JP2010097873A - 発光素子 - Google Patents

Abstract

【課題】発光した光を透明電極を介して取り出す発光素子において、電極層や発光層にダメージを与えずに製造可能な光の取り出し効率の高い発光素子を提供する。
【解決手段】発光素子１は、基板１０の一方の面上に、陽極２１と透光性陰極２２とこれらに把持された発光層３０とを備え、電極間に電圧を印加することにより発光層３０より発光した光を透光性電極２２側の端面１ｓから取り出すものであり、端面１ｓ側の透光性電極２２の表面に、該表面に生じるエバネッセント光Ｌｅを散乱させる光散乱層４０を有する。光散乱層４０は、端面１ｓ側の表面に凹凸構造を有し且つ発光層３０より低屈折率な第1の散乱部４１と、該凹凸構造の少なくとも凹部４１ａの底部に充填され、第１の散乱部４１と屈折率の異なる第２の散乱部４２とを有し、凹部４１ａの底部と透光性電極２２の表面との距離Ｄはエバネッセント光Ｌｅのしみ出し深さｄ以下である。
【選択図】図１

Description

本発明は、有機又は無機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）素子やＬＥＤ（発光ダイオード）などの電界発光素子に関するものである。

有機ＥＬ素子やＬＥＤなどの電界発光素子は、基板上に電極層や発光層等が積層された構成をしており、一般に、発光層において発光した光を、透明電極を介して取り出している。その際、各層の屈折率の影響により、光取り出し側の層界面において臨界角以上で入射された光は、全反射して素子内に閉じ込められてしまい、外部に取り出すことができない。そのため、発光した光を高効率に取り出すことが難しく、ＩＴＯ等の現在よく用いられている透明電極の屈折率の場合、その取り出し効率は２０％程度であると言われている。従って、電界発光素子において、光取り出し効率の向上は大きな課題となっている。

かかる課題に対し、全反射光をより有効に取り出して光取り出し効率を向上させる手法が検討されている。例えば、光が全反射する層界面に回折格子を配することにより、光取り出し効率を向上させる方法が提案されてきた。この方法では、回折格子により、臨界角以上で層界面に入射した光の光路を変化させて臨界角以下とし、光を取り出すことができる。

特許文献１、特許文献２には、全反射が発生する界面に回折格子を配した有機電界発光装置が開示されている。特許文献１及び特許文献２では、回折格子のピッチやパターンを変化させることにより、回折格子による光取り出しにおける課題である視野角依存性を低減させて、光取り出し効率の向上を図っている。
特開2006-221976号公報 特開2006-236748号公報

しかしながら、上記特許文献１及び特許文献２等の回折格子により全反射光の光路を変化させて取り出す方法では、その輝度の向上は１．２〜１．７倍程度と未だ充分なものではない。また、回折格子の形成は、主にエッチング等により行うことから、基板と反対側から光を取り出す構成（トップエミッション型等）においては、回折格子の形成時に電極層や発光層にダメージを与える可能性がある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、発光層において発光した光を透明電極を介して取り出す発光素子において、電極層や発光層にダメージを与えることなく製造可能であり、光の取り出し効率の高い発光素子を提供することを目的とするものである。

本発明の発光素子は、基板の一方の面上に、一対の電極と、該電極に把持された発光層とを備えてなり、前記一対の電極のうち少なくとも一方が透光性電極であり、前記一対の電極間に電圧を印加することにより前記発光層から光を発光せしめ、前記透光性電極側の端面から該光を取り出す発光素子であって、
前記端面側の前記透光性電極の表面に、該表面に生じるエバネッセント光を散乱させる光散乱層を有し、
該光散乱層が、前記端面側の表面に凹凸構造を有し且つ前記発光層の屈折率より低い屈折率を有する第1の散乱部と、該第1の散乱部の前記凹凸構造の少なくとも凹部の少なくとも底部に充填され、前記第１の散乱部と屈折率の異なる第２の散乱部とを有するものであり、
前記凹部の底部と前記透光性電極の前記表面との距離が、前記エバネッセント光のしみ出し深さ以下であることを特徴とするものである。

本明細書において、「透光性電極」とは、発光層から発光する光の波長を７０％以上透過可能な透光性を有する電極を意味する。
また、「凹凸構造」とは、発光層にて発光された光の全反射によって生じるエバネッセント光を散乱又は回折可能な大きさの凹凸構造であることとする。

また、「発光層の屈折率」とは、発光層が複数の層からなる場合は、光散乱層に最も近い層の屈折率を意味する。
また、「エバネッセント光のしみ出し深さ以下である」とは、０を含むものとする。即ち、凹部が貫通孔である場合も含むものとする。

前記第２の散乱部は、前記凹部に充填された充填部と、該充填部上及び前記凹凸構造の凸部上に形成された薄膜層とからなる構成であってもよい。

また、本発明の発光素子は、前記光散乱層の前記端面側の表面に、更に保護層を備えたものであることが好ましい。

前記第1の散乱部の屈折率は、前記保護層の屈折率と略同一であることが好ましい。また前記第２の散乱部は金属、又は、前記第1の散乱部の屈折率より高い屈折率を有する誘電体からなることが好ましい。

本発明の発光素子は、前記透光性電極と前記光散乱層との間に、更に半透過半反射性の金属膜を備えたものであってもよい。

本発明の発光素子は、前記発光層が有機化合物層を含む有機電界発光素子及び前記発光層が無機化合物層を含む無機電界発光素子に適用することができる。

本発明は上記したように、光の取り出し効率の高い発光素子を提供することを目的のひとつとしている。ここで、「光取り出し効率」とは、発光層にて発光される全光量の割合に対して、発光層にて発光された光のうち外部に取り出すことのできる全光量の割合を意味するものとする。外部に取り出すことのできる光としては、発光素子内部にて発光している光すべてを含むものとし、発光層において発光された光及び該光が素子内部における物質との相互作用により生じた光（散乱光や回折光等）も含むものとする。

本発明の発光素子は、光を取り出す端面側の透光性電極の表面に、該表面に生じるエバネッセント光を、該エバネッセント光のしみ出し深さの範囲内に存在する凹凸構造及び屈折率差を利用して散乱させる光散乱層を有している。かかる構成によれば、発光層において発光した光のうち、透光性電極表面で全反射して素子内部に閉じ込められる光の、該表面においてしみ出すエバネッセント光を高効率に光散乱層に取り出して、散乱光として外部に取り出すことができるため、光取り出し効率を効果的に向上させることができる。

また、基板と反対側から光を取り出す構成であっても、透光性電極層を直接加工せずに製造可能であるため、電極層や発光層にダメージを与えることなく製造することができる。

「有機ＥＬ素子（発光素子）」
図面を参照して、本発明の発光素子に係る一実施形態について詳細に説明する。図１は、本発明に係る第１実施形態による発光素子である有機電界発光素子（有機エレクトロルミネッセンス素子、以下、有機ＥＬ素子とする）の一部の概略断面形状を示すものである。視認しやすくするために各部の縮尺は適宜変更して示してある。本実施形態の発光素子では、光の全反射界面においてしみ出すエバネッセント光を散乱させる構成としているので、わかりやすくするためにエバネッセント光を強調した図面となっている。

本実施形態の有機ＥＬ素子１は、基板１０と、基板１０の一面上に陽極２１と発光層３０と透光性を有する陰極２２とを順次備え、電極間に電圧を印加することにより発光層３０から光を発光せしめ、陰極２２側の端面１ｓから光を取り出すトップエミッション型発光素子であり、透光性陰極２２の表面に、該表面に生じるエバネッセント光を散乱させる光散乱層４０を備えている。

光散乱層４０は、表面にて開口した凹部４１ａにより形成された凹凸構造を有し且つ発光層３０より屈折率の低い第1の散乱部４１と、第1の散乱部４１の凹部４１ａの少なくとも底部に充填され、前記第１の散乱部４１と屈折率の異なる第２の散乱部４２とを有するものである。

有機ＥＬ素子１において、陰極２２と光散乱層４０との界面に、臨界角θｃ未満の入射角θにて入射した光は、端面１ｓ側に出射されて取り出すことができるが（図中、Ｌ２）、臨界角θｃ以上の角度で入射した光Ｌ１は該界面において全反射して全反射光Ｌｒとなって素子内部にとじこめられる。

光散乱層４０は、発光層３０において発光し、陰極２２との界面に臨界角θｃ以上の角度で入射した光Ｌ１の、該界面からしみ出したエバネッセント光Ｌｅを、凹部４１ａ及び凹部４１ａの少なくとも底部に充填された第２の散乱部４２によって散乱光又は回折光Ｌｓとして外部に取り出すものである。従って、凹部４１ａの底部と陰極２２の表面との距離Ｄは、エバネッセント光Ｌｅのしみ出し深さｄ以下となっている。

本実施形態において凹部４１ａは１つでもエバネッセント光Ｌｅの一部を取り出すことができるので効果は得られるが、複数であることが好ましい。凹部４１ａの大きさ及び隣り合う凹部４１ａ同士の離間距離は、エバネッセント光Ｌｅを散乱または回折させることができる大きさであれば特に制限されない。散乱や回折を生じうる凹凸の構造は、発光層３０から発光される光の波長λによって異なるため、発光される光の波長に応じて適宜設計すればよい。

凹部４１ａが複数であり、凹部４１ａが規則配列している場合は回折を生じる。回折を生じるには、第１の散乱部４１の屈折率をｎ１とすると、凹部４１ａのピッチはλ／ｎ１より大きくなければならない。一方、回折を利用する場合、ある特定の波長の光を取り出す場合には効果的であるが、一方、白色素子のような場合に、特定の波長の光だけの取り出し効率が高くなると、発光素子に視野角依存性を生じる。従って、特定の波長を取り出す場合でなければ、凹部４１ａの配列はランダムであることが好ましい。白色光源など、ブロード光である場合を考慮すると、隣り合う凹部４１ａ同士の離間距離は、５０ｎｍ〜２０００ｎｍの範囲内でランダムであることが好ましい。

第1の散乱部４１としては、発光層３０の屈折率より低い屈折率を有し、第1の散乱部４１の上面から発光層３０において発光された光を取り出すことができれば特に制限されないが、光取り出し効率の点から、第1の散乱部４１の透光性は高い方が好ましく、凹部４１ａの製造プロセスの容易性から、透光性レジスト材料であることが好ましい。透光性レジスト材料としてはパターニング性が良好なものであれば特に制限なく、任意の公知透光性レジスト材料を用いることができるが、後工程において高温成膜プロセスを有する場合は、耐熱性の高いポリイミド等の透光性レジスト材料であることが好ましい。

凹部４１ａの形成方法は特に制限されないが。第１の散乱部４１が上記のようなレジストである場合は、ナノインプリント等の転写法やフォトリソグラフィ等により容易に形成することができる。また、第１の散乱部４１がガラス等の無機材料である場合は、フォトリソグラフィによる化学的エッチングや、レーザを用いた物理的エッチングより形成する方法、機械加工等を用いることができる。

本実施形態の有機ＥＬ素子１は、全反射による光ロスを生じる陰極２２の表面を直接加工して全反射光Ｌｒの一部を取り出す従来の光取り出し構造ではなく、陰極２２の表面に生じるエバネッセント光Ｌｅを、さらに上層に設けた光散乱層４０により取り出す構成としている。従って、陰極自身を加工する必要がないため、加工時に陰極やその下層の発光層にダメージを与えることなく光取り出し構造を形成することができる。

エバネッセント光Ｌｅのしみ出し深さｄは一般に、下記式（１）によって表される。
ｄ＝λ／４π（ｎ_ｈ ^２・ｓｉｎ^２θ―ｎ_ｌ ^２）^０．５ ・・・（１）
（θ＞θｃ、θｃ＝ｓｉｎ^−１（ｎ_ｌ／ｎ_ｈ））、ｎ_ｈは高屈折率層の屈折率、ｎ_ｌは低屈折率層の屈折率、θは高屈折率層と低屈折率層との界面への入射光の入射角、λは入射光の波長）

本実施形態では、高屈折率層が陰極２２、低屈折率層が第１の散乱部４１であるので、これらの屈折率及び発光層３０において発光した光の波長を上記式（１）に適用すればよい。入射角θは大きくなればなるほどしみ出し深さｄは小さくなるため、陰極２２の表面と凹部４１ａの底部との距離Ｄは短いほど、より広範囲の入射角を有する光のエバネッセント光Ｌｅを取り出すことができる。凹部４１ａの底部が陰極２２の表面に接している（Ｄ＝０）であってもよいが凹部４１ａの製造工程において陰極２２にダメージを与えると素子特性に悪影響を及ぼす可能性がある。距離Ｄは製造工程において陰極２２にダメージを与えない範囲で小さい方が好ましい。

第２の散乱部４２は、凹部４１ａの少なくとも底部に充填された、第１の散乱部４１とは屈折率が異なる物質からなる。第１の散乱部４１の凹凸構造だけであってもエバネッセント光Ｌｅを散乱光や回折光として取り出すことはできるが、構造上の散乱だけでなく、屈折率差による散乱現象も併せて利用することにより、これらの個々の散乱現象による効果、及び２つの散乱因子による相乗効果も得ることができるため、例えば、従来の約１．５倍にあたる３０％を超える、非常に高効率な光取り出しを実現することができる。

第２の散乱部４２としては、上記したように第１の散乱部４１と屈折率が異なっていれば誘電体であっても金属であってもよい。

誘電体である場合は、第２の散乱部４２の屈折率ｎ_２が第１の散乱部４１の屈折率ｎ_１より高いことが好ましく、かかる第２の散乱部４２としては、酸化シリコン等を含むものが挙げられる。

また、第２の散乱部４２が金属を含む場合は、任意の金属を使用することができる。第２の散乱部４２が、図１に示されるように個々の凹部４１ａに孤立して配された複数の金属体からなる場合は、個々の金属体の大きさが発光された光によって局在プラズモンを誘起し、局在プラズモンによる電場増強効果により、取り出した光のパワーを増強することができる。従って、発光される光の波長で効果的に局在プラズモンが誘起される金属を第２の散乱部４２として用いることが好ましい。

また、図１では、第２の散乱部４２が上記したように個々の凹部４１ａに孤立して配された複数の金属体からなる構成としたが、図２に示される有機ＥＬ素子２のように、第２の散乱部４２が凹部４１ａに充填された充填部４２０と、充填部４２０及び陰極２２表面の凹部４１ａの非開口部分（凸部）上に形成された薄膜層４２１とからなる構成としてもよい。図２において、第２の散乱部４２の構成以外の構成は、図１の有機ＥＬ素子１と同様である。

有機ＥＬ素子２では、上記有機ＥＬ素子１において示した光散乱層４０による光取り出し効率を高める効果に加え、薄膜層４２１に対して全反射する角度で入射した光により薄膜層４２１の表面に表面プラズモンが誘起されて増強電場を生じる可能性がある。その場合、増強電場により薄膜層４２１の表面より上層に取り出した光のパワーを増強することができるので、より外部に取り出す光のパワーを高めることができる。

また、図２では、薄膜層４２１の表面は略平坦に示されているが、第１の散乱部の凹凸に応じた形状の凹凸を有していてもよい。かかる構成では、薄膜層４２１の表面の凹凸構造により更に光が散乱されてより高パワーな光を取り出すことができる。

有機ＥＬ素子（発光素子）１は、光を取り出す端面１ｓ（２ｓ）側の陰極（透光性電極）２２の表面に、該表面に生じるエバネッセント光Ｌｅを、エバネッセント光Ｌｅのしみ出し深さｄの範囲内に存在する凹凸構造及び屈折率差を利用して散乱させる光散乱層４０を有している。かかる構成によれば、発光層３０において発光した光のうち、陰極２２の表面で全反射して素子内部に閉じ込められる光の該表面においてしみ出すエバネッセント光Ｌｅを高効率に光散乱層４０に取り出して、散乱光Ｌｓとして外部に取り出すことができるため、光取り出し効率を効果的に向上させることができる。

また、基板１０と反対側から光を取り出す構成であっても、陰極２２を直接加工せずに製造可能であるため、陰極２２や発光層３０にダメージを与えることなく製造することができる。

また、図３に示される、陰極２２と光散乱層４０との間に、更に半透過半反射性の金属膜６０を備えた有機ＥＬ素子３の構成では、金属膜６０によって反射された光が、陽極２１との間で多重反射する。多重反射した光はある特定の波長において共振する。

かかる構成では、この共振により金属膜６０上の電場が増強されるため、この増強電場により、光散乱層４０にて生じた散乱光Ｌｓ及び透過光Ｌ２の双方の強度を増強し、より高パワー光を取り出すことができる。

半透過半反射性の金属膜６０としては、任意の金属を用いることができる。半透過半反射性を有していればベタ膜であってもよいが、取り出す光の絶対量はできるだけ低下しない方が好ましいため、透光性は高い膜であることが好ましい。従って、パターニング等により、空隙を有するように形成された膜であることが好ましい。金属膜６０は、例えば斜め蒸着法等によって成膜することが好ましい。

また、金属膜６０が表面プラズモンを誘起可能な膜厚のベタ膜である場合や、空隙を金属膜６０の金属部分の大きさが局在プラズモンを誘起可能な大きさである場合は、上記したように、該プラズモンにより金属膜６０上の電場が増強される。有機ＥＬ素子３では、上記した共振による増強効果とプラズモンによる電場増強効果とにより、取り出した光のパワーを効果的に増強することができる。
以下に、本実施形態の有機ＥＬ素子１〜３を構成する、上記で説明した光散乱層４０、及び金属膜６０以外の各層について説明する。

（基板）
基板１０としては特に制限されず、光学ガラス等が好ましい。本実施形態では基板１０と反対側の端面１ｓから光を取り出すトップエミッション型であるが、基板１０側から光を取り出すボトムエミッション型、又は、双方から取り出す両面発光型である場合は、発光層３０から発せられる光を散乱又は減衰させない透光性基板であることが好ましい。その具体例としては、イットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）、ガラス等の無機材料、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンフタレート、ポリエチレンナフタレート等のポリエステル、ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリエーテルスルホン、ポリアリレート、ポリイミド、ポリシクロオレフィン、ノルボルネン樹脂、およびポリ（クロロトリフルオロエチレン）等の有機材料が挙げられ、より発せられた光の透光性に優れる基板であることが好ましい。

例えば、基板としてガラスを用いる場合、その材質については、ガラスからの溶出イオンを少なくするため、無アルカリガラスを用いることが好ましい。また、ソーダライムガラスを用いる場合には、シリカなどのバリアコートを施したものを使用することが好ましい。有機材料の場合には、耐熱性、寸法安定性、耐溶剤性、電気絶縁性、及び加工性に優れていることが好ましい。

基板１０の形状、構造、大きさ等については、特に制限はなく、発光素子の用途、目的等に応じて適宜選択することができる。一般的には、基板１０の形状としては、板状であることが好ましい。基板１０の構造としては、単層構造であってもよいし、積層構造であってもよく、また、単一部材で形成されていてもよいし、２以上の部材で形成されていてもよい。

基板１０には、その表面又は裏面に透湿防止層（ガスバリア層）を設けることができる。透湿防止層（ガスバリア層）の材料としては、窒化珪素、酸化珪素などの無機物が好適に用いられる。透湿防止層（ガスバリア層）は、例えば、高周波スパッタリング法などにより形成することができる。熱可塑性基板を用いる場合には、さらに必要に応じて、ハードコート層、アンダーコート層などの機能層を設けてもよい。

（陽極）
陽極２１は、発光層３０に正孔を供給する電極としての機能を有していればよく、その形状、構造、大きさ等については特に制限はなく、発光素子の用途、目的に応じて適宜選択することができる。

陽極２１としては、仕事関数の大きい、金属、合金、金属酸化物、導電性化合物、又はこれらの混合物を含むものであることが好ましい。その具体例としては、アンチモンやフッ素等をドープした酸化錫（ＡＴＯ、ＦＴＯ）、酸化錫、酸化亜鉛、酸化インジウム、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）、酸化亜鉛インジウム（ＩＺＯ）等の導電性金属酸化物、金、銀、クロム、ニッケル等の金属、さらにこれらの金属と導電性金属酸化物との混合物又は積層物、ヨウ化銅、硫化銅などの無機導電性物質、ポリアニリン、ポリチオフェン、ポリピロールなどの有機導電性材料、及びこれらとＩＴＯとの積層物などが挙げられる。

陽極２１は、例えば、印刷法、塗布法等の湿式方式、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法等の物理的方式、ＣＶＤ、プラズマＣＶＤ法等の化学的方式などの中から、陽極を構成する材料との適性を考慮して適宜選択して、基板１０上に形成することができる。例えば、陽極２１の材料として、ＩＴＯを選択する場合には、陽極２１の形成は、直流又は高周波スパッタ法、真空蒸着法、イオンプレーティング法等により行うことができる。

有機ＥＬ素子１〜３において、陽極の形成位置としては特に制限はなく、発光素子の用途、目的に応じて適宜選択することができるが、基板１０上に形成されるのが好ましい。基板１０上に形成された場合、陽極２１は、基板１０における一方の表面の全部に形成されていてもよく、所定のパターンとなるように形成されていてもよい。

なお、陽極２１を形成する際のパターニングは、フォトリソグラフィなどによる化学的エッチングによって行ってもよいし、レーザなどによる物理的エッチングによって行ってもよく、また、マスクを重ねて真空蒸着やスパッタ法等により行ってもよいし、リフトオフ法や印刷法によって行ってもよい。

陽極２１の厚みとしては、陽極を構成する材料に応じて適宜選択することができ、一概に規定することはできないが、通常、１０ｎｍ〜５０μｍ程度であり、５０ｎｍ〜２０μｍが好ましい。

陽極２１の抵抗値としては、１０^３Ω／□以下が好ましく、１０^２Ω／□以下がより好ましい。

本実施形態において、基板１０及び陽極２１がともに透光性を有する場合は、効率よく素子上部から光を取り出すことができるように、基板１０と陽極２１との間に金属膜等の反射性膜を備えた構成であることが好ましい。

（陰極）
本実施形態の有機ＥＬ素子１〜３は、トップエミッション型であるため、陰極２２は透光性を有しており、有機化合物層に電子を注入する電極としての機能を有していればよい。また、その形状、構造、大きさ等については特に制限はなく、発光素子の用途、目的に応じて、公知の電極材料の中から適宜選択することができる。

陰極２２としては、仕事関数の小さい金属、合金、金属酸化物、電気伝導性化合物、これらの混合物などが挙げられる。具体例としてはアルカリ金属（たとえば、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｃｓ等）、アルカリ土類金属（たとえばＭｇ、Ｃａ等）、金、銀、鉛、アルミニウム、ナトリウム−カリウム合金、リチウム−アルミニウム合金、マグネシウム−銀合金、インジウム、およびイッテルビウム等の希土類金属などが挙げられる。これらは、１種単独で使用してもよいが、安定性と電子注入性とを両立させる観点からは、２種以上を好適に併用することができる。

中でも、アルカリ金属やアルカリ土類金属が電子注入性の点で好ましく、アルミニウムを主体とする材料が保存安定性に優れる点で好ましい。アルミニウムを主体とする材料とは、アルミニウム単独、アルミニウムと０．０１質量％〜１０質量％のアルカリ金属又はアルカリ土類金属との合金若しくはこれらの混合物（例えば、リチウム−アルミニウム合金、マグネシウム−アルミニウム合金など）をいう。なお、陰極２２については、特開平２−１５５９５号公報、特開平５−１２１１７２号公報に詳述されており、これらの広報に記載の材料は、本実施形態においても適用することができる。

しかしながら、上記した仕事関数の小さい材料を用いる場合、透光性電極として機能するためには、０．１ｎｍ〜１０ｎｍの厚さの薄膜である必要があり、５ｎｍ以下であることがより好ましい。一方、透光性の点からは、上記ＩＴＯやＩＺＯ等の透光性材料が好ましいが、これらの材料は仕事関数の大きい、陽極として適した材料である。従って、トップエミッション型である本実施形態では、陰極２２としては、仕事関数の小さい物質を含む層と透光性電極材料の層との積層構造とすることが好ましい。なお、仕事関数の小さい物質を含む層と透光性電極材料の層の積層の順序は任意である。

陰極２２の形成方法については、特に制限はなく、公知の方法に従って行うことができる。例えば、印刷法、塗布法等の湿式方式、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法等の物理的方式、ＣＶＤ、プラズマＣＶＤ法等の化学的方式などの中から、前記した陰極を構成する材料との適性を考慮して適宜選択して形成することができる。例えば、陰極２２の材料として、金属等を選択する場合には、その１種又は２種以上を同時又は順次にスパッタ法等に従って行うことができる。

本実施形態において、陰極２２の形成位置は特に制限はなく、後記する発光層３０上の全部に形成されていてもよく、その一部に形成されていてもよい。

陰極２２のパターニングは、フォトリソグラフィなどによる化学的エッチングによって行ってもよいし、レーザーなどによる物理的エッチングによって行ってもよく、マスクを重ねて真空蒸着やスパッタ等をして行ってもよいし、リフトオフ法や印刷法によって行ってもよい。

陰極２２の厚みは、陰極を構成する材料に応じて適宜選択することができ、一概に規定することはできないが、通常１０ｎｍ〜５μｍ程度であり、５０ｎｍ〜１μｍが好ましい。

（発光層）
発光層３０は、陽極２１と陰極２２との間に電界を印加することにより、両電極から流れ込んだ正孔と電子とが内部の発光分子で再結合して発光する層である。発光層３０は、複数の有機化合物層が積層された構成としており、有機ＥＬ素子の発光層としての機能を有するものであればよい。発光層３０の層構成には特に制限はなく、例えば、陽極側から、正孔輸送層、有機発光層、電子輸送層の順に積層されている。

正孔輸送層と陽極との間に正孔注入層、及び／又は有機発光層と電子輸送層との間に、電子輸送性中間層を有していてもよく、更に、有機発光層と正孔輸送層との間に正孔輸送性中間層を、同様に陰極と電子輸送層との間に電子注入層を設けてもよい。尚、各層は複数の二次層に分かれていてもよい。

発光層３０を構成する各層は、蒸着法やスパッタ法、イオンプレーティング法等の物理的方式、転写法、インクジェット法、スプレー法、印刷法、塗布法等の湿式方式等いずれによっても好適に形成することができる。

＜有機発光層＞
有機発光層は、電界印加時に、陽極、正孔注入層、又は正孔輸送層から正孔を受け取り、また、陰極、電子注入層、又は電子輸送層から電子を受け取って、正孔と電子の再結合の場を提供して発光させる機能を有する層である。

有機発光層は１層であっても２層以上であってもよく、それぞれの層が異なる発光色で発光してもよい。

本実施形態において、有機発光層は、発光材料のみで構成されていてもよく、ホスト材料と発光性ドーパントの混合層としてもよい。発光性ドーパントは蛍光発光材料でも燐光発光材料であっても良く、２種以上であっても良い。ホスト材料は電荷輸送材料であることが好ましい。ホスト材料は１種であっても２種以上であってもよく、例えば、電子輸送性のホスト材料とホール輸送性のホスト材料を混合した構成が挙げられる。さらに、有機発光層中に電荷輸送性を有さず、発光しない材料を含んでいてもよい。

本実施形態の有機発光層は、色純度を向上させるためや発光波長領域を広げるために２種類以上の発光性ドーパントを含有することができる。発光性ドーパントは、ホスト化合物との間で、イオン化ポテンシャルの差（ΔＩｐ）と電子親和力の差（ΔＥａ）が、１．２ｅＶ＞△Ｉｐ＞０．２ｅＶ、及び／又は１．２ｅＶ＞△Ｅａ＞０．２ｅＶの関係を満たすドーパントであることが駆動耐久性の観点で好ましい。

発光性ドーパントとしては、燐光性発光材料、蛍光性発光材料等いずれもドーパントとして用いることができる。

燐光性の発光性ドーパントとしては、一般に、遷移金属原子又はランタノイド原子を含む錯体を挙げることができる。例えば、該遷移金属原子としては特に限定されないが、好ましくは、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、タングステン、レニウム、オスミウム、イリジウム、金、銀、銅、及び白金が挙げられ、より好ましくは、レニウム、イリジウム、及び白金であり、さらに好ましくはイリジウム、白金である。

ランタノイド原子としては、例えばランタン、セリウム、プラセオジム、ネオジム、サマリウム、ユーロピウム、ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウム、ツリウム、イッテルビウム、およびルテシウムが挙げられ、中でも、ネオジム、ユーロピウム、及びガドリニウムが好ましい。

錯体の配位子としては、例えば、Ｇ．Ｗｉｌｋｉｎｓｏｎ等著，Ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ Ｃｏｏｒｄｉｎａｔｉｏｎ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ， Ｐｅｒｇａｍｏｎ Ｐｒｅｓｓ社１９８７年発行、Ｈ．Ｙｅｒｓｉｎ著，「Ｐｈｏｔｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ ａｎｄ Ｐｈｏｔｏｐｈｙｓｉｃｓ ｏｆ Ｃｏｏｒｄｉｎａｔｉｏｎ Ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ」 Ｓｐｒｉｎｇｅｒ−Ｖｅｒｌａｇ社１９８７年発行、山本明夫著「有機金属化学−基礎と応用−」裳華房社１９８２年発行等に記載の配位子などが挙げられる。

具体的な配位子としては、好ましくは、ハロゲン配位子（好ましくは塩素配位子）、芳香族炭素環配位子（例えば、好ましくは炭素数５〜３０、より好ましくは炭素数６〜３０、さらに好ましくは炭素数６〜２０であり、特に好ましくは炭素数６〜１２であり、シクロペンタジエニルアニオン、ベンゼンアニオン、またはナフチルアニオンなど）、含窒素ヘテロ環配位子（例えば、好ましくは炭素数５〜３０、より好ましくは炭素数６〜３０、さらに好ましくは炭素数６〜２０であり、特に好ましくは炭素数６〜１２であり、フェニルピリジン、ベンゾキノリン、キノリノール、ビピリジル、またはフェナントロリンなど）、ジケトン配位子（例えば、アセチルアセトンなど）、カルボン酸配位子（例えば、好ましくは炭素数２〜３０、より好ましくは炭素数２〜２０、さらに好ましくは炭素数２〜１６であり、酢酸配位子など）、アルコラト配位子（例えば、好ましくは炭素数１〜３０、より好ましくは炭素数１〜２０、さらに好ましくは炭素数６〜２０であり、フェノラト配位子など）、シリルオキシ配位子（例えば、好ましくは炭素数３〜４０、より好ましくは炭素数３〜３０、さらに好ましくは炭素数３〜２０であり、例えば、トリメチルシリルオキシ配位子、ジメチル−ｔｅｒｔ−ブチルシリルオキシ配位子、トリフェニルシリルオキシ配位子など）、一酸化炭素配位子、イソニトリル配位子、シアノ配位子、リン配位子（好ましくは炭素数３〜４０、より好ましくは炭素数３〜３０、さらに好ましくは炭素数３〜２０、特に好ましくは炭素数６〜２０であり、例えば、トリフェニルフォスフィン配位子など）、チオラト配位子（好ましくは炭素数１〜３０、より好ましくは炭素数１〜２０、さらに好ましくは炭素数６〜２０、例えば、フェニルチオラト配位子など）、フォスフィンオキシド配位子（好ましくは炭素数３〜３０、より好ましくは炭素数８〜３０、さらに好ましくは炭素数１８〜３０、例えば、トリフェニルフォスフィンオキシド配位子など）であり、より好ましくは、含窒素ヘテロ環配位子である。

上記錯体は、化合物中に遷移金属原子を一つ有してもよいし、また、２つ以上有するいわゆる複核錯体であってもよい。異種の金属原子を同時に含有していてもよい。

発光性ドーパントの具体例としては、例えば、ＵＳ６３０３２３８Ｂ１、ＵＳ６０９７１４７、ＷＯ００／５７６７６、ＷＯ００／７０６５５、ＷＯ０１／０８２３０、ＷＯ０１／３９２３４Ａ２、ＷＯ０１／４１５１２Ａ１、ＷＯ０２／０２７１４Ａ２、ＷＯ０２／１５６４５Ａ１、ＷＯ０２／４４１８９Ａ１、ＷＯ０５／１９３７３Ａ２、特開２００１−２４７８５９、特開２００２−３０２６７１、特開２００２−１１７９７８、特開２００３−１３３０７４、特開２００２−２３５０７６、特開２００３−１２３９８２、特開２００２−１７０６８４、ＥＰ１２１１２５７、特開２００２−２２６４９５、特開２００２−２３４８９４、特開２００１−２４７８５９、特開２００１−２９８４７０、特開２００２−１７３６７４、特開２００２−２０３６７８、特開２００２−２０３６７９、特開２００４−３５７７９１、特開２００６−２５６９９９、特開２００７−１９４６２、特開２００７−８４６３５、特開２００７−９６２５９等の特許文献に記載の燐光発光化合物などが挙げられ、中でも、さらに好ましい発光性ドーパントとしては、Ｉｒ錯体、Ｐｔ錯体、Ｃｕ錯体、Ｒｅ錯体、Ｗ錯体、Ｒｈ錯体、Ｒｕ錯体、Ｐｄ錯体、Ｏｓ錯体、Ｅｕ錯体、Ｔｂ錯体、Ｇｄ錯体、Ｄｙ錯体、およびＣｅ錯体が挙げられる。特に好ましくは、Ｉｒ錯体、Ｐｔ錯体、またはＲｅ錯体であり、中でも金属−炭素結合、金属−窒素結合、金属−酸素結合、金属−硫黄結合の少なくとも一つの配位様式を含むＩｒ錯体、Ｐｔ錯体、またはＲｅ錯体がより好ましい。さらに、発光効率、駆動耐久性、色度等の観点で、３座以上の多座配位子を含むＩｒ錯体、Ｐｔ錯体、またはＲｅ錯体が特に好ましい。

蛍光性の発光性ドーパントとしては、一般には、ベンゾオキサゾール、ベンゾイミダゾール、ベンゾチアゾール、スチリルベンゼン、ポリフェニル、ジフェニルブタジエン、テトラフェニルブタジエン、ナフタルイミド、クマリン、ピラン、ペリノン、オキサジアゾール、アルダジン、ピラリジン、シクロペンタジエン、ビススチリルアントラセン、キナクリドン、ピロロピリジン、チアジアゾロピリジン、シクロペンタジエン、スチリルアミン、芳香族ジメチリディン化合物、縮合多環芳香族化合物（アントラセン、フェナントロリン、ピレン、ペリレン、ルブレン、またはペンタセンなど）、８−キノリノールの金属錯体、ピロメテン錯体や希土類錯体に代表される各種金属錯体、ポリチオフェン、ポリフェニレン、ポリフェニレンビニレン等のポリマー化合物、有機シラン、およびこれらの誘導体などを挙げることができる。

これらの中でも、発光性ドーパントの具体例としては例えば下記のものが挙げられるが、これらに限定されるものではない。

上記発光性ドーパントのうち、発光効率、耐久性の観点からＤ−２、Ｄ−３、Ｄ−４、Ｄ−５、Ｄ−６、Ｄ−７、Ｄ−８、Ｄ−９、Ｄ−１０、Ｄ−１１、Ｄ−１２、Ｄ−１３、Ｄ−１４、Ｄ−１５、Ｄ−１６、Ｄ−２１、Ｄ−２２、Ｄ−２３、Ｄ−２４、またはＤ−２５が好ましく、Ｄ−２、Ｄ−３、Ｄ−４、Ｄ−５、Ｄ−６、Ｄ−７、Ｄ−８、Ｄ−１２、Ｄ−１４、Ｄ−１５、Ｄ−１６、Ｄ−２１、Ｄ−２２、Ｄ−２３、またはＤ−２４がより好ましく、Ｄ−２１、Ｄ−２２、Ｄ−２３、またはＤ−２４がさらに好ましい。

有機発光層中の発光性ドーパントは、発光層中において、一般的に、発光層を形成する全化合物質量に対して、０．１質量％〜５０質量％含有されるが、耐久性、外部量子効率の観点から１質量％〜５０質量％含有されることが好ましく、２質量％〜４０質量％含有されることがより好ましい。

ホスト材料としては、正孔輸送性に優れる正孔輸送性ホスト材料（正孔輸送性ホストと記載する場合がある）及び電子輸送性に優れる電子輸送性ホスト化合物（電子輸送性ホストと記載する場合がある）を用いることができる。

正孔輸送性ホストとしては、例えば、ピロール、インドール、カルバゾール、アザインドール、アザカルバゾール、トリアゾール、オキサゾール、オキサジアゾール、ピラゾール、イミダゾール、チオフェン、ポリアリールアルカン、ピラゾリン、ピラゾロン、フェニレンジアミン、アリールアミン、アミノ置換カルコン、スチリルアントラセン、フルオレノン、ヒドラゾン、スチルベン、シラザン、芳香族第三級アミン化合物、スチリルアミン化合物、芳香族ジメチリディン系化合物、ポルフィリン系化合物、ポリシラン系化合物、ポリ（Ｎ−ビニルカルバゾール）、アニリン系共重合体、チオフェンオリゴマー、ポリチオフェン等の導電性高分子オリゴマー、有機シラン、カーボン膜、及び、それらの誘導体等が挙げられる。中でも、インドール誘導体、カルバゾール誘導体、芳香族第三級アミン化合物、チオフェン誘導体が好ましく、分子内にカルバゾール基を有するものがより好ましい。特に、ｔ−ブチル置換カルバゾール基を有する化合物が好ましい。

電子輸送性ホストとしては、耐久性向上、駆動電圧低下の観点から、電子親和力Ｅａが２．５ｅＶ以上３．５ｅＶ以下であることが好ましく、２．６ｅＶ以上３．４ｅＶ以下であることがより好ましく、２．８ｅＶ以上３．３ｅＶ以下であることがさらに好ましい。また、耐久性向上、駆動電圧低下の観点から、イオン化ポテンシャルＩｐが５．７ｅＶ以上７．５ｅＶ以下であることが好ましく、５．８ｅＶ以上７．０ｅＶ以下であることがより好ましく、５．９ｅＶ以上６．５ｅＶ以下であることがさらに好ましい。

このような電子輸送性ホストとしては、例えば、ピリジン、ピリミジン、トリアジン、イミダゾール、ピラゾール、トリアゾ−ル、オキサゾ−ル、オキサジアゾ−ル、フルオレノン、アントラキノジメタン、アントロン、ジフェニルキノン、チオピランジオキシド、カルボジイミド、フルオレニリデンメタン、ジスチリルピラジン、フッ素置換芳香族化合物、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、フタロシアニン、およびそれらの誘導体（他の環と縮合環を形成してもよい）、８−キノリノ−ル誘導体の金属錯体やメタルフタロシアニン、ベンゾオキサゾ−ルやベンゾチアゾ−ルを配位子とする金属錯体に代表される各種金属錯体等を挙げることができる。中でも、金属錯体、アゾール誘導体（ベンズイミダゾール誘導体、イミダゾピリジン誘導体等）、アジン誘導体（ピリジン誘導体、ピリミジン誘導体、トリアジン誘導体等）が好ましく、耐久性の点から金属錯体化合物がより好ましい。金属錯体化合物（Ａ）は金属に配位する少なくとも１つの窒素原子または酸素原子または硫黄原子を有する配位子をもつ金属錯体であることが好ましい。

金属錯体中の金属イオンは特に限定されないが、好ましくはベリリウムイオン、マグネシウムイオン、アルミニウムイオン、ガリウムイオン、亜鉛イオン、インジウムイオン、錫イオン、白金イオン、またはパラジウムイオンであり、より好ましくはベリリウムイオン、アルミニウムイオン、ガリウムイオン、亜鉛イオン、白金イオン、またはパラジウムイオンであり、さらに好ましくはアルミニウムイオン、亜鉛イオン、またはパラジウムイオンである。

金属錯体中に含まれる配位子としては種々の公知の配位子が有るが、例えば、「Ｐｈｏｔｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ ａｎｄ Ｐｈｏｔｏｐｈｙｓｉｃｓ ｏｆ Ｃｏｏｒｄｉｎａｔｉｏｎ Ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ」、Ｓｐｒｉｎｇｅｒ−Ｖｅｒｌａｇ社、Ｈ．Ｙｅｒｓｉｎ著、１９８７年発行、「有機金属化学−基礎と応用−」、裳華房社、山本明夫著、１９８２年発行等に記載の配位子が挙げられる。

配位子としては、含窒素ヘテロ環配位子（好ましくは炭素数１〜３０、より好ましくは炭素数２〜２０、特に好ましくは炭素数３〜１５であり、単座配位子であっても２座以上の配位子であってもよい。好ましくは２座以上６座以下の配位子である。また、２座以上６座以下の配位子と単座の混合配位子も好ましい。）、
アジン配位子（例えば、ピリジン配位子、ビピリジル配位子、ターピリジン配位子などが挙げられる。）、ヒドロキシフェニルアゾール配位子（例えば、ヒドロキシフェニルベンズイミダゾール配位子、ヒドロキシフェニルベンズオキサゾール配位子、ヒドロキシフェニルイミダゾール配位子、ヒドロキシフェニルイミダゾピリジン配位子などが挙げられる。）、アルコキシ配位子（好ましくは炭素数１〜３０、より好ましくは炭素数１〜２０、特に好ましくは炭素数１〜１０であり、例えばメトキシ、エトキシ、ブトキシ、２−エチルヘキシロキシなどが挙げられる。）、アリールオキシ配位子（好ましくは炭素数６〜３０、より好ましくは炭素数６〜２０、特に好ましくは炭素数６〜１２であり、例えばフェニルオキシ、１−ナフチルオキシ、２−ナフチルオキシ、２，４，６−トリメチルフェニルオキシ、４−ビフェニルオキシなどが挙げられる。）、
ヘテロアリールオキシ配位子（好ましくは炭素数１〜３０、より好ましくは炭素数１〜２０、特に好ましくは炭素数１〜１２であり、例えばピリジルオキシ、ピラジルオキシ、ピリミジルオキシ、およびキノリルオキシなどが挙げられる。）、アルキルチオ配位子（好ましくは炭素数１〜３０、より好ましくは炭素数１〜２０、特に好ましくは炭素数１〜１２であり、例えばメチルチオ、エチルチオなどが挙げられる。）、アリールチオ配位子（好ましくは炭素数６〜３０、より好ましくは炭素数６〜２０、特に好ましくは炭素数６〜１２であり、例えばフェニルチオなどが挙げられる。）、ヘテロアリールチオ配位子（好ましくは炭素数１〜３０、より好ましくは炭素数１〜２０、特に好ましくは炭素数１〜１２であり、例えばピリジルチオ、２−ベンズイミゾリルチオ、２−ベンズオキサゾリルチオ、および２−ベンズチアゾリルチオなどが挙げられる。）、シロキシ配位子（好ましくは炭素数１〜３０、より好ましくは炭素数３〜２５、特に好ましくは炭素数６〜２０であり、例えば、トリフェニルシロキシ基、トリエトキシシロキシ基、およびトリイソプロピルシロキシ基などが挙げられる。）、芳香族炭化水素アニオン配位子（好ましくは炭素数６〜３０、より好ましくは炭素数６〜２５、特に好ましくは炭素数６〜２０であり、例えばフェニルアニオン、ナフチルアニオン、およびアントラニルアニオンなどが挙げられる。）、芳香族ヘテロ環アニオン配位子（好ましくは炭素数１〜３０、より好ましくは炭素数２〜２５、特に好ましくは炭素数２〜２０であり、例えばピロールアニオン、ピラゾールアニオン、ピラゾールアニオン、トリアゾールアニオン、オキサゾールアニオン、ベンゾオキサゾールアニオン、チアゾールアニオン、ベンゾチアゾールアニオン、チオフェンアニオン、およびベンゾチオフェンアニオンなどが挙げられる。）、インドレニンアニオン配位子などが挙げられ、好ましくは含窒素ヘテロ環配位子、アリールオキシ配位子、ヘテロアリールオキシ基、またはシロキシ配位子であり、さらに好ましくは含窒素ヘテロ環配位子、アリールオキシ配位子、シロキシ配位子、芳香族炭化水素アニオン配位子、または芳香族ヘテロ環アニオン配位子である。

金属錯体電子輸送性ホストとしては、例えば特開２００２−２３５０７６、特開２００４−２１４１７９、特開２００４−２２１０６２、特開２００４−２２１０６５、特開２００４−２２１０６８、特開２００４−３２７３１３等に記載の化合物が挙げられる。

有機発光層において、ホスト材料は、三重項最低励起準位（Ｔ１）が、燐光発光材料のＴ１より高いものであることが色純度、発光効率、駆動耐久性の点で好ましい。

また、ホスト化合物の含有量は、特に限定されるものではないが、発光効率、駆動電圧の観点から、有機発光層を形成する全化合物質量に対して１５質量％以上９５質量％以下であることが好ましい。

有機発光層の厚さは、特に限定されるものではないが、通常、２ｎｍ〜５００ｎｍであるのが好ましく、中でも、外部量子効率の観点で、３ｎｍ〜２００ｎｍであるのがより好ましく、５ｎｍ〜１００ｎｍであるのがさらに好ましい。

＜正孔注入層、正孔輸送層＞
正孔注入層、正孔輸送層は、陽極又は陽極側から正孔を受け取り陰極側に輸送する機能を有する層である。これらの層に用いる正孔注入材料、正孔輸送材料は、低分子化合物であっても高分子化合物であってもよい。

具体的には、ピロール誘導体、カルバゾール誘導体、トリアゾール誘導体、オキサゾール誘導体、オキサジアゾール誘導体、イミダゾール誘導体、ポリアリールアルカン誘導体、ピラゾリン誘導体、ピラゾロン誘導体、フェニレンジアミン誘導体、アリールアミン誘導体、アミノ置換カルコン誘導体、スチリルアントラセン誘導体、フルオレノン誘導体、ヒドラゾン誘導体、スチルベン誘導体、シラザン誘導体、芳香族第三級アミン化合物、スチリルアミン化合物、芳香族ジメチリディン系化合物、フタロシアニン系化合物、ポルフィリン系化合物、チオフェン誘導体、有機シラン誘導体、カーボン、等を含有する層であることが好ましい。

有機ＥＬ素子１〜３の正孔注入層あるいは正孔輸送層には、電子受容性ドーパントを含有させることができる。正孔注入層、あるいは正孔輸送層に導入する電子受容性ドーパントとしては、電子受容性で有機化合物を酸化する性質を有すれば、無機化合物でも有機化合物でも使用できる。

無機化合物としては、塩化第二鉄や塩化アルミニウム、塩化ガリウム、塩化インジウム、五塩化アンチモンなどのハロゲン化金属、五酸化バナジウム、および三酸化モリブデンなどの金属酸化物などが挙げられる。

有機化合物の場合は、置換基としてニトロ基、ハロゲン、シアノ基、トリフルオロメチル基などを有する化合物、キノン系化合物、酸無水物系化合物、フラーレンなどを好適に用いることができる。

この他にも、特開平６−２１２１５３、特開平１１−１１１４６３、特開平１１−２５１０６７、特開２０００−１９６１４０、特開２０００−２８６０５４、特開２０００−３１５５８０、特開２００１−１０２１７５、特開２００１−１６０４９３、特開２００２−２５２０８５、特開２００２−５６９８５、特開２００３−１５７９８１、特開２００３−２１７８６２、特開２００３−２２９２７８、特開２００４−３４２６１４、特開２００５−７２０１２、特開２００５−１６６６３７、特開２００５−２０９６４３等に記載の化合物を好適に用いることが出来る。

このうちヘキサシアノブタジエン、ヘキサシアノベンゼン、テトラシアノエチレン、テトラシアノキノジメタン、テトラフルオロテトラシアノキノジメタン、ｐ−フルオラニル、ｐ−クロラニル、ｐ−ブロマニル、ｐ−ベンゾキノン、２，６−ジクロロベンゾキノン、２，５−ジクロロベンゾキノン、１，２，４，５−テトラシアノベンゼン、１，４−ジシアノテトラフルオロベンゼン、２，３−ジクロロ−５，６−ジシアノベンゾキノン、ｐ−ジニトロベンゼン、ｍ−ジニトロベンゼン、ｏ−ジニトロベンゼン、１，４−ナフトキノン、２，３−ジクロロナフトキノン、１，３−ジニトロナフタレン、１，５−ジニトロナフタレン、９，１０−アントラキノン、１，３，６，８−テトラニトロカルバゾール、２，４，７−トリニトロ−９−フルオレノン、２，３，５，６−テトラシアノピリジン、またはフラーレンＣ６０が好ましく、ヘキサシアノブタジエン、ヘキサシアノベンゼン、テトラシアノエチレン、テトラシアノキノジメタン、テトラフルオロテトラシアノキノジメタン、ｐ−フルオラニル、ｐ−クロラニル、ｐ−ブロマニル、２，６−ジクロロベンゾキノン、２，５−ジクロロベンゾキノン、２，３−ジクロロナフトキノン、１，２，４，５−テトラシアノベンゼン、２，３−ジクロロ−５，６−ジシアノベンゾキノン、または２，３，５，６−テトラシアノピリジンがより好ましく、テトラフルオロテトラシアノキノジメタンが特に好ましい。

これらの電子受容性ドーパントは、単独で用いてもよいし、２種以上を用いてもよい。電子受容性ドーパントの使用量は、材料の種類によって異なるが、正孔輸送層材料に対して０．０１質量％〜５０質量％であることが好ましく、０．０５質量％〜２０質量％であることがさらに好ましく、０．１質量％〜１０質量％であることが特に好ましい。

正孔注入層、正孔輸送層の厚さは、駆動電圧を下げるという観点から、各々５００ｎｍ以下であることが好ましい。

正孔輸送層の厚さとしては、１ｎｍ〜５００ｎｍであるのが好ましく、５ｎｍ〜２００ｎｍであるのがより好ましく、１０ｎｍ〜１００ｎｍであるのがさらに好ましい。また、正孔注入層の厚さとしては、０．１ｎｍ〜２００ｎｍであるのが好ましく、０．５ｎｍ〜１００ｎｍであるのがより好ましく、１ｎｍ〜１００ｎｍであるのがさらに好ましい。

正孔注入層、正孔輸送層は、上述した材料の１種又は２種以上からなる単層構造であってもよいし、同一組成又は異種組成の複数層からなる多層構造であってもよい。

＜電子注入層、電子輸送層＞
電子注入層、電子輸送層は、陰極又は陰極側から電子を受け取り陽極側に輸送する機能を有する層である。これらの層に用いる電子注入材料、電子輸送材料は低分子化合物であっても高分子化合物であってもよい。

具体的には、ピリジン誘導体、キノリン誘導体、ピリミジン誘導体、ピラジン誘導体、フタラジン誘導体、フェナントロリン誘導体、トリアジン誘導体、トリアゾール誘導体、オキサゾール誘導体、オキサジアゾール誘導体、イミダゾール誘導体、フルオレノン誘導体、アントラキノジメタン誘導体、アントロン誘導体、ジフェニルキノン誘導体、チオピランジオキシド誘導体、カルボジイミド誘導体、フルオレニリデンメタン誘導体、ジスチリルピラジン誘導体、ナフタレン、ペリレン等の芳香環テトラカルボン酸無水物、フタロシアニン誘導体、８−キノリノール誘導体の金属錯体やメタルフタロシアニン、ベンゾオキサゾールやベンゾチアゾールを配位子とする金属錯体に代表される各種金属錯体、シロールに代表される有機シラン誘導体、等を含有する層であることが好ましい。

有機ＥＬ素子１〜３の電子注入層あるいは電子輸送層には、電子供与性ドーパントを含有させることができる。電子注入層、あるいは電子輸送層に導入される電子供与性ドーパントとしては、電子供与性で有機化合物を還元する性質を有していればよく、Ｌｉなどのアルカリ金属、Ｍｇなどのアルカリ土類金属、希土類金属を含む遷移金属や還元性有機化合物などが好適に用いられる。金属としては、特に仕事関数が４．２ｅＶ以下の金属が好適に使用でき、具体的には、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｂｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｙ、Ｃｓ、Ｌａ、Ｓｍ、Ｇｄ、およびＹｂなどが挙げられる。また、還元性有機化合物としては、例えば、含窒素化合物、含硫黄化合物、含リン化合物などが挙げられる。

この他にも、特開平６−２１２１５３、特開２０００−１９６１４０、特開２００３−６８４６８、特開２００３−２２９２７８、特開２００４−３４２６１４等に記載の材料を用いることが出来る。

これらの電子供与性ドーパントは、単独で用いてもよいし、２種以上を用いてもよい。電子供与性ドーパントの使用量は、材料の種類によって異なるが、電子輸送層材料に対して０．１質量％〜９９質量％であることが好ましく、１．０質量％〜８０質量％であることがさらに好ましく、２．０質量％〜７０質量％であることが特に好ましい。

電子注入層、電子輸送層の厚さは、駆動電圧を下げるという観点から、各々５００ｎｍ以下であることが好ましい。

電子輸送層の厚さとしては、１ｎｍ〜５００ｎｍであるのが好ましく、５ｎｍ〜２００ｎｍであるのがより好ましく、１０ｎｍ〜１００ｎｍであるのがさらに好ましい。また、電子注入層の厚さとしては、０．１ｎｍ〜２００ｎｍであるのが好ましく、０．２ｎｍ〜１００ｎｍであるのがより好ましく、０．５ｎｍ〜５０ｎｍであるのがさらに好ましい。

電子注入層、電子輸送層は、上述した材料の１種又は２種以上からなる単層構造であってもよいし、同一組成又は異種組成の複数層からなる多層構造であってもよい。

＜正孔ブロック層＞
正孔ブロック層は、陽極側から有機発光層に輸送された正孔が、陰極側に通りぬけることを防止する機能を有する層であり、有機発光層と陰極２２側で隣接する層として設けることができる。

正孔ブロック層を構成する化合物の例としては、ＢＡｌｑ等のアルミニウム錯体、トリアゾール誘導体、ＢＣＰ等のフェナントロリン誘導体、等が挙げられる。

正孔ブロック層の厚さとしては、１ｎｍ〜５００ｎｍであるのが好ましく、５ｎｍ〜２００ｎｍであるのがより好ましく、１０ｎｍ〜１００ｎｍであるのがさらに好ましい。

正孔ブロック層は、上述した材料の１種又は２種以上からなる単層構造であってもよいし、同一組成又は異種組成の複数層からなる多層構造であってもよい。

＜電子ブロック層＞
電子ブロック層は、陰極２２側から有機発光層に輸送された電子が、陽極２１側に通りぬけることを防止する機能を有する層であり、有機発光層と陽極２１側で隣接する層として設けることができる。

電子ブロック層を構成する化合物の例としては、例えば前述の正孔輸送材料として挙げたものが適用できる。

電子ブロック層の厚さとしては、１ｎｍ〜５００ｎｍであるのが好ましく、５ｎｍ〜２００ｎｍであるのがより好ましく、１０ｎｍ〜１００ｎｍであるのがさらに好ましい。

正孔ブロック層は、上述した材料の１種又は２種以上からなる単層構造であってもよいし、同一組成又は異種組成の複数層からなる多層構造であってもよい。

＜保護層＞
有機ＥＬ素子１〜３には、外部からの水分や酸素等の素子劣化因子が素子内部に混入することを防ぐ保護層５０が光散乱層４０上に設けられている。保護層５０は、水分や酸素等の素子劣化因子が素子内に入ることを抑止しうる物質を含んでいることが好ましい。かかる物質としては、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ａｕ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｎｉ等の金属、ＭｇＯ、ＳｉＯ、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、ＧｅＯ、ＮｉＯ、ＣａＯ、ＢａＯ、Ｆｅ_２Ｏ_３、Ｙ_２Ｏ_３、ＴｉＯ_２等の金属酸化物、ＳｉＮ_ｘ、ＳｉＮ_ｘＯ_ｙ等の金属窒化物、ＭｇＦ_２、ＬｉＦ、ＡｌＦ_３、ＣａＦ_２等の金属フッ化物、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、ポリウレア、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、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、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、共重合主鎖に環状構造を有する含フッ素共重合体、吸水率１％以上の吸水性物質、吸水率０．１％以下の防湿性物質等が挙げられる。

保護層５０の形成方法については、特に限定はなく、例えば、真空蒸着法、スパッタリング法、反応性スパッタリング法、ＭＢＥ（分子線エピタキシ）法、クラスターイオンビーム法、イオンプレーティング法、プラズマ重合法（高周波励起イオンプレーティング法）、プラズマＣＶＤ法、レーザーＣＶＤ法、熱ＣＶＤ法、ガスソースＣＶＤ法、コーティング法、印刷法、転写法を適用できる。

有機ＥＬ素子１〜３では、光散乱層４０を介して取り出した光をより高効率に外部に取り出すために、第1の散乱部４１の屈折率と、保護層５０の屈折率とが略同一であることが好ましい。

有機ＥＬ素子１〜３では、光散乱層４０上に保護層５０を設けた構成としたが、光散乱層４０自身に保護層としての機能を有するようにしてもよい。また、保護層５０は光散乱層４０の表面だけでなく、基板１０から光散乱層４０までの素子構造全体を覆う構成としてもよい。

＜封止＞
さらに、有機ＥＬ素子１〜３は、封止容器や封止剤を用いて素子全体を封止して、外部からの水分や酸素等の素子劣化因子の素子内部への混入することを防ぐ構成としてもよい。

封止容器を用いる場合、封止容器と発光素子の間の空間に水分吸収剤又は不活性液体を封入してもよい。水分吸収剤としては、特に限定されることはないが、例えば、酸化バリウム、酸化ナトリウム、酸化カリウム、酸化カルシウム、硫酸ナトリウム、硫酸カルシウム、硫酸マグネシウム、五酸化燐、塩化カルシウム、塩化マグネシウム、塩化銅、フッ化セシウム、フッ化ニオブ、臭化カルシウム、臭化バナジウム、モレキュラーシーブ、ゼオライト、および酸化マグネシウム等を挙げることができる。不活性液体としては、特に限定されることはないが、例えば、パラフィン類、流動パラフィン類、パーフルオロアルカンやパーフルオロアミン、パーフルオロエーテル等のフッ素系溶剤、塩素系溶剤、およびシリコーンオイル類が挙げられる。

また、封止剤を用いて封止層を形成する場合は、封止剤を塗布法や蒸着法、スパッタリング法等により成膜する方法等により封止することができる。封止剤としては、特に限定されないが、安価で取り扱い性に優れることから、樹脂製の封止剤が好ましく用いられる。

樹脂製の封止剤としては、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、フッ素系樹脂、シリコン系樹脂、ゴム系樹脂、またはエステル系樹脂等が挙げられ、中でも水分防止機能の点からエポキシ樹脂が好ましい。エポキシ樹脂の中でも熱硬化型エポキシ樹脂、または光硬化型エポキシ樹脂が好ましい。

封止層の厚みは１μｍ以上、１ｍｍ以下が好ましい。さらに好ましくは５μｍ以上、１００μｍ以下であり、最も好ましくは１０μｍ以上５０μｍ以下である。これよりも薄いと、充分な封止効果をえることが難しく、また厚すぎると有機ＥＬ素子自体の厚みが厚くなり、小型化、薄型化の点で好ましくない。

上記した封止層には、耐湿性に優れるフィラーや乾燥剤等を添加していてもよい。添加されているフィラーとしては、ＳｉＯ_２、ＳｉＯ（酸化ケイ素）、ＳｉＯＮ（酸窒化ケイ素）またはＳｉＮ（窒化ケイ素）等の無機材料が好ましい。フィラーの添加により、封止剤の粘度が上昇し、加工適正が向上し、および耐湿性が向上する。乾燥剤としては、酸化バリウム、酸化カルシウム、または酸化ストロンチウムが好ましい。

また、樹脂製の封止層は、樹脂シートを圧着又は熱圧着する方法によって設けてもよい。

なお、封止層は、有機ＥＬ素子を駆動するために同一基板上に設けられた薄膜トランジスタを備えた、有機ＥＬパネル等の表示素子として、該表示素子の少なくとも表示領域側に設けられる構成としてもよい。

有機ＥＬ素子１〜３は、陽極２１と陰極２２との間に直流（必要に応じて交流成分を含んでもよい）電圧（通常２ボルト〜１５ボルト）、又は直流電流を印加することにより、発光を得ることができる。

有機ＥＬ素子の駆動方法については、特開平２−１４８６８７号、同６−３０１３５５号、同５−２９０８０号、同７−１３４５５８号、同８−２３４６８５号、同８−２４１０４７号の各公報、特許第２７８４６１５号、米国特許５８２８４２９号、同６０２３３０８号の各明細書、等に記載の駆動方法を適用することができる。

「設計変更」
上記実施形態では、トップエミッション型の有機ＥＬ素子である場合について説明したが、光散乱層４０は、全反射により素子内部に閉じ込められる光のエバネッセント光を散乱光として外部に取り出すものであるので、ボトムエミッション型の光取り出し側の全反射面に設けた構成としても同様の効果を得ることができる。また、同様に両面発光型についても、その両方の光取り出し側の全反射面に光散乱層４０を設けることができ、それぞれの光取り出し面において上記の効果を得ることができる。

また、上記実施形態では、発光層３０が有機化合物層である有機ＥＬ素子について説明したが、本発明の発光素子は、発光層３０が無機化合物層である無機ＥＬ素子にも好適に適用することができる。無機化合物層からなる発光層３０としては、公知の無機ＥＬ素子に用いられる無機化合物層を用いることができ、ＺｎＳ等の蛍光物質が分散された誘電体層などが挙げられる。

有機ＥＬ素子と無機ＥＬ素子とでは、発光層３０が異なるが、発光のメカニズムは同様であるため、図１〜図３に示される素子構成はそのまま無機ＥＬ素子に適用することができ、同様の効果を得ることができる。

本発明の発光素子は、表示素子、ディスプレイ、バックライト、電子写真、照明光源、記録光源、露光光源、読み取り光源、標識、看板、インテリア、光通信等に好適に利用できる。

本発明に係る一実施形態の発光素子を示す概略構成断面図 本発明に係るその他の実施形態の発光素子を示す概略構成断面図 本発明に係るその他の実施形態の発光素子を示す概略構成断面図

符号の説明

１，２，３ 有機ＥＬ素子（発光素子）
１０ ガラス基板
２１ 陽極
２２ 陰極（透光性電極）
３０ 発光層
４０ 光散乱層
４１ 第1の散乱部
４２ 第２の散乱部
４２０ 充填部
４２１ 薄膜層
５０ 保護層
６０ 金属膜

Claims (9)

1. 基板の一方の面上に、一対の電極と、該電極に把持された発光層とを備えてなり、前記一対の電極のうち少なくとも一方が透光性電極であり、前記一対の電極間に電圧を印加することにより前記発光層から光を発光せしめ、前記透光性電極側の端面から該光を取り出す発光素子であって、
   前記端面側の前記透光性電極の表面に、該表面に生じるエバネッセント光を散乱させる光散乱層を有し、
   該光散乱層が、前記端面側の表面に凹凸構造を有し且つ前記発光層の屈折率より低い屈折率を有する第1の散乱部と、該第1の散乱部の前記凹凸構造の少なくとも凹部の少なくとも底部に充填され、前記第１の散乱部と屈折率の異なる第２の散乱部とを有するものであり、
   前記凹部の底部と前記透光性電極の前記表面との距離が、前記エバネッセント光のしみ出し深さ以下であることを特徴とする発光素子。
2. 前記第２の散乱部が、前記凹部に充填された充填部と、該充填部上及び前記凹凸構造の凸部上に形成された薄膜層とからなることを特徴とする請求項１記載の発光素子。
3. 前記光散乱層の前記端面側の表面に、更に保護層を備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載の発光素子。
4. 前記第1の散乱部の屈折率と、前記保護層の屈折率とが略同一であることを特徴とすることを特徴とする請求項３に記載の発光素子。
5. 前記第２の散乱部が金属からなることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の発光素子。
6. 前記第２の散乱部が、前記第1の散乱部の屈折率より高い屈折率を有する誘電体からなることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の発光素子。
7. 前記透光性電極と前記光散乱層との間に、更に半透過半反射性の金属膜を備えたことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の発光素子。
8. 前記発光層が有機化合物層を含む有機電界発光素子であることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の発光素子。
9. 前記発光層が無機化合物層を含む無機電界発光素子であることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の発光素子。

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