JP2009188045A

JP2009188045A - 有機ｅｌ素子

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Publication number: JP2009188045A
Application number: JP2008024134A
Authority: JP
Inventors: Yukinori Kawamura; 幸則河村; Yutaka Terao; 豊寺尾; Makoto Kobayashi; 誠小林; Naoyuki Kanai; 直之金井; Ryohei Makino; 亮平牧野
Original assignee: Fuji Electric Holdings Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2008-02-04
Filing date: 2008-02-04
Publication date: 2009-08-20
Also published as: US20090243471A1; KR20090085520A; KR101428821B1; GB2456911A; GB0901403D0; TW200948184A; GB2456911B

Abstract

【課題】ドーパントの添加量の制御が容易であり、かつ流す電流の電流密度に依存しない安定な発光が得られる有機ＥＬ素子の提供。
【解決手段】第１電極と、正孔注入輸送層、有機発光層および電子注入輸送層を含む有機ＥＬ層と、第２電極とを含み、有機発光層は、正孔注入輸送層または電子注入輸送層のいずれかと接触する２つの外層と、２つの外層に挟持される内層とを有し、２つの外層はホスト材料および第１蛍光性ドーパントから構成され、内層はホスト材料、第１蛍光性ドーパントおよび第２蛍光性ドーパントから構成され、第１蛍光性ドーパントのバンドギャップは、前記第２蛍光性ドーパントのバンドギャップよりも大きいことを特徴とする有機ＥＬ素子。
【選択図】図１

Description

本発明は、有機ＥＬ素子に関する。特に、高精細度、高視認性、および優れた耐環境性を有し、かつ優れた多色表示を可能とする色変換方式有機ＥＬディスプレイに用いる有機ＥＬ素子に関する。

有機ＥＬ素子を用いてフルカラーディスプレイを実現する方法の１つに、色変換方式がある。色変換方式カラーディスプレイにおいては、各ピクセルの光源として青色または青緑色に発光する有機ＥＬ素子を用い、青色（Ｂ）ピクセルにおいては青色のカラーフィルタを用いて青色光を透過させ、赤色（Ｒ）ピクセルにおいては色変換層を用いて波長変換を行い赤色光を得る。緑色（Ｇ）ピクセルにおいては、用いる有機ＥＬ素子の発光色に応じて、緑色カラーフィルタを用いて緑色光を透過させるか、あるいは緑色光を発する色変換層を用いることによって、緑色光を得る。

有機ＥＬ素子は、ＲＧＢ各ピクセルの光源として共通に用いられる。カラーディスプレイとして使用する際には、白色を表示する際にＲＧＢ各ピクセルの駆動電流を可能な限り等しくすることが重要である。ＲＧＢ各ピクセル間で白色表示の際の駆動電流が大きく異なる場合、ディスプレイを長時間点灯した際に、ＲＧＢ各ピクセルにおける輝度の低下割合が変化し、その結果として色バランスが崩れる。これは、色再現性、特に長期使用の際の色再現性に関して、重大な欠陥となる。

色変換方式カラーディスプレイに用いられる際の有機ＥＬ素子の発光における赤色領域、緑色領域および青色領域それぞれの発光輝度には、ある程度のマージンがある。白色表示の際の駆動電流の均一化のために、有機ＥＬ素子のＲＧＢ各領域の発光輝度のバランスを補うことが必要である。この問題に関して、一般的には、有機ＥＬ素子の発光層にごく微量（０．１％以下）の赤色発光ゲストを添加し、有機ＥＬ素子の発光スペクトルを広帯域化して、ＲＧＢ各領域のバランスを改善することが試みられている。

たとえば、有機発光層を、青色発光層と赤色発光ゲストをドープされた緑色発光層とで構成することが提案されている（特許文献１参照）。この提案において、赤色発光ゲストのドープ量は１０^-3〜１０モル％であることが好ましいとされている。

また、１つまたは複数のバンドからなる有機発光層中に複数の発光ドーパントがドープされ、少なくとも１種の発光ドーパントがりん光発光性である有機ＥＬ素子が提案されている（特許文献２参照）。

特開平７−１４２１６９号公報特開２００４−５２２２７６号公報

しかしながら、ごく微量の赤色発光ゲストをドープする方法は、添加量が微量であるために添加量の制御が困難であり、単一の有機ＥＬ素子の発光面内の特性のバラツキ、および製造ロット間の性能のバラツキが大きくなるという問題点があった。

また、多層構成の有機発光層を用いる場合、有機ＥＬ素子に流す電流の電流密度が変化すると正孔−電子対の再結合による励起子の発生位置が変化し、それによって発光極大の位置ならびに発光極大における発光輝度が大きく変化する恐れがある。

したがって、本発明の課題は、上記の問題点を解決するために、ドーパントの添加量の制御が容易であり、かつ流す電流の電流密度に依存しない安定な発光が得られる有機ＥＬ素子を提供することである。

本発明の有機ＥＬ素子は、第１電極と、正孔注入輸送層、有機発光層および電子注入輸送層を含む有機ＥＬ層と、第２電極とを含み、前記有機発光層は、前記正孔注入輸送層または前記電子注入輸送層のいずれかと接触する２つの外層と、前記２つの外層に挟持される内層とを有し、前記２つの外層はホスト材料および第１蛍光性ドーパントから構成され、前記内層はホスト材料、第１蛍光性ドーパントおよび第２蛍光性ドーパントから構成され、前記第１蛍光性ドーパントのバンドギャップは、前記第２蛍光性ドーパントのバンドギャップよりも大きいことを特徴とする。ここで、前記２つの外層のそれぞれは、５ｎｍ以上の膜厚を有することが望ましい。また、有機発光層の２つの外層は、ホスト材料および第１蛍光性ドーパントの共蒸着によって形成ることができ、および有機発光層の内層は、ホスト材料、第１蛍光性ドーパントおよび第２蛍光性ドーパントの共蒸着によって形成することができる。

以上の構成を採ることによって、蛍光性ドーパント、特に第２蛍光性ドーパントの添加量を、有機発光層全体に均一にドープする場合に比較して１桁大きくすることが可能となり、それによって添加量の制御が容易となる。このことは、有機ＥＬ素子の発光面内における特性のバラツキ、および製造ロット間の性能のバラツキを抑制することを可能とする。また、第２蛍光性ドーパントを添加する位置を有機発光層の内層として、正孔注入輸送層および電子注入輸送層との界面から離隔することによって、電流密度依存性の少ない安定した発光スペクトルを得ることができる。

本発明の有機ＥＬ素子の一例を図１に示す。本発明の有機ＥＬ素子は、基板１０上に、第１電極２０、正孔注入輸送層３１、有機発光層３２、電子注入輸送層３３、および第２電極４０がこの順に積層されている。有機発光層３２は、正孔注入輸送層または電子注入輸送層のいずれかと接触する２つの外層３２ａと、２つの外層３２ａに挟持される内層３２ｂとで構成されている。なお、図１においては第１電極２０が陽極であり、第２電極４０が陰極である例を示している。

基板１０は、透明であっても不透明であってもよく、ガラス、シリコン、セラミック、各種プラスチック、各種フィルムなどを用いて形成することができる。後述するように、複数の独立して制御できる発光部を有する有機ＥＬ素子を作製する場合、基板１０の表面上の有機ＥＬ素子の発光部に対応する位置に、複数のスイッチング素子を設けてもよい。複数のスイッチング素子は、たとえばＴＦＴ、ＭＩＭなど当該技術において知られている任意の素子であってもよい。また、基板１０の表面上に、有機ＥＬ素子を駆動するための配線、駆動回路などをさらに設けてもよい。

第１電極２０および第２電極４０のいずれか一方は陽極であり、他方は陰極である。第１電極２０および第２電極４０は、いずれか一方が透明であることを条件として、透明であっても、反射性（不透過性）であってもよい。透明な電極は、たとえば、ＩＴＯ、酸化スズ、酸化インジウム、ＩＺＯ、酸化亜鉛、亜鉛−アルミニウム酸化物、亜鉛−ガリウム酸化物、またはこれらの酸化物に対してＦ、Ｓｂなどのドーパントを添加した導電性透明金属酸化物などを用いて形成することができる。一方、反射性の電極は、高反射率の金属、アモルファス合金、微結晶性合金を用いて形成さすることができる。高反射率の金属は、Ａｌ、Ａｇ、Ｍｏ、Ｗ、Ｎｉ、Ｃｒなどを含む。高反射率のアモルファス合金は、ＮｉＰ、ＮｉＢ、ＣｒＰおよびＣｒＢなどを含む。高反射率の微結晶性合金は、ＮｉＡｌなどを含む。

正孔の注入の容易さを考慮すると、陽極として用いる電極（第１電極２０または第２電極４０のいずれか）を透明とすることが望ましい。しかしながら、反射性の陽極が所望される場合は、前述の反射層材料からなる層と、前述の導電性透明金属酸化物からなる層との積層体を陽極として用いることができる。

また、陰極として用いる電極（第１電極２０または第２電極４０のいずれか）と有機ＥＬ層３０との界面に陰極バッファ層を設けて電子注入効率を向上させることができる。陰極バッファ層は、Ｌｉ、Ｎａ、ＫまたはＣｓなどのアルカリ金属、ＢａまたはＳｒなどのアルカリ土類金属、希土類金属、それら金属を含む合金、あるいはそれら金属のフッ化物などから形成することができる。特に透明性の陰極が所望される場合、透明性を確保する観点から、陰極バッファ層の膜厚を１０ｎｍ以下とすることが望ましい。一方、反射性の陰極が所望される場合には、前述の高反射率材料に対して、仕事関数が小さい材料であるリチウム、ナトリウム、カリウムなどのアルカリ金属、カルシウム、マグネシウム、ストロンチウムなどのアルカリ土類金属を添加して合金化した材料を用いて、反射性の陰極を形成してもよい。

また、第１電極２０および第２電極４０のそれぞれをストライプ形状の複数の部分電極で構成し、第１電極２０の部分電極のストライプが延びる方向と、第２電極４０の部分電極のストライプが延びる方向とを交差（好ましくは直交）させることによって、複数の独立して制御可能な発光部を有するパッシブマトリクス駆動型有機ＥＬ素子を得ることができる。あるいはまた、基板１０の上に複数のスイッチング素子を設け、第１電極２０をスイッチング素子と１対１に接続される複数の部分電極に分割し、第２電極４０を一体型の共通電極とすることによって、複数の独立して制御可能な発光部を有するアクティブマトリクス駆動型有機ＥＬ素子を得ることができる。

第１電極２０および第２電極４０は、用いる材料に依存するが、蒸着、スパッタ、イオンプレーティング、レーザーアブレーションなどの当該技術において知られている任意の手段を用いて形成することができる

正孔注入輸送層３１は、陽極からの正孔注入性に優れ、正孔輸送能力の高い材料を用いた単一の層として形成することができる。しかしながら、一般的には、陽極から有機層への正孔注入を促進する正孔注入層と、有機発光層３２へ電子を輸送する正孔輸送層の２層に分けて形成することが望ましい。２層構成の正孔注入輸送層３１を用いる場合、正孔注入層を陽極に接触させ、正孔輸送層を発光層３２に接触させる構造を採ることが望ましい。

正孔注入輸送層３１を形成するための材料としては、トリアリールアミン部分構造、カルバゾール部分構造、オキサジアゾール部分構造を有する材料など、一般に有機ＥＬ素子で用いられている正孔輸送材料を用いることができる。具体的には、正孔輸送材料は、たとえば、Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−Ｎ，Ｎ’−ビス（３−メチルフェニル）−１，１’−ビフェニル−４，４’−ジアミン（ＴＰＤ）、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラキス（４−メトキシフェニル）−ベンジジン（ＭｅＯ−ＴＰＤ）、４，４’，４”−トリス｛１−ナフチル（フェニル）アミノ｝トリフェニルアミン（１−ＴＮＡＴＡ）、４，４’，４”−トリス｛２−ナフチル（フェニル）アミノ｝トリフェニルアミン（２−ＴＮＡＴＡ）、４，４’，４”−トリス（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）、４，４’−ビス｛Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニルアミノ｝ビフェニル（ＮＰＢ）、２，２’，７，７’−テトラキス（Ｎ，Ｎ−ジフェニルアミノ）−９，９’−スピロビフルオレン（Ｓｐｉｒｏ−ＴＡＤ）、Ｎ，Ｎ’−ジ（ビフェニル−４−イル）−Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−（１，１’−ビフェニル）−４，４’−ジアミン（ｐ−ＢＰＤ）、トリ（ｏ−ターフェニル−４−イル）アミン（ｏ−ＴＴＡ）、トリ（ｐ−ターフェニル−４−イル）アミン（ｐ−ＴＴＡ）、１，３，５−トリス［４−（３−メチルフェニルフェニルアミノ）フェニル］ベンゼン（ｍ−ＭＴＤＡＰＢ）、４，４’，４”−トリス−９−カルバゾリルトリフェニルアミン（ＴＣＴＡ）等を含む。

正孔注入輸送層３１を正孔注入層および正孔輸送層の積層構造で形成する場合、正孔輸送層を前述の正孔輸送材料で形成し、正孔注入層を銅フタロシアニン錯体（ＣｕＰｃ）などを用いて形成することができる。あるいはまた、前述の正孔輸送材料に電子受容性ドーパントを添加（ｐ型ドーピング）した材料を用いて、正孔注入層を形成してもよい。用いることができる電子受容性ドーパントは、たとえば、テトラシアノキノジメタン誘導体などの有機半導体を含む。代表的なテトラシアノキノジメタン誘導体は、２，３，５，６−テトラフロロ−７，７，８，８−テトラシアノキノジメタン（Ｆ₄−ＴＣＮＱ）である。あるいはまた、酸化モリブデン（ＭｏＯ₃）、酸化タングステン（ＷＯ₃）、酸化バナジウム（Ｖ₂Ｏ₅）などの無機半導体を、電子受容性ドーパントとして用いることができる。

電子注入輸送層３３は、陰極からの電子注入性に優れ、電子輸送能力の高い材料を用いた単一の層として形成することができる。しかしながら、一般的には、陰極から有機層への電子注入を促進する電子注入層と、有機発光層３２へ電子を輸送する電子輸送層の２層に分けて形成することが望ましい。２層構成の電子注入・輸送層３３を用いる場合、電子注入層を陰極に接触させ、電子輸送層を有機発光層３２に接触させる構造を採ることが望ましい。

電子注入輸送層３３は、具体的には、３−フェニル−４−（１’−ナフチル）−５−フェニル−１，２，４−トリアゾール（ＴＡＺ）のようなトリアゾール誘導体；１，３−ビス［（４−ｔ−ブチルフェニル）−１，３，４−オキサジアゾール］フェニレン（ＯＸＤ−７）、２−（４−ビフェニリル）−５−（４−ｔ−ブチルフェニル）−１，３，４−オキサジアゾール（ＰＢＤ）、１，３，５−トリス（４−ｔ−ブチルフェニル−１，３，４−オキサジアゾリル）ベンゼン（ＴＰＯＢ）のようなオキサジアゾール誘導体；５，５’−ビス（ジメシチルボリル）−２，２’−ビチオフェン（ＢＭＢ−２Ｔ）、５，５’−ビス（ジメシチルボリル）−２，２’：５’２’−ターチオフェン（ＢＭＢ−３Ｔ）のようなチオフェン誘導体；アルミニウムトリス（８−キノリノラート）（Ａｌｑ₃）のようなアルミニウム錯体；４，７−ジフェニル−１，１０−フェナントロリン（ＢＰｈｅｎ）、２，９−ヂメチル−４，７−ジフェニル−１，１０−フェナントロリン（ＢＣＰ）のようなフェナントロリン誘導体；２，５−ジ−（３−ビフェニル）−１，１，−ジメチル−３，４−ジフェニルシラシクロペンタジエン（ＰＰＳＰＰ）、１，２−ビス（１−メチル−２，３，４，５−テトラフェニルシラシクロペンタジエニル）エタン（２ＰＳＰ）、２，５−ビス−（２，２−ビピリジン−６−イル）−１，１−ジメチル−３，４−ジフェニルシラシクロペンタジエン（ＰｙＰｙＳＰｙＰｙ）のようなシロール誘導体などの電子輸送材料を用いて形成することができる。

電子注入輸送層３３が電子注入層および電子輸送層の２層構成である場合、電子輸送層を前述の電子輸送材料で形成することができる。一方、電子注入層は、Ｌｉ₂Ｏ、ＬｉＯ、Ｎａ₂Ｓ、Ｎａ₂Ｓｅ、およびＮａＯなどのアルカリ金属カルコゲナイド、ＣａＯ、ＢａＯ、ＳｒＯ、ＢｅＯ、ＢａＳ、およびＣａＳｅなどのアルカリ土類金属カルコゲナイド、ＬｉＦ、ＮａＦ、ＫＦ、ＣｓＦ、ＬｉＣｌ、ＫＣｌおよびＮａＣｌなどのアルカリ金属ハロゲン化物、ＣａＦ₂、ＢａＦ₂、ＳｒＦ₂、ＭｇＦ₂およびＢｅＦ₂等のアルカリ土類金属のハロゲン化物、Ｃｓ₂ＣＯ₃等のアルカリ金属炭酸塩などを用いて形成することができる。これらの材料を用いて電子注入層を形成する場合、電子注入層の膜厚を０．５〜１．０ｎｍ程度にすることが望ましい。

あるいはまた、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｃｓ等のアルカリ金属、Ｃａ、Ｂａ、Ｓｒ、Ｍｇ等のアルカリ土類金属の薄膜（膜厚１．０〜５．０ｎｍ程度）を電子注入層として用いることもできる。

あるいはまた、前述の電子輸送材料中に、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｃｓ等のアルカリ金属、ＬｉＦ、ＮａＦ、ＫＦ、ＣｓＦ等のアルカリ金属ハロゲン化物、Ｃｓ₂ＣＯ₃等アルカリ金属炭酸塩をドープした材料を用いて、陰極からの電子注入を促進する電子注入輸送層３３を形成することができる。

本発明の有機発光層３２は、ホスト材料、第１蛍光性ドーパントおよび第２蛍光性ドーパントから形成される。本発明における「蛍光性ドーパント」とは、励起子からエネルギーを受容して一重項励起状態となり、一重項励起状態から基底状態への遷移の際に蛍光を発する化合物を意味する。第１蛍光性ドーパントは、青色から青緑色の発光を得るための化合物であり、第２蛍光性ドーパントは、赤色の発光を得るための化合物である。第１蛍光性ドーパントのバンドギャップ（Ｅ_g１）は、第２蛍光性ドーパントのバンドギャップ（Ｅ_g２）よりも大きい。用いることができる第１蛍光性ドーパントは、たとえば、ベンゾチアソール系、ベンゾイミダゾール系またはベンゾオキサゾール系の蛍光増白剤；金属キレート化オキソニウム化合物、スチリルベンゼン系化合物（４，４’−ビス（２，２’−ジフェニルビニル）ビフェニル（ＤＰＶＢｉ）など）；芳香族ジメチリディン系化合物などを含む。用いることができる第２蛍光性ドーパントは、たとえば、ルブレン、４−ジシアノメチレン−２−メチル−６−（ｐ−ジメチルアミノスチリル）−４Ｈ−ピランのようなシアニン色素、ルモゲンＦレッド、ナイルレッドなどの公知の材料を含む。

ホスト材料は、正孔注入輸送層から注入される正孔と、電子注入輸送層から注入される電子との再結合によって励起子を生成し、そのエネルギーを第１および第２蛍光性ドーパントに移動させる機能を有する化合物である。蛍光性ドーパントに一旦移動したエネルギーがホスト材料を介してカスケード移動することを防止するために、ホスト材料のバンドギャップ（Ｅ_gｈ）は、第１蛍光性ドーパントのバンドギャップ（Ｅ_g１）、および第２蛍光性ドーパントのバンドギャップ（Ｅ_g２）よりも大きいことが望ましい。本発明において用いることができるホスト材料は、たとえば、９，１０−ジ（２−ナフチル）アントラセン（β−ＡＤＮ）、２−メチル−９，１０−ジ（２−ナフチル）アントラセン（ＭＡＤＮ）、９，１０−ビス−（９，９−ジ（ｎ−プロピル）フルオレン−２−イル）アントラセン（ＡＤＦ）、９−（２−ナフチル）−１０−（９，９−ジ（ｎ−プロピル）−フルオレン−２−イル）アントラセン（ＡＮＦ）などのアントラセン系化合物を含む。

本発明の有機発光層３２は、正孔注入輸送層３１または電子注入輸送層３３のいずれかと接触する２つの外層３２ａと、２つの外層３２ａに挟持される内層３２ｂから構成される。外層３２ａは、ホスト材料および第１蛍光性ドーパントから構成される層である。一方、内層３２ｂは、ホスト材料、第１蛍光性ドーパントおよび第２蛍光性ドーパントから構成される層である。本発明において、外層３２ａは、５ｎｍ以上、好ましくは１０ｎｍ以上の膜厚を有することが必要である。

以上のような構成を有する有機発光層３２の中に、正孔注入輸送層および電子注入輸送層から、それぞれ正孔および電子が注入された際に、注入された正孔および電子はホスト材料分子上で再結合し励起子を生成する。この励起子は、有機発光層３２中を拡散しながら近傍に存在する励起エネルギーが低い蛍光性ドーパント分子にエネルギーを移動させる。そしてエネルギーを得た蛍光性ドーパントは、各ドーパント固有の発光色で発光する。この機構において、励起子の拡散距離は使用する材料の種類および濃度に依存するが、一般的には５ｎｍから１０ｎｍ程度である。

励起子の生成は、通常、有機発光層３２と正孔注入輸送層３１との界面、あるいは有機発光層３２と電子注入輸送層３３との界面のいずれかで行われる。なぜなら、有機発光層と隣接する層（正孔注入輸送層３１または電子注入輸送層３３のいずれか）との間に発生するＨＯＭＯまたはＬＵＭＯのバンドオフセットによって、正孔および電子が両界面のいずれかの近傍に蓄積されやすいためである。有機発光層３２／正孔注入輸送層３１の界面または有機発光層３２／電子注入輸送層３３の界面のいずれにおいて励起子が選択的に生成するかは、正孔および電子の注入バランスに支配されるため、有機ＥＬ素子を流れる電流の電流密度に依存する。

仮に、同数の第１および第２蛍光性ドーパントが有機発光層３２／正孔注入輸送層３１の界面および有機発光層３２／電子注入輸送層３３の界面に存在する場合には、励起子のエネルギーはＥ_g１よりも小さいＥ_g２を有する第２蛍光性ドーパントに選択的に移動する。その結果として、第１蛍光性ドーパントが発光せず、第２蛍光性ドーパントが選択的に発光することになる。従来は、この発光の不均一を解消するために、小さなＥ_g２を有する第２蛍光性ドーパントの添加量をごく微量に制御することを必要としていた。

これに対して、本発明の構成においては、有機発光層３２／正孔注入輸送層３１の界面および有機発光層３２／電子注入輸送層３３の界面は、ホスト材料と第１蛍光性ドーパントからなる外層３２ａで形成され、第２蛍光性ドーパントが存在しない。したがって、両界面のいずれかで発生した励起子の一部が外層３２ａ中で第１蛍光性ドーパントにエネルギーを与えて、第１蛍光性ドーパントを発光させる。また、生成した励起子の一部は、外層３２ａから内層３２ｂへと拡散し、内層３２ｂ中に存在する第２蛍光性ドーパントにエネルギーを与えて、第２蛍光性ドーパントを発光させる。以上のように、第２蛍光性ドーパントを含まない２つの外層３２ａと第２蛍光性ドーパントを含む内層３２ｂとを有する構成をとることによって、第１および第２蛍光性ドーパントの両者をバランス良く発光させることが可能となる。

このように、第１および第２蛍光性ドーパントが発光する位置を分離することによって、第２蛍光性ドーパントの添加量を、従来の有機発光層全体にわたって均一に添加する場合に比較して、１桁大きくすることができる。そして、添加量が増大したことによって添加量の制御が容易となり、第２蛍光性ドーパントの面内分布およびロット間格差を改善することができる。すなわち、有機ＥＬ素子の発光面内の発光輝度バラツキおよびロット間の発光輝度バラツキを抑制することができる。

加えて、有機発光層３２／正孔注入輸送層３１および有機発光層３２／電子注入輸送層３３の界面に位置する２つの外層３２ａに第２蛍光性ドーパントが存在しないことから、電流密度に依存する励起子の生成位置の変化による発光スペクトルの変化（すなわち発光色の変化）を抑制することができる。本発明の構成においては、いずれの界面に位置する外層３２ａにおいて励起子が生成されたとしても、当該位置の外層３２ａ中では第１蛍光性ドーパントの発光が起こり、および外層３２ａから内層３２ｂへと拡散した励起子によって第２蛍光性ドーパントの発光が起こるため、前述の作用効果が得られるのである。

有機ＥＬ層３０を構成する各層、すなわち正孔注入輸送層３１、有機発光層３２および電子注入輸送層３３は、蒸着法などの当該技術において知られている任意の方法を用いて形成することができる。有機発光層３２を構成する外層３２ａおよび内層３２ｂは、たとえば所定の材料の共蒸着によって形成することができる。

＜実施例１＞
最初に、スパッタ法を用いて、ガラス基板の全面にわたって膜厚２００ｎｍのＩＺＯ膜を堆積させた。次いで、レジスト剤「ＯＦＰＲ−８００」（東京応化工業製）を用いたフォトリソグラフィー法にてパターニングを行い、幅２ｍｍのストライプ形状を有する透明な第１電極を得た。

次いで、第１電極を形成したガラス基板を抵抗加熱蒸着装置内に装着し、正孔注入層および正孔輸送層からなる正孔注入輸送層を形成した。成膜に際して、真空槽内圧を１×１０^-4Ｐａまで減圧した。銅フタロシアニン（ＣｕＰｃ）を蒸着して膜厚１００ｎｍの正孔注入層を形成した。そして、４，４’−ビス［Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニル（α−ＮＰＤ）を蒸着して、膜厚２０ｎｍの正孔輸送層を形成した。

次いで、真空を破ることなしに、正孔注入輸送層の上に有機発光層を形成した。本実施例ではホスト材料としてβ−ＡＤＮ（Ｅ_gｈ＝３．０ｅＶ）を用い、第１蛍光性ドーパントとしてＤＰＶＢｉ（Ｅ_g１＝２．８ｅＶ）を用い、第２蛍光性ドーパントとしてルブレン（Ｅ_g２＝２．５ｅＶ）を用いた。最初に、β−ＡＤＮおよびＤＰＶＢｉを共蒸着して、膜厚１５ｎｍの第１の外層を形成した。この際、β−ＡＤＮの蒸着速度を１．９Å／ｓとし、ＤＰＶＢｉの蒸着速度を０．１Å／ｓとした。次いで、β−ＡＤＮ、ＤＰＶＢｉおよびルブレンを共蒸着して、膜厚５ｎｍの内層を形成した。この際、β−ＡＤＮおよびＤＰＶＢｉの蒸着速度を前述と同様とし、ルブレンの蒸着速度を０．０１Å／ｓとした。最後に、第１の外層と同様の条件を用いて、膜厚１５ｎｍの第２の外層を形成した。得られた外層および内層中の第１蛍光性ドーパント（ＤＰＶＢｉ）の含有量は５体積％であり、内層中の第２蛍光性ドーパント（ルブレン）の含有量は０．５体積％であった。

次いで、真空を破ることなしに、有機発光層の上にＡｌｑ₃を蒸着して膜厚２０ｎｍの電子注入輸送層を形成した。

次いで、真空を破ることなしに、電子注入輸送層の上に第２電極を形成した。第１電極のストライプと直交する方向に延びる幅２ｍｍのストライプ形状が得られるマスクを用いて、Ｍｇ／Ａｇ（質量比１０／１）を蒸着して、２００ｎｍの膜厚および２ｍｍの幅を有するストライプ形状の第２電極（反射性）を得た。

最後に、得られた積層体を、グローブボックス内の乾燥窒素雰囲気（酸素濃度および水分濃度の両方ともに１０ｐｐｍ以下）下において、封止ガラスおよびＵＶ硬化型接着剤を用いて封止し、有機ＥＬ素子を得た。

＜比較例１＞
有機発光層の形成を以下の手順で行ったことを除いて実施例１の手順を繰り返して、有機ＥＬ素子を得た。正孔注入輸送層の上に、β−ＡＤＮ、ＤＰＶＢｉおよびルブレンを共蒸着して、膜厚３５ｎｍの有機発光層を形成した。この際、β−ＡＤＮの蒸着速度を１．９Å／ｓとし、ＤＰＶＢｉの蒸着速度を０．１Å／ｓとし、ルブレンの蒸着速度を０．００１Å／ｓとした。得られた有機発光層は、５体積％の第１蛍光性ドーパント（ＤＰＶＢｉ）、および層全体にわたって均一に添加された０．０５％の第２蛍光性ドーパント（ルブレン）を含有した。

＜比較例２＞
ルブレンの蒸着速度を０．０１Å／ｓとしたことを除いて比較例１の手順を繰り返して、有機ＥＬ層を得た。得られた有機発光層は、５体積％の第１蛍光性ドーパント（ＤＰＶＢｉ）、および層全体にわたって均一に添加された０．５％の第２蛍光性ドーパント（ルブレン）を含有した。

＜評価＞
実施例１、比較例１および比較例２の手順を用いて、それぞれ５ロットの有機ＥＬ素子を測定した。作製された有機ＥＬ素子に、０．１Ａ／ｃｍ²の電流密度が得られる電圧を印加し、２ｍｍ×２ｍｍの発光領域をガラス基板側から観測して、その際の発光輝度（測定波長４００〜７００ｎｍ）を測定した。５ロットの有機ＥＬ素子の測定値の平均値を求め、平均値からの各ロットの素子の測定値のバラツキを評価した。結果を第１表に示す。

また、実施例１、比較例１および比較例２で得られた有機ＥＬ素子に種々の電流密度の電流を流した際の発光スペクトル変化を図２（比較例１）、図３（比較例２）、および図４（実施例１）に示した。なお、図２〜図４中に示した各スペクトルは、波長４７０ｎｍの発光強度を１とするように規格化して示した。ここで、波長４７０ｎｍ付近および波長５０４ｎｍ付近をピークとする発光が第１蛍光性ドーパント（ＤＰＶＢｉ）によるものであり、波長５７６ｎｍ付近の発光が第２蛍光性ドーパント（ルブレン）によるものである。さらに、電流密度と波長５７６ｎｍの発光強度（波長４７０ｎｍの発光強度で規格化）との関係を図５に示した。

図３および図５から分かるように、第２蛍光性ドーパントを比較的に大きい添加量で有機発光層全体に添加した比較例２の有機ＥＬ素子は、電流密度の変化に応じてその発光スペクトルが大きく変化し、安定した発光特性が得られていない。加えて、第１表に示すように、ロット間バラツキも許容可能とはいえないレベルである。

一方、図２および図５から分かるように、有機発光層全体に添加する第２蛍光性ドーパントの添加量を１桁小さくした比較例１の有機ＥＬ素子は、電流密度が変化しても、その発光スペクトルの変化は小さく、安定した発光特性が示した。しかしながら、第２蛍光性ドーパントの添加量がごく微量であるため、第１表に示すようにロット間の発光輝度のバラツキが大きい。すなわち、安定した発光特性を有する有機ＥＬ素子の大量生産が困難であるという製造上の問題点を呈する。

前述の比較例の有機ＥＬ素子に比較して、有機発光層を内層および２つの外層から構成し、第２蛍光性ドーパントを内層のみに添加した実施例１の有機ＥＬ素子は、電流密度が変化しても、その発光スペクトルの変化は小さく、安定した発光特性が示した。また、第１表に示すように、ロット間バラツキも抑制されていることが分かる。

本発明の有機ＥＬ素子を示す断面図である。比較例１の有機ＥＬ素子の発光スペクトルの電流密度依存性を示す図である。比較例２の有機ＥＬ素子の発光スペクトルの電流密度依存性を示す図である。実施例１の有機ＥＬ素子の発光スペクトルの電流密度依存性を示す図である。実施例１、比較例１および比較例２の有機ＥＬ素子の５７６ｎｍにおける発光輝度の電流密度依存性を示すグラフである。

符号の説明

１０基板
２０第１電極
３０有機ＥＬ層
３１正孔注入輸送層
３２有機発光層
３２ａ外層
３２ｂ内層
３３電子注入輸送層
４０第２電極

Claims

第１電極と、正孔注入輸送層、有機発光層および電子注入輸送層を含む有機ＥＬ層と、第２電極とを含む有機ＥＬ素子であって、
前記有機発光層は、前記正孔注入輸送層または前記電子注入輸送層のいずれかと接触する２つの外層と、前記２つの外層に挟持される内層とを有し、
前記２つの外層はホスト材料および第１蛍光性ドーパントから構成され、前記内層はホスト材料、第１蛍光性ドーパントおよび第２蛍光性ドーパントから構成され、
前記第１蛍光性ドーパントのバンドギャップは、前記第２蛍光性ドーパントのバンドギャップよりも大きい
ことを特徴とする有機ＥＬ素子。
前記２つの外層のそれぞれは、５ｎｍ以上の膜厚を有することを特徴とする請求項１に記載の有機ＥＬ素子。
前記外層は、ホスト材料および第１蛍光性ドーパントの共蒸着によって形成され、および前記内層は、ホスト材料、第１蛍光性ドーパントおよび第２蛍光性ドーパントの共蒸着によって形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の有機ＥＬ素子。