JP2017069225A

JP2017069225A - 白色有機ｅｌ素子、それを用いた照明装置及び表示装置

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Publication number: JP2017069225A
Application number: JP2017007221A
Authority: JP
Inventors: 石毛　剛一; Koichi Ishige; 剛一石毛; 田邊　浩; Hiroshi Tanabe; 浩田邊; 鎌谷　淳; Atsushi Kamatani; 淳鎌谷
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Priority date: 2017-01-19
Filing date: 2017-01-19
Publication date: 2017-04-06
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Abstract

【課題】耐久特性の改善された白色有機ＥＬ素子を提供する。【解決手段】発光層を第１の発光層５，第２の発光層４の積層構成とし、第１の発光層５のホストと青色発光のドーパントのＬＵＭＯエネルギーの差が、ＨＯＭＯエネルギーの差よりも大きくなるように設定する。【選択図】図１

Description

本発明は、一対の電極間に挟まれた、発光層を含む有機ＥＬ（エレクトロルミネセンス）層に通電することにより光を放出する有機ＥＬ素子に関し、特に白色発光の白色有機ＥＬ素子に関する。また、白色有機ＥＬ素子を用いた照明装置及び表示装置に関する。

近年、フラットパネル対応の自発光型デバイスが注目されている。自発光型デバイスとしては、プラズマ発光表示素子、フィールドエミッション素子、ＥＬ素子等がある。この中で、特に、有機ＥＬ素子に関しては、研究開発が精力的に進められており、緑単色や、青、赤等の色を加えたエリアカラータイプのアレイが製品化され、現在はフルカラー化への開発が活発化している。

フルカラー発光アレイを作製する場合、発光層を画素（素子）ごとに塗り分ける方式と、発光層は白色発光で、カラーフィルターを画素ごとに塗り分ける白色有機ＥＬ素子を用いた方式がある。白色有機ＥＬ素子に関しては、二種類以上の発光材料を用いることが多い。

特許文献１には、複数の発光層を積層し、最もカソード側に近い青色発光層のドーパントが−５．２ｅＶ未満のＨＯＭＯ（最高被占有軌道準位）エネルギーを有することで耐久特性と動作電圧、電力効率の向上を図った白色有機ＥＬ素子が開示されている。

特表２０１１−５２９６１４号公報

Ｓｃｉｅｎｃｅ，２８３，１９００（１９９９）

しかしながら、特許文献１の有機ＥＬ素子についても、耐久特性については、初期輝度４０００ｃｄ／ｍ²での半減時間が１１００時間（ｈ）であり、さらなる改善が望まれる。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、耐久特性の改善された白色有機ＥＬ素子を提供するものである。

上記課題を解決するための手段として、本発明の第１は、少なくとも、陽極及び陰極と、前記陽極及び陰極に挟まれた積層された複数の発光層とを有し、前記複数の発光層はそれぞれ発光色が異なるドーパントを含み、前記複数の発光層のうち、最も陰極側の発光層は第１のホストと青色発光のドーパントとを含み、他の層は緑色発光のドーパントと赤色発光のドーパントを含む白色有機ＥＬ素子において、
前記ホストの最低空軌道準位のエネルギーをＬｈ１、最高被占有軌道準位のエネルギーをＨｈ１、前記青色発光のドーパントの最低空軌道準位のエネルギーをＬｇ１、最高被占有軌道準位のエネルギーをＨｇ１とすると、
Ｌｈ１−Ｌｇ１＞Ｈｇ１−Ｈｈ１
を満たすことを特徴とする。

更に本発明の第１は、以下のいずれかを特徴とする。
（１）前記複数の発光層が二つの層からなり、前記他の発光層が第２のホストと緑色発光のドーパントと赤色発光のドーパントとを含み、
前記第２のホストの最低空軌道準位のエネルギーをＬｈ２、最高被占有軌道準位のエネルギーをＨｈ２、前記緑色発光のドーパントの最低空軌道準位のエネルギーをＬｇ２、最高被占有軌道準位のエネルギーをＨｇ２とすると、
Ｌｈ２−Ｌｇ２＞Ｈｇ２−Ｈｈ２
を満たし、
前記第１のホストと前記第２のホストとが同じ材料である。
（２）前記青色発光のドーパントが、後述するＡ１乃至Ａ１８のいずれかの構造式で示される化合物であり、前記緑色発光のドーパントが、後述するＢ１乃至Ｂ３６のいずれかの構造式で示される化合物であり、前記赤色発光のドーパントが、後述するＣ１乃至Ｃ１２のいずれかの構造式で示される化合物である。

本発明によれば、耐久特性の改善された白色有機ＥＬ素子を提供することができる。

本発明の第２は、上記本発明の白色有機ＥＬ素子と、前記白色有機ＥＬ素子に接続されたコンバーター回路と、を有することを特徴とする照明装置である。

本発明の第３は、上記本発明の白色有機ＥＬ素子と、前記白色有機ＥＬ素子に接続されたスイッチング素子と、を有することを特徴とする表示装置である。

本発明の一実施形態を表す概略断面図である。本発明の有機ＥＬ素子を用いた表示装置の一例の概略断面図である。

本発明の白色有機ＥＬ素子は、積層された複数の発光層を備えている。そして、陰極側の第１の発光層が第１のホストと青色発光のドーパントとを含み、他の層が緑色発光のドーパントと赤色発光のドーパントとを含んでいる。そして、第１の発光層において、ホスト及びドーパントの最低空軌道準位（ＬＵＭＯ）のエネルギー差が最高被占有軌道準位（ＨＯＭＯ）のエネルギー差よりも大きいことに特徴を有する。

以下、図１を用いて、本発明をより詳細に説明する。

図１は本発明の一実施形態を示す概略断面図であり、発光層が二層の場合を示す。本実施形態では、基板１上に陽極２及び陰極７を備え、該陽極２と陰極７に挟まれた第１の発光層５及び第２の発光層４を有する。前記第１の発光層５と第２の発光層４は、異なる発光色のドーパントをそれぞれ有する。また、陽極２と第２の発光層４との間には、正孔輸送層３を、陰極７と第１の発光層５との間には電子輸送層６を備えるが、本発明は係る構成に限定されず、正孔輸送層３、電子輸送層６は必要に応じて適宜用いられる。また、陽極２と陰極７に挟まれた有機化合物層を、有機ＥＬ層と呼ぶ。

また、図１の構成にさらに、陽極２と正孔輸送層３との間に正孔注入層を、正孔輸送層３と第２の発光層４との間に電子ブロック層を備えていてもよい。さらに、第１の発光層５と電子輸送層６との間に正孔ブロック層と、電子輸送層６と陰極７との間に電子注入層を備えていてもよい。これら正孔注入層、電子ブロック層、正孔ブロック層、電子注入層は本発明において必要に応じて適宜用いられる。

前記第１、第２の発光層５，４のうち、陰極７側に位置する第１の発光層５は、第１のホスト（第１ホスト）と、青色発光のドーパント（Ｂドーパント）と、を少なくとも含むものである。一方、陽極２側の第２の発光層４は、第２のホスト（第２ホスト）と、緑色発光のドーパント（Ｇドーパント）及び赤色発光のドーパント（Ｒドーパント）とを少なくとも含んでいる。

ここで、本発明は、陰極７側の第１の発光層５における第１ホスト、及び青色発光のドーパントのＨＯＭＯ，ＬＵＭＯのエネルギーの関係が、下記の式（１）を満たすものである。

Ｌｈ１−Ｌｇ１＞Ｈｇ１−Ｈｈ１（１）
但し、Ｌｈ１は第１ホストのＬＵＭＯエネルギー、Ｌｇ１はＢドーパントのＬＵＭＯエネルギー、Ｈｈ１は第１ホストのＨＯＭＯエネルギー、Ｈｇ１はＢドーパントのＨＯＭＯエネルギーである。尚、ＨＯＭＯエネルギー及びＬＵＭＯエネルギーは真空準位を基準とし、通常の分子の場合、負の値を取る。本発明においては、ＨＯＭＯエネルギーとしては大気下光電子分光法（理研計器製ＡＣ−２）を用いて測定した値を用いる。また、ＬＵＭＯエネルギーは、ＨＯＭＯエネルギーと、可視光−紫外吸収スペクトルにおける吸収端から求めたバンドギャップから求めた。つまりＬＵＭＯエネルギーはＨＯＭＯエネルギーとバンドギャップの和である。

更に、本明細書においては、ＨＯＭＯエネルギー、ＬＵＭＯエネルギーを各々比較する際に、値の小さいもの（つまり、負の値であれば絶対値の大きいもの）を「深い」と称し、値の大きなもの（つまり、負の値であれば絶対値の小さなもの）を「浅い」と称する。

このようなエネルギーの関係にすることで、耐久特性を改善することができるが、その理由は以下のように考えられる。

非特許文献１には、発光層のホストであるトリス（８−キノリラト）アルミニウム（ＡｌＱ３）の劣化の一因が、ホール通電によって生成したラジカルカチオン（陽イオン）の不安定性であることが示唆されている。このような発光層におけるラジカルカチオン起因の劣化を抑えるためには、発光層におけるホール密度を下げることで、ラジカルカチオンになる確率自体を下げることが好ましい。そして、そのためには、ホールトラップ性を下げ、電子トラップ性を強くし、発光層における電子密度を高くするとよい。電子密度を高めることで、再結合確率を増やし、結果的にホール密度を低下させることができる。そのためには、発光層におけるドーパントの、電子トラップ深さをホールトラップ深さよりも大きくすることが好ましい。尚、本明細書においては、電子トラップ深さがホールトラップ深さよりも大きい発光層を電子トラップ性発光層と称する。

尚、本明細書においては、電子トラップ深さとは、ホストのＬＵＭＯエネルギーからドーパントのＬＵＭＯエネルギーを引いたものを指し、この値が大きいほど電子トラップが深い、もしくはトラップ深さが大きいと称する。また、ホールトラップ深さとは、ドーパントのＨＯＭＯエネルギーから、ホストのＨＯＭＯエネルギーを引いたものを指し、この値が大きいほどホールトラップが深い、もしくはホールトラップ深さが大きいと称する。

このように、耐久特性改善効果のある電子トラップ性発光層であるが、本発明者が検討したところ、複数の発光層を備える白色有機ＥＬ素子において、該電子トラップ性発光層を導入することは容易ではなかった。表１にＢドーパントを含む電子トラップ性の青色発光層と、Ｒドーパント及びＧドーパントを含む発光層とを積層した白色有機ＥＬ素子の発光強度比を示す。積層順は陽極側に電子トラップ性青色発光層を配置し、陰極側にＲドーパントとＧドーパントを含む発光層を配置している場合と、逆に配置している場合について示す。

表１から分かるように、陽極側に電子トラップ性青色発光層を持ってきた場合（表１上段）、青色の発光強度が極端に弱く、白色有機ＥＬ素子として用いることが難しい。この原因については、以下のように推測される。

ホストとドーパントのＨＯＭＯのエネルギー差よりも、ホストとドーパントのＬＵＭＯのエネルギー差の大きい電子トラップ性発光層の場合、電子のトラップが深いために電子の移動度が遅い。また、ホールのトラップが深くないために、ホストとして移動度が早いものを用いれば、ホールの移動度は遅くない。そのため、発光領域は発光層の中でも陰極側に寄っているものと考えられる。この場合、発光層の陰極側に、さらにバンドギャップの狭い長波長のＲ，Ｇドーパントを含むと、Ｂドーパントの励起子とＲ，Ｇドーパントとの距離が近いために、前記長波長ドーパントへのエネルギー移動が起こり、青色の発光が弱まっていると考えられる。発光強度バランスが崩れた白色有機ＥＬ素子は、好ましい白色を表示できない。照明として用いる場合、演色範囲が狭くなってしまい、ＲＧＢ三色のカラーフィルターと組み合わせたフルカラー表示パネルにおいては、発光強度が低い色を表示するために多くの電流を流さざるをえないため、必要な消費電力が高くなってしまう。

一方、表１の下段に示したように、Ｒ，Ｇドーパントを含む発光層を陽極側に、Ｂドーパントを含む電子トラップ性発光層を陰極側に配置した場合のＲＧＢピーク波長の強度比はＲ，Ｇ，Ｂの発光バランスが改善されており、白色有機ＥＬ素子として用いやすい。

上述したように、白色有機ＥＬ素子として用いる場合には、単色の発光層とは異なり、他の発光層との間の関係についても考慮しないと、良好な白色を実現することはできない。また、このような電子トラップ性青色発光層を用いることで、Ｒ，Ｇ，Ｂの中で最もバンドギャップが広く、そのため最も耐久特性の悪い傾向が強い青色発光層の耐久特性がよくなるため、白色有機ＥＬ素子としての耐久特性の高いものを得ることができる。

さらに、陽極２側に位置する第２の発光層４において、第２ホストとＧドーパントについても、電子トラップ性の関係、即ち、下記の式（２）の関係を満たすことが好ましい。

Ｌｈ２−Ｌｇ２＞Ｈｇ２−Ｈｈ２
但し、Ｌｈ２は第２ホストのＬＵＭＯエネルギー、Ｌｇ２はＧドーパントのＬＵＭＯエネルギー、Ｈｈ２は第２ホストのＨＯＭＯエネルギー、Ｈｇ２はＧドーパントのＨＯＭＯエネルギーである。式（２）の関係を満たすことで、白色有機ＥＬ素子の耐久特性を改善することができる。

第１の発光層５に加え、さらに、第２の発光層４も電子トラップ性とすることで、第２の発光層４がホールトラップ性であるよりも、駆動電圧を下げることが可能である。これは、陰極７側の第１の発光層５が電子トラップ性であるために、電子の移動度は前記第１の発光層５で律速され、小さい。それに加えて、第２の発光層４がホールトラップ性であると、ホールの移動度が第２の発光層４で律速されるために、小さくなってしまい、駆動電圧は上昇する。これに対して、第２の発光層４が電子トラップ性であれば、ホールの移動度は速いため、第２の発光層４にかかる電圧を下げることができ、駆動電圧を低減できる。

本実施形態においては、第２の発光層４に、Ｒドーパントを加えることで、全体として発光波長の異なる三色のドーパントを含むことになり、色再現範囲の広い白色有機ＥＬ素子を得ることができる。

但し、第２の発光層４においてバンドギャップの異なるＲドーパントとＧドーパントとが混在するため、よりバンドギャップの狭いＲドーパントへのエネルギー移動が起こりやすい。そのため、Ｒドーパントのドープ濃度は、Ｇドーパントのドープ濃度に比べて小さくすることが好ましい。好ましくはＲドーパントの濃度は、質量比でＧドーパント濃度の１／５以下、より好ましくは１／１０以下にすることが望ましい。これにより、Ｒ，Ｇのドーパントの発光強度バランスを整えることができる。

一方、Ｒドーパントについては、電子トラップ及びホールトラップ共に用いることができる。Ｒドーパントについてはドープ濃度も小さいので移動度への影響は小さく、駆動電圧への影響も小さい。

本発明の第２の実施形態として、第２の発光層４にＧドーパントを含み、第２の発光層４の陽極２側に、Ｒドーパントを含む第３の発光層（不図示）を備えてもよい。第３の発光層は、第３のホストと、Ｇのドーパントよりも長波長のＲドーパントを含む。三層の発光層を有する場合、異なる発光色を有するドーパントが同一層内に混在しないため、エネルギー移動を抑えることができる。特に、青色と緑色の発光層が電子トラップ性であることと、発光層の積層順序が陰極７側から、青色発光の第１の発光層５、緑色発光の第２の発光層４、赤色発光の第３の発光層（不図示）の順に積層されていることでこの効果が大きい。第１の発光層５と緑色発光の第２の発光層４は電子トラップ性であるため、その発光領域は各発光層の陰極７側に偏っていると考えられる。一方、積層順の関係で、第１の発光層５及び緑色発光の第２の発光層４が隣接するバンドギャップの狭い発光層は陽極２側にある。このため、励起子をバンドギャップの狭い材料から距離を離すことができるため、バンドギャップの狭い発光層への過剰なエネルギー移動を抑制しやすい。そのため、第３のドーパントの濃度を二層の発光層の場合に比べて高くすることができ、製造プロセス上制御が容易になるため、好ましい。

一方、図１のように発光層が二層構成の場合に、第１の発光層５にＢドーパントを、第２の発光層４にＧドーパント及びＲドーパントを加える場合、発光層の総数が少ない分、発光層の膜厚を薄くすることができる。一般的に発光層はその他の層に比べて移動度が低いため、発光層を薄くすることで、駆動電圧を下げることができるため、好ましい。

尚、本明細書においては、Ｂドーパントとは、発光スペクトルのピーク波長が４３０ｎｍ乃至４８０ｎｍの発光材料をさす。また、Ｇドーパントとは、発光スペクトルのピーク波長が５００ｎｍ乃至５７０ｎｍの発光材料を、Ｒドーパントとは、発光スペクトルのピーク波長が５８０ｎｍ乃至６８０ｎｍのものをそれぞれさす。

本発明に用いられる発光層の材料としては、特に制限されない。

第１乃至第３の発光層のホスト材料、電子注入層の材料、電子輸送層の材料、正孔輸送層の材料、正孔注入層の材料としては、例えば下記化１乃至化４に示される構造の化合物を挙げることができる。

但し、本発明はこれらに限定されるものではない。化１乃至化４で示されている化合物のその誘導体である化合物もホストとして使用することができる。また、それ以外にも、縮環化合物が挙げられる。例えばフルオレン誘導体、ナフタレン誘導体、アントラセン誘導体、ピレン誘導体、カルバゾール誘導体、キノキサリン誘導体、キノリン誘導体等、トリス（８−キノリノラート）アルミニウム等の有機アルミニウム錯体、有機亜鉛錯体である。また、トリフェニルアミン誘導体なども挙げられる。

第１乃至第３ホストについては、同じものを用いてもよいし、異なるものを用いてもよい。同じ材料を用いる場合は、発光層間の注入障壁がなくなるために、駆動電圧低減を図ることができる。

本発明に用いられるＢドーパントは、例えば以下のものを挙げることができる。但し、本発明はこれに限定されるものではない。

本発明に用いられるＧドーパントは、例えば以下のものを用いることができる。但し、本発明はこれに限定されるものではない。

本発明に用いられるＲドーパントは、例えば以下のものを用いることができる。但し、本発明はこれに限定されるものではない。

Ｂ，Ｇドーパントのドープ濃度としては、それぞれ０．１乃至１０質量％、より好ましくは０．３乃至５質量％が望ましい。濃度が薄すぎると電子トラップ確率が低下して、再結合確率が低下し、青色の発光強度の低下を招き、逆に濃度が濃すぎると濃度消光を起こすため望ましくない。

上記した例示化合物Ｂ１９乃至Ｂ３６の合成方法について説明する。これらの化合物は、例えば下記に示す反応式に従って合成される。

上記反応式にて示されるように、例示化合物Ｂ２０、Ｂ２１は、下記（ａ）乃至（ｄ）に示される化合物を原料として合成されるものである。
（ａ）ベンゾ［ｋ］フルオランテン誘導体（Ｄ１）
（ｂ）ベンゾ［ｋ］フルオランテン誘導体（Ｄ２）
（ｃ）フルオランテノ［８，９−ｋ］フルオランテン誘導体（Ｄ４）
（ｄ）ナフタレン誘導体（Ｄ５）

また上記反応式において、Ｄ１乃至Ｄ４をそれぞれ変えることで種々の化合物を合成することができる。

例示化合物Ｃ４の合成ルートの一例を説明する。以下に反応式を記す。このうち下記反応式において置換基を導入する場合には、導入する位置の水素原子を他の置換基に置き換えて合成することができる。置き換える置換基としては、アルキル基、ハロゲン原子、フェニル基などが挙げられる。

上記反応式にて示されるように、例示化合物Ｃ４は、下記（ｅ）乃至（ｇ）に示される化合物を原料として合成されるものである。
（ｅ）ケトン誘導体（Ｄ７）
（ｆ）フルオランテン誘導体（Ｄ８）
（ｇ）フルオランテン誘導体（Ｄ９）

また、例示化合物Ｃ９，１０の合成方法を説明する。これらの化合物は、例えば、下記に示す反応式で合成される。

上記反応式にて示されるように、上記化合物は、下記（ｈ）乃至（ｋ）に示される化合物を原料として合成されるものである。
（ｈ）ジケトン誘導体（Ｆ１）
（ｉ）ジベンジルケトン誘導体（Ｆ２）
（ｊ）ナフタレン誘導体（Ｆ３）
（ｋ）ビナフチル誘導体（Ｆ４）

上記反応式において、Ｆ１乃至Ｆ４をそれぞれ変えることで例示化合物Ｃ９，１０を合成することができる。

以下、その他の構成部材について説明する。

基板１としては、石英、ガラス、シリコンウェハー、樹脂、金属など何を用いてもよい。また、基板１上には、不図示のトランジスタなどのスイッチング素子や配線を備え、その上に不図示の絶縁層を備えてもよい。絶縁層としては、陽極２と不図示の配線の導通を確保するために、コンタクトホールを形成可能で、尚かつ未接続の配線との絶縁を確保できれば、何を用いてもよい。例えば、ポリイミド等の樹脂、酸化シリコン、窒化シリコンなどを用いることができる。

陽極２としては、反射電極として用いる場合には、例えばクロム、アルミニウム、銀、チタン、タングステン、モリブデン、又はこれらの合金、積層したものなどを用いることができる。また、透明電極として用いる場合には、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）、酸化インジウム亜鉛などの酸化物透明導電層などを用いることができるが、これらに限定されるものではない。電極の形成には、公知のフォトリソグラフィ技術を用いることができる。

正孔輸送層３としては、公知の材料を好適に用いることができる。例えば、トリフェニルジアミン誘導体、オキソジアゾール誘導体、ポリフィリル誘導体、スチルベン誘導体等を用いることができるが、これらに限定されるものではない。また、正孔注入層８と正孔輸送層３との積層体、即ち複数の層で正孔輸送層３の機能を担ってもよい。正孔注入層８としては、酸化モリブデン、酸化タングステン等の酸化物、２，３，５，６−テトラフロロ−７，７，８，８−テトラシアノキノジメタン（Ｆ４ＴＣＮＱ）などの有機物、また、これらの材料と正孔輸送層３との混合層を用いてもよい。特にＦ４ＴＣＮＱなどの材料を正孔輸送層３と混合させると、低抵抗の正孔注入・輸送層となり、駆動電圧の低減を図ることができる。前記正孔輸送層３の厚さは、各画素共通でもよいし、干渉を合わせる上で、色に応じて膜厚を変えてもよい。

さらに、正孔輸送層３と第２の発光層４或いは第３の発光層（不図示）との間に、電子ブロック層（不図示）を設けてもよい。ＬＵＭＯエネルギーが発光層ホストよりも浅い電子ブロック層を設けることで、励起子を効果的に発光層に閉じこめ、効率を上げることができる。

電子輸送層６としては、公知の材料を好適に用いることができる。例えば、アルミキノリノール誘導体、オキサジアゾール誘導体、トリアゾール誘導体、フェニルキノキサリン誘導体、シロール誘導体、フェナントロリン誘導体等、が挙げられるがこれらに限定されるものではない。また、電子注入層（不図示）と電子輸送層６との積層体、即ち複数の層で電子輸送層６の機能を担ってもよい。

電子注入層としては、電子供与性のドーパントと電子輸送性の材料の混合物を用いてもよい。電子供与性のドーパントとしては、アルカリ金属やアルカリ土類金属、希土類金属、及びこれらの化合物を用いることができる。電子注入層は、電子輸送性材料に、アルカリ金属化合物を０．１乃至数十質量％含有させることにより形成される。より好ましくは、前記アルカリ金属化合物はセシウム化合物である。さらに、より好ましくは、前記セシウム化合物が炭酸セシウム及び炭酸セシウム由来の物質である。本発明において電子注入層を形成する好適な手法は、炭酸セシウムと電子輸送性材料を共蒸着することである。良好な電子注入性を確保するためには、電子注入層の膜厚が１０ｎｍ乃至１００ｎｍであることが好ましい。尚、共蒸着時に炭酸セシウムが分解するなどして、電子注入層内に炭酸セシウム由来の（Ｃｓ₁₁Ｏ₃）Ｃｓ₁₀や（Ｃｓ₁₁Ｏ₃）Ｃｓ、Ｃｓ₁₁Ｏ₃などのサブオキサイドが形成される場合がある。またセシウムと有機化合物との間で配位化合物が形成される場合がある。

また、電子輸送層６と第１の発光層５との間に、さらに正孔ブロック層（不図示）を設けてもよい。発光層ホストよりもＨＯＭＯの深い正孔ブロック層を設けることで、励起子を効果的に発光層に閉じ込めることができ、効率の向上につながる。

陰極７は、ＩＴＯなどの酸化物導電層を使用してトップエミッション素子としてもよいし、アルミニウム（Ａｌ）などの反射電極を使用してボトムエミッション素子としてもよいし、特に限定されない。陰極７の形成方法としては、特に限定されないが、直流及び交流スパッタリング法などを用いると、膜のカバレッジがよく、抵抗を下げやすいためより好ましい。

陰極７形成後に、不図示の封止部材を設けてもよい。例えば、陰極７上に吸湿剤を設けたガラスを接着することで、有機ＥＬ層に対する水等の浸入を抑え、表示不良の発生を抑えることができる。また、別の実施形態としては、陰極７上に窒化ケイ素等のパッシベーション膜を設け、有機ＥＬ層に対する水等の浸入を抑えてもよい。例えば、陰極７形成後に真空を破らずに別のチャンバーに搬送し、ＣＶＤ法で厚さ１乃至１０μｍの窒化ケイ素膜を形成することで、封止膜としてもよい。

また、各画素にカラーフィルターを設けてもよい。例えば、画素のサイズに合わせたカラーフィルターを別の基板上に設け、それを有機ＥＬ素子を設けた基板と貼り合わせてもよいし、酸化ケイ素等の封止膜上にフォトリソグラフィ技術を用いて、カラーフィルターをパターニングしてもよい。

本発明の有機ＥＬ素子において、有機化合物を含有する層及びその他の有機化合物からなる層は、以下に示す方法により形成される。一般には真空蒸着法、イオン化蒸着法、スパッタリング、プラズマ或いは、適当な溶媒に溶解させて公知の塗布法（例えば、スピンコーティング、ディッピング、キャスト法、ＬＢ法、インクジェット法等）により薄膜を形成する。ここで真空蒸着法や溶液塗布法等によって層を形成すると、結晶化等が起こりにくく経時安定性に優れる。また塗布法で成膜する場合は、適当なバインダー樹脂と組み合わせて膜を形成することもできる。

上記バインダー樹脂としては、ポリビニルカルバゾール樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエステル樹脂、ＡＢＳ樹脂、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、尿素樹脂等が挙げられる。しかしながら、これらに限定されるものではない。また、これらバインダー樹脂は、ホモポリマー又は共重合体として１種単独で使用してもよいし、２種以上を混合して使用してもよい。さらに必要に応じて、公知の可塑剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤等の添加剤を併用してもよい。

本発明の有機ＥＬ素子は、表示装置や照明装置の構成部材として用いることができる。他にも電子写真方式の画像形成装置の露光光源や液晶表示装置のバックライト、カラーフィルターを用いた白色光源等の用途がある。カラーフィルターは例えば赤、緑、青の３つの色が透過するフィルターが挙げられる。

表示装置は、本発明の有機ＥＬ素子を表示部に有する。この表示部は複数の画素を有する。そしてこの画素は本発明の有機ＥＬ素子と、発光輝度を制御するためのスイッチング素子の一例であるＴＦＴとを有し、この有機ＥＬ素子の陽極又は陰極とＴＦＴのドレイン電極又はソース電極とが接続されている。ここで表示装置は、ＰＣ等の画像表示装置として用いることができる。

表示装置は、エリアＣＣＤ、リニアＣＣＤ、メモリーカード等からの画像情報を入力する入力部を有し、入力された画像を表示部に出力する画像入力装置でもよい。

また、撮像装置やインクジェットプリンタが有する表示部は、外部から入力された画像情報を表示する画像出力機能と操作パネルとして画像への加工情報を入力する入力機能との両方を有していてもよい。また表示装置はマルチファンクションプリンタの表示部に用いられてもよい。

照明装置は例えば室内を照明する装置である。照明装置は白色、昼白色、その他青から赤のいずれの色を発光するものであってよい。照明装置は本発明の有機ＥＬ素子とそれに接続されるコンバーター回路を有している。係るコンバーター回路は、交流電圧を直流電圧に変換する回路である。また、白とは色温度が４２００Ｋで昼白色とは色温度が５０００Ｋである。照明装置はカラーフィルターを有してもよい。

次に、本発明の有機ＥＬ素子を使用した表示装置について図２を用いて説明する。図２は、本発明の有機ＥＬ素子とそれに接続されたＴＦＴ（薄膜トランジスタ）とを有する表示装置の断面模式図である。

この表示装置は、ガラス等の基板１０とその上部にＴＦＴ又は有機ＥＬ層を保護するための防湿膜１１が設けられている。また１２は金属のゲート電極１２である。１３はゲート絶縁膜１３であり、１４は半導体層である。ＴＦＴ１７は半導体層１４とドレイン電極１５とソース電極１６とを有している。ＴＦＴ１７の上部には絶縁膜１８が設けられている。コンタクトホール１９を介して有機発光素子の陽極２０とソース電極１６とが接続されている。

本実施形態に係る表示装置はこの構成に限られず、陽極又は陰極のうちいずれか一方とＴＦＴ１７のソース電極又はドレイン電極のいずれか一方とが接続されていればよい。また、陰極２２の上には有機ＥＬ素子の劣化を抑制するための第１の保護層２３や第２の保護層２４が設けられている。

本実施形態に係る表示装置が白色を発する表示装置の場合は、図２中の有機ＥＬ層２１中の発光層を図１で示される積層型の発光層とすることで白色を発する表示装置となる。

本実施形態に係る有機ＥＬ素子はスイッチング素子の一例であるＴＦＴにより発光輝度が制御され、有機ＥＬ素子を複数面内に設けることでそれぞれの発光輝度により画像を表示することができる。尚、本実施形態に係るスイッチング素子は、ＴＦＴに限られず、トランジスタやＭＩＭ素子、Ｓｉ基板等の基板上に形成されたアクティブマトリクスドライバーであってもよい。基板上とは、その基板内ということもできる。これは精細度によって選択され、例えば１インチでＱＶＧＡ程度の精細度の場合はＳｉ基板上に有機ＥＬ素子を設けることが好ましい。本実施形態に係る有機ＥＬ素子を用いた表示装置を駆動することにより、良好な画質で、長時間表示にも安定な表示が可能になる。

本発明の有機ＥＬ素子は、各種ディスプレイにも好適に用いることができる。ディスプレイとはテレビやパソコンの表示部や電子機器に搭載される表示部といった画像表示装置のことである。電子機器に搭載される表示部として好ましくは車内の表示部であったり、デジタルカメラの画像表示部であったり、或いは複写機やレーザービームプリンタといった事務機器の操作パネルを挙げることができる。また、照明としても好適に用いることができる。

（実施例１）
例示化合物Ｂ２０の合成：下記反応式に従い、例示化合物Ｂ２０を合成した。

（１）化合物Ｅ３の合成
１００ｍｌのナスフラスコに、以下に示す試薬、溶媒を仕込んだ。
化合物Ｅ１：３．５６ｇ（１０ｍｍｏｌ）
化合物Ｅ２：３．２５ｇ（１３ｍｍｏｌ）
亜硝酸イソアミル：１．５２ｇ（１３ｍｍｏｌ）
トルエン：５０ｍｌ

次に、反応溶液を、窒素気流下で１１０℃に加熱し、この温度（８０℃）で３時間攪拌を行った。反応終了後、水５０ｍｌで２回洗浄した。この有機層を飽和食塩水で洗浄し，硫酸マグネシウムで乾燥した後、この溶液を濾過後、ろ液を濃縮して茶褐色液体を得た。これをカラムクロマトグラフィー（クロロホルム／ヘプタン＝１：４）にて精製後、クロロホルム／メタノールで再結晶を行い、黄色結晶のＥ３を４．３ｇ（収率：８３％）得た。

（２）化合物Ｅ５の合成
２００ｍｌのナスフラスコに、以下に示す試薬、溶媒を仕込んだ。
化合物Ｅ４：２．５９ｇ（５ｍｍｏｌ）
化合物Ｅ５：２．６５ｇ（５ｍｍｏｌ）
Ｐｄ（ＰＰｈ₃）₄：０．１ｇ
トルエン：５０ｍｌ
エタノール：２０ｍｌ
２Ｍ−炭酸ナトリウム水溶液：５０ｍｌ

次に、反応溶液を、窒素気流下で８０℃に加熱し、この温度（８０℃）で８時間攪拌を行った。反応終了後、エタノールを加えて結晶を析出させた後に結晶をろ別し、水、エタノール、ヘプタンで順次分散洗浄を行った。次に、得られた結晶をトルエンに加熱溶解した後、これをカラムクロマトグラフィー（トルエン／ヘプタン＝１：３）にて精製後、クロロホルム／メタノールで再結晶を行うことにより、黄色の化合物Ｅ５を３．２８ｇ（収率：７８％）得た。

（３）例示化合物Ｂ２０の合成
２０ｍｌのナスフラスコに、以下に示す試薬、溶媒を仕込んだ。
化合物Ｅ５：８４１ｍｇ（１ｍｍｏｌ）
Ｐｄ（ｄｂａ）₂：２３８ｍｇ
Ｐ（Ｃｙ）₃（トリシクロヘキシルフォスフィン）：２８０ｍｇ
ＤＢＵ（ジアザビシクロウンデセン）：０．１５ｍｌ
ＤＭＦ：５ｍｌ

次に、反応溶液を、窒素気流下で１４５℃に加熱しこの温度（１４５℃）で６時間攪拌を行った。反応終了後、エタノールを加えて結晶を析出させた後に結晶をろ別し、水、エタノール、ヘプタンで順次分散洗浄を行った。次に、得られた紫色結晶をトルエンに加熱溶解した後、熱時ろ過、トルエン／メタノールで再結晶を行うことにより、橙色の例示化合物Ｂ２０を０．６０ｇ（収率：７５％）得た。

この化合物の純度はＨＰＬＣを用いて純度９９％以上であることを確認した。例示化合物Ｂ２０の１×１０^-5ｍｏｌ／Ｌにおけるトルエン溶液の発光スペクトルは、日立製Ｆ−４５００を用いて、３５０ｎｍの励起波長においてフォトルミネッセンスの測定を行った結果、５１２ｎｍに最大強度を有するスペクトルを得た。尚、例示化合物Ｂ２０は、ＭＡＬＤＩ−ＴＯＦ−ＭＳ（Ｂｒｕｋｅｒ社製ＡｕｔｏｆｌｅｘＬＲＦ）を用いて質量分析を行った。

［ＭＡＬＤＩ−ＴＯＦ−ＭＳ］
実測値：ｍ／ｚ＝８０４．１１計算値：Ｃ₆₄Ｈ₃₆＝８０４．２８

（実施例２）
例示化合物Ｂ３０の合成：実施例１（１）において、化合物Ｅ１に代えて下記に示す化合物Ｅ１２を使用する以外は、実施例１と同様の方法により例示化合物Ｂ３０を得た。

ＨＰＬＣを用いて得られた化合物の純度を評価したところ、純度９９％以上であることを確認した。また実施例１と同様の方法により、例示化合物Ｂ３０のトルエン溶液（濃度：１×１０^-5ｍｏｌ／Ｌ）における発光スペクトルの測定を行った結果、５１５ｎｍに最大強度を有するスペクトルを得た。さらにＭＡＬＤＩ−ＴＯＦ−ＭＳ（Ｂｒｕｋｅｒ社製ＡｕｔｏｆｌｅｘＬＲＦ）を用いて質量分析を行った。

［ＭＡＬＤＩ−ＴＯＦ−ＭＳ］
実測値：ｍ／ｚ＝１０２８．６６計算値：Ｃ₈₀Ｈ₆₈＝１０２８．５３

（実施例３）
例示化合物Ｂ３２の合成：実施例１（１）において、化合物Ｅ１に代えて下記に示す化合物Ｅ１３、化合物Ｅ４に代えて下記に示す化合物Ｅ１４を使用する以外は、実施例１と同様の方法により例示化合物Ｂ３２を得た。

ＨＰＬＣを用いて得られた化合物の純度を評価したところ、純度９９％以上であることを確認した。また実施例１と同様の方法により、例示化合物Ｂ３２のトルエン溶液（濃度：１×１０^-5ｍｏｌ／Ｌ）における発光スペクトルの測定を行った結果、５１７ｎｍに最大強度を有するスペクトルを得た。さらにＭＡＬＤＩ−ＴＯＦ−ＭＳ（Ｂｒｕｋｅｒ社製ＡｕｔｏｆｌｅｘＬＲＦ）を用いて質量分析を行った。

［ＭＡＬＤＩ−ＴＯＦ−ＭＳ］
実測値：ｍ／ｚ＝１２５２．１２計算値：Ｃ₉₆Ｈ₁₀₀＝１２５２．７８

（実施例４）
例示化合物Ｂ３３の合成：実施例１（１）において、化合物Ｅ１に代えて下記に示す化合物Ｅ１５、化合物Ｅ４に代えて下記に示す化合物Ｅ１６を使用する以外は、実施例１と同様の方法により例示化合物Ｂ３３を得た。

ＨＰＬＣを用いて得られた化合物の純度を評価したところ、純度９８％以上であることを確認した。また実施例１と同様の方法により、例示化合物Ｂ３３のトルエン溶液（濃度：１×１０^-5ｍｏｌ／Ｌ）における発光スペクトルの測定を行った結果、５１６ｎｍに最大強度を有するスペクトルを得た。さらにＭＡＬＤＩ−ＴＯＦ−ＭＳ（Ｂｒｕｋｅｒ社製ＡｕｔｏｆｌｅｘＬＲＦ）を用いて質量分析を行った。

［ＭＡＬＤＩ−ＴＯＦ−ＭＳ］
実測値：ｍ／ｚ＝９７２．１８計算値：Ｃ₇₆Ｈ₆₀＝９７２．４７

（実施例５）
以下に、図１に示すトップエミッション型構造の有機ＥＬ素子を作製する手順を示す。
ガラス基板１上に、スパッタリング法でＴｉを４０ｎｍ成膜し、公知のフォトリソグラフィ技術を用いてパターニングし、陽極２を形成した。尚、この時、対向する電極（金属電極層、陰極）の電極面積が３ｍｍ²となるようにした。

続いて、真空蒸着装置（アルバック社製）に洗浄済みの電極までを形成した基板と材料を取り付け、１．３３×１０^-4Ｐａ（１×１０^-6Ｔｏｒｒ）まで排気した後、ＵＶ／オゾン洗浄を施した。その後、以下の層構成で各層の製膜を行った。

そして、第２電子輸送層を形成した後、スパッタリング法でＩＴＯを５００ｎｍ成膜した。その後、基板をグローブボックスに移し、窒素雰囲気中で乾燥剤を入れたガラスキャップにより封止し、白色有機ＥＬ素子を得た。

一方、各発光層のホストとドーパントの薄膜を各々真空蒸着により作製し、大気下光電子分光装置（装置名「ＡＣ−２」）でＨＯＭＯエネルギーを測定した。また、紫外−可視光吸収スペクトルの測定（装置名「Ｕ−３０１０」）から、バンドギャップとＬＵＭＯエネルギーを算出した。第１、第２ホストであるＨ１、ＧドーパントであるＢ３，ＢドーパントであるＡ２、赤色ドーパントであるＣ１のＨＯＭＯエネルギーはそれぞれ、Ｈｈ１＝Ｈｈ２＝−５．８ｅＶ）、Ｈｇ２＝−５．７ｅＶ、Ｈｇ１＝−５．９ｅＶ、−５．４ｅＶであった。同様に第１、第２ホストであるＨ１、ＧドーパントであるＢ３、ＢドーパントであるＡ２、ＲドーパントであるＣ１のＬＵＭＯエネルギーはそれぞれ、Ｌｈ１＝Ｌｈ２＝−２．９ｅＶ、Ｌｇ２＝−３．４ｅＶ、Ｌｇ１＝−３．２ｅＶ、−３．５ｅＶであった。ここから、どちらのドーパントについても、ホールのトラップ深さよりも電子のトラップ深さの方が深い、電子トラップ性であることがわかった。

得られた白色有機ＥＬ素子に不図示の電圧印加装置を接続し、その特性を評価した。電流電圧特性をヒューレッドパッカード社製・微小電流計４１４０Ｂで測定し、色度の評価はトプコン製「ＳＲ−３」を用いて行った。発光輝度は、トプコン社製ＢＭ７で測定した。１０００ｃｄ／ｍ²表示時の効率、電圧、及びＣＩＥ色度座標はそれぞれ６．４ｃｄ／Ａ、３．２Ｖ、（０．３６、０．３６）であり、良好な白色有機ＥＬ素子であった。また、初期輝度４０００ｃｄ／ｍ²での連続駆動試験を行ったところ、輝度半減時間は２７００ｈと耐久特性も良好であった。

（実施例６乃至１１）
実施例５のＨＴ１、ＨＴ２、第２ホスト、第１ホスト、ＥＴ１、ＥＴ２、ＥＴ３及びＧドーパント、Ｒドーパント、Ｂドーパント、を、表３に示される化合物に適宜変更する以外は、実施例５と同様にして、実施例６乃至１１の白色有機ＥＬ素子を作製した。また、第２電子輸送層（ＥＴ３）の濃度比は、実施例５と同じであった。得られた有機ＥＬ素子について、実施例５と同様にその特性を測定・評価した。結果を表３に示す。

また、発光層に用いた各材料のＨＯＭＯエネルギー、ＬＵＭＯエネルギーの値を表４に示す。

（比較例１）
第１の発光層と第２の発光層の成膜順序を逆にした以外は、実施例５と同様にして比較例１の有機ＥＬ素子を得た。評価したところ、色度は（０．４８，０．４６）であり、良好な白色が出せなかった。

（実施例１２）
本実施例では、基板上に、陽極、正孔輸送層、第２発光層、第１発光層、正孔ブロック層、電子輸送層、陰極が順次形成されたボトムエミッション型構造の有機ＥＬ素子を作製した。

先ずガラス基板上にＩＴＯを成膜し、所望のパターニング加工を施すことによりＩＴＯ電極（陽極）を形成した。この時、ＩＴＯ電極の膜厚を１００ｎｍとした。このようにＩＴＯ電極が形成された基板をＩＴＯ基板として、以下の工程で使用した。次に、１．３３×１０^-4Ｐａの真空チャンバー内における抵抗加熱による真空蒸着を行って、上記ＩＴＯ基板上に、下記表５に示す有機ＥＬ層及び電極層を連続成膜した。尚、この時、対向する電極（金属電極層、陰極）の電極面積が３ｍｍ²となるようにした。

そして、第１電子輸送層を形成した後、蒸着法でＬｉＦを１ｎｍ、スパッタリング法でＡｌを１００ｎｍ成膜した。基板をグローブボックスに移し、窒素雰囲気中で乾燥剤を入れたガラスキャップにより封止し、白色有機ＥＬ素子を得た。

得られた有機ＥＬ素子について、素子の特性を測定・評価した。具体的には、電流電圧特性をヒューレッドパッカード社製・微小電流計４１４０Ｂで測定し、色度の評価はトプコン製「ＳＲ−３」を用いて行った。発光輝度は、トプコン社製ＢＭ７で測定した。また、初期輝度４０００ｃｄ／ｍ²での連続駆動試験を行った。測定の結果を表６に示す。また、Ｂドーパント及びＧドーパントは、いずれも電子トラップ性であった。

（実施例１３乃至１５）
実施例１２において、第１ホスト、第２ホスト及びＧドーパントを、表６に示される化合物に適宜変更する以外は、実施例１２と同様の方法により白色有機ＥＬ素子を作製した。得られた有機ＥＬ素子について実施例１２と同様に素子の特性を測定・評価した。測定の結果を表６に示す。また、Ｂドーパント及びＧドーパントは、いずれも電子トラップ性であった。

２：陽極、４：第２の発光層、５：第１の発光層、７：陰極

Claims

少なくとも、陽極及び陰極と、前記陽極及び陰極に挟まれた積層された複数の発光層とを有し、前記複数の発光層はそれぞれ発光色が異なるドーパントを含み、前記複数の発光層のうち、最も陰極側の発光層は第１のホストと青色発光のドーパントとを含み、他の発光層は緑色発光のドーパントと赤色発光のドーパントを含む白色有機ＥＬ素子において、
前記第１のホストの最低空軌道準位のエネルギーをＬｈ１、最高被占有軌道準位のエネルギーをＨｈ１、前記青色発光のドーパントの最低空軌道準位のエネルギーをＬｇ１、最高被占有軌道準位のエネルギーをＨｇ１とすると、
Ｌｈ１−Ｌｇ１＞Ｈｇ１−Ｈｈ１
を満たし、
前記複数の発光層が二つの層からなり、前記他の発光層が第２のホストと緑色発光のドーパントと赤色発光のドーパントとを含み、
前記第２のホストの最低空軌道準位のエネルギーをＬｈ２、最高被占有軌道準位のエネルギーをＨｈ２、前記緑色発光のドーパントの最低空軌道準位のエネルギーをＬｇ２、最高被占有軌道準位のエネルギーをＨｇ２とすると、
Ｌｈ２−Ｌｇ２＞Ｈｇ２−Ｈｈ２
を満たし、
前記第１のホストと前記第２のホストとが同じ材料であることを特徴とする白色有機ＥＬ素子。