JP2014168088A - 有機エレクトロルミネッセンス素子 - Google Patents
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Abstract
【課題】有機ＥＬ素子の長寿命化の手段を提供すること。
【解決手段】対向した陰極および陽極の間に、ホスト材料とドーパント材料とを含有する発光層と、正孔輸送層とを少なくとも有する有機ＥＬ素子において、発光層の陽極側に接するように中間層が設けられ、中間層の陽極側に前記正孔輸送層が設けられ、正孔輸送層を構成する正孔輸送材料のイオン化ポテンシャルＥ１と、中間層を構成する中間材料のイオン化ポテンシャルＥ２と、ホスト材料のイオン化ポテンシャルＥ３と、ドーパント材料のイオン化ポテンシャルＥ４と、が式（２）、（３）を満たし、中間材料は、カルバゾール環及びカルボリン環のうちいずれか一つを有する化合物である。（２）Ｅ１＜Ｅ２≦Ｅ３（３）Ｅ２＞Ｅ４
【選択図】図２
【解決手段】対向した陰極および陽極の間に、ホスト材料とドーパント材料とを含有する発光層と、正孔輸送層とを少なくとも有する有機ＥＬ素子において、発光層の陽極側に接するように中間層が設けられ、中間層の陽極側に前記正孔輸送層が設けられ、正孔輸送層を構成する正孔輸送材料のイオン化ポテンシャルＥ１と、中間層を構成する中間材料のイオン化ポテンシャルＥ２と、ホスト材料のイオン化ポテンシャルＥ３と、ドーパント材料のイオン化ポテンシャルＥ４と、が式（２）、（３）を満たし、中間材料は、カルバゾール環及びカルボリン環のうちいずれか一つを有する化合物である。（２）Ｅ１＜Ｅ２≦Ｅ３（３）Ｅ２＞Ｅ４
【選択図】図２
Description
本発明は、有機エレクトロルミネッセンス素子（以下、有機ＥＬ素子ということもある）に関する。
有機ＥＬ素子は、低電圧で高輝度の発光が得られるため照明装置や、表示素子として注目されている。
有機ＥＬ素子は発光する化合物を含有する発光層を、陰極と陽極で挟んだ構成を有し、発光層に、陰極及び陽極から電子および正孔を注入して、これを再結合させることにより励起子（エキシトン）を生成させ、このエキシトンが失活する際の光の放出（蛍光・りん光）を利用して発光する素子である。
これまで、有機ＥＬ素子の長寿命化については、その実用化、また各種の応用にとって重要であり、これまでも種々検討が行われている。多く長寿命化の手段が提案されており、封止、また組み立て両面からの検討がされている。これら両面からの総合的な検討によって有機ＥＬ素子の長寿命化が達成されてきているが、更に継続的に検討が行われている。その試みの一つとして、ドーパント分子を含有する発光層を有する有機ＥＬ素子において、発光層内で発光領域を、つまりは、発光層内におけるドーパント分子の含有量の濃度を制御することで、発光層内部領域での発光を主とし、発光層界面での発光を抑制することで、長寿命化することが報告されている（例えば、特許文献１参照。）。
しかしながら、有機ＥＬ素子長寿命化に対する要望は依然大きく、更なる具体的手段、技術が望まれている。
本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、有機ＥＬ素子の長寿命化の手段を提供することである。
本発明の上記課題は、下記手段により解決される。
１．対向した陰極および陽極の間に、ホスト材料とドーパント材料とを含有する発光層と、正孔輸送層とを少なくとも有する有機エレクトロルミネッセンス素子において、
前記発光層の陽極側に接するように中間層が設けられ、
前記中間層の陽極側に前記正孔輸送層が設けられ、
前記正孔輸送層を構成する正孔輸送材料のイオン化ポテンシャルＥ１と、前記中間層を構成する中間材料のイオン化ポテンシャルＥ２と、前記ホスト材料のイオン化ポテンシャルＥ３と、前記ドーパント材料のイオン化ポテンシャルＥ４と、が下式（２）及び（３）を満たし、
（２） Ｅ１＜Ｅ２≦Ｅ３
（３） Ｅ２＞Ｅ４
前記中間材料は、カルバゾール環及びカルボリン環のうちいずれか一つを有する化合物であって、但し、下記化合物である場合は除くことを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子。
前記発光層の陽極側に接するように中間層が設けられ、
前記中間層の陽極側に前記正孔輸送層が設けられ、
前記正孔輸送層を構成する正孔輸送材料のイオン化ポテンシャルＥ１と、前記中間層を構成する中間材料のイオン化ポテンシャルＥ２と、前記ホスト材料のイオン化ポテンシャルＥ３と、前記ドーパント材料のイオン化ポテンシャルＥ４と、が下式（２）及び（３）を満たし、
（２） Ｅ１＜Ｅ２≦Ｅ３
（３） Ｅ２＞Ｅ４
前記中間材料は、カルバゾール環及びカルボリン環のうちいずれか一つを有する化合物であって、但し、下記化合物である場合は除く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．前記ドーパント材料が、りん光発光することを特徴とする第１項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
３．前記ドーパント材料の三重項励起エネルギーが２．５８ｅＶ以上であることを特徴とする第１項または第２項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
４．前記ドーパント材料のイオン化ポテンシャルＥ４が５．３ｅＶ以下であることを特徴とする第１項〜第３項のいずれか１項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
５．前記中間材料の三重項励起エネルギーが２．５８ｅＶ以上であることを特徴とする第１項〜第４項のいずれか１項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
６．前記中間材料と、前記ホスト材料が同一化合物であることを特徴とする第１項〜第５項のいずれか１項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
７．前記中間層の膜厚が１〜２０ｎｍであることを特徴とする第１項〜第６項のいずれか１項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
８．前記正孔輸送層の膜厚Ｌ１と、前記中間層の膜厚Ｌ２と、前記発光層の膜厚Ｌ３と、が下式（４）を満たすことを特徴とする第１項〜第７項のいずれか１項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
（４） ０．００１＜Ｌ２／（Ｌ１＋Ｌ２＋Ｌ３）＜０．２
（４） ０．００１＜Ｌ２／（Ｌ１＋Ｌ２＋Ｌ３）＜０．２
９．前記ホスト材料は、カルバゾール環及びカルボリン環のうちいずれか一つを有することを特徴とする第１項〜第８項のいずれか１項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
１０．前記ドーパント材料が下記一般式（１）で表される部分構造をもつ化合物であることを特徴とする第１項〜第９項のいずれか１項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
（式中、Ｘ１、Ｘ２及びＸ３は、それぞれ、炭素又は窒素原子を表し、Ｚ１は５員の芳香族複素環を形成するのに必要な残基を表し、Ｚ２は６員の芳香族環、５員又は６員の芳香族複素環を表し、ＭはＩｒ又はＰｔを表す。）
１１．前記ドーパント材料が下記一般式（６）で表される部分構造をもつ化合物であることを特徴とする第１項〜第１０項のいずれか１項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
（式中、Ｘ２及びＸ３は、それぞれ、炭素又は窒素原子を表し、Ｒ２、Ｒ３及びＲ４は、それぞれ、水素原子又は置換基を表し、Ｚ２は６員の芳香族環、５員又は６員の芳香族複素環を表し、ＭはＩｒ又はＰｔを表す。）
本発明により、長寿命な有機ＥＬ素子が得られた。
以下、本発明を実施するための最良の形態について説明するが、これらのみに限定されるものではない。
本発明の有機ＥＬ素子は、対向した陰極と、陽極の間に、ホスト材料と、ドーパント材料とを含有する発光層と、正孔輸送層を少なくとも有する有機エレクトロルミネッセンス素子であって、発光層の陽極側に接するように中間層が設けられ、さらに、中間層の陽極側に接するように正孔輸送層が設けられており、陽極側から正孔輸送層、中間層、発光層が順に積層された構造を有している。
本発明において、ホスト材料の電子移動度μｅと正孔移動度μｈは、下式（１）を満たすことを特徴とする。
（１） μｅ＞μｈ
図１は、有機ＥＬ素子において、中間層がない場合の、正孔輸送材料、発光層のホスト材料、ドーパント材料のイオン化ポテンシャル（それぞれＥ１、Ｅ３、Ｅ４）の関係を模式的に示した図である。中間層が無い場合（図１）は、正孔輸送層からホスト材料へと正孔が注入されると、ホスト材料の電子移動度μｅが正孔移動度μｈより大きいと、注入された正孔は陰極側へと移動することができず、ドーパント材料にトラップされ、電子がドーパント材料に注入されたときに発光が起こることになる。そのため、ドーパント材料にホールをトラップした時間が長くなり、ドーパント材料が劣化した結果、有機ＥＬ素子の寿命が短くなる。
図１は、有機ＥＬ素子において、中間層がない場合の、正孔輸送材料、発光層のホスト材料、ドーパント材料のイオン化ポテンシャル（それぞれＥ１、Ｅ３、Ｅ４）の関係を模式的に示した図である。中間層が無い場合（図１）は、正孔輸送層からホスト材料へと正孔が注入されると、ホスト材料の電子移動度μｅが正孔移動度μｈより大きいと、注入された正孔は陰極側へと移動することができず、ドーパント材料にトラップされ、電子がドーパント材料に注入されたときに発光が起こることになる。そのため、ドーパント材料にホールをトラップした時間が長くなり、ドーパント材料が劣化した結果、有機ＥＬ素子の寿命が短くなる。
図２に、本発明に係わる有機ＥＬ素子において、中間層を設けたときの、正孔輸送材料、中間（層）材料、発光層のホスト材料、ドーパント材料のイオン化ポテンシャルの関係を模式的に示した。本発明において、中間層は、正孔輸送層と発光層の間に、挿入され（図２）、正孔輸送層を構成する正孔輸送材料のイオン化ポテンシャルＥ１と、前記中間層を構成する中間材料のイオン化ポテンシャルＥ２と、前記ホスト材料のイオン化ポテンシャルＥ３と、前記ドーパント材料のイオン化ポテンシャルＥ４と、は下式（２）、（３）を満たす様に選択されるものである。
（２） Ｅ１＜Ｅ２≦Ｅ３
（３） Ｅ２＞Ｅ４
これにより、発光層中でのドーパント材料による正孔トラップ時間を制御し、それによりドーパント材料の劣化を抑制し、長寿命化を図ることができることを見出した。
（３） Ｅ２＞Ｅ４
これにより、発光層中でのドーパント材料による正孔トラップ時間を制御し、それによりドーパント材料の劣化を抑制し、長寿命化を図ることができることを見出した。
従って、本発明における最良の態様一つとしては、正孔輸送層を構成する正孔輸送材料のイオン化ポテンシャルＥ１と、前記中間層を構成する中間材料のイオン化ポテンシャルＥ２と、前記ホスト材料のイオン化ポテンシャルＥ３と、前記ドーパント材料のイオン化ポテンシャルＥ４とが前記式（２）、（３）を満たしている場合である。
ドーパント材料としては、蛍光発光するドーパント材料と、りん光発光するドーパント材料を比較したとき、りん光発光するドーパント材料の方が好ましい。つまり、りん光発光するドーパント材料の方が、蛍光発光するドーパント材料よりも、正孔トラップ状態での安定性が低く、そのために、正孔トラップ時間を短くしたときに、りん光発光するドーパント材料のほうがより長寿命化の効果が現れる。
ドーパント材料としては、三重項励起エネルギーが２．５８ｅＶ以上、即ち、青領域に発光波長があるものが好ましい。つまり、ドーパント材料では三重項励起エネルギーが大きなものほど劣化がしやすくなる。そのため、三重項励起エネルギーが２．５８ｅＶ以上である青領域に発光波長があるドーパント材料のほうがより長寿命化の効果が現れる。
ドーパント材料としては、イオン化ポテンシャルＥ４が５．３ｅＶ以下であるものが好ましい。つまり、ドーパント材料では、イオン化ポテンシャルが５．３ｅＶ以下のものが、正孔をトラップしやすいため劣化がしやすくなる。そのため、イオン化ポテンシャルが５．３ｅＶ以下であるドーパント材料のほうがより長寿命化の効果が現れる。
本発明の中間層は正孔輸送層と接していてもよく、また中間層と正孔輸送層との間に発光層が存在していてもよい。
中間層を構成する中間材料としては、三重項励起エネルギーが２．５８ｅＶ以上であるものがより好ましい。つまり、中間材料では、三重項励起エネルギーが２．５８ｅＶ以上であるものが、ドーパント内に励起エネルギーを閉じ込めることができるので、三重項励起エネルギーが２．５８ｅＶ以上の中間材料が、発光効率を向上させることができる。
中間材料は、ホスト材料と同一化合物であるものが好ましい。これによって、より一層長寿命化を図ることができる。
中間層の膜厚Ｌ２は、１〜２０ｎｍであるものが好ましい。つまり、中間層の膜厚Ｌ２が１〜２０ｎｍであるもののほうがより長寿命化の効果が現れる。
より好ましくは、中間層の膜厚Ｌ２は、５〜１０ｎｍが好ましい。これによって、より一層長寿命化を図ることができる。
また、正孔輸送層の膜厚Ｌ１と、中間層の膜厚Ｌ２と、発光層の膜厚Ｌ３は、下式（４）を満たすものが好ましい。
（４） ０．００１＜Ｌ２／（Ｌ１＋Ｌ２＋Ｌ３）＜０．２
これにより、より一層の長寿命化を図ることができる。
これにより、より一層の長寿命化を図ることができる。
また、本発明における最良の態様のひとつとしては、対向した陰極と、陽極の間に、ホスト材料とドーパント材料とを含有する発光層と、正孔輸送層とを少なくとも有する有機エレクトロルミネッセンス素子において、発光層の陽極側に接するように中間層が設けられ、さらに、中間層の陽極側に接するように正孔輸送層が設けられており、陽極側から正孔輸送層、中間層、発光層が順に積層された構造を有し、正孔輸送材料の正孔移動度μ１と、中間材料の正孔移動度μ２が下式（５）を満たすことである。
（５） μ１＞μ２
これにより、発光層中でのドーパント材料による正孔トラップ時間を制御し、ドーパント材料の劣化を抑制して、さらなる長寿命化を図ることができることを見出した。
これにより、発光層中でのドーパント材料による正孔トラップ時間を制御し、ドーパント材料の劣化を抑制して、さらなる長寿命化を図ることができることを見出した。
即ち、正孔輸送層と発光層の間に上記条件を満たす中間層が挿入されることで、正孔の移動時間が遅くなり、つまりは、中間層を正孔が流れることにより、中間層が無い場合と比較して、ドーパント材料に注入される正孔の数が、抑制される。
このとき、ホスト材料の電子移動度μｅがホスト材料のμｈよりも大きいと、陰極側からホスト材料に注入されてきた電子が、発光層内の中間層側の領域に多く存在することになり、その結果、上記した中間層を挿入し、中間層からドーパント材料へと注入された正孔が、ドーパント材料にトラップされると短い時間で発光することができる。
したがって、ホスト材料の電子移動度μｅと正孔移動度μｈが下式（１）を満たすことが、さらなる長寿命化を図ることができる点で好ましい。
（１） μｅ＞μｈ
また、従って、本発明において、前記式（２）、（３）そして式（５）を同時に満たすことはより好ましく、更に、式（１）を満たすことは長寿命化を図るうえでより好ましいものである。
また、従って、本発明において、前記式（２）、（３）そして式（５）を同時に満たすことはより好ましく、更に、式（１）を満たすことは長寿命化を図るうえでより好ましいものである。
即ち、対向した陰極と、陽極の間に、ホスト材料とドーパント材料とを含有する発光層と、正孔輸送層を少なくとも有する有機エレクトロルミネッセンス素子において、発光層の陽極側に接するように中間層が設けられ、さらに、中間層の陽極側に接するように正孔輸送層が設けられており、陽極側から正孔輸送層、中間層、発光層が順に積層された構造を有し、さらに、正孔輸送層を構成する正孔輸送材料のイオン化ポテンシャルＥ１と、前記中間層を構成する中間材料のイオン化ポテンシャルＥ２と、前記ホスト材料のイオン化ポテンシャルＥ３と、前記ドーパント材料のイオン化ポテンシャルＥ４と、が下式（２）、（３）を満たし、
（２） Ｅ１＜Ｅ２≦Ｅ３
（３） Ｅ２＞Ｅ４
かつ、正孔輸送材料の正孔移動度μ１と、中間材料の正孔移動度μ２が下式（５）を満たすことで、
（５） μ１＞μ２
発光層中でのドーパント材料による正孔トラップ時間を制御し、ドーパント材料の劣化を抑制することで、さらなる長寿命化を図ることができる。
（２） Ｅ１＜Ｅ２≦Ｅ３
（３） Ｅ２＞Ｅ４
かつ、正孔輸送材料の正孔移動度μ１と、中間材料の正孔移動度μ２が下式（５）を満たすことで、
（５） μ１＞μ２
発光層中でのドーパント材料による正孔トラップ時間を制御し、ドーパント材料の劣化を抑制することで、さらなる長寿命化を図ることができる。
また、この場合においても、ホスト材料の電子移動度μｅと正孔移動度μｈが下式（１）を満たすことが、同様に、より長寿命化を図ることができ好ましい。
μｅ＞μｈ
本発明の有機ＥＬ素子の構成層についてさらに詳細に説明する。
本発明において、有機ＥＬ素子の層構成の好ましい具体例を以下に示すが、本発明はこれらに限定されない。
（１） 陽極／正孔輸送層／中間層／発光層／陰極
（２） 陽極／正孔輸送層／中間層／発光層／電子輸送層／陰極
（３） 陽極／正孔輸送層／中間層／発光層／正孔阻止層／電子輸送層／陰極
（４） 陽極／正孔輸送層／中間層／発光層／電子輸送層／陰極
（５） 陽極／正孔輸送層／中間層／電子阻止層／発光層／正孔阻止層／電子輸送層／陰極
（６） 陽極／陽極バッファー層／正孔輸送層／中間層／電子阻止層／発光層／正孔阻止層／電子輸送層／陰極バッファー層／陰極
（７） 陽極／陽極バッファー層／正孔輸送層／発光層／中間層／電子阻止層／発光層／正孔阻止層／電子輸送層／陰極バッファー層／陰極
《陽極》
有機ＥＬ素子における陽極としては、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。
μｅ＞μｈ
本発明の有機ＥＬ素子の構成層についてさらに詳細に説明する。
本発明において、有機ＥＬ素子の層構成の好ましい具体例を以下に示すが、本発明はこれらに限定されない。
（１） 陽極／正孔輸送層／中間層／発光層／陰極
（２） 陽極／正孔輸送層／中間層／発光層／電子輸送層／陰極
（３） 陽極／正孔輸送層／中間層／発光層／正孔阻止層／電子輸送層／陰極
（４） 陽極／正孔輸送層／中間層／発光層／電子輸送層／陰極
（５） 陽極／正孔輸送層／中間層／電子阻止層／発光層／正孔阻止層／電子輸送層／陰極
（６） 陽極／陽極バッファー層／正孔輸送層／中間層／電子阻止層／発光層／正孔阻止層／電子輸送層／陰極バッファー層／陰極
（７） 陽極／陽極バッファー層／正孔輸送層／発光層／中間層／電子阻止層／発光層／正孔阻止層／電子輸送層／陰極バッファー層／陰極
《陽極》
有機ＥＬ素子における陽極としては、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、薄膜を形成させたり、また、フォトリソグラフィー法を用いて、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。
この陽極から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。さらに電極の膜厚は材料にもよるが、通常１０ｎｍ〜１０００ｎｍ、好ましくは１０ｎｍ〜２００ｎｍの範囲で選ばれる。
《陰極》
一方、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。
一方、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１０ｎｍ〜５μｍ、好ましくは５０ｎｍ〜２００ｎｍの範囲で選ばれる。なお、発光した光を透過させるため、有機ＥＬ素子の陽極または陰極のいずれか一方が、透明または半透明であれば発光輝度が向上し好都合である。
また、陰極に上記金属を１〜２０ｎｍの膜厚で作製した後に、陽極の説明で挙げた導電性透明材料をその上に作製することで、透明または半透明の陰極を作製することができ、これを応用することで陽極と陰極の両方が透過性を有する素子を作製することができる。
本発明における発光層は、ホスト材料とドーパント材料を含有し、陰極側、陽極側から、ホスト材料へと注入された電子および正孔が、ドーパント材料により再結合して発光する層である。発光する部分は発光層の層内であっても発光層と発光層と隣接する層の界面であってもよい。
本発明におけるホスト材料、ドーパント材料とは、発光層を構成し、発光層内での混合比が多いほうがホスト材料、少ないほうがドーパント材料である。
本発明に係わる有機ＥＬ素子の発光層に含まれるホスト化合物は、発光層に含有される化合物の中で、その層中の質量比が２０％以上であることが好ましい。
本発明に係わる有機ＥＬ素子の発光層に含まれるホスト化合物は、室温（２５℃）におけるリン光発光のリン光量子収率が、０．１未満の化合物であり、好ましくはリン光量子収率が０．０１未満である。
上記リン光量子収率は、第４版実験化学講座７の分光IIの３９８頁（１９９２年版、丸善）に記載の方法により測定できる。溶液中でのリン光量子収率は種々の溶媒を用いて測定できるが、本発明に係るリン光発光体は、任意の溶媒のいずれかにおいて上記リン光量子収率（０．０１以上）が達成されればよい。
また、一方、りん光発光ドーパントは、励起三重項からの発光が観測される化合物であり、具体的には、室温（２５℃）にてりん光発光する化合物であり、りん光量子収率が、２５℃において０．０１以上の化合物であると定義されるが、好ましいりん光量子収率は０．１以上である。
本発明において、ホスト材料としては、カルバゾール環、カルボリン環、トリアリールアミン構造のうちいずれか一つを有する有機化合物である。本発明においてホスト材料として用いられるカルバゾール環、カルボリン環（アザカルバゾール環ともいい、前記カルバゾール環を構成する炭素原子のひとつが窒素原子で置き換わったものを表す。）トリアリールアミン構造を有する化合物の例を以下に挙げるが、これらに限定されるものではない。
本発明において、ドーパント材料としては下記の一般式（１）〜（６）に示す化合物が好ましく挙げられる。これらを用いるとき、長寿命化を図ることができる。
ドーパント材料としては、先ず、前記一般式（１）で表される部分構造をもつ化合物が挙げられる。
前記一般式（１）において、Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３は炭素又は窒素原子を表し、Ｚ１は５員の芳香族複素環を形成するのに必要な残基を表し、Ｚ２は６員の芳香族環、５員又は６員の芳香族複素環を表し、ＭはＩｒ又はＰｔを表す。
また、ドーパント材料は、前記一般式（１）のうち、下記一般式（２）で表される部分構造をもつ化合物が好ましい。
一般式（２）において、Ｘ２，Ｘ３は炭素又は窒素原子を表し、Ｙ１はＮＲ１、Ｏ、Ｓを表し、Ｙ２，Ｙ３は炭素又は窒素原子を表し、Ｚ２は６員の芳香族環、５員又は６員の芳香族複素環を表し、ＭはＩｒ又はＰｔを表し、また、Ｒ１は水素原子、脂肪族基、芳香族基、複素環基を表す。
また、ドーパント材料は、前記一般式（１）のうち、下記一般式（３）で表される部分構造をもつ化合物であることが好ましい。
一般式（３）において、Ｘ２，Ｘ３は炭素又は窒素原子を表し、Ｙ５はＮＲ１、Ｏ、Ｓを表し、Ｙ４，Ｙ６は炭素又は窒素原子を表し、Ｚ２は６員の芳香族環、５員又は６員の芳香族素環を表し、ＭはＩｒ又はＰｔを表し、また、Ｒ１は水素原子、脂肪族基、芳香族基、複素環基を表す。
また、前記一般式（１）のうち、ドーパント材料は、下記一般式（４）で表される部分構造をもつ化合物であることが好ましい。
一般式（４）において、Ｘ２，Ｘ３は炭素又は窒素原子を表し、Ｙ９はＮＲ１、Ｏ、Ｓを表し、Ｙ７，Ｙ８は炭素又は窒素原子を表し、Ｚ２は６員の芳香族環、５員又は６員の芳香族複素環を表し、ＭはＩｒ又はＰｔを表し、また、Ｒ１は水素原子、脂肪族基、芳香族基、複素環基を表す。
前記一般式（１）の部分構造をもつドーパント材料は、また、下記一般式（５）で表される部分構造をもつ化合物であることが好ましい。
一般式（５）において、Ｘ２，Ｘ３は炭素又は窒素原子を表し、Ｙ１０，Ｙ１１、Ｙ１２は炭素又は窒素原子を表し、Ｚ２は６員の芳香族環、５員又は６員の芳香族複素環を表し、ＭはＩｒ又はＰｔを表す。
前記一般式（１）において、Ｚ１で表される５員の芳香族複素環としては、例えば、オキサゾール環、オキサジアゾール環、オキサトリアゾール環、イソオキサゾール環、テトラゾール環、チアジアゾール環、チアトリアゾール環、イソチアゾール環、チオフェン環、フラン環、ピロール環、イミダゾール環、ピラゾール環、トリアゾール環等が挙げられる。
これらの環は、後述する一般式（６）のＲ２、Ｒ３、Ｒ４で表される置換基を有していても良い。
前記一般式（１）〜（６）においてＺ２で表される、６員の芳香族炭化水素環としては、ベンゼン環が挙げられる。
また、前記一般式（１）〜（６）においてＺ２で表される、５員の芳香族複素環または６員の芳香族複素環としては、例えば、オキサゾール環、オキサジアゾール環、オキサトリアゾール環、イソオキサゾール環、テトラゾール環、チアジアゾール環、チアトリアゾール環、イソチアゾール環、チオフェン環、フラン環、ピロール環、ピリジン環、ピリダジン環、ピリミジン環、ピラジン環、トリアジン環、イミダゾール環、ピラゾール環、トリアゾール環等が挙げられる。
これらの環は、後述する一般式（６）のＲ２、Ｒ３、Ｒ４で表される置換基を有していても良い。
また、前記一般式（１）〜（４）において、Ｒ１で表される脂肪族基とは、例えば、置換または無置換のアルキル基（例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ｔ−ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、オクチル基、ドデシル基、トリデシル基、テトラデシル基、ペンタデシル基等）、置換または無置換のアルケニル基（例えば、ビニル基、アリル基等）を表す。
また、芳香族基としては、例えば、フェニル基、ノニルフェニル基、ナフチル基などの基が挙げられる。
また、複素環基としては、芳香族複素環基（例えば、フリル基、チエニル基、ピリジル基、ピリダジニル基、ピリミジニル基、ピラジニル基、トリアジニル基、イミダゾリル基、ピラゾリル基、チアゾリル基、キナゾリニル基、フタラジニル基等）、複素環基（例えば、ピロリジル基、イミダゾリジル基、モルホリル基、オキサゾリジル基等）等が挙げられる。
これらの基は、更に置換基を有していてもよい。置換基としては後述する基が挙げられる。
なお、一般式（１）〜（５）において、Ｚ２は、ベンゼン環を形成する残基である場合が好ましい。
また、本発明に用いられるドーパント材料としては、前記一般式（１）が、下記一般式（６）で表される部分構造をもつ化合物であることが好ましい。
式中、Ｘ２、Ｘ３は炭素又は窒素原子を表し、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４は水素原子又は置換基を表し、Ｚ２は６員の芳香族環、５員又は６員の芳香族複素環を表し、ＭはＩｒ又はＰｔを表す。
ここにおいて、Ｚ２で表される６員の芳香族環、５員又は６員の芳香族複素環は前記一般式（１）〜（５）の場合におけるＺ２と同義であり、また、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４で表される置換基としては、例えば、アルキル基（例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、（ｔ）ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、オクチル基、ドデシル基、トリデシル基、テトラデシル基、ペンタデシル基等）、シクロアルキル基（例えば、シクロペンチル基、シクロヘキシル基等）、アルケニル基（例えば、ビニル基、アリル基等）、アルキニル基（例えば、プロパルギル基等）、アリール基（芳香族炭化水素環基ともいい、例えば、フェニル基、トリル基、キシリル基、ナフチル基、ビフェニリル基、アントリル基、フェナントリル基等）、複素環基（例えば、ピロリジル基、イミダゾリジル基、モルホリル基、オキサゾリジル基等）、芳香族複素環基（例えば、例えば、ピリジル基、ピリミジニル基、フリル基、ピロリル基、イミダゾリル基、ベンゾイミダゾリル基、ピラゾリル基、ピラジニル基、トリアゾリル基（例えば、１，２，４−トリアゾール−１−イル基、１，２，３−トリアゾール−１−イル基等）、オキサゾリル基、ベンゾオキサゾリル基、チアゾリル基、イソオキサゾリル基、イソチアゾリル基、フラザニル基、チエニル基、キノリル基、ベンゾフリル基、ジベンゾフリル基、ベンゾチエニル基、ジベンゾチエニル基、インドリル基、カルバゾリル基、カルボリニル基、ジアザカルバゾリル基（カルボリン環を構成する炭素原子の一つが窒素原子で置き換わったものを示す）、キノキサリニル基、ピリダジニル基、トリアジニル基、キナゾリニル基、フタラジニル基等）、アルコキシル基（例えば、メトキシ基、エトキシ基、プロピルオキシ基、ペンチルオキシ基、ヘキシルオキシ基、オクチルオキシ基、ドデシルオキシ基等）、シクロアルコキシル基（例えば、シクロペンチルオキシ基、シクロヘキシルオキシ基等）、アリールオキシ基（例えば、フェノキシ基、ナフチルオキシ基等）、アルキルチオ基（例えば、メチルチオ基、エチルチオ基、プロピルチオ基、ペンチルチオ基、ヘキシルチオ基、オクチルチオ基、ドデシルチオ基等）、シクロアルキルチオ基（例えば、シクロペンチルチオ基、シクロヘキシルチオ基等）、アリールチオ基（例えば、フェニルチオ基、ナフチルチオ基等）、アルコキシカルボニル基（例えば、メチルオキシカルボニル基、エチルオキシカルボニル基、ブチルオキシカルボニル基、オクチルオキシカルボニル基、ドデシルオキシカルボニル基等）、アリールオキシカルボニル基（例えば、フェニルオキシカルボニル基、ナフチルオキシカルボニル基等）、スルファモイル基（例えば、アミノスルホニル基、メチルアミノスルホニル基、ジメチルアミノスルホニル基、ブチルアミノスルホニル基、ヘキシルアミノスルホニル基、シクロヘキシルアミノスルホニル基、オクチルアミノスルホニル基、ドデシルアミノスルホニル基、フェニルアミノスルホニル基、ナフチルアミノスルホニル基、２−ピリジルアミノスルホニル基等）、ウレイド基（例えば、メチルウレイド基、エチルウレイド基、ペンチルウレイド基、シクロヘキシルウレイド基、オクチルウレイド基、ドデシルウレイド基、フェニルウレイド基、ナフチルウレイド基、２−ピリジルアミノウレイド基等）、アシル基（例えば、アセチル基、エチルカルボニル基、プロピルカルボニル基、ペンチルカルボニル基、シクロヘキシルカルボニル基、オクチルカルボニル基、２−エチルヘキシルカルボニル基、ドデシルカルボニル基、フェニルカルボニル基、ナフチルカルボニル基、ピリジルカルボニル基等）、アシルオキシ基（例えば、アセチルオキシ基、エチルカルボニルオキシ基、ブチルカルボニルオキシ基、オクチルカルボニルオキシ基、ドデシルカルボニルオキシ基、フェニルカルボニルオキシ基等）、アミド基（例えば、メチルカルボニルアミノ基、エチルカルボニルアミノ基、ジメチルカルボニルアミノ基、プロピルカルボニルアミノ基、ペンチルカルボニルアミノ基、シクロヘキシルカルボニルアミノ基、２−エチルヘキシルカルボニルアミノ基、オクチルカルボニルアミノ基、ドデシルカルボニルアミノ基、フェニルカルボニルアミノ基、ナフチルカルボニルアミノ基等）、カルバモイル基（例えば、アミノカルボニル基、メチルアミノカルボニル基、ジメチルアミノカルボニル基、プロピルアミノカルボニル基、ペンチルアミノカルボニル基、シクロヘキシルアミノカルボニル基、オクチルアミノカルボニル基、２−エチルヘキシルアミノカルボニル基、ドデシルアミノカルボニル基、フェニルアミノカルボニル基、ナフチルアミノカルボニル基、２−ピリジルアミノカルボニル基等）、スルフィニル基（例えば、メチルスルフィニル基、エチルスルフィニル基、ブチルスルフィニル基、シクロヘキシルスルフィニル基、２−エチルヘキシルスルフィニル基、ドデシルスルフィニル基、フェニルスルフィニル基、ナフチルスルフィニル基、２−ピリジルスルフィニル基等）、アルキルスルホニル基またはアリールスルホニル基（例えば、メチルスルホニル基、エチルスルホニル基、ブチルスルホニル基、シクロヘキシルスルホニル基、２−エチルヘキシルスルホニル基、ドデシルスルホニル基、フェニルスルホニル基、ナフチルスルホニル基、２−ピリジルスルホニル基等）、アミノ基（例えば、アミノ基、エチルアミノ基、ジメチルアミノ基、ブチルアミノ基、シクロペンチルアミノ基、２−エチルヘキシルアミノ基、ドデシルアミノ基、アニリノ基、ナフチルアミノ基、２−ピリジルアミノ基等）、ニトロ基、シアノ基等が挙げられる。
以下に、前記一般式（１）〜（６）で示される部分構造をもつドーパント材料の例を挙げるがドーパント材料はこれらに限定されるものではない。
本発明において、中間層とは発光層の陽極側に接するように設けられた層のことをいう。
本発明において、中間層における中間材料としては、カルバゾール、カルボリン、トリアリールアミン構造、のうちいずれか一つを有する有機化合物である。中間材料の例としては、前記発光層のホスト材料として挙げられた化合物が、同様に好ましく用いられる。但し、中間材料はこれらに限定されるものではない。前記ホスト材料、正孔輸送材料、ドーパント材料等と、前記の式（２）、（３）、（５）等を満たす材料であれば好ましく用いることができる。
しかしながら、好ましくは、中間材料と前記ホスト材料は同一化合物である。
正孔輸送層とは正孔を輸送する機能を有する正孔輸送材料からなり、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。正孔輸送層は単層または複数層設けることができる。
励起一重項状態から基底状態に戻る際に、出る光を蛍光、それに対して、励起三重項状態から基底状態へ戻る際に出る光をりん光という。励起三重項を使用すると、内部量子効率の上限が１００％となるため、励起一重項の場合に比べて原理的に発光効率が４倍となる。そのため、照明装置などへの応用が期待されている。
正孔移動度とは、薄膜中の正孔の平均走行速度は電界に比例して増加するが、このときの正孔に対する比例係数のことを正孔移動度という。
同じく、電子移動度とは、薄膜中での電子の平均走行速度は電界に比例して増加するが、このときの電子に対する比例係数のことを電子移動度という。
正孔移動度および電子移動度はタイムオブフライト（Ｔ．Ｏ．Ｆ）法により以下のように測定する。測定には例えばオプテル社製ＴＯＦ−３０１を用いることができ、測定したい材料の薄膜をＩＴＯ半透明電極および金属電極間に挟んだ試料に、ＩＴＯ側から照射したパルス波によって生成したシート状キャリアの過渡電流特性より正孔移動度、電子移動度が求められる。
イオン化ポテンシャルとは、化合物のＨＯＭＯ（最高被占分子軌道）レベルにある電子を真空準位に放出するのに必要なエネルギーで定義され、具体的には膜状態（層状態）の化合物から電子を取り出すのに必要なエネルギーであり、これらは光電子分光法で直接測定することができる。例えば、アルバック−ファイ（株）製ＥＳＣＡ ５６００ ＵＰＳ（ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ ｐｈｏｔｏｅｍｉｓｓｉｏｎ ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）にて測定することができる。
また、ドーパント材料、中間材料等の三重項励起エネルギーは、これらの材料（化合物）のリン光スペクトルの０−０バンドを測定し算出することができる。
先ず、リン光スペクトルの０−０バンドは以下の測定方法により求めることができる。
《リン光スペクトルの０−０バンド測定方法》
測定する化合物を、よく脱酸素されたエタノール／メタノール＝４／１（ｖｏｌ／ｖｏｌ）等の混合溶媒に溶かし、リン光測定用セルに入れた後、液体窒素温度７７Ｋで励起光を照射し、励起光照射後１００ｍｓでの発光スペクトルを測定する。リン光は蛍光に比べ発光寿命が長いため、１００ｍｓ後に残存する光はほぼリン光であると考えることができる。
測定する化合物を、よく脱酸素されたエタノール／メタノール＝４／１（ｖｏｌ／ｖｏｌ）等の混合溶媒に溶かし、リン光測定用セルに入れた後、液体窒素温度７７Ｋで励起光を照射し、励起光照射後１００ｍｓでの発光スペクトルを測定する。リン光は蛍光に比べ発光寿命が長いため、１００ｍｓ後に残存する光はほぼリン光であると考えることができる。
上記溶剤系で溶解できない化合物については、その化合物を溶解しうる任意の溶剤を使用してもよい（実質上、上記測定法ではリン光波長の溶媒効果はごくわずかなので問題ない）。
０−０バンドは、本発明においては、上記測定法で得られたリン光スペクトルチャートのなかで最も短波長側に現れる発光極大波長をもって０−０バンドとする。
リン光スペクトルは通常強度が弱いことが多いため、拡大するとノイズとピークの判別が難しくなるケースがある。このような場合には励起光照射直後の発光スペクトル（便宜上これを定常光スペクトルと言う）を拡大し、励起光照射後１００ｍｓ後の発光スペクトル（便宜上これをリン光スペクトルと言う）と重ねあわせリン光スペクトルに由来する定常光スペクトル部分からピーク波長を読みとることで決定する。
また、リン光スペクトルをスムージング処理することでノイズとピークを分離しピーク波長を読みとる。なお、スムージング処理としては、Ｓａｖｉｔｚｋｙ＆Ｇｏｌａｙの平滑化法等を適用する。
《発光層》
本発明に係る発光層は、電極または電子輸送層、正孔輸送層から注入されてくる電子及び正孔が再結合して発光する層であり、発光層は、異なる発光ピークを有する複数の発光層を構成しても、単層の中に発光ピークが異なる発光性化合物を含有して２種以上の発光色を形成する構成でも良い。また、発光層の数が４層より多い場合には、同一の発光スペクトルや発光極大波長を有する層が複数層あってもよい。
本発明に係る発光層は、電極または電子輸送層、正孔輸送層から注入されてくる電子及び正孔が再結合して発光する層であり、発光層は、異なる発光ピークを有する複数の発光層を構成しても、単層の中に発光ピークが異なる発光性化合物を含有して２種以上の発光色を形成する構成でも良い。また、発光層の数が４層より多い場合には、同一の発光スペクトルや発光極大波長を有する層が複数層あってもよい。
発光層の作製には、前述の発光ドーパントやホスト化合物を、例えば、真空蒸着法、スピンコート法、キャスト法、ＬＢ法、インクジェット法等の公知の薄膜化法により製膜して形成することができる。発光層の膜厚としては、１ｎｍ〜１００ｎｍの範囲に調整することが好ましく、更に好ましくは、１ｎｍ〜２０ｎｍの範囲に調整することである。
（ホスト化合物）
本発明に係わる有機ＥＬ素子の発光層に含まれるホスト化合物は、室温（２５℃）でのリン光発光のリン光量子収率が、０．１未満の化合物と定義する。好ましくはリン光量子収率が０．０１未満である。また、発光層に含有される化合物の中で、その層中での質量比が２０％以上であることが好ましい。発光ドーパントとして用いられるリン光性化合物等を複数種用いることで、異なる発光を混ぜることも可能である。
本発明に係わる有機ＥＬ素子の発光層に含まれるホスト化合物は、室温（２５℃）でのリン光発光のリン光量子収率が、０．１未満の化合物と定義する。好ましくはリン光量子収率が０．０１未満である。また、発光層に含有される化合物の中で、その層中での質量比が２０％以上であることが好ましい。発光ドーパントとして用いられるリン光性化合物等を複数種用いることで、異なる発光を混ぜることも可能である。
本発明に係るホスト化合物は、前記、カルバゾール環、カルボリン環、トリアリールアミン構造のうちいずれか一つを有する化合物が好ましい。また、前記化合物は前記中間層にも好ましく用いられる。
また、本発明に用いられる発光ホストとしては、従来公知の低分子化合物でも、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）でもよい。公知のホスト化合物は正孔輸送能、電子輸送能を有し且つ発光の長波長化を防ぎ、且つ高Ｔｇ（ガラス転移温度）である化合物が好ましい。公知のホスト化合物の具体例は以下の文献に記載されている化合物がある。
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号公報等が挙げられる。
本発明ではホスト化合物の５０質量％以上が、燐光発光エネルギーが各々２．９ｅＶ以上であり、且つ、Ｔｇ（ガラス転移点）が、各々９０℃以上の化合物が好ましく、更に好ましくは１００℃以上の化合物である。
（Ｔｇ（ガラス転移点））
ここで、ガラス転移点（Ｔｇ）とは、ＤＳＣ（Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｃｏｌｏｒｉｍｅｔｒｙ：示差走査熱量法）を用いてＪＩＳ−Ｋ−７１２１に準拠した方法により求められる値である。
ここで、ガラス転移点（Ｔｇ）とは、ＤＳＣ（Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｃｏｌｏｒｉｍｅｔｒｙ：示差走査熱量法）を用いてＪＩＳ−Ｋ−７１２１に準拠した方法により求められる値である。
本発明においては、発光効率の高い有機ＥＬ素子を得るために本発明の有機ＥＬ素子の発光層には、前記のように、ホスト化合物を含有すると同時に、ドーパント材料として燐光発光のドーパントを含有することが好ましい。
しかしながら、本発明においては、発光層中にはドーパント材料として、蛍光発光体（蛍光ドーパントともいう）を含むこともできる。
蛍光発光体（蛍光ドーパント）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。また、従来公知のドーパントも本発明に用いることができる。
《非発光性の中間層》
本発明においては、発光層中、非発光性の中間層を有することができる。非発光性の中間層とは、発光層が複数ある場合、発光層ユニットの各発光層の間に設けられるものであり、非発光性の中間層の膜厚としては、１ｎｍ〜５０ｎｍの範囲にあるのが好ましく、更には３ｎｍ〜１０ｎｍの範囲にあることが、隣接発光層間のエネルギー移動など相互作用を抑制し、且つ、素子の電流電圧特性に大きな負荷を与えないという観点から好ましい。
本発明においては、発光層中、非発光性の中間層を有することができる。非発光性の中間層とは、発光層が複数ある場合、発光層ユニットの各発光層の間に設けられるものであり、非発光性の中間層の膜厚としては、１ｎｍ〜５０ｎｍの範囲にあるのが好ましく、更には３ｎｍ〜１０ｎｍの範囲にあることが、隣接発光層間のエネルギー移動など相互作用を抑制し、且つ、素子の電流電圧特性に大きな負荷を与えないという観点から好ましい。
この非発光性の中間層に用いられる材料は発光層のホスト化合物と同一でも異なっていてもよいが、隣接する２つの発光層のすくなくとも一方の発光層のホスト材料と同一であることが好ましい。
《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、陽極と発光層または正孔輸送層の間、及び陰極と発光層または電子輸送層との間に存在させてもよい。注入層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。
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、陽極と発光層または正孔輸送層の間、及び陰極と発光層または電子輸送層との間に存在させてもよい。注入層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。
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ある。
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ある。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、素材によるがその膜厚は０．１ｎｍ〜５μｍの範囲が好ましい。
《阻止層：正孔阻止層、電子阻止層》
阻止層は、上記の如く、有機化合物薄膜の基本構成層の他に必要に応じて設けられるものである。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頁等に記載されている正孔阻止（ホールブロック）層がある。
阻止層は、上記の如く、有機化合物薄膜の基本構成層の他に必要に応じて設けられるものである。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頁等に記載されている正孔阻止（ホールブロック）層がある。
正孔阻止層は広義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正孔阻止材料からなり、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。
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わる正孔阻止層として用いることができる。本発明の有機ＥＬ素子の正孔阻止層は、発光層に隣接して設けられていることが好ましい。
また、複数の発光色の異なる発光層を有する場合では、このような場合にはその発光極大波長が最も短波にある発光層が、全発光層中、最も陽極に近いことが好ましいが、このような場合、該最短波層と、該層の次に陽極に近い発光層との間に正孔阻止層を追加して設けることが好ましい。
更には、該位置に設けられる正孔阻止層に含有される化合物の５０質量％以上が、前記最短波発光層のホスト化合物に対し、そのイオン化ポテンシャルが０．２ｅＶ以上大きいことが好ましい。
一方、電子阻止層とは広義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できる。本発明に係わる正孔阻止層、電子輸送層の膜厚としては好ましくは３ｎｍ〜１００ｎｍであり、更に好ましくは５ｎｍ〜３０ｎｍである。
《正孔輸送層》
正孔輸送層は正孔を輸送する機能を有する正孔輸送材料からなり、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。正孔輸送層は単層または複数層設けることができる。正孔輸送材料としては、正孔の注入または輸送、電子の障壁性のいずれかを有するもので有機物、無機物のいずれでもよい。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。
正孔輸送層は正孔を輸送する機能を有する正孔輸送材料からなり、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。正孔輸送層は単層または複数層設けることができる。正孔輸送材料としては、正孔の注入または輸送、電子の障壁性のいずれかを有するもので有機物、無機物のいずれでもよい。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。
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３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３級アミン化合物を用いることが好ましい。芳香族第３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、更には、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。更にこれらの材料を高分子鎖に導入した、また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。
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、特開平１１−２５１０６７号公報、Ｊ．Ｈｕａｎｇ ｅｔ．ａｌ．著文献（Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ ８０（２００２），ｐ．１３９）に記載されているような所謂、ｐ型正孔輸送材料を用いることもできる。
本発明ではより高効率の発光素子が得られることからこれらの材料を用いることが好ましい。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、インクジェット法を含む印刷法、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５ｎｍ〜５μｍ程度、好ましくは５ｎｍ〜２００ｎｍである。この正孔輸送層は上記材料の１種または２種以上からなる一層構造であってもよい。また、不純物をドープしたｐ性の高い正孔輸送層を用いることもできる。
その例としては、特開平４−２９７０７６号公報、特開２０００−１９６１４０号公報、特開２００１−１０２１７５号公報、Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，９５，５７７３（２００４）等に記載されたものが挙げられる。本発明ではこのようなｐ性の高い正孔輸送層を用いることがより低消費電力の素子を作製することができるため好ましい。
《電子輸送層》
電子輸送層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む。電子輸送層は単層または複数層設けることができる。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）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、例えば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、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等が挙げられる。
電子輸送層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む。電子輸送層は単層または複数層設けることができる。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）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、例えば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、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等が挙げられる。
更に、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。
更に、これらの材料を高分子鎖に導入した、また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ができる。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（Ａｌｑ）、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）等、及びこれらの金属錯体の中心金属がＩｎ、Ｍｇ、Ｃｕ、Ｃａ、Ｓｎ、Ｇａまたは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、メタルフリーもしくはメタルフタロシアニン、またはそれらの末端がアルキル基やスルホン酸基等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、正孔注入層、正孔輸送層と同様にｎ型−Ｓｉ、ｎ型−ＳｉＣ等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。
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、インクジェット法を含む印刷法、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５ｎｍ〜５μｍ程度、好ましくは５〜２００ｎｍである。電子輸送層は上記材料の１種または２種以上からなる一層構造であってもよい。
また不純物をドープしたｎ性の高い電子輸送層を用いることもできる。その例としては、特開平４−２９７０７６号公報、特開平１０−２７０１７２号公報、特開２０００−１９６１４０号公報、特開２００１−１０２１７５号公報、Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，９５，５７７３（２００４）などに記載されたものが挙げられる。
本発明においては、このようなｎ性の高い電子輸送層を用いることがより低消費電力の素子を作製することができるため好ましい。
《支持基盤》
本発明の有機ＥＬ素子に係る支持基盤（以下、基体、基板、基材、支持体等ともいう）は、ガラス、プラスチック等の種類には特に限定はなく、また透明であっても不透明であってもよい。支持基盤側から光を取り出す場合は、支持基盤は透明であることが好ましい。好ましく用いられる透明な支持基盤は、ガラス、石英、透明樹脂フィルムがある。特に好ましい支持基盤は有機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。
本発明の有機ＥＬ素子に係る支持基盤（以下、基体、基板、基材、支持体等ともいう）は、ガラス、プラスチック等の種類には特に限定はなく、また透明であっても不透明であってもよい。支持基盤側から光を取り出す場合は、支持基盤は透明であることが好ましい。好ましく用いられる透明な支持基盤は、ガラス、石英、透明樹脂フィルムがある。特に好ましい支持基盤は有機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。
樹脂フィルムは、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）等のポリエステル、ポリエチレン、ポリプロピレン、セロファン、セルロースジアセテート、セルローストリアセテート、セルロースアセテートブチレート、セルロースアセテートプロピオネート（ＣＡＰ）、セルロースアセテートフタレート（ＴＡＣ）、セルロースナイトレート等のセルロースエステル類又はそれらの誘導体、ポリ塩化ビニリデン、ポリビニルアルコール、ポリエチレンビニルアルコール、シンジオタクティックポリスチレン、ポリカーボネート、ノルボルネン樹脂、ポリメチルペンテン、ポリエーテルケトン、ポリイミド、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、ポリフェニレンスルフィド、ポリスルホン類、ポリエーテルイミド、ポリエーテルケトンイミド、ポリアミド、フッ素樹脂、ナイロン、ポリメチルメタクリレート、アクリル或いはポリアリレート類、アートン（商品名ＪＳＲ社製）或いはアペル（商品名三井化学社製）といったシクロオレフィン系樹脂等を挙げられる。
樹脂フィルムの表面は無機物、有機物の被膜また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、ＪＩＳ Ｋ ７１２９−１９８７に準拠した方法で測定された水蒸気透過度（２５℃、９０％ＲＨ）が、０．０１ｇ／（ｍ２・２４ｈ）以下のバリア性フィルムであることが好ましく、更には、ＪＩＳ Ｋ ７１２６−１９９２に準拠した方法で測定された酸素透過度（２０℃、１００％ＲＨ）が、１０−３ｍｌ／（ｍ２・２４ｈ・ａｔｍ）以下、水蒸気透過度が、１０−３ｇ／（ｍ２・２４ｈ）以下の高バリア性フィルムであることが好ましく、更に、前記の水蒸気透過度が１０−５ｇ／（ｍ２・２４ｈ）以下、酸素透過度も１０−５ｍｌ／（ｍ２・２４ｈ・ａｔｍ）以下であることが好ましい。
高バリア性フィルムとするために樹脂フィルム表面に形成されるバリア膜を形成する材料は、水分や酸素など素子の劣化をもたらすものの浸入を抑制する機能を有する材料であればよく、例えば酸化珪素、二酸化珪素、窒化珪素などを用いることができる。
更に、該膜の脆弱性を改良するためにこれら無機層と有機材料からなる層の積層構造を持たせることがより好ましい。無機層と有機層の積層順については特に制限はないが、両者を交互に複数回積層させることが好ましい。
《封止》
本発明の有機ＥＬ素子の封止に用いられる封止手段は、例えば封止部材と、電極、支持基盤とを接着剤で接着する方法がある。封止部材としては、有機ＥＬ素子の表示領域を覆うように配置されておればよく、凹板状でも、平板状でもよい。また透明性、電気絶縁性は特に限定されない。具体的にはガラス板、ポリマー板・フィルム、金属板・フィルム等が挙げられる。ガラス板は特にソーダ石灰ガラス、バリウム・ストロンチウム含有ガラス、鉛ガラス、アルミノケイ酸ガラス、ホウケイ酸ガラス、バリウムホウケイ酸ガラス、石英等を挙げることができる。
本発明の有機ＥＬ素子の封止に用いられる封止手段は、例えば封止部材と、電極、支持基盤とを接着剤で接着する方法がある。封止部材としては、有機ＥＬ素子の表示領域を覆うように配置されておればよく、凹板状でも、平板状でもよい。また透明性、電気絶縁性は特に限定されない。具体的にはガラス板、ポリマー板・フィルム、金属板・フィルム等が挙げられる。ガラス板は特にソーダ石灰ガラス、バリウム・ストロンチウム含有ガラス、鉛ガラス、アルミノケイ酸ガラス、ホウケイ酸ガラス、バリウムホウケイ酸ガラス、石英等を挙げることができる。
また、ポリマー板は、ポリカーボネート、アクリル、ポリエチレンテレフタレート、ポリエーテルサルファイド、ポリサルフォン等を挙げることができる。金属板としては、ステンレス、鉄、銅、アルミニウム、マグネシウム、ニッケル、亜鉛、クロム、チタン、モリブテン、シリコン、ゲルマニウムおよびタンタルからなる群から選ばれる一種以上の金属または合金からなるものが挙げられる。本発明は素子を薄膜化できるということからポリマーフィルム、金属フィルムを好ましく使用することができる。
更にポリマーフィルムは酸素透過度が１０−３ｍｌ／（ｍ２・２４ｈ・ａｔｍ）以下、水蒸気透過度（２５℃、相対湿度９０％ＲＨ）が１０−５ｇ／（ｍ２・２４ｈ）以下のものであることが好ましい。封止部材を凹状に加工するのは、サンドブラスト加工、化学エッチング加工等が使われる。
接着剤は、アクリル酸系オリゴマー、メタクリル酸系オリゴマーの反応性ビニル基を有する光硬化および熱硬化型接着剤、２−シアノアクリル酸エステルなどの湿気硬化型等の接着剤を挙げることができる。また、エポキシ系などの熱および化学硬化型（二液混合）がある。またホットメルト型のポリアミド、ポリエステル、ポリオレフィンを挙げることができる。また、カチオン硬化タイプの紫外線硬化型エポキシ樹脂接着剤を挙げることができる。なお、有機ＥＬ素子が熱処理により劣化する場合があるので、室温から８０℃までに接着硬化できるものが好ましい。また、前記接着剤中に乾燥剤を分散させておいてもよい。封止部分への接着剤の塗布は市販のディスペンサーを使ってもよいしスクリーン印刷のように印刷してもよい。
また、有機層を挟み支持基盤と対向する側の電極の外側に該電極と有機層を被覆し、支持基盤と接する形で無機物、有機物の層を形成し封止膜とすることも好ましい。この場合、該膜を形成する材料としては、水分や酸素など素子の劣化をもたらすものの浸入を抑制する機能を有する材料であればよく、例えば、酸化珪素、二酸化珪素、窒化珪素などを用いることができる。更に該膜の脆弱性を改良するためにこれら無機層と有機材料からなる層の積層構造を持たせることが好ましい。
《保護膜、保護板》
有機層を挟み支持基盤と対向する側の前記封止膜あるいは前記封止用フィルムの外側に、素子の機械的強度を高めるために保護膜、あるいは保護板を設けてもよい。特に封止が前記封止膜の場合には、その機械的強度は必ずしも高くないため、このような保護膜、保護板を設けることが好ましい。これに使用することができる材料は、前記封止に用いたのと同様なガラス板、ポリマー板・フィルム、金属板・フィルム等を用いることができるが、軽量かつ薄膜化ということからポリマーフィルムを用いることが好ましい。
有機層を挟み支持基盤と対向する側の前記封止膜あるいは前記封止用フィルムの外側に、素子の機械的強度を高めるために保護膜、あるいは保護板を設けてもよい。特に封止が前記封止膜の場合には、その機械的強度は必ずしも高くないため、このような保護膜、保護板を設けることが好ましい。これに使用することができる材料は、前記封止に用いたのと同様なガラス板、ポリマー板・フィルム、金属板・フィルム等を用いることができるが、軽量かつ薄膜化ということからポリマーフィルムを用いることが好ましい。
《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／正孔阻止層／電子輸送層／陰極からなる有機ＥＬ素子の作製法について説明する。まず適当な支持基盤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１０ｎｍ〜２００ｎｍ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て陽極を作製する。次にこの上に有機ＥＬ素子材料である正孔注入層、正孔輸送層、本発明に係わる中間層、また、発光層、正孔阻止層、電子輸送層の有機化合物薄膜を形成させる。この有機化合物薄膜の薄膜化の方法としては、前記の如く蒸着法、ウェットプロセス（スピンコート法、キャスト法、インクジェット法、印刷法）等があるが、均質な膜が得られやすく、且つピンホールが生成しにくい等の点から真空蒸着法、スピンコート法、インクジェット法、印刷法が特に好ましい。
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／正孔阻止層／電子輸送層／陰極からなる有機ＥＬ素子の作製法について説明する。まず適当な支持基盤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１０ｎｍ〜２００ｎｍ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て陽極を作製する。次にこの上に有機ＥＬ素子材料である正孔注入層、正孔輸送層、本発明に係わる中間層、また、発光層、正孔阻止層、電子輸送層の有機化合物薄膜を形成させる。この有機化合物薄膜の薄膜化の方法としては、前記の如く蒸着法、ウェットプロセス（スピンコート法、キャスト法、インクジェット法、印刷法）等があるが、均質な膜が得られやすく、且つピンホールが生成しにくい等の点から真空蒸着法、スピンコート法、インクジェット法、印刷法が特に好ましい。
更に、層毎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℃、真空度１０−６Ｐａ〜１０−２Ｐａ、蒸着速度０．０１ｎｍ／秒〜５０ｎｍ／秒、基板温度−５０℃〜３００℃、膜厚０．１ｎｍ〜５μｍ、好ましくは５ｎｍ〜２００ｎｍの範囲で適宜選ぶことが望ましい。
これらの層を形成後、その上に陰極用物質からなる薄膜を１μｍ以下好ましくは５０ｎｍ〜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してもよく、途中で取り出して異なる製膜法を施してもよい。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。
また作製順序を逆にして、層順を逆に作製することも可能である。このようにして得られた多色の表示装置に、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２Ｖ〜４０Ｖ程度を印加すると、発光が観測できる。また交流電圧を印加してもよい。なお、印加する交流の波形は任意でよい。
《用途》
本発明の有機エレクトロルミネッセンス素子は、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。
本発明の有機エレクトロルミネッセンス素子は、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。
発光光源として、本発明の有機ＥＬ素子を用いる照明装置としては、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。
また、本発明の有機ＥＬ素子は、照明用や露光光源のような１種のランプとして使用してもよいし、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）として使用してもよい。
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よい。
また、異なる発光色を有する本発明の有機ＥＬ素子を３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。
または、一色の発光色、例えば白色発光をカラーフィルターを用いてＢ、Ｇ、Ｒ光を取り出し、フルカラー化することも可能である。
さらに、有機ＥＬ素子の発光色を色変換フィルターを用いて他色に変換しフルカラー化することも可能であるが、その場合、有機ＥＬ発光のλｍａｘは４８０ｎｍ以下であることが好ましい。
以下、実施例により、本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
実施例１
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シド）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分間行なった。
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シド）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分間行なった。
この透明支持基板を市販の真空蒸着装置の基板ホルダーに固定し、一方、モリブデン製抵抗加熱ボートにＣｕＰｃを２００ｍｇ入れ、別のモリブデン製抵抗加熱ボートにα−ＮＰＤを２００ｍｇ入れ、別のモリブデン製抵抗加熱ボートにｍ−ＭＴＤＡＴＸＡを１００ｍｇ入れ、別のモリブデン製抵抗加熱ボートにＤ−１を１００ｍｇ入れ、別のモリブデン製抵抗加熱ボートにＨＢ−１を１００ｍｇ入れ、更に別のモリブデン製抵抗加熱ボートにＢＡｌｑを２００ｍｇ入れ、真空蒸着装置に取付けた。
次いで、真空槽を４×１０−４Ｐａまで減圧した後、ＣｕＰｃの入った前記加熱ボートに通電して加熱し、蒸着速度０．１ｎｍ／ｓｅｃで透明支持基板に蒸着し２０ｎｍの正孔注入層を設けた。更に、α−ＮＰＤの入った前記加熱ボートに通電して加熱し、蒸着速度０．１ｎｍ／ｓｅｃ、前記正孔注入層上に蒸着して１００ｎｍの正孔輸送層を設けた。
次いで、ｍ−ＭＴＤＡＴＸＡの入った前記加熱ボートとＤ−１の入った前記加熱ボートに通電して加熱し、蒸着速度０．１ｎｍ／ｓｅｃ、０．０６ｎｍ／ｓｅｃで前記正孔輸送層上に共蒸着して膜厚４０ｎｍの発光層を設けた。さらに、ＨＢ−１の入った前記加熱ボートに通電し、前記発光層上に正孔阻止層を設けた。
また、次いで、ＢＡｌｑの入った前記加熱ボートに通電し、蒸着速度０．１ｎｍ／ｓｅｃで前記正孔阻止層上に蒸着して、膜厚４０ｎｍの電子輸送層を設けた。
なお、蒸着時の基板温度は室温であった。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。
なお、蒸着時の基板温度は室温であった。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。
有機ＥＬ素子１−１において、発光層と正孔輸送層の間に中間層としてｍ−ＭＴＤＡＴＸＡを１０ｎｍの膜厚で挿入したものを有機ＥＬ素子１−２とし、また、有機ＥＬ素子１−１において、発光層のホスト材料をＨ−Ａとしたものを有機ＥＬ素子１−３とし、有機ＥＬ素子１−３の発光層と正孔輸送層の間に中間層としてＨ−Ａを１０ｎｍ挿入したものを有機ＥＬ素子１−４とした以外は有機ＥＬ素子１−１と同じ方法で有機ＥＬ素子１−２から１−４を作製した。
尚、用いた、ホスト材料、中間材料、ドーパント材料のイオン化ポテンシャルは、アルバック−ファイ（株）製ＥＳＣＡ ５６００ ＵＰＳを用い光電子分光法で測定したところ、
正孔輸送材料（α−ＮＰＤ）のイオン化ポテンシャル Ｅ１＝５．５ｅＶ
中間材料またホスト材料のイオン化ポテンシャル
ｍ−ＭＴＤＡＴＸＡ）のイオン化ポテンシャル Ｅ２，Ｅ３＝５．５ｅＶ
Ｈ−Ａのイオン化ポテンシャル Ｅ２，Ｅ３＝６．１ｅＶ
ドーパント材料（Ｄ−１）のイオン化ポテンシャル Ｅ４＝５．２ｅＶ
であり、前記式（２）（３）をいずれも満たすものである。
正孔輸送材料（α−ＮＰＤ）のイオン化ポテンシャル Ｅ１＝５．５ｅＶ
中間材料またホスト材料のイオン化ポテンシャル
ｍ−ＭＴＤＡＴＸＡ）のイオン化ポテンシャル Ｅ２，Ｅ３＝５．５ｅＶ
Ｈ−Ａのイオン化ポテンシャル Ｅ２，Ｅ３＝６．１ｅＶ
ドーパント材料（Ｄ−１）のイオン化ポテンシャル Ｅ４＝５．２ｅＶ
であり、前記式（２）（３）をいずれも満たすものである。
また、Ｈ−Ａは電子輸送性ホスト材料であり、つまり、電子の移動度μｅと正孔の移動度μｈにμｅ＞μｈの関係が成り立つ材料である。オプテル社製ＴＯＦ−３０１を用いてタイムオブフライト（Ｔ．Ｏ．Ｆ）法により測定した。
また、同じくオプテル社製ＴＯＦ−３０１を用いて測定し、ｍ−ＭＴＤＡＴＸＡは逆に正孔輸送性ホスト材料であり、つまり、電子の移動度μｅと正孔の移動度μｈにμｅ＜μｈの関係が成り立つ材料であった。
《有機ＥＬ素子１−１〜１−４の評価》
実施例１のようにして作製した有機ＥＬ素子１−１〜１−４の評価を行い、その結果を表１に示す。
実施例１のようにして作製した有機ＥＬ素子１−１〜１−４の評価を行い、その結果を表１に示す。
表１に示した各素子の発光寿命は、前記のごとく作製した各有機ＥＬ素子を正面輝度が１０００ｃｄ／ｍ２となる駆動電圧（Ｖ）で駆動し、輝度が半減するまでの時間をとって、素子１０１を１００とする相対値で表した。正面輝度の測定は、コニカミノルタセンシング社製分光放射輝度計ＣＳ−１０００を用いて、２℃視野角正面輝度を、発光面からの法線に分光放射輝度計の光軸が一致するようにして、可視光波長４３０〜４８０ｎｍの範囲を測定し、積分強度をとった。
尚、有機ＥＬ素子１−１と有機ＥＬ素子１−２を比較し、有機ＥＬ素子１−３と有機ＥＬ素子１−４を比較し、それぞれ、有機ＥＬ素子１−１、有機ＥＬ素子１−３を１００％としたときの相対値で示した。
表１から、即ち、各イオン化ポテンシャル間に前記式（２）、（３）の関係を満たす中間層を有する本発明の有機ＥＬ素子は、長寿命化がなされていることがわかる。また、このときホスト材料の電子移動度が正孔移動度よりも大きいときその効果がより大きいことがわかる。
実施例２
陽極として１００ｍｍ×１００ｍｍ×１．１ｍｍｍのガラス基板上にＩＴＯ（インジウムチンオキシド）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分間行なった。
陽極として１００ｍｍ×１００ｍｍ×１．１ｍｍｍのガラス基板上にＩＴＯ（インジウムチンオキシド）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分間行なった。
この透明支持基板を市販の真空蒸着装置の基板ホルダーに固定し、一方、モリブデン製抵抗加熱ボートにＣｕＰｃを２００ｍｇ入れ、別のモリブデン製抵抗加熱ボートにα−ＮＰＤを２００ｍｇ入れ、別のモリブデン製抵抗加熱ボートにＨ−１を３００ｍｇ入れ、別のモリブデン製抵抗加熱ボートにＤ−１を１００ｍｇ入れ、別のモリブデン製抵抗加熱ボートにＨＢ−１を２００ｍｇ入れ、更に別のモリブデン製抵抗加熱ボートにＡｌｑ３を２００ｍｇ入れ、真空蒸着装置に取付けた。
次いで、真空槽を４×１０−４Ｐａまで減圧した後、ＣｕＰｃの入った前記加熱ボートに通電して加熱し、蒸着速度０．１ｎｍ／ｓｅｃで透明支持基板に蒸着し２０ｎｍの正孔注入層を設けた。さらに、α−ＮＰＤの入った前記加熱ボートに通電して加熱し、蒸着速度０．１ｎｍ／ｓｅｃで透明支持基板に蒸着し５０ｎｍの正孔輸送層を設けた。
次いで、Ｈ−１の入った前記加熱ボートに通電して加熱し、蒸着速度０．１ｎｍ／ｓｅｃで蒸着し、１０ｎｍの中間層を設けた。
更に、Ｈ−１とＤ−１の入った前記加熱ボートに通電して加熱し、それぞれ蒸着速度０．２ｎｍ／ｓｅｃ、０．０１ｎｍ／ｓｅｃで前記正孔輸送層上に共蒸着して３０ｎｍの発光層を設けた。
更に、ＨＢ−１の入った前記加熱ボートに通電して加熱し、蒸着速度０．１ｎｍ／ｓｅｃで発光層上に蒸着して１０ｎｍの正孔阻止層を設けた。更に、Ａｌｑ３の入った前記加熱ボートに通電して加熱し、蒸着速度０．１ｎｍ／ｓｅｃで前記正孔阻止層上に蒸着して膜厚４０ｎｍの電子輸送層を設けた。
なお、蒸着時の基板温度は室温であった。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２−１を作製した。
有機ＥＬ素子２−１において、中間層の膜厚１０ｎｍを７ｎｍに変えたものを作製し、有機ＥＬ素子２−２とし、比較として、中間層がないものを作製し、有機ＥＬ素子２−３とした以外は有機ＥＬ素子２−１と同じ方法で、有機ＥＬ素子２−２と２−３を作製した。
ここで用いた中間材料であるＨ−１のイオン化ポテンシャル（Ｅ２，Ｅ３）は、６．２ｅＶであり、基本的に式（２）、（３）で示される正孔輸送材料、ホスト材料、ドーパント材料間の関係を満たすものであった。
また、用いたドーパント材料Ｄ−１のイオン化ポテンシャルは５．３ｅＶ以下であるが、リン光スペクトルの０−０バンドを測定し算出した三重項励起エネルギーは２．５８ｅＶ以上であった。
《有機ＥＬ素子２−１〜２−３の評価》
作製した有機ＥＬ素子２−１〜２−３の評価を実施例１と同様に行い、その結果を表２に示す。
作製した有機ＥＬ素子２−１〜２−３の評価を実施例１と同様に行い、その結果を表２に示す。
表２の発光寿命の測定結果は、有機ＥＬ素子２−１と、有機ＥＬ素子２−２と、有機ＥＬ素子２−３とを比較し、有機ＥＬ素子２−３の発光寿命を１００％としたときの相対値で示した。
ここにおいても、請求の範囲第９項、第２２項、第３５項を満たす中間層を有する本発明の有機ＥＬ素子は寿命が改善されていることがわかる。また、中間層の膜厚を変えた場合でも、この範囲であれば、良好な発光を示し且つ寿命が大きく改善されることが判る。
実施例３
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シド）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分間行なった。
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シド）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分間行なった。
この透明支持基板を市販の真空蒸着装置の基板ホルダーに固定し、一方、モリブデン製抵抗加熱ボートにＣｕＰｃを２００ｍｇ入れ、別のモリブデン製抵抗加熱ボートにα−ＮＰＤを２００ｍｇ入れ、別のモリブデン製抵抗加熱ボートにＨ−１を３００ｍｇ入れ、別のモリブデン製抵抗加熱ボートにＤ−１を１００ｍｇ入れ、別のモリブデン製抵抗加熱ボートにＨＢ−１を２００ｍｇ入れ、別のモリブデン製抵抗加熱ボートにＴＮＡＴＡを２００ｍｇ入れ、更に別のモリブデン製抵抗加熱ボートにＡｌｑ３を２００ｍｇ入れ、真空蒸着装置に取付けた。
次いで、真空槽を４×１０−４Ｐａまで減圧した後、ＣｕＰｃの入った前記加熱ボートに通電して加熱し、蒸着速度０．１ｎｍ／ｓｅｃで透明支持基板に蒸着し２０ｎｍの正孔注入層を設けた。さらに、α−ＮＰＤの入った前記加熱ボートに通電して加熱し、蒸着速度０．１ｎｍ／ｓｅｃで透明支持基板に蒸着し５０ｎｍの正孔輸送層を設けた。
次いで、ＴＮＡＴＡの入った前記加熱ボートに通電して過熱し、蒸着速度０．１ｎｍ／ｓｅｃで蒸着し、１０ｎｍの中間層を設けた。
更に、Ｈ−１とＤ−１の入った前記加熱ボートに通電して加熱し、それぞれ蒸着速度０．２ｎｍ／ｓｅｃ、０．０１ｎｍ／ｓｅｃで前記正孔輸送層上に共蒸着して３０ｎｍの発光層を設けた。
更に、ＨＢ−１の入った前記加熱ボートに通電して加熱し、蒸着速度０．１ｎｍ／ｓｅｃで発光層上に蒸着して１０ｎｍの正孔阻止層を設けた。
更に、Ａｌｑ３の入った前記加熱ボートに通電して加熱し、蒸着速度０．１ｎｍ／ｓｅｃで前記正孔阻止層上に蒸着して膜厚４０ｎｍの電子輸送層を設けた。
なお、蒸着時の基板温度は室温であった。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３−１を作製した。
有機ＥＬ素子３−１において、中間層の中間材料ＴＮＡＴＡをＨ−２０に変えたもの、また、中間材料をｍ−ＭＴＤＡＴＸＡにかえたもの、また中間層、ホスト材料ともｍ−ＭＴＤＡＴＸＡにかえたものをそれぞれ有機ＥＬ素子３−２、３−４、また３−５とし、比較として、中間層がないものを有機ＥＬ素子３−３とした以外は有機ＥＬ素子３−１と同じ方法で、有機ＥＬ素子３−２〜３−５を作製した。
正孔輸送材料であるα−ＮＰＤと、中間材料であるＴＮＡＴＡ及びＨ−２０（Ｌ−３９４）、また、ｍ−ＭＴＤＡＴＸＡの正孔移動度には、それぞれ以下のような関係が成り立っている。
μ１（α−ＮＰＤ）＞μ２（ＴＮＡＴＡ）
μ１（α−ＮＰＤ）＞μ２（Ｈ−２０）
μ１（α−ＮＰＤ）＜μ２（ｍ−ＭＴＤＡＴＸＡ）
尚、正孔移動度は、ＴＯＦ法により２０００ｎｍの蒸着膜をＩＴＯ付きガラス基板上に作製し金属電極を載せガラス側から光パルス照射を行いそれぞれのキャリアの過渡電流特性をオプテル社製ＴＯＦ−３０１を用いて測定し、そのキャリア到達時間（ｔ）から、α−ＮＰＤを基準として大小関係を求めた。
μ１（α−ＮＰＤ）＞μ２（Ｈ−２０）
μ１（α−ＮＰＤ）＜μ２（ｍ−ＭＴＤＡＴＸＡ）
尚、正孔移動度は、ＴＯＦ法により２０００ｎｍの蒸着膜をＩＴＯ付きガラス基板上に作製し金属電極を載せガラス側から光パルス照射を行いそれぞれのキャリアの過渡電流特性をオプテル社製ＴＯＦ−３０１を用いて測定し、そのキャリア到達時間（ｔ）から、α−ＮＰＤを基準として大小関係を求めた。
また、ホスト材料の電子移動度μｅと正孔移動度μｈについてもみたところ、ホスト材料Ｈ−１はμｅ＞μｈの関係を満たし、ｍ−ＭＴＤＡＴＸＡは満たしていないことも確認した。
《有機ＥＬ素子３−１〜３−の評価》
作製した以上の有機ＥＬ素子３−１〜３−５の評価を実施例１と同様に行い、その結果を表３に示した。
作製した以上の有機ＥＬ素子３−１〜３−５の評価を実施例１と同様に行い、その結果を表３に示した。
表３の発光寿命の測定結果は、有機ＥＬ素子３−３の発光寿命を１００％としたときの相対値で示した。
表３より、本研究の有機ＥＬ素子は、長寿命化がなされていることがわかる。
実施例４
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シド）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分間行なった。この透明支持基板を市販の真空蒸着装置の基板ホルダーに固定し、一方、モリブデン製抵抗加熱ボートにＣｕＰｃを２００ｍｇ入れ、別のモリブデン製抵抗加熱ボートにα−ＮＰＤを２００ｍｇ入れ、別のモリブデン製抵抗加熱ボートにＨ−１を３００ｍｇ入れ、別のモリブデン製抵抗加熱ボートにＤ−１を１００ｍｇ入れ、別のモリブデン製抵抗加熱ボートにＨＢ−１を２００ｍｇ入れ、更に別のモリブデン製抵抗加熱ボートにＡｌｑ３を２００ｍｇ入れ、真空蒸着装置に取付けた。
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シド）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分間行なった。この透明支持基板を市販の真空蒸着装置の基板ホルダーに固定し、一方、モリブデン製抵抗加熱ボートにＣｕＰｃを２００ｍｇ入れ、別のモリブデン製抵抗加熱ボートにα−ＮＰＤを２００ｍｇ入れ、別のモリブデン製抵抗加熱ボートにＨ−１を３００ｍｇ入れ、別のモリブデン製抵抗加熱ボートにＤ−１を１００ｍｇ入れ、別のモリブデン製抵抗加熱ボートにＨＢ−１を２００ｍｇ入れ、更に別のモリブデン製抵抗加熱ボートにＡｌｑ３を２００ｍｇ入れ、真空蒸着装置に取付けた。
次いで、真空槽を４×１０−４Ｐａまで減圧した後、ＣｕＰｃの入った前記加熱ボートに通電して加熱し、蒸着速度０．１ｎｍ／ｓｅｃで透明支持基板に蒸着し２０ｎｍの正孔注入層を設けた。さらに、α−ＮＰＤの入った前記加熱ボートに通電して加熱し、蒸着速度０．１ｎｍ／ｓｅｃで透明支持基板に蒸着し５０ｎｍの正孔輸送層を設けた。
次いで、Ｈ−１とＤ−１の入った前記加熱ボートに通電して加熱し、それぞれ蒸着速度０．２ｎｍ／ｓｅｃ、０．０１ｎｍ／ｓｅｃで前記正孔輸送層上に共蒸着して３０ｎｍの発光層を設けた。
更に、ＨＢ−１の入った前記加熱ボートに通電して加熱し、蒸着速度０．１ｎｍ／ｓｅｃで発光層上に蒸着して１０ｎｍの正孔阻止層を設けた。
更に、Ａｌｑ３の入った前記加熱ボートに通電して加熱し、蒸着速度０．１ｎｍ／ｓｅｃで前記正孔阻止層上に蒸着して膜厚４０ｎｍの電子輸送層を設けた。
なお、蒸着時の基板温度は室温であった。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４−１を作製した。
次に、有機ＥＬ素子４−１において、正孔輸送層と発光層間に、Ｈ−１の入った前記加熱ボートに通電して過熱し、蒸着速度０．１ｎｍ／ｓｅｃで蒸着し、１０ｎｍの中間層を設けた以外は同様にして有機ＥＬ素子４−２とを作製した。
また、有機ＥＬ素子４−１、また、４−２において、ドーパント材料（Ｄ−１）をＤ−２にかえた以外は同様に有機ＥＬ素子４−３、４−４を作製した。
更に、有機ＥＬ素子４−１において、ホスト材料をＨ−２９に代えた以外は同様に作製し有機ＥＬ素子４−５を、また有機ＥＬ素子４−２において、ホスト材料をＨ−２９、中間材料をＨ−２９とした以外は同様に有機ＥＬ素子４−６を作製した。
また、有機ＥＬ素子４−５、４−６において、ドーパント材料をＤ−２に代えた以外は同様に有機ＥＬ素子４−７、４−８を作製した（表４に示す）。
但し、正孔輸送材料（α−ＮＰＤ）の正孔移動度μ１、中間材料（Ｈ−１、Ｈ−２９）の正孔移動度μ２の関係はオプテル社製ＴＯＦ−３０１を用いて測定し、そのキャリア到達時間（ｔ）から、μ１＞μ２であることが確認された。
また、
Ｈ−１のイオン化ポテンシャル６．１ｅＶ
三重項励起エネルギーＴ１ ３．０ｅＶ
Ｄ−１
三重項励起エネルギーＴ１ ２．６３ｅＶ
イオン化ポテンシャル ５．０ｅＶ
であり、正孔輸送材料α−ＮＰＤのイオン化ポテンシャル５．５ｅＶであることから、Ｈ−１、Ｄ−１は前記式（２）、（３）を満たすものである。また、Ｈ−１はμｅ＞μｈである材料である。
Ｈ−１のイオン化ポテンシャル６．１ｅＶ
三重項励起エネルギーＴ１ ３．０ｅＶ
Ｄ−１
三重項励起エネルギーＴ１ ２．６３ｅＶ
イオン化ポテンシャル ５．０ｅＶ
であり、正孔輸送材料α−ＮＰＤのイオン化ポテンシャル５．５ｅＶであることから、Ｈ−１、Ｄ−１は前記式（２）、（３）を満たすものである。また、Ｈ−１はμｅ＞μｈである材料である。
ホスト材料、中間材料であるＨ−２９、またドーパント材料としてＤ−２を用いた場合にも、これらのイオン化ポテンシャルの測定からは同様に前記式（２）、（３）を満たすこと、また、オプテル社製ＴＯＦ−３０１を用いタイムオブフライト（Ｔ．Ｏ．Ｆ）法で測定した結果、ホスト材料Ｈ−２９の電子移動度（μｅ）は正孔移動度（μｈ）より大であった。
《有機ＥＬ素子４−１〜４−８の評価》
作製した有機ＥＬ素子４−１〜４−８の評価を実施例１と同様に行い、その結果を表４に示した。発光寿命結果は、有機ＥＬ素子４−１の発光寿命を１００％としたときの相対値で有機ＥＬ素子４−２の寿命を、また、有機ＥＬ素子４−４に対しては、有機ＥＬ素子４−３の寿命を１００％とした場合の、また、有機ＥＬ素子４−６、４−８に対しては有機ＥＬ素子４−５、４−７の発光寿命をそれぞれ１００％としたときの相対値で示した。
作製した有機ＥＬ素子４−１〜４−８の評価を実施例１と同様に行い、その結果を表４に示した。発光寿命結果は、有機ＥＬ素子４−１の発光寿命を１００％としたときの相対値で有機ＥＬ素子４−２の寿命を、また、有機ＥＬ素子４−４に対しては、有機ＥＬ素子４−３の寿命を１００％とした場合の、また、有機ＥＬ素子４−６、４−８に対しては有機ＥＬ素子４−５、４−７の発光寿命をそれぞれ１００％としたときの相対値で示した。
表４より、ホスト材料、中間層材料、またドーパント材料をそれぞれ変化させても、ホスト材料の電子移動度が正孔移動度よりも大きく、正孔輸送材料、ホスト材料、ドーパント材料の各材料とイオン化ポテンシャルが式（２）、（３）で表される関係を有し、正孔輸送材料と正孔移動度が式（５）で表される関係を有する中間層を設けた場合には、有機ＥＬ素子の長寿命化がなされることがわかる。
実施例５
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シド）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分間行なった。この透明支持基板を市販の真空蒸着装置の基板ホルダーに固定し、一方、モリブデン製抵抗加熱ボートにＣｕＰｃを２００ｍｇ入れ、別のモリブデン製抵抗加熱ボートにα−ＮＰＤを２００ｍｇ入れ、別のモリブデン製抵抗加熱ボートにＨ−１を３００ｍｇ入れ、別のモリブデン製抵抗加熱ボートにＩｒ（ｐｐｙ）３を１００ｍｇ入れ、別のモリブデン製抵抗加熱ボートにＤ−１を１００ｍｇ入れ、別のモリブデン製抵抗加熱ボートにＨＢ−１を２００ｍｇ入れ、更に別のモリブデン製抵抗加熱ボートにＡｌｑ３を２００ｍｇ入れ、真空蒸着装置に取付けた。
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シド）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分間行なった。この透明支持基板を市販の真空蒸着装置の基板ホルダーに固定し、一方、モリブデン製抵抗加熱ボートにＣｕＰｃを２００ｍｇ入れ、別のモリブデン製抵抗加熱ボートにα−ＮＰＤを２００ｍｇ入れ、別のモリブデン製抵抗加熱ボートにＨ−１を３００ｍｇ入れ、別のモリブデン製抵抗加熱ボートにＩｒ（ｐｐｙ）３を１００ｍｇ入れ、別のモリブデン製抵抗加熱ボートにＤ−１を１００ｍｇ入れ、別のモリブデン製抵抗加熱ボートにＨＢ−１を２００ｍｇ入れ、更に別のモリブデン製抵抗加熱ボートにＡｌｑ３を２００ｍｇ入れ、真空蒸着装置に取付けた。
次いで、真空槽を４×１０−４Ｐａまで減圧した後、ＣｕＰｃの入った前記加熱ボートに通電して加熱し、蒸着速度０．１ｎｍ／ｓｅｃで透明支持基板に蒸着し２０ｎｍの正孔注入層を設けた。さらに、α−ＮＰＤの入った前記加熱ボートに通電して加熱し、蒸着速度０．１ｎｍ／ｓｅｃで透明支持基板に蒸着し５０ｎｍの正孔輸送層を設けた。
次いで、Ｈ−１とＩｒ（ｐｐｙ）３の入った前記加熱ボートに通電して加熱し、それぞれ蒸着速度０．２ｎｍ／ｓｅｃ、０．０１ｎｍ／ｓｅｃで前記正孔輸送層上に共蒸着して３０ｎｍの発光層を設けた。
ついで、Ｈ−１の入った前記加熱ボートに通電して過熱し、蒸着速度０．１ｎｍ／ｓｅｃで蒸着し、１０ｎｍの中間層を設けた。
更に、Ｈ−１とＤ−１の入った前記加熱ボートに通電して加熱し、それぞれ蒸着速度０．２ｎｍ／ｓｅｃ、０．０１ｎｍ／ｓｅｃで前記正孔輸送層上に共蒸着して３０ｎｍの発光層を設けた。
更に、ＨＢ−１の入った前記加熱ボートに通電して加熱し、蒸着速度０．１ｎｍ／ｓｅｃで発光層上に蒸着して１０ｎｍの正孔阻止層を設けた。
更に、Ａｌｑ３の入った前記加熱ボートに通電して加熱し、蒸着速度０．１ｎｍ／ｓｅｃで前記正孔阻止層上に蒸着して膜厚４０ｎｍの電子輸送層を設けた。
なお、蒸着時の基板温度は室温であった。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５−１を作製した。
有機ＥＬ素子５−１において、中間層Ｈ−１がないものを有機ＥＬ素子５−２とした以外は有機ＥＬ素子５−１と同じ方法で、有機ＥＬ素子５−２を作製した。
因みに、正孔輸送材料（α−ＮＰＤ）、中間材料（Ｈ−１）、発光層ホスト材料（Ｈ−１）、ドーパント材料（Ｄ−１）のそれぞれイオン化ポテンシャルは前記式（２）、（３）で示される関係を満たす組み合わせである。また、正孔輸送材料（α−ＮＰＤ）の正孔移動度（μ１）は中間材料（Ｈ−１）の正孔移動度（μ２）よりも大きい。更に、ホスト材料Ｈ−１は、μｅ＞μｈの関係にある。因みに、光電子分光法で測定したＩｒ（ｐｐｙ）３のイオン化ポテンシャル（Ｅ４）は５．６ｅＶであった。
《有機ＥＬ素子５−１、有機ＥＬ素子５−２の評価》
実施例５のようにして作製した有機ＥＬ素子５−１及び５−２の評価を行い、その結果を表５に示す。
表５の発光寿命の測定結果は、有機ＥＬ素子５−１と、有機ＥＬ素子５−２とを比較し、有機ＥＬ素子３−３の発光寿命を１００％としたときの相対値で示した。
実施例５のようにして作製した有機ＥＬ素子５−１及び５−２の評価を行い、その結果を表５に示す。
表５の発光寿命の測定結果は、有機ＥＬ素子５−１と、有機ＥＬ素子５−２とを比較し、有機ＥＬ素子３−３の発光寿命を１００％としたときの相対値で示した。
発光層の陽極側に接して中間層がある場合（もう一つの発光層は中間層の陽極側にあっても）、中間材料（Ｈ−１）と中間層に接した発光層のホスト材料（Ｈ−１）およびドーパント材料（Ｄ−１）、そして正孔輸送材料（α−ＮＰＤ）との間に前記式（２）、（３）で表される関係を有する中間層がある場合、本発明の有機ＥＬ素子は、長寿命化がなされていることがわかる。
Claims (11)
- 対向した陰極および陽極の間に、ホスト材料とドーパント材料とを含有する発光層と、正孔輸送層とを少なくとも有する有機エレクトロルミネッセンス素子において、
前記発光層の陽極側に接するように中間層が設けられ、
前記中間層の陽極側に前記正孔輸送層が設けられ、
前記正孔輸送層を構成する正孔輸送材料のイオン化ポテンシャルＥ１と、前記中間層を構成する中間材料のイオン化ポテンシャルＥ２と、前記ホスト材料のイオン化ポテンシャルＥ３と、前記ドーパント材料のイオン化ポテンシャルＥ４と、が下式（２）及び（３）を満たし、
（２） Ｅ１＜Ｅ２≦Ｅ３
（３） Ｅ２＞Ｅ４
前記中間材料は、カルバゾール環及びカルボリン環のうちいずれか一つを有する化合物であって、但し、下記化合物である場合は除くことを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子。
- 前記ドーパント材料が、りん光発光することを特徴とする請求項１に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
- 前記ドーパント材料の三重項励起エネルギーが２．５８ｅＶ以上であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
- 前記ドーパント材料のイオン化ポテンシャルＥ４が５．３ｅＶ以下であることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
- 前記中間材料の三重項励起エネルギーが２．５８ｅＶ以上であることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
- 前記中間材料と、前記ホスト材料が同一化合物であることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
- 前記中間層の膜厚が１〜２０ｎｍであることを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
- 前記正孔輸送層の膜厚Ｌ１と、前記中間層の膜厚Ｌ２と、前記発光層の膜厚Ｌ３と、が下式（４）を満たすことを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
（４） ０．００１＜Ｌ２／（Ｌ１＋Ｌ２＋Ｌ３）＜０．２ - 前記ホスト材料は、カルバゾール環及びカルボリン環のうちいずれか一つを有することを特徴とする請求項１〜請求項８のいずれか１項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
- 前記ドーパント材料が下記一般式（１）で表される部分構造をもつ化合物であることを特徴とする請求項１〜請求項９のいずれか１項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
- 前記ドーパント材料が下記一般式（６）で表される部分構造をもつ化合物であることを特徴とする請求項１〜請求項１０のいずれか１項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
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