(57)【要約】【課題】本発明は、対極への電荷の突き抜けを防止する層を有さず、高効率で長寿命な有機ＥＬ素子を提供することを目的とする。【解決手段】本発明は、陽極と、上記陽極上に形成された正孔注入輸送層と、上記正孔注入輸送層上に形成され、ホスト材料および発光ドーパントを含有する発光層と、上記発光層上に形成された陰極とを有する有機ＥＬ素子であって、上記発光層が、上記発光ドーパントを含有するドープ領域と上記発光ドーパントを含有しないノンドープ領域とを有し、上記正孔注入輸送層の構成材料の電子親和力をEa1、上記発光層の構成材料の電子親和力をEa2としたとき、Ea1≧Ea2であることを特徴とする有機ＥＬ素子を提供することにより、上記目的を達成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
陽極と、前記陽極上に形成された正孔注入輸送層と、前記正孔注入輸送層上に形成され、ホスト材料および発光ドーパントを含有する発光層と、前記発光層上に形成された陰極とを有する有機エレクトロルミネッセンス素子であって、
前記発光層が、前記発光ドーパントを含有する１箇所以上のドープ領域と前記発光ドーパントを含有しない１箇所以上のノンドープ領域とを有し、
前記正孔注入輸送層の構成材料の電子親和力をEa1、前記発光層の構成材料の電子親和力をEa2としたとき、Ea1≧Ea2であることを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項２】
陽極と、前記陽極上に形成され、ホスト材料および発光ドーパントを含有する発光層と、前記発光層上に形成された電子注入輸送層と、前記電子注入輸送層上に形成された陰極とを有する有機エレクトロルミネッセンス素子であって、
前記発光層が、前記発光ドーパントを含有する１箇所以上のドープ領域と前記発光ドーパントを含有しない１箇所以上のノンドープ領域を有し、
前記発光層の構成材料のイオン化ポテンシャルをIp2、前記電子注入輸送層の構成材料のイオン化ポテンシャルをIp3としたとき、Ip2≧Ip3であることを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項３】
前記発光層と前記陰極との間に電子注入輸送層が形成され、前記発光層の構成材料のイオン化ポテンシャルをIp2、前記電子注入輸送層の構成材料のイオン化ポテンシャルをIp3としたとき、Ip2≧Ip3であることを特徴とする請求項１に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項４】
前記正孔注入輸送層および前記電子注入輸送層が、正孔および電子を輸送しうるバイポーラ材料を含有することを特徴とする請求項３に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項５】
前記正孔注入輸送層に含有されるバイポーラ材料と、前記電子注入輸送層に含有されるバイポーラ材料とが同一であることを特徴とする請求項４に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項６】
前記発光層の前記正孔注入輸送層側に前記ノンドープ領域が設けられていることを特徴とする請求項３から請求項５まで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。
【請求項７】
前記発光層の前記電子注入輸送層側に前記ノンドープ領域が設けられていることを特徴とする請求項３から請求項６まで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。
【請求項８】
前記発光層が２箇所の前記ドープ領域を有し、前記２箇所のドープ領域の間に前記ノンドープ領域が配置されており、前記２箇所のドープ領域がそれぞれ異なる種類の発光ドーパントを含有することを特徴とする請求項１から請求項７まで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。
【請求項９】
前記ドープ領域が、２種類以上の前記発光ドーパントを含有することを特徴とする請求項１から請求項８まで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。
【請求項１０】
前記正孔注入輸送層の構成材料のイオン化ポテンシャルをIp1、前記発光層の構成材料のイオン化ポテンシャルをIp2としたとき、Ip1＜Ip2であることを特徴とする請求項３から請求項９まで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。
【請求項１１】
前記発光層の構成材料の電子親和力をEa2、前記電子注入輸送層の構成材料の電子親和力をEa3としたとき、Ea2＜Ea3であることを特徴とする請求項３から請求項１０まで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。
【請求項１２】
前記発光層が、正孔および電子を輸送しうるバイポーラ材料を含有することを特徴とする請求項４から請求項１１まで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。
【請求項１３】
前記正孔注入輸送層に含有されるバイポーラ材料と、前記電子注入輸送層に含有されるバイポーラ材料と、前記発光層に含有されるバイポーラ材料とが同一であることを特徴とする請求項１２に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ホスト材料および発光ドーパントを含有する発光層を有する有機エレクトロルミネッセンス素子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
有機エレクトロルミネッセンス（以下、エレクトロルミネッセンスをＥＬと略す場合がある。）素子は、自発光型のディスプレイとしての使用が注目されている。特に、有機ＥＬ素子は、印加電圧が１０Ｖ弱であっても高輝度な発光が得られるなど発光効率が高く、また単純な素子構造で発光が可能であり、特定のパターンを発光表示させる広告やその他低価格の簡易表示用ディスプレイへの応用が期待されている。
【０００３】
従来、高輝度発光を実現するため、ホスト材料および発光ドーパントを含有する発光層を用いることが知られている（例えば特許文献１参照）。この発光層では、陽極および陰極から注入された正孔および電子が発光層内のホスト材料で再結合し、そのエネルギーを発光ドーパントが受け取って発光する。このような発光層では、高輝度で色純度の良い発光を得ることが可能である。
【０００４】
また従来では、長寿命および高効率化の達成のため、正孔もしくは電子の注入機能、輸送機能、ブロッキング機能を有する材料を用いて複数の層を積層した多層構造をとることが一般的である。さらに、多層構造を有する有機ＥＬ素子では、発光層内に正孔および電子を効率的に閉じ込めるために、電極および発光層の間に対極側への正孔もしくは電子の突き抜けを防止するブロッキング層を設けるのが一般的である。
【０００５】
しかしながら、多層構造を有する有機ＥＬ素子では、駆動中に各層の界面にて劣化が生じることによって、発光効率が低下したり、素子が劣化して輝度が低下したりすることが懸念される。特に、ブロッキング層が設けられた有機ＥＬ素子では、界面に電荷が蓄積しやすく、このため界面にて劣化が生じやすく、輝度劣化が懸念される。
【０００６】
そこで、駆動中に各層の界面にて劣化が生じるのを抑制するために、正孔注入輸送層や電子注入輸送層に用いる材料を工夫する方法が提案されている。
例えば特許文献２には、陽極からの正孔の注入性および陰極からの電子の注入性を改善するために、有機半導体層（正孔注入輸送層または電子注入輸送層）を、有機化合物および酸化性ドーパント、あるいは、有機化合物および還元性ドーパント、あるいは、有機化合物および導電性微粒子から構成されるものとすることが開示されている。
また、例えば特許文献３には、陽極から有機化合物層（正孔注入輸送層）への正孔注入におけるエネルギー障壁を低下させることを目的として、陽極に接する有機化合物層に電子受容性ドーパントをドープする方法が開示されている。さらに、例えば特許文献４および特許文献５には、陰極から有機化合物層（電子注入輸送層）への電子注入におけるエネルギー障壁を低下させることを目的として、陰極に接する有機化合物層に電子供与性ドーパントをドープする方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第２８１４４３５号公報
【特許文献２】特開２０００−３１５５８１号公報
【特許文献３】特開平１１−２５１０６７号公報
【特許文献４】特開平１０−２７０１７１号公報
【特許文献５】特開平１０−２７０１７２号公報
【特許文献６】特開２００４−２５３３７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
発光効率の低下や素子の劣化を効果的に抑制するためには、陽極からの正孔注入におけるエネルギー障壁や、陰極からの電子注入におけるエネルギー障壁を低下させるだけでは充分ではなく、対極への電荷の突き抜けを防止する層を有さないような素子構成とすることが有効であると思料される。
【０００９】
また、ホスト材料および発光ドーパントを含有する発光層を有する有機ＥＬ素子においては、電荷注入輸送層から発光層へ電荷が注入されにくい場合がある。これは、発光層および電荷注入輸送層の界面に発光ドーパントが存在することが影響しているものと思料される。
【００１０】
ホスト材料および発光ドーパントを含有する発光層を有する有機ＥＬ素子としては、駆動電圧を低くすることを目的として、発光層がドープ層およびノンドープ層を有するものが提案されている（特許文献６）。しかしながら、特許文献６には、対極への電荷の突き抜けを防止する層を有さないことについては一切述べられていない。
【００１１】
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、対極への電荷の突き抜けを防止する層を有さず、高効率で長寿命な有機ＥＬ素子を提供することを目的とする。さらには、電荷注入輸送層から発光層への電荷注入が良好な有機ＥＬ素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するために、本発明は、陽極と、上記陽極上に形成された正孔注入輸送層と、上記正孔注入輸送層上に形成され、ホスト材料および発光ドーパントを含有する発光層と、上記発光層上に形成された陰極とを有する有機ＥＬ素子であって、上記発光層が、上記発光ドーパントを含有する１箇所以上のドープ領域と上記発光ドーパントを含有しない１箇所以上のノンドープ領域とを有し、上記正孔注入輸送層の構成材料の電子親和力をEa1、上記発光層の構成材料の電子親和力をEa2としたとき、Ea1≧Ea2であることを特徴とする有機ＥＬ素子を提供する。
【００１３】
本発明によれば、発光層がノンドープ領域を有するので、発光層のドープ領域中の発光ドーパントから他の物質へエネルギー移動が起こり発光効率が低下するのを抑制することができる。また、正孔注入輸送層および発光層の構成材料の電子親和力がEa1≧Ea2であるので、駆動中における正孔注入輸送層および発光層の界面での電荷の蓄積がなく、劣化を抑制することができる。したがって、高効率で長寿命な有機ＥＬ素子とすることが可能である。
【００１４】
また本発明は、陽極と、上記陽極上に形成され、ホスト材料および発光ドーパントを含有する発光層と、上記発光層上に形成された電子注入輸送層と、上記電子注入輸送層上に形成された陰極とを有する有機ＥＬ素子であって、上記発光層が、上記発光ドーパントを含有する１箇所以上のドープ領域と上記発光ドーパントを含有しない１箇所以上のノンドープ領域とを有し、上記発光層の構成材料のイオン化ポテンシャルをIp2、上記電子注入輸送層の構成材料のイオン化ポテンシャルをIp3としたとき、Ip2≧Ip3であることを特徴とする有機ＥＬ素子を提供する。
【００１５】
本発明によれば、発光層がノンドープ領域を有するので、発光層のドープ領域中の発光ドーパントから他の物質へエネルギー移動が起こり発光効率が低下するのを抑制することができる。また、電子注入輸送層および発光層の構成材料のイオン化ポテンシャルがIp2≧Ip3であるので、駆動中における発光層および電子注入輸送層の界面での電荷の蓄積がなく、劣化を抑制することができる。したがって、高効率で長寿命な有機ＥＬ素子とすることが可能である。
【００１６】
さらに本発明においては、上記発光層と上記陰極との間に電子注入輸送層が形成され、上記発光層の構成材料のイオン化ポテンシャルをIp2、上記電子注入輸送層の構成材料のイオン化ポテンシャルをIp3としたとき、Ip2≧Ip3であることが好ましい。Ip2≧Ip3であるので、駆動中における発光層および電子注入輸送層の界面での電荷の蓄積がなく、劣化を抑制することができるからである。
【００１７】
上記発明においては、上記正孔注入輸送層および上記電子注入輸送層が、正孔および電子を輸送しうるバイポーラ材料を含有することが好ましい。バイポーラ材料を正孔注入輸送層および電子注入輸送層に用いることにより、駆動中における正孔注入輸送層、発光層、および電子注入輸送層の界面での劣化を効果的に抑制することができるからである。
【００１８】
上記の場合、上記正孔注入輸送層に含有されるバイポーラ材料と、上記電子注入輸送層に含有されるバイポーラ材料とが同一であることが好ましい。これらのバイポーラ材料が同一であれば、正孔が電子注入輸送層に突き抜けたり、電子が正孔注入輸送層に突き抜けたりしても、これらの層が劣化しにくくなるからである。
【００１９】
本発明においては、上記発光層の上記正孔注入輸送層側に上記ノンドープ領域が設けられていてもよい。例えば、発光ドーパントから正孔注入輸送層の構成材料へエネルギー移動が起こり得る場合には、発光層が正孔注入輸送層側にノンドープ領域を有することにより上記エネルギー移動を起こりにくくし発光効率を向上させることができる。また、発光層が正孔注入輸送層側にノンドープ領域を有することにより、正孔注入輸送層から発光層への正孔注入を良好なものとすることができる。さらに、正孔注入輸送層および発光層の構成材料の電子親和力がEa1≧Ea2であるものの、発光層が正孔注入輸送層側にノンドープ領域を有するので、発光ドーパントによる電荷のトラップによって、発光層へ注入される電荷のバランスをとることができる。
【００２０】
また本発明においては、上記発光層の上記電子注入輸送層側に上記ノンドープ領域が設けられていてもよい。例えば、発光ドーパントから電子注入輸送層の構成材料へエネルギー移動が起こり得る場合には、発光層が電子注入輸送層側にノンドープ領域を有することにより上記エネルギー移動を起こりにくくし発光効率を向上させることができる。また、発光層が電子注入輸送層側にノンドープ領域を有することにより電子注入輸送層から発光層への正孔注入を良好なものとすることができる。さらに、電子注入輸送層および発光層の構成材料のイオン化ポテンシャルがIp2≧Ip3であるものの、発光層が電子注入輸送層側にノンドープ領域を有するので、発光ドーパントによる電荷のトラップによって、発光層へ注入される電荷のバランスをとることができる。
【００２１】
さらに本発明においては、上記発光層が２箇所の上記ドープ領域を有し、上記２箇所のドープ領域の間に上記ノンドープ領域が配置されており、上記２箇所のドープ領域がそれぞれ異なる種類の発光ドーパントを含有していてもよい。例えば、一方のドープ領域に含まれる発光ドーパントから他方のドープ領域に含まれる発光ドーパントへエネルギー移動が起こり得る場合には、これらの２つのドープ領域の間にノンドープ領域が配置されていることにより上記エネルギー移動を起こりにくくし発光効率を向上させることができる。
【００２２】
また本発明においては、上記ドープ領域が、２種類以上の上記発光ドーパントを含有していてもよい。例えば、電子よりも正孔を輸送しやすい発光ドーパントと、正孔よりも電子を輸送しやすい発光ドーパントとを含有させることにより、発光層へ注入される正孔および電子のバランスをとることができる。また例えば、ホスト材料および発光ドーパントの励起エネルギーの中間に励起エネルギーをもつ発光ドーパントをさらに含有させることにより、エネルギー移動を円滑に起こさせることができる。
【００２３】
さらに本発明においては、上記正孔注入輸送層の構成材料のイオン化ポテンシャルをIp1、上記発光層の構成材料のイオン化ポテンシャルをIp2としたとき、Ip1＜Ip2であることが好ましい。正孔注入輸送層から発光層への正孔輸送において多少のエネルギー障壁が存在することにより、発光層への正孔の注入を制御し、発光効率を高めることができるからである。
【００２４】
また本発明においては、上記発光層の構成材料の電子親和力をEa2、上記電子注入輸送層の構成材料の電子親和力をEa3としたとき、Ea2＜Ea3であることが好ましい。電子注入輸送層から発光層への電子輸送において多少のエネルギー障壁が存在することにより、発光層への電子の注入を制御し、発光効率を高めることができるからである。
【００２５】
さらに本発明においては、上記発光層が、正孔および電子を輸送しうるバイポーラ材料を含有していてもよい。この場合、上記正孔注入輸送層に含有されるバイポーラ材料と、上記電子注入輸送層に含有されるバイポーラ材料と、上記発光層に含有されるバイポーラ材料とが同一であることが好ましい。上述したように、これらのバイポーラ材料が同一であれば、正孔が電子注入輸送層に突き抜けたり、電子が正孔注入輸送層に突き抜けたりしても、これらの層が劣化しにくくなるからである。
【発明の効果】
【００２６】
本発明においては、発光層がノンドープ領域を有するので、発光効率を向上させることができるという効果を奏する。また、正孔注入輸送層および発光層の構成材料の電子親和力、ならびに、電子注入輸送層および発光層の構成材料のイオン化ポテンシャルの少なくともいずれか一方を所定の関係とすることにより、駆動中における各層の界面での劣化を抑制することができるという効果を奏する。したがって、高効率化を図り、安定な寿命特性を得ることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の有機ＥＬ素子の一例を示す概略断面図である。
【図２】本発明の有機ＥＬ素子の他の例を示す概略断面図である。
【図３】本発明の有機ＥＬ素子の他の例を示す概略断面図である。
【図４】本発明の有機ＥＬ素子の他の例を示す概略断面図である。
【図５】本発明の有機ＥＬ素子のバンドダイヤグラムの一例を示す模式図である。
【図６】本発明の有機ＥＬ素子の他の例を示す概略断面図である。
【図７】本発明の有機ＥＬ素子のバンドダイヤグラムの他の例を示す模式図である。
【図８】本発明の有機ＥＬ素子のバンドダイヤグラムの他の例を示す模式図である。
【図９】本発明の有機ＥＬ素子の他の例を示す概略断面図である。
【図１０】本発明の有機ＥＬ素子のバンドダイヤグラムの他の例を示す模式図である。
【図１１】本発明の有機ＥＬ素子のバンドダイヤグラムの他の例を示す模式図である。
【図１２】本発明の有機ＥＬ素子の他の例を示す概略断面図である。
【図１３】本発明の有機ＥＬ素子の動作機構を示す説明図である。
【図１４】本発明の有機ＥＬ素子のバンドダイヤグラムの他の例を示す模式図である。
【図１５】本発明の有機ＥＬ素子の他の例を示す概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明の有機ＥＬ素子について詳細に説明する。
本発明の有機ＥＬ素子は、層構成により４つの実施態様に分けることができる。以下、各実施態様に分けて説明する。
【００２９】
Ｉ．第１実施態様
本発明の有機ＥＬ素子の第１実施態様は、陽極と、上記陽極上に形成された正孔注入輸送層と、上記正孔注入輸送層上に形成され、ホスト材料および発光ドーパントを含有する発光層と、上記発光層上に形成された陰極とを有する有機ＥＬ素子であって、上記発光層が、上記発光ドーパントを含有する１箇所以上のドープ領域と上記発光ドーパントを含有しない１箇所以上のノンドープ領域とを有し、上記正孔注入輸送層の構成材料の電子親和力をEa1、上記発光層の構成材料の電子親和力をEa2としたとき、Ea1≧Ea2であることを特徴とするものである。
【００３０】
なお、イオン化ポテンシャルは、ＵＰＳ（紫外光電子分光法）（例えば測定機名「ＡＣ−２」理研計器製）により求めた値とする。また、電子親和力の測定方法としては、まずＨＯＭＯエネルギーをＵＰＳ（紫外光電子分光法）（例えば測定機名「ＡＣ−２」理研計器製）により求め、次いで光吸収によるエネルギーギャップ測定値と上記ＨＯＭＯエネルギーから算出する方法を採用する。
【００３１】
本実施態様の有機ＥＬ素子について、図面を参照しながら説明する。
図１〜図４はそれぞれ、本実施態様の有機ＥＬ素子の一例を示す概略断面図であり、図５は図１〜図４に示す有機ＥＬ素子のバンドダイヤグラムの一例を示す模式図である。
図１〜図４に例示するように、有機ＥＬ素子１は、基板２上に、陽極３と正孔注入輸送層４と発光層５と電子注入輸送層６と陰極７とが順次積層されたものである。また、発光層５は、ホスト材料および発光ドーパントを含有するものであり、発光ドーパントを含有するドープ領域１５と発光ドーパントを含有しないノンドープ領域８とを有している。
図１に示す例においては、発光層５にてノンドープ領域８が正孔注入輸送層４側に配置されている。図２に示す例においては、発光層５にてノンドープ領域８が電子注入輸送層６側に配置されている。図３に示す例においては、発光層５が２箇所のノンドープ領域８ａ，８ｂを有し、２箇所のノンドープ領域８ａ，８ｂの間にドープ領域１５が配置されている。図４に示す例においては、発光層５が２箇所のドープ領域１５ａ、１５ｂを有し、２箇所のドープ領域１５ａ、１５ｂの間にノンドープ領域８が配置されている。
【００３２】
これらの有機ＥＬ素子においては、正孔注入輸送層４のイオン化ポテンシャルをIp1、発光層５の構成材料のイオン化ポテンシャルをIp2、電子注入輸送層６の構成材料のイオン化ポテンシャルをIp3とすると、図５(a)、(b)に例示するようにIp1≦Ip2、Ip2≧Ip3となっている。また、正孔注入輸送層４の構成材料の電子親和力をEa1、発光層５の構成材料の電子親和力をEa2、電子注入輸送層６の構成材料の電子親和力をEa3とすると、図５(a)、(b)に例示するようにEa1≧Ea2、Ea2≦Ea3となっている。
【００３３】
図１および図３に例示する有機ＥＬ素子においては、例えば発光層５に含まれる発光ドーパントから正孔注入輸送層４の構成材料へエネルギー移動が起こり得る場合には、発光層５が正孔注入輸送層４側にノンドープ領域８を有することにより上記エネルギー移動を起こりにくくし発光効率を向上させることができる。図２および図３に例示する有機ＥＬ素子においては、例えば発光層５に含まれる発光ドーパントから電子注入輸送層６の構成材料へエネルギー移動が起こり得る場合には、発光層５が電子注入輸送層６側にノンドープ領域８を有することにより上記エネルギー移動を起こりにくくし発光効率を向上させることができる。
【００３４】
また、図４に例示する有機ＥＬ素子においては、例えばドープ領域１５ａに含まれる発光ドーパントからドープ領域１５ｂに含まれる発光ドーパントへエネルギー移動が起こり得る場合には、２つのドープ領域１５ａ，１５ｂの間にノンドープ領域８が配置されていることにより上記エネルギー移動を起こりにくくし発光効率を向上させることができる。具体的には、２つのドープ領域が互いに異なる色を発する発光ドーパントを含有しており、各発光ドーパントがそれぞれ発光することで白色光を得る場合には、図４に例示する有機ＥＬ素子が有用である。また、２つのドープ領域のうち、一方が蛍光発光する発光ドーパントを含有し、他方が燐光発光する発光ドーパントを含有しており、各発光ドーパントをそれぞれ発光させる場合にも、図４に例示する有機ＥＬ素子は有用である。
【００３５】
このように本実施態様においては、発光層がノンドープ領域を有することにより、発光効率を向上させることが可能である。また、本実施態様においては、正孔注入輸送層および発光層の構成材料の電子親和力がEa1≧Ea2であるので、駆動中における正孔注入輸送層および発光層の界面での電荷の蓄積がなく、劣化を抑制することができる。したがって、高効率で長寿命な有機ＥＬ素子とすることが可能である。
【００３６】
さらに、図１に例示する有機ＥＬ素子においては、発光層が正孔注入輸送層側にノンドープ領域を有するので、正孔注入輸送層および発光層の界面で発光ドーパントが正孔注入を阻害することがなく、正孔注入輸送層から発光層への正孔注入を良好なものとすることができる。
ここで、本実施態様においては、正孔注入輸送層および発光層の構成材料の電子親和力の関係がEa1≧Ea2であり、発光層に注入された電子が対極へ突き抜けるのを防止するブロッキング層が設けられていないため、従来のブロッキング層を有する有機ＥＬ素子と同じようにして、発光層へ注入される正孔および電子のバランスをとることは困難である。
これに対して、図１に例示する有機ＥＬ素子においては、発光層が正孔注入輸送層側にノンドープ領域を有することにより、発光ドーパントによる電荷のトラップを制御することができ、高効率な素子を得ることができる。
例えば、発光ドーパントが正孔よりも電子を輸送しやすいものである場合には、電子の注入が過剰になる傾向がある。この場合には、発光層が正孔注入輸送層側にノンドープ領域を有することにより、発光効率を向上させることができる。これは、発光層の正孔注入輸送層側（陽極側）に発光ドーパントを含有しないノンドープ領域を設け、発光層の陰極側に発光ドーパントを含有するドープ領域を設けることにより、陰極から発光層に注入された電子が、発光層中でより多く発光ドーパントにトラップされ、特に陰極側でより多く発光ドーパントにトラップされて、陽極へ突き抜けるのを防止しているためであると思料される。すなわち、発光層が正孔注入輸送層側にノンドープ領域を有する場合には、電子の注入が過剰である場合に有用である。
【００３７】
一方、図２に例示する有機ＥＬ素子においては、発光層が電子注入輸送層側にノンドープ領域を有するので、電子注入輸送層および発光層の界面で発光ドーパントが電子注入を阻害することがなく、電子注入輸送層から発光層への電子注入を良好なものとすることができる。
ここで、発光層および電子注入輸送層の構成材料のイオン化ポテンシャルの関係がIp2≧Ip3である場合には、発光層に注入された正孔が対極へ突き抜けるのを防止するブロッキング層が設けられていないため、従来のブロッキング層を有する有機ＥＬ素子と同じようにして、発光層へ注入される正孔および電子のバランスをとることは困難である。
これに対して、図２に例示する有機ＥＬ素子においては、発光層が電子注入輸送層側にノンドープ領域を有することにより、発光ドーパントによる電荷のトラップを制御することができ、高効率な素子を得ることができる。
例えば、発光ドーパントが電子よりも正孔を輸送しやすいものである場合には、正孔の注入が過剰になる傾向がある。この場合には、発光層が電子注入輸送層側にノンドープ領域を有することにより、発光効率を向上させることができる。これは、発光層の電子注入輸送層側（陰極側）に発光ドーパントを含有しないノンドープ領域を設け、発光層の陽極側に発光ドーパントを含有するドープ領域を設けることにより、陽極から発光層に注入された正孔が、発光層中でより多く発光ドーパントにトラップされ、特に陽極側でより多く発光ドーパントにトラップされて、陰極へ突き抜けるのを防止しているためであると思料される。すなわち、発光層が電子注入輸送層側にノンドープ領域を有する場合には、正孔の注入が過剰である場合に有用である。
【００３８】
本実施態様においては、図１〜図４に例示するように、発光層５および陰極７の間に電子注入輸送層６が形成されていることが好ましい。この場合、発光層５の構成材料のイオン化ポテンシャルをIp2、電子注入輸送層６の構成材料のイオン化ポテンシャルをIp3とすると、図５(a)、(b)に例示するようにIp2≧Ip3であることが好ましい。また、発光層５の構成材料の電子親和力をEa2、電子注入輸送層６の構成材料の電子親和力をEa3とすると、図５(a)、(b)に例示するようにEa2≦Ea3であることが好ましい。
【００３９】
このような有機ＥＬ素子では、Ip2≧Ip3、Ea1≧Ea2であるので、通常、発光層内で効率良く電荷再結合を起こし励起状態を生成させ放射失活させることが困難であり、発光効率が低下したり、また対極への正孔および電子の突き抜けが起こり、正孔注入輸送層へ電子が注入されたり電子注入輸送層へ正孔が注入されたりすることによって、寿命特性が悪くなったりすることが想定される。しかしながら、電子注入輸送層および発光層の構成材料のイオン化ポテンシャルがIp2≧Ip3であり、かつ、正孔注入輸送層および発光層の構成材料の電子親和力がEa1≧Ea2であるので、対極への正孔および電子の突き抜けは起こるものの、陽極および陰極間を正孔および電子が円滑に輸送されるので、駆動中における正孔注入輸送層、発光層、および電子注入輸送層の各層の界面での劣化を抑制することができる。また、正孔および電子が円滑に輸送されることによって、発光層内全体で正孔および電子が再結合するため、正孔および電子の再結合効率が著しく低下することもない。したがって、高効率化を図り、顕著に安定な寿命特性を得ることが可能である。
【００４０】
本実施態様においては、図６に例示するように、陽極３および正孔注入輸送層４の間に第２の正孔注入輸送層９が形成されていてもよい。
この場合、正孔注入輸送層４の構成材料の電子親和力をEa1、発光層５の構成材料の電子親和力をEa2、第２の正孔注入輸送層９の構成材料の電子親和力をEa4とすると、図７(a)、(b)に例示するようにEa4≧Ea1≧Ea2であることが好ましい。このような有機ＥＬ素子においては、Ea4≧Ea1≧Ea2であるので、上記の場合と同様に、駆動中における第２の正孔注入輸送層、正孔注入輸送層および発光層の各層の界面での劣化を抑制することができる。したがって、高効率で長寿命な有機ＥＬ素子を得ることが可能である。
一方、図８に例示するように、Ea4＜Ea1、Ea1≧Ea2であることも好ましい。正孔注入輸送層および第２の正孔注入輸送層の構成材料の選択肢の幅が広くなるからである。
またこの場合、正孔注入輸送層４の構成材料のイオン化ポテンシャルをIp1、発光層５の構成材料のイオン化ポテンシャルをIp2、第２の正孔注入輸送層９の構成材料のイオン化ポテンシャルをIp4とすると、図７(a)、(b)に例示するようにIp4＜Ip1＜Ip2であることが好ましい。発光層の構成材料のバンドギャップエネルギーが比較的大きい場合には、Ip4＜Ip1＜Ip2となるように第２の正孔注入輸送層、正孔注入輸送層および発光層が形成されていることにより、発光層に正孔を円滑に輸送することができる。
【００４１】
また本実施態様においては、図６に例示するように、電子注入輸送層６および陰極７の間に第２の電子注入輸送層１０が形成されていてもよい。
この場合、発光層５の構成材料のイオン化ポテンシャルをIp2、電子注入輸送層６の構成材料のイオン化ポテンシャルをIp3、第２の電子注入輸送層１０の構成材料のイオン化ポテンシャルをIp5とすると、図７(a)、(b)に例示するようにIp2≧Ip3≧Ip5であることが好ましい。このような有機ＥＬ素子においては、Ip2≧Ip3≧Ip5であるので、上記の場合と同様に、駆動中における発光層、電子注入輸送層および第２の電子注入輸送層の各層の界面での劣化を抑制することができる。したがって、高効率で長寿命な有機ＥＬ素子を得ることが可能である。
一方、図８に例示するように、Ip2≧Ip3、Ip3＜Ip5であることも好ましい。電子注入輸送層および第２の電子注入輸送層の構成材料の選択肢の幅が広くなるからである。
またこの場合、電子注入輸送層６の構成材料の電子親和力をEa1、発光層５の構成材料の電子親和力をEa2、第２の電子注入輸送層１０の構成材料の電子親和力をEa5とすると、図７(a)、(b)に例示するようにEa2＜Ea3＜Ea5であることが好ましい。発光層の構成材料のバンドギャップエネルギーが比較的大きい場合には、Ea2＜Ea3＜Ea5となるように発光層、電子注入輸送層および第２の電子注入輸送層が形成されていることにより、発光層に電子を円滑に輸送することができる。
【００４２】
以下、本実施態様の有機ＥＬ素子における各構成について説明する。
【００４３】
１．発光層
本実施態様に用いられる発光層は、ホスト材料および発光ドーパントを含有するものであり、発光ドーパントを含有する１箇所以上のドープ領域と発光ドーパントを含有しない１箇所以上のノンドープ領域とを有するものである。発光層は、電子と正孔との再結合の場を提供して発光する機能を有する。
【００４４】
なお、発光ドーパントを含有しないノンドープ領域とは、実質的に発光ドーパントを含有しない領域をいう。具体的には、ノンドープ領域とは、ホスト材料および発光ドーパントを共蒸着させて発光層を成膜する際に、発光ドーパントの蒸着源のシャッターを閉じることにより形成される領域をいう。また、ノンドープ領域の厚みが１０ｎｍ以上である場合、ノンドープ領域とは、隣接するドープ領域中の発光ドーパントの含有量を１００％としたときに、発光ドーパントの含有量が１０％以下、好ましくは５％以下、さらに好ましくは１％以下である領域を有する領域をいう。
【００４５】
発光層は、１箇所以上のドープ領域と１箇所以上のノンドープ領域とを有していればよい。例えば、図１および図２に示すように発光層５が１箇所のドープ領域１５と１箇所のノンドープ領域８とを有していてもよく、図３に示すように発光層５が１箇所のドープ領域１５と２箇所のノンドープ領域８ａ，８ｂとを有していてもよく、図４に示すように発光層５が２箇所のドープ領域１５ａ，１５ｂと１箇所のノンドープ領域８とを有していてもよく、図示しないが発光層が２箇所のドープ領域と３箇所のノンドープ領域とを有していてもよい。ドープ領域およびノンドープ領域の数としてはそれぞれ、１箇所以上であればよいが、通常、１〜３箇所程度とされ、好ましくは１〜２箇所である。
【００４６】
ドープ領域およびノンドープ領域の配置としては、発光層が１箇所以上のドープ領域と１箇所以上のノンドープ領域とを有するような配置であれば特に限定されるものではない。例えば、図１に示すように発光層５が１箇所のドープ領域１５と１箇所のノンドープ領域８とを有し、正孔注入輸送層４側にノンドープ領域８が配置されていてもよく、図２に示すように発光層５が１箇所のドープ領域１５と１箇所のノンドープ領域８とを有し、電子注入輸送層６側にノンドープ領域８が配置されていてもよく、図３に示すように発光層５が１箇所のドープ領域１５と２箇所のノンドープ領域８ａ，８ｂとを有し、正孔注入輸送層４側および電子注入輸送層６側の両側にノンドープ領域８ａ，８ｂが配置されていてもよい。また、図４に例示するように、発光層５が２箇所のドープ領域１５ａ，１５ｂと１箇所のノンドープ領域８とを有し、２箇所のドープ領域１５ａ，１５ｂの間にノンドープ領域８が配置されていてもよい。さらに図示しないが、発光層が２箇所のドープ領域と３箇所のノンドープ領域とを有し、ドープ領域とノンドープ領域とが交互に配置されていてもよい。
【００４７】
ドープ領域およびノンドープ領域の配置は、発光ドーパントのエネルギー遷移を考慮して適宜選択される。中でも、正孔および電子の注入バランスがとれるように、ドープ領域およびノンドープ領域の配置を適宜選択することが好ましい。例えば、電子の注入が過剰である場合には、発光層に注入された電子を発光ドーパントによって発光層の陰極側でトラップできるように、正孔注入輸送層側にノンドープ領域が設けられることが好ましい。
【００４８】
ドープ領域は、ホスト材料および発光ドーパントを含有する領域であればよく、ドープ領域では、発光ドーパント濃度が発光層の厚さ方向に一定であってもよく、発光ドーパント濃度が発光層の厚さ方向に分布を有していてもよい。通常は、ドープ領域では、発光ドーパント濃度が発光層の厚さ方向に一定とされる。
【００４９】
発光層に用いられるホスト材料としては、色素系材料、金属錯体系材料、高分子系材料を挙げることができる。
【００５０】
色素系材料としては、例えば、シクロペンタジエン誘導体、テトラフェニルブタジエン誘導体、トリフェニルアミン誘導体、オキサジアゾール誘導体、ピラゾロキノリン誘導体、ジスチリルベンゼン誘導体、ジスチリルアリーレン誘導体、シロール誘導体、チオフェン環化合物、ピリジン環化合物、ペリノン誘導体、ペリレン誘導体、オリゴチオフェン誘導体、トリフマニルアミン誘導体、クマリン誘導体、オキサジアゾールダイマー、ピラゾリンダイマーなどを挙げることができる。
【００５１】
金属錯体系材料としては、例えば、アルミキノリノール錯体、ベンゾキノリノールベリリウム錯体、ベンゾオキサゾール亜鉛錯体、ベンゾチアゾール亜鉛錯体、アゾメチル亜鉛錯体、ポルフィリン亜鉛錯体、ユーロピウム錯体、イリジウム金属錯体、プラチナ金属錯体等、中心金属に、Ａｌ、Ｚｎ、Ｂｅ、Ｉｒ、Ｐｔ等、またはＴｂ、Ｅｕ、Ｄｙ等の希土類金属を有し、配位子に、オキサジアゾール、チアジアゾール、フェニルピリジン、フェニルベンゾイミダゾール、キノリン構造等を有する金属錯体等を挙げることができる。具体的には、トリス（８−ヒドロキシキノリノラト）アルミニウム（Ａｌｑ3）を用いることができる。
【００５２】
高分子系材料としては、例えば、ポリパラフェニレンビニレン誘導体、ポリチオフェン誘導体、ポリパラフェニレン誘導体、ポリシラン誘導体、ポリアセチレン誘導体、ポリビニルカルバゾール、ポリフルオレノン誘導体、ポリフルオレン誘導体、ポリキノキサリン誘導体、ポリジアルキルフルオレン誘導体、およびそれらの共重合体等を挙げることができる。また、上記の色素系材料および金属錯体系材料を高分子化したものも挙げられる。
【００５３】
また、ホスト材料はバイポーラ材料であってもよい。
なお、バイポーラ材料とは、正孔および電子のいずれをも安定に輸送することができる材料であって、材料に還元性ドーパントをドープしたものを用いて電子のユニポーラデバイスを作製した場合に電子を安定に輸送することができ、かつ、材料に酸化性ドーパントをドープしたものを用いて正孔のユニポーラデバイスを作製した場合に正孔を安定に輸送することができる材料をいう。ユニポーラデバイスを作製する際には、具体的には、還元性ドーパントとして、Ｃｓもしくは８−ヒドロキシキノリノラトリチウム（Ｌｉｑ）を材料にドープしたものを用いて電子のユニポーラデバイスを作製し、酸化性ドーパントとしてＶ２Ｏ５もしくはＭｏＯ３を材料にドープしたものを用いて正孔のユニポーラデバイスを作製することができる。
このようなバイポーラ材料を発光層に用いることにより、駆動中における正孔注入輸送層、発光層、および電子注入輸送層の各層の界面での劣化を効果的に抑制することができる。
【００５４】
バイポーラ材料としては、例えば、ジスチリルアレーン誘導体、多芳香族化合物、芳香族縮合環化合物類、カルバゾール誘導体、複素環化合物等を挙げることができる。具体的には、下記式で示される4,4'-ビス(2,2-ジフェニル-エテン-1-イル)ジフェニル（4,4'-bis(2,2-diphenyl-ethen-1-yl)diphenyl；DPVBi）、4,4'-ビス(カルバゾール-9-イル)ビフェニル（4,4'-bis(carbazol-9-yl)biphenyl；CBP）、2,2',7,7'-テトラキス(カルバゾール-9-イル)-9,9'-スピロ-ビフルオレン（2,2',7,7'-tetrakis(carbazol-9-yl)-9,9'-spiro-bifluorene；spiro-CBP）、4,4''-ジ(N-カルバゾリル)-2',3',5',6'-テトラフェニル-p-テルフェニル（4,4''-di(N-carbazolyl)-2',3',5',6'-tetraphenyl-p-terphenyl；CzTT）、1,3-ビス(カルバゾール-9-イル)-ベンゼン（1,3-bis(carbazole-9-yl)-benzene；m-CP）、3-tert−ブチル-9,10-ジ(ナフサ-2-イル)アントラセン（3-tert−butyl-9,10-di(naphtha-2-yl)anthracene；TBADN）、およびこれらの誘導体等が挙げられる。
【００５５】
【化１】
2010199504.tif 000003
【００５６】
【化２】
2010199504.tif 000004
【００５７】
なお、上記の手法により正孔および電子の両キャリアの輸送が可能であると確認される材料は、すべて本発明におけるバイポーラ材料として用いることができる。
【００５８】
また、発光ドーパントは、蛍光発光または燐光発光するものであれば特に限定されるものではない。発光ドーパントとしては、例えば、ペリレン誘導体、クマリン誘導体、ルブレン誘導体、キナクリドン誘導体、スクアリウム誘導体、ポルフィリン誘導体、スチリル色素、テトラセン誘導体、ピラゾリン誘導体、デカシクレン、フェノキサゾン、キノキサリン誘導体、カルバゾール誘導体、フルオレン誘導体、イリジウム(Ir)化合物、白金化合物、金化合物、オスミウム化合物、ルテニウム(Ru)化合物、レニウム(Re)化合物等を挙げることができる。より具体的には、2,5,8,11-テトラ-tert-ブチルペリレン（2,5,8,11-Tetra-tert-butylperylene）（ペリレン誘導体）、2,3,6,7-テトラヒドロ-1,1,7,7,-テトラメチル-1H,5H,11H-10-(2-ベンゾチアゾリル)キノリジノ-[9,9a,1gh]クマリン（C545t）（2,3,6,7-Tetrahydro-1,1,7,7,-tetramethyl-1H,5H,11H-10-(2-benzothiazolyl)quinolizino-[9,9a,1gh]coumarin（C545t））（クマリン誘導体）、(5,6,11,12)-テトラフェニルナフタセン（(5,6,11,12)-Tetraphenylnaphthacene）（ルブレン誘導体）、および、トリス(2-フェニルピリジン)イリジウム(III)（Tris(2-phenylpyridine)iridium(III)；Ir(ppy)3）、トリス(1-フェニルイソキノリン)イリジウム(III)（Tris(1-phenylisoquinoline)iridium(III)；Ir(piq)3）、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)（Bis(3,5-difluoro-2-(2-pyridyl)phenyl-(2-carboxypyridyl)iridium(III)；FIrpic)（イリジウム化合物）が挙げられる。
【００５９】
ホスト材料および発光ドーパントの電子親和力およびイオン化ポテンシャルの関係としては、ホスト材料の電子親和力をEah、発光ドーパントの電子親和力をEadとしたとき、Eah＜Eadであり、かつ、ホスト材料のイオン化ポテンシャルをIph、発光ドーパントのイオン化ポテンシャルをIpdとしたとき、Iph＞Ipdであることが好ましい。ホスト材料および発光ドーパントの電子親和力およびイオン化ポテンシャルが上記の関係を満たす場合には、正孔および電子が発光ドーパントにトラップされるので、発光効率を向上させることができるからである。
【００６０】
ここで、発光層を構成するホスト材料および発光ドーパントのイオン化ポテンシャルおよび電子親和力は、次のようにして得られる。イオン化ポテンシャルは、ＵＰＳ（紫外光電子分光法）（例えば測定機名「ＡＣ−２」理研計器製）により求める。一方、電子親和力の測定方法としては、まずＵＰＳ（紫外光電子分光法）（例えば測定機名「ＡＣ−２」理研計器製）によりＨＯＭＯエネルギーを求め、次いで光吸収によるエネルギーギャップ測定値と上記ＨＯＭＯエネルギーから算出する方法を採用する。
【００６１】
さらに、発光層は、ホスト材料と、２種類以上の発光ドーパントとを含有していてもよい。この場合、例えば、１箇所のドープ領域が２種類以上の発光ドーパントを含有していてもよく、２箇所のドープ領域が互いに異なる種類の発光ドーパントを含有していてもよい。
【００６２】
１箇所のドープ領域が２種類以上の発光ドーパントを含有する場合、例えば、ホスト材料と発光ドーパントとの励起エネルギーの差が比較的大きい場合には、ホスト材料および発光ドーパントの励起エネルギーの中間に励起エネルギーをもつ発光ドーパントをさらに含有させることにより、エネルギー移動を円滑に起こさせることができ、発光効率を向上させることができる。また例えば、電子よりも正孔を輸送しやすい発光ドーパントと、正孔よりも電子を輸送しやすい発光ドーパントとを含有させることにより、発光層へ注入される正孔および電子のバランスをとることができ、発光効率を向上させることができる。さらに例えば、異なる色を発光する発光ドーパントを含有させることにより、異なる色を発光する発光ドーパントをそれぞれ発光させて白色光を得ることができる。
【００６３】
１箇所のドープ領域が２種類以上の発光ドーパントを含有する場合、各発光ドーパントがそれぞれ発光してもよく、１種類のみが発光してもよい。例えば、１箇所のドープ領域が、第１発光ドーパントと、ホスト材料の励起エネルギーよりも小さく、第１発光ドーパントの励起エネルギーよりも大きい励起エネルギーをもつ第２発光ドーパントとを含有する場合や、１箇所のドープ領域が、電子よりも正孔を輸送しやすい第３発光ドーパントと、正孔よりも電子を輸送しやすい第４発光ドーパントとを含有する場合など、いずれの場合も、その発光ドーパントの励起エネルギーの大小、分布状態、および濃度により、１種類もしくはそれぞれの発光ドーパントの発光が得られる。また例えば、異なる色を発光する発光ドーパントを含有する場合には、異なる色を発光する発光ドーパントをそれぞれ発光させることで白色光を得ることができる。
【００６４】
１箇所のドープ領域が２種類以上の発光ドーパントを含有する場合、発光効率の向上の観点から、１箇所のドープ領域に、第１発光ドーパントと、ホスト材料の励起エネルギーよりも小さく、第１発光ドーパントの励起エネルギーよりも大きい励起エネルギーをもつ第２発光ドーパントとを含有させたり、あるいは、電子よりも正孔を輸送しやすい第３発光ドーパントと、正孔よりも電子を輸送しやすい第４発光ドーパントとを含有させたりすることができる。
【００６５】
１箇所のドープ領域が、第１発光ドーパントと、ホスト材料の励起エネルギーよりも小さく、第１発光ドーパントの励起エネルギーよりも大きい励起エネルギーをもつ第２発光ドーパントとを含有する場合、第１発光ドーパントおよび第２発光ドーパントとしては、上述の発光ドーパントの中から適宜選択して用いることができる。例えば、ホスト材料として緑色発光するAlq3を用い、第１発光ドーパントとして赤色発光するDCMを用いる場合、第２発光ドーパントとして黄色発光するルブレンを用いることにより、Alq3（ホスト材料）→ルブレン（第２発光ドーパント）→DCM（第１発光ドーパント）の順に円滑にエネルギー移動を起こさせることができる。
【００６６】
また、１箇所のドープ領域が、電子よりも正孔を輸送しやすい第３発光ドーパントと、正孔よりも電子を輸送しやすい第４発光ドーパントとを含有する場合、第３発光ドーパントおよび第４発光ドーパントとしては、正孔注入輸送層および電子注入輸送層の構成材料、ならびに発光層のホスト材料の組み合わせに応じて、上述の発光ドーパントの中から適宜選択して用いることができる。例えば、正孔注入輸送層および電子注入輸送層にTBADNを用い、発光層のホスト材料にCBP、発光ドーパントにルブレンを用いた場合、ルブレンは電子よりも正孔を輸送しやすい発光ドーパントとなる。また例えば、正孔注入輸送層および電子注入輸送層にTBADNを用い、発光層のホスト材料にCBP、発光ドーパントにアントラセンジアミンを用いた場合、アントラセンジアミンは正孔よりも電子を輸送しやすい発光ドーパントとなる。
【００６７】
なお、ホスト材料および発光ドーパントを含有する発光層が、電子よりも正孔を輸送しやすいものであるか、正孔よりも電子を輸送しやすいものであるかは、ホスト材料と単一の発光ドーパントとを含有する発光層を有する有機ＥＬ素子の発光スペクトルの放射パターンの角度依存性を評価することにより確認することができる。すなわち、発光スペクトルの波長、材料の屈折率、有機ＥＬ素子にて発光層から光が取り出されるまでの光路長、および放射パターンの角度依存性から確認することができる。
【００６８】
１箇所のドープ領域が、電子よりも正孔を輸送しやすい第３発光ドーパントと、正孔よりも電子を輸送しやすい第４発光ドーパントとを含有する場合、ドープ領域内での第３発光ドーパントおよび第４発光ドーパントの濃度はそれぞれ、発光層の厚さ方向に一定であってもよく、発光層の厚さ方向に分布を有していてもよい。通常は、ドープ領域内での第３発光ドーパントおよび第４発光ドーパントの濃度はそれぞれ、発光層の厚さ方向に一定とされる。
【００６９】
一方、２箇所のドープ領域が互いに異なる種類の発光ドーパントを含有する場合、例えば、２箇所のドープ領域が互いに異なる色を発光する発光ドーパントを含有する場合には、２箇所のドープ領域の間にノンドープ領域が配置されていることにより、発光ドーパント間のエネルギー移動を抑制して、発光ドーパントをそれぞれ発光させることができ、発光効率を向上させることができる。具体的には、異なる色を発光する発光ドーパントをそれぞれ発光させて白色光を得る場合が挙げられる。また例えば、一方のドープ領域が蛍光発光する発光ドーパントを含有し、他方のドープ領域が燐光発光する発光ドーパントを含有する場合には、２箇所のドープ領域の間にノンドープ領域が配置されていることにより、発光ドーパント間のエネルギー移動を抑制して、発光ドーパントをそれぞれ発光させることができ、発光効率を向上させることができる。
【００７０】
２箇所のドープ領域が互いに異なる種類の発光ドーパントを含有する場合、発光効率の向上の観点から、上述したように、２箇所のドープ領域に互いに異なる色を発光する発光ドーパントを含有させたり、あるいは、一方のドープ領域に蛍光発光する発光ドーパントを含有させ、他方のドープ領域に燐光発光する発光ドーパントを含有させたりすることができる。
【００７１】
２箇所のドープ領域が互いに異なる色を発光する発光ドーパントを含有する場合、異なる色を発光する発光ドーパントとしては、上述の発光ドーパントの中から適宜選択して用いることができる。例えば、赤色発光する発光ドーパントと青色発光する発光ドーパントを用いることにより、白色光を得ることができる。
【００７２】
また、一方のドープ領域が蛍光発光する発光ドーパントを含有し、他方のドープ領域が燐光発光する発光ドーパントを含有する場合、蛍光発光する発光ドーパントおよび燐光発光する発光ドーパントとしては、上述の発光ドーパントの中から適宜選択して用いることができる。
【００７３】
発光層の厚みとしては、電子と正孔との再結合の場を提供して発光する機能を発現することができる厚みであれば特に限定されるものではなく、例えば５ｎｍ〜２００ｎｍ程度で設定することができる。中でも、発光層の厚みを厚くすることによって、正孔および電子の注入バランスを向上させることで発光効率を高めるには、発光層の厚みが１０ｎｍ〜１００ｎｍの範囲内であることが好ましく、より好ましくは２０ｎｍ〜８０ｎｍの範囲内である。
【００７４】
また、発光層内のノンドープ領域の厚みは、均一な膜が成膜可能であり、電子と正孔との再結合の場を提供して発光する機能を発現するドープ領域を確保することが可能な厚みであれば特に限定されるものではない。具体的には、ノンドープ領域の厚みは、０．１ｎｍ〜３０ｎｍ程度であることが好ましく、より好ましくは０．５ｎｍ〜２０ｎｍの範囲内、さらに好ましくは０．８ｎｍ〜１５ｎｍの範囲内である。
【００７５】
発光層の成膜方法としては、ホスト材料および発光ドーパントを共蒸着させる方法が好ましく用いられる。この際、発光ドーパントの蒸着源のシャッターを開閉したり、発光ドーパントの蒸着速度を制御したりすることにより、ノンドープ領域を有する発光層を形成することができる。
また、溶液からの塗布で薄膜形成が可能な場合には、発光層の成膜方法として、スピンコート法やディップコート法等を用いることができる。この場合、ホスト材料および発光ドーパントを不活性なポリマー中に分散して用いてもよい。
【００７６】
また、ドープ領域内での発光ドーパント濃度に分布をつける場合には、例えば、ホスト材料および発光ドーパントの蒸着速度を連続的または周期的に変化させる方法を用いることができる。
【００７７】
発光層をパターニングする際には、異なる発光色となる画素のマスキング法により蒸着を行ってもよく、または発光層間に隔壁を形成してもよい。この隔壁の構成材料としては、感光性ポリイミド樹脂、アクリル系樹脂等の光硬化型樹脂、または熱硬化型樹脂、および無機材料等を用いることができる。さらに、隔壁の表面エネルギー（濡れ性）を変化させる処理を行ってもよい。
【００７８】
２．イオン化ポテンシャルおよび電子親和力
本発明において、各層の構成材料のイオン化ポテンシャルとは、各層が単一の材料で構成されている場合には、その材料のイオン化ポテンシャルをいい、また各層がホスト材料とドーパントとから構成されている場合には、ホスト材料のイオン化ポテンシャルをいう。また同様に、各層の構成材料の電子親和力とは、各層が単一の材料で構成されている場合には、その材料の電子親和力をいい、また各層がホスト材料とドーパントとから構成されている場合には、ホスト材料の電子親和力をいう。
【００７９】
正孔注入輸送層および発光層の構成材料の電子親和力の関係としては、正孔注入輸送層の構成材料の電子親和力をEa1、発光層の構成材料の電子親和力をEa2としたとき、Ea1≧Ea2であればよいが、中でも、Ea1＞Ea2であることが好ましい。Ea1＞Ea2かつIp1＜Ip2であれば、発光層の構成材料のバンドギャップエネルギーを比較的大きくすることができるので、発光効率の向上のために、発光層のホスト材料および発光ドーパントのイオン化ポテンシャルおよび電子親和力が所定の関係を満たすように、ホスト材料および発光ドーパントを選択することが容易となるからである。
【００８０】
Ea1＞Ea2の場合、Ea1およびEa2の差としては、正孔注入輸送層および発光層の構成材料に応じて異なるものであるが、具体的には０．１ｅＶ以上とすることが好ましく、０．２ｅＶ以上とすることがより好ましい。
【００８１】
また、正孔注入輸送層および発光層の構成材料のイオン化ポテンシャルの関係としては、正孔注入輸送層の構成材料のイオン化ポテンシャルをIp1、発光層の構成材料のイオン化ポテンシャルをIp2としたとき、通常はIp1≦Ip2とされる。中でも、Ip1＜Ip2であることが好ましい。正孔注入輸送層から発光層への正孔輸送において多少のエネルギー障壁が存在することにより、正孔の注入を制御し、発光効率を高めることができるからである。
【００８２】
Ip1＜Ip2の場合、Ip1およびIp2の差としては、正孔注入輸送層および発光層の構成材料に応じて異なるものであるが、具体的には０．１ｅＶ以上とすることが好ましく、０．２ｅＶ以上とすることがより好ましい。
なお、Ip1およびIp2の差が比較的大きい場合であっても、駆動電圧を比較的高くすれば、正孔注入輸送層から発光層へ正孔を輸送させることができる。
【００８３】
発光層および陰極の間に電子注入輸送層が形成されている場合、発光層および電子注入輸送層の構成材料のイオン化ポテンシャルの関係としては、発光層の構成材料のイオン化ポテンシャルをIp2、電子注入輸送層の構成材料のイオン化ポテンシャルをIp3としたとき、Ip2≧Ip3であることが好ましく、中でも、Ip2＞Ip3であることが好ましい。Ip2＞Ip3かつEa2＜Ea3であれば、発光層の構成材料のバンドギャップエネルギーを比較的大きくすることができるので、発光効率の向上のために、発光層のホスト材料および発光ドーパントのイオン化ポテンシャルおよび電子親和力が所定の関係を満たすように、ホスト材料および発光ドーパントを選択することが容易となるからである。
【００８４】
Ip2＞Ip3の場合、Ip2およびIp3の差としては、発光層および電子注入輸送層の構成材料に応じて異なるものであるが、具体的には０．１ｅＶ以上とすることが好ましく、０．２ｅＶ以上とすることがより好ましい。
【００８５】
また、上記の場合、発光層および電子注入輸送層の構成材料の電子親和力の関係としては、発光層の構成材料の電子親和力をEa2、電子注入輸送層の構成材料の電子親和力をEa3としたとき、通常はEa2≦Ea3とされる。中でも、Ea2＜Ea3であることが好ましい。電子注入輸送層から発光層への電子輸送において多少のエネルギー障壁が存在することにより、電子の注入を制御し、発光効率を高めることができるからである。
【００８６】
Ea2＜Ea3の場合、Ea2およびEa3の差としては、発光層および電子注入輸送層の構成材料に応じて異なるものであるが、具体的には０．１ｅＶ以上とすることが好ましく、０．２ｅＶ以上０．５ｅＶ以下とすることがより好ましい。
なお、Ea2およびEa3の差が比較的大きい場合であっても、駆動電圧を比較的高くすれば、電子注入輸送層から発光層へ電子を輸送させることができる。
【００８７】
陽極および正孔注入輸送層の間に第２の正孔注入輸送層が形成されている場合、第２の正孔注入輸送層、正孔注入輸送層、および発光層の電子親和力の関係としては、正孔注入輸送層の構成材料の電子親和力をEa1、発光層の構成材料の電子親和力をEa2、第２の正孔注入輸送層の構成材料の電子親和力をEa4としたとき、Ea4≧Ea1≧Ea2であることが好ましい。これにより、駆動中における第２の正孔注入輸送層、正孔注入輸送層および発光層の各層の界面での劣化を抑制することができるからである。
一方、Ea4＜Ea1、Ea1≧Ea2であることも好ましい。正孔注入輸送層および第２の正孔注入輸送層の構成材料の選択肢の幅が広がるからである。
【００８８】
また、上記の場合、第２の正孔注入輸送層、正孔注入輸送層、および発光層のイオン化ポテンシャルの関係としては、正孔注入輸送層の構成材料のイオン化ポテンシャルをIp1、発光層の構成材料のイオン化ポテンシャルをIp2、第２の正孔注入輸送層の構成材料のイオン化ポテンシャルをIp4としたとき、通常はIp4≦Ip1≦Ip2とされる。中でも、Ip4＜Ip1＜Ip2であることが好ましい。発光層の構成材料のバンドギャップエネルギーが比較的大きい場合には、発光層へ正孔が輸送され難くなるが、Ip4＜Ip1＜Ip2となるように第２の正孔注入輸送層、正孔注入輸送層および発光層が形成されていることにより、発光層へ正孔を円滑に輸送することができるからである。また、第２の正孔注入輸送層から正孔注入輸送層への正孔輸送、および、正孔注入輸送層から発光層への正孔輸送において多少のエネルギー障壁が存在することにより、正孔の注入を制御し、発光効率を高めることができるからである。
【００８９】
Ip4＜Ip1＜Ip2の場合、Ip4およびIp1の差、ならびに、Ip1およびIp2の差としては、第２の正孔注入輸送層、正孔注入輸送層、および発光層の構成材料に応じて異なるものであるが、具体的にはそれぞれ０．１ｅＶ以上とすることが好ましく、より好ましくは０．２ｅＶ〜０．５ｅＶの範囲内である。
【００９０】
電子注入輸送層および陰極の間に第２の電子注入輸送層が形成されている場合、発光層、電子注入輸送層、および第２の電子注入輸送層のイオン化ポテンシャルの関係としては、発光層の構成材料のイオン化ポテンシャルをIp2、電子注入輸送層の構成材料のイオン化ポテンシャルをIp3、第２の電子注入輸送層の構成材料のイオン化ポテンシャルをIp5としたとき、Ip2≧Ip3≧Ip5であることが好ましい。これにより、駆動中における発光層、電子注入輸送層および第２の電子注入輸送層の各層の界面での劣化を抑制することができるからである。
一方、Ip2≧Ip3、Ip3＜Ip5であることも好ましい。電子注入輸送層および第２の電子注入輸送層の構成材料の選択肢の幅が広がるからである。
【００９１】
また、上記の場合、発光層、電子注入輸送層、および第２の電子注入輸送層の電子親和力の関係としては、発光層の構成材料の電子親和力をEa2、電子注入輸送層の構成材料の電子親和力をEa3、第２の電子注入輸送層の構成材料の電子親和力をEa5としたとき、通常はEa2≦Ea3≦Ea5とされる。中でも、Ea2＜Ea3＜Ea5であることが好ましい。発光層の構成材料のバンドギャップエネルギーが比較的大きい場合には、発光層へ電子が輸送され難くなるが、Ea2＜Ea3＜Ea5となるように発光層、電子注入輸送層および第２の電子注入輸送層が形成されていることにより、発光層へ電子を円滑に輸送することができるからである。また、第２の電子注入輸送層から電子注入輸送層への電子輸送、および、電子注入輸送層から発光層への電子輸送において多少のエネルギー障壁が存在することにより、電子の注入を制御し、発光効率を高めることができるからである。
【００９２】
Ea2＜Ea3＜Ea5の場合、Ea2およびEa3の差、ならびに、Ea3およびEa5の差としては、発光層、電子注入輸送層、および第２の電子注入輸送層の構成材料に応じて異なるものであるが、具体的にはそれぞれ０．１ｅＶ以上とすることが好ましく、より好ましくは０．２ｅＶ〜０．５ｅＶの範囲内である。
【００９３】
さらに本実施態様においては、図９に例示するように、第２の正孔注入輸送層９および正孔注入輸送層４の間に第３の正孔注入輸送層１１が形成されていてもよい。
この場合、正孔注入輸送層、第２の正孔注入輸送層、第３の正孔注入輸送層、および発光層の電子親和力の関係としては、正孔注入輸送層の構成材料の電子親和力をEa1、第２の正孔注入輸送層の構成材料の電子親和力をEa4、第３の正孔注入輸送層の構成材料の電子親和力をEa6、発光層の構成材料の電子親和力をEa2としたとき、図１０(a)、(b)に例示するように、Ea4≧Ea6≧Ea1≧Ea2であることが好ましい。これにより、駆動中における各層の界面での劣化を抑制することができるからである。
一方、図１１に例示するように、Ea4＜Ea6、Ea6≧Ea1≧Ea2であることも好ましい。正孔注入輸送層、第２の正孔注入輸送層、第３の正孔注入輸送層の構成材料の選択肢の幅が広がるからである。
【００９４】
また、上記の場合、正孔注入輸送層、第２の正孔注入輸送層、第３の正孔注入輸送層、および発光層のイオン化ポテンシャルの関係としては、正孔注入輸送層の構成材料のイオン化ポテンシャルをIp1、第２の正孔注入輸送層の構成材料のイオン化ポテンシャルをIp4、第３の正孔注入輸送層の構成材料のイオン化ポテンシャルをIp6、発光層の構成材料のイオン化ポテンシャルをIp2としたとき、通常はIp4≦Ip6≦Ip1≦Ip2とされる。中でも、図１０(a)、(b)に例示するように、Ip4＜Ip6＜Ip1＜Ip2であることが好ましい。Ip4＜Ip6＜Ip1＜Ip2となるように正孔注入輸送層、第２の正孔注入輸送層、第３の正孔注入輸送層、および発光層が形成されていることにより、発光層へ正孔を円滑に輸送することができるからである。また、発光層への正孔輸送において多少のエネルギー障壁が存在することにより、正孔の注入を制御し、発光効率を高めることができるからである。
【００９５】
Ip4＜Ip6＜Ip1＜Ip2の場合、Ip4およびIp6の差、Ip6およびIp1の差、ならびに、Ip1およびIp2の差としては、正孔注入輸送層、第２の正孔注入輸送層、第３の正孔注入輸送層、および発光層の構成材料に応じて異なるものであるが、具体的にはそれぞれ０．１ｅＶ以上とすることが好ましく、より好ましくは０．２ｅＶ〜０．５ｅＶの範囲内である。
【００９６】
さらに本実施態様においては、図９に例示するように、電子注入輸送層６および第２の電子注入輸送層１０の間に第３の電子注入輸送層１２が形成されていてもよい。
この場合、電子注入輸送層、第２の電子注入輸送層、第３の電子注入輸送層、および発光層のイオン化ポテンシャルの関係としては、発光層の構成材料のイオン化ポテンシャルをIp2、電子注入輸送層の構成材料のイオン化ポテンシャルをIp3、第２の電子注入輸送層の構成材料のイオン化ポテンシャルをIp5、第３の電子注入輸送層の構成材料のイオン化ポテンシャルをIp7としたとき、図１０(a)、(b)に例示するように、Ip2≧Ip3≧Ip7≧Ip5であることが好ましい。これにより、駆動中における各層の界面での劣化を抑制することができるからである。
一方、図１１に例示するように、Ip2≧Ip3≧Ip7、Ip7＜Ip5であることも好ましい。電子注入輸送層、第２の電子注入輸送層、第３の電子注入輸送層の構成材料の選択肢の幅が広がるからである。
【００９７】
また、上記の場合、電子注入輸送層、第２の電子注入輸送層、第３の電子注入輸送層、および発光層の電子親和力の関係としては、発光層の構成材料の電子親和力をEa2、電子注入輸送層の構成材料の電子親和力をEa3、第２の電子注入輸送層の構成材料の電子親和力をEa5、第３の電子注入輸送層の構成材料の電子親和力をEa7としたとき、通常はEa2≦Ea3≦Ea7≦Ea5とされる。中でも、図１０(a)、(b)に例示するように、Ea2＜Ea3＜Ea7＜Ea5であることが好ましい。Ea2＜Ea3＜Ea7＜Ea5となるように電子注入輸送層、第２の電子注入輸送層、第３の電子注入輸送層、および発光層が形成されていることにより、発光層へ電子を円滑に輸送することができるからである。また、発光層への電子輸送において多少のエネルギー障壁が存在することにより、電子の注入を制御し、発光効率を高めることができるからである。
【００９８】
Ea2＜Ea3＜Ea7＜Ea5の場合、Ea2およびEa3の差、Ea3およびEa7の差、ならびに、Ea7およびEa5の差としては、電子注入輸送層、第２の電子注入輸送層、第３の電子注入輸送層、および発光層の構成材料に応じて異なるものであるが、具体的にはそれぞれ０．１ｅＶ以上とすることが好ましく、より好ましくは０．２ｅＶ〜０．５ｅＶの範囲内である。
【００９９】
なお、各層の構成材料のイオン化ポテンシャルおよび電子親和力の測定方法は、上述したとおりである。
【０１００】
３．正孔注入輸送層
本実施態様に用いられる正孔注入輸送層は、陽極および発光層の間に形成されるものであり、陽極から発光層に正孔を安定に注入または輸送する機能を有するものである。
【０１０１】
正孔注入輸送層としては、正孔注入機能を有する正孔注入層、および正孔輸送機能を有する正孔輸送層のいずれか一方であってもよく、あるいは、正孔注入機能および正孔輸送機能の両機能を有する単一の層であってもよい。
【０１０２】
正孔注入輸送層の構成材料としては、陽極から注入された正孔を安定に発光層内へ輸送することができる材料であれば特に限定されるものではなく、上記発光層の発光材料に例示した化合物の他、アリールアミン類、スターバースト型アミン類、フタロシアニン類、酸化バナジウム、酸化モリブデン、酸化ルテニウム、酸化アルミニウム等の酸化物、アモルファスカーボン、ポリアニリン、ポリチオフェン、ポリフェニレンビニレン等の導電性高分子およびそれらの誘導体を用いることができる。ポリアニリン、ポリチオフェン、ポリフェニレンビニレン等の導電性高分子およびそれらの誘導体は、酸がドープされていてもよい。具体的には、Ｎ，Ｎ´−ビス（ナフタレン−１−イル）−Ｎ，Ｎ´−ビス（フェニル）−ベンジジン（α−ＮＰＤ）、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（ＭＴＤＡＴＡ）、ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）／ポリスチレンスルホン酸（ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ）、ポリビニルカルバゾール（ＰＶＣｚ）等が挙げられる。
【０１０３】
中でも、正孔注入輸送層の構成材料は、正孔および電子を輸送しうるバイポーラ材料であることが好ましい。バイポーラ材料を正孔注入輸送層に用いることにより、駆動中における発光層および正孔注入輸送層の界面での劣化を効果的に抑制することができる。
なお、バイポーラ材料については、上記発光層の項に記載したので、ここでの説明は省略する。
【０１０４】
また、正孔注入輸送層および後述の電子注入輸送層がいずれもバイポーラ材料を含有する場合、正孔注入輸送層および電子注入輸送層に含有されるバイポーラ材料は、同一であってもよく異なっていてもよい。中でも、正孔注入輸送層および電子注入輸送層に含有されるバイポーラ材料は、同一であることが好ましい。これらのバイポーラ材料が同一であれば、正孔が電子注入輸送層に突き抜けたり、電子が正孔注入輸送層に突き抜けたりしても、これらの層が劣化しにくくなるからである。また、真空蒸着法等によりこれらの層を成膜する場合には、共通の蒸着源を用いることができ、製造工程上有利である。
【０１０５】
さらに、正孔注入輸送層、電子注入輸送層および発光層のすべてがバイポーラ材料を含有する場合、正孔注入輸送層、電子注入輸送層および発光層に含有されるバイポーラ材料は、同一であってもよく異なっていてもよい。中でも、正孔注入輸送層、電子注入輸送層および発光層に含有されるバイポーラ材料は、同一であることが好ましい。これらのバイポーラ材料が同一であれば、上述したように、正孔が電子注入輸送層に突き抜けたり、電子が正孔注入輸送層に突き抜けたりしても、これらの層が劣化しにくくなるからである。また、真空蒸着法等によりこれらの層を成膜する場合には、共通の蒸着源を用いることができ、製造工程上有利である。
【０１０６】
上記正孔注入輸送層の構成材料が有機材料（正孔注入輸送層用有機化合物）である場合、正孔注入輸送層は、少なくとも陽極との界面に、上記正孔注入輸送層用有機化合物に酸化性ドーパントが混合された領域を有することが好ましい。正孔注入輸送層が、少なくとも陽極との界面にて、正孔注入輸送層用有機化合物に酸化性ドーパントが混合された領域を有することにより、陽極から正孔注入輸送層への正孔注入障壁が小さくなり、駆動電圧を低下させることができるからである。
有機ＥＬ素子において、陽極から基本的に絶縁物である有機層への正孔注入過程は、陽極表面での有機化合物の酸化、すなわちラジカルカチオン状態の形成である（Phys. Rev.Lett., 14, 229 (1965)）。あらかじめ有機化合物を酸化する酸化性ドーパントを陽極に接触する正孔注入輸送層中にドープすることにより、陽極からの正孔注入に際するエネルギー障壁を低下させることができる。酸化性ドーパントがドープされた正孔注入輸送層中には、酸化性ドーパントにより酸化された状態（すなわち電子を供与した状態）の有機化合物が存在するので、正孔注入エネルギー障壁が小さく、従来の有機ＥＬ素子と比べて駆動電圧を低下させることができるのである。
【０１０７】
酸化性ドーパントとしては、正孔注入輸送層用有機化合物を酸化する性質を有するものであれば特に限定されるものではないが、通常は電子受容性化合物が用いられる。
【０１０８】
電子受容性化合物としては、無機物および有機物のいずれも用いることができる。電子受容性化合物が無機物である場合、例えば、塩化第二鉄、塩化アルミニウム、塩化ガリウム、塩化インジウム、五塩化アンチモン、三酸化モリブデン（ＭｏＯ３）、五酸化バナジウム（Ｖ２Ｏ５）等のルイス酸が挙げられる。また、電子受容性化合物が有機物である場合、例えば、トリニトロフルオレノン等が挙げられる。
【０１０９】
中でも、電子受容性化合物としては、金属酸化物が好ましく、ＭｏＯ３、Ｖ２Ｏ５が好適に用いられる。
【０１１０】
正孔注入輸送層が、正孔注入輸送層用有機化合物に酸化性ドーパントが混合された領域を有する場合、正孔注入輸送層は、少なくとも陽極との界面に上記の領域を有していればよく、例えば、正孔注入輸送層中に、酸化性ドーパントが均一にドープされていてもよく、酸化性ドーパントの含有量が発光層側から陽極側に向けて連続的に多くなるように酸化性ドーパントがドープされていてもよく、正孔注入輸送層の陽極との界面のみに局所的に酸化性ドーパントがドープされていてもよい。
【０１１１】
正孔注入輸送層中の酸化性ドーパント濃度は、特に限定されるものではないが、正孔注入輸送層用有機化合物と酸化性ドーパントとの体積比率が、正孔注入輸送層用有機化合物：酸化性ドーパント＝１：０．１〜１：５０の範囲内であることが好ましい。酸化性ドーパントの比率が上記範囲未満であると、酸化性ドーパントにより酸化された正孔注入輸送層用有機化合物の濃度が低すぎてドーピングの効果が十分に得られない場合があるからである。また、酸化性ドーパントの比率が上記範囲を超えると、正孔注入輸送層中の酸化性ドーパント濃度が正孔注入輸送層用有機化合物濃度をはるかに超えて、酸化性ドーパントにより酸化された正孔注入輸送層用有機化合物の濃度が極端に低下するので、同様にドーピングの効果が十分に得られない場合があるからである。
【０１１２】
正孔注入輸送層の成膜方法としては、例えば、真空蒸着法、スパッタリング法等の乾式法、あるいは、印刷法、インクジェット法、スピンコート法、キャスティング法、ディッピング法、バーコート法、ブレードコート法、ロールコート法、グラビアコート法、フレキソ印刷法、スプレーコート法等の湿式法などを挙げることができる。
【０１１３】
中でも、酸化性ドーパントがドープされた正孔注入輸送層の成膜方法としては、正孔注入輸送層用有機化合物と酸化性ドーパントとを共蒸着させる方法が好ましく用いられる。この共蒸着の手法において、塩化第二鉄、塩化インジウム等の比較的飽和蒸気圧の低い酸化性ドーパントはるつぼに入れて一般的な抵抗加熱法によって蒸着可能である。一方、常温でも蒸気圧が高く真空装置内の気圧を所定の真空度以下に保てない場合は、ニードルバルブやマスフローコントローラーのようにオリフィス(開口径)を制御して蒸気圧を制御したり、試料保持部分を独立に温度制御可能な構造にして冷却によって蒸気圧を制御したりしてもよい。
【０１１４】
また、発光層側から陽極側に向けて酸化性ドーパントの含有量が連続的に多くなるように、正孔注入輸送層用有機化合物に酸化性ドーパントを混合させる方法としては、例えば、上記の正孔注入輸送層用有機化合物と酸化性ドーパントとの蒸着速度を連続的に変化させる方法を用いることができる。
【０１１５】
正孔注入輸送層の厚みとしては、陽極から正孔を注入し、発光層へ正孔を輸送する機能が十分に発揮される厚みであれば特に限定されるものではないが、具体的には０．５ｎｍ〜１０００ｎｍ程度で設定することができ、中でも５ｎｍ〜５００ｎｍの範囲内であることが好ましい。
【０１１６】
また、酸化性ドーパントがドープされた正孔注入輸送層の厚みとしては、特に限定されるものではないが、０．５ｎｍ以上とすることが好ましい。酸化性ドーパントがドープされた正孔注入輸送層は、無電場の状態でも正孔注入輸送層用有機化合物がラジカルカチオンの状態で存在し、内部電荷として振る舞えるので、膜厚は特に限定されないのである。また、酸化性ドーパントがドープされた正孔注入輸送層を厚膜にしても、素子の電圧上昇をもたらすことがないので、陽極および陰極間の距離を通常の有機ＥＬ素子の場合よりも長く設定することにより、短絡の危険性を大幅に軽減させることもできる。
【０１１７】
４．電子注入輸送層
本実施態様に用いられる電子注入輸送層は、陰極および発光層の間に形成されるものであり、陰極から発光層に電子を安定に注入または輸送する機能を有するものである。
【０１１８】
電子注入輸送層としては、電子注入機能を有する電子注入層、および電子輸送機能を有する電子輸送層のいずれか一方であってもよく、あるいは、電子注入機能および電子輸送機能の両機能を有する単一の層であってもよい。
【０１１９】
電子注入層の構成材料としては、発光層内への電子の注入を安定化させることができる材料であれば特に限定されるものではなく、上記発光層の発光材料に例示した化合物の他、Ｂａ、Ｃａ、Ｌｉ、Ｃｓ、Ｍｇ、Ｓｒ等のアルカリ金属もしくはアルカリ土類金属の単体、フッ化マグネシウム、フッ化カルシウム、フッ化ストロンチウム、フッ化バリウム、フッ化リチウム、フッ化セシウム等のアルカリ金属もしくはアルカリ土類金属のフッ化物、アルミリチウム合金等のアルカリ金属の合金、酸化マグネシウム、酸化ストロンチウム、酸化アルミニウム等の金属酸化物、ポリメチルメタクリレートポリスチレンスルホン酸ナトリウム等のアルカリ金属の有機錯体などを挙げることができる。
【０１２０】
また、電子輸送層の構成材料としては、陰極から注入された電子を発光層内へ輸送することが可能な材料であれば特に限定されるものではなく、例えば、バソキュプロイン（ＢＣＰ）、バソフェナントロリン（Ｂｐｅｈｎ）等のフェナントロリン誘導体、トリアゾール誘導体、オキサジアゾール誘導体、トリス（８−ヒドロキシキノリノラト）アルミニウム（Ａｌｑ３）等のアルミキノリノール錯体などを挙げることができる。
【０１２１】
中でも、電子注入輸送層の構成材料は、正孔および電子を輸送しうるバイポーラ材料であることが好ましい。バイポーラ材料を電子注入輸送層に用いることにより、駆動中における発光層および電子注入輸送層の界面での劣化を効果的に抑制することができる。
なお、バイポーラ材料については、上記発光層の項に記載したので、ここでの説明は省略する。
【０１２２】
上記電子注入輸送層の構成材料が有機化合物（電子注入輸送層用有機化合物）である場合、電子注入輸送層は、少なくとも陰極との界面に、上記電子注入輸送層用有機化合物に還元性ドーパントが混合された領域を有することが好ましい。電子注入輸送層が、少なくとも陰極との界面にて、電子注入輸送層用有機化合物に還元性ドーパントが混合された領域を有することにより、陰極から電子注入輸送層への電子注入障壁が小さくなり、駆動電圧を低下させることができるからである。
有機ＥＬ素子において、陰極から基本的に絶縁物である有機層への電子注入過程は、陰極表面での有機化合物の還元、すなわちラジカルアニオン状態の形成である（Phys. Rev. Lett., 14, 229 (1965)）。あらかじめ有機化合物を還元する還元性ドーパントを陰極に接触する電子注入輸送層中にドープすることにより、陰極からの電子注入に際するエネルギー障壁を低下させることができる。電子注入輸送層中には、還元性ドーパントにより還元された状態（すなわち電子を受容し、電子が注入された状態）の有機化合物が存在するので、電子注入エネルギー障壁が小さく、従来の有機ＥＬ素子と比べて駆動電圧を低下させることができるのである。さらには、陰極に、一般に配線材として用いられている安定なＡｌのような金属を使用することができる。
【０１２３】
還元性ドーパントしては、電子注入輸送層用有機化合物を還元する性質を有するものであれば特に限定されるものではないが、通常は電子供与性化合物が用いられる。
【０１２４】
電子供与性化合物としては、金属（金属単体）、金属化合物、または有機金属錯体が好ましく用いられる。金属（金属単体）、金属化合物、または有機金属錯体としては、アルカリ金属、アルカリ土類金属、および希土類金属を含む遷移金属からなる群から選択される少なくとも１種の金属を含むものを挙げることができる。中でも、仕事関数が４．２ｅＶ以下である、アルカリ金属、アルカリ土類金属、および希土類金属を含む遷移金属からなる群から選択される少なくとも１種の金属を含むものであることが好ましい。このような金属（金属単体）としては、例えば、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｃｓ、Ｂｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｙ、Ｌａ、Ｍｇ、Ｓｍ、Ｇｄ、Ｙｂ、Ｗなどが挙げられる。また、金属化合物としては、例えば、Ｌｉ2Ｏ、Ｎａ2Ｏ、Ｋ2Ｏ、Ｒｂ2Ｏ、Ｃｓ2Ｏ、ＭｇＯ、ＣａＯ等の金属酸化物、ＬｉＦ、ＮａＦ、ＫＦ、ＲｂＦ、ＣｓＦ、ＭｇＦ2、ＣａＦ2、ＳｒＦ2、ＢａＦ2、ＬｉＣｌ、ＮａＣｌ、ＫＣｌ、ＲｂＣｌ、ＣｓＣｌ、ＭｇＣｌ2、ＣａＣｌ2、ＳｒＣｌ2、ＢａＣｌ2等の金属塩などが挙げられる。有機金属錯体としては、例えば、Ｗを含む有機金属化合物、８−ヒドロキシキノリノラトリチウム（Ｌｉｑ）などが挙げられる。中でも、Ｃｓ、Ｌｉ、Ｌｉｑが好ましく用いられる。これらを電子注入輸送層用有機化合物にドープすることにより、良好な電子注入特性が得られるからである。
【０１２５】
電子注入輸送層が、電子注入輸送層用有機化合物に還元性ドーパントが混合された領域を有する場合、電子注入輸送層は、少なくとも陰極との界面に上記の領域を有していればよく、例えば、電子注入輸送層中に、還元性ドーパントが均一にドープされていてもよく、還元性ドーパントの含有量が発光層側から陰極側に向けて連続的に多くなるように還元性ドーパントがドープされていてもよく、電子注入輸送層の陰極との界面のみに局所的に還元性ドーパントがドープされていてもよい。
【０１２６】
電子注入輸送層中の還元性ドーパント濃度は、特に限定されるものではないが、０．１〜９９重量％程度とすることが好ましい。還元性ドーパント濃度が上記範囲未満であると、還元性ドーパントにより還元された電子注入輸送層用有機化合物の濃度が低すぎてドーピングの効果が十分に得られない場合があるからである。また、還元性ドーパント濃度が上記範囲を超えると、電子注入輸送層中の還元性ドーパント濃度が電子注入輸送層用有機化合物濃度をはるかに超え、還元性ドーパントにより還元された電子注入輸送層用有機化合物の濃度が極端に低下するので、同様にドーピングの効果が十分に得られない場合があるからである。
【０１２７】
電子注入輸送層の成膜方法としては、例えば、真空蒸着法、スパッタリング法等の乾式法、あるいは、印刷法、インクジェット法、スピンコート法、キャスティング法、ディップコート法、バーコート法、ブレードコート法、ロールコート法、グラビアコート法、フレキソ印刷法、スプレーコート法等の湿式法などを挙げることができる。
【０１２８】
中でも、還元性ドーパントがドープされた電子注入輸送層の成膜方法としては、上記の電子注入輸送層用有機化合物と還元性ドーパントとを共蒸着させる方法が好ましく用いられる。
なお、溶液からの塗布で薄膜形成が可能な場合には、還元性ドーパントがドープされた電子注入輸送層の成膜方法として、スピンコート法やディップコート法等を用いることができる。この場合、電子注入輸送層用有機化合物と還元性ドーパントとを不活性なポリマー中に分散して用いてもよい。
【０１２９】
また、発光層側から陰極側に向けて還元性ドーパントの含有量が連続的に多くなるように、電子注入輸送層用有機化合物に還元性ドーパントを混合させる方法としては、例えば、上記の電子注入輸送層用有機化合物と還元性ドーパントとの蒸着速度を連続的に変化させる方法を用いることができる。
【０１３０】
電子注入層の厚みとしては、電子注入機能が十分に発揮される厚みであれば特に限定されるものではない。また、電子輸送層の厚みとしては、電子注入機能が十分に発揮される厚みであれば特に限定されるものではない。
【０１３１】
また、還元性ドーパントがドープされた電子注入輸送層の厚みとしては、特に限定されるものでないが、０．１ｎｍ〜３００ｎｍの範囲内とすることが好ましく、より好ましくは０．５ｎｍ〜２００ｎｍの範囲内である。厚みが上記範囲未満であると、陰極界面近傍に存在する、還元性ドーパントにより還元された電子注入輸送層用有機化合物の量が少ないためにドーピングの効果が十分に得られない場合があるからである。また、厚みが上記範囲を超えると、電子注入輸送層全体の膜厚が厚すぎて、駆動電圧の上昇を招くおそれがあるからである。
【０１３２】
５．第２の正孔注入輸送層
本実施態様においては、陽極および正孔注入輸送層の間に第２の正孔注入輸送層が形成されていてもよい。この場合、第２の正孔注入輸送層、正孔注入輸送層、および発光層の構成材料のイオン化ポテンシャルおよび電子親和力は、上述した関係を満たすことが好ましい。
【０１３３】
陽極および正孔注入輸送層の間に第２の正孔注入輸送層が形成されている場合、通常は、正孔注入輸送層が正孔輸送層として機能し、第２の正孔注入輸送層が正孔注入層として機能する。
【０１３４】
第２の正孔注入輸送層の構成材料としては、上記正孔注入輸送層の構成材料と同様のものを用いることができる。
【０１３５】
中でも、第２の正孔注入輸送層の構成材料はバイポーラ材料であることが好ましい。バイポーラ材料を第２の正孔注入輸送層に用いることにより、界面での劣化を効果的に抑制することができる。
なお、バイポーラ材料については、上記発光層の項に記載したので、ここでの説明は省略する。
【０１３６】
正孔注入輸送層および第２の正孔注入輸送層がバイポーラ材料を含有する場合、これらの層に含有されるバイポーラ材料は、同一であってもよく異なっていてもよい。
【０１３７】
また、第２の正孔注入輸送層、正孔注入輸送層、電子注入輸送層、および第２の電子注入輸送層のすべてがバイポーラ材料を含有する場合、これらの層に含有されるバイポーラ材料は、同一であってもよく異なっていてもよい。さらに、第２の正孔注入輸送層、正孔注入輸送層、電子注入輸送層、第２の電子注入輸送層、および発光層のすべてがバイポーラ材料を含有する場合も、これらの層に含有されるバイポーラ材料は、同一であってもよく異なっていてもよい。
【０１３８】
なお、第２の正孔注入輸送層の成膜方法および厚みについては、上述の正孔注入輸送層と同様であるので、ここでの説明は省略する。
【０１３９】
６．第２の電子注入輸送層
本実施態様においては、電子注入輸送層および陰極の間に第２の電子注入輸送層が形成されていてもよい。この場合、発光層、電子注入輸送層、および第２の電子注入輸送層の構成材料のイオン化ポテンシャルおよび電子親和力は、上述した関係を満たすことが好ましい。
【０１４０】
電子注入輸送層および陰極の間に第２の電子注入輸送層が形成されている場合、通常は、電子注入輸送層が電子輸送層として機能し、第２の電子注入輸送層が電子注入層として機能する。
【０１４１】
第２の電子注入輸送層の構成材料としては、上記電子注入輸送層の構成材料と同様のものを用いることができる。
【０１４２】
中でも、第２の電子注入輸送層の構成材料はバイポーラ材料であることが好ましい。バイポーラ材料を第２の電子注入輸送層に用いることにより、界面での劣化を効果的に抑制することができる。
なお、バイポーラ材料については、上記発光層の項に記載したので、ここでの説明は省略する。
【０１４３】
電子注入輸送層および第２の電子注入輸送層がバイポーラ材料を含有する場合、これらの層に含有されるバイポーラ材料は、同一であってもよく異なっていてもよい。
【０１４４】
なお、第２の電子注入輸送層の成膜方法および厚みについては、上述の電子注入輸送層と同様であるので、ここでの説明は省略する。
【０１４５】
７．第３の正孔注入輸送層
本実施態様においては、第２の正孔注入輸送層および正孔注入輸送層の間に第３の正孔注入輸送層が形成されていてもよい。この場合、正孔注入輸送層、第２の正孔注入輸送層、第３の正孔注入輸送層、および発光層の構成材料のイオン化ポテンシャルおよび電子親和力は、上述した関係を満たすことが好ましい。
【０１４６】
第２の正孔注入輸送層および正孔注入輸送層の間に第３の正孔注入輸送層が形成されている場合、通常は、第２の正孔注入輸送層が正孔注入層として機能し、正孔注入輸送層および第３の正孔注入輸送層が正孔輸送層として機能する。
【０１４７】
第３の正孔注入輸送層の構成材料としては、上記正孔注入輸送層の構成材料と同様のものを用いることができる。
【０１４８】
中でも、第３の正孔注入輸送層の構成材料はバイポーラ材料であることが好ましい。バイポーラ材料を第３の正孔注入輸送層に用いることにより、界面での劣化を効果的に抑制することができる。
なお、バイポーラ材料については、上記発光層の項に記載したので、ここでの説明は省略する。
【０１４９】
正孔注入輸送層、第２の正孔注入輸送層および第３の正孔注入輸送層がバイポーラ材料を含有する場合、これらの層に含有されるバイポーラ材料は、同一であってもよく異なっていてもよい。
【０１５０】
また、正孔注入輸送層、第２の正孔注入輸送層、第３の正孔注入輸送層、第３の電子注入輸送層、第２の電子注入輸送層、および電子注入輸送層のすべてがバイポーラ材料を含有する場合、これらの層に含有されるバイポーラ材料は、同一であってもよく異なっていてもよい。さらに、正孔注入輸送層、第２の正孔注入輸送層、第３の正孔注入輸送層、第３の電子注入輸送層、第２の電子注入輸送層、電子注入輸送層、および発光層のすべてがバイポーラ材料を含有する場合も、これらの層に含有されるバイポーラ材料は、同一であってもよく異なっていてもよい。
【０１５１】
なお、第３の正孔注入輸送層の成膜方法および厚みについては、上述の正孔注入輸送層と同様であるので、ここでの説明は省略する。
【０１５２】
８．第３の電子注入輸送層
本実施態様においては、電子注入輸送層および第２の電子注入輸送層の間に第３の電子注入輸送層が形成されていてもよい。この場合、電子注入輸送層、第２の電子注入輸送層、第３の電子注入輸送層、および発光層の構成材料のイオン化ポテンシャルおよび電子親和力は、上述した関係を満たすことが好ましい。
【０１５３】
電子注入輸送層および第２の電子注入輸送層の間に第３の電子注入輸送層が形成されている場合、通常は、第２の電子注入輸送層が電子注入層として機能し、電子注入輸送層および第３の電子注入輸送層が電子輸送層として機能する。
【０１５４】
第３の電子注入輸送層の構成材料としては、上記電子注入輸送層の構成材料と同様のものを用いることができる。
【０１５５】
中でも、第３の電子注入輸送層の構成材料はバイポーラ材料であることが好ましい。バイポーラ材料を第３の電子注入輸送層に用いることにより、界面での劣化を効果的に抑制することができる。
なお、バイポーラ材料については、上記発光層の項に記載したので、ここでの説明は省略する。
【０１５６】
電子注入輸送層、第２の電子注入輸送層および第３の電子注入輸送層がバイポーラ材料を含有する場合、これらの層に含有されるバイポーラ材料は、同一であってもよく異なっていてもよい。
【０１５７】
なお、第３の電子注入輸送層の成膜方法および厚みについては、上述の電子注入輸送層と同様であるので、ここでの説明は省略する。
【０１５８】
９．陽極
本発明に用いられる陽極は、透明であっても不透明であってもよいが、陽極側から光を取り出す場合には透明電極である必要がある。
【０１５９】
陽極には、正孔が注入し易いように仕事関数の大きい導電性材料を用いることが好ましい。また、陽極は抵抗ができるだけ小さいことが好ましく、一般には、金属材料が用いられるが、有機物あるいは無機化合物を用いてもよい。具体的には、酸化錫、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）、酸化インジウム亜鉛（ＩＺＯ）等が挙げられる。
【０１６０】
陽極は、一般的な電極の形成方法を用いて形成することができ、例えばスパッタリング法、真空蒸着法、イオンプレーティング法等が挙げられる。
また、陽極の厚みとしては、目的とする抵抗値や可視光線透過率、および導電性材料の種類により適宜選択される。
【０１６１】
１０．陰極
本発明に用いられる陰極は、透明であっても不透明であってもよいが、陰極側から光を取り出す場合には透明電極である必要がある。
【０１６２】
陰極には、電子が注入しやすいように仕事関数の小さな導電性材料を用いることが好ましい。また、陰極は抵抗ができるだけ小さいことが好ましく、一般には、金属材料が用いられるが、有機物あるいは無機化合物を用いてもよい。具体的には、単体としてＡｌ、Ｃｓ、Ｅｒ等、合金としてＭｇＡｇ、ＡｌＬｉ、ＡｌＬｉ、ＡｌＭｇ、ＣｓＴｅ等、積層体としてＣａ／Ａｌ、Ｍｇ／Ａｌ、Ｌｉ／Ａｌ、Ｃｓ／Ａｌ、Ｃｓ２Ｏ／Ａｌ、ＬｉＦ／Ａｌ、ＥｒＦ３／Ａｌ等が挙げられる。
【０１６３】
陰極は、一般的な電極の形成方法を用いて形成することができ、例えばスパッタリング法、真空蒸着法、イオンプレーティング法等が挙げられる。
また、陰極の厚みとしては、目的とする抵抗値や可視光線透過率、および導電性材料の種類により適宜選択される。
【０１６４】
１１．基板
本発明における基板は、上記の陽極、正孔注入輸送層、発光層、電子注入輸送層、および陰極等を支持するものである。陽極もしくは陰極が所定の強度を有する場合には、陽極もしくは陰極が基板を兼ねていてもよいが、通常は所定の強度を有する基板上に陽極もしくは陰極形成される。また、一般的に有機ＥＬ素子を製造する際には、陽極側から積層する方が安定して有機ＥＬ素子を作製することができることから、通常は、基板上には、陽極、正孔注入輸送層、発光層、電子注入輸送層、および陰極の順に積層される。
【０１６５】
基板は、透明であっても不透明であってもよいが、基板側から光を取り出す場合には透明基板である必要がある。透明基板としては、例えば、ソーダ石灰ガラス、アルカリガラス、鉛アルカリガラス、ホウケイ酸ガラス、アルミノケイ酸ガラス、シリカガラス等のガラス基板や、フィルム状に成形が可能な樹脂基板などを用いることができる。
【０１６６】
II．第２実施態様
本発明の有機ＥＬ素子の第２実施態様は、陽極と、上記陽極上に形成され、ホスト材料および発光ドーパントを含有する発光層と、上記発光層上に形成された電子注入輸送層と、上記電子注入輸送層上に形成された陰極とを有する有機ＥＬ素子であって、上記発光層が、上記発光ドーパントを含有する１箇所以上のドープ領域と上記発光ドーパントを含有しない１箇所以上のノンドープ領域とを有し、上記発光層の構成材料のイオン化ポテンシャルをIp2、上記電子注入輸送層の構成材料のイオン化ポテンシャルをIp3としたとき、Ip2≧Ip3であることを特徴とするものである。
【０１６７】
本実施態様の有機ＥＬ素子について、図面を参照しながら説明する。
図１〜図４はそれぞれ、本実施態様の有機ＥＬ素子の一例を示す概略断面図であり、図５は図１〜図４に示す有機ＥＬ素子のバンドダイヤグラムの一例を示す模式図である。
図１〜図４に例示するように、有機ＥＬ素子１は、基板２上に、陽極３と正孔注入輸送層４と発光層５と電子注入輸送層６と陰極７とが順次積層されたものである。また、発光層５は、ホスト材料および発光ドーパントを含有するものであり、発光ドーパントを含有するドープ領域１５と発光ドーパントを含有しないノンドープ領域８とを有している。
図１に示す例においては、発光層５にてノンドープ領域８が正孔注入輸送層４側に配置されている。図２に示す例においては、発光層５にてノンドープ領域８が電子注入輸送層６側に配置されている。図３に示す例においては、発光層５が２箇所のノンドープ領域８ａ，８ｂを有し、２箇所のノンドープ領域８ａ，８ｂの間にドープ領域１５が配置されている。図４に示す例においては、発光層５が２箇所のドープ領域１５ａ、１５ｂを有し、２箇所のドープ領域１５ａ、１５ｂの間にノンドープ領域８が配置されている。
【０１６８】
これらの有機ＥＬ素子においては、正孔注入輸送層４のイオン化ポテンシャルをIp1、発光層５の構成材料のイオン化ポテンシャルをIp2、電子注入輸送層６の構成材料のイオン化ポテンシャルをIp3とすると、図５(a)、(b)に例示するようにIp1≦Ip2、Ip2≧Ip3となっている。また、正孔注入輸送層４の構成材料の電子親和力をEa1、発光層５の構成材料の電子親和力をEa2、電子注入輸送層６の構成材料の電子親和力をEa3とすると、図５(a)、(b)に例示するようにEa1≧Ea2、Ea2≦Ea3となっている。
【０１６９】
図１および図３に例示する有機ＥＬ素子においては、例えば発光層５に含まれる発光ドーパントから正孔注入輸送層４の構成材料へエネルギー移動が起こり得る場合には、発光層５が正孔注入輸送層４側にノンドープ領域８を有することにより上記エネルギー移動を起こりにくくし発光効率を向上させることができる。図２および図３に例示する有機ＥＬ素子においては、例えば発光層５に含まれる発光ドーパントから電子注入輸送層６の構成材料へエネルギー移動が起こり得る場合には、発光層５が電子注入輸送層６側にノンドープ領域８を有することにより上記エネルギー移動を起こりにくくし発光効率を向上させることができる。
【０１７０】
また、図４に例示する有機ＥＬ素子においては、例えばドープ領域１５ａに含まれる発光ドーパントからドープ領域１５ｂに含まれる発光ドーパントへエネルギー移動が起こり得る場合には、２つのドープ領域１５ａ，１５ｂの間にノンドープ領域８が配置されていることにより上記エネルギー移動を起こりにくくし発光効率を向上させることができる。具体的には、２つのドープ領域が互いに異なる色を発する発光ドーパントを含有しており、各発光ドーパントがそれぞれ発光することで白色光を得る場合には、図３に例示する有機ＥＬ素子が有用である。また、２つのドープ領域のうち、一方が蛍光発光する発光ドーパントを含有し、他方が燐光発光する発光ドーパントを含有しており、各発光ドーパントをそれぞれ発光させる場合にも、図４に例示する有機ＥＬ素子は有用である。
【０１７１】
このように本実施態様においては、発光層がノンドープ領域を有することにより、発光効率を向上させることが可能である。また、本実施態様においては、電子注入輸送層および発光層の構成材料のイオン化ポテンシャルがIp2≧Ip3であるので、駆動中における発光層および電子注入輸送層の界面での電荷の蓄積がなく、劣化を抑制することができる。したがって、高効率で長寿命な有機ＥＬ素子とすることが可能である。
【０１７２】
さらに、図２に例示する有機ＥＬ素子においては、発光層が電子注入輸送層側にノンドープ領域を有するので、電子注入輸送層および発光層の界面で発光ドーパントが電子注入を阻害することがなく、電子注入輸送層から発光層への電子注入を良好なものとすることができる。
ここで、本実施態様においては、発光層および電子注入輸送層の構成材料のイオン化ポテンシャルの関係がIp2≧Ip3であり、発光層に注入された正孔が対極へ突き抜けるのを防止するブロッキング層が設けられていないため、従来のブロッキング層を有する有機ＥＬ素子と同じようにして、発光層へ注入される正孔および電子のバランスをとることは困難である。
これに対して、図２に例示する有機ＥＬ素子においては、発光層が電子注入輸送層側にノンドープ領域を有することにより、発光ドーパントによる電荷のトラップを制御することができ、高効率な素子を得ることができる。
例えば、発光ドーパントが電子よりも正孔を輸送しやすいものである場合には、正孔の注入が過剰になる傾向がある。この場合には、発光層が電子注入輸送層側にノンドープ領域を有することにより、発光効率を向上させることができる。これは、発光層の電子注入輸送層側（陰極側）に発光ドーパントを含有しないノンドープ領域を設け、発光層の陽極側に発光ドーパントを含有するドープ領域を設けることにより、陽極から発光層に注入された正孔が、発光層中でより多く発光ドーパントにトラップされ、特に陽極側でより多く発光ドーパントにトラップされて、陰極へ突き抜けるのを防止しているためであると思料される。すなわち、発光層が電子注入輸送層側にノンドープ領域を有する場合には、正孔の注入が過剰である場合に有用である。
【０１７３】
本実施態様においては、図１〜図４に例示するように、陽極３および発光層５の間に正孔注入輸送層４が形成されていることが好ましい。この場合、正孔注入輸送層４の構成材料のイオン化ポテンシャルをIp1、発光層５の構成材料のイオン化ポテンシャルをIp2とすると、図５(a)、(b)に例示するようにIp1≦Ip2であることが好ましい。また、正孔注入輸送層４の構成材料の電子親和力をEa1、発光層５の構成材料の電子親和力をEa2とすると、図５(a)、(b)に例示するようにEa1≧Ea2であることが好ましい。
【０１７４】
このような有機ＥＬ素子では、Ip2≧Ip3、Ea1≧Ea2であるので、通常、発光層内で効率良く電荷再結合を起こし励起状態を生成させ放射失活させることが困難であり、発光効率が低下したり、また対極への正孔および電子の突き抜けが起こり、正孔注入輸送層へ電子が注入されたり電子注入輸送層へ正孔が注入されたりすることによって、寿命特性が悪くなったりすることが想定される。しかしながら、電子注入輸送層および発光層の構成材料のイオン化ポテンシャルがIp2≧Ip3であり、かつ、正孔注入輸送層および発光層の構成材料の電子親和力がEa1≧Ea2であるので、対極への正孔および電子の突き抜けは起こるものの、陽極および陰極間を正孔および電子が円滑に輸送されるので、駆動中における正孔注入輸送層、発光層、および電子注入輸送層の各層の界面での劣化を抑制することができる。また、正孔および電子が円滑に輸送されることによって、発光層内全体で正孔および電子が再結合するため、正孔および電子の再結合効率が著しく低下することもない。したがって、高効率化を図り、顕著に安定な寿命特性を得ることが可能である。
【０１７５】
本実施態様においては、図６に例示するように、電子注入輸送層６および陰極７の間に第２の電子注入輸送層１０が形成されていてもよい。この場合、発光層、電子注入輸送層、および第２の電子注入輸送層の構成材料のイオン化ポテンシャルおよび電子親和力は所定の関係を満たすことが好ましい。
【０１７６】
また本実施態様においては、図６に例示するように、陽極３および正孔注入輸送層４の間に第２の正孔注入輸送層９が形成されていてもよい。この場合、第２の正孔注入輸送層、正孔注入輸送層、および発光層の構成材料のイオン化ポテンシャルおよび電子親和力は所定の関係を満たすことが好ましい。
【０１７７】
本実施態様においては、電子注入輸送層および第２の電子注入輸送層の間に第３の電子注入輸送層が形成されていてもよい。この場合、各層の構成材料のイオン化ポテンシャルおよび電子親和力は所定の関係を満たすことが好ましい。
【０１７８】
また本実施態様においては、第２の正孔注入輸送層および正孔注入輸送層の間に第３の正孔注入輸送層が形成されていてもよい。この場合、各層の構成材料のイオン化ポテンシャルおよび電子親和力は所定の関係を満たすことが好ましい。
【０１７９】
なお、陽極、正孔注入輸送層、第２の正孔注入輸送層、第３の正孔注入輸送層、発光層、電子注入輸送層、第２の電子注入輸送層、第３の電子注入輸送層、陰極および基板については、上記第１実施態様に詳しく記載したので、ここでの説明は省略する。
【０１８０】
III．第３実施態様
本発明の有機ＥＬ素子の第３実施態様は、対向する陽極および陰極の間に、正孔注入輸送層と発光層とが順次積層された発光ユニットを複数個有し、隣接する上記発光ユニット間に電荷発生層が形成された有機ＥＬ素子であって、上記発光層が、上記発光ドーパントを含有する１箇所以上のドープ領域と上記発光ドーパントを含有しない１箇所以上のノンドープ領域とを有し、上記正孔注入輸送層の構成材料の電子親和力をEa1、上記発光層の構成材料の電子親和力をEa2としたとき、Ea1≧Ea2であることを特徴とするものである。
【０１８１】
本実施態様の有機ＥＬ素子について図面を参照しながら説明する。
図１２は、本実施態様の有機ＥＬ素子の一例を示す概略断面図であり、図１３は、図１２に示す有機ＥＬ素子の動作機構を示す模式図である。
図１２に例示するように、有機ＥＬ素子１は、基板２上に、陽極３と発光ユニット２０ａと電荷発生層２１ａと発光ユニット２０ｂと電荷発生層２１ｂと発光ユニット２０ｃと陰極７とが順次積層されたものである。すなわち、陽極および陰極間には、発光ユニットおよび電荷発生層が交互に繰り返し形成されている。一般に有機ＥＬ素子においては、陽極側から正孔（ｈ）、陰極側から電子（ｅ）が注入されて発光ユニット内で正孔および電子が再結合し励起状態を生成して発光する。上記の有機ＥＬ素子においては、電荷発生層２１ａ，２１ｂを介して３個の発光ユニット２０ａ，２０ｂ，２０ｃが積層されており、図１０に例示するように陽極３側から正孔（ｈ）、陰極７側から電子（ｅ）が注入され、また電荷発生層２１ａ，２１ｂによって陰極７方向に正孔（ｈ）、陽極３方向に電子（ｅ）が注入されて、各発光ユニット２０ａ，２０ｂ，２０ｃ内で正孔および電子の再結合が生じ、複数の発光が陽極３および陰極７間で発生する。
【０１８２】
また、発光ユニット２０ａ，２０ｂ，２０ｃはそれぞれ、陽極３側から、正孔注入輸送層４と発光層５と電子注入輸送層６とが順次積層されたものとなっている。この発光層は、図示しないが、ドープ領域とノンドープ領域とを有している。
【０１８３】
正孔注入は、層の価電子帯からの電子の引き抜きによる、ラジカルカチオンの生成を意味する。電荷発生層の陰極側に接する正孔注入輸送層の価電子帯から引き抜かれた電子は、電荷発生層の陽極側に接する電子注入輸送層の導電帯に注入されることで発光性励起状態を作り出すために再利用される。電荷発生層においては、ラジカルアニオン状態（電子）とラジカルカチオン状態（正孔）とが電圧印加時にそれぞれ陽極方向および陰極方向へ移動することにより、電荷発生層の陽極側に接する発光ユニットへ電子を注入し、電荷発生層の陰極側に接する発光ユニットへ正孔を注入する。すなわち、陽極および陰極間に電圧が印加されると、陽極側から正孔、陰極側から電子が注入されると同時に、電子および正孔が電荷発生層にて発生して電荷発生層から分離し、電荷発生層中に発生した電子は陽極方向に向かい、隣接する発光ユニットに注入され、電荷発生層中に発生した正孔は陰極の方に向かい、隣接する発光ユニットに注入される。続いて、これらの電子および正孔は、発光ユニットにて再結合して光を発生する。
【０１８４】
したがって本実施態様によれば、陽極および陰極間に電圧が印加されたとき、各発光ユニットが直列的に接続されて同時に発光することになり、高い電流効率が実現可能である。
【０１８５】
陽極および陰極間に単一の発光ユニットが挟まれた構成を有する有機ＥＬ素子（以下、この項において単一発光ユニットの有機ＥＬ素子という。）では、「外部回路で測定される電子（数）／秒に対する、光子（数）／秒の比」である量子効率の上限は、理論上、１（＝１００％）であった。これに対し、本実施態様の有機ＥＬ素子においては、理論上の限界はない。これは、上述したように、図１３に例示する正孔（ｈ）注入は、発光ユニット２０ｂ，２０ｃの価電子帯からの電子の引き抜きを意味しており、電荷発生層２１ａ，２１ｂの陰極７側に接する発光ユニット２０ｂ，２０ｃの価電子帯から引き抜かれた電子は、電荷発生層２１ａ，２１ｂの陽極３側に接する発光ユニット２０ａ，２０ｂの導電帯にそれぞれ注入されることで発光性励起状態を作り出すために再利用されるからである。したがって、電荷発生層を介して積層された各発光ユニットの量子効率（この場合は、各発光ユニットを（見かけ上）通過する電子（数）／秒と、各発光ユニットから放出される光子（数）／秒の比と定義される。）の総和が、本実施態様の有機ＥＬ素子の量子効率となり、その値に上限はない。
【０１８６】
また、単一発光ユニットの有機ＥＬ素子の輝度は、電流密度にほぼ比例し、高輝度を得るためには必然的に高い電流密度が必要である。一方、素子寿命は、駆動電圧ではなく電流密度に反比例するため、高輝度発光は素子寿命を短くする。これに対し、本実施態様の有機ＥＬ素子は、例えばｎ倍の輝度を所望電流密度にて得たい場合は、陽極および陰極間に存在する同一の構成の発光ユニットをｎ個とすれば、電流密度を上昇させることなくｎ倍の輝度を実現できる。ｎ倍の輝度が寿命を犠牲にせずに実現できるのである。
【０１８７】
さらに、単一発光ユニットの有機ＥＬ素子では、駆動電圧の上昇により電力変換効率（Ｗ／Ｗ）の低下を招いていた。これに対し、本実施態様の有機ＥＬ素子の場合は、ｎ個の発光ユニットを陽極および陰極間に存在させると発光開始電圧（turn on Voltage）等も略ｎ倍となるため、所望輝度を得るための電圧も略ｎ倍となるが、量子効率（電流効率）も略ｎ倍となるため、原理的には電力変換効率（Ｗ／Ｗ）は変化しないことになる。
【０１８８】
また本実施態様によれば、発光ユニットが複数層存在するため、素子短絡の危険性を低減できるという利点を有する。単一発光ユニットの有機ＥＬ素子は、１個の発光ユニットのみを有するため、発光ユニット中に存在するピンホール等の影響によって陽極および陰極間に（電気的）短絡を生じた場合は、即無発光素子となってしまうおそれがある。これに対し、本実施態様の有機ＥＬ素子の場合は、陽極および陰極間に複数個の発光ユニットが積層されているため厚膜であり、短絡の危険性を低下させることができる。さらに、ある特定の発光ユニットが短絡していたとしても、他の発光ユニットは発光可能であり、無発光という事態を回避できる。特に定電流駆動であれば、駆動電圧が短絡した発光ユニット分低下するだけであり、短絡していない発光ユニットは正常に発光可能である。
【０１８９】
さらに、例えば有機ＥＬ素子を単純マトリクス構造の表示装置に適用する場合、電流密度の減少により、配線抵抗による電圧降下や基板の温度上昇を、単一発光ユニットの有機ＥＬ素子の場合に比べて大きく低減できる。この点でも、本実施態様の有機ＥＬ素子は有利である。
【０１９０】
また、例えば有機ＥＬ素子を大面積を均一に光らせるような用途、特に照明に適用する場合にも、上記の特徴は充分有利に働く。単一発光ユニットの有機ＥＬ素子においては、電極材料、特にＩＴＯ等に代表される透明電極材料の比抵抗（〜１０-4Ω・ｃｍ）は、金属の比抵抗（〜１０-6Ω・ｃｍ）に比べて２桁程度高いので、給電部分から距離が離れるにつれて、発光ユニットにかかる電圧（Ｖ）（もしくは電場Ｅ（Ｖ／ｃｍ））が低下するため、結果的に給電部分近傍と遠方での輝度むら（輝度差）を引き起こす可能性がある。これに対し、本実施態様の有機ＥＬ素子のように所望の輝度を得るに際して、単一発光ユニットの有機ＥＬ素子よりも電流値を大きく低減できれば、電位降下を低減でき、結果的に略均一な大面積の発光を得ることが可能となる。
【０１９１】
図１４(a)，(b)はそれぞれ、図１２に示す有機ＥＬ素子における発光ユニットのバンドダイヤグラムの一例を示す模式図である。
上記有機ＥＬ素子においては、正孔注入輸送層４の構成材料のイオン化ポテンシャルをIp1、発光層５の構成材料のイオン化ポテンシャルをIp2、電子注入輸送層６の構成材料のイオン化ポテンシャルをIp3とすると、図１４(a)，(b)に例示するようにIp1≦Ip2、Ip2≧Ip3となっている。また、正孔注入輸送層４の構成材料の電子親和力をEa1、発光層５の構成材料の電子親和力をEa2、電子注入輸送層６の構成材料の電子親和力をEa3とすると、図１４(a)，(b)に例示するようにEa1≧Ea2、Ea2≦Ea3となっている。
【０１９２】
本実施態様においては、発光層がノンドープ領域を有することにより、発光効率を向上させることが可能である。
また本実施態様においては、正孔注入輸送層および発光層の構成材料の電子親和力の関係がEa1≧Ea2であり、発光層が正孔注入輸送層側にノンドープ領域を有するので、発光ドーパントによる正孔または電子のトラップを制御することができる。特に、電子の注入が過剰である場合に有用であり、高効率な素子を得ることができる。
【０１９３】
さらに、発光層が正孔注入輸送層側にノンドープ領域を有する場合には、正孔注入輸送層および発光層の界面で発光ドーパントが正孔注入を阻害することがなく、正孔注入輸送層から発光層への正孔注入を良好なものとすることができる。
一方、発光層が電子注入輸送層側にノンドープ領域を有する場合には、電子注入輸送層および発光層の界面で発光ドーパントが電子注入を阻害することがなく、電子注入輸送層から発光層への電子注入を良好なものとすることができる。
【０１９４】
また本実施態様においては、図１２に例示するように、発光ユニット２０ａ，２０ｂ，２０ｃが、発光層５と陰極７または電荷発生層２１ａ，２１ｂとの間に形成された電子注入輸送層６を有することが好ましい。この場合、発光層５の構成材料のイオン化ポテンシャルをIp2、電子注入輸送層６の構成材料のイオン化ポテンシャルをIp3とすると、図１４(a)、(b)に例示するようにIp2≧Ip3であることが好ましい。また、発光層５の構成材料の電子親和力をEa2、電子注入輸送層６の構成材料の電子親和力をEa3とすると、図１４(a)、(b)に例示するようにEa2≦Ea3であることが好ましい。
【０１９５】
このような有機ＥＬ素子では、電子注入輸送層および発光層の構成材料のイオン化ポテンシャルがIp2≧Ip3であり、かつ、正孔注入輸送層および発光層の構成材料の電子親和力がEa1≧Ea2であるので、駆動中における各層の界面での劣化を抑制することができる。
【０１９６】
本実施態様においては、図１５に例示するように、正孔注入輸送層４の陽極３側に第２の正孔注入輸送層９が形成されていてもよく、また電子注入輸送層６の陰極７側に第２の電子注入輸送層１０が形成されていてもよい。この場合、各層の構成材料のイオン化ポテンシャルおよび電子親和力は所定の関係を満たすことが好ましい。
【０１９７】
さらに本実施態様においては、第２の正孔注入輸送層および正孔注入輸送層の間に第３の正孔注入輸送層が形成されていてもよく、また電子注入輸送層および第２の電子注入輸送層の間に第３の電子注入輸送層が形成されていてもよい。この場合、各層の構成材料のイオン化ポテンシャルおよび電子親和力は所定の関係を満たすことが好ましい。
【０１９８】
本実施態様においては、発光位置がとびとびに分離して複数存在している。従来、電荷発生層を介して複数個の発光ユニットが積層された有機ＥＬ素子（マルチフォトンエミッション）では、素子の厚みが厚くなるにつれて干渉効果が顕著になり、色調（すなわち、発光スペクトル形状）が大きく変化するという不具合があった。具体的には、発光スペクトル形状が変化したり、また元の発光ピーク位置の発光が顕著な干渉効果によって相殺され、結果的に大幅に発光効率が低下したり、発光の放射パターンの角度依存性が発生したりしてしまう。一般的には、発光位置から反射電極までの光学膜厚を制御することにより、干渉効果による不具合に対処することができる。
【０１９９】
しかしながら、光学膜厚の制御によって正面輝度を改善できたとしても、斜めからの輝度については光路長が変わるため干渉効果によって低下する傾向がある。
これに対し、本実施態様においては、従来のように発光層とブロッキング層との界面で支配的に正孔および電子が再結合するのではなく、発光層内全体で正孔および電子が再結合するので、従来のマルチフォトンエミッションと比較して、発光色の視野角依存性を改善することができる。
【０２００】
なお、陽極、陰極および基板については、上記第１実施態様に記載したものと同様であるので、ここでの記載は省略する。以下、本実施態様の有機ＥＬ素子における他の構成について説明する。
【０２０１】
１．電荷発生層
本実施態様において、電荷発生層とは、所定の比抵抗を有する電気絶縁性の層であって、電圧印加時において素子の陰極方向に正孔を注入し、陽極方向に電子を注入する役割を果たす層をいう。
【０２０２】
電荷発生層は、比抵抗が１．０×１０2Ω・ｃｍ以上であることが好ましく、より好ましくは１．０×１０5Ω・ｃｍ以上であることが好ましい。
【０２０３】
また、電荷発生層は、可視光の透過率が５０％以上であることが好ましい。可視光の透過率が上記範囲未満であると、生成した光が電荷発生層を通過する際に吸収され、複数個の発光ユニットを有していても所望の量子効率（電流効率）が得られなくなる可能性があるからである。
【０２０４】
電荷発生層に用いられる材料としては、上記の比抵抗を有するものであれば特に限定されるものではなく、無機物質および有機物質のいずれも使用可能である。
【０２０５】
中でも、電荷発生層は、酸化還元反応によってラジカルカチオンとラジカルアニオンとからなる電荷移動錯体が形成されうる、異なる２種類の物質を含有するものであることが好ましい。この２種類の物質間で酸化還元反応によってラジカルカチオンとラジカルアニオンとからなる電荷移動錯体が形成され、この電荷移動錯体中のラジカルカチオン状態（正孔）とラジカルアニオン状態（電子）が、電圧印加時にそれぞれ陰極方向または陽極方向へ移動することにより、電荷発生層の陰極側に接する発光ユニットへ正孔を注入し、電荷発生層の陽極側に接する発光ユニットへ電子を注入することができる。
【０２０６】
電荷発生層は、異なる２種類の物質それぞれからなる層が積層されたものであってもよく、異なる２種類の物質を含有する単一の層であってもよい。
【０２０７】
電荷発生層に用いられることなる２種類の物質としては、（ａ）正孔輸送性、すなわち電子供与性を有する有機化合物、および、（ｂ）上記（ａ）の有機化合物との酸化還元反応による電荷移動錯体を形成しうる無機物質または有機物質、であることが好ましい。また、この（ａ）成分と（ｂ）成分との間では酸化還元反応による電荷移動錯体が形成されていることが好ましい。
【０２０８】
なお、電荷発生層を構成する２種類の物質が酸化還元反応により電荷移動錯体を形成しうるものであるか否かは、分光学的分析手段によって確認することができる。具体的には、２種類の物質がそれぞれ単独では、波長８００ｎｍ〜２０００ｎｍの近赤外領域に吸収スペクトルのピークを示さないが、２種類の物質の混合膜では、波長８００ｎｍ〜２０００ｎｍの近赤外領域に吸収スペクトルのピークが示されれば、２種類の物質間での電子移動を明確に示唆する存在（もしくは証拠）として、２種類の物質間での酸化還元反応による電荷移動錯体の形成を確認することができる。
【０２０９】
（ａ）成分の有機化合物としては、例えば、アリールアミン化合物を挙げることができる。アリールアミン化合物は、下記式(1)で示される構造を有していることが好ましい。
【０２１０】
【化３】
2010199504.tif 000005
【０２１１】
ここで、上記式において、Ａｒ1，Ａｒ2，Ａｒ3は、それぞれ独立して、置換基を有していてもよい芳香族炭化水素基を表す。
【０２１２】
このようなアリールアミン化合物としては、例えば、特開２００３−２７２８６０号公報に記載のアリールアミン化合物を用いることができる。
【０２１３】
また、（ｂ）成分の物質は、例えば、Ｖ2Ｏ5、Ｒｅ2Ｏ7、４Ｆ−ＴＣＮＱ等が挙げられる。さらに、（ｂ）成分の物質としては、正孔注入輸送層に用いられる材料であってもよい。
【０２１４】
なお、電荷発生層については、特開２００３−２７２８６０号公報に詳しい。
【０２１５】
２．発光ユニット
本実施態様における発光ユニットは、対向する陽極および陰極の間に複数個形成されるものであり、また正孔注入輸送層と発光層とが順次積層されたものである。さらに、発光層は、ドープ領域とノンドープ領域とを有している。
【０２１６】
発光ユニットは、発光層と陰極または電荷発生層との間に形成された電子注入輸送層を有していてもよい。この場合、各層の構成材料のイオン化ポテンシャルおよび電子親和力が所定の関係を満たすことが好ましい。
【０２１７】
発光ユニットにおいて、正孔注入輸送層の陽極側には第２の正孔注入輸送層が形成されていてもよく、さらに第２の正孔注入輸送層および正孔注入輸送層の間には第３の正孔注入輸送層が形成されていてもよい。この場合、各層の構成材料のイオン化ポテンシャルおよび電子親和力が所定の関係を満たしていることが好ましい。
また、発光ユニットにおいて、電子注入輸送層の陰極側には第２の電子注入輸送層が形成されていてもよく、さらに電子注入輸送層および第２の電子注入輸送層の間には第３の電子注入輸送層が形成されていてもよい。この場合、各層の構成材料のイオン化ポテンシャルおよび電子親和力が所定の関係を満たしていることが好ましい。
なお、発光層、正孔注入輸送層、第２の正孔注入輸送層、第３の正孔注入輸送層、電子注入輸送層、第２の電子注入輸送層、第３の電子注入輸送層、ならびに、各層の構成材料のイオン化ポテンシャルおよび電子親和力については、上記第１実施態様に記載したので、ここでの説明は省略する。
【０２１８】
本実施態様においては、電荷発生層を介して複数個の発光ユニットが積層されている。発光ユニットの積層数としては、複数、すなわち２層以上であれば特に限定されるものではなく、例えば３層、４層、またはそれ以上であってもよい。この発光ユニットの積層数は、高い輝度が得られる数であることが好ましい。
【０２１９】
また、各発光ユニットの構成は、同じであっても異なっていてもよい。
例えば赤色光、緑色光および青色光をそれぞれ発光する３層の発光ユニットを積層することができる。この場合には白色光を発生させることができる。このような白色光を発生する有機ＥＬ素子を例えば照明用途に用いた場合には、大面積から生じる高い輝度を得ることができる。
【０２２０】
白色光を発生する有機ＥＬ素子とする場合には、各発光ユニットからの発光の強度および色相は、それらが組み合わさって白色光または白色光に近い光を生成するように選択される。白色に見える光を生成するために使用できる発光ユニットとしては、上記の赤色光、緑色光および青色光の組み合わせの他、多くの組合せがある。例えば、青色光と黄色光、赤色光とシアン光、または、緑色光とマゼンタ光、の組み合わせを挙げることができ、このように二色の光をそれぞれ発光する２層の発光ユニットを用いて白色光を生成させることができる。また、これらの組み合わせを複数種用いて、有機ＥＬ素子を得ることもできる。
【０２２１】
また、青色光を発生する有機ＥＬ素子を利用して色変換方式によりカラー表示装置に適用することもできる。従来では、青色光を生じる発光材料は寿命が短いという不具合があったが、本実施態様の有機ＥＬ素子は高効率で長寿命であるため、このようなカラー表示装置にも有利である。
【０２２２】
IV．第４実施態様
本発明の有機ＥＬ素子の第４実施態様は、対向する陽極および陰極の間に、発光層と電子注入輸送層とが順次積層された発光ユニットを複数個有し、隣接する上記発光ユニット間に電荷発生層が形成された有機ＥＬ素子であって、上記発光層が、上記発光ドーパントを含有する１箇所以上のドープ領域と上記発光ドーパントを含有しない１箇所以上のノンドープ領域とを有し、上記発光層の構成材料のイオン化ポテンシャルをIp2、上記電子注入輸送層の構成材料のイオン化ポテンシャルをIp3としたとき、Ip2≧Ip3であることを特徴とするものである。
【０２２３】
本実施態様によれば、陽極および陰極の間に、複数個の発光ユニットが電荷発生層を介して形成されているので、電流密度を比較的低く保ったまま高い輝度を実現することができる。したがって、高効率、高輝度で、長寿命な有機ＥＬ素子とすることが可能である。
【０２２４】
本実施態様においては、発光層がノンドープ領域を有することにより、発光効率を向上させることが可能である。
また本実施態様においては、発光層および電子注入輸送層の構成材料のイオン化ポテンシャルの関係がIp2≧Ip3であり、発光層が電子注入輸送層側にノンドープ領域を有するので、発光ドーパントによる正孔または電子のトラップを制御することができる。特に、正孔の注入が過剰である場合に有用であり、高効率な素子を得ることができる。
【０２２５】
さらに、発光層が電子注入輸送層側にノンドープ領域を有する場合には、電子注入輸送層および発光層の界面で発光ドーパントが電子注入を阻害することがなく、電子注入輸送層から発光層への電子注入を良好なものとすることができる。
一方、発光層が正孔注入輸送層側にノンドープ領域を有する場合には、正孔注入輸送層および発光層の界面で発光ドーパントが正孔注入を阻害することがなく、正孔注入輸送層から発光層への正孔注入を良好なものとすることができる。
【０２２６】
さらに本実施態様においては、従来のように発光層とブロッキング層との界面で支配的に正孔および電子が再結合するのではなく、発光層内全体で正孔および電子が再結合するので、従来のマルチフォトンエミッションと比較して、発光色の視野角依存性を改善することができる。
【０２２７】
また本実施態様においては、発光ユニットが、発光層および陽極の間に形成された正孔注入輸送層を有することが好ましい。この場合、各層の構成材料のイオン化ポテンシャルおよび電子親和力が所定の関係を満たすことが好ましい。
【０２２８】
本実施態様においては、正孔注入輸送層の陽極側に第２の正孔注入輸送層が形成されていてもよく、さらに第２の正孔注入輸送層および正孔注入輸送層の間に第３の正孔注入輸送層が形成されていてもよい。この場合、各層の構成材料のイオン化ポテンシャルおよび電子親和力が所定の関係を満たすことが好ましい。
【０２２９】
また本実施態様においては、電子注入輸送層の陰極側に第２の電子注入輸送層が形成されていてもよく、さらに電子注入輸送層および第２の電子注入輸送層の間に第３の電子注入輸送層が形成されていてもよい。この場合、各層の構成材料のイオン化ポテンシャルおよび電子親和力が所定の関係を満たすことが好ましい。
【０２３０】
なお、陽極、陰極および基板については、上記第１実施態様に記載したものと同様であり、また電荷発生層および発光ユニットについては、上記第３実施態様に記載したものと同様であるので、ここでの記載は省略する。
【０２３１】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
【実施例】
【０２３２】
以下、本発明について実施例および比較例を用いて具体的に説明する。
【０２３３】
［実施例１］
（有機ＥＬ素子の作製）
まず、ガラス基板上に陽極としてITOが2mm幅のライン状にパターニングされたITO基板を準備した。そのITO基板上に、TBADNとMoO3とを体積比67：33で真空度10-5Paの条件下、共蒸着により1.5Å/secの蒸着速度で合計膜厚10nmとなるように成膜し、１層目の正孔注入輸送層を形成した。次に、上記１層目の正孔注入輸送層上に、TBADNとMoO3とを体積比9：1で真空度10-5Paの条件下、共蒸着により1.5Å/secの蒸着速度で合計膜厚100nmとなるように成膜し、２層目の正孔注入輸送層を形成した。次に、上記２層目の正孔注入輸送層上に、TBADNを、真空度10-5Paの条件下、1.0Å/secの蒸着速度で膜厚10nmとなるように真空蒸着し、３層目の正孔注入輸送層を形成した。
【０２３４】
次に、ホスト材料としてCBPを用い、発光中心となる発光ドーパントとして下記式(2)で表されるIr(piq)3を用いて、上記３層目の正孔注入輸送層上に、まず、CBPを、真空度10-5Paの条件下、蒸着速度1Å/secで20nmの厚さに真空蒸着により成膜し、次いで、CBPおよびIr(piq)3を、Ir(piq)3濃度が5wt%となるように、真空度10-5Paの条件下、蒸着速度1Å/secで50nmの厚さに真空蒸着により成膜し、発光層を形成した。
【０２３５】
【化４】
2010199504.tif 000006
【０２３６】
次に、上記発光層上に、TBADNを、真空度10-5Paの条件下、蒸着速度が1Å/secで20nmの厚さに真空蒸着により成膜し、１層目の電子注入輸送層を形成した。次に、上記１層目の電子注入輸送層上に、TBADNと、下記式(3)で表されるLiqとを体積比1：1で真空度10-5Paの条件下、共蒸着により蒸着速度1Å/secで膜厚12nmに成膜し、２層目の電子注入輸送層を形成した。
【０２３７】
【化５】
2010199504.tif 000007
【０２３８】
最後に、上記２層目の電子注入輸送層上に陰極としてAlを蒸着速度5Å/secで100nmの厚さに蒸着した。
【０２３９】
［実施例２］
（有機ＥＬ素子の作製）
次のようにして発光層を形成した以外は、実施例１と同様にして有機ＥＬ素子を作製した。
ホスト材料としてCBPを用い、発光中心となる発光ドーパントとして上記式(2)で表されるIr(piq)3を用いて、３層目の正孔注入輸送層上に、まず、CBPおよびIr(piq)3を、Ir(piq)3濃度が5wt%となるように、真空度10-5Paの条件下、蒸着速度1Å/secで50nmの厚さに真空蒸着により成膜し、次いで、CBPを、真空度10-5Paの条件下、蒸着速度1Å/secで20nmの厚さに真空蒸着により成膜し、発光層を形成した。
【０２４０】
［実施例３］
（有機ＥＬ素子の作製）
次のようにして発光層を形成した以外は、実施例１と同様にして有機ＥＬ素子を作製した。
ホスト材料としてCBPを用い、発光中心となる発光ドーパントとして上記式(2)で表されるIr(piq)3を用いて、３層目の正孔注入輸送層上に、まず、CBPを、真空度10-5Paの条件下、蒸着速度1Å/secで10nmの厚さに真空蒸着により成膜し、次いで、CBPおよびIr(piq)3を、Ir(piq)3濃度が5wt%となるように、真空度10-5Paの条件下、蒸着速度1Å/secで50nmの厚さに真空蒸着により成膜し、さらに、CBPを、真空度10-5Paの条件下、蒸着速度1Å/secで10nmの厚さに真空蒸着により成膜し、発光層を形成した。
【０２４１】
［比較例１］
（有機ＥＬ素子の作製）
次のようにして発光層を形成した以外は、実施例１と同様にして有機ＥＬ素子を作製した。
ホスト材料としてCBPを用い、発光中心となる発光ドーパントとして上記式(2)で表されるIr(piq)3を用いて、３層目の正孔注入輸送層上に、真空度10-5Paの条件下、蒸着速度1Å/secで、CBPおよびIr(piq)3を、Ir(piq)3濃度が5wt%となるように、真空度10-5Paの条件下、蒸着速度1Å/secで70nmの厚さに真空蒸着により成膜し、発光層を形成した。
【０２４２】
［評価］
実施例１〜実施例３および比較例１の有機ＥＬ素子について、１０ｍＡ/ｃｍ2の定電流密度にて駆動させ、発光効率および寿命を測定した。この際、初期輝度を１０００ｃｄ／ｍ２として、初期輝度が半減するまでの時間を寿命とした。結果を下記表１に示す。
【０２４３】
【表１】
2010199504.tif 000008
【０２４４】
［参考］
実施例で用いた材料のイオン化ポテンシャルおよび電子親和力を下記表２に示す。
【０２４５】
【表２】
2010199504.tif 000009
【０２４６】
［実施例４］
（有機ＥＬ素子の作製）
まず、ガラス基板上に陽極としてITOが2mm幅のライン状にパターニングされたITO基板を準備した。そのITO基板上に、TBADNとMoO3とを体積比67：33で真空度10-5Paの条件下、共蒸着により1.5Å/secの蒸着速度で合計膜厚10nmとなるように成膜し、１層目の正孔注入輸送層を形成した。次に、上記１層目の正孔注入輸送層上に、TBADNとMoO3とを体積比9：1で真空度10-5Paの条件下、共蒸着により1.5Å/secの蒸着速度で合計膜厚100nmとなるように成膜し、２層目の正孔注入輸送層を形成した。次に、上記２層目の正孔注入輸送層上に、TBADNを、真空度10-5Paの条件下、1.0Å/secの蒸着速度で膜厚10nmとなるように真空蒸着し、３層目の正孔注入輸送層を形成した。
【０２４７】
次に、ホスト材料としてCBPを用い、発光中心となる発光ドーパントとして下記式(4)で表される2,5,8,11-Tetra-tert-butylperylene（TBPe）と下記式(5)で表される2,3,6,7-Tetrahydro-1,1,7,7,-tetramethyl-1H,5H,11H-10-(2-benzothiazolyl)quinolizino-[9,9a,1gh]coumarin（C545t）と上記式(2)で表されるIr(piq)3とを用いて、上記３層目の正孔注入輸送層上に、まず、CBPおよびTBPeを、TBPe濃度が3wt%となるように、真空度10-5Paの条件下、蒸着速度1Å/secで10nmの厚さに真空蒸着により成膜し、１つ目のドープ領域を形成した。次に、CBPおよびC545tを、C545t濃度が2wt%となるように、真空度10-5Paの条件下、蒸着速度1Å/secで7.5nmの厚さに真空蒸着により成膜し、２つ目のドープ領域を形成した。次いで、CBPを真空度10-5Paの条件下、蒸着速度1Å/secで5nmの厚さに真空蒸着により成膜し、ノンドープ領域を形成した。続いて、CBPおよびIr(piq)3を、Ir(piq)3濃度が3wt%となるように、真空度10-5Paの条件下、蒸着速度1Å/secで7.5nmの厚さに真空蒸着により成膜し、３つ目のドープ領域を形成した。これにより、発光層を形成した。
【０２４８】
【化６】
2010199504.tif 000010
【０２４９】
次に、上記発光層上に、TBADNを、真空度10-5Paの条件下、蒸着速度が1Å/secで10nmの厚さに真空蒸着により成膜し、１層目の電子注入輸送層を形成した。次に、上記１層目の電子注入輸送層上に、TBADNと、上記式(3)で表されるLiqとを体積比1：1で真空度10-5Paの条件下、共蒸着により蒸着速度1Å/secで膜厚10nmに成膜し、２層目の電子注入輸送層を形成した。
【０２５０】
最後に、上記２層目の電子注入輸送層上に陰極としてAlを蒸着速度5Å/secで100nmの厚さに蒸着した。
【０２５１】
［実施例５］
（有機ＥＬ素子の作製）
次のようにして発光層を形成した以外は、実施例４と同様にして有機ＥＬ素子を作製した。
ホスト材料としてCBPを用い、発光中心となる発光ドーパントとして上記式(4)で表されるTBPeと上記式(5)で表されるC545tと上記式(2)で表されるIr(piq)3とを用いて、３層目の正孔注入輸送層上に、まず、CBPおよびTBPeを、TBPe濃度が3wt%となるように、真空度10-5Paの条件下、蒸着速度1Å/secで7.5nmの厚さに真空蒸着により成膜し、１つ目のドープ領域を形成した。次いで、CBPを真空度10-5Paの条件下、蒸着速度1Å/secで5nmの厚さに真空蒸着により成膜し、ノンドープ領域を形成した。続いて、CBPおよびC545tを、C545t濃度が2wt%となるように、真空度10-5Paの条件下、蒸着速度1Å/secで7.5nmの厚さに真空蒸着により成膜し、２つ目のドープ領域を形成した。さらに、CBPおよびIr(piq)3を、Ir(piq)3濃度が3wt%となるように、真空度10-5Paの条件下、蒸着速度1Å/secで10nmの厚さに真空蒸着により成膜し、３つ目のドープ領域を形成した。これにより、発光層を形成した。
【０２５２】
［実施例６］
（有機ＥＬ素子の作製）
次のようにして発光層を形成した以外は、実施例４と同様にして有機ＥＬ素子を作製した。
ホスト材料としてCBPを用い、発光中心となる発光ドーパントとして上記式(4)で表されるTBPeと上記式(5)で表されるC545tと上記式(2)で表されるIr(piq)3とを用いて、３層目の正孔注入輸送層上に、まず、CBPおよびTBPeを、TBPe濃度が3wt%となるように、真空度10-5Paの条件下、蒸着速度1Å/secで7.5nmの厚さに真空蒸着により成膜し、１つ目のドープ領域を形成した。次いで、CBPを真空度10-5Paの条件下、蒸着速度1Å/secで5nmの厚さに真空蒸着により成膜し、１つ目のノンドープ領域を形成した。続いて、CBPおよびC545tを、C545t濃度が2wt%となるように、真空度10-5Paの条件下、蒸着速度1Å/secで7.5nmの厚さに真空蒸着により成膜し、２つ目のドープ領域を形成した。さらに、CBPを真空度10-5Paの条件下、蒸着速度1Å/secで5nmの厚さに真空蒸着により成膜し、２つ目のノンドープ領域を形成した。次いで、CBPおよびIr(piq)3を、Ir(piq)3濃度が3wt%となるように、真空度10-5Paの条件下、蒸着速度1Å/secで7.5nmの厚さに真空蒸着により成膜し、３つ目のドープ領域を形成した。これにより、発光層を形成した。
【０２５３】
［比較例２］
（有機ＥＬ素子の作製）
次のようにして発光層を形成した以外は、実施例４と同様にして有機ＥＬ素子を作製した。
ホスト材料としてCBPを用い、発光中心となる発光ドーパントとして上記式(4)で表されるTBPeと上記式(5)で表されるC545tと上記式(2)で表されるIr(piq)3とを用いて、３層目の正孔注入輸送層上に、CBPおよびTBPeを、TBPe濃度が3wt%となるように、真空度10-5Paの条件下、蒸着速度1Å/secで10nmの厚さに真空蒸着により成膜した。次いで、CBPおよびC545tを、C545t濃度が2wt%となるように、真空度10-5Paの条件下、蒸着速度1Å/secで10nmの厚さに真空蒸着により成膜した。さらに、CBPおよびIr(piq)3を、Ir(piq)3濃度が3wt%となるように、真空度10-5Paの条件下、蒸着速度1Å/secで10nmの厚さに真空蒸着により成膜した。これにより、発光層を形成した。
【０２５４】
［評価］
実施例４〜実施例６および比較例２の有機ＥＬ素子について、１０ｍＡ/ｃｍ2の定電流密度にて駆動させ、外部量子収率および寿命を測定した。この際、初期輝度を１０００ｃｄ／ｍ２として、初期輝度が半減するまでの時間を寿命とした。結果を下記表３に示す。
【０２５５】
【表３】
2010199504.tif 000011
【符号の説明】
【０２５６】
１  …  有機ＥＬ素子
２  …  基板
３  …  陽極
４  …  正孔注入輸送層
５  …  発光層
６  …  電子注入輸送層
７  …  陰極
８、８ａ、８ｂ  …  ノンドープ領域
９  …  第２の正孔注入輸送層
１０  …  第２の電子注入輸送層
１１  …  第３の正孔注入輸送層
１２  …  第３の電子注入輸送層
１５，１５ａ，１５ｂ  …  ドープ領域
２０ａ，２０ｂ，２０ｃ  …  発光ユニット
２１，２１ａ，２１ｂ  …  電荷発生層
【図１】
2010199504.tif 000012
【図２】
2010199504.tif 000013
【図３】
2010199504.tif 000014
【図４】
2010199504.tif 000015
【図５】
2010199504.tif 000016
【図６】
2010199504.tif 000017
【図７】
2010199504.tif 000018
【図８】
2010199504.tif 000019
【図９】
2010199504.tif 000020
【図１０】
2010199504.tif 000021
【図１１】
2010199504.tif 000022
【図１２】
2010199504.tif 000023
【図１３】
2010199504.tif 000024
【図１４】
2010199504.tif 000025
【図１５】
2010199504.tif 000026