有機エレクトロルミネッセンス素子
【課題】 簡単な構造で、正孔及び電子の高い輸送効率と、優れた発光特性とを実現する。
【解決手段】 陽極２及び陰極４間に少なくとも有機薄膜３が形成されてなる有機エレクトロルミネッセンス素子であって、有機薄膜３は、単一のホスト材料層に対して互いに異なる複数種類のドーパントが膜厚方向に分布をもってドープされることにより構成されている。ドーパントのうちの１種は、発光特性を付与するドーパント１２であり、他のドーパントは、正孔注入特性及び／又は正孔輸送特性を付与するドーパント１１、電子注入特性及び／又は電子輸送特性を付与するドーパント１３である。ホスト材料層の膜厚方向に、正孔注入特性及び／又は正孔輸送特性を付与するドーパント１１が注入された正孔ドーパント領域、発光特性を付与するドーパント１２がドープされた発光領域、並びに電子注入特性及び／又は電子輸送特性を付与するドーパント１３がドープされた電子ドーパント領域が順次形成されている。
【解決手段】 陽極２及び陰極４間に少なくとも有機薄膜３が形成されてなる有機エレクトロルミネッセンス素子であって、有機薄膜３は、単一のホスト材料層に対して互いに異なる複数種類のドーパントが膜厚方向に分布をもってドープされることにより構成されている。ドーパントのうちの１種は、発光特性を付与するドーパント１２であり、他のドーパントは、正孔注入特性及び／又は正孔輸送特性を付与するドーパント１１、電子注入特性及び／又は電子輸送特性を付与するドーパント１３である。ホスト材料層の膜厚方向に、正孔注入特性及び／又は正孔輸送特性を付与するドーパント１１が注入された正孔ドーパント領域、発光特性を付与するドーパント１２がドープされた発光領域、並びに電子注入特性及び／又は電子輸送特性を付与するドーパント１３がドープされた電子ドーパント領域が順次形成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、単一のホスト材料層に対してドーパントがドープされている有機薄膜を備える有機エレクトロルミネッセンス素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
有機エレクトロルミネッセンス（以下、有機ＥＬと称する。）素子は、自発光型の面状光源であり、大型化やフレキシブル化等が比較的容易であるため、照明装置やディスプレイ等、幅広い分野への応用が期待されている。
【０００３】
有機ＥＬ素子の基本的な構造は、発光材料が均一に分布した単層の有機薄膜を陰極及び陽極で挟み込んだ単層構造と呼ばれるものであるが、正孔及び電子を効率よく輸送し、また、優れた発光特性を得るといった全ての特性を兼ね備えた有機エレクトロルミネッセンス素子をこのような単層構造で実現することは、通常極めて困難である。
【０００４】
そのため、図９に示すように、有機ＥＬ素子は、ガラス基板１０１上に形成された陽極１０２と陰極１０３との間に挟んだ有機薄膜１０４を、例えば正孔注入層１０５、正孔輸送層１０６、発光層１０７、電子輸送層１０８、電子注入層１０９をこの順に積層した多層構造とするのが一般的である。有機薄膜１０４を構成する各層に電荷の輸送又は発光等の機能を分離し、各層の目的に応じて最適な材料を選択することで、多層構造全体で有機ＥＬ素子の特性を向上するようにしている。
【０００５】
有機ＥＬ素子の有機薄膜としては、これまでに様々な構造や組成のものが提案されており、例えば、発光層にドーピングする発光材料のドープ量を発光層の厚さ方向に変化させた有機ＥＬ素子が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開２００３−２２９２７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、有機材料は固有のエネルギー準位（ＨＯＭＯレベル及びＬＵＭＯレベル）を持っており、図９に示すような互いに異なる有機材料の層を積層してなる多層構造の有機薄膜のように、エネルギー準位の異なる層が積層された有機薄膜においては、層の界面でエネルギーオフセット及びエネルギー的な障壁が発生し、電荷の注入や輸送を妨げて素子の発光閾値電圧を増加させたり、発熱量を増加させたりする等の様々な問題を引き起こす。
【０００７】
また、例えば蒸着法により多層構造の有機薄膜を成膜する場合、有機材料（層）ごとに蒸着用の真空チャンバーが必要となるため、製造コストが高くなるという問題がある。例えば、図９のように５層からなる有機薄膜１０４を蒸着法により成膜する場合、通常は５室の真空チャンバーを備える大規模且つ高価な成膜装置が必要となるため、有機ＥＬ素子の製造コストが著しく高くなってしまう。また、真空チャンバー間の基板の移動、及び各真空チャンバーへの基板の出し入れに時間がかかり、量産時の生産効率が悪いという問題もあり、この点も製造コストを押し上げる原因となっている。
【０００８】
特許文献１においては、発光層のドーパントのドープ量を厚み方向で変化させることについての記載はあるが、有機薄膜を多層として各層に機能を分離した構造が前提とされている。例えば電荷の輸送効率を高めようとする場合は、発光層の他に別の層を追加形成する必要があり、やはり製造コストが高くなるおそれがある。
【０００９】
そこで本発明はこのような従来の実情に鑑みて提案されたものであり、簡単な構造で電荷の輸送効率を高め、また、優れた発光特性を得ることが可能な有機エレクトロルミネッセンス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】
【００１０】
前述の課題を解決するために、本発明に係る有機エレクトロルミネッセンス素子は、陽極及び陰極間に少なくとも有機薄膜が形成されてなる有機エレクトロルミネッセンス素子であって、前記有機薄膜は、単一のホスト材料層に対して互いに異なる複数種類のドーパントが膜厚方向に分布をもってドープされることにより構成されていることを特徴とする。
【００１１】
また、前記ドーパントのうちの１種は、発光特性を付与するドーパントであり、他のドーパントは、正孔注入特性及び／又は正孔輸送特性、電子注入特性及び／又は電子輸送特性のいずれかを付与するドーパントであることを特徴とする。
【００１２】
さらに、前記ホスト材料層の膜厚方向に、正孔注入特性及び／又は正孔輸送特性を付与するドーパントが注入された正孔ドーパント領域、発光特性を付与するドーパントがドープされた発光領域、並びに電子注入特性及び／又は電子輸送特性を付与するドーパントがドープされた電子ドーパント領域が順次形成されていることを特徴とする。
【００１３】
本発明の有機エレクトロルミネッセンス素子においては、単一のホスト材料層の膜厚方向でドーパントの種類や濃度分布を変化させることで、１つの有機薄膜の膜厚方向に各ドーパントの持つ特性が付与された領域が形成される。このとき、有機薄膜の主成分であるホスト材料は有機薄膜全体で共通とする。例えば、正孔注入特性及び／又は正孔輸送特性を付与するドーパント、発光特性を付与するドーパント、電子注入特性及び／又は電子輸送特性を付与するドーパント等が、有機薄膜の膜厚方向に分布をもってドープされることで、１つの有機薄膜内に正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電子輸送層、電子注入層等に対応した機能を持つ領域が形成される。このため、有機薄膜を多層構造に分けることなく、電荷の注入及び／又は輸送効率、並びに発光特性のいずれにおいても優れる有機エレクトロルミネッセンス素子が実現される。つまり、本発明の有機エレクトロルミネッセンス素子においては、従来は多層構造の有機薄膜で実現していた機能が、例えば単層構造等の簡単な層構造の有機薄膜で実現される。
【００１４】
また、前記発光領域と、正孔ドーパント領域又は電子ドーパント領域のうち少なくとも一方とが、膜厚方向で一部重なり合うことが好ましい。各ドーパントの分布が一部重なり合うようにドーパントを配置することで、電荷の輸送がより効率的に達成される。
【００１５】
なお、前述の特許文献１の発明は、発光層内部でドーパントのドープ量を変化させるだけであり、単一のホスト材料層に複数種類のドーパントをドープさせることにより１層の有機薄膜の内部に正孔注入層及び／又は正孔輸送層、発光層、電子注入層及び／又は電子輸送層等に対応する領域を作り出す本発明とは考え方が根本的に異なるものである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、単一のホスト材料層に対して互いに異なる複数種類のドーパントが膜厚方向に分布をもってドープされることにより、例えば発光ドーパント領域、正孔ドーパント領域又は電子ドーパント領域等が有機薄膜の膜厚方向に形成されるので、有機薄膜を多層構造とすることなく、電荷の輸送効率及び発光特性の両方に優れた有機エレクトロルミネッセンス素子を提供することができる。また、有機薄膜を多層構造としなくてもよいので、異なる有機材料の層を積層することによるエネルギーオフセットやエネルギー的な障壁の影響が抑えられ、発光閾値電圧が低く、発熱量の小さい有機エレクトロルミネッセンス素子を提供することができる。また、本発明によれば、有機薄膜の構造が非常に簡単になるので、有機薄膜の成膜に必要な真空チャンバーの数が少なくて済み、また、生産効率の低下が抑えられるため、有機エレクトロルミネッセンス素子の製造コストを大幅に下げることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明を適用した有機エレクトロルミネッセンス（以下、有機ＥＬと称する。）素子について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１８】
図１（ａ）は、本発明を適用した有機ＥＬ素子の断面図である。図１（ａ）に示すように、有機ＥＬ素子は、例えばガラス等の透明絶縁材料からなる基板１上に、ＩＴＯ（インジウム錫酸化物）等の透明導電性材料からなる陽極２、有機材料からなる有機薄膜３、Ａｌ等の金属等からなる陰極４がこの順に積層され、これらが封止膜（図示せず）等によって封止されて構成される。この有機ＥＬ素子においては、有機薄膜３での発光を有機ＥＬ素子の基板１の裏面から取り出すようにしている。
【００１９】
有機薄膜３は、単一のホスト材料層に、複数種類のドーパントが膜厚方向に分布をもってドープされることにより構成される。有機薄膜３の主成分であるホスト材料は、有機薄膜３の全領域にわたって共通とする。図１（ｂ）は、例えば有機薄膜３における３種類のドーパントの濃度分布を示す模式図であり、横軸はドーパント濃度、縦軸は有機薄膜の膜厚方向を示す。図１（ｂ）に示すように、有機薄膜３は、陽極２側から、正孔注入特性及び／又は正孔輸送特性を付与するドーパント（以下、正孔ドーパントと称する。）１１がドープされた正孔ドーパント領域、発光特性を付与するドーパント（以下、発光ドーパントと称する。）１２がドープされた発光ドーパント領域、及び電子注入特性及び／又は電子輸送特性を付与するドーパント（以下、電子ドーパントと称する。）１３がドープされた電子ドーパント領域を有し、各ドーパントのドープされた領域が膜厚方向に順次形成されている。
【００２０】
各ドーパントは、膜厚方向で連続的に変化するような濃度分布を有している。例えば、図１（ｂ）の正孔ドーパント１１及び電子ドーパント１３は、電極との界面で最も高濃度とされ、対極に向かうにしたがって次第に低濃度となるような濃度分布にてドープされている。また、発光ドーパント１２は、高濃度領域を中心に陰極２及び陽極４に向かうにしたがって次第に低濃度となるような濃度分布にてドープされている。
【００２１】
本発明の有機ＥＬ素子では、例えば図１（ｂ）に示すように、正孔ドーパント１１の分布と発光ドーパント１２の分布とが一部重なり合い、また、発光ドーパント１２の分布と電子ドーパント１３の分布とが一部が重なり合うように配置される。有機薄膜の主成分となるホスト材料を単一とし、発光領域と、正孔ドーパント領域又は電子ドーパント領域のうち少なくとも一方とが膜厚方向で一部重なり合うこと、すなわち各ドーパントの分布を適度に重ねることで、エネルギーオフセット及びエネルギー的な障壁の影響が確実に抑えられる。各領域の重なり合いの程度を適度に設定することで、電荷の輸送効率がさらに高まり、有機ＥＬ素子の発光閾値電圧を下げることができ、また、発熱量を小さくすることができる。各ドーパントの濃度分布の重なり合いの程度は、ドーパントの種類等に応じて適宜決定される。ドーパントの分布を重ねない場合、ドーパント濃度がゼロとされた領域が有機薄膜内で界面として働き、エネルギー的な障壁が生まれて電荷の輸送が妨げられるおそれがある。
【００２２】
ホスト材料としては、基本的には広いエネルギーギャップを持つ材料、例えば２．７ｅＶ以上のバンドギャップを持つ材料が好ましい。具体的なホスト材料としては、４，４’，４’’−トリス［Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニルアミノ］−トリフェニルアミン（２−ＴＮＡＴＡ：4,4',4''-tris[N-(1-naphthyl)-N-phenylamino]-triphenylamine）、Ｎ，Ｎ’−ジ（ナフタレン−１−イル）−Ｎ，Ｎ'ジフェニル−ベンジジン（ＮＰＤ：N,N'-Di(naphthalen-1-yl)-N,N'diphenyl-benzidine）、４，４’−ビス（カルバゾール−９−イル）ビフェニル（ＣＢＰ：4,4'-Bis(carbazol-9-yl)biphenyl）等が挙げられる。このような広いエネルギーギャップを持つホスト材料は、例えば８０℃以上の高いガラス転移点をもち、熱等に対して安定である。したがって、このようなホスト材料を有機薄膜３の主成分として用いることで、熱安定性に優れた有機ＥＬ素子が実現される。
【００２３】
なお、有機薄膜が多層構造とされた従来の有機ＥＬ素子では、各層で機能を分離しているため、各層の特性に合わせた狭いエネルギーギャップを持つ材料の使用が前提とされており、前記のような広いエネルギーギャップを持つ材料の使用はほとんど想定されていなかった。一般に、狭いエネルギーギャップを持つ材料の熱安定性は低いため、これを有機薄膜に用いた従来の有機ＥＬ素子は耐熱性の点に問題があった。
【００２４】
正孔ドーパント１１としては、テトラフルオロテトラシアノキノジメタン（Ｆ４−ＴＣＮＱ：tetrafluorotetracyanoquinodimethane）、２，３−ジクロロ−５，６−ジシアノ−１，４−ベンゾキノン（ＤＤＱ：2,3-dichrolo-5,6-dicyano-1,4-benzoquinone）、７，７，８，８−テトラシアノキノジメタン（ＴＣＮＱ：7,7,8,8-tetracyanoquinodimethane)、１，４，５，８−ナフタレン−テトラカルボン酸二無水物（ＮＴＣＤＡ：1,4,5,8- naphthalene-tetracaboxylic-dianhydride）、ペリレン−３，４，９，１０−テトラカルボン酸−３，４，９，１０−二無水物（ＰＴＣＤＡ：perylene-3,4,9,10-tetracarboxylic-3,4,9,10-dianhydride）等が挙げられる。中でも、正孔注入特性を付与するドーパントとして、Ｆ４−ＴＣＮＱ、ＤＤＱ等を用いることが好ましい。また、正孔輸送特性を付与するドーパントとしては、Ｆ４−ＴＣＮＱ、ＰＴＣＤＡ等を用いることが好ましい。
【００２５】
従来の多層構造の有機ＥＬ素子では、抵抗値の増加を避けるために電極間の有機薄膜を非常に薄く形成する必要があるが、この場合、陽極に用いたＩＴＯのスパイクの悪影響を受けたり、光の共振効果が得られないために発光効率が低下する等の不都合がある。これに対し、本発明では正孔ドーパント１１としてＴＣＮＱ等の電荷移動錯体等を用い、このドーパントがドープされた領域を厚くすることで、有機薄膜３を従来より厚膜とした場合であっても、有機薄膜３の抵抗値の増大が抑えられる。このため、従来に比べて有機ＥＬ素子の有機薄膜を厚くできるで、陽極２のスパイク等の影響を軽減することができる。また、従来に比べて有機ＥＬ素子の有機膜の厚膜化が可能となるので、光の共振構造をとる膜厚に有機薄膜３を設計することが容易となり、発光の減衰を抑えて光の効率を高めることができる。
【００２６】
発光ドーパント１２としては、ルブレン（橙色）、ペリレン（青色）、[７−ジエチルアミノ−３−（２−チエニル）クロメン−２−イリデン]−２，２−ジシアノビニラミン（ＡＣＹ：[7-diethylamino-3-(2-thienyl)chromen-2-ylidene]-2,2-dicyanovinylamine）（赤色）、７，１６−ジヒドロ−７，１６−ジメチルベンゾ[ａ]ベンゾ[５，６]キノ[３，２−Ｉ]アクリジン−９，１８−ジオン（ＱＤ：（7,16-dihydro-7,16-dimethylbenzo[a]benzo[5,6]quino[3,2-I]acridine-9,18-dion）（緑色）、クマリン（赤色〜青色）、これらドーパントの混合物等を用いることができる。
【００２７】
電子ドーパント１３としては、Ｃｓ（セシウム）、Ｌｉ（リチウム）、Ｋ（カリウム）、Ｎａ（ナトリウム）、Ｒｂ（ルビジウム）等のアルカリ金属、アルカリ土類金属、ビス（エチレンジチオ）テトラチアフルバレン（ＢＥＤＴ−ＴＦＦ：bis(ethylenedithio)tetrathiafulvalene）等の有機化合物等を用いることができる。中でも、電子注入特性を付与するドーパントとして、Ｃｓ等を用いることが好ましい。また、電子輸送特性を付与するドーパントとして、ＢＥＤＴ−ＴＦＦを用いることが好ましい。
【００２８】
以上のように、有機ＥＬ素子においては、正孔ドーパント１１、発光ドーパント１２及び電子ドーパント１３を、膜厚方向に分布をもたせてドープし、正孔ドーパント領域、発光ドーパント領域及び電子ドーパント領域を陽極２側から順に設けることで、例えば正孔注入及び／又は正孔輸送層、発光層、並びに電子注入及び／又は電子輸送層に対応する領域が有機薄膜３内に形成される。正孔注入及び／又は正孔輸送効率、電子注入及び／又は電子輸送効率を高める領域と、発光特性に優れる領域とが形成されるので、正孔及び電子の注入効率や輸送効率に優れ、また発光特性に優れた有機ＥＬ素子を極めて簡単な構造の有機薄膜で実現できる。このときホスト材料層は１層であるので、従来の多層構造の有機薄膜のような不要な界面が存在せず、エネルギーオフセットやエネルギー的な障壁の影響を軽減できる。よって、駆動電圧が低く、発熱量の少ない有機ＥＬ素子が実現される。また、各ドーパント領域を膜厚方向で一部重ね合わせることで、電荷の輸送効率をさらに向上できる。
【００２９】
以上のような有機ＥＬ素子の有機薄膜は、気相法、例えば蒸着法によって成膜される。蒸着法による有機薄膜の成膜には、例えば図２に示すような真空チャンバー（図示せず。）内に、ホスト材料用のるつぼ５１ａと、発光ドーパント用のるつぼ５１ｂと、正孔ドーパント用のるつぼ５１ｃと、電子ドーパント用のるつぼ５１ｄとを備えた成膜装置を用いることができる。各るつぼ５１ａ，５１ｂ，５１ｃ，５１ｄの開口部付近には、るつぼ５１に収容された材料の蒸着速度を制御するシャッター５２ａ，５２ｂ，５２ｃ，５２ｄと、膜厚及び蒸着レートを制御するために設けられる水晶発振式のセンサ５３ａ，５３ｂ，５３ｃ，５３ｄとが設けられる。また、各るつぼ５１間は、隔壁５４により仕切られている。
【００３０】
このような成膜装置を用いて有機薄膜を成膜する際には、ＩＴＯ等からなる陽極２が形成された基板１が搬入された真空チャンバー内を所定の減圧状態とし、基板１を回転させながら各るつぼ５１内の材料を陽極２上に蒸着し、ホスト材料とドーパントとを共蒸着する。このとき、ホスト材料用のるつぼ５１ａに対応したシャッター５２ａは開放したままにして、ホスト材料の蒸着を維持する。そして、ホスト材料を蒸着しながら、各シャッター５２ｂ，５２ｃ，５２ｄの開閉を制御することにより、正孔ドーパント１１、発光ドーパント１２、及び電子ドーパント１３を、各ドーパントの分布が一部重なるようにこの順に蒸着することで、図１（ｂ）に示すような各領域を持つ有機薄膜３を形成する。
【００３１】
以上のように、有機ＥＬ素子の有機薄膜の成膜は、例えば１つの真空チャンバー内で、シャッターの開閉によりドーパントの蒸着のタイミングを制御することのみで実現される。このため、従来の有機薄膜の製造では３〜５室の真空チャンバーが必要であったのに対し、本発明では１又は２室程度の少数の真空チャンバーでよいので、成膜装置に必要なコストが大幅に下がり、有機ＥＬ素子を非常に安価に製造することができる。また、真空チャンバーの数が少なくてすむので、真空チャンバーに基板を出し入れする時間や真空チャンバー間で基板を移動させる際の時間が大幅に短縮され、量産時の生産効率を高めることができ、有機ＥＬ素子の製造コストをさらに下げることができる。
【００３２】
なお、前述の説明では、有機薄膜３が単層構造であり、正孔ドーパント１１がドープされた領域、発光ドーパント１２がドープされた領域及び電子ドーパント１３がドープされた領域の３つの領域が有機薄膜３内に形成された有機ＥＬ素子を例に挙げたが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００３３】
例えば、発光ドーパント１２としては、図１（ｂ）に示すようにドーパントを単独で用いる他、任意の色の発光を得るために、複数種類のドーパントを用いてもよい。例えば白色の発光を得るためには、図３に示すように、発光ドーパントとして赤色（Ｒ）発光を付与するドーパント１２Ｒ、緑色（Ｇ）発光を付与するドーパント１２Ｇ、及び青色（Ｂ）発光を付与するドーパント１２Ｂを混合して用いることで実現される。また、白色の発光は、図４に示すように、赤色（Ｒ）発光を付与するドーパント１２Ｒ、緑色（Ｇ）発光を付与するドーパント１２Ｇ、及び青色（Ｂ）発光を付与するドーパント１２Ｂを、各ドーパントの分布が膜厚方向で一部重なり合うようにドープすること等によっても実現される。なお、発光ドーパント領域での発光の色等は上記の白色の例に限定されず、ドーパントの種類を適宜選択することで所望の色を発光させることができる。また、ドーパントの色の組み合わせやドーパントの配置順序も上記の例に限定されない。
【００３４】
また、本発明の有機ＥＬ素子においては、例えば図５に示すように、電子ドーパント１３として金属系ドーパント１４と有機系ドーパント１５の２種類のドーパントを使用し、金属系ドーパント１４がドープされた領域と発光ドーパント１２がドープされた領域との間に有機系ドーパント１５がドープされた領域を配置することが好ましい。陰極４からの電子の注入性を考慮すると電子ドーパント１３として金属系ドーパント１４を用いることが好ましいが、発光ドーパント１２の分布に金属系ドーパント１４の分布を一部重ねると、発光ドーパント領域で生じたエネルギーの一部が熱に変換されて発光効率が低下するおそれがあるためである。
【００３５】
さらに、有機薄膜３の構成は、正孔ドーパント１１がドープされた領域、発光ドーパント１２がドープされた領域及び電子ドーパント１３がドープされた領域の３つの領域が形成された例に限定されない。例えば、図６に示すように、正孔ドーパント１１として正孔注入性に優れたドーパント（正孔注入ドーパント）１６と正孔輸送性に優れたドーパント（正孔輸送ドーパント）１７の２種類のドーパントを使用し、各ドーパントの分布が一部重なり合うように配置することにより、有機薄膜３に４つの領域が形成されてもよい。また、図７に示すように、電子ドーパント１３として電子注入性に優れたドーパント（電子注入ドーパント）１８と電子輸送性に優れたドーパント（電子輸送ドーパント）１９との２種類のドーパントを使用し、各ドーパントの分布が一部重なり合うように配置することにより、有機薄膜３に４つの領域が形成されてもよい。また、図８に示すように、正孔ドーパント１１として正孔注入ドーパント１６と正孔輸送ドーパント１７、電子ドーパント１３として電子注入ドーパント１８と電子輸送ドーパント１９とを用い、有機薄膜３に５つの領域を形成してもよい。有機薄膜３の膜厚方向に、機能をより細かく分離した領域を形成することで、有機薄膜３の電荷の注入及び輸送効率をさらに高め、有機ＥＬ素子の特性のさらなる向上を図ることができる。
【００３６】
また、本発明の有機ＥＬ素子は、陽極と陰極との間に、有機薄膜以外の層を配置してもよい。例えば、有機薄膜と陰極との間に電子輸送層及び／又は電子注入層を追加してもよい。この場合、有機薄膜においては、陽極側から順に、正孔ドーパント、発光ドーパントを異なる濃度分布でドープする。また、有機薄膜と陽極との間に正孔輸送層及び／又は正孔注入層を追加してもよい。この場合、有機薄膜においては、陽極側から順に、発光ドーパント、電子ドーパントを異なる濃度分布でドープする。
【００３７】
また、前述の実施形態においては、基板２上に陽極（透明電極）４、有機薄膜３及び陰極４をこの順に積層し、基板２の裏面から発光を取り出す構造の有機ＥＬ素子を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。本発明は、例えば基板上に陰極、有機薄膜及び陽極（透明電極）をこの順に積層し、陽極側から発光を取り出す、いわゆる上面発光型の有機ＥＬ素子に適用することも勿論可能である。
【００３８】
また、本発明の有機ＥＬ素子を適用可能な装置は特に限定されないが、例えばディスプレイ、照明装置等に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】（ａ）は、本発明を適用した有機ＥＬ素子の一例を示す概略断面図であり、（ｂ）は、（ａ）に示す有機ＥＬ素子の有機薄膜の膜厚方向でのドーパントの濃度分布を模式的に示す図である。
【図２】有機薄膜を成膜するための成膜装置の真空チャンバー内を示す斜視図である。
【図３】本発明を適用した有機ＥＬ素子の他の例であり、有機薄膜の膜厚方向でのドーパントの濃度分布を模式的に示す図である。
【図４】本発明を適用した有機ＥＬ素子の他の例であり、有機薄膜の膜厚方向でのドーパントの濃度分布を模式的に示す図である。
【図５】本発明を適用した有機ＥＬ素子のさらに他の例であり、有機薄膜の膜厚方向でのドーパントの濃度分布を模式的に示す図である。
【図６】本発明を適用した有機ＥＬ素子のさらに他の例であり、有機薄膜の膜厚方向でのドーパントの濃度分布を模式的に示す図である。
【図７】本発明を適用した有機ＥＬ素子のさらに他の例であり、有機薄膜の膜厚方向でのドーパントの濃度分布を模式的に示す図である。
【図８】本発明を適用した有機ＥＬ素子のさらに他の例であり、有機薄膜の膜厚方向でのドーパントの濃度分布を模式的に示す図である。
【図９】従来の有機ＥＬ素子の一例を示す概略断面図である。
【符号の説明】
【００４０】
１ 基板、２ 陽極、３ 有機薄膜、４ 陰極、１１ 正孔ドーパント、１２ 発光ドーパント、１３ 電子ドーパント、１４ 金属系ドーパント、１５ 有機系ドーパント、１６ 正孔注入ドーパント、１７ 正孔輸送ドーパント、１８ 電子注入ドーパント、１９ 電子輸送ドーパント
【技術分野】
【０００１】
本発明は、単一のホスト材料層に対してドーパントがドープされている有機薄膜を備える有機エレクトロルミネッセンス素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
有機エレクトロルミネッセンス（以下、有機ＥＬと称する。）素子は、自発光型の面状光源であり、大型化やフレキシブル化等が比較的容易であるため、照明装置やディスプレイ等、幅広い分野への応用が期待されている。
【０００３】
有機ＥＬ素子の基本的な構造は、発光材料が均一に分布した単層の有機薄膜を陰極及び陽極で挟み込んだ単層構造と呼ばれるものであるが、正孔及び電子を効率よく輸送し、また、優れた発光特性を得るといった全ての特性を兼ね備えた有機エレクトロルミネッセンス素子をこのような単層構造で実現することは、通常極めて困難である。
【０００４】
そのため、図９に示すように、有機ＥＬ素子は、ガラス基板１０１上に形成された陽極１０２と陰極１０３との間に挟んだ有機薄膜１０４を、例えば正孔注入層１０５、正孔輸送層１０６、発光層１０７、電子輸送層１０８、電子注入層１０９をこの順に積層した多層構造とするのが一般的である。有機薄膜１０４を構成する各層に電荷の輸送又は発光等の機能を分離し、各層の目的に応じて最適な材料を選択することで、多層構造全体で有機ＥＬ素子の特性を向上するようにしている。
【０００５】
有機ＥＬ素子の有機薄膜としては、これまでに様々な構造や組成のものが提案されており、例えば、発光層にドーピングする発光材料のドープ量を発光層の厚さ方向に変化させた有機ＥＬ素子が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開２００３−２２９２７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、有機材料は固有のエネルギー準位（ＨＯＭＯレベル及びＬＵＭＯレベル）を持っており、図９に示すような互いに異なる有機材料の層を積層してなる多層構造の有機薄膜のように、エネルギー準位の異なる層が積層された有機薄膜においては、層の界面でエネルギーオフセット及びエネルギー的な障壁が発生し、電荷の注入や輸送を妨げて素子の発光閾値電圧を増加させたり、発熱量を増加させたりする等の様々な問題を引き起こす。
【０００７】
また、例えば蒸着法により多層構造の有機薄膜を成膜する場合、有機材料（層）ごとに蒸着用の真空チャンバーが必要となるため、製造コストが高くなるという問題がある。例えば、図９のように５層からなる有機薄膜１０４を蒸着法により成膜する場合、通常は５室の真空チャンバーを備える大規模且つ高価な成膜装置が必要となるため、有機ＥＬ素子の製造コストが著しく高くなってしまう。また、真空チャンバー間の基板の移動、及び各真空チャンバーへの基板の出し入れに時間がかかり、量産時の生産効率が悪いという問題もあり、この点も製造コストを押し上げる原因となっている。
【０００８】
特許文献１においては、発光層のドーパントのドープ量を厚み方向で変化させることについての記載はあるが、有機薄膜を多層として各層に機能を分離した構造が前提とされている。例えば電荷の輸送効率を高めようとする場合は、発光層の他に別の層を追加形成する必要があり、やはり製造コストが高くなるおそれがある。
【０００９】
そこで本発明はこのような従来の実情に鑑みて提案されたものであり、簡単な構造で電荷の輸送効率を高め、また、優れた発光特性を得ることが可能な有機エレクトロルミネッセンス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】
【００１０】
前述の課題を解決するために、本発明に係る有機エレクトロルミネッセンス素子は、陽極及び陰極間に少なくとも有機薄膜が形成されてなる有機エレクトロルミネッセンス素子であって、前記有機薄膜は、単一のホスト材料層に対して互いに異なる複数種類のドーパントが膜厚方向に分布をもってドープされることにより構成されていることを特徴とする。
【００１１】
また、前記ドーパントのうちの１種は、発光特性を付与するドーパントであり、他のドーパントは、正孔注入特性及び／又は正孔輸送特性、電子注入特性及び／又は電子輸送特性のいずれかを付与するドーパントであることを特徴とする。
【００１２】
さらに、前記ホスト材料層の膜厚方向に、正孔注入特性及び／又は正孔輸送特性を付与するドーパントが注入された正孔ドーパント領域、発光特性を付与するドーパントがドープされた発光領域、並びに電子注入特性及び／又は電子輸送特性を付与するドーパントがドープされた電子ドーパント領域が順次形成されていることを特徴とする。
【００１３】
本発明の有機エレクトロルミネッセンス素子においては、単一のホスト材料層の膜厚方向でドーパントの種類や濃度分布を変化させることで、１つの有機薄膜の膜厚方向に各ドーパントの持つ特性が付与された領域が形成される。このとき、有機薄膜の主成分であるホスト材料は有機薄膜全体で共通とする。例えば、正孔注入特性及び／又は正孔輸送特性を付与するドーパント、発光特性を付与するドーパント、電子注入特性及び／又は電子輸送特性を付与するドーパント等が、有機薄膜の膜厚方向に分布をもってドープされることで、１つの有機薄膜内に正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電子輸送層、電子注入層等に対応した機能を持つ領域が形成される。このため、有機薄膜を多層構造に分けることなく、電荷の注入及び／又は輸送効率、並びに発光特性のいずれにおいても優れる有機エレクトロルミネッセンス素子が実現される。つまり、本発明の有機エレクトロルミネッセンス素子においては、従来は多層構造の有機薄膜で実現していた機能が、例えば単層構造等の簡単な層構造の有機薄膜で実現される。
【００１４】
また、前記発光領域と、正孔ドーパント領域又は電子ドーパント領域のうち少なくとも一方とが、膜厚方向で一部重なり合うことが好ましい。各ドーパントの分布が一部重なり合うようにドーパントを配置することで、電荷の輸送がより効率的に達成される。
【００１５】
なお、前述の特許文献１の発明は、発光層内部でドーパントのドープ量を変化させるだけであり、単一のホスト材料層に複数種類のドーパントをドープさせることにより１層の有機薄膜の内部に正孔注入層及び／又は正孔輸送層、発光層、電子注入層及び／又は電子輸送層等に対応する領域を作り出す本発明とは考え方が根本的に異なるものである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、単一のホスト材料層に対して互いに異なる複数種類のドーパントが膜厚方向に分布をもってドープされることにより、例えば発光ドーパント領域、正孔ドーパント領域又は電子ドーパント領域等が有機薄膜の膜厚方向に形成されるので、有機薄膜を多層構造とすることなく、電荷の輸送効率及び発光特性の両方に優れた有機エレクトロルミネッセンス素子を提供することができる。また、有機薄膜を多層構造としなくてもよいので、異なる有機材料の層を積層することによるエネルギーオフセットやエネルギー的な障壁の影響が抑えられ、発光閾値電圧が低く、発熱量の小さい有機エレクトロルミネッセンス素子を提供することができる。また、本発明によれば、有機薄膜の構造が非常に簡単になるので、有機薄膜の成膜に必要な真空チャンバーの数が少なくて済み、また、生産効率の低下が抑えられるため、有機エレクトロルミネッセンス素子の製造コストを大幅に下げることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明を適用した有機エレクトロルミネッセンス（以下、有機ＥＬと称する。）素子について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１８】
図１（ａ）は、本発明を適用した有機ＥＬ素子の断面図である。図１（ａ）に示すように、有機ＥＬ素子は、例えばガラス等の透明絶縁材料からなる基板１上に、ＩＴＯ（インジウム錫酸化物）等の透明導電性材料からなる陽極２、有機材料からなる有機薄膜３、Ａｌ等の金属等からなる陰極４がこの順に積層され、これらが封止膜（図示せず）等によって封止されて構成される。この有機ＥＬ素子においては、有機薄膜３での発光を有機ＥＬ素子の基板１の裏面から取り出すようにしている。
【００１９】
有機薄膜３は、単一のホスト材料層に、複数種類のドーパントが膜厚方向に分布をもってドープされることにより構成される。有機薄膜３の主成分であるホスト材料は、有機薄膜３の全領域にわたって共通とする。図１（ｂ）は、例えば有機薄膜３における３種類のドーパントの濃度分布を示す模式図であり、横軸はドーパント濃度、縦軸は有機薄膜の膜厚方向を示す。図１（ｂ）に示すように、有機薄膜３は、陽極２側から、正孔注入特性及び／又は正孔輸送特性を付与するドーパント（以下、正孔ドーパントと称する。）１１がドープされた正孔ドーパント領域、発光特性を付与するドーパント（以下、発光ドーパントと称する。）１２がドープされた発光ドーパント領域、及び電子注入特性及び／又は電子輸送特性を付与するドーパント（以下、電子ドーパントと称する。）１３がドープされた電子ドーパント領域を有し、各ドーパントのドープされた領域が膜厚方向に順次形成されている。
【００２０】
各ドーパントは、膜厚方向で連続的に変化するような濃度分布を有している。例えば、図１（ｂ）の正孔ドーパント１１及び電子ドーパント１３は、電極との界面で最も高濃度とされ、対極に向かうにしたがって次第に低濃度となるような濃度分布にてドープされている。また、発光ドーパント１２は、高濃度領域を中心に陰極２及び陽極４に向かうにしたがって次第に低濃度となるような濃度分布にてドープされている。
【００２１】
本発明の有機ＥＬ素子では、例えば図１（ｂ）に示すように、正孔ドーパント１１の分布と発光ドーパント１２の分布とが一部重なり合い、また、発光ドーパント１２の分布と電子ドーパント１３の分布とが一部が重なり合うように配置される。有機薄膜の主成分となるホスト材料を単一とし、発光領域と、正孔ドーパント領域又は電子ドーパント領域のうち少なくとも一方とが膜厚方向で一部重なり合うこと、すなわち各ドーパントの分布を適度に重ねることで、エネルギーオフセット及びエネルギー的な障壁の影響が確実に抑えられる。各領域の重なり合いの程度を適度に設定することで、電荷の輸送効率がさらに高まり、有機ＥＬ素子の発光閾値電圧を下げることができ、また、発熱量を小さくすることができる。各ドーパントの濃度分布の重なり合いの程度は、ドーパントの種類等に応じて適宜決定される。ドーパントの分布を重ねない場合、ドーパント濃度がゼロとされた領域が有機薄膜内で界面として働き、エネルギー的な障壁が生まれて電荷の輸送が妨げられるおそれがある。
【００２２】
ホスト材料としては、基本的には広いエネルギーギャップを持つ材料、例えば２．７ｅＶ以上のバンドギャップを持つ材料が好ましい。具体的なホスト材料としては、４，４’，４’’−トリス［Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニルアミノ］−トリフェニルアミン（２−ＴＮＡＴＡ：4,4',4''-tris[N-(1-naphthyl)-N-phenylamino]-triphenylamine）、Ｎ，Ｎ’−ジ（ナフタレン−１−イル）−Ｎ，Ｎ'ジフェニル−ベンジジン（ＮＰＤ：N,N'-Di(naphthalen-1-yl)-N,N'diphenyl-benzidine）、４，４’−ビス（カルバゾール−９−イル）ビフェニル（ＣＢＰ：4,4'-Bis(carbazol-9-yl)biphenyl）等が挙げられる。このような広いエネルギーギャップを持つホスト材料は、例えば８０℃以上の高いガラス転移点をもち、熱等に対して安定である。したがって、このようなホスト材料を有機薄膜３の主成分として用いることで、熱安定性に優れた有機ＥＬ素子が実現される。
【００２３】
なお、有機薄膜が多層構造とされた従来の有機ＥＬ素子では、各層で機能を分離しているため、各層の特性に合わせた狭いエネルギーギャップを持つ材料の使用が前提とされており、前記のような広いエネルギーギャップを持つ材料の使用はほとんど想定されていなかった。一般に、狭いエネルギーギャップを持つ材料の熱安定性は低いため、これを有機薄膜に用いた従来の有機ＥＬ素子は耐熱性の点に問題があった。
【００２４】
正孔ドーパント１１としては、テトラフルオロテトラシアノキノジメタン（Ｆ４−ＴＣＮＱ：tetrafluorotetracyanoquinodimethane）、２，３−ジクロロ−５，６−ジシアノ−１，４−ベンゾキノン（ＤＤＱ：2,3-dichrolo-5,6-dicyano-1,4-benzoquinone）、７，７，８，８−テトラシアノキノジメタン（ＴＣＮＱ：7,7,8,8-tetracyanoquinodimethane)、１，４，５，８−ナフタレン−テトラカルボン酸二無水物（ＮＴＣＤＡ：1,4,5,8- naphthalene-tetracaboxylic-dianhydride）、ペリレン−３，４，９，１０−テトラカルボン酸−３，４，９，１０−二無水物（ＰＴＣＤＡ：perylene-3,4,9,10-tetracarboxylic-3,4,9,10-dianhydride）等が挙げられる。中でも、正孔注入特性を付与するドーパントとして、Ｆ４−ＴＣＮＱ、ＤＤＱ等を用いることが好ましい。また、正孔輸送特性を付与するドーパントとしては、Ｆ４−ＴＣＮＱ、ＰＴＣＤＡ等を用いることが好ましい。
【００２５】
従来の多層構造の有機ＥＬ素子では、抵抗値の増加を避けるために電極間の有機薄膜を非常に薄く形成する必要があるが、この場合、陽極に用いたＩＴＯのスパイクの悪影響を受けたり、光の共振効果が得られないために発光効率が低下する等の不都合がある。これに対し、本発明では正孔ドーパント１１としてＴＣＮＱ等の電荷移動錯体等を用い、このドーパントがドープされた領域を厚くすることで、有機薄膜３を従来より厚膜とした場合であっても、有機薄膜３の抵抗値の増大が抑えられる。このため、従来に比べて有機ＥＬ素子の有機薄膜を厚くできるで、陽極２のスパイク等の影響を軽減することができる。また、従来に比べて有機ＥＬ素子の有機膜の厚膜化が可能となるので、光の共振構造をとる膜厚に有機薄膜３を設計することが容易となり、発光の減衰を抑えて光の効率を高めることができる。
【００２６】
発光ドーパント１２としては、ルブレン（橙色）、ペリレン（青色）、[７−ジエチルアミノ−３−（２−チエニル）クロメン−２−イリデン]−２，２−ジシアノビニラミン（ＡＣＹ：[7-diethylamino-3-(2-thienyl)chromen-2-ylidene]-2,2-dicyanovinylamine）（赤色）、７，１６−ジヒドロ−７，１６−ジメチルベンゾ[ａ]ベンゾ[５，６]キノ[３，２−Ｉ]アクリジン−９，１８−ジオン（ＱＤ：（7,16-dihydro-7,16-dimethylbenzo[a]benzo[5,6]quino[3,2-I]acridine-9,18-dion）（緑色）、クマリン（赤色〜青色）、これらドーパントの混合物等を用いることができる。
【００２７】
電子ドーパント１３としては、Ｃｓ（セシウム）、Ｌｉ（リチウム）、Ｋ（カリウム）、Ｎａ（ナトリウム）、Ｒｂ（ルビジウム）等のアルカリ金属、アルカリ土類金属、ビス（エチレンジチオ）テトラチアフルバレン（ＢＥＤＴ−ＴＦＦ：bis(ethylenedithio)tetrathiafulvalene）等の有機化合物等を用いることができる。中でも、電子注入特性を付与するドーパントとして、Ｃｓ等を用いることが好ましい。また、電子輸送特性を付与するドーパントとして、ＢＥＤＴ−ＴＦＦを用いることが好ましい。
【００２８】
以上のように、有機ＥＬ素子においては、正孔ドーパント１１、発光ドーパント１２及び電子ドーパント１３を、膜厚方向に分布をもたせてドープし、正孔ドーパント領域、発光ドーパント領域及び電子ドーパント領域を陽極２側から順に設けることで、例えば正孔注入及び／又は正孔輸送層、発光層、並びに電子注入及び／又は電子輸送層に対応する領域が有機薄膜３内に形成される。正孔注入及び／又は正孔輸送効率、電子注入及び／又は電子輸送効率を高める領域と、発光特性に優れる領域とが形成されるので、正孔及び電子の注入効率や輸送効率に優れ、また発光特性に優れた有機ＥＬ素子を極めて簡単な構造の有機薄膜で実現できる。このときホスト材料層は１層であるので、従来の多層構造の有機薄膜のような不要な界面が存在せず、エネルギーオフセットやエネルギー的な障壁の影響を軽減できる。よって、駆動電圧が低く、発熱量の少ない有機ＥＬ素子が実現される。また、各ドーパント領域を膜厚方向で一部重ね合わせることで、電荷の輸送効率をさらに向上できる。
【００２９】
以上のような有機ＥＬ素子の有機薄膜は、気相法、例えば蒸着法によって成膜される。蒸着法による有機薄膜の成膜には、例えば図２に示すような真空チャンバー（図示せず。）内に、ホスト材料用のるつぼ５１ａと、発光ドーパント用のるつぼ５１ｂと、正孔ドーパント用のるつぼ５１ｃと、電子ドーパント用のるつぼ５１ｄとを備えた成膜装置を用いることができる。各るつぼ５１ａ，５１ｂ，５１ｃ，５１ｄの開口部付近には、るつぼ５１に収容された材料の蒸着速度を制御するシャッター５２ａ，５２ｂ，５２ｃ，５２ｄと、膜厚及び蒸着レートを制御するために設けられる水晶発振式のセンサ５３ａ，５３ｂ，５３ｃ，５３ｄとが設けられる。また、各るつぼ５１間は、隔壁５４により仕切られている。
【００３０】
このような成膜装置を用いて有機薄膜を成膜する際には、ＩＴＯ等からなる陽極２が形成された基板１が搬入された真空チャンバー内を所定の減圧状態とし、基板１を回転させながら各るつぼ５１内の材料を陽極２上に蒸着し、ホスト材料とドーパントとを共蒸着する。このとき、ホスト材料用のるつぼ５１ａに対応したシャッター５２ａは開放したままにして、ホスト材料の蒸着を維持する。そして、ホスト材料を蒸着しながら、各シャッター５２ｂ，５２ｃ，５２ｄの開閉を制御することにより、正孔ドーパント１１、発光ドーパント１２、及び電子ドーパント１３を、各ドーパントの分布が一部重なるようにこの順に蒸着することで、図１（ｂ）に示すような各領域を持つ有機薄膜３を形成する。
【００３１】
以上のように、有機ＥＬ素子の有機薄膜の成膜は、例えば１つの真空チャンバー内で、シャッターの開閉によりドーパントの蒸着のタイミングを制御することのみで実現される。このため、従来の有機薄膜の製造では３〜５室の真空チャンバーが必要であったのに対し、本発明では１又は２室程度の少数の真空チャンバーでよいので、成膜装置に必要なコストが大幅に下がり、有機ＥＬ素子を非常に安価に製造することができる。また、真空チャンバーの数が少なくてすむので、真空チャンバーに基板を出し入れする時間や真空チャンバー間で基板を移動させる際の時間が大幅に短縮され、量産時の生産効率を高めることができ、有機ＥＬ素子の製造コストをさらに下げることができる。
【００３２】
なお、前述の説明では、有機薄膜３が単層構造であり、正孔ドーパント１１がドープされた領域、発光ドーパント１２がドープされた領域及び電子ドーパント１３がドープされた領域の３つの領域が有機薄膜３内に形成された有機ＥＬ素子を例に挙げたが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００３３】
例えば、発光ドーパント１２としては、図１（ｂ）に示すようにドーパントを単独で用いる他、任意の色の発光を得るために、複数種類のドーパントを用いてもよい。例えば白色の発光を得るためには、図３に示すように、発光ドーパントとして赤色（Ｒ）発光を付与するドーパント１２Ｒ、緑色（Ｇ）発光を付与するドーパント１２Ｇ、及び青色（Ｂ）発光を付与するドーパント１２Ｂを混合して用いることで実現される。また、白色の発光は、図４に示すように、赤色（Ｒ）発光を付与するドーパント１２Ｒ、緑色（Ｇ）発光を付与するドーパント１２Ｇ、及び青色（Ｂ）発光を付与するドーパント１２Ｂを、各ドーパントの分布が膜厚方向で一部重なり合うようにドープすること等によっても実現される。なお、発光ドーパント領域での発光の色等は上記の白色の例に限定されず、ドーパントの種類を適宜選択することで所望の色を発光させることができる。また、ドーパントの色の組み合わせやドーパントの配置順序も上記の例に限定されない。
【００３４】
また、本発明の有機ＥＬ素子においては、例えば図５に示すように、電子ドーパント１３として金属系ドーパント１４と有機系ドーパント１５の２種類のドーパントを使用し、金属系ドーパント１４がドープされた領域と発光ドーパント１２がドープされた領域との間に有機系ドーパント１５がドープされた領域を配置することが好ましい。陰極４からの電子の注入性を考慮すると電子ドーパント１３として金属系ドーパント１４を用いることが好ましいが、発光ドーパント１２の分布に金属系ドーパント１４の分布を一部重ねると、発光ドーパント領域で生じたエネルギーの一部が熱に変換されて発光効率が低下するおそれがあるためである。
【００３５】
さらに、有機薄膜３の構成は、正孔ドーパント１１がドープされた領域、発光ドーパント１２がドープされた領域及び電子ドーパント１３がドープされた領域の３つの領域が形成された例に限定されない。例えば、図６に示すように、正孔ドーパント１１として正孔注入性に優れたドーパント（正孔注入ドーパント）１６と正孔輸送性に優れたドーパント（正孔輸送ドーパント）１７の２種類のドーパントを使用し、各ドーパントの分布が一部重なり合うように配置することにより、有機薄膜３に４つの領域が形成されてもよい。また、図７に示すように、電子ドーパント１３として電子注入性に優れたドーパント（電子注入ドーパント）１８と電子輸送性に優れたドーパント（電子輸送ドーパント）１９との２種類のドーパントを使用し、各ドーパントの分布が一部重なり合うように配置することにより、有機薄膜３に４つの領域が形成されてもよい。また、図８に示すように、正孔ドーパント１１として正孔注入ドーパント１６と正孔輸送ドーパント１７、電子ドーパント１３として電子注入ドーパント１８と電子輸送ドーパント１９とを用い、有機薄膜３に５つの領域を形成してもよい。有機薄膜３の膜厚方向に、機能をより細かく分離した領域を形成することで、有機薄膜３の電荷の注入及び輸送効率をさらに高め、有機ＥＬ素子の特性のさらなる向上を図ることができる。
【００３６】
また、本発明の有機ＥＬ素子は、陽極と陰極との間に、有機薄膜以外の層を配置してもよい。例えば、有機薄膜と陰極との間に電子輸送層及び／又は電子注入層を追加してもよい。この場合、有機薄膜においては、陽極側から順に、正孔ドーパント、発光ドーパントを異なる濃度分布でドープする。また、有機薄膜と陽極との間に正孔輸送層及び／又は正孔注入層を追加してもよい。この場合、有機薄膜においては、陽極側から順に、発光ドーパント、電子ドーパントを異なる濃度分布でドープする。
【００３７】
また、前述の実施形態においては、基板２上に陽極（透明電極）４、有機薄膜３及び陰極４をこの順に積層し、基板２の裏面から発光を取り出す構造の有機ＥＬ素子を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。本発明は、例えば基板上に陰極、有機薄膜及び陽極（透明電極）をこの順に積層し、陽極側から発光を取り出す、いわゆる上面発光型の有機ＥＬ素子に適用することも勿論可能である。
【００３８】
また、本発明の有機ＥＬ素子を適用可能な装置は特に限定されないが、例えばディスプレイ、照明装置等に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】（ａ）は、本発明を適用した有機ＥＬ素子の一例を示す概略断面図であり、（ｂ）は、（ａ）に示す有機ＥＬ素子の有機薄膜の膜厚方向でのドーパントの濃度分布を模式的に示す図である。
【図２】有機薄膜を成膜するための成膜装置の真空チャンバー内を示す斜視図である。
【図３】本発明を適用した有機ＥＬ素子の他の例であり、有機薄膜の膜厚方向でのドーパントの濃度分布を模式的に示す図である。
【図４】本発明を適用した有機ＥＬ素子の他の例であり、有機薄膜の膜厚方向でのドーパントの濃度分布を模式的に示す図である。
【図５】本発明を適用した有機ＥＬ素子のさらに他の例であり、有機薄膜の膜厚方向でのドーパントの濃度分布を模式的に示す図である。
【図６】本発明を適用した有機ＥＬ素子のさらに他の例であり、有機薄膜の膜厚方向でのドーパントの濃度分布を模式的に示す図である。
【図７】本発明を適用した有機ＥＬ素子のさらに他の例であり、有機薄膜の膜厚方向でのドーパントの濃度分布を模式的に示す図である。
【図８】本発明を適用した有機ＥＬ素子のさらに他の例であり、有機薄膜の膜厚方向でのドーパントの濃度分布を模式的に示す図である。
【図９】従来の有機ＥＬ素子の一例を示す概略断面図である。
【符号の説明】
【００４０】
１ 基板、２ 陽極、３ 有機薄膜、４ 陰極、１１ 正孔ドーパント、１２ 発光ドーパント、１３ 電子ドーパント、１４ 金属系ドーパント、１５ 有機系ドーパント、１６ 正孔注入ドーパント、１７ 正孔輸送ドーパント、１８ 電子注入ドーパント、１９ 電子輸送ドーパント
【特許請求の範囲】
【請求項１】
陽極及び陰極間に少なくとも有機薄膜が形成されてなる有機エレクトロルミネッセンス素子であって、
前記有機薄膜は、単一のホスト材料層に対して互いに異なる複数種類のドーパントが膜厚方向に分布をもってドープされることにより構成されてい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】
前記ドーパントのうちの１種は、発光特性を付与するドーパントであり、他のドーパントは、正孔注入特性及び／又は正孔輸送特性、電子注入特性及び／又は電子輸送特性のいずれかを付与するドーパントであることを特徴とする請求項１記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項３】
前記ホスト材料層の膜厚方向に、正孔注入特性及び／又は正孔輸送特性を付与するドーパントが注入された正孔ドーパント領域、発光特性を付与するドーパントがドープされた発光領域、並びに電子注入特性及び／又は電子輸送特性を付与するドーパントがドープされた電子ドーパント領域が順次形成されていることを特徴とする請求項２記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項４】
前記発光領域と、正孔ドーパント領域又は電子ドーパント領域のうち少なくとも一方とは、膜厚方向で一部重なり合うことを特徴とする請求項３記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項５】
前記発光特性を付与するドーパントがドープされた発光領域には、赤色発光特性を付与するドーパント、緑色発光特性を付与するドーパント、及び青色発光特性を付与するドーパントが混合されてドープされていることを特徴とする請求項２〜４のいずれか１項記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項６】
前記発光特性を付与するドーパントがドープされた発光領域は、赤色発光特性を付与するドーパントがドープされた領域、緑色発光特性を付与するドーパントがドープされた領域、及び青色発光特性を付与するドーパントがドープされた領域を、膜厚方向に有することを特徴とする請求項２〜４のいずれか１項記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項７】
前記電子注入特性及び／又は電子輸送特性を付与するドーパントがドープされた領域が、有機系ドーパントがドープされた有機系ドーパント領域と金属系ドーパントがドープされた金属系ドーパント領域とを膜厚方向に有し、前記発光特性を付与するドーパントがドープされた発光領域と、前記金属系ドーパント領域との間に前記有機系ドーパント領域が配置されることを特徴とする請求項２〜４のいずれか１項記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項１】
陽極及び陰極間に少なくとも有機薄膜が形成されてなる有機エレクトロルミネッセンス素子であって、
前記有機薄膜は、単一のホスト材料層に対して互いに異なる複数種類のドーパントが膜厚方向に分布をもってドープされることにより構成されてい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】
前記ドーパントのうちの１種は、発光特性を付与するドーパントであり、他のドーパントは、正孔注入特性及び／又は正孔輸送特性、電子注入特性及び／又は電子輸送特性のいずれかを付与するドーパントであることを特徴とする請求項１記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項３】
前記ホスト材料層の膜厚方向に、正孔注入特性及び／又は正孔輸送特性を付与するドーパントが注入された正孔ドーパント領域、発光特性を付与するドーパントがドープされた発光領域、並びに電子注入特性及び／又は電子輸送特性を付与するドーパントがドープされた電子ドーパント領域が順次形成されていることを特徴とする請求項２記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項４】
前記発光領域と、正孔ドーパント領域又は電子ドーパント領域のうち少なくとも一方とは、膜厚方向で一部重なり合うことを特徴とする請求項３記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項５】
前記発光特性を付与するドーパントがドープされた発光領域には、赤色発光特性を付与するドーパント、緑色発光特性を付与するドーパント、及び青色発光特性を付与するドーパントが混合されてドープされていることを特徴とする請求項２〜４のいずれか１項記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項６】
前記発光特性を付与するドーパントがドープされた発光領域は、赤色発光特性を付与するドーパントがドープされた領域、緑色発光特性を付与するドーパントがドープされた領域、及び青色発光特性を付与するドーパントがドープされた領域を、膜厚方向に有することを特徴とする請求項２〜４のいずれか１項記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項７】
前記電子注入特性及び／又は電子輸送特性を付与するドーパントがドープされた領域が、有機系ドーパントがドープされた有機系ドーパント領域と金属系ドーパントがドープされた金属系ドーパント領域とを膜厚方向に有し、前記発光特性を付与するドーパントがドープされた発光領域と、前記金属系ドーパント領域との間に前記有機系ドーパント領域が配置されることを特徴とする請求項２〜４のいずれか１項記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００６−２４７１１（Ｐ２００６−２４７１１Ａ）
【公開日】平成１８年１月２６日（２００６．１．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−２００９７６（Ｐ２００４−２００９７６）
【出願日】平成１６年７月７日（２００４．７．７）
【出願人】（５０３３６０１１５）独立行政法人科学技術振興機構 (1,734)
【出願人】（５０４２２６５２６）
【出願人】（５９７１４０１４３）
【出願人】（０００１８４６８７）小松精練株式会社 (110)
【出願人】（５０４２２７４６４）
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１月２６日（２００６．１．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年７月７日（２００４．７．７）
【出願人】（５０３３６０１１５）独立行政法人科学技術振興機構 (1,734)
【出願人】（５０４２２６５２６）
【出願人】（５９７１４０１４３）
【出願人】（０００１８４６８７）小松精練株式会社 (110)
【出願人】（５０４２２７４６４）
【Ｆターム（参考）】
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