JP2007227117A - 有機電界発光素子 - Google Patents

Abstract

【課題】発光層におけるより広い膜厚領域で発光効率を最適化し、かつ正孔輸送層側への励起子の拡散を抑制することにより、りん光性発光材料の持つ高量子収率を十分に活かすことが可能で、これにより低消費電力化および高発光効率化が達成された有機電界発光素子を提供する。
【解決手段】陽極１３と陰極１７との間に、少なくとも有機材料からなる発光層を有する発光ユニット１５を狭持してなる有機電界発光素子１において、発光層が低濃度発光層（第1発光層）１５ｃ-2と、これよりも発光材料の含有量が多く低濃度発光層１５ｃ-2に隣接して設けられた高濃度発光層（第２発光層）１５ｃ-1とを備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、有機電界発光素子に関し、さらに詳しくは発光層にりん光性発光材料を用いた構成に好適な有機電界発光素子に関する。

有機材料のエレクトロルミネッセンス(electroluminescence）を利用した有機電界発光素子は、高速応答性優れ、低電圧直流駆動による高輝度発光が可能な発光素子として注目されている。

有機電界発光素子の基本的な構成は、陽極と陰極との間に、正孔輸送層や発光層等の有機層を積層させた発光ユニットを設けてなる。発光ユニットの構成は、例えば陽極側から順に、正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電子輸送層、さらには電子注入層等を必要に応じて積層してなり、各層がそれぞれ複数層で構成された構成もある。

このように構成された有機電界発光素子は、整流性を示し、陽極と陰極との間に電界を印加すると、陰極から注入された電子と陽極から注入された正孔とが発光層内で再結合して励起子が生じ、この励起子が基底状態に戻る際に発光が生じる。このため、正孔輸送層を設けた構成においては、この正孔輸送層が電子のブロッキング層の役割を果たし、発光層−正孔輸送層界面での再結合効率が上がり、発光効率が上がる。また、電子輸送層を設けた構成においては、発光と電子・正孔輸送が分離され、より効果的なキャリアブロッキング構成となり効率的な発光を行うことができる。

ところで、上述した一般な構成の有機電界発光素子においては、発光中心の分子の一重項励起子から基底状態になるときの蛍光が利用されていた。このようななか、近年では、一重項励起子よりも発生割合の高い三重項励起子から基底状態になるときに発生するりん光を利用した有機電界発光素子が注目されている。りん光を利用した有機電界発光素子は、原理的には蛍光を利用した有機電界発光素子に比べて４倍の１００％の発光収率が期待できる。

りん光を利用した有機電界発光素子における発光ユニットの構成としては、例えば陽極側から順に、（１）正孔輸送層、（２）発光層、（３）励起子拡散防止層、および（４）電子輸送層を積層した４層構成が開示されている。これらの各層を構成する材料の一例として、（１）正孔輸送層は、例えばＮ４，Ｎ４’−Ｄｉ−ｎａｐｈｔｈａｌｅｎe−１−ｙｌ−Ｎ４，Ｎ４’−ｄｉｐｈｅｎｙｌ−ｂｉｐｈｅｎｙｌ−４，４’−ｄｉａｍｉｎｅ（α−ＮＰＤ）で構成される。また（２）発光層は、例えば４，４’−Ｎ，Ｎ’−ｄｉｃａｒｂａｚｏｌｅ−ｂｉｐｈｅｎｙｌ（ＣＢＰ）からなるホスト材料中に、りん光性発光材料であるＩｒ（ｐｐｙ）3：イリジウム−フェニルピリジン錯体をドーパント材料として導入した構成が例示される。さらに（３）励起子拡散防止層は、２，９−ｄｉｍｅｔｈｙｌ−４，７−ｄｉｐｈｅｎｙｌ−１，１０−ｐｈｅｎａｎｔｈｒｏｌｉｎｅ（ＢＣＰ）で構成される。そして（４）電子輸送層は、アルミ−キノリノール錯体（Ａｌｑ３）で構成される（下記非特許文献１，２参照）。

Ｄ．Ｆ．Ｏ’Ｂｒｉｅｎら、"Ｉｍｐｒｏｖｅｄ ｅｎｅｒｇｙ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｉｎ ｅｌｅｃｔｒｏｐｈｏｓｐｈｏｒｅｓｃｅｎｔ ｄｅｖｉｃｅ"、「Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ」、（１９９９）、Ｖｏｌ７４、Ｎｏ３、ｐ４２２ Ｍ．Ａ．Ｂａｌｄｏら、"Ｖｅｒｙ ｈｉｇｈ−ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｇｒｅｅｎ ｏｒｇａｎｉｃ ｌｉｇｈｔ−ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｄｅｖｉｃｅｓｂａｓｄ ｏｎ ｅｌｅｃｔｒｏｐｈｏｓｐｈｏｒｅｓｃｅｎｃｅ"、「Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ」、（１９９９）、Ｖｏｌ７５、Ｎｏ１、ｐ４

しかしながら、上記りん光を用いた有機電界発光素子の構造では、りん光性発光材料の高い発光収率を十分に生かすことが困難であった。

近年の報告では、りん光性発光材料を含有する発光層と隣接する正孔輸送層の正孔輸送性材料の選択により、りん光の発光効率に差が出ることが明らかとなってきた。これはホール輸送層に用いる材料の三重項準位が、りん光性発光材料の三重項準位に比べ十分に高くないと、三重項励起子を有効に閉じ込めることができずに効率が低下してしまうものと考えられている。この結果から、りん光性発光材料を発光物質に用いる有機電界発光素子において、ホール輸送側による三重項励起子の閉じ込めにも注意を払わなくてはならないことが示唆された（第64回応用物理学会学術講演会予稿集 1a-YL-7参照）。

そこで本発明は、発光層におけるより広い膜厚領域で発光効率を最適化し、かつ正孔輸送層側への励起子の拡散を抑制することにより、発光材料の持つ高量子収率を十分に活かすことが可能で、これにより低消費電力化および高発光効率化が達成された有機電界発光素子を提供することを目的とする。

このような目的を達成するための本発明の有機電界発光素子は、陽極と陰極との間に、少なくとも有機材料からなる発光層を有する発光ユニットを狭持してなる有機電界発光素子であり、特には発光層が、第１発光層と第２発光層とを備えたことに特徴がある。そして、第２発光層は、第１発光層よりも発光材料の含有量が多く、第１発光層に隣接して設けられている。

このような構成の有機電界発光素子においては、第1発光層と第２発光層とにおける発光材料の含有量をそれぞれの量としたことで、これらの層が完全に区別して設けられる。これにより、第1発光層における発光材料の含有量を、発光効率が最適となる値に設定することで、第1発光層の膜厚方向の全域が高発光効率の領域となる。そして、第1発光層よりも発光材料の含有量が多い第２発光層は、第１発光層において高効率で発生した励起子が一方の電極側への拡散することを抑制するためのバリア層となる。

以上説明したように本発明の有機電界発光素子においては、発光層における広い膜厚領域で発光効率を最適化することが可能でありながらも、この発光層において発生した励起子の電極側への拡散を抑制することができる。これにより、例えばりん光性発光材料を用いた発光層においては、りん光性発光材料が持つ高量子収率を十分に活かすことが可能となる。この結果、有機電界発光素子の低消費電力化および高発光効率化を達成することが可能となる。

＜有機電界発光素子＞
図１は、本発明の有機電界発光素子を模式的に示す断面図である。この図に示す有機電界発光素子１は、基板１１上に、陽極１３、発光ユニット１５、および陽極１７順次積層してなる。このうち発光ユニット１５は、少なくとも有機材料からなる発光層を有する積層体であることとする。

以下、この有機電界発光素子１における各部の詳細な構成を、基板１１側から順に説明する。

基板１１は、ガラス、シリコン、プラスチック基板、さらにはＴＦＴ（thin film transistor）が形成されたＴＦＴ基板などからなり、特にこの有機電界発光素子１が基板１１側から発光を取り出す透過型である場合には、この基板２は光透過性を有する材料で構成されることとする。

このような基板１１上に形成された陽極１３は、仕事関数が高い材料を用いて構成されることが好ましい。このような材料として、例えば、ニッケル、銀、金、白金、パラジウム、セレン、ロジウム、ルテニウム、イリジウム、レニウム、タングステン、モリブデン、クロム、タンタル、ニオブやこれらの合金、酸化物、あるいは、酸化錫、ＩＴＯ、酸化亜鉛、酸化チタン等が用いられる。そして、このような材料からなる陽極１３は、必要に応じて積層構造としても良い。また、この有機電界発光素子１がキャビティ構造で構成され、例えば陽極１３と陰極１７とで反射させた光を陰極１７側から取り出す場合、陽極１３は、反射材料層を備えていることとする。

以上のような陽極１３に設けられた発光ユニット１５は、例えば陽極１３側から順に、正孔注入層１５ａ、正孔輸送層１５ｂ、高濃度発光層１５c-1、低濃度発光層１５c-2、キャビティ調整層１５ｄ、電子注入層１５eを積層してなる。そして本実施形態においては、上述したように、有機材料からなる発光層が、高濃度発光層１５c-1と低濃度発光層１５c-2との積層構成となっているところに特徴がある。またここでは、高濃度発光層１５c-1および低濃度発光層１５c-2は、りん光性発光材料を含有していることとする。

以下に各層の詳細な構成を説明する。

正孔注入層１５ａは、例えば、銅フタロシアニン（ＣｕＰｃ）、４，４’，４”−トリス(ナフチルフェニルアミノ)トリフェニルアミン（ＴＮＡＴＡ）、４，４’，４”−トリス[Ｎ−（３−メチルフェニルフェニルアミノ)トリフェニルアミン（ｍ−MTDATA）等、一般的な正孔注入性材料を用いて構成される。

また正孔輸送層１５ｂは、ベンジジン誘導体、スチリルアミン誘導体、トリフェニルメタン誘導体、ヒドラゾン誘導体などの、一般的な正孔輸送材料を用いて構成される。尚、上述した正孔注入層１５ａが、正孔輸送層１５ｂをかねても良い。

そして、高濃度発光層１５c-1および低濃度発光層１５c-2は、それぞれがホスト材料中にりん光性発光材料をドーパント材料として含有させた構成となっている。りん光性発光材料としては、Ｉｒ，Ｐｔ，Ｒｈ、Ｐｄ、Ｒｕ、Ｏｓを中心金属とした金属錯体が用いられ、具体的にはＩｒ（ｐｐｙ）3：イリジウム−フェニルピリジン錯体が例示される。そして、これらのりん光性発光材料のうち、それぞれの有機電界発光素子１において発生させる波長に合わせて、適宜選択された材料が用いられる。

また、ホスト材料としては、例えばカルバゾール系のホストが用いられ、具体的には4，4’-N,N'-dicarbazole-biphenyl（ＣＢＰ）が例示される。またこのほかにも、Bis-(2-methyl-8-quinolinolate)-4-(phenylphenolato)-aluminium（ＢＡｌｑ）等が例示される。尚、ホスト材料は、これらのりん光性発光材料のうち、それぞれの有機電界発光素子１において発生させる波長に合わせて、適宜選択された材料が用いられる。

ここで本実施形態においては、陽極１３側に設けられている高濃度発光層（請求項に示す第２発光層）１５c-1は、陰極１７側に設けられている低濃度発光層（請求項に示す第1発光層）１５ｃ-2よりも、りん光性発光材料の含有量が多いことが重要である。そして、これらの高濃度発光層１５c-1および低濃度発光層１５ｃ-2においては、りん光性発光材料の含有量を連続的に変化させずに、これらの界面で不連続にりん光性発光材料の含有量が変化した状態となっていることとする。以下、低濃度発光層１５ｃ-2、高濃度発光層１５ｃ-1の順に、詳しい構成を説明する。

先ず、低濃度発光層１５ｃ-2には、発光効率が最大となる量でりん光性発光材料が含有されていることとする。このようなりん光性発光材料の含有量は、低濃度発光層１５c-2に用いるりん光性発光材料とホスト材料とによって、それぞれ適する含有量に設定されることとする。また、このように発光効率が最大となる量でりん光発光材料が含有されている低濃度発光層１５ｃ-2は、発光効率が最大となる膜厚で構成されていることとする。

一方、高濃度発光層１５ｃ-1には、低濃度発光層１５ｃ-2において生じた励起子が、陽極１３側の正孔輸送層１５ｂに拡散することを充分に抑制できる程度に、りん光性発光材料が含有されていることとする。そして、高濃度発光層１５ｃ-1におけるりん光性発光材料の含有量は、後の実施例で説明するように低濃度発光層１５ｃ-2の３倍以下の量であることが好ましい。

また、このような量でりん光性発光材料が含有されている高濃度発光層１５ｃ-1は、低濃度発光層１５ｃ-2において生じた励起子が、陽極１３側の正孔輸送層１５ｂに拡散することを充分に抑制できる程度の膜厚で構成されていれば良い。このため後の実施例でも説明するように、高濃度発光層１５ｃ-1の膜厚は、低濃度発光層１５ｃ-2の膜厚以下の薄さであることが好ましい。

尚、以上説明した各構成の高濃度発光層１５c-1および低濃度発光層１５ｃ-2においては、それぞれの層を構成するホスト材料が同一であっても、異なっていても良い。ただし、りん光性発光材料は同一材料を用いていることとする。

そして、以上のように積層された高濃度発光層１５c-1および低濃度発光層１５c-2上のキャビティ調整層１５ｄは、この有機電界発光素子１がキャビティ構造で構成されている場合に設けられる層である。このキャビティ調整層１５ｄは、例えば、低濃度発光層１５c-2での発光が、陽極１３と陰極１７の間で共振して陰極１７側から取り出されるように、その光学膜厚が設定された層である。このようなキャビティ調整層１５ｄとしては、例えば蛍光性発光材料を含有する青色発光層が用いられる。

このような青色発光層をキャビティ調整層１５ｄとして用いた場合には、発光層における発光領域が電子注入層１５ｅ側によっている場合に特に有効であり、青色発光層を用いる事によってGreenもしくはRedの発光の再吸収を防ぎ、効果的に励起子の閉じ込めをすることができる。

そして電子注入層１５eは、2，9-dimethyl-4，7-diphenyl-1，10-phenanthroline（ＢＣＰ）などの、一般的な電子注入材料を用いて構成される。

尚、上述した発光ユニット１５の構成は、あくまでも一例であり、発光層１５c-1，１５ｃ-2以外の層は、必要に応じて設けられれば良く、さらに必要に応じて他の層を設けても良い。例えば、発光ユニット１５に設けられる他の層としては、発光層１５c-1，１５ｃ-2と電子注入層１５ｅとの間に励起子拡散防止層がある。

この励起子拡散防止層は、発光層内で生じた励起子が陰極１７側の電子注入層１５ｅに拡散することを防止するための層であり、上記ＢＣＰやＢＡｌｑなどの一般的な励起子拡散層に用いられる材料を用いて構成される。

以上のような構成の発光ユニット１５上に設けられる陰極１７は、仕事関数が小さい材料を用いて構成されることが好ましい。このような材料として、例えば、マグネシウム、カルシウム、インジウム、リチウム、アルミニウム、銀やこれらの合金が用いられる。そして、このような材料からなる陰極１７は、必要に応じて積層構造としても良い。また、この有機電界発光素子１がキャビティ構造で構成され、例えば陽極１３と陰極１７とで反射させた光を陰極１７側から取り出す場合、陰極１７は、半透過半反射材料層を備えていることとする。

尚、以上の構成は、基板１１側から陰極１７、発光ユニット１５、および陽極１３を積層させても良い。この場合であっても、発光ユニット１５の積層順は、陽極１３側に正孔注入層１５ａを設けた構成となることは同様である。

以上説明した構成の有機電界発光素子１では、発光材料の含有量が異なる高濃度発光層１５ｃ-1と低濃度発光層１５c-2とが、発光材料の含有量を連続的に変化させずに、これらの界面で不連続に発光材料の含有量が変化した状態、すなわちそれぞれが完全に区別された状態で積層して設けられている。このため、低濃度発光層１５ｃ-2における発光材料の含有量を、発光効率が最適となる値に設定することで、低濃度発光層１５ｃ-2の膜厚方向の全域が高発光効率の領域となる。また、低濃度発光層１５ｃ-2よりも発光材料の含有量が多い高濃度発光層１５ｃ-1が、低濃度発光層１５ｃ-2に接して陽極１３側に設けられている。これにより、この高濃度発光層１５ｃ-1は、低濃度発光層１５ｃ-2において高効率で発生した励起子が陽極１３側への拡散することを抑制するためのバリア層となる。

したがって、低濃度発光層１５ｃ-2における全ての膜厚領域で発光効率を最適化して最大限に励起子を発生させることが可能でありながらも、この低濃度発光層１５ｃ-2において発生した励起子の陽極１３電極側への拡散を抑制することができる。これにより、例えば発光材料として、上述したようなりん光性発光材料を用いた場合には、りん光性発光材料が持つ高量子収率を十分に活かすことが可能となる。この結果、有機電界発光素子１の低消費電力化および高発光効率化を達成することが可能となる。

＜表示装置＞
図２は、以上のような構成の有機電界発光素子１を用いた表示装置の一構成例を示す図である。

この図に示す表示装置は、赤（Ｒ）色の発光光を取り出す有機電界発光素子（以下、赤色素子）１ｒと、緑（Ｇ）色の発光光を取り出す有機電界発光素子（以下、緑色素子）１ｇと、青（Ｂ）色の発光光を取り出す有機電界発光素子（以下、青色素子）１ｂとを１組として基板１１上に配列したフルカラーの表示装置である。

これらの素子１ｒ，１ｇ，１ｂのうち、赤色素子１ｒと緑色素子１ｇとは、図１を用いて説明した有機電界発光素子１と同様の構成となっている。一方、青色素子ｂは、蛍光性発光材料を含有する発光層を用いた構成となっている。

以上のような各素子１ｒ，１ｇ，１ｂにおいては、発光層以外の各層は、同様の構成であることとする。

すなわち、陽極１３は、各素子１ｒ，１ｇ，１ｂにおいて同一工程で形成されたものであり、画素毎にパターン形成されている。また、その周縁を覆う状態で絶縁性パターン２１が設けられている。

さらに、陽極１３上に設けられた正孔注入層１５ａ，正孔輸送層１５ｂは、各素子１ｒ，１ｇ，１ｂに共通の層として設けられている。

そして、発光層は、赤色素子１ｒと緑色素子１とで個別の材料を用いてそれぞれの膜厚でパターン形成されており、図１を用いて説明したような高濃度発光層１５c-1と低濃度発光層１５c-2との積層構造となっている。

すなわち、赤色素子１ｒには、高濃度発光層１５c-1と低濃度発光層１５c-2との積層体がパターン形成されている。これらの発光層１５ｃ-1，１５ｃ-2は、赤色発光するりん光性発光材料を上述したそれぞれの含有量で含有し、上述した膜厚差を備えて構成されている。一例として、ホスト材料としてＢＡｌｑを用い、赤色発光するりん光性発光材料（ドーパント材料）としてbis(2-(2’-benzo[4,5-a]thienyl)pyridinato-N,C3’)iridium(acetylacetonate)(ｂｔｐ₂(acac))を用いた場合、高濃度発光層１５c-1のドープ濃度１５％（膜厚比）、低濃度発光層１５ｃ-2のドープ濃度６％（膜厚比）とする。

同様に、緑色素子１ｇにも、高濃度発光層１５c-1と低濃度発光層１５c-2との積層体がパターン形成されている。これらの発光層１５ｃ-1，１５ｃ-2は、緑色発光するりん光性発光材料を上述したそれぞれの含有量で含有し、上述した膜厚差を備えて構成されている。一例として、ホスト材料としてＣＢＰを用い、緑色発光するりん光性発光材料（ドーパント材料）としてＩｒ（ｐｐｙ）3を用いた場合、高濃度発光層１５c-1のドープ濃度１２％（膜厚比）、低濃度発光層１５ｃ-2のドープ濃度４．５％（膜厚比）とする。

以上のような高濃度発光層１５c-1と低濃度発光層１５c-2との積層構造のパターン形成は、マスク蒸着またはレーザ転写によって行われる。

一方、青色素子１ｂは、正孔輸送層１５ｂの上部に青色発光する蛍光性発光材料を含有する青色発光層１５ｄを備えている。青色発光層１５ｄの構成は特に限定されることはない。特に本実施形態においては、この青色発光層１５ｄが、赤色素子１ｒおよび緑色素子１ｇにおけるキャビティ調整層１５ｄとしても設けられ、赤色素子１ｒおよび緑色素子１ｇの低濃度発光層１５ｃ上を覆う状態で、各素子１ｒ，１ｇ，１ｂに共通の層として設けられていることとする。この青色発光層１５ｄは、青色の発光を陽極１３と陰極１７との間で共振させるように膜厚が調整されている。

このような青色発光層（キャビティ調整層）１５ｄの一例として、ホスト材料としたＡＤＮを用い、青色発光する蛍光性発光材料（ドーパント材料）としてＢＤ−０５２ｘ（出光興産株式会社：商品名）を用いた場合、ドープ濃度が５％（膜厚比）になるように、これらの材料を真空蒸着法により成膜した。

尚、赤色素子１ｒおよび緑色素子１ｇにおいては、各色の発光を陽極１３と陰極１７との間で共振させるように、青色発光層（キャビティ調整層）１５ｄを加えた高濃度発光層１５c-1および低濃度発光層１５c-2の膜厚が調整されていることとする。

そして、このような青色発光層１５ｄの上部に設けられた電子注入層１５ｅおよび陰極１７は、各素子１ｒ，１ｇ，１ｂに共通の層として設けられている。

以上説明した構成の表示装置２では、赤色素子１ｒおよび緑色素子１ｇにおける低濃度発光層１５ｃ-2の陰極１７側に接して、青色素子１ｂの青色発光層１５ｄを挿入する構成となっている。これにより、青色素子１ｂの青色発光層１５ｄを、そのまま赤色素子１ｒおよび緑色素子１ｇにおけるキャビティ調整層１５ｄとして機能させることができる。

そして、このような構成とすることにより、ＲＧＢ各色の発光素子を備えた表示装置２において、青色発光層１５ｄを青色素子１ｂ部のみに塗りわけする必要がなく、プロセスを簡便にすることが可能である。また、現時点においては、青色発光するりん光性発光材料として適する材料がない。このため、赤色素子１ｒおよび緑色素子１ｇをりん光発光、青色素子１ｂを蛍光発光とすることによって、りん光発光を利用したフルカラー表示装置２の実現が可能となり、またこのような表示装置１のコストを削減することができる。

次に、本発明の具体的な実施例、およびこれらの実施例に対する比較例の表示素子の製造手順と、これらの評価結果を説明する。

＜実施例１＞
ここでは、図１を用いて説明した構成の有機電界発光素子１を作製するに際して、高濃度拡散層１５ｃ-1と低濃度拡散層１５ｃ-2とにおける各りん光性発光材料の濃度を固定し、それぞれの膜厚を因子として変化させた各有機電界発光素子を作製した。

先ず、３０ｍｍ×３０ｍｍのガラス板からなる基板１１上に、Ａｇ合金（膜厚約１００ｎｍ）を形成し、その上部にホール注入性を高めるためＩＴＯを１０ｎｍの膜厚でスパッタ法によって形成し、２層構造の陽極１３を形成した。その後、マスクを用いた酸化シリコン（ＳｉＯ₂）の蒸着により、陽極１３における２ｍｍ×２ｍｍの発光領域以外を絶縁膜（図示省略）で覆い、有機電界発光素子用のセルを作製した。

次に、正孔注入層１５ａとして、下記構造式に示すＣｕＰｃを真空蒸着法により１０ｎｍ（蒸着速度０．２〜０．４ｎｍ／ｓｅｃ）の膜厚で形成した。尚、ＣｕＰｃは、ホール注入性の材料である。

そしてその上部に、正孔輸送層１５ｂとして、下記構造式に示すα-ＮＰＤを１５ｎｍ（蒸着速度０．２〜０．４ｎｍ／ｓｅｃ）の膜厚で形成した。尚、α-ＮＰＤは、ホール輸送性の材料である。

次に、高濃度発光層１５ｃ-1として、下記構造式に示すＣＢＰをホストにし、下記構造式に示すＩｒ（ｐｐｙ）₃をりん光性発光材料からなるドーパントとして用い、ドープ濃度が膜厚比で１２％になるように、これらの材料を真空蒸着法により成膜した。この時の膜厚は下記表１に記した。

次いで、低濃度発光層１５ｃ-2として、上記ＣＢＰをホストにし、上記Ｉｒ（ｐｐｙ）₃をりん光性発光材料からなるドーパントとして用い、ドープ濃度が膜厚比で４．５％になるように、これらの材料を真空蒸着法により成膜した。この時の膜厚は下記表１に記した。

その後、本デバイスの発光領域が電子注入層側によっている場合を考慮し、蛍光発光性の青色発光層をキャビティ調整層１５ｄとして形成した。これは、先に説明したようにこれにより、青色発光層であれば、エネルギー準位が高いため、GreenやRedの発光を再吸収することがないので、励起子の閉じ込め効果があるためである。ここでは、下記構造式に示すＡＤＮをホストにし、蛍光性発光材料となるドーパントとしてＢＤ−０５２ｘ（出光興産株式会社：商品名）を用い、ドープ濃度が膜厚比で５％になるように、これらの材料を真空蒸着法により成膜した。膜厚は上記表１に記した。

次いで、電子注入層１５ｆとして下記構造式に示すＢＣＰを真空蒸着法により４ｎｍ（蒸着速度０.１ｎｍ／ｓｅｃ）の膜厚で形成した。

以上のようにして正孔注入層１５ａ〜電子注入層１５ｅまでの各層を形成した後、陰極１７の第１層として、ＬｉＦを真空蒸着法により約０．３ｎｍ（蒸着速度〜０．０１ｎｍ／ｓｅｃ）の膜厚で形成し、次いで、第２層としてＭｇＡｇを真空蒸着法により１０ｎｍの膜厚で形成し、２層構造の陰極１７を設けた。

以上のようにして作製したサンプルｓｐ１〜ｓｐ２０の各有機電界発光素子のうち、表１に示したように、発光層が単層構造であるサンプルｓｐ１，ｓｐ６，…他は、本発明が適用されていない比較例となる。

＜評価結果＞
以上のようにして作製したサンプルｓｐ１〜ｓｐ２０の各有機電界発光素子について、１０ｍＡ／ｃｍ²の電流密度における発光効率（ｃｄ／Ａ）を測定した。この結果を図３に示す。

図３に示されるように、陽極１３側に設けた高濃度発光層１５c-1の膜厚が、低濃度発光層１５c-2の膜厚以下であれば、発光層を単層構造とした比較例（ｓｐ１，ｓｐ６，…他）よりも、発光効率が上昇することが確認された。また、この効果は、高濃度発光層１５c-1と低濃度発光層１５c-2との合計の膜厚によらずに同様に確認された。

そして、合計膜厚４０ｎｍ、高濃度発光層１５ｃ-1の膜厚１２ｎｍとしたサンプルｓｐ１７では発光効率５３ｃｄ／Ａであり、比較例となる一般的なデバイス構造のサンプルｓｐ１４の発光効率３８ｃｄ／Ａと比較して、４０％もの発光効率の向上を図ることができた。

＜実施例２＞
実施例１における有機電界発光素子１の作製手順において、を作製するに際して、高濃度拡散層１５ｃ-1の膜厚と、低濃度拡散層１５ｃ-2との膜厚およびりん光性発光材料のドープ濃度とを固定し、高濃度拡散層１５ｃ-1におけるりん光発光材料のドープ濃度を因子として変化させた以外は、実施例１と同様にして各有機電界発光素子を作製した。

高濃度拡散層１５ｃ-1の膜厚は８ｎｍ固定とし、りん光発光材料のドープ濃度はホスト材料に対する膜厚比として下記表２に示す各値とした。低濃度拡散層１５ｃ-2の膜厚は２８ｎｍ固定とし、低濃度拡散層１５ｃ-2におけるりん光発光材料のドープ濃度はホスト材料に対する膜厚比で４．５％固定とした。

以上のようにして作製したサンプルｓｐ２１〜ｓｐ２９の各有機電界発光素子のうち、表２に示したサンプルｓｐ２１は、２つの発光層のドープ濃度が同一である。このため、サンプルｓｐ２１は、実質的には高濃度発光層１５ｃ-1が設けられていない構成であり、本発明が適用されていない比較例となる。

＜評価結果＞
以上のようにして作製したサンプルｓｐ２１〜ｓｐ２９の各有機電界発光素子について、１０ｍＡ／ｃｍ²の電流密度における発光効率（ｃｄ／Ａ）を測定した。この結果を図４に示す。また、サンプルｓｐ２１〜ｓｐ２９の各有機電界発光素子について、駆動時間(Time）に対して、初期輝度を１とした場合の輝度（Normalized Luminance）の変化を測定した結果を図５に示す。

図４に示されるように、陽極１３側に配置した高濃度発光層１５ｃ-1におけるりん光性発光材料のドープ濃度を、低濃度発光層１５ｃ-2におけるりん光性発光材料のドープ濃度よりも高くしたｓｐ２２〜ｓｐ２９の有機電界発光素子においては、２つの発光層のドープ濃度が同一であるｓｐ２１の有機電界発光素子と比較して、より高い発光効率が得られていることがわかる。これは、高濃度発光層１５ｃ-1におけるドープ濃度を、低濃度発光層１５ｃ-2の７倍にまで高くしたｓｐ２９の有機電界発光素子でも同様であった。これにより、低濃度発光層１５ｃ-2の陽極１３側に高濃度発光層１５ｃ-1を設けることによる発光効率の向上の効果が確認された。

また図５に示されるように、高濃度発光層１５ｃ-1におけるドープ濃度を、低濃度発光層１５ｃ-2の３倍にまで高くしたｓｐ２４の有機電界発光においては、２つの発光層のドープ濃度が同一であるｓｐ２１の有機電界発光素子と同程度に高い寿命特性が得られていることがわかる。これに対して、高濃度発光層１５ｃ-1におけるドープ濃度を、低濃度発光層１５ｃ-2の５倍にまで高くしたｓｐ２７の有機電界発光においては、寿命特性が低下していることがわかる。これらのことから、高濃度発光層１５ｃ-1におけるりん光発光材料のドープ濃度を、低濃度発光層１５ｃ-2の３倍以下とすることで、寿命特性を高く維持できる効果が確認された。

実施形態の有機電界発光素子を模式的に示す断面図である。 実施形態の有機電界発光素子を用いた表示装置の一構成例を示す図である。 実施例１で作製した各有機電界発光素子においての高濃度発光層の膜厚に対する発光効率（ｃｄ／Ａ）のグラフである。 実施例２で作製した各有機電界発光素子においての高濃度発光層のドープ濃度に対する発光効率（ｃｄ／Ａ）のグラフである。 実施例２で作製した各有機電界発光素子においての駆動時間(Time）に対する輝度（Normalized Luminance）の変化を示すグラフである。

符号の説明

１…有機電界発光素子、１３…陽極、１５ｃ-1…高濃度発光層（第２発光層）、１５ｃ-2…低濃度発光層（第１発光層）、１５ｄ…キャビティ調整層（青色発光層）、１７…陰極

Claims (7)

1. 陽極と陰極との間に、少なくとも有機材料からなる発光層を有する発光ユニットを狭持してなる有機電界発光素子において、
   前記発光層は、第１発光層と、当該第１発光層よりも発光材料の含有量が多く当該第１発光層に隣接して設けられた第２発光層とを備えている
   ことを特徴とする有機電界発光素子。
2. 請求項１記載の有機電界発光素子において、
   前記第１発光層および第２発光層には、前記発光材料としてりん光性発光材料が含有されている
   ことを特徴とする有機電界発光素子。
3. 請求項２記載の有機電界発光素子において、
   前記陽極側から順に、前記第２発光層、前記第１発光層が配置されている
   ことを特徴とする有機電界発光素子。
4. 請求項１記載の有機電界発光素子において、
   前記第１発光層は、発光効率が最大となる量で前記発光材料が含有されている
   ことを特徴とする有機電界発光素子。
5. 請求項４記載の有機電界発光素子において、
   前記第２発光層は、前記第１発光層の３倍以下の量で前記発光材料が含有されている
   ことを特徴とする有機電界発光素子。
6. 請求項１記載の有機電界発光素子において、
   前記第２発光層の膜厚は、前記第１発光層の膜厚以下である
   ことを特徴とする有機電界発光素子。
7. 請求項１記載の有機電界発光素子にいて、
   前記第２発光層との間に前記第１発光層を介して青色発光層が設けられた
   ことを特徴とする有機電界発光素子。
   

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