JPWO2004068913A1 - 発光素子およびその作製方法 - Google Patents

Abstract

赤、青、緑の色純度の高い発光を得ると同時に、連続駆動時において安定して発光する発光素子を提供するため、本発明の発光素子は、正孔輸送材料、電子輸送材料、第一不純物（第一ドーピング材料）および第二不純物（第二ドーピング材料）を含む有機化合物膜が、陽極および陰極の間に設けられた発光素子において、前記有機化合物膜は、前記陽極側から、前記正孔輸送材料および前記第一不純物を含む第一の混合領域と、前記正孔輸送材料からなる正孔輸送領域と、前記電子輸送材料および前記第二不純物を含む第二の混合領域と、前記電子輸送材料からなる電子輸送領域、とが順次積層されることを特徴とする。

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膜（以下、「有機化合物膜」と記す）と、を有する有機発光素子及びその作製方法に関する。

有機発光素子は、電界を加えることにより発光する素子である。その発光機構は、電極間に有機化合物膜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正孔が有機化合物膜中で再結合して、励起状態の分子（以下、「分子励起子」と記す）を形成し、その分子励起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。
なお、有機化合物が形成する分子励起子の種類としては、一重項励起状態と三重項励起状態が可能であると考えられるが、本明細書中ではどちらの励起状態が発光に寄与する場合も含むこととする。
このような有機発光素子において、通常、有機化合物膜は１μｍを下回るほどの薄膜で形成される。また、有機発光素子は、有機化合物膜そのものが光を放出す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、有機発光素子は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１００〜２００ｎｍ程度の有機化合物膜において、キャリアを注入してから再結合に至るまでの時間は、有機化合物膜の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、有機発光素子はキャリア注入型の発光素子であるため、直流電圧での駆動が可能であり、ノイズが生じにくい。駆動電圧に関しては、まず有機化合物膜の厚みを１００ｎｍ程度の均一な超薄膜とし、また、有機化合物膜に対するキャリア注入障壁を小さくするような電極材料を選択し、さらにはヘテロ構造（二層構造）を導入することによって、５．５Ｖで１００ｃｄ／ｍ^２の十分な輝度が達成された（例えば、非特許文献１参照）。
Ｃ．Ｗ．タン（Ｃ．Ｗ．Ｔａｎｇ）ら、アプライド フィジクス レターズ、１９８７年、Ｖｏｌ．５１，Ｎｏ．１２，９１３−９１５。

こういった薄型軽量・高速応答性・直流低電圧駆動などの特性から、有機発光素子は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。また、自発光型であり視野角が広いことから、視認性も比較的良好であり、携帯機器の表示画面に用いる素子として有効と考えられている。
ところで、文献１において示された有機発光素子の構成であるが、まず、有機化合物膜に対するキャリア注入障壁を小さくする方法として、仕事関数が低い上に比較的安定なＭｇ：Ａｇ合金を陰極に用い、電子の注入性を高めている。このことにより、有機化合物膜に大量のキャリアを注入することを可能としている。
さらに有機化合物膜として、芳香族ジアミン化合物からなる正孔輸送層とトリス（８−キノリノラト）−アルミニウム錯体（以下、「Ａｌｑ３」と記す）からなる電子輸送性発光層とを積層するという、シングルヘテロ構造を適用することにより、キャリアの再結合効率を飛躍的に向上させている。このことは、以下のように説明される。
例えば、Ａｌｑ３単層のみを有する有機発光素子の場合では、Ａｌｑ３が電子輸送性であるため、陰極から注入された電子のほとんどは正孔と再結合せずに陽極に達してしまい、発光の効率は極めて悪い。すなわち、単層の有機発光素子を効率よく発光させる（あるいは低電圧で駆動する）ためには、電子および正孔の両方をバランスよく輸送できる材料（以下、「バイポーラー材料」と記す）を用いる必要があり、Ａｌｑ３はその条件を満たしていない。
しかし、非特許文献１のようなシングルヘテロ構造を適用すれば、陰極から注入された電子は正孔輸送層と電子輸送性発光層との界面でブロックされ、電子輸送性発光層中へ閉じこめられる。したがって、キャリアの再結合が効率よく電子輸送性発光層で行われ、効率のよい発光に至るのである。
また、非特許文献１における有機発光素子は、正孔の輸送は正孔輸送層が行い、電子の輸送および発光は電子輸送性発光層が行うという、機能分離が特徴であるとも言える。この機能分離の概念はさらに発展し、正孔輸送、電子輸送、および発光の三種類の機能を、それぞれ異なる材料が担う手法が提案されるようになった。この手法により、キャリア輸送性は乏しくとも発光効率は高い材料を発光材料として使用することができ、それに伴って有機発光素子の発光効率も向上するためである。
その代表的な手法は、色素のドーピングである（例えば、非特許文献２参照。）。
すなわち、図３（ａ）に示すように、正孔輸送層１０１および電子輸送層１０２（発光層でもある）を設けたシングルヘテロ構造において、電子輸送層１０２に色素１０３をドープすることにより、発光領域である境界領域内の色素１０３の発光色を得るものである。色素１０３は、正孔輸送層１０１側にドープする場合も考えられる。
Ｃ．Ｗ．タン（Ｃ．Ｗ．Ｔａｎｇ）ら、ジャーナル オブ アプライド フィジクス、１９８９年、ｖｏｌ．６５，Ｎｏ．９，３６１０−３６１６

これに対し、図３（ｂ）に示すように、正孔輸送層と電子輸送層の間に発光層を挟むというダブルヘテロ構造（三層構造）の手法もある（例えば、非特許文献３参照。）。この手法の場合、正孔輸送層１０６から発光層１０５に正孔が、電子輸送層１０７から発光層１０５に電子が、それぞれ注入されるため、発光層１０５においてキャリアの再結合が起こり、発光層１０５として用いた材料の発光色にて発光に至るのである。
チハヤ アダチ、外３名、ジャパニーズ ジャーナル オブ アプライド フィジクス、１９８８年、Ｖｏｌ．２７，Ｎｏ．２，Ｌ２６９−Ｌ２７１

こういった機能分離の利点としては、機能分離することによって一種類の有機材料に様々な機能（発光性、キャリア輸送性、電極からのキャリア注入性など）を同時に持たせる必要がなくなり、分子設計等に幅広い自由度を持たせることができる点にある（例えば、無理にバイポーラー材料を探索する必要がなくなる）。つまり、発光特性のいい材料、キャリア輸送性が優れる材料などを、各々組み合わせることで、容易に高発光効率が達成できるということである。
以上の利点から、非特許文献１乃至３で述べられた積層構造の概念（キャリアのブロッキング機能ないしは機能分離）自体は、広く利用されている。
このように機能分離した有機発光素子において、色素材料のドーピングという手法は、長寿命化に対して特に有効である（例えば、特許文献１参照。）。その要因として、ホスト材料への円滑なエネルギー移動や、ホスト材料の膜質改善などが挙げられる。特許文献１では、正孔輸送層にルブレンをドーピングし、素子の寿命を延ばしている。
特開平１０−２５５９８５号公報

上記特許文献１の発光素子は、正孔輸送層にも色素材料をドーピングするため、電子輸送層と正孔輸送層にそれぞれ色素材料をドーピングした図２のような構造をしている。
前述のとおり、図２の素子においても、発光領域は正孔輸送層２０１と電子輸送層２０２の境界領域２０３に存在する。よって境界領域２０３内に存在する第一ドーピング材料と第二ドーピング材料の２種類の色素材料が両方発光してしまう。
このように、本来発光させるべき波長だけでなく異なる波長での発光が起こると、純度の高い発光色を得ることが出来ない。赤、緑、青それぞれ色純度の高い光を必要とするフルカラー有機発光装置に、こういった異なる波長で発光する素子を用いることは好ましくない。
本発明は、色純度の高い発光を得ると同時に、連続駆動時において安定して発光する高耐性で長寿命である信頼性の高い発光素子を提供することを課題とする。

本発明の発光素子は、正孔輸送材料、電子輸送材料、第一不純物（第一ドーピング材料）および第二不純物（第二ドーピング材料）を含む有機化合物膜が、陽極および陰極の間に設けられた発光素子において、前記有機化合物膜は、前記陽極側から、前記正孔輸送材料および前記第一不純物を含む第一の混合領域と、前記正孔輸送材料からなる正孔輸送領域と、前記電子輸送材料および前記第二不純物を含む第二の混合領域と、前記電子輸送材料からなる電子輸送領域、とが順次積層されていることを特徴とする。
正孔輸送領域とは、ドーピング材料が含まれず、実質的に正孔輸送材料のみからなる領域である。よって、正孔輸送領域を設けることで、第一の混合領域に電子が注入されるのをブロックすることが可能となり、第一ドーピング材料が含まれる第一の混合領域での電子と正孔の再結合が無くなる。第一の混合領域内での再結合が無くなることで、第一ドーピング材料の発光を呈さなくなる。その結果、本発明では第二ドーピング材料のみ、発光することが可能となり、第二ドーピング材料として、発光させるべき発光材料を用いることで所望の発光のみが得られる発光素子の作製が可能となる。さらに本発明では、第一ドーピング材料を正孔輸送材料にドープしない有機発光素子に比べて長寿命化を実現でき、連続駆動時において安定した発光が得られる。
従って、本発明によって、色純度の高い発光を得ると同時に、連続駆動時において安定して発光する高耐性で長寿命である信頼性の高い発光素子を得ることが出来る。
また、本発明の発光素子の作製方法は、正孔輸送材料、電子輸送材料、第一不純物および第二不純物を含む有機化合物膜が、陽極および陰極の間に設けられた発光素子の作製方法において、前記有機化合物膜は、前記陽極に接して前記正孔輸送材料および前記第一不純物を含む第一の混合領域を形成し、前記第一の混合領域に接して前記正孔輸送材料からなる正孔輸送領域を形成し、前記正孔輸送領域に接して前記電子輸送材料および前記第二不純物を含む第二の混合領域を形成し、前記第二の混合領域に接して前記電子輸送材料からなる電子輸送領域を形成することを特徴とする。
上記構成において、第一不純物（第一ドーピング材料）または、第二不純物（第二ドーピング材料）は色素材料であってもよい。
また、上記構成において、正孔輸送領域を設けることで、第一の混合領域に電子が注入されるのをブロックし、第二ドーピング材料のみしか発光しない。しかし、前記正孔輸送領域の膜厚が薄すぎると電子を十分にブロック出来ず、電子が通過し第一の混合領域に注入され、第一ドーピング材料も発光してしまう。よって、前記混合領域と前記正孔輸送領域との合計の膜厚に対し、前記正孔輸送領域の膜厚の占める割合は１０％以上であることが好ましい。
また、第一の不純物（第一ドーピング材料）を正孔輸送材料に数ｗｔ％ドーピングすることで、ドーピングを行わない素子に比べて寿命が延びる効果がある。第一ドーピング材料はルブレンなどの多環式化合物が適しており、その濃度は０．１ｗｔ％から１０ｗｔ％の間であることが好ましい。
従って、以上で述べたような本発明の発光素子からなる発光装置を表示部等として用いた電気機器も、視認性および信頼性が高く極めて有用である。
なお、本明細書中における発光装置とは、発光素子として有機発光素子を用いた画像表示デバイスを指す。また、有機発光素子にコネクター、例えば異方導電性フィルム（ＡＣＦ：Ａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃ Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ Ｆｉｌｍ）もしくはＴＡＢ（Ｔａｐｅ Ａｕｔｏｍａｔｅｄ Ｂｏｎｄｉｎｇ）テープもしくはＴＣＰ（Ｔａｐｅ Ｃａｒｒｉｅｒ Ｐａｃｋｅｇｅ）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、または有機発光素子にＣＯＧ（Ｃｈｉｐ ｏｎ Ｇｌａｓｓ）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。

本発明によって、色純度の高い発光を得ると同時に、連続駆動時において安定して発光する高耐性で長寿命である信頼性の高い発光素子を得ることが出来る。従って、本発明の発光素子からなる発光装置を表示部等として用いた電気機器も、視認性および信頼性が高く極めて有用である。

図１は本発明の有機発光素子の構造である。
図２は従来の２種類の色素をドーピングした有機発光素子の構造の一例である。
図３は従来の１種類の色素をドーピングした有機発光素子の構造の一例である
図４は実施例１で素子を作製する為に用いる蒸着装置の図である。
図５は本発明と従来とを比較するための発光素子におけるＥＬスペクトルである。
図６は本発明と従来とを比較するための発光素子の定電流駆動時間と規格化輝度の関係を示すグラフである。
図７は実施例２を示す上面図および断面図である。
図８は電子機器の一例を示す図である（実施例３）。
図９は電子機器の一例を示す図である（実施例３）。

以下では、本発明を実施する際の形態について図１を用いて述べる。
図１は、本発明の発光素子の一例であり、陽極３０１と陰極３０２に挟まれた有機化合物膜（導電体層）は、陽極３０１から陰極３０２に、正孔輸送材料および第一ドーピング材料の両方を含む第一の混合領域３０３、正孔輸送材料のみからなる正孔輸送領域３０４、電子輸送材料および第二ドーピング材料の両方を含む第二の混合領域３０５、電子輸送材料のみからなる電子輸送領域３０６という構造をしている。図１のような構造にすることで、所望の波長でのみ発光し、連続駆動時において安定した発光が得られる。
なお、有機発光素子は、発光を取り出すために少なくとも第一電極または第二電極の一方が透明であればよい。透明な電極としては、代表的にはＩＴＯを用いる。また、その他ＩＴＯにＳｉＯ_２を０．１〜１０ｗｔ％添加したもの、ＩＴＯにＺｎＯを０．１〜１０ｗｔ％添加したものを用いても良い。ＩＴＯにＳｉＯ_２を０．１〜１０ｗｔ％添加したものは、ＩＴＯ表面の平坦性が向上し、上下電極間のショートを防止できる。基板上に透明な第一電極（陽極）を形成し、第一電極（陽極）から光を取り出す素子構造が一般的であるが、第一電極を逆に陰極として陰極から光を取り出す構造や、基板とは逆側から光を取り出す構造も適用可能である。
本発明に適用できる有機発光素子の発光は、どのような発光色を呈するものでもよい。フルカラーの発光装置を作製する場合などは、中心波長が異なる波長で発光する複数の発光素子を組み合わせればよく、この方法は本発明を適用するのに好ましい。また白色発光を呈する有機発光素子にカラーフィルターを組み合わせる方法や、青色発光を呈する有機発光素子に色変換層を組み合わせる方法などを用いれば良い。特に本発明は光の三原色（青、赤、緑）を組み合わせる方法に適用するのが好ましい。
また、陽極と第一の混合領域の間に正孔注入材料からなる正孔注入層、陰極と第二の混合領域の間に電子注入材料からなる電子注入層を形成した構造としてもよい。
次に、正孔注入材料、正孔輸送材料、電子輸送材料、電子注入材料、発光材料などに好適な材料を以下に列挙する。ただし、本発明の発光素子に用いる材料は、これらに限定されない。
正孔注入材料としては、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、銅フタロシアニン（以下、「ＣｕＰｃ」と記す）が挙げられる。高分子化合物では、ポリビニルカルバゾールなどがあるが、先に述べたように、共役系の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をドープしたポリエチレンジオキシチオフェンや、ヨウ素などのルイス酸をドープしたポリアニリン、ポリピロールなどが挙げられる。また、絶縁体の高分子化合物も陽極の平坦化の点で有効であり、ポリイミドなどが挙げられる。さらに、無機化合物も用いられ、金や白金などの金属薄膜の他、酸化アルミニウムの超薄膜などが挙げられる。
正孔輸送材料として最も広く用いられているのは、芳香族アミン系（すなわち、ベンゼン環−窒素の結合を有するもの）の化合物である。広く用いられている材料として、４，４’−ビス（ジフェニルアミノ）−ビフェニルや、その誘導体である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、４，４’−ビス［Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニル−アミノ］−ビフェニル（以下、「α−ＮＰＤ」と記す）がある。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、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などのスターバースト型芳香族アミン化合物が挙げられる。
電子輸送材料としては、金属錯体がよく用いられ、先に述べたＡｌｑ３、トリス（４−メチル−８−キノリノラト）アルミニウム（以下、「Ａｌｍｑ」と記す）、ビス（１０−ヒドロキシベンゾ［ｈ］−キノリナト）ベリリウム（以下、「Ｂｅｂｑ」と記す）などのキノリン骨格またはベンゾキノリン骨格を有する金属錯体や、混合配位子錯体であるビス（２−メチル−８−キノリノラト）−（４−ヒドロキシ−ビフェニリル）−アルミニウム（以下、「ＢＡｌｑ３」と記す）などがある。また、ビス［２−（２−ヒドロキシフェニル）−ベンゾオキサゾラト］亜鉛（以下、「Ｚｎ（ＢＯＸ）_２」と記す）、ビス［２−（２−ヒドロキシフェニル）−ベンゾチアゾラト］亜鉛（以下、「Ｚｎ（ＢＺＴ）_２」と記す）などのオキサゾール系、チアゾール系配位子を有する金属錯体もある。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）、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］ベンゼンなどのオキサジアゾール誘導体、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、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−トリアゾールなどのトリアゾール誘導体、バソフェナントロリン・バソキュプロインなどのフェナントロリン誘導体が電子輸送性を有する。
電子注入材料としては、上で述べた電子輸送材料を用いることができる。その他に、フッ化リチウムなどのアルカリ金属ハロゲン化物や、酸化リチウム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や８−キノリノラト−リチウムなどのアルカリ金属錯体も有効である。
発光材料としては、先に述べたＡｌｑ３、Ａｌｍｑ、ＢｅＢｑ、ＢＡｌｑ、ＺＮ（ＢＯＸ）_２、ＺＮ（ＢＴＺ）_２などの金属錯体の他、第二ドーピング材料として用いる各種蛍光色素が有効である。蛍光色素としては、緑色のキナクリドン、２，９−ジメチルキナクリドン、ベンゾ−［ｈ］−ベンゾ−［７，８］−キノ−［２，３−ｂ］−アクリジン−７，１６−ジメチル−９，１８−ジヒドロ（以下、ＤＭＮＱＡと記す）等のキナクリドン誘導体、青色のペリレン、赤橙色の４−（ジシアノメチレン）−２−メチル−６−（ｐ−ジメチルアミノスチリル）−４Ｈ−ピランなどがある。また、三重項発光材料も可能であり、白金ないしはイリジウムを中心金属とする錯体が主体である。三重項発光材料として、トリス（２−フェニルピリジン）イリジウム、２，３，７，８，１２，１３，１７，１８−オクタエチル−２１Ｈ，２３Ｈ−ポルフィリン−白金などが挙げられる。
正孔輸送層にドープする第一ドーピング材料としては、ルブレン系などの多環式化合物が用いられ、特にルブレンを好適な物質として用いる。また、ＴＢＴ（ｔｅｒｔ−ブチル ペリレン）やＤＤＰＡ（９，１０−ジ（３，５ ジフェニル）アントラセン）を用いることもできる。
以上で述べたような各機能を有する材料を、各々組み合わせ、本発明の発光素子に適用することにより、所望の波長領域での発光が得られ、さらに素子の寿命が長い有機発光素子を作製することができる。
以上の構成でなる本発明について、以下に示す実施例でもってさらに詳細な説明を行うこととする。

本実施例では、ＩＴＯなどの透明電極をあらかじめ作製した基板に、図４に示す蒸着装置を用いた有機化合物膜および第二電極（陰極）の作製方法を示す。
図４に示す蒸着装置は、搬送室４０１（基板や対向基板、メタルマスクを搬送するための搬送ロボット４０２付属）と、及びこれに連結された基板・マスクストック室４０３と、前処理室４０４と、第１の有機蒸着室４０５、第２の有機蒸着室４０６と、金属蒸着室４０７と、ＣＶＤ室４０８と、封止ガラスストック室４０９と、封止室４１０とを有する。
最初に、基板と蒸着用メタルマスクの投入を基板・マスクストック室にて行う。基板・マスクストック室はエレベーター構造（本実施例では１１段とする）になっており、各段に基板（本実施例では１２６．６ｍｍ×１２６．６ｍｍとする）或いはマスク兼用になっている。基板、マスク合わせて最大計１０枚収納可能である。残る１段は基板を加熱するための基板加熱段となっているため、投入時には空段としておく。尚、本実施例における製造装置では基板の向きは常にフェイスダウンとする。
次に、対向基板の投入を封止ガラスストック室にて行う。封止ガラスストック室はエレベーター構造（本実施例では１０段とする）になっており、各段に前処理（代表的には、パネル内外の水分を吸収するための乾燥剤貼り付け、及び基板と貼り合せるためのシール剤塗布を指す）を終えた対向基板（本実施例では１２６．６ｍｍ×１２６．６ｍｍとする）を最大１０枚収納する。尚、本実施例における製造装置では、対向基板の向きは常にフェイスアップである。
本実施例における製造装置では、投入した全基板に対して成膜処理を先に終らせてしまう。これを「蒸着モード」と呼ぶ。この蒸着モードが終了した後、対向基板との貼り合わせを行う「封止モード」に入る。
以下、基板を７枚、マスクを３枚使用する場合を例に取り、蒸着モードについて説明する。
まず、搬送室は予め高真空に排気されているものとする。蒸着モード中、搬送室は常に高真空に保持される。次に、基板・マスクストック室を排気後、マスクを第１の有機蒸着室・第２の有機蒸着室・金属蒸着室へ搬送する。本製造装置ではマスクを使用する成膜室はこの３つである。以上の準備が完了したら、基板を前処理室に搬送する。前処理室では真空中基板加熱、及びガス１系統を使用してのプラズマ処理（例えばＯ２プラズマ処理）が可能であるが、いずれの処理も基板全面に対して行われる。
尚、基板加熱に関しては、基板・マスクストック室の基板加熱段でも行うことが可能なため、スループット向上を図るにはここで行ってもよい。本実施例では、排気後の基板・マスクストック室において、基板真空加熱を行うことにする。即ち、基板を基板・マスクストック室から搬送室経由で基板・マスクストック室の基板加熱段に搬送し、ヒーター加熱を行うことにする。加熱終了後、基板を搬送室経由で前処理室に搬送し、冷却（即ち、前処理室で待機）を行うことによって、基板冷却中も次の基板を基板・マスクストック室で真空加熱することが可能となり、スループット向上に役立つ。
次に、基板を前処理室から搬送室経由で第２の有機蒸着室へ搬送し、マスクとのＣＣＤカメラを２台使用したアライメント処理終了後、正孔注入層ＣｕＰｃを２０ｎｍ形成する。第２の有機蒸着室では、固定された蒸着源（本実施例では８箇所とする）から材料を蒸発させ、上方の基板上に成膜する。蒸着中基板は回転しており、これによって基板上に形成される膜厚の面内分布が向上する。ＣｕＰｃ形成後、正孔輸送層を形成する。はじめに共蒸着法によってα−ＮＰＤ中にルブレンを５ｗｔ％ドーピングした混合領域を２０ｎｍ形成する。α−ＮＰＤとルブレンの混合領域を形成した後、単にルブレン蒸着源に付属する蒸着源を閉じることによりα−ＮＰＤのみで構成された非ドーピング層を連続的に２０ｎｍ形成する。
次に、基板を搬送室経由で第１の有機蒸着室へ搬送する。蒸着源の数が６箇所であること除いて、その他の機構及び成膜処理方法は第２の有機蒸着室と全く同様である。ここでは、発光層及び電子輸送層を兼ねるＡｌｑ３を成膜する。特に、発光層においてはＤＭＮＱＡが共蒸着法によって微量に（例えば０．５ｗｔ％程度）ドーピングされる。このドーピングにより、完成後のパネルにおけるパネル寿命が大幅に向上する。また、発光層から電子輸送層への切り替えは、単にＤＭＮＱＡ蒸着源に付属する蒸着源シャッターを閉じるだけでスムーズに行われる。このような方法で発光層を３７．５ｎｍ、電子輸送層を３７．５ｎｍ形成する。
次に、基板を搬送室経由で金属蒸着室へ搬送する。ここでは、電子注入層ＣａＦ２を１ｎｍ、及び陰極Ａｌを２００ｎｍ成膜する。金属蒸着室では、抵抗加熱法（抵抗加熱蒸着源は６点式×２の計１２点存在する）及びＥＢ法（ＥＢ蒸着源は６点式×１の計６点存在する）での成膜が可能だが、基板上ＴＦＴへのダメージを考慮すると、抵抗加熱法の使用が望ましい。蒸着源以外の機構及び成膜処理方法は第１の有機蒸着室及び第２の有機蒸着室と全く同様である。
尚、ＣＶＤ室においては、基板全面にＣＶＤ膜を形成することが可能である。また、ガスを複数種使用してのプラズマ処理も可能である。これを利用して、例えば保護膜としての窒化珪素膜を陰極Ａｌ上に形成したり、基板に対する前処理としての複数種ガス使用プラズマ処理（例えばＡｒ＋Ｏ_２プラズマ処理）を行ったり、といった処理を行ってもよい。
以上のように必要な処理を終えた基板は、搬送室経由で再び出発点の基板・マスクストック室に戻す。尚、上記は緑色発光の単色パネルを得るために必要な一連の処理を示したが、特に限定されない。
投入した全ての基板に対して同様の処理が完了し、マスクを各蒸着室から基板・マスクストック室へ回収したら、蒸着モードは終了し、本製造装置は引き続き封止モードに入る。
尚、以上では、使用するマスク３枚を予め蒸着室に配置し、蒸着処理中はマスクを交換しない「マスク交換無しモード」の場合についてのみ記載したが、素子構造によっては、蒸着室１室につき複数のマスクを使用したい、という要求も当然出てくる。そのような場合でも本製造装置は対応可能であり、基板・マスクストック室に予め必要なマスクを３枚以上セットしておき、蒸着室での処理の合間にマスク交換を行えばよい（但し、使用マスクを増やせば、同時に流せる基板の枚数は当然減少する）。これを「マスク交換有りモード」と呼んで区別している。
以下、封止モードについて説明する。
まず搬送室、基板・マスクストック室、封止ガラスストック室を常圧に戻す必要がある。搬送室及び基板・マスクストック室に関しては、蒸着モード終了後すぐにベント処理を行えばよい。ベント処理とは、排気によって低圧化された室内に、再び気体を注入し常圧に戻す処理のことである。本実施例ではベント処理における注入する気体として窒素を用いる。封止ガラスストック室に関しては、前処理を終えた対向基板のセットをなるべく封止直前に行うことによって、シール剤や乾燥剤の劣化を抑えることが出来る。セット後、封止ガラスストック室の排気・ベント処理を複数回（本実施例では２回とする）行うことによって、封止モード時における搬送室の水分濃度の低下が防止出来るのみならず、対向基板に塗布したシール剤の脱泡も行える。封止ガラスストック室の最後のベント処理が終了後、すぐに封止処理に入れるのが理想的である。これは、搬送室及び基板・マスクストック室のベント処理、封止ガラスストック室への対向基板投入、さらに封止ガラスストック室のベント処理、の各処理のタイミングを作業者がうまく設定することによって可能となる。
次に、基板を基板・マスクストック室から、対向基板を封止ガラスストック室から、それぞれ搬送室経由でそれぞれ封止室に搬送する。封止室において、外形端面合せによる基板・対向基板のアライメント（位置合わせ）処理終了後、基板・対向基板を貼り合せ、加圧することによって封止を行う。さらに対向基板側（下側）からＵＶ照射を行い、シール剤（本実施例ではＵＶ硬化樹脂とする）を硬化させる。この際、遮光マスクを使用し、シール剤の部分だけ選択的にＵＶ照射を施すことが可能である。尚、本実施例では遮光マスクは石英ガラス上にＣｒ膜が成膜されたものであり、搬送室の搬送ロボットでは搬送不可能であるため、封止室に直接作業者がセッティングを行うものとする。
以上の封止処理によって、基板と対向基板は一体のパネルとなる。このパネルを封止室から搬送室経由で基板・マスクストック室に搬送する。以下次の基板及び対向基板に関しても同様の処理を行う。最終的に７枚のパネルが基板・マスクストック室に収納され、封止モードは終了する。
封止モード終了後、基板・マスクストック室から完成したパネルを取り出せば良い。
以上に示した、蒸着モード、及び封止モードにおける一連の処理は制御系を利用して自動的に行うことが可能である。基板毎に搬送ルート・処理内容等を含んだ情報を予め登録しておけば、処理開始の合図を送るだけで、この登録した情報に従って自動的に各基板に対する一連の処理が行われる。
［比較例１］
正孔輸送層作製において、非ドーピング層を形成せずに共蒸着法によってα−ＮＰＤ中にルブレンを５ｗｔ％ドーピングした層を４０ｎｍ形成すること以外実施例１と同様な方法で発光素子を作製した。
実施例１及び比較例１で作製した素子について、電流密度１２５ｍＡ／ｍ^２時のＥＬスペクトルを図５に示す。ＥＬスペクトルは、各素子とも基板側からの発光を測定した。実施例１の方法で作製した発光素子では、電子輸送層にドーピングしたＤＭＮＱＡに起因するスペクトル５０１が観測された。しかし、比較例１の方法により作製した発光素子は、ＤＭＮＱＡの発光のほかに、正孔輸送層にドーピングしたルブレンに起因するピークを含むスペクトル５０３が観測された。
このように、比較例１で作製した発光素子は２種類の材料の発光を呈し、実施例１では１種類の材料のみでの発光を呈している。よって所望の波長のみの純度の高い発光色を得るためには、実施例１で作製した発光素子を用いたほうがよいことが確認できた。
［比較例２］
正孔輸送層作製において、混合領域を形成せずにα−ＮＰＤのみ４０ｎｍ形成すること以外実施例１と同様な方法で発光素子を作製した。
実施例１及び比較例２で作製した素子について、電流密度１２５ｍＡ／ｍ２時のＥＬスペクトルを図５に示す。ＥＬスペクトルは、各素子とも基板側からの発光を測定した。実施例１および比較例２の方法で作製した発光素子では、電子輸送層にドーピングしたＤＭＮＱＡに起因するスペクトル５０１および５０２が観測された。
また、実施例１および比較例２で作製した発光素子について、初期輝度１０００ｃｄ／ｍ^２となる電流値で定電流駆動させたときの、経過時間に対する輝度劣化を図６に示す。
実施例１で作製した発光素子の時間−輝度曲線６０１と比較例２で作製した発光素子の時間−輝度曲線６０２を比較すると、実施例１で作製した発光素子の方が、経過時間に対する輝度劣化が緩やかであった。
従って、本発明である実施例１において作製された発光素子は、純度の高い発光色が得られ、かつ、寿命の長い発光素子であることが確認できた。

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７を用いて説明する。なお、図７（ａ）は、発光装置を示す上面図、図７（ｂ）は図７（ａ）をＢ−Ｂ’で切断した断面図である。点線で示された７０１は駆動回路部（ソース側駆動回路）、７０２は画素部、７０３は駆動回路部（ゲート側駆動回路）である。また、７０４は封止基板、７０５はシール剤であり、シール剤７０５で囲まれた内側７０７は、空間になっている。
なお、７０８はソース側駆動回路７０１及びゲート側駆動回路７０３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ＦＰＣ７０９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（以下、「ＰＷＢ」と記す）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７（ｂ）を用いて説明する。素子基板７１０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７０１と、画素部７０２が示されている。
なお、ソース側駆動回路７０１はｎチャネル型ＴＦＴ７２３とｐチャネル型ＴＦＴ７２４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７０２はスイッチング用ＴＦＴ７１１と、電流制御用ＴＦＴ７１２とそのドレインに電気的に接続された第１の電極７１３とを含む複数の画素により形成される。なお、第１の電極７１３の端部を覆って絶縁物７１４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７１４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７１４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７１４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７１４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７１３上には、有機化合物層７１６、および第２の電極７１７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７１３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膜、インジウム亜鉛酸化物膜、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、有機化合物層７１６は、本発明の実施の形態や実施例１の構造を用いる。詳細は実施の形態または実施例１を参照すればよい。
さらに、有機化合物層７１６上に形成される第２の電極（陰極）７１７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、ＣａＦ_２、またはＣａＮ）を用いればよい。なお、電界発光層７１６で生じた光が第２の電極７１７を透過させる場合には、第２の電極（陰極）７１７として、膜厚を薄くした金属薄膜と、透明導電膜（ＩＴＯ、酸化インジウム酸化亜鉛合金、酸化亜鉛等）との積層を用いるのが良い。
さらにシール剤７０５で封止基板７０４を素子基板７１０と貼り合わせることにより、素子基板７０１、封止基板７０４、およびシール剤７０５で囲まれた空間７０７に有機発光素子７１８が備えられた構造になっている。なお、空間７０７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、シール剤７０５で充填される構成も含むものとする。
なお、シール剤７０５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７０４に用いる材料としてガラス基板や石英基板の他、ポリイミド、ポリアミド、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ＰＥＳ、ＰＣ、ＰＥＴ、ＰＥＮ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、本発明の有機発光素子を有する発光装置を得ることができる。

上記実施例で述べた本発明の発光装置は、発光色の色純度が高く、なおかつ寿命が長いという利点を有する。したがって、前記発光装置が表示部等として含まれる電気機器は、従来より視認性および信頼性も高く極めて有用である。
本発明により作製した発光素子からなる発光装置を用いて様々なモジュール（アクティブマトリクス型液晶モジュール、アクティブマトリクス型ＥＬモジュール、アクティブマトリクス型ＥＣモジュール）が作製でき、さらにそれらを組み込んだ電子機器を作製することが出来る。
その様な電子機器としては、ビデオカメラ、デジタルカメラ、ヘッドマウントディスプレイ（ゴーグル型ディスプレイ）、カーナビゲーション、プロジェクタ、カーステレオ、パーソナルコンピュータ、携帯情報端末（モバイルコンピュータ、携帯電話または電子書籍等）などが挙げられる。それらの一例を図８、図９に示す。
図８（Ａ）は携帯電話であり、本体８０１、音声出力部８０２、音声入力部８０３、表示部８０４、操作スイッチ８０５、アンテナ８０６、画像入力部（ＣＣＤ、イメージセンサ等）８０７等を含む。本発明の発光素子からなる発光装置を表示部８０４に用いた携帯電話を作製することにより、高視認性で高信頼性を有する携帯電話を実現できる。
図８（Ｂ）は携帯書籍（電子書籍）であり、本体８０８、表示部８０９、８１０、記憶媒体８１１、操作スイッチ８１２、アンテナ８１３等を含む。本発明の発光素子からなる発光装置を表示部８０９に用いた携帯書籍（電子書籍）を作製することにより、高視認性で高信頼性を有する携帯書籍（電子書籍）を実現できる。
図８（Ｃ）はディスプレイであり、本体８１４、支持台８１５、表示部８１６等を含む。本発明の発光素子からなる発光装置を表示部８１６に用いたディスプレイを作製することにより、高視認性で高信頼性を有するディスプレイを実現できる。
ちなみに図８（Ｃ）に示すディスプレイは中小型または大型のもの、例えば５〜２０インチの画面サイズのものである。また、このようなサイズの表示部を形成するためには、基板の一辺が１ｍのものを用い、多面取りを行って量産することが好ましい。
図９（Ａ）はパーソナルコンピュータであり、本体９０１、画像入力部９０２、表示部９０３、キーボード９０４等を含む。本発明の発光素子からなる発光装置を表示部９０３に用いたパーソナルコンピュータを作製することにより、高視認性で高信頼性を有するパーソナルコンピュータを実現できる。
図９（Ｂ）はビデオカメラであり、本体９０５、表示部９０６、音声入力部９０７、操作スイッチ９０８、バッテリー９０９、受像部９１０等を含む。本発明の発光素子からなる発光装置を表示部９０６に用いたビデオカメラを作製することにより、高視認性で高信頼性を有するビデオカメラを実現できる。
図９（Ｃ）はモバイルコンピュータ（モービルコンピュータ）であり、本体９１１、カメラ部９１２、受像部９１３、操作スイッチ９１４、表示部９１５等を含む。本発明の発光素子からなる発光装置を表示部９１５に用いたモバイルコンピュータ（モービルコンピュータ）を作製することにより、高視認性で高信頼性を有するモバイルコンピュータ（モービルコンピュータ）を実現できる。
図９（Ｄ）はプログラムを記録した記録媒体（以下、記録媒体と呼ぶ）を用いるプレーヤーであり、本体９１６、表示部９１７、スピーカ部９１８、記録媒体９１９、操作スイッチ９２０等を含む。なお、このプレーヤーは記録媒体としてＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｃ）、ＣＤ等を用い、音楽鑑賞や映画鑑賞やゲームやインターネットを行うことができる。本発明の発光素子からなる発光装置を表示部９１７に用いたプレーヤーを作製することにより、高視認性で高信頼性を有するプレーヤーを実現できる。
図９（Ｅ）はデジタルカメラであり、本体９２１、表示部９２２、接眼部９２３、操作スイッチ９２４、受像部（図示しない）等を含む。本発明の発光素子からなる発光装置を表示部９２２に用いたデジタルカメラを作製することにより、高視認性で高信頼性を有するデジタルカメラを実現できる。
以上の様に、本発明の適用範囲は極めて広く、あらゆる分野の電子機器の作製方法に適用することが可能である。また、本実施例の電子機器は実施の形態、実施例１または２のどのような組み合わせからなる構成を用いても実現することができる。

Claims (25)

1. 正孔輸送材料、電子輸送材料、第１不純物および第２不純物を含む有機化合物膜が、陽極および陰極の間に設けられた発光素子において、
   前記有機化合物膜は、前記陽極側から、前記正孔輸送材料および前記第１不純物を含む第１の混合領域と、前記正孔輸送材料からなる正孔輸送領域と、前記電子輸送材料および前記第２不純物を含む第２の混合領域と、前記電子輸送材料からなる電子輸送領域、とが順次積層されていることを特徴とする発光素子。
2. 請求項１において、前記第１不純物および前記第２不純物は色素材料からなることを特徴とする発光素子。
3. 請求項１において、前記第１の混合領域と前記正孔輸送領域との合計の膜厚に対し、前記正孔輸送領域の膜厚の占める割合は、１０％以上であることを特徴とする発光素子。
4. 請求項１において、前記第１の混合領域中の前記第１不純物の濃度は０．１ｗｔ％から１０ｗｔ％であることを特徴とする発光素子。
5. 請求項１において、前記発光素子は、ビデオカメラ、デジタルカメラ、ヘッドマウントディスプレイ、カーナビゲーション、プロジェクター、パーソナルコンピューター、携帯情報端末から選ばれた一の電子機器に用いられることを特徴とする発光素子。
6. 正孔輸送材料、電子輸送材料、第１不純物および第２不純物を含む有機化合物膜が、陽極および陰極の間に設けられた発光素子の作製方法において、
   前記有機化合物膜は、前記陽極に接して前記正孔輸送材料および前記第１不純物を含む第１の混合領域を形成し、
   前記第１の混合領域に接して前記正孔輸送材料からなる正孔輸送領域を形成し、
   前記正孔輸送領域に接して前記電子輸送材料および前記第２不純物を含む第２の混合領域を形成し、
   前記第２の混合領域に接して前記電子輸送材料からなる電子輸送領域を形成することを特徴とする発光素子の作製方法。
7. 請求項６において、前記第１不純物および前記第２不純物は色素材料からなることを特徴とする発光素子の作製方法。
8. 請求項６において、前記正孔輸送領域は、前記第１の混合領域と前記正孔輸送領域との合計の膜厚に対し、前記正孔輸送領域の膜厚の占める割合が１０％以上であるように形成することを特徴とする発光素子の作製方法。
9. 請求項６において、前記第１の混合領域は、前記第１不純物の濃度が０．１ｗｔ％から１０ｗｔ％であるように形成することを特徴とする発光素子の作製方法。
10. 請求項６において、前記発光素子は、ビデオカメラ、デジタルカメラ、ヘッドマウントディスプレイ、カーナビゲーション、プロジェクター、パーソナルコンピューター、携帯情報端末から選ばれた一の電子機器に用いられることを特徴とする発光素子の作製方法。
11. 発光素子を有する発光装置において、前記発光素子は、陽極と、前記陽極上に正孔輸送材料および第１不純物を含む第１有機化合物層と、前記第１有機化合物層上に実質的に前記正孔輸送材料のみを含む第２有機化合物層と、前記第２有機化合物層上に電子輸送材料および第２不純物を含む第３有機化合物層と、前記第３有機化合物層上に実質的に前記電子輸送材料のみを含む第４有機化合物層と、前記第４有機化合物層上に陰極を有することを特徴とする発光装置。
12. 請求項１１において、前記第１不純物および前記第２不純物は色素材料からなることを特徴とする発光装置。
13. 請求項１１において、前記第１有機化合物層と前記第２有機化合物層との合計の膜厚に対し、前記第２有機化合物層の膜厚の占める割合は、１０％以上であることを特徴とする発光装置。
14. 請求項１１において、前記第１有機化合物層中における前記第１不純物の濃度は０．１ｗｔ％から１０ｗｔ％であることを特徴とする発光装置。
15. 請求項１１において、前記発光素子は、ビデオカメラ、デジタルカメラ、ヘッドマウントディスプレイ、カーナビゲーション、プロジェクター、パーソナルコンピューター、携帯情報端末から選ばれた一の電子機器に用いられることを特徴とする発光装置。
16. 陽極と、前記陽極上に正孔輸送材料および第１不純物を含む第１有機化合物層と、前記第１有機化合物層上に実質的に前記正孔輸送材料のみを含む第２有機化合物層と、第２有機化合物層上に電子輸送材料および第２不純物を含む第３有機化合物層と、前記第３有機化合物層上に実質的に前記電子輸送材料のみを含む第４有機化合物層と、前記第４有機化合物層上に陰極を有することを特徴とする発光素子。
17. 請求項１６において、前記第１不純物および前記第２不純物は色素材料からなることを特徴とする発光素子。
18. 請求項１６において、前記第１有機化合物層と前記第２有機化合物層との合計の膜厚に対し、前記第２有機化合物層の膜厚の占める割合は、１０％以上であることを特徴とする発光素子。
19. 請求項１６において、前記第１有機化合物層中における前記第１不純物の濃度は０．１ｗｔ％から１０ｗｔ％であることを特徴とする発光素子。
20. 請求項１６において、前記発光素子は、ビデオカメラ、デジタルカメラ、ヘッドマウントディスプレイ、カーナビゲーション、プロジェクター、パーソナルコンピューター、携帯情報端末から選ばれた一の電子機器に用いられることを特徴とする発光素子。
21. 陽極上に正孔輸送材料および第１不純物を含む第１有機化合物層を形成し、
    前記第１有機化合物層上に実質的に前記正孔輸送材料のみを含む第２有機化合物層を形成し、
    前記第２有機化合物層上に電子輸送材料および第２不純物を含む第３有機化合物層を形成し、
    前記第３有機化合物層上に実質的に前記電子輸送材料のみを含む第４有機化合物層を形成し、
    前記第４有機化合物層上に陰極を形成することを特徴とする発光素子の作製方法。
22. 請求項２１において、前記第１不純物および前記第２不純物は色素材料からなることを特徴とする発光素子の作製方法。
23. 請求項２１において、前記第２有機化合物層は、前記第１有機化合物層と前記第２有機化合物層との合計の膜厚に対し、前記第２有機化合物層の膜厚の占める割合が１０％以上であるように形成することを特徴とする発光素子の作製方法。
24. 請求項２１において、前記第１有機化合物層中における前記第１不純物の濃度が０．１ｗｔ％から１０ｗｔ％であるように形成することを特徴とする発光素子の作製方法。
25. 請求項２１において、前記発光素子は、ビデオカメラ、デジタルカメラ、ヘッドマウントディスプレイ、カーナビゲーション、プロジェクター、パーソナルコンピューター、携帯情報端末から選ばれた一の電子機器に用いられることを特徴とする発光素子の作製方法。

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