(57)【要約】【課題】２層以上の電荷輸送層を有する有機ＥＬ素子において、隣り合う２層の電荷輸送層間の密着性を向上させることで発光効率や輝度寿命を向上させる。【解決手段】陽極２と陰極１０との間に、ホール輸送層３、４と発光層５、６と電子輸送層７、８とを順次積層してなり、ホール輸送層３、４および電子輸送層７、８の両電荷輸送層が２層以上から構成されている有機ＥＬ素子Ｓ１において、２層以上から構成されるホール輸送層３、４においては、隣り合う２層のホール輸送層３、４の界面に、当該隣り合うホール輸送層３、４の構成材料同士が混合されてなる混合層１１が介在されている。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の電極（２、１０）間に、ホール輸送層（３、４）と発光層（５、６）と電子輸送層（７、８）とを順次積層してなり、
前記ホール輸送層および前記電子輸送層の両電荷輸送層のうち少なくとも一方が、２層以上から構成されている有機ＥＬ素子において、
前記２層以上から構成される電荷輸送層においては、隣り合う２層の電荷輸送層の界面に、当該隣り合う電荷輸送層の構成材料同士が混合されてなる混合層（１１、１２）が介在されていることを特徴とする有機ＥＬ素子。
【請求項２】
前記混合層（１１、１２）の厚さが１０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の有機ＥＬ素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一対の電極間に、ホール輸送層、発光層、電子輸送層を順次積層してなり、ホール輸送層および電子輸送層のうち少なくとも一方が２層以上から構成されてなる有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、一般に有機ＥＬ素子は、透明電極等からなる陽極の上にホール輸送層、発光層、電子輸送層、金属電極等からなる陰極を、真空蒸着法により、順次積層してなる。
【０００３】
この有機ＥＬ素子においては、各電極からホール、電子が注入され、注入されたこれらの電荷は、各電荷輸送層すなわちホール輸送層および電子輸送層を経由して発光層へ輸送される。そして、発光層内でホールと電子の再結合が生じることで発光が行われる。
【０００４】
また、このような有機ＥＬ素子においては、ホール輸送層や電子輸送層は、ホールや電子といった電荷の輸送効率を向上させるため、２層以上の構成となっているのが通常である。例えば、ホール輸送層を陽極側から銅フタロシアニン（ＣｕＰｃ）からなる層、トリフェニルアミン４量体（ＴＰＴＥ）からなる層の２層構成としたものが知られている（特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−１４８２９２号公報（第３頁、第２図）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、有機ＥＬ素子では、発光層や各電荷輸送層の各材料を真空蒸着法により積層形成しているため、各層の界面での密着性が弱く、熱等のストレスにより当該界面の接合不良が起きることが推定される。
【０００７】
特に、電荷輸送層が２層以上の層からなる場合において、これら隣り合う２層の電荷輸送層の界面で接合不良が生じたときには、電荷輸送効率が低下する。すると、発光効率が低下して駆動電圧が増大し、それに伴って輝度寿命が短くなるという問題が生じる。
【０００８】
そこで、本発明は上記問題に鑑み、２層以上の電荷輸送層を有する有機ＥＬ素子において、隣り合う２層の電荷輸送層間の密着性を向上させることで輝度寿命を向上させることを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、一対の電極（２、１０）間に、ホール輸送層（３、４）と発光層（５、６）と電子輸送層（７、８）とを順次積層してなり、ホール輸送層および電子輸送層の両電荷輸送層のうち少なくとも一方が、２層以上から構成されている有機ＥＬ素子において、２層以上から構成される電荷輸送層においては、隣り合う２層の電荷輸送層の界面に、当該隣り合う電荷輸送層の構成材料同士が混合されてなる混合層（１１、１２）が介在されていることを特徴とする。
【００１０】
本発明は、実験検討の結果見出されたものであり、２層以上から構成される電荷輸送層中の隣り合う２層の電荷輸送層の界面に、当該隣り合う電荷輸送層の構成材料同士が混合されてなる混合層を介在させることで、混合層を持たない従来のものに比べて、隣り合う２層の電荷輸送層間の密着性を向上させ、発光効率や輝度寿命を向上させることができる（図３参照）。
【００１１】
これは、電荷輸送層を構成する２層（３、４、７、８）のうち一方の層（３、７、）と他方の層（４、８）とを混合してなる混合層（１１、１２）を、当該２層間に介在させることで、当該一方の層と当該他方の層とのなじみ性が良くなるためと推定される。
【００１２】
ここで、混合層（１１、１２）が厚すぎても、電荷輸送層の電荷輸送能力を阻害し、輝度寿命が悪化すると考えられる。そこで、混合層の厚さについて検討を進めたところ、請求項２に記載の発明のように、１０ｎｍ以下であれば、適切に輝度寿命を向上させ得ることがわかった。
【００１３】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図に示す実施形態について説明する。なお、以下の各実施形態相互において、同一部分には、図中、同一符号を付してある。
【００１５】
（第１実施形態）
図１は本発明の第１実施形態に係る有機ＥＬ素子Ｓ１の概略断面構成を示す図である。
【００１６】
基板１は、ガラスや樹脂等の透明な基板であり、この基板１の上には陽極２が形成されている。この陽極２は、インジウムチンオキサイド（ＩＴＯ）等の透明な導電性膜からなる。
【００１７】
陽極２の上には、ホール輸送性の有機材料からなるホール輸送層３、４、有機ＥＬ材料からなる発光層５、６、電子輸送性の有機材料からなる電子輸送層７、８、電子注入性材料からなる電子注入層９、および金属電極等からなる陰極１０が順次、真空蒸着法により成膜され積層されている。
【００１８】
ここで、有機ＥＬ素子Ｓ１においては、各電荷輸送層３、４、７、８すなわちホール輸送層３、４および電子輸送層７、８が、ともに２層から構成されている。
【００１９】
つまり、ホール輸送層は、陽極２側から第１のホール輸送層３、第２のホール輸送層４の異なる材料からなる２層が積層されてなるものであり、電子輸送層は、発光層５、６側から第１の電子輸送層７、第２の電子輸送層８の異なる材料からなる２層が積層されてなるものである。
【００２０】
このように電荷輸送層を２層以上の構成とすることで、単層構成に比べて各層間のエネルギー障壁を小さくすることができ、陽極２から発光層３、４および陰極１０から発光層３、４への電荷輸送効率を向上させることができる。
【００２１】
また、発光層も、ホール輸送層３、４側から第１の発光層５、第２の発光層が積層されてなるものである。発光層５、６を多層構成とすることにより、混色発光が可能となる。
【００２２】
そして、本有機ＥＬ素子Ｓ１においては、２層以上から構成される電荷輸送層３、４において、隣り合う２層の電荷輸送層の界面に、当該隣り合う電荷輸送層の構成材料同士が混合されてなる混合層１１が介在された独自の構成を採用している。
【００２３】
本実施形態では、ホール輸送層３、４において、隣り合う第１のホール輸送層３と第２のホール輸送層４との界面に、これら第１及び第２のホール輸送層３、４の構成材料同士が混合されてなる混合層１１が介在されている。例えば、第１のホール輸送層３の構成材料と第２のホール輸送層４の構成材料とが１：１程度の体積混合比で混合されたものにできる。
【００２４】
混合層１１は、共蒸着法にて形成することができる。具体的には、真空チャンバ内にて、第１のホール輸送層３の構成材料と第２のホール輸送層４の構成材料とを２つのるつぼに分けて入れ、各るつぼの上にシャッターを設け、各シャッターの開閉を調節することで、共蒸着が行われる。混合割合は各材料の成膜レートで決められる。
【００２５】
このような混合層１１を設けた効果について、具体的に調べた例を示す。基板１としてガラス基板を用い、基板１の上に陽極２としてＩＴＯをスパッタ法等にて形成した。
【００２６】
このＩＴＯからなる陽極２の上に、真空蒸着法によって、第１のホール輸送層３として銅フタロシアニン（ＣｕＰｃ）を膜厚１５ｎｍ、混合層１１、第２のホール輸送層４としてトリフェニルアミン４量体（ＴＰＴＥ）を膜厚４０ｎｍ、第１の発光層５としてＴＰＴＥをホストとしルブレンを５％ドープしたものを膜厚１ｎｍ、第２の発光層６としてピレン化合物をホストとしジスチルアミンを６％ドープしたものを膜厚４０ｎｍ順次形成した。
【００２７】
さらに、第２の発光層６の上に、第１の電子輸送層７としてピレン化合物を膜厚５ｎｍ、第２の電子輸送層８としてＡｌｑ3（トリス（８−キノリノラト）アルミニウム）を膜厚２０ｎｍ、電子注入層９としてフッ化リチウム（ＬｉＦ）を膜厚０．５ｎｍ、そして陰極１０としてアルミニウム（Ａｌ）を膜厚１００ｎｍ、真空蒸着法によって順次形成した。
【００２８】
ここで、混合層１１は、共蒸着法にて第１のホール輸送層３の構成材料であるＣｕＰｃと第２のホール輸送層４の構成材料であるＴＰＴＥとが１：１の体積混合比で混合されたもので、膜厚は１ｎｍ、５ｎｍ、１０ｎｍ、５０ｎｍのものをそれぞれ作製した。以下、これらをそれぞれ、１ｎｍ混合層素子、５ｎｍ混合層素子、１０ｎｍ混合層素子、５０ｎｍ混合層素子ということとする。
【００２９】
また、比較例として混合層１１を設けない従来構成のものも作製した。この比較例の有機ＥＬ素子の概略断面構成は図２に示される。なお、これらの例における発光層３、４を有するものでは、第１の発光層５が黄色、第２の発光層６が青色の発色を同時に行い、これらの混色が発光される。
【００３０】
そして、作製した上記各有機ＥＬ素子について、初期特性および８５℃雰囲気中にて１００Ｈｚ、１／６４ｄｕｔｙのパルス駆動、４００ｃｄ／ｍ2の輝度で２００時間後の輝度劣化評価を行った。
【００３１】
初期特性において、発光効率は、比較例のものが６．８ｃｄ／Ａであったのに対し、１ｎｍ混合層素子では、８．５ｃｄ／Ａと約２５％向上し、５ｎｍ混合層素子では、６．８ｃｄ／Ａとほぼ同等であり、１０ｎｍ混合層素子では、６．４ｃｄ／Ａと約５％減少し、５０ｎｍ混合層素子では５．３ｃｄ／Ａと逆に約２０％減少した。
【００３２】
駆動電圧は、比較例のものが約１４Ｖであったのに対し、１ｎｍ混合層素子では、１２．５Ｖと約１０％低下し、５ｎｍ混合層素子では、１２Ｖと約１４％低下し、１０ｎｍ混合層素子では、１２Ｖと約１４％減少し、５０ｎｍ混合層素子では１５．３Ｖと逆に約１０％増加した。
【００３３】
輝度劣化においては、比較例のものが２００時間後に３０％劣化したのに対し、１ｎｍ混合層素子では１７％、５ｎｍ混合層素子では２０％、１０ｎｍ混合層素子では２３％、５０ｎｍ混合層素子では３０％の劣化であった。
【００３４】
図３は、１ｎｍ混合層素子（１ｎｍ混合層１１）、５０ｎｍ混合層素子（５０ｎｍ混合層１１）および比較例の素子について、輝度と耐久時間（時間）との関係を示した図である。輝度は初期輝度を１と規格化して示している。
【００３５】
このように、本実施形態によれば、２層から構成されるホール輸送層３、４中の隣り合う２層３、４の界面に、混合層１１を介在させることで、混合層１１を持たない従来のものに比べて、隣り合う２層のホール輸送層３、４間の密着性を向上させ、輝度寿命を向上させることができる。
【００３６】
そして、上記結果に示すように、この混合層１１が厚すぎても、ホール輸送層３、４のホール輸送能力を阻害し、輝度寿命が悪化する。上記結果から、本実施形態の混合層１１の厚さについては、１０ｎｍ以下であれば、適切に駆動電圧や輝度寿命を向上させ得ることができ、１ｎｍであれば、発光効率も向上させうることがわかった。
【００３７】
（第２実施形態）
図４は、本発明の第２実施形態に係る有機ＥＬ素子Ｓ２の概略断面構成を示す図である。以下、主として上記第１実施形態と相違する点を述べる。
【００３８】
図４に示す有機ＥＬ素子Ｓ２においても、２層以上から構成される電荷輸送層７、８において、隣り合う２層の電荷輸送層の界面に、当該隣り合う電荷輸送層の構成材料同士が混合されてなる混合層１２が介在された独自の構成を採用している。
【００３９】
本実施形態では、２層の電子輸送層７、８において、隣り合う第１の電子輸送層７と第２の電子輸送層８との界面に、これら第１及び第２の電子輸送層７、８の構成材料同士が混合されてなる混合層１２が介在されている。
【００４０】
この混合層１２は、例えば、第１の電子輸送層７の構成材料と第２の電子輸送層８の構成材料とが１：１程度の体積混合比で混合されたものにできる。また、混合層１２は、上記第１実施形態と同様に共蒸着法にて形成することができる。
【００４１】
このような混合層１２を設けた効果について、具体的に調べた例を示す。上記第１実施形態の具体例と同様の材料および膜厚にて、基板１の上に陽極２を形成し、陽極２の上に、真空蒸着法によって、第１及び第２のホール輸送層３、４、第１および第２の発光層５、６を形成した。
【００４２】
そして、第２の発光層６の上に、第１の電子輸送層７としてピレン化合物を膜厚５ｎｍ、混合層１２、第２の電子輸送層８としてＡｌｑ3を膜厚２０ｎｍを形成した後、電子注入層９、陰極１０を形成した。
【００４３】
ここで、混合層１２は、共蒸着法にて第１の電子輸送層７の構成材料であるピレン化合物と第２の電子輸送層８の構成材料であるＡｌｑ3とが１：１の体積混合比で混合されたもので、膜厚は１ｎｍ、５ｎｍ、１０ｎｍ、５０ｎｍのものをそれぞれ作製した。以下、これらをそれぞれ、１ｎｍ混合層素子、５ｎｍ混合層素子、１０ｎｍ混合層素子、５０ｎｍ混合層素子ということとする。
【００４４】
そして、本実施形態において作製した上記各有機ＥＬ素子および上記比較例の素子について、上記第１実施形態と同様に、初期特性および８５℃雰囲気中にて１００Ｈｚ、１／６４ｄｕｔｙのパルス駆動、４００ｃｄ／ｍ2の輝度で２００時間後の輝度劣化評価を行った。
【００４５】
初期特性において、発光効率は、比較例に対して、１ｎｍ混合層素子では約２５％向上し、５ｎｍ、１０ｎｍ混合層素子では約１０％低下し、、５０ｎｍ混合層素子では約６０％減少した。
【００４６】
駆動電圧は、比較例に対し、１ｎｍ、５ｎｍ混合層素子では約１０％低下し、１０ｎｍ混合層素子では約５％低下し、５０ｎｍ混合層素子では約３０％増加した。
【００４７】
輝度劣化においては、比較例のものが２００時間後に３０％劣化したのに対し、１ｎｍ混合層素子では１７％、５ｎｍ混合層素子では１１％、１０ｎｍ混合層素子では２６％、５０ｎｍ混合層素子では５０％の劣化であった。
【００４８】
図５は、本実施形態における１ｎｍ混合層素子（１ｎｍ混合層１２）、５０ｎｍ混合層素子（５０ｎｍ混合層１２）および比較例の素子について、輝度と耐久時間（時間）との関係を示した図である。輝度は初期輝度を１と規格化して示している。
【００４９】
このように、本実施形態によっても、２層から構成される電子輸送層７、８中の隣り合う２層７、８の界面に、混合層１２を介在させることで、混合層１２を持たない従来のものに比べて、隣り合う２層の電子輸送層７、８間の密着性を向上させ、輝度寿命を向上させることができる。
【００５０】
そして、上記結果に示すように、この混合層１２が厚すぎても、電子輸送層７、８の電子輸送能力を阻害し、輝度寿命が悪化する。上記結果から、本実施形態の混合層１２の厚さについては、１０ｎｍ以下であれば、適切に駆動電圧や輝度寿命を向上させ得ることでき、１ｎｍであれば、発光効率も向上させうることがわかった。
【００５１】
なお、上記各実施形態から、ホール輸送層側混合層１１および電子輸送層側混合層１２の厚さとしては、少なくとも１０ｎｍ以下であれば、適切に輝度寿命を向上させ得ると言える。
【００５２】
また、上記各実施形態の混合層１１、１２は、ホール輸送性材料同士あるいは電子輸送性材料同士の混合物からなる層である。通常、ホール輸送性材料同士、電子輸送性材料同士では成膜レートが同程度であるため、共蒸着法で混合層を成膜する場合には、１：１程度の体積混合比のものが作りやすい混合比であると言える。
【００５３】
（他の実施形態）
上記第１及び第２実施形態では、ホール輸送層３、４および電子輸送層７、８の両電荷輸送層が２層以上から構成されており、そのうちホール輸送層側のみまたは電子輸送層側のみに混合層１１、１２を介在させている。
【００５４】
つまり、２層以上から構成された電荷輸送層のすべてに混合層を介在させなくても良く、接合不良の発生しやすい電荷輸送層に混合層を介在させればよい。もちろん、ホール輸送層３、４に混合層１１を介在させ、且つ、電子輸送層７、８にも混合層１２を介在させた構成としても良く、実際に実験を行ったところ、図６に示すように、１０ｎｍ以下であれば、上記第１、第２実施形態と同様の結果が得られている。
【００５５】
また、上記実施形態では、ホール輸送層３、４および電子輸送層７、８の両電荷輸送層の両方が、２層から構成されていたが、３層以上の構成でも良い。その場合は、３層以上の各層の界面において各隣り合う層の構成材料同士が混合された混合層を介在させればよい。
【００５６】
また、ホール輸送層３、４および電子輸送層７、８の両電荷輸送層のどちらか一方のみが、２層以上から構成され、他方は単層構成であっても良い。その場合は、２層以上で構成される電荷輸送層において混合層を介在させることはもちろんである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る有機ＥＬ素子の概略断面図である。
【図２】比較例の有機ＥＬ素子の概略断面図である。
【図３】第１実施形態において１ｎｍ混合層素子、５０ｎｍ混合層素子および比較例の素子について輝度と耐久時間との関係を示した図である。
【図４】本発明の第２実施形態に係る有機ＥＬ素子の概略断面図である。
【図５】第２実施形態において１ｎｍ混合層素子、５０ｎｍ混合層素子および比較例の素子について輝度と耐久時間との関係を示した図である。
【図６】上記第１実施形態および第２実施形態とともに他の実施形態に係る実験結果を示した図表である。
【符号の説明】
２…陽極、３…第１のホール輸送層、４…第２のホール輸送層、
５…第１の発光層、６…第２の発光層、７…第１の電子輸送層、
８…第２の電子輸送層、１０…陰極、１１、１２…混合層。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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