(57)【要約】【課題】信頼性が高く、かつ発光効率の高い新しい構造の有機ＥＬ素子を提供する。【解決手段】陽極上に、電子と正孔との再結合によって光を放射する有機発光材料と、有機正孔輸送材料とを含み、該陽極から遠ざかるに従って前記発光材料の混合割合が徐々に増加する第１の層が形成されている。第１の層の上、有機電子輸送材料を含む第２の層が形成されている。第２の層の上に、導電材料からなる陰極が形成されている。正孔輸送材料の正孔移動度が電子輸送材料の正孔移動度よりも大きく、電子輸送材料の電子移動度が正孔輸送材料の電子移動度よりも大きい。【選択図】  図２
2004241188.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電材料からなる陽極と、
前記陽極上に形成され、電子と正孔との再結合によって光を放射する有機発光材料と、有機正孔輸送材料とを含み、該陽極から遠ざかるに従って前記発光材料の混合割合が徐々に増加する第１の層と、
前記第１の層の上に形成され、有機電子輸送材料を含む第２の層と、
前記第２の層の上に形成された導電材料からなる陰極と
を有し、
前記正孔輸送材料の正孔移動度が前記電子輸送材料の正孔移動度よりも大きく、前記電子輸送材料の電子移動度が前記正孔輸送材料の電子移動度よりも大きい有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項２】
前記第１の層が、さらに有機正孔注入材料を含み、該正孔注入材料は、前記陽極から前記正孔輸送材料への正孔の注入効率を高める請求項１に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項３】
前記第１の層が、前記陽極から遠ざかるに従って前記正孔注入材料の混合割合が徐々に低くなる層を含む請求項２に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項４】
前記第２の層がさらに前記発光材料を含み、前記陰極に近づくに従って該発光材料の混合割合が徐々に減少する請求項１〜３のいずれかに記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項５】
前記第１の層が、前記陽極側から順番に、第３の層、第４の層、及び第５の層を含み、該第３の層は、前記正孔注入材料と前記正孔輸送材料とを含むが前記発光材料は含まず、前記第４の層は、前記正孔注入材料、前記正孔輸送材料、及び前記発光材料を含み、前記第５の層は、前記正孔輸送材料と前記発光材料とを含むが前記正孔注入材料を含まず、前記第３及び前記第４の層からなる積層内においては、前記陽極から遠ざかるに従って前記正孔注入材料の混合割合が低くなり、前記第４及び前記第５の層からなる積層内においては、前記陽極から遠ざかるに従って前記発光材料の混合割合が高くなる請求項２に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項６】
前記第２の層が、前記第１の層側から順番に、第６の層及び第７の層を含み、前記第６の層は、前記正孔輸送材料、前記電子輸送材料、及び前記発光材料を含み、前記第７の層は、前記電子輸送材料と前記発光材料とを含むが、前記正孔輸送材料は含まず、前記第６及び第７の層からなる積層内において、前記陰極から遠ざかるに従って前記電子輸送材料の混合割合が高くなっている請求項５に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項７】
前記第２の層が、前記陰極に接する第８の層を含み、該第８の層は、前記電子輸送材料を含むが前記発光材料を含まない請求項１〜６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】
前記第８の層が、２種類の電子輸送材料を含み、一方の第１の電子輸送材料は、他方の第２の電子輸送材料よりも高い電子移動度を有し、前記第２の電子輸送材料は、前記陰極から前記第１の電子輸送材料への電子の注入効率を高め、前記陰極から遠ざかるに従って、前記第１の電子輸送材料の混合割合が高くなっている請求項７に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項９】
前記第１の層内の発光材料の発光波長と前記第２の層内の発光材料の発光波長とが異なる請求項４に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項１０】
前記第１の層のうち少なくとも前記第２の層側の一部分、及び前記第２の層のうち少なくとも前記第１の層側の一部分に、蛍光色素がドープされている請求項１〜９のいずれかに記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項１１】
前記蛍光色素がドープされている部分のうち、前記陽極寄りの部分と前記陰極寄りの部分に、相互に蛍光波長の異なる蛍光色素がドープされている請求項１０に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項１２】
前記第２の層のうち前記陰極に接触する部分には蛍光物質がドープされていない請求項１０または１１に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項１３】
前記蛍光物質がドープされている部分のうち、前記陽極側の一部分においては、該陽極に近づくに従って蛍光物質の濃度が低下している請求項１０〜１２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１４】
前記蛍光物質がドープされている部分のうち、前記陰極側の一部分においては、該陰極に近づくに従って蛍光物質の濃度が低下している請求項１０〜１２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１５】
厚さ方向に関して、前記蛍光物質の濃度が増減を繰り返す請求項１０〜１２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１６】
前記蛍光物質のドープされた層が、厚さ方向に関して離散的に複数配置されている請求項１０〜１２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１７】
前記正孔輸送材料が含まれた層と前記発光材料が含まれた層との界面が画定されており、該界面を含むある厚さ部分には前記蛍光材料がドープされていない請求項１０〜１６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１８】
前記正孔輸送材料が含まれた層と前記発光材料が含まれた層との界面よりも前記陽極側の領域にドープされている前記蛍光物質と、該界面よりも前記陰極側にドープされている前記蛍光物質とが異なる請求項１７に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項１９】
導電材料からなる陽極と、
前記陽極上に形成され、有機正孔注入材料と有機正孔輸送材料とを含み、該陽極から遠ざかるに従って前記正孔輸送材料の混合割合が徐々に増加する第１の層と、
前記第１の層の上に形成され、電子と正孔との再結合によって光を放射する有機発光材料からなる第２の層と、
前記第２の層の上に形成され有機電子輸送材料を含む第３の層と、
前記第３の層の上に形成された導電材料からなる陰極と
を有し、
前記正孔輸送材料の正孔移動度が前記電子輸送材料の正孔移動度よりも大きく、前記電子輸送材料の電子移動度が前記正孔輸送材料の電子移動度よりも大きく、前記正孔注入材料は、前記陽極から前記正孔輸送材料への正孔注入効率を高める有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項２０】
導電材料からなる陽極と、
前記陽極上に形成され、有機正孔輸送材料を含む第１の層と、
前記第１の層の上に形成され、電子と正孔との再結合によって光を放射する有機発光材料と、有機電子輸送材料とを含み、該陽極から遠ざかるに従って前記電子輸送材料の混合割合が徐々に増加する第２の層と
前記第２の層の上に形成された導電材料からなる陰極と
を有し、
前記正孔輸送材料の正孔移動度が前記電子輸送材料の正孔移動度よりも大きく、前記電子輸送材料の電子移動度が前記正孔輸送材料の電子移動度よりも大きい有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項２１】
前記第２の層が、前記陰極側の面に、前記発光材料を含まない層を有する請求項２０に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項２２】
前記第１の層のうち前記第２の層側の一部分、及び前記第２の層のうち前記第１の層側の一部分に、蛍光色素がドープされている請求項２０または２１に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項２３】
前記蛍光色素がドープされている部分のうち、前記陽極寄りの部分と前記陰極寄りの部分に、相互に蛍光波長の異なる蛍光色素がドープされている請求項２２に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項２４】
導電材料からなる陽極と、
前記陽極上に形成され、有機正孔注入材料と有機正孔輸送材料とを含み、該陽極から遠ざかるに従って前記正孔輸送材料の混合割合が増加する第１の層と、
前記第１の層の上に形成され、電子と正孔との再結合によって光を放射する有機発光材料を含む第２の層と
を有し、前記正孔注入材料は、前記陽極から前記正孔輸送材料への正孔の注入効率を高める性質を有する有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項２５】
導電材料からなる陽極と、
前記陽極上に形成され、正孔注入材料と正孔輸送材料とを含む第１の層と、
前記第１の層の上に形成され、電子と正孔との再結合によって光を放射する有機発光材料を含む第２の層と、
前記第２の層の上に形成され、電子輸送材料を含む第３の層と、
前記第３の層の上に形成された導電材料からなる陰極と
を有し、
前記正孔輸送材料の正孔移動度が前記電子輸送材料の正孔移動度よりも大きく、前記電子輸送材料の電子移動度が前記正孔輸送材料の電子移動度よりも大きく、前記正孔注入材料が前記陽極から前記正孔輸送材料への正孔の注入効率を高める有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項２６】
前記第３の層が、２種類の電子輸送材料を含み、一方の第１の電子輸送材料の電子移動度が、他方の第２の電子輸送材料の電子移動度よりも高く、第２の電子輸送材料が前記陰極から前記第１の電子輸送材料への電子の注入効率を高め、前記陰極から遠ざかるに従って前記第１の電子輸送材料の混合割合が徐々に高くなっている請求項２５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】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、有機エレクトロルミネッセンス素子（有機ＥＬ素子）に関し、特に少なくとも２種類の有機材料の混合比が厚さ方向に関して徐々に変化する有機層を含む有機ＥＬ素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
有機ＥＬ素子は、自己発光のため視認性が高く、様々な色を発色できる等の特徴を有している。このため、現在活発に研究開発が行われており、種々の構成の有機ＥＬ素子が提案されている。一般に、有機ＥＬ素子は、陽極となる透明電極層、陰極となる金属電極層、及び両者の間に挟まれた有機材料層の３層を含んで構成される。
【０００３】
透明電極層から有機材料層に正孔が注入され、金属電極層から有機材料層に電子が注入される。有機材料層内で正孔と電子とが再結合し、励起子が生成される。この励起子が失活する際に光（蛍光及び／または燐光）が発生する。有機材料層内で発生した光が、透明な電極層を通して外部に放出される。
【０００４】
有機材料層は、陽極側から順番に、正孔輸送層、発光層、及び電子輸送層が積層された多層構造を有する場合が多い。多層構造の厚さを薄くすることにより、駆動電圧を低減させることができる。また、フルカラー化のために様々な有機材料が積極的に開発されている。
【０００５】
特許文献１に、電子輸送（ｅｌｅｃｔｒｏｎ  ｔｒａｎｓｐｏｒｔ）材料Ａと、正孔輸送（ｈｏｌｅ  ｔｒａｎｓｐｏｒｔ）材料Ｂとを混合して有機材料層を単層で構成した有機ＥＬ素子が開示されている。有機材料層が単層であるため、製造が比較的簡単であり、多層の素子に比べて信頼性に優れている。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００１−２３７７６号公報
【特許文献２】
特開２００２−１５１２５９号公報
【特許文献３】
特開昭６３−２６４６９２
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、信頼性が高く、かつ発光効率の高い新しい構造の有機ＥＬ素子を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の一観点によると、導電材料からなる陽極と、前記陽極上に形成され、電子と正孔との再結合によって光を放射する有機発光材料と、有機正孔輸送材料とを含み、該陽極から遠ざかるに従って前記発光材料の混合割合が徐々に増加する第１の層と、前記第１の層の上に形成され、有機電子輸送材料を含む第２の層と、前記第２の層の上に形成された導電材料からなる陰極とを有し、前記正孔輸送材料の正孔移動度が前記電子輸送材料の正孔移動度よりも大きく、前記電子輸送材料の電子移動度が前記正孔輸送材料の電子移動度よりも大きい有機エレクトロルミネッセンス素子が提供される。
【０００９】
正孔輸送材料と発光材料との混合比が、厚さ方向に関して徐々に変化することにより、正孔輸送材料から発光材料に効率よく正孔を注入することができる。
【００１０】
本発明の他の観点によると、導電材料からなる陽極と、前記陽極上に形成され、有機正孔注入材料と有機正孔輸送材料とを含み、該陽極から遠ざかるに従って前記正孔輸送材料の混合割合が徐々に増加する第１の層と、前記第１の層の上に形成され、電子と正孔との再結合によって光を放射する有機発光材料からなる第２の層と、前記第２の層の上に形成され有機電子輸送材料を含む第３の層と、前記第３の層の上に形成された導電材料からなる陰極とを有し、前記正孔輸送材料の正孔移動度が前記電子輸送材料の正孔移動度よりも大きく、前記電子輸送材料の電子移動度が前記正孔輸送材料の電子移動度よりも大きく、前記正孔注入材料は、前記陽極から前記正孔輸送材料への正孔注入効率を高める有機エレクトロルミネッセンス素子が提供される。
【００１１】
正孔輸送材料と発光材料との混合比が、厚さ方向に関して徐々に変化することにより、正孔輸送材料から発光材料に効率よく正孔を注入することができる。
【００１２】
本発明の他の観点によると、導電材料からなる陽極と、前記陽極上に形成され、有機正孔輸送材料を含む第１の層と、前記第１の層の上に形成され、電子と正孔との再結合によって光を放射する有機発光材料と、有機電子輸送材料とを含み、該陽極から遠ざかるに従って前記電子輸送材料の混合割合が徐々に増加する第２の層と、前記第２の層の上に形成された導電材料からなる陰極とを有し、前記正孔輸送材料の正孔移動度が前記電子輸送材料の正孔移動度よりも大きく、前記電子輸送材料の電子移動度が前記正孔輸送材料の電子移動度よりも大きい有機エレクトロルミネッセンス素子が提供される。
【００１３】
発光材料と電子輸送材料との混合比を厚さ方向に関して変化させることにより、電子輸送材料から発光材料に電子を効率的に注入することができる。
【００１４】
本発明の他の観点によると、導電材料からなる陽極と、前記陽極上に形成され、有機正孔注入材料と有機正孔輸送材料とを含み、該陽極から遠ざかるに従って前記正孔輸送材料の混合割合が増加する第１の層と、前記第１の層の上に形成され、電子と正孔との再結合によって光を放射する有機発光材料を含む第２の層とを有し、前記正孔注入材料は、前記陽極から前記正孔輸送材料への正孔の注入効率を高める性質を有する有機エレクトロルミネッセンス素子が提供される。
【００１５】
正孔注入材料と正孔輸送材料との混合比を厚さ方向に関して変化させることにより、正孔注入材料から正孔輸送材料に正孔を効率的に注入することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図１に、本発明の第１の実施例による有機ＥＬ素子の断面図を示す。透明基板１の表面上に陽極層２、有機材料層３、及び陰極層４がこの順番に積層されている。透明基板１は、ガラスまたはプラスチック等で形成され可視光を透過させる。なお、透明基板１は、水蒸気透過性の低い材料で形成することが好ましい。また、プリズム作用を備えたマイクロレンズ基板等を用いてもよい。電源５が、陽極層２と陰極層４との間に所定の電圧を印加する。
【００１７】
陽極層２は、仕事関数が大きな（例えば４ｅＶ以上）金属、合金、電気導電性化合物、またはこれらの混合物で形成される。このような材料の例として、ニッケル、金、白金、パラジウム、セレン、レニウム、イリジウム、これらの金属の合金、酸化錫、酸化錫インジウム（ＩＴＯ）、ヨウ化銅、酸化亜鉛、ポリ（３−メチルチオフェン）、ポリフェニレンスルフィド、ポリピロール等が挙げられる。
【００１８】
陰極層４は、仕事関数の小さな（例えば４ｅＶ以下）金属、合金、電気導電性化合物、またはこれらの混合物で形成される。このような材料として、ナトリウム、ナトリウム−カリウム合金、マグネシウム、リチウム、アルミニウム−リチウム合金、マグネシウム銀混合物、インジウム、マンガン、クロム等が挙げられる。
【００１９】
陽極層２及び陰極層４は、上述の材料からなる導電層を積層した構造にしてもよい。有機ＥＬ素子を面発光素子として用いる場合には、陽極層２及び陰極層４のいずれか一方が透明または半透明にされる。金属等の遮光性の材料が用いられる場合には、その膜厚を薄くすることにより光を透過させることができる。好ましくは、陽極層２をＩＴＯ等の透明材料で形成し、陰極層４をアルミニウム−リチウム合金等の遮光性材料で形成する。これにより、透明基板１を通して光を取り出すことができる。
【００２０】
有機ＥＬ素子を端面発光素子として用いる場合には、陽極層２及び陰極層４の両方を遮光性の材料で形成する。
【００２１】
陽極層２及び陰極層４は、５００ｎｍ以下の厚さ、好ましくは１０〜３００ｎｍの厚さにされる。有機材料層３は、実用的な低電圧で発光を可能とするために、通常は２μｍ以下、好ましくは１０〜６００ｎｍの厚さにされる。
【００２２】
図２（Ａ）を参照して、有機材料層３の詳細な構造について説明する。図２（Ａ）の横軸は陽極層２から陰極層４までの厚さ方向の位置を表し、縦軸は各層を構成する材料の混合比を表す。陽極層２と陰極層４との間に挟まれた有機材料層３は、陽極層２側の第１の層１０と陰極層４側の第２の層１１との２層に区分される。第１の層１０は、正孔輸送材料（ｈｏｌｅ  ｔｒａｎｓｐｏｒｔｉｎｇ  ｍａｔｅｒｉａｌ）ＨＴＭと発光材料（ｅｍｉｓｓｉｖｅ  ｍａｔｅｒｉａｌ）ＥＭとの混合物で形成されている。第２の層１１は、電子輸送材料（ｅｌｅｃｔｒｏｎ  ｔｒａｎｓｐｏｒｔｉｎｇ  ｍａｔｅｒｉａｌ）ＥＴＭで形成されている。
【００２３】
正孔輸送材料、発光材料、電子輸送材料等の有機材料として、一般に低分子系材料と称される有機ＬＥＤ材料を使用することができる。これらの有機材料は、例えば１×１０−４〜１×１０−５Ｐａ程度の真空容器内で分子が分解することなく蒸発または昇華し、目的の基板上に当該有機材料からなる薄膜を形成することができる。好ましくは、分子量３０００以下の有機材料が使用される。
【００２４】
正孔輸送材料ＨＴＭは、正孔を輸送しやすい有機材料であり、その正孔移動度は、発光材料ＥＭや電子輸送材料ＥＴＭの正孔移動度よりも大きい。電子輸送材料ＥＴＭは、電子を輸送しやすい材料であり、その電子移動度は、発光材料ＥＭや正孔輸送材料ＨＴＭの電子移動度よりも大きい。発光材料ＥＭは、電子と正孔が再結合することにより励起子が生成し、その励起子が失活するときに蛍光及び／または燐光を発生しやすい有機材料である。通常、正孔輸送材料ＨＴＭや電子輸送材料ＥＴＭ内で励起子が失活するときにも発光現象が生じる。発光材料ＥＭは、発光効率の点で、正孔輸送材料ＨＴＭや電子輸送材料ＥＴＭよりも優れている。
【００２５】
正孔輸送材料ＨＴＭの例として、α−ＮＰＤ、ＴＰＤ、トリフェニルアミン系等の正孔移動度の高い有機材料が挙げられる。発光材料ＥＭの例として、Ａｌｑ３、ＤＰＶＢｉ、Ｂｅｂｑ２、ジスチリルアリーレン系、スチリルアミン系等の有機材料が挙げられる。また、ホスト材料に、蛍光色素を添加することにより発光させることも可能である。蛍光色素の例として、クマリン系の緑色材料、及びＤＣＪＴＢやＤＣＭ等の赤色材料が挙げられる。電子輸送材料ＥＴＭの例として、Ａｌｑ３やバソフェナントロリン等が挙げられる。
【００２６】
第１の層１０内において、正孔輸送材料ＨＴＭと発光材料ＥＭとの混合比が厚さ方向に関して単調に変化している。混合比が厚さ方向に関して単調に変化しているような混合形態を傾斜混合と呼ぶこととする。陽極層２に接する表面において、正孔輸送材料ＨＴＭの混合比が１００％であり、陽極層２から遠ざかるに従って正孔輸送材料ＨＴＭの混合比が減少するとともに、発光材料ＥＭの混合比が増加する。第２の層１１に接する表面において、発光材料ＥＭの混合比が１００％になる。ここで、混合比とは、全重量に対する各材料の重量の割合を意味する。
【００２７】
上記第１の実施例では、第１の層１０内の正孔輸送材料ＨＴＭと発光材料ＥＭとを傾斜混合させていることにより、両者の材料界面でのポテンシャル障壁が滑らかに変化する。ポテンシャル障壁が不連続に大きく変化すると、界面近傍に正孔が滞留する。滞留した正孔は、有機材料に悪影響を及ぼす。第１の実施例では、正孔輸送材料ＨＴＭと発光材料ＥＭとの明確な界面を消失させているため、局所的に正孔が滞留することを防止し、長寿命化を図ることができる。
【００２８】
また、正孔輸送材料ＨＴＭと発光材料ＥＭとを２層に分ける場合に比べて、２つの材料の分子同士の総接触面積が増加する。これにより、正孔輸送材料ＨＴＭから発光材料ＥＭへの正孔の円滑な移動が期待される。
【００２９】
図２（Ａ）では、正孔輸送材料ＨＴＭの混合比が厚さ方向に関して線型に変化している場合を示しているが、曲線状に変化させてもよいし、多数の小さな段差を有する階段状に変化させてもよい。この場合にも、陽極層２から遠ざかるに従って、正孔輸送材料ＨＴＭの混合比が単調に増加するような傾斜混合とすることが好ましい。
【００３０】
図７に、上記実施例の有機ＥＬ素子の有機材料層を形成するためのインライン方式の成膜装置の概略図を示す。この成膜装置には、４つの成膜室１００ａ〜１００ｄ、及びこれらの成膜室を連続させる搬送室１０１が設けられている。これらの各室内は、排気装置により真空排気される。基板１０２が搬送室１０１内を搬送される時に、成膜室１００ａ〜１００ｄの上方をこの順番に通過する。基板１０２は、例えば一辺が２００ｍｍの正方形のガラス基板であり、その一方の表面上にＩＴＯ膜が形成されている。基板１０２の搬送速度は、例えば１．３ｍｍ／ｓである。
【００３１】
各成膜室１００ａ〜１００ｄ内に、有機材料が充填されたるつぼが配置されている。基板１０２が成膜室１００ａ〜１００ｄの上方を通過する時に、当該成膜室内に配置されたるつぼから蒸発した有機材料が基板１０２の表面に被着し、有機材料膜が形成される。
【００３２】
図８に、傾斜混合層を形成するための成膜室１００ａの概略図を示す。成膜室１００ａの上方に搬送室１０１が連続している。排気装置１０３が成膜室１００ａ内を真空排気する。成膜室１００ａ内に、基板１０２の搬送方向に沿って２つのるつぼ１０５ａ及び１０５ｂが配置されている。るつぼ１０５ａ及び１０５ｂは、それぞれヒータ１０６ａ及び１０６ｂで加熱される。るつぼ１０５ａ及び１０５ｂ内に、それぞれ正孔輸送材料及び発光材料が充填される。膜厚モニタ１１０ａ及び１１０ｂで、それぞれるつぼ１０５ａ及び１０５ｂから蒸発した有機材料の被着した膜の厚さをモニタすることができる。
【００３３】
２つのるつぼ１０５ａ及び１０５ｂの間に仕切り板１０７が配置されている。仕切り板１０７の上端と、その上を通過する基板１０２との間に、所定の間隔が設けられている。基板１０２のうち仕切り板１０７の上方を通過する領域に、２つのるつぼ１０５ａ及び１０５ｂの両方から蒸発した有機材料が被着する。るつぼ１０５ａの上方からるつぼ１０５ｂの上方に進むに従って、るつぼ１０５ｂから蒸発した有機材料の被着量が多くなる。これにより、傾斜混合された有機材料膜を形成することができる。
【００３４】
仕切り板１０７と、その上方を通過する基板１０２との間隔を調節することにより、傾斜混合された有機材料膜の厚さや混合比の傾斜を制御することができる。
【００３５】
次に、第１の実施例の変形例について説明する。第１の実施例の変形例による有機ＥＬ素子の有機材料層も、図２（Ａ）に示した第１の実施例の有機ＥＬ素子と同様に、第１の層１０と第２の層１１との２層構造を有する。第１の実施例の変形例による有機材料層３の混合比を、図２（Ａ）に括弧つきで示す。
【００３６】
第１の層１０は、正孔注入材料（ｈｏｌｅ  ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ  ｍａｔｅｒｉａｌ）ＨＩＭと正孔輸送材料ＨＴＭとが傾斜混合された層である。第２の層１１は、発光材料ＥＭと電子輸送材料ＥＴＭとが均等に混合された層である。なお、発光材料ＥＭが電子輸送材料を兼ねる場合もある。第１の層１０内において、陽極層２から遠ざかるに従って正孔注入材料ＨＩＭの混合比が徐々に減少し、正孔輸送材料ＨＴＭの混合比が徐々に増加する。
【００３７】
有機材料層に用いられる有機材料の最高占有分子軌道（ＨＯＭＯ：ｈｉｇｈｅｓｔ  ｏｃｃｕｐｉｅｄ  ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  ｏｒｂｉｔａｌ）と最低非占有分子軌道（ＬＵＭＯ：ｌｏｗｅｓｔ  ｕｎｏｃｃｕｐｉｅｄ  ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  ｏｒｂｉｔａｌ）との電位差であるバンドギャップは、一般に１．５〜３．５ｅＶであり、好ましくは１．８〜３ｅＶである。
【００３８】
正孔注入材料ＨＩＭは、陽極層２のイオン化ポテンシャル値に近いＨＯＭＯレベルを持ち、陽極層２から正孔注入材料ＨＩＭに効率よく正孔が注入される。これにより、正孔注入材料ＨＩＭを介して正孔輸送材料ＨＴＭに、効率よく正孔を注入することができる。正孔の注入効率を高めるために、正孔注入材料ＨＩＭのＨＯＭＯレベルが、陽極層２のイオン化ポテンシャル値と正孔輸送材料ＨＴＭのＨＯＭＯレベルとの中間になるように、これらの材料を選択することが好ましい。
【００３９】
正孔輸送材料ＨＴＭの正孔移動度は、正孔注入材料ＨＩＭの正孔移動度よりも高い。このため、正孔輸送材料ＨＴＭに注入された正孔は、主として正孔輸送材料ＨＴＭ内を輸送される。このため、正孔注入材料ＨＩＭは、必ずしも正孔移動度の高い有機材料から選択する必要はない。このため、正孔の注入効率を高めるために、より好適な有機材料を選択することが可能になる。
【００４０】
正孔注入材料ＨＩＭの例として、銅フタロシアニン等のフタロシアニン系材料、スターバースト等の芳香族アミン系材料、及びオリゴアミン系等の低分子有機材料、及びＰＥＤＯＴ（バイエルン社の商品名）等の高分子材料が挙げられる。なお、正孔注入材料ＨＩＭからなる層を陽極層と正孔輸送材料ＨＴＭからなる層との界面に配置する場合には、厚さ１〜５ｎｍ程度の極薄い酸化シリコン膜が、正孔注入効率を高める層として作用する場合もある。
【００４１】
第１の実施例の変形例では、正孔注入材料ＨＩＭと正孔輸送材料ＨＴＭとを傾斜混合させることにより、正孔注入材料ＨＩＭと正孔輸送材料ＨＴＭとの界面のエネルギ障壁を滑らかに変化させることができる。また、正孔注入材料ＨＩＭからなる層と正孔輸送材料ＨＴＭからなる層とを２層に分ける場合に比べて、両者の実質的な界面が広くなり、正孔注入材料ＨＩＭから正孔輸送材料ＨＴＭに正孔をより効率的に移動させることができる。
【００４２】
次に、第１の実施例の変形例による有機材料層３の成膜方法について、図７及び図８を参照しながら説明する。
【００４３】
図８に示したるつぼ１０５ａ内に、正孔注入材料である銅フタロシアニンを充填し、るつぼ１０５ｂ内に、正孔輸送材料であるＮ，Ｎ’−ジ（１−ナフチル）−Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−［１，１’−ビフェニル］−４，４’−ジアミン（α−ＮＰＤ）を充填する。蒸発速度は、図２（Ａ）に示した第１の層１０の膜厚が２００ｎｍになるように調節した。
【００４４】
図７に示した成膜室１００ｂ内に、発光材料と電子輸送材料とを兼ねるトリス（８−ハイドロキシキノリン）アルミニウム（Ａｌｑ３）を充填する。蒸発速度は、第２の層１１の膜厚が１００ｎｍになるように調節した。成膜室１００ｃ内にリチウムを充填し、成膜室１００ｄ内にアルミニウムを充填する。成膜室１００ｃと１００ｄとにより、リチウム層とアルミニウム層との２層構造を有する陰極層４が形成される。
【００４５】
図９に、上記第１の実施例の変形例による有機ＥＬ素子の発光スペクトルを示す。横軸は波長を単位「ｎｍ」で表し、縦軸は光度を、最大値を１とした相対目盛で表す。図中の実線Ｑが、上記第１の実施例の変形例による有機ＥＬ素子の発光スペクトルを示す。
【００４６】
比較のために、第１の層を厚さ１００ｎｍの正孔注入材料層と厚さ１００ｎｍの正孔輸送材料層との２層で構成した有機ＥＬ素子の発光スペクトルを、破線Ｒで示す。両者とも、Ａｌｑ３に基づく発光スペクトルを示しており、基本的な発光特性は、傾斜混合を採用しても、２層に分離しても変わらないことがわかる。
【００４７】
また、第１の層１０を、正孔注入材料ＨＩＭと正孔輸送材料ＨＴＭとが均等に混合された有機材料と、発光材料ＥＭとを傾斜混合させた層としてもよい。
【００４８】
図２（Ｂ）に、第２の実施例による有機ＥＬ素子の有機材料層の構造を示す。第２の実施例の有機材料層３は、陽極層２側の第１の層１５と陰極層４側の第２の層１６との２層に区分される。基板及び電極の構成は、図１に示した第１の実施例による有機ＥＬ素子の構造と同様である。なお、次に説明する第３の実施例以降の実施例の有機ＥＬ素子の基板及び電極構造も、図１に示した第１の実施例による有機ＥＬ素子の構造と同様である。
【００４９】
第１の層１５は、正孔注入材料ＨＩＭと正孔輸送材料ＨＴＭとが均等に混合された層である。第２の層１６は、発光材料ＥＭと電子輸送材料ＥＴＭとが傾斜混合された層である。陰極層４に接する表面において、電子輸送材料ＥＴＭの混合比が１００％であり、陰極層４から遠ざかるに従って電子輸送材料ＥＴＭの混合比が低下する。
【００５０】
第２の実施例の場合には、発光材料ＥＭと電子輸送材料ＥＴＭとが傾斜混合されている。これにより両者の界面においてエネルギ障壁が滑らかに変化し、電子輸送材料ＥＴＭから発光材料ＥＭに、電子を円滑に移動させることができる。また、発光材料層と電子輸送材料層とを２層に分ける場合に比べて、両者の接触面積を広くすることができる。これにより、電子輸送材料ＥＴＭから発光材料ＥＭに電子を効率的に移動させることができる。
【００５１】
図２（Ｂ）では、発光材料ＥＭが陰極層４の極近傍まで添加されている。電子と正孔とが再結合する領域が陰極層４の近傍まで広がり、陰極層４を形成する金属に励起子が触れると、励起子のエネルギが金属に吸収され、発光が生じなくなる。この現象を、エネルギ消光と呼ぶ。
【００５２】
陰極層４に接するある厚さの領域を、電子輸送材料ＥＴＭのみからなる層とすることにより、発光に寄与しない電子正孔の再結合を減少させ（エネルギ消光を抑制し）、発光効率を高めることができる。
【００５３】
図２（Ｃ）に、第３の実施例による有機ＥＬ素子の有機材料層３の構造を示す。第３の実施例の有機材料層３は、陽極層２側の第１の層２０と陰極層４側の第２の層２１との２層に区分される。第１の層２０は、正孔輸送材料ＨＴＭと発光材料ＥＭとが傾斜混合された層である。第１の層２０内においては、陽極層２から遠ざかるに従って、発光材料ＥＭの混合比が増加する。
【００５４】
第２の層２１は、電子輸送材料ＥＴＭと発光材料ＥＭとが傾斜混合ざれた層である。第２の層２１内においては、陰極層４から遠ざかるに従って、発光材料ＥＭの混合比が増加する。第１の層２０と第２の層２１との界面において、発光材料ＥＭの混合比が１００％になる。
【００５５】
第３の実施例の場合には、正孔輸送材料ＨＴＭから発光材料ＥＭに、効率的に正孔を移動させることができる。さらに、電子輸送材料ＥＴＭから発光材料ＥＭに電子を効率的に移動させることができる。また、第１の層２０内では正孔過多状態になり、第２の層２１内では電子過多状態になる。両者の界面近傍で、正孔と電子との両方の存在確率が高くなる。すなわち、この界面近傍で正孔と電子との再結合が生じやすい。再結合しやすい領域において、発光材料ＥＭの混合比を高くしているため、正孔と電子とが再結合することにより発生したエネルギが効率よく発光材料ＥＭに注入され、発光効率を高めることができる。
【００５６】
第１の層２０内の正孔輸送材料ＨＴＭの代わりに、正孔輸送材料ＨＩＭと正孔注入材料ＨＴＭとを均等に混合した有機材料を用いてもよい。これにより、陽極層２から第１の層２０への正孔の注入効率を高めることができる。
【００５７】
図３（Ａ）に、第４の実施例による有機ＥＬ素子の有機材料層３の構造を示す。第４の実施例の有機材料層３は、陽極層２側の第１の層２５と陰極層４側の第３の層２７と、その間に挟まれた第２の層２６との３層に区分される。第１の層２５は、正孔輸送材料ＨＴＭと発光材料ＥＭとが傾斜混合された層である。第１の層２５内においては、陽極層２から遠ざかるに従って、発光材料ＥＭの混合比が増加する。
【００５８】
第２の層２６は、電子輸送材料ＥＴＭと発光材料ＥＭとが傾斜混合された層である。第２の層２６内においては、陰極層４から遠ざかるに従って、発光材料ＥＭの混合比が増加する。第１の層２５と第２の層２６との界面において、発光材料ＥＭの混合比が１００％になる。
【００５９】
第３の層２７は、電子輸送材料ＥＴＭのみで形成されている。陰極層４の近傍に発光材料ＥＭが添加されていないため、陰極層４の極近傍では、正孔と電子との再結合が生じにくい。このため、陰極層４を形成する金属によるエネルギ消光を抑制することができ、発光効率を高めることができる。
【００６０】
図３（Ｂ）に、第５の実施例による有機ＥＬ素子の有機材料層３の構造を示す。第５の実施例の有機材料層３は、陽極層２側から順番に配置された第１の層３０、第２の層３１、第３の層３２、第４の層３３、第５の層３４、及び第６の層３５に区分することができる。
【００６１】
第１の層３０は、正孔注入材料ＨＩＭと正孔輸送材料ＨＴＭとが傾斜混合された層である。第２の層３１は、正孔注入材料ＨＩＭと正孔輸送材料ＨＴＭと発光材料ＥＭとが傾斜混合された層である。第３の層３２は、正孔輸送材料ＨＴＭと発光材料ＥＭとが傾斜混合された層である。第４の層３３は、正孔輸送材料ＨＴＭと発光材料ＥＭと電子輸送材料ＥＴＭとが傾斜混合された層である。第５の層３４は、発光材料ＥＭと電子輸送材料ＥＴＭとが傾斜混合された層である。第６の層３５は、電子輸送材料ＥＴＭのみで形成される。
【００６２】
第１の層３０と第２の層３１との２層内において、陽極層２から遠ざかるに従って正孔注入材料ＨＩＭの混合比が徐々に減少し、正孔輸送材料ＨＴＭの混合比が徐々に増加している。第２の層３１と第３の層３２との２層内において、陽極層２から遠ざかるに従って発光材料ＥＭの混合比が増加している。第３の層３２と第４の層３３との２層内において、陽極層２から遠ざかるに従って正孔輸送材料ＨＴＭの混合比が減少している。第４の層３３と第５の層３４との２層内において、陰極層４に近づくに従って発光材料ＥＭの混合比が減少し、電子輸送材料ＥＴＭの混合比が増加している。
【００６３】
第５の実施例では、正孔注入材料ＨＩＭと正孔輸送材料ＨＴＭとが傾斜混合されているため、正孔注入材料ＨＩＭを介して、陽極層２から正孔輸送材料ＨＴＭに効率的に正孔を注入することができる。また、正孔輸送材料ＨＴＭと発光材料ＥＭとが傾斜混合されているため、正孔を発光材料ＥＭに効率的に注入することができる。
【００６４】
正孔輸送材料ＨＴＭが添加された領域が、電子輸送材料ＥＴＭの添加されている第４の層３３まで延びている。このため、発光材料ＥＭの正孔移動度が低い場合であっても、陰極層４に近い領域に添加されている発光材料ＥＭまで正孔を効率よく輸送することができる。これにより、発光材料ＥＭが添加された層の広い範囲で正孔と電子とが再結合する。再結合領域が広くなるため、再結合領域が局在化する場合に比べて、発光材料ＥＭの長寿命化が期待できる。
【００６５】
さらに、図３（Ａ）に示した第４の実施例の場合と同様に、陰極層４の近傍に電子輸送材料ＥＴＭのみからなる第６の層３５が配置されているため、エネルギ消光を抑制し、発光効率を高めることができる。
【００６６】
図３（Ｃ）に、第６の実施例による有機ＥＬ素子の有機材料層３の構造を示す。第６の実施例の有機材料層３は、陽極層２側から順番に配置された第１の層３７、第２の層３８、第３の層３９、第４の層４０、及び第５の層４１に区分することができる。
【００６７】
第１の層３７は、正孔注入材料ＨＩＭと正孔輸送材料ＨＴＭとが傾斜混合された層である。第２の層３８は、正孔注入材料ＨＩＭと正孔輸送材料ＨＴＭと発光材料ＥＭとが傾斜混合された層である。第３の層３９は、正孔輸送材料ＨＴＭと発光材料ＥＭとが傾斜混合された層である。第４の層４０は、発光材料ＥＭと第１の電子輸送材料ＥＴＭ１とが傾斜混合された層である。第５の層４１は、第１の電子輸送材料ＥＴＭ１と第２の電子輸送材料ＥＴＭ２とが傾斜混合された層である。
【００６８】
第１の層３７と第２の層３８との２層内において、陽極層２から遠ざかるに従って正孔注入材料ＨＩＭの混合比が徐々に減少する。正孔輸送材料ＨＴＭの混合比は、陽極層２から遠ざかるに従って、第１の層３７内において徐々に増加し、第２の層３８内においてほぼ一定であり、第３の層３９内において徐々に減少する。発光材料ＥＭの混合比は、第２の層３８及び第３の層３９の２層内において、陽極層２から遠ざかるに従って徐々に増加し、第３の層３９と第４の層４０との界面においてほぼ１００％になる。第４の層４０内においては、陰極層４に近づくに従って徐々に減少する。
【００６９】
第１の電子輸送材料ＥＴＭ１の混合比は、第４の層４０内においては陰極層４に近づくに従って徐々に増加し、第５の層４１内においては陰極層４に近づくに従って徐々に減少する。第２の電子輸送材料ＥＴＭ２の混合比は、第５の層４１内において陰極層４に近づくに従って徐々に増加し、陰極層４に接する表面において１００％になる。
【００７０】
一般に、電子輸送材料と陰極層材料とを接触させると、電子輸送材料のＬＵＭＯレベルと陰極層の材料の仕事関数との差等により、両者の界面に、電子に対する電位障壁が形成される。この電位障壁の高さによって、陰極層から電子輸送材料への電子の注入効率が影響を受ける。
【００７１】
第６の実施例においては、２種類の電子輸送材料ＥＴＭ１及びＥＴＭ２が使用されている。第２の電子輸送材料ＥＴＭ２のＬＵＭＯレベルと陰極層４の仕事関数との差が、第１の電子輸送材料ＥＴＭ１のＬＵＭＯレベルと陰極層４の仕事関数との差よりも小さくなるように、各材料が選択されている。このため、第１の電子輸送材料ＥＴＭ１と陰極層４とを直接接触させる場合に比べて、陰極層４から有機材料層３への電子の注入効率を高めることができる。
【００７２】
また、第１の電子輸送材料ＥＴＭ１は、第２の電子輸送材料ＥＴＭ２よりも高い電子移動度を有する材料から選択されている。このため、第２の電子輸送材料ＥＴＭ２のみを使用する場合に比べて、電子を発光材料ＥＭまで効率的に輸送することができる。
【００７３】
さらに、第１の電子輸送材料ＥＴＭ１と第２の電子輸送材料ＥＴＭ２とが傾斜混合されている。このため、エネルギ障壁を滑らかに変化させることができる。
【００７４】
第２の電子輸送材料ＥＴＭ２の耐熱性が低い（ガラス転移点が低い）場合でも、第１の電子輸送材料ＥＴＭ１を耐熱性の高い有機材料から選択することにより、第２の電子輸送材料ＥＴＭ２の耐熱性の低さを補うことができる。
【００７５】
図３（Ｄ）に、第７の実施例による有機ＥＬ素子の有機材料層３の構造を示す。第７の実施例の有機材料層３は、陽極層２側の第１の層４５と、陰極層４側の第２の層４６との２層に区分される。
【００７６】
第１の層４５は、正孔注入材料ＨＩＭと正孔輸送材料ＨＴＭとが均等に混合された有機材料と、第１の発光材料ＥＭ１とが傾斜混合された層である。第２の層４６は、第２の発光材料ＥＭ２と電子輸送材料ＥＴＭとが傾斜混合された層である。
【００７７】
第１の層４５内において、陽極層２から遠ざかるに従って第１の発光材料ＥＭ１の混合比が徐々に増加する。第１の発光材料ＥＭ１の混合比は、陽極層２に接する表面において０％であり、第２の層４６に接する表面において１００％である。第２の層４６内において、陰極層４に近づくに従って第２の発光材料ＥＭ２の混合比が徐々に減少する。第２の発光材料ＥＭ２の混合比は、第１の層４５に接する表面において１００％であり、陰極層４に接する表面において０％である。
【００７８】
第７の実施例においては、２種類の発光材料ＥＭ１とＥＭ２とが、第１の層４５と第２の層４６との界面で接する。第２の層４６内では正孔の移動度が低く、第１の層４５内では電子の移動度が低い。このため、２層の界面近傍に電子と正孔とが滞留しやすくなり、界面近傍で再結合が生じやすくなる。第１の発光材料ＥＭ１と第２の発光材料ＥＭ２との発光色が異なる場合に、発光色の制御性及び再現性を高めることができる。
【００７９】
なお、第１の発光材料ＥＭ１の正孔移動度と電子移動度とが、第２の発光材料ＥＭ２のそれらと大きく異なる場合には、正孔と電子とが再結合し易い位置が第１の層４５と第２の層４６との界面から一方の層に偏る場合がある。この場合には、第１の層４５と第２の層４６との界面近傍において、第１の発光材料ＥＭ１と第２の発光材料ＥＭ２とを傾斜混合させて、発光色を制御することが有効である。
【００８０】
例えば、再結合し易い領域が第１の層４５内に偏っている場合には、第１の層４５と第２の層４６との界面から第１の層４５内にある厚さ分だけ侵入した薄い層内において、第１の発光材料ＥＭ１と第２の発光材料ＥＭ２とを傾斜混合させればよい。このとき、この薄い層内において、第１の層４５と第２の層４６との界面から遠ざかるに従って、第２の発光材料ＥＭ２の混合比が徐々に低下するようにすればよい。
【００８１】
再結合し易い領域が第２の層４６内に偏っている場合には、その逆に、第１の層４５と第２の層４６との界面から第２の層４６内にある厚さ分だけ侵入した薄い層内において、第１の発光材料ＥＭ１と第２の発光材料ＥＭ２とを傾斜混合させればよい。
【００８２】
図４（Ａ）に、第８の実施例による有機ＥＬ素子の有機材料層３の構成を示す。第８の実施例の有機材料層３は、図２（Ａ）に示した第１の実施例の有機材料層３の構成とほぼ同一である。第８の実施例においては、第１の層１０のうち第２の層１１側の一部の厚さの領域、及び第２の層１１内に、蛍光色素ＤＯＰが添加されている。蛍光色素ＤＯＰを添加することにより、発光色を変えることができる。
【００８３】
正孔と電子とが再結合する領域が陰極層４の近傍まで広がっている場合には、陰極層４に接触する領域に、蛍光色素ＤＯＰを添加しない層を配置することが好ましい。これにより、陰極層４を形成する金属によるエネルギ消光を抑制し、発光効率の低下を防止することができる。
【００８４】
第８の実施例において、第１の層１０を、正孔注入材料ＨＩＭと正孔輸送材料ＨＴＭとが均一に混合された有機材料と、発光材料ＥＭとを傾斜混合させた層とし、第２の層１１を電子輸送材料ＥＴＭで形成してもよい。
【００８５】
図４（Ｂ）に、第９の実施例による有機ＥＬ素子の有機材料層３の構造を示す。第９の実施例の有機材料層３の基本構成は、図２（Ｂ）に示した第２の実施例の有機材料層３の構成とほぼ同一である。第９の実施例においては、第１の層１５のうち第２の層１６側のある厚さの領域に第１の蛍光色素ＤＯＰ１が添加され、第２の層１６のうち第１の層１５側のある厚さの領域に第２の蛍光色素ＤＯＰ２が添加されている。正孔輸送材料ＨＴＭと発光材料ＥＭとに異なる蛍光色素を添加することにより、２つの発光色の強度比を制御し、ＥＬ素子の発光色を変えることができる。蛍光色素の濃度や、蛍光色素が添加される部分の厚さを変えることにより、発光色を制御することができる。
【００８６】
図４（Ｂ）では、第１の蛍光色素ＤＯＰ１が添加された層と第２の蛍光色素ＤＯＰ２が添加された層とが相互に接触している場合を示した。この２つの層を離して配置し、第１の層１５と第２の層１６との界面近傍に、蛍光色素の添加されていない層を設けてもよい。電子と正孔との再結合により生じた発光に関わるエネルギが、第１の層１５と第２の層１６との界面近傍に局在化される場合、界面近傍に２種類の蛍光色素が添加されていると、バンドギャップの小さな蛍光色素が優先的に発光しやすくなる。第１の蛍光色素ＤＯＰ１が添加された層と第２の蛍光色素ＤＯＰ２が添加された層とを離して配置し、両者の間隔や、第１の層１５と第２の層１６との界面から蛍光色素が配置された領域までの距離を調節することにより、２種類の蛍光材料の発光強度比を制御することができる。
【００８７】
図４（Ｃ）に、第１０の実施例による有機ＥＬ素子の有機材料層３の構造を示す。第１０の実施例の有機材料層３の基本構成は、図２（Ｃ）に示した第３の実施例の有機材料層３の構成とほぼ同一である。第１０の実施例においては、第１の層２０のうち第２の層２１側のある厚さの領域に第１の蛍光色素ＤＯＰ１が添加され、第２の層２１のうち第１の層２０側のある厚さの領域に第２の蛍光色素ＤＯＰ２が添加されている。発光材料ＥＭに蛍光色素を添加することにより、発光色を変えることができる。
【００８８】
図４（Ｃ）では、第１の蛍光色素ＤＯＰ１が添加された領域と、第２の蛍光色素ＤＯＰ２が添加された領域との境界が、発光材料ＥＭの混合比が最大（１００％）になる位置と一致しているが、両者の境界を、発光材料ＥＭの混合比が最大になる位置からずらしてもよい。これにより、第１の蛍光色素ＤＯＰ１からの発光と、第２の蛍光色素ＤＯＰ２からの発光との強度比を変えることができる。
【００８９】
図５（Ａ）に、第１１の実施例による有機ＥＬ素子の有機材料層３の構造を示す。基本的な構成は、図４（Ｂ）に示した第９の実施例による有機ＥＬ素子の有機材料層３の構成とほぼ同一である。第９の実施例では、第１の蛍光色素ＤＯＰ１及び第２のＤＯＰ２の濃度が厚さ方向に関してほぼ一定であったが、第１０の実施例においては、第１の層１５と第２の層１６との界面から遠ざかるに従って、蛍光色素ＤＯＰ１及びＤＯＰ２の濃度が低下する。
【００９０】
一般に正孔輸送材料ＨＴＭと電子輸送材料ＥＴＭとの界面に正孔と電子が滞留しやすい。このため、第１の層１５と第２の層１６との界面近傍で、正孔と電子との再結合が生じやすい。再結合の生じやすい領域の蛍光色素の濃度を高めているため、蛍光色素からの効率的な発光が得られる。なお、第１の蛍光色素ＤＯＰ１が添加された領域と、第２の蛍光色素ＤＯＰ２が添加された領域との界面を、第１の層１５と第２の層１６との界面からずらしてもよい。
【００９１】
図５（Ｂ）に、第１２の実施例による有機ＥＬ素子の有機材料層３の構造を示す。第１２の実施例の有機材料層３の基本的な構成は、図３（Ａ）に示した第４の実施例の有機材料層３の構成とほぼ同一である。第１２の実施例においては、第１の層２５と第２の層２６との界面を含むある厚さの領域に、蛍光色素ＤＯＰが添加されている。第１の層２５と第２の層２６との界面において、蛍光色素ＤＯＰの濃度が最大になり、界面から遠ざかるに従って濃度が減少している。
【００９２】
発光材料ＥＭの混合比の高い領域において、蛍光色素ＤＯＰの濃度を高くすることにより、発光効率を高めることができる。
【００９３】
図５（Ｃ）に、第１３の実施例による有機ＥＬ素子の有機材料層３の構造を示す。第１３の実施例の有機材料層３の基本的な構成は、図５（Ｂ）に示した第１２の実施例の有機材料層３の構成とほぼ同様である。第１２の実施例では、１種類の蛍光色素ＤＯＰが添加されていたが、第１３の実施例では２種類の蛍光色素ＤＯＰ１及びＤＯＰ２が添加されている。
【００９４】
第１の層２５のうち第２の層２６側のある厚さの領域に第１の蛍光色素ＤＯＰ１が添加され、第２の層２６のうち第１の層２５側のある厚さの領域に第２の蛍光色素ＤＯＰ２が添加されている。これらの蛍光色素の濃度は、第１の層２５と第２の層２６との界面から遠ざかるに従って低下している。２つの層の界面近傍において、第１の蛍光色素ＤＯＰ１と第２の蛍光色素ＤＯＰ２とは傾斜混合されており、第１の蛍光色素ＤＯＰ１が添加された領域と第２の蛍光色素ＤＯＰ２が添加された領域との明確な界面を消失させている。２種類の蛍光色素を添加することにより、発光色を変化させることができる。
【００９５】
図５（Ｄ）に、第１４の実施例による有機ＥＬ素子の有機材料層３の構造を示す。第１４の実施例の有機材料層３の基本的な構成は、図５（Ｃ）に示した第１３の実施例の有機材料層３の構成とほぼ同様である。第１３の実施例では、蛍光色素ＤＯＰ１及びＤＯＰ２の各々の濃度が、第１の層２５と第２の層２６との界面から遠ざかるに従って徐々に低下していた。第１４の実施例では、蛍光色素ＤＯＰ１及びＤＯＰ２の各々の濃度が、厚さ方向に関して三角波状に変動している。また、三角波の各山の高さが、第１の層２５と第２の層２６との界面から遠ざかるに従って低くなっている。
【００９６】
蛍光色素の濃度分布を三角波状にすることにより、ホスト材料（この場合には発光材料ＥＭ）のＨＯＭＯ−ＬＵＭＯバンドの内部に、蛍光色素ＤＯＰ１及びＤＯＰ２のＨＯＭＯ−ＬＵＭＯバンドを、濃度的に不連続に形成することができる。
【００９７】
蛍光色素の濃度分布の各山は、相互に接触するようにしてもよいし、離散的に配置してもよい。各山を離散的に配置すると、蛍光色素のＨＯＭＯ−ＬＵＭＯバンドが、厚さ方向に関して不連続に分布することになる。蛍光色素ＤＯＰ１及びＤＯＰ２のＨＯＭＯ−ＬＵＭＯバンドのバンドギャップは、通常、ホスト材料のＨＯＭＯ−ＬＵＭＯバンドのバンドギャップよりも小さい。このため、蛍光色素ＤＯＰ１及びＤＯＰ２の分子に励起エネルギを閉じ込めて、効率的に発光させることができる。
【００９８】
図６に、第１５の実施例による有機ＥＬ素子の有機材料層３の構造を示す。第１５の実施例の有機材料層３は、陽極層２側の第１の層５０、陰極層４側の第３の層５２、及び両者の間の第２の層５１に区分される。
【００９９】
第１の層５０は、正孔注入材料ＨＩＭと正孔輸送材料ＨＴＭとが傾斜混合された層である。陽極層２から遠ざかるに従って、正孔注入材料ＨＩＭの混合比が減少している。第３の層５２は、第１の電子輸送材料ＥＴＭ１と第２の電子輸送材料ＥＴＭ２とが傾斜混合された層である。陰極層４から遠ざかるに従って、第２の電子輸送材料ＥＴＭ２の混合比が減少する。この第１及び第２の電子輸送材料には、図３（Ｃ）に示した第６の実施例の第５の層４１を形成する第１及び第２の電子輸送材料と同じものが用いられる。第２の層５１は、発光材料ＥＭで形成される。
【０１００】
発光材料ＥＭで形成された第２の層３１の両側を明確な界面で仕切ることにより、正孔と電子との再結合により発生するエネルギを発光材料ＥＭ内に効率的に閉じ込める効果が期待できる。
【０１０１】
以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。
【０１０２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、有機ＥＬ素子を構成する有機材料層の種々の有機材料を傾斜混合させることにより、発光効率を高めたり、長寿命化を図ったりすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例による有機ＥＬ素子の概略断面図である。
【図２】本発明の第１〜第３の実施例による有機ＥＬ素子の有機材料層の材料混合比を示すグラフである。
【図３】本発明の第４〜第７の実施例による有機ＥＬ素子の有機材料層の材料混合比を示すグラフである。
【図４】本発明の第８〜第１０の実施例による有機ＥＬ素子の有機材料層の材料混合比を示すグラフである。
【図５】本発明の第１１〜第１４の実施例による有機ＥＬ素子の有機材料層の材料混合比を示すグラフである。
【図６】本発明の第１５の実施例による有機ＥＬ素子の有機材料層の材料混合比を示すグラフである。
【図７】有機材料層の成膜装置の概略図である。
【図８】傾斜混合層を形成するための成膜装置の概略断面図である。
【図９】第１の実施例の変形例による有機ＥＬ素子の発光スペクトル、及び比較例による有機ＥＬ素子の発光スペクトルを示すグラフである。
【符号の説明】
１  透明基板
２  陽極層
３  有機材料層
４  陰極層
５  電源
ＨＴＭ  正孔輸送材料
ＨＩＭ  正孔注入材料
ＥＭ  発光材料
ＥＴＭ  電子輸送材料
ＤＯＰ  蛍光色素
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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