WO2021192159A1 - 発光素子、表示デバイス - Google Patents

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layer
transport layer
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electron
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博司 土屋
真伸 水崎
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シャープ株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a light emitting element and a display device provided with the light emitting element.
  • Patent Document 1 is a method of realizing highly efficient light emission of a light emitting layer and suppression of deterioration of the light emitting layer by adding a dopant to each organic layer in an organic light emitting device having a plurality of organic layers between electrodes. Is disclosed.
  • the carriers injected from each electrode into each organic layer between the electrodes are said to be present due to the retention in the organic layer or the imbalance of the carrier balance in the light emitting layer.
  • the luminous efficiency of the light emitting device (light emitting element) is lowered and the life is shortened.
  • the light emitting element of the present invention includes an anode and a cathode, and between the anode and the cathode, in order from the anode side, a first hole transport layer and a second positive.
  • a light emitting element including a pore transport layer, a light emitting layer, a first electron transport layer, and a second electron transport layer, wherein the second hole transport layer and the second hole at the HOMO level
  • the energy level difference from the light emitting layer on the transport layer side is 0.0 eV or more and 0.15 eV or less, and the first electron transport layer and the light emission on the first electron transport layer side at the LUMO level.
  • the energy level difference from the layer is 0.0 eV or more and 0.15 eV or less
  • the second electron transporting layer contains an electron transporting organic material and an electron receiving material, and the electron receiving material is used. It is a mixed layer containing more than 50% by mass.
  • FIG. 2 is a schematic top view of the display device 2 according to the present embodiment.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG.
  • the display device 2 includes a light emitting region DA from which light emission is taken out and a frame area NA surrounding the light emitting region DA.
  • a terminal T for inputting a signal for driving each light emitting element of the display device 2 described in detail later is formed.
  • the display device 2 includes an array substrate 4 and a light emitting element layer 6 on the array substrate 4 at a position where it overlaps with the light emitting region DA in a plan view.
  • the display device 2 has a structure in which each layer of the light emitting element layer 6 is laminated on an array substrate 4 on which a TFT (Thin Film Transistor) (not shown) is formed.
  • TFT Thin Film Transistor
  • the light emitting element layer 6 includes a first hole transport layer 10, a second hole transport layer 12, a light emitting layer 14, a first electron transport layer 16, and a second electron transport layer 18 on the anode 8.
  • the cathode 20 and the cathode 20 are sequentially laminated from the lower layer.
  • the anode 8 of the light emitting element layer 6 formed on the upper layer of the array substrate 4 is electrically connected to the TFT of the array substrate 4.
  • the display device 2 is provided with a sealing layer (not shown) that seals the light emitting element layer 6.
  • the light emitting element layer 6 includes a light emitting element 6R, a light emitting element 6G, and a light emitting element 6B.
  • the light emitting element 6R, the light emitting element 6G, and the light emitting element 6B may be an organic EL element, that is, an OLED element, in which the light emitting layer 14 is provided with an organic fluorescent material or an organic phosphorescent material.
  • the light emitting element 6R, the light emitting element 6G, and the light emitting element 6B may be a QLED element in which the light emitting layer 14 is provided with a semiconductor nanoparticle material, that is, a quantum dot material.
  • the light emitting element 6R, the light emitting element 6G, and the light emitting element 6B are not limited to the OLED element or the QLED element, and various light emitting elements can be adopted.
  • the display device 2 has, for example, a plurality of sub-pixels, and each of the sub-pixels includes the above-mentioned light emitting element 6R, light emitting element 6G, and light emitting element 6B.
  • each of the anode 8, the second hole transport layer 12, and the light emitting layer 14 is separated by the edge cover 22.
  • the anode 8 is separated into an anode 8R for the light emitting element 6R, an anode 8G for the light emitting element 6G, and an anode 8B for the light emitting element 6B by the edge cover 22.
  • the second hole transport layer 12 has a second hole transport layer 12R for the light emitting element 6R, a second hole transport layer 12G for the light emitting element 6G, and a second hole transport layer 12G for the light emitting element 6B by the edge cover 22. It is separated into a hole transport layer 12B.
  • the light emitting layer 14 is separated into a light emitting layer 14R, a light emitting layer 14G, and a light emitting layer 14B by an edge cover 22.
  • the light emitting layer 14G is provided by laminating the first light emitting layer 14GH and the second light emitting layer 14GE from the anode 8 side.
  • the first light emitting layer 14GH is a hole transport type light emitting layer
  • the second light emitting layer 14GE is an electron transport type light emitting layer.
  • the first light emitting layer 14GH contains a hole transporting host material
  • the second light emitting layer 14GE contains an electron transporting host material.
  • the light emitting layer 14G contains at least two or more types of host materials.
  • the light emitting layer 14G since the light emitting layer 14G includes only one type of host material different from each other in the first light emitting layer 14GH and the second light emitting layer 14GE, the light emitting layer 14G has two types of host materials. Only include.
  • the first hole transport layer 10, the first electron transport layer 16, the second electron transport layer 18, and the cathode 20 are not separated by the edge cover 22, but are formed in common.
  • the edge cover 22 is formed at a position that covers the side surface of the anode 8 and the vicinity of the peripheral end portion of the upper surface.
  • the light emitting element 6R includes an anode 8R, a first hole transport layer 10, a second hole transport layer 12R, a light emitting layer 14R, a first electron transport layer 16, and a second electron transport layer 18. And the cathode 20.
  • the light emitting element 6G includes an anode 8G, a first hole transport layer 10, a second hole transport layer 12G, a light emitting layer 14G, a first electron transport layer 16, a second electron transport layer 18, and the like. It consists of a cathode 20.
  • the light emitting element 6B includes an anode 8B, a first hole transport layer 10, a second hole transport layer 12B, a light emitting layer 14B, a first electron transport layer 16, and a second electron transport layer 18. It consists of a cathode 20.
  • the light emitting layer 14R, the light emitting layer 14G, and the light emitting layer 14B emit red light, green light, and blue light, respectively. That is, the light emitting element 6R, the light emitting element 6G, and the light emitting element 6B are light emitting elements that emit red light, green light, and blue light, respectively.
  • the blue light is, for example, light having a emission center wavelength in a wavelength band of 400 nm or more and 500 nm or less.
  • the green light is, for example, light having a emission center wavelength in a wavelength band of more than 500 nm and 600 nm or less.
  • the red light is, for example, light having a emission center wavelength in a wavelength band of more than 600 nm and 780 nm or less.
  • the light emitting layer 14R and the light emitting layer 14B are in contact with the second hole transport layer 12 on the anode 8 side and in contact with the first electron transport layer 16 on the cathode 20 side. That is, the single-layer light emitting layer 14R and the light emitting layer 14B are in contact with both the second hole transport layer 12 and the first electron transport layer 16.
  • the first light emitting layer 14GH is in contact with the second hole transport layer 12 on the anode 8 side and in contact with the second light emitting layer 14GE on the cathode 20 side. Further, the second light emitting layer 14GE is in contact with the first light emitting layer 14GH on the anode 8 side and in contact with the first electron transport layer 16 on the cathode 20 side.
  • the display device 2 according to the present embodiment is not limited to the above configuration, and may be between the second hole transport layer 12 and the light emitting layer 14 or between the light emitting layer 14 and the first electron transport layer 16. One may be provided with another layer.
  • the anode 8 and the cathode 20 contain a conductive material and are electrically connected to the first hole transport layer 10 and the second electron transport layer 18, respectively.
  • the electrode close to the display surface of the display device 2 is a translucent electrode.
  • the anode 8 has a structure in which ITO (Indium Tin Oxide, indium tin oxide) is laminated on, for example, an Ag-Pd-Cu alloy.
  • ITO Indium Tin Oxide, indium tin oxide
  • the anode 8 having the above configuration is a reflective electrode that reflects the light emitted from the light emitting layer 14. Therefore, of the light emitted from the light emitting layer 14, the downward light is reflected by the anode 8.
  • the cathode 20 is made of, for example, a translucent Mg-Ag alloy. That is, the cathode 20 is a transmissive electrode that transmits light emitted from the light emitting layer 14. Therefore, of the light emitted from the light emitting layer 14, the upward light passes through the cathode 20. In this way, the display device 2 can emit the light emitted from the light emitting layer 14 upward.
  • both the light emitted upward from the light emitting layer 14 and the light emitted downward can be directed toward the cathode 20 (upward). That is, the display device 2 is configured as a top emission type display device.
  • the cathode 20 which is a translucent electrode partially reflects the light emitted from the light emitting layer 14.
  • a cavity of light emitted from the light emitting layer 14 is formed between the anode 8 which is a reflective electrode and the cathode 20 which is a translucent electrode.
  • the configuration of the anode 8 and the cathode 20 described above is an example, and may have a different configuration.
  • the light emitting layer 14 is a layer that emits light by recombination of holes transported from the anode 8 and electrons transported from the cathode 20.
  • the holes transported to the first light emitting layer 14GH and the electrons transported to the second light emitting layer 14GE are transported to the interface between the first light emitting layer 14GH and the second light emitting layer 14GE. , Recombination near the interface.
  • the first hole transport layer 10 and the second hole transport layer 12 are layers that transport holes from the anode 8 to the light emitting layer 14. Further, the second hole transport layer 12 has a function of inhibiting the transport of electrons from the cathode 20.
  • the first electron transport layer 16 and the second electron transport layer 18 are layers that transport electrons from the cathode 20 to the light emitting layer 14. Further, the first electron transport layer 16 has a function of inhibiting the transport of holes from the anode 8.
  • the second electron transporting layer 18 is a mixed layer containing an electron transporting organic material and an electron accepting material.
  • the second electron transport layer 18 contains more than 50 mass percent of electron accepting material.
  • the electron-accepting material contained in the second electron-transporting layer 18 is such that the electrons transported by the electron-transporting organic material in the second electron-transporting layer 18 are transported to the first electron-transporting layer 16 while the electrons are transported to the first electron-transporting layer 16. It has a function to temporarily capture. Therefore, the electron-accepting material contained in the second electron-transporting layer 18 allows the electron-transporting material to be carried out more stably to the first electron-transporting layer 16 and to the light-emitting layer 14. Therefore, the injection of excessive electrons in the light emitting layer 14 can be prevented, and the excess electrons in the light emitting layer 14 can be prevented.
  • the electron-transporting organic material contained in the second electron-transporting layer 18 has, for example, a HOMO level of -6.60 eV or more and -6.00 eV or less, and has a LUMO level. It has -2.95 eV or more and -2.45 eV or less.
  • the electron-transporting organic material contained in the second electron-transporting layer 18 has, for example, an oxadiazole structure or a triazole structure.
  • the electron-transporting organic material contained in the second electron-transporting layer 18 is an oxadiazole derivative (OXD-7) represented by the following formula.
  • the electron-transporting organic material contained in the second electron-transporting layer 18 may be a star bust OXD, an oxadiazole derivative (Bu-PBD), a triazole derivative, or a basokbroin, which are represented by the following formulas, respectively. good.
  • the electron accepting material contained in the second electron transport layer 18 has, for example, a HOMO level of ⁇ 5890 eV or more and ⁇ 5.70 eV or less, and a LUMO level of -3. It has 55 eV or more and -3.35 eV or less.
  • the electron accepting material contained in the second electron transport layer 18 is, for example, a lithium complex or a lithium compound.
  • the electron accepting material contained in the second electron transport layer 18 is a lithium quinolate complex (Liq) represented by the following formula.
  • the second electron transport layer 18 contains a lithium quinolat complex as an electron accepting material, electrons are more stably transported to the first electron transport layer 16 in the second electron transport layer 18.
  • the electron receiving material contained in the second electron transport layer 18 is trifluoromethanesulfonyl (Li-TFSI), lithium acetoacetate, lithium bis (trimethylsilyl) amide, lithium butoxide, or 1, It may be 1,2,2,3,3-hexafluoropropane-1,3-disulfonimide lithium.
  • the first hole transport layer 10, the second hole transport layer 12, the light emitting layer 14, the first electron transport layer 16, and the second electron transport layer 18 may be formed by a conventionally known method, for example, thin-film deposition. It may be formed by vapor deposition using a mask. In particular, the second electron transport layer 18 may be formed by co-depositing an electron transporting organic material and an electron accepting material.
  • the display device 2 according to the present embodiment may include a hole injection layer (not shown) containing a hole injection material between the anode 8 and the first hole transport layer 10.
  • the display device 2 according to the present embodiment may include an electron injection layer (not shown) containing an electron injection material between the cathode 20 and the second electron transport layer 18.
  • each organic layer of the light emitting element 6B, the light emitting element 6G, and the light emitting element 6R according to the present embodiment has a layer thickness.
  • the first hole transport layer 10, the second hole transport layer 12, the light emitting layer 14, the first electron transport layer 16, and the second electron transport layer 18 have layer thicknesses, respectively. It has d10, layer thickness d12, layer thickness d14, layer thickness d16, and layer thickness d18.
  • the layer thickness of a certain layer may be an average value of the layer thickness of the layer, or the layer thickness of the layer at a position formed substantially horizontally with the array substrate 4. It may be the average value of.
  • the layer thickness d14 is the total layer thickness of the first light emitting layer 14GH and the second light emitting layer 14GE.
  • the layer thickness d10, the layer thickness d12, and the layer thickness d14 may be substantially the same or different from each other among the light emitting element 6B, the light emitting element 6G, and the light emitting element 6R.
  • the layer thickness d14 is thicker than both the layer thickness d12 and the layer thickness d16.
  • the layer thickness of the light emitting layer 14 is thicker than the layer thickness of the second hole transport layer 12, and the first electron transport layer. It is thicker than 16 layers.
  • the layer thickness of the carrier transport layer adjacent to the light emitting layer 14 becomes thinner than the layer thickness of the light emitting layer 14.
  • the carrier is more efficiently transported in the transport layer of the carrier adjacent to the light emitting layer 14, and the carrier is injected by the light emitting layer 14. It will be easier.
  • the value obtained by dividing the layer thickness d12 by the layer thickness d14 is larger than 0 and 0.25 or less, and the value obtained by dividing the layer thickness d16 by the layer thickness d12 is larger than 0. And it is 0.5 or less.
  • the layer thickness of the second hole transport layer 12B is one-fourth or less of the layer thickness of the light emitting layer 14B, and the layer thickness of the first electron transport layer 16 is the second positive. It is less than half of the layer thickness of the hole transport layer 12B. However, the layer thickness of the second hole transport layer 12B and the layer thickness of the first electron transport layer 16 are not zero.
  • the value obtained by dividing the layer thickness d12 by the layer thickness d14 is larger than 0 and 0.75 or less, and the value obtained by dividing the layer thickness d16 by the layer thickness d12 is larger than 0. And it is 0.5 or less.
  • the layer thickness of the second hole transport layer 12G is 3/4 or less of the layer thickness of the light emitting layer 14G, and the layer thickness of the first electron transport layer 16 is the second positive. It is less than half of the layer thickness of the hole transport layer 12G. However, the layer thickness of the second hole transport layer 12G and the layer thickness of the first electron transport layer 16 are not zero.
  • the layer thickness of the second hole transport layer 12 is thinner than the layer thickness of the light emitting layer 14, and the layer thickness of the first electron transport layer 16 is further increased. become thinner.
  • the carrier is more efficiently transported in the transport layer of the carrier adjacent to the light emitting layer 14, and the carrier is easily injected by the light emitting layer 14.
  • the value obtained by dividing the layer thickness d16 by the total layer thickness of the layer thickness d16 and the layer thickness d18 is larger than 0 and 0.5. Is less than.
  • the layer thickness of the first electron transport layer 16 is less than half of the total layer thickness of the first electron transport layer 16 and the second electron transport layer 18.
  • the layer thickness of the first electron transport layer 16 is not zero.
  • the thinner the film thickness of the first electron transport layer 16 the smaller the amount of electrons injected into the light emitting layer 14. do.
  • FIG. 3 is an energy band diagram showing an example of a Fermi level or a band gap in each layer of the light emitting element 6B of the display device 2 according to the present embodiment.
  • FIG. 4 is an energy band diagram showing an example of a Fermi level or a band gap in each layer of the light emitting element 6G of the display device 2 according to the present embodiment.
  • the energy band diagram of the present specification shows the energy level of each layer based on the vacuum level. Further, in the energy band diagram of the present specification, the Fermi level or band gap of the member corresponding to the attached member number is shown. The Fermi level is used for the anode 8 and the cathode 20, and the LUMO is used for the first hole transport layer 10, the second hole transport layer 12, the light emitting layer 14, the first electron transport layer 16, and the second electron transport layer 18. The band gaps from the level to the HOMO level are shown respectively.
  • the difference between the HOMO level and the LUMO level between the layers in the light emitting device layer 6 according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 3 and 4.
  • the value obtained by subtracting the value of the HOMO level of the second layer from the value of the HOMO level of the first layer is the energy of the HOMO level of the first layer and the HOMO level of the second layer.
  • the level difference is the value obtained by subtracting the value of the LUMO level of the first layer from the value of the LUMO level of the second layer.
  • the value obtained by subtracting the value of the LUMO level of the first layer from the value of the LUMO level of the second layer is referred to as the LUMO level of the first layer and the LUMO level of the second layer.
  • Energy level difference is referred to as the LUMO level of the first layer and the LUMO level of the second layer.
  • H1 indicates the energy level difference between the HOMO level of the first hole transport layer 10 and the HOMO level of the second hole transport layer 12 in each light emitting device.
  • H2 indicates the energy level difference between the HOMO level of the second hole transport layer 12 and the HOMO level of the light emitting layer 14 in each light emitting element.
  • H3 indicates the energy level difference between the HOMO level of the light emitting layer 14 and the HOMO level of the first electron transport layer 16 in each light emitting element.
  • H4 indicates the energy level difference between the HOMO level of the first electron transport layer 16 and the HOMO level of the second electron transport layer 18 in each light emitting device.
  • E1 indicates the energy level difference between the LUMO level of the second electron transport layer 18 and the LUMO level of the first electron transport layer 16 in each light emitting element.
  • E2 indicates the energy level difference between the LUMO level of the first electron transport layer 16 and the LUMO level of the light emitting layer 14 in each light emitting element.
  • E3 indicates the energy level difference between the LUMO level of the light emitting layer 14 and the LUMO level of the second hole transport layer 12 in each light emitting element.
  • E4 indicates the energy level difference between the LUMO level of the second hole transport layer 12 and the LUMO level of the first hole transport layer 10 in each light emitting device.
  • the energy level difference H2 in FIG. 4 indicates the energy level difference between the HOMO level of the second hole transport layer 12G and the HOMO level of the first light emitting layer 14GH in the light emitting element 6G.
  • the energy level difference E2 in FIG. 4 indicates the energy level difference between the LUMO level of the first electron transport layer 16 and the LUMO level of the second light emitting layer 14GE in the light emitting element 6G.
  • H5 shows the energy level difference between the HOMO level of the first light emitting layer 14GH and the HOMO level of the second light emitting layer 14GE in the light emitting element 6G.
  • E5 indicates the energy level difference between the LUMO level of the second light emitting layer 14GE and the LUMO level of the first light emitting layer 14GH in the light emitting element 6G.
  • the energy level difference H2 and the energy level difference E2 are 0.0 eV or more and 0.15 eV or less.
  • the energy level difference of the HOMO level between the second hole transport layer 12B and the light emitting layer 14B, and the LUMO of the first electron transport layer 16 and the light emitting layer 14B is 0.0 eV or more and 0.15 eV or less.
  • the energy level difference of the HOMO level between the second hole transport layer 12G and the first light emitting layer 14GH, and the first electron transport layer 16 and the second light emitting layer 14GE is 0.0 eV or more and 0.15 eV or less.
  • the hole injection barrier from the second hole transport layer 12 to the light emitting layer 14 and the electrons from the first electron transport layer 16 to the light emitting layer 14 becomes smaller. Therefore, in each of the light emitting element 6B and the light emitting element 6G, the injection efficiency of each carrier into the light emitting layer 14 is improved.
  • the HOMO level value of the light emitting layer 14B is 0.25 eV or more larger than the HOMO level value of the first electron transport layer 16, and more preferably 0.45 eV or more.
  • the LUMO level value of the second hole transport layer 12B is 0.25 eV or more larger than the LUMO level value of the light emitting layer 14B, and more preferably 0.45 eV or more.
  • the HOMO level value of the second light emitting layer 14GE is 0.25 eV or more larger than the HOMO level value of the first electron transport layer 16, and more preferably 0.45 eV or more.
  • the value of the LUMO level of the second hole transport layer 12G is larger than the value of the LUMO level of the first light emitting layer 14GH by 0.25 eV or more, more preferably 0.45 eV or more.
  • the values of the HOMO levels of the light emitting layer 14B and the second light emitting layer 14GE are the values of the HOMO level of the first electron transport layer 16 and the values of the HOMO level of the second electron transport layer 18. , 0.45 eV or more greater than at least one. Further, at least one of the LUMO level value of the first hole transport layer 10 and the LUMO level value of the second hole transport layer 12B and the second hole transport layer 12G is the light emitting layer 14B and the second hole transport layer 12G. It is 0.45 eV or more larger than the value of each LUMO level with 1 light emitting layer 14GH.
  • the value of the HOMO level of the first light emitting layer 14GH is 0.25 eV or more larger than the value of the HOMO level of the second light emitting layer 14GE.
  • the value of the LUMO level of the first light emitting layer 14GH is 0.25 eV or more larger than the value of the LUMO level of the second light emitting layer 14GE.
  • the holes injected into the light emitting layer 14 flow out to the first electron transport layer 16 side, and the electrons injected into the light emitting layer 14 are discharged.
  • the outflow to the second hole transport layer 12 side is reduced more effectively.
  • the electron concentration and the hole concentration in the light emitting layer 14 of each of the light emitting element 6B and the light emitting element 6G are improved, and the efficiency of carrier recombination is improved.
  • each of the light emitting element 6B and the light emitting element 6G damage to each organic layer due to the outflow of the carrier injected into the light emitting layer 14 is reduced, so that the life of each of the light emitting element 6B and the light emitting element 6G is improved. Leads to.
  • the difference between the LUMO level value of the light emitting layer 14B and the HOMO level value of the light emitting layer 14B is more than 2.7 eV and preferably 3.1 eV or less.
  • the difference between the LUMO level value of the second light emitting layer 14GE and the HOMO level value of the first light emitting layer 14GH is preferably 2.4 eV or more and 2.7 eV or less.
  • the light emitting element 6R has the same configuration as the light emitting element 6B except that the light from the light emitting layer 14R is red light.
  • the relationship between the LUMO level value and the HOMO level value of each layer of the light emitting element 6R and the relationship of the layer thickness are the relationship between the LUMO level value and the HOMO level value of each layer of the light emitting element 6B. And, it is the same as the relationship of layer thickness.
  • the energy level difference H2 and the energy level difference E2 are 0.0 eV or more and 0.15 eV. It is as follows. With the above configuration, the injection efficiency of each carrier into the light emitting layer 14 is improved in each of the light emitting element 6B, the light emitting element 6G, and the light emitting element 6R.
  • the second electron transporting layer 18 is a mixed layer containing an electron transporting organic material and an electron receiving material. Yes, it contains more than 50 mass percent of electron accepting material.
  • the light emitting element 6B, the light emitting element 6G, and the light emitting element 6R can prevent the injection of excessive electrons in the light emitting layer 14 and prevent the excess electrons in the light emitting layer 14.
  • the luminous efficiency of the light emitting element 6B, the light emitting element 6G, and the light emitting element 6R is improved.
  • the light emitting element 6B, the light emitting element 6G, and the light emitting element 6R according to the present embodiment can eliminate the excess of electrons in the light emitting layer 14 while improving the transport efficiency of each carrier to the light emitting layer 14. Therefore, the light emitting element 6B, the light emitting element 6G, and the light emitting element 6R according to the present embodiment more efficiently improve the luminous efficiency and the life.
  • the light emitting elements according to each of the following Examples 1 to 4 having the same configuration as each light emitting element of the display device 2 according to the present embodiment were prepared, and the physical properties were measured.
  • the light emitting element according to this embodiment has the same structure as the light emitting element 6B of the display device 2 according to this embodiment.
  • ITO was first formed to form an anode 8.
  • the first hole transport layer 10 (HOMO: ⁇ 5.50 eV, LUMO: -2.42 eV) containing an aromatic amine compound is placed on the anode 8 as the hole transport material. It was formed by film formation by the low temperature CVD method.
  • a second hole transport layer 12B (HOMO: ⁇ 5.60 eV, LUMO: ⁇ 2.52 eV) containing a carbazole-based compound as an electron block material is applied to the electron block. It was formed by film formation of the material by the low temperature CVD method.
  • the light emitting layer 14B contains an anthracene-adamantane compound (HOMO: -5.74 eV, LUMO: -2.88 eV) as a host material and an anthracene-naphthalene compound (HOMO: -5.85 eV) which is a fluorescent dopant. , LUMO: -2.90 eV).
  • HOMO anthracene-adamantane compound
  • LUMO -2.88 eV
  • a first electron transport layer 16 (HOMO: -6.00 eV, LUMO: -2.95 eV) containing a triazole-based compound was deposited on the light emitting layer 14B as a hole block material. Formed by
  • the second electron transport layer 18 was formed on the upper layer of the first electron transport layer 16.
  • the second electron transport layer 18 was formed by co-depositing an electron transporting organic material and an electron accepting material at a mass ratio of 4: 6.
  • An oxadiazole derivative (OXD-7) (HOMO: -6.34 eV, LUMO: -2.92 eV) was used as the electron-transporting organic material of the second electron-transporting layer 18.
  • a lithium quinolate complex (Liq) HOMO: ⁇ 5.78 eV, LUMO: -3.46 eV
  • lithium fluoride was further deposited on the upper layer of the second electron transport layer 18 to form an electron injection layer.
  • an alloy of Mg—Ag was deposited on the upper layer of the electron injection layer to form a cathode 20.
  • a capping layer made of a compound containing an aromatic amine group is further formed on the upper layer of the cathode 20 by vapor deposition, and then the light emitting element is sealed with a sealing material containing an inorganic-organic composite material. went.
  • the difference between the LUMO level value of the light emitting layer 14B and the HOMO level value of the light emitting layer 14B was 2.95 eV.
  • Example 1 the layer thickness d10, layer thickness d12, layer thickness d14, layer thickness d16, and layer thickness d18 were set to 110 nm, 5 nm, 20 nm, 5 nm, and 25 nm, respectively.
  • the light emitting element according to the present embodiment has the same structure as the light emitting element according to the first embodiment except for the value of the layer thickness d12, and is manufactured by the same method.
  • the layer thickness d12 of the light emitting device according to this embodiment was set to 10 nm.
  • the light emitting element according to this embodiment has the same structure as the light emitting element 6G of the display device 2 according to this embodiment.
  • ITO was first formed to form an anode 8.
  • the first hole transport layer 10 (HOMO: ⁇ 5.50 eV, LUMO: -2.42 eV) containing an aromatic amine compound is placed on the anode 8 as the hole transport material. It was formed by film formation by the low temperature CVD method.
  • a second hole transport layer 12G (HOMO: ⁇ 5.60 eV, LUMO: -2.47 eV) containing a carbazole-based compound is applied as an electron block material to the electron block. It was formed by film formation of the material by the low temperature CVD method.
  • the light emitting layer 14G was formed by forming the first light emitting layer 14GH and the second light emitting layer 14GE in order on the upper layer of the second hole transport layer 12G.
  • the light emitting layer 14G contains a lubrene compound (HOMO: -5.60 eV, LUMO: -2.34 eV) which is a hole transporting material and Alq3 (tris (8-quinolinolato) aluminum) which is an electron transporting material (HOMO: It was formed by co-evaporation of three materials (-5.96 eV, LUMO: -2.84 eV) and an iridium complex (HOMO: -5.60 eV, LUMO: -2.90 eV) which is a phosphorescent dopant.
  • HOMO lubrene compound
  • LUMO -2.34 eV
  • Alq3 tris (8-quinolinolato) aluminum
  • a first electron transport layer 16 (HOMO: ⁇ 6.02 eV, LUMO: -2.94 eV) containing a triazole-based compound was deposited on the upper layer of the light emitting layer 14G as a hole block material. Formed by
  • the second electron transport layer 18 was formed on the upper layer of the first electron transport layer 16.
  • the second electron transport layer 18 was formed by co-depositing an electron transporting organic material and an electron accepting material at a mass ratio of 4: 6.
  • An oxadiazole derivative (OXD-7) (HOMO: -6.34 eV, LUMO: -2.92 eV) was used as the electron-transporting organic material of the second electron-transporting layer 18.
  • a lithium quinolate complex (Liq) (HOMO: ⁇ 5.78 eV, LUMO: -3.46 eV) was used as the second electron transport layer 18 electron accepting material.
  • lithium fluoride was further deposited on the upper layer of the second electron transport layer 18 to form an electron injection layer.
  • the formation of the cathode 20 and the capping layer on the upper layer of the electron injection layer and the sealing of the light emitting element with the sealing material were carried out by the same method as in the previous embodiment.
  • the difference between the LUMO level value of the second light emitting layer 14GE and the HOMO level value of the first light emitting layer 14GH was 2.70 eV.
  • Example 1 the layer thickness d10, layer thickness d12, layer thickness d14, layer thickness d16, and layer thickness d18 were set to 110 nm, 25 nm, 40 nm, 5 nm, and 25 nm, respectively.
  • the light emitting element according to the present embodiment has the same structure as the light emitting element according to the third embodiment except for the value of the layer thickness d12, and is manufactured by the same method.
  • the layer thickness d12 of the light emitting device according to this embodiment was set to 35 nm.
  • the values of the HOMO level and the LUMO level of each layer of each light emitting element were measured, and the HOMO level difference and the LUMO level difference between the layers were measured.
  • a photoelectron yield spectroscopy (PYS) apparatus AC-3, manufactured by RIKEN KEIKI was used to determine the HOMO level value of each layer of each light emitting device.
  • the value of the LUMO level was determined by measuring the band gap of each layer of each light emitting element by measuring the ultraviolet spectrum.
  • FIGS. 5 and 6 show an energy diagram of each layer of the light emitting element according to each of the first and second embodiments. Further, FIG. 6 shows an energy diagram of each layer of the light emitting element according to each of the third and fourth embodiments.
  • the numerical values of "H1" to "H5" and “E1” to “E5" in FIGS. 5 and 6 represent the energy values of the energy level difference H1 to H5 and the energy level difference E1 to E5, respectively.
  • the band gap of the second electron transport layer 18 indicates the band gap of the electron transportable organic material contained in the second electron transport layer 18.
  • the energy level difference H4 indicates the difference between the HOMO level of the first electron transport layer 16 and the HOMO level of the electron transportable organic material of the second electron transport layer 18.
  • the energy level difference E1 indicates the difference between the LUMO level of the first electron transport layer 16 and the LUMO level of the electron transportable organic material of the second electron transport layer 18.
  • the fact that the numerical value in the column of "E1" is negative means that the value of the LUMO level of the second electron transport layer 18 is higher than the value of the LUMO level of the first electron transport layer 16. Indicates that it is small. Further, in Examples 3 and 4, the numerical value in the column of "E3" is a negative number, that the value of the LUMO level of the second hole transport layer 12G is the LUMO level of the first light emitting layer 14GH. Indicates that it is smaller than the value of.
  • Example 1 the columns of “Example 1" to “Example 4" show the physical characteristics of the light emitting element according to each Example or Comparative Example.
  • the columns “d10”, “d12”, “d14”, “d16”, and “d18” are the layer thickness d10, the layer thickness d12, the layer thickness d14, the layer thickness d16, and the layer, respectively.
  • the value of the thickness d18 is shown in units of nm.
  • the column of "voltage” indicates the magnitude of the voltage required to generate a current having a current density of 10 mA / cm2 between the electrodes of each light emitting element, in units of V.
  • the “EQE” column indicates the percentage of the external quantum efficiency of each light emitting device under the application of the above voltage.
  • the column of "life” indicates the period until the brightness of each light emitting element reaches 90% of the initial brightness under the application of the above voltage, in units of time (h).
  • the light emitting element according to the first embodiment has a thinner second hole transport layer than the light emitting element according to the second embodiment. Therefore, in the light emitting device according to the first embodiment, holes are more easily injected into the light emitting layer 14, and the excess of electrons in the light emitting layer 14 is eliminated. Therefore, as shown in Table 1, the light emitting device according to the first embodiment has improved external quantum efficiency and lifetime as compared with the light emitting device according to the second embodiment.
  • the light emitting element according to the third embodiment has a thinner second hole transport layer than the light emitting element according to the fourth embodiment. Therefore, in the light emitting element according to the third embodiment, holes are more easily injected into the light emitting layer 14, and the excess of electrons in the light emitting layer 14 is eliminated. Therefore, as shown in Table 1, the light emitting device according to the third embodiment has improved external quantum efficiency and lifetime as compared with the light emitting device according to the fourth embodiment.
  • the hole impedance spectra of the light emitting devices according to each embodiment were measured and compared.
  • the hole impedance spectra of the light emitting device according to each embodiment are shown in FIGS. 7 to 10.
  • Example 1 the measurement result in Example 1 is shown by a solid line
  • Example 2 the measurement result in Example 2 is shown by a broken line
  • FIGS. 8 and 10 the measurement result in Example 3 is shown by a solid line
  • the measurement result in Example 4 is shown by a broken line.
  • the hole impedance spectrum of the light emitting element according to each embodiment is measured for the hole impedance while applying a voltage obtained by superimposing a constant DC voltage and a constant amplitude AC voltage on the light emitting element.
  • a voltage obtained by superimposing a constant DC voltage and a constant amplitude AC voltage on the light emitting element. was carried out by.
  • the DC voltage component of the voltage applied to the light emitting element was sequentially increased from 0 V to 5 V for the measurement.
  • FIGS. 7 to 10 the measurement results are shown shifted upward on the vertical axis for each DC voltage value applied to the light emitting element.
  • FIGS. 7 and 8 show impedance spectra of the light emitting elements according to each embodiment based on the Core-Cole plot.
  • the horizontal axis indicates the distance from the light emitting layer 14 in the direction toward the anode 8 of the light emitting element according to each embodiment. Therefore, the left end of each spectrum in FIGS. 7 and 8 indicates how far the holes injected from the anode are injected from the light emitting layer 14.
  • the left end of each spectrum in FIGS. 7 and 9 reaches 0 nm on the horizontal axis, it indicates that holes are injected into the light emitting layer 14 and recombinated with electrons. ..
  • the impedance spectrum of the light emitting element according to the first embodiment reaches 0 nm on the horizontal axis at a lower DC voltage value than the impedance spectrum of the light emitting element according to the second embodiment. ing.
  • the light emitting element according to the first embodiment more efficiently eliminates the shortage of holes in the light emitting layer 14 and improves the external quantum efficiency and the lifetime as compared with the light emitting element according to the second embodiment.
  • the impedance spectrum of the light emitting device according to the third embodiment is 0 nm on the horizontal axis at the left end at a lower DC voltage value as compared with the impedance spectrum of the light emitting device according to the fourth embodiment. Has reached. It is considered that this is caused by the same reason as described in the comparison between the light emitting element according to the first embodiment and the light emitting element according to the second embodiment. Therefore, in the light emitting element according to the third embodiment, the shortage of holes in the light emitting layer 14 is more efficiently eliminated, and the external quantum efficiency and the lifetime are improved as compared with the light emitting element according to the fourth embodiment.
  • the peak of each spectrum indicates the relaxation frequency of each carrier, in other words, the frequency at which each carrier resonates with the frequency of the AC voltage component of the applied voltage.
  • the frequency of the AC voltage at which the carriers resonate is proportional to the transport speed of the carriers. Therefore, in FIGS. 9 and 10, the higher the frequency of the horizontal axis position of the peak of each spectrum, the faster the transport speed of the carrier corresponding to the peak of the spectrum.
  • the peak of each impedance spectrum may have two peaks, particularly in the impedance spectrum of a low DC voltage value.
  • the low frequency peak indicates the electron impedance peak
  • the high frequency peak indicates the hole impedance peak. Therefore, the overlap of the two peaks indicates that the electron transport rate and the hole transport rate are approximately the same.
  • the impedance spectrum of the light emitting element according to the first embodiment has a hole impedance at a higher frequency with respect to the frequency of the AC voltage as compared with the impedance spectrum of the light emitting element according to the second embodiment.
  • the layer thickness d12 of the second hole transport layer 12 of the light emitting device according to the first embodiment is thinner than the layer thickness d12 of the second hole transport layer 12 of the light emitting element according to the second embodiment. This is thought to be due to the higher transportability of holes. Therefore, the light emitting element according to the first embodiment more efficiently eliminates the shortage of holes in the light emitting layer 14 and improves the external quantum efficiency and the lifetime as compared with the light emitting element according to the second embodiment.
  • the impedance spectrum of the light emitting element according to the third embodiment is a hole at a higher frequency with respect to the frequency of the AC voltage as compared with the impedance spectrum of the light emitting element according to the fourth embodiment.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view of the display device 2 according to the present embodiment at a position corresponding to FIG.
  • the light emitting layer 14R has the first light emitting layer 14RH and the second light emitting layer from the anode 8 side.
  • the configuration is different in that it includes layer 14RE.
  • the display device 2 according to the present embodiment has the same configuration as the display device 2 according to the previous embodiment.
  • the first light emitting layer 14RH is a hole transport type red light emitting layer
  • the second light emitting layer 14RE is an electron transport type red light emitting layer.
  • the light emitting element 6R according to the present embodiment may have the same configuration as the light emitting element 6G except that the light from the first light emitting layer 14RH and the second light emitting layer RE is red light.
  • the relationship between the LUMO level value and the HOMO level value of each layer of the light emitting element 6R and the relationship of the layer thickness are the relationship between the LUMO level value and the HOMO level value of each layer of the light emitting element 6G. And, it is the same as the relationship of layer thickness.
  • the light emitting element 6B, the light emitting element 6G, and the light emitting element 6R improve the luminous efficiency and the life more efficiently.
  • the display device 2 includes the light emitting element 6R, the light emitting element 6G, and the light emitting element 6B according to the above-described embodiments, the display device 2 having higher luminous efficiency and improved life can be obtained.
  • Display device 6 Light emitting element layer 6R, 6G, 6B Light emitting element 8 Anode 10 First hole transport layer 12 Second hole transport layer 14 Light emitting layer 14GH, 14RH First light emitting layer 14GE, 14RE Second light emitting layer 16 First Electron transport layer 18 Second electron transport layer 20 Cathode

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Abstract

発光素子（６Ｂ、６Ｇ、６Ｒ）は、陽極（８）と、陰極（２０）とを備え、陽極と陰極との間に、陽極側から順に、第１正孔輸送層（１０）と、第２正孔輸送層（１２）と、発光層（１４）と、第１電子輸送層（１６）と、第２電子輸送層（１８）とを備える。ＨＯＭＯ準位における、第２正孔輸送層と、第２正孔輸送層側の発光層とのエネルギー準位差が、０．０ｅＶ以上、０．１５ｅＶ以下であり、ＬＵＭＯ準位における、第１電子輸送層と、第１電子輸送層側の発光層とのエネルギー準位差が、０．０ｅＶ以上、０．１５ｅＶ以下である。第２電子輸送層は、電子輸送性の有機材料と、電子受容材料とを含み、電子受容材料を、５０質量パーセントより多く含む混合層である。

Description

発光素子、表示デバイス
　本発明は、発光素子、および当該発光素子を備えた表示デバイスに関する。
　特許文献１は、電極間に複数の有機層を備えた有機発光装置において、各有機層へのドーパントの添加により、発光層の高効率の発光と、発光層の劣化の抑制とを実現する方法について開示している。
日本国再公表特許「国際公開番号２０１２／０３９２１３」
　特許文献１に記載の発光装置（発光素子）においても、各電極から、電極間の各有機層に注入されたキャリアの、当該有機層における滞留、あるいは、発光層におけるキャリアバランスの偏りにより、当該発光装置（発光素子）の発光効率の低下および寿命の短縮が生じる。
　上記課題を解決するために、本発明の発光素子は、陽極と、陰極とを備え、前記陽極と前記陰極との間に、前記陽極側から順に、第１正孔輸送層と、第２正孔輸送層と、発光層と、第１電子輸送層と、第２電子輸送層とを備えた発光素子であって、ＨＯＭＯ準位における、前記第２正孔輸送層と、前記第２正孔輸送層側の前記発光層とのエネルギー準位差が、０．０ｅＶ以上、０．１５ｅＶ以下であり、ＬＵＭＯ準位における、前記第１電子輸送層と、前記第１電子輸送層側の前記発光層とのエネルギー準位差が、０．０ｅＶ以上、０．１５ｅＶ以下であり、前記第２電子輸送層は、電子輸送性の有機材料と、電子受容材料とを含み、前記電子受容材料を、５０質量パーセントより多く含む混合層である。
　上記構成により、各電極から注入されたキャリアがより効率よく発光層に輸送され、発光効率が改善し、長寿命化した発光素子、ならびに、当該発光素子を備えた表示デバイスを提供できる。
本発明の実施形態１に係る表示デバイスの概略断面図である。 本発明の実施形態１に係る表示デバイスの概略上面図である。 本発明の実施形態１に係る表示デバイスの発光素子における各層のフェルミ準位、またはＬＵＭＯ準位とＨＯＭＯ準位との例を示すエネルギー図である。 本発明の実施形態１に係る表示デバイスの他の発光素子における各層のフェルミ準位、またはＬＵＭＯ準位とＨＯＭＯ準位との例を示すエネルギー図である。 本発明の実施例１および実施例２のそれぞれに係る発光素子における各層のフェルミ準位、またはＬＵＭＯ準位とＨＯＭＯ準位との例を示すエネルギー図である。 本発明の実施例３および実施例４のそれぞれに係る発光素子における各層のフェルミ準位、またはＬＵＭＯ準位とＨＯＭＯ準位との例を示すエネルギー図である。 本発明の実施例１および実施例２のそれぞれに係る発光素子に対し実施した、インピーダンス測定の結果を示す、Ｃｏｌｅ－Ｃｏｌｅプロットのスペクトル図である。 本発明の実施例３および実施例４のそれぞれに係る発光素子に対し実施した、インピーダンス測定の結果を示す、Ｃｏｌｅ－Ｃｏｌｅプロットのスペクトル図である。 本発明の実施例１および実施例２のそれぞれに係る発光素子に対し実施した、インピーダンス測定の結果を示す、Ｂｏｄｅプロットのスペクトル図である。 本発明の実施例３および実施例４のそれぞれに係る発光素子に対し実施した、インピーダンス測定の結果を示す、Ｂｏｄｅプロットのスペクトル図である。 本発明の実施形態２に係る表示デバイスの概略断面図である。
　〔実施形態１〕
　図２は、本実施形態に係る表示デバイス２の概略上面図である。図１は、図２における、Ａ－Ａ線矢視断面図である。
　図２に示すように、本実施形態に係る表示デバイス２は、発光が取り出される発光領域ＤＡと、当該発光領域ＤＡの周囲を囲う額縁領域ＮＡとを備える。額縁領域ＮＡにおいては、後に詳述する表示デバイス２の各発光素子を駆動するための信号が入力される端子Ｔが形成されている。
　平面視において発光領域ＤＡと重畳する位置において、図１に示すように、本実施形態に係る表示デバイス２は、アレイ基板４と、当該アレイ基板４上の発光素子層６とを備える。特に、表示デバイス２は、図示しないＴＦＴ（Thin Film Transistor：薄膜トランジスタ）が形成されたアレイ基板４上に、発光素子層６の各層が積層された構造を備える。なお、本明細書においては、表示デバイス２の発光素子層６からアレイ基板４への方向を「下方向」、表示デバイス２の発光素子層６から表示デバイス２の表示面への方向を「上方向」として記載する。
　発光素子層６は、陽極８上に、第１正孔輸送層１０と、第２正孔輸送層１２と、発光層１４と、第１電子輸送層１６と、第２電子輸送層１８と、陰極２０とを、下層から順次積層して備える。アレイ基板４の上層に形成された発光素子層６の陽極８は、アレイ基板４のＴＦＴと電気的に接続されている。なお、表示デバイス２においては、発光素子層６を封止する、図示しない封止層が設けられている。
　本実施形態において、発光素子層６は、発光素子６Ｒと、発光素子６Ｇと、発光素子６Ｂとを備える。発光素子６Ｒと、発光素子６Ｇと、発光素子６Ｂとは、発光層１４に、有機蛍光材料または有機りん光材料を備えた、有機ＥＬ素子、すなわち、ＯＬＥＤ素子であってもよい。また、この他に、発光素子６Ｒと、発光素子６Ｇと、発光素子６Ｂとは、発光層１４に、半導体ナノ粒子材料、すなわち、量子ドット材料を備えた、ＱＬＥＤ素子であってもよい。しかしながら、本実施形態において、発光素子６Ｒと、発光素子６Ｇと、発光素子６Ｂとは、ＯＬＥＤ素子またはＱＬＥＤ素子には限られず、種々の発光素子を採用できる。表示デバイス２は、例えば、複数のサブ画素を有し、当該サブ画素のそれぞれに、上述した発光素子６Ｒ、発光素子６Ｇ、および発光素子６Ｂを一つずつ備える。
　ここで、陽極８、第２正孔輸送層１２、および発光層１４のそれぞれは、エッジカバー２２によって分離されている。特に、本実施形態においては、陽極８は、エッジカバー２２によって、発光素子６Ｒ用の陽極８Ｒ、発光素子６Ｇ用の陽極８Ｇ、および発光素子６Ｂ用の陽極８Ｂに分離されている。また、第２正孔輸送層１２は、エッジカバー２２によって、発光素子６Ｒ用の第２正孔輸送層１２Ｒ、発光素子６Ｇ用の第２正孔輸送層１２Ｇ、および発光素子６Ｂ用の第２正孔輸送層１２Ｂに分離されている。さらに、発光層１４は、エッジカバー２２によって、発光層１４Ｒ、発光層１４Ｇ、および発光層１４Ｂに分離されている。
　さらに、発光層１４Ｇは、陽極８側から、第１発光層１４ＧＨと、第２発光層１４ＧＥとを積層して備える。第１発光層１４ＧＨは、正孔輸送性タイプの発光層であり、第２発光層１４ＧＥは、電子輸送性タイプの発光層である。換言すれば、第１発光層１４ＧＨは、正孔輸送性のホスト材料を含み、第２発光層１４ＧＥは、電子輸送性のホスト材料を含む。
　このため、本実施形態において、発光層１４Ｇは、少なくとも、ホスト材料を２種類以上含む。特に、本実施形態において、発光層１４Ｇは、第１発光層１４ＧＨと、第２発光層１４ＧＥとに、１種類ずつのみ、互いに異なるホスト材料を備えるため、発光層１４Ｇは、ホスト材料を２種類のみ含む。
　なお、第１正孔輸送層１０と、第１電子輸送層１６と、第２電子輸送層１８と、陰極２０とは、エッジカバー２２によって分離されず、共通して形成されている。
　エッジカバー２２は、図１に示すように、陽極８の側面と上面の周囲端部付近とを覆う位置に形成されている。
　本実施形態において、発光素子６Ｒは、陽極８Ｒ、第１正孔輸送層１０と、第２正孔輸送層１２Ｒと、発光層１４Ｒと、第１電子輸送層１６と、第２電子輸送層１８と、陰極２０とからなる。また、発光素子６Ｇは、陽極８Ｇと、第１正孔輸送層１０と、第２正孔輸送層１２Ｇと、発光層１４Ｇと、第１電子輸送層１６と、第２電子輸送層１８と、陰極２０とからなる。さらに、発光素子６Ｂは、陽極８Ｂと、第１正孔輸送層１０と、第２正孔輸送層１２Ｂと、発光層１４Ｂと、第１電子輸送層１６と、第２電子輸送層１８と、陰極２０とからなる。
　本実施形態において、発光層１４Ｒと、発光層１４Ｇと、発光層１４Ｂとは、それぞれ、赤色光と、緑色光と、青色光とを発する。すなわち、発光素子６Ｒと、発光素子６Ｇと、発光素子６Ｂとは、それぞれ、赤色光と、緑色光と、青色光とを発する発光素子である。
　ここで、青色光とは、例えば、４００ｎｍ以上５００ｎｍ以下の波長帯域に発光中心波長を有する光である。また、緑色光とは、例えば、５００ｎｍ超６００ｎｍ以下の波長帯域に発光中心波長を有する光のことである。また、赤色光とは、例えば、６００ｎｍ超７８０ｎｍ以下の波長帯域に発光中心波長を有する光のことである。
　本実施形態において、発光層１４Ｒと、発光層１４Ｂとは、陽極８側において第２正孔輸送層１２と接し、陰極２０側において第１電子輸送層１６と接する。すなわち、単層の発光層１４Ｒおよび発光層１４Ｂは、第２正孔輸送層１２と第１電子輸送層１６との双方と接する。
　一方、第１発光層１４ＧＨは、陽極８側において第２正孔輸送層１２と接し、陰極２０側において第２発光層１４ＧＥと接する。また、第２発光層１４ＧＥは、陽極８側において第１発光層１４ＧＨと接し、陰極２０側において第１電子輸送層１６と接する。
　なお、本実施形態に係る表示デバイス２は、上記構成に限られず、第２正孔輸送層１２と発光層１４との間、または、発光層１４と第１電子輸送層１６との間の何れか一方に、他の層を備えていてもよい。
　陽極８および陰極２０は導電性材料を含み、それぞれ、第１正孔輸送層１０および第２電子輸送層１８と電気的に接続されている。陽極８と陰極２０とのうち、表示デバイス２の表示面に近い電極は半透明電極である。
　陽極８は、例えばＡｇ‐Ｐｄ‐Ｃｕ合金上にＩＴＯ（Indium Tin Oxide，インジウムスズ酸化物）が積層された構成を有する。上記構成を有する陽極８は、発光層１４から発せられた光を反射する反射性電極である。したがって、発光層１４から発せられた光のうち、下方向に向かう光が、陽極８によって反射される。
　これに対して、陰極２０は、例えば半透明のＭｇ‐Ａｇ合金によって構成されている。つまり、陰極２０は、発光層１４から発せられた光を透過する透過性電極である。したがって、発光層１４から発せられた光のうち、上方向に向かう光が、陰極２０を透過する。このように、表示デバイス２は、発光層１４から発せられた光を上方向に出射できる。
　以上のとおり、表示デバイス２においては、発光層１４から上方向に発せられた光、および下方向に発せられた光の両方を、陰極２０（上方向）へと向かわせることができる。すなわち、表示デバイス２は、トップエミッション型の表示デバイスとして構成されている。
　また、本実施形態において、半透明電極である陰極２０は、発光層１４から発せられた光を、一部反射する。加えて、反射電極である陽極８と、半透明電極である陰極２０との間において、発光層１４から発せられた光のキャビティが形成される。陽極８と陰極２０との間においてキャビティを形成することにより、発光層１４から発せられた光の色度を改善することができる。
　なお、上述した陽極８と陰極２０との構成は一例であり、別の構成を有していてもよい。
　発光層１４は、陽極８から輸送された正孔と、陰極２０から輸送された電子との再結合が発生することにより、光を発する層である。なお、発光素子６Ｇにおいて、第１発光層１４ＧＨに輸送された正孔と、第２発光層１４ＧＥに輸送された電子とは、第１発光層１４ＧＨと第２発光層１４ＧＥとの界面まで輸送され、当該界面付近において再結合する。
　第１正孔輸送層１０および第２正孔輸送層１２は、陽極８からの正孔を発光層１４へと輸送する層である。また、第２正孔輸送層１２は、陰極２０からの電子の輸送を阻害する機能を有する。第１電子輸送層１６および第２電子輸送層１８は、陰極２０からの電子を発光層１４へと輸送する層である。また、第１電子輸送層１６は、陽極８からの正孔の輸送を阻害する機能を有する。
　本実施形態において、第２電子輸送層１８は、電子輸送性の有機材料と、電子受容材料とを含む混合層である。特に、第２電子輸送層１８は、電子受容材料を、５０質量パーセントより多く含む。
　第２電子輸送層１８が含む電子受容材料は、第２電子輸送層１８において、電子輸送性の有機材料により輸送される電子を、当該電子が第１電子輸送層１６まで輸送される間に、一時的に捕捉する機能を有する。このため、第２電子輸送層１８が含む電子受容材料により、第１電子輸送層１６への電子の輸送、ひいては、発光層１４への電子の輸送が、より安定的に行われる。したがって、発光層１４における、過剰な電子の注入が防止され、発光層１４における電子過多を防止できる。
　真空準位を基準とした場合、第２電子輸送層１８が含む電子輸送性の有機材料は、例えば、ＨＯＭＯ準位を－６．６０ｅＶ以上、－６．００ｅＶ以下に有し、ＬＵＭＯ準位を－２．９５ｅＶ以上、－２．４５ｅＶ以下に有する。本実施形態において、第２電子輸送層１８が含む電子輸送性の有機材料は、例えば、オキサジアゾール構造、または、トリアゾール構造を有している。具体的に、例えば、第２電子輸送層１８が含む電子輸送性の有機材料は、下記式に示す、オキサジアゾール誘導体（ＯＸＤ－７）である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000001
 　他にも、第２電子輸送層１８が含む電子輸送性の有機材料は、下記式にそれぞれ示す、スターバストＯＸＤ、オキサジアゾール誘導体（Ｂｕ－ＰＢＤ）、トリアゾール誘導体、あるいは、バソクブロインであってもよい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000002
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000003
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000004
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000005
 　真空準位を基準とした場合、第２電子輸送層１８が含む電子受容材料は、例えば、ＨＯＭＯ準位を－５．８９０ｅＶ以上、－５．７０ｅＶ以下に有し、ＬＵＭＯ準位を－３．５５ｅＶ以上、－３．３５ｅＶ以下に有する。本実施形態において、第２電子輸送層１８が含む電子受容材料は、例えば、リチウム錯体、または、リチウム化合物である。具体的に、例えば、第２電子輸送層１８が含む電子受容材料は、下記式に示す、リチウムキノラート錯体（Ｌｉｑ）である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000006
 　第２電子輸送層１８が、電子受容材料として、リチウムキノラート錯体を含むことにより、第２電子輸送層１８における、第１電子輸送層１６への電子の輸送が、より安定的に行われる。
　他にも、第２電子輸送層１８が含む電子受容材料は、下記式にそれぞれ示す、トリフルオロメタンスルホニル（Ｌｉ－ＴＦＳＩ）、アセト酢酸リチウム、リチウムビス（トリメチルシリル）アミド、リチウムブトキシド、あるいは、１，１，２，２，３，３－ヘキサフルオロプロパン－１，３－ジスルホンイミドリチウムであってもよい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000007
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000008
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000009
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000010
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000011
 　第１正孔輸送層１０、第２正孔輸送層１２、発光層１４、第１電子輸送層１６、および第２電子輸送層１８は、従来公知の手法によって形成されてもよく、例えば、蒸着マスクを使用した蒸着によって形成してもよい。特に、第２電子輸送層１８は、電子輸送性の有機材料と電子受容材料との共蒸着によって形成してもよい。
　なお、本実施形態に係る表示デバイス２は、陽極８と第１正孔輸送層１０との間に、正孔注入材料を含む、図示しない正孔注入層を備えていてもよい。同様に、本実施形態に係る表示デバイス２は、陰極２０と第２電子輸送層１８との間に、電子注入材料を含む、図示しない電子注入層を備えていてもよい。
　本実施形態に係る発光素子６Ｂ、発光素子６Ｇ、および、発光素子６Ｒそれぞれの各有機層は、図１に示すように、それぞれ層厚を有している。特に、図１に示すように、第１正孔輸送層１０、第２正孔輸送層１２、発光層１４、第１電子輸送層１６、および、第２電子輸送層１８は、それぞれ、層厚ｄ１０、層厚ｄ１２、層厚ｄ１４、層厚ｄ１６、および、層厚ｄ１８を有している。
　ここで、本明細書において、ある層の層厚とは、当該層の層厚の平均値であってもよく、あるいは、アレイ基板４と略水平に形成された位置における、当該層の層厚の平均値であってもよい。また、発光素子６Ｇにおいて、層厚ｄ１４は、第１発光層１４ＧＨと第２発光層１４ＧＥとの合計層厚である。さらに、層厚ｄ１０、層厚ｄ１２、および、層厚ｄ１４は、発光素子６Ｂ、発光素子６Ｇ、および、発光素子６Ｒの間において、略同一であってもよく、互いに異なっていてもよい。
　本実施形態に係る発光素子６Ｂ、発光素子６Ｇ、および、発光素子６Ｒのそれぞれにおいて、層厚ｄ１４は、層厚ｄ１２、および層厚ｄ１６の双方よりも厚い。換言すれば、発光素子６Ｂ、発光素子６Ｇ、および、発光素子６Ｒのそれぞれにおいて、発光層１４の層厚が、第２正孔輸送層１２の層厚よりも厚く、かつ、第１電子輸送層１６の層厚よりも厚い。
　上記構成により、発光素子６Ｂ、発光素子６Ｇ、および、発光素子６Ｒのそれぞれにおいて、発光層１４と隣接するキャリアの輸送層の層厚が、発光層１４の層厚よりも薄くなる。これにより、発光素子６Ｂ、発光素子６Ｇ、および、発光素子６Ｒのそれぞれにおいて、発光層１４と隣接するキャリアの輸送層におけるキャリアの輸送がより効率的に実施され、発光層１４によりキャリアが注入されやすくなる。
　また、発光素子６Ｂにおいて、層厚ｄ１２を層厚ｄ１４で割った値が、０より大きく、かつ、０．２５以下であり、層厚ｄ１６を層厚ｄ１２で割った値が、０より大きく、かつ、０．５以下である。換言すれば、発光素子６Ｂにおいて、第２正孔輸送層１２Ｂの層厚は、発光層１４Ｂの層厚の４分の１以下であり、第１電子輸送層１６の層厚は、第２正孔輸送層１２Ｂの層厚の、半分以下である。ただし、第２正孔輸送層１２Ｂの層厚と第１電子輸送層１６の層厚とは０ではない。
　一方、発光素子６Ｇにおいて、層厚ｄ１２を層厚ｄ１４で割った値が、０より大きく、かつ、０．７５以下であり、層厚ｄ１６を層厚ｄ１２で割った値が、０より大きく、かつ、０．５以下である。換言すれば、発光素子６Ｇにおいて、第２正孔輸送層１２Ｇの層厚は、発光層１４Ｇの層厚の４分の３以下であり、第１電子輸送層１６の層厚は、第２正孔輸送層１２Ｇの層厚の、半分以下である。ただし、第２正孔輸送層１２Ｇの層厚と第１電子輸送層１６の層厚とは０ではない。
　上記構成により、発光素子６Ｂおよび発光素子６Ｇにおいて、発光層１４の層厚と比較して、第２正孔輸送層１２の層厚がより薄くなり、第１電子輸送層１６の層厚がさらに薄くなる。これにより、発光素子６Ｂおよび発光素子６Ｇにおいて、発光層１４と隣接するキャリアの輸送層におけるキャリアの輸送がより効率的に実施され、発光層１４によりキャリアが注入されやすくなる。
　さらに、発光素子６Ｂ、発光素子６Ｇ、および、発光素子６Ｒのそれぞれにおいて、層厚ｄ１６を層厚ｄ１６と層厚ｄ１８との合計層厚で割った値が、０より大きく、かつ、０．５未満である。換言すれば、第１電子輸送層１６の層厚は、第１電子輸送層１６と第２電子輸送層１８との合計層厚の半分未満である。ただし、第１電子輸送層１６の層厚は０ではない。
　一般に、第１電子輸送層１６と第２電子輸送層１８との合計層厚を一定とした場合、第１電子輸送層１６の膜厚が薄い程、発光層１４への電子の注入量が低減する。上記構成により、発光層１４への電子の過剰な注入が効率よく低減され、発光層１４の寿命が改善する。
　次に、本実施形態に係る表示デバイス２の発光素子層６が備える、各発光素子の各層におけるエネルギーバンドについて、図３および図４を参照して説明する。図３は、本実施形態に係る表示デバイス２の発光素子６Ｂの各層におけるフェルミ準位、またはバンドギャップの例を示すエネルギーバンド図である。図４は、本実施形態に係る表示デバイス２の発光素子６Ｇの各層におけるフェルミ準位、またはバンドギャップの例を示すエネルギーバンド図である。
　なお、本明細書のエネルギーバンド図においては、各層の、真空準位を基準としたエネルギー準位を示している。また、本明細書のエネルギーバンド図においては、付した部材番号と対応する部材のフェルミ準位、またはバンドギャップを示す。陽極８および陰極２０についてはフェルミ準位を、第１正孔輸送層１０、第２正孔輸送層１２、発光層１４、第１電子輸送層１６、および第２電子輸送層１８については、ＬＵＭＯ準位からＨＯＭＯ準位までのバンドギャップをそれぞれ示す。
　ここで、本実施形態に係る発光素子層６における、各層間のＨＯＭＯ準位およびＬＵＭＯ準位の差について、図３および図４を参照して説明する。本明細書においては、第１層のＨＯＭＯ準位の値から、第２層のＨＯＭＯ準位の値を引いた値を、第１層のＨＯＭＯ準位と第２層のＨＯＭＯ準位とのエネルギー準位差とする。一方、本明細書においては、第２層のＬＵＭＯ準位の値から、第１層のＬＵＭＯ準位の値を引いた値を、第１層のＬＵＭＯ準位と第２層のＬＵＭＯ準位とのエネルギー準位差とする。
　図３および図４において、Ｈ１は、各発光素子における、第１正孔輸送層１０のＨＯＭＯ準位と第２正孔輸送層１２のＨＯＭＯ準位とのエネルギー準位差を示す。Ｈ２は、各発光素子における、第２正孔輸送層１２のＨＯＭＯ準位と発光層１４のＨＯＭＯ準位とのエネルギー準位差を示す。Ｈ３は、各発光素子における、発光層１４のＨＯＭＯ準位と第１電子輸送層１６のＨＯＭＯ準位とのエネルギー準位差を示す。Ｈ４は、各発光素子における、第１電子輸送層１６のＨＯＭＯ準位と第２電子輸送層１８のＨＯＭＯ準位とのエネルギー準位差を示す。
　また、図３および図４において、Ｅ１は、各発光素子における、第２電子輸送層１８のＬＵＭＯ準位と第１電子輸送層１６のＬＵＭＯ準位とのエネルギー準位差を示す。Ｅ２は、各発光素子における、第１電子輸送層１６のＬＵＭＯ準位と発光層１４のＬＵＭＯ準位とのエネルギー準位差を示す。Ｅ３は、各発光素子における、発光層１４のＬＵＭＯ準位と第２正孔輸送層１２のＬＵＭＯ準位とのエネルギー準位差を示す。Ｅ４は、各発光素子における、第２正孔輸送層１２のＬＵＭＯ準位と第１正孔輸送層１０のＬＵＭＯ準位とのエネルギー準位差を示す。
　特に、図４におけるエネルギー準位差Ｈ２は、発光素子６Ｇにおける、第２正孔輸送層１２ＧのＨＯＭＯ準位と第１発光層１４ＧＨのＨＯＭＯ準位とのエネルギー準位差を示す。また、図４におけるエネルギー準位差Ｅ２は、発光素子６Ｇにおける、第１電子輸送層１６のＬＵＭＯ準位と第２発光層１４ＧＥのＬＵＭＯ準位とのエネルギー準位差を示す。
　また、図４において、Ｈ５は、発光素子６Ｇにおける、第１発光層１４ＧＨのＨＯＭＯ準位と第２発光層１４ＧＥのＨＯＭＯ準位とのエネルギー準位差を示す。Ｅ５は、発光素子６Ｇにおける、第２発光層１４ＧＥのＬＵＭＯ準位と第１発光層１４ＧＨのＬＵＭＯ準位とのエネルギー準位差を示す。
　本実施形態に係る発光素子６Ｂおよび発光素子６Ｇのそれぞれにおいて、エネルギー準位差Ｈ２と、エネルギー準位差Ｅ２とが、０．０ｅＶ以上、０．１５ｅＶ以下である。換言すれば、発光素子６Ｂにおいて、第２正孔輸送層１２Ｂと、発光層１４Ｂとの、ＨＯＭＯ準位のエネルギー準位差、および、第１電子輸送層１６と、発光層１４Ｂとの、ＬＵＭＯ準位のエネルギー準位差が、０．０ｅＶ以上、０．１５ｅＶ以下である。また、発光素子６Ｇにおいて、第２正孔輸送層１２Ｇと、第１発光層１４ＧＨとの、ＨＯＭＯ準位のエネルギー準位差、および、第１電子輸送層１６と、第２発光層１４ＧＥとの、ＬＵＭＯ準位のエネルギー準位差が、０．０ｅＶ以上、０．１５ｅＶ以下である。
　上記構成により、発光素子６Ｂおよび発光素子６Ｇのそれぞれにおいて、第２正孔輸送層１２から発光層１４への正孔の注入障壁、および、第１電子輸送層１６から発光層１４への電子の注入障壁が小さくなる。このために、発光素子６Ｂおよび発光素子６Ｇのそれぞれにおいて、発光層１４への各キャリアの注入効率が向上する。
　また、発光層１４ＢのＨＯＭＯ準位の値は、第１電子輸送層１６のＨＯＭＯ準位の値よりも、０．２５ｅＶ以上大きく、より好ましくは、０．４５ｅＶ以上大きい。さらに、第２正孔輸送層１２ＢのＬＵＭＯ準位の値は、発光層１４ＢのＬＵＭＯ準位の値よりも、０．２５ｅＶ以上大きく、より好ましくは、０．４５ｅＶ以上大きい。
　加えて、第２発光層１４ＧＥのＨＯＭＯ準位の値は、第１電子輸送層１６のＨＯＭＯ準位の値よりも、０．２５ｅＶ以上大きく、より好ましくは、０．４５ｅＶ以上大きい。さらに、第２正孔輸送層１２ＧのＬＵＭＯ準位の値は、第１発光層１４ＧＨのＬＵＭＯ準位の値よりも、０．２５ｅＶ以上大きく、より好ましくは、０．４５ｅＶ以上大きい。
　また、発光層１４Ｂと第２発光層１４ＧＥとのそれぞれのＨＯＭＯ準位の値は、第１電子輸送層１６のＨＯＭＯ準位の値と、第２電子輸送層１８のＨＯＭＯ準位の値との、少なくとも一方よりも０．４５ｅＶ以上大きい。さらに、第１正孔輸送層１０のＬＵＭＯ準位の値と、第２正孔輸送層１２Ｂおよび第２正孔輸送層１２ＧのＬＵＭＯ準位の値との、少なくとも一方は、発光層１４Ｂと第１発光層１４ＧＨとのそれぞれのＬＵＭＯ準位の値よりも０．４５ｅＶ以上大きい。
　加えて、第１発光層１４ＧＨのＨＯＭＯ準位の値は、第２発光層１４ＧＥのＨＯＭＯ準位の値よりも、０．２５ｅＶ以上大きい。さらに、第１発光層１４ＧＨのＬＵＭＯ準位の値は、第２発光層１４ＧＥのＬＵＭＯ準位の値よりも、０．２５ｅＶ以上大きい。
　これらの構成により、発光素子６Ｂおよび発光素子６Ｇのそれぞれにおいて、発光層１４に注入された正孔の、第１電子輸送層１６側への流出、および、発光層１４に注入された電子の、第２正孔輸送層１２側への流出が、より効果的に低減する。これにより、発光素子６Ｂおよび発光素子６Ｇそれぞれの発光層１４における、電子濃度および正孔濃度が向上し、キャリアの再結合の効率が向上する。さらに、発光素子６Ｂおよび発光素子６Ｇのそれぞれにおいて、発光層１４に注入されたキャリアの流出に伴う、各有機層へのダメージが低減するため、発光素子６Ｂおよび発光素子６Ｇのそれぞれの寿命の改善につながる。
　発光素子６Ｂにおいて、正孔と電子との再結合は、発光層１４Ｂにおいて発生する。このため、発光層１４ＢのＬＵＭＯ準位の値と、発光層１４ＢのＨＯＭＯ準位の値との差に相当するエネルギーを有した光が、発光層１４Ｂから発生する。発光層１４ＢのＬＵＭＯ準位の値と、発光層１４ＢのＨＯＭＯ準位の値との差は、２．７ｅＶより大きく、３．１ｅＶ以下であることが好ましい。
　発光素子６Ｇにおいて、正孔と電子との再結合は、第１発光層１４ＧＨと第２発光層１４ＧＥとの界面において発生する。このため、第２発光層１４ＧＥのＬＵＭＯ準位の値と、第１発光層１４ＧＨのＨＯＭＯ準位の値との差に相当するエネルギーを有した光が、発光層１４Ｇから発生する。第２発光層１４ＧＥのＬＵＭＯ準位の値と、第１発光層１４ＧＨのＨＯＭＯ準位の値との差は、２．４ｅＶ以上、２．７ｅＶ以下であることが好ましい。
　なお、本実施形態に係る発光素子６Ｒは、発光層１４Ｒからの光が赤色光であることを除いて、発光素子６Ｂと同一の構成を備える。例えば、発光素子６Ｒの各層のＬＵＭＯ準位の値およびＨＯＭＯ準位の値の関係、および、層厚の関係は、発光素子６Ｂの各層のＬＵＭＯ準位の値およびＨＯＭＯ準位の値の関係、および、層厚の関係と同一である。
　上述したように、本実施形態に係る発光素子６Ｂ、発光素子６Ｇ、および、発光素子６Ｒのそれぞれにおいて、エネルギー準位差Ｈ２と、エネルギー準位差Ｅ２とが、０．０ｅＶ以上、０．１５ｅＶ以下である。上記構成により、発光素子６Ｂ、発光素子６Ｇ、および、発光素子６Ｒのそれぞれにおいて、発光層１４への各キャリアの注入効率が向上する。
　加えて、本実施形態に係る発光素子６Ｂ、発光素子６Ｇ、および、発光素子６Ｒのそれぞれにおいて、第２電子輸送層１８は、電子輸送性の有機材料と、電子受容材料とを含む混合層であり、電子受容材料を、５０質量パーセントより多く含む。
　上記構成により、発光素子６Ｂ、発光素子６Ｇ、および、発光素子６Ｒのそれぞれにおいて、第１電子輸送層１６への電子の輸送が、より安定的に行われる。したがって、発光素子６Ｂ、発光素子６Ｇ、および、発光素子６Ｒは、発光層１４における、過剰な電子の注入を防止し、発光層１４における電子過多を防止できる。
　発光層１４における電子過多が解消されることにより、発光層１４における正孔と電子との再結合が、より効率的に発生する。このため、発光素子６Ｂ、発光素子６Ｇ、および、発光素子６Ｒの発光効率が改善する。
　また、発光層１４における電子過多が解消されることにより、発光層１４において、オージェ過程等の失活過程を含む、発光に寄与しない電荷の再結合が生じにくくなる。また、発光層１４から、第２正孔輸送層１２側の各層への電子の流出が防止されるため、発光層１４よりも第２正孔輸送層１２側の各層においても、発光に寄与しない電荷の再結合が生じにくくなる。これにより、発光層１４、および、発光層１４よりも第２正孔輸送層１２側の各層に対するダメージが防止され、発光素子６Ｂ、発光素子６Ｇ、および、発光素子６Ｒの寿命が改善する。
　したがって、本実施形態に係る発光素子６Ｂ、発光素子６Ｇ、および、発光素子６Ｒは、発光層１４への各キャリアの輸送効率を向上しつつ、発光層１４における電子過多を解消できる。ゆえに、本実施形態に係る発光素子６Ｂ、発光素子６Ｇ、および、発光素子６Ｒは、より効率的に、発光効率と寿命とを改善する。
　本実施形態に係る表示デバイス２の各発光素子と同一の構成を有する、以下の実施例１から４のそれぞれに係る発光素子を作成し、物性を測定した。
　〔実施例１〕
　本実施例に係る発光素子は、本実施形態に係る表示デバイス２の発光素子６Ｂと同一の構造を備える。
　本実施例に係る発光素子の製造において、はじめに、ＩＴＯを形成し、陽極８とした。
　次いで、当該陽極８上に、正孔輸送材料として、芳香族アミン系化合物を含む第１正孔輸送層１０（ＨＯＭＯ：－５．５０ｅＶ、ＬＵＭＯ：－２．４２ｅＶ）を、当該正孔輸送材料の低温ＣＶＤ法による成膜により形成した。
　次いで、第１正孔輸送層１０の上層に、電子ブロック材料として、カルバゾール系化合物を含む第２正孔輸送層１２Ｂ（ＨＯＭＯ：－５．６０ｅＶ、ＬＵＭＯ：－２．５２ｅＶ）を、当該電子ブロック材料の低温ＣＶＤ法による成膜により形成した。
　次いで、第２正孔輸送層１２Ｂの上層に、発光層１４Ｂを形成した。発光層１４Ｂは、ホスト材料であるアントラセン―アダマンタン系化合物（ＨＯＭＯ：－５．７４ｅＶ、ＬＵＭＯ：－２．８８ｅＶ）と、蛍光発光性のドーパントであるアントラセン―ナフタレン系化合物（ＨＯＭＯ：－５．８５ｅＶ、ＬＵＭＯ：－２．９０ｅＶ）との共蒸着により形成した。
　次いで、発光層１４Ｂの上層に、正孔ブロック材料として、トリアゾール系化合物を含む第１電子輸送層１６（ＨＯＭＯ：－６．００ｅＶ、ＬＵＭＯ：－２．９５ｅＶ）を、当該正孔ブロック材料の蒸着により形成した。
　次いで、第１電子輸送層１６の上層に、第２電子輸送層１８を形成した。第２電子輸送層１８は、電子輸送性の有機材料と電子受容材料とを、４：６の質量比において共蒸着することにより形成した。第２電子輸送層１８の電子輸送性の有機材料には、オキサジアゾール誘導体（ＯＸＤ－７）（ＨＯＭＯ：－６．３４ｅＶ、ＬＵＭＯ：－２．９２ｅＶ）を使用した。また、第２電子輸送層１８の電子受容材料には、リチウムキノラート錯体（Ｌｉｑ）（ＨＯＭＯ：－５．７８ｅＶ、ＬＵＭＯ：－３．４６ｅＶ）を使用した。
　本実施例においては、さらに、第２電子輸送層１８の上層に、フッ化リチウムを蒸着し、電子注入層とした。
　次いで、電子注入層の上層に、Ｍｇ－Ａｇの合金を蒸着し、陰極２０を形成した。
　本実施例においては、さらに、陰極２０の上層に、芳香族アミン基を含む化合物からなるキャッピングレイヤを蒸着により形成し、次いで、無機－有機複合材料を含む封止材による発光素子の封止を行った。
　本実施例において、ＣＩＥの色度座標における、（ｘ，ｙ）＝（０．１４１，０．０４５）の光を発する発光素子が得られた。本実施例において、発光層１４ＢのＬＵＭＯ準位の値と、発光層１４ＢのＨＯＭＯ準位の値との差は、２．９５ｅＶであった。
　なお、実施例１において、層厚ｄ１０、層厚ｄ１２、層厚ｄ１４、層厚ｄ１６、および層厚ｄ１８は、それぞれ、１１０ｎｍ、５ｎｍ、２０ｎｍ、５ｎｍ、および、２５ｎｍとした。
　〔実施例２〕
　本実施例に係る発光素子は、実施例１に係る発光素子と、層厚ｄ１２の値を除き、同一の構造を備え、同一の手法により製造された。本実施例に係る発光素子の層厚ｄ１２は、１０ｎｍとした。本実施例において、ＣＩＥの色度座標における、（ｘ，ｙ）＝（０．１４０，０．０４７）の光を発する発光素子が得られた。
　〔実施例３〕
　本実施例に係る発光素子は、本実施形態に係る表示デバイス２の発光素子６Ｇと同一の構造を備える。
　本実施例に係る発光素子の製造において、はじめに、ＩＴＯを形成し、陽極８とした。
　次いで、当該陽極８上に、正孔輸送材料として、芳香族アミン系化合物を含む第１正孔輸送層１０（ＨＯＭＯ：－５．５０ｅＶ、ＬＵＭＯ：－２．４２ｅＶ）を、当該正孔輸送材料の低温ＣＶＤ法による成膜により形成した。
　次いで、第１正孔輸送層１０の上層に、電子ブロック材料として、カルバゾール系化合物を含む第２正孔輸送層１２Ｇ（ＨＯＭＯ：－５．６０ｅＶ、ＬＵＭＯ：－２．４７ｅＶ）を、当該電子ブロック材料の低温ＣＶＤ法による成膜により形成した。
　次いで、第２正孔輸送層１２Ｇの上層に、第１発光層１４ＧＨと第２発光層１４ＧＥとを順に形成することにより、発光層１４Ｇを形成した。発光層１４Ｇは、ホール輸送性材料であるルブレン系化合物（ＨＯＭＯ：－５．６０ｅＶ、ＬＵＭＯ：－２．３４ｅＶ）と、電子輸送性材料であるＡｌｑ３（トリス（８－キノリノラト）アルミニウム）（ＨＯＭＯ：－５．９６ｅＶ、ＬＵＭＯ：－２．８４ｅＶ）と、燐光発光性のドーパントであるイリジウム錯体（ＨＯＭＯ：－５．６０ｅＶ、ＬＵＭＯ：－２．９０ｅＶ）との３材料の共蒸着により形成した。
　次いで、発光層１４Ｇの上層に、正孔ブロック材料として、トリアゾール系化合物を含む第１電子輸送層１６（ＨＯＭＯ：－６．０２ｅＶ、ＬＵＭＯ：－２．９４ｅＶ）を、当該正孔ブロック材料の蒸着により形成した。
　次いで、第１電子輸送層１６の上層に、第２電子輸送層１８を形成した。第２電子輸送層１８は、電子輸送性の有機材料と電子受容材料とを、４：６の質量比において共蒸着することにより形成した。第２電子輸送層１８の電子輸送性の有機材料には、オキサジアゾール誘導体（ＯＸＤ－７）（ＨＯＭＯ：－６．３４ｅＶ、ＬＵＭＯ：－２．９２ｅＶ）を使用した。また、第２電子輸送層１８電子受容材料には、リチウムキノラート錯体（Ｌｉｑ）（ＨＯＭＯ：－５．７８ｅＶ、ＬＵＭＯ：－３．４６ｅＶ）を使用した。
　本実施例においては、さらに、第２電子輸送層１８の上層に、フッ化リチウムを蒸着し、電子注入層とした。
　電子注入層の上層の、陰極２０およびキャッピングレイヤの形成と、封止材による発光素子の封止とは、前実施例と同一の方法により実行した。
　本実施例において、ＣＩＥの色度座標における、（ｘ，ｙ）＝（０．２２１，０．７２０）の光を発する発光素子が得られた。本実施例において、第２発光層１４ＧＥのＬＵＭＯ準位の値と、第１発光層１４ＧＨのＨＯＭＯ準位の値との差は、２．７０ｅＶであった。
　なお、実施例１において、層厚ｄ１０、層厚ｄ１２、層厚ｄ１４、層厚ｄ１６、および層厚ｄ１８は、それぞれ、１１０ｎｍ、２５ｎｍ、４０ｎｍ、５ｎｍ、および、２５ｎｍとした。
　〔実施例４〕
　本実施例に係る発光素子は、実施例３に係る発光素子と、層厚ｄ１２の値を除き、同一の構造を備え、同一の手法により製造された。本実施例に係る発光素子の層厚ｄ１２は、３５ｎｍとした。本実施例において、ＣＩＥの色度座標における、（ｘ，ｙ）＝（０．２２０，０．７２０）の光を発する発光素子が得られた。
　次いで、上記各実施例に係る発光素子の物性を測定し、当該物性を比較した。
　はじめに、各発光素子の各層のＨＯＭＯ準位およびＬＵＭＯ準位の値を測定し、各層間のＨＯＭＯ準位差およびＬＵＭＯ準位差を測定した。具体的には、光電子収量分光（ＰＹＳ）装置（ＡＣ－３、理研計機社製）を使用して、各発光素子の各層のＨＯＭＯ準位の値を確定させた。さらに、紫外線スペクトル測定により、各発光素子の各層のバンドギャップを測定することにより、ＬＵＭＯ準位の値を確定させた。
　上記測定の結果に基づく、各実施例のそれぞれに係る発光素子の、各層のエネルギー図を、図５および図６に示す。図５は、実施例１および実施例２のそれぞれに係る発光素子の、各層のエネルギー図を示す。また、図６は、実施例３および実施例４のそれぞれに係る発光素子の、各層のエネルギー図を示す。
　図５および図６における、「Ｈ１」～「Ｈ５」、および「Ｅ１」～「Ｅ５」の数値は、それぞれ、エネルギー準位差Ｈ１～Ｈ５、およびエネルギー準位差Ｅ１～Ｅ５のエネルギーの値を示している。なお、図５および図６において、第２電子輸送層１８のバンドギャップは、第２電子輸送層１８が含む、電子輸送性の有機材料のバンドギャップを示している。換言すれば、エネルギー準位差Ｈ４は、第１電子輸送層１６のＨＯＭＯ準位と、第２電子輸送層１８の電子輸送性の有機材料のＨＯＭＯ準位との差を示す。同様に、エネルギー準位差Ｅ１は、第１電子輸送層１６のＬＵＭＯ準位と、第２電子輸送層１８の電子輸送性の有機材料のＬＵＭＯ準位との差を示す。
　また、各実施例において、「Ｅ１」の欄の数値が負号であることは、第２電子輸送層１８のＬＵＭＯ準位の値が、第１電子輸送層１６のＬＵＭＯ準位の値よりも小さいことを示す。また、実施例３および実施例４において、「Ｅ３」の欄の数値が負号であることは、第２正孔輸送層１２ＧのＬＵＭＯ準位の値が、第１発光層１４ＧＨのＬＵＭＯ準位の値よりも小さいことを示す。
　次いで、摂氏２５度の環境温度下において、各発光素子の電極間に、電流密度が１０ｍＡ／ｃｍ２の電流が発生する電圧を印加し、外部量子効率、および寿命の測定を行った。
　測定された、各実施例および各比較例に係る発光素子の物性を、下記表１に記載した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000012
 　表１において、「実施例１」～「実施例４」の欄は、それぞれの実施例または比較例に係る発光素子の物性を示している。
　表１において、「ｄ１０」、「ｄ１２」、「ｄ１４」、「ｄ１６」、および、「ｄ１８」の欄は、それぞれ、層厚ｄ１０、層厚ｄ１２、層厚ｄ１４、層厚ｄ１６、および、層厚ｄ１８の値を、ｎｍを単位としてそれぞれ示している。
　表１において、「電圧」の欄は、各発光素子の電極間に、電流密度が１０ｍＡ／ｃｍ２の電流を発生させるために必要な電圧の大きさを、Ｖを単位として示す。「ＥＱＥ」の欄は、上記電圧の印加下における、各発光素子の外部量子効率の百分率を示す。「寿命」の欄は、上記電圧の印加下において、各発光素子の輝度が、初期輝度の９０パーセントに到達するまでの期間を、時間（ｈ）を単位に示す。
　実施例１に係る発光素子は、実施例２に係る発光素子と比較して、第２正孔輸送層の層厚が薄い。このため、実施例１に係る発光素子は、より正孔が発光層１４に注入されやすくなり、発光層１４における電子過多が解消する。したがって、表１に示すように、実施例１に係る発光素子は、実施例２に係る発光素子と比較して、外部量子効率および寿命が改善する。
　同様に、実施例３に係る発光素子は、実施例４に係る発光素子と比較して、第２正孔輸送層の層厚が薄い。このため、実施例３に係る発光素子は、より正孔が発光層１４に注入されやすくなり、発光層１４における電子過多が解消する。したがって、表１に示すように、実施例３に係る発光素子は、実施例４に係る発光素子と比較して、外部量子効率および寿命が改善する。
　次に、各実施形態に係る発光素子の正孔のインピーダンススペクトルを測定し、比較を行った。各実施形態に係る発光素子の正孔のインピーダンススペクトルを、図７から図１０に示す。
　図７および図９においては、実施例１における測定結果を実線にて、実施例２における測定結果を破線にて示す。図８および図１０においては、実施例３における測定結果を実線にて、実施例４における測定結果を破線にて示す。
　各実施例に係る発光素子の正孔のインピーダンススペクトルの測定は、当該発光素子に、一定の直流電圧に、一定振幅の交流電圧を重畳した電圧を印加しつつ、正孔のインピーダンスについて測定することにより実施した。各実施例に係る発光素子のインピーダンススペクトルの測定においては、何れも、当該発光素子に印加する電圧の、直流電圧成分を、０Ｖから５Ｖまで逐次上昇させて測定を行った。図７から図１０においては、その測定結果を、発光素子に印加した直流電圧値ごとに、縦軸の上方向にずらして示した。
　図７および図８においては、各実施例に係る発光素子の、Ｃｏｌｅ－Ｃｏｌｅプロットに基づくインピーダンススペクトルを示す。図７および図８において、横軸は、各実施例に係る発光素子の、陽極８に向かう方向における、発光層１４からの距離を示す。このため、図７および図８における、それぞれのスペクトルの左端は、陽極から注入された正孔が、発光層１４からどの距離まで注入されたかを示している。ここで、図７および図９における、それぞれのスペクトルの左端が、横軸の０ｎｍまで到達している場合、正孔が発光層１４に注入され、電子と再結合していることを示している。
　図７に示すように、実施例１に係る発光素子のインピーダンススペクトルは、実施例２に係る発光素子のインピーダンススペクトルと比較して、より低い直流電圧値において、左端が横軸の０ｎｍまで到達している。このことは、実施例１に係る発光素子においては、実施例２に係る発光素子と比較して、より低い印加電圧において、正孔が効率よく輸送され、正孔と電子との再結合が発生することを示す。これは、実施例１に係る発光素子の第２正孔輸送層１２の層厚ｄ１２が、実施例２に係る発光素子の第２正孔輸送層１２の層厚ｄ１２と比較してより薄く、正孔が発光層に注入されやすいためであると考えられる。したがって、実施例１に係る発光素子は、実施例２に係る発光素子と比較して、発光層１４における正孔の不足がより効率的に解消され、外部量子効率および寿命が改善する。
　同様に、図８に示すように、実施例３に係る発光素子のインピーダンススペクトルは、実施例４に係る発光素子のインピーダンススペクトルと比較して、より低い直流電圧値において、左端が横軸の０ｎｍまで到達している。これは、実施例１に係る発光素子と実施例２に係る発光素子との比較において説明した理由と、同一の理由から生じていると考えられる。したがって、実施例３に係る発光素子は、実施例４に係る発光素子と比較して、発光層１４における正孔の不足がより効率的に解消され、外部量子効率および寿命が改善する。
　図９および図１０においては、各実施例に係る発光素子の、Ｂｏｄｅプロットに基づくインピーダンススペクトルを示す。Ｂｏｄｅプロットに基づくインピーダンススペクトルの測定は、キャリアのインピーダンスを、各実施例に係る発光素子に印加する電圧の、交流電圧成分の周波数を、１Ｈｚから１０６Ｈｚまで変化させながら測定することにより実施した。
　図９および図１０において、それぞれのスペクトルのピークは、各キャリアの緩和周波数、換言すれば、印加された電圧の交流電圧成分の周波数に、各キャリアが共振する周波数を示す。キャリアが共振する交流電圧の周波数は、当該キャリアの輸送速度に比例する。したがって、図９および図１０において、それぞれのスペクトルのピークの横軸方向の位置が、より高周波である程、当該スペクトルのピークに対応するキャリアの輸送速度が速いことを示す。
　なお、図９および図１０において、それぞれのインピーダンススペクトルのピークは、特に、低直流電圧値のインピーダンススペクトルにおいて、２つのピークを有する場合がある。この場合、低周波のピークは電子のインピーダンスのピークを示し、高周波のピークは正孔のインピーダンスのピークを示す。したがって、２つのピークが一つに重なることは、電子の輸送速度と正孔の輸送速度とが、おおよそ一致することを示す。
　図９に示すように、実施例１に係る発光素子のインピーダンススペクトルは、実施例２に係る発光素子のインピーダンススペクトルと比較して、交流電圧の周波数について、より高い周波数において、正孔のインピーダンスのピークを有する。このことは、実施例１に係る発光素子においては、実施例２に係る発光素子と比較して、より低い直流電圧値において、正孔がより高速にて、発光層１４まで輸送されることを示す。これは、実施例１に係る発光素子の第２正孔輸送層１２の層厚ｄ１２が、実施例２に係る発光素子の第２正孔輸送層１２の層厚ｄ１２と比較してより薄く、正孔の輸送性がより高くなるためであると考えられる。したがって、実施例１に係る発光素子は、実施例２に係る発光素子と比較して、発光層１４における正孔の不足がより効率的に解消され、外部量子効率および寿命が改善する。
　同様に、図１０に示すように、実施例３に係る発光素子のインピーダンススペクトルは、実施例４に係る発光素子のインピーダンススペクトルと比較して、交流電圧の周波数について、より高い周波数において、正孔のインピーダンスのピークを有する。これは、実施例１に係る発光素子と実施例２に係る発光素子との比較において説明した理由と、同一の理由から生じていると考えられる。したがって、実施例３に係る発光素子は、実施例４に係る発光素子と比較して、発光層１４における正孔の不足がより効率的に解消され、外部量子効率および寿命が改善する。
　〔実施形態２〕
　図１１は、本実施形態に係る表示デバイス２の、図１と対応する位置における断面図である。本実施形態に係る表示デバイス２は、図１１に示すように、前実施形態に係る表示デバイス２と比較して、発光層１４Ｒが、陽極８側から、第１発光層１４ＲＨと、第２発光層１４ＲＥとを含む点において、構成が異なっている。以上を除いて、本実施形態に係る表示デバイス２は、前実施形態に係る表示デバイス２と同一の構成を備える。
　本実施形態において、第１発光層１４ＲＨは正孔輸送性タイプの赤色発光層であり、第２発光層１４ＲＥは電子輸送性タイプの赤色発光層である。本実施形態に係る発光素子６Ｒは、第１発光層１４ＲＨおよび第２発光層ＲＥからの光が赤色光であることを除いて、発光素子６Ｇと同一の構成を備えていてもよい。例えば、発光素子６Ｒの各層のＬＵＭＯ準位の値およびＨＯＭＯ準位の値の関係、および、層厚の関係は、発光素子６Ｇの各層のＬＵＭＯ準位の値およびＨＯＭＯ準位の値の関係、および、層厚の関係と同一である。
　本実施形態においても、前実施形態と同一の理由から、発光素子６Ｂ、発光素子６Ｇ、および、発光素子６Ｒは、より効率的に、発光効率と寿命とを改善する。
　上述した各実施形態に係る発光素子６Ｒ、発光素子６Ｇ、および発光素子６Ｂを、表示デバイス２が備えることにより、より高い発光効率を有し、寿命が改善された表示デバイス２が得られる。
　本発明は上述した各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り、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜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。さらに、各実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を組み合わせることにより、新しい技術的特徴を形成することができる。
２　　　　　　　　　表示デバイス
６　　　　　　　　　発光素子層
６Ｒ、６Ｇ、６Ｂ　　発光素子
８　　　　　　　　　陽極
１０　　　　　　　　第１正孔輸送層
１２　　　　　　　　第２正孔輸送層
１４　　　　　　　　発光層
１４ＧＨ、１４ＲＨ　第１発光層
１４ＧＥ、１４ＲＥ　第２発光層
１６　　　　　　　　第１電子輸送層
１８　　　　　　　　第２電子輸送層
２０　　　　　　　　陰極

Claims (18)

  1. 　陽極と、陰極とを備え、前記陽極と前記陰極との間に、前記陽極側から順に、第１正孔輸送層と、第２正孔輸送層と、発光層と、第１電子輸送層と、第２電子輸送層とを備えた発光素子であって、
    　ＨＯＭＯ準位における、前記第２正孔輸送層と、前記第２正孔輸送層側の前記発光層とのエネルギー準位差が、０．０ｅＶ以上、０．１５ｅＶ以下であり、
    　ＬＵＭＯ準位における、前記第１電子輸送層と、前記第１電子輸送層側の前記発光層とのエネルギー準位差が、０．０ｅＶ以上、０．１５ｅＶ以下であり、
    　前記第２電子輸送層は、電子輸送性の有機材料と、電子受容材料とを含み、前記電子受容材料を、５０質量パーセントより多く含む混合層である発光素子。
  2. 　前記発光層の層厚が、前記第２正孔輸送層の層厚よりも厚く、かつ、前記第１電子輸送層の層厚よりも厚い請求項１に記載の発光素子。
  3. 　前記電子受容材料は、リチウムキノラート錯体である請求項１または２に記載の発光素子。
  4. 　前記第１電子輸送層側の前記発光層のＨＯＭＯ準位の値が、前記第１電子輸送層のＨＯＭＯ準位の値よりも０．２５ｅＶ以上大きく、
    　前記第２正孔輸送層のＬＵＭＯ準位の値が、前記第２正孔輸送層側の前記発光層のＬＵＭＯ準位の値よりも０．２５ｅＶ以上大きい請求項１から３の何れか１項に記載の発光素子。
  5. 　前記第１電子輸送層側の前記発光層のＨＯＭＯ準位の値が、前記第１電子輸送層のＨＯＭＯ準位の値よりも０．４５ｅＶ以上大きく、
    　前記第２正孔輸送層のＬＵＭＯ準位の値が、前記第２正孔輸送層側の前記発光層のＬＵＭＯ準位の値よりも０．４５ｅＶ以上大きい請求項４に記載の発光素子。
  6. 　前記第１電子輸送層側の前記発光層のＨＯＭＯ準位の値が、前記第１電子輸送層のＨＯＭＯ準位と、前記第２電子輸送層のＨＯＭＯ準位との、少なくとも一方の値よりも０．４５ｅＶ以上大きく、
    　前記第１正孔輸送層のＬＵＭＯ準位と、前記第２正孔輸送層のＬＵＭＯ準位との、少なくとも一方の値が、前記第２正孔輸送層側の前記発光層のＬＵＭＯ準位の値よりも０．４５ｅＶ以上大きい請求項４または５に記載の発光素子。
  7. 　前記発光層が、単層であり、前記第２正孔輸送層側の前記発光層と、前記第１電子輸送層側の前記発光層とが同一である請求項１から６の何れか１項に記載の発光素子。
  8. 　前記第２正孔輸送層の層厚を、前記発光層の層厚で割った値が、０より大きく、かつ、０．２５以下であり、
    　前記第１電子輸送層の層厚を、前記第２正孔輸送層の層厚で割った値が、０より大きく、かつ、０．５以下であり、
    　前記第１電子輸送層の層厚を、前記第１電子輸送層の層厚と前記第２電子輸送層の層厚との合計で割った値が、０より大きく、かつ、０．５未満である請求項７に記載の発光素子。
  9. 　前記発光層が青色光を発する請求項７または８に記載の発光素子。
  10. 　前記発光層が赤色光を発する請求項７または８に記載の発光素子。
  11. 　前記発光層が、前記第２正孔輸送層側の、正孔輸送性タイプの第１発光層と、前記第１電子輸送層側の、電子輸送性タイプの第２発光層とを備えた請求項１から６の何れか１項に記載の発光素子。
  12. 　前記第２正孔輸送層の層厚を、前記第１発光層の層厚と前記第２発光層の層厚との合計で割った値が、０より大きく、かつ、０．７５以下であり、
    　前記第１電子輸送層の層厚を、前記第２正孔輸送層の層厚で割った値が、０より大きく、かつ、０．５以下であり、
    　前記第１電子輸送層の層厚を、前記第１電子輸送層の層厚と前記第２電子輸送層の層厚との合計で割った値が、０より大きく、かつ、０．５未満である請求項１１に記載の発光素子。
  13. 　前記発光層が、ホスト材料を２種類以上含む請求項１１または１２に記載の発光素子。
  14. 　前記発光層が、ホスト材料を２種類のみ含む請求項１３に記載の発光素子。
  15. 　前記第１発光層のＨＯＭＯ準位の値が、前記第２発光層のＨＯＭＯ準位の値よりも０．２５ｅＶ以上大きく、
    　前記第１発光層のＬＵＭＯ準位の値が、前記第２発光層のＬＵＭＯ準位の値よりも０．２５ｅＶ以上大きい請求項１１から１４の何れか１項に記載の発光素子。
  16. 　前記発光層が緑色光を発する請求項１１から１５の何れか１項に記載の発光素子。
  17. 　前記発光層が赤色光を発する請求項１１から１５の何れか１項に記載の発光素子。
  18. 　請求項１から１７の何れか１項に記載の発光素子を、少なくとも一つ以上備えた表示デバイス。
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