JP4916137B2 - 有機エレクトロルミネッセンス素子 - Google Patents
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Description
本発明は、有機エレクトロルミネッセンス素子に関する。
近年、情報機器の多様化に伴い、一般に使用されているＣＲＴ（陰極線管）に比べて消費電力が少ない平面表示素子に対するニーズが高まってきている。このような平面表示素子の一つとして、高効率・薄型・軽量・低視野角依存性等の特徴を有する有機エレクトロルミネッセンス(以下、有機ＥＬ素子と略記する。)素子が注目されている。
有機ＥＬ素子は、ホール注入電極と電子注入電極との間に、ホール輸送層、発光層および電子輸送層が順に形成された積層構造を有する。
従来の有機ＥＬ素子においては、電子輸送層として、例えば、トリス（８−ヒドロキシキノリナト）アルミニウム（Tris(8-hydroxyquinolinato)aluminum：以下、Ａｌｑ３と略記する）等が一般に広く用いられてきた。
しかし、上記のＡｌｑ３は電子移動度が低い。そのため、電子輸送層としてＡｌｑ３を用いた場合、発光層へ十分な電子を注入しようとすると駆動電圧が高くなり、消費電力が大きくなる。
非特許文献１には、Ａｌｑ３よりも高い電子移動度を有する材料としてフェナントロリン誘導体が報告されている。また、非特許文献２にはＡｌｑ３よりも高い電子移動度を有する材料としてシロール誘導体が報告されている。これらの電子移動度の高い有機材料を電子輸送層に用いることにより、駆動電圧を大きく低減することができる。
Appl．Phys．Lett．，Vol．76，No．2，10 January 2000，p197-199 Appl．Phys．Lett．，Vol．80，No．2，14 January 2002，p189-191
Appl．Phys．Lett．，Vol．76，No．2，10 January 2000，p197-199 Appl．Phys．Lett．，Vol．80，No．2，14 January 2002，p189-191
しかしながら、上記の非特許文献１および非特許文献２に記載されているような電子移動度の高い材料を電子輸送層として用いた場合、有機ＥＬ素子内における電子とホールとの再結合領域がホール注入電極側に移動し、ホール輸送層に到達する電子の量が多くなる。ホール輸送層の材料として一般的に用いられているトリフェニルアミン誘導体は、電子を受け入れると非常に不安定になり劣化する。その結果、有機ＥＬ素子の発光寿命が短くなる。
また、２層以上の発光層を有する有機ＥＬ素子においては、電子とホールとの再結合領域がホール注入電極側に移動すると、ホール注入電極側の発光層における発光強度が電子注入電極側の発光層における発光強度に比べて高くなり、所望の発光色が得られなくなる。
本発明の目的は、駆動電圧が低くかつ長寿命な有機エレクトロルミネッセンス素子を提供することである。
本発明の他の目的は、駆動電圧が低くかつ所望の発光色を得ることが可能な有機エレクトロルミネッセンス素子を提供することである。
本発明に係る有機エレクトロルミネッセンス素子は、ホール注入電極と、発光層と、電子注入電極とを順に備え、発光層と電子注入電極との間に電子の輸送を促進する電子輸送層と、電子の移動を制限する電子制限層とをさらに備えたものである。
本発明に係る有機エレクトロルミネッセンス素子においては、発光層と電子注入電極との間に電子の輸送を促進する電子輸送層が設けられている。それにより、電子を効率よく発光層に注入することができるので、有機エレクトロルミネッセンス素子の駆動電圧を低くすることができる。
また、発光層と電子注入電極との間に電子の移動を制限する電子制限層が設けられている。それにより、電子注入電極から発光層へと注入される電子の移動が制限され、ホールと電子との再結合領域が電子注入電極側へ移動する。したがって、ホールと再結合することなく発光層を通り抜けてホール注入電極側の層に到達する電子が低減される。その結果、電子によるホール注入電極側の層の劣化を防止することができ、有機エレクトロルミネッセンス素子の発光寿命を長くすることができる。
なお、電子制限層の材料としては、電子輸送層の材料よりも低い電子移動度を有する材料が選択される。
電子制限層は、発光層と電子輸送層との間に設けられてもよい。この場合、電子輸送層によって電子の輸送が促進され、有機エレクトロルミネッセンス素子の駆動電圧が低下する。さらに電子制限層によってホール注入電極側の層の劣化を防止することができ、有機エレクトロルミネッセンス素子の発光寿命が長くなる。
電子制限層は、電子輸送層と電子注入電極との間に設けられてもよい。この場合、電子輸送層によって電子の輸送が促進され、有機エレクトロルミネッセンス素子の駆動電圧が低下する。さらに電子制限層によってホール注入電極側の層の劣化を防止することができ、有機エレクトロルミネッセンス素子の発光寿命が長くなる。
電子制限層は式（１）で示される分子構造を有する有機化合物を含み、式（１）中のＲ１〜Ｒ３は同一または異なり、水素原子、ハロゲン原子またはアルキル基であってもよい。この場合、電子制限層における電子移動度が低くなるので、ホール注入電極側の層への電子の到達が十分に抑制され、有機エレクトロルミネッセンス素子の発光寿命を十分に延ばすことができる。
電子制限層は式（２）で示される分子構造を有するトリス(8-ヒドロキシキノリナト)アルミニウム（Tris(8-hydroxyquinolinato)aluminum）を含んでもよい。この場合、電子制限層における電子移動度が低くなるので、ホール注入電極側の層への電子の到達が十分に抑制され、有機エレクトロルミネッセンス素子の発光寿命を十分に延ばすことができる。
電子制限層は式（３）で示される分子構造を有する有機化合物を含み、式（３）中のＲ４〜Ｒ７は同一または異なり、水素原子、ハロゲン原子またはアルキル基であってもよい。この場合、電子制限層における電子移動度が低くなるので、ホール注入電極側の層への電子の到達が十分に抑制され、有機エレクトロルミネッセンス素子の発光寿命を十分に延ばすことができる。
電子制限層は、１つの有機化合物からなってもよい。この場合、有機エレクトロルミネッセンス素子の製造が容易になる。
電子制限層は、複数の有機化合物からなってもよい。この場合、複数の有機化合物により電子の移動を抑制することができる。
電子制限層は、第１および第２の有機化合物を含む複数の有機化合物の混合層であり、第１の有機化合物は電子制限層全体の５０重量％以上であり、第２の有機化合物は電子制限層全体の３０重量％以下であり、第２の有機化合物の最低空分子軌道のエネルギーレベルは、第１の有機化合物の最低空分子軌道のエネルギーレベルより低くてもよい。
この場合、第２の有機化合物により電子がトラップされるので、ホール注入電極側の層への電子の到達が十分に抑制され、有機エレクトロルミネッセンス素子の発光寿命を十分に延ばすことができる。なお、有機化合物の最低空分子軌道（ＬＵＭＯ）のエネルギーレベルは、サイクリックボルタンメトリー等の手法により測定することができる。最低空分子軌道のエネルギーレベルの高低は、その値の大小で一義的に決定される。例えば、最低空分子軌道のエネルギーレベルの値が２．５ｅＶ（−２．５ｅＶと表記する場合もある）の有機化合物Ａと最低空分子軌道のエネルギーレベルの値が３．０ｅＶ（−３．０ｅＶと表記する場合もある）の有機化合物Ｂとを比較した場合、有機化合物Ｂの最低空分子軌道のエネルギーは有機化合物Ａの最低空分子軌道のエネルギーよりも低い。つまり、最低空分子軌道の表記法に関わらず、最低空分子軌道のエネルギーレベルの絶対値が大きい有機化合物のほうが最低空分子軌道のエネルギーレベルは低くなる。
電子制限層は、第１および第２の電子制限層を含み、第１の電子制限層は第１および第２の有機化合物を含む複数の有機化合物の混合層であり、第２の電子制限層は１つの有機化合物からなり、第１の有機化合物は第１の電子制限層全体の５０重量％以上であり、第２の有機化合物は第１の電子制限層全体の３０重量％以下であり、第２の有機化合物の最低空分子軌道のエネルギーレベルは、第１の有機化合物の最低空分子軌道のエネルギーレベルより低くてもよい。
この場合、第１および第２の電子制限層により電子の移動を抑制することができるとともに、第１の電子制限層の第２の有機化合物により電子をトラップできるので、ホール注入電極側の層への電子の到達を十分に抑制することができる。それにより、有機エレクトロルミネッセンス素子の発光寿命を十分に延ばすことができる。
第２の電子制限層は式（１）で示される分子構造を有する有機化合物を含み、式（１）中のＲ１〜Ｒ３は同一または異なり、水素原子、ハロゲン原子またはアルキル基であってもよい。この場合、第２の電子制限層における電子移動度が低くなるので、ホール注入電極側の層への電子の到達が確実に抑制され、有機エレクトロルミネッセンス素子の発光寿命を確実に延ばすことができる。
第２の電子制限層は式（３）で示される分子構造を有する有機化合物を含み、式（３）中のＲ４〜Ｒ７は同一または異なり、水素原子、ハロゲン原子またはアルキル基であってもよい。この場合、第２の電子制限層における電子移動度が低くなるので、ホール注入電極側の層への電子の到達が確実に抑制され、有機エレクトロルミネッセンス素子の発光寿命を確実に延ばすことができる。
第１の有機化合物は式（４）で示される分子構造を有するアルキル置換9，10-ジアリールアントラセンであり、式（４）中のＡｒ１およびＡｒ２は同一または異なり、水素原子、ハロゲン原子または炭素数が３０以下の芳香族置換基であり、Ｒ８は炭素数が５以下の脂肪族置換基であってもよい。この場合、有機エレクトロルミネッセンス素子の発光特性の低下を防止しつつ発光寿命を延ばすことができる。
第１の有機化合物は式（５）で示される分子構造を有する9,10-ビス(4-(6-メチルベンゾチアゾール-2-イル)フェニル)アントラセンであってもよい。この場合、有機エレクトロルミネッセンス素子の発光特性の低下を防止しつつ発光寿命を延ばすことができる。
第１の有機化合物は式（６）で示される分子構造を有するフェナントロリン誘導体であり、式（６）中のＲ９〜Ｒ１２は同一または異なり、水素原子、ハロゲン原子、脂肪族置換基または芳香族置換基であってもよい。この場合、有機エレクトロルミネッセンス素子の発光特性の低下を防止しつつ発光寿命を延ばすことができる。
第１の有機化合物は式（７）で示される分子構造を有する2,9-ジメチル-4,7-ジフェニル-1,10-フェナントロリンであってもよい。この場合、有機エレクトロルミネッセンス素子の発光特性の低下を防止しつつ発光寿命を延ばすことができる。
第１の有機化合物は式（８）で示される分子構造を有するシロール誘導体であり、式（８）中のＲ１３〜Ｒ１６は同一または異なり、水素原子、ハロゲン原子、脂肪族置換基または芳香族置換基であってもよい。この場合、有機エレクトロルミネッセンス素子の発光特性の低下を防止しつつ発光寿命を延ばすことができる。
第２の有機化合物は式（９）で示される分子構造を有するクマリン誘導体であり、式（９）中のＲ１７は水素原子、ハロゲン原子、炭素数が３０以下の脂肪族炭化水素置換基またはジアルキルアミノ基であり、Ａｒ３は炭素数が３０以下の芳香族置換基であってもよい。この場合、第２の有機化合物によって電子を確実にトラップできるので、ホール注入電極側の層への電子の到達を確実に抑制することができる。その結果、有機エレクトロルミネッセンス素子の発光寿命を確実に延ばすことができる。
第２の有機化合物は式（１０）で示される10-(2-ベンゾチアゾイル)-1,1,7,7-テトラメチル-2,3,6,7-テトラヒドロ-1H,5H,11H,-ベンゾ[l]ピラノ[6,7,8-ij]キノリジン-11-オンであってもよい。この場合、第２の有機化合物によって電子を確実にトラップできるので、ホール注入電極側の層への電子の到達を確実に抑制することができる。その結果、有機エレクトロルミネッセンス素子の発光寿命を確実に延ばすことができる。
第２の有機化合物は式（１１）で示される分子構造を有するナフタセン誘導体であり、式（１１）中のＡｒ４〜Ａｒ７は同一または異なり、水素原子、ハロゲン原子、炭素数が３０以下の脂肪族置換基、炭素数が３０以下のジアリールアミノ基、または炭素数が３０以下の芳香族置換基であってもよい。この場合、第２の有機化合物によって電子を確実にトラップできるので、ホール注入電極側の層への電子の到達を確実に抑制することができる。その結果、有機エレクトロルミネッセンス素子の発光寿命を確実に延ばすことができる。
第２の有機化合物は式（１２）で示される5,12-ビス（4-ターシャリー-ブチルフェニル）-ナフタセンであってもよい。この場合、第２の有機化合物によって電子を確実にトラップできるので、ホール注入電極側の層への電子の到達を確実に抑制することができる。その結果、有機エレクトロルミネッセンス素子の発光寿命を確実に延ばすことができる。
第２の有機化合物は式（１３）で示されるルブレンであってもよい。この場合、第２の有機化合物によって電子を確実にトラップできるので、ホール注入電極側の層への電子の到達を確実に抑制することができる。その結果、有機エレクトロルミネッセンス素子の発光寿命を確実に延ばすことができる。
電子制限層は、さらに第３の有機化合物を含み、第３の有機化合物は電子制限層全体の１０重量％以下であり、第３の有機化合物の最低空分子軌道のエネルギーレベルは、第２の有機化合物の最低空分子軌道のエネルギーレベルより低くてもよい。
この場合、第３の有機化合物によって電子が確実にトラップされるので、ホール注入電極側の層への電子の到達が確実に抑制され、有機エレクトロルミネッセンス素子の発光寿命を確実に延ばすことができる。
第１の電子制限層は、さらに第３の有機化合物を含み、第３の有機化合物は第１の電子制限層全体の１０重量％以下であり、第３の有機化合物の最低空分子軌道のエネルギーレベルは、第２の有機化合物の最低空分子軌道のエネルギーレベルより低くてもよい。
この場合、第３の有機化合物によって電子が確実にトラップされるので、ホール注入電極側の層への電子の到達が確実に抑制され、有機エレクトロルミネッセンス素子の発光寿命を確実に延ばすことができる。
第２の電子制限層は式（１）で示される分子構造を有する有機化合物を含み、式（１）中のＲ１〜Ｒ３は同一または異なり、水素原子、ハロゲン原子またはアルキル基であってもよい。この場合、第２の電子制限層における電子移動度が低くなるので、ホール注入電極側の層への電子の到達が確実に抑制され、有機エレクトロルミネッセンス素子の発光寿命を確実に延ばすことができる。
第２の電子制限層は式（３）で示される分子構造を有する有機化合物を含み、式（３）中のＲ４〜Ｒ７は同一または異なり、水素原子、ハロゲン原子またはアルキル基であってもよい。この場合、第２の電子制限層における電子移動度が低くなるので、ホール注入電極側の層への電子の到達が確実に抑制され、有機エレクトロルミネッセンス素子の発光寿命を確実に延ばすことができる。
第１の有機化合物は式（４）で示される分子構造を有するアルキル置換9，10-ジアリールアントラセンであり、式（４）中のＡｒ１およびＡｒ２は同一または異なり、水素原子、ハロゲン原子または炭素数が３０以下の芳香族置換基であり、Ｒ８は炭素数が５以下の脂肪族置換基であってもよい。この場合、有機エレクトロルミネッセンス素子の発光特性の低下を防止しつつ発光寿命を延ばすことができる。
第１の有機化合物は式（５）で示される分子構造を有する9,10-ビス(4-(6-メチルベンゾチアゾール-2-イル)フェニル)アントラセンであってもよい。この場合、有機エレクトロルミネッセンス素子の発光特性の低下を防止しつつ発光寿命を延ばすことができる。
第１の有機化合物は式（６）で示される分子構造を有するフェナントロリン誘導体であり、式（６）中のＲ９〜Ｒ１２は同一または異なり、水素原子、ハロゲン原子、脂肪族置換基または芳香族置換基であってもよい。この場合、有機エレクトロルミネッセンス素子の発光特性の低下を防止しつつ発光寿命を延ばすことができる。
第１の有機化合物は式（７）で示される分子構造を有する2,9-ジメチル-4,7-ジフェニル-1,10-フェナントロリンであってもよい。この場合、有機エレクトロルミネッセンス素子の発光特性の低下を防止しつつ発光寿命を延ばすことができる。
第１の有機化合物は式（８）で示される分子構造を有するシロール誘導体であり、式（８）中のＲ１３〜Ｒ１６は同一または異なり、水素原子、ハロゲン原子、脂肪族置換基または芳香族置換基であってもよい。この場合、有機エレクトロルミネッセンス素子の発光特性の低下を防止しつつ発光寿命を延ばすことができる。
第２の有機化合物は式（１）で示される分子構造を有する有機化合物を含み、式（１）中のＲ１〜Ｒ３は同一または異なり、水素原子、ハロゲン原子またはアルキル基であってもよい。この場合、第２の有機化合物によって電子を確実にトラップできるので、ホール注入電極側の層への電子の到達を確実に抑制することができる。その結果、有機エレクトロルミネッセンス素子の発光寿命を確実に延ばすことができる。
第２の有機化合物は式（２）で示される分子構造を有するトリス(8-ヒドロキシキノリナト)アルミニウムを含んでもよい。この場合、第２の有機化合物によって電子を確実にトラップできるので、ホール注入電極側の層への電子の到達を確実に抑制することができる。その結果、有機エレクトロルミネッセンス素子の発光寿命を確実に延ばすことができる。
第２の有機化合物は式（３）で示される分子構造を有する有機化合物を含み、式（３）中のＲ４〜Ｒ７は同一または異なり、水素原子、ハロゲン原子またはアルキル基であってもよい。この場合、第２の有機化合物によって電子を確実にトラップできるので、ホール注入電極側の層への電子の到達を確実に抑制することができる。その結果、有機エレクトロルミネッセンス素子の発光寿命を確実に延ばすことができる。
第３の有機化合物は式（９）で示される分子構造を有するクマリン誘導体であり、式（９）中のＲ１７は水素原子、ハロゲン原子、炭素数が３０以下の脂肪族炭化水素置換基またはジアルキルアミノ基であり、Ａｒ３は炭素数が３０以下の芳香族置換基であってもよい。この場合、第３の有機化合物によって電子を確実にトラップできるので、ホール注入電極側の層への電子の到達を確実に抑制することができる。その結果、有機エレクトロルミネッセンス素子の発光寿命を確実に延ばすことができる。
第３の有機化合物は式（１０）で示される10-(2-ベンゾチアゾイル)-1,1,7,7-テトラメチル-2,3,6,7-テトラヒドロ-1H,5H,11H,-ベンゾ[l]ピラノ[6,7,8-ij]キノリジン-11-オンであってもよい。この場合、第３の有機化合物によって電子を確実にトラップできるので、ホール注入電極側の層への電子の到達を確実に抑制することができる。その結果、有機エレクトロルミネッセンス素子の発光寿命を確実に延ばすことができる。
第３の有機化合物は式（１１）で示される分子構造を有するナフタセン誘導体であり、式（１１）中のＡｒ４〜Ａｒ７は同一または異なり、水素原子、ハロゲン原子、炭素数が３０以下の脂肪族置換基、炭素数が３０以下のジアリールアミノ基、または炭素数が３０以下の芳香族置換基であってもよい。この場合、第３の有機化合物によって電子を確実にトラップできるので、ホール注入電極側の層への電子の到達を確実に抑制することができる。その結果、有機エレクトロルミネッセンス素子の発光寿命を確実に延ばすことができる。
第３の有機化合物は式（１２）で示される5,12-ビス（4-ターシャリー-ブチルフェニル）-ナフタセンであってもよい。この場合、第３の有機化合物によって電子を確実にトラップできるので、ホール注入電極側の層への電子の到達を確実に抑制することができる。その結果、有機エレクトロルミネッセンス素子の発光寿命を確実に延ばすことができる。
第３の有機化合物は式（１３）で示されるルブレンであってもよいこの場合、第３の有機化合物によって電子を確実にトラップできるので、ホール注入電極側の層への電子の到達を確実に抑制することができる。その結果、有機エレクトロルミネッセンス素子の発光寿命を確実に延ばすことができる。
電子輸送層は式（４）で示される分子構造を有するアルキル置換9，10-ジアリールアントラセンであり、式（４）中のＡｒ１およびＡｒ２は同一または異なり、水素原子、ハロゲン原子または炭素数が３０以下の芳香族置換基であり、Ｒ８は炭素数が５以下の脂肪族置換基であってもよい。この場合、電子の移動が十分に促進されるので、有機エレクトロルミネッセンス素子の駆動電圧を十分に低下させることができる。
電子輸送層は式（５）で示される分子構造を有する9,10-ビス(4-(6-メチルベンゾチアゾール-2-イル)フェニル)アントラセンであってもよい。この場合、電子の移動が十分に促進されるので、有機エレクトロルミネッセンス素子の駆動電圧を十分に低下させることができる。
電子輸送層は式（６）に示される分子構造を有するフェナントロリン誘導体であり、式（６）中のＲ９〜Ｒ１２は同一または異なり、水素原子、ハロゲン原子、脂肪族置換基または芳香族置換基であってもよい。この場合、電子の移動が十分に促進されるので、有機エレクトロルミネッセンス素子の駆動電圧を十分に低下させることができる。
電子輸送層は式（７）に示される分子構造を有する2,9-ジメチル-4,7-ジフェニル-1,10-フェナントロリンであってもよい。この場合、電子の移動が十分に促進されるので、有機エレクトロルミネッセンス素子の駆動電圧を十分に低下させることができる。
電子輸送層は式（８）に示される分子構造を有するシロール誘導体であり、式（８）中のＲ１３〜Ｒ１６は同一または異なり、水素原子、ハロゲン原子、脂肪族置換基または芳香族置換基であってもよい。この場合、電子の移動が十分に促進されるので、有機エレクトロルミネッセンス素子の駆動電圧を十分に低下させることができる。
発光層は、ホスト材料とドーパントとを含み、ホスト材料は、式（１４）で示されるターシャリー-ブチル置換ジナフチルアントラセンであり、ドーパントは式（１５）で示される1,4,7,10-テトラ-ターシャリー-ブチルペリレンであってもよい。この場合、高効率な青色光の取り出しが可能である。
発光層は、短波長発光層と長波長発光層とを含み、短波長発光層が発するピーク波長のうち少なくとも一つは５００ｎｍよりも小さく、長波長発光層が発するピーク波長のうち少なくとも一つは５００ｎｍよりも大きくてもよい。この場合、電子制限層の膜厚を調整することにより、ホールと電子との再結合領域の位置を制御することができる。それにより、短波長発光層および長波長発光層における発光の割合を調整することが可能となり、所望の発光色を得ることができる。
本発明に係る有機エレクトロルミネッセンス素子においては、電子の輸送を促進する電子輸送層と電子の移動を制限する電子制限層とを設けることにより、駆動電圧を低くしかつ寿命を延ばすことが可能となる。また、短波長発光層と長波長発光層とを設けることにより、所望の発光色を得ることが可能となる。
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る有機ＥＬ素子を示す模式的な断面図である。
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る有機ＥＬ素子を示す模式的な断面図である。
図１に示す有機ＥＬ素子１００の作製時には、まず基板１上に、例えば、インジウム−スズ酸化物（ＩＴＯ）等の透明導電膜からなるホール注入電極２を形成し、このホール注入電極２上に、ホール注入層３、ホール輸送層４、発光層５、電子制限層６および電子輸送層７を順に形成する。さらに、この電子輸送層７上に、例えば、アルミニウム等からなる電子注入電極８を形成する。
基板１は、ガラスまたはプラスチック等からなる透明基板である。ホール注入層３は、例えば、プラズマＣＶＤ法（プラズマ化学的気相成長法）により形成されたＣＦX （フッ化炭素）からなる。
ホール輸送層４は、例えば、下記式（１６）に示されるN,N'-ジ(1-ナフチル)-N,N'-ジフェニル-ベンジジン（N,N'-Di(1-naphthyl)-N,N'-diphenyl-benzidine）（以下、ＮＰＢと略記する）等の有機材料からなる。
発光層５は、例えば、下記式（１４）に示されるターシャリー-ブチル置換ジナフチルアントラセン（tert-butyl substituted dinaphthylanthracene）（以下、ＴＢＡＤＮと略記する）をホスト材料とし、下記式（１５）に示す1,4,7,10-テトラ-ターシャリー-ブチルペリレン（1,4,7,10-Tetra-tert-butylPerylene）（以下、ＴＢＰと略記する）をドーパントとして形成される。
電子制限層６としては、電子移動度の低い材料を用いることが好ましい。電子制限層６の材料としては、電子輸送層７の材料よりも電子移動度が低い材料を選択する。例えば、下記式（１）に示される構造を有する有機化合物を用いることができる。
式（１）において、Ｒ１〜Ｒ３は互いに同一であってもよいし、互いに異なってもよく、式（１）中のキノリン環のいずれの位置にあってもよい。式（１）中のＲ１〜Ｒ３は、水素原子、ハロゲン原子または炭素数が４以下のアルキル基を示す。
本実施の形態においては、電子制限層６は、下記式（２）に示されるトリス(8-ヒドロキシキノリナト)アルミニウム（Tris(8-hydroxyquinolinato)aluminum）（以下、Ａｌｑ３と略記する）からなる。Ａｌｑ３の電子移動度は１０-6ｃｍ2 ／Ｖｓである。
また、電子制限層６としては、下記式（３）に示される構造を有する有機化合物を用いてもよい。
式（３）において、Ｒ４〜Ｒ７は互いに同一であってもよいし、互いに異なってもよく、ベンゼン環およびキノリン環のいずれの位置にあってもよい。式（３）中のＲ４〜Ｒ７は、水素原子、ハロゲン原子または炭素数４以下のアルキル基を示す。
電子輸送層７としては、電子移動度の高い材料を用いることが好ましい。電子輸送層７の材料としては、電子制限層６の材料よりも電子移動度が高い材料を選択する。例えば、下記式（６）に示されるフェナントロリン誘導体を用いることができる。
式（６）において、Ｒ９〜Ｒ１２は互いに同一であってもよいし、互いに異なってもよい。式（６）中のＲ９〜Ｒ１２は、水素原子、ハロゲン原子、脂肪族置換基または芳香族置換基を示し、Ｒ１１およびＲ１２は式（６）のベンゼン環のオルト位、メタ位およびパラ位のいずれの位置にあってもよい。式（６）のＲ９〜Ｒ１２の脂肪族置換基としては、メチル基、エチル基、1-プロピル基、2-プロピル基、tert-ブチル基等が挙げられ、芳香族置換基としては、フェニル基、1-ナフチル基、2-ナフチル基、9-アンスリル基、2-チエニル基、2-ピリジル基、3-ピリジル基等が挙げられる。
本実施の形態においては、電子輸送層７は、下記式（７）に示される2,9-ジメチル-4,7-ジフェニル-1,10-フェナントロリン（2,9-Dimethyl-4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline）（以下、ＢＣＰと略記する）からなる。
また、電子輸送層７としては、下記式（８）に示されるシロール誘導体を用いてもよい。
式（８）においては、Ｒ１３〜Ｒ１６は互いに同一であってもよいし、互いに異なっていてもよい。式（８）中のＲ１３〜Ｒ１６は、水素原子、ハロゲン原子、脂肪族置換基または芳香族置換基を示す。式（８）のＲ１３〜Ｒ１６の脂肪族置換基としては、メチル基、エチル基、１−プロピル基、２−プロピル基、ｔｅｒｔ−ブチル基等が挙げられ、芳香族置換基としては、フェニル基、１−ナフチル基、２−ナフチル基、９−アンスリル基、２−チエニル基、２−ピリジル基、３−ピリジル基、２−（２−フェニル）ピリジル基、２，２−ビピリジン−６−イル基等が挙げられる。
上記の有機ＥＬ素子１００においては、ホール注入電極２と電子注入電極８との間に電圧を印加することにより、有機ＥＬ素子１００の発光層５が発光し、基板１の裏面から光が出射される。
本実施の形態の有機ＥＬ素子１００においては、電子輸送層７として高い電子移動度を有するＢＣＰが用いられている。それにより、電子を効率よく発光層５に注入することができる。その結果、駆動電圧が低くなり、有機ＥＬ素子１００の消費電力が低減される。
また、発光層５と電子輸送層７との間に電子輸送層７よりも低い電子移動度を有するＡｌｑ３からなる電子制限層６が設けられている。それにより、電子輸送層７から電子制限層６を通って発光層５へと注入される電子の移動が電子制限層６によって制限され、ホールと電子との再結合領域が電子注入電極８側へ移動する。したがって、ホールと再結合することなく発光層５を通り抜けてホール輸送層４に到達する電子が低減される。その結果、電子によるホール輸送層４の劣化を防止することができ、有機ＥＬ素子１００の発光寿命を長くすることができる。
この場合、電子制限層６により電流が制限されることになるが、電子輸送層７が高い電子移動度を有するので、有機ＥＬ素子１００全体に流れる電流はほとんど低減されない。このように、高い電子移動度を有する電子輸送層７および低い電子移動度を有する電子制限層６を組み合わせることにより、駆動電圧を低く保ちつつ有機ＥＬ素子１００の長寿命化を実現することができる。
なお、電子輸送層７の電子移動度は１０-5ｃｍ2 ／Ｖｓ以上であることが好ましく、１０-4ｃｍ2 ／Ｖｓ以上であることがより好ましい。この場合、発光層５への電子の注入量を十分に増加させることができるので、駆動電圧を大幅に下げることができる。
また、電子制限層６と電子輸送層７との電子移動度の差は１０倍以上であることが好ましい。この場合、発光層５への電子の注入量を十分に制限することができるので、有機ＥＬ素子１００の発光寿命を大幅に延ばすことができる。
また、電子制限層６の膜厚は２０ｎｍ以下であることが好ましく、１０ｎｍ以下であることがより好ましく、５ｎｍであることがさらに好ましい。この場合、電子の注入量を十分に増加させることができるので、駆動電圧を大幅に下げることができる。
このように、本実施の形態に係る有機ＥＬ素子１００によれば、発光層５上に電子制限層６および電子輸送層７を形成することにより、駆動電圧を低くしかつ発光寿命を長くすることが可能となる。
本実施の形態に係る有機ＥＬ素子１００においては、発光層５上に電子制限層６および電子輸送層７が順に形成されているが、発光層５上に電子輸送層７および電子制限層６が順に形成されてもよい。また、電子制限層６および電子輸送層７の代わりに発光層５上に電子制限層６の材料と電子輸送層７の材料とが混在する層が形成されてもよい。
また、電子制限層６の材料としては、上記の材料に限られず電子輸送層７よりも低い電子移動度を有する他の有機材料を用いてもよい。電子輸送層７の材料としては、上記の材料に限られず電子制限層６よりも高い電子移動度を有する他の有機材料を用いてもよい。
（第２の実施の形態）
図２は、本発明の第２の実施の形態に係る有機ＥＬ素子を示す模式的な断面図である。第２の実施の形態に係る有機ＥＬ素子１０１は、図１の有機ＥＬ素子１００の発光層５の代わりに橙色発光を得ることが可能な橙色発光層５ａおよび青色発光を得ることが可能な青色発光層５ｂが設けられる点を除き第１の実施の形態に係る有機ＥＬ素子１００と同様の構成を有する。
図２は、本発明の第２の実施の形態に係る有機ＥＬ素子を示す模式的な断面図である。第２の実施の形態に係る有機ＥＬ素子１０１は、図１の有機ＥＬ素子１００の発光層５の代わりに橙色発光を得ることが可能な橙色発光層５ａおよび青色発光を得ることが可能な青色発光層５ｂが設けられる点を除き第１の実施の形態に係る有機ＥＬ素子１００と同様の構成を有する。
橙色発光層５ａは、例えば、ＮＰＢをホスト材料とし、下記式（１２）に示す5,12-ビス（4-ターシャリー-ブチルフェニル）-ナフタセン（5,12-Bis(4-tert-butylphenyl)-naphthacene）（以下、ｔＢｕＤＰＮと略記する）を第１のドーパントとし、下記式（１７）に示す5,12-ビス(4-(6-メチルベンゾチアゾール-2-イル)フェニル)-6,11-ジフェニルナフタセン（5,12-Bis(4-(6-methylbenzothiazol-2-yl)phenyl)-6,11-diphenylnaphthacene）（以下、ＤＢｚＲと略記する）を第２のドーパントとして形成される。この場合、第２のドーパントは発光し、第１のドーパントは、ホスト材料から第２のドーパントへのエネルギーの移動を促進することにより第２のドーパントの発光を補助する役割を担う。それにより、橙色発光層５ａは５００ｎｍよりも大きく６５０ｎｍよりも小さいピーク波長を有する橙色光を発生する。
青色発光層５ｂは、例えば、ＴＢＡＤＮをホスト材料とし、ＮＰＢを第１のドーパントとし、ＴＢＰを第２のドーパントとして形成される。この場合、第２のドーパントは発光し、第１のドーパントはキャリアの輸送を促進することにより第２のドーパントの発光を補助する役割を担う。それにより、青色発光層５ｂは４００ｎｍよりも大きく５００ｎｍよりも小さいピーク波長を有する青色光を発生する。
本実施の形態の有機ＥＬ素子１０１においては、電子輸送層７として高い電子移動度を有するＢＣＰが用いられている。それにより、電子を効率よく発光層５に注入することができる。その結果、駆動電圧が低くなり、有機ＥＬ素子１０１の消費電力が低減される。
また、青色発光層５ｂと電子輸送層７との間に電子輸送層７よりも低い電子移動度を有するＡｌｑ３からなる電子制限層６が設けられている。それにより、橙色発光層５ａおよび青色発光層５ｂへと注入される電子の移動が制限され、ホールと電子との再結合領域が電子注入電極８側へ移動する。この場合、電子制限層６の膜厚を調整することによりホールと電子との再結合領域の位置を制御することができる。その結果、橙色発光層５ａおよび青色発光層５ｂにおける発光の割合を調整することが可能となり、所望の発光色を得ることができる。
この場合、電子制限層６により電流が制限されることになるが、電子輸送層７が高い電子移動度を有するので、有機ＥＬ素子１０１全体に流れる電流はほとんど低減されない。このように、高い電子移動度を有する電子輸送層７および低い電子移動度を有する電子制限層６を組み合わせることにより、駆動電圧を低くするとともに所望の発光色を得ることができる。
なお、電子輸送層７の電子移動度は１０-5ｃｍ2 ／Ｖｓ以上であることが好ましく、１０-4ｃｍ2 ／Ｖｓ以上であることがより好ましい。この場合、橙色発光層５ａおよび青色発光層５ｂへの電子の注入量を十分に増加させることができるので、駆動電圧を大幅に下げることができる。
また、電子制限層６と電子輸送層７との電子移動度の差は１０倍以上であることが好ましい。この場合、橙色発光層５ａおよび青色発光層５ｂへの電子の注入量を十分に制限することができるので、所望の発光色を容易に得ることができる。
また、電子制限層６の膜厚は２０ｎｍ以下であることが好ましく、１０ｎｍ以下であることがより好ましく、５ｎｍであることがさらに好ましい。この場合、電子の注入量を十分に増加させることができるので、駆動電圧を大幅に下げることができる。
このように、本実施の形態に係る有機ＥＬ素子１０１によれば、青色発光層５ｂ上に電子制限層６および電子輸送層７を形成することにより、駆動電圧を低くしかつ所望の発光色を得ることが可能となる。
また、橙色発光層５ａおよび青色発光層５ｂとが発光することにより、白色発光を得ることができる。この場合、白色発光を得ることが可能な有機ＥＬ素子に赤色、緑色および青色のフィルタを設けることで光の３原色の表示（ＲＧＢ表示）が可能となり、フルカラー表示が実現する。
本実施の形態に係る有機ＥＬ素子１０１においては、青色発光層５ｂ上に電子制限層６および電子輸送層７が順に形成されているが、青色発光層５ｂ上に電子輸送層７および電子制限層６が順に形成されてもよい。また、電子制限層６および電子輸送層７の代わりに青色発光層５ｂ上に電子制限層６の材料と電子輸送層７の材料とが混在する層が形成されてもよい。
本実施の形態においては、橙色発光層５ａが長波長発光層に相当し、青色発光層５ｂが短波長発光層に相当する。
（第３の実施の形態）
図３は有機ＥＬ素子を用いた有機ＥＬ表示装置の一例を示す模式的平面図であり、図４Ａは図３の有機ＥＬ表示装置のＡ−Ａ線断面図である。
図３は有機ＥＬ素子を用いた有機ＥＬ表示装置の一例を示す模式的平面図であり、図４Ａは図３の有機ＥＬ表示装置のＡ−Ａ線断面図である。
図３および図４Ａの有機ＥＬ表示装置においては、赤色に発光する有機ＥＬ素子１００Ｒ、緑色に発光する有機ＥＬ素子１００Ｇおよび青色に発光する有機ＥＬ素子１００Ｂがマトリクス状に配置されている。
有機ＥＬ素子１００Ｂは、図１の発光層５と同様の青色発光層５Ｂを有する。
有機ＥＬ素子１００Ｒは、図１の発光層５の代わりに、赤色発光層５Ｒを有する。赤色発光層５Ｒは、例えば、Ａｌｑ３をホスト材料とし、下記式（１３）に示されるルブレン（Rubrene）を第１のドーパントとし、下記式（１８）に示される（２−（１，１−ジメチルエチル）−６−（２−（２，３，６，７−テトラヒドロ−１，１，７，７−テトラメチル−ｌＩＩ，５ＩＩ−ベンゾ〔ｉｊ〕キノリジン−９−イル）エテニル）−４Ｈ−ピラン−４−イリデン）プロパンジニトリル（(2-(1,1-Dimethylethyl)-6-(2-(2,3,6,7-tetrahydro-1,1,7,7-tetramethyl-lII,5II-benzo〔ij〕quinolizin-9-yl)ethenyl)-4H-pyran-4-ylidene)propanedinitrile）（以下、ＤＣＪＴＢと略記する）を第２のドーパントとし
て形成される。この場合、第２のドーパントは発光し、第１のドーパントは、ホスト材料から第２のドーパントへのエネルギーの移動を促進することにより第２のドーパントの発光を補助する役割を担う。
て形成される。この場合、第２のドーパントは発光し、第１のドーパントは、ホスト材料から第２のドーパントへのエネルギーの移動を促進することにより第２のドーパントの発光を補助する役割を担う。
有機ＥＬ素子１００Ｇは、図１の発光層５の代わりに、緑色発光層５Ｇを有する。緑色発光層５Ｇは、例えば、ＴＢＡＤＮをホスト材料とし、ｔＢｕＤＰＮまたは下記式（１９）に示される3-(2-ベンゾチアゾールイル)-7-(ジエチルアミノ)クマリン（3-(2-Benzothiazolyl)-7-(diethylamino)coumarin）（以下クマリン６と略記する。）をドーパントとして形成される。
以下、本実施の形態に係る有機ＥＬ表示装置をより詳細に説明する。
図３においては、左から順に有機ＥＬ素子１００Ｒ、有機ＥＬ素子１００Ｇおよび有機ＥＬ素子１００Ｂが設けられている。
各有機ＥＬ素子１００Ｒ，１００Ｇ，１００Ｂの構成は平面図では同一である。各有機ＥＬ素子１００Ｒ，１００Ｇ，１００Ｂは行方向に延びる２つのゲート信号線５１と列方向に延びる２つのドレイン信号線（データ線）５２とに囲まれた領域に形成される。各有機ＥＬ素子の領域内において、ゲート信号線５１とドレイン信号線５２との交点付近にはスイッチング素子である第１のＴＦＴ１３０が形成され、中央付近には各有機ＥＬ素子１００Ｒ，１００Ｇ，１００Ｂを駆動する第２のＴＦＴ１４０が形成される。また、各有機ＥＬ素子１００Ｒ，１００Ｇ，１００Ｂの領域内に補助容量７０、およびＩＴＯからなるホール注入電極２が形成される。ホール注入電極２の領域に各有機ＥＬ素子１００Ｒ，１００Ｇ，１００Ｂが島状に形成される。
第１のＴＦＴ１３０のドレインはドレイン電極１３ｄを介してドレイン信号線５２に接続され、第１のＴＦＴ１３０のソースはソ−ス電極１３ｓを介して電極５５に接続される。第１のＴＦＴ１３０のゲート電極１１１は、ゲート信号線５１から延びる。
補助容量７０は、電源電圧Ｖｓｃを受けるＳＣ線５４と、能動層１１（図４Ａ参照）と一体の電極５５とから構成される。
第２のＴＦＴ１４０のドレインはドレイン電極４３ｄを介して各有機ＥＬ素子のホール注入電極２に接続され、第２のＴＦＴ１４０のソースはソ−ス電極４３ｓを介して列方向に延びる電源線５３に接続される。第２のＴＦＴ１４０のゲート電極４１は電極５５に接続される。
図４Ａに示されるように、ガラス基板１０上に多結晶シリコン等からなる能動層１１が形成され、その能動層１１の一部が有機ＥＬ素子を駆動するための第２のＴＦＴ１４０となる。能動層１１上にゲート酸化膜（図示せず）を介してダブルゲート構造のゲート電極４１が形成され、ゲート電極４１を覆うように能動層１１上に層間絶縁膜１３および第１の平坦化層１５が形成される。第１の平坦化層１５の材料としては、例えばアクリル樹脂を用いることができる。第１の平坦化層１５上に透明なホール注入電極２が各有機ＥＬ素子ごとに形成され、ホール注入電極２を覆うように第１の平坦化層１５上に絶縁性の第２の平坦化層１８が形成される。第２のＴＦＴ１４０は第２の平坦化層１８の下に形成されている。
ホール注入電極２および第２の平坦化層１８を覆うようにホール輸送層４が全体の領域上に形成される。
有機ＥＬ素子１００Ｒ、有機ＥＬ素子１００Ｇおよび有機ＥＬ素子１００Ｂのホール輸送層４上には、それぞれ列方向に延びるストライプ状の赤色発光層５Ｒ、緑色発光層５Ｇおよび青色発光層５Ｂが形成される。
ストライプ状の赤色発光層５Ｒ、緑色発光層５Ｇおよび青色発光層５Ｂの間の境界は第２の平坦化層１８上の表面でガラス基板１０と平行となっている領域に設けられる。
有機ＥＬ素子１００Ｒ、有機ＥＬ素子１００Ｇおよび有機ＥＬ素子１００Ｂの赤色発光層５Ｒ、緑色発光層５Ｇおよび青色発光層５Ｂ上には、列方向に延びるストライプ状の電子制限層６および列方向に延びるストライプ状の電子輸送層７がそれぞれ形成される。
電子制限層６は、例えば、第１および第２の実施の形態と同様に低い電子移動度を有するＡｌｑ３からなる。電子輸送層７は、例えば、第１および第２の実施の形態と同様に高い電子移動度を有するＢＣＰからなる。
さらに、各電子輸送層７上には電子注入電極８が形成される。電子注入電極８の上には樹脂等からなる保護層３４が形成されている。
上記有機ＥＬ表示装置において、ゲート信号線５１に選択信号が出力されると第１のＴＦＴ１３０がオンし、そのときにドレイン信号線５２に与えられる電圧値（データ信号）に応じて補助容量７０が充電される。第２のＴＦＴ１４０のゲート電極４１は補助容量７０に充電された電荷に応じた電圧を受ける。それにより、電源線５３から各有機ＥＬ素子１００Ｒ，１００Ｇ，１００Ｂに供給される電流が制御され、各有機ＥＬ素子１００Ｒ，１００Ｇ，１００Ｂは供給された電流に応じた輝度で発光する。
本実施の形態の有機ＥＬ表示装置の各有機ＥＬ素子１００Ｒ，１００Ｇ，１００Ｂにおいては、電子輸送層７として高い電子移動度を有するＢＣＰが用いられている。それにより、電子を効率よく赤色発光層５Ｒ、緑色発光層５Ｇおよび青色発光層５Ｂに注入することができる。その結果、各有機ＥＬ素子１００Ｒ，１００Ｇ，１００Ｂの駆動電圧が低くなり、有機ＥＬ表示装置の消費電力が低減される。
また、赤色発光層５Ｒ、緑色発光層５Ｇおよび青色発光層５Ｂと電子輸送層７との間に電子輸送層７よりも低い電子移動度を有するＡｌｑ３からなる電子制限層６が設けられている。それにより、電子輸送層７から電子制限層６を通って赤色発光層５Ｒ、緑色発光層５Ｇおよび青色発光層５Ｂへと注入される電子の移動が制限され、ホールと電子との再結合領域が電子注入電極８側へ移動する。したがって、ホールと再結合することなくホール輸送層４に到達する電子が低減される。その結果、電子によるホール輸送層４の劣化を防止することができ、各有機ＥＬ素子１００Ｒ，１００Ｇ，１００Ｂの発光寿命を長くすることができる。
この場合、電子制限層６により電流が制限されることになるが、電子輸送層７が高い電子移動度を有するので、各有機ＥＬ素子１００Ｒ，１００Ｇ，１００Ｂに流れる電流はほとんど低減されない。このように、高い電子移動度を有する電子輸送層７および低い電子移動度を有する電子制限層６を組み合わせることにより、駆動電圧を低く保ちつつ各有機ＥＬ素子１００Ｒ，１００Ｇ，１００Ｂの長寿命化を実現することができる。その結果、消費電力が少なくかつ発光寿命の長いフルカラー表示が得られる。
なお、図４Ａの例では、赤色に発光する有機ＥＬ素子１００Ｒ、緑色に発光する有機ＥＬ素子１００Ｇおよび青色に発光する有機ＥＬ素子１００Ｂを用いてフルカラー表示を得る場合について説明したが、図２で説明したような白色発光の有機ＥＬ素子を用いてもフルカラー表示を得ることができる。以下、白色発光の有機ＥＬ素子を用いた場合の有機ＥＬ装置について図を用いて説明する。
図４Ｂは、白色発光の有機ＥＬ素子を用いた有機ＥＬ装置の一例を示す模式的断面図である。図４Ｂの有機ＥＬ装置が図４Ａの有機ＥＬ装置と異なるのは以下の点である。
図４Ｂの有機ＥＬ装置においては、層間絶縁膜１３上で第２のＴＦＴ１４０間に赤色カラーフィルタＲＣＦ、緑色カラーフィルタＧＣＦおよび青色カラーフィルタＢＣＦが形成されている。
ホール輸送層４を覆うように、橙色発光層５ａ、青色発光層５ｂ、電子制限層６および電子輸送層７が形成されている。
この有機ＥＬ装置においては、橙色発光層５ａおよび青色発光層５ｂが発光することにより得られる白色光が、赤色カラーフィルタＲＣＦ、緑色カラーフィルタＧＣＦおよび青色カラーフィルタＢＣＦをそれぞれ通過する。それにより、赤色光、緑色光および青色光を取り出すことができ、フルカラー表示が実現する。
なお、この有機ＥＬ装置においては、各画素ごとに橙色発光層５ａ、青色発光層５ｂ、電子制限層６および電子輸送層７を形成する必要がなく、橙色発光層５ａ、青色発光層５ｂ、電子制限層６および電子輸送層７をそれぞれ一体的に形成することができるので、有機ＥＬ装置の製造が容易になる。
（他の実施の形態）
上記実施の形態においては、電子制限層６が１つの有機化合物により構成される場合について説明したが、電子制限層６は、複数の有機化合物から構成されてもよい。
上記実施の形態においては、電子制限層６が１つの有機化合物により構成される場合について説明したが、電子制限層６は、複数の有機化合物から構成されてもよい。
例えば、電子制限層６が、第１の有機化合物と第２の有機化合物との混合層であってもよい。第１の有機化合物の重量比は、電子制限層６全体の５０％以上であることが好ましく、第２の有機化合物の重量比は、電子制限層６全体の３０％以下であることが好ましい。また、第２の有機化合物としては、第１の有機化合物よりも最低空分子軌道（ＬＵＭＯ）のエネルギーレベルが低い有機化合物を用いることが好ましい。この場合、第２の有機化合物により電子がトラップされるので、ホール輸送層４に到達する電子を低減することができる。その結果、ホール輸送層４の劣化が防止され、有機ＥＬ素子の発光寿命を延ばすことができる。
なお、有機化合物の最低空分子軌道（ＬＵＭＯ）のエネルギーレベルは、サイクリックボルタンメトリー等の手法により測定することができる。最低空分子軌道のエネルギーレベルの高低は、その値の大小で一義的に決定される。例えば、最低空分子軌道のエネルギーレベルの値が２．５ｅＶ（−２．５ｅＶと表記する場合もある）の有機化合物Ａと最低空分子軌道のエネルギーレベルの値が３．０ｅＶ（−３．０ｅＶと表記する場合もある）の有機化合物Ｂとを比較した場合、有機化合物Ｂの最低空分子軌道のエネルギーは有機化合物Ａの最低空分子軌道のエネルギーよりも低い。つまり、最低空分子軌道の表記法に関わらず、最低空分子軌道のエネルギーレベルの絶対値が大きい有機化合物のほうが最低空分子軌道のエネルギーレベルは低くなる。
第１の有機化合物としては、例えば、上述した式（６）に示されるフェナントロリン誘導体、上述した式（８）に示されるシロール誘導体、または下記式（４）に示されるアルキル置換9，10-ジアリールアントラセン（alkyl substituted 9,10-diaryl anthracene）を用いることができる。
式（４）において、Ａｒ１およびＡｒ２は互いに同一であってもよいし、互いに異なってもよく、水素原子、ハロゲン原子または炭素数が３０以下の芳香族置換基を示す。また、Ｒ８は炭素数が５以下の脂肪族置換基を示し、式（４）中のアントラセン環のいずれの置換位置にあってもよい。
アルキル置換9，10-ジアリールアントラセンとしては、例えば、下記式（５）に示される9,10-ビス(4-(6-メチルベンゾチアゾール-2-イル)フェニル)アントラセン（9,10-Bis(4-(6-methylbenzothiazol-2-yl)phenyl)anthracene）（以下、ＤＢｚＡと略記する）が挙げられる。
第２の有機化合物としては、例えば、下記式（９）に示されるクマリン誘導体または下記式（１１）に示されるナフタセン誘導体を用いることができる。
式（９）において、Ａｒ３は炭素数が３０以下の芳香族置換基であり、芳香環は複素環であってもよい。また、Ｒ１７は水素原子、ハロゲン原子、炭素数が３０以下の脂肪族炭化水素置換基、またはジアルキルアミノ基を示す。
式（１１）において、Ａｒ４〜Ａｒ７は互いに同一であってもよいし、互いに異なってもよく、水素原子、ハロゲン原子、炭素数が３０以下の脂肪族置換基、炭素数が３０以下のジアリールアミノ基、または炭素数が３０以下の芳香族置換基を示し、芳香環は複素環であってもよい。
クマリン誘導体としては、例えば、下記式（１０）に示される10-(2-ベンゾチアゾイル)-1,1,7,7-テトラメチル-2,3,6,7-テトラヒドロ-1H,5H,11H,-ベンゾ[l]ピラノ[6,7,8-ij]キノリジン-11-オン（10-(2-benzothiazolyl)-1,1,7,7-tetramethyl-2,3,6,7-tetrahydro-1H,5H,11H-benzo[l]pyrano[6,7,8-ij]quinolizin-11-one）（以下、Ｃ５４５Ｔと略記する）が挙げられる。
また、ナフタセン誘導体としては、ｔＢｕＤＰＮまたはルブレン等が挙げられる。
また、第２の有機化合物としては、上述した式（１）に示される構造を有する有機化合物または上述した式（３）に示される構造を有する有機化合物を用いてもよい。
なお、第２の有機化合物としてクマリン誘導体またはナフタセン誘導体を用いる場合には、第２の有機化合物の重量比は、電子制限層６全体の１０％以下であることが好ましい。
電子制限層６には、さらに第３の有機化合物が混合されてもよい。この場合、第１の有機化合物の重量比は、電子制限層６全体の５０％以上であることが好ましく、第２の有機化合物の重量比は、電子制限層６全体の３０％以下であることが好ましく、第３の有機化合物の重量比は、電子制限層６全体の１０％以下であることが好ましい。また、第２の有機化合物としては、第１の有機化合物よりも最低空分子軌道（ＬＵＭＯ）のエネルギーレベルが低い有機化合物を用いることが好ましく、第３の有機化合物としては、第２の有機化合物よりも最低空分子軌道（ＬＵＭＯ）のエネルギーレベルが低い有機化合物を用いることが好ましい。この場合、第２および第３の有機化合物により電子がトラップされるので、ホール輸送層４に到達する電子を低減することができる。その結果、ホール輸送層４の劣化が防止され、有機ＥＬ素子の発光寿命を延ばすことができる。
電子制限層６が第１〜第３の有機化合物により構成される場合、第２の有機化合物としては、上述した式（１）に示される分子構造を有する有機化合物または上述した式（３）に示される分子構造を有する有機化合物を用いることができる。
また、第３の有機化合物としては、上述した式（９）に示されるクマリン誘導体または上述した式（１１）に示されるナフタセン誘導体を用いることができる。
また、電子制限層６は、第１の電子制限層および第２の電子制限層からなる積層構造を有してもよい。この場合、第１の電子制限層を上記のような複数の有機化合物の混合層にし、第２の電子制限層を単一の有機化合物の層にすることが好ましい。この場合、第２の電子制限層としては、例えば上述した式（１）に示される分子構造を有する有機化合物または上述した式（３）に示される分子構造を有する有機化合物を用いることができる。なお、第１の電子制限層を電子注入電極８側に形成してもよく、第２の電子制限層を電子注入電極８側に形成してもよい。
また、電子輸送層７はＤＢｚＡからなってもよい。この場合、ＤＢｚＡは高い電子移動度を有するので、有機ＥＬ素子の駆動電圧を低下させることができる。
なお、発光層５が複数の層からなる有機ＥＬ素子（例えば、第２の実施の形態のように、橙色発光層５ａと青色発光層５ｂとが形成されている場合）に上記のような複数の有機化合物からなる電子制限層６を設ける場合、電子制限層６の膜厚、第２の有機化合物の濃度または第３の有機化合物の濃度を調整することにより、所望の発光色を得ることが可能となる。
また、上記実施の形態においては、電子制限層６が発光層５（青色発光層５ｂ）と電子輸送層７との間に設けられる場合について説明したが、電子の過剰な注入を抑制する役割を果たすことができるのであれば、電子制限層６の位置は上記の例に限定されない。例えば、電子制限層６は電子輸送層７と電子注入電極８との間に設けられてもよい。また、複数の発光層を有する有機ＥＬ素子においては、電子制限層６は、発光層と発光層との間に設けられてもよい。
以下、実施例および比較例の有機ＥＬ素子を作製し、作製した有機ＥＬ素子の発光特性を測定した。
（実施例１）
実施例１においては、図１の構造を有する有機ＥＬ素子を次のように作製した。
実施例１においては、図１の構造を有する有機ＥＬ素子を次のように作製した。
ガラスからなる基板１上にインジウム−スズ酸化物（ＩＴＯ）からなるホール注入電極２を形成した。次に、ホール注入電極２上にプラズマＣＶＤ法によりＣＦX （フッ化炭素）からなるホール注入層３を形成した。プラズマＣＶＤにおけるプラズマ放電時間は１５秒とした。
さらに、ホール注入層３上に、ホール輸送層４、発光層５、電子制限層６および電子輸送層７を真空蒸着により順に形成した。
ホール輸送層４は、膜厚１５０ｎｍのＮＰＢからなる。発光層５は、膜厚３０ｎｍを有し、ＴＢＡＤＮからなるホスト材料にＴＢＰからなるドーパントを１重量％添加することにより形成される。電子制限層６は、膜厚３ｎｍのＡｌｑ３からなる。電子輸送層７は、膜厚７ｎｍのＢＣＰからなる。
その後、電子輸送層７上に、１ｎｍのフッ化リチウム膜および２００ｎｍのアルミニウム膜の積層構造からなる電子注入電極８を形成した。
以上のようにして作製した有機ＥＬ素子の１０ｍＡ／ｃｍ2 での駆動電圧、ＣＩＥ色度座標、発光効率および発光寿命を測定した。なお、発光寿命は測定開始時の輝度３０００ｃｄ／ｍ2 が半減するまでの時間を測定したものである。
その結果、実施例１の有機ＥＬ素子の駆動電圧は４．２Ｖであり、ＣＩＥ色度座標は（ｘ，ｙ）＝（０．１４，０．１３）であり、発光効率は５．８ｃｄ／Ａであり、発光寿命は１３０時間であった。
（比較例１）
比較例１においては、電子制限層６の膜厚を１０ｎｍとし、電子輸送層７を設けなかった点を除いて、実施例１と同じ構造を有する有機ＥＬ素子を作製した。
比較例１においては、電子制限層６の膜厚を１０ｎｍとし、電子輸送層７を設けなかった点を除いて、実施例１と同じ構造を有する有機ＥＬ素子を作製した。
比較例１の有機ＥＬ素子の１０ｍＡ／ｃｍ2 での駆動電圧、ＣＩＥ色度座標、発光効率および発光寿命を測定した。
その結果、比較例１の有機ＥＬ素子の駆動電圧は６．２Ｖであり、ＣＩＥ色度座標は（ｘ、ｙ）＝（０．１４、０．１４）であり、発光効率は４．０ｃｄ／Ａであり、発光寿命は１５０時間であった。
（比較例２）
比較例２においては、電子輸送層７の膜厚を１０ｎｍとし、電子制限層６を設けなかった点を除いて、実施例１と同じ構造を有する有機ＥＬ素子を作製した。
比較例２においては、電子輸送層７の膜厚を１０ｎｍとし、電子制限層６を設けなかった点を除いて、実施例１と同じ構造を有する有機ＥＬ素子を作製した。
比較例２の有機ＥＬ素子の１０ｍＡ／ｃｍ2 での駆動電圧、ＣＩＥ色度座標、発光効率および発光寿命を測定した。
その結果、比較例２の有機ＥＬ素子の駆動電圧は３．８Ｖであり、ＣＩＥ色度座標は（ｘ，ｙ）＝（０．１４，０．１３）であり、発光効率は５．４ｃｄ／Ａであり、発光寿命は６０時間であった。
（評価）
表１に、実施例１、比較例１および比較例２の有機ＥＬ素子の各層の条件を示す。表２に、実施例１、比較例１および比較例２における駆動電圧、ＣＩＥ色度座標、発光効率および発光寿命の測定結果を示す。
表１に、実施例１、比較例１および比較例２の有機ＥＬ素子の各層の条件を示す。表２に、実施例１、比較例１および比較例２における駆動電圧、ＣＩＥ色度座標、発光効率および発光寿命の測定結果を示す。
表２に示すように、実施例１の有機ＥＬ素子の駆動電圧は比較例１の有機ＥＬ素子に比べて低くなっている。
実施例１の有機ＥＬ素子においては、電子制限層６と電子注入電極８との間に高い電子移動度を有するＢＣＰからなる電子輸送層７が設けられている。この電子輸送層７が電子の移動を促進し、実施例１の有機ＥＬ素子の駆動電圧が低くなったと考えられる。
一方、比較例１の有機ＥＬ素子においては、高い電子移動度を有するＢＣＰからなる電子輸送層７が設けられておらず、低い電子移動度を有するＡｌｑ３からなる電子制限層６のみが設けられている。この電子制限層６によって電子の移動が抑制され、比較例１の駆動電圧が高くなったと考えられる。
ここで、実施例１の有機ＥＬ素子の発光効率は比較例１の有機ＥＬ素子に比べて高くなっている。さらに、実施例１の有機ＥＬ素子の発光寿命は比較例１の有機ＥＬ素子とほぼ等しくなっている。このように、実施例１の有機ＥＬ素子においては、ＢＣＰからなる電子輸送層７を設けることによる特性の低下はほとんどないと言える。
また、表２に示すように、実施例１の有機ＥＬ素子の発光寿命は比較例２の有機ＥＬ素子に比べて十分に長くなっている。
実施例１の有機ＥＬ素子においては、電子輸送層７と発光層５との間にＡｌｑ３からなる電子制限層６が設けられている。この電子制限層６によって電子輸送層７から発光層５へと注入される電子の移動が制限される。それにより、電子とホールとの再結合領域が電子注入電極８側へ移動し、ホールと再結合せずに発光層５を通り抜けてホール輸送層４に到達する電子が低減したと考えられる。その結果、ホール輸送層４の劣化を防止でき、実施例１の有機ＥＬ素子の発光寿命を長くすることができたと考えられる。
一方、比較例２の有機ＥＬ素子には、電子制限層６が設けられていない。そのため、電子とホールとの再結合領域がホール注入電極２側に位置し、ホールと再結合せずに発光層５を通り抜けてホール輸送層４に到達する電子が増加したと考えられる。その結果、ホール輸送層４が劣化し、発光寿命が短くなったと考えられる。
ここで、実施例１の有機ＥＬ素子の駆動電圧および発光効率は比較例２の有機ＥＬ素子とほぼ等しくなっている。このように、実施例１の有機ＥＬ素子においては、Ａｌｑ３からなる電子制限層６を設けることによる特性の低下はほとんどないと言える。
また、表２に示すように、実施例１の有機ＥＬ素子のＣＩＥ色度座標は比較例１および比較例２の有機ＥＬ素子とほぼ等しくなっている。
以上のように、電子制限層６として電子移動度の低い材料を用い、電子輸送層として電子移動度の高い材料を用いることにより、有機ＥＬ素子の発光特性を低下させることなく、駆動電圧を低くしかつ発光寿命を延ばすことができる。
（実施例２）
実施例２の有機ＥＬ素子が実施例１の有機ＥＬ素子と異なるのは以下の点である。
実施例２の有機ＥＬ素子が実施例１の有機ＥＬ素子と異なるのは以下の点である。
発光層５の膜厚は４０ｎｍである。電子制限層６は、膜厚１ｎｍのＡｌｑ３からなる。電子輸送層７は、膜厚１０ｎｍのＤＢｚＡからなる。
実施例２の有機ＥＬ素子の２０ｍＡ／ｃｍ2 での駆動電圧、ＣＩＥ色度座標および発光効率、ならびに８０ｍＡ／ｃｍ2 での発光寿命を測定した。なお、発光寿命は、測定開始時の輝度が半減するまでの時間を測定したものである。
その結果、実施例２の有機ＥＬ素子の駆動電圧は４．７Ｖであり、ＣＩＥ色度座標は（ｘ，ｙ）＝（０．１３，０．１４）であり、発光効率は６．９ｃｄ／Ａであり、発光寿命は１００時間であった。
（実施例３）
実施例３においては、電子制限層６の膜厚を３ｎｍとした点を除いて、実施例２と同じ構造を有する有機ＥＬ素子を作製した。
実施例３においては、電子制限層６の膜厚を３ｎｍとした点を除いて、実施例２と同じ構造を有する有機ＥＬ素子を作製した。
実施例２と同じ条件で、実施例３の有機ＥＬ素子の駆動電圧、ＣＩＥ色度座標、発光効率および発光寿命を測定した。
その結果、実施例３の有機ＥＬ素子の駆動電圧は５．１Ｖであり、ＣＩＥ色度座標は（ｘ，ｙ）＝（０．１３，０．１４）であり、発光効率は６．６ｃｄ／Ａであり、発光寿命は１５０時間であった。
（実施例４）
実施例４の有機ＥＬ素子が実施例２の有機ＥＬ素子と異なるのは以下の点である。
実施例４の有機ＥＬ素子が実施例２の有機ＥＬ素子と異なるのは以下の点である。
電子制限層６は、膜厚５ｎｍを有し、ＤＢｚＡにＣ５４５Ｔを２重量％添加することにより形成される。
実施例２と同じ条件で、実施例４の有機ＥＬ素子の駆動電圧、ＣＩＥ色度座標、発光効率および発光寿命を測定した。
その結果、実施例４の有機ＥＬ素子の駆動電圧は４．８Ｖであり、ＣＩＥ色度座標は（ｘ，ｙ）＝（０．１３，０．１５）であり、発光効率は６．８ｃｄ／Ａであり、発光寿命は１５０時間であった。
（実施例５）
実施例５においては、電子制限層６の膜厚を１０ｎｍとした点を除いて、実施例４と同じ構造を有する有機ＥＬ素子を作製した。
実施例５においては、電子制限層６の膜厚を１０ｎｍとした点を除いて、実施例４と同じ構造を有する有機ＥＬ素子を作製した。
実施例２と同じ条件で、実施例５の有機ＥＬ素子の駆動電圧、ＣＩＥ色度座標、発光効率および発光寿命を測定した。
その結果、実施例５の有機ＥＬ素子の駆動電圧は５．２Ｖであり、ＣＩＥ色度座標は（ｘ，ｙ）＝（０．１３，０．１６）であり、発光効率は６．６ｃｄ／Ａであり、発光寿命は１９０時間であった。
（実施例６）
実施例６の有機ＥＬ素子が実施例２の有機ＥＬ素子と異なるのは以下の点である。
実施例６の有機ＥＬ素子が実施例２の有機ＥＬ素子と異なるのは以下の点である。
電子制限層６は、膜厚５ｎｍを有し、ＤＢｚＡにｔＢｕＤＰＮを２重量％添加することにより形成される。
実施例２と同じ条件で、実施例６の有機ＥＬ素子の駆動電圧、ＣＩＥ色度座標、発光効率および発光寿命を測定した。
その結果、実施例６の有機ＥＬ素子の駆動電圧は５．０Ｖであり、ＣＩＥ色度座標は（ｘ，ｙ）＝（０．１３，０．１５）であり、発光効率は６．１ｃｄ／Ａであり、発光寿命は１８０時間であった。
（実施例７）
実施例７においては、電子制限層６におけるｔＢｕＤＰＮの添加量を４重量％とした点を除いて、実施例６と同じ構造を有する有機ＥＬ素子を作製した。
実施例７においては、電子制限層６におけるｔＢｕＤＰＮの添加量を４重量％とした点を除いて、実施例６と同じ構造を有する有機ＥＬ素子を作製した。
実施例２と同じ条件で、実施例７の有機ＥＬ素子の駆動電圧、ＣＩＥ色度座標、発光効率および発光寿命を測定した。
その結果、実施例７の有機ＥＬ素子の駆動電圧は５．４Ｖであり、ＣＩＥ色度座標は（ｘ，ｙ）＝（０．１３，０．１５）であり、発光効率は５．９ｃｄ／Ａであり、発光寿命は２２０時間であった。
（実施例８）
実施例８の有機ＥＬ素子が実施例２の有機ＥＬ素子と異なるのは以下の点である。
実施例８の有機ＥＬ素子が実施例２の有機ＥＬ素子と異なるのは以下の点である。
電子制限層６は、膜厚５ｎｍを有し、ＤＢｚＡにルブレンを１重量％添加することにより形成される。
実施例２と同じ条件で、実施例８の有機ＥＬ素子の駆動電圧、ＣＩＥ色度座標、発光効率および発光寿命を測定した。
その結果、実施例８の有機ＥＬ素子の駆動電圧は４．９Ｖであり、ＣＩＥ色度座標は（ｘ，ｙ）＝（０．１３，０．１５）であり、発光効率は６．２ｃｄ／Ａであり、発光寿命は１８０時間であった。
（実施例９）
実施例９においては、電子制限層６の膜厚を１０ｎｍとした点を除いて、実施例８と同じ構造を有する有機ＥＬ素子を作製した。
実施例９においては、電子制限層６の膜厚を１０ｎｍとした点を除いて、実施例８と同じ構造を有する有機ＥＬ素子を作製した。
実施例２と同じ条件で、実施例９の有機ＥＬ素子の駆動電圧、ＣＩＥ色度座標、発光効率および発光寿命を測定した。
その結果、実施例９の有機ＥＬ素子の駆動電圧は５．４Ｖであり、ＣＩＥ色度座標は（ｘ，ｙ）＝（０．１３，０．１６）であり、発光効率は５．８ｃｄ／Ａであり、発光寿命は２４０時間であった。
（比較例３）
比較例３においては、電子制限層６の膜厚を１０ｎｍとし、電子輸送層７を設けなかった点を除いて、実施例２と同じ構造を有する有機ＥＬ素子を作製した。
比較例３においては、電子制限層６の膜厚を１０ｎｍとし、電子輸送層７を設けなかった点を除いて、実施例２と同じ構造を有する有機ＥＬ素子を作製した。
実施例２と同じ条件で、比較例３の有機ＥＬ素子の駆動電圧、ＣＩＥ色度座標、発光効率および発光寿命を測定した。
その結果、比較例３の有機ＥＬ素子の駆動電圧は６．６Ｖであり、ＣＩＥ色度座標は（ｘ，ｙ）＝（０．１３，０．１４）であり、発光効率は５．２ｃｄ／Ａであり、発光寿命は２８０時間であった。
（比較例４）
比較例４においては、電子制限層６を設けなかった点を除いて、実施例２と同じ構造を有する有機ＥＬ素子を作製した。
比較例４においては、電子制限層６を設けなかった点を除いて、実施例２と同じ構造を有する有機ＥＬ素子を作製した。
実施例２と同じ条件で、比較例４の有機ＥＬ素子の駆動電圧、ＣＩＥ色度座標、発光効率および発光寿命を測定した。
その結果、比較例４の有機ＥＬ素子の駆動電圧は４．５Ｖであり、ＣＩＥ色度座標は（ｘ，ｙ）＝（０．１３，０．１４）であり、発光効率は７．３ｃｄ／Ａであり、発光寿命は８０時間であった。
（評価）
表３に、実施例２〜９および比較例３，４の有機ＥＬ素子の各層の条件を示す。表４に、実施例２〜９および比較例３，４における駆動電圧、ＣＩＥ色度座標、発光効率および発光寿命の測定結果を示す。また、図５に発光寿命の測定結果の一例として、実施例３、実施例７および比較例４の有機ＥＬ素子の輝度の経時変化を示す。図５において、横軸は時間を示し、縦軸は測定開始時の輝度を１とした場合の相対輝度を示す。また、一例として、図６に実施例９および比較例３の発光スペクトルを示す。図６において、横軸は波長を示し、縦軸は相対強度を示す。
表３に、実施例２〜９および比較例３，４の有機ＥＬ素子の各層の条件を示す。表４に、実施例２〜９および比較例３，４における駆動電圧、ＣＩＥ色度座標、発光効率および発光寿命の測定結果を示す。また、図５に発光寿命の測定結果の一例として、実施例３、実施例７および比較例４の有機ＥＬ素子の輝度の経時変化を示す。図５において、横軸は時間を示し、縦軸は測定開始時の輝度を１とした場合の相対輝度を示す。また、一例として、図６に実施例９および比較例３の発光スペクトルを示す。図６において、横軸は波長を示し、縦軸は相対強度を示す。
表４に示すように、実施例２〜９の有機ＥＬ素子の駆動電圧は、比較例３の有機ＥＬ素子に比べて低下している。また、実施例２〜９の有機ＥＬ素子の発光効率は、比較例３の有機ＥＬ素子に比べて向上している。
実施例２〜９の有機ＥＬ素子においては、電子制限層６と電子注入電極８との間に高い電子移動度を有するＤＢｚＡからなる電子輸送層７が設けられている。この場合、電子輸送層７によって電子の移動が促進され、発光層５へ注入される電子の量を多くすることができる。それにより、実施例２〜９の有機ＥＬ素子においては、駆動電圧が低下するとともに発光効率が向上したと考えられる。
一方、比較例３の有機ＥＬ素子においては、発光層５と電子注入電極８との間にＤＢｚＡからなる電子輸送層７が設けられておらず、Ａｌｑ３からなる電子制限層６のみが設けられている。この場合、電子制限層６が電子を電子注入電極８から発光層５へ輸送する役割を担う。ここで、Ａｌｑ３の電子移動度はＤＢｚＡの電子移動度に比べて低い。そのため、比較例３の有機ＥＬ素子においては、実施例２〜９の有機ＥＬ素子に比べて発光層５への電子の注入が制限される。それにより、比較例３の有機ＥＬ素子においては、駆動電圧が高くなるとともに、発光効率が低下したと考えられる。
また、表４に示すように、実施例２〜９の有機ＥＬ素子の発光寿命は、比較例４の有機ＥＬ素子に比べて向上している。
実施例２〜９の有機ＥＬ素子においては、発光層５と電子輸送層７との間に電子制限層６が設けられている。この電子制限層６によって電子輸送層７から発光層５へと注入される電子の移動が制限される。それにより、電子とホールとの再結合領域が電子注入電極８側へ移動し、ホールと再結合せずに発光層５を通り抜けてホール輸送層４に到達する電子が低減したと考えられる。その結果、ホール輸送層４の劣化を防止でき、発光寿命が向上したと考えられる。
一方、比較例４の有機ＥＬ素子には、電子制限層６が設けられていない。この場合、電子とホールとの再結合領域はホール注入電極２側に位置し、ホールと再結合せずに発光層５を通り抜けてホール輸送層４に到達する電子が多くなる。それにより、ホール輸送層４が劣化し、発光寿命が短くなったと考えられる。
また、実施例２〜９の有機ＥＬ素子の駆動電圧および発光効率は比較例４の有機ＥＬ素子に比べてそれ程悪化していない。このように、電子制限層６を設けることにより、駆動電圧および発光効率を悪化させることなく発光寿命を増加させることが可能になる。
以上のことから、電子輸送層７としてＢＣＰの代わりにＤＢｚＡを用いた場合にも本発明は有効であることが分かる。
また、表４に示すように、実施例４〜９の有機ＥＬ素子では、電子輸送性材料（本例では、ＤＢｚＡ）に少量の電子トラップ材料（本例では、Ｃ５４５Ｔ、ｔＢｕＤＰＮまたはｒｕｂｒｅｎｅ）が添加された構成を有する電子制限層６を設けることにより、大幅に発光寿命が向上している。
ここで、サイクリックボルタンメトリーによって決定されるＣ５４５Ｔ、ｔＢｕＤＰＮおよびｒｕｂｒｅｎｅのＬＵＭＯのエネルギーレベルの値は、それぞれ、２．９９ｅＶ、２、９６ｅＶおよび３．０２ｅＶである。電子のトラップ力は、ＬＵＭＯのエネルギーレベルの値が大きいほど強い。つまり、電子のトラップ力は、Ｃ５４５Ｔ、ｔＢｕＤＰＮおよびｒｕｂｒｅｎｅの順に強くなる。したがって、表４の結果から、電子制限層６に添加される電子トラップ材料の電子のトラップ力が強いほど、有機ＥＬ素子の発光寿命が長くなることが分かる。
また、実施例４の有機ＥＬ素子と実施例５の有機ＥＬ素子とを比較すると、実施例５の有機ＥＬ素子の発光寿命が長い。このことから、電子制限層６の膜厚が厚いほうが有機ＥＬ素子の発光寿命が長くなることが分かる。
また、実施例６の有機ＥＬ素子と実施例７の有機ＥＬ素子とを比較すると、実施例７の有機ＥＬ素子の発光寿命が長い。このことから、電子トラップ材料の濃度が高いほうが有機ＥＬ素子の発光寿命が長くなることが分かる。
また、表４に示すように、実施例２〜９の有機ＥＬ素子のＣＩＥ色度座標はほぼ等しい。このことから、電子制限層６においてＣ５４５Ｔ、ｔＢｕＤＰＮまたはｒｕｂｒｅｎｅが発光していないと考えられる。
なお、電子制限層６の膜厚が厚い有機ＥＬ素子（実施例５および実施例９）においては、ＣＩＥ色度座標のｙ値が若干大きくなっているが、これは、有機ＥＬ素子全体の膜厚が大きくなることにより光の干渉条件が変化したために生じたものだと考えられる。例えば、図６に示すように、電子制限層６にルブレンが添加されている実施例９の有機ＥＬ素子の発光スペクトルにおいては、ルブレンの発光帯域である５５０ｎｍ付近での発光は見られない。
（実施例１０）
実施例１０においては、図２の構造を有する有機ＥＬ素子を次のように作製した。
実施例１０においては、図２の構造を有する有機ＥＬ素子を次のように作製した。
ガラスからなる基板１上にインジウム−スズ酸化物（ＩＴＯ）からなるホール注入電極２を形成した。次に、ホール注入電極２上にプラズマＣＶＤ法によりＣＦX （フッ化炭素）からなるホール注入層３を形成した。プラズマＣＶＤにおけるプラズマ放電時間は１５秒とした。
さらに、ホール注入層３上に、ホール輸送層４、橙色発光層５ａ、青色発光層５ｂ、電子制限層６および電子輸送層７を真空蒸着により順に形成した。
ホール輸送層４は、膜厚１５０ｎｍのＮＰＢからなる。橙色発光層５ａは、膜厚６０ｎｍを有し、ＮＰＢからなるホスト材料にｔＢｕＤＰＮからなる第１のドーパントを１０重量％添加し、ＤＢｚＲからなる第２のドーパントを３重量％添加することにより形成される。
青色発光層５ｂは、膜厚５０ｎｍを有し、ＴＢＡＤＮからなるホスト材料にＮＰＢからなる第１のドーパントを２０重量％添加し、ＴＢＰからなる第２のドーパントを１重量％添加することにより形成される。
電子制限層６は、膜厚３ｎｍのＡｌｑ３からなる。電子輸送層７は、膜厚７ｎｍのＢＣＰからなる。
その後、電子輸送層７上に、１ｎｍのフッ化リチウム膜および２００ｎｍのアルミニウム膜の積層構造からなる電子注入電極８を形成した。
以上のようにして作製した有機ＥＬ素子の１０ｍＡ／ｃｍ2 での駆動電圧、ＣＩＥ色度座標および発光効率を測定した。
その結果、実施例１０の有機ＥＬ素子の駆動電圧は５．１Ｖであり、ＣＩＥ色度座標は（ｘ，ｙ）＝（０．４００，０．３９５）であり、発光効率は１５．２ｃｄ／Ａであった。
（実施例１１）
実施例１１においては、電子制限層６の膜厚を５ｎｍにした点を除いて実施例１０と同じ有機ＥＬ素子を作製した。
実施例１１においては、電子制限層６の膜厚を５ｎｍにした点を除いて実施例１０と同じ有機ＥＬ素子を作製した。
実施例１１の有機ＥＬ素子の１０ｍＡ／ｃｍ2 での駆動電圧、ＣＩＥ色度座標および発光効率を測定した。
その結果、実施例１１の有機ＥＬ素子の駆動電圧は５．５Ｖであり、ＣＩＥ色度座標は（ｘ，ｙ）＝（０．３５４，０．３６６）であり、発光効率は１４．１ｃｄ／Ａであった。
（比較例５）
比較例５においては、電子制限層６を設けなかった点を除いて実施例１０と同じ有機ＥＬ素子を作製した。
比較例５においては、電子制限層６を設けなかった点を除いて実施例１０と同じ有機ＥＬ素子を作製した。
比較例５の有機ＥＬ素子の１０ｍＡ／ｃｍ2 での駆動電圧、ＣＩＥ色度座標および発光効率を測定した。
その結果、比較例５の有機ＥＬ素子の駆動電圧は４．５Ｖであり、ＣＩＥ色度座標は（ｘ，ｙ）＝（０．４６４，０．４４１）であり、発光効率は１５．６ｃｄ／Ａであった。
（評価）
表５に、実施例１０、実施例１１および比較例５の有機ＥＬ素子の各層の条件を示す。表６に、実施例１０、実施例１１および比較例５における駆動電圧、ＣＩＥ色度座標および発光効率の測定結果を示す。
表５に、実施例１０、実施例１１および比較例５の有機ＥＬ素子の各層の条件を示す。表６に、実施例１０、実施例１１および比較例５における駆動電圧、ＣＩＥ色度座標および発光効率の測定結果を示す。
図７は、実施例１０、実施例１１および比較例５の有機ＥＬ素子の発光スペクトルを示すグラフである。図７において、横軸は波長を示し、縦軸は相対強度を示す。
図７に示すように、実施例１０、実施例１１および比較例５の有機ＥＬ素子の発光スペクトルは、４５０ｎｍ付近で第１のピーク値を示し、５７０ｎｍ付近で第２のピーク値を示す。
ここで、実施例１０の有機ＥＬ素子においては、第１のピーク値と第２のピーク値とがほぼ同じである。実施例１１の有機ＥＬ素子においては、第１のピーク値が第２のピーク値に比べて大きい。比較例５の有機ＥＬ素子においては、第２のピーク値が第１のピーク値に比べて大きい。
このように、電子制限層６の厚さによって、第１のピーク値に対する第２のピーク値の大きさが変化している。すなわち、電子制限層６の厚さを調整することによって、橙色発光層５ａと青色発光層５ｂとの発光強度比を調整することができ、所望の白色光を得ることができる。
また、表６に示すように、実施例１０および実施例１１の有機ＥＬ素子の駆動電圧は比較例５の有機ＥＬ素子に比べてほとんど上昇していない。また、実施例１０および実施例１１の有機ＥＬ素子の発光効率は比較例５とほぼ同じである。このことから実施例１０および実施例１１の有機ＥＬ素子においては、電子制限層６を設けたことによる特性の低下はほとんどないと言える。
以上のように、電子制限層６として電子移動度の低い材料を用い、電子輸送層として電子移動度の高い材料を用いることにより、有機ＥＬ素子の発光特性を低下させることなく、駆動電圧を低くしかつ所望の発光色を得ることができる。
（実施例１２）
実施例１２の有機ＥＬ素子が実施例１０の有機ＥＬ素子と異なるのは以下の点である。
実施例１２の有機ＥＬ素子が実施例１０の有機ＥＬ素子と異なるのは以下の点である。
ホール輸送層４は、膜厚１００ｎｍのＮＰＢからなる。橙色発光層５ａは、膜厚５０ｎｍを有し、ＮＰＢからなるホスト材料にｔＢｕＤＰＮからなる第１のドーパントを２０重量％添加し、ＤＢｚＲからなる第２のドーパントを３重量％添加することにより形成される。
青色発光層５ｂは、膜厚４５ｎｍを有し、ＴＢＡＤＮからなるホスト材料にＮＰＢからなる第１のドーパントを１０重量％添加し、ＴＢＰからなる第２のドーパントを１重量％添加することにより形成される。
電子制限層６は、膜厚１ｎｍのＡｌｑ３からなる。電子輸送層７は、膜厚１０ｎｍのＤＢｚＡからなる。
実施例１２の有機ＥＬ素子の２０ｍＡ／ｃｍ2 での駆動電圧、ＣＩＥ色度座標、青／橙ピーク比および発光効率、ならびに８０ｍＡ／ｃｍ2 での発光寿命を測定した。なお、青／橙ピーク比は、青色波長領域（４００ｎｍ〜５００ｎｍ）における最大発光強度を、橙波長領域（５００ｎｍ〜６５０ｎｍ）における最大発光強度で除したものである。また、発光寿命は、測定開始時の輝度が半減するまでの時間を測定したものである。
その結果、実施例１２の有機ＥＬ素子の駆動電圧は４．８Ｖであり、ＣＩＥ色度座標は（ｘ，ｙ）＝（０．３５，０．４１）であり、青／橙ピーク比は０．９３であり、発光効率は１０．８ｃｄ／Ａであり、発光寿命は２８０時間であった。
（実施例１３）
実施例１３においては、電子制限層６の膜厚を３ｎｍとした点を除いて、実施例１２と同じ構造を有する有機ＥＬ素子を作製した。
実施例１３においては、電子制限層６の膜厚を３ｎｍとした点を除いて、実施例１２と同じ構造を有する有機ＥＬ素子を作製した。
実施例１２と同じ条件で、実施例１３の有機ＥＬ素子の駆動電圧、ＣＩＥ色度座標、青／橙ピーク比、発光効率および発光寿命を測定した。
その結果、実施例１３の有機ＥＬ素子の駆動電圧は５．０Ｖであり、ＣＩＥ色度座標は（ｘ，ｙ）＝（０．３２，０．３９）であり、青／橙ピーク比は１．３０であり、発光効率は１０．６ｃｄ／Ａであり、発光寿命は３１０時間であった。
（実施例１４）
実施例１４の有機ＥＬ素子が実施例１２の有機ＥＬ素子と異なるのは以下の点である。
実施例１４の有機ＥＬ素子が実施例１２の有機ＥＬ素子と異なるのは以下の点である。
電子制限層６は、膜厚３ｎｍを有し、ＤＢｚＡにｔＢｕＤＰＮを２重量％添加することにより形成される。
実施例１２と同じ条件で、実施例１４の有機ＥＬ素子の駆動電圧、ＣＩＥ色度座標、青／橙ピーク比、発光効率および発光寿命を測定した。
その結果、実施例１４の有機ＥＬ素子の駆動電圧は４．９Ｖであり、ＣＩＥ色度座標は（ｘ，ｙ）＝（０．３５，０．４１）であり、青／橙ピーク比は０．９４であり、発光効率は１０．４ｃｄ／Ａであり、発光寿命は３３０時間であった。
（実施例１５）
実施例１５においては、電子制限層６の膜厚を１０ｎｍとした点を除いて、実施例１４と同じ構造を有する有機ＥＬ素子を作製した。
実施例１５においては、電子制限層６の膜厚を１０ｎｍとした点を除いて、実施例１４と同じ構造を有する有機ＥＬ素子を作製した。
実施例１２と同じ条件で、実施例１５の有機ＥＬ素子の駆動電圧、ＣＩＥ色度座標、青／橙ピーク比、発光効率および発光寿命を測定した。
その結果、実施例１５の有機ＥＬ素子の駆動電圧は５．３Ｖであり、ＣＩＥ色度座標は（ｘ，ｙ）＝（０．３１，０．３８）であり、青／橙ピーク比は１．５０であり、発光効率は９．９ｃｄ／Ａであり、発光寿命は３５０時間であった。
（実施例１６）
実施例１６の有機ＥＬ素子が実施例１２の有機ＥＬ素子と異なるのは以下の点である。
実施例１６の有機ＥＬ素子が実施例１２の有機ＥＬ素子と異なるのは以下の点である。
電子制限層６は膜厚７ｎｍを有し、第１の電子制限層と第２の電子制限層とが積層された構成を有する。第１の電子制限層は膜厚５ｎｍを有し、ＤＢｚＡにｔＢｕＤＰＮが２重量％添加されることにより形成される。第２の電子制限層は、膜厚２ｎｍのＡｌｑ３からなる。
実施例１２と同じ条件で、実施例１６の有機ＥＬ素子の駆動電圧、ＣＩＥ色度座標、青／橙ピーク比、発光効率および発光寿命を測定した。
その結果、実施例１６の有機ＥＬ素子の駆動電圧は５．５Ｖであり、ＣＩＥ色度座標は（ｘ，ｙ）＝（０．２９，０．３７）であり、青／橙ピーク比は１．９０であり、発光効率は９．４ｃｄ／Ａであり、発光寿命は３７０時間であった。
（実施例１７）
実施例１７の有機ＥＬ素子が実施例１２の有機ＥＬ素子と異なるのは以下の点である。
実施例１７の有機ＥＬ素子が実施例１２の有機ＥＬ素子と異なるのは以下の点である。
電子制限層６は、膜厚１０ｎｍを有し、ＤＢｚＡにＡｌｑ３およびｔＢｕＤＰＮを３０重量％および２重量％それぞれ添加することにより形成される。
実施例１２と同じ条件で、実施例１７の有機ＥＬ素子の駆動電圧、ＣＩＥ色度座標、青／橙ピーク比、発光効率および発光寿命を測定した。
その結果、実施例１７の有機ＥＬ素子の駆動電圧は５．３Ｖであり、ＣＩＥ色度座標は（ｘ，ｙ）＝（０．３０，０．３７）であり、青／橙ピーク比は１．７０であり、発光効率は１０．３ｃｄ／Ａであり、発光寿命は３４０時間であった。
（比較例６）
比較例６においては、電子制限層６の膜厚を１０ｎｍとし、電子輸送層７を設けなかった点を除いて、実施例１２と同じ構造を有する有機ＥＬ素子を作製した。
比較例６においては、電子制限層６の膜厚を１０ｎｍとし、電子輸送層７を設けなかった点を除いて、実施例１２と同じ構造を有する有機ＥＬ素子を作製した。
実施例１２と同じ条件で、比較例６の有機ＥＬ素子の駆動電圧、ＣＩＥ色度座標、青／橙ピーク比、発光効率および発光寿命を測定した。
その結果、比較例６の有機ＥＬ素子の駆動電圧は６．９Ｖであり、ＣＩＥ色度座標は（ｘ，ｙ）＝（０．２４，０．３７）であり、青／橙ピーク比は２．８０であり、発光効率は８．６ｃｄ／Ａであり、発光寿命は４２０時間であった。
（比較例７）
比較例７においては、電子制限層６を設けなかった点を除いて、実施例１２と同じ構造を有する有機ＥＬ素子を作製した。
比較例７においては、電子制限層６を設けなかった点を除いて、実施例１２と同じ構造を有する有機ＥＬ素子を作製した。
実施例１２と同じ条件で、比較例７の有機ＥＬ素子の駆動電圧、ＣＩＥ色度座標、青／橙ピーク比、発光効率および発光寿命を測定した。
その結果、比較例７の有機ＥＬ素子の駆動電圧は４．７Ｖであり、ＣＩＥ色度座標は（ｘ，ｙ）＝（０．３８，０．４３）であり、青／橙ピーク比は０．７１であり、発光効率は１１．２ｃｄ／Ａであり、発光寿命は２３０時間であった。
（参考例）
参考例の有機ＥＬ素子が実施例１２の有機ＥＬ素子と異なるのは以下の点である。
参考例の有機ＥＬ素子が実施例１２の有機ＥＬ素子と異なるのは以下の点である。
電子制限層６は、膜厚１０ｎｍを有し、ＤＢｚＡにｔＢｕＤＰＮを２重量％添加することにより形成される。電子輸送層７は設けられていない。
実施例１２と同じ条件で、参考例の有機ＥＬ素子の駆動電圧、ＣＩＥ色度座標、青／橙ピーク比、発光効率および発光寿命を測定した。
その結果、参考例の有機ＥＬ素子の駆動電圧は４．９Ｖであり、ＣＩＥ色度座標は（ｘ，ｙ）＝（０．３６，０．４１）であり、青／橙ピーク比は０．８８であり、発光効率は１０．４ｃｄ／Ａであり、発光寿命は２６０時間であった。
（評価）
表７に、実施例１２〜１７、比較例６，７および参考例の有機ＥＬ素子の各層の条件を示す。表８に、実施例１２〜１７、比較例６，７および参考例における駆動電圧、ＣＩＥ色度座標、青／橙ピーク比、発光効率および発光寿命の測定結果を示す。
表７に、実施例１２〜１７、比較例６，７および参考例の有機ＥＬ素子の各層の条件を示す。表８に、実施例１２〜１７、比較例６，７および参考例における駆動電圧、ＣＩＥ色度座標、青／橙ピーク比、発光効率および発光寿命の測定結果を示す。
また、図８に、有機ＥＬ素子の発光スペクトルの一例として、実施例１２、実施例１３、比較例６および比較例７の有機ＥＬ素子の発光スペクトルを示す。図８において、横軸は波長を示し、縦軸は相対強度を示す。また、図９に実施例１３、実施例１５、実施例１６および実施例１７の有機ＥＬ素子のＣＩＥ色度座標のｘ値と電流密度との関係を示す。なお、図９において、縦軸はＣＩＥ色度座標のｘ値を示し、横軸は電流密度を示す。
表８に示すように、実施例１２〜１７の有機ＥＬ素子の駆動電圧は、比較例６の有機ＥＬ素子に比べて低下している。また、実施例１２〜１７の有機ＥＬ素子の発光効率は、比較例６の有機ＥＬ素子に比べて向上している。これらのことから、実施例２〜９の場合と同様に、複数の発光層により白色発光が得られる有機ＥＬ素子においても、ＤＢｚＡからなる電子輸送層７を設けることにより駆動電圧が低下するとともに発光効率が向上することが分かる。
また、実施例１２〜１７の有機ＥＬ素子の発光寿命は、比較例７の有機ＥＬ素子に比べて向上している。このことから、実施例２〜９の場合と同様に、複数の発光層により白色発光が得られる有機ＥＬ素子においても、電子制限層６を設けることにより発光寿命が向上することが分かる。
なお、参考例の有機ＥＬ素子においては、電子制限層６が電子制限層としての役割と電子輸送層としての役割を担うが、表８に示すように、実施例１２〜１７の有機ＥＬ素子に比べて発光寿命が短くなっている。このことから、電子制限層と電子輸送層とは別個の層として設けることが好ましいことが分かる。
また、表８に示すように、実施例１２および実施例１３のＣＩＥ色度座標および青／橙ピーク比は異なっている。このことから、電子輸送層７としてＤＢｚＡを用いた場合も、実施例１０および実施例１１の有機ＥＬ素子と同様に、電子制限層６の膜厚を調整することにより所望の白色光が得られることが分かる。
また、表８に示すように、実施例１４および実施例１５のＣＩＥ色度座標および青／橙ピーク比は異なっている。このことから、電子制限層６として、電子輸送性材料に電子トラップ材料が添加された層すなわち複数の有機材料から構成される層を用いた場合にも、実施例１２および実施例１３の有機ＥＬ素子と同様に、電子制限層６の膜厚を調整することにより所望の白色光が得られることが分かる。
また、図９に示すように、実施例１５の有機ＥＬ素子のＣＩＥ色度座標のｘ値は、低電流密度で大きく変化しているが、実施例１３、実施例１６および実施例１７の有機ＥＬ素子のＣＩＥ色度座標のｘ値は、電流密度が変化してもほぼ一定に保たれている。特に、表８に示すように実施例１６および実施例１７の有機ＥＬ素子の発光寿命は長い。
このことから、電子輸送性材料に電子トラップ材料が添加された層（本例では、ＤＢｚＡにｔＢｕＤＰＮが添加された層）と電子移動度の低い層（本例では、Ａｌｑ３）とにより電子制限層６を形成する場合、または複数の有機材料の混合層（本例では、ＤＢｚＡ、Ａｌｑ３およびｔＢｕＤＰＮの混合層）により電子制限層６を形成する場合には、有機ＥＬ素子の電流密度に対する色度変化を抑制しつつ発光寿命を向上させることができることが分かる。このような有機ＥＬ素子は、フルカラーディスプレイに有効に利用することができる。なお、実施例１５の有機ＥＬ素子のように色度が変化する場合であっても、白色照明などの用途においては問題なく利用することができる。
本発明に係る有機エレクトロルミネッセンス素子は、各光源または表示装置等に有効に利用できる。
１ 基板
２ ホール注入電極
３ ホール注入層
４ ホール輸送層
５ 発光層
６ 電子制限層
７ 電子輸送層
８ 電子注入電極
１００ 有機エレクトロルミネッセンス素子
２ ホール注入電極
３ ホール注入層
４ ホール輸送層
５ 発光層
６ 電子制限層
７ 電子輸送層
８ 電子注入電極
１００ 有機エレクトロルミネッセンス素子
Claims (5)
- ホール注入電極と、
発光層と、
電子注入電極とを順に備え、
前記発光層と前記電子注入電極との間に電子の輸送を促進する電子輸送層と、電子の移動を制限する電子制限層とをさらに備え、
前記電子制限層は、２種類の有機化合物を含む複数の有機化合物の混合層であり、
前記２種類の有機化合物のうち一方の有機化合物が前記電子制限層全体に占める重量パーセント濃度は、前記他方の有機化合物が前記電子制限層全体に占める重量パーセント濃度よりも高く、
前記一方の有機化合物は式（４）で示される分子構造を有するアルキル置換9，10-ジアリールアントラセン、または式（６）で示される分子構造を有するフェナントロリン誘導体、または式（８）に示される分子構造を有するシロール誘導体であり、
式（４）中のＡｒ１およびＡｒ２は同一または異なり、水素原子、ハロゲン原子または炭素数が３０以下の芳香族置換基であり、Ｒ８は炭素数が５以下の脂肪族置換基であり、
式（６）中のＲ９〜Ｒ１２および式（８）中のＲ１３〜Ｒ１６は同一または異なり、水素原子、ハロゲン原子、脂肪族置換基または芳香族置換基であり、
前記他方の有機化合物は式（９）で示される分子構造を有するクマリン誘導体、または式（１１）で示される分子構造を有するナフタセン誘導体であり、
式（９）中のＲ１７は水素原子、ハロゲン原子、炭素数が３０以下の脂肪族炭化水素置換 基またはジアルキルアミノ基であり、Ａｒ３は炭素数が３０以下の芳香族置換基であり、
式（１１）中のＡｒ４〜Ａｒ７は同一または異なり、水素原子、ハロゲン原子、炭素数が３０以下の脂肪族置換基、炭素数が３０以下のジアリールアミノ基、または炭素数が３０以下の芳香族置換基であり、
前記電子輸送層は式（４）で示される分子構造を有するアルキル置換9，10-ジアリールアントラセン、式（５）で示される分子構造を有する9,10-ビス(4-(6-メチルベンゾチアゾール-2-イル)フェニル)アントラセン、式（６）に示される分子構造を有するフェナントロリン誘導体、または式（８）に示される分子構造を有するシロール誘導体であり、
式（４）中のＡｒ１およびＡｒ２は同一または異なり、水素原子、ハロゲン原子または炭素数が３０以下の芳香族置換基であり、Ｒ８は炭素数が５以下の脂肪族置換基であり、式（６）及び式（８）中のＲ９〜Ｒ１６は同一または異なり、水素原子、ハロゲン原子、脂肪族置換基または芳香族置換基であることを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子。
- 前記電子制限層は、前記発光層と前記電子輸送層との間に設けられ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。
- 前記電子制限層は、前記電子輸送層と前記電子注入電極との間に設けられ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。
- 前記発光層は、ホスト材料とドーパントとを含み、
前記ホスト材料は、式（１４）で示されるターシャリー-ブチル置換ジナフチルアントラセンであり、
前記ドーパントは式（１５）で示される1,4,7,10-テトラ-ターシャリー-ブチルペリレンであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
- 前記発光層は、短波長発光層と長波長発光層とを含み、前記短波長発光層が発するピーク波長のうち少なくとも一つは５００ｎｍよりも小さく、前記長波長発光層が発するピーク波長のうち少なくとも一つは５００ｎｍよりも大きいことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
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