JP2006041395A - 有機エレクトロルミネッセンス素子 - Google Patents

Abstract

【課題】 発光効率が向上されるとともに駆動電圧が低くかつ発光寿命が向上された有機エレクトロルミネッセンス素子を提供することである。
【解決手段】 有機ＥＬ素子１００の発光層５は、ホスト材料に三重項発光材料からなる発光ドーパントおよび三重項発光材料からなる補助ドーパントがドープされることにより形成される。補助ドーパントの発光ピーク波長は、発光ドーパントの発光ピーク波長よりも短い。補助ドーパントのエネルギーギャップは、ホスト材料のエネルギーギャップと発光ドーパントのエネルギーギャップとの間にある。
【選択図】 図１

Description

本発明は、有機エレクトロルミネッセンス素子に関する。

近年、情報機器の多様化に伴い、一般に使用されているＣＲＴ（陰極線管）に比べて消費電力が少ない平面表示素子に対するニーズが高まってきている。このような平面表示素子の一つとして、高効率・薄型・軽量・低視野角依存性等の特徴を有する有機エレクトロルミネッセンス(以下、有機ＥＬと略記する。)素子が注目されている。

有機ＥＬ素子は、電子注入電極とホール注入電極とからそれぞれ電子とホールとを有機材料からなる発光層内へ注入し、注入された電子およびホールを発光中心で再結合させて有機分子を励起状態にし、この有機分子が励起状態から基底状態へ戻るときに光を発生する自発光型の素子である。

キャリアの再結合により生成される励起状態には一重項励起状態および三重項励起状態がある。従来より開発されてきた有機ＥＬ素子の多くは、一重項励起状態から基底状態へ戻るときのエネルギー差（一重項励起エネルギー）により発光するものである。このような従来の有機ＥＬ素子によれば、蛍光のみが観測され、三重項励起状態を経由して基底状態へ戻るときのエネルギー差（三重項励起エネルギー）による発光（燐光）は観測されない。

ここで、一重項励起状態から発光が生じる材料を一重項発光材料と呼び、三重項励起状態から発光が生じる材料を三重項発光材料と呼ぶ。なお、一重項励起状態からの発光を蛍光と呼ぶため、一重項発光材料を蛍光発光材料と呼ぶ場合もあり、三重項励起状態からの発光を燐光と呼ぶため、三重項発光材料を燐光発光材料と呼ぶ場合もある。

量子力学的考察によれば、一重項励起状態の一重項励起子と三重項励起状態の三重項励起子との形成確率は統計的に１：３であることが知られている。したがって、三重項発光材料を用いた場合、一重項発光材料を用いた場合よりも高い発光効率が得られると考えられる。

近年、発光効率の向上の観点から三重項発光材料を用いた有機ＥＬ素子の開発が進められている（非特許文献１および２参照）。
M.A.Baldo et al., Applied Physics Letters, Vol.75, No.1, p.4, (1999) S.Lamansky et al., J. Am. Chem. Soc., 123, 4304-4312 (2001)

このように、三重項発光材料を用いた有機ＥＬ素子は、高い発光効率の観点から有望であるが、駆動電圧（発光開始電圧）が高く、発光寿命が短いという課題がある。

また、有機ＥＬ素子の発光層中に１０重量％以上の濃度で三重項発光材料をドープした場合、発光効率が低下することが報告されている（非特許文献１参照）。これは、濃度消光によるものであると考えられる。濃度消光とは、発光分子の濃度が高くなることにより発光が弱くなる現象である。

そのため、従来は、発光層中に三重項発光材料が６重量％以下、多くとも８％程度以下しかドープされていない。

上記の理由から発光層中の三重項発光材料の濃度を最適化することにより高い発光効率、低い駆動電圧および長い発光寿命のすべてを満足させることはできない。その結果、三重項発光材料を用いた有機ＥＬ素子において、現実には、発光効率、駆動電圧および発光寿命が最適化されていない。

本発明の目的は、発光効率が向上されるとともに駆動電圧が低く発光寿命が向上された有機エレクトロルミネッセンス素子を提供することである。

本発明者は、三重項発光材料を用いた有機エレクトロルミネッセンス素子の発光効率を向上させるべく種々の実験および検討を重ねた結果、特定の関係を有する異なる三重項発光材料を発光層にドープすることにより濃度消光を抑制することができ、発光効率および発光寿命を向上させることが可能になるとともに、駆動電圧を低下させかつ発光寿命を向上させることができることを見出し、以下の発明を案出した。

第１の発明に係る有機エレクトロルミネッセンス素子は、ホール注入電極と、発光層と、電子注入電極とを順に備え、発光層は、三重項励起エネルギーを発光に変換しうる材料からなる第１のドーパントと、三重項励起エネルギーを発光に変換しうる材料からなりかつ第１のドーパントの発光ピーク波長よりも短い発光ピーク波長を有する第２のドーパントとを含むものである。

本発明に係る有機エレクトロルミネッセンス素子においては、発光層中に第１のドーパントおよび第２のドーパントが含まれる。第２のドーパントの発光ピーク波長は第１のドーパントの発光ピーク波長よりも短い。

ホール注入電極からホールが注入され、電子注入電極から電子が注入されると、発光層中のホスト材料でホールと電子とが再結合し、ホスト材料が励起状態になる。ホスト材料の励起エネルギーが第１のドーパントに移動し、三重項励起エネルギーが発光に変換される。また、第２のドーパントでホールと電子とが再結合し、第２のドーパントが励起状態となる。第２のドーパントの三重項励起エネルギーは第１のドーパントに移動する。それにより、発光効率が向上する。

第２のドーパントはホスト材料に比べてホールおよび電子の伝導帯すなわちＨＯＭＯ（最高被占有分子軌道）およびＬＵＭＯ（最低空分子軌道）がエネルギー的に安定であるため、発光層中に第２のドーパントがドープされることにより発光層へのキャリアの輸送が促進される。それにより、駆動電圧が低下しかつ発光寿命が向上する。

この場合、第２のドーパントの三重項励起エネルギーは第１のドーパントへ移動するため、発光層中に第１のドーパントに加えて第２のドーパントがドープされても濃度消光が発生しにくい。したがって、第１および第２のドーパントの濃度を最適化することにより、発光効率をより向上させるとともに、駆動電圧をより低下させかつ発光寿命をより向上させることが可能となる。

第２の発明に係る有機エレクトロルミネッセンス素子は、ホール注入電極と、発光層と、電子注入電極とを順に備え、発光層は、三重項励起エネルギーを発光に変換しうる材料からなりかつ第１のエネルギーギャップを有する第１のドーパントと、三重項励起エネルギーを発光に変換しうる材料からなりかつ第１のエネルギーギャップよりも大きい第２のエネルギーギャップを有する第２のドーパントと、第２のエネルギーギャップよりも大きい第３のエネルギーギャップを有するホスト材料とを含むものである。

本発明に係る有機エレクトロルミネッセンス素子においては、発光層がホスト材料、第１のドーパントおよび第２のドーパントにより形成される。発光層中の第２のドーパントの第２のエネルギーギャップは、第１のドーパントの第１のエネルギーギャップとホスト材料の第３のエネルギーギャップとの間にある。

ホール注入電極からホールが注入され、電子注入電極から電子が注入されると、発光層中のホスト材料でホールと電子とが再結合し、ホスト材料が励起状態になる。ホスト材料の励起エネルギーが第１のドーパントに移動し、三重項励起エネルギーが発光に変換される。また、第２のドーパントでホールと電子とが再結合し、第２のドーパントが励起状態となる。第２のドーパントの三重項励起エネルギーは第１のドーパントに移動する。それにより、発光効率が向上する。

第２のドーパントはホスト材料に比べてホールおよび電子の伝導帯すなわちＨＯＭＯ（最高被占有分子軌道）およびＬＵＭＯ（最低空分子軌道）がエネルギー的に安定であるため、発光層中に第２のドーパントがドープされることにより発光層へのキャリアの輸送が促進される。それにより、駆動電圧が低下しかつ発光寿命が向上する。

この場合、第２のドーパントの三重項励起エネルギーは第１のドーパントへ移動するため、発光層中に第１のドーパントに加えて第２のドーパントがドープされても濃度消光が発生しにくい。したがって、第１および第２のドーパントの濃度を最適化することにより、発光効率をより向上させるとともに、駆動電圧をより低下させかつ発光寿命をより向上させることが可能となる。

発光層中の第２のドーパントの濃度が８重量％以上３０重量％以下であってもよい。

この場合、第２のドーパントから第１のドーパントへの三重項励起エネルギーの移動量が多くなるとともに、発光層へのキャリアの輸送量が増加する。それにより、発光効率がより向上するとともに、駆動電圧がより低下しかつ発光寿命がより向上する。

第１のドーパントの発光ピーク波長と第２のドーパントの発光ピーク波長との差が３０ｎｍ以上１００ｎｍ以下であることが好ましい。

この場合、第２のドーパントから第１のドーパントへの三重項励起エネルギーの移動が円滑に行われるとともに、発光層へのキャリアの輸送がより促進される。それにより、発光効率がより向上するとともに、駆動電圧がより低下しかつ発光寿命がより向上する。

また、第２のドーパントが発光したとしても、第２のドーパントの発光ピーク波長が第１のドーパントの発光ピーク波長に近いため、第１のドーパントの発光の色度が第２のドーパントの発光による影響を受けることを最小限に抑制することができる。

第１のドーパントの発光ピーク波長は６００ｎｍ以上６６０ｎｍ以下の範囲内にあり、第２のドーパントの発光ピーク波長は５５０ｎｍ以上６１０ｎｍ以下の範囲内にあってもよい。この場合、発光層から赤色発光が得られる。

第２のドーパントは、下記式（１）に示される分子構造を有する有機化合物を含み、Ｒ１〜Ｒ６は同一または異なり、水素原子、ハロゲン原子またはアルキル基であってもよい。

この場合、赤色に発光する第１のドーパントへの三重項励起エネルギーの移動がより円滑に行われるとともに発光層へのキャリアの輸送がより促進される。それにより、赤色発光を高い発光効率で得ることができるとともに、駆動電圧をより低下させかつ発光寿命をより向上させることができる。

第２のドーパントは、下記式（２）に示される分子構造を有する有機化合物を含み、Ｒ１〜Ｒ４は同一または異なり、水素原子、ハロゲン原子またはアルキル基であってもよい。

この場合、赤色に発光する第１のドーパントへの三重項励起エネルギーの移動がより円滑に行われるとともに発光層へのキャリアの輸送がより促進される。それにより、赤色発光を高い発光効率で得ることができるとともに、駆動電圧をより低下させかつ発光寿命をより向上させることができる。

第１のドーパントは、下記式（３）に示される分子構造を有する有機化合物を含み、Ｒ１〜Ｒ６は同一または異なり、水素原子、ハロゲン原子またはアルキル基であってもよい。

この場合、高い発光効率で赤色発光を得ることができる。

第１のドーパントは、下記式（４）に示される分子構造を有する有機化合物を含み、Ｒ１〜Ｒ４は同一または異なり、水素原子、ハロゲン原子またはアルキル基であってもよい。

この場合、高い発光効率で赤色発光を得ることができる。

第１のドーパントは、下記式（５）に示される分子構造を有する有機化合物を含み、Ｒ１〜Ｒ６は同一または異なり、水素原子、ハロゲン原子またはアルキル基であってもよい。

この場合、高い発光効率で赤色発光を得ることができる。

第１のドーパントは、下記式（６）に示される分子構造を有する有機化合物を含み、Ｒ１〜Ｒ４は同一または異なり、水素原子、ハロゲン原子またはアルキル基であってもよい。

この場合、高い発光効率で赤色発光を得ることができる。

第１のドーパントの発光ピーク波長は５５０ｎｍ以上６１０ｎｍ以下の範囲内にあり、第２のドーパントの発光ピーク波長は５００ｎｍ以上５６０ｎｍ以下の範囲内にあってもよい。この場合、発光層から橙色の発光が得られる。

第２のドーパントは、下記式（７）に示される分子構造を有する有機化合物を含み、Ｒ１〜Ｒ６は同一または異なり、水素原子、ハロゲン原子またはアルキル基であってもよい。

この場合、橙色に発光する第１のドーパントへの三重項励起エネルギーの移動がより円滑に行われるとともに発光層へのキャリアの輸送がより促進される。それにより、橙色発光を高い発光効率で得ることができるとともに、駆動電圧をより低下させかつ発光寿命をより向上させることができる。

第２のドーパントは、下記式（８）に示される分子構造を有する有機化合物を含み、Ｒ１〜Ｒ４は同一または異なり、水素原子、ハロゲン原子またはアルキル基であってもよい。

この場合、橙色に発光する第１のドーパントへの三重項励起エネルギーの移動がより円滑に行われるとともに発光層へのキャリアの輸送がより促進される。それにより、橙色発光を高い発光効率で得ることができるとともに、駆動電圧をより低下させかつ発光寿命をより向上させることができる。

第１のドーパントは、下記式（１）に示される分子構造を有する有機化合物を含み、Ｒ１〜Ｒ６は同一または異なり、水素原子、ハロゲン原子またはアルキル基であってもよい。

この場合、高い発光効率で橙色発光を得ることができる。

第１のドーパントは下記式（２）に示される分子構造を有する有機化合物を含み、Ｒ１〜Ｒ４は同一または異なり、水素原子、ハロゲン原子またはアルキル基であってもよい。

この場合、高い発光効率で橙色発光を得ることができる。

第２のドーパントの発光ピーク波長は４４０ｎｍ以上５１０ｎｍ以下の範囲内にあり、第１のドーパント発光ピーク波長は５００ｎｍ以上５５０ｎｍ以下の範囲内にあってもよい。この場合、発光層から緑色の発光が得られる。

第２のドーパントは、下記式（９）に示される分子構造を有する有機化合物を含み、Ｒ１〜Ｒ３は同一または異なり、水素原子、ハロゲン原子またはアルキル基であってもよい。

この場合、緑色に発光する第１のドーパントへの三重項励起エネルギーの移動がより円滑に行われるとともに発光層へのキャリアの輸送がより促進される。それにより、緑色発光を高い発光効率で得ることができるとともに、駆動電圧をより低下させかつ発光寿命をより向上させることができる。

第２のドーパントは、下記式（１０）に示される分子構造を有する有機化合物を含み、Ｒ１およびＲ２は同一または異なり、水素原子、ハロゲン原子またはアルキル基であってもよい。

この場合、緑色に発光する第１のドーパントへの三重項励起エネルギーの移動がより円滑に行われるとともに発光層へのキャリアの輸送がより促進される。それにより、緑色発光を高い発光効率で得ることができるとともに、駆動電圧をより低下させかつ発光寿命をより向上させることができる。

第２のドーパントは、下記式（１１）に示される分子構造を有する有機化合物を含み、Ｒ１およびＲ２は同一または異なり、水素原子、ハロゲン原子またはアルキル基であってもよい。

この場合、緑色に発光する第１のドーパントへの三重項励起エネルギーの移動がより円滑に行われるとともに発光層へのキャリアの輸送がより促進される。それにより、緑色発光を高い発光効率で得ることができるとともに、駆動電圧をより低下させかつ発光寿命をより向上させることができる。

第１のドーパントは、下記式（７）に示される分子構造を有する有機化合物を含み、Ｒ１〜Ｒ６は同一または異なり、水素原子、ハロゲン原子またはアルキル基であってもよい。

この場合、高い発光効率で緑色発光を得ることができる。

第１のドーパントは、下記式（８）に示される分子構造を有する有機化合物を含み、Ｒ１〜Ｒ４は同一または異なり、水素原子、ハロゲン原子またはアルキル基であってもよい。

この場合、高い発光効率で緑色発光を得ることができる。

本発明によれば、発光効率が向上されるとともに駆動電圧が低くかつ発光寿命が向上された有機エレクトロルミネッセンス素子が実現される。

（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る有機エレクトロルミネッセンス（以下、有機ＥＬと呼ぶ。）素子の一例を示す模式的断面図である。

第１の実施の形態に係る有機ＥＬ素子１００は、基板１上にホール注入電極２（陽極）、有機化合物層１０および電子注入電極８（陰極）が順に積層された積層構造を有する。有機化合物層１０は、ホール注入層３、ホール輸送層４、発光層５、ホール阻止層６および電子注入層７からなる。

基板１は、ガラスまたはプラスチック等からなる透明基板である。ホール注入電極２は、インジウム−スズ酸化物（以下、ＩＴＯと略記する）等の金属化合物、銀等の金属または合金からなる透明電極または半透明電極である。電子注入電極８は、マグネシウム−インジウム合金またはＩＴＯ等の金属化合物、金属または合金からなる透明電極、半透明電極または不透明電極である。

有機化合物層１０のホール注入層３は、例えば、プラズマＣＶＤ法（プラズマ化学的気相成長法）により形成されたフッ化炭素（ＣＦｘ）からなる。

ホール輸送層４は、例えば、下記式（１２）に示されるN,N'-ジ(1-ナフチル)-N,N'-ジフェニル-ベンジジン（N,N'-Di(1-naphthyl)-N,N'-diphenyl-benzidine）（以下、ＮＰＢと略記する）等の有機材料からなる。

発光層５は、後述のホスト材料、発光ドーパントおよび補助ドーパント（アシストドーパント）からなる。発光層５に用いられる各種有機材料の詳細については後述する。

ホール阻止層６は、例えば、下記式（１３）に示される（（1,1'-ビスフェニル）-4-オラト）（2-メチル-8-キノリナト-N1,08）アルミニウム（((1,1'-Bisphenyl)-4-olato)(2-methyl-8-quinolinato-N1,08)Aluminum）（以下、ＢＡｌｑと略記する）等の有機材料からなる。

電子注入層７は、例えば、下記式（１４）に示されるトリス(8-ヒドロキシキノリナト)アルミニウム（Tris(8-hydroxyquinolinato)aluminum）（以下、Ａｌｑ３と略記する）等の有機材料からなる。

有機ＥＬ素子１００のホール注入電極２と電子注入電極８との間に駆動電圧が印加されると、発光層５が発光する。発光層５において発生された光は、ホール輸送層４、ホール注入層３、ホール注入電極２および基板１を介して外部に取り出される。このように発光層５において発生された光が、基板１を介して外部に取り出される素子の構造をバックエミッション構造と呼ぶ。

以下、発光層５の発光のメカニズムおよびホスト材料、発光ドーパントおよび補助ドーパントに用いられる有機材料について図２に基づき説明する。

図２は第１の実施の形態に係る有機ＥＬ素子１００のホール輸送層、発光層およびホール阻止層の最低空分子軌道（Lowest Unoccupied Molecular Orbital；以下、ＬＵＭＯと呼ぶ。）および最高被占有分子軌道（Highest Occupied Molecular Orbital；以下、ＨＯＭＯと呼ぶ。）のエネルギー準位ならびに電子およびホールの移動過程の一例を示す模式図である。

本実施の形態において、発光層５を構成するホスト材料５Ｈ、発光ドーパントＤ１および補助ドーパントＤ２のＬＵＭＯおよびＨＯＭＯにおけるエネルギー準位の関係は以下の通りである。

発光ドーパントＤ１のＨＯＭＯ（エネルギー準位Ｈ１）は補助ドーパントＤ２のＨＯＭＯ（エネルギー準位Ｈ２）より高く、補助ドーパントＤ２のＨＯＭＯ（エネルギー準位Ｈ２）はホスト材料５ＨのＨＯＭＯ（エネルギー準位Ｈ３）より高い。

また、補助ドーパントＤ２のＬＵＭＯ（エネルギー準位Ｌ２）は発光ドーパントＤ１のＬＵＭＯ（エネルギー準位Ｌ１）より高く、ホスト材料５ＨのＬＵＭＯ（エネルギー準位Ｌ３）は補助ドーパントＤ２のＬＵＭＯ（エネルギー準位Ｌ２）より高い。

すなわち、ホスト材料５Ｈ、発光ドーパントＤ１および補助ドーパントＤ２のＬＵＭＯおよびＨＯＭＯにおけるエネルギー準位の関係は次式（５０）および（５１）で表される。

Ｈ１＞Ｈ２＞Ｈ３ ・・・（５０）
Ｌ３＞Ｌ２＞Ｌ１ ・・・（５１）
すなわち、注入されるホールの安定性はホスト材料５Ｈ＜補助ドーパントＤ２＜発光ドーパントＤ１の関係を有し、注入される電子の安定性もホスト材料５Ｈ＜補助ドーパントＤ２＜発光ドーパントＤ１の関係を有する。

ホスト材料５Ｈ、発光ドーパントＤ１および補助ドーパントＤ２の各々のエネルギーギャップを順に"Ｅ３"，"Ｅ１"，"Ｅ２"とした場合、エネルギーギャップの関係は次式（５２）で表される。

Ｅ３＞Ｅ２＞Ｅ１ ・・・（５２）
図１の有機ＥＬ素子１００のホール注入電極２と電子注入電極８との間に駆動電圧が印加されると、ホール注入電極２より供給されたホールがホール注入層３に注入され、電子注入電極８より供給された電子が電子注入層７に注入される。

ホール注入層３に注入されたホールはホール輸送層４を介して発光層５に輸送され、電子注入層７に注入された電子はホール阻止層６を介して発光層５に輸送される。

ホール輸送層４から発光層５へ輸送されるホールは、ホスト材料５Ｈ、発光ドーパントＤ１および補助ドーパントＤ２のＬＵＭＯに移動する。

補助ドーパントのキャリア輸送能が高い場合、ホール輸送層４およびホール阻止層６と発光層５との間のキャリア輸送性が向上する。

発光層５において、エネルギー準位Ｈ３にあるホールは、矢印ｅ１，ｅ２で示されるように、エネルギー準位Ｈ１またはＨ２に移動する。また、エネルギー準位Ｈ２にあるホールは、矢印ｅ３で示されるように、エネルギー準位Ｈ１に移動する。

ホール阻止層６から発光層５へ輸送される電子は、ホスト材料５Ｈ、発光ドーパントＤ１および補助ドーパントＤ２のＨＯＭＯに移動する。

発光層５において、エネルギー準位Ｌ３にある電子は、矢印ｅ４，ｅ５で示されるように、エネルギー準位Ｌ１またはＬ２に移動する。また、エネルギー準位Ｌ２にある電子は、矢印ｅ６で示されるように、エネルギー準位Ｌ１に移動する。

エネルギー準位Ｈ３のホールとエネルギー準位Ｌ３の電子とが再結合し、形成された励起エネルギーが発光ドーパントＤ１または補助ドーパントＤ２へ移動し、発光層５が発光する。

また、エネルギー準位Ｈ２のホールとエネルギー準位Ｌ２の電子とが再結合し、形成された励起エネルギーが発光ドーパントＤ１へ移動し、発光層５が発光する。

さらに、エネルギー準位Ｈ２のホールとエネルギー準位Ｌ２の電子とが再結合し、発光層５が発光する。

このように、ホスト材料５Ｈ、発光ドーパントＤ１および補助ドーパントＤ２の各々のＬＵＭＯおよびＨＯＭＯのエネルギー準位およびエネルギーギャップが式（５０）〜（５２）の関係を満たす場合、補助ドーパントＤ２により発光ドーパントＤ１への励起エネルギーの移動が補助されるため、発光ドーパントＤ１への励起エネルギーの移動が円滑に行われる。それにより、発光効率が向上する。

また、補助ドーパントＤ２はホスト材料５Ｈに比べてエネルギー的に安定であるため、発光層５中に補助ドーパントＤ２がドープされることにより発光層５へのキャリアの輸送が促進される。それにより、駆動電圧（発光開始電圧）が低下しかつ発光寿命が向上する。

なお、ホスト材料５Ｈ、発光ドーパントＤ１および補助ドーパントＤ２の各々のＬＵＭＯおよびＨＯＭＯのエネルギー準位およびエネルギーギャップが式（５０）〜（５２）の関係を満たすことが好ましいが、ホスト材料５Ｈ、発光ドーパントＤ１および補助ドーパントＤ２の各々のエネルギーギャップが式（５２）の関係を満たしていれば、ホスト材料５Ｈ、発光ドーパントＤ１および補助ドーパントＤ２の各々のＬＵＭＯおよびＨＯＭＯのエネルギー準位が式（５０），（５１）の関係を満たさなくてもよい。この場合にも、発光ドーパントＤ１への励起エネルギーの移動が円滑に行われる。

以下、第１の実施の形態においては、赤色発光の有機ＥＬ素子１００について説明する。

ホスト材料は、例えば、下記式（１５）に示される4,4'-ビス(カルバゾール-9-イル)-ビフェニル（4,4'-Bis(carbazol-9-yl)-biphenyl）（以下、ＣＢＰと略記する）等の有機材料からなる。

発光ドーパントおよび補助ドーパントには、三重項励起エネルギーを発光に寄与させる（発光に変換する）有機材料（以下、三重項発光材料と呼ぶ）が用いられる。本実施の形態では、発光ドーパントとして６００〜６６０ｎｍに発光ピーク波長を有する三重項発光材料が用いられ、補助ドーパントとして５５０〜６１０ｎｍに発光ピーク波長を有する三重項発光材料が用いられる。それにより、赤色の発光が得られる。

補助ドーパントとしては、発光ドーパントの発光ピーク波長よりも短い発光ピーク波長を有する三重項発光材料が選択される。

発光ドーパントとしては、下記式（３）に示される分子構造を有するイリジウム錯体を用いることができる。

式（３）中のＲ１〜Ｒ６は、同一または異なっていてもよく、ベンゼン環またはイソキノリン環のいずれの位置に置換してもよく、水素原子、ハロゲン原子または炭素数が４以下のアルキル基を示す。

例えば、下記式（３ａ）に示される分子構造を有するトリス（２−フェニルイソキノリン）イリジウム（tris(2-phenylisoquinoline)iridium）（以下、Ｉｒ（ｐｉｑ）３と略記する。）を用いることができる。

発光ドーパントとしては、下記式（４）に示される分子構造を有するイリジウム錯体を用いてもよい。

式（４）中のＲ１〜Ｒ４は、同一または異なっていてもよく、ベンゼン環またはイソキノリン環のいずれの位置に置換してもよく、水素原子、ハロゲン原子または炭素数が４以下のアルキル基を示す。

例えば、下記式（４ａ）に示される分子構造を有するビス（２−フェニルイソキノリン）イリジウム（アセチルアセテート）（bis(2-phenylisoquionoline)iridium(acetylacetate)）（以下、Ｉｒ（ｐｉｑ）２（ａｃａｃ）と略記する。）を用いることができる。

発光ドーパントとしては、下記式（５）に示される分子構造を有するイリジウム錯体を用いてもよい。

式（５）中のＲ１〜Ｒ６は、同一または異なっていてもよく、ナフタレン環またはキノリン環のいずれの位置に置換してもよく、水素原子、ハロゲン原子または炭素数が４以下のアルキル基を示す。

例えば、下記式（５ａ）に示される分子構造を有するトリス｛２−（１−ナフチル）キノリン｝イリジウム（tris[2-(1-naphthyl)quinoline]iridium）（以下、Ｉｒ（Ｎａｐｈｑ）３と略記する。）を用いることができる。

発光ドーパントとしては、下記式（６）に示される分子構造を有するイリジウム錯体を用いてもよい。

式（６）中のＲ１〜Ｒ４は、同一または異なっていてもよく、ナフタレン環またはキノリン環のいずれの位置に置換してもよく、水素原子、ハロゲン原子または炭素数が４以下のアルキル基を示す。

例えば、下記式（６ａ）に示される分子構造を有するビス｛２−（１−ナフチル）キノリン｝イリジウム（アチセルアセテート）（bis[2-(1-naphthyl)quinoline]iridium(acetylacetate)）（以下、Ｉｒ（Ｎａｐｈｑ）２（ａｃａｃ）と略記する。）を用いることができる。

上記式（３）〜（６）で示される分子構造を有する三重項発光材料は、三重項励起状態を経由して赤色の燐光（発光ピーク波長が６００〜６６０ｎｍ）を発することが可能である。

発光ドーパントに用いられる三重項発光材料としては、ホスト材料および補助ドーパントに対し、エネルギーギャップが上記式（５２）の関係を満たすものが選択される。なお、発光ドーパントに用いられる三重項発光材料としては、ホスト材料および補助ドーパントに対し、ＬＵＭＯおよびＨＯＭＯのエネルギー準位が式（５０），（５１）の関係を満たすものを選択することが好ましい。

補助ドーパントとしては、下記式（１）に示される分子構造を有するイリジウム錯体を用いることができる。

式（１）中のＲ１〜Ｒ６は、同一または異なっていてもよく、ベンゼン環またはキノリン環のいずれの位置に置換してもよく、水素原子、ハロゲン原子または炭素数が４以下のアルキル基を示す。

例えば、下記式（１ａ）に示される分子構造を有するトリス（２−フェニルキノリン）イリジウム（tris(2-phenylquinoline)iridium）（以下、Ｉｒ（ｐｈｑ）３と略記する。）を用いることができる。

補助ドーパントとしては、下記式（２）に示される分子構造を有するイリジウム錯体を用いてもよい。

式（２）中のＲ１〜Ｒ４は、同一または異なっていてもよく、ベンゼン環またはキノリン環のいずれの位置に置換してもよく、水素原子、ハロゲン原子または炭素数が４以下のアルキル基を示す。

例えば、下記式（２ａ）に示される分子構造を有するビス（２−フェニルキノリン）イリジウム（アセチルアセテート）（bis(2-phenylquinoline)iridium(acetylacetate)）（以下、Ｉｒ（ｐｈｑ）２（ａｃａｃ）と略記する。）を用いることができる。

上記式（１），（２）で示される分子構造を有する三重項発光材料は、５５０〜６１０ｎｍに発光ピーク波長を有する。

補助ドーパントに用いられる三重項発光材料は、ホスト材料および発光ドーパントに対し、ＬＵＭＯおよびＨＯＭＯのエネルギーギャップが上記式（５２）の関係を満たすものが選択される。なお、補助ドーパントに用いられる三重項発光材料は、ホスト材料および発光ドーパントに対し、ＬＵＭＯおよびＨＯＭＯのエネルギー準位が式（５０），（５１）の関係を満たすものを選択することが好ましい。

上記のように、本実施の形態に係る有機ＥＬ素子１００においては、発光層５中のホスト材料でホールと電子とが再結合し、ホスト材料が励起状態になる。ホスト材料の励起エネルギーが発光ドーパントに移動し、三重項励起エネルギーが発光に変換される。また、補助ドーパントでホールと電子とが再結合し、補助ドーパントが励起状態となる。補助ドーパントの三重項励起エネルギーは発光ドーパントに移動する。それにより、発光効率が向上する。

補助ドーパントはホスト材料に比べてエネルギー的に安定であるため、発光層５中に補助ドーパントがドープされることにより発光層５へのキャリアの輸送が促進される。それにより、駆動電圧が低下しかつ発光寿命が向上する。

この場合、補助ドーパントの三重項励起エネルギーは発光ドーパントへ移動するため、発光層５中に発光ドーパントに加えて補助ドーパントがドープされても濃度消光が発生しない。したがって、発光ドーパントおよび補助ドーパントの濃度を最適化することにより、発光効率をより向上させるとともに、駆動電圧をより低下させかつ発光寿命をより向上させることが可能となる。

発光層５中の補助ドーパントは８重量％以上３０重量％以下の濃度を有することが好ましい。この場合、補助ドーパントから発光ドーパントへの三重項励起エネルギーの移動量が多くなるとともに、発光層５へのキャリアの輸送量が増加する。それにより、発光効率がより向上するとともに、駆動電圧がより低下しかつ発光寿命がより向上する。

なお、補助ドーパントは発光してもよい。この場合、補助ドーパントが発光することにより、さらに発光効率が向上する。

補助ドーパントの発光ピーク波長と発光ドーパントの発光ピーク波長との差は３０ｎｍ以上１００ｎｍ以下であることが好ましい。

この場合、補助ドーパントから発光ドーパントへの三重項励起エネルギーの移動が円滑に行われるとともに、発光層５へのキャリアの輸送がより促進される。それにより、発光効率がより向上するとももに、駆動電圧がより低下しかつ発光寿命がより向上する。

また、補助ドーパントが発光したとしても、補助ドーパントの発光ピーク波長が発光ドーパントの発光ピーク波長に近いため、発光ドーパントの発光の色度が補助ドーパントの発光による影響を受けることを最小限に抑制することができる。

なお、本実施の形態に係る有機ＥＬ素子１００は、電子注入電極８を透明電極または半透明電極とすることにより、発光層５において発生された光をホール阻止層６、電子注入層７および電子注入電極８を介して取り出すトップエミッション構造を有してもよい。

本実施の形態において、有機化合物層１０の構造は上記に限らず、種々の構造を用いることができる。例えば、ホール注入層３およびホール輸送層４の性質を有する有機材料を用いた場合にはホール注入層３およびホール輸送層４を一層としてもよく、ホール阻止層６および電子注入層７の性質を有する有機材料を用いた場合にはホール阻止層６および電子注入層７を一層としてもよい。さらに、ホール注入層３、ホール輸送層４、ホール阻止層６または電子注入層７のいずれかとともに発光層５の性質を有する有機材料を用いた場合には複数の層を一層としてもよい。

（第２の実施の形態）
第２の実施の形態においては、橙色発光の有機ＥＬ素子１００について説明する。

第２の実施の形態に係る有機ＥＬ素子１００は、発光層５の発光ドーパントおよび補助ドーパントの材料を除いて第１の実施の形態に係る有機ＥＬ素子１００と同様の構成を有する。

本実施の形態では、発光ドーパントとして５５０〜６１０ｎｍに発光ピーク波長を有する三重項発光材料が用いられ、補助ドーパントとして５００〜５６０ｎｍに発光ピーク波長を有する三重項発光材料が用いられる。それにより、橙色の発光が得られる。

補助ドーパントとしては、発光ドーパントの発光ピーク波長よりも短い発光ピーク波長を有する三重項発光材料が選択される。

発光ドーパントには、上記式（１）に示される分子構造を有するイリジウム錯体を用いることができ、例えば、上記式（１ａ）に示される分子構造を有するＩｒ（ｐｈｑ）３を用いることができる。

発光ドーパントとして、上記式（２）に示される分子構造を有するイリジウム錯体を用いてもよく、例えば、上記式（２ａ）に示される分子構造を有するＩｒ（ｐｈｑ）２（ａｃａｃ）を用いることができる。

上記式（１），（２）で示される分子構造を有する三重項発光材料は、三重項励起状態を経由して橙色の燐光（発光ピーク波長が５５０〜６１０ｎｍ）を発することが可能である。

発光ドーパントに用いられる三重項発光材料は、ホスト材料および補助ドーパントに対し、エネルギーギャップが上記式（５２）の関係を満たすものが選択される。なお、発光ドーパントに用いられる三重項発光材料は、ホスト材料および補助ドーパントに対し、ＬＵＭＯおよびＨＯＭＯのエネルギー準位が式（５０），（５１）の関係を満たすものを選択することが好ましい。

補助ドーパントとしては、下記式（７）に示される分子構造を有するイリジウム錯体を用いることができる。

式（７）中のＲ１〜Ｒ６は、同一または異なっていてもよく、ベンゼン環またはキノリン環のいずれの位置に置換してもよく、水素原子、ハロゲン原子または炭素数が４以下のアルキル基を示す。

例えば、下記式（７ａ）に示される分子構造を有するトリス（２−フェニルピリジン）イリジウム（tris(2-phenylpyridine)iridium）（以下、Ｉｒ（ｐｐｙ）３と略記する。）を用いることができる。

補助ドーパントとしては、下記式（８）に示される分子構造を有するイリジウム錯体を用いてもよい。

式（８）中のＲ１〜Ｒ４は、同一または異なっていてもよく、ベンゼン環またはキノリン環のいずれの位置に置換してもよく、水素原子、ハロゲン原子または炭素数が４以下のアルキル基を示す。

例えば、下記式（８ａ）に示される分子構造を有するビス（２−フェニルピリジン）イリジウム（アセチルアセテート）（bis(2-phenylpridine)iridium(acetylacetate)）（以下、Ｉｒ（ｐｐｙ）２（ａｃａｃ）と略記する。）を用いることができる。

上記式（７），（８）で示される分子構造を有する三重項発光材料は、５００〜５６０ｎｍに発光ピーク波長を有する。

補助ドーパントに用いられる三重項発光材料は、ホスト材料および発光ドーパントに対し、エネルギーギャップが上記式（５２）の関係を満たすものが選択される。なお、補助ドーパントに用いられる三重項発光材料は、ホスト材料および発光ドーパントに対し、ＬＵＭＯおよびＨＯＭＯのエネルギー準位が式（５０），（５１）の関係を満たすものを選択することが好ましい。

本実施の形態に係る有機ＥＬ素子１００においても、補助ドーパントの三重項励起エネルギーが発光ドーパントに移動する。それにより、発光効率が向上する。また、補助ドーパントはホスト材料に比べてエネルギー的に安定であるため、発光層５中に補助ドーパントがドープされることにより発光層５へのキャリアの輸送が促進される。それにより、駆動電圧が低下しかつ発光寿命が向上する。

この場合、補助ドーパントの三重項励起エネルギーは発光ドーパントへ移動するため、発光層５中に発光ドーパントに加えて補助ドーパントがドープされても濃度消光が発生しない。したがって、発光ドーパントおよび補助ドーパントの濃度を最適化することにより、発光効率をより向上させるとともに、駆動電圧をより低下させかつ発光寿命をより向上させることが可能となる。

発光層５中の補助ドーパントは８重量％以上３０重量％以下の濃度を有することが好ましい。この場合、補助ドーパントから発光ドーパントへの三重項励起エネルギーの移動量が多くなるとともに、発光層５へのキャリアの輸送量が増加する。それにより、発光効率がより向上するとともに、駆動電圧がより低下しかつ発光寿命がより向上する。

なお、補助ドーパントは発光してもよい。この場合、補助ドーパントが発光することにより、さらに発光効率が向上する。

補助ドーパントの発光ピーク波長と発光ドーパントの発光ピーク波長との差は３０ｎｍ以上１００ｎｍ以下であることが好ましい。

この場合、補助ドーパントから発光ドーパントへの三重項励起エネルギーの移動が円滑に行われるとともに、発光層５へのキャリアの輸送がより促進される。それにより、発光効率がより向上するとももに、駆動電圧がより低下しかつ発光寿命がより向上する。

また、補助ドーパントが発光したとしても、補助ドーパントの発光ピーク波長が発光ドーパントの発光ピーク波長に近いため、発光ドーパントの発光の色度が補助ドーパントの発光による影響を受けることを最小限に抑制することができる。

本実施の形態における橙色発光する発光層５に青色発光する発光層が積層されてもよい。それにより、発光効率が向上されるとともに駆動電圧が低くかつ発光寿命が向上された白色発光の有機ＥＬ素子が実現される。

（第３の実施の形態）
第３の実施の形態においては、緑色発光の有機ＥＬ素子１００について説明する。

第３の実施の形態に係る有機ＥＬ素子１００は、発光層５の発光ドーパントおよび補助ドーパントの材料を除いて第１の実施の形態に係る有機ＥＬ素子１００と同様の構成を有する。

本実施の形態では、発光ドーパントとして５００〜５５０ｎｍに発光ピーク波長を有する三重項発光材料が用いられ、補助ドーパントとして４４０〜５１０ｎｍに発光ピーク波長を有する三重項発光材料が用いられる。それにより、緑色の発光が得られる。

補助ドーパントとしては、発光ドーパントの発光ピーク波長よりも短い発光ピーク波長を有する三重項発光材料が選択される。

発光ドーパントには、上記式（７）に示される分子構造を有するイリジウム錯体を用いることができ、例えば、上記式（７ａ）に示される分子構造を有するＩｒ（ｐｐｙ）３を用いることができる。

発光ドーパントとして、上記式（８）に示される分子構造を有するイリジウム錯体を用いてもよく、例えば、上記式（８ａ）に示される分子構造を有するＩｒ（ｐｐｙ）２（ａｃａｃ）を用いることができる。

上記式（７），（８）で示される分子構造を有する三重項発光材料は、三重項励起状態を経由して緑色の燐光（発光ピーク波長が５００〜５５０ｎｍ）を発することが可能である。

発光ドーパントに用いられる三重項発光材料は、ホスト材料および補助ドーパントに対し、エネルギーギャップが上記式（５２）の関係を満たすものが選択される。なお、発光ドーパントに用いられる三重項発光材料は、ホスト材料および補助ドーパントに対し、ＬＵＭＯおよびＨＯＭＯのエネルギー準位が式（５０），（５１）の関係を満たすものを選択することが好ましい。

補助ドーパントとしては、下記式（９）に示される分子構造を有するイリジウム錯体を用いることができる。

式（９）中のＲ１〜Ｒ３は、同一または異なっていてもよく、ベンゼン環のいずれの位置に置換してもよく、水素原子、ハロゲン原子または炭素数が４以下のアルキル基を示す。

例えば、下記式（９ａ）に示される分子構造を有するトリス｛２−（２，４−ジフルオロフェニル）ピリジン｝イリジウム（tris[2-(2,4-difluorophenyl)pyridine]iridium）（以下、Ｉｒ（２，４−Ｆｐｐｙ）３と略記する。）を用いることができる。

補助ドーパントとしては、下記式（１０）に示される分子構造を有するイリジウム錯体を用いてもよい。

式（１０）中のＲ１およびＲ２は、同一または異なっていてもよく、ベンゼン環のいずれの位置に置換してもよく、水素原子、ハロゲン原子または炭素数が４以下のアルキル基を示す。

例えば、下記式（１０ａ）に示される分子構造を有するビス｛２−（２，４−ジフルオロフェニル）ピリジン｝イリジウム（アセチルアセテート）（bis[2-(2,4-difluorophenyl)pyridine]iridium(acetylacetate)）（以下、Ｉｒ（２，４−Ｆｐｐｙ）２（ａｃａｃ）と略記する。）を用いることができる。

補助ドーパントとしては、下記式（１１）に示される分子構造を有するイリジウム錯体を用いてもよい。

式（１１）中のＲ１およびＲ２は、同一または異なっていてもよく、ベンゼン環のいずれの位置に置換してもよく、水素原子、ハロゲン原子または炭素数が４以下のアルキル基を示す。

例えば、下記式（１１ａ）に示される分子構造を有するビス｛２−（２，４−ジフルオロフェニル）ピリジン｝イリジウム（ピコレート）（bis[2-(2,4-difluorophenyl)pyridine]iridium(picholate)）（以下、Ｉｒ（２，４−Ｆｐｐｙ）２（ｐｉｑ）と略記する。）を用いることができる。

上記式（９）〜（１１）で示される分子構造を有する三重項発光材料は、４４０〜５１０ｎｍに発光ピーク波長を有する。

補助ドーパントに用いられる三重項発光材料は、ホスト材料および発光ドーパントに対し、エネルギーギャップが上記式（５２）の関係を満たすものが選択される。なお、補助ドーパントに用いられる三重項発光材料は、ホスト材料および発光ドーパントに対し、ＬＵＭＯおよびＨＯＭＯのエネルギー準位が式（５０），（５１）の関係を満たすものを選択することが好ましい。

本実施の形態に係る有機ＥＬ素子１００においても、補助ドーパントの三重項励起エネルギーが発光ドーパントに移動する。それにより、発光効率が向上する。また、補助ドーパントはホスト材料に比べてエネルギー的に安定であるため、発光層５中に補助ドーパントがドープされることにより発光層５へのキャリアの輸送が促進される。それにより、駆動電圧が低下しかつ発光寿命が向上する。

この場合、補助ドーパントの三重項励起エネルギーは発光ドーパントへ移動するため、発光層５中に発光ドーパントに加えて補助ドーパントがドープされても濃度消光が発生しない。したがって、発光ドーパントおよび補助ドーパントの濃度を最適化することにより、発光効率をより向上させるとともに、駆動電圧をより低下させかつ発光寿命をより向上させることが可能となる。

発光層５中の補助ドーパントは８重量％以上３０重量％以下の濃度を有することが好ましい。この場合、補助ドーパントから発光ドーパントへの三重項励起エネルギーの移動量が多くなるとともに、発光層５へのキャリアの輸送量が増加する。それにより、発光効率がより向上するとともに、駆動電圧がより低下しかつ発光寿命がより向上する。

なお、補助ドーパントは発光してもよい。この場合、補助ドーパントが発光することにより、さらに発光効率が向上する。

補助ドーパントの発光ピーク波長と発光ドーパントの発光ピーク波長との差は５０ｎｍ以上１００ｎｍ以下であることが好ましい。

この場合、補助ドーパントから発光ドーパントへの三重項励起エネルギーの移動が円滑に行われるとともに、発光層５へのキャリアの輸送がより促進される。それにより、発光効率がより向上するとももに、駆動電圧がより低下しかつ発光寿命がより向上する。

また、補助ドーパントが発光したとしても、補助ドーパントの発光ピーク波長が発光ドーパントの発光ピーク波長に近いため、発光ドーパントの発光の色度が補助ドーパントの発光による影響を受けることを最小限に抑制することができる。

（第４の実施の形態）
図３は有機ＥＬ素子を用いた有機ＥＬ表示装置の一例を示す模式的平面図であり、図４は図３の有機ＥＬ表示装置のＡ−Ａ線断面図である。

図３および図４の有機ＥＬ表示装置においては、赤色発光する有機ＥＬ素子１００Ｒ、緑色発光する有機ＥＬ素子１００Ｇおよび青色発光する有機ＥＬ素子１００Ｂがマトリクス状に配置されている。

有機ＥＬ素子１００Ｒは、第１の実施の形態の発光層５と同様の赤色発光層５Ｒを有する。有機ＥＬ素子１００Ｇは、第３の実施の形態の発光層５と同様の緑色発光層５Ｇを有する。有機ＥＬ素子１００Ｂは、図１の発光層５の代わりに青色発光層５Ｂを有する。

青色発光層５Ｂは、例えば、下記式（１６）に示されるターシャリー-ブチル置換ジナフチルアントラセン（tert-butyl substituted dinaphthylanthracene）（以下、ＴＢＡＤＮと略記する）をホスト材料とし、下記式（１７）に示す1,4,7,10-テトラ-ターシャリー-ブチルペリレン（1,4,7,10-Tetra-tert-butylPerylene）（以下、ＴＢＰと略記する）をドーパントとして形成される。

以下、本実施の形態に係る有機ＥＬ表示装置をより詳細に説明する。

図３においては、左から順に有機ＥＬ素子１００Ｒ、有機ＥＬ素子１００Ｇおよび有機ＥＬ素子１００Ｂが設けられている。

各有機ＥＬ素子１００Ｒ，１００Ｇ，１００Ｂの構成は平面図では同一である。各有機ＥＬ素子１００Ｒ，１００Ｇ，１００Ｂは行方向に延びる２つのゲート信号線５１と列方向に延びる２つのドレイン信号線（データ線）５２とに囲まれた領域に形成される。各有機ＥＬ素子１００Ｒ，１００Ｇ，１００Ｂの領域内において、ゲート信号線５１とドレイン信号線５２との交点付近にはスイッチング素子である第１のＴＦＴ１３０が形成され、中央付近には各有機ＥＬ素子１００Ｒ，１００Ｇ，１００Ｂを駆動する第２のＴＦＴ１４０が形成される。また、各有機ＥＬ素子１００Ｒ，１００Ｇ，１００Ｂの領域内に補助容量７０、およびＩＴＯからなるホール注入電極２が形成される。ホール注入電極２の領域に各有機ＥＬ素子１００Ｒ，１００Ｇ，１００Ｂが島状に形成される。

第１のＴＦＴ１３０のドレインはドレイン電極１３ｄを介してドレイン信号線５２に接続され、第１のＴＦＴ１３０のソースはソ−ス電極１３ｓを介して電極５５に接続される。第１のＴＦＴ１３０のゲート電極１１１は、ゲート信号線５１から延びる。

補助容量７０は、電源電圧Ｖｓｃを受けるＳＣ線５４と、能動層１１（図４参照）と一体の電極５５とから構成される。

第２のＴＦＴ１４０のドレインはドレイン電極４３ｄを介して各有機ＥＬ素子１００Ｒ，１００Ｇ，１００Ｂのホール注入電極２に接続され、第２のＴＦＴ１４０のソースはソ−ス電極４３ｓを介して列方向に延びる電源線５３に接続される。第２のＴＦＴ１４０のゲート電極４１は電極５５に接続される。

図４に示されるように、ガラス基板１０上に多結晶シリコン等からなる能動層１１が形成され、その能動層１１の一部が有機ＥＬ素子１００Ｒ，１００Ｇ，１００Ｂを駆動するための第２のＴＦＴ１４０となる。能動層１１上にゲート酸化膜（図示せず）を介してダブルゲート構造のゲート電極４１が形成され、ゲート電極４１を覆うように能動層１１上に層間絶縁膜１３および第１の平坦化層１５が形成される。第１の平坦化層１５の材料としては、例えばアクリル樹脂を用いることができる。第１の平坦化層１５上に透明なホール注入電極２が各有機ＥＬ素子１００Ｒ，１００Ｇ，１００Ｂに形成され、ホール注入電極２を覆うように第１の平坦化層１５上に絶縁性の第２の平坦化層１８が形成される。

第２のＴＦＴ１４０は第２の平坦化層１８の下に形成されている。ホール注入電極２および第２の平坦化層１８を覆うようにホール輸送層４が全体の領域上に形成される。

有機ＥＬ素子１００Ｒ，１００Ｇ，１００Ｂのホール輸送層４上には、それぞれ列方向に延びるストライプ状の赤色発光層５Ｒ、緑色発光層５Ｇおよび青色発光層５Ｂが形成される。

ストライプ状の赤色発光層５Ｒ、緑色発光層５Ｇおよび青色発光層５Ｂの間の境界は第２の平坦化層１８上の表面でガラス基板１０と平行となっている領域に設けられる。

有機ＥＬ素子１００Ｒ，１００Ｇ，１００Ｂの赤色発光層５Ｒ、緑色発光層５Ｇおよび青色発光層５Ｂ上には、列方向に延びるストライプ状のホール阻止層６および列方向に延びるストライプ状の電子輸送層７がそれぞれ形成される。各電子輸送層７上には電子注入電極８が形成される。電子注入電極８の上には樹脂等からなる保護層３４が形成されている。

上記有機ＥＬ表示装置において、ゲート信号線５１に選択信号が出力されると第１のＴＦＴ１３０がオンし、そのときにドレイン信号線５２に与えられる電圧値（データ信号）に応じて補助容量７０が充電される。第２のＴＦＴ１４０のゲート電極４１は補助容量７０に充電された電荷に応じた電圧を受ける。それにより、電源線５３から各有機ＥＬ素子１００Ｒ，１００Ｇ，１００Ｂに供給される電流が制御され、各有機ＥＬ素子１００Ｒ，１００Ｇ，１００Ｂは供給された電流に応じた輝度で発光する。

本実施の形態の有機ＥＬ表示装置の有機ＥＬ素子１００Ｒ，１００Ｇにおいては、補助ドーパントの三重項励起エネルギーが発光ドーパントに移動する。それにより、発光効率が向上する。また、補助ドーパントはホスト材料に比べてエネルギー的に安定であるため、発光層５Ｒ，５Ｇ中に補助ドーパントがドープされることにより発光層５へのキャリアの輸送が促進される。それにより、駆動電圧が低下しかつ発光寿命が向上する。

この場合、補助ドーパントの三重項励起エネルギーは発光ドーパントへ移動するため、発光層５Ｒ，５Ｇ中に発光ドーパントに加えて補助ドーパントがドープされても濃度消光が発生しない。したがって、発光ドーパントおよび補助ドーパントの濃度を最適化することにより、発光効率をより向上させるとともに、駆動電圧をより低下させかつ発光寿命をより向上させることが可能となる。

その結果、高い発光効率を有するとともに駆動電圧が低くかつ発光寿命が向上されたフルカラー表示の有機ＥＬ装置が得られる。

以下、実施例および比較例の有機ＥＬ素子を作製し、作製した有機ＥＬ素子の発光特性を測定した。

（実施例１）
実施例１においては、図１の構造を有する赤色発光の有機ＥＬ素子を次のように作製した。

ガラスからなる基板１上にインジウム−スズ酸化物（ＩＴＯ）からなるホール注入電極２を形成した。次に、ホール注入電極２上にプラズマＣＶＤ法によりＣＦ_X （フッ化炭素）からなるホール注入層３を形成した。プラズマＣＶＤにおけるプラズマ放電時間は１０秒とした。

さらに、ホール注入層３上に、ホール輸送層４、発光層５、ホール阻止層６および電子輸送層７を真空蒸着により順に形成した。

ホール輸送層４は、膜厚１５０ｎｍのＮＰＢからなる。発光層５は、膜厚２５ｎｍを有し、ＣＢＰからなるホスト材料にＩｒ（ｐｉｑ）３からなる発光ドーパントおよびＩｒ（ｐｈｑ）３からなる補助ドーパントを添加することにより形成した。

発光層５中の発光ドーパントの濃度を１重量％とし、補助ドーパントの濃度を１５重量％とした。

ホール阻止層６は、膜厚１０ｎｍのＢＡｌｑからなる。電子輸送層７は、膜厚４０ｎｍのＡｌｑ３からなる。

その後、電子輸送層７上に、膜厚１ｎｍのフッ化リチウム膜および膜厚２００ｎｍのアルミニウム膜の積層構造からなる電子注入電極８を形成した。

以上のようにして作製した有機ＥＬ素子の１０ｍＡ／ｃｍ² での駆動電圧、ＣＩＥ色度座標、発光効率および発光寿命を測定した。なお、発光寿命は測定開始時の輝度１５００ｃｄ／ｍ² が半減するまでの時間を測定したものである。

その結果、実施例１の有機ＥＬ素子の駆動電圧は７.０Ｖであり、ＣＩＥ色度座標は（ｘ，ｙ）＝（０.６４，０.３６）であり、発光効率は１２．２ｃｄ／Ａであり、発光寿命は２２００時間であった。

（実施例２）
実施例２の赤色発光の有機ＥＬ素子は、実施例１の有機ＥＬ素子と以下の点を除き同様の構成を有する。

発光層５中の発光ドーパントの濃度を１重量％とし、補助ドーパントの濃度を９重量％とした。

以上のようにして作製した有機ＥＬ素子の１０ｍＡ／ｃｍ² での駆動電圧、ＣＩＥ色度座標、発光効率および発光寿命を測定した。

その結果、実施例２の有機ＥＬ素子の駆動電圧は８．５Ｖであり、ＣＩＥ色度座標は（ｘ，ｙ）＝（０.６２，０.３８）であり、発光効率は１２．３ｃｄ／Ａであり、発光寿命は９００時間であった。

（実施例３）
実施例３の赤色発光の有機ＥＬ素子は、実施例１の有機ＥＬ素子と以下の点を除き同様の構成を有する。

発光層５中の発光ドーパントの濃度を５重量％とし、補助ドーパントの濃度を５重量％とした。

以上のようにして作製した有機ＥＬ素子の１０ｍＡ／ｃｍ² での駆動電圧、ＣＩＥ色度座標、発光効率および発光寿命を測定した。

その結果、実施例３の有機ＥＬ素子の駆動電圧は８．６Ｖであり、ＣＩＥ色度座標は（ｘ，ｙ）＝（０.６１，０．３９）であり、発光効率は９．４ｃｄ／Ａであり、発光寿命は６００時間であった。

（比較例１）
比較例１の赤色発光の有機ＥＬ素子は、実施例１の有機ＥＬ素子と以下の点を除き同様の構成を有する。

発光層５に補助ドーパントをドープせず、発光層５中の発光ドーパントの濃度を６重量％とした。

以上のようにして作製した有機ＥＬ素子の１０ｍＡ／ｃｍ² での駆動電圧、ＣＩＥ色度座標、発光効率および発光寿命を測定した。

その結果、比較例１の有機ＥＬ素子の駆動電圧は９．２Ｖであり、ＣＩＥ色度座標は（ｘ，ｙ）＝（０．６７，０．３２）であり、発光効率は８．１ｃｄ／Ａであり、発光寿命は４００時間であった。

［評価］
表１に実施例１〜３および比較例１の有機ＥＬ素子の各層の条件を示す。表２に実施例１〜３および比較例１における駆動電圧、ＣＩＥ色度座標、発光効率および発光寿命の測定結果を示す。

表２に示すように、実施例１〜３の有機ＥＬ素子の発光効率は、比較例１の有機ＥＬ素子の発光効率に比べて高くなっている。

表１に示すように、実施例１〜３の有機ＥＬ素子においては、発光層５に発光ドーパントに加えて補助ドーパントがドープされることにより、発光ドーパントへの励起エネルギーの移動が円滑に行われるためであると考えられる。

また、実施例１〜３の有機ＥＬ素子の駆動電圧は、比較例１の有機ＥＬ素子の駆動電圧に比べて低くなっている。さらに、実施例１〜３の有機ＥＬ素子の発光寿命は、比較例１の有機ＥＬ素子の発光寿命に比べて長くなっている。

これは、発光層５に発光ドーパントに加えて補助ドーパントがドープされることにより、発光層５へのキャリアの輸送が促進されるためであると考えられる。

実施例１〜３から、発光層５中の補助ドーパントの濃度が高くなるにつれて発光効率が増加するとともに駆動電圧が低下しかつ発光寿命が向上することがわかる。特に、発光層５中の補助ドーパントの濃度が８重量％以上である９重量％および１５重量％の場合には、補助ドーパントの濃度が５重量％の場合に比べて発光効率が大幅に向上している。

このことから、発光層５中の補助ドーパントの濃度が高くなっても、濃度消光が発生しないことがわかる。

（実施例４）
実施例４の橙色発光の有機ＥＬ素子は、実施例１の有機ＥＬ素子と以下の点を除き同様の構成を有する。

発光層５の発光ドーパントとしてＩｒ（ｐｐｙ）３を用い、補助ドーパントとしてＩｒ（２，４−Ｆｐｐｙ）２（ｐｉｑ）を用いた。

発光層５中の発光ドーパントの濃度は６重量％であり、補助ドーパントの濃度は１０重量％である。

以上のようにして作製した有機ＥＬ素子の１０ｍＡ／ｃｍ² での駆動電圧、ＣＩＥ色度座標、発光効率および発光寿命を測定した。

その結果、実施例４の有機ＥＬ素子の駆動電圧は７．６Ｖであり、ＣＩＥ色度座標は（ｘ，ｙ）＝（０．２８，０．６４）であり、発光効率は４６．７ｃｄ／Ａであり、発光寿命は４９０時間であった。

（比較例２）
比較例２の橙色発光の有機ＥＬ素子は、実施例４の有機ＥＬ素子と以下の点を除き同様の構成を有する。

発光層５に補助ドーパントをドープせず、発光層５中の発光ドーパントの濃度を６重量％とした。

以上のようにして作製した有機ＥＬ素子の１０ｍＡ／ｃｍ² での駆動電圧、ＣＩＥ色度座標、発光効率および発光寿命を測定した。

その結果、比較例２の有機ＥＬ素子の駆動電圧は７．７Ｖであり、ＣＩＥ色度座標は（ｘ，ｙ）＝（０．２９，０．６４）であり、発光効率は３４．４ｃｄ／Ａであり、発光寿命は４５０時間であった。

［評価］
表３に実施例４および比較例２の有機ＥＬ素子の各層の条件を示す。表４に実施例４および比較例２における駆動電圧、ＣＩＥ色度座標、発光効率および発光寿命の測定結果を示す。

表４に示すように、実施例４の有機ＥＬ素子の発光効率は、比較例２の有機ＥＬ素子の発光効率に比べて高くなっている。

表３に示すように、実施例４の有機ＥＬ素子においては、発光層５に発光ドーパントに加えて補助ドーパントがドープされることにより、発光ドーパントへの励起エネルギーの移動が円滑に行われるためであると考えられる。

また、実施例４の有機ＥＬ素子の駆動電圧は、比較例２の有機ＥＬ素子の駆動電圧に比べて僅かに低くなっている。さらに、実施例４の有機ＥＬ素子の発光寿命は、比較例２の有機ＥＬ素子の発光寿命に比べて長くなっている。

これは、発光層５に発光ドーパントに加えて補助ドーパントがドープされることにより、発光層５へのキャリアの輸送が促進されるためであると考えられる。

実施例４から、発光層５中の補助ドーパントの濃度が１０重量％と高くなっても、濃度消光が発生しないことがわかる。

（実施例５）
実施例５の緑色発光の有機ＥＬ素子は、実施例１の有機ＥＬ素子と以下の点を除き同様の構成を有する。

発光層５の発光ドーパントとしてＩｒ（ｐｈｑ）３を用い、補助ドーパントとしてＩｒ（ｐｐｙ）３を用いた。

発光層５中の発光ドーパントの濃度は３重量％であり、補助ドーパントの濃度は１０重量％である。

以上のようにして作製した有機ＥＬ素子の１０ｍＡ／ｃｍ² での駆動電圧、ＣＩＥ色度座標、発光効率および発光寿命を測定した。なお、発光寿命は測定開始時の輝度３０００ｃｄ／ｍ² が半減するまでの時間を測定したものである。

その結果、実施例５の有機ＥＬ素子の駆動電圧は８．７Ｖであり、ＣＩＥ色度座標は（ｘ，ｙ）＝（０．５５，０．４５）であり、発光効率は２６．５ｃｄ／Ａであり、発光寿命は３０００時間であった。

（比較例３）
比較例３の緑色発光の有機ＥＬ素子は、実施例１の有機ＥＬ素子と以下の点を除き同様の構成を有する。

発光層５に補助ドーパントをドープせず、発光層５中の発光ドーパントの濃度を６重量％とした。

以上のようにして作製した有機ＥＬ素子の１０ｍＡ／ｃｍ² での駆動電圧、ＣＩＥ色度座標、発光効率および発光寿命を測定した。

その結果、比較例３の有機ＥＬ素子の駆動電圧は９．９Ｖであり、ＣＩＥ色度座標は（ｘ，ｙ）＝（０．５５，０．４４）であり、発光効率は２０．８ｃｄ／Ａであり、発光寿命は２１００時間であった。

［評価］
表５に、実施例５および比較例３の有機ＥＬ素子の各層の条件を示す。表６に、実施例５および比較例３における駆動電圧、ＣＩＥ色度座標、発光効率および発光寿命の測定結果を示す。

表６に示すように、実施例５の有機ＥＬ素子の発光効率は、比較例３の有機ＥＬ素子の発光効率に比べて高くなっている。

表５に示すように、実施例５の有機ＥＬ素子においては、発光層５に発光ドーパントに加えて補助ドーパントがドープされることにより、発光ドーパントへの励起エネルギーの移動が円滑に行われるためであると考えられる。

また、実施例５の有機ＥＬ素子の駆動電圧は、比較例３の有機ＥＬ素子の駆動電圧に比べて低くなっている。さらに、実施例５の有機ＥＬ素子の発光寿命は、比較例３の有機ＥＬ素子の発光寿命に比べて長くなっている。

これは、発光層５に発光ドーパントに加えて補助ドーパントがドープされることにより、発光層５へのキャリアの輸送が促進されるためであると考えられる。

実施例５から、発光層５中の補助ドーパントの濃度が１０重量％と高くなっても、濃度消光が発生しないことがわかる。

本発明に係る有機エレクトロルミネッセンス素子は、各種光源または表示装置等に有効に利用できる。

第１の実施の形態に係る有機ＥＬ素子の一例を示す模式的断面図である。 第１の実施の形態に係る有機ＥＬ素子のホール輸送層、発光層およびホール阻止層の最低空分子軌道（ＬＵＭＯ）および最高被占有分子分子軌道（ＨＯＭＯ）のエネルギー準位ならびに電子およびホールの移動過程の一例を示す模式図である。 有機ＥＬ素子を用いた有機ＥＬ表示装置の一例を示す模式的平面図である。 図３の有機ＥＬ表示装置のＡ−Ａ線断面図である。

符号の説明

１ 基板
２ ホール注入電極
３ ホール注入層
４ ホール輸送層
５ 発光層
５Ｒ 赤色発光層
５Ｇ 緑色発光層
５Ｂ 青色発光層
６ ホール阻止層
７ 電子注入層
８ 電子注入電極
１００，１００Ｒ，１００Ｇ，１００Ｂ 有機エレクトロルミネッセンス素子
５Ｈ ホスト材料
Ｄ１ 発光ドーパント
Ｄ２ 補助ドーパント

Claims (22)

1. ホール注入電極と、
   発光層と、
   電子注入電極とを順に備え、
   前記発光層は、
   三重項励起エネルギーを発光に変換しうる材料からなる第１のドーパントと、
   三重項励起エネルギーを発光に変換しうる材料からなりかつ前記第１のドーパントの発光ピーク波長よりも短い発光ピーク波長を有する第２のドーパントとを含むことを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子。
2. ホール注入電極と、
   発光層と、
   電子注入電極とを順に備え、
   前記発光層は、
   三重項励起エネルギーを発光に変換しうる材料からなりかつ第１のエネルギーギャップを有する第１のドーパントと、
   三重項励起エネルギーを発光に変換しうる材料からなりかつ前記第１のエネルギーギャップよりも大きい第２のエネルギーギャップを有する第２のドーパントと、
   前記第２のエネルギーギャップよりも大きい第３のエネルギーギャップを有するホスト材料とを含むことを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子。
3. 前記発光層中の前記第２のドーパントの濃度が８重量％以上３０重量％以下であることを特徴とする請求項１または２記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
4. 前記第１のドーパントの発光ピーク波長と第２のドーパントの発光ピーク波長との差が３０ｎｍ以上１００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
5. 前記第１のドーパントの発光ピーク波長は６００ｎｍ以上６６０ｎｍ以下の範囲内にあり、前記第２のドーパントの発光ピーク波長は５５０ｎｍ以上６１０ｎｍ以下の範囲内にあることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
6. 前記第２のドーパントは、下記式（１）に示される分子構造を有する有機化合物を含み、Ｒ１〜Ｒ６は同一または異なり、水素原子、ハロゲン原子またはアルキル基であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
   

   
7. 前記第２のドーパントは、下記式（２）に示される分子構造を有する有機化合物を含み、Ｒ１〜Ｒ４は同一または異なり、水素原子、ハロゲン原子またはアルキル基であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
   

   
8. 前記第１のドーパントは、下記式（３）に示される分子構造を有する有機化合物を含み、Ｒ１〜Ｒ６は同一または異なり、水素原子、ハロゲン原子またはアルキル基であることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
   

   
9. 前記第１のドーパントは、下記式（４）に示される分子構造を有する有機化合物を含み、Ｒ１〜Ｒ４は同一または異なり、水素原子、ハロゲン原子またはアルキル基であることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
   

   
10. 前記第１のドーパントは、下記式（５）に示される分子構造を有する有機化合物を含み、Ｒ１〜Ｒ６は同一または異なり、水素原子、ハロゲン原子またはアルキル基であることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
    

    
11. 前記第１のドーパントは、下記式（６）に示される分子構造を有する有機化合物を含み、Ｒ１〜Ｒ４は同一または異なり、水素原子、ハロゲン原子またはアルキル基であることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
    

    
12. 前記第１のドーパントの発光ピーク波長は５５０ｎｍ以上６１０ｎｍ以下の範囲内にあり、
    前記第２のドーパントの発光ピーク波長は５００ｎｍ以上５６０ｎｍ以下の範囲内にあることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
13. 前記第２のドーパントは、下記式（７）に示される分子構造を有する有機化合物を含み、Ｒ１〜Ｒ６は同一または異なり、水素原子、ハロゲン原子またはアルキル基であることを特徴とする請求項１〜３および１２のいずれかに記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
    

    
14. 前記第２のドーパントは、下記式（８）に示される分子構造を有する有機化合物を含み、Ｒ１〜Ｒ４は同一または異なり、水素原子、ハロゲン原子またはアルキル基であることを特徴とする請求項１〜３および１２のいずれかに記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
    

    
15. 前記第１のドーパントは、下記式（１）に示される分子構造を有する有機化合物を含み、Ｒ１〜Ｒ６は同一または異なり、水素原子、ハロゲン原子またはアルキル基であることを特徴とする請求項１〜３および１２〜１４のいずれかに記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
    

    
16. 前記第１のドーパントは、下記式（２）に示される分子構造を有する有機化合物を含み、Ｒ１〜Ｒ４は同一または異なり、水素原子、ハロゲン原子またはアルキル基であることを特徴とする請求項１〜３および１２〜１４のいずれかに記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
    

    
17. 前記第２のドーパントの発光ピーク波長は４４０ｎｍ以上５１０ｎｍ以下の範囲内にあり、
    前記第１のドーパントの発光ピーク波長は５００ｎｍ以上５５０ｎｍ以下の範囲内にあることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
18. 前記第２のドーパントは、下記式（９）に示される分子構造を有する有機化合物を含み、Ｒ１〜Ｒ３は同一または異なり、水素原子、ハロゲン原子またはアルキル基であることを特徴とする請求項１〜３および１７のいずれかに記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
    

    
19. 前記第２のドーパントは、下記式（１０）に示される分子構造を有する有機化合物を含み、Ｒ１およびＲ２は同一または異なり、水素原子、ハロゲン原子またはアルキル基であることを特徴とする請求項１〜３および１７のいずれかに記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
    

    
20. 前記第２のドーパントは、下記式（１１）に示される分子構造を有する有機化合物を含み、Ｒ１およびＲ２は同一または異なり、水素原子、ハロゲン原子またはアルキル基であることを特徴とする請求項１〜３および１７のいずれかに記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
    

    
21. 前記第１のドーパントは、下記式（７）に示される分子構造を有する有機化合物を含み、Ｒ１〜Ｒ６は同一または異なり、水素原子、ハロゲン原子またはアルキル基であることを特徴とする請求項１〜３および１７〜２０のいずれかに記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
    

    
22. 前記第１のドーパントは、下記式（８）に示される分子構造を有する有機化合物を含み、Ｒ１〜Ｒ４は同一または異なり、水素原子、ハロゲン原子またはアルキル基であることを特徴とする請求項１〜３および１７〜２０のいずれかに記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
    

    

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