JP2000315581A - 有機エレクトロルミネッセンス素子およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 駆動電圧が低く、発光輝度が高い有機ＥＬ素
子およびその製造方法を提供する。 【解決手段】 陽極層と陰極層との間に有機発光層を挟
持してなる有機エレクトロルミネッセンス素子であっ
て、陽極層と陰極層の間に有機半導体層を設けるととも
に、有機発光層の両側あるいはいずれか一方の側に無機
電荷障壁層を設けて構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、有機エレクトロ
ルミネッセンス素子（以下、「有機ＥＬ素子」とも称す
る。）に関する。さらに詳しくは、民生用および工業用
の表示機器（ディスプレイ）あるいはプリンターヘッド
の光源等に用いて好適な有機ＥＬ素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の有機ＥＬ素子の一例が、例えば米
国特許５，８５３，９０５号公報に開示されている。こ
の有機ＥＬ素子４０は、発光の効率化や耐久性を改良す
ることを目的として、図５に示すように、陽極３０／第
１の絶縁層３２／有機発光層３４／第２の絶縁層３６／
陰極３８から構成されている。第１の絶縁層３２は電子
障壁機能を、第２の絶縁層３６は正孔障壁機能をそれぞ
れ発揮するために設けられている。また、第１および第
２の絶縁層３２、３６は、それぞれ陽極３０および陰極
３８からトンネル効果により、電荷が注入されるような
厚さに構成してある。

【０００３】また、特開平４−２９７０７６号公報に
は、図６に示すように、陰極層５８と透明電極である陽
極層５０との間に、三層の有機膜５２，５４、５６を挟
んだ有機膜積層を含む有機ＥＬ素子６０が開示されてい
る。この有機ＥＬ素子６０は、第１および第２の有機膜
５２、５４によってキャリアを発光層５６内に閉じ込
め、低い駆動電圧において、高い発光輝度（発光効率）
を得ることを目的としている。したがって、三層の有機
膜５２、５４、５６のうち、陰極層５８と接する第１の
有機膜５２には、ドナー性不純物をドープしており、陽
極層５０と接する第２の有機膜５４にはアクセプタ性不
純物をドープしており、中間層を発光層５６と構成して
ある。さらに、ドナー性不純物がドープされた第１の有
機層５２の電子親和力と、有機発光層の電子親和力との
差を、０．５ｅＶ以上の値としてある。

【０００４】一方、本発明の出願人は、特開平３−７７
２９９において、既に低電圧駆動が可能であり、高輝度
の発光を得ることができる有機ＥＬ素子を提案してい
る。この有機ＥＬ素子は、具体的に、陽極／無機アモル
ファス質正孔注入輸送層／電子障壁層／発光層／陰極
や、陰極／発光層／正孔障壁層／無機アモルファス質電
子注入輸送層／陰極や、陽極／無機アモルファス質正孔
注入輸送層／電子障壁層／発光層／正孔障壁層／無機ア
モルファス質電子注入輸送層／陰極の構成を有してい
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、米国特
許５，８５３，９０５号公報に開示された有機ＥＬ素子
は、駆動電圧が高いという問題が見られた。また、特開
平４−２９７０７６号公報に開示された有機ＥＬ素子
は、第１および第２の有機膜５２、５４を電荷障壁層と
しているため、電荷閉じ込め効果や耐久性の向上に乏し
いという問題が見られた。また、第２の有機膜５４にお
いて、ＣＮ置換化合物やキノン化合物をアクセプター性
不純物として用いているため、第１および第２の有機膜
５２、５４を構成する化合物と反応して、電荷移動錯体
または励起錯体（エキシプレックス）を形成しやすい傾
向があり、そのため、有機ＥＬ素子の発光輝度が低下し
たり、耐久性に乏しいという問題が見られた。また、第
１の有機層と有機発光層との間の電子親和力差から、有
機発光層と第１の有機層との接合がブロッキング接合と
なり、第１の有機層から有機発光層への電子注入性が不
良となりやすいという問題が見られた。

【０００６】さらに、特開平３−７７２９９で提案した
有機ＥＬ素子は、５Ｖ以下の低電圧駆動が可能であり、
しかも高輝度の発光を得ることができるものの、無機ア
モルファス質正孔注入輸送層や無機アモルファス質電子
注入輸送層を製膜するに際して、プラズマＣＶＤ等の特
殊な製造装置を使用する必要があった。

【０００７】そこで、本発明の発明者らは上記問題を鋭
意検討したところ、有機半導体層および無機電荷障壁層
を併設することにより、駆動電圧が低くとも、高い発光
輝度を得られることを見出した。すなわち、本発明は、
製造が容易であり、しかも、駆動電圧が低く、発光輝度
が高い有機ＥＬ素子およびこのような有機ＥＬ素子が効
率的に得られる製造方法を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の有機ＥＬ素子の
態様によれば、陽極層と陰極層との間に有機発光層を挟
持してなる有機ＥＬ素子であって、陽極層と陰極層の間
に有機半導体層を設けるとともに、有機発光層の両側あ
るいはいずれか一方の側に無機電荷障壁層を設けること
を特徴としている。このように構成すると、有機半導体
層を介するため陽極層あるいは陰極層が有機発光層に直
接接触することがなくなり、正孔や電子の注入性が良好
となるため、有機ＥＬ素子の低電圧駆動が容易となる。
また、有機発光層と接して耐久性が高く、有機発光層に
影響を与えることのない無機電荷障壁層を設けているた
め、優れた電荷閉じ込め効果が得られ、さらに、有機Ｅ
Ｌ素子の耐久性が向上するとともに、発光輝度を高める
ことができる。

【０００９】また、本発明の有機ＥＬ素子を構成するに
あたり、有機半導体層の比抵抗を１×１０^-1〜１×１０
⁹Ω・ｃｍの範囲内の値とすることが好ましい。このよ
うに構成すると、正孔や電子の注入性がより良好とな
り、有機ＥＬ素子の低電圧駆動が容易となる。

【００１０】また、本発明の有機ＥＬ素子を構成するに
あたり、有機半導体層の厚さを０．１〜５００ｎｍの範
囲内の値とすることが好ましい。このように構成する
と、正孔や電子の注入性がより良好となり、有機ＥＬ素
子の低電圧駆動が容易となる。

【００１１】また、本発明の有機ＥＬ素子を構成するに
あたり、有機半導体層が、有機化合物および酸化性ドー
パントの組み合わせ、有機化合物および還元性ドーパン
トの組み合わせ、あるいは有機化合物および導電性微粒
子の組み合わせであることが好ましい。このように構成
すると、陽極層においては正孔の注入性が、陰極層にお
いては電子の注入性がより良好となり、有機ＥＬ素子の
低電圧駆動が容易となる。

【００１２】また、本発明の有機ＥＬ素子を構成するに
あたり、陽極層と有機発光層との間に設けた無機電荷障
壁層が、酸化シリコン、ＺｎＯ、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、
ｐ型のａ−Ｓｉ_1-xＣ_x（０．５＜ｘ＜１）ａ−Ｓｉ_1-x
Ｎ_x（０．４７＜ｘ＜０．５７）からなる群から選択さ
れる少なくとも一つの無機化合物、あるいはＡ群から選
択される少なくとも一つの化合物およびＢ群から選択さ
れる少なくとも一つの化合物の組み合わせであることが
好ましい。 Ａ群：Ｓｉ，Ｇｅ，Ｓｎ，Ｐｂ，Ｇａ，Ｉｎ，Ｚｎ，Ｃ
ｄ，Ｍｇのカルコゲナイドまたは窒化物 Ｂ群：周期率表５Ａ〜８族の化合物 このように構成すると、より優れた電子の閉じ込め効果
が得られるとともに、有機ＥＬ素子の耐久性がより向上
する。

【００１３】また、本発明の有機ＥＬ素子を構成するに
あたり、陰極層と有機発光層との間に設けた無機電荷障
壁層が、アルカリ金属のカルコゲナイド、アルカリ土類
金属のカルコゲナイド、アルカリ金属のハロゲン化物お
よびアルカリ土類金属のハロゲン化物からなる群から選
択される少なくとも一つの無機化合物であることが好ま
しい。

【００１４】また、本発明の有機ＥＬ素子を構成するに
あたり、陰極層と有機発光層との間に設けた無機電荷障
壁層が、Ｌｉ₂Ｏ、ＬｉＦ、ＣｓＦ、Ｃｓ₂Ｏ、ＬｉＣ
ｌ、ＢａＯ、ＳｒＯ、ＭｇＯ、ＭｇＦ₂、ＳｒＣｌ₂、ｎ
型のａ−ＳｉＣ、ａ−Ｓｉ_1-xＮ_x（０．４７＜ｘ＜０．
５７）からなる群から選択される少なくとも一つの無機
化合物から選択される少なくとも一つの化合物の組み合
わせであることが好ましい。このように構成すると、よ
り優れた正孔の閉じ込め効果が得られるとともに、有機
ＥＬ素子の耐久性がより向上する。

【００１５】また、本発明の有機ＥＬ素子を構成するに
あたり、無機電荷障壁層の厚さを１〜１，０００ｎｍの
範囲内の値とすることが好ましい。このように構成する
と、より優れた電荷の閉じ込め効果が得られるととも
に、有機ＥＬ素子の耐久性がより向上する。

【００１６】また、本発明の有機ＥＬ素子を構成するに
あたり、有機発光層における電子移動度をμ_e、正孔移
動度をμ_hとしたときに、下記条件を満足することが好
ましい。 μ_h＞μ_e＞μ_h／１０００ このように構成することにより、有機発光層において電
子と、正孔とを効率的に再結合させることができ、低電
圧の電圧印加であっても高い発光輝度を得ることができ
る。なお、有機発光材料における電子移動度（μ_e）お
よび正孔移動度（μ_h）は、タイムオブフライト（ＴＯ
Ｆ）法を用いて、１×１０⁴〜１×１０⁶Ｖ／ｃｍ・ｓの
直流電圧を印加した条件で測定することができる。

【００１７】また、本発明の別の態様は、有機ＥＬ素子
の製造方法であって、陽極層と有機発光層との間および
陰極層と有機発光層との間、あるいはいずれか一方の間
に、有機半導体層および無機電荷障壁層を蒸着法あるい
はスパッタリング法により形成する工程を設けることを
特徴としている。このように実施すると、大面積であっ
ても均一な厚さを有する製膜が可能となり、しかも、製
造装置が全体として簡易となり、有機ＥＬ素子を安価に
得ることができる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、この発明
の実施の形態について説明する。なお、参照する図面
は、この発明が理解できる程度に各構成成分の大きさ、
形状および配置関係を概略的に示してあるに過ぎない。
したがって、この発明は図示例にのみ限定されるもので
はない。また、図面では、断面を表すハッチングを省略
する場合がある。

【００１９】［第１の実施形態］まず、図１を参照し
て、本発明の有機ＥＬ素子における第１の実施形態につ
いて説明する。図１は、有機ＥＬ素子１００の断面図で
あり、陽極層１０、第１の有機半導体層１２、第１の無
機電荷障壁層１４、有機発光層１６、第２の無機電荷障
壁層１８、第２の有機半導体層２０、陰極層２２を、基
板上（図示せず。）に順次に積層した構造を有している
ことを表している。以下、第１の実施形態における特徴
的な部分である有機発光層１６、第１および第２の有機
半導体層１２、１８、第１および第２の無機電荷障壁層
１４、２０について中心に説明する。したがって、その
他の構成部分、例えば、陽極層１０や陰極層２２の構成
や製法については、一般的な構成を採ることができるた
め、簡単に説明するものとする。

【００２０】（１）有機発光層 （有機発光物質）有機発光層の構成材料として使用する
有機発光物質は、以下の３つの機能を併せ持つことが好
ましい。 （ａ）電荷の注入機能：電界印加時に陽極あるいは正孔
注入層から正孔を注入することができる一方、陰極層あ
るいは電子注入層から電子を注入することができる機能 （ｂ）輸送機能：注入された正孔および電子を電界の力
で移動させる機能 （ｃ）発光機能：電子と正孔の再結合の場を提供し、こ
れらを発光につなげる機能 ただし、上記（ａ）〜（ｃ）の各機能全てを併せもつこ
とは、必ずしも必要ではなく、例えば正孔の注入輸送性
が電子の注入輸送性より大きく優れているものの中にも
有機発光材料として好適なものがある。したがって、本
発明においては、有機発光層に下記一般式（１）〜
（３）で表されるスチリル基を有する有機発光物質（芳
香族環化合物と称する場合がある。）を使用することが
好ましい。なお、下記一般式（１）〜（３）に含まれる
スチリル基としては、さらに下記一般式（４）で表され
るスチリル基が好ましい。

【００２１】

【化１】

【００２２】［一般式（１）中、Ａｒ¹は、炭素数が６
〜４０の芳香族基であり、Ａｒ²、Ａｒ³、およびＡｒ⁴
は、それぞれ水素原子または炭素数が６〜４０の芳香族
基であって、少なくとも一つは芳香族基であり、縮合数
ｎは、１〜６の整数である。］

【００２３】

【化２】

【００２４】［一般式（２）中、Ａｒ⁵は、炭素数が６
〜４０の芳香族基であり、Ａｒ⁶およびＡｒ⁷は、それぞ
れ水素原子または炭素数が６〜４０の芳香族基であり、
Ａｒ⁵、Ａｒ⁶およびＡｒ⁷の少なくとも一つはスチリル
基で置換されており、縮合数ｍは、１〜６の整数であ
る。］

【００２５】

【化３】

【００２６】［一般式（３）中、Ａｒ⁹〜Ａｒ¹³は、そ
れぞれ炭素数が６〜４０の芳香族基であり、Ａｒ⁸およ
びＡｒ¹⁴は、水素原子または炭素数が６〜４０の芳香族
基であり、Ａｒ⁸〜Ａｒ¹⁴の少なくとも一つはスチリル
基で置換されており、縮合数ｐ、ｑ、ｒ、ｓは、それぞ
れ０または１である。］

【００２７】

【化４】

【００２８】［一般式（４）中、Ａｒ¹⁵Ａｒ¹⁶、および
Ａｒ¹⁷は、それぞれ水素原子または炭素数が６〜４０の
芳香族基である。］

【００２９】また、一般式（１）〜（３）で表される有
機発光物質において、炭素数が６〜４０の芳香族基のう
ち、好ましい核原子数５〜４０のアリール基としては、
フェニル、ナフチル、アントラニル、フェナンスリル、
ピレニル、クリセニル、コロニル、ビフェニル、ターフ
ェニル、ピローリル、フラニル、チオフェニル、ベンゾ
チオフェニル、オキサジアゾリル、ジフェニルアントラ
ニル、インドリル、カルバゾリル、ピリジル、ベンゾキ
ノリル等が挙げられる。

【００３０】なお、炭素数が６〜４０の芳香族基は、さ
らに置換基により置換されているのも良く、好ましい置
換基として、炭素数１〜６のアルキル基（エチル基、メ
チル基、ｉ−プロピル基、ｎ−プロピル基、ｓ−ブチル
基、ｔ−ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、シクロペ
ンチル基、シクロヘキシル基等）、炭素数１〜６のアル
コキシ基（エトキシ基、メトキシ基、ｉ−プロポキシ
基、ｎ−プロポキシ基、ｓ−ブトキシ基、ｔ−ブトキシ
基、ペントキシ基、ヘキシルオキシ基、シクロペントキ
シ基、シクロヘキシルオキシ基等）、核原子数５〜４０
のアリール基、核原子数５〜４０のアリール基で置換さ
れたアミノ基、核原子数５〜４０のアリール基を有する
エステル基、炭素数１〜６のアルキル基を有するエステ
ル基、シアノ基、ニトロ基、ハロゲン原子が挙げられ
る。

【００３１】また、一般式（１）〜（３）で表される有
機発光物質において、好ましい核原子数５〜４０のアリ
ーレン基としては、フェニレン、ナフチレン、アントラ
ニレン、フェナンスリレン、ピレニレン、クリセニレ
ン、コロニレン、ビフェニレン、ターフェニレン、ピロ
ーリレン、フラニレン、チオフェニレン、ベンゾチオフ
ェニレン、オキサジアゾリレン、ジフェニルアントラニ
レン、インドリレン、カルバゾリレン、ピリジレン、ベ
ンゾキノリレン等が挙げられる。

【００３２】また、有機発光層に、ベンゾチアゾール
系、ベンゾイミダゾール系、ベンゾオキサゾール系等の
蛍光増白剤や、スチリルベンゼン系化合物、８−キノリ
ノール誘導体を配位子とする金属錯体を併用することも
好ましい。また、ジスチリルアリーレン骨格の有機発光
材料、例えば４，４’一ビス（２，２−ジフェニルビニ
ル）ビフェニル）等をホストとし、当該ホストに青色か
ら赤色までの強い蛍光色素、例えばクマリン系あるいは
ホストと同様の蛍光色素をドープした発光材料を併用す
ることも好適である。

【００３３】また、優れた密着性が得られ、有機発光層
にスムーズに電子が移動できるとともに、機械的強度を
向上させることができる観点から、陰極と有機発光層と
の間に電子注入層を設けた場合には、この電子注入層の
構成材料と有機発光層の構成材料とを部分的に一致させ
ることが好ましい。すなわち、有機発光層と電子注入層
とに、上述した一般式（１）〜（３）で表される芳香族
環化合物をそれぞれ使用することが好ましい。なお、有
機発光層に電子注入層を設けた場合には、同一種類の芳
香族環化合物を使用することが好ましい。例えば、有機
発光層において、同一種類の芳香族環化合物を５０重量
％以上使用することが好ましく、６０重量％以上使用す
ることがより好ましい。

【００３４】（形成方法）次に、有機発光層を形成する
方法について説明する。例えば、蒸着法、スピンコート
法、キャスト法、ＬＢ法等の公知の方法を適用すること
ができる。また、上述したように、電子注入層と有機発
光層とは、同一方法で形成することが好ましく、例え
ば、電子注入層を蒸着法で製膜する場合には、有機発光
層も蒸着法で製膜することが好ましい。

【００３５】また、有機発光層は、気相状態の材料化合
物から沈着されて形成された薄膜や、溶液状態または液
相状態の材料化合物から固体化されて形成された膜であ
る、分子堆積膜とすることが好ましい。通常、この分子
堆積膜は、ＬＢ法により形成された薄膜（分子累積膜）
とは、凝集構造や高次構造の相違や、それに起因する機
能的な相違により区分することができる。さらには、樹
脂等の結着剤と有機発光材料とを溶剤に溶かして溶液と
した後、これをスピンコート法等により薄膜化すること
によっても、有機発光層を形成することができる。

【００３６】（有機発光層の膜厚）このようにして形成
された有機発光層の膜厚については特に制限はなく、状
況に応じて適宜選択することができるが、５ｎｍ〜５μ
ｍの範囲内の値であることが好ましい。この理由は、有
機発光層の膜厚が５ｎｍ未満となると、発光輝度が低下
する場合があるためであり、一方、有機発光層の膜厚が
５μｍを超えると、印加電圧の値が高くなる傾向があ
る。したがって、有機発光層の膜厚を１０ｎｍ〜３μｍ
の範囲内の値とすることがより好ましく、２０ｎｍ〜１
μｍの範囲内の値とすることがさらに好ましい。

【００３７】（２）有機半導体層 第１および第２の有機半導体層は、それぞれ正孔および
電子の注入性を容易にするために設けてある。すなわ
ち、陽極層および陰極層に直接絶縁層である有機発光層
を接触させても、それぞれ正孔注入に対するエネルギー
障壁や電子注入に対するエネルギー障壁が大きいため、
正孔および電子の注入性がそれぞれ困難である。それに
対して、第１および第２の有機半導体層を設けることに
より、正孔注入や電子注入に対するエネルギー障壁を小
さくすることができる。したがって、正孔および電子の
注入性が容易になるため、駆動電圧を低く、例えば１０
Ｖ以下の値とすることができる。また、このような有機
半導体層であれば、プラズマＣＶＤ装置等を用いずに、
比較的構造が簡易である真空蒸着装置や熱ＣＶＤ装置等
を用いて容易に製膜することができる。したがって、有
機半導体層とすることにより、無機半導体層を設けた場
合と比較して、製造上の利点を得ることができる。

【００３８】構成材料 有機半導体層は、有機化合物および酸化性ドーパントの
組み合わせ、有機化合物および還元性ドーパントの組み
合わせ、あるいは有機化合物および導電性微粒子の組み
合わせであることが好ましい。

【００３９】具体的に、有機化合物および導電性微粒子
の好ましい組み合わせとしては、有機ＥＬ素子に通常用
いられる有機化合物、例えば、ポリビニルカルバゾー
ル、ポリアニリン、ポリスチレン、アミン誘導体、ポル
フィリン、フタロシアニン類等に対して、導電性金属粒
子や導電性無機粒子を混合分散した材料が挙げられる。
また、導電性微粒子の種類としては、金、銀、銅、ニッ
ケル、半田、アルミニウム、酸化インジュウム、酸化ス
ズ、酸化亜鉛等の一種単独または二種以上の組み合わせ
が挙げられる。また、導電性金属粒子の平均粒子径を
０．００１〜１μｍの範囲内の値とすることが好まし
い。さらに、導電性微粒子の添加量を、有機化合物１０
０重量部に対して、０．１〜５０重量部の範囲内の値と
するのが好ましい。

【００４０】また、有機化合物および酸化性ドーパント
の組み合わせとしては、ポリビニルカルバゾール、ポリ
アニリン、主鎖にアミンを含有するポリカーボネート又
はポリエーテル，ポリサルフォン、ポルフィリン、銅フ
タロシアニン等の有機化合物に、キノン誘導体、ハロゲ
ン化金属、ルイス酸、有機酸、ハロゲン化金属塩、ルイ
ス酸塩、フラーレン類、および有機酸塩等の酸化性ドー
パントを組み合わせた例が挙げられる。したがって、よ
り具体的な有機化合物および酸化性ドーパントの組み合
わせとしては、ポリビニルカルバゾールおよび塩化アン
チモン、ポリアニリンおよび塩化アンチモン、アミン誘
導体およびＣ６０、ＮＰＤおよびチオケトン、ポルフィ
リンおよびＴＣＮＱ、銅フタロシアニンおよびＴＣＮ
Ｅ、アミンオリゴマーおよびＤＤＱ、またはアミンデン
ドリマーおよびＤＤＱ等を挙げることができる。

【００４１】なお、有機化合物と酸化性ドーパントとを
組み合わせる場合、有機化合物に対する添加比率を１：
１〜２０：１（モル比）の範囲内の値とすることが好ま
しい。有機化合物と酸化性ドーパントとの添加比率がこ
れらの範囲外となると、有機ＥＬ素子の発光輝度が低下
したり、寿命が短くなる場合があるためである。したが
って、有機化合物と酸化性ドーパントとの添加比率を
１：１〜１０：１（モル比）の範囲内の値とすることが
より好ましく、１：１〜５：１の範囲内の値とすること
がさらに好ましい。

【００４２】また、有機化合物および還元性ドーパント
の組み合わせとしては、Ａｌｑ、ＤＰＡＶＢｉまたはＰ
ＢＤ等からなる有機化合物に、アルカリ金属、アルカリ
土類金属、希土類金属、アルカリ金属の酸化物、アルカ
リ金属のハロゲン化物、アルカリ土類金属の酸化物、ア
ルカリ土類金属のハロゲン化物、希土類金属の酸化物ま
たは希土類金属のハロゲン化物からなる群から選択され
る少なくとも一つの還元性ドーパントを組み合わせるこ
とが好ましい。さらに、還元性ドーパントの添加量を、
酸化性ドーパントの有機化合物に対する添加比率と同様
の値とすることができる。なお、前記有機化合物は電子
輸送性の方が好ましく、又、前記アルカリ金属はＣｓ、
およびＬｉが好ましい。

【００４３】以上説明した有機化合物および酸化性ドー
パントの組み合わせ、有機化合物および還元性ドーパン
トの組み合わせ、あるいは有機化合物および導電性微粒
子の組み合わせは、それぞれ第１および第２の有機半導
体層に好適に使用することができる。ただし、第１の有
機半導体層には、正孔注入性がより良好となることから
有機化合物および酸化性ドーパントの組み合わせ、ある
いは有機化合物および導電性微粒子の組み合わせがより
好ましい。また、第２の有機半導体層には、電子注入性
がより良好となることから有機化合物および還元性ドー
パントの組み合わせ、あるいは有機化合物および導電性
微粒子の組み合わせがより好ましい。

【００４４】比抵抗 第１および第２の有機半導体層の比抵抗を１×１０^-1〜
１×１０⁹Ω・ｃｍの範囲内の値とすることが好まし
い。この理由は、比抵抗が１×１０^-1Ω・ｃｍ未満とな
ると、隣接する有機ＥＬ素子間でショートが発生する場
合があるためであり、一方、比抵抗が１×１０⁹Ω・ｃ
ｍを超えると、正孔および電子の注入性が低下する場合
があるためである。したがって、第１および第２の有機
半導体層の比抵抗を１×１０¹〜１×１０⁸Ω・ｃｍの範
囲内の値とすることがより好ましく、１×１０²〜１×
１０⁷Ω・ｃｍの範囲内の値とすることがさらに好まし
い。

【００４５】厚さ 第１および第２の有機半導体層の厚さを１〜１，０００
ｎｍの範囲内の値とすることが好ましい。この理由は、
厚さが１ｎｍ未満となると、機械的強度が低下したり、
正孔および電子の注入性が低下する場合があるためであ
る。一方、厚さが１，０００ｎｍを超えると、正孔およ
び電子の注入性の向上性が逆に低下したり、あるいは製
膜時間が著しく長くなる場合があるためである。したが
って、第１および第２の有機半導体層の厚さを１０〜２
００ｎｍの範囲内の値とすることがより好ましい。

【００４６】（３）無機電荷障壁層 第１および第２の無機電荷障壁層は、それぞれ正孔およ
び電子の閉じ込め注入性を容易にするために設けてあ
る。すなわち、第１の無機電荷障壁層は電子障壁層であ
り、有機発光層に接して陽極側に設けてある。したがっ
て、有機発光層を透過しようとする電子を第１の無機電
荷障壁層がエネルギー的に遮蔽し、有機発光層内に電子
を有効に閉じ込めることができる。また、第２の無機電
荷障壁層は正孔障壁層であり、有機発光層に接して陰極
側に設けてある。したがって、有機発光層を透過しよう
とする正孔を第２の無機電荷障壁層がエネルギー的に遮
蔽し、有機発光層内に正孔を有効に閉じ込めることがで
きる。よって、このように第１および第２の無機電荷障
壁層により、有機発光層内に閉じ込められた電子および
正孔が効率的に再結合することができ、発光効率を高め
ることができる。なお、第１および第２の無機電荷障壁
層を設けたとしても、エネルギー的に、第１の無機電荷
障壁層が陽極層から輸送されてくる正孔の障壁となるこ
とは少なく、同様に、第２の無機電荷障壁層が陰極層か
ら輸送されてくる電子の障壁となることは少ない。

【００４７】構成材料 （第１の無機電荷障壁層）陽極層と有機発光層との間に
設けた第１の無機電荷障壁層が、シリコン酸化物、Ｚｎ
Ｏ、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ｐ型のａ−Ｓｉ_1-xＣ_x（０．
５＜ｘ＜１）、ａ−Ｓｉ_1-xＮ_x（０．４＜ｘ＜１）から
なる群から選択される少なくとも一つの無機化合物、あ
るいは陰極層と有機発光層との間に設けた第２の無機電
荷障壁層が、Ａ群から選択される少なくとも一つの化合
物およびＢ群から選択される少なくとも一つの化合物の
組み合わせであることが好ましい。 Ａ群：Ｓｉ，Ｇｅ，Ｓｎ，Ｐｂ，Ｇａ，Ｉｎ，Ｚｎ，Ｃ
ｄ，Ｍｇのカルコゲナイドまたは窒化物 Ｂ群：周期率表５Ａ〜８族の化合物 であることが好ましい。このような無機化合物を使用す
ることにより、より優れた電子の閉じ込め効果が得ら
れ、また、有機ＥＬ素子の耐久性がより向上する。しか
も、このような無機化合物であれば、有機発光層の構成
材料と反応することもなく、有機発光層の構成材料の使
用範囲が制限されることがない。

【００４８】（第２の無機電荷障壁層）このような無機
化合物の組み合わせを使用することにより、より優れた
正孔の閉じ込め効果が得られ、また、有機ＥＬ素子の耐
久性がより向上する。

【００４９】また、第２の無機電荷障壁層をＬｉ₂Ｏ、
ＬｉＦ、ＣｓＦ、Ｃｓ₂Ｏ、ＬｉＣｌ、ＢａＯ、Ｓｒ
Ｏ、ＭｇＯ、ＭｇＦ₂、ＳｒＣｌ₂、ｎ型のａ−ＳｉＣ、
ｎ型のａ−Ｓｉ_1-xＮ_x（０．１＜ｘ＜０．７）からなる
群から選択される少なくとも一つの無機化合物から構成
することも好ましい。このような無機化合物を使用する
ことにより、より優れた正孔の閉じ込め効果が得られ、
また、有機ＥＬ素子の耐久性がより向上する。しかも、
このような無機化合物であれば、有機発光層の構成材料
と反応することもなく、有機発光層の構成材料の使用範
囲が制限されることがない。

【００５０】厚さ 第１および第２の無機電荷障壁層の厚さを１〜１，００
０ｎｍの範囲内の値とすることが好ましい。この理由
は、厚さが１ｎｍ未満となると、機械的強度が低下した
り、正孔および電子の閉じ込め性が低下する場合がある
ためである。一方、厚さが１，０００ｎｍを超えると、
正孔および電子の注入性の向上性が低下したり、あるい
は製膜時間が著しく長くなる場合があるためである。し
たがって、第１および第２の無機電荷障壁層の厚さを１
０〜２００ｎｍの範囲内の値とすることがより好まし
い。

【００５１】（４）電極 （陽極層）陽極層としては、仕事関数の大きい（例え
ば、４．０ｅＶ以上）金属、合金、電気伝導性化合物ま
たはこれらの混合物を使用することが好ましい。具体的
には、インジウムチンオキサイド（ＩＴＯ）、インジウ
ムジンクオキサイド、スズ、酸化亜鉛、金、白金、パラ
ジウム等の１種を単独で、または２種以上を組み合わせ
て使用することができる。

【００５２】また、陽極層の厚さも特に制限されるもの
ではないが、１０〜１０００ｎｍの範囲内の値とするの
が好ましく、１０〜２００ｎｍの範囲内の値とするのが
より好ましい。さらに、陽極層に関しては、有機発光層
から発射された光を外部に有効に取り出すことが出来る
ように、実質的に透明、より具体的には、光透過率が１
０％以上の値であることが好ましい。

【００５３】（陰極層）一方、陰極層には、仕事関数の
小さい（例えば、４．０ｅＶ未満）金属、合金、電気電
導性化合物またはこれらの混合物を使用することが好ま
しい。具体的には、マグネシウム、アルミニウム、イン
ジウム、リチウム、ナトリウム、銀等の１種を単独で、
または２種以上を組み合わせて使用することができる。
また陰極層の厚さも特に制限されるものではないが、１
０〜１０００ｎｍの範囲内の値とするのが好ましく、１
０〜２００ｎｍの範囲内の値とするのがより好ましい。

【００５４】［第２の実施形態］第２の実施形態におけ
る有機ＥＬ素子１０２は、図２に示されるように、陽極
層１０、第１の有機半導体層１２、第１の無機電荷障壁
層１４、有機発光層１６、電子注入層２４および陰極層
２２を、基板上（図示せず。）に順次に積層した構造を
有している。そして、第２の実施形態における有機ＥＬ
素子１０２は、電子注入層２４に、電子輸送性化合物
と、還元性ドーパントとを含んで構成してある。すなわ
ち、第２の実施形態においては、正孔の注入性を第１の
有機半導体層１２により、電子の注入性を電子注入層２
４により向上させるとともに、第１の無機電荷障壁層１
４により、電子障壁性を付与している。以下、第２の実
施形態における特徴的な部分である電子注入層２４につ
いて中心に説明するものとし、その他の構成部分、例え
ば、陽極層１０や陰極層２２等の構成や製法については
第１の実施形態と同様の構成とすることができる。

【００５５】（１）電子注入域 （電子輸送性化合物）電子輸送性化合物としては、陰極
から注入された電子を有機発光媒体に伝達する機能を有
している化合物であれば、広く使用することができる。
具体的に、例えば、窒素原子を含まない芳香族環からな
る芳香族環化合物（単に、非窒素複素環化合物と称する
場合がある。）や、含窒素複素環化合物を含有する有機
化合物（単に、含窒素複素環化合物と称する場合があ
る。）を挙げることができる。

【００５６】非窒素複素環化合物 非窒素複素環化合物は、すなわち、炭素（Ｃ）および水
素（Ｈ）からなる芳香族環を含む化合物、または、炭素
（Ｃ）、水素（Ｈ）および酸素（Ｏ）からなる芳香族環
を含む化合物と定義される。ただし、芳香族環以外の分
子中に窒素原子を含むことは差し支えなく、窒素原子を
含まない芳香族環同士を、例えば窒素原子により結合す
ることはむしろ好ましい。また、炭素および水素からな
る芳香族環の化合物と、炭素、水素および酸素からなる
芳香族環の化合物とは、それぞれ単独で使用しても良い
し、あるいは組み合わせて使用しても良い。

【００５７】このように非窒素複素環化合物を後述する
還元性ドーパントと併用することにより、優れた電子注
入性が得られるとともに、隣接する発光域の構成材料と
反応することを抑制することができる。すなわち、非窒
素複素環化合物は、炭素および水素からなる芳香族環、
または炭素、水素および酸素からなる芳香族環から構成
されており、窒素含有芳香族環や電気吸引基（例えば−
ＣＮ基、−ＮＯ₂基、アミド基、イミド基）といった窒
素含有基を含んでいない。したがって、電子注入域と発
光域との界面に、発光効率の低い電荷移動錯体またはエ
キシプレックスが発生することを効率的に抑制すること
ができる。

【００５８】好ましい非窒素複素環化合物として、アン
トラセン、フルオレン、ペリレン、ピレン、フェナント
レン、クリセン、テトラセン、ルブレン、ターフェニレ
ン、クォーターフェニレン、セクシフェニレン、トリフ
ェニレン、ピセン、コロネル、ジフェニルアントラセ
ン、ベンツ[ａ]アントラセンおよびビナフタレンからな
る群から選択される少なくとも一つの芳香族環を含む芳
香族環化合物が挙げられる。また、非窒素複素環化合物
は、スチリル基置換された芳香族環、ジスチリル基置換
された芳香族環またはトリススチリル基置換された芳香
族環を有するとさらに良い。このようにスチリル基置換
（ジスチリル基置換およびトリスチリル基置換を含む。
以下、同様である。）された芳香族環を有することによ
り、有機ＥＬ素子の発光輝度や寿命をより向上させるこ
とができる。このようにスチリル基置換された基を含む
芳香族環化合物としては、例えば、有機発光媒体に使用
される一般式（１）〜（３）で表される芳香族環化合物
と同様の芳香族環化合物が挙げられる。

【００５９】含窒素複素環化合物 また、電子輸送性化合物として、含窒素複素環化合物を
挙げることができる。このように含窒素複素環化合物を
用いた場合であっても、後述する還元性ドーパントのう
ち、仕事関数が２．９ｅＶ以下の還元性ドーパントを使
用することにより、有機発光媒体材料と反応することを
効率的に抑制して、高い発光輝度を得ることができる。

【００６０】このような含窒素複素環化合物は、窒素原
子を有する複素環を有する化合物と定義されるが、具体
的に、含窒素錯体や含窒素環化合物が挙げられる。好ま
しい含窒素錯体として、８−キノリノール誘導体を配位
子とする金属錯体やフタロシアニン誘導、あるいは金属
フタロシアニンが挙げられる。また、好ましい含窒素環
化合物としては、オキサジアゾール誘導体、チアジアゾ
ール誘導体、トリアゾール誘導体、キノキサリン誘導体
およびキノリン誘導体等を挙げることができる。さら
に、含窒素複素環化合物として、アントロン誘導体、フ
レオレニリメタン誘導体、カルボジイミド、ナフタレン
ペリレン等の複素環テトラカルボン酸無水物を使用する
ことも好ましい。

【００６１】（還元性ドーパント）第２の実施形態にお
ける電子注入域は、電子輸送性化合物とともに、還元性
ドーパントを含有していることを特徴とする。

【００６２】種類 還元性ドーパントとは、芳香族環化合物が酸化された場
合に、それを還元できる物質と定義される。したがっ
て、還元性ドーパントの種類は、一定の還元性を有する
ものであれば特に制限されるものではないが、有機半導
体層に用いられる還元性ドーパントと同様の種類とする
のが好ましい。

【００６３】より具体的に、好ましいアルカリ金属とし
ては、例えば、Ｌｉ（リチウム、仕事関数：２．９３ｅ
Ｖ）、Ｎａ（ナトリウム、仕事関数：２．３６ｅＶ）、
Ｋ（カリウム、仕事関数：２．３ｅＶ）、Ｒｂ（ルビジ
ウム、仕事関数：２．１６ｅＶ）およびＣｓ（セシウ
ム、仕事関数：１．９５ｅＶ）が挙げられる。なお、括
弧内の仕事関数の値は、化学便覧（基礎編ＩＩ，Ｐ４９
３，日本化学会編）に記載されたものであり、以下同様
である。また、好ましいアルカリ土類金属としては、例
えば、Ｃａ（カルシウム、仕事関数：２．９ｅＶ）、Ｍ
ｇ（マグネシウム、仕事関数：３．６６ｅＶ）、Ｂａ
（バリウム、仕事関数：２．５２ｅＶ）、およびＳｒ
（ストロンチウム、仕事関数：２．０〜２．５ｅＶ）が
挙げられる。なお、ストロンチウムの仕事関数の値は、
フィジィックス オブ セミコンダクターデバイス
（Ｎ．Ｙ．ワイロー１９６９年，Ｐ３６６）に記載され
たものである。また、好ましい希土類金属としては、例
えば、Ｙｂ（イッテルビウム、仕事関数：２．６ｅ
Ｖ）、Ｅｕ（ユーロビウム、仕事関数：２．５ｅＶ）、
Ｇｄ（ガドニウム、仕事関数：３．１ｅＶ）およびＥｎ
（エルビウム、仕事関数：２．５ｅＶ）があげられる。

【００６４】また、好ましいアルカリ金属酸化物として
は、例えば、Ｌｉ₂Ｏ、ＬｉＯおよびＮａＯがあげられ
る。また、好ましいアルカリ土類金属酸化物としては、
例えば、ＣａＯ、ＢａＯ、ＳｒＯ、ＢｅＯおよびＭｇＯ
があげられる。また、好ましいアルカリ金属のハロゲン
化物としては、例えば、ＬｉＦ、ＮａＦおよびＫＦとい
ったフッ化物のほかに、ＬｉＣｌ、ＫＣｌおよびＮａＣ
ｌが挙げられる。また、好ましいアルカリ土類金属のハ
ロゲン化物としては、例えば、ＣａＦ₂、ＢａＦ₂、Ｓｒ
Ｆ₂、ＭｇＦ₂およびＢｅＦ₂といったフッ化物や、フッ
化物以外のハロゲン化物が挙げられる。好ましい希土類
ハロゲン化物としては、例えばＬａＦ₃，ＹｂＦ₃，Ｅｕ
Ｆ₃などのフッ化物が挙げられる。

【００６５】また、好ましい還元性ドーパントとして、
アルカリ金属が配位した芳香族化合物も挙げられる。こ
のアルカリ金属が配位した芳香族化合物は、例えば、下
記一般式（５）で表される。 Ａ⁺Ａｒ^20-・・・（５） ただし、一般式（５）中のＡは、アルカリ金属を表す。
また、Ａｒ²⁰は、炭素数１０〜４０の芳香族化合物であ
る。この（５）式で表される芳香族化合物としては、例
えば、アントラセン、ナフタレン、ジフェニルアントラ
セン、ターフェニル、クォーターフェニル、キンクフェ
ニル、セクシフェニルおよびこれらの誘導体があげられ
る。

【００６６】添加量 電子注入域における還元性ドーパントの添加量を、電子
注入域を構成する材料全体を１００重量％としたとき
に、０．０１〜５０重量％の範囲内の値とすることが好
ましい。還元性ドーパントの添加量が、０．０１重量％
未満となると、有機ＥＬ素子の発光輝度が低下したり、
寿命が短くなる傾向がある。一方、還元性ドーパントの
添加量が５０重量％を超えると、逆に、発光輝度が低下
したり、寿命が短くなる傾向がある。 したがって、発
光輝度や寿命のバランスがより良好となる観点から、還
元性ドーパントの添加量を０．２〜２０重量％の範囲内
の値とすることがより好ましい。

【００６７】また、還元性ドーパントの添加量に関し
て、芳香族環化合物と還元性ドーパントとの添加比率を
１：２０〜２０：１（モル比）の範囲内の値とすること
が好ましい。電子輸送性化合物と還元性ドーパントとの
添加比率がこれらの範囲外となると、有機ＥＬ素子の発
光輝度が低下したり、寿命が短くなる傾向がある。した
がって、芳香族環化合物と還元性ドーパントとの添加比
率を１：１０〜１０：１（モル比）の範囲内の値とする
ことがより好ましく、１：５〜５：１の範囲内の値とす
ることがさらに好ましい。

【００６８】（電子親和力）また、第２実施形態におけ
る電子注入域の電子親和力を１．８〜３．６ｅＶの範囲
内の値とすることが好ましい。電子親和力の値が１．８
ｅＶ未満となると、電子注入性が低下し、駆動電圧の上
昇，発光効率の低下をまねく傾向があり、一方で、電子
親和力の値が３．６ｅＶを超えると、発光効率の低い錯
体が発生しやすくなったり、ブロッキング接合の発生を
効率的に抑制することができる。したがって、電子注入
域の電子親和力を、１．９〜３．０ｅＶの範囲内の値と
することがより好ましく、２．０〜２．５ｅＶの範囲内
の値とすることがさらに好ましい。また、電子注入域と
有機発光媒体との電子親和力の差を１．２ｅＶ以下の値
とすることが好ましく、０．５ｅＶ以下の値とすること
がより好ましい。この電子親和力の差が小さいほど、電
子注入域から有機発光媒体への電子注入が容易となり、
高速応答可能な有機ＥＬ素子とすることができる。

【００６９】（ガラス転移点）また、第２実施形態にお
ける電子注入域のガラス転移点（ガラス転移温度）を、
１００℃以上の値とするのが好ましく、より好ましく
は、１０５〜２００℃の範囲内の値とすることである。
このように電子注入域のガラス転移点を制限することに
より、有機ＥＬ素子１００の耐熱温度を容易に８５℃以
上とすることができる。したがって、発光時に、電流注
入層から有機発光媒体へ電流が注入されてジュール熱が
発生したとしても、電子注入域が短時間で破壊される傾
向が少なくなり、有機ＥＬ素子の長寿命化を図ることが
できる。なお、電子注入域のガラス転移点は、電子注入
域を構成する成分について、示差熱走査型熱量計（ＤＳ
Ｃ）を用い、窒素気流中、昇温速度１０℃／分の条件で
加熱した場合に得られる比熱変化曲線から、比熱の変化
点として求めることができる。この点、他の実施形態や
実施例においても同様である。

【００７０】（エネルギーギャップ）また、第２実施形
態における電子注入域のエネルギーギャップ（バンドギ
ャップエネルギー）を２．７ｅＶ以上の値とすることが
好ましく、３．０ｅＶ以上の値とすることがより好まし
い。このように、エネルギーギャップの値を所定値以
上、例えば２．７ｅＶ以上と大きくしておけば、正孔が
有機発光媒体を超えて電子注入域に移動することが少な
くなる。したがって、正孔と電子との再結合の効率が向
上し、有機ＥＬ素子の発光輝度が高まるとともに、電子
注入域自体が発光することを回避することができる。

【００７１】（電子注入域の構造）また、第２実施形態
における電子注入域の構造についても、特に制限される
ものではなく、一層構造に限らず、例えば、二層構造ま
たは三層構造であっても良い。また、電子注入域の厚さ
について特に制限されるものではないが、例えば０．１
ｎｍ〜１μｍの範囲内の値とするのが好ましく、１〜５
０ｎｍの範囲内の値とするのがより好ましい。

【００７２】（電子注入域の形成方法）次に、電子注入
域を形成する方法について説明する。電子注入域の形成
方法については、均一な厚さを有する薄膜層として形成
出来れば特に制限されるものではないが、例えば、蒸着
法、スピンコート法、キャスト法、ＬＢ法等の公知の方
法を適用することができる。なお、窒素原子を含まない
芳香族環化合物と、還元性ドーパントとは同時蒸着する
ことが好ましいが、この蒸着法については、第３の実施
形態において詳述する。

【００７３】また、電子注入域と、有機発光媒体の形成
方法を一致させることが好ましい。例えば、有機発光媒
体を蒸着法で形成する場合には、電子注入域も蒸着法で
形成するのが好ましい。このように同一方法で製膜する
と、電子注入域と有機発光媒体とを連続的に製膜できる
ので、設備の簡略化や精算時間の短縮を図る上で有利で
ある。また、電子注入域と有機発光媒体とが酸化される
機会が少なくなるので、有機ＥＬ素子における発光輝度
を向上させることも可能となる。

【００７４】［第３の実施形態］次に、図３および図４
を参照して、本発明の第３の実施形態について説明す
る。第３の実施形態は、有機発光層等が大面積であって
も構成材料の組成比を均一とし、有機ＥＬ素子の駆動電
圧のばらつきを低下させ、寿命の均一化を図ることがで
きるとともに、省スペース可が可能な第１の有機ＥＬ素
子の製造方法を提供するものである。すなわち、図３お
よび図４に示すような真空蒸着装置２０１を一例として
用い、基板２０３に対向して配置した複数の蒸着源２１
２Ａ〜２１２Ｆから、異なる蒸着材料を同時に蒸発させ
て製膜を行う有機ＥＬ素子用薄膜層の蒸着方法であっ
て、基板２０３に、当該基板２０３を自転させるための
回転軸線２１３Ａを設定し、蒸着源２１２Ａ〜２１２Ｆ
をそれぞれ基板２０３の回転軸線２１３Ａから離れた位
置に配設し、基板２０３を自転させながら蒸着を行うこ
とを特徴とする。

【００７５】ここで、図３および図４に示す真空蒸着装
置２０１は、真空槽２１０と、この真空槽２１０内の上
部に設置された、基板２０３を固定するための基板ホル
ダ２１１と、この基板ホルダ２１１の下方に対向配置さ
れた、蒸着材料を充填するための複数（６個）の蒸着源
２１２Ａ〜２１２Ｆとを含んで構成されている。この真
空槽２１０は、排気手段（図示せず。）により、内部を
所定の減圧状態に維持できるようになっている。なお、
蒸着源の数は、図面上６つ示されているが、これに限定
されるものではなく、５つ以下であってもよく、あるい
は７つ以上であってもよい。

【００７６】また、基板ホルダ２１１は、基板２０３の
周縁部を支持する保持部２１２を備え、真空槽２１０内
で、基板２０３を水平に保持するように構成されてい
る。この基板ホルダ２１１の上面の中央部分には、基板
２０３を回転（自転）させるための回転軸部２１３が垂
直方向に立設されている。この回転軸部２１３には、回
転騒動手段であるモータ２１４が接続され、モータ２１
４の回転動作により、基板ホルダ２１１に保持された基
板２０３が、当該基板ホルダ２１１とともに回転軸部２
１３を回転中心として自転するようになっている。すな
わち、基板２０３の中心には、回転軸部２１３による回
転軸線２１３Ａが垂直方向に設定されている。

【００７７】次に、このように構成された真空蒸着装置
２０１を用いて、有機発光層１６および電子注入層１４
を基板２０３上に製膜する方法について、具体的に説明
する。まず、図２に示すような平面正方形状の基板２０
３を用意し、この基板２０３を基板ホルダ２１１の保持
部２１２に係止して水平な状態とする。この点、図２に
示す基板２０３が水平状態に保持されているのは、この
ことを示している。

【００７８】ここで、仮想円２２１上で、蒸着源２１２
に、第１の有機半導体層用材料、第１の無機電荷障壁層
用材料、有機発光層用材料、第２の有機半導体層用材
料、第２の無機電荷障壁層用材料、陰極用材料をそれぞ
れ充填した後、排気手段により真空槽２１０内を所定の
真空度、例えば１．０×１０^-4Ｔｏｒｒになるまで減圧
する。なお、有機発光層１６等を形成するにあたり、二
種類以上の電子輸送性化合物を蒸着することも好まし
く、あるいは、正孔輸送性化合物と電子輸送性化合物と
を組み合わせて均一に蒸着したり、さらには、正孔輸送
性化合物に対して、陰極に近い程電子輸送性化合物の濃
度を高めることも好ましい。

【００７９】次いで、各蒸着源２１２をそれぞれ加熱し
て、各形成材料を蒸着させるとともに、モータ２１４を
回転騒動させて、基板２０３を回転軸線２１３Ａに沿っ
て所定速度、例えば１〜１００ｒｐｍで回転させる。こ
のようにして、基板２０３を自転させながら複数の蒸着
材料を同時蒸着して有機発光層１６等を製膜する。

【００８０】また、図４に示すように、例えば、蒸着源
２１２Ｂおよび２１２Ｃは、基板２０３の回転軸線２１
３Ａから、水平方向に所定距離Ｍだけずれた位置に設け
られているので、基板２０３の回転により、二種類の蒸
着材料の、基板２０３への入射角度を規則的に変化させ
ることができる。したがって、蒸着材料を基板２０３に
対して一様に付着させることができ、電子注入層１４の
膜面内で、蒸着材料の組成比が均一、例えば、濃度ムラ
が±１０％（モル換算）である薄膜層を確実に製膜する
ことができる。また、このように蒸着を実施することに
より、基板２０３を公転させなくてもよいので、そのス
ペースや設備が不要になり、最小限のスペースで経済的
に製膜を行うことができる。なお、基板を公転させると
は、基板以外に存在する回転軸の周りを回転させること
をいい、自転させる場合よりも広い空間が必要となる。

【００８１】また、第３の実施形態の製造方法を実施す
るにあたり、基板２０３の形状は特に限定されないが、
例えば、図３に示すように、基板２０３が短形平板状で
ある場合、この基板２０３の回転軸線２１３Ａを中心と
する仮想円２２１の円周上に沿って複数の蒸着源２１２
Ａ〜２１２Ｆを配設し、仮想円２２１の半径をＭ、基板
２０３の一辺の長さをＬとしたときに、Ｍ＞（１／２）
×Ｌを満足することが望ましい。なお、基板２０３の辺
の長さがそれぞれ同一でなく、異なる場合には、最も長
い辺の長さをＬとする。このように構成することによ
り、複数の蒸着源２１２Ａ〜２１２Ｆから、基板２０３
に対する蒸着材料の入射角度を互いに同一にできるの
で、蒸着材料の組成比をより容易に制御することができ
る。また、このように構成することにより、蒸発材料
が、基板２０３に対して一定の入射角度を以て蒸発され
るため、垂直に入射することがなくなり、膜面内におけ
る組成比の均一性を一層向上させることができる。

【００８２】また、第３の実施形態の製造方法を実施す
るにあたり、図３に示すように、複数の蒸着源２１２Ａ
〜２１２Ｆを、基板２０３の回転軸線２１３Ａを中心と
する仮想円２２１の円周上に配設し、複数の蒸着源２１
２Ａ〜２１２Ｆの配設数（個数）をｎとしたときに、各
蒸着源２１２Ａ〜２１２Ｆを、仮想円２２１の中心から
３６０°／ｎの角度で配設することが好ましい。例え
ば、蒸着源２１２を６個配設する場合には、仮想円２２
１の中心から６０°の角度で配設することが好適であ
る。このように配置すると、基板２０３の各部分に対し
て、複数の蒸着材料を順次重ねるように製膜できるの
で、膜の厚さ方向において、組成比が規則的に異なる薄
膜層を容易に製膜することができる。

【００８３】

【実施例】［実施例１］ （１）有機ＥＬ素子の製造準備 実施例１の有機ＥＬ素子を製造するにあたっては、ま
ず、厚さ１．１ｍｍ、縦２００ｍｍ、横２００ｍｍの透
明なガラス基板上に、陽極層としてＩＴＯの透明電極膜
を形成した。次いで、イソプロピルアルコールで超音波
洗浄し、さらに、Ｎ₂（窒素ガス）雰囲気中で乾燥させ
た後、ＵＶ（紫外線）およびオゾンを用いてさらに１０
分間洗浄した。以下、このガラス基板と陽極層とを併せ
て基板とする。次いで、洗浄した基板を、真空蒸着装置
(日本真空技術（株）製)における真空槽の基板ホルダに
装着するとともに、有機半導体層用材料（銅フタロシア
ニンおよびＤＤＱ）、無機電荷障壁層用材料（Ｓｉ
Ｏ₂）、有機発光層（ＤＰＶＴＰおよびＤＰＡＶＢ
ｉ）、電子注入層用材料（Ａｌｑ）、陰極層材料（アル
ミニウムおよびリチウム）をそれぞれ各蒸着源に充填し
た。なお、ＤＰＶＴＰ、ＤＤＱおよびＤＰＡＶＢｉの構
造式を下記式（７）、下記式（８）および下記式（９）
にそれぞれ示す。

【００８４】

【化７】

【００８５】

【化８】

【００８６】

【化９】

【００８７】（２）有機ＥＬ素子の製造 次いで、真空槽内を、１×１０^-6Ｔｏｒｒの真空度にな
るまで減圧した後、基板に形成された陽極層上に、厚さ
６００Åの第１の有機半導体層、厚さ５０Åの第１の無
機電荷障壁層、厚さ４００Åの有機発光層、厚さ２００
Åの電子注入層、および厚さ２０００Åの陰極層を順次
に積層して有機ＥＬ素子を得た。また、第１の有機半導
体層を形成する際には、第３の実施形態に示す方法にし
たがい銅フタロシアニンおよびＤＤＱを同時蒸着し、銅
フタロシアニンの蒸着速度を５０Å／秒とし、ＤＤＱの
蒸着速度を１Å／秒とした。また、第１の無機電荷障壁
層を形成する際には、ＳｉＯ_x（１＜ｘ＜２）の蒸着速
度を１Å／秒とした。また、有機発光層を形成する際に
は、ＤＰＶＴＰおよびＤＰＡＶＢｉを同時蒸着し、ＤＰ
ＶＴＰの蒸着速度を５０Å／秒とし、ＤＰＡＶＢｉの蒸
着速度を１Å／秒とした。また、電子注入層を形成する
際には、Ａｌｑの蒸着速度を２Å／秒とした。さらに、
陰極層を形成するする際にも、アルミニウムおよびリチ
ウムを同時蒸着し、アルミニウムの蒸着速度を１０Å／
秒とし、リチウムの蒸着速度を０．１Å／秒とした。な
お、有機発光層の形成から陰極層の形成までの間は、一
度も真空状態を破ることなく有機ＥＬ素子を作製した。

【００８８】（３）有機ＥＬ素子の評価 得られた有機ＥＬ素子における陰極層をマイナス（−）
電極、陽極層をプラス（＋）電極として、両電極間に８
Ｖの直流電圧を印加した。このときの電流密度は１．８
ｍＡ／ｃｍ²であり、そのときの発光輝度は９２ｃｄ／
ｍ²であり、発光色は青色であった。また、得られた有
機ＥＬ素子を１０ｍＡ／ｃｍ²で定電流駆動したとこ
ろ、１０００時間経過後もリーク電流の発生は見られな
かった。

【００８９】［実施例２］実施例２では、実施例１の有
機半導体層における銅フタロシアニンおよびＤＤＱの代
わりに、下記式（１０）で表されるＴＰＤＰ（式（１
０）中、ｍおよびｎは、それぞれ１〜１０の整数であ
る。）および塩化鉄（重量比１００：５）を用いたほか
は、実施例１と同様に有機ＥＬ素子を作製し、８Ｖの直
流電圧を印加して発光状態を評価した。その結果、電流
密度は１．６ｍＡ／ｃｍ²であり、そのときの発光輝度
は８２ｃｄ／ｍ²であり、発光色は青色であった。ま
た、得られた有機ＥＬ素子を１０ｍＡ／ｃｍ²で定電流
駆動したところ、１０００時間経過後もリーク電流の発
生は見られなかった。

【００９０】

【化１０】

【００９１】［実施例３］実施例３では、実施例１の有
機半導体層における銅フタロシアニンおよびＴＣＮＱの
代わりに、バインダーであるＰＭＭＡおよび導電性微粒
子としてアンチモンドープ酸化錫（重量比１：１）を用
いたほかは、実施例１と同様に有機ＥＬ素子を作製し、
８Ｖの直流電圧を印加して発光状態を評価した。その結
果、電流密度は１．５ｍＡ／ｃｍ²であり、そのときの
発光輝度は７６ｃｄ／ｍ²であり、発光色は青色であっ
た。また、得られた有機ＥＬ素子を１０ｍＡ／ｃｍ²で
定電流駆動したところ、１０００時間経過後もリーク電
流の発生は見られなかった。

【００９２】［実施例４］実施例４では、実施例１の電
子注入層におけるＡｌｑの代わりに、Ｌｉ₂Ｏを１０Å
の厚さに蒸着し、さらにフタロシアニンおよびＬｉを共
に２０Å／ｃｍ²の蒸着速度で２００Åの厚さに同時蒸
着して構成したほかは、実施例１と同様に有機ＥＬ素子
を作製し、８Ｖの直流電圧を印加して発光状態を評価し
た。その結果、電流密度は１．７ｍＡ／ｃｍ²であり、
そのときの発光輝度は８３ｃｄ／ｍ²であり、発光色は
青色であった。また、得られた有機ＥＬ素子を１０ｍＡ
／ｃｍ²で定電流駆動したところ、１０００時間経過後
もリーク電流の発生は見られなかった。

【００９３】［比較例１］比較例１では、実施例１にお
ける無機電荷障壁層を設けなかったほかは、実施例１と
同様に有機ＥＬ素子を作製し、８Ｖの直流電圧を印加し
て発光状態を評価した。その結果、電流密度は２．２ｍ
Ａ／ｃｍ²となり、そのときの発光輝度は４１ｃｄ／ｍ²
であり、発光色は青色であった。また、得られた有機Ｅ
Ｌ素子を１０ｍＡ／ｃｍ²で定電流駆動したところ、１
０００時間経過後もリーク電流が発生し、電圧が１１Ｖ
まで上昇した。

【００９４】［比較例２］比較例２では、実施例１で銅
フタロシアニンとともに使用したＤＤＱを用いず、有機
半導体層としなかったほかは、実施例１と同様に有機Ｅ
Ｌ素子を作製し、８Ｖの直流電圧を印加して発光状態を
評価した。その結果、電流密度は０．７ｍＡ／ｃｍ²と
著しく低くなり、そのときの発光輝度は３０ｃｄ／ｍ²
であり、発光色は青色であった。また、得られた有機Ｅ
Ｌ素子を１０ｍＡ／ｃｍ²で定電流駆動したところ、１
０００時間経過後もリーク電流の発生は見られなかっ
た。

【００９５】

【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明の
有機ＥＬ素子によれば、陽極層との界面付近の有機発光
物質を、酸化性ドーパント等を用いて酸化することによ
り、低電圧駆動（一例として、直流電圧７Ｖ以下）にお
いて、発光効率の向上（一例として、発光輝度３０ｃｄ
／ｍ²以上）を図ることができるようになった。

【００９６】また、本発明の有機ＥＬ素子の製造方法に
よれば、陽極層との界面付近の有機発光物質を酸化する
工程を含むことにより、低電圧駆動（一例として、直流
電圧７Ｖ以下）において、高い発光効率（一例として、
発光輝度３０ｃｄ／ｍ²以上）を有する有機ＥＬ素子を
効率的に提供することができようになった。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施形態における有機ＥＬ素子の断面図
である。

【図２】第２の実施形態における有機ＥＬ素子の断面図
である。

【図３】第３の実施形態における真空蒸着装置の斜視図
である。

【図４】第３の実施形態における真空蒸着装置の断面図
である。

【図５】従来の有機ＥＬ素子の断面図である（その
１）。

【図６】従来の有機ＥＬ素子の断面図である（その
２）。

【符号の説明】

１０ 陽極層 １２ 第１の有機半導体層 １４ 第１の無機電荷障壁層 １６ 有機発光層 １８ 第２の無機電荷障壁層 ２０ 第２の有機半導体層 ２２ 陰極層 ２４ 電子注入層 １００、１０２ 有機ＥＬ素子 ２０１ 真空蒸着装置 ２０３ 基板 ２１０ 真空槽 ２１１ 基板ホルダ ２１２ 保持部 ２１２Ａ〜２１２Ｆ 蒸着源 ２１３ 回転軸部 ２１３Ａ 回転軸線 ２１４ モータ ２２１ 仮想円

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 陽極層と陰極層との間に有機発光層を挟
   持してなる有機エレクトロルミネッセンス素子におい
   て、 前記陽極層と前記陰極層の間にさらに有機半導体層を設
   けるとともに、 前記有機発光層の両側あるいはいずれか一方の側に無機
   電荷障壁層を設け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。
2. 【請求項２】 前記有機半導体層の比抵抗を１×１０^-1
   〜１×１０⁹Ω・ｃｍの範囲内の値とすることを特徴と
   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。
3. 【請求項３】 前記有機半導体層の厚さを０．１〜５０
   ０ｎｍの範囲内の値とすることを特徴とする請求項１ま
   たは２に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
4. 【請求項４】 前記有機半導体層が、有機化合物および
   酸化性ドーパントの組み合わせ、有機化合物および還元
   性ドーパントの組み合わせ、あるいは有機化合物および
   導電性微粒子の組み合わせであることを特徴とする請求
   項１〜３のいずれか一項に記載の有機エレクトロルミネ
   ッセンス素子。
5. 【請求項５】 前記陽極層と有機発光層との間に設けた
   無機電荷障壁層が、シリコン酸化物、ＺｎＯ、ＧａＮ、
   ＩｎＧａＮ、ｐ型のａ−Ｓｉ_1-xＣ_x（０．５＜ｘ＜
   １）、ａ−Ｓｉ_1-xＮ_x（０．４＜ｘ＜１）および、ダイ
   ヤモンドライクカーボンからなる群から選択される少な
   くとも一つの無機化合物、あるいは下記Ａ群から選択さ
   れる少なくとも一つの化合物およびＢ群から選択される
   少なくとも一つの化合物の組み合わせであることを特徴
   とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の有機エレク
   トロルミネッセンス素子。 Ａ群：Ｓｉ，Ｇｅ，Ｓｎ，Ｐｂ，Ｇａ，Ｉｎ，Ｚｎ，Ｃ
   ｄ，Ｍｇのカルコゲナイドまたは窒化物 Ｂ群：周期率表５Ａ〜８族の化合物
6. 【請求項６】 前記陰極層と有機発光層との間に設けた
   無機電荷障壁層が、アルカリ金属のカルコゲナイド、ア
   ルカリ土類金属のカルコゲナイド、アルカリ金属のハロ
   ゲン化物およびアルカリ土類金属のハロゲン化物からな
   る群から選択される少なくとも一つの無機化合物である
   ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の
   有機エレクトロルミネッセンス素子。
7. 【請求項７】 前記陰極層と有機発光層との間に設けた
   無機電荷障壁層が、Ｌｉ_２Ｏ、ＬｉＦ、ＣｓＦ、Ｃｓ_２
   Ｏ、ＬｉＣｌ、ＢａＯ、ＳｒＯ、ＭｇＯ、ＭｇＦ_２、Ｓ
   ｒＣｌ_２、ｎ型のａ−ＳｉＣ、ｎ型のａ−Ｓｉ_１−ｘＮ
   _ｘ（０．１＜ｘ＜０．７）からなる群から選択される少
   なくとも一つの無機化合物であることを特徴とする請求
   項１〜６のいずれか一項に記載の有機エレクトロルミネ
   ッセンス素子。
8. 【請求項８】 前記無機電荷障壁層の厚さを１〜１，０
   ００ｎｍの範囲内の値とすることを特徴とする請求項１
   〜７のいずれか一項に記載の有機エレクトロルミネッセ
   ンス素子。
9. 【請求項９】 前記有機発光層における電子移動度をμ
   _e、正孔移動度をμ_hとしたときに、下記条件を満足する
   ことを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の
   有機エレクトロルミネッセンス素子。 μ_h＞μ_e＞μ_h／１０００
10. 【請求項１０】 請求項１〜９のいずれか一項に記載の
    有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法におい
    て、 前記陽極層と有機発光層との間および前記陰極層と有機
    発光層との間、あるいはいずれか一方の間に、 有機半導体層および無機電荷障壁層を蒸着法あるいはス
    パッタリング法により形成する工程を設けることを特徴
    とする有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法。