JP2024003294A - 有機発光素子 - Google Patents

Abstract

【課題】赤色発光及び緑色発光で黄色発光とした積層発光層を備え、高輝度での駆動寿命に優れた有機発光素子を提供する。【解決手段】少なくとも二層の発光層を積層した積層発光層を有し、該二層の発光層を構成する有機化合物のＨＯＭＯ、ＬＵＭＯを調整することで電子注入障壁を形成し、励起子結合領域を拡大する。【選択図】図１

Description

本発明は、有機発光素子と、該有機発光素子を有する各種機器に関する。

有機発光素子（「有機エレクトロルミネッセンス素子」、或いは「有機ＥＬ素子」と称する場合もある）は、一対の電極とこれら電極間に配置される有機化合物層とを有する電子素子である。これら一対の電極から電子及び正孔を注入することにより、有機化合物層中の発光性有機化合物の励起子を生成し、該励起子が基底状態に戻る際に、有機発光素子は光を放出する。
有機発光素子の最近の進歩は著しく、低駆動電圧、多様な発光波長、高速応答性、発光素子の薄型化・軽量化が可能であることが挙げられる。
発光素子の高効率化に関しては燐光材料や遅延蛍光材料等の高効率化材料を用いた素子が挙げられる。いずれの材料においても、三重項励起状態を経由した発光メカニズムを有するために、三重項励起状態からの高次の励起状態への遷移による材料の劣化が起こることが知られている。それらの三重項励起状態を利用した高効率化材料を用いた有機発光素子では、素子の耐久性能改善が開発課題である。この手法として、発光層を積層化させて改善される開示がある。
隣接した発光層による駆動寿命の改善に関して、特許文献１では、同じ発光材料を含み異なるホスト材料を積層して、ホスト材料同士のＨＯＭＯ準位差とＬＵＭＯ準位差による電位障壁を使って再結合領域を形成する例が報告されている。特許文献２では隣接する発光層を積層した際に、共通化した電子輸送ホストに二種類の正孔輸送性材料を混合し、ＨＯＭＯの注入障壁のない事例が記載されている。一方で、特許文献３には、同じ正孔輸送性材料に対して、異なるＬＵＭＯ準位が形成され、電子注入障壁が形成される例が報告されている。特許文献２、特許文献３は二つのホスト材料同士が励起錯体を形成する過程で励起一重項を形成しないということが長寿命化に寄与するということが説明されている。しかしながら、多色発光層の積層体、例えば緑色発光層と赤色発光層の積層体における、駆動劣化の改善に関しての記載はない。

特表２００８－５０９５６５号公報 特開２０１７－１５２４１０号公報 特開２０１７－１８３２９１号公報

さらなる高輝度化や高信頼性のディスプレイを提供していくためには、より長寿命の有機発光素子が必要になる。特に燐光材料などの三重項励起子を使った高効率の有機発光素子において耐久性能の改善が課題として挙げられる。特許文献１乃至３には、積層された発光層を有する有機発光素子が記載されているが、積層された発光層を有する有機発光素子の駆動寿命については改善の余地があった。
よって、本発明の目的は、高輝度での駆動寿命に優れた、積層された発光層を有する有機発光素子を提供することである。

本発明は、第一電極、第一の発光層、前記第一の発光層に接する第二の発光層、第二電極をこの順で有する有機発光素子であって、
前記第一の発光層は、第一の有機化合物と、第二の有機化合物と、第一の発光材料とを有し、
前記第二の発光層は、前記第一の有機化合物と、第三の有機化合物と、第二の発光材料とを有し、
以下の式［１］、［２］を満たすことを特徴とする。
｜Ｓ１Ｌ１－Ｓ１Ｌ２｜＜｜Ｓ１Ｌ１－Ｓ１Ｏ１｜ ［１］
ＬＵＭＯＯ２＞ＬＵＭＯＯ３ ［２］
Ｓ１Ｌ１：前記第一の発光材料のＳ１準位エネルギー
Ｓ１Ｌ２：前記第二の発光材料のＳ１準位エネルギー
Ｓ１Ｏ１：前記第一の有機化合物のＳ１準位エネルギー
ＬＵＭＯＯ２：前記第二の有機化合物の最低空軌道のエネルギー準位
ＬＵＭＯＯ３：前記第三の有機化合物の最低空軌道のエネルギー準位

本発明においては、少なくとも二層の発光層からなる積層発光層において、該発光層間に電子注入障壁を形成することにより、正孔と電子の再結合領域が拡大し、発光層の耐久性能が向上する。よって、本発明によれば、高輝度で駆動寿命に優れた有機発光素子、及び該有機発光素子を有する機器が提供される。

本発明の有機発光素子の一実施形態の積層発光層のＨＯＭＯ及びＬＵＭＯの関係を表す概念図である。 本発明の有機発光素子の他の実施形態の積層発光層のＨＯＭＯ及びＬＵＭＯの関係を表す概念図である。 本発明の有機発光素子の他の実施形態の積層発光層のＨＯＭＯ及びＬＵＭＯの関係を表す概念図である。 本発明の有機発光素子の他の実施形態の積層発光層のＨＯＭＯ及びＬＵＭＯの関係を表す概念図である。 本発明の有機発光素子と、これに電気接続されたトランジスタと、を有する表示装置の一実施形態の断面模式図である。 本発明の一実施形態に係る表示装置の一例を表す模式図である。 （ａ）本発明の一実施形態に係る撮像装置の一例を表す模式図である。（ｂ）本発明の一実施形態に係る電子機器の一例を表す模式図である。 （ａ）本発明の一実施形態に係る表示装置の一例を表す模式図である。（ｂ）本発明の一実施形態に係る折り曲げ可能な表示装置の一例を表す模式図である。 （ａ）本発明の一実施形態に係る照明装置の一例を示す模式図である。（ｂ）本発明の一実施形態に係る車両用灯具を有する移動体の一例を示す模式図である。

本発明は長寿命の有機発光素子を提供するための発明である。有機発光素子の長寿命化を達成するためには、素子内の有機材料で特に発光層に使用する有機材料の劣化を低減する必要がある。一般的には、有機発光素子の長寿命化においては、電子と正孔の再結合領域を拡大させて、励起子発生が集中することによる劣化を低減することが有効である。励起子発生が集中すると、励起状態にある分子上に、別の励起状態にある分子からエネルギー移動が起こりさらなる高エネルギー状態へ遷移してしまう。高エネルギー状態においては、分子構造中の一重結合部位の結合エネルギーを超える状況が発生した場合、結合が開裂し分解物が発生することで、輝度劣化が起こってしまう。これを回避するために、励起子発生を分散させることが有効である。その分散を起こす方法はいくつかあるが、本発明においては発光層を分割して発光界面を増やすことで、電子と正孔の再結合箇所を分散させる方法が有効であると考えた。

本発明の有機発光素子は、基本構成として、第一電極、第一の発光層、該第一の発光層に接する第二の発光層、第二電極をこの順で有する。即ち、少なくとも発光層が少なくとも二層の発光層を互いに接して積層した積層発光層である。そして、上記第一の発光層は、ホスト材料として第一の有機化合物を、アシスト材料として第二の有機化合物を、発光材料として第一の発光材料を有している。また、第二の発光層は、ホスト材料として第一の有機化合物を、アシスト材料として第三の有機化合物を発光材料として第二の発光材料を有している。本発明の有機発光素子は、下記式［１］及び［２］を満たしている。
｜Ｓ１Ｌ１－Ｓ１Ｌ２｜＜｜Ｓ１Ｌ１－Ｓ１Ｏ１｜ ［１］
ＬＵＭＯＯ２＞ＬＵＭＯＯ３ ［２］
Ｓ１Ｌ１：第一の発光材料のＳ１準位エネルギー
Ｓ１Ｌ２：第二の発光材料のＳ１準位エネルギー
Ｓ１Ｏ１：第一の有機化合物のＳ１準位エネルギー
ＬＵＭＯＯ２：第二の有機化合物の最低空軌道のエネルギー準位
ＬＵＭＯＯ３：第三の有機化合物の最低空軌道のエネルギー準位

本発明の有機発光素子は、上記式［１］を満たすことにより、第一の発光層におけるホスト材料と発光材料間よりも、第一の発光層と第二の発光層の発光材料間でエネルギー移動が起こりやすい。また、上記式［２］を満たすことにより、第一の発光層と第二の発光層との間で、第二の発光層から第一の発光層への電子注入障壁が形成され、再結合領域が拡大する。

本発明においては、第一の発光層に接して、第一電極側に、ホスト材料として第一の有機化合物を、発光材料として第三の発光材料を有する第三の発光層を有することが好ましい。第三の発光層はさらにアシスト材料として第四の有機化合物を有することが好ましい。第一の発光層と第二の発光層とが同じ発光色である場合には、第三の発光層を、第一の発光層と第二の発光層の発光色とは異なる発光色とする。本発明においては、緑色発光と赤色発光とで黄色発光とすることから、第一の発光層と第二の発光層とが緑色発光又は赤色発光の場合、第三の発光層は赤色発光又は緑色発光とする。また、第一の発光層と第二の発光層とが異なる発光色の場合には、第三の発光層の発光色は、どちらかの発光色と同じとすればよい。

本発明においては、さらに、下記式［３］、さらには下記式［４］を満たすことで、エネルギーが第一の発光層の発光材料から第三の発光層の発光材料へと流れ易くなり好ましい。
Ｓ１Ｌ３＜Ｓ１Ｌ１ ［３］
ＨＯＭＯＬ３＜ＨＯＭＯＬ１ ［４］
Ｓ１Ｌ３：第三の発光材料のＳ１準位エネルギー
ＨＯＭＯＬ１：第一の発光材料の最高被占軌道のエネルギー準位
ＨＯＭＯＬ３：第三の発光材料の最高被占軌道のエネルギー準位

また本発明においては、下記式［５］を満たすことにより、発光材料の耐久性が高まり、有機発光素子の寿命が向上するため好ましい。
ＬＵＭＯＬ３＜ＬＵＭＯＬ１ ［５］
ＬＵＭＯＬ１：第一の発光材料の最低空軌道のエネルギー準位
ＬＵＭＯＬ３：第三の発光材料の最低空軌道のエネルギー準位

本発明においては、さらに、下記式［６］乃至［８］を満たすことが好ましい。

ＬＵＭＯＯ１＞ＬＵＭＯＯ３ ［６］
ＨＯＭＯＯ４＞ＨＯＭＯＯ１ ［７］
ＨＯＭＯＯ４＞ＨＯＭＯＯ２ ［８］
ＬＵＭＯＯ１：第一の有機化合物の最低空軌道のエネルギー準位
ＬＵＭＯＯ３：第三の有機化合物の最低空軌道のエネルギー準位
ＨＯＭＯＯ１：第一の有機化合物の最高被占軌道のエネルギー準位
ＨＯＭＯＯ２：第二の有機化合物の最高被占軌道のエネルギー準位
ＨＯＭＯＯ４：第四の有機化合物の最高被占軌道のエネルギー準位

さらに、本発明においては、下記式［９］及び［１０］の少なくとも一方を満たすことにより、有機発光素子の駆動電圧を低減することができ、好ましい。

ＬＵＭＯＯ１＞ＬＵＭＯＯ２ ［９］
ＨＯＭＯＯ２＞ＨＯＭＯＯ１ ［１０］
ＬＵＭＯＯ１：第一の有機化合物の最低空軌道のエネルギー準位
ＬＵＭＯＯ２：第二の有機化合物の最低空軌道のエネルギー準位
ＨＯＭＯＯ１：第一の有機化合物の最高被占軌道のエネルギー準位
ＨＯＭＯＯ２：第二の有機化合物の最高被占軌道のエネルギー準位

以下に、発光層を３層積層した積層発光層を例に挙げ、図１乃至図４を引用して、本発明において電子と正孔の再結合領域を拡大する作用、及び好ましい形態について説明する。ディスプレイに用いる発光画素としては主に赤、緑、青の発光色を呈する発光素子が必要となる。その発光素子には、発光画素の発光色に合わせて発光層を形成する構成と、白色に発光させる素子上にカラーフィルターを設ける構成があり、白色発光をさせる際に、青色発光＋黄色発光とする構成が一般的に考えられる。
その発光層において黄色発光層は、ディスプレイとしての色再現範囲を高める目的で、二色の色（赤と緑）を発光させて黄色を呈することになるが、赤色発光の劣化速度と緑色発光の劣化速度は通常異なる。赤色発光に対して、緑色発光を呈する発光層の方が、利用する励起子のエネルギー準位も高いために劣化が起こり易い。一方で、ディスプレイ或いはその他の発光デバイスに対して、上記の黄色発光デバイスを使用した場合、赤色発光と緑色発光の輝度劣化時間が異なることから、デバイス駆動中に色ズレが起きてしまうという課題がある。この黄色発光を呈する有機発光素子の駆動劣化による色ズレは、例えば、タンデム素子構造において、青色発光素子と黄色発光素子を連結した白色発光素子に利用しようとする際に特に課題となる。

本実施形態の積層発光層は、第三の発光層、第一の発光層、第二の発光層を有し、第三の発光層を正孔注入電極側、第二の発光層を電子注入電極側とする。各発光層は赤色又は緑色の発光材料（ゲスト）を含み、赤色発光層、緑色発光層を少なくとも一つずつ有する。各発光層は、ホスト材料として第一の有機化合物を含み、アシスト材料として第二乃至第四の有機化合物のいずれかを含む。よって、各発光層は以下の構成を有する。
第一の発光層：第一の有機化合物、第二の有機化合物、第一の発光材料
第二の発光層：第一の有機化合物、第三の有機化合物、第二の発光材料
第三の発光層：第一の有機化合物、第四の有機化合物、第三の発光材料
尚、本実施形態において、発光層を構成する化合物の中で質量比が最も大きい化合物である。またゲストとは、発光層を構成する化合物の中で質量比がホストよりも小さい化合物であって、主たる発光を担う化合物である。またアシスト材料とは、発光層を構成する化合物の中で質量比がホストよりも小さく、ゲストの発光を補助する化合物である。尚、アシスト材料は、第２のホストとも呼ばれている。

本実施形態の特徴の一つが、第一の有機化合物が各発光層のホスト材料として共通化されていることである。ホスト材料は、発光層におけるマトリックスとしての機能や、電荷輸送を担うことになる。主材料となるため、第一の有機化合物のガラス転移温度は高い方がよい。また、発光材料に燐光材料や熱励起型遅延蛍光材料が含まれる場合においては、第一の有機化合物の最低三重項状態（Ｔ１）は、含まれる発光材料の高いＴ１準位よりも高い必要があるため、必然的にワイドバンドギャップとなる。アシスト材料である第二、第三、第四の有機化合物の含有濃度は少なくとも発光層中に１０質量％以上は必要であり、好ましくは２０質量％乃至３５質量％程度含有することで、キャリア輸送のアシストとして機能する。

第一の有機化合物を第一乃至第三の発光層のホスト材料として用いることで、積層発光層の形成については、生産時における蒸着装置における蒸着チャンバー内の蒸着源の削減に寄与することが可能となる。また、発光層間に発光材料を含有しない層を設けないことで、発生した励起子を余らせずに利用することが可能になる。

本実施形態の積層発光層において、第一の有機化合物と、第二乃至第四の有機化合物がそれぞれ有するＨＯＭＯとＬＵＭＯのエネルギー準位の関係を、図１乃至図４に示す。図１乃至図４に示される関係は、第一の発光層に含まれる第二の有機化合物によって区別される。尚、図１乃至図４中、及び以下の説明において、ＨＯＭＯは最高被占軌道のエネルギー準位を、ＬＵＭＯは最低空軌道のエネルギー準位を示す。また、Ｏ１は第一の有機化合物を、Ｏ２は第二の有機化合物を、Ｏ３は第三の有機化合物を、Ｏ４は第四の有機化合物を、Ｌ１は第一の発光材料を、Ｌ２は第二の発光材料を、Ｌ３は第三の発光材料を示す。

本実施形態において、正孔注入電極側の第三の発光層に含まれる第四の有機化合物は正孔輸送をアシストし、第一の有機化合物と第四の有機化合物のＨＯＭＯの関係は以下の通りである。
ＨＯＭＯＯ４＞ＨＯＭＯＯ１ ［７］

また、電子注入電極側の第二の発光層に含まれる第三の有機化合物は電子輸送をアシストし、第一の有機化合物と第三の有機化合物のＬＵＭＯの関係は以下の通りである。
ＬＵＭＯＯ１＞ＬＵＭＯＯ３ ［６］

さらに、第二の有機化合物と第三の有機化合物、第四の有機化合物のＨＯＭＯ，ＬＵＭＯについては、以下の関係を有する。
ＬＵＭＯＯ２＞ＬＵＭＯＯ３ ［２］
ＨＯＭＯＯ４＞ＨＯＭＯＯ２ ［８］

図１は、第一の発光層に含まれる第二の有機化合物が正孔、電子のいずれの輸送にも関与しない場合であり、第一の有機化合物と第二の有機化合物のＨＯＭＯ、ＬＵＭＯの関係は以下の通りである。
ＨＯＭＯＯ２＜ＨＯＭＯＯ１（正孔輸送をアシストしない）
ＬＵＭＯＯ１＜ＬＵＭＯＯ２（電子輸送をアシストしない）
この場合、ＨＯＭＯＯ４からＨＯＭＯＯ１への準位差が第三の発光層から第一の発光層への正孔注入障壁となり、ＬＵＭＯＯ３からＬＵＭＯＯ１への準位差が第二の発光層から第一の発光層への電子注入障壁となる。

図２は、第一の発光層に含まれる第二の有機化合物が正孔輸送はアシストせず、電子輸送をアシストする場合であり、第一の有機化合物と第二の有機化合物のＨＯＭＯ、ＬＵＭＯの関係は以下の通りである。
ＨＯＭＯＯ２＜ＨＯＭＯＯ１（正孔輸送をアシストしない）
ＬＵＭＯＯ１＞ＬＵＭＯＯ２（電子輸送をアシストする） ［９］
この場合、ＨＯＭＯＯ４からＨＯＭＯＯ１への準位差が第三の発光層から第二の発光層への正孔注入障壁となり、ＬＵＭＯＯ３からＬＵＭＯＯ２への準位差が第二の発光層から第一の発光層への電子注入障壁となる。

図３は、第一の発光層に含まれる第二の有機化合物が正孔輸送をアシストし、電子輸送をアシストする場合であり、第一の有機化合物と第二の有機化合物のＨＯＭＯ、ＬＵＭＯの関係は以下の通りである。
ＨＯＭＯＯ２＞ＨＯＭＯＯ１（正孔輸送をアシストする） ［１０］
ＬＵＭＯＯ１＜ＬＵＭＯＯ２（電子輸送をアシストしない）
この場合、ＨＯＭＯＯ４からＨＯＭＯＯ２への準位差が第三の発光層から第一の発光層への正孔注入障壁となり、ＬＵＭＯＯ３からＬＵＭＯＯ１への準位差が第二の発光層から第一の発光層への電子注入障壁となる。

図４は、第一の発光層に含まれる第二の有機化合物が正孔、電子のいずれの輸送もアシストする場合であり、第一の有機化合物と第二の有機化合物のＨＯＭＯ、ＬＵＭＯの関係は以下の通りである。

ＨＯＭＯＯ２＞ＨＯＭＯＯ１（正孔輸送をアシストする） ［１０］
ＬＵＭＯＯ１＞ＬＵＭＯＯ２（電子輸送をアシストする） ［９］
この場合、ＨＯＭＯ４からＨＯＭＯ２への準位差が第三の発光層から第一の発光層への正孔注入障壁となり、ＬＵＭＯＯ３からＬＵＭＯＯ２への準位差が第二の発光層から第一の発光層への電子障壁となる。

図１乃至図４のいずれの場合においても、第二の発光層に対する正孔、電子の注入障壁があることで、再結合領域が拡大し、励起子発生が集中することによる劣化を低減することができる。本発明の一実施形態によれば、特に、赤色、緑色の燐光材料を発光層に使った黄色発光層で長寿命な発光素子を提供できる。このため、主に黄色発光を呈する有機発光素子が長寿命化する。また、駆動劣化に伴い色ズレが起こらないように改善することが可能である。

本実施形態の積層発光層において、第二の発光層及び第三の発光層それぞれから第一の発光層への電荷注入障壁が、共通化された第一の有機化合物を有する各層内において形成されている。その際、第一の有機化合物が分解に強い骨格からなることでさらなる耐久性能改善が見込める。分解に強い骨格とは、具体的には、縮合多環骨格間を結合する一重結合の全てが結合エネルギーの高い炭素－炭素結合であることが重要である。以下に、結合エネルギーの例について示す通り、炭素－窒素結合などが縮合多環骨格間の結合として設けられると、一定の励起子発生の集中により発生するより高次の励起エネルギー状態において、結合が切れやすくなるためである。

一方で、第一の有機化合物はホスト材料として、エネルギーを発光材料に閉じ込めるだけでなく、正孔輸送、電子輸送を担う必要性がある。しかしながら、アシスト材料として、第二乃至第四の有機化合物がそれぞれ、正孔輸送や電子輸送を担うことで強いホスト材料を生かしながら、発光層の積層界面にキャリア障壁を生じさせることができるのである。このため、再結合領域を拡大することにより有機発光素子の耐久性能改善により好ましい形である。

本実施形態における発光材料としては、蛍光材料、燐光材料、熱励起型遅延蛍光材料などが挙げられ、いずれかに限定されるものではない。蛍光材料とは、励起一重項状態から基底状態への放射遷移する発光材料のことである。一方、燐光材料は最低三重項状態から基底状態へ放射遷移する材料である。熱励起型遅延蛍光材料は最低三重項状態から熱励起による逆項間交差過程を経て励起一重項状態から基底状態へ放射遷移する材料である。

本実施形態において、緑色発光材料とは、フォトルミネッセンススペクトルのピーク波長を５００ｎｍ乃至５６０ｎｍの領域に持つ発光材料であることを意味する。また赤色発光材料とは、フォトルミネッセンススペクトルのピーク波長を６００ｎｍ乃至６５０ｎｍに持つ発光材料であることを意味する。青色発光材料とは４４０ｎｍ乃至４８０ｎｍの領域にフォトルミネッセンススペクトルのピーク波長を持つことを意味する。

本実施形態においては、有機発光素子の発光効率の観点から、発光材料が燐光材料や熱励起型遅延蛍光材料であることが好ましい。これらの材料は最低三重項状態を経由する発光メカニズムを有するために、励起子発生が集中してしまうと、励起寿命の長い三重項励起子（Ｔ１）が衝突することで三重項－三重項消滅が起きやすくなる。この現象が起きてしまうと、一定の確率で高次の三重項励起状態が発生してしまう。また、三重項励起状態の分子が、発光する緑色や赤色の発光を吸収する過渡吸収が起こることでも高次の三重項励起状態が生じる。これらは材料の劣化を引き起こしてしまう。高電流密度の状態下においては、過剰な励起子発生が起きているので、発光材料のみならず、ホスト材料、アシスト材料においても同様な劣化が起こりえると考えられる。よって、本実施形態においては、燐光材料もしくは遅延蛍光材料などを発光材料がより有効であり、第一の発光材料、第二の発光材料、第三の発光材料が全て燐光材料であることが好ましい。また、発光材料が発光層に含まれる濃度は、０．１質量％乃至１５質量％が好ましいが、本実施形態は、これに特に限定されない。

本実施形態に係る積層発光層は、第一電極もしくは第二電極との間に、青色に発光する第四の発光層と電荷発生層を具備してもよい。電荷発生層はタンデム素子としての機能を発現させ、電荷発生層で発生した電子と第一電極から注入された正孔が電荷再結合して励起子を生成、電荷発生層で発生した正孔と第二電極から注入された電子が電荷再結合して励起子を形成する。このため、内部量子効率は２倍になる。その際、本実施形態の有機発光素子は、青色発光の補色としての黄色発光層として、タンデム素子の片側に適用することができる。従って、本実施形態に係る積層発光層を用いて、青色発光層とタンデム素子構成することにより、白色発光素子を提供することができる。青色発光層は、少なくともホスト材料としての有機化合物と、青色発光材料である有機化合物とを含む。

白色発光素子は、例えばディスプレイ、照明などに適用できる。その際に、黄色発光層の耐久性能の改善、特に、緑色と赤色の発光色でそれぞれ輝度劣化時間が異なるケースにおいて、輝度劣化時間の短い色の方に対して本実施形態を適用することが好ましい。これは、白色発光した際の青、緑、赤において、例えば、緑色発光の輝度劣化が最も早い場合、発光色が白から黄色味を帯びた白に変化しやすいことになる。これはディスプレイにおいて、焼き付きの原因となる。この焼き付きを起こす時間を、本実施形態の有機発光素子を用いることで軽減する効果がある。燐光材料や熱励起型遅延蛍光材料で赤色発光と緑色発光によって黄色発光させるような場合には、その利用エネルギーの大きい緑色発光の方が、輝度劣化しやすい。このため、赤色と緑色の発光層から黄色発光させる有機発光素子を使い、青色発光素子とタンデム素子を構成して白色発光させる場合には、緑色の輝度劣化寿命を改善することが必要になる。このため、本実施形態の３つの発光層のうち２つには緑色発光する発光材料が含まれることが好ましい。

本実施形態では、第一乃至第四の有機化合物のＨＯＭＯ、ＬＵＭＯから構成される３つの隣接する発光層間のエネルギー障壁を作り出すことで、再結合領域を分散させ励起子の集中を防ぐことにある。その際に、第一の有機化合物の強さを生かして緑色、赤色の発光色の駆動寿命改善効果を生み出すことにある。発光色の組み合わせとしては以下のものがある。

これに対して、膜厚構成は無数の組み合わせがあるが、例として以下を挙げる。表２中の膜厚の単位はｎｍである。尚、膜厚と有機発光素子におけるその発光層からの発光量は比例するので、発光色のバランスが必要な場合には適宜変更すればよい。

〔層構成〕
次に、本実施形態の有機発光素子の各層について説明する。

本実施形態の有機発光素子の層構成については、特に限定されるものではないが、例えば、第一電極／正孔注入層／正孔輸送層／電子ブロッキング層／積層発光層／正孔ブロッキング層／電子輸送層／電子注入層／第二電極の構成を例に挙げて説明する。

正孔注入層や正孔輸送層を構成する正孔注入輸送性材料としては、陽極からの正孔の注入を容易にすると同時に、注入された正孔を発光層へ輸送できるように正孔移動度が高い材料が好ましい。また有機発光素子中において結晶化等の膜質の劣化を抑制するために、ガラス転移点温度が高い材料が好ましい。正孔注入輸送性能を有する低分子及び高分子系材料としては、トリアリールアミン誘導体、アリールカルバゾール誘導体、フェニレンジアミン誘導体、スチルベン誘導体、フタロシアニン誘導体、ポルフィリン誘導体、ポリ（ビニルカルバゾール）、ポリ（チオフェン）、その他導電性高分子が挙げられる。さらに上記の正孔注入輸送性材料は、電子ブロッキング層にも好適に使用される。

以下に、正孔注入輸送性材料として用いられる化合物の具体例を示すが、本実施形態においてはこれらに限定されるものではない。

正孔注入輸送性材料として上記に記載した中でも、ＨＴ１６乃至ＨＴ１８は、陽極に接する層に用いることで駆動電圧を低減することができる。ＨＴ１６は広く有機発光素子に用いられている。ＨＴ１６に隣接する有機化合物層に、ＨＴ２、ＨＴ３、ＨＴ４、ＨＴ５、ＨＴ６、ＨＴ１０、ＨＴ１２を用いてよい。また、一つの有機化合物層に複数の材料を用いてもよい。

本実施形態においては、第四の有機化合物として正孔輸送性材料であることが好ましい。正孔輸送性を有する有機化合物であれば特に限定されるわけではないが、例えば、上記うちＨＴ１６，ＨＴ１７，ＨＴ１８を除く材料は正孔輸送性材料として、本実施形態における第四の有機化合物として好ましい。第二の有機化合物もまた第四の有機化合物と同様に正孔輸送性材料であってもよい。

主に発光機能に関わる発光材料としては、縮環化合物（例えばフルオレン誘導体、ナフタレン誘導体、ピレン誘導体、ペリレン誘導体、テトラセン誘導体、アントラセン誘導体、ルブレン等）、キナクリドン誘導体、クマリン誘導体、スチルベン誘導体、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、イリジウム錯体、白金錯体、レニウム錯体、銅錯体、ユーロピウム錯体、ルテニウム錯体、及びポリ（フェニレンビニレン）誘導体、ポリ（フルオレン）誘導体、ポリ（フェニレン）誘導体等の高分子誘導体が挙げられる。

以下に、発光材料として用いられる化合物の具体例を示すが、もちろんこれらに限定されるものではない。

発光材料はより長い駆動寿命を実現するために、第一の有機化合物と同様に縮合多環構造環の一重結合が炭素―炭素結合であることが好ましい。炭化水素化合物とは炭素と水素のみで構成される化合物であり、ＢＤ７、ＢＤ８、ＧＤ５乃至ＧＤ９、ＲＤ１が相当するが、これらの発光材料は５員環を含む縮合多環であり、イオン化ポテンシャルが高いため、酸化しにくい。そのため、高耐久な寿命の素子を提供するためさらに好ましい。ＢＤ７、ＢＤ８、ＧＤ５乃至ＧＤ９、ＲＤ１が相当する。

発光層に含まれる第一の有機化合物は、発光層のホスト材料として耐久性に優れたものが好ましい。例えば、芳香族炭化水素化合物もしくはその誘導体の他、カルバゾール誘導体、ジベンゾフラン誘導体、ジベンゾチオフェン誘導体、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、有機ベリリウム錯体等が挙げられる。

以下に、本実施形態において発光層に含まれる第一の有機化合物の具体例を示すが、もちろんこれらに限定されるものではない。

第一の有機化合物としての発光層のホスト材料が炭化水素化合物である場合、発光層が電子や正孔をトラップしやすくなるため高効率化の効果が大きく好ましい。炭化水素化合物とは炭素と水素のみで構成される化合物であり、ＥＭ１乃至ＥＭ１２、及びＥＭ１５乃至ＥＭ２７が相当する。ホスト材料としては、その構造中にアリール基ユニットを結ぶ単結合において、炭素－ヘテロ原子結合を有さないものが安定性の観点からより好ましい。

電子輸送層を構成する電子輸送性材料としては、陰極から注入された電子を発光層へ輸送することができるものから任意に選ぶことができ、正孔注入輸送性材料の正孔移動度とのバランス等を考慮して選択される。電子輸送性能を有する材料としては、オキサジアゾール誘導体、オキサゾール誘導体、ピラジン誘導体、トリアゾール誘導体、トリアジン誘導体、キノリン誘導体、キノキサリン誘導体、フェナントロリン誘導体、有機アルミニウム錯体、縮環化合物（例えばフルオレン誘導体、ナフタレン誘導体、クリセン誘導体、アントラセン誘導体等）が挙げられる。さらに上記の電子輸送性材料は、正孔ブロッキング層にも好適に使用される。

以下に、電子輸送性材料として用いられる化合物の具体例を示すが、本実施形態においてはこれらに限定されるものではない。

電子注入層を構成する電子注入性材料としては、陰極からの電子注入が容易に可能なものから任意に選ぶことができ、正孔注入性とのバランス等を考慮して選択される。有機化合物としてｎ型ドーパント及び還元性ドーパントも含まれる。例えば、フッ化リチウム等のアルカリ金属を含む化合物、リチウムキノリノール等のリチウム錯体、ベンゾイミダゾリデン誘導体、イミダゾリデン誘導体、フルバレン誘導体、アクリジン誘導体が挙げられる。

一方で、本実施形態において前記の電子輸送性材料は、第二の有機化合物、第三の有機化合物として電子輸送性をアシストする材料として好ましい。その際、電子輸送性の化合物として、いずれかに限定されることはない。

本実施形態の積層発光層に用いられる第一乃至第四の有機化合物として、上記に挙げた以外にも、以下の有機化合物が挙げられる。

上記Ｚ－１乃至Ｚ－２３は、それぞれのＨＯＭＯ、ＬＵＭＯを考慮して、第一乃至第四の有機化合物として選択することができる。例えば、Ｚ－１乃至Ｚ－３は芳香族炭化水素からなり、複数の縮合多環骨格を炭素－炭素一重結合で結合してなる有機化合物であり、第一の有機化合物として好ましく用いることができる。表１に上記Ｚ－１乃至Ｚ－２３のＨＯＭＯとＬＵＭＯ、Ｓ１を示す。単位はｅＶである。ＨＯＭＯは各有機化合物の５０ｎｍの薄膜を真空蒸着法で作製し、その薄膜を理研計器のＡＣ－３を用いて測定したイオン化ポテンシャルの値である。ＬＵＭＯは同薄膜の吸収スペクトルを測定し、光学吸収端をバンドギャップとして求めた後、イオン化ポテンシャルの値から差し引いた値である。この光学吸収端は、各化合物の最低励起一重項状態に対応する。但し、燐光材料の場合は、光学吸収端が基底状態から三重項状態への吸収となるため、同じ方法で求めた場合のＬＵＭＯであり厳密には正しくないが、近似的に用いることができる。

有機発光素子は、基板の上に、陽極、有機化合物層、陰極を形成して設けられる。陰極の上には、保護層、カラーフィルタ等を設けてよい。カラーフィルタを設ける場合は、保護層との間に平坦化層を設けてよい。平坦化層はアクリル樹脂等で構成することができる。

基板は、石英、ガラス、シリコンウエハ、樹脂、金属等が挙げられる。また、基板上には、トランジスタなどのスイッチング素子や配線を備え、その上に絶縁層を備えてもよい。絶縁層としては、陽極と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、且つ接続しない配線との絶縁を確保できれば、材料は問わない。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。

陽極の構成材料としては仕事関数がなるべく大きいものが良い。例えば、金、白金、銀、銅、ニッケル、パラジウム、コバルト、セレン、バナジウム、タングステン、等の金属単体やこれらを含む混合物、或いはこれらを組み合わせた合金、酸化錫、酸化亜鉛、酸化インジウム、酸化錫インジウム（ＩＴＯ）、酸化亜鉛インジウム等の金属酸化物が使用できる。またポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン等の導電性ポリマーも使用できる。
これらの電極物質は一種類を単独で使用してもよいし、二種類以上を併用して使用してもよい。また、陽極は一層で構成されていてもよく、複数の層で構成されていてもよい。

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、フォトリソグラフィ技術を用いることができる。

一方、陰極の構成材料としては仕事関数の小さなものがよい。例えばリチウム等のアルカリ金属、カルシウム等のアルカリ土類金属、アルミニウム、チタニウム、マンガン、銀、鉛、クロム等の金属単体またはこれらを含む混合物が挙げられる。或いはこれら金属単体を組み合わせた合金も使用することができる。例えば、マグネシウム－銀、アルミニウム－リチウム、アルミニウム－マグネシウム、銀－銅、亜鉛－銀等が使用できる。酸化錫インジウム（ＩＴＯ）等の金属酸化物の利用も可能である。これらの電極物質は一種類を単独で使用してもよいし、二種類以上を併用して使用してもよい。また陰極は一層構成でもよく、多層構成でもよい。中でも銀を用いることが好ましく、銀の凝集を抑制するため、銀合金とすることがさらに好ましい。銀の凝集が抑制できれば、合金の比率は問わない。例えば、１：１であってよい。

陰極は、ＩＴＯなどの酸化物導電層を使用してトップエミッション型としてもよいし、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型としてもよいし、特に限定されない。陰極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。

陰極の形成後に、保護層を設けてもよい。例えば、陰極上に吸湿剤を設けたガラスを接着することで、有機化合物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、陰極上に窒化ケイ素等のパッシベーション膜を設け、有機化合物層に対する水等の浸入を抑えてもよい。例えば、陰極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２μｍの窒化ケイ素膜を形成することで、保護層としてもよい。ＣＶＤ法の成膜の後で原子堆積法（ＡＬＤ法）を用いた保護層を設けてもよい。

前記したように、本実施形態の有機発光素子においては、積層発光層と第一電極又は第二電極との間に、青色に発光する第四の発光層と電荷発生層を具備してもよい。係る電荷発生層としては、ｐ層とｎ層でｎ／ｐジャンクションを形成する場合やｐ－ドープ層、ｎ－ドープ層を用いて形成する。例えば、ｐ／ｎジャンクションだけで形成した場合、ｐ層に引き抜かれた電子を更に電子輸送層に注入するために電子注入層を設けた方が好ましい。またｎ－ドープ層／ｐ－ドープ層としてもよい。電荷発生層としてどのような組み合わせが良いかは、本実施形態は限定されるものではない。

電荷発生層において、ｐ－ドープ層には、例えば電子吸引性が高いＨＡＴ－ＣＮ、酸化モリブデンなどのルイス酸と芳香族アミン系の化合物を混合してもよい。ＨＡＴ－ＣＮや参酸化モリブデンなどはｎ型の材料であり、積層構成をとってもよい。ｎ－ドープ層には例えば、アルカリ金属、アルカリ土類金属など電子ドープをしやすい低仕事関数のものがよい。或いはＬｉＦなどを還元性金属薄膜と組み合わせて電子注入層とし、ｎ型層／ｐ型層を形成して電荷発生させてもよい。界面で電荷を発生させるか、ドーピングにより発生させておくかは本実施形態においては限定されない。

電荷発生層を具備したタンデム素子において本実施形態の有機発光素子を適用した場合、第一電極、もしくは第二電極から行われたキャリアの注入は電荷発生層で発生したキャリアが注入されることとなる。本実施形態に係る積層発光層は黄色発光を呈するため、白色発光を呈するために、青色発光素子とのタンデム素子を形成することが好ましい。このようにして形成した白色発光素子は、ディスプレイの発光光源や、照明光源として適用可能である。その際に、本発明の有機発光素子は寿命を改善したことで、特に緑色発光の輝度劣化が軽減されて、長寿命で発光色の輝度変化の小さい白色発光素子を提供することができる。

前記の白色発光素子の各画素に対して、カラーフィルタを設けてもよい。例えば、画素のサイズに合わせたカラーフィルタを別の基板上に設け、それと有機発光素子を設けた基板と貼り合わせてもよいし、酸化ケイ素等の保護層上にフォトリソグラフィ技術を用いて、カラーフィルタをパターニングしてもよい。

本実施形態の有機発光素子を構成する有機化合物層（正孔注入層、正孔輸送層、電子ブロッキング層、発光層、正孔ブロッキング層、電子輸送層、電子注入層等）は、以下に示す方法により形成される。

本実施形態の有機発光素子を構成する有機化合物層は、真空蒸着法、イオン化蒸着法、スパッタリング、プラズマ等のドライプロセスを用いることができる。またドライプロセスに代えて、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）により層を形成するウェットプロセスを用いることもできる。

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、シリコン樹脂、尿素樹脂等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。また、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一種類を単独で使用してもよいし、二種類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。

〔有機発光素子の用途〕
本実施形態に係る有機発光素子は、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、白色光源にカラーフィルタを有する発光装置等の用途がある。

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画像入力部を有し、入力された情報を処理する情報処理部を有し、入力された画像を表示部に表示する画像情報処理装置でもよい。

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、タッチパネル機能を有していてもよい。このタッチパネル機能の駆動方式は、赤外線方式でも、静電容量方式でも、抵抗膜方式であっても、電磁誘導方式であってもよく、特に限定されない。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。

次に、図面を参照しながら本実施形態に係る表示装置につい説明する。図５は、本実施形態の有機発光素子とこの有機発光素子に電気的に接続されるトランジスタとを有する表示装置の例を示す断面模式図である。トランジスタは、能動素子の一例である。

図５の表示装置１０は、ガラス等の基板１１とその上部にトランジスタ又は有機化合物層を保護するための防湿膜１２が設けられている。また図中の１３は金属のゲート電極である。１４はゲート絶縁膜であり、１５は半導体層である。

トランジスタ１８は、半導体層１５とドレイン電極１６とソース電極１７とを有している。トランジスタ１８の上部には絶縁膜１９が設けられている。コンタクトホール２０を介して有機発光素子を構成する陽極２１とソース電極１７とが接続されている。

尚、有機発光素子に含まれる電極（陽極、陰極）とトランジスタに含まれる電極（ソース電極、ドレイン電極）との電気接続の方式は、図５に示される態様に限られるものではない。つまり陽極、陰極のいずれか一方と、トランジスタのソース電極、ドレイン電極のいずれか一方とが電気接続されていればよい。

図５の表示装置１０では有機化合物層２２を１つの層の如く図示をしているが、有機化合物層２２は、少なくとも本実施形態に係る積層発光層を含み、さらに他の有機化合物層を含んでもいてもよい。陰極２３の上には有機発光素子の劣化を抑制するための第一の保護層２４や第二の保護層２５が設けられている。

図５の表示装置１０ではスイッチング素子としてトランジスタを使用しているが、これに代えてＭＩＭ（Ｍｅｔａｌ－Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ－Ｍｅｔａｌ）素子をスイッチング素子として用いてもよい。

また図５の表示装置１０に使用されるトランジスタ１８は、単結晶シリコンウエハを用いたトランジスタに限らず、基板の絶縁性表面上に活性層を有する薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）素子でもよい。ＴＦＴ素子の活性層としては、単結晶シリコン、アモルファスシリコン、微結晶シリコンなどの非単結晶シリコン、インジウム亜鉛酸化物、インジウムガリウム亜鉛酸化物等の非単結晶酸化物半導体が挙げられる。

図５の表示装置１０に含まれるトランジスタ１８は、Ｓｉ基板等の基板内に形成されていてもよい。また、低温ポリシリコンで形成されたトランジスタでも良い。ここで基板内に形成されるとは、Ｓｉ基板等の基板自体を加工してトランジスタを作製することを意味する。つまり、基板内にトランジスタを有することは、基板とトランジスタとが一体に形成されていると見ることもできる。

本実施形態に係る有機発光素子はスイッチング素子の一例であるトランジスタ１８により発光輝度が制御され、有機発光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、トランジスタに限らず、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。基板内にトランジスタを設けるか、基板上に設けるかは、表示部の大きさによって選択され、例えば０．５インチ程度の大きさであれば、Ｓｉ基板上にトランジスタを設けることが好ましい。

図６は、本実施形態に係る表示装置の一例を表す模式図である。表示装置１０００は、上部カバー１００１と、下部カバー１００９と、の間に、タッチパネル１００３、表示パネル１００５、フレーム１００６、回路基板１００７、バッテリー１００８、を有してよい。タッチパネル１００３及び表示パネル１００５は、フレキシブルプリント回路ＦＰＣ１００２、１００４が接続されている。回路基板１００７には、トランジスタがプリントされている。バッテリー１００８は、表示装置が携帯機器でなければ、設けなくてもよいし、携帯機器であっても、別の位置に設けてもよい。

本実施形態に係る表示装置は、複数のレンズを有する光学部と、当該光学部を通過した光を受光する撮像素子とを有する撮像装置の表示部に用いられてよい。撮像装置は、撮像素子が取得した情報を表示する表示部を有してよい。また、表示部は、撮像装置の外部に露出した表示部であっても、ファインダ内に配置された表示部であってもよい。撮像装置は、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラであってよい。撮像装置は、光電変換装置と言い換えてもよい。

図７（ａ）は、本実施形態に係る撮像装置の一例を表す模式図である。撮像装置１１００は、ビューファインダ１１０１、背面ディスプレイ１１０２、操作部１１０３、筐体１１０４を有してよい。ビューファインダ１１０１は、本実施形態に係る表示装置を有している。表示装置は、撮像する画像のみならず、環境情報、撮像指示等を表示してよい。環境情報には、外光の強度、外光の向き、被写体の動く速度、被写体が遮蔽物に遮蔽される可能性等であってよい。

撮像に好適なタイミングはわずかな時間なので、少しでも早く情報を表示した方がよい。表示装置が本実施形態の有機発光素子を有していると、応答速度が速く好ましい。有機発光素子を用いた表示装置は、表示速度が求められる、これらの装置、液晶表示装置よりも好適に用いることができる。

撮像装置１１００は、不図示の光学部を有する。光学部は複数のレンズを有し、筐体１１０４内に収容されている撮像素子に結像する。複数のレンズは、その相対位置を調整することで、焦点を調整することができる。この操作を自動で行うこともできる。

本実施形態に係る表示装置は、赤色、緑色、青色を有するカラーフィルタを有してよい。カラーフィルタは、当該赤色、緑色、青色がデルタ配列で配置されてよい。

本実施形態に係る表示装置は、携帯端末の表示部に用いられてもよい。その際には、表示機能と操作機能との双方を有してもよい。携帯端末としては、スマートフォン等の携帯電話、タブレット、ヘッドマウントディスプレイ等が挙げられる。

図７（ｂ）は、本実施形態に係る電子機器の一例を表す模式図である。電子機器１２００は、表示部１２０１と、操作部１２０２と、筐体１２０３を有する。筐体１２０３には、回路、当該回路を有するプリント基板、バッテリー、通信部、を有してよい。操作部１２０２は、ボタンであってもよいし、タッチパネル方式の反応部であってもよい。操作部は、指紋を認識してロックの解除等を行う、生体認識部であってもよい。通信部を有する電子機器は通信機器ということもできる。

図８は、本実施形態に係る表示装置の一例を表す模式図である。図８（ａ）は、テレビモニタやＰＣモニタ等の表示装置である。表示装置１３００は、額縁１３０１と、表示部１３０２を支える土台と、を有する。表示部１３０２には、本実施形態に係る表示装置が用いられる。土台１３０３は、図８（ａ）の形態に限られない。額縁１３０１の下辺が土台を兼ねてもよい。また、額縁１３０１及び表示部１３０２は、曲がっていてもよい。その曲率半径は、５０００ｍｍ以上６０００ｍｍ以下であってよい。

図８（ｂ）は本実施形態に係る表示装置の他の例を表す模式図である。図８（ｂ）の表示装置１３１０は、折り曲げ可能に構成されており、いわゆるフォルダブルな表示装置である。表示装置１３１０は、第一表示部１３１１、第二表示部１３１２、筐体１３１３、屈曲点１３１４を有する。第一表示部１３１１と第二表示部１３１２とは、本実施形態に係る表示装置を有している。第一表示部１３１１と第二表示部１３１２とは、つなぎ目のない１枚の表示装置であってよい。第一表示部１３１１と第二表示部１３１２とは、屈曲点で分けることができる。第一表示部１３１１、第二表示部１３１２は、それぞれ異なる画像を表示してもよいし、第一表示部１３１１及び第二表示部１３１２とで一つの画像を表示してもよい。

図９（ａ）は、本実施形態に係る照明装置の一例を表す模式図である。照明装置１４００は、筐体１４０１と、光源１４０２と、回路基板１４０３と、光学フィルタ１４０４と、光拡散部１４０５と、を有してよい。光源は、本実施形態に係る有機発光素子を有している。光学フィルタ１４０４は光源の演色性を向上させるフィルタであってよい。光拡散部１４０５は、ライトアップ等、光源の光を効果的に拡散し、広い範囲に光を届けることができる。光学フィルタ１４０４、光拡散部１４０５は、照明の光出射側に設けられてよい。必要に応じて、最外部にカバーを設けてもよい。

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。それらを調光する調光回路を有してよい。照明装置は本発明の有機発光素子とそれに接続される電源回路を有してよい。電源回路は、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を有してもよい。

また、本実施形態に係る照明装置は、放熱部を有していてもよい。放熱部は装置内の熱を装置外へ放出するものであり、比熱の高い金属、液体シリコン等が挙げられる。

図９（ｂ）は、本実施形態に係る移動体の一例である自動車の模式図である。当該自動車は灯具の一例であるテールランプを有する。自動車１５００は、テールランプ１５０１を有し、ブレーキ操作等を行った際に、テールランプを点灯する形態であってよい。

テールランプ１５０１は、本実施形態に係る有機発光素子を有している。テールランプは、有機発光素子を保護する保護部材を有してよい。保護部材はある程度高い強度を有し、透明であれば材料は問わないが、ポリカーボネート等で構成されることが好ましい。ポリカーボネートにフランジカルボン酸誘導体、アクリロニトリル誘導体等を混ぜてよい。

自動車１５００は、車体１５０３、それに取り付けられている窓１５０２を有してよい。窓は、自動車の前後を確認するための窓でなければ、透明なディスプレイであってもよい。当該透明なディスプレイは、本実施形態に係る有機発光素子を有している。この場合、有機発光素子が有する電極等の構成材料は透明な部材で構成される。

本実施形態に係る移動体は、船舶、航空機、ドローン等であってよい。移動体は、機体と当該機体に設けられた灯具を有してよい。灯具は、機体の位置を知らせるための発光をしてよい。灯具は本実施形態に係る有機発光素子を有する。

以上説明した通り、本実施形態に係る有機発光素子を用いた装置を用いることにより、良好な画質で、長時間表示にも安定な表示が可能になる。

〔含まれる構成〕
本実施形態の開示は、以下の構成を含む。

（構成１）上記実施形態の有機発光素子、即ち、第一電極、第一の発光層、前記第一の発光層に接する第二の発光層、第二電極をこの順で有する有機発光素子であって、
前記第一の発光層は、第一の有機化合物と、第二の有機化合物と、第一の発光材料とを有し、
前記第二の発光層は、前記第一の有機化合物と、第三の有機化合物と、第二の発光材料とを有し、
以下の式［１］、［２］を満たすことを特徴とする有機発光素子。
｜Ｓ１Ｌ１－Ｓ１Ｌ２｜＜｜Ｓ１Ｌ１－Ｓ１Ｏ１｜ ［１］
ＬＵＭＯＯ２＞ＬＵＭＯＯ３ ［２］
Ｓ１Ｌ１：前記第一の発光材料のＳ１準位エネルギー
Ｓ１Ｌ２：前記第二の発光材料のＳ１準位エネルギー
Ｓ１Ｏ１：前記第一の有機化合物のＳ１準位エネルギー
ＬＵＭＯＯ２：前記第二の有機化合物の最低空軌道のエネルギー準位
ＬＵＭＯＯ３：前記第三の有機化合物の最低空軌道のエネルギー準位

（構成２）前記第一の発光層に接する第三の発光層をさらに有し、
前記第三の発光層は、前記第一の有機化合物と、第三の発光材料とを有し、下記式［３］を満たすことを特徴とする構成１に記載の有機発光素子。
Ｓ１Ｌ３＜Ｓ１Ｌ１ ［３］
Ｓ１Ｌ３：前記第三の発光材料のＳ１準位エネルギー

（構成３）下記式［４］を満たすことを特徴とする構成２に記載の有機発光素子。
ＨＯＭＯＬ３＜ＨＯＭＯＬ１ ［４］
ＨＯＭＯＬ３：前記第三の発光材料の最高被占軌道のエネルギー準位
ＨＯＭＯＬ１：前記第一の発光材料の最高被占軌道のエネルギー準位

（構成４）下記式［５］を満たすことを特徴とする請求項２又は３に記載の有機発光素子。
ＬＵＭＯＬ３＜ＬＵＭＯＬ１ ［５］
ＬＵＭＯＬ：前記第三の発光材料の最低空軌道のエネルギー準位
ＬＵＭＯＬ１：前記第一の発光材料の最低空軌道のエネルギー準位

（構成５）前記第三の発光層は、第四の有機化合物をさらに有し、下記式［６］乃至［８］を満たすことを特徴とする構成２乃至４のいずれかに記載の有機発光素子。
ＬＵＭＯＯ１＞ＬＵＭＯＯ３ ［６］
ＨＯＭＯＯ４＞ＨＯＭＯＯ１ ［７］
ＨＯＭＯＯ４＞ＨＯＭＯＯ２ ［８］
ＬＵＭＯＯ１：前記第一の有機化合物の最低空軌道のエネルギー準位
ＬＵＭＯＯ３：前記第三の有機化合物の最低空軌道のエネルギー準位
ＨＯＭＯＯ１：前記第一の有機化合物の最高被占軌道のエネルギー準位
ＨＯＭＯＯ４：前記第四の有機化合物の最高被占軌道のエネルギー準位
ＨＯＭＯＯ２：前記第二の有機化合物の最高被占軌道のエネルギー準位

（構成６）下記式［９］、式［１０］の少なくとも一方を満たすことを特徴とする構成２乃至５のいずれかに記載の有機発光素子。
ＬＵＭＯＯ１＞ＬＵＭＯＯ２ ［９］
ＨＯＭＯＯ２＞ＨＯＭＯＯ１ ［１０］
ＬＵＭＯＯ１：前記第一の有機化合物の最低空軌道のエネルギー準位
ＬＵＭＯＯ２：前記第二の有機化合物の最低空軌道のエネルギー準位
ＨＯＭＯＯ１：前記第一の有機化合物の最高被占軌道のエネルギー準位
ＨＯＭＯＯ２：前記第二の有機化合物の最高被占軌道のエネルギー準位

（構成７）前記第一の有機化合物は、芳香族炭化水素からなることを特徴とする構成２乃至６のいずれかに記載の有機発光素子。
（構成８）前記第一の有機化合物は、複数の縮合多環骨格を炭素－炭素の一重結合で結合した構造を有することを特徴とする構成７に記載の有機発光素子。
（構成９）前記第一の発光層、前記第二の発光層、及び前記第三の発光層において、前記第一の有機化合物が主成分であることを特徴とする構成２乃至８のいずれかに記載の有機発光素子。
（構成１０）前記第一の発光材料、前記第二の発光材料、及び前記第三の発光材料が燐光材料であることを特徴とする構成２乃至９のいずれかに記載の有機発光素子。
（構成１１）前記第一の発光材料、前記第二の発光材料、及び前記第三の発光材料のうち一つは緑色発光であり、他が赤色発光であり、全体で黄色発光を呈することを特徴とする構成２乃至１０のいずれかに記載の有機発光素子。

（構成１２）複数の画素を有し、前記複数の画素がそれぞれ、構成１乃至１１のいずれかに記載の有機発光素子と、前記有機発光素子に接続されたトランジスタと、を有することを特徴とする表示装置。
（構成１３）さらに、赤色、緑色、青色の３色のカラーフィルターを有することを特徴とする構成１２に記載の表示装置。
（構成１４）複数のレンズを有する光学部と、前記光学部を通過した光を受光する撮像素子と、前記撮像素子が撮像した画像を表示する表示部と、を有し、
前記表示部は構成１乃至１１のいずれかに記載の有機発光素子を有することを特徴とする光電変換装置。
（構成１５）構成１乃至１１のいずれかに記載の有機発光素子を有する表示部と、前記表示部が設けられた筐体と、前記筐体に設けられ、外部と通信する通信部と、を有することを特徴とする電子機器。
（構成１６）構成１乃至１１のいずれかに記載の有機発光素子を有する光源と、前記光源が発する光を透過する光拡散部又は光学フィルタと、を有することを特徴とする照明装置。
（構成１７）構成１乃至１１のいずれかに記載の有機発光素子を有する灯具と、前記灯具が設けられた機体と、を有することを特徴とする移動体。

３層の発光層を有し、緑色発光、赤色発光で黄色発光とする有機発光素子を作製した。層厚構成としては前記表２中のＴｈｉｃｋ－Ａを適用し、第一乃至第四の有機化合物を前記した例示化合物Ｚ－１乃至Ｚ－２３より選択し、発光材料としては、前記した例示化合物ＲＤ３，ＲＤ１，ＧＤ１３，ＧＤ９を用いた。発光材料のＨＯＭＯ、ＬＵＭＯ、Ｓ１を表４に示す。また、本実施例で作製した積層発光層の構成を表５，表６に示す。

（実施例１）
表７に示すように、基板上に、陽極、正孔注入層、正孔輸送層、電子ブロッキング層、積層発光層、正孔ブロッキング層、電子輸送層、電子注入層、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発光素子を作製した。積層発光層の構成は、表５のＮｏ．１である。

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、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７に示す有機化合物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。

得られた有機発光素子について、素子の耐久性能を定電流条件で測定した。測定装置は、具体的にはＡＤＣＭＴ社製の６２４０Ｂの電源を用いて、素子に５０ｍＡ／ｃｍ²の電流を流し、その発光輝度変化はトプコン社製ＢＭ７で測定し連続駆動試験を行った。耐久評価として、輝度劣化が７０％に到達するまでの時間（ＬＴ７０）を測定した。これを比較例１の輝度劣化時間に対して相対値で示している。１．０より大きい数値は、耐久が改善していることを示す。

（実施例２乃至３６，比較例１乃至１６）
表７の積層発光層の構成を、表８に示すように変更した以外は、実施例１と同様にして、実施例２乃至３６，比較例１乃至１６の有機発光素子を作製した。尚、発光色の位置に関わらず、緑色発光の場合には発光材料濃度を１０質量％、赤色発光の場合には発光材料濃度を２質量％とした。得られた有機発光素子について、上記実施例１と同様の評価を行った。表８に評価結果を示す。

表８に示したように、比較例１乃至１６と、実施例３５及び実施例３６とを比較すると、実施例の方で耐久性能が改善していることがわかる。つまり、図１に示した発光層のエネルギー関係になったことで第二の発光層に対する正孔注入障壁、電子注入障壁によって、再結合領域が分散したことで、励起子の集中発生が回避され耐久性能が改善していることがわかる。

また、実施例１乃至１４や、実施例２４乃至２７、実施例３１乃至３４では耐久性能の改善した上、実施例３５、実施例３６に比べると駆動電圧の低電圧化が見られた。これは、式［９］を満たした図２、又は式［１０］を満たした図３のように、再結合領域を分散させるための電子注入障壁が小さくなったことにより、注入性が改善されて駆動電圧が下がったことによる。

実施例１０乃至２３、実施例２８乃至３０などでは、図４に示すようなＨＯＭＯ、ＬＵＭＯ関係になって、再結合領域が分散されることで耐久性能改善が見られた。また実施例３５，実施例３６に比べると、耐久性能の改善だけでなく駆動電圧もまた低下する傾向が見られた。

以上、実施例に示されるように、第二の発光層から第一の発光層への正孔電子注入障壁を設けることによって、耐久性能改善効果があることがわかった。

また、実施例としては記載していないが、緑色発光材料が二つの層に含まれる組み合わせの有機発光素子は、赤色発光材料が二つの層に含まれた有機発光素子に比べると緑色発光の輝度劣化時間の改善が行われているため、発光色の変化が小さかった。

１８：トランジスタ、１０，１０００，１３００，１３１０：表示装置、１１００：撮像装置、１２０１，１３０２，１３１１，１３１２：表示部、１２０３，１３１３：筐体、１４０２：光源、１４０４：光学フィルタ、１４０５：光拡散部

Claims (17)

1. 第一電極、第一の発光層、前記第一の発光層に接する第二の発光層、第二電極をこの順で有する有機発光素子であって、
   前記第一の発光層は、第一の有機化合物と、第二の有機化合物と、第一の発光材料とを有し、
   前記第二の発光層は、前記第一の有機化合物と、第三の有機化合物と、第二の発光材料とを有し、
   以下の式［１］、［２］を満たすことを特徴とする有機発光素子。
   ｜Ｓ１Ｌ１－Ｓ１Ｌ２｜＜｜Ｓ１Ｌ１－Ｓ１Ｏ１｜ ［１］
   ＬＵＭＯＯ２＞ＬＵＭＯＯ３ ［２］
   Ｓ１Ｌ１：前記第一の発光材料のＳ１準位エネルギー
   Ｓ１Ｌ２：前記第二の発光材料のＳ１準位エネルギー
   Ｓ１Ｏ１：前記第一の有機化合物のＳ１準位エネルギー
   ＬＵＭＯＯ２：前記第二の有機化合物の最低空軌道のエネルギー準位
   ＬＵＭＯＯ３：前記第三の有機化合物の最低空軌道のエネルギー準位
2. 前記第一電極と前記第一の発光層との間に配され、前記第一の発光層に接する第三の発光層をさらに有し、
   前記第三の発光層は、前記第一の有機化合物と、第三の発光材料とを有し、下記式［３］を満たすことを特徴とする請求項１に記載の有機発光素子。
   Ｓ１Ｌ３＜Ｓ１Ｌ１ ［３］
   Ｓ１Ｌ３：前記第三の発光材料のＳ１準位エネルギー
3. 下記式［４］を満たすことを特徴とする請求項２に記載の有機発光素子。
   ＨＯＭＯＬ３＜ＨＯＭＯＬ１ ［４］
   ＨＯＭＯＬ３：前記第三の発光材料の最高被占軌道のエネルギー準位
   ＨＯＭＯＬ１：前記第一の発光材料の最高被占軌道のエネルギー準位
4. 下記式［５］を満たすことを特徴とする請求項２に記載の有機発光素子。
   ＬＵＭＯＬ３＜ＬＵＭＯＬ１ ［５］
   ＬＵＭＯＬ：前記第三の発光材料の最低空軌道のエネルギー準位
   ＬＵＭＯＬ１：前記第一の発光材料の最低空軌道のエネルギー準位
5. 前記第三の発光層は、第四の有機化合物をさらに有し、下記式［６］乃至［８］を満たすことを特徴とする請求項２に記載の有機発光素子。
   ＬＵＭＯＯ１＞ＬＵＭＯＯ３ ［６］
   ＨＯＭＯＯ４＞ＨＯＭＯＯ１ ［７］
   ＨＯＭＯＯ４＞ＨＯＭＯＯ２ ［８］
   ＬＵＭＯＯ１：前記第一の有機化合物の最低空軌道のエネルギー準位
   ＬＵＭＯＯ３：前記第三の有機化合物の最低空軌道のエネルギー準位
   ＨＯＭＯＯ１：前記第一の有機化合物の最高被占軌道のエネルギー準位
   ＨＯＭＯＯ４：前記第四の有機化合物の最高被占軌道のエネルギー準位
   ＨＯＭＯＯ２：前記第二の有機化合物の最高被占軌道のエネルギー準位
6. 下記式［９］、式［１０］の少なくとも一方を満たすことを特徴とする請求項２に記載の有機発光素子。
   ＬＵＭＯＯ１＞ＬＵＭＯＯ２ ［９］
   ＨＯＭＯＯ２＞ＨＯＭＯＯ１ ［１０］
   ＬＵＭＯＯ１：前記第一の有機化合物の最低空軌道のエネルギー準位
   ＬＵＭＯＯ２：前記第二の有機化合物の最低空軌道のエネルギー準位
   ＨＯＭＯＯ１：前記第一の有機化合物の最高被占軌道のエネルギー準位
   ＨＯＭＯＯ２：前記第二の有機化合物の最高被占軌道のエネルギー準位
7. 前記第一の有機化合物は、芳香族炭化水素からなることを特徴とする請求項２に記載の有機発光素子。
8. 前記第一の有機化合物は、複数の縮合多環骨格を炭素－炭素の一重結合で結合した構造を有することを特徴とする請求項７に記載の有機発光素子。
9. 前記第一の発光層、前記第二の発光層、及び前記第三の発光層において、前記第一の有機化合物が主成分であることを特徴とする請求項２に記載の有機発光素子。
10. 前記第一の発光材料、前記第二の発光材料、及び前記第三の発光材料が燐光材料であることを特徴とする請求項２に記載の有機発光素子。
11. 前記第一の発光材料、前記第二の発光材料、及び前記第三の発光材料のうち一つは緑色発光であり、他が赤色発光であることを特徴とする請求項２に記載の有機発光素子。
12. 複数の画素を有し、前記複数の画素がそれぞれ、請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の有機発光素子と、前記有機発光素子に接続されたトランジスタと、を有することを特徴とする表示装置。
13. さらに、赤色、緑色、青色の３色のカラーフィルターを有することを特徴とする請求項１２に記載の表示装置。
14. 複数のレンズを有する光学部と、前記光学部を通過した光を受光する撮像素子と、前記撮像素子が撮像した画像を表示する表示部と、を有し、
    前記表示部は請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の有機発光素子を有することを特徴とする光電変換装置。
15. 請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の有機発光素子を有する表示部と、前記表示部が設けられた筐体と、前記筐体に設けられ、外部と通信する通信部と、を有することを特徴とする電子機器。
16. 請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の有機発光素子を有する光源と、前記光源が発する光を透過する光拡散部又は光学フィルタと、を有することを特徴とする照明装置。
17. 請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の有機発光素子を有する灯具と、前記灯具が設けられた機体と、を有することを特徴とする移動体。

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