引基として知られているキノキサリン環を有するキノキサリン誘導体も、電子輸送材料として用いることができる。
【００９６】
さらにこれらの材料を高分子鎖に導入した、又はこれらの材料を高分子の主鎖とした高分子材料を用いることもできる。
【００９７】
また、８−キノリノール誘導体の金属錯体、例えばトリス（８−キノリノール）アルミニウム（Ａｌｑ３）、トリス（５，７−ジクロロ−８−キノリノール）アルミニウム、トリス（５，７−ジブロモ−８−キノリノール）アルミニウム、トリス（２−メチル−８−キノリノール）アルミニウム、トリス（５−メチル−８−キノリノール）アルミニウム、ビス（８−キノリノール）亜鉛（Ｚｎｑ）など、及びこれらの金属錯体の中心金属がＩｎ、Ｍｇ、Ｃｕ、Ｃａ、Ｓｎ、Ｇａ又はＰｂに置き替わった金属錯体も、電子輸送材料として用いることができる。その他、メタルフリー若しくはメタルフタロシアニン、又はそれらの末端がアルキル基やスルホン酸基などで置換されているものも、電子輸送材料として好ましく用いることができる。また、発光層の材料として例示したジスチリルピラジン誘導体も、電子輸送材料として用いることができるし、正孔注入層、正孔輸送層と同様に、ｎ型−Ｓｉ、ｎ型−ＳｉＣなどの無機半導体も電子輸送材料として用いることができる。
【００９８】
この電子輸送層は、上記電子輸送材料を、例えば真空蒸着法、スピンコート法、キャスト法、インクジェット法、ＬＢ法等の公知の方法により、薄膜化することにより形成することができる。電子輸送層の膜厚については特に制限はないが、通常は５〜５０００ｎｍの範囲内程度である。この電子輸送層は、上記材料の１種又は２種以上からなる１層構造であってもよい。
【００９９】
又、不純物ドープしたｎ性の高い電子輸送層を用いることも出来る。その例としては、特開平４−２９７０７６号、特開２０００−１９６１４０号、特開２００１−１０２１７５号、Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，９５，５７７３（２００４）などに記載されたものが挙げられる。
【０１００】
次に、本発明の有機ＥＬ素子の構成層として用いられる、注入層について説明する。
【０１０１】
《注入層》：電子注入層、正孔注入層
注入層は必要に応じて設け、電子注入層と正孔注入層があり、上記のごとく陽極と発光層又は正孔輸送層の間、及び、陰極と発光層又は電子輸送層との間に存在させてもよい。
【０１０２】
注入層とは、駆動電圧低下や発光輝度向上のために電極と有機層間に設けられる層のことで、「有機ＥＬ素子とその工業化最前線（１９９８年１１月３０日 エヌ・ティー・エス社発行）」の第２編第２章「電極材料」（１２３〜１６６頁）に詳細に記載されており、正孔注入層（陽極バッファー層）と電子注入層（陰極バッファー層）とがある。
【０１０３】
陽極バッファー層（正孔注入層）は、特開平９−４５４７９号公報、同９−２６００６２号公報、同８−２８８０６９号公報等にもその詳細が記載されており、具体例として、銅フタロシアニンに代表されるフタロシアニンバッファー層、酸化バナジウムに代表される酸化物バッファー層、アモルファスカーボンバッファー層、ポリアニリン（エメラルディン）やポリチオフェン等の導電性高分子を用いた高分子バッファー層等が挙げられる。
【０１０４】
陰極バッファー層（電子注入層）は、特開平６−３２５８７１号公報、同９−１７５７４号公報、同１０−７４５８６号公報等にもその詳細が記載されており、具体的には、ストロンチウムやアルミニウム等に代表される金属バッファー層、フッ化リチウムに代表されるアルカリ金属化合物バッファー層、フッ化マグネシウムに代表されるアルカリ土類金属化合物バッファー層、酸化アルミニウムに代表される酸化物バッファー層等が挙げられる。
【０１０５】
上記バッファー層（注入層）はごく薄い膜であることが望ましく、素材にもよるが、その膜厚は０．１〜１００ｎｍの範囲が好ましい。
【０１０６】
この注入層は、上記材料を、例えば真空蒸着法、スピンコート法、キャスト法、インクジェット法、ＬＢ法等の公知の方法により、薄膜化することにより形成することができる。注入層の膜厚については特に制限はないが、通常は５〜５０００ｎｍの範囲内程度である。この注入層は、上記材料の１種又は２種以上からなる１層構造であってもよい。
【０１０７】
《陽極》
本発明の有機ＥＬ素子に係る陽極としては、仕事関数の大きい（４ｅＶ以上）金属、合金、電気伝導性化合物及びこれらの混合物を電極物質とするものが好ましく用いられる。このような電極物質の具体例としてはＡｕ等の金属、ＣｕＩ、インジウムチンオキシド（ＩＴＯ）、ＳｎＯ２、ＺｎＯ等の導電性透明材料が挙げられる。また、ＩＤＩＸＯ（Ｉｎ２Ｏ３−ＺｎＯ）等非晶質で透明導電膜を作製可能な材料を用いてもよい。陽極は、これら
の電極物質を蒸着やスパッタリング等の方法により、薄膜を形成させ、フォトリソグラフィー法で所望の形状のパターンを形成してもよく、あるいはパターン精度をあまり必要としない場合は（１００μｍ以上程度）、上記電極物質の蒸着やスパッタリング時に所望の形状のマスクを介してパターンを形成してもよい。この陽極より発光を取り出す場合には、透過率を１０％より大きくすることが望ましく、また、陽極としてのシート抵抗は数百Ω／□以下が好ましい。さらに膜厚は材料にもよるが、通常１０〜１０００ｎｍの範囲内、好ましくは１０〜２００ｎｍの範囲内の範囲で選ばれる。
【０１０８】
《陰極》
一方、本発明に係る陰極としては、仕事関数の小さい（４ｅＶ以下）金属（電子注入性金属と称する）、合金、電気伝導性化合物及びこれらの混合物を電極物質とするものが用いられる。このような電極物質の具体例としては、ナトリウム、ナトリウム−カリウム合金、マグネシウム、リチウム、マグネシウム／銅混合物、マグネシウム／銀混合物、マグネシウム／アルミニウム混合物、マグネシウム／インジウム混合物、アルミニウム／酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）混合物、インジウム、リチウム／アルミニウム混合物、希土類金属等が挙げられる。これらの中で、電子注入性及び酸化等に対する耐久性の点から、電子注入性金属とこれより仕事関数の値が大きく安定な金属である第二金属との混合物、例えばマグネシウム／銀混合物、マグネシウム／アルミニウム混合物、マグネシウム／インジウム混合物、アルミニウム／酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）混合物、リチウム／アルミニウム混合物、アルミニウム等が好適である。陰極は、これらの電極物質を蒸着やスパッタリング等の方法により、薄膜を形成させることにより、作製することができる。また、陰極としてのシート抵抗は数百Ω／□以下が好ましく、膜厚は通常１０〜１０００ｎｍ、好ましくは５０〜２００ｎｍの範囲で選ばれる。なお、発光を透過させるため、有機ＥＬ素子の陽極又は陰極のいずれか一方が、透明又は半透明であれば発光輝度が向上し好都合である。
【０１０９】
《基体（基板、基材、支持体等ともいう）》
本発明の有機ＥＬ素子に係る基体としては、ガラス、プラスチック等の種類には特に限定はなく、また、透明のものであれば特に制限はないが、好ましく用いられる基板としては例えばガラス、石英、光透過性樹脂フィルムを挙げることができる。特に好ましい基体は、有機ＥＬ素子にフレキシブル性を与えることが可能な樹脂フィルムである。
【０１１０】
樹脂フィルムとしては、例えばポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、ポリエーテルイミド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリフェニレンスルフィド、ポリアリレート、ポリイミド、ポリカーボネート（ＰＣ）、セルローストリアセテート（ＴＡＣ）、セルロースアセテートプロピオネート（ＣＡＰ）等からなるフィルム等が挙げられる。
【０１１１】
樹脂フィルムの表面には、無機物もしくは有機物の被膜又はその両者のハイブリッド被膜が形成されていてもよく、水蒸気透過率が０．０１ｇ／ｍ２・ｄａｙ・ａｔｍ以下の高バリア性フィルムであることが好ましい。
【０１１２】
本発明の有機エレクトロルミネッセンス素子の発光の室温における外部取り出し効率は１％以上であることが好ましく、より好ましくは２％以上である。ここに、外部取り出し量子効率（％）＝有機ＥＬ素子外部に発光した光子数／有機ＥＬ素子に流した電子数×１００である。
【０１１３】
照明用途で用いる場合には、発光ムラを低減させるために粗面加工したフィルム（アンチグレアフィルム等）を併用することもできる。
【０１１４】
多色表示装置として用いる場合は少なくとも２種類の異なる発光極大波長を有する有機ＥＬ素子からなるが、有機ＥＬ素子を作製する好適な例を説明する。
【０１１５】
《有機ＥＬ素子の作製方法》
本発明の有機ＥＬ素子の作製方法の一例として、陽極／正孔注入層／正孔輸送層／発光層（３層以上）／正孔阻止層／電子輸送層／陰極バッファー層／陰極からなる有機ＥＬ素子の作製法について説明する。
【０１１６】
まず適当な基体上に、所望の電極物質、例えば陽極用物質からなる薄膜を、１μｍ以下、好ましくは１０〜２００ｎｍの範囲内の膜厚になるように、蒸着やスパッタリング等の方法により形成させ、陽極を作製する。次に、この上に素子材料である正孔注入層、正孔輸送層、発光層（３層以上）、正孔阻止層、電子輸送層等の有機化合物を含有する薄膜を形成
させる。
【０１１７】
この有機化合物を含有する薄膜の薄膜化の方法としては、スピンコート法、キャスト法、インクジェット法、蒸着法、印刷法等があるが、均質な膜が得られやすく、かつピンホールが生成しにくい等の点から、真空蒸着法又はスピンコート法が特に好ましい。さらに層ごとに異なる製膜法を適用してもよい。製膜に蒸着法を採用する場合、その蒸着条件は、使用する化合物の種類等により異なるが、一般にボート加熱温度５０〜４５０℃の範囲内、真空度１０−６〜１０−２Ｐａの範囲内、蒸着速度０．０１〜５０ｎｍ／秒の範囲内、基板温度−５０〜３００℃の範囲内、膜厚０．１ｎｍ〜５μｍの範囲で適宜選ぶことが望ましい。
【０１１８】
これらの層の形成後、その上に陰極用物質からなる薄膜を、１μｍ以下好ましくは５０〜２００ｎｍの範囲の膜厚になるように、例えば蒸着やスパッタリング等の方法により形成させ、陰極を設けることにより、所望の有機ＥＬ素子が得られる。この有機ＥＬ素子の作製は、一回の真空引きで一貫して正孔注入層から陰極まで作製するのが好ましいが、途中で取り出して異なる製膜法を施してもかまわない。その際、作業を乾燥不活性ガス雰囲気下で行う等の配慮が必要となる。
【０１１９】
《表示装置》
本発明の表示装置について説明する。
【０１２０】
本発明の表示装置は単色でも多色でもよいが、ここでは、多色表示装置について説明する。多色表示装置の場合は、発光層形成時のみシャドーマスクを設け、一面に蒸着法、キャスト法、スピンコート法、インクジェット法、印刷法等で膜を形成できる。
【０１２１】
発光層のみパターニングを行う場合、その方法に限定はないが、好ましくは蒸着法、インクジェット法、印刷法である。蒸着法を用いる場合においてはシャドーマスクを用いたパターニングが好ましい。
【０１２２】
また作製順序を逆にして、陰極、電子輸送層、正孔阻止層、発光層（３層以上）、正孔輸送層、陽極の順に作製することも可能である。
【０１２３】
このようにして得られた多色表示装置に、直流電圧を印加する場合には、陽極を＋、陰極を−の極性として電圧２〜４０Ｖの範囲内程度を印加すると、発光が観測できる。また、逆の極性で電圧を印加しても電流は流れずに発光は全く生じない。さらに、交流電圧を印加する場合には、陽極が＋、陰極が−の状態になったときのみ発光する。なお、印加する交流の波形は任意でよい。
【０１２４】
多色表示装置は、表示デバイス、ディスプレイ、各種発光光源として用いることができる。表示デバイス、ディスプレイにおいて、青、赤、緑発光の３種の有機ＥＬ素子を用いることにより、フルカラーの表示が可能となる。
【０１２５】
表示デバイス、ディスプレイとしてはテレビ、パソコン、モバイル機器、ＡＶ機器、文字放送表示、自動車内の情報表示等が挙げられる。特に静止画像や動画像を再生する表示装置として使用してもよく、動画再生用の表示装置として使用する場合の駆動方式は単純マトリックス（パッシブマトリックス）方式でもアクティブマトリックス方式でもどちらでもよい。
【０１２６】
発光光源としては家庭用照明、車内照明、時計や液晶用のバックライト、看板広告、信号機、光記憶媒体の光源、電子写真複写機の光源、光通信処理機の光源、光センサーの光源等が挙げられるがこれに限定するものではない。
【０１２７】
《照明装置》
本発明の照明装置について説明する。
【０１２８】
本発明の有機ＥＬ素子に共振器構造を持たせた有機ＥＬ素子として用いてもよく、このような共振器構造を有した有機ＥＬ素子の使用目的としては光記憶媒体の光源、電子写真複写機の光源、光通信処理機の光源、光センサーの光源等が挙げられるが、これらに限定されない。
【０１２９】
また、本発明の有機ＥＬ素子は、照明用や露光光源のような一種のランプとして使用しても良いし、画像を投影するタイプのプロジェクション装置や、静止画像や動画像を直接視認するタイプの表示装置（ディスプレイ）として使用しても良い。動画再生用の表示装置として使用する場合の駆動方式は単純マトリクス（パッシブマトリクス）方式でもアクティブマトリクス方式でもどちらでも良い。又は、異なる発光色を有する本発明の有機ＥＬ素子を２種以上使用することにより、フルカラー表示装置を作製することが可能である。
【０１３０】
以下、本発明の有機ＥＬ素子を有する表示装置の一例を図面に基づいて説明する。
【０１３１】
図１０は、有機ＥＬ素子から構成される表示装置の一例を示した模式図である。有機ＥＬ素子の発光により画像情報の表示を行う、例えば、携帯電話等のディスプレイの模式図である。
【０１３２】
ディスプレイ１は、複数の画素を有する表示部Ａ、画像情報に基づいて表示部Ａの画像走査を行う制御部Ｂ等からなる。
【０１３３】
制御部Ｂは、表示部Ａと電気的に接続され、複数の画素それぞれに外部からの画像情報に基づいて走査信号と画像データ信号を送り、走査信号により走査線毎の画素が画像データ信号に応じて順次発光して画像走査を行って画像情報を表示部Ａに表示する。
【０１３４】
図１１は、表示部Ａの模式図である。
【０１３５】
表示部Ａは基板上に、複数の走査線５及びデータ線６を含む配線部と、複数の画素３等とを有する。表示部Ａの主要な部材の説明を以下に行う。
【０１３６】
図においては、画素３の発光した光が、白矢印方向（下方向）へ取り出される場合を示している。
【０１３７】
配線部の走査線５及び複数のデータ線６は、それぞれ導電材料からなり、走査線５とデータ線６は格子状に直交して、直交する位置で画素３に接続している（詳細は図示していない）。
【０１３８】
画素３は、走査線５から走査信号が印加されると、データ線６から画像データ信号を受け取り、受け取った画像データに応じて発光する。発光の色が赤領域の画素、緑領域の画素、青領域の画素を、適宜、同一基板上に並置することによって、フルカラー表示が可能となる。
【０１３９】
本発明の有機ＥＬ素子を白色発光の素子として用いる場合は、ＢＧＲのカラーフィルタとの組み合わせによりフルカラー表示を行うことが出来る。
【０１４０】
次に、画素の発光プロセスを説明する。
【０１４１】
図１２は、画素の模式図である。
【０１４２】
画素は、有機ＥＬ素子１０、スイッチングトランジスタ１１、駆動トランジスタ１２、コンデンサ１３等を備えている。複数の画素に区分された有機ＥＬ素子１０として白色発光の有機ＥＬ素子を用い、ＢＧＲのカラーフィルタと組み合わせることでフルカラー表示を行うことができる。
【０１４３】
図１２において、制御部Ｂからデータ線６を介してスイッチングトランジスタ１１のドレインに画像データ信号が印加される。そして、制御部Ｂから走査線５を介してスイッチングトランジスタ１１のゲートに走査信号が印加されると、スイッチングトランジスタ１１の駆動がオンし、ドレインに印加された画像データ信号がコンデンサ１３と駆動トランジスタ１２のゲートに伝達される。
【０１４４】
画像データ信号の伝達により、コンデンサ１３が画像データ信号の電位に応じて充電されるとともに、駆動トランジスタ１２の駆動がオンする。駆動トランジスタ１２は、ドレインが電源ライン７に接続され、ソースが有機ＥＬ素子１０の電極に接続されており、ゲートに印加された画像データ信号の電位に応じて電源ライン７から有機ＥＬ素子１０に電流が供給される。
【０１４５】
制御部Ｂの順次走査により走査信号が次の走査線５に移ると、スイッチングトランジスタ１１の駆動がオフする。しかし、スイッチングトランジスタ１１の駆動がオフしてもコンデンサ１３は充電された画像データ信号の電位を保持するので、駆動トランジスタ１２の駆動はオン状態が保たれて、次の走査信号の印加が行われるまで有機ＥＬ素子１０の発光が継続する。順次走査により次に走査信号が印加されたとき、走査信号に同期した次の画像データ信号の電位に応じて駆動トランジスタ１２が駆動して有機ＥＬ素子１０が発光する。
【０１４６】
すなわち、有機ＥＬ素子１０の発光は、複数の画素それぞれの有機ＥＬ素子１０に対して、アクティブ素子であるスイッチングトランジスタ１１と駆動トランジスタ１２を設けて、複数の画素３それぞれの有機ＥＬ素子１０の発光を行っている。このような発光方法をアクティブマトリクス方式と呼んでいる。
【０１４７】
ここで、有機ＥＬ素子１０の発光は、複数の階調電位を持つ多値の画像データ信号による複数の階調の発光でもよいし、２値の画像データ信号による所定の発光量のオン、オフでもよい。
【０１４８】
また、コンデンサ１３の電位の保持は、次の走査信号の印加まで継続して保持してもよいし、次の走査信号が印加される直前に放電させてもよい。
【０１４９】
本発明においては、上述したアクティブマトリクス方式に限らず、走査信号が走査されたときのみデータ信号に応じて有機ＥＬ素子を発光させるパッシブマトリクス方式の発光駆動でもよい。
【０１５０】
図１３は、パッシブマトリクス方式による表示装置の模式図である。図４において、複数の走査線５と複数の画像データ線６が画素３を挟んで対向して格子状に設けられている。
【０１５１】
順次走査により走査線５の走査信号が印加されたとき、印加された走査線５に接続している画素３が画像データ信号に応じて発光する。パッシブマトリクス方式では画素３にアクティブ素子が無く、製造コストの低減が計れる。
【０１５２】
本発明に係わる有機ＥＬ素子は、また、照明装置として、実質白色の発光を生じる有機ＥＬ素子に適用できる。
【０１５３】
本発明に係わる白色有機ＥＬ素子においては、必要に応じ製膜時にメタルマスクやインクジェットプリンティング法等でパターニングを施してもよい。パターニングする場合は、電極のみをパターニングしてもいいし、電極と発光層をパターニングしてもいいし、素子全層をパターニングしてもいい。
【０１５４】
このように、本発明の白色発光有機ＥＬ素子は、前記表示デバイス、ディスプレイに加えて、各種発光光源、照明装置として、家庭用照明、車内照明、また、露光光源のような一種のランプとして、液晶表示装置のバックライト等、表示装置にも有用に用いられる。
【０１５５】
その他、時計等のバックライト、看板広告、信号機、光記憶媒体等の光源、電子写真複写機の光源、光通信処理機の光源、光センサーの光源等、更には表示装置を必要とする一般の家庭用電気器具等広い範囲の用途が挙げられる。
【実施例】
【０１５６】
実施例１
〈有機ＥＬ素子１−１〜１−１２の作製〉
（有機ＥＬ素子１−１の作製）
陽極として１００ｍｍ×１００ｍｍ×１．１ｍｍのガラス基板上にＩＴＯ（インジウムチンオキサイド）を１００ｎｍ製膜した基板（ＮＨテクノグラス社製ＮＡ４５）にパターニングを行った後、このＩＴＯ透明電極を設けた透明支持基板をイソプロピルアルコールで超音波洗浄し、乾燥窒素ガスで乾燥し、ＵＶオゾン洗浄を５分間行った。この透明支持基盤を市販の真空蒸着装置の基板ホルダーに固定した。
【０１５７】
次いで、真空槽を４×１０−４Ｐａまで減圧した後、α−ＮＰＤの入った加熱ボートに通電して加熱し、蒸着速度０．１ｎｍ／ｓｅｃで透明支持体基板に蒸着し２５ｎｍ正孔輸送層を設けた。次に電子阻止層として、ＨＴＭ１の入った加熱ボートに通電して加熱し、蒸着速度０．１ｎｍ／ｓｅｃでＨＴＭ１を１５ｎｍ蒸着した。
【０１５８】
その後、表１に示すように、発光層Ａ、Ｂの各組成を用い、図２に示す発光層１−１の積層の発光層となるように形成し、その上に正孔阻止層としてＨ−１３を１０ｎｍ蒸着した。
【０１５９】
更にＡｌｑ３の入った加熱ボートに通電して加熱し、蒸着速度０．１ｎｍｓｅｃで前記正孔層上に蒸着して膜厚３０ｎｍの電子輸送層を設けた。なお、蒸着時の基板温度は室温で行った。
【０１６０】
引き続き陰極バッファー層としてフッ化リチウム０．５ｎｍを蒸着し、更にアルミニウム１１０ｎｍを蒸着して陰極を形成し、有機ＥＬ素子１−１を作製した。
【０１６１】
（有機ＥＬ素子１−２〜１−１２の作製）
有機ＥＬ素子１−１と同様にして表１に示す各発光層を各層構成となるように積層し、有機ＥＬ素子１−２〜１−１２を作製した。
【０１６２】
【化６】
得られた有機ＥＬ素子を以下の方法で評価した。
【０１６３】
〈外部取り出し量子効率〉
作製した有機ＥＬ素子について、２３℃、乾燥窒素ガス雰囲気下で２．５ｍＡ／ｃｍ２の一定電流を印加した時の外部取り出し量子効率（％）を測定した。尚、測定には分光放射輝度計ＣＳ−１０００（ミノルタ製）を用いた。
【０１６４】
〈色度のずれ〉
色度のずれはＣＩＥ色度図において、１００ｃｄ／ｍ２輝度時の色度座標と５０００ｃｄ／ｍ２輝度時の色度座標のずれを表す。
【０１６５】
２３℃、乾燥窒素ガス雰囲気下でＣＳ−１０００（ミノルタ製）を用いて測定を行った。
【０１６６】
また、用いたホスト化合物及びドーパント化合物の励起３重項エネルギーを記載する。溶媒はエタノール：メタノール＝１：１、７７Ｋにて測定した。測定は日立製Ｆ４５００で行った。得られたリン光スペクトルの０−０バンドに起因するピークから励起３重項エネルギーを算出した。
【０１６７】
得られた結果を表１、２に示す。
【０１６８】
【表１】
【０１６９】
【表２】
本発明の有機ＥＬ素子は高い外部取り出し量子効率と低い色度のずれを示すことが分かる。
【０１７０】
実施例２
実施例１で作製した有機ＥＬ素子１−８の非発光面をガラスケースで覆い、照明装置とした。照明装置は、発光効率が高く発光寿命の長い白色光を発する薄型の照明装置として使用することができた。図１４は照明装置の概略斜視図であり、図１５は照明装置の断面図である。図中、有機ＥＬ素子１０１は、ＩＴＯ透明電極付きガラス基板１０７上に積層された有機ＥＬ層１０６及び陰極１０５が形成されている。照明装置１００は、この有機ＥＬ素子１０１をガラスケース１０２で覆い、電源線（陽極）１０３と、電源線（陰極）１０４が接続されている。なおガラスケース１０２内には窒素ガス１０８が充填され、捕水剤１０９が設けられている。
【産業上の利用可能性】
【０１７１】
本発明は、発光層を３層以上有し、発光ピークの異なる発光層が２種以上で、発光ピークの同じ発光層が２層以上である層構成において、少なくとも１つの発光層には燐光性化合物を含有することにより、多層化してもエネルギー移動がなく、電圧変化に伴う色ずれを起こりにくくでき、発光効率を向上させることができることを見いだした。
【符号の説明】
【０１７２】
１ 表示装置
３ 画素
５ 走査線
６ データ線
１１ 有機ＥＬ素子
１２ 駆動トランジスタ
１３ コンデンサ
Ａ 表示部
Ｂ 制御部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、陽極と陰極との間に３層以上の発光層を有する有機エレクトロルミネッセンス素子、それを用いた画像表示素子及び照明装置に関し、特に発光効率が高く、色度のずれがない白色発光に適する有機エレクトロルミネッセンス素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
有機ＥＬ素子は自己発光のため、視認性に優れ、かつ数Ｖ〜数十Ｖの低電圧駆動が可能なため駆動回路を含めた軽量化が可能である。そこで、有機ＥＬ素子は、薄膜型ディスプレイ、照明、バックライトとしての活用が期待されている。
【０００３】
また、有機ＥＬ素子は色バリエーションが豊富であることも特徴である。また、複数の発光色を組み合わせる混色によってさまざまな発光が可能となることも特徴である。
【０００４】
発光色の中で、特に白色発光のニーズは高く、またバックライトとしても活用できる。さらに、カラーフィルタを用いて青、緑、赤の画素に分けることが可能である。
【０００５】
この様な白色発光を行う方法としては次の２種類の方法がある。
【０００６】
１．一つの発光層に複数の発光化合物をドープする。
【０００７】
２．複数の発光層から複数の発光色を組み合わせる。
【０００８】
例えば、青（Ｂ）、緑（Ｇ）、赤（Ｒ）の３色により白色を達成する場合、１の場合は、素子作製方法として真空蒸着法を用いた場合は、ＢＧＲとホスト化合物の４元蒸着となり、コントロールが非常に困難となる。
【０００９】
また、ＢＧＲとホスト化合物を溶液に溶解或いは分散にして塗布する方法もあるが、いまのところ、塗布型有機ＥＬは蒸着型に比べ耐久性が劣るという問題がある。
【００１０】
一方、２の複数の発光層を組み合わせる方法が提案されている。蒸着型を用いる場合には１に比べ容易となる。
【００１１】
このような白色発光を行う有機ＥＬ素子としては、短波長発光である青色発光層と長波長発光である赤色発光層との２層を積層することにより、両発光層の混色として白色の発光を得るようにしたものが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【００１２】
しかしながら、このような発色の異なる（異なるピーク波長の）２層の発光層を積層したものにおいては、素子の駆動時間すなわち発光時間や印加電圧の変化に伴って、２つの発光層において膜質が変化したり、ホール（正孔）や電子の輸送性の度合が変化する等により、発光中心が移動し、その結果、色度変化を生じやすい。
【００１３】
特に、２つの発光層の混色として白色を得る場合、白色は他の色に比べて色度変化に敏感であるため、問題が顕在化する。
【００１４】
異なるピーク波長を有する複数の発光層からの混色発光を行うようにした有機ＥＬ素子において、駆動時間や電圧変化に伴う色度変化を極力抑制できるようにする方法として、異なるピーク波長の発光を行う発光層が交互に３層以上積層されたものが開示されている（例えば、特許文献２参照。）。
【００１５】
また、２層以上の積層構造において、発光層の膜厚及び有機ホスト材料と蛍光材料の比率を発光効率をパラメータとして設計する方法が開示されている（例えば、特許文献３参照。）。
【００１６】
これらは交互に積層することで、キャリアの注入バランスが多少ずれても、色ずれが起こりにくくなるという効果がある。しかしながら発光効率が低いこと、及び層間でのエネルギー移動があり、白色度において偏りが認められ、白色発光として未だ不十分であることが分かった。また、依然として電圧変化に伴い色度のずれがおこる問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１７】
【特許文献１】特開平７−１４２１６９号公報
【特許文献２】特開２００３−１８７９７７号公報
【特許文献３】特開２００４−６３３４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
本発明の課題は、色度のずれが無く、高効率で、白色発光に適する有機エレクトロルミネッセンス素子を得ることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明の上記目的を達成するための本発明の態様の一つは、陽極と陰極との間に発光層を有する有機エレクトロルミネッセンス素子において、前記発光層を３層以上有し、該３層以上の発光層に、発光ピークの異なる発光層が２種以上含まれ、かつ、発光ピークの同じ発光層が２層以上含まれ、少なくとも１種の発光層には燐光性化合物を含有し、かつ、前記発光層が規則的な周期を持って積層されてい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にある。
【００２０】
すなわち、本発明に係る上記課題は、以下の手段により解決される。
１．陽極と陰極との間に発光層を有する有機エレクトロルミネッセンス素子において、前記発光層を３層以上有し、該３層以上の発光層に、発光ピークの異なる発光層が２種以上含まれ、かつ、発光ピークの同じ発光層が２層以上含まれ、少なくとも１種の発光層には燐光性化合物を含有し、かつ、前記発光層が規則的な周期を持って積層されていることを特徴とする白色有機エレクトロルミネッセンス素子。
２．前記陰極から前記陽極にかけて、前記発光層が、少なくとも青色発光層、黄色発光層及び青色発光層の順に積層されていることを特徴とする第１項に記載の白色有機エレクトロルミネッセンス素子。
３．前記陰極から前記陽極にかけて、前記発光層が、少なくとも青色発光層、黄色発光層、青色発光層、黄色発光層、青色発光層及び黄色発光層の順に積層されていることを特徴とする第１項に記載の白色有機エレクトロルミネッセンス素子。
４．前記陰極から前記陽極にかけて、前記発光層が、少なくとも青色発光層、黄色発光層、青色発光層、黄色発光層、青色発光層、黄色発光層、青色発光層及び黄色発光層の順に積層されていることを特徴とする第１項に記載の白色有機エレクトロルミネッセンス素子。
５．前記陰極から前記陽極にかけて、前記発光層が、少なくとも青色発光層、緑色発光層、黄色発光層、青色発光層、緑色発光層及び黄色発光層の順に積層されていることを特徴とする請求項１に記載の白色有機エレクトロルミネッセンス素子。
６．前記陰極から前記陽極にかけて、前記発光層が、少なくとも青色発光層、緑色発光層、赤色発光層、青色発光層、緑色発光層、赤色発光層、青色発光層、緑色発光層及び赤色発光層の順に積層されていることを特徴とする第１項に記載の白色有機エレクトロルミネッセンス素子。
７．前記陰極から前記陽極にかけて、前記発光層が、少なくとも青色発光層、緑色発光層、黄色発光層、青色発光層、緑色発光層、黄色発光層、青色発光層、緑色発光層及び黄色発光層の順に積層されていることを特徴とする第１項に記載の白色有機エレクトロルミネッセンス素子。
８．発光ピークの異なる発光層が２種であり、発光ピークの同じ発光層が各々２層以上を有することを特徴とする第１項に記載の白色有機エレクトロルミネッセンス素子。
９．異なる発光ピークを有する発光層の全てが、燐光性化合物を含有することを特徴とする第１項〜第８項のいずれか一項に記載の白色有機エレクトロルミネッセンス素子。
１０．発光ピークの異なる発光層の全てが、発光ドーパントとホスト化合物を含有し、全ての発光層が同じホスト化合物で構成されていることを特徴とする第１項〜第９項のいずれか一項に記載の白色有機エレクトロルミネッセンス素子。
１１．ホスト化合物の励起３重項エネルギーは、前記燐光性化合物の励起３重項エネルギーよりも大きいことを特徴とする第１０項に記載の白色有機エレクトロルミネッセンス素子。
１２．発光層と陰極の間で、かつ発光層に隣接する層に正孔阻止層を有することを特徴とする第１項〜第１１項のいずれか一項に記載の白色有機エレクトロルミネッセンス素子。
１３．発光層と陽極の間で、かつ発光層に隣接する層に電子阻止層を有することを特徴とする第１項〜第１２項のいずれか一項に記載の白色有機エレクトロルミネッセンス素子。
１４．第１項〜第１３項のいずれか一項に記載の白色有機エレクトロルミネッセンス素子を用いたことを特徴とする画像表示素子。
１５．第１項〜第１３項のいずれか一項に記載の白色有機エレクトロルミネッセンス素子を用いたことを特徴とする照明装置。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の上記手段により、色度のずれが無く、高効率で、白色発光に適する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。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】有機ＥＬ素子の層構成を示す図
【図２】本発明の有機ＥＬ素子の発光層の層構成を示す図
【図３】本発明の有機ＥＬ素子の発光層の層構成を示す図
【図４】本発明の有機ＥＬ素子の発光層の層構成を示す図
【図５】本発明の有機ＥＬ素子の発光層の層構成を示す図
【図６】本発明の有機ＥＬ素子の発光層の層構成を示す図
【図７】本発明の有機ＥＬ素子の発光層の層構成を示す図
【図８】本発明の有機ＥＬ素子の発光層の層構成を示す図
【図９】本発明の有機ＥＬ素子の発光層の層構成を示す図
【図１０】有機ＥＬ素子から構成される表示装置の一例を示した模式図
【図１１】表示部の模式図
【図１２】画素の模式図
【図１３】パッシブマトリクス方式フルカラー表示装置の模式図
【図１４】照明装置の概略斜視図
【図１５】照明装置の断面図
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本発明の有機エレクトロルミネッセンス素子（有機ＥＬ素子）の層構成に関し、図を用いて説明するが、本発明はこれらに限定されるものでは無い。
【００２４】
図１の素子構成１で示される構造は、陰極と陽極の間に発光層を有し、発光層は電子阻止層と正孔阻止層で挟み込んでいる。
【００２５】
これらの電子阻止層或いは正孔阻止層は必ずしも必要ではないが、こういう構成とすることで、電子・正孔のキャリアを発光層に閉じ込め、更に電子と正孔の再結合により生成する励起子をも発光層に閉じ込めることができるため、これらの層を設けることが好ましい。
【００２６】
電子阻止層、正孔阻止層を形成する材料は既知のものを使用することができる。
【００２７】
電子阻止層は電子が発光層から漏れ出さぬよう電子を閉じ込めるため、電子阻止層を形成する材料は電子親和力が発光層を形成する材料よりも小さいことが好ましい。
【００２８】
また、正孔阻止層は正孔が発光層から漏れ出さぬように正孔を閉じ込めるため正孔阻止層を形成する材料は発光層を形成する材料よりもイオン化ポテンシャルが大きいことが好ましい。
【００２９】
更に電子と正孔が再結合して生成する３重項励起子を閉じ込めるため、正孔阻止層、電子阻止層を形成する材料の励起３重項エネルギーは発光層の燐光性化合物の励起３重項エネルギーよりも大きいことが好ましい。
【００３０】
さらに、それらを挟み込むように正孔輸送層、電子輸送層を設けることが好ましい。正孔輸送層、電子輸送層は既知の材料を用いることが出来る。駆動電圧低下の面から伝導度の高い材料を用いることが好ましい。
【００３１】
発光層の構成例を図２〜９を用いて説明する。発光層１−１〜発光層３−１４まで示すが本発明はこれらに限定されるものではない。
【００３２】
発光層１−１〜発光層３−１４は素子構成１における発光層部分のみを抜き出したものを示している。
【００３３】
本発明においては、発光層は少なくとも３層以上から構成され、発光ピークの異なる発光層を少なくとも２種以上有するが、好ましくは３もしくは４種類であり、最も好ましくは３種類である。
【００３４】
本発明において、発光ピークの異なる発光層とは、発光ピークがＰＬ測定したとき発光極大波長が少なくとも１０ｎｍ以上異なることを言う。
【００３５】
尚、ＰＬ測定とは、発光ドーパントとホスト化合物を発光層で用いる組成で石英基板に蒸着膜を作製するか、或いはポリマーなどのウェットプロセスにて作製するものは、スピンコートもしくはディップにより薄膜を作製し、得られた蒸着膜或いは薄膜を蛍光光度計で発光を測定することにより発光極大波長を決定できる。
【００３６】
有機ＥＬを点灯させた時の色は特に限定しないが、白色になることが好ましい。
【００３７】
例えば発光ピークの異なる発光層が２種である場合、青色と黄色或いは青緑色と赤、に発光する発光層の組み合わせで白色を得るのが好ましい。
【００３８】
例えば発光ピークの異なる発光層が３種である場合、青色と緑色と赤色に発光する組み合わせで白色を得るのが好ましい。
【００３９】
こうすることで、照明やバックライトなど様々な光源に用いることが出来る。
【００４０】
例えば発光ピークの異なる発光層が４種である場合、青、青緑、黄、赤の組み合わせにより白色を得ることができる。その他にも青色、緑色、赤色の３色での白色の色補正をするためにもう一層を使用することも可能である。
【００４１】
また、発光色は白色だけに限定するものではない。
【００４２】
発光ピークの異なる複数の発光層で単色（例えば青、緑、赤）を発光させることにより、より微妙な色の調整が可能となる。
【００４３】
複数の発光層の並び順は規則的な周期を持っていても良いし、ランダムであっても良い。
【００４４】
有機ＥＬ素子に電圧（電流）をかけたときに、電圧（電流）の変動に対して色度のずれがもっとも少ない並び方になるものが好ましい。
【００４５】
好ましくは規則的な周期を持っているものであり、例えば、図２〜９に示した発光層１−１〜１−６、２−９、２−２３、２−３６、３−９、３−１２、３−１４である。
【００４６】
このようにすると電圧（電流）を変化させたとき、発光位置が厚さ方向にシフトしても発光色が変化しにくくすることが可能である。
【００４７】
一方、複数の発光層から複数の発光色を組み合わせる場合、色ずれを最低限に抑えるために交互、周期、ランダム構造を多重に積層するが、その際、隣接層との接触が多くなるため、その界面でのエネルギー移動の機会が増え、発光層１層での白色素子の形成と同様の問題が生ずる。
【００４８】
有機ＥＬのエネルギー移動は主にフェルスター型が支配的だが、フェルスター型はエネルギー移動距離が大きい。
【００４９】
フェルスター型エネルギー移動とは、基本的にドナー分子の発光スペクトルとアクセプター分子の吸収スペクトルの重なり積分強度が大きいことが重要な因子となる。
【００５０】
蛍光性化合物の場合、スペクトルが重なると蛍光量子収率及びモル吸光係数が大きいため励起１重項エネルギー移動距離が大きくなる。
【００５１】
燐光性化合物においてもＴ←Ｇ吸収が見られる場合には蛍光性化合物と同様に励起３重項でのエネルギー移動が起こる（フェルスター型エネルギー移動に関しては『Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ ｏｆ Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ Ｓｐｅｃｔｒｏｃｓｏｐｙ』Ｊｏｓｅｐｈ Ｒ．Ｌａｋｏｗｉｃｚ著 Ｋｌｕｗｅｒ Ａｃａｄｅｍｉｃ Ｐｌｅｎｕｍ Ｐｕｂｌｉｓｈｅｒｓ ｐ．３６８）。しかしながら、Ｔ←Ｇ吸収のモル吸光係数は蛍光性化合
物に比して非常に小さいため燐光性化合物の方がフェルスター型のエネルギー移動距離は圧倒的に小さい。
【００５２】
本発明においては、発光層の少なくとも１種に燐光性化合物を含有させることにより、層間でのエネルギー移動を低減することができ、これにより薄層による多層化が可能となったものである。
【００５３】
それぞれの隣接する発光層への発光ドーパント間のエネルギー移動はフェルスター型で進行することから、フェルスター距離が小さい組み合わせでそれぞれの発光層の並び順を決定することが出来る。
【００５４】
さらに、ホスト材料を選択することで、電流−電圧特性を変化させることが出来る。
【００５５】
発光層の全体の膜厚は特に限定しないが、５から１００ｎｍが好ましい。更に好ましくは７から５０ｎｍが好ましく、最も好ましくは１０ｎｍから４０ｎｍである。
【００５６】
発光層を構成する複数の発光層における、それぞれの膜厚は１から２０ｎｍが好ましく更に好ましくは２から１０ｎｍである。
【００５７】
これらは素子駆動電圧、電圧（電流）に対する色度のずれ、エネルギー移動、作製の困難さにより、選ぶことができる。
【００５８】
本発明は、これらの発光層の構成の少なくとも１層に燐光性化合物を含有することが必要であり、好ましくは全ての発光層に燐光性化合物を含有することが好ましい。
【００５９】
（発光ホストと発光ドーパント）
発光層中の主成分であるホスト化合物に対する発光ドーパントとの混合比は好ましくは質量で０．１〜３０質量％未満の範囲である。
【００６０】
ただし、本発明においては発光層の少なくとも１層に燐光性化合物（燐光性ドーパント）を用いることが必要であり、発光ドーパントは複数種の化合物を混合して用いても良く、金属錯体やその他の構造を有する燐光性ドーパントでもよい。
【００６１】
発光ドーパントは、大きくわけて、蛍光を発光する蛍光性ドーパントと燐光を発光する燐光性ドーパントの２種類がある。
【００６２】
蛍光性ドーパントの代表例としては、クマリン系色素、ピラン系色素、シアニン系色素、クロコニウム系色素、スクアリウム系色素、オキソベンツアントラセン系色素、フルオレセイン系色素、ローダミン系色素、ピリリウム系色素、ペリレン系色素、スチルベン系色素、ポリチオフェン系色素、又は希土類錯体系蛍光体等が挙げられる。
【００６３】
燐光性ドーパントの代表例としては、好ましくは元素の周期表で８属、９属、１０属の金属を含有する錯体系化合物であり、更に好ましくは、イリジウム化合物、オスミウム化合物であり、中でも最も好ましいのはイリジウム化合物である。
【００６４】
燐光性ドーパントの具体例としては以下の特許公報に記載されている化合物である。
【００６５】
国際公開第００／７０６５５号パンフレット、特開２００２−２８０１７８号公報、特開２００１−１８１６１６号公報、特開２００２−２８０１７９号公報、特開２００１−１８１６１７号公報、特開２００２−２８０１８０号公報、特開２００１−２４７８５９号公報、特開２００２−２９９０６０号公報、特開２００１−３１３１７８号公報、特開２００２−３０２６７１号公報、特開２００１−３４５１８３号公報、特開２００２−３２４６７９号公報、国際公開第０２／１５６４５号パンフレット、特開２００２−３３２２９１号公報、特開２００２−５０４８４号公報、特開２００２−３３２２９２号公報、特開２００２−８３６８４号公報、特表２００２−５４０５７２号公報、特開２００２−１１７９７８号公報、特開２００２−３３８５８８号公報、特開２００２−１７０６８４号公報、特開２００２−３５２９６０号公報、国際公開第０１／９３６４２号パンフレット、特開２００２−５０４８３号公報、特開２００２−１００４７６号公報、特開２００２−１７３６７４号公報、特開２００２−３５９０８２号公報、特開２００２−１７５８８４号公報、特開２００２−３６３５５２号公報、特開２００２−１８４５８２号公報、特開２００３−７４６９号公報、特表２００２−５２５８０８号公報、特開２００３−７４７１号公報、特表２００２−５２５８３３号公報、特開２００３−３１３６６号公報、特開２００２−２２６４９５号公報、特開２００２−２３４８９４号公報、特開２００２−２３５０７６号公報、特開２００２−２４１７５１号公報、特開２００１−３１９７７９号公報、特開２００１−３１９７８０号公報、特開２００２−６２８２４号公報、特開２００２−１００４７４号公報、特開２００２−２０３６７９号公報、特開２００２−３４３５７２号公報、特開２００２−２０３６７８号公報等。
【００６６】
その具体例の一部を下記に示す。
【００６７】
【化１】
【００６８】
【化２】
【００６９】
【化３】
【００７０】
（発光ホスト化合物）
本発明に用いられる発光ホスト化合物としては、構造的には特に制限はないが、代表的にはカルバゾール誘導体、トリアリールアミン誘導体、芳香族ボラン誘導体、含窒素複素環化合物、チオフェン誘導体、フラン誘導体、オリゴアリーレン化合物等の基本骨格を有するもの、又は、カルボリン誘導体やジアザカルバゾール誘導体（ここで、ジアザカルバゾール誘導体とは、カルボリン誘導体のカルボリン環を構成する炭化水素環の少なくとも一つの炭素原子が窒素原子で置換されているものを表す。）等が挙げられる。
【００７１】
中でもカルボリン誘導体、ジアザカルバゾール誘導体等が好ましく用いられる。
【００７２】
以下に、カルボリン誘導体、ジアザカルバゾール誘導体等の具体例を挙げるが、本発明はこれらに限定されない。
【００７３】
【化４】
【００７４】
【化５】
【００７５】
また、本発明に用いられる発光ホストは低分子化合物でも、繰り返し単位をもつ高分子化合物でもよく、ビニル基やエポキシ基のような重合性基を有する低分子化合物（蒸着重合性発光ホスト）でもいい。
【００７６】
発光ホストとしては、正孔輸送能、電子輸送能を有しつつ、且つ、発光の長波長化を防ぎ、高Ｔｇ（ガラス転移温度）である化合物が好ましい。
【００７７】
発光ホストの具体例としては、以下の文献に記載されている化合物が好適である。例えば、特開２００１−２５７０７６号公報、同２００２−３０８８５５号公報、同２００１−３１３１７９号公報、同２００２−３１９４９１号公報、同２００１−３５７９７７号公報、同２００２−３３４７８６号公報、同２００２−８８６０号公報、同２００２−３３４７８７号公報、同２００２−１５８７１号公報、同２００２−３３４７８８号公報、同２００２−４３０５６号公報、同２００２−３３４７８９号公報、同２００２−７５６４５号公報、同２００２−３３８５７９号公報、同２００２−１０５４４５号公報、同２００２−３４３５６８号公報、同２００２−１４１１７３号公報、同２００２−３５２９５７号公報、同２００２−２０３６８３号公報、同２００２−３６３２２７号公報、同２００２−２３１４５３号公報、同２００３−３１６５号公報、同２００２−２３４８８８号公報、同２００３−２７０４８号公報、同２００２−２５５９３４号公報、同２００２−２６０８６１号公報、同２００２−２８０１８３号公報、同２００２−２９９０６０号公報、同２００２−３０２５１６号公報、同２００２−３０５０８３号公報、同２００２−３０５０８４号公報、同２００２−３０８８３７号公報等。
【００７８】
次に、有機ＥＬ素子の他の構成層について述べる。
【００７９】
《正孔阻止層》
正孔阻止層とは広い意味では電子輸送層の機能を有し、電子を輸送する機能を有しつつ正孔を輸送する能力が著しく小さい材料からなり、電子を輸送しつつ正孔を阻止することで電子と正孔の再結合確率を向上させることができる。
【００８０】
正孔阻止層としては、例えば特開平１１−２０４２５８号公報、同１１−２０４３５９号公報、及び「有機ＥＬ素子とその工業化最前線（１９９８年１１月３０日 エヌ・ティー・エス社発行）」の２３７頁等に記載の正孔阻止（ホールブロック）層等を本発明に係る正孔阻止層として適用可能である。また、後述する電子輸送層の構成を必要に応じて、本発明に係る正孔阻止層として用いることが出来る。
【００８１】
《電子阻止層》
一方、電子阻止層とは広い意味では正孔輸送層の機能を有し、正孔を輸送する機能を有しつつ電子を輸送する能力が著しく小さい材料からなり、正孔を輸送しつつ電子を阻止することで電子と正孔の再結合確率を向上させることができる。また、後述する正孔輸送層の構成を必要に応じて電子阻止層として用いることが出来る。
【００８２】
本発明に係る正孔阻止層、電子阻止層の膜厚としては好ましくは３〜１００ｎｍの範囲内であり、更に好ましくは５〜３０ｎｍの範囲内である。
【００８３】
《正孔輸送層》
正孔輸送層とは正孔を輸送する機能を有する材料を含み、広い意味で正孔注入層、電子阻止層も正孔輸送層に含まれる。正孔輸送層は単層もしくは複数層設けることができる。
【００８４】
正孔輸送材料としては、特に制限はなく、従来、光導伝材料において、正孔の電荷注入輸送材料として慣用されているものやＥＬ素子の正孔注入層、正孔輸送層に使用される公知のものの中から任意のものを選択して用いることができる。
【００８５】
正孔輸送材料は、正孔の注入もしくは輸送、電子の障壁性のいずれかを有するものであり、有機物、無機物のいずれであってもよい。例えばトリアゾール誘導体、オキサジアゾール誘導体、イミダゾール誘導体、ポリアリールアルカン誘導体、ピラゾリン誘導体及びピラゾロン誘導体、フェニレンジアミン誘導体、アリールアミン誘導体、アミノ置換カルコン誘導体、オキサゾール誘導体、スチリルアントラセン誘導体、フルオレノン誘導体、ヒドラゾン誘導体、スチルベン誘導体、シラザン誘導体、アニリン系共重合体、また、導電性高分子オリゴマー、特にチオフェンオリゴマー等が挙げられる。
【００８６】
正孔輸送材料としては、上記のものを使用することができるが、ポルフィリン化合物、芳香族第三級アミン化合物及びスチリルアミン化合物、特に芳香族第三級アミン化合物を用いることが好ましい。
【００８７】
芳香族第三級アミン化合物及びスチリルアミン化合物の代表例としては、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラフェニル−４，４’−ジアミノフェニル；Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−Ｎ，Ｎ’−ビス（３−メチルフェニル）−〔１，１’−ビフェニル〕−４，４’−ジアミン（ＴＰＤ）；２，２−ビス（４−ジ−ｐ−トリルアミノフェニル）プロパン；１，１−ビス（４−ジ−ｐ−トリルアミノフェニル）シクロヘキサン；Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラ−ｐ−トリル−４，４’−ジアミノビフェニル；１，１−ビス（４−ジ−ｐ−トリルアミノフェニル）−４−フェニルシクロヘキサン；ビス（４−ジメチルアミノ−２−メチルフェニル）フェニルメタン；ビス（４−ジ−ｐ−トリルアミノフェニル）フェニルメタン；Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−Ｎ，Ｎ’−ジ（４−メトキシフェニル）−４，４’−ジアミノビフェニル；Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラフェニル−４，４’−ジアミノジフェニルエーテル；４，４’−ビス（ジフェニルアミノ）クオードリフェニル；Ｎ，Ｎ，Ｎ−トリ（ｐ−トリル）アミン；４−（ジ−ｐ−トリルアミノ）−４’−〔４−（ジ−ｐ−トリルアミノ）スチリル〕スチルベン；４−Ｎ，Ｎ−ジフェニルアミノ−（２−ジフェニルビニル）ベンゼン；３−メトキシ−４’−Ｎ，Ｎ−ジフェニルアミノスチルベンゼン；Ｎ−フェニルカルバゾール、さらには、米国特許第５，０６１，５６９号明細書に記載されている２個の縮合芳香族環を分子内に有するもの、例えば４，４’−ビス〔Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニルアミノ〕ビフェニル（ＮＰＤ）、特開平４−３０８６８８号公報に記載されているトリフェニルアミンユニットが３つスターバースト型に連結された４，４’，４’’−トリス〔Ｎ−（３−メチルフェニル）−Ｎ−フェニルアミノ〕トリフェニルアミン（ＭＴＤＡＴＡ）等が挙げられる。
【００８８】
さらにこれらの材料を高分子鎖に導入した、又はこれらの材料を高分子の主鎖とした高分子材料を用いることもできる。
【００８９】
また、ｐ型−Ｓｉ、ｐ型−ＳｉＣ等の無機化合物も正孔注入材料、正孔輸送材料として使用することができる。また、正孔輸送材料は、高Ｔｇであることが好ましい。
【００９０】
この正孔輸送層は、上記正孔輸送材料を、例えば真空蒸着法、スピンコート法、キャスト法、インクジェット法、ＬＢ法等の公知の方法により、薄膜化することにより形成することができる。正孔輸送層の膜厚については特に制限はないが、通常は５〜５０００ｎｍの範囲内程度である。この正孔輸送層は、上記材料の１種又は２種以上からなる１層構造であってもよい。
【００９１】
又、不純物ドープしたｐ性の高い正孔輸送層を用いることも出来る。その例としては、特開平４−２９７０７６号、特開２０００−１９６１４０号、特開２００１−１０２１７５号、Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，９５，５７７３（２００４）などに記載されたものが挙げられる。
【００９２】
《電子輸送層》
電子輸送層とは電子を輸送する機能を有する材料からなり、広い意味で電子注入層、正孔阻止層も電子輸送層に含まれる。電子輸送層は、単層もしくは複数層を設けることができる。
【００９３】
従来、単層の電子輸送層、及び複数層とする場合は発光層に対して陰極側に隣接する電子輸送層に用いられる電子輸送材料（正孔阻止材料を兼ねる）としては、下記の材料が知られている。
【００９４】
さらに、電子輸送層は、陰極より注入された電子を発光層に伝達する機能を有していればよく、その材料としては従来公知の化合物の中から任意のものを選択して用いることができる。
【００９５】
この電子輸送層に用いられる材料（以下、電子輸送材料という）の例としては、ニトロ置換フルオレン誘導体、ジフェニルキノン誘導体、チオピランジオキシド誘導体、ナフタレンペリレンなどの複素環テトラカルボン酸無水物、カルボジイミド、フレオレニリデンメタン誘導体、アントラキノジメタン及びアントロン誘導体、オキサジアゾール誘導体などが挙げられる。さらに、上記オキサジアゾール誘導体において、オキサジアゾール環の酸素原子を硫黄原子に置換したチアジアゾール誘導体、電子吸引基として知られているキノキサリン環を有するキノキサリン誘導体も、電子輸送材料として用いることができる。
【００９６】
さらにこれらの材料を高分子鎖に導入した、又はこれらの材料を高分子の主鎖とした高分子材料を用いることもできる。
【００９７】
また、８−キノリノール誘導体の金属錯体、例えばトリス（８−キノリノール）アルミニウム（Ａｌｑ３）、トリス（５，７−ジクロロ−８−キノリノール）アルミニウム、トリス（５，７−ジブロモ−８−キノリノール）アルミニウム、トリス（２−メチル−８−キノリノール）アルミニウム、トリス（５−メチル−８−キノリノール）アルミニウム、ビス（８−キノリノール）亜鉛（Ｚｎｑ）など、及びこれらの金属錯体の中心金属がＩｎ、Ｍｇ、Ｃｕ、Ｃａ、Ｓｎ、Ｇａ又はＰｂに置き替わった金属錯体も、電子輸送材料として用いることができる。その他、メタルフリー若しくはメタルフタロシアニン、又はそれらの末端がアルキル基やスルホン酸基などで置換されているものも、電子輸送材料として好ましく用いることができる。また、発光層の材料として例示したジスチリルピラジン誘導体も、電子輸送材料として用いることができるし、正孔注入層、正孔輸送層と同様に、ｎ型−Ｓｉ、ｎ型−ＳｉＣなどの無機半導体も電子輸送材料として用いることができる。
【００９８】
この電子輸送層は、上記電子輸送材料を、例えば真空蒸着法、スピンコート法、キャスト法、インクジェット法、ＬＢ法等の公知の方法により、薄膜化することにより形成することができる。電子輸送層の膜厚については特に制限はないが、通常は５〜５０００ｎｍの範囲内程度である。この電子輸送層は、上記材料の１種又は２種以上からなる１層構造であってもよい。
【００９９】
又、不純物ドープしたｎ性の高い電子輸送層を用いることも出来る。その例としては、特開平４−２９７０７６号、特開２０００−１９６１４０号、特開２００１−１０２１７５号、Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，９５，５７７３（２００４）などに記載されたものが挙げられる。
【０１００】
次に、本発明の有機ＥＬ素子の構成層として用いられる、注入層について説明する。
【０１０１】
《注入層》：電子注入層、正孔注入層
注入層は必要に応じて設け、電子注入層と正孔注入層があり、上記のごとく陽極と発光層又は正孔輸送層の間、及び、陰極と発光層又は電子輸送層との間に存在させてもよい。
【０１０２】
注入層とは、駆動電圧低下や発光輝度向上のために電極と有機層間に設けられる層のことで、「有機ＥＬ素子とその工業化最前線（１９９８年１１月３０日 エヌ・ティー・エス社発行）」の第２編第２章「電極材料」（１２３〜１６６頁）に詳細に記載されており、正孔注入層（陽極バッファー層）と電子注入層（陰極バッファー層）とがある。
【０１０３】
陽極バッファー層（正孔注入層）は、特開平９−４５４７９号公報、同９−２６００６２号公報、同８−２８８０６９号公報等にもその詳細が記載されており、具体例として、銅フタロシアニンに代表されるフタロシアニンバッファー層、酸化バナジウムに代表される酸化物バッファー層、アモルファスカーボンバッファー層、ポリアニリン（エメラルディン）やポリチオフェン等の導電性高分子を用いた高分子バッファー層等が挙げられる。
【０１０４】
陰極バッファー層（電子注入層）は、特開平６−３２５８７１号公報、同９−１７５７４号公報、同１０−７４５８６号公報等にもその詳細が記載されており、具体的には、ストロンチウムやアルミニウム等に代表される金属バッファー層、フッ化リチウムに代表されるアルカリ金属化合物バッファー層、フッ化マグネシウムに代表されるアルカリ土類金属化合物バッファー層、酸化アルミニウムに代表される酸化物バッファー層等が挙げられる。
【０１０５】
上記バッファー層（注入層）はごく薄い膜であることが望ましく、素材にもよるが、その膜厚は０．１〜１００ｎｍの範囲が好ましい。
【０１０６】
この注入層は、上記材料を、例えば真空蒸着法、スピンコート法、キャスト法、インクジェット法、ＬＢ法等の公知の方法により、薄膜化することにより形成することができる。注入層の膜厚については特に制限はないが、通常は５〜５０００ｎｍの範囲内程度である。この注入層は、上記材料の１種又は２種以上からなる１層構造であってもよい。
【０１０７】
《陽極》
本発明の有機ＥＬ素子に係る陽極としては、仕事関数の大きい（４ｅＶ以上）金属、合金、電気伝導性化合物及びこれらの混合物を電極物質とするものが好ましく用いられる。このような電極物質の具体例としてはＡｕ等の金属、ＣｕＩ、インジウムチンオキシド（ＩＴＯ）、ＳｎＯ２、ＺｎＯ等の導電性透明材料が挙げられる。また、ＩＤＩＸＯ（Ｉｎ２Ｏ３−ＺｎＯ）等非晶質で透明導電膜を作製可能な材料を用いてもよい。陽極は、これら
の電極物質を蒸着やスパッタリング等の方法により、薄膜を形成させ、フォトリソグラフィー法で所望の形状のパターンを形成してもよく、あるいはパターン精度をあまり必要としない場合は（１００μｍ以上程度）、上記電極物質の蒸着やスパッタリング時に所望の形状のマスクを介してパターンを形成してもよい。この陽極より発光を取り出す場合には、透過率を１０％より大きくすることが望ましく、また、陽極としてのシート抵抗は数百Ω／□以下が好ましい。さらに膜厚は材料にもよるが、通常１０〜１０００ｎｍの範囲内、好ましくは１０〜２００ｎｍの範囲内の範囲で選ばれる。
【０１０８】
《陰極》
一方、本発明に係る陰極としては、仕事関数の小さい（４ｅＶ以下）金属（電子注入性金属と称する）、合金、電気伝導性化合物及びこれらの混合物を電極物質とするものが用いられる。このような電極物質の具体例としては、ナトリウム、ナトリウム−カリウム合金、マグネシウム、リチウム、マグネシウム／銅混合物、マグネシウム／銀混合物、マグネシウム／アルミニウム混合物、マグネシウム／インジウム混合物、アルミニウム／酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）混合物、インジウム、リチウム／アルミニウム混合物、希土類金属等が挙げられる。これらの中で、電子注入性及び酸化等に対する耐久性の点から、電子注入性金属とこれより仕事関数の値が大きく安定な金属である第二金属との混合物、例えばマグネシウム／銀混合物、マグネシウム／アルミニウム混合物、マグネシウム／インジウム混合物、アルミニウム／酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）混合物、リチウム／アルミニウム混合物、アルミニウム等が好適である。陰極は、これらの電極物質を蒸着やスパッタリング等の方法により、薄膜を形成させることにより、作製することができる。また、陰極としてのシート抵抗は数百Ω／□以下が好ましく、膜厚は通常１０〜１０００ｎｍ、好ましくは５０〜２００ｎｍの範囲で選ばれる。なお、発光を透過させるため、有機ＥＬ素子の陽極又は陰極のいずれか一方が、透明又は半透明であれば発光輝度が向上し好都合である。
【０１０９】
《基体（基板、基材、支持体等ともいう）》
本発明の有機ＥＬ素子に係る基体としては、ガラス、プラスチック等の種類には特に限定はなく、また、透明のものであれば特に制限はないが、好ましく用いられる基板としては例えばガラス、石英、光透過性樹脂フィルムを挙げることができる。特に好ましい基体は、有機ＥＬ素子にフレキシブル性を与えることが可能な樹脂フィルムである。
【０１１０】
樹脂フィルムとしては、例えばポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、ポリエーテルイミド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリフェニレンスルフィド、ポリアリレート、ポリイミド、ポリカーボネート（ＰＣ）、セルローストリアセテート（ＴＡＣ）、セルロースアセテートプロピオネート（ＣＡＰ）等からなるフィルム等が挙げられる。
【０１１１】
樹脂フィルムの表面には、無機物もしくは有機物の被膜又はその両者のハイブリッド被膜が形成されていてもよく、水蒸気透過率が０．０１ｇ／ｍ２・ｄａｙ・ａｔｍ以下の高バリア性フィルムであることが好ましい。
【０１１２】
本発明の有機エレクトロルミネッセンス素子の発光の室温における外部取り出し効率は１％以上であることが好ましく、より好ましくは２％以上である。ここに、外部取り出し量子効率（％）＝有機ＥＬ素子外部に発光した光子数／有機ＥＬ素子に流した電子数×１００である。
【０１１３】
照明用途で用いる場合には、発光ムラを低減させるために粗面加工したフィルム（アンチグレアフィルム等）を併用することもできる。
【０１１４】
多色表示装置として用いる場合は少なくとも２種類の異なる発光極大波長を有する有機ＥＬ素子からなるが、有機ＥＬ素子を作製する好適な例を説明する。
【０１１５】
《有機ＥＬ素子の作製方法》
本発明の有機ＥＬ素子の作製方法の一例として、陽極／正孔注入層／正孔輸送層／発光層（３層以上）／正孔阻止層／電子輸送層／陰極バッファー層／陰極からなる有機ＥＬ素子の作製法について説明する。
【０１１６】
まず適当な基体上に、所望の電極物質、例えば陽極用物質からなる薄膜を、１μｍ以下、好ましくは１０〜２００ｎｍの範囲内の膜厚になるように、蒸着やスパッタリング等の方法により形成させ、陽極を作製する。次に、この上に素子材料である正孔注入層、正孔輸送層、発光層（３層以上）、正孔阻止層、電子輸送層等の有機化合物を含有する薄膜を形成
させる。
【０１１７】
この有機化合物を含有する薄膜の薄膜化の方法としては、スピンコート法、キャスト法、インクジェット法、蒸着法、印刷法等があるが、均質な膜が得られやすく、かつピンホールが生成しにくい等の点から、真空蒸着法又はスピンコート法が特に好ましい。さらに層ごとに異なる製膜法を適用してもよい。製膜に蒸着法を採用する場合、その蒸着条件は、使用する化合物の種類等により異なるが、一般にボート加熱温度５０〜４５０℃の範囲内、真空度１０−６〜１０−２Ｐａの範囲内、蒸着速度０．０１〜５０ｎｍ／秒の範囲内、基板温度−５０〜３００℃の範囲内、膜厚０．１ｎｍ〜５μｍの範囲で適宜選ぶことが望ましい。
【０１１８】
これらの層の形成後、その上に陰極用物質からなる薄膜を、１μｍ以下好ましくは５０〜２００ｎｍの範囲の膜厚になるように、例えば蒸着やスパッタリング等の方法により形成させ、陰極を設けることにより、所望の有機ＥＬ素子が得られる。この有機ＥＬ素子の作製は、一回の真空引きで一貫して正孔注入層から陰極まで作製するのが好ましいが、途中で取り出して異なる製膜法を施してもかまわない。その際、作業を乾燥不活性ガス雰囲気下で行う等の配慮が必要となる。
【０１１９】
《表示装置》
本発明の表示装置について説明する。
【０１２０】
本発明の表示装置は単色でも多色でもよいが、ここでは、多色表示装置について説明する。多色表示装置の場合は、発光層形成時のみシャドーマスクを設け、一面に蒸着法、キャスト法、スピンコート法、インクジェット法、印刷法等で膜を形成できる。
【０１２１】
発光層のみパターニングを行う場合、その方法に限定はないが、好ましくは蒸着法、インクジェット法、印刷法である。蒸着法を用いる場合においてはシャドーマスクを用いたパターニングが好ましい。
【０１２２】
また作製順序を逆にして、陰極、電子輸送層、正孔阻止層、発光層（３層以上）、正孔輸送層、陽極の順に作製することも可能である。
【０１２３】
このようにして得られた多色表示装置に、直流電圧を印加する場合には、陽極を＋、陰極を−の極性として電圧２〜４０Ｖの範囲内程度を印加すると、発光が観測できる。また、逆の極性で電圧を印加しても電流は流れずに発光は全く生じない。さらに、交流電圧を印加する場合には、陽極が＋、陰極が−の状態になったときのみ発光する。なお、印加する交流の波形は任意でよい。
【０１２４】
多色表示装置は、表示デバイス、ディスプレイ、各種発光光源として用いることができる。表示デバイス、ディスプレイにおいて、青、赤、緑発光の３種の有機ＥＬ素子を用いることにより、フルカラーの表示が可能となる。
【０１２５】
表示デバイス、ディスプレイとしてはテレビ、パソコン、モバイル機器、ＡＶ機器、文字放送表示、自動車内の情報表示等が挙げられる。特に静止画像や動画像を再生する表示装置として使用してもよく、動画再生用の表示装置として使用する場合の駆動方式は単純マトリックス（パッシブマトリックス）方式でもアクティブマトリックス方式でもどちらでもよい。
【０１２６】
発光光源としては家庭用照明、車内照明、時計や液晶用のバックライト、看板広告、信号機、光記憶媒体の光源、電子写真複写機の光源、光通信処理機の光源、光センサーの光源等が挙げられるがこれに限定するものではない。
【０１２７】
《照明装置》
本発明の照明装置について説明する。
【０１２８】
本発明の有機ＥＬ素子に共振器構造を持たせた有機ＥＬ素子として用いてもよく、このような共振器構造を有した有機ＥＬ素子の使用目的としては光記憶媒体の光源、電子写真複写機の光源、光通信処理機の光源、光センサーの光源等が挙げられるが、これらに限定されない。
【０１２９】
また、本発明の有機ＥＬ素子は、照明用や露光光源のような一種のランプとして使用しても良いし、画像を投影するタイプのプロジェクション装置や、静止画像や動画像を直接視認するタイプの表示装置（ディスプレイ）として使用しても良い。動画再生用の表示装置として使用する場合の駆動方式は単純マトリクス（パッシブマトリクス）方式でもアクティブマトリクス方式でもどちらでも良い。又は、異なる発光色を有する本発明の有機ＥＬ素子を２種以上使用することにより、フルカラー表示装置を作製することが可能である。
【０１３０】
以下、本発明の有機ＥＬ素子を有する表示装置の一例を図面に基づいて説明する。
【０１３１】
図１０は、有機ＥＬ素子から構成される表示装置の一例を示した模式図である。有機ＥＬ素子の発光により画像情報の表示を行う、例えば、携帯電話等のディスプレイの模式図である。
【０１３２】
ディスプレイ１は、複数の画素を有する表示部Ａ、画像情報に基づいて表示部Ａの画像走査を行う制御部Ｂ等からなる。
【０１３３】
制御部Ｂは、表示部Ａと電気的に接続され、複数の画素それぞれに外部からの画像情報に基づいて走査信号と画像データ信号を送り、走査信号により走査線毎の画素が画像データ信号に応じて順次発光して画像走査を行って画像情報を表示部Ａに表示する。
【０１３４】
図１１は、表示部Ａの模式図である。
【０１３５】
表示部Ａは基板上に、複数の走査線５及びデータ線６を含む配線部と、複数の画素３等とを有する。表示部Ａの主要な部材の説明を以下に行う。
【０１３６】
図においては、画素３の発光した光が、白矢印方向（下方向）へ取り出される場合を示している。
【０１３７】
配線部の走査線５及び複数のデータ線６は、それぞれ導電材料からなり、走査線５とデータ線６は格子状に直交して、直交する位置で画素３に接続している（詳細は図示していない）。
【０１３８】
画素３は、走査線５から走査信号が印加されると、データ線６から画像データ信号を受け取り、受け取った画像データに応じて発光する。発光の色が赤領域の画素、緑領域の画素、青領域の画素を、適宜、同一基板上に並置することによって、フルカラー表示が可能となる。
【０１３９】
本発明の有機ＥＬ素子を白色発光の素子として用いる場合は、ＢＧＲのカラーフィルタとの組み合わせによりフルカラー表示を行うことが出来る。
【０１４０】
次に、画素の発光プロセスを説明する。
【０１４１】
図１２は、画素の模式図である。
【０１４２】
画素は、有機ＥＬ素子１０、スイッチングトランジスタ１１、駆動トランジスタ１２、コンデンサ１３等を備えている。複数の画素に区分された有機ＥＬ素子１０として白色発光の有機ＥＬ素子を用い、ＢＧＲのカラーフィルタと組み合わせることでフルカラー表示を行うことができる。
【０１４３】
図１２において、制御部Ｂからデータ線６を介してスイッチングトランジスタ１１のドレインに画像データ信号が印加される。そして、制御部Ｂから走査線５を介してスイッチングトランジスタ１１のゲートに走査信号が印加されると、スイッチングトランジスタ１１の駆動がオンし、ドレインに印加された画像データ信号がコンデンサ１３と駆動トランジスタ１２のゲートに伝達される。
【０１４４】
画像データ信号の伝達により、コンデンサ１３が画像データ信号の電位に応じて充電されるとともに、駆動トランジスタ１２の駆動がオンする。駆動トランジスタ１２は、ドレインが電源ライン７に接続され、ソースが有機ＥＬ素子１０の電極に接続されており、ゲートに印加された画像データ信号の電位に応じて電源ライン７から有機ＥＬ素子１０に電流が供給される。
【０１４５】
制御部Ｂの順次走査により走査信号が次の走査線５に移ると、スイッチングトランジスタ１１の駆動がオフする。しかし、スイッチングトランジスタ１１の駆動がオフしてもコンデンサ１３は充電された画像データ信号の電位を保持するので、駆動トランジスタ１２の駆動はオン状態が保たれて、次の走査信号の印加が行われるまで有機ＥＬ素子１０の発光が継続する。順次走査により次に走査信号が印加されたとき、走査信号に同期した次の画像データ信号の電位に応じて駆動トランジスタ１２が駆動して有機ＥＬ素子１０が発光する。
【０１４６】
すなわち、有機ＥＬ素子１０の発光は、複数の画素それぞれの有機ＥＬ素子１０に対して、アクティブ素子であるスイッチングトランジスタ１１と駆動トランジスタ１２を設けて、複数の画素３それぞれの有機ＥＬ素子１０の発光を行っている。このような発光方法をアクティブマトリクス方式と呼んでいる。
【０１４７】
ここで、有機ＥＬ素子１０の発光は、複数の階調電位を持つ多値の画像データ信号による複数の階調の発光でもよいし、２値の画像データ信号による所定の発光量のオン、オフでもよい。
【０１４８】
また、コンデンサ１３の電位の保持は、次の走査信号の印加まで継続して保持してもよいし、次の走査信号が印加される直前に放電させてもよい。
【０１４９】
本発明においては、上述したアクティブマトリクス方式に限らず、走査信号が走査されたときのみデータ信号に応じて有機ＥＬ素子を発光させるパッシブマトリクス方式の発光駆動でもよい。
【０１５０】
図１３は、パッシブマトリクス方式による表示装置の模式図である。図４において、複数の走査線５と複数の画像データ線６が画素３を挟んで対向して格子状に設けられている。
【０１５１】
順次走査により走査線５の走査信号が印加されたとき、印加された走査線５に接続している画素３が画像データ信号に応じて発光する。パッシブマトリクス方式では画素３にアクティブ素子が無く、製造コストの低減が計れる。
【０１５２】
本発明に係わる有機ＥＬ素子は、また、照明装置として、実質白色の発光を生じる有機ＥＬ素子に適用できる。
【０１５３】
本発明に係わる白色有機ＥＬ素子においては、必要に応じ製膜時にメタルマスクやインクジェットプリンティング法等でパターニングを施してもよい。パターニングする場合は、電極のみをパターニングしてもいいし、電極と発光層をパターニングしてもいいし、素子全層をパターニングしてもいい。
【０１５４】
このように、本発明の白色発光有機ＥＬ素子は、前記表示デバイス、ディスプレイに加えて、各種発光光源、照明装置として、家庭用照明、車内照明、また、露光光源のような一種のランプとして、液晶表示装置のバックライト等、表示装置にも有用に用いられる。
【０１５５】
その他、時計等のバックライト、看板広告、信号機、光記憶媒体等の光源、電子写真複写機の光源、光通信処理機の光源、光センサーの光源等、更には表示装置を必要とする一般の家庭用電気器具等広い範囲の用途が挙げられる。
【実施例】
【０１５６】
実施例１
〈有機ＥＬ素子１−１〜１−１２の作製〉
（有機ＥＬ素子１−１の作製）
陽極として１００ｍｍ×１００ｍｍ×１．１ｍｍのガラス基板上にＩＴＯ（インジウムチンオキサイド）を１００ｎｍ製膜した基板（ＮＨテクノグラス社製ＮＡ４５）にパターニングを行った後、このＩＴＯ透明電極を設けた透明支持基板をイソプロピルアルコールで超音波洗浄し、乾燥窒素ガスで乾燥し、ＵＶオゾン洗浄を５分間行った。この透明支持基盤を市販の真空蒸着装置の基板ホルダーに固定した。
【０１５７】
次いで、真空槽を４×１０−４Ｐａまで減圧した後、α−ＮＰＤの入った加熱ボートに通電して加熱し、蒸着速度０．１ｎｍ／ｓｅｃで透明支持体基板に蒸着し２５ｎｍ正孔輸送層を設けた。次に電子阻止層として、ＨＴＭ１の入った加熱ボートに通電して加熱し、蒸着速度０．１ｎｍ／ｓｅｃでＨＴＭ１を１５ｎｍ蒸着した。
【０１５８】
その後、表１に示すように、発光層Ａ、Ｂの各組成を用い、図２に示す発光層１−１の積層の発光層となるように形成し、その上に正孔阻止層としてＨ−１３を１０ｎｍ蒸着した。
【０１５９】
更にＡｌｑ３の入った加熱ボートに通電して加熱し、蒸着速度０．１ｎｍｓｅｃで前記正孔層上に蒸着して膜厚３０ｎｍの電子輸送層を設けた。なお、蒸着時の基板温度は室温で行った。
【０１６０】
引き続き陰極バッファー層としてフッ化リチウム０．５ｎｍを蒸着し、更にアルミニウム１１０ｎｍを蒸着して陰極を形成し、有機ＥＬ素子１−１を作製した。
【０１６１】
（有機ＥＬ素子１−２〜１−１２の作製）
有機ＥＬ素子１−１と同様にして表１に示す各発光層を各層構成となるように積層し、有機ＥＬ素子１−２〜１−１２を作製した。
【０１６２】
【化６】
得られた有機ＥＬ素子を以下の方法で評価した。
【０１６３】
〈外部取り出し量子効率〉
作製した有機ＥＬ素子について、２３℃、乾燥窒素ガス雰囲気下で２．５ｍＡ／ｃｍ２の一定電流を印加した時の外部取り出し量子効率（％）を測定した。尚、測定には分光放射輝度計ＣＳ−１０００（ミノルタ製）を用いた。
【０１６４】
〈色度のずれ〉
色度のずれはＣＩＥ色度図において、１００ｃｄ／ｍ２輝度時の色度座標と５０００ｃｄ／ｍ２輝度時の色度座標のずれを表す。
【０１６５】
２３℃、乾燥窒素ガス雰囲気下でＣＳ−１０００（ミノルタ製）を用いて測定を行った。
【０１６６】
また、用いたホスト化合物及びドーパント化合物の励起３重項エネルギーを記載する。溶媒はエタノール：メタノール＝１：１、７７Ｋにて測定した。測定は日立製Ｆ４５００で行った。得られたリン光スペクトルの０−０バンドに起因するピークから励起３重項エネルギーを算出した。
【０１６７】
得られた結果を表１、２に示す。
【０１６８】
【表１】
【０１６９】
【表２】
本発明の有機ＥＬ素子は高い外部取り出し量子効率と低い色度のずれを示すことが分かる。
【０１７０】
実施例２
実施例１で作製した有機ＥＬ素子１−８の非発光面をガラスケースで覆い、照明装置とした。照明装置は、発光効率が高く発光寿命の長い白色光を発する薄型の照明装置として使用することができた。図１４は照明装置の概略斜視図であり、図１５は照明装置の断面図である。図中、有機ＥＬ素子１０１は、ＩＴＯ透明電極付きガラス基板１０７上に積層された有機ＥＬ層１０６及び陰極１０５が形成されている。照明装置１００は、この有機ＥＬ素子１０１をガラスケース１０２で覆い、電源線（陽極）１０３と、電源線（陰極）１０４が接続されている。なおガラスケース１０２内には窒素ガス１０８が充填され、捕水剤１０９が設けられている。
【産業上の利用可能性】
【０１７１】
本発明は、発光層を３層以上有し、発光ピークの異なる発光層が２種以上で、発光ピークの同じ発光層が２層以上である層構成において、少なくとも１つの発光層には燐光性化合物を含有することにより、多層化してもエネルギー移動がなく、電圧変化に伴う色ずれを起こりにくくでき、発光効率を向上させることができることを見いだした。
【符号の説明】
【０１７２】
１ 表示装置
３ 画素
５ 走査線
６ データ線
１１ 有機ＥＬ素子
１２ 駆動トランジスタ
１３ コンデンサ
Ａ 表示部
Ｂ 制御部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
陽極と陰極との間に発光層を有する有機エレクトロルミネッセンス素子において、前記発光層を３層以上有し、該３層以上の発光層に、発光ピークの異なる発光層が２種以上含まれ、かつ、発光ピークの同じ発光層が２層以上含まれ、少なくとも１種の発光層には燐光性化合物を含有し、かつ、前記発光層が規則的な周期を持って積層されていることを特徴とする白色有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項２】
前記陰極から前記陽極にかけて、前記発光層が、少なくとも青色発光層、黄色発光層及び青色発光層の順に積層されていることを特徴とする請求項１に記載の白色有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項３】
前記陰極から前記陽極にかけて、前記発光層が、少なくとも青色発光層、黄色発光層、青色発光層、黄色発光層、青色発光層及び黄色発光層の順に積層されていることを特徴とする請求項１に記載の白色有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項４】
前記陰極から前記陽極にかけて、前記発光層が、少なくとも青色発光層、黄色発光層、青色発光層、黄色発光層、青色発光層、黄色発光層、青色発光層及び黄色発光層の順に積層されていることを特徴とする請求項１に記載の白色有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項５】
前記陰極から前記陽極にかけて、前記発光層が、少なくとも青色発光層、緑色発光層、黄色発光層、青色発光層、緑色発光層及び黄色発光層の順に積層されていることを特徴とする請求項１に記載の白色有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項６】
前記陰極から前記陽極にかけて、前記発光層が、少なくとも青色発光層、緑色発光層、赤色発光層、青色発光層、緑色発光層、赤色発光層、青色発光層、緑色発光層及び赤色発光層の順に積層されていることを特徴とする請求項１に記載の白色有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項７】
前記陰極から前記陽極にかけて、前記発光層が、少なくとも青色発光層、緑色発光層、黄色発光層、青色発光層、緑色発光層、黄色発光層、青色発光層、緑色発光層及び黄色発光層の順に積層されていることを特徴とする請求項１に記載の白色有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項８】
発光ピークの異なる発光層が２種であり、発光ピークの同じ発光層が各々２層以上を有することを特徴とする請求項１に記載の白色有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項９】
異なる発光ピークを有する発光層の全てが、燐光性化合物を含有することを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の白色有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項１０】
発光ピークの異なる発光層の全てが、発光ドーパントとホスト化合物を含有し、全ての発光層が同じホスト化合物で構成されていることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載の白色有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項１１】
ホスト化合物の励起３重項エネルギーは、前記燐光性化合物の励起３重項エネルギーよりも大きいことを特徴とする請求項１０に記載の白色有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項１２】
発光層と陰極の間で、かつ発光層に隣接する層に正孔阻止層を有することを特徴とする請求項１〜１１のいずれか一項に記載の白色有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項１３】
発光層と陽極の間で、かつ発光層に隣接する層に電子阻止層を有することを特徴とする請求項１〜１２のいずれか一項に記載の白色有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項１４】
請求項１〜１３のいずれか一項に記載の白色有機エレクトロルミネッセンス素子を用いたことを特徴とする画像表示素子。
【請求項１５】
請求項１〜１３のいずれか一項に記載の白色有機エレクトロルミネッセンス素子を用いたことを特徴とする照明装置。
【請求項１】
陽極と陰極との間に発光層を有する有機エレクトロルミネッセンス素子において、前記発光層を３層以上有し、該３層以上の発光層に、発光ピークの異なる発光層が２種以上含まれ、かつ、発光ピークの同じ発光層が２層以上含まれ、少なくとも１種の発光層には燐光性化合物を含有し、かつ、前記発光層が規則的な周期を持って積層されていることを特徴とする白色有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項２】
前記陰極から前記陽極にかけて、前記発光層が、少なくとも青色発光層、黄色発光層及び青色発光層の順に積層されていることを特徴とする請求項１に記載の白色有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項３】
前記陰極から前記陽極にかけて、前記発光層が、少なくとも青色発光層、黄色発光層、青色発光層、黄色発光層、青色発光層及び黄色発光層の順に積層されていることを特徴とする請求項１に記載の白色有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項４】
前記陰極から前記陽極にかけて、前記発光層が、少なくとも青色発光層、黄色発光層、青色発光層、黄色発光層、青色発光層、黄色発光層、青色発光層及び黄色発光層の順に積層されていることを特徴とする請求項１に記載の白色有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項５】
前記陰極から前記陽極にかけて、前記発光層が、少なくとも青色発光層、緑色発光層、黄色発光層、青色発光層、緑色発光層及び黄色発光層の順に積層されていることを特徴とする請求項１に記載の白色有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項６】
前記陰極から前記陽極にかけて、前記発光層が、少なくとも青色発光層、緑色発光層、赤色発光層、青色発光層、緑色発光層、赤色発光層、青色発光層、緑色発光層及び赤色発光層の順に積層されていることを特徴とする請求項１に記載の白色有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項７】
前記陰極から前記陽極にかけて、前記発光層が、少なくとも青色発光層、緑色発光層、黄色発光層、青色発光層、緑色発光層、黄色発光層、青色発光層、緑色発光層及び黄色発光層の順に積層されていることを特徴とする請求項１に記載の白色有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項８】
発光ピークの異なる発光層が２種であり、発光ピークの同じ発光層が各々２層以上を有することを特徴とする請求項１に記載の白色有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項９】
異なる発光ピークを有する発光層の全てが、燐光性化合物を含有することを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の白色有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項１０】
発光ピークの異なる発光層の全てが、発光ドーパントとホスト化合物を含有し、全ての発光層が同じホスト化合物で構成されていることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載の白色有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項１１】
ホスト化合物の励起３重項エネルギーは、前記燐光性化合物の励起３重項エネルギーよりも大きいことを特徴とする請求項１０に記載の白色有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項１２】
発光層と陰極の間で、かつ発光層に隣接する層に正孔阻止層を有することを特徴とする請求項１〜１１のいずれか一項に記載の白色有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項１３】
発光層と陽極の間で、かつ発光層に隣接する層に電子阻止層を有することを特徴とする請求項１〜１２のいずれか一項に記載の白色有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項１４】
請求項１〜１３のいずれか一項に記載の白色有機エレクトロルミネッセンス素子を用いたことを特徴とする画像表示素子。
【請求項１５】
請求項１〜１３のいずれか一項に記載の白色有機エレクトロルミネッセンス素子を用いたことを特徴とする照明装置。
【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】
【公開番号】特開２０１２−１６０４７６（Ｐ２０１２−１６０４７６Ａ）
【公開日】平成２４年８月２３日（２０１２．８．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−９８３４０（Ｐ２０１２−９８３４０）
【出願日】平成２４年４月２４日（２０１２．４．２４）
【分割の表示】特願２００６−５２８９７４（Ｐ２００６−５２８９７４）の分割
【原出願日】平成１７年７月７日（２００５．７．７）
【出願人】（０００００１２７０）コニカミノルタホールディングス株式会社 (4,463)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年８月２３日（２０１２．８．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年４月２４日（２０１２．４．２４）
【分割の表示】特願２００６−５２８９７４（Ｐ２００６−５２８９７４）の分割
【原出願日】平成１７年７月７日（２００５．７．７）
【出願人】（０００００１２７０）コニカミノルタホールディングス株式会社 (4,463)
【Ｆターム（参考）】
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