発光素子、及び発光装置
表示装置や照明装置に使用される有機ＥＬ発光素子の発光膜を構成する電子輸送層あるいは電子注入層として、従来使用されていたアルカリ金属をドープした有機材料は、アルカリ金属が、反応性が高く水酸化物になり易く、厳密なプロセス管理が必要で、発光素子、又は発光装置の封止を完全なものにしなければならず、また発光素子の寿命が十分長くならないという問題があった。 有機ＥＬ発光素子の発光膜を構成する電子輸送層あるいは電子注入層として、アルカリ金属内包フラーレン、またはアルカリ金属内包フラーレンをドープした有機材料を使用することにした。アルカリ金属内包フラーレン、またはアルカリ金属内包フラーレンをドープした有機材料は、大気中の水分や他の不純物との反応性が低く、プロセス管理が容易で、また、簡易な封止構造を使用しても、発光素子の寿命を十分長くできる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表示装置、又は照明装置などに使用される有機ＥＬを発光材料とする発光素子、及び発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
【非特許文献１】ＡＭＤ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｎｏｔｅ Ｖｏｌ．１ Ｄｅｃ．，２００２ ｐ．１〜ｐ．１９ Ａｌｋａｌｉ Ｍｅｔａｌ Ｄｉｓｐｅｎｓｅｒ ｆｏｒ ＯＬＥＤ
【特許文献１】特開２００１−６８７８号公報 薄膜ＥＬ素子及びその駆動方法現在、薄型でフラットという特徴を持つ液晶ディスプレイやプラズマディスプレイなど、さまざまな表示装置が、ブラウン管に代わる表示装置として広範に普及している。また、近年、次世代ディスプレイの本命として期待される有機ＥＬを使用した表示装置の研究、開発がすすめられている。有機ＥＬは、エレクトロルミネセンスを利用して電気を光に変換しているので、熱をほとんど発生せず、消費電力が小さい。また、液晶ディスプレイと異なり視野角によらず鮮明な画像を表示できるという特徴がある。
【０００３】
第８図は、従来の発光素子の断面図である。従来の発光素子は、ガラス基板１０１上に、陽極１０２、正孔注入層１０３、正孔輸送層１０４、発光層１０５、電子輸送層１０６、電子注入層１０７、陰極１０８を順次積層して形成される。陽極には仕事関数の大きい透明な電極材料として、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）が使用され、陰極には仕事関数の小さいアルミニウムが使用される。発光層１０５としては、Ａｌｑ３、ＮＰＢなどの低分子系の有機ＥＬや、ＰＰＶ、ポリ（３−アルキルチオフェン）などの高分子系の有機ＥＬが使用される。無機材料の陽極、陰極と有機材料の発光層の接合性をよくするために、通常、発光層と陽極の間に正孔輸送層、正孔注入層を介在させ、また、発光層と陰極の間に電子輸送層、電子注入層を介在させることで、発光素子を多層構造にする。従来、正孔輸送層、又は正孔注入層の材料としては、ＴＰＤ、ＰＥＤＯＴなどの有機材料が使用され、電子輸送層、又は電子注入層の材料としては、アルカリ金属をドープした有機材料が使用されていた。陰極界面の有機層に、アルカリ金属をドープすることにより、有機分子のラジカルアニオンが生成され、電場印加時に内部キャリアとしてふるまうため、有機ＥＬの駆動電圧を低減させることができる（非特許文献１）。
【０００４】
しかし、電子輸送層、電子注入層の材料として使用されていたアルカリ金属をドープした有機材料は、アルカリ金属が、反応性が高く水酸化物になり易いという問題があった。そのため、発光素子の製造工程において、アルカリ金属をドープした有機材料、あるいは形成した薄膜が、大気中の水分や他の不純物と反応しないように、プロセス管理を厳密に行わなければならない、作製した発光素子に外気がリークして水蒸気などと反応しないように、発光素子、又は発光装置の封止を完全なものにしないといけないなどの問題があった。また、寿命が十分長い発光素子を作製することが困難だった。
【０００５】
また、電子輸送層として、Ｃ６０、Ｃ７０などの空のフラーレンを含む材料を使用したＥＬ素子が知られている（特許文献１）。しかし、空のフラーレンは、電子親和力が比較的小さく、電子注入効率が悪く、従って、発光効率が高くないという問題があった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、発光素子の製造プロセス管理を容易にし、発光素子、又は発光装置の封止を簡易なものにし、発光効率の高い、長寿命の発光素子を作製することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
電子輸送層、又は電子注入層の材料に、アルカリ金属内包フラーレン類、またはアルカリ金属内包フラーレン類をドープした有機材料を使用することにした。
【０００８】
本発明（１）は、陽極、発光層及び陰極を含み、かつ、陰極と発光層との間に電子注入層及び／又は電子輸送層が介在する発光素子において、前記電子注入層及び／又は電子輸送層が、アルカリ金属内包フラーレン類又はアルカリ金属内包フラーレン類をドープした有機材料であることを特徴とする発光素子である。
【０００９】
ここで、「電子輸送層」とは、陰極から電子を発光層まで輸送し、陽極側から移動してきたホールをブロックして陰極に逃がさないような層をいい、「電子注入層」とは、陰極から輸送層（輸送層が無い場合は発光層）にスムーズに電子が入っていけるようにする層をいう。尚、これらの機能を有する限り、異なった標記であっても、本明細書にいう「電子輸送層及び／又は電子注入層」に包含される。したがって、例えば、両方の機能を有する一層が存在する場合、当該層は「電子輸送層及び電子注入層」に相当する。
【００１０】
本発明（２）は、電子輸送層が、アルカリ金属内包フラーレン類又はアルカリ金属内包フラーレン類をドープした有機材料である、前記発明（１）の発光素子である。
【００１１】
本発明（３）は、陽極と発光層との間に正孔注入層及び／又は正孔輸送層が介在する、前記発明（１）又は（２）の発光素子である。
【００１２】
本発明（４）は、前記発明（１）〜（３）のいずれか一つの発光素子を複数用いてアレイ状又はマトリクス状に配置した発光装置である
【００１３】
本発明（５）は、前記発明（４）の発光装置を含む表示装置である。
【００１４】
本発明（６）は、前記発明（４）の発光装置を含む照明装置である。
【発明の効果】
【００１５】
１．アルカリ金属内包フラーレン類は、アルカリ金属が球形炭素クラスターであるフラーレンの中に閉じ込められているため、アルカリ金属内包フラーレン類、またはアルカリ金属内包フラーレン類をドープした有機材料で形成した電子輸送層、又は電子注入層は大気中の水分や他の不純物との反応性が低い。そのため、プロセス管理が容易になる、発光素子、又は発光装置の封止に簡易型の封止構造が使用できる。また、発光素子の寿命を長くすることができる。
【００１６】
２．アルカリ金属内包フラーレン類、またはアルカリ金属内包フラーレン類をドープした有機材料は、アルカリ金属をドープした有機材料に比べ電子移動度が大きい。そのため、発光素子の発光効率が向上する。また、発光素子の内部抵抗が小さくなるため、低電圧駆動が可能になる。
【００１７】
３．アルカリ金属内包フラーレン類、またはアルカリ金属内包フラーレン類をドープした有機材料は、空のフラーレンに比べ電子親和力が大きい。そのため、電子注入効率が高く、発光効率が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第一具体例に係る発光素子の断面図である。
【図２】本発明の第二具体例に係る発光素子の断面図である。
【図３】本発明の第三具体例に係る発光素子の断面図である。
【図４】本発明の第四具体例に係る発光素子の断面図である。
【図５】本発明の第五具体例に係る発光素子の断面図である。
【図６】本発明の第六具体例に係る発光素子の断面図である。
【図７】（ａ）は、本発明の第七具体例に係る発光素子の断面図であり、（ｂ）は、本発明の第七具体例に係る発光素子を表す回路記号である。
【図８】従来の発光素子の断面図である。
【図９】本最良形態のパッシブ・マトリックス駆動方式の発光装置の平面図である。
【図１０】（ａ）は、本最良形態のアクティブ・マトリックス駆動方式の発光装置の平面図である。（ｂ）は、本最良形態のアクティブ・マトリックス駆動方式の発光装置の回路図である。
【図１１】本発明の第八具体例に係る発光素子の断面図である。
【符号の説明】
【００１９】
１、１７、２５、３２、３８、４８、５９、１０１ ガラス基板
９ プラスティック基板
２、１０、１８、２６、３３、５３、６０、１０２ 陽極
３、１１、１９、２７、４２、５１、１０３ 正孔注入層
４、１２、２０、２８、３４、４３、５２、１０４ 正孔輸送層
５、１３、２１、２９、３５、５４、４４、６１、１０５ 発光層
６、１４、２２、３６、４５、５５、６２、１０６ 電子輸送層
７、１５、２３、３０、４６、５６、１０７ 電子注入層
８、１６、２４、３１、３７、５７、６３、１０８ 陰極
３９ ソース電極
４０ 半導体層
４１、４９ ゲート電極
４７ ドレイン電極
５０ ゲート絶縁膜
５８ 保護絶縁膜
２０１ カラム・ドライバー
２０２ ロー・ドライバー
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本最良形態につき、まず各層毎に説明する。はじめに、陽極は、発光層のＨＯＭＯ準位と比較し、仕事関数が同程度か、より大きい電極材料を用いることが好適である。また、発光素子という用途との関係上、陽極又は陰極の少なくともいずれか一方は、透明乃至は半透過性であることが好適である。このような電極材料として、金（例えば半透過膜の形態）やＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）を挙げることができる。
【００２１】
次に、陰極は、陽極の仕事関数と比較し、仕事関数がより小さく、かつ、安定な電極材料を用いることが好適である。例えば、アルミニウム、銀、Ｍｇ−Ｉｎ，Ｍｇ−Ａｇなどの合金を挙げることができる。尚、前記のように、発光素子という用途との関係上、陽極又は陰極の少なくともいずれか一方は、透明乃至は半透過性であることが好適である。
【００２２】
電子注入層は、好適には、比較的仕事関数の高い陰極を用いた際、当該陰極の仕事関数を補う程度の仕事関数の小さい材料であり、例えば、ＬｉＦやＭｇを用いることができる。
【００２３】
電子輸送層は、好適には、電子親和力が大きく、ホールブロッキング能を有し、かつ、電子移動度が大きい材料であり、例えば、ＢＮＤ、ＰＢＤ、ｐ−ＥｔＴＡＺ、ＢＣＰなどの有機材料を用いることができる。
【００２４】
ここで、本発明の特徴は、電子輸送層及び／又は電子注入層（好適には少なくとも電子輸送層）は、アルカリ金属内包フラーレン類又はアルカリ金属内包フラーレン類をドープした有機材料であるという点である。
【００２５】
ここにいう「フラーレン類」とは、フラーレン、ヘテロフラーレン、化学修飾フラーレンのみならず、フラーレンダイマーのようなフラーレン同士の繰り返し結合体（イオン結合、共有結合等）を包含する概念である。ここで、「フラーレン」とは、Ｃｎ（ｎは５０以上の整数：例えば、ｎ＝６０，７０，７６，７８，・・・）で示される炭素クラスター物質であり、例えば、Ｃ６０を挙げることができる。また、繰り返し結合体の場合、すべてのフラーレン単位中にアルカリ金属が内包されていなくともよい。例えばダイマーの場合、一方のフラーレンのみアルカリ金属が内包されている態様を挙げることができる。金属内包フラーレン類のドープ量は、有機材料に対して０．１ｗｔ％以上が好ましい。１ｗｔ％を超えると本発明の効果は急激に向上する。
【００２６】
有機材料は、特に限定されず、導電性有機材料、例えば、アルミ錯体、オキサジアゾール類、トリアゾール類、フェナントロリン類、導電性高分子（好ましくはＮ型導電性高分子）が使用可能である。例えば、ＰＢＤ、ポリアリニン、ポリパラフェニレン、ポリチオフェン、ポリ（３−メチルチオフェン）を挙げることができる。尚、電子輸送層及び／又は電子注入層を構成するものとして、すべてアルカリ金属内包フラーレン類である必要はなく、本発明の効果を奏する限り、例えば、他の材料（例えば空のフラーレン、ドナーとして、アルカリ金属、アルキルアンモニウムイオン等）を含有していてもよい。
【００２７】
正孔注入層は、好適には、比較的仕事関数の低い陽極を用いた際、当該陽極の仕事関数を補う程度の仕事関数又はイオン化ポテンシャルの大きい材料であり、当該層の慣用材料、例えば、ＴＰＤ、銅フタロシアニン、ＰＥＤＯＴ、ポリチオフェン、ポリアニリンが使用可能である。
【００２８】
正孔輸送層は、電子ブロッキング能を有し、かつ、正孔移動度が大きい材料であり、例えば、ＮＰＤ，ＴＰＤ，ＰＥＤＯＴ、ＴＰＡＣなどの有機材料が使用可能である。
【００２９】
発光層は、電子とホールの再結合により発光を起こす材料である限り特に限定されない。例えば、Ａｌｑ３、ＮＰＢなどの低分子系の有機ＥＬ、ＰＰＶ，ポリ（３−アルキルチオフェン）などの高分子系の有機ＥＬが使用可能である。
【００３０】
次に、上記層の組み合わせを積層した発光素子につき説明する。まず、発光素子において、上記層の内、陽極、発光層及び負極は必須である。そして、電子輸送層及び電子注入層の少なくともいずれか一方は必須であり、残りの層の存在は任意である。以下、上記層の組み合わせの具体例を図を参照しながら説明する。
【００３１】
第１図は、第一具体例に係る発光素子の断面図である。本発明の第一具体例に係る発光素子は、外部の駆動素子で発光素子を制御する、いわゆるパッシブ・マトリックス駆動の発光素子であり、電極間の多層膜が５層構造の発光素子である。ガラス基板１上に、陽極２、正孔注入層３、正孔輸送層４、発光層５、電子輸送層６、電子注入層７、陰極８を順次積層して形成されている。
【００３２】
第２図は、第二具体例に係る発光素子の断面図である。プラスティック基板９上に、陽極１０、正孔注入層１１、正孔輸送層１２、発光層１３、電子輸送層１４、電子注入層１５、陰極１６を順次積層して形成されている。軽量でフレキシブルなプラスティック基板を使用することで、携帯電話、電子ペーパーなどへの応用が広がる。また、ＰＥＴなどの安価なプラスティック基板を使用することで、発光素子のコストダウンが可能になる。外部の駆動回路により、陰極１６に対し陽極１０に正の駆動電圧を印加すると、陰極１６から注入された電子と陽極１０から注入された正孔が、発光層１３において再結合することで、発光層１３が発光する。
【００３３】
第３図は、第三具体例に係る発光素子の断面図である。第三具体例に係る発光素子は、ガラス基板１７上に、陽極１８、正孔注入層１９、正孔輸送層２０、発光層２１、電子輸送層２２、電子注入層２３、陰極２４を順次積層して形成されている。
【００３４】
第４図は、第四具体例に係る発光素子の断面図である。第四具体例に係る発光素子は、ガラス基板２５上に、陽極２６、正孔注入層２７、正孔輸送層２８、発光層２９、電子注入層３０、陰極３１を順次積層して形成されている。
【００３５】
第５図は、第五具体例に係る発光素子の断面図である。第五具体例に係る発光素子は、ガラス基板３２上に、陽極３３、正孔注入層３４、発光層３５、電子輸送層３６、陰極３７を順次積層して形成されている。
【００３６】
第１１図は、第八具体例に係る発光素子の断面図である。第八具体例に係る発光素子は、ガラス基板５９上に、陽極６０、発光層６１、電子輸送層６２、陰極６３を順次積層して形成されている。
【００３７】
第６図は、第六具体例に係る発光素子の断面図である。第六具体例に係る発光素子は、各発光素子が駆動素子を有するアクティブ・マトリックス駆動の発光素子であり、駆動素子としてＳＩＴを使用している。ガラス基板３８上に、ソース電極３９、半導体層４０、正孔注入層４２、正孔輸送層４３、発光層４４、電子輸送層４５、電子注入層４６、ドレイン電極４７を順次積層して形成されている。ゲート電極４１は、半導体層４０内にくしの歯状に配置されている。半導体層４０は、たとえばＰ型の導電性有機材料からなり、アルミニウムなどからなるゲート電極４１に正のバイアス電圧を印加し、ソース電極３９から発光層４４に向かって流れる正孔をキャリアとする電流を制御して、発光素子の発光強度を制御する。
【００３８】
第７図（ａ）は、第七具体例に係る発光素子の断面図である。第七具体例に係る発光素子も、アクティブ・マトリックス駆動の発光素子であり、駆動素子としてはＭＯＳ型の電流制御構造を使用している。ガラス基板４８上に、ゲート電極４９、ゲート絶縁膜５０が積層形成されている。ゲート絶縁膜５０上に形成された陽極５３の上に、正孔注入層５１、正孔輸送層５２、発光層５４、電子輸送層５５、電子注入層５６からなる多層膜を配置し、電子注入層５６上に陰極５７を配置している。陰極５７と陽極５３は横方向にずれた位置に配置されている。たとえば、陰極５７を接地電位とし、陽極５３に正のバイアス電圧を印加し、陽極５３から正孔をキャリアとする電流を注入する。ゲート電極４９に負の制御電圧を印加し、陽極から注入される正孔の一部を捕捉することで電流を制御する。陰極５７から注入される電子と陽極５３から注入される正孔が発光層５４で再結合することで、発光層が発光する。発光強度は、ゲート電極４９に印加する制御電圧で制御できる。
【００３９】
第７図（ｂ）は、第七具体例に係る発光素子を表す回路記号であり、本明細書の中で、第７図（ａ）に示すＭＯＳ型の電流制御構造を使用した発光ダイオードを表すものとして定義したものである。Ａで示される端子は陽極５３、Ｋで示される端子は陰極５７、Ｇで示される端子はゲート電極４９に対応する。
【００４０】
第９図は、本最良形態のパッシブ・マトリックス駆動方式の発光装置の平面図である。フィルム状の発光素子を格子状に配置したカラム電極Ｃ１〜Ｃ６とロー電極Ｒ１〜Ｒ７で挟んで、電極の端に配置したカラム・ドライバー２０１とロー・ドライバー２０２でバイアス電圧を印加して、カラム電極とロー電極から同時にバイアス電圧を印加した部分の発光層を発光させる。
【００４１】
第１０図（ａ）は、本最良形態のアクティブ・マトリックス駆動方式の発光装置の平面図であり、第１０図（ｂ）は、本最良形態のアクティブ・マトリックス駆動方式の発光装置の回路図である。第１０図（ａ）に示すアレイ状に配置された発光素子において、各発光素子はそれぞれＭＯＳ構造による制御を行う駆動素子を有している。第１０図（ｂ）に示すように、各カラム配線Ｃ１〜Ｃ３は、駆動素子のゲート電極と接続し、各ロー配線Ｒ１〜Ｒ３は駆動素子の陽極に接続されている。駆動素子の陰極は、接地電位と接続している。ロー配線にバイアス電圧を印加して、制御する発光素子の行を選択し、各カラム配線に印加する制御電圧を制御して、選択された行における各列の発光素子の発光強度を制御する。第１０図では、発光素子を駆動する素子として、ＭＯＳ構造による制御を行う駆動素子を例にとって説明したが、他の駆動素子を使用しても本発明の効果が同様に得られることは明らかである。
【実施例】
【００４２】
以下、本発明を実施例を参照しながら具体的に説明する。尚、本発明の技術的範囲は本実施例に限定されるものではない。
【００４３】
実際に発光素子を作製し評価した結果について説明する。比較例に係る発光素子としては、電子輸送層にアルカリ金属をドープした有機材料膜を用いた発光素子を評価した。実施例に係る発光素子としては、電子輸送層に内包フラーレン膜を用いた発光素子と、電子輸送層に内包フラーレンをドープした有機材料膜を用いた発光素子を評価した。評価用の発光素子として、それぞれの作製方法につき各１０個の素子を作製した。
【００４４】
（比較例に係る発光素子の製造）
透明ガラス基板（コーニング１７１３、３０ｍｍ×３０ｍｍ、厚さ０．８ｍｍ）を用意し、ガラス基板上に、ＩＴＯからなる薄膜をスパッター法により厚さ３４０Å堆積し、陽極を形成した。また、陽極上に、東京化成製銅フタロシアニン（商品名Ｐ１００５）からなる薄膜を蒸着法により厚さ１０Å堆積し、正孔注入層を形成した。次に、正孔注入層上に、アルドリッチ製ＮＰＤ（商品名５５，６６９−６）からなる薄膜を蒸着法により厚さ１０００Å堆積し、正孔輸送層を形成した。次に、同仁化学製Ａｌｑ３（商品名Ｔ２０３）を昇華精製した。そして、正孔注入層上に、精製したＡｌｑ３からなる薄膜を蒸着法により厚さ５００Å堆積し、発光層を形成した。次に、アルドリッチ製ＰＢＤ（商品名２５，７８５−０）を昇華精製した。そして、発光層上に、精製したＰＢＤとＮａを蒸着源とする共蒸着法により、ＮａをドープしたＰＢＤからなる薄膜を厚さ５００Å堆積し、電子輸送層を形成した。次に、電子輸送層上に、ＬｉＦからなる薄膜を蒸着法により厚さ５Å堆積し、電子注入層を形成した。そして、電子注入層上に、Ａｌからなる薄膜を蒸着法により厚さ１０００Å堆積し、陰極を形成した。次に、陰極上に透明ガラス基板（コーニング１７１３、３０ｍｍ×３０ｍｍ、厚さ０．８ｍｍ）を貼り付け、比較例に係る発光素子を得た。
【００４５】
（実施例１に係る発光素子の製造）
まず、透明ガラス基板（コーニング１７１３、３０ｍｍ×３０ｍｍ、厚さ０．８ｍｍ）を用意し、ガラス基板上に、ＩＴＯからなる薄膜をスパッター法により厚さ３４０Å堆積し、陽極を形成した。次に、陽極上に、東京化成製銅フタロシアニン（商品名Ｐ１００５）からなる薄膜を蒸着法により厚さ１０Å堆積し、正孔注入層を形成した。そして、正孔注入層上に、アルドリッチ製ＮＰＤ（商品名５５，６６９−６）からなる薄膜を蒸着法により厚さ１０００Å堆積し、正孔輸送層を形成した。次に、同仁化学製Ａｌｑ３（商品名Ｔ２０３）を昇華精製した。正孔注入層上に、精製したＡｌｑ３からなる薄膜を蒸着法により厚さ５００Å堆積し、発光層を形成した。そして、イデアルスター製Ｎａ＠Ｃ６０５０ｍｇをニラコ製モリブデンボート（ＳＳ−１−１０）にセットした後、基板を１０ｃｍ上方に設置し、真空度１０−６Ｔｏｒｒ下で前記ボートに１００ｍＡを印加し、Ｎａ＠Ｃ６０を６００℃、６０秒間加熱して昇華させ、基板上に堆積させることにより、厚さ５００Åの薄膜からなる電子輸送層を形成した。次に、電子輸送層上に、ＬｉＦからなる薄膜を蒸着法により厚さ５Å堆積し、電子注入層を形成した。そして、電子注入層上に、Ａｌからなる薄膜を蒸着法により厚さ１０００Å堆積し、陰極を形成した。次に、陰極上に透明ガラス基板（コーニング１７１３、３０ｍｍ×３０ｍｍ、厚さ０．８ｍｍ）を貼り付け、実施例１に係る発光素子を得た。
【００４６】
（実施例２に係る発光素子の製造）
まず、透明ガラス基板（コーニング１７１３、３０ｍｍ×３０ｍｍ、厚さ０．８ｍｍ）を用意し、ガラス基板上に、ＩＴＯからなる薄膜をスパッター法により厚さ３４０Å堆積し、陽極を形成した。次に、陽極上に、東京化成製銅フタロシアニン（商品名Ｐ１００５）からなる薄膜を蒸着法により厚さ１０Å堆積し、正孔注入層を形成した。そして、正孔注入層上に、アルドリッチ製ＮＰＤ（商品名５５，６６９−６）からなる薄膜を蒸着法により厚さ１０００Å堆積し、正孔輸送層を形成した。次に、同仁化学製Ａｌｑ３（商品名Ｔ２０３）を昇華精製した。正孔注入層上に、精製したＡｌｑ３からなる薄膜を蒸着法により厚さ５００Å堆積し、発光層を形成した。そして、アルドリッチ製ＰＢＤ（商品名２５，７８５−０）２０ｍｇを昇華精製した。イデアルスター製Ｎａ＠Ｃ６０を１０ｍｇ用意し、発光層上に、実施例１に係る発光素子の製造に準じ、精製したＰＢＤとＮａ＠Ｃ６０を蒸着源とする共蒸着法により、Ｎａ＠Ｃ６０をドープしたＰＢＤからなる薄膜を厚さ５００Å堆積し、電子輸送層を形成した。電子輸送層の形成条件として、ＰＢＤの加熱温度を７００℃、Ｎａ＠Ｃ６０の加熱温度を６００℃とした。次に、電子輸送層上に、ＬｉＦからなる薄膜を蒸着法により厚さ５Å堆積し、電子注入層を形成した。そして、電子注入層上に、Ａｌからなる薄膜を蒸着法により厚さ１０００Å堆積し、陰極を形成した。次に、陰極上に透明ガラス基板（コーニング１７１３、３０ｍｍ×３０ｍｍ、厚さ０．８ｍｍ）を貼り付け、実施例２に係る発光素子を得た。
【００４７】
（発光素子の評価方法）
以上の方法により作製した、実施例１及び２並びに比較例に係る発光素子の発光効率（ｃｄ／Ａ）と最低駆動電圧（Ｖ）を、陰極の形成後５時間以内に常温常圧の通常の実験室環境で測定した。最低駆動電圧は、２００ｃｄ／ｍ２の発光開始電圧と定義した。以下に示す測定データは、各作製方法により作製された１０個の発光素子の測定値の平均値である。
発光素子 発光効率（ｃｄ／Ａ） 最低駆動電圧（Ｖ）
比較例 ４．２ ４．５
実施例１ ９．５ ３．８
実施例２ ８．２ ４．３
【００４８】
上記の測定データからわかるように、実施例１及び２の発光素子は、発光効率に関しては、いずれも比較例の発光素子に比べ向上していることがわかる。また、最低動作電圧に関しては、実施例１、実施例２ともに従来の発光素子に比べ改善されていることがわかるが、特に実施例１において大きく改善していることがわかる。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
アルカリ金属内包フラーレン類は、アルカリ金属が球形炭素クラスターであるフラーレンの中に閉じ込められているため、アルカリ金属内包フラーレン類、またはアルカリ金属内包フラーレン類をドープした有機材料で形成した電子輸送層、又は電子注入層は大気中の水分や他の不純物との反応性が低い。そのため、プロセス管理が容易になる、発光素子、又は発光装置の封止に簡易型の封止構造が使用できる。また、発光素子の寿命を長くすることができる。
【００５０】
アルカリ金属内包フラーレン類、またはアルカリ金属内包フラーレン類をドープした有機材料は、アルカリ金属をドープした有機材料に比べ電子移動度が大きい。そのため、発光素子の発光効率が向上する。また、発光素子の内部抵抗が小さくなるため、低電圧駆動が可能になる。
【００５１】
アルカリ金属内包フラーレン類、またはアルカリ金属内包フラーレン類をドープした有機材料は、空のフラーレンに比べ電子親和力が大きい。そのため、電子注入効率が高く、発光効率が向上する。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表示装置、又は照明装置などに使用される有機ＥＬを発光材料とする発光素子、及び発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
【非特許文献１】ＡＭＤ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｎｏｔｅ Ｖｏｌ．１ Ｄｅｃ．，２００２ ｐ．１〜ｐ．１９ Ａｌｋａｌｉ Ｍｅｔａｌ Ｄｉｓｐｅｎｓｅｒ ｆｏｒ ＯＬＥＤ
【特許文献１】特開２００１−６８７８号公報 薄膜ＥＬ素子及びその駆動方法現在、薄型でフラットという特徴を持つ液晶ディスプレイやプラズマディスプレイなど、さまざまな表示装置が、ブラウン管に代わる表示装置として広範に普及している。また、近年、次世代ディスプレイの本命として期待される有機ＥＬを使用した表示装置の研究、開発がすすめられている。有機ＥＬは、エレクトロルミネセンスを利用して電気を光に変換しているので、熱をほとんど発生せず、消費電力が小さい。また、液晶ディスプレイと異なり視野角によらず鮮明な画像を表示できるという特徴がある。
【０００３】
第８図は、従来の発光素子の断面図である。従来の発光素子は、ガラス基板１０１上に、陽極１０２、正孔注入層１０３、正孔輸送層１０４、発光層１０５、電子輸送層１０６、電子注入層１０７、陰極１０８を順次積層して形成される。陽極には仕事関数の大きい透明な電極材料として、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）が使用され、陰極には仕事関数の小さいアルミニウムが使用される。発光層１０５としては、Ａｌｑ３、ＮＰＢなどの低分子系の有機ＥＬや、ＰＰＶ、ポリ（３−アルキルチオフェン）などの高分子系の有機ＥＬが使用される。無機材料の陽極、陰極と有機材料の発光層の接合性をよくするために、通常、発光層と陽極の間に正孔輸送層、正孔注入層を介在させ、また、発光層と陰極の間に電子輸送層、電子注入層を介在させることで、発光素子を多層構造にする。従来、正孔輸送層、又は正孔注入層の材料としては、ＴＰＤ、ＰＥＤＯＴなどの有機材料が使用され、電子輸送層、又は電子注入層の材料としては、アルカリ金属をドープした有機材料が使用されていた。陰極界面の有機層に、アルカリ金属をドープすることにより、有機分子のラジカルアニオンが生成され、電場印加時に内部キャリアとしてふるまうため、有機ＥＬの駆動電圧を低減させることができる（非特許文献１）。
【０００４】
しかし、電子輸送層、電子注入層の材料として使用されていたアルカリ金属をドープした有機材料は、アルカリ金属が、反応性が高く水酸化物になり易いという問題があった。そのため、発光素子の製造工程において、アルカリ金属をドープした有機材料、あるいは形成した薄膜が、大気中の水分や他の不純物と反応しないように、プロセス管理を厳密に行わなければならない、作製した発光素子に外気がリークして水蒸気などと反応しないように、発光素子、又は発光装置の封止を完全なものにしないといけないなどの問題があった。また、寿命が十分長い発光素子を作製することが困難だった。
【０００５】
また、電子輸送層として、Ｃ６０、Ｃ７０などの空のフラーレンを含む材料を使用したＥＬ素子が知られている（特許文献１）。しかし、空のフラーレンは、電子親和力が比較的小さく、電子注入効率が悪く、従って、発光効率が高くないという問題があった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、発光素子の製造プロセス管理を容易にし、発光素子、又は発光装置の封止を簡易なものにし、発光効率の高い、長寿命の発光素子を作製することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
電子輸送層、又は電子注入層の材料に、アルカリ金属内包フラーレン類、またはアルカリ金属内包フラーレン類をドープした有機材料を使用することにした。
【０００８】
本発明（１）は、陽極、発光層及び陰極を含み、かつ、陰極と発光層との間に電子注入層及び／又は電子輸送層が介在する発光素子において、前記電子注入層及び／又は電子輸送層が、アルカリ金属内包フラーレン類又はアルカリ金属内包フラーレン類をドープした有機材料であることを特徴とする発光素子である。
【０００９】
ここで、「電子輸送層」とは、陰極から電子を発光層まで輸送し、陽極側から移動してきたホールをブロックして陰極に逃がさないような層をいい、「電子注入層」とは、陰極から輸送層（輸送層が無い場合は発光層）にスムーズに電子が入っていけるようにする層をいう。尚、これらの機能を有する限り、異なった標記であっても、本明細書にいう「電子輸送層及び／又は電子注入層」に包含される。したがって、例えば、両方の機能を有する一層が存在する場合、当該層は「電子輸送層及び電子注入層」に相当する。
【００１０】
本発明（２）は、電子輸送層が、アルカリ金属内包フラーレン類又はアルカリ金属内包フラーレン類をドープした有機材料である、前記発明（１）の発光素子である。
【００１１】
本発明（３）は、陽極と発光層との間に正孔注入層及び／又は正孔輸送層が介在する、前記発明（１）又は（２）の発光素子である。
【００１２】
本発明（４）は、前記発明（１）〜（３）のいずれか一つの発光素子を複数用いてアレイ状又はマトリクス状に配置した発光装置である
【００１３】
本発明（５）は、前記発明（４）の発光装置を含む表示装置である。
【００１４】
本発明（６）は、前記発明（４）の発光装置を含む照明装置である。
【発明の効果】
【００１５】
１．アルカリ金属内包フラーレン類は、アルカリ金属が球形炭素クラスターであるフラーレンの中に閉じ込められているため、アルカリ金属内包フラーレン類、またはアルカリ金属内包フラーレン類をドープした有機材料で形成した電子輸送層、又は電子注入層は大気中の水分や他の不純物との反応性が低い。そのため、プロセス管理が容易になる、発光素子、又は発光装置の封止に簡易型の封止構造が使用できる。また、発光素子の寿命を長くすることができる。
【００１６】
２．アルカリ金属内包フラーレン類、またはアルカリ金属内包フラーレン類をドープした有機材料は、アルカリ金属をドープした有機材料に比べ電子移動度が大きい。そのため、発光素子の発光効率が向上する。また、発光素子の内部抵抗が小さくなるため、低電圧駆動が可能になる。
【００１７】
３．アルカリ金属内包フラーレン類、またはアルカリ金属内包フラーレン類をドープした有機材料は、空のフラーレンに比べ電子親和力が大きい。そのため、電子注入効率が高く、発光効率が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第一具体例に係る発光素子の断面図である。
【図２】本発明の第二具体例に係る発光素子の断面図である。
【図３】本発明の第三具体例に係る発光素子の断面図である。
【図４】本発明の第四具体例に係る発光素子の断面図である。
【図５】本発明の第五具体例に係る発光素子の断面図である。
【図６】本発明の第六具体例に係る発光素子の断面図である。
【図７】（ａ）は、本発明の第七具体例に係る発光素子の断面図であり、（ｂ）は、本発明の第七具体例に係る発光素子を表す回路記号である。
【図８】従来の発光素子の断面図である。
【図９】本最良形態のパッシブ・マトリックス駆動方式の発光装置の平面図である。
【図１０】（ａ）は、本最良形態のアクティブ・マトリックス駆動方式の発光装置の平面図である。（ｂ）は、本最良形態のアクティブ・マトリックス駆動方式の発光装置の回路図である。
【図１１】本発明の第八具体例に係る発光素子の断面図である。
【符号の説明】
【００１９】
１、１７、２５、３２、３８、４８、５９、１０１ ガラス基板
９ プラスティック基板
２、１０、１８、２６、３３、５３、６０、１０２ 陽極
３、１１、１９、２７、４２、５１、１０３ 正孔注入層
４、１２、２０、２８、３４、４３、５２、１０４ 正孔輸送層
５、１３、２１、２９、３５、５４、４４、６１、１０５ 発光層
６、１４、２２、３６、４５、５５、６２、１０６ 電子輸送層
７、１５、２３、３０、４６、５６、１０７ 電子注入層
８、１６、２４、３１、３７、５７、６３、１０８ 陰極
３９ ソース電極
４０ 半導体層
４１、４９ ゲート電極
４７ ドレイン電極
５０ ゲート絶縁膜
５８ 保護絶縁膜
２０１ カラム・ドライバー
２０２ ロー・ドライバー
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本最良形態につき、まず各層毎に説明する。はじめに、陽極は、発光層のＨＯＭＯ準位と比較し、仕事関数が同程度か、より大きい電極材料を用いることが好適である。また、発光素子という用途との関係上、陽極又は陰極の少なくともいずれか一方は、透明乃至は半透過性であることが好適である。このような電極材料として、金（例えば半透過膜の形態）やＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）を挙げることができる。
【００２１】
次に、陰極は、陽極の仕事関数と比較し、仕事関数がより小さく、かつ、安定な電極材料を用いることが好適である。例えば、アルミニウム、銀、Ｍｇ−Ｉｎ，Ｍｇ−Ａｇなどの合金を挙げることができる。尚、前記のように、発光素子という用途との関係上、陽極又は陰極の少なくともいずれか一方は、透明乃至は半透過性であることが好適である。
【００２２】
電子注入層は、好適には、比較的仕事関数の高い陰極を用いた際、当該陰極の仕事関数を補う程度の仕事関数の小さい材料であり、例えば、ＬｉＦやＭｇを用いることができる。
【００２３】
電子輸送層は、好適には、電子親和力が大きく、ホールブロッキング能を有し、かつ、電子移動度が大きい材料であり、例えば、ＢＮＤ、ＰＢＤ、ｐ−ＥｔＴＡＺ、ＢＣＰなどの有機材料を用いることができる。
【００２４】
ここで、本発明の特徴は、電子輸送層及び／又は電子注入層（好適には少なくとも電子輸送層）は、アルカリ金属内包フラーレン類又はアルカリ金属内包フラーレン類をドープした有機材料であるという点である。
【００２５】
ここにいう「フラーレン類」とは、フラーレン、ヘテロフラーレン、化学修飾フラーレンのみならず、フラーレンダイマーのようなフラーレン同士の繰り返し結合体（イオン結合、共有結合等）を包含する概念である。ここで、「フラーレン」とは、Ｃｎ（ｎは５０以上の整数：例えば、ｎ＝６０，７０，７６，７８，・・・）で示される炭素クラスター物質であり、例えば、Ｃ６０を挙げることができる。また、繰り返し結合体の場合、すべてのフラーレン単位中にアルカリ金属が内包されていなくともよい。例えばダイマーの場合、一方のフラーレンのみアルカリ金属が内包されている態様を挙げることができる。金属内包フラーレン類のドープ量は、有機材料に対して０．１ｗｔ％以上が好ましい。１ｗｔ％を超えると本発明の効果は急激に向上する。
【００２６】
有機材料は、特に限定されず、導電性有機材料、例えば、アルミ錯体、オキサジアゾール類、トリアゾール類、フェナントロリン類、導電性高分子（好ましくはＮ型導電性高分子）が使用可能である。例えば、ＰＢＤ、ポリアリニン、ポリパラフェニレン、ポリチオフェン、ポリ（３−メチルチオフェン）を挙げることができる。尚、電子輸送層及び／又は電子注入層を構成するものとして、すべてアルカリ金属内包フラーレン類である必要はなく、本発明の効果を奏する限り、例えば、他の材料（例えば空のフラーレン、ドナーとして、アルカリ金属、アルキルアンモニウムイオン等）を含有していてもよい。
【００２７】
正孔注入層は、好適には、比較的仕事関数の低い陽極を用いた際、当該陽極の仕事関数を補う程度の仕事関数又はイオン化ポテンシャルの大きい材料であり、当該層の慣用材料、例えば、ＴＰＤ、銅フタロシアニン、ＰＥＤＯＴ、ポリチオフェン、ポリアニリンが使用可能である。
【００２８】
正孔輸送層は、電子ブロッキング能を有し、かつ、正孔移動度が大きい材料であり、例えば、ＮＰＤ，ＴＰＤ，ＰＥＤＯＴ、ＴＰＡＣなどの有機材料が使用可能である。
【００２９】
発光層は、電子とホールの再結合により発光を起こす材料である限り特に限定されない。例えば、Ａｌｑ３、ＮＰＢなどの低分子系の有機ＥＬ、ＰＰＶ，ポリ（３−アルキルチオフェン）などの高分子系の有機ＥＬが使用可能である。
【００３０】
次に、上記層の組み合わせを積層した発光素子につき説明する。まず、発光素子において、上記層の内、陽極、発光層及び負極は必須である。そして、電子輸送層及び電子注入層の少なくともいずれか一方は必須であり、残りの層の存在は任意である。以下、上記層の組み合わせの具体例を図を参照しながら説明する。
【００３１】
第１図は、第一具体例に係る発光素子の断面図である。本発明の第一具体例に係る発光素子は、外部の駆動素子で発光素子を制御する、いわゆるパッシブ・マトリックス駆動の発光素子であり、電極間の多層膜が５層構造の発光素子である。ガラス基板１上に、陽極２、正孔注入層３、正孔輸送層４、発光層５、電子輸送層６、電子注入層７、陰極８を順次積層して形成されている。
【００３２】
第２図は、第二具体例に係る発光素子の断面図である。プラスティック基板９上に、陽極１０、正孔注入層１１、正孔輸送層１２、発光層１３、電子輸送層１４、電子注入層１５、陰極１６を順次積層して形成されている。軽量でフレキシブルなプラスティック基板を使用することで、携帯電話、電子ペーパーなどへの応用が広がる。また、ＰＥＴなどの安価なプラスティック基板を使用することで、発光素子のコストダウンが可能になる。外部の駆動回路により、陰極１６に対し陽極１０に正の駆動電圧を印加すると、陰極１６から注入された電子と陽極１０から注入された正孔が、発光層１３において再結合することで、発光層１３が発光する。
【００３３】
第３図は、第三具体例に係る発光素子の断面図である。第三具体例に係る発光素子は、ガラス基板１７上に、陽極１８、正孔注入層１９、正孔輸送層２０、発光層２１、電子輸送層２２、電子注入層２３、陰極２４を順次積層して形成されている。
【００３４】
第４図は、第四具体例に係る発光素子の断面図である。第四具体例に係る発光素子は、ガラス基板２５上に、陽極２６、正孔注入層２７、正孔輸送層２８、発光層２９、電子注入層３０、陰極３１を順次積層して形成されている。
【００３５】
第５図は、第五具体例に係る発光素子の断面図である。第五具体例に係る発光素子は、ガラス基板３２上に、陽極３３、正孔注入層３４、発光層３５、電子輸送層３６、陰極３７を順次積層して形成されている。
【００３６】
第１１図は、第八具体例に係る発光素子の断面図である。第八具体例に係る発光素子は、ガラス基板５９上に、陽極６０、発光層６１、電子輸送層６２、陰極６３を順次積層して形成されている。
【００３７】
第６図は、第六具体例に係る発光素子の断面図である。第六具体例に係る発光素子は、各発光素子が駆動素子を有するアクティブ・マトリックス駆動の発光素子であり、駆動素子としてＳＩＴを使用している。ガラス基板３８上に、ソース電極３９、半導体層４０、正孔注入層４２、正孔輸送層４３、発光層４４、電子輸送層４５、電子注入層４６、ドレイン電極４７を順次積層して形成されている。ゲート電極４１は、半導体層４０内にくしの歯状に配置されている。半導体層４０は、たとえばＰ型の導電性有機材料からなり、アルミニウムなどからなるゲート電極４１に正のバイアス電圧を印加し、ソース電極３９から発光層４４に向かって流れる正孔をキャリアとする電流を制御して、発光素子の発光強度を制御する。
【００３８】
第７図（ａ）は、第七具体例に係る発光素子の断面図である。第七具体例に係る発光素子も、アクティブ・マトリックス駆動の発光素子であり、駆動素子としてはＭＯＳ型の電流制御構造を使用している。ガラス基板４８上に、ゲート電極４９、ゲート絶縁膜５０が積層形成されている。ゲート絶縁膜５０上に形成された陽極５３の上に、正孔注入層５１、正孔輸送層５２、発光層５４、電子輸送層５５、電子注入層５６からなる多層膜を配置し、電子注入層５６上に陰極５７を配置している。陰極５７と陽極５３は横方向にずれた位置に配置されている。たとえば、陰極５７を接地電位とし、陽極５３に正のバイアス電圧を印加し、陽極５３から正孔をキャリアとする電流を注入する。ゲート電極４９に負の制御電圧を印加し、陽極から注入される正孔の一部を捕捉することで電流を制御する。陰極５７から注入される電子と陽極５３から注入される正孔が発光層５４で再結合することで、発光層が発光する。発光強度は、ゲート電極４９に印加する制御電圧で制御できる。
【００３９】
第７図（ｂ）は、第七具体例に係る発光素子を表す回路記号であり、本明細書の中で、第７図（ａ）に示すＭＯＳ型の電流制御構造を使用した発光ダイオードを表すものとして定義したものである。Ａで示される端子は陽極５３、Ｋで示される端子は陰極５７、Ｇで示される端子はゲート電極４９に対応する。
【００４０】
第９図は、本最良形態のパッシブ・マトリックス駆動方式の発光装置の平面図である。フィルム状の発光素子を格子状に配置したカラム電極Ｃ１〜Ｃ６とロー電極Ｒ１〜Ｒ７で挟んで、電極の端に配置したカラム・ドライバー２０１とロー・ドライバー２０２でバイアス電圧を印加して、カラム電極とロー電極から同時にバイアス電圧を印加した部分の発光層を発光させる。
【００４１】
第１０図（ａ）は、本最良形態のアクティブ・マトリックス駆動方式の発光装置の平面図であり、第１０図（ｂ）は、本最良形態のアクティブ・マトリックス駆動方式の発光装置の回路図である。第１０図（ａ）に示すアレイ状に配置された発光素子において、各発光素子はそれぞれＭＯＳ構造による制御を行う駆動素子を有している。第１０図（ｂ）に示すように、各カラム配線Ｃ１〜Ｃ３は、駆動素子のゲート電極と接続し、各ロー配線Ｒ１〜Ｒ３は駆動素子の陽極に接続されている。駆動素子の陰極は、接地電位と接続している。ロー配線にバイアス電圧を印加して、制御する発光素子の行を選択し、各カラム配線に印加する制御電圧を制御して、選択された行における各列の発光素子の発光強度を制御する。第１０図では、発光素子を駆動する素子として、ＭＯＳ構造による制御を行う駆動素子を例にとって説明したが、他の駆動素子を使用しても本発明の効果が同様に得られることは明らかである。
【実施例】
【００４２】
以下、本発明を実施例を参照しながら具体的に説明する。尚、本発明の技術的範囲は本実施例に限定されるものではない。
【００４３】
実際に発光素子を作製し評価した結果について説明する。比較例に係る発光素子としては、電子輸送層にアルカリ金属をドープした有機材料膜を用いた発光素子を評価した。実施例に係る発光素子としては、電子輸送層に内包フラーレン膜を用いた発光素子と、電子輸送層に内包フラーレンをドープした有機材料膜を用いた発光素子を評価した。評価用の発光素子として、それぞれの作製方法につき各１０個の素子を作製した。
【００４４】
（比較例に係る発光素子の製造）
透明ガラス基板（コーニング１７１３、３０ｍｍ×３０ｍｍ、厚さ０．８ｍｍ）を用意し、ガラス基板上に、ＩＴＯからなる薄膜をスパッター法により厚さ３４０Å堆積し、陽極を形成した。また、陽極上に、東京化成製銅フタロシアニン（商品名Ｐ１００５）からなる薄膜を蒸着法により厚さ１０Å堆積し、正孔注入層を形成した。次に、正孔注入層上に、アルドリッチ製ＮＰＤ（商品名５５，６６９−６）からなる薄膜を蒸着法により厚さ１０００Å堆積し、正孔輸送層を形成した。次に、同仁化学製Ａｌｑ３（商品名Ｔ２０３）を昇華精製した。そして、正孔注入層上に、精製したＡｌｑ３からなる薄膜を蒸着法により厚さ５００Å堆積し、発光層を形成した。次に、アルドリッチ製ＰＢＤ（商品名２５，７８５−０）を昇華精製した。そして、発光層上に、精製したＰＢＤとＮａを蒸着源とする共蒸着法により、ＮａをドープしたＰＢＤからなる薄膜を厚さ５００Å堆積し、電子輸送層を形成した。次に、電子輸送層上に、ＬｉＦからなる薄膜を蒸着法により厚さ５Å堆積し、電子注入層を形成した。そして、電子注入層上に、Ａｌからなる薄膜を蒸着法により厚さ１０００Å堆積し、陰極を形成した。次に、陰極上に透明ガラス基板（コーニング１７１３、３０ｍｍ×３０ｍｍ、厚さ０．８ｍｍ）を貼り付け、比較例に係る発光素子を得た。
【００４５】
（実施例１に係る発光素子の製造）
まず、透明ガラス基板（コーニング１７１３、３０ｍｍ×３０ｍｍ、厚さ０．８ｍｍ）を用意し、ガラス基板上に、ＩＴＯからなる薄膜をスパッター法により厚さ３４０Å堆積し、陽極を形成した。次に、陽極上に、東京化成製銅フタロシアニン（商品名Ｐ１００５）からなる薄膜を蒸着法により厚さ１０Å堆積し、正孔注入層を形成した。そして、正孔注入層上に、アルドリッチ製ＮＰＤ（商品名５５，６６９−６）からなる薄膜を蒸着法により厚さ１０００Å堆積し、正孔輸送層を形成した。次に、同仁化学製Ａｌｑ３（商品名Ｔ２０３）を昇華精製した。正孔注入層上に、精製したＡｌｑ３からなる薄膜を蒸着法により厚さ５００Å堆積し、発光層を形成した。そして、イデアルスター製Ｎａ＠Ｃ６０５０ｍｇをニラコ製モリブデンボート（ＳＳ−１−１０）にセットした後、基板を１０ｃｍ上方に設置し、真空度１０−６Ｔｏｒｒ下で前記ボートに１００ｍＡを印加し、Ｎａ＠Ｃ６０を６００℃、６０秒間加熱して昇華させ、基板上に堆積させることにより、厚さ５００Åの薄膜からなる電子輸送層を形成した。次に、電子輸送層上に、ＬｉＦからなる薄膜を蒸着法により厚さ５Å堆積し、電子注入層を形成した。そして、電子注入層上に、Ａｌからなる薄膜を蒸着法により厚さ１０００Å堆積し、陰極を形成した。次に、陰極上に透明ガラス基板（コーニング１７１３、３０ｍｍ×３０ｍｍ、厚さ０．８ｍｍ）を貼り付け、実施例１に係る発光素子を得た。
【００４６】
（実施例２に係る発光素子の製造）
まず、透明ガラス基板（コーニング１７１３、３０ｍｍ×３０ｍｍ、厚さ０．８ｍｍ）を用意し、ガラス基板上に、ＩＴＯからなる薄膜をスパッター法により厚さ３４０Å堆積し、陽極を形成した。次に、陽極上に、東京化成製銅フタロシアニン（商品名Ｐ１００５）からなる薄膜を蒸着法により厚さ１０Å堆積し、正孔注入層を形成した。そして、正孔注入層上に、アルドリッチ製ＮＰＤ（商品名５５，６６９−６）からなる薄膜を蒸着法により厚さ１０００Å堆積し、正孔輸送層を形成した。次に、同仁化学製Ａｌｑ３（商品名Ｔ２０３）を昇華精製した。正孔注入層上に、精製したＡｌｑ３からなる薄膜を蒸着法により厚さ５００Å堆積し、発光層を形成した。そして、アルドリッチ製ＰＢＤ（商品名２５，７８５−０）２０ｍｇを昇華精製した。イデアルスター製Ｎａ＠Ｃ６０を１０ｍｇ用意し、発光層上に、実施例１に係る発光素子の製造に準じ、精製したＰＢＤとＮａ＠Ｃ６０を蒸着源とする共蒸着法により、Ｎａ＠Ｃ６０をドープしたＰＢＤからなる薄膜を厚さ５００Å堆積し、電子輸送層を形成した。電子輸送層の形成条件として、ＰＢＤの加熱温度を７００℃、Ｎａ＠Ｃ６０の加熱温度を６００℃とした。次に、電子輸送層上に、ＬｉＦからなる薄膜を蒸着法により厚さ５Å堆積し、電子注入層を形成した。そして、電子注入層上に、Ａｌからなる薄膜を蒸着法により厚さ１０００Å堆積し、陰極を形成した。次に、陰極上に透明ガラス基板（コーニング１７１３、３０ｍｍ×３０ｍｍ、厚さ０．８ｍｍ）を貼り付け、実施例２に係る発光素子を得た。
【００４７】
（発光素子の評価方法）
以上の方法により作製した、実施例１及び２並びに比較例に係る発光素子の発光効率（ｃｄ／Ａ）と最低駆動電圧（Ｖ）を、陰極の形成後５時間以内に常温常圧の通常の実験室環境で測定した。最低駆動電圧は、２００ｃｄ／ｍ２の発光開始電圧と定義した。以下に示す測定データは、各作製方法により作製された１０個の発光素子の測定値の平均値である。
発光素子 発光効率（ｃｄ／Ａ） 最低駆動電圧（Ｖ）
比較例 ４．２ ４．５
実施例１ ９．５ ３．８
実施例２ ８．２ ４．３
【００４８】
上記の測定データからわかるように、実施例１及び２の発光素子は、発光効率に関しては、いずれも比較例の発光素子に比べ向上していることがわかる。また、最低動作電圧に関しては、実施例１、実施例２ともに従来の発光素子に比べ改善されていることがわかるが、特に実施例１において大きく改善していることがわかる。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
アルカリ金属内包フラーレン類は、アルカリ金属が球形炭素クラスターであるフラーレンの中に閉じ込められているため、アルカリ金属内包フラーレン類、またはアルカリ金属内包フラーレン類をドープした有機材料で形成した電子輸送層、又は電子注入層は大気中の水分や他の不純物との反応性が低い。そのため、プロセス管理が容易になる、発光素子、又は発光装置の封止に簡易型の封止構造が使用できる。また、発光素子の寿命を長くすることができる。
【００５０】
アルカリ金属内包フラーレン類、またはアルカリ金属内包フラーレン類をドープした有機材料は、アルカリ金属をドープした有機材料に比べ電子移動度が大きい。そのため、発光素子の発光効率が向上する。また、発光素子の内部抵抗が小さくなるため、低電圧駆動が可能になる。
【００５１】
アルカリ金属内包フラーレン類、またはアルカリ金属内包フラーレン類をドープした有機材料は、空のフラーレンに比べ電子親和力が大きい。そのため、電子注入効率が高く、発光効率が向上する。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
陽極、発光層及び陰極を含み、かつ、陰極と発光層との間に電子注入層及び／又は電子輸送層が介在する発光素子において、前記電子注入層及び／又は電子輸送層の少なくとも一つの層が、アルカリ金属内包フラーレン類又はアルカリ金属内包フラーレン類をドープした有機材料からなることを特徴とする発光素子。
【請求項２】
電子輸送層が、アルカリ金属内包フラーレン類又はアルカリ金属内包フラーレン類をドープした有機材料である請求項１記載の発光素子。
【請求項３】
陽極と発光層との間に正孔注入層及び／又は正孔輸送層が介在する請求項１又は２記載の発光素子。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項記載の発光素子を複数用いてアレイ状又はマトリクス状に配置した発光装置。
【請求項５】
請求項４記載の発光装置を含む表示装置。
【請求項６】
請求項４記載の発光装置を含む照明装置。
【請求項１】
陽極、発光層及び陰極を含み、かつ、陰極と発光層との間に電子注入層及び／又は電子輸送層が介在する発光素子において、前記電子注入層及び／又は電子輸送層の少なくとも一つの層が、アルカリ金属内包フラーレン類又はアルカリ金属内包フラーレン類をドープした有機材料からなることを特徴とする発光素子。
【請求項２】
電子輸送層が、アルカリ金属内包フラーレン類又はアルカリ金属内包フラーレン類をドープした有機材料である請求項１記載の発光素子。
【請求項３】
陽極と発光層との間に正孔注入層及び／又は正孔輸送層が介在する請求項１又は２記載の発光素子。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項記載の発光素子を複数用いてアレイ状又はマトリクス状に配置した発光装置。
【請求項５】
請求項４記載の発光装置を含む表示装置。
【請求項６】
請求項４記載の発光装置を含む照明装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【国際公開番号】ＷＯ２００５／００６８１７
【国際公開日】平成１７年１月２０日（２００５．１．２０）
【発行日】平成１９年９月２０日（２００７．９．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−５１１５６４（Ｐ２００５−５１１５６４）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＪＰ２００４／００９９４５
【国際出願日】平成１６年７月１２日（２００４．７．１２）
【出願人】（５０２３４４１７８）株式会社イデアルスター (59)
【Ｆターム（参考）】
【国際公開日】平成１７年１月２０日（２００５．１．２０）
【発行日】平成１９年９月２０日（２００７．９．２０）
【国際特許分類】
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＪＰ２００４／００９９４５
【国際出願日】平成１６年７月１２日（２００４．７．１２）
【出願人】（５０２３４４１７８）株式会社イデアルスター (59)
【Ｆターム（参考）】
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