JPH11185964A

JPH11185964A - 有機発光素子及びその製造方法

Info

Publication number: JPH11185964A
Application number: JP9349537A
Authority: JP
Inventors: Koji Kobashi; 宏司小橋; Yoshihiro Yokota; 嘉宏横田; Takeshi Tachibana; 武史橘; Kazuyuki Hayashi; 和志林; Maki Hamaguchi; 眞基濱口; Katsumi Yoshino; 勝美吉野
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1997-12-18
Filing date: 1997-12-18
Publication date: 1999-07-09
Anticipated expiration: 2017-12-18
Also published as: US6198218B1; JP3592055B2

Abstract

(57)【要約】【課題】ホール輸送層の熱劣化を発生させることな
く、安定して優れた発光効率を得ることができる有機発
光素子及びその製造方法を提供する。【解決手段】基板上にホール注入用電極が形成されて
おり、その上に、ボロン濃度が１．０×１０¹⁹乃至１．
０×１０²¹（／ｃｍ³）であるダイヤモンド膜からなる
ホール輸送層が形成されている。また、ホール輸送層の
上には、有機発光層、電子輸送層及び電子注入用電極が
順次積層されており、更にその上には透明板が形成され
ている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は表示用発光素子、液
晶ディスプレイ用バックライト、平面照明光源及び平面
パネルディスプレイ等に適用される有機発光素子及びそ
の製造方法に関し、特に、安定して優れた発光効率を得
ることができる有機発光素子及びその製造方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】ダイヤモンドは耐熱性が優れ、バンドギ
ャップが５．５ｅＶと大きいことが特徴である。また、
ダイヤモンドは絶縁破壊電圧及び飽和ドリフト速度が大
きいと共に、誘電率が小さいという優れた電気的特性を
有する。更に、ダイヤモンドは熱伝導率が室温において
種々の物質中で最高値を示し、比熱が小さいことも公知
である。

【０００３】ダイヤモンド膜の気相合成法としては、例
えば、マイクロ波気相化学蒸着（マイクロ波ＣＶＤ）法
がある（特公昭５９−２７７５４、特公昭６１−３３２
０等）。また、他にも、高周波プラズマＣＶＤ法、熱フ
ィラメントＣＶＤ法、直流プラズマＣＶＤ法、プラズマ
ジェット法、燃焼法及び熱ＣＶＤ法等によりダイヤモン
ド膜を合成することができる。これらの気相合成法によ
ると、非ダイヤモンド材料からなる基板上に、膜状のダ
イヤモンドを低コスト及び大面積で得ることができる。

【０００４】気相合成によりダイヤモンド膜を合成する
場合には、原料ガスとして、メタン等の炭化水素ガスを
水素で希釈したガスが使用され、これにより、電気的に
絶縁性のダイヤモンド膜を合成することができる。ま
た、原料ガス中に、ジボラン（Ｂ₂Ｈ₆）ガス等のボロン
元素（Ｂ）を含有するガスを微量添加することにより、
ｐ型半導体のダイヤモンド膜を合成することができるこ
とは公知である。

【０００５】ところで、ダイヤモンド膜を使用した発光
素子として、近時、真空中でダイヤモンド膜に対向した
位置に蛍光剤が塗布された電極を配置した発光素子が提
案されている。これは、ダイヤモンド膜と電極との間に
強い電圧を印加して、ダイヤモンド膜から真空中に電子
を放出させ（電界放出）、真空中で電子を加速して蛍光
剤を励起させることにより蛍光剤を発光させるものであ
る。

【０００６】しかしながら、電界放出による発光素子に
おいては、真空条件が必要であるので、素子構造及び素
子の製造工程が複雑になるという問題点がある。更に、
この発光素子を使用する場合には、電子を加速するため
にダイヤモンド膜と蛍光剤との間に５乃至１０ｋＶの高
電圧を印加する必要がある。従って、この発光素子を使
用する装置全体を高電圧に対応できるものとする必要が
あり、装置のコストが高くなるという問題点もある。

【０００７】そこで、低電圧で発光を得ることができる
有機発光素子が提案されている。これを第１の従来例と
いう。図４は従来の有機発光素子の構造を示す断面図で
ある。図４に示すように、ガラス基板１１上にホール注
入用電極１２が形成されており、その上には、ホール輸
送層１３及びホール注入層１８が順次形成されている。
また、ホール注入層１８の上には、有機発光層１４、電
子輸送層１５が順次積層されており、更に、その上には
電子注入用電極１６が形成されている。なお、ホール注
入層１８及び電子輸送層１５は、必ずしも形成する必要
はなく、必要に応じて省略することができる。

【０００８】なお、有機発光層１４を構成する有機化合
物としては、ジスチルアリーレン系、オキサジアゾール
系、ピラゾロキノリン系、ベンゾオキサゾール亜鉛錯体
系及びアルミキレート系があり、その他に、ポリアルキ
ルチオフェン、ポリパラフェニレンビニレン、ポリナフ
タレンビニレン、ポリアルキルフルオレン、ポリフェニ
レン及びポリメチルフェニルシラン等の高分子系があ
る。

【０００９】また、ホール注入用電極１２としては、Ｉ
ＴＯ（Indium-Tin-Oxide）等のような酸化物透明電極膜
又はＡｕ及びＮｉ等のような仕事関数が大きい金属膜が
使用される。電子注入用電極１６としては、仕事関数が
小さいＭｇ、Ｌｉ若しくはＣａ系の材料膜、又はこれら
とＡｇ若しくはＡｌとの合金膜が使用される。更に、ホ
ール輸送層１３としては、アミン系材料膜が使用され、
ホール注入層１８としては、アミン系又はフタロシアニ
ン系の有機化合物膜が使用され、電子輸送層１５として
は、アルミニウム・キレート系の材料膜が使用される。

【００１０】このように構成された有機発光素子におい
ては、ホール注入用電極１２からホールが注入されると
共に、電子注入用電極１６から電子が注入されると、こ
のホールと電子とが有機発光層１４内において再結合し
て、ガラス基板１１側から光１７が放射される。このよ
うに、第１の従来例に係る有機発光素子は、低電圧で発
光を得ることができるという特徴を有しており、有機発
光層１４を構成する有機化合物を選択することにより、
所望の発光色を得ることができる。

【００１１】しかし、第１の従来例に係る有機発光素子
は、半導体、プラズマ及び電界放出等を利用した他の方
式の発光素子と比較して、発光輝度が低いという問題点
がある。これは、ホール輸送層１３及び電子輸送層１５
の材料として、有機化合物が使用されているからであ
り、特に、ホール輸送層に有機化合物が使用されている
と、輸送効率が低下して、発光輝度が低下する。一方、
発光輝度を向上させるために、電流量を増加させると、
有機発光層１４の温度が１００℃以上になり、有機発光
素子を構成する有機化合物からなる層が劣化するという
問題点が発生する。

【００１２】そこで、電流量を増加させることなく良好
な発光輝度を得ることができる発光素子が提案されてい
る（特開平６−１１１９３８号公報）。以下、これを第
２の従来例という。この発光素子の構造は、図４に示す
有機発光素子の構造と同様であるので、図４を参照して
第２の従来例に係る発光素子の構造を説明する。即ち、
図４に示すように、ガラス基板１１上にホール注入用電
極１２が形成されており、その上にはホール輸送層１３
が形成されている。また、ホール輸送層１３の上には、
有機発光層１４、電子輸送層１５が順次積層されてお
り、更に、その上には電子注入用電極１６が形成されて
いる。なお、第２の従来例においては、ホール輸送層１
３は、ボロンをドープしたダイヤモンド層により形成さ
れている。

【００１３】このように構成された発光素子において
も、ホール注入用電極１２から注入されたホールと、電
子注入用電極１６から注入された電子とが有機発光層１
４内において再結合して、ガラス基板１側から光１７が
放射されるが、ホール輸送層１３が高い耐熱性を有する
ダイヤモンド層により形成されているので、ホール輸送
層１３の熱劣化を防止することができる。また、ダイヤ
モンド膜中においては、電子及びホール等のキャリアの
移動度が大きく、例えば、ホールの場合には、移動度が
５００乃至１８７０（ｃｍ²／Ｖ・ｓ）である。従っ
て、ダイヤモンド膜からなるホール輸送層１３により有
機発光層１４に多数のホールを到達させることができ、
これにより、発光効率を向上させることができる。更
に、ダイヤモンドはバンドギャップが大きいので、電子
とホールとの再結合により励起された励起子（電子・ホ
ール対）のエネルギーよりも、ダイヤモンドの励起状態
のエネルギーの方が高くなる。従って、励起子がダイヤ
モンド膜側に移動して消滅することがないので、発光効
率を向上させることができる。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、第２の
従来例に示すように、ダイヤモンド膜からなるホール輸
送層が形成されていても、そのダイヤモンド膜の形成条
件等により、発光効率を十分に向上させることができな
いことがある。また、第２の従来例においては、熱フィ
ラメント法によりホール輸送層となるダイヤモンド薄膜
が合成されているが、熱フィラメント法を使用すると、
合成されたダイヤモンド膜中にフィラメント材（Ｗ及び
Ｔａ等）が混入することがある。そして、混入したフィ
ラメント材により結晶欠陥が発生して、発光効率が低下
する。

【００１５】更に、第２の従来例においては、ガラス基
板上にホール注入電極としてのＩＴＯ膜を蒸着し、この
ＩＴＯ膜の上にホール輸送層としてのダイヤモンド膜が
合成されている。しかし、気相合成によりダイヤモンド
膜を形成する場合には、活性な水素ガス雰囲気下におい
て、基板温度を７５０℃以上の高温として合成されるの
で、ＩＴＯ膜が劣化するか、又はガラス基板からＩＴＯ
膜が剥離する。従って、ガラス基板上のＩＴＯ膜の上に
ダイヤモンド膜を気相合成することは、極めて困難であ
る。また、ＩＴＯ膜上にダイヤモンド膜を合成すること
ができた場合であっても、そのダイヤモンド膜は多結晶
膜となり、これにより、キャリア移動度が小さくなるの
で、発光効率を向上させる効果を十分に得ることができ
ない。

【００１６】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
のであって、ホール輸送層の熱劣化を発生させることな
く、安定して優れた発光効率を得ることができる有機発
光素子及びその製造方法を提供することを目的とする。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明に係る有機発光素
子は、基板と、前記基板上に形成されたホール注入用電
極と、前記ホール注入用電極上に形成されたホール輸送
層と、前記ホール輸送層上に形成された有機発光層と、
前記有機発光層上に形成された電子注入用電極と、を有
する有機発光素子において、前記ホール輸送層は、１．
０×１０¹⁹乃至１．０×１０²¹（／ｃｍ³）の濃度でボ
ロンを含有するダイヤモンド膜からなることを特徴とす
る。

【００１８】前記ダイヤモンド膜の膜厚は、０．５乃至
５μｍであることが好ましい、また、前記ダイヤモンド
膜を構成するダイヤモンド結晶の（１１１）、（１０
０）及び（１１０）からなる群から選択されたいずれか
１種の面が、前記ダイヤモンド膜の膜厚方向に平行な方
向に配向されていることが好ましく、これらの群から選
択された２種の面のうち、一方の面が前記ダイヤモンド
膜の膜厚方向に平行な方向に配向されており、他方の面
が前記ダイヤモンド膜の表面に平行な方向に配向されて
いることが望ましい。更に、前記ホール輸送層は単結晶
ダイヤモンド膜からなるものであり、前記単結晶ダイヤ
モンド膜を構成するダイヤモンド結晶の（１１１）、
（１００）及び（１１０）からなる群から選択されたい
ずれか１種の面が、前記ダイヤモンド膜の表面に平行な
方向に配向されていると、より一層望ましい。

【００１９】更に、前記ダイヤモンド膜の表面に、この
ダイヤモンド膜のボロン濃度よりも低いボロン濃度の低
ボロンドーピング層が１μｍ以下の膜厚で形成されてい
ることが好ましい。更にまた、前記ダイヤモンド膜は、
前記有機発光層に接する表面が化学的に表面修飾された
ものであることが望ましく、例えば、その表面に、水
素、酸素、ハロゲン、水酸基、シアノ基、アミノ基、カ
ルボキシル基、硫酸基、ニトロ基、アゾ基、ジアゾ基及
び高分子量化合物からなる群から選択された少なくとも
１種の原子又は原子団が結合されたものとすることがで
きる。

【００２０】前記基板は、シリコン、窒化シリコン、炭
化シリコン、アルミナ、窒化アルミニウム及び耐熱性金
属からなる群から選択されたいずれか１種の材料、又は
耐熱性基体上に、シリコン膜、窒化シリコン膜、炭化シ
リコン膜、アルミナ膜、窒化アルミニウム膜及び耐熱性
金属膜からなる群から選択されたいずれか１種の膜が形
成されたものとすることができる。

【００２１】本発明に係る有機発光素子の製造方法は、
基板上にホール注入用電極を形成する工程と、前記ホー
ル注入用電極上にダイヤモンド膜からなるホール輸送層
を形成する工程と、前記ホール輸送層上に有機発光層を
形成する工程と、前記有機発光層上に電子注入用電極を
形成する工程と、を有する有機発光素子の製造方法にお
いて、前記ホール輸送層を形成する工程は、ジボラン
（Ｂ₂Ｈ₆）ガスを含有する原料ガスを使用して、マイク
ロ波化学気相蒸着法によりダイヤモンド膜を合成する工
程であることを特徴とする。

【００２２】この原料ガスに含有されるジボランガス濃
度は１乃至２０体積ｐｐｍであることが好ましく、これ
により、１．０×１０¹⁹乃至１．０×１０²¹（／ｃ
ｍ³）の濃度でボロンを含有するダイヤモンド膜を得る
ことができる。

【００２３】本発明においては、ホール注入用電極から
注入されたホールはホール輸送層を介して有機発光層に
輸送されると共に、電子注入用電極から注入された電子
も有機発光層に輸送され、これらのホールと電子とが有
機発光層内において再結合して、光が放射される。この
とき、本発明においては、ホール輸送層を構成するダイ
ヤモンド膜中のボロン濃度が適切に規定されているの
で、膜中の結晶欠陥等が低減されて、ホールの輸送効率
を向上させることができ、これにより、有機発光層から
の発光効率を高めることができる。また、ホール輸送層
を構成するダイヤモンド層の膜厚又は結晶の配向性が適
切に規定されていると、更に一層優れた発光効率を得る
ことができる。

【００２４】

【発明の実施の形態】図１は本発明の実施例に係る有機
発光素子を示す断面図である。図１に示すように、基板
９上にホール注入用電極２が形成されており、その上
に、ボロン濃度が１．０×１０¹⁹乃至１．０×１０
²¹（／ｃｍ³）であるダイヤモンド膜からなるホール輸
送層３が形成されている。また、ホール輸送層３の上に
は、有機発光層４、電子輸送層５及び電子注入用電極６
が順次積層されており、更にその上には透明板８が形成
されている。

【００２５】このように構成された有機発光素子におい
ては、ホール注入用電極２からホールが注入されると、
このホールはホール輸送層３を介して有機発光層４に輸
送される。また、電子注入用電極６から電子が注入され
ると、この電子は電子輸送層５を介して有機発光層４に
輸送される。そして、これらのホールと電子とが有機発
光層４内において再結合して、透明板８側から光７が放
射される。本実施例においては、ホール輸送層３を構成
するダイヤモンド膜中のボロン濃度が適切に規定されて
いるので、膜中の結晶欠陥等が低減されて、ホールの輸
送効率が向上している。従って、有機発光層４からの発
光効率を高めることができる。

【００２６】本発明において規定するダイヤモンド膜中
のボロン濃度と発光素子の発光効率との関係について、
以下に詳細に説明する。ダイヤモンド膜中のボロン濃度
が、１．０×１０¹⁹（／ｃｍ³）未満であると、ダイヤ
モンド層の電気抵抗値が著しく高くなるので、有機発光
層４から発光させるために高電圧を印加することが必要
となって、電力損失が増加する。一方、ダイヤモンド膜
中のボロン濃度が高くなると、ダイヤモンド膜（ホール
輸送層３）の電気抵抗が低下するが、このボロン濃度が
著しく高くなると、ダイヤモンド膜中にグラファイト及
び非晶質カーボン等の非ダイヤモンド成分が増加して、
結晶欠陥密度が増大する。特に、ボロン濃度が１．０×
１０²¹（／ｃｍ³）を超えると、ダイヤモンドの粒径が
小さくなって結晶粒界が増加し、ダイヤモンド粒子中の
結晶欠陥が増加する。従って、ダイヤモンドの結晶性が
低下して、ダイヤモンド膜の耐熱性が低下すると共に、
キャリア移動度が小さくなり、発光効率が低下する。従
って、ホール輸送層３を構成するダイヤモンド膜中のボ
ロン濃度は、１．０×１０¹⁹乃至１．０×１０²¹（／ｃ
ｍ³）とする。

【００２７】このように、本実施例においては、ホール
輸送層３となるダイヤモンド膜中のボロン濃度を規定し
ているので、優れた発光効率を有する有機発光素子を得
ることができる。なお、このダイヤモンド膜の最適な膜
厚は、ボロンのドーピング濃度に影響されるが、本願発
明者等は、ダイヤモンド膜中のボロン濃度が上述の如く
規定されている場合のダイヤモンド膜の膜厚を適切に規
定することにより、更に一層優れた発光効率を得ること
ができることを見い出した。ダイヤモンド膜の膜厚と有
機発光素子の発光効率との関係について、以下に具体的
に説明する。

【００２８】ダイヤモンド膜の膜厚が５μｍを超える
と、電気抵抗が大きくなって、発熱による電力損失が生
じる。一方、ダイヤモンド膜を気相合成した場合には、
一般的に、ダイヤモンド粒子の核は基板上に１０⁷（／
ｃｍ²）以上の密度で発生して、粒子間において競合的
な成長が進み、ダイヤモンド膜の表面では粒子が大きく
なる。即ち、基板の近傍においては、ダイヤモンド膜の
表面と比較して粒界密度が高く、これが結晶欠陥とな
る。従って、ダイヤモンド膜の膜厚が０．５μｍ未満で
あると、粒界密度が高くなり、キャリアがトラップされ
たり、消滅する原因となるので、発光効率を向上させる
効果を十分に得ることができない。従って、ボロン濃度
を適切に規定した本発明において、ダイヤモンド膜の膜
厚は、０．５乃至５μｍであることが好ましく、これに
より、ダイヤモンド膜の抵抗値を所定の値以下の低抵抗
に維持することができる。

【００２９】なお、ドーピングガスとしてジボラン（Ｂ
₂Ｈ₆）ガスを使用して、マイクロ波化学気相蒸着法（マ
イクロ波ＣＶＤ法）によりダイヤモンド膜を合成する
と、ダイヤモンド膜中への不純物の混入を防止すること
ができ、低抵抗のダイヤモンド膜を得ることができる。

【００３０】更に、本実施例において、欠陥密度が低い
と共に、キャリア移動度が大きい高品質で低抵抗のダイ
ヤモンド膜からなるホール輸送層を得るためには、ダイ
ヤモンド膜を構成する結晶の結晶方位を適切に規定する
ことが好ましい。即ち、ホール輸送層が、結晶がランダ
ムに配列された多結晶ダイヤモンド膜からなるものでは
なく、ダイヤモンド膜を構成する結晶の（１１１）、
（１００）又は（１１０）面が、ダイヤモンド膜の膜厚
方向に平行な方向に配向されていると、高品質で低抵抗
のダイヤモンド膜を得ることができる。また、ダイヤモ
ンド膜を構成する結晶の（１１１）、（１００）又は
（１１０）面のうち、いずれか１種の面がその膜厚方向
に平行な方向に配向されており、これを除く他の１種の
面がダイヤモンド膜の表面に平行な方向に配向されてい
ることが好ましい。更に、このダイヤモンド膜が単結晶
膜であり、この膜を構成する結晶の（１１１）、（１０
０）又は（１１０）面がダイヤモンド膜の表面に平行な
方向に配向されていることがより一層望ましく、これに
より、キャリア移動度を向上させることができる。特
に、（１１１）結晶面はボロン原子を取り込みやすいの
で、ダイヤモンド膜を構成する結晶の（１１１）面がそ
の膜の表面に平行な方向に配向されていると、更に一層
低抵抗のダイヤモンド膜を得ることができる。

【００３１】更にまた、本願発明者等は、有機発光素子
の発光効率を向上させるためには、電子注入用電極から
注入される電子の数及びホール注入用電極から注入され
るホールの数を適切に制御する必要があることを見い出
した。この電子数及びホール数を制御する方法として
は、ホール輸送層３を構成するダイヤモンド膜の表面
に、このダイヤモンド膜のボロン濃度よりも低いボロン
濃度を有する低ボロンドーピング層を形成して、ホール
輸送層３と有機発光層４との間に所定の抵抗を与える方
法がある。但し、低ボロンドーピング層の膜厚が１μｍ
を超えると、抵抗が大きくなりすぎて、電子数及びホー
ル数を適切に制御することができない。従って、ダイヤ
モンド膜の表面に低ボロンドーピング層を形成する場合
は、その膜厚を１μｍ以下とする。

【００３２】更にまた、本願発明者等は、ホールが有機
発光層４に注入される効率をより一層向上させるために
は、ホール輸送層３となるダイヤモンド膜の表面を化学
的に表面修飾することが効果的であることを見い出し
た。このダイヤモンド膜の表面の化学修飾は、発光素子
の用途に応じて最適な方法を選択することが好ましい。
ダイヤモンド膜の表面を化学修飾する方法としては、例
えば、ダイヤモンド膜の表面を水素化、酸化又はハロゲ
ン化する方法がある。また、他の方法として、水酸基、
シアノ基、アミノ基、カルボキシル基、硫酸基、ニトロ
基、アゾ基、ジアゾ基又は高分子量の化合物をダイヤモ
ンド膜の表面に結合させる方法がある。

【００３３】更にまた、上述の如く高品質で低抵抗のダ
イヤモンド膜を合成するための基板９としては、シリコ
ン基板、窒化シリコン基板、炭化シリコン基板、アルミ
ナ基板、酸化シリコン基板、窒化アルミニウム基板及び
耐熱性金属基板のうち、いずれか１種の基板を使用する
ことができる。また、耐熱性を有する種々の基体上に、
シリコン膜、窒化シリコン膜、炭化シリコン膜、酸化シ
リコン膜、アルミナ膜、窒化アルミニウム膜及び耐熱性
金属膜のうち、少なくとも１種の膜を形成したものを基
板９をして使用すると、基体上には直接ダイヤモンド膜
を形成することができない場合であっても、高品質で低
抵抗のダイヤモンド膜を形成することができる。

【００３４】このように、本実施例においては、ダイヤ
モンド膜中のボロン濃度及びダイヤモンド膜の膜厚等を
最適化することにより、優れた特性を有するホール輸送
層３を形成することができ、これにより、有機発光素子
の発光効率を向上させることができる。

【００３５】なお、図１に示す本実施例においては、有
機発光層４と電子注入用電極６との間に、電子輸送層５
が形成されているが、本発明においては、必ずしも電子
輸送層５を形成する必要はなく、必要に応じてこれを省
略することができる。また、ホール輸送層３と有機発光
層４との間に、ホール注入層が形成されていてもよい。
また、本発明においては、ホール注入用電極２として、
例えばＰｔを使用することができ、Ｍｏ等の耐熱性金属
を使用することもできる。更に、有機発光層４を構成す
る有機化合物としては、ジスチルアリーレン系、オキサ
ジアゾール系、ピラゾロキノリン系、ベンゾオキサゾー
ル亜鉛錯体系及びアルミキレート系があり、その他に、
ポリアルキルチオフェン、ポリパラフェニレンビニレ
ン、ポリナフタレンビニレン、ポリアルキルフルオレ
ン、ポリフェニレン及びポリメチルフェニルシラン等の
高分子系がある。更にまた、電子輸送層５としては、ア
ルミニウム・キレート系の材料膜を使用することがで
き、電子注入用電極６としては、ＩＴＯ等のような酸化
物透明電極膜を使用することができる。

【００３６】また、本発明においては、ダイヤモンド膜
からなるホール輸送層３は、基板９上に形成されるの
で、透明板８は耐熱性を有するものである必要はない。
例えば、透明板８としては、プラスティック板又はガラ
ス板等を使用することができる。また、プラスティック
板又はガラス板等を電子注入用電極６の上に接着する代
わりに、コーティングにより、電子注入用電極６の表面
にガラス膜又はプラスティック膜等を形成してもよい。

【００３７】なお、本発明に係る有機発光素子は、表示
用等の個別発光素子、液晶ディスプレイ用のバックライ
ト又は平面照明光源等に適用される。また、この有機発
光素子を集積化することにより、平面パネルディスプレ
イを構成することができる。

【００３８】

【実施例】以下、本発明の実施例に係る有機発光素子を
形成した結果について説明する。

【００３９】実施例１先ず、図１に示す基板９として、酸化シリコン膜がコー
ティングされたシリコン基板、又は窒化シリコン基板を
使用し、この基板上にホール注入用電極２として、白金
（Ｐｔ）膜を蒸着した。そして、ダイヤモンド粉末を懸
濁させたアルコール溶液中において、これに３分間の超
音波処理を施すことにより、ダイヤモンドの核発生密度
を１０⁸乃至１０¹⁰（／ｃｍ²）に増大させた。次いで、
マイクロ波ＣＶＤ装置により、ホール注入用電極２上に
ホール輸送層３としてのｐ型ダイヤモンド膜を約１μｍ
の厚さで形成した。このとき、原料ガスとして０．３乃
至５体積％のメタンガス、０．１乃至２体積％の酸素ガ
ス及び１乃至２０体積ｐｐｍのジボラン（Ｂ₂Ｈ₆）ガス
を含有する原料ガスを使用し、基板温度を８００乃至８
５０℃、ガス圧を３０乃至６０Ｔｏｒｒとした。

【００４０】その後、得られたダイヤモンド膜をＳＩＭ
Ｓ（二次イオン形質量分析法）により測定した結果、ダ
イヤモンド膜中のボロン原子の濃度は、１．０×１０¹⁹
乃至１．０×１０²¹（／ｃｍ³）であった。その後、ホ
ール輸送層３としてのダイヤモンド膜上に、有機発光層
４として、ＭＤＤＯ−ＰＰＶ（poly(2-methoxy-5-dodec
yloxy-1,4-phenylene vinylene)）膜をスピンコートし
た。その後、有機発光層４上に電子注入用電極６とし
て、アルミニウム薄膜を真空蒸着した後、この上に透明
板８を形成した。なお、本実施例においては、電子輸送
層５の形成を省略した。

【００４１】その後、得られた有機発光素子において、
白金膜からなるホール注入用電極２と、アルミニウム薄
膜からなる電子注入用電極６との間に電圧を印加し、発
光強度を測定した。図２は縦軸に発光強度をとり、横軸
に波長をとって、本実施例に係る有機発光素子の発光強
度を示すグラフ図である。図２に示すように、ホール注
入用電極２と電子注入用電極６との間に２０Ｖ以上の電
圧を印加したときに、強い発光を得ることができた。

【００４２】実施例２上記実施例１と同様の製造方法で、原料ガス中のジボラ
ンガス濃度を種々に変化させて有機発光素子を作製し、
ホール輸送層３としてのダイヤモンド膜中のボロン濃度
を測定すると共に、ホール注入用電極２と電子注入用電
極６との間に２０Ｖ以上の電圧を印加したときの発光強
度を測定した。図３は縦軸に発光強度をとり、横軸に波
長をとって、ダイヤモンド膜中のボロン濃度と有機発光
素子の発光強度との関係を示すグラフ図である。図３に
示すように、ダイヤモンド膜中のボロン濃度が１．０×
１０¹⁹乃至１．０×１０²¹（／ｃｍ³）であるときに、
発光が観測された。

【００４３】実施例３先ず、（１１１）結晶面を有する単結晶チタン酸ストロ
ンチウムからなる基板上に、スパッタ法により、ホール
注入用電極２として単結晶（１１１）白金膜を形成を作
製した。その後、白金膜の上にダイヤモンド膜を合成す
ることにより、表面が（１１１）結晶面で構成され、結
晶面が融合した単結晶状のダイヤモンド膜を得た。その
後、実施例１と同様の方法で、有機発光素子を作製し、
ホール注入用電極２と電子注入用電極６との間に電圧を
印加して、発光強度を測定した。その結果、ホール注入
用電極２と電子注入用電極６との間に５Ｖ以上の電圧を
印加したときに、図２に示す強度と同様の強い発光を得
ることができた。このように、実施例３においては、ホ
ール輸送層３を構成するダイヤモンド結晶の（１１１）
結晶面がダイヤモンド膜の表面に平行な方向に配向され
た単結晶であるので、実施例１と比較して発光効率を向
上させることができた。

【００４４】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
ホール輸送層を構成するダイヤモンド膜中のボロン濃度
が適切に規定されているので、発光効率が安定して向上
した有機発光素子を得ることができる。また、ホール輸
送層を構成するダイヤモンド層の膜厚又は結晶の配向性
が適切に規定されていると、更に一層優れた発光効率を
得ることができる。更に、ダイヤモンド層の表面に、適
切な膜厚で低ボロンドーピング層が形成されているか、
又はその表面が化学的に表面修飾されたものであると、
ホール輸送層がホールを有機発光層に輸送する輸送効率
をより一層向上させることができ、これにより、発光効
率を向上させることができる。また、本発明方法によれ
ば、ホール輸送層の合成時における原料ガスを適切に規
定しているので、ダイヤモンド膜中への不純物の混入を
防止することができ、低抵抗のダイヤモンド膜を得るこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係る有機発光素子を示す断面
図である。

【図２】縦軸に発光強度をとり、横軸に波長をとって、
本実施例に係る有機発光素子の発光強度を示すグラフ図
である。

【図３】縦軸に発光強度をとり、横軸に波長をとって、
ダイヤモンド膜中のボロン濃度と有機発光素子の発光強
度との関係を示すグラフ図である。

【図４】従来の有機発光素子の構造を示す断面図であ
る。

【符号の説明】

２，１２；ホール注入用電極３，１３；ホール輸送層４，１４；有機発光層５，１５；電子輸送層６，１６；電子注入用電極７，１７；光８；透明板９；基板１１；ガラス基板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者林和志兵庫県神戸市西区高塚台１丁目５番５号株式会社神戸製鋼所神戸総合技術研究所内 (72)発明者濱口眞基兵庫県神戸市西区高塚台１丁目５番５号株式会社神戸製鋼所神戸総合技術研究所内 (72)発明者吉野勝美大阪府岸和田市尾生町166番地の３

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板と、前記基板上に形成されたホール
注入用電極と、前記ホール注入用電極上に形成されたホ
ール輸送層と、前記ホール輸送層上に形成された有機発
光層と、前記有機発光層上に形成された電子注入用電極
と、を有する有機発光素子において、前記ホール輸送層
は、１．０×１０¹⁹乃至１．０×１０²¹（／ｃｍ³）の
濃度でボロンを含有するダイヤモンド膜からなることを
特徴とする有機発光素子。
【請求項２】前記ダイヤモンド膜の膜厚は、０．５乃
至５μｍであることを特徴とする請求項１に記載の有機
発光素子。
【請求項３】前記ダイヤモンド膜を構成するダイヤモ
ンド結晶の（１１１）、（１００）及び（１１０）から
なる群から選択されたいずれか１種の面が、前記ダイヤ
モンド膜の膜厚方向に平行な方向に配向されていること
を特徴とする請求項１又は２に記載の有機発光素子。
【請求項４】前記ダイヤモンド膜を構成するダイヤモ
ンド結晶の（１１１）、（１００）及び（１１０）から
なる群から選択された２種の面のうち、一方の面が前記
ダイヤモンド膜の膜厚方向に平行な方向に配向されてお
り、他方の面が前記ダイヤモンド膜の表面に平行な方向
に配向されていることを特徴とする請求項１又は２に記
載の有機発光素子。
【請求項５】前記ホール輸送層は単結晶ダイヤモンド
膜からなるものであり、前記単結晶ダイヤモンド膜を構
成するダイヤモンド結晶の（１１１）、（１００）及び
（１１０）からなる群から選択されたいずれか１種の面
が、前記ダイヤモンド膜の表面に平行な方向に配向され
ていることを特徴とする請求項１又は２に記載の有機発
光素子。
【請求項６】前記ダイヤモンド膜の表面に、このダイ
ヤモンド膜のボロン濃度よりも低いボロン濃度の低ボロ
ンドーピング層が１μｍ以下の膜厚で形成されているこ
とを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の
有機発光素子。
【請求項７】前記ダイヤモンド膜は、前記有機発光層
に接する表面が化学的に表面修飾されたものであること
を特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の有
機発光素子。
【請求項８】前記ダイヤモンド膜は、前記有機発光層
に接する表面に、水素、酸素、ハロゲン、水酸基、シア
ノ基、アミノ基、カルボキシル基、硫酸基、ニトロ基、
アゾ基、ジアゾ基及び高分子量化合物からなる群から選
択された少なくとも１種の原子又は原子団が結合された
ものであることを特徴とする請求項７に記載の有機発光
素子。
【請求項９】前記基板は、シリコン、窒化シリコン、
炭化シリコン、アルミナ、窒化アルミニウム及び耐熱性
金属からなる群から選択されたいずれか１種の材料から
なるものであることを特徴とする請求項１乃至８のいず
れか１項に記載の有機発光素子。
【請求項１０】前記基板は、耐熱性基体上に、シリコ
ン膜、窒化シリコン膜、炭化シリコン膜、アルミナ膜、
窒化アルミニウム膜及び耐熱性金属膜からなる群から選
択されたいずれか１種の膜が形成されたものであること
を特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の有
機発光素子。
【請求項１１】基板上にホール注入用電極を形成する
工程と、前記ホール注入用電極上にダイヤモンド膜から
なるホール輸送層を形成する工程と、前記ホール輸送層
上に有機発光層を形成する工程と、前記有機発光層上に
電子注入用電極を形成する工程と、を有する有機発光素
子の製造方法において、前記ホール輸送層を形成する工
程は、ジボラン（Ｂ₂Ｈ₆）ガスを含有する原料ガスを使
用して、マイクロ波化学気相蒸着法によりダイヤモンド
膜を合成する工程であることを特徴とする有機発光素子
の製造方法。
【請求項１２】前記原料ガスに含有されるジボランガ
ス濃度は１乃至２０体積ｐｐｍであり、１．０×１０¹⁹
乃至１．０×１０²¹（／ｃｍ³）の濃度でボロンを含有
するダイヤモンド膜を得ることを特徴とする請求項１１
に記載の有機発光素子の製造方法。