JP2011061016A

JP2011061016A - 有機エレクトロルミネッセンス素子

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Publication number: JP2011061016A
Application number: JP2009209278A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Okamoto; 健岡本
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2009-09-10
Filing date: 2009-09-10
Publication date: 2011-03-24

Abstract

【課題】発光領域の安定した有機エレクトロルミネッセンス素子を提供する。
【解決手段】本発明の有機エレクトロルミネッセンス素子１０は、陽極２および陰極３からなる一対の電極の間に発光層６を含む有機層３を挟持したエレクトロルミネッセンス素子である。発光層６の含有する発光ドーパント材料は、発光層６の含む発光ドーパント材料の電子移動度と正孔移動度との関係に応じた濃度勾配を発光層６の厚さ方向に有している。
【選択図】図１

Description

本発明は、有機エレクトロルミネッセンス素子に関する。

近年、液晶表示装置に代わる表示装置として、有機エレクトロルミネッセンス（以下、有機ＥＬとする）を用いた自発光型の表示装置が開発されている。

有機ＥＬ素子は、発光する化合物を含有する発光層を、陰極と陽極で挟んだ構成を有しており、発光層に電子及び正孔を注入して、再結合させることにより励起子を生成させ、この励起子が失活する際の光の放出（蛍光・燐光）を利用して発光する素子である。この有機ＥＬ素子は、数Ｖ〜数十Ｖ程度の電圧で発光が可能であり、更に自己発光型であるために視野角に富み、視認性が高く、また、薄膜型の完全固体素子であるために省スペースや携帯性等の観点から注目されている。

このような有機ＥＬ素子では、エージングによる色度変化や、発光層の周辺化合物への正孔または電子の注入による周辺化合物の劣化等を抑制するために、発光層内に発光領域を安定して制御することが重要である。例えば、特許文献１には、発光層内に発光領域を制御する発光領域制御層が形成された有機ＥＬ素子が開示されている。特許文献１に開示された有機ＥＬ素子では、正孔輸送材料と電子輸送材料とを含有する発光領域制御層を２つの発光層の間に配置することによって、発光領域を各発光層内に制御している。

ところで、従来の有機ＥＬ素子が、異なる種類の有機多層薄膜から成る「ヘテロ接合」とよばれる形式であるのに対し、近年、「ホモ接合」とよばれる新しい形式の有機ＥＬ素子が開発されている。ホモ接合型有機ＥＬ素子では、単一のホスト材料中に他の物質を添加（ドーピング）することによって、電子輸送層、正孔輸送層、および発光層といった層を含む層構造が実現される。ホモ接合型の有機ＥＬ素子は、はるかに単純な構造をもつにも関わらず、ヘテロ接合型と同等の効率を有する有機ＥＬ素子として期待されている。

特開２００７−２９９６４５号公報（２００７年１１月１５日公開）

辻勇人、他３名、「ビス（カルバゾリル）ベンゾジフラン：ホモ接合有機発光ダイオードのための高移動度両極性材料（a Bis(carbazolyl)benzodifuran: A High-Mobility Ambipolar Material for Homojunction Organic Light-Emitting Diode Devices）」、〔online]、２００９年５月２１日、アドバンストマテリアル（Advanced Materials）、インターネット〈ＵＲＬ：http://www3.interscience.wiley.com/journal/122394710/abstract?CRETRY=1&SRETRY=0〉

しかしながら、ホモ接合型有機ＥＬ素子においては、発光領域の制御が特に重要な課題となる。

すなわち、ホモ接合型有機ＥＬ素子では、電子輸送層、正孔輸送層、および発光層といった層を含む層構造を形成するホスト材料が単一の材料であるため、上記層構造における電子輸送性および正孔輸送性のバランスを確保することが難しく、発光領域を制御することが困難である。また、ホモ接合型有機ＥＬ素子の発光層は、上記ホスト材料中に発光材料をドーピングすることによって形成されるため、発光領域の境界が曖昧になりやすい。このため、ホモ接合型有機ＥＬ素子では、エージングによる色度変化や発光層の周辺化合物の劣化等が発生しやすい。

一方、特許文献１に開示された技術では、発光領域を制御するために発光領域制御層を設けているため、層構造が複雑化し、その厚みが大きくなってしまうという問題がある。また、特許文献１に記載の発光領域制御層は、その内部においても発光が起こりえるため、発光領域の制御が十分であるとは言えない。

このような状況の中、より簡易な構成によって発光領域が安定的に制御された有機ＥＬ素子が求められている。

本発明は、本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、その目的は、より簡易な構成により発光領域を安定させた有機エレクトロルミネッセンス素子を提供することにある。

本発明に係る有機エレクトロルミネッセンス素子（以下、有機ＥＬ素子）は、上記の課題を解決するために、陽極および陰極からなる一対の電極の間に発光層を含む有機層を挟持したエレクトロルミネッセンス素子であって、上記発光層中に含有する発光ドーパント材料は、当該発光ドーパント材料の電子移動度と正孔移動度との関係に応じた濃度勾配を当該発光層の厚さ方向に有することを特徴としている。

上記構成では、発光層中の発光ドーパント材料の電子移動度と正孔移動度との差を利用して、発光領域を発光層に制御することができる。すなわち、電子および正孔の発光層内における移動バランスが好ましく調整され、発光層の中央部において電子と正孔が効率よく再結合できるため、高い発光効率を実現することができる。また、発光層内に正孔および電子の閉じ込めが可能となる。したがって、発光層内に発光領域が安定された有機エレクトロルミネッセンス素子が提供される。

また、上記構成では、ドープ濃度が発光層内で異なり、発光層は正孔の移動度が大きい正孔輸送層側と電子の移動度が大きい電子輸送側とに分けられる。このため、エージング中、発光層化合物あるいは周辺化合物が劣化したとしても、発光層内の電子と正孔の再結合確率が依然として高いままである。よって、発光領域が大きく変動しにくい。したがって、上記構成によれば、エージングによる発光領域のズレが生じないため、色度ズレが生じ難く、有機ＥＬ素子の長寿命化に繋がる。

なお、一般的に、ホスト（重元素金属を含まない有機化合物（ＰまたはＳｉを含む場合あり））の移動度と、発光効率が高い燐光系ドーパント（Ｉｒ錯体等の金属錯体）の移動度とは異なるため、本発明に係る有機ＥＬ素子は一般に広く適用することができる。

また、上記構成では、特許文献１のように発光領域制御層を設けなくてもよいことから簡易な構成であるといえる。そのため、本発明に係る有機ＥＬ素子の層構造を簡単に製造することができ、量産時の低コスト化を実現することができる。

また、本発明に係る有機ＥＬ素子では、上記発光ドーパント材料の正孔移動度が電子移動度よりも大きく、上記発光層における上記発光ドーパント材料の濃度は、上記陽極から上記陰極に向かって減少してもよい。

上記のように濃度勾配を有する発光層において、陽極から有機層に注入された正孔は、発光層内を進んで行くが、発光ドーパント材料の濃度が陰極方向へ行くほど減少しているために、陰極に近づくほど移動が制限される。

上記構成によれば、発光層の中央部において電子と正孔が効率よく再結合できるため、簡易な構成にて発光領域を発光層内に安定化することができる。

また、本発明に係る有機ＥＬ素子では、上記発光ドーパント材料の電子移動度が正孔移動度よりも大きく、上記発光層における上記発光ドーパント材料の濃度は、上記陰極から上記陽極に向かって減少してもよい。

上記のように発光ドーパントの濃度勾配を有する発光層において、陰極から有機層に注入された電子は発光層内を進んで行くが、発光ドーパント材料の濃度が陰極方向へ行くほど減少しているために、陽極に近づくほど移動が制限される。

また、本発明に係る有機ＥＬ素子では、上記発光ドーパント材料の電子移動度と正孔移動度とが等しく、上記発光層における上記発光ドーパント材料の濃度は、上記発光層の厚みの中心部から上記陽極および上記陰極に向かって減少してもよい。

上記のように発光ドーパント材料の濃度勾配を有する発光層において、陽極から注入された正孔および陰極から注入された電荷は共に、発光層の厚みの中心部位へ運ばれ、中央部での再結合の確率が向上する。

また、上記有機層のホスト材料は、単一種類からなることが好ましい。

上記構成では、本発明に係る有機ＥＬ素子の層構造をより簡単に製造することができ、量産時の低コスト化を実現することができる。

また、本発明に係る有機ＥＬ素子では、上記発光層における上記発光ドーパント材料の濃度は、上記発光層中のホスト材料に対して１０％以上３０％以下の範囲内にあることが好ましい。

上記構成によれば、発光領域を効果的に発光層内に安定化することができる。

本発明は、陽極および陰極からなる一対の電極の間に発光層を含む有機層を挟持したエレクトロルミネッセンス素子であって、上記発光層の含有する発光ドーパント材料は、当該発光ドーパント材料の電子移動度と正孔移動度との関係に応じた濃度勾配を当該発光層の厚さ方向に有するため、簡易な構成であり、且つ、発光層内に発光領域を安定させ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という効果を奏する。

本発明の一実施形態に係る有機ＥＬ素子を概略的に示す断面図である。

本発明の有機エレクトロルミネセンス素子（有機ＥＬ素子）は、陽極および陰極からなる一対の電極の間に発光層を含む有機層を挟持したエレクトロルミネッセンス素子であって、上記発光層の含有する発光ドーパント材料は、当該発光ドーパント材料の電子移動度と正孔移動度との関係に応じた濃度勾配を当該発光層の厚さ方向に有することを特徴としている。

具体的には、上記発光ドーパント材料の正孔移動度が電子移動度よりも大きく、上記発光層における上記発光ドーパント材料の濃度は、上記陽極から上記陰極に向かって減少する。

または、上記発光ドーパント材料の電子移動度が正孔移動度よりも大きく、上記発光層における上記発光ドーパント材料の濃度は、上記陰極から上記陽極に向かって減少する。

または、上記発光ドーパント材料の電子移動度と正孔移動度とが等しく、上記発光層における上記発光ドーパント材料の濃度は、上記発光層の厚みの中心部から上記陽極および上記陰極に向かって減少する。

本発明において「減少」の意味するところは、総体的に減少していることを意味するのであって、段階的に減少してもよいし、傾斜的に減少してもよい。

また、ホスト材料に対する発光ドーパント材料の濃度は、１０％以上３０％以下の範囲において変化することが好ましい。

なお、本明細書において、発光層における発光材料の濃度は、分光エリプソメーターによるホスト化合物とドーパント化合物の減衰係数および屈折率差から、算出することができる。また、発光層自体を溶媒に溶解させ、ＨＰＬＣ（液体クロマトグラフィー）の装置によっても決めることができる。

本発明において、「発光ドーパント材料における電子移動度と正孔移動度とが等しい」とは、必ずしも完全に値が一致する必要はなく、正孔と電子の移動度差が１桁の範囲内であれば電子移動度と正孔移動度とが等しいとみなす。

本発明において「発光層の厚みの中心部」の意味するところは、発光層の膜厚方向における中心を含む一定の範囲内にある領域であればよい。

また、本発明に係る有機ＥＬ素子は、例えば以下（１）または（２）のような構成を採用することができるが、これらに限定されず、目的等に応じて適宜決めればよい。なお、以下に示す層構成は、陽極と陰極との間に形成される有機材料層を示している。
層構成（１）：正孔輸送層／発光層／電子輸送層
層構成（２）：正孔輸送層／ブロック層／発光層／電子輸送層
層構成（３）：正孔輸送層／発光層／ブロック層／電子輸送層
層構成（４）：正孔輸送層／ブロック層／発光層／ブロック層／電子輸送層
以下、図１を参照して、上記（１）の構成を採用した有機ＥＬ素子を、本実施形態として説明をする。図１は本発明の一実施の形態による有機ＥＬ素子１０の概略構成を示す断面図である。

図１に示すように、本実施の形態に係る有機ＥＬ素子１０では、ベースとなる基板１上に陽極２、有機材料層３、および陰極４がこの順番に積層されている。

基板１には、透過性を有するガラス基板などを用いることができる。ただし、トップエミッション型有機ＥＬ素子であれば、基板に透光性を必要としないため、基板１として、シリコンウェハ等の半導体基板を用いてもよい。

陽極２は、有機材料層に正孔を供給する電極としての機能を有していればよく、その形状、構造、大きさ等については特に制限はなく、有機ＥＬ素子の用途、目的に応じて、適宜選択することができる。陽極２としては、例えば、酸化錫インジウム（ＩＴＯ）などが好適に用いられる。

なお、ＩＴＯの周辺は有機絶縁膜で囲むようにパターニングされていてもよい。この場合、有機絶縁膜としては、限定するわけではないが、ポリイミド系の樹脂材料などが好適に用いられる。

陰極４は、有機化合物層に電子を注入する電極としての機能を有していればよく、その形状、構造、大きさ等については特に制限はなく、発光素子の用途、目的に応じて、適宜選択することができる。陰極４としては、例えばアルミニウムなどが好適に用いられる。

有機材料層３は、陽極２側の正孔輸送層５、発光層６、および陰極４側の電子輸送層７に大別される。

ここで、本発明は、ヘテロ接合型およびホモ接合型のいずれの有機ＥＬ素子に対しても適用することもできる。

有機ＥＬ素子１０がヘテロ接合型有機ＥＬ素子である場合、正孔輸送層５、発光層６、および電子輸送層７の各々が含有するホスト材料は、公知のホスト材料の中から適宜選択することができる。

一方、有機ＥＬ素子１０がホモ接合型有機ＥＬ素子である場合、有機材料層３のホスト材料は、単一種類の材料からなる。正孔輸送層５、発光層６、および電子輸送層７は、単一種類のホスト材料に対して、各層に対応するドーパントを添加することによって形成される。

ただし、ヘテロ接合型およびホモ接合型のいずれの場合であっても、発光層６（ホモ接合型の場合は有機材料層３）の含有するホスト材料としては、電子移動度と正孔移動度とが高く、かつ両者が同程度の材料を用いることが好ましい。ホスト材料の電子移動度および正孔移動度が共に、１×１０^−４ｃｍ^２／Ｖ・ｓｅｃ以上であるならば、デバイスの低電圧化を望むことができる。有機材料層３のホスト材料として、例えば、２−メチル−９，１０−ジ（２−ナフチル）アントラセン（ＭＡＤＮ）およびビス（カルバゾリル）ベンゾジフラン（ＣＺＢＤＦ）等が挙げられる。

正孔輸送層５は、陽極２側から正孔を受け取り陰極側に輸送する機能を有する層であり、電子受容性ドーパント（ｐ−ドーパント）を含有する。ｐ−ドーパントとしては、例えば、２，３，５，６−テトラフルオロ−７，７，８，８−テトラシアノキノンジメタン（Ｆ４ＴＣＮＱ）等を用いることができる。

電子輸送層７は、陰極４側から電子を受け取り陽極側に輸送する機能を有する層であり、電子供与性ドーパント（ｎ−ドーパント）を含有する。ｎ−ドーパントとしては、例えば、セシウム（Ｃｓ）等の金属を用いることができる。

発光層６は正孔と電子の再結合の場を提供して発光させる機能を有する層であり、発光ドーパント材料（発光ドーパント）を含有する。発光ドーパントとしては、正孔移動度と電子移動度のいずれか一方が高いものであってもよいし、両者が同程度のものであってもよい。具体的には、発光層６の発光ドーパントとして、Ｉｒ錯体、Ｐｔ錯体、Ｅｕ錯体、Ａｕ錯体、Ｒｅ錯体、Ｒｕ錯体、およびＣｕ錯体等が挙げられる。

また、正孔移動度が電子移動度より大きい発光ドーパントとしては、Ｉｒ（ｄｐｂｉｃ）_３、Ｉｒ（ｐｐｙ）_３等が挙げられる。この場合、正孔移動度は１×１０^−４ｃｍ^２／Ｖ・ｓｅｃ以上、電子移動度は１×１０^−４ｃｍ^２／Ｖ・ｓｅｃ以下であることが好ましい。また、電子移動度が正孔移動度より大きい発光ドーパントとしては、Ａｌｑ_３等が挙げられる。この場合、電子移動度は１×１０^−４ｃｍ^２／Ｖ・ｓｅｃ以上、正孔移動度は１×１０^−４ｃｍ^２／Ｖ・ｓｅｃ以下であることが好ましい。また、電子移動度と正孔移動度とが等しい発光ドーパントの電子移動度と正孔移動度との差は１桁以内であればよいが、１×１０^−４ｃｍ^２／Ｖ・ｓｅｃ以下であることがより好ましい。

なお、発光ドーパントは複数種を混合して用いてもよいが単一種が好ましい。

発光層６に含有される発光ドーパントは、使用される発光ドーパントの正孔移動度と電子移動度との関係に応じた濃度勾配を、発光層６の厚み方向（膜厚方向）に有する。具体的には、発光ドーパントの正孔移動度をμｈとし、電子移動度をμｅとするとき、発光層６の発光ドーパントは、以下に記載のような濃度勾配を有する。

μｈ＞μｅであるとき、発光層６における発光ドーパントの濃度は、陽極２側にて最も高く、陽極２側から陰極４側に向かって減少する。

μｈ＜μｅであるとき、発光層６における発光ドーパントの濃度は、陰極４側にて最も高く、陰極４側から陽極２側に向かって減少する。

μｈ≒μｅであるとき、発光層６における発光ドーパントの濃度は、発光層６の中心部で最も高く、陽極２側および陰極４側に向かって減少する。

また、発光層６における発光ドーパントの濃度は、ホスト材料に対して１０％以上３０％以下の範囲において変化することが好ましい。

なお、通常の有機ＥＬデバイスでは、発光層における発光ドーパントの濃度は、ホスト材料に対して５％〜１０％程度が一般的である。本発明では、上述のように、通常よりも大きな範囲において変化をつけることによって、発光位置を好適に制御することができる。また、３０％以上では、ドーパント間の相互作用が大きくなり、発光の失活が起こるため、３０％以下であることが好適である。

また、発光層６における発光ドーパントの濃度は、傾斜的に減少してもよいし、複数の段階を経て段階的に減少してもよい。

例えばμｈ＞μｅのとき、発光層６における陽極側の一定領域において発光ドーパントの濃度が３０％であり、発光層６における残りの陰極側の領域において発光ドーパントの濃度が１０％であってもよい。あるいは、発光ドーパントの濃度が陽極側から陰極側に向かって３０％から１０％に徐々に減少してもよい。

また、例えばμｈ＜μｅのとき、発光ドーパントの濃度の高低がμｈ＞μｅの場合と逆に配置されればよい。

また、例えばμｈ≒μｅのとき、発光層６における陽極側の一定領域において発光ドーパントの濃度が１０％であり、発光層６における中央部の領域にて発光ドーパントの濃度が３０％であり、発光層６における残りの陰極側の領域において発光ドーパントの濃度が１０％であってもよい。あるいは、発光層６における陽極側の一定領域において、発光ドーパントの濃度が陽極側から陰極側に向かって１０％から３０％に徐々に増加し、発光層６における残りの陰極側の領域において発光ドーパントの濃度が陽極側から陰極側に向かって３０％から１０％に徐々に減少してもよい。

なお、傾斜的にドープ濃度が変化する発光層を形成する方法としては、これに限定されないが、インライン方式（基板搬送、蒸着源固定）を利用することができる。

以上の構成によれば、より簡易な構成によって発光領域を発光層６内に安定的に制御することができる。

なお、上記構成に対して、さらにブロック層を設ける場合、ブロック層は発光層６のホスト材料と同じ材料から構成すればよい。

以下、実施例に基づいて本発明をより詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。

（実施例１）
始めに、プラズマＣＶＤ方によってガラス基板上にシリコン半導体膜を形成し、結晶化処理を施して多結晶シリコン半導体膜を形成した。続いて、多結晶シリコン薄膜をエッチング処理し、複数の島状パターンを形成した。複数の島状パターンの上には、ゲート絶縁膜およびゲート電極層を順次形成し、エッチング処理によってパターニングを行なった。続いて、ドーピングによって島状パターンの多結晶シリコン半導体膜の各島にソース領域およびドレイン領域を形成し、複数のＴＦＴを作成した。さらに、平坦化層としての機能を有する層間絶縁膜を形成し、スルーホールを介してＩＴＯ画素電極を形成した。有機絶縁膜としてポリイミド系の樹脂層を単層で用い、ＩＴＯ画素電極の周辺を囲むようにパターニングした。その後、基板を超音波洗浄し、減圧下で２００℃３時間ベークした。以上の工程によって、陽極が形成された。

次に、真空蒸着法によって陽極上に以下の有機材料層（正孔輸送層／発光層／電子輸送層）を蒸着した。なお、有機材料層のホスト材料としては、ＭＡＤＮを用いた。

まず、正孔輸送層として、ＭＡＤＮに対して、ｐ−ドーパントであるＦ４ＴＣＮＱを２０％ドープした層を４０ｎｍ形成した。

次に、共蒸着によって、ＭＡＤＮに対して緑色燐光ドーパント（μｈ＝３．０×１０^‐３ｃｍ^２／Ｖ・ｓｅｃであり、μｅ＝４．０×１０^‐４ｃｍ^２／Ｖ・ｓｅｃである、正孔移動度μｈが電子移動度μｅよりも大きいＩｒ錯体（以下、「Ｉｒ錯体Ａ」という。）を３０％ドープした層を１５ｎｍ形成し、続いてＩｒ錯体Ａの共蒸着量を変更し、ＭＡＤＮに対してＩｒ錯体Ａを１０％ドープした層を１５ｎｍ形成した。これによって、発光層を形成した。

なお、正孔移動度及び電子移動度については、Time of Flight（TOF）法によって、１０^５Ｖ／ｃｍ時の値を測定して求めることができる。

最後に、電子輸送層として、ＭＡＤＮに対して、ｎ−ドーパントであるＣｓを３０％ドープした層を４０ｎｍ形成した。

有機材料層を形成した後には、リチウムフッ素（ＬｉＦ）を真空蒸着法によって０．５ｎｍの膜厚で形成し（蒸着速度１Å／sec）、陰極として、アルミニウム（Ａｌ）を１００ｎｍの膜厚で形成した。

実施例１の有機ＥＬ素子では、発光層中にＩｒ錯体Ａが、陽極側から陰極側に向かって減少するように、２段階の濃度で存在する。

（実施例２）
実施例２は、有機材料層にブロック層を含む点で実施例１と異なる。以下では有機材料層の形成プロセスを説明し、その他の説明を省略する。

実施例２では、真空蒸着法によって、陽極上に以下の有機材料層（正孔輸送層／ブロック層／発光層／ブロック層／電子輸送層）を蒸着した。なお、有機材料層のホスト材料としては、ＭＡＤＮを用いた。

まず、正孔輸送層として、ＭＡＤＮに対して、ｐ−ドーパントであるＦ４ＴＣＮＱを２０％ドープした層を３０ｎｍ形成した。

次に、ブロック層として、ＭＡＤＮのみを１０ｎｍ製膜した。

次に、共蒸着によって、ＭＡＤＮに対して緑色燐光ドーパントであるＩｒ錯体Ａを３０％ドープした層を１５ｎｍ形成し、続いてＩｒ錯体Ａの共蒸着量のみ変更し、ＭＡＤＮに対してＩｒ錯体Ａを１０％ドープした層を１５ｎｍ形成した。これによって、発光層を形成した。

次に、再びブロック層として、ＭＡＤＮのみを１０ｎｍ製膜した。

最後に、電子輸送層として、ＭＡＤＮに対して、ｎ−ドーパントであるＣｓを３０％ドープした層を３０ｎｍ形成した。

（実施例３）
実施例３は、有機材料層にブロック層を含む点、および発光層中にＩｒ錯体Ａが傾斜的濃度で存在する点において、実施例１と異なる。以下では有機材料層の形成プロセスを説明し、その他の説明を省略する。

実施例３では、真空蒸着法によって、陽極上に以下の有機材料層（正孔輸送層／ブロック層／発光層／ブロック層／電子輸送層）を蒸着した。なお、有機材料層のホスト材料としては、ＭＡＤＮを用いた。

次に、共蒸着によって、ＭＡＤＮに対して緑色燐光ドーパントであるＩｒ錯体Ａをドープした層を３０ｎｍ形成した。この際、インライン方式によって、ＭＡＤＮに対するＩｒ錯体Ａのドープ濃度を３０％から１０％まで傾斜的に変動させた。これによって、発光層を形成した。

（実施例４）
実施例４では、実施例１〜３と異なり、発光層において、μｈ＝３．０×１０^‐２ｃｍ^２／Ｖ・ｓｅｃであり、μｅ＝４．０×１０^‐２ｃｍ^２／Ｖ・ｓｅｃである、正孔移動度μｈと電子移動度μｅとが等しい緑色燐光ドーパントであるＩｒ錯体（以下、Ｉｒ錯体Ｂという）を用いている。すなわち、実施例４では、発光層の中央部においてＩｒ錯体Ｂが最も高い濃度を有している。

以下では有機材料層の形成プロセスを説明し、その他の説明を省略する。

実施例４では、真空蒸着法によって、陽極上に以下の有機材料層（正孔輸送層／ブロック層／発光層／ブロック層／電子輸送層）を蒸着した。なお、有機材料層のホスト材料としては、ＭＡＤＮを用いた。

次に、共蒸着によって、ＭＡＤＮに対して緑色燐光ドーパントであるＩｒ錯体Ｂをドープした層を３０ｎｍ形成した。この際、インライン方式によって、ＭＡＤＮに対するＩｒ錯体Ｂのドープ濃度を変動した。具体的には、始めの１５ｍｍを１０％から３０％まで傾斜的に変動させ、その後の１５ｍｍを３０％から１０％まで傾斜的に変動させた。これによって、発光層を形成した。

（実施例５）
実施例５では、実施例４と同様に、正孔移動度μｈと電子移動度μｅとがほぼ同等の緑色燐光ドーパントであるＩｒ錯体Ｂを用いている。実施例５は、Ｉｒ錯体Ｂの濃度勾配が傾斜的ではなく、段階的である点において、実施例４と異なる。

以下では有機材料層の形成プロセスを説明する。

実施例５では、真空蒸着法によって、陽極上に以下の有機材料層（正孔輸送層／ブロック層／発光層／ブロック層／電子輸送層）を蒸着した。なお、有機材料層のホスト材料としては、ＭＡＤＮを用いた。

次に、共蒸着によって、ＭＡＤＮに対して緑色燐光ドーパントであるＩｒ錯体Ｂをドープした層を３０ｎｍ形成した。この際、Ｉｒ錯体Ａの共蒸着量のみ変更することによって、ＭＡＤＮに対するＩｒ錯体Ａのドープ濃度について、最初に形成した１０ｍｍでは１０％とし、次の１０ｍｍでは３０％とし、最後に形成した１０ｍｍでは再び１０％とした。これによって、発光層を形成した。

（比較例１）
比較例では、発光層として、ＭＡＤＮにＩｒ錯体Ａを１５％ドープした層を３０ｍｍ形成した他は、実施例１と同様にして有機ＥＬ素子を作製した。

（駆動電圧、電流効率、ＣＩＥ色度の測定）
得られた実施例１〜５の有機ＥＬ素子および比較例の有機ＥＬ素子が、１０００ｃｄ／ｍ^２で発光するように電圧を印加し、この輝度における駆動電圧、電流効率、ＣＩＥ色度をそれぞれ測定した。また、各有機ＥＬ素子における１０００ｃｄ／ｍ^２発光時のＴ７０における色度ずれを測定し、さらに、１０００ｃｄ／ｍ^２発光時の寿命を測定した。

なお、色度ずれについては、暗室下、一定電流値の条件において、１０００ｃｄ／ｍ^２発光時、および７００ｃｄ／ｍ^２まで輝度が劣化した条件下にて色度測定を行い、初期状態に比べた際のＣＩＥ色度のｘ、ｙを測定し、その差異を示した。

得られた結果を表１に示した。なお、実施例４および５は、実施例１〜３および比較例１とは発光ドーパントの材料が異なるため、その特性や寿命を比較することはできない。

実施例１〜３は、比較例１に比して、電流効率、色度ずれ、および寿命の点において、性能が向上した。よって、比較例１では、発光層外（Ｆ４ＴＣＮＱあるいはＣｓ）への移動が起こりやすくなり、発光効率が落ち込んでいるのに対し、実施例１〜３では、発光層内への発光の押さえ込みがされていることが明らかとなった。

また、実施例２は、実施例１に比して、寿命が長く保たれた。よって、発光層と正孔輸送層または電子輸送層との接触を回避することによって、層間における界面の劣化が抑制され、長寿命化されるが明らかとなった。

また、実施例３は、実施例２に比して寿命が長く保たれた。よって、発光層内における発光ドーパントの濃度を傾斜的に変化させると、発光領域をより効率よく制御することが明らかとなった。

また、実施例４および５は、実施例１〜３と同程度の優れた性能を示した。

本発明は、低コストで量産可能な有機エレクトロルミネッセンスとして利用することができる。

１基板
２陽極
３有機材料層
４陰極
５正孔輸送層
６発光層
７電子輸送層
１０有機ＥＬ素子

Claims

陽極および陰極からなる一対の電極の間に発光層を含む有機層を挟持したエレクトロルミネッセンス素子であって、
上記発光層の含有する発光ドーパント材料は、当該発光ドーパント材料の電子移動度と正孔移動度との関係に応じた濃度勾配を当該発光層の厚さ方向に有す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。
上記発光ドーパント材料の正孔移動度が電子移動度よりも大きく、上記発光層における上記発光ドーパント材料の濃度は、上記陽極から上記陰極に向かって減少することを特徴とする請求項１に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
上記発光ドーパント材料の電子移動度が正孔移動度よりも大きく、上記発光層における上記発光ドーパント材料の濃度は、上記陰極から上記陽極に向かって減少することを特徴とする請求項１に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
上記発光ドーパント材料の電子移動度と正孔移動度とが等しく、上記発光層における上記発光ドーパント材料の濃度は、上記発光層の厚みの中心部から上記陽極および上記陰極に向かって減少していることを特徴とする請求項１に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
上記有機層のホスト材料は、単一種類からなることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
上記発光層における上記発光ドーパント材料の濃度は、上記発光層中のホスト材料に対して１０％以上３０％以下の範囲内にあることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。