JP2008098180A - 有機素子 - Google Patents

Abstract

【課題】高温で輝度が低下するなどの劣化をしない、長い寿命を有する有機発光素子を提供する。
【解決手段】（イ）第１の電極と、（ロ）第１の正孔輸送材料と第１の電子輸送材料とを含む混合領域と、（ハ）第２の電極と、（ニ）前記第１および第２の電極の一方の上にコーティングされた任意の熱保護層とを含む有機発光素子であって、前記第１および第２の電極のうちの一方は正孔注入アノードであり、前記第１および第２の電極のうちの一方は電子注入カソードであり、（ホ）前記アノードと前記混合領域の間に挿入され、第２の正孔輸送材料を含み、この材料が前記混合領域と接触する正孔輸送領域と、（ヘ）前記カソードと前記混合領域の間に挿入され、第２の電子材料を含み、この材料が前記混合領域と接触する電子輸送領域と、の少なくとも１つをさらに含む有機発光素子。
【選択図】図１

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、輝度が初期値よりある比率（例えば初期輝度の約５０％）低下するまでが実施形態において少なくとも約１，０００時間であるなどの比較的長い作動寿命を有する実質的に安定な有機ＥＬ素子に関し、実施形態における本発明の素子は約１００℃などの高温で輝度が低下する形態などの劣化は通常は示さず、さらに本発明の素子は高温による悪影響を実質的に受けず、例えばこれらの温度で少なくとも約１００時間の寿命を有する。

本発明の有機発光素子は、広範囲の温度条件で作動することが一般的なディスプレイなどの種々の装置に使用することができる。本発明の有機発光素子によって得られる高温による作動安定によって、実施形態ではこれらの素子を高温で長期間使用することができる。

Ｓ．ナカ（Ｎａｋａ）ら，（下記）に記載されているように、これらの１層の混合層の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、ＮＢＰ（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層の混合層のみを含み、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。混合層の電子輸送材料と酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）で構成される正孔注入接点とが直接接触しており、そのため不安定な陽イオン正電子輸送材料が生成し、混合層／カソード界面が不安定になるために、これらの素子が不安定になると考えられており、これに関しては、Ｈ．アジズ（Ａｚｉｚ）ら，（下記）を参照することができる。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素子への期待が高まっており、現在使用可能な素子の作動安定性は、ものによっては期待以下である。多数の公知の有機発光素子は、初期値のある比率まで輝度が低下するまでの作動寿命が比較的短い。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、高温において有機発光素子の劣化に対する感受性が増加し、これらの有機発光素子の通常表示輝度約１００ｃｄ／ｍ²における作動寿命は制限され、例えば，約６０℃〜約８０℃の温度で約１００時間以下となる。

米国特許第５，８５３，９０５号明細書 米国特許第５，９２５，９８０号明細書 米国特許第６，１１４，０５５号明細書 米国特許第６，１３０，００１号明細書 Ｓ．ナカら，"Organic Electroluminescent Devices Using a Mixed Single Layer," Jpn. J. Appl. Phys. 33, pp. L1772-L1774, 1994 Ｈ．アジズら，Science 283,1900(1999)

［発明の概要］
本発明は、実施形態で有機発光素子を提供し、実施形態では作動寿命が向上した素子を提供する。本発明の実施形態による有機発光素子は、約８０℃〜約１００℃の温度において例えば約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）の作動寿命を有するなどの高温作動安定性を得ることができ、この寿命は例えば約８０℃〜約１００℃の温度において通常表示輝度約１００ｃｄ／ｍ²では約１０，０００時間に対応する。

混合領域（ｉｉ）と、電子輸送領域（ｖｉ）あるいは少なくとも混合領域と接する領域である電子輸送領域の層中とで異なる電子材料を使用する、および／または混合領域（ｉｉ）と、正孔輸送領域（ｖ）あるいは少なくとも混合領域と接する正孔輸送領域（ｖ）の層中とで異なる正孔輸送材料を使用することによって、例えば、（１）実施形態において向上した効率および／または安定性、（２）簡単で経済的な製造、および／または（３）素子設計および材料の選択に関するより大きな自由度など種々の所望の特徴を有する有機発光素子を得ることができる。例えば、混合領域と、電子輸送領域または電子輸送領域が混合領域と接触する電子輸送領域の少なくとも一部とで異なる電子輸送材料を使用することによって、混合領域と電子輸送領域の間の界面にエネルギー障壁が生じるために、励起子の拡散および引き続く電極の消光またはカソードへの正孔の漏れによるエネルギー損失が実質的に減少することによって、有機発光素子の効率を効率的に増加させることができる。同様に、混合領域と、正孔輸送領域または混合領域と接触する正孔輸送領域の少なくとも一部とで異なる正孔輸送材料を使用することによって、有機発光素子の効率をさらに増加させることができる。正孔輸送材料および電子輸送材料の混合領域を含む有機発光素子は、これらの混合領域中で正孔輸送材料の分子と電子輸送材料の分子とが空間的に近接し、そのため分子間相互作用が生じることがあり、使用される材料によっては、錯体形成またはその他の励起子の消滅作用などの望ましくない副反応が生じることがあり、このような混合層を含む有機発光素子の効率または安定性に悪影響を及ぼすことがある。これらの材料の適合性の問題によって、これらの混合層の形成に使用することができる正孔輸送材料と電子輸送材料の選択が制限されうる。したがって、混合領域とは異なる材料を正孔輸送領域または電子輸送領域で選択することの利点によって、正孔輸送領域および／または電子輸送領域の形成に使用することができる材料選択の自由度が大きくなり、製造がより単純となる材料を使用できるようになり、そのためより経済的になる可能性もある。

さらに本発明のＥＬ素子に関して、混合領域（ｉｉ）はルミネセンス材料または化合物を含有可能であり、また実施形態では、正孔輸送材料がルミネセンス成分としてさらに機能する場合もあり、（ｉｉ）の電子輸送材料もルミネセンス成分としてさらに機能することもあり、さらに、前述の実施形態の混合領域は第３のルミネセンス成分を含むことができる。実施形態では、混合領域に独立したルミネセンス化合物が加えられる。

本発明の態様は、（ｉ）第１の電極と、（ｉｉ）第１の正孔輸送材料と第１の電子輸送材料とを含む混合領域と、（ｉｉｉ）第２の電極と、（ｉｖ）第１および第２の電極の一方の上にコーティングされた任意の熱保護層と、を含む有機発光素子に関し、第１および第２の電極のうちの一方は正孔注入アノードであり、第１および第２の電極のうちの一方は電子注入カソードであり、この有機発光素子は、（ｖ）アノードと混合領域の間に挿入され、第２の正孔輸送材料を含み、この材料が混合領域と接触する正孔輸送領域と、（ｖｉ）カソードと混合領域の間に挿入され、第２の電子材料を含み、この材料が混合領域と接触する電子輸送領域と、の少なくとも１つをさらに含み、ａ．第１の正孔輸送材料（ｉｉ）が第２の正孔輸送材料（ｖ）と類似または異種である正孔輸送領域（ｖ）と、ｂ．第１の電子輸送材料（ｉｉ）が第２の電子輸送材料と類似または異種である電子輸送領域（ｖｉ）との少なくとも１つを含有し、ａ．が類似の場合ｂ．は異種であり、ａ．が異種の場合はｂ．は類似または異種であり、ｂ．が異種の場合ａ．は類似または異種である有機発光素子、電子輸送領域がカソードと混合領域の間に挿入または配置され、正孔輸送領域がアノードと混合領域の間に挿入され、第１の電子輸送材料と第２の電子輸送材料が異種であり、第１の正孔輸送材料と２の正孔輸送材料が異種である有機発光素子、電子輸送領域がカソードと混合領域の間に挿入され、正孔輸送領域がアノードと混合領域の間に挿入され、第１の電子輸送材料と第２の電子輸送材料が異種であり、第１の正孔輸送材料と第２の正孔輸送材料が同じ成分を含む有機発光素子、電子輸送領域がカソードと混合領域の間に配置され、正孔輸送領域がアノードと混合領域の間に挿入され、第１の電子輸送材料と第２の電子輸送材料が類似しており、第１の正孔輸送材料と第２の正孔輸送材料が異種である有機発光素子、電子輸送領域がカソードと混合領域の間に挿入され、正孔輸送領域は存在せず、第１の電子輸送材料と第２の電子輸送材料が異種である有機発光素子、正孔輸送領域がアノードと混合領域の間に挿入され、電子輸送領域は存在せず、第１の正孔輸送材料と第２の正孔輸送材料が異種である有機発光素子、ａ．またはｂ．のうちの少なくとも１つが存在し、第１の正孔輸送材料または第２の正孔輸送材料が第３級芳香族アミン、ビカルバゾール類、およびインドロカルバゾール類からなる群より選択される成分であり、第１の電子輸送材料が金属オキシノイド類、スチルベン類、トリアジン類、およびキノリン類からなる群より選択される有機発光素子、第３級芳香族アミンがＮ，Ｎ'−ジ（ナフタレン−１−イル）−Ｎ，Ｎ'−ジフェニル−ベンジジン（ＮＰＢ）および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、インドロカルバゾールが５，１１−ジ−ナフチル−５，１１−ジヒドロインドロ［３，２−ｂ］カルバゾールおよび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、金属オキシノイドがトリス（８−ヒドロキシキノリン）アルミニウム（Ａｌｑ₃）およびビス（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有機発光素子、正孔輸送領域がポルフィリンを含む有機発光素子、ポルフィリンが金属フタロシアニンである有機発光素子、金属フタロシアニンが銅フタロシアニン（ＣｕＰｃ）である有機発光素子、正孔輸送領域が少なくとも２層を含む有機発光素子、正孔輸送領域が、（ｉ）アノードと接触しポルフィリンを含む第１の層と、（ｉｉ）混合領域と接触し第２の正孔輸送材料を含む第２の層とを含む有機発光素子、正孔輸送領域が、（ｉ）約２５重量％〜約９９重量％のポルフィリンと（ｉｉ）約７５重量％〜約１重量％の第２の正孔輸送材料との混合物を含む層を含む有機発光素子、カソードがアルカリ金属またはその化合物をさらに含む有機発光素子、アルカリ金属がＬｉ、Ｎａ、Ｋ、およびＣｓからなる群より選択される有機発光素子、熱保護層が存在し、その熱保護層がＳｉＯ、ＳｉＯ₂、またはそれらの混合物の層を含む有機発光素子、混合領域（ｉｉ）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、フェナントラセン、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、および希土類金属キレート錯体の蛍光材料からなる群より任意に選択されるルミネセンス材料を含有する有機発光素子、ルミネセンス材料が、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）、および（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）からなる群より選択される有機発光素子、混合領域が約１０重量％〜約９０重量％の第１の正孔輸送材料と、約９０重量％〜約１０重量％の第１の電子輸送材料とを含み、それらの合計が約１００％である有機発光素子、混合領域が約０．０１重量％〜約５０重量％のルミネセンス材料をさらに含む有機発光素子、有機発光素子の厚さが約１００ｎｍ〜約５，０００ｎｍであり、混合領域の厚さが約１０ｎｍ〜約５００ｎｍである有機発光素子、混合領域の厚さが約２０ｎｍ〜約２００ｎｍである有機発光素子、（ｉ）アノードと、（ｉｉ）約３５重量％〜約６５重量％の第１の正孔輸送材料を含み、混合領域の厚さが約２０ｎｍ〜約２００ｎｍである混合領域と、（ｉｉｉ）カソードと、（ｉｖ）（ａ）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）、および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２の正孔輸送材料の厚さ約５ｎｍ〜約１００ｎｍの層、（ｂ）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％の上記成分からなる群より選択される第２の正孔輸送材料とで構成される約５ｎｍ〜約１００ｎｍの層、および（ｃ）アノードと接触し、銅フタロシアニン（ＣｕＰｃ）を含む厚さが約１０ｎｍ〜約５０ｎｍの第１の層と、第１の層上に配置され第２の正孔輸送材料を含み厚さが約５ｎｍ〜約５０ｎｍの第２の層との２層であり、第２の層が混合領域と接触している２層、のうちの１つを含み、アノードと混合領域の間に配置される正孔輸送領域と、（ｖ）（ａ）厚さ約５ｎｍ〜約５０ｎｍの第２の電子輸送材料の層、および（ｂ）混合領域と接触し厚さが約５ｎｍ〜約２５ｎｍの第２の電子輸送材料を含む第１の層と（８−ヒドロキシキノリン）アルミニウム（Ａｌｑ₃）、銅フタロシアニン（ＣｕＰｃ）の材料を含む厚さ約５ｎｍ〜約２５ｎｍの第２の層との２層、のうちの１つを含み、カソードと混合領域の間に配置される電子輸送領域と、をこの順序で含む有機発光素子、および約６５重量％〜約３５重量％の第１の電子輸送材料、および混合領域と接触する第２の層中本明細書で挙げられている同様のもの、および（ｂ）混合領域と接触し厚さが約５ｎｍ〜約２５ｎｍの第２の電子輸送材料の第１の層の２層、および本明細書で挙げられている同様のもの、混合領域が、（ｉ）ルブレン、Ｎ，Ｎ'−ジメチルキナクリドン（ＤＭＱ）、および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ルミネセンス材料約０．２重量％〜約２重量％、（ｉｉ）（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−ｌＨ，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）約０．２重量％〜約５重量％、および（ｉｉｉ）２，３，７，８，１２，１３，１７，１８−オクタエチル−２１Ｈ，２３Ｈ−ホルピン白金（ＩＩ）（ＰｔＯＥＰ）約５重量％〜約１５重量％、の少なくとも１つを含む有機発光素子、領域（ｉｉ）、（ｖ）、および（ｖｉ）のそれぞれが複数層を含む有機発光素子、保護層が存在することによって、任意に低温または高温（任意に約２０℃〜約１００℃）において素子の作動が可能となる有機発光素子、約２２℃〜約７０℃の温度で素子が機能する有機発光素子、に関する。

本発明による有機発光素子において、正孔輸送領域および電子輸送領域を使用することによって、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が減少すると考えられており、そのため米国特許第５，８５３，９０５号、第５，９２５，９８０号、第６，１１４，０５５号、および第６，１３０，００１号に開示される有機発光素子などの多数の有機発光素子よりも高い効率を示すことができる。

図１〜５に関して、「領域」は１つの層を意味するが、領域が複数の層であってもよい。

図１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上に積層され正孔輸送材料を含む正孔輸送領域１３と、正孔輸送領域１３上に積層され（１）第１の正孔輸送材料と（２）第１の電子輸送材料との混合物を含み、混合領域が蛍光材料または燐光材料などの有機ルミネセンス材料もさらに含むことができる混合領域１４と、混合領域１４上に積層され第２の電子輸送材料を含む電子輸送領域１５と、電子輸送領域１５上に積層され電子注入電極として機能するカソードなどの第２の電極１６とを含む有機発光素子１０を示しており、混合領域１４を構成する第１の正孔輸送材料と、正孔輸送領域１３を構成する第２の正孔輸送材料とは同じ材料ではなく、混合領域１４を構成する第１の電子輸送材料と、電子輸送領域１５を構成する第２の電子輸送材料は同じ材料ではない。

図２は、正孔注入アノードとして機能する第１の電極２２と、第１の電極２２上に積層され本明細書に記載の第１の正孔輸送材料と類似した第２の正孔輸送材料を含み厚さが５ｎｍ〜約５，０００ｎｍである正孔輸送層２３と、正孔輸送領域２３上に積層され（１）第１の正孔輸送材料と（２）第１の電子輸送材料との混合物を含み混合領域が蛍光材料または燐光材料などの有機ルミネセンス材料もさらに含むことができる混合領域２４と、混合領域２４上に積層され上記第１の電子輸送材料（ｉｖ）とは異種の第２の電子輸送材料を含む電子輸送領域２５と、電子輸送領域２５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とを含む有機発光素子２０を示しており、したがって、混合領域２４を構成する第１の正孔輸送材料と、正孔輸送領域２３を構成する第２の正孔輸送材料とは類似した材料を含み、混合領域２４を構成する第１の電子輸送材料と、電子輸送領域２５を構成する第２の電子輸送材料とは種類が異なる。

図３は、正孔注入アノードとして機能する第１の電極３２と、第１の電極３２上に積層され第２の正孔輸送材料を含む正孔輸送領域３３と、正孔輸送領域３３上に積層され（１）第１の正孔輸送材料と（２）第１の電子輸送材料との混合物を含み混合領域が蛍光材料または燐光材料などの有機ルミネセンス材料もさらに含む混合領域３４と、混合領域３４上に積層され電子輸送材料を含む電子輸送領域３５と、電子輸送領域３５上に積層され電子カソードとして機能する第２の電極３６とを含む有機発光素子３０を示しており、例えば、混合領域３４を構成する第１の正孔輸送材料と、正孔輸送領域３３を構成する第２の正孔輸送材料とは同じ材料ではなく、混合領域３４を構成する第１の電子輸送材料と、電子輸送領域３５を構成する第２の電子輸送材料とは同じ材料である。

熱保護要素は、第１の電極上または第２の電極上に積層することができる。図１〜５に示される、１０、２０、３０、４０、５０のような有機発光素子の一例は、カソード１６、２６、３６、４６、５６の上、および／またはアノード１２、２２、３２、４２、５２の上に積層した熱保護要素または層を含む。

本発明の態様では、有機発光素子１０、２０、３０、４０、５０は、例えば銅フタロシアニン（ＣｕＰｃ）などのポルフィリンを含むバッファ層を有する正孔輸送領域１３、２３、３３、４３を含み、例えば、アノード１２、２２、３２、４２、５２と接触させてこのようなバッファ層が配置され、この層によって有機発光素子１０、２０、３０、４０、５０の安定性を向上させることができ、より詳細には、高温（例えば約７０℃〜約１００℃など）で例えば本明細書に記載されるように数百時間または数千時間の長時間有機発光素子を作動させた場合に有機発光素子のドライブ電圧の上昇を少なくすることができる。有機発光素子１０、２０、３０、４０の正孔輸送領域１３、２３、３３、４３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％の正孔輸送材料とを含む層を含むことができ、したがって、正孔輸送領域１３、２３、３３、４３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％の正孔輸送材料を含む層を含むことができ、正孔輸送材料は有機発光素子１０、２０、３０、４０、５０の安定性を向上させ、より詳細にはこの材料は、高温（例えば約７５℃〜約１０５℃など）で数百時間または数千時間の長時間有機発光素子を作動させた場合に有機発光素子のドライブ電圧の上昇を少なくすることができ、混合領域１４、２４、３４、５４とカソード１６、２６、３６、５６との間の電子輸送領域１５、２５、３５、５５は複数の独立した層を含むことができ、例えば２〜約１０層、より特定的には２または３層を含むことができ、そのため多層電子輸送領域１５、２５、３５、５５によって、混合領域１４、２４、３４、５４へのキャリアの注入の改善、作動電圧の低下、および有機発光素子１０、２０、３０、５０の効率および／または安定性の向上などのいくつかの所望の効果を得ることができる。交流（ＡＣ）および／または直流（ＤＣ）のドライブ条件で作動するエレクトロルミネセンス素子も開示し、ＡＣドライブ条件は作動電圧が例えば約３〜約２０ボルト、より特定的には約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、より特定的には約１０ｍＡ／ｃｍ²〜約２００ｍＡ／ｃｍ²である。

アノード１２、２２、３２、４２、５２などの電極は、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、ケイ素、酸化スズ、金、また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、３２、４２、５２は任意の好適な形態であってよく、アノードとして透明または実質的に透明なガラス板また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層をコーティングすることができ、例えば、アノードは、酸化スズまた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であってもよい。また、厚さが例えば約２００Å未満、特に約７５Å〜約１５０Åである薄い光透過性金属アノードを使用してもよい。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、導電性炭素またはポリアニリン、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の透明または半透明薄層をアノードとして選択してもよい。アノード１２、２２、３２、４２、５２およびカソード１６、２６、３６、４６、５６のさらに別の好適な形態が米国特許第４，８８５，２１１号に開示されてある。

アノード１２、２２、３２、４２、５２の厚さは、約１ｎｍ〜約５，０００ｎｍにすることができ、具体的な厚さはアノードの任意の成分によって異なる。アノードの具体的な厚さの範囲の１つは約３０ｎｍ〜約３００ｎｍである。全体にわたって、記載の範囲外の厚さも使用することができる。

アノード１２、２２、３２、４２上の領域１３、２３、３３、４３の第２の正孔輸送材料、および混合領域１４、２４、３４、４４の第１の正孔輸送材料などの正孔輸送材料の例としては、ポリアニリンおよ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）、などの導電性材料、および公知の半導体有機材料、米国特許第４，３５６，４２９号に開示される１，１０，１５，２０−テトラフェニル−２１Ｈ，２３Ｈ−ポルフィリン銅（ＩＩ）などのポルフィリン誘導体、銅フタロシアニン、銅テトラメチルフタロシアニン、亜鉛フタロシアニン、酸化チタンフタロシアニン、マグネシウムフタロシアニン、およびそれらの混合物などの多数の公知または将来開発される材料を挙げることができる。正孔輸送材料の具体的な種類は、米国特許第４，５３９，５０７号、第４，７２０，４３２号、および第５，０６１，５６９号に開示されるような芳香族第３級アミンであり、例えばビス（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）シクロヘキサンが挙げられる。Ｎ，Ｎ，Ｎ'，Ｎ'−テトラアリールベンジジンの代表例は、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。

正孔輸送領域１３、２３、３３、４３および混合領域１４、２４、３４、４４、５４用に選択される芳香族第３級アミンの例は、多核芳香族アミンであり、例えばＮ，Ｎ−ビス−［４'−（Ｎ−フェニル−Ｎ−ｍ−トリルアミノ）−４−ビフェニルイル］アニリン、Ｎ，Ｎ−ビス−［４'−（Ｎ−フェニル−Ｎ−ｍ−トリルアミノ）−４−ビフェニルイル］−ｍ−トルイジン、Ｎ，Ｎ−ビス−［４'−（Ｎ−フェニル−Ｎ−ｍ−トリルアミノ）−４−ビフェニルイル］−ｐ−トルイジンなどが挙げられ、正孔輸送材料の好ましい種類は、インドロ−カルバゾール類、例えば米国特許第５，９４２，３４０号および第５，９５２，１１５号に開示されるものなどが挙げられる。

実施形態では、正孔輸送領域１３、２３、３３、４３は、ポルフィリンと、第３級芳香族アミンまたはインドロカルバゾールなどの正孔輸送材料との混合物の層を含み正孔輸送領域は、銅フタロシアニン（ＣｕＰｃ）などのポルフィリンと、インドロカルバゾールあるいはジ（ナフタレン−１−イル）−Ｎ，Ｎ'−ジフェニル−ベンジジン（ＮＰＢ）または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）などの第３級芳香族アミンなどの正孔輸送材料との混合物を含む層として形成することができる。

正孔輸送領域１３、２３、３３、４３は、正孔注入および輸送特性を有し素子の性能を向上させるように選択された材料を含む任意のバッファ層をさらに含むことができる。バッファ層に使用することができる好適な材料としては、米国特許第４，３５６，４２９号に開示される１，１０，１５，２０−テトラフェニル−２１Ｈ，２３Ｈ−ポルフィリン銅（ＩＩ）などのポルフィリン誘導体などの半導体有機材料、銅フタロシアニン、銅テトラメチルフタロシアニン、亜鉛フタロシアニン、酸化チタンフタロシアニン、マグネシウムフタロシアニン、およびそれらの混合物、例えばＭｇＯ、Ａｌ₂Ｏ₃、ＢｅＯ、ＢａＯ、ＡｇＯ、ＳｒＯ、ＳｉＯ、ＳｉＯ₂、ＺｒＯ₂、ＣａＯ、Ｃｓ₂Ｏ、Ｒｂ₂Ｏ、Ｌｉ₂Ｏ、Ｋ₂Ｏ、およびＮａ₂Ｏなどの金属酸化物、ＬｉＦ、ＫＣｌ、ＮａＣｌ、ＣｓＣｌ、ＣｓＦ、およびＫＦなどのハロゲン化物などの半導体および絶縁性金属化合物が挙げられる。任意のバッファ層は、正孔輸送領域１３、２３、３３、４３中の任意の位置に配置することができ、すなわち任意のバッファ層の一面を正孔輸送領域１３、２３、３３、４３の一面と重なるように配置することができ、この場合、任意のバッファ層はアノード１２、２２、３２、４２または混合領域１４、２４、３４、４４いずれかと接触し、あるいは正孔輸送領域１３、２３、３３、４３の２つの面の間にバッファ層の両面が存在するようにバッファ層を配置することもできる。しかしながら好ましい実施形態では、アノード１２、２２、３２、４２と接触するようにバッファ層が配置される。

任意のバッファ層を有する正孔輸送領域１３、２３、３３、４３の厚さは例えば約５ｎｍ〜約５００ｎｍで、任意のバッファ層の厚さを約１ｎｍ〜約１００ｎｍにすることができる。実施形態では、任意のバッファ層の厚さは、正孔輸送領域１３、２３、３３、４３の厚さよりも少なくとも１ｎｍ薄く、バッファ層の具体的な厚さは約５ｎｍ〜約２５ｎｍ、または約１ｎｍ〜約５ｎｍである。任意のバッファ層の厚さを除いた正孔輸送領域１３、２３、３３、４３の望ましい厚さ（バッファ層の厚さを引いた後に残った正孔輸送領域の厚さ）は約５ｎｍ〜約１５ｎｍであり、あるいは任意のバッファ層の厚さを除いた正孔輸送領域の厚さは約１５ｎｍ〜約７５ｎｍである。これらの範囲外の厚さも使用することができる。

正孔輸送材料以外に、混合領域１４、２４、３４、４４、５４は電子輸送材料をさらに含む。任意に、混合領域の形成に使用される正孔輸送材料および電子輸送材料の少なくとも１種類はルミネセンス材料であってよい。さらに、混合領域はルミネセンス材料をさらに含むことができる。

混合領域１４、２４、３４、５４の上に配置される電子輸送領域１５、２５、３５、５５に使用される電子輸送材料の代表例としては、米国特許第４，５３９，５０７号、第５，１５１，６２９号、第５，１５０，００６号、第５，１４１，６７１号、および第５，８４６，６６６号に開示されるような金属オキシノイド類が挙げられる。代表的な具体例としては、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（Ｂａｉｑ）が挙げられる。その他の例としては、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、ビス（８−ヒドロキシキノリネート）亜鉛、トリス（５−メチル−８−ヒドロキシキノリネート）アルミニウム、トリス（７−プロピル−８−キノリノラト）アルミニウム、ビス［ベンゾ｛ｆ｝−８−キノリネート］亜鉛、ビス（１０−ヒドロキシベンゾ［ｈ］キノリネート）ベリリウムなどが挙げられる。混合領域１４、２４、３４、４４、５４ならびに電子輸送領域１５、２５、３５、５５に使用することができるさらに別の電子輸送材料の好適な種類は、米国特許第５，５１６，５７７号に開示されるようなスチルベン誘導体である。

混合領域１４、２４、３４、４４、５４ならびに電子輸送領域１５、２５、３５、５５に使用することができるさらに別の電子輸送材料は、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、トリス（８−キノリンチオラト）インジウムなどの米国特許第５，８４６，６６６号に記載される金属チオキシノイド化合物である。電子輸送層に使用される具体的な材料、化合物、または成分は、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、トリス（８−キノリンチオラト）インジウム、およびビス［ベンゾ｛ｆ｝−８−キノリンチオラト］亜鉛である。混合領域１４、２４、３４、４４、５４ならびに電子輸送領域１５、２５、３５、５５用に選択することができるさらに別の種類の電子輸送材料は、米国特許第５，９２５，４７２号に開示されるオキサジアゾール金属キレートであり、そのような材料としてビス［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］亜鉛が挙げられる。混合領域１４、２４、３４、４４、５４ならびに電子輸送領域１５、２５、３５、５５に使用することができるその他の好適な種類の電子輸送材料は、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、米国特許第６，０５７，０４８号および米国特許第６，２２９，０１２号に記載される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、などのトリアジン類などである。

通常、混合領域１４、２４、３４、４４、５４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％の電子輸送材料とを含む。より特定的には、混合領域１４、２４、３４、４４、５４のそれぞれは、例えば約３５重量％〜約６５重量％の正孔輸送材料と、約６５重量％〜約３５重量％の電子輸送材料とを含む。さらに、混合領域がルミネセンス材料をさらに含む実施形態では、混合領域１４、２４、３４、４４、５４は、例えば約０．０１重量％〜約１０重量％の蛍光ルミネセンス材料または約０．０１重量％〜約２５重量％の燐光ルミネセンス材料またはその他のルミネセンス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１４、２４、３４、４４、５４に使用されるルミネセンス材料の代表例としては、例えば、米国特許第４，７６９，２９２号に開示されるクマリン、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、ペリレンなどの蛍光色素、キナクリドン誘導体から選択される色素が挙げられる。好適なキナクリドン色素の代表例としては、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、Ｎ，Ｎ'−ジメチル−２−クロロキナクリドン、Ｎ，Ｎ'−ジメチル−２−フルオロキナクリドン、およびＮ，Ｎ'−ジメチル−１，２−ベンゾキナクリドンが挙げられる。さらに、蛍光材料はキナクリドン染料である。キナクリドン染料の代表例としては、キナクリドン、２−メチルキナクリドン、２，９−ジメチルキナクリドンなどの米国特許第５，２２７，２５２号、第５，２７６，３８１号、および第５，５９３，７８８号に記載されるもの、米国特許第３，１７２，８６２号に記載されるようなペリレン、ルブレン、アントラセン、コロネン、フェナントラセン、ピレンなどの縮合環蛍光染料、米国特許第４，３５６，４２９号および第５，５１６，５７７号に記載される１，４−ジフェニルブタジエンおよびテトラフェニルブタジエンなど、およびスチルベン類など、米国特許第５，６０１，９０３号に記載されるような成分、ならびに米国特許第５，９３５，７２０号に記載される例えば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、強いスピン軌道結合が生じ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が挙げられる。

混合領域１４、２４、３４、４４、５４のそれぞれは厚さを約１０ｎｍ〜約２，０００ｎｍにすることができ、より特定的には、混合領域１４、２４、３４、４４、５４のそれぞれは厚さを約５０ｎｍ〜約２００ｎｍにすることができる。混合領域１４、２４、３４、４４、５４は、正孔輸送材料、電子輸送材料、および任意のルミネセンス材料の選択される混合物を配合することができる任意の好適な方法によって形成することができる。例えば、混合領域１４、２４、３４、４４、５４は、正孔輸送材料、電子輸送材料、および任意のルミネセンス材料を同時蒸着させることによって形成することができる。

電子輸送領域１５、２５、３５、５５は、電子輸送材料を含むことができ、電子輸送領域の厚さは例えば約１ｎｍ〜約１００ｎｍであり、より手特定的には約５ｎｍ〜約５０ｎｍである。これらの範囲外の厚さも使用することができる。有機発光素子が多層電子輸送領域１５、２５、３５、５５を含む実施形態では、個々の層の厚さは少なくとも約１ｎｍである。

電子輸送領域１５、２５、３５、５５上または混合領域４４上に形成されるカソード１６、２６、３６、４６、５６などの電極は、高仕事関数成分を有する金属、例えば仕事関数が約４ｅＶ〜約６ｅＶの金属、あるいは仕事関数が約２ｅＶ〜約４ｅＶの金属などの低仕事関数成分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、３６、４６、５６は、低仕事関数（約４ｅＶ未満）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％未満から約９９．９重量％までである。低仕事関数金属の代表例としては、リチウムまた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、またはバリウムなどの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、またはアクチニウムなどの希土類金属およ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、およびカルシウムは好ましい低仕事関数金属である。米国特許第４，８８５，２１１号および米国特許第４，７２０，４３２号に記載されるＭｇ−Ａｇ合金カソード、例えば（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、およ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、ならびに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される米国特許第５，４２９，８８４号に記載されるカソードも挙げられる。

熱保護要素は、カソード１６、２６、３６、４６、５６上またはアノード１２、２２、３２、４２、５２上に形成することができる。通常、熱保護要素はＳｉＯ、ＳｉＯ₂、またはそれらの混合物を含む層を含み、その厚さは例えば約３００ｎｍ〜約５，０００ｎｍである。

［実施例Ｉ］
以下のように８種類の異なる有機発光素子を作製して試験を行った図１の素子１０のような構造を有する第１の有機発光素子（Ｉ−Ａ）を作製して評価を行った。正孔輸送領域１３は、第２の正孔輸送材料として銅フタロシアニン（ＣｕＰｃ）を含んだ。混合領域１４は約５０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）および約５０重量％の（８−ヒドロキシキノリン）アルミニウム（Ａｌｑ₃）をそれぞれ第１の正孔輸送材料および第１の電子輸送材料として含んだ。電子輸送領域１５は、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）を第２の電子輸送材料として含み混合領域と接触する第１の層と、トリス（８−ヒドロキシキノリン）アルミニウム（Ａｌｑ₃）を含みカソード１６と接触する第２の層との２層で構成された。正孔輸送領域の厚さは約２５ｎｍであり、混合領域の厚さは約８０ｎｍであり、電子輸送領域の第１の層の厚さは約１０ｎｍであり、電子輸送領域の第２の層の厚さは約１０ｎｍであり、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、正孔輸送領域１３、混合層１４、および電子輸送領域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。

図１の素子１０のような構造を有する第２の有機発光素子（Ｉ−Ｂ）を作製して評価を行った。正孔輸送領域１３は、第２の正孔輸送材料として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（ＮＩＣ）を含んだ。混合領域１４は、約５０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）および約５０重量％の（８−ヒドロキシキノリン）アルミニウム（Ａｌｑ₃）で実質的に構成され、それぞれ第１の正孔輸送材料および第１の電子輸送材料として使用した。電子輸送領域１５は、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）を含み第２の電子輸送材料として使用され混合領域と接触する第１の層と、トリス（８−ヒドロキシキノリン）アルミニウム（Ａｌｑ₃）で実質的に構成されカソード１６と接触する第２の層との２層で構成された。正孔輸送領域の厚さは約２５ｎｍであり、混合領域の厚さは約８０ｎｍであり、電子輸送領域の第１の層の厚さは約１０ｎｍであり、電子輸送領域の第２の層の厚さは約１０ｎｍであり、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、正孔輸送領域１３、混合層１４、および電子輸送領域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。

図１の素子１０のような構造を有する第３の有機発光素子（Ｉ−Ｃ）を作製して評価を行った。正孔輸送領域１３は、第２の正孔輸送材料として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（ＮＩＣ）を含んだ。混合領域１４は、約５０重量％の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）および約５０重量％の（８−ヒドロキシキノリン）アルミニウム（Ａｌｑ₃）で実質的に構成され、それぞれ第１の正孔輸送材料および第１の電子輸送材料として使用した。電子輸送領域１５は、実質的に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）で構成され第２の電子輸送材料として使用され混合領域と接触する第１の層と、トリス（８−ヒドロキシキノリン）アルミニウム（Ａｌｑ₃）で実質的に構成されカソード１６と接触する第２の層との２層で構成された。正孔輸送領域の厚さは約２５ｎｍであり、混合領域の厚さは約８０ｎｍであり、電子輸送領域の第１の層の厚さは約１０ｎｍであり、電子輸送領域の第２の層の厚さは約１０ｎｍであり、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、正孔輸送領域１３、混合層１４、および電子輸送領域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。

図１の素子１０のような構造を有する第４の有機発光素子（Ｉ−Ｄ）を作製して評価を行った。正孔輸送領域１３は、第２の正孔輸送材料として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（ＮＩＣ）を含んだ。混合領域１４は、約４９．８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）および約４９．８重量％の（８−ヒドロキシキノリン）アルミニウム（Ａｌｑ₃）で実質的に構成され、それぞれ第１の正孔輸送材料および第１の電子輸送材料として使用され、さらに約０．４重量％のルブレン蛍光材料を含んだ。電子輸送領域１５は、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）を含み第２の電子輸送材料として使用され混合領域と接触する第１の層と、トリス（８−ヒドロキシキノリン）アルミニウム（Ａｌｑ₃）で実質的に構成されカソード１６と接触する第２の層との２層で構成された。正孔輸送領域の厚さは約２５ｎｍであり、混合領域の厚さは約８０ｎｍであり、電子輸送領域の第１の層の厚さは約１０ｎｍであり、電子輸送領域の第２の層の厚さは約１０ｎｍであり、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、正孔輸送領域１３、混合層１４、および電子輸送領域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。

図３の素子３０のような構造を有する第５の有機発光素子（Ｉ−Ｅ）を作製して評価を行った。正孔輸送領域３３は、第２の正孔輸送材料として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（ＮＩＣ）を含んだ。混合領域３４は、約４４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）、約４４重量％の（８−ヒドロキシキノリン）アルミニウム（Ａｌｑ₃）を含み、それぞれ第１の正孔輸送材料および第１の電子輸送材料として使用され、さらに約１２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）燐光材料を含んだ。電子輸送領域３５は、第２の電子輸送領域としてトリス（８−ヒドロキシキノリン）アルミニウム（Ａｌｑ₃）を含んだ。正孔輸送領域の厚さは約２５ｎｍであり、混合領域の厚さは約８０ｎｍであり、電子輸送領域の厚さは約２０ｎｍであり、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３２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３６との間に、正孔輸送領域３３、混合層３４、および電子輸送領域３５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３６上にコーティングした。

図１の素子１０のような構造を有する第６の有機発光素子（Ｉ−Ｆ）を作製して評価を行った。正孔輸送領域１３は、第２の正孔輸送材料として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（ＮＩＣ）を含んだ。混合領域１４は、約４９．６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）および約４９．６重量％の（８−ヒドロキシキノリン）アルミニウム（Ａｌｑ₃）を含み、それぞれ第１の正孔輸送材料および第１の電子輸送材料として使用され、さらに約０．８重量％の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）蛍光材料を含んだ。電子輸送領域１５は、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）を含み第２の電子輸送材料として使用され混合領域と接触する第１の層と、トリス（８−ヒドロキシキノリン）アルミニウム（Ａｌｑ₃）で実質的に構成されカソード１６と接触する第２の層との２層で構成された。正孔輸送領域の厚さは約２５ｎｍであり、混合領域の厚さは約８０ｎｍであり、電子輸送領域の第１の層の厚さは約１０ｎｍであり、電子輸送領域の第２の層の厚さは約１０ｎｍであり、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、正孔輸送領域１３、混合層１４、および電子輸送領域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。

図１の素子１０のような構造を有する第７の有機発光素子（Ｉ−Ｇ）を作製して評価を行った。正孔輸送領域１３は、第２の正孔輸送材料として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）を含んだ。混合領域１４は、約４９．８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）および約４９．８重量％の（８−ヒドロキシキノリン）アルミニウム（Ａｌｑ₃）で実質的に構成され、それぞれ第１の正孔輸送材料および第１の電子輸送材料として使用され、さらに約０．４重量％のルブレン蛍光材料を含んだ。電子輸送領域１５は、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）を含み第２の電子輸送材料として使用され混合領域と接触する第１の層と、トリス（８−ヒドロキシキノリン）アルミニウム（Ａｌｑ₃）で実質的に構成されカソード１６と接触する第２の層との２層で構成された。正孔輸送領域の厚さは約２５ｎｍであり、混合領域の厚さは約８０ｎｍであり、電子輸送領域の第１の層の厚さは約１０ｎｍであり、電子輸送領域の第２の層の厚さは約１０ｎｍであり、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、正孔輸送領域１３、混合層１４、および電子輸送領域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。

図２の素子２０のような構造を有する第８の有機発光素子（Ｉ−Ｈ）を作製して評価を行った。正孔輸送領域２３は、第２の正孔輸送材料としてＮ，Ｎ'−ジ（ナフタレン−１−イル）−Ｎ，Ｎ'−ジフェニル−ベンジジン（ＮＰＢ）を含んだ。混合領域２４は、約４９．８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）および約４９．８重量％の（８−ヒドロキシキノリン）アルミニウム（Ａｌｑ₃）で実質的に構成され、それぞれ第１の正孔輸送材料および第１の電子輸送材料として使用され、さらに約０．４重量％のルブレン蛍光材料を含んだ。電子輸送領域２５は、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）で実質的に構成され第２の電子輸送材料として使用され混合領域と接触する第１の層と、トリス（８−ヒドロキシキノリン）アルミニウム（Ａｌｑ₃）で構成されカソード２６と接触する第２の層との２層で構成された。正孔輸送領域の厚さは約２５ｎｍであり、混合領域の厚さは約８０ｎｍであり、電子輸送領域の第１の層の厚さは約２０ｎｍであり、電子輸送領域の第２の層の厚さは約１０ｎｍであり、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２２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２６との間に、正孔輸送領域２３、混合層２４、および電子輸送領域２５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２６上にコーティングした。

上記の有機発光素子は、約６×１０^-6ｔｏｒｒの圧力で真空蒸着法を使用して製造した。各素子について、正孔輸送領域は約３Ａ／ｓの速度で正孔輸送材料を蒸着して作製した。混合領域は、約０．１〜約１０Ａ／ｓの間で個々の蒸着速度を調整して別々の供給源から純粋（約９９．９重量％）正孔輸送材料、純粋電子輸送材料、およびルミネセンス材料を同時蒸着することによって作製し、所望の混合比を得た。電子輸送領域は約３Ａ／ｓの速度で電子輸送材料を蒸着して作製した。

正孔輸送領域、混合領域、および電子輸送領域を形成した後に、１００％純Ｍｇおよび純Ａｇをそれぞれ９Ａ／ｓおよび１Ａ／ｓの速度で同時蒸着してＭｇ：Ａｇ金属カソードを付着させ、厚さ約１２０ｎｍの層を形成させた。カソード上には、厚さ約２００ｎｍのＳｉＯ層で構成される熱保護要素をコーティングした。正孔輸送領域、混合領域、電子輸送領域、カソード、および熱保護要素のすべての層は、真空を中断することなく同じ真空ポンプサイクル中で付着させた。

表１は、第２の正孔輸送材料、第１の正孔輸送材料、第１の電子輸送材料、第２の電子輸送材料、さらに混合領域中の追加のルミネセンス材料を使用した場合、その材料を示している。

製造後に、すべての素子の輝度、色、およびエレクトロルミネセンス効率を、電流密度約２５ｍＡ／ｃｍ²においてミノルタ（Ｍｉｎｏｌｔａ）モデルＣＳ１００クロマ・メーター（Ｃｈｒｏｍａ Ｍｅｔｅｒ）を使用して測定した。平均電流密度２５ミリアンペア／平方ｃｍ（ｍＡ／ｃｍ²）においてＡＣドライブ条件で窒素ガス中約２２℃の室温および約７０℃の高温で素子を作動させて作動寿命を測定し、各素子の初期輝度からの素子の半減期（素子の輝度が初期輝度の半分に減少するまでに経過した時間）で表した。通常条件の標準的初期表示輝度１００ｃｄ／ｍ²よりも数倍明るい非常に高い初期輝度で素子の半減期を測定しているので、２５ｍＡ／ｃｍ²における測定半減期は高応力条件下での加速された半減期を示しており、これは通常の初期表示輝度１００ｃｄ／ｍ²よりも長い半減期に対応する。表２は、２５ｍＡ／ｃｍ²における輝度、色、エレクトロルミネセンス効率、２５ｍＡ／ｃｍ²および２２℃における半減期、２２℃で作動させた場合の初期輝度１００ｃｄ／ｍ²からの推定半減期、２５ｍＡ／ｃｍ²および７０℃における半減期、および７０℃で作動させた場合の初期輝度１００ｃｄ／ｍ²からの推定半減期を示している。

数値が大きいほど、優れた輝度、効率、および半減期を示す。

例えば上記実施例の実施形態による有機発光素子は、約７０℃〜約１００℃の範囲の温度などの高温で、初期輝度約１００ｃｄ／ｍ²で数千時間の素子半減期となる用途に使用することができる。さらに、本発明による有機発光素子は、混合領域に異なるルミネセンス材料を使用することによって、例えば赤、黄、緑、または青などの異なる色を発光することができる。対照的に、一部の従来技術の有機発光素子の半減期は、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ことが知られている。さらに上記実施例は、広範囲の材料から第２の正孔輸送材料を選択できることを示しているので、正孔輸送領域の製造に経済的な材料を使用することができ、より高価な材料の混合領域への使用を制限することができる。例えば、混合領域に異なる正孔輸送材料を使用している素子Ｉ−Ｄ、Ｉ−Ｇ、およびＩ−Ｈは、輝度、効率、色、および安定性に関して実質的に同等の性能を示している。

［実施例II］
第１の電子輸送材料と第２の電子輸送材料が同じ材料ではない有機発光素子図２の素子２０のような構造を有する第１の有機発光素子（ＩＩ−Ａと呼ぶ）を作製して評価を行った。正孔輸送領域２３は、銅フタロシアニン（ＣｕＰｃ）を含みアノード２２と接触する第１の層と、第２の正孔輸送材料としてのＮ，Ｎ−ジ（ナフタレン−１−イル）−Ｎ，Ｎ'−ジフェニル−ベンジジン（ＮＰＢ）で実質的に構成され混合領域２４と接触する第２の層との２層を含んだ。混合領域２４は、約４９．８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）および約４９．８重量％の（８−ヒドロキシキノリン）アルミニウム（Ａｌｑ₃）で実質的に構成され、それぞれ第１の正孔輸送材料および第１の電子輸送材料として使用され、さらに約０．４重量％のルブレン蛍光材料を含んだ。電子輸送領域２５は、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）を含み第２の電子輸送材料として使用され混合領域と接触する第１の層と、トリス（８−ヒドロキシキノリン）アルミニウム（Ａｌｑ₃）で実質的に構成されカソード２６と接触する第２の層との２層で構成された。正孔輸送領域の第１の層の厚さは約１５ｎｍであり、正孔輸送領域の第２の層の厚さは約１０ｎｍであり、混合領域の厚さは約８０ｎｍであった。電子輸送領域の第１の層の厚さは約１０ｎｍであった。電子輸送領域の第２の層の厚さは約１０ｎｍであり、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２２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２６との間に、正孔輸送領域２３、混合層２４、および電子輸送領域２５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２６上にコーティングした。

比較のため、電子輸送領域がＡｌｑ₃を含む１層で構成され、第２の電子輸送材料の厚さが約２０ｎｍであることを除けば素子ＩＩ−Ａと同じ構造の第２の有機発光素子（ＩＩ−Ｂ）も作製した。このエレクトロルミネセンス素子は、第１の正孔輸送材料と第２の正孔輸送材料が同じであり（どちらもＮＰＢを含む）、第１の電子輸送材料と第２の電子輸送材料も同じである（どちらもＡｌＱ₃）を含む。

上記の有機発光素子は、約６×１０^-6ｔｏｒｒの圧力で真空蒸着法を使用して製造した。正孔輸送領域は約３Ａ／ｓの速度で正孔輸送材料を蒸着して作製した。混合領域は、例えば約０．１〜約１０Ａ／ｓの間で個々の蒸着速度を調整して別々の供給源から純粋正孔輸送材料、純粋電子輸送材料、および選択した場合にはルミネセンス材料を同時蒸着することによって作製し、所望の混合比を得た。電子輸送領域は約３Ａ／ｓの速度で電子輸送材料を蒸着して作製した。

正孔輸送領域、混合領域、および電子輸送領域を形成した後に、純Ｍｇおよび純Ａｇをそれぞれ９Ａ／ｓおよび１Ａ／ｓの速度で同時蒸着してＭｇ：Ａｇ金属カソードを付着させ、厚さ約１２０ｎｍの層を形成させた。カソード上には、厚さ約２００ｎｍのＳｉＯ層で構成される熱保護要素をコーティングした。正孔輸送領域、混合領域、電子輸送領域、カソード、および熱保護要素のすべての層は、真空を中断することなく同じ真空ポンプサイクル中で付着させた。

製造後に、素子の輝度、色、およびエレクトロルミネセンス効率を電流密度約２５ｍＡ／ｃｍ²で測定した。平均電流密度２５ｍＡ／ｃｍ²においてＡＣドライブ条件で窒素ガス中約２２℃の室温および約９０℃の高温で素子を作動させて作動寿命を測定し、各素子の初期輝度からの素子の半減期（素子の輝度が初期輝度の半分に減少するまでに経過した時間）で表した。通常条件の標準的初期表示輝度１００ｃｄ／ｍ²よりも数倍明るい非常に高い初期輝度で素子の半減期を測定しているので、２５ｍＡ／ｃｍ²における測定半減期は高応力条件下での加速された半減期を示しており、これは通常の初期表示輝度１００ｃｄ／ｍ²よりも長い半減期に対応する。表３は、２５ｍＡ／ｃｍ²における輝度、色、エレクトロルミネセンス効率、２５ｍＡ／ｃｍ²および２２℃における半減期、２２℃で作動させた場合の初期輝度１００ｃｄ／ｍ²からの推定半減期、２５ｍＡ／ｃｍ²および９０℃における半減期、および９０℃で作動させた場合の初期輝度１００ｃｄ／ｍ²からの推定半減期を示している。

この実施例から、本発明の実施形態による有機発光素子（素子ＩＩ−Ａ）素子ＩＩ−Ｂよりも高い輝度および高いエレクトロルミネセンス効率を示す（２つの性質のそれぞれで素子ＩＩ−Ａは素子ＩＩ−Ｂよりも約２２．５％高い）ことが分かる。より高い輝度およびエレクトロルミネセンス効率は、ある輝度を得るために必要な電流が少ないということである（したがって、電力消費が軽減される）。また、より高い輝度および効率は、初期輝度１００ｃｄ／ｍ²からの素子半減期がより長くなるということであり、その理由は、効率が向上したことでより少ない電流で初期輝度１００ｃｄ／ｍ²が得られ、ドライブ電流が増加すると素子の劣化が加速するからである。

［実施例III］
この実施例では、第１の正孔輸送材料と第２の正孔輸送材料は同じではなく、得られるエレクトロルミネセンス（ＥＬ）素子は、第１の正孔輸送材料と第２の正孔輸送材料が同じであるその他の有機発光素子と比較すると高温でより高いドライブ電圧安定性を示す。

図３の素子３０のような構造を有する第１の有機発光素子（ＩＩＩ−Ａ）を作製して評価を行った。正孔輸送領域３３は、第２の正孔輸送材料として銅フタロシアニン（ＣｕＰｃ）を含んだ。混合領域３４は、約４９．８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）、約４９．８重量％の（８−ヒドロキシキノリン）アルミニウム（Ａｌｑ₃）を実質的に含み、それぞれ第１の正孔輸送材料および第１の電子輸送材料として使用され、さらに約０．４重量％のルブレン蛍光材料を含んだ。電子輸送領域３５は、第２の電子輸送領域として用いられトリス（８−ヒドロキシキノリン）アルミニウム（Ａｌｑ₃）を含んだ。正孔輸送領域の厚さは約２５ｎｍであり、混合領域の厚さは約８０ｎｍであり、電子輸送領域の厚さは約２０ｎｍであり、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３２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３６との間に、正孔輸送領域３３、混合層３４、および電子輸送領域３５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３６上にコーティングした。

比較のため、正孔輸送領域が第２の正孔輸送材料として厚さ約２５ｎｍ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）を含んだことを除けば、素子ＩＩＩ−Ａと同じ構造を有する第２の有機発光素子（ＩＩＩ−Ｂ）を作製した。この第２の素子では、第１の正孔輸送材料と第２の正孔輸送材料が同じ材料または化合物（ＮＰＢ）で構成され、第１の電子輸送材料と第２の電子輸送材料はどちらもＡｌＱ₃で構成された。

これらの有機発光素子は、約６×１０^-6ｔｏｒｒの圧力で真空蒸着法を使用して製造した。正孔輸送領域は約３Ａ／ｓの速度で正孔輸送材料を蒸着して作製した。混合領域は、例えば約０．１〜約１０Ａ／ｓの間で個々の蒸着速度を調整して別々の供給源から純粋正孔輸送材料、純粋電子輸送材料、および存在した場合にはルミネセンス材料を同時蒸着することによって作製し、所望の混合比を得た。電子輸送領域は約３Ａ／ｓの速度で電子輸送材料を蒸着して作製した。

正孔輸送領域、混合領域、および電子輸送領域を形成した後に、純Ｍｇおよび純Ａｇをそれぞれ９Ａ／ｓおよび１Ａ／ｓの速度で同時蒸着してＭｇ：Ａｇ金属カソードを付着させ、厚さ約１２０ｎｍの層を形成させた。カソード上には、厚さ約２００ｎｍのＳｉＯ層で構成される熱保護要素をコーティングした。正孔輸送領域、混合領域、電子輸送領域、カソード、および熱保護要素のすべての層は、真空を中断することなく同じ真空ポンプサイクル中で付着させた。

平均電流密度３１．２５ｍＡ／ｃｍ²においてＡＣドライブ条件で窒素ガス中９０℃の温度で素子を作動させて同一条件において、第１および第２の有機発光素子のドライブ電圧の変化（上昇）を測定した。この電流密度では、第１の素子（素子ＩＩＩ−Ａ）および第２の素子（ＩＩＩ−Ｂ）の初期輝度はそれぞれ約１，６００ｃｄ／ｍ²および１，８５０ｃｄ／ｍ²であり、２つの素子の初期ドライブ電圧はそれぞれ９ボルトおよび７．８ボルトであった。表４は、この温度および電流密度で、記載の時間のあいだ連続作動させた後の各素子の初期ドライブ電圧に対するパーセンテージとして２つの素子のドライブ電圧の上昇を示しており、０．１％未満は検出できない。

表４の結果から、有機発光素子（素子ＩＩＩ−Ｂ）と比較すると、本発明による素子（素子ＩＩＩ−Ａ）は、９０℃、電流密度３１．２５ｍＡ／ｃｍ²において２５０時間作動させた後でもはるかに電圧上昇が少ないというはるかに高いドライブ電圧安定性を示すことが分かる。したがって、本発明の実施形態による素子は、有機発光素子を高温で長時間作動させる必要があり、特により高いドライブ電圧安定性が望ましい場合の用途により好適である。

本発明に係る有機発光素子の断面図である。 本発明に係る有機発光素子の断面図である。 本発明に係る有機発光素子の断面図である。 本発明に係る有機発光素子の断面図である。 本発明に係る有機発光素子の断面図である。

符号の説明

１０，２０，３０，４０、及び５０……有機発光素子
１２、２２、３２、４２、及び５２……アノード
１３、２３、３３、及び４３………正孔輸送領域
１４、２４、３４、４４、及び５４……混合領域
１５，２５，３５、及び５５………電子輸送領域
１６、２６、３６、４６、及び５６……カソード

Claims (1)

1. （ｉ）第１の電極と、
   （ｉｉ）第１の正孔輸送材料と第１の電子輸送材料とを含む混合領域と、
   （ｉｉｉ）第２の電極と、
   （ｉｖ）前記第１および第２の電極の一方の上にコーティングされた任意の熱保護層と
   を含む有機発光素子であって、前記第１および第２の電極のうちの一方は正孔注入アノードであり、前記第１および第２の電極のうちの一方は電子注入カソードであり、前記有機発光素子は、
   （ｖ）前記アノードと前記混合領域の間に挿入され、第２の正孔輸送材料を含み、この材料が前記混合領域と接触する正孔輸送領域と、
   （ｖｉ）前記カソードと前記混合領域の間に挿入され、第２の電子材料を含み、この材料が前記混合領域と接触する電子輸送領域と、の少なくとも１つをさらに含み、
   ａ．前記第１の正孔輸送材料（ｉｉ）が前記第２の正孔輸送材料（ｖ）と類似または異種である前記正孔輸送領域（ｖ）と、
   ｂ．前記第１の電子輸送材料（ｉｉ）が前記第２の電子輸送材料と類似または異種である前記電子輸送領域（ｖｉ）と、の少なくとも１つを含有し、ａ．が類似の場合ｂ．は異種であり、ａ．が異種の場合はｂ．は類似または異種であり、ｂ．が異種の場合ａ．は類似または異種である有機発光素子。

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