JP2000223276A

JP2000223276A - 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

Info

Publication number: JP2000223276A
Application number: JP11025322A
Authority: JP
Inventors: Hiroaki Nakamura; 浩昭中村; Hisayuki Kawamura; 久幸川村; Chishio Hosokawa; 地潮細川
Original assignee: Idemitsu Kosan Co Ltd
Current assignee: Idemitsu Kosan Co Ltd
Priority date: 1999-02-02
Filing date: 1999-02-02
Publication date: 2000-08-11
Anticipated expiration: 2019-02-02
Also published as: JP4198253B2

Abstract

(57)【要約】【課題】取り出せる光量が多い一方、駆動電圧が低く
ても、発光輝度が高く、しかも、耐久性に優れた有機Ｅ
Ｌ素子およびその製造方法を提供する。【解決手段】少なくとも陽極層、正孔注入層、有機発
光層および陰極層を順次に積層した構造を有する有機エ
レクトロルミネッセンス素子において、前記正孔注入層
をｎ型無機半導体材料から構成するとともに、前記正孔
注入層のフェルミエネルギーをΦ_h、前記陽極層のフェ
ルミエネルギーをΦ_aとしたときに、Φ_h＞Φ_aの関係を
満足し、かつ、ｎ型無機半導体材料の吸収係数を１×１
０⁴ｃｍ^-1以下の値とする。

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素子とも称する場
合がある。）およびその製造方法に関する。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素子およびその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、以下に示すような理由から、電極
間に有機発光層を挟持した有機ＥＬ素子が鋭意研究開発
されている。（１）完全固体素子であるため、取り扱いや製造が容易
である。（２）自己発光が可能であるため、発光部材を必要とし
ない。（３）視認性に優れているため、ディスプレイに好適で
ある。（４）フルカラー化が容易である。しかしながら、有機ＥＬ素子における有機発光層は、有
機物であるため電子や正孔を輸送しにくく、また、劣化
しやすいために耐久性に乏しいという問題が見られた。

【０００３】そこで、特許２６３６３４１号公報には、
ｐ型無機半導体薄膜層からなる正孔注入層を備えた有機
ＥＬ素子が開示されている。この有機ＥＬ素子は、具体
的に、陽極と、有機発光層（有機蛍光体薄膜層）との間
に、Ｓｉ_1-xＣ_x（０≦ｘ≦１），ＣｕＩ，ＣｕＳ，Ｚｎ
Ｔｅ等のIII−Ｖ族化合物，あるいはII−VI族化合物の
ｐ型無機半導体材料からなる無機半導体薄膜層を備えて
いる。

【０００４】また、特許２８２４１１号公報には、陽極
と正孔輸送層との間のフェルミエネルギー差を小さくし
て、長寿命化を図ることを目的として、陽極に、酸化錫
インジウム（ＩＴＯ）よりも仕事関数が大きく、導電性
の金属酸化物材料、例えば、ＲｕＯ₂、ＭｏＯ₃、Ｖ₂Ｏ₅
を使用した有機ＥＬ素子が開示されている。

【０００５】さらに、特開平２−１９６４７５号公報に
は、第一電極層（ＩＴＯ／ＳｎＯ₂）上に、水素化アモ
ルファスシリコン（α−Ｓｉ：Ｈ）等のｎ型の無機半導
体薄膜層と、ニ層の有機化合物薄膜層と、第二電極層
（金）とを積層して形成した有機ＥＬ素子が開示されて
いる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特許２
６３６３４１号公報に開示された有機ＥＬ素子は、陽極
とｎ型無機半導体薄膜層との間のフェルミエネルギーの
関係を何ら考慮しておらず、正孔注入性に乏しい上、ｐ
型無機半導体薄膜層を設けたことにより、発光効率が逆
に低下しやすいという問題が見られた。すなわち、ｐ型
半導体材料のエネルギーギャップは狭いために、有機発
光層の励起状態における再結合エネルギーが移動しやす
く、結果として、励起状態が失活して、発光効率が低下
しやすかった。また、ｐ型無機半導体薄膜層は、一般に
良質な半導体薄膜とすることが容易でなく、製造が困難
であるという問題も見られた。

【０００７】また、特許２８２４１１号公報に開示され
た有機ＥＬ素子に使用されるＲｕＯ₂、ＭｏＯ₃、Ｖ₂Ｏ₅
等の導電性材料は、陽極と正孔輸送層との間のフェルミ
エネルギーの関係を小さくしようと試みているが、正孔
の移動性や耐久性がいまだ不充分であるという問題が見
られた。また、これらの導電性材料は、光吸収係数が２
７０００ｃｍ^-1以上と大きく、激しく着色していた。し
たがって、可視光域における光透過率（％）が、例えば
ＩＴＯの約１／９〜１／５というように極端に低く、そ
のため発光効率が低かったり、外部に取り出せる光量が
少ないという問題が見られた。そこで、同特許公報にお
いて、光透過率（％）を向上させるために、導電性の金
属酸化物薄膜とＩＴＯとからなる積層体を陽極に使用す
ることが提案されている。しかしながら、その場合でも
光透過率（％）はＩＴＯの約１／２程度であり、依然値
が低くて、実用的でないという問題が見られた。また、
導電性の金属酸化物薄膜とＩＴＯとからなる積層体を構
成する場合、ＩＴＯや導電性の金属酸化物薄膜の膜厚を
所定範囲内の値にそれぞれ制限しなければならず、製造
上の制約が大きいという問題も見られた。

【０００８】さらに、特開平２−１９６４７５号公報に
開示された有機ＥＬ素子は、陽極とｎ型無機半導体薄膜
層との間のフェルミエネルギーの関係を何ら考慮してお
らず、発光輝度がいまだ低く、耐久性も不充分であると
いう問題が見られた。具体的に、得られた有機ＥＬ素子
の発光輝度の値は、電圧２０Ｖの印加であっても、１５
００ｃｄ／ｍ²程度であり、実用的な発光輝度を得るた
めには、高電圧の印加が必要であった。

【０００９】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、従来の知見とは異なるものの、有機
ＥＬ素子における正孔注入層および陽極のフェルミエネ
ルギー差を大きくする方向で、特定のｎ型無機半導体材
料からなる正孔注入層を設けることにより、確実に整流
接触させることができ、しかも、正孔注入層において高
い光透過率が得られることを見出した。すなわち、本発
明の目的は、特定のフェルミエネルギーおよび吸収係数
を有するｎ型無機半導体材料からなる正孔注入層を備え
た、外部に取り出せる光量が多い一方、駆動電圧が低く
ても、発光輝度が高く、しかも、耐久性に優れた有機Ｅ
Ｌ素子およびこのような有機ＥＬ素子を効率的に提供す
ることができる製造方法を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の有機ＥＬ素子に
よれば、少なくとも陽極層、正孔注入層、有機発光層お
よび陰極層を順次に積層した構造を有する有機エレクト
ロルミネッセンス素子において、正孔注入層をｎ型無機
半導体材料から構成するとともに、正孔注入層のフェル
ミエネルギーをΦ_h、前記陽極層のフェルミエネルギー
をΦ_aとしたときに、Φ_h＞Φ_aの関係を満足し、かつ、
ｎ型無機半導体材料の吸収係数を１×１０⁴ｃｍ^-1以下
の値とすることを特徴とする。このように構成すること
により、正孔注入層と陽極層との接合を整流接触させる
ことができ、優れた正孔注入性を得ることができる。し
たがって、駆動電圧が低くなり、しかも、高い発光輝度
が得られるとともに耐久性に優れた有機ＥＬ素子とする
ことができる。また、使用するｎ型無機半導体材料の吸
収係数の値を所定範囲内に制限しているため、正孔注入
層の光透過率を高くすることができる。

【００１１】また、本発明の有機ＥＬ素子を構成するに
あたり、正孔注入層のフェルミエネルギー（Φ_h）を
５．０〜６．０ｅＶの範囲内の値とすることが好まし
い。このように正孔注入層のフェルミエネルギーを制限
することにより、より効率的に正孔を陽極から注入する
ことができる。

【００１２】また、本発明の有機ＥＬ素子を構成するに
あたり、Φ_h＞Φ_aの関係を満足する場合であっても、陽
極層のフェルミエネルギー（Φ_a）を５．４ｅＶ以下の
値とすることが好ましい。このように陽極層のフェルミ
エネルギー（最高占有準位エネルギーと称する場合があ
る。）を制限することにより、より効率的に正孔を注入
することができる。

【００１３】また、本発明の有機ＥＬ素子を構成するに
あたり、ｎ型無機半導体材料が、酸化インジウムおよび
酸化亜鉛あるいはいずれか一方の酸化物を含むことが好
ましい。このようなｎ型無機半導体材料を使用すること
により、透明性が高く、また、より優れた正孔移動性を
得ることができる。

【００１４】また、本発明の有機ＥＬ素子を構成するに
あたり、ｎ型無機半導体材料が、酸化アルミニウム、酸
化ビスマス、酸化ガリウム、酸化ゲルマニウム、酸化マ
グネシウム、酸化アンチモン、酸化珪素、酸化チタン、
酸化バナジウム、酸化タングステン、酸化イットリウ
ム、酸化ジルコニウム、酸化モリブテン、酸化ルテニウ
ム、酸化イリジウム、酸化レニウムからなる群から選択
される少なくとも一つの酸化物をさらに含むことが好ま
しい。このようなｎ型無機半導体材料をさらに使用する
ことにより、フェルミエネルギーや導電性を所定範囲内
の値に調整することがより容易となる。

【００１５】また、本発明の有機ＥＬ素子を構成するに
あたり、正孔注入層の膜厚を０．１〜１０００ｎｍの範
囲内の値とすることが好ましい。このような範囲に正孔
注入層の膜厚を制限することにより、均一な膜厚を有す
る緻密な薄膜を容易に形成することができる。したがっ
て、駆動電圧がより低くなり、しかも、製造上の制約を
小さくすることができる。

【００１６】また、本発明の有機ＥＬ素子を構成するに
あたり、有機発光層と陰極層との間に、アルカリ金属化
合物またはアルカリ土類金属化合物、例えば、ＬｉＦ，
ＣｓＦ，Ｌｉ₂Ｏ，ＭｇＦ₂から選択された化合物を含む
電子注入層を設けることが好ましい。このような電子注
入層を設けることにより、極めて高い発光輝度を有し、
しかも耐久性に優れた有機ＥＬ素子を提供することがで
きる。

【００１７】また、本発明の有機ＥＬ素子を構成するに
あたり、正孔注入層と発光層との間に、絶縁性無機化合
物層を設けることが好ましい。このような絶縁性無機化
合物層を設けることにより、極めて高い発光輝度を有
し、しかもより耐久性に優れた有機ＥＬ素子を提供する
ことができる。

【００１８】また、本発明の有機ＥＬ素子を構成するに
あたり、正孔注入層と発光層との間に、正孔輸送層を設
けることが好ましい。このような正孔輸送層を設けるこ
とにより、正孔の輸送性がより向上し、低電圧印加によ
り、高い発光輝度が得られ、しかも耐久性に優れた有機
ＥＬ素子を提供することができる。

【００１９】また、本発明の有機ＥＬ素子を構成するに
あたり、正孔注入層と正孔輸送層との間に、絶縁性無機
化合物層を設けることが好ましい。このような絶縁性無
機化合物層を設けることにより、極めて高い発光輝度を
有し、しかもより耐久性に優れた有機ＥＬ素子を提供す
ることができる。

【００２０】また、本発明の別の態様は、上述した有機
ＥＬ素子の製造方法であり、少なくとも正孔注入層と有
機発光層とを、大気にさらすことなく形成することを特
徴とする。このように形成すると、均一な発光輝度や耐
久性等の特性を有する有機ＥＬ素子を効率的に提供する
ことができる。

【００２１】また、本発明の有機ＥＬ素子の製造方法を
実施するにあたり、正孔注入層をスパッタリング法によ
り形成するとともに、有機発光層を真空蒸着法により形
成することが好ましい。このように形成すると、緻密
で、均一な膜厚を有する正孔注入層や有機発光層を形成
することができるとともに、均一な発光輝度を有する有
機ＥＬ素子を提供することができる。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明の
実施の形態（第１〜第４の実施形態）について具体的に
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。

【００２３】［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、正孔注入層１２、有機発光層１４お
よび陰極層１６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正孔注入層１２お
よび有機発光層１４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１
６の構成や製法については簡単に説明するものとし、言
及していない部分については、有機ＥＬ素子の分野にお
いて一般的に公知な構成や製法を採ることができる。

【００２４】（１）正孔注入層第１の実施形態において、正孔注入層を特定のフェルミ
エネルギーおよび吸収係数を有するｎ型半導体材料から
構成することを特徴とする。このようにｎ型半導体材料
から正孔注入層を構成することにより、高い光透過率
（透明性）を有する正孔注入層が得られる一方、陽極層
からの正孔の注入性や耐久性に優れた有機ＥＬ素子とす
ることができる。

【００２５】（フェルミエネルギー）正孔注入層を構成
するｎ型半導体材料として、当該ｎ型半導体材料のフェ
ルミエネルギーをΦ_h、前記陽極層のフェルミエネルギ
ーをΦ_aとしたときに、Φ_h＞Φ_aの関係を満足する材料
を使用する必要がある。これは、正孔注入層と陽極層と
の接合を整流接触とするためであり、その結果、正孔注
入層を介して、優れた正孔注入性を得るためである。な
お、フェルミエネルギーを考慮した放出機構について
は、電場エミッション、熱エミッション、電場−熱エミ
ッションなどが考えられるが、これらの学術的内容につ
いては、Ｋ．Ｃ．ＫＡＯ，Ｗ．ＨＷＡＮＧ著、「Ｅｌｅ
ｃｔｒｉｃａｌＴｒａｎｓｐｏｒｔｉｎＳｏｌｉ
ｄｓ」，ＰＥＲＧＡＭＯＮＰＲＥＳＳ，１９８１，ｐ
１０６に記載された内容を参照することができる。

【００２６】ここで、図２（ａ）〜（ｂ）を参照して、
第１の実施形態におけるｎ型半導体材料（正孔注入層）
および陽極材料（陽極層）のフェルミエネルギーと、こ
れらの間の整流接触との関係を説明する。なお、フェル
ミエネルギーとは、絶対温度にて、電子の占有確率が０
となる場合のそのエネルギー電位（準位）を意味してい
る。また、半導体材料には、伝導帯と価電子帯とのそれ
ぞれのエネルギー電位（準位）が存在しているが、一般
にフェルミエネルギーは、これらの間のエネルギー電位
（準位）であって、ｎ型半導体材料の場合においては、
伝導帯の下端のエネルギー電位に近接した位置にある。

【００２７】まず、図２（ａ）は、接合（積層）前の、
ｎ型半導体材料および陽極材料におけるフェルミエネル
ギー（Φ_h、Φ_a）の関係、およびそれぞれにおける伝導
帯と価電子帯のエネルギー準位を示す概念図である。図
２（ａ）中、縦方向にエネルギー準位を示しており、ｎ
型半導体材料および陽極材料におけるフェルミエネルギ
ー（Φ_h、Φ_a）の大きさを、上位に位置する真空準位か
らの距離でそれぞれ表している。また、横方向は、相対
的位置（距離）を表している。したがって、第１の実施
形態においては、Φ_h＞Φ_aの関係を満足することから、
ｎ型半導体材料のフェルミエネルギーを示すラインＨ
が、陽極材料のフェルミエネルギーを示すラインＡより
も、下方に位置している。なお、図２は、陽極として汎
用のＩＴＯ等の縮退半導体を例に採っているが、原理は
同一であるため、金属を用いることも可能である。ま
た、図２（ａ）中に、ｎ型半導体材料における伝導帯の
下端および価電子帯の上端のエネルギー電位を示すライ
ンを、記号ＨｃおよびＨｄで表しており、同様に、陽極
材料における伝導帯の下端および価電子帯の上端のエネ
ルギー電位を示すラインを、記号ＡｃおよびＡｄで表し
ている。なお、これらの関係は、使用するｎ型半導体材
料および陽極材料に拠るが、一般に、Ｈｃ＞Ａｃ、Ｈｄ
＞Ａｄの関係を満足している。

【００２８】また、図２（ｂ）は、接合（積層）後の、
有機発光層を含めた状態での、ｎ型半導体材料および陽
極材料のフェルミエネルギー（Φ_h、Φ_a）の関係、およ
びｎ型半導体材料における伝導帯と価電子帯とのエネル
ギー準位を示す概念図である。接合後には、Φ_h＞Φ_aの
関係を満足することから、陽極層から正孔注入層（ｎ型
半導体材料）に電子が流入し、フェルミエネルギーの値
は一致する。すなわち、ｎ型半導体材料のフェルミエネ
ルギー（Φ_h）が、陽極材料のフェルミエネルギー
（Φ_a）の値と同一となり、この値が一致したフェルミ
エネルギーを示すラインを記号Ｃで図中表している。

【００２９】また、ｎ型半導体材料および陽極材料にお
ける異なる値のフェルミエネルギーが一致する際に、Φ
_h＞Φ_aの関係を満足しているために、ｎ型半導体材料に
おける伝導帯と価電子帯とのエネルギー分布が、接合界
面Ｄ付近にて大きく歪むことになる。図２（ｂ）中、ｎ
型半導体材料の伝導帯および価電子帯のエネルギー電位
を示すラインＨｃおよびＨｄが、接合界面Ｄにて、左下
方に大きく落ち込んでいるのは、このことを示してい
る。なお、Φ_h＜Φ_aの関係を有している場合には、ｎ型
半導体材料から陽極層に向かって電子が流入するため、
ｎ型半導体材料における伝導帯と価電子帯とのエネルギ
ー分布が上記と逆になり、正孔注入層を介して、放出機
構、例えば電場エミッションによって正孔を注入するこ
とが困難である。

【００３０】したがって、このように伝導帯および価電
子帯のエネルギー電位が歪んだ状態にて、陽極層等を介
して、ｎ型半導体材料からなる正孔注入層に所定の電圧
が印加されると、ｎ型半導体層の膜厚が薄いため、その
部分に高電界が加わることになる。また、陽極層と正孔
注入層とは整流接触しているので、障壁の幅が薄くな
り、上述した放出機構（注入機構）に基づいて、正孔が
容易に移動するものと考えられる。すなわち、Φ_h＞Φ_a
の関係を満足することにより、ｎ型半導体材料であって
も、優れた正孔注入性を示すことができるものと推定さ
れる。

【００３１】また、ｎ型半導体材料のフェルミエネルギ
ー（Φ_h）を、陽極層のフェルミエネルギー（Φ_a）より
も、０．２〜０．８ｅＶの範囲内の値だけ大きくするこ
とがより好ましい。すなわち、Φ_h＝Φ_a＋０．２〜０．
８ｅＶの関係を満足することが好ましい。この理由は、
このような関係を満足することにより、より確実に整流
接触とすることができる一方、使用可能なｎ型半導体材
料や陽極材料の種類の選択性が過度に狭められることが
ないからである。したがって、さらに好ましくは、ｎ型
半導体材料および陽極層のフェルミエネルギーにおい
て、Φ_h＝Φ_a＋０．３〜０．６ｅＶの関係を満足するこ
とである。

【００３２】また、ｎ型半導体材料のフェルミエネルギ
ー（Φ_h）を、正孔の移動しやすさおよび使用材料の入
手性を考慮して、具体的に、５．０〜６．０ｅＶの範囲
内の値とすることが好ましく、５．２〜５．８ｅＶの範
囲内の値とすることがより好ましく、５．３〜５．６ｅ
Ｖの範囲内の値とすることがさらに好ましい。なお、か
かるフェルミエネルギーは、例えば、光電子分光装置や
オージェ電子分光装置を用いて測定することができる。

【００３３】また、陽極層のフェルミエネルギー
（Φ_a）を、正孔の移動しやすさおよび使用材料の入手
性を考慮して、具体的に、５．４ｅＶ以下の値とするこ
とが好ましく、４．０〜５．１ｅＶの範囲内の値とする
ことがより好ましく、４．３〜５．０ｅＶの範囲内の値
とすることがさらに好ましい。

【００３４】（吸収係数）また、第１の実施形態におい
て、ｎ型無機半導体材料の吸収係数を、高い光透過率が
得られ、しかも材料の入手性が容易なことから、１×１
０⁴ｃｍ^-1以下の値とする必要があるが、８×１０³ｃｍ
^-1〜１×１０³ｃｍ^-1の範囲内の値とすることがより好
ましく、２×１０³ｃｍ^-1〜６×１０³ｃｍ^-1の範囲内の
値とすることがさらに好ましい。なお、かかる吸収係数
は、例えば、吸光度計や透過率測定装置を用いて測定す
ることができる。

【００３５】（構成材料）また、ｎ型無機半導体材料の
種類は、上記フェルミエネルギーの関係を満足するもの
であれば、特に制限されるものではないが、具体的に、
酸化インジウムおよび酸化亜鉛あるいはいずれか一方の
酸化物を成分として含むことが好ましい。このような酸
化物として、Ｉｎ₂Ｏ₃，ＺｎＯ，Ｉｎ₂Ｏ₃（ＺｎＯ）_m
（ｍは、２〜２０）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。したがって、Ｉｎ₂Ｏ₃とＩｎ₂Ｏ₃
（ＺｎＯ）_mとの混合物や、Ｉｎ₂Ｏ₃とＺｎＯとＩｎ₂Ｏ
₃との混合物を選択することも好ましい。また、Ｉｎ₂Ｏ
₃（ＺｎＯ）_mを選択する場合、ＩｎとＺｎの原子比［Ｉ
ｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ）］を０．２〜０．８５の範囲内の値
とするのが好ましい。この理由は、かかる原子比が０．
２未満となると、導電性が低下する場合があるためであ
り、一方、原子比が０．８５を超えると、耐熱性等の特
性が低下する場合があるためである。

【００３６】また、これらの酸化インジウムおよび酸化
亜鉛は、インジウム化合物および亜鉛化合物を焼成して
得ることができる。具体的に、好ましいインジウム化合
物および亜鉛化合物として、インジウム硝酸塩、インジ
ウム硫酸塩、インジウムハロゲン化物、インジウム炭酸
塩、インジウム有機酸塩、インジウムアルコキシド、イ
ンジウム金属錯体、亜鉛硝酸塩、亜鉛硫酸塩、亜鉛ハロ
ゲン化物、亜鉛炭酸塩、亜鉛有機酸塩、亜鉛アルコキシ
ド、亜鉛金属錯体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。

【００３７】また、ｎ型無機半導体材料に、酸化アルミ
ニウム、酸化ビスマス、酸化ガリウム、酸化ゲルマニウ
ム、酸化マグネシウム、酸化アンチモン、酸化珪素、酸
化チタン、酸化バナジウム、酸化タングステン、酸化イ
ットリウム、酸化ジルコニウム、酸化モリブテン、酸化
ルテニウム、酸化イリジウム、酸化レニウムからなる群
から選択される少なくとも一つの酸化物（第三の酸化物
と称する場合がある。）をさらに含むことが好ましい。
このような第三の酸化物を含むことにより、ｎ型半導体
材料のフェルミエネルギー（Φ_h）や吸収係数を、所望
の範囲内の値に容易に調整することができる。

【００３８】このような、第三の酸化物の添加量は、特
に制限されるものではないが、例えば、ｎ型無機半導体
材料の全体量を１００原子％としたときに、０．１〜５
０原子％の範囲内の値とするのが好ましい。この理由
は、第三の酸化物の添加量が０．１原子％未満となる
と、添加効果が発現しない場合があるためであり、一
方、５０原子％を超えると、イオン散乱により、導電性
が低下する場合があるためである。したがって、第三の
酸化物の添加量を０．２〜２０原子％の範囲内の値とす
るのがより好ましく、０．５〜１５原子％の範囲内の値
とするのがさらに好ましい。

【００３９】（膜厚）また、正孔注入層の膜厚は特に制
限されるものではないが、上述した注入機構による正孔
注入性や薄層の機械的強度を考慮して、例えば、正孔注
入層の膜厚を０．１〜１０００ｎｍの範囲内の値とする
ことが好ましく、０．２〜１００ｎｍの範囲内の値とす
ることがより好ましく、０．５〜５０ｎｍの範囲内の値
とすることがさらに好ましい。ただし、正孔注入層を、
比較的大面積とする場合には、正孔注入層の膜厚を０．
２ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲内の値とするのが好まし
い。

【００４０】（形成方法）次に、正孔注入層を形成する
方法について説明する。かかる形成方法は特に制限され
るものではないが、例えば、スパッタリング法、蒸着
法、スピンコート法、キャスト法、ＬＢ法等の方法を採
ることができるが、特に、高周波マグネトロンスパッタ
リング法を採ることが好ましい。具体的に、ガス導入前
の真空度１×１０^-7〜１×１０^-3Ｐａ、成膜速度０．０
１〜５０ｎｍ／秒、基板温度−５０〜３００℃の条件で
スパッタリングすることが好ましい。また、得られる有
機ＥＬ素子の特性が均一となり、また、製造時間が短縮
できることから、少なくとも電子注入層と有機発光層と
を同一真空条件で、大気にさらすことなく成膜すること
がより好ましい。したがって、例えば、電子注入層をガ
ス導入前の真空度１×１０^-7〜１×１０^-3Ｐａの真空条
件で成膜する場合には、有機発光層も大気にさらすこと
なく、同様の真空条件で成膜することが好ましい。

【００４１】（２）有機発光層（構成材料）有機発光層の構成材料として使用する有機
発光材料は、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。

【００４２】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、本発明の目的に合致して、有機発光層におけ
る電子の移動が促進されて、有機発光層の中央付近で正
孔と再結合可能な材料であれば好適に使用することがで
きる。すなわち、本発明においては、有機発光材料にお
ける電子移動度をμ_eとし、正孔移動度をμ_hとしたとき
に、下記条件（１）および（２）を満足する有機発光材
料が好ましい。ただし、第１の実施形態において、複数
種の発光材料を使用した場合に、少なくとも一つの有機
発光材料が、下記条件（１）および（２）を満足するこ
とが好ましく、より好ましくは、全ての有機発光材料
が、当該条件を満足することである。（１）μ_e≧１×１０^-7ｃｍ²／Ｖ・ｓ（２）μ_h＞μ_e＞μ_h／１０００

【００４３】ここで、有機発光材料の電子移動度を、１
×１０^-7ｃｍ²／Ｖ・ｓ以上の値と制限するのは、これ
未満の値となると、有機ＥＬ素子における高速応答が困
難となったり、発光輝度が低下する場合があるためであ
る。したがって、有機発光材料の電子移動度を、１．１
×１０^-7〜２×１０^-3ｃｍ²／Ｖ・ｓの範囲内の値とす
るのがより好ましく、１．２×１０^-7〜１．０×１０^-3
ｃｍ²／Ｖ・ｓの範囲内の値とするのがさらに好まし
い。

【００４４】また、有機発光層における有機発光材料の
正孔移動度よりも、電子移動度を小さく制限しているの
は、この逆となると、有機発光層に使用可能な有機発光
材料が過度に制限される場合があり、また、発光輝度が
低下する場合があるためである。一方、有機発光材料の
電子移動度を、正孔移動度の１／１０００よりも大きく
制限しているのは、電子移動度が過度に小さくなると、
有機発光層の中央よりにおいて正孔と再結合することが
困難となり、やはり発光輝度が低下する場合があるため
である。したがって、有機発光層における有機発光材料
の正孔移動度（μ_h）と電子移動度（μ_e）とが、μ_h／
２＞μ_e＞μ_h／５００の関係を満足するのがより好まし
く、μ_h／３＞μ_e＞μ_h／１００の関係を満足するのが
さらに好ましい。

【００４５】また、第１の実施形態において、有機発光
層に下記一般式（１）〜（３）で表されるスチリル基を
有する芳香族環化合物を使用することが好ましい。この
ようなスチリル基を有する芳香族環化合物を使用するこ
とにより、上述した有機発光層における有機発光材料の
電子移動度および正孔移動度の条件を容易に満足するこ
とができる。

【００４６】

【化１】

【００４７】［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
基であり、Ａｒ¹、Ａｒ²、Ａｒ³、およびＡｒ⁴の少なく
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。］

【００４８】

【化２】

【００４９】［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。］

【００５０】

【化３】

【００５１】［一般式（３）中、Ａｒ⁸およびＡｒ
¹⁴は、炭素数が６〜４０の芳香族基であり、Ａｒ⁹〜Ａ
ｒ¹³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、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。］

【００５２】ここで、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、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。また、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、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。

【００５３】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ても良い。このような置
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、ハロゲン原子等が挙げられ
る。

【００５４】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ものを併用するこ
とも好適である。

【００５５】（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。かかる形成方法は特に制限され
るものではないが、例えば、真空蒸着法、スピンコート
法、キャスト法、ＬＢ法、スパッタリング法等の方法を
採ることができる。例えば、真空蒸着法により形成する
場合、蒸着温度５０〜４５０℃、真空度１×１０^-7〜１
×１０^-3Ｐａ、製膜速度０．０１〜５０ｎｍ／秒、基板
温度−５０〜３００℃の条件を採ることが好ましい。ま
た、結着剤と有機発光材料とを溶剤に溶かして溶液状態
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。な
お、有機発光層は、形成方法や形成条件を適宜選択し、
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。

【００５６】（膜厚）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、具体的に５ｎｍ〜５μｍ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、発光輝度や耐久性が低下する場合があり、一
方、有機発光層の膜厚が５μｍを超えると、印加電圧の
値が高くなる場合があるためである。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〜１μｍの範囲内の値とす
ることがさらに好ましい。

【００５７】（３）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、インジウムチンオキサイド（ＩＴＯ）、インジウ
ム銅、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。また、陽極層の膜厚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、光透過率を１０
％以上の値とすることが好ましく、５０％以上の値とす
ることがより好ましく、８０％以上の値とすることがさ
らに好ましい。

【００５８】（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、セシウム、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。また陰極層の膜厚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。

【００５９】（４）その他また、図１には示さないが、有機ＥＬ素子への水分や酸
素の侵入を防止するための封止層を、素子全体を覆うよ
うに設けることも好ましい。好ましい封止層の材料とし
ては、テトラフルオロエチレンと、少なくとも１種のコ
モノマーとを含むモノマー混合物を共重合させて得られ
る共重合体；共重合主鎖中に環状構造を有する合フッ素
共重合体；ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリメチル
メタクリレート、ポリイミド、ポリユリア、ポリテトラ
フルオロエチレン、ポリクロロトリフルオロエチレン、
ポリジクロロジフルオロエチレンまたはクロロトリフル
オロエチレンとジクロロジフルオロエチレンとの共重合
体；吸収率１％以上の吸水性物質；吸水率０．１％以下
の防湿性物質；Ｉｎ，Ｓｎ，Ｐｂ，Ａｕ，Ｃｕ，Ａｇ，
Ａｌ，Ｔｉ，Ｎｉ等の金属；ＭｇＯ，ＳｉＯ，Ｓｉ
Ｏ₂，ＧｅＯ，ＮｉＯ，ＣａＯ，ＢａＯ，Ｆｅ₂Ｏ，Ｙ₂
Ｏ₃，ＴｉＯ₂等の金属酸化物；ＭｇＦ₂，ＬｉＦ，Ａｌ
Ｆ₃，ＣａＦ₂等の金属フッ化物；パーフルオロアルカ
ン，パーフルオロアミン，パーフルオロポリエーテル等
の液状フッ素化炭素；および当該液状フッ素化炭素に水
分や酸素を吸着する吸着剤を分散させた組成物等が挙げ
られる。

【００６０】また、封止層の形成にあたっては、真空蒸
着法、スピンコート法、スパッタリング法、キャスト
法、ＭＢＥ（分子線エピタキシー）法、クラスターイオ
ンビーム蒸着法、イオンプレーティング法、プラズマ重
合法（高周波励超イオンプレーティング法）、反応性ス
パッタリング法、プラズマＣＶＤ法、レーザーＣＶＤ
法、熱ＣＶＤ法、ガスソースＣＶＤ法等を適宜採用する
ことができる。

【００６１】［第２の実施形態］次に、図３を参照し
て、この発明の第２の実施形態について説明する。図３
は、第２の実施形態における有機ＥＬ素子１０２の断面
図であり、陽極層１０、正孔注入層１２、有機発光層１
４、電子注入層１５および陰極層１６を順次に積層した
構造を有している。そして、この有機ＥＬ素子１０２
は、陰極層１６と有機発光層１４との間に、電子注入層
１５を挿入してある点を除いては、第１の実施形態の有
機ＥＬ素子１００と同一の構造である。したがって、以
下の説明は、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１５についてのものであり、その他の構成
部分、例えば電極等については、第１の実施形態と同様
の構成とすることができる。

【００６２】（１）電子親和力また、第１実施形態における電子注入層の電子親和力を
１．８〜３．６ｅＶの範囲内の値とすることが好まし
い。この理由は、電子親和力の値が１．８ｅＶ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るためであり、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、有機発光層や電子注入層の界
面におけるブロッキング接合の発生により、電子注入が
抑制される場合があるためである。したがって、電子注
入層の電子親和力を、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。

【００６３】また、電子注入層と有機発光層との電子親
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、電子注入層から有機発光層
への電子注入が容易となり、高効率かつ高速応答可能な
有機ＥＬ素子とすることができる。

【００６４】（２）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層のエネルギーギ
ャップ（バンドギャップエネルギー）を２．５ｅＶ以上
の値とすることが好ましく、２．７ｅＶ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、正孔が有機発光層を超えて電子注入層に移動す
ることが少なくなり、いわゆる正孔障壁性が有効に得ら
れる。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
入層自体が発光することを回避することができる。

【００６５】（３）構成材料電子注入層は、有機化合物あるいは無機化合物から構成
することが好ましい。ただし、無機化合物から構成する
ことにより、陰極からの電子の注入性や耐久性により優
れた有機ＥＬ素子とすることができる。ここで、好まし
い有機化合物として、８―ヒドロキシキノリンやオキサ
ジアゾール、あるいはこれらの誘導体、例えば、８―ヒ
ドロキシキノリンを含む金属キレートオキシノイド化合
物等が挙げられる。また、電子注入層を構成する無機化
合物として、絶縁体または半導体を使用することが好ま
しい。電子注入層が絶縁体や半導体で構成されていれ
ば、電流のリークを有効に防止して、電子注入性を向上
させることができる。このような絶縁体としては、アル
カリ金属カルコゲナイド（酸化物、硫化物、セレン化
物、テルル化物）、アルカリ土類金属カルコゲナイド、
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
の金属化合物を使用するのが好ましい。電子注入層がこ
れらのアルカリ金属カルコゲナイド等で構成されていれ
ば、電子注入性をさらに向上させることができる点で好
ましい。具体的に、好ましいアルカリ金属カルコゲナイ
ドとしては、例えば、Ｌｉ₂Ｏ、ＬｉＯ、Ｎａ₂Ｓ、Ｎａ
₂ＳｅおよびＮａＯが挙げられ、好ましいアルカリ土類
金属カルコゲナイドとしては、例えば、ＣａＯ、Ｂａ
Ｏ、ＳｒＯ、ＢｅＯ、ＢａＳ、ＭｇＯおよびＣａＳｅが
挙げられる。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、ＣｓＦ、ＬｉＦ、ＮａＦ、ＫＦ、
ＬｉＣｌ、ＫＣｌおよびＮａＣｌ等が挙げられる。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、ＳｒＦ₂、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、これら絶縁体の一種単独あるいは
二種以上の組み合わせが挙げられる。また、電子注入層
を構成する半導体としては、Ｂａ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｙｂ、
Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｌｉ、Ｎａ、Ｃｄ、Ｍｇ、Ｓｉ、Ｔ
ａ、ＳｂおよびＺｎの少なくとも一つの元素を含む酸化
物、窒化物または酸化窒化物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、電子注入層を構成
する無機化合物は、微結晶または非晶質の絶縁性薄膜で
あることが好ましい。電子注入層がこれらの絶縁性薄膜
で構成されていれば、より均質な薄膜が形成されるため
に、ダークスポット等の画素欠陥を減少させることがで
きる。なお、このような無機化合物としては、上述した
アルカリ金属カルコゲナイド、アルカリ土類金属カルコ
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等が挙げられる。

【００６６】（４）構造次に、電子注入層の構造について説明する。かかる電子
注入層の構造は特に制限されるものではなく、例えば、
一層構造であっても良く、あるいは、二層構造または三
層構造であっても良い。また、電子注入層の膜厚につい
ても特に制限されるものではないが、例えば０．１ｎｍ
〜１０００ｎｍの範囲内の値とするのが好ましい。この
理由は、電子注入層の膜厚が０．１ｎｍ未満となると、
電子注入性が低下したり、あるいは機械的強度が低下す
る場合があるためであり、一方、電子注入層の膜厚が１
０００ｎｍを超えると高抵抗となり、有機ＥＬ素子の高
速応答が困難となったり、あるいは成膜に長時間を要す
る場合があるためである。したがって、電子注入層の膜
厚を０．５〜１００ｎｍの範囲内の値とするのがより好
ましく、１〜５０ｎｍの範囲内の値とするのがさらに好
ましい。

【００６７】（５）形成方法次に、電子注入層を形成する方法について説明する。電
子注入層の形成方法については、均一な膜厚を有する薄
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、Ｌ
Ｂ法、スパッタリング法等の方法を採ることができる。

【００６８】［第３の実施形態］次に、図４を参照し
て、この発明の第３の実施形態について説明する。図４
は、第３の実施形態における有機ＥＬ素子１０４の断面
図であり、陽極層１０、正孔注入層１２、正孔輸送層１
３、有機発光層１４、電子注入層１５および陰極層１６
を順次に積層した構造を有している。このように正孔輸
送層を設けることにより、正孔の輸送および有機発光層
への移動が容易となり、有機ＥＬ素子の高速応答が可能
となる。

【００６９】なお、第３の実施形態の有機ＥＬ素子１０
４は、正孔注入層１２と有機発光層１４との間に、正孔
輸送層１３を設けてある点を除いては、第２の実施形態
の有機ＥＬ素子１０２と同一の構造を有している。した
がって、以下の説明は、第３の実施形態における特徴的
な部分である正孔輸送層１３についてのものであり、そ
の他の構成部分については、第１および第２の実施形態
と同様の構成あるいは有機ＥＬ素子の分野において一般
的に公知な構成とすることができる。

【００７０】（１）構成材料正孔輸送層は、有機材料または無機材料で構成すること
が好ましい。このような有機材料としては、例えば、フ
タロシアニン化合物、ジアミン化合物、含ジアミンオリ
ゴマーおよび含チオフェンオリゴマー等を挙げることが
できる。また、好ましい無機材料としては、例えば、ア
モルファスシリコン（α−Ｓｉ）、α−ＳｉＣ、マイク
ロクリスタルシリコン（μＣ−Ｓｉ）、μＣ−ＳｉＣ、
II−VI族化合物、III−Ｖ族化合物、非晶質炭素、結晶
質炭素およびダイヤモンド等を挙げることができる。ま
た、正孔輸送層を構成する別種の無機材料としては、酸
化物、フッ化物およびチッ化物が挙げられ、より具体的
には、Ａｌ₂Ｏ₃、ＳｉＯ、ＳｉＯ_x（１≦ｘ≦２）、Ｇ
ａＮ、ＩｎＮ、ＧａＩｎＮ、ＧｅＯ₂、ＧｅＯ_x（１≦ｘ
≦２）、ＬｉＦ、ＳｒＯ、ＣａＯ、ＢａＯ、ＭｇＦ₂、
ＣａＦ₂、ＭｇＦ₂、ＳｉＮ_x（１≦ｘ≦４／３）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。

【００７１】（２）構造および形成方法また、正孔輸送層は、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。さらに、正孔輸送
層の膜厚についても特に制限されるものではないが、例
えば０．５ｎｍ〜５μｍの範囲内の値とするのが好まし
い。ただし、絶縁性無機化合物を設ける場合には、正孔
輸送層の膜厚を０．１〜２０ｎｍの範囲内の値とするの
が好ましい。また、正孔輸送層の形成方法についても特
に制限されるものでないが、正孔注入層の形成方法と同
様の方法を採ることが好ましい。

【００７２】［第４の実施形態］次に、本発明の第４の
実施形態について説明する。第４の実施形態は、複数の
無機化合物を用いた場合であっても、構成材料の組成比
が均一である正孔注入層が得られ、結果として、駆動電
圧が小さくても高い発光輝度が得られ、しかも長寿命の
有機ＥＬ素子が効率的に得られる製造方法を提供するも
のである。すなわち、第４の実施形態においては、特定
のターゲットおよびスパッタリング法を用いて、正孔注
入層を形成することを第１の特徴としている。

【００７３】また、第４の実施形態は、均一な特性を有
する有機ＥＬ素子が得られることから、少なくとも正孔
注入層と有機発光層とを一貫した同一真空条件で形成す
ることが好ましい。したがって、第４の実施形態におい
ては、スパッタリング法を実施する真空槽と真空蒸着法
を実施する真空槽とを共用することが好ましい。すなわ
ち、第４の実施形態においては、一つの真空槽内に、ス
パッタリング法を実施するために必要な加熱装置や基板
保持手段や、真空蒸着法を実施するするために必要な加
熱装置や蒸着源等を備え、それらを切り換えて使用する
ことを第２の特徴とする。ただし、第４の実施形態の変
形例として、スパッタリング用の真空槽と真空蒸着法用
の真空槽とをそれぞれ別途に設け、それらを予め連結し
ておき、真空蒸着法を実施した後、搬送装置により、基
板をスパッタリング用の真空槽内に移動させることも好
ましい。なお、有機ＥＬ素子の構成は、便宜上、第３の
実施形態と同様としてある。

【００７４】第４の実施形態の製造法によれば、下記に
示す各層を、それぞれ以下に示す製法により形成した。陽極層：真空蒸着法正孔注入層：高周波マグネトロンスパッタリング法正孔輸送層：真空蒸着法有機発光層：真空蒸着法電子注入層：真空蒸着法陰極層：真空蒸着法

【００７５】ここで、正孔注入層を高周波マグネトロン
スパッタリング法で形成するにあたり、複数のｎ型無機
半導体材料からなる特定のターゲットを用いている。具
体的に、かかるターゲットは、例えば、Ｉｎ₂Ｏ₃，Ｚｎ
Ｏ，Ｉｎ₂Ｏ₃（ＺｎＯ）_m（ｍは、２〜２０）等の一種
単独または二種以上の六方晶層状酸化物焼結体を含み、
さらに、酸化アルミニウム、酸化ビスマス、酸化ガリウ
ム、酸化ゲルマニウム、酸化マグネシウム、酸化アンチ
モン、酸化珪素、酸化チタン、酸化バナジウム、酸化タ
ングステン、酸化イットリウム、酸化ジルコニウム、酸
化モリブテン、酸化ルテニウム、酸化イリジウム、酸化
レニウムからなる群から選択される少なくとも一つの酸
化物を含んでいることが好ましい。なお、ターゲット
に、Ｉｎ₂Ｏ₃，ＺｎＯ，Ｉｎ₂Ｏ₃（ＺｎＯ）_m（ｍは、
２〜２０）を用いた場合には、導電性や耐熱性を考慮し
て、ＩｎとＺｎの原子比［Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ）］を
０．２〜０．８５の範囲内の値とするのが好ましい。

【００７６】そして、第４の実施形態で使用するターゲ
ットは溶液法（共沈法）（濃度：０．０１〜１０ｍｏｌ
／リットル、溶媒：多価アルコール等、沈殿形成剤：水
酸化カリウム等）や、物理混合法（撹拌機：ボールミル
等、混合時間：１〜２００時間）により原材料を混合し
た後、焼結（温度５００〜１２００℃、時間１〜１００
時間）しさらに、成型（ＨＩＰ成型等）して得られたも
のが好ましい。これらの方法により得られたターゲット
は、均一な特性を有しているという特徴がある。

【００７７】

【実施例】［実施例１〜４］（１）有機ＥＬ素子の作成実施例１の有機ＥＬ素子は、第３の実施形態における有
機ＥＬ素子の構成と同様である。したがって、実施例１
の有機ＥＬ素子を製造するにあたっては、まず、膜厚
１．１ｍｍ、縦２５ｍｍ、横７５ｍｍの透明なガラス基
板上に、陽極層として、ＩＴＯ（Φ_a＝５．０ｅＶ）か
らなる膜厚７５ｎｍの透明電極膜を形成した。以下、こ
のガラス基板と陽極層とを併せて基板とする。続いて、
この基板を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１０分間洗浄した。

【００７８】次いで、基板を、高周波スパッタリング装
置および真空蒸着装置における共用の真空槽の基板ホル
ダに装着するとともに、正孔注入層を構成する酸化イン
ジウム／酸化亜鉛／酸化ルテニウムからなるターゲット
（原子比率＝０．６５／０．２５／０．１、ＩｎとＺｎ
の原子比［Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ）］＝０．７２）をスパ
ッタリング基板上に配置した。次いで、真空槽内を真空
度５×１０^-4Ｐａまで減圧した状態で、アルゴンガスを
導入し、真空度を３×１０^-1Ｐａに調整した。その後、
出力１００Ｗ、基板温度室温（２５℃）の条件でスパッ
タリングし、膜厚６０ｎｍ（実施例１）、膜厚２０ｎｍ
（実施例２）、膜厚８ｎｍ（実施例３）および膜厚０．
７ｎｍ（実施例４）の正孔注入層をそれぞれ形成した。
なお、この時点で、正孔注入層の吸収係数を測定したと
ころ、３５００ｃｍ^-1であった。

【００７９】次いで、吸収係数を測定した基板とは異な
る正孔注入層を形成した基板を、大気にさらすことなく
真空層内に保持したまま、真空度３×１０^-1Ｐａの条件
で、正孔輸送層として、Ｎ，Ｎ′−ナフチル−Ｎ，Ｎ′
−フェニル−４，４′−ベンジジン（ＮＰＤ）を２０ｎ
ｍの膜厚になるように真空蒸着法により形成した。続い
て、同様の真空槽内にて、有機発光層である６０ｎｍの
膜厚を有するトリス（８−ヒドロキシキノリノール）ア
ルミニウム（Ａｌｑ）を真空蒸着し、さらに電子注入層
として、０．５ｎｍの膜厚となるようにＬｉ₂Ｏを真空
蒸着し、最後に、陰極層として、１５０ｎｍの膜厚でア
ルミニウムを真空蒸着し、有機ＥＬ素子を作成した。す
なわち、正孔注入層、正孔輸送層、有機発光層、電子注
入層および陰極層を、一貫して、同一真空条件にて形成
し、有機ＥＬ素子を得た。

【００８０】（２）有機ＥＬ素子の評価得られた有機ＥＬ素子（実施例１〜４）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１０Ｖの直流電圧をそれぞれ印加した。
このときの電流密度、発光輝度および半減寿命を測定し
た。なお、半減寿命を測定する際には、印加電圧を７Ｖ
に調整し、初期発光輝度を１０００ｃｄ／ｃｍ²とし
た。得られた結果を表１および図５に示す。図５は、横
軸に正孔注入層の膜厚（ｎｍ）を採って示してあり、縦
軸に発光輝度（ｃｄ／ｃｍ²）を採って示してある。図
５から容易に理解されるように、膜厚が薄くなるほど、
発光輝度が上昇する傾向を有している。ただし、膜厚が
０である場合には、発光輝度は著しく小さい。また、得
られた有機ＥＬ素子の発光色は緑色であることを確認し
た。

【００８１】

【表１】

【００８２】

【表２】

【００８３】［実施例５］実施例１における正孔注入層
のかわりに、正孔注入層を構成するｎ型半導体材料の種
類を代え、膜厚を薄くしたほかは、実施例１と同様に有
機ＥＬ素子を作成して、評価した。具体的に、酸化イン
ジウム／酸化亜鉛／酸化モリブテン（比率＝０．６５／
０．２５／０．１、Φ_h＝５．３ｅｖ）からなる膜厚８
ｎｍの正孔注入層を設けた。得られた結果を表２に示
す。

【００８４】［実施例６］実施例１における正孔注入層
のかわりに、正孔注入層を構成するｎ型半導体材料の種
類を代え、膜厚をより薄くしたほかは、実施例１と同様
に有機ＥＬ素子を作成して、評価した。具体的に、酸化
インジウム／酸化亜鉛／酸化イリジウム（比率＝０．６
８／０．２７／０．０５、Φ_h＝５．５ｅｖ）からなる
膜厚０．７ｎｍの正孔注入層を設けた。得られた結果を
表２に示す。

【００８５】［比較例１］実施例１における正孔注入層
のかわりに、Φ_h＜Φ_aの場合の正孔注入層を設けたほか
は、実施例１と同様に有機ＥＬ素子を作成して、評価し
た。具体的に、膜厚２０ｎｍの酸化インジウム／酸化亜
鉛／酸化タリウム（比率＝０．６５／０．２５／０．
１、Φ_h＝４．８ｅｖ）を設けた。得られた結果を表２
に示す。

【００８６】［比較例２］実施例１におけるｎ型半導体
材料からなる膜厚６０ｎｍの正孔注入層のかわりに、ｐ
型半導体材料からなる正孔注入層を設けたほかは、実施
例１と同様に有機ＥＬ素子を作成して、評価した。具体
的には、ＥＣＲプラズマＣＶＤ法により、Ｓｉ_1-xＣ
_x（０≦ｘ≦１）からなる膜厚２０ｎｍの正孔注入層を
設けた。得られた結果を表２に示す。

【００８７】

【発明の効果】本発明の有機ＥＬ素子によれば、特定の
フェルミエネルギー関係を有するｎ型無機半導体材料か
らなる正孔注入層を設けたことにより、例えば、駆動電
圧が１０Ｖ程度と低くとも、３０００ｃｄ／ｃｍ²以上
の高い発光輝度が得られ、しかも半減寿命が１０００時
間以上の有機ＥＬ素子を提供することができるようにな
った。また、本発明の有機ＥＬ素子によれば、ｎ型無機
半導体材料の吸収係数を一定範囲内の値に制限している
ため、透明性に優れた正孔注入層が得られ、取り出す光
量が低下することがなくなった。

【００８８】また、本発明の有機ＥＬ素子の製造方法に
よれば、特定のフェルミエネルギー関係を有するｎ型無
機半導体材料からなる正孔注入層を容易かつ均一に形成
することができるようになり、例えば、駆動電圧が１０
Ｖ程度であっても、３０００ｃｄ／ｃｍ²以上の高い発
光輝度が得られ、しかも半減寿命が１０００時間以上の
有機ＥＬ素子を効率的に提供することができるようにな
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】ｎ型半導体材料のフェルミエネルギー関係を説
明するための図である。

【図３】第２の実施形態における有機ＥＬ素子の断面図
である。

【図４】第３の実施形態における有機ＥＬ素子の断面図
である。

【図５】正孔注入層の膜厚と、発光輝度との関係を示す
図である。

【符号の説明】

１０陽極層１２正孔注入層１３正孔輸送層１４有機発光層１５電子注入層１６陰極層２０透光性基板（ガラス基板）３０基板１００、１０２、１０４有機ＥＬ素子

フロントページの続きＦターム(参考） 3K007 AB00 AB02 AB03 AB06 AB13 BB01 CA01 CB01 DA00 DB03 EB00 EB05 EC00 FA01 FA03 4K029 AA09 BA03 BA43 BA50 BC07 BD00 CA01 CA05 DB06 DC05 DC35

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも陽極層、正孔注入層、有機発
光層および陰極層を順次に積層した構造を有する有機エ
レクトロルミネッセンス素子において、前記正孔注入層をｎ型無機半導体材料から構成するとと
もに、前記正孔注入層のフェルミエネルギーをΦ_h、前記陽極
層のフェルミエネルギーをΦ_aとしたときに、Φ_h＞Φ_a
の関係を満足し、かつ、前記ｎ型無機半導体材料の吸収係数を１×１０⁴ｃｍ^-1
以下の値と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。
【請求項２】前記正孔注入層のフェルミエネルギー
（Φ_h）を５．０〜６．０ｅＶ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。
【請求項３】前記陽極層のフェルミエネルギー
（Φ_a）を５．４ｅＶ以下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。
【請求項４】前記ｎ型無機半導体材料が、酸化インジ
ウムおよび酸化亜鉛あるいはいずれか一方の酸化物を含
む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。
【請求項５】前記ｎ型無機半導体材料が、酸化アルミ
ニウム、酸化ビスマス、酸化ガリウム、酸化ゲルマニウ
ム、酸化マグネシウム、酸化アンチモン、酸化珪素、酸
化チタン、酸化バナジウム、酸化タングステン、酸化イ
ットリウム、酸化ジルコニウム、酸化モリブテン、酸化
ルテニウム、酸化イリジウム、酸化レニウムからなる群
から選択される少なくとも一つの酸化物をさらに含むこ
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。
【請求項６】前記正孔注入層の膜厚を０．１〜１００
０ｎｍの範囲内の値とす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。
【請求項７】前記有機発光層と陰極層との間に、アル
カリ金属化合物またはアルカリ土類金属化合物を含む電
子注入層を設けて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。
【請求項８】前記正孔注入層と発光層との間に、絶縁
性無機化合物層を設けてあ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。
【請求項９】前記正孔注入層と発光層との間に、正孔
輸送層を設けてあ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。
【請求項１０】前記正孔注入層と前記正孔輸送層との
間に、絶縁性無機化合物層を設けてあることを特徴とす
る請求項９に記載の有機エレクトロルミネッセンス素
子。
【請求項１１】請求項１〜１０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、少なくとも前記正孔注入層と有機発光層とを、大気
にさらすことなく形成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の製造方法。
【請求項１２】前記正孔注入層をスパッタリング法に
より形成し、前記有機発光層を真空蒸着法により形成す
ることを特徴とする請求項１１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。