JP4276109B2 - 有機エレクトロルミネッセント素子 - Google Patents

Description

本発明は、複数の有機ＥＬ発光体構造を備え、交流を印加することによりこれらの有機ＥＬ発光体構造を発光させる有機エレクトロルミネッセント素子（有機ＥＬ素子）に関する。

近年、有機半導体や有機導電体の研究が盛んに行われており、中でも有機半導体を使用する発光体である有機ＥＬ素子の進展がめざましい。

このような有機ＥＬ素子において、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（ホール輸送性有機物と電子輸送性有機物）を積層し、ホールと電子がそれぞれ陽極、陰極よりバランスよく注入される構造とし、しかも該陰極と陽極に挟まれた有機層の層厚を２０００Å以下とすることで、１０Ｖ以下の直流印加電圧で輝度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）、特開昭５９−１９４３９３号公報、特開昭６３−２６４６９２号公報、特開平２−１５５９５号公報、米国特許第４５３９５０７号明細書、同第４７６９２９２号明細書、同第４８８５２１１号明細書参照）。

また、最近では、従来の有機ＥＬデバイスの電極に挟まれた部分を複数積層して、回路的には直列に接続することで、素子の高効率化を図るアイディアが論文、及び特許文献中に散見されるに至っている（特開平１１−３２９７４８号公報、米国特許第６３３７４９２号明細書、特開２００３−４５６７６号公報、特開２００３−２６４０８５号公報、Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ，ｖｏｌ．８４，ｐ１６７（２００４）等参照）。

特に本出願人らは特開２００３−２７２８６０号公報において、１０²Ωｃｍ以上の比抵抗を有する電気絶縁性の電荷発生層を用いて複数の有機ＥＬ発光ユニットを回路的に直列に接続する手法を開示し、ＭＰＥ（Ｍｕｌｔｉ−Ｐｈｏｔｏｎ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ、マルチフォトンエミッション）有機ＥＬ素子と名付けて、学会、展示会等の機会を利用して発表、展示を行い高い評価を得てきた（第４９回応用物理学会関係連合講演会、講演予稿集２７ｐ−ＹＬ−３，ｐ．１３０８、第６３回応用物理学会学術講演会、講演予稿集２７ａ−ＺＬ−１２，ｐ．１１６５、Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ＥＬ２００２（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ ｔｈｅ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ Ｅｍｉｓｓｉｖｅ Ｄｉｓｐｌａｙ ａｎｄ Ｌｉｇｈｔｉｎｇ）ｐ．５３９、Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ＩＤＭＣ’０３（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ）Ｆｒ−２１−０１ ｐ．４１３、ＳＩＤ０３ ＤＩＧＥＳＴ，ｖｏｌ．ＸＸＸIV，ＢＯＯＫII，ｐ．９６４、ＳＩＤ０３ ＤＩＧＥＳＴ，ｖｏｌ．ＸＸＸIV，ＢＯＯＫII，ｐ．９７９、第１３回フラットパネルディスプレオ製造技術展での講演会Ｄ−４（２００３）、ＬＣＤ／ＰＤＰ ＩＮＴＥＲＮＡＴＩＯＮＡＬ２００２での（株）アイメスの白色発光体の展示及び配布資料、ＥＥｘｐｒｅｓｓ（２００２年１１月１５日号）、フラットパネルディスプレイ２００４戦略編Ｐａｒｔ．６−２ ｐ．１５８、等参照）。

この電荷発生層の構造は、本出願人らがこれまで蓄積してきた有機ＥＬ素子の電極に接する電荷（電子やホール）注入層の組成を、順次、積層したものと類似している。具体的には、特開平１０−２７０１７１号公報（米国特許第６０１３３８４号明細書）や特開２００１−１０２１７５号公報（米国特許第６５８９６７３号明細書）や「Ｊ．Ｋｉｄｏ ａｎｄ Ｔ．Ｍａｔｓｕｍｏｔｏ，Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，７３，ｐ．２８６６（１９９８）」等で開示した、電子受容性（電子輸送性）有機物をアルカリ金属等の還元性物質（「電子供与性物質」、または「ルイス塩基」とも称される）で還元して生成する該電子受容性有機物のラジカルアニオン分子を含有する層、もしくは特開平１１−２３３２６２号公報（欧州特許０９３６８４４Ｂ１）や特開２０００−１８２７７４号公報（米国特許第６３９６２０９号明細書、欧州１０１１１５５Ｂ１）、「Ｊ．Ｅｎｄｏ，Ｔ．Ｍａｔｓｕｍｏｔｏ，ａｎｄ Ｊ．Ｋｉｄｏ，Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｖｏｌ．４１（２００２）ｐｐ．Ｌ８００−Ｌ８０３」で詳説されている手法を用い、熱還元反応によって電子受容性有機物のラジカルアニオン分子が生成して存在している熱還元反応生成層と、特開平１１−２５１０６７号公報（米国特許第６４２３４２９号明細書）や特開２００１−２４４０７９号公報（米国特許第６５８９６７３号明細書）や特開２００３−２７２８６０公報、特願２００３−３５８４０２号、「Ｊ．Ｅｎｄｏ，Ｔ．Ｍａｔｓｕｍｏｔｏ，ａｎｄ Ｊ．Ｋｉｄｏ，Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｖｏｌ．４１（２００２）Ｌ３５８」等で開示した、電子供与性（ホール輸送性）有機物をＶ₂Ｏ₅や、

で示されるＦ₄−ＴＣＮＱや、

で示されるＰＮＢ等の酸化性物質（「電子受容性物質」、または「ルイス酸」とも称される）で酸化して生成する該電子供与性有機物のラジカルカチオン分子を含有する層を順次積層した組成を有している（参照文献：Ｋ．Ｌ．Ｔ．Ｄａｏ ａｎｄ Ｊ．Ｋｉｄｏ， Ｊ．Ｐｈｏｔｏｐｏｌｙｍ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．，１５，２６１（２００２））。

この様な構成を有する電荷発生層を介して従来型有機ＥＬ素子の陰極、陽極に挟まれた部分（発光ユニット）を積層すると、電圧印加時において、該電荷発生層から、陰極方向にホールが移動し、陽極方向に電子が移動するので、複数の発光ユニット中でホールと電子の再結合が生じ光子が発生する。結果として単位注入電流密度当たりの発光強度（例えば「量子効率」や「電流効率」で表される）が略（ｎ＋１）倍になることが証明された（ｎは電荷発生層の層数）。

さらに、本出願人らは、前記の出願特許文献以前に、類似の構造として、特開２００３−０４５６７６公報において、透明電極として広く知られるＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）を電荷発生層として用いる例を開示した。

この場合の電荷発生層としてのＩＴＯは、（言うまでもないが）電圧印加時に電子−ホール両キャリアをそれぞれ逆方向に注入する役割を果たしている。有機ＥＬ素子の陽極や陰極に適する材料の性質としては、前出のＫＯＤＡＫ社の米国特許第４，８８５，２１１号明細書が公開されて以来、４．０ｅＶ以下の低仕事関数金属が陰極に適する材料とされ、逆に陽極電極には（可能な限り）高仕事関数を有する材料（例えばＩＴＯのように約５．０ｅＶの仕事関数を有するもの）が適するとされてきた。

しかしながら、本出願人らが、特開平１０−２７０１７１号公報（米国特許第６０１３３８４号明細書）や特開２００１−１０２１７５号公報（米国特許第６５８９６７３号明細書）で開示した電子供与性金属ドーピング層や、特開平１１−２３３２６２号公報（欧州特許０９３６８４４Ｂ１）や特開２０００−１８２７７４号公報（米国特許第６３９６２０９号明細書、欧州１０１１１５５Ｂ１）、で開示した熱還元反応生成層、等の電子注入層を用いれば、ＩＴＯを陰極電極として用いたとしても、注入障壁のない電子注入が可能であることが示されている。したがって陽極電極、陰極電極、ともにＩＴＯを用いることで（ガラス基板や有機膜も本質的に透明であるから）、無発光時はガラスのように透明でありながらも、発光可能な透明発光デバイスが作成可能となった。その様な透明素子の実施例は、本出願人らの特開２００２−３３２５６７号公報の実施例に開示されている。
また逆にアルミニウム（仕事関数４．２ｅＶ）のように、ＩＴＯと比べて低仕事関数金属であって、従来ホール注入電極として不適であると見なされてきた金属であっても、本出願人らが、特開平１１−２５１０６７号公報（米国特許第６４２３４２９号明細書）や特開２００１−２４４０７９号公報（米国特許第６５８９６７３号明細書）や特開２００３−２７２８６０号公報、特願２００３−３５８４０２号等で開示したように、電子受容性物質をドーピングしたホール注入層を用いれば、注入障壁のないホール注入が可能である。この手法を用いて、実際にアルミニウムを陽極として用いた素子は、特願２００３−３５８４０２号公報の実施例３、実施例４に示されている。

つまり、前記特許文献に開示された、電子注入層やホール注入層を用いれば、電極材料の仕事関数値は勿論、透明か不透明か、といった光学的性質の如何にも拘わらず、ホール、電子ともに障壁のない注入が可能となることがすでに示されている。
特開昭５９−１９４３９３号公報 特開昭６３−２６４６９２号公報 特開平２−１５５９５号公報 特開平１０−２７０１７１号公報 特開平１１−２３３２６２号公報 特開平１１−２５１０６７号公報 特開平１１−３２９７４８号公報 特開２０００−１８２７７４号公報 特開２００１−１０２１７５号公報 特開２００１−２４４０７９号公報 特開２００２−３３２５６７号公報 特開２００３−２６４０８５号公報 特開２００３−２７２８６０号公報 特願２００３−３５８４０２号公報 特開２００３−４５６７６号公報 米国特許第４５３９５０７号明細書 米国特許第４７６９２９２号明細書 米国特許第４８８５２１１号明細書 米国特許第５５５２６７８号明細書 米国特許第６０１３３８４号明細書 米国特許第６３３７４９２号明細書 米国特許第６３９６２０９号明細書 米国特許第６４２３４２９号明細書 米国特許第６５８９６７３号明細書 Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，５１，９１３（１９８７） Ｊ．Ｋｉｄｏ ａｎｄ Ｔ．Ｍａｔｓｕｍｏｔｏ，Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，７３，ｐ．２８６６（１９９８） Ｋ．Ｌ．Ｔ．Ｄａｏ ａｎｄ Ｊ．Ｋｉｄｏ，Ｊ．Ｐｈｏｔｏｐｏｌｙｍ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．，１５，２６１（２００２） Ｊ．Ｅｎｄｏ，Ｔ．Ｍａｔｓｕｍｏｔｏ，ａｎｄ Ｊ．Ｋｉｄｏ，Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｖｏｌ．４１（２００２）ｐｐ．Ｌ８００−Ｌ８０３ 第４９回応用物理学会関係連合講演会、講演予稿集２７ｐ−ＹＬ−３，ｐ．１３０８ 第６３回応用物理学会学術講演会、講演予稿集２７ａ−ＺＬ−１２，ｐ．１１６５ Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ＥＬ２００２（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ ｔｈｅ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ Ｅｍｉｓｓｉｖｅ Ｄｉｓｐｌａｙ ａｎｄ Ｌｉｇｈｔｉｎｇ）ｐ．５３９ Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ＩＤＭＣ’０３（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ）Ｆｒ−２１−０１ ｐ．４１３ ＳＩＤ０３ ＤＩＧＥＳＴ， ｖｏｌ．ＸＸＸIV，ＢＯＯＫII，ｐ．９６４ ＳＩＤ０３ ＤＩＧＥＳＴ，ｖｏｌ．ＸＸＸIV，ＢＯＯＫII，ｐ．９７９ Ｌ．Ｓ．Ｌｉａｏら、Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，ｖｏｌ．８４，ｐ１６７（２００４） 第１３回フラットパネルディスプレオ製造技術展での講演会Ｄ−４（２００３） ＬＣＤ／ＰＤＰ ＩＮＴＥＲＮＡＴＩＯＮＡＬ２００２での（株）アイメスの白色発光体の展示及び配布資料 ＥＥｘｐｒｅｓｓ（２００２年１１月１５日号） フラットパネルディスプレイ２００４戦略編Ｐａｒｔ．６−２ ｐ．１５８

以上述べた有機ＥＬ素子は通常直流を印加して発光させるが、交流を印加して発光させる試みもされている。有機ＥＬ素子を交流駆動することの利点についてはＫＯＤＡＫ社の米国特許第５、５５２、６７８号明細書に詳説されている通り、直流駆動に比べて素子寿命が長くなる効果が知られている。しかしながら、整流作用のある有機ＥＬ素子の場合、（当然ではあるが、）順バイアスされた時だけ点灯可能であり、逆バイアス時は不点灯である。そのため、商用電源のように５０Ｈｚ程度の周波数では、人間の目にはちらつきを感じてしまう。

本発明は、このような技術的基盤の上に立ち、本来直流駆動の素子である有機ＥＬ素子を交流で駆動して、人間の目にはちらつきを感じない連続発光可能なデバイスの構造を提供することが目的である。

上記課題を解決するために、本発明の有機エレクトロルミネッセント素子においては、基板上に、少なくとも３つの電極層と、電極層より１つ少ない有機ＥＬ発光体構造とを有し、基板側から順に、電極層と有機ＥＬ発光体構造が交互に成膜され、基板側から数えて奇数番目に成膜された電極層群と、基板側から数えて偶数番目に成膜された電極層群と、がそれぞれ等電位に接続されており、２つの電極層群の間に交流電圧が印加されることにより、基板側から数えて奇数番目に成膜された有機ＥＬ発光体構造群と、基板側から数えて偶数番目に成膜された有機ＥＬ発光体構造群と、が交互に発光し、基板側から数えて奇数番目に成膜された有機ＥＬ発光体構造群は、基板側から数えて偶数番目に成膜された電極層群に接する電子注入層を含み、電子注入層は熱還元反応生成層からなり、基板側から数えて偶数番目に成膜された有機ＥＬ発光体構造群は、基板側から数えて偶数番目に成膜された電極層群上に成膜された第1ホール注入層を含み、第１ホール注入層は、ホール輸送性物質を電子受容性物質で酸化してなることを特徴としている。

上記有機ＥＬ発光体構造は、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する発光ユニットの積層体であり、複数の発光ユニットは電荷発生層によって仕切られており、かつ、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ることが好ましい。

上記電極層は、すべてを透明電極層とすることができる。

上記電極層は、いずれか１層を不透明電極層とすることができる。この不透明電極層は金属電極とすることができる。

上記不透明電極層は１層のみからなり、基板側から数えて第１番目、または、基板から最も遠い位置に成膜されていることが好ましい。

本発明によると、３層以上の電極層群を有し、この電極層群にはさまれている複数の有機ＥＬ発光体構造群が交互に発光することが出来るので、従来の交流駆動有機エレクトロルミネッセント素子のようなちらつきの問題もなく、かつ、寿命も改善された素子を得ることが出来る。

以下、本発明に係る実施形態を図面を参照しつつ詳しく説明する。
本実施形態に係る有機エレクトロルミネッセント素子は、３層以上の電極層群を有し、基板上に
（１）第１電極層
（１’）第１有機ＥＬ発光体構造
（２）第２電極層
（２’）第２有機ＥＬ発光体構造
（３）第３電極層
（３’）第３有機ＥＬ発光体構造
（４）第４電極層
（４’）第４有機ＥＬ発光体構造
・・・・・・・・
（ｎ−１）第ｎ−１電極層
（ｎ−１’）第ｎ−１有機ＥＬ発光体構造
（ｎ）第ｎ電極層
という順序で、電極層と有機ＥＬ発光体構造が交互に成膜されている。ここで、ｎは３以上の整数である。

有機ＥＬ発光体構造は、いずれも、基板側からホールが注入され、基板から遠い側から電子が注入される構成となっている。すなわち、有機ＥＬ発光体構造は、いずれもバイアス方向が同一である。したがって、有機ＥＬ発光体構造は、これらを挟む２つの電極層のうち、基板側がプラス、基板から遠い側がマイナスとなるように電圧が印加される状態で発光し、基板側がマイナス、基板から遠い側がプラスとなるように電圧が印加される状態では発光しない。

また、基板側から電子が注入され、基板から遠い側からホールが注入される構成とすることもできる。この場合も有機ＥＬ発光体構造のバイアス方向が同一であって、電極層のうち基板側をマイナス、基板から遠い側をプラスとなるように電圧を印加すると発光し、基板側をプラス、基板から遠い側をマイナスとなるように電圧を印加すると発光しない。

基板側から数えて奇数番目に成膜された電極層群（（１）第１電極層、（３）第３電極層、・・・・）は互いに等電位となるように導通している。同様に、基板側から数えて偶数番目に成膜された電極層群（（２）第２電極層、（４）第４電極層、・・・・・）は互いに等電位となるように導通している。

これら２つの電極層群の間に交流電圧が印加されると、奇数番目に成膜される有機ＥＬ発光体構造群（（１‘）第１有機ＥＬ発光体構造、（３’）第３有機ＥＬ発光体構造・・・・）と、偶数番目に成膜される有機ＥＬ発光体構造群（（２‘）第２有機ＥＬ発光体構造、（４’）第４有機ＥＬ発光体構造、・・・・）と、が交互に発光する。

ｎが８の場合の有機エレクトロルミネッセント素子１の例を図１に示す。この有機エレクトロルミネッセント素子１においては、基板１０上に、第１電極層１１ａ、第１有機ＥＬ発光体構造１１ｂ、第２電極層１２ａ、第２有機ＥＬ発光体構造１２ｂ、第３電極層１３ａ、第３有機ＥＬ発光体構造１３ｂ、第４電極層１４ａ、第４有機ＥＬ発光体構造１４ｂ、第５電極層１５ａ、第５有機ＥＬ発光体構造１５ｂ、第６電極層１６ａ、第６有機ＥＬ発光体構造１６ｂ、第７電極層１７ａ、第７有機ＥＬ発光体構造１７ｂ、第８電極層１８ａ、という順序で、電極層と有機ＥＬ発光体構造が交互に成膜されている。

基板１０から数えて奇数番目に成膜される電極層群（第１電極層１１ａ、第３電極層１３ａ、第５電極層１５ａ、及び第７電極層１７ａ）は、互いに等電位となるように導通し、交流電源１９に接続されている（図１の実線）。同様に、基板１０から数えて偶数番目に成膜される電極層群（第２電極層１２ａ、第４電極層１４ａ、第６電極層１６ａ、及び第８電極層１８ａ）は、互いに等電位となるように導通し、交流電源１９に接続されている（図１の点線）。

有機ＥＬ発光体構造１１ｂ〜１７ｂは、基板側からホールが注入され、基板から遠い側から電子が注入されるように配置されている（バイアス方向が同一である）。したがって、有機ＥＬ発光体構造１１ｂ〜１７ｂは、これらを挟む２つの電極層のうち、基板１０側がプラス、基板１０から遠い側がマイナスとなるように電圧が印加される状態で発光し、基板１０側がマイナス、基板１０から遠い側がプラスとなるように電圧が印加される状態では発光しない。

このような構成の有機エレクトロルミネッセント素子１に、交流電源１９により、上記奇数番目に成膜される電極層群と偶数番目に成膜される電極層群との間に交流電圧を印加すると、奇数番目に成膜された有機ＥＬ発光体構造群（有機ＥＬ発光体構造１１ｂ、１３ｂ、１５ｂ、１７ｂ）と、偶数番目に成膜された有機ＥＬ発光体構造群（有機ＥＬ発光体構造１２ｂ、１４ｂ、１６ｂ）と、が交互に発光する。

ここで、電極層１１ａ〜１８ａのすべてが透明電極で構成され、基板１０がガラス基板のように透明であれば、有機ＥＬ発光体構造１１ｂ〜１７ｂも透明であるため、基板１０側及び第８電極層１８ａ側のいずれからも発光を得ることが出来る。一方、第１電極層１１ａもしくは第８電極層１８ａのどちらかを不透明電極（金属からなる光反射電極を含む）とし、第２電極層１２ａ〜第７電極層１７ａを透明電極で構成すると、有機ＥＬ発光体構造１１ｂ〜１７ｂから出射された光は、基板１０側と第８電極層１８ａ側の一方から出射することが出来る。不透明電極は、第１電極層１１ａ〜１８ａのいずれであってもよい。

有機ＥＬ発光体構造１１ｂ〜１７ｂは、前記ＫＯＤＡＫ社の特許文献等に見られる典型的な構造、すなわち「陽極／ホール輸送層／発光層／電子輸送層／陰極」を代表とする有機ＥＬ発光ユニット（陰極と陽極に挟まれた「ホール輸送層／発光層／電子輸送層」の層構造部分）が１個のみからなる構造であっても良いし、本出願人らが提案してきた前述のいわゆるＭＰＥ（マルチフォトンエミッション）有機ＥＬ素子構造のように、複数の有機ＥＬ発光ユニット（従来型有機ＥＬにおいて陰極と陽極に挟まれた「ホール輸送層／発光層／電子輸送層」の層構造部分）が、絶縁性の（すなわちフローティング状態の）ＣＧＬ（Ｃｈａｒｇｅ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ Ｌａｙｅｒ：電荷発生層）を介して順次積層されて、複数の有機ＥＬ発光ユニットが同時に発光する構造であっても良い。

本発明の交流駆動型の有機ＥＬ素子は、照明光源や表示ディスプレイ等に好適に使用できる。特に照明光源分野においては、商用電源が交流電源であることを鑑みれば、インバータを使用せずに、駆動出来る本発明の構造の優位性は明らかである。ただし、使用する周波数は、その用途に合わせて適宜変更して使用することが望ましい。

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く、従来有機ＥＬ素子の作製に使用されている公知の材料を適宜用いることができる。
有機物、金属酸化物、金属、及び、ＩＴＯ透明電極の成膜には、日本ビーテック製真空蒸着機、または、ＦＴＳコーポレーション製スパッタリング装置を使用した。蒸着物質の成膜速度や膜厚の制御は、蒸着機に取り付けられている、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Ｐ−１０触針式段差計を用いた。素子の特性評価には、ケースレイ（ＫＥＩＴＨＬＥＹ）社ソースメータ２４００、トプコン（ＴＯＰＣＯＮ）ＢＭ−８輝度計を使用した。交流電圧は５０Ｈｚのスライド式電圧調整器（スライダック）を用いて制御した。また、ＥＬ素子の発光スペクトルは、浜松フォトニクス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。

＜実施例１＞
実施例１は、本発明の交流駆動の有機ＥＬ素子の構造の中でも、最も単純な構造（電極層数：ｎ＝３）を有していて、かつ、本発明の構造の動作原理を最も単純に具現化した物である。

実施例１の交流駆動の有機エレクトロルミネッセント素子２０は図２に示す積層構造を有する。この有機エレクトロルミネッセント素子２０は、ガラス基板２１と第３電極層２６との間に、ガラス基板２１側から第１電極層２２、第１有機ＥＬ発光体構造２３、第２電極層２４及び第２有機ＥＬ発光体構造２５を積層してなるものである。

図３に示されるように、３ｃｍ角のガラス基板２１上に、第１電極層２２として、シート抵抗１０Ω／□のＩＴＯ（インジウムースズ酸化物、日本板硝子製）が２ｍｍ幅にパターニングされてコートされている。この基板２１をＩＰＡ（イソプロピルアルコール）、純水によって入念に洗浄した後、ＵＶオゾン装置（サムコインターナショナル製：ＵＶ−３００）によってドライ洗浄する。その後、図４（ａ）に示す有機ＥＬ発光体構造用エリア規制マスク３１を使用して、図２に示される第１有機ＥＬ発光体構造２３の有機膜を形成する。有機ＥＬ発光体構造用エリア規制マスク３１には、中央部に矩形の開口部３１ａが設けられ、開口部３１ａの周囲が遮蔽部３１ｂとなっている。

第１有機ＥＬ発光体構造２３の各層の形成は次のように行う。まず、ホール注入層２３ａとして、第１電極層２２上に、アリールアミン化合物である出光興産（株）製のＨＩ−４０６（分子構造は明らかにされていない）を８００Åの厚さで成膜する。次に、ホール輸送層２３ｂとして、アリールアミン化合物である出光興産（株）製のＨＴ−３２０（分子構造は明らかにされていない）を２００Åの厚さで成膜する。さらに、発光層２３ｃとして、出光興産（株）製のオレンジ発光材料ＲＤ−００１Ｘ（分子構造は明らかにされていない）と出光興産（株）製発光層ホスト材料ＢＨ−１４０（分子構造は明らかにされていない）を、ＲＤ−００１Ｘが４ｗｔ．％となるように共蒸着によって５００Åの厚さで成膜する。

次に、電子輸送層２３ｄとして、下記式

で示されるトリス（８−キノリノラト）アルミニウム錯体（以下「Ａｌｑ」という）を１００Åの厚さで成膜する。最後に、電子注入層２３ｅとして、本出願人らが特開２０００−１８２７７４号公報（米国特許第６３９６２０９号明細書、欧州特許第１０１１１５５Ｂ１号）等で開示した「（その場）熱還元反応生成層」を形成するために、前述のＡｌｑと下記式

で示される（８−キノリノラト）リチウム錯体（以下、「Ｌｉｑ」という）を、モル比率で１：１となるように、共蒸着の手法で５０Åの厚さで成膜した後、熱還元性金属としてＡｌを用い、厚さ１５Åに相当する量を、Ａｌｑ：Ｌｉｑの共蒸着層の上に蒸着して「（その場）熱還元反応生成層」（不図示）を形成する。このようにして第１有機ＥＬ発光体構造２３が形成される。この第１有機ＥＬ発光体構造２３の構造の簡便な表記は、
ＨＩ−４０６／ＨＴ−３２０／ＲＤ−００１Ｘ：ＢＨ−１４０／Ａｌｑ／Ａｌｑ：Ｌｉｑ＋Ａｌ
となる。

次に、第２電極層２４として、図４（ｂ）に示す、第２電極層用エリア規制マスク（偶数番電極層用エリア規制マスク）３２を使用して、ＩＺＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ）を、本出願人らが特開２００２−３３２５６７号公報で開示したスパッタリング法を用いて１０００Åの厚さで成膜する。第２電極層用エリア規制マスク３２には、対向する２辺から中央部へ向かってそれぞれ延びる長方形の開口部３２ａが、当該２辺から互いに平行に２本ずつ設けられ、開口部３２ａ以外の部分は遮蔽部３２ｂとなっている。この第２電極層用エリア規制マスク３２は、電極層の数を４以上とした場合には、基板から数えて偶数番目に配置される電極の形成に使用される。

この第２電極層２４の上には、図４（ａ）に示す有機ＥＬ発光体構造用エリア規制マスク３１を使用して、図２に示される第２有機ＥＬ発光体構造２５の有機膜が形成される。

第２有機ＥＬ発光体構造２５の各層の形成は次のように行う。まず、第１ホール注入層２５ａは、本出願人らが、特願２００３−３５８４０２号公報で開示した技術を用いて形成する。すなわち、ＨＩ−４０６と５酸化バナジウム（Ｖ₂Ｏ₅）の混合膜を共蒸着の手法を用い、モル比率１：１で１００Åの厚さで成膜する。この第１ホール注入層２５ａは、第２電極層２４を構成するＩＺＯからエネルギー障壁なく（オーミックに）ホールが注入可能となるように導入されている。

次に、第２ホール注入層２５ｂとして、ＨＩ−４０６を１４００Åの厚さで成膜する。さらに、ホール輸送層２５ｃとして、ＨＴ−３２０を２００Åの厚さで成膜する。このホール輸送層２５ｃの上には、発光層２５ｄとして、出光興産（株）製の青色発光材料ＢＤ−１０２（分子構造は明らかにされていない）と発光層ホスト材料ＢＨ−１４０を、ＢＤ−１０２が４ｗｔ．％となるように共蒸着によって４００Åの厚さで成膜する。次に、第１有機ＥＬ発光体構造２３と同様に、電子輸送層２５ｅとしてＡｌｑを１００Åの厚さで成膜し、最後に電子注入層２５ｆとして、Ａｌｑ：Ｌｉｑの共蒸着膜からなる層を５０Åの厚さで成膜する。

このように形成した第２有機ＥＬ発光体構造２５の上には、熱還元性金属と「第３電極層」を兼ねる材料としてとしてＡｌを用い、図４（ｃ）に示す第３電極層用エリア規制金属マスク（奇数番電極層用エリア規制金属マスク）３３を使用して、Ａｌｑ：Ｌｉｑの共蒸着層の上に１０００Åの厚さで蒸着し「（その場）熱還元反応生成層」（不図示）と第３電極層２６を同時に形成する。第３電極層用エリア規制金属マスク３３には、中央部において互いに平行に配置された長方形の開口部３３ａが２組設けられ、開口部３３ａ以外の部分は遮蔽部３３ｂとなっている。この第３電極層用エリア規制金属マスク３３は、電極層の数を４以上とした場合には、基板から数えて奇数番目に配置される電極の形成に使用される。

以上の結果として、以下に簡便に表記される、図２の構造の素子が完成する。
ＩＴＯ／ＨＩ−４０６／ＨＴ−３２０／ＲＤ−００１Ｘ：ＢＨ−１４０／Ａｌｑ／Ａｌｑ：Ｌｉｑ＋Ａｌ／ＩＺＯ／Ｖ₂Ｏ₅：ＨＩ−４０６／ＨＩ−４０６／ＨＴ−３２０／ＢＤ−１０２：ＢＨ−１４０／Ａｌｑ／Ａｌｑ：Ｌｉｑ／Ａｌ
ここで、「Ｖ₂Ｏ₅：ＨＩ−４０６／ＨＩ−４０６／ＨＴ−３２０／ＢＤ−１０２：ＢＨ−１４０／Ａｌｑ／Ａｌｑ：Ｌｉｑ」の部分が第２有機ＥＬ発光体構造２５である。

この有機エレクトロルミネッセント素子２０の第３電極層第３電極層２６は、図５及び図６に示されるとおり、ガラス基板２１を上方から見て第１電極層２２と略同エリアに成膜され、端部が互いに接触している。よって、これらの奇数番電極層（第１電極層２２と第３電極層２６）は等電位となっている。この有機エレクトロルミネッセント素子２０では、第１電極層２２と第２電極層２４、及び第２電極層２４と第３電極層２６にそれぞれ挟まれた部分２９が発光する。

＜測定例＞
実施例１の有機エレクトロルミネッセント素子２０に直流電圧又は交流電圧を印加したときの測定条件及び結果について説明する。
まず、上述のように互いに等電位である第１電極層２２及び第３電極層２６を陽極（＋）に、第２電極層２４を陰極（−）にバイアスして、直流電圧を印加して、第１有機ＥＬ発光体構造２３のみの発光（諸）特性を計測した。この条件では、第２有機ＥＬ発光体構造２５には逆バイアスが印加されることになるので発光しない。このときの第１有機ＥＬ発光体構造２３の特性を図７、図８の○プロットで示す。また、第１有機ＥＬ発光体構造２３からの発光のスペクトル（直流電流密度１０ｍＡ／ｃｍ²、８．０Ｖ）を図１０の一点鎖線で示す。なお、この発光スペクトルの測定に要する積算時間は０．２秒程度に設定されている。さらに、このときの第１有機ＥＬ発光体構造２３の発光状況を図１１（写真）及び図１２（発光部分４３）に示す。

次に、第１電極層２２及び第３電極層２６を陰極（−）に、第２電極層２４を陽極（＋）にバイアスして、直流電圧を印加して、第２有機ＥＬ発光体構造２５のみの発光（諸）特性を計測した。なお、この条件では、第１有機ＥＬ発光体構造２３には逆バイアスが印加されることになるので発光しない。このときの第２有機ＥＬ発光体構造２５の特性を図７、図８の●プロットで示す。また、第２有機ＥＬ発光体構造２５からの発光のスペクトル（直流電流密度１０ｍＡ／ｃｍ²、８．３Ｖ）を図１０の点線で示す。このときの第２有機ＥＬ発光体構造２５の発光状況を図１１及び図１２（発光部分４５）に示す。

さらに、実施例１の有機エレクトロルミネッセント素子２０を交流駆動して、第１有機ＥＬ発光体構造２３と第２有機ＥＬ発光体構造２５を交互に光らせたときの測定について説明する。
この測定では、互いに等電位である第１電極層２２及び第３電極層２６と、第２電極層２４の間に、交流電源２７により５０Ｈｚの交流電圧を印加して各実効電圧毎に輝度を測定した（図９）。図１０の実線は、本発明の交流駆動有機ＥＬ素子の、交流実効電圧１０Ｖ印加時における発光スペクトルを示す。この発光スペクトルの測定に要する積算時間は０．２秒程度に設定されている。このときの発光状況を図１１及び図１２（発光部分４７）に示す。

図１０に示す発光スペクトルや図１１の発光状況から明らかなように、交流駆動時には、オレンジ色発光の第１有機ＥＬ発光体構造２３と青色発光の第２有機ＥＬ発光体構造２５が交互に発光して、人間の目には白色発光素子として観測される。したがって、有機エレクトロルミネッセント素子２０は、交流電圧による駆動によっても、間断なく連続して発光可能である。

本実施例は、意図的に互いに発光色の異なる有機ＥＬ発光体構造を使用したが、勿論、互いに同一の発光スペクトルを有する有機ＥＬ発光体構造を使用しても、本来の目的である、人間の目にはちらつきを感じない間断なく連続して発光可能な交流駆動有機ＥＬ素子を作製出来る。

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。

本発明の実施形態に係る有機エレクトロルミネッセント素子の構成を示す概念図である。 本発明の実施例１に係る有機エレクトロルミネッセント素子の構成を示す概念図である。 本発明の実施例１に係る有機エレクトロルミネッセント素子の基板上における第１電極層の配置を示す平面図である。 本発明の実施例１に係る有機エレクトロルミネッセント素子の製造に用いるマスクの構成を示す平面図であって、（ａ）は有機ＥＬ発光体構造用エリア規制マスクを、（ｂ）は偶数番電極層用エリア規制マスクを、（ｃ）は奇数番電極層用エリア規制金属マスクを示す。 本発明の実施例１に係る有機エレクトロルミネッセント素子の構成を示す平面図である。 図５のＶＩ−ＶＩ線に沿った断面図である。 本発明の実施例１に係る有機エレクトロルミネッセント素子の第１有機ＥＬ発光体構造及び第２有機ＥＬ発光体構造の直流電圧（Ｖ）−電流密度（ｍＡ／ｃｍ²）特性を示す図である。 本発明の実施例１に係る有機エレクトロルミネッセント素子の第１有機ＥＬ発光体構造及び第２有機ＥＬ発光体構造直流電圧（Ｖ）−輝度（ｃｄ／ｍ²）特性を示す図である。 本発明の実施例１に係る有機エレクトロルミネッセント素子の交流（５０Ｈｚ）実効電圧−輝度（ｃｄ／ｍ²）特性を示す図である。 本発明の実施例１に係る有機エレクトロルミネッセント素子の第１有機ＥＬ発光体構造、第２有機ＥＬ発光体構造及び有機エレクトロルミネッセント素子の発光スペクトルを示す図である。 本発明の実施例１に係る有機エレクトロルミネッセント素子の発光状況を示した写真である。 本発明の実施例１に係る有機エレクトロルミネッセント素子の構成を図１１に対応させて示した平面図である。

符号の説明

１ 有機エレクトロルミネッセント素子
１０ 基板
１１ａ 第１電極層
１１ｂ 第１有機ＥＬ発光体構造
１２ａ 第２電極層
１２ｂ 第２有機ＥＬ発光体構造
１３ａ 第３電極層
１３ｂ 第３有機ＥＬ発光体構造
１４ａ 第４電極層
１４ｂ 第４有機ＥＬ発光体構造
１５ａ 第５電極層
１５ｂ 第５有機ＥＬ発光体構造
１６ａ 第６電極層
１６ｂ 第６有機ＥＬ発光体構造
１７ａ 第７電極層
１７ｂ 第７有機ＥＬ発光体構造
１８ａ 第８電極層
１９ 交流電源
２０ 有機エレクトロルミネッセント素子
２１ ガラス基板（基板）
２２ 第１電極層
２３ 第１有機ＥＬ発光体構造
２４ 第２電極層
２５ 第２有機ＥＬ発光体構造
２６ 第３電極層
２７ 交流電源
３１ 有機ＥＬ発光体構造用エリア規制マスク
３２ 第２電極層用エリア規制マスク（偶数番電極層用エリア規制マスク）
３３ 第３電極層用エリア規制金属マスク（奇数番電極層用エリア規制金属マスク）

Claims (6)

1. 基板上に、少なくとも３つの電極層と、前記電極層より１つ少ない有機ＥＬ発光体構造とを有し、前記基板側から順に、前記電極層と前記有機ＥＬ発光体構造が交互に成膜され、
   前記基板側から数えて奇数番目に成膜された電極層群と、
   前記基板側から数えて偶数番目に成膜された電極層群と、
   がそれぞれ等電位に接続され、前記２つの電極層群の間に交流電圧が印加されることにより、
   前記基板側から数えて奇数番目に成膜された有機ＥＬ発光体構造群と、
   前記基板側から数えて偶数番目に成膜された有機ＥＬ発光体構造群と、
   が交互に発光する有機エレクトロルミネッセント素子であって、
   前記基板側から数えて奇数番目に成膜された有機ＥＬ発光体構造群は、
   前記基板側から数えて偶数番目に成膜された電極層群に接する電子注入層を含み、
   前記電子注入層は熱還元反応生成層からなり、
   前記基板側から数えて偶数番目に成膜された有機ＥＬ発光体構造群は、
   前記基板側から数えて偶数番目に成膜された電極層群上に成膜された第1ホール注入層を含み、
   前記第１ホール注入層は、ホール輸送性物質を電子受容性物質で酸化して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。
2. 前記有機ＥＬ発光体構造は、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する発光ユニットの積層体であり、前記複数の発光ユニットは電荷発生層によって仕切られており、かつ、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る請求項１記載の有機エレクトロルミネッセント素子。
3. 前記電極層のすべてが透明電極層である請求項１又は請求項２記載の有機エレクトロルミネッセント素子。
4. 前記電極層のいずれか１層が不透明電極層である請求項１又は請求項２記載の有機エレクトロルミネッセント素子。
5. 前記不透明電極層は金属電極である請求項４記載の有機エレクトロルミネッセント素子。
6. 前記不透明電極層は１層のみからなり、前記基板側から数えて第１番目、または、前記基板から最も遠い位置に成膜されている請求項４又は請求項５記載の有機エレクトロルミネッセント素子。

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