有機ＥＬ素子
【課題】有機ＥＬ素子において、発光効率が高く、長寿命とすることができる。
【解決手段】有機ＥＬ素子１は、陽極３と陰極９の間に、ホール輸送性の非発光層６を介して２つの発光層５、７を積層して成る。陽極側の発光層５は、ホール輸送性の発光層であり、陰極側の発光層７は、電子輸送性の発光層である。非発光層６は、ホール輸送性材料中に少なくとも１つ以上のエネルギー移動補助材料を含んでいる。有機ＥＬ素子１は、エネルギー移動補助材料が、非発光層６中の励起エネルギーを非発光層６に隣接する各発光層５、７へ効率的に移動させるので、各発光層５、７の発光効率が向上する。また、有機ＥＬ素子１は、正孔が電子輸送層８まで到達しにくいので、電子輸送層８が劣化しないことから長寿命である。
【解決手段】有機ＥＬ素子１は、陽極３と陰極９の間に、ホール輸送性の非発光層６を介して２つの発光層５、７を積層して成る。陽極側の発光層５は、ホール輸送性の発光層であり、陰極側の発光層７は、電子輸送性の発光層である。非発光層６は、ホール輸送性材料中に少なくとも１つ以上のエネルギー移動補助材料を含んでいる。有機ＥＬ素子１は、エネルギー移動補助材料が、非発光層６中の励起エネルギーを非発光層６に隣接する各発光層５、７へ効率的に移動させるので、各発光層５、７の発光効率が向上する。また、有機ＥＬ素子１は、正孔が電子輸送層８まで到達しにくいので、電子輸送層８が劣化しないことから長寿命である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フラットパネルディスプレイや、液晶表示機用バックライト、照明用光源などに用いられる有機エレクトロルミネッセンス素子（以下、有機ＥＬ素子という）に関する。
【背景技術】
【０００２】
有機ＥＬ素子は、数Ｖ程度の低電圧で高輝度の面発光が可能であるために近年注目されている。有機ＥＬ素子は、陽極、発光層及び陰極を備え、電圧印加によって陽極が発光層にホールを注入すると共に、陰極が発光層に電子を注入し、注入されたホールと電子が発光層において結合する。そして、有機ＥＬ素子は、ホールと電子の結合によって生成された励起子が基底状態に遷移して発光する。有機ＥＬ素子の発光色は、発光層中に含まれる発光物質によって決定される。現在用いることができる発光物質は、例えば、青色、緑色、赤色などの単色で発光する発光物質である。
【０００３】
ところで、有機ＥＬ素子は、照明用光源として用いられる場合、複数の発光色を含んで発光することが好ましく、特に、室内の主照明用光源に用いられる場合、白色系発光することが好ましい。白色系発光は、可視光領域の波長の光を略全て含む発光であり、例えば、互いに補色関係にある水色と橙色の２色を混色することによって得られる。この白色系発光する有機ＥＬ素子は、例えば、異なる発光色を呈する２つの発光層を積層して形成される。
【０００４】
しかしながら、２つの発光層が積層して形成される有機ＥＬ素子は、２つの発光層が互いに接しているために、その界面でエネルギー移動が起こる。具体的には、短波長で発光する発光層中の励起エネルギーは、長波長で発光する発光層へと移動してしまう。そのため、この有機ＥＬ素子は、例えば、長波長である橙色で発光する発光層の発光強度が大きくなり、短波長である水色で発光する発光層の発光強度が小さくなるので、橙色を帯びた白色で発光する。
【０００５】
そこで、電荷や励起子をブロックするための発光しない層を有する有機ＥＬ素子が知られている（例えば、特許文献１参照）。この有機ＥＬ素子は、異なる発光色を呈する２つの発光層間に、正孔／励起子ブロック層が挿入されて構成される。この正孔／励起子ブロック層は、正孔や励起子の移動をブロックし、陽極側に設けられた発光層の発光強度を向上させる。しかしながら、この有機ＥＬ素子は、正孔／励起子ブロック層の電子ブロック性が十分ではないので、色度変化が大きくなっていた。
【０００６】
また、異なる発光色を呈し、いずれもホール輸送性材料から成る２つの発光層と、これら発光層間に挿入された正孔障壁層と、を備える有機ＥＬ素子が知られている（例えば、特許文献２参照）。この有機ＥＬ素子は、発光効率が高く、色度変化が小さいが、発光層と陰極の間に設けられた電子輸送層が正孔によって劣化するので寿命が短い。電子輸送層の劣化は、発光層がいずれもホール輸送性であることが原因と考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特表２００４−５２２２７６号公報
【特許文献２】特開２００５−２７６５８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、発光効率が高く、長寿命であると共に、色度変化が小さい有機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】
【０００９】
上記目的を達成するために請求項１の発明は、陽極と陰極の間に、ホール輸送性の非発光層を介して２つの発光層を積層して成る有機ＥＬ素子であって、陽極側の発光層は、ホール輸送性の発光層であり、陰極側の発光層は、電子輸送性の発光層であり、前記非発光層は、ホール輸送性材料中に少なくとも１つ以上のエネルギー移動補助材料を含んでいるものである。
【００１０】
請求項２の発明は、請求項１に記載の有機ＥＬ素子において、前記非発光層中のホール輸送性材料は、前記陰極側の発光層のホスト材料よりイオン化ポテンシャルが０．２ｅＶ以上大きく、かつ、電子親和力が０．２ｅＶ以上大きく、前記非発光層中のエネルギー移動補助材料は、該非発光層中のホール輸送性材料よりイオン化ポテンシャルが大きく、かつ、電子親和力が小さいものである。
【００１１】
請求項３の発明は、請求項１又は請求項２に記載の有機ＥＬ素子において、前記陽極と陽極側の発光層の間に配置されるホール輸送層と、前記陰極と陰極側の発光層の間に配置される電子輸送層と、を備え、前記電子輸送層の電子移動度は、前記ホール輸送層のホール移動度より大きいものである。
【００１２】
請求項４の発明は、請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の有機ＥＬ素子において、前記非発光層中のホール輸送性材料は、ホール輸送層と同一材料であるものである。
【００１３】
請求項５の発明は、陽極と陰極の間に、電子輸送性の非発光層を介して２つの発光層を積層して成る有機ＥＬ素子であって、陽極側の発光層は、ホール輸送性の発光層であり、陰極側の発光層は、電子輸送性の発光層であり、前記非発光層は、電子輸送性材料中に少なくとも１つ以上のエネルギー移動補助材料を含んでいるものである。
【００１４】
請求項６の発明は、請求項５に記載の有機ＥＬ素子において、前記非発光層中の電子輸送性材料は、前記陽極側の発光層のホスト材料よりイオン化ポテンシャルが０．２ｅＶ以上小さく、かつ、電子親和力が０．２ｅＶ以上小さく、前記非発光層中のエネルギー移動補助材料は、該非発光層中の電子輸送性材料よりイオン化ポテンシャルが大きく、かつ、電子親和力が小さいものである。
【００１５】
請求項７の発明は、請求項５又は請求項６に記載の有機ＥＬ素子において、前記陽極と陽極側の発光層の間に配置されるホール輸送層と、前記陰極と陰極側の発光層の間に配置される電子輸送層と、を備え、前記電子輸送層の電子移動度は、前記ホール輸送層のホール移動度より小さいものである。
【００１６】
請求項８の発明は、請求項１乃至請求項７のいずれか一項に記載の有機ＥＬ素子において、前記非発光層中のエネルギー移動補助材料は、少なくとも発光ドーパントを含み、前記エネルギー移動補助材料中の発光ドーパントは、前記陽極側及び陰極側の発光層に含まれる発光ドーパントの少なくとも１つよりは発光最大波長が短いものである。
【００１７】
請求項９の発明は、請求項１乃至請求項８のいずれか一項に記載の有機ＥＬ素子において、前記非発光層の厚みは、１〜５ｎｍであるものである。
【００１８】
請求項１０の発明は、請求項１乃至請求項９のいずれか一項に記載の有機ＥＬ素子において、前記陽極側の発光層の最大発光波長は、６００〜６５０ｎｍの範囲内であり、前記陰極側の発光層の最大発光波長は、４５０〜４９０ｎｍの範囲内であるものである。
【発明の効果】
【００１９】
請求項１の発明によれば、エネルギー移動補助材料が、非発光層中の励起エネルギーを非発光層に隣接する各発光層へ効率的に移動させるので、各発光層の発光効率を向上させることができる。また、正孔が電子輸送層まで到達しにくいので、電子輸送層が劣化しないことから、長寿命とすることができる。
【００２０】
請求項２の発明によれば、非発光層中のホール輸送性材料と、陰極側の発光層のホスト材料とが所定のエネルギーレベルの関係にあることで、正孔と電子が非発光層と陰極側の発光層の界面に集中しやすくなるので、正孔や電子によって電子輸送層やホール輸送層が劣化しなくなるために長寿命となる。また、非発光層中のエネルギー移動補助材料とホール輸送性材料とが所定のエネルギーレベルの関係にあることで、非発光層と陰極側の発光層の界面に形成された励起エネルギーがエネルギー移動補助材料へと効率的に移動するので、非発光層に隣接する各発光層の発光効率が向上する。
【００２１】
請求項３の発明によれば、電子が非発光層を通過して、陽極側の発光層まで到達するので、陽極側の発光層の発光を十分に引き出すことができ、非発光層に隣接する各発光層をバランスよく光らせることができるので色度変化が小さい。
【００２２】
請求項４の発明によれば、同じ材料で非発光層中のホール輸送性材料とホール輸送層を形成するので、製造プロセスが簡便となる。
【００２３】
請求項５の発明によれば、エネルギー移動補助材料が、非発光層中の励起エネルギーを非発光層に隣接する各発光層へ効率的に移動させるので、各発光層の発光効率を向上させることができる。また、電子がホール輸送層まで到達しにくいので、ホール輸送層が劣化しないことから、長寿命とすることができる。
【００２４】
請求項６の発明によれば、非発光層中の電子輸送性材料と、陽極側の発光層のホスト材料とが所定のエネルギーレベルの関係にあることで、正孔と電子が非発光層と陽極側の発光層の界面に集中しやすくなるので、正孔や電子によって電子輸送層やホール輸送層が劣化しなくなるために長寿命となる。また、非発光層中のエネルギー移動補助材料とホール輸送性材料とが所定のエネルギーレベルの関係にあることで、非発光層と陽極側の発光層の界面に形成された励起エネルギーがエネルギー移動補助材料へと効率的に移動するので、非発光層に隣接する各発光層の発光効率が向上する。
【００２５】
請求項７の発明によれば、正孔が非発光層を通過して、陰極側の発光層まで到達するので、陰極側の発光層の発光を十分に引き出すことができ、非発光層に隣接する各発光層をバランスよく光らせることができるので色度変化が小さい。
【００２６】
請求項８の発明によれば、エネルギー移動補助材料中の発光ドーパントが、非発光層中の励起エネルギーを非発光層に隣接する各発光層へ効率的に移動させるので、各発光層の発光効率をより向上させることができる。
【００２７】
請求項９の発明によれば、非発光層がホール輸送性のとき、非発光層が薄いことで陽極側の発光層へ到達する電子が多くなるので、陽極側の発光層を十分に光らせることができ、非発光層に隣接する各発光層をバランスよく光らせることができるので色ずれが小さくなる。また、非発光層が電子輸送性のとき、非発光層が薄いことで陰極側の発光層へ到達する正孔が多くなるので、陰極側の発光層を十分に光らせることができ、非発光層に隣接する各発光層をバランスよく光らせることができるので色ずれが小さくなる。
【００２８】
請求項１０の発明によれば、各発光層５、７が光学設計を満たしやすいように構成されているので、光を基板２の外側へ取り出しやすくなる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の一実施形態に係る有機ＥＬ素子の側断面図。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
本発明の一実施形態に係る有機ＥＬ素子について図１を参照して説明する。図１は、本実施形態の有機ＥＬ素子１の構成を示す。有機ＥＬ素子１は、陽極３と陰極９の間に、非発光層６を介して２つの発光層５、７を有する。具体的には、有機ＥＬ素子１は、基板２と、基板２側から順に陽極３、ホール輸送層４、陽極側の発光層５、非発光層６、陰極側の発光層７、電子輸送層８、及び陰極９の順に積層して成る。
【００３１】
基板２は、透光性を有しており、例えば、ソーダライムガラスや無アルカリガラスの透明ガラス板、又はポリエステル、ポリオレフィン、ポリアミド、エポキシの樹脂、若しくはフッ素系樹脂から作製されたプラスチックフィルムやプラスチック板などが材料として用いられる。
【００３２】
陽極３は、透光性を有しており、発光層５、７中にホールを注入するための電極である。陽極３の材料は、例えば、金などの金属、ＣｕＩ、ＩＴＯ（インジウム−スズ酸化物）、ＳｎＯ２、ＺｎＯ、ＩＺＯ（インジウム−亜鉛酸化物）や、ＰＥＤＯＴ、ポリアニリンの導電性高分子、任意のアクセプタでドープした導電性高分子、カーボンナノチューブの導電性光透過性材料などが挙げられる。陽極３、発光層５、７、非発光層６、陰極９等は、例えば、真空蒸着法やスパッタリング法、塗布などによって積層される。
【００３３】
陰極９は、発光層５、７中に電子を注入するための電極である。陰極９の材料は、例えば、アルカリ金属、アルカリ金属のハロゲン化物、アルカリ金属の酸化物、アルカリ土類金属、及びこれらと他の金属との合金、具体的にはナトリウム、ナトリウム−カリウム合金、リチウム、マグネシウム、マグネシウム−銀混合物、マグネシウム−インジウム混合物、アルミニウム−リチウム合金、Ａｌ／ＬｉＦ混合物などが挙げられる。また、陰極９の材料は、アルミニウム、Ａｌ／Ａｌ２Ｏ３混合物、アルカリ金属の酸化物、アルカリ金属のハロゲン化物、又は金属酸化物の下地の上に、金属等の導電材料を１層以上積層したものが挙げられ、具体的にはアルカリ金属／Ａｌの積層物、アルカリ金属のハロゲン化物／アルカリ土類金属／Ａｌの積層物、アルカリ金属の酸化物／Ａｌの積層物などが挙げられる。
【００３４】
ホール輸送層４は、陽極３と陽極側の発光層５の間に配置されており、発光層５、７へのホール注入性を向上させるために設けられる。ホール輸送層４の材料は、ホール輸送性を有する化合物であればよく、例えば、N,N'-Bis(1-naphthyl)-N,N'-diphenyl-4,4-biphenyl（ＮＰＤ）、N,N'-Bis(naphthalen-1-yl)-N,N'-bis(phenyl)-benzidine（ＮＰＢ）、N,N'-Bis(3-methylphenyl)-N,N'-bis(phenyl)-benzidine（ＴＰＤ）、2,2',7,7'-Tetyakis(N,N-diphenylamino)-9,9'-spirobifluorene（Ｓｐｒｉｏ−ＴＡＤ）、N,N'-Bis(3-methylphenyl)-N,N'-bis(phenyl)-9,9'-dimethyl-fluorene（ＤＭＦＬ−ＴＰＤ）等が挙げられる。
【００３５】
電子輸送層８は、陰極９と陰極側の発光層７の間に配置されており、発光層５、７への電子注入性を向上させるために設けられる。電子輸送層８の材料は、例えば、Tris(8-hydroxy-quinolinato)aluminium（Ａｌｑ３）、4,4'-Bis(carbazol-9-yl)biphenyl（ＣＢＰ）、4,4'-Bis(9-carbazolyl)-2,2'-dimethyl-biphenyl（ＣＤＢＰ）等が挙げられる。
【００３６】
さらに、電子輸送層８の電子移動度は、ホール輸送層４のホール移動度より大きいことが好ましい。この場合、ホール輸送層４と電子輸送層８の材料の組み合わせは、例えば、ＮＰＤと、4,7-Diphenyl-1,10-phenathroline（Ｂｐｈｅｎ）が添加されたＡｌｑ３の組み合わせが挙げられる。有機ＥＬ素子１は、電子が非発光層６を通過して、陽極側の発光層５まで到達するので、陽極側の発光層５の発光を十分に引き出すことができ、非発光層６の両側にある各発光層５、７をバランスよく光らせることができるので色度変化が小さい。
【００３７】
陽極側の発光層５は、ホール輸送性の発光層であり、ホール輸送性のホスト材料と、このホスト材料に含まれる発光ドーパントとから成る。陽極側の発光層５のホスト材料は、ホール輸送性を有する化合物であればよく、ホール輸送層４で挙げた材料などが用いられる。陽極側の発光層５の発光ドーパントは、その発光色が陰極側の発光層７に含まれる発光ドーパントの発光色と互いに補色関係となるような発光材料が用いられる。
【００３８】
陰極側の発光層７は電子輸送性の発光層であり、電子輸送性のホスト材料と、このホスト材料に含まれる発光ドーパントとから成る。陰極側の発光層７の電子輸送性のホスト材料は、電子輸送性を有する化合物であればよく、電子輸送層８の電子輸送性のホスト材料で挙げた材料などが用いられる。陰極側の発光層７の発光ドーパントは、その発光色が陽極側の発光層５に含まれる発光ドーパントの発光色と互いに補色関係となるような発光材料が用いられる。有機ＥＬ素子１は、電子輸送性である陰極側の発光層７によって、正孔が電子輸送層８まで到達しにくいので、電子輸送層８が劣化しないことから長寿命である。
【００３９】
また、陽極側の発光層５は、最大発光波長が６００〜６５０ｎｍの範囲内であり、陰極側の発光層７は、最大発光波長が４５０〜４９０ｎｍの範囲内であることが光学設計上好ましい。光学設計は、発光層５、７の内部で生じた光を基板２の外側まで効率よく取り出せるようにするために、ｎｄ＝λ／４の関係を満たすように有機ＥＬ素子１の膜厚・膜構成を設計することである。ｎは発光層５、７などの有機材料の屈折率、ｄは発光中心（正孔・電子の再結合領域の中心）から陰極９までの膜厚、λは発光ドーパントの最大発光波長である。ここで、青、緑、赤の三原色について考えたとき、赤色の最大発光波長が最も長く、青色の最大発光波長が最も短い。そのため、有機ＥＬ素子１は、ｎｄ＝λ／４の関係を満たしやすくするために、陰極９から遠い位置にある陽極側の発光層５が、最大発光波長が６００〜６５０ｎｍの範囲内である赤色で発光し、陰極９から近い位置にある陰極側の発光層７が、最大発光波長が４５０〜４９０ｎｍの範囲内である青色で発光するように構成される。有機ＥＬ素子１は、各発光層５、７が光学設計を満たしやすいように構成されているので、光を基板２の外側へ取り出しやすい。
【００４０】
非発光層６は、ホール輸送性であり、ホール輸送性材料中に少なくとも１つ以上のエネルギー移動補助材料を含んでいる。有機ＥＬ素子１は、エネルギー移動補助材料が、非発光層６中の励起エネルギーを非発光層６に隣接する各発光層５、７へ効率的に移動させるので、各発光層５、７の発光効率が向上する。非発光層６中のホール輸送性材料は、ホール輸送性を有する化合物であればよく、ホール輸送層４で挙げた材料などが用いられる。また、非発光層６中のホール輸送性材料は、ホール輸送層４と同一材料であることが好ましい。その場合、有機ＥＬ素子１は、製造プロセスが簡便となる。
【００４１】
非発光層６中のエネルギー移動補助材料は、少なくとも発光ドーパントを含むことが好ましい。このエネルギー移動補助材料中の発光ドーパントは、発光層５、７に含まれる発光ドーパントの少なくとも１つより発光最大波長が短いものであり、例えば、3-(2-Benzothiazolyl)-7-(diethylamino)coumarin（ｃｏｕｍａｒｉｎｅ６）N,N'-Dimethyl-quinacridone（ＤＭＱＡ）、Tetraphenylnaphthacene（Ｒｕｂｒｅｎｅ）、2,8-di-tert-butyl-5,11-bis(4-tert-butylphenyl)-6,12-diphenyltetracene（ＴＢＲｂ）等の中から選ばれる。有機ＥＬ素子１は、エネルギー移動補助材料中の発光ドーパントが、非発光層６中の励起エネルギーを非発光層６に隣接する各発光層５、７へ効率的に移動させるので、各発光層５、７の発光効率がより向上する。
【００４２】
なお、非発光層６中のホール輸送性材料は、陰極側の発光層７のホスト材料よりイオン化ポテンシャルが０．２ｅＶ以上大きく、かつ、電子親和力が０．２ｅＶ以上大きいことが好ましい。さらに、非発光層６中のエネルギー移動補助材料は、非発光層６中のホール輸送性材料よりイオン化ポテンシャルが大きく、かつ、電子親和力が小さいことが好ましい。有機ＥＬ素子１は、非発光層６中のホール輸送性材料と、陰極側の発光層７のホスト材料とが上記のエネルギーレベルの関係にあることで、正孔と電子が非発光層６と陰極側の発光層７の界面に集中しやすくなるので、正孔や電子によって電子輸送層８やホール輸送層４が劣化しなくなるために長寿命となる。そして、有機ＥＬ素子１は、非発光層６中のエネルギー移動補助材料とホール輸送性材料とが上記のエネルギーレベルの関係にあることで、非発光層６と陰極側の発光層７の界面に形成された励起エネルギーがエネルギー移動補助材料へと効率的に移動するので、非発光層６に隣接する発光層５、７の発光効率が向上する。この場合の非発光層６中のホール輸送性材料とエネルギー移動補助材料と陰極側の発光層７のホスト材料との組み合わせは、例えば、ＴＰＤとｃｏｕｍａｒｉｎｅ６とＣＢＰの組み合わせが挙げられる。
【００４３】
非発光層６の厚みは、１〜５ｎｍであることが好ましい。有機ＥＬ素子１は、非発光層６が薄いことで陽極側の発光層５へ到達する電子が多くなるので、陽極側の発光層５を十分に光らせることができ、非発光層６に隣接する各発光層５、７をバランスよく光らせることができるので色度変化が小さい。
【００４４】
次に、有機ＥＬ素子１の変形例について説明する。変形例の有機ＥＬ素子は、上記実施形態と異なり、非発光層６がホール輸送性ではなく電子輸送性であり、非発光層６中の電子輸送性材料中に少なくとも１つ以上のエネルギー移動補助材料を含んでいる。変形例の有機ＥＬ素子は、エネルギー移動補助材料が、非発光層６中の励起エネルギーを非発光層６に隣接する各発光層５、７へ効率的に移動させるので、発光層５、７の発光効率が向上する。また、この有機ＥＬ素子は、ホール輸送性である陽極側の発光層５によって、電子がホール輸送層４まで到達しにくいので、ホール輸送層４が劣化しないことから長寿命である。
【００４５】
また、この非発光層６中の電子輸送性材料は、陽極側の発光層５のホスト材料よりイオン化ポテンシャルが０．２ｅＶ以上小さく、かつ、電子親和力が０．２ｅＶ以上小さいことが好ましい。さらに、非発光層６中のエネルギー移動補助材料は、非発光層６中の電子輸送性材料よりイオン化ポテンシャルが大きく、かつ、電子親和力が小さいことが好ましい。変形例の有機ＥＬ素子は、非発光層６中の電子輸送性材料と、陽極側の発光層５のホスト材料とが上記のエネルギーレベルの関係にあることで、正孔と電子が非発光層６と陽極側の発光層５の界面に集中しやすくなるので、正孔や電子によって電子輸送層８やホール輸送層４が劣化しなくなるために長寿命となる。そして、この有機ＥＬ素子は、非発光層６中のエネルギー移動補助材料と電子輸送性材料とが上記のエネルギーレベルの関係にあることで、非発光層６と陽極側の発光層５の界面に形成された励起エネルギーがエネルギー移動補助材料へと効率的に移動するので、非発光層６に隣接する発光層５、７の発光効率が向上する。
【００４６】
また、この電子輸送層８の電子移動度は、ホール輸送層４のホール移動度より小さいことが好ましい。変形例の有機ＥＬ素子は、電子が非発光層６を通過して、陰極側の発光層７まで到達するので、陰極側の発光層７の発光を十分に引き出すことができ、非発光層６の両側にある各発光層５、７をバランスよく光らせることができるので色度変化が小さい。
【００４７】
次に、本実施形態の有機ＥＬ素子１における実施例１乃至実施例８、及び比較例１乃至比較例５について説明する。
【００４８】
（実施例１）
基板２上に、基板２側から順に陽極３、ホール輸送層４、ホスト材料と発光ドーパントから成る陽極側の発光層５、ホール輸送性材料とエネルギー補助材料から成る非発光層６、ホスト材料と発光ドーパントから成る陰極側の発光層７、電子輸送層８、陰極９を積層して有機ＥＬ素子１を形成する。各層の材料は、基板２が無アルカリガラス、陽極３がＩＴＯ、ホール輸送層４がＮＰＤ、陽極側の発光層５のホスト材料がＮＰＤ、発光ドーパントが2-methyl-6-[2-(2,3,6,7-tetrahydro-1H,5H-benzo[ij]quinolizin-9-yl)ethenyl]-4H-pyran-4-ylidene]propane-dinitrile（ＤＣＭ２）、非発光層６のホール輸送性材料がＴＰＤ、エネルギー補助材料がｃｏｕｍａｒｉｎｅ６、陰極側の発光層７のホスト材料がＣＢＰ、発光ドーパントが2,5,8,11-tetra-tert-butylperylene（ＴＢＰｅ）、電子輸送層８がＡｌｑ３、陰極９がＡｌ／ＬｉＦである。各層の厚さは、基板２が０．７ｍｍ、陽極３が１５０ｎｍ、ホール輸送層４が４０ｎｍ、陽極側の発光層５が２０ｎｍ、非発光層６が５ｎｍ、陰極側の発光層７が３０ｎｍ、電子輸送層８が３０ｎｍ、陰極９のＡｌの厚さが８０ｎｍ、ＬｉＦの厚さが１ｎｍである。
【００４９】
（実施例２）
非発光層６のエネルギー移動補助材料をｒｕｂｕｒｅｎｅとした以外は、実施例１と同様にして有機ＥＬ素子１を得た。
【００５０】
（実施例３）
非発光層６のホール輸送性材料を陽極側の発光層５のホスト材料と同一材料であるＮＰＤとした以外は、実施例１と同様にして有機ＥＬ素子１を得た。
【００５１】
（比較例１）
非発光層６をエネルギー移動補助材料を添加せずにホール輸送性材料のみで形成した以外は、実施例１と同様にして有機ＥＬ素子を得た。
【００５２】
（比較例２）
非発光層６のエネルギー移動補助材料を4,4'-(bis(9-ethyl-3-carbazovinylene)-1,1'-biphenyl（ＢＣｚＶＢｉ）とし、陰極側の発光層７のホスト材料をホール輸送性であるＮＰＤとした以外は、実施例１と同様にして有機ＥＬ素子を得た。
【００５３】
（比較例３）
陰極側の発光層７のホスト材料をホール輸送性であるＮＰＤとした以外は、実施例１と同様にして有機ＥＬ素子１を得た。
【００５４】
上記のように作製した実施例１乃至３と比較例１乃至３のサンプルを電源(ＫＥＹＴＨＬＥＹ２４００)に接続して電流密度１０ｍＡ／ｃｍ２の定電流を通電し、積分球（商品名：ＳＬＭＳ−ＣＤＳ、ラブスフェア社製）を用いて電力効率を測定した。また、これらサンプルを同じ電流密度で連続発光させたときの輝度を輝度計（商品名：ＬＳ−１１０、コニカミノルタホールディングス株式会社製）を用いて、輝度が半減する半減寿命を測定した。その測定結果を下記の表１に示す。なお、比較例１の電力効率及び寿命の値を基準とし、その値を１．０とした。
【００５５】
【表１】
【００５６】
実施例１乃至３と比較例１乃至３に係るサンプルの電力効率及び寿命の測定結果から明らかなように、実施例１乃至３の有機ＥＬ素子１は、電力効率が高いので発光効率が高く、かつ、長寿命である。
【００５７】
（実施例４）
非発光層６の厚さを１ｎｍとした以外は、実施例１と同様にして有機ＥＬ素子１を得た。
【００５８】
（実施例５）
非発光層６の厚さを３ｎｍとした以外は、実施例１と同様にして有機ＥＬ素子１を得た。
【００５９】
（比較例４）
非発光層６の厚さを７ｎｍとした以外は、実施例１と同様にして有機ＥＬ素子１を得た。
【００６０】
上記のように作製した実施例１、４及び５と比較例１及び４のサンプルを上記と同様にして電力効率と寿命を測定した。さらに、これらサンプルを電源(ＫＥＹＴＨＬＥＹ２４００)に接続して電流密度１０ｍＡ／ｃｍ２の定電流を通電し、連続発光させたときの輝度・色度を輝度計（商品名：ＬＳ−１１０、コニカミノルタホールディングス株式会社製）を用いて発光色度の変化を測定した。その測定結果を下記の表２に示す。なお、比較例１の電力効率、寿命及び色ずれの値を基準とし、その値を１．０とした。
【００６１】
【表２】
【００６２】
実施例１、４及び５と比較例１及び４に係るサンプルの電力効率、寿命及び色ずれの測定結果から明らかなように、実施例１、４及び５の有機ＥＬ素子１は、電力効率が高いので発光効率が高く、かつ、長寿命である。また、実施例１、４及び５の有機ＥＬ素子１は、色ずれが小さいので色度変化が小さい。
【００６３】
（実施例６）
電子輸送層８の材料をＡｌｑ３とＢｐｈｅｎとし、その割合を１０：１として、電子輸送層８の電子移動度をホール輸送層４のホール移動度より大きくした以外は、実施例１と同様にして有機ＥＬ素子１を得た。
【００６４】
上記のように作製した実施例１、６のサンプルの電力効率と寿命を上記と同様にして測定し、さらにホール輸送層４のホール移動度と電子輸送層８の電子移動度を測定した。その測定結果を下記の表３に示す。なお、比較例１の電力効率及び寿命の値を基準とし、その値を１．０とした。
【００６５】
【表３】
【００６６】
実施例１、６に係るサンプルの電力効率及び寿命の測定結果から明らかなように、実施例６の有機ＥＬ素子１は、実施例１の有機ＥＬ素子１に比べて、電力効率が高いので発光効率が高く、かつ、長寿命である。
【００６７】
（実施例７）
非発光層６の電子輸送性材料をホール輸送性である1,1'-Bisphenyl-4-Olato)bis(2-methyl-8-quinolinplate-N1,08)Aluminum（ＢＡｌｑ）、エネルギー移動補助材料をｒｕｂｕｒｅｎｅとした以外は、実施例１と同様にして有機ＥＬ素子を得た。
【００６８】
（実施例８）
電子輸送層８の材料をＡｌｑ３とＢｐｈｅｎとし、その割合を１０：１として、電子輸送層８の電子移動度をホール輸送層４のホール移動度より大きくした以外は、実施例７と同様にして有機ＥＬ素子１を得た。
【００６９】
（比較例５）
非発光層６をエネルギー移動補助材料を添加せずに電子輸送性材料のみで形成した以外は、実施例７と同様にして有機ＥＬ素子を得た。
【００７０】
上記のように作製した実施例７、８と比較例５のサンプルの電力効率と寿命とホール輸送層４のホール移動度と電子輸送層８の電子移動度とを上記と同様にして測定した。その測定結果を下記の表４に示す。なお、比較例５の電力効率及び寿命の値を基準とし、その値を１．０とした。
【００７１】
【表４】
【００７２】
実施例７、８と比較例５に係るサンプルの電力効率及び寿命の測定結果から明らかなように、本実施形態の有機ＥＬ素子１は、電力効率が高いので発光効率が高く、かつ、長寿命である。また、実施例７の有機ＥＬ素子１は、実施例８の有機ＥＬ素子１に比べて、電力効率が高いので発光効率が高く、かつ、長寿命である。
【００７３】
なお、本発明は、上記の実施形態の構成に限られず、発明の要旨を変更しない範囲で種々の変形が可能である。例えば、有機ＥＬ素子は、陰極と電子輸送層との間に陰極からの電子注入効率を高めるための電子注入層や、陽極とホール輸送層との間に陽極からのホール注入効率を高めるためのホール注入層が設けられても構わない。
【符号の説明】
【００７４】
１ 有機ＥＬ素子
２ 基板
３ 陽極
４ ホール輸送層
５ 陽極側の発光層
６ 非発光層
７ 陰極側の発光層
８ 電子輸送層
９ 陰極
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フラットパネルディスプレイや、液晶表示機用バックライト、照明用光源などに用いられる有機エレクトロルミネッセンス素子（以下、有機ＥＬ素子という）に関する。
【背景技術】
【０００２】
有機ＥＬ素子は、数Ｖ程度の低電圧で高輝度の面発光が可能であるために近年注目されている。有機ＥＬ素子は、陽極、発光層及び陰極を備え、電圧印加によって陽極が発光層にホールを注入すると共に、陰極が発光層に電子を注入し、注入されたホールと電子が発光層において結合する。そして、有機ＥＬ素子は、ホールと電子の結合によって生成された励起子が基底状態に遷移して発光する。有機ＥＬ素子の発光色は、発光層中に含まれる発光物質によって決定される。現在用いることができる発光物質は、例えば、青色、緑色、赤色などの単色で発光する発光物質である。
【０００３】
ところで、有機ＥＬ素子は、照明用光源として用いられる場合、複数の発光色を含んで発光することが好ましく、特に、室内の主照明用光源に用いられる場合、白色系発光することが好ましい。白色系発光は、可視光領域の波長の光を略全て含む発光であり、例えば、互いに補色関係にある水色と橙色の２色を混色することによって得られる。この白色系発光する有機ＥＬ素子は、例えば、異なる発光色を呈する２つの発光層を積層して形成される。
【０００４】
しかしながら、２つの発光層が積層して形成される有機ＥＬ素子は、２つの発光層が互いに接しているために、その界面でエネルギー移動が起こる。具体的には、短波長で発光する発光層中の励起エネルギーは、長波長で発光する発光層へと移動してしまう。そのため、この有機ＥＬ素子は、例えば、長波長である橙色で発光する発光層の発光強度が大きくなり、短波長である水色で発光する発光層の発光強度が小さくなるので、橙色を帯びた白色で発光する。
【０００５】
そこで、電荷や励起子をブロックするための発光しない層を有する有機ＥＬ素子が知られている（例えば、特許文献１参照）。この有機ＥＬ素子は、異なる発光色を呈する２つの発光層間に、正孔／励起子ブロック層が挿入されて構成される。この正孔／励起子ブロック層は、正孔や励起子の移動をブロックし、陽極側に設けられた発光層の発光強度を向上させる。しかしながら、この有機ＥＬ素子は、正孔／励起子ブロック層の電子ブロック性が十分ではないので、色度変化が大きくなっていた。
【０００６】
また、異なる発光色を呈し、いずれもホール輸送性材料から成る２つの発光層と、これら発光層間に挿入された正孔障壁層と、を備える有機ＥＬ素子が知られている（例えば、特許文献２参照）。この有機ＥＬ素子は、発光効率が高く、色度変化が小さいが、発光層と陰極の間に設けられた電子輸送層が正孔によって劣化するので寿命が短い。電子輸送層の劣化は、発光層がいずれもホール輸送性であることが原因と考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特表２００４−５２２２７６号公報
【特許文献２】特開２００５−２７６５８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、発光効率が高く、長寿命であると共に、色度変化が小さい有機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】
【０００９】
上記目的を達成するために請求項１の発明は、陽極と陰極の間に、ホール輸送性の非発光層を介して２つの発光層を積層して成る有機ＥＬ素子であって、陽極側の発光層は、ホール輸送性の発光層であり、陰極側の発光層は、電子輸送性の発光層であり、前記非発光層は、ホール輸送性材料中に少なくとも１つ以上のエネルギー移動補助材料を含んでいるものである。
【００１０】
請求項２の発明は、請求項１に記載の有機ＥＬ素子において、前記非発光層中のホール輸送性材料は、前記陰極側の発光層のホスト材料よりイオン化ポテンシャルが０．２ｅＶ以上大きく、かつ、電子親和力が０．２ｅＶ以上大きく、前記非発光層中のエネルギー移動補助材料は、該非発光層中のホール輸送性材料よりイオン化ポテンシャルが大きく、かつ、電子親和力が小さいものである。
【００１１】
請求項３の発明は、請求項１又は請求項２に記載の有機ＥＬ素子において、前記陽極と陽極側の発光層の間に配置されるホール輸送層と、前記陰極と陰極側の発光層の間に配置される電子輸送層と、を備え、前記電子輸送層の電子移動度は、前記ホール輸送層のホール移動度より大きいものである。
【００１２】
請求項４の発明は、請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の有機ＥＬ素子において、前記非発光層中のホール輸送性材料は、ホール輸送層と同一材料であるものである。
【００１３】
請求項５の発明は、陽極と陰極の間に、電子輸送性の非発光層を介して２つの発光層を積層して成る有機ＥＬ素子であって、陽極側の発光層は、ホール輸送性の発光層であり、陰極側の発光層は、電子輸送性の発光層であり、前記非発光層は、電子輸送性材料中に少なくとも１つ以上のエネルギー移動補助材料を含んでいるものである。
【００１４】
請求項６の発明は、請求項５に記載の有機ＥＬ素子において、前記非発光層中の電子輸送性材料は、前記陽極側の発光層のホスト材料よりイオン化ポテンシャルが０．２ｅＶ以上小さく、かつ、電子親和力が０．２ｅＶ以上小さく、前記非発光層中のエネルギー移動補助材料は、該非発光層中の電子輸送性材料よりイオン化ポテンシャルが大きく、かつ、電子親和力が小さいものである。
【００１５】
請求項７の発明は、請求項５又は請求項６に記載の有機ＥＬ素子において、前記陽極と陽極側の発光層の間に配置されるホール輸送層と、前記陰極と陰極側の発光層の間に配置される電子輸送層と、を備え、前記電子輸送層の電子移動度は、前記ホール輸送層のホール移動度より小さいものである。
【００１６】
請求項８の発明は、請求項１乃至請求項７のいずれか一項に記載の有機ＥＬ素子において、前記非発光層中のエネルギー移動補助材料は、少なくとも発光ドーパントを含み、前記エネルギー移動補助材料中の発光ドーパントは、前記陽極側及び陰極側の発光層に含まれる発光ドーパントの少なくとも１つよりは発光最大波長が短いものである。
【００１７】
請求項９の発明は、請求項１乃至請求項８のいずれか一項に記載の有機ＥＬ素子において、前記非発光層の厚みは、１〜５ｎｍであるものである。
【００１８】
請求項１０の発明は、請求項１乃至請求項９のいずれか一項に記載の有機ＥＬ素子において、前記陽極側の発光層の最大発光波長は、６００〜６５０ｎｍの範囲内であり、前記陰極側の発光層の最大発光波長は、４５０〜４９０ｎｍの範囲内であるものである。
【発明の効果】
【００１９】
請求項１の発明によれば、エネルギー移動補助材料が、非発光層中の励起エネルギーを非発光層に隣接する各発光層へ効率的に移動させるので、各発光層の発光効率を向上させることができる。また、正孔が電子輸送層まで到達しにくいので、電子輸送層が劣化しないことから、長寿命とすることができる。
【００２０】
請求項２の発明によれば、非発光層中のホール輸送性材料と、陰極側の発光層のホスト材料とが所定のエネルギーレベルの関係にあることで、正孔と電子が非発光層と陰極側の発光層の界面に集中しやすくなるので、正孔や電子によって電子輸送層やホール輸送層が劣化しなくなるために長寿命となる。また、非発光層中のエネルギー移動補助材料とホール輸送性材料とが所定のエネルギーレベルの関係にあることで、非発光層と陰極側の発光層の界面に形成された励起エネルギーがエネルギー移動補助材料へと効率的に移動するので、非発光層に隣接する各発光層の発光効率が向上する。
【００２１】
請求項３の発明によれば、電子が非発光層を通過して、陽極側の発光層まで到達するので、陽極側の発光層の発光を十分に引き出すことができ、非発光層に隣接する各発光層をバランスよく光らせることができるので色度変化が小さい。
【００２２】
請求項４の発明によれば、同じ材料で非発光層中のホール輸送性材料とホール輸送層を形成するので、製造プロセスが簡便となる。
【００２３】
請求項５の発明によれば、エネルギー移動補助材料が、非発光層中の励起エネルギーを非発光層に隣接する各発光層へ効率的に移動させるので、各発光層の発光効率を向上させることができる。また、電子がホール輸送層まで到達しにくいので、ホール輸送層が劣化しないことから、長寿命とすることができる。
【００２４】
請求項６の発明によれば、非発光層中の電子輸送性材料と、陽極側の発光層のホスト材料とが所定のエネルギーレベルの関係にあることで、正孔と電子が非発光層と陽極側の発光層の界面に集中しやすくなるので、正孔や電子によって電子輸送層やホール輸送層が劣化しなくなるために長寿命となる。また、非発光層中のエネルギー移動補助材料とホール輸送性材料とが所定のエネルギーレベルの関係にあることで、非発光層と陽極側の発光層の界面に形成された励起エネルギーがエネルギー移動補助材料へと効率的に移動するので、非発光層に隣接する各発光層の発光効率が向上する。
【００２５】
請求項７の発明によれば、正孔が非発光層を通過して、陰極側の発光層まで到達するので、陰極側の発光層の発光を十分に引き出すことができ、非発光層に隣接する各発光層をバランスよく光らせることができるので色度変化が小さい。
【００２６】
請求項８の発明によれば、エネルギー移動補助材料中の発光ドーパントが、非発光層中の励起エネルギーを非発光層に隣接する各発光層へ効率的に移動させるので、各発光層の発光効率をより向上させることができる。
【００２７】
請求項９の発明によれば、非発光層がホール輸送性のとき、非発光層が薄いことで陽極側の発光層へ到達する電子が多くなるので、陽極側の発光層を十分に光らせることができ、非発光層に隣接する各発光層をバランスよく光らせることができるので色ずれが小さくなる。また、非発光層が電子輸送性のとき、非発光層が薄いことで陰極側の発光層へ到達する正孔が多くなるので、陰極側の発光層を十分に光らせることができ、非発光層に隣接する各発光層をバランスよく光らせることができるので色ずれが小さくなる。
【００２８】
請求項１０の発明によれば、各発光層５、７が光学設計を満たしやすいように構成されているので、光を基板２の外側へ取り出しやすくなる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の一実施形態に係る有機ＥＬ素子の側断面図。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
本発明の一実施形態に係る有機ＥＬ素子について図１を参照して説明する。図１は、本実施形態の有機ＥＬ素子１の構成を示す。有機ＥＬ素子１は、陽極３と陰極９の間に、非発光層６を介して２つの発光層５、７を有する。具体的には、有機ＥＬ素子１は、基板２と、基板２側から順に陽極３、ホール輸送層４、陽極側の発光層５、非発光層６、陰極側の発光層７、電子輸送層８、及び陰極９の順に積層して成る。
【００３１】
基板２は、透光性を有しており、例えば、ソーダライムガラスや無アルカリガラスの透明ガラス板、又はポリエステル、ポリオレフィン、ポリアミド、エポキシの樹脂、若しくはフッ素系樹脂から作製されたプラスチックフィルムやプラスチック板などが材料として用いられる。
【００３２】
陽極３は、透光性を有しており、発光層５、７中にホールを注入するための電極である。陽極３の材料は、例えば、金などの金属、ＣｕＩ、ＩＴＯ（インジウム−スズ酸化物）、ＳｎＯ２、ＺｎＯ、ＩＺＯ（インジウム−亜鉛酸化物）や、ＰＥＤＯＴ、ポリアニリンの導電性高分子、任意のアクセプタでドープした導電性高分子、カーボンナノチューブの導電性光透過性材料などが挙げられる。陽極３、発光層５、７、非発光層６、陰極９等は、例えば、真空蒸着法やスパッタリング法、塗布などによって積層される。
【００３３】
陰極９は、発光層５、７中に電子を注入するための電極である。陰極９の材料は、例えば、アルカリ金属、アルカリ金属のハロゲン化物、アルカリ金属の酸化物、アルカリ土類金属、及びこれらと他の金属との合金、具体的にはナトリウム、ナトリウム−カリウム合金、リチウム、マグネシウム、マグネシウム−銀混合物、マグネシウム−インジウム混合物、アルミニウム−リチウム合金、Ａｌ／ＬｉＦ混合物などが挙げられる。また、陰極９の材料は、アルミニウム、Ａｌ／Ａｌ２Ｏ３混合物、アルカリ金属の酸化物、アルカリ金属のハロゲン化物、又は金属酸化物の下地の上に、金属等の導電材料を１層以上積層したものが挙げられ、具体的にはアルカリ金属／Ａｌの積層物、アルカリ金属のハロゲン化物／アルカリ土類金属／Ａｌの積層物、アルカリ金属の酸化物／Ａｌの積層物などが挙げられる。
【００３４】
ホール輸送層４は、陽極３と陽極側の発光層５の間に配置されており、発光層５、７へのホール注入性を向上させるために設けられる。ホール輸送層４の材料は、ホール輸送性を有する化合物であればよく、例えば、N,N'-Bis(1-naphthyl)-N,N'-diphenyl-4,4-biphenyl（ＮＰＤ）、N,N'-Bis(naphthalen-1-yl)-N,N'-bis(phenyl)-benzidine（ＮＰＢ）、N,N'-Bis(3-methylphenyl)-N,N'-bis(phenyl)-benzidine（ＴＰＤ）、2,2',7,7'-Tetyakis(N,N-diphenylamino)-9,9'-spirobifluorene（Ｓｐｒｉｏ−ＴＡＤ）、N,N'-Bis(3-methylphenyl)-N,N'-bis(phenyl)-9,9'-dimethyl-fluorene（ＤＭＦＬ−ＴＰＤ）等が挙げられる。
【００３５】
電子輸送層８は、陰極９と陰極側の発光層７の間に配置されており、発光層５、７への電子注入性を向上させるために設けられる。電子輸送層８の材料は、例えば、Tris(8-hydroxy-quinolinato)aluminium（Ａｌｑ３）、4,4'-Bis(carbazol-9-yl)biphenyl（ＣＢＰ）、4,4'-Bis(9-carbazolyl)-2,2'-dimethyl-biphenyl（ＣＤＢＰ）等が挙げられる。
【００３６】
さらに、電子輸送層８の電子移動度は、ホール輸送層４のホール移動度より大きいことが好ましい。この場合、ホール輸送層４と電子輸送層８の材料の組み合わせは、例えば、ＮＰＤと、4,7-Diphenyl-1,10-phenathroline（Ｂｐｈｅｎ）が添加されたＡｌｑ３の組み合わせが挙げられる。有機ＥＬ素子１は、電子が非発光層６を通過して、陽極側の発光層５まで到達するので、陽極側の発光層５の発光を十分に引き出すことができ、非発光層６の両側にある各発光層５、７をバランスよく光らせることができるので色度変化が小さい。
【００３７】
陽極側の発光層５は、ホール輸送性の発光層であり、ホール輸送性のホスト材料と、このホスト材料に含まれる発光ドーパントとから成る。陽極側の発光層５のホスト材料は、ホール輸送性を有する化合物であればよく、ホール輸送層４で挙げた材料などが用いられる。陽極側の発光層５の発光ドーパントは、その発光色が陰極側の発光層７に含まれる発光ドーパントの発光色と互いに補色関係となるような発光材料が用いられる。
【００３８】
陰極側の発光層７は電子輸送性の発光層であり、電子輸送性のホスト材料と、このホスト材料に含まれる発光ドーパントとから成る。陰極側の発光層７の電子輸送性のホスト材料は、電子輸送性を有する化合物であればよく、電子輸送層８の電子輸送性のホスト材料で挙げた材料などが用いられる。陰極側の発光層７の発光ドーパントは、その発光色が陽極側の発光層５に含まれる発光ドーパントの発光色と互いに補色関係となるような発光材料が用いられる。有機ＥＬ素子１は、電子輸送性である陰極側の発光層７によって、正孔が電子輸送層８まで到達しにくいので、電子輸送層８が劣化しないことから長寿命である。
【００３９】
また、陽極側の発光層５は、最大発光波長が６００〜６５０ｎｍの範囲内であり、陰極側の発光層７は、最大発光波長が４５０〜４９０ｎｍの範囲内であることが光学設計上好ましい。光学設計は、発光層５、７の内部で生じた光を基板２の外側まで効率よく取り出せるようにするために、ｎｄ＝λ／４の関係を満たすように有機ＥＬ素子１の膜厚・膜構成を設計することである。ｎは発光層５、７などの有機材料の屈折率、ｄは発光中心（正孔・電子の再結合領域の中心）から陰極９までの膜厚、λは発光ドーパントの最大発光波長である。ここで、青、緑、赤の三原色について考えたとき、赤色の最大発光波長が最も長く、青色の最大発光波長が最も短い。そのため、有機ＥＬ素子１は、ｎｄ＝λ／４の関係を満たしやすくするために、陰極９から遠い位置にある陽極側の発光層５が、最大発光波長が６００〜６５０ｎｍの範囲内である赤色で発光し、陰極９から近い位置にある陰極側の発光層７が、最大発光波長が４５０〜４９０ｎｍの範囲内である青色で発光するように構成される。有機ＥＬ素子１は、各発光層５、７が光学設計を満たしやすいように構成されているので、光を基板２の外側へ取り出しやすい。
【００４０】
非発光層６は、ホール輸送性であり、ホール輸送性材料中に少なくとも１つ以上のエネルギー移動補助材料を含んでいる。有機ＥＬ素子１は、エネルギー移動補助材料が、非発光層６中の励起エネルギーを非発光層６に隣接する各発光層５、７へ効率的に移動させるので、各発光層５、７の発光効率が向上する。非発光層６中のホール輸送性材料は、ホール輸送性を有する化合物であればよく、ホール輸送層４で挙げた材料などが用いられる。また、非発光層６中のホール輸送性材料は、ホール輸送層４と同一材料であることが好ましい。その場合、有機ＥＬ素子１は、製造プロセスが簡便となる。
【００４１】
非発光層６中のエネルギー移動補助材料は、少なくとも発光ドーパントを含むことが好ましい。このエネルギー移動補助材料中の発光ドーパントは、発光層５、７に含まれる発光ドーパントの少なくとも１つより発光最大波長が短いものであり、例えば、3-(2-Benzothiazolyl)-7-(diethylamino)coumarin（ｃｏｕｍａｒｉｎｅ６）N,N'-Dimethyl-quinacridone（ＤＭＱＡ）、Tetraphenylnaphthacene（Ｒｕｂｒｅｎｅ）、2,8-di-tert-butyl-5,11-bis(4-tert-butylphenyl)-6,12-diphenyltetracene（ＴＢＲｂ）等の中から選ばれる。有機ＥＬ素子１は、エネルギー移動補助材料中の発光ドーパントが、非発光層６中の励起エネルギーを非発光層６に隣接する各発光層５、７へ効率的に移動させるので、各発光層５、７の発光効率がより向上する。
【００４２】
なお、非発光層６中のホール輸送性材料は、陰極側の発光層７のホスト材料よりイオン化ポテンシャルが０．２ｅＶ以上大きく、かつ、電子親和力が０．２ｅＶ以上大きいことが好ましい。さらに、非発光層６中のエネルギー移動補助材料は、非発光層６中のホール輸送性材料よりイオン化ポテンシャルが大きく、かつ、電子親和力が小さいことが好ましい。有機ＥＬ素子１は、非発光層６中のホール輸送性材料と、陰極側の発光層７のホスト材料とが上記のエネルギーレベルの関係にあることで、正孔と電子が非発光層６と陰極側の発光層７の界面に集中しやすくなるので、正孔や電子によって電子輸送層８やホール輸送層４が劣化しなくなるために長寿命となる。そして、有機ＥＬ素子１は、非発光層６中のエネルギー移動補助材料とホール輸送性材料とが上記のエネルギーレベルの関係にあることで、非発光層６と陰極側の発光層７の界面に形成された励起エネルギーがエネルギー移動補助材料へと効率的に移動するので、非発光層６に隣接する発光層５、７の発光効率が向上する。この場合の非発光層６中のホール輸送性材料とエネルギー移動補助材料と陰極側の発光層７のホスト材料との組み合わせは、例えば、ＴＰＤとｃｏｕｍａｒｉｎｅ６とＣＢＰの組み合わせが挙げられる。
【００４３】
非発光層６の厚みは、１〜５ｎｍであることが好ましい。有機ＥＬ素子１は、非発光層６が薄いことで陽極側の発光層５へ到達する電子が多くなるので、陽極側の発光層５を十分に光らせることができ、非発光層６に隣接する各発光層５、７をバランスよく光らせることができるので色度変化が小さい。
【００４４】
次に、有機ＥＬ素子１の変形例について説明する。変形例の有機ＥＬ素子は、上記実施形態と異なり、非発光層６がホール輸送性ではなく電子輸送性であり、非発光層６中の電子輸送性材料中に少なくとも１つ以上のエネルギー移動補助材料を含んでいる。変形例の有機ＥＬ素子は、エネルギー移動補助材料が、非発光層６中の励起エネルギーを非発光層６に隣接する各発光層５、７へ効率的に移動させるので、発光層５、７の発光効率が向上する。また、この有機ＥＬ素子は、ホール輸送性である陽極側の発光層５によって、電子がホール輸送層４まで到達しにくいので、ホール輸送層４が劣化しないことから長寿命である。
【００４５】
また、この非発光層６中の電子輸送性材料は、陽極側の発光層５のホスト材料よりイオン化ポテンシャルが０．２ｅＶ以上小さく、かつ、電子親和力が０．２ｅＶ以上小さいことが好ましい。さらに、非発光層６中のエネルギー移動補助材料は、非発光層６中の電子輸送性材料よりイオン化ポテンシャルが大きく、かつ、電子親和力が小さいことが好ましい。変形例の有機ＥＬ素子は、非発光層６中の電子輸送性材料と、陽極側の発光層５のホスト材料とが上記のエネルギーレベルの関係にあることで、正孔と電子が非発光層６と陽極側の発光層５の界面に集中しやすくなるので、正孔や電子によって電子輸送層８やホール輸送層４が劣化しなくなるために長寿命となる。そして、この有機ＥＬ素子は、非発光層６中のエネルギー移動補助材料と電子輸送性材料とが上記のエネルギーレベルの関係にあることで、非発光層６と陽極側の発光層５の界面に形成された励起エネルギーがエネルギー移動補助材料へと効率的に移動するので、非発光層６に隣接する発光層５、７の発光効率が向上する。
【００４６】
また、この電子輸送層８の電子移動度は、ホール輸送層４のホール移動度より小さいことが好ましい。変形例の有機ＥＬ素子は、電子が非発光層６を通過して、陰極側の発光層７まで到達するので、陰極側の発光層７の発光を十分に引き出すことができ、非発光層６の両側にある各発光層５、７をバランスよく光らせることができるので色度変化が小さい。
【００４７】
次に、本実施形態の有機ＥＬ素子１における実施例１乃至実施例８、及び比較例１乃至比較例５について説明する。
【００４８】
（実施例１）
基板２上に、基板２側から順に陽極３、ホール輸送層４、ホスト材料と発光ドーパントから成る陽極側の発光層５、ホール輸送性材料とエネルギー補助材料から成る非発光層６、ホスト材料と発光ドーパントから成る陰極側の発光層７、電子輸送層８、陰極９を積層して有機ＥＬ素子１を形成する。各層の材料は、基板２が無アルカリガラス、陽極３がＩＴＯ、ホール輸送層４がＮＰＤ、陽極側の発光層５のホスト材料がＮＰＤ、発光ドーパントが2-methyl-6-[2-(2,3,6,7-tetrahydro-1H,5H-benzo[ij]quinolizin-9-yl)ethenyl]-4H-pyran-4-ylidene]propane-dinitrile（ＤＣＭ２）、非発光層６のホール輸送性材料がＴＰＤ、エネルギー補助材料がｃｏｕｍａｒｉｎｅ６、陰極側の発光層７のホスト材料がＣＢＰ、発光ドーパントが2,5,8,11-tetra-tert-butylperylene（ＴＢＰｅ）、電子輸送層８がＡｌｑ３、陰極９がＡｌ／ＬｉＦである。各層の厚さは、基板２が０．７ｍｍ、陽極３が１５０ｎｍ、ホール輸送層４が４０ｎｍ、陽極側の発光層５が２０ｎｍ、非発光層６が５ｎｍ、陰極側の発光層７が３０ｎｍ、電子輸送層８が３０ｎｍ、陰極９のＡｌの厚さが８０ｎｍ、ＬｉＦの厚さが１ｎｍである。
【００４９】
（実施例２）
非発光層６のエネルギー移動補助材料をｒｕｂｕｒｅｎｅとした以外は、実施例１と同様にして有機ＥＬ素子１を得た。
【００５０】
（実施例３）
非発光層６のホール輸送性材料を陽極側の発光層５のホスト材料と同一材料であるＮＰＤとした以外は、実施例１と同様にして有機ＥＬ素子１を得た。
【００５１】
（比較例１）
非発光層６をエネルギー移動補助材料を添加せずにホール輸送性材料のみで形成した以外は、実施例１と同様にして有機ＥＬ素子を得た。
【００５２】
（比較例２）
非発光層６のエネルギー移動補助材料を4,4'-(bis(9-ethyl-3-carbazovinylene)-1,1'-biphenyl（ＢＣｚＶＢｉ）とし、陰極側の発光層７のホスト材料をホール輸送性であるＮＰＤとした以外は、実施例１と同様にして有機ＥＬ素子を得た。
【００５３】
（比較例３）
陰極側の発光層７のホスト材料をホール輸送性であるＮＰＤとした以外は、実施例１と同様にして有機ＥＬ素子１を得た。
【００５４】
上記のように作製した実施例１乃至３と比較例１乃至３のサンプルを電源(ＫＥＹＴＨＬＥＹ２４００)に接続して電流密度１０ｍＡ／ｃｍ２の定電流を通電し、積分球（商品名：ＳＬＭＳ−ＣＤＳ、ラブスフェア社製）を用いて電力効率を測定した。また、これらサンプルを同じ電流密度で連続発光させたときの輝度を輝度計（商品名：ＬＳ−１１０、コニカミノルタホールディングス株式会社製）を用いて、輝度が半減する半減寿命を測定した。その測定結果を下記の表１に示す。なお、比較例１の電力効率及び寿命の値を基準とし、その値を１．０とした。
【００５５】
【表１】
【００５６】
実施例１乃至３と比較例１乃至３に係るサンプルの電力効率及び寿命の測定結果から明らかなように、実施例１乃至３の有機ＥＬ素子１は、電力効率が高いので発光効率が高く、かつ、長寿命である。
【００５７】
（実施例４）
非発光層６の厚さを１ｎｍとした以外は、実施例１と同様にして有機ＥＬ素子１を得た。
【００５８】
（実施例５）
非発光層６の厚さを３ｎｍとした以外は、実施例１と同様にして有機ＥＬ素子１を得た。
【００５９】
（比較例４）
非発光層６の厚さを７ｎｍとした以外は、実施例１と同様にして有機ＥＬ素子１を得た。
【００６０】
上記のように作製した実施例１、４及び５と比較例１及び４のサンプルを上記と同様にして電力効率と寿命を測定した。さらに、これらサンプルを電源(ＫＥＹＴＨＬＥＹ２４００)に接続して電流密度１０ｍＡ／ｃｍ２の定電流を通電し、連続発光させたときの輝度・色度を輝度計（商品名：ＬＳ−１１０、コニカミノルタホールディングス株式会社製）を用いて発光色度の変化を測定した。その測定結果を下記の表２に示す。なお、比較例１の電力効率、寿命及び色ずれの値を基準とし、その値を１．０とした。
【００６１】
【表２】
【００６２】
実施例１、４及び５と比較例１及び４に係るサンプルの電力効率、寿命及び色ずれの測定結果から明らかなように、実施例１、４及び５の有機ＥＬ素子１は、電力効率が高いので発光効率が高く、かつ、長寿命である。また、実施例１、４及び５の有機ＥＬ素子１は、色ずれが小さいので色度変化が小さい。
【００６３】
（実施例６）
電子輸送層８の材料をＡｌｑ３とＢｐｈｅｎとし、その割合を１０：１として、電子輸送層８の電子移動度をホール輸送層４のホール移動度より大きくした以外は、実施例１と同様にして有機ＥＬ素子１を得た。
【００６４】
上記のように作製した実施例１、６のサンプルの電力効率と寿命を上記と同様にして測定し、さらにホール輸送層４のホール移動度と電子輸送層８の電子移動度を測定した。その測定結果を下記の表３に示す。なお、比較例１の電力効率及び寿命の値を基準とし、その値を１．０とした。
【００６５】
【表３】
【００６６】
実施例１、６に係るサンプルの電力効率及び寿命の測定結果から明らかなように、実施例６の有機ＥＬ素子１は、実施例１の有機ＥＬ素子１に比べて、電力効率が高いので発光効率が高く、かつ、長寿命である。
【００６７】
（実施例７）
非発光層６の電子輸送性材料をホール輸送性である1,1'-Bisphenyl-4-Olato)bis(2-methyl-8-quinolinplate-N1,08)Aluminum（ＢＡｌｑ）、エネルギー移動補助材料をｒｕｂｕｒｅｎｅとした以外は、実施例１と同様にして有機ＥＬ素子を得た。
【００６８】
（実施例８）
電子輸送層８の材料をＡｌｑ３とＢｐｈｅｎとし、その割合を１０：１として、電子輸送層８の電子移動度をホール輸送層４のホール移動度より大きくした以外は、実施例７と同様にして有機ＥＬ素子１を得た。
【００６９】
（比較例５）
非発光層６をエネルギー移動補助材料を添加せずに電子輸送性材料のみで形成した以外は、実施例７と同様にして有機ＥＬ素子を得た。
【００７０】
上記のように作製した実施例７、８と比較例５のサンプルの電力効率と寿命とホール輸送層４のホール移動度と電子輸送層８の電子移動度とを上記と同様にして測定した。その測定結果を下記の表４に示す。なお、比較例５の電力効率及び寿命の値を基準とし、その値を１．０とした。
【００７１】
【表４】
【００７２】
実施例７、８と比較例５に係るサンプルの電力効率及び寿命の測定結果から明らかなように、本実施形態の有機ＥＬ素子１は、電力効率が高いので発光効率が高く、かつ、長寿命である。また、実施例７の有機ＥＬ素子１は、実施例８の有機ＥＬ素子１に比べて、電力効率が高いので発光効率が高く、かつ、長寿命である。
【００７３】
なお、本発明は、上記の実施形態の構成に限られず、発明の要旨を変更しない範囲で種々の変形が可能である。例えば、有機ＥＬ素子は、陰極と電子輸送層との間に陰極からの電子注入効率を高めるための電子注入層や、陽極とホール輸送層との間に陽極からのホール注入効率を高めるためのホール注入層が設けられても構わない。
【符号の説明】
【００７４】
１ 有機ＥＬ素子
２ 基板
３ 陽極
４ ホール輸送層
５ 陽極側の発光層
６ 非発光層
７ 陰極側の発光層
８ 電子輸送層
９ 陰極
【特許請求の範囲】
【請求項１】
陽極と陰極の間に、ホール輸送性の非発光層を介して２つの発光層を積層して成る有機ＥＬ素子であって、
陽極側の発光層は、ホール輸送性の発光層であり、
陰極側の発光層は、電子輸送性の発光層であり、
前記非発光層は、ホール輸送性材料中に少なくとも１つ以上のエネルギー移動補助材料を含んでいることを特徴とする有機ＥＬ素子。
【請求項２】
前記非発光層中のホール輸送性材料は、前記陰極側の発光層のホスト材料よりイオン化ポテンシャルが０．２ｅＶ以上大きく、かつ、電子親和力が０．２ｅＶ以上大きく、
前記非発光層中のエネルギー移動補助材料は、該非発光層中のホール輸送性材料よりイオン化ポテンシャルが大きく、かつ、電子親和力が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３】
前記陽極と陽極側の発光層の間に配置されるホール輸送層と、
前記陰極と陰極側の発光層の間に配置される電子輸送層と、を備え、
前記電子輸送層の電子移動度は、前記ホール輸送層のホール移動度より大きいことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の有機ＥＬ素子。
【請求項４】
前記非発光層中のホール輸送性材料は、ホール輸送層と同一材料であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の有機ＥＬ素子。
【請求項５】
陽極と陰極の間に、電子輸送性の非発光層を介して２つの発光層を積層して成る有機ＥＬ素子であって、
陽極側の発光層は、ホール輸送性の発光層であり、
陰極側の発光層は、電子輸送性の発光層であり、
前記非発光層は、電子輸送性材料中に少なくとも１つ以上のエネルギー移動補助材料を含んでいることを特徴とする有機ＥＬ素子。
【請求項６】
前記非発光層中の電子輸送性材料は、前記陽極側の発光層のホスト材料よりイオン化ポテンシャルが０．２ｅＶ以上小さく、かつ、電子親和力が０．２ｅＶ以上小さく、
前記非発光層中のエネルギー移動補助材料は、該非発光層中の電子輸送性材料よりイオン化ポテンシャルが大きく、かつ、電子親和力が小さいことを特徴とする請求項５に記載の有機ＥＬ素子。
【請求項７】
前記陽極と陽極側の発光層の間に配置されるホール輸送層と、
前記陰極と陰極側の発光層の間に配置される電子輸送層と、を備え、
前記電子輸送層の電子移動度は、前記ホール輸送層のホール移動度より小さいことを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の有機ＥＬ素子。
【請求項８】
前記非発光層中のエネルギー移動補助材料は、少なくとも発光ドーパントを含み、
前記エネルギー移動補助材料中の発光ドーパントは、前記陽極側及び陰極側の発光層に含まれる発光ドーパントの少なくとも１つより発光最大波長が短いことを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか一項に記載の有機ＥＬ素子。
【請求項９】
前記非発光層の厚みは、１〜５ｎｍであることを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれか一項に記載の有機ＥＬ素子。
【請求項１０】
前記陽極側の発光層の最大発光波長は、６００〜６５０ｎｍの範囲内であり、
前記陰極側の発光層の最大発光波長は、４５０〜４９０ｎｍの範囲内であることを特徴とする請求項１乃至請求項９のいずれか一項に記載の有機ＥＬ素子。
【請求項１】
陽極と陰極の間に、ホール輸送性の非発光層を介して２つの発光層を積層して成る有機ＥＬ素子であって、
陽極側の発光層は、ホール輸送性の発光層であり、
陰極側の発光層は、電子輸送性の発光層であり、
前記非発光層は、ホール輸送性材料中に少なくとも１つ以上のエネルギー移動補助材料を含んでいることを特徴とする有機ＥＬ素子。
【請求項２】
前記非発光層中のホール輸送性材料は、前記陰極側の発光層のホスト材料よりイオン化ポテンシャルが０．２ｅＶ以上大きく、かつ、電子親和力が０．２ｅＶ以上大きく、
前記非発光層中のエネルギー移動補助材料は、該非発光層中のホール輸送性材料よりイオン化ポテンシャルが大きく、かつ、電子親和力が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３】
前記陽極と陽極側の発光層の間に配置されるホール輸送層と、
前記陰極と陰極側の発光層の間に配置される電子輸送層と、を備え、
前記電子輸送層の電子移動度は、前記ホール輸送層のホール移動度より大きいことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の有機ＥＬ素子。
【請求項４】
前記非発光層中のホール輸送性材料は、ホール輸送層と同一材料であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の有機ＥＬ素子。
【請求項５】
陽極と陰極の間に、電子輸送性の非発光層を介して２つの発光層を積層して成る有機ＥＬ素子であって、
陽極側の発光層は、ホール輸送性の発光層であり、
陰極側の発光層は、電子輸送性の発光層であり、
前記非発光層は、電子輸送性材料中に少なくとも１つ以上のエネルギー移動補助材料を含んでいることを特徴とする有機ＥＬ素子。
【請求項６】
前記非発光層中の電子輸送性材料は、前記陽極側の発光層のホスト材料よりイオン化ポテンシャルが０．２ｅＶ以上小さく、かつ、電子親和力が０．２ｅＶ以上小さく、
前記非発光層中のエネルギー移動補助材料は、該非発光層中の電子輸送性材料よりイオン化ポテンシャルが大きく、かつ、電子親和力が小さいことを特徴とする請求項５に記載の有機ＥＬ素子。
【請求項７】
前記陽極と陽極側の発光層の間に配置されるホール輸送層と、
前記陰極と陰極側の発光層の間に配置される電子輸送層と、を備え、
前記電子輸送層の電子移動度は、前記ホール輸送層のホール移動度より小さいことを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の有機ＥＬ素子。
【請求項８】
前記非発光層中のエネルギー移動補助材料は、少なくとも発光ドーパントを含み、
前記エネルギー移動補助材料中の発光ドーパントは、前記陽極側及び陰極側の発光層に含まれる発光ドーパントの少なくとも１つより発光最大波長が短いことを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか一項に記載の有機ＥＬ素子。
【請求項９】
前記非発光層の厚みは、１〜５ｎｍであることを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれか一項に記載の有機ＥＬ素子。
【請求項１０】
前記陽極側の発光層の最大発光波長は、６００〜６５０ｎｍの範囲内であり、
前記陰極側の発光層の最大発光波長は、４５０〜４９０ｎｍの範囲内であることを特徴とする請求項１乃至請求項９のいずれか一項に記載の有機ＥＬ素子。
【図１】
【公開番号】特開２０１０−２２５５６３（Ｐ２０１０−２２５５６３Ａ）
【公開日】平成２２年１０月７日（２０１０．１０．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−７４７８３（Ｐ２００９−７４７８３）
【出願日】平成２１年３月２５日（２００９．３．２５）
【出願人】（０００００５８３２）パナソニック電工株式会社 (17,916)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１０月７日（２０１０．１０．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年３月２５日（２００９．３．２５）
【出願人】（０００００５８３２）パナソニック電工株式会社 (17,916)
【Ｆターム（参考）】
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