JP2007036175A - 有機ｅｌ素子及びその製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】電子輸送層を有する有機ＥＬ素子及びその製造方法を提供する。
【解決手段】陽極と陰極との間に発光層、電子輸送層を含む積層構造を有し、前記電子輸送層は、少なくとも２以上の物質が混合された混合物からなり、前記発光層に隣接した第１層と、少なくとも２以上の物質が混合された混合物からなり、前記陰極に隣接した第２層とを含み、前記少なくとも２以上の物質が混合された混合物は、１つの有機化合物と１以上の他の有機化合物、１つの金属または無機化合物と１以上の他の金属または無機化合物、または、１以上の有機化合物と１以上の金属または無機化合物の混合物からなる。
【選択図】図５

Description

本発明は、有機ＥＬ素子に係り、特に、電子輸送層を有する有機ＥＬ素子及びその製造方法に関する。
一般に、有機ＥＬ素子は、ＩＴＯなどからなる陽極（anode）とＡｌなどからなる陰極（cathode）との間に有機物層をその機能別に積層し、電場を加えることによって光を発する素子であって、低い電圧で駆動可能で、電力消耗が比較的少なく、かつ、軽くてフレキシブルな基板上にも素子製作が可能であるという特長がある。
一般の有機ＥＬ素子の製作方法は、下記の通りである。
図１に示すように、ガラス基板上に、ＩＴＯなどで陽極を形成し、Ｏ２プラズマ（plasma）またはＵＶ−オゾン（Ozone）などで表面処理を行う。
続いて、陽極上に、正孔注入層（ＨＩＬ：hole injecting layer）としてフタロシアニン銅（ＣｕＰｃ：copper phthalocyanine）を約１０〜５０nmの厚さに蒸着する。
その後、正孔注入層上に正孔輸送層（ＨＴＬ：hole transport layer）として4,4'-bis[N-(1-naphthyl)-N-phenyl-amino]biphenyl（ＮＰＤ）を約３０〜６０nmの厚さに蒸着する。
そして、正孔輸送層上に、発光層（emitting layer）を形成する。
ここで、必要によって発光層にドーパント（dopant）を添加することができる。
例えば、緑色（green）発光では、通常、発光層としてtris(8-hydroxy-quinolate)aluminum（Ａｌｑ３）を約３０〜６０nmの厚さに蒸着し、緑色ドーパント（green dopant）はクマリン（coumarin）５４５Ｔなどとする。
その後、発光層上に、電子輸送層（ＥＴＬ：electron transport layer）としてＡｌｑ３を約２００Å〜４００Åの厚さに蒸着する。
この電子輸送層上に、電子注入層（ＥＩＬ：electron injection layer）としてＬｉＦやＬｉ２Ｏを約５Åの厚さに薄く蒸着するか、または、Ｌｉ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｓｍなどのアルカリ金属またはアルカリ土金属を約２００Åの厚さに蒸着する。
この電子注入層上に、陰極（cathode）としてＡｌを約１０００Åの厚さに蒸着する。
続いて、陰極上に、ＵＶ硬化型接着剤として吸湿剤入りのシールキャップ（seal cap）を合着することで、大気中の水分やＯ２等から有機ＥＬ素子を保護することができる。
しかしながら、このようにして製作される一般の有機ＥＬ素子は、使用される材料及び積層構造と、陽極の表面処理条件などによって素子の寿命及び効率が大きく異なってくる。
そこで、今まで有機ＥＬ素子の寿命及び効率を向上させるための多くの研究が行われてきたが、満足すべき研究結果はまだ得られていない現状にある。
本発明は上記の目的を達成するためのもので、その目的は、新規の物質で電子輸送層を形成することによって、寿命及び効率が向上した有機ＥＬ素子及びその製造方法を提供することにある。
本発明の他の目的は、新規の物質で電子輸送層を形成することによって、工程が単純化した有機ＥＬ素子及びその製造方法を提供することにある。
本発明に係る有機ＥＬ素子は、陽極と陰極との間に、発光層、電子輸送層を含む積層構造を有し、前記電子輸送層は、少なくとも２以上の物質が混合された混合物からなり、前記発光層に隣接した第１層と、少なくとも２以上の物質が混合された混合物からなり、前記陰極に隣接した第２層と、を含み、前記少なくとも２以上の物質が混合された混合物は、１つの有機化合物と１以上の他の有機化合物、１つの金属または無機化合物と１以上の他の金属または無機化合物、または、１以上の有機化合物と１以上の金属または無機化合物の混合物からなることができる。
また、電子輸送層の第１層または第２層は、第１物質と第２物質とが混合された混合物からなり、前記第１物質と第２物質の組成比は、第１物質Ｘ：第２物質Ｙ=１〜１００：１、または第１物質Ｘ：第２物質Ｙ＝１：１〜１００でありある。
電子輸送層の第１層または第２層は、第１物質と２以上の複数物質とが混合された混合物からなり、前記第１物質と複数物質の組成比は、第１物質Ｘ：複数物質Ｙ＝１〜１００：１、または第１物質Ｘ：複数物質Ｙ＝１：１〜１００でありうる。
そして、電子輸送層の第１層は、少なくとも１つの正孔ブロック（hole block）性質を有する物質と、少なくとも１つの電子輸送（electron transport）性質を有する物質とを含み、前記電子輸送層の第２層は、少なくとも１つの電子輸送性質を有する物質と、少なくとも１つの電子注入または輸送を容易にする性質を有する物質とを含むことができる。
ここて、正孔ブロック性質を有する物質は、酸化ポテンシャル（Oxidation Potential）が０．４Ｖよりも大きく、最高占有分子軌道（ＨＯＭＯ（Highest Occupied Molecular Orbital））の絶対値が５．２ｅＶ以上でありうる。
また、電子輸送性質を有する物質は、モビリティ（mobility）が１．０*１０−６cm2/Vs以上でありうる。モビリティは、キャリア（Carrier）、即ち電子又は正孔の移動である。モビリティは、例えば、電子移動度（electron mobility）である。
また、電子輸送層において、電子注入または輸送を容易にする性質を有する物質は、無機化合物または金属でありうる。
また、電子輸送層の第１層と第２層との間には、少なくとも１以上のサブ層から構成された第３層がさらに形成されることができる。
陽極と陰極間とのに、発光層、電子輸送層を含む積層構造を有する本発明のフルカラー有機ＥＬ素子は、前記発光層が、少なくとも１つのリン光物質を含み、前記電子輸送層は少なくとも１つの正孔ブロック（hole block）性質を有する物質と、少なくとも１つの電子輸送（electron transport）性質を有する物質とが混合された混合物からなるともに前記発光層に隣接した第１層と、少なくとも１つの電子輸送性質を有する物質と、少なくとも１つの電子注入または輸送を容易にする性質を有する物質とが混合された混合物からなるとともに前記陰極に隣接した第２層と、を含むことができる。
ここで、電子輸送層の第１層と第２層との間には、少なくとも１以上のサブ層から構成される第３層がさらに形成され、第３層の各サブ層は、有機化合物、金属化合物、無機化合物から選ばれた少なくとも２物質が混合された混合物であるか、または、有機化合物、金属化合物、無機化合物から選ばれた単一物質でありうる。
陽極と陰極との間に、発光層、電子輸送層を含む発光ユニットを複数個有する本発明の有機ＥＬ素子は、相互に隣接している発光ユニットは、界面層により分離され、前記電子輸送層は、少なくとも１つの正孔ブロック（hole block）性質を有する物質と、少なくとも１つの電子輸送（electron transport）性質を有する物質とが混合された混合物からなるとともに前記発光層に隣接した第１層と、少なくとも１つの電子輸送性質を有する物質と、少なくとも１つの電子注入または輸送を容易にする性質を有する物質とが混合された混合物からなるとともに前記陰極に隣接した第２層と、を含むことができる。
本発明に係る有機ＥＬ素子の製造方法は、基板上に第１電極を形成する段階と、第１電極上に、少なくとも１つのリン光物質を含む発光層を形成する段階と、発光層の全体上に共通して少なくとも１つの正孔ブロック（hole block）性質を有する物質と、少なくとも１つの電子輸送（electron transport）性質を有する物質とが混合された混合物からなる第１層と、少なくとも１つの電子輸送性質を有する物質と少なくとも１つの電子注入または輸送を容易にする性質を有する物質とが混合された混合物からなる第２層と、から構成された電子輸送層を形成する段階と、電子輸送層上に、第２電極を形成する段階と、を備えてなることができる。
本発明による有機ＥＬ素子及びその製造方法は、正孔ブロック物質と電子輸送物質とが混合された電子輸送層の第１層と、電子輸送物質と電子輸送または注入を容易にする物質とが混合された電子輸送層の第２層を同時に適用するため、素子の寿命及び効率が大きく向上する効果が得られる。
また、本発明は、正孔ブロック物質と電子輸送物質とが混合された第１層と、電子輸送物質と電子輸送または注入を容易にする物質とが混合された第２層とからなる電子輸送層を使用するため、リン光−蛍光ハイブリッド（hybrid）素子製作時に工程を単純化することが可能になる。
以下、本発明に係る好適な有機ＥＬ素子及びその製造方法について、添付の図面を参照しつつ詳細に説明する。
一般に、有機ＥＬ素子は、陰極と陽極からそれぞれ注入された電子と正孔が発光層中で再結合（recombination）しエキシトンを形成することによって、特定の波長の光を発する。
効率的な有機ＥＬ素子の構造は、陽極と発光層との間に正孔輸送層を介在し、陰極と発光層との間に電子輸送層を介在した構造である。
この構造は、再結合による発光領域が発光層内に制限されるので効率が高い。
また、最適の発光効率を得るためには、発光層に注入されたキャリア（Carrier）が発光層の中心で励起するように、正孔と電子とをバランスさせることも重要である。
すなわち、正孔輸送層と電子輸送層の輸送能力を考慮し、積層される各層の厚さを調節することによって最適の効率を得ることができる。
一般に、有機ＥＬ素子は、順方向電圧が印加されると、陽極のＩＴＯ電極から正孔が発光層に注入され、陰極から電子が発光層に注入され、これら正孔と電子が発光層で再結合することで光を発する。
したがって、有機ＥＬ素子の内部量子効率は、外部電極から注入された電荷数に対して素子内部で発生した光子数の割合で与えられる。
すなわち、内部量子効率（nint）ηint=γ ηr ηfとなる。
ここで、γは、電子と正孔注入のバランスに係わる因子であり、ηrは、電子−正孔再結合による一重項エキシトンの生成効率であり、ηfは、一重項エキシトンの発光量子効率である。
スピンＳ=１／２の電子と正孔が発光層でエキシトンを形成する際、２スピンが対称に配列するＳ＝１の三重項（triplet）状態と２スピンが反対称に配列するＳ＝０の一重項状態が３：１の割合で生成されるが、大部分の分子の基底状態はスピン一重項状態とされる。
したがって、量子力学的選択率（selection rule）によれば、一重項エキシトンは基底状態への発光遷移（radiative transition）が許容され、これを‘蛍光（fluorescence）’という。
三重項エキシトンが、一重項の基底状態へ光を発しながら遷移することは禁じられる。
ところが、スピン・軌道結合（spin-orbit coupling）のような摂動により三重項エキシトンも光を発しながら遷移可能であり、これを‘リン光（phosphorescence）’という。
リン光または蛍光有機ＥＬ素子において最大の効率を得るためには、電子と正孔注入がバランスされなければならない（γ：charge balance factor）
一般の有機ＥＬ素子では、電子（electron）よりも正孔（hole）の数が過度に発光層に注入されるのが殆どであり、このため、効率が低下する。
これを防ぐために、発光層中に注入される正孔を抑制すると、大部分の場合、Ｉ−Ｖカーブ（curve）で電圧（voltage）が上昇してしまう。
この種の短所を補うためには、発光層への電子の注入を最大限に高め、発光層に注入された正孔を適宜遮断しうる電子輸送層（electron transporting layer）が必要とされる。
本発明は、新規の物質を電子輸送層とすることによって、高効率の有機ＥＬ素子を得ることができ、結果として素子の寿命も向上させることができる。
本発明による有機ＥＬ素子は、大きく、基板、基板上に形成される第１電極、第１電極上に形成される発光層、発光層上に形成される第２電極、及び第１電極と発光層との間、第２電極と発光層との間のうち少なくともいずれか１箇所に形成される電子輸送層から構成される。
ここで、第１及び第２電極のいずれか一つは、透明な物質からなる陽極または陰極でありうる。
本発明で使用される電子輸送層は、第１層及び第２層からなり、第１層及び第２層は、有機化合物、金属化合物、無機化合物から選ばれた２以上の物質が混合された混合物からなる。
すなわち、本発明の電子輸送層の第１層または第２層は、１つの有機化合物と１以上の他の有機化合物、または１つの金属または無機化合物と１以上の他の金属または無機化合物、または１以上の有機化合物と１以上の金属または無機化合物の混合物からなることができる。
そして、電子輸送層の第１層または第２層の厚さはそれぞれ、約０.１〜２００nmが好ましい。
また、本発明の電子輸送層の第１層または第２層は、第１物質と第２物質とが混合された混合物からなり、この場合、第１物質と第２物質との組成比は、第１物質Ｘ：第２物質Ｙ＝１〜１００：１、または、第１物質Ｘ：第２物質Ｙ＝１：１〜１００でありうる。
本発明の電子輸送層の第１層または第２層が、第１物質と２以上の複数物質とが混合された混合物からなると、第１物質と複数物質との組成比は、第１物質Ｘ：複数物質Ｙ＝１〜１００：１、または、第１物質Ｘ：複数物質Ｙ＝１：１〜１００でありうる。
本発明の電子輸送層の第１層は、発光層に隣接し、少なくとも１つの正孔ブロック（hole block）性質を有する物質と、少なくとも１つの電子輸送（electron transport）性質を有する物質を含む。
また、本発明の電子輸送層の第２層は、第１電極または第２電極に隣接し、少なくとも１つの電子輸送性質を有する物質と、少なくとも１つの電子注入または輸送を容易にする性質を有する物質とを含む。
ここで、正孔ブロック性質を有する物質は、酸化ポテンシャル（Oxidation Potential）が０．４Ｖよりも大きく、最高占有分子軌道（ＨＯＭＯ（Highest Occupied Molecular Orbital））の絶対値が５．２ｅＶ以上であるものが好ましい。
一般に、ＨＯＭＯの絶対値が、緑色ドーパント（Green dopant）では約５．２ｅＶ、赤色ドーパントでは約５ｅＶ、青色ドーパントでは約５．１ｅＶ以上とされるので、正孔ブロック物質（hole blocking material）は、ＨＯＭＯの絶対値が５．２ｅＶ以上の物質が使用され、正孔及び発光層中で形成されたエキシトン（exciton）を遮断（blocking）する役割を果たす。
正孔ブロック性質を有する物質は、置換または非置換の８-ヒドロキシキノリン（8-hydroxyquinoline）を含む金属錯物であり、この金属は、アルミニウム（Ａｌ）、亜鉛（Ｚｎ）、マグネシウム（Ｍｇ）、リチウム（Ｌｉ）から選ばれることができる。
正孔ブロック性質を有する物質は、置換または非置換の１，１０−フェナントロリン（1,10-phenanthroline）誘導体、または、置換または非置換のカルバゾール（Carbazole）誘導体でありうる。
正孔ブロック性質を有する物質は、図２ａ乃至図２ｅに示すように、Ｂａｌｑ（aluminum(III)bis(2-methyl-8-quinolinato)4-phenylphenolate）、ＢＣＰ（2,9-Dimethyl-4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline）、ＣＢＰ[4,48-N,N8-diCarbazole-1,18-biphenyl]、ＣＦ−Ｘ、ＣＦ−Ｙなどから選ばれることができる。
また、電子輸送性質を有する物質は、モビリティ（mobility）が１．０*１０−６cm2/Vs以上であるものが好ましい。
電子輸送性質を有する物質は、図３ａ乃至図３ｈに示すように、置換または非置換のＡｌコンプレックス（complex）、置換または非置換のＢｅコンプレックス、置換または非置換のＺｎコンプレックス、置換または非置換のオキシジアゾール(oxidiazole)誘導体、置換または非置換のトリアゾール(triazole)誘導体、置換または非置換のチオフェン（thiophene）誘導体、置換または非置換のピロール(pyrrole)誘導体、置換または非置換のシラシクロペンタジエン(sila-cyclopentadiene)誘導体、置換または非置換のアントラセン(anthracene)誘導体、置換または非置換のピレン(pyrene)誘導体、置換または非置換のペリレン(perylene)誘導体から選ばれることができる。
電子輸送性質を有する物質は、図４ａ乃至図４ｈに示すように、Ａｌｑ３[Tris-(8-hydroxyquinolinolato)-aluminium]、ＢｅＢｑ２[bis(10-hydroxybenzo[h]quinolinato)beryllium]、Ｚｎ(ｏｘｚ)２[Bis(2-(2-hydroxyphenyl)-benz-1,3-oxadiazolato)zinc]、ＰＢＤ[2-(4-biphenylyl)-5-(4-tert-butyl-phenyl)-1,3,4-oxadiazole]、ＴＡＺ[3-(4-Biphenylyl)-4-phenyl-5-tert-butylphenyl-1,2,4-triazole]、Ｌｉｑ[8-Quinolinolato Lithium]、Ｍｇｑ２[Bis(8-Quinolinolato）Magnesium]、Ｚｎｑ２[Bis(8-Quinolinolato)Zinc]から選ばれることができる。
また、電子注入または輸送を容易にする性質を有する物質は、無機化合物または金属でありうる。
無機化合物は、アルカリ金属化合物、アルカリ土金属化合物、土金属化合物、ランタニド化合物から選ばれることができる。
具体的に、無機化合物は、ＬｉＦ、ＮａＦ、ＫＦ、ＲｂＦ、ＣｓＦ、ＦｒＦ、ＭｇＦ２、ＣａＦ２、ＳｒＦ２、ＢａＦ２、ＬｉＣｌ、ＮａＣｌ、ＫＣｌ、ＲｂＣｌ、ＣｓＣｌ、ＦｒＣｌのハライド化合物と、Ｌｉ２Ｏ、Ｌｉ２Ｏ２、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、Ｒｂ２Ｏ、Ｒｂ２Ｏ２、Ｃｓ２Ｏ、Ｃｓ２Ｏ２、ＬｉＡｌＯ２、ＬｉＢＯ２、ＬｉＴａＯ３、ＬｉＮｂＯ３、ＬｉＷＯ４、Ｌｉ２ＣＯ、ＮａＷＯ４、ＫＡｌＯ２、Ｋ２ＳｉＯ３、Ｂ２Ｏ５、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２の酸化物から選ばれることができる。
そして、金属は、アルカリ金属、アルカリ土金属、土金属、希土類金属及それらの合金から選ばれることができる。
具体的に、金属は、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｃｓ、Ｂｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｓｍ、Ｇｄ、Ｅｂ、Ｙｂ、Ａｌ：Ｌｉ合金、Ｍｇ：Ｓｒ合金、Ｉｎ：Ｌｉ合金から選ばれることができる。
一方、第１電極または第２電極に隣接した電子輸送層の第２層が、少なくとも１以上の有機化合物または少なくとも１以上の有機金属化合物からなると、有機または有機金属化合物は、フタロシアン（phthalocyanine）誘導体及び金属フタロシアン（metallophthalocyanine）誘導体であって、金属成分は、Ｃｏ、ＡｌＣｌ、Ｃｕ、Ｌｉ２、Ｆｅ、Ｐｂ、Ｍｇ、Ｎａ２、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｎｉ、Ｍｎ、ＶＯ、Ａｇ２、ＭｎＣｌ、ＳｉＣｌ２、ＳｎＣｌ２のいずれか一つからなり、または、ポルフィリン（porphyrin）誘導体及び金属ポルフィリン（metalloporphyrin）誘導体であって、金属成分は、Ｃｏ、ＡｌＣｌ、Ｃｕ、Ｌｉ２、Ｆｅ、Ｐｂ、Ｍｇ、Ｎａ２、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｎｉ、Ｍｎ、ＶＯ、Ａｇ２、ＭｎＣｌ、ＳｉＣｌ２、ＳｎＣｌ２のいずれか一つから構成されることができる。
また、電子輸送層の第１層と第２層との間には第３層がさらに形成されても良い。
ここで、第３層は、少なくとも１以上のサブ層から構成され、有機化合物、金属化合物、無機化合物から選ばれた少なくとも２物質が混合された混合物であるか、または、有機化合物、金属化合物、無機化合物から選ばれた単一物質でありうる。
また、電子輸送層の第３層は、電子輸送層の第１及び第２層と同じ物質または異なる物質からなりうる。
このような新規の物質の電子輸送層は、多様な構造の有機ＥＬ素子に適用することができる。
図５乃至図８は、本発明の第１乃至第４実施例による有機ＥＬ素子の構造を示す図である。
図５及び図６は、それぞれ第１実施例及び第２実施例に係る有機ＥＬ素子の構造を示す図である。
第１及び第２実施例に係る有機ＥＬ素子は、基板(Substrate)と、陽極(Anode)と、正孔注入層（ＨＩＬ）及び／又は正孔輸送層（ＨＴＬ）と、発光層(emitting layer)と、電子輸送層（ＥＴＬ）と、電子注入層（ＥＩＬ）と、陰極(Cathode)とを備えている。
本発明は、図５及び図６に示すように、電子輸送層（ＥＴＬ）は、発光層に隣接した第１層(first layer)と、陰極(Cahode)に隣接した第２層(Second layer)とからなり、第１層と第２層との間には、１以上のサブ層(Sublayer)を有する第３層(Third layer)が形成されている。ここで、第３層は省いても良い。
また、陽極(Anode)と発光層(emitting layer)との間に、正孔注入層（ＨＩＬ）、正孔輸送層（ＨＴＬ）の少なくも１層を形成することができる。
そして、本発明では、陰極と電子輸送層との間で電子注入層（ＥＩＬ）を省略しても、陰極と電子輸送層との間に電子注入層（ＥＩＬ）を形成しても良い。
また、発光層は、少なくとも１つのリン光物質が含まれても良い。
基板(Substrate)は、透明基板とすることができる。透明基板としては、ガラス基板を使用することができる。
なお、本発明は、図７に示すように、発光層を複数の層としても良い。
図７は、第３実施例に係る有機ＥＬ素子の構造を示す図である。本実施例に係る有機ＥＬ素子は、複数の発光層として、第１発光層(First emitting layer)、第２発光層(Second emitting layer)、・・第Ｎ発光層(Nth emitting layer)を備える。ここで、Ｎは、２以上の自然数である。
このように、本発明によれば、多様な構造の有機ＥＬ素子が製作可能になる。
本発明は、図８に示すように、マルチタイプの有機ＥＬ素子を製作することもできる。
本発明は、陽極(Anode)と陰極(Cathode)との間に、発光層(emitting layer)、電子輸送層(ＥＴＬ)を含む複数個の発光ユニット（unit）を有しており、隣接する発光ユニットは界面層（interlayer）により分離される。
ここで、各発光ユニットは、少なくとも１つの正孔ブロック（hole block）性質を有する物質と少なくとも１つの電子輸送（electron transport）性質を有する物質とが混合された混合物からなる第１層と、少なくとも１つの電子輸送性質を有する物質と少なくとも一つの電子注入または輸送を容易にする性質を有する物質とが混合された混合物からなる第２層とからなる電子輸送層を含む。
ここで、電子輸送層の第１層と第２層との間には、１以上のサブ層(Sublayer)から構成される第３層(third layer)がさらに形成されても良い。
第３層の各サブ層は、有機化合物、金属化合物、無機化合物から選ばれた少なくとも２物質が混合された混合物であるか、または、有機化合物、金属化合物、無機化合物から選ばれた単一物質でありうる。
そして、各発光ユニットは、同じ積層構造を有するか、あるいは、それぞれ異なる積層構造を有する。
本発明による有機ＥＬ素子は、下記の通りに製作される。
まず、基板(Substrate)上に、第１電極（例えば、陽極）を形成し、第１電極上に、少なくとも１つのリン光物質を含む発光層(emitting layer)を形成する。第１電極と発光層との間に、正孔注入層（ＨＩＬ）及び正孔輸送層（ＨＴＬ）のうち少なくとも１層を形成することができる。
続いて、発光層の全体上に共通して少なくとも１つの正孔ブロック（hole block）性質を有する物質と少なくとも１つの電子輸送（electron transport）性質を有する物質とが混合された混合物からなる第１層と、少なくとも１つの電子輸送性質を有する物質と少なくとも１つの電子注入または輸送を容易にする性質を有する物質とが混合された混合物からなる第２層と、から構成された電子輸送層（ＥＴＬ）を形成する。
場合によって、電子輸送層は、第１層上に少なくとも１以上のサブ層から構成され、有機化合物、金属化合物、無機化合物から選ばれた少なくとも２物質が混合された混合物、または、有機化合物、金属化合物、無機化合物から選ばれた単一物質からなる第３層をさらに含む。
この電子輸送層上に、第２電極を形成する。
このように、リン光物質（phosphorescence materials）が含まれた発光層（emitting layer）を使用する場合（リン光有機ＥＬ素子）では、電子輸送層（ＥＴＬ：electron transport layer）が正孔ブロック（Holeblock）機能を遂行するので、正孔ブロック層を別に形成する必要がない。
したがって、本発明は、別途の正孔ブロック層を省き電子輸送層のみを形成することで済むので、工程が単純化する長所がある。
特に、フルカラー（full color）有機ＥＬ素子を製作する際に、赤色（Red）、緑色（Green）、青色（Blue）発光層のうち少なくともいずれか一つは蛍光発光層であり、少なくともいずれか一つはリン光発光層である場合（リン光−蛍光ハイブリッド（hybrid）有機ＥＬ素子）では、本発明は、リン光発光層に別途の正孔ブロック層を形成せずに、正孔ブロック機能を遂行する電子輸送層を、リン光及び蛍光発光層全体に同一に形成することができるので、工程が単純化する。
このようにして製作される本発明の特性を調べるために、まず、一般の電子輸送層物質として用いられるＡｌｑ３と正孔ブロック物質として用いられるＢａｌｑ[aluminum（III）bis(2-methyl-8-quinolinato)4-phenylphenolate]のＩＶＬ特性を比較してみた。
例１
１）まず、透明基板上にＩＴＯの陽極を形成し、陽極上に、フタロシアニン銅（ＣｕＰｃ）からなる正孔注入層を約２５nm被覆する。
２）その上に、正孔輸送層として4,4'-bis[N-(1-naphthyl)-N-phenyl-amino]biphenyl（ＮＰＤ）を約３５nm被覆する。
３）正孔輸送層上に、緑色発光層を作るために、8-hydroxyquinoline aluminum（Ａｌｑ３）にＣｏ６を約１％ドーピングして２５nm程度被覆する。
４）次に、発光層上に、電子輸送層（ＥＴＬ）としてＡｌｑ３（素子Ａ）またはＢａｌｑ（素子Ｂ）を３５nm程度被覆する。
５）電子輸送層上に、電子注入層（ＥＩＬ）としてＬｉＦを０．５nm程度被覆する。
６）電子注入層上に、陰極としてＡｌを１５０nm被覆する。
このようにして製作された素子Ａと素子ＢのＩＶＬを比較すると、図９及び図１０のグラフのようになる。図９において、横軸は電圧(Voltage)[V]、縦軸は電流密度(current density)[mA/cm2]である。図１０において、横軸は電流密度(current density)[mA/cm2]、縦軸は輝度(Luminance)[nit]である。
すなわち、電子輸送層としてＡｌｑ３が使用された素子Ａでは、正孔（hole）が多数キャリア（major carrier）となる。
したがって、発光層には、注入された多数の正孔が残るようになる。
このような正孔を抑制（block）するためにＢａｌｑを使用すると、正孔は抑制されるが、Ｂａｌｑの電子移動度（electron mobility）がＡｌｑ３に比べて劣ることになる。
したがって、図９及び図１０に示すように、電子輸送層としてＢａｌｑを使用した素子Ｂが、Ａｌｑ３を使用した素子ＡよりもＩ−Ｖカーブ（curve）において電圧が約１．２Ｖ高く、性能が劣ることがわかる。
この結果からわかるように、正孔ブロック性質と電子輸送性質を同時に有する物質が求められるが、今のところ２性質を同時に満足する物質は開発されていないのである。
そこで、本発明では、電子輸送層の物質を、正孔ブロック性質を有する物質と電子輸送性質を有する物質とを混合したものとし、電子輸送層の電子輸送能力を維持するとともに正孔を抑制し、発光層内で正孔と電子のチャージバランス（charge balance）を合わせることによって、有機ＥＬ素子の効率を向上させた。
例２
図１１は、本発明の特性を説明するための実施例である。
１）まず、透明基板上にＩＴＯの陽極を形成し、陽極上に、フタロシアニン銅（ＣｕＰｃ）からなる正孔注入層を約２５nm被覆する。
２）その上に、正孔輸送層として4,4'-bis[N-(1-naphthyl)-N-phenyl-amino]biphenyl（ＮＰＤ）を約３５nm被覆する。
３）正孔輸送層上に、緑色発光層を作るために、8-hydroxyquinoline aluminum（Ａｌｑ３）にＣ５４５Ｔを約１％ドーピングして２５nm程度被覆する。
４）発光層上に、電子輸送層（ＥＴＬ）として電子移動度（electronmobility）の良好なＡｌｑ３と正孔ブロック能力に優れたＢａｌｑを、Ｂａｌｑ：Ａｌｑ３＝３：７（素子Ｃ）、Ｂａｌｑ：Ａｌｑ３＝５：５（素子Ｄ）またはＢａｌｑ：Ａｌｑ３＝７：３（素子Ｅ）vol％の割合として３５nm程度被覆する。
５）電子輸送層上に、電子注入層（ＥＩＬ）としてＬｉＦを０．５nm程度被覆する。
６）電子注入層上に、陰極としてＡｌを１５０nm被覆する。
このようにして製作された素子Ｃ、素子Ｄ、素子ＥのＩＶＬを比較してみると、図１２及び図１３のようになる。図１２において、横軸は電圧(Voltage)[V]、縦軸は電流密度(current density)[mA/cm2]である。図１３において、横軸は電流密度(current density)[mA/cm2]、縦軸は輝度(Luminance)[nit]である。
図１２及び図１３に示すように、素子Ｃ（Ｂａｌｑ：Ａｌｑ３=３：７）は、Ｉ−Ｌ特性は良好であるが、Ｉ−Ｖ特性は、Ａｌｑ３を単独使用した素子Ａと略同様だった。
これに対し、素子Ｅ（Ｂａｌｑ：Ａｌｑ３＝７：３）は、Ｉ−Ｌ特性が良好で、Ｉ−Ｖ特性は、３素子の中で最も高くなるが、例１におけるＢａｌｑを単独使用した素子Ｂの場合に比べて電圧が低減されて向上したことがわかる。
以上の実験結果からわかるように、有機ＥＬ素子において、電子輸送層に正孔ブロック性質を有する物質を適宜混合することによって、陽極（ＩＴＯ）から正孔輸送層を通って発光層に注入された正孔を、発光層内に制限（confine）し、有機ＥＬ素子の効率を増大させることができる。
下記表１は、電流密度（Current density）５０mA/cm2で各素子の特性を比較したものである。
例３
次に、本発明で使用された電子輸送層の他の例について説明する。
電子を輸送する物質をＢｅＢｑ２とし、正孔を抑制する物質をＢａｌｑとして素子を製作した。
ここで、ＢｅＢｑ２は、上記の例で使用されたＡｌｑ３よりも電子輸送能力に優れているため、素子の性能がより高められた。
図１４は、本発明の特性を説明するための実施例である。
１）まず、透明基板上にＩＴＯの陽極を形成し、陽極上に、フタロシアニン銅（ＣｕＰｃ）からなる正孔注入層を約２５nm被覆する。
２）その上に、正孔輸送層として4,4'-bis[N-(1-naphthyl)-N-phenyl-amino]biphenyl（ＮＰＤ）を約３５nm被覆する。
３）正孔輸送層上に、緑色発光層を作るために、8-hydroxyquinoline aluminum（Ａｌｑ３）にＣ５４５Ｔを約１％ドーピングして２５nm程度被覆する。
４）発光層上に、電子輸送層（ＥＴＬ）として電子移動度（electron mobility）が良好なＢｅＢｑ２と正孔ブロック能力に優れたＢａｌｑを、Ｂａｌｑ：ＢｅＢｑ２＝５：５（素子Ｆ）vol％の割合として３５nm程度被覆する。
５）電子輸送層上に、電子注入層（ＥＩＬ）としてＬｉＦを０．５nm程度被覆する。
６）電子注入層上に、陰極としてＡｌを１５０nm被覆する。
このようにして製作された素子Ｆを、素子Ａ、素子Ｄの特性と比較し、下記表２に示す。
下記表２は、電流密度（Current density）５０mA/cm2で各素子の特性を比較したものである。
表２に示すように、ＢａｌｑとＢｅＢｑ２とを混合した素子Ｆは、素子Ａに比べてＩ−Ｖ特性が０．８Ｖ向上し、Ｉ−Ｌ特性が約３８２０nitさらに向上する。
したがって、素子Ｆのパワー効率（power efficiency）は、素子Ａの基準値よりも約１７６％向上した。
素子Ａと素子Ｆの寿命を比較し、図１５に示す。図１５のグラフにおいて、横軸は寿命(Servicelife[時間：hrs]、上段グラフ縦軸は輝度L/L0(Luminance)[%]、下段グラフ縦軸は電圧(Voltage)[V]である。ここで、L0=5000 [nit(cd/m2)]である。
図１５を参照すると、同輝度５０００nit（L/L0=100%）で、素子Ｆの寿命が素子Ａに比べて顕著に向上したことがわかる。
次に、本発明で使用された電子輸送層が、リン光有機ＥＬ素子に適用された場合について説明する。
一般に、スピンＳ＝１/２の電子と正孔が発光層でエキシトンを形成する際に、２スピンが対称に配列するＳ＝１の三重項（triplet）状態と２スピンが反対称に配列するＳ＝０の一重項状態が３：１の割合で生成されるが、大部分の分子の基底状態はスピン一重項状態とされる。
したがって、量子力学的選択率（selection rule）によれば、一重項エキシトンは基底状態への発光遷移（radiative transition）が許容され、これを‘蛍光（fluorescence）’という。
三重項エキシトンが、一重項の基底状態へ光を発しながら遷移することは禁じられる。
ところが、スピン・軌道結合（spin-orbit coupling）のような摂動により三重項エキシトンも光を発しながら遷移可能であり、これを‘リン光（phosphorescence）’という。
リン光素子では三重項エキシトン(Triplet exciton)を用いて光を得るようになるが、発光層で形成された三重項エキシトンが陰極側に移動できないように発光層内に三重項エキシトンを制限（confine）するために発光層の後に正孔ブロック層(hole-blocking layer)を使用することができる。
すなわち、リン光有機ＥＬ素子は、発光層の後に三重項エキシトンを制限できる正孔ブロック層及び電子輸送層の２層を使用することができる。
しかしながら、本発明のように、上記の２機能を果たせる電子輸送層を使用すると、正孔ブロック層を別に使用する必要がない。
例４
図１６及び図１７は、本発明の特性を説明するための実施例である。
１）まず、透明基板上に、ＩＴＯの陽極を形成し、陽極上に、フタロシアニン銅（ＣｕＰｃ）からなる正孔注入層を約２５nm被覆する。
２）その上に、正孔輸送層として4,4'-bis[N-(1-naphthyl)-N-phenyl-amino]biphenyl（ＮＰＤ）を約３５nm被覆する。
３）正孔輸送層上に、リン光緑色発光層を作るために、4,48-N,N8-dicarbazole-1,18-biphenyl（ＣＢＰ）にtris(2-phenylpyridine)iridium[Ｉｒ(ｐｐｙ)３]を約８％ドーピングして約２５nm程度被覆する。
４）続いて、三重項エキシトンを抑制する物質として、2,9-dimethyl-4,7-diphenyl 1,10-phenanthroline（ＢＣＰ）を１０nm程度被覆し、電子輸送層（ＥＴＬ）としてＡｌｑ３を２５nm程度被覆する。
すなわち、
ＣＢＰ＋Ｉｒ(ｐｐｙ)３（８％）[２５nm]／ＢＣＰ[１０nm]／Ａｌｑ３[２５nm]………素子Ｇ
とする。
または、本発明で使用された電子輸送層として、電子移動度（electron mobility）が良好なＢｅＢｑ２と正孔ブロック能力に優れたＢａｌｑをそれぞれvol％で５：５の割合として３５nm程度被覆する。
すなわち、
ＣＢＰ＋Ｉｒ(ｐｐｙ)３(８％)[２５nm]／Ｂａｌｑ：ＢｅＢｑ２＝５：５[３５nm]………素子Ｈ
とする。
５）電子輸送層上に、電子注入層（ＥＩＬ）としてＬｉＦを０．５nm程度被覆する。
６）電子注入層上に、陰極としてＡｌを１５０nm被覆する。
このようにして製作された素子Ｇと素子Ｈの特性を比較し、下記表３に示す。
表３は、電流密度２５mA/cm2で各素子の特性を比較したものである。
上記表３からわかるように、電子輸送層を使用した本発明（素子Ｈ）は、ＢＣＰ/Ａｌｑ３を使用した既存素子（素子Ｇ）と同じ特性（lm/W）が得られた。
したがって、本発明で使用された電子輸送層は、正孔ブロック層を別途に形成した既存の素子と同等の特性及び効率が得られるに加えて、工程を単純化できるという利点が得られる。
以下、有機ＥＬ素子を用いてフルカラー有機ＥＬパネルを製作する場合について説明する。
仮に、Ｒ、Ｇ、Ｂ発光素子が全て蛍光またはリン光物質を使用すると、電子輸送層は同じものを使用する。
しかしながら、Ｒ、Ｇ、Ｂ発光素子のうち１つまたは２つが、リン光または蛍光物質を使用する場合には、リン光物質を使用する素子は、三重項エキシトンを抑制する抑制層（Blocking layer）を使用しなければならない。
したがって、リン光物質を使用する素子と蛍光物質を使用する素子は、発光層の次に蒸着される電子輸送層が異なる。
すなわち、電子輸送層は各素子に対して下記のように蒸着される。
例えば、
Greenリン光素子：ＣＢＰ+Ｉｒ(ｐｐｙ)３／ＢＣＰ(１０nm)／Ａｌｑ３(２５nm)
Red蛍光素子：Ａｌｑ３＋ｄｃｊｔｂ／Ａｌｑ３(３５nm)
Blue蛍光素子：ＤＰＶＢｉ/Ａｌｑ３(３５nm)
となる。
しかしながら、本発明の電子輸送層は、正孔ブロック物質が混合されているので、各発光素子ごとに電子輸送層を異なる構造とする必要がなく、よって、一つの電子輸送層だけですむので工程が簡易化する。
例えば、
Greenリン光素子：ＣＢＰ+Ｉｒ(ｐｐｙ)３／Ｂａｌｑ：ＢｅＢｑ２=５：５、３５nm
Red蛍光素子：Ａｌｑ３+ｄｃｊｔｂ／Ｂａｌｑ：ＢｅＢｑ２=５：５、３５nm
Blue蛍光素子：ＤＰＶＢｉ／Ｂａｌｑ：ＢｅＢｑ２=５：５、３５nm
となる。
このように、本発明は、共通の電子輸送層を使用する場合、リン光−蛍光ハイブリッド（hybrid）素子においても工程の単純化に加えて素子の効率も高めることができる。
次に、本発明の有機ＥＬ素子は、発光層に注入されるキャリア（Carrier）において少数キャリア（minor Carrier）が電子（electron）であるので、少数キャリアの注入能力を向上させると、Ｉ−Ｖカーブと、Ｉ−Ｌカーブに示すように、素子の効率が向上することがわかる。
例５
１）まず、透明基板上に、ＩＴＯの陽極を形成し、陽極上に、フタロシアニン銅（ＣｕＰｃ）からなる正孔注入層を約２５nm被覆する。
２）その上に、正孔輸送層として4,4'-bis[N-(1-naphthyl)-N-phenyl-amino]biphenyl（ＮＰＤ）を約３５nm被覆する。
３）正孔輸送層上に、緑色発光層を作るために、8-hydroxyquinoline aluminum（Ａｌｑ３）にＣ５４５Ｔを約１％ドーピングし、これを２５nm程度被覆する。
４）発光層上に、電子輸送層（ＥＴＬ）の第１層としてＡｌｑ３を約２５nm被覆する。
５）電子輸送層の第１層上に、電子輸送層の第２層をＢｅＢｑ２：ＬｉＦ=１：１（素子Ｉ）vol％の割合として約３５nm被覆する。
ここで、電子輸送層の第２層は、電子注入層（ＥＩＬ：electron injection layer）の機能をも兼ねる。
６）電子輸送層の第２層上に、陰極としてＡｌを１５０nm程度被覆する。
このようにして製作された素子Ｉを素子Ａの特性と比較し、下記表４に示す。
下記表４は、電流密度（Current density）５０mA/cm2で各素子の特性を比較したものである。
表４、図１８及び図１９に示すように、素子Ａに比べて、電子輸送層の第２層としてＢｅＢｑ２とＬｉＦを共蒸着（co-deposition）した素子Ｉが、Ｉ−Ｖカーブにおいて電圧が約１Ｖ向上し、Ｉ−Ｌカーブにおいて効率の上昇が見られた。ここで、図１８において、横軸は電圧(Voltage)[V]、縦軸は電流密度(current density)[mA/cm2]である。図１９において、横軸は電流密度(current density)[mA/cm2]、縦軸は輝度(Luminance)[nit]である。
図２０乃至図２４に示すように、本発明は、素子Ｉのような構造を導入することによって、電子輸送層と陰極間のポテンシャルバリア高さ（Potential barrier height）を下げることができ、電子注入が容易となる。
したがって、本発明は、電圧減少と効率の向上が図られることがわかる。
例６
例６は、例３における電子輸送層と例５における電子輸送層の第２層を同時に適用したものである。
１）まず、透明基板上に、ＩＴＯの陽極を形成し、陽極上に、フタロシアニン銅（ＣｕＰｃ）からなる正孔注入層を約２５nm被覆する。
２）その上に、正孔輸送層として4,4'-bis[N-(1-naphthyl)-N-phenyl-amino]biphenyl（ＮＰＤ）を約３５nm被覆する。
３）正孔輸送層上に、緑色発光層を作るために、8-hydroxyquinoline aluminum（Ａｌｑ３）にＣ５４５Ｔを約１％ドーピングし、これを２５nm程度被覆する。
４）発光層上に、電子輸送層（ＥＴＬ）の第１層を形成する。
電子輸送層の第１層は、正孔ブロック性質を有する物質（ＨＢＭ：Hole Blocking Materials）であるＢａｌｑと発光層（Emitting Layer）への電子輸送を促す物質であるＡｌｑ３とを５：５vol％の割合として共蒸着して約２５nmとした。
５）電子輸送層の第１層上に、電子輸送層の第２層を形成する。
電子輸送層の第２層は、電子輸送を促す物質であるＢｅＢｑ２と電子注入を促す物質であるＬｉＦを１：１vol％の割合として共蒸着して約１０nmとした。
すなわち、電子輸送層の第１層／電子輸送層の第２層は、
Ｂａｌｑ：Ａｌｑ３（５：５）[２５nm]／ＢｅＢｑ２：ＬｉＦ（１：１）[１０nm]………素子Ｊ
とする。
６）電子輸送層の第２層上に、陰極としてＡｌを１５０nm程度被覆する。
このようにして製作された素子Ｊの特性は、図２５及び図２６に示すように、電子輸送層の第１層特徴と電子輸送層の第２層特徴とが結合して優れた特性が得られたことがわかる。図２５において、横軸は電圧(Voltage)[V]、縦軸は電流密度(current density)[mA/cm2]である。図２６において、横軸は電流密度(current density)[mA/cm2]、縦軸は輝度(Luminance)[nit]である。
下記表５は、電流密度（Current density）５０mA/cm2で各素子の特性を比較したものである。
表５からわかるように、電子輸送層の第１層と電子輸送層の第２層をそれぞれ別に適用した場合、それぞれ最大１４０％程度の効率上昇が得られたが、素子Ｊのように電子輸送層の第１層と電子輸送層の第２層を同時に適用すると、素子Ａに比べて約２００％以上の素子の効率向上が得られた。
例７
例７は、例３における電子輸送層と例５における電子輸送層の第２層を同時に適用した例６の変形例である。
１）まず、透明基板上にＩＴＯの陽極を形成し、陽極上に、フタロシアニン銅（ＣｕＰｃ）からなる正孔注入層を約２５nm被覆する。
２）その上に、正孔輸送層として、4,4'-bis[N-(1-naphthyl)-N-phenyl-amino]biphenyl（ＮＰＤ）を約３５nm被覆する。
３）正孔輸送層上に、緑色発光層を作るために、8-hydroxyquinoline aluminum（Ａｌｑ３）にＣ５４５Ｔを約１％ドーピングし、これを２５nm程度被覆する。
４）発光層上に、電子輸送層（ＥＴＬ）の第１層を形成する。
電子輸送層の第１層は、正孔ブロック性質を有する物質（ＨＢＭ）であるＢａｌｑと発光層への電子輸送を促す物質であるＢｅＢｑ２を５：５vol％の割合として共蒸着（co-deposition）して約２５nmとした。
５）次に、電子輸送層の第１層上に、電子輸送層の第２層を形成する。
電子輸送層の第２層は、電子輸送を促す物質であるＢｅＢｑ２と電子注入を促す物質であるＬｉＦを１：１vol％の割合として共蒸着して約１０nmとした。
すなわち、電子輸送層の第１層／電子輸送層の第２層は、
Ｂａｌｑ：ＢｅＢｑ２（５：５）[２５nm]／ＢｅＢｑ２：ＬｉＦ（１：１）[１０nm]………素子Ｋ
とする。
６）電子輸送層の第２層上に、陰極としてＡｌを１５０nm程度被覆する。
このようにして製作された素子Ｋの特性は、電子輸送層の第１層特徴と電子輸送層の第２層特徴とが結合されて優れた特性を示している。
下記表６は、電流密度（Current density）５０mA/cm2で各素子の特性を比較したものである。
上記表６に示すように、電子輸送層の第１層と電子輸送層の第２層をそれぞれ別途適用した場合、それぞれ最大１４０％程度の効率上昇が得られたが、素子Ｋのように電子輸送層の第１層と電子輸送層の第２層を同時に適用すると、素子Ａに比べて約２３０％以上の素子の効率向上が得られた。
素子Ａと素子Ｋの寿命を比較してみると、図２７に示すように、同じ輝度５０００nitで素子Ｋの寿命が顕著に向上したし、例３の素子Ｆよりも寿命が向上したことが分かる。図２７のグラフにおいて、横軸は寿命(Servicelife[時間：hrs]、上段グラフ縦軸は輝度L/L0(Luminance)[%]、下段グラフ縦軸は電圧(Voltage)[V]である。ここで、L0=5000 [nit(cd/m2)]である。
例８
例８は、例３における電子輸送層と例５における電子輸送層の第２層を同時に適用した例６の他の変形例である。
１）まず、透明基板上にＩＴＯの陽極を形成し、陽極上に、フタロシアニン銅（ＣｕＰｃ）からなる正孔注入層を約２５nm被覆する。
２）その上に、正孔輸送層として4,4'-bis[N-(1-naphthyl)-N-phenyl-amino]biphenyl（ＮＰＤ）を約３５nm被覆する。
３）正孔輸送層上に、緑色発光層を作るために、8-hydroxyquinoline aluminum（Ａｌｑ３）にＣ５４５Ｔを約１％ドーピングし、これを２５nm程度被覆する。
４）発光層上に、電子輸送層（ＥＴＬ）の第１層を形成する。
電子輸送層の第１層は、正孔ブロック性質を有する物質（ＨＢＭ：Hole Blocking Materials）であるＢＣＰと発光層（EmittingLayer）への電子輸送を促す物質であるＢｅＢｑ２を５：５vol％の割合として共蒸着（co-deposition）して約２５nmとした。
５）電子輸送層の第１層上に、電子輸送層の第２層を形成する。
電子輸送層の第２層は、電子輸送を促す物質であるＢｅＢｑ２と電子注入を促す物質であるＬｉＦを１：１vol％割合として共蒸着して約１０nmとした。
すなわち、電子輸送層の第１層／電子輸送層の第２層は、
ＢＣＰ：ＢｅＢｑ２（５：５）[２５nm]／ＢｅＢｑ２：ＬｉＦ（１：１）[１０nm]………素子Ｌ
とする。
６）次に、電子輸送層の第２層上に、陰極としてＡｌを１５０nm程度被覆する。
このようにして製作された素子Ｌの特性は、電子輸送層の第１層特徴と電子輸送層の第２層特徴とが結合して優れた特性を示した。
下記表７は、電流密度（Current density）５０mA/cm2で各素子の特性を比較したものである。
表７からわかるように、電子輸送層の第１層と電子輸送層の第２層をそれぞれ別途適用した場合、それぞれ最大１４０％程度の効率上昇が得られたが、素子Ｌのように電子輸送層の第１層と電子輸送層の第２層を同時に適用すると、素子Ａに比べて約２６０％以上の素子効率向上が得られた。
例９
例９は、電子輸送層の第１層を単一物質とし、電子輸送層の第２層を混合物質としたものである。
１）まず、透明基板上にＩＴＯの陽極を形成し、陽極上に、フタロシアニン銅（ＣｕＰｃ）からなる正孔注入層を約２５nm被覆する。
２）その上に、正孔輸送層として4,4'-bis[N-(1-naphthyl)-N-phenyl-amino]biphenyl（ＮＰＤ）を約３５nm被覆する。
３）正孔輸送層上に、緑色発光層を作るために、8-hydroxyquinoline aluminum（Ａｌｑ３）にＣ５４５Ｔを約１％ドーピングし、これを２５nm程度被覆する。
４）発光層上に、電子輸送層（ＥＴＬ）の第１層を形成する。
電子輸送層の第１層は、正孔ブロック性質を有する物質（ＨＢＭ）であるＢａｌｑを約１０nmとして形成する。
５）電子輸送層の第１層上に、電子輸送層の第２層を形成する。
電子輸送層の第２層は、電子輸送を促す物質であるＢｅＢｑ２と電子注入を促す物質であるＬｉＦを１：１vol％の割合として共蒸して約２５nmとした。
すなわち、電子輸送層の第１層／電子輸送層の第２層は、
Ｂａｌｑ[１０nm]／ＢｅＢｑ２：ＬｉＦ（１：１）[２５nm]………素子Ｍ
６）電子輸送層の第２層上に、陰極としてＡｌを１５０nm程度被覆する。
このようにして製作された素子Ｍの特性は、電子輸送層の第１層特徴と電子輸送層の第２層特徴とが結合して優れた特性を示した。
下記表８は、電流密度（Current density）５０mA/cm2で各素子の特性を比較したものである。
上記表８からわかるように、素子Ｍは、素子Ａに比べて約１４０％以上の素子効率向上が得られた。
以上説明した内容から本発明の技術的思想を逸脱しない範囲で多様な変更及び修正が可能であることは、当業者にとっては明らかであるだろう。したがって、本発明の技術的範囲は、上記記載された内容に限定されてはいけなく、特許請求の範囲によって定められるべきである。
一般の有機ＥＬ素子の構造を示す断面図である。 本発明による有機ＥＬ素子の電子輸送層に使用される正孔ブロック物質の化学構造式である。 本発明による有機ＥＬ素子の電子輸送層に使用される正孔ブロック物質の化学構造式である。 本発明による有機ＥＬ素子の電子輸送層に使用される正孔ブロック物質の化学構造式である。 本発明による有機ＥＬ素子の電子輸送層に使用される正孔ブロック物質の化学構造式である。 本発明による有機ＥＬ素子の電子輸送層に使用される正孔ブロック物質の化学構造式である。 本発明による有機ＥＬ素子の電子輸送層に使用される誘導体の化学構造式である。 本発明による有機ＥＬ素子の電子輸送層に使用される誘導体の化学構造式である。 本発明による有機ＥＬ素子の電子輸送層に使用される誘導体の化学構造式である。 本発明による有機ＥＬ素子の電子輸送層に使用される誘導体の化学構造式である。 本発明による有機ＥＬ素子の電子輸送層に使用される誘導体の化学構造式である。 本発明による有機ＥＬ素子の電子輸送層に使用される誘導体の化学構造式である。 本発明による有機ＥＬ素子の電子輸送層に使用される誘導体の化学構造式である。 本発明による有機ＥＬ素子の電子輸送層に使用される誘導体の化学構造式である。 本発明による有機ＥＬ素子の電子輸送層に使用される電子輸送物質の化学構造式である。 本発明による有機ＥＬ素子の電子輸送層に使用される電子輸送物質の化学構造式である。 本発明による有機ＥＬ素子の電子輸送層に使用される電子輸送物質の化学構造式である。 本発明による有機ＥＬ素子の電子輸送層に使用される電子輸送物質の化学構造式である。 本発明による有機ＥＬ素子の電子輸送層に使用される電子輸送物質の化学構造式である。 本発明による有機ＥＬ素子の電子輸送層に使用される電子輸送物質の化学構造式である。 本発明による有機ＥＬ素子の電子輸送層に使用される電子輸送物質の化学構造式である。 本発明による有機ＥＬ素子の電子輸送層に使用される電子輸送物質の化学構造式である。 本発明の第１実施例による有機ＥＬ素子の構造を示す断面図である。 本発明の第２実施例による有機ＥＬ素子の構造を示す断面図である。 本発明の第３実施例による有機ＥＬ素子の構造を示す断面図である。 本発明の第４実施例による有機ＥＬ素子の構造を示す断面図である。 電子輸送層に使用される物質によるＩＶＬの特性を比較したグラフである（Ｉ−Ｖ特性）。 電子輸送層に使用される物質によるＩＶＬの特性を比較したグラフである（Ｉ−Ｌ特性）。 Ｂａｌｑ：Ａｌｑ３電子輸送層を有する有機ＥＬ素子の構造を示す断面図である。 Ｂａｌｑ：Ａｌｑ３電子輸送層の組成比によるＩＶＬの特性を比較したグラフである（Ｉ−Ｖ特性）。 Ｂａｌｑ：Ａｌｑ３電子輸送層の組成比によるＩＶＬの特性を比較したグラフである（Ｉ−Ｌ特性）。 Ｂａｌｑ：ＢｅＢｑ２電子輸送層を有する有機ＥＬ素子の構造を示す断面図である。 電子輸送層に使用される物質による素子の寿命を比較したグラフである。 本発明の特性を説明するための有機ＥＬ素子の構造断面図である。 本発明の特性を説明するための有機ＥＬ素子の構造断面図である。 Ａｌｑ３／ＢｅＢｑ２：ＬｉＦ電子輸送層によるＩＶＬの特性を比較したグラフである（Ｉ−Ｖ特性）。 Ａｌｑ３／ＢｅＢｑ２：ＬｉＦ電子輸送層によるＩＶＬの特性を比較したグラフである（Ｉ−Ｌ特性）。 ＢｅＢｑ２／ＬｉＦ／Ａｌ電子輸送層の組成比による特性を比較したグラフである。 ＢｅＢｑ２／ＬｉＦ／Ａｌ電子輸送層の組成比による特性を比較したグラフである。 ＢｅＢｑ２／ＬｉＦ／Ａｌ電子輸送層の組成比による特性を比較したグラフである。 ＢｅＢｑ２／ＬｉＦ／Ａｌ電子輸送層の組成比による特性を比較したグラフである。 ＢｅＢｑ２／ＬｉＦ／Ａｌ電子輸送層の電子注入時におけるバリア高さ（barrier height）の変化を示すグラフである。 Ｂａｌｑ：Ａｌq（５：５）電子輸送層とＢｅＢｑ２：ＬｉＦ（１：１）電子輸送層間のＩＶＬの特性を比較したグラフである（Ｉ−Ｖ特性）。 Ｂａｌｑ：Ａｌq（５：５）電子輸送層とＢｅＢｑ２：ＬｉＦ（１：１）電子輸送層間のＩＶＬの特性を比較したグラフである（Ｉ−Ｌ特性）。 電子輸送層に使用される物質による素子の寿命を比較したグラフである。
符号の説明
ＥＩＬ 電子注入層
ＥＴＬ 電子輸送層
ＨＴＬ 正孔輸送層
ＨＩＬ 正孔注入層
ＥＦ フェルミエネルギー
ＬＵＭＯ 最低非占有分子軌道
ＨＯＭＯ 最高占有分子軌道

Claims (38)

  1. 陽極と陰極との間に、発光層、電子輸送層を含む積層構造を有する有機ＥＬ素子であって、
    前記電子輸送層は、
    少なくとも２以上の物質が混合された混合物からなり、前記発光層に隣接した第１層と、
    少なくとも２以上の物質が混合された混合物からなり、前記陰極に隣接した第２層と、を含み、
    前記少なくとも２以上の物質が混合された混合物は、１つの有機化合物と１以上の他の有機化合物、１つの金属または無機化合物と１以上の他の金属または無機化合物、または、１以上の有機化合物と１以上の金属または無機化合物の混合物からなることを特徴とする有機ＥＬ素子。
  2. 前記電子輸送層の第１層または第２層の厚さは、０．１〜２００nmであることを特徴とする請求項１に記載の有機ＥＬ素子。
  3. 前記電子輸送層の第１層または第２層は、第１物質と第２物質とが混合された混合物からなり、前記第１物質と第２物質の組成比は、第１物質Ｘ：第２物質Ｙ=１〜１００：１、または第１物質Ｘ：第２物質Ｙ＝１：１〜１００であることを特徴とする請求項１に記載の有機ＥＬ素子。
  4. 前記電子輸送層の第１層または第２層は、第１物質と２以上の複数物質とが混合された混合物からなり、前記第１物質と複数物質の組成比は、第１物質Ｘ：複数物質Ｙ＝１〜１００：１、または第１物質Ｘ：複数物質Ｙ＝１：１〜１００であることを特徴とする請求項１に記載の有機ＥＬ素子。
  5. 前記電子輸送層の第１層は、少なくとも１つの正孔ブロック（hole block）性質を有する物質と、少なくとも１つの電子輸送（electron transport）性質を有する物質とを含み、前記電子輸送層の第２層は、少なくとも１つの電子輸送性質を有する物質と、少なくとも１つの電子注入または輸送を容易にする性質を有する物質とを含むことを特徴とする請求項１に記載の有機ＥＬ素子。
  6. 前記正孔ブロック性質を有する物質は、酸化ポテンシャル（Oxidation Potential）が０．４Ｖよりも大きく、最高占有分子軌道（ＨＯＭＯ（Highest Occupied Molecular Orbital））の絶対値が５．２ｅＶ以上であることを特徴とする請求項５に記載の有機ＥＬ素子。
  7. 前記正孔ブロック性質を有する物質は、置換または非置換の8-ヒドロキシキノリン(hydroxyquinoline)を含む金属錯物であり、前記金属は、アルミニウム（Ａｌ）、亜鉛（Ｚｎ）、マグネシウム（Ｍｇ）、リチウム（Ｌｉ）から選ばれることを特徴とする請求項５に記載の有機ＥＬ素子。
  8. 前記正孔ブロック性質を有する物質は、置換または非置換の1,10-フェナントロリン(phenanthroline)誘導体、または置換または非置換のカルバゾール(Carbazole)誘導体であることを特徴とする請求項５に記載の有機ＥＬ素子。
  9. 前記正孔ブロック性質を有する物質は、Ｂａｌｑ（aluminum(III)bis(2-methyl-8-quinolinato)4-phenylphenolate）、ＢＣＰ（2,9-Dimethyl-4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline）、ＣＢＰ[4,48-N,N8-diCarbazole-1,18-biphenyl]、ＣＦ−Ｘ、ＣＦ−Ｙから選ばれることを特徴とする請求項５に記載の有機ＥＬ素子。
  10. 前記電子輸送性質を有する物質は、モビリティ（mobility）が１．０*１０−６cm2/Vs以上であることを特徴とする請求項５に記載の有機ＥＬ素子。
  11. 前記電子輸送性質を有する物質は、置換または非置換のＡｌコンプレックス（complex）、置換または非置換のＢｅコンプレックス、置換または非置換のＺｎコンプレックス、置換または非置換のオキシジアゾール(oxidiazole)誘導体、置換または非置換のトリアゾール(triazole)誘導体、置換または非置換のチオフェン(thiophene)誘導体、置換または非置換のピロール(pyrrole)誘導体、置換または非置換のシラシクロペンタジエン(sila-cyclopentadiene)誘導体、置換または非置換のアントラセン(anthracene)誘導体、置換または非置換のピレン(pyrene)誘導体、置換または非置換のペリレン(perylene)誘導体から選ばれることを特徴とする請求項５に記載の有機ＥＬ素子。
  12. 前記電子輸送性質を有する物質は、Ａｌｑ３[Tris-(8-hydroxyquinolinolato)-aluminium]、ＢｅＢｑ２[bis(10-hydroxybenzo[h]quinolinato)beryllium]、Ｚｎ(ｏｘｚ)２[Bis(2-(2-hydroxyphenyl)-benz-1,3-oxadiazolato)zinc]、ＰＢＤ[2-(4-biphenylyl)-5-(4-tert-butyl-phenyl)-1,3,4-oxadiazole]、ＴＡＺ[3-(4-Biphenylyl)-4-phenyl-5-tert-butylphenyl-1,2,4-triazole]、Ｌｉｑ[8-Quinolinolato Lithium]、Ｍｇｑ２[Bis(8-Quinolinolato）Magnesium]、Ｚｎｑ２[Bis(8-Quinolinolato)Zinc]から選ばれることを特徴とする請求項５に記載の有機ＥＬ素子。
  13. 前記電子注入または輸送を容易にする性質を有する物質は、無機化合物または金属であることを特徴とする請求項５に記載の有機ＥＬ素子。
  14. 前記無機化合物は、アルカリ金属化合物、アルカリ土金属化合物、土金属化合物、ランタニド化合物から選ばれることを特徴とする請求項１３に記載の有機ＥＬ素子。
  15. 前記無機化合物は、ＬｉＦ、ＮａＦ、ＫＦ、ＲｂＦ、ＣｓＦ、ＦｒＦ、ＭｇＦ２、ＣａＦ２、ＳｒＦ２、ＢａＦ２、ＬｉＣｌ、ＮａＣｌ、ＫＣｌ、ＲｂＣｌ、ＣｓＣｌ、ＦｒＣｌのハライド化合物と、Ｌｉ２Ｏ、Ｌｉ２Ｏ２、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、Ｒｂ２Ｏ、Ｒｂ２Ｏ２、Ｃｓ２Ｏ、Ｃｓ２Ｏ２、ＬｉＡｌＯ２、ＬｉＢＯ２、ＬｉＴａＯ３、ＬｉＮｂＯ３、ＬｉＷＯ４、Ｌｉ２ＣＯ、ＮａＷＯ４、ＫＡｌＯ２、Ｋ２ＳｉＯ３、Ｂ２Ｏ５、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２の酸化物から選ばれることを特徴とする請求項１３に記載の有機ＥＬ素子。
  16. 前記金属は、アルカリ金属、アルカリ土金属、土金属、希土類金属及びこれらの合金から選ばれることを特徴とする請求項１３に記載の有機ＥＬ素子。
  17. 前記金属は、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｃｓ、Ｂｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｓｍ、Ｇｄ、Ｅｂ、Ｙｂ、Ａｌ：Ｌｉ合金、Ｍｇ：Ｓｒ合金、Ｉｎ：Ｌｉ合金から選ばれることを特徴とする請求項１３に記載の有機ＥＬ素子。
  18. 前記電子輸送層の第２層は、少なくとも１以上の有機化合物または少なくとも１以上の有機金属化合物からなり、前記有機または有機金属化合物は、フタロシアン（phthalocyanine）誘導体及び金属フタロシアン（metallophthalocyanine）誘導体であって、金属成分は、Ｃｏ、ＡｌＣｌ、Ｃｕ、Ｌｉ２、Ｆｅ、Ｐｂ、Ｍｇ、Ｎａ２、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｎｉ、Ｍｎ、ＶＯ、Ａｇ２、ＭｎＣｌ、ＳｉＣｌ２、ＳｎＣｌ２のいずれか一つからなり、または、ポルフィリン（porphyrin）誘導体及び金属ポルフィリン（metalloporphyrin）誘導体であって、金属成分は、Ｃｏ、ＡｌＣｌ、Ｃｕ、Ｌｉ２、Ｆｅ、Ｐｂ、Ｍｇ、Ｎａ２、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｎｉ、Ｍｎ、ＶＯ、Ａｇ２、ＭｎＣｌ、ＳｉＣｌ２、ＳｎＣｌ２のいずれか一つからなることを特徴とする請求項１に記載の有機ＥＬ素子。
  19. 前記電子輸送層の第１層と第２層との間には、第３層がさらに形成されることを特徴とする請求項１に記載の有機ＥＬ素子。
  20. 前記第３層は、少なくとも１以上のサブ層から構成されることを特徴とする請求項１９に記載の有機ＥＬ素子。
  21. 前記電子輸送層の第３層は、有機化合物、金属化合物、無機化合物から選ばれた少なくとも２物質が混合された混合物であるか、または、有機化合物、金属化合物、無機化合物から選ばれた単一物質であることを特徴とする請求項１９に記載の有機ＥＬ素子。
  22. 前記電子輸送層の第３層は、前記電子輸送層の第１及び第２層と同じ物質または異なる物質からなることを特徴とする請求項１９に記載の有機ＥＬ素子。
  23. 前記陽極と発光層との間には、正孔注入層、正孔輸送層のうち少なくとも１層が形成されることを特徴とする請求項１に記載の有機ＥＬ素子。
  24. 前記陰極と電子輸送層との間には、電子注入層が形成されることを特徴とする請求項１に記載の有機ＥＬ素子。
  25. 前記発光層は、１以上であることを特徴とする請求項１に記載の有機ＥＬ素子。
  26. 前記発光層は、リン光物質を含むことを特徴とする請求項１に記載の有機ＥＬ素子。
  27. 前記第１及び第２電極のうち少なくともいずれか一つは、透明な物質からなることを特徴とする請求項１に記載の有機ＥＬ素子。
  28. 陽極と陰極間とのに、発光層、電子輸送層を含む積層構造を有するフルカラー有機ＥＬ素子であって、
    前記発光層は、少なくとも１つのリン光物質を含み、
    前記電子輸送層は、
    少なくとも１つの正孔ブロック（hole block）性質を有する物質と、少なくとも１つの電子輸送（electron transport）性質を有する物質とが混合された混合物からなり、前記発光層に隣接した第１層と、
    少なくとも１つの電子輸送性質を有する物質と、少なくとも１つの電子注入または輸送を容易にする性質を有する物質とが混合された混合物からなり、前記陰極に隣接した第２層と、を含むことを特徴とする有機ＥＬ素子。
  29. 前記電子輸送層の第１層と第２層との間には、少なくとも１以上のサブ層から構成される第３層がさらに形成され、前記第３層の各サブ層は、有機化合物、金属化合物、無機化合物から選ばれた少なくとも２物質が混合された混合物であるか、または、有機化合物、金属化合物、無機化合物から選ばれた単一物質であることを特徴とする請求項２８に記載の有機ＥＬ素子。
  30. 陽極と陰極との間に、発光層、電子輸送層を含む発光ユニットを複数個有する有機ＥＬ素子であって、
    前記相互に隣接している発光ユニットは、界面層により分離され、
    前記電子輸送層は、
    少なくとも１つの正孔ブロック（hole block）性質を有する物質と、少なくとも１つの電子輸送（electron transport）性質を有する物質とが混合された混合物からなり、前記発光層に隣接した第１層と、
    少なくとも１つの電子輸送性質を有する物質と、少なくとも１つの電子注入または輸送を容易にする性質を有する物質とが混合された混合物からなり、前記陰極に隣接した第２層と、を含むことを特徴とする有機ＥＬ素子。
  31. 前記各発光ユニットは、互いに同じ積層構造からなるか、または、それぞれ異なる積層構造からなることを特徴とする請求項３０に記載の有機ＥＬ素子。
  32. 前記電子輸送層の第１層と第２層との間には、少なくとも１以上のサブ層から構成される第３層がさらに形成され、前記第３層の各サブ層は、有機化合物、金属化合物、無機化合物から選ばれた少なくとも２物質が混合された混合物であるか、または、有機化合物、金属化合物、無機化合物から選ばれた単一物質であることを特徴とする請求項３０に記載の有機ＥＬ素子。
  33. 基板上に第１電極を形成する段階と、
    前記第１電極上に、少なくとも１つのリン光物質を含む発光層を形成する段階と、
    前記発光層の全体上に共通して少なくとも１つの正孔ブロック（hole block）性質を有する物質と、少なくとも１つの電子輸送（electron transport）性質を有する物質とが混合された混合物からなる第１層と、少なくとも１つの電子輸送性質を有する物質と少なくとも１つの電子注入または輸送を容易にする性質を有する物質とが混合された混合物からなる第２層と、から構成された電子輸送層を形成する段階と、
    前記電子輸送層上に、第２電極を形成する段階と、
    を備えてなることを特徴とする有機ＥＬ素子の製造方法。
  34. 前記第１電極は陽極であり、前記第２電極は陰極であることを特徴とする請求項３３に記載の有機ＥＬ素子の製造方法。
  35. 前記第１電極と発光層との間に、正孔注入層、正孔輸送層のうち少なくともいずれか一つを形成する段階をさらに備えることを特徴とする請求項３３に記載の有機ＥＬ素子の製造方法。
  36. 前記電子輸送層を形成する段階は、
    前記発光層上に少なくとも１つの正孔ブロック（hole block）性質を有する物質と、少なくとも１つの電子輸送（electron transport）性質を有する物質とが混合された混合物からなる第１層を形成する段階と、
    前記第２層上に少なくとも１つの電子輸送性質を有する物質と、少なくとも１つの電子注入または輸送を容易にする性質を有する物質とが混合された混合物からなる第２層を形成する段階と、からなることを特徴とする請求項３３に記載の有機ＥＬ素子の製造方法。
  37. 前記第１層上に少なくとも１以上のサブ層から構成され、有機化合物、金属化合物、無機化合物から選ばれた少なくとも２物質が混合された混合物からなるか、または、有機化合物、金属化合物、無機化合物から選ばれた単一物質からなる第３層を形成する段階をさらに備えることを特徴とする請求項３６に記載の有機ＥＬ素子の製造方法。
  38. 前記第２電極と電子輸送層との間に、電子注入層を形成する段階をさらに備えることを特徴とする請求項３３に記載の有機ＥＬ素子の製造方法。
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