JP7158945B2 - 白色有機ｅｌ素子 - Google Patents

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Description

本発明は、白色有機ＥＬ素子に関する。
近年、有機ＥＬ（エレクトロルミネセンス）素子を用いたフルカラー発光アレイの研究開発が精力的に進められている。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、タンデム構造を有する白色有機ＥＬ素子において、電子供給層を厚膜化することで、リーク電流を抑制し、発光効率の向上を図った白色有機ＥＬ素子が開示されている。
特許文献２には、電子供給層に含窒素複素環化合物を用い、さらにその膜厚を厚くして、キャリアバランスの調整を行う白色有機ＥＬ素子が開示されている。
特開２０１６－１１１１３４号公報 特開２０１２－２０４７９３号公報
しかしながら、特許文献１にて開示されている白色有機ＥＬ素子は、電荷発生層を有するタンデム構造であり、駆動電圧が高い。さらに、電荷発生層からのリーク電流を抑制するために、電子供給層を厚膜化している。このため、素子全体の膜厚が厚くなり、さらなる高電圧化を招いてしまう。
また、特許文献２にて開示されている白色有機ＥＬ素子は、耐久特性が十分ではなかった。特許文献２の白色有機ＥＬ素子では、発光層に隣接する電子供給層に含窒素複素環化合物を有している。ここで、含窒素複素環化合物は、正孔を受けると不安定になり、劣化しやすい。このため、含窒素複素環化合物を発光層に隣接する電子供給層に用いた場合、有機ＥＬ素子の耐久特性の低下を招いてしまう。さらに、電子供給層に隣接する発光層の発光材料がアミン化合物である。このため、正孔トラップ性の発光層となるため、正孔ブロッキング層を形成する含窒素複素環化合物と正孔との相互作用を招きやすく、素子特性の低下が懸念される。
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、電圧特性および耐久特性が改善された白色有機ＥＬ素子を提供するものである。
本発明の白色有機ＥＬ素子は、少なくとも、陽極と、第三発光層と、第二発光層と、第一発光層と、正孔ブロッキング層と、電子輸送層と、陰極とをこの順に備え、
前記正孔ブロッキング層は、前記第一発光層と前記電子輸送層に隣接し、
前記第一発光層に、第一ホストと青色蛍光発光する第一ドーパントが含まれており、
前記第二発光層に、第二ホストと蛍光発光する第二ドーパントが含まれており、
前記第三発光層に、第三ホストと蛍光発光する第三ドーパントが含まれており、
前記第二ドーパントと前記第三ドーパントはそれぞれ異なる色を発光し、
前記正孔ブロッキング層は、炭化水素によって構成され、
前記電子輸送層は、含窒素複素環化合物によって構成され、
前記第一ホストと前記第一ドーパントとの間で、下記（ａ）の関係が成り立ち、
前記正孔ブロッキング層と前記電子輸送層との間で、下記（ｂ）の関係及び下記（ｃ）の関係が成り立つことを特徴とする。
また、本発明の白色有機ＥＬ素子は、少なくとも、陽極と、第二発光層と、第一発光層と、正孔ブロッキング層と、電子輸送層と、陰極とをこの順に備え、
前記正孔ブロッキング層は、前記第一発光層と前記電子輸送層に隣接し、
前記第一発光層に、第一ホストと青色蛍光発光する第一ドーパントが含まれており、
前記第二発光層に、第二ホストと蛍光発光する第二ドーパントと蛍光発光する第三ドーパントが含まれており、
前記第二ドーパントと前記第三ドーパントはそれぞれ異なる色を発光し、
前記正孔ブロッキング層は、炭化水素によって構成され、
前記電子輸送層は、含窒素複素環化合物によって構成され、
前記第一ホストと前記第一ドーパントとの間で、下記（ａ）の関係が成り立ち、
前記正孔ブロッキング層と前記電子輸送層との間で、下記（ｂ）の関係及び下記（ｃ）の関係が成り立つことを特徴とする。
（ａ）ＬＵＭＯ（Ｈ１）＞ＬＵＭＯ（Ｄ１）
（ｂ）０．１＜ｄ（ＥＴＬ）／ｄ（ＨＢＬ）＜０．７
（ｃ）９０ｎｍ≦ｄ（Ｅ）＝ｄ（ＨＢＬ）＋ｄ（ＥＴＬ）＜１５０ｎｍ
ＬＵＭＯ（Ｈ１）：前記第一ホストのＬＵＭＯエネルギー
ＬＵＭＯ（Ｄ１）：前記第一ドーパントのＬＵＭＯエネルギー
ｄ（ＨＢＬ）：前記正孔ブロッキング層の膜厚
ｄ（ＥＴＬ）：前記電子輸送層の膜厚
ｄ（Ｅ）：前記正孔ブロッキング層と前記電子輸送層からなる電子供給層の総膜厚
本発明によれば、耐久特性が改善され、駆動電圧の低い白色有機ＥＬ素子を提供することができる。
本発明の白色有機ＥＬ素子の一実施形態を示す概略断面図である。 本発明の白色有機ＥＬ素子を構成する各層のエネルギー準位を模式的に表したエネルギーダイアグラムである。 本実施形態に係る表示装置の一例を示す断面模式図である。 本実施形態に係る表示装置の一例を表す模式図である。 本実施形態に係る表示装置の一例を表す模式図である。 本実施形態に係る撮像装置の一例を表す模式図である。 本実施形態に係る携帯機器の一例を表す模式図である。 本実施形態に係る照明装置の一例を示す模式図である。 本実施形態に係る移動体の一例を示す模式図である。
≪白色有機ＥＬ素子≫
本発明の白色有機ＥＬ素子は、少なくとも、陽極と、青色発光層である第一発光層と、正孔ブロッキング層と、電子輸送層と、陰極とをこの順に備え、正孔ブロッキング層は、第一発光層と電子輸送層に隣接する。ここで、第一発光層に、第一ホストと青色蛍光発光する第一ドーパントが含まれており、第一ホストの最低空軌道準位（ＬＵＭＯ）のエネルギーが、第一ドーパントのＬＵＭＯエネルギーよりも大きい（真空準位に近い）。さらに、正孔ブロッキング層の膜厚が電子輸送層の膜厚よりも厚く、特定の厚みであることに特徴を有する。
本発明の白色有機ＥＬ素子は、一対の電極間に挟まれた、発光層を含む有機化合物層に通電することにより光を放出する白色発光の有機ＥＬ素子である。
以下、図１を用いて、本発明をより詳細に説明する。図１は、本発明の白色有機ＥＬ素子の一実施形態を示す概略断面図である。
図１（ａ）に示される白色有機ＥＬ素子は、基板１上に、陽極２、正孔輸送層３、第三発光層４ｃ、第二発光層４ｂ、第一発光層４ａ、正孔ブロッキング層５、電子輸送層６、陰極７がこの順に積層されている。第一発光層４ａは、青蛍光発光層であり、第二発光層４ｂと第三発光層４ｃは、異なる発光色の蛍光ドーパントをそれぞれ有し、緑発光層と赤発光層のいずれかを構成する。
図１（ｂ）に示される白色有機ＥＬ素子は、基板１上に、陽極２、正孔輸送層３、第二発光層４ｂ、第一発光層４ａ、正孔ブロッキング層５、電子輸送層６、陰極７がこの順に積層されている。第一発光層４ａは、青蛍光発光層であり、第二発光層４ｂは、異なる発光色の蛍光ドーパントが２種類含まれ、緑・赤発光層である。
各発光層（４ａ、４ｂ、４ｃ）には、それぞれホストとドーパントが含まれている。すなわち、第一発光層４ａには、第一ホストと第一ドーパントが含まれており、第二発光層４ｂには、第二ホストと第二ドーパントが含まれている。第三発光層４ｃを有する場合は、第三発光層に第三ホストと第三ドーパントが含まれている。第三発光層４ｃを有さない場合は、第三ドーパントは、第二発光層４ｂに含まれる。ここで、第一ドーパントは、青ドーパントであり、第二ドーパントおよび第三ドーパントは、緑ドーパントまたは赤ドーパントのいずれかであり、それぞれ蛍光発光ドーパントである。
尚、本発明において、発光層とは、電極間に設けられる有機化合物層のうち発光機能を有する層をいう。また発光層に含まれるホストは、各発光層に含まれる材料のうち主成分となる材料をいう。より具体的には、ホストとは発光層に含まれる材料のうち発光層内の含有率が５０質量％以上である材料をいう。一方、ドーパントとは、発光層に含まれる材料のうち、主成分とはならない材料のことである。より具体的には、ドーパントは、発光層に含まれる材料のうち、発光層内の含有率が５０質量％未満である材料をいう。
さらに、図１の構成に、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と発光層との間に電子ブロック層を備えていてもよい。さらに、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、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。
図２は、本発明の有機ＥＬ素子を構成する発光層周辺のエネルギー準位を模式的に表したエネルギーダイアグラムを示す図である。図２に示されるように、本発明において、第一発光層４ａに含まれる第一ホストと第一ドーパントの間で下記（ａ）の関係が成り立つ。
（ａ）ＬＵＭＯ（Ｈ１）＞ＬＵＭＯ（Ｄ１）
ＬＵＭＯ（Ｈ１）：第一ホストのＬＵＭＯエネルギー
ＬＵＭＯ（Ｄ１）：第一ドーパントのＬＵＭＯエネルギー
また、正孔ブロッキング層５と電子輸送層６との間で下記（ｂ）の関係及び下記（ｃ）の関係が成り立つ。
（ｂ）０．１＜ｄ（ＥＴＬ）／ｄ（ＨＢＬ）＜０．７、好ましくは０．２≦ｄ（ＥＴＬ）／ｄ（ＨＢＬ）＜０．５
（ｃ）９０ｎｍ≦ｄ（Ｅ）＝ｄ（ＨＢＬ）＋ｄ（ＥＴＬ）＜１５０ｎｍ、好ましくは１００ｎｍ≦ｄ（Ｅ）＝ｄ（ＨＢＬ）＋ｄ（ＥＴＬ）≦１３０ｎｍ
ｄ（ＨＢＬ）：正孔ブロッキング層５の膜厚
ｄ（ＥＴＬ）：電子輸送層６の膜厚
ｄ（Ｅ）：正孔ブロッキング層５と電子輸送層６からなる電子供給層の総膜厚
なお、ＨＯＭＯエネルギーおよび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。更に、本明細書において、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（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（つまり、負の値であれば絶対値の小さな）ものを「浅い」と称する場合がある。
本発明においては、ＨＯＭＯエネルギーおよびＬＵＭＯエネルギーは、分子軌道計算より求めた数値を用いる。尚、分子軌道法計算の計算手法は、現在広く用いられている密度汎関数法（Ｄｅｎｓｉｔｙ Ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ Ｔｈｅｏｒｙ，ＤＦＴ）を用いた。汎関数はＢ３ＬＹＰ、既定関数は６－３１Ｇ*を用いた。尚、分子軌道法計算は、現在広く用いられているＧａｕｓｓｉａｎ０９（Ｇａｕｓｓｉａｎ０９，ＲｅｖｉｓｉｏｎＣ．０１，Ｍ．Ｊ．Ｆｒｉｓｃｈ，Ｇ．Ｗ．Ｔｒｕｃｋｓ，Ｈ．Ｂ．Ｓｃｈｌｅｇｅｌ，Ｇ．Ｅ．Ｓｃｕｓｅｒｉａ，Ｍ．Ａ．Ｒｏｂｂ，Ｊ．Ｒ．Ｃｈｅｅｓｅｍａｎ，Ｇ．Ｓｃａｌｍａｎｉ，Ｖ．Ｂａｒｏｎｅ，Ｂ．Ｍｅｎｎｕｃｃｉ，Ｇ．Ａ．Ｐｅｔｅｒｓｓｏｎ，Ｈ．Ｎａｋａｔｓｕｊｉ，Ｍ．Ｃａｒｉｃａｔｏ，Ｘ．Ｌｉ，Ｈ．Ｐ．Ｈｒａｔｃｈｉａｎ，Ａ．Ｆ．Ｉｚｍａｙｌｏｖ，Ｊ．Ｂｌｏｉｎｏ，Ｇ．Ｚｈｅｎｇ，Ｊ．Ｌ．Ｓｏｎｎｅｎｂｅｒｇ，Ｍ．Ｈａｄａ，Ｍ．Ｅｈａｒａ，Ｋ．Ｔｏｙｏｔａ，Ｒ．Ｆｕｋｕｄａ，Ｊ．Ｈａｓｅｇａｗａ，Ｍ．Ｉｓｈｉｄａ，Ｔ．Ｎａｋａｊｉｍａ，Ｙ．Ｈｏｎｄａ，Ｏ．Ｋｉｔａｏ，Ｈ．Ｎａｋａｉ，Ｔ．Ｖｒｅｖｅｎ，Ｊ．Ａ．Ｍｏｎｔｇｏｍｅｒｙ，Ｊｒ．，Ｊ．Ｅ．Ｐｅｒａｌｔａ，Ｆ．Ｏｇｌｉａｒｏ，Ｍ．Ｂｅａｒｐａｒｋ，Ｊ．Ｊ．Ｈｅｙｄ，Ｅ．Ｂｒｏｔｈｅｒｓ，Ｋ．Ｎ．Ｋｕｄｉｎ，Ｖ．Ｎ．Ｓｔａｒｏｖｅｒｏｖ，Ｔ．Ｋｅｉｔｈ，Ｒ．Ｋｏｂａｙａｓｈｉ，Ｊ．Ｎｏｒｍａｎｄ，Ｋ．Ｒａｇｈａｖａｃｈａｒｉ，Ａ．Ｒｅｎｄｅｌｌ，Ｊ．Ｃ．Ｂｕｒａｎｔ，Ｓ．Ｓ．Ｉｙｅｎｇａｒ，Ｊ．Ｔｏｍａｓｉ，Ｍ．Ｃｏｓｓｉ，Ｎ．Ｒｅｇａ，Ｊ．Ｍ．Ｍｉｌｌａｍ，Ｍ．Ｋｌｅｎｅ，Ｊ．Ｅ．Ｋｎｏｘ，Ｊ．Ｂ．Ｃｒｏｓｓ，Ｖ．Ｂａｋｋｅｎ，Ｃ．Ａｄａｍｏ，Ｊ．Ｊａｒａｍｉｌｌｏ，Ｒ．Ｇｏｍｐｅｒｔｓ，Ｒ．Ｅ．Ｓｔｒａｔｍａｎｎ，Ｏ．Ｙａｚｙｅｖ，Ａ．Ｊ．Ａｕｓｔｉｎ，Ｒ．Ｃａｍｍｉ，Ｃ．Ｐｏｍｅｌｌｉ，Ｊ．Ｗ．Ｏｃｈｔｅｒｓｋｉ，Ｒ．Ｌ．Ｍａｒｔｉｎ，Ｋ．Ｍｏｒｏｋｕｍａ，Ｖ．Ｇ．Ｚａｋｒｚｅｗｓｋｉ，Ｇ．Ａ．Ｖｏｔｈ，Ｐ．Ｓａｌｖａｄｏｒ，Ｊ．Ｊ．Ｄａｎｎｅｎｂｅｒｇ，Ｓ．Ｄａｐｐｒｉｃｈ，Ａ．Ｄ．Ｄａｎｉｅｌｓ，Ｏ．Ｆａｒｋａｓ，Ｊ．Ｂ．Ｆｏｒｅｓｍａｎ，Ｊ．Ｖ．Ｏｒｔｉｚ，Ｊ．Ｃｉｏｓｌｏｗｓｋｉ，ａｎｄ Ｄ．Ｊ．Ｆｏｘ，Ｇａｕｓｓｉａｎ，Ｉｎｃ．，Ｗａｌｌｉｎｇｆｏｒｄ ＣＴ，２０１０．）により実施した。
後述する実施例において、計算値の確からしさを確認するため、分子軌道計算より求めた計算値と、実測値との比較を行う。
図１（ａ）乃至（ｂ）に示される白色有機ＥＬ素子は、発光層を２つ以上有し、陰極７側の発光層に、正孔ブロッキング層５、電子輸送層６が、この順に積層された素子構成になっている。そして、以下（１）から（５）に示す特徴を有するため、耐久特性に優れ、駆動電圧が低い白色有機ＥＬ素子となる。
（１）正孔ブロッキング層５に隣接する層が、電子トラップ性の発光層である
発光層中の電荷（正孔、電子）は、ホストとドーパントの準位間を行き来しながら、発光層内を移動する。言い換えれば、発光層中の電荷は、ホストあるいはドーパントにトラップされ、またはホストあるいはドーパントにデトラップすることを繰り返しながら、発光層内を移動する。このときに、ホストとドーパント間のＨＯＭＯあるいはＬＵＭＯ間のエネルギー差が大きいほど電荷の移動度が低下する。より具体的には、ホストのＬＵＭＯエネルギーよりもドーパントのＬＵＭＯエネルギーが小さい（真空準位から遠い）場合、発光層に電子トラップ性が生じ、ドーパントのＬＵＭＯエネルギーが小さいほど、電子トラップ性が向上する。また、ホストのＨＯＭＯエネルギーよりも、ドーパントのＨＯＭＯエネルギーが大きい（真空準位に近い）場合、発光層に正孔トラップ性が生じる、
ここで、本発明においては、上記（ａ）の関係が成り立つ。すなわち、正孔ブロッキング層５側の第一発光層４ａは電子トラップ性の発光層となり、発光層中の電子移動度が低下する。こうすることで、正孔ブロッキング層５から第一発光層４ａへと注入された電子はトラップされ、再結合領域は正孔ブロッキング層５側に偏在することになる。
一般に、正孔輸送層３の材料として用いられるアミン化合物は、非共有電子対（ローンペア）を有するため、電子を放出したラジカルカチオン状態になることに対しては安定であるが、電子を受容したラジカルアニオン状態においては不安定な化合物である。すなわち、電子が正孔輸送層３に到達すると、電子と正孔輸送層３を形成するアミン化合物とが相互作用し材料劣化を起こすため、発光効率や耐久特性の低下が起こると考えられる。本発明の第一発光層４ａは電子トラップ性であるため、再結合領域が正孔ブロッキング層５側に偏在している。結果として、アミン化合物等の非共有電子対（ローンペア）を有する化合物を含有する正孔輸送層を有する場合には、電子による正孔輸送層３の劣化を防ぐことができ、耐久特性に優れる有機ＥＬ素子となる。
（２）正孔ブロッキング層５に隣接する層が、青色発光層である
一方で、複数の発光層が積層した白色有機ＥＬ素子の場合、上記のように正孔ブロッキング層５側に再結合領域を偏在させた場合、正孔ブロッキング層５側の発光層のみが発光し、白色発光を得ることが難しくなることが考えられる。
ここで、本発明において、正孔ブロッキング層５側の発光層が青色発光層である必要があることを見出した。再結合域を正孔ブロッキング層５側に偏在させる、すなわち、再結合域を青色発光層に偏在させることで、生成した励起子を、正孔輸送層３側に位置する発光層へ再分配させ、白色発光を得ることができる。すなわち、バンドギャップの広い青ドーパントの励起エネルギーが、赤ドーパントおよび緑ドーパントにエネルギー移動可能な積層構成となることで、それぞれのドーパントを発光させ、白色発光を得ることができることを見出した。
一方で、正孔ブロッキング層５に隣接する発光層が青色発光層でなく、例えば、赤色発光層である場合、赤色発光層で生成した励起エネルギーは、青・緑ドーパントにエネルギー移動することは困難であるため、白色発光を得ることはできない。
（３）正孔ブロッキング層５が炭化水素により構成される
加えて、本発明において、正孔ブロッキング層５は、炭化水素から構成される必要があることを見出した。本発明における正孔ブロッキング層５の役割としては、第一発光層４ａへの電子の注入と輸送を担うことと、含窒素複素環化合物からなる電子輸送層６へと正孔が到達することを阻止することである。このため、第一発光層４ａと正孔ブロッキング層５との間の界面に正孔を蓄積させることが求められる。すなわち、過剰なラジカルカチオン発生に耐え得る分子構造であることが必要であり、正孔ブロッキング層５の材料としては、化学的安定性の高い炭化水素が好ましいことを見出した。
一般に、窒素原子や酸素原子、硫黄原子などのヘテロ原子を有する化合物は、非共有電子対を有するため、電子の供与と受容、すなわち酸化還元に対して活性である。このため、電子の授受を通して生じる不対電子が不均化反応を起こすなどの相互作用による材料劣化を招く可能性があるため、化学的安定性は低い。一方、炭化水素は非共有電子対を有しておらず、化学的安定性が高いため、正孔ブロッキング層５の材料に好ましい。
また、隣接する発光層が青色発光層であるため、生成する励起エネルギーは大きい。このため、励起エネルギーによって材料劣化を受けない分子構造が好ましい。具体的には、結合エネルギーが大きい、つまり結合が強い化合物が好ましい。結合安定性の観点からも炭化水素が、正孔ブロッキング層５の材料に好適に用いることができる。炭化水素の結合エネルギーについては、後述する。
さらに正孔ブロッキング層５は、キャリアバランスの調整だけでなく、第一発光層４ａから電子輸送層６へのエネルギー移動を抑制する役割を担う。本発明の白色有機ＥＬ素子は、蛍光発光ドーパントによるＥＬ素子であるため、正孔ブロッキング層５を構成する化合物としては、Ｓ１エネルギーが十分に高い化合物であることが好ましい。具体的には、ベンゼン環、ナフタレン環、フルオレン環、ベンゾフルオレン環、フェナンスレン環、アントラセン環、クリセン環、トリフェニレン環、ピレン環、フルオランテン環及びベンゾフルオランテン環から選ばれる芳香族炭化水素環により分子構造が構成される芳香族炭化水素であることが好ましい。当該芳香族炭化水素は、炭素原子数１以上１２以下のアルキル基を有してもよい。
さらに好ましくは、アントラセン環のようなアセン環を除いた、ベンゼン環、ナフタレン環、フルオレン環、ベンゾフルオレン環、フェナンスレン環、クリセン環、トリフェニレン環、ピレン環、フルオランテン環及びベンゾフルオランテン環から選ばれる芳香族炭化水素環により分子構造が構成される芳香族炭化水素が好ましい。ベンゼン環が直線状に縮環したアセン環では、中央ベンゼン環に電子密度の高い置換位置があるため、酸化されやすく、芳香族炭化水素の中では化学的安定性の低い化合物であるからである。
さらに、励起エネルギーを発光層に十分に閉じ込める観点から、Ｔ１エネルギーも十分に高いことが好ましい。具体的には、ベンゼン環、ナフタレン環、フルオレン環、ベンゾフルオレン環、フェナンスレン環、クリセン環、トリフェニレン環及びフルオランテン環から選ばれる芳香族炭化水素環により分子構造が構成される芳香族炭化水素が好ましい。
一方で、フルオレン環、ベンゾフルオレン環、フェナンナンスレン環、クリセン環、トリフェニレン環及びフルオランテン環から選ばれる芳香族炭化水素環環を分子構造の一部に必ず有している方が好ましい。ベンゼン環およびナフタレン環のみから構成される場合、バンドギャップが大きく、電子輸送層６から正孔ブロッキング層５への、電子の注入障が生まれる可能性がある。これにより、キャリバランスの調整がしにくくなる可能性や、局所的な電界集中による材料劣化を招く可能性がある。
（４）電子輸送層６が含窒素複素環化合物により構成される
電子輸送層６は、含窒素複素環化合物により構成される。含窒素複素環化合物は、窒素原子に共有電子対を有するため、電子注入層を有する場合には、電子注入層に用いられるアルカリ金属やアルカリ土類金属に対して、配位結合などの相互作用を起こすことができる。これにより、電子注入層と電子輸送層６周辺にいくつかのエネルギー準位を形成することができる。結果として、これらのエネルギー準位により、陰極７から電子注入が促進される。このような相互作用を誘起するため、電子輸送層６は含窒素複素環化合物により構成される。また、電子注入層との相互作用を十分に生じさせるために、電子輸送層６は１０ｎｍ以上の膜厚があることが好ましい。
（５）正孔ブロッキング層５が電子輸送層６よりも膜厚が厚く、正孔ブロッキング層５と電子輸送層６の総膜厚が、９０ｎｍ以上、１５０ｎｍ未満
正孔ブロッキング層５と電子輸送層６との間で、上記（ｂ）の関係及び上記（ｃ）の関係が成り立つ。上述したように、正孔ブロッキング層５は、電子輸送層６へ到達する正孔を抑制し、また、励起子エネルギーの閉じ込めを担う役割を有する。（ｂ）の関係及び（ｃ）の関係を有することで、正孔ブロッキング層５の膜厚は十分に厚くなる。その結果として、第一発光層４ａや第一発光層４ａと正孔ブロッキング層５との界面で発生した励起子が、拡散により電子輸送層６への到達することを抑制することができる。なぜなら、有機化合物の場合、励起子拡散距離は１０ｎｍ－２０ｎｍ程度であるからである。
上述したように、電子輸送層６は含窒素複素環化合物により構成され、電子注入層を有する場合には、電子注入層と相互作用しているため、不要に励起状態にならないことが好ましい。材料安定性の高い正孔ブロッキング層５を十分に厚い素子構成とすることで、励起エネルギーの電子輸送層６への拡散を十分に抑制することができ、耐久特性を向上することができる。
また、電子注入層を有する場合には、電子輸送層６も上述した電子注入層との相互作用に必要な膜厚を形成することができ、陰極７からの電子注入を阻害することはない。
電子注入層の膜厚としては、２ｎｍ以下が好ましい。なぜなら、電子注入層として用いられるＬｉＦ等は、膜厚を厚くすると絶縁層として機能してしまうからである。また、０．５ｎｍ以上であることが好ましい。膜厚を薄くし過ぎると、均一な薄膜を形成することができず、電子注入性にムラが生じてしまうからである。
一方で、（ｂ）の関係を満たさない場合、つまり、正孔ブロッキング層５よりも電子輸送層６が厚い場合、後述する実施例にて示すように、高電圧化を招く恐れがある。
以上より、発光層が積層した白色有機ＥＬ素子の場合、単色のＥＬ素子とは異なり、他の発光層との積層順や、隣接する周辺層、とくに正孔ブロッキング層５との関係についても考慮しないと、良好な白色発光と優れた耐久特性を実現することはできない。特に、上記の特徴（１）から（５）を満たすとき、耐久特性と駆動電圧に優れる白色有機ＥＬ素子を得ることができる。
さらに、以下（６）から（１２）に示す条件を満たす素子構成となる場合、上記の特徴（１）から（５）の効果が高まるため、好ましい。
（６）正孔輸送層３を含む正孔供給層の膜厚が薄い
本発明の白色有機ＥＬ素子において、陽極２と、第一発光層４ａとの間に、正孔輸送層３を含む正孔供給層を有し、正孔供給層と電子供給層との間で、下記（ｄ）の関係が成り立つことが好ましい。
（ｄ）２．０＜ｄ（Ｅ）／ｄ（Ｈ）＜６．０、より好ましくは３．５＜ｄ（Ｅ）／ｄ（Ｈ）＜６．０
ｄ（Ｅ）：電子供給層の総膜厚
ｄ（Ｈ）：正孔供給層の総膜厚
尚、正孔供給層の総膜厚ｄ（Ｈ）は、正孔供給層が正孔注入層や電子ブロッキング層を有する場合は、正孔輸送層３とそれらの総膜厚である。
（ｄ）の関係を有することで、正孔供給層の総膜厚は、電子供給層の総膜厚よりも薄くなるため、正孔ブロッキング層５へと到達する正孔が相対的に増加する。これによって、再結合領域を陰極７側に偏在にさせることができる。すなわち、正孔輸送層３へと到達する電子が低減され、正孔輸送層３の劣化を抑制することができる。また、化学安定性の高い正孔ブロッキング層５周辺に再結合域を偏在させることで、耐久特性の改善と白色発光を実現することができる。
一方で、正孔供給層は１５ｎｍ以上であることが好ましい。本発明の正孔供給層は、正孔注入層、正孔輸送層３、電子ブロッキング層の３層構成から成ることが好ましく、それぞれの層が十分に機能を発現するためにはそれぞれ５ｎｍ以上の膜厚であることが好ましいからである。一方で、正孔供給層は３５ｎｍ以下であることが好ましい。３５ｎｍよりも厚いと、相対的に電子供給層も厚くなるため、素子全体の膜厚も厚くなり、高電圧化を招く可能性があるからである。
（７）第一発光層４ａ以外の発光層も電子トラップ性である
また、再結合域を陰極７側に偏在させる効果を高めるために、第一発光層４ａ以外の発光層も電子トラップ性であることが好ましい。例えば、図１（ａ）のように、陽極２と第一発光層４ａとの間に、第二発光層４ｂおよび第三発光層４ｃを有する場合、これらの発光層においても電子トラップ性の発光層となることが好ましい。具体的には、第二発光層４ｂに含まれる第二ホストと第二ドーパントとの間で下記（ｅ）の関係が成り立ち、第三発光層４ｃに含まれる第三ホストと第三ドーパントとの間で下記（ｆ）の関係が成り立つことが好ましい。
（ｅ）ＬＵＭＯ（Ｈ２）＞ＬＵＭＯ（Ｄ２）
（ｆ）ＬＵＭＯ（Ｈ３）＞ＬＵＭＯ（Ｄ３）
ＬＵＭＯ（Ｈ２）：第二ホストのＬＵＭＯエネルギー
ＬＵＭＯ（Ｄ２）：第二ドーパントのＬＵＭＯエネルギー
ＬＵＭＯ（Ｈ３）：第三ホストのＬＵＭＯエネルギー
ＬＵＭＯ（Ｄ３）：第三ドーパントのＬＵＭＯエネルギー
また、図１（ｂ）のように、陽極２と第一発光層４ａとの間に、第三発光層４ｃを有さずに第二発光層４ｂを有する場合は、次の関係が成り立つことが好ましい。即ち、第二発光層４ｂに含まれる第二ホストと第二ドーパントとの間で下記（ｇ）の関係が成り立ち、第二ホストと第三ドーパントとの間で下記（ｈ）の関係が成り立つことが好ましい。
（ｇ）ＬＵＭＯ（Ｈ２）＞ＬＵＭＯ（Ｄ２）
（ｈ）ＬＵＭＯ（Ｈ２）＞ＬＵＭＯ（Ｄ３）
ＬＵＭＯ（Ｈ２）：第二ホストのＬＵＭＯエネルギー
ＬＵＭＯ（Ｄ２）：第二ドーパントのＬＵＭＯエネルギー
ＬＵＭＯ（Ｄ３）：第三ドーパントのＬＵＭＯエネルギー
さらに、図１（ｂ）のような積層構成の場合、第二発光層４ｂにバンドギャップの異なる、例えば赤ドーパントと緑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赤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、赤ドーパントのドープ濃度は、緑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。好ましくは赤ドーパントの濃度は、質量比で緑ドーパント濃度の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、赤・緑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。
また、発光層のそれぞれの膜厚としては、３０ｎｍ以下が好ましい。本発明の発光層が、電子トラップ性の高い発光層である場合、キャリア輸送の観点からは抵抗を高める層となる。このため、発光層を厚くしすぎると、駆動電圧の高電圧化を招いてしまう。さらに、好ましくは２０ｎｍ以下が好ましい。一方、発光層の膜厚は５ｎｍ以上であることが好ましい。これは、発光層の発光特性を十分に発現するためであり、また、電子トラップ性発光層である場合、電子トラップの機能を十分に発現するためである。
尚、本明細書においては、青ドーパントとは、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、緑ドーパントとは、発光スペクトルのピーク波長が５００ｎｍ乃至５７０ｎｍの発光材料を、赤ドーパントとは、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。
（８）各発光層の電子トラップ性が、正孔トラップ性よりも高い
また、正孔輸送層３の劣化を防ぐことのほかにも、電子トラップ性の発光層であることは耐久特性の改善に効果があることを説明する。
「Ｓｃｉｅｎｃｅ，２８３，１９００（１９９９）」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、正孔通電によって生成したラジカルカチ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、発光層における正孔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、正孔トラップ性を低下させ、電子トラップ性を高め、発光層における電子密度を高くするとよい。
具体的には、図２の第二発光層４ｂを用いて説明すると、下記（ｉ）の関係が好ましい。
（ｉ）ＬＵＭＯ（Ｈ２）－ＬＵＭＯ（Ｄ２）＞ＨＯＭＯ（Ｄ２）－ＨＯＭＯ（Ｈ３）
（ｉ）の関係にあることで、第二発光層４ｂの正孔トラップ性を低下させ、電子トラップ性を向上させることができる。
（９）第一発光層４ａの第一ドーパントのＨＯＭＯエネルギーが、第一ホストのＨＯＭＯエネルギーよりも小さい（真空準位から遠い）
さらに、図２の第一発光層４ａにあるように、下記（ｊ）の関係にあることが好ましい。
（ｊ）ＨＯＭＯ（Ｈ１）＞ＨＯＭＯ（Ｄ１）
（ｊ）の関係にあることで、正孔トラップ性をさらに低下させ、相対的に電子トラップ性を高めることができる。結果として、電子密度を高めることで、再結合確率を増やし、結果的に正孔密度を低下させることができる。さらに、第一発光層４ａの正孔トラップ性を低減させることで、正孔ブロッキング層５へと到達する正孔が増加する。これによって、再結合領域を陰極側に偏在にさせることができる。
（１０）各ホスト材料が炭化水素である
また、本発明において、ホストとして用いられる化合物は特に限定されないが、分子構造内に結合安定性の低い結合を有しない化合物の方が好ましい。分子構造内に結合安定性の低い結合、すなわち、結合エネルギーの小さい不安定な結合を有する化合物は、発光層にホストとして含ませた場合、素子駆動時に化合物の駆動劣化が起こりやすく、またＥＬ素子の耐久寿命に悪影響を及ぼす可能性が高いからである。
下記に示す化合物ＣＢＰ（［４，４’－ビス（カルバゾール－９－イル）ビフェニル］）を例にとると、結合安定性の低い結合とは、カルバゾール環とフェニレン基をつなぐ結合（窒素－炭素結合）のことである。下記に、ＣＢＰとホストの例示化合物ＥＭ１との結合エネルギーの計算値の比較を示す。尚、計算手法は、ｂ３－ｌｙｐ／ｄｅｆ２－ＳＶ（Ｐ）を用いて行った。
Figure 0007158945000001
上記結果より、本発明の有機ＥＬ素子のホスト材料としては、炭素－炭素結合から構成される結合安定性の高い炭化水素であることが好ましい。一方で、ホスト材料が炭化水素である場合、ホストのＬＵＭＯエネルギーは小さくなる（真空準位から遠くなる）ため、電子トラップ性の高い発光層を形成するためにはドーパントのＬＵＭＯエネルギーも小さくなる（真空準位から遠くなる）ことが求められる。
（１１）各ドーパントがフルオランテン骨格を有する
そこで、本発明において、ドーパントとして用いられる化合物は特に限定されないが、上記の電子トラップ性の観点から、電子求引性の構造であるフルオランテン骨格を有することが好ましい。フルオランテン骨格を有することで、ＬＵＭＯエネルギーが小さく（真空準位から遠く）なるからである。これにより、ホスト材料とのＬＵＭＯエネルギーの差が大きくなり、電子トラップ性を向上させることができる。さらに電子供与性の置換アミノ基を有さないほうが好ましい。置換アミノ基を有する場合、ＬＵＭＯエネルギーが大きくなり（真空準位に近くなり）、電子トラップ性が低下するからである。
また、結合安定性の観点からも、窒素－炭素結合となる置換アミノ基を有しない化合物であることが好ましい。
以上より、ホスト材料が炭化水素であり、ドーパントがフルオランテン骨格を有し、好ましくはさらに、置換アミノ基を有しない化合物である場合、電子トラップ性の高い発光層を形成することができ、また発光層を形成する材料自体の安定性が高い。そのため、優れた耐久特性示す有機ＥＬ素子を得ることができる。
ここで、フルオランテン骨格について説明する。フルオランテン骨格とは、フルオランテン環および、フルオランテン環にさらに芳香族炭化水素が縮合した縮合多環骨格を指す。具体的には、下記ＦＦ１乃至ＦＦ３０に示すような縮合多環骨格のことである。
Figure 0007158945000002
このうち、電子求引性を向上させ、電子トラップ性を向上させる観点から、フルオランテン環を２つ以上含む構造（フルオランテン環同士は一部の芳香環を共有しても良い）、好ましくはフルオランテン環が２つ以上縮合した構造を有するドーパントが好ましい。具体的には、ＦＦ７乃至ＦＦ１３、ＦＦ１６乃至ＦＦ２０、ＦＦ２３乃至ＦＦ３０の骨格を有するドーパントを本発明において、好適に用いることができる。
（１２）正孔ブロッキング層５を構成する材料は、フルオランテンよりも高いＴ１エネルギーを有する
さらに、ドーパントがフルオランテン骨格を有する化合物である場合、正孔ブロッキング層の材料のＴ１エネルギーは、その化合物よりも高いことが好ましく、フルオランテンより高いことがより好ましい。ここで、正孔ブロッキング層を構成する化合物は、ベンゼン環、ナフタレン環、フルオレン環、ベンゾフルオレン環、フェナンスレン環、クリセン環、トリフェニレン環から選ばれる芳香族炭化水素環により分子構造が構成される芳香族炭化水素であることが好ましい。なぜならば、表１に示すように、これらの芳香族炭化水素環はフルオランテン環よりも高いＴ１エネルギーを有する。尚、表１のＴ１エネルギーの計算は、Ｂ３ＬＹＰ／は６－３１Ｇ*を用いて行った。
Figure 0007158945000003
尚、本発明に係る有機化合物は、有機ＥＬ素子が有する有機化合物層をＴＯＦ－ＳＩＭＳ等により分析することで、その有機ＥＬ素子が本発明に係る有機化合物を有するか否か検証することができる。また、ＧＣＩＢ－ＴＯＦ－ＳＩＭＳ等により分析することで、その有機ＥＬ素子が、本発明に係わる膜厚の関係にあるか否か検証することができる。分析の例は一例であり、有機ＥＬ素子から有機化合物を抽出し、ＩＲ，ＵＶ，ＮＭＲ等により分析する方法でもよい。
以下に本発明に用いられるホストの具体例を示す。ただし、これらの化合物はあくまで具体例であり、本発明はこれに限定されるものではない。
Figure 0007158945000004
例示したホストのうち、上述した結合安定性の観点から、炭化水素であるＥＭ１乃至ＥＭ２６が好ましい。これらのホストを用いることで、耐久特性に優れる有機ＥＬ素子を得ることができるからである。
本発明に用いられる青ドーパントは、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
Figure 0007158945000005
例示した青ドーパントのうち、電子トラップ性の観点から、フルオランテン骨格を有するＢＤ８乃至ＢＤ３１が好ましい。また、電子供与性の高い置換アミノ基を有しないことが好ましい。さらに、電子求引性の高いシアノ基を有する化合物が好ましい。シアノ基を有することで、ドーパントのＬＵＭＯエネルギーを小さく（真空準位から遠く）することができ、発光層の電子トラップ性を高めることができるからである。青ドーパントのドープ濃度としては、それぞれ０．１質量％以上１０質量％以下、より好ましくは０．３質量％以上５質量％以下が望ましい。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。
本発明に用いられる緑ドーパントは、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。
Figure 0007158945000006
例示した緑ドーパントのうち、電子トラップ性の観点から、フルオランテン骨格を有するＧＤ６、ＧＤ９乃至ＧＤ３２が好ましい。また、電子供与性の高い置換アミノ基を有しない化合物が好ましい。緑ドーパントのドープ濃度としては、それぞれ０．１質量％以上１０質量％以下、より好ましくは０．３質量％以上５質量％以下が望ましい。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、緑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。
本発明に用いられる赤ドーパントは、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。
Figure 0007158945000007
例示した赤ドーパントのうち、フルオランテン骨格を有するＲＤ４乃至ＲＤ２３が好ましい。また、結合安定性の観点から、炭化水素であることが好ましい。赤ドーパントのドープ濃度としては、それぞれ０．１質量％以上５質量％以下、より好ましくは０．１質量％以上０．５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、赤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。
以下に、本発明に用いられる正孔ブロッキング層材料の具体例を示す。ただし、これらの化合物はあくまで具体例であり、本発明はこれに限定されるものではない
Figure 0007158945000008
例示した正孔ブロッキング層材料のうち、上述した高いＳ１エネルギーと高いＴ１エネルギーを有する観点から、ベンゼン環、ナフタレン環、フルオレン環、ベンゾフルオレン環、フェナンナンスレン環、クリセン環及びトリフェニレン環から選ばれる芳香族炭化水素環により分子構造が構成されるＨＢ１乃至ＨＢ１４が好ましい。これらの正孔ブロッキング層材料を用いることで、耐久特性に優れる有機ＥＬ素子を得ることができるからである。
以下に、本発明に用いられる電子輸送層材料の具体例を示す。ただし、これらの化合物はあくまで具体例であり、本発明はこれに限定されるものではない。
Figure 0007158945000009
＜有機ＥＬ素子の素子構成＞
本実施形態に係る有機ＥＬ素子は、一対の電極と、前記一対の電極の間に配置される有機化合物層とを有する有機電界素子である。そして、有機化合物層は、青色発光層である第一発光層４ａ／正孔ブロッキング層５／電子輸送層６からなる積層構成を有する。
本実施形態に係る有機ＥＬ素子の素子構成としては、基板１上に以下に示す有機化合物層を有する素子構成が挙げられる。
（１）陽極／正孔輸送層／第二発光層／第一発光層／正孔ブロッキング層／電子輸送層／陰極
（２）陽極／正孔輸送層／第二発光層／第一発光層／正孔ブロッキング層／電子輸送層／電子注入層／陰極
（３）陽極／正孔輸送層／第三発光層／第二発光層／第一発光層／正孔ブロッキング層／電子輸送層／電子注入層／陰極
（４）陽極／正孔注入層／正孔輸送層／第二発光層／第一発光層／正孔ブロッキング層／電子輸送層／電子注入層／陰極
（５）陽極／正孔輸送層／電子ブロッキング層／第二発光層／第一発光層／正孔ブロッキング層／電子輸送層／電子注入層／陰極
（６）陽極／正孔注入層／正孔輸送層／電子ブロッキング層／第二発光層／第一発光層／正孔ブロッキング層／電子輸送層／電子注入層／陰極
ただしこれらの素子構成例はあくまでごく基本的な素子構成であり、本発明に係る有機ＥＬ素子の構成はこれらに限定されるものではない。また、上記素子構成の中では、電子注入層を有している構成（２）から（６）が好ましく、電子ブロッキング層及び正孔ブロッキング層を共に有している構成（６）がより好ましく用いられる。構成（６）では正孔と電子の両キャリアを発光層内に閉じ込めることができるので、キャリア漏れがなく発光効率が高いＥＬ素子を得ることができる。また、電極と有機化合物層界面に絶縁性層を設ける、接着層あるいは干渉層を設ける、電子輸送層もしくは正孔輸送層がイオン化ポテンシャルの異なる二層から構成される、発光層が発光材料の異なる二層から構成されるなど多様な層構成をとることができる。
本実施形態に係る有機ＥＬ素子は、基板側の電極から光を取り出すいわゆるボトムエミッション方式でも、基板と逆側から光を取り出すいわゆるトップエミッション方式でも良く、両面取り出しの構成でも使用することができる。
本実施形態に係る有機ＥＬ素子が有する発光層は複数種の成分から構成されていてよく、それらを主成分であるホスト材料と副成分とに分類することができる。ホスト材料は、発光層内でゲスト材料の周囲にマトリックスとして存在する化合物であって、主にキャリアの輸送、及びドーパント材料への励起エネルギー供与を担う化合物である。副成分とは主成分以外の化合物である。副成分はドーパント材料、発光アシスト材料、電荷注入材料と呼ぶことができる。ドーパント材料はゲスト材料とも呼ばれる。発光アシスト材料と電荷注入材料は同一の構造の有機化合物であっても異なる構造の有機化合物であってもよい。これらは副成分であるものの、ドーパント材料と区別する意味でホスト材料２と呼ぶこともできる。
ここでドーパント材料とは、発光層内で主たる発光を担う化合物である。ドーパント材料の濃度は、発光層を構成する化合物の全体を１００質量％とした場合、０．０１質量％以上５０質量％未満であり、好ましくは０．１質量％以上２０質量％以下である。さらに好ましくは、濃度消光を抑制するためにドーパント材料の濃度は１０質量％以下であることが望ましい。またドーパント材料はホスト材料からなる層全体に均一に含まれてもよいし、濃度勾配を有して含まれてもよいし、特定の領域に部分的に含ませてドーパント材料を含まないホスト材料層の領域を設けてもよい。
また、本実施形態に係る有機ＥＬ素子は、複数の発光層を有し、複数の発光層のうち少なくともいずれかは、他の発光層と異なる波長の光を発光する発光層であり、これら発光層の光を混色することで、白色を発光する有機ＥＬ素子である。本発明において、発光層は２層以上存在し、各発光層は２種類以上の発光色を有する発光材料を含むことも可能である。３層以上の発光層が積層されている場合、第一発光層以外の発光層の位置は限定されず、第二発光層に接していてもよく、発光層と発光層との間に別の化合物層を有していてもよい。別の化合物層は電荷発生層などであってもよい。
上述した有機化合物以外にも、必要に応じて従来公知の低分子系及び高分子系の発光材料、正孔注入性化合物あるいは正孔輸送性化合物、ホストとなる化合物、発光性化合物、電子注入性化合物あるいは電子輸送性化合物等を一緒に使用することができる。以下にこれらの化合物例を挙げる。
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ことができる材料や、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ＥＬ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、もちろんこれらに限定されるものではない。
Figure 0007158945000010
主に発光機能に関わる発光材料としては、上述した青ドーパント、緑ドーパント、赤ドーパントの他に、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。
発光層に含まれる発光層ホストあるいは発光アシスト材料としては、上述した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。
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、上述した化合物もしくはその誘導体の他、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）などを用いることができる。
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、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２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、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、ある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２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７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。ある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。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７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２μｍ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。
本実施形態に係る有機ＥＬ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。
本実施形態に係る有機ＥＬ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。
≪白色有機ＥＬ素子を用いた装置≫
本実施形態に係る白色有機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、白色光源にカラーフィルターを有する発光装置等の用途がある。カラーフィルターは例えば赤、緑、青の３つの色のいずれかが透過するフィルターが挙げられる。
本実施形態に係る表示装置は、複数の画素を有し、これら画素のうちの少なくとも一つは本実施形態の有機ＥＬ素子を有する。そしてこの画素は、本実施形態に係る有機ＥＬ素子と、能動素子を有する。能動素子はスイッチング素子又は増幅素子が挙げられ、具体的にはトランジスタが挙げられる。この有機ＥＬ素子の陽極又は陰極とトランジスタのドレイン電極又はソース電極とが電気接続されている。トランジスタはその活性領域に酸化物半導体を有していてもよい。酸化物半導体は、アモルファスでも結晶でもあるいは両者の混在でもよい。結晶は単結晶、微結晶、あるいはＣ軸等の特定軸が配向している結晶のいずれかあるいは少なくともいずれか２種の混合でもよい。
このようなスイッチング素子を有する有機発光装置は、それぞれの有機ＥＬ素子が画素として設けられる画像表示装置として用いられてもよく、あるいは照明装置として用いられてもよい。またレーザービームプリンタ、複写機等の電子写真方式の画像形成装置の感光体を露光するための露光光源として用いられてもよい。
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。上記トランジスタとして、例えば、ＴＦＴ素子が挙げられ、このＴＦＴ素子は、例えば、基板の絶縁性表面に設けられている。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。
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（色温度が４２００Ｋ）、昼白色（色温度が５０００Ｋ）、その他青から赤のいずれの色を発光するものであってもよい。照明装置が有する有機ＥＬ素子のうち、いずれかの有機ＥＬ素子が本発明の有機ＥＬ素子であればよい。本実施形態に係る照明装置は、本実施形態に係る有機ＥＬ素子と、この有機ＥＬ素子に接続されているＡＣ／ＤＣコンバーターとを有している。ＡＣ／ＤＣコンバーターは交流電圧を直流電圧に変換する回路である。このコンバーターは有機ＥＬ素子に駆動電圧を供給するための回路である。尚、この照明装置は、カラーフィルターをさらに有してもよい。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。
本実施形態に係る画像形成装置は、感光体と、この感光体を露光する露光部と、この感光体を帯電させる帯電部と、感光体に現像剤を付与する現像部とを有する画像形成装置である。ここで画像形成装置に設けられる露光部は、本発明の有機ＥＬ素子を複数有している。現像剤は、トナー、インキ等が挙げられる。トナーは、乾式トナーであっても、液体トナーであってもよい。
また本実施形態に係る有機ＥＬ素子は、感光体を露光する露光装置の構成部材として使用することができる。本実施形態に係る有機ＥＬ素子を有する露光装置は、例えば、複数の発光点を有し、これら発光点の少なくともいずれかが本実施形態に係る有機ＥＬ素子を有する。これら発光点は、感光体の長軸方向に沿って一列に配置されている。
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素子を用いた表示装置、照明装置を駆動することにより、良好な画質で、長時間安定な使用が可能である。
＜表示装置＞
図３は、本実施形態に係る表示装置の一例を表す断面模式図であり、有機ＥＬ素子とこの有機ＥＬ素子に接続されるＴＦＴ素子とを有する表示装置の例を示す図である。ＴＦＴ素子は、能動素子の一例である。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。
図３の表示装置１０は、ガラス等の基板１１とその上部にＴＦＴ素子１８又は有機化合物層２２を保護するための防湿膜１２が設けられている。ＴＦＴ素子１８は、金属のゲート電極１３とゲート絶縁膜１４と半導体層１５とドレイン電極１６とソース電極１７とを有している。ＴＦＴ素子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ＥＬ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ＥＬ素子に含まれる電極（陽極２１、陰極２３）とＴＦＴに含まれる電極（ソース電極１７、ドレイン電極１６）との電気接続の方式は、図３に示される態様に限られるものではない。つまり陽極２１と陰極２３のうちいずれか一方と、ＴＦＴ素子のソース電極１７とドレイン電極１６のいずれか一方とが電気接続されていればよい。図３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、複数層であってもよい。陰極２３の上には有機ＥＬ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３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素子をスイッチング素子として用いてもよい。また図３の表示装置１０に使用されるトランジスタは、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でもよい。活性層として、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。尚、薄膜トランジスタはＴＦＴ素子とも呼ばれる。図３の表示装置１０に含まれるトランジスタは、Ｓｉ基板等の基板内に形成されていてもよい。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。基板内にトランジスタを設けるかどうかについては、精細度によって選択される。例えば１インチでＱＶＧＡ程度の精細度の場合はＳｉ基板内にトランジスタを設けることが好ましい。
図４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および表示パネル１００５には、フレキシブルプリント回路ＦＰＣ１００２、１００４が接続されている。表示パネル１００５には、本実施形態に係る有機発光素子が用いられてよい。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、設けなくてよいし、携帯機器であっても、この位置に設ける必要はない。
図５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５（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を有し表示部１３０２を有する。表示部１３０２には、本実施形態に係る有機ＥＬ素子が用いられてよい。また、表示装置１３００は、額縁１３０１と表示部１３０２を支える土台１３０３を有している。土台１３０３は、図５（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および表示部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５（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、本実施形態に係る有機ＥＬ素子を有してよい。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、第一および第二表示部とで一つの画像を表示してもよい。
＜撮像装置＞
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。
図６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よい。その場合、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。したがって、本発明の有機ＥＬ素子を用いた表示装置を用いるのが好ましい。有機ＥＬ素子は応答速度が速いからである。有機ＥＬ素子を用いた表示装置は、表示速度が求められる装置において、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。
＜電子機器＞
本実施形態に係る表示装置は、携帯端末等の電子機器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は、本実施形態に係る携帯機器の一例を表す模式図である。携帯機器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。通信部を有する携帯機器は通信機器ということもできる。
＜照明装置＞
図８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１４０２は、本実施形態に係る有機ＥＬ素子を有してよい。光学フィルタ１４０４は光源１４０２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１４０２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。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ＥＬ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。
＜移動体＞
本実施形態に係る移動体は、機体と、機体に設けられている灯具を有する。図１２は、本実施形態に係る移動体の一例を表す模式図であり、車両用灯具の一例であるテールランプを有する自動車を示す図である。機体としての自動車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１５０１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ＥＬ素子を有してよい。テールランプ１５０１は、有機ＥＬ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１５０２は、自動車１５００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ＥＬ素子を有してよい。この場合、有機ＥＬ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。
＜ＨＯＭＯ・ＬＵＭＯの評価＞
下記に示す方法で、ホストおよびドーパントの評価を行った。結果を表２に示す。
Ａ）ＨＯＭＯの評価方法
アルミ基板上に膜厚３０ｎｍの薄膜を形成し、この薄膜について、ＡＣ－３（理研計器社製）を用いて測定した。
Ｂ）ＬＵＭＯの評価方法
石英基板上に膜厚３０ｎｍの薄膜を形成し、この薄膜について、分光光度計（Ｖ－５６０ 日本分光社製）を用い、被測定材料の光学バンドギャップ（吸収端）を求めた。その光学バンドギャップ値と前述のＨＯＭＯ値の和をＬＵＭＯとした。結果を表２に示す。さらに、表２において、分子軌道計算より求めた計算値を示す。実測値との比較から、ＨＯＭＯおよびＬＵＭＯのエネルギーには相関性があることが分かる。よって本実施例においては、計算値から求めたＨＯＭＯおよびＬＵＭＯエネルギーの数値を用いて素子結果を考察する。
Figure 0007158945000011
＜実施例１乃至２、比較例１乃至４＞
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。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、１．３×１０-4Ｐａ（１×１０-6Ｔｏｒｒ）以下まで排気した後、ＵＶ／オゾン洗浄を施した。その後、抵抗加熱による真空蒸着を行って、表３に示される層構成で各層の製膜を行った。尚、正孔ブロッキング層の膜厚ｄ（ＨＢＬ）および電子輸送層の膜厚ｄ（ＥＴＬ）は表４に示される厚さとした。また、対向する電極（陽極、陰極）の電極面積が３ｍｍ2となるようにした。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。
得られた白色有機ＥＬ素子に電圧印加装置を接続し、以下の特性を評価した。結果を表４に示す。尚、作製した素子は、いずれも良好な白色発光を示した。
［駆動電圧］
１００ｍＡ／ｃｍ2における電圧を測定し、駆動電圧を評価した。測定には、ヒューレッドパッカード社製・微小電流計４１４０Ｂを用いた。
［輝度劣化率］
初期輝度２０００ｃｄ／ｍ2での連続駆動試験を行い、１００時間経過後の輝度の劣化率を測定した。発光輝度は、トプコン社製ＢＭ７で測定した。尚、測定は、ガラスキャップ封止方向から行った。
Figure 0007158945000012
Figure 0007158945000013
実施例１、２にあるように、本発明の有機ＥＬ素子は、駆動電圧は低く、輝度劣化率が小さく、耐久特性に優れる。一方、比較例１乃至３にあるように、ｄ（ＥＴＬ）／ｄ（ＨＢＬ）が大きい、すなわち、相対的に正孔ブロッキング層の膜厚が薄い場合、駆動電圧が高い。特に、比較例２，３は、電子供給層の総膜厚ｄ（Ｅ）が実施例１、２と同じであるのにかかわらず、駆動電圧が高い。また、比較例１乃至３は、連続駆動試験中に、異常な電圧上昇が確認され、１００時間耐久測定を行うことができなかった。また、比較例４にあるように、ｄ（Ｅ）が薄い場合には、リーク電流が観測され、電流電圧特性を測定することができなかった。これは、素子全体の膜厚が薄いため、基板上の異物や金属電極蒸着時の金属片の付着などの影響を受けているためと考えられる。
＜実施例３乃至１１、比較例５乃至１３＞
ガラス基板上に、スパッタリング法でＴｉを４０ｎｍ成膜し、フォトリソグラフィ技術を用いてパターニングし、陽極を形成した。続いて、実施例１と同様にして、表５に示される層構成（ｄ（ＨＢＬ）、ｄ（ＥＴＬ）は表６に示される厚さ）で各層の製膜を行った。その後、実施例１と同様にして白色有機ＥＬ素子を得た。得られた白色有機ＥＬ素子について、実施例１と同様の評価に加え、下記特性を評価した。結果を表６に示す。
［色度］
電流密度１．０ｍＡ／ｃｍ2の低電流駆動における色度を、トプコン製「ＳＲ－３」を用いて測定した。
Figure 0007158945000014
Figure 0007158945000015
実施例３乃至１１にあるように、本発明の有機ＥＬ素子は、駆動電圧は低く、輝度劣化率が小さく、耐久特性に優れる。また、低電流域においても、良好な白色発光を得ることができた。一方、比較例５乃至１３にあるように、９０ｎｍ≦ｄ（Ｅ）＜１５０ｎｍを満たさない場合、白色光を得ることができなかった。
＜実施例１２乃至１７、比較例１４乃至１７＞
実施例３において、発光層の材料を表７に示される化合物に変更し、正孔ブロッキング層の材料をＨＢ６に変更し、正孔ブロッキング層の膜厚を表８に示される膜厚に変更する以外は、実施例３と同様にして、白色有機ＥＬ素子を作製した。ただし、比較例１５乃至１７においては、第三発光層、第二発光層、第一発光層の膜厚をそれぞれ１０ｎｍずつにし、発光層の合計膜厚が実施例１２乃至１７と同膜厚になるようにした。また、比較例１５乃至１７のそれぞれの発光層における濃度は、質量比でホスト：ドーパント＝９９．５：０．５となるようにした。
得られた有機ＥＬ素子について、実施例１と同様に評価した。結果を表８に示す。尚、作製した素子は、いずれも良好な白色発光を示した。
Figure 0007158945000016
Figure 0007158945000017
実施例１２乃至１７にあるように、本発明の白色有機ＥＬ素子は、低電圧で耐久特性に優れるのに対して、比較例１４にあるように、第一発光層が電子トラップ性でない場合には、耐久特性の低下が確認された。また、比較例１５乃至１７にあるように、青色発光層が正孔ブロッキング層に隣接しない場合においても、耐久特性の低下が確認された。
１：基板、２：陽極、３：正孔輸送層、４ａ：第一発光層、４ｂ：第二発光層、４ｃ：第三発光層、５：正孔ブロッキング層、６：電子輸送層、７：陰極、１０：表示装置、１１：基板、１２：防湿膜、１３：ゲート電極、１４：ゲート絶縁膜、１５：半導体層、１６：ドレイン電極、１７：ソース電極、１８：ＴＦＴ、１９：絶縁膜、２０：コンタクトホール、２１：陽極、２２：有機化合物層、２３：陰極、２４：第一の保護層、２５：第二の保護層

Claims (19)

  1. 少なくとも、陽極と、第三発光層と、第二発光層と、第一発光層と、正孔ブロッキング層と、電子輸送層と、陰極とをこの順に備え、
    前記正孔ブロッキング層は、前記第一発光層と前記電子輸送層に隣接し、
    前記第一発光層に、第一ホストと青色蛍光発光する第一ドーパントが含まれており、
    前記第二発光層に、第二ホストと蛍光発光する第二ドーパントが含まれており、
    前記第三発光層に、第三ホストと蛍光発光する第三ドーパントが含まれており、
    前記第二ドーパントと前記第三ドーパントはそれぞれ異なる色を発光し、
    前記正孔ブロッキング層は、炭化水素によって構成され、
    前記電子輸送層は、含窒素複素環化合物によって構成され、
    前記第一ホストと前記第一ドーパントとの間で、下記（ａ）の関係が成り立ち、
    前記正孔ブロッキング層と前記電子輸送層との間で、下記（ｂ）の関係及び下記（ｃ）の関係が成り立つことを特徴とする白色有機ＥＬ素子。
    （ａ）ＬＵＭＯ（Ｈ１）＞ＬＵＭＯ（Ｄ１）
    （ｂ）０．１＜ｄ（ＥＴＬ）／ｄ（ＨＢＬ）＜０．７
    （ｃ）９０ｎｍ≦ｄ（Ｅ）＝ｄ（ＨＢＬ）＋ｄ（ＥＴＬ）＜１５０ｎｍ
    ＬＵＭＯ（Ｈ１）：前記第一ホストのＬＵＭＯエネルギー
    ＬＵＭＯ（Ｄ１）：前記第一ドーパントのＬＵＭＯエネルギー
    ｄ（ＨＢＬ）：前記正孔ブロッキング層の膜厚
    ｄ（ＥＴＬ）：前記電子輸送層の膜厚
    ｄ（Ｅ）：前記正孔ブロッキング層と前記電子輸送層からなる電子供給層の総膜厚
  2. 前記第二ホストと前記第二ドーパントとの間で下記（ｅ）の関係が成り立ち、前記第三ホストと前記第三ドーパントとの間で下記（ｆ）の関係が成り立つことを特徴とする請求項１に記載の白色有機ＥＬ素子。
    （ｅ）ＬＵＭＯ（Ｈ２）＞ＬＵＭＯ（Ｄ２）
    （ｆ）ＬＵＭＯ（Ｈ３）＞ＬＵＭＯ（Ｄ３）
    ＬＵＭＯ（Ｈ２）：前記第二ホストのＬＵＭＯエネルギー
    ＬＵＭＯ（Ｄ２）：前記第二ドーパントのＬＵＭＯエネルギー
    ＬＵＭＯ（Ｈ３）：前記第三ホストのＬＵＭＯエネルギー
    ＬＵＭＯ（Ｄ３）：前記第三ドーパントのＬＵＭＯエネルギー
  3. 前記第一ホスト、前記第二ホスト、または前記第三ホストは、炭化水素であることを特徴とする請求項２に記載の白色有機ＥＬ素子。
  4. 少なくとも、陽極と、第二発光層と、第一発光層と、正孔ブロッキング層と、電子輸送層と、陰極とをこの順に備え、
    前記正孔ブロッキング層は、前記第一発光層と前記電子輸送層に隣接し、
    前記第一発光層に、第一ホストと青色蛍光発光する第一ドーパントが含まれており、
    前記第二発光層に、第二ホストと蛍光発光する第二ドーパントと蛍光発光する第三ドーパントが含まれており、
    前記第二ドーパントと前記第三ドーパントはそれぞれ異なる色を発光し、
    前記正孔ブロッキング層は、炭化水素によって構成され、
    前記電子輸送層は、含窒素複素環化合物によって構成され、
    前記第一ホストと前記第一ドーパントとの間で、下記（ａ）の関係が成り立ち、
    前記正孔ブロッキング層と前記電子輸送層との間で、下記（ｂ）の関係及び下記（ｃ）の関係が成り立つことを特徴とする白色有機ＥＬ素子。
    （ａ）ＬＵＭＯ（Ｈ１）＞ＬＵＭＯ（Ｄ１）
    （ｂ）０．１＜ｄ（ＥＴＬ）／ｄ（ＨＢＬ）＜０．７
    （ｃ）９０ｎｍ≦ｄ（Ｅ）＝ｄ（ＨＢＬ）＋ｄ（ＥＴＬ）＜１５０ｎｍ
    ＬＵＭＯ（Ｈ１）：前記第一ホストのＬＵＭＯエネルギー
    ＬＵＭＯ（Ｄ１）：前記第一ドーパントのＬＵＭＯエネルギー
    ｄ（ＨＢＬ）：前記正孔ブロッキング層の膜厚
    ｄ（ＥＴＬ）：前記電子輸送層の膜厚
    ｄ（Ｅ）：前記正孔ブロッキング層と前記電子輸送層からなる電子供給層の総膜厚
  5. 前記第二ホストと前記第二ドーパントとの間で下記（ｇ）の関係が成り立ち、前記第二ホストと前記第三ドーパントとの間で下記（ｈ）の関係が成り立つことを特徴とする請求項４に記載の白色有機ＥＬ素子。
    （ｇ）ＬＵＭＯ（Ｈ２）＞ＬＵＭＯ（Ｄ２）
    （ｈ）ＬＵＭＯ（Ｈ２）＞ＬＵＭＯ（Ｄ３）
    ＬＵＭＯ（Ｈ２）：前記第二ホストのＬＵＭＯエネルギー
    ＬＵＭＯ（Ｄ２）：前記第二ドーパントのＬＵＭＯエネルギー
    ＬＵＭＯ（Ｄ３）：前記第三ドーパントのＬＵＭＯエネルギー
  6. 前記第一ホストまたは前記第二ホストは、炭化水素であることを特徴とする請求項５に記載の白色有機ＥＬ素子。
  7. 前記正孔ブロッキング層は、芳香族炭化水素によって構成されることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の白色有機ＥＬ素子。
  8. 前記芳香族炭化水素は、ベンゼン環、ナフタレン環、フルオレン環、ベンゾフルオレン環、フェナンナンスレン環、クリセン環及びトリフェニレン環から選ばれる芳香族炭化水素環により分子構造が構成されることを特徴とする請求項７に記載の白色有機ＥＬ素子。
  9. 前記芳香族炭化水素は、炭素原子数１以上１２以下のアルキル基を有することを特徴とする請求項７または８に記載の白色有機ＥＬ素子。
  10. 前記陽極と、最も陽極側の発光層との間に、正孔輸送層を含む正孔供給層を有し、前記正孔供給層と前記電子供給層との間で、下記（ｄ）の関係が成りたつことを特徴とする請求項１乃至９のいずれか一項に記載の白色有機ＥＬ素子。
    （ｄ）２．０＜ｄ（Ｅ）／ｄ（Ｈ）＜６．０
    ｄ（Ｅ）：前記電子供給層の総膜厚
    ｄ（Ｈ）：前記正孔供給層の総膜厚
  11. 前記第一ドーパント、前記第二ドーパントまたは前記第三ドーパントは、フルオランテン骨格を有する化合物であることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の白色有機ＥＬ素子。
  12. 前記陰極と、前記電子輸送層との間に、電子注入層を有することを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の白色有機ＥＬ素子。
  13. 前記電子注入層は、アルカリ金属またはアルカリ土類金属を含有することを特徴とする請求項１２に記載の白色有機ＥＬ素子。
  14. 前記（ｂ）の関係は、下記（ｂ’）の関係であることを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか一項に記載の白色有機ＥＬ素子。
    （ｂ’）０．２≦ｄ（ＥＴＬ）／ｄ（ＨＢＬ）＜０．７
  15. 複数の画素を有し、前記画素の少なくとも一つは、請求項１乃至１４のいずれか一項に記載の白色有機ＥＬ素子と、前記白色有機ＥＬ素子に接続されている能動素子とを有することを特徴とする表示装置。
  16. 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、表示部と、を有し、
    前記表示部は、前記撮像素子が取得した情報を表示する表示部であり、前記表示部は請求項１５に記載の表示装置を有することを特徴とする撮像装置。
  17. 筐体と、外部と通信する通信部と、表示部とを有し、
    前記表示部は請求項１５に記載の表示装置であることを特徴とする電子機器。
  18. 光源と、光拡散部または光学フィルタと、を有する照明装置であって、
    前記光源は、請求項１乃至１４のいずれか一項に記載の白色有機ＥＬ素子を有することを特徴とする照明装置。
  19. 機体と、前記機体に設けられている灯具を有し、
    前記灯具は、請求項１乃至１４のいずれか一項に記載の白色有機ＥＬ素子を有することを特徴とする移動体。
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