JP2005108730A - 有機ｅｌ素子及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】 従来の有機ＥＬ素子、特に単層型有機ＥＬ素子と比較して、十分に高い発光効率を有し、しかも十分に長い駆動寿命を有する有機ＥＬ素子を提供する。
【解決手段】 上記課題を解決する有機ＥＬ素子１０は、対向する電極２、５間に、下記式（１）で表される関係を示すエネルギーギャップを有する、ホスト材料と、そのホスト材料よりも少ない含有割合のドーパント材料とを含有する有機発光層４を備え、その有機発光層４において、電極２、５に対向する各面を含む各末端領域の少なくとも一方が低再結合領域になるように、低再結合領域で挟まれる中間領域が高再結合領域を含むように、ドーパント材料の含有割合に差異が設けられているものである。
Ｅｇｈ−Ｅｇｄ＞０．０１ｅＶ …（１）
（式中、Ｅｇｈはホスト材料のエネルギーギャップを示し、Ｅｇｄはドーパント材料のエネルギーギャップを示す。）
【選択図】 図１
【解決手段】 上記課題を解決する有機ＥＬ素子１０は、対向する電極２、５間に、下記式（１）で表される関係を示すエネルギーギャップを有する、ホスト材料と、そのホスト材料よりも少ない含有割合のドーパント材料とを含有する有機発光層４を備え、その有機発光層４において、電極２、５に対向する各面を含む各末端領域の少なくとも一方が低再結合領域になるように、低再結合領域で挟まれる中間領域が高再結合領域を含むように、ドーパント材料の含有割合に差異が設けられているものである。
Ｅｇｈ−Ｅｇｄ＞０．０１ｅＶ …（１）
（式中、Ｅｇｈはホスト材料のエネルギーギャップを示し、Ｅｇｄはドーパント材料のエネルギーギャップを示す。）
【選択図】 図１
Description
本発明は、有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス、電界発光）素子及びその製造方法に関するものである。
有機ＥＬディスプレイ等に用いられる有機ＥＬ素子は、例えば、蛍光性有機化合物や燐光性有機化合物等の発光性有機化合物を含む発光層を、ホール注入電極（陽極）及び電子注入電極（陰極）で挟んだ構成を有するものであり、この発光性有機化合物に電界を印加することにより励起・発光させる素子である（例えば、非特許文献１参照）。このような有機ＥＬ素子は、無機ＥＬ素子と比較して、輝度や発光効率（量子収率）等の素子特性において優れており、現在実用化の段階を迎えつつある。
この有機ＥＬ素子は、大別して、発光層となる有機層の厚さ方向片側もしくは両側に別の有機層を積層し、それらを電子注入電極及びホール注入電極で挟んでなるいわゆる積層型有機ＥＬ素子と、発光層となる有機層を、場合によっては、その厚さ方向片側もしくは両側に無機層を配置し、電子注入電極及びホール注入電極で挟んでなるいわゆる単層型有機ＥＬ素子に分けられる。
積層型有機ＥＬ素子においては、発光層に隣接する有機層がキャリア（電子及びホール）を発光層内の再結合領域まで移動させる役割と共に、エネルギー障壁としてキャリアをブロックして、その発光層との界面領域にキャリアを局所的に溜める役割を演じていると考えられている。したがって、積層型有機ＥＬ素子は、発光層とその発光層に隣接する有機層との界面領域において、特に発光することが特徴として挙げられる。
また、積層型有機ＥＬ素子は、その発光効率を向上させるために、発光能力が比較的低く成膜性に優れた発光性有機化合物を主成分とし（以下、主成分材料を「ホスト材料」という。）、そこに発光能力が比較的高く成膜性に劣る発光性有機化合物をドープさせて（以下、ドープさせた材料を「ドーパント材料」という。）含有するものを発光層する技術も開示されている（例えば、非特許文献２参照）。
一方、単層型有機ＥＬ素子は、積層型有機ＥＬ素子と比較して、発光層とその隣接する層（無機電子注入層、無機ホール注入層など）との界面での物性が安定し、製造が容易になる。また、従来の有機ホール注入層、有機電子注入層を有する素子と同等かそれ以上の輝度が得られ、しかも、耐熱性、耐候性が高いので従来のものよりも寿命が長く、リークやダークスポットの発生も少ない。さらに、比較的高価な有機物質ではなく、安価で入手しやすい無機材料を用いているので、製造が容易となり、製造コストを低減することができる。また、発光に必要となるエネルギー障壁を有する界面が少ないので、有機ＥＬ素子を駆動させるのに必要な電圧（以下、「駆動電圧」という。）を、従来のものに比較して低下させることができる。
シー・ダブリュー・タン（C. W. Tang）ら，アプライド・フィジックス・レターズ（Applied Physics Letters），アメリカン・インスティチュート・オブ・フィジックス（American Institute of Physics），１９８７年，第５１巻，ｐ．９１３ シー・ダブリュー・タン（C. W. Tang）ら，ジャーナル・オブ・アプライド・フィジックス（Journal of Applied Physics），アメリカン・インスティチュート・オブ・フィジックス（American Institute of Physics），１９８９年、第６５巻，ｐ．３６１０
シー・ダブリュー・タン（C. W. Tang）ら，アプライド・フィジックス・レターズ（Applied Physics Letters），アメリカン・インスティチュート・オブ・フィジックス（American Institute of Physics），１９８７年，第５１巻，ｐ．９１３ シー・ダブリュー・タン（C. W. Tang）ら，ジャーナル・オブ・アプライド・フィジックス（Journal of Applied Physics），アメリカン・インスティチュート・オブ・フィジックス（American Institute of Physics），１９８９年、第６５巻，ｐ．３６１０
しかしながら、本発明者らは、上記非特許文献２に記載のものを初めとする従来の有機ＥＬ素子、特に単層型有機ＥＬ素子について詳細に検討を行ったところ、このような従来の有機ＥＬ素子は、その発光効率及び駆動電圧が、実用化を成し遂げるためには未だ不十分であることを見出した。
そこで、本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、従来の有機ＥＬ素子、特に単層型有機ＥＬ素子と比較して、十分に高い発光効率を有し、しかも十分に長い駆動寿命を有する有機ＥＬ素子及びその製造方法を提供することを目的とする。
本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意研究を重ねた結果、発光層に含有されるドーパント材料の濃度を調整し、膜厚方向に濃度差を設けることにより、発光効率及び駆動電圧が改善されることを見出し、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明の有機ＥＬ素子は、対向する電極間に下記式（１）で表される関係を示すエネルギーギャップを有するホスト材料と、そのホスト材料よりも少ない含有割合のドーパント材料とを含有する有機発光層を備え、その有機発光層において、ホスト材料が２種以上含有される場合、それらのホスト材料の総量に対する各ホスト材料の含有割合が厚さ方向にほぼ一定であり、電極に対向する各面を含む各末端領域の少なくとも一方が低再結合領域になるように、しかも、末端領域で挟まれる中間領域が高再結合領域を含むようにドーパント材料の含有割合に差異が設けられていることを特徴とする。
Ｅｇｈ−Ｅｇｄ＞０．０１ｅＶ …（１）
ここで、式中、Ｅｇｈはホスト材料のエネルギーギャップを示し、Ｅｇｄはドーパント材料のエネルギーギャップを示す。
Ｅｇｈ−Ｅｇｄ＞０．０１ｅＶ …（１）
ここで、式中、Ｅｇｈはホスト材料のエネルギーギャップを示し、Ｅｇｄはドーパント材料のエネルギーギャップを示す。
「低再結合領域」とは、キャリアの再結合が比較的起こり難いようにドーパント濃度を調整した領域をいい、その結果比較的発光し難い領域となる。「高再結合領域」とは、キャリアの再結合が比較的起こりやすいようにドーパント濃度を調整した領域をいい、通常は比較的発光しやすい領域となる。これらの「低再結合領域」と「高再結合領域」とは重複しない。より具体的には、高再結合領域は、上記低再結合領域よりも再結合が起こりやすく、ホール注入電極側の低再結合領域と電子注入電極側の低再結合領域との間の再結合のしやすさについては、その高低を問わない。
「末端領域」とは、有機発光層において、ホール注入電極に対向する面を含む領域と、電子注入電極に対向する面を含む領域とをいう。「中間領域」は末端領域に重複しない領域であって、上記各末端領域に挟まれており、各電極に対向する面を含まないものをいう。
このような有機ＥＬ素子が本発明の目的を達成できる要因は、現在のところ詳細には明らかにされていないが、本発明者らはその要因の１つを以下のように考えている。ただし、要因はこれに限らない。
有機ＥＬ素子の発光は、大きく分けて次の二つの機構のいずれかによるものと考えられる。一つ目の機構によると、まず、有機発光層（以下、場合によって「発光層」ともいう。）若しくはキャリア輸送層等の有機層に含有されるホスト材料の分子（ホスト分子）においてキャリアが再結合される。次いで、キャリアの再結合によりホスト分子の励起子が発生し、その励起子が失活するのに伴い放出されるエネルギーが有機発光層のドーパント材料の分子（ドーパント分子）を励起させる。そして、励起されたドーパント分子がエネルギーを光として放出しながら失活することにより発光すると考えられる。
二つ目の機構によると、まず、ドーパント分子においていずれかのキャリアが捕捉（トラップ）される。次いで、そのキャリアと反対の電荷を有するキャリア（捕捉されたキャリアがホールである場合は電子、捕捉されたキャリアが電子である場合はホール）がそのドーパント分子にトラップされると共に再結合が起こり、ドーパント分子が励起される。次いで、励起されたドーパント分子がエネルギーを光として放出しながら失活することにより発光すると推定される。この二つ目の機構では、ホスト分子が直接有機ＥＬ素子の発光に関与していないこととなる。
本発明者らは、単層型有機ＥＬ素子における発光の機構は上記二つ目の機構が主であると考えている。すなわち、単層型有機ＥＬ素子の発光層は、積層型有機ＥＬ素子と異なり、隣接する層との界面領域でキャリアを局所的に溜めることができる構成とはなっていないため、ホスト分子においてキャリアの再結合が生じ難いと考えている。一方、ドーパント分子はホスト分子よりも少なく含有されているので、ホスト分子中に散在した状態となっている。その上、ドーパント分子のエネルギーギャップはホスト分子のものよりも小さい。したがって、キャリアはドーパント分子に捕捉（トラップ）されやすくなっており、ドーピングされた領域のキャリア密度が高くなるため、そこでキャリアの再結合が優先的に起こると考えている。
従来の単層型有機ＥＬ素子では、発光層において、隣接する層（たとえば電極もしくはキャリア輸送層等）との界面近傍の領域、すなわち末端領域のドーパント分子でキャリアの再結合が発生する場合は、再結合の結果としてその末端領域において発光することが期待される。しかしながら、末端領域におけるキャリアの再結合により生じる励起エネルギーは、その一部が隣接する層に移動してしまうため、励起エネルギーを効率よく発光エネルギーに転換することができなくなると推定される。その結果、そのような発光層を備えた有機ＥＬ素子は、その末端領域において発光し難くなるため、発光効率が比較的低くなっていたと考えられる。
また、発光層の上記末端領域で発光すると、隣接する層の反射により、光学干渉が発生する傾向にあり、そうすると末端領域の発光を取り出し難い傾向にあると推定される。
また、有機ＥＬ素子は、キャリアが発光層において再結合することにより発光することができるところ、従来の有機ＥＬ素子では、キャリアの発光層への入口である上記末端領域においても比較的強く発光することから、その末端領域においてキャリアが頻繁にトラップされていると推定される。このような末端領域におけるキャリアのトラップにより、キャリアが発光層のより内側へ移動することが妨げられているので、その結果、有機ＥＬ素子の駆動電圧を上昇させていると考えられる。
一方、本発明の有機ＥＬ素子は、発光層の界面近傍の層状領域、すなわち上記末端領域が低再結合領域となるように、しかも末端領域で挟まれる中間領域が高再結合領域を含むようにドーパント材料の含有割合に差異が設けられている。したがって、発光層の末端領域での励起子の発生が抑制されるので、上述したような励起エネルギーの隣接する層への移動が十分に抑制される。それとともに、励起エネルギーが隣接する層に移動し難い中間領域での発光を主とすることが可能になると推定される。これにより、本発明の有機ＥＬ素子は、単層型であるにもかかわらず、十分に高い発光効率を示すことができると考えられる。
また、本発明の有機ＥＬ素子は、末端領域での再結合を十分に抑制する結果、上述したような光学干渉による光の外部取り出し効率の低下が起こり難くなる。一方、発光を容易に取り出すことができる中間領域で主として発光するので、電界の印可により発生した光を十分に効率よく取り出すことができる。その結果、本発明の有機ＥＬ素子は十分に高い発光効率を示すものと推定される。
さらに、本発明の有機ＥＬ素子は、発光層の末端領域においてキャリアの再結合を十分に抑制すべく調整を行うことにより、末端領域におけるキャリアのトラップをも十分に抑制することができるので、その駆動電圧が比較的低くても、有効に発光することができると考えられる。
また、発光層の末端領域に存在する材料は、発光層の中間領域に存在する材料と比較して、劣化しやすい傾向にある。したがって、有機ＥＬ素子が、末端領域における発光に依存する傾向にあると、発光層全体としての材料の劣化がより加速される傾向にある。本発明の有機ＥＬ素子は、発光層の末端領域におけるキャリアの再結合を抑制することにより、その末端領域において発光しなくなる傾向にあるので、発光層材料の劣化を十分に防ぐことができ、より長い駆動寿命を示す傾向にある。
さらに、従来の有機ＥＬ素子は、加熱により発光効率が低下する傾向にあるのに対し、本発明の有機ＥＬ素子は、加熱されても発光効率の低下を抑制できる傾向にある。これは、発光層がある程度加熱された場合に、上述したように発光層の末端領域がより劣化しやすいことに起因すると考えられる。すなわち、従来の有機ＥＬ素子は、発光層の末端領域においてもある程度発光しており、加熱によりその界面等が劣化すると、その領域で発光し難くなるため、発光効率が低下する傾向にあると推定される。一方、本発明の有機ＥＬ素子は、発光層の他の領域（中間領域）に比較して、末端領域の発光が加熱前から抑制されているため、その領域が劣化して発光し難くなったとしても、発光層全体としての発光効率は低下しない傾向にあると考えられる。
連続駆動時及び加熱時の劣化が抑えられるもう一つの理由に、再結合領域の変化の抑制が挙げられる。すなわち、初期段階で中間領域において再結合、発光が起こっている場合でも、駆動及び、熱による注入電極もしくは注入層と発光層の界面のキャリア注入障壁が変化することにより、再結合領域が末端領域に移動してしまう場合がある。しかしながら、本発明の素子では、両注入界面の注入障壁が変化しても中間領域における高再結合領域のキャリアトラップにより、再結合領域は中間領域から移動してしまうことがない。従って、連続駆動、加熱した際でも安定した効率を保つことができる。
また、本発明の有機ＥＬ素子は、発光領域を発光層中の特定の体積領域に限定することができるため、従来の有機ＥＬ素子と比較して、容易に光学設計を行うことができ、発光色の制御を比較的容易に行うことができる。そして、隣接する層（電極）との界面付近での発光を抑制することにより、キャリア注入性の変化に伴う発光色の変化を防止することができる。
本発明の有機ＥＬ素子は、高再結合領域におけるドーパント材料の含有割合が、０．０１〜１５質量％であると好ましい。そのドーパント材料の含有割合が１５質量％を超えると、ドーパント分子同士が一層近接する状態となり、いわゆるホッピングサイトを形成し、ドーパント分子間でキャリアが伝搬すると考えられる。したがって、ドーパント分子がキャリアを捕捉し難くなり、ドーパント分子におけるキャリアの再結合が抑制されると考えられる。よって、上記ドーパント材料の含有割合が１５質量％を超えると、有機ＥＬ素子の発光が抑制される傾向にある。また、ドーパント材料の含有割合が０．０１質量％を下回ると、キャリアを捕捉し発光するドーパント分子が不足するため、発光し難くなる傾向にある。
そのような観点から、該ドーパント材料の含有割合が、０．１〜１０質量％であるとより好ましく、０．５〜５質量％であると更に好ましい。
また、本発明の有機ＥＬ素子は、それぞれの低再結合領域のうち少なくとも一つの領域におけるドーパント材料の含有割合が、０．０１質量％未満である若しくは１５質量％を超えると好ましい。このドーパント材料の含有割合が０．０１〜１５質量％となると、末端領域においてキャリアの再結合が比較的容易に発生する傾向にある。この末端領域における再結合は、上述したように有機ＥＬ素子の発光効率等を低下させる傾向にある。
同様の観点から、該ドーパント材料の含有割合が、０．１質量％未満である若しくは１０質量％を超えるとより好ましく、０．５質量％未満である若しくは５質量％を超えると更に好ましい。さらに、ホール注入電極側の低再結合領域と電子注入電極側の低再結合領域領域との両方におけるドーパント材料の含有割合が上述した数値範囲であると特に好ましい。
本発明の有機ＥＬ素子は、有機発光層において、それぞれの低再結合領域のうち上述した少なくとも一つの領域が、ホール注入電極側の末端領域であり、この領域におけるドーパント材料とホスト材料とが下記式（２）で表される関係を示すイオン化ポテンシャルを有すると一層好ましい。
Ｉｐｈ＞Ｉｐｄ …（２）
ここで、式中、Ｉｐｈはホスト材料のイオン化ポテンシャル、Ｉｐｄはドーパント材料のイオン化ポテンシャルをそれぞれ示す。
Ｉｐｈ＞Ｉｐｄ …（２）
ここで、式中、Ｉｐｈはホスト材料のイオン化ポテンシャル、Ｉｐｄはドーパント材料のイオン化ポテンシャルをそれぞれ示す。
上記式（２）のような関係を示すホスト材料とドーパント材料との組み合わせにより、ドーパント分子でのホールの捕捉が容易になる傾向にある。しかしながら、そのようなドーパント分子を、ホール注入電極側の低再結合領域（末端領域）においてキャリアの再結合を比較的高い確率で生ずるような量含有させると、その末端領域で一層再結合する傾向があるため、上述したように有機ＥＬ素子全体の発光効率等を考慮すると好ましくない。
一方、本発明の上記好ましい有機ＥＬ素子は、そのドーパント材料の含有割合が、ホール注入電極側の末端領域における発光をより抑制するように調整されているので、その末端領域における発光を抑制できる傾向にあり、有機ＥＬ素子全体の発光効率及び駆動寿命が向上する傾向にある。
そのような観点から、上記イオン化ポテンシャルが下記式（３）で表される関係を示すと特に好ましい。
Ｉｐｈ−Ｉｐｄ＞０．３ｅＶ …（３）
Ｉｐｈ−Ｉｐｄ＞０．３ｅＶ …（３）
本発明の有機ＥＬ素子は、有機発光層において、それぞれの低再結合領域のうち上述した少なくとも一つの領域が、電子注入電極側の末端領域であり、この領域におけるドーパント材料とホスト材料とが下記式（４）で表される関係を示す電子親和力を有すると一層好ましい。
Ｅａｄ−Ｅａｈ＞０．０１ｅＶ …（４）
ここで、式中、Ｅａｈはホスト材料の電子親和力、Ｅａｄはドーパント材料の電子親和力をそれぞれ示す。
Ｅａｄ−Ｅａｈ＞０．０１ｅＶ …（４）
ここで、式中、Ｅａｈはホスト材料の電子親和力、Ｅａｄはドーパント材料の電子親和力をそれぞれ示す。
上記式（４）のような関係を示すホスト材料とドーパント材料との組み合わせにより、ドーパント分子での電子の捕捉が容易になる傾向にある。しかしながら、そのようなドーパント分子を、電子注入電極側の低再結合領域（末端領域）においてキャリアの再結合を比較的高い確率で生ずるような量含有させると、その末端領域で一層再結合する傾向があるため、上述したように有機ＥＬ素子全体の発光効率等を考慮すると好ましくない。
一方、本発明の上記好ましい有機ＥＬ素子は、そのドーパント材料の含有割合が、電子注入電極側の末端領域における発光をより抑制するように調整されているので、その末端領域における発光を抑制できる傾向にあり、有機ＥＬ素子全体の発光効率及び駆動寿命が向上する傾向にある。
以上の観点から、有機発光層において、ホール注入電極側の低再結合領域と電子注入電極側の低再結合領域領域との両方におけるホスト材料とドーパント材料との関係が、上記式（２）若しくは（３）並びに（４）のような関係を有すると特に好ましい。
また、本発明の有機ＥＬ素子は、高再結合領域が層状であり、中間領域内に２層以上含まれていてもよい。また、中間領域に低再結合領域が一層以上含まれていてもよい。
さらに、本発明の有機ＥＬ素子は、上述した本発明の効果を一層発揮できるように、有機発光層において、末端領域における低再結合領域がその全体に亘ってほぼ一定の厚さを有し、その厚さが０．１〜２０ｎｍであると好ましく、０．１〜１０ｎｍであると更に好ましい。
本発明の有機ＥＬ素子の製造方法は、ホスト材料を含みドーパント材料を含まない層状の第１低再結合領域を形成する第１工程と、第１低再結合領域上にホスト材料及びドーパント材料を含む層状の高再結合領域を形成する第２工程と、高再結合領域上にホスト材料を含みドーパント材料を含まない層状の第２低再結合領域を形成する第３工程とにより有機発光層を形成することを特徴とする。この際、真空蒸着法を用いて有機発光層を形成すると、ドーパント、又はドープ濃度の異なる層構造が作製しやすく好ましいが、塗布法を用いてもよい。
本発明によれば、従来の有機ＥＬ素子、特に単層型有機ＥＬ素子と比較して、十分に高い発光効率を有し、低電圧で駆動することができ、しかも十分に長い駆動寿命を有する有機ＥＬ素子を提供することができる。
以下、本発明の好適な実施形態について、必要に応じて図を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本実施形態の有機ＥＬ素子の構成を示した概略断面図である。この図１に示される有機ＥＬ素子１０は、基板１と、第１の電極層としてのホール注入電極（陽極）２と、無機ホール注入層３と、有機発光層４と、無機電子注入層５と、第２の電極層としての電子注入電極（陰極）６とを順次積層した構成を有するものである。
（基板１）
基板１の構成材料としては、従来の有機ＥＬ素子の基板として用いられているものであれば、特に限定されることなく用いることができる。そのような基板１としては、例えば、ガラスもしくは石英等の非晶質基板、あるいは、Ｓｉ、ＧａＡｓ、ＺｎＳｅ、ＺｎＳ、ＧａＰ、ＩｎＰ等の結晶基板が挙げられ、また、これらの結晶基板に結晶質、非晶質あるいは金属のバッファ層を形成した基板も用いることができる。また、Ｍｏ、Ａｌ、Ｐｔ、Ｉｒ、ＡｕもしくはＰｄ等を構成材料とする金属基板を用いることもできる。これらのなかで、好ましくはガラス基板が用いられる。また、基板１の側を光取り出し側とする場合、後述するホール注入電極２と同様の光透過性を有するものを用いると好ましい。
基板１の構成材料としては、従来の有機ＥＬ素子の基板として用いられているものであれば、特に限定されることなく用いることができる。そのような基板１としては、例えば、ガラスもしくは石英等の非晶質基板、あるいは、Ｓｉ、ＧａＡｓ、ＺｎＳｅ、ＺｎＳ、ＧａＰ、ＩｎＰ等の結晶基板が挙げられ、また、これらの結晶基板に結晶質、非晶質あるいは金属のバッファ層を形成した基板も用いることができる。また、Ｍｏ、Ａｌ、Ｐｔ、Ｉｒ、ＡｕもしくはＰｄ等を構成材料とする金属基板を用いることもできる。これらのなかで、好ましくはガラス基板が用いられる。また、基板１の側を光取り出し側とする場合、後述するホール注入電極２と同様の光透過性を有するものを用いると好ましい。
この基板１に色フィルター膜もしくは蛍光性物質を含む色変換膜（蛍光変換フィルター膜）、あるいは誘電体反射膜を用いて発光色を調整してもよい。
色フィルター膜としては、液晶ディスプレイ等で用いられているカラーフィルターを用いることができ、有機ＥＬ素子１０の発光色に合わせてカラーフィルターの特性を調整することにより、取り出し効率もしくは色純度を最適化できる傾向にある。
また、ＥＬ素子に用いられる構成材料が光吸収するような短波長の外光をカットできるカラーフィルターを用いることにより、素子の耐光性・表示のコントラストを向上できる傾向にある。さらに、誘電体多層膜のような光学薄膜をカラーフィルターの代わりに用いてもよい。
蛍光変換フィルター膜は、有機ＥＬ素子からの発光を吸収し、そのフィルター膜中の蛍光体から光を放出させることにより、発光色の色変換を行うものである。その組成としては、バインダー及び蛍光材料、さらには必要に応じて光吸収材料の三つから形成される。
上記蛍光材料は、基本的には蛍光量子収率が高いものを用いればよいが、有機ＥＬ素子１０の発光波長域に吸収が強いと好ましい。実際には、レーザー色素などが適しており、例えば、ローダミン系化合物、ペリレン系化合物、シアニン系化合物、フタロシアニン系化合物（サブフタロシアニン等も含む）、ナフタロイミド系化合物、縮合環炭化水素系化合物、縮合複素環系化合物、スチリル系化合物もしくはクマリン系化合物等を用いることができる。
バインダーとしては、基本的に蛍光を消光しないような材料であれば特に限定されることなく用いることができ、それらのなかでも、フォトリソグラフィーもしくは印刷等で微細なパターニングができるようなものであると好ましい。また、ＩＴＯ、ＩＺＯの成膜時に損傷を受けないような材料であるとより好ましい。
光吸収材料は、蛍光材料の光吸収が足りない場合に用いると好ましい。また、この光吸収材料としては、蛍光性材料の蛍光を消光しないような材料であれば特に限定されることなく用いることができる。
（ホール注入電極（陽極）２）
ホール注入電極（陽極）２の構成材料としては、そのホール注入電極２に隣接する無機ホール注入層３に効率よく且つ均一に電界を印可できる材料が好ましい。
ホール注入電極（陽極）２の構成材料としては、そのホール注入電極２に隣接する無機ホール注入層３に効率よく且つ均一に電界を印可できる材料が好ましい。
また、基板１の側を光取り出し側とする場合、有機ＥＬ素子１０の発光波長領域である波長４００〜７００ｎｍにおける透過率、特にＲＧＢ各色の波長におけるホール注入電極２の透過率は、５０％以上であることが好ましく、８０％以上であることがより好ましく、９０％以上であることが更に好ましい。ホール注入電極２の透過率が５０％未満であると、有機発光層４からの発光が減衰されて画像表示に必要な輝度が得られにくくなる。
光透過率の比較的高いホール注入電極２は、各種酸化物で構成される透明導電膜を用いて構成することができる。かかる材料としては、酸化インジウム（Ｉｎ２Ｏ３）、酸化スズ（ＳｎＯ２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、錫ドープ酸化インジウム（ＩＴＯ）、亜鉛ドープ酸化インジウム（ＩＺＯ）等が好ましく、中でも、ＩＴＯは、面内の比抵抗が均一な薄膜を容易に得ることができる点で特に好ましい。上記材料は、１種類を単独で用いてもよく、２種類以上を組み合わせて用いてもよい。
ホール注入電極２の膜厚は、上述の光透過率を考慮して決定することが好ましい。例えば酸化物透明導電膜を用いる場合、その膜厚は、好ましくは１０〜５００ｎｍ、より好ましくは３０〜３００ｎｍであることが好ましい。ホール注入電極２の膜厚が５００ｎｍを超えると、光透過率が不充分となると共に、基板１からのホール注入電極２の剥離が発生する場合がある。また、膜厚の減少に伴い光透過性は向上するが、膜厚が１０ｎｍ未満の場合、抵抗率が大きくなり有機ＥＬ素子１０の駆動電圧を上昇させる傾向にある。また、陰極６側から光を取り出す場合は、不透明なものであってもよい。
（無機ホール注入層３）
無機ホール注入層３は、ホール注入電極からのホールの注入を容易にする機能、及びホールを安定に輸送する機能及び電子を妨げる機能を有するものである。その構成材料としては、特に高抵抗のものであると好ましく、それにより、発光層へホールを効率よく注入することができ、さらに発光効率が向上するとともに駆動電圧も低下する傾向にある。
無機ホール注入層３は、ホール注入電極からのホールの注入を容易にする機能、及びホールを安定に輸送する機能及び電子を妨げる機能を有するものである。その構成材料としては、特に高抵抗のものであると好ましく、それにより、発光層へホールを効率よく注入することができ、さらに発光効率が向上するとともに駆動電圧も低下する傾向にある。
この無機ホール注入層３は、好ましくはその主成分としてシリコンや、ゲルマニウム等の金属または半金属の酸化物を用い、これに仕事関数４．５ｅＶ以上、好ましくは４．５〜６ｅＶの金属や、半金属及び／またはこれらの酸化物、炭化物、窒化物、ケイ化物、硼化物のいずれか１種以上を含有させて導電パスを形成することにより、ホール注入電極２から発光層側の有機層へ効率よくホールを注入することができる傾向にある。しかも、有機発光層４からホール注入電極２への電子の移動を抑制することができ、有機発光層４でのホールと電子との再結合を効率よく行わせることができる傾向にある。また、無機材料の有するメリットと、有機材料の有するメリットとを併せもった有機ＥＬ素子とすることができる傾向にある。
無機ホール注入層３は、その抵抗率が１〜１×１０１１Ω・ｃｍであると好ましく、１×１０３〜１×１０８Ω・ｃｍであるとより好ましい。このように無機ホール注入層３の抵抗率を上記範囲とすることにより、高い電子ブロック性を維持したままホール注入効率を飛躍的に向上させることができる傾向にある。この無機ホール注入層３の抵抗率は、シート抵抗と膜厚からも求めることができる。この場合、シート抵抗は４端子法等により測定することができる。
無機ホール注入層３の主成分の材料としては、シリコン、ゲルマニウムの酸化物であると好ましく、これを（Ｓｉ１−ｘＧｅｘ）Ｏｙで表した場合に、０≦ｘ≦１、１．７≦ｙ≦２．２であるとより好ましく、１．７≦ｙ≦１．９９であるとさらに好ましい。この無機ホール注入層３の主成分は、酸化ケイ素でも酸化ゲルマニウムでもよく、それらの混合薄膜であってもよい。ｙが上記数値範囲より大きくても小さくてもホール注入機能は低下する傾向がある。この組成は、例えばラザフォード後方散乱、化学分析等で調べれることができる。
無機ホール注入層３は、上述した主成分に加え、仕事関数４．５ｅＶ以上の金属（半金属を含む）の酸化物、炭化物、窒化物、ケイ化物及び硼化物を含有することが好ましい。上記仕事関数は４．５〜６ｅＶであるとより好ましく、その具体例としては、Ａｕ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｒｕ、Ｓｎ、Ｃｒ、Ｉｒ、Ｎｂ、Ｐｔ、Ｗ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｐｄ及びＣｏ等が挙げられる。さらに、Ｉｎ、Ｚｎ、Ｒｕ及びＶのいずれか１種以上の酸化物を含有する場合も好ましい。これらは一般に金属としてあるいは酸化物の形で存在し、１種を単独でもしくは２種以上を組み合わせて用いることができる。また、これらの金属は炭化物、窒化物、ケイ化物、硼化物の形で用いてもよい。これらを混合して用いる場合の混合比は任意である。
これらの金属の無機ホール注入層３における含有割合は、０．２〜４０モル％であると好ましく、１〜２０モル％であるとより好ましい。その含有割合が０．２モル％より少ないとホール注入機能が低下し、４０モル％より多いと電子ブロック機能が低下してくる。２種以上を併用する場合、合計の含有量は上記の範囲にすることが好ましい。
上記金属または金属（半金属を含む）の酸化物、炭化物、窒化物、ケイ化物及び硼化物は、無機ホール注入層３中に分散した状態で存在している。その分散粒子の粒径としては、通常、１〜５ｎｍ程度である。この導体である分散粒子同士との間で高抵抗の主成分を介してホールを搬送するためのホッピングパスが形成されるものと考えられる。
無機ホール注入層３には、他に、不純物として、Ｈやスパッタガスに用いるＮｅ、Ａｒ、ＫｒもしくはＸｅ等を合計５原子％以下含有していてもよい。
なお、無機ホール注入層３全体の平均値としてこのような組成であれば、均一でなくてもよく、膜厚方向に濃度勾配を有する構造としてもよい。
無機ホール注入層３の膜厚としては、ホール注入層としての機能を有効に発揮する観点から、０．３〜１００ｎｍであると好ましく、１〜１００ｎｍであるとより好ましく、５〜３０ｎｍ程度であるとさらに好ましい。
上記の無機ホール注入層３の形成方法としては、スパッタ法、蒸着法などの各種の物理的または化学的な薄膜形成方法などが考えられるが、スパッタ法が好ましい。なかでも、上記主成分と金属または金属酸化物等のターゲットを別個にスパッタする多元スパッタが好ましい。多元スパッタにすることで、それぞれのターゲットに好適なスパッタ法を用いることができる。また、１元スパッタとする場合には、主成分のターゲット上に上記金属または金属酸化物等の小片を配置し、両者の面積比を適当に調整することにより、組成を調整してもよい。また、混合物ターゲットを用いてもよい。
（有機発光層４）
有機発光層４は、上記式（１）で表される関係を示すエネルギーギャップを有するホスト材料と、そのホスト材料よりも少ない含有割合のドーパント材料とを含有するものである。この有機発光層４においては、ホール注入電極２と電子注入電極６との間に電界を印可した際に、ホール注入電極２に対向する面、言い換えると無機ホール注入層３に対向する面を含む層状領域（末端領域）と、電子注入電極６に対向する面、言い換えると無機電子注入層５に対向する面を含む層状領域（末端領域）とが、比較的キャリアの再結合を生じ難い低再結合領域となり、それ以外に存在する層状領域（中間領域）が、上記末端領域よりも高い確率でキャリアの再結合を生ずる高再結合領域を含むように、ドーパント材料の含有割合に差異が設けられている。
有機発光層４は、上記式（１）で表される関係を示すエネルギーギャップを有するホスト材料と、そのホスト材料よりも少ない含有割合のドーパント材料とを含有するものである。この有機発光層４においては、ホール注入電極２と電子注入電極６との間に電界を印可した際に、ホール注入電極２に対向する面、言い換えると無機ホール注入層３に対向する面を含む層状領域（末端領域）と、電子注入電極６に対向する面、言い換えると無機電子注入層５に対向する面を含む層状領域（末端領域）とが、比較的キャリアの再結合を生じ難い低再結合領域となり、それ以外に存在する層状領域（中間領域）が、上記末端領域よりも高い確率でキャリアの再結合を生ずる高再結合領域を含むように、ドーパント材料の含有割合に差異が設けられている。
有機発光層４に含有されるホスト材料及びドーパント材料は、電界の印可によりキャリアを伝搬し、有機発光層４を発光させることのできる有機化合物であって、上記式（１）で表される条件を満足するものであれば、特に限定されることなく用いられる。なお、本明細書における「有機化合物」とは、有機金属錯体化合物をも含むものである。また、エネルギーギャップの値は、例えば、紫外可視吸収スペクトルを測定し、その吸収端波長より求めることができる。
したがって、該ホスト材料及び該ドーパント材料は、低分子有機化合物であってもよく、高分子有機化合物であってもよいが、真空蒸着が可能である観点から、低分子化合物を用いることが好ましい。なお、このような低分子化合物は、（溶媒を用いた）塗布法によって形成されてもよい。
低分子化合物を用いた場合、無機ホール注入層３を成膜した後、真空を保持したままで有機発光層４を真空蒸着により形成することができるため、無機ホール注入層３と有機発光層４との間の界面の汚染による劣化を防ぎやすい傾向にある。
該ホスト材料及び該ドーパント材料に用いられる好ましい低分子化合物としては、例えば、ナフタレン誘導体、フェナンスレン誘導体、アントラセン誘導体、ナフタセン誘導体、ピレン誘導体、ペリレン誘導体、コロネン誘導体、インデン誘導体、フルオレン誘導体、フルオランテン誘導体、スチルベン誘導体、ペンタジエン誘導体、オキサゾール誘導体、オキサジアゾール誘導体、チアゾール誘導体、イミダゾール誘導体、インドール誘導体、トリアゾール誘導体、ピリジン誘導体、ピラジン誘導体、ピロール誘導体、チオフェン誘導体、キノリン誘導体、キノキサリン誘導体、カルバゾール誘導体、トリフェニルアミン誘導体、ジアミノビフェニル誘導体、スチリルアミン誘導体、ピラン誘導体、クマリン、キナクドリン誘導体、又は、Ａｌ、Ｚｎ、Ｂｅ、Ｉｒ、Ｐｔ若しくは希土類金属等を中心金属とした有機金属錯体化合物等が挙げられる。これらは１種を単独であるいは２種以上を組み合わせて用いてもよい。
上記のように有機発光層４を構成する材料としては低分子有機化合物であると好ましいが、高分子化合物を用いることも可能である。具体的には、例えば、ポリアセチレン誘導体、ポリフェニレンビニレン誘導体、ポリフルオレン誘導体若しくはポリチオフェン誘導体等のπ共役系ポリマー、又は、ポリビニル化合物、ポリスチレン誘導体、ポリシラン誘導体、ポリアクリレート誘導体若しくはポリメタクリレート誘導体等の非π共役系の側鎖型ポリマー若しくは主鎖型ポリマー等に色素を含有させたものなどの高分子有機化合物などを挙げることができる。
これらの有機化合物のなかから、上記式（１）の条件を満足するホスト材料とドーパント材料との組み合わせを選択すると、例えば、アントラセン誘導体とスチリルアミン誘導体、アントラセン誘導体とナフタセン誘導体、トリス（８−キノリノラート）アルミニウムとジシアノピラン誘導体若しくはナフタセン誘導体とジインデノペリレンなどの組み合わせを挙げることができる。
また、発光能力が比較的低く成膜性に優れた発光性有機化合物をホスト材料とし、発光能力が比較的高く成膜性に劣る発光性有機化合物をドーパント材料とすれば、成膜性及び発光効率が更に向上する傾向にあるので好ましい。また、ホストとしては、ホールと電子の両方を注入輸送できる比較的非極性な化合物が好ましい。
そのような観点から、ホスト材料とドーパント材料との好ましい組み合わせとしては、アントラセン誘導体とスチリルアミン誘導体などが挙げられる。
さらにホスト材料としては、ホールと電子とを両方とも受け入れる必要があるので、酸化還元の両方に対して安定な化合物であると好ましい。このような化合物としては、例えばアントラセン誘導体若しくはナフタセン誘導体等の炭化水素化合物又はトリス（８−ヒドロキシキノリノラート）アルミニウムのような金属錯体化合物、あるいはアリールアミン等の電子供与性物質と上記炭化水素化合物又は金属錯体化合物との混合物であると好ましいが、これらに限定されない。
また、本実施形態において、上記末端領域が低再結合領域となり、中間領域が高再結合領域を含むようにドーパント材料の含有割合に差異を設けるべく、ドーパント材料が配される必要がある。たとえば、図２に示すように、有機発光層４に無機ホール注入層３との界面４１１及び無機電子注入層５との界面４１２が存在する場合、末端領域である層状領域４１３、４１４が低再結合領域となり、中間領域である層状領域４１５が高再結合領域となるようにドーパント材料が配される。
同様に、図３に示す有機発光層４のように、末端領域である層状領域４２３、４２４が低再結合領域となり、中間領域である層状領域４２５が高再結合領域となるようにドーパント材料を配されてもよい。この図２と図３との比較から明らかなように、低再結合領域の厚さは特に限定されないが、有機ＥＬ素子１０の発光効率及び駆動寿命の更なる向上の観点から、０．１〜２０ｎｍとなるようにドーパント材料を配すると好ましく、０．１〜１０ｎｍとなるようにドーパント材料を配するとより好ましい。
また、図４に示す有機発光層４のように、末端領域である層状領域４３３、４３４が低再結合領域となり、中間領域である層状領域４３５が高再結合領域となるようにドーパント材料を配されてもよい。図２と図４との比較から明らかなように、高再結合領域は、有機発光層４の界面近傍に低再結合領域を存在せしめれば有機発光層４の厚さ方向のいずれに配置されてもよい。
さらに、図５に示す有機発光層４のように、末端領域である層状領域４４３、４４４が低再結合領域となり、中間領域である層状領域４４５が高再結合領域となるようにドーパント材料が配されてもよい。図２と図５との比較から明らかなように、高再結合領域と低再結合領域との仮想区切り面が平面である必要はなく、また、その仮想区切り面が有機発光層４の界面と平行である必要はない。なお、図５においては、上記仮想区切り面が断面において曲面（曲線）状になっているが、その仮想区切り面全体で曲面であってもよい。
なお、「仮想区切り面」とは、有機発光層をドーパント材料の含有割合がほぼ同一である層状領域毎に区切るために仮想的に設けられたものであり、実際には、そのような区切り面は存在しない。
また、図６に示す有機発光層４の場合、末端領域である層状領域４５３、４５４が低再結合領域となり、中間領域である層状領域４５５〜４５７が高再結合領域となるようにドーパント材料が配されてもよい。図２と図５との比較から明らかなように、高再結合領域は２層以上であってもよく、またそれぞれの高再結合領域の厚さが異なっていてもよい。４５５〜４５７に含まれるドーパントは、同一でも異なっていてもよく、またその濃度が同一でも異なっていてもよい。
上述した有機発光層４内における低再結合領域及び高再結合領域の形状並びに配置は、選択されたホスト材料とドーパント材料との組み合わせ若しくは発光層の膜厚等により異なるものであるので、低再結合領域におけるよりも、高再結合領域における方が、キャリアの再結合が生じやすいような形状及び配置であれば、特に限定されない。
有機発光層４の末端領域よりも、どちらかというと有機発光層４の厚さ方向の中心側にある中間領域でキャリアを再結合させるには、ドーパント材料を、例えば図７に示すように、ホスト材料中に分散させるとよい。図７は、ドーパント材料４６９が有機発光層４のホスト材料４６８中に分散された状態の一例を示す有機発光層４の部分断面模式図である。有機発光層４中の末端領域４６３、４６４においてはホスト材料４６８を含有させる一方でドーパント材料４６９を含有させないようにし、中間領域４６５においてはホスト材料４６８中にドーパント材料４６９を均一分散させるようにドープする。この際の有機発光層４内におけるドーパント材料４６９の含有割合（以下、場合によって「ドーパント濃度」という。）の分布を示した図を図８に示す。図８において、横軸は有機発光層４の厚さ方向の位置を示しており、向かって左側が無機ホール注入層３側、右側が無機電子注入層５側となる。
図８から明らかなように、無機ホール注入層３との界面４６１及び仮想区切り面４６６の間に存在する末端領域４６３、並びに無機電子注入層５との界面４６２及び仮想区切り面４６７の間に存在する末端領域４６４には、ドーパント材料が含有されていないので、ドーパント濃度は０となる。一方、仮想区切り面４６６及び仮想区切り面４６７の間に存在する中間領域４６５においては、ドーパント材料４６９が発光層の厚さ方向にほぼ同一のドーパント濃度となるように、ホスト材料４６８中に分散されている。
発光層におけるホスト材料中のドーパント材料の含有割合が過度に低くなると発光し難くなる傾向にあり、また、過度にその含有割合が高くなると、同様に発光し難くなる傾向にある。
ホスト材料中にドーパント材料をドープさせた場合、大きく分けて以下の２つの発光機構が考えられる。一つ目の発光機構では、ホスト材料の分子（ホスト分子）上で電子とホールとの再結合が発生することにより、まずホスト分子が励起状態になる。この励起状態のホスト分子が基底状態に戻る際に放出されるエネルギーの大部分はドーパント材料の分子（ドーパント分子）に移動し、ドーパント分子が励起状態になる。そして、ドーパント分子が基底状態に戻る際にエネルギーを放出して発光する。二つ目の発光機構では、まずドーパント分子上でホールと電子との再結合が発生し、ドーパント分子が直接励起状態になる。そしてドーパント分子が基底状態に戻る際にエネルギーを放出して発光する。
本実施形態の有機ＥＬ素子１０のような単層型有機ＥＬ素子においては、上記二つ目の発光機構が主に起きているものと考えているが、いずれの場合も、主として発光するのはドーパント材料であるため、ドーパント濃度が過度に低いと発光層が発光し難くなる傾向にある。また、ドーパント濃度が過度に高くなると、ドーパント分子間におけるキャリアの伝搬によるキャリアトラップ性の低下若しくはいわゆる濃度消光などの影響により、発光層は発光し難くなる傾向にある。
また図７、８に示すように、有機発光層４の高再結合領域である中間領域４６５が、低再結合領域である末端領域４６３、４６４よりもドーパント材料４６９を高い割合で含有すると、有機ＥＬ素子１０の駆動電圧を低くすることができる傾向にあるので好ましい場合がある。これは、末端領域４６３、４６４におけるドーパント材料の含有割合が比較的低いため、上述したキャリアの捕捉も発生し難くなることに起因すると考えられ、これにおり駆動電圧の上昇を効率よく且つ確実に抑制できる傾向にあると推定される。
より具体的には、高再結合領域である中間領域におけるドーパントの含有割合が０．０１〜１５質量％であるとより好ましく、０．０１〜１０質量％であると更に好ましく、０．５〜５質量％であると特に好ましい。また、低再結合領域である末端領域のおけるドーパントの含有割合が、０．５質量％未満であると好ましく、０．１質量％未満であるとより好ましく、０．００１質量％未満であると更に好ましい。
また、この場合に、ホール注入電極側の末端領域の低再結合領域（例えば図２の４１４）において、ドーパント材料とホスト材料とが上記式（２）で表される関係を示すイオン化ポテンシャルを有すると一層好ましい。このような関係を示すホスト材料とドーパント材料とを組み合わせて、それぞれを上述した含有割合に調整することにより、その末端領域４１４における発光を抑制する効果が顕著に発揮される傾向にあり、有機ＥＬ素子１０全体の発光効率及び駆動寿命が一層向上する傾向にある。そのような観点から、上記イオン化ポテンシャルが上記式（３）で表される関係を示すと特に好ましい。
イオン化ポテンシャルが上記式（２）若しくは（３）で表される関係を示すホスト材料とドーパント材料との組み合わせは、ジフェニルアントラセン誘導体とスチリルアミン誘導体などが挙げられる。
さらに、電子注入電極側の低再結合領域（例えば図２の４１３）において、ドーパント材料とホスト材料とが上記式（４）で表される関係を示す電子親和力を有するとなおさら好ましい。このような関係を示すホスト材料とドーパント材料とを組み合わせて、それぞれを上述した含有割合に調整することにより、その末端領域４１３における発光を抑制する効果が顕著に発揮される傾向にあり、有機ＥＬ素子１０全体の発光効率及び駆動寿命が一層向上する傾向にある。
電子親和力が上記式（４）で表される関係を示すホスト材料とドーパント材料との組み合わせは、アリールアミン誘導体とナフタセン誘導体若しくはアリールアミン誘導体とフルオランテン誘導体などが挙げられる。
上記式（２）若しくは（３）並びに（４）の条件を同時に満足するように、ホスト材料とドーパント材料とを組み合わせると、有機ＥＬ素子１０の発光効率及び駆動寿命がより一層優れたものとなるので、極めて好ましい。そのようなホスト材料とドーパント材料との組み合わせとしては、アントラセン誘導体とナフタセン誘導体若しくはナフタセン誘導体とジインデノペリレン誘導体などが挙げられる。
上述したようなホスト材料とドーパント材料との組み合わせは、後述する図１２に示される場合、すなわち、末端領域（低再結合領域）におけるドーパント濃度が中間領域（高再結合領域）におけるドーパント濃度よりも高い場合に採用しても好ましい。
なお、上記イオン化ポテンシャル及び電子親和力の値は、例えばイオン化ポテンシャルの値は、サイクリックボルタンメトリーまたは光電子分光法で測定することができる。電子親和力の値は、サイクリックボルタンメトリーで測定するか、イオン化ポテンシャルの値からエネルギーギャップを差し引くことで求められる。
また、図７、８に示すように、末端領域４６３、４６４にドーパント材料を含有させないと極めて好ましい。さらには、末端領域４６３、４６４がその全体に亘ってほぼ一定の厚さを有すると、有機ＥＬ素子１０が、上述したような発光効率の向上もしくは駆動電圧の上昇の抑制などの利点をより安定的に有することができる傾向にあるので、好ましい。
有機発光層４の無機ホール注入層３との界面及び無機電子注入層５との界面から有機発光層４の厚さ方向に０．１〜２０ｎｍ程度の領域は、発光効率が低くなる傾向にあるので、この層状領域に低再結合領域を設けるようにドーパント材料を配するとよい。このような観点から、上記層状領域の厚さが、有機発光層４の無機ホール注入層３との界面及び無機電子注入層５との界面から０．１〜１０ｎｍであるとより好ましい。この層状領域は、キャリアの再結合により発生した励起エネルギーが上記無機ホール注入層３及び無機電子注入層５に移動しやすく、また、ミラー効果による発光の干渉に起因して、その発光を取り出すことが困難な傾向にあるために発光効率が低くなると考えられる。
さらに、図７、８に示すように、高再結合領域である中間領域４６５において、ドーパント材料４６９がほぼ均一に分散されていると、輝度及び発光色の制御が容易にできる傾向にあるので好ましい。
図９の有機発光層４では、末端領域４７３においてホスト材料４６８及びドーパント材料４６９を含有するが、ドーパント濃度が比較的低くなっている。また、末端領域４７４においては、ホスト材料４６８を含有するがドーパント材料４６９を含有しない。また、末端領域４７３と末端領域４７４との間には、層状領域４７５、４７６、４７７が備えられ、これら５つの層状領域間のドーパント濃度は高い方から、４７６、４７５、４７７、４７３、４７４の順となっている（図１０参照）。ただし、それらのドーパント濃度は、キャリアがトラップ及び再結合し難くなるほどの過度に高いものではない。
図１１は、有機発光層４の別のドーパント濃度の分布を示す図である。このようにドーパント濃度がいわゆる濃度勾配を有し、その濃度勾配が濃度の高い方に山型の曲線を形成する場合であっても、そのドーパント濃度の極大が、キャリアが再結合し難くなるほど過度に高いものでなければ、本実施形態の有機発光層４となる。すなわち、この発光層をドーパント材料の含有割合がほぼ同一である層状領域毎に区切ることによって、無機ホール注入層３に隣接する末端領域及び無機電子注入層５に隣接する末端領域が低再結合領域となり、それ以外の中間領域が高再結合領域となる。
さらに、図１２のように、末端領域のドーパント濃度が中間領域のドーパント濃度より高い場合であっても、末端領域のドーパント濃度が、キャリアのトラップ及び再結合を生じ難くするほどに高いものであれば、その末端領域が比較的再結合し難い低再結合領域となり、それ以外に存在する層状領域である中間領域が、末端領域よりもキャリアが再結合しやすい高再結合領域となるので、そのような場合は本実施形態の有機発光層４となる。
この場合において有機ＥＬ素子１０が発光効率及び駆動寿命を一層向上させるためには、高再結合領域である中間領域におけるドーパントの含有割合が０．０１〜１５質量％であるとより好ましく、０．１〜１０質量％であると更に好ましく、０．５〜５質量％であると特に好ましい。また、低再結合領域である末端領域におけるドーパントの含有割合が、５質量％以上であると好ましく、１０質量％以上であるとより好ましく、１５質量％以上であると更に好ましい。
有機発光層４において、ドーパント濃度を調整して低再結合領域及び高再結合領域を設ける方法としては、例えば、以下のような方法がある。すなわち、まずホスト材料とドーパント材料との組み合わせを選択する。次いで、ホスト材料中にドーパント材料を所定濃度にほぼ均一に分散させた発光層試料を作成し、その発光効率（輝度）を測定する。次に、同じ材料を用いて、上記とは異なるドーパント濃度の発光層試料を作成し、その発光効率（輝度）を測定する。これを繰り返すことにより、所定のホスト材料とドーパント材料とを組み合わせた発光層について発光効率（輝度）とドーパント濃度との相関をとることができる。この相関に基づいて、有機発光層４の低再結合領域におけるドーパント濃度及び高再結合領域におけるドーパント濃度を決めて、有機発光層４を形成する。
有機発光層４中のドーパント濃度は、たとえば、その有機発光層４の形成方法と同じ方法によりドーパント濃度測定用発光層試料を作成することで確認することができる。この試料の厚さ方向にエッチングを施しつつ、エッチングにより露出した部分をＸＰＳ、オージェ分光法、ＴＯＦＳＩＭＳ法などを用いて組成分析を行うことにより、有機発光層４の各層状領域におけるドーパント濃度を測定することができる。
有機発光層４の形成方法は、蒸着法もしくは塗布法などの、従来の有機ＥＬ素子における発光層の形成方法を用いることができる。これらのなかで、蒸着法を用いると得られる有機発光層が劣化し難く駆動寿命が延びる傾向にあるので好ましい。
蒸着法を用いて、有機層４の末端領域にドーパント濃度の比較的低い低再結合領域を形成し、中間領域にドーパント濃度の比較的高い高再結合領域を形成する場合は、たとえば、蒸着元を２種類以上用いて、それぞれの蒸着元から同時に蒸着する多元蒸着法を採用すると好ましい。多元蒸着法を用いると、例えば以下のようにして有機発光層４が形成される。
まず、ドーパント材料からなる蒸着元側のシャッタを閉じ、ホスト材料からなる蒸着元のみを蒸着して、既に形成された無機ホール注入層３上にホスト材料のみからなる低再結合領域を形成する（第１工程）。次いで、ドーパント材料側のシャッタも開けて、所定のドーパント濃度になるように調整した後、両方の蒸着元を蒸着して、上記低再結合領域上に高再結合領域を形成する（第２工程）。そして、再びドーパント材料からなる蒸着元側のシャッタを閉じ、ホスト材料からなる蒸着元のみを蒸着して、上記高再結合領域上にホスト材料のみからなる低再結合領域を形成して（第３工程）、有機発光層４を完成させる。
さらには、蒸着レートを調整することによりドーパント濃度を変化させながら、有機発光層４を形成することもできる。
有機発光層４の膜厚は、キャリアの再結合確率を向上させ、電流リークを防止し、さらに低電圧で駆動できるという観点から、１０〜１０００ｎｍであると好ましく、５０〜３００ｎｍであるとより好ましい。
このような有機発光層４を備える有機ＥＬ素子１０は、従来の有機ＥＬ素子、特に単層型有機ＥＬ素子と比較して、十分に高い発光効率を有し、しかも十分に長い駆動寿命を有するものである。
従来の単層型有機ＥＬ素子では、有機発光層において、末端領域のドーパント分子でキャリアが再結合する場合は、その結果として、末端領域において発光することが期待される。しかしながら、末端領域において、キャリアの再結合により励起エネルギーが生じても、その一部が隣接する層に移動してしまうため、励起エネルギーを効率的に発光エネルギーに転換することができなくなると考えられる。このため、従来の単層型有機ＥＬ素子の発光効率を向上させることは困難であったと考えられる。
また、従来の有機ＥＬ素子において、有機発光層の末端領域において励起子が失活する際に放出されるエネルギーは、光として放出されるのではなく、隣接する電極若しくは無機キャリア注入層に移動し、振動（熱）失活するものと推定される。さらに、有機発光層の末端領域で発光すると、隣接する層のいわゆるミラー効果により、光学干渉が発生する傾向にあり、そうすると末端領域での発光を取り出し難い傾向にあると考えられる。
さらに、従来の有機ＥＬ素子では、キャリアの発光層への入口である末端領域において比較的強く発光することから、その末端領域においてキャリアが頻繁に捕捉されていると推定される。これにより、キャリアが有機発光層の中心領域へ移動（伝搬）しなくなるため、有機ＥＬ素子の駆動電圧を上昇させていると考えられる。
一方、本実施形態の有機ＥＬ素子１０は、有機発光層４の末端領域では比較的再結合しないようにドーパント材料の含有割合が調整されるので、上述したような励起エネルギーの隣接する層への移動が十分に抑制されると推定される。これにより、本実施形態の有機ＥＬ素子１０は十分に高い発光効率を示すことができると考えられる。
さらに、本実施形態の有機ＥＬ素子１０は、上述したような構成を備えることにより、光学干渉による光取り出し効率の低下が発生し難いので、電界の印可により発生した光を十分に効率よく取り出すことができる。これにより、本実施形態の有機ＥＬ素子１０は十分に高い発光効率を示すものと推定される。
本実施形態の有機ＥＬ素子１０は、有機発光層４の末端領域においてキャリアのトラップを十分に抑制することができるので、その駆動電圧が比較的低くても、効果的に発光することができると推定される。
また、概して有機ＥＬ素子の有機発光層の末端領域に存在する材料は、発光層の中心付近に存在する材料と比較して、劣化しやすい傾向にある。したがって、その末端領域において発光するほど、発光層全体としての材料の劣化がより加速される傾向にある。しかしながら、本実施形態の有機ＥＬ素子１０は、有機発光層４の末端領域における発光を抑制する傾向にあるので、上記材料の劣化を十分に防ぐことができ、駆動寿命を一層長くする傾向にある。
さらに、従来の有機ＥＬ素子は、加熱により発光効率が低下する傾向にあるのに対し、本実施形態の有機ＥＬ素子１０は、加熱されても発光効率の低下を抑制できる傾向にある。これは、有機発光層がある程度加熱された場合に、上述したように有機発光層の末端領域がより劣化しやすいことに起因すると考えられる。本実施形態の有機ＥＬ素子１０は、有機発光層４の中間領域に比較して、末端領域の発光が加熱前から抑制されているため、その領域が劣化して発光し難くなったとしても、有機発光層４全体としての発光効率は低下しない傾向にあると考えられる。
連続駆動時及び加熱時の劣化が抑えられるもう一つの理由に、再結合領域の変化の抑制が挙げられる。すなわち、初期段階で中間領域において再結合、発光が起こっている場合でも、駆動及び、熱による注入電極もしくは注入層と発光層の界面のキャリア注入障壁が変化することにより、再結合領域が末端領域に移動してしまう場合がある。しかしながら、本実施形態の素子１０では、両注入界面の注入障壁が変化しても中間領域における高再結合領域のキャリアトラップにより、再結合領域は中間領域から移動してしまうことがない。従って、連続駆動、加熱した際でも安定した効率を保つことができる。
また、本実施形態の有機ＥＬ素子１０は、発光領域を有機発光層４中の特定の体積領域に限定することができるため、従来の有機ＥＬ素子と比較して、容易に光学設計を行うことができ、発光色の制御を比較的容易に行うことができる。そして、隣接するキャリア注入層３、５との界面付近での発光を抑制することにより、キャリア注入性の変化に伴う発光色の変化を防止することが可能となる。
（無機電子注入層５）
無機電子注入層５は、陰電極からの電子の注入を容易にする機能、及び電子を安定に輸送する機能及びホールを妨げる機能を有するものである。その構成材料としては、４ｅＶ以下の仕事関数を有する無機化合物が好ましく、１〜４ｅＶの仕事関数を有する無機化合物であるとより好ましい（第１成分）。具体的には、例えば、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓ及びＦｒから選択される１種以上のアルカリ金属元素、Ｍｇ、Ｃａ及びＳｒから選択される１種以上のアルカリ土類金属元素、またはＬａ及びＣｅから選択される１種以上のランタノイド系元素のいずれかの酸化物を含有すると好ましい。
無機電子注入層５は、陰電極からの電子の注入を容易にする機能、及び電子を安定に輸送する機能及びホールを妨げる機能を有するものである。その構成材料としては、４ｅＶ以下の仕事関数を有する無機化合物が好ましく、１〜４ｅＶの仕事関数を有する無機化合物であるとより好ましい（第１成分）。具体的には、例えば、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓ及びＦｒから選択される１種以上のアルカリ金属元素、Ｍｇ、Ｃａ及びＳｒから選択される１種以上のアルカリ土類金属元素、またはＬａ及びＣｅから選択される１種以上のランタノイド系元素のいずれかの酸化物を含有すると好ましい。
この無機電子注入層５は、有機発光層４へより効率的に電子を注入する観点から、さらにＺｎ、Ｓｎ、Ｖ、Ｒｕ、Ｓｍ及びＩｎから選択される１種以上の元素を含有すると好ましい（第２成分）。
無機電子注入層５には、他に、不純物として、Ｈやスパッタガスに用いるＮｅ、Ａｒ、ＫｒもしくはＸｅ等を比較的少量含有していてもよい。
なお、無機電子注入層５全体の平均値としてこのような組成であれば、均一でなくてもよく、膜厚方向に濃度勾配を有する構造としてもよい。
無機電子注入層５の形成方法としては、スパッタ法、蒸着法などの各種の物理的または化学的な薄膜形成方法などが考えられるが、スパッタ法が好ましい。なかでも、上記第１成分と第２成分のターゲットを別個にスパッタする多元スパッタを用いると好ましい。多元スパッタにすることで、それぞれのターゲットに好適なスパッタ法を用いることができる。また、１元スパッタとする場合には、第１成分と第２成分の混合ターゲットを用いてもよい。
無機電子注入層５の膜厚は、０．３〜３０ｎｍであると好ましく、１〜２０ｎｍ程度であるとより好ましい。電子注入層がこれより薄くても厚くても、電子注入層としての機能を十分に発揮できなくなる傾向にある。
（電子注入電極（陰極）６）
電子注入電極（陰極）６の構成材料としては、金属材料、有機金属錯体もしくは金属塩等が挙げられ、有機発光層４もしくは無機電子注入層５へ効率的且つ確実に電子を注入できるように、仕事関数が比較的低い材料を用いると好ましく、また透明であってもよい。。
電子注入電極（陰極）６の構成材料としては、金属材料、有機金属錯体もしくは金属塩等が挙げられ、有機発光層４もしくは無機電子注入層５へ効率的且つ確実に電子を注入できるように、仕事関数が比較的低い材料を用いると好ましく、また透明であってもよい。。
電子注入電極６を構成する金属材料の具体例としては、Ｌｉ、Ｎａ、ＫもしくはＣｓ等のアルカリ金属、あるいは、Ｍｇ、Ｃａ、ＳｒもしくはＢａ等のアルカリ土類金属が挙げられる。また、Ｌａ、Ｃｅ、Ｓｎ、ＺｎもしくはＺｒ等のアルカリ金属又はアルカリ土類金属と特性が近い金属を用いることもできる。さらには、上記金属材料の酸化物若しくはハロゲン化物を用いることもできる。さらに、上記材料を含む混合物若しくは合金であってもよく、これらを複数積層してもよい。
電子注入電極６の膜厚は電子を均一に注入できる程度であればよく、０．１ｎｍ以上とすればよい。
なお、電子注入電極６上には補助電極を設けてもよい。これにより、陰極の抵抗を低下できる傾向にあり、また、有機発光層４への水分又は有機溶媒の侵入を防止することができる傾向にある。補助電極の材料としては、仕事関数及び電荷注入能力に関する制限がないため、一般的な金属を用いることができるが、導電率が高く取り扱いが容易な金属を用いることが好ましい。
補助電極に用いられる材料としては、Ａｌ、Ａｇ、Ｉｎ、Ｔｉ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｍｏ、Ｗ、Ｐｔ、ＰｄもしくはＮｉ等が挙げられる。それらのなかでもＡｌもしくはＡｇ等の低抵抗の金属を用いると電子注入効率を更に高めることができる傾向にあるので、より好ましい。また、ＴｉＮ等の金属化合物を用いることにより一層高い封止性を得ることができる。これらの材料は、１種類を単独で用いてもよく、２種類以上を組み合わせてもよい。また、２種類以上の金属を用いる場合は合金として用いてもよい。このような補助電極は、例えば、真空蒸着法若しくはスパッタ法等によって形成可能である。
以上、本実施形態の有機ＥＬ素子について説明したが、本発明の有機ＥＬ素子はこれに限定されるものではない。
たとえば、別の実施形態の有機ＥＬ素子において、上記無機ホール注入層３及び／または無機電子注入層５を設けなくてもよく、上記電子注入電極及び／または無機電子注入層に代えて、無機電子注入輸送層を設けてもよい。この無機電子注入輸送層は、電子の注入を容易にする機能、電子を安定に輸送する機能及びホールを妨げる機能を有するものである。この層を用いることにより発光層における再結合を効率よく行わせることができる傾向にあるので、発光効率を改善することが可能となる。
このような無機電子注入輸送層は、主成分として酸化リチウム（Ｌｉ２Ｏ）、酸化ルビジウム（Ｒｂ２Ｏ）、酸化カリウム（Ｋ２Ｏ）、酸化ナトリウム（Ｎａ２Ｏ）、酸化セシウム（Ｃｓ２Ｏ）、酸化ストロンチウム（ＳｒＯ）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）及び酸化カルシウム（ＣａＯ）からなる群より選ばれる１種または２種以上を含有する。これらは単独で用いてもよいし、２種以上を組み合わせて用いてもよい。
また、これらのなかでは酸化ストロンチウムが最も好ましく、次いで酸化マグネシウム、酸化カルシウム、さらに酸化リチウムの順で好ましく、次いで酸化ルビジウム、次いで酸化カリウム及び酸化ナトリウムが好ましい。これらを組み合わせて用いる場合には、これらのなかで酸化ストロンチウムが４０モル％以上、または酸化リチウムと酸化ルビジウムの総計が４０モル％以上、特に５０モル％以上含有されていることが好ましい。
この無機電子注入輸送層は、安定剤としてＭｏ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｉｎ、Ｗ若しくはＲｕを含有するとより好ましい。これらはいずれか一種を用いてもよいし、二種以上を組み合わせて用いてもよい。
また、別の実施形態の有機ＥＬ素子は、上述した有機ＥＬ素子１０の基板上に積層された各層の順番が逆になっていてもよい。すなわち、基板上に電子注入電極、無機電子注入層、発光層、無機ホール注入層及びホール注入電極の順で積層されていてもよい。逆に積層することにより、基板とは反対側からの光取り出しが容易になる傾向にある。
本実施形態の有機ＥＬ素子の製造方法は、上述した本実施形態の有機発光層４の形成方法を用いる以外は、従来の有機ＥＬ素子の製造方法と同様にして行われるものである。したがって、本実施形態の有機ＥＬ素子の製造方法は、例えば以下のようにして行われる。
まず、用意した基板１上にスパッタ法若しくは蒸着法などの方法によりホール注入電極２を形成する。次いで、ホール注入電極２上に、スパッタ法若しくは蒸着法などを用いて無機ホール注入層３を形成する。続いて、有機発光層４を上述のようにして無機ホール注入層３上に形成する。そして、有機発光層４上に蒸着法若しくはスパッタ法などの方法により無機電子注入層５を形成し、さらにその上に、真空蒸着法、ＥＢ法若しくはスパッタ法などを用いて電子注入電極６を形成することにより、有機ＥＬ素子１０を得る。
以下、実施例により本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
（実施例１）
まず、用意したガラス基板上に、ホール注入電極としてＩＴＯを１００ｎｍの厚さに成膜し、パターニングした。
まず、用意したガラス基板上に、ホール注入電極としてＩＴＯを１００ｎｍの厚さに成膜し、パターニングした。
次いで、酸化ゲルマニウム（ＧｅＯ２）と酸化インジウム（Ｉｎ２Ｏ３）とが、酸化物換算で８５：１５のモル比で存在するゲルマニウムとインジウムとの複合酸化物をターゲットに用いて、ＲＦスパッタ法により、基板温度を２５℃に設定して、上記ＩＴＯ上に無機ホール注入層を形成した。この際の雰囲気ガスであるスパッタガス中には、アルゴンと酸素とが体積比で９０：１０の割合で混合されており、また、その全圧は０．１５Ｐａに調整されていた。なお、無機ホール注入層の膜厚は２ｎｍとなるように調整した。
続いて、発光層を以下のようにして上記無機ホール注入層上に形成した。まず、系内を減圧状態に維持したまま、基板の温度を２５℃に保ち、ホスト材料として下記式（１）で表される化合物（Ｉｐｈ＝５．８、Ｅａｈ＝２．８）を、無機ホール注入層上に真空蒸着させ、４０ｎｍの厚さを有する第１層状領域を形成した。次に、ホスト材料として下記式（１）で表される化合物と、ドーパント材料として下記式（２）で表される化合物（Ｉｐｄ＝５．２、Ｅａｄ＝２．６）とを、体積比で９０：１０の割合で、第１層状領域上に真空共蒸着させ、２０ｎｍの厚さを有する第２層状領域を形成した。そして、ホスト材料として下記式（１）で表される化合物（Ｉｐｈ＝５．８、Ｅａｈ＝２．８）を、第２層状領域上に真空蒸着させ、４０ｎｍの厚さを有する第３層状領域を形成し、発光層を得た。
さらに、系内を減圧状態に維持したまま、第１の電子注入電極としてＬｉＦを真空蒸着法により発光層上に形成した。この第１の電子注入電極の膜厚は０．５ｎｍであった。そして、第２の電子注入電極としてＭｇ−Ａｇ（Ｍｇ／Ａｇ＝９０／１０、質量比）を第１の電子注入電極上に、２００ｎｍの膜厚で成膜し、実施例１の有機ＥＬ素子を得た。
＜素子特性評価試験＞
上記のようにして得られた実施例１の有機ＥＬ素子について、真空中、室温にて、１００ｍＡ／ｃｍ２の定電流駆動時の駆動電圧及び初期輝度を測定したところ、駆動電圧は４．９Ｖ、初期輝度は９８２ｃｄ／ｍ２であった。
上記のようにして得られた実施例１の有機ＥＬ素子について、真空中、室温にて、１００ｍＡ／ｃｍ２の定電流駆動時の駆動電圧及び初期輝度を測定したところ、駆動電圧は４．９Ｖ、初期輝度は９８２ｃｄ／ｍ２であった。
（実施例２）
ドーパント材料として上記式（２）で表される化合物を用いる代わりに、下記式（３）で表される化合物（Ｉｐｄ＝５．５、Ｅａｄ＝３．２）を用いる以外は、実施例１と同様にして、実施例２の有機ＥＬ素子を得た。
ドーパント材料として上記式（２）で表される化合物を用いる代わりに、下記式（３）で表される化合物（Ｉｐｄ＝５．５、Ｅａｄ＝３．２）を用いる以外は、実施例１と同様にして、実施例２の有機ＥＬ素子を得た。
得られた実施例２の有機ＥＬ素子について、実施例１と同様にして素子特性評価試験を行ったところ、駆動電圧は５．１Ｖ、初期輝度は６７６ｃｄ／ｍ２であった。
（実施例３）
発光層の形成の際、まず、系内を減圧状態に維持したまま、基板の温度を２５℃に保持し、ホスト材料として上記式（１）で表される化合物を、無機ホール注入層上に真空蒸着させ、第１層状領域を形成した。このとき、第１層状領域の厚さを０〜９７ｎｍの範囲で変化させて形成した（９種類）。次に、ホスト材料として上記式（１）で表される化合物と、ドーパント材料として上記式（２）で表される化合物とを、体積比で９７：３の割合で、第１層状領域上に真空共蒸着させ、３ｎｍの厚さを有する第２層状領域を形成した。そして、ホスト材料として上記式（１）で表される化合物を、第２層状領域上に真空蒸着させ、発光層全体の膜厚が１００ｎｍとなるように第３層状領域を形成し、発光層を得た。それ以外は、実施例１と同様にして、第１層状領域及び第３層状領域の厚さが異なる実施例３の有機ＥＬ素子を９種類得た。
発光層の形成の際、まず、系内を減圧状態に維持したまま、基板の温度を２５℃に保持し、ホスト材料として上記式（１）で表される化合物を、無機ホール注入層上に真空蒸着させ、第１層状領域を形成した。このとき、第１層状領域の厚さを０〜９７ｎｍの範囲で変化させて形成した（９種類）。次に、ホスト材料として上記式（１）で表される化合物と、ドーパント材料として上記式（２）で表される化合物とを、体積比で９７：３の割合で、第１層状領域上に真空共蒸着させ、３ｎｍの厚さを有する第２層状領域を形成した。そして、ホスト材料として上記式（１）で表される化合物を、第２層状領域上に真空蒸着させ、発光層全体の膜厚が１００ｎｍとなるように第３層状領域を形成し、発光層を得た。それ以外は、実施例１と同様にして、第１層状領域及び第３層状領域の厚さが異なる実施例３の有機ＥＬ素子を９種類得た。
この実施例３の９種類の有機ＥＬ素子の初期輝度を測定し、外部量子効率を算出した。横軸を第１層状領域の厚さとし、縦軸を外部量子効率としたプロット図をその結果として図１３に示す。
（比較例１）
実施例１で形成した発光層に代えて、ホスト材料として上記式（１）で表される化合物と、ドーパント材料として上記式（２）で表される化合物とを、体積比で９０：１０の割合で、無機ホール注入層上に真空共蒸着させ、１００ｎｍの膜厚を有する発光層を形成した以外は、実施例１と同様にして、比較例１の有機ＥＬ素子を得た。
実施例１で形成した発光層に代えて、ホスト材料として上記式（１）で表される化合物と、ドーパント材料として上記式（２）で表される化合物とを、体積比で９０：１０の割合で、無機ホール注入層上に真空共蒸着させ、１００ｎｍの膜厚を有する発光層を形成した以外は、実施例１と同様にして、比較例１の有機ＥＬ素子を得た。
得られた比較例１の有機ＥＬ素子について、実施例１と同様にして素子特性評価試験を行ったところ、駆動電圧は６．４Ｖ、初期輝度は６２１ｃｄ／ｍ２であった。
（比較例２）
実施例２で形成した発光層に代えて、ホスト材料として上記式（１）で表される化合物と、ドーパント材料として上記式（３）で表される化合物とを、体積比で９０：１０の割合で、無機ホール注入層上に真空共蒸着させ、１００ｎｍの膜厚を有する発光層を形成した以外は、実施例２と同様にして、比較例２の有機ＥＬ素子を得た。
実施例２で形成した発光層に代えて、ホスト材料として上記式（１）で表される化合物と、ドーパント材料として上記式（３）で表される化合物とを、体積比で９０：１０の割合で、無機ホール注入層上に真空共蒸着させ、１００ｎｍの膜厚を有する発光層を形成した以外は、実施例２と同様にして、比較例２の有機ＥＬ素子を得た。
得られた比較例２の有機ＥＬ素子について、実施例１と同様にして素子特性評価試験を行ったところ、駆動電圧は６．１Ｖ、初期輝度は６７０ｃｄ／ｍ２であった。
１…基板、２…ホール注入電極（陽極）、３…無機ホール注入層、４…有機発光層、５…無機電子注入層、６…電子注入電極（陰極）、１０…有機ＥＬ素子、Ｐ…駆動電源。
Claims (16)
- 対向する電極間に、下記式（１）で表される関係を示すエネルギーギャップを有する、ホスト材料と、そのホスト材料よりも少ない含有割合のドーパント材料と、を含有する有機発光層を備え、
前記有機発光層において、
前記ホスト材料が２種以上含有される場合、前記ホスト材料の総量に対する各ホスト材料の含有割合が厚さ方向にほぼ一定であり、
前記電極に対向する各面を含む各末端領域の少なくとも一方が低再結合領域になるように、且つ、
前記末端領域で挟まれる中間領域が高再結合領域を含むように、前記ドーパント材料の前記含有割合に差異が設けられていることを特徴とする有機ＥＬ素子。
Ｅｇｈ−Ｅｇｄ＞０．０１ｅＶ …（１）
（式中、Ｅｇｈはホスト材料のエネルギーギャップを示し、Ｅｇｄはドーパント材料のエネルギーギャップを示す。） - 前記高再結合領域における前記ドーパント材料の含有割合が、０．０１〜１５質量％であることを特徴とする請求項１記載の有機ＥＬ素子。
- 前記高再結合領域における前記ドーパント材料の含有割合が、０．１〜１０質量％であることを特徴とする請求項１記載の有機ＥＬ素子。
- 前記高再結合領域における前記ドーパント材料の含有割合が、０．５〜５質量％であることを特徴とする請求項１記載の有機ＥＬ素子。
- それぞれの前記低再結合領域のうち少なくとも一つの領域における前記ドーパント材料の含有割合が、０．０１質量％未満である若しくは１５質量％を超えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の有機ＥＬ素子。
- それぞれの前記低再結合領域のうち少なくとも一つの領域における前記ドーパント材料の含有割合が、０．１質量％未満である若しくは１０質量％を超えることを特徴とする請求項１、３又は４のいずれ一項に記載の有機ＥＬ素子。
- それぞれの前記低再結合領域のうち少なくとも一つの領域における前記ドーパント材料の含有割合が、０．５質量％未満である若しくは５質量％を超えることを特徴とする請求項１又は４に記載の有機ＥＬ素子。
- それぞれの前記低再結合領域のうち前記少なくとも一つの領域が、前記電極のうちのホール注入電極側の前記末端領域であり、前記ホール注入電極側の末端領域内の低再結合領域のおける前記ドーパント材料と前記ホスト材料とが下記式（２）で表される関係を示すイオン化ポテンシャルを有することを特徴とする請求項５〜７のいずれか一項に記載の有機ＥＬ素子。
Ｉｐｈ＞Ｉｐｄ …（２）
（式中、Ｉｐｈはホスト材料のイオン化ポテンシャル、Ｉｐｄはドーパント材料のイオン化ポテンシャルをそれぞれ示す。） - 前記イオン化ポテンシャルが下記式（３）で表される関係を示すことを特徴とする請求項８記載の有機ＥＬ素子。
Ｉｐｈ−Ｉｐｄ＞０．３ｅＶ …（３） - それぞれの前記低再結合領域のうち前記少なくとも一つの領域が、前記電極のうちの電子注入電極側の前記末端領域であり、電子注入層側の末端領域内の低再結合領域における前記ドーパント材料と前記ホスト材料とが下記式（４）で表される関係を示す電子親和力を有することを特徴とする請求項５〜９のいずれか一項に記載の有機ＥＬ素子。
Ｅａｄ−Ｅａｈ＞０．０１ｅＶ …（４）
（式中、Ｅａｈはホスト材料の電子親和力、Ｅａｄはドーパント材料の電子親和力をそれぞれ示す。） - それぞれの前記低再結合領域のうち前記少なくとも一つの領域が、前記低再結合領域の両方であることを特徴とする請求項５〜７のいずれか一項に記載の有機ＥＬ素子。
- 前記ドーパント材料と前記ホスト材料とが下記式（５）で表される関係を示すイオン化ポテンシャルを有し、且つ、下記式（６）で表される関係を示す電子親和力を有することを特徴とする請求項１１記載の有機ＥＬ素子。
Ｉｐｈ＞Ｉｐｄ …（５）
Ｅａｄ−Ｅａｈ＞０．０１ｅＶ …（６）
（式（５）中、Ｉｐｈはホスト材料のイオン化ポテンシャル、Ｉｐｄはドーパント材料のイオン化ポテンシャルをそれぞれ示し、式（６）中、Ｅａｈはホスト材料の電子親和力、Ｅａｄはドーパント材料の電子親和力をそれぞれ示す。） - 前記高再結合領域が層状であり、前記中間領域内に２層以上含まれることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか一項に記載の有機ＥＬ素子。
- 前記末端領域の低再結合領域が、その全体に亘ってほぼ一定の厚さを有し、その厚さが０．１〜２０ｎｍであることを特徴とする請求項１〜１３のいずれか一項に記載の有機ＥＬ素子。
- 前記末端領域の低再結合領域の前記厚さが０．１〜１０ｎｍであることを特徴とする請求項１４記載の有機ＥＬ素子。
- ホスト材料を含みドーパント材料を含まない層状の第１低再結合領域を形成する第１工程と、前記第１低再結合領域上に前記ホスト材料及びドーパント材料を含む層状の高再結合領域を形成する第２工程と、前記高再結合領域上に前記ホスト材料を含みドーパント材料を含まない層状の第２低再結合領域を形成する第３工程と、により有機発光層を形成することを特徴とする有機ＥＬ素子の製造方法。
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