JPH11297478A

JPH11297478A - 有機エレクトロルミネッセンス素子

Info

Publication number: JPH11297478A
Application number: JP10114324A
Authority: JP
Inventors: Chishio Hosokawa; 地潮細川
Original assignee: Idemitsu Kosan Co Ltd
Current assignee: Idemitsu Kosan Co Ltd
Priority date: 1998-04-09
Filing date: 1998-04-09
Publication date: 1999-10-29
Anticipated expiration: 2018-04-09
Also published as: US20030008173A1; JP4837811B2; US6617054B2; EP1793654A3; EP0993236B1; EP0993236A1; WO1999053727A1; US6379824B1; KR100694338B1; KR20010013511A; KR20060038482A; EP1793654A2; EP0993236A4

Abstract

(57)【要約】【課題】発光効率の向上させた有機ＥＬ素子の提供。【解決手段】下部電極１０上に、無機非縮退半導体層
１２、有機発光層１４および対向電極１６を順序に形成
した構造を有し、無機非縮退半導体層１２を、バンドギ
ャップエネルギーが２．９ｅＶの、非晶質材料のＩｎ−
Ｚｎ−Ａｌ−Ｏでもって形成してある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、有機エレクトロ
ルミネッセンス素子（以下、「有機ＥＬ素子」とも称す
る。）に関する。さらに詳しくは、民生用および工業用
の表示機器（ディスプレイ）あるいはプリンターヘッド
の光源等に用いて好適な有機ＥＬ素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の有機ＥＬ素子の一例が、文献１：
「特開平１−３１２８７３号公報」、文献２：「特開平
２−２０７４８８号公報」、文献３：「特開平５−４１
２８５号公報」および文献４：「特開平６−１１９９７
３号公報」にそれぞれ開示されている。これらの文献に
開示の有機ＥＬ素子は、正孔注入層または電子注入層と
しての無機半導体層と有機発光層とを積層した構造を有
している。そして、有機層よりも劣化の少ない無機半導
体層を用いることにより、素子の寿命を向上させてい
る。

【０００３】また、文献１においては無機半導体層の材
料として、例えば、非晶質のＳｉ_1- _X Ｃ_X で表されるII
I −Ｖ族やII−Ｖ族の非結晶質材料やＣｕＩ、ＣｕＳ、
ＧａＡｓおよびＺｎＴｅなどの結晶質材料が用いられて
いる。また、文献３および文献４においては、無機半導
体層の材料として、Ｃｕ₂ Ｏをはじめとする結晶質の酸
化物半導体材料を用いる例が開示されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
文献１および文献２に開示の有機ＥＬ素子において、Ｃ
ｕＩなどの結晶質の材料を用いた場合には、通常多結晶
の無機半導体層が形成される。多結晶の無機半導体層の
表面は、平坦性が悪く、５０ｎｍ程度以上の凹凸があ
る。このため、多結晶の無機半導体層上に有機発光層の
薄膜を形成した場合、無機半導体層の表面の凸部が、薄
膜を突き抜けてしまう場合がある。その場合、無機半導
体層と有機発光層上の電極とが短絡して、リーク電流が
発生する。また、短絡しなくとも凸部に電界集中が発生
するため、リーク電流が発生しやすい。このため、従来
の有機ＥＬ素子には、発光効率が低下するという問題点
があった。

【０００５】なお、無機半導体層を形成する際には、有
機発光層の耐熱温度よりも高い温度（２００℃以上）と
なる。このため、有機発光層は、無機半導体層を形成し
た後に形成される。

【０００６】また、文献１および文献２に開示の有機Ｅ
Ｌ素子において用いられているＳｉ_1-X Ｃ_X の非晶質材
料のエネルギーギャップは、２．６ｅＶよりも小さい。
これに対して、アルミニウム錯体やスチルベン誘導体と
いった発光体を含む有機発光層のエネルギーギャップ
は、２．６ｅＶよりも大きい。その結果、有機発光層で
生成された励起状態は、無機半導体層へエネルギー移動
して失活しやすい。このため、有機ＥＬ素子の発光効率
が低下するという問題があった。

【０００７】また、非晶質材料として、シリコン系の材
料（α−Ｓｉ、α−ＳｉＣ）を用いた場合、ダングリン
グボンドによる局所準位が、エネルギーバンドギャップ
中に１０¹⁷ｃｍ^-3以上存在する。このため、たとえバン
ドギャップエネルギーが大きくても、この局在準位のた
め励起状態が失活する。このため、有機ＥＬ素子の発光
効率が低下するという問題があった。

【０００８】また、上述の文献３および文献４において
用いられるＣｕ₂ Ｏなどの酸化物半導体は結晶質であ
る。Ｃｕ₂ Ｏなどの酸化物半導体は、高温で焼成される
ため、通常多結晶となる。この場合も、文献１および文
献２の場合と同様に、表面の凹凸のためにリーク電流が
発生して、発光効率が低下するという問題点があった。

【０００９】本発明は、上記の問題にかんがみてなされ
たものであり、発光効率の良い有機ＥＬ素子の提供を目
的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この目的の達成を図るた
め、本発明の有機ＥＬ素子によれば、第1電極層、無機
非縮退半導体層、発光層を含む一層以上の有機層および
第2電極層を順次に積層した構造を有し、無機非縮退半
導体層は、非晶質性材料または微結晶材料を含み、か
つ、有機発光層のバンドギャップエネルギーよりも大き
なバンドギャップエネルギーを有することを特徴とす
る。

【００１１】このように、この発明の有機ＥＬ素子によ
れば、無機非縮退半導体層が非晶質材料または微結晶材
料を含む。その結果、無機非縮退半導体層の表面が平坦
となる。その結果、表面の凹凸に起因するリーク電流の
発生の防止を図ることができる。このため、発光効率の
向上を図ることができる。

【００１２】また、この発明の有機ＥＬ素子によれば、
無機非縮退半導体層のバンドギャップエネルギーを、有
機発光層のバンドギャップエネルギーよりも大きくし
た。その結果、有機発光層で生成された励起状態が、無
機非縮退半導体層へエネルギー移動して失活することの
低減を図ることができる。このため、発光効率の向上を
図ることができる。

【００１３】また、この発明の有機ＥＬ素子において、
好ましくは、無機非縮退半導体層のバンドギャップエネ
ルギーを２．７ｅＶ以上６ｅＶ以下の範囲内の値とする
のが良い。前述したように、アルミニウム錯体やスチル
ベン誘導体を含む有機発光層のエネルギーギャップは、
２．６ｅＶよりも大きい。このため、無機非縮退半導体
層のバンドギャップエネルギーを２．７ｅＶ以上とすれ
ば、励起状態の失活の低減を図ることができる。

【００１４】また、この発明の有機ＥＬ素子において、
好ましくは、無機非縮退半導体層を、正孔伝導性とする
のが良い。すなわち、無機非縮退半導体層は、正孔注入
層として機能しても良い。

【００１５】また、この発明の有機ＥＬ素子において、
好ましくは、無機非縮退半導体層を、電子伝導性とする
のが良い。すなわち、無機非縮退半導体層は、電子注入
層として機能しても良い。

【００１６】また、この発明の実施にあたり、無機非縮
退半導体層を、Ｂａ（バリウム）、Ｃａ（カルシウ
ム）、Ｓｒ（ストロンチウム）、Ｙｂ（イッテルビウ
ム）、Ａｌ（アルミニウム）、Ｇａ（ガリウム）、Ｉｎ
（インジウム）、Ｌｉ（リチウム）、Ｎａ（ナトリウ
ム）、Ｃｄ（カドミウム）、Ｍｇ（マグネシウム）、Ｓ
ｉ（ケイ素）、Ｔａ（タンタル）、Ｓｂ（アンチモン）
およびＺｎ（亜鉛）の元素うちのいずれか1つ以上の元
素含む酸化物または酸化窒化物を主成分とすると良い。

【００１７】また、この発明の実施にあたり、無機非縮
退半導体層を、ＩｎおよびＺｎ、Ｉｎ、ＺｎおよびＡ
ｌ、Ａｌ、ＺｎおよびＳｂ、Ｉｎ、ＺｎおよびＹｂなら
びにＩｎ、ＺｎおよびＴａの組み合わせの元素のうち、
いずれかの組み合わせの元素を含む、酸化物または酸化
窒化物とすると良い。

【００１８】また、この発明において、無機非縮退半導
体層中のキャリア濃度を、１０¹⁹ｃｍ^-3〜１０¹²ｃｍ^-3
の範囲内の値とすると良い。このように、無機非縮退半
導体層中のキャリア濃度を低くすれば、無機半導体が有
機発光層中で生成した励起状態と相互作用をする可能性
が低くなる。その結果、発光効率の低下を回避すること
ができる。

【００１９】また、この発明において、無機非縮退半導
体層中の局在準位の密度を、１０¹⁷ｃｍ^-3未満とすると
良い。このように、局在準位の密度を１０¹⁷ｃｍ^-3未満
とすれば、この局在準位による励起状態の失活の低減を
図ることができる。

【００２０】また、この発明において、無機非縮退半導
体層をは、Ｉｎを主成分として含む酸化物を材料とする
と良い。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、この発明
の実施の形態について説明する。なお、参照する図面
は、この発明が理解できる程度に各構成成分の大きさ、
形状および配置関係を概略的に示してあるに過ぎない。
したがって、この発明は図示例にのみ限定されるもので
はない。また、図面中、断面を表すハッチングを一部省
略する。

【００２２】まず、図１を参照して、この実施の形態の
有機ＥＬ素子１００の構造について説明する。この有機
ＥＬ素子１００は、第１電極層としての下部電極１０、
無機非縮退半導体層１２、有機発光層１４および第２電
極層としての対向電極１６を順次に積層した構造を有す
る。

【００２３】そして、この無機非縮退半導体層１２は、
非晶質材料または微結晶材料を含む。このように、無機
非縮退半導体層１２を非晶質材料または微結晶材料でも
って形成すれば、その表面は平坦となる。その結果、表
面の凹凸に起因するリーク電流の発生を防止することが
できる。このため、発光効率が向上する。なお、無機半
導体の状態（例えば、非晶質状態や微結晶状態）は、例
えば、Ｘ線解析法により検出することができる。

【００２４】その上、この無機非縮退半導体層１２は、
有機発光層のバンドギャップエネルギーよりも大きなバ
ンドギャップエネルギーを有する。具体的には、無機非
縮退半導体層１２のバンドギャップエネルギーを２．７
ｅＶ〜６ｅＶの範囲内の値とすると良い。

【００２５】このように、、無機非縮退半導体層のバン
ドギャップエネルギーを大きくすれば、有機発光層１４
で生成された励起状態が、無機非縮退半導体層１２へエ
ネルギー移動して失活することを防ぐことができる。こ
のため、発光効率が向上する。なお、バンドギャップエ
ネルギーは、例えば、透過光の吸収端波長を測定するこ
とにより求めることができる。

【００２６】また、無機非縮退半導体層１２に正孔伝導
性を持たせて、無機非縮退半導体層１２を正孔注入層す
ることができる。その場合、下部電極１０を陽極とし、
対向電極１６を陰極とする。

【００２７】また、無機非縮退半導体層１２に電子伝導
性を持たせて、無機非縮退半導体層１２を電子注入層と
することもできる。その場合、下部電極１０を陰極と
し、対向電極１６を陽極とする。

【００２８】また、この発明の実施にあたり、無機非縮
退半導体層１２は、例えば、Ｙｂ（イッテルビウム）、
Ａｌ（アルミニウム）、Ｇａ（ガリウム）、Ｉｎ（イン
ジウム）、Ｚｎ（亜鉛）、Ｃｄ（カドミウム）、Ｍｇ
（マグネシウム）、Ｓｉ（ケイ素）、Ｔａ（タンタ
ル）、Ｓｂ（アンチモン）およびＺｎ（亜鉛）の元素う
ちのいずれか１つ以上の元素含む酸化物または酸化窒化
物を主成分とすると良い。

【００２９】具体的には、酸化物または酸化窒化物とし
ては、例えば、ＩｎおよびＺｎの組み合わせ、Ａｌ、Ｚ
ｎおよびＳｂの組み合わせ、Ｉｎ、ＺｎおよびＹｂの組
み合わせ、ならびに、Ｉｎ、ＺｎおよびＴａの組み合わ
せの元素のうち、いずれかの組み合わせの元素を含む、
酸化物または酸化窒化物とすると良い。

【００３０】また、この実施の形態では、無機非縮退半
導体層１２中のキャリア濃度を、１０¹⁹ｃｍ^-3〜１０¹²
ｃｍ^-3の範囲内の値とする。このように、キャリア濃度
を低くすれば、発光効率の低下を回避することができ
る。

【００３１】これに対して、キャリア濃度が高い無機半
導体、例えばキャリア濃度が１０¹⁹よりも高い縮退半導
体を用いた場合、キャリアと、有機発光層で生成した励
起状態とが相互作用して、発光効率を低下させてしま
う。なお、キャリア濃度は、例えば、ホール効果を用い
て測定することができる。

【００３２】また、この実施の形態では、無機非縮退半
導体層１２中の局在準位の密度を、１０¹⁷ｃｍ^-3未満と
する。このように、局在準位の密度を１０¹⁷ｃｍ^-3未満
の値とすれば、この局在準位による励起状態の失活の低
減を図ることができる。なお、局在準位の密度は、無機
非縮退半導体の電流−電圧−静電容量の関係を調べるこ
とにより測定することができる。また、有機発光層は、
正孔伝導性を有することが望ましい。

【００３３】

【実施例】［実施例１］次に、この発明の実施例１につ
いて説明する。実施例１の有機ＥＬ素子では、下部電極
を透明電極とした。実施例１の有機ＥＬ素子を製造する
にあたっては、まず、厚さ１ｍｍ、２５ｍｍ×７５ｍｍ
のガラス基板上に、１００ｎｍの厚さのＩＴＯ膜を製膜
する。このガラス基板とＩＴＯ膜とを併せて基板とす
る。続いて、この基板をイソプロピルアルコールで超音
波洗浄する。更に、基板をＮ₂ （窒素ガス）雰囲気中で
乾燥させた後、ＵＶ(紫外線)およびオゾンを併用して３
０分間洗浄した。実施例１では、この下部電極を陽極と
する。

【００３４】次に、この基板を日本真空社製の蒸着・ス
パッタ装置のチャンバに設置した。そして、ＩＴＯ膜上
に無機非縮退半導体層をスパッタリング（ＩＣＮＳ）に
て製膜した。このスパッタリングにあたっては、ＩｎＺ
Ｏ₃ 、ＺｎＯおよびＡｌ₂ Ｏ₃ の焼結体をターゲットと
した。ただし、Ｉｎ、ＺｎおよびＡｌに対するＩｎの原
子数比を一例として０．６とした。また、Ｉｎ、Ｚｎお
よびＡｌに対するＡｌの原子数比を一例として０．１と
した。

【００３５】また、スパッタリングにあたっては、チャ
ンバ中に、アルゴンガスと酸素ガスを、（アルゴンガ
ス）／（酸素ガス）の体積比が２．０となるように導入
した。そして、スパッタリングにあたっての条件は、チ
ャンバの真空度を３×１０^-4Ｐａ、出力を５０Ｗ、ＲＦ
周波数を１３．５６ＭＨｚ、カソード印加電圧を４００
Ｖとした。

【００３６】実施例１では、無機非縮退半導体層とし
て、Ｉｎ−Ｚｎ−Ａｌ−Ｏからなる酸化物層を２００ｎ
ｍの厚さに蒸着した。なお、この酸化物は、正孔伝導性
を有し、透明である。

【００３７】続いて、無機非縮退半導体層上に、有機発
光層として、電子輸送性の有機化合物である８−ヒドロ
キシキノリンＡｌ錯体（Ａｌｑ錯体）を抵抗加熱により
６０ｎｍの厚さに蒸着した。

【００３８】さらに、有機発光層上に、対向電極とし
て、Ａｌ：Ｌｉ合金を抵抗加熱により２００ｎｍの厚さ
に蒸着した。実施例１では、この対向電極を陰極とす
る。以上の工程を経て、実施例１の有機ＥＬ素子を形成
した。

【００３９】実施例１における無機非縮退半導体層のバ
ンドギャップエネルギーは、下記の表１に示すように、
２．９ｅＶであった。バンドギャップエネルギーの測定
にあたっては、無機非縮退半導体層を構成する酸化物の
透過スペクトルを測定し、その吸収端の波長に相当する
エネルギーを求めた。

【００４０】また、無機非縮退半導体層の比抵抗を測定
したところ、１×１０Ω・ｃｍであった。また、無機非
縮退半導体層をＸ線回折で測定したところ、無機非縮退
半導体層の状態は非晶質であった。

【００４１】そして、下部電極と対向電極との間に６Ｖ
の電圧を印加して、素子を定電圧駆動した。このときの
初期輝度は、１００ｃｄ／ｍ² であり、発光効率は１．
２ｌｍ／Ｗであった。また、７．５Ｖの電圧を印加した
駆動したときの初期輝度は、１７０ｃｄ／ｍ² であっ
た。そして、半減寿命は、７５０時間であった。なお、
半減寿命とは、輝度が、初期輝度の半値になるまでに要
する時間をいう。

【００４２】［実施例２］次に、この発明の実施例２に
ついて説明する。実施例２の有機ＥＬ素子の構造は、実
施例１の素子の構造と同様である。ただし、実施例２に
おいては、無機非縮退半導体層として、Ｉｎ−Ｚｎ−Ｓ
ｉ−Ｏからなる酸化物の層をスパッタリングにより形成
した。なお、この酸化物は、正孔伝導性を有し、透明で
ある。

【００４３】スパッタリングにあたっては、Ｉｎ、Ｚｎ
およびＳｉに対するＩｎの原子数比を０．５７〜０．６
の範囲内の値とした。また、Ｉｎ、ＺｎおよびＳｉに対
するＳｉの原子数比を０．１〜０．２３の範囲内の値と
した。その他のスパッタリングの条件は、実施例１と同
一条件とした。

【００４４】実施例２における無機非縮退半導体層のバ
ンドギャップエネルギーは、下記の表１に示すように、
２．９ｅＶであった。また、比抵抗は、１×１０² Ω・
ｃｍであった。また、無機非縮退半導体層の状態は、非
晶質であった。そして、７．５Ｖの電圧を印加して定電
圧駆動したときの発光効率は１．２ｌｍ／Ｗであった。
また、半減寿命は、８００時間であった。

【００４５】［実施例３］次に、この発明の実施例３に
ついて説明する。実施例３の有機ＥＬ素子の構造は、実
施例１の素子の構造と同様である。ただし、実施例３に
おいては、無機非縮退半導体層として、Ｉｎ−Ｚｎ−Ｍ
ｇ−Ｏからなる酸化物の層をスパッタリングにより形成
した。なお、この酸化物は、正孔伝導性を有し、透明で
ある。

【００４６】スパッタリングにあたっては、Ｉｎ、Ｚｎ
およびＭｇに対するＩｎの原子数比を０．５７〜０．６
の範囲内の値とした。また、Ｉｎ、ＺｎおよびＭｇに対
するＭｇの原子数比を０．１〜０．２３の範囲内の値と
した。その他のスパッタリングの条件は、実施例１と同
一条件とした。

【００４７】実施例３における無機非縮退半導体層のバ
ンドギャップエネルギーは、下記の表１に示すように、
３．０ｅＶであった。また、比抵抗は、２×１０Ω・ｃ
ｍであった。また、無機非縮退半導体層の状態は、微結
晶（マイクロクリスタル）であった。そして、７．５Ｖ
の電圧を印加して定電圧駆動したときの発光効率は１．
５ｌｍ／Ｗであった。また、半減寿命は、１２００時間
であった。

【００４８】［実施例４］次に、この発明の実施例４に
ついて説明する。実施例４の有機ＥＬ素子の構造は、実
施例１の素子の構造と同様である。ただし、実施例４に
おいては、無機非縮退半導体層として、Ｉｎ−Ｚｎ−Ｙ
ｂ−Ｏからなる酸化物の層をスパッタリングにより形成
した。なお、この酸化物は、正孔伝導性を有し、透明で
ある。

【００４９】スパッタリングにあたっては、Ｉｎ、Ｚｎ
およびＹｂに対するＩｎの原子数比を０．５７〜０．６
範囲内の値とした。また、Ｉｎ、ＺｎおよびＹｂに対す
るＹｂの原子数比を０．１〜０．２３の範囲内の値とし
た。その他のスパッタリングの条件は、実施例１と同一
条件とした。

【００５０】実施例４における無機非縮退半導体層のバ
ンドギャップエネルギーは、下記の表１に示すように、
３．１ｅＶであった。また、比抵抗は、３×１０^-1Ω・
ｃｍであった。また、無機非縮退半導体層の状態は、非
晶質であった。そして、７．５Ｖの電圧を印加して定電
圧駆動したときの発光効率は１．０ｌｍ／Ｗであった。
また、半減寿命は、６５０時間であった。

【００５１】［実施例５］次に、この発明の実施例５に
ついて説明する。実施例２の有機ＥＬ素子の構造は、実
施例１の素子の構造と同様である。ただし、実施例２に
おいては、無機非縮退半導体層として、Ｉｎ−Ｇａ−Ｓ
ｉ−Ｏからなる酸化物の層をスパッタリングにより形成
した。なお、この酸化物は、正孔伝導性を有し、透明で
ある。

【００５２】スパッタリングにあたっては、Ｉｎ、Ｇａ
およびＳｉに対するＩｎの原子数比を０．５７〜０．６
の範囲内の値とした。また、Ｉｎ、ＧａおよびＳｉに対
するＳｉの原子数比を０．１〜０．２３の範囲内の値と
した。その他のスパッタリングの条件は、実施例１と同
一条件とした。

【００５３】実施例５における無機非縮退半導体層のバ
ンドギャップエネルギーは、下記の表１に示すように、
３．０ｅＶであった。また、比抵抗は、３×１０^-2Ω・
ｃｍであった。また、無機非縮退半導体層の状態は、微
結晶であった。そして、７．５Ｖの電圧を印加して定電
圧駆動したときの発光効率は０．９ｌｍ／Ｗであった。
また、半減寿命は、７００時間であった。

【００５４】［実施例６］次に、この発明の実施例６に
ついて説明する。実施例６の有機ＥＬ素子の構造は、実
施例１の素子の構造と同様である。ただし、実施例６に
おいては、無機非縮退半導体層として、Ｉｎ−Ｇａ−Ａ
ｌ−Ｏからなる酸化物の層をスパッタリングにより形成
した。なお、この酸化物は、正孔伝導性を有し、透明で
ある。

【００５５】スパッタリングにあたっては、Ｉｎ、Ｇａ
およびＡｌに対するＩｎの原子数比を０．５７〜０．６
の範囲内の値とした。また、Ｉｎ、ＧａおよびＡｌに対
するＡｌの原子数比を０．１〜０．２３の範囲内の値と
した。その他のスパッタリングの条件は、実施例１と同
一条件とした。

【００５６】実施例６における無機非縮退半導体層のバ
ンドギャップエネルギーは、下記の表１に示すように、
２．９ｅＶであった。また、比抵抗は、１×１０Ω・ｃ
ｍであった。また、無機非縮退半導体層の状態は、微結
晶であった。そして、７．５Ｖの電圧を印加して定電圧
駆動したときの発光効率は１．３ｌｍ／Ｗであった。ま
た、半減寿命は、７２０時間であった。

【００５７】［実施例７］次に、この発明の実施例２に
ついて説明する。実施例２の有機ＥＬ素子の構造は、実
施例１の素子の構造と同様である。ただし、実施例２に
おいては、無機非縮退半導体層として、Ｉｎ−Ｚｎ−Ｔ
ａ−Ｏからなる酸化物の層をスパッタリング形成した。
なお、この酸化物は、正孔伝導性を有し、透明である。

【００５８】スパッタリングにあたっては、Ｉｎ、Ｚｎ
およびＴａに対するＩｎの原子数比を０．５７〜０．６
の範囲内の値とした。また、Ｉｎ、ＺｎおよびＴａに対
するＴａの原子数比を０．１〜０．２３の範囲内の値と
した。その他のスパッタリングの条件は、実施例１と同
一条件とした。

【００５９】実施例７における無機非縮退半導体層のバ
ンドギャップエネルギーは、下記の表１に示すように、
２２．８ｅＶであった。また、比抵抗は、７×１０Ω・
ｃｍであった。また、無機非縮退半導体層の状態は、非
晶質であった。そして、７．５Ｖの電圧を印加して定電
圧駆動したときの発光効率は１．２ｌｍ／Ｗであった。
また、半減寿命は、４５０時間であった。

【００６０】［実施例８］次に、この発明の実施例８に
ついて説明する。実施例８の有機ＥＬ素子の構造は、実
施例１の素子の構造と同様である。ただし、実施例８に
おいては、無機非縮退半導体層として、Ｉｎ−Ｚｎ−Ｓ
ｉ−Ｏ−Ｎからなる酸化物の層をスパッタリングにより
形成した。なお、この酸化物は、正孔伝導性を有し、透
明である。

【００６１】実施例８における無機非縮退半導体層のバ
ンドギャップエネルギーは、下記の表１に示すように、
３．１ｅＶであった。また、比抵抗は、７×１０³Ω・
ｃｍであった。また、無機非縮退半導体層の状態は、非
晶質であった。そして、７．５Ｖの電圧を印加して定電
圧駆動したときの発光効率は１．４ｌｍ／Ｗであった。
また、半減寿命は、２０００時間であった。

【００６２】［実施例９］次に、この発明の実施例９に
ついて説明する。実施例９の有機ＥＬ素子の構造は、実
施例１の素子の構造と同様である。ただし、実施例９に
おいては、無機非縮退半導体層として、Ｉｎ−Ｚｎ−Ａ
ｌ−Ｏ−Ｎからなる酸化物の層をスパッタリングにより
形成した。なお、この酸化物は、正孔伝導性を有し、透
明である。

【００６３】実施例９における無機非縮退半導体層のバ
ンドギャップエネルギーは、下記の表１に示すように、
３．１ｅＶであった。また、比抵抗は、８×１０² Ω・
ｃｍであった。また、無機非縮退半導体層の状態は、非
晶質であった。そして、７．５Ｖの電圧を印加して定電
圧駆動したときの発光効率は１．６ｌｍ／Ｗであった。
また、半減寿命は、１５００時間であった。

【００６４】［実施例１０］次に、この発明の実施例１
０について説明する。実施例１０の有機ＥＬ素子の構造
は、実施例１の素子の構造と同様である。ただし、実施
例１０においては、対向電極を、Ａｌ：Ｌｉの代わり
に、Ａｌで形成した。Ａｌは、仕事関数が４．０ｅＶ以
上あるので、耐久性が高い。

【００６５】また、実施例１０においては、無機非縮退
半導体層として、Ｉｎ−Ｚｎ−Ｂａ−Ｏからなる酸化物
の層をスパッタリングにより形成した。なお、この酸化
物は、正孔伝導性を有し、透明である。スパッタリング
にあたっては、Ｉｎ、ＺｎおよびＢａに対するＩｎの原
子数比を０．５７〜０．６の範囲内の値とした。また、
Ｉｎ、ＺｎおよびＢａに対するＢａの原子数比を０．１
〜０．２３の範囲内の値とした。また、スパッタリング
の出力を２０Ｗとした。その他のスパッタリングの条件
は、実施例１と同一条件とした。

【００６６】実施例１０における無機非縮退半導体層の
バンドギャップエネルギーは、下記の表１に示すよう
に、３．０ｅＶであった。また、比抵抗は、４×１０^-2
Ω・ｃｍであった。また、無機非縮退半導体層の状態
は、非晶質であった。そして、７．５Ｖの電圧を印加し
て定電圧駆動したときの発光効率は２．１ｌｍ／Ｗであ
った。また、半減寿命は、３２００時間であった。

【００６７】［実施例１１］次に、この発明の実施例１
１について説明する。実施例１１の有機ＥＬ素子の構造
は、実施例１０の素子の構造と同様である。ただし、実
施例１１においては、無機非縮退半導体層として、Ｉｎ
−Ｚｎ−Ｓｒ−Ｏからなる酸化物の層をスパッタリング
により形成した。なお、この酸化物は、正孔伝導性を有
し、透明である。

【００６８】スパッタリングにあたっては、Ｉｎ、Ｚｎ
およびＳｒに対するＩｎの原子数比を０．５７〜０．６
の範囲内の値とした。また、Ｉｎ、ＺｎおよびＳｒに対
するＳｒの原子数比を０．１〜０．２３の範囲内の値と
した。その他のスパッタリングの条件は、実施例１と同
一条件とした。

【００６９】実施例１１における無機非縮退半導体層の
バンドギャップエネルギーは、下記の表１に示すよう
に、２．８ｅＶであった。また、比抵抗は、３×１０^-2
Ω・ｃｍであった。また、無機非縮退半導体層の状態
は、非晶質であった。そして、７．５Ｖの電圧を印加し
て定電圧駆動したときの発光効率は２．４ｌｍ／Ｗであ
った。また、半減寿命は、４０００時間であった。

【００７０】

【表１】

【００７１】［実施例１２］次に、この発明の実施例１
２について説明する。実施例１２の有機ＥＬ素子の構造
は、実施例１の素子の構造と同様である。ただし、実施
例１２においては、有機発光層として、下記の（１）式
に示すＰＡＶＢｉを用いた。このＰＡＶＢｉは、正孔伝
導性を有する。

【００７２】

【化１】

【００７３】そして、印加電圧５Ｖで定電圧駆動したと
きの初期輝度は２１０ｃｄ／ｍ² であり、発光効率は
２．３ｌｍ／Ｗであった。また、半減寿命は、１３００
時間であった。また、発光光の色は、青緑色であった。

【００７４】なお、従来は、ＰＡＶＢｉの有機発光層
と、オキサジアゾール誘導体の電子注入層とを組み合わ
せて用いた例が知られている。この組み合わせでは、発
光効率は高くなるが、寿命が５０時間と極めて短い。

【００７５】（参考例）次に、この発明の参考例につい
て説明する。参考例の有機ＥＬ素子の構造は、実施例１
２の素子の構造と同様である。ただし、参考例において
は、無機非縮退半導体層としてのＩｎ−Ｚｎ−Ｓｉ−Ｏ
を除去している。

【００７６】そして、５Ｖの電圧を印加して定電圧駆動
したときの初期輝度は１８０ｃｄ／ｍ² であり、発光効
率は２．０ｌｍ／Ｗであった。また、半減寿命は、８０
０時間であった。

【００７７】（比較例１）次に、比較例１について説明
する。比較例１の有機ＥＬ素子の構造は、実施例１の構
造と同様である。ただし、比較例１では、無機非縮退半
導体層の代わりに、有機正孔注入材である下記の（２）
式に示すＴＰＤを用いた。

【００７８】

【化２】

【００７９】そして、６．５Ｖの電圧を印加して定電圧
駆動したときの初期輝度は１３０ｃｄ／ｍ² であった
が、半減寿命はわずか１２０時間であった。

【００８０】（比較例２）次に、比較例２について説明
する。比較例２の有機ＥＬ素子の構造は、実施例１の構
造と同様である。ただし、比較例１では、無機非縮退半
導体層として、正孔伝導性のマイクロクリスタルＳｉ
（Ｐ−μＣ−Ｓｉ）層を、プラズマＣＶＤ法により、厚
さ３０ｎｍで製膜した。

【００８１】製膜にあたっては、プラズマＣＶＤ装置を
用いて、ＲＦ出力を８００Ｗ、基板温度を３００℃、圧
力を２０ｍＴｏｒｒとし、導入ガスとしてＳｉＨ₄ ／Ｈ
₂ ／Ｂ₂ Ｈ₆ （６０００ｐｐｍ）を導入した。

【００８２】比較例２における無機非縮退半導体層のバ
ンドギャップエネルギーは、２．３ｅＶであった。ま
た、比抵抗は、１×１０⁵ Ω・ｃｍであった。そして、
６Ｖの電圧を印加して定電圧駆動したときの初期輝度は
１２０ｃｄ／ｍ²であり、輝度は１０ｃｄ／ｍ²であり、
発光効率はわずか０．２ｌｍ／Ｗであった。また、半減
寿命はわずか１０時間であった。

【００８３】比較例１および比較例２と、実施例１とを
比較すると、無機半導体は、正孔伝導に対する安定性
が、有機化合物に比べてはるかに高いことが分かる。さ
らに、バンドギャップエネルギーの大きな無機非縮退半
導体層は、電子障壁性を有し、かつ、正孔伝導に対する
安定性が高いことが分かる。

【００８４】（比較例３）次に、比較例３について説明
する。比較例３の有機ＥＬ素子の構造は、実施例１の構
造と同様である。ただし、比較例３では、無機非縮退半
導体層として、ＩｎＺｎＯを用いている。ＩｎＺｎＯの
キャリア濃度は、１０²⁰ｃｍ^-3である。また、比抵抗
は、５×１０^-4Ω・ｃｍと小さい。

【００８５】そして、６Ｖの電圧を印加して定電圧駆動
したときの発光効率は，わずか０．２５ｌｍ／Ｗであっ
た。発光効率が低い理由は、無機非縮退半導体層のキャ
リア濃度が高いためであると考えられる。

【００８６】

【発明の効果】以上、詳細に説明した様に、この発明に
よれば、無機非縮退半導体層を非晶質材料または微結晶
材料でもって形成したので、表面の凹凸に起因するリー
ク電流の発生の防止を図ることができる。このため、発
光効率の向上を図ることができる。

【００８７】また、この発明によれば、無機非縮退半導
体層のバンドギャップエネルギーを、有機発光層のバン
ドギャップエネルギーよりも大きくした。その結果、有
機発光層で生成された励起状態が、無機非縮退半導体層
へエネルギー移動して失活することの低減を図ることが
できる。このため、発光効率の向上を図ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の有機ＥＬ素子の第１の実施の形態の説
明に供する断面図である。

【符号の説明】

１０第１電極層、下部電極１２無機非縮退半導体層１４有機発光層１６第２電極層、対向電極１００有機ＥＬ素子

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１電極層、無機非縮退半導体層、有機
発光層を含む一層以上の有機層および第２電極層を順次
に積層した構造を有し、前記無機非縮退半導体層は、非晶質材料または微結晶材
料を含み、かつ、有機発光層のバンドギャップエネルギ
ーよりも大きなバンドギャップエネルギーを有すること
を特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項２】請求項１に記載の有機エレクトロルミネ
ッセンス素子において、前記無機非縮退半導体層のバンドギャップエネルギーを
２．７ｅＶ〜６．０ｅＶの範囲内の値としたことを特徴
とする有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項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ス素子において、前記無機非縮退半導体層を、正孔伝導性としたことを特
徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項４】請求項１〜請求項３のいずれか一つの請
求項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子におい
て、前記無機非縮退半導体層を、電子伝導性としたことを特
徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項５】請求項１〜請求項４に記載のいずれか一
つの請求項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子
において、前記無機非縮退半導体層を、Ｂａ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｙｂ、
Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｌｉ、Ｎａ、Ｃｄ、Ｍｇ、Ｓｉ、Ｔ
ａ、ＳｂおよびＺｎの元素のうちのいずれかの元素含む
酸化物または酸化窒化物を主成分としたことを特徴とす
る有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項６】請求項５に記載の有機エレクトロルミネ
ッセンス素子において、前記無機非縮退半導体層を、ＩｎおよびＺｎ、Ｉｎ、Ｚ
ｎおよびＡｌＡｌ、ＺｎおよびＳｉ、Ｉｎ、Ｚｎおよび
Ｓｉ、Ｉｎ、ＺｎおよびＴｉ、Ｉｎ、ＺｎおよびＳｂ、
Ｉｎ、ＺｎおよびＹｂ、Ｉｎ、ＺｎおよびＴａの組み合
わせのうち、いずれかの組み合わせの元素を含む、酸化
物または酸化窒化物としたことを特徴とする有機エレク
トロルミネッセンス素子。
【請求項７】請求項１〜請求項６のいずれか一つの請
求項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子におい
て、前記無機非縮退半導体層中のキャリア濃度を、１０¹⁹ｃ
ｍ^-3〜１０¹²ｃｍ^-3の範囲内の値としたことを特徴とす
る有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項８】請求項１〜請求項７のいずれか一つの請
求項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子におい
て、前記無機非縮退半導体層中の局在準位の密度を、１０¹⁷
ｃｍ^-3未満の値としたことを特徴とする有機エレクトロ
ルミネッセンス素子。
【請求項９】請求項１〜請求項８のいずれか一つの請
求項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子におい
て、前記無機非縮退半導体層が、Ｉｎを主成分として含む酸
化物であることを特徴とする有機エレクトロルミネッセ
ンス素子。