JP3885412B2 - 有機電界発光素子 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ディスプレイ等の各種の表示装置として広範囲に利用される発光素子であって、特に低い駆動電圧、高輝度、安定性に優れた有機電界発光素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電界発光素子は、自己発光のために液晶素子にくらべて明るく、鮮明な表示が可能であるため、旧来多くの研究者によって研究されてきた。
【０００３】
現在、実用レベルに達し商品化されている電界発光素子としては、無機材料のＺｎＳを用いた素子がある。
【０００４】
しかし、この様な無機の電界発光素子は発光のための駆動電圧として２００Ｖ程度必要であるため、広く使用されるには至っていない。
【０００５】
これに対して、有機材料を用いた電界発光素子である有機電界発光素子は、従来、実用的なレベルからはほど遠いものであったが、アプライド・フィジックス・レターズ、５１巻，９１３頁，１９８７年（Ａｐｐｌｉｅｄ ＰｈｙｓｉｃｓＬｅｔｔｅｒｓ， Ｖｏｌ．５１， Ｐ．９１３， １９８７）で開示されているように、コダック社のＣ．Ｗ．Ｔａｎｇらによって開発された積層構造素子により、その特性が飛躍的に進歩した。
【０００６】
彼らは、蒸着膜の構造が安定であって電子を輸送することのできる蛍光体と、正孔を輸送することのできる有機物を積層し、両方のキャリヤーを蛍光体中に注入して発光させることに成功した。
【０００７】
これによって、有機電界発光素子の発光効率が向上し、１０Ｖ以下の電圧で１０００ｃｄ／ｍ２以上の発光が得られるようになった。
【０００８】
さらに、ジャーナル・オブ・アプライド・フィジックス、６５巻，３６１０頁，１９８９年（Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．， Ｖｏｌ．６５， Ｐ．３６１０，１９８９）で開示されているように、１９８９年には同じくコダック社のＣ．Ｗ．Ｔａｎｇらによりゲストホストシステムによる発光層が提案され、素子の発光効率の向上および多様な発光材料の使用が可能となった。現在、発光効率が高い有機電界発光素子の多くは、ゲストホストシステムによる発光層を用いている。
【０００９】
しかしながら、ゲストホストシステムで発光効率の向上した素子を得るためには、ゲスト材料である発光材料を１ｍｏｌ％程度の低濃度でホスト材料にドープする必要がある。有機電界発光素子では発光層の膜厚は数十ｎｍ程度であり、その形成方法は通常真空蒸着法を用いている。このため、このような低濃度にドーピされた薄膜発光層を大面積の基板に均一に形成することは困難であり、ゲストホストシステムによる素子の実用化において大きな問題となっている。
【００１０】
また、ゲスト材料として用いられる発光材料を通常の方法で発光層として用いても発光効率の良い有機電界発光素子を得るのは困難である。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、発光効率が高く、様々な色の発光が可能である有機電界発光素子を容易に提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、一対の電極と、前記一対の電極の間に形成された発光層と、正孔を輸送する正孔輸送層と、電子を輸送する電子輸送層と少なくとも有する有機電界発光素子であって、前記発光層が濃度消光を起す所定の有機物を含むものであり、あるいは発光層に含まれる濃度消光を起す有機物の蛍光寿命が前記正孔輸送層または前記電子輸送層に含まれる所定の材料の蛍光寿命より短いものであって、かつ前記発光層はその膜厚が４ｎｍ以下に形成され、前記発光層が前記正孔輸送層の中に設けてあることを特徴とする有機電界発光素子である。
また本発明は、一対の電極と、前記一対の電極の間に形成された発光層と、正孔を輸送する正孔輸送層と、電子を輸送する電子輸送層と少なくとも有する有機電界発光素子であって、前記発光層が濃度消光を起す所定の有機物を含むものであり、あるいは発光層に含まれる濃度消光を起す有機物の蛍光寿命が前記正孔輸送層または前記電子輸送層に含まれる所定の材料の蛍光寿命より短いものであって、かつ前記発光層はその膜厚が４ｎｍ以下に形成されたものであり、前記発光層が、前記正孔輸送層と電子輸送層の間、前記正孔輸送層の中、又は前記電子輸送層の中のいずれか複数の部位に設けてあることを特徴とする有機電界発光素子である。
【００１３】
このような構成によれば、発光効率が高く、様々な色の発光が可能である有機電界発光素子が容易に提供される。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の一参考例は、陽極と、リチウムを含む陰極と、前記陽極と前記陰極との間に形成された発光層とを少なくとも有する有機電界発光素子であって、前記発光層が、ゲストホストシステムによるものではないものであって、前記濃度消光を起す所定の1つの有機物からなるものであり、かつ前記発光層の膜厚が４ｎｍ以下であることを特徴とする有機電界発光素子である。濃度消光とは濃度を上げると光らなくなる現象であるが、このように濃度消光を起こす有機物を発光層に用いても、発光層の膜厚を４ｎｍ以下にすることで高効率な電界発光が可能となる。ここで用いられる濃度消光を起こす発光材料としては、レーザ色素等の各種の蛍光性有機化合物から選べることができるものであり、特に有用な発光材料としてはキナクリドン誘導体、クマリン誘導体、メロシアニン誘導体、オキサゾール誘導体、チアゾール誘導体、スチリル誘導体、フラボン誘導体、キノリン誘導体、アクリジン誘導体、縮合多環化合物などが挙げられる。具体的には、N,N' -ジメチルキナクリドン（以下ＤＭＱという）、N,N'-ジフェニルキナクリドン、３-(２'-ベンゾチアゾリル)-７-ジエチルアミノクマリン（以下クマリン６という）、４-ジシアノメチレン-２-メチル-６-(ｐ-ジメチルアミノスチリル)-４H-ピラン（以下ＤＣＭという）、ルブレン、ジフェニルテトラセン、ペリレンなどが挙げられる。
【００１５】
本発明の一参考例は、陽極と、リチウムを含む陰極と、前記陽極と前記陰極との間に形成された1つの有機物からなる発光層と、電子又は正孔を輸送する電荷輸送層を少なくとも有する有機電界発光素子であって、前記発光層がゲストホストシステムによるものではなく、前記有機物の蛍光寿命が前記電荷輸送層に含まれる材料の蛍光寿命より短く、かつ前記発光層の膜厚が４ｎｍ以下であることを特徴とする有機電界発光素子である。このような発光層を設けることにより、電荷輸送層で電子と正孔が再結合して生成する励起子のエネルギーを発光層の材料に効率良く移すことができ、発光層から高効率な電界発光を得ることが可能となる。ここでいう蛍光寿命とは蛍光強度が初期の１／ｅになるまでの時間を示しており、汎用の蛍光寿命測定装置により測定されるものである。このような素子の具体例としては、例えば、発光層に用いる有機物として４-ジシアノメチレン-２-メチル-６-(ｐ-ジメチルアミノスチリル)-４H-ピラン（以下ＤＣＭという）を用い、電荷輸送層に用いられる材料としてトリス(８-キノリノール)アルミニウム（以下Ａｌｑという）を用いた例を挙げられる。ＤＣＭの蛍光寿命は２〜３ｎ秒で、Ａｌｑの蛍光寿命は約１２ｎ秒である。なお、電子と正孔が再結合して励起子を生成する現象は発光層でも起こりうるのはいうまでもない。
【００１６】
本発明の一参考例は、陽極と、リチウムを含む陰極と、前記陽極と前記陰極との間に形成された発光層とを少なくとも有する有機電界発光素子であって、前記発光層が、ゲストホストシステムによるものではないものであって、所定の1つの有機物からなるものであり、前記有機物の蛍光寿命が１０ｎ秒以下であり、かつ前記発光層の膜厚が４ｎｍ以下であることを特徴とする有機電界発光素子である。このように発光層に用いる有機物の蛍光寿命を１０ｎ秒以下のものを用いることにより電子と正孔の再結合により生成した励起子のエネルギーを効率よく発光層に移すことができ、発光層の膜厚を４ｎｍのとしても効率良い電界発光を得ることができる。蛍光寿命が１０ｎ秒以下の有機物としては、例えばＤＣＭが挙げられる。ＤＣＭの蛍光寿命は２〜３ｎ秒である。
【００１７】
本発明の一参考例は、陽極と、リチウムを含む陰極と、前記陽極と前記陰極との間に形成された発光層とを少なくとも有する有機電界発光素子であって、前記発光層が、ゲストホストシステムによるものではないものであって、前記濃度消光を起す所定の1つの有機物からなるものであり、かつ前記発光層が島状に形成されたものであることを特徴とする有機電界発光素子である。このように、濃度消光を起こす有機物を発光層に用いても、発光層を島状に形成することで高効率な電界発光が可能となる。ここで用いられる濃度消光を起こす発光材料としては、レーザ色素等の各種の蛍光性有機化合物から選べられるものであり、特に有用な発光材料としてはキナクリドン誘導体、クマリン誘導体、メロシアニン誘導体、オキサゾール誘導体、チアゾール誘導体、スチリル誘導体、フラボン誘導体、キノリン誘導体、アクリジン誘導体、縮合多環化合物などが挙げられる。具体的には、N,N'-ジメチルキナクリドン（ＤＭＱ）、N,N'-ジフェニルキナクリドン、３-(２'-ベンゾチアゾリル)-７-ジエチルアミノクマリン（クマリン６）、４-ジシアノメチレン-２-メチル-６-(ｐ-ジメチルアミノスチリル)-４H-ピラン（ＤＣＭ）、ルブレン、ジフェニルテトラセン、ペリレンなどが挙げられる。一般に薄膜形成する際に、極薄膜、例えば１ｎｍ以下の薄膜を作成した場合は、膜が島状に形成されている場合が多い。
【００１８】
本発明の一参考例は、陽極と、リチウムを含む陰極と、前記陽極と前記陰極との間に形成された所定の1つの有機物からなる発光層と、電子又は正孔を輸送する電荷輸送層を少なくとも有する有機電界発光素子であって、前記発光層がゲストホストシステムによるものではなく、前記有機物の蛍光寿命が前記電荷輸送層に含まれる材料の蛍光寿命より短く、かつ前記発光層が島状に形成されたものであることを特徴とする有機電界発光素子である。このような発光層を設けることにより、電荷輸送層でのエネルギーを発光層の材料に効率良く移すことができ、発光層を島状に形成しても発光層から高効率な電界発光を得ることが可能となる。ここでいう蛍光寿命とは蛍光強度が初期の１／ｅになるまでの時間を示しており、汎用の蛍光寿命測定装置により測定されるものである。一般に薄膜形成する際に、極薄膜、例えば１ｎｍ以下の薄膜を作成した場合は、膜が島状に形成されている場合が多い。なお、電子と正孔が再結合して励起子を生成する現象は発光層でも起こりうるのはいうまでもない。
【００１９】
本発明の一参考例は、陽極と、リチウムを含む陰極と、前記陽極と前記陰極との間に形成された発光層とを少なくとも有する有機電界発光素子であって、前記発光層が、ゲストホストシステムによるものではないものであって、所定の1つの有機物からなるものであり、前記有機物の蛍光寿命が１０ｎ秒以下であり、かつ前記発光層が島状に形成されたものであることを特徴とする有機電界発光素子である。このように発光層に用いる有機物の蛍光寿命を１０ｎ秒以下のものを用いることにより電子と正孔の再結合により生成した励起子のエネルギーを効率よく発光層に移すことができ、発光層を島状に形成しても効率良い電界発光を得ることができる。一般に薄膜形成する際に、極薄膜、例えば１ｎｍ以下の薄膜を作成した場合は、膜が島状に形成されている場合が多い。
【００２０】
本発明の一参考例は、正孔を輸送する正孔輸送層及び電子を輸送する電子輸送層を有し、発光層が前記正孔輸送層と前記電子輸送層の間に設けてあることを特徴とする有機電界発光素子である。このように発光層を正孔輸送層と電子輸送層の間に設けることにより、発光層へ注入される正孔と電子のバランスがよくなり発光効率の向上がなされる。
【００２１】
請求項１又は２記載の発明は、一対の電極と、前記一対の電極の間に形成された発光層と、正孔を輸送する正孔輸送層と、電子を輸送する電子輸送層と少なくとも有する有機電界発光素子であって、前記発光層が濃度消光を起す所定の有機物を含むものであり、あるいは発光層に含まれる濃度消光を起す有機物の蛍光寿命が前記正孔輸送層または前記電子輸送層に含まれる所定の材料の蛍光寿命より短いものであって、かつ前記発光層はその膜厚が４ｎｍ以下に形成され、前記発光層が前記正孔輸送層の中に設けてあることを特徴とする有機電界発光素子である。このような構成をとることにより、正孔輸送層と電子輸送層の界面近傍に多く存在すると考えられている励起子のエネルギーを効率良く発光層に移すことができ、正孔輸送層の中に発光層を設けても高効率発光が可能となる。発光層を設ける位置は正孔輸送層と電子輸送層の界面に近い方がよい。
【００２２】
本発明の一参考例は、正孔を輸送する正孔輸送層及び電子を輸送する電子輸送層を有し、発光層が前記電子輸送層の中に設けてあることを特徴とする有機電界発光素子である。このような構成をとることにより、正孔輸送層と電子輸送層の界面近傍に多く存在すると考えられている励起子のエネルギーを効率良く発光層に移すことができ、電子輸送層の中に発光層を設けても高効率発光が可能となる。発光層を設ける位置は正孔輸送層と電子輸送層の界面に近い方がよいが、電子輸送層の中に設ける場合は正孔輸送層の中に設ける場合と違って２０ｎｍ程度離しても発光層から発光が十分得られる。
【００２３】
請求項３又は４記載の発明は、一対の電極と、前記一対の電極の間に形成された発光層と、正孔を輸送する正孔輸送層と、電子を輸送する電子輸送層と少なくとも有する有機電界発光素子であって、前記発光層が濃度消光を起す所定の有機物を含むものであり、あるいは発光層に含まれる濃度消光を起す有機物の蛍光寿命が前記正孔輸送層または前記電子輸送層に含まれる所定の材料の蛍光寿命より短いものであって、かつ前記発光層はその膜厚が４ｎｍ以下に形成されたものであり、前記発光層が、前記正孔輸送層と電子輸送層の間、前記正孔輸送層の中、又は前記電子輸送層の中のいずれか複数の部位に設けてあることを特徴とする有機電界発光素子である。このように複数の部位に設けることにより励起子から発光層へのエネルギー移動がさらに効率良く起こり発光効率の向上がなされる。
【００２４】
請求項５記載の発明は、発光層に接して正孔ブロック層を設けたことを特徴とする有機電界発光素子であり、発光層近傍に正孔と電子の再結合領域を限定することができ発光効率の向上が可能となる。ここで用いられる正孔ブロック層としては、従来から有機電界発光素子で用いられているもので良く、トリアゾール誘導体や８キノリノール誘導体の金属錯体などの有機化合物や、アルカリ金属化合物、アルカリ土類金属化合物や酸化アルミなどの無機化合物の超薄膜が挙げられる。具体的には、３-(４-ビフェニリル)-４-フェニリル-５-ターシャルブチルフェニリル-１,２,４-トリアゾール、トリス(８-キノリノール)アルミニウム、ＬｉＦ、Ｌｉ２Ｏ、ＭｇＦ、ＣａＦ、ＳｉＯ、ＧｅＯなどが挙げられる。
【００２５】
請求項６記載の発明は、発光層に接して電子ブロック層を設けたことを特徴とする有機電界発光素子であり、発光層近傍に正孔と電子の再結合領域を限定することができ発光効率の向上が可能となる。ここで用いられる電子ブロック層としては、従来から有機電界発光素子で用いられているもので良く、芳香族アミン化合物などの有機化合物や、アルカリ金属化合物、アルカリ土類金属化合物や酸化物、フッ化物などの無機化合物の超薄膜が挙げられる。具体的には、ＬｉＦ、Ｌｉ２Ｏ、ＭｇＦ、ＣａＦ、ＳｉＯ、ＧｅＯなどが挙げられる。
【００２６】
請求項７記載の発明は、発光層に接して正孔輸送層に含まれる第１の材料と発光層に含まれる第２の材料の混合層を設けたことを特徴とする有機電界発光素子である。このように正孔輸送材料と発光材料の混合層を設けることにより発光材の界面の状態を安定化することができ、特に駆動時の発光安定性を向上させることが可能となる。
【００２７】
請求項８記載の発明は、発光層に接して電子輸送層に含まれる第１の材料と発光層に含まれる第２の材料の混合層を設けたことを特徴とする有機電界発光素子である。このように電子輸送材料と発光材料の混合層を設けることにより発光材の界面の状態を安定化することができ、特に駆動時の発光安定性を向上させることが可能となる。
【００２８】
請求項９記載の発明は、発光層が多層構造になっていることを特徴とした有機電界発光素子であり、発光領域の増大により発光効率の向上が可能となる。さらに発光層を、それぞれ異なる色を発光する複数の発光層からなる多層構造にすることが可能であり、これにより複数の発光色を混合して様々な発光色を実現することができる。
【００２９】
請求項１０記載の発明は、それぞれ異なる色を発光する複数の発光層からなる多層構造を設けることにより白色発光となることを特徴とした有機電界光素子であり、高効率の白色発光が可能となる。白色発光の形成方法としては、青色、緑色、赤色の三原色を発光させるほかにも、青緑色系発光とオレンジ色系発光の混色を用いるなどさまざまな方法が可能である。
【００３０】
請求項１１記載の発明は、発光層がブロック状になっていることを特徴とした有機電界発光素子であり、発光領域の分割化により発光の安定性が向上する。さらに、発光層を複数の色を発光する複数のブロック領域を設けることができ、複数の発光色を混合することにより様々な発光色を実現することができる。
【００３１】
請求項１２記載の発明は、複数の色を発光する領域からなるブロック状の発光層を設けることにより白色発光となることを特徴とした有機電界発光素子であり、高効率の白色発光が可能となる。白色発光の形成方法としては、青色、緑色、赤色の三原色を発光させるほかにも、青緑色系発光とオレンジ色系発光の混色するなどさまざまな方法が可能である。また、請求項１３に記載のように、発光層を気相成長法により形成することにより、４ｎｍ以下の発光層の形成が容易にできる。気相成長法としては真空蒸着法が最適である。
【００３２】
以下に、本発明を具体的な実施の形態によりに説明する。
【００３３】
以下の実施の形態では、正孔輸送材として（化１）で示すN,N'-ビス[４'-(N,N'-ジフェニルアミノ)-４-ビフェニリル]-N,N'-ジフェニルベンジジン（以下ＴＰＴという）を、電子輸送材として（化２）で示すトリス(８-キノリノール)アルミニウム（以下Ａｌｑという。）を用い、陽極、正孔輸送層、発光層、電子輸送層、陰極の順に積層した素子の構成を代表的に示すが、本発明はこの構成に限定されるものではもちろんない。また、通常は基板上に陽極から陰極の順に積層するが、これとは逆に基板上に陰極から陽極の順に積層してもよい。
【００３４】
【化１】
【００３５】
【化２】
【００３６】
（実施の形態１）
本発明の第１の実施の形態における有機電界発光素子は、図１にその断面図を示すように、ガラス基板１上に透明電極２としてＩＴＯ電極をあらかじめ形成したものの上に、正孔を輸送する正孔輸送層３、発光現象が起こる発光層４、電子を輸送する電子輸送層５、陰極６の順に蒸着して作製した構成を有する。発光層としては（化３）に示すＤＣＭを用いた。ＤＣＭは濃度消光を起こす有機物である。
【００３７】
【化３】
【００３８】
まず、十分に洗浄したＩＴＯ電極付きのガラス基板、ＴＰＴ、ＤＣＭ、Ａｌｑ、アルミニウム及びリチウムを蒸着装置にセットした。
【００３９】
ついで、２×１０−６ｔｏｒｒまで排気した後、０．１ｎｍ／秒の速度でセットしたＴＰＴを蒸着し正孔輸送層を５０ｎｍ形成した。ついで、セットした発光材のＤＣＭを０．０１ｎｍ／秒の速度で蒸着し、膜厚０．２ｎｍの発光層を形成した。次に、電子輸送材のＡｌｑを０．１ｎｍ／秒で蒸着し、膜厚５０ｎｍの電子輸送層を積層した。その後、アルミニウムとリチウムをそれぞれ別の蒸着源より蒸着しアルミニウムとリチウムの共蒸着層を１５０ｎｍ形成して陰極とした。なお、これらの蒸着はいずれも真空を破らずに連続して行い、膜厚は水晶振動子によってモニターした。
【００４０】
そして、素子作製後、直ちに乾燥窒素中で電極の取り出しを行い、引続き特性測定を行った。ここで、得られた素子の発光効率は、発光輝度１００ｃｄ／ｍ2の場合の値で定義した。また、駆動寿命は初期輝度を１０００ｃｄ／ｍ2として一定電流で駆動したときに、輝度が初期の半分の５００ｃｄ／ｍ2になる間での時間で定義した。
【００４１】
同様の測定を発光層の膜厚を変化させて行った。その結果を、以下の（表１）に示す。
【００４２】
【表１】
【００４３】
（表１）より、本実施の形態の有機電界発光素子は、発光効率、駆動寿命が優れていることが確認された。
【００４４】
なお、ＤＣＭの蛍光寿命は２〜３ｎ秒で、Ａｌｑの蛍光寿命は約１２ｎ秒である。また、膜厚が１ｎｍ以下の場合、薄膜は島状に形成されている可能性が高く、その場合も良好な結果が得られているのが（表１）よりわかる。
【００４５】
（実施の形態２）
本発明の第２の実施の形態における有機電界発光素子は、図２及び図３にその断面図を示すように発光層を電子輸送層の中または正孔輸送層の中に設けた以外は、実施の形態１と同様に有機電界発光素子を作製し、その特性を評価した。図２及び図３において、１はガラス基板、２は透明電極、３は正孔を輸送する正孔輸送層、４は発光現象が起こる発光層、５は電子を輸送する電子輸送層、６は陰極である。発光層の位置の詳細は（表２）に示した通りであるが、表中のＸ及びＹとは図２及び図３に示したように、発光層が電子輸送層と正孔輸送層の界面からどれだけ離れているかを示しいる。
【００４６】
その結果を、以下の（表２）に示す。
【００４７】
【表２】
【００４８】
（表２）より、本実施の形態の有機電界発光素子は、発光効率、駆動寿命が優れていることが確認された。発光層を設ける位置としては正孔輸送層と電子輸送層の間だけでなく、正孔輸送層の中や電子輸送層の中に設けることも有効であることが確認された。しかし、発光層を正孔輸送層の中に設けるた場合には、正孔輸送層と電子輸送層の界面より２ｎｍ離れてしまうと電子輸送層であるＡｌｑからの緑色の発光となりＤＣＭからの発光は得られなかった。一方、電子輸送層の中に設ける場合では、界面から２０ｎｍ離れたところに設けてもＤＣＭからのオレンジ色の発光が得られることが確認された。さらに、発光層を複数の部位に設けることにより、発光効率及び駆動寿命が向上したことが確認された。
【００４９】
（実施の形態３）
本発明の第３の実施の形態における有機電界発光素子は、図４にその断面図を示すように発光層に接して正孔ブロック層または電子ブロック層を設けた以外は、実施の形態１と同様に有機電界発光素子を作製し、その特性を評価した。図４において、１はガラス基板、２は透明電極、３は正孔を輸送する正孔輸送層、４は発光現象が起こる発光層、５は電子を輸送する電子輸送層、６は陰極、７は電子ブロック層、８は正孔ブロック層である。正孔または電子ブロック層としてはＬｉＦおよびトリアゾール誘導体（ＴＡＺ）を用い（表３）に示した構成の素子を作製した。
【００５０】
その結果を、以下の（表３）に示す。
【００５１】
【表３】
【００５２】
（表３）より、本実施の形態の有機電界発光素子は、発光効率、駆動寿命が優れていることが確認された。
【００５３】
（実施の形態４）
本発明の第４の実施の形態における有機電界発光素子は、図５にその断面図を示すように発光層に接して正孔輸送層に含まれる正孔輸送材と発光層に含まれる発光材の混合層、又は電子輸送層に含まれる電子輸送材と発光材の混合層を設けた以外は、実施の形態１と同様に有機電界発光素子を作製し、その特性を評価した。図５において、１はガラス基板、２は透明電極、３は正孔を輸送する正孔輸送層、４は発光現象が起こる発光層、５は電子を輸送する電子輸送層、６は陰極、９は正孔輸送材と発光材の混合層、１０は電子輸送材と発光材の混合層である。なお、正孔輸送材（ＴＰＴ）と発光材（ＤＣＭ）の混合層は正孔輸送層と発光層の間に、電子輸送材（Ａｌｑ）と発光材（ＤＣＭ）の混合層は発光層と電子輸送層の間に設けた。また混合層はそれぞれの材料を１：１になるように共蒸着法により成膜し、その膜厚は１０ｎｍとした。
【００５４】
その結果を、以下の（表４）に示す。
【００５５】
【表４】
【００５６】
（表４）より、本実施の形態の有機電界発光素子は、発光効率、駆動寿命が優れていることが確認された。
【００５７】
（実施の形態５）
本発明の第５の実施の形態における有機電界発光素子は、発光層にＤＣＭに替えて（表５）に示す材料を用いて発光層の膜厚を０．２ｎｍにした以外は、実施の形態１と同様に有機電界発光素子を作製し、その特性を評価した。
【００５８】
その結果を、以下の（表５）に示す。
【００５９】
【表５】
【００６０】
（表５）より、本実施の形態の有機電界発光素子は、発光効率、駆動寿命が優れていることが確認された。
【００６１】
（実施の形態６）
本発明の第６の実施の形態における有機電界発光素子は、図６及び図７にその断面図を示すように発光層をその成分を異なる三層の多層構造とした以外は、実施の形態１と同様に有機電界発光素子を作製した。図６及び図７において、１はガラス基板、２は透明電極、３は正孔を輸送する正孔輸送層、４ａは発光現象が起こる第１の発光層、４ｂは発光現象が起こる第２の発光層、４ｃは発光現象が起こる第３の発光層、５は電子を輸送する電子輸送層、６は陰極である。各発光層（４ａ，４ｂ，４ｃ）は図６のように間隔を設けて形成してもよく、また図７のように積層されていてもよい。このように作製した素子の特性を評価したところ、良好な結果が得られた。
【００６２】
また、例えば４ａを赤色系、４ｂを緑色系、４ｃを青色系の発光層とすることで白色発光を実現することができる。さらに、フィルタなどにより白色発光を再度いくつかの色に分けて用いることも可能である。
【００６３】
（実施の形態７）
本発明の第７の実施の形態における有機電界発光素子は、図８にその断面図を示すように発光層をそれぞれ成分の異なる３つのブロック状とした以外は、実施の形態１と同様に有機電界発光素子を作製した。図８において、１はガラス基板、２は透明電極、３は正孔を輸送する正孔輸送層、４ｄは発光現象が起こる第１の発光層、４ｅは発光現象が起こる第２の発光層、４ｆは発光現象が起こる第３の発光層、５は電子を輸送する電子輸送層、６は陰極である。ブロック状発光層は、リソグラフィ技術及び薄膜加工技術等を用いて作製した。ブロック状発光層の形状はストライプ状や格子状等のさまざまな形態をとることができる。図９（ａ）に、ストライプ状、図９（ｂ）に格子状の場合の、発光層の平面構成図の例を示す。図９（ａ）、（ｂ）において、４ｄは発光現象が起こる第１の発光層、４ｅは発光現象が起こる第２の発光層、４ｆは発光現象が起こる第３の発光層である。このように作製した素子の特性を評価したところ、良好な結果が得られた。
【００６４】
なお、例えば図８や図９で示した発光層において４ｄを赤色系、４ｅを緑色系、４ｆを青色系の発光層とすることで白色発光を実現することができる。さらに、フィルターなどにより白色発光を再度いくつかの色に分けて用いることもできる。
【００６５】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、発光効率が高く駆動寿命時の輝度の低下が小さい有機電界発光素子が得られるという有利な効果が得られる。また、様々な色の発光が可能である有機電界発光素子を容易に得られることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態における有機電界発光素子の構成を示す断面図
【図２】本発明の第２の実施の形態における有機電界発光素子の構成を示す断面図
【図３】本発明の第２の実施の形態における有機電界発光素子の構成を示す断面図
【図４】本発明の第３の実施の形態における有機電界発光素子の構成を示す断面図
【図５】本発明の第４の実施の形態における有機電界発光素子の構成を示す断面図
【図６】本発明の第６の実施の形態における有機電界発光素子の構成を示す断面図
【図７】本発明の第６の実施の形態における有機電界発光素子の構成を示す断面図
【図８】本発明の第７の実施の形態における有機電界発光素子の構成を示す断面図
【図９】本発明の第７の実施の形態におけるブロック状発光層の平面構成図
【符号の説明】
１ ガラス基板
２ 透明電極
３ 正孔輸送層
４、４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ、４ｅ、４ｆ 発光層
５ 電子輸送層
６ 陰極
７ 電子ブロック層
８ 正孔ブロック層
９ 正孔輸送材と発光材の混合層
１０ 電子輸送材と発光材の混合層
【発明の属する技術分野】
本発明は、ディスプレイ等の各種の表示装置として広範囲に利用される発光素子であって、特に低い駆動電圧、高輝度、安定性に優れた有機電界発光素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電界発光素子は、自己発光のために液晶素子にくらべて明るく、鮮明な表示が可能であるため、旧来多くの研究者によって研究されてきた。
【０００３】
現在、実用レベルに達し商品化されている電界発光素子としては、無機材料のＺｎＳを用いた素子がある。
【０００４】
しかし、この様な無機の電界発光素子は発光のための駆動電圧として２００Ｖ程度必要であるため、広く使用されるには至っていない。
【０００５】
これに対して、有機材料を用いた電界発光素子である有機電界発光素子は、従来、実用的なレベルからはほど遠いものであったが、アプライド・フィジックス・レターズ、５１巻，９１３頁，１９８７年（Ａｐｐｌｉｅｄ ＰｈｙｓｉｃｓＬｅｔｔｅｒｓ， Ｖｏｌ．５１， Ｐ．９１３， １９８７）で開示されているように、コダック社のＣ．Ｗ．Ｔａｎｇらによって開発された積層構造素子により、その特性が飛躍的に進歩した。
【０００６】
彼らは、蒸着膜の構造が安定であって電子を輸送することのできる蛍光体と、正孔を輸送することのできる有機物を積層し、両方のキャリヤーを蛍光体中に注入して発光させることに成功した。
【０００７】
これによって、有機電界発光素子の発光効率が向上し、１０Ｖ以下の電圧で１０００ｃｄ／ｍ２以上の発光が得られるようになった。
【０００８】
さらに、ジャーナル・オブ・アプライド・フィジックス、６５巻，３６１０頁，１９８９年（Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．， Ｖｏｌ．６５， Ｐ．３６１０，１９８９）で開示されているように、１９８９年には同じくコダック社のＣ．Ｗ．Ｔａｎｇらによりゲストホストシステムによる発光層が提案され、素子の発光効率の向上および多様な発光材料の使用が可能となった。現在、発光効率が高い有機電界発光素子の多くは、ゲストホストシステムによる発光層を用いている。
【０００９】
しかしながら、ゲストホストシステムで発光効率の向上した素子を得るためには、ゲスト材料である発光材料を１ｍｏｌ％程度の低濃度でホスト材料にドープする必要がある。有機電界発光素子では発光層の膜厚は数十ｎｍ程度であり、その形成方法は通常真空蒸着法を用いている。このため、このような低濃度にドーピされた薄膜発光層を大面積の基板に均一に形成することは困難であり、ゲストホストシステムによる素子の実用化において大きな問題となっている。
【００１０】
また、ゲスト材料として用いられる発光材料を通常の方法で発光層として用いても発光効率の良い有機電界発光素子を得るのは困難である。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、発光効率が高く、様々な色の発光が可能である有機電界発光素子を容易に提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、一対の電極と、前記一対の電極の間に形成された発光層と、正孔を輸送する正孔輸送層と、電子を輸送する電子輸送層と少なくとも有する有機電界発光素子であって、前記発光層が濃度消光を起す所定の有機物を含むものであり、あるいは発光層に含まれる濃度消光を起す有機物の蛍光寿命が前記正孔輸送層または前記電子輸送層に含まれる所定の材料の蛍光寿命より短いものであって、かつ前記発光層はその膜厚が４ｎｍ以下に形成され、前記発光層が前記正孔輸送層の中に設けてあることを特徴とする有機電界発光素子である。
また本発明は、一対の電極と、前記一対の電極の間に形成された発光層と、正孔を輸送する正孔輸送層と、電子を輸送する電子輸送層と少なくとも有する有機電界発光素子であって、前記発光層が濃度消光を起す所定の有機物を含むものであり、あるいは発光層に含まれる濃度消光を起す有機物の蛍光寿命が前記正孔輸送層または前記電子輸送層に含まれる所定の材料の蛍光寿命より短いものであって、かつ前記発光層はその膜厚が４ｎｍ以下に形成されたものであり、前記発光層が、前記正孔輸送層と電子輸送層の間、前記正孔輸送層の中、又は前記電子輸送層の中のいずれか複数の部位に設けてあることを特徴とする有機電界発光素子である。
【００１３】
このような構成によれば、発光効率が高く、様々な色の発光が可能である有機電界発光素子が容易に提供される。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の一参考例は、陽極と、リチウムを含む陰極と、前記陽極と前記陰極との間に形成された発光層とを少なくとも有する有機電界発光素子であって、前記発光層が、ゲストホストシステムによるものではないものであって、前記濃度消光を起す所定の1つの有機物からなるものであり、かつ前記発光層の膜厚が４ｎｍ以下であることを特徴とする有機電界発光素子である。濃度消光とは濃度を上げると光らなくなる現象であるが、このように濃度消光を起こす有機物を発光層に用いても、発光層の膜厚を４ｎｍ以下にすることで高効率な電界発光が可能となる。ここで用いられる濃度消光を起こす発光材料としては、レーザ色素等の各種の蛍光性有機化合物から選べることができるものであり、特に有用な発光材料としてはキナクリドン誘導体、クマリン誘導体、メロシアニン誘導体、オキサゾール誘導体、チアゾール誘導体、スチリル誘導体、フラボン誘導体、キノリン誘導体、アクリジン誘導体、縮合多環化合物などが挙げられる。具体的には、N,N' -ジメチルキナクリドン（以下ＤＭＱという）、N,N'-ジフェニルキナクリドン、３-(２'-ベンゾチアゾリル)-７-ジエチルアミノクマリン（以下クマリン６という）、４-ジシアノメチレン-２-メチル-６-(ｐ-ジメチルアミノスチリル)-４H-ピラン（以下ＤＣＭという）、ルブレン、ジフェニルテトラセン、ペリレンなどが挙げられる。
【００１５】
本発明の一参考例は、陽極と、リチウムを含む陰極と、前記陽極と前記陰極との間に形成された1つの有機物からなる発光層と、電子又は正孔を輸送する電荷輸送層を少なくとも有する有機電界発光素子であって、前記発光層がゲストホストシステムによるものではなく、前記有機物の蛍光寿命が前記電荷輸送層に含まれる材料の蛍光寿命より短く、かつ前記発光層の膜厚が４ｎｍ以下であることを特徴とする有機電界発光素子である。このような発光層を設けることにより、電荷輸送層で電子と正孔が再結合して生成する励起子のエネルギーを発光層の材料に効率良く移すことができ、発光層から高効率な電界発光を得ることが可能となる。ここでいう蛍光寿命とは蛍光強度が初期の１／ｅになるまでの時間を示しており、汎用の蛍光寿命測定装置により測定されるものである。このような素子の具体例としては、例えば、発光層に用いる有機物として４-ジシアノメチレン-２-メチル-６-(ｐ-ジメチルアミノスチリル)-４H-ピラン（以下ＤＣＭという）を用い、電荷輸送層に用いられる材料としてトリス(８-キノリノール)アルミニウム（以下Ａｌｑという）を用いた例を挙げられる。ＤＣＭの蛍光寿命は２〜３ｎ秒で、Ａｌｑの蛍光寿命は約１２ｎ秒である。なお、電子と正孔が再結合して励起子を生成する現象は発光層でも起こりうるのはいうまでもない。
【００１６】
本発明の一参考例は、陽極と、リチウムを含む陰極と、前記陽極と前記陰極との間に形成された発光層とを少なくとも有する有機電界発光素子であって、前記発光層が、ゲストホストシステムによるものではないものであって、所定の1つの有機物からなるものであり、前記有機物の蛍光寿命が１０ｎ秒以下であり、かつ前記発光層の膜厚が４ｎｍ以下であることを特徴とする有機電界発光素子である。このように発光層に用いる有機物の蛍光寿命を１０ｎ秒以下のものを用いることにより電子と正孔の再結合により生成した励起子のエネルギーを効率よく発光層に移すことができ、発光層の膜厚を４ｎｍのとしても効率良い電界発光を得ることができる。蛍光寿命が１０ｎ秒以下の有機物としては、例えばＤＣＭが挙げられる。ＤＣＭの蛍光寿命は２〜３ｎ秒である。
【００１７】
本発明の一参考例は、陽極と、リチウムを含む陰極と、前記陽極と前記陰極との間に形成された発光層とを少なくとも有する有機電界発光素子であって、前記発光層が、ゲストホストシステムによるものではないものであって、前記濃度消光を起す所定の1つの有機物からなるものであり、かつ前記発光層が島状に形成されたものであることを特徴とする有機電界発光素子である。このように、濃度消光を起こす有機物を発光層に用いても、発光層を島状に形成することで高効率な電界発光が可能となる。ここで用いられる濃度消光を起こす発光材料としては、レーザ色素等の各種の蛍光性有機化合物から選べられるものであり、特に有用な発光材料としてはキナクリドン誘導体、クマリン誘導体、メロシアニン誘導体、オキサゾール誘導体、チアゾール誘導体、スチリル誘導体、フラボン誘導体、キノリン誘導体、アクリジン誘導体、縮合多環化合物などが挙げられる。具体的には、N,N'-ジメチルキナクリドン（ＤＭＱ）、N,N'-ジフェニルキナクリドン、３-(２'-ベンゾチアゾリル)-７-ジエチルアミノクマリン（クマリン６）、４-ジシアノメチレン-２-メチル-６-(ｐ-ジメチルアミノスチリル)-４H-ピラン（ＤＣＭ）、ルブレン、ジフェニルテトラセン、ペリレンなどが挙げられる。一般に薄膜形成する際に、極薄膜、例えば１ｎｍ以下の薄膜を作成した場合は、膜が島状に形成されている場合が多い。
【００１８】
本発明の一参考例は、陽極と、リチウムを含む陰極と、前記陽極と前記陰極との間に形成された所定の1つの有機物からなる発光層と、電子又は正孔を輸送する電荷輸送層を少なくとも有する有機電界発光素子であって、前記発光層がゲストホストシステムによるものではなく、前記有機物の蛍光寿命が前記電荷輸送層に含まれる材料の蛍光寿命より短く、かつ前記発光層が島状に形成されたものであることを特徴とする有機電界発光素子である。このような発光層を設けることにより、電荷輸送層でのエネルギーを発光層の材料に効率良く移すことができ、発光層を島状に形成しても発光層から高効率な電界発光を得ることが可能となる。ここでいう蛍光寿命とは蛍光強度が初期の１／ｅになるまでの時間を示しており、汎用の蛍光寿命測定装置により測定されるものである。一般に薄膜形成する際に、極薄膜、例えば１ｎｍ以下の薄膜を作成した場合は、膜が島状に形成されている場合が多い。なお、電子と正孔が再結合して励起子を生成する現象は発光層でも起こりうるのはいうまでもない。
【００１９】
本発明の一参考例は、陽極と、リチウムを含む陰極と、前記陽極と前記陰極との間に形成された発光層とを少なくとも有する有機電界発光素子であって、前記発光層が、ゲストホストシステムによるものではないものであって、所定の1つの有機物からなるものであり、前記有機物の蛍光寿命が１０ｎ秒以下であり、かつ前記発光層が島状に形成されたものであることを特徴とする有機電界発光素子である。このように発光層に用いる有機物の蛍光寿命を１０ｎ秒以下のものを用いることにより電子と正孔の再結合により生成した励起子のエネルギーを効率よく発光層に移すことができ、発光層を島状に形成しても効率良い電界発光を得ることができる。一般に薄膜形成する際に、極薄膜、例えば１ｎｍ以下の薄膜を作成した場合は、膜が島状に形成されている場合が多い。
【００２０】
本発明の一参考例は、正孔を輸送する正孔輸送層及び電子を輸送する電子輸送層を有し、発光層が前記正孔輸送層と前記電子輸送層の間に設けてあることを特徴とする有機電界発光素子である。このように発光層を正孔輸送層と電子輸送層の間に設けることにより、発光層へ注入される正孔と電子のバランスがよくなり発光効率の向上がなされる。
【００２１】
請求項１又は２記載の発明は、一対の電極と、前記一対の電極の間に形成された発光層と、正孔を輸送する正孔輸送層と、電子を輸送する電子輸送層と少なくとも有する有機電界発光素子であって、前記発光層が濃度消光を起す所定の有機物を含むものであり、あるいは発光層に含まれる濃度消光を起す有機物の蛍光寿命が前記正孔輸送層または前記電子輸送層に含まれる所定の材料の蛍光寿命より短いものであって、かつ前記発光層はその膜厚が４ｎｍ以下に形成され、前記発光層が前記正孔輸送層の中に設けてあることを特徴とする有機電界発光素子である。このような構成をとることにより、正孔輸送層と電子輸送層の界面近傍に多く存在すると考えられている励起子のエネルギーを効率良く発光層に移すことができ、正孔輸送層の中に発光層を設けても高効率発光が可能となる。発光層を設ける位置は正孔輸送層と電子輸送層の界面に近い方がよい。
【００２２】
本発明の一参考例は、正孔を輸送する正孔輸送層及び電子を輸送する電子輸送層を有し、発光層が前記電子輸送層の中に設けてあることを特徴とする有機電界発光素子である。このような構成をとることにより、正孔輸送層と電子輸送層の界面近傍に多く存在すると考えられている励起子のエネルギーを効率良く発光層に移すことができ、電子輸送層の中に発光層を設けても高効率発光が可能となる。発光層を設ける位置は正孔輸送層と電子輸送層の界面に近い方がよいが、電子輸送層の中に設ける場合は正孔輸送層の中に設ける場合と違って２０ｎｍ程度離しても発光層から発光が十分得られる。
【００２３】
請求項３又は４記載の発明は、一対の電極と、前記一対の電極の間に形成された発光層と、正孔を輸送する正孔輸送層と、電子を輸送する電子輸送層と少なくとも有する有機電界発光素子であって、前記発光層が濃度消光を起す所定の有機物を含むものであり、あるいは発光層に含まれる濃度消光を起す有機物の蛍光寿命が前記正孔輸送層または前記電子輸送層に含まれる所定の材料の蛍光寿命より短いものであって、かつ前記発光層はその膜厚が４ｎｍ以下に形成されたものであり、前記発光層が、前記正孔輸送層と電子輸送層の間、前記正孔輸送層の中、又は前記電子輸送層の中のいずれか複数の部位に設けてあることを特徴とする有機電界発光素子である。このように複数の部位に設けることにより励起子から発光層へのエネルギー移動がさらに効率良く起こり発光効率の向上がなされる。
【００２４】
請求項５記載の発明は、発光層に接して正孔ブロック層を設けたことを特徴とする有機電界発光素子であり、発光層近傍に正孔と電子の再結合領域を限定することができ発光効率の向上が可能となる。ここで用いられる正孔ブロック層としては、従来から有機電界発光素子で用いられているもので良く、トリアゾール誘導体や８キノリノール誘導体の金属錯体などの有機化合物や、アルカリ金属化合物、アルカリ土類金属化合物や酸化アルミなどの無機化合物の超薄膜が挙げられる。具体的には、３-(４-ビフェニリル)-４-フェニリル-５-ターシャルブチルフェニリル-１,２,４-トリアゾール、トリス(８-キノリノール)アルミニウム、ＬｉＦ、Ｌｉ２Ｏ、ＭｇＦ、ＣａＦ、ＳｉＯ、ＧｅＯなどが挙げられる。
【００２５】
請求項６記載の発明は、発光層に接して電子ブロック層を設けたことを特徴とする有機電界発光素子であり、発光層近傍に正孔と電子の再結合領域を限定することができ発光効率の向上が可能となる。ここで用いられる電子ブロック層としては、従来から有機電界発光素子で用いられているもので良く、芳香族アミン化合物などの有機化合物や、アルカリ金属化合物、アルカリ土類金属化合物や酸化物、フッ化物などの無機化合物の超薄膜が挙げられる。具体的には、ＬｉＦ、Ｌｉ２Ｏ、ＭｇＦ、ＣａＦ、ＳｉＯ、ＧｅＯなどが挙げられる。
【００２６】
請求項７記載の発明は、発光層に接して正孔輸送層に含まれる第１の材料と発光層に含まれる第２の材料の混合層を設けたことを特徴とする有機電界発光素子である。このように正孔輸送材料と発光材料の混合層を設けることにより発光材の界面の状態を安定化することができ、特に駆動時の発光安定性を向上させることが可能となる。
【００２７】
請求項８記載の発明は、発光層に接して電子輸送層に含まれる第１の材料と発光層に含まれる第２の材料の混合層を設けたことを特徴とする有機電界発光素子である。このように電子輸送材料と発光材料の混合層を設けることにより発光材の界面の状態を安定化することができ、特に駆動時の発光安定性を向上させることが可能となる。
【００２８】
請求項９記載の発明は、発光層が多層構造になっていることを特徴とした有機電界発光素子であり、発光領域の増大により発光効率の向上が可能となる。さらに発光層を、それぞれ異なる色を発光する複数の発光層からなる多層構造にすることが可能であり、これにより複数の発光色を混合して様々な発光色を実現することができる。
【００２９】
請求項１０記載の発明は、それぞれ異なる色を発光する複数の発光層からなる多層構造を設けることにより白色発光となることを特徴とした有機電界光素子であり、高効率の白色発光が可能となる。白色発光の形成方法としては、青色、緑色、赤色の三原色を発光させるほかにも、青緑色系発光とオレンジ色系発光の混色を用いるなどさまざまな方法が可能である。
【００３０】
請求項１１記載の発明は、発光層がブロック状になっていることを特徴とした有機電界発光素子であり、発光領域の分割化により発光の安定性が向上する。さらに、発光層を複数の色を発光する複数のブロック領域を設けることができ、複数の発光色を混合することにより様々な発光色を実現することができる。
【００３１】
請求項１２記載の発明は、複数の色を発光する領域からなるブロック状の発光層を設けることにより白色発光となることを特徴とした有機電界発光素子であり、高効率の白色発光が可能となる。白色発光の形成方法としては、青色、緑色、赤色の三原色を発光させるほかにも、青緑色系発光とオレンジ色系発光の混色するなどさまざまな方法が可能である。また、請求項１３に記載のように、発光層を気相成長法により形成することにより、４ｎｍ以下の発光層の形成が容易にできる。気相成長法としては真空蒸着法が最適である。
【００３２】
以下に、本発明を具体的な実施の形態によりに説明する。
【００３３】
以下の実施の形態では、正孔輸送材として（化１）で示すN,N'-ビス[４'-(N,N'-ジフェニルアミノ)-４-ビフェニリル]-N,N'-ジフェニルベンジジン（以下ＴＰＴという）を、電子輸送材として（化２）で示すトリス(８-キノリノール)アルミニウム（以下Ａｌｑという。）を用い、陽極、正孔輸送層、発光層、電子輸送層、陰極の順に積層した素子の構成を代表的に示すが、本発明はこの構成に限定されるものではもちろんない。また、通常は基板上に陽極から陰極の順に積層するが、これとは逆に基板上に陰極から陽極の順に積層してもよい。
【００３４】
【化１】
【化２】
（実施の形態１）
本発明の第１の実施の形態における有機電界発光素子は、図１にその断面図を示すように、ガラス基板１上に透明電極２としてＩＴＯ電極をあらかじめ形成したものの上に、正孔を輸送する正孔輸送層３、発光現象が起こる発光層４、電子を輸送する電子輸送層５、陰極６の順に蒸着して作製した構成を有する。発光層としては（化３）に示すＤＣＭを用いた。ＤＣＭは濃度消光を起こす有機物である。
【００３７】
【化３】
まず、十分に洗浄したＩＴＯ電極付きのガラス基板、ＴＰＴ、ＤＣＭ、Ａｌｑ、アルミニウム及びリチウムを蒸着装置にセットした。
【００３９】
ついで、２×１０−６ｔｏｒｒまで排気した後、０．１ｎｍ／秒の速度でセットしたＴＰＴを蒸着し正孔輸送層を５０ｎｍ形成した。ついで、セットした発光材のＤＣＭを０．０１ｎｍ／秒の速度で蒸着し、膜厚０．２ｎｍの発光層を形成した。次に、電子輸送材のＡｌｑを０．１ｎｍ／秒で蒸着し、膜厚５０ｎｍの電子輸送層を積層した。その後、アルミニウムとリチウムをそれぞれ別の蒸着源より蒸着しアルミニウムとリチウムの共蒸着層を１５０ｎｍ形成して陰極とした。なお、これらの蒸着はいずれも真空を破らずに連続して行い、膜厚は水晶振動子によってモニターした。
【００４０】
そして、素子作製後、直ちに乾燥窒素中で電極の取り出しを行い、引続き特性測定を行った。ここで、得られた素子の発光効率は、発光輝度１００ｃｄ／ｍ2の場合の値で定義した。また、駆動寿命は初期輝度を１０００ｃｄ／ｍ2として一定電流で駆動したときに、輝度が初期の半分の５００ｃｄ／ｍ2になる間での時間で定義した。
【００４１】
同様の測定を発光層の膜厚を変化させて行った。その結果を、以下の（表１）に示す。
【００４２】
【表１】
（表１）より、本実施の形態の有機電界発光素子は、発光効率、駆動寿命が優れていることが確認された。
【００４４】
なお、ＤＣＭの蛍光寿命は２〜３ｎ秒で、Ａｌｑの蛍光寿命は約１２ｎ秒である。また、膜厚が１ｎｍ以下の場合、薄膜は島状に形成されている可能性が高く、その場合も良好な結果が得られているのが（表１）よりわかる。
【００４５】
（実施の形態２）
本発明の第２の実施の形態における有機電界発光素子は、図２及び図３にその断面図を示すように発光層を電子輸送層の中または正孔輸送層の中に設けた以外は、実施の形態１と同様に有機電界発光素子を作製し、その特性を評価した。図２及び図３において、１はガラス基板、２は透明電極、３は正孔を輸送する正孔輸送層、４は発光現象が起こる発光層、５は電子を輸送する電子輸送層、６は陰極である。発光層の位置の詳細は（表２）に示した通りであるが、表中のＸ及びＹとは図２及び図３に示したように、発光層が電子輸送層と正孔輸送層の界面からどれだけ離れているかを示しいる。
【００４６】
その結果を、以下の（表２）に示す。
【００４７】
【表２】
（表２）より、本実施の形態の有機電界発光素子は、発光効率、駆動寿命が優れていることが確認された。発光層を設ける位置としては正孔輸送層と電子輸送層の間だけでなく、正孔輸送層の中や電子輸送層の中に設けることも有効であることが確認された。しかし、発光層を正孔輸送層の中に設けるた場合には、正孔輸送層と電子輸送層の界面より２ｎｍ離れてしまうと電子輸送層であるＡｌｑからの緑色の発光となりＤＣＭからの発光は得られなかった。一方、電子輸送層の中に設ける場合では、界面から２０ｎｍ離れたところに設けてもＤＣＭからのオレンジ色の発光が得られることが確認された。さらに、発光層を複数の部位に設けることにより、発光効率及び駆動寿命が向上したことが確認された。
【００４９】
（実施の形態３）
本発明の第３の実施の形態における有機電界発光素子は、図４にその断面図を示すように発光層に接して正孔ブロック層または電子ブロック層を設けた以外は、実施の形態１と同様に有機電界発光素子を作製し、その特性を評価した。図４において、１はガラス基板、２は透明電極、３は正孔を輸送する正孔輸送層、４は発光現象が起こる発光層、５は電子を輸送する電子輸送層、６は陰極、７は電子ブロック層、８は正孔ブロック層である。正孔または電子ブロック層としてはＬｉＦおよびトリアゾール誘導体（ＴＡＺ）を用い（表３）に示した構成の素子を作製した。
【００５０】
その結果を、以下の（表３）に示す。
【００５１】
【表３】
（表３）より、本実施の形態の有機電界発光素子は、発光効率、駆動寿命が優れていることが確認された。
【００５３】
（実施の形態４）
本発明の第４の実施の形態における有機電界発光素子は、図５にその断面図を示すように発光層に接して正孔輸送層に含まれる正孔輸送材と発光層に含まれる発光材の混合層、又は電子輸送層に含まれる電子輸送材と発光材の混合層を設けた以外は、実施の形態１と同様に有機電界発光素子を作製し、その特性を評価した。図５において、１はガラス基板、２は透明電極、３は正孔を輸送する正孔輸送層、４は発光現象が起こる発光層、５は電子を輸送する電子輸送層、６は陰極、９は正孔輸送材と発光材の混合層、１０は電子輸送材と発光材の混合層である。なお、正孔輸送材（ＴＰＴ）と発光材（ＤＣＭ）の混合層は正孔輸送層と発光層の間に、電子輸送材（Ａｌｑ）と発光材（ＤＣＭ）の混合層は発光層と電子輸送層の間に設けた。また混合層はそれぞれの材料を１：１になるように共蒸着法により成膜し、その膜厚は１０ｎｍとした。
【００５４】
その結果を、以下の（表４）に示す。
【００５５】
【表４】
（表４）より、本実施の形態の有機電界発光素子は、発光効率、駆動寿命が優れていることが確認された。
【００５７】
（実施の形態５）
本発明の第５の実施の形態における有機電界発光素子は、発光層にＤＣＭに替えて（表５）に示す材料を用いて発光層の膜厚を０．２ｎｍにした以外は、実施の形態１と同様に有機電界発光素子を作製し、その特性を評価した。
【００５８】
その結果を、以下の（表５）に示す。
【００５９】
【表５】
（表５）より、本実施の形態の有機電界発光素子は、発光効率、駆動寿命が優れていることが確認された。
【００６１】
（実施の形態６）
本発明の第６の実施の形態における有機電界発光素子は、図６及び図７にその断面図を示すように発光層をその成分を異なる三層の多層構造とした以外は、実施の形態１と同様に有機電界発光素子を作製した。図６及び図７において、１はガラス基板、２は透明電極、３は正孔を輸送する正孔輸送層、４ａは発光現象が起こる第１の発光層、４ｂは発光現象が起こる第２の発光層、４ｃは発光現象が起こる第３の発光層、５は電子を輸送する電子輸送層、６は陰極である。各発光層（４ａ，４ｂ，４ｃ）は図６のように間隔を設けて形成してもよく、また図７のように積層されていてもよい。このように作製した素子の特性を評価したところ、良好な結果が得られた。
【００６２】
また、例えば４ａを赤色系、４ｂを緑色系、４ｃを青色系の発光層とすることで白色発光を実現することができる。さらに、フィルタなどにより白色発光を再度いくつかの色に分けて用いることも可能である。
【００６３】
（実施の形態７）
本発明の第７の実施の形態における有機電界発光素子は、図８にその断面図を示すように発光層をそれぞれ成分の異なる３つのブロック状とした以外は、実施の形態１と同様に有機電界発光素子を作製した。図８において、１はガラス基板、２は透明電極、３は正孔を輸送する正孔輸送層、４ｄは発光現象が起こる第１の発光層、４ｅは発光現象が起こる第２の発光層、４ｆは発光現象が起こる第３の発光層、５は電子を輸送する電子輸送層、６は陰極である。ブロック状発光層は、リソグラフィ技術及び薄膜加工技術等を用いて作製した。ブロック状発光層の形状はストライプ状や格子状等のさまざまな形態をとることができる。図９（ａ）に、ストライプ状、図９（ｂ）に格子状の場合の、発光層の平面構成図の例を示す。図９（ａ）、（ｂ）において、４ｄは発光現象が起こる第１の発光層、４ｅは発光現象が起こる第２の発光層、４ｆは発光現象が起こる第３の発光層である。このように作製した素子の特性を評価したところ、良好な結果が得られた。
【００６４】
なお、例えば図８や図９で示した発光層において４ｄを赤色系、４ｅを緑色系、４ｆを青色系の発光層とすることで白色発光を実現することができる。さらに、フィルターなどにより白色発光を再度いくつかの色に分けて用いることもできる。
【００６５】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、発光効率が高く駆動寿命時の輝度の低下が小さい有機電界発光素子が得られるという有利な効果が得られる。また、様々な色の発光が可能である有機電界発光素子を容易に得られることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態における有機電界発光素子の構成を示す断面図
【図２】本発明の第２の実施の形態における有機電界発光素子の構成を示す断面図
【図３】本発明の第２の実施の形態における有機電界発光素子の構成を示す断面図
【図４】本発明の第３の実施の形態における有機電界発光素子の構成を示す断面図
【図５】本発明の第４の実施の形態における有機電界発光素子の構成を示す断面図
【図６】本発明の第６の実施の形態における有機電界発光素子の構成を示す断面図
【図７】本発明の第６の実施の形態における有機電界発光素子の構成を示す断面図
【図８】本発明の第７の実施の形態における有機電界発光素子の構成を示す断面図
【図９】本発明の第７の実施の形態におけるブロック状発光層の平面構成図
【符号の説明】
１ ガラス基板
２ 透明電極
３ 正孔輸送層
４、４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ、４ｅ、４ｆ 発光層
５ 電子輸送層
６ 陰極
７ 電子ブロック層
８ 正孔ブロック層
９ 正孔輸送材と発光材の混合層
１０ 電子輸送材と発光材の混合層
Claims (13)
- 一対の電極と、前記一対の電極の間に形成された発光層と、正孔を輸送する正孔輸送層と、電子を輸送する電子輸送層と少なくとも有する有機電界発光素子であって、
前記発光層が、濃度消光を起す所定の有機物を含むものであり、かつ前記発光層の膜厚が４ｎｍ以下に形成されたものであり、
前記発光層が前記正孔輸送層の中に設けてあることを特徴とする有機電界発光素子。 - 一対の電極と、前記一対の電極の間に形成された濃度消光を起す所定の有機物を含有する発光層と、正孔を輸送する正孔輸送層と、電子を輸送する電子輸送層と少なくとも有する有機電界発光素子であって、
前記有機物の蛍光寿命が、前記正孔輸送層または前記電子輸送層に含まれる所定の材料の蛍光寿命より短く、かつ前記発光層の膜厚が４ｎｍ以下に形成されたものであり、
前記発光層が前記正孔輸送層の中に設けてあることを特徴とする有機電界発光素子。 - 一対の電極と、前記一対の電極の間に形成された発光層と、正孔を輸送する正孔輸送層と、電子を輸送する電子輸送層と少なくとも有する有機電界発光素子であって、
前記発光層が、濃度消光を起す所定の有機物を含むものであり、かつ前記発光層の膜厚が４ｎｍ以下に形成されたものであり、
前記発光層が、前記正孔輸送層と電子輸送層の間、前記正孔輸送層の中、又は前記電子輸送層の中のいずれか複数の部位に設けてあることを特徴とする有機電界発光素子。 - 一対の電極と、前記一対の電極の間に形成された濃度消光を起す所定の有機物を含有する発光層と、正孔を輸送する正孔輸送層と、電子を輸送する電子輸送層と少なくとも有する有機電界発光素子であって、
前記有機物の蛍光寿命が、前記正孔輸送層または前記電子輸送層に含まれる所定の材料の蛍光寿命より短く、かつ前記発光層の膜厚が４ｎｍ以下に形成されたものであり、
前記発光層が、前記正孔輸送層と電子輸送層の間、前記正孔輸送層の中、又は前記電子輸送層の中のいずれか複数の部位に設けてあることを特徴とする有機電界発光素子。 - 発光層に接して正孔ブロック層を設けたことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか記載の有機電界発光素子。
- 発光層に接して電子ブロック層を設けたことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか記載の有機電界発光素子。
- 発光層に接して正孔輸送層に含まれる第１の材料と発光層に含まれる第２の材料の混合層を設けたことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか記載の有機電界発光素子。
- 発光層に接して電子輸送層に含まれる第１の材料と発光層に含まれる第２の材料の混合層を設けたことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか記載の有機電界発光素子。
- 発光層が多層構造になっていることを特徴とする請求項１ないし８のいずれか記載の有機電界発光素子。
- それぞれ異なる色を発光する複数の発光層からなる多層構造を設けることにより白色光を発光することを特徴とする請求項１ないし８のいずれか記載の有機電界発光素子。
- 発光層がブロック状になっていることを特徴とする請求項１ないし８のいずれか記載の有機電界発光素子。
- 複数の色を発光する領域からなるブロック状の発光層を設けることにより白色発光となることを特徴とする請求項１１に記載の有機電界発光素子。
- 発光層が気相成長法により形成されたものであることを特徴とする請求項１ないし１２のいずれか記載の有機電界発光素子。
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