JPWO2015125653A1 - 有機エレクトロルミネッセンス素子、及び、有機エレクトロルミネッセンスパネル - Google Patents

有機エレクトロルミネッセンス素子、及び、有機エレクトロルミネッセンスパネル Download PDF

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Abstract

本発明は、発光効率及び生産性が高い有機ＥＬ素子と、上記有機ＥＬ素子を備える有機ＥＬパネルとを提供する。本発明の有機エレクトロルミネッセンス素子は、陽極と、正孔輸送層と、発光ユニットと、電子輸送層と、陰極とを順に有する有機エレクトロルミネッセンス素子であって、上記発光ユニットは、混合発光層を含み、かつ上記正孔輸送層と上記混合発光層との間、及び、上記電子輸送層と上記混合発光層との間の少なくとも一方に発光ドーパント層を含み、上記混合発光層は、第一の発光ホスト材料及び第一の発光ドーパント材料を含有し、上記発光ドーパント層は、実質的に第二の発光ドーパント材料のみからなり、上記混合発光層よりも薄いものである。

Description

本発明は、有機エレクトロルミネッセンス素子（以下、「有機ＥＬ素子」とも言う。）、及び、有機エレクトロルミネッセンスパネル（以下、「有機ＥＬパネル」とも言う。）に関する。より詳しくは、複数の色の光を発するのに適した構成を有する有機ＥＬ素子、及び、上記有機ＥＬ素子を備える有機ＥＬパネルに関するものである。
近年、有機材料の電界発光を利用した有機エレクトロルミネッセンス素子を備える有機ＥＬパネルが注目されている。有機ＥＬ素子は、陽極から注入された正孔と陰極から注入された電子とを両電極間に配置された発光層内で再結合させることによって発光する。有機ＥＬパネルは、薄型表示装置の表示パネルとして用いたときに、高コントラスト、低消費電力等の点で液晶表示装置に対する優位性がある。また、有機ＥＬパネルは、表示装置以外にも照明等の用途への展開も期待されている。
表示装置等の用途で利用するためには、有機ＥＬパネルは様々な色の光を発生できることが必要であり、白色光を発生できる有機ＥＬ素子構造が強く望まれている。従来、白色光を発生できる有機ＥＬ素子構造に関して、様々な提案されている。例えば、複数の有機ＥＬ素子を鉛直方向に積層し、単一の電源で駆動するタンデム方式と呼ばれる素子構造が知られている。タンデム方式としては、各有機ＥＬ素子が原色を発光するものが一般的であるが、白色光を発光する複数の有機ＥＬ素子を積層したものも知られている（例えば、特許文献１参照）。
その他に、複数色の発光層を互いに隣接させて積層する素子構造（例えば、特許文献２参照）や、発光ピーク波長が異なる２種以上の発光ドーパント材料を単一の発光層中に含有させる素子構造（例えば、特許文献３参照）が知られている。
特表２００８−５１１１００号公報 特表２００９−５３２８２５号公報 特開２０１１−２２８５６９号公報
図７は、従来のタンデム構造を有する有機ＥＬパネルの一例を示す断面模式図である。図７に示した有機ＥＬパネル２００Ａにおいて、基板２１０上に設けられた有機ＥＬ素子２２０Ａは、基板２１０側から順に、陽極２２２、第一の正孔注入層２２３、青色発光層２２６Ｂ、第一の電子注入層２２９、中間層２３１、第二の正孔注入層２２３、黄色発光層２２６Ｙ、第二の電子注入層２２９、及び、陰極２３０が積層された構造を有する。第一の正孔注入層２２３と青色発光層２２６Ｂとの間、及び、第二の正孔注入層２２３と黄色発光層２２６Ｙとの間にはそれぞれ正孔輸送層が設けられてもよく、青色発光層２２６Ｂと第一の電子注入層２２９との間、及び、黄色発光層２２６Ｙと第二の電子注入層２２９との間にはそれぞれ電子輸送層が設けられてもよい。
上述したようなタンデム構造の有機ＥＬ素子２２０Ａでは、中間層２３１の上下で発光位置が完全に分離されるため、キャリアバランスを取りやすいが、正孔と電子を受け渡す中間層２３１に適した材料の選択が難しい。このため、駆動電圧が高い、中間層でのキャリア損失により発光効率が低下する等の課題があった。また、後述する図８に示した素子構造に比べて、層の数が２〜３倍必要になるため、生産性が低いという課題もあった。
図８は、従来の複数色の発光層を積層した構造を有する有機ＥＬパネルの一例を示す断面模式図である。図８に示した有機ＥＬパネル２００Ｂにおいて、基板２１０上に設けられた有機ＥＬ素子２２０Ｂは、基板２１０側から順に、陽極２２２、正孔注入層２２３、青色発光層２２６Ｂ、赤色発光層２２６Ｒ、緑色発光層２２６Ｇ、電子注入層２２９、及び、陰極２３０が積層された構造を有する。正孔注入層２２３と青色発光層２２６Ｂとの間には正孔輸送層が設けられてもよく、緑色発光層２２６Ｇと電子注入層２２９との間には電子輸送層が設けられてもよい。
図８に示した有機ＥＬ素子２２０Ｂでは、発光位置を制御することによって、青色発光層２２６Ｂ、赤色発光層２２６Ｒ及び緑色発光層２２６Ｇの３層全てにおいて、それぞれの色の発光材料を効率よく発光させることは難しく、発光効率が低いという課題があった。
また、２種以上の発光ドーパント材料を単一の発光層中に含有させる素子構造においても、複数種の発光ドーパント材料を共蒸着する必要があるため、発光ドーパント材料同士の相互作用によって失活しやすく、発光効率が低下してしまうという課題があった。
本発明は、上記現状に鑑みてなされたものであり、発光効率及び生産性が高い有機ＥＬ素子と、上記有機ＥＬ素子を備える有機ＥＬパネルとを提供することを目的とするものである。
本発明者らは、比較的単純な構造によって発光効率の高い有機ＥＬ素子を実現する方法について種々検討した結果、発光ホスト材料及び発光ドーパント材料の両方を含有する混合発光層と、実質的に発光ドーパント材料のみからなり、かつ混合発光層よりも薄く形成した発光ドーパント層とを積層した発光ユニットを設けることによって、キャリアの再結合領域の構成を最適化でき、高い発光効率を得ることが可能となることを見出した。これにより、上記課題をみごとに解決することができることに想到し、本発明に到達したものである。
すなわち、本発明の一態様は、陽極と、正孔輸送層と、発光ユニットと、電子輸送層と、陰極とを順に有する有機エレクトロルミネッセンス素子であって、上記発光ユニットは、混合発光層を含み、かつ上記正孔輸送層と上記混合発光層との間、及び、上記電子輸送層と上記混合発光層との間の少なくとも一方に発光ドーパント層を含み、上記混合発光層は、第一の発光ホスト材料及び第一の発光ドーパント材料を含有し、上記発光ドーパント層は、実質的に第二の発光ドーパント材料のみからなり、上記混合発光層よりも薄い有機エレクトロルミネッセンス素子であってもよい。
本発明の別の一態様は、基板と、上記基板上に配置された上記有機エレクトロルミネッセンス素子とを有する有機エレクトロルミネッセンスパネルであってもよい。
本発明の有機ＥＬ素子によれば、発光ホスト材料及び発光ドーパント材料の両方を含有する混合発光層の近傍に、実質的に発光ドーパント材料のみからなる発光ドーパント層を薄膜として設けることにより、混合発光層を複数積層する構成よりも、各層間の界面でキャリアの障壁を生じにくくすることができる。また、キャリアの再結合領域を薄くすることもできる。これによって、混合発光層及び発光ドーパント層中の発光ドーパント材料を効率良く発光させ、高い発光効率を得ることができる。
更に、上記発光ドーパント層は、発光ドーパント材料のみを短時間の蒸着等によって成膜することによって形成できる。したがって、本発明の有機ＥＬ素子は、混合発光層を複数積層するような従来構成と比べて生産性も高いものである。
また、本発明の有機ＥＬパネルは、高い発光効率と生産性を両立した有機ＥＬ素子を備えるものであることから、生産性に優れ、低消費電力及び高輝度の表示装置、照明装置等を実現できるものである。
実施例１の有機ＥＬパネルを示す断面模式図である。 実施例２の有機ＥＬパネルを示す断面模式図である。 実施例３の有機ＥＬパネルを示す断面模式図である。 実施例４の有機ＥＬパネルを示す断面模式図である。 実施例５の有機ＥＬパネルを示す断面模式図である。 実施例６の有機ＥＬパネルを示す断面模式図である。 従来のタンデム構造を有する有機ＥＬパネルの一例を示す断面模式図である。 従来の複数色の発光層を積層した構造を有する有機ＥＬパネルの一例を示す断面模式図である。
本明細書中、有機エレクトロルミネッセンスは、「有機ＥＬ」とも表記する。また、有機ＥＬ素子は、一般に、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ：Ｏｒｇａｎｉｃ Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）とも呼ばれるものである。
以下に実施例を掲げ、本発明について図面を参照して更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。また、各実施例の構成は、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜組み合わされてもよいし、変更されてもよい。
［実施例１］
実施例１の有機ＥＬパネルは、基板側から順に、陽極、正孔注入層、正孔輸送層、発光ユニット、電子輸送層、電子注入層及び陰極を有する有機ＥＬ素子を備えるものである。発光ユニットは、混合発光層と、混合発光層の両側にそれぞれ配置された発光ドーパント層とを含む。本明細書では、正孔輸送層側の発光ドーパント層を「第一の発光ドーパント層」と記載し、電子輸送層側の発光ドーパント層を「第二の発光ドーパント層」と記載し、両方を指す場合は単に「発光ドーパント層」と記載する。以上のように、発光ユニットは、正孔輸送側から順に、第一の発光ドーパント層、混合発光層、第二の発光ドーパント層が積層された構造を有するものである。
図１は、実施例１の有機ＥＬパネルを示す断面模式図である。図１に示された有機ＥＬパネル１００Ａにおいて、基板１１０上に設けられた有機ＥＬ素子１２０Ａは、基板１１０側から順に、反射電極１２１、陽極１２２、正孔注入層１２３、正孔輸送層１２４、第一の発光ドーパント層１２５、混合発光層１２６Ａ、第二の発光ドーパント層１２７、電子輸送層１２８、電子注入層１２９、及び、陰極１３０Ａが積層された構造を有する。第一の発光ドーパント層１２５、混合発光層１２６Ａ及び第二の発光ドーパント層１２７は、発光ユニット１４０Ａを構成する。
基板１１０としては、ガラス基板、プラスチック基板等を用いることができる。基板１１０として、折り曲げ可能なプラスチック基板を用いると、フレキシブルな有機ＥＬパネルを得ることができる。図１には図示していないが、基板１１０には薄膜トランジスタが設けられている。薄膜トランジスタを反射電極１２１に電気的に接続することにより、有機ＥＬ素子１２０Ａの駆動を制御している。
本実施例の有機ＥＬパネル１００Ａでは、陽極１２２の下に配置された反射電極１２１が光反射性を有し、透明陰極１３０Ａが光透過性を有する。すなわち、本実施例の有機ＥＬ素子１２０Ａは、陰極１３０Ａ側から光を出射するトップ・エミッション型素子である。図１中の矢印は、有機ＥＬ素子１２０Ａから発せられる光の進行方向を示している。
反射電極１２１の材料としては、銀（Ａｇ）を用いた。反射電極１２１としては、光反射性を有する電極を用いることができ、上記のものに代えて、例えば、アルミニウム（Ａｌ）層、インジウム（Ｉｎ）層を用いてもよい。反射電極１２１の厚さは１００ｎｍとした。
陽極１２２の材料としては、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ：Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）を用いた。陽極１２２の厚さは５０ｎｍとした。
正孔注入層１２３としては、ジピラジノ［２,３−ｆ：２‘，３’−ｈ］キノキサリン−２，３，６，７，１０，１１−ヘキサカルボニトリル（ＨＡＴ−ＣＮ）を用いた。正孔注入層１２３の材料としては、通常の有機ＥＬ素子で用いられるのと同様の正孔注入材料を用いることができる。正孔注入層１２３の厚さは１０ｎｍとした。
正孔輸送層１２４の材料としては、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）を用いた。α−ＮＰＤの正孔移動度μｈは、１０−３〜１０−４ｃｍ２／Ｖｓｅｃであり、ＬＵＭＯは、約−２．４ｅＶである。正孔輸送層１２４の材料としては、通常の有機ＥＬ素子で用いられるのと同様の正孔輸送材料を用いることができるが、第一の発光ドーパント層１２５及び混合発光層１２６Ａに含有される全ての材料と比べて、最低空軌道（ＬＵＭＯ：Ｌｏｗｅｓｔ Ｕｎｏｃｃｕｐｉｅｄ Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｏｒｂｉｔａｌ）準位が０．１ｅＶ以上高いものが好適に用いられる。正孔輸送層１２４の厚さは２０ｎｍとした。
第一の発光ドーパント層１２５は、実質的に発光ドーパント材料（第二の発光ドーパント材料）のみからなる。すなわち、第一の発光ドーパント層１２５における第二の発光ドーパント材料の濃度は１００重量％又は実質的に１００重量％である。ここで、発光ドーパント層における発光ドーパント材料の濃度が実質的に１００重量％であるとは、発光ドーパント材料以外に発光ドーパント層の特性に影響を及ぼす材料を含有しないことを意味し、発光ドーパント材料以外の微量の不純物を含有してもよいが、発光ホスト材料を３重量％以上含有しないことが好ましい。
第一の発光ドーパント層１２５中の第二の発光ドーパント材料としては、蛍光ドーパント材料又は燐光ドーパント材料のどちらでも用いることができる。本実施例では、発光ドーパント材料として、トリス（２−フェニルピリジナート）イリジウム（ＩＩＩ）（Ｉｒ（ｐｐｙ）３）を用いた。第一の発光ドーパント層１２５中の第二の発光ドーパント材料は、１種類であっても、２種類以上であってもよいが、１種類であることが好ましい。
また、第一の発光ドーパント層１２５は、混合発光層１２６Ａよりも薄く、島状に形成されている。すなわち、正孔輸送層１２４と混合発光層１２６Ａとが直に接する部分がある。発光ドーパント層は、蒸着時間を短くするだけで島状に形成することができる。具体的には、最大膜厚が１ｎｍ以下の極薄膜を蒸着によって形成すると、形成された膜は島状になる。第一の発光ドーパント層１２５の最も厚い部分の厚さ（最大膜厚）は０．２ｎｍとした。第一の発光ドーパント層１２５の最大膜厚の好ましい下限は、０．１ｎｍであり、好ましい上限は、１ｎｍであり、より好ましい上限は、０．５ｎｍである。
第一の発光ドーパント層１２５は、第二の発光ドーパント材料を蒸着することによって形成できる。
第一の発光ドーパント層１２５において、第二の発光ドーパント材料の濃度を１００重量％又は実質的に１００重量％とし、かつ島状に形成することによって、（１）濃度消光が起き、発光効率が低下すること、（２）キャリア輸送が阻害され、駆動電圧が上昇し、かつ発光効率が低下すること、等を防止することができる。
混合発光層１２６Ａは、少なくとも１種類の発光ホスト材料（第一の発光ホスト材料）及び少なくとも１種類の発光ドーパント材料（第一の発光ドーパント材料）を含有する層である。本実施例では、正孔輸送性が高い燐光材料系の４，４’−Ｎ，Ｎ’−ジカルバゾール−ビフェニル（ＣＢＰ）を第一の発光ホスト材料として含有し、Ｉｒ（ｐｉｃ）３を第一の発光ドーパント材料として含有する混合物層を用いた。ＣＢＰの正孔移動度μｈは、１０−３〜１０−６ｃｍ２／Ｖｓｅｃ、電子移動度μｅは、１０−８〜１０−１０ｃｍ２／Ｖｓｅｃであり、ＬＵＭＯは、約−２．６ｅＶであり、ＨＯＭＯは、約−５．３ｅＶである。ＣＢＰとＩｒ（ｐｉｃ）３の重量比は０．９：０．１とした。
混合発光層１２６Ａは電子輸送性とホール輸送性が同程度のバイポーラ特性であることが好ましく、第一の発光ホスト材料の正孔移動度μｈと電子移動度μｅの関係が、０．０１＜μｅ／μｈ＜１００を満たすことが好ましく、０．１＜μｅ／μｈ＜１０を満たすことがより好ましい。例えば、第一の発光ホスト材料が複数種の発光ホスト材料で構成される場合には、各発光ホスト材料の個々の正孔移動度μｈ及び電子移動度μｅから、最大の正孔移動度μｈと最大の電子移動度μｅとを選び出して対比したときに上記関係式を満たすことが好ましい。正孔移動度μｈ及び電子移動度μｅは、例えば、タイムオブフライト法により求めることができ、具体的には、光励起キャリア移動度測定装置（住友重機械工業社製、商品名：ＴＯＦ−４０１）等の測定装置を用いて測定できる。第一の発光ホスト材料として、電子輸送性の材料と正孔輸送性の材料の混合物を用いてもよい。
第一の発光ドーパント材料としては、蛍光ドーパント材料又は燐光ドーパント材料のどちらでも用いることができる。
混合発光層１２６Ａの厚さは５ｎｍとした。混合発光層１２６Ａの膜厚の好ましい下限は２ｎｍであり、好ましい上限は１０ｎｍであり、より好ましい上限は５ｎｍである。
混合発光層１２６Ａは、第一の発光ホスト材料及び第一の発光ドーパント材料を共蒸着することによって形成できる。
第二の発光ドーパント層１２７は、実質的に発光ドーパント材料（第二の発光ドーパント材料）のみからなる。すなわち、第二の発光ドーパント層１２７における第二の発光ドーパント材料の濃度は１００重量％又は実質的に１００重量％である。
第二の発光ドーパント層１２７中の第二の発光ドーパント材料としては、蛍光ドーパント材料又は燐光ドーパント材料のどちらでも用いることができる。本実施例では、［ビス（３，５−ジフルオロ−２−（２−ピリジルフェニル−（２−カルボキシピリジル）イリジウム（ＩＩＩ）］（ＦＩｒｐｉｃ）を用いた。第二の発光ドーパント層１２７中の第二の発光ドーパント材料は、１種類であっても、２種類以上であってもよいが、１種類であることが好ましい。また、第二の発光ドーパント層１２７中の第二の発光ドーパント材料は、第一の発光ドーパント層１２５中の第二の発光ドーパント材料と同じ種類のものを含んでいてもよいが、第一の発光ドーパント層１２５中の第二の発光ドーパント材料と第二の発光ドーパント層１２７中の第二の発光ドーパント材料とは異なる種類のものであることが好ましい。
第二の発光ドーパント層１２７は、混合発光層１２６Ａよりも薄く、島状に形成されている。すなわち、電子輸送層１２８と混合発光層１２６Ａとが直に接する部分がある。第二の発光ドーパント層１２７の最も厚い部分の厚さ（最大膜厚）は０．２ｎｍとした。第二の発光ドーパント層１２７の最大膜厚の好ましい下限は、０．１ｎｍであり、好ましい上限は、１ｎｍであり、より好ましい上限は、０．５ｎｍである。
第二の発光ドーパント層１２７は、第二の発光ドーパント材料を蒸着することによって形成できる。
なお、混合発光層１２６Ａ中の第一の発光ドーパント材料、第一の発光ドーパント層１２５及び第二の発光ドーパント層１２７中の第二の発光ドーパント材料は、各々の層が３原色の異なる色を発光できるように選択されることが好ましく、任意の組み合わせとすることができる。
電子輸送層１２８の材料としては、バトフェナントロリン（Ｂｐｈｅｎ：Ｂａｔｈｏｐｈｅｎａｎｔｈｒｏｌｉｎｅ）を用いた。電子輸送層１２８の材料としては、通常の有機ＥＬ素子で用いられるのと同様の電子輸送材料を用いることができるが、混合発光層１２６Ａ及び第二の発光ドーパント層１２７に含有される全ての材料と比べて、最高被占軌道（ＨＯＭＯ：Ｈｉｇｈｅｓｔ Ｏｃｃｕｐｉｅｄ Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｏｒｂｉｔａｌ）準位が０．１ｅＶ以上低いものが好適に用いられる。Ｂｐｈｅｎの電子移動度μｅは、１０−４〜１０−５ｃｍ２／Ｖｓｅｃであり、ＨＯＭＯは、約−６．３ｅＶである。電子輸送層層１２８の厚さは３０ｎｍとした。
電子注入層１２９の材料としては、フッ化リチウム（ＬｉＦ）を用いた。電子注入層１２９の材料としては、通常の有機ＥＬ素子で用いられるのと同様の電子注入材料を用いることができる。電子注入層１２９の厚さは１ｎｍとした。
陰極１３０Ａとしては、Ａｇ及びマグネシウム（Ｍｇ）を含有する層を用いた。ＡｇとＭｇの含有比率は、重量基準で、０．９：０．１とした。陰極１３０Ａの材料としては、光透過性及び導電性を有する材料を用いることができ、上記のものに代えて、例えば、ＩＴＯ、インジウム亜鉛酸化物（ＩＺＯ：Ｉｎｄｉｕｍ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ）を用いてもよい。陰極１３０Ａの厚さは２０ｎｍとした。
本実施例では、発光ユニット１４０Ａが以下の特徴を有している。
・発光ホスト材料と発光ドーパント材料とを共蒸着して形成される混合発光層１２６Ａは１層だけとし、複数の混合発光層を積層する代わりに、実質的に発光ドーパント材料のみからなる発光ドーパント層（第一の発光ドーパント層１２５及び第二の発光ドーパント層１２７）を設けている。
・混合発光層１２６Ａは、薄膜であり、かつバイポーラ特性である。
・第一の発光ドーパント層１２５及び第二の発光ドーパント層１２７は、島状の極薄膜である。
・正孔輸送層１２４のＬＵＭＯ準位が高く、電子輸送層１２８のＨＯＭＯ準位が低く、発光ユニット１４０Ａからキャリアを逃がさずにブロックし、発光効率を向上させている。
上記特徴を有することから、本実施例の発光ユニット１４０Ａは、混合発光層を３層積層した従来型の発光ユニットと比べて、発光ホスト材料を含む層同士の界面における障壁が存在しないので、各層間の界面でキャリアの障壁が生じにくい。また、発光ユニット１４０Ａの厚さが薄くされている。以上の理由で、第一の発光ドーパント層１２５、混合発光層１２６Ａ及び第二の発光ドーパント層１２７の３層の全体にキャリアが広がりやすく、３層の全体をキャリアの再結合領域として活用することができる。その結果、３層に含まれる３種類の発光ドーパント材料の全てを効率良く発光させ、高い発光効率を得ることができる。また、画素ごとに陽極の厚さを変えるようにパターニングすれば、画素ごとに異なる色の光を取り出すことができる。したがって、複数の発光層、及び、それらの間の中間層を設けない簡単な構造によって、白色表示可能なデバイスを実現できる。
［実施例２］
実施例１は、トップ・エミッション型の有機ＥＬパネルに関するものであったが、ボトム・エミッション型の有機ＥＬパネルに、本発明の構成を適用することも可能である。実施例２は、ボトム・エミッション型の有機ＥＬパネルに関し、一対の電極の構成以外は、実施例１の有機ＥＬパネルと同様の構成を有する。
図２は、実施例２の有機ＥＬパネルを示す断面模式図である。図２に示された有機ＥＬパネル１００Ｂにおいて、基板１１０上に設けられた有機ＥＬ素子１２０Ｂは、基板１１０側から順に、陽極１２２、正孔注入層１２３、正孔輸送層１２４、第一の発光ドーパント層１２５、混合発光層１２６Ａ、第二の発光ドーパント層１２７、電子輸送層１２８、電子注入層１２９、及び、陰極１３０Ｂが積層された構造を有する。図２中の矢印は、有機ＥＬ素子１２０Ｂから発せられる光の進行方向を示している。
本実施例において、陽極１２２の材料としては、ＩＴＯを用いた。陽極１２２の厚さは１００ｎｍとした。
本実施例において、陰極１３０Ｂの材料としては、アルミニウム（Ａｌ）を用いた。陰極１３０Ｂの厚さは１００ｎｍとした。
本実施例においても、実施例１と同様に、第一の発光ドーパント層１２５、混合発光層１２６Ａ及び第二の発光ドーパント層１２７の３層の全体にキャリアの再結合領域が広がり、３層に含まれる３種類の発光ドーパント材料の全てを効率良く発光させることができる白色表示可能なデバイスを実現できる。
［実施例３］
実施例１では、混合発光層１２６Ａ中の第一の発光ホスト材料として、正孔輸送性が高いＣＢＰを用いたが、本発明において、混合発光層は、２種類以上の発光ホスト材料を含んでもよい。実施例３は、第一の発光ホスト材料として、正孔輸送性が高いＣＢＰと、電子輸送性が高い２，２’，２” −（１，３，５−Ｂｅｎｚｉｎｅｔｒｉｙｌ）−ｔｒｉｓ（１−ｐｈｅｎｙｌ−１−Ｈ−ｂｅｎｚｉｍｉｄａｚｏｌｅ（ＴＰＢＩ）とを１：１の重量比で混合させたものを用いたこと以外は、実施例１の有機ＥＬパネルと同様の構成を有する。
図３は、実施例３の有機ＥＬパネルを示す断面模式図である。図３に示された有機ＥＬパネル１００Ｃにおいて、基板１１０上に設けられた有機ＥＬ素子１２０Ｃは、基板１１０側から順に、反射電極１２１、陽極１２２、正孔注入層１２３、正孔輸送層１２４、第一の発光ドーパント層１２５、混合発光層１２６Ｂ、第二の発光ドーパント層１２７、電子輸送層１２８、電子注入層１２９、及び、陰極１３０Ａが積層された構造を有する。第一の発光ドーパント層１２５、混合発光層１２６Ｂ及び第二の発光ドーパント層１２７は、発光ユニット１４０Ｂを構成する。図３中の矢印は、有機ＥＬ素子１２０Ｃから発せられる光の進行方向を示している。
本実施例では、混合発光層１２６Ｂとして、正孔輸送性が高いＣＢＰ及び電子輸送性が高いＴＰＢＩを第一の発光ホスト材料として含有し、Ｉｒ（ｐｉｃ）３を第一の発光ドーパント材料として含有する混合物層を用いた。ＴＰＢＩの電子移動度μｅは、１０−５〜１０−６ｃｍ２／Ｖｓｅｃ程度であり、ＬＵＭＯは、約−２．８ｅＶであり、ＨＯＭＯは、約−５．７ｅＶである。ＣＢＰ、ＴＰＢＩ及びＩｒ（ｐｉｃ）３の重量比は０．４５：０．４５：０．１とした。混合発光層１２６Ｂの厚さは５ｎｍとした。
本実施例においても、実施例１と同様に、第一の発光ドーパント層１２５、混合発光層１２６Ｂ及び第二の発光ドーパント層１２７の３層の全体にキャリアの再結合領域が広がり、３層に含まれる３種類の発光ドーパント材料の全てを効率良く発光させることができる白色表示可能なデバイスを実現できる。また、混合発光層１２６Ｂのバイポーラ性を混合発光層１２６Ａよりも高めているので、更なる高効率化を実現できる。
［実施例４］
実施例１では、混合発光層１２６Ａの両側に、第一の発光ドーパント層１２５及び第二の発光ドーパント層１２７を配置したが、本発明において、発光ドーパント層は、混合発光層の片側のみに配置してもよい。実施例４は、第一の発光ドーパント層１２５、混合発光層１２６Ａ及び第二の発光ドーパント層１２７によって構成される発光ユニット１４０Ａの代わりに、第一の発光ドーパント層を含まず、かつ混合発光層の材料が変更された発光ユニットを用いたこと以外は、実施例１の有機ＥＬパネルと同様の構成を有する。
図４は、実施例４の有機ＥＬパネルを示す断面模式図である。図４に示された有機ＥＬパネル１００Ｄにおいて、基板１１０上に設けられた有機ＥＬ素子１２０Ｄは、基板１１０側から順に、反射電極１２１、陽極１２２、正孔注入層１２３、正孔輸送層１２４、混合発光層１２６Ｃ、第二の発光ドーパント層１２７、電子輸送層１２８、電子注入層１２９、及び、陰極１３０Ａが積層された構造を有する。混合発光層１２６Ｃ及び第二の発光ドーパント層１２７は、発光ユニット１４０Ｃを構成する。図４中の矢印は、有機ＥＬ素子１２０Ｄから発せられる光の進行方向を示している。
本実施例では、混合発光層１２６Ｃとして、正孔輸送性が高いＣＢＰを第一の発光ホスト材料として含有し、Ｉｒ（ｂｚｑ）３を第一の発光ドーパント材料として含有する混合物層を用いた。ＣＢＰ及びＩｒ（ｂｚｑ）３の重量比は０．９：０．１とした。混合発光層１２６Ｃの厚さは５ｎｍとした。
本実施例においては、第一の発光ドーパント層１２５が設けられていないが、混合発光層１２６Ｃに、中間色である黄色を発光する材料を用いることにより、青色を発光する第二の発光ドーパント層１２７との組み合わせによって、白色表示可能なデバイスを実現できる。第一の発光ドーパント層１２５を省略して構成を簡略化できる利点があるが、ディスプレイ用途では単色の色再現性が充分でないおそれもあり、照明用途に特に適している。また、混合発光層１２６Ｃ及び第二の発光ドーパント層１２７の２層の全体にキャリアの再結合領域が広がり、２層に含まれる２種類の発光ドーパント材料の全てを効率良く発光させることができる。
［実施例５］
実施例５は、混合発光層１２６Ａと第二の発光ドーパント層１２７との間に、第一の発光ホスト材料を含有するブロック層を挿入したこと以外は、実施例１の有機ＥＬパネルと同様の構成を有する。
図５は、実施例５の有機ＥＬパネルを示す断面模式図である。図５に示された有機ＥＬパネル１００Ｅにおいて、基板１１０上に設けられた有機ＥＬ素子１２０Ｅは、基板１１０側から順に、反射電極１２１、陽極１２２、正孔注入層１２３、正孔輸送層１２４、第一の発光ドーパント層１２５、混合発光層１２６Ａ、ブロック層１３１、第二の発光ドーパント層１２７、電子輸送層１２８、電子注入層１２９、及び、陰極１３０Ａが積層された構造を有する。第一の発光ドーパント層１２５、混合発光層１２６Ａ、ブロック層１３１及び第二の発光ドーパント層１２７は、発光ユニット１４０Ｄを構成する。図５中の矢印は、有機ＥＬ素子１２０Ｅから発せられる光の進行方向を示している。
発光ドーパント材料の種類によっては、混合発光層で発生した励起子と発光ドーパント層で発生した励起子同士が相互作用し、失活してしまい、発光効率が低下する場合がある。このため、本実施例では、混合発光層１２６Ａと第二の発光ドーパント層１２７との間にブロック層１３１を挿入することによって、混合発光層１２６Ａ中の第一の発光ドーパント材料と第二の発光ドーパント層１２７中の第二の発光ドーパント材料とが接触しないようにしており、これによって励起子同士の相互作用による失活を防止し、発光効率を更に向上している。
ブロック層１３１の材料としては、電子及び正孔の両キャリアを輸送できる材料であれば特に限定されず、例えば、ＴＰＤ、ＴＣＴＡ等の正孔輸送材料、Ａｌｑ３、ＢＣＰ等の電子輸送材料を用いてもよいが、ドーパント材料を励起させやすいことから発光ホスト材料が好適に用いられる。ブロック層１３１に用いられる発光ホスト材料としては、混合発光層１２６Ａに含まれる第一の発光ホスト材料を用いてもよいし、混合発光層１２６Ａに含まれていない発光ホスト材料（第二の発光ホスト材料）を用いてもよいし、第一の発光ホスト材料と第二の発光ホスト材料を併用してもよい。本実施例では、ブロック層１３１の材料として、第一の発光ホスト材料に相当するＣＢＰを用いた。
ブロック層１３１の材料は、正孔移動度μｈと電子移動度μｅの関係において、０．０１＜μｅ／μｈ＜１００を満たすことが好ましく、０．１＜μｅ／μｈ＜１０を満たすことがより好ましい。例えば、ブロック層１３１が第一の発光ホスト材料と第二の発光ホスト材料の両方を含有する場合には、第一及び第二の発光ホスト材料の個々の正孔移動度μｈ及び電子移動度μｅから、最大の正孔移動度μｈと最大の電子移動度μｅとを選び出して対比したときに上記関係式を満たすことが好ましい。また、ブロック層１３１の材料が第二の発光ホスト材料のみである場合には、第二の発光ホスト材料としては、正孔移動度μｈと電子移動度μｅの関係が、０．０１＜μｅ／μｈ＜１００を満たす材料が好適であり、０．１＜μｅ／μｈ＜１０を満たす材料がより好適である。ブロック層１３１の厚さは５ｎｍとした。
本実施例では、電子輸送層１２８の材料は、混合発光層１２６Ａ及び第二の発光ドーパント層１２７に含有される全ての材料、及び、ブロック層１３１に含有される全ての材料と比べて、ＨＯＭＯ準位が０．１ｅＶ以上低いものが好適に用いられる。
本実施例においても、実施例１と同様に、第一の発光ドーパント層１２５、混合発光層１２６Ｂ及び第二の発光ドーパント層１２７の３層の全体にキャリアの再結合領域が広がり、３層に含まれる３種類の発光ドーパント材料の全てを効率良く発光させることができる白色表示可能なデバイスを実現できる。
なお、本実施例では、ブロック層１３１は、混合発光層１２６Ａに対して電子輸送層１２８側のみに設けられたが、混合発光層１２６Ａに対して正孔輸送層１２４側のみに設けられてもよく、混合発光層１２６Ａに対して電子輸送層１２８側及び正孔輸送層１２４側の両側に設けられてもよい。正孔輸送層１２４側にブロック層１３１が設けられる場合には、正孔輸送層１２４の材料は、第一の発光ドーパント層１２５及び混合発光層１２６Ａに含有される全ての材料、及び、ブロック層１３１に含有される全ての材料と比べて、ＬＵＭＯ準位が０．１ｅＶ以上高いものが好適に用いられる。
［実施例６］
実施例６では、白色表示の原理を説明する。実施例６は、陽極の構成を変更したこと以外は、実施例１の有機ＥＬパネルと同様の構成を有する。
図６は、実施例６の有機ＥＬパネルを示す断面模式図である。図６に示された有機ＥＬパネル１００Ｆにおいて、基板１１０上に設けられた有機ＥＬ素子１２０Ｆは、基板１１０側から順に、反射電極１２１、陽極１２２、正孔注入層１２３、正孔輸送層１２４、第一の発光ドーパント層１２５、混合発光層１２６Ａ、第二の発光ドーパント層１２７、電子輸送層１２８、電子注入層１２９、及び、陰極１３０Ａが積層された構造を有しており、陽極１２２は、画素ごとに設けられており、青の画素の陽極１２２Ｂ、緑の画素の陽極１２２Ｇ及び赤の画素の陽極１２２Ｒを含む。図６中の矢印は、有機ＥＬ素子１２０Ｆから発せられるＲＧＢの３原色の光の進行方向を示している。
青の画素の陽極１２２Ｂは、厚さ２０ｎｍのＩＴＯ膜からなり、緑の画素の陽極１２２Ｇは、厚さ６０ｎｍのＩＴＯ膜からなり、赤の画素の陽極１２２Ｒは、厚さ１００ｎｍのＩＴＯ膜からなる。実施例６の有機ＥＬパネルでは、画素ごとに陽極１２２の厚さに差が付けられているので、画素ごとに異なる光学干渉が生じ、異なる色の光を取り出すことができる。ディスプレイ用途では、ＲＧＢの３原色の組み合わせによって様々な色の表示を行うことから、実施例６の構成は、ディスプレイ用途に適したものである。また、画素ごとに陽極１２２の厚さに差を設けることは、高精細の蒸着マスクがなくても実現可能である。
［付記］
以下に、本発明に係る有機ＥＬ素子の好ましい態様の例を挙げる。各例は、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜組み合わされてもよい。
上記発光ドーパント層の厚みは、１ｎｍ以下であってもよい。これによって、発光ドーパント層を島状に形成することができ、発光ユニット内の全体にキャリアを拡げ、効率良く発光させることができる。
上記第一の発光ホスト材料の正孔移動度μｈと電子移動度μｅの関係が、０．０１＜μｅ／μｈ＜１００を満たすものであってもよい。このように発光ホスト材料のバイポーラ性を高めることによって、更なる高効率化を実現できる。
上記発光ドーパント層は、上記正孔輸送層と上記混合発光層との間に位置する第一の発光ドーパント層を含み、上記正孔輸送層を構成する材料は、上記混合発光層及び上記第一の発光ドーパント層中に含有される全ての材料と比べて、最低空軌道のエネルギー準位が０．１ｅＶ以上高いものであってもよい。これによって、電子輸送層側から混合発光層に注入された電子（キャリア）が、正孔輸送層側へ流れ込むことが抑制され、発光効率の低下を防止することができる。
上記発光ドーパント層は、上記電子輸送層と上記混合発光層との間に位置する第二の発光ドーパント層を含み、上記電子輸送層を構成する材料は、上記混合発光層及び上記第二の発光ドーパント層中に含有される全ての材料と比べて、最高被占軌道のエネルギー準位が０．１ｅＶ以上低いものであってもよい。これによって、正孔輸送層側から混合発光層に注入された正孔（キャリア）が、電子輸送層側へ流れ込むことが抑制され、発光効率の低下を防止することができる。
上記発光ユニットは、上記混合発光層と上記発光ドーパント層との間にブロック層を含み、上記ブロック層は、電子及び正孔の両キャリアを輸送できる材料を含有するものであってもよい。これによって、混合発光層で発生した励起子と発光ドーパント層で発生した励起子同士が相互作用し、失活してしまい、発光効率が低下することを防止できる。したがって、発光効率をより向上することができる。
上記ブロック層の材料の正孔移動度μｈと電子移動度μｅの関係が、０．０１＜μｅ／μｈ＜１００を満たすものであってもよい。このように第二の発光ホスト材料のバイポーラ性を高めることによって、更なる高効率化を実現できる。
上記発光ユニットは、上記正孔輸送層側から、上記発光ドーパント層としての第一の発光ドーパント層、上記ブロック層としての第一のブロック層、及び、上記混合発光層を含み、上記正孔輸送層を構成する材料は、上記混合発光層、上記第一のブロック層及び上記第一の発光ドーパント層中に含有される全ての材料と比べて、最低空軌道のエネルギー準位が０．１ｅＶ以上高いものであってもよい。これによって、電子輸送層側から混合発光層に注入された電子（キャリア）が、正孔輸送層側へ流れ込むことが抑制され、発光効率の低下を防止することができる。
上記発光ユニットは、上記電子輸送層側から、上記発光ドーパント層としての第二の発光ドーパント層、上記ブロック層としての第二のブロック層、及び、上記混合発光層を含み、上記電子輸送層を構成する材料は、上記混合発光層、上記第二のブロック層及び上記第二の発光ドーパント層中に含有される全ての材料と比べて、最高被占軌道のエネルギー準位が０．１ｅＶ以上低いものであってもよい。これによって、正孔輸送層側から混合発光層に注入された正孔（キャリア）が、電子輸送層側へ流れ込むことが抑制され、発光効率の低下を防止することができる。
１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃ、１００Ｄ、１００Ｅ、１００Ｆ、２００Ａ、２００Ｂ：有機ＥＬパネル
１１０、２１０：基板
１２０Ａ、１２０Ｂ、１２０Ｃ、１２０Ｄ、１２０Ｅ、１２０Ｆ、２２０Ａ、２２０Ｂ：有機ＥＬ素子
１２１：反射電極
１２２、２２２：陽極
１２２Ｂ：青の画素の陽極
１２２Ｇ：緑の画素の陽極
１２２Ｒ：赤の画素の陽極
１２３、２２３：正孔注入層
１２４：正孔輸送層
１２５：第一の発光ドーパント層
１２６Ａ、１２６Ｂ、１２６Ｃ：混合発光層
１２７：第二の発光ドーパント層
１２８：電子輸送層
１２９、２２９：電子注入層
１３０Ａ、１３０Ｂ、２３０：陰極
１３１：ブロック層
１４０Ａ、１４０Ｂ、１４０Ｃ、１４０Ｄ：発光ユニット
２２６Ｂ：青色発光層
２２６Ｇ：緑色発光層
２２６Ｒ：赤色発光層
２２６Ｙ：黄色発光層
２３１：中間層

Claims (10)

  1. 陽極と、
    正孔輸送層と、
    発光ユニットと、
    電子輸送層と、
    陰極とを順に有する有機エレクトロルミネッセンス素子であって、
    前記発光ユニットは、混合発光層を含み、かつ前記正孔輸送層と前記混合発光層との間、及び、前記電子輸送層と前記混合発光層との間の少なくとも一方に発光ドーパント層を含み、
    前記混合発光層は、第一の発光ホスト材料及び第一の発光ドーパント材料を含有し、
    前記発光ドーパント層は、実質的に第二の発光ドーパント材料のみからなり、前記混合発光層よりも薄いことを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子。
  2. 前記発光ドーパント層の厚みは、１ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
  3. 前記第一の発光ホスト材料の正孔移動度μｈと電子移動度μｅの関係が、０．０１＜μｅ／μｈ＜１００を満たすことを特徴とする請求項１又は２に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
  4. 前記発光ドーパント層は、前記正孔輸送層と前記混合発光層との間に位置する第一の発光ドーパント層を含み、
    前記正孔輸送層を構成する材料は、前記混合発光層及び前記第一の発光ドーパント層中に含有される全ての材料と比べて、最低空軌道のエネルギー準位が０．１ｅＶ以上高いことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
  5. 前記発光ドーパント層は、前記電子輸送層と前記混合発光層との間に位置する第二の発光ドーパント層を含み、
    前記電子輸送層を構成する材料は、前記混合発光層及び前記第二の発光ドーパント層中に含有される全ての材料と比べて、最高被占軌道のエネルギー準位が０．１ｅＶ以上低いことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
  6. 前記発光ユニットは、前記混合発光層と前記発光ドーパント層との間にブロック層を含み、
    前記ブロック層は、電子及び正孔の両キャリアを輸送できる材料を含有することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
  7. 前記ブロック層の材料の正孔移動度μｈと電子移動度μｅの関係が、０．０１＜μｅ／μｈ＜１００を満たすことを特徴とする請求項６に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
  8. 前記発光ユニットは、前記正孔輸送層側から、前記発光ドーパント層としての第一の発光ドーパント層、前記ブロック層としての第一のブロック層、及び、前記混合発光層を含み、
    前記正孔輸送層を構成する材料は、前記混合発光層、前記第一のブロック層及び前記第一の発光ドーパント層中に含有される全ての材料と比べて、最低空軌道のエネルギー準位が０．１ｅＶ以上高いことを特徴とする請求項６又は７に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
  9. 前記発光ユニットは、前記電子輸送層側から、前記発光ドーパント層としての第二の発光ドーパント層、前記ブロック層としての第二のブロック層、及び、前記混合発光層を含み、
    前記電子輸送層を構成する材料は、前記混合発光層、前記第二のブロック層及び前記第二の発光ドーパント層中に含有される全ての材料と比べて、最高被占軌道のエネルギー準位が０．１ｅＶ以上低いことを特徴とする請求項６〜８のいずれかに記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
  10. 基板と、前記基板上に配置された請求項１〜９のいずれかに記載の有機エレクトロルミネッセンス素子とを有することを特徴とする有機エレクトロルミネッセンスパネル。
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