JP2012049563A

JP2012049563A - 電界発光素子

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Publication number: JP2012049563A
Application number: JP2011245628A
Authority: JP
Inventors: Tetsushi Seo; 哲史瀬尾; Hiroko Abe; 寛子安部; Nobuharu Osawa; 信晴大澤; Toshio Ikeda; 寿雄池田
Original assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Current assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority date: 2003-08-29
Filing date: 2011-11-09
Publication date: 2012-03-08
Anticipated expiration: 2024-08-26
Also published as: CN100490207C; CN1592522A; JP5264022B2; US20050048317A1; CN101552323B; KR20050022332A; KR101246247B1; CN101552323A

Abstract

【課題】
ホスト材料に対してゲスト材料を少量添加した発光層を適用したドープ型素子において、駆動電圧を低減することを課題とする。特に、電子吸引基を有する赤色発光材料をゲスト材料として添加したドープ型素子において、駆動電圧を低減することを課題とする。また、ドープ型素子において、駆動電圧を低減すると共に、色純度も向上させることを課題とする。特に、電子吸引基を有する赤色発光材料をゲスト材料として添加したドープ型素子において、駆動電圧を低減すると共に、色純度も向上させることを課題とする。
【解決手段】
ホスト材料５２１および電子吸引基を有するゲスト材料５２２を含む発光層５１３を有する電界発光素子において、ホスト材料５２１としてホール輸送性を有する有機化合物を用いる。
【選択図】図５

Description

本発明は、陽極と、陰極と、電界を加えることで発光が得られる有機化合物を含む層（
以下、「電界発光層」と記す）と、を有する電界発光素子に関する。特に、赤色発光を示
す電界発光素子に関する。

有機化合物を発光体とする電界発光素子は、電界を加えて電流を流すことにより発光す
る素子である。その発光機構は、電極間に電界発光層を挟んで電圧を印加することにより
、陰極から注入された電子および陽極から注入されたホールが電界発光層中で再結合して
励起状態の分子（以下、「励起分子」と記す）を形成し、その励起分子が基底状態に戻る
際にエネルギーを放出して発光すると言われている。励起状態には一重項励起状態と三重
項励起状態が知られているが、発光はどちらの励起状態を経ても可能であると考えられて
いる。

このような電界発光素子において、通常、電界発光層は１００〜２００ｎｍ程度の薄膜
で形成される。また、電界発光素子は、電界発光層そのものから光が放出される自発光型
の素子であるため、従来の液晶ディスプレイに用いられているようなバックライトも必要
ない。したがって、極めて薄型軽量に作製できることが大きな利点である。

また、例えば１００ｎｍ程度の電界発光層において、キャリアを注入してから再結合に
至るまでの時間は、キャリア移動度を考えると数十ナノ秒程度であり、キャリアの再結合
から発光までの過程を含めてもマイクロ秒以内のオーダーで発光に至る。したがって、非
常に応答速度が速いことも特長の一つである。

さらに、有機化合物を発光体とする電界発光素子はキャリア注入型の素子であるため、
無機ＥＬ素子のような高電圧の交流電圧を印加する必要がなく、数ボルト〜十数ボルト程
度の低い直流電圧で駆動が可能である。

このように、有機化合物を発光体とする電界発光素子は、薄型軽量・高速応答性・直流
低電圧駆動などの特性を有しており、次世代のフラットパネルディスプレイ素子として注
目されている。特に、このような電界発光素子をマトリクス状に配置した発光装置は、従
来の液晶表示装置と比較して、視野角が広く視認性が優れるという点においても優位性が
ある。

ところで、これらの電界発光素子をフラットパネルディスプレイ等に応用する場合、そ
の発光色を所望の色に制御する必要が生じる。電界発光素子の発光色を制御する手法とし
ては、近年では特に、ホスト材料に対してゲスト材料（ドーパント材料ともいう）を少量
添加した発光層を適用することにより、ゲスト材料に由来する所望の発光色を得るという
手法（以下、「ドーピング法」と記す）が盛んに用いられている（例えば、特許文献１参
照）。

特許文献１に代表されるドーピング法では、発光分子の濃度消光を抑制し、高輝度・高
効率を得ることができるので、特に濃度消光しやすい赤色発光材料を発光させる際には有
効な手法である。例えば、下記非特許文献１では、赤色発光材料である種々の４−ジシア
ノメチレン−４Ｈ−ピラン誘導体を合成し、それをゲスト材料として使用している。

しかしながら、このようなドーピング法を適用した電界発光素子（以下、「ドープ型素
子」と記す）の多くは、駆動電圧が上昇してしまうというデメリットも存在する。特に、
赤色発光材料をゲスト材料として添加したドープ型素子においては、その傾向が顕著であ
ることが知られている（例えば、非特許文献２参照）。

また、ドープ型素子においては、しばしばゲスト材料のみならずホスト材料も発光して
しまうために発光色がうまく制御できず、結果として発光の色純度が悪くなる場合がある
。これは、ホスト材料の励起エネルギーとゲスト材料の励起エネルギーとの間に大きな差
がある場合に生じる現象と考えられており、赤色発光材料をゲスト材料として添加したド
ープ型素子においてよく見られる現象である。この現象は、ホスト材料とゲスト材料の中
間に位置する励起エネルギーを持つアシストドーパント材料をさらに添加することによっ
て、解消されるとされている（例えば、非特許文献３参照）。

しかしながら、上記非特許文献３の手法では、ホスト材料やゲスト材料に加え、アシス
トドーパント材料をさらに添加しなくてはならない。したがって、真空蒸着法による素子
の作製であれば、３つの蒸着源を使った３元共蒸着が必要となり、素子の作製プロセスが
複雑になってしまう。そのため、素子の再現性などにも問題が生じる。

以上のように、ドープ型素子においては、駆動電圧が上昇してしまう、あるいは発光色
の制御ができず色純度が悪くなるなどの問題が生じており、その対策が望まれている。

特許２８１４４３５号

Ｃ．Ｈ．チェン、外３名、マクロモルキュラーシンポジア、Ｎｏ．１２５、４９−５８（１９９７）佐藤佳晴、応用物理学会有機分子・バイオエレクトロニクス分科会会誌、Ｖｏｌ．１１、Ｎｏ．１（２０００）、８６−９９ユウジハマダ、外４名、アプライドフィジクスレターズ、Ｖｏｌ．７５、Ｎｏ．１２、１６８２−１６８４（１９９９）

本発明では、ドープ型素子において、駆動電圧を低減することを課題とする。特に、赤
色発光材料をゲスト材料として添加したドープ型素子において、駆動電圧を低減すること
を課題とする。

また本発明では、ドープ型素子において、駆動電圧を低減すると共に、色純度も向上さ
せることを課題とする。特に、赤色発光材料をゲスト材料として添加したドープ型素子に
おいて、駆動電圧を低減すると共に、色純度も向上させることを課題とする。

本発明者らは、上記特許文献１でも用いられている４−ジシアノメチレン−４Ｈ−ピラ
ン誘導体をゲスト材料として添加した電界発光素子において、特に駆動電圧の上昇が大き
いという点に着目した。そして、その駆動電圧上昇の原因が、４−ジシアノメチレン−４
Ｈ−ピラン誘導体に含まれる電子吸引基にあると考えた。

この考察を元に、本発明者らは鋭意検討を重ねた結果、電子吸引基を有するゲスト材料
を添加した電界発光素子において、以下のような構成とすることで、駆動電圧を低減でき
ることを見出した。

すなわち本発明では、ホスト材料および電子吸引基を有するゲスト材料を含む発光層と
、前記発光層に接して設けられた電子輸送層と、を有する電界発光素子において、前記ホ
スト材料は、ホール輸送性を有する有機化合物であることを特徴とする。なお、ホスト材
料としては、ホール輸送性を有する有機化合物であれば何であってもよいが、特に芳香族
アミン骨格を有する有機化合物であることが好ましい。

また、上述した構成は、種々の電子吸引基を有するゲスト材料に対して有効であるが、
特にシアノ基、ハロゲノ基、カルボニル基を導入したゲスト材料に対して有効である。例
えば、４−ジシアノメチレン−４Ｈ−ピラン骨格を有するゲスト材料に対して有効である
。

さらに、電子吸引基を有するゲスト材料の多くは、その置換基の効果により、黄色〜赤
色の領域で発光するものが多い。したがって、本発明では特に、上述したゲスト材料の発
光スペクトルのピーク波長が５６０ｎｍ以上７００ｎｍ以下であることを特徴とする。

ところで、上述の構成は駆動電圧の低減に極めて効果的であるが、それだけではなく、
発光層に接して設けられた電子輸送層が発光してしまう現象を抑制し、より色純度を高め
る構成をとることも可能である。

すなわち本発明の他の構成は、上述の構成において、ホスト材料のイオン化ポテンシャ
ルが、電子輸送層を構成する電子輸送性材料のイオン化ポテンシャルに比べて０．３ｅＶ
以上大きいことを特徴とする。この時、ホスト材料のイオン化ポテンシャルが５．１ｅＶ
以下であることが好ましい。あるいは、電子輸送性材料のイオン化ポテンシャルが５．６
ｅＶ以上であることが好ましい。

また、本発明の他の構成は、上述の構成において、発光層と電子輸送層との間に、ホー
ルをトラップすることができ、なおかつ、前記電子輸送層を構成する電子輸送性材料より
もエネルギーギャップの値が小さいホールトラップ材料からなるホールトラップ領域が設
けられていることを特徴とする。ホールトラップ材料は、ホールをより効果的にトラップ
するために、ホスト材料および電子輸送性材料よりも小さいイオン化ポテンシャルを有す
ることが好ましい。また、ホールトラップ領域を厚くしてしまうと電流が流れにくくなっ
てしまう場合もあるため、ホールトラップ領域は５ｎｍ以下の層状であるか、または島状
であることが好ましい。

なお、ホールトラップ材料としては、テトラセン、ペリレン、ルブレン等に代表される
炭素数が１８以上の芳香族炭化水素化合物や、フラーレン（Ｃ₆₀）に代表される炭素同素
体が好ましい。

ところで、電子吸引基を有するゲスト材料をホスト材料に添加して発光層を形成した場
合、素子の発光スペクトルのピーク波長が、ホスト材料の分子の双極子モーメントによっ
て変化することを本発明者らは見出した。具体的には、ホスト材料の分子の双極子モーメ
ントが小さいほど、発光スペクトルのピーク波長がブルーシフトする現象である。したが
って、電子吸引基を有し、なおかつ赤色発光を示すゲスト材料を用いて赤色発光素子を作
製する場合、双極子モーメントの小さいホスト材料を使うと橙色や黄色の発光となってし
まうこともあるため、そのようなホスト材料は好適ではない場合がある。

したがって本発明では、上述した構成の電界発光素子において、ゲスト材料の発光スペ
クトルのピーク波長が６００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の赤色領域に存在し、かつ、ホスト
材料の分子の双極子モーメントが４デバイ以上であることを特徴とする。

以上で述べたような電界発光素子は、駆動電圧が低く、また構成によっては色純度もよ
いという特徴を有するため、これらの電界発光素子を用いれば、消費電力が低く、色純度
のよい発光装置を作製することができる。したがって、本発明の電界発光素子を有する発
光装置も本発明に含むものとする。

なお、本明細書中における発光装置とは、発光素子として電界発光素子を用いた画像表
示デバイスもしくは発光デバイスを指す。また、電界発光素子にコネクター、例えば異方
導電性フィルムもしくはＴＡＢ（ＴａｐｅＡｕｔｏｍａｔｅｄＢｏｎｄｉｎｇ）テー
プもしくはＴＣＰ（ＴａｐｅＣａｒｒｉｅｒＰａｃｋａｇｅ）が取り付けられたモジ
ュール、ＴＡＢテープやＴＣＰの先にプリント配線板が設けられたモジュール、または電
界発光素子にＣＯＧ（ＣｈｉｐＯｎＧｌａｓｓ）方式によりＩＣ（集積回路）が直接
実装されたモジュールも全て発光装置に含むものとする。

本発明を実施することで、ドープ型素子において駆動電圧を低減することができる。特
に、赤色発光材料をゲスト材料として添加したドープ型素子において、駆動電圧を低減す
ることができる。

また本発明を実施することで、ドープ型素子において、駆動電圧を低減すると共に色純
度も向上させることができる。特に、赤色発光材料をゲスト材料として添加したドープ型
素子において、駆動電圧を低減すると共に色純度も向上させることができる。

従来の電界発光素子のバンドダイアグラムを示す図。本発明の電界発光素子のバンドダイアグラムを示す図。本発明の電界発光素子のバンドダイアグラムを示す図。本発明の電界発光素子のバンドダイアグラムを示す図。本発明の電界発光素子の素子構成を示す図。本発明の電界発光素子の素子構成を示す図。従来の電界発光素子の素子構成を示す図。本発明の電界発光素子を用いた発光装置について説明する図。本発明の発光装置を用いた電気器具について説明する図。実施例１および比較例１の電流−電圧特性を示す図。実施例２および比較例２の電流−電圧特性を示す図。実施例５および比較例３の電流−電圧特性を示す図。実施例６および比較例４の電流−電圧特性を示す図。実施例７および比較例５の電流−電圧特性を示す図。

まず、電界発光素子でよく用いられている積層構造、すなわち、ホール輸送層と電子輸
送層を積層した構造のバンドダイアグラムを図１（ａ）に示す。図１（ａ）のように、ホ
ール輸送層１０１におけるホール輸送性材料のＨＯＭＯ準位を伝わってホールが、電子輸
送層１０２における電子輸送性材料のＬＵＭＯ準位を伝わって電子が、それぞれ潤滑に輸
送されるため、それらキャリアの再結合領域１０３ａはホール輸送層１０１と電子輸送層
１０２との界面近傍である。

従来では、図１（ａ）の構成をベースに、電子吸引基を有するゲスト材料を電子輸送層
１０２に添加していた。その場合のバンドダイアグラムを図１（ｂ）に示す。電子吸引基
を有するゲスト材料は、その強い電子吸引性の影響により非常に大きな電子親和力を有し
ているため、図１（ｂ）のようにＬＵＭＯ準位１０４が低い位置にあり、非常に深い電子
トラップ準位を形成する。

この場合、電子吸引基を有するゲスト材料がドープされた領域１０５では、その深い電
子トラップ準位のために電子が移動しにくく、キャリアの再結合領域１０３ｂが積層構造
の界面近傍から離れて電子輸送層１０２側に広がってしまうことが予想される。そうする
と、電子輸送性材料で構成されている電子輸送層がホールを運ばなければならない状態（
図中の破線矢印）になるため、結果として電流が流れにくくなり、キャリアが再結合に至
って発光するための電圧（すなわち駆動電圧）が上昇しているのではないかと本発明者ら
は考えた。

実際、ホール輸送層にホール輸送性材料である４，４’−ビス［Ｎ−（１−ナフチル）
−Ｎ−フェニル−アミノ］−ビフェニル（略称：α−ＮＰＤ）を、電子輸送層に電子輸送
性材料であるトリス（８−キノリノラト）アルミニウム（略称：Ａｌｑ₃）を、電子吸引
基であるシアノ基を有するゲスト材料として４−ジシアノメチレン−２，６−ビス［ｐ−
（Ｎ−カルバゾリル）スチリル］−４Ｈ−ピラン（略称：ＢｉｓＤＣＣｚ）を用いた場合
、図１（ｃ）のようなバンドダイアグラムとなるため、非常に深い電子トラップ準位（−
３．３ｅＶ）に由来する駆動電圧の上昇が予想される。

なお、図１（ｃ）で示したＨＯＭＯ準位の値（負の値であり、その絶対値がイオン化ポ
テンシャルに相当する）は、光電子分光装置ＡＣ−２（理研計器社製）を用いて各材料の
薄膜状態におけるイオン化ポテンシャルの値を測定し、その値を負の値に変換することに
よって算出した。また、ＬＵＭＯ準位の値は、紫外・可視分光光度計（日本分光社製）を
用いて各材料の薄膜の吸収スペクトルを計測し、その吸収端からエネルギーギャップの値
を求め、ＨＯＭＯ準位の値に加えることによって算出した。

一方、本発明の基本的なコンセプトは、上述した現象を回避するために、ホール輸送層
に電子吸引基を有するゲスト材料を添加し、発光層を形成した構成である。その場合のバ
ンドダイアグラムを図２に示す。２０１はホール輸送層、２０２は電子輸送層、２０５は
ホール輸送層に電子吸引基を有するゲスト材料が添加された領域、すなわち発光層である
。

図２のような構成の場合、電子は電子輸送層２０２を通過し、その後発光層２０５中に
おける電子輸送層２０２との界面近傍２０３において、ゲスト材料のＬＵＭＯ準位２０４
にトラップされる。しかしながら、この構成の場合は、発光層２０５におけるホスト材料
がホール輸送層２０１に用いられているホール輸送性材料であるため、図１の場合と異な
り、ホールの輸送は容易である。すなわち、電子が界面近傍２０３でトラップされて動け
なくても、ホールがその界面近傍２０３まで輸送されやすいため、キャリアの再結合が容
易になると考えられる。その結果、図１の場合に比べて電流は流れやすくなり、駆動電圧
を低減することができる。

なお、図２ではホール輸送層２０１と発光層２０５の両方で同じホール輸送性材料を用
いた構成となっているが、異なるホール輸送性材料を用いてもよい。

ここで、発光層２０５のホスト材料として用いることができるホール輸送性材料として
は、芳香族アミン骨格を有する有機化合物が好適であり、上述したα−ＮＰＤの他、４，
４’−ビス［Ｎ−（３−メチルフェニル）−Ｎ−フェニル−アミノ］−ビフェニル（略称
：ＴＰＤ）、４，４’，４’’−トリス（Ｎ，Ｎ−ジフェニル−アミノ）−トリフェニル
アミン（略称：ＴＤＡＴＡ）、４，４’，４’’−トリス［Ｎ−（３−メチルフェニル）
−Ｎ−フェニル−アミノ］−トリフェニルアミン（略称：ＭＴＤＡＴＡ）、４，４’，４
’’−トリス［Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニル−アミノ］−トリフェニルアミン（
略称：１−ＴＮＡＴＡ）などが挙げられる。また、芳香族アミン骨格を有する金属錯体で
あるトリス（５−ジフェニルアミノ−８−ヒドロキシキノリナト）アルミニウム（略称：
Ａｌ（ｄａｑ）₃）、ビス（５−ジフェニルアミノ−８−ヒドロキシキノリナト）亜鉛（
略称：Ｚｎ（ｄａｑ）₃）や、有機金属錯体の一種であるトリス（１−フェニルピラゾー
ル）コバルト（ＩＩＩ）（略称：Ｃｏ（ＰＰＺ）₃）、トリス（１−（４−メチルフェニ
ル）ピラゾール）コバルト（ＩＩＩ）（略称：Ｃｏ（ｍ−ＰＰＺ）₃）などもホール輸送
性を示す。

一方、発光層２０５における電子吸引基を有するゲスト材料としては、シアノ基、ハロ
ゲノ基、カルボニル基などの電子吸引基を有する発光材料を用いることができる。シアノ
基を有する発光材料としては、例えばクマリン３３７の他、４−（ジシアノメチレン）−
２−［ｐ−（ジメチルアミノ）スチリル］−６−メチル−４Ｈ−ピラン（略称：ＤＣＭ１
）、４−（ジシアノメチレン）−２−メチル−６−（９−ジュロリジル）エチニル−４Ｈ
−ピラン（略称：ＤＣＭ２）、４−（ジシアノメチレン）−２，６−ビス［ｐ−（ジメチ
ルアミノ）スチリル］−４Ｈ−ピラン（略称：ＢｉｓＤＣＭ）、先に述べたＢｉｓＤＣＣ
ｚなどの４−ジシアノメチレン−４Ｈ−ピラン骨格を有する発光材料が挙げられる。ハロ
ゲノ基を有する発光材料としては、クマリン１５２、クマリン１５３などのハロアルキル
基を有する発光材料が代表的である。カルボニル基を有する発光材料としては、クマリン
３１４のようにエステル基を有する発光材料、クマリン３３４のようにアシル基を有する
発光材料、クマリン３４３やクマリン−３−カルボン酸のようにカルボキシル基を有する
発光材料が挙げられる。

電子輸送層２０２を形成する電子輸送性材料としては、先に述べたＡｌｑ₃、トリス（
５−メチル−８−キノリノラト）アルミニウム（略称：Ａｌｍｑ₃）、ビス（２−メチル
−８−キノリノラト）−４−フェニルフェノラト−アルミニウム（略称：ＢＡｌｑ）、ト
リス（８−キノリノラト）ガリウム（略称：Ｇａｑ₃）、ビス（２−メチル−８−キノリ
ノラト）−４−フェニルフェノラト−ガリウム（略称：ＢＧａｑ）、ビス（１０−ヒドロ
キシベンゾ［ｈ］−キノリナト）ベリリウム略称：ＢｅＢｑ₂）、ビス［２−（２−ヒド
ロキシフェニル）ベンゾオキサゾラト］亜鉛（略称：Ｚｎ（ＢＯＸ）₂）、ビス［２−（
２−ヒドロキシフェニル）ベンゾチアゾラト］亜鉛（略称：Ｚｎ（ＢＴＺ）₂）などの金
属錯体が挙げられる。さらに、金属錯体以外にも、２−（４−ビフェニリル）−５−（４
−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−１，３，４−オキサジアゾール（略称：ＰＢＤ）や、１
，３−ビス［５−（ｐ−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−１，３，４−オキサジアゾール−
２−イル］ベンゼン（略称：ＯＸＤ−７）、３−（４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−４
−フェニル−５−（４−ビフェニリル）−１，２，４−トリアゾール（略称：ＴＡＺ）、
３−（４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−４−（４−エチルフェニル）−５−（４−ビフ
ェニリル）−１，２，４−トリアゾール（略称：ｐ−ＥｔＴＡＺ）、バソフェナントロリ
ン（略称：ＢＰｈｅｎ）、バソキュプロイン（略称：ＢＣＰ）等を用いることができる。

ところで、図２のような構成の場合、材料の組み合わせによっては電子輸送層２０２が
発光してしまう可能性がある。これは、再結合領域が界面近傍２０３であるため、部分的
にはホールが電子輸送層２０２に進入してしまい、電子輸送層２０２の材料が励起されて
しまうためである。この現象が起こってしまうと、本来発光させたいゲスト材料のみなら
ず、電子輸送層２０２の材料も発光してしまうため、色純度の低下を招く。

そこで本発明のより好ましい構成の１つとして、図３のような構成が考えられる。すな
わち、発光層２０５のホスト材料（ホール輸送性材料）のイオン化ポテンシャルと、電子
輸送層２０２の電子輸送性材料のイオン化ポテンシャルとの差（障壁２０６）を大きくす
ればよいのである。具体的には、障壁２０６を０．３ｅＶ以上とすればよい。このような
構成とすることで、ホールが電子輸送層２０２に進入する現象を防ぐことができるため、
電子輸送層２０２の電子輸送性材料が励起されて発光してしまうという現象を抑制できる
。

障壁２０６を大きくするためには、発光層２０５のホスト材料（ホール輸送性材料）の
イオン化ポテンシャルを小さくするか、あるいは電子輸送層２０２の電子輸送性材料のイ
オン化ポテンシャルを大きくすればよい。

通常、多くの電子輸送性材料は５．４ｅＶ程度か、それ以上のイオン化ポテンシャルを
有する（例えば、代表的な電子輸送性材料であるＡｌｑ₃が５．４ｅＶである）。したが
って、ホスト材料（ホール輸送性材料）のイオン化ポテンシャルは、５．１ｅＶ以下であ
れば十分である。具体的には、上述したＴＤＡＴＡ、ＭＴＤＡＴＡ、１−ＴＮＡＴＡ、Ａ
ｌ（ｄａｑ）₃）、Ｚｎ（ｄａｑ）₃などである。例えば、１−ＴＮＡＴＡのイオン化ポテ
ンシャルは５．０ｅＶである。

また逆に、多くのホール輸送性材料は５．３ｅＶ程度か、それ以下のイオン化ポテンシ
ャルを有する（例えば、代表的なホール輸送性材料であるα−ＮＰＤが５．３ｅＶである
）。したがって、電子輸送性材料のイオン化ポテンシャルは、５．６ｅＶ以上であれば十
分である。具体的には、上述したＢＡｌｑ、ＢＧａｑ、ＰＢＤ、ＯＸＤ−７、ＴＡＺ、ｐ
−ＥｔＴＡＺ、ＢＰｈｅｎ、ＢＣＰなどである。例えば、ＢＡｌｑのイオン化ポテンシャ
ルは５．６ｅＶである。

また、本発明のより好ましい他の構成として、図４のような構成も考えられる。すなわ
ち、発光層２０５と電子輸送層２０２との間に、ホールをトラップすることができ、なお
かつ、電子輸送層２０２を構成する電子輸送性材料よりもエネルギーギャップの値が小さ
いホールトラップ材料からなるホールトラップ領域２０７を設ける構成である。このよう
な構成とすることで、ホールが電子輸送層２０２に進入する現象を防ぐことができ、しか
もホールトラップ材料が励起されたとしても、その励起エネルギーが電子輸送層２０２の
電子輸送性材料へ移動してしまう現象を防ぐことができる。したがって、電子輸送層２０
２の電子輸送性材料が励起されて発光してしまうという現象を抑制できる。

ホールトラップ材料としては、発光層２０５のホスト材料および電子輸送層２０２の電
子輸送性材料よりも小さいイオン化ポテンシャルを有するものを用いれば、図４中の矢印
で示したように効果的にホールをトラップすることができる。ただし、必ずしもこのよう
な構成になっていなくても、ホールが電子輸送層２０２に進入するのを防ぎ、電子輸送層
２０２の電子輸送性材料が発光するのを抑制できる材料であれば、ホールトラップ材料と
なり得る。ホールトラップ材料の具体的な例としては、テトラセン、ペンタセン、ペリレ
ン、コロネン、ルブレン等に代表される炭素数が１８以上の芳香族炭化水素化合物が、イ
オン化ポテンシャルが小さく好適である。また、フラーレン（Ｃ₆₀）やカーボンナノチュ
ーブ、ダイヤモンドライクカーボン（略称：ＤＬＣ）などの炭素同素体は、エネルギーギ
ャップが小さく好適である。

また、ホールトラップ領域があまりに厚い場合は、ホールトラップ材料の材質によって
は電子の流れを妨げたり、あるいはホールトラップ材料自体が励起されて発光してしまう
などの弊害が生じやすくなる。特に、ホールトラップ材料が発光してしまう弊害を避ける
ためには、ホールトラップ材料からゲスト材料へのフェルスター型のエネルギー移動が十
分に可能な距離を考慮し、ホールトラップ領域が５ｎｍ以下の層状であることが好ましい
。

また、５ｎｍ以下という観点から、ホールトラップ領域は層状ではなく島状に形成され
ていてもよい。島状の構造の形成法としては公知の手法を用いればよく、例えば特開２０
０１−２６７０７７に開示されているように、膜厚モニター上の平均膜厚が単分子膜の膜
厚より薄くなるように材料を真空蒸着する手法が挙げられる。

ところで、先に述べたとおり、電子吸引基を有する赤色発光のゲスト材料をホスト材料
に添加して発光層を形成し、赤色発光素子を作製する際に、双極子モーメントの小さいホ
スト材料を使うと、双極子モーメントの大きいホスト材料を使う場合に比べて発光がブル
ーシフトしてしまい、場合によっては色純度のよい赤色が達成できないこともある。これ
は溶媒効果の一種であると考えられる。

従来ホスト材料として用いられているＡｌｑ₃には２種類の構造異性体があり、通常は
ｆａｃ型と言われている。そして、その双極子モーメントを市販の分子軌道計算プログラ
ムＷｉｎＭＯＰＡＣ３．５（富士通株式会社製）を用いて計算したところ、９．３９８デ
バイであった（ちなみに、もう一つの構造異性体であるｍｅｒ型の双極子モーメントは、
５．７８８デバイである）。Ａｌｑ₃をホスト材料として電子吸引基を有する赤色発光の
ゲスト材料を添加した素子は、駆動電圧は上昇するが、双極子モーメントのより小さい材
料（具体的には４デバイよりも小さい材料）をホスト材料として用いた素子に比べ、発光
色としては良好な赤色発光を示すことが実験的にわかっている。

このことから、色純度のよい赤色発光を達成するためには、ホスト材料の双極子モーメ
ントの大きさが重要であることがわかる。しかしながら、Ａｌｑ₃は電子輸送性材料であ
るため、本発明におけるホスト材料としては適さない。

したがって、本発明を用いて赤色発光素子を作製する場合には、Ａｌｑ₃のように双極
子モーメントが大きく、なおかつホール輸送性を示す材料を用いることが好ましい。通常
の芳香族アミン骨格を有する有機化合物の多くは双極子モーメントが小さいが、上述した
Ａｌ（ｄａｑ）₃、Ｚｎ（ｄａｑ）₃、Ｃｏ（ＰＰＺ）₃、Ｃｏ（ｍ−ＰＰＺ）₃のようなホ
ール輸送性を示す金属錯体であれば、双極子モーメントが大きく好適である。例えば、Ａ
ｌ（ｄａｑ）₃の双極子モーメントを計算したところ、ｆａｃ型では９．２２１デバイで
あった（ちなみに、もう一つの構造異性体であるｍｅｒ型の双極子モーメントは、４．６
３９デバイである）。

したがって本発明では、上述した構成の電界発光素子において、ゲスト材料の発光スペ
クトルのピーク波長が６００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の赤色領域に存在する時には、ホス
ト材料の分子の双極子モーメントが４デバイ以上であることが好ましい。

次に、以下では、本発明の電界発光素子の実施形態について詳細に説明する。本発明の
電界発光素子の電界発光層は、少なくとも上述した発光層と電子輸送層とを含めばよい。
すなわち、従来の電界発光素子で知られているような、発光以外の機能を示す層（ホール
注入層、ホール輸送層、電子輸送層、電子注入層）を適宜組み合わせてもよい。

［実施の形態１］
本実施の形態１では、ホール注入層、ホール輸送層、発光層、電子輸送層および電子注
入層を有する電界発光素子の素子構成について、図５を用いて説明する。図５は、基板５
００上に第１の電極５０１が形成され、第１の電極５０１上に電界発光層５０２が形成さ
れ、その上に第２の電極５０３が形成された電界発光素子である。

なお、ここで基板５００に用いる材料としては、従来の電界発光素子に用いられている
ものであればよく、例えば、ガラス、石英、透明プラスチックなどからなるものを用いる
ことができる。

また、本実施の形態１における第１の電極５０１は陽極として機能し、第２の電極５０
３は陰極として機能する。

すなわち第１の電極５０１は陽極材料で形成され、仕事関数の大きい（具体的には４．
０ｅＶ以上）金属、合金、導電性化合物、およびこれらの混合物などを用いることが好ま
しい。具体的には、ＩＴＯ（ｉｎｄｉｕｍｔｉｎｏｘｉｄｅ）、酸化インジウムに２
〜２０［％］の酸化亜鉛（ＺｎＯ）を混合したＩＺＯ（ｉｎｄｉｕｍｚｉｎｃｏｘｉ
ｄｅ）の他、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、ニッケル（Ｎｉ）、タングステン（Ｗ）、クロ
ム（Ｃｒ）、モリブデン（Ｍｏ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、銅（Ｃｕ）、パラジ
ウム（Ｐｄ）、または金属材料の窒化物（ＴｉＮ）等が挙げられる。

一方、第２の電極５０３に用いられる陰極材料としては、仕事関数の小さい（具体的に
は３．８ｅＶ以下）金属、合金、導電性化合物、およびこれらの混合物などを用いること
が好ましい。具体的には、元素周期律の１族または２族に属する金属、すなわちＬｉやＣ
ｓ等のアルカリ金属、およびＭｇ、Ｃａ、Ｓｒ等のアルカリ土類金属、およびこれらを含
む合金（Ｍｇ：Ａｇ、Ａｌ：Ｌｉ）、Ｅｒ、Ｙｂ等の希土類金属およびこれらを含む合金
等が挙げられる。ただし、後述する電子注入層を適用することで、Ａｌ、Ａｇ、ＩＴＯ等
の金属・導電性無機化合物により第２の電極５０３を形成することもできる。

なお、第１の電極５０１及び第２の電極５０３は、蒸着法、スパッタリング法等で形成
することができる。膜厚は、１０〜５００ｎｍとするのが好ましい。

また、本発明の電界発光素子において、電界発光層５０２におけるキャリアの再結合に
より生じる光は、第１の電極５０１または第２の電極５０３の一方、または両方から外部
に出射される構成となる。すなわち、第１の電極５０１から光を出射させる場合には、第
１の電極５０１を透光性の材料で形成することとし、第２の電極５０３側から光を出射さ
せる場合には、第２の電極５０３を透光性の材料で形成することとする。

電界発光層５０２は複数の層を積層することにより形成されるが、本実施の形態１では
、ホール注入層５１１、ホール輸送層５１２、発光層５１３、電子輸送層５１４、電子注
入層５１５を積層することにより形成される。これらの層は、真空蒸着法や湿式塗布法で
形成することができる。

ホール注入層５１１に用いることができるホール注入性材料としては、有機化合物であ
ればポルフィリン系の化合物が有効であり、フタロシアニン（略称：Ｈ₂−Ｐｃ）、銅フ
タロシアニン（略称：Ｃｕ−Ｐｃ）等を用いることができる。他にも、有機化合物として
は、４，４’−ビス［Ｎ−｛４−（Ｎ，Ｎ−ビス（３−メチルフェニル）アミノ）フェニ
ル｝−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニル（略称：ＤＮＴＰＤ）等を用いることができる。
また、導電性高分子化合物に化学ドーピングを施した材料もあり、ポリスチレンスルホン
酸（略称：ＰＳＳ）をドープしたポリエチレンジオキシチオフェン（略称：ＰＥＤＯＴ）
や、ポリアニリン（略称：ＰＡｎｉ）などを用いることもできる。また、ＶＯ_x、ＭｏＯ_x
のような無機半導体層や、Ａｌ₂Ｏ₃などの無機絶縁体の超薄膜も有効である。

ホール輸送層５１２に用いることができるホール輸送性材料としては、先に述べたα−
ＮＰＤ、ＴＰＤ、ＴＤＡＴＡ、ＭＴＤＡＴＡ、１−ＴＮＡＴＡ、Ａｌ（ｄａｑ）₃、Ｚｎ
（ｄａｑ）₃、Ｃｏ（ＰＰＺ）₃、Ｃｏ（ｍ−ＰＰＺ）₃などが挙げられる。

発光層５１３は、ホール輸送性を示すホスト材料５２１と電子吸引基を有するゲスト材
料５２２から構成されている。ホール輸送性を示すホスト材料５２１としては、上述のホ
ール輸送性材料を適用すればよく、ホール輸送層５１２のホール輸送性材料と同一であっ
ても異なっていてもよい。電子吸引基を有するゲスト材料としては、先に述べたＤＣＭ１
、ＤＣＭ２、ＢｉｓＤＣＭ、ＢｉｓＤＣＣｚ、クマリン３３７、クマリン１５２、クマリ
ン１５３、クマリン３１４、クマリン３３４、クマリン３４３、クマリン−３−カルボン
酸などが挙げられる。

電子輸送層５１４に用いることができる電子輸送性材料としては、先に述べたＡｌｑ₃
、Ａｌｍｑ₃、ＢＡｌｑ、Ｇａｑ₃、ＢＧａｑ、ＢｅＢｑ₂、Ｚｎ（ＢＯＸ）₂、Ｚｎ（ＢＴ
Ｚ）₂、ＰＢＤ、ＯＸＤ−７、ＴＡＺ、ｐ−ＥｔＴＡＺ、ＢＰｈｅｎ、ＢＣＰなどが挙げ
られる。

電子注入層５１５に用いることができる電子注入性材料としては、上述した電子輸送性
材料を用いることができる。その他に、ＬｉＦ、ＣｓＦなどのアルカリ金属ハロゲン化物
や、ＣａＦ₂のようなアルカリ土類ハロゲン化物、Ｌｉ₂Ｏなどのアルカリ金属酸化物のよ
うな絶縁体の超薄膜がよく用いられる。また、リチウムアセチルアセトネート（略称：Ｌ
ｉ（ａｃａｃ）や８−キノリノラト−リチウム（略称：Ｌｉｑ）などのアルカリ金属錯体
も有効である。さらに、上述した電子輸送性材料と、Ｍｇ、Ｌｉ、Ｃｓ等の仕事関数の小
さい金属とを混合した層を電子注入層５１５として使用することもできる。

以上により、ホール輸送性を有するホスト材料５２１および電子吸引基を有するゲスト
材料５２２を含む発光層５１３と、発光層５１３に接して設けられた電子輸送層５１４と
を有する本発明の電界発光素子を作製することができる。

［実施の形態２］
本実施の形態２では、実施の形態１で開示した素子構成にホールトラップ領域を加えた
構成について、図６を用いて説明する。図６では、図５の符号を引用する。

図６に示す通り、本実施の形態２においては、発光層５１３と電子輸送層５１４との間
にホールトラップ領域５１６が設けられている。図６では島状に形成されているが、５ｎ
ｍ以下の層状であってもよい。

ホールトラップ領域５１６を構成するホールトラップ材料５２３としては、先に述べた
ように、テトラセン、ペンタセン、ペリレン、コロネン、ルブレン、フラーレン（Ｃ₆₀）
、カーボンナノチューブ、ＤＬＣなどを用いることができる。

以上により、ホール輸送性を有するホスト材料５２１および電子吸引基を有するゲスト
材料５２２を含む発光層５１３と、発光層５１３に接して設けられた電子輸送層５１４と
を有し、かつ、発光層５１３と電子輸送層５１４との間にホールトラップ領域５１６を設
けた本発明の電界発光素子を作製することができる。この構成により、電子輸送層５１４
の電子輸送性材料が発光してしまう現象を抑制することができる。

本実施例１では、図５で示した本発明の電界発光素子の作製例を、具体的に例示する。

まず、絶縁表面を有するガラス基板５００上に、第１の電極（陽極）５０１が形成され
る。材料として透明導電膜であるＩＴＯを用い、スパッタリング法により１１０ｎｍの膜
厚で形成した。陽極５０１の形状は、２ｍｍ×２ｍｍの大きさとした。

このように陽極５０１が形成された基板を洗浄、乾燥した後、陽極５０１上に電界発光
層５０２を形成する。まず、陽極５０１が形成された基板を、真空蒸着装置の基板ホルダ
ーに陽極５０１が形成された面を下方にして固定し、抵抗加熱法を用いた真空蒸着法によ
りＣｕ−Ｐｃを２０ｎｍの膜厚で成膜した。これがホール注入層５１１となる。次に、ホ
ール輸送性材料であるα−ＮＰＤを同様の方法により、２５ｎｍの膜厚で形成し、ホール
輸送層５１２とした。

さらに、ホスト材料５２１としてホール輸送性材料であるα−ＮＰＤを、電子吸引基を
有するゲスト材料５２２としてＢｉｓＤＣＭを用い、ＢｉｓＤＣＭの濃度が２ｗｔ％とな
るように共蒸着を行うことで発光層５１３を形成した。膜厚は１５ｎｍとした。

次に、電子輸送性材料であるＡｌｑ₃を真空蒸着法により７５ｎｍ形成し、電子輸送層
５１４とした。さらに、電子注入層５１５として、ＣａＦ₂を真空蒸着法により１ｎｍ形
成した。以上が電界発光層５０２であり、トータル膜厚は１３６ｎｍとなる。

最後に、第２の電極（陰極）５０３を形成する。本実施例では、アルミニウム（Ａｌ）
を抵抗加熱による真空蒸着法により２００ｎｍ形成し、陰極５０３とした。

以上のようにして作製した本発明の電界発光素子に１０Ｖの電圧を印加したところ、６
．８３ｍＡ／ｃｍ²の電流密度で電流が流れ、１２７ｃｄ／ｍ²の輝度で発光した。発光ス
ペクトルのピーク波長は６４２ｎｍであった。

［比較例１］
一方、電子輸送性材料に電子吸引基を有するゲスト材料を添加した発光層を有する従来
の電界発光素子を作製し、実施例１と比較した。本比較例の素子構造を図７に示す。

上記実施例１と同様に、１１０ｎｍのＩＴＯが陽極７０１として形成されたガラス基板
７００上に、電界発光層７０２を形成する。まず、基板を洗浄、乾燥した後、真空蒸着装
置の基板ホルダーに陽極７０１が形成された面を下方にして固定し、抵抗加熱法を用いた
真空蒸着法によりＣｕ−Ｐｃを２０ｎｍの膜厚で成膜した。これがホール注入層７１１と
なる。次に、ホール輸送性材料であるα−ＮＰＤを同様の方法により、４０ｎｍの膜厚で
形成し、ホール輸送層７１２とした。

さらに、ホスト材料７２１として電子輸送性材料であるＡｌｑ₃を、電子吸引基を有す
るゲスト材料７２２として実施例１と同じＢｉｓＤＣＭを用い、ＢｉｓＤＣＭの濃度が２
ｗｔ％となるように共蒸着を行うことで発光層７１３を形成した。膜厚は１５ｎｍとした
。

次に、電子輸送性材料であるＡｌｑ₃を真空蒸着法により６０ｎｍ形成し、電子輸送層
７１４とした。さらに、電子注入層７１５として、ＣａＦ₂を真空蒸着法により１ｎｍ形
成した。以上が電界発光層７０２であるが、トータル膜厚は１３６ｎｍであり、実施例１
と膜厚を揃えてある。

最後に、陰極７０３を形成する。実施例１と同様、アルミニウム（Ａｌ）を抵抗加熱に
よる真空蒸着法により２００ｎｍ形成し、陰極７０３とした。

以上のようにして作製した従来の電界発光素子に１０Ｖの電圧を印加したところ、２．
８４ｍＡ／ｃｍ²の電流密度で電流が流れ、２７．１ｃｄ／ｍ²の輝度で発光した。発光ス
ペクトルのピーク波長は６６６ｎｍであった。

上述の結果から、本発明を適用した電界発光素子は、発光スペクトルのピーク波長が若
干ブルーシフトしているものの、駆動電圧を下げることができた。実施例１および比較例
１の電流−電圧特性を図１０に示す。図１０からわかるように、本発明を適用することで
、狙い通り電流が流れやすくなっていることがわかる。

本実施例２では、実施例１とは異なるホスト材料を用いた素子を具体的に例示する。

素子構造は図５に示した構造であり、基板５００、陽極５０１、陰極５０３は実施例１
と同様の構成とした。電界発光層５０２は、ホール注入層５１１としてＣｕＰｃを２０ｎ
ｍ、ホール輸送層５１２としてα−ＮＰＤを３０ｎｍ、発光層５１３として２，３−ビス
（４−ジフェニルアミノフェニル）キノキサリン（略称：ＴＰＡＱｎ）に１ｗｔ％の割合
でＢｉｓＤＣＭを添加した層を３０ｎｍ、電子輸送層としてＡｌｑ₃を２０ｎｍ、電子注
入層としてＣａＦ₂を２ｎｍ形成した。トータル膜厚は１０２ｎｍである。なお、ＴＰＡ
Ｑｎはバイポーラな材料であるため、ホール輸送性を有する。

以上のようにして作製した本発明の電界発光素子に１０Ｖの電圧を印加したところ、２
８３ｍＡ／ｃｍ²の電流密度で電流が流れ、１３５０ｃｄ／ｍ²の輝度で発光した。発光ス
ペクトルのピーク波長は６１６ｎｍであった。

［比較例２］
一方、電子輸送性材料に電子吸引基を有するゲスト材料を添加した発光層を有する従来
の電界発光素子を作製し、実施例２と比較した。本比較例の素子構造は図７と同様とした
。

上記実施例２と同様に、基板７００、陽極７０１、陰極７０３は上述した実施例２と全
く同一とした。電界発光層７０２は、ホール注入層７１１としてＣｕＰｃを２０ｎｍ、ホ
ール輸送層７１２としてα−ＮＰＤを３０ｎｍ、発光層７１３として電子輸送性材料であ
るＢＡｌに１ｗｔ％の割合でＢｉｓＤＣＭを添加した層を３０ｎｍ、電子輸送層としてＡ
ｌｑ₃を２０ｎｍ、電子注入層としてＣａＦ₂を２ｎｍ形成した。トータル膜厚は１０２ｎ
ｍであり、実施例２と同じである。

以上のようにして作製した従来の電界発光素子に１０Ｖの電圧を印加したところ、４．
２３ｍＡ／ｃｍ²の電流密度で電流が流れ、３０．９ｃｄ／ｍ²の輝度で発光した。発光ス
ペクトルのピーク波長は６１９ｎｍであった。

上述の結果から、本発明を適用した電界発光素子は、発光スペクトルのピーク波長が従
来とほぼ同様であり、なおかつ駆動電圧を下げることができた。実施例２および比較例２
の電流−電圧特性を図１１に示す。図１１からわかるように、本発明を適用することで、
狙い通り電流が流れやすくなっていることがわかる。

本実施例では、画素部に本発明の電界発光素子を有する発光装置について図８を用いて
説明する。なお、図８（Ａ）は、発光装置を示す上面図、図８（Ｂ）は図８（Ａ）をＡ−
Ａ’で切断した断面図である。点線で示された８０１は駆動回路部（ソース側駆動回路）
、８０２は画素部、８０３は駆動回路部（ゲート側駆動回路）である。また、８０４は封
止基板、８０５はシール材であり、シール材８０５で囲まれた内側は、空間８０７になっ
ている。

なお、８０８はソース側駆動回路８０１及びゲート側駆動回路８０３に入力される信号
を伝送するための配線であり、外部入力端子となるＦＰＣ（フレキシブルプリントサーキ
ット）８０９からビデオ信号、クロック信号、スタート信号、リセット信号等を受け取る
。なお、ここではＦＰＣしか図示されていないが、このＦＰＣにはプリント配線基盤（Ｐ
ＷＢ）が取り付けられていても良い。本明細書における発光装置には、発光装置本体だけ
でなく、それにＦＰＣもしくはＰＷＢが取り付けられた状態をも含むものとする。

次に、断面構造について図８（Ｂ）を用いて説明する。素子基板８１０上には駆動回路
部及び画素部が形成されているが、ここでは、駆動回路部であるソース側駆動回路８０１
と、画素部８０２が示されている。

なお、ソース側駆動回路８０１はｎチャネル型ＴＦＴ８２３とｐチャネル型ＴＦＴ８２
４とを組み合わせたＣＭＯＳ回路が形成される。また、駆動回路を形成するＴＦＴは、公
知のＣＭＯＳ回路、ＰＭＯＳ回路もしくはＮＭＯＳ回路で形成しても良い。また、本実施
の形態では、基板上に駆動回路を形成したドライバー一体型を示すが、必ずしもその必要
はなく、基板上ではなく外部に形成することもできる。

また、画素部８０２はスイッチング用ＴＦＴ８１１と、電流制御用ＴＦＴ８１２とその
ドレインに電気的に接続された第１の電極８１３とを含む複数の画素により形成される。
なお、第１の電極８１３の端部を覆って絶縁物８１４が形成されている。ここでは、ポジ
型の感光性アクリル樹脂膜を用いることにより形成する。

また、カバレッジを良好なものとするため、絶縁物８１４の上端部または下端部に曲率
を有する曲面が形成されるようにする。例えば、絶縁物８１４の材料としてポジ型の感光
性アクリルを用いた場合、絶縁物８１４の上端部のみに曲率半径（０．２μｍ〜３μｍ）
を有する曲面を持たせることが好ましい。また、絶縁物８１４として、感光性の光によっ
てエッチャントに不溶解性となるネガ型、或いは光によってエッチャントに溶解性となる
ポジ型のいずれも使用することができる。

第１の電極８１３上には、電界発光層８１６、および第２の電極８１７がそれぞれ形成
されている。ここで、陽極として機能する第１の電極８１３に用いる材料としては、仕事
関数の大きい材料を用いることが望ましい。例えば、ＩＴＯ（インジウムスズ酸化物）膜
、インジウム亜鉛酸化物（ＩＺＯ）膜、窒化チタン膜、クロム膜、タングステン膜、Ｚｎ
膜、Ｐｔ膜などの単層膜の他、窒化チタンとアルミニウムを主成分とする膜との積層、窒
化チタン膜とアルミニウムを主成分とする膜と窒化チタン膜との３層構造等を用いること
ができる。なお、積層構造とすると、配線としての抵抗も低く、良好なオーミックコンタ
クトがとれ、さらに陽極として機能させることができる。

また、電界発光層８１６は、蒸着マスクを用いた蒸着法、またはインクジェット法によ
って形成される。電界発光層８１６の構成は、例えば実施例１や実施例２で示した電界発
光層の構成とすればよい。

さらに、電界発光層８１６上に形成される第２の電極（陰極）８１７に用いる材料とし
ては、仕事関数の小さい材料（Ａｌ、Ａｇ、Ｌｉ、Ｃａ、またはこれらの合金ＭｇＡｇ、
ＭｇＩｎ、ＡｌＬｉ、ＣａＦ₂、またはＣａＮ）を用いればよい。なお、電界発光層８１
６で生じた光が第２の電極８１７を透過させる場合には、第２の電極（陰極）８１７とし
て、例えば、膜厚を薄くした金属薄膜と、透明導電膜（ＩＴＯ、ＩＺＯ、酸化亜鉛（Ｚｎ
Ｏ）等）との積層を用いる方法などがある。

さらにシール材８０５で封止基板８０４を素子基板８１０と貼り合わせることにより、
素子基板８１０、封止基板８０４、およびシール材８０５で囲まれた空間８０７に電界発
光素子８１８が備えられた構造になっている。なお、空間８０７には、不活性気体（窒素
やアルゴン等）が充填される場合の他、シール材８０５で充填される構成も含むものとす
る。

なお、シール材８０５にはエポキシ系樹脂を用いるのが好ましい。また、これらの材料
はできるだけ水分や酸素を透過しない材料であることが望ましい。また、封止基板８０４
に用いる材料としてガラス基板や石英基板の他、ＦＲＰ（Ｆｉｂｅｒｇｌａｓｓ−Ｒｅｉ
ｎｆｏｒｃｅｄＰｌａｓｔｉｃｓ）、ＰＶＦ（ポリビニルフロライド）、マイラー、ポ
リエステルまたはアクリル等からなるプラスチック基板を用いることができる。

以上のようにして、本発明の電界発光素子を有する発光装置を得ることができる。

例えば、本発明の電界発光素子を有する発光装置を表示部として有する様々な電気器具
を提供することができる。

本発明の電界発光素子を有する発光装置を用いて作製された電気器具として、ビデオカ
メラ、デジタルカメラ、ゴーグル型ディスプレイ、ナビゲーションシステム、音響再生装
置（カーオーディオ、オーディオコンポ等）、ノート型パーソナルコンピュータ、ゲーム
機器、携帯情報端末（モバイルコンピュータ、携帯電話、携帯型ゲーム機または電子書籍
等）、記録媒体を備えた画像再生装置（具体的にはＤｉｇｉｔａｌＶｅｒｓａｔｉｌｅ
Ｄｉｓｃ（ＤＶＤ）等の記録媒体を再生し、その画像を表示しうる表示装置を備えた装
置）などが挙げられる。これらの電気器具の具体例を図９に示す。

図９（Ａ）は表示装置であり、筐体９１０１、支持台９１０２、表示部９１０３、スピ
ーカー部９１０４、ビデオ入力端子９１０５等を含む。本発明の電界発光素子を有する発
光装置をその表示部９１０３に用いることにより作製される。なお、表示装置は、コンピ
ュータ用、ＴＶ放送受信用、広告表示用などの全ての情報表示用装置が含まれる。

図９（Ｂ）はノート型パーソナルコンピュータであり、本体９２０１、筐体９２０２、
表示部９２０３、キーボード９２０４、外部接続ポート９２０５、ポインティングマウス
９２０６等を含む。本発明の電界発光素子を有する発光装置をその表示部９２０３に用い
ることにより作製される。

図９（Ｃ）はモバイルコンピュータであり、本体９３０１、表示部９３０２、スイッチ
９３０３、操作キー９３０４、赤外線ポート９３０５等を含む。本発明の電界発光素子を
有する発光装置をその表示部９３０２に用いることにより作製される。

図９（Ｄ）は記録媒体を備えた携帯型の画像再生装置（具体的にはＤＶＤ再生装置）で
あり、本体９４０１、筐体９４０２、表示部Ａ９４０３、表示部Ｂ９４０４、記録媒体（
ＤＶＤ等）読み込み部９４０５、操作キー９４０６、スピーカー部９４０７等を含む。表
示部Ａ９４０３は主として画像情報を表示し、表示部Ｂ９４０４は主として文字情報を表
示するが、本発明の電界発光素子を有する発光装置をこれら表示部Ａ９４０３、Ｂ９４０
４に用いることにより作製される。なお、記録媒体を備えた画像再生装置には家庭用ゲー
ム機器なども含まれる。

図９（Ｅ）はゴーグル型ディスプレイであり、本体９５０１、表示部９５０２、アーム
部９５０３を含む。本発明の電界発光素子を有する発光装置をその表示部９５０２に用い
ることにより作製される。

図９（Ｆ）はビデオカメラであり、本体９６０１、表示部９６０２、筐体９６０３、外
部接続ポート９６０４、リモコン受信部９６０５、受像部９６０６、バッテリー９６０７
、音声入力部９６０８、操作キー９６０９、接眼部９６１０等を含む。本発明の電界発光
素子を有する発光装置をその表示部９６０２に用いることにより作製される。

ここで、図９（Ｇ）は携帯電話であり、本体９７０１、筐体９７０２、表示部９７０３
、音声入力部９７０４、音声出力部９７０５、操作キー９７０６、外部接続ポート９７０
７、アンテナ９７０８等を含む。本発明の電界発光素子を有する発光装置をその表示部９
７０３に用いることにより作製される。なお、表示部９７０３は黒色の背景に白色の文字
を表示することで携帯電話の消費電力を抑えることができる。

本実施例５では、実施例１、２とは異なる電子吸引基を有するゲスト材料を用いた電界
発光素子の作製例を、具体的に例示する。素子構造は図５の通りとした。

まず、絶縁表面を有するガラス基板５００上に、陽極５０１が形成される。材料として
酸化ケイ素を添加したインジウム錫酸化物（ＩＴＳＯ）を用い、スパッタリング法により
１１０ｎｍの膜厚で形成した。陽極５０１の形状は、２ｍｍ×２ｍｍの大きさとした。

このように陽極５０１が形成された基板を洗浄、乾燥した後、陽極５０１上に電界発光
層５０２を形成する。まず、陽極５０１が形成された基板を、真空蒸着装置の基板ホルダ
ーに陽極５０１が形成された面を下方にして固定し、抵抗加熱法を用いた真空蒸着法によ
り４，４’−ビス［Ｎ−［４−｛Ｎ，Ｎ−ビス（３−メチルフェニル）アミノ｝フェニル
］−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニル（略称：ＤＮＴＰＤ）を５０ｎｍの膜厚で成膜した
。これがホール注入層５１１となる。次に、ホール輸送性材料であるα−ＮＰＤを同様の
方法により、１０ｎｍの膜厚で形成し、ホール輸送層５１２とした。

さらに、ホスト材料５２１としてホール輸送性材料であるα−ＮＰＤを、電子吸引基を
有するゲスト材料５２２としてクマリン１５３を用い、クマリン１５３の濃度が０．５質
量％となるように共蒸着を行うことで発光層５１３を形成した。膜厚は３０ｎｍとした。
なお、クマリン１５３はハロアルキル基の一種であるトリフルオロメチル基を有している
ため、電子吸引基であるハロゲノ基を含む化合物である。

次に、電子輸送性材料であるＡｌｑ₃を真空蒸着法により３０ｎｍ形成し、電子輸送層
５１４とした。さらに、電子注入層５１５として、ＣａＦ₂を真空蒸着法により１ｎｍ形
成した。以上が電界発光層５０２であり、トータル膜厚は１２１ｎｍとなる。

最後に、陰極５０３を形成する。本実施例では、アルミニウム（Ａｌ）を抵抗加熱によ
る真空蒸着法により１５０ｎｍ形成し、陰極５０３とした。

以上のようにして作製した本発明の電界発光素子に６．０Ｖの電圧を印加したところ、
５１．３ｍＡ／ｃｍ²の電流密度で電流が流れ、１５９０ｃｄ／ｍ²の輝度で発光した。発
光スペクトルのピーク波長は５１８ｎｍであった。

［比較例３］
一方、電子輸送性材料に電子吸引基を有するゲスト材料を添加した発光層を有する従来
の電界発光素子を作製し、実施例５と比較した。素子構造は、発光層５１３を除いて実施
例５と同様の構成とした。

本比較例における発光層５１３は、ホスト材料として電子輸送性材料であるＡｌｑ₃を
、電子吸引基を有するゲスト材料として実施例５と同じクマリン１５３を用い、クマリン
１５３の濃度が０．５質量％となるように共蒸着を行うことで形成した。膜厚は３０ｎｍ
とした。電界発光層５０２のトータル膜厚は１２１ｎｍであり、実施例５と同じである。

以上のようにして作製した従来の電界発光素子に６．０Ｖの電圧を印加したところ、１
８．８ｍＡ／ｃｍ²の電流密度で電流が流れ、１２５０ｃｄ／ｍ²の輝度で発光した。発光
スペクトルのピーク波長は５３０ｎｍであった。

以上の結果から、本発明を適用した電界発光素子は、発光スペクトルのピーク波長が若
干ブルーシフトしているが、駆動電圧を下げることができた。実施例５および比較例３の
電流−電圧特性を図１２に示す。図１２からわかるように、本発明を適用することで、電
流が流れやすくなっていることがわかる。

本実施例６では、実施例１、２とは異なる電子吸引基を有するゲスト材料を用いた電界
発光素子の作製例を、具体的に例示する。素子構造は図５の通りとした。

まず、絶縁表面を有するガラス基板５００上に、陽極５０１が形成される。材料として
ＩＴＳＯを用い、スパッタリング法により１１０ｎｍの膜厚で形成した。陽極５０１の形
状は、２ｍｍ×２ｍｍの大きさとした。

このように陽極５０１が形成された基板を洗浄、乾燥した後、陽極５０１上に電界発光
層５０２を形成する。まず、陽極５０１が形成された基板を、真空蒸着装置の基板ホルダ
ーに陽極５０１が形成された面を下方にして固定し、抵抗加熱法を用いた真空蒸着法によ
りＤＮＴＰＤを５０ｎｍの膜厚で成膜した。これがホール注入層５１１となる。次に、ホ
ール輸送性材料であるα−ＮＰＤを同様の方法により、１０ｎｍの膜厚で形成し、ホール
輸送層５１２とした。

次に、電子輸送性材料であるＢＡｌｑを１０ｎｍ、Ａｌｑ₃を２０ｎｍ、真空蒸着法に
より形成し、電子輸送層５１４とした。さらに、電子注入層５１５として、ＣａＦ₂を真
空蒸着法により１ｎｍ形成した。以上が電界発光層５０２であり、トータル膜厚は１２１
ｎｍとなる。

以上のようにして作製した本発明の電界発光素子に６．０Ｖの電圧を印加したところ、
３０．３ｍＡ／ｃｍ²の電流密度で電流が流れ、６５９ｃｄ／ｍ²の輝度で発光した。発光
スペクトルのピーク波長は４９９ｎｍであった。

［比較例４］
一方、電子輸送性材料に電子吸引基を有するゲスト材料を添加した発光層を有する従来
の電界発光素子を作製し、実施例６と比較した。素子構造は、発光層５１３および電子輸
送層５１４を除いて実施例６と同様の構成とした。

本比較例における発光層５１３は、ホスト材料として電子輸送性材料であるＢＡｌｑを
、電子吸引基を有するゲスト材料として実施例６と同じクマリン１５３を用い、クマリン
１５３の濃度が０．５質量％となるように共蒸着を行うことで形成した。膜厚は３０ｎｍ
とした。また、電子輸送層５１４は、Ａｌｑ₃を３０ｎｍ真空蒸着することにより形成し
た。電界発光層５０２のトータル膜厚は１２１ｎｍであり、実施例６と同じである。

以上のようにして作製した従来の電界発光素子に６．０Ｖの電圧を印加したところ、０
．２６２ｍＡ／ｃｍ²の電流密度で電流が流れ、１４．４ｃｄ／ｍ²の輝度で発光した。発
光スペクトルのピーク波長は５１７ｎｍであった。

以上の結果から、本発明を適用した電界発光素子は、発光スペクトルのピーク波長が若
干ブルーシフトしているが、駆動電圧を下げることができた。実施例６および比較例４の
電流−電圧特性を図１３に示す。図１３からわかるように、本発明を適用することで、電
流が流れやすくなっていることがわかる。

本実施例７では、実施例１、２、５、６とは異なる電子吸引基を有するゲスト材料を用
いた電界発光素子の作製例を、具体的に例示する。素子構造は図５の通りとした。

さらに、ホスト材料５２１としてホール輸送性材料であるα−ＮＰＤを、電子吸引基を
有するゲスト材料５２２としてクマリン３３４を用い、クマリン３３４の濃度が０．５質
量％となるように共蒸着を行うことで発光層５１３を形成した。膜厚は３０ｎｍとした。
なお、クマリン３３４はアシル基の一種であるアセチル基を有しているため、電子吸引基
であるカルボニル基を含む化合物である。

以上のようにして作製した本発明の電界発光素子に６．０Ｖの電圧を印加したところ、
１１．０ｍＡ／ｃｍ²の電流密度で電流が流れ、２２０ｃｄ／ｍ²の輝度で発光した。発光
スペクトルのピーク波長は４７７ｎｍであった。

［比較例５］
一方、電子輸送性材料に電子吸引基を有するゲスト材料を添加した発光層を有する従来
の電界発光素子を作製し、実施例７と比較した。素子構造は、発光層５１３および電子輸
送層５１４を除いて実施例７と同様の構成とした。

本比較例における発光層５１３は、ホスト材料として電子輸送性材料であるＢＡｌｑを
、電子吸引基を有するゲスト材料として実施例７と同じクマリン３３４を用い、クマリン
３３４の濃度が０．５質量％となるように共蒸着を行うことで形成した。膜厚は３０ｎｍ
とした。また、電子輸送層５１４は、Ａｌｑ₃を３０ｎｍ真空蒸着することにより形成し
た。電界発光層５０２のトータル膜厚は１２１ｎｍであり、実施例７と同じである。

以上のようにして作製した従来の電界発光素子に６．０Ｖの電圧を印加したところ、１
．０７ｍＡ／ｃｍ²の電流密度で電流が流れ、４２．５ｃｄ／ｍ²の輝度で発光した。発光
スペクトルのピーク波長は４８５ｎｍであった。

以上の結果から、本発明を適用した電界発光素子は、発光スペクトルのピーク波長が若
干ブルーシフトしているが、駆動電圧を下げることができた。実施例７および比較例５の
電流−電圧特性を図１４に示す。図１４からわかるように、本発明を適用することで、電
流が流れやすくなっていることがわかる。

以上の様に、本発明の電界発光素子を有する発光装置の適用範囲は極めて広く、この発
光装置をあらゆる分野の電気器具に適用することが可能である。

５００基板
５０１第１の電極
５０２電界発光層
５０３第２の電極
５１１ホール注入層
５１２ホール輸送層
５１３発光層
５１４電子輸送層
５１５電子注入層
５２１ホスト材料
５２２ゲスト材料

Claims

一種類のホスト材料及び電子吸引基を有するゲスト材料を含む発光層と、前記発光層に接して設けられた電子輸送層と、を有する電界発光素子であって、
前記ホスト材料は、バイポーラ性を有する有機化合物であり、
前記電子吸引基は、シアノ基であることを特徴とする電界発光素子。
請求項１において、前記有機化合物は、キノキサリン誘導体であることを特徴とする電界発光素子。
請求項１または２において、前記有機化合物は、ＴＰＡＱｎであることを特徴とする電界発光素子。
請求項１乃至３において、前記ゲスト材料はＢｉｓＤＣＭであることを特徴とする電界発光素子。
請求項１において、前記ホスト材料は、ＴＰＡＱｎであり、前記ゲスト材料はＢｉｓＤＣＭであることを特徴とする電界発光素子。