JP2003282265A

JP2003282265A - 有機電界発光素子

Info

Publication number: JP2003282265A
Application number: JP2002086316A
Authority: JP
Inventors: Nobuhiro Ide; 伸弘井出; Junji Kido; 淳二城戸; Kenji Tsubaki; 健治椿; Yukihiro Kondo; 行廣近藤; Yasuhisa Kishigami; 泰久岸上; Kenji Kono; 謙司河野
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2002-03-26
Filing date: 2002-03-26
Publication date: 2003-10-03

Abstract

(57)【要約】【課題】有機発光層にドープする発光性有機物質を規
定することによって、長寿命化と高い発光効率を実現す
るようにした有機電界発光素子を提供する。【解決手段】陽極１と陰極２の間に、発光性有機物質
がドープされた有機材料よりなる発光層３を備えた有機
電界発光素子に関する。異なる発光性有機物質がドープ
された有機材料よりなる複数層の発光層３ａ，３ｂ，３
ｃを備え、最も陰極２側に位置する発光層３ａに、他の
発光層３ａ，３ｂにドープされている発光性有機物質の
エネルギーギャップより大きいエネルギーギャップを有
する発光性有機物質がドープされている。発光層３にド
ープする発光性有機物質のエネルギーギャップをこのよ
うに規定することによって、隣合う発光層３間のキャリ
ア移動やエネルギー移動の効率を高めることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、フラットパネルデ
ィスプレイ、液晶表示機用バックライト、照明光源など
に用いられる有機電界発光素子に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】フラットパネルディスプレイ、液晶表示
機用バックライト、照明光源などに用いられる発光体と
して、フラットパネルディスプレイの薄型化、液晶表示
機を備える電子機器の小型化や薄型化、あるいは照明器
具の形状の自由化などのために、薄く、軽量であり、か
つ高効率であるものが近年ますます要求されるようにな
っている。そしてこのような要求に応じることができる
ものとして、有機電界発光素子（有機エレクトロルミネ
ッセンス素子）が注目されている。

【０００３】有機電界発光素子が低電圧で発光すること
は、イーストマン・コダック社のＣ．Ｗ．Ｔａｎｇらに
より、電極間に二層の薄膜を積層した構成の素子におい
て初めて示された（Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，
５１，１２，９１３（１９８７））。そしてこれ以降、
有機電界発光素子は、電池などの１０Ｖ程度の低電圧で
１００〜１０００００ｃｄ／ｍ²程度の高輝度の発光が
可能なこと、蛍光物質を構成する材料の組み合せで多数
の色を発光させることが可能なこと、非常に薄い面発光
体として使用可能なこと、などから産業界で注目され、
素子構成に改良を加えた種々の薄膜構成の有機電界発光
素子が検討されている。

【０００４】ここで、有機電界発光素子の基本的な素子
構成は、陽極／有機発光層／陰極であるが、その他、陽
極／ホール輸送層／有機発光層／電子輸送層／陰極の構
成や、陽極／ホール注入層／ホール輸送層／有機発光層
／電子輸送層／陰極の構成や、陽極／ホール注入層／有
機発光層／電子輸送層／電子注入層／陰極の構成や、陽
極／ホール注入層／有機発光層／電子注入層／陰極の構
成など、種々の構成のものが挙げられる。

【０００５】そして、有機電界発光素子の発光効率を向
上させることを目的として、上記の各層の最適化が検討
されている。すなわち、各層のイオン化ポテンシャル、
電子親和力の観点に注目した素子構成の検討が種々行な
われており、有機発光層とキャリア輸送層の界面でのホ
ールや電子のブロックによるホール−電子再結合効率の
向上、励起子の有機発光層内への閉じ込め等を実現する
素子構成が多数提案されている。例えば、特開２０００
−６８０５７号公報では、有機発光層を複数層に形成
し、各有機発光層のイオン化ポテンシャルを陽極から陰
極に向かって大きくなるようにする共に、有機発光層の
電子親和力を規定することによって、長寿命化と高い発
光効率を実現する試みがなされている。また特開平１０
−７４５８４号公報では、ホール輸送層と電子輸送層を
形成するホスト材料の電子親和力及びイオン化ポテンシ
ャルの大小関係を規定することによって、発光効率を高
める試みがなされている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記のように従来で
は、複数層の有機発光層を形成するホスト材料について
電子親和力やイオン化ポテンシャルを規定する試みがな
されているが、発光層にドープする発光性有機物質につ
いての検討はなされておらず、この点での有機電界発光
素子の長寿命化と高発光効率化の検討が不十分なもので
あった。

【０００７】本発明は上記の点に鑑みてなされたもので
あり、発光層にドープする発光性有機物質を規定するこ
とによって、長寿命化と高い発光効率を実現するように
した有機電界発光素子を提供することを目的とするもの
である。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１に係る
有機電界発光素子は、陽極と陰極の間に、発光性有機物
質がドープされた有機材料よりなる発光層を備えた有機
電界発光素子において、異なる発光性有機物質がドープ
された有機材料よりなる複数層の発光層を備え、最も陰
極側に位置する発光層に、他の発光層にドープされてい
る発光性有機物質のエネルギーギャップより大きいエネ
ルギーギャップを有する発光性有機物質がドープされて
いることを特徴とするものである。

【０００９】また請求項２の発明は、請求項１におい
て、発光層を３層以上備え、各発光層は、発光性有機物
質のエネルギーギャップの値が陰極側に位置するものか
ら順次小さくなるように発光性有機物質がドープされて
いることを特徴とするものである。

【００１０】また請求項３の発明は、請求項１又は２の
隣合う発光層において、ドープされる発光性有機物質の
電子親和力（ＥＡ）の値（単位ｅＶ）が、陽極側の発光層にドープされた発光性有機物質のＥＡの
値≧陰極側の発光層にドープされた発光性有機物質のＥ
Ａの値−０．３の関係を満たすように、各発光層に発光性有機物質がド
ープされていることを特徴とするものである。

【００１１】また請求項４の発明は、請求項１乃至３の
いずれかの隣合う発光層において、ドープされる発光性
有機物質のイオン化ポテンシャル（ＩＰ）の値（単位ｅ
Ｖ）が、陽極側の発光層にドープされた発光性有機物質のＩＰの
値≦陰極側の発光層にドープされた発光性有機物質のＩ
Ｐの値＋０．３の関係を満たすように、各発光層に発光性有機物質がド
ープされていることを特徴とするものである。

【００１２】ここで、電子親和力（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ
Ａｆｆｉｎｉｔｙ）とは、真空準位に対する有機物質の
伝導帯レベルを表す値の絶対値に相当し、イオン化ポテ
ンシャル（ＩｏｎｉｚａｔｉｏｎＰｏｔｅｎｔｉａ
ｌ）とは、真空準位に対する有機物質の価電子帯レベル
を表す値の絶対値に相当する。またエネルギーギャップ
は、各有機物質においてそのイオン化ポテンシャルと電
子親和力の差に相当するものである。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を説明
する。

【００１４】本発明に係る有機電界発光素子は、陽極１
と陰極２の間に、発光性有機物質（蛍光物質）がドープ
された有機材料よりなる複数層の有機発光層３を備えた
ものである。本発明の有機電界発光素子の積層構成は、
陽極１と陰極２の間の複数層の発光層３が本発明に相当
するものである限り、任意のものを用いることができ
る。図１は有機電界発光素子の一例を示すものであり、
基板１０の表面上に透明導電膜などからなる陽極１を積
層し、陽極１の表面上にホール輸送層１１を介して複数
層の有機発光層３を積層すると共に、さらにこの発光層
３の上に電子輸送層１２を介して陰極２が積層してあ
る。これを基本構成として有機電界発光素子、すなわち
有機エレクトロルミネッセンス素子（有機ＥＬ素子）を
形成することができるものであり、陽極１に正電圧を、
陰極２に負電圧を印加すると、電子輸送層１２を介して
発光層３に注入された電子と、ホール輸送層１１を介し
て発光層３に注入されたホールとが、発光層３内にて結
合して発光が起こるものである。ここで、発光層３を複
数層以上の構成で形成することによって、任意の色調に
おいて発光効率の高い有機電界発光素子を得ることがで
き、特に白色など、単一の発光性有機物質からなる単一
層の発光層３では実現が難しい発光色を容易に、かつ必
要に応じて任意に得ることが可能になるものである。

【００１５】本発明において発光性有機物質がドープさ
れた有機材料よりなる発光層３は複数層を積層した構成
に形成されるものであり、図１の実施の形態では３層の
発光層３ａ，３ｂ，３ｃを積層した構成に形成してあ
る。そして本発明は、複数層の発光層３ａ，３ｂ，３ｃ
にドープする発光性有機物質として、最も陰極２に近い
発光層３ａにドープする発光性有機物質のエネルギーギ
ャップの値が、それ以外の発光層３ｂ、３ｃにドープす
る発光性有機物質のエネルギーギャップの値より大きく
なるよう選択するようにしたものであり、さらに発光層
３を三層以上で構成する場合、発光性有機物質のエネル
ギーギャップの値が、最も陰極２に近い発光層３ａか
ら、発光層３ｂ、発光層３ｃへと順次小さくなるように
発光性有機物質を選択してドープするようにしたもので
ある。

【００１６】本発明において発光層３に用いることので
きる発光性有機物質としては、公知の任意のものを挙げ
ることができる。例えば、アントラセン、ナフタレン、
ピレン、テトラセン、コロネン、ペリレン、フタロペリ
レン、ナフタロペリレン、ジフェニルブタジエン、テト
ラフェニルブタジエン、クマリン、オキサジアゾール、
ビスベンゾキサゾリン、ビススチリル、シクロペンタジ
エン、キノリン金属錯体、トリス（８−ヒドロキシキノ
リナート）アルミニウム錯体、トリス（４-メチル−８
−キノリナート）アルミニウム錯体、トリス（５−フェ
ニル−８−キノリナート）アルミニウム錯体、アミノキ
ノリン金属錯体、ベンゾキノリン金属錯体、トリ−（ｐ
−ターフェニル−４−イル）アミン、１−アリール−
２，５−ジ（２−チエニル）ピロール誘導体、ピラン、
キナクリドン、ルブレン、ジスチルベンゼン誘導体、ジ
スチルアリーレン誘導体、及びこれらの発光性化合物か
らなる基を分子内の一部に有するものであるが、これに
限定されるものではない。またこれらの化合物に代表さ
れる蛍光色素由来の化合物のみならず、三重項状態から
の燐光発光が可能な発光材料も好適に用いることができ
る。

【００１７】発光層３のホスト材料としては、電子輸送
性の材料、ホール輸送性の材料のいずれも使用すること
ができるものである。またこれらを混合して用いること
もできるものであり、さらに層内で濃度勾配を有する状
態で、陽極１の側ではホール輸送性の材料の割合が多
く、陰極２の側になるに従って電子輸送性の材料の割合
が多くなるようにして用いることもできる。電子輸送性
のホスト材料やホール輸送性のホスト材料としては特に
制限されるものではないが、後述するホール輸送層１１
を構成する材料や、電子輸送層１２を構成する材料に相
当するものから、適宜選択して用いることができる。

【００１８】発光層３のホスト材料は電子輸送性、ホー
ル輸送性のいずれでもよいが、例えば、陰極２に最も近
い発光層３ａを電子輸送性のホスト材料、他の発光層３
ｂ、３ｃをホール輸送性のホスト材料を用いて形成した
り、陰極２に近い側の発光層３ａ，３ｂを電子輸送性の
ホスト材料、陽極１に最も近い発光層３ｃをホール輸送
性のホスト材料を用いて形成したり、陰極２に最も近い
発光層３ａを電子輸送性のホスト材料、中間の発光層３
ｂを電子輸送性のホスト材料とホール輸送性のホスト材
料の混合物、陽極１に最も近い発光層３ｃをホール輸送
性のホスト材料を用いて形成したり、発光層３ａ，３
ｂ，３ｃの総てを電子輸送性のホスト材料で形成した
り、発光層３ａ，３ｂ，３ｃの総てを電子輸送性のホス
ト材料とホール輸送性のホスト材料の混合物で形成した
り、あるいは上記のような濃度勾配を有するホスト材料
で形成したりすることができるものである。素子寿命の
観点からは、ホール輸送性のホスト材料からなる発光層
３と、電子輸送性のホスト材料からなる発光層３をそれ
ぞれ少なくとも一層設けることが好ましいが、これに限
定されるものではない。またドープされた発光性有機材
料へのキャリア注入性やエネルギー移動の観点から、ホ
スト材料と発光性有機材料との組み合わせを適正化する
ことは好ましいことであり、このために発光層３に用い
るホスト材料が各発光層３において異なるものとなって
もよく、素子の性能、製造プロセス等の観点から任意に
構成を設定することができるものである。

【００１９】本発明では既述のように、複数層の発光層
３のうち、最も陰極２側に位置する発光層３ａにドープ
する発光性有機物質として、その他の発光層３ｂ，３ｃ
にドープする発光性有機物質のエネルギーギャップより
大きなエネルギーギャップを有するものを用いるもので
ある。そして発光層３が３層以上の多層構成の場合、、
各発光層３ａ，３ｂ，３ｃには、最も陰極２側に位置す
る発光層３ａに最もエネルギーギャップが大きい発光性
有機物質をドープし、陰極２から離れる従って、発光層
３ｂ、発光層３ｃの順に、順次エネルギーギャップが小
さくなるように発光性物質をドープするのが好ましい。
複数層の発光層３にそれぞれドープされる発光性有機物
質がこの条件を満たさないと、隣合う発光層３間のキャ
リア移動や、エネルギー移動の効率が低下し、本発明の
目的を達成することが困難になるものである。

【００２０】また本発明では、隣合う発光層３におい
て、各発光層３にドープされる発光性有機物質の電子親
和力（ＥＡ）の値（単位ｅＶ）が次の関係になるように
設定するのが好ましい。

【００２１】陽極側の発光層にドープされた発光性有機
物質のＥＡの値≧陰極側の発光層にドープされた発光性
有機物質のＥＡの値−０．３ここで、隣合う発光層３とは、発光層３同士が直接接し
ている場合は勿論、発光層３間に非発光性の層、例えば
絶縁層等が形成されている場合であってもかまわない。
この条件を満たさないと、陰極２から注入された電子が
隣合う一方の発光層３から陽極１側の発光層３に注入さ
れる効率が低下することがあり、有機電界発光素子の色
度安定性、寿命、発光効率等が低下するおそれがあるの
で好ましくない。

【００２２】さらに本発明では、隣合う発光層におい
て、各発光層３にドープされる発光性有機物質のイオン
化ポテンシャル（ＩＰ）の値（単位ｅＶ）が次の関係に
なるように設定するのが好ましい。

【００２３】陽極側の発光層にドープされた発光性有機
物質のＩＰの値≦陰極側の発光層にドープされた発光性
有機物質のＩＰの値＋０．３この条件を満たさないと、陽極１から注入されたホール
が隣合う一方の発光層３から陰極２側の発光層３に注入
される効率が低下することがあり、有機電界発光素子の
色度安定性、寿命、発光効率等が低下するおそれがある
ので好ましくない。

【００２４】以上の条件を満たす発光性有機物質のエネ
ルギーギャップ、電子親和力（ＥＡ）、イオン化ポテン
シャル（ＩＰ）の関係を、図１のような三層構成の発光
層３ａ，３ｂ，３ｂについて例示する。例えば図２に示
すように、発光層３ａ，３ｂ，３ｃにドープされた発光
性有機材料のＥＡの値をＬ１，Ｌ２，Ｌ３、ＩＰをＨ
１，Ｈ２，Ｈ３とすると、発光層３ａ，３ｂ，３ｃのエ
ネルギーギャップはそれぞれＨ１−Ｌ１、Ｈ２−Ｌ２、
Ｈ３−Ｌ３である。そしてエネルギーギャップの上記の
条件から、Ｈ１−Ｌ１＞Ｈ２−Ｌ２、Ｈ２−Ｌ２＞Ｈ３
−Ｌ３である。また電子親和力（ＥＡ）の上記の条件か
ら、Ｌ２−Ｌ１≧−０．３、Ｌ３−Ｌ２≧−０．３であ
る。さらにイオン化ポテンシャル（ＩＰ）の上記の条件
から、Ｈ２−Ｈ１≦０．３、Ｈ３−Ｈ２≦０．３であ
る。このような条件を満たすように各発光層３にドープ
する発光性有機物質を選択することによって、陰極２か
ら注入された電子を陽極１側に隣合う発光層３に効率良
く注入させることができると共に、陽極１から注入され
たホールを陰極２側に隣合う発光層３に効率良く注入さ
せることができ、有機電界発光素子の色度安定性、寿
命、発光効率等を向上させることができるものである。

【００２５】また本発明において、各発光層３にドープ
する発光性有機物質は、一種単独でもよく、複数種を併
用してもよい。複数種の発光性有機物質をドープする場
合には、任意の発光層３と、これに隣接する発光層３と
において、ドープされる発光性有機物質の一組以上が上
記のエネルギーギャップ、電子親和力（ＥＡ）、イオン
化ポテンシャル（ＩＰ）の条件を満たしていればよい。
尚、上記では発光層３が三層構成のものを例に挙げて説
明したが、発光層３が四層以上の場合においても、同様
に適用することができるのはいうまでもない。発光性有
機物質をドープする方法としては、ホスト材料と発光性
有機物質を共蒸着する方法や、ホスト材料と発光性有機
物質を交互に蒸着する方法や、ホスト材料を蒸着した後
に発光性物質を蒸着して、ホスト材料に発光性有機物質
を拡散させる方法や、ホスト材料と発光性有機物質を溶
解した液をスピンコート等で塗布して発光層３を形成す
る方法などがあり、ホスト材料と発光性有機物質を共存
させる方法であれば特に限定されることなく使用するこ
とができる。

【００２６】一方、ホール輸送層１１（あるいはホール
注入層）を構成する材料としては、ホールを輸送する能
力を有し、陽極１からのホール注入効果を有するととも
に、発光層３に対して優れたホール注入効果を有し、さ
らに電子のホール輸送層１１への移動を防止し、かつ薄
膜形成能力の優れた化合物を挙げることができる。具体
的にはフタロシアニン誘導体、ナフタロシアニン誘導
体、ポルフィリン誘導体、Ｎ，Ｎ’−ビス(３−メチル
フェニル）−(１，１'−ビフェニル）−４，４'−ジア
ミン（ＴＰＤ）や４，４’−ビス［Ｎ−（ナフチル）−
Ｎ−フェニル−アミノ］ビフェニル（α−ＮＰＤ）等の
芳香族ジアミン化合物、オキサゾール、オキサジアゾー
ル、トリアゾール、イミダゾール、イミダゾロン、スチ
ルベン誘導体、ピラゾリン誘導体、テトラヒドロイミダ
ゾール、ポリアリールアルカン、ブタジエン、４，
４’，４”−トリス（Ｎ−（３−メチルフェニル）Ｎ−
フェニルアミノ）トリフェニルアミン（ｍ−ＭＴＤＡＴ
Ａ）、及びポリビニルカルバゾール、ポリシラン、ポリ
エチレンジオイサイドチオフェン（ＰＥＤＯＴ）、ＰＴ
ＰＤＥＳ（［化１］）等の高分子材料が挙げられるが、
これらに限定されるものではない。

【００２７】

【化１】

【００２８】また電子輸送層１２を構成する電子輸送材
料としては、電子を輸送する能力を有し、陰極２からの
電子注入効果を有するとともに、発光層３に対して優れ
た電子注入効果を有し、さらにホールの電子輸送層１２
への移動を防止し、かつ薄膜形成能力の優れた化合物を
挙げることができる。具体的には、フルオレン、バソフ
ェナントロリン、バソクプロイン、アントラキノジメタ
ン、ジフェノキノン、オキサゾール、オキサジアゾー
ル、トリアゾール、イミダゾール、アントラキノジメタ
ン、４，４’−Ｎ，Ｎ’−ジカルバゾールビフェニル
（ＣＢＰ）等やそれらの化合物、金属錯体化合物もしく
は含窒素五員環誘導体を挙げることができる。上記の金
属錯体化合物としては、具体的には、トリス（８−ヒド
ロキシキノリナート）アルミニウム、トリ（２−メチル
−８−ヒドロキシキノリナート）アルミニウム、トリス
（８−ヒドロキシキノリナート）ガリウム、ビス（１０
−ヒドロキシベンゾ［ｈ］キノリナート）ベリリウム、
ビス（１０−ヒドロキシベンゾ［ｈ］キノリナート）亜
鉛、ビス（２−メチル−８−キノリナート)（ｏ−クレ
ゾラート）ガリウム、ビス（２−メチル−８−キノリナ
ート)（１−ナフトラート）アルミニウム等があるが、
これらに限定されるものではない。また上記の含窒素五
員環誘導体としては、オキサゾール、チアゾール、オキ
サジアゾール、チアジアゾールもしくはトリアゾール誘
導体が好ましい。具体的には、２，５−ビス（１−フェ
ニル）−１，３，４−オキサゾール、２，５−ビス（１
−フェニル）−１，３，４−チアゾール、２，５−ビス
（１−フェニル）−１，３，４−オキサジアゾール、２
−（４’−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−５−（４”−
ビフェニル）１，３，４−オキサジアゾール、２，５−
ビス（１−ナフチル)−１，３，４−オキサジアゾー
ル、１，４−ビス［２−（５−フェニルチアジアゾリ
ル）］ベンゼン、２，５−ビス（１−ナフチル）−１，
３，４−トリアゾール、３−（４−ビフェニルイル）−
４−フェニル−５−（４−ｔ−ブチルフェニル)−１，
２，４−トリアゾール等があるが、これらに限定される
ものではない。さらに、ポリマー有機発光素子に使用さ
れるポリマー材料も使用することができる。例えば、ポ
リパラフェニレン及びその誘導体、フルオレン及びその
誘導体等である。

【００２９】この電子輸送層１２にはアルカリ金属、ア
ルカリ土類金属、希土類をドープしてもよい。例えばセ
シウムをバソフェナントロリンにモル比１：１の割合で
ドープして電子輸送層１２を形成したものを挙げること
ができる。

【００３０】また、有機電界発光素子を構成する他の部
材、例えば、積層された素子を保持する基板１０、陽極
１、陰極２等には、従来から使用されているものをその
まま用いることができる。

【００３１】上記の基板１０としては、発光層３で発光
された光が基板１０を通して出射されるものである場合
には、光透過性を有するものが使用されるが、無色透明
のものの他に、多少着色されているものや、スリガラス
状のものであってもよい。例えば、ソーダライムガラ
ス、無アルカリガラスなどの透明ガラス板、ポリエステ
ル、ポリオレフィン、ポリアミド、エポキシ樹脂、フッ
素系樹脂などの樹脂から任意の方法で作製されたプラス
チックフィルムやプラスチック板などを用いることがで
きる。またさらに、基板１０内に基板１０の母材と屈折
率の異なる粒子、粉体、泡等を含有することによって、
光拡散効果を有するものを使用することも可能である。
また、発光層３で発光された光を基板１０を通さずに出
射させる場合には、基板１０は必ずしも光透過性を有す
るものでなくてもかまわない。そして有機電界発光素子
の発光特性、寿命特性等を損なわない限り、任意の基板
１０を用いることができるものであり、特に通電時の有
機電界発光素子の発熱による温度上昇を低減するため
に、熱伝導性の高い基板１０を用いることもできるもの
である。

【００３２】上記の陽極１は素子にホールを注入するた
めの電極であり、この陽極１としては、仕事関数の大き
い金属、合金、電気伝導性化合物、あるいはこれらの混
合物からなる電極材料を用いるのが好ましく、特に仕事
関数が４ｅＶ以上の電極材料を用いるのが好ましい。こ
のような電極材料としては、具体的には、金などの金
属、ＣｕＩ、ＩＴＯ（インジウム−スズ酸化物）、Ｓｎ
Ｏ₂、ＺｎＯ、ＩＺＯ（インジウム−亜鉛酸化物）等の
導電性透明材料があげられる。例えばこれらの電極材料
を基板１０の上に真空蒸着法やスパッタリング法等の方
法で成膜することによって、陽極１を薄膜として作製す
ることができる。発光層３における発光を陽極１を透過
させて基板１０から外部に照射する場合には、陽極１の
光透過率を７０％以上にすることが好ましい。また、陽
極１のシート抵抗は数百Ω／□以下であることが好まし
く、特に１００Ω／□以下であることが好ましい。さら
に陽極１の膜厚は、陽極１の光透過率、シート抵抗等の
特性を上記のように制御するために、材料により異なる
が、通常５００ｎｍ以下に設定するのが好ましく、より
好ましくは１０〜２００ｎｍの範囲である。

【００３３】上記の陰極２は、発光層３中に電子を注入
するための電極であり、この陰極２としては、仕事関数
の小さい金属、合金、電気伝導性化合物及びこれらの混
合物からなる電極材料を用いることが好ましく、仕事関
数が５ｅＶ以下の電極材料を用いるのが好ましい。この
ような電極材料としては、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
金属等や、これらと他の金属との合金などを用いること
ができるものであり、例えばナトリウム、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混合物などを例と
して挙げることができる。これらの他にアルミニウム、
Ａｌ／Ａｌ₂Ｏ₃混合物なども使用可能である。またアル
カリ金属の酸化物、アルカリ金属のハロゲン化物、ある
いは金属酸化物を下地として用い、上記の仕事関数が５
ｅＶ以下である材料（あるいはこれらを含有する合金）
を１層以上積層して陰極２を作製することもできる。例
えば、アルカリ金属／Ａｌの積層、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、Ａｌ₂Ｏ₃／
Ａｌの積層などを例として挙げることができる。またＩ
ＴＯ、ＩＺＯなどに代表される透明電極で陰極２を作製
し、発光層３で発光した光を陰極２の側から取り出す構
成に形成するようにしてもよい。さらに、陰極２の界面
の電子輸送層１２にリチウム、ナトリウム、セシウム、
カルシウム等のアルカリ金属、アルカリ土類金属をドー
プしてもよい。

【００３４】陰極２は、例えば上記の電極材料を、真空
蒸着法やスパッタリング法等の方法により、薄膜に形成
することによって作製することができる。また、発光層
３における発光を陰極２を透過させて外部に照射する場
合には、陰極２は光透過率を７０％以上にすることが好
ましい。ここで、陰極２の膜厚は、陰極２の光透過率等
の特性を上記のように制御するために、材料により異な
るが、通常５００ｎｍ以下に設定するのが好ましく、好
ましくは１００〜２００ｎｍの範囲とするのがよい。ま
た、陰極金属の形成の際、蒸発源からの熱輻射の影響を
抑えるためには、さらに薄い５０〜１００ｎｍの範囲と
するのがよい。蒸着速度を速くした場合、この厚みはよ
り厚くても構わない。さらにより好ましくは厚みを２５
〜５０ｎｍの範囲とするのがよい。何故ならば、発光面
積が大きくなると、短絡による発光停止という問題が生
じ易くなるが、陰極金属の膜厚を薄くすることにより、
短絡部分の陰極金属が短絡時の刺激により取り除かれ、
その部分のみが光らなくなるオープンモードとなり、発
光部分全体の発光停止という不良を抑えることができる
のである。さらに、陰極２の上にＡｌ等の金属をスパッ
タで積層したり、フッ素系化合物、フッ素系高分子、そ
の他の有機分子など高分子を、蒸着、スパッタ、ＣＶ
Ｄ、プラズマ重合、塗布した後に紫外線硬化させる方
法、熱硬化、その他の方法で形成することも可能であ
る。

【００３５】

【実施例】次に、本発明を実施例によって具体的に説明
する。尚、使用した発光性有機材料のエネルギーギャッ
プ、電子親和力（ＥＡ）、イオン化ポテンシャル（Ｉ
Ｐ）の値を表１にまとめて示し、発光層３ａ，３ｂ，３
ｃの構成を表２にまとめて示す。

【００３６】（実施例１）基板１０として、厚み０．７
ｍｍの透明ガラス板を用い、この基板１０の一方の表面
に、ＩＴＯ（インジウム−スズ酸化物）をスパッタして
シート抵抗７Ω／□の透明電極からなる陽極１を形成し
た。そしてこれをアセトン、純水、イソプロピルアルコ
ールで１５分間超音波洗浄した後、乾燥させた。

【００３７】次に、この基板１０を真空蒸着装置にセッ
トし、１×１０^-6Ｔｏｒｒ（１．３３×１０^-4Ｐａ）の
減圧下、４，４’−ビス［Ｎ−（ナフチル）−Ｎ−フェ
ニル−アミノ］ビフェニル（株式会社同仁化学研究所
製：以下α−ＮＰＤと略す）を１０００Å厚に蒸着し、
陽極１の上にホール輸送層１１を形成した。

【００３８】次に、ホール輸送層１１の上に、α−ＮＰ
Ｄと発光性有機物質としてイーストマンコダック社製商
品名「ＤＣＪＴＢ」をモル比９８：２の割合で１００Å
厚に共蒸着し、ＤＣＪＴＢをドープした発光層３ｃを形
成した。またこの上にジスチリルビフェニル誘導体（出
光興産社製「ＤＰＶＢｉ」：化学式１）と発光性有機物
質としてルブレン（化学式２）をモル比９８：２の割合
で５０Å厚に共蒸着し、ルブレンをドープした発光層３
ｂを形成した。さらにこの上にＤＰＶＢｉと発光性有機
物質としてＤＳＡ誘導体（出光興産社製「ＢＣｚＶＢ
ｉ」：化学式３）をモル比９４：６の割合で４００Å厚
に共蒸着し、ＢＣｚＶＢｉをドープした発光層３ａを形
成した。尚、上記の有機層の蒸着速度はいずれも１〜２
Å／ｓに設定した。

【００３９】

【化２】

【００４０】

【化３】

【００４１】

【化４】

【００４２】次に、発光層３ａの上に、バソフェナント
ロリン（株式会社同仁化学研究所製：ＢＣＰ）とＣｓを
モル比１：１で共蒸着して膜厚２００Åの電子輸送層１
２を形成し、最後に、電子輸送層１２の上にＡｌを１０
Å／ｓの蒸着速度で厚み１５００Å蒸着して陰極２を形
成することによって、図１のような構成の有機電界発光
素子を得た。

【００４３】（実施例２）α−ＮＰＤとルブレンをモル
比９８：２で膜厚１００Åに共蒸着することによって、
ルブレンをドープした発光層３ｃを形成し、ＤＰＶＢｉ
と発光性有機物質としてシグマアルドリッチジャパン
（Sigma Aldrich Japan K.K.）製商品名「クマリン６」
をモル比９８：２で膜厚５０Åに共蒸着することによっ
て、クマリン６をドープした発光層３ｂを形成し、ＤＰ
ＶＢｉとＢＣｚＶＢｉをモル比９４：６で膜厚４００Å
に共蒸着することによって、ＢＣｚＶＢｉをドープした
発光層３ａを形成するようにした他は、実施例１と同様
にして、図１のような構成の有機電界発光素子を得た。

【００４４】（比較例１）ＤＰＶＢｉとＢＣｚＶＢｉを
モル比９４：６で膜厚１００Åに共蒸着することによっ
て、発光性有機物質としてＢＣｚＶＢｉをドープした発
光層３ｃを形成し、発光層３ｂは形成せずに、ＤＰＶＢ
ｉとＤＣＪＴＢをモル比９８：２で膜厚４００Åに共蒸
着することによって、発光性有機物質としてＤＣＪＴＢ
をドープした発光層３ａを形成するようにした他は、実
施例１と同様にして、有機電界発光素子を得た。

【００４５】（比較例２）ＤＰＶＢｉとＢＣｚＶＢｉを
モル比９４：６で膜厚１００Åに共蒸着することによっ
て、発光性有機物質としてＢＣｚＶＢｉをドープした発
光層３ｃを形成し、ＤＰＶＢｉとルブレンをモル比９
８：２で膜厚５０Åに共蒸着することによって、発光性
有機物質としてルブレンをドープした発光層３ｂを形成
し、ＤＰＶＢｉとＤＣＪＴＢをモル比９８：２で膜厚４
００Åに共蒸着することによって、発光性有機物質とし
てＤＣＪＴＢをドープした発光層３ａを形成するように
した他は、実施例１と同様にして、有機電界発光素子を
得た。

【００４６】（比較例３）ＤＰＶＢｉとＢＣｚＶＢｉを
モル比９８：２で膜厚１００Åに共蒸着することによっ
て、発光性有機物質としてＢＣｚＶＢｉをドープした発
光層３ｃを形成し、発光層３ｂは形成せずに、ＤＰＶＢ
ｉとクマリン６をモル比９８：２で膜厚４００Åに共蒸
着することによって、発光性有機物質としてクマリン６
をドープした発光層３ａを形成するようにした他は、実
施例１と同様にして、有機電界発光素子を得た。

【００４７】

【表１】

【００４８】上記の実施例１〜２及び比較例１〜３につ
いて、発光素子３ａ，３ｂ，３ｃのそれぞれの組成をま
とめて、表２に示す。

【００４９】

【表２】

【００５０】また、上記の実施例１〜２及び比較例１〜
３について、発光素子３ａ，３ｂ，３ｃにドープした発
光性有機材料のエネルギーギャップ、電子親和力（Ｅ
Ａ）、イオン化ポテンシャル（ＩＰ）をまとめて表３に
示す。

【００５１】

【表３】

【００５２】上記のようにして実施例１〜２及び比較例
１〜３で得た有機電界発光素子について、色度、消費電
力、量子効率、素子半減寿命を測定し、結果を表４に示
した。

【００５３】有機電界発光素子の色度は、ＣＩＥ色度座
標で評価した。測定は、有機電界発光素子を電源（東陽
テクニカ社製「ＫＥＹＴＨＬＥＹ２３６モデル」）に接
続し、マルチチャンネルアナライザー（浜松ホトニクス
株式会社製「ＰＭＡ−１０」）を用いて、輝度２００ｃ
ｄ／ｍ²の条件で行なった。尚、輝度の測定はトプコン
株式会社製「ＢＭ−５Ａ」で行なった。

【００５４】有機電界発光素子の消費電力の測定は、有
機電界発光素子を電源（東陽テクニカ社製「ＫＥＹＴＨ
ＬＥＹ２３６モデル」）に接続し、２００ｃｄ／ｍ²の
条件で発光させた状態における値から算出した。

【００５５】有機電界発光素子の量子効率は、有機電界
発光素子の発光スペクトル、輝度、印加電圧、電流量か
ら定法に基づき算出した。

【００５６】有機電界発光素子の半減寿命の測定は、初
期の発光輝度が２００ｃｄ／ｍ²になる電流値を予め決
定し、次いで定電流電源を用いて有機電界発光素子に所
定の電流を通電して、輝度が初期の半分の１００ｃｄ／
ｍ²になるまでの時間を計測することによって行ない、
この時間を半減寿命とした。

【００５７】

【表４】

【００５８】表４にみられるように、実施例１〜２の有
機電界発光素子は、消費電力が少ないと共に量子効率が
高く、発光効率が優れるものであり、また半減寿命が長
く、長寿命化と高い発光効率を実現できることが確認さ
れた。

【００５９】

【発明の効果】上記のように本発明の請求項１に係る有
機電界発光素子は、陽極と陰極の間に、発光性有機物質
がドープされた有機材料よりなる発光層を備えた有機電
界発光素子において、異なる発光性有機物質がドープさ
れた有機材料よりなる複数層の発光層を備え、最も陰極
側に位置する発光層に、他の発光層にドープされている
発光性有機物質のエネルギーギャップより大きいエネル
ギーギャップを有する発光性有機物質がドープされてい
るので、発光層にドープする発光性有機物質のエネルギ
ーギャップをこのように規定することによって、隣合う
発光層間のキャリア移動やエネルギー移動の効率を高め
ることができ、有機電界発光素子の長寿命化と高い発光
効率を実現することができるものである。

【００６０】また請求項２の発明は、請求項１におい
て、発光層を３層以上備え、各発光層は、発光性有機物
質のエネルギーギャップの値が陰極側に位置するものか
ら順次小さくなるように発光性有機物質がドープされて
いるので、発光層にドープする発光性有機物質のエネル
ギーギャップをこのように規定することによって、隣合
う発光層間のキャリア移動やエネルギー移動の効率をよ
り高めることができ、有機電界発光素子の長寿命化と高
い発光効率を実現することができるものである。

【００６１】また請求項３の発明は、請求項１又は２の
隣合う発光層において、ドープされる発光性有機物質の
電子親和力（ＥＡ）の値（単位ｅＶ）が、陽極側の発光
層にドープされた発光性有機物質のＥＡの値≧陰極側の
発光層にドープされた発光性有機物質のＥＡの値−０．
３の関係を満たすように、各発光層に発光性有機物質が
ドープされているので、発光層にドープする発光性有機
物質の電子親和力（ＥＡ）をこのように規定することに
よって、陰極から注入された電子が隣合う一方の発光層
から陽極側の発光層に注入される効率を高めることがで
き、有機電界発光素子の長寿命化と高い発光効率を実現
することができるものである。

【００６２】また請求項４の発明は、請求項１乃至３の
いずれかの隣合う発光層において、ドープされる発光性
有機物質のイオン化ポテンシャル（ＩＰ）の値（単位ｅ
Ｖ）が、陽極側の発光層にドープされた発光性有機物質
のＩＰの値≦陰極側の発光層にドープされた発光性有機
物質のＩＰの値＋０．３の関係を満たすように、各発光
層に発光性有機物質がドープされているので、発光層に
ドープする発光性有機物質のイオン化ポテンシャル（Ｉ
Ｐ）をこのように規定することによって、陽極から注入
されたホールが隣合う一方の発光層から陰極側の発光層
に注入される効率を高めることができ、有機電界発光素
子の長寿命化と高い発光効率を実現することができるも
のである。

【図面の簡単な説明】

【図１】有機電界発光素子の一例の概略構成を示す正面
図である。

【図２】同上の発光層の概略構成を示す正面図である。

【符号の説明】

１陽極２陰極３発光層３ａ，３ｂ，３ｃ発光層

フロントページの続き (72)発明者城戸淳二山形県米沢市中央２丁目６番６号サンロード米沢中央408 (72)発明者椿健治大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株式会社内 (72)発明者近藤行廣大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株式会社内 (72)発明者岸上泰久大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株式会社内 (72)発明者河野謙司大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株式会社内Ｆターム(参考） 3K007 AB03 AB11 DA06 DB03

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】陽極と陰極の間に、発光性有機物質がド
ープされた有機材料よりなる発光層を備えた有機電界発
光素子において、異なる発光性有機物質がドープされた
有機材料よりなる複数層の発光層を備え、最も陰極側に
位置する発光層に、他の発光層にドープされている発光
性有機物質のエネルギーギャップより大きいエネルギー
ギャップを有する発光性有機物質がドープされているこ
とを特徴とする有機電界発光素子。
【請求項２】発光層を３層以上備え、各発光層は、発
光性有機物質のエネルギーギャップの値が陰極側に位置
するものから順次小さくなるように発光性有機物質がド
ープされていることを特徴とする請求項１に記載の有機
電界発光素子。
【請求項３】隣合う発光層において、ドープされる発
光性有機物質の電子親和力（ＥＡ）の値（単位ｅＶ）
が、陽極側の発光層にドープされた発光性有機物質のＥＡの
値≧陰極側の発光層にドープされた発光性有機物質のＥ
Ａの値−０．３の関係を満たすように、各発光層に発光性有機物質がド
ープされていることを特徴とする請求項１又は２に記載
の有機電界発光素子。
【請求項４】隣合う発光層において、ドープされる発
光性有機物質のイオン化ポテンシャル（ＩＰ）の値（単
位ｅＶ）が、陽極側の発光層にドープされた発光性有機物質のＩＰの
値≦陰極側の発光層にドープされた発光性有機物質のＩ
Ｐの値＋０．３の関係を満たすように、各発光層に発光性有機物質がド
ープされていることを特徴とする請求項１乃至３のいず
れかに記載の有機電界発光素子。