JPWO2010140549A1 - 有機エレクトロルミネッセンス素子、その駆動方法、及びこれらを含有する照明装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、高輝度で、駆動電圧と発光効率及び消費電力に優れ、色温度を幅広く変化させることができる有機エレクトロルミネッセンス素子とその駆動方法及び照明装置を提供する。この有機エレクトロルミネッセンス素子は、有機エレクトロルミネッセンス素子の発光を制御する制御機構を有する有機エレクトロルミネッセンス素子において、下記に示す１）から４）で規定する全ての要件を満足することを特徴とする。１）輝度が高くなるに従って、色温度が高くなる、２）発光層ユニットが発光波長の異なる２層以上の発光層から構成、３）最も陽極側の発光層の発光波長が最も短波長で、最も陰極側の発光層の発光波長が最も長波長、４）Δ色温度／Δ駆動電圧が３００〜３０００。

Description

本発明は、人が好ましく感じる輝度と色温度の関係を満足し、かつ駆動電圧が低く、高輝度が得られる有機エレクトロルミネッセンス素子とその駆動方法及びこれらを有する照明装置に関するものである。

有機エレクトロルミネッセンス素子を利用した照明装置は、その実用化の期待が近年ますます高まっている。照明装置に求められる重要な特性の１つに、Ｋｒｕｉｔｈｏｆのカーブを満足することが知られている（例えば、非特許文献１参照。）。この領域は人間の本能に基づき多くの人が好ましく感じる領域であり、この特性を有機エレクトロルミネッセンス素子の性能に変換すると、輝度が高いほど色温度が高く、しかもこの相関を任意に制御できることになる。一方、白色パネルにおいて、色度を変化させる技術が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。尚、色度は色温度に変換できるので、この特許文献１に記載されている方法では、発光色を幅広い色温度に制御できることを意味する。発光層を陽極側から青色、橙色の順番に積層し、パルス駆動を併用して発光させる方法である。しかしながら、実施例に記載されている具体的な方法では、発光効率や輝度の記載が一切無いので、Ｋｒｕｉｔｈｏｆのカーブを満足するものであるか示唆すらできない。しかも、蛍光性発光材料を利用しており、駆動電圧が高く低発光効率なので実用化には不十分である。更に、同様な発光層の積層順が知られている（例えば、特許文献２参照。）。特許文献２に記載されている方法も、蛍光性発光材料を用いる方法であり、低発光効率の問題を抱え、しかも目的効果がデバイスの保存時における色温度変化を抑制することであり、本発明とは目的効果が大きく異なる。また、無機発光材料を利用したＬＥＤにおいて、色温度を改善する方法が開示されている（例えば、特許文献３及び４参照。）。

これら提案されているいずれの方法も、青色発光ダイオードを利用する技術であり、前者は輝度と色温度のばらつきを改善するものであり、本発明と目的効果が異なり、後者は色温度を黒体輻射上で変化させる方法である。これらは、いずれも点光源であり、面光源である有機エレクトロルミネッセンスデバイスに対して、輝度のばらつきが大きいことが問題になる。

従って、低駆動電圧かつ高効率にて、人が好ましく感じる輝度と色温度の関係を実現する技術が、未だ実現できていないのが現状である。

特開２０００−２４３５６３号公報 特開２００８−８５３６３号公報 特開２００２−１３４２８４号公報 特開２００１−３２００９４号公報

３０ 医療福祉研究 第２号 ２００６

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、その目的は、人が好ましく感じる輝度と色温度の関係を満足し、かつ駆動電圧が低く、高輝度が得られる有機エレクトロルミネッセンス素子その駆動方法及びこれらを有する照明装置を提供することにある。

本発明の上記目的は、以下の構成により達成される。

１．有機エレクトロルミネッセンス素子の発光を制御する制御機構を有する有機エレクトロルミネッセンス素子において、下記に示す１）から４）で規定する全ての要件を満足す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。

１）通電量の制御によって、輝度が高くなるに従って、色温度が高くなる特性を有すること、
２）発光層ユニットが、発光波長の異なる２層以上の発光層から構成されること、
３）最も陽極側の発光層の発光波長が最も短波長で、最も陰極側の発光層の発光波長が最も長波長であること、
４）有機エレクトロルミネッセンス素子のΔ色温度／Δ駆動電圧が、３００以上、３，０００以下であること、
２．下記に示す５）から７）で規定する全ての要件を満足することを特徴とする前記１に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。

５）有機エレクトロルミネッセンス素子が、基板上に少なくとも陽極、正孔輸送層、発光層ユニット、電子輸送層、陰極を有すること、
６）有機エレクトロルミネッセンス素子の色温度が、２，０００Ｋ以上、１３，０００Ｋ以下の範囲であること、
７）すべての発光層が、リン光発光型金属錯体ドーパントを含有すること。

３．前記発光層ユニットが、４３０〜４８０ｎｍに最大ピーク波長を有するリン光発光型金属錯体ドーパントＡ、５００〜５４０ｎｍに最大ピーク波長を有するリン光発光型金属錯体ドーパントＢ、５４１〜５６０ｎｍに最大ピーク波長を有するリン光発光型金属錯体ドーパントＣ及び５８０〜６４０ｎｍに最大ピーク波長を有するリン光発光型金属錯体ドーパントＤから選ばれる少なくとも２種を含有することを特徴とする前記２に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。

４．前記２層以上の発光層から構成される発光層ユニットは、最も陽極側の発光層が最大発光ピーク波長４３０〜４８０ｎｍの青色リン光発光型金属錯体ドーパントを含有し、最も陰極側の発光層が、最大発光ピーク波長が５００〜６４０ｎｍの範囲内にある２種以上のリン光発光型ドーパントを含有することを特徴とする前記１から３のいずれか１項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。

５．前記青色リン光発光型金属錯体ドーパントが、下記一般式（ＢＤ１）で示される化合物であることを特徴とする前記４に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。

〔式中、Ｒ_１は置換基を表す。Ｚは５から７員環を形成するのに必要な非金属原子群を表す。ｎ１は０から５の整数を表す。Ｂ_１からＢ_５は、各々炭素原子、窒素原子、酸素原子または硫黄原子を表し、少なくとも一つは窒素原子を表す。Ｍ_１は元素周期表における８族から１０族の金属を表す。Ｘ_１およびＸ_２は、各々炭素原子、窒素原子または酸素原子を表し、Ｌ_１はＸ_１およびＸ_２とともに２座の配位子を形成する原子群を表す。ｍ１は１、２または３を表し、ｍ２は０、１または２を表し、ｍ１＋ｍ２は２または３である。〕
６．前記２層以上の発光層から構成される発光層ユニットは、共通の発光ホスト化合物を含有することを特徴とする前記１から５のいずれか１項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。

７．前記２層以上の発光層から構成される発光層ユニットの少なくとも１層は、異なる２種以上のリン光発光型金属錯体ドーパントを含有することを特徴とする前記１から６のいずれか１項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。

８．前記１から７のいずれか１項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子を間欠的にＯＮ／ＯＦＦするパルスにより駆動する有機エレクトロルミネッセンス素子の駆動方法であって、該パルスの振幅と幅の双方を可変、制御する機能を有す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の駆動方法。

９．前記駆動するパルスの周波数が、６０Ｈｚ以上であることを特徴とする前記８に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子の駆動方法。

１０．前記１から７のいずれか１項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子を有することを特徴とする照明装置。

１１．前記８または９の有機エレクトロルミネッセンス素子の駆動方法により発光駆動させることを特徴とする照明装置。

本発明により、高輝度が実現され、駆動電圧と発光効率が改善され消費電力に優れ、かつ色温度を幅広く変化させることができる点が改善された有機エレクトロルミネッセンス素子とその駆動方法及びそれを用いた照明装置を提供することができる。

本発明の有機エレクトロルミネッセンス素子の駆動方法における駆動パルスの振幅（通電量）とパルス幅（通電時間）パターンの一例を示す図である。 輝度と色温度の関係を示す図である。 本発明の有機エレクトロルミネッセンス素子を用いた照明装置の一例を示す概略断面図である。

以下、本発明を実施するための形態について詳細に説明する。

本発明者は、上記課題に鑑み鋭意検討を行った結果、有機エレクトロルミネッセンス素子の発光を制御する制御機構を有する有機エレクトロルミネッセンス素子において、下記に示す１）から４）で規定する全ての要件を満足す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により、高輝度ほど色温度が高くなる特性を備え、低駆動電圧にて、高輝度でかつ発光効率が高い有機エレクトロルミネッセンス素子を提供でき、更に本発明の駆動方法により、任意の輝度において所望の色温度に調整することが可能になることを見出し、本発明に至った次第である。

１）通電量の制御によって、輝度が高くなるに従って、色温度が高くなる特性を有すること、
２）発光層ユニットが、発光波長の異なる２層以上の発光層から構成されること、
３）最も陽極側の発光層の発光波長が最も短波長で、最も陰極側の発光層の発光波長が最も長波長であること、
４）有機エレクトロルミネッセンス素子のΔ色温度／Δ駆動電圧が、３００以上、３，０００以下であること。

すなわち、本発明の有機エレクトロルミネッセンス素子（以下、「有機ＥＬ素子」ともいう。）は、発光層ユニットの積層順は最も陽極側の発光層の発光波長が最も短波で、最も陰極側の発光層の発光波長が最も長波であり、駆動電圧に対する色温度の変化巾が３００から３，０００であることを特徴とする。

以下、本発明の有機ＥＬ素子とその構成要素の詳細について説明をする。

《発光特性》
本発明の実施形態に従えば、照度が高いほど色温度が高くなる特性を備えた有機エレクトロルミネッセンス素子を提供することができる。すなわち、輝度が高いほど色温度が高くなる特性を備えていることが特徴である。この色温度の範囲は２，０００Ｋから１３，０００Ｋである。蝋燭、マッチ、朝日や夕日は約２，０００Ｋ、白熱灯は約２，８００Ｋ、白色蛍光灯は約４，２００Ｋ、そして晴天の日の正午の太陽光は約６，５００Ｋと言われている。

なお、太陽光は大気中で短波光が吸収されているので、６，５００Ｋは白ではなくやや黄色に感じられる。したがって、より高い色温度の光は、より白或いはやや青色に感じられ、最も色温度が高い具体例として晴天の日の青空を挙げることができ、１０，０００Ｋを超える。即ち、本発明においては、色温度の上限において実用性が高いと言える。

本発明の有機ＥＬ素子においては、Δ色温度／Δ駆動電圧が、３００以上、３，０００以下であることを特徴の１つとする。

すなわち、本発明の有機ＥＬ素子は、駆動電圧を低くすることができるので、従来知られている有機層構成よりも小さな駆動電圧の変化で、大きく色温度を変化させることができる。この特徴は、Ｋｒｕｉｔｈｏｆのカーブの中で、人間が好ましく感じる領域を幅広く満足するために重要な特性である。

更には、駆動電圧を変化させるだけで、各人の好みに合った輝度と色温度に調整することが可能である。本発明の有機ＥＬ素子では、最低色温度Ｋｌ、最高色温度Ｋｈ、及び各々を発光させるために必要な駆動電圧Ｖｌ及びＶｈとしたとき、下式（１）に従って可変の容易性Ｘを示すことにする。

式（１）
Ｘ＝（Ｋｈ−Ｋｌ）／（Ｖｈ−Ｖｌ）
例えば、前述の特許文献１（特開２０００−２４３５６３号公報）に記載の実施例について、式（１）に従って計算すると、Ｘは約２５０になる。これでは色度を変化できる巾が小さく、輝度と色温度の関係を幅広く制御することは困難である。本発明の有機ＥＬ素子では、本発明に係る有機層の設計、及び本発明の駆動方法に係るパルス駆動の条件を最適化することにより、上記式（１）に従って計算した可変の容易性Ｘを、３００以上、３，０００以下の範囲に制御することができる。例えば、可変の容易性Ｘが３，０００以上では、僅かな電圧変動に対して色度が変化しやすくなり、色温度制御が不安定になる。したがって、本発明の有機ＥＬ素子においては、上記範囲とすることにより、任意の輝度において所望の色温度を安定に制御することができる。

《有機エレクトロルミネッセンス素子の構成》
本発明の有機エレクトロルミネッセンス素子は、支持基板（基板）、電極、種々の機能を有する有機層等の構成要素によって構成される。好ましい構成の具体例を以下に示すが、本発明はこれらに限定されない。

（Ｉ）陽極／正孔輸送層／発光層ユニット／正孔阻止層／電子輸送層／陰極
（II）陽極／正孔輸送層／発光層ユニット／正孔阻止層／電子輸送層／陰極バッファー層／陰極
（III）陽極／陽極バッファー層／正孔輸送層／発光層ユニット／正孔阻止層／電子輸送層／陰極
（IV）陽極／陽極バッファー層／正孔輸送層／発光層ユニット／正孔阻止層／電子輸送層／陰極バッファー層／陰極
また、発光層ユニット層と正孔輸送層の間に電子阻止層を設けると、陽極側に漏れる電子を発光層ユニット内にとどめることができるので、発光効率が高まることがある。

なお、上記の正孔輸送層、電子阻止層、正孔阻止層、電子輸送層及び下記中間層を総称して「キャリア制御層」という。また、「キャリア」とは電子及び正孔をいい、「キャリア輸送層」は、キャリア輸送材料からなる層であるが、ｐ型又はｎ型半導体層から構成されることが好ましい。ここでいう「ｐ型又はｎ型半導体層」とは、各々電子受容性化合物又は電子供与性化合物を含有し半導電性を示す有機層をいう。

また、「発光層ユニット」とは、２層以上の発光層を有する構成単位であって、最も陽極側の発光層から最も陰極側の発光層まで積層された有機積層体を指す。すなわち、各発光層は、異なる発光色の発光性化合物を含有する有機層からなる。なお、当該ユニットは、各発光層間に非発光性の中間層を有していても構わない。

当該発光層ユニットの代表例を以下に例示するが、これらの例に限定されない。

（ｉ）発光層−１／発光層−２
（ii）発光層−１／中間層／発光層−２
（iii）発光層−１／正孔阻止層／発光層−２
（iv）発光層−１／電子阻止層／発光層−２
（ｖ）発光層−１／発光層−２／発光層−３
（vi）発光層−１／中間層／発光層−２／中間層／発光層−３
（vii）発光層−１／中間層／発光層−２／正孔阻止層／発光層−３
（viii）発光層−１／電子阻止層／発光層−２／中間層／発光層−３
《発光層ユニット》
本発明に係る発光層ユニットは、上記のように複数の発光層を有する構成単位である。また、本発明に係る発光層は、電極、電子輸送層、又は正孔輸送層から注入されてくる電子及び正孔が再結合して発光する層であり、発光する部分は発光層の層内であっても発光層と隣接層との界面であってもよい。

本発明に係る発光層ユニットは、発光色が異なる少なくとも２層以上の発光層から構成されるが、この構成は、白色を得る場合には必須の構成となる。本発明では、最も陽極側に配置する発光層の発光色が最も短波の発光色であって、最も陰極側に配置する発光層の発光色が最も長波となる。この積層順とすることにより、本発明で規定する色温度と輝度の最適の関係を実現することができる。特に、上記（ｉ）、（ｖ）に示した発光層の積層順とした場合に、極めて有効となる。これは、発光層間にキャリアの移動を大きく変化させる有機層がないからである。

本発明にて選択する異なる発光色とは、具体的には、下記の４区分からなる波長域の中から少なくとも２つ波長域の組み合わせとなる。（１）４３０〜４８０ｎｍ、（２）５００〜５４０ｎｍ、（３）５４１〜５６０ｎｍ、（４）５８０〜６４０ｎｍ
特に好ましくは、上記波長域の（１）と（４）の組み合わせであって、更に（１）または（４）の波長を発光する発光層のいずれか一方に、異なる燐光性発光ドーパントが含有されることが好ましい。これは、取り出される発光色を調整しやすくするためであり、更には発光効率が高まる場合があるからである。

また、本発明に係る発光層の少なくとも１層には、発光色が異なる燐光性発光ドーパントを含有することが、発光効率が高めることができる観点から極めて好ましい。短波の発光色を発光するドーパント内で、励起されたエネルギーが消失される時に発生する光エネルギーが、より長波の発光色を発光するドーパントに遷移される。したがって、短波のドーパントを励起するために必要な通電量で、より長波の光を発光させることができる。特に、上記波長域の（２）または（３）の光を発光するドーパントと（４）の光を発光するドーパントの組み合わせが有効である。

次に、発光層に含まれるホスト化合物及び発光性ドーパント（以下、「発光ドーパント」、「発光性ドーパント化合物」ともいう。）について説明する。

〔ホスト化合物〕
本発明に係る有機ＥＬ素子の発光層に含まれるホスト化合物とは、その化合物上のキャリアの再結合によって生成した励起子のエネルギーを、発光性化合物（発光性ドーパント：ゲスト化合物）に移動し、その結果、当該発光性化合物を発光させる化合物、及び当該ホスト化合物上のキャリアを発光性化合物にトラップさせ、当該発光性化合物上で励起子を生成させ、その結果、当該発光性化合物を発光させる化合物をいう。したがって、ホスト化合物自体の発光能は低い程好ましい。例えば、室温（２５℃）におけるリン光発光のリン光量子収率が、０．１未満、好ましくは０．０１未満である化合物である。また、発光層に含有される化合物の中で、そのホスト化合物の比率は２０質量％以上であることが好ましい。

ホスト化合物としては、公知のホスト化合物を単独で用いてもよく、または複数種併用して用いてもよい。ホスト化合物を複数種用いることで、電荷の移動を調整することが可能であり、有機ＥＬ素子を高効率化することができる。また、後述する発光性ドーパントとして用いられるリン光性化合物等を複数種用いることで、異なる発光を混ぜることが可能となり、これにより任意の発光色を得ることができる。リン光性化合物の種類、ドープ量を調整することが可能であり、照明、バックライトへの応用もできる。

本発明に係るホスト化合物としては、下記一般式（Ｈ１）で表される化合物が、好ましく用いられる化合物の一例として挙げられる。また、一般式（Ｈ１）で表される化合物は発光層の隣接層（例えば、正孔阻止層等）にも好ましく用いられる。

上記一般式（Ｈ１）において、Ｚ_１は置換基を有していてもよい芳香族複素環を表し、Ｚ_２は、各々置換基を有していてもよい芳香族複素環または芳香族炭化水素環を表し、Ｚ_３は２価の連結基または単なる結合手を表す。Ｒ_１０１は水素原子または置換基を表す。

また、本発明に用いられるホスト化合物としては、従来公知の低分子化合物でも、繰り返し単位をもつ高分子化合物でもよく、ビニル基やエポキシ基のような重合性基を有する低分子化合物（蒸着重合性発光ホスト）でもいい。公知のホスト化合物としては、正孔輸送能、電子輸送能を有しつつ、且つ発光の長波長化を防ぎ、なお且つ高Ｔｇ（ガラス転移温度）である化合物が好ましい。公知のホスト化合物の具体例としては、以下の文献に記載されている化合物が挙げられる。例えば、特開２００１−２５７０７６号公報、同２００２−３０８８５５号公報、同２００１−３１３１７９号公報、同２００２−３１９４９１号公報、同２００１−３５７９７７号公報、同２００２−３３４７８６号公報、同２００２−８８６０号公報、同２００２−３３４７８７号公報、同２００２−１５８７１号公報、同２００２−３３４７８８号公報、同２００２−４３０５６号公報、同２００２−３３４７８９号公報、同２００２−７５６４５号公報、同２００２−３３８５７９号公報、同２００２−１０５４４５号公報、同２００２−３４３５６８号公報、同２００２−１４１１７３号公報、同２００２−３５２９５７号公報、同２００２−２０３６８３号公報、同２００２−３６３２２７号公報、同２００２−２３１４５３号公報、同２００３−３１６５号公報、同２００２−２３４８８８号公報、同２００３−２７０４８号公報、同２００２−２５５９３４号公報、同２００２−２６０８６１号公報、同２００２−２８０１８３号公報、同２００２−２９９０６０号公報、同２００２−３０２５１６号公報、同２００２−３０５０８３号公報、同２００２−３０５０８４号公報、同２００２−３０８８３７号公報等が挙げられる。

なお、本発明においては、ホスト化合物の５０質量％以上が、リン光発光エネルギーが２．９ｅＶ以上であり、且つ、ガラス転移温度（Ｔｇ）が、９０℃以上の化合物が好ましく、更に好ましくは、１００℃以上の化合物である。また、有機ＥＬ素子の保存性向上（耐久性向上ともいう）、発光層界面での化合物の分布のむらを低減させる観点から、発光層ユニットを構成する全ての発光層において、ホスト化合物の物理化学的特性が、同一または分子構造が同一であることが好ましい。

（ガラス転移温度：Ｔｇ）
本発明の有機エレクトロルミネセンス素子を構成する各層の有機化合物は、１００℃以上のガラス転移温度（Ｔｇ）を有する材料を、各々の層の少なくとも８０質量％以上含有することが好ましい。

本発明でいうガラス転移温度（Ｔｇ）とは、ＤＳＣ（Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｃｏｌｏｒｉｍｅｔｒｙ：示差走査熱量法）を用いて、ＪＩＳ−Ｋ−７１２１に準拠した方法により求められる値である。上記のような同一の物理的特性を有するホスト化合物を用いること、更に好ましくは、同一の分子構造を有するホスト化合物を用いることにより、有機ＥＬ素子の有機化合物層（有機層ともいう）全体に渡って均質な膜性状が得られ、更にまた、ホスト化合物のリン光発光エネルギーを２．９ｅＶ以上になるように調整することが、ドーパントからのエネルギー移動を効率的に抑制し、高輝度を得ることが出来る。

（リン光発光エネルギー）
本発明でいうリン光発光エネルギーとは、ホスト化合物を支持基板（単に基板でもよい。）上に１００ｎｍの蒸着膜のフォトルミネッセンスを測定した時、得られるリン光発光スペクトルの０−０遷移バンドのピークエネルギーをいう。

〈リン光発光の０−０遷移バンドの測定方法〉
まず、リン光スペクトルの測定方法について説明する。

測定するホスト化合物を、十分に脱酸素したエタノール／メタノール＝４／１（体積比）の混合溶媒に溶かし、リン光測定用セルに入れた後、液体窒素温度７７°Ｋで励起光を照射し、励起光照射後１００ｍｓでの発光スペクトルを測定する。リン光は蛍光に比べ発光寿命が長いため、１００ｍｓ後に残存する光はほぼリン光であると考えることができる。なお、リン光寿命が１００ｍｓより短い化合物に対しては遅延時間を短くして測定しても構わないが、蛍光と区別できなくなるほど遅延時間を短く設定するとリン光と蛍光が分離できないので問題となるため、その分離が可能な最適の遅延時間を選択する必要がある。また、上記溶媒系で溶解できない化合物については、その化合物を溶解しうる任意の溶媒を使用してもよい。この場合、実質上、上記測定法ではリン光波長の溶媒効果はごくわずかなので問題はない。次に、０−０遷移バンドの求め方であるが、本発明においては、上記測定法で得られたリン光スペクトルチャートのなかで発光極大波長をもって０−０遷移バンドと定義する。リン光スペクトルは、通常、強度が弱いことが多いため、拡大するとノイズとピークの判別が難しくなるケースがある。このような場合には、励起光照射中の発光スペクトル（便宜上、これを定常光スペクトルと言う）を拡大し、励起光照射後１００ｍｓ後の発光スペクトル（便宜上、これをリン光スペクトルと言う）と重ねあわせリン光スペクトルに由来する定常光スペクトル部分からリン光スペクトルのピーク波長を読みとることで決定することができる。また、リン光スペクトルをスムージング処理することで、ノイズとピークを分離してピーク波長を読みとることもできる。なお、スムージング処理としては、Ｓａｖｉｔｚｋｙ＆Ｇｏｌａｙの平滑化法等を適用することができる。

〔発光性ドーパント〕
本発明に係る発光性ドーパントとしては、蛍光性化合物、リン光性化合物（以下、「リン光発光性化合物」、「リン光発光体」、「リン光性ドーパント」ともいう）を用いることが出来るが、より発光効率の高い有機ＥＬ素子を得る観点からは、本発明の有機ＥＬ素子の発光層や発光ユニットに使用される発光性ドーパント（単に、「発光材料」ということもある）としては、上記のホスト化合物を含有すると同時に、少なくとも１種のリン光発光体を含有することが好ましい。なお、蛍光発光体を併用する場合は、青色を選択することが好ましい。

（リン光性化合物：リン光発光体）
本発明に係るリン光性化合物は、励起三重項からの発光が観測される化合物であり、具体的には、室温（２５℃）にてリン光発光する化合物であり、リン光量子収率が、２５℃において０．０１以上の化合物であると定義されるが、好ましいリン光量子収率は０．１以上である。

上記リン光量子収率は、第４版実験化学講座７の分光IIの３９８頁（１９９２年版、丸善）に記載の方法により測定できる。溶液中でのリン光量子収率は、種々の溶媒を用いて測定できるが、本発明に係るリン光発光体は、任意の溶媒のいずれかにおいて上記リン光量子収率（０．０１以上）が達成されればよい。リン光発光体の発光の原理としては２種挙げられ、一つはキャリアが輸送されるホスト化合物上でキャリアの再結合が起こってホスト化合物の励起状態が生成し、このエネルギーをリン光発光体に移動させることでリン光発光体からの発光を得るというエネルギー移動型、もう一つはリン光発光体がキャリアトラップとなり、リン光発光体上でキャリアの再結合が起こりリン光発光体からの発光が得られるというキャリアトラップ型であるが、いずれの場合においても、リン光発光体の励起状態のエネルギーは、ホスト化合物の励起状態のエネルギーよりも低いことが条件である。

リン発光体は、有機ＥＬ素子の発光層に使用される公知のものの中から適宜選択して用いることができる。本発明に係るリン光発光体としては、好ましくは元素の周期表で８族〜１０族の金属を含有する錯体系化合物であり、更に好ましくはイリジウム化合物、オスミウム化合物、白金化合物（白金錯体系化合物）または希土類錯体であり、中でも最も好ましいのは、イリジウム化合物である。本発明では、特に、赤色はイリジウム化合物から選択されることが好ましい。これらの化合物は、例えば、Ｉｎｏｒｇ．Ｃｈｅｍ．４０巻、１７０４〜１７１１に記載の方法等により合成できる。

本発明において、リン光性化合物（リン光発光体）のうち、好ましく用いられる青色発光性化合物（ドーパント）としては、下記一般式（ＢＤ１）で表される化合物が好ましい。

上記一般式（ＢＤ１）において、Ｒ_１は置換基を表す。Ｚは５〜７員環を形成するのに必要な非金属原子群を表す。ｎ１は０〜５の整数を表す。Ｂ_１〜Ｂ_５は、各々炭素原子、窒素原子、酸素原子または硫黄原子を表し、少なくとも一つは窒素原子を表す。Ｍ_１は元素周期表における８族〜１０族の金属を表す。Ｘ_１およびＸ_２は、各々炭素原子、窒素原子または酸素原子を表し、Ｌ_１はＸ_１およびＸ_２とともに２座の配位子を形成する原子群を表す。ｍ１は１、２または３を表し、ｍ２は０、１または２を表すが、ｍ１＋ｍ２は２または３である。

一般式（ＢＤ１）で表されるリン光性化合物において、ＨＯＭＯ準位が−５．１５〜−３．５０ｅＶかつＬＵＭＯ準位が−１．２５〜＋１．００ｅＶの範囲にある化合物が好ましい。特に、ＨＯＭＯ準位が−４．８０〜−３．５０ｅＶであり、かつＬＵＭＯ準位が−０．８０〜＋１．００ｅＶである化合物が好ましい。

一般式（ＢＤ１）で表されるリン光性化合物において、Ｒ_１で表される置換基としては、例えば、アルキル基（例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ｔｅｒｔ−ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、オクチル基、ドデシル基、トリデシル基、テトラデシル基、ペンタデシル基等）、シクロアルキル基（例えば、シクロペンチル基、シクロヘキシル基等）、アルケニル基（例えば、ビニル基、アリル基等）、アルキニル基（例えば、エチニル基、プロパルギル基等）、芳香族炭化水素環基（芳香族炭素環基、アリール基等ともいい、例えば、フェニル基、ｐ−クロロフェニル基、メシチル基、トリル基、キシリル基、ナフチル基、アントリル基、アズレニル基、アセナフテニル基、フルオレニル基、フェナントリル基、インデニル基、ピレニル基、ビフェニリル基等）、芳香族複素環基（例えば、ピリジル基、ピリミジニル基、フリル基、ピロリル基、イミダゾリル基、ベンゾイミダゾリル基、ピラゾリル基、ピラジニル基、トリアゾリル基（例えば、１，２，４−トリアゾール−１−イル基、１，２，３−トリアゾール−１−イル基等）、オキサゾリル基、ベンゾオキサゾリル基、チアゾリル基、イソオキサゾリル基、イソチアゾリル基、フラザニル基、チエニル基、キノリル基、ベンゾフリル基、ジベンゾフリル基、ベンゾチエニル基、ジベンゾチエニル基、インドリル基、カルバゾリル基、カルボリニル基、ジアザカルバゾリル基（前記カルボリニル基のカルボリン環を構成する炭素原子の一つが窒素原子で置き換わったものを示す）、キノキサリニル基、ピリダジニル基、トリアジニル基、キナゾリニル基、フタラジニル基等）、複素環基（例えば、ピロリジル基、イミダゾリジル基、モルホリル基、オキサゾリジル基等）、アルコキシ基（例えば、メトキシ基、エトキシ基、プロピルオキシ基、ペンチルオキシ基、ヘキシルオキシ基、オクチルオキシ基、ドデシルオキシ基等）、シクロアルコキシ基（例えば、シクロペンチルオキシ基、シクロヘキシルオキシ基等）、アリールオキシ基（例えば、フェノキシ基、ナフチルオキシ基等）、アルキルチオ基（例えば、メチルチオ基、エチルチオ基、プロピルチオ基、ペンチルチオ基、ヘキシルチオ基、オクチルチオ基、ドデシルチオ基等）、シクロアルキルチオ基（例えば、シクロペンチルチオ基、シクロヘキシルチオ基等）、アリールチオ基（例えば、フェニルチオ基、ナフチルチオ基等）、アルコキシカルボニル基（例えば、メチルオキシカルボニル基、エチルオキシカルボニル基、ブチルオキシカルボニル基、オクチルオキシカルボニル基、ドデシルオキシカルボニル基等）、アリールオキシカルボニル基（例えば、フェニルオキシカルボニル基、ナフチルオキシカルボニル基等）、スルファモイル基（例えば、アミノスルホニル基、メチルアミノスルホニル基、ジメチルアミノスルホニル基、ブチルアミノスルホニル基、ヘキシルアミノスルホニル基、シクロヘキシルアミノスルホニル基、オクチルアミノスルホニル基、ドデシルアミノスルホニル基、フェニルアミノスルホニル基、ナフチルアミノスルホニル基、２−ピリジルアミノスルホニル基等）、アシル基（例えば、アセチル基、エチルカルボニル基、プロピルカルボニル基、ペンチルカルボニル基、シクロヘキシルカルボニル基、オクチルカルボニル基、２−エチルヘキシルカルボニル基、ドデシルカルボニル基、フェニルカルボニル基、ナフチルカルボニル基、ピリジルカルボニル基等）、アシルオキシ基（例えば、アセチルオキシ基、エチルカルボニルオキシ基、ブチルカルボニルオキシ基、オクチルカルボニルオキシ基、ドデシルカルボニルオキシ基、フェニルカルボニルオキシ基等）、アミド基（例えば、メチルカルボニルアミノ基、エチルカルボニルアミノ基、ジメチルカルボニルアミノ基、プロピルカルボニルアミノ基、ペンチルカルボニルアミノ基、シクロヘキシルカルボニルアミノ基、２−エチルヘキシルカルボニルアミノ基、オクチルカルボニルアミノ基、ドデシルカルボニルアミノ基、フェニルカルボニルアミノ基、ナフチルカルボニルアミノ基等）、カルバモイル基（例えば、アミノカルボニル基、メチルアミノカルボニル基、ジメチルアミノカルボニル基、プロピルアミノカルボニル基、ペンチルアミノカルボニル基、シクロヘキシルアミノカルボニル基、オクチルアミノカルボニル基、２−エチルヘキシルアミノカルボニル基、ドデシルアミノカルボニル基、フェニルアミノカルボニル基、ナフチルアミノカルボニル基、２−ピリジルアミノカルボニル基等）、ウレイド基（例えば、メチルウレイド基、エチルウレイド基、ペンチルウレイド基、シクロヘキシルウレイド基、オクチルウレイド基、ドデシルウレイド基、フェニルウレイド基ナフチルウレイド基、２−ピリジルアミノウレイド基等）、スルフィニル基（例えば、メチルスルフィニル基、エチルスルフィニル基、ブチルスルフィニル基、シクロヘキシルスルフィニル基、２−エチルヘキシルスルフィニル基、ドデシルスルフィニル基、フェニルスルフィニル基、ナフチルスルフィニル基、２−ピリジルスルフィニル基等）、アルキルスルホニル基（例えば、メチルスルホニル基、エチルスルホニル基、ブチルスルホニル基、シクロヘキシルスルホニル基、２−エチルヘキシルスルホニル基、ドデシルスルホニル基等）、アリールスルホニル基またはヘテロアリールスルホニル基（例えば、フェニルスルホニル基、ナフチルスルホニル基、２−ピリジルスルホニル基等）、アミノ基（例えば、アミノ基、エチルアミノ基、ジメチルアミノ基、ブチルアミノ基、シクロペンチルアミノ基、２−エチルヘキシルアミノ基、ドデシルアミノ基、アニリノ基、ナフチルアミノ基、２−ピリジルアミノ基等）、シアノ基、ニトロ基、ヒドロキシ基、メルカプト基、シリル基（例えば、トリメチルシリル基、トリイソプロピルシリル基、トリフェニルシリル基、フェニルジエチルシリル基等）等が挙げられる。これらの置換基のうち、好ましいものはアルキル基もしくはアリール基である。

Ｚは５〜７員環を形成するのに必要な非金属原子群を表す。Ｚにより形成される５〜７員環としては、例えば、ベンゼン環、ナフタレン環、ピリジン環、ピリミジン環、ピロール環、チオフェン環、ピラゾール環、イミダゾール環、オキサゾール環及びチアゾール環等が挙げられる。これらのうちで好ましいものは、ベンゼン環である。

Ｂ_１〜Ｂ_５は各々炭素原子、窒素原子、酸素原子または硫黄原子を表し、少なくとも一つは窒素原子を表す。これら５つの原子により形成される芳香族含窒素複素環としては単環が好ましい。例えば、ピロール環、ピラゾール環、イミダゾール環、トリアゾール環、テトラゾール環、オキサゾール環、イソオキサゾール環、チアゾール環、イソチアゾール環、オキサジアゾール環及びチアジアゾー環ル等が挙げられる。これらのうちで好ましいものは、ピラゾール環、イミダゾール環であり、さらに好ましくはイミダゾール環である。これらの環は上記の置換基によって更に置換されていてもよい。置換基として好ましいものはアルキル基およびアリール基である。置換基として好ましいものはアルキル基およびアリール基であり、さらに好ましくは、アリール基である。

Ｌ_１は、Ｘ_１、Ｘ_２と共に２座の配位子を形成する原子群を表す。Ｘ_１−Ｌ_１−Ｘ_２で表される２座の配位子の具体例としては、例えば、置換または無置換のフェニルピリジン、フェニルピラゾール、フェニルイミダゾール、フェニルトリアゾール、フェニルテトラゾール、ピラザボル、ピコリン酸及びアセチルアセトン等が挙げられる。これらの基は上記の置換基によって更に置換されていてもよい。

ｍ１は１、２または３を表し、ｍ２は０、１または２を表すが、ｍ１＋ｍ２は２または３である。中でも、ｍ２が０である場合が好ましい。

Ｍ_１で表される金属としては、元素周期表の８族〜１０族の遷移金属元素（単に遷移金属ともいう）が用いられるが、中でも、イリジウム、白金が好ましく、さらに好ましくはイリジウムである。なお一般式（ＢＤ１）で表されるリン光性化合物は、重合性基または反応性基を有していてもよい。

以下に、一般式（ＢＤ１）で表されるリン光性化合物の具体的な例を挙げるが、これらに限定されるものではない。

これらの金属錯体は、例えば、Ｏｒｇａｎｉｃ Ｌｅｔｔｅｒ誌、ｖｏｌ３、Ｎｏ．１６、２５７９〜２５８１頁（２００１）、Ｉｎｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ，第３０巻、第８号、１６８５〜１６８７頁（１９９１年）、Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．，１２３巻、４３０４頁（２００１年）、Ｉｎｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ，第４０巻、第７号、１７０４〜１７１１頁（２００１年）、Ｉｎｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ，第４１巻、第１２号、３０５５〜３０６６頁（２００２年）、Ｎｅｗ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ．，第２６巻、１１７１頁（２００２年）、Ｅｕｒｏｐｅａｎ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ，第４巻、６９５〜７０９頁（２００４年）、更にこれらの文献中に記載の参考文献等の方法を適用することにより合成できる。

リン光発光体として用いられる化合物のその他の具体例としては、特開２００４−３１１４１０号公報の段落（０１０６）〜（０１０９）に記載された化合物が挙げられる。

《非発光性の中間層》
本発明においては、キャリア制御層として、非発光性の中間層を設けることが好ましい。非発光性の中間層の層厚としては、１．０〜１５ｎｍの範囲にあるのが好ましく、更には３〜１０ｎｍの範囲にあることが、隣接発光層間のエネルギー移動など相互作用を抑制し、且つ、素子の電流電圧特性に大きな負荷を与えないという観点から好ましい。

この非発光性の中間層に用いられる材料としては、発光層のホスト化合物と同一でも異なっていてもよいが、隣接する２つの発光層の少なくとも一方の発光層のホスト材料と同一であることが好ましい。

非発光性の中間層は、各発光層と共通の化合物（例えば、ホスト化合物等）を含有していてもよい。各々共通のホスト材料（ここで、共通ホスト材料が用いられるとは、リン光発光エネルギー、ガラス転移温度等の物理化学的特性が同一である場合やホスト化合物の分子構造が同一である場合等を示す。）を含有することにより、発光層−非発光層間の層間の注入障壁が低減され、電圧（電流）を変化させても正孔と電子の注入バランスが保ちやすいという効果を得ることができる。また、電圧（電流）をかけたときの色ずれが改善されるという効果が得られる。

更に、上記のように、共通ホスト材料の最低励起三重項エネルギー準位Ｔ１が、リン光発光体の最低励起三重項エネルギー準位Ｔ２よりも高い励起三重項エネルギーを有する材料を用いることで、発光層の三重項励起子を効果的に発光層内に閉じ込めるので高効率な素子を得られる。

また、青・緑・赤の３色の有機ＥＬ素子においては、各々の発光材料にリン光発光体を用いる場合、青色のリン光発光体の励起３重項エネルギーが一番大きくなるが、前記青色のリン光発光体よりも大きい励起３重項エネルギーを有するホスト材料を、発光層と非発光性の中間層とが共通のホスト材料として含んでいてもよい。

本発明の有機ＥＬ素子においては、ホスト材料はキャリアの輸送を担うため、キャリア輸送能を有する材料が好ましい。キャリア輸送能を表す物性値としてキャリア移動度が用いられるが、有機材料のキャリア移動度は、一般的に電界強度に依存性が見られる。電界強度依存性の高い材料は、正孔と電子注入・輸送バランスを崩しやすい為、中間層材料、ホスト材料は、移動度の電界強度依存性の少ない材料を用いることが好ましい。また、一方では、正孔や電子の注入バランスを最適に調整するためには、非発光性の中間層は、阻止層、即ち正孔阻止層、電子阻止層として機能することも好ましい態様として挙げられる。

《有機ＥＬ素子の層構成》
白色の光を取り出すために、本発明の有機エレクトロルミネッセンス素子の構成層である発光層は、青色、緑色、黄色、赤色に発光する発光色から任意に選択され、白色光を取り出す。

本発明では、異なる発光色を発光するドーパントを同一層中に複数種含有させると、更に本発明の効果が得られる。好ましくは、選択された発光色のうち、発光波長が近い発光性化合物が同一層に含有される。これによって、長波の発光性化合物へのエネルギー遷移が高まり、発光効率が向上する。

一例を示すと、青色−緑色−赤色から構成される場合、青色−緑色、又は緑色−赤色の少なくとも一方が同一層に含有される。青色−緑色−黄色−赤色から構成される場合、青色−緑色、緑色−黄色、黄色−赤色の少なくとも一種が同一層に含有され、より長波の発光性化合物を含有する発光色が同一層に含まれる場合が好ましい。具体的には、黄色−赤色、緑色−黄色である。更に、発光色が異なる複数の発光性化合物を含有する発光層が複数であることが好ましい。エネルギー遷移が有利な構成が複数ある方がより有利となる。また、発光色の異なる複数の発光性化合物のうち、より長波光の発光性化合物の体積濃度が４％以下であることが好ましい。長波の発光性化合物ほどイオン化ポテンシャルが小さく、ＨＯＭＯのエネルギー準位が高い場合が多い。即ち、正孔を保持しやすく導電性が下がるため、含有率を低下することにより正孔保持が緩和され、導電性上有利となり、その結果、所望の輝度を得るための駆動電圧が低下し、消費電力が改善される。しかし、重要なのはＨＯＭＯのエネルギー準位と発光性化合物の構造である。例えば、本発明に係る一般式（ＢＤ１）で表される化合物のようなＨＯＭＯのエネルギー準位が高い青色発光性化合物を用いる場合は、この限りではない。ＨＯＭＯのエネルギー準位が高い発光性化合物を含む発光層は、発光層の中で最も陰極側に配置することが好ましい。

ＨＯＭＯのエネルギー準位が高い発光性化合物としては赤色発光性化合物である場合が多いが、例えば、白色となるために選択した発光色の中で、青色発光性化合物が最もＨＯＭＯのエネルギー準位が高い場合には、青色発光性化合物を含有する発光層を最も陰極側に配置することも可能であるが、本発明では最も発光波長が短い発光層が最も陽極に近く設置する。なお、同一発光層内に含有させる発光色が異なる発光性化合物は２種が好ましい。３種以上であると、蒸着条件のコントロールが困難になるからである。

（ｐ型半導体層、ｎ型半導体層）
本発明においては、ｐ型又はｎ型半導体層が好ましく用いられる。ここで、ｐ型又はｎ型半導体層とは、各々エレクトロンアクセプター、エレクトロンドナーを含有し、半導性を示す層をいう。

《エレクトロンアクセプター》
本発明でいうエレクトロンアクセプターとは、電子授与性化合物をいう。単体ではなく、ドーパントとしてホスト化合物と混合することにより有機層を形成することにより機能を発現させる。すなわち、エレクトロンアクセプターにより酸化されたホスト化合物がカチオンラジカル状態で存在することで、陽極側の層界面付近における正孔障壁が軽減され、正孔の供給密度が高まり、低電圧化効果が認められる。所謂、ｐ型半導体層を形成する。したがって、当該エレクトロンアクセプターは、正孔輸送層に含有されることが好ましい。なお、エレクトロンアクセプターを含有する層は発光層でも構わない。この場合、ドーパントとしては、エレクトロンアクセプターと発光性化合物を含有することとなる。発光種は蛍光でもリン光でも構わない。

《エレクトロンドナー》
本発明でいうエレクトロンドナーとは、電子供与性化合物をいう。単体ではなく、ドーパントとしてホスト化合物と混合することにより有機層を形成することにより機能を発現させる。すなわち、エレクトロンドナーにより還元されたホスト化合物がアニオンラジカル状態で存在することで、陰極側の層界面付近における電子障壁が軽減され、電子の供給密度が高まり、低電圧化効果が認められる。所謂、ｎ型半導体層を形成する。したがって、当該エレクトロンドナーは、電子輸送層に含有されることが好ましい。

なお、エレクトロンドナーを含有する層は、発光層であっても構わない。この場合、ドーパントとしては、エレクトロンドナーと発光性化合物を含有することとなる。発光種は蛍光でもリン光でも構わない。

《正孔輸送層》
正孔輸送層とは、正孔を輸送する機能を有する正孔輸送材料からなり、本発明では正孔注入層、電子阻止層も正孔輸送層に含まれる。正孔輸送層は単層または複数層設けることができる。

本発明においては、正孔輸送層は、所謂ｐ型半導体層であることが好ましい。低駆動電圧化に効果が認められ、キャリア（エレクトロン）アクセプターのドープにより、正孔密度を高め、高いＨＯＭＯ準位を形成しホッピング伝導による正孔移動度を高めているためと解釈されている。

従来、ドープされる不純物の濃度については、正孔輸送層中において一律な濃度の検討がなされてきた。しかしながら、不純物の濃度が一律ではなく、局所的に変化させると、従来の低駆動電圧化に加えて、発光効率の向上効果が得られる。特に、平均アクセプター濃度よりも局所的に高濃度領域を設けた場合に、顕著な効果が得られる。僅かではあるが、駆動電圧の上昇傾向が認められたが、電力効率としては有利である。理由は定かではないが、アクセプター濃度が局所的に高くなると、固定電子数が増え、電子障壁が高くなるために、発光層内における電子や励起子の封じ込めがなされていると推測される。本発明において、正孔輸送層は単層または複数層設けることができる。

正孔輸送材料としては、正孔の注入または輸送、電子の障壁性のいずれかを有するものであり、有機物、無機物のいずれであってもよい。例えば、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、ポリアリールアルカン誘導体、ピラゾリン誘導体及びピラゾロン誘導体、フェニレンジアミン誘導体、アリールアミン誘導体、アミノ置換カルコン誘導体、オキサゾール誘導体、スチリルアントラセン誘導体、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、シラザン誘導体、アニリン系共重合体、また導電性高分子オリゴマー、特にチオフェンオリゴマー等が挙げられる。正孔輸送材料としては上記のものを使用することができるが、ポルフィリン化合物、芳香族第３級アミン化合物及びスチリルアミン化合物、特に芳香族第３級アミン化合物を用いることが好ましい。芳香族第３級アミン化合物及びスチリルアミン化合物の代表例としては、Ｎ，Ｎ，Ｎ′，Ｎ′−テトラフェニル−４，４′−ジアミノフェニル；Ｎ，Ｎ′−ジフェニル−Ｎ，Ｎ′−ビス（３−メチルフェニル）−〔１，１′−ビフェニル〕−４，４′−ジアミン（ＴＰＤ）；２，２−ビス（４−ジ−ｐ−トリルアミノフェニル）プロパン；１，１−ビス（４−ジ−ｐ−トリルアミノフェニル）シクロヘキサン；Ｎ，Ｎ，Ｎ′，Ｎ′−テトラ−ｐ−トリル−４，４′−ジアミノビフェニル；１，１−ビス（４−ジ−ｐ−トリルアミノフェニル）−４−フェニルシクロヘキサン；ビス（４−ジメチルアミノ−２−メチルフェニル）フェニルメタン；ビス（４−ジ−ｐ−トリルアミノフェニル）フェニルメタン；Ｎ，Ｎ′−ジフェニル−Ｎ，Ｎ′−ジ（４−メトキシフェニル）−４，４′−ジアミノビフェニル；Ｎ，Ｎ，Ｎ′，Ｎ′−テトラフェニル−４，４′−ジアミノジフェニルエーテル；４，４′−ビス（ジフェニルアミノ）クオードリフェニル；Ｎ，Ｎ，Ｎ−トリ（ｐ−トリル）アミン；４−（ジ−ｐ−トリルアミノ）−４′−〔４−（ジ−ｐ−トリルアミノ）スチリル〕スチルベン；４−Ｎ，Ｎ−ジフェニルアミノ−（２−ジフェニルビニル）ベンゼン；３−メトキシ−４′−Ｎ，Ｎ−ジフェニルアミノスチルベンゼン；Ｎ−フェニルカルバゾール、更には、米国特許第５，０６１，５６９号明細書に記載されている２個の縮合芳香族環を分子内に有するもの、例えば、４，４′−ビス〔Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニルアミノ〕ビフェニル（ＮＰＤ）、特開平４−３０８６８８号公報に記載されているトリフェニルアミンユニットが３つスターバースト型に連結された４，４′，４″−トリス〔Ｎ−（３−メチルフェニル）−Ｎ−フェニルアミノ〕トリフェニルアミン（ＭＴＤＡＴＡ）等が挙げられる。更にこれらの材料を高分子鎖に導入した、またはこれらの材料を高分子の主鎖とした高分子材料を用いることもできる。また、ｐ型−Ｓｉ、ｐ型−ＳｉＣ等の無機化合物も使用することができる。

本発明において、キャリア（エレクトロン）アクセプター材料としては、既知の材料を使用できる。例えば、特開平１１−２５１０６７号公報、Ｊ．Ｈｕａｎｇ ｅｔ．ａｌ．著文献（Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ ８０（２００２）， ｐ．１３９）、特開平４−２９７０７６号公報、特開２０００−１９６１４０号公報、特開２００１−１０２１７５号公報、特開２００４−２８１３７１号公報、Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，９５，５７７３（２００４）等に記載されたものが挙げられる。また、特開２００６−４１０２０号公報に記載の一般式（１）〜（７）で表される化合物も好ましく用いられる。

上記正孔輸送材料やキャリア（エレクトロン）アクセプターは、例えば、真空蒸着法、スピンコート法、キャスト法、インクジェット法を含む印刷法、ＬＢ法等の公知の方法により、薄膜化することにより形成することができる。

材料の種類により特定はできないが、アクセプター含有平均体積濃度は０．１％〜３０％であり、少なくとも該平均濃度よりも３％以上濃度が異なる領域が存在する。最高濃度と最低濃度の差は１％〜３０％であるが、好ましくは１％〜２０％。更に好ましくは、１％〜１０％である。最高濃度領域の層厚比は１％〜５０％であり、更に好ましくは２％から４５％である。

層厚としては通常は１ｎｍ〜１μｍ程度、好ましくは５ｎｍ〜２００ｎｍである。本発明の正孔輸送層と陰極側に隣接する有機層界面から５ｎｍ以内では、キャリア（エレクトロン）アクセプターの濃度は導電性を損なわない範囲で低いほど、連続駆動寿命の観点から好ましい。

《電子輸送層》
電子輸送層とは、電子を輸送する機能を有する材料からなり、本発明では電子注入層、正孔阻止層も電子輸送層に含まれる。電子輸送層は単層または複数層設けることができる。

本発明においては、電子輸送層は所謂ｎ型半導体層であることが好ましい。駆動電圧に効果が認められ、キャリア（エレクトロン）ドナーのドープにより、電子密度を高め、高いＬＵＭＯ準位を形成しホッピング伝導による電子移動度を高めているためと解釈されている。

ドープされる不純物の濃度については、電子輸送層中において一律な濃度の検討のみがなされてきたが、不純物の濃度が一律ではなく、局所的に変化させると、従来の低駆動電圧化に加えて、発光効率の向上効果が認められる。特に、平均ドナー濃度よりも局所的に高濃度領域を設けた場合に、顕著な効果が得られる。僅かではあるが、駆動電圧の上昇傾向が認められたが、電力効率としては有利である。理由は定かではないが、ドナー濃度が局所的に高くなると、固定正孔数が増え、正孔障壁が高くなるために、発光層内における正孔や励起子の封じ込めがなされていると推測している。電子輸送層は単層または複数層設けることができる。

電子輸送材料としては、陰極より注入された電子を発光層に伝達する機能を有していればよく、既知のものを使用できる。例えば、ニトロ置換フルオレン誘導体、ジフェニルキノン誘導体、チオピランジオキシド誘導体、カルボジイミド、フレオレニリデンメタン誘導体、アントラキノジメタン及びアントロン誘導体、オキサジアゾール誘導体等が挙げられる。更に、上記オキサジアゾール誘導体において、オキサジアゾール環の酸素原子を硫黄原子に置換したチアジアゾール誘導体、電子吸引基として知られているキノキサリン環を有するキノキサリン誘導体も、電子輸送材料として用いることができる。更にこれらの材料を高分子鎖に導入した、またはこれらの材料を高分子の主鎖とした高分子材料を用いることもできる。また、８−キノリノール誘導体の金属錯体、例えば、トリス（８−キノリノール）アルミニウム（Ａｌｑ）、トリス（５，７−ジクロロ−８−キノリノール）アルミニウム、トリス（５，７−ジブロモ−８−キノリノール）アルミニウム、トリス（２−メチル−８−キノリノール）アルミニウム、トリス（５−メチル−８−キノリノール）アルミニウム、ビス（８−キノリノール）亜鉛（Ｚｎｑ）等、及びこれらの金属錯体の中心金属がＩｎ、Ｍｇ、Ｃｕ、Ｃａ、Ｓｎ、ＧａまたはＰｂに置き替わった金属錯体も、電子輸送材料として用いることができる。その他、メタルフリーもしくはメタルフタロシアニン、またはそれらの末端がアルキル基やスルホン酸基等で置換されているものも、電子輸送材料として好ましく用いることができる。また、発光層の材料として例示したジスチリルピラジン誘導体も、電子輸送材料として用いることができる。また、ホスト化合物に記載の一般式（Ｈ１）で表される化合物も好ましく適用できる。

本発明において、キャリアドナー材料としては、既知の材料を使用できる。例えば、特開平４−２９７０７６号公報、特開平１０−２７０１７２号公報、特開２０００−１９６１４０号公報、特開２００１−１０２１７５号公報、Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，９５，５７７３（２００４）などに記載されたものが挙げられる。また、特開２００６−４１０２０号公報に記載の一般式（８）〜（１０）で表される化合物も好ましく用いられる。本発明においては、このようなｎ性の高い電子輸送層をｐ性半導体層と併用することにより、低消費電力の素子を作製することが可能となる。

上記電子輸送材料やキャリア（エレクトロン）ドナーは、例えば、真空蒸着法、スピンコート法、キャスト法、インクジェット法を含む印刷法、ＬＢ法等の公知の方法により、薄膜化することにより形成することができる。

好ましいドナー蒸着条件材料の種類により特定できないが、ドナー含有平均体積濃度は５％〜９５％であり、少なくとも最大濃度と最低濃度の差が、５％以上濃度が異なる領域が存在することが好ましい。最高濃度と最低濃度の差は２０％〜９０％であるが、好ましい最高濃度は１５％〜９５％。更に好ましくは、２５％〜９０％である。電子輸送層における最高濃度領域の膜厚比は１％〜５０％であり、更に好ましくは２％から４５％である。層厚としては通常は１ｎｍ〜１μｍ程度、好ましくは５ｎｍ〜２００ｎｍである。

陽極側に隣接する有機層界面から電子輸送層の１／３の層厚における領域では、キャリアドナーの濃度は導電性を損なわない範囲で低いほど、連続駆動寿命の観点から好ましい。材料によって異なるが、５以下である場合が多い。本発明はドナー体積濃度が５％以上異なる領域が３つ以上あると、発光効率が更に向上する場合があり、その一例は連続的に変化する場合である。本発明で言う局所的とは、例えば、ドナー体積濃度が異なる１ｎｍ以上の膜厚構成を任意に組み合わせた場合を挙げることができる。この場合でも、ドナー体積濃度は、最大濃度と最低濃度の差は５％以上である。

《注入層：電子注入層、正孔注入層》
注入層とは、駆動電圧低下や発光輝度向上のために電極と有機層間に設けられる層のことで、「有機ＥＬ素子とその工業化最前線（１９９８年１１月３０日エヌ・ティー・エス社発行）」の第２編第２章「電極材料」（１２３〜１６６頁）に詳細に記載されており、正孔注入層（陽極バッファー層）と電子注入層（陰極バッファー層）とがある。

注入層は必要に応じて設け、上記の如く陽極と発光層または正孔輸送層の間、及び陰極と発光層または電子輸送層との間に存在させてもよい。

陽極バッファー層（正孔注入層）は、特開平９−４５４７９号公報、同９−２６００６２号公報、同８−２８８０６９号公報等にもその詳細が記載されており、具体例として、銅フタロシアニンに代表されるフタロシアニンバッファー層、酸化バナジウムに代表される酸化物バッファー層、アモルファスカーボンバッファー層、ポリアニリン（エメラルディン）やポリチオフェン等の導電性高分子を用いた高分子バッファー層等が挙げられる。陰極バッファー層（電子注入層）は、特開平６−３２５８７１号公報、同９−１７５７４号公報、同１０−７４５８６号公報等にもその詳細が記載されており、具体的にはストロンチウムやアルミニウム等に代表される金属バッファー層、フッ化リチウムに代表されるアルカリ金属化合物バッファー層、フッ化マグネシウムに代表されるアルカリ土類金属化合物バッファー層、酸化アルミニウムに代表される酸化物バッファー層等が挙げられる。上記バッファー層（注入層）はごく薄い膜であることが望ましく、素材にもよるがその膜厚は０．１〜５μｍの範囲が好ましい。

《阻止層：正孔阻止層、電子阻止層》
正孔阻止層とは広い意味では電子輸送層の機能を有し、電子を輸送する機能を有しつつ正孔を輸送する能力が著しく小さい正孔阻止材料からなり、電子を輸送しつつ正孔を阻止することで電子と正孔の再結合確率を向上させることができる。また、前述した電子輸送層の構成を必要に応じて、本発明に係わる正孔阻止層として用いることができる。本発明の有機ＥＬ素子の正孔阻止層は、発光層に隣接して設けられていることが好ましい。

阻止層は、上記の如く、有機化合物薄膜の基本構成層の他に必要に応じて設けられるものである。例えば、特開平１１−２０４２５８号公報、同１１−２０４３５９号公報、及び「有機ＥＬ素子とその工業化最前線（１９９８年１１月３０日エヌ・ティー・エス社発行）」の２３７頁等に記載されている正孔阻止（ホールブロック）層がある。

本発明においては、正孔阻止層に含有される化合物の５０質量％以上が、前記最短波発光層のホスト化合物に対し、そのイオン化ポテンシャルが０．２ｅＶ以上大きいことが好ましい。本発明の正孔阻止層は、前記エレクトロンドナーを含有すると、電子密度が増加するので、更なる低電圧化のために好ましい。

なお、イオン化ポテンシャルは化合物のＨＯＭＯ（最高被占分子軌道）レベルにある電子を真空準位に放出するのに必要なエネルギーで定義され、例えば下記に示すような方法により求めることができる。

（１）米国Ｇａｕｓｓｉａｎ社製の分子軌道計算用ソフトウェアであるＧａｕｓｓｉａｎ９８（Ｇａｕｓｓｉａｎ９８、Ｒｅｖｉｓｉｏｎ Ａ．１１．４，Ｍ．Ｊ．Ｆｒｉｓｃｈ，ｅｔ ａｌ，Ｇａｕｓｓｉａｎ，Ｉｎｃ．，Ｐｉｔｔｓｂｕｒｇｈ ＰＡ，２００２．）を用い、キーワードとしてＢ３ＬＹＰ／６−３１Ｇ＊を用いて構造最適化を行うことにより算出した値（ｅＶ単位換算値）の小数点第２位を四捨五入した値としてイオン化ポテンシャルを求めることができる。この計算値が有効な背景には、この手法で求めた計算値と実験値の相関が高いためである。

（２）イオン化ポテンシャルは光電子分光法で直接測定する方法により求めることもできる。例えば、理研計器社製の低エネルギー電子分光装置「Ｍｏｄｅｌ ＡＣ−１」を用いて、あるいは紫外光電子分光として知られている方法を好適に用いることができる。

一方、電子阻止層とは広い意味では正孔輸送層の機能を有し、正孔を輸送する機能を有しつつ電子を輸送する能力が著しく小さい材料からなり、正孔を輸送しつつ電子を阻止することで電子と正孔の再結合確率を向上させることができる。本発明に好ましく用いられる電子阻止層は、前記正孔輸送層の材料である。更に前記エレクトロンアクセプターを含有すると更なる低電圧化の効果が得られる。

本発明に係る正孔阻止層、電子輸送層の膜厚としては好ましくは３ｎｍ〜１００ｎｍであり、更に好ましくは５ｎｍ〜３０ｎｍである。

《支持基板》
本発明の有機ＥＬ素子に適用する支持基板（以下、基体、基板、基材、支持体等ともいう）としては、ガラス、プラスチック等、種類には特に限定はなく、また、透明であっても不透明であってもよい。支持基板側から光を取り出す場合には、支持基板は透明であることが好ましい。好ましく用いられる透明な支持基板としては、ガラス、石英、透明樹脂フィルムを挙げることができる。特に好ましい支持基板は、有機ＥＬ素子にフレキシブル性を与えることが可能な樹脂フィルムである。樹脂フィルムとしては、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）等のポリエステル、ポリエチレン、ポリプロピレン、セロファン、セルロースジアセテート、セルローストリアセテート、セルロースアセテートブチレート、セルロースアセテートプロピオネート（ＣＡＰ）、セルロースアセテートフタレート（ＴＡＣ）、セルロースナイトレート等のセルロースエステル類又はそれらの誘導体、ポリ塩化ビニリデン、ポリビニルアルコール、ポリエチレンビニルアルコール、シンジオタクティックポリスチレン、ポリカーボネート、ノルボルネン樹脂、ポリメチルペンテン、ポリエーテルケトン、ポリイミド、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、ポリフェニレンスルフィド、ポリスルホン類、ポリエーテルイミド、ポリエーテルケトンイミド、ポリアミド、フッ素樹脂、ナイロン、ポリメチルメタクリレート、アクリル或いはポリアリレート類、アートン（商品名、ＪＳＲ社製）或いはアペル（商品名、三井化学社製）といったシクロオレフィン系樹脂等を挙げられる。樹脂フィルムの表面には、無機物、有機物の被膜またはその両者のハイブリッド被膜が形成されていてもよく、ＪＩＳ Ｋ ７１２９−１９９２に準拠した方法で測定された水蒸気透過度（２５±０．５℃、相対湿度（９０±２）％ＲＨ）が、１×１０^−３ｇ／（ｍ^２・２４ｈ）以下のバリア性フィルムであることが好ましく、更には、ＪＩＳ Ｋ ７１２６−１９８７に準拠した方法で測定された酸素透過度が、１×１０^−３ｍｌ／ｍ^２・２４ｈ・ａｔｍ以下、水蒸気透過度（２５±０．５℃、相対湿度（９０±２）％ＲＨ）が、１×１０^−３ｇ／（ｍ^２・２４ｈ）以下の高バリア性フィルムであることが好ましい。

高バリア性フィルムとするため、樹脂フィルム表面に形成されるバリア膜を形成する材料としては、水分や酸素など有機ＥＬ素子の劣化をもたらすものの浸入を抑制する機能を有する材料であればよく、例えば、酸化珪素、二酸化珪素、窒化珪素などを用いることができる。更に、バリア膜の脆弱性を改良するためにこれら無機層と有機材料からなる層の積層構造を持たせることがより好ましい。無機層と有機層の積層順については特に制限はないが、両者を交互に複数回積層させることが好ましい。

〔バリア膜の形成方法〕
バリア膜の形成方法については、特に限定はなく、例えば、真空蒸着法、スパッタリング法、反応性スパッタリング法、分子線エピタキシー法、クラスターイオンビーム法、イオンプレーティング法、プラズマ重合法、大気圧プラズマ処理法、プラズマＣＶＤ法、レーザーＣＶＤ法、熱ＣＶＤ法、コーティング法などを用いることができるが、特開２００４−６８１４３号公報に記載されているような大気圧プラズマ処理法によるものが、特に好ましい。不透明な支持基板としては、例えば、アルミ、ステンレス等の金属板・フィルムや不透明樹脂基板、セラミック製の基板等が挙げられる。

本発明の有機ＥＬ素子の発光の室温における外部取り出し効率は１％以上であることが好ましく、より好ましくは５％以上である。ここで、外部取り出し量子効率（％）＝有機ＥＬ素子外部に発光した光子数／有機ＥＬ素子に流した電子数×１００である。

《封止》
本発明の有機ＥＬ素子の封止に用いられる封止手段としては、例えば、封止部材と、電極、支持基板とを接着剤で接着する方法を挙げることができる。封止部材としては、有機ＥＬ素子の表示領域を覆うように配置されておればよく、凹板状でも、平板状でもよい。また、透明性、電気絶縁性は特に限定されない。具体的には、ガラス板、ポリマー板・フィルム、金属板・フィルム等が挙げられる。ガラス板としては、特にソーダ石灰ガラス、バリウム・ストロンチウム含有ガラス、鉛ガラス、アルミノケイ酸ガラス、ホウケイ酸ガラス、バリウムホウケイ酸ガラス、石英等を挙げることができる。

また、ポリマー板としては、ポリカーボネート、アクリル、ポリエチレンテレフタレート、ポリエーテルサルファイド、ポリサルフォン等を挙げることができる。金属板としては、ステンレス、鉄、銅、アルミニウム、マグネシウム、ニッケル、亜鉛、クロム、チタン、モリブテン、シリコン、ゲルマニウムおよびタンタルからなる群から選ばれる一種以上の金属または合金からなるものが挙げられる。

本発明においては、素子を薄膜化できるということからポリマーフィルム、金属フィルムを好ましく使用することができる。更には、ポリマーフィルムは、ＪＩＳ Ｋ ７１２９−１９９２に準拠した方法で測定された水蒸気透過度（２５±０．５℃、相対湿度（９０±２）％ＲＨ）が、１×１０^−３ｇ／（ｍ^２・２４ｈ）以下のバリア性フィルムであることが好ましく、更には、ＪＩＳ Ｋ ７１２６−１９８７に準拠した方法で測定された酸素透過度が、１×１０^−３ｍｌ／ｍ^２・２４ｈ・ａｔｍ以下、水蒸気透過度（２５±０．５℃、相対湿度（９０±２）％ＲＨ）が、１×１０^−３ｇ／（ｍ^２・２４ｈ）以下の高バリア性フィルムであることが好ましい。

封止部材を凹状に加工するのは、サンドブラスト加工、化学エッチング加工等が使われる。

接着剤として具体的には、アクリル酸系オリゴマー、メタクリル酸系オリゴマーの反応性ビニル基を有する光硬化および熱硬化型接着剤、２−シアノアクリル酸エステルなどの湿気硬化型等の接着剤を挙げることができる。また、エポキシ系などの熱および化学硬化型（二液混合）を挙げることができる。また、ホットメルト型のポリアミド、ポリエステル、ポリオレフィンを挙げることができる。また、カチオン硬化タイプの紫外線硬化型エポキシ樹脂接着剤を挙げることができる。なお、有機ＥＬ素子が熱処理により劣化する場合があるので、室温から８０℃までに接着硬化できるものが好ましい。また、前記接着剤中に乾燥剤を分散させておいてもよい。封止部分への接着剤の塗布は、市販のディスペンサーを使ってもよいし、スクリーン印刷のように印刷してもよい。

また、有機層を挟み支持基板と対向する側の電極の外側に、該電極と有機層を被覆し、支持基板と接する形で無機物、有機物の層を形成し封止膜とすることも好適にできる。この場合、該膜を形成する材料としては、水分や酸素など素子の劣化をもたらすものの浸入を抑制する機能を有する材料であればよく、例えば、酸化珪素、二酸化珪素、窒化珪素などを用いることができる。更に該膜の脆弱性を改良するためにこれら無機層と有機材料からなる層の積層構造を持たせることが好ましい。

これらの膜の形成方法については、特に限定はなく、例えば真空蒸着法、スパッタリング法、反応性スパッタリング法、分子線エピタキシー法、クラスターイオンビーム法、イオンプレーティング法、プラズマ重合法、大気圧プラズマ処理法、プラズマＣＶＤ法、レーザーＣＶＤ法、熱ＣＶＤ法、コーティング法などを用いることができる。封止部材と有機ＥＬ素子の表示領域との間隙には、気相および液相では、窒素、アルゴン等の不活性気体や、フッ化炭化水素、シリコンオイルのような不活性液体を注入することが好ましい。また、真空とすることも可能である。また、内部に吸湿性化合物を封入することもできる。吸湿性化合物としては例えば金属酸化物（例えば、酸化ナトリウム、酸化カリウム、酸化カルシウム、酸化バリウム、酸化マグネシウム、酸化アルミニウム等）、硫酸塩（例えば、硫酸ナトリウム、硫酸カルシウム、硫酸マグネシウム、硫酸コバルト等）、金属ハロゲン化物（例えば、塩化カルシウム、塩化マグネシウム、フッ化セシウム、フッ化タンタル、臭化セリウム、臭化マグネシウム、沃化バリウム、沃化マグネシウム等）、過塩素酸類（例えば過塩素酸バリウム、過塩素酸マグネシウム等）等があげられ、硫酸塩、金属ハロゲン化物および過塩素酸類においては無水塩が好適に用いられる。

《保護膜、保護板》
有機層を挟み支持基板と対向する側の封止膜あるいは封止用フィルムの外側に、素子の機械的強度を高めるために保護膜、あるいは保護板を設けてもよい。特に、封止が前記封止膜により行われている場合には、その機械的強度は必ずしも高くないため、このような保護膜、保護板を設けることが好ましい。これに使用することができる材料としては、前記封止に用いたのと同様なガラス板、ポリマー板・フィルム、金属板・フィルム等を用いることができるが、軽量かつ薄膜化ということからポリマーフィルムを用いることが好ましい。

《陽極》
有機ＥＬ素子における陽極としては、仕事関数の大きい（４ｅＶ以上）金属、合金、電気伝導性化合物及びこれらの混合物を電極物質とするものが好ましく用いられる。このような電極物質の具体例としてはＡｕ等の金属、ＣｕＩ、インジウムチンオキシド（ＩＴＯ）、ＳｎＯ_２、ＺｎＯ等の導電性透明材料が挙げられる。また、ＩＤＩＸＯ（Ｉｎ_２Ｏ_３−ＺｎＯ）等非晶質で透明導電膜を作製可能な材料を用いてもよい。陽極はこれらの電極物質を蒸着やスパッタリング等の方法により、薄膜を形成させ、フォトリソグラフィー法で所望の形状のパターンを形成してもよく、あるいはパターン精度をあまり必要としない場合は（１００μｍ以上程度）、上記電極物質の蒸着やスパッタリング時に所望の形状のマスクを介してパターンを形成してもよい。あるいは、有機導電性化合物のように塗布可能な物質を用いる場合には、印刷方式、コーティング方式など湿式製膜法を用いることもできる。この陽極より発光を取り出す場合には、透過率を１０％より大きくすることが望ましく、また陽極としてのシート抵抗は数百Ω／□以下が好ましい。更に膜厚は材料にもよるが、通常１０〜１０００ｎｍ、好ましくは１０〜２００ｎｍの範囲で選ばれる。

《陰極》
一方、陰極としては、仕事関数の小さい（４ｅＶ以下）金属（電子注入性金属と称する）、合金、電気伝導性化合物及びこれらの混合物を電極物質とするものが用いられる。このような電極物質の具体例としては、ナトリウム、ナトリウム−カリウム合金、マグネシウム、リチウム、マグネシウム／銅混合物、マグネシウム／銀混合物、マグネシウム／アルミニウム混合物、マグネシウム／インジウム混合物、アルミニウム／酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）混合物、インジウム、リチウム／アルミニウム混合物、希土類金属等が挙げられる。これらの中で、電子注入性及び酸化等に対する耐久性の点から、電子注入性金属とこれより仕事関数の値が大きく安定な金属である第二金属との混合物、例えば、マグネシウム／銀混合物、マグネシウム／アルミニウム混合物、マグネシウム／インジウム混合物、アルミニウム／酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）混合物、リチウム／アルミニウム混合物、アルミニウム等が好適である。陰極はこれらの電極物質を蒸着やスパッタリング等の方法により薄膜を形成させることにより、作製することができる。また、陰極としてのシート抵抗は数百Ω／□以下が好ましく、膜厚は通常１０〜５μｍ、好ましくは５０〜２００ｎｍの範囲で選ばれる。なお、発光した光を透過させるため、有機ＥＬ素子の陽極または陰極のいずれか一方が、透明または半透明であることが必須の要件である。

また、陰極に上記金属を１〜２０ｎｍの膜厚で作製した後に、陽極の説明で挙げた導電性透明材料をその上に作製することで、透明または半透明の陰極を作製することができ、これを応用することで陽極と陰極の両方が透過性を有する素子を作製することができる。

《光取り出し及び／又は集光シート》
特に、バックライト用の有機エレクトロルミネッセンス素子においては、通常、全方位に光が放射され視野角が変わっても明るさが変わらないような特性が望ましいが、使用形態によっては、正面輝度をより高くし、大きな視野角（斜め方向から観察する角度）においては輝度を低下させることが望ましい。そのために、有機エレクトロルミネッセンス素子の上に、放射角を制御する拡散板、プリズムシート等が組み合わされることが好ましい。

通常、基板（ガラス基板、樹脂基板など）から光を放射するような有機エレクトロルミネッセンス素子においては、発光層から放射された光の一部が基板と空気との界面において全反射を起こし、光を損失するという問題が発生する。この問題を解決するために、基板の表面にプリズムやレンズ状の加工を施す、もしくは基板の表面にプリズムシートやレンズシートを貼り付けることにより、全反射を抑制して光の取り出し効率を向上させる。

上記のような光取り出し及び／又は集光シートを用いた有機ＥＬ素子においては、正面輝度増幅率が高められているが、光取り出し及び／又は集光シートの種類を好ましく選択すれば、基板より外側に取り出される光は、全方位において輝度を高められ、かつ全方位いずれも均等の輝度にできる。

連続駆動等における寿命においては、一般的に青色が律速になるので、この様な光取りだし及び又は集光シートを用いた場合、有機エレクトロルミネッセンス素子においてより高寿命が可能となる。また、駆動電圧の制約となるのは、ＨＯＭＯとＬＵＭＯのエネルギーギャップが最も大きい青色であるため、前記光取り出しを向上させた有機ＥＬ素子は、青色の正面輝度が少なくて済む設計となり、駆動電圧を下げることが可能となる。

即ち、青色発光層の膜厚が薄くでき、かつ駆動電圧が下げられるため、光取り出し及び／又は集光シートがない場合に比べ、高寿命が可能となり、この組み合わせにより、トータルで白色光を得るようにすることができる。

ここにおいて、光取り出し及び／又は集光シートによる正面輝度の増幅率は、分光放射輝度計（例えば、ＣＳ−１０００（コニカミノルタセンシング社製））等を用い、正面からの発光輝度（２°視野角正面輝度）を、光取出し及び／又は集光シートがある状態ともたない状態で、発光面からの法線に分光放射輝度計の光軸が一致するようにして、必要な可視光波長範囲で測定、積算し比をとればよい。

《有機エレクトロルミネッセンス素子の発光、正面輝度、色度、色温度》
本発明の有機エレクトロルミネッセンス素子や、有機ＥＬ素子に適用する化合物の発光色は、「新編色彩科学ハンドブック」（日本色彩学会編、東京大学出版会、１９８５）の１０８頁の図４．１６において、分光放射輝度計ＣＳ−１０００（コニカミノルタセンシング社製）で測定した結果をＣＩＥ色度座標に当てはめたときの色で決定される。本発明の有機エレクトロルミネッセンス素子の発光色が白色とは、光が照射する場所を分光放射色彩照度計ＣＬ−２００（コニカミノルタセンシング社製）で測定し、色温度が２，０００Ｋから１３，０００Ｋの範囲を指す。

《有機ＥＬ素子の作製方法》
本発明の有機ＥＬ素子の作製方法の一例として、陽極／正孔注入層／正孔輸送層／発光層／正孔阻止層／電子輸送層／陰極からなる有機ＥＬ素子の作製法について説明する。

まず適当な支持基板上に所望の電極物質、例えば、陽極用物質からなる薄膜を１μｍ以下、好ましくは１０〜２００ｎｍの膜厚になるように、蒸着やスパッタリング等の方法により形成させ、陽極を作製する。次に、この上に有機ＥＬ素子材料である正孔注入層、正孔輸送層、発光層、正孔阻止層、電子輸送層の有機化合物薄膜を形成させる。

この有機化合物薄膜の薄膜化の方法としては、前記の如く蒸着法、ウェットプロセス（スピンコート法、キャスト法、インクジェット法、印刷法）等があるが、均質な膜が得られやすく、且つピンホールが生成しにくい等の点から、真空蒸着法、スピンコート法、インクジェット法、印刷法が特に好ましい。更に層毎に異なる製膜法を適用してもよい。

製膜に蒸着法を採用する場合、その蒸着条件は使用する化合物の種類等により異なるが、一般にボート加熱温度５０〜４５０℃、真空度１０^−６〜１０^−２Ｐａ、蒸着速度０．０１〜５０ｎｍ／秒、基板温度−５０〜３００℃、膜厚０．１ｎｍ〜５μｍ、好ましくは５〜２００ｎｍの範囲で適宜選ぶことが望ましい。これらの層を形成後、その上に陰極用物質からなる薄膜を、１μｍ以下好ましくは５０〜２００ｎｍの範囲の膜厚になるように、例えば、蒸着やスパッタリング等の方法により形成させ、陰極を設けることにより所望の有機ＥＬ素子が得られる。

この有機ＥＬ素子の作製は、一回の真空引きで一貫して正孔注入層から陰極まで作製するのが好ましいが、途中で取り出して異なる製膜法を施しても構わない。その際、作業を乾燥不活性ガス雰囲気下で行う等の配慮が必要となる。また作製順序を逆にして、陰極、電子注入層、電子輸送層、発光層、正孔輸送層、正孔注入層、陽極の順に作製することも可能である。このようにして得られた多色の表示装置に、直流電圧を印加する場合には、陽極を＋、陰極を−の極性として電圧２〜４０Ｖ程度を印加すると、発光が観測できる。また交流電圧を印加してもよい。なお、印加する交流の波形は任意でよい。

《パルス駆動》
一般に、照明光源としては、人間が本能的に好ましいと感じるＫｒｕｉｔｈｏｆカーブ〔照度（輝度）と色温度（色度）の関係〕の特定の領域を満足する特性が求められる。即ち、照度が低い領域では、色温度も低く、照度が高くなると色温度も高くという照度と色温度を相関する特性に設定することが重要である。

本発明の有機エレクトロルミネッセンス素子の駆動方法としては、有機エレクトロルミネッセンス素子を間欠的にＯＮ／ＯＦＦするパルスにより駆動する有機エレクトロルミネッセンス素子の駆動方法であって、該パルスの振幅と幅の双方を可変、制御する機能を有することを特徴とするとする駆動方法により、任意の輝度条件において、所望の色温度を得ることができたものである。すなわち、駆動パルスの振幅（通電量）とパルス幅（通電時間）を制御することによって、各輝度において、より色温度を高い方向に任意に制御でき、その結果、個人の好みに応じた調光を実現したものである。

本発明の駆動方法は、一定の通電量ではなく、通電量と通電時間を変化させる効果を示す。即ち、通電量を大きくすると色温度が高くなるが、輝度も高くなる。そこでＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）を導入して、１パルス中の通電時間を短くすると視覚上輝度が同じに感じるようにできる。このパルス駆動を組み合わせることによって、高輝度ほど色温度が上がり高効率な有機ＥＬ素子を、更に任意のＫｒｕｉｔｈｏｆカーブ領域に調整できるので、個人の好みに応じた（Ｏｎｌｙ ｍｅ）有機ＥＬ素子照明を提供することができた。

以下、図を用いて、本発明の有機エレクトロルミネッセンス素子の駆動方法について説明する。

図１は、本発明の有機エレクトロルミネッセンス素子の駆動方法における駆動パルスの振幅（通電量）とパルス幅（通電時間）パターンの一例を示す図である。

また、図２は、輝度と色温度の関係を示す図である。

図１に示す様に、有機ＥＬ素子を駆動するパルスは有機ＥＬ素子を発光させるために順方向の電界を印加する振幅Ｐ_Ｈとその印加時間Ｐ_Ｗの双方を変化できるようにする。パルスの振幅Ｐ_Ｈを変えることで、図２に示す様に輝度と色温度の関係は実線上を移動する。この状態から、任意の輝度（色温度）からパルス幅Ｐ_Ｗを変えることで、色温度を変えることなく、輝度の調整、すなわち実線より下側の領域へ自由に制御することができる。Ｋｒｕｉｔｈｏｆにより好ましい領域が点線より上側であるならば、実線と点線とで挟まれる領域でのみＰ_ＨとＰ_Ｗを制御すればよい。

なお、有機ＥＬ素子はキャリア注入型デバイスなので、順方向は電流源で駆動するのが望ましく、更にＯＦＦ期間に有機層内に蓄積した電荷を引き抜き、確実に消灯させるために電圧源による０Ｖ以上の逆バイアスＰ_Ｌを印加することが望ましい。

また、パルスの周波数は、低すぎるとちらつきとして感じてしまうため、６０Ｈｚ以上、好ましくは１００Ｈｚ以上であることが望ましい。

以下、実施例を挙げて本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。なお、実施例において「部」あるいは「％」の表示を用いるが、特に断りがない限り「質量部」あるいは「質量％」を表す。

実施例１
《有機ＥＬ素子１０１の作製》
３０ｍｍ×３０ｍｍ、厚さ０．４ｍｍのガラス基板上に、陽極としてＩＴＯ（インジウムチンオキシド）を１２０ｎｍで成膜してパターニングを行った後、このＩＴＯ透明電極を有するガラス基板をイソプロピルアルコールで超音波洗浄し、乾燥窒素ガスで乾燥し、ＵＶオゾン洗浄を５分間行った。このＩＴＯ透明電極を有するガラス基板を、市販の真空蒸着装置の基板ホルダーに固定した。真空蒸着装置内の蒸着用るつぼの各々に、ｍ−ＭＴＤＡＴＡ、ＮＰＤ、ＴＰＢ、ＤＣＭ、Ａｌｑ_３、アルミニウムのそれぞれを、有機ＥＬ素子１０１の作製に最適の量を充填した。蒸着用るつぼは、モリブデン製またはタングステン製抵抗加熱用材料で作製されたものを用いた。

次いで、真空度４×１０^−４Ｐａまで減圧した後、ｍ−ＭＴＤＡＴＡの入った蒸着用るつぼに通電して加熱し、ｍ−ＭＴＤＡＴＡを蒸着速度０．２ｎｍ／秒で、ＩＴＯ透明電極を有するガラス基板のＩＴＯ電極側に蒸着し、１００ｎｍの正孔注入層を形成した。

次いで、同様にして、ＮＰＤを、上記正孔注入層上に蒸着速度０．２ｎｍ／秒で蒸着し、１００ｎｍの正孔輸送層を設けた。

次いで、同様にして、ＴＰＢを正孔輸送層上に蒸着速度０．２ｎｍ／秒で蒸着し、８０ｎｍの青色発光層（発光層１）を設けた。

次いで、同様にして、青色発光層上に２０ｎｍの橙色発光層（発光層２）を設けた。即ち、ＤＣＭを０．０１ｎｍ／秒で蒸着し、同時にＡｌｑ_３を蒸着速度０．２ｎｍ／秒で蒸着し、Ａｌｑ_３に対して蛍光性発光ドーパントＤＣＭを５質量％ドープした。

次いで、同様にして、橙色発光層上にＡｌｑ_３を蒸着速度０．２ｎｍ／秒で蒸着し、１００ｎｍの電子輸送層を設けた。

最後にアルミニウム１１０ｎｍを蒸着して陰極を形成し、有機ＥＬ素子１０１を作製した。

次いで、上記形成した蒸着面側をガラスケースで覆い、有機エレクトロルミネッセンス素子１０１を大気に接触させることなく窒素雰囲気下のグローブボックス（純度９９．９９９％以上の高純度窒素ガスの雰囲気下）で封止を行った。図３に、照明装置である有機ＥＬ素子１０１の断面図を示す。図３において、１０５は陰極、１０６は有機ＥＬ層、１０７はＩＴＯ透明電極、１０１はガラス基板を示す。尚、ガラスカバー１０２内には窒素ガス１０８が充填され、捕水剤１０９が設けられている。

《有機ＥＬ素子１０２〜１０９の作製》
上記有機ＥＬ素子１０１の作製において、構成層の材料種及び形成膜厚を表１に記載の様に変更した以外は同様にして、有機ＥＬ素子１０２〜１０９を作製した。

なお、有機ＥＬ素子１０２〜１０９で用いる発光性化合物は、全てリン光性化合物である。

また、上記有機ＥＬ素子１０１〜１０９の各発光層の形成に用いた各リン光発光型金属錯体ドーパントの最大ピーク発光波長（ｎｍ）は、以下の通りである。

Ｉｒ（ｐｐｙ）_３：５２０ｎｍ（５００〜５４０ｎｍに最大ピーク波長を有するリン光発光型金属錯体ドーパントＢ）
Ｉｒ（ｐｉｃ）_３：６１９ｎｍ（５８０〜６４０ｎｍに最大ピーク波長を有するリン光発光型金属錯体ドーパントＤ）
ＴＰＢ：４６０ｎｍ（４３０〜４８０ｎｍに最大ピーク波長を有するリン光発光型金属錯体ドーパントＡ）
Ｆｉｒ（ｐｉｃ）：４６０ｎｍ（４３０〜４８０ｎｍに最大ピーク波長を有するリン光発光型金属錯体ドーパントＡ）
ＢＤＩ−５：４７５ｎｍ（４３０〜４８０ｎｍに最大ピーク波長を有するリン光発光型金属錯体ドーパントＡ）
ＢＤＩ−２０：４７０ｎｍ（４３０〜４８０ｎｍに最大ピーク波長を有するリン光発光型金属錯体ドーパントＡ）
ＢＤＩ−２３：４６０ｎｍ（４３０〜４８０ｎｍに最大ピーク波長を有するリン光発光型金属錯体ドーパントＡ）
ＤＣＭ：６５０ｎｍ（比較例のリン光発光型金属錯体ドーパント）
なお、上記ドーパントの最大ピーク発光波長（ｎｍ）は、分光放射輝度計ＣＳ−１０００（コニカミノルタセンシング社製）を用いて、上記作製した有機ＥＬ素子を印加し、１０００ｃｄ／ｃｍ^２で発光させたときに得られる発光強度分布スペクトルから求めた。

《表示素子の評価》
〔色温度の輝度依存性の評価〕
各有機ＥＬ素子の駆動電圧を変化させて、輝度と色温度との関係が、図２に記載の比例関係を示す場合を「○」とし、逆に反比例の関係を示す場合を「×」と判定した。

〔照度の測定〕
各有機ＥＬ素子について、直流で駆動電圧を変化させ、コニカミノルタセンシング社製の色彩照度計ＣＬ−２００を用いて照度をモニターし、照度１０（ｌｘ）を最小照度と定義し、次いで、駆動電圧を高めて照度を変化させ、照度の上昇が止まり一定値となったときの照度を最高照度として求めた。

〔色温度の測定〕
上記照度の測定と同様にして、コニカミノルタセンシング社製の色彩照度計ＣＬ−２００を用いて、最小照度（１０（ｌｘ））における色温度を、色温度の最小値とし、また最大照度における色温度を色温度の最大値として求めた。

〔駆動電圧の測定〕
上記照度の測定において、１０（ｌｘ）の照度を得るのに要する駆動電圧を、駆動電圧の最小値（Ｖ）とし、照度の最大値を得るのに要する駆動電圧を、駆動電圧の最大値（Ｖ）として求めた。

〔可変の容易性Ｘの算出〕
上記測定した色温度の最大値と最小値の差ΔＫと、駆動電圧の最大値と最小値との差ΔＶを算出し、ΔＫ／ΔＶにより、可変の容易性Ｘを求めた。

以上により得られた結果を、表２に示す。

表２に記載の結果より明らかな様に、比較例である有機ＥＬ素子１０１は輝度が低く、発光させるための駆動電圧が高いので、ΔＫ／ΔＶが低い値となっている。発光性化合物を全て燐光性ドーパントに変更し、非発光層の膜厚を調整した有機ＥＬ素子１０２は、最低色温度を２，０００Ｋまで下げることができ、高輝度かつ低電圧に改善されるため、ΔＫ／ΔＶとして、高い値を得ることができた。以下、本発明の実施形態に順次変更した有機ＥＬ素子１０３〜１０８は、更に高輝度で、かつ低駆動電圧となるため効率が飛躍的に向上することが分かる。よってΔＫ／ΔＶも次第に高くなる。一方、有機ＥＬ素子１０７と同じ有機層構成において、発光層の順番を交換し本発明外の構成にした有機ＥＬ素子１０９は、効率や電圧は同様に大きく改善されるが、輝度に応じて変化する色温度の方向が逆になり、好ましくないことが分かった。

また、本発明の有機ＥＬ素子においては、全ての発色層を、それぞれ１種のドーパントで構成した有機ＥＬ素子１０２、１０３に対し、２種のドーパントを併用して形成した発光層（発光層２）を有する有機ＥＬ素子１０４〜１０８では、更に低駆動電圧となるため、より効率が向上することが分かる。

実施例２
実施例１で作製した有機ＥＬ素子１０７を使用して、本発明のパルス駆動方法の効果について評価した。

有機ＥＬ素子１０７を常法に従って駆動させ、可変電流電源Ｐ_Ｈとパルス幅Ｐ_Ｗをそれぞれ表３のように設定して、その時の輝度及び色温度を測定した。なお、パルスの周波数は１００Ｈｚ（繰返し周期＝１０ｍｓ）とした。色温度及び輝度は、コニカミノルタセンシング社製の色彩輝度計ＣＳ−２００を用いて測定した。

表３に記載の結果より明らかな様に、可変電流電源Ｐ_Ｈとパルス幅Ｐ_Ｗを可変することにより、任意の輝度及び色温度に制御することができることが分かる。

１０１ ガラス基板
１０２ ガラスカバー
１０５ 陰極
１０６ 有機ＥＬ層
１０７ ＩＴＯ透明電極
１０８ 窒素ガス
１０９ 捕水剤

Claims (11)

1. 有機エレクトロルミネッセンス素子の発光を制御する制御機構を有する有機エレクトロルミネッセンス素子において、下記に示す１）から４）で規定する全ての要件を満足す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。
   １）通電量の制御によって、輝度が高くなるに従って、色温度が高くなる特性を有すること、
   ２）発光層ユニットが、発光波長の異なる２層以上の発光層から構成されること、
   ３）最も陽極側の発光層の発光波長が最も短波長で、最も陰極側の発光層の発光波長が最も長波長であること、
   ４）有機エレクトロルミネッセンス素子のΔ色温度／Δ駆動電圧が、３００以上、３，０００以下であること、
2. 下記に示す５）から７）で規定する全ての要件を満足す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。
   ５）有機エレクトロルミネッセンス素子が、基板上に少なくとも陽極、正孔輸送層、発光層ユニット、電子輸送層、陰極を有すること、
   ６）有機エレクトロルミネッセンス素子の色温度が、２，０００Ｋ以上、１３，０００Ｋ以下の範囲であること、
   ７）すべての発光層が、リン光発光型金属錯体ドーパントを含有すること。
3. 前記発光層ユニットが、４３０〜４８０ｎｍに最大ピーク波長を有するリン光発光型金属錯体ドーパントＡ、５００〜５４０ｎｍに最大ピーク波長を有するリン光発光型金属錯体ドーパントＢ、５４１〜５６０ｎｍに最大ピーク波長を有するリン光発光型金属錯体ドーパントＣ及び５８０〜６４０ｎｍに最大ピーク波長を有するリン光発光型金属錯体ドーパントＤから選ばれる少なくとも２種を含有することを特徴とする請求項２に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
4. 前記２層以上の発光層から構成される発光層ユニットは、最も陽極側の発光層が最大発光ピーク波長４３０〜４８０ｎｍの青色リン光発光型金属錯体ドーパントを含有し、最も陰極側の発光層が、最大発光ピーク波長が５００〜６４０ｎｍの範囲内にある２種以上のリン光発光型ドーパントを含有することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
5. 前記青色リン光発光型金属錯体ドーパントが、下記一般式（ＢＤ１）で示される化合物であることを特徴とする請求項４に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
   
   〔式中、Ｒ_１は置換基を表す。Ｚは５から７員環を形成するのに必要な非金属原子群を表す。ｎ１は０から５の整数を表す。Ｂ_１からＢ_５は、各々炭素原子、窒素原子、酸素原子または硫黄原子を表し、少なくとも一つは窒素原子を表す。Ｍ_１は元素周期表における８族から１０族の金属を表す。Ｘ_１およびＸ_２は、各々炭素原子、窒素原子または酸素原子を表し、Ｌ_１はＸ_１およびＸ_２とともに２座の配位子を形成する原子群を表す。ｍ１は１、２または３を表し、ｍ２は０、１または２を表し、ｍ１＋ｍ２は２または３である。〕
6. 前記２層以上の発光層から構成される発光層ユニットは、共通の発光ホスト化合物を含有することを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
7. 前記２層以上の発光層から構成される発光層ユニットの少なくとも１層は、異なる２種以上のリン光発光型金属錯体ドーパントを含有することを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
8. 請求項１から７のいずれか１項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子を間欠的にＯＮ／ＯＦＦするパルスにより駆動する有機エレクトロルミネッセンス素子の駆動方法であって、該パルスの振幅と幅の双方を可変、制御する機能を有す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の駆動方法。
9. 前記駆動するパルスの周波数が、６０Ｈｚ以上であることを特徴とする請求項８に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子の駆動方法。
10. 請求項１から７のいずれか１項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子を有することを特徴とする照明装置。
11. 請求項８または９の有機エレクトロルミネッセンス素子の駆動方法により発光駆動させることを特徴とする照明装置。