WO2011065137A1 - 有機エレクトロルミネッセンス素子、およびその製造方法、ならびに有機エレクトロルミネッセンス表示装置 - Google Patents

有機エレクトロルミネッセンス素子、およびその製造方法、ならびに有機エレクトロルミネッセンス表示装置 Download PDF

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organic
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layer
emitting layer
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岡本　健
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シャープ株式会社
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    • H10K2101/90—Multiple hosts in the emissive layer

Definitions

  • the present invention relates to an organic electroluminescence element that realizes high luminance, high efficiency, and a long lifetime, a method for manufacturing the same, and an organic electroluminescence display device.
  • FPD thin flat panel display
  • LCD liquid crystal display
  • PDP self-luminous plasma display panel
  • inorganic electroluminescence (inorganic EL) display or organic electroluminescence (organic EL).
  • a display or the like is known.
  • organic EL displays are actively researched and developed because the elements used for display (organic EL elements) are thin and lightweight, and have characteristics such as low voltage drive, high luminance, and self-luminous emission. Has been done.
  • the organic EL element has a pair of electrodes (anode and cathode) on a substrate, and an organic layer having at least a light emitting layer between the pair of electrodes.
  • the light emitting layer is formed by doping a host material with an organic light emitting material.
  • a hole injection layer doped with an acceptor in the host material is provided between the light emitting layer and the anode, and an electron injection layer doped with a donor in the host material is provided between the light emitting layer and the cathode.
  • the organic EL element In the organic EL element, by applying a voltage to the anode and the cathode, holes are injected from the anode into the organic layer, and electrons are injected from the cathode into the organic layer. Holes and electrons injected from both electrodes recombine in the light emitting layer to generate excitons.
  • the organic EL element emits light using light emitted when the exciton is deactivated.
  • an organic light emitting material such as a phosphorescent light emitting material or a fluorescent light emitting material is generally used.
  • An organic EL element using a phosphorescent material has advantages of high luminous efficiency and a long emission lifetime, and in particular, recently, an organic EL element using a phosphorescent material in a light emitting layer is becoming widespread.
  • development of organic EL elements in which a phosphorescent material having an internal quantum yield of 100% at the maximum is introduced is progressing.
  • a phosphorescent material having an internal quantum yield of 100% at the maximum is introduced into the organic EL element that emits red light and the organic EL element that emits green light.
  • organic EL elements that emit blue light phosphorescent light emitting materials having an internal quantum yield of 100% at the maximum have not been introduced, and fluorescent light emitting materials having an internal quantum yield of 25% at the maximum have been used.
  • blue light emission requires higher energy than red light emission and green light emission. Furthermore, when the energy is obtained from the excited triplet level (T 1 ), it is necessary to confine all of T 1 , electrons, and holes in the phosphorescent material in the light emitting layer. Therefore, the gap between the highest occupied level (HOMO level) and the lowest vacant level (LUMO level) is made very large including not only the material constituting the light emitting layer but also the material around the light emitting layer. There is a need.
  • a host material constituting the light-emitting layer is a material that is conjugated between molecules, exhibits an interaction, and has high carrier mobility. Is difficult. Therefore, when a blue phosphorescent material is used, a high voltage is required for driving, but the luminous efficiency is low.
  • FIG. 8 shows a specific example of a conventional organic EL element 31 using a blue phosphorescent material.
  • FIG. 8 is a diagram showing an energy diagram of each layer constituting a conventional organic EL element 31 using a blue phosphorescent material.
  • UGH2 since UGH2 has a wide gap, holes cannot be efficiently propagated from the hole transport layer 34 to the light emitting layer 35. Similarly, electrons cannot be efficiently propagated from the electron transport layer 36 to the light emitting layer 35. Therefore, as described above, the organic EL element 31 using the blue phosphorescent material as described above requires a high voltage for driving, but has a problem that the luminous efficiency is low.
  • Non-Patent Document 1 discloses an organic EL element in which two light emitting layers are provided. Specifically, an organic EL device including an organic layer in which a hole injection layer, a first light emitting layer, a second light emitting layer, and an electron injection layer are formed in this order between a pair of electrodes is disclosed.
  • an organic EL element having a small gap between the HOMO level and the LUMO level in the first light emitting layer and the second light emitting layer can be obtained. Therefore, a host material that improves the mobility of holes and electrons in the light-emitting layer may be used. This is because holes and electrons are transported by hopping conduction in the organic vapor-deposited film (Non-Patent Document 2). In order for electrons to conduct by hopping between molecules, the overlap of wave functions between the electronic state of the neutral state and the radical anion state must be large. On the other hand, in the hole, in order to conduct by hopping between molecules, it is necessary that the wave function overlap between the electronic state of the neutral state and the radical cation state is large.
  • the organic EL element disclosed in Non-Patent Document 1 when electrons are propagated from the electron injection layer to the second light emitting layer, the electrons are propagated to the light emitting dopant (FIrpic).
  • the organic EL element disclosed in this document has a configuration in which electrons are easily propagated from the light emitting dopant to the first light emitting layer. Therefore, according to this configuration, holes and electrons do not recombine at the interface between the first light emitting layer and the second light emitting layer, and the probability of recombination decreases. That is, an internal quantum yield will fall.
  • Non-Patent Document 1 FIrpic that emits sky blue is used as the phosphorescent material of the first light emitting layer and the second light emitting layer. Since the gap between the HOMO level and the LUMO level of the FIrpic is small, an organic EL element with a low driving voltage and high luminous efficiency can be obtained. Therefore, when a phosphorescent material that emits deep blue light is used, the gap between the HOMO level and the LUMO level of such a phosphorescent material is large. Therefore, the host having a large gap between the HOMO level and the LUMO level. Material is required. Therefore, although a high voltage is required for driving, the problem that the light emission efficiency becomes low for that is still left.
  • the present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide an organic EL element that can be driven at a low voltage and has high luminous efficiency, and a method for manufacturing the same.
  • an organic electroluminescence device includes an anode and a cathode, and an organic layer formed between the anode and the cathode and having at least a light emitting layer on a substrate.
  • the light emitting layer is located on the anode side and is composed of a first light emitting layer made of a first host material that is a hole transporting host, and the electron emitting host is located on the cathode side.
  • the material, and the highest occupied level (HOMO) and the lowest empty level (LUMO) of each of the organic light-emitting materials satisfy the following relational expressions (1) and (2): To have.
  • the highest occupied level of the host material constituting the first light emitting layer is shallower than the highest occupied level of the organic light emitting material.
  • the probability of recombination of holes and electrons can be increased.
  • the lowest vacant level of the host material constituting the second light emitting layer is deeper than the lowest vacant level of the organic light emitting material.
  • the probability of recombination of holes and electrons can be increased.
  • the organic electroluminescence display device is characterized by comprising display means in which the above-described organic electroluminescence element is formed on a thin film transistor substrate in order to solve the above-mentioned problems.
  • the organic EL element having a low driving voltage and high luminous efficiency is provided, a display device with high luminance, high efficiency, and long life can be provided.
  • the manufacturing method of the organic electroluminescent element which concerns on this invention is the organic layer which has at least the light emitting layer formed between the anode and the cathode, and the said anode and the said cathode,
  • the method of manufacturing an organic electroluminescence device comprising a substrate, an anode forming step for forming the anode on the substrate, and a hole injection layer in which holes are injected from the anode are formed on the anode.
  • the first host material and the second host material are doped with the same organic light emitting material, and the following relational expression ( Using the first host material, the second host material, and the organic light emitting material each having the highest occupied level (HOMO) and the lowest vacant level (LUMO) satisfying 11) to (16) , Above It is characterized by forming a light layer and the second emitting layer.
  • the organic electroluminescence device it is possible to reduce the number of holes that move to the second light emitting layer without recombining with electrons, and to reduce the number of electrons that move to the first light emitting layer without recombining with holes. .
  • the probability that holes and electrons recombine can be increased, the drive voltage of the organic EL element can be lowered.
  • the probability of recombination of holes and electrons in the light emitting layer is increased, the internal quantum yield is improved, and the light emission efficiency can be improved.
  • the organic electroluminescence element (organic EL element) is configured by laminating a pair of electrodes (anode and cathode) and an organic layer including a light emitting layer between a pair of electrodes on a substrate. Is done. A more specific configuration will be described below with reference to FIG. FIG. 2 is a view showing a cross section of the organic EL element 11.
  • a plurality of thin film transistors each including a gate electrode 43, a drain electrode 44, a source electrode 45, and a gate insulating film 46 are formed on an insulating substrate 41 at a predetermined interval.
  • a connection wiring 47 is formed from the insulating substrate 41 to the TFT.
  • a planarizing film 81 is disposed on each TFT, and a contact hole 48 is formed in the planarizing film 81.
  • the drain electrode 44 of the TFT is electrically connected to the anode 12 through the contact hole 48.
  • An edge cover 49 is provided between the adjacent anodes 12, and the hole injection layer 13, the hole transport layer 14, the light emitting layer 15, and the hole blocking are disposed at a position opposite to the TFT of the anode 12.
  • An organic layer composed of the layer 8, the electron transport layer 16, and the electron injection layer 17, and the cathode 9 are formed.
  • the top of the cathode 9 is covered with an inorganic sealing film 54, and the anode 12, the organic layer, and the cathode 9 are sealed with the inorganic sealing film 54.
  • a light absorption layer 50, a phosphor layer 51, and a scatterer layer 52 are formed on the insulating substrate 41 facing the insulating substrate 41 on which the TFT is formed.
  • a resin sealing film 53 is formed between the two insulating substrates 41.
  • the light emitting layer 15 of the organic EL element 11 according to the present embodiment has a two-layer structure, and includes a first light emitting layer and a second light emitting layer.
  • the organic EL device 11 according to the present embodiment is configured such that the gap between the highest occupied level (HOMO level) and the lowest vacant level (LUMO level) of the host material constituting the light emitting layer 15 is reduced. ing. Thereby, it is possible to increase the probability of recombination of holes and electrons in the light emitting layer 15 while maintaining high mobility of holes and electrons in the organic layer. This will be described in detail below.
  • FIG. 1 is a diagram showing an energy diagram of each layer constituting the organic EL element 11.
  • the organic layer of the organic EL element 11 is formed by sequentially forming the hole injection layer 13, the hole transport layer 14, the light emitting layer 15, the electron transport layer 16, and the electron injection layer 17.
  • the light emitting layer 15 has a two-layer structure, and includes a first light emitting layer 15a and a second light emitting layer 15b.
  • the first light emitting layer 15a and the second light emitting layer 15b are doped with a single phosphorescent material.
  • the first light emitting layer 15a is located on the anode 12 side, receives holes injected from the anode 12 from the hole transport layer 13, and propagates to the vicinity of the interface with the second light emitting layer 15b.
  • the second light emitting layer 15b is located on the cathode (not shown) side, receives electrons injected from the cathode from the electron transport layer 16, and propagates to the vicinity of the interface of the first light emitting layer 15a.
  • the holes propagated from the first light emitting layer 15a and the electrons propagated from the second light emitting layer 15b recombine, Emits light.
  • the organic EL element 11 is configured such that the holes propagated from the hole transport layer 13 do not move to the second light emitting layer 15b, and the electrons propagated from the electron transport layer 16 are the first.
  • the light emitting layer 15a is configured not to move.
  • the host material (first host material; hole transporting host material) constituting the first light emitting layer 15a includes the LUMO level 19 of the phosphorescent material and the second light emission.
  • a material (
  • the host material constituting the second light emitting layer 15b has a HOMO level 18 of the phosphorescent light emitting material and a HOMO level deeper than that of the host material constituting the first light emitting layer 15a (
  • ) material is used.
  • the HOMO level of the host material constituting the second light emitting layer 15b is deeper than the HOMO levels of the host material and phosphorescent light emitting material constituting the first light emitting layer 15a (
  • the holes propagated to the first light emitting layer 15a are the second light emitting layer. The movement to 15b can be blocked.
  • the LUMO level of the host material constituting the first light emitting layer 15a is shallower than the LUMO levels of the host material and phosphorescent light emitting material constituting the second light emitting layer 15b (
  • light is emitted by recombination of holes and electrons propagated to the phosphorescent material at the interface between the first light emitting layer 15a and the second light emitting layer 15b.
  • the light emitting layer 15 has a two-layer structure, and is used for the light emitting layer 15 in consideration of the HOMO level and the LUMO level of the phosphorescent light emitting material and the host material.
  • the host material is determined.
  • the electrons injected from the cathode can be prevented from moving to the first light emitting layer 15a. This makes it possible to reduce the number of holes that move to the second light emitting layer 15b without recombining with electrons, and to reduce the number of electrons that move to the first light emitting layer 15a without recombining with holes.
  • the probability that holes and electrons recombine can be increased. Therefore, in the organic EL element 11 according to the present embodiment, the probability that holes and electrons are recombined in the light emitting layer 15 can be increased, so that the internal quantum yield can be improved and the light emission efficiency can be improved.
  • the conventional organic EL element using a blue phosphorescent light emitting material has a problem that the light emitting efficiency is low for a high driving voltage.
  • a blue phosphorescent material even when a blue phosphorescent material is used, holes can be prevented from moving to the second light emitting layer 15b, and electrons can be prevented from moving to the first light emitting layer 15a. be able to. That is, since the probability that holes and electrons recombine can be increased, the internal quantum yield of the organic EL element 11 can be improved, and the light emission efficiency can be improved.
  • the organic EL element 11 includes a hole injection layer 13, a hole transport layer 14, a light emitting layer 15, and an electron transport layer between an anode 12 and a cathode formed on a substrate (not shown). 16 and an organic layer composed of an electron injection layer 17.
  • substrate which comprises the organic EL element 11 should just be a board
  • the material that can be used as the substrate of the organic EL element 11 is not particularly limited, and for example, a known insulating substrate material can be used.
  • an inorganic material substrate made of glass, quartz, or the like, or a plastic substrate made of polyethylene terephthalate, polyimide resin, or the like can be used.
  • a substrate in which an insulating material made of silicon oxide or an organic insulating material is coated on a surface of a metal substrate made of aluminum (Al) or iron (Fe) can be used.
  • substrate etc. which insulated the surface of the metal substrate which consists of Al etc. by methods, such as anodizing, can also be utilized.
  • a material that does not have optical transparency for the substrate For example, a semiconductor substrate such as a silicon wafer may be used.
  • a light-transmitting material for the substrate for example, a glass substrate or a plastic substrate may be used.
  • the electrodes constituting the organic EL element 11 may function as a pair like the anode 12 and the cathode. Each electrode may have a single layer structure made of one electrode material or a laminated structure made of a plurality of electrode materials.
  • the electrode material that can be used as the electrode of the organic EL element 11 is not particularly limited, and for example, a known electrode material can be used.
  • Examples of the anode 12 include metals such as gold (Au), platinum (Pt), and nickel (Ni), and transparent materials such as indium tin oxide (ITO), tin oxide (SnO 2 ), and indium zinc oxide (IZO). Electrode materials can be used.
  • metals such as gold (Au), platinum (Pt), and nickel (Ni)
  • transparent materials such as indium tin oxide (ITO), tin oxide (SnO 2 ), and indium zinc oxide (IZO). Electrode materials can be used.
  • the cathode metals such as lithium (Li), calcium (Ca), cerium (Ce), barium (Ba), aluminum (Al), or magnesium (Mg) containing these metals: silver (Ag) Alloys, alloys such as Li: Al alloys, and the like can be used.
  • an electrode material that transmits light for one electrode it is preferable to use an electrode material that transmits light for one electrode and an electrode material that does not transmit light for the other electrode.
  • an electrode material that does not transmit light a black electrode such as tantalum or carbon, a reflective metal electrode such as Al, Ag, Au, Al: Li alloy, Al: neodymium (Nd) alloy, or Al: silicon (Si) alloy Etc.
  • the organic layer has a hole injection layer 13, a hole transport layer 14, a light emitting layer 15, an electron transport layer 16, and an electron injection layer 17.
  • the light emitting layer 15 has a two-layer structure, and includes the first light emitting layer 15a and the second light emitting layer 15b. Each layer is doped with a single phosphorescent material.
  • the phosphorescent material that can be used for the light emitting layer 15 is not particularly limited, and for example, a known phosphorescent material can be used.
  • FIr6 iridium bis (4 ′, 6′-diflu
  • the host material constituting the first light emitting layer 15a includes a phosphorescent material and a LUMO shallower than the host material constituting the second light emitting layer 15b.
  • a material having a level is used. Therefore, the host material used for the second light emitting layer 15b in the first embodiment can be used as the host material constituting the first light emitting layer 15a. This can prevent electrons from moving to the first light emitting layer 15a.
  • the HOMO level of the host material constituting the first light emitting layer 15a is shallower than the HOMO level 18 of the phosphorescent light emitting material. Furthermore, the difference between the HOMO level of the host material constituting the first light emitting layer 15a and the HOMO level 18 of the phosphorescent light emitting material is preferably within 0.5 eV. This is related to the fact that the transport of holes and electrons in the organic EL element is performed by hopping conduction. When the difference between the level where holes are trapped and the level where holes are hopped is ⁇ E during hopping conduction, the hole mobility decreases by exp ( ⁇ E / RT) (R : Gas constant, T: Absolute temperature [K]).
  • the probability that holes are thermally excited increases.
  • the probability that holes and electrons recombine can be increased. This value can be explained by the Arrhenius equation.
  • the difference between the HOMO level of the host material constituting the first light emitting layer 15a and the HOMO level 18 of the phosphorescent light emitting material is within 0.5 eV, phosphorescence from the host material constituting the first light emitting layer 15a occurs. Hole transfer to the luminescent material occurs.
  • the gap between the HOMO level and the LUMO level of the host material itself is larger than 0 eV, the gap between the HOMO level and the LUMO level of the host material itself. It is possible to reduce the voltage of the device itself.
  • a host material having a T 1 larger than T 1 of the phosphorescent light emitting material used for the light emitting layer 15 for the first light emitting layer 15a it is preferable to use a host material having a T 1 larger than T 1 of the phosphorescent light emitting material used for the light emitting layer 15 for the first light emitting layer 15a. Even when the host material has T 1 smaller than T 1 of the phosphorescent material, if the difference is about 0.1 eV, transfer of excitation energy from the phosphorescent material hardly occurs. Therefore, any host material having a T 1 smaller by about 0.1 eV than the T 1 of the phosphorescent material can be applied.
  • the second light emitting layer 15b will be described.
  • the phosphorescent material and the first light-emitting layer 15a are configured as the host material constituting the second light-emitting layer 15b so that holes do not move from the first light-emitting layer 15a to the second light-emitting layer 15b.
  • a material having a HOMO level deeper than that of the host material is used. Therefore, the host material used for the first light emitting layer 15a in the first embodiment can be used as the host material constituting the second light emitting layer 15b. This can prevent holes from moving to the second light emitting layer 15b.
  • the LUMO level of the host material constituting the second light emitting layer 15b is preferably deeper than the LUMO level 19 of the phosphorescent light emitting material. Furthermore, the difference between the LUMO level of the host material constituting the second light emitting layer 15b and the LUMO level 19 of the phosphorescent light emitting material is preferably within 0.5 eV.
  • This value is obtained by applying an electric field in the same manner as the energy difference shown in the difference between the HOMO level of the host material constituting the first light emitting layer 15a and the HOMO level 18 of the phosphorescent light emitting material. Electrons hardly move from the host material constituting the second light emitting layer 15b to the cathode side material. In other words, when the difference between the LUMO level of the host material constituting the second light emitting layer 15b and the LUMO level 19 of the phosphorescent light emitting material is within 0.5 eV, phosphorescence from the host material constituting the second light emitting layer 15b occurs. Electron transfer to the luminescent material occurs.
  • the gap between the HOMO level and the LUMO level of the host material itself It is possible to reduce the voltage of the device itself.
  • a host material having a T 1 larger than T 1 of the phosphorescent light emitting material used for the light emitting layer 15 for the second light emitting layer 15b it is preferable to use a host material having a T 1 larger than T 1 of the phosphorescent light emitting material used for the light emitting layer 15 for the second light emitting layer 15b. Even when the host material has T 1 smaller than T 1 of the phosphorescent material, if the difference is about 0.1 eV, transfer of excitation energy from the phosphorescent material hardly occurs. Therefore, any host material having a T 1 smaller by about 0.1 eV than the T 1 of the phosphorescent material can be applied.
  • TmTyPB 1,3,5-tri (m-pyrid-3-yl-phenyl) benzene
  • TmTyPB 1,3,5-tri (m-pyrid-3-yl-
  • the electron transport material used for the electron transport layer of the organic EL element using the conventional blue phosphorescent light-emitting material is used. There is no problem.
  • the host materials applicable to the first light emitting layer 15a and the second light emitting layer 15b have been described above, but are not necessarily limited to the above host materials.
  • an appropriate host material satisfying the above-described conditions may be selected and used for each light emitting layer. That is, any host material that satisfies the above-described conditions is not limited to the host materials listed above. Therefore, the host material to be used may be determined in consideration of the combination of the host materials used for each layer of the organic EL element 11 and the phosphorescent material used for the organic EL element 11. Further, the host materials to be used are not limited to two types, but at least two types, that is, a plurality of host materials may be used.
  • the hole injecting material that can be used for the hole injecting layer 13 is not particularly limited, and for example, a known hole injecting material can be used.
  • a known hole injecting material can be used.
  • a known hole injecting material can be used.
  • a known hole injecting material can be used.
  • a known hole injecting material can be used.
  • a known hole injecting material can be used.
  • a known hole injecting material can be used.
  • a known hole injecting material can be used.
  • a known hole injecting material can be used.
  • a known hole injecting material can be used.
  • a known hole injecting material can be used.
  • a known hole injecting material can be used.
  • DPAS 9,10-diphenylanthracene-2-sulfonate
  • the hole transporting material that can be used for the hole transporting layer 14 is not particularly limited, and for example, a known hole transporting material can be used.
  • a known hole transporting material can be used.
  • TAPC, DPAS, DNTPD, Ir (dpbic) 3 , TCTA, BTPD, DTASi, or a host material used for the first light emitting layer 15a can be applied.
  • the electron transporting material that can be used for the electron transporting layer 16 is not particularly limited, and for example, a known electron transporting material can be used.
  • a known electron transporting material can be used.
  • BCP 2,9-dimethyl-4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline
  • TPBI 1,3,5-tris
  • TPBI 1,3,5-tris
  • TTZ 3-phenyl -4 (1′-naphthyl) -5-phenyl-1,2,4-triazole (TAZ), 4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline (Bphen)
  • Ad-Cz dipalmitoylphosphatidylserine (DPPS) 1,3,5-tri (m-pyrid-3-yl-phenyl) benzene (TmPyPB), 1,3,5-tri (p-pyrid-3-yl-phenyl) benzene (TpPyPB), or A host material or the like used for the
  • the electron injecting material that can be used for the electron injecting layer 17 is not particularly limited, and for example, a known electron injecting material can be used.
  • a known electron injecting material can be used.
  • LiF, BCP, TPBI, TAZ, Bphen, Ad-Cz, DPPS, TmPyPB, TpPyPB, or a host material used for the second light emitting layer 15b can be applied.
  • the manufacturing process of the organic EL element 11 will be briefly described. As described above, the organic EL element usually has a transistor as a switching element, but the manufacturing process is not mentioned in this embodiment.
  • the anode 12 is patterned on each transistor (anode forming step). Then, each layer of the organic layer is formed on the formed anode 12.
  • an organic insulating film (not shown) may be provided around the anode 12.
  • the organic insulating film it is preferable to use a polyimide-based resin material or the like.
  • the organic insulating film is not particularly limited thereto, and for example, a known organic insulating material can be used.
  • the hole injection layer 13 is formed (hole injection layer forming step).
  • a hole injecting material is deposited on the anode 12.
  • the thickness of the hole injection layer 13 is preferably about 45 nm. In this way, the hole injection layer 13 is formed.
  • the hole transport layer 14 is formed (hole transport layer forming step).
  • a hole transporting material is deposited on the hole injection layer 13.
  • the thickness of the hole transport layer 14 is preferably about 15 nm. In this way, the hole transport layer 14 is formed.
  • the light emitting layer 15 is formed. Specifically, a host material for the first light emitting layer 15a and a phosphorescent light emitting material are co-evaporated on the hole transport layer 14 (first light emitting layer forming step). At this time, the host material is preferably doped with about 7.5% of a phosphorescent material. In this way, the first light emitting layer 15a is formed. Note that the thickness of the layer is preferably about 10 nm.
  • the host material for the second light emitting layer 15b and the phosphorescent light emitting material are co-evaporated on the first light emitting layer 15a (second light emitting layer forming step).
  • the host material is preferably doped with about 7.5% of a phosphorescent material.
  • the second light emitting layer 15b is formed.
  • the thickness of the layer is preferably about 10 nm.
  • the electron transport layer 16 is formed (electron transport layer forming step).
  • An electron transporting material is deposited on the light emitting layer 15.
  • the thickness of the electron transport layer 16 is preferably about 30 nm. In this way, the electron transport layer 16 is formed.
  • the electron injection layer 17 is formed (electron injection layer forming step).
  • An electron injecting material is deposited on the electron transport layer 16. In this way, the electron injection layer 17 is formed.
  • a cathode is formed (cathode formation step).
  • a cathode is patterned on the electron injection layer 17 to complete the organic EL element 11.
  • an electron transporting material may be used as the host material of the second light emitting layer 15b, and the second light emitting layer 15b may also serve as the electron transport layer 16.
  • summary of the organic EL element in which a 1st light emitting layer serves as a positive hole transport layer, and a 2nd light emitting layer serves as an electron transport layer is demonstrated.
  • the first embodiment is the same as the first embodiment except that the first light emitting layer also serves as a hole transport layer and the second light emitting layer also serves as an electron transport layer.
  • the organic EL element according to this embodiment has an organic layer between an anode and a cathode formed on a substrate.
  • the said organic layer forms a hole injection layer, a light emitting layer, and an electron injection layer in order.
  • the light emitting layer has a two-layer structure, and includes a first light emitting layer and a second light emitting layer.
  • the organic EL device according to this embodiment is configured such that the gap between the highest occupied level (HOMO level) and the lowest vacant level (LUMO level) of the host material constituting the light emitting layer is reduced. . Thereby, the probability that the hole and electron in a light emitting layer recombine can be raised, keeping the mobility of the hole and electron in an organic layer high. This will be described in detail below.
  • an organic EL element usually has a transistor (not shown) such as an organic thin film transistor substrate as a switching element, detailed description thereof is not mentioned in the present embodiment.
  • FIG. 3 is a diagram showing an energy diagram of each layer constituting the organic EL element 21.
  • the organic layer of the organic EL element 21 is formed by sequentially forming the hole injection layer 23, the light emitting layer 25, and the electron injection layer 27.
  • the light emitting layer 25 has a two-layer structure, and includes a first light emitting layer 25a and a second light emitting layer 25b.
  • the first light emitting layer 25a and the second light emitting layer 25b are doped with a single phosphorescent material.
  • the holes injected from the anode 22 are received from the hole injecting layer 23 and propagate to the vicinity of the interface with the second light emitting layer 25b.
  • the electrons injected from the cathode 30 are received from the electron injection layer 27 and propagate to the vicinity of the interface with the first light emitting layer 25a.
  • the holes propagated from the first light emitting layer 25a and the electrons propagated from the second light emitting layer 25b recombine, thereby emitting light. To do.
  • the organic layer host material is selected in the same manner as in the first embodiment. Specifically, as shown in FIG. 3, the host material constituting the first light emitting layer 25a has a LUMO level 29 of the phosphorescent light emitting material and a LUMO level of the host material constituting the second light emitting layer 25b.
  • the host material constituting the first light emitting layer 25a has a LUMO level 29 of the phosphorescent light emitting material and a LUMO level of the host material constituting the second light emitting layer 25b.
  • the host material constituting the second light emitting layer 25b includes a material having a HOMO level deeper than the HOMO level 28 of the phosphorescent light emitting material and the HOMO level of the host material constituting the first light emitting layer 25a (
  • the holes propagated to the first light emitting layer 25a can be blocked from moving to the second light emitting layer 25b, and the electrons propagated to the second light emitting layer 25b enter the first light emitting layer 25a. Can be blocked from moving. Accordingly, it is possible to reduce the number of holes that move to the second light emitting layer 25b without recombining with electrons, and the number of electrons that move to the first light emitting layer 25a without recombining with holes. As a result, the probability that holes and electrons recombine can be increased. Therefore, in the organic EL element 21 according to the present embodiment, the probability that holes and electrons are recombined in the light emitting layer 25 can be increased, so that the internal quantum yield can be improved and the light emission efficiency can be improved.
  • the layer structure of the organic EL element 21 can be simplified according to the present embodiment. it can. Therefore, the manufacturing process of the organic EL element 21 can be simplified. Moreover, since each injection layer and each transport layer can be omitted, the production cost of the organic EL element 21 can be kept low.
  • the first light emitting layer 25a also serves as a hole transport layer
  • the second light emitting layer 25b also serves as an electron transport layer. Therefore, in order to improve hole injection in the hole injection layer 23, the hole injection layer 23 may be doped with a p-dopant. Similarly, in order to improve electron injection in the electron injection layer 27, the electron injection layer 27 may be doped with an n-dopant. According to this, injection of holes in the hole injection layer is promoted, and injection of electrons in the electron injection layer is promoted. Thus, holes and electrons can be sufficiently propagated to the light emitting layer.
  • a region formed only of the host material may be provided between the light emitting layer 25 and the hole injection layer 23.
  • This region functions as an electron blocking layer and can prevent energy deactivation due to exciplex at the interface between the light emitting layer 25 and the hole injection layer 23. That is, energy loss from the light emitting layer 25 to the hole injection layer 23 can be prevented.
  • a region formed only of the host material as a hole blocking layer may be provided between the light emitting layer 25 and the electron injection layer 27.
  • the thickness of each layer is about 10 nm.
  • a host material constituting the first light emitting layer 25a may be used.
  • a host material constituting the electron injection layer 27 may be used. According to this, the manufacturing process of the organic EL element 21 can be further simplified. Moreover, since the material used for the organic EL element 21 can be reduced, the manufacturing cost of the organic EL element 21 can be further reduced.
  • the manufacturing process of the organic EL element 21 will be briefly described. As described above, the organic EL element usually has a transistor as a switching element, but the manufacturing process is not mentioned in this embodiment.
  • the process until the anode 22 is formed on the substrate is the same as the process of the first embodiment, and is omitted here.
  • the process of forming an organic material on the anode 22 will be described.
  • the hole injection layer 23 is formed. Specifically, a hole injecting material and a p-dopant are co-evaporated on the anode 22. At this time, it is preferable to dope about 10% of p-dopant into the hole injecting material. In this way, the hole injection layer 23 is formed.
  • the layer thickness is preferably about 50 nm.
  • the host material for the first light emitting layer 25a and the phosphorescent light emitting material are co-evaporated on the hole injection layer 23 (first light emitting layer forming step).
  • the host material is preferably doped with about 7.5% of a phosphorescent material.
  • the first light emitting layer 25a is formed.
  • the thickness of the layer is preferably about 10 nm.
  • a host material for the second light emitting layer 25b and a phosphorescent light emitting material are co-evaporated on the first light emitting layer 25a (second light emitting layer forming step).
  • the host material is preferably doped with about 7.5% of a phosphorescent material.
  • the first light emitting layer 25b is formed.
  • the thickness of the layer is preferably about 10 nm.
  • the electron injection layer 27 is formed (electron injection layer forming step).
  • An electron injecting material and an n-dopant are deposited on the light emitting layer 25.
  • the electron injection layer 27 is formed.
  • the thickness of the layer is preferably about 30 nm.
  • the cathode 30 is formed (cathode forming step).
  • the cathode 30 is patterned on the electron injection layer 27, and the organic EL element 21 is completed.
  • the hole injection layer 23 and the electron injection layer 27 are doped with dopants.
  • the hole injection layer 13 and the electron injection layer 17 are respectively formed.
  • a dopant may be doped.
  • the hole transport layer 14 and the electron transport layer 16 are doped with dopants for the purpose of promoting the transport of holes and electrons, respectively.
  • FIG. 4 is a diagram schematically illustrating an organic EL display device 40 including the organic EL elements 11 and 21.
  • an organic EL display device 40 including organic EL elements 11 and 21 has a pixel unit 7, a gate signal side driving circuit 5, a data signal side driving circuit 6, a wiring 3, a current on a substrate 20. It has a supply line 4, a sealing substrate 42, an FPC (Flexible Printed Circuits) 2, and an external drive circuit 1.
  • a pixel unit 7 As shown in FIG. 4, an organic EL display device 40 including organic EL elements 11 and 21 has a pixel unit 7, a gate signal side driving circuit 5, a data signal side driving circuit 6, a wiring 3, a current on a substrate 20. It has a supply line 4, a sealing substrate 42, an FPC (Flexible Printed Circuits) 2, and an external drive circuit 1.
  • FPC Flexible Printed Circuits
  • the external driving circuit 27 sequentially selects the scanning lines (scanning lines) of the pixel unit 7 by the gate signal side driving circuit 5, and for each pixel element arranged along the selected scanning line, on the data signal side.
  • the pixel data is written in the drive circuit 6. That is, when the gate signal side driving circuit 5 sequentially drives the scanning lines and the data signal side driving circuit 6 outputs the pixel data to the data lines, the driven scanning lines and the data lines to which the data is output intersect.
  • the pixel element arranged at the position to be driven is driven.
  • FIG. 5 is a diagram showing an outline of a mobile phone 70 having an organic EL display device.
  • FIG. 6 is a diagram showing an outline of a television receiver 80 provided with an organic EL display device.
  • an organic EL display device including the organic EL elements 11 and 21 according to the present embodiment can be mounted on the display unit 59 of the mobile phone 70.
  • 55 is an audio input unit
  • 56 is an audio output unit
  • 57 is a main body part
  • 58 is an antenna
  • 60 is an operation switch. Since these members have functions similar to those of a conventional mobile phone, description thereof is omitted here. Further, the specific configuration of the mobile phone 70 is not mentioned here.
  • an organic EL display device including the organic EL element 1 according to this embodiment can be mounted on the display unit 61 of the television receiver 80.
  • 62 shown in the figure is a speaker. Since the television receiver 80 has the same configuration as that of the conventional television receiver 80 except that the display unit 61 includes the organic EL display device according to the present embodiment, a specific configuration is provided. Is not mentioned here.
  • an organic EL display device with high luminous efficiency can be realized, and the organic EL display device can be used in various electronic devices including a display unit. It can be installed.
  • the organic EL display device having the display unit including the organic EL elements 11 and 21 according to the present embodiment has been described.
  • the organic EL elements 11 and 21 can also be used as a light source of a lighting device. It is. A specific example is shown in FIG. FIG. 7 is a diagram showing an outline of a lighting device 90 including the organic EL elements 11 and 21.
  • the illumination device 90 including the organic EL element 1 includes an optical film 71, a substrate 11, an anode 2, an organic EL layer 10, a cathode 9, a heat diffusion sheet 64, a sealing substrate 65, and a sealing resin. 63, a heat radiation member 66, a driving circuit 67, a wiring 68, and a hook ceiling 69.
  • the organic EL element 1 As described above, by providing the organic EL element 1 according to this embodiment, it is possible to provide a lighting device with high luminous efficiency.
  • the highest occupied level (HOMO) and the lowest empty level of each of the first host material, the second host material, and the organic light emitting material are further provided.
  • the position (LUMO) satisfies the following relational expressions (3) and (4).
  • the light emitting layer further includes a first light emitting layer formed on the anode side and a second light emitting layer formed on the cathode side,
  • the host material constituting the first light emitting layer has the lowest vacancy level of the host material constituting the second luminescent layer, and the lowest vacancy level shallower than the lowest vacant level of the organic light emitting material.
  • the host material constituting the two light emitting layers has the highest occupied level of the host material constituting the first light emitting layer and the highest occupied level deeper than the highest occupied level of the organic light emitting material. It is characterized by being.
  • the host material constituting the first light emitting layer includes the lowest vacant level (
  • ) are used.
  • the host material constituting the second light emitting layer includes an organic light emitting material and a highest occupied level deeper than the host material constituting the first light emitting layer (
  • ) is used. According to this, since the highest occupied level of the host material constituting the second light emitting layer is deeper than the highest occupied level of the host material and the organic light emitting material constituting the first light emitting layer, the first light emitting layer Can be prevented from moving to the second light emitting layer.
  • the lowest vacancy level of the host material constituting the first light emitting layer is shallower than the lowest vacant level of the host material and organic light emitting material constituting the second light emitting layer, it was propagated to the second light emitting layer. Electrons can be blocked from moving to the first light emitting layer. Thus, light is emitted by recombination of holes and electrons propagated to the organic light emitting material at the interface between the first light emitting layer and the second light emitting layer.
  • the organic EL device As described above, in the organic EL device according to the present invention, it is possible to reduce the number of holes that move to the second light emitting layer without recombining with electrons, and the number of electrons that move to the first light emitting layer without recombining with holes. It becomes. As a result, since the probability that holes and electrons recombine can be increased, the drive voltage of the organic EL element can be lowered. In addition, since the probability of recombination of holes and electrons in the light emitting layer is increased, the internal quantum yield is improved, and the light emission efficiency can be improved.
  • the highest occupied level (HOMO) and the lowest vacant level (LUMO) of each of the first host material, the second host material, and the organic light emitting material are further included. ) Satisfies the following relational expressions (5) to (8).
  • the highest occupied level (HOMO) and the lowest vacant level (LUMO) of each of the first host material, the second host material, and the organic light emitting material are further included. ) Is characterized by satisfying at least one of the following relational expressions (9) and (10).
  • the presence of electrons in the organic light-emitting material can prevent the electrons from moving to an anode-side material such as a hole transport material.
  • the presence of holes in the organic light emitting material can prevent the holes from moving to the cathode side material such as the electron transport material.
  • the host material which comprises said 1st light emitting layer, and the host material which comprises said 2nd light emitting layer are higher than the excitation triplet level of the said organic light emitting material. It is characterized by having an excited triplet level.
  • excitation energy can be confined in the organic light emitting material in the light emitting layer, and movement of excitation energy from the organic light emitting material can be prevented.
  • the organic layer includes a hole injection layer doped with a dopant that promotes injection of holes from the anode to the organic layer, and the organic layer from the cathode. And an electron injection layer doped with a dopant that promotes electron injection into the substrate.
  • the injection of carriers injected from the first electrode into the organic layer is promoted, and the injection of carriers injected from the second electrode into the organic layer is promoted.
  • holes and electrons can be sufficiently propagated to the light emitting layer.
  • the organic electroluminescence device according to the present invention is characterized in that there is a region not doped with the dopant and the organic light emitting material between the hole injection layer and the light emitting layer.
  • the organic electroluminescence device according to the present invention is characterized in that there is a region not doped with the dopant and the organic light emitting material between the electron injection layer and the light emitting layer.
  • the region not doped with the organic light emitting material and the dopant between the light emitting layer and the first carrier injection layer functions as a carrier blocking layer.
  • the region where the organic light emitting material and the dopant are not doped between the light emitting layer and the second carrier injection layer can also prevent energy loss from the light emitting layer to the second carrier injection layer.
  • the organic light emitting material is a phosphorescent light emitting material.
  • Example 1 A silicon semiconductor film was formed on a glass substrate by a plasma chemical vapor deposition (plasma CVD) method, subjected to crystallization treatment, and then a polycrystalline semiconductor film was formed. Subsequently, the polycrystalline silicon thin film was etched to form a plurality of island patterns. Next, silicon nitride (SiN) was formed as a gate insulating film on each island of the polycrystalline silicon thin film. Thereafter, a laminated film of titanium (Ti) -aluminum (Al) -titanium (Ti) was sequentially formed as a gate electrode, and patterned by an etching process. On the gate electrode, a source electrode and a drain electrode were formed using Ti—Al—Ti to manufacture a plurality of thin film transistors.
  • plasma CVD plasma chemical vapor deposition
  • ITO indium tin oxide
  • N, N-dicarbazoyl-3,5-benzene was deposited on the hole injection layer at a deposition rate of 1 cm / sec by vacuum deposition. In this way, a 15 nm-thick hole transport layer was formed on the hole injection layer.
  • (tris (2,4,6-trimethyl-3-yl) -3- (pyridin-3-yl) phenyl) borane (3TPYMB) and FIr6 are co-coated on the first light-emitting layer by vacuum deposition. Vapor deposited. At this time, doping was performed such that about 7.5% of FIr6 was contained in 3TPYMB. Thus, the 10-nm-thick 2nd light emitting layer was formed on the 1st light emitting layer.
  • TPBI 1,3,5-tris (N-phenylbenzimidazol-2-yl) benzene
  • LiF was deposited on the electron transport layer by a vacuum deposition method at a deposition rate of 1 cm / sec to form a LiF film having a thickness of 0.5 nm. Thereafter, an Al film having a thickness of 100 nm was formed on the LiF film using Al. In this way, a laminated film of LiF and Al was formed as a cathode, and an organic EL element was produced.
  • the current efficiency and lifetime T 50 at 1000 cd / m 2 of the obtained organic L device were measured. As a result, the current efficiency was 28 cd / A, and the lifetime T 50 was a good value of 5000 h.
  • Example 2 Since the steps until the anode is formed are the same as those in Example 1, they are omitted here. Below, it demonstrates from the process of forming a positive hole injection layer.
  • 4CzPBP and tetrafluorotetracyanoquinodimethane (TCNQF 4 ) were co-deposited at a deposition rate of 1 ⁇ / sec by a vacuum deposition method. At this time, doping was performed so that about 10% of TCNQF 4 was contained in 4CzPBP. In this way, a hole injection layer having a thickness of 50 nm was formed on the anode.
  • 4 CzPBP was deposited on the hole injection layer by 10 nm, and then 4 CzPBP and FIr6 were co-deposited by a vacuum deposition method. At this time, doping was performed so that FIr6 was included in about 4% in 4CzPBP. In this way, a first light emitting layer having a thickness of 10 nm was formed.
  • 3TPYMB and FIr6 were co-deposited on the first light emitting layer by a vacuum deposition method. At this time, doping was performed such that about 7.5% of FIr6 was contained in 3TPYMB. Thus, the 10-nm-thick 2nd light emitting layer was formed on the 1st light emitting layer.
  • 3TPYMB and cesium carbonate (Cs 2 CO 3 ) were co-deposited on the second light emitting layer by a vacuum evaporation method. At this time, doping was performed so that about 50% of Cs 2 CO 3 was contained in 3TPYMB. In this way, an electron injection layer having a thickness of 30 nm was formed on the second light emitting layer.
  • LiF was deposited on the electron injection layer by a vacuum deposition method at a deposition rate of 1 cm / sec to form a LiF film having a thickness of 0.5 nm. Thereafter, an Al film having a thickness of 100 nm was formed on the LiF film using Al. In this way, a laminated film of LiF and Al was formed as a cathode, and an organic EL element was produced.
  • the current efficiency and lifetime T 50 at 1000 cd / m 2 of the obtained organic EL element were measured. As a result, the current efficiency was 25 cd / A, and the lifetime T 50 was a good value of 4000 h.
  • the light emitting layer has a multi-layer structure, and a material considering a phosphorescent light emitting material is used as the host material of the light emitting layer.
  • a material considering a phosphorescent light emitting material is used as the host material of the light emitting layer.
  • 4CzPBP having a LUMO level shallower than the LUMO level of FIr6 and the host material (3TPYMB) of the second light emitting layer is used as the host material of the first light emitting layer.
  • 3TPYMB having a HOMO level deeper than the HOMO level of the host material (4CzPBP) of FIr6 and the first light-emitting layer is used as the host material of the second light-emitting layer.
  • 3TPYMB has a LUMO level deeper than FIr6, and 4CzPBP has a HOMO level shallower than FIr6. Accordingly, it is possible to prevent holes injected from the anode from moving to the second light emitting layer. Similarly, it is possible to prevent electrons injected from the cathode from moving to the first light emitting layer. This makes it possible to reduce the number of holes that move to the second light emitting layer without recombining with electrons, and to reduce the number of electrons that move to the first light emitting layer without recombining with holes. As a result, the probability that holes and electrons recombine can be increased. Therefore, the organic EL device according to the first embodiment exhibited both good values current efficiency and lifetime T 50.
  • the first light-emitting layer also serves as the hole transport layer
  • the second light-emitting layer also serves as the electron transport layer.
  • the hole injection layer and the electron injection layer are each doped with a dopant. ing. Therefore, the injection of holes in the hole injection layer is promoted, and the injection of electrons in the electron injection layer is promoted. Thus, holes and electrons can be sufficiently propagated to the light emitting layer.
  • Example 2 since the same host material as in Example 1 is used, the number of holes that move to the second light emitting layer without recombination with electrons is reduced, and the first light emitting layer without recombination with holes. It is possible to reduce the number of electrons that move to. As a result, the probability that holes and electrons recombine can be increased. Therefore, in the organic EL device according to this Example 2 exhibited both good values current efficiency and lifetime T 50.
  • the current efficiency and driving voltage at 1000 cd / m 2 of the obtained organic EL element were measured.
  • the current efficiency was 24 cd / A, and the voltage was about 80% that of Example 1, indicating a good value. Therefore, it is experimentally found that high efficiency can be expected if the difference between the HOMO level of the host material of the first light emitting layer and the HOMO level of the phosphorescent light emitting material is between 0.1 and 0.3 eV. It was.
  • the HOMO level of the host material constituting the first light emitting layer is preferably shallower than the HOMO level of the phosphorescent light emitting material.
  • the difference between the HOMO level of the host material constituting the first light emitting layer and the HOMO level of the phosphorescent light emitting material is larger than 0.5 eV, the probability that holes can be thermally excited is lowered. End up. Therefore, it can be said that the difference between the HOMO level of the host material constituting the first light emitting layer and the HOMO level of the phosphorescent light emitting material is preferably within 0.5 eV.
  • the electron (hole) moving speed can be expressed by a general Arrhenius equation as in the following equation (1).
  • k ET is an electron (hole) transfer rate constant
  • A is a frequency factor (a constant independent of temperature).
  • k ET Aexp ( ⁇ E / RT) (1)
  • A is 10 11 M ⁇ 1 s ⁇ 1 in the case of an intermolecular reaction.
  • the result of calculating the value of the rate constant by the numerical value of ⁇ E from the formula (1) is shown below.
  • the energy [f (x)] stabilized by the electric field can be expressed as the following formula (2). Specifically, it is energy that stabilizes electrons at a position of distance x when an electric field of V is applied. Note that q is an elementary charge (an absolute value of an electron charge).
  • the difference between the HOMO level of the host material constituting the first light emitting layer and the HOMO level of the phosphorescent light emitting material is within 0.5 eV, the probability that the holes are thermally excited increases. And the probability that electrons recombine can be increased. Further, if the difference between the HOMO level of the host material constituting the first light emitting layer and the HOMO level of the phosphorescent light emitting material is larger than 0 eV, the gap between the HOMO level and the LUMO level of the host material itself is narrowed. Thus, the voltage of the device itself can be reduced.
  • the LUMO level of the host material constituting the second light emitting layer is preferably shallower than the LUMO level of the phosphorescent light emitting material, and the difference is larger than 0 eV and within 0.5 eV. It is preferable.
  • the LUMO level of the host material of the first light emitting layer is shallower than the LUMO level of the phosphorescent light emitting material, the difference is larger than 0.5 eV, and it can be driven at a low voltage within 0.7 eV. I was able to confirm. That is, 0.5 eV ⁇ (
  • the HOMO level of the host material constituting the second light emitting layer is deeper than the HOMO level of the phosphorescent light emitting material, and the difference is larger than 0.5 eV and is driven at a low voltage if it is within 0.7 eV. It was confirmed experimentally that it was possible. That is, 0.5 eV ⁇ (
  • the present invention can be used for various devices using organic EL elements, and can be used for display devices such as televisions.

Abstract

　有機ＥＬ素子（１１）は、二層構造の発光層（１５）を有しており、第一発光層（１５ａ）は、燐光発光材料のＬＵＭＯ準位（１９）および第二発光層（１５ｂ）を構成するホスト材料のＬＵＭＯ準位よりも浅いＬＵＭＯ準位を有するホスト材料（｜ＬＵＭＯ（第一発光層のホスト材料）｜＜｜ＬＵＭＯ（第二発光層のホスト材料）｜かつ｜ＬＵＭＯ（第一発光層のホスト材料）｜＜｜ＬＵＭＯ（燐光発光材料）｜）によって構成されている。また、第二発光層（１５ｂ）は、燐光発光材料のＨＯＭＯ準位（１８）および第一発光層（１５ａ）を構成するホスト材料よりも深いＨＯＭＯ準位を有するホスト材料（｜ＨＯＭＯ（第二発光層のホスト材料）｜＞｜ＨＯＭＯ（第一発光層のホスト材料）｜かつ｜ＨＯＭＯ（第二発光層のホスト材料）｜＞｜ＨＯＭＯ（燐光発光材料）｜）によって構成されている。これによれば、正孔が第二発光層（１５ｂ）にまで移動するのをブロックすることができ、第一発光層（１５ａ）にまで移動するのをブロックすることができる。その結果、正孔および電子が再結合する確率が上がり、有機ＥＬ素子（１１）の駆動電圧を低下させ、発光効率を向上させることができる。

Description

有機エレクトロルミネッセンス素子、およびその製造方法、ならびに有機エレクトロルミネッセンス表示装置
　本発明は、高輝度、高効率および長寿命を実現する有機エレクトロルミネッセンス素子、およびその製造方法、ならびに有機エレクトロルミネッセンス表示装置に関する。
　近年、従来主流であったブラウン管を使用した表示装置から、薄型のフラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）の表示装置のニーズが高まりつつある。ＦＰＤには各種のものがあり、例えば、非自発光型の液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、自発光型のプラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ）、無機エレクトロルミネッセンス（無機ＥＬ）ディスプレイ、または有機エレクトロルミネッセンス（有機ＥＬ）ディスプレイ等が知られている。
　中でも、有機ＥＬディスプレイは、表示に使用する素子（有機ＥＬ素子）が薄型かつ軽量であり、なおかつ低電圧駆動、高輝度および自発光等の特性を有していることから、その研究開発が盛んに行われている。
　有機ＥＬ素子は、基板上に一対の電極（陽極および陰極）を有しており、当該一対の電極の間に発光層を少なくとも備えた有機層を有している。当該発光層は、ホスト材料に有機発光材料をドープして形成されている。一般的には、発光層と陽極との間に、ホスト材料にアクセプターをドープした正孔注入層等を設け、発光層と陰極との間に、ホスト材料にドナーをドープした電子注入層等を設けている。
　有機ＥＬ素子では、陽極および陰極に電圧を印加することによって、当該陽極から有機層に正孔が注入され、当該陰極から有機層に電子が注入される。両電極から注入された正孔および電子は、発光層において再結合することによって励起子を生成する。有機ＥＬ素子は、当該励起子が失活する際に放出する光を利用して発光している。
　発光層には、燐光発光材料、または蛍光発光材料等の有機発光材料を用いるのが一般的である。燐光発光材料を利用した有機ＥＬ素子は、発光効率が高く、発光寿命が長いという利点があるため、特に最近では発光層に燐光発光材料を用いた有機ＥＬ素子が普及しつつある。また、有機ＥＬ素子の低消費電力化を目指して、内部量子収率が最大１００％の燐光発光材料を導入した有機ＥＬ素子の開発が進んでいる。
　赤色発光する有機ＥＬ素子と、緑色発光する有機ＥＬ素子とには、内部量子収率が最大１００％の燐光発光材料が導入されている。しかしながら、青色発光する有機ＥＬ素子については、内部量子収率が最大１００％の燐光発光材料を導入するには至っておらず、内部量子収率が最大２５％の蛍光発光材料が用いられている。
　有機ＥＬ素子において、青色発光するには、赤色発光および緑色発光と比較して高エネルギーを必要とする。さらに、当該エネルギーを励起三重項準位（Ｔ１）から得ようとすると、Ｔ１、電子、および正孔のすべてを発光層中の燐光発光材料に閉じ込める必要がある。そのため、発光層を構成する材料だけでなく、発光層の周辺の材料も含めて、最高被占準位（ＨＯＭＯ準位）と最低空準位（ＬＵＭＯ準位）とのギャップを非常に大きくする必要がある。しかしながら、発光層のＨＯＭＯ準位とＬＵＭＯ準位とのギャップを大きくするため、発光層を構成するホスト材料として、分子間で共役し、相互作用を示し、キャリアの移動度が高い材料を用いるのが困難である。それ故、青色燐光発光材料を用いた場合、駆動には高電圧を必要とするが、その割に発光効率は低いという問題がある。
　青色燐光発光材料を用いた従来の有機ＥＬ素子３１の具体的な例を図８に示す。図８は、青色燐光発光材料を用いた従来の有機ＥＬ素子３１を構成する各層のエネルギーダイアグラムを示す図である。本図では、ホスト材料として、正孔注入層３３ではＮＰＢ（ＨＯＭＯ準位＝５．５ｅＶ，ＬＵＭＯ準位＝２．４ｅＶ）を用い、正孔輸送層３４ではｍＣＰ（ＨＯＭＯ準位＝５．９ｅＶ，ＬＵＭＯ準位＝２．４ｅＶ）を用い、電子輸送層３６では３ＴＰＹＭＢ（ＨＯＭＯ準位＝６．８ｅＶ，ＬＵＭＯ準位＝３．３ｅＶ）を用いている。発光層３５においては、燐光発光材料としてＦｉｒ６（ＨＯＭＯ準位＝６．１ｅＶ，ＬＵＭＯ準位＝３．１ｅＶ）を用いている。当該Ｆｉｒ６に正孔および電子を閉じ込めるために、発光層３５ではホスト材料として、ＨＯＭＯ準位とＬＵＭＯ準位とのギャップが大きいＵＧＨ２（ＨＯＭＯ準位＝７．２ｅＶ，ＬＵＭＯ準位＝２．８ｅＶ）を用いている。しかしながら、ＵＧＨ２がワイドギャップであるため、正孔輸送層３４から発光層３５に効率良く正孔を伝搬することができない。同様に、電子輸送層３６から発光層３５に効率良く電子を伝搬することができない。そのため、このように青色燐光発光材料を用いた有機ＥＬ素子３１では、上述したように、駆動には高電圧を必要とするが、その割に発光効率は低いという問題がある。
　そこで、青色燐光発光材料を用いた有機ＥＬ素子の発光効率を向上させるために工夫がなされている。例えば、非特許文献１には、発光層を二層設けた有機ＥＬ素子が開示されている。具体的には、一対の電極の間に正孔注入層、第一発光層、第二発光層、および電子注入層を順に形成した有機層を備えた有機ＥＬ素子が開示されている。本文献では、ホスト材料として正孔注入層ではＤＴＡＳｉ（ＨＯＭＯ準位＝５．６ｅＶ，ＬＵＭＯ準位＝２．２ｅＶ）を用い、電子注入層ではＢｐｈｅｎ（ＨＯＭＯ準位＝６．４ｅＶ，ＬＵＭＯ準位＝３．０ｅＶ）を用いている。また、第一発光層では４ＣｚＰＢＰ（ＨＯＭＯ準位＝６．０ｅＶ，ＬＵＭＯ準位＝２．５ｅＶ）をホスト材料として用い、第二発光層ではＰＰＴ（ＨＯＭＯ準位＝６．６ｅＶ，ＬＵＭＯ準位＝２．９ｅＶ）をホスト材料として用いている。第一発光層および第二発光層には、青色燐光発光材料としてＦＩｒｐｉｃ（ＨＯＭＯ準位＝５．８ｅＶ，ＬＵＭＯ準位＝２．９ｅＶ）がドープされている。
　この構成によれば、第一発光層および第二発光層におけるＨＯＭＯ準位とＬＵＭＯ準位とのギャップが小さい有機ＥＬ素子が得られる。したがって、発光層において正孔および電子の移動度が向上するホスト材料を用いても良い。これは、有機蒸着膜では、正孔および電子の輸送はホッピング伝導によって行われているためである（非特許文献２）。電子が分子間をホッピングして伝導するためには、中性状態とラジカルアニオン状態との電子状態間における波動関数の重なりが大きいことが必要である。一方、正孔においては、分子間をホッピングして伝導するためには中性状態とラジカルカチオン状態との電子状態間における波動関数の重なりが大きい必要がある。つまり、中性状態およびラジカルアニオン状態、または中性状態およびラジカルカチオン状態のスタッキング（π－π相互作用）が強いほど、正孔および電子の移動度が高い。また、スタッキングが強いと、ＨＯＭＯ準位およびＬＵＭＯ準位のギャップが小さくなる。したがって、本構成を用いれば、１０００ｃｄ／ｍ２における有機ＥＬ素子の駆動電圧が４．６Ｖと低く、発光効率が２２ｃｄ／Ａと高い有機ＥＬ素子が得られる。
Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ ９４，０８３５０６，２００９ 時任静士、安達千波矢、村田英幸共著「有機ＥＬディスプレイ」株式会社オーム社、２００４年８月 渡辺正、中林誠一郎著「電子移動の化学―電気化学入門」日本化学会編、朝倉書店、２００５年９月
　上記した非特許文献１に開示されている有機ＥＬ素子では、電子注入層から第二発光層へ電子が伝搬されると、発光ドーパント（ＦＩｒｐｉｃ）に電子が伝搬される。しかしながら、本文献に開示されている有機ＥＬ素子では、発光ドーパントから第一発光層に電子が伝搬されやすい構成になっている。したがって、この構成によれば、第一発光層および第二発光層の界面において正孔および電子が再結合せず、再結合をする確率が低下してしまう。すなわち、内部量子収率が低下してしまう。
　また、上記非特許文献１に開示されている有機ＥＬ素子では、第一発光層および第二発光層の燐光発光材料として、スカイブルーに発光するＦＩｒｐｉｃを用いている。当該ＦＩｒｐｉｃのＨＯＭＯ準位とＬＵＭＯ準位とのギャップは小さいため、低駆動電圧であり、高発光効率の有機ＥＬ素子が得られる。したがって、深い青色に発光する燐光発光材料を用いる場合には、このような燐光発光材料のＨＯＭＯ準位とＬＵＭＯ準位とのギャップは大きいため、ＨＯＭＯ準位とＬＵＭＯ準位とのギャップが大きいホスト材料が必要となる。したがって、駆動には高電圧を必要とするが、その割には発光効率が低くなってしまうという問題は依然残されたままである。
　そこで、本発明は上記の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、低電圧で駆動することができ、なおかつ発光効率が高い有機ＥＬ素子、およびその製造方法を提供することにある。
　本発明に係る有機エレクトロルミネッセンス素子は、上記課題を解決するために、陽極および陰極と、上記陽極および上記陰極の間に形成され、発光層を少なくとも有している有機層とを基板上に備えた有機エレクトロルミネッセンス素子において、上記発光層は、上記陽極側に位置し、正孔輸送性ホストである第一ホスト材料からなる第一発光層と、上記陰極側に位置し、電子輸送性ホストである第二ホスト材料からなる第二発光層とを備え、上記第一ホスト材料および上記第二ホスト材料には、同一の有機発光材料がドープされており、上記第一ホスト材料、上記第二ホスト材料、および上記有機発光材料のそれぞれの最高被占準位（ＨＯＭＯ）および最低空準位（ＬＵＭＯ）は、下記の関係式（１）および（２）を満たすことを特徴としている。
（１）０ｅＶ＜（｜有機発光材料のＨＯＭＯ｜－｜第一ホスト材料のＨＯＭＯ｜）≦０．５ｅＶ
（２）０ｅＶ＜（｜第二ホスト材料のＬＵＭＯ｜－｜有機発光材料のＬＵＭＯ｜）≦０．５ｅＶ
　上記構成によれば、第一発光層を構成するホスト材料の最高被占準位は、有機発光材料の最高被占準位よりも浅い。しかし、その最高被占準位の差を小さく（０．５ｅＶ以内に）することによって、正孔と電子とが再結合する確率を高めることができる。
　同様に、第二発光層を構成するホスト材料の最低空準位は、有機発光材料の最低空準位よりも深い。しかし、その最低空準位の差を小さく（０．５ｅＶ以内に）することによって、正孔と電子とが再結合する確率を高めることができる。
　また、本発明に係る有機エレクトロルミネッセンス表示装置においては、上記の課題を解決するために、上述した有機エレクトロルミネッセンス素子を薄膜トランジスタ基板上に形成した表示手段を備えていることを特徴としている。
　上記構成によれば、低駆動電圧であり、発光効率が高い有機ＥＬ素子を備えているため、高輝度、高効率かつ長寿命の表示装置を提供できる。
　また、本発明に係る有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法は、上記課題を解決するために、陽極および陰極と、上記陽極および上記陰極の間に形成された発光層を少なくとも有している有機層とを基板上に備えた有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法において、上記基板上に、上記陽極を形成する陽極形成工程と、上記陽極上に、当該陽極から正孔が注入される正孔注入層を形成する正孔注入層形成工程と、上記正孔注入層上に、上記陽極から上記有機層に注入される正孔を輸送する正孔輸送層を形成する正孔輸送層形成工程と、上記正孔輸送層上に、上記発光層として、正孔輸送性ホストである第一ホスト材料からなる第一発光層を形成する第一発光層形成工程と、上記第一発光層上に、上記発光層として、電子輸送性ホストである第二ホスト材料からなる第二発光層を形成する第二発光層形成工程と、上記第二発光層上に、上記陰極から上記有機層に注入される電子を輸送する電子輸送層を形成する電子輸送層形成工程と、上記電子輸送層上に、上記陰極から電子が注入される電子注入層を形成する電子注入層形成工程と、上記電子注入層上に、上記陰極を形成する陰極形成工程とを備え、上記第一発光層形成工程および上記第二発光層形成工程において、上記第一ホスト材料および上記第二ホスト材料に同一の有機発光材料をドープし、なおかつ下記の関係式（１１）～（１６）を満たす最高被占準位（ＨＯＭＯ）および最低空準位（ＬＵＭＯ）をそれぞれ有している上記第一ホスト材料、上記第二ホスト材料、および上記有機発光材料を用いて、上記第一発光層および上記第二発光層を形成することを特徴としている。
（１１）０ｅＶ＜（｜有機発光材料のＨＯＭＯ｜－｜第一ホスト材料のＨＯＭＯ｜）≦０．５ｅＶ
（１２）０ｅＶ＜（｜第二ホスト材料のＬＵＭＯ｜－｜有機発光材料のＬＵＭＯ｜）≦０．５ｅＶ
（１３）｜第一ホスト材料のＬＵＭＯ｜＜｜第二ホスト材料のＬＵＭＯ｜
（１４）｜第一ホスト材料のＬＵＭＯ｜＜｜有機発光材料のＬＵＭＯ｜
（１５）｜第二ホスト材料のＨＯＭＯ｜＞｜第一ホスト材料のＨＯＭＯ｜
（１６）｜第二ホスト材料のＨＯＭＯ｜＞｜有機発光材料のＨＯＭＯ｜
　上記方法によれば、低駆動電圧であり、発光効率が高い有機ＥＬ素子を提供することができる。
　本発明の他の目的、特徴、および優れた点は、以下に示す記載によって十分分かるであろう。また、本発明の利点は、添付図面を参照した次の説明で明白になるであろう。
　本発明に係る有機エレクトロルミネッセンス素子では、電子と再結合しないで第二発光層に移動する正孔を減らし、正孔と再結合しないで第一発光層に移動する電子を減らすことが可能となる。その結果、正孔および電子が再結合する確率を上げることができるので、有機ＥＬ素子の駆動電圧を低下することができる。また、発光層において正孔および電子が再結合する確率が上がるので、内部量子収率は向上し、発光効率を向上させることができる。
本発明の一実施形態に係る有機ＥＬ素子を構成する各層のエネルギーダイアグラムを示す図である。 本発明の一実施形態に係る有機エレクトロルミネッセンス素子の断面を示す図である。 本発明の一実施形態に係る有機ＥＬ素子を構成する各層のエネルギーダイアグラムを示す図である。 本発明の一実施形態に係る有機エレクトロルミネッセンス素子を備えた有機エレクトロルミネッセンス表示装置の概略を示す図である。 本発明の一実施形態に係る有機エレクトロルミネッセンス表示装置を備えた携帯電話の概略を示す図である。 本発明の一実施形態に係る有機エレクトロルミネッセンス表示装置を備えたテレビジョン受像機の概略を示す図である。 本発明の一実施形態に係る有機エレクトロルミネッセンス素子を備えた照明装置の概略を示す図である。 青色燐光発光材料を用いた従来の有機ＥＬ素子を構成する各層のエネルギーダイアグラムを示す図である。
　〔第一の実施形態〕
　（有機ＥＬ素子１１の概要）
　本実施形態に係る有機エレクトロルミネッセンス素子（有機ＥＬ素子）は、一対の電極（陽極および陰極）と、一対の電極の間に位置し、発光層を含む有機層とが基板上に積層されて構成される。より具体的な構成については、図２を参照して以下に説明する。図２は、有機ＥＬ素子１１の断面を示す図である。
　図２に示すように、有機ＥＬ素子１１は、絶縁性基板４１上に、ゲート電極４３、ドレイン電極４４、ソース電極４５、およびゲート絶縁膜４６からなる薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）が所定の間隔で複数形成されている。また、絶縁性基板４１からＴＦＴにかけて、接続配線４７が形成されている。
　各ＴＦＴ上には、平坦化膜８１が配設されており、平坦化膜８１にはコンタクトホール４８が形成されている。ＴＦＴのドレイン電極４４は、該コンタクトホール４８を介して陽極１２と電気的に接続されている。隣り合う陽極１２の間には、エッジカバー４９が設けられており、陽極１２のＴＦＴとは反対側の位置には、正孔注入層１３、正孔輸送層１４、発光層１５、正孔ブロッキング層８、電子輸送層１６、および電子注入層１７からなる有機層、および陰極９が形成されている。陰極９の上は、無機封止膜５４によって覆われており、該無機封止膜５４によって陽極１２、有機層、および陰極９は封止される。
　一方、ＴＦＴが形成された絶縁性基板４１に対向する絶縁性基板４１には、光吸収層５０、蛍光体層５１、および散乱体層５２が形成されている。そして、２つの絶縁性基板４１の間には、樹脂封止膜５３が形成されている。
　なお、本実施形態に係る有機ＥＬ素子１１の発光層１５は、二層構造をしており、第一発光層、および第二発光層からなる。本実施形態に係る有機ＥＬ素子１１は、発光層１５を構成するホスト材料の最高被占準位（ＨＯＭＯ準位）と最低空準位（ＬＵＭＯ準位）とのギャップが小さくなるように構成されている。これにより、有機層での正孔および電子の移動度を高く保ちつつ、発光層１５での正孔と電子とが再結合する確率を高くすることができる。これについては、以下で詳しく説明する。
　（有機層の構成）
　有機ＥＬ素子１１の有機層の構成について、図１を参照して説明する。図１は、有機ＥＬ素子１１を構成する各層のエネルギーダイアグラムを示す図である。
　上述したように、有機ＥＬ素子１１の有機層は正孔注入層１３、正孔輸送層１４、発光層１５、電子輸送層１６、および電子注入層１７を順に形成したものである。発光層１５は二層構造をしており、第一発光層１５ａ、および第二発光層１５ｂからなる。第一発光層１５ａ、および第二発光層１５ｂには、単一の燐光発光材料がドープされている。第一発光層１５ａは陽極１２側に位置しており、陽極１２から注入された正孔を正孔輸送層１３から受け取り、第二発光層１５ｂとの界面近傍にまで伝搬する。一方、第二発光層１５ｂは陰極（図示せず）側に位置しており、陰極から注入された電子を電子輸送層１６から受け取り、第一発光層１５ａの界面近傍にまで伝搬する。これより、第一発光層１５ａおよび第二発光層１５ｂの界面において、第一発光層１５ａから伝搬された正孔と、第二発光層１５ｂから伝搬された電子とが再結合をすることによって、発光する。
　この際、本実施形態に係る有機ＥＬ素子１１では、正孔輸送層１３から伝搬された正孔が第二発光層１５ｂに移動しないように構成され、電子輸送層１６から伝搬された電子が第一発光層１５ａに移動しないように構成されている。具体的には、図１に示すように、第一発光層１５ａを構成するホスト材料（第一ホスト材料；正孔輸送性ホスト材料）には、燐光発光材料のＬＵＭＯ準位１９および第二発光層１５ｂを構成するホスト材料（第二ホスト材料；電子輸送性ホスト材料）のＬＵＭＯ準位よりも浅いＬＵＭＯ準位を有する材料（｜ＬＵＭＯ（第一ホスト材料）｜＜｜ＬＵＭＯ（第二ホスト材料）｜かつ｜ＬＵＭＯ（第一ホスト材料）｜＜｜ＬＵＭＯ（燐光発光材料）｜）を用いている。一方、第二発光層１５ｂを構成するホスト材料には、燐光発光材料のＨＯＭＯ準位１８および第一発光層１５ａを構成するホスト材料よりも深いＨＯＭＯ準位を有する（｜ＨＯＭＯ（第二ホスト材料）｜＞｜ＨＯＭＯ（第一ホスト材料）｜かつ｜ＨＯＭＯ（第二ホスト材料）｜＞｜ＨＯＭＯ（燐光発光材料）｜）材料を用いている。
　以上によれば、第二発光層１５ｂを構成するホスト材料のＨＯＭＯ準位は、第一発光層１５ａを構成するホスト材料および燐光発光材料のＨＯＭＯ準位よりも深いため（｜ＨＯＭＯ（第二ホスト材料）｜＞｜ＨＯＭＯ（第一ホスト材料）｜かつ｜ＨＯＭＯ（第二ホスト材料）｜＞｜ＨＯＭＯ（燐光発光材料）｜）、第一発光層１５ａに伝搬された正孔が第二発光層１５ｂに移動するのをブロックすることができる。同様に、第一発光層１５ａを構成するホスト材料のＬＵＭＯ準位は、第二発光層１５ｂを構成するホスト材料および燐光発光材料のＬＵＭＯ準位よりも浅いため（｜ＬＵＭＯ（第一ホスト材料）｜＜｜ＬＵＭＯ（第二ホスト材料）｜かつ｜ＬＵＭＯ（第一ホスト材料）｜＜｜ＬＵＭＯ（燐光発光材料）｜）、第二発光層１５ｂに伝搬された電子が第一発光層１５ａに移動するのをブロックすることができる。これによって、第一発光層１５ａおよび第二発光層１５ｂの界面において、燐光発光材料に伝搬された正孔と電子とが再結合することによって発光する。
　したがって、本実施形態に係る有機ＥＬ素子１１では、発光層１５が二層構造をしており、燐光発光材料およびホスト材料のＨＯＭＯ準位とＬＵＭＯ準位とを考慮して当該発光層１５に用いるホスト材料を決定している。これによって、陽極１２から注入された正孔が第二発光層１５ｂに移動するのを防ぐことができる。同様に、陰極から注入された電子が第一発光層１５ａに移動するのを防ぐことができる。これによって、電子と再結合しないで第二発光層１５ｂに移動する正孔を減らし、正孔と再結合しないで第一発光層１５ａに移動する電子を減らすことが可能となる。その結果、正孔および電子が再結合する確率を上げることができる。したがって、本実施形態に係る有機ＥＬ素子１１では、発光層１５において正孔および電子が再結合する確率を上げることができるので、内部量子収率は向上し、発光効率を向上させることができる。
　従来の青色燐光発光材料を用いた有機ＥＬ素子では、高駆動電圧を必要とする割には発光効率が低いという問題があった。しかしながら、本実施形態によれば、青色燐光発光材料を用いた場合でも、正孔が第二発光層１５ｂに移動するのを防ぐことができ、電子が第一発光層１５ａに移動するのを防ぐことができる。すなわち、正孔および電子が再結合する確率を上げることができるので、有機ＥＬ素子１１の内部量子収率は向上し、発光効率を向上させることができる。
　（有機ＥＬ素子１１の基板）
　以下では、有機ＥＬ素子１１を構成する各部材について説明する。上述したように、有機ＥＬ素子１１は、基板（図示せず）上に形成された陽極１２と陰極との間に、正孔注入層１３、正孔輸送層１４、発光層１５、電子輸送層１６、および電子注入層１７からなる有機層を備えている。
　まず、基板について説明する。有機ＥＬ素子１１を構成する基板は、絶縁性を有している基板であれば良い。有機ＥＬ素子１１の基板として用いることが可能な材料としては、特に限定されるものではなく、例えば公知の絶縁性の基板材料を用いることができる。
　例えば、ガラス、または石英等からなる無機材料基板、あるいは、ポリエチレンテレフタレート、またはポリイミド樹脂等からなるプラスチック基板等を利用できる。他には、アルミニウム（Ａｌ）または鉄（Ｆｅ）等からなる金属基板に、酸化シリコンまたは有機絶縁材料等からなる絶縁物を表面にコーティングした基板等を利用できる。あるいは、Ａｌ等からなる金属基板の表面を陽極酸化等の方法によって絶縁化処理した基板等も利用できる。
　なお、有機ＥＬ素子１１の発光層１５から発した光を、基板とは反対側から取り出す場合、すなわちトップエミッション型の場合には、基板には光透過性を有しない材料を用いるのが良い。例えば、シリコンウェハー等の半導体基板を用いても良い。逆に、有機ＥＬ素子１１の発光層１５から発した光を、基板側から取り出す場合、すなわちボトムエミッション型の場合には、基板には光透過性を有する材料を用いるのが良い。例えば、ガラス基板、またはプラスチック基板等を用いても良い。
　（有機ＥＬ素子１１の電極）
　次に電極について説明する。有機ＥＬ素子１１を構成する電極は、陽極１２および陰極のように対として機能すれば良い。各電極は１つの電極材料からなる単層構造であっても良いし、複数の電極材料からなる積層構造であっても良い。有機ＥＬ素子１１の電極として用いることが可能な電極材料としては、特に限定されるものではなく、例えば公知の電極材料を用いることができる。
　陽極１２としては、例えば、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、およびニッケル（Ｎｉ）等の金属、ならびに酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、酸化スズ（ＳｎＯ２）、酸化インジウム亜鉛（ＩＺＯ）等の透明電極材料等が利用できる。
　一方、陰極としては、リチウム（Ｌｉ）、カルシウム（Ｃａ）、セリウム（Ｃｅ）、バリウム（Ｂａ）、アルミニウム（Ａｌ）等の金属、またはこれらの金属を含有するマグネシウム（Ｍｇ）：銀（Ａｇ）合金、Ｌｉ：Ａｌ合金等の合金等が利用できる。
　なお、有機ＥＬ素子１１の発光層１５から発した光を、陽極１２および陰極のいずれか一方の電極側から取り出す必要がある。この場合には、一方の電極には光を透過する電極材料を用い、他方の電極には光を透過しない電極材料を用いることが好ましい。光を透過しない電極材料としては、タンタルまたは炭素等の黒色電極、Ａｌ、Ａｇ、Ａｕ、Ａｌ：Ｌｉ合金、Ａｌ：ネオジウム（Ｎｄ）合金、またはＡｌ：シリコン（Ｓｉ）合金等の反射性金属電極等が挙げられる。
　（有機ＥＬ素子１１の有機層）
　続いて有機層について説明する。当該有機層は、正孔注入層１３、正孔輸送層１４、発光層１５、電子輸送層１６、および電子注入層１７を有している。
　まず発光層１５について述べる。上述したように、当該発光層１５は二層構造をしており、第一発光層１５ａ、および第二発光層１５ｂからなり、各層には単一の燐光発光材料がドープされている。発光層１５に用いることが可能な燐光発光材料としては、特に限定されるものではなく、例えば公知の燐光発光材料を用いることができる。
　例えば、青色燐光発光材料としては、イリジウム（III）ビス（４’，６’－ジフルオロフェニルピリジナト）テトラキス（１－ピラゾリル）ボレート（ＦＩｒ６）（ＨＯＭＯ準位＝６．１ｅＶ，ＬＵＭＯ準位＝３．１ｅＶ，Ｔ１＝２．７１ｅＶ）、イリジウム（III）ビス［４，６－（ジ－フルオロフェニル）－ピリジナト－Ｎ，Ｃ２’］ピコリネート（ＦＩｒｐｉｃ）、Ｉｒ（ｃｎ－ｐｍｉｃ）３、トリス（（３，５－ジフルオロ－４－シアノフェニル）ピリジン）イリジウム（ＦＣＮＩｒ）、またはＩｒ（ｃｎｂｉｃ）３等のＩｒ錯体、白金（Ｐｔ）、レテニウム（Ｒｅ）、ルテニウム（Ｒｕ）、銅（Ｃｕ）、またはオスミウム（Ｏｓ）等の重原子金属の錯体等が挙げられる。
電子が第二発光層１５ｂから第一発光層１５ａに移動しないように、第一発光層１５ａを構成するホスト材料には、燐光発光材料および第二発光層１５ｂを構成するホスト材料よりも浅いＬＵＭＯ準位を有する材料を用いている。そのため、第一発光層１５ａを構成するホスト材料として、第一の実施形態において第二発光層１５ｂに用いたホスト材料を使用することができる。これによって、電子が第一発光層１５ａに移動するのを防ぐことができる。
　なお、第一発光層１５ａを構成するホスト材料のＨＯＭＯ準位は、燐光発光材料のＨＯＭＯ準位１８よりも浅いことが好ましい。さらには、第一発光層１５ａを構成するホスト材料のＨＯＭＯ準位と、燐光発光材料のＨＯＭＯ準位１８との差が０．５ｅＶ以内であることが好ましい。これは、有機ＥＬ素子の正孔および電子の輸送はホッピング伝導によって行われていることに関係している。ホッピング伝導の際、正孔がトラップされている準位と、正孔がホッピングする準位との差をΔＥとすると、正孔の移動度はｅｘｐ（－ΔＥ／ＲＴ）で下がっていく（Ｒ：気体定数，Ｔ：絶対温度［Ｋ］）。したがって、第一発光層１５ａを構成するホスト材料のＨＯＭＯ準位と、燐光発光材料のＨＯＭＯ準位１８との差を０．５ｅＶ以内にすると、正孔が熱的に励起する確率が高くなり、正孔および電子が再結合する確率を高めることができる。この値は、アレニウスの式で説明することができる。電場をかけていることにより、正孔が第一発光層１５ａを構成するホスト材料から陽極側材料への移動が起こりにくい。つまり、第一発光層１５ａを構成するホスト材料のＨＯＭＯ準位と、燐光発光材料のＨＯＭＯ準位１８との差が０．５ｅＶ以内であると、第一発光層１５ａを構成するホスト材料から燐光発光材料への正孔移動が起こる。
　また、第一発光層１５ａを構成するホスト材料のＨＯＭＯ準位と、燐光発光材料のＨＯＭＯ準位１８との差が０ｅＶよりも大きいと、ホスト材料自体のＨＯＭＯ準位とＬＵＭＯ準位とのギャップを狭くすることが可能となり、デバイス自体の低電圧化も可能となる。
　また、励起エネルギーを燐光発光材料中に閉じ込めるために、発光層１５に用いる燐光発光材料のＴ１よりも大きいＴ１を有するホスト材料を、第一発光層１５ａに用いるのが好ましい。ホスト材料が燐光発光材料のＴ１よりも小さいＴ１を有している場合でも、その差が０．１ｅＶ程度であれば、燐光発光材料からの励起エネルギーの移動は起こりにくい。したがって、燐光発光材料のＴ１よりも０．１ｅＶ程度小さいＴ１を有しているホスト材料であれば、適用可能である。
　例えば、第一発光層１５ａを構成するホスト材料として、２，２－ビス（４－カルバゾイルフェニル）－１，１－ビフェニル（４ＣｚＰＢＰ）（ＨＯＭＯ準位＝６．０ｅＶ，ＬＵＭＯ準位＝２．５ｅＶ，Ｔ１＝３．０ｅＶ）、１，３－ビス（カルバゾール－９－イル）ベンゼン（ｍＣＰ）（ＨＯＭＯ準位＝５．９ｅＶ，ＬＵＭＯ準位＝２．４ｅＶ，Ｔ１＝２．９ｅＶ）、またはアダマンタン　カルバゾール（Ａｄ－Ｃｚ）（ＨＯＭＯ準位＝５．８ｅＶ，ＬＵＭＯ準位＝２．６ｅＶ，Ｔ１＝２．８８ｅＶ）等を用いることができるが、特にこれらに限定されるわけではない。また、第一発光層１５ａを構成するホスト材料には、正孔輸送性が求められるため、従来の青色燐光発光材料を用いた有機ＥＬ素子の正孔輸送層に用いている正孔輸送性材料を用いても問題ない。
　次に第二発光層１５ｂについて説明する。上述したように、正孔が第一発光層１５ａから第二発光層１５ｂに移動しないように、第二発光層１５ｂを構成するホスト材料には、燐光発光材料および第一発光層１５ａを構成するホスト材料よりも深いＨＯＭＯ準位を有する材料を用いている。そのため、第二発光層１５ｂを構成するホスト材料として、第一の実施形態において第一発光層１５ａに用いたホスト材料を使用することができる。これによって、正孔が第二発光層１５ｂに移動するのを防ぐことができる。
　なお、第二発光層１５ｂを構成するホスト材料のＬＵＭＯ準位は、燐光発光材料のＬＵＭＯ準位１９よりも深いことが好ましい。さらには、第二発光層１５ｂを構成するホスト材料のＬＵＭＯ準位と、燐光発光材料のＬＵＭＯ準位１９との差が０．５ｅＶ以内であることが好ましい。
　この値は、先ほど、第一発光層１５ａを構成するホスト材料のＨＯＭＯ準位と、燐光発光材料のＨＯＭＯ準位１８との差において示したエネルギー差と同じように、電場をかけていることにより、電子が第二発光層１５ｂを構成するホスト材料から陰極側材料への移動が起こりにくい。つまり、第二発光層１５ｂを構成するホスト材料のＬＵＭＯ準位と、燐光発光材料のＬＵＭＯ準位１９との差が０．５ｅＶ以内であると、第二発光層１５ｂを構成するホスト材料から燐光発光材料への電子移動が起こる。
　また、第二発光層１５ｂを構成するホスト材料のＬＵＭＯ準位と、燐光発光材料のＬＵＭＯ準位１９との差が０ｅＶよりも大きいと、ホスト材料自体のＨＯＭＯ準位とＬＵＭＯ準位とのギャップを狭くすることが可能となり、デバイス自体の低電圧化も可能となる。
　また、励起エネルギーを燐光発光材料中に閉じ込めるために、発光層１５に用いる燐光発光材料のＴ１よりも大きいＴ１を有するホスト材料を、第二発光層１５ｂに用いるのが好ましい。ホスト材料が燐光発光材料のＴ１よりも小さいＴ１を有している場合でも、その差が０．１ｅＶ程度であれば、燐光発光材料からの励起エネルギーの移動は起こりにくい。したがって、燐光発光材料のＴ１よりも０．１ｅＶ程度小さいＴ１を有しているホスト材料であれば、適用可能である。
　例えば、第一発光層１５ａを構成するホスト材料として、トリス（２，４，６－トリメチル－３－（ピリジン－３－イル）フェニル）ボラン（３ＴＰＹＭＢ）（ＨＯＭＯ準位＝６．８ｅＶ，ＬＵＭＯ準位＝３．３ｅＶ，Ｔ１＝２．９８ｅＶ）、または１，３，５－トリ（ｍ－ピリジ－３－イル－フェニル）ベンゼン（ＴｍＴｙＰＢ）（ＨＯＭＯ準位＝６．６８ｅＶ，ＬＵＭＯ準位＝２．７３ｅＶ，Ｔ１＝２．７８ｅＶ）等を用いることができるが、特にこれらに限定されるわけではない。また、第二発光層１５ｂを構成するホスト材料には、電子輸送性が求められるため、従来の青色燐光発光材料を用いた有機ＥＬ素子の電子輸送層に用いている電子輸送性材料を用いても問題ない。
　以上では、第一発光層１５ａ、および第二発光層１５ｂに適用可能なホスト材料について述べたが、必ずしも上記ホスト材料に限定されるわけではない。例えば、有機ＥＬ素子１１に用いる燐光発光材料を決定した上で上述した条件を満たすような適当なホスト材料を選択して各発光層に用いれば良い。すなわち、上述した条件を満たすようなホスト材料であれば、以上に列記したホスト材料に限定されない。したがって、有機ＥＬ素子１１の各層に用いるホスト材料の組み合わせ、および有機ＥＬ素子１１に用いる燐光発光材料等を考慮して、用いるホスト材料をそれぞれ決定すれば良い。また、使用するホスト材料は二種類に限定されるわけではなく、少なくとも二種類、すなわち複数のホスト材料を用いれば良い。
　次に正孔注入層１３について説明する。正孔注入層１３に用いることが可能な正孔注入性材料しては、特に限定されるものではなく、例えば公知の正孔注入性材料を用いることができる。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（α－ＮＰＤ）、ジ－［４－（Ｎ，Ｎ－ジトリル－アミノ）－フェニル］シクロヘキサン（ＴＡＰＣ）、９，１０－ジフェニルアントラセン－２－スルフォネート（ＤＰＡＳ）、Ｎ，Ｎ’－ジフェニル－Ｎ，Ｎ’－（４－（ジ（３－トリル）アミノ）フェニル）－１，１’－ビフェニル－４，４’－ジアミン（ＤＮＴＰＤ）、イリジウム（III）トリス［Ｎ，Ｎ’－ジフェニルベンズイミダゾル－２－イリデン－Ｃ２，Ｃ２’］（Ｉｒ（ｄｐｂｉｃ）３）、４，４’，４”－トリス－（Ｎ－カルバゾリル）－トリフェニルアミン（ＴＣＴＡ）、２，２－ビス（ｐ－トリメリットオキシフェニル）プロパン酸無水物（ＢＴＰＤ）、ビス［４－（ｐ，ｐ－ジトリルアミノ）フェニル］ジフェニルシラン（ＤＴＡＳｉ）、または上記第一発光層１５ａに用いるホスト材料等が適用可能である。
　続いて正孔輸送層１４について説明する。正孔輸送層１４に用いることが可能な正孔輸送性材料しては、特に限定されるものではなく、例えば公知の正孔輸送性材料を用いることができる。例えば、ＴＡＰＣ、ＤＰＡＳ、ＤＮＴＰＤ、Ｉｒ（ｄｐｂｉｃ）３、ＴＣＴＡ、ＢＴＰＤ、ＤＴＡＳｉ、または上記第一発光層１５ａに用いるホスト材料等が適用可能である。
　次に電子輸送層１６について説明する。電子輸送層１６に用いることが可能な電子輸送性材料としては、特に限定されるものではなく、例えば公知の電子輸送性材料を用いることができる。例えば、２，９－ジメチル－４，７－ジフェニル－１，１０－フェナントロリン（ＢＣＰ）、１，３，５－トリス（Ｎ－フェニルベンズイミダゾル－２－イル）ベンゼン（ＴＰＢＩ）、３－フェニル－４（１’－ナフチル）－５－フェニル－１，２，４－トリアゾール（ＴＡＺ）、４，７－ジフェニル－１，１０－フェナントロリン（Ｂｐｈｅｎ）、Ａｄ－Ｃｚ、ジパルミトイルホスファチジルセリン（ＤＰＰＳ）、１，３，５－トリ（ｍ－ピリド－３－イル－フェニル）ベンゼン（ＴｍＰｙＰＢ）、１，３，５－トリ（ｐ－ピリド－３－イル－フェニル）ベンゼン（ＴｐＰｙＰＢ）、または上記第二発光層１５ｂに用いるホスト材料等が適用可能である。
　最後に、電子注入層１７について説明する。電子注入層１７に用いることが可能な電子注入性材料としては、特に限定されるものではなく、例えば公知の電子注入性材料を用いることができる。例えば、ＬｉＦ、ＢＣＰ、ＴＰＢＩ、ＴＡＺ、Ｂｐｈｅｎ、Ａｄ－Ｃｚ、ＤＰＰＳ、ＴｍＰｙＰＢ、ＴｐＰｙＰＢ、または上記第二発光層１５ｂに用いるホスト材料等が適用可能である。
　（有機ＥＬ素子１１の製造工程）
　有機ＥＬ素子１１の製造工程について、簡単に説明する。上述したように、通常有機ＥＬ素子は、スイッチング素子としてトランジスタを有しているが、本実施形態ではその製造工程については言及しない。
　以下では、複数のトランジスタが島状に形成された基板上に、陽極１２、有機層、および陰極を形成する工程を説明する。まず、各トランジスタの上に陽極１２をパターン形成する（陽極形成工程）。そして、形成した陽極１２上に有機層の各層を形成していく。なお、陽極１２周辺の絶縁性を確保するために、陽極１２周辺に有機絶縁膜（図示せず）を設けても良い。有機絶縁膜として、ポリイミド系等の樹脂材料等を用いるのが好ましいが、特にこれらに限定されるものではなく、例えば公知の有機絶縁材料を用いることができる。
　そして、正孔注入層１３を形成する（正孔注入層形成工程）。陽極１２上に正孔注入性材料を蒸着させる。この際、当該正孔注入層１３の膜厚は、４５ｎｍ程度であることが好ましい。このようにして、正孔注入層１３を形成する。
　続いて正孔輸送層１４を形成する（正孔輸送層形成工程）。正孔注入層１３上に正孔輸送性材料を蒸着させる。この際、当該正孔輸送層１４の膜厚は、１５ｎｍ程度であることが好ましい。このようにして、正孔輸送層１４を形成する。
　まず発光層１５を形成する。具体的には、正孔輸送層１４上に第一発光層１５ａ用のホスト材料と、燐光発光材料とを共蒸着させる（第一発光層形成工程）。この際、ホスト材料中に燐光発光材料を７．５％程度ドープさせることが好ましい。このようにして、第一発光層１５ａを形成する。なお、層の厚さは１０ｎｍ程度であることが好ましい。
　そして、第一発光層１５ａ上に第二発光層１５ｂ用のホスト材料と、燐光発光材料とを共蒸着させる（第二発光層形成工程）。この際、ホスト材料中に燐光発光材料を７．５％程度ドープさせることが好ましい。このようにして、第二発光層１５ｂを形成する。なお、層の厚さは１０ｎｍ程度であることが好ましい。
　続いて電子輸送層１６を形成する（電子輸送層形成工程）。発光層１５上に電子輸送性材料を蒸着させる。この際、当該電子輸送層１６の膜厚は、３０ｎｍ程度であることが好ましい。このようにして、電子輸送層１６を形成する。
　次に電子注入層１７を形成する（電子注入層形成工程）。電子輸送層１６上に電子注入性材料を蒸着させる。このようにして、電子注入層１７を形成する。
　最後に、陰極を形成する（陰極形成工程）。電子注入層１７上に陰極をパターン形成し、有機ＥＬ素子１１は完成する。
　〔第二の実施形態〕
　（有機ＥＬ素子２１の概要）
　上述したように、第一発光層１５ａを構成するホスト材料には、正孔輸送性が求められるため、従来の青色燐光発光材料を用いた有機ＥＬ素子の正孔輸送層に用いている正孔輸送性材料を用いても問題ない。したがって、第一発光層１５ａのホスト材料として正孔輸送性材料を用いて、当該第一発光層１５ａが正孔輸送層１４を兼ねても良い。同様に、第二発光層１５ｂを構成するホスト材料には、電子輸送性が求められるため、従来の青色燐光発光材料を用いた有機ＥＬ素子の電子輸送層に用いている電子輸送性材料を用いても問題ない。したがって、第二発光層１５ｂのホスト材料として電子輸送性材料を用いて、当該第二発光層１５ｂが電子輸送層１６を兼ねても良い。以下では、第一発光層が正孔輸送層を兼ね、第二発光層が電子輸送層を兼ねている有機ＥＬ素子の概要を説明する。第一発光層が正孔輸送層を兼ね、第二発光層が電子輸送層を兼ねている点以外は第一の実施形態と同様である。
　本実施形態に係る有機ＥＬ素子は、基板上に形成された陽極と陰極との間に有機層を有している。当該有機層とは、正孔注入層、発光層、および電子注入層を順に形成したものである。当該発光層は二層構造をしており、第一発光層、および第二発光層からなる。本実施形態に係る有機ＥＬ素子は、発光層を構成するホスト材料の最高被占準位（ＨＯＭＯ準位）と最低空準位（ＬＵＭＯ準位）とのギャップが小さくなるように構成されている。これにより、有機層での正孔および電子の移動度を高く保ちつつ、発光層での正孔と電子とが再結合する確率を高くすることができる。これについては、以下で詳しく説明する。
　なお、通常有機ＥＬ素子はスイッチング素子として有機薄膜トランジスタ基板等のトランジスタ（図示せず）を有しているが、本実施形態ではその詳しい説明は言及しない。
　（有機層の構成）
　有機ＥＬ素子２１の有機層の構成について、図３を参照して説明する。図３は、有機ＥＬ素子２１を構成する各層のエネルギーダイアグラムを示す図である。
　上述したように、有機ＥＬ素子２１の有機層は正孔注入層２３、発光層２５、および電子注入層２７を順に形成したものである。発光層２５は二層構造をしており、第一発光層２５ａ、および第二発光層２５ｂからなる。第一発光層２５ａ、および第二発光層２５ｂには、単一の燐光発光材料がドープされている。第一発光層２５ａでは、陽極２２から注入された正孔を正孔注入層２３から受け取り、第二発光層２５ｂとの界面近傍にまで伝搬する。一方、第二発光層２５ｂでは、陰極３０から注入された電子を電子注入層２７から受け取り、第一発光層２５ａとの界面近傍にまで伝搬する。これより、第一発光層２５ａおよび第二発光層２５ｂの界面において、第一発光層２５ａから伝搬された正孔と第二発光層２５ｂから伝搬された電子とが再結合をすることによって、発光する。
　この際、有機ＥＬ素子２１では、第一の実施形態と同様にして有機層のホスト材料を選択している。具体的には、図３に示すように、第一発光層２５ａを構成するホスト材料には、燐光発光材料のＬＵＭＯ準位２９および第二発光層２５ｂを構成するホスト材料のＬＵＭＯ準位よりも浅いＬＵＭＯ準位を有する材料（｜ＬＵＭＯ（第一ホスト材料）｜＜｜ＬＵＭＯ（第二ホスト材料）｜かつ｜ＬＵＭＯ（第一ホスト材料）｜＜｜ＬＵＭＯ（燐光発光材料）｜）を用いている。一方、第二発光層２５ｂを構成するホスト材料には、燐光発光材料のＨＯＭＯ準位２８および第一発光層２５ａを構成するホスト材料のＨＯＭＯ準位よりも深いＨＯＭＯ準位を有する材料（｜ＨＯＭＯ（第二ホスト材料）｜＞｜ＨＯＭＯ（第一ホスト材料）｜かつ｜ＨＯＭＯ（第二ホスト材料）｜＞｜ＨＯＭＯ（燐光発光材料）｜を用いている。
　以上によれば、第一発光層２５ａに伝搬された正孔が第二発光層２５ｂに移動するのをブロックすることができ、第二発光層２５ｂに伝搬された電子が第一発光層２５ａに移動するのをブロックすることができる。これによって、電子と再結合しないで第二発光層２５ｂに移動する正孔を減らし、正孔と再結合しないで第一発光層２５ａに移動する電子を減らすことが可能となる。その結果、正孔および電子が再結合する確率を上げることができる。したがって、本実施形態に係る有機ＥＬ素子２１では、発光層２５において正孔および電子が再結合する確率を上げることができるので、内部量子収率は向上し、発光効率を向上させることができる。
　また、第一発光層２５ａが正孔輸送層を兼ね、第二発光層２５ｂが電子輸送層を兼ねているので、本実施形態によれば、有機ＥＬ素子２１の層構造を単純化することができる。そのため、有機ＥＬ素子２１の製造プロセスを簡易にすることができる。また、各注入層および各輸送層をそれぞれ省略することができるため、有機ＥＬ素子２１の製造コストを低く抑えることができる。
　（有機ＥＬ素子２１の正孔注入層２３および電子注入層２７）
　上述したように、本実施形態に係る有機ＥＬ素子２１では、第一発光層２５ａが正孔輸送層を兼ね、第二発光層２５ｂが電子輸送層を兼ねている。そこで、正孔注入層２３において正孔の注入を向上させるために、正孔注入層２３にｐ－ドーパントをドープしても良い。同様に、電子注入層２７において電子の注入を向上させるために、電子注入層２７にｎ－ドーパントをドープしても良い。これによれば、正孔注入層における正孔の注入が促進され、電子注入層における電子の注入が促進される。これより、発光層に正孔および電子を十分に伝搬することができる。
　また、この場合には、発光層２５と正孔注入層２３との間にホスト材料のみで形成した領域を設けても良い。当該領域は、電子ブロッキング層として働き、発光層２５と正孔注入層２３との界面においてエクサイプレックスによるエネルギー失活を起こしてしまうのを防ぐことができる。すなわち、発光層２５から正孔注入層２３へのエネルギーのロスを防ぐことができる。同様に、発光層２５と電子注入層２７との間にも、正孔ブロッキング層としてホスト材料のみで形成した領域を設けても良い。なお、電子ブロッキング層および正孔ブロッキング層を設ける場合は、それぞれの層の厚さは１０ｎｍ程度であることが好ましい。
　さらに、正孔注入層２３を構成する材料として、第一発光層２５ａを構成するホスト材料を用いても良い。同様に、電子注入層２７を構成する材料として、第二発光層２５ｂを構成するホスト材料を用いても良い。これによれば、有機ＥＬ素子２１の製造プロセスをより単純化することができる。また、有機ＥＬ素子２１に用いる材料を削減することができるため、有機ＥＬ素子２１の製造コストをより一層低く抑えることができる。
　（有機ＥＬ素子２１の製造工程）
　有機ＥＬ素子２１の製造工程について、簡単に説明する。上述したように、通常有機ＥＬ素子は、スイッチング素子としてトランジスタを有しているが、本実施形態ではその製造工程については言及しない。
　基板上に陽極２２を形成するまでの工程は、第一の実施形態の工程と同様であるため、ここでは省略する。以下では、陽極２２上に有機を形成する工程から説明する。
　まず正孔注入層２３を形成する。具体的には、陽極２２に正孔注入性材料と、ｐ－ドーパントとを共蒸着させる。この際、正孔注入性材料中にｐ－ドーパントを１０％程度ドープさせることが好ましい。このようにして、正孔注入層２３を形成する。なお、層の厚さは５０ｎｍ程度であることが好ましい。
　そして、正孔注入層２３上に第一発光層２５ａ用のホスト材料と、燐光発光材料とを共蒸着させる（第一発光層形成工程）。この際、ホスト材料中に燐光発光材料を７．５％程度ドープさせることが好ましい。このようにして、第一発光層２５ａを形成する。なお、層の厚さは１０ｎｍ程度であることが好ましい。
　次に第一発光層２５ａ上に第二発光層２５ｂ用のホスト材料と、燐光発光材料とを共蒸着させる（第二発光層形成工程）。この際、ホスト材料中に燐光発光材料を７．５％程度ドープさせることが好ましい。このようにして、第一発光層２５ｂを形成する。なお、層の厚さは１０ｎｍ程度であることが好ましい。
　続いて電子注入層２７を形成する（電子注入層形成工程）。発光層２５上に電子注入性材料と、ｎ－ドーパントとを蒸着させる。この際、電子注入性材料中にｎ－ドーパントを５０％程度ドープさせることが好ましい。このようにして、電子注入層２７を形成する。なお、層の厚さは３０ｎｍ程度であることが好ましい。
　最後に、陰極３０を形成する（陰極形成工程）。電子注入層２７上に陰極３０をパターン形成し、有機ＥＬ素子２１は完成する。
　本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。すなわち、請求項に示した範囲で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
　例えば、上記２つの実施形態では、燐光発光材料として青色の燐光発光材料を用いる場合を説明したが、青色以外の燐光発光材料、または蛍光発光材料等、他の有機発光材料も適用可能である。本実施形態に係る有機ＥＬ素子１１，２１に、青色燐光発光材料以外の有機発光材料を用いた場合でも、さらなる駆動電圧の低下を実現することができる。
　また、第二の実施形態では、正孔注入層２３および電子注入層２７にそれぞれドーパントをドープする例を示したが、第一の実施形態において、正孔注入層１３および電子注入層１７にそれぞれドーパントをドープしても良い。さらに、正孔および電子の輸送を促進する目的で正孔輸送層１４および電子輸送層１６にそれぞれドーパントをドープしても問題ない。
　さらに、本実施形態に係る有機ＥＬ素子１１，２１を備えた表示手段を有する有機ＥＬ表示装置を実現することも可能である。その具体例を、図４に示す。図４は、有機ＥＬ素子１１，２１を備えた有機ＥＬ表示装置４０の概略を示す図である。
　図４に示すように、有機ＥＬ素子１１，２１を備えた有機ＥＬ表示装置４０は、基板２０上に、画素部７、ゲート信号側駆動回路５、データ信号側駆動回路６、配線３、電流供給線４、封止基板４２、ＦＰＣ（Flexible Printed Circuits）２、および外部駆動回路１を有している。
　外部駆動回路２７は、画素部７の走査ライン（走査線）をゲート信号側駆動回路５により順次選択し、選択されている走査線に沿って配置されている各画素素子に対し、データ信号側駆動回路６におり画素データを書き込む。すなわち、ゲート信号側駆動回路５が走査線を順次駆動し、データ信号側駆動回路６がデータ線に画素データを出力することによって、駆動された走査線とデータが出力されたデータ線とが交差する位置に配置された画素素子が駆動される。
　また、上述した有機ＥＬ表示装置を備えた電子機器を実現することも可能である。その具体例を、図５および図６に示す。図５は、有機ＥＬ表示装置を備えた携帯電話７０の概略を示す図である。図６は、有機ＥＬ表示装置を備えたテレビジョン受像機８０の概略を示す図である。
　図５に示すように、携帯電話７０の表示部５９に、本実施形態に係る有機ＥＬ素子１１，２１を備えた有機ＥＬ表示装置を搭載することができる。なお、図に示す５５は音声入力部であり、５６は音声出力部であり、５７は本体部分であり、５８はアンテナであり、６０は操作スイッチである。これらの部材は、従来の携帯電話と同様の機能を有しているため、ここではその説明は省略する。また、携帯電話７０の具体的な構成についても、ここでは言及しない。
　また、図６に示すように、テレビジョン受像機８０の表示部６１に、本実施形態に係る有機ＥＬ素子１を備えた有機ＥＬ表示装置を搭載することもできる。なお、図に示す６２はスピーカである。テレビジョン受像機８０は、表示部６１に本実施形態に係る有機ＥＬ表示装置を備えている点以外は、従来のテレビジョン受像機８０と同様の構成を有しているため、具体的な構成については、ここでは言及しない。
　以上のように、本実施形態に係る有機ＥＬ素子１１，２１を備えることによって、発光効率が高い有機ＥＬ表示装置が実現でき、該有機ＥＬ表示装置は、表示部を備えた各種の電子機器に搭載することが可能である。
　なお、以上では、本実施形態に係る有機ＥＬ素子１１，２１を備えた表示手段を有する有機ＥＬ表示装置について説明したが、有機ＥＬ素子１１，２１は、照明装置の光源として利用することも可能である。その具体例を、図７に示す。図７は、有機ＥＬ素子１１，２１を備えた照明装置９０の概略を示す図である。
　図７に示すように、有機ＥＬ素子１を備えた照明装置９０は、光学フィルム７１、基板１１、陽極２、有機ＥＬ層１０、陰極９、熱拡散シート６４、封止基板６５、封止樹脂６３、放熱材６６、駆動用回路６７、配線６８、および引掛シーリング６９を有している。
　以上のように、本実施形態に係る有機ＥＬ素子１を備えることによって、発光効率が高い照明装置を提供することができる。
　〔実施形態の総括〕
　以上のように、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、さらに、上記第一ホスト材料、上記第二ホスト材料、および上記有機発光材料のそれぞれの最高被占準位（ＨＯＭＯ）および最低空準位（ＬＵＭＯ）は、下記の関係式（３）および（４）を満たすことを特徴としている。
（３）０．１ｅＶ≦（｜有機発光材料のＨＯＭＯ｜－｜第一ホスト材料のＨＯＭＯ｜）≦０．３ｅＶ
（４）０．１ｅＶ≦（｜第二ホスト材料のＬＵＭＯ｜－｜有機発光材料のＬＵＭＯ｜）≦０．３ｅＶ
　また、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、さらに、上記発光層は、上記陽極側に形成された第一発光層と、上記陰極側に形成された第二発光層とを有し、上記第一発光層を構成するホスト材料は、上記第二発光層を構成するホスト材料の最低空準位、および上記有機発光材料の最低空準位よりも浅い最低空準位を有し、上記第二発光層を構成するホスト材料は、上記第一発光層を構成するホスト材料の最高被占準位、および上記有機発光材料の最高被占準位よりも深い最高被占準位を有していることを特徴としている。
　上記構成によれば、第一発光層を構成するホスト材料には、有機発光材料および第二発光層を構成するホスト材料の最低空準位よりも浅い最低空準位（｜ＬＵＭＯ（第一発光層のホスト材料）｜＜｜ＬＵＭＯ（第二発光層のホスト材料）｜かつ｜ＬＵＭＯ（第一発光層のホスト材料）｜＜｜ＬＵＭＯ（有機発光材料）｜）を有する材料を用いている。一方、第二発光層を構成するホスト材料には、有機発光材料および第一発光層を構成するホスト材料よりも深い最高被占準位（｜ＨＯＭＯ（第二発光層のホスト材料）｜＞｜ＨＯＭＯ（第一発光層のホスト材料）｜かつ｜ＨＯＭＯ（第二発光層のホスト材料）｜＞｜ＨＯＭＯ（有機発光材料）｜）を有する材料を用いている。これによれば、第二発光層を構成するホスト材料の最高被占準位は、第一発光層を構成するホスト材料および有機発光材料の最高被占準位よりも深いため、第一発光層に伝搬された正孔が第二発光層に移動するのをブロックすることができる。同様に、第一発光層を構成するホスト材料の最低空準位は、第二発光層を構成するホスト材料および有機発光材料の最低空準位よりも浅いため、第二発光層に伝搬された電子が第一発光層に移動するのをブロックすることができる。これによって、第一発光層および第二発光層の界面において、有機発光材料に伝搬された正孔と電子とが再結合することによって発光する。
　以上より、本発明に係る有機ＥＬ素子では、電子と再結合しないで第二発光層に移動する正孔を減らし、正孔と再結合しないで第一発光層に移動する電子を減らすことが可能となる。その結果、正孔および電子が再結合する確率を上げることができるので、有機ＥＬ素子の駆動電圧を低下することができる。また、発光層において正孔および電子が再結合する確率が上がるので、内部量子収率は向上し、発光効率を向上させることができる。
　また、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、さらに、上記第一ホスト材料、上記第二ホスト材料、および上記有機発光材料のそれぞれの最高被占準位（ＨＯＭＯ）および最低空準位（ＬＵＭＯ）は、下記の関係式（５）～（８）を満たすことを特徴としている。
（５）｜第一ホスト材料のＬＵＭＯ｜＜｜第二ホスト材料のＬＵＭＯ｜
（６）｜第一ホスト材料のＬＵＭＯ｜＜｜有機発光材料のＬＵＭＯ｜
（７）｜第二ホスト材料のＨＯＭＯ｜＞｜第一ホスト材料のＨＯＭＯ｜
（８）｜第二ホスト材料のＨＯＭＯ｜＞｜有機発光材料のＨＯＭＯ｜
　また、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、さらに、上記第一ホスト材料、上記第二ホスト材料、および上記有機発光材料のそれぞれの最高被占準位（ＨＯＭＯ）および最低空準位（ＬＵＭＯ）は、下記の関係式（９）および（１０）の少なくともいずれか一方を満たすことを特徴としている。
（９）０．５ｅＶ＜（｜有機発光材料のＬＵＭＯ｜－｜第一ホスト材料のＨＯＭＯ｜）≦０．７ｅＶ
（１０）０．５ｅＶ＜（｜第二ホスト材料のＨＯＭＯ｜－｜有機発光材料のＨＯＭＯ｜）≦０．７ｅＶ
　上記構成によれば、第一発光層中では、電子が有機発光材料中に存在することにより、電子が正孔輸送材料等の陽極側材料へ移動するのを防ぐことが可能となる。同様に、第二発光層中では、正孔が有機発光材料中に存在することにより、正孔が電子輸送材料等の陰極側材料へ移動するのを防ぐこと可能となる。
　また、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、上記第一発光層を構成するホスト材料、および上記第二発光層を構成するホスト材料は、上記有機発光材料の励起三重項準位よりも高い励起三重項準位を有していることを特徴としている。
　上記構成によれば、励起エネルギーを発光層中の有機発光材料中に閉じ込めることができ、有機発光材料からの励起エネルギーの移動を防ぐことができる。
　また、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、上記有機層は、上記陽極から上記有機層への正孔の注入を促進するドーパントがドープされた正孔注入層と、上記陰極から上記有機層への電子の注入を促進するドーパントがドープされた電子注入層とを有していることを特徴としている。
　上記構成によれば、第一電極から注入されるキャリアの有機層への注入が促進され、第二電極から注入されるキャリアの有機層への注入が促進される。これより、発光層に正孔および電子を十分に伝搬することができる。
　また、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、上記正孔注入層と上記発光層との間には、上記ドーパントおよび上記有機発光材料がドープされていない領域があることを特徴としている。
　また、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、上記電子注入層と上記発光層との間には、上記ドーパントおよび上記有機発光材料がドープされていない領域があることを特徴としている。
　上記構成によれば、発光層と第一キャリア注入層との間の有機発光材料およびドーパントがドープされていない領域は、キャリアのブロッキング層として働く。これより、発光層と第一キャリア注入層との界面においてエクサイプレックスによるエネルギー失活を起こしてしまうのを防ぐことができる。すなわち、発光層から第一キャリア注入層へのエネルギーのロスを防ぐことができる。同様に、発光層と第二キャリア注入層との間の有機発光材料およびドーパントがドープされていない領域も、発光層から第二キャリア注入層へのエネルギーのロスを防ぐことができる。
　また、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、上記有機発光材料は、燐光発光材料であることを特徴としている。
　上記構成によれば、発光効率が高く、発光寿命が長い有機ＥＬ素子を得ることができる。
　発明の詳細な説明の項においてなされた具体的な実施形態または実施例は、あくまでも、本発明の技術内容を明らかにするものであって、そのような具体例にのみ限定して狭義に解釈されるべきものではなく、本発明の精神と次に記載する請求の範囲内で、いろいろと変更して実施することができるものである。
　以下では、実施例を挙げて本発明をさらに詳しく説明するが、本発明はその要旨を超えない限り、これら実施例に限定されるものではない。
　（実施例１）
　ガラス基板上にプラズマ化学蒸着（プラズマＣＶＤ）法によってシリコン半導体膜を形成し、結晶化処理を施した後、多結晶半導体膜を形成した。続いて多結晶シリコン薄膜をエッチング処理し、複数の島状パターンを形成した。次に多結晶シリコン薄膜の各島の上に窒化ケイ素（ＳｉＮ）をゲート絶縁膜として形成した。その後、チタン（Ｔｉ）－アルミニウム（Ａｌ）－チタン（Ｔｉ）の積層膜をゲート電極として順次形成し、エッチング処理によってパターニングを行った。当該ゲート電極の上に、Ｔｉ－Ａｌ－Ｔｉを用いてソース電極およびドレイン電極を形成し、複数の薄膜トランジスタを作製した。
　形成した薄膜トランジスタ上にスルーホールを有する層間絶縁膜を形成して平坦化した。そして、当該スルーホールを介して酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）電極を陽極として形成した。ポリイミド系樹脂の単層でＩＴＯ電極の周辺を取り囲むようにしてパターニングした後、ＩＴＯ電極を形成した基板を超音波洗浄し、２００℃の減圧下で３時間ベークした。
　続いて、陽極上に４，４’－ビス［Ｎ－（１－ナフチル）－Ｎ－フェニル－アミノ］ビフェニル（α－ＮＰＤ）を真空蒸着法によって蒸着速度１Å／ｓｅｃで蒸着した。このようにして、陽極上に膜厚４５ｎｍの正孔注入層を形成した。
　その後、正孔注入層上にＮ，Ｎ－ジカルバゾイル－３，５－ベンゼン（ｍＣＰ）を真空蒸着法によって蒸着速度１Å／ｓｅｃで蒸着した。このようにして、正孔注入層上に膜厚１５ｎｍの正孔輸送層を形成した。
　そして、正孔輸送層上に２，２－ビス（４－カルバゾイルフェニル）－１，１－ビフェニル（４ＣｚＰＢＰ）と、ＦＩｒ６とを真空蒸着法によって共蒸着した。この際、４ＣｚＰＢＰ中にＦＩｒ６が７．５％程度含まれるようにドープした。このようにして、正孔輸送層上に膜厚１０ｎｍの第一発光層を形成した。
　次に、第一発光層上に（トリス（２，４，６－トリメチル－３－イル）－３－（ピリジン－３－イル）フェニル）ボラン（３ＴＰＹＭＢ）と、ＦＩｒ６とを真空蒸着法によって共蒸着した。この際、３ＴＰＹＭＢ中にＦＩｒ６が７．５％程度含まれるようにドープした。このようにして、第一発光層上に膜厚１０ｎｍの第二発光層を形成した。
　そして、第二発光層上に１，３，５－トリス（Ｎ－フェニルベンゾイミダゾル－２－イル）ベンゼン（ＴＰＢＩ）を真空蒸着法によって蒸着した。このようにして、第二発光層上に膜厚３０ｎｍの電子輸送層を形成した。
　次に、電子輸送層上にＬｉＦを真空蒸着法によって蒸着速度１Å／ｓｅｃで蒸着し、膜厚０．５ｎｍのＬｉＦ膜を形成した。その後、ＬｉＦ膜上にＡｌを用いて膜厚１００ｎｍのＡｌ膜を形成した。このようにして、ＬｉＦとＡｌとの積層膜を陰極として形成し、有機ＥＬ素子を作製した。
　得られた有機Ｌ素子の１０００ｃｄ／ｍ２における電流効率および寿命Ｔ５０を測定した。その結果、電流効率は２８ｃｄ／Ａとなり、寿命Ｔ５０は５０００ｈと良好な値を示した。
　（実施例２）
　陽極を形成するまでの工程は、実施例１と同様であるため、ここでは省略する。以下では、正孔注入層を形成する工程から説明する。
　本実施例では、４ＣｚＰＢＰと、テトラフルオロテトラシアノキノジメタン（ＴＣＮＱＦ４）とを真空蒸着法によって蒸着速度１Å／ｓｅｃで共蒸着した。この際、４ＣｚＰＢＰ中にＴＣＮＱＦ４が１０％程度含まれるようにドープした。このようにして、陽極上に膜厚５０ｎｍの正孔注入層を形成した。
　次に、正孔注入層上に４ＣｚＰＢＰを１０ｎｍ蒸着させた後、４ＣｚＰＢＰとＦＩｒ６とを真空蒸着法によって共蒸着した。この際、４ＣｚＰＢＰ中にＦＩｒ６が７．５％程度含まれるようにドープした。このようにして、膜厚１０ｎｍの第一発光層を形成した。
　そして、第一発光層上に３ＴＰＹＭＢとＦＩｒ６とを真空蒸着法によって共蒸着した。この際、３ＴＰＹＭＢ中にＦＩｒ６が７．５％程度含まれるようにドープした。このようにして、第一発光層上に膜厚１０ｎｍの第二発光層を形成した。
　次に、第二発光層上に３ＴＰＹＭＢと炭酸セシウム（Ｃｓ２ＣＯ３）とを真空蒸着法によって共蒸着した。この際、３ＴＰＹＭＢ中にＣｓ２ＣＯ３が５０％程度含まれるようにドープした。このようにして、第二発光層上に膜厚３０ｎｍの電子注入層を形成した。
　次に、電子注入層上にＬｉＦを真空蒸着法によって蒸着速度１Å／ｓｅｃで蒸着し、膜厚０．５ｎｍのＬｉＦ膜を形成した。その後、ＬｉＦ膜上にＡｌを用いて膜厚１００ｎｍのＡｌ膜を形成した。このようにして、ＬｉＦとＡｌとの積層膜を陰極として形成し、有機ＥＬ素子を作製した。
　得られた有機ＥＬ素子の１０００ｃｄ／ｍ２における電流効率および寿命Ｔ５０を測定した。その結果、電流効率は２５ｃｄ／Ａとなり、寿命Ｔ５０は４０００ｈと良好な値を示した。
　上記２つの実施例では、発光層が多層構造をしており、当該発光層のホスト材料には、燐光発光材料を考慮した材料を用いている。具体的には、実施例１では、ＦＩｒ６および第二発光層のホスト材料（３ＴＰＹＭＢ）のＬＵＭＯ準位よりも浅いＬＵＭＯ準位を有する４ＣｚＰＢＰを第一発光層のホスト材料として用いている。また、ＦＩｒ６および第一発光層のホスト材料（４ＣｚＰＢＰ）のＨＯＭＯ準位よりも深いＨＯＭＯ準位を有する３ＴＰＹＭＢを第二発光層のホスト材料として用いている。さらに、３ＴＰＹＭＢはＦＩｒ６よりも深いＬＵＭＯ準位を有し、４ＣｚＰＢＰはＦＩｒ６よりも浅いＨＯＭＯ準位を有している。これより、陽極から注入された正孔が第二発光層に移動するのを防ぐことができる。同様に、陰極から注入された電子が第一発光層に移動するのを防ぐことができる。これによって、電子と再結合しないで第二発光層に移動する正孔を減らし、正孔と再結合しないで第一発光層に移動する電子を減らすことが可能となる。その結果、正孔および電子が再結合する確率を上げることができる。それ故、本実施例１に係る有機ＥＬ素子では、電流効率および寿命Ｔ５０共に良好な値を示した。
　また、実施例２では、第一発光層が正孔輸送層を兼ねており、第二発光層が電子輸送層を兼ねているが、正孔注入層および電子注入層にはそれぞれドーパントがドープされている。そのため、正孔注入層における正孔の注入が促進され、電子注入層における電子の注入が促進される。これより、発光層に正孔および電子を十分に伝搬することができる。また、実施例２では、実施例１と同様のホスト材料を用いているため、電子と再結合しないで第二発光層に移動する正孔を減らし、正孔と再結合しないで第一発光層に移動する電子を減らすことが可能となる。その結果、正孔および電子が再結合する確率を上げることができる。それ故、本実施例２に係る有機ＥＬ素子では、電流効率および寿命Ｔ５０共に良好な値を示した。
　（実施例３）
　実施例１の第一発光層のホスト材料４ＣｚＣＢＰ（ＨＯＭＯ準位＝６．０ｅＶ，ＬＵＭＯ準位＝２．５ｅＶ）の代わりに、アダマンタン　カルバゾール（Ａｄ－Ｃｚ）（ＨＯＭＯ準位＝５．８ｅＶ，ＬＵＭＯ準位＝２．６ｅＶ）を用い、発光材料は実施例１と同じように、ＦＩｒ６（ＨＯＭＯ準位＝６．１ｅＶ，ＬＵＭＯ準位＝３．１ｅＶ）を用いた第一発光層を持つ有機ＥＬ素子を作製した。上記の第一発光層のホスト材料として４ＣｚＣＢＰを用いる点以外は、実施例１と同じ膜厚構成で作製した。
　得られた有機ＥＬ素子の１０００ｃｄ／ｍ２における電流効率および駆動電圧を測定した。その結果、電流効率は２４ｃｄ／Ａとなり、電圧は実施例１の約８割となり、良好な値を示した。したがって、第一発光層のホスト材料のＨＯＭＯ準位と燐光発光材料とのＨＯＭＯ準位との差は、０．１～０．３ｅＶの間であれば、高効率が望めることが実験的に分かった。
　これは、有機ＥＬ素子の正孔および電子の輸送は、ホッピング伝導によって行われていることに関係している。ホッピング伝導の際、正孔がトラップされている準位と、正孔がホッピングする準位との差をΔＥとすると、正孔の移動度は、ｅｘｐ（－ΔＥ／ＲＴ）で下がっていく（Ｒ：気体定数，Ｔ：絶対温度［Ｋ］）。以上の点から、第一発光層を構成するホスト材料のＨＯＭＯ準位は、燐光発光材料のＨＯＭＯ準位よりも浅いことが好ましい。
　ここで、第一発光層を構成するホスト材料のＨＯＭＯ準位と、燐光発光材料のＨＯＭＯ準位との差を０．５ｅＶよりも大きくすると、正孔が熱的に励起できる確率が低くなってしまう。したがって、第一発光層を構成するホスト材料のＨＯＭＯ準位と、燐光発光材料のＨＯＭＯ準位との差が０．５ｅＶ以内であることがより好ましいと言える。具体的な例で示すと、電子（正孔）移動速度は、下記式（１）のように、一般的なアレニウス式で表すことができる。ｋＥＴは電子（正孔）移動速度定数であり、Ａは頻度因子（温度に無関係な定数）である。
　　　ｋＥＴ＝Ａｅｘｐ（－ΔＥ／ＲＴ）　　　…（１）
　Ａは、非特許文献３に記載されているように、分子間の反応の場合では、１０１１Ｍ－１ｓ－１とされている。この際、ΔＥの数値による速度定数の値を式（１）から算出した結果を下記に示す。
　　　ΔＥ＝０．１ｅＶの場合、ｋＥＴ＝２．０×１０９ｓ－１
　　　ΔＥ＝０．２ｅＶの場合、ｋＥＴ＝４．１×１０７ｓ－１
　　　ΔＥ＝０．３ｅＶの場合、ｋＥＴ＝８．４×１０５ｓ－１
　　　ΔＥ＝０．４ｅＶの場合、ｋＥＴ＝１．７×１０４ｓ－１
　　　ΔＥ＝０．５ｅＶの場合、ｋＥＴ＝３．５×１０２ｓ－１
　　　ΔＥ＝０．６ｅＶの場合、ｋＥＴ＝７．１ｓ－１
　以上から、ΔＥが０．５ｅＶ以内では、サブｍｓ（０．５ｅＶ時，２９ｍｓ）以内で電子移動が第一発光層を構成するホスト材料から燐光発光材料へと分子間で進行するが、０．６ｅＶを超えると秒単位でしか電子移動が進行しないことが分かる。つまり、電子が０．５ｅＶ以内の差であれば、アップヒルのエネルギー差であろうとも、電子移動が起こり得ると言える。
　また、電場によって安定化されるエネルギー［ｆ（ｘ）］は、下記式（２）のように表すことができる。具体的には、Ｖという電場をかけた際における距離ｘの位置で電子が安定化するエネルギーである。なお、ｑは素電荷（電子の電荷の絶対値）である。
　　　ｆ（ｘ）＝－ｑＶｘ　　　…（２）
　つまり、式（２）から分かるように、電場をかけることで逆方向への電子（正孔）の移動は起こりにくくなり、あくまで電場の勾配に沿って電子（正孔）移動が起こりやすいと言える。すなわち、電場の影響で一度正孔が移されると、正孔は第一発光層から正孔輸送材料等の陽極側材料へ戻りにくく、第一発光層を構成するホスト材料から燐光発光材料へと移る方が優勢となる。
　したがって、第一発光層を構成するホスト材料のＨＯＭＯ準位と、燐光発光材料のＨＯＭＯ準位との差を０．５ｅＶ以内にすると、正孔が熱的に励起する確率が高くなり、正孔および電子が再結合する確率を高めることができる。また、第一発光層を構成するホスト材料のＨＯＭＯ準位と、燐光発光材料のＨＯＭＯ準位との差が０ｅＶよりも大きくすると、ホスト材料自体のＨＯＭＯ準位とＬＵＭＯ準位とのギャップを狭くすることが可能となり、デバイス自体の低電圧化も可能となる。
　これと同様の理由により、第二発光層を構成するホスト材料のＬＵＭＯ準位は、燐光発光材料のＬＵＭＯ準位よりも浅いことが好ましく、その差は０ｅＶよりも大きく、０．５ｅＶ以内であることが好ましい。
　さらに、第一発光層のホスト材料のＬＵＭＯ準位は、燐光発光材料のＬＵＭＯ準位よりも浅く、その差が０．５ｅＶよりも大きく、０．７ｅＶ以内であれば低電圧で駆動できることも実験的に確認できた。すなわち、０．５ｅＶ＜（｜ＬＵＭＯ（燐光発光材料）｜－｜ＬＵＭＯ（第一発光層のホスト材料）｜）≦０．７ｅＶが好ましい。それにより、電子が第一発光層を構成するホスト材料から陽極側材料に移動し、低効率になることを防ぐことができる。
　同様に、第二発光層を構成するホスト材料のＨＯＭＯ準位は、燐光発光材料のＨＯＭＯ準位よりも深く、その差が０．５ｅＶよりも大きく、０．７ｅＶ以内であれば低電圧で駆動できることが実験的に確認できた。すなわち、０．５ｅＶ＜（｜ＨＯＭＯ（第二発光層のホスト材料）｜－｜ＨＯＭＯ（燐光発光材料）｜）≦０．７ｅＶが好ましい。それにより、正孔が第二発光層を構成するホスト材料から陰極側材料に移動し、低効率になることを防ぐことができる。
　本発明は、有機ＥＬ素子を用いた各種デバイスに利用することが可能であり、例えばテレビ等の表示装置等に利用することができる。
１１，２１，３１　有機ＥＬ素子
１２，２２，３２　陽極
１３，２３，３３　正孔注入層
１４，３４　正孔輸送層
１５，２５，３５　発光層
１５ａ，２５ａ　第一発光層
１５ｂ，２５ｂ　第二発光層
１６，３６　電子輸送層
１７，２７，３７　電子注入層
１８，２８，３８　燐光発光材料の最高被占準位
１９，２９，３９　燐光発光材料の最低空準位
３０　陰極

Claims (11)

  1. 　陽極および陰極と、
    　上記陽極および上記陰極の間に形成され、発光層を少なくとも有している有機層とを基板上に備えた有機エレクトロルミネッセンス素子において、
    　上記発光層は、
    　　上記陽極側に位置し、正孔輸送性ホストである第一ホスト材料からなる第一発光層と、
    　　上記陰極側に位置し、電子輸送性ホストである第二ホスト材料からなる第二発光層とを備え、
    　上記第一ホスト材料および上記第二ホスト材料には、同一の有機発光材料がドープされており、
    　上記第一ホスト材料、上記第二ホスト材料、および上記有機発光材料のそれぞれの最高被占準位（ＨＯＭＯ）および最低空準位（ＬＵＭＯ）は、下記の関係式（１）および（２）を満たす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）０ｅＶ＜（｜有機発光材料のＨＯＭＯ｜－｜第一ホスト材料のＨＯＭＯ｜）≦０．５ｅＶ
    （２）０ｅＶ＜（｜第二ホスト材料のＬＵＭＯ｜－｜有機発光材料のＬＵＭＯ｜）≦０．５ｅＶ
  2. 　上記第一ホスト材料、上記第二ホスト材料、および上記有機発光材料のそれぞれの最高被占準位（ＨＯＭＯ）および最低空準位（ＬＵＭＯ）は、下記の関係式（３）および（４）を満たす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。
    （３）０．１ｅＶ≦（｜有機発光材料のＨＯＭＯ｜－｜第一ホスト材料のＨＯＭＯ｜）≦０．３ｅＶ
    （４）０．１ｅＶ≦（｜第二ホスト材料のＬＵＭＯ｜－｜有機発光材料のＬＵＭＯ｜）≦０．３ｅＶ
  3. 　上記第一ホスト材料、上記第二ホスト材料、および上記有機発光材料のそれぞれの最高被占準位（ＨＯＭＯ）および最低空準位（ＬＵＭＯ）は、下記の関係式（５）～（８）を満たすことを特徴とする請求項１または２に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
    （５）｜第一ホスト材料のＬＵＭＯ｜＜｜第二ホスト材料のＬＵＭＯ｜
    （６）｜第一ホスト材料のＬＵＭＯ｜＜｜有機発光材料のＬＵＭＯ｜
    （７）｜第二ホスト材料のＨＯＭＯ｜＞｜第一ホスト材料のＨＯＭＯ｜
    （８）｜第二ホスト材料のＨＯＭＯ｜＞｜有機発光材料のＨＯＭＯ｜
  4. 　上記第一ホスト材料、上記第二ホスト材料、および上記有機発光材料のそれぞれの最高被占準位（ＨＯＭＯ）および最低空準位（ＬＵＭＯ）は、下記の関係式（９）および（１０）の少なくともいずれか一方を満たすことを特徴とする請求項１～３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。
    （９）０．５ｅＶ＜（｜有機発光材料のＬＵＭＯ｜－｜第一ホスト材料のＬＵＭＯ｜）≦０．７ｅＶ
    （１０）０．５ｅＶ＜（｜第二ホスト材料のＨＯＭＯ｜－｜有機発光材料のＨＯＭＯ｜）≦０．７ｅＶ
  5. 　上記第一発光層を構成するホスト材料、および上記第二発光層を構成するホスト材料は、上記有機発光材料の励起三重項準位よりも高い励起三重項準位を有していることを特徴とする請求項１～４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。
  6. 　上記有機層は、
    　　上記陽極から上記有機層への正孔の注入を促進するドーパントがドープされた正孔注入層と、
    　　上記陰極から上記有機層への電子の注入を促進するドーパントがドープされた電子注入層とを有していることを特徴とする請求項１～５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. 　上記正孔注入層と上記発光層との間には、上記ドーパントおよび上記有機発光材料がドープされていない領域があることを特徴とする請求項６に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
  8. 　上記電子注入層と上記発光層との間には、上記ドーパントおよび上記有機発光材料がドープされていない領域があることを特徴とする請求項７に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
  9. 　上記有機発光材料は、燐光発光材料であることを特徴とする請求項１～８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。
  10. 　請求項１～９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薄膜トランジスタ基板上に形成した表示手段を備えることを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス表示装置。
  11. 　陽極および陰極と、
    　上記陽極および上記陰極の間に形成された発光層を少なくとも有している有機層とを基板上に備えた有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法において、
    　上記基板上に、上記陽極を形成する陽極形成工程と、
    　上記陽極上に、当該陽極から正孔が注入される正孔注入層を形成する正孔注入層形成工程と、
    　上記正孔注入層上に、上記陽極から上記有機層に注入される正孔を輸送する正孔輸送層を形成する正孔輸送層形成工程と、
    　上記正孔輸送層上に、上記発光層として、正孔輸送性ホストである第一ホスト材料からなる第一発光層を形成する第一発光層形成工程と、
    　上記第一発光層上に、上記発光層として、電子輸送性ホストである第二ホスト材料からなる第二発光層を形成する第二発光層形成工程と、
    　上記第二発光層上に、上記陰極から上記有機層に注入される電子を輸送する電子輸送層を形成する電子輸送層形成工程と、
    　上記電子輸送層上に、上記陰極から電子が注入される電子注入層を形成する電子注入層形成工程と、
    　上記電子注入層上に、上記陰極を形成する陰極形成工程とを備え、
    　上記第一発光層形成工程および上記第二発光層形成工程において、上記第一ホスト材料および上記第二ホスト材料に同一の有機発光材料をドープし、なおかつ下記の関係式（１１）～（１６）を満たす最高被占準位（ＨＯＭＯ）および最低空準位（ＬＵＭＯ）をそれぞれ有している上記第一ホスト材料、上記第二ホスト材料、および上記有機発光材料を用いて、上記第一発光層および上記第二発光層を形成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製造方法。
    （１１）０ｅＶ＜（｜有機発光材料のＨＯＭＯ｜－｜第一ホスト材料のＨＯＭＯ｜）≦０．５ｅＶ
    （１２）０ｅＶ＜（｜第二ホスト材料のＬＵＭＯ｜－｜有機発光材料のＬＵＭＯ｜）≦０．５ｅＶ
    （１３）｜第一ホスト材料のＬＵＭＯ｜＜｜第二ホスト材料のＬＵＭＯ｜
    （１４）｜第一ホスト材料のＬＵＭＯ｜＜｜有機発光材料のＬＵＭＯ｜
    （１５）｜第二ホスト材料のＨＯＭＯ｜＞｜第一ホスト材料のＨＯＭＯ｜
    （１６）｜第二ホスト材料のＨＯＭＯ｜＞｜有機発光材料のＨＯＭＯ｜
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