JP4300176B2 - 有機エレクトロルミネッセント素子 - Google Patents

Description

本発明は、平面光源や表示素子に利用される有機エレクトロルミネッセント素子に関す
る。なお、以下の記載において、有機エレクトロルミネッセント素子に代えて、「有機Ｅ
Ｌ素子」もしくは「素子」と略記することがある。

発光層が有機化合物から構成される有機ＥＬ素子は、低電圧駆動の大面積表示素子を実
現するものとして注目されている。ＫＯＤＡＫ社のＴａｎｇらは素子の高効率化のため、
キャリア輸送性の異なる有機化合物を積層し、ホールと電子がそれぞれ陽極電極層、陰極
電極層からバランスよく注入される構造とし、しかも有機層の膜厚が２０００Å（２００
０×１０^-10ｍ）以下とすることで、１０Ｖ以下の印加電圧で１０００ｃｄ／ｍ²と外部量子効率１％の実用化に十分な高輝度、高効率を得ることに成功した（Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，５１，９１３（１９８７））。

このような高効率素子を開発する上で、陰極電極層からの電子注入や陽極電極層からの
ホール注入をエネルギー障壁なく有機層に注入する技術は重要な要素として認識されてい
る。

前述のＴａｎｇらは基本的に絶縁物とみなされる有機化合物に対して、金属電極から電
子を注入する際に問題となるエネルギー障壁を低下させるため、仕事関数の小さいＭｇ（
マグネシウム、仕事関数：３．６ｅＶ：仕事関数値はＣＲＣ Ｈａｎｄｂｏｏｋ ｏｆ
Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ ａｎｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ，６４ｔｈ ＥＤＩＴＩＯＮより転載。以
下、同様）を使用した。その際、Ｍｇは酸化しやすく不安定であるのと、有機表面への接
着性に乏しいので、化学的に安定で、つまり、仕事関数が高く、しかも有機表面に密着性
の良いＡｇ（銀、仕事関数：４．６ｅＶ）と共蒸着により合金化して用いた。該合金組成
の採用に至るまでの経緯はＫＯＤＡＫ社の特許明細書に詳細に記載されている。

当初、ＫＯＤＡＫ社の特許（米国特許第４，３５６，４２９号明細書もしくは、第４，
５３９，５０７号明細書）には、有機ＥＬ素子の陰極電極層に有用な低仕事関数金属（Ａ
ｌｏｗ ｗｏｒｋ ｆｕｎｃｔｉｏｎ ｍｅｔａｌ）として、Ａｌ，Ｉｎ，Ａｇ，Ｓｎ
，Ｐｂ，Ｍｇ，Ｍｎ等の金属を例示しており、具体的な仕事関数値の記載によって低仕事
関数金属の定義をしていなかった。しかし、その後の特許（米国特許第４，８８５，２１
１号明細書もしくは、第４，７２０，４３２号明細書もしくは第５，０５９，８６２号明
細書）では、陰極電極層に使用される金属の仕事関数は低ければ低いほど、必要とされる
駆動電圧も低くなることを記載した上で、４．０ｅＶ以下の仕事関数値を有する金属を低
仕事関数金属と定義し、４．０ｅＶ以上の金属はむしろ化学的に不安定な４．０ｅＶ以下
の低仕事関数金属と混合し合金化することで、該合金陰極電極層に化学的安定性を付与す
る目的で使用することを記載している。

この安定化金属は高仕事関数第２金属（ｈｉｇｈｅｒ ｗｏｒｋ ｆｕｎｃｔｉｏｎ
ｓｅｃｏｎｄ ｍｅｔａｌ）と表現され、その候補となる金属に、当初は低仕事関数金
属（Ａ ｌｏｗ ｗｏｒｋ ｆｕｎｃｔｉｏｎ ｍｅｔａｌ）として挙げられていたＡｌ
，Ａｇ，Ｓｎ，Ｐｂが含まれており、開発初期の試行錯誤の過程が垣間見られる。また、
ＫＯＤＡＫ社の上記一連の特許中では、最も仕事関数の低いアルカリ金属については、そ
の原理的優位性を認めつつも、素子を安定駆動させるには反応性が高すぎるので陰極電極
層用の金属の候補から除外するとしている。

凸版印刷株式会社のグループ（第５１回応用物理学会学術講演会、講演予稿集２８ａ−
ＰＢ−４、ｐ．１０４０）およびパイオニア株式会社のグループ（第５４回応用物理学会
学術講演会、講演予稿集２９ｐ−ＺＣ−１５、ｐ．１１２７）は、Ｍｇよりさらに仕事関
数が小さく（低く）、ＫＯＤＡＫ社がその特許請求項から除外したアルカリ金属のＬｉ（
リチウム、仕事関数：２．９ｅＶ）を用いＡｌ（アルミニウム、仕事関数：４．２ｅＶ）
と合金化することにより安定化させ電子注入陰極電極層として用いることにより、Ｍｇ合
金を用いた素子より低い駆動電圧と高い発光輝度を達成している。また、本発明者らは有
機化合物層上にリチウムを単独で１０Å程度に極めて薄く蒸着し、その上から銀を積層し
た二層型陰極電極層が低駆動電圧の実現に有効であることを報告している（ＩＥＥＥ Ｔ
ｒａｎｓ．Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｄｅｖｉｃｅｓ．，４０，１３４２（１９９３））。

さらに、最近では本発明者らはリチウムなどのアルカリ金属、ストロンチウムなどのア
ルカリ土類金属、サマリウムなどの希土類金属を、陰極電極層用の金属ではなく、陰極電
極層に接する有機層中にドーピングすることにより、駆動電圧を低下させることに成功し
た（Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．７３（１９９８）２８６６、ＳＩＤ９７ＤＩＧＥＳ
Ｔ・Ｐ７７５，特開平１０−２７０１７１号公報、対応米国特許第６，０１３，３８４号
明細書）。これは電極に接する有機層中の有機分子を金属ドーピングによりラジカルアニ
オン状態とし、陰極電極層からの電子注入障壁を大幅に低下させたためと考えられる。こ
の場合は、陰極電極層用の金属としてアルミニウムのように仕事関数が４．０ｅＶ以上の
高仕事関数金属を使用しても駆動電圧を低くすることができるばかりでなく、ＩＴＯのよ
うに従来は陽極電極層として使用され、陰極電極層には最も不向きであるとされてきた高
仕事関数の電極材料でも発光素子として駆動することも確かめられている（特開２００２
−３３２５６７号明細書参照）。

またさらに本発明者らは特開平１１−２３３２６２号公報、または特開２００１−８２
７７４号公報において、陰極電極層に接する部分の有機層を、アルカリ金属イオン、アル
カリ土類金属イオン、希土類金属イオンの少なくとも１種を含有する有機金属錯体化合物
によって構成するか、または該有機金属錯体化合物と電子輸送性有機物との混合層によっ
て構成し、かつ該陰極電極層材料が、該混合層中の有機金属錯体化合物中に含有されるア
ルカリ金属イオン、アルカリ土類金属イオン、希土類金属イオンを真空中において金属に
還元しうる熱還元性金属からなることを特徴とする有機エレクトロルミネッセント素子を
提案した（Ｔｈｅ １０ｔｈ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｗｏｒｋｓｈｏｐ ｏｎ
Ｉｎｏｒｇａｎｉｃ ａｎｄ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｅｌｅｃｔｒｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃ
ｅ，Ｐ−６１，Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ． ｖｏｌ．３８（１９９９） Ｌ１３
４８ Ｐａｒｔ２，Ｎｏ．１１Ｂ，１５ Ｎｏｖｅｍｂｅｒ，ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ １２
）、Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｖｏｌ．４１（２００２）Ｌ８００）。

この構造の電子注入層の場合、アルミニウムやジルコニウム等の熱還元性金属が真空環
境下での蒸着時において、該有機金属錯体化合物上に原子状で（つまり反応活性な状態で
）飛来し、化合物中の金属イオンを金属状態に還元、遊離させることができ、さらに還元
、遊離した金属はその近傍に存在する電子輸送性有機物をｉｎ−ｓｉｔｕでドーピングし
て還元（ここではＬｅｗｉｓの定義による還元のことであり、電子の受容を指す）するこ
とになり、前記の直接的金属ドーピングの手法と同様に該電子輸送性有機物をラジカルア
ニオン化している。

つまり、この手法においては、アルミニウムは従来のように仕事関数値の大小から選
択されているのではなく、真空中における熱還元性という、その当時まで当業者間では知
られていなかった新規なアイディアに基づいて選択されている。又、同様の現象はアルカ
リ金属等の低仕事関数金属イオンを有する無機化合物でも観測されて報告されている（Ａ
ｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，Ｖｏｌ．７０，ｐ．１５２（１９９７），ＩＥＥＥ Ｔ
ｒａｎｓ．Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｄｅｖｉｃｅｓ，Ｖｏｌ．４４，Ｎｏ．８，ｐ．１２４５
（１９９７））。

このような、電子注入技術における歴史的変遷を見ても理解されるように、有機エレク
トロルミネッセント素子開発においては、電子注入電極、もしくは陰極電極層界面の電子
注入層形成法の改良は、絶え間なく行われてきており、結果として発光効率の劇的な改善
や、低電圧駆動化を可能としてきたために、現在においては有機ＥＬ素子の性能向上のた
めの重要な要素技術として認識されるに至っている。

また、有機層へのホール注入においては、陽極電極層として比較的仕事関数の高い透明
な酸化物電極材料としてＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）が用いられること
が多かった。有機ＥＬ素子は光を面状に取り出す必要があるので、液晶表示装置で広く使
われてきたこのＩＴＯが、その高仕事関数値の故に、比較的有機層へのホール注入に適し
た材料であったことは、ある意味で幸運な偶然であったとも言える。

Ｋｏｄａｋ社のＴａｎｇらは陽極電極層界面のコンタクトをさらに改善して素子の安定
駆動化を実現するために２００Å以下の膜厚の銅フタロシアニン（以下、ＣｕＰｃ）を、
陽極電極層とホール輸送性有機物との間に挿入した（Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，
Ｖｏｌ．６９，（１５），ｐ．２１６０（１９９６），またはＫｏｄａｋ社の米国特許第
５，０６１、５６９号明細書参照）。

また、パイオニア株式会社のグループは大阪大学の城田らの提案したスターバースト型
のアリールアミン化合物（ｍ−ＭＴＤＡＴＡ）を用いることで同様の効果を得ている（Ａ
ｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，Ｖｏｌ．６５，Ｎｏ．７，１５ Ａｕｇｕｓｔ ｐ．８
０７（１９９４））。ＣｕＰｃやｍ−ＭＴＤＡＴＡ等のスターバースト型アリールアミン
は、両者ともイオン化ポテンシャル（Ｉｐ）がＩＴＯと同等か、もしくは、より小さいた
め、陽極電極層からのホール注入障壁を低減する効果があるとされており、したがって電
極界面でのコンタクト性改善によって、連続駆動時の安定性に改善が見られる。またスタ
ーバースト型アリールアミンの場合は膜の透明性に優れ、ホール移動度が比較的大きい、
という特徴があり比較的厚膜（１０００Å（１００ｎｍ）程度）にしても際立った駆動電
圧の上昇が観測されないので、電極間短絡の危険性回避にも有用であるとされている。

また、出光興産株式会社は陽極電極層に接するホール注入層として、ホール移動度が高
く、かつ、高いガラス転移温度を有するアリールアミン化合物（商品名：ＩＤＥ４０６、
分子構造の詳細は明らかにされていない）を使用して、初期輝度１０００ｃｄ／ｍ²から
の輝度半減寿命が４，５００時間に達する青色発光素子を開発している（月間ディスプレ
イ株式会社テクノタイムズ社、２００１年９月号、ｐ．２５）。

また、豊田中央研究所のグループはＩＴＯよりも仕事関数の大きい、酸化バナジウム（
ＶＯ_X）や酸化ルテニウム（ＲｕＯ_X）や酸化モリブデン（ＭＯ_X）などの金属酸化物を
ＩＴＯ上に５０〜３００Åの厚さにスパッタリングの手法を用いて成膜して、陽極電極層
であるＩＴＯから有機層へのホール注入時のエネルギー障壁を低減した有機ＥＬ素子を提
案している（日本国特許第２８２４４１１号明細書、Ｊ．Ｐｈｙｓ．Ｄ：Ａｐｐｌ．Ｐｈ
ｙｓ．２９（１９９６）ｐ．２７５０）。この素子の場合は、ＩＴＯを単独で使用した場
合と比べて、明らかな低電圧化の効果が観測されている。

同じく、陽極電極層からのホール注入に関して、本出願人らは特開平１０−４９７７１
号公報、特開２００１−２４４０７９号公報に示すように、電子受容性物質であり、特に
ルイス酸化合物として広く知られ、金属ハロゲン化物である塩化第二鉄（ＦｅＣｌ₃）と
ホール輸送性有機物を共蒸着の手法により所定の比率で混合し、ホール注入層とすること
で、さらに改善されたホール注入特性を得ることに成功した（Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐ
ｈｙｓ．Ｖｏｌ．４１（２００２）Ｌ３５８）。この素子においては、予め有機化合物の
酸化剤となりうるルイス酸化合物を、陽極電極層に接触する有機化合物層中にドーピング
することにより、有機化合物は酸化された状態の分子（つまりラジカルカチオン状態）と
して存在するので、陽極電極層からのホール注入エネルギー障壁を小さくでき、従来の有
機ＥＬ素子と比べて駆動電圧をさらに低下できる。

また、このような化学ドーピング層において、適当な有機化合物とルイス酸化合物の
組み合わせを選べば、従来のドーピングされていない有機物のみによって構成される層と
異なり、層膜厚をμｍオーダーにまで厚くしても駆動電圧の上昇が観測されず、駆動電圧
の層膜厚依存性が消失する（第４７回高分子学会予稿集、４７巻９号、ｐ１９４０（１９
９８））。また、前記特開２００１−２４４０７９号公報（特願２０００−５４１７６号
）中に記載されているとおり、該ルイス酸ドーピング層を光学膜厚（ｏｐｔｉｃａｌ ｐ
ａｔｈ ｌｅｎｇｔｈ）の調整に使用し、発光スペクトル制御層として機能させ、色純度
の改善等に利用することもできる。

また、さらに本出願人らは特願２００３−３５８４０２号明細書や特願２００４−２０２２６６において、金属酸化物であるＶ₂Ｏ₅（５酸化バナジウム）、Ｒｅ₂Ｏ₇（７酸化２レニウム）、ＭｏＯ₃（３酸化モリブデン）、又はＷＯ₃（３酸化タングステン）とホール輸送性有機物であるアリールアミン化合物との混合膜を陽極電極層に接するホール注入層として形成して、優れたホール注入特性が得られることを開示した。この素子のホール注入層の特徴は、Ｖ₂Ｏ₅（５酸化バナジウム）のような１０⁵Ω・ｃｍ程度の比抵抗を有する絶縁性ｎ型半導体が、該アリールアミン化合物と酸化還元反応による電荷移動錯体を形成する能力を併せ持つという特異的性質を利用して、前述のルイス酸化合物を利用するホール注入層と同等の低電圧駆動化と、さらに素子の安定駆動化を両立している点にある。

また、このＶ₂Ｏ₅（５酸化バナジウム）が混合されたホール注入層は陽極電極層用電極材料の仕事関数値の大小によらずホール注入が可能なので、Ａｌのように従来はホール注入に不向きであるとされてきた金属を陽極電極層として使用しても注入障壁のないホール注入が実現でき、また化学的にも安定なので（一連の典型的なルイス酸化合物で懸念されるような）該電極金属の腐食に憂慮する必要もない。

特願２００３−３５８４０２号明細書 特開２００２−３３２５６７号公報 特開平１０−４９７７１号公報 特開平１０−２７０１７１号公報 特開平１１−２３３２６２号公報 特開２００１−２４４０７９号公報 特開２００１−８２７７４号公報 特許第２８２４４１１号明細書 米国特許第４，３５６，４２９号明細書 米国特許第４，５３９，５０７号明細書 米国特許第４，７２０，４３２号明細書 米国特許第４，８８５，２１１号明細書 米国特許第５，０５９，８６２号明細書 米国特許第５，０６１，５６９号明細書 米国特許第６，０１３，３８４号明細書 Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，５１，９１３（１９８７） Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．７３（１９９８）２８６６、ＳＩＤ９７ＤＩＧＥＳＴ・Ｐ７７５ Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，Ｖｏｌ．７０，ｐ．１５２（１９９７），ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ．Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｄｅｖｉｃｅｓ，Ｖｏｌ．４４，Ｎｏ．８，ｐ．１２４５（１９９７） Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，Ｖｏｌ．６９，（１５），ｐ．２１６０（１９９６） Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，Ｖｏｌ．６５，Ｎｏ．７，１５ Ａｕｇｕｓｔ ｐ．８０７（１９９４） ＣＲＣ Ｈａｎｄｂｏｏｋ ｏｆ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ ａｎｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ，６４ｔｈ ＥＤＩＴＩＯＮ ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ．Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｄｅｖｉｃｅｓ．，４０，１３４２（１９９３） Ｊ．Ｐｈｙｓ．Ｄ：Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．２９（１９９６）ｐ．２７５０ Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｖｏｌ．４１（２００２）Ｌ８００ Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｖｏｌ．４１（２００２）Ｌ３５８ Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．ｖｏｌ．３８（１９９９）Ｌ１３４８ Ｐａｒｔ２，Ｎｏ．１１Ｂ，１５ Ｎｏｖｅｍｂｅｒ，ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ１２ Ｔｈｅ １０ｔｈ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｗｏｒｋｓｈｏｐ ｏｎ Ｉｎｏｒｇａｎｉｃ ａｎｄ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｅｌｅｃｔｒｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ，Ｐ−６１ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｗｏｒｋｓｈｏｐ ｏｎ Ｉｎｏｒｇａｎｉｃ ａｎｄ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｅｌｅｃｔｒｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ ＆ ２００２ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ ｔｈｅ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ Ｅｍｉｓｓｉｖｅ Ｄｉｓｐｌａｙ ａｎｄ Ｌｉｇｈｔｉｎｇ ＡＢＳＴＲＡＣＴ ｐ．５０３ 第４７回高分子学会予稿集、４７巻９号、ｐ１９４０（１９９８） 第５１回応用物理学会学術講演会、講演予稿集２８ａ−ＰＢ−４、ｐ．１０４０ 第５４回応用物理学会学術講演会、講演予稿集２９ｐ−ＺＣ−１５、ｐ．１１２７ 月間ディスプレイ株式会社テクノタイムズ社、２００１年９月号、ｐ．２５

上述のホール注入技術のそれぞれが持っていた特徴、欠点について列挙すれば以下のよ
うにまとめられる。

まず、本出願人らのルイス酸化合物を混合したホール注入層は、その低い比抵抗値によ
って実質的に該ホール注入層の膜厚を厚くしても駆動電圧が上昇しない等の特徴があり、
その点では有効なホール注入層と言えるが、一方、一般的に典型的なルイス酸化合物は化
学的に不安定な物質が多く保存安定性に不安があった。また本発明者らの検討では、駆動
電圧が低下するものの、対電流効率（または量子効率）を若干ながら低下させる問題があ
った。

また豊田中央研究所が開示した、仕事関数の大きい金属酸化物を陽極電極層上に積層し
て使用する場合もその光透過率の低さから使用膜厚の上限があり、また、例示されている
化合物は実質的にすべてスパッタリング法のみでしか成膜できない。

ＴａｎｇらのＣｕＰｃや、城田らのｍ−ＭＴＤＡＴＡ等のスターバースト型アリールア
ミン化合物を代表とする、イオン化ポテンシャルの小さい有機物を使用するホール注入層
は、陽極電極層界面でのコンタクト性に改善が見られるものの、使用膜厚には、やはり上
限があるため素子設計の自由度が制限される。また、これらＣｕＰｃやスターバースト型
アリールアミン化合物は、他のホール注入層と同様に陽極電極層に接するホール注入層と
して使用されており、該ホール注入層と発光層の間にはさらに、異なる構造の有機化合物
からなるホール輸送層を挿入するのが肝要であるとされている。

前出のＴａｎｇらや城田らの論文中に挙げられているＴＰＤやＮＰＢ（別称：αＮＰ
Ｄ）はその典型的な化合物であり、これらの化合物はホール輸送性を有すると同時に、陰
極電極層から注入された電子を効率的にブロックして発光層に励起状態を閉じ込める役割
を果たしている。同様に前述の出光興産株式会社のホール注入材料であるＩＤＥ４０６と
発光層の間にもＩＤＥ３１２（これも商品名であり、分子構造は明らかにされていない）
等のホール輸送材料をさらに重ねて使用することが発光効率向上のためには不可欠とされ
ている。

ところが、これらの論文には明らかに記されてはいないが、該ホール注入層（ＣｕＰｃ
層やｍ−ＭＴＤＡＴＡ層やＩＤＥ４０６）と該ホール輸送層（ＴＰＤ層やＮＰＢ層やＩＤ
Ｅ３１２）との界面にも実際にはホールの移動障壁が存在しており、各所でその指摘がな
されている（たとえばＤ．Ｂｅｒｎｅｒら、「Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｗｏｒｋｓ
ｈｏｐ ｏｎ Ｉｎｏｒｇａｎｉｃ ａｎｄ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｅｌｅｃｔｒｏｌｕｍｉ
ｎｅｓｃｅｎｃｅ ＆ ２００２ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ
ｏｎ ｔｈｅ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ Ｅｍｉｓｓｉ
ｖｅ Ｄｉｓｐｌａｙ ａｎｄ Ｌｉｇｈｔｉｎｇ」ＡＢＳＴＲＡＣＴ ｐ．５０３）。

このホールの移動障壁の存在は素子の駆動電圧の上昇や発光開始電圧の上昇となって
観測されるが、このような電圧上昇が発光効率（ｌｍ／Ｗ）の低下として現れるのはいう
までもない。このような事情が存在するにもかかわらずＣｕＰｃやスターバースト型アリ
ールアミン化合物が現在でも優れたホール注入性化合物として広く使用されているのは、
陽極電極層からの優れたホール注入特性はもとより、その高い耐熱性や膜形状安定性が素
子の駆動安定性に大きく寄与するからである。

また、本出願人らの、金属酸化物であるＶ₂Ｏ₅（５酸化バナジウム）とホール輸送性有機物であるアリールアミン化合物との混合膜であるホール注入層は、その低い比抵抗値、陽極電極層からのホール注入障壁の低減、さらに前述の化学的安定性等、これまで検討されたなかで最も有効なホール注入層の一つであるが、本発明者らの検討では素子の駆動寿命試験における初期の劣化曲線が若干急峻であり、結果として本発明の素子と比べて輝度半減寿命が短くなることが判明した。

本発明は、以上の事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、前述の典型的なルイ
ス酸化合物や、金属酸化物のような電子受容性物質を陽極電極に隣接する層に存在させる
のではなく、陽極電極に接していない位置に存在させて、低電圧駆動と素子寿命安定化を
両立させる目的でなされた。

また、本発明は陽極電極層から注入されたホールを発光層へ移動させるための複数の
ホール輸送層の組み合わせ（前述の「ＣｕＰｃとＮＰＢ」や「ｍ−ＭＴＤＡＴＡとＴＰＤ
」や「ＩＤＥ４０６とＩＤＥ３１２」などが現在知られている代表的なものであり、その
ほかに導電性高分子であるＰＥＤＯＴやＰＡＮＩとアリールアミン化合物の組み合わせ等
が知られている）を使用して、素子の駆動寿命安定性を維持したまま、そこで問題とされ
ていた、異なる有機分子から構成されている複数のホール輸送層界面でのホール移動障壁
を低減させ、結果として発光開始電圧を含む素子駆動電圧を低減させて消費電力を低減し
ようとする目的でなされたものである。

本発明の有機ＥＬ素子のホール輸送層は、従来の有機ＥＬ素子に採用されてきた複数の
層からなるホール輸送層を隔てる界面近傍に電子受容性物質が存在しており、該電子受容
性物質が接触している２種類のホール輸送性物質のどちらか一方、もしくは両方と酸化還
元反応による電荷移動錯体を形成して、結果的に該ホール輸送性物質をラジカルカチオン
状態として、これまで問題とされてきたホールの移動障壁を低減させて、駆動電圧の低減
と素子駆動安定性を両立させることを目的としている。

本発明者らは、これまで特開平１０−４９７７１号公報、特開２００１−２４４０７９
号公報、特願２００３−３５８４０２号明細書においてホール輸送性有機物として広く使
用されてきたアリールアミン化合物等の電子供与性化合物と酸化還元反応によって電荷移
動錯体を形成する電子受容性物質を陽極電極層に接するホール注入層部分に混合すること
で素子の低電圧駆動化と高効率化を実現してきた。

本出願は、これらの特徴に加えて駆動寿命安定性を付与するために、陽極電極層に接す
るホール注入層部分ではなく、従来から駆動安定性のために用いられてきた複数のホール
輸送層をそのまま採用した場合でも、それらの層を隔てる界面に電子受容性物質を存在さ
せて低電圧駆動化を実現し、素子の高効率化を図ろうとするものである。

上記問題点を解決するために、本発明の有機エレクトロルミネッセント素子は、陽極電極層と、陽極電極層と対向して配置された陰極電極層と、陽極電極層と陰極電極層との間に位置し、有機物を有する発光層と、を有し、陽極電極層からホールが注入され、陰極電極層から電子が注入されることにより、発光層の有機物の励起状態が生成され、これにより発光する有機エレクトロルミネッセント素子であって、陽極電極層と陰極電極層との間に位置し、陽極電極層から注入されたホールを輸送する二層のホール輸送層と、二層のホール輸送層を隔てる界面に形成され、有機物を含む電子受容性物質としての５酸化バナジウムが存在する混合膜層と、を備え、混合膜層はαＮＰＤを含むことを特徴としている。

また、本発明の有機エレクトロルミネッセント素子は、互いに対向する陽極電極層と陰極電極層との間に、少なくとも一層の発光層を含む発光ユニットを複数個有し、各発光ユニットは少なくとも一層からなる電荷発生層によって仕切られており、電荷発生層は１．０×１０²Ω・ｃｍ以上の比抵抗を有する電気的絶縁層であり、発光ユニットは二層のホール輸送層を有し、二層のホール輸送層は２−ＴＮＡＴＡからなるホール輸送層とαＮＰＤからなるホール輸送層とからなり、二層のホール輸送層を隔てる界面に有機物を含む電子受容性物質としての５酸化バナジウムが存在する混合膜層を備え、前記混合膜層はαＮＰＤを含むことを特徴としている。

電子受容性物質は、陽極電極に接しない位置に単独の層を形成することが出来、また、
ホール輸送性物質と混合された混合層の形で存在することが出来る。特に、ホール輸送層
が複数存在する場合は、前記複数のホール輸送層に挟まれる層で電子受容性物質の層を形
成することができ、もしくは、互いに隣接する前記複数のホール輸送層の一方、もしくは
両方に混合されて存在させることもできる。また、場合により、前記電子受容性物質と、
異なる複数のホール輸送層を形成する互いに異なるホール輸送性分子を混合して（３種類
の物質が混合された）層を形成することも可能である。

ホール輸送層はホール輸送性物質を有し、電子受容性物質とホール輸送性物質は、共蒸
着によって混合させることができる。

電子受容性物質としての有機物は少なくとも一個のフッ素または少なくとも一個のシア
ノ基を置換基として有することが好ましく、テトラフルオロ−テトラシアノキノジメタン
を用いることができる。

電子受容性物質としての有機物はホウ素化合物であり、かつ、少なくとも一個のフッ素を置換基として有することが好ましく、トリスβ−（ヘプタフルオロナフチル）ボラン（ＰＮＢ）を用いることができる。

電子受容性有機物と接触しているホール輸送性有機物は、
一般式

で示されるアリールアミン化合物であることが好ましい。但し、Ａｒ₁、Ａｒ₂およびＡｒ₃は、それぞれ独立に置換基を有してよい芳香族炭化水素基を表わす。

また、電子受容性有機物と接触しているホール輸送性有機物は、前出（Ａｐｐｌ．Ｐ
ｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，Ｖｏｌ．６９，（１５），ｐ．２１６０（１９９６），またはＫｏ
ｄａｋ社の米国特許第５，０６１、５６９号明細書参照）に記載の銅フタロシアニン（Ｃ
ｕＰｃ）等のポルフィリン化合物誘導体、「第３９回応用物理学関係連合講演会講演予稿
集、２８ｐ−Ｑ−９，ｐ．１０３６（１９９２）」に記載されているキナクリドン顔料と
その誘導体、特開２０００−５８２６７号公報に記載されているインダンスレン顔料とそ
の誘導体、等の顔料型化合物であることが好適である。

上記顔料型有機物は、ポルフィリン化合物もしくはその誘導体、キナクリドン化合物
もしくはその誘導体、又は、インダンスレン化合物もしくはその誘導体とすることができ
る。

本発明によると、陽極電極層から注入されたホールを発光層へ移動させるための複数
のホール輸送層の組み合わせを使用して、素子の駆動寿命安定性を維持したまま、そこで
問題とされていたホール移動障壁を低減させ、結果として発光開始電圧を含む素子駆動電
圧を低減させて消費電力を低減することができる。

以下、本発明にかかる実施形態を図面を参照しつつ詳しく説明する。上述のように、本
発明の有機ＥＬ素子の最も好ましい実施形態は、陽極電極層に接する複数の層からなるホ
ール輸送層及びホール輸送層を構成するホール輸送性分子と、電子受容性物質層及び電子
受容性物質層を構成する電子受容性物質との組み合わせを有するところに特徴があり、具
体的な構造例としては以下の（Ａ）から（Ｅ）に示すものがある。

（Ａ）基板１／陽極電極層２／第１ホール輸送層１１／電子受容性物質層２０／第２ホー
ル輸送層１２／発光層を含む有機構造体３０／陰極電極層３（図１（ｂ））
（Ｂ）基板１／陽極電極層２／第１ホール輸送層１１／第１ホール輸送性分子と電子受容
性物質の混合層２１／第２ホール輸送層１２／発光層を含む有機構造体３０／陰極電極層
３（図１（ｃ））
（Ｃ）基板１／陽極電極層２／第１ホール輸送層１１／第２ホール輸送性分子と電子受容
性物質の混合層２２／第２ホール輸送層１２／発光層を含む有機構造体３０／陰極電極層
３（図１（ｃ））
（Ｄ）基板１／陽極電極層２／第１ホール輸送層１１／第１ホール輸送性分子と電子受容
性物質の混合層２１／第２ホール輸送性分子と電子受容性物質の混合層２２／第２ホール
輸送層１２／発光層を含む有機構造体３０／陰極電極層３（図１（ｄ））
（Ｅ）基板１／陽極電極層２／第１ホール輸送層１１／第１ホール輸送性分子と電子受容
性物質の混合層２１／電子受容性物質層２０／第２ホール輸送性分子と電子受容性物質の
混合層２２／第２ホール輸送層１２／発光層を含む有機構造体３０／陰極電極層３（図１
（ｅ））
（Ｆ）基板１／陽極電極層２／第１ホール輸送層１１／第１ホール輸送性分子と第２ホー
ル輸送性分子と電子受容性物質の混合層２３／第２ホール輸送層１２／発光層を含む有機
構造体３０／陰極電極層３（図１（ｃ））

上記の構造において、第１ホール輸送層１１を構成するホール輸送性分子と第２ホー
ル輸送層１２を構成するホール輸送性分子が、異なっていても、同一であってもよく、本
発明は、前記電子受容性分子が、陽極電極と接していない位置に存在してホール輸送性分
子と接触し、該ホール輸送性分子をラジカルカチオン化していれば良く、上記の構造に限
定されるものではない。

上記（Ａ）から（Ｆ）の有機エレクトロルミネッセント素子の構造と従来の有機エレク
トロルミネッセント素子の構造の概念図を図１に示した。ここで、典型的な従来の有機エ
レクトロルミネッセント素子は、図１（ａ）に示すように、
基板１／陽極電極層２／第１ホール輸送層１１／第２ホール輸送層１２／発光層を含む
有機構造体３０／陰極電極層３
という構造を有している。

上記の構造例はホール輸送層部分に異なる２種類の化合物が使用されている例であるが
、さらに異なる化合物が重ねられた３層以上のホール輸送層の構成であってもよく、本発
明の有機ＥＬ素子は互いに異なる化合物によって構成された各ホール輸送層を隔てる界面
の少なくとも１つに電子受容性物質が、上記の（Ａ）から（Ｆ）のような適当な形態で存
在して各ホール輸送層間のホール移動障壁が緩和されているのが好適である。

また上記（Ａ）から（Ｆ）の陽極電極層と第１ホール輸送層間でオーミックなコンタク
トが保証されない場合、特に陽極電極にＩＴＯではなく金属電極が用いられるような場合
は、当然この界面でのホール注入障壁が駆動電圧の上昇や素子駆動の不安定化をもたらす
ことが懸念される。その場合は本発明者らが特開平１０−４９７７１号公報、特開２００
１−２４４０７９号公報、特願２００３−３５８４０２号明細書において示してきた混合
層、つまりホール輸送性有機物として広く使用されてきアリールアミン化合物等の電子供
与性化合物と酸化還元反応によって電荷移動錯体を形成する電子受容性物質を陽極電極層
に接するホール注入層部分に混合して存在させる手法等を用いればよい。

具体的には、たとえば上記（Ａ）（図１（ｂ））の構成に対応して、（Ｇ）基板／陽極
電極層／電子供与性物質と電子受容性物質の混合層／第１ホール輸送層／電子受容性物質
層／第２ホール輸送層／発光層を含む有機構造体／陰極電極層という構成を用いるのが好
適である。特に陽極電極層として仕事関数が小さい金属（＜５．０ｅＶ）を用いる場合は
、この種の混合層を陽極電極層に接する層として付加することが好適である。

また、本発明者らは、特開２００３−２７２８６０号公報において、これまでの有機Ｅ
Ｌ素子とは異なる、新規な構造を有する素子構造を提案した。該素子構造の特徴は複数の
発光ユニット（従来型有機ＥＬ素子の陰極電極層と陽極電極層に挟まれた層部分）が「電
荷発生層」と呼ばれる層によって仕切られた構造を有しており、電圧印加時には該電荷発
生層がホールと電子の発生層として機能して、結果的に複数の従来型有機ＥＬ素子が直列
に接続されたように同時に発光する特徴を持っている。なお、電荷発生層は１．０×１０
²Ω・ｃｍ以上の比抵抗を有することが望ましい。

この素子構造の有機ＥＬ素子に含まれる各発光ユニットのホール輸送層部分も従来の有
機ＥＬ素子と略同様の構成を有するので、本発明の構成のホール輸送層は、この新規な構
造の有機ＥＬ素子にも応用できる。

また、本発明のホール輸送層部分を構成する化合物群と電子受容性物質（無機物質でも
、有機化合物でも良い）が酸化還元反応により電荷移動錯体を形成しうるものであるか否
かは、分光学的分析手段（吸収スペクトル測定）によって確認することができる。具体的
には、ホール輸送層部分を構成する化合物群と電子受容性物質が、それぞれ単独では、波
長８００〜２０００ｎｍの近赤外領域に吸収スペクトルのピークを示さないが、ホール輸
送層部分を構成する化合物群と電子受容性物質の混合膜では、波長８００〜２０００ｎｍ
の近赤外領域に吸収スペクトルのピークがあり、ホール輸送層部分を構成する化合物群と
電子受容性物質間での電子移動を明確に示唆する証拠として確認することができる。

図２は、一般式

で示される電子供与性化合物のアリールアミン化合物であるところの２−ＴＮＡＴＡ、α
ＮＰＤ（前述のＮＰＢの別称）、スピロ−ＴＡＤ、スピロ−ＮＰＢと、電子受容性物質で
あるＶ₂Ｏ₅（５酸化バナジウム）それぞれの単独での吸収スペクトル、および、上記の各アリールアミン化合物と５酸化バナジウムとの混合膜の吸収スペクトルを示したものである。

ここで、２−ＴＮＡＴＡ、αＮＰＤ、スピロ−ＴＡＤ、スピロ−ＮＰＢはそれぞれ

であらわされる。

図２から明らかなとおり、アリールアミン化合物および５酸化バナジウムは、単独では
波長８００〜２０００ｎｍの近赤外領域にピークを示さないが、アリールアミン化合物と
５酸化バナジウムとの混合膜は、波長８００〜２０００ｎｍの近赤外領域に顕著なピーク
を示し、電荷移動錯体を形成していることを確認することができる。

また、図３から明らかな通り、アリールアミン化合物であるαＮＰＤと７酸化２レニ
ウムは、単独では波長８００〜２０００ｎｍの近赤外領域にピークを示さないが、αＮＰ
Ｄと７酸化２レニウムの混合膜は、波長８００〜２０００ｎｍの近赤外領域に顕著なピー
クを示し、電荷移動錯体を形成していることを確認することができる。

図４は、２−ＴＮＡＴＡ、及び、下記式

で示されるテトラフルオロ−テトラシアノキノジメタン（４Ｆ−ＴＣＮＱ）それぞれの単
独膜、並びに、両者の混合膜の吸収スペクトルを示す（縦軸：吸光度（ａｂｓｏｒｂａｎ
ｃｅ）、横軸：吸収波長（ｎｍ））。

図２〜図４に示した各混合膜の吸収スペクトルが、各々の単独の物質の吸収スペクトル
の（単純な）重ね合わせではなく、電子移動を伴う反応（つまり酸化還元反応）によって
、第３の新たな吸収ピークが近赤外線領域８００ｎｍから２０００ｎｍの位置に観測され
ており、本発明者らの検討では、このような酸化還元反応によるラジカルカチオン化した
ホール輸送性有機物が、異なる化合物からなる複数のホール輸送層間のホール移動を容易
にして、結果として素子の駆動電圧を低下させることが判明した。

また、ホール輸送性物質と電子受容性物質がそれぞれ層状に積層されて接触している場
合、該酸化還元反応は、該二層が接する界面で起こっていることが容易に想像され、実際
に積層構造によって本発明のホール輸送層部分を形成しても、意図した所望の特性を得る
ことができる。このような状態を図５及び図６に概念的に示した。

なお、図５及び図６においては、第１ホール輸送層１１及び第２ホール輸送層１２は、
それぞれ、第１ホール輸送性分子１１０及び第２ホール輸送性分子１２０を有している。
図５に示す積層型の有機エレクトロルミネッセント素子においては、電子受容性物質層２
０は電子受容性物質２００を有している。一方、図６に示す混合層型の有機エレクトロル
ミネッセント素子においては、電子受容性物質２００と、第１ホール輸送性分子２１０又
は第２ホール輸送性分子２２０と、からなる層２１または２２、もしくは、電子受容性物
質２００と第１ホール輸送性分子２１０と第２ホール輸送性分子２２０とからなる層２３
を有している。

以下に実施例を挙げて本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれにより限定され
るものではない。

なお、有機化合物、金属化合物、金属等の成膜には、アネルバ製真空蒸着機を使用した
。蒸着物質の成膜速度の制御や膜厚の制御は該蒸着機に取付けられている、水晶振動子を
使用した成膜モニターＣＲＴＭ−８０００（ＵＬＶＡＣ（日本真空技術社）製）を使用し
た。また、成膜後の実質膜厚の測定には、テンコール（Ｔｅｎｃｏｒ）社製Ｐ１０触針式
段差計を用いた。素子の特性評価には、ケースレー（ＫＥＩＴＨＬＥＹ）社ソースメータ
２４００、トプコンＢＭ−８輝度計を使用した。素子に直流電圧を０．２Ｖ／２秒の割合
でステップ状に印加して、電圧上昇１秒後の輝度および電流値を測定した。また、ＥＬス
ペクトルは、浜松ホトニクスＰＭＡ−１１オプチカルマルチチャンネルアナライザーを使
用して定電流駆動し測定した。

＜基準例１＞（ＣｕＰｃを使用した従来の有機ＥＬ素子の作製例）
図７の積層構成の有機ＥＬ素子を基準例１として作製した。ガラス基板７０１上に陽
極透明電極層（陽極電極層）７０２として、シート抵抗１０Ω／□（１０Ω／ｓｑ）のＩ
ＴＯ（インジウム−スズ酸化物、日本板硝子社製）がコートされている。その上に

であらわされるＣｕＰｃを１０^-6ｔｏｒｒ下で、２Å／秒の蒸着速度で１５０Åの厚さに成膜し、第１ホール輸送層（ホール注入層）７１１を形成した。

次に、前記第１ホール輸送層（ホール注入層）７１１の上に、ホール輸送性を有するα
ＮＰＤを１０^-6ｔｏｒｒ下で、２Å／秒の蒸着速度で５００Åの厚さに成膜し、第２ホール輸送層７１２を形成した。さらに、前記第２ホール輸送層の上に、発光層７０６として

で表されるトリス（８−キノリノラト）アルミニウム錯体層（以下「Ａｌｑ」という）を
第２ホール輸送層と同じ条件で７００Åの厚さに真空蒸着して形成した。

次に、前記発光層７０６の上に、本発明者らが特開平１１−２３３２６２号公報で開示
した電子注入層７０７を形成するため

で表される（８−キノリノラト）リチウム（以下「Ｌｉｑ」という）金属錯体層（以下「
Ｌｉｑ」という）を１０Åの厚さに成膜した。

次に、陰極電極層７０３として、Ａｌを蒸着速度１０Å／秒で１０００Å蒸着した。発
光領域は縦０．２ｃｍ、横０．２ｃｍの正方形状とした。この有機ＥＬ素子において、陽
極透明電極（陽極電極層）７０２であるＩＴＯと陰極電極層７０３であるＡｌとの間に、
直流電圧を印加し、発光層７０６（Ａｌｑ）から緑色発光の輝度を測定した。図１１、図
１２、図１３中の白四角プロット（□）はこの素子の電流密度（ｍＡ／ｃｍ²）−電圧（
Ｖ）特性（図１１）、輝度（ｃｄ／ｍ²）−電圧（Ｖ）特性（図１２）、電力効率（ｌｍ
／Ｗ）−輝度（ｃｄ／ｍ²）特性（図１３）を示すものである。この素子の発光開始電圧
（ｔｕｒｎ ｏｎ ｖｏｌｔａｇｅ＝輝度計が０．０１ｃｄ／ｍ²以上の輝度を計測する
電圧）は３．０Ｖであった。

＜実施例１＞（本発明の有機ＥＬ素子の作製例）
図８の積層構成の有機ＥＬ素子を実施例１として作製した。
ガラス基板８０１上に陽極透明電極（陽極電極層）８０２として、シート抵抗１０Ω／□
のＩＴＯ（インジウム−スズ酸化物、日本板硝子社製）がコートされている。その上に基
準例１と同様の条件で、第１ホール輸送層８１１としてＣｕＰｃを１５０Åの厚さに成膜
した。次に、本発明の要素である電子受容性物質Ｖ₂Ｏ₅（５酸化バナジウム）と第２ホール輸送層８１２の構成物質であるαＮＰＤを共蒸着の手法で、モル比率が４：１（＝Ｖ₂Ｏ₅：αＮＰＤ）で構成した混合膜層８２２を１００Åの厚さに成膜した。以下、基準例１と同様の手順で、第２ホール輸送層８１２としてαＮＰＤ、発光層８０６としてＡｌｑ、電子注入層８０７としてＬｉｑ、陰極電極層８０３としてＡｌを順次成膜して、素子を完成させた。

この有機ＥＬ素子において、陽極透明電極８０２であるＩＴＯと陰極電極層８０３であ
るＡｌとの間に、直流電圧を印加し、発光層８０６（Ａｌｑ）から緑色発光の輝度を測定
した。図１１、図１２、図１３中の白丸プロット（○）はこの素子の電流密度（ｍＡ／ｃ
ｍ²）−電圧（Ｖ）特性（図１１）、輝度（ｃｄ／ｍ²）−電圧（Ｖ）特性（図１２）、電力効率（ｌｍ／Ｗ）−輝度（ｃｄ／ｍ²）特性（図１３）を示すものである。この素子の発光開始電圧（ｔｕｒｎ ｏｎ ｖｏｌｔａｇｅ）は２．６Ｖであった。

＜基準例２＞（２−ＴＮＡＴＡを使用した従来の有機ＥＬ素子の作製例）
図９の積層構成の有機ＥＬ素子を基準例２として作製した。素子構成は、基準例１の
第１ホール輸送層であるＣｕＰｃ層（１５０Å）を前述の２−ＴＮＡＴＡ層（６００Å）
に置き換えた以外は、基準例１と同様である。

すなわち、ガラス基板９０１上に、陽極透明電極（ＩＴＯ）９０２，第１ホール輸送層
（２−ＴＮＡＴＡ）９１１、第２ホール輸送層（αＮＰＤ）９１２、発光層（Ａｌｑ）９
０６、電子注入層（Ｌｉｑ）９０７、陰極電極層（Ａｌ）９０３を成膜して素子を完成さ
せた。

この有機ＥＬ素子において、陽極透明電極９０２であるＩＴＯと陰極電極層９０３であ
るＡｌとの間に、直流電圧を印加し、発光層９０６（Ａｌｑ）から緑色発光の輝度を測定
した。図１４、図１５、図１６中の白三角プロット（△）と、図１８、図１９、図２０、
図２７、図２８、図２９中の黒丸プロット（●）はこの素子の電流密度（ｍＡ／ｃｍ²）
−電圧（Ｖ）特性（図１４、図１８、図２７）、輝度（ｃｄ／ｍ²）−電圧（Ｖ）特性（
図１５、図１９、図２８）、電力効率（ｌｍ／Ｗ）−輝度（ｃｄ／ｍ²）特性（図１６、
図２０、図２９）を示すものである。この素子の発光開始電圧（ｔｕｒｎ ｏｎ ｖｏｌ
ｔａｇｅ）は２．８Ｖであった。

＜実施例２＞（本発明の有機ＥＬ素子の作製例）
図１０の積層構造の有機ＥＬ素子を実施例２として作成した。
素子構成は、基準例２の第１ホール輸送層（２−ＴＮＡＴＡ）と第２ホール輸送層（αＮＰＤ）の間に、本発明の要素である電子受容性物質Ｖ₂Ｏ₅（５酸化バナジウム）と第２ホール輸送層１０１２の構成物質であるαＮＰＤを共蒸着の手法で、モル比率が４：１（＝Ｖ₂Ｏ₅：αＮＰＤ）で構成した混合膜層１０２２を１００Åの厚さに成膜して挿入した以外は基準例２と同様である。

すなわち、ガラス基板１００１上に、陽極透明電極（ＩＴＯ）１００２，第１ホール輸
送層（２−ＴＮＡＴＡ）１０１１、電子受容性物質Ｖ₂Ｏ₅（５酸化バナジウム）と第２ホール輸送層１０１２の構成物質であるαＮＰＤを共蒸着の手法で、モル比率が４：１（＝Ｖ₂Ｏ₅：αＮＰＤ）で構成した混合膜層１０２２、第２ホール輸送層（αＮＰＤ）１０１２、発光層（Ａｌｑ）１００６、電子注入層（Ｌｉｑ）１００７、陰極電極層（Ａｌ）１００３を成膜して素子を完成させた。

この有機ＥＬ素子において、陽極透明電極１００２であるＩＴＯと陰極電極層１００３
であるＡｌとの間に、直流電圧を印加し、発光層１００６（Ａｌｑ）から緑色発光の輝度
を測定した。図１４、図１５、図１６中の白丸プロット（○）はこの素子の電流密度（ｍ
Ａ／ｃｍ²）−電圧（Ｖ）特性（図１４）、輝度（ｃｄ／ｍ²）−電圧（Ｖ）特性（図１５）、電力効率（ｌｍ／Ｗ）−輝度（ｃｄ／ｍ²）特性（図１６）を示すものである。この素子の発光開始電圧（ｔｕｒｎ ｏｎ ｖｏｌｔａｇｅ）は２．４Ｖであった。

＜実施例３＞（本発明の有機ＥＬ素子の作製例）
図１７の積層構造の有機ＥＬ素子を実施例３として作成した。素子構成は、基準例２の
第１ホール輸送層（２−ＴＮＡＴＡ）と第２ホール輸送層（αＮＰＤ）の間に、本発明の
要素である電子受容性物質層（４Ｆ−ＴＣＮＱ）を１０Åの厚さに成膜して挿入した以外は基準例２と同様である。

すなわち、ガラス基板１１０１上に、陽極透明電極（ＩＴＯ）１１０２、第１ホール輸
送層（２−ＴＮＡＴＡ）１１１１、電子受容性物質層（４Ｆ−ＴＣＮＱ）１１２０、第２
ホール輸送層（αＮＰＤ）１１１２、発光層（Ａｌｑ）１１０６、電子注入層（Ｌｉｑ）
１１０７、陰極電極層（Ａｌ）１１０３を成膜して素子を完成させた。

この有機ＥＬ素子において、陽極透明電極１１０２であるＩＴＯと陰極電極層１１０３
であるＡｌとの間に、直流電圧を印加し、発光層１１０６（Ａｌｑ）から緑色発光の輝度
を測定した。図１８、図１９、図２０中の白丸プロット（○）はこの素子の電流密度（ｍ
Ａ／ｃｍ²）−電圧（Ｖ）特性（図１８）、輝度（ｃｄ／ｍ²）−電圧（Ｖ）特性（図１９）、電力効率（ｌｍ／Ｗ）−輝度（ｃｄ／ｍ²）特性（図２０）を示すものである。この素子の発光開始電圧（ｔｕｒｎ ｏｎ ｖｏｌｔａｇｅ）は２．４Ｖであった。

＜実施例４＞（本発明の有機ＥＬ素子の作成例）
図３０の積層構造の有機ＥＬ素子を実施例４として作成した。素子構成は、基準例２の
第１ホール輸送層（２−ＴＮＡＴＡ）と第２ホール輸送層（αＮＰＤ）の間に、本発明の
要素である電子受容性物質層である

で示されるＰＮＢを４０Åの厚さに成膜して挿入した以外は基準例２と同様である。

すなわち、ガラス基板１２０１上に、陽極透明電極（ＩＴＯ）１２０２、第１ホール
輸送層（２−ＴＮＡＴＡ）１２１１、電子受容性物質層（ＰＮＢ）１２２０、第２ホール
輸送層（αＮＰＤ）１２１２、発光層（Ａｌｑ）１２０６、電子注入層（Ｌｉｑ）１２０
７、陰極電極層（Ａｌ）１２０３を成膜して素子を完成させた。

この有機ＥＬ素子において、陽極透明電極１２０２であるＩＴＯと陰極電極層１２０３
であるＡｌとの間に、直流電圧を印加し、発光層１２０６（Ａｌｑ）から緑色発光の輝度
を測定した。図２７、図２８、図２９中の白丸プロット（○）はこの素子の電流密度（ｍ
Ａ／ｃｍ²）−電圧（Ｖ）特性（図２７）、輝度（ｃｄ／ｍ²）−電圧（Ｖ）特性（図２８）、電力効率（ｌｍ／Ｗ）−輝度（ｃｄ／ｍ²）特性（図２９）を示すものであるこの素子の発光開始電圧（ｔｕｒｎ ｏｎ ｖｏｌｔａｇｅ）は２．４Ｖであった。

上記の結果から、陽極に接触しておらず、かつ、異なる種類の複数のホール輸送層が接
する界面の位置に電子受容性物質を存在させた本発明の有機ＥＬ素子は、発光開始電圧を
含む素子駆動電圧を低下させ、結果として電力変換効率を改善できて、かつ、従来から寿
命安定化に重要であると認識されている（陽極電極層に接する）ホール注入層物質をその
まま使用することで、高効率化と長寿命化を両立できることが分かった。

＜参考例＞
本発明における電子受容性物質とホール輸送性物質の相互作用を確認する手段として、
前述の分光学的手段のほかに該電子受容性物質とホール輸送性物質の混合膜の比抵抗値（
導電率の逆数として定義されている）の変化に着目する方法がある。この比抵抗（Ω・ｃ
ｍ）の測定法は、被測定物の比抵抗の値（レンジ）によって２種類の方法で測定した。

第１の測定法（サンドイッチ法）は、比較的比抵抗の大きい物質に対して適当とされる
方法で、被測定物の蒸着薄膜を電極で狭持した形態（図２１および図２２に示すサンドイ
ッチ構造の比抵抗評価用素子）で測定を行い、印加電圧（Ｖ）と被測定物薄膜の膜厚（ｃ
ｍ）（つまり電極間距離）から得られる電場Ｅ（Ｖ／ｃｍ）と、観測電流（Ａ）と電流が
流れる領域の断面積（ｃｍ²）とから得られる電流密度（Ａ／ｃｍ²）との比〔（Ｖ／ｃ
ｍ）／（Ａ／ｃｍ²）＝（Ω・ｃｍ）〕から算出した。

具体的には（２ｍｍ幅の）ＩＴＯ電極１０１上に（場合により２ｍｍ幅のＡｌ電極上に
）被測定物１０３を所望の膜厚になるように蒸着し、最後に（同じく２ｍｍ幅の）アルミ
ニウム電極１０２をＩＴＯ電極１０１と直交するように成膜して、比抵抗評価用素子を作
製した。

第２の測定法（並置法）は、比較的比抵抗の小さい物質に対して適当とされる方法で、
並置構造の比抵抗評価用素子を用いて測定する。すなわち、図２３および図２４に示した
ように、基板２００上の同一平面上に予め陽極電極層２０１、陰極電極層２０２となる電
極を所定距離（Ｌｃｍ）隔てて成膜されたものを用意しておき、その上から被測定物２０
３の蒸着薄膜を所定の開口幅（Ｗｃｍ）を有するエリア規定用金属マスクを介して、所定
の膜厚（ｔｃｍ）を成膜する。この場合得られる電場Ｅ（Ｖ／ｃｍ）は、印加電圧（Ｖ）
を電極間距離（Ｌｃｍ）で除して算出され、電流密度（Ａ／ｃｍ²）は観測電流（Ａ）を
電流が流れる領域の断面積（この場合はＷ×ｔｃｍ²）で除して算出される。このように
して得られた値から、前記のサンドイッチ構造の場合と同様に、比抵抗（Ω・ｃｍ）を算
出した。

図２５に比抵抗の測定結果を示す。被測定物の種類は、ＩＴＯ（透明電極材料）、Ｖ₂
Ｏ₅、Ｖ₂Ｏ₅とαＮＰＤの共蒸着膜（Ｖ₂Ｏ₅：αＮＰＤ＝４：１、１：１、１：２の３種類のモル比）、Ｖ₂Ｏ₅と２−ＴＮＡＴＡの共蒸着膜〔Ｖ₂Ｏ₅：２−ＴＮＡＴＡ＝４：１（モル比）〕、αＮＰＤである。ＩＴＯ、Ｖ₂Ｏ₅とαＮＰＤの共蒸着膜、およびＶ₂Ｏ₅と２−ＴＮＡＴＡの共蒸着膜は、並置構造の比抵抗評価用素子で測定し、αＮＰＤは、サンドイッチ構造の比抵抗評価用素子で測定した。さらにαＮＰＤについては電極からの電荷注入をオーミック（ｏｈｍｉｃ）にするため、本発明者らが特願２００３−３５８４０２号で開示したホール注入層の組成である、Ｖ₂Ｏ₅とαＮＰＤの混合膜を両電極に接する部分に５０Åと薄く形成した上で、１０００Åの厚さのαＮＰＤをサンドイッチして測定した。また、Ｖ₂Ｏ₅については、並置構造とサンドイッチ構造の両方で測定し、測定法によらず略同一の比抵抗が得られることを確認した。

図２５の結果から算出した比抵抗は以下のとおりである。
（１）並置法による結果
−○− ＩＴＯ ４．６×１０^-4Ω・ｃｍ
−●− Ｖ₂Ｏ₅ ７．２×１０⁴Ω・ｃｍ
−▲− Ｖ₂Ｏ₅：αＮＰＤ＝４：１の共蒸着膜 ２．０×１０³Ω・ｃｍ
−◇− Ｖ₂Ｏ₅：αＮＰＤ＝１：１の共蒸着膜 ３．６×１０⁴Ω・ｃｍ
−＋− Ｖ₂Ｏ₅：αＮＰＤ＝１：２の共蒸着膜 ２．９×１０⁵Ω・ｃｍ
−□− Ｖ₂Ｏ₅：２−ＴＮＡＴＡ＝４：１の共蒸着膜 ５．８×１０³Ω・ｃｍ

（２）サンドイッチ法による結果
−△− ＩＴＯ／Ｖ₂Ｏ₅／Ａｌ ２．８×１０⁵Ω・ｃｍ
−▼− ＩＴＯ／αＮＰＤ／Ａｌ １．５×１０¹³Ω・ｃｍ
−■− ＩＴＯ／Ｖ₂Ｏ₅：αＮＰＤ（５０Å）／αＮＰＤ（１０００Å）／Ｖ₂
Ｏ₅：αＮＰＤ（５０Å）／Ａｌ ８．０×１０⁸Ω・ｃｍ

また、Ｖ₂Ｏ₅とαＮＰＤの共蒸着膜の混合比（モル分率）と比抵抗の関係を図２６のグラフに示した。この図に示されるとおり、この混合膜は、両物質の混合によりそれぞれの物質が単独では示すことのない低い比抵抗を示し、この事実によっても電子移動に伴う酸化還元反応の存在が示唆されており、ひいては素子の低駆動電圧化と高効率化にＶ₂Ｏ₅のような電子受容性物質をホール輸送性物質と適当な手法で接触させ、作用させることが有効である基礎的な証明となっている。

本発明について上記実施形態を参照しつつ説明したが、本発明は上記実施形態に限定さ
れるものではなく、改良の目的または本発明の思想の範囲内において改良または変更が可
能である。

（ａ）は従来の有機エレクトロルミネッセント素子の層構造、（ｂ）〜（ｄ）は、それぞれ、本発明の有機エレクトロルミネッセント素子（Ａ）、素子（Ｂ）または素子（Ｃ）、素子（Ｄ）、及び素子（Ｅ）の層構造を示す概念図である。 ２−ＴＮＡＴＡ、αＮＰＤ、スピロ−ＴＡＤ、スピロ−ＮＰＢ、Ｖ₂Ｏ₅それぞれの単独での吸収スペクトル、および、各アリールアミン化合物と５酸化バナジウムとの混合膜の吸収スペクトルを示した図である。 αＮＰＤとＲｅ₂Ｏ₇の混合膜の吸収スペクトルを示す図である。 ２−ＴＮＡＴＡと、テトラフルオロ−テトラシアノキノジメタンそれぞれの単独膜および混合膜の吸収スペクトルを示す図である。 ホール輸送性物質と電子受容性物質とがそれぞれ層状に積層されて接触している場合の有機エレクトロルミネッセント素子を模式的に示す図である。 層状に積層されているホール輸送性物質と電子受容性物質の間にホール輸送性物質と電子受容性物質の混合層が形成されている場合の有機エレクトロルミネッセント素子を模式的に示す図である。 基準例１の素子の積層構造を示す模式図である。 実施例１の素子の積層構造を示す模式図である。 基準例２の素子の積層構造を示す模式図である。 実施例２の素子の積層構造を示す模式図である。 基準例１及び実施例１の素子の電流密度（ｍＡ／ｃｍ²）−駆動電圧（Ｖ）特性を示す図である。 基準例１及び実施例１の輝度（ｃｄ／ｍ²）−駆動電圧（Ｖ）特性を示す図である。 基準例１及び実施例１の電力効率（ｌｍ／Ｗ）−輝度（ｃｄ／ｍ²）特性を示す図である。 基準例２及び実施例２の素子の電流密度（ｍＡ／ｃｍ²）−駆動電圧（Ｖ）特性を示す図である。 基準例２及び実施例２の輝度（ｃｄ／ｍ²）−駆動電圧（Ｖ）特性を示す図である。 基準例２及び実施例２の電力効率（ｌｍ／Ｗ）−輝度（ｃｄ／ｍ²）特性を示す図である。 実施例３の素子の積層構造を示す模式図である。 基準例２及び実施例３の素子の電流密度（ｍＡ／ｃｍ²）−駆動電圧（Ｖ）特性を示す図である。 基準例２及び実施例３の輝度（ｃｄ／ｍ²）−駆動電圧（Ｖ）特性を示す図である。 基準例２及び実施例３の電力効率（ｌｍ／Ｗ）−輝度（ｃｄ／ｍ²）特性を示す図である。 サンドイッチ法による比抵抗評価用素子の平面図である。 サンドイッチ法による比抵抗評価用素子の線Ａ−Ａにおける断面図である。 並置法による比抵抗評価用素子の平面図である。 並置法による比抵抗評価用素子の線Ｂ−Ｂにおける断面図である。 参考例の電流密度（Ａ／ｃｍ²）−電場（Ｖ／ｃｍ）特性を示す図である。 Ｖ₂Ｏ₅とαＮＰＤの共蒸着膜の混合比（モル分率）と比抵抗（Ω・ｃｍ）の関係を示す図である。 基準例２及び実施例４の素子の電流密度（ｍＡ／ｃｍ²）−駆動電圧（Ｖ）特性を示す図である。 基準例２及び実施例４の輝度（ｃｄ／ｍ²）−駆動電圧（Ｖ）特性を示す図である。 基準例２及び実施例４の電力効率（ｌｍ／Ｗ）−輝度（ｃｄ／ｍ²）特性を示す図である。 実施例４の素子の積層構造を示す模式図である。

符号の説明

１ ８０１ １００１ １１０１ １２０１ 基板（ガラス基板）
２ ８０２ １００２ １１０２ １２０２ 陽極電極層（陽極透明電極層）
３ ８０３ １００３ １１０３ １２０３ 陰極電極層
１１ ８１１ １０１１ １１１１ １２１１ 第１ホール輸送層
１２ ８１２ １０１２ １１１２ １２１２ 第２ホール輸送層
２０ １１２０ １２２０ 電子受容性物質層
２１ 第１ホール輸送性分子と電子受容性物質の混合層
２２ ８２２ １０２２ 第２ホール輸送性分子と電子受容性物質の混合層
２３ 第１ホール輸送性分子と第２ホール輸送性分子と電子受容性物質の混合層
３０ 発光層を含む有機構造体
８０６ １００６ １１０６ 発光層
８０７ １００７ １１０７ 電子注入層

Claims (4)

1. 陽極電極層と、
   前記陽極電極層と対向して配置された陰極電極層と、
   前記陽極電極層と前記陰極電極層との間に位置し、有機物を有する発光層と、を有し、
   前記陽極電極層からホールが注入され、前記陰極電極層から電子が注入されることにより、前記発光層の有機物の励起状態が生成され、これにより発光する有機エレクトロルミネッセント素子であって、
   前記陽極電極層と前記陰極電極層との間に位置し、前記陽極電極層から注入されたホールを輸送する二層のホール輸送層と、
   前記二層のホール輸送層を隔てる界面に形成され、有機物を含む電子受容性物質としての５酸化バナジウムが存在する混合膜層と、を備え、
   前記二層のホール輸送層は、２−ＴＮＡＴＡからなるホール輸送層とαＮＰＤからなるホール輸送層とであり、
   前記混合膜層はαＮＰＤを含むことを特徴とする有機エレクトロルミネッセント素子。
2. 互いに対向する陽極電極層と陰極電極層との間に、少なくとも一層の発光層を含む発光ユニットを複数個有し、前記各発光ユニットは少なくとも一層からなる電荷発生層によって仕切られており、前記電荷発生層は１．０×１０²Ω・ｃｍ以上の比抵抗を有する電気的絶縁層であり、前記発光ユニットは二層のホール輸送層を有し、前記二層のホール輸送層は２−ＴＮＡＴＡからなるホール輸送層とαＮＰＤからなるホール輸送層とからなり、前記二層のホール輸送層を隔てる界面に有機物を含む電子受容性物質としての５酸化バナジウムが存在する混合膜層を備え、前記混合膜層はαＮＰＤを含むことを特徴とする有機エレクトロルミネッセント素子。
3. 請求項１または請求項２に記載の有機エレクトロルミネッセント素子において、前記電子受容性物質は、互いに隣接する前記複数のホール輸送層の一方、もしくは両方に混合されて存在している有機エレクトロルミネッセント素子。
4. 請求項３記載の有機エレクトロルミネッセント素子において、前記ホール輸送層はホール輸送性物質を有し、前記電子受容性物質と前記ホール輸送性物質は、共蒸着によって混合されている有機エレクトロルミネッセント素子。

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