JP3967946B2

JP3967946B2 - 有機電界発光素子

Info

Publication number: JP3967946B2
Application number: JP2002086317A
Authority: JP
Inventors: 伸弘井出; 淳二城戸; 健治椿; 行廣近藤; 泰久岸上; 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: 2007-08-29
Anticipated expiration: 2022-03-26
Also published as: JP2003282266A

Description

【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少なくとも三層の発光層を備え、最も陽極側に位置する発光層及び最も陰極側に位置する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の値が、これら以外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の値より大きいことを特徴とするものである。
【０００９】
また、最も陽極側に位置する発光層にドープされている発光性有機物質の電子親和力（ＥＡ）の値（単位ｅＶ）が、この発光層に隣接する発光層にドープされている発光性有機物質のＥＡの値よりも０．０５ｅＶ以上小さいことを特徴とするものである。
【００１０】
また請求項２の発明は、請求項１において、最も陰極側に位置する発光層にドープされている発光性有機物質の電子親和力（ＥＡ）の値が、この発光層に隣接する発光層にドープされている発光性有機物質のＥＡの値以下であることを特徴とするものである。
【００１１】
また請求項３の発明は、請求項１又は２において、最も陰極側に位置する発光層にドープされてい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、この発光層に隣接する発光層にドープされている発光性有機物質のＩＰの値よりも０．０５ｅＶ以上大きいことを特徴とするものである。
【００１２】
また請求項４の発明は、請求項１乃至３のいずれかにおいて、最も陽極側に位置する発光層にドープされている発光性有機物質のイオン化ポテンシャル（ＩＰ）の値が、この発光層に隣接する発光層にドープされている発光性有機物質のＩＰの値以上であることを特徴とするものである。
【００１３】
ここで、電子親和力（ＥｌｅｃｔｒｏｎＡｆｆｉｎｉｔｙ）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（ＩｏｎｉｚａｔｉｏｎＰｏｔｅｎｔｉａｌ）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。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
【００１５】
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を三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。
【００１６】
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、三層以上の複数層に形成される各発光層３ａ，３ｂ，３ｃにドープする発光性有機物質として、最も陽極１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及び、最も陰極２に近い発光層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が、それ以外の発光層３ｂ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る。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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、陽極１に最も近い発光層３ａをホール輸送性のホスト材料、他の発光層３ｂ、３ｃを電子輸送性のホスト材料を用いて形成したり、陽極１に近い側の発光層３ａ，３ｂをホール輸送性のホスト材料、陰極２に最も近い発光層３ｃを電子輸送性のホスト材料を用いて形成したり、陽極１に最も近い発光層３ａをホール輸送性のホスト材料、中間の発光層３ｂをホール輸送性のホスト材料と電子輸送性のホスト材料の混合物、陰極２に最も近い発光層３ｃを電子輸送性のホスト材料を用いて形成したり、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。
【００２０】
本発明では既述のように、最も陽極１に近い発光層３ａ及び最も陰極２に近い発光層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が、それ以外の発光層３ｂ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に、各発光層３にドープする発光性有機物質を選択するようにしたものであり、この結果、陰極２側に位置する発光層３から陽極１側に位置する発光層３に効率よくエネルギーが移動し、有機電界発光素子の発光効率を向上させることができるものである。
【００２１】
また本発明では、最も陽極１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、この発光層３ａに隣接する発光層３ｂにドープする発光性有機物質の電子親和力（ＥＡ）の値（単位ｅＶ）よりも、ＥＡ値が０．０５ｅＶ以上小さいものから選択するのが好ましい。この条件を満たさないと、陰極２から注入された電子が発光層３を通過して陽極１側に通過してしまい易くなり、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。最も陽極１側の発光層３ａとこれに隣接する発光層３ｂにドープする発光性有機物質の電子親和力（ＥＡ）の値の差は大きいほうがよく、両者の差の上限は特に設定されるものではないが、実用上は、１．２ｅＶ程度が上限である。
【００２２】
そして本発明において、最も陰極２側に位置する発光層３ｃにドープする発光性有機物質として、この発光層３ｃに隣接する発光層３ｂにドープする発光性有機物質の電子親和力（ＥＡ）の値よりも、ＥＡ値が小さいものから選択するのが好ましい。この条件を満たすことで、陰極２から注入された電子が発光層３ｃから発光層３ｂに効率よく注入されることになり、有機電界発光素子の寿命や発光効率を高めることができるものである。
【００２３】
さらに本発明では、最も陰極２側に位置する発光層３ｃにドープする発光性有機物質として、この発光層３ｃに隣接する発光層３ｂ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）よりも、ＩＰ値が０．０５ｅＶ以上大きいものから選択するのが好ましい。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発光層３を通過して陰極２側に通過してしまい易くなり、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。最も陰極２側の発光層３ｃとこれに隣接する発光層３ｂにドープする発光性有機物質のイオン化ポテンシャル（ＩＰ）の値の差は大きいほうがよく、両者の差の上限は特に設定されるものではないが、実用上は、１．２ｅＶ程度が上限である。
【００２４】
そして本発明において、最も陽極１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、この発光層３ａに隣接する発光層３ｂ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）の値よりも、ＩＰ値が大きいものから選択するのが好ましい。この条件を満たすことで、陽極１から注入されたホールが発光層３ａから発光層３ｂに効率よく注入されることになり、有機電界発光素子の寿命や発光効率を高めることができるものである。
【００２５】
以上の条件を満たす発光性有機物質の電子親和力（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Ｈ１，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、Ｈ３−Ｌ３＞Ｈ２−Ｌ２である。また電子親和力（ＥＡ）の上記の条件から、Ｌ２−Ｌ１≧０．０５、Ｌ２−Ｌ３≧０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、Ｈ３−Ｈ２≧０．０５、Ｈ１−Ｈ２≧０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が陽極１側へ通過してしまうことや、陽極１から注入されたホールが陰極２側に通過してしまうことを、発光層３ｂと発光層３ａの界面や、発光層３ｃと発光層３ｂの界面でそれぞれ防止することができるものであり、電子とホールの量的バランスを良くすることができ、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。尚、三層以上に構成される各発光層３は、隣合う発光層３同士が直接接していもよいし、隣合う発光層３間に非発光性の層、例えば絶縁層等が形成されていてもよい。
【００２６】
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。さらに上記では発光層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。また最も陽極１側の発光層３と最も陰極２側の発光層３に挟まれる他の発光層３については、より陰極２側に近い発光層３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がより大きくなるように設定するのが好ましいが、この順に限定されるものではない。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。
【００２７】
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−ＭＴＤＡＴＡ）、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）、ＰＴＰＤＥＳ（［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。
【００２８】
【化１】

【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。また有機電界発光素子から光を取り出す面上に、光散乱層、マイクロレンズ、プリズム等を配置することもできる。
【００３２】
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。
【００３３】
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）、ＳｎＯ₂、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。
【００３４】
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、希土類等や、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５ｅＶ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ＩＴＯ、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。
【００３５】
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、ＣＶＤ、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。
【００３６】
【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（ＩＰ）の値を表１にまとめて示し、発光層３ａ，３ｂ，３ｃの構成を表２にまとめて示す。
【００３７】
（実施例１）
基板１０として、厚み０．７ｍｍ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。
【００３８】
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。
【００３９】
次に、ホール輸送層１１の上に、α−ＮＰＤとＤＳＡ誘導体（出光興産社製「ＢＣｚＶＢｉ」：化学式１）をモル比９４：６の割合で１００Å厚に共蒸着し、発光性有機物質としてＢＣｚＶＢｉをドープした発光層３ａ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２）とルブレン（化学式３）をモル比９８：２の割合で５０Å厚に共蒸着し、発光性有機物質としてルブレンをドープした発光層３ｂを形成した。さらにこの上にＤＰＶＢｉとＢＣｚＶＢｉをモル比９４：６の割合で４００Å厚に共蒸着し、発光性有機物質としてＢＣｚＶＢｉをドープした発光層３ｃを形成した。尚、上記の有機層の蒸着速度はいずれも１〜２Å／ｓに設定した。
【００４０】
【化２】

【００４１】
【化３】

【００４２】
【化４】

【００４３】
次に、発光層３ｃ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１２を形成し、最後に、電子輸送層１２の上にＡｌを１０Å／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。
【００４４】
（実施例２）
α−ＮＰＤとシグマアルドリッチジャパン（Sigma Aldrich Japan K.K.）製：「クマリン６」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クマリン６をドープした発光層３ａを形成し、ＤＰＶＢｉとイーストマンコダック社製「ＤＣＪＴＢ」をモル比９８：２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ＤＣＪＴＢをドープした発光層３ｂを形成し、ＤＰＶＢｉとＢＣｚＶＢｉをモル比９４：６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ＢＣｚＶＢｉをドープした発光層３ｃ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。
【００４５】
（比較例１）
ＤＰＶＢｉ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、発光性有機物質としてルブレンをドープした発光層３ａを形成し、発光層３ｂは形成せずに、発光層３ｃは実施例１と同様に形成した。その他は実施例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、発光性有機物質としてルブレンをドープした発光層３ａを形成し、ＤＰＶＢｉとＢＣｚＶＢｉをモル比９４：６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ＢＣｚＶＢｉをドープした発光層３ｂを形成し、ＤＰＶＢｉ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、発光性有機物質としてルブレンをドープした発光層３ｃ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】
（比較例３）
α−ＮＰＤとＢＣｚＶＢｉをモル比９４：６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ＢＣｚＶＢｉをドープした発光層３ａを形成し、ＤＰＶＢｉとクマリン６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クマリン６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５０Å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３ｃ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。
【００４８】
【表１】

【００４９】
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。
【００５０】
【表２】

【００５１】
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（ＥＡ）、イオン化ポテンシャル（ＩＰ）をまとめて表３に示す。
【００５２】
【表３】

【００５３】
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、発光色度、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。
【００５４】
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２００ｃｄ／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。
【００５５】
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「ＫＥＹＴＨＬＥＹ２３６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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
【表４】

【００５９】
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。
【００６０】
【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少なくとも三層の発光層を備え、最も陽極側に位置する発光層及び最も陰極側に位置する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の値が、これら以外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の値より大きくなるようにしたので、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、陰極側に位置する発光層から陽極側に位置する発光層に効率よくエネルギーを移動させることができ、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、最も陽極側に位置する発光層にドープされている発光性有機物質の電子親和力（ＥＡ）の値（単位ｅＶ）が、この発光層に隣接する発光層にドープされている発光性有機物質のＥＡの値よりも０．０５ｅＶ以上小さくなるようにしたので、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発光層を通過して陽極側に通過してしまうことを防ぐことができ、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２の発明は、請求項１において、最も陰極側に位置する発光層にドープされている発光性有機物質の電子親和力（ＥＡ）の値が、この発光層に隣接する発光層にドープされている発光性有機物質のＥＡの値以下になるようにしたので、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最も陰極側に位置する発光層から隣接する発光層に効率よく注入されることになり、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。
【００６３】
また請求項３の発明は、請求項１又は２において、最も陰極側に位置する発光層にドープされてい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、この発光層に隣接する発光層にドープされている発光性有機物質のＩＰの値よりも０．０５ｅＶ以上大きくなるようにしたので、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（ＩＰ）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発光層を通過して陰極側に通過してしまうことを防ぐことができ、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。
【００６４】
また請求項４の発明は、請求項１乃至３のいずれかにおいて、最も陽極側に位置する発光層にドープされている発光性有機物質のイオン化ポテンシャル（ＩＰ）の値が、この発光層に隣接する発光層にドープされている発光性有機物質のＩＰの値以上になるようにしたので、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（ＩＰ）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最も陽極側に位置する発光層から隣接する発光層に効率よく注入されるようにすることができ、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

Claims

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少なくとも三層の発光層を備え、最も陽極側に位置する発光層及び最も陰極側に位置する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の値が、これら以外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の値より大きく、且つ最も陽極側に位置する発光層にドープされている発光性有機物質の電子親和力（ＥＡ）の値（単位ｅＶ）が、この発光層に隣接する発光層にドープされている発光性有機物質のＥＡの値よりも０．０５ｅＶ以上小さいことを特徴とする有機電界発光素子。
最も陰極側に位置する発光層にドープされている発光性有機物質の電子親和力（ＥＡ）の値が、この発光層に隣接する発光層にドープされている発光性有機物質のＥＡの値以下であ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。
最も陰極側に位置する発光層にドープされてい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、この発光層に隣接する発光層にドープされている発光性有機物質のＩＰの値よりも０．０５ｅＶ以上大きい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。
最も陽極側に位置する発光層にドープされている発光性有機物質のイオン化ポテンシャル（ＩＰ）の値が、この発光層に隣接する発光層にドープされている発光性有機物質のＩＰの値以上であ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。