WO2022211041A1 - 有機ｅｌ素子 - Google Patents

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organic
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誠一郎 伊澤
昌宏 平本
勝大 森本
茂樹 中
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大学共同利用機関法人自然科学研究機構
国立大学法人富山大学
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Definitions

  • the present invention relates to organic EL elements.
  • organic electroluminescence element is an element that has one or more organic semiconductor layers sandwiched between a pair of electrodes and emits light by applying a voltage between the electrodes.
  • Non-Patent Document 1 proposes an energy up-converted organic EL device having a structure in which a rubrene layer and a C60 layer are laminated in this order.
  • Non-Patent Document 1 By the way, as a result of studies by the present inventors, it has become clear that there is room for improvement in terms of luminous efficiency and luminous luminance in conventional organic EL elements such as Non-Patent Document 1.
  • an object of the present invention is to provide an organic EL device that is excellent in luminous efficiency and luminance.
  • the organic EL device of the present invention is An organic EL device comprising a plurality of organic semiconductor layers sandwiched between a pair of electrodes, the organic semiconductor layer has a first organic semiconductor layer comprising a first organic semiconductor material and a second organic semiconductor layer comprising a second organic semiconductor material and a third organic semiconductor material; The first organic semiconductor layer and the second organic semiconductor layer form a bonding surface, The HOMO level of the first organic semiconductor material is lower than the HOMO level of the second organic semiconductor material, and the LUMO level of the first organic semiconductor material is lower than the LUMO level of the second organic semiconductor material.
  • the second organic semiconductor material is a material that undergoes triplet-triplet annihilation; the excited triplet level T1 of the second organic semiconductor material is smaller than the energy difference between the HOMO level of the second organic semiconductor material and the LUMO level of the first organic semiconductor material, The energy difference between the HOMO level of the second organic semiconductor material and the LUMO level of the first organic semiconductor material is 0.5 eV or more smaller than the energy difference between the HOMO level and the LUMO level of the second organic semiconductor material.
  • the second organic semiconductor material is a host material and the third organic semiconductor material is a dopant;
  • the maximum wavelength of the emission spectrum of the second organic semiconductor material is on the longer wavelength side than the maximum wavelength of the absorption spectrum of the first organic semiconductor material.
  • Such an organic EL element is excellent in luminous efficiency and luminance. The reason for this is not necessarily clear, but considerations by the inventors will be explained based on FIGS. 1 to 3.
  • FIG. 1 A diagrammatic representation of an organic EL element.
  • FIG. 1 is a conceptual diagram showing the mechanism by which the organic EL element of the present invention emits light.
  • the organic EL element 10 includes a first organic semiconductor layer 1, a second organic semiconductor layer 2 forming an interface (bonding surface) with the first organic semiconductor layer 1, and a first organic semiconductor layer It has a first electrode 3 formed on the 1 side and a second electrode 4 formed on the second organic semiconductor layer 2 side.
  • the first organic semiconductor layer 1 serves as an electron transport layer
  • the second organic semiconductor layer 2 serves as a light emitting layer
  • the first electrode 3 serves as a cathode
  • the second organic semiconductor layer 2 serves as a cathode. corresponds to the anode.
  • FIG. 2 is a diagram showing the energy levels of rubrene, PTCDI-C8 and C60 used in Examples.
  • PTCDI-C8 and C60 correspond to the first organic semiconductor material, and rubrene to the second organic semiconductor material.
  • the HOMO level of the first organic semiconductor material is lower than the HOMO level of the second organic semiconductor material
  • the LUMO level of the first organic semiconductor material is lower than the LUMO level of the second organic semiconductor material
  • the energy difference between the HOMO level of the second organic semiconductor material and the LUMO level of the first organic semiconductor material is 0.5 eV or more than the energy difference between the HOMO level and the LUMO level of the second organic semiconductor material. Since it is small, it is thought that electron ( ⁇ )/hole (+) pairs injected from the electrode can form a CT state at the junction surface between the first organic semiconductor layer 1 and the second organic semiconductor layer 2 . be done.
  • FIG. 3 shows the energy transfer up to light emission by the organic EL device of the example using PTCDI-C8 as the first organic semiconductor material, rubrene as the second organic semiconductor material, and DBP as the third organic semiconductor material. It is a schematic diagram which shows a mechanism.
  • the excited triplet level T1 of the organic semiconductor material is 1.1 eV.
  • the excited triplet level T 1 of the second organic semiconductor material is smaller than the energy difference between the HOMO level of the second organic semiconductor material and the LUMO level of the first organic semiconductor material, electrons (-) and holes It is believed that the (+) pair can generate triplet states of the second organic semiconductor material in the second organic semiconductor layer 2 via CT states.
  • the first organic semiconductor material emits light from the organic EL element. It is possible to suppress a decrease in emission intensity due to absorption.
  • the first organic semiconductor layer 1 may be an electron injection layer or a hole blocking layer.
  • the organic EL device of the present invention is excellent in luminous efficiency and luminance.
  • FIG. 2 is a conceptual diagram showing the mechanism by which the organic EL device of the present invention emits light.
  • FIG. 3 is a diagram showing energy levels of rubrene, PTCDI-C8 and C60 used in Examples. It is a schematic diagram which shows the energy transfer mechanism until light emission by the organic EL element of an Example. It is a figure which shows the absorption spectrum or emission spectrum of the compound used in the Example.
  • FIG. 11 shows the PL intensity for a single rubrene layer.
  • FIG. 2(A) shows the V-luminance characteristics of the organic EL devices of Example 1 and the like, and (B) shows the external quantum yield (EQE) of the organic EL devices of Example 1 and the like.
  • FIG. 1 shows the V-luminance characteristics of the organic EL devices of Example 1 and the like
  • EQE external quantum yield
  • FIG. 10 is a diagram showing V-luminance characteristics of the organic EL element of Example 2;
  • FIG. 10 is a diagram showing V-luminance characteristics of the organic EL elements of Example 3 and the like;
  • FIG. 10 is a diagram showing external quantum yields (EQE) of organic EL devices such as Example 4;
  • A) is a diagram showing EL emission spectra of organic EL elements such as Example 5, and
  • B) is a diagram showing V-luminance characteristics of the organic EL elements such as Example 5.
  • FIG. FIG. 10 is a diagram showing V-luminance characteristics of organic EL elements such as Example 6;
  • FIG. 10 (A) is a diagram showing the V-luminance characteristics of the organic EL device of Example 7 and the like, and (B) is a diagram showing the external quantum yield (EQE) of the organic EL device of Example 7 and the like.
  • FIG. 4 shows an absorption spectrum of NDI-bis-HFI;
  • FIG. 10 is a diagram showing V-luminance characteristics of organic EL elements such as Example 8;
  • the organic EL device of this embodiment includes a plurality of organic semiconductor layers sandwiched between a pair of electrodes. Further, the organic EL device of the present embodiment may further include an inorganic compound layer such as a molybdenum trioxide (MoO 3 ) layer (hole injection layer) or a lithium fluoride layer (electron injection layer) between the electrodes. good.
  • MoO 3 molybdenum trioxide
  • the organic semiconductor layer has a first organic semiconductor layer containing a first organic semiconductor material and a second organic semiconductor layer containing a second organic semiconductor material and a third organic semiconductor material, The organic semiconductor layer and the second organic semiconductor layer form a bonding surface.
  • the first organic semiconductor layer may be formed only from the first organic semiconductor material, or may contain materials other than the first organic semiconductor material within a range that does not significantly impair the effects of the present invention.
  • the second organic semiconductor layer may be formed only from the second organic semiconductor material and the third organic semiconductor material, and a material other than the second organic semiconductor material within a range that does not significantly impair the effects of the present invention. may contain
  • the HOMO level of the first organic semiconductor material is lower than the HOMO level of the second organic semiconductor material.
  • the difference between the HOMO level of the first organic semiconductor material and the HOMO level of the second organic semiconductor material is 0.5 eV or more from the viewpoint of highly preventing hole leakage and further improving light emission efficiency. and preferred.
  • the upper limit of the difference between the HOMO level of the first organic semiconductor material and the HOMO level of the second organic semiconductor material is not particularly limited, it can be, for example, 2 eV or less.
  • the LUMO level of the first organic semiconductor material is lower than the LUMO level of the second organic semiconductor material.
  • the difference between the LUMO level of the first organic semiconductor material and the LUMO level of the second organic semiconductor material is 0.5 eV or more from the viewpoint of highly preventing electron leakage and further improving luminous efficiency. and preferred.
  • the upper limit of the difference between the LUMO level of the first organic semiconductor material and the LUMO level of the second organic semiconductor material is not particularly limited, it can be, for example, 2 eV or less.
  • the second organic semiconductor material is a material that undergoes triplet-triplet annihilation
  • the excited triplet level T1 of the second organic semiconductor material is the HOMO level of the second organic semiconductor material and the first It is smaller than the energy difference of the LUMO levels of the organic semiconductor material.
  • the difference between the excited triplet level T1 of the second organic semiconductor material and the energy difference between the HOMO level of the second organic semiconductor material and the LUMO level of the first organic semiconductor material is less than 0.8 eV. It is preferably less than 0.65 eV, and even more preferably less than 0.5 eV. If these differences are small, the light emission start voltage can be lowered.
  • the energy difference between the HOMO level of the second organic semiconductor material and the LUMO level of the first organic semiconductor material is 0.5 eV or more smaller than the energy difference between the HOMO level and the LUMO level of the second organic semiconductor material. , is preferably smaller than 0.7 eV.
  • the upper limit of the energy difference between the HOMO level of the second organic semiconductor material and the LUMO level of the first organic semiconductor material is not particularly limited, it can be, for example, 2 eV or less.
  • the second organic semiconductor material is the host material and the third organic semiconductor material is the dopant.
  • the energy difference between the HOMO and LUMO levels of the third organic semiconductor material is preferably smaller than the energy difference between the HOMO and LUMO levels of the second organic semiconductor material.
  • the maximum wavelength of the emission spectrum of the third organic semiconductor material, which is the dopant is on the longer wavelength side than the maximum wavelength of the emission spectrum of the second organic semiconductor material, which is the host material.
  • the content of the third organic semiconductor material in the second organic semiconductor layer is, for example, 0.01 to 50% by volume, preferably 0.1 to 10% with respect to 100% by volume of the total amount of the second organic semiconductor layer. It can be volume %.
  • the maximum wavelength of the emission spectrum of the second organic semiconductor material is on the longer wavelength side than the maximum wavelength of the absorption spectrum of the first organic semiconductor material. As a result, it is possible to suppress excess absorption loss of light emitted by a layer other than the second organic semiconductor layer, for example, the first organic semiconductor layer.
  • the first organic semiconductor material for example, a conventionally known electron-transporting material can be adopted. Specific examples thereof include the compounds shown below.
  • the following compounds that are reported to generate TTA can be employed.
  • Energy levels such as the HOMO level, the LUMO level, and the excited triplet level T1 of these compounds are inherent to the material, and literature values and the like can be referred to.
  • a conventionally known luminescent material can be used as the third organic semiconductor material.
  • Specific examples of the third organic semiconductor material include the following compounds.
  • the organic EL element of the present embodiment may be formed of a pair of electrodes, a first organic semiconductor layer, and a second organic semiconductor layer. It may be provided with an organic semiconductor layer, an inorganic compound layer, or the like.
  • the layers that the organic EL element of the present embodiment may have between a pair of electrodes include, for example, a hole injection layer, an electron blocking layer, a hole transport layer, a light emitting layer, an electron transport layer, in this order from the anode. layers, hole-blocking layers, electron-injecting layers.
  • the first organic semiconductor layer may be an electron transport layer
  • the second organic semiconductor layer may be a light-emitting layer.
  • the functions of these layers are not strictly distinguished.
  • the light-emitting layer which is the second organic semiconductor layer, may also function as a hole transport layer, and the hole blocking layer may function as an electron injection layer.
  • the hole injection layer may be between the electron blocking layer and the hole transport layer, and the electron injection layer may It may be between the layer and the electron-transporting layer.
  • Each layer in the organic EL element may contain a layer containing the same organic semiconductor material.
  • the organic EL device may contain rubrene as the second organic semiconductor material in the second organic semiconductor layer (light emitting layer), it may have a hole blocking layer made of rubrene.
  • the organic EL device of the present embodiment can be produced by conventionally known methods such as vacuum deposition, chemical vapor deposition, sputtering, vapor deposition polymerization, spin coating, blade coating, bar coating, dip coating, and lamination. It can be manufactured by forming the first and second organic semiconductor layers by a method such as a method. Specifically, for example, by laminating a first electrode, a first organic semiconductor layer, a second organic semiconductor layer, a second electrode, and any other layers on a substrate, the present embodiment of organic EL elements can be manufactured. The method for forming each organic semiconductor layer can be appropriately selected according to the compound.
  • the substrate for example, a glass substrate, a quartz substrate, a sapphire substrate, a plastic substrate, a film substrate, or the like can be used.
  • the thickness of the first and second organic semiconductor layers in the organic EL device of the present embodiment is not particularly limited, but is preferably 0.1 nm to 500 nm, more preferably 2 nm to 200 nm.
  • Organic EL elements are expected to be applied to, for example, organic EL displays, organic EL lighting, digital signage, light sources for photosensors, laser light sources, and light sources for optical communication.
  • the maximum wavelength (about 565 nm) of the PL spectrum of rubrene is the maximum wavelength (about 565 nm) of the ABS spectrum of PTCDI-C8 and C60 (first organic semiconductor material). 490 nm and 345 nm, respectively). Further, the maximum wavelength (about 605 nm) of the PL spectrum of DBP (third organic semiconductor material) is on the longer wavelength side than the maximum wavelength of the PL spectrum of rubrene. Further, as shown in FIG. 13, the maximum wavelength of the ABS spectrum of NDI-bis-HFI is about 305 nm, which is on the lower wavelength side than the maximum wavelength of the PL spectrum of rubrene.
  • ⁇ Measurement of PL intensity> A single rubrene layer was prepared with no dopant (0% by volume) and DBP added as a dopant at 0.2% by volume, 0.5% by volume, 1% by volume, and 5% by volume with respect to the entire rubrene layer. , respectively, the emission intensity (PL intensity) was measured.
  • the rubrene layer was formed by thermal evaporation on a quartz substrate under high vacuum ( ⁇ 10 ⁇ 5 Pa) in a vacuum deposition system. DBP was introduced by a co-evaporation method when the rubrene layer was deposited, and the mixture concentration was controlled by the ratio of deposition rates.
  • the PL intensity was measured with an absolute PL quantum yield measuring device (Quantaurus-QY, Hamamatsu Photonics). The results are shown in FIG. As is clear from FIG. 5, when DBP was added as a dopant, light emission was confirmed around 605 nm derived from DBP, and energy transfer from rubrene to DBP was confirmed.
  • Fluorescence quantum yield (PL QY) was measured using an absolute PL quantum yield measurement device (Quantaurus-QY, manufactured by Hamamatsu Photonics Co., Ltd.) for various rubrene layers prepared for the measurement of PL intensity. Table 1 shows the results.
  • the fluorescence quantum yield is higher when the dopant (DBP) is added than when the dopant is not added, especially when the amount of DBP added is 0.5% by volume.
  • the highest fluorescence quantum yield (72.6%) was obtained.
  • MoO 3 hole injection layers (10 nm, 0.01 nm /s), a rubrene layer (50 nm, 0.1 nm/s), a PTCDI-C8 layer (50 nm, 0.1 nm/s), a LiF electron injection layer (0.2 nm, 0.001 nm/s) and an Al electrode (70 nm , 0.3 nm/s) were thermally evaporated in this order under high vacuum ( ⁇ 10 ⁇ 5 Pa) in a vacuum deposition system.
  • the device was encapsulated with a glass substrate and an epoxy resin in a glove box to obtain an organic EL device.
  • the obtained organic EL device has the following structure. ITO electrode/ MoO3 hole injection layer/rubrene layer (DBP doped)/PTCDI-C8 layer/LiF electron injection layer/Al electrode
  • Example 1 An organic EL device was produced in the same manner as in Example 1, except that DBP was not added.
  • the obtained organic EL device has the following structure. ITO electrode/ MoO3 hole injection layer/rubrene layer (undoped)/PTCDI-C8 layer/LiF electron injection layer/Al electrode
  • Example 2 Insertion of hole blocking layer
  • An organic EL device was fabricated in the same manner as in Example 1, except that a BCP layer (10 nm, 0.05 nm/s) was formed by thermal evaporation between the PTCDI-C8 layer and the LiF electron injection layer.
  • This organic EL device has the following configuration. ITO electrode/MoO 3 hole injection layer/rubrene layer (DBP doped)/PTCDI-C8 layer/BCP layer/LiF electron injection layer/Al electrode.
  • FIG. 7 shows the results of measuring the V-luminance characteristics together with the results of measuring the organic EL element (rubDBP) of Example 1.
  • FIG. 7 shows the results of measuring the V-luminance characteristics together with the results of measuring the organic EL element (rubDBP) of Example 1.
  • the insertion of the BCP layer improves the light emission luminance in the high voltage region.
  • Example 3 Insertion of electron blocking layer
  • a rubrene layer (10 nm, 0.1 nm/s) (Example 3A) or an NPD layer (10 nm, 0.1 nm/s) (Example 3B) is placed between the MoO3 hole injection layer and the rubrene layer (DBP-doped).
  • BBP-doped rubrene layer
  • Example 3A ITO electrode/MoO 3 hole injection layer/rubrene layer (undoped)/rubrene layer (DBP doped)/PTCDI-C8 layer/LiF electron injection layer/Al electrode
  • Example 3B ITO electrode/ MoO3 hole injection layer/NPD layer/rubrene layer (DBP doped)/PTCDI-C8 layer/LiF electron injection layer/Al electrode
  • FIG. 8 shows the results of measuring the V-luminance characteristics by the method described above together with the results of measuring the organic EL element (rubDBP) of Example 1. As is clear from FIG. 8, the insertion of the rubrene layer or the NPD layer improves the emission luminance in the high voltage region.
  • Example 4 Examination of the first organic semiconductor layer
  • PTCDI-C6 layer 50 nm, 0.1 nm / s
  • PTCDI-C13 layer 50 nm, 0.1 nm / s
  • C60 layer 50 nm , 0.1 nm/s
  • Example 4A ITO electrode/ MoO3 hole injection layer/rubrene layer (undoped)/rubrene layer (DBP doped)/PTCDI-C6 layer/LiF electron injection layer/Al electrode
  • Example 4B ITO electrode/ MoO3 hole injection layer/rubrene layer (undoped)/rubrene layer (DBP doped)/PTCDI-C13 layer/LiF electron injection layer/Al electrode
  • Example 4C ITO electrode/MoO 3 hole injection layer/rubrene layer (undoped)/rubrene layer (DBP doped)/C60 layer/LiF electron injection layer/Al electrode. The results of measuring the external quantum yield (EQE) are shown in FIG.
  • Example 9 together with the results of measuring the organic EL device of Example 3A.
  • an organic EL device for comparison was produced by adopting a rubrene layer (undoped) with a thickness of 60 nm instead of the "rubrene layer (undoped)/rubrene layer (DBP doped)". and measured in the same way.
  • the results are shown in FIG.
  • no matter which electron transport layer is used the luminous efficiency is improved by about 10 times when the rubrene layer (DBP doping) is used, but the PTCDI-C8 layer is used. The luminous efficiency is highest when it is used.
  • Example 5 Examination of dopant
  • An organic EL device was fabricated in the same manner as in Example 3A except that DCJTB (0.5% by volume) was used as a dopant instead of DBP for the rubrene layer (DBP-doped).
  • This organic EL element has the following structure.
  • Example 6 Examination of film thickness of electron transport layer
  • An organic EL device was fabricated in the same manner as in Example 3A, except that the thickness of the PTCDI-C8 layer was changed from 50 nm to 20 nm.
  • FIG. 11 shows the results of measuring the V-luminance characteristics of the obtained organic EL device by the method described above together with the measurement results of the organic EL device of Example 3A. As is clear from FIG. 11, the luminance is high even when the film thickness is 20 nm.
  • Example 7 Examination of film thickness of light-emitting layer
  • An organic EL device was fabricated in the same manner as in Example 3A, except that the thickness of the rubrene layer (doped with DBP) was changed from 50 nm to 20 nm, 100 nm, 150 nm or 200 nm.
  • the results of measuring the V-luminance characteristics of the obtained organic EL device by the method described above are shown in FIG. 12(A) together with the measurement results of the organic EL device of Example 3A.
  • FIG. 12B together with the measurement results of the organic EL element of Example 3A.
  • the luminance is high regardless of the film thickness.
  • the thicker the film (200 nm) the higher the EQE (maximum 2.91% @ 30 mA/cm 2 ).
  • Example 8 Examination of first organic semiconductor layer 2
  • An organic EL device was fabricated in the same manner as in Example 3A, except that an NDI-bis-HFI layer (50 nm) was formed by thermal evaporation instead of the PTCDI-C8 layer.
  • This organic EL device has the following configuration. ITO electrode/ MoO3 hole injection layer/rubrene layer (undoped)/rubrene layer (DBP doped)/NDI-bis-HFI layer/LiF electron injection layer/Al electrode. , and V-luminance characteristics are shown in FIG. 14 together with the measurement results of the organic EL device of Example 3A. As is clear from FIG. 14, the organic EL device of Example 8 can achieve high luminance (380 cd/m) even at a low voltage (1.5 V).

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Abstract

一対の電極３、４間に挟持された複数の有機半導体層を備える有機ＥＬ素子１０であって、有機半導体層が、第１の有機半導体材料を含む第１の有機半導体層１と、第２の有機半導体材料及び第３の有機半導体材料を含む第２の有機半導体層２とを有し、第１の有機半導体層と第２の有機半導体層とが接合面を形成し、第１の有機半導体材料及び第２の有機半導体材料が所定のエネルギー準位に関する要件等を満たす有機ＥＬ素子。

Description

有機ＥＬ素子
　本発明は、有機ＥＬ素子に関する。
　有機エレクトロルミネッセンス素子（有機ＥＬ素子）とは、一対の電極に挟持された一又は二以上の有機半導体層を備え、電極間に電圧を印加することにより自ら発光する素子である。
　近年、有機ＥＬ素子の発光効率及び発光輝度を高めるための研究が盛んに行われている。例えば、非特許文献１では、ルブレン層及びＣ６０層がこの順で積層された構造を有する、エネルギーアップコンバートされた（energy up-converted）有機ＥＬ素子が提案されている。
Ajay K. Pandey, Scientific Reports 2015,5, 7787.
　ところで、本発明者等による検討の結果、非特許文献１等の従来の有機ＥＬ素子については、発光効率及び発光輝度について改善の余地があることが明らかとなった。
　そこで本発明は、発光効率及び発光輝度に優れる有機ＥＬ素子を提供することを目的とする。
　上記事情に鑑み、本発明者等は鋭意検討を行った結果、以下の構成を有する有機ＥＬ素子を見出すに至った。
　すなわち、本発明の有機ＥＬ素子は、
　一対の電極間に挟持された複数の有機半導体層を備える有機ＥＬ素子であって、
　有機半導体層が、第１の有機半導体材料を含む第１の有機半導体層と、第２の有機半導体材料及び第３の有機半導体材料を含む第２の有機半導体層とを有し、
　第１の有機半導体層と第２の有機半導体層とが接合面を形成し、
　第１の有機半導体材料のＨＯＭＯ準位は、第２の有機半導体材料のＨＯＭＯ準位より低く、且つ第１の有機半導体材料のＬＵＭＯ準位は、第２の有機半導体材料のＬＵＭＯ準位より低く、
　第２の有機半導体材料は、三重項－三重項消滅を生じる材料であり、
　第２の有機半導体材料の励起三重項準位Ｔ１は、第２の有機半導体材料のＨＯＭＯ準位及び第１の有機半導体材料のＬＵＭＯ準位のエネルギー差より小さく、
　第２の有機半導体材料のＨＯＭＯ準位及び第１の有機半導体材料のＬＵＭＯ準位のエネルギー差は、第２の有機半導体材料のＨＯＭＯ準位とＬＵＭＯ準位のエネルギー差よりも０．５ｅＶ以上小さく、
　第２の有機半導体層において、第２の有機半導体材料はホスト材料であり、第３の有機半導体材料はドーパントであり、
　第２の有機半導体材料の発光スペクトルの最大波長が、第１の有機半導体材料の吸収スペクトルの最大波長よりも長波長側にある。
　かかる有機ＥＬ素子によれば、発光効率及び発光輝度に優れる。その理由は必ずしも明らかでないが、発明者等による考察を図１～３に基づいて説明する。
　図１は、本発明の有機ＥＬ素子により発光が生じる機構を示す概念図である。図１において、有機ＥＬ素子１０は、第１の有機半導体層１と、第１の有機半導体層１と界面（接合面）を形成する第２の有機半導体層２と、第１の有機半導体層１側に形成された第１の電極３と、第２の有機半導体層２側に形成された第２の電極４とを有する。ここでの説明は、実施例の場合と同様に、第１の有機半導体層１が電子輸送層に、第２の有機半導体層２が発光層に、第１の電極３が陰極に、第２の電極４が陽極に、それぞれ相当するものである。
　有機ＥＬ素子１０に、陰極から電子（－）が、陽極からホール（＋）が、それぞれ注入されると、第１の有機半導体層１と第２の有機半導体層２との接合面で、電子（－）・ホール（＋）対がチャージトランスファー（ＣＴ）状態を形成する。ＣＴ状態が電荷再結合することによって、第２の有機半導体層２中で第２の有機半導体材料（ホスト材料）の三重項状態（Ｔ１）が生成する。第２の有機半導体層２中で三重項－三重項消滅（ＴＴＡ）を起こすことで、高エネルギーの励起状態（Ｓ１）が生成する。第２の有機半導体層２中で、第２の有機半導体材料から第３の有機半導体材料（ドーパント）にエネルギー移動が起こることで、第３の有機半導体材料に由来する発光が生じる。
　図２は、実施例で用いたルブレン、ＰＴＣＤＩ－Ｃ８及びＣ６０のエネルギー準位を示す図である。ＰＴＣＤＩ－Ｃ８及びＣ６０は第１の有機半導体材料に、ルブレンは第２の有機半導体材料に、それぞれ相当する。第１の有機半導体材料のＨＯＭＯ準位は、第２の有機半導体材料のＨＯＭＯ準位より低く、第１の有機半導体材料のＬＵＭＯ準位は、第２の有機半導体材料のＬＵＭＯ準位より低く、且つ第２の有機半導体材料のＨＯＭＯ準位及び第１の有機半導体材料のＬＵＭＯ準位のエネルギー差は、第２の有機半導体材料のＨＯＭＯ準位とＬＵＭＯ準位のエネルギー差よりも０．５ｅＶ以上小さいため、電極から注入された電子（－）・ホール（＋）対が、第１の有機半導体層１と第２の有機半導体層２との接合面でＣＴ状態を形成することができると考えられる。
　図３は、第１の有機半導体材料としてＰＴＣＤＩ－Ｃ８を、第２の有機半導体材料としてルブレンを、第３の有機半導体材料としてＤＢＰを用いた実施例の有機ＥＬ素子による、発光までのエネルギー移動機構を示す模式図である。図３において、ＣＴ状態のエネルギー準位（ＣＴ＝１．５ｅＶ）は、第２の有機半導体材料のＨＯＭＯ準位及び第１の有機半導体材料のＬＵＭＯ準位のエネルギー差に相当し、第２の有機半導体材料の励起三重項準位Ｔ１は１．１ｅＶである。第２の有機半導体材料の励起三重項準位Ｔ１が、第２の有機半導体材料のＨＯＭＯ準位及び第１の有機半導体材料のＬＵＭＯ準位のエネルギー差より小さいため、電子（－）・ホール（＋）対が、ＣＴ状態を経て、第２の有機半導体層２中で第２の有機半導体材料の三重項状態を生成させることができると考えられる。
　さらに、第２の有機半導体材料の発光スペクトルの最大波長が、第１の有機半導体材料の吸収スペクトルの最大波長よりも長波長側にあるため、第１の有機半導体材料が有機ＥＬ素子の発光を吸収して発光強度が低下するのを抑制することができる。
　なお、ここでは第１の有機半導体層１が電子輸送層である場合について説明したが、第１の有機半導体層１は、電子注入層や正孔ブロック層であってもよい。
　本発明の有機ＥＬ素子によれば、発光効率及び発光輝度に優れる。
本発明の有機ＥＬ素子により発光が生じる機構を示す概念図である。 実施例で用いたルブレン、ＰＴＣＤＩ－Ｃ８及びＣ６０のエネルギー準位を示す図である。 実施例の有機ＥＬ素子による、発光までのエネルギー移動機構を示す模式図である。 実施例で用いた化合物の吸収スペクトル又は発光スペクトルを示す図である。 単層のルブレン層についてのＰＬ強度を示す図である。 （Ａ）は実施例１等の有機ＥＬ素子のＶ－輝度特性を、（Ｂ）は実施例１等の有機ＥＬ素子の外部量子収率（ＥＱＥ）を、それぞれ示す図である。 実施例２の有機ＥＬ素子のＶ－輝度特性を示す図である。 実施例３等の有機ＥＬ素子のＶ－輝度特性を示す図である。 実施例４等の有機ＥＬ素子の外部量子収率（ＥＱＥ）を示す図である。 （Ａ）は実施例５等の有機ＥＬ素子のＥＬ発光スペクトルを示す図であり、（Ｂ）は実施例５等の有機ＥＬ素子のＶ－輝度特性を示す図である。 実施例６等の有機ＥＬ素子のＶ－輝度特性を示す図である。 （Ａ）は実施例７等の有機ＥＬ素子のＶ－輝度特性を、（Ｂ）は実施例７等の有機ＥＬ素子の外部量子収率（ＥＱＥ）を、それぞれ示す図である。 ＮＤＩ－ｂｉｓ－ＨＦＩの吸収スペクトルを示す図である。 実施例８等の有機ＥＬ素子のＶ－輝度特性を示す図である。
　以下、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。ただし、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。
　本実施形態の有機ＥＬ素子は、一対の電極間に挟持された複数の有機半導体層を備える。また、本実施形態の有機ＥＬ素子は、三酸化モリブデン（ＭｏＯ３）層（正孔注入層）やフッ化リチウム層（電子注入層）等の無機化合物層を、電極間に更に備えていてもよい。
　有機半導体層は、第１の有機半導体材料を含む第１の有機半導体層と、第２の有機半導体材料及び第３の有機半導体材料を含む第２の有機半導体層とを有し、第１の有機半導体層と第２の有機半導体層とが接合面を形成する。
　第１の有機半導体層は、第１の有機半導体材料のみから形成されていてもよく、本発明の効果を著しく阻害しない範囲で、第１の有機半導体材料以外の材料を含んでいてもよい。第２の有機半導体層は、第２の有機半導体材料及び第３の有機半導体材料のみから形成されていてもよく、本発明の効果を著しく阻害しない範囲で、第２の有機半導体材料以外の材料を含んでいてもよい。
　第１の有機半導体材料のＨＯＭＯ準位は、第２の有機半導体材料のＨＯＭＯ準位より低い。第１の有機半導体材料のＨＯＭＯ準位と第２の有機半導体材料のＨＯＭＯ準位との差は、ホールのリークを高度に防止して発光効率をより向上させる観点から、０．５ｅＶ以上であると好ましい。なお、第１の有機半導体材料のＨＯＭＯ準位と第２の有機半導体材料のＨＯＭＯ準位との差の上限は特に限定されないが、例えば２ｅＶ以下とすることができる。
　第１の有機半導体材料のＬＵＭＯ準位は、第２の有機半導体材料のＬＵＭＯ準位より低い。第１の有機半導体材料のＬＵＭＯ準位と第２の有機半導体材料のＬＵＭＯ準位との差は、電子のリークを高度に防止して発光効率をより向上させる観点から、０．５ｅＶ以上であると好ましい。なお、第１の有機半導体材料のＬＵＭＯ準位と第２の有機半導体材料のＬＵＭＯ準位との差の上限は特に限定されないが、例えば２ｅＶ以下とすることができる。
　第２の有機半導体材料は、三重項－三重項消滅を生じる材料であり、第２の有機半導体材料の励起三重項準位Ｔ１は、第２の有機半導体材料のＨＯＭＯ準位及び第１の有機半導体材料のＬＵＭＯ準位のエネルギー差より小さい。第２の有機半導体材料の励起三重項準位Ｔ１と、第２の有機半導体材料のＨＯＭＯ準位及び第１の有機半導体材料のＬＵＭＯ準位のエネルギー差との差は、０．８ｅＶ未満であると好ましく、０．６５ｅＶ未満であるとより好ましく、０．５ｅＶ未満であると更に好ましい。これらの差が小さいと、発光開始電圧を低下させることができる。
　第２の有機半導体材料のＨＯＭＯ準位及び第１の有機半導体材料のＬＵＭＯ準位のエネルギー差は、第２の有機半導体材料のＨＯＭＯ準位とＬＵＭＯ準位のエネルギー差よりも０．５ｅＶ以上小さく、０．７ｅＶ以上小さいことが好ましい。第２の有機半導体材料のＨＯＭＯ準位及び第１の有機半導体材料のＬＵＭＯ準位のエネルギー差の上限は特に限定されないが、例えば２ｅＶ以下とすることができる。
　第２の有機半導体層において、第２の有機半導体材料はホスト材料であり、第３の有機半導体材料はドーパントである。第２の有機半導体材料におけるＨＯＭＯ準位及びＬＵＭＯ準位のエネルギー差よりも、第３の有機半導体材料のＨＯＭＯ準位及びＬＵＭＯ準位のエネルギー差が小さいことが好ましい。ドーパントである第３の有機半導体材料の発光スペクトルの最大波長は、ホスト材料である第２の有機半導体材料の発光スペクトルの最大波長よりも長波長側にある。第３の有機半導体材料を用いると、第２の有機半導体材料から第３の有機半導体材料へのエネルギー移動が生じ、第３の有機半導体材料由来の発光を実現することができる。
　第２の有機半導体層における第３の有機半導体材料の含有量は、例えば、第２の有機半導体層の全量１００体積％に対して、０．０１～５０体積％、好ましくは０．１～１０体積％とすることができる。
　第２の有機半導体材料の発光スペクトルの最大波長が、第１の有機半導体材料の吸収スペクトルの最大波長よりも長波長側にある。これにより、第２の有機半導体層以外の層、例えば第１の有機半導体層による発光の余分な吸収損失を抑制できる。
　第１の有機半導体材料としては、例えば、従来公知の電子輸送性材料を採用することができる。その具体例としては、以下に示す化合物が挙げられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000002
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000003
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000004
　第２の有機半導体材料としては、例えば、ＴＴＡを生じることが報告されている以下に示す化合物を採用することができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000005
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000006
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000007
 （Chem. Rev. 2015, 115, 395-465参考）
　これらの化合物のＨＯＭＯ準位、ＬＵＭＯ準位、励起三重項準位Ｔ１等のエネルギー準位は材料に固有なものであり、文献値等を参照することができる。
　第３の有機半導体材料としては、従来公知の発光材料を採用することができる。第３の有機半導体材料の具体例としては、その具体例としては、以下に示す化合物が挙げられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000008
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000009
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000010
　本実施形態の有機ＥＬ素子は、図１に示すように、一対の電極と第１の有機半導体層と第２の有機半導体層とから形成されるものであってもよく、従来公知のその他の有機半導体層や無機化合物層等を備えるものであってもよい。
　本実施形態の有機ＥＬ素子が、一対の電極間に備えていてもよい層としては、例えば、陽極からこの順で、正孔注入層、電子ブロック層、正孔輸送層、発光層、電子輸送層、正孔ブロック層、電子注入層が挙げられる。これらのうち、第１の有機半導体層が電子輸送層であってもよく、第２の有機半導体層が発光層であってもよい。
　なお、これらの層の機能は厳密に区別されるものでない。例えば、第２の有機半導体層である発光層が正孔輸送層の機能を兼ね備えていてもよく、正孔ブロック層が電子注入層の機能を兼ね備えていてもよい。
　有機ＥＬ素子における各層の順番も上述のものに限定されるものではなく、例えば、例えば、正孔注入層が電子ブロック層と正孔輸送層との間にあってもよく、電子注入層が正孔ブロック層と電子輸送層との間にあってもよい。
　有機ＥＬ素子における各層において、同一の有機半導体材料を含む層があってもよい。例えば、有機ＥＬ素子が、第２の有機半導体層（発光層）における第２の有機半導体材料としてルブレンを含む場合に、ルブレンから形成される正孔ブロック層を有していてもよい。
　本実施形態の有機ＥＬ素子は、従来公知の方法、例えば真空蒸着法、化学気相成長法、スパッタリング法、蒸着重合法、スピンコーティング法、ブレードコーティング法、バーコーティング法、ディップコーティング法、ラミネーティング法等の方法で、第１及び第２の有機半導体層を形成することにより製造することができる。具体的には、例えば、基板上に、第１の電極、第１の有機半導体層、第２の有機半導体層、第２の電極、及び任意の他の層を積層することにより、本実施形態の有機ＥＬ素子を製造することができる。それぞれの有機半導体層の形成方法は、化合物に合わせて適宜選択することができる。基板としては、例えば、ガラス基板、石英基板、サファイア基板、プラスチック基板、フィルム基板等を採用することができる。
　本実施形態の有機ＥＬ素子における第１及び第２の有機半導体層の厚さは、特に限定されないが、０．１ｎｍ～５００ｎｍであると好ましく、２ｎｍ～２００ｎｍがより好ましい。
　有機ＥＬ素子は、例えば、有機ＥＬディスプレイ、有機ＥＬ照明、デジタルサイネージ、フォトセンサ用光源、レーザー光源、光通信用光源等への応用が期待される。
　以下、実施例に基づいて本発明を更に具体的に説明するが、本発明は実施例に何ら限定されるものではない。なお、実施例で用いた化合物の構造をそれぞれ以下に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000011
＜吸収（ＡＢＳ）スペクトル及び発光（ＰＬ）スペクトルの測定＞
　ルブレン、ＰＴＣＤＩ－Ｃ８、Ｃ６０又はＤＢＰを、真空蒸着システム内で、高真空下（～１０－５Ｐａ）で、石英基板上に熱蒸着して、単層の薄膜を形成した。層の厚さは、それぞれ約５０ｎｍであった。ルブレン及びＤＢＰの薄膜についてＰＬスペクトルを、ＰＴＣＤＩ－Ｃ８及びＣ６０の薄膜についてＡＢＳスペクトルを、それぞれ測定した。その結果を図４に示す。また、ＮＤＩ－ｂｉｓ－ＨＦＩについてＡＢＳスペクトルを測定した結果を図１３に示す。
　吸収スペクトルは、分光計（Ｖ－５７０、Ｊａｓｃｏ社製）で測定した。
　発光スペクトルは、分光蛍光光度計（Fluorolog, HORIBA社製）で測定した。
　図４から明らかであるように、ルブレン（第２の有機半導体材料）のＰＬスペクトルの最大波長（約５６５ｎｍ）は、ＰＴＣＤＩ－Ｃ８及びＣ６０（第１の有機半導体材料）のＡＢＳスペクトルの最大波長（それぞれ約４９０ｎｍ及び約３４５ｎｍ）よりも長波長側にある。また、ＤＢＰ（第３の有機半導体材料）のＰＬスペクトルの最大波長（約６０５ｎｍ）は、ルブレンのＰＬスペクトルの最大波長よりも長波長側にある。また、図１３に示されるとおり、ＮＤＩ－ｂｉｓ－ＨＦＩのＡＢＳスペクトルの最大波長は約３０５ｎｍであり、ルブレンのＰＬスペクトルの最大波長よりも低波長側にある。
＜ＰＬ強度の測定＞
　単層のルブレン層について、ドーパントなし（０体積％）、ドーパントとしてＤＢＰをルブレン層全体に対して０．２体積％、０．５体積％、１体積％、５体積％添加したものを準備し、それぞれについて、発光強度（ＰＬ強度）を測定した。ルブレン層は、真空蒸着システム内で、高真空下（～１０－５Ｐａ）で、石英基板上に熱蒸着することで形成した。ＤＢＰはルブレン層を蒸着する際に共蒸着法によって導入し、混合濃度は蒸着速度の比率で制御した。ＰＬ強度の測定は、絶対ＰＬ量子収率測定装置（Quantaurus-QY, 浜松ホトニクス社製）で測定した。その結果を図５に示す。図５から明らかであるように、ドーパントとしてＤＢＰを添加した場合には、ＤＢＰ由来の約６０５ｎｍ付近に発光が確認され、ルブレンからＤＢＰへのエネルギー移動が確認できた。
＜蛍光量子収率（ＰＬ　ＱＹ）の測定＞
　上記ＰＬ強度の測定で準備した各種ルブレン層について、絶対ＰＬ量子収率測定装置（Quantaurus-QY,浜松ホトニクス社製）を用いて、蛍光量子収率（ＰＬ　ＱＹ）を測定した。その結果を表１に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000012
　表１から明らかであるように、ドーパントを添加しない場合よりも、ドーパント（ＤＢＰ）を添加した場合の方が蛍光量子収率が高く、特にＤＢＰの添加量が０．５体積％である場合に最も高い蛍光量子収率（７２．６％）が得られた。
（実施例１）
　インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）でコーティングされたガラス基板（ＩＴＯの厚さ：１５０ｎｍ、シート抵抗：１０．３Ω－１、テクノプリント社製）上に、ＭｏＯ３正孔注入層（１０ｎｍ、０．０１ｎｍ／ｓ）、ルブレン層（５０ｎｍ、０．１ｎｍ／ｓ）、ＰＴＣＤＩ－Ｃ８層（５０ｎｍ、０．１ｎｍ／ｓ）、ＬｉＦ電子注入層（０．２ｎｍ、０．００１ｎｍ／ｓ）及びＡｌ電極（７０ｎｍ、０．３ｎｍ／ｓ）を、この順で、真空蒸着システム内で、高真空下（～１０－５Ｐａ）で熱蒸着した。デバイスを、グローブボックス内で、ガラス基板及びエポキシ樹脂によって封入して、有機ＥＬ素子を得た。なお、ルブレン層に、ドーパントとしてＤＢＰを、ルブレン層全体に対して０．５体積％添加した。ＤＢＰはルブレン層を蒸着する際に共蒸着法によって導入し、混合濃度は蒸着速度の比率で制御した。
　得られた有機ＥＬ素子は、以下の構成を有する。
ＩＴＯ電極／ＭｏＯ３正孔注入層／ルブレン層（ＤＢＰドープ）／ＰＴＣＤＩ－Ｃ８層／ＬｉＦ電子注入層／Ａｌ電極
（比較例１）
　ＤＢＰを添加しなかった他は、実施例１と同様にして、有機ＥＬ素子を作製した。得られた有機ＥＬ素子は、以下の構成を有する。
ＩＴＯ電極／ＭｏＯ３正孔注入層／ルブレン層（ドープなし）／ＰＴＣＤＩ－Ｃ８層／ＬｉＦ電子注入層／Ａｌ電極
＜有機ＥＬ素子の評価＞
　実施例１及び比較例１の有機ＥＬ素子のＶ－輝度特性を、ソースメジャーユニット（Ｂ２９０２Ａ　Ｋｅｙｓｉｇｈｔ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ社製）、輝度計（ＢＭ－９　Ｔｏｐｃｏｍ社製）を用いて測定した。その結果を図６（Ａ）に示す。
　実施例１及び比較例１の有機ＥＬ素子の外部量子収率（ＥＱＥ）を、校正済みの高感度・広帯域分光器（ＡｖａＳｐｅｃ－ＵＶ／ＶＩＳ／ＮＩＲ、Ａｖａｎｔｅｓ社製）を用いて測定した。その結果を図６（Ｂ）に示す。
　図６（Ａ）及び（Ｂ）から明らかであるように、ドーパントがある場合（実施例１）はない場合（比較例１）と比較して、同一電圧条件下で発光輝度が最大９．８９倍、同一電流密度条件下で外部量子収率（ＥＱＥ）が最大２８．９倍、最小３．１９倍、それぞれ向上した。
（実施例２：正孔ブロック層の挿入）
　ＰＴＣＤＩ－Ｃ８層とＬｉＦ電子注入層との間に、ＢＣＰ層（１０ｎｍ、０．０５ｎｍ／ｓ）を熱蒸着により形成した他は、実施例１と同様にして、有機ＥＬ素子を作製した。この有機ＥＬ素子は、以下の構成を有する。
ＩＴＯ電極／ＭｏＯ３正孔注入層／ルブレン層（ＤＢＰドープ）／ＰＴＣＤＩ－Ｃ８層／ＢＣＰ層／ＬｉＦ電子注入層／Ａｌ電極
　得られた有機ＥＬ素子（ｒｕｂＤＢＰ／ＢＣＰ）について、上述の方法で、Ｖ－輝度特性を測定した結果を、実施例１の有機ＥＬ素子（ｒｕｂＤＢＰ）の測定結果と合わせて図７に示す。図７から明らかであるように、ＢＣＰ層を挿入することにより、高電圧領域での発光輝度が向上する。
（実施例３：電子ブロック層の挿入）
　ＭｏＯ３正孔注入層とルブレン層（ＤＢＰドープ）との間に、ルブレン層（１０ｎｍ、０．１ｎｍ／ｓ）（実施例３Ａ）又はＮＰＤ層（１０ｎｍ、０．１ｎｍ／ｓ）（実施例３Ｂ）を熱蒸着により形成した他は、実施例１と同様にして、２種の有機ＥＬ素子を作製した。これらの有機ＥＬ素子は、以下の構成を有する。
実施例３Ａ：
ＩＴＯ電極／ＭｏＯ３正孔注入層／ルブレン層（ドープなし）／ルブレン層（ＤＢＰドープ）／ＰＴＣＤＩ－Ｃ８層／ＬｉＦ電子注入層／Ａｌ電極
実施例３Ｂ：
ＩＴＯ電極／ＭｏＯ３正孔注入層／ＮＰＤ層／ルブレン層（ＤＢＰドープ）／ＰＴＣＤＩ－Ｃ８層／ＬｉＦ電子注入層／Ａｌ電極
　得られた２種の有機ＥＬ素子（ｒｕｂ／ｒｕｂＤＢＰ，ＮＰＤ／ｒｕｂＤＰＢ）について、上述の方法で、Ｖ－輝度特性を測定した結果を、実施例１の有機ＥＬ素子（ｒｕｂＤＢＰ）の測定結果と合わせて図８に示す。図８から明らかであるように、ルブレン層又はＮＰＤ層を挿入することにより、高電圧領域での発光輝度が向上する。
（実施例４：第１の有機半導体層の検討）
　ＰＴＣＤＩ－Ｃ８層に代えて、ＰＴＣＤＩ－Ｃ６層（５０ｎｍ、０．１ｎｍ／ｓ）（実施例４Ａ）、ＰＴＣＤＩ－Ｃ１３層（５０ｎｍ、０．１ｎｍ／ｓ）（実施例４Ｂ），Ｃ６０層（５０ｎｍ、０．１ｎｍ／ｓ）（実施例４Ｃ）を熱蒸着により形成した他は、実施例３Ａと同様にして、３種の有機ＥＬ素子を作製した。これらの有機ＥＬ素子は、以下の構成を有する。
実施例４Ａ：
ＩＴＯ電極／ＭｏＯ３正孔注入層／ルブレン層（ドープなし）／ルブレン層（ＤＢＰドープ）／ＰＴＣＤＩ－Ｃ６層／ＬｉＦ電子注入層／Ａｌ電極
実施例４Ｂ：
ＩＴＯ電極／ＭｏＯ３正孔注入層／ルブレン層（ドープなし）／ルブレン層（ＤＢＰドープ）／ＰＴＣＤＩ－Ｃ１３層／ＬｉＦ電子注入層／Ａｌ電極
実施例４Ｃ：
ＩＴＯ電極／ＭｏＯ３正孔注入層／ルブレン層（ドープなし）／ルブレン層（ＤＢＰドープ）／Ｃ６０層／ＬｉＦ電子注入層／Ａｌ電極
　得られた３種の有機ＥＬ素子について、上述の方法で、外部量子収率（ＥＱＥ）を測定した結果を、実施例３Ａの有機ＥＬ素子の測定結果と合わせて図９に示す。また、実施例３Ａ及び４Ａ～４Ｃについて、「ルブレン層（ドープなし）／ルブレン層（ＤＢＰドープ）」に代えて厚さ６０ｎｍのルブレン層（ドープなし）を採用した比較用の有機ＥＬ素子を作製し、同様に測定を行った。その結果を図９に示す。図９から明らかであるように、どの電子輸送層を採用した場合であっても、ルブレン層（ＤＢＰドープ）を採用したときの方が１０倍程度発光効率が向上するが、ＰＴＣＤＩ－Ｃ８層を使用したときが最も発光効率が高い。
（実施例５：ドーパントの検討）
　ルブレン層（ＤＢＰドープ）について、ＤＢＰに代えてＤＣＪＴＢ（０．５体積％）をドーパントとして採用した他は実施例３Ａと同様にして、有機ＥＬ素子を作製した。この有機ＥＬ素子は、以下の構造を有する。
ＩＴＯ電極／ＭｏＯ３正孔注入層／ルブレン層（ドープなし）／ルブレン層（ＤＣＪＴＢでドープ）／ＰＴＣＤＩ－Ｃ８層／ＬｉＦ電子注入層／Ａｌ電極
　得られた有機ＥＬ素子（ＤＣＪＴＢ）について、高感度・広帯域分光器（ＡｖａＳｐｅｃ－ＵＶ／ＶＩＳ／ＮＩＲ、Ａｖａｎｔｅｓ社製）を用いてＥＬ発光スペクトルを測定した結果を、実施例３Ａの有機ＥＬ素子（ＤＢＰ）及び比較例１（ｒｕｂ）の測定結果と合わせて図１０（Ａ）に示す。この結果から明らかであるように、ドーパント（ＤＢＰ又はＤＣＪＴＢ）を用いた場合には、ルブレンからＤＢＰ又はＤＣＪＴＢへのエネルギー移動が起こることで、ルブレンの発光が消光し、ＤＢＰ又はＤＣＪＴＢ由来の発光が観測された。
　また、得られ有機ＥＬ素子（ＤＣＪＴＢ）について、上述の方法で、Ｖ－輝度特性を測定した結果を、実施例３Ａの有機ＥＬ素子（ＤＢＰ）の測定結果と合わせて図１０（Ｂ）に示す。図１０（Ｂ）から明らかであるように、ＤＢＰでドープした場合の方が発光輝度が高い。
（実施例６：電子輸送層の膜厚の検討）
　ＰＴＣＤＩ－Ｃ８層の厚さを５０ｎｍから２０ｎｍに代えた他は、実施例３Ａと同様にして、有機ＥＬ素子を作製した。
　得られた有機ＥＬ素子について、上述の方法で、Ｖ－輝度特性を測定した結果を、実施例３Ａの有機ＥＬ素子の測定結果と合わせて図１１に示す。図１１から明らかであるように、膜厚を２０ｎｍとした場合であっても発光輝度は高い。
（実施例７：発光層の膜厚の検討）
　ルブレン層（ＤＢＰでドープ）の厚さを５０ｎｍから２０ｎｍ、１００ｎｍ、１５０ｎｍ又は２００ｎｍに代えた他は、実施例３Ａと同様にして、有機ＥＬ素子を作製した。
　得られた有機ＥＬ素子について、上述の方法で、Ｖ－輝度特性を測定した結果を、実施例３Ａの有機ＥＬ素子の測定結果と合わせて図１２（Ａ）に、外部量子収率（ＥＱＥ）を測定した結果を、実施例３Ａの有機ＥＬ素子の測定結果と合わせて図１２（Ｂ）に示す。図１２（Ａ）から明らかであるように、いずれの膜厚でも発光輝度は高い。図１２（Ｂ）から明らかであるように、膜厚が厚い（２００ｎｍ）方がＥＱＥが大きい（最大２．９１％＠３０ｍＡ／ｃｍ２）．
（実施例８：第１の有機半導体層の検討その２）
　ＰＴＣＤＩ－Ｃ８層に代えて、ＮＤＩ－ｂｉｓ－ＨＦＩ層（５０ｎｍ）を熱蒸着により形成した他は、実施例３Ａと同様にして、有機ＥＬ素子を作製した。この有機ＥＬ素子は、以下の構成を有する。
ＩＴＯ電極／ＭｏＯ３正孔注入層／ルブレン層（ドープなし）／ルブレン層（ＤＢＰドープ）／ＮＤＩ－ｂｉｓ－ＨＦＩ層／ＬｉＦ電子注入層／Ａｌ電極
　得られた有機ＥＬ素子について、上述の方法で、Ｖ－輝度特性を測定した結果を、実施例３Ａの有機ＥＬ素子の測定結果と合わせて図１４に示す。図１４から明らかであるように、実施例８の有機ＥＬ素子は、低電圧（１．５Ｖ）であっても高発光輝度（３８０ｃｄ／ｍ）を達成することができる。
　１…第１の有機半導体層、２…第２の有機半導体層、３…第１の電極、４…第２の電極、１０…有機ＥＬ素子。

Claims (4)

  1. 　一対の電極間に挟持された複数の有機半導体層を備える有機ＥＬ素子であって、
    　前記有機半導体層が、第１の有機半導体材料を含む第１の有機半導体層と、第２の有機半導体材料及び第３の有機半導体材料を含む第２の有機半導体層とを有し、
    　第１の有機半導体層と第２の有機半導体層とが接合面を形成し、
    　第１の有機半導体材料のＨＯＭＯ準位は、第２の有機半導体材料のＨＯＭＯ準位より低く、且つ第１の有機半導体材料のＬＵＭＯ準位は、第２の有機半導体材料のＬＵＭＯ準位より低く、
    　第２の有機半導体材料は、三重項－三重項消滅を生じる材料であり、
    　第２の有機半導体材料の励起三重項準位Ｔ１は、第２の有機半導体材料のＨＯＭＯ準位及び第１の有機半導体材料のＬＵＭＯ準位のエネルギー差より小さく、
    　第２の有機半導体材料のＨＯＭＯ準位及び第１の有機半導体材料のＬＵＭＯ準位のエネルギー差は、第２の有機半導体材料のＨＯＭＯ準位とＬＵＭＯ準位のエネルギー差よりも０．５ｅＶ以上小さく、
    　第２の有機半導体層において、第２の有機半導体材料はホスト材料であり、第３の有機半導体材料はドーパントであり、
    　第２の有機半導体材料の発光スペクトルの最大波長が、第１の有機半導体材料の吸収スペクトルの最大波長よりも長波長側にある、有機ＥＬ素子。
  2. 　第１の有機半導体材料のＨＯＭＯ準位と第２の有機半導体材料のＨＯＭＯ準位との差が０．５ｅＶ以上である、請求項１に記載の有機ＥＬ素子。
  3. 　第１の有機半導体材料のＬＵＭＯ準位と第２の有機半導体材料のＬＵＭＯ準位との差が０．５ｅＶ以上である、請求項１又は２に記載の有機ＥＬ素子。
  4. 　第２の有機半導体材料の励起三重項準位Ｔ１と、第２の有機半導体材料のＨＯＭＯ準位及び第１の有機半導体材料のＬＵＭＯ準位のエネルギー差との差が、０．８ｅＶ未満である、請求項１～３のいずれか一項に記載の有機ＥＬ素子。
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