JP2008060607A - 有機発光素子 - Google Patents

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Abstract

【課題】優れた作動寿命を有し、高温での作動安定性を得ることができ、ドライブ電圧の増加が軽減された有機発光素子を提供する。
【解決手段】（ｉ）アノードと、（ii）ポルフィリン及び正孔輸送材料の混合物を含有する正孔輸送層と、（iii）（１）正孔輸送材料、及び（２）電子輸送材料の混合物を含有し、任意に有機発光材料を含有する混合領域と、（iv）カソードと、を有してなる有機発光素子であって、（ｖ）前記混合領域と前記カソードとの間に挿入される電子輸送領域、ならびに（vi）前記アノード及び前記カソードの一方の上にコーティングされる任意の熱保護要素のうち少なくとも一方を、任意にさらに有してなる有機発光素子である。
【選択図】なし

Description

本発明は光電子素子に関し、より詳細には有機発光素子（有機ＥＬ素子）に関する。より具体的に言うと、本発明は、輝度が初期値に対してある比率（例えば初期輝度の約５０％）まで低下するのに、少なくとも約１，０００時間かかるような、比較的長い作動寿命を有する実質的に安定な有機発光（ＥＬ）素子に関し、約７０℃〜約１００℃などの高温において実質的に安定な有機発光（ＥＬ）素子に関する。
多数の有機発光（ＥＬ）素子は、有機発光材料（Organic electroluminescentmaterial）と、互いに反対の極性を有する電極とを積層することによって作製されてきており、これらの素子は、発光（ルミネセンス）物質として単結晶アントラセンなどの単結晶材料を含む。これらの種類の素子は、およそ１００ボルト以上の励起電圧が必要であると考えられている（例えば、特許文献１参照）。また、Ｓ．ナカらの論文に記載されているように（非特許文献１参照）、１層の混合層からなる有機発光素子は、一般に多層有機発光素子よりも効率が低い。これらの素子は、ＮＰＢ（Ｎ，Ｎ'−ジ（ナフタレン−１−イル）−Ｎ，Ｎ'−ジフェニル−ベンジジン）などの正孔輸送材料と、Ａｌｑ３（トリス（８−ヒドロキシキノリン）アルミニウム）などの発光性電子輸送材料との１層の混合層のみを有し、これらの素子は不安定であり効率が低いと考えられている。さらに、１層の混合層は漏れ電流が比較的多くなる場合があり、そのため効率が低くなることがある。有機ＥＬ研究の最近の発展によって、広範にわたる用途における有機ＥＬ素子の将来性について評価が行われており、現在使用可能な素子の作動安定性については、例えば以下のような予測が可能である。有機発光素子の効率は、高温で素子を作動させると低下する。一般に、素子の寿命は、作動温度が１０℃上昇するごとに約１／２に減少する可能性がある。さらに、高温では有機発光素子の劣化に対する感受性が増加する。その結果、約１００ｃｄ／ｍ2の通常の表示輝度レベルにおけるこれらの有機発光素子の作動寿命は、例えば、約６０℃〜約８０℃の温度で約１００時間以下に制限される。
米国特許第３，５３０，３２５号明細書 米国特許第５，８５３，９０５号明細書 米国特許第６，１３０，００１号明細書 米国特許第４，８８５，２１１号明細書 Ｓ．ナカら（S.Naka et al.），"Organic Electroluminescent Devices Based On Molecularly Doped Polymers," Appl. Phys. Lett. 61, pp.761-763, 1992
本発明は、実施形態において、例えば優れた作動寿命を有する有機発光素子を提供することを目的とする。本発明は、実施形態において、高温での作動安定性を得ることができ、例えば約７０℃〜約１００℃の温度で、例えば約１，５００カンデラ／平方メートル（ｃｄ／ｍ2）の高輝度で、数百時間（例えば１，２００時間）の作動寿命を得ることができる有機発光素子、即ち、約８０℃〜約１００℃の温度で通常の表示輝度約１００ｃｄ／ｍ2の場合に最長数千時間（例えば約１０，０００時間）の作動寿命を得ることができる有機発光素子を提供することを目的とする。また、本発明は、実施形態において、ドライブ電圧の増加が軽減され、例えば、約９０℃の温度で約２５０時間作動させた後でもドライブ電圧の初期値からの増加が約５％以下となる有機発光素子を提供することを目的とする。
本発明の前記課題を解決するための手段は以下の通りである。即ち、＜１＞ （ｉ）アノードと、（ii）ポルフィリン及び正孔輸送材料の混合物を含有する正孔輸送層と、（iii）（１）正孔輸送材料、及び（２）電子輸送材料の混合物を含有し、任意に有機発光材料を含有する混合領域と、（iv）カソードと、を有してなる有機発光素子であって、（ｖ）前記混合領域と前記カソードとの間に挿入される電子輸送領域、ならびに（vi）前記アノード及び前記カソードの一方の上にコーティングされる任意の熱保護要素のうち少なくとも一方を、任意にさらに有してなることを特徴とする有機発光素子である。
＜２＞ 下記（Ａ）及び（Ｂ）のうち、少なくとも一方が存在する前記＜１＞に記載の有機発光素子である。
（Ａ）第３級芳香族アミン及びインドロカルバゾール類からなる群より選択される、前記正孔輸送材料（ii）及び（iii）のうち、少なくとも一方。
（Ｂ）金属オキシノイド類、スチルベン類、トリアジン類、及びキノリン類からなる群より選択される、前記電子輸送材料（iii）及び（ｖ）のうち、少なくとも一方。
＜３＞ 前記混合領域（iii）が、２０重量％〜８０重量％の第３級芳香族アミンの正孔輸送成分と、８０重量％〜２０重量％の金属オキシノイドの電子輸送成分とを含有する前記＜１＞に記載の有機発光素子である。
＜４＞ 前記混合領域（iii）が、３５重量％〜６５重量％の前記正孔輸送成分と、６５重量％〜３５重量％の前記電子輸送成分とを含有する前記＜１＞に記載の有機発光素子である。
＜５＞ 前記混合領域(iii)が、０．０１重量％〜１０重量％の蛍光発光成分を含有する前記＜１＞に記載の有機発光素子である。
＜６＞ 前記混合領域(iii)が、３重量％〜３０重量％の燐光発光成分を含有する前記＜１＞に記載の有機発光素子である。
＜７＞ 前記電子輸送領域が少なくとも２つの層を有し、（１）前記電子輸送領域における第１の層が前記混合領域と接触し、前記第１の層が金属オキシノイド類及びキノリン類からなる群より選択される成分を含有し、（２）前記電子輸送領域における第２の層が前記カソードと接触し、前記第２の層が金属オキシノイド類、フタロシアニン類、及びトリアジン類からなる群より選択される成分を含有する前記＜１＞に記載の有機発光素子である。
＜８＞ ＳｉＯ、ＳｉＯ2、又はそれらの混合物の層で構成される前記熱保護コーティングが存在する前記＜１＞に記載の有機発光素子である。
＜９＞ （ｉ）アノードと、（ii）ポルフィリン及び正孔輸送材料の混合物を含有する正孔輸送層と、（iii）（１）正孔輸送材料、及び（２）電子輸送材料の混合物を含有し、かつ有機発光材料を含有する混合領域と、（iv）カソードと、を有してなる素子であって、（ｖ）前記混合領域と前記カソードとの間に挿入される電子輸送領域、ならびに（vi）前記アノード及び前記カソードの一方の上にコーティングされる熱保護要素のうち少なくとも一方を、任意にさらに有してなることを特徴とする素子である。
本発明の有機発光素子（以下、「素子」という場合がある。）の態様としては、以下のものが挙げられる。
（ｉ）アノードと、（ii）ポルフィリン及び正孔輸送材料の混合物を含有する正孔輸送層と、（iii）（１）正孔輸送材料、及び（２）電子輸送材料の混合物を含有し、任意に有機発光材料を含有する混合領域と、（iv）カソードと、を有してなる有機発光素子であって、（ｖ）前記混合領域と前記カソードとの間に挿入される電子輸送領域、ならびに（vi）前記アノード及び前記カソードの一方の上にコーティングされる任意の熱保護要素のうち少なくとも一方を、任意にさらに有してなる有機発光素子である。
下記（Ａ）及び（Ｂ）のうち、少なくとも一方が存在する有機発光素子である。
（Ａ）第３級芳香族アミン及びインドロカルバゾール類からなる群より選択される、前記正孔輸送材料（ii）及び（iii）のうち、少なくとも一方。
（Ｂ）金属オキシノイド類、スチルベン類、トリアジン類、及びキノリン類からなる群より選択される、前記電子輸送材料（iii）及び（ｖ）のうち、少なくとも一方。
下記（Ａ）及び（Ｂ）のうち、少なくとも一方が存在する有機発光素子である。
（Ａ）正孔輸送層中の正孔輸送材料又は成分と、前記混合領域を構成する正孔輸送成分とが、同一又は類似している。
（Ｂ）選択された電子輸送領域が存在しており、前記混合領域（iii）及び前記電子輸送領域（ｖ）を構成する電子輸送成分が、互いに同一又は類似している。
下記（Ａ）及び（Ｂ）のうち、少なくとも一方が存在する有機発光素子である。
（Ａ）前記正孔輸送層を構成する正孔輸送成分と、前記混合領域を構成する正孔輸送成分とが異なる成分である。
（Ｂ）電子輸送領域が存在しており、前記電子輸送領域が含有する電子輸送成分と、混合領域を構成する電子輸送成分とが異なる成分である。
前記ポルフィリンがフタロシアニンである素子、前記ポルフィリンが銅フタロシアニン（ＣｕＰｃ）である素子である。
前記正孔輸送層（ii）が、約２５重量％〜約９９重量％のＣｕＰｃと、約７５重量％〜約１重量％の正孔輸送成分とを含有し、これらの全量が約１００％となる素子である。前記正孔輸送層（ii）が、約５０重量％〜約９９重量％のＣｕＰｃと、約５０重量％〜約１重量％の正孔輸送成分とを含有する素子である。
前記正孔輸送層（ii）における正孔輸送成分が、Ｎ，Ｎ'−ジ（ナフタレン−１−イル）−Ｎ，Ｎ'−ジフェニル−ベンジジン（ＮＰＢ）、Ｎ，Ｎ'−ビス（ｐ−ビフェニル）−Ｎ，Ｎ'−ジフェニルベンジジン（ビフェニルＴＰＤ）、５，１１−ジ−ナフチル−５，１１−ジヒドロインドロ［３，２−ｂ］カルバゾール、及び２，８−ジメチル−５，１１−ジ−ナフチル−５，１１−ジヒドロインドロ［３，２−ｂ］カルバゾールからなる群より選択される素子である。
前記混合領域（iii）が、約２０重量％〜約８０重量％の第３級芳香族アミンの正孔輸送成分と、約８０重量％〜約２０重量％の金属オキシノイドの電子輸送成分とを含有する素子である。
前記混合領域（iii）が、約３５重量％〜約６５重量％の正孔輸送成分と、約６５重量％〜約３５重量％の電子輸送成分とを含有する素子である。
（iii）における正孔輸送成分が、Ｎ，Ｎ'−ジ（ナフタレン−１−イル）−Ｎ，Ｎ'−ジフェニル−ベンジジン（ＮＰＢ）及びＮ，Ｎ'−ビス（ｐ−ビフェニル）−Ｎ，Ｎ'−ジフェニルベンジジン（ビフェニルＴＰＤ）からなる群より選択される第３級芳香族アミンであり、電子輸送成分が、トリス（８−ヒドロキシキノリン）アルミニウム（Ａｌｑ３）及びビス（８−ヒドロキシキノラト）−（４−フェニルフェノラト）アルミニウム（Ｂａｌｑ）からなる群より選択される金属オキシノイドである素子である。
前記混合領域が、約０．０１重量％〜約１０重量％の蛍光発光成分を含有する素子である。前記蛍光成分が、クマリン、ジシアノメチレン、ピラン、ポリメチン、オキサベンズアントラン、キサンテン、ピリリウム、カルボスチル、ペリレン、アクリドン、キナクリドン、ルブレン、アントラセン、コロネン、フェナントレセン、ピレン、ブタジエン、スチルベン、ランタニド金属キレート錯体、希土類金属キレート錯体、及び４−（ジシアノメチレン）−２−Ｉ−プロピル−６−（１，１，７，７−テトラメチルジュロリジル−９−エニル）−４Ｈ−ピランからなる群より選択される素子である。前記蛍光成分が、ルブレン、Ｎ，Ｎ'−ジメチルキナクリドン（ＤＭＱ）、１０−２−（ベンゾチアゾリル）−２，３，６，７−テトラヒドロ−１，１，７，７−テトラメチル−１Ｈ，５Ｈ，１１Ｈ−（１）ベンゾピロピラノ（６，７，−８−ｉｊ）キノリジン−１１−オン（Ｃ５４５Ｔ）からなる群より選択される素子である。
前記混合領域が、約３重量％〜約３０重量％の燐光発光成分を含有する素子である。前記燐光発光成分が２，３，７，８，１２，１３，１７，１８−オクタエチル−２１Ｈ，２３Ｈ−ホルピン白金（ＩＩ）（２，３，７，８，１２，１３，１７，１８−ｏｃｔａｅｔｈｙｌ−２１Ｈ，２３Ｈ−ｐｈｏｒｐｉｎｅ ｐｌａｔｉｎｕｍ（ＩＩ））（ＰｔＯＥＰ）及びｆａｃトリス（２−フェニルピリジン）イリジウム（Ｉｒ（ｐｐｙ）３）からなる群より選択される素子である。
前記電子輸送領域が、少なくとも２つの層を有する素子である。
（１）電子輸送領域における第１の層が混合領域と接触し、この第１の層が金属オキシノイド類及びキノリン類からなる群より選択される成分を含有し、（２）電子輸送領域における第２の層がカソードと接触し、この第２の層が金属オキシノイド類、フタロシアニン類、及びトリアジン類からなる群より選択される成分を含有する素子である。前記第１の層が、トリス（８−ヒドロキシキノリン）アルミニウム（Ａｌｑ３）又はビス（８−ヒドロキシキノラト）−（４−フェニルフェノラト）アルミニウム（Ｂａｌｑ）である金属オキシノイドを含有し、前記第２の層が、トリス（８−ヒドロキシキノリン）アルミニウム（Ａｌｑ３）又はビス（８−ヒドロキシキノラト）−（４−フェニルフェノラト）アルミニウム（Ｂａｌｑ）である金属オキシノイド、銅フタロシアニン（ＣｕＰｃ）であるフタロシアニン、あるいは４，４'−ビス−［２−（４，６−ジフェニル−１，３，５−トリアジニル）］−１，１'−ビフェニル、４，４'−ビス−［２−（４，６−ジ−ｐ−トリル−１，３，５−トリアジニル）］−１，１'−ビフェニル、又は４，４'−ビス−［２−（４，６−ジ−ｍ−トリル−１，３，５−トリアジニル）］−１，１'−ビフェニルであるトリアジン類を含有する素子である。
下記（Ａ）及び（Ｂ）のうち、少なくとも一方が存在する有機発光素子である。
（Ａ）酸化インジウムスズの層を有してなるアノード。
（Ｂ）（ｉ）Ｍｇ及びＡｇで構成される層、（ii）Ａｌで構成される層、（iii）酸化インジウムスズで構成される層、ならびに（iv）（１）有機化合物、（２）Ｍｇ、及び（３）Ａｇで構成される層からなる群より選択される層を有してなるカソード。
前記カソードが、アルカリ金属又はその化合物をさらに含有する素子である。前記アルカリ金属が、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、及びＣｓからなる群より選択される素子である。前記熱保護コーティングが、ＳｉＯ、ＳｉＯ2、又はそれらの混合物の層で構成される素子である。前記混合領域の厚さが、約５ｎｍ〜約５００ｎｍであり、前記正孔輸送層の厚さが約５ｎｍ〜約２５０ｎｍであり、前記電子輸送領域の厚さが約５ｎｍ〜約１００ｎｍである素子である。
（ｉ）約５０重量％〜約９９重量％の銅フタロシアニン（ＣｕＰｃ）と、約５０重量％〜約１重量％の正孔輸送成分とで構成され、かつアノード上にコーティングされてなる正孔輸送層と、（ii）前記正孔輸送領域上に存在する混合領域であって、約３５重量％〜約６５重量％のＮ，Ｎ'−ジ（ナフタレン−１−イル）−Ｎ，Ｎ'−ジフェニル−ベンジジン（ＮＰＢ）又はＮ，Ｎ'−ビス（ｐ−ビフェニル）−Ｎ，Ｎ'−ジフェニルベンジジン（ビフェニルＴＰＤ）と、約６５重量％〜約３５重量％のトリス（８−ヒドロキシキノリン）アルミニウム、又はビス（８−ヒドロキシキノラト）−（４−フェニルフェノラト）アルミニウムとで構成され、すべての重量％が混合領域を構成する成分の全重量を基準としており、厚さが約２０ｎｍ〜約２００ｎｍである混合領域と、（iii）前記混合領域上に存在する電子輸送領域であって、トリス（８−ヒドロキシキノリン）アルミニウム（Ａｌｑ３）又はビス（８−ヒドロキシキノラト）−（４−フェニルフェノラト）アルミニウム（Ｂａｌｑ）で構成され、厚さが約５ｎｍ〜約５０ｎｍである電子輸送領域と、（iv）電子輸送領域上に存在するカソードと、を有してなる素子である。
前記混合領域が、（ｉ）ルブレン、Ｎ，Ｎ'−ジメチルキナクリドン（ＤＭＱ）及び１０−２−（ベンゾチアゾリル）−２，３，６，７−テトラヒドロ−１，１，７，７−テトラメチル−１Ｈ，５Ｈ，１１Ｈ−（１）ベンゾピロピラノ（６，７，−８−ｉｊ）キノリジン−１１−オン（Ｃ５４５Ｔ）からなる群より選択される約０．２重量％〜約２重量％のルミネセンス成分（発光成分）、（ii）約０．２重量％〜約５重量％の（２−（１，１−ジメチルエチル）−６−（２−（２，３，６，７−テトラヒドロ−１，１，７，７−テトラメチル−１Ｈ，５Ｈ−ベンゾ（ｉｊ）キノリジン−９−イル）エテニル）−４Ｈ−ピラン−４−イリデン）プロパンジニトリル（ＤＣＪＴＢ）、ならびに（iii）約５重量％〜約１５重量％の２，３，７，８，１２，１３，１７，１８−オクタエチル−２１Ｈ，２３Ｈ−ホルピン白金（ＩＩ）（ＰｔＯＥＰ）のうち、いずれか１つをさらに含有し、上記すべての重量％が、混合領域を構成する成分の全重量を基準にしている素子である。
（ｉ）基板上に存在し、約３０〜約３００ｎｍの厚さを有する酸化インジウムスズからなるアノードであって、このアノードと基板とは約４００ｎｍ〜約７５０ｎｍの波長の放射線の少なくとも約７０％を透過することができるアノードと、（ii）前記アノード上に存在し、前記アノードと接触する正孔輸送層であって、約５０重量％〜約９９重量％の銅フタロシアニン（ＣｕＰｃ）と、約５０重量％〜約１重量％の正孔輸送成分とで構成される正孔輸送層と、（iii）前記正孔輸送領域上に存在し、約３５重量％〜約６５重量％のＮ，Ｎ'−ジ（ナフタレン−１−イル）−Ｎ，Ｎ'−ジフェニル−ベンジジン（ＮＰＢ）又はＮ，Ｎ'−ビス（ｐ−ビフェニル）−Ｎ，Ｎ'−ジフェニルベンジジン（ビフェニルＴＰＤ）と、約６５重量％〜約３５重量％のトリス（８−ヒドロキシキノリン）アルミニウム、又はビス（８−ヒドロキシキノラト）−（４−フェニルフェノラト）アルミニウムとで構成される混合領域であって、すべての重量％は、混合領域を構成する成分の全重量を基準にしており、厚さが２０ｎｍ〜約２００ｎｍである混合領域と、（iv）前記混合領域上に存在し、トリス（８−ヒドロキシキノリン）アルミニウム（Ａｌｑ３）又はビス（８−ヒドロキシキノラト）−（４−フェニルフェノラト）アルミニウム（Ｂａｌｑ）で構成される電子輸送領域と、（ｖ）前記電子輸送領域上に存在するカソードであって、（１）Ｍｇ：Ａｇ合金又はＡｌで構成され、厚さが約５０ｎｍ〜約５００ｎｍの層、及び（２）約４０体積％〜約５５体積％のＭｇと、約２体積％〜約１０体積％のＡｇと、約５５体積％〜約４０体積％のＡｌｑ３とで構成され、厚さが約１００ｎｍ〜約６００ｎｍである第１の層を、金属又は合金を含んだ厚さが約５０ｎｍ〜約５００ｎｍの第２の層でコーティングしたもの、のうちいずれか一方で構成されるカソードと、（vi）ＳｉＯ、ＳｉＯ2、又はそれらの混合物で構成され、厚さが約１００ｎｍ〜約１，０００ｎｍである熱保護層と、を有してなる素子である。
（ｉ）アノードが厚さ約３０〜約３００ｎｍの酸化インジウムスズであり、前記アノードが基板上にコーティングされており、（ii）正孔輸送層が前記アノード上に存在し、この層が約５０重量％〜約９９重量％の銅フタロシアニン（ＣｕＰｃ）と、約５０重量％〜約１重量％の正孔輸送成分とで構成され、この層の厚さが約５ｎｍ〜約１００ｎｍであり、（iii）混合領域が、前記記正孔輸送領域上に存在する混合領域であって、約３５重量％〜約６５重量％のＮ，Ｎ'−ジ（ナフタレン−１−イル）−Ｎ，Ｎ'−ジフェニル−ベンジジン（ＮＰＢ）又はＮ，Ｎ'−ビス（ｐ−ビフェニル）−Ｎ，Ｎ'−ジフェニルベンジジン（ビフェニルＴＰＤ）と、約６５重量％〜約３５重量％のトリス（８−ヒドロキシキノリン）アルミニウム、又はビス（８−ヒドロキシキノラト）−（４−フェニルフェノラト）アルミニウムとで構成され、その厚さが約２０ｎｍ〜約２００ｎｍであり、（iv）電子輸送領域が、混合領域上に存在する電子輸送領域であって、（１）厚さが約５ｎｍ〜約２５ｎｍであり前記混合領域と接触する第１の層と、（２）厚さが約５ｎｍ〜約２５ｎｍであり前記カソードと接触する第２の層とを有し、該第２の層が、トリス（８−ヒドロキシキノリン）アルミニウム（Ａｌｑ３）、ビス（８−ヒドロキシキノラト）−（４−フェニルフェノラト）アルミニウム（Ｂａｌｑ）、又は銅フタロシアニン（ＣｕＰｃ）で構成されており、（ｖ）カソードが、前記電子輸送領域上に存在するカソードであって、（１）厚さ約５０ｎｍ〜約５００ｎｍのＭｇ：Ａｇ合金又はＡｌで構成される層、ならびに（２）約４０体積％〜約５５体積％のＭｇと、約２体積％〜約１０体積％のＡｇと、約５５体積％〜約４０体積％のＡｌｑ３とで構成され、厚さが約１００ｎｍ〜約６００ｎｍであり、厚さが約５０ｎｍ〜約５００ｎｍであって金属又は合金を含有する第２の層によりコーティングされている第１の層、のうちいずれか一方で構成されており、（vi）前記熱保護層が、カソード上に存在する熱保護層であって、厚さ約１００ｎｍ〜約１，０００ｎｍである、素子である。
前記混合領域が、正孔電子再結合に応答して発光可能である素子である。それぞれの領域が、約１〜約７つの層を含んでなる素子である。それぞれの領域が、約２〜約４つの層を含んでなる素子である。
（iii）における正孔輸送成分又は電子輸送成分が、ルミネセンス材料（発光材料）としてさらに機能する素子である。（iii）が、ルミネセンス材料（発光材料）をさらに含んでなる素子である。
（ｉ）アノードと、（ii）ポルフィリン及び正孔輸送材料の混合物を含有する１層の正孔輸送層と、（iii）１層でも、２〜約７層、通常は２〜約４層の複数層であってもよい混合領域であって、各層の厚さが例えば約５ｎｍ〜約５，０００ｎｍであり、（１）正孔輸送材料、及び（２）電子輸送材料の混合物を含有し、有機発光材料をさらに含有し、正孔電子再結合に応答して発光する混合領域と、（iv）カソードと、を有してなる発光（エレクトロルミネセンス；EL）素子であって、有機発光素子は、（ｉ）通常は２〜約４層であり、前記混合領域と前記カソードとの間に挿入される電子輸送領域、ならびに（ii）前記アノードと前記カソードの一方、あるいは双方の上にコーティングされる熱保護要素又は熱保護層と、をさらに有するができる。
前記正孔輸送層及び前記電子輸送領域の機能によって、よりバランスのとれた電荷注入過程が実現され、対極へのキャリアの漏れを減少させると考えられており、そのため、例えば、文献に開示されている有機発光素子などに参照される、他の有機発光素子よりも高い効率を示すことができる（例えば、特許文献２及び３を参照）。
本発明の特定の実施形態による有機発光素子の一例が図１に示されている。有機発光素子１０は、正孔注入アノードとして機能する第１の電極１２と、第１の電極１２上に積層又はコーティングされ、ポルフィリン及び正孔輸送材料の混合物を含有する１層の正孔輸送層１３と、正孔輸送層１３上に積層又はコーティングされ（１）正孔輸送材料及び（２）電子輸送材料の混合物を含み、蛍光又は燐光材料などの有機発光（ルミネセンス）材料を含むことができる混合領域１４と、混合領域１４上に積層又はコーティングされる電子輸送領域１５と、電子輸送領域１５上に積層又はコーティングされ電子注入電極として機能する第２の電極１６とを有する。
使用される材料の電荷輸送特性に依存して、本発明の実施形態では、混合領域とカソードとの間などに存在する電子輸送領域を省くことが望ましい場合もあり、この場合では混合領域はカソードと接触する。このような有機発光素子の代表的実施形態が図２に示されており、素子２０は、正孔注入アノードとして機能する第１の電極２２、第１の電極２２上に積層されポルフィリンと正孔輸送材料の混合物を含む１層の正孔輸送層２３と、正孔輸送層２３上に積層され（１）ルミネセンス材料（発光材料）としても機能する場合もある正孔輸送材料及び（２）電子輸送材料の混合物を含み蛍光又は燐光材料などの有機発光（ルミネセンス）材料を含有する混合領域２４と、混合領域２４上に積層され電子注入カソードとして機能する第２の電極２６とを含む。実施形態では、正孔輸送層１３、２３は、約５０重量％〜約９９重量％のポルフィリンと、約５０重量％〜約１重量％の正孔輸送材料とで構成され、有機発光素子１０及び２０の性能は、正孔輸送層１３及び２３中のポルフィリンと正孔輸送材料の混合比に依存する場合がある。また実施形態では、第１の電極１２、２２上、又は第２の電極１６、２６上に熱保護要素を積層することができ、したがって熱保護要素はカソード、アノード、又はその両方の上に積層することができる。
正孔輸送層１３、２３を構成する正孔輸送材料、ならびに混合領域１４、２４を構成する正孔輸送材料は、同じ材料でも異なる材料でもよく、混合領域１４、２４と正孔輸送層１３、２３で異なる正孔輸送材料を使用することで、有機発光素子１０、２０の安定性の向上などの多数の所望の性質が得られる場合がある。
同様に、混合領域１４を構成する電子輸送材料と、電子輸送領域１５を構成する電子輸送材料も同じ材料でも異なる材料でもよく、混合領域１４と電子輸送領域１５で異なる電子輸送材料を使用することによって、有機発光素子１０の効率増加等の、所望の性質が得られる場合がある。さらに、多層電子輸送領域の異なる層に使用される電子輸送材料も、異なる種類でも同種のものでもよい。
電極のうちの一方は、（ｉ）Ｍｇなどの金属の第１成分と、（ii）ＡｌＱ3などの有機材料の第２成分と、（iii）Ａｇなどの金属、有機材料、及び無機材料からなる群より選択される少なくとも１種類の第３成分と、を含む金属−有機混合領域を有する。したがって、例えば、有機発光素子のカソード１６は、（ｉ）Ｍｇなどの金属の第１成分と、（ii）ＡｌＱ3などの有機材料の第２成分と、（iii）Ａｇなどの金属、有機材料、及び無機材料からなる群より選択される少なくとも１種類の第３成分と、を含む金属−有機混合領域を有することができる。
実施形態における有機発光素子は、交流（ＡＣ）及び／又は直流（ＤＣ）のＤＣドライブ条件で作動させることができる。ＡＣドライブ条件は、作動寿命を延長させる場合があり、特に高温における素子作動条件の場合に作動寿命を延長させる。より具体的な作動電圧としては、例えば約３〜２０ボルトが挙げられ、さらに具体的には約５〜約１５ボルトであり、ドライブ電流としては、例えば約１〜約１，０００ｍＡ／ｃｍ2の密度が挙げられ、より具体的には約１０ｍＡ／ｃｍ2〜約２００ｍＡ／ｃｍ2である。
アノード１２、２２は、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、ケイ素、酸化スズ、金、又は白金などの好適な正電荷注入電極を含むことができる。その他のアノードに好適な材料としては、例えば仕事関数が約４ｅＶ以上、より特定的には約４ｅＶ〜約６ｅＶである導電性炭素、ポリアニリン、ポリチオフェン、ポリピロールなどのπ−共役ポリマーが挙げられるが、これらに限定されるものではない。
アノード１２、２２は任意の好適な形態であってよい。透明又は実質的に透明なガラス板又はプラスチックフィルムなどの光透過性基板上に導電性薄層をコーティングすることができ、したがってアノードは、酸化スズ又は酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）をガラス基板上にコーティングして作製される光透過性アノードを含んでもよい。また、厚さが例えば約２００Å未満、特に約７５Å〜約１５０Åである非常に薄い光透過性金属アノードを使用してもよく、これらの薄いアノードは金、パラジウムなどの金属を含んでもよい。さらに、導電性炭素又はポリアニリン、ポリチオフェン、ポリピロールなどの共役ポリマーの厚さが、例えば５０Å〜約１７５Åの透明又は半透明薄層をアノードとして使用してもよい。アノード１２、２２及びカソード１６、２６の多数の例が特許文献４に開示されており、この記載内容全体を本明細書に援用する。アノード１２、２２の厚さは、約１ｎｍ〜約５，０００ｎｍにすることができ、特に約３０ｎｍ〜約３００ｎｍにすることができる。
正孔輸送層１３、２３は、ポルフィリンと正孔輸送材料とを種々の比率で含むことができる。通常、正孔輸送層は約２５重量％〜約９９重量％のポルフィリンと、約７５重量％〜約１重量％の正孔輸送材料とで構成される。より特定的には、この層は約５０重量％〜約９９重量％のポルフィリンと、約５０重量％〜約１重量％の正孔輸送材料とで構成される。実施形態における有機発光素子１０、２０の性能は、正孔輸送層１３、２３中のポルフィリンと正孔輸送材料の比率に依存する場合がある。
正孔輸送層１３、２３用に選択することができる好適なポルフィリンとしては、米国特許第４，３５６，４２９号明細書に開示されるポルフィリン、１，１０，１５，２０−テトラフェニル−２１Ｈ，２３Ｈ−ポルフィリン銅（ＩＩ）、銅フタロシアニンが挙げられる。
アノード及び混合領域１４、２４などと接触する正孔輸送層１３、２３に好適な正孔輸送材料としては、ポリアニリン及びその酸ドープ形態、ポリピロール、ポリ（フェニレンビニレン）、又はそれらの混合物などの導電性材料が挙げられるが、これらに限定されるものではない。正孔輸送材料の特定の具体例としては、米国特許第４，５３９，５０７号、第４，７２０，４３２号、及び第５，０６１，５６９号に例示されるような芳香族第３級アミンが挙げられる。芳香族第３級アミンの例としては、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、Ｎ，Ｎ，Ｎ−トリ（ｐ−トリル）アミン、１，１−ビス（４−ジ−ｐ−トリルアミノフェニル）シクロヘキサン、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、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、Ｎ，Ｎ，Ｎ'，Ｎ'−テトラアリールベンジジンなどの芳香族アミン（Ｎ，Ｎ，Ｎ'，Ｎ'−テトラアリールベンジジンの具体例は、Ｎ，Ｎ'−ジ−１−ナフチル−Ｎ，Ｎ'−ジフェニル−１，１'−ビフェニル−４，４'−ジアミンである）、４，４'−ビス（９−カルバゾリル）−１，１'−ビフェニル化合物などの４，４'−ビス（９−カルバゾリル）−１，１'−ビフェニル化合物など、引用される米国特許第５，９４２，３４０号及び第５，９５２，１１５号に記載の成分のインドロカルバゾール類、例えば、５，１１−ジ−ナフチル−５，１１−ジヒドロインドロ［３，２−ｂ］カルバゾール及び２，８−ジメチル−５，１１−ジ−ナフチル−５，１１−ジヒドロインドロ［３，２−ｂ］カルバゾール、Ｎ，Ｎ，Ｎ'，Ｎ'−テトラアリールベンジジンが挙げられるが、これらに限定されるものではない。正孔輸送層１３、２３の厚さは約１ｎｍ〜約５００ｎｍ、あるいは約５ｎｍ〜約１５０ｎｍにすることができ、より特定的には約１０〜約５０ｎｍにすることができる。混合領域１４、２４は電子輸送材料をさらに含むことができる。混合領域の形成に使用される正孔輸送材料層と電子輸送材料層の少なくとも一方は、実施形態ではルミネセンス材料（発光材料）として機能するように選択することができる。さらに、混合領域は、正孔輸送領域及び電子輸送領域以外にルミネセンス材料（発光材料）をさらに含んでもよい。混合領域１４、２４、及び混合領域１４と接触する電子輸送領域１５用に選択することができる電子輸送材料は同じ材料でも異なる材料でもよい。さらに、多層電子輸送領域の異なる層に使用される電子輸送材料も異なっていても同じであってもよい。
混合領域１４、２４及び電子輸送領域１５に使用される電子輸送材料の具体例としては、米国特許第４，５３９，５０７号、第５，１５１，６２９号、第５，１５０，００６号、第５，１４１，６７１号、及び第５，８４６，６６６号に開示される金属オキシノイド、トリス（８−ヒドロキシキノリネート）アルミニウム（Ａｌｑ3）、ビス（８−ヒドロキシキノラト）−（４−フェニルフェノラト）アルミニウム（Ｂａｌｑ）、トリス（８−ヒドロキシキノリネート）ガリウム、ビス（８−ヒドロキシキノリネート）マグネシウム、米国特許第５，５１６，５７７号に開示される４，４'−ビス（２，２−ジフェニルビニル）ビフェニルなどのスチルベン誘導体、米国特許第５，８４６，６６６号に例示されるビス（８−キノリンチオラト）亜鉛、ビス（８−キノリンチオラト）カドミウムなどの金属チオキシノイド化合物、ビス（８−キノリンチオラト）亜鉛、ビス（８−キノリンチオラト）カドミウム、トリス（８−キノリンチオラト）ガリウム、ビス［２−（２−ヒドロキシフェニル）−５−フェニル−１，３，４−オキサジアゾラト］亜鉛、ビス［２−（２−ヒドロキシフェニル）−５−フェニル−１，３，４−オキサジアゾラト］ベリリウム、ビス［５−（４−クロロフェニル）−２−（２−ヒドロキシフェニル）−１，３，４−オキサジアゾラト］亜鉛、ビス［２−（２−ヒドロキシフェニル）−５−ｐ−ピリジル−１，３，４−オキサジアゾラト］亜鉛、ビス［２−（２−ヒドロキシフェニル）−５−ｐ−ピリジル−１，３，４−オキサジアゾラト］ベリリウムが挙げられ、混合領域１４、２４及び電子輸送領域１５に使用されるものとして、例えば、１，４−ビス（４−フェニルキノリン−２−イル）ベンゼン、４，４'−ビス（４−フェニルキノリン−２−イル）−１，１'−ビフェニル（ＴＡ）などのキノリン類、例えば、４，４'−ビス−［２−（４，６−ジフェニル−１，３，５−トリアジニル）］−１，１'−ビフェニル及び２，４，６−トリス（４−ビフェニルイル）−１，３，５−トリアジンなどの米国特許第６，０５７，０４８号及び米国特許第６，２２９，０１２号に記載されるトリアジン類などが挙げられるが、これらに限定されるものではない。
通常、混合領域１４、２４は約２０重量％〜約８０重量％の正孔輸送材料と、約８０重量％〜約２０重量％の電子輸送材料を含む。より特定的には、混合領域１４、２４は約３５重量％〜約６５重量％の正孔輸送材料と、約６５重量％〜約３５重量％の電子輸送材料を含む。さらに混合領域がルミネセンス材料（発光材料）を含む実施形態では、混合領域１４、２４は、例えば、約０．０１重量％〜約１０重量％の蛍光発光材料、又は約０．０１重量％〜約２５重量％の燐光発光材料を含むことができ、ここですべての重量％は、混合領域を構成する材料の全重量を基準にしている。
混合領域に混入することができる材料及び／又は素子中に存在することができる成分であるルミネセンス材料（発光材料）の代表例は、光エミッターとして機能することができ、そのようなものとしては例えば、クマリン、ジシアノメチレンピラン、ポリメチン、オキサベンズアントラン、キサンテン、ピリリウム、カルボスチル、ペリレンなどの米国特許第４，７６９，２９２号に開示される蛍光色素、公知のキナクリドンから選択される色素で、例えばＮ，Ｎ'−ジメチルキナクリドン、Ｎ，Ｎ'−ジメチル−２−メチルキナクリドン、Ｎ，Ｎ'−ジメチル−２，９−ジメチルキナクリドンなどのキナクリドン色素、米国特許第５，２２７，２５２号、第５，２７６，３８１号、及び第５，５９３，７８８号に記載されるようなキナクリドン、２−メチルキナクリドンなどのキナクリドン色素、米国特許第３，１７２，８６２号に例示されるペリレン、ルブレン、アントラセン、コロネン、フェナントレセン、ピレンなど、米国特許第４，３５６，４２９号及び５，５１６，５７７号に例示される１，４−ジフェニルブタジエン及びテトラフェニルブタジエンなどのブタジエン、ならびにスチルベン類など、米国特許第５，６０１，９０３号に記載される蛍光材料、米国特許第５，９３５，７２０号に例示される４−（ジシアノメチレン）−２−Ｉ−プロピル−６−（１，１，７，７−テトラメチルジュロリジル−９−エニル）−４Ｈ−ピラン及び（２−（１，１−ジメチルエチル）−６−（２−（２，３，６，７−テトラヒドロ−１，１，７，７−テトラメチル−１Ｈ，５Ｈ−ベンゾ（ｉｊ）キノリジン−９−イル）エテニル）−４Ｈ−ピラン−４−イリデン）プロパンジニトリル（ＤＣＪＴＢ）などの蛍光成分、公知のクマリン類、１０−２−（ベンゾチアゾリル）−２，３，６，７−テトラヒドロ−１，１，７，７−テトラメチル−１Ｈ，５Ｈ，１１Ｈ−（１）ベンゾピロピラノ（６，７，−８−ｉｊ）キノリジン−１１−オン（Ｃ５４５Ｔ）及び米国特許第６，０２０，０７８号に開示される物質、トリス（アセチルアセトナト）（フェナントロリン）テルビウムなどのランタニド金属キレート錯体、バルド（Ｂａｌｄｏ）ら、「Ｈｉｇｈｌｙ ｅｆｆｉｃｉｅｎｔｏｒｇａｎｉｃ ｐｈｏｓｐｈｏｒｅｓｃｅｎｔ ｅｍｉｓｓｉｏｎ ｆｒｏｍ ｏｒｇａｎｉｃ ｅｌｅｃｔｒｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ ｄｅｖｉｃｅｓ（有機エレクトロルミネセンス素子による効率の高い有機燐光発光）」、Ｌｅｔｔｅｒｓ ｔｏ Ｎａｔｕｒｅ，３９５巻、ｐｐ １５１−１５４（１９９８）に開示されるものなどのスピン軌道結合が起こりうる重金属原子を含有する有機金属化合物などの燐光材料、２，３，７，８，１２，１３，１７，１８−オクタエチル−２１Ｈ，２３Ｈ−ホルピン白金（ＩＩ）（ＰｔＯＥＰ）、及び米国特許第６，０４８，６３０号に開示されるその他の物質、ならびにｆａｃトリス（２−フェニルピリジン）イリジウム（Ｉｒ（ｐｐｙ）3）が挙げられる。混合領域１４、２４の厚さは約１０ｎｍ〜約２，０００ｎｍ、又は約２０ｎｍ〜約２００ｎｍにすることができ、混合領域１４、２４を薄くすると、有機発光素子の作動電圧を低下させることができるので望ましい場合もあるが、有機発光素子の輝度（及びＥＬ効率）が低下するので望ましくないこともある。
混合領域１４、２４は、正孔輸送材料、電子輸送材料、及び任意のルミネセンス材料（発光材料）の選択された混合物を形成することができる任意の好適な方法によって作製することができる。例えば、混合領域１４、２４は、正孔輸送材料、電子輸送材料、及びルミネセンス材料（発光材料）を同時蒸着することによって作製することができる。
電子輸送領域１５は、例えば約１ｎｍ〜約１００ｎｍ、又は約５ｎｍ〜約５０ｎｍの厚さの電子輸送材料を有することができる。多層電子輸送領域１５が選択される場合の実施形態では、個々の層の厚さは例えば少なくとも約１ｎｍ、又は約１〜約１０ｎｍである。
電子輸送領域１５又は混合領域２４の上に形成されるカソード１６、２６は、仕事関数が約４ｅＶ〜約６ｅＶなどである金属などの高仕事関数成分、又は仕事関数が約２ｅＶ〜約４ｅＶなどである金属などの低仕事関数成分などを含む金属などの好適な電子注入材料を含むことができる。カソード１６、２６は、約４ｅＶ未満の低仕事関数金属と、少なくとも１種類のその他の金属との組合せを含むことができる。第２のその他の金属に対する低仕事関数金属の有効な比率は、約０．１重量％未満〜約９９．９重量％である。低仕事関数金属の具体例としては、リチウム又はナトリウムなどのアルカリ金属、ベリリウム、マグネシウム、カルシウム、又はバリウムなどの２Ａ族すなわちアルカリ土類金属、ならびにスカンジウム、イットリウム、ランタン、セリウム、ユーロピウム、テルビウム、又はアクチニウムなどの希土類金属及びアクチニド金属を含むＩＩＩ族金属が挙げられるが、これらに限定されるものではない。リチウム、マグネシウム、及びカルシウムがより好ましい低仕事関数金属である。米国特許第４，８８５，２１１号及び米国特許第４，７２０，４３２号に記載されるＭｇ−Ａｇ合金カソードも例として挙げられる。また、カソードは、（ｉ）Ｍｇなどの金属の第１成分と、（ii）ＡｌＱ3などの有機材料の第２成分と、（iii）Ａｇなどの金属、有機材料、及び無機材料からなる群より選択される少なくとも１種類の第３成分と、を含有する金属−有機混合領域を含むことができる。具体的なカソードが米国特許第５，４２９，８８４号に記載されており、このカソードは、アルミニウムやインジウムなどのその他の高仕事関数金属とのリチウム合金から作製することができる。カソード１６、２６は、米国特許第５，４５７，５６５号、第５，６０８，２８７号、及び第５，７３９，６３５号に記載されるような絶縁性材料である酸化物材料など、又はアルカリ金属化合物で構成され、電子輸送領域１５又は混合領域２４と接触する電子注入層を含むこともできる。カソード１６、２６の厚さは、例えば約１０ｎｍ〜約１，０００ｎｍにすることができる。
熱保護要素は任意にカソード１６、２６及び／又はアノード１２、２２上に形成することができる。通常、熱保護要素はＳｉＯ、ＳｉＯ2及び／又はそれらの混合物で構成される層であり、その厚さは約３００ｎｍ〜約５，０００ｎｍの範囲である。
これらの実施例では、「領域」は他に述べられていない限り、１つの層を意味する。
（実施例I）
−９０℃における作動安定性を示すための実施例−図１の素子１０のような構造を有する有機発光素子を作製し、評価を行った。この素子では、銅フタロシアニン（ＣｕＰｃ）、Ｎ，Ｎ'−ジ（ナフタレン−１−イル）−Ｎ，Ｎ'−ジフェニル−ベンジジン（ＮＰＢ）、及びトリス（８−ヒドロキシキノリン）アルミニウム（Ａｌｑ3）を、それぞれポルフィリン、正孔輸送材料、及び電子輸送材料として使用し、この有機発光素子１０は正孔輸送層１３、混合領域１４、及び電子輸送領域１５を含むものである。正孔輸送層１３は約７５重量％のＣｕＰｃ及び約２５重量％のＮＰＢで構成された。混合領域１４は約５０重量％のＮＰＢ及び約５０重量％のＡｌｑ3で構成された。正孔輸送層１３の厚さは約２５ｎｍであり、混合領域１４の厚さは約８０ｎｍであり、電子輸送領域１５の厚さは約２０ｎｍであった。厚さ約２００ｎｍの酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）で構成されガラス基板上にあらかじめコーティングされたアノード１２と、厚さ約１２０ｎｍのＭｇ：Ａｇ（重量比１０：１）合金で構成されるカソード１６との間に、正孔輸送層１３、混合層１４、及び電子輸送領域１５を形成した。一酸化ケイ素（ＳｉＯ）で構成され、厚さが約２００ｎｍの熱保護要素をカソード１６上にコーティングした。
有機発光素子は、約８×１０-4Ｐａ（約６×１０-6ｔｏｒｒ）の圧力で真空蒸着法を使用して製造した。正孔輸送層１３は、所望の混合比を得るために約３Ａ／ｓ及び１Ａ／ｓに個々の供給源の蒸発速度を制御しながら別々の供給源から純（全体的に純度約１００％）ＣｕＰｃ及び純（全体的に純度約１００％）ＮＰＢを同時蒸着することによって作製した。同様に、所望の混合比の混合領域１４を得るため約３Ａ／ｓにそれぞれの蒸発速度を制御しながら別々の供給源から純ＮＰＢ及び純Ａｌｑ3を同時蒸着することによって混合領域１４を作製した。
有機正孔輸送層１３、混合領域１４、及び電子輸送領域１５を形成した後に、減圧を中断せずに電子輸送領域１５上に金属カソード１６を蒸着した。平均一定電流密度３１．２５ｍＡ／ｃｍ2におけるＡＣドライブ条件で窒素ガス中９０℃の温度で作動させた場合の上記有機発光素子の作動寿命について試験した。この電流密度で、有機発光素子によって輝度約６００ｃｄ／ｍ2（カンデラ／平方メートル）の緑色発光が得られた。
作動寿命試験より、初期輝度約６００ｃｄ／ｍ2からの素子の半減期（初期輝度の半分に素子の輝度が低下するまでに経過する時間）は、９０℃で連続的に素子を作動させた場合に約５００時間であった。標準的条件の通常の初期表示輝度１００ｃｄ／ｍ2よりも約６倍明るい初期輝度約６００ｃｄ／ｍ2で素子の半減期が測定されるため、測定値の半減期５００時間は高応力条件下９０℃での加速された半減期を表しており、これは９０℃における通常の初期表示輝度１００ｃｄ／ｍ2の場合で半減期約３，０００時間（６×５００時間）に対応している。
（実施例II）
−９０℃における作動安定性を示す実施例−図１の素子１０のような構造を有する有機発光素子を作製し、評価を行った。この素子では、銅フタロシアニン（ＣｕＰｃ）、Ｎ，Ｎ'−ジ（ナフタレン−１−イル）−Ｎ，Ｎ'−ジフェニル−ベンジジン（ＮＰＢ）、及びトリス（８−ヒドロキシキノリン）アルミニウム（Ａｌｑ3）を、それぞれポルフィリン、正孔輸送材料、及び電子輸送材料として使用し、この有機発光素子１０は、正孔輸送層１３、混合領域１４、及び電子輸送領域１５を含むものであった。正孔輸送層１３は約７５重量％のＣｕＰｃ及び約２５重量％のＮＰＢで構成された。混合領域１４は約４９．８重量％のＮＰＢ、約４９．８重量％のＡｌｑ3、及びルミネセンス材料(発光材料)としての約０．４重量％のルブレン蛍光ドーパントで構成された。正孔輸送層１３の厚さは約２５ｎｍであり、混合領域１４の厚さは約８０ｎｍであり、電子輸送領域１５の厚さは約２０ｎｍであった。厚さ約２００ｎｍの酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）で構成されガラス基板上にあらかじめコーティングされたアノード１２と、厚さ約１２０ｎｍのＭｇ：Ａｇ（重量比１０：１）合金で構成されるカソード１６との間に、正孔輸送層１３、混合層１４、及び電子輸送領域１５を形成した。一酸化ケイ素（ＳｉＯ）で構成され厚さが約２００ｎｍの熱保護要素をカソード１６上にコーティングした。
有機発光素子は、約８×１０-4Ｐａ（約６×１０-6ｔｏｒｒ）の圧力で真空蒸着法を使用して製造した。正孔輸送層１３は、所望の混合比を得るために約３Ａ／ｓ及び１Ａ／ｓに個々の供給源の蒸発速度を制御しながら別々の供給源から純ＣｕＰｃ及び純ＮＰＢを同時蒸着することによって作製した。同様に、所望の混合比の混合領域１４を得るため約０．１Ａ／ｓ〜約１０Ａ／ｓにそれぞれの蒸発速度を制御しながら別々の供給源から純ＮＰＢ、純Ａｌｑ3、及び純ルブレンを同時蒸着することによって混合領域１４を作製した。
有機正孔輸送層１３、混合領域１４、及び電子輸送領域１５を形成した後に、減圧を中断せずに電子輸送領域１５上に金属カソード１６を蒸着した。平均一定電流密度３１．２５ｍＡ／ｃｍ2におけるＡＣドライブ条件で窒素ガス中９０℃の温度で作動させた場合の上記有機発光素子の作動寿命について試験した。この電流密度で、有機発光素子によって輝度約１，９００ｃｄ／ｍ2（カンデラ／平方メートル）の黄色発光が得られた。
作動寿命試験より、初期輝度約１，９００ｃｄ／ｍ2からの素子の半減期（初期輝度の半分に素子の輝度が低下するまでに経過する時間）は、９０℃で連続的に素子を作動させた場合に約５００時間であった。標準的条件の通常の初期表示輝度１００ｃｄ／ｍ2よりも約１９倍明るい初期輝度約１９００ｃｄ／ｍ2で素子の半減期が測定されるため、測定値の半減期５００時間は高応力条件下９０℃での加速された半減期を表しており、これは９０℃における通常の初期表示輝度１００ｃｄ／ｍ2の場合で半減期約９，５００時間（１９×５００時間）に対応している。
実施例Ｉ及びＩＩは、例えば、約８０℃〜約１００℃の温度などの高温作動条件において初期輝度約１００ｃｄ／ｍ2で数千時間の素子半減期が選択される用途に本発明の実施形態による有機発光素子を使用可能であることを示している。さらに、本発明の有機発光素子は、混合領域１４、２４中に、異なる種類のルミネセンス材料（発光材料）を使用することによって、赤、黄、緑、又は青などの異なる色を発光することができる。
対照的に、ヴァン・スライク（Ｖａｎ Ｓｌｙｋｅ）らの記載による、ポルフィリンの独立した層の正孔輸送領域と、独立した正孔輸送材料とを含むＥＬ素子の半減期が知られており、高温において初期輝度１００ｃｄ／ｍ2で数百時間以下に制限されると考えられており、これに関しては、例えば、Ｊ．Ｒ．シーツ（Ｓｈｅａｔｓ）らの「Ｏｒｇａｎｉｃ ＥｌｅｃｔｒｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔＤｅｖｉｃｅｓ（有機エレクトロルミネセンス素子）」，Ｓｃｉｅｎｃｅ ２７３，ｐｐ．８８４−８８８，１９９６のＥＬ素子、及びＳ．トキト（Ｔｏｋｉｔｏ）ら「Ｈｉｇｈ−Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ ａｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ Ｄｅｖｉｃｅ Ｆａｂｒｉｃａｔｅｄ Ｕｓｉｎｇ ａ Ｎｏｖｅｌ Ｔｒｉｐｈｅｎｌａｍｉｎｅ Ｄｅｒｉｖａｔｉｖｅ（新規トリフェニルアミンを使用して製造したエレクトロルミネセンス素子の高温での動作）」，Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．６９，８７８（１９９６）のＥＬ素子を参照することができる。
（実施例III）
図１の素子１０のような構造を有する第１の有機発光素子（素子III−Ａ）を作製し、評価した。この素子では、銅フタロシアニン（ＣｕＰｃ）、Ｎ，Ｎ'−ジ（ナフタレン−１−イル）−Ｎ，Ｎ'−ジフェニル−ベンジジン（ＮＰＢ）、及びトリス（８−ヒドロキシキノリン）アルミニウム（Ａｌｑ3）をそれぞれポルフィリン、正孔輸送材料、及び電子輸送材料として使用し、この有機発光素子１０は正孔輸送層１３、混合領域１４（層全体）、及び電子輸送領域１５を含むものであった。正孔輸送層１３は約７５重量％のＣｕＰｃ及び約２５重量％のＮＰＢで構成された。混合領域１４は約４９．８重量％のＮＰＢ、約４９．８重量％のＡｌｑ3、及びルミネセンス材料（発光材料）としての約０．４重量％のルブレン蛍光ドーパントで構成された。正孔輸送層１３の厚さは約２５ｎｍであり、混合領域１４の厚さは約８０ｎｍであり、電子輸送領域１５の厚さは約２０ｎｍであった。厚さ約２００ｎｍの酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）で構成されガラス基板上にあらかじめコーティングされたアノード１２と、厚さ約１２０ｎｍのＭｇ：Ａｇ（重量比１０：１）合金で構成されるカソード１６との間に、正孔輸送層１３、混合層１４、及び電子輸送領域１５を形成した。一酸化ケイ素（ＳｉＯ）で構成され厚さが約２００ｎｍの熱保護要素をカソード１６上にコーティングした。
有機発光素子は、約８×１０-4Ｐａ（約６×１０-6ｔｏｒｒ）の圧力で真空蒸着法を使用して製造した。所望の混合比の正孔輸送層１３を得るために約３Ａ／ｓ及び１Ａ／ｓに個々の供給源の蒸発速度を制御しながら別々の供給源から純ＣｕＰｃ及び純ＮＰＢを同時蒸着することによって正孔輸送層１３を作製した。同様に、所望の混合比の混合領域１４を得るため約０．１Ａ／ｓ〜約１０Ａ／ｓにそれぞれの蒸発速度を制御しながら別々の供給源から純ＮＰＢ、純Ａｌｑ3、及び純ルブレンを同時蒸着することによって混合領域１４を作製した。
有機正孔輸送層１３、混合領域１４、及び電子輸送領域１５を形成した後に、減圧を中断せずに電子輸送領域１５上に金属カソード１６を蒸着した。２重層の正孔輸送領域を有すること以外は第１の有機発光素子ＩＩＩ−Ａと同様の構造を有する第２の有機発光素子（素子ＩＩＩ−Ｂ）も比較のために製造し、評価を行った。この第２の有機発光素子では、２重層の正孔輸送領域は（１）アノードと接触する厚さ約１５ｎｍのＣｕＰｃのバッファ層と、（２）バッファ層上に積層され混合領域と接触する厚さ約１０ｎｍのＮＰＢの正孔輸送層とを有するものであった。この第２の有機発光素子は、上記と同様に、アノード、混合領域、電子輸送領域、カソード、及び（ＳＯ）熱保護要素で構成された。
平均一定電流密度３１．２５ｍＡ／ｃｍ2におけるＡＣドライブ条件で窒素ガス中９０℃の温度という同一条件で、素子を作動させた場合の第１及び第２の有機発光素子におけるドライブ電圧の変化（増加）を調べた。この電流密度で、第１の素子（素子III−Ａ）及び第２の素子（III−Ｂ）の初期輝度は、それぞれ約１，９００ｃｄ／ｍ2及び１，７５０ｃｄ／ｍ2（カンデラ／平方メートル）であり、２つの素子の初期ドライブ電圧は、それぞれ９ボルトと８．９ボルトであった。下記表１は、この温度及び電流密度において表記の時間のあいだ連続作動させた場合の、２つの素子におけるのドライブ電圧の増加を、各素子の初期ドライブ電圧に対するパーセントとして示している。
Figure 2008060607
上記表１の結果から、例えば、素子III−Ｂと比較すると、素子III−Ａは、電流密度３１．２５ｍＡ／ｃｍ2、９０℃という条件において、２５０時間の作動時間後でもはるかに小さな電圧上昇という形態で、より高いドライブ安定性を示すことが分かる。したがって、高温で長時間有機発光素子を作動させ、特にドライブ電圧の安定性がより高いことが望ましい用途には、素子III−Ａがより好適であると考えられる。
（実施例ＩＶ）
図１の素子１０のような構造を有する第１の有機発光素子（以下では素子IV−Ａと記載する）を作製し、評価した。この素子では、銅フタロシアニン（ＣｕＰｃ）、Ｎ，Ｎ'−ジ（ナフタレン−１−イル）−Ｎ，Ｎ'−ジフェニル−ベンジジン（ＮＰＢ）、及びトリス（８−ヒドロキシキノリン）アルミニウム（Ａｌｑ3）をそれぞれポルフィリン、正孔輸送材料、及び電子輸送材料として使用した。正孔輸送層１３は約７５重量％のＣｕＰｃ及び約２５重量％のＮＰＢで構成され、混合領域１４は約４９．８重量％のＮＰＢ、約４９．８重量％のＡｌｑ3、及びルミネセンス材料（発光材料）としての約０．４重量％のルブレン蛍光ドーパントで構成された。正孔輸送層１３の厚さは約２５ｎｍであり、混合領域１４の厚さは約８０ｎｍであり、電子輸送領域１５の厚さは約２０ｎｍであった。厚さ約２００ｎｍの酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）で構成されガラス基板上にあらかじめコーティングされたアノード１２と、厚さ約１２０ｎｍのＭｇ：Ａｇ（重量比１０：１）合金で構成されるカソード１６との間に、正孔輸送層１３、混合層１４、及び電子輸送領域１５を形成した。一酸化ケイ素（ＳｉＯ）で構成され厚さが約２００ｎｍの熱保護要素をカソード１６上にコーティングした。
有機発光素子は、約８×１０-4Ｐａ（約６×１０-6ｔｏｒｒ）の圧力で真空蒸着法を使用して製造した。所望の混合比の正孔輸送層１３を得るために約３Ａ／ｓ及び１Ａ／ｓに個々の供給源の蒸発速度を制御しながら別々の供給源から純ＣｕＰｃ及び純ＮＰＢを同時蒸着することによって正孔輸送層１３を作製した。同様に、所望の混合比の混合領域１４を得るため約０．１Ａ／ｓ〜約１０Ａ／ｓにそれぞれの蒸発速度を制御しながら別々の供給源から純ＮＰＢ、純Ａｌｑ3、及び純ルブレンを同時蒸着することによって混合領域１４を作製した。
有機正孔輸送層１３、混合領域１４、及び電子輸送領域１５を形成した後に、減圧を中断せずに電子輸送領域１５上に金属カソード１６を蒸着した。正孔輸送層１３が約５０重量％のＣｕＰｃ及び約５０重量％のＮＰＢで構成されることを除けばすべて素子IV−Ａと同一である第２の有機発光素子（以下、「素子IV−Ｂ」と記載する。）を、上記素子IV−Ａの作製と正確に同じ手順に従って作製した。
正孔輸送層１３が約２５重量％のＣｕＰｃ及び約７５重量％のＮＰＢで構成されることを除けばすべて素子IV−Ａと同一である第３の有機発光素子（以下、「素子IV−Ｃ」と記載する）を、上記素子IV−Ａの作製と正確に同じ手順に従って作製した。
正孔輸送層１３がＣｕＰｃで構成されＮＰＢは含まないことを除けばすべて素子ＩＶ−Ａと同一である第４の有機発光素子（以下、「素子IV−Ｄ」と記載する。）を、上記素子IV−Ａの作製と正確に同じ手順に従って作製した。
正孔輸送層１３がＮＰＢで構成されＣｕＰｃは含まないことを除けばすべて素子IV−Ａと同一である第５の有機発光素子（以下、「素子IV−Ｅ」と記載する）を、上記素子IV−Ａの作製と正確に同じ手順に従って作製した。
電流密度３１．２５ｍＡ／ｃｍ2における初期輝度、この電流密度における初期ドライブ電圧、及びこの電流密度において９０℃で約２００時間作動させた後のドライブ電圧の増加を下記表２に示す。
Figure 2008060607
有機発光素子１０の正孔輸送層１３中のポルフィリン（ＣｕＰｃ）含有率が増加し正孔輸送層（ＮＰＢ）が減少すると、有機発光素子のドライブ電圧の増加が遅くなり（望ましい）、同時に素子輝度（明るさ）が低下（望ましくない）することがある。
本発明による有機発光素子は、通常温度条件の種々の技術的用途で使用することができる。さらに、本発明の有機発光素子は高温作動安定性であるので、高温及び過酷な条件で使用することができる。例えば、本発明の素子は、自動車及びその他の種類の乗り物、コンピュータのモニター、テレビ及びその他の電子素子及びシステムなどに使用される多種多様な表示装置に使用することができる。さらに、本発明の素子は、高温になることが多い工業用途などの過酷な条件に使用することができる。実施形態における素子は、例えば、少なくとも約５０℃又は約７０℃の高温、あるいは、例えば、約１００℃などのより高温において長い寿命（例えば少なくとも約１，０００時間）で安定した性能を示す。したがって、本発明による有機発光素子は、従来の二層素子では好適でなかった用途に使用することができる。
図１は本発明に係る有機発光素子の断面図である。 図２は本発明に係る有機発光素子の断面図である。
符号の説明
１０，２０…有機発光素子
１２，２２…アノード
１３，２３…正孔輸送層
１４，２４…混合領域
１５…電子輸送領域
１６，２６…カソード

Claims (1)

  1. （ｉ）アノードと、（ii）ポルフィリン及び正孔輸送材料の混合物を含有する正孔輸送層と、（iii）（１）正孔輸送材料、及び（２）電子輸送材料の混合物を含有し、任意に有機発光材料を含有する混合領域と、（iv）カソードと、を有してなる有機発光素子であって、（ｖ）前記混合領域と前記カソードとの間に挿入される電子輸送領域、ならびに（vi）前記アノード及び前記カソードの一方の上にコーティングされる任意の熱保護要素のうち少なくとも一方を、任意にさらに有してなることを特徴とする有機発光素子。
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