JP2000294376A

JP2000294376A - 有機ｅｌ素子

Info

Publication number: JP2000294376A
Application number: JP11096212A
Authority: JP
Inventors: Isamu Kobori; 勇小堀; Etsuo Mihashi; 悦央三橋; Michio Arai; 三千男荒井
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 1999-04-02
Filing date: 1999-04-02
Publication date: 2000-10-20
Anticipated expiration: 2019-04-02
Also published as: TW443075B; KR100338251B1; EP1041654A1; JP4255041B2; KR20010014660A; CN1269690A

Abstract

(57)【要約】【課題】ホール注入効率に優れ、発光効率が改善さ
れ、動作電圧が低く、しかも低コストな有機ＥＬ素子を
実現する。【解決手段】ホール注入電極と、陰電極と、これらの
電極間に設けられた１種以上の有機層とを有し、少なく
とも前記有機層の１層は発光機能を有し、前記ホール注
入電極と前記有機層との間には電子をブロックするとと
もにホールを搬送する高抵抗の無機ホール注入層を有
し、この高抵抗の無機ホール注入層は、シリコンおよび
／またはゲルマニウムの酸化物を主成分とし、この主成
分を（Ｓｉ_1-xＧｅ_x）Ｏ_yと表したとき０≦ｘ≦１、１．７≦ｙ≦２．２であり、さらに、抵抗率１×１０¹⁰Ω・cm以下の導電性
酸化物を含有する有機ＥＬ素子とした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、有機ＥＬ（電界発
光）素子に関し、詳しくは、有機化合物の薄膜に電界を
印加して光を放出する素子に用いられる無機／有機接合
構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に有機ＥＬ素子は、ガラス基板上に
ＩＴＯなどの透明電極を形成し、その上に有機アミン系
のホール輸送層、電子導電性を示しかつ強い発光を示
す、例えばＡｌｑ3 材からなる有機発光層を積層し、さ
らに、ＭｇＡｇなどの仕事関数の小さい電極を形成した
構造の基本素子としている。

【０００３】これまでに報告されている素子構造として
は、ホール注入電極及び電子注入電極の間に１層または
複数層の有機化合物層が挟まれた構造となっており、有
機化合物層としては、２層構造あるいは３層構造があ
る。

【０００４】２層構造の例としては、ホール注入電極と
電子注入電極の間にホール輸送層と発光層が形成された
構造、または、ホール注入電極と電子注入電極の間に発
光層と電子輸送層が形成された構造がある。３層構造の
例としては、ホール注入電極と電子注入電極の間にホー
ル輸送層と発光層と電子輸送層とが形成された構造があ
る。また、単一層に全ての役割を持たせた単層構造も高
分子や混合系で報告されている。

【０００５】図３および図４に、有機ＥＬ素子の代表的
な構造を示す。図３では、基板１１上に設けられたホー
ル注入電極１２と電子注入電極１３の間に有機化合物で
あるホール輸送層１４と発光層１５が形成されている。
この場合、発光層１５は、電子輸送層の機能も果たして
いる。

【０００６】図４では、基板１１上に設けられたホール
注入電極１２と電子注入電極１３の間に有機化合物であ
るホール輸送層１４と発光層１５と電子輸送層１６が形
成されている。

【０００７】一般に有機ＥＬ素子は、ガラス基板上にＩ
ＴＯなどの透明電極を形成し、その上に有機アミン系の
ホール輸送層、電子導電性を示しかつ強い発光を示す、
例えばＡｌｑ3 材からなる有機発光層を積層し、さら
に、ＭｇＡｇなどの仕事関数の小さい電極を形成した構
造の基本素子としている。

【０００８】これまでに報告されている素子構造として
は、ホール注入電極及び電子注入電極の間に１層または
複数層の有機化合物層が挟まれた構造となっており、有
機化合物層としては、２層構造あるいは３層構造があ
る。

【０００９】２層構造の例としては、ホール注入電極と
電子注入電極の間にホール輸送層と発光層が形成された
構造、または、ホール注入電極と電子注入電極の間に発
光層と電子輸送層が形成された構造がある。３層構造の
例としては、ホール注入電極と電子注入電極の間にホー
ル輸送層と発光層と電子輸送層とが形成された構造があ
る。また、単一層に全ての役割を持たせた単層構造も高
分子や混合系で報告されている。

【００１０】図３および図４に、有機ＥＬ素子の代表的
な構造を示す。図３では、基板１１上に設けられたホー
ル注入電極１２と電子注入電極１３の間に有機化合物で
あるホール輸送層１４と発光層１５が形成されている。
この場合、発光層１５は、電子輸送層の機能も果たして
いる。

【００１１】図４では、基板１１上に設けられたホール
注入電極１２と電子注入電極１３の間に有機化合物であ
るホール輸送層１４と発光層１５と電子輸送層１６が形
成されている。

【００１２】これら有機ＥＬ素子において、発光効率を
向上させる試みも種々なされている。しかしながら、従
来の素子構成ではホール注入輸送層でのホール注入効率
性が劣る等して、発光層における効果的な再結合を行う
ことが困難であり、十分満足しうる効率の素子を得るこ
とが困難であった。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、ホー
ル注入効率に優れ、発光層でのホール・電子の再結合効
率が改善され、発光効率が高く、動作電圧が低く、しか
も低コストな有機ＥＬ素子を実現することである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】このような目的は、下記
の本発明により達成される。（１）ホール注入電極と、陰電極と、これらの電極間
に設けられた１層もしくは少なくとも２種以上の有機材
料で形成された少なくとも２層以上の有機層とを有し、
前記有機層の少なくとも１層は発光機能を有し、前記ホ
ール注入電極と前記有機層との間には電子をブロックす
るとともにホールを搬送する高抵抗の無機ホール注入層
を有し、この高抵抗の無機ホール注入層は、シリコンお
よび／またはゲルマニウムの酸化物を主成分とし、この
主成分を（Ｓｉ_1-xＧｅ_x）Ｏ_yと表したとき０≦ｘ≦１、１．７≦ｙ≦２．２であり、さらに、抵抗率１×１０¹⁰Ω・cm以下の導電性
酸化物を含有する有機ＥＬ素子。（２）前記高抵抗のホール注入層が含有する導電性酸
化物は、Ｉｎ，Ｚｎ，ＲｕおよびＶのいずれか１種以上
の酸化物である上記（１）の有機ＥＬ素子。（３）前記高抵抗のホール注入層は、抵抗率が１〜１
×１０¹¹Ω・cmである上記（１）または（２）の有機Ｅ
Ｌ素子。（４）前記導電性酸化物の含有量は、０．５〜３０ m
ol％である上記（１）〜（３）のいずれかの有機ＥＬ素
子。（５）前記高抵抗のホール注入層の膜厚は、０．５〜
２０nmである上記（１）〜（４）のいずれかの有機ＥＬ
素子。

【００１５】（６）さらに、有機層と陰電極の間に
は、高抵抗の無機電子注入層を有し、この高抵抗の無機
電子注入層は、第１成分として仕事関数４eV以下であっ
て、アルカリ金属元素、およびアルカリ土類金属元素、
およびランタノイド系元素から選択される１種以上の酸
化物と、第２成分として仕事関数３〜５eVの金属の１種
以上とを含有し、かつ、ホールをブロックするとともに
電子を搬送するための導通パスを有しする上記（１）〜
（５）のいずれかの有機ＥＬ素子。（７）前記第２成分は、Ｚｎ，Ｓｎ，Ｖ，Ｒｕ，Ｓｍ
およびＩｎから選択される１種以上である上記（６）の
有機ＥＬ素子。（８）前記アルカリ金属元素は、Ｌｉ，Ｎａ，Ｋ，Ｒ
ｂ，ＣｓおよびＦｒの１種以上であり、アルカリ土類金
属元素は、Ｍｇ，ＣａおよびＳｒの１種以上であり、ラ
ンタノイド系元素はＬａおよびＣｅから選択される１種
以上を有する上記（６）または（７）の有機ＥＬ素子。（９）前記高抵抗の無機電子注入層は、第２成分を全
成分に対して、０．２〜４０ mol％含有する上記（６）
〜（８）のいずれかの有機ＥＬ素子。（１０）前記高抵抗の無機電子注入層の膜厚は、０．
３〜３０nmである上記（６）〜（９）のいずれかの有機
ＥＬ素子。（１１）前記有機層と陰電極との間には、無機絶縁性
電子注入輸送層を有し、この無機絶縁性電子注入輸送層
は、主成分として酸化ストロンチウム、酸化マグネシウ
ム、酸化カルシウム、酸化リチウム、酸化ルビジウム、
酸化カリウム、酸化ナトリウム、および酸化セシウムか
ら選択される１種または２種以上の酸化物を含有する上
記（１）〜（５）のいずれかの有機ＥＬ素子。（１２）前記無機絶縁性電子注入輸送層は、各構成成
分が全成分に対して、主成分：８０〜９９ mol％、安定剤：１〜２０ mol％含有する上記（１１）の有機ＥＬ素子。（１３）前記無機絶縁性電子注入輸送層の膜厚は、
０．１〜２nmである上記（１１）または（１２）の有機
ＥＬ素子。

【００１６】

【発明の実施の形態】本発明の有機ＥＬ素子は、ホール
注入電極と、電子注入電極と、これらの電極間に少なく
とも発光層を含有する有機層とを有し、前記ホール注入
電極と前記有機層との間には電子をブロックするととも
にホールを搬送する高抵抗の無機ホール注入層を有す
る。

【００１７】このように、ホールを搬送し、電子をブロ
ックできる無機ホール注入層を有機層とホール注入電極
の間に配置することで、発光層へホールを効率よく注入
することができ、発光効率が向上するとともに駆動電圧
が低下する。

【００１８】また、無機絶縁性ホール注入層の主成分と
してシリコンや、ゲルマニウム等の金属または半金属の
酸化物を用い、これに抵抗率１×１０¹⁰Ω・cm以下の導
電性酸化物を含有させて導電パスを形成することによ
り、ホール注入電極から発光層側の有機層へ効率よくホ
ールを注入することができる。しかも、有機層からホー
ル注入電極への電子の移動を抑制することができ、発光
層でのホールと電子との再結合を効率よく行わせること
ができる。また、無機材料の有するメリットと、有機材
料の有するメリットとを併せもった有機ＥＬ素子とする
ことができる。本発明の有機ＥＬ素子は、従来の有機ホ
ール注入層を有する素子と同等かそれ以上の輝度が得ら
れ、しかも、耐熱性、耐候性が高いので従来のものより
も寿命が長く、リークやダークスポットの発生も少な
い。また、比較的高価な有機物質ばかりではなく、安価
で入手しやすく製造が容易な無機材料も用いることで、
製造コストを低減することもできる。

【００１９】高抵抗の無機ホール注入層は、その全体の
抵抗率が好ましくは１〜１×１０¹¹Ω・cm、特に１×１
０³〜１×１０⁸Ω・cmである。無機ホール注入層の抵抗
率を上記範囲とすることにより、高い電子ブロック性を
維持したままホール注入効率を飛躍的に向上させること
ができる。無機ホール注入層の抵抗率は、シート抵抗と
膜厚からも求めることができる。この場合、シート抵抗
は４端子法等により測定することができる。

【００２０】主成分の材料は、シリコン、ゲルマニウム
の酸化物であり、好ましくは（Ｓｉ_1-xＧｅ_x）Ｏ_yにお
いて０≦ｘ≦１、１．７≦ｙ≦２．２、好ましくは１．７≦ｙ≦１．９９である。高抵抗の無機絶縁性ホール注入層の主成分は、
酸化ケイ素でも酸化ゲルマニウムでもよく、それらの混
合薄膜でもよい。ｙがこれより大きくても小さくてもホ
ール注入機能は低下してくる傾向がある。組成は、Ｘ線
解析、化学分析等で調べればよい。

【００２１】高抵抗の無機ホール注入層は、主成分に加
え抵抗率１×１０¹⁰Ω・cm以下、好ましくは１０〜１×
１０⁵Ω・cmの導電性酸化物を含有する。この導電性酸
化物は、好ましくはＩｎ，Ｚｎ，ＲｂおよびＶの酸化物
のいずれか１種また２種以上、特にＩｎまたはＺｎの酸
化物である。これらは、Ｉｎ₂Ｏ₃，ＺｎＯ，ＲｕＯ₂，
Ｖ₂Ｏ₃等の化学量論的組成（stoichiometric composit
ion）でも、これから多少偏倚し、非化学量論的組成（n
on-stoichiometry）となっていてもよい。これらを混合
して用いる場合の混合比は任意である。これらの含有量
は、好ましくは高抵抗の無機ホール注入層全成分に対
し、それぞれＩｎ₂Ｏ₃，ＺｎＯ，ＲｕＯ₂，Ｖ₂Ｏ₃換
算で０．５〜３０ mol％、より好ましくは１〜２０ mol
％である。含有量がこれより少ないとホール注入機能が
低下し、含有量がこれを超えると電子ブロック機能が低
下してくる。２種以上を併用する場合、合計の含有量は
上記の範囲にすることが好ましい。

【００２２】高抵抗で、電子トラップ性を有する第１成
分中に導電性（低抵抗）の第２成分を含有させることに
より、ホール輸送のための好適なバンドギャップに調整
され、ホール注入性が向上するものとものと考えられ
る。

【００２３】高抵抗の無機ホール注入層には、他に、不
純物として、Ｈやスパッタガスに用いるＮｅ、Ａｒ、Ｋ
ｒ、Ｘｅ等を合計５at％以下含有していてもよい。

【００２４】なお、無機ホール注入層全体の平均値とし
てこのような組成であれば、均一でなくてもよく、膜厚
方向に濃度勾配を有する構造としてもよい。

【００２５】高抵抗の無機ホール注入層は、通常、非晶
質状態である。

【００２６】高抵抗の無機ホール注入層の膜厚として
は、好ましくは０．５〜２０nm、特に２〜１０nm程度が
好ましい。ホール注入層がこれより薄くても厚くても、
ホール注入層としての機能を十分に発揮できなくなくな
ってくる。

【００２７】高抵抗の無機ホール注入層の製造方法とし
ては、スパッタ法、蒸着法などの各種の物理的または化
学的な薄膜形成方法などが考えられるが、スパッタ法が
好ましい。なかでも、上記主成分と酸化物等のターゲッ
トを別個にスパッタする多元スパッタが好ましい。多元
スパッタにすることで、それぞれのターゲットに好適な
スパッタ法を用いることができる。また、１元スパッタ
とする場合には、主成分のターゲット上に上記酸化物等
の小片を配置し、両者の面積比を適当に調整することに
より、組成を調整してもよい。

【００２８】高抵抗の無機ホール注入層をスパッタ法で
形成する場合、スパッタ時のスパッタガスの圧力は、
０．１〜１Paの範囲が好ましい。スパッタガスは、通常
のスパッタ装置に使用される不活性ガス、例えばＡｒ，
Ｎｅ，Ｘｅ，Ｋｒ等が使用できる。また、必要によりＮ
₂を用いてもよい。スパッタ時の雰囲気としては、上記
スパッタガスに加えＯ₂を１〜９９％程度混合して反応
性スパッタを行ってもよい。

【００２９】スパッタ法としてはＲＦ電源を用いた高周
波スパッタ法や、ＤＣスパッタ法等が使用できる。スパ
ッタ装置の電力としては、好ましくはＲＦスパッタで
０．１〜１０Ｗ／cm²の範囲が好ましく、成膜レートは
０．５〜１０nm／min 、特に１〜５nm／min の範囲が好
ましい。

【００３０】成膜時の基板温度としては、室温（２５
℃）〜１５０℃程度である。

【００３１】本発明の有機ＥＬ素子は、さらに発光層と
陰電極の間に高抵抗の無機電子注入層、または無機絶縁
性電子注入輸送層を有することが好ましい。

【００３２】このように、高抵抗の無機ホール注入輸送
層、高抵抗の無機電子注入層または無機材料からなる無
機絶縁性電子注入輸送層を設け、これらの間に発光層を
配置することで、さらに無機材料の有するメリットと、
有機材料の有するメリットとを併せもった有機ＥＬ素子
とすることができる。すなわち、発光層と高抵抗の無機
ホール注入輸送層、高抵抗の無機電子注入層または無機
絶縁性電子注入層との界面での物性が安定し、製造が容
易になる。また、従来の有機ホール注入層、有機電子注
入層を有する素子と同等かそれ以上の輝度が得られ、し
かも、耐熱性、耐候性が高いので従来のものよりも寿命
が長く、リークやダークスポットの発生も少ない。ま
た、比較的高価な有機物質ではなく、安価で入手しやす
い無機材料を用いているので、製造が容易となり、製造
コストを低減することができる。

【００３３】高抵抗の無機電子注入層は、ホールをブロ
ックすると共に電子を搬送するための導通パスを有す
る。このように、電子の導通パスを有し、ホールをブロ
ックできる高抵抗の無機電子注入層を有機層と電子注入
電極（陰極）の間に配置することで、発光層へ電子を効
率よく注入することができ、発光効率が向上するととも
に駆動電圧が低下する。

【００３４】また、好ましくは高抵抗の無機電子注入層
の第２成分を、全成分に対して０．２〜４０ mol％含有
させて導電パスを形成することにより、電子注入電極か
ら発光層側の有機層へ効率よく電子を注入することがで
きる。しかも、有機層から電子注入電極へのホールの移
動を抑制することができ、発光層でのホールと電子との
再結合を効率よく行わせることができる。また、無機材
料の有するメリットと、有機材料の有するメリットとを
併せもった有機ＥＬ素子とすることができる。本発明の
有機ＥＬ素子は、従来の有機電子注入層を有する素子と
同等かそれ以上の輝度が得られ、しかも、耐熱性、耐候
性が高いので従来のものよりも寿命が長く、リークやダ
ークスポットの発生も少ない。また、比較的高価な有機
物質ばかりではなく、安価で入手しやすく製造が容易な
無機材料も用いることで、製造コストを低減することも
できる。

【００３５】高抵抗の無機電子注入層は、その抵抗率が
好ましくは１〜１×１０¹¹Ω・cm、特に１×１０³〜１
×１０⁸Ω・cmである。無機電子注入層の抵抗率を上記
範囲とすることにより、高い電子ブロック性を維持した
まま電子注入効率を飛躍的に向上させることができる。
無機電子注入層の抵抗率は、シート抵抗と膜厚からも求
めることができる。

【００３６】高抵抗の無機電子注入層は、好ましくは第
１成分として仕事関数４eV以下、より好ましくは１〜４
eVであって、好ましくはＬｉ，Ｎａ，Ｋ，Ｒｂ，Ｃｓお
よびＦｒから選択される１種以上のアルカリ金属元素、
または、好ましくはＭｇ，ＣａおよびＳｒから選択され
る１種以上のアルカリ土類金属元素、または、好ましく
はＬａおよびＣｅから選択される１種以上のランタノイ
ド系元素のいずれかの酸化物を含有する。これらのなか
でも、特に酸化リチウム、酸化マグネシウム、酸化カル
シウム、酸化セリウムが好ましい。これらを混合して用
いる場合の混合比は任意である。また、これらの混合物
中には酸化リチウムがＬｉ₂Ｏ換算で、５０ mol％以上
含有されていることが好ましい。

【００３７】高抵抗の無機電子注入層は、さらに第２成
分としてＺｎ，Ｓｎ，Ｖ，Ｒｕ，ＳｍおよびＩｎから選
択される１種以上の元素を含有する。この場合の第２成
分の含有量は、好ましくは０．２〜４０ mol％、より好
ましくは１〜２０ mol％である。含有量がこれより少な
いと電子注入機能が低下し、含有量がこれを超えるとホ
ールブロック機能が低下してくる。２種以上を併用する
場合、合計の含有量は上記の範囲にすることが好まし
い。第２成分は金属元素の状態でも、酸化物の状態であ
ってもよい。

【００３８】高抵抗である第１成分中に導電性（低抵
抗）の第２成分を含有させることにより、絶縁性物質中
に導電物質が島状に存在するようになり、電子注入のた
めのホッピングパスが形成されるものと考えられる。

【００３９】上記第１成分の酸化物は通常化学量論組成
（stoichiometric composition）であるが、これから多
少偏倚して非化学量論的組成（non-stoichiometry）と
なっていてもよい。また、第２成分も、通常、酸化物と
して存在するが、この酸化物も同様である。

【００４０】高抵抗の無機電子注入層には、他に、不純
物として、Ｈやスパッタガスに用いるＮｅ、Ａｒ、Ｋ
ｒ、Ｘｅ等を合計５at％以下含有していてもよい。

【００４１】なお、無機電子注入層全体の平均値として
このような組成であれば、均一でなくてもよく、膜厚方
向に濃度勾配を有する構造としてもよい。

【００４２】高抵抗の無機電子注入層は、通常、非晶質
状態である。

【００４３】高抵抗の無機電子注入層の膜厚としては、
好ましくは０．３〜３０nm、特に１〜２０nm程度が好ま
しい。電子注入層がこれより薄くても厚くても、電子注
入層としての機能を十分に発揮できなくなくなってく
る。

【００４４】高抵抗の無機電子注入層に変えて下記の無
機絶縁性電子注入輸送層を設けてもよい。

【００４５】無機絶縁性電子注入輸送層は、陰電極から
の電子の注入を容易にする機能、電子を安定に輸送する
機能およびホールを妨げる機能を有するものである。こ
の層は、発光層に注入されるホールや電子を増大・閉じ
こめさせ、再結合領域を最適化させ、発光効率を改善す
る。

【００４６】すなわち、無機絶縁性電子注入輸送層を、
下記主成分等により構成することにより、特別に電子注
入機能を有する電極を形成する必要がなく、比較的安定
性が高く、導電率の良好な金属電極を用いることができ
る。そして、電子注入効率が向上し、発光効率が向上す
ると共に、素子の寿命が延びることになる。

【００４７】無機絶縁性電子注入輸送層は、主成分とし
て酸化リチウム（Ｌｉ₂Ｏ）、酸化ルビジウム（Ｒｂ
₂Ｏ）、酸化カリウム（Ｋ₂Ｏ）、酸化ナトリウム（Ｎａ
₂Ｏ）、酸化セシウム（Ｃｓ₂Ｏ）、酸化ストロンチウム
（ＳｒＯ）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、および酸化
カルシウム（ＣａＯ）の１種または２種以上を含有す
る。これらは単独で用いてもよいし、２種以上を混合し
て用いてもよく、２種以上を用いる場合の混合比は任意
である。また、これらのなかでは酸化ストロンチウムが
最も好ましく、次いで酸化マグネシウム、酸化カルシウ
ム、さらに酸化リチウム（Ｌｉ₂Ｏ）の順で好ましく、
次いで酸化ルビジウム（Ｒｂ₂Ｏ）、次いで酸化カリウ
ム（Ｋ₂Ｏ）、および酸化ナトリウム（Ｎａ₂Ｏ）が好ま
しい。これらを混合して用いる場合には、これらのなか
で酸化ストロンチウムが４０ mol％以上、または酸化リ
チウムと酸化ルビジウムの総計が４０ mol％以上、特に
５０ mol％以上含有されていることが好ましい。

【００４８】無機絶縁性電子注入輸送層は、好ましくは
安定剤として酸化シリコン（ＳｉＯ ₂）、および／また
は酸化ゲルマニウム（ＧｅＯ₂）を含有する。これらは
いずれか一方を用いてもよいし、両者を混合して用いて
もよく、その際の混合比は任意である。

【００４９】上記の各酸化物は、通常、化学量論的組成
（stoichiometric composition）であるが、これから多
少偏倚し、非化学量論的組成（non-stoichiometry）と
なっていてもよい。

【００５０】また、本発明の無機絶縁性電子注入輸送層
は、好ましくは上記各構成成分が全成分に対して、Ｓｒ
Ｏ、ＭｇＯ、ＣａＯ、Ｌｉ₂Ｏ、Ｒｂ₂Ｏ、Ｋ₂Ｏ、Ｎａ₂
Ｏ、Ｃｓ₂Ｏ、ＳｉＯ₂、ＧｅＯ₂に換算して、主成分：８０〜９９ mol％、より好ましくは９０〜９５
mol％、安定剤：１〜２０ mol％、より好ましくは５〜１０
mol％、含有する。

【００５１】無機絶縁性電子注入輸送層の膜厚として
は、好ましくは０．１〜２nm、より好ましくは０．３〜
０．８nmである。

【００５２】本発明の有機ＥＬ素子は、例えば図１に示
すように、基板１／ホール注入電極２／高抵抗の無機ホ
ール注入層４／発光層５／無機または有機の電子注入輸
送層６／陰電極（電子注入電極）３とが順次積層された
構成とするとよい。また、例えば図２に示すように、基
板１／陰電極（電子注入電極）３／無機または有機の電
子注入輸送層６／発光層５／高抵抗の無機ホール注入層
４／ホール注入電極２と、通常の積層構成とは逆に積層
された構成とすることもできる。逆積層とすることによ
り、基板と反対側からの光取り出しが容易になる。な
お、この場合、高抵抗の無機ホール注入層を積層する
際、有機層等がアッシングされ、ダメージを受ける恐れ
があるので、最初に酸素を加えることなく薄く積層し、
さらに酸素を加えて厚く積層してもよい。この場合、酸
素を加えないときの膜厚は全体の１／５〜１／２程度と
する。図１、２において、ホール注入電極２と電子注入
電極３の間には、駆動電源Ｅが接続されている。なお、
上記発光層５は、広義の発光層を表し、電子輸送層、狭
義の発光層、ホール輸送層等を含む。

【００５３】また、上記発明の素子は、電極層／無機物
層および発光層／電極層／無機物層および発光層／電極
層／無機物層および発光層／電極層・・・と多段に重ね
てもよい。このような素子構造により、発光色の色調調
整や多色化を行うことができる。

【００５４】ホール注入電極材料は、ホール注入層へホ
ールを効率よく注入することのできるものが好ましく、
具体的には、錫ドープ酸化インジウム（ＩＴＯ）、亜鉛
ドープ酸化インジウム（ＩＺＯ）、酸化インジウム（Ｉ
ｎ₂Ｏ₃）、酸化スズ（ＳｎＯ ₂）および酸化亜鉛（Ｚｎ
Ｏ）のいずれかを主組成としたものが好ましい。これら
の酸化物はその化学量論組成から多少偏倚していてもよ
い。ＩＴＯでのＩｎ₂Ｏ₃に対するＳｎＯ₂の混合比は、
１〜２０wt％、さらには５〜１２wt％が好ましい。ま
た、ＩＺＯでのＩｎ₂Ｏ₃に対するＺｎＯの混合比は、通
常、１２〜３２wt％程度である。ホール注入電極は、酸
化シリコン（ＳｉＯ₂）を含有していてもよい。酸化シ
リコン（ＳｉＯ₂）の含有量は、ＩＴＯに対するＳｉＯ₂
の mol比で０．５〜１０％程度が好ましい。

【００５５】光を取り出す側の電極は、発光波長帯域、
通常４００〜７００nm、特に各発光光に対する光透過率
が５０％以上、より好ましくは６０％以上、特に８０％
以上、さらには９０％以上であることが好ましい。透過
率が低くなると、発光層からの発光自体が減衰され、発
光素子として必要な輝度を得難くなってくる。なお、コ
ントラスト比を向上させたりして視認性を向上させる目
的等のため、比較的低い透過率とする場合もある。

【００５６】電極の厚さは、５０〜５００nm、特に５０
〜３００nmの範囲が好ましい。また、その上限は特に制
限はないが、あまり厚いと透過率の低下や剥離などの心
配が生じる。厚さが薄すぎると、十分な効果が得られ
ず、製造時の膜強度等の点でも問題がある。

【００５７】電子注入電極（陰電極）は、高抵抗の無機
電子注入層、無機絶縁性電子注入輸送層との組み合わせ
では、低仕事関数で電子注入性を有している必要がない
ため、特に限定される必要はなく、通常の金属を用いる
ことができる。なかでも、導電率や扱い易さの点で、Ａ
ｌ，Ａｇ，Ｉｎ，Ｔｉ，Ｃｕ，Ａｕ，Ｍｏ，Ｗ，Ｐｔ，
ＰｄおよびＮｉ、特にＡｌ，Ａｇから選択される１種ま
たは２種等の金属元素が好ましい。

【００５８】これら陰電極薄膜の厚さは、電子を高抵抗
の無機電子注入輸送層に与えることのできる一定以上の
厚さとすれば良く、５０nm以上、好ましくは１００nm以
上とすればよい。また、その上限値には特に制限はない
が、通常膜厚は５０〜５００nm程度とすればよい。

【００５９】また、電子注入電極として必要に応じて下
記のものを用いてもよい。例えば、Ｋ、Ｌｉ、Ｎａ、Ｍ
ｇ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｚｒ
等の金属元素単体、または安定性を向上させるためにそ
れらを含む２成分、３成分の合金系、例えばＡｇ・Ｍｇ
（Ａｇ：０．１〜５０at％）、Ａｌ・Ｌｉ（Ｌｉ：０．
０１〜１４at％）、Ｉｎ・Ｍｇ（Ｍｇ：５０〜８０at
％）、Ａｌ・Ｃａ（Ｃａ：０．０１〜２０at％）等が挙
げられる。

【００６０】電子注入電極薄膜の厚さは、電子注入を十
分行える一定以上の厚さとすれば良く、０．１nm以上、
好ましくは０．５nm以上、特に好ましくは１nm以上とす
ればよい。また、その上限値には特に制限はないが、通
常膜厚は１〜５００nm程度とすればよい。電子注入電極
の上には、さらに補助電極（保護電極）を設けてもよ
い。

【００６１】補助電極の厚さは、電子注入効率を確保
し、水分や酸素あるいは有機溶媒の進入を防止するた
め、一定以上の厚さとすればよく、好ましくは５０nm以
上、さらには１００nm以上、特に１００〜５００nmの範
囲が好ましい。補助電極層が薄すぎると、その効果が得
られず、また、補助電極層の段差被覆性が低くなってし
まい、端子電極との接続が十分ではなくなる。一方、補
助電極層が厚すぎると、補助電極層の応力が大きくなる
ため、ダークスポットの成長速度が速くなってしまう。

【００６２】補助電極は、組み合わせる電子注入電極の
材質により最適な材質を選択して用いればよい。例え
ば、電子注入効率を確保することを重視するのであれば
Ａｌ等の低抵抗の金属を用いればよく、封止性を重視す
る場合には、ＴｉＮ等の金属化合物を用いてもよい。

【００６３】電子注入電極と補助電極とを併せた全体の
厚さとしては、特に制限はないが、通常５０〜５００nm
程度とすればよい。

【００６４】発光層は、少なくとも発光機能に関与する
１種類、または２種類以上の有機化合物薄膜の積層膜か
らなる。

【００６５】発光層は、ホール（正孔）および電子の注
入機能、それらの輸送機能、ホールと電子の再結合によ
り励起子を生成させる機能を有する。発光層には、比較
的電子的にニュートラルな化合物を用いることで、電子
とホールを容易かつバランスよく注入・輸送することが
できる。

【００６６】有機の電子注入輸送層は、電子注入電極か
らの電子の注入を容易にする機能、電子を安定に輸送す
る機能およびホールを妨げる機能を有するものである。
この層は、発光層に注入されるホールや電子を増大・閉
じこめさせ、再結合領域を最適化させ、発光効率を改善
する。

【００６７】発光層の厚さ、電子注入輸送層の厚さは、
特に制限されるものではなく、形成方法によっても異な
るが、通常５〜５００nm程度、特に１０〜３００nmとす
ることが好ましい。

【００６８】電子注入輸送層の厚さは、再結合・発光領
域の設計によるが、発光層の厚さと同程度または１／１
０〜１０倍程度とすればよい。電子の注入層と輸送層と
を分ける場合は、注入層は１nm以上、輸送層は１nm以上
とするのが好ましい。このときの注入層、輸送層の厚さ
の上限は、通常、注入層で５００nm程度、輸送層で５０
０nm程度である。このような膜厚については、注入輸送
層を２層設けるときも同じである。

【００６９】有機ＥＬ素子の発光層には、発光機能を有
する化合物である蛍光性物質を含有させる。このような
蛍光性物質としては、例えば、特開昭６３−２６４６９
２号公報に開示されているような化合物、例えばキナク
リドン、ルブレン、スチリル系色素等の化合物から選択
される少なくとも１種が挙げられる。また、トリス（８
−キノリノラト）アルミニウム等の８−キノリノールま
たはその誘導体を配位子とする金属錯体色素などのキノ
リン誘導体、テトラフェニルブタジエン、アントラセ
ン、ペリレン、コロネン、１２−フタロペリノン誘導体
等が挙げられる。さらには、特開平８−１２６００号公
報（特願平６−１１０５６９号）に記載のフェニルアン
トラセン誘導体、特開平８−１２９６９号公報（特願平
６−１１４４５６号）に記載のテトラアリールエテン誘
導体等を用いることができる。

【００７０】また、それ自体で発光が可能なホスト物質
と組み合わせて使用することが好ましく、ドーパントと
しての使用が好ましい。このような場合の発光層におけ
る化合物の含有量は０．０１〜１０体積％、さらには
０．１〜５体積％であることが好ましい。また、ルブレ
ン系では０．０１〜２０体積％が好ましい。ホスト物質
と組み合わせて使用することによって、ホスト物質の発
光波長特性を変化させることができ、長波長に移行した
発光が可能になるとともに、素子の発光効率や安定性が
向上する。

【００７１】ホスト物質としては、キノリノラト錯体が
好ましく、さらには８−キノリノールまたはその誘導体
を配位子とするアルミニウム錯体が好ましい。このよう
なアルミニウム錯体としては、特開昭６３−２６４６９
２号、特開平３−２５５１９０号、特開平５−７０７３
３号、特開平５−２５８８５９号、特開平６−２１５８
７４号等に開示されているものを挙げることができる。

【００７２】具体的には、まず、トリス（８−キノリノ
ラト）アルミニウム、ビス（８−キノリノラト）マグネ
シウム、ビス（ベンゾ｛ｆ｝−８−キノリノラト）亜
鉛、ビス（２−メチル−８−キノリノラト）アルミニウ
ムオキシド、トリス（８−キノリノラト）インジウム、
トリス（５−メチル−８−キノリノラト）アルミニウ
ム、８−キノリノラトリチウム、トリス（５−クロロ−
８−キノリノラト）ガリウム、ビス（５−クロロ−８−
キノリノラト）カルシウム、５，７−ジクロル−８−キ
ノリノラトアルミニウム、トリス（５，７−ジブロモ−
８−ヒドロキシキノリノラト）アルミニウム、ポリ［亜
鉛（II）−ビス（８−ヒドロキシ−５−キノリニル）メ
タン］等がある。

【００７３】また、８−キノリノールまたはその誘導体
のほかに他の配位子を有するアルミニウム錯体であって
もよく、このようなものとしては、ビス（２−メチル−
８−キノリノラト）（フェノラト）アルミニウム(III)
、ビス（２−メチル−８−キノリノラト）（オルト−
クレゾラト）アルミニウム(III) 、ビス（２−メチル−
８−キノリノラト）（メタークレゾラト）アルミニウム
(III) 、ビス（２−メチル−８−キノリノラト）（パラ
−クレゾラト）アルミニウム(III) 、ビス（２−メチル
−８−キノリノラト）（オルト−フェニルフェノラト）
アルミニウム(III) 、ビス（２−メチル−８−キノリノ
ラト）（メタ−フェニルフェノラト）アルミニウム(II
I) 、ビス（２−メチル−８−キノリノラト）（パラ−
フェニルフェノラト）アルミニウム(III) 、ビス（２−
メチル−８−キノリノラト）（２，３−ジメチルフェノ
ラト）アルミニウム(III) 、ビス（２−メチル−８−キ
ノリノラト）（２，６−ジメチルフェノラト）アルミニ
ウム(III) 、ビス（２−メチル−８−キノリノラト）
（３，４−ジメチルフェノラト）アルミニウム(III) 、
ビス（２−メチル−８−キノリノラト）（３，５−ジメ
チルフェノラト）アルミニウム(III) 、ビス（２−メチ
ル−８−キノリノラト）（３，５−ジ−tert−ブチルフ
ェノラト）アルミニウム(III) 、ビス（２−メチル−８
−キノリノラト）（２，６−ジフェニルフェノラト）ア
ルミニウム(III) 、ビス（２−メチル−８−キノリノラ
ト）（２，４，６−トリフェニルフェノラト）アルミニ
ウム(III) 、ビス（２−メチル−８−キノリノラト）
（２，３，６−トリメチルフェノラト）アルミニウム(I
II) 、ビス（２−メチル−８−キノリノラト）（２，
３，５，６−テトラメチルフェノラト）アルミニウム(I
II) 、ビス（２−メチル−８−キノリノラト）（１−ナ
フトラト）アルミニウム(III) 、ビス（２−メチル−８
−キノリノラト）（２−ナフトラト）アルミニウム(II
I) 、ビス（２，４−ジメチル−８−キノリノラト）
（オルト−フェニルフェノラト）アルミニウム(III) 、
ビス（２，４−ジメチル−８−キノリノラト）（パラ−
フェニルフェノラト）アルミニウム(III) 、ビス（２，
４−ジメチル−８−キノリノラト）（メタ−フェニルフ
ェノラト）アルミニウム(III) 、ビス（２，４−ジメチ
ル−８−キノリノラト）（３，５−ジメチルフェノラ
ト）アルミニウム(III) 、ビス（２，４−ジメチル−８
−キノリノラト）（３，５−ジ−tert−ブチルフェノラ
ト）アルミニウム(III) 、ビス（２−メチル−４−エチ
ル−８−キノリノラト）（パラ−クレゾラト）アルミニ
ウム(III) 、ビス（２−メチル−４−メトキシ−８−キ
ノリノラト）（パラ−フェニルフェノラト）アルミニウ
ム(III) 、ビス（２−メチル−５−シアノ−８−キノリ
ノラト）（オルト−クレゾラト）アルミニウム(III) 、
ビス（２−メチル−６−トリフルオロメチル−８−キノ
リノラト）（２−ナフトラト）アルミニウム(III) 等が
ある。

【００７４】このほか、ビス（２−メチル−８−キノリ
ノラト）アルミニウム(III) −μ−オキソ−ビス（２−
メチル−８−キノリノラト）アルミニウム(III) 、ビス
（２，４−ジメチル−８−キノリノラト）アルミニウム
(III) −μ−オキソ−ビス（２，４−ジメチル−８−キ
ノリノラト）アルミニウム(III) 、ビス（４−エチル−
２−メチル−８−キノリノラト）アルミニウム(III) −
μ−オキソ−ビス（４−エチル−２−メチル−８−キノ
リノラト）アルミニウム(III) 、ビス（２−メチル−４
−メトキシキノリノラト）アルミニウム(III) −μ−オ
キソ−ビス（２−メチル−４−メトキシキノリノラト）
アルミニウム(III) 、ビス（５−シアノ−２−メチル−
８−キノリノラト）アルミニウム(III) −μ−オキソ−
ビス（５−シアノ−２−メチル−８−キノリノラト）ア
ルミニウム(III) 、ビス（２−メチル−５−トリフルオ
ロメチル−８−キノリノラト）アルミニウム(III) −μ
−オキソ−ビス（２−メチル−５−トリフルオロメチル
−８−キノリノラト）アルミニウム(III) 等であっても
よい。

【００７５】このほかのホスト物質としては、特開平８
−１２６００号公報（特願平６−１１０５６９号）に記
載のフェニルアントラセン誘導体や特開平８−１２９６
９号公報（特願平６−１１４４５６号）に記載のテトラ
アリールエテン誘導体なども好ましい。

【００７６】発光層は電子注入輸送層を兼ねたものであ
ってもよく、このような場合はトリス（８−キノリノラ
ト）アルミニウム等を使用することが好ましい。これら
の蛍光性物質を蒸着すればよい。

【００７７】また、発光層は、必要に応じて、少なくと
も１種のホール注入輸送性化合物と少なくとも１種の電
子注入輸送性化合物との混合層とすることも好ましく、
さらにはこの混合層中にドーパントを含有させることが
好ましい。このような混合層における化合物の含有量
は、０．０１〜２０体積％、さらには０．１〜１５体積
％とすることが好ましい。

【００７８】混合層では、キャリアのホッピング伝導パ
スができるため、各キャリアは極性的に有利な物質中を
移動し、逆の極性のキャリア注入は起こりにくくなるた
め、有機化合物がダメージを受けにくくなり、素子寿命
がのびるという利点がある。また、前述のドーパントを
このような混合層に含有させることにより、混合層自体
のもつ発光波長特性を変化させることができ、発光波長
を長波長に移行させることができるとともに、発光強度
を高め、素子の安定性を向上させることもできる。

【００７９】混合層に用いられるホール注入輸送性の化
合物および電子注入輸送性の化合物は、各々、後述のホ
ール注入輸送性の化合物および電子注入輸送性の化合物
の中から選択すればよい。なかでも、ホール注入輸送性
の化合物としては、強い蛍光を持ったアミン誘導体、例
えばホール輸送材料であるトリフェニルジアミン誘導
体、さらにはスチリルアミン誘導体、芳香族縮合環を持
つアミン誘導体を用いるのが好ましい。

【００８０】電子注入輸送性の化合物としては、キノリ
ン誘導体、さらには８−キノリノールないしその誘導体
を配位子とする金属錯体、特にトリス（８−キノリノラ
ト）アルミニウム（Ａｌｑ3 ）を用いることが好まし
い。また、上記のフェニルアントラセン誘導体、テトラ
アリールエテン誘導体を用いるのも好ましい。

【００８１】ホール注入輸送性の化合物としては、強い
蛍光を持ったアミン誘導体、例えば上記のホール注入輸
送性材料であるトリフェニルジアミン誘導体、さらには
スチリルアミン誘導体、芳香族縮合環を持つアミン誘導
体を用いるのが好ましい。

【００８２】この場合の混合比は、それぞれのキャリア
移動度とキャリア濃度によるが、一般的には、ホール注
入輸送性の化合物／電子注入輸送性の化合物の重量比
が、１／９９〜９９／１、さらに好ましくは１０／９０
〜９０／１０、特に好ましくは２０／８０〜８０／２０
程度となるようにすることが好ましい。

【００８３】また、混合層の厚さは、分子層一層に相当
する厚み以上で、有機化合物層の膜厚未満とすることが
好ましい。具体的には１〜８５nmとすることが好まし
く、さらには５〜６０nm、特には５〜５０nmとすること
が好ましい。

【００８４】また、混合層の形成方法としては、異なる
蒸着源より蒸発させる共蒸着が好ましいが、蒸気圧（蒸
発温度）が同程度あるいは非常に近い場合には、予め同
じ蒸着ボード内で混合させておき、蒸着することもでき
る。混合層は化合物同士が均一に混合している方が好ま
しいが、場合によっては、化合物が島状に存在するもの
であってもよい。発光層は、一般的には、有機蛍光物質
を蒸着するか、あるいは、樹脂バインダー中に分散させ
てコーティングすることにより、発光層を所定の厚さに
形成する。

【００８５】電子注入輸送層には、トリス（８−キノリ
ノラト）アルミニウム（Ａｌｑ3 ）等の８−キノリノー
ルまたはその誘導体を配位子とする有機金属錯体などの
キノリン誘導体、オキサジアゾール誘導体、ペリレン誘
導体、ピリジン誘導体、ピリミジン誘導体、キノキサリ
ン誘導体、ジフェニルキノン誘導体、ニトロ置換フルオ
レン誘導体等を用いることができる。電子注入輸送層は
発光層を兼ねたものであってもよく、このような場合は
トリス（８−キノリノラト）アルミニウム等を使用する
ことが好ましい。電子注入輸送層の形成は、発光層と同
様に、蒸着等によればよい。

【００８６】電子注入輸送層を電子注入層と電子輸送層
とに分けて積層する場合には、電子注入輸送層用の化合
物の中から好ましい組み合わせを選択して用いることが
できる。このとき、電子注入電極側から電子親和力の値
の大きい化合物の順に積層することが好ましい。このよ
うな積層順については、電子注入輸送層を２層以上設け
るときも同様である。

【００８７】有機のホール注入輸送層、発光層および電
子注入輸送層の形成には、均質な薄膜が形成できること
から、真空蒸着法を用いることが好ましい。真空蒸着法
を用いた場合、アモルファス状態または結晶粒径が０．
２μm 以下の均質な薄膜が得られる。結晶粒径が０．２
μm を超えていると、不均一な発光となり、素子の駆動
電圧を高くしなければならなくなり、ホールの注入効率
も著しく低下する。

【００８８】真空蒸着の条件は特に限定されないが、１
０^-4Pa以下の真空度とし、蒸着速度は０．０１〜１nm／
sec 程度とすることが好ましい。また、真空中で連続し
て各層を形成することが好ましい。真空中で連続して形
成すれば、各層の界面に不純物が吸着することを防げる
ため、高特性が得られる。また、素子の駆動電圧を低く
したり、ダークスポットの発生・成長を抑制したりする
ことができる。

【００８９】これら各層の形成に真空蒸着法を用いる場
合において、１層に複数の化合物を含有させる場合、化
合物を入れた各ボートを個別に温度制御して共蒸着する
ことが好ましい。

【００９０】さらに、素子の有機層や電極の酸化を防ぐ
ために、素子を封止板等により封止することが好まし
い。封止板は、湿気の侵入を防ぐために、接着性樹脂層
を用いて、基板に接着し、密封する。封止ガスは、Ａ
ｒ、Ｈｅ、Ｎ₂等の不活性ガス等が好ましい。また、こ
の封止ガスの水分含有量は、１００ppm 以下、より好ま
しくは１０ppm 以下、特に１ppm 以下であることが好ま
しい。この水分含有量に下限値は特にないが、通常０．
１ppm 程度である。

【００９１】封止板の材料としては、好ましくは平板状
であって、ガラスや石英、樹脂等の透明ないし半透明材
料が挙げられるが、特にガラスが好ましい。このような
ガラス材として、コストの面からアルカリガラスが好ま
しいが、この他、ソーダ石灰ガラス、鉛アルカリガラ
ス、ホウケイ酸ガラス、アルミノケイ酸ガラス、シリカ
ガラス等のガラス組成のものも好ましい。特に、ソーダ
ガラスで、表面処理の無いガラス材が安価に使用でき、
好ましい。封止板としては、ガラス板以外にも、金属
板、プラスチック板等を用いることもできる。

【００９２】封止板は、スペーサーを用いて高さを調整
し、所望の高さに保持してもよい。スペーサーの材料と
しては、樹脂ビーズ、シリカビーズ、ガラスビーズ、ガ
ラスファイバー等が挙げられ、特にガラスビーズ等が好
ましい。スペーサーは、通常、粒径の揃った粒状物であ
るが、その形状は特に限定されるものではなく、スペー
サーとしての機能に支障のないものであれば種々の形状
であってもよい。その大きさとしては、円換算の直径が
１〜２０μm 、より好ましくは１〜１０μm 、特に２〜
８μm が好ましい。このような直径のものは、粒長１０
０μm 以下程度であることが好ましく、その下限は特に
規制されるものではないが、通常直径と同程度以上であ
る。

【００９３】なお、封止板に凹部を形成した場合には、
スペーサーは使用しても、使用しなくてもよい。使用す
る場合の好ましい大きさとしては、前記範囲でよいが、
特に２〜８μm の範囲が好ましい。

【００９４】スペーサーは、予め封止用接着剤中に混入
されていても、接着時に混入してもよい。封止用接着剤
中におけるスペーサーの含有量は、好ましくは０．０１
〜３０wt％、より好ましくは０．１〜５wt％である。

【００９５】接着剤としては、安定した接着強度が保
て、気密性が良好なものであれば特に限定されるもので
はないが、カチオン硬化タイプの紫外線硬化型エポキシ
樹脂接着剤を用いることが好ましい。

【００９６】本発明において、有機ＥＬ構造体を形成す
る基板としては、例えばガラス、石英等の非晶質基板、
例えばＳｉ、ＧａＡｓ、ＺｎＳｅ、ＺｎＳ、ＧａＰ、Ｉ
ｎＰ等の結晶基板が挙げられ、また、これらの結晶基板
に結晶質、非晶質あるいは金属のバッファ層を形成した
基板も用いることができる。また、金属基板としては、
Ｍｏ、Ａｌ、Ｐｔ、Ｉｒ、Ａｕ、Ｐｄ等を用いることが
でき、好ましくはガラス基板が用いられる。基板は、通
常光取り出し側となるため、上記電極と同様な光透過性
を有することが好ましい。

【００９７】さらに、本発明素子を、平面上に多数並べ
てもよい。平面上に並べられたそれぞれの素子の発光色
を変えて、カラーのディスプレーにすることができる。

【００９８】基板に色フィルター膜や蛍光性物質を含む
色変換膜、あるいは誘電体反射膜を用いて発光色をコン
トロールしてもよい。

【００９９】色フィルター膜には、液晶ディスプレイ等
で用いられているカラーフィルターを用いれば良いが、
有機ＥＬ素子の発光する光に合わせてカラーフィルター
の特性を調整し、取り出し効率・色純度を最適化すれば
よい。

【０１００】また、ＥＬ素子材料や蛍光変換層が光吸収
するような短波長の外光をカットできるカラーフィルタ
ーを用いれば、素子の耐光性・表示のコントラストも向
上する。

【０１０１】また、誘電体多層膜のような光学薄膜を用
いてカラーフィルターの代わりにしても良い。

【０１０２】蛍光変換フィルター膜は、ＥＬ発光の光を
吸収し、蛍光変換膜中の蛍光体から光を放出させること
で、発光色の色変換を行うものであるが、組成として
は、バインダー、蛍光材料、光吸収材料の三つから形成
される。

【０１０３】蛍光材料は、基本的には蛍光量子収率が高
いものを用いれば良く、ＥＬ発光波長域に吸収が強いこ
とが望ましい。実際には、レーザー色素などが適してお
り、ローダミン系化合物・ペリレン系化合物・シアニン
系化合物・フタロシアニン系化合物（サブフタロシアニ
ン等も含む）ナフタロイミド系化合物・縮合環炭化水素
系化合物・縮合複素環系化合物・スチリル系化合物・ク
マリン系化合物等を用いればよい。

【０１０４】バインダーは、基本的に蛍光を消光しない
ような材料を選べば良く、フォトリソグラフィー・印刷
等で微細なパターニングが出来るようなものが好まし
い。また、基板上にホール注入電極と接する状態で形成
される場合、ホール注入電極（ＩＴＯ、ＩＺＯ）の成膜
時にダメージを受けないような材料が好ましい。

【０１０５】光吸収材料は、蛍光材料の光吸収が足りな
い場合に用いるが、必要のない場合は用いなくても良
い。また、光吸収材料は、蛍光性材料の蛍光を消光しな
いような材料を選べば良い。

【０１０６】本発明の有機ＥＬ素子は、通常、直流駆動
型、パルス駆動型のＥＬ素子として用いられる。印加電
圧は、通常、２〜３０V 程度とされる。

【０１０７】本発明の有機ＥＬ素子は、ディスプレイと
しての応用の他、例えばメモり読み出し／書き込み等に
利用される光ピックアップ、光通信の伝送路中における
中継装置、フォトカプラ等、種々の光応用デバイスに用
いることができる。

【０１０８】

【実施例】以下、本発明の具体的実施例を示し、本発明
をさらに詳細に説明する。＜実施例１＞ガラス基板としてコーニング社製商品名７
０５９基板を中性洗剤を用いてスクラブ洗浄した。

【０１０９】この基板上にＩＴＯ酸化物ターゲットを用
いＲＦマグネトロンスパッタリング法により、基板温度
２５０℃で、膜厚２００nmのＩＴＯホール注入電極層を
形成した。

【０１１０】ＩＴＯ電極層等が形成された基板の表面を
ＵＶ／Ｏ₃洗浄した後、スパッタ装置の基板ホルダーに
固定して、槽内を１×１０^-4Pa以下まで減圧した。

【０１１１】次いで、ターゲットにＧｅＯ₂と、この上
に所定の大きさのＩｎ₂Ｏ₃（抵抗率：１×１０³Ω・c
m）のペレットを配置して用い、高抵抗の無機ホール注
入層を２０nmの膜厚に成膜した。このときのスパッタガ
スはＡｒ：３０sccm、Ｏ₂：５sccmで、室温（２５℃）
下、成膜レート１nm／min 、動作圧力０．２〜２Pa、投
入電力５００Ｗとした。成膜した無機ホール注入層の組
成は、ＧｅＯ_1.9にＩｎ₂Ｏ₃を２ mol％含有するもので
あった。

【０１１２】さらに、減圧を保ったまま、Ｎ，Ｎ，
Ｎ’，Ｎ’−テトラキス（ｍ−ビフェニル）−１，１’
−ビフェニル−４，４’−ジアミン（ＴＰＤ）と、トリ
ス（８−キノリノラト）アルミニウム（Ａｌｑ３）と、
ルブレンとを、全体の蒸着速度０．２nm/secとして１０
０nmの厚さに蒸着し、発光層とした。ＴＰＤ：Ａｌｑ３
＝１：１（体積比）、この混合物に対してルブレンを１
０体積％ドープした。

【０１１３】続けて、トリス（８−キノリノラト）アル
ミニウム（Ａｌｑ３）を蒸着速度０．２nm/secで３０nm
の厚さに蒸着し、有機の電子注入輸送層とした。

【０１１４】さらに、減圧を保ったまま、ＡｌＬｉ（Ｌ
ｉ：７at％）を５nmの厚さに蒸着し、Ａｌを２００nmの
厚さに蒸着して陰電極とした。最後にガラス封止して有
機ＥＬ素子を得た。

【０１１５】得られた有機ＥＬ素子を空気中で、１０mA
／cm²の定電流密度で駆動したところ、初期輝度は１４
５０cd／m²、駆動電圧７．８V であった。また、１０
０mA／cm²の電流密度で駆動し、加速試験を行ったとこ
ろ、輝度半減時間は２００時間以上であった。

【０１１６】また、４端子法により高抵抗の無機ホール
注入層のシート抵抗を測定したところ、膜厚１００nmで
のシート抵抗は１０ kΩ／cm²であり、抵抗率に換算す
ると１×１０⁹Ω・cmであった。

【０１１７】＜実施例２＞実施例１において、電子注入
輸送層を形成する際に、減圧を保ったまま、スパッタ装
置に移し、原料として酸化ストロンチウム（ＳｒＯ）、
酸化リチウム（Ｌｉ₂Ｏ）、酸化シリコン（ＳｉＯ₂）
を、全成分に対しそれぞれ、ＳｒＯ：８０ mol％Ｌｉ₂Ｏ：１０ mol％ＳｉＯ₂：１０ mol％となるように混合したターゲットを用い、無機電子注入
輸送層を０．８nmの膜厚に成膜した。このときの成膜条
件として、基板温度２５℃、スパッタガスＡｒ、成膜レ
ート１nm／min 、動作圧力０．５Pa、投入電力５Ｗ／cm
²とした。このとき、初めにスパッタガスをＡｒ：１０
０％として１００sccm供給しながら無機電子注入輸送層
を０．４nmの膜厚に成膜し、続けてＡｒ／Ｏ₂：１／１
として１００sccm供給しながら無機電子注入輸送層を
０．４nmの膜厚に成膜した。

【０１１８】さらに、減圧を保ったまま、Ａｌを２００
nmの厚さに蒸着して陰電極とした。最後にガラス封止し
て有機ＥＬ素子を得た。

【０１１９】得られた有機ＥＬ素子を実施例１と同様に
して評価したところ、実施例１のものより輝度半減時間
が向上し、他は同等であった。

【０１２０】＜実施例３＞実施例１において電子注入輸
送層を成膜する際に、基板をスパッタ装置に移し、Ｌｉ
₂ＯにＶを４ mol％混合したターゲットを用い、高抵抗
の無機電子注入層を１０nmの膜厚に成膜した。このとき
のスパッタガスはＡｒ：３０sccm、Ｏ₂：５sccmで、室
温（２５℃）下、成膜レート１nm／min 、動作圧力：
０．２〜２Pa、投入電力：５００Ｗとした。成膜した無
機電子注入層の組成は、ターゲットとほぼ同様であっ
た。

【０１２１】次いで、減圧を保ったまま、Ａｌを２００
nmの厚さに蒸着し、陰電極とし、最後にガラス封止して
有機ＥＬ素子を得た。

【０１２２】得られた有機ＥＬ素子を実施例１と同様に
して評価したところ、定電流密度での初期輝度、および
輝度半減時間が実施例２のものより向上した。

【０１２３】＜実施例４＞実施例１〜３において、高抵
抗の無機ホール注入輸送層を成膜する際にスパッタガス
のＯ₂流量、および膜組成によりターゲットを変えてそ
の主成分の組成をＳｉＯ_1.9、ＳｉＯ_1.7、ＳｉＯ_1.95、
ＧｅＯ_1.96、Ｓｉ_0.5Ｇｅ_0.5Ｏ_1.92とした他は実施例１
と同様にして有機ＥＬ素子を作製し、発光輝度を評価し
たところほぼ同等の結果が得られた。

【０１２４】＜実施例５＞実施例１〜３において、高抵
抗の無機ホール注入層の酸化物を、Ｉｎ₂Ｏ₃（１×１
０³Ω・cm）からＺｎＯ（１×１０⁴Ω・cm），ＲｕＯ₂
（１×１０^-4Ω・cm），Ｖ₂Ｏ₃（０．１Ω・cm）に代
えても同等の結果が得られた。

【０１２５】＜実施例６＞実施例２において、無機絶縁
性電子注入輸送層の主成分、安定剤を、それぞれ、Ｓｒ
ＯからＭｇＯ、ＣａＯ、またはこれらの混合酸化物に、
Ｌｉ₂ＯからＫ₂Ｏ、Ｒｂ₂Ｏ、Ｋ₂Ｏ、Ｎａ₂Ｏ、Ｃｓ
₂Ｏ、またはこれらの混合酸化物に、ＳｉＯ₂からＧｅＯ
₂、またはＳｉＯ₂とＧｅＯ₂の混合酸化物に代えたと
ころほぼ同様な結果が得られた。また、陰電極構成材料
を、ＡｌからＡｇ，Ｉｎ，Ｔｉ，Ｃｕ，Ａｕ，Ｍｏ，
Ｗ，Ｐｔ，Ｐｄ，Ｎｉ、またはこれらの合金としても同
様であった。

【０１２６】＜実施例７＞実施例３において、高抵抗の
無機電子注入層の組成を、Ｌｉ₂ＯからＮａ，Ｋ，Ｒ
ｂ，ＣｓおよびＦｒのアルカリ金属元素、またはＢｅ，
Ｍｇ，Ｃａ，Ｓｒ，ＢａおよびＲａのアルカリ土類金属
元素、またはＬａ，Ｃｅ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｐｍ，Ｓｍ，Ｅ
ｕ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｅｒ，Ｔｍ，Ｙｂおよび
Ｌｕのランタノイド系元素から選択される１種以上の元
素の酸化物に代えても同様の結果が得られた。

【０１２７】また、ＩｎからＲｕ，Ｚｎ，ＳｍおよびＩ
ｎから選択される１種以上の元素に代えても同様であっ
た。

【０１２８】＜比較例１＞実施例１において、ＩＴＯ電
極層等が形成された基板の表面をＵＶ／Ｏ₃洗浄した
後、真空蒸着装置の基板ホルダーに固定して、槽内を１
×１０^-4Pa以下まで減圧した。

【０１２９】減圧を保ったまま、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−
テトラキス（ｍ−ビフェニル）−１，１’−ビフェニル
−４，４’−ジアミン（ＴＰＤ）を全体の蒸着速度０．
２nm/secとして２００nmの厚さに蒸着し、ホール注入輸
送層とした。

【０１３０】その他は実施例１と同様にして有機ＥＬ素
子を得た。得られた有機ＥＬ素子を空気中で、１０mA／
cm²の定電流密度で駆動したところ、初期輝度は８００
cd／m²、駆動電圧７．５V であった。

【０１３１】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、ホール注
入効率に優れ、発光層でのホール・電子の再結合効率が
改善され、発光効率が高く、動作電圧が低く、しかも低
コストな有機ＥＬ素子を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の有機ＥＬ素子の構成例を示した概略断
面図である。

【図２】本発明の有機ＥＬ素子の他の構成例を示した概
略断面図である。

【図３】ホール輸送層を有する２層構造の有機ＥＬ素子
の概略断面図である。

【図４】ホール輸送層と電子輸送層とを有する３層構造
の有機ＥＬ素子の概略断面図である。

【符号の説明】

１基板２ホール注入電極３陰電極（電子注入電極）４高抵抗の無機ホール注入層５発光層６電子注入輸送層１１基板１２ホール注入電極１３電子注入電極１４ホール輸送層１５発光層１６電子輸送層Ｅ駆動電源

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者荒井三千男東京都中央区日本橋一丁目13番１号ティーディーケイ株式会社内Ｆターム(参考） 3K007 AB00 AB02 AB03 AB04 AB06 AB14 AB17 AB18 BB01 BB06 CA00 CA01 CA02 CA04 CB01 DA00 DB03 EB00 FA01 FA03

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ホール注入電極と、陰電極と、これらの
電極間に設けられた１層もしくは少なくとも２種以上の
有機材料で形成された少なくとも２層以上の有機層とを
有し、前記有機層の少なくとも１層は発光機能を有し、前記ホール注入電極と前記有機層との間には電子をブロ
ックするとともにホールを搬送する高抵抗の無機ホール
注入層を有し、この高抵抗の無機ホール注入層は、シリコンおよび／ま
たはゲルマニウムの酸化物を主成分とし、この主成分を
（Ｓｉ_1-xＧｅ_x）Ｏ_yと表したとき０≦ｘ≦１、１．７≦ｙ≦２．２であり、さらに、抵抗率１×１０¹⁰Ω・cm以下の導電性酸化物を
含有する有機ＥＬ素子。
【請求項２】前記高抵抗のホール注入層が含有する導
電性酸化物は、Ｉｎ，Ｚｎ，ＲｕおよびＶのいずれか１
種以上の酸化物である請求項１の有機ＥＬ素子。
【請求項３】前記高抵抗のホール注入層は、抵抗率が
１〜１×１０¹¹Ω・cmである請求項１または２の有機Ｅ
Ｌ素子。
【請求項４】前記導電性酸化物の含有量は、０．５〜
３０ mol％である請求項１〜３のいずれかの有機ＥＬ素
子。
【請求項５】前記高抵抗のホール注入層の膜厚は、
０．５〜２０nmである請求項１〜４のいずれかの有機Ｅ
Ｌ素子。
【請求項６】さらに、有機層と陰電極の間には、高抵
抗の無機電子注入層を有し、この高抵抗の無機電子注入層は、第１成分として仕事関
数４eV以下であって、アルカリ金属元素、およびアルカリ土類金属元素、およ
びランタノイド系元素から選択される１種以上の酸化物
と、第２成分として仕事関数３〜５eVの金属の１種以上とを
含有し、かつ、ホールをブロックするとともに電子を搬送するた
めの導通パスを有しする請求項１〜５のいずれかの有機
ＥＬ素子。
【請求項７】前記第２成分は、Ｚｎ，Ｓｎ，Ｖ，Ｒ
ｕ，ＳｍおよびＩｎから選択される１種以上である請求
項６の有機ＥＬ素子。
【請求項８】前記アルカリ金属元素は、Ｌｉ，Ｎａ，
Ｋ，Ｒｂ，ＣｓおよびＦｒの１種以上であり、アルカリ
土類金属元素は、Ｍｇ，ＣａおよびＳｒの１種以上であ
り、ランタノイド系元素はＬａおよびＣｅから選択され
る１種以上を有する請求項６または７の有機ＥＬ素子。
【請求項９】前記高抵抗の無機電子注入層は、第２成
分を全成分に対して、０．２〜４０ mol％含有する請求
項６〜８のいずれかの有機ＥＬ素子。
【請求項１０】前記高抵抗の無機電子注入層の膜厚
は、０．３〜３０nmである請求項６〜９のいずれかの有
機ＥＬ素子。
【請求項１１】前記有機層と陰電極との間には、無機
絶縁性電子注入輸送層を有し、この無機絶縁性電子注入輸送層は、主成分として酸化ス
トロンチウム、酸化マグネシウム、酸化カルシウム、酸
化リチウム、酸化ルビジウム、酸化カリウム、酸化ナト
リウム、および酸化セシウムから選択される１種または
２種以上の酸化物を含有する請求項１〜５のいずれかの
有機ＥＬ素子。
【請求項１２】前記無機絶縁性電子注入輸送層は、各
構成成分が全成分に対して、主成分：８０〜９９ mol％、安定剤：１〜２０ mol％含有する請求項１１の有機ＥＬ素子。
【請求項１３】前記無機絶縁性電子注入輸送層の膜厚
は、０．１〜２nmである請求項１１または１２の有機Ｅ
Ｌ素子。