WO2011030408A1 - 有機電界発光素子 - Google Patents

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WO2011030408A1
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light emitting
light
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buffer layer
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勲 高須
幸民 水野
信太郎 榎本
富男 小野
修一 内古閑
智明 澤部
啓司 杉
Original Assignee
株式会社 東芝
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    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K50/00—Organic light-emitting devices
    • H10K50/10—OLEDs or polymer light-emitting diodes [PLED]
    • H10K50/14—Carrier transporting layers

Definitions

  • the present invention relates to an organic electroluminescent element.
  • organic electroluminescent elements have attracted attention as light-emitting technologies for next-generation displays and lighting.
  • fluorescence has been mainly used as the light emission mechanism of the organic layer.
  • attention has been focused on organic EL elements using phosphorescence with higher internal quantum efficiency.
  • the mainstream of a light emitting layer using phosphorescence is a host material made of an organic material doped with a light emitting metal complex having iridium or platinum as a central metal.
  • various devices have been made for the light emitting layer and other members.
  • Non-Patent Document 1 discloses an organic EL element having a structure in which an interlayer made of a thermally crosslinkable polymer semiconductor material is disposed between a hole injection layer and a light emitting layer. It has been reported that this organic EL element has improved hole injection property on the anode side as compared with an element without an interlayer, but has reduced luminous efficiency (current luminous efficiency). One of the reasons for the decrease in light emission efficiency due to the insertion of the interlayer is considered to be charge accumulation at the interface between the interlayer and the light emitting layer.
  • An object of the present invention is to suppress a decrease in luminous efficiency due to accumulation of electric charges at the interface of layers in an organic electroluminescent device.
  • an anode and a cathode that are spaced apart from each other, and three types of materials that are disposed between the anode and the cathode, a host material, a light-emitting dopant, and an electron injection / transport material,
  • a light emitting layer including a hole injecting / transporting material, the hole injecting / transporting layer disposed between the anode and the light emitting layer, and the light emitting doppane and the hole injecting / transporting material in contact with each other
  • an organic electroluminescent device is provided, which is provided between the light emitting layer and the hole injecting / transporting layer and has a buffer layer containing the same material as the host material.
  • the organic electroluminescent element in the organic electroluminescent element, it is possible to suppress a decrease in luminous efficiency due to accumulation of charges at the interface of the layers.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of an organic electroluminescent element according to an embodiment of the present invention.
  • an anode 12, a hole injection / transport layer 13, a buffer layer 14, a light emitting layer 15, an electron injection / transport layer 16, and a cathode 17 are sequentially formed on a substrate 11.
  • the organic electroluminescent device 10 of this embodiment includes a buffer layer 14 between the hole injection / transport layer 13 and the light emitting layer 15.
  • the light emitting layer 15 includes a host material, a light emitting dopant, and an electron injection / transport material, and the buffer layer 14 is made of the same material as the host material.
  • the electron injection / transport layer 16 is formed as necessary.
  • the buffer layer 14 is not particularly limited as long as it is made of the same material as the host material contained in the light emitting layer and has a hole transporting property.
  • a hole transporting property for example, polyvinyl carbazole (PVK), N, N′-dicarbazolyl-3,5-benzene (mCP), 4,4′-bis- (N-carbazole) biphenyl (CBP) and the like can be mentioned.
  • the buffer layer 14 is formed on the hole injection / transport layer 13 by a method usually used in this field. For example, it can be formed by a method such as coating or vapor deposition.
  • the thickness of the buffer layer 14 is preferably 10 to 20 nm.
  • the principle of the organic electroluminescence device is that electrons and holes are injected from each by applying a voltage to the cathode and the anode, and light is emitted by excitons generated by recombination thereof. Therefore, when the exciton is deactivated, light emission does not occur, and the light emission efficiency and luminance are reduced.
  • this embodiment by providing a buffer layer made of the same material as the host material contained in the light emitting layer, it is possible to prevent charge accumulation at the interface between the light emitting layer and the buffer layer. As a result, it is possible to provide an organic electroluminescent device in which deactivation of excitons due to electric charges is suppressed, and luminous efficiency and luminance are improved.
  • FIG. 2 shows an energy diagram of the organic electroluminescence device according to the embodiment of the present invention.
  • the substrate 11 is for supporting other members.
  • the substrate 11 is preferably one that is not altered by heat or an organic solvent.
  • the material of the substrate 11 include inorganic materials such as alkali-free glass and quartz glass, plastics such as polyethylene, PET, PEN, polyimide, polyamide, polyamideimide, liquid crystal polymer, and cycloolefin polymer, polymer film, SUS, and silicon. And the like, and the like.
  • a transparent substrate made of glass, synthetic resin, or the like.
  • the thickness of the substrate 11 is not particularly limited as long as it has sufficient strength to support other members.
  • the anode 12 is laminated on the substrate 11.
  • the anode 12 injects holes into the hole injection / transport layer 13.
  • the material of the anode 12 is not particularly limited as long as it has conductivity.
  • a transparent or translucent conductive material is formed by vacuum deposition, sputtering, ion plating, plating, coating, or the like.
  • a conductive metal oxide film, a translucent metal thin film, or the like can be used as the anode 12.
  • a film (NESA) manufactured using conductive glass made of indium oxide, zinc oxide, tin oxide, or a composite thereof such as indium tin oxide (ITO), FTO, indium zinc oxide, or the like. Etc.), gold, platinum, silver, copper, etc.
  • a transparent electrode made of ITO is preferable.
  • polyaniline and a derivative thereof which is an organic conductive polymer, polythiophene and a derivative thereof, or the like may be used.
  • the film thickness of the anode 12 is preferably 30 to 300 nm in the case of ITO. If it is thinner than 30 nm, the conductivity is lowered, the resistance is increased, and the luminous efficiency is lowered. If it is thicker than 300 nm, ITO becomes inflexible, and cracks occur when stress is applied.
  • the anode 12 may be a single layer or may be a laminate of layers made of materials having different work functions.
  • the hole injection / transport layer 13 is disposed between the anode 12 and the buffer layer 14.
  • the hole injection / transport layer 13 is a layer having a function of receiving holes from the anode 12 and transporting them to the light emitting layer side.
  • a material of the hole injection / transport layer 13 for example, a polythiophene polymer such as poly (ethylenedioxythiophene): poly (styrene / sulfonic acid) [hereinafter referred to as PEDOT: PSS] which is a conductive ink is used. Although it can be used, it is not limited to this.
  • the method for forming the hole injection / transport layer 13 is not particularly limited as long as it is a method capable of forming a thin film.
  • a spin coating method can be used. After applying the material for the hole injection / transport layer 13 to a desired film thickness, it is dried by heating with a hot plate or the like. As the solution to be applied, one previously filtered with a filter may be used.
  • the light emitting layer 15 is laminated on the buffer layer 14.
  • the light emitting layer 15 is a layer having a function of receiving holes from the anode side and electrons from the cathode side and providing a field for recombination of holes and electrons to emit light.
  • the host material in the light emitting layer is excited by the energy of this bond. When energy is transferred from the host material in the excited state to the light emitting dopant, the light emitting dopant enters the excited state, and light is emitted when the light emitting dopant returns to the ground state again.
  • the light emitting layer 15 has a configuration in which a host material made of an organic material is doped with a light emitting metal complex (hereinafter referred to as a light emitting dopant) having iridium, platinum or the like as a central metal. Any known light-emitting material can be used as the light-emitting dopant.
  • the luminescent dopant may be a fluorescent luminescent dopant or a phosphorescent luminescent dopant, but is preferably a phosphorescent luminescent dopant with high internal quantum efficiency.
  • Examples of the light emitting dopant include a blue light emitting dopant, a green light emitting dopant, and a red light emitting dopant.
  • a typical example of a blue light-emitting dopant is a bis (2- (4,6-difluorphenyl) pyridinatoiridium complex [hereinafter referred to as FIrpic], etc.
  • a typical example of a green light-emitting dopant is tris (2-phenyl). Pyridine) iridium complex [hereinafter referred to as Ir (ppy) 3 ], etc.
  • red light-emitting dopant is bis (2-phenylbenzothiozolate-N, C2 ′) iridium (acetylacetonate) [Bt. 2 Ir (acac)] and the like.
  • the same material as that constituting the buffer layer 14 is used as the host material.
  • Host materials used in the case of using a phosphorescent dopant as the luminescent dopant are roughly classified into a low molecular system and a high molecular system.
  • the light emitting layer containing the low molecular weight host material is formed mainly by vacuum co-evaporation of the low molecular weight host material and the light emitting dopant.
  • the light emitting layer containing the polymer host material is formed mainly by applying a solution in which the polymer host material and the light emitting dopant are mixed.
  • a typical example of the low molecular weight host material is 1,3-bis (carbazol-9-yl) benzene (mCP).
  • a typical example of the polymer host material is polyvinyl carbazole (PVK).
  • PVK polyvinyl carbazole
  • the host material 4,4′-bis- (N-carbazole) biphenyl (CBP), 4,4 ′, 4 ′′ -tris (9-carbazolyl) -triphenylamine (TCTA) ), 4,4′-bis (9-carbazolyl) -2,2′-dimethyl-biphenyl (CDBP), and the like.
  • the host material used in this embodiment needs to be the same as the material constituting the buffer layer, it is a hole transporting material.
  • the light emitting layer is composed of only a host material having a strong hole transporting property and a light emitting dopant, the carrier balance between the holes and electrons in the light emitting layer cannot be achieved, resulting in a problem that the light emission efficiency is lowered. Therefore, in this embodiment, an electron injecting / transporting material is further contained in the light emitting layer. By including an electron injecting / transporting material in the light emitting layer, the carrier balance in the light emitting layer is improved and high light emission efficiency can be obtained. Further, since the coupling between holes and electrons occurs at the interface between the light emitting layer and the buffer layer, light emission at the interface between the light emitting layer and the buffer layer is also possible.
  • Examples of the electron injection / transport material include 2- (4-biphenylyl) -5- (pt-butylphenyl) -1,3,4-oxadiazole [hereinafter referred to as tBu-PBD], 1, 3-bis (2- (4-t-butylphenyl) -1,3,4-oxydiazol-5-yl) benzene [hereinafter referred to as OXD-7] and the like can be used.
  • the method for forming the light emitting layer 15 is not particularly limited as long as it is a method capable of forming a thin film.
  • a spin coating method can be used.
  • a solution containing a light-emitting dopant, a host material, and an electron injecting / transporting material is applied to a desired film thickness, and then heated and dried with a hot plate or the like.
  • the solution to be applied one previously filtered with a filter may be used.
  • the thickness of the light emitting layer 15 is preferably 10 to 100 nm.
  • the ratios of the host material, the light emitting dopant, and the electron injection / transport material in the light emitting layer 15 are arbitrary as long as the effects of the present invention are not impaired.
  • the host material is 30 to 98% by weight, and the light emitting dopant is 2 to 15% by weight.
  • the electron injecting / transporting material is preferably 0 to 68% by weight.
  • the electron injection / transport layer 16 is arbitrarily disposed between the light emitting layer 15 and the cathode 17.
  • the electron injection / transport layer 16 is a layer having a function of receiving electrons from the cathode 17 and transporting them to the light emitting layer side.
  • Examples of the material for the electron injection / transport layer 16 include, but are not limited to, CsF, tris (8-hydroxyquinolinato) aluminum [hereinafter referred to as Alq 3 ], LiF, and the like.
  • the method for forming the electron injection / transport layer 16 is the same as that for the hole injection / transport layer 13.
  • the cathode 17 is laminated on the light emitting layer 15 (or the electron injection / transport layer 16).
  • the cathode 17 injects electrons into the light emitting layer 15 (or the electron injection / transport layer 16).
  • a transparent or translucent conductive material is formed by vacuum deposition, sputtering, ion plating, plating, coating, or the like.
  • the electrode material include a conductive metal oxide film and a metal thin film.
  • the anode 12 is formed using a material having a high work function, it is preferable to use a material having a low work function for the cathode 17.
  • the material having a low work function include alkali metals and alkaline earth metals. Specific examples include Li, In, Al, Ca, Mg, Li, Na, K, Yb, and Cs.
  • the cathode 17 may be a single layer or may be a laminate of layers made of materials having different work functions. Moreover, you may use the alloy of 2 or more types of metals. Examples of the alloy include a lithium-aluminum alloy, a lithium-magnesium alloy, a lithium-indium alloy, a magnesium-silver alloy, a magnesium-indium alloy, a magnesium-aluminum alloy, an indium-silver alloy, and a calcium-aluminum alloy.
  • the film thickness of the cathode 17 is preferably 20 to 300 nm. When the film thickness is thinner than the above range, the resistance becomes too large. When the film thickness is thick, it takes a long time to form the cathode 17, and the adjacent layers are damaged and the performance deteriorates.
  • the organic electroluminescence device having the structure in which the anode is stacked on the substrate and the cathode is disposed on the opposite side of the substrate has been described.
  • the substrate may be disposed on the cathode side.
  • Example 1 As Example 1, an organic EL element including the buffer layer described above was produced.
  • a transparent electrode made of ITO (indium tin oxide) and having a thickness of 50 nm was formed on a glass substrate by vacuum deposition.
  • An aqueous solution of PEDOT: PSS was used as a material for the hole injection / transport layer. This aqueous solution was applied onto the anode by spin coating and dried by heating to form a hole injection / transport layer having a thickness of 55 nm.
  • CsF was vacuum-deposited to form an electron injection / transport layer having a thickness of 1 nm on the light emitting layer.
  • a cathode having a thickness of 150 nm was formed on the electron injection / transport layer by vacuum deposition of Al.
  • Example 2 An organic EL device was fabricated in the same manner as in Example 1 using mCP as a host material and a buffer layer material. The thickness of the buffer layer was 10 nm.
  • FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the current density of the device and the light emission efficiency.
  • Luminous efficiency was determined by simultaneously performing luminance measurement and current and voltage measurement. The luminance was measured using a Si photodiode S7610 with a visibility filter manufactured by Hamamatsu Photonics. The current and voltage were measured using a semiconductor parameter analyzer 4156b.
  • any organic EL element light emission was started as the current density increased, and a behavior in which the light emission efficiency increased was observed.
  • the highest luminous efficiency within the measured current density range was 34.2 cd / A in Example 1 and 32.8 cd / A in Comparative Example 1.
  • the light emission efficiency was improved.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating the relationship between the thickness of the buffer layer and the maximum light emission efficiency. The method for measuring the luminous efficiency is the same as described above.
  • the maximum luminous efficiency decreases when the thickness of the buffer layer exceeds 20 nm. If the buffer layer is too thick, the hole injection efficiency is lowered, and the light emission efficiency is considered to be lowered.
  • the desirable buffer layer thickness is 10 to 20 nm.
  • SYMBOLS 10 Organic electroluminescent element, 11 ... Substrate, 12 ... Anode, 13 ... Hole injection / transport layer, 14 ... Buffer layer, 15 ... Light emitting layer, 16 . Electron injection / transport layer, 17 ... Cathode.

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Abstract

　本発明の有機電界発光素子は、互いに離間して配置された陽極および陰極と、前記陽極と前記陰極との間に配置され、ホスト材料、発光ドーパントおよび電子注入・輸送材料の３種の材料を含む発光層と、正孔注入・輸送材料を含有し、前記陽極と前記発光層との間に配置された正孔注入・輸送層と、前記発光ドーパンと前記正孔・注入輸送材料とが接触しないように、前記発光層と前記正孔注入・輸送層との間に配置され、前記ホスト材料と同一材料を含有するバッファ層とを有する。

Description

有機電界発光素子
　本発明は、有機電界発光素子に関する。
　近年、次世代ディスプレイや照明のための発光技術として有機電界発光素子（有機ＥＬ素子）が注目されている。有機ＥＬ素子の研究初期は、有機層の発光機構として主に蛍光が用いられてきた。しかし、近年では、より内部量子効率の高いリン光を用いた有機ＥＬ素子に注目が集まっている。近年におけるリン光を用いた発光層の主流は、有機材料からなるホスト材料中に、イリジウムや白金などを中心金属とする発光性金属錯体をドープしたものである。より発光効率の高い素子を得るために、この発光層およびその他の部材について種々の工夫がなされている。
　例えば、非特許文献１には、正孔注入層と発光層との間に、熱架橋型高分子半導体材料からなるインターレイヤーを配置した構造の有機ＥＬ素子が開示されている。この有機ＥＬ素子は、インターレイヤーがない素子と比較して、陽極側の正孔注入性が向上するが、発光効率（電流発光効率）が低下することが報告されている。このインターレイヤーの挿入による発光効率低下の理由の１つとして、インターレイヤーと発光層の界面における電荷の蓄積が考えられる。これは、ポーラロン・エキシトン失活と呼ばれる現象で、発光ドーパントに生じた励起三重項状態が、インターレイヤーと発光層の界面の電荷によって失活し、発光効率が低下する現象である。
X.Yang, D.C. Muller, D. Neher, K. Meerholz, Advanced Materials, Vol. 18, 948-954(2006)
　本発明の目的は、有機電界発光素子において、層の界面に電荷が蓄積されることによる発光効率の低下を抑制することにある。
　本発明の一態様によれば、互いに離間して配置された陽極および陰極と、前記陽極と前記陰極との間に配置され、ホスト材料、発光ドーパントおよび電子注入・輸送材料の３種の材料を含む発光層と、正孔注入・輸送材料を含有し、前記陽極と前記発光層との間に配置された正孔注入・輸送層と、前記発光ドーパンと前記正孔注入・輸送材料とが接触しないように、前記発光層と前記正孔注入・輸送層との間に配置され、前記ホスト材料と同一材料を含有するバッファ層とを有することを特徴とする有機電界発光素子が提供される。
　本発明によると、有機電界発光素子において、層の界面に電荷が蓄積されることによる発光効率の低下を抑制することができる。
本発明の実施形態に係る有機電界発光素子を示す断面図である。 本発明の実施形態に係る有機電界発光素子のエネルギー図である。 素子の電流密度と発光効率との関係を示す図である。 バッファ層の膜厚と最大発光効率との関係を示す図である。
　以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
　図１は、本発明の一実施形態に係る有機電界発光素子の断面図である。
　有機電界発光素子１０は、基板１１上に、陽極１２、正孔注入・輸送層１３、バッファ層１４、発光層１５、電子注入・輸送層１６、および陰極１７が順次形成されている。本実施形態の有機電界発光素子１０は、正孔注入・輸送層１３と発光層１５との間に、バッファ層１４を備えている。発光層１５はホスト材料、発光ドーパントおよび電子注入・輸送材料を含み、バッファ層１４は前記ホスト材料と同一材料からなる。電子注入・輸送層１６は、必要に応じて形成される。
　バッファ層１４は、発光層中に含まれるホスト材料と同一材料からなり、且つ正孔輸送性であれば、その材料は特に限定されない。例えば、ポリビニルカルバゾール（ＰＶＫ）、Ｎ，Ｎ’－ジカルバゾリル－３，５－ベンゼン（ｍＣＰ）、４，４’－ビス－（Ｎ－カルバゾール）ビフェニル（ＣＢＰ）等が挙げられる。バッファ層１４は、当該分野で通常用いられる方法により、正孔注入・輸送層１３上に形成される。例えば、塗布、蒸着等の方法で形成することが可能である。バッファ層１４の厚さは、１０～２０ｎｍであることが好ましい。
　有機電界発光素子の原理は、陰極および陽極に電圧をかけることにより各々から電子と正孔を注入し、これらの再結合によって生じた励起子によって発光するというものである。従って、励起子が失活すると、発光が起こらなくなり、発光効率や輝度が低下する。
　従来の素子のようにバッファ層がない場合、発光層とそれに隣接する層との界面に電荷が蓄積しやすいという問題があった。特に、正孔注入・輸送層の材料としてＰＥＤＯＤ：ＰＳＳを使用する場合、Ｎａ＋，Ｈ＋等の電荷が発光層と正孔注入・輸送層との界面に蓄積しやすくなる。電荷が蓄積している場所では励起子が失活するため、結果として発光効率および輝度が低下する。バッファ層がホスト材料と異なる材料からなる場合にも、バッファ層と発光層でエネルギー状態が異なるため、同様の問題が生じる。
　それに対して本実施形態では、発光層中に含まれるホスト材料と同一材料からなるバッファ層を設けたことにより、発光層とバッファ層との界面において、電荷の蓄積を防ぐことが可能になる。その結果として、電荷による励起子の失活が抑制され、発光効率および輝度が改善された有機電界発光素子を提供することができる。
　図２に、本発明の実施形態に係る有機電界発光素子のエネルギー図を示す。バッファ層に発光層中のホスト材料と同一の材料を使用することにより、バッファ層と発光層とのエネルギー状態が均一になる。そのため、界面における電荷の蓄積を抑制することができる。
　以下、本発明の実施形態に係る有機電界発光素子の各部材について詳細に説明する。
　基板１１は、他の部材を支持するためのものである。この基板１１は、熱や有機溶剤によって変質しないものが好ましい。基板１１の材料としては、例えば、無アルカリガラス、石英ガラス等の無機材料、ポリエチレン、ＰＥＴ、ＰＥＮ、ポリイミド、ポリアミド、ポリアミドイミド、液晶ポリマー、シクロオレフィンポリマー等のプラスチック、高分子フィルム、ＳＵＳ、シリコン等の金属基板等が挙げられる。発光を取り出すため、ガラス、合成樹脂等からなる透明な基板を用いることが好ましい。基板１１の形状、構造、大きさ等について特に制限はなく、用途、目的等に応じて適宜選択することができる。基板１１の厚さは、その他の部材を支持するために十分な強度があれば、特に限定されない。
　陽極１２は、基板１１の上に積層される。陽極１２は、正孔注入・輸送層１３に正孔を注入する。陽極１２の材料としては、導電性を有するものであれば特に限定されない。通常は、透明または半透明の導電性を有する材料を、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法、メッキ法、塗布法等で成膜する。例えば、導電性の金属酸化物膜、半透明の金属薄膜等を陽極１２として使用することができる。具体的には、酸化インジウム、酸化亜鉛、酸化スズ、およびそれらの複合体であるインジウム錫酸化物（ＩＴＯ）、ＦＴＯ、インジウム亜鉛酸化物等からなる導電性ガラスを用いて作製された膜（ＮＥＳＡ等）や、金、白金、銀、銅等が用いられる。特に、ＩＴＯからなる透明電極であることが好ましい。また、電極材料として、有機系の導電性ポリマーであるポリアニリンおよびその誘導体、ポリチオフェンおよびその誘導体等を用いてもよい。陽極１２の膜厚は、ＩＴＯの場合、３０～３００ｎｍであることが好ましい。３０ｎｍより薄くすると、導電性が低下して抵抗が高くなり、発光効率低下の原因となる。３００ｎｍよりも厚くすると、ＩＴＯに可撓性がなくなり、応力が作用するとひび割れが生じる。陽極１２は、単層であってもよく、異なる仕事関数の材料からなる層を積層したものであってもよい。
　正孔注入・輸送層１３は、陽極１２とバッファ層１４との間に配置される。正孔注入・輸送層１３は、陽極１２から正孔を受け取り、発光層側へ輸送する機能を有する層である。正孔注入・輸送層１３の材料としては、例えば、導電性インクであるポリ（エチレンジオキシチオフェン）：ポリ（スチレン・スルホン酸）［以下、ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳと記す］のようなポリチオフェン系ポリマーを使用することができるが、これに限定されない。正孔注入・輸送層１３の成膜方法は、薄膜を形成できる方法であれば特に限定されないが、例えばスピンコート法を使用することが可能である。正孔注入・輸送層１３の材料を所望の膜厚に塗布した後、ホットプレート等で加熱乾燥する。塗布する溶液は、予めフィルターでろ過したものを使用してもよい。
　発光層１５は、バッファ層１４の上に積層される。発光層１５は、陽極側から正孔を、陰極側から電子をそれぞれ受け取り、正孔と電子との再結合の場を提供して発光させる機能を有する層である。この結合によるエネルギーで、発光層中のホスト材料が励起される。励起状態のホスト材料から発光ドーパントへエネルギーが移動することにより、発光ドーパントが励起状態となり、発光ドーパントが再び基底状態に戻る際に発光する。
　発光層１５は、有機材料からなるホスト材料中に、イリジウムや白金などを中心金属とする発光性金属錯体（以下、発光ドーパントと称する）をドープした構成をとる。発光ドーパントとしては、任意の公知の発光材料を使用することができる。発光ドーパントは、蛍光発光ドーパントであってもリン光発光ドーパントであってもよいが、内部量子効率の高いリン光発光ドーパントであることが好ましい。
　発光ドーパントには、青色発光ドーパント、緑色発光ドーパント、赤色発光ドーパント等がある。青色発光ドーパントの代表例は、ビス（２－（４，６－ジフルオレフェニル）ピリジナートイリジウム錯体［以下、ＦＩｒｐｉｃと記す］等である。緑色発光ドーパントの代表例は、トリス（２－フェニルピリジン）イリジウム錯体［以下、Ｉｒ（ｐｐｙ）３と記す］等である。赤色発光ドーパントの代表例は、ビス（２－フェニルベンゾチオゾラート－Ｎ，Ｃ２’）イリジウム（アセチルアセトナート）［Ｂｔ２Ｉｒ（ａｃａｃ）］等である。
　ホスト材料には、バッファ層１４を構成する材料と同一の材料を使用する。発光ドーパントとしてリン光発光ドーパントを用いる場合に使用されるホスト材料は、低分子系と高分子系とに大別される。低分子系ホスト材料を含む発光層は、主に低分子系ホスト材料および発光ドーパントを真空共蒸着することによって成膜される。高分子系ホスト材料を含む発光層は、主に高分子系ホスト材料および発光ドーパントを混合した溶液を塗布することによって成膜される。低分子系ホスト材料の代表例は、１，３－ビス（カルバゾール－９－イル）ベンゼン（ｍＣＰ）等である。高分子系ホスト材料の代表例は、ポリビニルカルバゾール（ＰＶＫ）等である。本実施形態では、ホスト材料として、他に、４，４’－ビス－(Ｎ－カルバゾール)ビフェニル（ＣＢＰ）、４，４’，４’’－トリス（９－カルバゾリル）－トリフェニルアミン（ＴＣＴＡ）、４，４’－ビス（９－カルバゾリル）－２，２’－ジメチル－ビフェニル（ＣＤＢＰ）等を使用することができる。
　本実施形態で使用するホスト材料は、バッファ層を構成する材料と同一である必要があるため、正孔輸送性の材料である。発光層が正孔輸送性の強いホスト材料と発光ドーパントのみからなる場合、発光層内の正孔と電子とのキャリアバランスがとれず、発光効率が低下するという問題が生じ得る。そこで、本実施形態では、発光層中にさらに電子注入・輸送材料を含有させる。発光層中に電子注入・輸送材料を含有させることにより、発光層内のキャリアバランスが向上し、高い発光効率を得られる。また、正孔と電子との結合が、発光層とバッファ層との界面でも生じるようになるため、発光層とバッファ層との界面における発光も可能になる。
　電子注入・輸送材料としては、例えば、２－（４－ビフェニリル）－５－（ｐ－t-ブチルフェニル）－１，３，４－オキサジアゾール［以下、ｔＢｕ－ＰＢＤと記す］、１，３－ビス（２－（４－ｔ－ブチルフェニル）－１，３，４－オキシジアゾル－５－イル）ベンゼン［以下、ＯＸＤ－７と記す］等を使用することができる。
　発光層１５の成膜方法は、薄膜を形成できる方法であれば特に限定されないが、例えばスピンコート法を使用することが可能である。発光ドーパント、ホスト材料、および電子注入・輸送材料を含む溶液を所望の膜厚に塗布した後、ホットプレート等で加熱乾燥する。塗布する溶液は、予めフィルターでろ過したものを使用してもよい。
　発光層１５の厚さは、１０～１００ｎｍであることが好ましい。発光層１５におけるホスト材料、発光ドーパント、および電子注入・輸送材料の割合は、本発明の効果を損なわない限り任意であるが、ホスト材料は３０～９８重量％、発光ドーパントは２～１５重量％、電子注入・輸送材料は０～６８重量％であることが好ましい。
　電子注入・輸送層１６は、任意に、発光層１５と陰極１７との間に配置される。電子注入・輸送層１６は、陰極１７から電子を受け取り、発光層側へ輸送する機能を有する層である。電子注入・輸送層１６の材料としては、例えば、ＣｓＦ、トリス（８－ヒドロキシキノリナト）アルミニウム［以下、Ａｌｑ３と記す］、ＬｉＦ等を使用することができるが、これらに限定されない。電子注入・輸送層１６の成膜方法は、正孔注入・輸送層１３と同様である。
　陰極１７は、発光層１５（または電子注入・輸送層１６）の上に積層される。陰極１７は、発光層１５（または電子注入・輸送層１６）に電子を注入する。通常、透明または半透明の導電性を有する材料を真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法、メッキ法、塗布法等で成膜する。電極材料としては、導電性の金属酸化物膜、金属薄膜等が挙げられる。陽極１２を仕事関数の高い材料を用いて形成した場合、陰極１７には仕事関数の低い材料を用いることが好ましい。仕事関数の低い材料としては、例えば、アルカリ金属、アルカリ土類金属等が挙げられる。具体的には、Ｌｉ、Ｉｎ、Ａｌ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｙｂ、Ｃｓ等を挙げることができる。
　陰極１７は、単層であってもよく、異なる仕事関数の材料で構成される層を積層したものであってもよい。また、２種以上の金属の合金を使用してもよい。合金の例としては、リチウム－アルミニウム合金、リチウム－マグネシウム合金、リチウム－インジウム合金、マグネシウム－銀合金、マグネシウム－インジウム合金、マグネシウム－アルミニウム合金、インジウム－銀合金、カルシウム－アルミニウム合金等が挙げられる。
　陰極１７の膜厚は、２０～３００ｎｍであることが好ましい。膜厚が上記範囲より薄い場合は、抵抗が大きくなりすぎる。膜厚が厚い場合には、陰極１７の成膜に長時間を要し、隣接する層にダメージを与えて性能が劣化する。
　以上、基板の上に陽極を積層し、基板と反対側に陰極を配置した構成の有機電界発光素子について説明したが、陰極側に基板を配置してもよい。
　次に、本発明の実施例を詳細に説明するが、本発明の技術的範囲は以下の実施例に限定されない。
　（実施例１）
　実施例１として、上記で説明したバッファ層を備えた有機ＥＬ素子を作製した。
　ガラス基板上に、ＩＴＯ（インジウム錫酸化物）からなる厚さ５０ｎｍの透明電極を真空蒸着により形成した。正孔注入・輸送層の材料としてＰＥＤＯＴ：ＰＳＳの水溶液を使用した。この水溶液をスピンコートによって陽極上に塗布し、加熱して乾燥することにより、厚さ５５ｎｍの正孔注入・輸送層を形成した。
　続いて、ＰＶＫをクロロベンゼンに溶解した溶液をスピンコートによって塗布し、加熱して乾燥することにより、正孔注入・輸送層の上に厚さ２０ｎｍのバッファ層を形成した。
　発光層の材料には、ホスト材料としてＰＶＫ、電子注入・輸送材料としてＯＸＤ－７、青色発光ドーパントとしてＦＩｒｐｉｃを使用した。これらを重量比でＰＶＫ：ＯＸＤ－７：ＦＩｒｐｉｃ＝６５：３０：５となるように秤量し、クロロベンゼンに溶解した。その溶液をスピンコートによってバッファ層の上に塗布し、加熱して乾燥することにより、厚さ７５ｎｍの発光層を形成した。
　ＣｓＦを真空蒸着することにより、発光層上に厚さ１ｎｍの電子注入・輸送層を形成した。Ａｌを真空蒸着することにより、電子注入・輸送層の上に厚さ１５０ｎｍの陰極を形成した。
　（実施例２）
　ホスト材料およびバッファ層の材料としてｍＣＰを使用し、実施例１と同様に有機ＥＬ素子を作製した。バッファ層の厚さは１０ｎｍとした。
　（比較例１）
　比較のために、バッファ層を含まない有機ＥＬ素子を実施例１と同様にして作製した。
　上記のように作製された実施例１および比較例１の有機ＥＬ素子について、発光効率および輝度の比較を行った。図３は、素子の電流密度と発光効率との関係を示す図である。発光効率は、輝度測定と電流および電圧の測定を同時に行うことによって求めた。輝度は、浜松ホトニクス社製視感度フィルターつきＳｉフォトダイオードＳ７６１０を用いて測定した。また、電流および電圧の測定は、半導体パラメータアナライザ４１５６ｂを用いて行った。
　いずれの有機ＥＬ素子でも、電流密度の上昇と共に発光が開始され、発光効率が上昇する挙動が認められた。測定した電流密度範囲内で最高の発光効率は、実施例１で３４．２ｃｄ／Ａ、比較例１で３２．８ｃｄ／Ａであった。バッファ層を挿入した素子において、発光効率の向上が見られた。
　また、上記の各有機ＥＬ素子について測定した輝度は、実施例１で９０００ｃｄ／ｍ２、実施例２で１７０００ｃｄ／ｍ２、比較例１で４０００ｃｄ／ｍ２であった。バッファ層を挿入した素子において、輝度の向上が見られた。
　次に、最適なバッファ層の膜厚を決定するために、実施例１の有機ＥＬについて、バッファ層の膜厚を変化させてそれぞれ最大発光効率を測定した。図４は、バッファ層の膜厚と最大発光効率との関係を示す図である。発光効率の測定方法は、上記と同様である。
　図から、バッファ層の膜厚が２０ｎｍを超えると最大発光効率が低下することが分かる。バッファ層が厚すぎると正孔の注入効率が低下するため、発光効率が低下するものと考えられる。また、本発明では、塗布によってバッファ層と発光層を積層するため、積層時に溶解が生じた場合、バッファ層が薄すぎるとバッファ層としての構造を保持することが困難になる。従って、本実験の結果より、望ましいバッファ層の厚さは１０～２０ｎｍである。
　１０…有機電界発光素子、１１…基板、１２…陽極、１３…正孔注入・輸送層、１４…バッファ層、１５…発光層、１６…電子注入・輸送層、１７…陰極。

Claims (3)

  1. 　互いに離間して配置された陽極および陰極と、
    　前記陽極と前記陰極との間に配置され、ホスト材料、発光ドーパントおよび電子注入・輸送材料の３種の材料を含む発光層と、
    　正孔注入・輸送材料を含有し、前記陽極と前記発光層との間に配置された正孔注入・輸送層と、
    　前記発光ドーパンと前記正孔注入・輸送材料とが接触しないように、前記発光層と前記正孔注入・輸送層との間に配置され、前記ホスト材料と同一材料を含有するバッファ層と
    を有することを特徴とする有機電界発光素子。
  2. 　前記正孔注入・輸送層は、ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳからなることを特徴とする請求項１に記載の有機電界発光素子。
  3. 　前記バッファ層は、１０～２０ｎｍの厚さであることを特徴とする請求項１に記載の有機電界発光素子。
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