JP4912209B2 - 有機発光素子 - Google Patents

Description

本発明は、有機発光素子に関する。

有機発光素子は、陽極と陰極との間に蛍光性有機化合物を含む薄膜を挟持する素子である。また、陽極と陰極からそれぞれ電子とホール（正孔）を注入し発光性化合物の励起子を生成させることにより、この励起子が基底状態に戻る際に、有機発光素子は光を放射する。

近年、有機発光素子における進歩は著しい。また有機発光素子は、低電圧で高輝度、発光波長の多様性、高速応答性、発光デバイスの薄型・軽量化が実現可能であると考えられている。

しかし、フルカラーディスプレイ等への応用を考えた場合、現在の素子の発光効率、安定性では不十分であり、改良が必要である。このため、有機発光素子の特性をさらに向上させることを目的として、現在様々な研究が行われている。

例えば、特許文献１では、積層されてなる正孔輸送性発光層と電子輸送性発光層に、それぞれ蛍光ピーク波長の異なる蛍光材料を２種類以上添加した有機発光素子が開示されている。また特許文献２では、発光層が２層以上からなり、全ての有機発光層に同一種又は同一色の蛍光性物質をドーピングした有機発光素子が開示されている。さらに特許文献３では、電子輸送性材料、ホール輸送性材料及び発光性材料を混合した両電荷輸送性発光層と、電子輸送性材料及び発光性材料を混合した電子輸送性発光層とを有する有機発光素子が開示されている。

特開２００１−１５５８６０号公報 特開平１０−２６１４８８号公報 特開２００４−１４６２２１号公報

本発明の目的は、このような従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、極めて高効率で高輝度な光出力を有する有機発光素子を提供することにある。

本発明の有機発光素子は、陽極と陰極と、前記陽極と前記陰極との間に、第一の発光層と前記第一の発光層よりも陰極側に配置される第二の発光層とを有し、前記第一の発光層が第一のホストと第一のゲストとを含み、前記第一のホストと前記第二のホストとが同一の化合物からなり、前記第一のゲストおよび前記第二のゲストの発光色は青色であり、前記第二の発光層が第二のホストと第二のゲストとを含み、前記第一のゲストと前記第二のゲストの最大発光波長の差が２０ｎｍ以下であり、前記第一のホスト、前記第一のゲスト、前記第二のホスト及び前記第二のゲストが、以下に示す関係式（１）乃至（４）を満たすことを特徴とする。
｜ＨＯＭＯ（Ｈ１）｜＜｜ＨＯＭＯ（Ｇ１）｜ （１）
｜ＬＵＭＯ（Ｇ２）｜＜｜ＬＵＭＯ（Ｈ２）｜ （２）
｜ＨＯＭＯ（Ｇ２）｜＜｜ＨＯＭＯ（Ｈ２）｜ （３）
｜ＬＵＭＯ（Ｈ１）｜＜｜ＬＵＭＯ（Ｇ１）｜ （４）
（式（１）において、｜ＨＯＭＯ（Ｈ１）｜は第一のホストのＨＯＭＯエネルギーの絶対値を表し、｜ＨＯＭＯ（Ｇ１）｜は第一のゲストのＨＯＭＯエネルギーの絶対値を表す。式（２）において、｜ＬＵＭＯ（Ｈ２）｜は第二のホストのＬＵＭＯエネルギーの絶対値を表し、｜ＬＵＭＯ（Ｇ２）｜は第二のゲストのＬＵＭＯエネルギーの絶対値を表す。式（３）において、｜ＨＯＭＯ（Ｈ２）｜は第二のホストのＨＯＭＯエネルギーの絶対値を表し、｜ＨＯＭＯ（Ｇ２）｜は第二のゲストのＨＯＭＯエネルギーの絶対値を表す。式（４）において、｜ＬＵＭＯ（Ｈ１）｜は第一のホストのＬＵＭＯエネルギーの絶対値を表し、｜ＬＵＭＯ（Ｇ１）｜は第一のゲストのＬＵＭＯエネルギーの絶対値を表す。）
また本発明の有機発光素子の他の態様としては、陽極と陰極と、
前記陽極と前記陰極との間に、第一の発光層と前記第一の発光層よりも陰極側に配置される第二の発光層とを有し、
前記第一の発光層が第一のホストと第一のゲストとを含み、
前記第二の発光層が第二のホストと第二のゲストとを含み、
前記第一のホストが下記化合物群（ａ）から選ばれる化合物であり、

前記第二のホストは下記化合物群（ａ）から選ばれる化合物であり、

前記第一のゲストは下記化合物群（ｂ）から選ばれる化合物であり、

前記第二のゲストは下記化合物群（ｃ）から選ばれる化合物であり、

前記第一のゲストと前記第二のゲストの最大発光波長の差が２０ｎｍ以下であり、
前記第一のホスト、前記第一のゲスト、前記第二のホスト及び前記第二のゲストが、以下に示す関係式（１）乃至（４）を満たすことを特徴とする。
｜ＨＯＭＯ（Ｈ１）｜＜｜ＨＯＭＯ（Ｇ１）｜ （１）
｜ＬＵＭＯ（Ｇ２）｜＜｜ＬＵＭＯ（Ｈ２）｜ （２）
｜ＨＯＭＯ（Ｇ２）｜＜｜ＨＯＭＯ（Ｈ２）｜ （３）
｜ＬＵＭＯ（Ｈ１）｜＜｜ＬＵＭＯ（Ｇ１）｜ （４）
（式（１）において、｜ＨＯＭＯ（Ｈ１）｜は第一のホストのＨＯＭＯエネルギーの絶対値を表し、｜ＨＯＭＯ（Ｇ１）｜は第一のゲストのＨＯＭＯエネルギーの絶対値を表す。式（２）において、｜ＬＵＭＯ（Ｈ２）｜は第二のホストのＬＵＭＯエネルギーの絶対値を表し、｜ＬＵＭＯ（Ｇ２）｜は第二のゲストのＬＵＭＯエネルギーの絶対値を表す。式（３）において、｜ＨＯＭＯ（Ｈ２）｜は第二のホストのＨＯＭＯエネルギーの絶対値を表し、｜ＨＯＭＯ（Ｇ２）｜は第二のゲストのＨＯＭＯエネルギーの絶対値を表す。式（４）において、｜ＬＵＭＯ（Ｈ１）｜は第一のホストのＬＵＭＯエネルギーの絶対値を表し、｜ＬＵＭＯ（Ｇ１）｜は第一のゲストのＬＵＭＯエネルギーの絶対値を表す。）

本発明の有機発光素子は、発光層内にキャリアを閉じ込め確実に再結合させることができる。よって、本発明によれば、高効率で高輝度な光出力を有する有機発光素子が得られる。

本発明の有機発光素子は、陽極と陰極と、該陽極と該陰極との間に、少なくとも第一の発光層と第二の発光層とを有する。

以下、図面を参照しながら、本発明の有機発光素子を詳細に説明する。

図１は、本発明の有機発光素子の一実施形態を示す断面図である。図１の有機発光素子１０は、基板１、陽極２、ホール輸送層５、第一の発光層３−１、第二の発光層３−２、電子輸送層６及び陰極４が順次積層されている。

本発明の有機発光素子はこの実施形態に限定されない。例えば、ホール注入層、ホールブロック層、電子ブロック層を設けてもよい。

ここで、第一の発光層３−１は、第一のホストと第一のゲストとを含む。この第一のホストと第一のゲストは、下記の関係式（１）を満たす。
｜ＨＯＭＯ（Ｈ１）｜＜｜ＨＯＭＯ（Ｇ１）｜ （１）

式（１）において、｜ＨＯＭＯ（Ｈ１）｜は第一のホストのＨＯＭＯエネルギーの絶対値を表し、｜ＨＯＭＯ（Ｇ１）｜は第一のゲストのＨＯＭＯエネルギーの絶対値を表す。

また、第二の発光層３−２は、第二のホストと第二のゲストとを含む。この第二のホストと第二のゲストは、下記の関係式（２）を満たす。
｜ＬＵＭＯ（Ｇ２）｜＜｜ＬＵＭＯ（Ｈ２）｜ （２）

式（２）において、｜ＬＵＭＯ（Ｈ２）｜は第二のホストのＬＵＭＯエネルギーの絶対値を表し、｜ＬＵＭＯ（Ｇ２）｜は第二のゲストのＬＵＭＯエネルギーの絶対値を表す。

本発明の有機発光素子は、関係式（１）及び（２）の要件を充足するものである。こうすることで、陽極２から注入されるホールが、第一のゲストにトラップされずに第一の発光層３−１と第二の発光層３−２の界面に到達する。同様に、陰極から注入される電子が、第二のゲストにトラップされずに第一の発光層３−１と第二の発光層３−２の界面に到達する。この結果、効率よいキャリア輸送が実現できるので、駆動電圧が低減すると共に素子を駆動する時に高い印加電圧をかけずに済む。

本発明の有機発光素子は、好ましくは、下記の関係式（３）及び（４）をも満たす。
｜ＨＯＭＯ（Ｇ２）｜＜｜ＨＯＭＯ（Ｈ２）｜ （３）
｜ＬＵＭＯ（Ｈ１）｜＜｜ＬＵＭＯ（Ｇ１）｜ （４）

式（３）において、｜ＨＯＭＯ（Ｈ２）｜は第二のホストのＨＯＭＯエネルギーの絶対値を表し、｜ＨＯＭＯ（Ｇ２）｜は第二のゲストのＨＯＭＯエネルギーの絶対値を表す。

式（４）において、｜ＬＵＭＯ（Ｈ１）｜は第一のホストのＬＵＭＯエネルギーの絶対値を表し、｜ＬＵＭＯ（Ｇ１）｜は第一のゲストのＬＵＭＯエネルギーの絶対値を表す。

この関係式（３）及び（４）を充足することによって、第一の発光層３−１と第二の発光層３−２との界面まで移動した電子とホールが、それぞれ第一の発光層と第二の発光層でトラップされる。その結果、それぞれの発光層にキャリアを閉じ込めることができるため、発光効率が向上する。

本発明の有機発光素子は、より好ましくは、下記の関係式（５）及び（６）をも満たす。
｜ＨＯＭＯ（Ｈ２）｜−｜ＨＯＭＯ（Ｇ２）｜≧０．１５ｅＶ （５）
｜ＬＵＭＯ（Ｇ１）｜−｜ＬＵＭＯ（Ｈ１）｜≧０．１５ｅＶ （６）

この関係式（５）を充足することによって、第一の発光層３−１内の電子の移動が特に抑制される。また、この関係式（６）を充足することによって、第二の発光層内のホールの移動が特に抑制される。このため発光効率がさらに向上する。

尚、このとき第一のホストと第二のホストは同一の化合物であってもよい。

一方、第一のゲストと第二のゲストの最大発光波長の差は２０ｎｍ以下である。好ましくは１０ｎｍ以下である。こうすることで、素子全体が発する発光スペクトルの色純度が良好となる。

次に、本発明の原理について、図面を参照しながら以下に説明する。図２は、図１の有機発光素子１０を構成する各層のエネルギーレベルを模式的に示す図である。

図１の有機発光素子１０において、陽極２から注入されたホールは、途中ホール輸送層５を経由して第一の発光層３−１に到達する。ここで第一の発光層３−１に含まれる第一のホスト３−１ａと第一のゲスト３−１ｂとの間には、下記式（１）の関係
｜ＨＯＭＯ（Ｈ１）｜＜｜ＨＯＭＯ（Ｇ１）｜ （１）
が成り立っている。このため、第一の発光層３−１に到達したホールは、第一のゲスト３−１ｂにトラップされなくなる。またホールは、第一のホスト３−１ａを介して第一の発光層３−１の中を移動し、第一の発光層３−１と第二の発光層３−２との界面に到達する。

一方、図１の有機発光素子１０において、陰極４から注入された電子は、途中電子輸送層６を経由して第二の発光層３−２に到達する。ここで第二の発光層３−２に含まれる第二のホスト３−２ａと第二のゲスト３−２ｂとの間には、下記式（２）の関係
｜ＬＵＭＯ（Ｇ２）｜＜｜ＬＵＭＯ（Ｈ２）｜ （２）
が成り立っている。このため、第二の発光層３−２に到達した電子は、第二のゲスト３−２ｂにトラップされなくなる。また電子は、第２のホスト３−２ａを介して第二の発光層３−２の中を移動し、第一の発光層３−１と第二の発光層３−２との界面に到達する。

このように、図１の有機発光素子は、ホールが陽極側の発光層に含まれるゲストにトラップされることなく、また電子が陰極側の発光層に含まれるゲストにトラップされることなく、ホールと電子を２つの発光層の界面に輸送することができる。このため、素子を駆動する時に高い印加電圧をかけずに済む。

さらに、第二の発光層３−２に含まれる第二のホスト３−２ａと第二のゲスト３−２ｂとの間に、下記式（３）の関係
｜ＨＯＭＯ（Ｇ２）｜＜｜ＨＯＭＯ（Ｈ２）｜ （３）
が成り立っていれば、第一の発光層３−１と第二の発光層３−２との界面に到達したホールを、第二のホスト３−２ａを経由して第二のゲスト３−２ｂにトラップさせることができる。

一方、第一の発光層３−１に含まれる第一のホスト３−１ａと第一のゲスト３−１ｂとの間に、下記式（４）の関係
｜ＬＵＭＯ（Ｈ１）｜＜｜ＬＵＭＯ（Ｇ１）｜ （４）
が成り立っていれば、第一の発光層３−１と第二の発光層３−２との界面に到達した電子を、第一のホスト３−１ａを経由して第一のゲスト３−１ｂにトラップさせることができる。

このようにホールと電子とが、それぞれ第二のゲスト３−２ｂと第一のゲスト３−１ｂとにトラップされると、各発光層に含まれるそれぞれのゲストにおいて、ホールと電子との再結合が効率よく行われるようになる。その結果、素子の発光効率が向上する。

また、このホール又は電子のトラップの効果は、第一のホスト３−１ａ、第二のホスト３−２ａ、第一のゲスト３−１ｂ及び第二のゲスト３−２ｂについて、下記式（５）及び（６）の関係
｜ＨＯＭＯ（Ｈ２）｜−｜ＨＯＭＯ（Ｇ２）｜≧０．１５ｅＶ （５）
｜ＬＵＭＯ（Ｇ１）｜−｜ＬＵＭＯ（Ｈ１）｜≧０．１５ｅＶ （６）
が成り立てば、さらに顕著に現れる。エキサイプレックスの形成を防止するため、上記式（５）の左辺及び上記式（６）の左辺の上限は、一般的に２．０ｅＶである。

上記の関係式（３）及び（４）、好ましくは関係式（３）乃至（６）を満たすような構成にすることで、各発光層中に所望のキャリアを効率よく閉じ込めることができる。一般的に発光層から、電子輸送層、ホール輸送層へのキャリア漏れを防ぐために、電子輸送層、ホール輸送層のエネルギーギャップは広いことが好ましい。しかし、発光層中のホストのバンドギャップが広い場合には、電子輸送層及びホール輸送層を構成する各材料のエネルギーギャップをさらに広げることは、熱安定性、膜性等の観点から困難である。しかし、本発明の素子構成ではエネルギーギャップの広いホスト、例えば２．８ｅＶ以上のエネルギーギャップを持つホストを用いても、電子輸送層、ホール輸送層のエネルギーギャップをそれ以上に大きくする必要がなくなる。このため、電子輸送層、ホール輸送層に用いる有機材料の選択性が広がり、素子の構成を考える上で非常に有利となる。

ところで、色純度の高い有機発光素子を得るためには、第一のゲストと第二のゲストとの最大発光波長の差が小さいドーパントを用いることが望ましい。第一のゲストと第二のゲストとの発光スペクトルのピークが大きく異なると、素子全体が発する光のスペクトルがブロード化し色純度が低下するからである。このため、各発光層に含まれるゲストは、最大発光波長の差が小さくなるように選択する必要がある。ここで、本発明で言う最大発光波長の差が小さいとは、第一のゲストと第二のゲストの最大発光波長の差が２０ｎｍ以下であることをいう。好ましくは、１０ｎｍ以下である。このとき、ゲストの発光色が青色なら４３０ｎｍ乃至５００ｎｍ、緑色なら５００ｎｍ乃至５８０ｎｍ、赤色なら６１０乃至７８０ｎｍの波長の範囲内で、最大発光波長の差が２０ｎｍ以下（好ましくは、１０ｎｍ以下）であればよい。

次に、本発明の有機発光素子を構成する各部材について説明する。

第一又は第二のホストとして、例えば下記に示す有機化合物が挙げられるが、特にこれらに限定されるものではない。

第一のゲストは、上記関係式（１）（好ましくは、上記関係式（１）及び（４）、より好ましくは、上記関係式（１）、（４）及び（６））を充足する化合物であれば特に限定されないが、好ましくは、フルオランテン骨格を含む化合物である。フルオランテン骨格を含む化合物として、具体的には下記に示す有機化合物が挙げられるが、特にこれらに限定されるものではない。

第二のゲストは、上記関係式（２）（好ましくは、上記関係式（２）及び（３）、より好ましくは、上記関係式（２）、（３）及び（５））を充足する化合物であれば特に限定されないが、好ましくは、アミン骨格を含む化合物である。アミン骨格を含む化合物として、具体的には下記に示す有機化合物が挙げられるが、特にこれらに限定されるものではない。

尚、第一及び第二のゲストは、蛍光性有機化合物であってもりん光性有機化合物であっても構わない。第一及び第二のゲストを効率よく発光させるためには、好ましくは、ホストの一重項励起状態を、ゲストの一重項励起状態よりも高くする。また、ゲストがりん光性有機化合物である場合、好ましくは、ホストの三重項励起状態をゲストの三重項励起状態よりも高くする。

発光層内におけるゲストの濃度は、好ましくは、０．０１重量％乃至４０重量％、より好ましくは１．０重量％乃至２０重量％である。発光層内におけるゲストの濃度が、この濃度範囲から外れると電荷の移動度を制御することが困難となる。また、ゲストの濃度が高すぎると濃度消光等の素子の発光効率の低下を引き起こす要因になる。

正孔（ホール）注入輸送性材料としては、陽極からのホールの注入を容易にし、また注入されたホールを発光層に輸送する優れたモビリティを有することが好ましい。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、フェニレンジアミン誘導体、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、ピラゾリン誘導体、ピラゾロン誘導体、オキサゾール誘導体、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、フタロシアニン誘導体、ポルフィリン誘導体、及びポリ（ビニルカルバゾール）、ポリ（シリレン）、ポリ（チオフェン）、その他導電性高分子が挙げられるが、もちろんこれらに限定されるものではない。

本発明の有機発光素子において、主に発光機能を有する材料としては、上述したフルオランテン骨格を含む化合物やアミン骨格を含む化合物の他に、多環縮合芳香族化合物（例えばナフタレン誘導体、フェナントレン誘導体、フルオレン誘導体、ピレン誘導体、テトラセン誘導体、コロネン誘導体、クリセン誘導体、ペリレン誘導体、９，１０−ジフェニルアントラセン誘導体、ルブレン等）、キナクリドン誘導体、アクリドン誘導体、クマリン誘導体、ピラン誘導体、ナイルレッド、ピラジン誘導体、ベンゾイミダゾール誘導体、ベンゾチアゾール誘導体、ベンゾオキサゾール誘導体、スチルベン誘導体、有機金属錯体（例えば、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）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、ポリ（チエニレンビニレン）誘導体、ポリ（アセチレン）誘導体等の高分子誘導体等が挙げられる。しかし、発光機能を有する材料は、もちろんこれらに限定されるものではない。

電子注入輸送性材料としては、陰極からの電子の注入を容易にし、注入された電子を発光層に輸送する機能を有する有機化合物であれば任意に選ぶことができる。また、電子注入輸送性材料は、ホール輸送材料のキャリア移動度とのバランス等を考慮し選択される。電子注入輸送性能を有する材料としては、具体的には、オキサジアゾール誘導体、オキサゾール誘導体、チアゾール誘導体、チアジアゾール誘導体、ピラジン誘導体、トリアゾール誘導体、トリアジン誘導体、ペリレン誘導体、キノリン誘導体、キノキサリン誘導体、フルオレノン誘導体、アントロン誘導体、フェナントロリン誘導体、有機金属錯体等が挙げられるが、もちろんこれらに限定されるものではない。

陽極を構成する材料としては、仕事関数がなるべく大きなものがよい。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あるいはこれらの金属単体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、ポリフェニレンスルフィド等の導電性ポリマーも使用できる。これらの電極物質は、１種類の材料を単独で使用してもよいし、複数の材料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、複数層で構成されていてもよい。

一方、陰極を構成する材料としては、仕事関数の小さなものがよい。例えば、リチウム、ナトリウム、カリウム、カルシウム、マグネシウム、アルミニウム、インジウム、ルテニウム、チタニウム、マンガン、イットリウム、銀、鉛、錫、クロム等の金属単体が挙げられる。あるいはこれらの金属単体を組み合わせた合金も使用できる。具体的には、リチウム−インジウム、ナトリウム−カリウム、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、マグネシウム−インジウム等が挙げられる。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１種類の材料を単独で使用してもよいし、複数の材料を併用して使用してもよい。また、陰極は一層で構成されていてもよく、複数層で構成されていてもよい。

本発明の有機発光素子で使用する基板としては、特に限定するものではないが、金属製基板、セラミックス製基板等の不透明性基板、ガラス、石英、プラスチックシート等の透明性基板が用いられる。また、基板にカラーフィルター膜、蛍光色変換フィルター膜、誘電体反射膜等を用いて発色光をコントロールすることも可能である。

尚、作製した素子に対して、酸素や水分等との接触を防止する目的で保護層又は封止層を設けることもできる。保護層としては、ダイヤモンド薄膜、金属酸化物、金属窒化物等の無機材料膜、フッ素樹脂、ポリパラキシレン、ポリエチレン、シリコーン樹脂、ポリスチレン樹脂等の高分子膜、さらには、光硬化性樹脂等が挙げられる。また、封止層としてガラス、気体不透過性フィルム、金属等で素子をカバーし、適当な封止樹脂により素子自体をパッケージングすることもできる。

本発明の有機発光素子は、基板上に薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を作製し、それに接続して作製することも可能である。

また、素子から光を取り出す方法として、ボトムエミッション構成（基板側から光を取り出す構成）であってもよいし、トップエミッション構成（基板の反対側から光を取り出す構成）であってもよい。

本発明の有機発光素子において、発光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、プラズマあるいは、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とができる。特に塗布法で成膜する場合は、適当な結着樹脂と組み合わせて膜を形成することもできる。

上記結着樹脂としては、広範囲な結着性樹脂より選択できる。例えば、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、ポリアリレート樹脂、ポリスチレン樹脂、ＡＢＳ樹脂、ポリブタジエン樹脂、ポリウレタン樹脂、アクリル樹脂、メタクリル樹脂、ブチラール樹脂、ポリビニルアセタール樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂、ジアリルフタレート樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、ポリスルホン樹脂、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。また結着樹脂は、１種類の樹脂を単独で使用してもよいし、２種以上の樹脂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。

発光層の膜厚は、特に限定されないが、発光層以外の層へキャリアが漏れない程度の膜厚であればよい。発光層以外の層へキャリアが漏れると、有機発光素子の発光効率が低下するからである。例えば、図１に示す有機発光素子１０においては、第一の発光層３−１の厚さは、好ましくは、電子が第一の発光層３−１と第二の発光層３−２との界面を越えて、ホール輸送層５の界面からホール輸送層５へと漏れることがない程度の膜厚とする。電子がホール輸送層５へ漏れると、有機発光素子の発光効率が低下するからである。第一の発光層及び第二の発光層の膜厚は、使用する材料の種類やその組み合わせ方によって異なるが、具体的に、好ましくは、約２０Å以上であり、より好ましくは、１００Å以上であり、さらに好ましくは、１００Å以上５００Å以下である。

以下、実施例により本発明をさらに具体的に説明していくが、本発明はこれらに限定されるものではない。

実施例及び比較例において、有機発光素子を作製する際に以下の有機化合物を使用した。

ここで化合物２、化合物３及び化合物４について、以下に示す方法でＨＯＭＯエネルギー及びＬＵＭＯエネルギーを評価した。

（ＨＯＭＯエネルギー）
大気下における光電子分光測定機器（測定機器名「ＡＣ−１」、理研機器製）を用いた光電子分光測定から求めた。

（ＬＵＭＯエネルギー）
まず分光光度計（測定器名「Ｕ−３０１０」日立製作所製）を用いて、ガラス基板上に成膜した薄膜の吸収スペクトルを測定し、得られた吸収スペクトルの吸収端からエネルギーギャップを算出した。次に、以下の式からＬＵＭＯエネルギーを算出した。
［ＬＵＭＯエネルギー］
＝［エネルギーギャップの測定値］−［ＨＯＭＯエネルギー］

化合物２、化合物３及び化合物４における評価結果を表１に示す。

また、化合物３又は化合物４の薄膜を作製し、大気下において分光光度計（測定器名［Ｆ−４５００」日立製作所製）を用いて発光（ＰＬ）スペクトルを測定した。測定によって得られた最大発光波長の値を表１に示す。

＜実施例１＞
図１の有機発光素子を以下に示す方法で作製した。

ガラス基板（基板１）上に、陽極２として酸化錫インジウム（ＩＴＯ）をスパッタ法にて膜厚１２０ｎｍで成膜した。次に、ＩＴＯが成膜されている基板を、アセトン、イソプロピルアルコール（ＩＰＡ）、純水で順次洗浄した後に乾燥した。次に、この基板をＵＶ／オゾンで洗浄した。このようにして処理した基板を透明導電性支持基板として使用した。

次に、正孔輸送材料である化合物１の、濃度０．１重量％のクロロホルム溶液を調製した。この溶液を、上記のＩＴＯ電極上に滴下し、スピンコートを行い、膜を形成した。この後、８０℃の真空オーブンで１０分間乾燥し、薄膜中の溶剤を完全に除去し、ホール輸送層５を形成した。

次に、ホール輸送層５の上に、第一のホストである化合物２と第一のゲストである化合物３とを、重量濃度比が９５：５となるように共蒸着して、膜厚１５ｎｍの第一の発光層３−１を設けた。次に、第二のホストである化合物２と第二のゲストである化合物４とを、重量濃度比が９０：１０となるように共蒸着して、膜厚１５ｎｍの第二の発光層３−２を設けた。第一の発光層３−１及び第二の発光層３−２を形成する際、蒸着時の真空度を１．０×１０^-4Ｐａ、成膜速度を０．１乃至０．２ｎｍ／ｓｅｃの条件とした。

次に、電子輸送層６として、２，９−ビス［２−（９，９’−ジメチルフルオレニル）］−１、１０−フェナントロリンを、真空蒸着法にて膜厚３０ｎｍで形成した。このとき蒸着時の真空度を１．０×１０^-4Ｐａ、成膜速度を０．１乃至０．２ｎｍ／ｓｅｃの条件とした。

次に、フッ化リチウム（ＬｉＦ）を電子輸送層６の上に、真空蒸着法により、膜厚０．５ｎｍで形成した。このとき蒸着時の真空度を１．０×１０^-4Ｐａ、成膜速度を０．０１ｎｍ／ｓｅｃとした。次に、このＬｉＦ膜の上にアルミニウム膜を、真空蒸着法により、膜厚１００ｎｍで形成した。このとき蒸着時の真空度を１．０×１０^-4Ｐａ、成膜速度を０．５乃至１．０ｎｍ／ｓｅｃとした。ここで、ＬｉＦ膜及びアルミニウム膜は、電子注入電極（陰極４）として機能する。

次に、保護用ガラス板をかぶせ、アクリル樹脂系接着材で封止した。以上のようにして有機発光素子を得た。

得られた素子について、ＩＴＯ電極（陽極２）を正極、Ａｌ電極（陰極４）を負極にして、４Ｖの電圧を印加すると、青色の発光が観測された。またそのときの有機発光素子の特性について表２に示す。

＜比較例１＞
実施例１において、第一のゲストを化合物４とし、第二のゲストを化合物３とした以外は、実施例１と同様の方法により有機発光素子を作製した。得られた素子について、実施例１と同様に４Ｖの電圧を印加した。そのときの有機発光素子の特性について表２に示す。

実施例１と比較例１とを比較すると、本発明の要件に適合する構成をとる実施例１の有機発光素子は、定電圧印加時の電流密度が大きいので、素子の高電圧化を防止できていることが分かる。

ここで、比較例１の有機発光素子は、第一のホストのＨＯＭＯエネルギーの絶対値が第一のゲストのＨＯＭＯエネルギーの絶対値よりも大きく、かつ第二のホストのＬＵＭＯエネルギーの絶対値が第二のゲストのＬＵＭＯエネルギーの絶対値よりも小さい。このため、陽極から注入されるホールが第一のゲストにトラップされ、陰極から注入された電子が第二のゲストにトラップされる。この結果、電子とホールとをそれぞれ第一の発光層と第二の発光層との界面に輸送する際に、余計に電圧を印加する必要があるので、素子に印加する電圧が高くなる。

これに対し、実施例１の有機発光素子は、第一のホストのＨＯＭＯエネルギーの絶対値が第一のゲストのＨＯＭＯエネルギーの絶対値よりも小さく、かつ第二のホストのＬＵＭＯエネルギーの絶対値が第二のゲストのＬＵＭＯエネルギーの絶対値よりも大きい。このため、陽極から注入されるホールと陰極から注入される電子が、各発光層に含まれるゲストにトラップされずに、それぞれ第一の発光層と第二の発光層との界面まで輸送される。この結果、素子に印加する電圧を低減できるので、素子に高い印加電圧をかけずに済む。

本発明の有機発光素子の一実施形態を示す断面図である。 図１の有機発光素子を構成する各層のエネルギーレベルを模式的に示す図である。

符号の説明

１ 基板
２ 陽極
３−１ 第一の発光層
３−１ａ 第一のホスト
３−１ｂ 第一のゲスト
３−２ 第二の発光層
３−２ａ 第二のホスト
３−２ｂ 第二のゲスト
４ 陰極
５ ホール輸送層
６ 電子輸送層
１０ 有機発光素子

Claims (7)

1. 陽極と陰極と、
   前記陽極と前記陰極との間に、第一の発光層と前記第一の発光層よりも陰極側に配置される第二の発光層とを有し、
   前記第一の発光層が第一のホストと第一のゲストとを含み、
   前記第二の発光層が第二のホストと第二のゲストとを含み、
   前記第一のホストと前記第二のホストとが同一の化合物からなり、
   前記第一のゲストおよび前記第二のゲストの発光色は青色であり、
   前記第一のゲストと前記第二のゲストの最大発光波長の差が２０ｎｍ以下であり、
   前記第一のホスト、前記第一のゲスト、前記第二のホスト及び前記第二のゲストが、以
   下に示す関係式（１）乃至（４）を満たすことを特徴とする有機発光素子。
   ｜ＨＯＭＯ（Ｈ１）｜＜｜ＨＯＭＯ（Ｇ１）｜ （１）
   ｜ＬＵＭＯ（Ｇ２）｜＜｜ＬＵＭＯ（Ｈ２）｜ （２）
   ｜ＨＯＭＯ（Ｇ２）｜＜｜ＨＯＭＯ（Ｈ２）｜ （３）
   ｜ＬＵＭＯ（Ｈ１）｜＜｜ＬＵＭＯ（Ｇ１）｜ （４）
   （式（１）において、｜ＨＯＭＯ（Ｈ１）｜は第一のホストのＨＯＭＯエネルギーの絶対
   値を表し、｜ＨＯＭＯ（Ｇ１）｜は第一のゲストのＨＯＭＯエネルギーの絶対値を表す。
   式（２）において、｜ＬＵＭＯ（Ｈ２）｜は第二のホストのＬＵＭＯエネルギーの絶対値
   を表し、｜ＬＵＭＯ（Ｇ２）｜は第二のゲストのＬＵＭＯエネルギーの絶対値を表す。式
   （３）において、｜ＨＯＭＯ（Ｈ２）｜は第二のホストのＨＯＭＯエネルギーの絶対値を
   表し、｜ＨＯＭＯ（Ｇ２）｜は第二のゲストのＨＯＭＯエネルギーの絶対値を表す。式（
   ４）において、｜ＬＵＭＯ（Ｈ１）｜は第一のホストのＬＵＭＯエネルギーの絶対値を表
   し、｜ＬＵＭＯ（Ｇ１）｜は第一のゲストのＬＵＭＯエネルギーの絶対値を表す。）
2. 前記第一のホスト、前記第一のゲスト、前記第二のホスト及び前記第二のゲストが、さらに以下に示す関係式（５）及び（６）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。
   ｜ＨＯＭＯ（Ｈ２）｜−｜ＨＯＭＯ（Ｇ２）｜≧０．１５ｅＶ （５）
   ｜ＬＵＭＯ（Ｇ１）｜−｜ＬＵＭＯ（Ｈ１）｜≧０．１５ｅＶ （６）
3. 前記第一のホストは下記化合物群（ａ）から選ばれる化合物であり、前記第二のホスト
   は下記化合物群（ａ）から選ばれる化合物であり、前記第一のゲストは下記化合物群（ｂ
   ）から選ばれる化合物であり、前記第二のゲストは下記化合物群（ｃ）から選ばれる化合
   物であることを特徴する請求項１又は２に記載の有機発光素子。
   

   
4. 陽極と陰極と、
   前記陽極と前記陰極との間に、第一の発光層と前記第一の発光層よりも陰極側に配置される第二の発光層とを有し、
   前記第一の発光層が第一のホストと第一のゲストとを含み、
   前記第二の発光層が第二のホストと第二のゲストとを含み、
   前記第一のホストが下記化合物群（ａ）から選ばれる化合物であり、
   

   

   前記第二のホストは下記化合物群（ａ）から選ばれる化合物であり、
   

   

   前記第一のゲストは下記化合物群（ｂ）から選ばれる化合物であり、
   

   

   前記第二のゲストは下記化合物群（ｃ）から選ばれる化合物であり、
   

   

   前記第一のゲストと前記第二のゲストの最大発光波長の差が２０ｎｍ以下であり、
   前記第一のホスト、前記第一のゲスト、前記第二のホスト及び前記第二のゲストが、以下に示す関係式（１）乃至（４）を満たすことを特徴とする有機発光素子。
   ｜ＨＯＭＯ（Ｈ１）｜＜｜ＨＯＭＯ（Ｇ１）｜ （１）
   ｜ＬＵＭＯ（Ｇ２）｜＜｜ＬＵＭＯ（Ｈ２）｜ （２）
   ｜ＨＯＭＯ（Ｇ２）｜＜｜ＨＯＭＯ（Ｈ２）｜ （３）
   ｜ＬＵＭＯ（Ｈ１）｜＜｜ＬＵＭＯ（Ｇ１）｜ （４）
   （式（１）において、｜ＨＯＭＯ（Ｈ１）｜は第一のホストのＨＯＭＯエネルギーの絶対値を表し、｜ＨＯＭＯ（Ｇ１）｜は第一のゲストのＨＯＭＯエネルギーの絶対値を表す。式（２）において、｜ＬＵＭＯ（Ｈ２）｜は第二のホストのＬＵＭＯエネルギーの絶対値を表し、｜ＬＵＭＯ（Ｇ２）｜は第二のゲストのＬＵＭＯエネルギーの絶対値を表す。式（３）において、｜ＨＯＭＯ（Ｈ２）｜は第二のホストのＨＯＭＯエネルギーの絶対値を表し、｜ＨＯＭＯ（Ｇ２）｜は第二のゲストのＨＯＭＯエネルギーの絶対値を表す。式（４）において、｜ＬＵＭＯ（Ｈ１）｜は第一のホストのＬＵＭＯエネルギーの絶対値を表し、｜ＬＵＭＯ（Ｇ１）｜は第一のゲストのＬＵＭＯエネルギーの絶対値を表す。）
5. 前記第一のゲスト及び前記第二のゲストの発光色は青色であることを特徴とする請求項４に記載の有機発光素子。
6. 前記第一のホストと前記第二のホストとが同一の化合物からなることを特徴とする請求項４又は５に記載の有機発光素子。
7. 前記第一のホスト、前記第一のゲスト、前記第二のホスト及び前記第二のゲストが、さらに以下に示す関係式（５）及び（６）を満たすことを特徴とする請求項４乃至６のいずれか１項に記載の有機発光素子。
   ｜ＨＯＭＯ（Ｈ２）｜−｜ＨＯＭＯ（Ｇ２）｜≧０．１５ｅＶ （５）
   ｜ＬＵＭＯ（Ｇ１）｜−｜ＬＵＭＯ（Ｈ１）｜≧０．１５ｅＶ （６）

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