JP2010146895A - 有機エレクトロルミネッセンス素子 - Google Patents
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Abstract
【課題】発光効率が高く、素子寿命が長い発光性能のより優れたマルチフォトン型の有機ＥＬ素子、照明装置、面状光源および表示装置を提供する。
【解決手段】有機ＥＬ素子は、第１電極と、光透過性を有する第２電極と、両電極間に設けられ、有機発光層を含む複数の発光ユニットと、発光ユニット間に配置される電荷発生層とを備え、電荷発生層は仕事関数が３．０ｅＶ以下の金属およびその化合物から成る群（Ａ）から選ばれるものの１種類以上と、仕事関数が４．０ｅＶ以上の化合物（Ｂ）の１種類以上とを含み、第２電極が発光ユニット側から第１層、第２層、第３層の順に配置された３層の積層体からなり、第１層が金属、金属酸化物、金属フッ化物及びこれらの混合物からなる群から選ばれるものの１種以上を含み、第２層に含まれる材料が第１層に含まれる材料に対して還元作用を有する。また第３層の可視光領域の光の透過率が４０％以上であることが好ましい。
【選択図】図１
【解決手段】有機ＥＬ素子は、第１電極と、光透過性を有する第２電極と、両電極間に設けられ、有機発光層を含む複数の発光ユニットと、発光ユニット間に配置される電荷発生層とを備え、電荷発生層は仕事関数が３．０ｅＶ以下の金属およびその化合物から成る群（Ａ）から選ばれるものの１種類以上と、仕事関数が４．０ｅＶ以上の化合物（Ｂ）の１種類以上とを含み、第２電極が発光ユニット側から第１層、第２層、第３層の順に配置された３層の積層体からなり、第１層が金属、金属酸化物、金属フッ化物及びこれらの混合物からなる群から選ばれるものの１種以上を含み、第２層に含まれる材料が第１層に含まれる材料に対して還元作用を有する。また第３層の可視光領域の光の透過率が４０％以上であることが好ましい。
【選択図】図１
Description
本発明は、有機エレクトロルミネッセンス素子（以下、有機ＥＬ素子ということがある。）、照明装置、面状光源及び表示装置に関する。
有機ＥＬ素子は一対の電極と該電極間に設けられる有機化合物を含む発光層（以下、有機発光層という場合がある）を含んで構成される。有機ＥＬ素子に電圧を印加すると、陽極から正孔が注入されるとともに、陰極から電子が注入され、これら正孔と電子とが有機発光層において再結合することによって発光する。
有機ＥＬ素子は、通常、１層の有機発光層を含んで構成されるところ、注入する電流に対する発光効率を向上させるために、有機発光層を含む発光ユニットを複数段積層したいわゆるマルチフォトン型の有機ＥＬ素子が提案されている。このような有機ＥＬ素子には、正孔と電子とを発生する電荷発生層が発光ユニット間に設けられている（例えば、特許文献１参照）。
有機ＥＬ素子は、通常、１層の有機発光層を含んで構成されるところ、注入する電流に対する発光効率を向上させるために、有機発光層を含む発光ユニットを複数段積層したいわゆるマルチフォトン型の有機ＥＬ素子が提案されている。このような有機ＥＬ素子には、正孔と電子とを発生する電荷発生層が発光ユニット間に設けられている（例えば、特許文献１参照）。
このような自発光型の有機ＥＬ素子を画素として用いた表示装置の実用化が検討されている。例えばアクティブマトリックス駆動方式の表示装置では、駆動回路が形成されたＴＦＴ（Thin Film Transistor）基板上に複数の有機ＥＬ素子が設けられる。基板側から光を取出すボトムエミッション型の有機ＥＬ素子では、基板上に設けられた駆動回路などによって光が遮られるため、通常は駆動回路などの遮光物に重ならないように有機ＥＬ素子が配置される。従って遮光物が占有する面積の分だけ有機ＥＬ素子の開口率が低下することになり、結果として全体としての輝度が低下する。そこで駆動回路などの遮光物とは無関係に開口率を向上するために、基板とは反対側から光を取出すトップエミッション型の有機ＥＬ素子が検討されている。
トップエミッション型の有機ＥＬ素子は、基板とは反対側に設けられる電極が透明電極によって構成される。例えば透明電極を、第１〜第３層の３層からなる陰極とした有機ＥＬ素子が提案されている（例えば、特許文献２）。この有機ＥＬ素子では、第１層および第３層が酸化物薄膜層によって構成され、第２層がＡｕ、Ａｇ、Ｃｕ、ＰｄおよびＰｔから選択される金属の薄膜からなる層によって構成されている。
有機ＥＬ素子を実用化していくにあたり、開口率が高いトップエミッション型において素子の発光効率のさらなる向上と、素子の長寿命化が求められている。
本発明は、上記従来技術における問題点に鑑みてなされたものであり、その課題は、発光効率が高く、素子寿命が長い発光性能のより優れたマルチフォトン型の有機ＥＬ素子、照明装置、面状光源および表示装置を提供することにある。
上記の課題を解決するため、本発明では、下記の構成を採用した。
［１］ 陽極および陰極のうちのいずれか一方の電極である第１電極と、
前記第１電極に対向して配置され、前記陽極および陰極のうちの他方の電極であり、光透過性を有する第２電極と、
前記第１電極および第２電極間に設けられ、かつそれぞれが有機化合物を含む発光層を有する複数の発光ユニットと、
前記発光ユニットに挟持されて配置される電荷発生層とを備え、
前記電荷発生層は、仕事関数が３．０ｅＶ以下の金属およびその化合物から成る群（Ａ）から選ばれるものの１種類以上と、仕事関数が４．０ｅＶ以上の化合物（Ｂ）の１種類以上とを含み、
前記第２電極が、前記発光ユニット側から第１層、第２層および第３層の順に配置された３層の積層体からなり、
前記第１層が金属、金属酸化物、金属フッ化物、及びこれらの混合物からなる群から選ばれるものの１種以上を含み、
前記第２層に含まれる材料が前記第１層に含まれる材料に対して還元作用を有する、
有機エレクトロルミネッセンス素子。
［２］ 前記発光層が、高分子有機化合物を含む、上記［１］に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
［３］ 前記電荷発生層が、前記金属およびその化合物から成る群（Ａ）から選ばれるものの１種類以上を含む第１の層と、前記化合物（Ｂ）の１種類以上を含む第２の層とを含み、前記第２の層よりも第１電極または第２電極としての陽極寄りに前記第１の層が配置される、上記［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］ 前記電荷発生層は、前記金属およびその化合物から成る群（Ａ）から選ばれるものの１種類以上と、前記化合物（Ｂ）の１種類以上とが混合されてなる層である、上記［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。
［５］ 前記仕事関数が３.０ｅＶ以下の金属が、アルカリ金属、及びアルカリ土類金属から成る群から選択される、上記［１］から［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。
［６］ 前記化合物（Ｂ）が、遷移金属酸化物である、上記［１］から［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］ 前記遷移金属酸化物が、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｍｎ、Ｔｃ、及びＲｅからなる群から選ばれる１種類以上の金属の酸化物である、上記［６］に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
［８］ 前記仕事関数が３．０ｅＶ以下の金属がＬｉであり、前記仕事関数が４．０ｅＶ以上の化合物がＶ2Ｏ5である、上記［１］から［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］ 前記第２層が、カルシウム、アルミニウム、マグネシウム、及びこれらの混合物からなる群より選択される金属を含む、上記［１］から［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。
［１０］ 前記第１層が、アルカリ金属、アルカリ土類金属、アルカリ金属の酸化物、アルカリ土類金属の酸化物、アルカリ金属のフッ化物、アルカリ土類金属のフッ化物、及びこれらの混合物からなる群より選ばれる材料を含む、上記［１］から［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。
［１１］ 前記第１層がバリウム、酸化バリウム、フッ化バリウム、及びこれらの混合物からなる第１の群より選ばれる材料、またはナトリウム、酸化ナトリウム、フッ化ナトリウム、及びこれらの混合物からなる第２の群より選ばれる材料を含む、上記［１０］に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
［１２］ 上記［１］から［１１］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を備える照明装置。
［１３］ 上記［１］から［１１］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を備える面状光源。
［１４］ 上記［１］から［１１］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を備える表示装置。
［１］ 陽極および陰極のうちのいずれか一方の電極である第１電極と、
前記第１電極に対向して配置され、前記陽極および陰極のうちの他方の電極であり、光透過性を有する第２電極と、
前記第１電極および第２電極間に設けられ、かつそれぞれが有機化合物を含む発光層を有する複数の発光ユニットと、
前記発光ユニットに挟持されて配置される電荷発生層とを備え、
前記電荷発生層は、仕事関数が３．０ｅＶ以下の金属およびその化合物から成る群（Ａ）から選ばれるものの１種類以上と、仕事関数が４．０ｅＶ以上の化合物（Ｂ）の１種類以上とを含み、
前記第２電極が、前記発光ユニット側から第１層、第２層および第３層の順に配置された３層の積層体からなり、
前記第１層が金属、金属酸化物、金属フッ化物、及びこれらの混合物からなる群から選ばれるものの１種以上を含み、
前記第２層に含まれる材料が前記第１層に含まれる材料に対して還元作用を有する、
有機エレクトロルミネッセンス素子。
［２］ 前記発光層が、高分子有機化合物を含む、上記［１］に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
［３］ 前記電荷発生層が、前記金属およびその化合物から成る群（Ａ）から選ばれるものの１種類以上を含む第１の層と、前記化合物（Ｂ）の１種類以上を含む第２の層とを含み、前記第２の層よりも第１電極または第２電極としての陽極寄りに前記第１の層が配置される、上記［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］ 前記電荷発生層は、前記金属およびその化合物から成る群（Ａ）から選ばれるものの１種類以上と、前記化合物（Ｂ）の１種類以上とが混合されてなる層である、上記［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。
［５］ 前記仕事関数が３.０ｅＶ以下の金属が、アルカリ金属、及びアルカリ土類金属から成る群から選択される、上記［１］から［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。
［６］ 前記化合物（Ｂ）が、遷移金属酸化物である、上記［１］から［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］ 前記遷移金属酸化物が、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｍｎ、Ｔｃ、及びＲｅからなる群から選ばれる１種類以上の金属の酸化物である、上記［６］に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
［８］ 前記仕事関数が３．０ｅＶ以下の金属がＬｉであり、前記仕事関数が４．０ｅＶ以上の化合物がＶ2Ｏ5である、上記［１］から［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］ 前記第２層が、カルシウム、アルミニウム、マグネシウム、及びこれらの混合物からなる群より選択される金属を含む、上記［１］から［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。
［１０］ 前記第１層が、アルカリ金属、アルカリ土類金属、アルカリ金属の酸化物、アルカリ土類金属の酸化物、アルカリ金属のフッ化物、アルカリ土類金属のフッ化物、及びこれらの混合物からなる群より選ばれる材料を含む、上記［１］から［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。
［１１］ 前記第１層がバリウム、酸化バリウム、フッ化バリウム、及びこれらの混合物からなる第１の群より選ばれる材料、またはナトリウム、酸化ナトリウム、フッ化ナトリウム、及びこれらの混合物からなる第２の群より選ばれる材料を含む、上記［１０］に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
［１２］ 上記［１］から［１１］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を備える照明装置。
［１３］ 上記［１］から［１１］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を備える面状光源。
［１４］ 上記［１］から［１１］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を備える表示装置。
本発明によれば、有機発光層を備える発光ユニットが複数段積層されたマルチフォトン型の有機ＥＬ素子を構成するとともに、特定の３層から成る第２電極を用いることによりトップエミッション型の有機ＥＬ素子を構成することができる。
マルチフォトン型の有機ＥＬ素子は、素子全体として取出される光を各発光ユニットが分担して放出することになるため、結果として有機ＥＬ素子全体に加わる負荷を各発光ユニットに分散させることができる。そのため、１層の有機発光層のみからなるシングルフォトン型の有機ＥＬ素子とマルチフォトン型の有機ＥＬ素子とを輝度が同じ条件で駆動させた場合、シングルフォトン型の有機ＥＬ素子の有機発光層に加わる負荷に比べて、マルチフォトン型の有機ＥＬ素子の各有機発光層に加わる負荷を軽くすることができる。このように、マルチフォトン型の有機ＥＬ素子は、各有機発光層に加わる負荷を軽くすることができるので、素子の長寿命化を図ることができる。また特定の３層から成る第２電極を用いることにより、トップエミッション型の有機ＥＬ素子とすることができるため、基板に設けられた遮光物により開口率が低下することを避けることができる。これらにより、トップエミッション型で発光性能のより優れたマルチフォトン型の有機ＥＬ素子を実現することができる。
本発明の有機ＥＬ素子は、照明装置、面状光源、フラットパネルディスプレイ等の表示装置として好適に使用することができる。
マルチフォトン型の有機ＥＬ素子は、素子全体として取出される光を各発光ユニットが分担して放出することになるため、結果として有機ＥＬ素子全体に加わる負荷を各発光ユニットに分散させることができる。そのため、１層の有機発光層のみからなるシングルフォトン型の有機ＥＬ素子とマルチフォトン型の有機ＥＬ素子とを輝度が同じ条件で駆動させた場合、シングルフォトン型の有機ＥＬ素子の有機発光層に加わる負荷に比べて、マルチフォトン型の有機ＥＬ素子の各有機発光層に加わる負荷を軽くすることができる。このように、マルチフォトン型の有機ＥＬ素子は、各有機発光層に加わる負荷を軽くすることができるので、素子の長寿命化を図ることができる。また特定の３層から成る第２電極を用いることにより、トップエミッション型の有機ＥＬ素子とすることができるため、基板に設けられた遮光物により開口率が低下することを避けることができる。これらにより、トップエミッション型で発光性能のより優れたマルチフォトン型の有機ＥＬ素子を実現することができる。
本発明の有機ＥＬ素子は、照明装置、面状光源、フラットパネルディスプレイ等の表示装置として好適に使用することができる。
以下、本発明の実施形態について図面を参照しつつ説明する。なお理解の容易のため、図面における各部材の縮尺は実際とは異なる場合がある。また本発明は以下の記述によって限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。有機ＥＬ素子を搭載した有機ＥＬ装置においては、電極のリード線等の部材も存在するが、本発明の説明にあっては直接的に要しないため記載を省略している。層構造等の説明の便宜上、下記に示す例においては基板を下に配置した図と共に説明がなされるが、本発明の有機ＥＬ素子およびこれを搭載した有機ＥＬ装置は、必ずしもこの配置で、製造または使用等がなされるわけではない。なお以下の説明において支持基板の厚み方向の一方を上または上方といい、支持基板の厚み方向の他方を下または下方という場合がある。
１．本発明の有機ＥＬ素子
本発明にかかる有機ＥＬ素子は、陽極および陰極のうちのいずれか一方の電極である第１電極と、前記第１電極に対向して配置され、前記陽極および陰極のうちの他方の電極であり、光透過性を有する第２電極と、前記第１電極および第２電極間に設けられ、かつそれぞれが有機化合物を含む発光層を有する複数の発光ユニットと、前記発光ユニットに挟持されて配置される電荷発生層とを備え、前記電荷発生層は、仕事関数が３．０ｅＶ以下の金属およびその化合物から成る群（Ａ）から選ばれるものの１種類以上と、仕事関数が４．０ｅＶ以上の化合物（Ｂ）の１種類以上とを含み、前記第２電極が、前記発光ユニット側から第１層、第２層および第３層の順に配置された３層の積層体からなり、前記第１層が金属、金属酸化物、金属フッ化物、及びこれらの混合物からなる群から選ばれるものの１種以上を含み、前記第２層に含まれる材料が前記第１層に含まれる材料に対して還元作用を有することを特徴としている。また、前記第３層の可視光領域の光の透過率が４０％以上であることが好ましい。
本発明にかかる有機ＥＬ素子は、陽極および陰極のうちのいずれか一方の電極である第１電極と、前記第１電極に対向して配置され、前記陽極および陰極のうちの他方の電極であり、光透過性を有する第２電極と、前記第１電極および第２電極間に設けられ、かつそれぞれが有機化合物を含む発光層を有する複数の発光ユニットと、前記発光ユニットに挟持されて配置される電荷発生層とを備え、前記電荷発生層は、仕事関数が３．０ｅＶ以下の金属およびその化合物から成る群（Ａ）から選ばれるものの１種類以上と、仕事関数が４．０ｅＶ以上の化合物（Ｂ）の１種類以上とを含み、前記第２電極が、前記発光ユニット側から第１層、第２層および第３層の順に配置された３層の積層体からなり、前記第１層が金属、金属酸化物、金属フッ化物、及びこれらの混合物からなる群から選ばれるものの１種以上を含み、前記第２層に含まれる材料が前記第１層に含まれる材料に対して還元作用を有することを特徴としている。また、前記第３層の可視光領域の光の透過率が４０％以上であることが好ましい。
有機ＥＬ素子は、２個以上の発光ユニットを備え、複数の発光ユニットが電荷発生層を介して複数段積層された構成のマルチフォトン型の有機ＥＬ素子である。有機ＥＬ素子のとりうる素子構成を以下に示す。
（ｉ）陽極／第１の発光ユニット／電荷発生層／第２の発光ユニット／陰極
（ｉｉ）陽極／発光ユニット／（電荷発生層／発光ユニット）ｘ／陰極
ここで記号「／」は、記号「／」を挟む層が隣接して積層されていることを表す。また記号「ｘ」は、２以上の整数を表し、「（電荷発生層／発光ユニット）ｘ」は、電荷発生層と発光ユニットとから成る積層体が、ｘ段積層されていることを表す。
（ｉ）陽極／第１の発光ユニット／電荷発生層／第２の発光ユニット／陰極
（ｉｉ）陽極／発光ユニット／（電荷発生層／発光ユニット）ｘ／陰極
ここで記号「／」は、記号「／」を挟む層が隣接して積層されていることを表す。また記号「ｘ」は、２以上の整数を表し、「（電荷発生層／発光ユニット）ｘ」は、電荷発生層と発光ユニットとから成る積層体が、ｘ段積層されていることを表す。
［第１の実施形態］
図１を参照しつつ、有機ＥＬ素子の第１の実施形態およびその変形例について説明する。図１は、本発明の有機ＥＬ素子の第１の実施形態を示す正面断面図である。
本実施形態における有機ＥＬ素子１０は、それぞれが有機発光層を含む第１の発光ユニット１１及び第２の発光ユニット１２の２個の発光ユニットを備え、これら第１の発光ユニット１１及び第２の発光ユニット１２に挟持される電荷発生層１３を備える。第１の発光ユニット１１は、第１の有機発光層１１ａと正孔注入層１１ｂとで構成されている。第２の発光ユニット１２は、第２の有機発光層のみで構成されている。有機ＥＬ素子１０は、通常、（ｉ）または（ｉｉ）の構成において、第１電極として陽極１４を最も支持基板１５寄りに配置するようにして支持基板１５上に設けられる。第２の発光ユニット１２上に第２電極として光透過性を有する陰極１６が配置されている。この透明な第２電極１６は、３層の積層体から構成されている。３層の積層体は、第１及び第２の発光ユニット１１、１２側から第１層１６ａ、第２層１６ｂ、第３層１６ｃがこの順に積層された３層の積層体からなる。すなわち本実施の形態の有機ＥＬ素子１０は、陽極１４、第１の発光ユニット１１、電荷発生層１３、第２の発光ユニット１２及び陰極１６がこの順に積層されて構成される。
図１を参照しつつ、有機ＥＬ素子の第１の実施形態およびその変形例について説明する。図１は、本発明の有機ＥＬ素子の第１の実施形態を示す正面断面図である。
本実施形態における有機ＥＬ素子１０は、それぞれが有機発光層を含む第１の発光ユニット１１及び第２の発光ユニット１２の２個の発光ユニットを備え、これら第１の発光ユニット１１及び第２の発光ユニット１２に挟持される電荷発生層１３を備える。第１の発光ユニット１１は、第１の有機発光層１１ａと正孔注入層１１ｂとで構成されている。第２の発光ユニット１２は、第２の有機発光層のみで構成されている。有機ＥＬ素子１０は、通常、（ｉ）または（ｉｉ）の構成において、第１電極として陽極１４を最も支持基板１５寄りに配置するようにして支持基板１５上に設けられる。第２の発光ユニット１２上に第２電極として光透過性を有する陰極１６が配置されている。この透明な第２電極１６は、３層の積層体から構成されている。３層の積層体は、第１及び第２の発光ユニット１１、１２側から第１層１６ａ、第２層１６ｂ、第３層１６ｃがこの順に積層された３層の積層体からなる。すなわち本実施の形態の有機ＥＬ素子１０は、陽極１４、第１の発光ユニット１１、電荷発生層１３、第２の発光ユニット１２及び陰極１６がこの順に積層されて構成される。
有機ＥＬ素子１０には、これら支持基板１５上に配置された有機ＥＬ素子１０を保護するために有機ＥＬ素子１０全体を保護する封止基板（上部封止膜という場合がある）１７が通常設けられる。支持基板１５と封止基板１７とは接着部１８にて密封されている。また、有機ＥＬ素子１０は、（ｉ）または（ｉｉ）の構成において、第２電極として陰極を最も支持基板１５寄りに配置するように支持基板１５上に設けられてもよい。
また本明細書では、「光透過性を有する支持基板」、「光透過性を有する電極」とは、入射した光の少なくとも一部が透過する支持基板、電極を意味する。
また本明細書では、「光透過性を有する支持基板」、「光透過性を有する電極」とは、入射した光の少なくとも一部が透過する支持基板、電極を意味する。
以下に、まず、第１の発光ユニット１１、第２の発光ユニット１２、電荷発生層１３、陰極（第２電極）１６の３層構造について説明する。その後、有機ＥＬ素子の他の構成要素について説明する。
＜Ａ＞発光ユニット
発光ユニットは、有機発光層を含んで構成される。また発光ユニットは、１層の有機発光層から構成されていてもよいし、複数の有機発光層により構成されていてもよい。また発光ユニットは有機発光層のみによって構成されていてもよく、無機層を含んでいてもよい。発光ユニットは、マルチフォトン型ではない有機ＥＬ素子、すなわち１層の有機発光層を有する有機ＥＬ素子のうちの、陽極と陰極とに挟持された部分と同様の構成を有する。図１に示す有機ＥＬ素子１０においては、第１の発光ユニット１１は第１の有機発光層１１ａと正孔注入層１１ｂとで構成され、第２の発光ユニット１２は第２の有機発光層のみで構成されている。
発光ユニットは、有機発光層を含んで構成される。また発光ユニットは、１層の有機発光層から構成されていてもよいし、複数の有機発光層により構成されていてもよい。また発光ユニットは有機発光層のみによって構成されていてもよく、無機層を含んでいてもよい。発光ユニットは、マルチフォトン型ではない有機ＥＬ素子、すなわち１層の有機発光層を有する有機ＥＬ素子のうちの、陽極と陰極とに挟持された部分と同様の構成を有する。図１に示す有機ＥＬ素子１０においては、第１の発光ユニット１１は第１の有機発光層１１ａと正孔注入層１１ｂとで構成され、第２の発光ユニット１２は第２の有機発光層のみで構成されている。
発光ユニットは発光層を形成する材料（以下、発光材料という場合がある）を含む溶液を塗布し、乾燥することにより形成された有機発光層を少なくとも一層含むものとしてもよい。図１に示す有機ＥＬ素子１０においては、第１の発光ユニット１１の第１の有機発光層１１ａおよび第２の発光ユニット１２の第２の有機発光層１２は発光材料を含む溶液を塗布し、乾燥することにより形成してもよい。また第１の発光ユニット１１及び第２の発光ユニット１２には各々第１の有機発光層１１ａ、第２の有機発光層１２を一つしか含んでいないが、複数の有機発光層を有するようにしてもよい。
発光層は、発光材料を含む層であり、有機発光層は、発光材料として有機化合物を含む層である。有機発光層には、主として蛍光および／または燐光を発光する有機物（低分子化合物および／または高分子化合物）が含まれる。この蛍光および／または燐光を発光する有機化合物として用いられる低分子化合物および高分子化合物が発光材料として用いられる。なお、本明細書において、高分子化合物とは、ポリスチレン換算の数平均分子量が１０3以上のものである。本発明に関し、数平均分子量の上限を規定する特段の理由はないが、通常、ポリスチレン換算の数平均分子量の上限は、１０8以下である。また、有機発光層は、さらにドーパント材料を含んでいてもよい。本発明において用いることができる発光層を形成する材料としては、例えば、以下の色素系材料、金属錯体系材料、高分子系材料、およびドーパント材料などが挙げられる。
＜Ａ−１＞色素系材料
色素系材料としては、例えば、シクロペンダミン誘導体、テトラフェニルブタジエン誘導体化合物、トリフェニルアミン誘導体、オキサジアゾール誘導体、ピラゾロキノリン誘導体、ジスチリルベンゼン誘導体、ジスチリルアリーレン誘導体、ピロール誘導体、チオフェン環化合物、ピリジン環化合物、ペリノン誘導体、ペリレン誘導体、オリゴチオフェン誘導体、オキサジアゾールダイマー、ピラゾリンダイマーなどが挙げられる。
色素系材料としては、例えば、シクロペンダミン誘導体、テトラフェニルブタジエン誘導体化合物、トリフェニルアミン誘導体、オキサジアゾール誘導体、ピラゾロキノリン誘導体、ジスチリルベンゼン誘導体、ジスチリルアリーレン誘導体、ピロール誘導体、チオフェン環化合物、ピリジン環化合物、ペリノン誘導体、ペリレン誘導体、オリゴチオフェン誘導体、オキサジアゾールダイマー、ピラゾリンダイマーなどが挙げられる。
＜Ａ−２＞金属錯体系材料
金属錯体系材料としては、例えば、イリジウム錯体、白金錯体等の三重項励起状態からの発光を有する金属錯体、アルミキノリノール錯体、ベンゾキノリノールベリリウム錯体、ベンゾオキサゾリル亜鉛錯体、ベンゾチアゾール亜鉛錯体、アゾメチル亜鉛錯体、ポルフィリン亜鉛錯体、ユーロピウム錯体などを挙げることができる。さらに金属錯体系材料の他の例として、中心金属に、Ａｌ、Ｚｎ、ＢｅなどまたはＴｂ、Ｅｕ、Ｄｙなどの希土類金属を有し、配位子にオキサジアゾール、チアジアゾール、フェニルピリジン、フェニルベンゾイミダゾール、キノリン構造などを有する金属錯体などを挙げることができる。
金属錯体系材料としては、例えば、イリジウム錯体、白金錯体等の三重項励起状態からの発光を有する金属錯体、アルミキノリノール錯体、ベンゾキノリノールベリリウム錯体、ベンゾオキサゾリル亜鉛錯体、ベンゾチアゾール亜鉛錯体、アゾメチル亜鉛錯体、ポルフィリン亜鉛錯体、ユーロピウム錯体などを挙げることができる。さらに金属錯体系材料の他の例として、中心金属に、Ａｌ、Ｚｎ、ＢｅなどまたはＴｂ、Ｅｕ、Ｄｙなどの希土類金属を有し、配位子にオキサジアゾール、チアジアゾール、フェニルピリジン、フェニルベンゾイミダゾール、キノリン構造などを有する金属錯体などを挙げることができる。
＜Ａ−３＞高分子系材料
高分子系材料としては、例えば、ポリパラフェニレンビニレン誘導体、ポリチオフェン誘導体、ポリパラフェニレン誘導体、ポリシラン誘導体、ポリアセチレン誘導体、ポリフルオレン誘導体、ポリビニルカルバゾール誘導体、上記色素体や金属錯体系発光材料を高分子化したものなどが挙げられる。
上記発光性材料のうち、青色に発光する材料としては、例えば、ジスチリルアリーレン誘導体、オキサジアゾール誘導体、およびそれらの重合体、ポリビニルカルバゾール誘導体、ポリパラフェニレン誘導体、ポリフルオレン誘導体などを挙げることができる。なかでも高分子材料のポリビニルカルバゾール誘導体、ポリパラフェニレン誘導体やポリフルオレン誘導体などが好ましい。
また、緑色に発光する材料としては、例えば、キナクリドン誘導体、クマリン誘導体、およびそれらの重合体、ポリパラフェニレンビニレン誘導体、ポリフルオレン誘導体などを挙げることができる。なかでも高分子材料のポリパラフェニレンビニレン誘導体、ポリフルオレン誘導体などが好ましい。
また、赤色に発光する材料としては、例えば、クマリン誘導体、チオフェン環化合物、およびそれらの重合体、ポリパラフェニレンビニレン誘導体、ポリチオフェン誘導体、ポリフルオレン誘導体などを挙げることが出来る。なかでも高分子材料のポリパラフェニレンビニレン誘導体、ポリチオフェン誘導体、ポリフルオレン誘導体などが好ましい。
高分子系材料としては、例えば、ポリパラフェニレンビニレン誘導体、ポリチオフェン誘導体、ポリパラフェニレン誘導体、ポリシラン誘導体、ポリアセチレン誘導体、ポリフルオレン誘導体、ポリビニルカルバゾール誘導体、上記色素体や金属錯体系発光材料を高分子化したものなどが挙げられる。
上記発光性材料のうち、青色に発光する材料としては、例えば、ジスチリルアリーレン誘導体、オキサジアゾール誘導体、およびそれらの重合体、ポリビニルカルバゾール誘導体、ポリパラフェニレン誘導体、ポリフルオレン誘導体などを挙げることができる。なかでも高分子材料のポリビニルカルバゾール誘導体、ポリパラフェニレン誘導体やポリフルオレン誘導体などが好ましい。
また、緑色に発光する材料としては、例えば、キナクリドン誘導体、クマリン誘導体、およびそれらの重合体、ポリパラフェニレンビニレン誘導体、ポリフルオレン誘導体などを挙げることができる。なかでも高分子材料のポリパラフェニレンビニレン誘導体、ポリフルオレン誘導体などが好ましい。
また、赤色に発光する材料としては、例えば、クマリン誘導体、チオフェン環化合物、およびそれらの重合体、ポリパラフェニレンビニレン誘導体、ポリチオフェン誘導体、ポリフルオレン誘導体などを挙げることが出来る。なかでも高分子材料のポリパラフェニレンビニレン誘導体、ポリチオフェン誘導体、ポリフルオレン誘導体などが好ましい。
＜Ａ−４＞ドーパント材料
発光層中に発光効率の向上や発光波長を変化させるなどの目的で、ドーパントを添加してもよい。このようなドーパントとしては、例えば、ペリレン誘導体、クマリン誘導体、ルブレン誘導体、キナクリドン誘導体、スクアリウム誘導体、ポルフィリン誘導体、スチリル系色素、テトラセン誘導体、ピラゾロン誘導体、デカシクレン、フェノキサゾンなどを挙げることができる。なお、このような発光層の厚さは、通常約２ｎｍ以上、２０００ｎｍ以下である。
発光層中に発光効率の向上や発光波長を変化させるなどの目的で、ドーパントを添加してもよい。このようなドーパントとしては、例えば、ペリレン誘導体、クマリン誘導体、ルブレン誘導体、キナクリドン誘導体、スクアリウム誘導体、ポルフィリン誘導体、スチリル系色素、テトラセン誘導体、ピラゾロン誘導体、デカシクレン、フェノキサゾンなどを挙げることができる。なお、このような発光層の厚さは、通常約２ｎｍ以上、２０００ｎｍ以下である。
＜Ａ−５＞発光層の成膜方法
発光層の成膜方法としては、有機発光層が積層される下地層上に発光材料を含む溶液を塗布する方法、真空蒸着法、転写法などを用いることができる。溶液からの成膜に用いられる溶媒としては、発光層を主に構成する発光材料を溶解するものであればよく、例えば、水、クロロホルム、塩化メチレン、ジクロロエタンなどの塩素系溶媒、テトラヒドロフランなどのエーテル系溶媒、トルエン、キシレンなどの芳香族炭化水素系溶媒、アセトン、メチルエチルケトンなどのケトン系溶媒、酢酸エチル、酢酸ブチル、エチルセルソルブアセテートなどのエステル系溶媒を挙げることができる。
発光層の成膜方法としては、有機発光層が積層される下地層上に発光材料を含む溶液を塗布する方法、真空蒸着法、転写法などを用いることができる。溶液からの成膜に用いられる溶媒としては、発光層を主に構成する発光材料を溶解するものであればよく、例えば、水、クロロホルム、塩化メチレン、ジクロロエタンなどの塩素系溶媒、テトラヒドロフランなどのエーテル系溶媒、トルエン、キシレンなどの芳香族炭化水素系溶媒、アセトン、メチルエチルケトンなどのケトン系溶媒、酢酸エチル、酢酸ブチル、エチルセルソルブアセテートなどのエステル系溶媒を挙げることができる。
有機発光層が積層される下地層上に発光材料を含む溶液を塗布する方法としては、例えば、スピンコート法、キャスティング法、マイクログラビアコート法、グラビアコート法、バーコート法、ロールコート法、ワイアーバーコート法、ディップコート法、スリットコート法、キャピラリーコート法、スプレーコート法、ノズルコート法などのコート法、グラビア印刷法、スクリーン印刷法、フレキソ印刷法、オフセット印刷法、反転印刷法、インクジェットプリント法等の印刷法等の塗布法を用いることができる。パターン形成や多色の色分けが容易であるという点で、グラビア印刷法、スクリーン印刷法、フレキソ印刷法、オフセット印刷法、反転印刷法、インクジェットプリント法等の印刷法が好ましい。また、昇華性の低分子化合物の場合は、真空蒸着法を用いることができる。さらには、レーザーまたは摩擦による転写や熱転写により、所望のところのみに有機発光層を形成する方法も用いることができる。
また発光ユニットは、必要に応じて有機発光層以外の層を有している場合がある。発光ユニットを構成する層のうちで、有機発光層を基準にして陽極側に設けられる層としては、正孔注入層、正孔輸送層、電子ブロック層などを挙げることができる。
また発光ユニットを構成する層のうちで、有機発光層を基準にして陰極側に設けられる層としては、電子注入層、電子輸送層、正孔ブロック層などを挙げることができる。
これら正孔注入層、正孔輸送層、電子ブロック層、電子注入層、電子輸送層、正孔ブロック層については、任意の層として後述する。
また発光ユニットを構成する層のうちで、有機発光層を基準にして陰極側に設けられる層としては、電子注入層、電子輸送層、正孔ブロック層などを挙げることができる。
これら正孔注入層、正孔輸送層、電子ブロック層、電子注入層、電子輸送層、正孔ブロック層については、任意の層として後述する。
＜Ｂ＞電荷発生層
電荷発生層は、発光ユニットに挟持されて配置されている。電荷発生層は、陽極と陰極とに電圧を印加したときに、電荷（正孔と電子）を発生し、電荷発生層に対して陽極側に隣接する発光ユニットに電子を注入するとともに、電荷発生層に対して陰極側に隣接する発光ユニットに正孔を注入する層として機能する。陽極および陰極から注入される電荷に加えて、電荷発生層において生じた電荷が各発光ユニットに注入されるため、有機ＥＬ素子に注入した電流に対する発光効率（電流効率）が向上する。
本実施形態の有機ＥＬ素子１０においては、図１に示すように、この電荷発生層１３が第１の発光ユニット１１及び第２の発光ユニット１２に挟持され、これら第１の発光ユニット１１及び第２の発光ユニット１２を仕切っている。これによって、マルチフォトン型の有機ＥＬ素子が構成される。マルチフォトン型の有機ＥＬ素子では、各発光ユニットに負荷を分散させ、各発光ユニットから放射される光を重ね合わした光が取出される。
このため、１層の有機発光層のみからなるシングルフォトン型の有機ＥＬ素子と第１の発光ユニット１１と第２の発光ユニット１２とを積層したマルチフォトン型である本実施の形態の有機ＥＬ素子１０とから取出される光の強度を同じにして比較したとき、マルチフォトン型である有機ＥＬ素子１０の方がシングルフォトン型の有機ＥＬ素子より第１の有機発光層１１ａおよび第２の有機発光層１２に加わる電力を小さくした状態で第１の有機発光層１１ａ及び第２の有機発光層１２を発光させることができ、マルチフォトン型の有機ＥＬ素子１０全体としてはシングルフォトン型の有機ＥＬ素子と同じ光量とすることができる。
したがって、マルチフォトン型である有機ＥＬ素子１０全体としてはシングルフォトン型の有機ＥＬ素子と同じ光量となるように駆動させたとしても、本実施の形態の有機ＥＬ素子１０は、シングルフォトン型の有機ＥＬ素子より第１の有機発光層１１ａ及び第２の有機発光層１２に加わる負荷を小さくした状態で発光させることができるため、素子の長寿命化を図ることができる。
電荷発生層は、発光ユニットに挟持されて配置されている。電荷発生層は、陽極と陰極とに電圧を印加したときに、電荷（正孔と電子）を発生し、電荷発生層に対して陽極側に隣接する発光ユニットに電子を注入するとともに、電荷発生層に対して陰極側に隣接する発光ユニットに正孔を注入する層として機能する。陽極および陰極から注入される電荷に加えて、電荷発生層において生じた電荷が各発光ユニットに注入されるため、有機ＥＬ素子に注入した電流に対する発光効率（電流効率）が向上する。
本実施形態の有機ＥＬ素子１０においては、図１に示すように、この電荷発生層１３が第１の発光ユニット１１及び第２の発光ユニット１２に挟持され、これら第１の発光ユニット１１及び第２の発光ユニット１２を仕切っている。これによって、マルチフォトン型の有機ＥＬ素子が構成される。マルチフォトン型の有機ＥＬ素子では、各発光ユニットに負荷を分散させ、各発光ユニットから放射される光を重ね合わした光が取出される。
このため、１層の有機発光層のみからなるシングルフォトン型の有機ＥＬ素子と第１の発光ユニット１１と第２の発光ユニット１２とを積層したマルチフォトン型である本実施の形態の有機ＥＬ素子１０とから取出される光の強度を同じにして比較したとき、マルチフォトン型である有機ＥＬ素子１０の方がシングルフォトン型の有機ＥＬ素子より第１の有機発光層１１ａおよび第２の有機発光層１２に加わる電力を小さくした状態で第１の有機発光層１１ａ及び第２の有機発光層１２を発光させることができ、マルチフォトン型の有機ＥＬ素子１０全体としてはシングルフォトン型の有機ＥＬ素子と同じ光量とすることができる。
したがって、マルチフォトン型である有機ＥＬ素子１０全体としてはシングルフォトン型の有機ＥＬ素子と同じ光量となるように駆動させたとしても、本実施の形態の有機ＥＬ素子１０は、シングルフォトン型の有機ＥＬ素子より第１の有機発光層１１ａ及び第２の有機発光層１２に加わる負荷を小さくした状態で発光させることができるため、素子の長寿命化を図ることができる。
本実施形態における電荷発生層１３は、仕事関数が３．０ｅＶ以下の金属およびその化合物から成る群（Ａ）から選ばれるものの１種類以上と、仕事関数が４．０ｅＶ以上の化合物（Ｂ）の１種類以上とを含む。電荷発生層１３は、仕事関数が３．０ｅＶ以下の金属およびその化合物から成る群（Ａ）から選ばれるものの１種類以上を単独で用いるよりも、仕事関数が４．０ｅＶ以上の化合物（Ｂ）の１種類以上と組合せて用いることにより、電荷を効率的に発生することができる。
なお、仕事関数が３．０ｅＶ以下の金属およびその化合物から成る群（Ａ）から選ばれるものの仕事関数の上限値としては３．０ｅＶが好ましく、下限値としては１．５ｅＶが好ましい。また、仕事関数が４．０ｅＶ以上の化合物（Ｂ）の仕事関数の下限値としては４．０ｅＶが好ましく、上限値としては７．５ｅＶが好ましい。
仕事関数が３．０ｅＶ以下の金属の化合物とは、金属の仕事関数が３．０ｅＶ以下であり、かつ化合物自体の仕事関数が３．０ｅＶ以下である化合物をさす。電荷発生層１３に仕事関数が前記範囲を満たす材料が含まれていない場合、有効な電荷注入が起こりにくくなり本発明の効果が十分に得られないので好ましくない。
電荷発生層を構成する仕事関数が３．０ｅＶ以下の金属は、アルカリ金属、アルカリ土類金属、及び希土類金属から成る群から選択することができる。中でもアルカリ金属及びアルカリ土類金属が好ましい。アルカリ金属としては、リチウム（Ｌｉ）（２．９３ｅＶ）、ナトリウム（Ｎａ）（２．３６ｅＶ）、カリウム（Ｋ）（２．２８ｅＶ）、ルビジウム（Ｒｂ）（２．１６ｅＶ）、及びセシウム（Ｃｓ）（１．９５ｅＶ）が好ましく、アルカリ土類金属としては、カルシウム（Ｃａ）（２．９ｅＶ）及びバリウム（Ｂａ）（２．５２ｅＶ）が好ましい（カッコ内は仕事関数を示す。）。これらの中では、Ｌｉがより好ましい。また、電荷発生層を構成する仕事関数が３．０ｅＶ以下の金属の化合物としては、前記の金属の酸化物、ハロゲン化物、フッ化物、ホウ化物、窒化物、炭化物等が挙げられる。
仕事関数が４．０ｅＶ以上の化合物（Ｂ）としては、仕事関数が４．０ｅＶ以上の無機又は有機化合物が選ばれる。仕事関数が４．０ｅＶ以上の無機化合物としては、遷移金属酸化物が望ましく、遷移金属酸化物の中でも、バナジウム（Ｖ）、ニオブ（Ｎｂ）、タンタル（Ｔａ）、クロム（Ｃｒ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、マンガン（Ｍｎ）、テクネチウム（Ｔｃ）、レニウム（Ｒｅ）などの酸化物が好ましく、Ｖ2Ｏ5がより好ましい。
仕事関数が４．０ｅＶ以上の有機化合物としては、後の工程で用いられる塗布液に溶解しにくく、かつ仕事関数が３．０ｅＶ以下の金属およびその化合物から成る群（Ａ）から選ばれるものから電子を受け取りやすい電子受容性を示すものが好ましく、さらに好ましくは、仕事関数が３．０ｅＶ以下の金属およびその化合物から成る群（Ａ）から選ばれるものと電荷移動錯体を形成するものが好ましい。このような材料の例として、テトラフルオロ−テトラシアノキノジメタン（４Ｆ−ＴＣＮＱ）が挙げられる。
電荷発生層は、以下の２通りの構造をとり得る。
（ｉ）電荷発生層１３が、前記金属およびその化合物から成る群（Ａ）から選ばれるものを１種類以上含む第１の層１３−１と、前記化合物（Ｂ）を１種類以上含む第２の層１３−２とを含む（積層構造：図１参照）。
（ｉｉ）電荷発生層が、一つの層に、前記金属およびその化合物から成る群（Ａ）から選ばれるものの１種類以上と前記化合物（Ｂ）の１種類以上とを含む混合層である（混合層）。
（ｉ）電荷発生層１３が、前記金属およびその化合物から成る群（Ａ）から選ばれるものを１種類以上含む第１の層１３−１と、前記化合物（Ｂ）を１種類以上含む第２の層１３−２とを含む（積層構造：図１参照）。
（ｉｉ）電荷発生層が、一つの層に、前記金属およびその化合物から成る群（Ａ）から選ばれるものの１種類以上と前記化合物（Ｂ）の１種類以上とを含む混合層である（混合層）。
前記積層構造の場合には、図１に示すように、第１の層１３−１を、第２の層１３−２よりも陽極寄りに配置することが好ましい。
前記混合層の場合には、共蒸着などの手法により、２種類の材料が混合した層を一度に形成する方法や、第１の層を構成する材料を極めて薄く形成することにより、連続膜になる前の島状の離散的な構造を形成し、この構造の上に第２の層を形成することにより混合層とする方法などを用いて混合層を形成することができる。
第１の層１３−１の厚さは、本発明の効果を十分に得るためには、０．１ｎｍ以上、１０ｎｍ以下が好ましく、より好ましくは０．１ｎｍ以上、６ｎｍ以下である。
第２の層１３−２の厚さは、２ｎｍ以上、１００ｎｍ以下が好ましく、より好ましくは４ｎｍ以上、８０ｎｍ以下である。
第２の層１３−２の厚さは、２ｎｍ以上、１００ｎｍ以下が好ましく、より好ましくは４ｎｍ以上、８０ｎｍ以下である。
また本実施形態の電荷発生層は、さらに第３の層として、透明導電性薄膜を含んでいてもよい。透明導電性薄膜としては、酸化インジウム、酸化亜鉛、酸化スズ、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）などを用いることができる。
本実施形態の電荷発生層の光透過率は、有機発光層から放出される光に対して高い透過率を有することが望ましい。十分に光を取り出し、十分な輝度を得るためには、波長５５０ｎｍでの光の透過率が３０％以上であることが好ましく、さらに好ましくは５０％以上である。
本実施形態の有機ＥＬ素子１０によれば、同時に発光する第１の発光ユニット１１及び第２の発光ユニット１２を含み、１層の有機発光層のみからなるシングルフォトン型の有機ＥＬ素子と第１及び第２の発光ユニット１１、１２を積層したマルチフォトン型の有機ＥＬ素子１０とから取出される光の強度を同じにして比較したとき、マルチフォトン型の有機ＥＬ素子１０の方がシングルフォトン型の有機ＥＬ素子より第１及び第２の有機発光層１１ａ、１２に加わる電力を小さくした状態で発光させ、マルチフォトン型の有機ＥＬ素子１０全体としてはシングルフォトン型の有機ＥＬ素子と同じ光量とすることができる。よって、マルチフォトン型である有機ＥＬ素子１０全体としてはシングルフォトン型の有機ＥＬ素子と同じ光量となるように駆動させたとしても、有機ＥＬ素子１０は、シングルフォトン型の有機ＥＬ素子より第１及び第２の有機発光層１１ａ、１２に加わる負荷を小さくした状態で発光させることができるため、素子の長寿命化を図ることができる。これにより、信頼性の高い有機ＥＬ素子を実現することができる。
（混色、白色）
また、本実施形態の有機ＥＬ素子１０は、同時に発光する第１の発光ユニット１１及び第２の発光ユニット１２を含むため、各々の第１の発光ユニット１１及び第２の発光ユニット１２の各々の第１の有機発光層１１ａ、第２の有機発光層１２の発光波長を互いに異なるようにすることによって、混色により有機ＥＬ素子１０から取出される光の色を、第１の発光ユニット１１の第１の有機発光層１１ａ、及び第２の発光ユニット１２の第２の有機発光層１２からそれぞれ発せられる光の色とは別の色とすることが可能である。例えば補色の関係にある２色の組合せや、ＲＧＢなど３色の混色、又は４色以上の混色によって、取出される光の色を白色とすることができる。例えば本実施の形態の第１の有機発光層１１ａ、第２の有機発光層１２の発光色を互いに異ならせることによって、所期の発光色で発光する有機ＥＬ素子を実現することができるため、設計の自由度を向上させることができる。
また、本実施形態の有機ＥＬ素子１０は、同時に発光する第１の発光ユニット１１及び第２の発光ユニット１２を含むため、各々の第１の発光ユニット１１及び第２の発光ユニット１２の各々の第１の有機発光層１１ａ、第２の有機発光層１２の発光波長を互いに異なるようにすることによって、混色により有機ＥＬ素子１０から取出される光の色を、第１の発光ユニット１１の第１の有機発光層１１ａ、及び第２の発光ユニット１２の第２の有機発光層１２からそれぞれ発せられる光の色とは別の色とすることが可能である。例えば補色の関係にある２色の組合せや、ＲＧＢなど３色の混色、又は４色以上の混色によって、取出される光の色を白色とすることができる。例えば本実施の形態の第１の有機発光層１１ａ、第２の有機発光層１２の発光色を互いに異ならせることによって、所期の発光色で発光する有機ＥＬ素子を実現することができるため、設計の自由度を向上させることができる。
（キャビティ効果）
また積層する層の順番や数、及び各層の厚さについては、発光効率や素子寿命を勘案して適宜用いることができるが、キャビティ効果（光の干渉効果）を考慮することが好ましい。具体的には、陽極１４と陰極１６とに挟持された構造物の厚さが、第１の発光ユニット１１及び第２の発光ユニット１２から発生する光の波長を前記構造物の平均屈折率で割った値の１／４の整数倍であることが好ましい。このような関係が満足される構成では、光の干渉効果により光取り出し効率が最大となるためである。この関係は厳密に成立しているときに効果が最大となるが、誤差はあっても効果は認められ、おおむね構造物の厚さが、発光波長を平均屈折率で割った値の１／４の整数倍の±２０％以内であればよい。さらに実質的に発光している部位と、光を反射する方の反射性電極（本実施形態では陽極１４）との距離が、発光波長を平均屈折率で割った値の１／４の整数倍となる場合に光の干渉効果が最大となるので好ましい。有機ＥＬ素子１０が、発光色が異なる複数の発光ユニットからなる場合は、どれか一つの波長に対して前記の関係が成り立つように膜厚を制御することが好ましい。あるいは２つの波長に対して前記膜厚の関係が同時に成り立つように膜厚を制御してもよい。
また積層する層の順番や数、及び各層の厚さについては、発光効率や素子寿命を勘案して適宜用いることができるが、キャビティ効果（光の干渉効果）を考慮することが好ましい。具体的には、陽極１４と陰極１６とに挟持された構造物の厚さが、第１の発光ユニット１１及び第２の発光ユニット１２から発生する光の波長を前記構造物の平均屈折率で割った値の１／４の整数倍であることが好ましい。このような関係が満足される構成では、光の干渉効果により光取り出し効率が最大となるためである。この関係は厳密に成立しているときに効果が最大となるが、誤差はあっても効果は認められ、おおむね構造物の厚さが、発光波長を平均屈折率で割った値の１／４の整数倍の±２０％以内であればよい。さらに実質的に発光している部位と、光を反射する方の反射性電極（本実施形態では陽極１４）との距離が、発光波長を平均屈折率で割った値の１／４の整数倍となる場合に光の干渉効果が最大となるので好ましい。有機ＥＬ素子１０が、発光色が異なる複数の発光ユニットからなる場合は、どれか一つの波長に対して前記の関係が成り立つように膜厚を制御することが好ましい。あるいは２つの波長に対して前記膜厚の関係が同時に成り立つように膜厚を制御してもよい。
＜Ｃ＞第２電極
第２電極は、第１電極に対向して配置され、陽極および陰極のうちの他方の電極であり、光透過性を有する。この第２電極は、発光ユニット側から第１層、第２層および第３層の順に配置された３層の積層体からなる。前記第１層が金属、金属酸化物、金属フッ化物、及びこれらの混合物からなる群から選ばれるものの１種以上を含み、前記第２層に含まれる材料が前記第１層に含まれる材料に対して還元作用を有する。前記第３層の可視光領域の光の透過率は４０％以上であることが好ましい。第２電極を上記のような三層構造とすることで、２層のみからなる電極を使用した場合に比べて、発光効率及び輝度半減寿命を向上させることができる。
また図１に示すように、本実施形態における有機ＥＬ素子１０では、第２電極１６は、第１及び第２の有機発光層１１ａ、１２からの光を透過させる透明電極であって、陰極となるものである。３層の積層体は、第１及び第２の発光ユニット１１、１２側から第１層１６ａ、第２層１６ｂ、第３層１６ｃがこの順に積層された３層の積層体からなる。この第２電極１６を陰極として用い、第２電極１６側から光を抜出すトップエミッション型の素子とすることで、ボトムエミッション型のように開口率が低下することを避けることができる。
第２電極は、第１電極に対向して配置され、陽極および陰極のうちの他方の電極であり、光透過性を有する。この第２電極は、発光ユニット側から第１層、第２層および第３層の順に配置された３層の積層体からなる。前記第１層が金属、金属酸化物、金属フッ化物、及びこれらの混合物からなる群から選ばれるものの１種以上を含み、前記第２層に含まれる材料が前記第１層に含まれる材料に対して還元作用を有する。前記第３層の可視光領域の光の透過率は４０％以上であることが好ましい。第２電極を上記のような三層構造とすることで、２層のみからなる電極を使用した場合に比べて、発光効率及び輝度半減寿命を向上させることができる。
また図１に示すように、本実施形態における有機ＥＬ素子１０では、第２電極１６は、第１及び第２の有機発光層１１ａ、１２からの光を透過させる透明電極であって、陰極となるものである。３層の積層体は、第１及び第２の発光ユニット１１、１２側から第１層１６ａ、第２層１６ｂ、第３層１６ｃがこの順に積層された３層の積層体からなる。この第２電極１６を陰極として用い、第２電極１６側から光を抜出すトップエミッション型の素子とすることで、ボトムエミッション型のように開口率が低下することを避けることができる。
本実施形態において、第２電極１６の第１層１６ａが、金属、金属酸化物、金属フッ化物、及びこれらの混合物からなる群から選ばれるものの１種以上を含み、かつ第２層１６ｂに含まれる材料が第１層１６ａに含まれる材料に対して還元作用を有する。第２層１６ｂは、具体的には、カルシウム、アルミニウム、マグネシウム、及びこれらの混合物からなる群より選択される金属を含むことが好ましい。
本実施形態において、第１層１６ａが、金属、金属酸化物、金属フッ化物、及びこれらの混合物からなる群から選ばれるものの１種以上を含む場合、第１層１６ａは、これらの材料から実質的になる層とすることができる。金属、金属酸化物、金属フッ化物、及びこれらの混合物の中では金属が好ましい。第１層１６ａに含まれる金属、金属酸化物、金属フッ化物、及びこれらの混合物を構成する金属としては、アルカリ金属及び／又はアルカリ土類金属を挙げることができる。より具体的には、例えば、リチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、セシウム、ベリリウム、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム等を挙げることができ、バリウム、ナトリウム、ルビジウムであることが特に好ましい。第２層１６ｂを構成する材料がカルシウム又はマグネシウムを含む場合、第１層１６ａを構成する金属は、カルシウム又はマグネシウム以外の金属であることが好ましい。
第２層１６ｂがカルシウム、アルミニウム、マグネシウム、及びこれらの混合物からなる群より選択される金属を含む場合、第２層１６ｂは、これらの金属、これらの金属の酸化物、これらの金属のフッ化物、又はこれらの混合物のいずれかのみから実質的になる層とすることができる。特に、カルシウム、アルミニウム、又はマグネシウムなどの金属のみから実質的になることが好ましい。
部材Ａ（例えば金属）「のみから実質的になる」とは、蒸着等の製造工程、及び使用に際しての酸化等の過程において混入した部材Ａとは異なる他の元素が含まれてもよいことを意味し、具体的には、部材Ａの含有割合が９０モル％以上である場合とすることができる。
第２層１６ｂに含まれる材料が第１層１６ａに含まれる材料に対して還元作用を有する場合において、材料間の還元作用の有無およびその程度は、例えば、化合物間の結合解離エネルギー（ΔｒＨ°）から決定することができる。即ち、第２層１６ｂを構成する材料による、第１層１６ａを構成する材料に対する還元反応において、結合解離エネルギーが正となる組み合わせの場合、第２層１６ｂの材料が第１層１６ａの材料に対して還元作用を有するといえる。
結合解離エネルギーは、例えば、電気化学便覧第５版（丸善、２０００）、熱力学データベースＭＡＬＴ（科学技術社、１９９２）などで参照できる。例を挙げると、ＬｉＦとＡｌの組み合わせでは、
３ＬｉＦ＋Ａｌ→３Ｌｉ＋ＡｌＦ３、ΔｒＨ°＝−３６．２８
となり、吸熱反応であることからＡｌはＬｉＦに対して還元作用を有しない。また、ＬｉＦとＣａの組み合わせでは、
２ＬｉＦ＋Ｃａ→２Ｌｉ＋ＣａＦ２、ΔｒＨ°＝＋３８．５８
となり、放熱反応であることからＣａはＬｉＦに対して還元作用を有する。
３ＬｉＦ＋Ａｌ→３Ｌｉ＋ＡｌＦ３、ΔｒＨ°＝−３６．２８
となり、吸熱反応であることからＡｌはＬｉＦに対して還元作用を有しない。また、ＬｉＦとＣａの組み合わせでは、
２ＬｉＦ＋Ｃａ→２Ｌｉ＋ＣａＦ２、ΔｒＨ°＝＋３８．５８
となり、放熱反応であることからＣａはＬｉＦに対して還元作用を有する。
第２層１６ｂの材料が第１層１６ａの材料に対して還元作用を有する場合の第１層１６ａ及び第２層１６ｂの材料の組み合わせの例を以下に列挙する。以下の式においては、左辺の左側の材料が第１層１６ａの材料、左辺の右側の材料が第２層１６ｂの材料であり、左辺の右側の材料が左辺の左側の材料に対して還元作用を有する。
（１）２ＢａＯ＋Ａｌ→２Ｂａ＋ＡｌＯ２，ΔｒＨ°＝＋１９７．６
（２）ＢａＯ＋Ｃａ→Ｂａ＋ＣａＯ，ΔｒＨ°＝＋１７２．４
（３）ＢａＯ＋Ｍｇ→Ｂａ＋ＭｇＯ，ΔｒＨ°＝＋２１７．２
（４）ＢａＦ＋Ｃａ→Ｂａ＋ＣａＦ，ΔｒＨ°＝＋５５．２
（５）２ＢａＦ＋Ｃａ→２Ｂａ＋ＣａＦ２，ΔｒＨ°＝＋５１.０
（６）ＢａＦ＋Ｍｇ→Ｂａ＋ＭｇＦ，ΔｒＨ°＝＋１３５．９
（７）２ＢａＦ＋Ｍｇ→２Ｂａ＋ＭｇＦ２，ΔｒＨ°＝＋１３９．３
（８）２ＬｉＦ＋Ｃａ→２Ｌｉ＋ＣａＦ２，ΔｒＨ°＝＋３８．５
（９）ＣｓＦ＋Ｃａ→Ｃｓ＋ＣａＦ，ΔｒＨ°＝＋１４．７
（１０）ＣｓＦ＋Ａｇ→Ｃｓ＋ＡｇＦ，ΔｒＨ°＝＋１５８．０
（１１）Ｃｓ２ＣＯ３＋Ａｌ→２Ｃｓ＋ＡｌＯ＋ＣＯ２，ΔｒＨ°＝＋３０３．０
（１２）Ｃｓ２ＣＯ３＋Ｃａ→２Ｃｓ＋ＣａＯ＋ＣＯ２，ΔｒＨ°＝＋４３１．６
（１３）Ｃｓ２ＣＯ３＋Ａｇ→２Ｃｓ＋ＡｇＯ＋ＣＯ２，ΔｒＨ°＝＋５９５．４
（１４）２Ｎａ２Ｏ＋Ａｌ→４Ｎａ＋ＡｌＯ２，ΔｒＨ゜＝＋４１．７
（１５）２Ｒｂ２Ｏ＋Ａｌ→４Ｒｂ＋ＡｌＯ２，ΔｒＨ゜＝＋４１．７
（１６）Ｒｂ２Ｏ＋Ｃａ→２Ｒｂ＋ＣａＯ，ΔｒＨ゜＝＋９４．４
（１）２ＢａＯ＋Ａｌ→２Ｂａ＋ＡｌＯ２，ΔｒＨ°＝＋１９７．６
（２）ＢａＯ＋Ｃａ→Ｂａ＋ＣａＯ，ΔｒＨ°＝＋１７２．４
（３）ＢａＯ＋Ｍｇ→Ｂａ＋ＭｇＯ，ΔｒＨ°＝＋２１７．２
（４）ＢａＦ＋Ｃａ→Ｂａ＋ＣａＦ，ΔｒＨ°＝＋５５．２
（５）２ＢａＦ＋Ｃａ→２Ｂａ＋ＣａＦ２，ΔｒＨ°＝＋５１.０
（６）ＢａＦ＋Ｍｇ→Ｂａ＋ＭｇＦ，ΔｒＨ°＝＋１３５．９
（７）２ＢａＦ＋Ｍｇ→２Ｂａ＋ＭｇＦ２，ΔｒＨ°＝＋１３９．３
（８）２ＬｉＦ＋Ｃａ→２Ｌｉ＋ＣａＦ２，ΔｒＨ°＝＋３８．５
（９）ＣｓＦ＋Ｃａ→Ｃｓ＋ＣａＦ，ΔｒＨ°＝＋１４．７
（１０）ＣｓＦ＋Ａｇ→Ｃｓ＋ＡｇＦ，ΔｒＨ°＝＋１５８．０
（１１）Ｃｓ２ＣＯ３＋Ａｌ→２Ｃｓ＋ＡｌＯ＋ＣＯ２，ΔｒＨ°＝＋３０３．０
（１２）Ｃｓ２ＣＯ３＋Ｃａ→２Ｃｓ＋ＣａＯ＋ＣＯ２，ΔｒＨ°＝＋４３１．６
（１３）Ｃｓ２ＣＯ３＋Ａｇ→２Ｃｓ＋ＡｇＯ＋ＣＯ２，ΔｒＨ°＝＋５９５．４
（１４）２Ｎａ２Ｏ＋Ａｌ→４Ｎａ＋ＡｌＯ２，ΔｒＨ゜＝＋４１．７
（１５）２Ｒｂ２Ｏ＋Ａｌ→４Ｒｂ＋ＡｌＯ２，ΔｒＨ゜＝＋４１．７
（１６）Ｒｂ２Ｏ＋Ｃａ→２Ｒｂ＋ＣａＯ，ΔｒＨ゜＝＋９４．４
本実施形態において、第１層１６ａの材料が、酸化物又はフッ化物などで無い金属のみから実質的になる場合は、前記金属の酸化物に対して第２層１６ｂの材料が還元作用を有するか、または前記金属のフッ化物に対して第２層１６ｂの材料が還元作用を有するか、または前記金属酸化物および金属フッ化物の両方に対して第２層１６ｂの材料が還元作用を有する場合、本発明でいう「第２層の材料が第１層の材料に対して還元作用を有する」場合に該当するものとする。第１層１６ａの材料が金属のみから実質的になるものとして有機ＥＬ素子を製造した場合であっても、製造工程等の過程において第１層１６ａに混入する微量の酸素、水分等により酸化物、フッ化物等が生じうる。その酸化物、フッ化物等に対して、第２層１６ｂの材料が還元作用を有する場合、本発明の効果を得ることができる。したがって、第２層１６ｂの材料は、第１層１６ａを構成する金属の酸化物およびフッ化物の両方に対して還元作用を有することが好ましい。
この場合、上記に列挙したように、カルシウム、アルミニウム、マグネシウムを第２層１６ｂの材料として好適に用いることができる。
この場合、上記に列挙したように、カルシウム、アルミニウム、マグネシウムを第２層１６ｂの材料として好適に用いることができる。
第３層１６ｃの可視光透過率は通常４０％以上であり、好ましくは５０％以上である。このような可視光透過率とすることにより、第２電極１６を、透明な電極とすることができる。
第３層１６ｃを構成する材料は、金、銀、銅、錫、鉛、ニッケル、インジウム、及びこれらの合金からなる群より選択されることが好ましい。
第３層１６ｃを構成する材料は、金、銀、銅、錫、鉛、ニッケル、インジウム、及びこれらの合金からなる群より選択されることが好ましい。
第２電極１６を構成する第１層１６ａ、第２層１６ｂ、第３層１６ｃの厚さは、特に限定されないが、特に可視光透過率に鑑みて適宜設定され、第１層１６ａが０．５ｎｍ以上、１０ｎｍ以下、第２層１６ｂが０．５ｎｍ以上、１０ｎｍ以下、第３層１６ｃが５ｎｍ以上３０ｎｍ以下であることが好ましい。
また、第２電極１６の全層を通る光の可視光透過率は、４０％以上であることが、有機ＥＬ素子の光特性を良好なものとする上で好ましい。
また、第２電極１６の全層を通る光の可視光透過率は、４０％以上であることが、有機ＥＬ素子の光特性を良好なものとする上で好ましい。
第１層１６ａ〜第３層１６ｃを形成する方法としては、発光層等へのダメージを避けることが可能であるため、真空蒸着法等の蒸着法が好ましい。真空蒸着法により第２電極１６の第１層１６ａ〜第３層１６ｃを形成する場合、操作の簡便性、及び異物混入による品質低下の防止の観点から、真空蒸着装置のチャンバー内に基板を設置して減圧し、真空を保ったまま第１層１６ａ〜第３層１６ｃを連続して形成することが好ましい。
また、第２電極１６の光透過率を向上させることを目的として、第２電極１６の第３層１６ｃの上に、反射防止層を設ける事もできる。反射防止層に用いられる材料としては屈折率（ｎ）が１．８以上、３．０以下程度の物が好ましく、例えば、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＷＯ３などが挙げられる。反射防止層の膜厚は材料の組合せによって異なるが、通常１０ｎｍ以上、１５０ｎｍ以下の範囲である。
例えば、第２電極１６として、第１層１６ａにＢａを５ｎｍ、第２層１６ｂにＡｌを１ｎｍ、第３層１６ｃにＡｇを１５ｎｍの構成を用いた場合、第３層１６ｃ上に反射防止層としてＷＯ３を２１ｎｍ積層すると、第１の有機発光層１１ａ及び第２の有機発光層１２側からの光透過率が１０％向上する。
例えば、第２電極１６として、第１層１６ａにＢａを５ｎｍ、第２層１６ｂにＡｌを１ｎｍ、第３層１６ｃにＡｇを１５ｎｍの構成を用いた場合、第３層１６ｃ上に反射防止層としてＷＯ３を２１ｎｍ積層すると、第１の有機発光層１１ａ及び第２の有機発光層１２側からの光透過率が１０％向上する。
本実施形態に係る有機ＥＬ素子の特徴は、上述のように、有機発光層を含む複数の発光ユニットと、前記発光ユニットに挟持されて配置される電荷発生層が第１電極および第２電極間に設けられていること、光透過性を有する第２電極が３層構造であることにある。これら発光ユニット、電荷発生層および第２電極の詳細は、上述の通りである。
以上説明した本実施形態の有機ＥＬ素子によれば、同時に発光する第１の発光ユニット１１及び第２の発光ユニット１２を含み、１層の有機発光層のみからなるシングルフォトン型の有機ＥＬ素子と第１及び第２の発光ユニット１１、１２を積層したマルチフォトン型の有機ＥＬ素子１０とから取出される光の強度を同じにして比較したとき、マルチフォトン型の有機ＥＬ素子１０の方がシングルフォトン型の有機ＥＬ素子より第１及び第２の有機発光層１１ａ、１２に加わる電力を小さくした状態で発光させ、マルチフォトン型の有機ＥＬ素子１０全体としてはシングルフォトン型の有機ＥＬ素子と同じ光量とすることができる。よって、マルチフォトン型である有機ＥＬ素子１０全体としてはシングルフォトン型の有機ＥＬ素子と同じ光量となるように駆動させたとしても、有機ＥＬ素子１０は、シングルフォトン型の有機ＥＬ素子より第１及び第２の有機発光層１１ａ、１２に加わる負荷を小さくした状態で発光させることができるため、素子の長寿命化を図ることができる。
また、上記三層構造を備えた第２電極１６は、第１及び第２の発光ユニット１１、１２側から第１層１６ａ、第２層１６ｂ、第３層１６ｃの順に配置された３層の積層体からなり、第１層１６ａが金属、金属酸化物、金属フッ化物、及びこれらの混合物からなる群から選ばれるものの１種以上を含み、第２層１６ｂに含まれる材料が第１層１６ａに含まれる材料に対して還元作用を有する。また第３層１６ｃの可視光領域の光の透過率は４０％以上であることが好ましい。このため、第２電極１６を陰極として用い、第２電極１６側から光を抜出すトップエミッション型の素子とすることで、ボトムエミッション型のように開口率が低下することを避けることができる。
従って、本実施形態によって、開口率が高いトップエミッション型で発光性能のより優れたマルチフォトン型の有機ＥＬ素子を実現することができる。
また、上記三層構造を備えた第２電極１６は、第１及び第２の発光ユニット１１、１２側から第１層１６ａ、第２層１６ｂ、第３層１６ｃの順に配置された３層の積層体からなり、第１層１６ａが金属、金属酸化物、金属フッ化物、及びこれらの混合物からなる群から選ばれるものの１種以上を含み、第２層１６ｂに含まれる材料が第１層１６ａに含まれる材料に対して還元作用を有する。また第３層１６ｃの可視光領域の光の透過率は４０％以上であることが好ましい。このため、第２電極１６を陰極として用い、第２電極１６側から光を抜出すトップエミッション型の素子とすることで、ボトムエミッション型のように開口率が低下することを避けることができる。
従って、本実施形態によって、開口率が高いトップエミッション型で発光性能のより優れたマルチフォトン型の有機ＥＬ素子を実現することができる。
また本実施形態に係る有機ＥＬ素子１０は、次のような工程による製造方法により製造される。
すなわち有機発光層を含む複数の発光ユニットを有する有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法であって、基板上に第一電極を形成する第一電極形成工程と、前記第一電極の上に発光ユニットを形成し、その発光ユニットの上に電荷発生層を形成し、その電荷発生層の上に更に発光ユニットを形成し、前記発光ユニット同士の間に電荷発生層を挟持するようにして複数の発光ユニットを形成する工程と、最も最後に形成された発光ユニットの上に、第２電極を形成する第１層を形成し、前記第１層の上に第２層を形成し、前記第２層の上に第３層を形成し、第２電極を形成する第２電極形成工程とを有する。
すなわち有機発光層を含む複数の発光ユニットを有する有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法であって、基板上に第一電極を形成する第一電極形成工程と、前記第一電極の上に発光ユニットを形成し、その発光ユニットの上に電荷発生層を形成し、その電荷発生層の上に更に発光ユニットを形成し、前記発光ユニット同士の間に電荷発生層を挟持するようにして複数の発光ユニットを形成する工程と、最も最後に形成された発光ユニットの上に、第２電極を形成する第１層を形成し、前記第１層の上に第２層を形成し、前記第２層の上に第３層を形成し、第２電極を形成する第２電極形成工程とを有する。
続いて、これら第１の発光ユニット１１、第２の発光ユニット１２、電荷発生層１３及び第２電極１６以外の有機ＥＬ素子の構成要素（第１電極１４）および支持基板１５などの付随物について、以下に詳しく説明する。
＜Ｄ＞支持基板
支持基板１５としては、有機ＥＬ素子を形成する工程において変化しないものであればよく、リジッド基板でも、フレキシブル基板でもよく、例えば、ガラス板、プラスチック板、高分子フィルムおよびシリコン板、並びにこれらを積層した積層板などが好適に用いられる。さらにプラスチック、高分子フィルムなどに低透水化処理を施したものを用いることもできる。支持基板１５としては、市販のものが使用可能である。また支持基板１５を公知の方法により製造することもできる。
支持基板１５としては、有機ＥＬ素子を形成する工程において変化しないものであればよく、リジッド基板でも、フレキシブル基板でもよく、例えば、ガラス板、プラスチック板、高分子フィルムおよびシリコン板、並びにこれらを積層した積層板などが好適に用いられる。さらにプラスチック、高分子フィルムなどに低透水化処理を施したものを用いることもできる。支持基板１５としては、市販のものが使用可能である。また支持基板１５を公知の方法により製造することもできる。
＜Ｅ＞第１電極
第１電極は、陽極および陰極のうちのいずれか一方の電極である。本実施形態における第１電極は、有機ＥＬ素子１０の陽極１４となるものである。陽極１４には、電気伝導度の高い金属酸化物、金属硫化物や金属の薄膜を用いることができ、第１の有機発光層１１ａ、第２の有機発光層１２の構成材料に応じて適宜選択して用いることができる。また後述のように、第１電極を陰極として用いる構成の有機ＥＬ素子も可能である。
第１電極は、陽極および陰極のうちのいずれか一方の電極である。本実施形態における第１電極は、有機ＥＬ素子１０の陽極１４となるものである。陽極１４には、電気伝導度の高い金属酸化物、金属硫化物や金属の薄膜を用いることができ、第１の有機発光層１１ａ、第２の有機発光層１２の構成材料に応じて適宜選択して用いることができる。また後述のように、第１電極を陰極として用いる構成の有機ＥＬ素子も可能である。
陽極１４の材料としては、例えば、酸化インジウム、酸化亜鉛、酸化スズ、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ：インジウムスズ酸化物）、ＩＺＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ：インジウム亜鉛酸化物）、金、白金、銀、銅等の薄膜が用いられる。これらの中でも、ＩＴＯ、ＩＺＯ、酸化スズが好ましい。
また陽極１４の構成材料として、ポリアニリンもしくはその誘導体、ポリチオフェンもしくはその誘導体等の有機物の透明導電膜を用いてもよい。
また第１の発光ユニット１１の第１の有機発光層１１ａへの電荷注入を容易にするという観点から、陽極１４の第１の発光ユニット１１側の表面上に、フタロシアニン誘導体、ポリチオフェン誘導体等の導電性高分子、Ｍｏ酸化物、アモルファスカーボン、フッ化カーボン、ポリアミン化合物等の１ｎｍ以上、２００ｎｍ以下の層、或いは金属酸化物や金属フッ化物、有機絶縁材料等からなる平均膜厚１０ｎｍ以下の層を設けてもよい。
このような陽極１４の膜厚は、光の透過性と電気伝導度とを考慮して適宜選択することができ、例えば５ｎｍ以上、１０μｍ以下であり、好ましくは１０ｎｍ以上、１μｍ以下であり、より好ましくは２０ｎｍ以上、５００ｎｍ以下である。
上述の陽極１４を形成させる方法としては、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法、メッキ法等が挙げられる。
また陽極１４を電気的に分離させた複数のセルに仕切る方法としては、例えば、第１電極を形成した後に、フォトレジストを用いたエッチング法によりパターン形成する方法が挙げられる。
また陽極１４を電気的に分離させた複数のセルに仕切る方法としては、例えば、第１電極を形成した後に、フォトレジストを用いたエッチング法によりパターン形成する方法が挙げられる。
＜Ｆ＞封止基板
上述のように陰極１６が形成された後、有機ＥＬ素子１０を保護するために、該有機ＥＬ素子１０を封止する封止基板（上部封止膜）１７が形成される。この封止基板１７は、通常、少なくとも一つの無機層と少なくとも一つの有機層を有する。積層数は、必要に応じて決定され、基本的には、無機層と有機層は交互に積層される。
上述のように陰極１６が形成された後、有機ＥＬ素子１０を保護するために、該有機ＥＬ素子１０を封止する封止基板（上部封止膜）１７が形成される。この封止基板１７は、通常、少なくとも一つの無機層と少なくとも一つの有機層を有する。積層数は、必要に応じて決定され、基本的には、無機層と有機層は交互に積層される。
封止基板１７の形状は、支持基板１５と貼り合わせて、有機ＥＬ素子１０を封止できるものであればよく、図１に示すように平板状であってもよいし、有機ＥＬ素子１０を収容するためのザグリを表面に形成した板状の基板を用いてもよい（不図示）。図１に示す例では、封止基板１７と有機ＥＬ素子１０との間に空隙が生じているが、この空隙に樹脂などの充填剤を設けてもよい。この封止基板１７は、リジッド基板でも、フレキシブル基板でもよい。また封止基板１７は、支持基板１５について例示したものと同様のものを採用してもよい。
なおプラスチック基板はガラス基板に比べて、ガスおよび液体の透過性が高く、また第１の有機発光層１１ａ及び第２の有機発光層１２などを構成する発光物質は酸化されやすく、水と接触することにより劣化しやすいため、支持基板１５としてプラスチック基板が用いられる場合には、支持基板１５および封止基板１７により有機ＥＬ素子１０が囲繞されていても経時変化し易いので、ガスバリア性を高めるための処理をプラスチック基板に予め施すことが好ましい。例えばプラスチック基板上にガスおよび液体などに対するバリア性の高い下部封止膜を積層し、その後、この下部封止膜の上に有機ＥＬ素子１０を積層することが好ましい。この下部封止膜は、通常、封止基板１７と同様の構成、同様の材料にて形成される。
図１に示すような第１の発光ユニット１１及び第２の発光ユニット１２からの光を封止基板１７側から取出すいわゆるトップエミッション型の有機ＥＬ素子では、封止基板１７は、可視光領域の光の透過率が高いものが好適に用いられる。
＜Ｇ＞任意の構成層
図１に示す有機ＥＬ素子１０では、陽極１４と陰極１６との間に、第１の発光ユニット１１、第２の発光ユニット１２及び電荷発生層１３が設けられた形態を示している。しかし、陽極１４と電荷発生層１３との間、電荷発生層１３と陰極１６との間に設けられる層の構成としては、図１に示す構成例に限られるわけではない。陽極１４と陰極１６との間には必須の構成として第１の有機発光層１１ａ、第２の有機発光層１２及び電荷発生層１３が設けられればよく、第１の発光ユニット１１の正孔注入層１１ｂのように、第１の発光ユニット１１及び第２の発光ユニット１２には第１の有機発光層１１ａ及び第２の有機発光層１２の他にさらに他の機能層を１または２以上設けてもよい。第１の発光ユニット１１及び第２の発光ユニット１２のその一部として付属し得る層としては、上述のように例えば正孔注入層、正孔輸送層、電子ブロック層、電子注入層、電子輸送層、正孔ブロック層等が挙げられる。
図１に示す有機ＥＬ素子１０では、陽極１４と陰極１６との間に、第１の発光ユニット１１、第２の発光ユニット１２及び電荷発生層１３が設けられた形態を示している。しかし、陽極１４と電荷発生層１３との間、電荷発生層１３と陰極１６との間に設けられる層の構成としては、図１に示す構成例に限られるわけではない。陽極１４と陰極１６との間には必須の構成として第１の有機発光層１１ａ、第２の有機発光層１２及び電荷発生層１３が設けられればよく、第１の発光ユニット１１の正孔注入層１１ｂのように、第１の発光ユニット１１及び第２の発光ユニット１２には第１の有機発光層１１ａ及び第２の有機発光層１２の他にさらに他の機能層を１または２以上設けてもよい。第１の発光ユニット１１及び第２の発光ユニット１２のその一部として付属し得る層としては、上述のように例えば正孔注入層、正孔輸送層、電子ブロック層、電子注入層、電子輸送層、正孔ブロック層等が挙げられる。
陽極１４と第１の有機発光層１１ａとの間、電荷発生層１３と第２の有機発光層１２との間に設け得る層としては、正孔注入層、正孔輸送層、電子ブロック層等が挙げられる。陽極１４と第１の有機発光層１１ａとの間、電荷発生層１３と第２の有機発光層１２との間に、正孔注入層と正孔輸送層との両方が設けられる場合、陽極または電荷発生層に接する層を正孔注入層といい、この正孔注入層を除く層を正孔輸送層という。
第１の有機発光層１１ａと電荷発生層１３との間、第２の有機発光層１２と陰極１６との間に設け得る層としては、電子注入層、電子輸送層、正孔ブロック層等が挙げられる。第１の有機発光層１１ａと電荷発生層１３との間、第２の有機発光層１２と陰極１６との間に、電子注入層と電子輸送層との両方が設けられる場合、電荷発生層または陰極に接する層を電子注入層といい、この電子注入層を除く層を電子輸送層という。
なお正孔注入層および電子注入層を総称して電荷注入層ということがある。正孔輸送層および電子輸送層を総称して電荷輸送層ということがある。また電子ブロック層および正孔ブロック層を総称して電荷ブロック層ということがある。
電荷輸送層は、それぞれ独立に２層以上用いてもよい。
電荷輸送層は、それぞれ独立に２層以上用いてもよい。
以下、正孔注入層１１ｂを含め、任意の機能層（不図示）について説明する。
発光ユニットを構成する任意の層として、上述の通り、正孔注入層、正孔輸送層、電子ブロック層、電子注入層、電子輸送層、正孔ブロック層を設けても良い。
＜Ｇ−１＞正孔注入層
正孔注入層は、陽極または電荷発生層からの正孔注入効率を改善する機能を有する層である。正孔注入層は、陽極１４と正孔輸送層との間、陽極１４と第１の有機発光層１１ａとの間、電荷発生層１３と第２の有機発光層１２との間、電荷発生層１３と正孔輸送層との間に設けることができる。正孔注入層を構成する材料としては、該正孔注入層の一方の表面、および他方の表面に隣接して設けられる２層の各イオン化ポテンシャルの間となるイオン化ポテンシャルを有する材料が好ましい。具体的には、陽極１４のイオン化ポテンシャルと第１の有機発光層１１ａの陽極１４側の表面部のイオン化ポテンシャルとの間となるイオン化ポテンシャルを有する材料、電荷発生層１３のイオン化ポテンシャルと第２の有機発光層１２の電荷発生層１３側の表面部のイオン化ポテンシャルとの間となるイオン化ポテンシャルを有する材料などである。例えば、フタロシアニン誘導体、ポリチオレン誘導体等の導電性高分子、モリブデン酸化物、アモルファスカーボン、フッ化カーボン、ポリアミン化合物などの厚さ１〜２００ｎｍの層、又は金属酸化物や金属フッ化物、有機絶縁材料等の厚さ２ｎｍ以下の層が望ましい。
導電性高分子材料としては、ポリアニリン及びその誘導体、ポリチオフェン及びその誘導体、ポリピロール及びその誘導体、ポリフェニレンビニレン及びその誘導体、ポリチエニレンビニレン及びその誘導体、ポリキノリン及びその誘導体、ポリキノキサリン及びその誘導体、芳香族アミン構造を主鎖又は側鎖に含む重合体などが挙げられる。
該導電性高分子の電気伝導度は、１０-7Ｓ／ｃｍ以上１０3Ｓ／ｃｍ以下であることが好ましく、有機ＥＬ素子が表示装置の画素として機能する場合には、画素間のリーク電流を小さくするためには、１０-5Ｓ／ｃｍ以上１０2Ｓ／ｃｍ以下がより好ましく、１０-5Ｓ／ｃｍ以上１０1Ｓ／ｃｍ以下がさらに好ましい。通常は該導電性高分子の電気伝導度を１０-5Ｓ／ｃｍ以上１０3Ｓ／ｃｍ以下として正孔注入性を上げるために、該導電性高分子に適量のアニオンをドープする。アニオンの例としては、ポリスチレンスルホン酸イオン、アルキルベンゼンスルホン酸イオン、樟脳スルホン酸イオンなどが好適に用いられる。
発光ユニットを構成する任意の層として、上述の通り、正孔注入層、正孔輸送層、電子ブロック層、電子注入層、電子輸送層、正孔ブロック層を設けても良い。
＜Ｇ−１＞正孔注入層
正孔注入層は、陽極または電荷発生層からの正孔注入効率を改善する機能を有する層である。正孔注入層は、陽極１４と正孔輸送層との間、陽極１４と第１の有機発光層１１ａとの間、電荷発生層１３と第２の有機発光層１２との間、電荷発生層１３と正孔輸送層との間に設けることができる。正孔注入層を構成する材料としては、該正孔注入層の一方の表面、および他方の表面に隣接して設けられる２層の各イオン化ポテンシャルの間となるイオン化ポテンシャルを有する材料が好ましい。具体的には、陽極１４のイオン化ポテンシャルと第１の有機発光層１１ａの陽極１４側の表面部のイオン化ポテンシャルとの間となるイオン化ポテンシャルを有する材料、電荷発生層１３のイオン化ポテンシャルと第２の有機発光層１２の電荷発生層１３側の表面部のイオン化ポテンシャルとの間となるイオン化ポテンシャルを有する材料などである。例えば、フタロシアニン誘導体、ポリチオレン誘導体等の導電性高分子、モリブデン酸化物、アモルファスカーボン、フッ化カーボン、ポリアミン化合物などの厚さ１〜２００ｎｍの層、又は金属酸化物や金属フッ化物、有機絶縁材料等の厚さ２ｎｍ以下の層が望ましい。
導電性高分子材料としては、ポリアニリン及びその誘導体、ポリチオフェン及びその誘導体、ポリピロール及びその誘導体、ポリフェニレンビニレン及びその誘導体、ポリチエニレンビニレン及びその誘導体、ポリキノリン及びその誘導体、ポリキノキサリン及びその誘導体、芳香族アミン構造を主鎖又は側鎖に含む重合体などが挙げられる。
該導電性高分子の電気伝導度は、１０-7Ｓ／ｃｍ以上１０3Ｓ／ｃｍ以下であることが好ましく、有機ＥＬ素子が表示装置の画素として機能する場合には、画素間のリーク電流を小さくするためには、１０-5Ｓ／ｃｍ以上１０2Ｓ／ｃｍ以下がより好ましく、１０-5Ｓ／ｃｍ以上１０1Ｓ／ｃｍ以下がさらに好ましい。通常は該導電性高分子の電気伝導度を１０-5Ｓ／ｃｍ以上１０3Ｓ／ｃｍ以下として正孔注入性を上げるために、該導電性高分子に適量のアニオンをドープする。アニオンの例としては、ポリスチレンスルホン酸イオン、アルキルベンゼンスルホン酸イオン、樟脳スルホン酸イオンなどが好適に用いられる。
正孔注入層の成膜方法としては、上述の第１の発光ユニット１１を構成する第１の有機発光層１１ａ及び第２の発光ユニット１２を構成する第２の有機発光層１２を成膜する方法と同様の方法によって形成することができる。具体的には、有機発光層を主に構成する発光材料を溶解する溶媒と同様の溶媒に、正孔注入層となる材料（正孔注入材料）を溶解した塗布液を、慣用の塗布法によって塗布することで成膜することができる。
また正孔注入層の膜厚としては、用いる材料によって最適値が異なり、駆動電圧と発光効率が適度な値となるように適宜設定され、少なくともピンホールが発生しないような厚さが必要であり、あまり厚いと、素子の駆動電圧が高くなるので好ましくない。従って正孔注入層の膜厚は、例えば１ｎｍ以上、１μｍ以下であり、好ましくは２ｎｍ以上、５００ｎｍ以下であり、さらに好ましくは５ｎｍ以上、２００ｎｍ以下である。
＜Ｇ−２＞正孔輸送層
正孔輸送層は、陽極１４、電荷発生層１３、正孔注入層または陽極１４により近い正孔輸送層からの正孔注入を改善する機能を有する層である。
正孔輸送層を構成する材料としては、特に制限はないが、例えば、Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−Ｎ，Ｎ’−ジ（３−メチルフェニル）４，４’−ジアミノビフェニル（ＴＰＤ）、４，４’−ビス［Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニル（ＮＰＢ）等の芳香族アミン誘導体、ポリビニルカルバゾールもしくはその誘導体、ポリシランもしくはその誘導体、側鎖もしくは主鎖に芳香族アミンを有するポリシロキサン誘導体、ピラゾリン誘導体、アリールアミン誘導体、スチルベン誘導体、トリフェニルジアミン誘導体、ポリアニリンもしくはその誘導体、ポリチオフェンもしくはその誘導体、ポリアリールアミンもしくはその誘導体、ポリピロールもしくはその誘導体、ポリ（ｐ−フェニレンビニレン）もしくはその誘導体、またはポリ（２，５−チエニレンビニレン）もしくはその誘導体などが例示される。
＜Ｇ−２＞正孔輸送層
正孔輸送層は、陽極１４、電荷発生層１３、正孔注入層または陽極１４により近い正孔輸送層からの正孔注入を改善する機能を有する層である。
正孔輸送層を構成する材料としては、特に制限はないが、例えば、Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−Ｎ，Ｎ’−ジ（３−メチルフェニル）４，４’−ジアミノビフェニル（ＴＰＤ）、４，４’−ビス［Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニル（ＮＰＢ）等の芳香族アミン誘導体、ポリビニルカルバゾールもしくはその誘導体、ポリシランもしくはその誘導体、側鎖もしくは主鎖に芳香族アミンを有するポリシロキサン誘導体、ピラゾリン誘導体、アリールアミン誘導体、スチルベン誘導体、トリフェニルジアミン誘導体、ポリアニリンもしくはその誘導体、ポリチオフェンもしくはその誘導体、ポリアリールアミンもしくはその誘導体、ポリピロールもしくはその誘導体、ポリ（ｐ−フェニレンビニレン）もしくはその誘導体、またはポリ（２，５−チエニレンビニレン）もしくはその誘導体などが例示される。
これらの中でも、正孔輸送層に用いる正孔輸送材料としては、ポリビニルカルバゾールもしくはその誘導体、ポリシランもしくはその誘導体、側鎖もしくは主鎖に芳香族アミンを有するポリシロキサン誘導体、ポリアニリンもしくはその誘導体、ポリチオフェンもしくはその誘導体、ポリアリールアミンもしくはその誘導体、ポリ（ｐ−フェニレンビニレン）もしくはその誘導体、またはポリ（２，５−チエニレンビニレン）もしくはその誘導体等の高分子正孔輸送材料が好ましく、さらに好ましくはポリビニルカルバゾールもしくはその誘導体、ポリシランもしくはその誘導体、側鎖もしくは主鎖に芳香族アミンを有するポリシロキサン誘導体である。低分子の正孔輸送材料の場合には、高分子バインダーに分散させて用いることが好ましい。
上記芳香族アミン化合物としては、第３級アミンが好ましく、具体的には下記一般式(１)で表される繰り返し単位を含む化合物があげられる。
式（１）中、芳香環上の水素原子はハロゲン原子、アルキル基、アルキルオキシ基、アルキルチオ基、アリール基、アリールオキシ基、アリールチオ基、アリールアルキル基、アリールアルキルオキシ基、アリールアルキルチオ基、アルケニル基、アルキニル基、アリールアルケニル基、アリールアルキニル基、アシル基、アシルオキシ基、アミド基、酸イミド基、イミン残基、置換アミノ基、置換シリル基、置換シリルオキシ基、置換シリルチオ基、置換シリルアミノ基、シアノ基、ニトロ基、１価の複素環基、ヘテロアリールオキシ基、ヘテロアリールチオ基、アルキルオキシカルボニル基、アリールオキシカルボニル基、アリールアルキルオキシカルボニル基、ヘテロアリールオキシカルボニル基及びカルボキシル基などから選ばれる置換基で置換されていてもよい。
また、置換基は、ビニル基、アセチレン基、ブテニル基、アクリル基、アクリレート基、アクリルアミド基、メタクリル基、メタクリレート基、メタクリルアミド基、ビニルエーテル基、ビニルアミノ基、シラノール基、小員環（たとえばシクロプロピル基、シクロブチル基、エポキシ基、オキセタン基、ジケテン基、エピスルフィド基等）を有する基、ラクトン基、ラクタム基、又はシロキサン誘導体の構造を含有する基等の架橋基であってもよい。また、上記の基の他に、エステル結合やアミド結合を形成可能な基の組み合わせ（例えばエステル基とアミノ基、エステル基とヒドロキシル基など）なども架橋基として利用できる。
なお、正孔輸送層を構成する芳香族アミン化合物としては、上記一般式（１）で表される繰り返し単位において、Ａｒ２とＡｒ３が直接または、−Ｏ−、−Ｓ−等の２価の基を介して結合した構造の繰り返し単位を含む化合物でもよい。
アリーレン基としては、フェニレン基等があげられ、２価の複素環基としては、ピリジンジイル基等が挙げられ、これらの基は置換基を有していてもよい。
アリール基としては、フェニル基、ナフチル基等が挙げられ、１価の複素環基としては、ピリジル基等が挙げられ、これらの基は置換基を有していてもよい。
アリール基としては、フェニル基、ナフチル基等が挙げられ、１価の複素環基としては、ピリジル基等が挙げられ、これらの基は置換基を有していてもよい。
芳香族第３級アミン化合物の構造を含む繰返し単位を含む重合体は、さらに他の繰り返し単位を有していてもよい。他の繰り返し単位としては、フェニレン基、フルオレンジイル基等のアリーレン基があげられる。
なお、この重合体の中では、架橋基を含んでいるものがより好ましい。
なお、この重合体の中では、架橋基を含んでいるものがより好ましい。
正孔輸送層の成膜方法としては、特に制限はないが、低分子の正孔輸送材料では、高分子バインダーと正孔輸送材料とを含む混合液からの成膜を挙げることができ、高分子の正孔輸送材料では、正孔輸送材料を含む溶液からの成膜を挙げることができる。
溶液からの成膜に用いられる溶媒としては、正孔輸送材料を溶解させるものであれば特に制限はなく、クロロホルム、塩化メチレン、ジクロロエタンなどの塩素系溶媒、テトラヒドロフランなどのエーテル系溶媒、トルエン、キシレンなどの芳香族炭化水素系溶媒、アセトン、メチルエチルケトンなどのケトン系溶媒、酢酸エチル、酢酸ブチル、エチルセルソルブアセテートなどのエステル系溶媒などを挙げることができる。
溶液からの成膜方法としては、前述した正孔注入層の成膜法と同様の塗布法を挙げることができる。
溶液からの成膜方法としては、前述した正孔注入層の成膜法と同様の塗布法を挙げることができる。
混合する高分子バインダーとしては、電荷輸送を極度に阻害しないものが好ましく、また可視光に対する吸収の弱いものが好適に用いられ、例えばポリカーボネート、ポリアクリレート、ポリメチルアクリレート、ポリメチルメタクリレート、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、ポリシロキサンなどを挙げることができる。
正孔輸送層の膜厚としては、用いる材料によって最適値が異なり、駆動電圧と発光効率が適度な値となるように選択すればよいが、少なくともピンホールが発生しないような厚さが必要であり、あまり厚いと、素子の駆動電圧が高くなり好ましくない。従って、該正孔輸送層の膜厚としては、例えば１ｎｍから１μｍであり、好ましくは２ｎｍ以上、５００ｎｍ以下であり、さらに好ましくは５ｎｍ以上、２００ｎｍ以下である。
＜Ｇ−３＞電子ブロック層
電子ブロック層は、電子の輸送を堰き止める機能を有する層である。なお正孔注入層および／または正孔輸送層が電子の輸送を堰き止める機能を有する場合には、これらの層が電子ブロック層を兼ねることがある。
電子ブロック層が電子の輸送を堰き止める機能を有することは、例えば、電子電流のみを流す素子を作製し、その電流値の減少で堰き止める効果を確認することが可能である。
電子ブロック層としては、例えば上記正孔注入層または正孔輸送層の材料として例示した各種材料を用い得る。
電子ブロック層は、電子の輸送を堰き止める機能を有する層である。なお正孔注入層および／または正孔輸送層が電子の輸送を堰き止める機能を有する場合には、これらの層が電子ブロック層を兼ねることがある。
電子ブロック層が電子の輸送を堰き止める機能を有することは、例えば、電子電流のみを流す素子を作製し、その電流値の減少で堰き止める効果を確認することが可能である。
電子ブロック層としては、例えば上記正孔注入層または正孔輸送層の材料として例示した各種材料を用い得る。
＜Ｇ−４＞電子注入層
電子注入層は、陰極１６または電荷発生層１３からの電子注入効率を改善する機能を有する層である。電子注入層は、第１の有機発光層１１ａと電荷発生層１３との間、電子輸送層と電荷発生層１３との間、第２の有機発光層１２と陰極１６との間、または電子輸送層と陰極１６との間に設けられる。電子注入層を形成する材料としては、該電子注入層の一方の表面、および他方の表面に隣接して設けられる２層の各電子親和力の間となる電子親和力を有する材料が好ましい。具体的には、電荷発生層１３の電子親和力と第１の有機発光層１１ａの電荷発生層１３側の表面部の電子親和力との間となる電子親和力を有する材料、陰極１６の電子親和力と第２の有機発光層１２の陰極１６側の表面部の電子親和力との間となる電子親和力を有する材料などである。
電子注入層の材料としては、発光層の種類に応じて最適な材料が適宜選択され、アルカリ金属、アルカリ土類金属、アルカリ金属およびアルカリ土類金属のうちの１種類以上含む合金、アルカリ金属若しくはアルカリ土類金属の酸化物、ハロゲン化物、炭酸化物、またはこれらの物質の混合物などが用いられる。
電子注入層は、陰極１６または電荷発生層１３からの電子注入効率を改善する機能を有する層である。電子注入層は、第１の有機発光層１１ａと電荷発生層１３との間、電子輸送層と電荷発生層１３との間、第２の有機発光層１２と陰極１６との間、または電子輸送層と陰極１６との間に設けられる。電子注入層を形成する材料としては、該電子注入層の一方の表面、および他方の表面に隣接して設けられる２層の各電子親和力の間となる電子親和力を有する材料が好ましい。具体的には、電荷発生層１３の電子親和力と第１の有機発光層１１ａの電荷発生層１３側の表面部の電子親和力との間となる電子親和力を有する材料、陰極１６の電子親和力と第２の有機発光層１２の陰極１６側の表面部の電子親和力との間となる電子親和力を有する材料などである。
電子注入層の材料としては、発光層の種類に応じて最適な材料が適宜選択され、アルカリ金属、アルカリ土類金属、アルカリ金属およびアルカリ土類金属のうちの１種類以上含む合金、アルカリ金属若しくはアルカリ土類金属の酸化物、ハロゲン化物、炭酸化物、またはこれらの物質の混合物などが用いられる。
アルカリ金属またはその酸化物、ハロゲン化物、炭酸化物の例としては、リチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、セシウム、酸化リチウム、フッ化リチウム、酸化ナトリウム、フッ化ナトリウム、酸化カリウム、フッ化カリウム、酸化ルビジウム、フッ化ルビジウム、酸化セシウム、フッ化セシウム、炭酸リチウム等が挙げられる。
前記アルカリ土類金属またはその酸化物、ハロゲン化物、炭酸化物の例としては、マグネシウム、カルシウム、バリウム、ストロンチウム、酸化マグネシウム、フッ化マグネシウム、酸化カルシウム、フッ化カルシウム、酸化バリウム、フッ化バリウム、酸化ストロンチウム、フッ化ストロンチウム、炭酸マグネシウムなどが挙げられる。
さらに金属、金属酸化物、金属塩をドーピングした有機金属化合物および有機金属錯体化合物、またはこれらの混合物も、電子注入層の材料として用いることができる。
また電子注入層の材料としては、導電性高分子材料も用いられる。該導電性高分子の材料としては、正孔注入材料で説明した電気伝導度の高分子材料を用いればよいが、電子注入性を向上させるためには、適量のカチオンをドープする。カチオンの例としては、リチウムイオン、ナトリウムイオン、カリウムイオン、テトラブチルアンモニウムイオンなどが用いられる。
また電子注入層の材料としては、導電性高分子材料も用いられる。該導電性高分子の材料としては、正孔注入材料で説明した電気伝導度の高分子材料を用いればよいが、電子注入性を向上させるためには、適量のカチオンをドープする。カチオンの例としては、リチウムイオン、ナトリウムイオン、カリウムイオン、テトラブチルアンモニウムイオンなどが用いられる。
この電子注入層は、２層以上を積層した積層構造を有していても良い。具体的には、Ｌｉ／Ｃａなどが挙げられる。この電子注入層は、蒸着法、スパッタリング法、印刷法などにより形成される。
この電子注入層の膜厚としては、１ｎｍ以上、１μｍ以下程度が好ましい。
この電子注入層の膜厚としては、１ｎｍ以上、１μｍ以下程度が好ましい。
＜Ｇ−５＞電子輸送層
電子輸送層は、陰極、電荷発生層、電子注入層または陰極により近い電子輸送層からの電子注入を改善する機能を有する層であり、電子輸送層とは電子を輸送する機能を有する層である。
電子輸送層を形成する材料としては、公知のものが使用でき、オキサジアゾール誘導体、アントラキノジメタンもしくはその誘導体、ベンゾキノンもしくはその誘導体、ナフトキノンもしくはその誘導体、アントラキノンもしくはその誘導体、テトラシアノアンスラキノジメタンもしくはその誘導体、フルオレノン誘導体、ジフェニルジシアノエチレンもしくはその誘導体、ジフェノキノン誘導体、または８−ヒドロキシキノリンもしくはその誘導体の金属錯体、ポリキノリンもしくはその誘導体、ポリキノキサリンもしくはその誘導体、ポリフルオレンもしくはその誘導体等が例示される。
電子輸送層は、陰極、電荷発生層、電子注入層または陰極により近い電子輸送層からの電子注入を改善する機能を有する層であり、電子輸送層とは電子を輸送する機能を有する層である。
電子輸送層を形成する材料としては、公知のものが使用でき、オキサジアゾール誘導体、アントラキノジメタンもしくはその誘導体、ベンゾキノンもしくはその誘導体、ナフトキノンもしくはその誘導体、アントラキノンもしくはその誘導体、テトラシアノアンスラキノジメタンもしくはその誘導体、フルオレノン誘導体、ジフェニルジシアノエチレンもしくはその誘導体、ジフェノキノン誘導体、または８−ヒドロキシキノリンもしくはその誘導体の金属錯体、ポリキノリンもしくはその誘導体、ポリキノキサリンもしくはその誘導体、ポリフルオレンもしくはその誘導体等が例示される。
これらのうち、オキサジアゾール誘導体、ベンゾキノンもしくはその誘導体、アントラキノンもしくはその誘導体、または８−ヒドロキシキノリンもしくはその誘導体の金属錯体、ポリキノリンもしくはその誘導体、ポリキノキサリンもしくはその誘導体、ポリフルオレンもしくはその誘導体が好ましく、２−（４−ビフェニリル）−５−（４−ｔ−ブチルフェニル）−１，３，４−オキサジアゾール、ベンゾキノン、アントラキノン、トリス（８−キノリノール）アルミニウム、ポリキノリンがさらに好ましい。
電子輸送層の成膜法としては、特に制限はないが、低分子電子輸送材料では、粉末からの真空蒸着法、または溶液若しくは溶融状態からの成膜による方法などが例示される。また高分子電子輸送材料では、溶液または溶融状態からの成膜による方法などが例示される。
また溶液または溶融状態からの成膜時には、高分子バインダーを併用してもよい。
溶液から電子輸送層を成膜する方法としては、前述の溶液から正孔注入層を成膜する方法と同様の成膜法が挙げられる。
また溶液または溶融状態からの成膜時には、高分子バインダーを併用してもよい。
溶液から電子輸送層を成膜する方法としては、前述の溶液から正孔注入層を成膜する方法と同様の成膜法が挙げられる。
電子輸送層の膜厚としては、用いる材料によって最適値が異なり、駆動電圧と発光効率が適度な値となるように選択すればよいが、少なくともピンホールが発しないような厚さが必要であり、あまり厚いと、素子の駆動電圧が高くなり好ましくない。従って、該電子輸送層の膜厚としては、例えば１ｎｍ以上、１μｍ以下であり、好ましくは２ｎｍ以上、５００ｎｍ以下であり、さらに好ましくは５ｎｍ以上、２００ｎｍ以下である。
＜Ｇ−６＞正孔ブロック層
正孔ブロック層は、正孔の輸送を堰き止める機能を有する層である。なお電子注入層および／または電子輸送層が正孔の輸送を堰き止める機能を有する場合には、これらの層が正孔ブロック層を兼ねることがある。
正孔ブロック層が正孔の輸送を堰き止める機能を有することは、例えばホール電流のみを流す素子を作製し、その電流値の減少で堰き止める効果を確認することが可能である。
正孔ブロック層は、正孔の輸送を堰き止める機能を有する層である。なお電子注入層および／または電子輸送層が正孔の輸送を堰き止める機能を有する場合には、これらの層が正孔ブロック層を兼ねることがある。
正孔ブロック層が正孔の輸送を堰き止める機能を有することは、例えばホール電流のみを流す素子を作製し、その電流値の減少で堰き止める効果を確認することが可能である。
＜Ｈ＞発光ユニットの層構成の組合せ
上記のように、発光機能部に含まれる発光ユニットは、その実施形態として、様々な層構成を採用し得る。発光ユニットのとり得る層構成の具体的な例を以下に示す。
ａ）有機発光層
ｂ）正孔注入層／有機発光層
ｃ）有機発光層／電子注入層
ｄ）正孔注入層／有機発光層／電子注入層
ｅ）正孔注入層／正孔輸送層／有機発光層
ｆ）有機発光層／電子輸送層／電子注入層
ｇ）正孔注入層／有機発光層／電子輸送層／電子注入層
ｈ）正孔注入層／正孔輸送層／有機発光層／電子注入層
ｉ）正孔注入層／正孔輸送層／有機発光層／電子輸送層／電子注入層
（ここで、記号「／」は、記号「／」を挟む各層が隣接して積層されていることを示す。以下同じ。）
なお以上のａ）〜ｉ）の構成では、左側が陽極寄りの層であり、右側が陰極寄りの層である。
上記のように、発光機能部に含まれる発光ユニットは、その実施形態として、様々な層構成を採用し得る。発光ユニットのとり得る層構成の具体的な例を以下に示す。
ａ）有機発光層
ｂ）正孔注入層／有機発光層
ｃ）有機発光層／電子注入層
ｄ）正孔注入層／有機発光層／電子注入層
ｅ）正孔注入層／正孔輸送層／有機発光層
ｆ）有機発光層／電子輸送層／電子注入層
ｇ）正孔注入層／有機発光層／電子輸送層／電子注入層
ｈ）正孔注入層／正孔輸送層／有機発光層／電子注入層
ｉ）正孔注入層／正孔輸送層／有機発光層／電子輸送層／電子注入層
（ここで、記号「／」は、記号「／」を挟む各層が隣接して積層されていることを示す。以下同じ。）
なお以上のａ）〜ｉ）の構成では、左側が陽極寄りの層であり、右側が陰極寄りの層である。
有機ＥＬ素子が有する複数の発光ユニットは、互いに同じ層構成であってもよく、また互いに異なる層構成であってもよい。図１に示す本実施形態の第１の発光ユニット１１は、ｂ）の構成、すなわち正孔注入層１１ｂと第１の有機発光層１１ａが積層された構成を有し、第２の発光ユニット１２は、前記ａ）の構成、すなわち第２の有機発光層のみから構成されている。
本発明にかかる有機ＥＬ素子は、複数の発光ユニットが電荷発生層を介して複数段積層された構成のマルチフォトン型の有機ＥＬ素子である。図１に示す本実施形態の有機ＥＬ素子１０では、上述の通り、２組の発光ユニットを用い、第１の発光ユニット１１及び第２の発光ユニット１２が電荷発生層１３を介して積層されている。さらに、その変形例として、３組以上の発光ユニットを電荷発生層を介して積層させた構成のマルチフォトン型の有機ＥＬ素子も採用し得る。
有機ＥＬ素子においては、通常基板側に陽極が配置されるが、基板側に陰極を配置するようにしてもよい。
また、他の任意の機能層として、例えば電極との密着性向上や電極からの電荷注入性の改善のために、電極に隣接して膜厚２ｎｍ以下の絶縁層を設けてもよい。さらに他の任意の機能層として界面の密着性向上や混合の防止などのために、前述した各層間に薄いバッファー層を挿入してもよい。
図１に示す実施形態では、支持基板１５上に陽極１４を設ける形態を示している。これらの場合、上記ａ）からｉ）の各形態では、左側（陽極側）に示された層から順に支持基板１５上に配置されることになる。
他方、本発明の有機ＥＬ素子としては、支持基板上に陰極を配置する形態も採用し得る。この場合、上記ａ）からｉ）の各形態では、右側（陰極側）に示された層から順に支持基板上に配置されることになる。
［第２の実施形態］
本実施形態の有機ＥＬ素子は、上記図１に示す第１の実施形態における第１電極を陰極として用い、第２電極を陽極として用いる。第１電極として陰極を最も支持基板１５寄りに配置するようにして支持基板１５上に設け、第２の発光ユニット１２上に第２電極として光透過性を有する陽極を配置する。すなわち本実施形態の有機ＥＬ素子は、陰極（第１電極）、第１の発光ユニット１１、電荷発生層１３、第２の発光ユニット１２及び陽極（第２電極）がこの順で支持基板１５上に積層される。
本実施形態の有機ＥＬ素子は、上記図１に示す第１の実施形態における第１電極を陰極として用い、第２電極を陽極として用いる。第１電極として陰極を最も支持基板１５寄りに配置するようにして支持基板１５上に設け、第２の発光ユニット１２上に第２電極として光透過性を有する陽極を配置する。すなわち本実施形態の有機ＥＬ素子は、陰極（第１電極）、第１の発光ユニット１１、電荷発生層１３、第２の発光ユニット１２及び陽極（第２電極）がこの順で支持基板１５上に積層される。
本実施形態の有機ＥＬ素子のように、第１の実施形態における第１電極を陰極として用い、第２電極を陽極として用いても、上述の第１の実施形態と同様の作用、効果を得ることができる。すなわち、本実施形態によって、開口率が高いトップエミッション型で発光性能のより優れたマルチフォトン型の有機ＥＬ素子を実現することができる。
２．本発明の有機ＥＬ素子を搭載した装置
以上説明した本発明の各実施形態の有機ＥＬ素子は、曲面状や平面状の照明装置、例えばスキャナの光源として用いられる面状光源、表示装置に好適に用いることができる。
以上説明した本発明の各実施形態の有機ＥＬ素子は、曲面状や平面状の照明装置、例えばスキャナの光源として用いられる面状光源、表示装置に好適に用いることができる。
有機ＥＬ素子を備える表示装置としては、アクティブマトリックス表示装置、パッシブマトリックス表示装置、セグメント表示装置、ドットマトリックス表示装置、および液晶表示装置などを挙げることができる。なお有機ＥＬ素子は、アクティブマトリックス表示装置、パッシブマトリックス表示装置、ドットマトリックス表示装置において、各画素を構成する発光素子として用いられる。また有機ＥＬ素子は、セグメント表示装置において、各セグメントを構成する発光素子として用いられる。また有機ＥＬ素子は、ドットマトリックス表示装置、および液晶表示装置において、バックライトとして用いられる。
以下、作製例および比較例に基づいて本発明についてより詳細に説明するが、本発明は下記作製例等に限定されるものではない。
＜マルチフォトン型の有機ＥＬ素子の発光効率の検証＞
作製例１−１、１−２及び比較例１−１〜１−４では、２つの発光ユニットを１つの電荷発生層で仕切った構造の有機ＥＬ素子を作製し、その効果を確認した。
作製例１−１、１−２及び比較例１−１〜１−４では、２つの発光ユニットを１つの電荷発生層で仕切った構造の有機ＥＬ素子を作製し、その効果を確認した。
＜作製例１−１＞ 電荷発生層で仕切った構造の有機ＥＬ素子の作製
（作製例１−１の層構成：ＩＴＯ／ＰＥＤＯＴ／ＭＥＨ−ＰＰＶ／Ｌｉ／Ｖ2Ｏ5／ＭＥＨ−ＰＰＶ／Ａｌ−Ｌｉ合金）
作製例１−１における有機ＥＬ素子の作製例を、図１を参照しながら説明する。図１に示す有機ＥＬ素子１０において支持基板に相当するガラス基板１５に、陽極１４として利用するＩＴＯ膜を、スパッタ法により１５０ｎｍの厚みで形成した基板を用意し、該基板にＢＹＴＲＯＮ製のＰＥＤＯＴ（ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン））／ＰＳＳ（ポリスチレンスルホン酸）溶液をスピンコート法により４０ｎｍの厚みで製膜し、窒素雰囲気下において２００℃で熱処理して正孔注入層１１ｂとした。ついで、これに発光材料としてＡｌｄｒｉｃｈ社製の重量平均分子量が約２０万のＭＥＨ−ＰＰＶ（ポリ（２−メトキシ−５−（２’−エチル−ヘキシロキシ）−パラ−フェニレンビニレン）の１重量％トルエン溶液を作製し、これをＰＥＤＯＴ／ＰＳＳが製膜された基板上にスピンコートして９０ｎｍの膜厚で第１の有機発光層１１ａを製膜した。正孔注入層１１ｂと第１の有機発光層１１ａを併せて第１の発光ユニット１１とする。
（作製例１−１の層構成：ＩＴＯ／ＰＥＤＯＴ／ＭＥＨ−ＰＰＶ／Ｌｉ／Ｖ2Ｏ5／ＭＥＨ−ＰＰＶ／Ａｌ−Ｌｉ合金）
作製例１−１における有機ＥＬ素子の作製例を、図１を参照しながら説明する。図１に示す有機ＥＬ素子１０において支持基板に相当するガラス基板１５に、陽極１４として利用するＩＴＯ膜を、スパッタ法により１５０ｎｍの厚みで形成した基板を用意し、該基板にＢＹＴＲＯＮ製のＰＥＤＯＴ（ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン））／ＰＳＳ（ポリスチレンスルホン酸）溶液をスピンコート法により４０ｎｍの厚みで製膜し、窒素雰囲気下において２００℃で熱処理して正孔注入層１１ｂとした。ついで、これに発光材料としてＡｌｄｒｉｃｈ社製の重量平均分子量が約２０万のＭＥＨ−ＰＰＶ（ポリ（２−メトキシ−５−（２’−エチル−ヘキシロキシ）−パラ−フェニレンビニレン）の１重量％トルエン溶液を作製し、これをＰＥＤＯＴ／ＰＳＳが製膜された基板上にスピンコートして９０ｎｍの膜厚で第１の有機発光層１１ａを製膜した。正孔注入層１１ｂと第１の有機発光層１１ａを併せて第１の発光ユニット１１とする。
この上に真空蒸着法により、電荷発生層１３としてＬｉ（仕事関数：２．９３ｅＶ）、Ｖ2Ｏ5（酸化バナジウム）（仕事関数：４ｅＶ以上）を順次それぞれ、２ｎｍ、２０ｎｍの厚みで形成し、第１の層１３−１、第２の層１３−２とした。ここでＬｉの蒸着はＡｌ−Ｌｉ合金（Ｌｉ含有率０．０５％）を用い、Ａｌが飛びはじめる前の数十秒間、先に飛ぶＬｉのみを蒸着することで行い、その直後にＶ2Ｏ5の蒸着を行った。
さらに、Ｖ2Ｏ5膜上に、ＭＥＨ−ＰＰＶの１重量％トルエン溶液をスピンコートして、９０ｎｍの膜厚で第２の有機発光層（第２の発光ユニット）１２を製膜した。さらにこの上に真空蒸着法により陰極１６としてＡｌ−Ｌｉ合金を１００ｎｍ形成した。以上により２つの発光ユニットを１つの電荷発生層で仕切った構造の有機ＥＬ素子を作製した。
得られた素子に直流電圧を印加したところ、発光開始電圧１２Ｖ、最大輝度８０ｃｄ／ｍ2であった。
電流効率は０．０７２ｃｄ／Ａであり、下記の比較例１−１の素子（０．０３７ｃｄ／Ａ）に比べて１．９５倍に増大した。
さらに、Ｖ2Ｏ5膜上に、ＭＥＨ−ＰＰＶの１重量％トルエン溶液をスピンコートして、９０ｎｍの膜厚で第２の有機発光層（第２の発光ユニット）１２を製膜した。さらにこの上に真空蒸着法により陰極１６としてＡｌ−Ｌｉ合金を１００ｎｍ形成した。以上により２つの発光ユニットを１つの電荷発生層で仕切った構造の有機ＥＬ素子を作製した。
得られた素子に直流電圧を印加したところ、発光開始電圧１２Ｖ、最大輝度８０ｃｄ／ｍ2であった。
電流効率は０．０７２ｃｄ／Ａであり、下記の比較例１−１の素子（０．０３７ｃｄ／Ａ）に比べて１．９５倍に増大した。
＜比較例１−１＞ 有機ＥＬ素子の作製
（比較例１−１の層構成：ＩＴＯ／ＰＥＤＯＴ／ＭＥＨ−ＰＰＶ／Ａｌ−Ｌｉ合金）
比較のために、作製例１−１において電荷発生層１３と第２の有機発光層（第２の発光ユニット）１２を設けない以外は作製例１−１と同様にして、図２に示すように発光ユニット１１が１つだけの有機ＥＬ素子３０を作製した。なお、図２中、図１におけるものと同一部材については同一符号を付している。
比較例１−１における有機ＥＬ素子３０に直流電圧を印加したところ、発光開始電圧５．５Ｖ、最大輝度５２ｃｄ／ｍ2であった。電流効率は０．０３７ｃｄ／Ａであった。
（比較例１−１の層構成：ＩＴＯ／ＰＥＤＯＴ／ＭＥＨ−ＰＰＶ／Ａｌ−Ｌｉ合金）
比較のために、作製例１−１において電荷発生層１３と第２の有機発光層（第２の発光ユニット）１２を設けない以外は作製例１−１と同様にして、図２に示すように発光ユニット１１が１つだけの有機ＥＬ素子３０を作製した。なお、図２中、図１におけるものと同一部材については同一符号を付している。
比較例１−１における有機ＥＬ素子３０に直流電圧を印加したところ、発光開始電圧５．５Ｖ、最大輝度５２ｃｄ／ｍ2であった。電流効率は０．０３７ｃｄ／Ａであった。
＜比較例１−２＞ 有機ＥＬ素子の作製
（比較例１−２の層構成：ＩＴＯ／ＰＥＤＯＴ／ＭＥＨ−ＰＰＶ／Ｖ2Ｏ5／ＭＥＨ−ＰＰＶ／Ａｌ−Ｌｉ合金）
電荷発生層として、膜厚３０ｎｍのＶ2Ｏ5の１層のみからなるものを用いたことを除いて、比較例１−１と同様にして有機ＥＬ素子を作製した。得られた素子は４０Ｖ印加しても発光しなかった。
（比較例１−２の層構成：ＩＴＯ／ＰＥＤＯＴ／ＭＥＨ−ＰＰＶ／Ｖ2Ｏ5／ＭＥＨ−ＰＰＶ／Ａｌ−Ｌｉ合金）
電荷発生層として、膜厚３０ｎｍのＶ2Ｏ5の１層のみからなるものを用いたことを除いて、比較例１−１と同様にして有機ＥＬ素子を作製した。得られた素子は４０Ｖ印加しても発光しなかった。
＜作製例１−２＞ 異なる色の発光ユニットの積層からなる混色素子
（作製例１−２の層構成：ＩＴＯ／ＰＥＤＯＴ／Ｆ８−ＴＰＡ−ＢＴ／Ｌｉ／Ｖ2Ｏ5／ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ／Ｆ８−ＴＰＡ−ＰＤＡ／Ａｌ−Ｌｉ合金）
作製例１−１における有機発光層であるＭＥＨ−ＰＰＶの代わりに、緑色の光を発光する下記構造式（１）で示す高分子発光材料３１（略称Ｆ８（poly(9,9-dioctylfluorene)）−ＴＰＡ（トリフェニルアミン）−ＢＴ（ポリビスアミドトリアゾール））からなる高分子発光層を含む第１の発光ユニット１１と、電荷発生層１３とを形成した後、ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ層を形成し、引き続いて青色の光を発光する下記構造式（２）で示す高分子発光材料３２（略称Ｆ８−ＴＰＡ−ＰＤＡ（ｐ‐フェニェレンジアミン））からなる高分子発光層を含む第２の発光ユニット１２を製膜した後、作製例１−１と同様にして陰極を形成して、二つの発光ユニットからの発光波長が異なる発光素子を作製した。
（作製例１−２の層構成：ＩＴＯ／ＰＥＤＯＴ／Ｆ８−ＴＰＡ−ＢＴ／Ｌｉ／Ｖ2Ｏ5／ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ／Ｆ８−ＴＰＡ−ＰＤＡ／Ａｌ−Ｌｉ合金）
作製例１−１における有機発光層であるＭＥＨ−ＰＰＶの代わりに、緑色の光を発光する下記構造式（１）で示す高分子発光材料３１（略称Ｆ８（poly(9,9-dioctylfluorene)）−ＴＰＡ（トリフェニルアミン）−ＢＴ（ポリビスアミドトリアゾール））からなる高分子発光層を含む第１の発光ユニット１１と、電荷発生層１３とを形成した後、ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ層を形成し、引き続いて青色の光を発光する下記構造式（２）で示す高分子発光材料３２（略称Ｆ８−ＴＰＡ−ＰＤＡ（ｐ‐フェニェレンジアミン））からなる高分子発光層を含む第２の発光ユニット１２を製膜した後、作製例１−１と同様にして陰極を形成して、二つの発光ユニットからの発光波長が異なる発光素子を作製した。
高分子発光材料３１
高分子発光材料３２
＜比較例１−３、１−４＞ 作製例１−２の比較、緑と青の有機発光層のみからなる単一素子
（比較例１−３の層構成：ＩＴＯ／ＰＥＤＯＴ／Ｆ８−ＴＰＡ−ＢＴ／Ａｌ−Ｌｉ合金）
（比較例１−４の層構成：ＩＴＯ／ＰＥＤＯＴ／Ｆ８−ＴＰＡ−ＰＤＡ／Ａｌ−Ｌｉ合金）
作製例１−２との比較のため、比較例１−２と同様にＩＴＯ／ＰＥＤＯＴ／有機発光層／Ａｌ−Ｌｉ合金の構造の発光ユニット１つからなる素子を作製した。ここで比較例１−３では、有機発光層に緑色発光層材料Ｆ８−ＴＰＡ−ＢＴを用い、比較例１−４では、有機発光層に青色発光材料Ｆ８−ＴＰＡ−ＰＤＡを用いた。
（比較例１−３の層構成：ＩＴＯ／ＰＥＤＯＴ／Ｆ８−ＴＰＡ−ＢＴ／Ａｌ−Ｌｉ合金）
（比較例１−４の層構成：ＩＴＯ／ＰＥＤＯＴ／Ｆ８−ＴＰＡ−ＰＤＡ／Ａｌ−Ｌｉ合金）
作製例１−２との比較のため、比較例１−２と同様にＩＴＯ／ＰＥＤＯＴ／有機発光層／Ａｌ−Ｌｉ合金の構造の発光ユニット１つからなる素子を作製した。ここで比較例１−３では、有機発光層に緑色発光層材料Ｆ８−ＴＰＡ−ＢＴを用い、比較例１−４では、有機発光層に青色発光材料Ｆ８−ＴＰＡ−ＰＤＡを用いた。
比較例１−３、１−４の駆動電圧はそれぞれ３．６Ｖ、５．４Ｖであるのに対し、作製例１−２では８．０Ｖとなり２つのユニットを積層した素子の予想に近い電圧を示した。また作製例１−２の素子では２つの層からの混色により、スペクトルが広くなり白がかった緑色の発光が得られた。
＜透明な第２電極を特定の３層構造とした有機ＥＬ素子の効果の検証＞
次に、以下の作製例２−１〜２−５および比較例２−１〜２−３では、透明な第２電極を特定の３層から構成した有機ＥＬ素子を製造し、その効果を確認した。
次に、以下の作製例２−１〜２−５および比較例２−１〜２−３では、透明な第２電極を特定の３層から構成した有機ＥＬ素子を製造し、その効果を確認した。
（作製例２−１）
（Ａ：第１電極（陽極）の形成）
ガラス基板上に、真空蒸着法にて、第１電極（陽極）である厚さ１００ｎｍの銀層を成膜した。本銀層は反射率９０％の光反射陽極である。さらに、真空を保ったまま、光反射陽極上に、正孔注入層として、厚さ１０ｎｍのＭｏＯ3層をさらに成膜した。
（Ａ：第１電極（陽極）の形成）
ガラス基板上に、真空蒸着法にて、第１電極（陽極）である厚さ１００ｎｍの銀層を成膜した。本銀層は反射率９０％の光反射陽極である。さらに、真空を保ったまま、光反射陽極上に、正孔注入層として、厚さ１０ｎｍのＭｏＯ3層をさらに成膜した。
（Ｂ：正孔輸送層の形成）
正孔輸送性高分子材料及びキシレンを混合し、正孔輸送性高分子材料の０．７重量％キシレン溶液（正孔輸送層形成用組成物）を得た。
正孔輸送性高分子材料及びキシレンを混合し、正孔輸送性高分子材料の０．７重量％キシレン溶液（正孔輸送層形成用組成物）を得た。
上記（Ａ）で得た、陽極及び正孔注入層を有する基板を真空装置より取り出し、正孔注入層の上に、正孔輸送層形成用組成物をスピンコート法により塗布し、膜厚２０ｎｍの塗膜を得た。
この塗膜を設けた基板を１９０℃で２０分間加熱し、塗膜を不溶化させた後、室温まで自然冷却させ、正孔輸送層を得た。
この塗膜を設けた基板を１９０℃で２０分間加熱し、塗膜を不溶化させた後、室温まで自然冷却させ、正孔輸送層を得た。
（Ｃ：発光層の形成）
発光高分子材料及びキシレンを混合し、発光高分子材料の１．４重量％キシレン溶液（発光層形成用組成物）を得た。
発光高分子材料及びキシレンを混合し、発光高分子材料の１．４重量％キシレン溶液（発光層形成用組成物）を得た。
上記（Ｂ）で得た、陽極、正孔注入層、及び正孔輸送層を有する基板の正孔輸送層の上に、発光層形成用組成物（有機発光インキ）をスピンコート法により塗布し、膜厚８０ｎｍの塗膜を得た。
この塗膜を設けた基板を１３０℃で２０分間加熱し、溶媒を蒸発させた後、室温まで自然冷却させ、発光層を得た。
この塗膜を設けた基板を１３０℃で２０分間加熱し、溶媒を蒸発させた後、室温まで自然冷却させ、発光層を得た。
（Ｄ：第２電極（陰極）の形成）
上記（Ｃ）で得た、陽極、正孔注入層、正孔輸送層及び発光層を有する基板の発光層の上に、真空蒸着法によって、第２電極（陰極）の第１層である５ｎｍのＢａ層、第２層である５ｎｍのＣａ層、第３層である１５ｎｍのＳｎ−Ａｇ合金（モル比はＳｎ：Ａｇ＝９６：４）層を、連続的に成膜し、第１層〜第３層からなる陰極を形成した。
上記（Ｃ）で得た、陽極、正孔注入層、正孔輸送層及び発光層を有する基板の発光層の上に、真空蒸着法によって、第２電極（陰極）の第１層である５ｎｍのＢａ層、第２層である５ｎｍのＣａ層、第３層である１５ｎｍのＳｎ−Ａｇ合金（モル比はＳｎ：Ａｇ＝９６：４）層を、連続的に成膜し、第１層〜第３層からなる陰極を形成した。
（Ｅ：封止）
上記（Ｄ）で得た、発光機能部が積層された基板を真空蒸着装置より取り出し、窒素雰囲気下、封止ガラス及び２液混合エポキシ樹脂にて前記基板上の発光機能部を封止し、有機ＥＬ素子Ｅ１を得た。
上記（Ｄ）で得た、発光機能部が積層された基板を真空蒸着装置より取り出し、窒素雰囲気下、封止ガラス及び２液混合エポキシ樹脂にて前記基板上の発光機能部を封止し、有機ＥＬ素子Ｅ１を得た。
（Ｆ：評価）
上記（Ｅ）で得られた素子に、０Ｖ〜１２Ｖまでの電圧を印加し、最大発光効率を測定した。さらに、初期輝度６０００ｃｄ／ｍ２となる電流で通電し、一定電流を通電の下、輝度半減寿命を測定した。結果を表１に示す。
上記（Ｅ）で得られた素子に、０Ｖ〜１２Ｖまでの電圧を印加し、最大発光効率を測定した。さらに、初期輝度６０００ｃｄ／ｍ２となる電流で通電し、一定電流を通電の下、輝度半減寿命を測定した。結果を表１に示す。
（作製例２−２）
第２電極（陰極）の第３層として１５ｎｍのＣｕ層を成膜した他は、作製例２−１と同様に操作し、有機ＥＬ素子Ｅ２を得て評価した。結果を表１に示す。
第２電極（陰極）の第３層として１５ｎｍのＣｕ層を成膜した他は、作製例２−１と同様に操作し、有機ＥＬ素子Ｅ２を得て評価した。結果を表１に示す。
（作製例２−３）
第２電極（陰極）の第２層として１ｎｍのＡｌ層、第３層として１５ｎｍのＣｕ層を成膜した他は、作製例２−１と同様にして有機ＥＬ素子Ｅ３を作製し、得られた有機ＥＬ素子Ｅ３を作製例２−１と同様に評価した。結果を表１に示す。
第２電極（陰極）の第２層として１ｎｍのＡｌ層、第３層として１５ｎｍのＣｕ層を成膜した他は、作製例２−１と同様にして有機ＥＬ素子Ｅ３を作製し、得られた有機ＥＬ素子Ｅ３を作製例２−１と同様に評価した。結果を表１に示す。
（作製例２−４）
第２電極（陰極）の第３層として１５ｎｍのＡｇ層を成膜した他は、作製例２−３と同様にして有機ＥＬ素子Ｅ４を作製し、得られた有機ＥＬ素子Ｅ４を作製例２−１と同様に評価した。結果を表１に示す。
以上の作製例２−１〜２−４の第３層を、上記の材料で上記の膜厚にそれぞれ形成した場合、各作製例の第３層の可視光透過率は、それぞれ４０％以上となる。
第２電極（陰極）の第３層として１５ｎｍのＡｇ層を成膜した他は、作製例２−３と同様にして有機ＥＬ素子Ｅ４を作製し、得られた有機ＥＬ素子Ｅ４を作製例２−１と同様に評価した。結果を表１に示す。
以上の作製例２−１〜２−４の第３層を、上記の材料で上記の膜厚にそれぞれ形成した場合、各作製例の第３層の可視光透過率は、それぞれ４０％以上となる。
（比較例２−１）
第２電極（陰極）のＣａ層を成膜せず、第１層上に直接１５ｎｍのＳｎ−Ａｇ合金層を成膜した他は、作製例２−１と同様にして有機ＥＬ素子Ｅ５を作製し、得られた有機ＥＬ素子Ｅ５を作製例２−１と同様に評価した。結果を（表１）に示す。
第２電極（陰極）のＣａ層を成膜せず、第１層上に直接１５ｎｍのＳｎ−Ａｇ合金層を成膜した他は、作製例２−１と同様にして有機ＥＬ素子Ｅ５を作製し、得られた有機ＥＬ素子Ｅ５を作製例２−１と同様に評価した。結果を（表１）に示す。
（比較例２−２）
第２電極（陰極）のＣａ層を成膜せず、第１層上に直接１５ｎｍのＣｕ層を成膜した他は、作製例２−１と同様にして有機ＥＬ素子Ｅ６を作製し、得られた有機ＥＬ素子Ｅ６を作製例２−１と同様に評価した。結果を表１に示す。
第２電極（陰極）のＣａ層を成膜せず、第１層上に直接１５ｎｍのＣｕ層を成膜した他は、作製例２−１と同様にして有機ＥＬ素子Ｅ６を作製し、得られた有機ＥＬ素子Ｅ６を作製例２−１と同様に評価した。結果を表１に示す。
作製例２−１と比較例２−１とを参照すれば明らかな通り、Ｂａの第１層、Ｃａの第２層、及びＳｎ−Ａｇ合金の第３層の３層からなる陰極を使用すると、かかる第２層を省略しＢａの層及びＳｎ−Ａｇ合金の層の２層のみからなる陰極を使用した場合に比べて、発光効率が顕著に優れていた。また、輝度半減寿命も顕著に優れていた。
また、作製例２−２、作製例２−３及び比較例２−２を参照すれば明らかな通り、Ｂａの第１層、Ｃａ又はＡｌの第２層、及びＣｕの第３層の３層からなる陰極を使用すると、かかる第２層を省略しＢａの層及びＣｕの層の２層のみからなる陰極を使用した場合に比べて、発光効率が優れていた。また、輝度半減寿命も優れていた。
さらに、作製例２−４に示される通り、Ｂａの第１層及びＡｌの第２層に加えて第３層としてＡｇのみからなる層を用いた場合に、発光効率及び輝度半減寿命のいずれもが最も優れていた。
また、作製例２−２、作製例２−３及び比較例２−２を参照すれば明らかな通り、Ｂａの第１層、Ｃａ又はＡｌの第２層、及びＣｕの第３層の３層からなる陰極を使用すると、かかる第２層を省略しＢａの層及びＣｕの層の２層のみからなる陰極を使用した場合に比べて、発光効率が優れていた。また、輝度半減寿命も優れていた。
さらに、作製例２−４に示される通り、Ｂａの第１層及びＡｌの第２層に加えて第３層としてＡｇのみからなる層を用いた場合に、発光効率及び輝度半減寿命のいずれもが最も優れていた。
（作製例２−５）
第２電極（陰極）の第１層として３．５ｎｍのＬｉＦ層、第２層として４ｎｍのＣａ層、第３層として１５ｎｍのＡｇ層を成膜した他は、作製例２−１と同様に操作し、有機ＥＬ素子Ｅ７を得て評価した。結果を表２に示す。
第２電極（陰極）の第１層として３．５ｎｍのＬｉＦ層、第２層として４ｎｍのＣａ層、第３層として１５ｎｍのＡｇ層を成膜した他は、作製例２−１と同様に操作し、有機ＥＬ素子Ｅ７を得て評価した。結果を表２に示す。
（比較例２−３）
第２電極（陰極）の第１層として３．５ｎｍのＬｉＦ層を成膜し、Ｃａ層を成膜せず第１層上に直接１５ｎｍのＡｇ層を成膜した他は、作製例２−１と同様に操作し、有機ＥＬ素子Ｅ８を得て評価した。結果を表２に示す。
第２電極（陰極）の第１層として３．５ｎｍのＬｉＦ層を成膜し、Ｃａ層を成膜せず第１層上に直接１５ｎｍのＡｇ層を成膜した他は、作製例２−１と同様に操作し、有機ＥＬ素子Ｅ８を得て評価した。結果を表２に示す。
作製例２−５と比較例２−３とを参照すれば明らかな通り、ＬｉＦの第１層、Ｃａの第２層、及びＡｇの第３層の３層からなる陰極を使用すると、かかる第２層を省略しＬｉＦの層及びＡｇの層の２層のみからなる陰極を使用した場合に比べて、発光効率が顕著に優れていた。また、輝度半減寿命も顕著に優れていた。
１０、２０ 有機ＥＬ素子
１１ 第１の発光ユニット
１１ａ 第１の有機発光層
１１ｂ 正孔注入層
１２ 第２の発光ユニット（第２の有機発光層）
１３ 電荷発生層
１３−１ 第１の層
１３−２ 第２の層
１４ 陽極（第１電極）
１５ 支持基板
１６ 陰極（第２電極）
１６ａ 第１層
１６ｂ 第２層
１６ｃ 第３層
１７ 封止基板（上部封止膜）
１８ 接着部
１１ 第１の発光ユニット
１１ａ 第１の有機発光層
１１ｂ 正孔注入層
１２ 第２の発光ユニット（第２の有機発光層）
１３ 電荷発生層
１３−１ 第１の層
１３−２ 第２の層
１４ 陽極（第１電極）
１５ 支持基板
１６ 陰極（第２電極）
１６ａ 第１層
１６ｂ 第２層
１６ｃ 第３層
１７ 封止基板（上部封止膜）
１８ 接着部
Claims (14)
- 陽極および陰極のうちのいずれか一方の電極である第１電極と、
前記第１電極に対向して配置され、前記陽極および陰極のうちの他方の電極であり、光透過性を有する第２電極と、
前記第１電極および第２電極間に設けられ、かつそれぞれが有機化合物を含む発光層を有する複数の発光ユニットと、
前記発光ユニットに挟持されて配置される電荷発生層とを備え、
前記電荷発生層は、仕事関数が３．０ｅＶ以下の金属およびその化合物から成る群（Ａ）から選ばれるものの１種類以上と、仕事関数が４．０ｅＶ以上の化合物（Ｂ）の１種類以上とを含み、
前記第２電極が、前記発光ユニット側から第１層、第２層および第３層の順に配置された３層の積層体からなり、
前記第１層が金属、金属酸化物、金属フッ化物、及びこれらの混合物からなる群から選ばれるものの１種以上を含み、
前記第２層に含まれる材料が前記第１層に含まれる材料に対して還元作用を有する、
有機エレクトロルミネッセンス素子。 - 前記発光層が、高分子有機化合物を含む、請求項１に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
- 前記電荷発生層が、前記金属およびその化合物から成る群（Ａ）から選ばれるものの１種類以上を含む第１の層と、前記化合物（Ｂ）の１種類以上を含む第２の層とを含み、前記第２の層よりも第１電極または第２電極としての陽極寄りに前記第１の層が配置される、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。
- 前記電荷発生層は、前記金属およびその化合物から成る群（Ａ）から選ばれるものの１種類以上と、前記化合物（Ｂ）の１種類以上とが混合されてなる層である、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。
- 前記仕事関数が３.０ｅＶ以下の金属が、アルカリ金属、及びアルカリ土類金属から成る群から選択される、請求項１から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。
- 前記化合物（Ｂ）が、遷移金属酸化物である、請求項１から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。
- 前記遷移金属酸化物が、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｍｎ、Ｔｃ、及びＲｅからなる群から選ばれる１種類以上の金属の酸化物である、請求項６に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
- 前記仕事関数が３．０ｅＶ以下の金属がＬｉであり、前記仕事関数が４．０ｅＶ以上の化合物がＶ2Ｏ5である、請求項１から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。
- 前記第２層が、カルシウム、アルミニウム、マグネシウム、及びこれらの混合物からなる群より選択される金属を含む、請求項１から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。
- 前記第１層が、アルカリ金属、アルカリ土類金属、アルカリ金属の酸化物、アルカリ土類金属の酸化物、アルカリ金属のフッ化物、アルカリ土類金属のフッ化物、及びこれらの混合物からなる群より選ばれる材料を含む、請求項１から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。
- 前記第１層がバリウム、酸化バリウム、フッ化バリウム、及びこれらの混合物からなる第１の群より選ばれる材料、またはナトリウム、酸化ナトリウム、フッ化ナトリウム、及びこれらの混合物からなる第２の群より選ばれる材料を含む、請求項１０に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
- 請求項１から１１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を備える照明装置。
- 請求項１から１１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を備える面状光源。
- 請求項１から１１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を備える表示装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2008324026A JP2010146895A (ja) | 2008-12-19 | 2008-12-19 | 有機エレクトロルミネッセンス素子 |
Applications Claiming Priority (1)
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