(57)【要約】【課題】高エネルギーギャップを有するホスト材料を使用する場合であっても発光効率を向上させることが可能な有機ＥＬ素子を提供する。【解決手段】複数層からなる有機層５を陽極２と陰極６との間に積層形成してなる有機ＥＬ素子である。有機層５は、少なくとも正孔輸送性材料５ｅあるいは電子輸送性材料を含む輸送層５ａ，５ｃ及びホスト材料５ｇにドーパント５ｆを加えてなる発光層５ｂを有する。輸送層５ａ，５ｃに発光層５ｂと同一のドーパント５ｆを加えてなる。ホスト材料５ｇは、そのエネルギーギャップが正孔輸送性材料５ｅあるいは前記電子輸送性材料のエネルギーギャップより大きいことを特徴とする。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数層からなる有機層を陽極と陰極との間に積層形成してなる有機ＥＬ素子であって、
前記有機層は、少なくとも正孔輸送性材料あるいは電子輸送性材料を含む輸送層及びホスト材料にドーパントを加えてなる発光層を有し、前記輸送層に前記発光層と同一のドーパントを加えてなることを特徴とする有機ＥＬ素子。
【請求項２】
前記ホスト材料は、そのエネルギーギャップが前記正孔輸送性材料あるいは前記電子輸送性材料のエネルギーギャップより大きいことを特徴とする請求項１に記載の有機ＥＬ素子。
【請求項３】
前記ドーパントは、そのエネルギーギャップが前記ホスト材料のエネルギーギャップより小さいことを特徴とする請求項1に記載の有機ＥＬ素子。
【請求項４】
前記ドーパントは、そのエネルギーギャップが前記正孔輸送性材料あるいは前記電子輸送性材料のエネルギーギャップより小さいことを特徴とする請求項１に記載の有機ＥＬ素子。
【請求項５】
前記ドーパントは、蛍光ドーパントからなることを特徴とする請求項１に記載の有機ＥＬ素子。
【請求項６】
前記輸送層は、前記正孔輸送性材料を含む正孔注入輸送層であることを特徴とする請求項１に記載の有機ＥＬ素子。
【請求項７】
前記発光層と前記陰極との間に、電子移動度が１０−４ｃｍ２／Ｖ・ｓ以上である電子輸送性材料を含む電子輸送層を形成してなることを特徴とする請求項６に記載の有機ＥＬ素子。
【請求項８】
前記輸送層は、前記電子輸送性材料を含む電子輸送層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】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）素子に関し、特に有機ＥＬ素子の高効率化に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、有機材料によって形成される自発光素子である有機ＥＬ素子は、例えば、陽極となるＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ）等からなる第一電極と、少なくとも発光層を有する有機層と、陰極となるアルミニウム（Ａｌ）等からなる非透光性の第二電極と、を順次積層して前記有機ＥＬ素子を形成するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
かかる有機ＥＬ素子は、前記第一電極から正孔を注入し、また、第二電極から電子を注入して正孔及び電子が前記発光層にて再結合することによって光を発するものであり、所定の電流で高い輝度を出す高効率素子が望まれている。
【特許文献１】特開昭５９−１９４３９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、有機ＥＬ素子の発光色において、特に純青色発光は高エネルギーであるため、前記発光層を構成する材料は高いエネルギーギャップを持つものに限られ、材料の選択の自由度が少なく高効率化が困難であるといった問題点があった。
【０００５】
そこで本発明は、この問題に鑑みなされたものであり、特に高エネルギーギャップを有するホスト材料を使用する場合であっても発光効率を向上させることが可能な有機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】
【０００６】
本発明は、前記課題を解決するために、複数層からなる有機層を陽極と陰極との間に積層形成してなる有機ＥＬ素子であって、前記有機層は、少なくとも正孔輸送性材料あるいは電子輸送性材料を含む輸送層及びホスト材料にドーパントを加えてなる発光層を有し、前記輸送層に前記発光層と同一のドーパントを加えてなることを特徴とする。
【０００７】
また、前記ホスト材料は、そのエネルギーギャップが前記正孔輸送性材料あるいは前記電子輸送性材料のエネルギーギャップより大きいことを特徴とする。
【０００８】
また、前記ドーパントは、そのエネルギーギャップが前記ホスト材料のエネルギーギャップより小さいことを特徴とする。
【０００９】
また、前記ドーパントは、そのエネルギーギャップが前記正孔輸送性材料あるいは前記電子輸送性材料のエネルギーギャップより小さいことを特徴とする。
【００１０】
また、前記ドーパントは、蛍光ドーパントからなることを特徴とする。
【００１１】
また、前記輸送層は、前記正孔輸送性材料を含む正孔注入輸送層であることを特徴とする。
【００１２】
また、前記発光層と前記陰極との間に、電子移動度が１０−４ｃｍ２／Ｖ・ｓ以上である電子輸送性材料を含む電子輸送層を形成してなることを特徴とする。
【００１３】
また、前記輸送層は、前記電子輸送性材料を含む電子輸送層であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明は、有機ＥＬ素子に関し、高エネルギーギャップを有するホスト材料を使用する場合であっても発光効率を向上させることが可能となるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下に、ドットマトリクス型の有機ＥＬパネルに本発明を適用した実施形態を添付の図面に基いて説明する。
【００１６】
図１において、有機ＥＬパネルは、支持基板１と、第一電極（陽極）２と、絶縁層３と、隔壁部４と、有機層５と、第二電極（陰極）６と、封止部材７とから主に構成されている。
【００１７】
支持基板１は、長方形形状からなる透光性のガラス基板である。
【００１８】
第一電極２は、例えばＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ）等の透光性の導電材料をスパッタリングあるいは蒸着法等の方法で支持基板１上に層状に形成し、例えばフォトリソグラフィー法にてストライプ状にパターニングしてなるものである。第一電極２は、図１（ａ）に示すように陽極配線部２ａ及び陽極部２ｂを有しており、陽極配線部２ａは終端部に外部電源と電気的に接続するための陽極端子部２ｃを備える。また、第一電極２は、表面がプラズマ処理等の表面処理を施されている。
【００１９】
絶縁層３は、ポリイミド系やフェノール系等の絶縁材料からなるものでフォトリソグラフィー法等の手段によって支持基板１上の非発光個所に所定の形状にて形成される。絶縁層３は、第一電極２の各陽極部２ｂの間に形成されるとともに第一電極２と若干重なるように形成され、第一電極２と第二電極６との間を絶縁するものである。
【００２０】
隔壁部４は、例えばフェノール系等の絶縁材料からなるものであり、フォトリソグラフィー法等の手段によって断面が例えば逆テーパー状に形成される。隔壁部４は第一電極２及び絶縁層３上においては陽極部２ｂと略直角に交わるように形成され、また、支持基板１上の後述する陰極配線部に対応する個所においては図１（ａ）に示すように支持基板１の有機ＥＬ素子形成面側から見て円弧状となるように形成される。
【００２１】
有機層５は、第一電極２及び絶縁層３上に形成されるものであり、図２に示すように、正孔注入輸送層（正孔輸送層）５ａ，発光層５ｂ，電子輸送層５ｃ及び電子注入層５ｄを蒸着法等の手段によって順次積層形成してなり、膜厚６０〜２００ｎｍ程度の層状となるものである。
【００２２】
正孔注入輸送層５ａは、第一電極２から正孔を取り込み発光層５ｂへ伝達する機能を有し、例えばアミン系化合物等の正孔移動度が高い正孔輸送性材料５ｅを蒸着法等の手段によって膜厚２０〜８０ｎｍ程度の層状に形成してなる。正孔輸送性材料５ｅは、ガラス転移温度が８５℃以上（さらに好ましくは１３０℃以上）であり、エネルギーギャップは３．１ｅＶ程度である。さらに、発光層５ｂと接する部分には正孔輸送材料５ｅよりもエネルギーギャップの小さいドーパント５ｆ（例えばエネルギーギャップが２．８ｅＶ程度）がドーピングされている。ドーパント５ｆは、発光層５ｂのドーパントに用いられる材料と同一材料からなり、本実施形態においては青色発光を示す蛍光ドーパントからなる。
【００２３】
発光層５ｂは、ホスト材料５ｇにゲスト材料としてドーパント５ｆを蒸着法等の手段によってドープし、膜厚２０〜６０ｎｍ程度の層状に形成してなる。ホスト材料５ｇは、正孔及び電子の輸送が可能であり、正孔及び電子が輸送されて再結合することで発光を示す発光材料からなり、例えば３．３ｅＶ程度のエネルギーギャップを持つアントラセン誘導体等からなる。ドーパント５ｆは、電子と正孔との再結合に反応して発光する機能を有し、所定の発光色を示し、例えば青色発光を示す蛍光ドーパントからなる。尚、ドーパント５ｆのドーピング量は濃度消光を起こさない程度となるように構成することが望ましく、本実施の形態では、発光層５ｂにおける濃度が２〜２０％となるようにドーパント５ｆが添加されている。
【００２４】
電子輸送層５ｃは、電子を発光層５ｂへ伝達する機能を有し、例えばキレート系化合物であるアルミキノリノール（Ａｌｑ３）等の電子移動度が高い電子輸送性材料を蒸着法等の手段によって膜厚２０〜６０ｎｍ程度の層状に形成してなる。あるいは、１０−４ｃｍ２／Ｖ・ｓ以上の電子移動度を持つシロール系の有機材料を用いる。
【００２５】
電子注入層５ｄは、第二電極６から電子を注入する機能を有し、例えばフッ化リチウム（ＬｉＦ）を蒸着法等の手段によって膜厚１ｎｍ程度の層状に形成してなる。
【００２６】
第二電極６は、アルミニウム（Ａｌ）やマグネシウム銀（Ｍｇ：Ａｇ）等の導電性材料を蒸着法等の手段によって膜厚５０〜２００ｎｍ程度の層状に形成してなるものであり、隔壁部４によってストライプ状に切断され、円弧状の陰極配線部６ａ及び透明電極２に略直角に交わる陰極部６ｂが形成される（図１（ａ）参照）。また、陰極配線部６ａは接続配線部８に電気的に接続されている。接続配線部８は、第一電極２とともに形成されるものであり、同一材料のＩＴＯからなるものである。また、接続配線部８は、終端部に前記外部電源と電気的に接続するための陰極端子部８ａが形成されている。
【００２７】
以上のように、支持基板１上に第一電極２と絶縁層３と隔壁部４と有機層５と第二電極６とを順次積層して積層体を形成する。マトリクス状に設けられた陽極部２ｂと陰極部６ｂの対向箇所が発光画素（有機ＥＬ素子）となる。
【００２８】
封止部材７は、例えばガラス材料からなる成型ガラス或いは平板部材をサンドブラスト、切削及びエッチング等の適宜方法で凹形状に形成してなるものである。封止部材７は、例えば紫外線硬化性エポキシ樹脂からなる接着剤７ａを介して支持基板１上に気密的に配設することで、封止部材７と支持基板１とで前記積層体を封止する。封止部材７は、第一電極２の陽極端子部２ｃおよび第二電極６に接続される陰極端子部８ａが外部に露出するように支持基板１よりも若干小さめに構成されている。なお、封止部材７は平板状であってもよく、その場合封止部材７はスペーサーを介して支持基板１上に配設される。
【００２９】
以上のように、前記発光画素からなる表示部を有するドットマトリクス型の有機ＥＬパネルが得られる。この有機ＥＬパネルは、第一電極２からの正孔と第二電極６からの電子とが発光層５ｂにて再結合することによって純青色の発光を得るものである。また、有機ＥＬパネルはストライプ状に形成された複数の陽極部２ｂと複数の陰極部６ｂのそれぞれ何れかを選択して定電流を印加し、選択された陽極部２ｂと陰極部６ｂの対向箇所に該当する発光画素を発光させる、いわゆるパッシブ駆動で発光駆動するものである。
【００３０】
本願発明者は、ドーパントを加えた発光層を有する有機ＥＬ素子の発光スペクトルを解析し、発光効率が低下する要因を突き止めた。発光効率の低い有機ＥＬ素子の発光スペクトルを解析すると、発光に関わる前記ドーパントからの発光の他に輸送性材料からの発光が加わっていることが分かった。これは、高エネルギーギャップの発光材料（ホスト材料）で形成される励起子が前記ドーパントにエネルギー移動する以外に、前記発光材料のエネルギーギャップより小さいエネルギーギャップを持つ前記輸送性材料にもエネルギー移動が起こり、前記輸送性材料が発光することで起きていることが判明した。一般的に前記輸送性材料は発光効率が低いため、前記輸送性材料にエネルギー移動が生じると有機ＥＬ素子全体として発光効率が低下してしまう。本願発明者は、前記発光層で形成した励起子を効率よく前記ドーパントにエネルギー移動させるために前記輸送層に移動したエネルギーを更に前記ドーパントに移動させる素子構成とすることで発光効率が向上することを見い出した。具体的には、前記輸送層である正孔注入輸送層あるいは電子輸送層に発光層にドーピングしているのと同一のドーパントをドーピングすることにより達成できる。
【００３１】
したがって、本実施形態における有機ＥＬ素子は、有機層５が少なくとも正孔注入輸送層５ａ及び発光層５ｂを有し、正孔注入輸送層５ａに発光層５ｂと同一のドーパント５ｆを加えてなることを特徴とする。また、ホスト材料５ｇのエネルギーギャップが、正孔輸送性材料５ｅのエネルギーギャップより大きいことを特徴とする。また、ドーパント５ｆのエネルギーギャップが、ホスト材料５ｇエネルギーギャップより小さいことを特徴とする。また、ドーパント５ｆのエネルギーギャップが、正孔輸送性材料５ｅのエネルギーギャップより小さいことを特徴とする。ホスト材料５ｇから正孔輸送性材料５ｅに移動したエネルギーをさらにドーパント５ｆに移動させるためである。また、ドーパント５ｆは、蛍光ドーパントであることを特徴とする。また、電子輸送層５ｃに１０−４ｃｍ２／Ｖ・ｓ以上の高い電子移動度を有する電子輸送性材料を用いる場合、電子の移動が活発となり発光領域が正孔注入輸送層５ａ側に移るため正孔注入輸送層５ａにドーパント５ｆを加えることによる効果をさらに高めることができる。
【００３２】
図３は、同一発光面積の従来の有機ＥＬ素子を備える有機ＥＬパネル及び本実施形態の有機ＥＬ素子を備える有機ＥＬパネルを所定の電流密度で駆動した場合の発光輝度の変化を示す実験結果である。なお、特性Ｓ１は本実施形態の有機ＥＬパネルの特性を示しており、特性Ｓ２は従来の有機ＥＬパネルの特性を示している。本実施形態の有機ＥＬ素子を備える有機ＥＬパネルが、従来の有機ＥＬパネルよりも高い発光輝度を得ており、発光効率が従来よりも向上しているのは図３からも明らかである。
【００３３】
なお、本実施形態は、正孔注入輸送層５ａに発光層５ｂと同一のドーパント５ｆを加えるものであったが、電子輸送層５ｃに発光層５ｂに含まれるのと同一のドーパント５ｆを加える構成であっても十分な効果を得ることが可能である。かかる構成は、ホスト材料５ｇのエネルギーギャップが電子輸送層５ｃを構成する前記電子輸送性材料のエネルギーギャップより大きい場合に好適である。また、ドーパント５ｆは、そのエネルギーギャップがホスト材料５ｇのエネルギーギャップより小さいことが望ましい。また、ドーパント５ｆは、そのエネルギーギャップが前記電子輸送性材料のエネルギーギャップより小さいことが望ましい。ホスト材料５ｇから前記電子輸送性材料に移動したエネルギーをさらにドーパント５ｆに移動させるためである。
【００３４】
なお、本実施形態はドットマトリクス型の有機ＥＬパネルであったが、本発明は、セグメント型の有機ＥＬパネルにも適用可能であり、アクティブ駆動にも適用可能である。
【００３５】
また、本実施形態は、正孔注入輸送層５ａが単一層にて構成されるものであったが、本発明においては、正孔注入層及び正孔輸送層が順次積層形成されて正孔注入輸送層を複数層で構成するものであってもよい。
【００３６】
また、本実施形態における発光層５ｂは、ホスト材料５ｇに青色にて発光するドーパント５ｆをドープするものであったが、本発明は、ホスト材料に高エネルギーギャップの材料を用いる有機ＥＬ素子に適用可能であって、ドーパントは他の発光色にて発光するものであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明が適用された有機ＥＬパネルを示す図。
【図２】同上の有機層を示す拡大断面図。
【図３】同上の有機ＥＬパネルと従来の有機ＥＬパネルにおける発光輝度と電流密度との関係を示す図。
【符号の説明】
【００３８】
１  支持基板
２  第一電極（陽極）
３  絶縁層
５  有機層
５ａ  正孔注入輸送層（輸送層）
５ｂ  発光層
５ｃ  電子輸送層（輸送層）
５ｄ  電子注入層
５ｅ  正孔輸送性材料
５ｆ  ドーパント
５ｇ  ホスト材料
６  第二電極（陰極）
【図１】
2009246064.tif 000003
【図２】
2009246064.tif 000004
【図３】
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