有機エレクトロルミネッセンス素子
【課題】高輝度かつ高効率での発光が可能であり、また駆動電圧の増大を抑制することができる有機エレクトロルミネッセンス素子を提供する。
【解決手段】陽極１と陰極２の間に、中間層３を介して積層された複数の発光層４を備えた有機エレクトロルミネッセンス素子に関する。中間層３が、１×１０５Ωｃｍ以下の導電性金属酸化物と、電子注入性の金属と、ホール注入性の金属の混合物の層であることを特徴とする。ホールや電子の注入性が高まり、発光効率の特性を向上できる。
【解決手段】陽極１と陰極２の間に、中間層３を介して積層された複数の発光層４を備えた有機エレクトロルミネッセンス素子に関する。中間層３が、１×１０５Ωｃｍ以下の導電性金属酸化物と、電子注入性の金属と、ホール注入性の金属の混合物の層であることを特徴とする。ホールや電子の注入性が高まり、発光効率の特性を向上できる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、照明光源や液晶表示器用バックライト、フラットパネルディスプレイ等に用いることのできる有機エレクトロルミネッセンス素子に関し、詳しくは、複数の発光層を備え、高輝度で且つ高効率で発光する有機エレクトロルミネッセンス素子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
有機エレクトロルミネッセンス素子と称される有機発光素子としては、陽極となる透明電極、ホール輸送層、発光層（有機発光層）、電子注入層、陰極となる電極の順に、透明基板の片側の表面に積層した構成のものが、その一例として知られている。そして、陽極と陰極の間に電圧を印加することによって、電子注入層を介して発光層に注入された電子と、ホール輸送層を介して発光層に注入されたホールとが、発光層内で再結合して発光が起こる。このように発光層で発光した光は、透明電極及び透明基板を通して取り出されるようになっている。
【０００３】
ここで、有機エレクトロルミネッセンス素子は、自発光であること、比較的高効率の発光特性を示すこと、各種の色調で発光可能であること等の特徴を有するものであり、表示装置、例えばフラットパネルディスプレイ等の発光体として、あるいは光源、例えば液晶表示機用バックライトや照明としての活用が期待されており、一部では既に実用化されている。
【０００４】
しかし、有機エレクトロルミネッセンス素子は、その輝度と寿命とがトレードオフの関係にあり、より鮮明な画像、あるいは明るい照明光を得るために輝度を増大させると、寿命が短くなるという問題点を有する。
【０００５】
この問題を解決するものとして、近年、陽極と陰極の間に発光層を複数備え、且つ各発光層間を中間層で電気的に接続した有機エレクトロルミネッセンス素子が提案されている（例えば特許文献１−５参照）。
【０００６】
図１はこのような有機エレクトロルミネッセンス素子の構造の一例を示すものであり、陽極１となる電極と陰極２となる電極の間に複数の発光層４ａ，４ｂを設けると共に、隣接する発光層４ａ，４ｂの間に中間層３を介在させた状態で積層し、これを透明な基板５の表面に積層したものである。陽極１は光透過性の電極として、陰極２は光反射性の電極として形成されている。尚、図１では、発光層の４ａ，４ｂの両側に設けられる電子注入層とホール輸送層とは、図示を省略している。
【０００７】
そしてこの図１の例では、複数層の発光層４ａ，４ｂを中間層３で仕切ることによって、陽極１と陰極２の間に電圧を印加した場合に、複数の発光層４ａ，４ｂがあたかも直列的に接続された状態で同時に発光し、各発光層４ａ，４ｂからの光が合算されるため、一定電流通電時には従来型の有機エレクトロルミネッセンス素子よりも高輝度で発光させることができ、上記のような輝度−寿命のトレードオフを回避することが可能になるものである。
【０００８】
ここで、上記の中間層３の構成として現在知られている一般的なものは、例えば、（１）ＢＣＰ:Ｃｓ／Ｖ２Ｏ５、（２）ＢＣＰ:Ｃｓ／ＮＰＤ:Ｖ２Ｏ５、（３）Ｌｉ錯体とＡｌのその場反応生成物、（４）Ａｌｑ:Ｌｉ／ＩＴＯ／ホール輸送材料、（５）金属−有機混合層、（６）アルカリ金属およびアルカリ土類金属を含む酸化物等がある。尚、「：」の記載は２種の材料の混合を表し、「／」の記載は前後の組成物の積層を表す。
【特許文献１】特開平１１−３２９７４８号公報
【特許文献２】特開２００３−２７２８６０号公報
【特許文献３】特開２００５−１３５６００号公報
【特許文献４】特開２００６−３３２０４８号公報
【特許文献５】特開２００６−１７３５５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、上記のように複数の有機発光層を仕切る中間層を設けると、駆動電圧の増大や、好ましくない電圧上昇の発生を招くおそれがあり、また膜質の悪さによるショートサーキット等の欠陥発生の問題なども生じるおそれがある。更に、蒸着プロセスとスパッタプロセスとを組み合わせる必要があるという製法上の問題も生じる。
【００１０】
例えば、上記（１）に示す系の中間層では、Ｖ２Ｏ５層の膜質によるショートの問題が発生するおそれがある。
【００１１】
また上記（２）に示す系では、二つの層間で生じる副反応による電圧上昇の問題がある。すなわち、ルイス酸分子は電子輸送材料とも反応し、またアルカリ金属はルイス塩基としてホール輸送材料とも反応し、これらの反応によって駆動電圧の増大が起こることが報告されている（参考文献：高分子学会有機ＥＬ研究会 平成１７年１２月９日講演会 マルチフォトン有機ＥＬ照明）。
【００１２】
また上記（３）に示す系では、その場反応生成物を得るために用いるＬｉ錯体の有機配位子成分が、素子特性に悪影響を与えることがあることが問題となる。
【００１３】
また上記（４）の系では、中間層としてのＩＴＯからのホール輸送材料へのホール注入が必ずしも良好でなく、駆動電圧や素子特性の観点で問題がある。
【００１４】
また上記（５）の系では、金属酸化物等の金属化合物を含む金属と有機物を混合して中間層を形成するために、中間層の熱安定性が低下し、特に大電流を通電した際の発熱に対する中間層の安定性に劣るという問題があった。
【００１５】
また、上記（６）の系では、アルカリ金属もしくはアルカリ土類金属を含有する金属酸化物の中間層としての機能が必ずしも充分ではなく、アルカリ金属もしくはアルカリ土類金属を含有する金属酸化物以外の物質からなる層を積層して用いることが実質的に必要であり、中間層の構造が複雑になるという問題があった。
【００１６】
更に、上記（１）及び（４）の系では、特に大面積デバイスとなった際に、中間層を構成する膜内の応力によって、中間層周辺での欠陥が起こりうる可能性がある。
【００１７】
尚、特許文献３には、１種のマトリクスに添加剤を膜内のどの位置でもその濃度が０にはならないように添加することによって中間層を形成する方法が記載されているが、この場合にも前記参考文献に記載されているような問題のすべてを解決することはできないものである。
【００１８】
そこで、上記のように中間層を介して積層された複数の発光層を備える有機エレクトロルミネッセンス素子を形成するにあたり、種々の問題を克服した中間層を実現することが望まれるようになってきている。
【００１９】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、高輝度かつ高効率での発光が可能であり、また駆動電圧の増大を抑制することができる有機エレクトロルミネッセンス素子を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明に係る有機エレクトロルミネッセンス素子は、陽極１と陰極２の間に、中間層３を介して積層された複数の発光層４を備えた有機エレクトロルミネッセンス素子において、中間層３が、１×１０５Ωｃｍ以下の導電性金属酸化物と、電子注入性の金属と、ホール注入性の金属の混合物の層であることを特徴とするものである。
【００２１】
この発明によれば、抵抗率が１×１０５Ωｃｍ以下の導電性金属酸化物と、電子注入性の金属と、ホール注入性の金属の混合物で中間層３を形成することで、ホールや電子の注入性が高まり、効率特性に優れた有機エレクトロルミネッセンス素子を得ることができるものである。
【００２２】
また本発明において、上記の中間層３は、１０ｅＶ以下のエネルギーの気相法で形成されていることを特徴とするものである。
【００２３】
この発明によれば、１０ｅＶ以下のエネルギーの気相法で中間層３を形成することで、中間層３の成膜時に素子に与えられるダメージに由来して、駆動電圧の上昇などのデバイス特性に悪化が発生することを低減することが可能となるものである。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、中間層３を介して複数の発光層４を積層するにあたって、１×１０５Ωｃｍ以下の導電性金属酸化物と、電子注入性の金属と、ホール注入性の金属の混合物で中間層３を形成することで、ホールや電子の注入性が高まり、発光効率の特性に優れた有機エレクトロルミネッセンス素子を得ることができるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明を実施するための最良の形態を説明する。
【００２６】
図１は本発明の有機エレクトロルミネッセンス素子の構造の一例を示すものであり、陽極１となる電極と陰極２となる電極の間に有機発光層４及び中間層３が設けてある。この有機発光層４は複数の発光層４ａ，４ｂからなるものであり、陽極１と陰極２の積層方向にこれらの発光層４ａ，４ｂを積層し、隣り合う発光層４ａ，４ｂの間に中間層３が介在させてある。また一方の電極（陽極１）は、透明な基板５の表面に積層するようにしてある。図１の実施の形態では、陽極１は光透過性の電極として、陰極２は光反射性の電極として形成してある。
【００２７】
図１に示す形態では、発光層４として中間層３を介して２層の発光層４ａ，４ｂを設けるようにしているが、中間層３を介して発光層４をさらに多層に積層した積層構成であってもよい。発光層４の積層数は特に制限されないが、層数が増大すると光学的及び電気的な素子設計の難易度が増大するので、５層以内とすることが好ましい。尚、一般的な有機エレクトロルミネッセンス素子と同様に、有機発光層４と陽極１や陰極２の間に、必要に応じてホール注入層、ホール輸送層、電子輸送層、電子注入層等を設けることができるものであり、図１ではこれらの層の図示を省略してある。
【００２８】
そして本発明では、上記の中間層３を、抵抗率が１×１０５Ωｃｍ以下の導電性金属酸化物と、電子注入性の金属と、ホール注入性の金属を混合した混合物層として形成するようにしたものである。
【００２９】
中間層３を形成する１×１０５Ωｃｍ以下の導電性金属酸化物としては、電荷を輸送する能力を有するものである限り特に限定されないが、例えば、モリブデン、レニウム、タングステン、バナジウム、亜鉛、インジウム、スズ、ガリウム、チタン、アルミニウムのいずれかを含有する金属酸化物であることが好ましい。また、１種の金属のみの酸化物ではなく、例えばインジウムとスズ、インジウムと亜鉛、アルミニウムとガリウム、ガリウムと亜鉛、チタンとニオブなど、前記のいずれかの金属を含有する複数の金属の酸化物であっても良い。各金属の酸化数や、複数の金属の混合比率は、当該金属酸化物の膜質や熱安定性、電気的特性が好ましい範囲になるように任意に設定することが可能である。また、この導電性金属酸化物は、両極性光透過性導電性金属酸化物であることがより好ましい。両極性光透過性導電性金属酸化物とは、当該金属酸化物が電子とホールの両電荷を輸送できるものであることを意味するが、たとえば、モリブデン、タングステン、レニウム、ルテニウム、バナジウム、タンタル、ニッケル、亜鉛、スズ、ニオブの金属酸化物がそれに該当する。尚、導電性金属酸化物は抵抗率が１×１０５Ωｃｍ以下であればよく、下限は特に設定されないが、実用的には１×１０−４Ωｃｍ程度が下限である。また中間層３の比抵抗は、１０−４Ωｃｍ〜１０５Ωｃｍのオーダーであることが好ましい。
【００３０】
また中間層３を形成する電子注入性の金属としては、電荷注入に寄与する物質系であればよく、特に限定されないが、例えば、アルカリ金属、アルカリ土類金属、希土類金属の群から選ばれる金属などが挙げられる。これらの材料は、２種以上の材料を混合して用いることによって、単独では安定性が悪い材料の安定性を向上させ、また単独では膜質や隣接する層との密着性が悪い材料の成膜性を向上させることが可能になる。
【００３１】
さらに中間層３を形成するホール注入性の金属としては、ホール注入に寄与する物質系であればよく、特に限定されないが、例えば、モリブデン、レニウム、タングステン、バナジウム、亜鉛、インジウム、スズ、ガリウム、チタン、アルミニウムなどを挙げることができる。
【００３２】
１×１０５Ωｃｍ以下の導電性金属酸化物と、電子注入性の金属と、ホール注入性の金属の混合物層として中間層３を成膜する方法は、特に限定されるものではないが、１０ｅＶ以下のエネルギーによる気相法（ＰＶＤ）を用いるのが好ましく、例えば、抵抗加熱蒸着、ＥＢ（電子ビーム）加熱蒸着、レーザー加熱蒸着、プラズマ加熱蒸着などの蒸着法が挙げられる。このように１０ｅＶのエネルギー以下であることが好ましく、特に３ｅＶのエネルギー以下であることが好ましいものであり、エネルギーの下限は特に設定されないが、実用的には０．０２ｅＶ程度が下限である。中間層３をこのようにエネルギーの低い成膜法を用いて形成することにより、成膜時に素子を構成する有機材料がダメージを受けることを低減することができるものであり、また成膜される中間層３の内部応力を低くすることができるものである。このため、成膜する下地へのダメージを低減するためのバッファ層を設けたり、ダメージを低減するための成膜条件の調整を行ったりする必要性がなくなり、下地へのダメージ発生の防止及び中間層３の内部応力の低減を容易に実現することができるものである。
【００３３】
１×１０５Ωｃｍ以下の導電性金属酸化物と、電子注入性の金属と、ホール注入性の金属を混合して蒸着するにあたっては、これらの３成分の各材料を共蒸着させるなどの任意の方法で行なうことができるものである。またこれらの３成分を中間層３内に均一に混合するようにする他、例えば、中間層３の膜厚内において、陽極１の側の部分ではホール注入性の金属の混合比が高く、陰極２の側の部分ではホール注入性の金属の混合比が低くなるように、また中間層３内の陰極２の側の部分では電子注入性の金属の混合比が高く、陽極１の側の部分では電子注入性の金属の混合比が低くなるように、ホール注入性の金属と電子注入性の金属の混合比を傾斜させるようにしてもよい。
【００３４】
ここで、中間層３において、１×１０５Ωｃｍ以下の導電性金属酸化物と、電子注入性の金属と、ホール注入性の金属の混合比率は特に限定されるものではないが、電子注入性の金属やホール注入性の金属が１０モル％以下になるようにするのが好ましい。
【００３５】
また中間層３は、可視光領域の吸収が小さく、あるいは屈折率が低い材料を選択して形成することが好ましく、結果として素子内部での反射や吸収が少なくなり、発光層４で生じた光が外部に放出される際のロスを低減することができるものである。中間層３の膜厚は特に限定されるものではなく適宜設定されるものであるが、好ましくは１〜１００ｎｍの範囲であり、更に好ましくは５〜５０ｎｍの範囲である。
【００３６】
本発明において、上記の発光層４の材料としては、有機エレクトロルミネッセンス素子用の材料として知られる任意の材料が使用可能である。例えばアントラセン、ナフタレン、ピレン、テトラセン、コロネン、ペリレン、フタロペリレン、ナフタロペリレン、ジフェニルブタジエン、テトラフェニルブタジエン、クマリン、オキサジアゾール、ビスベンゾキサゾリン、ビススチリル、シクロペンタジエン、キノリン金属錯体、トリス（８−ヒドロキシキノリナート）アルミニウム錯体、トリス（４−メチル−８−キノリナート）アルミニウム錯体、トリス（５−フェニル−８−キノリナート）アルミニウム錯体、アミノキノリン金属錯体、ベンゾキノリン金属錯体、トリ−（ｐ−ターフェニル−４−イル）アミン、１−アリール−２，５−ジ（２−チエニル）ピロール誘導体、ピラン、キナクリドン、ルブレン、ジスチリルベンゼン誘導体、ジスチリルアリーレン誘導体、ジスチリルアミン誘導体及び各種蛍光色素等、前述の材料系およびその誘導体を始めとするものが挙げられるが、これらに限定するものではない。またこれらの化合物のうちから選択される発光材料を適宜混合して用いることも好ましい。また、前記化合物に代表される蛍光発光を生じる化合物のみならず、スピン多重項からの発光を示す材料系、例えば燐光発光を生じる燐光発光材料、およびそれらからなる部位を分子内の一部に有する化合物も好適に用いることができる。またこれらの材料からなる発光層４は、蒸着、転写等乾式プロセスによって成膜しても良いし、スピンコート、スプレーコート、ダイコート、グラビア印刷等、湿式プロセスによって成膜するものであってもよい。
【００３７】
また、有機エレクトロルミネッセンス素子を構成する他の部材である、積層された素子を保持する基板５や陽極１、陰極２等には、従来から使用されているものをそのまま使用することができる。
【００３８】
すなわち、上記基板５は、この基板５を通して光が出射される場合には光透過性を有するものであり、無色透明の他に、多少着色されているものであっても、すりガラス状のものであってもよい。例えば、ソーダライムガラスや無アルカリガラスなどの透明ガラス板や、ポリエステル、ポリオレフィン、ポリアミド、エポキシ等の樹脂、フッ素系樹脂等から任意の方法によって作製されたプラスチックフィルムやプラスチック板などを用いることができる。またさらに、基板５内に基板母剤と屈折率の異なる粒子、粉体、泡等を含有し、あるいは表面に形状を付与することによって、光拡散効果を有するものも使用可能である。また、基板５を通さずに光を射出させる場合、基板５は必ずしも光透過性を有するものでなくてもかまわず、素子の発光特性、寿命特性等を損なわない限り、任意の基板５を使うことができる。特に、通電時の素子の発熱による温度上昇を軽減するために、熱伝導性の高い基板５を使うこともできる。
【００３９】
上記陽極１は、有機発光層４中にホールを注入するための電極であり、仕事関数の大きい金属、合金、電気伝導性化合物、あるいはこれらの混合物からなる電極材料を用いることが好ましく、仕事関数が４ｅＶ以上のものを用いるのがよい。このような陽極１の材料としては、例えば、金などの金属、ＣｕＩ、ＩＴＯ（インジウム−スズ酸化物）、ＳｎＯ２、ＺｎＯ、ＩＺＯ（インジウム−亜鉛酸化物）等、ＰＥＤＯＴ、ポリアニリン等の導電性高分子及び任意のアクセプタ等でドープした導電性高分子、カーボンナノチューブなどの導電性光透過性材料を挙げることができる。陽極１は、例えば、これらの電極材料を基板５の表面に真空蒸着法やスパッタリング法、塗布等の方法により薄膜に形成することによって作製することができる。また、有機発光層４における発光を陽極１を透過させて外部に照射するためには、陽極１の光透過率を７０％以上にすることが好ましい。さらに、陽極１のシート抵抗は数百Ω／□以下とすることが好ましく、特に好ましくは１００Ω／□以下とするものである。ここで、陽極１の膜厚は、陽極１の光透過率、シート抵抗等の特性を上記のように制御するために、材料により異なるが、５００ｎｍ以下、好ましくは１０〜２００ｎｍの範囲に設定するのがよい。
【００４０】
また上記陰極２は、有機発光層４中に電子を注入するための電極であり、仕事関数の小さい金属、合金、電気伝導性化合物及びこれらの混合物からなる電極材料を用いることが好ましく、仕事関数が５ｅＶ以下のものであることが好ましい。このような陰極２の電極材料としては、アルカリ金属、アルカリ金属のハロゲン化物、アルカリ金属の酸化物、アルカリ土類金属等、およびこれらと他の金属との合金、例えばナトリウム、ナトリウム−カリウム合金、リチウム、マグネシウム、マグネシウム−銀混合物、マグネシウム−インジウム混合物、アルミニウム−リチウム合金、Ａｌ／ＬｉＦ混合物を例として挙げることができる。またアルミニウム、Ａｌ／Ａｌ2Ｏ3混合物なども使用可能である。さらに、アルカリ金属の酸化物、アルカリ金属のハロゲン化物、あるいは金属酸化物を陰極２の下地として用い、さらに金属等の導電材料を１層以上積層して用いてもよい。例えば、アルカリ金属／Ａｌの積層、アルカリ金属のハロゲン化物／アルカリ土類金属／Ａｌの積層、アルカリ金属の酸化物／Ａｌの積層などが例として挙げられる。また、ＩＴＯ、ＩＺＯなどに代表される透明電極を用い、陰極２側から光を取りだす構成としても良い。また陰極２の界面の有機物層にリチウム、ナトリウム、セシウム、カルシウム等のアルカリ金属、アルカリ土類金属をドープしても良い。
【００４１】
また上記陰極２は、例えば、これらの電極材料を真空蒸着法やスパッタリング法等の方法により、薄膜に形成することによって作製することができる。有機発光層４における発光を陽極１側から取り出す場合には、陰極２の光透過率を１０％以下にすることが好ましい。また反対に、透明電極を陰極２として陰極２側から発光を取りだす場合（陽極１と陰極２の両電極から光を取り出す場合も含む）には、陰極２の光透過率を７０％以上にすることが好ましい。この場合の陰極２の膜厚は、陰極２の光透過率等の特性を制御するために、材料により異なるが、通常５００ｎｍ以下、好ましくは１００〜２００ｎｍの範囲とするのがよい。
【００４２】
本発明の有機エレクトロルミネッセンス素子の素子構成は、本発明の趣旨に反しない限り任意のものを用いることができる。例えば既述のように図１は、ホール注入層やホール輸送層、電子輸送層や電子注入層の記載を省略しているが、必要に応じてこれらの層を適宜設けることができる。
【００４３】
ホール輸送層に用いる材料は、例えばホール輸送性を有する化合物の群から選定することができる。この種の化合物としては、例えば、４，４’−ビス［Ｎ−（ナフチル）−Ｎ−フェニル−アミノ］ビフェニル（α−ＮＰＤ）、Ｎ，Ｎ’−ビス（３−メチルフェニル）−（１，１’−ビフェニル）−４，４’−ジアミン（ＴＰＤ）、２−ＴＮＡＴＡ、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（ＭＴＤＡＴＡ）、４，４’−Ｎ，Ｎ’−ジカルバゾールビフェニル（ＣＢＰ）、スピロ−ＮＰＤ、スピロ−ＴＰＤ、スピロ−ＴＡＤ、ＴＮＢなどを代表例とする、アリールアミン系化合物、カルバゾール基を含むアミン化合物、フルオレン誘導体を含むアミン化合物などを挙げることができるが、一般に知られる任意のホール輸送材料を用いることが可能である。
【００４４】
また、電子輸送層に用いる材料は、電子輸送性を有する化合物の群から選定することができる。この種の化合物としては、Ａｌｑ３等の電子輸送性材料として知られる金属錯体や、フェナントロリン誘導体、ピリジン誘導体、テトラジン誘導体、オキサジアゾール誘導体等のヘテロ環を有する化合物などが挙げられるが、この限りではなく、一般に知られる任意の電子輸送材料を用いることが可能である。
【００４５】
上記のように形成される本発明の有機エレクトロルミネッセンス素子にあっては、中間層３を介して複数の発光層４を積層して設けているので、複数層の発光層４が中間層３によって電気的に直列に接続された状態で発光するものであり、高輝度で発光させることができるものである。そして１×１０５Ωｃｍ以下の導電性金属酸化物と、電子注入性の金属と、ホール注入性の金属の混合物で中間層３を形成するようにしてあるので、ホールや電子の注入性が高まり、発光の効率特性がより優れた有機エレクトロルミネッセンス素子を得ることができるものである。
【実施例】
【００４６】
次に、本発明を実施例によって具体的に説明する。
【００４７】
（実施例１）
陽極１として、厚み１１０ｎｍ、幅５ｍｍ、シート抵抗約１２Ω／□のＩＴＯ膜が図２のパターンのように成膜された、０．７ｍｍ厚のガラス製の基板５を用意した。そしてまず、この基板５を、洗剤、イオン交換水、アセトンで各１０分間超音波洗浄した後、ＩＰＡ（イソプロピルアルコール）で蒸気洗浄して乾燥し、さらにＵＶ／Ｏ３処理を施した。
【００４８】
次に、この基板５を真空蒸着装置にセットし、１×１０−４Ｐａ以下の減圧雰囲気下で、陽極１の上に、ホール注入層として、４，４’−ビス［Ｎ−（ナフチル）−Ｎ−フェニル−アミノ］ビフェニル（α−ＮＰＤ）と酸化モリブデン（ＭｏＯ３）の共蒸着体（モル比１：１）を３０ｎｍの膜厚で蒸着した。次にこの上にホール輸送層として、α−ＮＰＤを４０ｎｍの膜厚で蒸着した。
【００４９】
次いで、このホール輸送層の上に、発光層４ａとして、Ａｌｑ３にルブレンを７質量％共蒸着した層を４０ｎｍの膜厚で形成した。
【００５０】
次にこの発光層４ａの上に、電子輸送層としてＡｌｑ３を単独で３０ｎｍの厚みに成膜した。
【００５１】
次いで電子輸送層の上に、ＩＴＯ（インジウムスズ酸化物：抵抗率１×１０３Ωｃｍ）と、Ｍｏと、Ｌｉを、抵抗加熱蒸着によって、モル比８０：１０：１０で共蒸着した。これにより、１×１０５Ωｃｍ以下の導電性金属酸化物（ＩＴＯ）と、電子注入性の金属(Ｍｏ)と、ホール注入性の金属(Ｌｉ)の混合物層からなる膜厚３０ｎｍの中間層３を形成した。このとき、抵抗加熱蒸着は０．０２ｅＶのエネルギーで行なった。
【００５２】
続いて中間層３の上に、ホール輸送層として、α−ＮＰＤを４０ｎｍの膜厚で蒸着した。
【００５３】
次いで、ホール輸送層の上に、発光層４ｂとしてＡｌｑ３にルブレンを７質量％共蒸着した層を４０ｎｍの膜厚で形成した。
【００５４】
次にこの発光層４ｂの上に、電子輸送層としてＡｌｑ３を単独で蒸着して３０ｎｍの膜厚に成膜した。続いて、ＬｉＦを０．５ｎｍの膜厚で成膜した。
【００５５】
この後、陰極２となるアルミニウムを、０．４ｎｍ／ｓの蒸着速度で図２のパターンのように５ｍｍ幅、１００ｎｍ厚に蒸着した。
【００５６】
このようにして、発光層４が二層構成の図１に示す構造を有する有機エレクトロルミネッセンス素子を得た。尚、ホール注入層、ホール輸送層及び電子輸送層の図示は図１において省略している。
【００５７】
（実施例２）
中間層３を実施例１と同様にして形成するにあたって、隣接する電子輸送層であるＡｌｑ３の側はＬｉの混合比が高く、ホール輸送層の側はＭｏの混合比が高くなるよう、共蒸着レート調整を行なって３０ｎｍの膜厚に成膜した。その他は実施例１と同様にして、有機エレクトロルミネッセンス素子を得た。
【００５８】
（実施例３）
中間層３を実施例２と同様にして形成するにあたって、０．１ｅＶのエネルギーでＥＢ蒸着によって行なうようにした。その他は実施例１と同様にして有機エレクトロルミネッセンス素子を得た。
【００５９】
（実施例４）
中間層３を、ＩＴＯとＭｏとＬｉを用いて、１００ｅＶのエネルギーのスパッタ法により、モル比８０：１０：１０で共蒸着して３０ｎｍの膜厚に形成した。その他は実施例１と同様にして、有機エレクトロルミネッセンス素子を得た。
【００６０】
（従来例）
実施例１と同様のＩＴＯ膜（陽極１）を設けたガラス製の基板５の陽極１の上に、ホール注入層として、α−ＮＰＤとＭｏＯ３の共蒸着体（モル比１：１）を３０ｎｍの膜厚で蒸着し、この上にホール輸送層として、α−ＮＰＤを４０ｎｍの膜厚で蒸着した。
【００６１】
次いで、ホール輸送層の上に、有機発光層４としてＡｌｑ３にルブレンを７質量％共蒸着した層を４０ｎｍの膜厚で形成した。
【００６２】
次にこの上に電子輸送層としてＡｌｑ３を単独で膜厚３０ｎｍに成膜し、続いて、ＬｉＦを膜厚０．５ｎｍに成膜した。
【００６３】
この後、陰極２となるアルミニウムを０．４ｎｍ／ｓの蒸着速度で５ｍｍ幅、１００ｎｍ厚に蒸着することによって、発光層４が一層構成の有機エレクトロルミネッセンス素子を得た。
【００６４】
（比較例１）
中間層３を、ＩＴＯのみを用いて、実施例１と同様に抵抗加熱法で、３０ｎｍの膜厚に形成した。その他は実施例１と同様にして、有機エレクトロルミネッセンス素子を得た。
【００６５】
（比較例２）
中間層３を、ＩＴＯとＭｏを用いて、実施例１と同様に抵抗加熱法で、モル比９０：１０で共蒸着して３０ｎｍの膜厚に形成した。その他は実施例１と同様にして、有機エレクトロルミネッセンス素子を得た。
【００６６】
（比較例３）
中間層３を、ＩＴＯとＬｉを用いて、実施例１と同様に抵抗加熱法で、モル比９０：１０で共蒸着して３０ｎｍの膜厚に形成した。その他は実施例１と同様にして、有機エレクトロルミネッセンス素子を得た。
【００６７】
上記のようにして得た実施例１〜４、従来例、比較例１〜３で得られた有機エレクトロルミネッセンス素子に、２０ｍＡ／ｃｍ２の電流を通電し、その際の電圧、輝度を測定した。結果を表１に示す。
【００６８】
【表１】
【００６９】
表１にみられるように、各実施例の有機エレクトロルミネッセンス素子は、従来例の場合の約２倍の電圧で、従来例の約２倍程度の発光輝度が得られるものであり、中間層３の存在による二つの発光層４の電気的接続が良好に行われていることが確認された。
【００７０】
一方、比較例１では、ホール、電子の注入性の低下に由来すると思われる、電圧の上昇と発光効率の低下が見られた。また比較例２では、電子注入性の低下に由来すると思われる、電圧の上昇と発光効率の低下が見られた。さらに比較例３では、ホール注入性の低下に由来すると思われる、電圧の上昇と発光効率の低下が見られた。尚、実施例４では、スパッタダメージに由来すると思われる、電圧の上昇と発光効率の低下が見られた。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本発明の実施の形態の一例における有機エレクトロルミネッセンス素子の層構成を示す概略断面図である。
【図２】実施例で作製した有機エレクトロルミネッセンス素子の概略構成を示すものであり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ′線断面図である。
【符号の説明】
【００７２】
１ 陽極
２ 陰極
３ 中間層
４（４ａ，４ｂ） 発光層
５ 基板
【技術分野】
【０００１】
本発明は、照明光源や液晶表示器用バックライト、フラットパネルディスプレイ等に用いることのできる有機エレクトロルミネッセンス素子に関し、詳しくは、複数の発光層を備え、高輝度で且つ高効率で発光する有機エレクトロルミネッセンス素子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
有機エレクトロルミネッセンス素子と称される有機発光素子としては、陽極となる透明電極、ホール輸送層、発光層（有機発光層）、電子注入層、陰極となる電極の順に、透明基板の片側の表面に積層した構成のものが、その一例として知られている。そして、陽極と陰極の間に電圧を印加することによって、電子注入層を介して発光層に注入された電子と、ホール輸送層を介して発光層に注入されたホールとが、発光層内で再結合して発光が起こる。このように発光層で発光した光は、透明電極及び透明基板を通して取り出されるようになっている。
【０００３】
ここで、有機エレクトロルミネッセンス素子は、自発光であること、比較的高効率の発光特性を示すこと、各種の色調で発光可能であること等の特徴を有するものであり、表示装置、例えばフラットパネルディスプレイ等の発光体として、あるいは光源、例えば液晶表示機用バックライトや照明としての活用が期待されており、一部では既に実用化されている。
【０００４】
しかし、有機エレクトロルミネッセンス素子は、その輝度と寿命とがトレードオフの関係にあり、より鮮明な画像、あるいは明るい照明光を得るために輝度を増大させると、寿命が短くなるという問題点を有する。
【０００５】
この問題を解決するものとして、近年、陽極と陰極の間に発光層を複数備え、且つ各発光層間を中間層で電気的に接続した有機エレクトロルミネッセンス素子が提案されている（例えば特許文献１−５参照）。
【０００６】
図１はこのような有機エレクトロルミネッセンス素子の構造の一例を示すものであり、陽極１となる電極と陰極２となる電極の間に複数の発光層４ａ，４ｂを設けると共に、隣接する発光層４ａ，４ｂの間に中間層３を介在させた状態で積層し、これを透明な基板５の表面に積層したものである。陽極１は光透過性の電極として、陰極２は光反射性の電極として形成されている。尚、図１では、発光層の４ａ，４ｂの両側に設けられる電子注入層とホール輸送層とは、図示を省略している。
【０００７】
そしてこの図１の例では、複数層の発光層４ａ，４ｂを中間層３で仕切ることによって、陽極１と陰極２の間に電圧を印加した場合に、複数の発光層４ａ，４ｂがあたかも直列的に接続された状態で同時に発光し、各発光層４ａ，４ｂからの光が合算されるため、一定電流通電時には従来型の有機エレクトロルミネッセンス素子よりも高輝度で発光させることができ、上記のような輝度−寿命のトレードオフを回避することが可能になるものである。
【０００８】
ここで、上記の中間層３の構成として現在知られている一般的なものは、例えば、（１）ＢＣＰ:Ｃｓ／Ｖ２Ｏ５、（２）ＢＣＰ:Ｃｓ／ＮＰＤ:Ｖ２Ｏ５、（３）Ｌｉ錯体とＡｌのその場反応生成物、（４）Ａｌｑ:Ｌｉ／ＩＴＯ／ホール輸送材料、（５）金属−有機混合層、（６）アルカリ金属およびアルカリ土類金属を含む酸化物等がある。尚、「：」の記載は２種の材料の混合を表し、「／」の記載は前後の組成物の積層を表す。
【特許文献１】特開平１１−３２９７４８号公報
【特許文献２】特開２００３−２７２８６０号公報
【特許文献３】特開２００５−１３５６００号公報
【特許文献４】特開２００６−３３２０４８号公報
【特許文献５】特開２００６−１７３５５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、上記のように複数の有機発光層を仕切る中間層を設けると、駆動電圧の増大や、好ましくない電圧上昇の発生を招くおそれがあり、また膜質の悪さによるショートサーキット等の欠陥発生の問題なども生じるおそれがある。更に、蒸着プロセスとスパッタプロセスとを組み合わせる必要があるという製法上の問題も生じる。
【００１０】
例えば、上記（１）に示す系の中間層では、Ｖ２Ｏ５層の膜質によるショートの問題が発生するおそれがある。
【００１１】
また上記（２）に示す系では、二つの層間で生じる副反応による電圧上昇の問題がある。すなわち、ルイス酸分子は電子輸送材料とも反応し、またアルカリ金属はルイス塩基としてホール輸送材料とも反応し、これらの反応によって駆動電圧の増大が起こることが報告されている（参考文献：高分子学会有機ＥＬ研究会 平成１７年１２月９日講演会 マルチフォトン有機ＥＬ照明）。
【００１２】
また上記（３）に示す系では、その場反応生成物を得るために用いるＬｉ錯体の有機配位子成分が、素子特性に悪影響を与えることがあることが問題となる。
【００１３】
また上記（４）の系では、中間層としてのＩＴＯからのホール輸送材料へのホール注入が必ずしも良好でなく、駆動電圧や素子特性の観点で問題がある。
【００１４】
また上記（５）の系では、金属酸化物等の金属化合物を含む金属と有機物を混合して中間層を形成するために、中間層の熱安定性が低下し、特に大電流を通電した際の発熱に対する中間層の安定性に劣るという問題があった。
【００１５】
また、上記（６）の系では、アルカリ金属もしくはアルカリ土類金属を含有する金属酸化物の中間層としての機能が必ずしも充分ではなく、アルカリ金属もしくはアルカリ土類金属を含有する金属酸化物以外の物質からなる層を積層して用いることが実質的に必要であり、中間層の構造が複雑になるという問題があった。
【００１６】
更に、上記（１）及び（４）の系では、特に大面積デバイスとなった際に、中間層を構成する膜内の応力によって、中間層周辺での欠陥が起こりうる可能性がある。
【００１７】
尚、特許文献３には、１種のマトリクスに添加剤を膜内のどの位置でもその濃度が０にはならないように添加することによって中間層を形成する方法が記載されているが、この場合にも前記参考文献に記載されているような問題のすべてを解決することはできないものである。
【００１８】
そこで、上記のように中間層を介して積層された複数の発光層を備える有機エレクトロルミネッセンス素子を形成するにあたり、種々の問題を克服した中間層を実現することが望まれるようになってきている。
【００１９】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、高輝度かつ高効率での発光が可能であり、また駆動電圧の増大を抑制することができる有機エレクトロルミネッセンス素子を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明に係る有機エレクトロルミネッセンス素子は、陽極１と陰極２の間に、中間層３を介して積層された複数の発光層４を備えた有機エレクトロルミネッセンス素子において、中間層３が、１×１０５Ωｃｍ以下の導電性金属酸化物と、電子注入性の金属と、ホール注入性の金属の混合物の層であることを特徴とするものである。
【００２１】
この発明によれば、抵抗率が１×１０５Ωｃｍ以下の導電性金属酸化物と、電子注入性の金属と、ホール注入性の金属の混合物で中間層３を形成することで、ホールや電子の注入性が高まり、効率特性に優れた有機エレクトロルミネッセンス素子を得ることができるものである。
【００２２】
また本発明において、上記の中間層３は、１０ｅＶ以下のエネルギーの気相法で形成されていることを特徴とするものである。
【００２３】
この発明によれば、１０ｅＶ以下のエネルギーの気相法で中間層３を形成することで、中間層３の成膜時に素子に与えられるダメージに由来して、駆動電圧の上昇などのデバイス特性に悪化が発生することを低減することが可能となるものである。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、中間層３を介して複数の発光層４を積層するにあたって、１×１０５Ωｃｍ以下の導電性金属酸化物と、電子注入性の金属と、ホール注入性の金属の混合物で中間層３を形成することで、ホールや電子の注入性が高まり、発光効率の特性に優れた有機エレクトロルミネッセンス素子を得ることができるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明を実施するための最良の形態を説明する。
【００２６】
図１は本発明の有機エレクトロルミネッセンス素子の構造の一例を示すものであり、陽極１となる電極と陰極２となる電極の間に有機発光層４及び中間層３が設けてある。この有機発光層４は複数の発光層４ａ，４ｂからなるものであり、陽極１と陰極２の積層方向にこれらの発光層４ａ，４ｂを積層し、隣り合う発光層４ａ，４ｂの間に中間層３が介在させてある。また一方の電極（陽極１）は、透明な基板５の表面に積層するようにしてある。図１の実施の形態では、陽極１は光透過性の電極として、陰極２は光反射性の電極として形成してある。
【００２７】
図１に示す形態では、発光層４として中間層３を介して２層の発光層４ａ，４ｂを設けるようにしているが、中間層３を介して発光層４をさらに多層に積層した積層構成であってもよい。発光層４の積層数は特に制限されないが、層数が増大すると光学的及び電気的な素子設計の難易度が増大するので、５層以内とすることが好ましい。尚、一般的な有機エレクトロルミネッセンス素子と同様に、有機発光層４と陽極１や陰極２の間に、必要に応じてホール注入層、ホール輸送層、電子輸送層、電子注入層等を設けることができるものであり、図１ではこれらの層の図示を省略してある。
【００２８】
そして本発明では、上記の中間層３を、抵抗率が１×１０５Ωｃｍ以下の導電性金属酸化物と、電子注入性の金属と、ホール注入性の金属を混合した混合物層として形成するようにしたものである。
【００２９】
中間層３を形成する１×１０５Ωｃｍ以下の導電性金属酸化物としては、電荷を輸送する能力を有するものである限り特に限定されないが、例えば、モリブデン、レニウム、タングステン、バナジウム、亜鉛、インジウム、スズ、ガリウム、チタン、アルミニウムのいずれかを含有する金属酸化物であることが好ましい。また、１種の金属のみの酸化物ではなく、例えばインジウムとスズ、インジウムと亜鉛、アルミニウムとガリウム、ガリウムと亜鉛、チタンとニオブなど、前記のいずれかの金属を含有する複数の金属の酸化物であっても良い。各金属の酸化数や、複数の金属の混合比率は、当該金属酸化物の膜質や熱安定性、電気的特性が好ましい範囲になるように任意に設定することが可能である。また、この導電性金属酸化物は、両極性光透過性導電性金属酸化物であることがより好ましい。両極性光透過性導電性金属酸化物とは、当該金属酸化物が電子とホールの両電荷を輸送できるものであることを意味するが、たとえば、モリブデン、タングステン、レニウム、ルテニウム、バナジウム、タンタル、ニッケル、亜鉛、スズ、ニオブの金属酸化物がそれに該当する。尚、導電性金属酸化物は抵抗率が１×１０５Ωｃｍ以下であればよく、下限は特に設定されないが、実用的には１×１０−４Ωｃｍ程度が下限である。また中間層３の比抵抗は、１０−４Ωｃｍ〜１０５Ωｃｍのオーダーであることが好ましい。
【００３０】
また中間層３を形成する電子注入性の金属としては、電荷注入に寄与する物質系であればよく、特に限定されないが、例えば、アルカリ金属、アルカリ土類金属、希土類金属の群から選ばれる金属などが挙げられる。これらの材料は、２種以上の材料を混合して用いることによって、単独では安定性が悪い材料の安定性を向上させ、また単独では膜質や隣接する層との密着性が悪い材料の成膜性を向上させることが可能になる。
【００３１】
さらに中間層３を形成するホール注入性の金属としては、ホール注入に寄与する物質系であればよく、特に限定されないが、例えば、モリブデン、レニウム、タングステン、バナジウム、亜鉛、インジウム、スズ、ガリウム、チタン、アルミニウムなどを挙げることができる。
【００３２】
１×１０５Ωｃｍ以下の導電性金属酸化物と、電子注入性の金属と、ホール注入性の金属の混合物層として中間層３を成膜する方法は、特に限定されるものではないが、１０ｅＶ以下のエネルギーによる気相法（ＰＶＤ）を用いるのが好ましく、例えば、抵抗加熱蒸着、ＥＢ（電子ビーム）加熱蒸着、レーザー加熱蒸着、プラズマ加熱蒸着などの蒸着法が挙げられる。このように１０ｅＶのエネルギー以下であることが好ましく、特に３ｅＶのエネルギー以下であることが好ましいものであり、エネルギーの下限は特に設定されないが、実用的には０．０２ｅＶ程度が下限である。中間層３をこのようにエネルギーの低い成膜法を用いて形成することにより、成膜時に素子を構成する有機材料がダメージを受けることを低減することができるものであり、また成膜される中間層３の内部応力を低くすることができるものである。このため、成膜する下地へのダメージを低減するためのバッファ層を設けたり、ダメージを低減するための成膜条件の調整を行ったりする必要性がなくなり、下地へのダメージ発生の防止及び中間層３の内部応力の低減を容易に実現することができるものである。
【００３３】
１×１０５Ωｃｍ以下の導電性金属酸化物と、電子注入性の金属と、ホール注入性の金属を混合して蒸着するにあたっては、これらの３成分の各材料を共蒸着させるなどの任意の方法で行なうことができるものである。またこれらの３成分を中間層３内に均一に混合するようにする他、例えば、中間層３の膜厚内において、陽極１の側の部分ではホール注入性の金属の混合比が高く、陰極２の側の部分ではホール注入性の金属の混合比が低くなるように、また中間層３内の陰極２の側の部分では電子注入性の金属の混合比が高く、陽極１の側の部分では電子注入性の金属の混合比が低くなるように、ホール注入性の金属と電子注入性の金属の混合比を傾斜させるようにしてもよい。
【００３４】
ここで、中間層３において、１×１０５Ωｃｍ以下の導電性金属酸化物と、電子注入性の金属と、ホール注入性の金属の混合比率は特に限定されるものではないが、電子注入性の金属やホール注入性の金属が１０モル％以下になるようにするのが好ましい。
【００３５】
また中間層３は、可視光領域の吸収が小さく、あるいは屈折率が低い材料を選択して形成することが好ましく、結果として素子内部での反射や吸収が少なくなり、発光層４で生じた光が外部に放出される際のロスを低減することができるものである。中間層３の膜厚は特に限定されるものではなく適宜設定されるものであるが、好ましくは１〜１００ｎｍの範囲であり、更に好ましくは５〜５０ｎｍの範囲である。
【００３６】
本発明において、上記の発光層４の材料としては、有機エレクトロルミネッセンス素子用の材料として知られる任意の材料が使用可能である。例えばアントラセン、ナフタレン、ピレン、テトラセン、コロネン、ペリレン、フタロペリレン、ナフタロペリレン、ジフェニルブタジエン、テトラフェニルブタジエン、クマリン、オキサジアゾール、ビスベンゾキサゾリン、ビススチリル、シクロペンタジエン、キノリン金属錯体、トリス（８−ヒドロキシキノリナート）アルミニウム錯体、トリス（４−メチル−８−キノリナート）アルミニウム錯体、トリス（５−フェニル−８−キノリナート）アルミニウム錯体、アミノキノリン金属錯体、ベンゾキノリン金属錯体、トリ−（ｐ−ターフェニル−４−イル）アミン、１−アリール−２，５−ジ（２−チエニル）ピロール誘導体、ピラン、キナクリドン、ルブレン、ジスチリルベンゼン誘導体、ジスチリルアリーレン誘導体、ジスチリルアミン誘導体及び各種蛍光色素等、前述の材料系およびその誘導体を始めとするものが挙げられるが、これらに限定するものではない。またこれらの化合物のうちから選択される発光材料を適宜混合して用いることも好ましい。また、前記化合物に代表される蛍光発光を生じる化合物のみならず、スピン多重項からの発光を示す材料系、例えば燐光発光を生じる燐光発光材料、およびそれらからなる部位を分子内の一部に有する化合物も好適に用いることができる。またこれらの材料からなる発光層４は、蒸着、転写等乾式プロセスによって成膜しても良いし、スピンコート、スプレーコート、ダイコート、グラビア印刷等、湿式プロセスによって成膜するものであってもよい。
【００３７】
また、有機エレクトロルミネッセンス素子を構成する他の部材である、積層された素子を保持する基板５や陽極１、陰極２等には、従来から使用されているものをそのまま使用することができる。
【００３８】
すなわち、上記基板５は、この基板５を通して光が出射される場合には光透過性を有するものであり、無色透明の他に、多少着色されているものであっても、すりガラス状のものであってもよい。例えば、ソーダライムガラスや無アルカリガラスなどの透明ガラス板や、ポリエステル、ポリオレフィン、ポリアミド、エポキシ等の樹脂、フッ素系樹脂等から任意の方法によって作製されたプラスチックフィルムやプラスチック板などを用いることができる。またさらに、基板５内に基板母剤と屈折率の異なる粒子、粉体、泡等を含有し、あるいは表面に形状を付与することによって、光拡散効果を有するものも使用可能である。また、基板５を通さずに光を射出させる場合、基板５は必ずしも光透過性を有するものでなくてもかまわず、素子の発光特性、寿命特性等を損なわない限り、任意の基板５を使うことができる。特に、通電時の素子の発熱による温度上昇を軽減するために、熱伝導性の高い基板５を使うこともできる。
【００３９】
上記陽極１は、有機発光層４中にホールを注入するための電極であり、仕事関数の大きい金属、合金、電気伝導性化合物、あるいはこれらの混合物からなる電極材料を用いることが好ましく、仕事関数が４ｅＶ以上のものを用いるのがよい。このような陽極１の材料としては、例えば、金などの金属、ＣｕＩ、ＩＴＯ（インジウム−スズ酸化物）、ＳｎＯ２、ＺｎＯ、ＩＺＯ（インジウム−亜鉛酸化物）等、ＰＥＤＯＴ、ポリアニリン等の導電性高分子及び任意のアクセプタ等でドープした導電性高分子、カーボンナノチューブなどの導電性光透過性材料を挙げることができる。陽極１は、例えば、これらの電極材料を基板５の表面に真空蒸着法やスパッタリング法、塗布等の方法により薄膜に形成することによって作製することができる。また、有機発光層４における発光を陽極１を透過させて外部に照射するためには、陽極１の光透過率を７０％以上にすることが好ましい。さらに、陽極１のシート抵抗は数百Ω／□以下とすることが好ましく、特に好ましくは１００Ω／□以下とするものである。ここで、陽極１の膜厚は、陽極１の光透過率、シート抵抗等の特性を上記のように制御するために、材料により異なるが、５００ｎｍ以下、好ましくは１０〜２００ｎｍの範囲に設定するのがよい。
【００４０】
また上記陰極２は、有機発光層４中に電子を注入するための電極であり、仕事関数の小さい金属、合金、電気伝導性化合物及びこれらの混合物からなる電極材料を用いることが好ましく、仕事関数が５ｅＶ以下のものであることが好ましい。このような陰極２の電極材料としては、アルカリ金属、アルカリ金属のハロゲン化物、アルカリ金属の酸化物、アルカリ土類金属等、およびこれらと他の金属との合金、例えばナトリウム、ナトリウム−カリウム合金、リチウム、マグネシウム、マグネシウム−銀混合物、マグネシウム−インジウム混合物、アルミニウム−リチウム合金、Ａｌ／ＬｉＦ混合物を例として挙げることができる。またアルミニウム、Ａｌ／Ａｌ2Ｏ3混合物なども使用可能である。さらに、アルカリ金属の酸化物、アルカリ金属のハロゲン化物、あるいは金属酸化物を陰極２の下地として用い、さらに金属等の導電材料を１層以上積層して用いてもよい。例えば、アルカリ金属／Ａｌの積層、アルカリ金属のハロゲン化物／アルカリ土類金属／Ａｌの積層、アルカリ金属の酸化物／Ａｌの積層などが例として挙げられる。また、ＩＴＯ、ＩＺＯなどに代表される透明電極を用い、陰極２側から光を取りだす構成としても良い。また陰極２の界面の有機物層にリチウム、ナトリウム、セシウム、カルシウム等のアルカリ金属、アルカリ土類金属をドープしても良い。
【００４１】
また上記陰極２は、例えば、これらの電極材料を真空蒸着法やスパッタリング法等の方法により、薄膜に形成することによって作製することができる。有機発光層４における発光を陽極１側から取り出す場合には、陰極２の光透過率を１０％以下にすることが好ましい。また反対に、透明電極を陰極２として陰極２側から発光を取りだす場合（陽極１と陰極２の両電極から光を取り出す場合も含む）には、陰極２の光透過率を７０％以上にすることが好ましい。この場合の陰極２の膜厚は、陰極２の光透過率等の特性を制御するために、材料により異なるが、通常５００ｎｍ以下、好ましくは１００〜２００ｎｍの範囲とするのがよい。
【００４２】
本発明の有機エレクトロルミネッセンス素子の素子構成は、本発明の趣旨に反しない限り任意のものを用いることができる。例えば既述のように図１は、ホール注入層やホール輸送層、電子輸送層や電子注入層の記載を省略しているが、必要に応じてこれらの層を適宜設けることができる。
【００４３】
ホール輸送層に用いる材料は、例えばホール輸送性を有する化合物の群から選定することができる。この種の化合物としては、例えば、４，４’−ビス［Ｎ−（ナフチル）−Ｎ−フェニル−アミノ］ビフェニル（α−ＮＰＤ）、Ｎ，Ｎ’−ビス（３−メチルフェニル）−（１，１’−ビフェニル）−４，４’−ジアミン（ＴＰＤ）、２−ＴＮＡＴＡ、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（ＭＴＤＡＴＡ）、４，４’−Ｎ，Ｎ’−ジカルバゾールビフェニル（ＣＢＰ）、スピロ−ＮＰＤ、スピロ−ＴＰＤ、スピロ−ＴＡＤ、ＴＮＢなどを代表例とする、アリールアミン系化合物、カルバゾール基を含むアミン化合物、フルオレン誘導体を含むアミン化合物などを挙げることができるが、一般に知られる任意のホール輸送材料を用いることが可能である。
【００４４】
また、電子輸送層に用いる材料は、電子輸送性を有する化合物の群から選定することができる。この種の化合物としては、Ａｌｑ３等の電子輸送性材料として知られる金属錯体や、フェナントロリン誘導体、ピリジン誘導体、テトラジン誘導体、オキサジアゾール誘導体等のヘテロ環を有する化合物などが挙げられるが、この限りではなく、一般に知られる任意の電子輸送材料を用いることが可能である。
【００４５】
上記のように形成される本発明の有機エレクトロルミネッセンス素子にあっては、中間層３を介して複数の発光層４を積層して設けているので、複数層の発光層４が中間層３によって電気的に直列に接続された状態で発光するものであり、高輝度で発光させることができるものである。そして１×１０５Ωｃｍ以下の導電性金属酸化物と、電子注入性の金属と、ホール注入性の金属の混合物で中間層３を形成するようにしてあるので、ホールや電子の注入性が高まり、発光の効率特性がより優れた有機エレクトロルミネッセンス素子を得ることができるものである。
【実施例】
【００４６】
次に、本発明を実施例によって具体的に説明する。
【００４７】
（実施例１）
陽極１として、厚み１１０ｎｍ、幅５ｍｍ、シート抵抗約１２Ω／□のＩＴＯ膜が図２のパターンのように成膜された、０．７ｍｍ厚のガラス製の基板５を用意した。そしてまず、この基板５を、洗剤、イオン交換水、アセトンで各１０分間超音波洗浄した後、ＩＰＡ（イソプロピルアルコール）で蒸気洗浄して乾燥し、さらにＵＶ／Ｏ３処理を施した。
【００４８】
次に、この基板５を真空蒸着装置にセットし、１×１０−４Ｐａ以下の減圧雰囲気下で、陽極１の上に、ホール注入層として、４，４’−ビス［Ｎ−（ナフチル）−Ｎ−フェニル−アミノ］ビフェニル（α−ＮＰＤ）と酸化モリブデン（ＭｏＯ３）の共蒸着体（モル比１：１）を３０ｎｍの膜厚で蒸着した。次にこの上にホール輸送層として、α−ＮＰＤを４０ｎｍの膜厚で蒸着した。
【００４９】
次いで、このホール輸送層の上に、発光層４ａとして、Ａｌｑ３にルブレンを７質量％共蒸着した層を４０ｎｍの膜厚で形成した。
【００５０】
次にこの発光層４ａの上に、電子輸送層としてＡｌｑ３を単独で３０ｎｍの厚みに成膜した。
【００５１】
次いで電子輸送層の上に、ＩＴＯ（インジウムスズ酸化物：抵抗率１×１０３Ωｃｍ）と、Ｍｏと、Ｌｉを、抵抗加熱蒸着によって、モル比８０：１０：１０で共蒸着した。これにより、１×１０５Ωｃｍ以下の導電性金属酸化物（ＩＴＯ）と、電子注入性の金属(Ｍｏ)と、ホール注入性の金属(Ｌｉ)の混合物層からなる膜厚３０ｎｍの中間層３を形成した。このとき、抵抗加熱蒸着は０．０２ｅＶのエネルギーで行なった。
【００５２】
続いて中間層３の上に、ホール輸送層として、α−ＮＰＤを４０ｎｍの膜厚で蒸着した。
【００５３】
次いで、ホール輸送層の上に、発光層４ｂとしてＡｌｑ３にルブレンを７質量％共蒸着した層を４０ｎｍの膜厚で形成した。
【００５４】
次にこの発光層４ｂの上に、電子輸送層としてＡｌｑ３を単独で蒸着して３０ｎｍの膜厚に成膜した。続いて、ＬｉＦを０．５ｎｍの膜厚で成膜した。
【００５５】
この後、陰極２となるアルミニウムを、０．４ｎｍ／ｓの蒸着速度で図２のパターンのように５ｍｍ幅、１００ｎｍ厚に蒸着した。
【００５６】
このようにして、発光層４が二層構成の図１に示す構造を有する有機エレクトロルミネッセンス素子を得た。尚、ホール注入層、ホール輸送層及び電子輸送層の図示は図１において省略している。
【００５７】
（実施例２）
中間層３を実施例１と同様にして形成するにあたって、隣接する電子輸送層であるＡｌｑ３の側はＬｉの混合比が高く、ホール輸送層の側はＭｏの混合比が高くなるよう、共蒸着レート調整を行なって３０ｎｍの膜厚に成膜した。その他は実施例１と同様にして、有機エレクトロルミネッセンス素子を得た。
【００５８】
（実施例３）
中間層３を実施例２と同様にして形成するにあたって、０．１ｅＶのエネルギーでＥＢ蒸着によって行なうようにした。その他は実施例１と同様にして有機エレクトロルミネッセンス素子を得た。
【００５９】
（実施例４）
中間層３を、ＩＴＯとＭｏとＬｉを用いて、１００ｅＶのエネルギーのスパッタ法により、モル比８０：１０：１０で共蒸着して３０ｎｍの膜厚に形成した。その他は実施例１と同様にして、有機エレクトロルミネッセンス素子を得た。
【００６０】
（従来例）
実施例１と同様のＩＴＯ膜（陽極１）を設けたガラス製の基板５の陽極１の上に、ホール注入層として、α−ＮＰＤとＭｏＯ３の共蒸着体（モル比１：１）を３０ｎｍの膜厚で蒸着し、この上にホール輸送層として、α−ＮＰＤを４０ｎｍの膜厚で蒸着した。
【００６１】
次いで、ホール輸送層の上に、有機発光層４としてＡｌｑ３にルブレンを７質量％共蒸着した層を４０ｎｍの膜厚で形成した。
【００６２】
次にこの上に電子輸送層としてＡｌｑ３を単独で膜厚３０ｎｍに成膜し、続いて、ＬｉＦを膜厚０．５ｎｍに成膜した。
【００６３】
この後、陰極２となるアルミニウムを０．４ｎｍ／ｓの蒸着速度で５ｍｍ幅、１００ｎｍ厚に蒸着することによって、発光層４が一層構成の有機エレクトロルミネッセンス素子を得た。
【００６４】
（比較例１）
中間層３を、ＩＴＯのみを用いて、実施例１と同様に抵抗加熱法で、３０ｎｍの膜厚に形成した。その他は実施例１と同様にして、有機エレクトロルミネッセンス素子を得た。
【００６５】
（比較例２）
中間層３を、ＩＴＯとＭｏを用いて、実施例１と同様に抵抗加熱法で、モル比９０：１０で共蒸着して３０ｎｍの膜厚に形成した。その他は実施例１と同様にして、有機エレクトロルミネッセンス素子を得た。
【００６６】
（比較例３）
中間層３を、ＩＴＯとＬｉを用いて、実施例１と同様に抵抗加熱法で、モル比９０：１０で共蒸着して３０ｎｍの膜厚に形成した。その他は実施例１と同様にして、有機エレクトロルミネッセンス素子を得た。
【００６７】
上記のようにして得た実施例１〜４、従来例、比較例１〜３で得られた有機エレクトロルミネッセンス素子に、２０ｍＡ／ｃｍ２の電流を通電し、その際の電圧、輝度を測定した。結果を表１に示す。
【００６８】
【表１】
【００６９】
表１にみられるように、各実施例の有機エレクトロルミネッセンス素子は、従来例の場合の約２倍の電圧で、従来例の約２倍程度の発光輝度が得られるものであり、中間層３の存在による二つの発光層４の電気的接続が良好に行われていることが確認された。
【００７０】
一方、比較例１では、ホール、電子の注入性の低下に由来すると思われる、電圧の上昇と発光効率の低下が見られた。また比較例２では、電子注入性の低下に由来すると思われる、電圧の上昇と発光効率の低下が見られた。さらに比較例３では、ホール注入性の低下に由来すると思われる、電圧の上昇と発光効率の低下が見られた。尚、実施例４では、スパッタダメージに由来すると思われる、電圧の上昇と発光効率の低下が見られた。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本発明の実施の形態の一例における有機エレクトロルミネッセンス素子の層構成を示す概略断面図である。
【図２】実施例で作製した有機エレクトロルミネッセンス素子の概略構成を示すものであり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ′線断面図である。
【符号の説明】
【００７２】
１ 陽極
２ 陰極
３ 中間層
４（４ａ，４ｂ） 発光層
５ 基板
【特許請求の範囲】
【請求項１】
陽極と陰極の間に、中間層を介して積層された複数の発光層を備えた有機エレクトロルミネッセンス素子において、中間層が、１×１０５Ωｃｍ以下の導電性金属酸化物と、電子注入性の金属と、ホール注入性の金属の混合物の層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。
【請求項２】
中間層は、１０ｅＶ以下のエネルギーの気相法で形成されていることを特徴とする請求項１に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項１】
陽極と陰極の間に、中間層を介して積層された複数の発光層を備えた有機エレクトロルミネッセンス素子において、中間層が、１×１０５Ωｃｍ以下の導電性金属酸化物と、電子注入性の金属と、ホール注入性の金属の混合物の層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。
【請求項２】
中間層は、１０ｅＶ以下のエネルギーの気相法で形成されていることを特徴とする請求項１に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２０１０−４０４４４（Ｐ２０１０−４０４４４Ａ）
【公開日】平成２２年２月１８日（２０１０．２．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２０４６６７（Ｐ２００８−２０４６６７）
【出願日】平成２０年８月７日（２００８．８．７）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成１９年度、独立行政法人新エネルギー・産業技術総合開発機構、「有機発光機構を用いた高効率照明技術の開発」委託研究、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願
【出願人】（０００００５８３２）パナソニック電工株式会社 (17,916)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年２月１８日（２０１０．２．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年８月７日（２００８．８．７）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成１９年度、独立行政法人新エネルギー・産業技術総合開発機構、「有機発光機構を用いた高効率照明技術の開発」委託研究、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願
【出願人】（０００００５８３２）パナソニック電工株式会社 (17,916)
【Ｆターム（参考）】
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