発光装置
【課題】高効率、高信頼性の発光素子を提供する。
【解決手段】陽極と、陰極と、陽極と陰極との間に設けられた発光層と、発光層の陰極側
に接して設けられたホールブロック層と、を有する発光素子であって、ホールブロック層
は、発光層のイオン化ポテンシャルより大きいイオン化ポテンシャルを有するホールブロ
ック材料と、ホールブロック材料とは異なる一種類、または複数種類の材料と、から構成
されている。ホールブロック材料とは異なる材料として、最高被占分子軌道準位と最低空
分子軌道準位とのエネルギーギャップの値が、発光層の最高被占分子軌道準位と最低空分
子軌道準位とのエネルギーギャップの値よりも大きい材料を用いる。
【解決手段】陽極と、陰極と、陽極と陰極との間に設けられた発光層と、発光層の陰極側
に接して設けられたホールブロック層と、を有する発光素子であって、ホールブロック層
は、発光層のイオン化ポテンシャルより大きいイオン化ポテンシャルを有するホールブロ
ック材料と、ホールブロック材料とは異なる一種類、または複数種類の材料と、から構成
されている。ホールブロック材料とは異なる材料として、最高被占分子軌道準位と最低空
分子軌道準位とのエネルギーギャップの値が、発光層の最高被占分子軌道準位と最低空分
子軌道準位とのエネルギーギャップの値よりも大きい材料を用いる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電界を加えると発光が得られる有機化合物を有する有機エレクトロルミネッ
センス素子（以下、「有機発光素子」と記す）に関する。
【背景技術】
【０００２】
有機発光素子は、自発光による視認性のよさ、面発光薄型化、軽量性、低電圧駆動、及
び多色・フルカラー表示が可能である、といった特徴を有しており、次世代の表示素子と
して注目を浴び、フラットパネルディスプレイへの応用が期待されている。
【０００３】
現在の有機発光素子における基本構造は、１９８７年にコダック社のＴａｎｇらによっ
て報告されている（非特許文献１参照）。
【０００４】
非特許文献１では、有機薄膜の厚みを１００ｎｍ程度の均一な超薄膜とし、また、有機
薄膜に対するキャリヤ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／ｍ２ の十分な輝度が
達成された。
【０００５】
また、非特許文献１における有機発光素子は、いわば正孔の輸送は正孔輸送層が行い、
電子の輸送及び発光は電子輸送性発光層が行うという、層の機能分離という発想の原点で
ある。この機能分離の概念はさらに、正孔輸送層と電子輸送層の間に発光層を挟むという
ダブルへテロ構造（三層構造）の構想へと発展した（非特許文献２参照）。
【０００６】
層の機能分離の利点は、一種類の有機材料に様々な機能（発光性、キャリヤ輸送性、電
極からのキャリヤ注入性など）を同時に持たせる必要がなくなり、そのため素子に使用す
る材料の分子設計等に、幅広い自由度を持たせることができることである（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）。そして、発光特性のよい材料、キャリ
ヤ輸送性が優れる材料、キャリヤ注入性の優れる材料、などを各々組み合わせることで、
材料の利点を有効に利用し、容易に発光効率の向上が可能となる。こうして、現在の有機
発光素子は多層型の構造をとるものが多い。
【０００７】
この層の機能分離を利用した多層型有機発光素子の中でも、イオン化ポテンシャルが大
きいためにホールが注入されづらい電子輸送性材料、すなわちホールブロック性を有する
電子輸送材料（以下、「ホールブロック材料」と記す）をホールブロック層として用いる
構造をとるものがある。
【０００８】
上記のように、ホールブロック層のイオン化ポテンシャルは大きく、ホールブロック層
にホールを注入することは非常に困難である。そのため、発光層に注入されたホールキャ
リヤは、隣接するホールブロック層に入り込むことができずに、発光層内に閉じ込められ
る。こうして発光層内では、ホール・電子キャリヤの密度が高くなり、キャリヤの再結合
が効率よく行なわれ、この効率よいキャリヤの再結合によって有機発光素子の高効率化が
図れる。
【０００９】
また、このホールブロック機能によって、キャリヤの再結合領域を制御することができ
るため、有機発光素子の発光色の制御も行うことができる。
【００１０】
例えば、ホールブロック層をホール輸送層と電子輸送層との間に挿入することにより、
ホール輸送層を発光させることに成功した報告がある（非特許文献３参照）。
【００１１】
ここでは、ホールブロック層導入によって、ホールをホール輸送層内に閉じこめ、ホー
ル輸送層内でキャリヤの再結合が行なわれる機構となっている。
【００１２】
他に、ホールブロック層の適用例としては、三重項発光素子に適用した例がある（非特
許文献４参照）。
【００１３】
三重項発光素子は有機発光素子の高効率化に有効な技術であるが、ホールブロック層を
用いないと効率よく発光できないため、ホールブロック材料が重要な鍵となる。
【００１４】
このように、ホールブロック材料は非常に有効利用できる材料ではあるのだが、電子輸
送性が高く、なおかつホールブロック性も良好である材料となると、かなり限定されてし
まうのが現状である。その少数例として、例えば非特許文献３、非特許文献４でも用いら
れている２，９−ジメチル−４，７−ジフェニル−１，１０−フェナントロリン（以下、
「ＢＣＰ」と記す）、他に１，３−ビス［（４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−１，３，
４−オキサジアゾール］フェニレン（以下、「ＯＸＤ−７」と記す）、３−フェニル−４
−（１’−ナフチル）−５−フェニル−１，２，４−トリアゾール（以下、「ＴＡＺ」と
記す）などが挙げられるが、どの材料も蒸着薄膜の結晶化が激しく、実際のデバイスに適
用する場合には信頼性に大きな悪影響を及ぼす。例えば、ＢＣＰを用いた三重項発光素子
の素子寿命（輝度の半減期）は、初期輝度５００ｃｄ／ｍ２ 時で１７０時間であり、と
ても実用化のレベルとは言い難い（非特許文献５参照）。
【００１５】
一方、この点を克服するため、結晶化しづらい材料であるビス（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、「ＢＡｌｑ」と
記す）をホールブロック層に適用して三重項発光素子を作製した例がある（非特許文献６
参照）。
【００１６】
非特許文献６では、ホールブロック層としてＢＣＰを使用した場合、輝度の半減期（初
期輝度６００−１２００ｃｄ／ｍ２ ）が７００時間以下であったのに対し、ＢＡｌｑを
使用した場合、輝度の半減期（初期輝度５７０ｃｄ／ｍ２）が約４０００時間まで飛躍的
に伸びることが報告されている。
【００１７】
しかしながら、ＢＣＰを使用した素子に比べてＢＡｌｑを使用した素子では、逆に効率
がかなり低下してしまう。これは、ＢＡｌｑはＢＣＰに比べて、結晶化はしにくい（膜質
が安定）もののホールブロック性には劣るということを意味している。
【００１８】
また、三重項発光素子において、様々なホールブロッキング性の材料を使用し、それぞ
れの素子における輝度の半減期を比較したデータが報告されている（非特許文献７参照）
。
【００１９】
非特許文献７では、ホールブロック性が非常に高いＴＰＢＩを使用し、素子の発光効率
が非常に高い素子の輝度半減期は、ＢＡｌｑを使用した素子の輝度半減期に比べ、桁違い
に低いことが示された。
【００２０】
これらの報告のように、ホールブロック性の高い材料をホールブロック層に適用した素
子において、輝度半減期が長く、高信頼性が得られた、という報告は今までにない。この
原因としては、ＢＣＰの例でも挙げたように、ホールブロック層に使用される材料の結晶
化が激しいという点にある。つまり、薄膜状態の膜質の安定さに欠け、そのため高い信頼
性を得ることができない。
【００２１】
以上のことから、ホールブロック性の高さと、かつ膜質の安定さを同時に併せ持つホー
ルブロック層が望まれている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００２２】
【非特許文献１】Ｃ．Ｗ．Ｔａｎｇ ａｎｄ Ｓ．Ａ．Ｖａｎｓｌｙｋｅ， ”Ｏｒｇａｎｉｃ ｅｌｅｃｔｒｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ ｄｉｏｄｅｓ”， Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ，Ｖｏｌ．５１， Ｎｏ．１２，９１３−９１５ （１９８７）
【非特許文献２】Ｃｈｉｈａｙａ ＡＤＡＣＨＩ， Ｓｈｏｚｕｏ ＴＯＫＩＴＯ， Ｔｅｔｓｕｏ ＴＳＵＴＳＵＩ ａｎｄ Ｓｈｏｇｏ ＳＡＩＴＯ， ”Ｅｌｅｃｔｒｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ ｉｎ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｆｉｌｍｓ ｗｉｔｈ Ｔｈｒｅｅ−Ｌａｙｅｒｅｄ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ”， Ｊａｐａｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ， Ｖｏｌ．２７， Ｎｏ．２， Ｌ２６９−Ｌ２７１（１９８８）
【非特許文献３】Ｙａｓｕｎｏｒｉ ＫＩＪＩＭＡ， Ｎｏｂｕｔｏｓｈｉ ＡＳＡＩ ａｎｄ Ｓｈｉｎ−ｉｃｈｉｒｏ ＴＡＭＵＲＡ， ”Ａ Ｂｌｕｅ ｏｒｇａｎｉｃ Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ”， Ｊａｐａｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ， Ｖｏｌ．３８， ５２７４−５２７７ （１９９９）
【非特許文献４】Ｍ．Ａ．Ｂａｌｄｏ， Ｓ．Ｌａｍａｎｓｋｙ， Ｐ．Ｅ．Ｂｕｒｒｏｗｓ， Ｍ．Ｅ．Ｔｈｏｍｐｓｏｎ ａｎｄ Ｓ．Ｒ．Ｆｏｒｒｅｓｔ， ”Ｖｅｒｙ ｈｉｇｈ−ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｇｒｅｅｎ ｏｒｇａｎｉｃ ｌｉｇｈｔ−ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｄｅｖｉｃｅｓ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｅｌｅｃｔｒｏｐｈｏｓｐｈｏｒｅｓｃｅｎｃｅ”， Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ， Ｖｏｌ．７５， Ｎｏ．１， ４−６ （１９９９）
【非特許文献５】Ｔｅｔｓｕｏ ＴＳＵＴＳＵＩ， Ｍｏｏｎ−Ｊａｅ ＹＡＮＧ， Ｍａｓａｙｕｋｉ ＹＡＨＩＲＯ， Ｋｅｎｊｉ ＮＡＫＡＭＵＲＡ， Ｔｅｒｕｉｃｈｉ ＷＡＴＡＮＡＢＥ， Ｔａｉｓｈｉ ＴＳＵＪＩ， Ｙｏｓｈｉｎｏｒｉ ＦＵＫＵＤＡ， Ｔａｋｅｏ ＷＡＫＩＭＯＴＯ ａｎｄ Ｓａｔｏｓｈｉ ＭＩＹＡＧＵＣＨＩ， ”Ｈｉｇｈ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｉｎｏｒｇａｎｉｃ Ｌｉｇｈｔ−Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｅｖｉｃｅｓ ｗｉｔｈ Ｉｒｉｄｉｕｍ−Ｃｏｍｐｌｅｘ ａｓ ａ Ｔｒｉｐｌｅｔ Ｅｍｉｓｓｉｖｅ Ｃｅｎｔｅｒ”， Ｊａｐａｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ， Ｖｏｌ．３８， Ｎｏ．１２Ｂ， Ｌ１５０２−Ｌ１５０４ （１９９９）
【非特許文献６】Ｔｅｒｕｉｃｈｉ ＷＡＴＡＮＡＢＥ， Ｋｅｎｊｉ ＮＡＫＡＭＵＲＡ， Ｓｈｉｎ ＫＡＷＡＭＩ， Ｙｏｓｈｉｎｏｒｉ ＦＵＫＵＤＡ， Ｔａｉｓｈｉ ＴＵＪＩ， Ｔａｋｅｏ ＷＡＫＩＭＯＴＯ ａｎｄ Ｓａｔｏｓｈｉ ＭＩＹＡＨＵＣＨＩ， ”Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｄｒｉｖｉｎｇ ｌｉｆｅｔｉｍｅ ｄｕｒａｂｉｌｉｔｙ ｉｎ ｏｒｇａｎｉｃ ＬＥＤ ｄｅｖｉｃｅｓ ｕｓｉｎｇ Ｉｒ ｃｏｍｐｌｅｘ ”， Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇ ＳＰＩＥ， Ｖｏｌ．４１０５， １７５ （２０００）
【非特許文献７】Ｒａｙｍｏｎｄ Ｃ．ＫＷＯＮＧ， Ｍａｔｔｈｅｗ Ｒ．ＮＵＧＥＮＴ， Ｌｅｃｈ ＭＩＣＨＡＬＳＫＩ， Ｔａｎ ＮＧＯ， Ｋａｍａｌａ ＲＡＪＡＮ， Ｙｅｈ−Ｊｉｕｎ ＴＵＮＧ， Ｍｉｃｈａｅｌ Ｓ．ＷＥＡＶＥＲ， Ｔｈｅｏｄｏｒｅ Ｘ．ＺＨＯＵ， Ｍｉｃｈａｅｌ ＨＡＣＫ， Ｍａｒｋ Ｅ．ＴＨＯＭＰＳＯＮ， Ｓｔｅｐｈｅｎ Ｒ．ＦＯＲＲＥＳＴ ａｎｄ Ｊｕｌｉｅ Ｊ．ＢＲＯＷＮ， ”Ｈｉｇｈ ｏｐｅｒａｔｉｏｎａｌ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｅｌｅｃｔｒｏｐｈｏｓｐｈｏｒｅｓｃｅｎｔ ｄｅｖｉｃｅｓ”， Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ， Ｖｏｌ．８１， Ｎｏ．１， １６２−１６４ （２００２）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２３】
したがって本発明では、優れたホールブロック性を有する上に、膜質も良好であるホー
ルブロック層を提供することを課題とする。また、それを用いることにより、高効率で駆
動安定性の高い有機発光素子を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
本発明は、従来の結晶化しやすいホールブロック材料を用いたホールブロック層であっ
ても、前記ホールブロック材料とは異なる材料を添加することによって、ホールブロック
性能を落とすことなく、ホールブロック層を適用した素子の信頼性を向上させるものであ
る。
【００２５】
従って本発明では、少なくとも陽極と、陰極と、前記陽極と前記陰極との間に設けられ
た発光層と、前記発光層の陰極側に接して設けられたホールブロック層と、を有する有機
発光素子において、前記ホールブロック層は、前記発光層のイオン化ポテンシャルよりも
大きいイオン化ポテンシャルを有するホールブロック材料と、前記ホールブロック材料と
は異なる一種類、または複数種類の材料と、からなることを特徴とする。
【００２６】
なお、本明細書でいう「有機発光素子」とは、電界を加えると発光が得られる有機化合
物を有する有機エレクトロルミネッセンス素子のことをいう。例えば、複数の有機化合物
のみからなるものでもよいし、少なくとも一種類以上の有機化合物と無機化合物とが混合
されたものでもよい。
【００２７】
この場合、ホールブロック材料に添加する材料は、発光層に電子キャリヤを効率よく輸
送することを妨げてはならない。そのため、添加する材料は電子キャリヤを輸送できるｎ
型無機半導体やｎ型有機半導体であることが好ましい。
【００２８】
したがって本発明では、少なくとも陽極と、陰極と、前記陽極と前記陰極との間に設け
られた発光層と、前記発光層の陰極側に接して設けられたホールブロック層と、を有する
有機発光素子において、前記ホールブロック層は、前記発光層のイオン化ポテンシャルよ
りも大きいイオン化ポテンシャルを有するホールブロック材料と、前記ホールブロック材
料とは異なるｎ型有機半導体と、からなることを特徴とする。
【００２９】
または、少なくとも陽極と、陰極と、前記陽極と前記陰極との間に設けられた発光層と
、前記発光層の陰極側に接して設けられたホールブロック層と、を有する有機発光素子に
おいて、前記ホールブロック層は、前記発光層のイオン化ポテンシャルよりも大きいイオ
ン化ポテンシャルを有するホールブロック材料と、ｎ型無機半導体と、からなることを特
徴とする。
【００３０】
ここで、ホールブロック材料にｎ型有機半導体やｎ型無機半導体を添加した際に、ホー
ルブロック層のホールブロック性能を低下させ、素子の発光効率が低下することを防ぐた
めにも、ホールブロック材料に添加する材料を選択することも、重要な手段となる。
【００３１】
そのため、ｎ型有機半導体を添加する場合、添加するｎ型有機半導体が、前記発光層の
イオン化ポテンシャルよりも大きいイオン化ポテンシャルを有するか、または発光層のエ
ネルギーギャップ値よりも大きいエネルギーギャップ値を有することが好ましい。
【００３２】
なお、本明細書において、エネルギーギャップ値とは、薄膜における吸収スペクトルの
吸収端のエネルギー値をさす。
【００３３】
また、ｎ型無機半導体を添加する場合は、前記ｎ型無機半導体の価電子帯の上端が、前
記発光層のイオン化ポテンシャルよりも大きい値を示すか、または、前記ｎ型無機半導体
のエネルギーギャップ値が、前記発光層のエネルギーギャップ値よりも大きいことが好ま
しい。
【００３４】
従って本発明では、少なくとも陽極と、陰極と、前記陽極と前記陰極との間に設けられ
た発光層と、前記発光層の陰極側に接して設けられたホールブロック層と、を有する有機
発光素子において、前記ホールブロック層は、前記発光層よりも大きいイオン化ポテンシ
ャルを有するホールブロック材料と、前記発光層よりも大きいイオン化ポテンシャルを有
するｎ型有機半導体と、からなることを特徴とする。
【００３５】
また、他の手段として、少なくとも陽極と、陰極と、前記陽極と前記陰極との間に設け
られた発光層と、前記発光層の陰極側に接して設けられたホールブロック層と、を有する
有機発光素子において、前記ホールブロック層は、前記発光層よりも大きいイオン化ポテ
ンシャルを有するホールブロック材料と、前記発光層のエネルギーギャップ値よりも大き
いエネルギーギャップ値を有するｎ型有機半導体と、からなることを特徴とする。
【００３６】
また本発明では、少なくとも陽極と、陰極と、前記陽極と前記陰極との間に設けられた
発光層と、前記発光層の陰極側に接して設けられたホールブロック層と、を有する有機発
光素子において、前記ホールブロック層は、前記発光層よりも大きいイオン化ポテンシャ
ルを有するホールブロック材料と、価電子帯の上端が前記発光層のイオン化ポテンシャル
より大きい値を有するｎ型無機半導体と、からなることを特徴とする。
【００３７】
また、他の手段として、少なくとも陽極と、陰極と、前記陽極と前記陰極との間に設け
られた発光層と、前記発光層の陰極側に接して設けられたホールブロック層と、を有する
有機発光素子において、前記ホールブロック層は、前記発光層よりも大きいイオン化ポテ
ンシャルを有するホールブロック材料と、前記発光層のエネルギーギャップ値よりも大き
いエネルギーバンドギャップの値を有するｎ型無機半導体と、からなることを特徴とする
。
【００３８】
さらに他の手段として、少なくとも陽極と、陰極と、前記陽極と前記陰極との間に設け
られた発光層と、前記発光層の陰極側に接して設けられたホールブロック層と、を有する
有機発光素子において、前記ホールブロック層は、前記発光層よりも大きいイオン化ポテ
ンシャルを有するホールブロック材料と、前記ホールブロック材料とは異なるｎ型有機半
導体と、からなり、前記ホールブロック層のイオン化ポテンシャルの値が前記発光層のイ
オン化ポテンシャルの値よりも０．４ｅＶ以上大きいことを特徴とする。
【００３９】
また、少なくとも陽極と、陰極と、前記陽極と前記陰極との間に設けられた発光層と、
前記発光層の陰極側に接して設けられたホールブロック層と、を有する有機発光素子にお
いて、前記ホールブロック層は、前記発光層よりも大きいイオン化ポテンシャルを有する
ホールブロック材料と、前記ホールブロック材料とは異なるｎ型有機半導体と、からなり
、前記ホールブロック層のイオン化ポテンシャルの値が５．８ｅＶ以上であることを特徴
とする。
【００４０】
また本発明では、少なくとも陽極と、陰極と、前記陽極と前記陰極との間に設けられた
発光層と、前記発光層の陰極側に接して設けられたホールブロック層と、を有する有機発
光素子において、前記ホールブロック層は、前記発光層よりも大きいイオン化ポテンシャ
ルを有するホールブロック材料と、ｎ型無機半導体と、からなり、前記ホールブロック層
のイオン化ポテンシャルの値が前記発光層のイオン化ポテンシャルの値よりも０．４ｅＶ
以上大きいことを特徴とする。
【００４１】
また、他の手段として、少なくとも陽極と、陰極と、前記陽極と前記陰極との間に設け
られた発光層と、前記発光層の陰極側に接して設けられたホールブロック層と、を有する
有機発光素子において、前記ホールブロック層は、前記発光層よりも大きいイオン化ポテ
ンシャルを有するホールブロック材料と、ｎ型無機半導体と、からなり、前記ホールブロ
ック層のイオン化ポテンシャルの値が５．８ｅＶ以上であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００４２】
本発明を実施することで、優れたホールブロック性を有する上に、成膜性も良好である
ホールブロック層を提供することができるため、高効率で駆動安定性の高い有機発光素子
を作製することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の基本的構成の一例を示す図である。
【図２】ホールブロック層に使用する材料のエネルギーポテンシャルの一例を示す図である。
【図３】ホールブロック層に使用する材料のエネルギーダイヤグラムの一例を示す図である。
【図４】実施例１の初期特性を示す図である。
【図５】比較例１の初期特性を示す図である。
【図６】実施例２、比較例２の信頼性特性を示す図である。
【図７】発光装置を説明する図の一例である。
【図８】電気器具の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４４】
以下では、本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、有機発光素子は、発光を
取り出すために少なくとも陽極、または陰極の一方が透明であればよいが、本実施例の形
態では、基板上に透明な陽極を形成し、陽極側から光を取り出す素子構造を記述する。実
際は陰極を基板上に形成して陰極側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、電極の両側から光を取り出す構造にも適用可能である。
【００４５】
本発明では、ホールブロック層を適用した素子において、素子のホールブロック層がホ
ールブロック材料と、それ以外の材料からなることを特徴としている。
【００４６】
信頼性の高い有機発光素子を構想する上で、必要不可欠なものとなるものは、素子に使
用する材料の安定なアモルファス薄膜形態である。有機発光素子における有機層はアモル
ファス薄膜から成り、その薄膜の厚みはわずかに数十ｎｍ、各層の合計でも１００ｎｍ程
度である。駆動時には、これに１０Ｖ近い電圧が印加されるため、高電界に耐えて安定し
た素子特性を発現させるためには、ピンホールのない均一で緻密なアモルファス薄膜形態
が要求される。
【００４７】
この均一で緻密なアモルファス薄膜を保たせることが有機発光素子の信頼性向上につな
がり、これは如何にアモルファス薄膜の凝集・結晶化を抑えることができるかという課題
となる。
【００４８】
アモルファス薄膜の凝集・結晶化の激しい材料として、ガラス転移が低くかつ分子間の
相互作用が強い材料が挙げられる。これらの材料を薄膜にした場合、無秩序に並んだアモ
ルファス状態から、秩序のある結晶状態へと分子の並び替えが起こりやすく、そのため膜
中に部分的に結晶が形成されてしまう。そしてこの結晶部分へ集中的に電流が流れ込み、
素子の破壊へとつながる。
【００４９】
薄膜の凝集・結晶化を抑えるためには、結晶化しづらい材料を使用する、ということが
一番の解決方法ではあるが、それでは材料の優れた特性を生かすことができない場合もあ
る。例えば、電子輸送性には大変優れているものの、薄膜の結晶化が激しい材料、という
ものは多く存在し、これらの材料は現在、有機発光素子に適用しづらい材料として素子へ
の適用は避けられている。
【００５０】
ここでドーピング技術による信頼性の向上、という点に着目する。従来有機発光素子に
おいて、発光層への色素ドープ技術による素子の信頼性向上が報告されている。適用する
ドーパント分子によって信頼性向上の要因は様々であるが、共通要因としては薄膜形状の
均一化・非晶質化が挙げられる。Ａｌｑ３薄膜のモルフォロジーがルブレンをドープする
ことにより、よりスムーズな膜になることが観測されており、膜質の向上によってその上
に積層される陰極とのコンタクトが改善、それが素子の信頼性向上につながる、と報告さ
れている。
【００５１】
このように、単一分子で構成された薄膜に異なった材料をドーピングすることで、薄膜
の膜質向上が図れる。この技術は、発光層だけでなく他の層に適用することも可能であり
、今まで有機発光素子に適用されなかった結晶化の激しい材料であっても、素子に使用す
ることが可能になると考えられる。
【００５２】
そこで、本発明の素子構造では、このドーピング技術による膜質形状の均一化・非晶質
化をホールブロッキング層に応用することで、キャリヤ輸送性、ホールブロック性、とい
った優れた物性を持つにもかかわらず結晶化の激しいホールブロック材料を使用した際で
も、素子の信頼性の向上を図ることができる。
【００５３】
このとき、ホールブロック材料に添加するドーピング材料を選択する必要がある。
【００５４】
まず、ホールブロック層は、隣接する発光層に効率よく電子キャリヤを輸送する必要が
ある。すなわち、ホールブロック層は電子輸送性を有してなくてはならない。このため、
本発明の素子のように、ホールブロック材料に他の材料を添加したホールブロック層であ
っても、電子輸送性を必要とする。元来、ホールブロック材料単体のホールブロック層に
おいては、ホールブロック材料自身、電子輸送性を有する材料であるため電子キャリヤを
輸送できる。これに他の材料を添加する事で、この本来の電子輸送性を低下させてはなら
ない。
【００５５】
このため、ホールブロック層に添加する材料は、電子キャリヤを輸送する能力を有した
、ｎ型有機半導体、もしくはｎ型無機半導体であることが好ましい。
【００５６】
ところで、ホールブロック層本来の機能は、ホールを発光層内に閉じ込める効果を狙う
ものである。この効果の大きさは、発光層のイオン化ポテンシャルとホールブロック層の
イオン化ポテンシャルとの差の大小によって決定される。
【００５７】
そこで、本発明で適用されるホールブロック層においても、ホールを十分にブロックし
、発光層内にホールキャリヤを閉じ込めることができる程大きいイオン化ポテンシャルを
有することが望まれる。
【００５８】
そのためには、ホールブロック材料に添加する材料自身のホールブロック性能を考慮す
る必要がある。このため、ホールブロック材料に添加する材料は、例えば、添加する材料
がｎ型有機半導体であれば、ホールブロック材料同様、発光層よりも大きいイオン化ポテ
ンシャルを有する材料が好ましく、また、添加する材料がｎ型無機半導体であれば、その
ｎ型無機半導体の価電子帯の上端の値が、発光層のイオン化ポテンシャルの値より大きい
ことが好ましい。
【００５９】
第２図は、本発明の素子に使用する、材料のポテンシャルエネルギーの位置状態を記し
た図である。（ａ）はｎ型有機半導体を添加した場合、（ｂ）はｎ型無機半導体を添加し
た場合の図である。この図のようなエネルギーの位置関係になるように、添加する材料を
選択すればよい。つまり、ｎ型有機半導体を添加した（ａ）の場合、ＩｐＡ＜ＩｐＢ＜Ｉ
ｐＣ、またはＩｐＡ＜ＩｐＣ＜ＩｐＢとなるように、そしてｎ型無機半導体を添加した（
ｂ）の場合は、ＩｐＡ＜ＩｐＢ＜ＥｖＣ、またはＩｐＡ＜ＥｖＣ＜ＩｐＢとなるように添
加する材料を選択すればよい。なお、上記のＩｐＡは発光層のイオン化ポテンシャル、Ｉ
ｐＢはホールブロック材料のイオン化ポテンシャル、ＩｐＣは添加するｎ型有機半導体の
イオン化ポテンシャル、ＥｖＣは添加するｎ型無機半導体のイオン化ポテンシャル（すな
わち、ここでは価電子帯の上端の値と真空準位とのエネルギー差に相当する。）を表して
いる。
【００６０】
このような条件で選択したｎ型有機半導体やｎ型無機半導体が添加されたホールブロッ
ク層のイオン化ポテンシャルは、ホールをブロックするのに十分な大きさを持つことが可
能となる。なお、ホールを十分にブロックするために、発光層のイオン化ポテンシャルと
、このホールブロック層のイオン化ポテンシャルとの差は０．４ｅＶ以上であることが好
ましい。
【００６１】
ところで、ホールブロック層のイオン化ポテンシャルが大きければ、確かにホールをブ
ロックし、発光層でのキャリヤの再結合を行わせることは可能となるが、このキャリヤの
再結合による励起子が発光層からホールブロック層へ移動してしまうことを避けなければ
ならない。つまり、ホールブロック層は励起子を発光層内に閉じ込める効果も有していな
くてはならない。
【００６２】
このためには、ホールブロック層の、エネルギーギャップの値が、発光層のエネルギー
ギャップの値よりも大きいことが好ましい。
【００６３】
そこで、本発明の素子において、ホールブロック材料に添加する材料は、例えば、添加
する材料がｎ型有機半導体であれば、発光層のエネルギーギャップ値よりも大きいエネル
ギーギャップ値を有する材料が好ましく、また、添加する材料がｎ型無機半導体であれば
、そのｎ型無機半導体のエネルギーギャップの値が発光層のエネルギーギャップ値より大
きいことが望まれる。
【００６４】
第３図は、本発明の素子に使用する材料の、エネルギーダイヤグラムを記した図である
。（ａ）はｎ型有機半導体を添加した場合、（ｂ）はｎ型無機半導体を添加した場合を示
している。この図のエネルギーダイヤグラムになるように添加する材料を選択すればよい
。すなわち、発光層、ホールブロック材料、添加するｎ型有機半導体の、各々の最高被占
分子軌道準位（ＨＯＭＯ準位）と最低空分子軌道準位（ＬＵＭＯ準位）とのエネルギーギ
ャップの値を、それぞれＡ、Ｂ、ＣＯと表すとすると、エネルギーギャップ値Ａ、Ｂ、Ｃ
Ｏの大小関係が、Ａ＜Ｂ＜ＣＯ、またはＡ＜ＣＯ＜Ｂとなるように添加する材料を選択す
ればよい。また、添加するｎ型無機半導体の価電子帯の上端の値と伝導帯の底の値とのエ
ネルギーギャップ（バンドギャップともいう。）の値をＣｉと表すとすると、エネルギー
ギャップ値Ａ、Ｂ、Ｃｉの大小関係が、Ａ＜Ｂ＜Ｃｉ、またはＡ＜Ｃｉ＜Ｂとなるように
添加する材料を選択すればよい。なお、上述した各エネルギーギャップ値は、吸収スペク
トルの吸収端のエネルギーの値に相当する。
【００６５】
このような条件で選択したｎ型有機半導体やｎ型無機半導体が添加されたホールブロッ
ク層は、発光層に励起子を閉じ込める効果を十分に発揮する。また、励起子を発光層に閉
じ込めるためには、このホールブロック層のエネルギーギャップ値は５．８ｅＶ以上であ
ることが好ましい。
【００６６】
次に、本発明の素子構造、素子の作製方法、及び用いる材料について、より具体的に例
示する。
【００６７】
第１図は、本発明の基本的な素子構造の一例を示したものであり、基板１０１の上に陽
極１０２、その上に正孔注入材料からなる正孔注入層１０３、正孔輸送材料からなる正孔
輸送層１０４、発光層１０５、ホールブロック材料とそれとは異なる材料からなるホール
ブロック層１０６、電子輸送材料からなる電子輸送層１０７、電子注入材料からなる電子
注入層１０８、そして陰極１０９を積層させた素子構造である。ここで、発光層１０５は
、一種類の発光材料のみから形成されることもあるが、２種類以上の材料から形成されて
もよい。また、本発明の素子の構造は、この構造に限定されるものではない。
【００６８】
このように、素子構造としては、一般的に利用されているホールブロック層を適用した
有機発光素子において利用できる。また、第１図で示した各機能層を積層した積層構造の
他、高分子化合物を用いた素子、文献４で述べられているような発光層に三重項励起状態
から発光する三重項発光材料を利用した高効率素子など、バリエーションは多岐にわたる
。ホールブロック層によってキャリヤの再結合領域を制御し、発光領域を二つの領域にわ
けることによって得られる白色発光素子などにも応用可能である。
【００６９】
第１図に示す本発明の素子作製方法は、まず、陽極１０２（ＩＴＯ）を有する基板１０
１に正孔注入材料、正孔輸送材料、発光材料を順に蒸着し、次にホールブロック材料とそ
れとは異なった一種類、または複数種類の材料を共蒸着する。次に電子輸送材料、電子注
入材料を蒸着し、最後に陰極１０９を蒸着で形成する。ホールブロック材料と添加する材
料を共蒸着する際の濃度比は、形成されたホールブロック層１０６が上記で記した条件を
満たしていれば、ホールブロック材料と添加する材料の濃度比が反転しても構わない。最
後に封止を行い、本発明の有機発光素子を得る。
【００７０】
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、ホール
ブロック材料、ホールブロック材料に添加する材料、陰極の材料に公的な材料を以下に列
挙する。
【００７１】
正孔注入材料としては、有機化合物でればポルフィリン系の化合物や、フタロシアニン
（以下「Ｈ２Ｐｃ」と記す）、銅フタロシアニン（以下「ＣｕＰｃ」と記す）などが有効
である。また、使用する正孔輸送材料よりもイオン化ポテンシャルの値が小さく、かつ、
正孔輸送機能をもつ材料であれば、これも正孔注入材料として使用できる。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（以下「ＰＳＳ」
と記す）をドープしたポリエチレンジオキシチオフェン（以下「ＰＥＤＯＴ」と記す）や
、ポリアニリンなどが挙げられる。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（以下「ＰＩ」と記す）がよく用いられる。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（以下「アルミナ」と記す）
の超薄膜などがある。
【００７２】
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（以下、「ＴＡＤ」と記す）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（以下、「ＴＰＤ」と記す）、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（以下、「ＴＤＡＴＡ」と
記す）、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（以下、「ＭＴＤＡＴＡ」と記す）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。
【００７３】
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Ａｌｑ、ＢＡｌｑ、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（ＢＯ
Ｘ）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（ＢＴＺ）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（以下、「ＰＢＤ」と記す
）、ＯＸＤ−７などのオキサジアゾール誘導体、ＴＡＺ、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（以下、「ｐ−ＥｔＴＡＺ」と記す）などのトリアゾール誘導体、バソフェナン
トロリン（以下、「ＢＰｈｅｎ」と記す）、ＢＣＰなどのフェナントロリン誘導体が電子
輸送性を有する。
【００７４】
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
ッ化カルシウム、フッ化リチウム、フッ化セシウムなどの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（以下、「Ｌｉ（ａｃａｃ）」と記す）や８−キノリノラト−
リチウム（以下、「Ｌｉｑ」と記す）などのアルカリ金属錯体も有効である。
【００７５】
発光材料としては、先に述べたＡｌｑ、Ａｌｍｑ、ＢｅＢｑ、ＢＡｌｑ、Ｚｎ（ＢＯＸ
）２、Ｚｎ（ＢＴＺ）２などの金属錯体の他、各種蛍光色素が有効である。蛍光色素とし
ては、青色の４，４’−ビス（２，２−ジフェニル−ビニル）−ビフェニルや、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、ビス（２−（４’−トリル）ピリジナト−Ｎ，Ｃ２’）アセチルアセトナト
イリジウム（以下「ａｃａｃＩｒ（ｔｐｙ）２」と記す）、 ２，３，７，８，１２，１
３，１７，１８−オクタエチル−２１Ｈ，２３Ｈポルフィリン−白金などが知られている
。
【００７６】
ホールブロック材料としては、上で述べたＢＡｌｑ、ＯＸＤ−７、ＴＡＺ、ｐ−ＥｔＴ
ＡＺ、ＢＰｈｅｎ、ＢＣＰなどが、イオン化ポテンシャルが大きいため有効である。
【００７７】
ホールブロック材料に添加する材料は、ｎ型有機半導体としては、上で述べた電子輸送
材料が当てはまる。ｎ型無機半導体としては、酸化亜鉛、硫化亜鉛、酸化錫、酸化インジ
ウムなどが挙げられる。
【００７８】
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、本発明の有機発光素子に
適用することにより、ホールブロック層を適用した素子においても、高信頼性の有機発光
素子を作製することができる。
【実施例１】
【００７９】
本実施例では、第１図に示す本発明の有機発光素子を具体的に例示する。
【００８０】
まず、陽極１０２であるＩＴＯが１００ｎｍ程度成膜されたガラス基板１０１に、正孔
注入材料であるＣｕＰｃを２０ｎｍ蒸着し正孔注入層１０３とする。その後、正孔輸送材
料であるα−ＮＰＤを３０ｎｍ蒸着し、正孔輸送層１０４とする。
【００８１】
正孔輸送層が作製された後、三重項発光材料であるＩｒ（ｔｐｙ）２ａｃａｃとホスト
材料である４，４’−Ｎ，Ｎ’−ジカルバゾール−ビフェニル（以下「ＣＢＰ」と記す）
をおよそ２：２３の比率（重量比）になるように共蒸着を行う。つまりＣＢＰに約８ｗｔ
％の濃度でＩｒ（ｔｐｙ）２ａｃａｃが分散されていることになる。この共蒸着膜を３０
ｎｍ成膜する。これが発光層１０５である。
【００８２】
発光層を形成した後、ホールブロック材料であるＢＣＰとｎ型有機半導体であるＰＢＤ
を９３：７の比率（重量比）になるように共蒸着を行う。つまり、ＢＣＰに約７．０ｗｔ
％の濃度でＰＢＤが分散されていることになる。この共蒸着膜を２０ｎｍ成膜する。これ
がホールブロック層１０６である。
【００８３】
次に、電子輸送材料Ａｌｑを電子輸送層１０７として２０ｎｍ成膜し、電子注入層１０
８として、フッ化カルシウム（略称：ＣａＦ）を２ｎｍ蒸着、最後に陰極１０９としてＡ
ｌを１５０ｎｍ成膜する。これにより、本発明の有機発光素子が得られる。
【００８４】
第４図はこの素子における初期特性のグラフを示す。
【００８５】
（比較例１）
本比較例は実施例１の比較例である。従来のホールブロック層を適用した有機発光素子
を作製し、その際の特性を本発明の素子と比較した。
【００８６】
まず、陽極１０２であるＩＴＯが１００ｎｍ程度成膜されたガラス基板１０１に、正孔
注入材料であるＣｕＰｃを２０ｎｍ蒸着し正孔注入層１０３とする。その後、正孔輸送材
料であるα−ＮＰＤを３０ｎｍ蒸着し、正孔輸送層１０４とする。
【００８７】
正孔輸送層が作製された後、三重項発光材料であるＩｒ（ｔｐｙ）２ａｃａｃとホスト
材料であるＣＢＰをおよそ２：２３の比率（重量比）になるように共蒸着を行う。つまり
ＣＢＰに約８ｗｔ％の濃度でＩｒ（ｔｐｙ）２ａｃａｃが分散されていることになる。こ
の共蒸着膜を３０ｎｍ成膜する。これが発光層１０５である。
【００８８】
その後、ホールブロック材料であるＢＣＰのみを２０ｎｍ成膜する。これがホールブロ
ック層１０６である。
【００８９】
次に、電子輸送材料Ａｌｑを電子輸送層１０７として２０ｎｍ成膜し、電子注入層１０
８として、フッ化カルシウム（略称：ＣａＦ）を２ｎｍ蒸着、最後に陰極１０９としてＡ
ｌを１５０ｎｍ成膜する。
【００９０】
第５図はこの素子における初期特性のグラフを示す。
【００９１】
第４図と第５図を比較してみると、実施例１、比較例１の素子は、共に１０００ｃｄ／
ｍ２時の駆動電圧は約８Ｖ、電流効率は約２５ｃｄ／Ａであり、ほぼ同様の初期特性を示
した。したがって、実施例１の本発明の素子は、従来のホールブロック層ＢＣＰに、ｎ型
有機半導体であるＰＢＤを添加しているにもかかわらず、ホールブロック性などの特性は
全く悪化していないことがわかる。
【実施例２】
【００９２】
次に、実施例１とは異なった材料、素子構造の本発明の有機発光素子を作製した。
【００９３】
まず、陽極１０２であるＩＴＯが１００ｎｍ程度成膜されたガラス基板１０１に、正孔
注入材料であるＣｕＰｃを２０ｎｍ蒸着し正孔注入層１０３とする。その後、正孔輸送材
料であるα−ＮＰＤを３０ｎｍ蒸着し、正孔輸送層１０４とする。次に、電子輸送性発光
材料であるトリス（８−キノリノラト）アルミニウム（略称：Ａｌｑ）を５０ｎｍ蒸着し
、発光層１０５とする。
【００９４】
その後、ホールブロック材料であるＢＣＰとｎ型有機半導体であるＰＢＤを４９：１の
比率（重量比）になるように共蒸着を行う。つまり、ＢＣＰに約２ｗｔ ％の濃度でＰＢ
Ｄが分散されていることになる。この共蒸着膜を２０ｎｍ成膜する。これがホールブロッ
ク層１０６である。この場合、このホールブロック層１０６は電子輸送機能ももちあわせ
ているため、電子輸送層１０７も兼ねている。
【００９５】
次に電子注入層１０８として、フッ化カルシウム（略称：ＣａＦ）を２ｎｍ蒸着し、最
後に陰極１０９としてＡｌを１５０ｎｍ成膜する。これにより、本発明の有機発光素子が
得られる。
【００９６】
（比較例２）
本比較例は実施例２の比較例である。従来のホールブロック層を適用した有機発光素子
を作製し、その際の特性を実施例２の有機発光素子の特性と比較した。
【００９７】
まず、陽極１０２であるＩＴＯが１００ｎｍ程度成膜されたガラス基板１０１に、正孔
注入材料であるＣｕＰｃを２０ｎｍ蒸着し正孔注入層１０３とする。その後、正孔輸送材
料であるα−ＮＰＤを３０ｎｍ蒸着し、正孔輸送層１０４とする。次に、電子輸送性発光
材料であるＡｌｑを５０ｎｍ蒸着し、発光層１０５とする。
【００９８】
その後、ホールブロック材料であるＢＣＰのみを２０ｎｍ成膜する。これがホールブロ
ック層１０６兼電子輸送層１０７である。
【００９９】
次に電子注入層１０８として、フッ化カルシウム（略称：ＣａＦ）を２ｎｍ蒸着し、最
後に陰極１０９としてＡｌを１５０ ｎｍ成膜する。
【０１００】
実施例２、比較例２の素子は、共に１０００ｃｄ／ｍ２時の駆動電圧は約１０Ｖ、電流
効率は約４．４ｃｄ／Ａであり、ほぼ同様の初期特性を示した。したがって、実施例２の
本発明の素子は、従来のホールブロック層ＢＣＰに、ｎ型有機半導体であるＰＢＤを添加
しているにもかかわらず、ホールブロック性などの特性は全く悪化していない。
【０１０１】
次に、実施例２の素子の信頼性試験結果を第６図の （ａ） に、比較例２の素子の試
験結果を第６図の（ｂ）に示す。いずれの素子も初期輝度は約１０００ｃｄ／ｍ２に設定
し、直流定電流を流し続け、駆動電圧の上昇及び輝度の低下をモニターした。
【０１０２】
第６図に示す通り、比較例２の素子は駆動直後から駆動電圧が大きく上昇していくと同
時に輝度も劣化していき、約１２時間で初期輝度の７０％まで低下した。また、約１５時
間経過後に急激に駆動電圧が上昇し、素子は突然破壊を迎えた。一方、実施例２の素子は
比較例２の素子に比べると駆動電圧の上昇・輝度の低下共にゆるやかであり、初期輝度の
７０％まで低下したのは約５０時間後であった。これは、比較例２の素子の４倍以上であ
る。また、１００時間経過しても素子が突然破壊されるような現象は見られなかった。
【実施例３】
【０１０３】
本実施例では、画素部に本発明の有機発光素子を有する発光装置について、第７図を用
いて説明する。なお、第７図（Ａ）は、発光装置を示す上面図、第７図（Ｂ）は第７図（
Ａ）をＡ−Ａ’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。
【０１０４】
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ＦＰＣ（フレキシブルプリントサーキ
ット）７０９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（Ｐ
ＷＢ）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、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。
【０１０５】
次に、断面構造について第７図（Ｂ）を用いて説明する。基板４１０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。
【０１０６】
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ＴＦＴ７２
４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。
【０１０７】
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。
【０１０８】
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。
【０１０９】
第１の電極７１３上には、電界発光膜７１６、及び第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（インジウムスズ酸化物）膜、
インジウム亜鉛酸化物（ＩＺＯ）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。
【０１１０】
また、電界発光膜７１６は、蒸着マスクを用いた蒸着法、またはインクジェット法によ
って形成される。電界発光膜７１６には、燐光性化合物をその一部に用いることとし、そ
の他、組み合わせて用いることのできる材料として、低分子系材料であってもよいし、高
分子系材料であってもよい。また、電界発光膜に用いる材料としては、通常、有機化合物
を単層もしくは積層で用いる場合が多いが、本発明においては、有機化合物からなる膜の
一部に無機化合物を用いる構成も含めることとする。
【０１１１】
さらに、電界発光膜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、ＣａＦ２、またはＣａＮ）を用いればよい。なお、電界発光膜７１
６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スズ合金）、
酸化インジウム酸化亜鉛合金（Ｉｎ２Ｏ３−ＺｎＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）等）との積層
を用いるのが良い。
【０１１２】
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、及びシール剤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
。
【０１１３】
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、ＦＲＰ（Ｆｉｂｅｒｇｌａｓｓ−Ｒｅｉ
ｎｆｏｒｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃｓ）、ＰＶＦ（ポリビニルフロライド）、マイラー、ポ
リエステルまたはアクリル等からなるプラスチック基板を用いることができる。
【０１１４】
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。
【実施例４】
【０１１５】
本実施例では、本発明の有機発光素子を有する発光装置を用いて完成させた様々な電気
器具について説明する。
【０１１６】
本発明の有機発光素子を有する発光装置を用いて作製された電気器具として、ビデオカ
メラ、デジタルカメラ、ゴーグル型ディスプレイ（ヘッドマウントディスプレイ）、ナビ
ゲーションシステム、音響再生装置（カーオーディオ、オーディオコンポ等）、ノート型
パーソナルコンピュータ、ゲーム機器、携帯情報端末（モバイルコンピュータ、携帯電話
、携帯型ゲーム機または電子書籍等）、記録媒体を備えた画像再生装置（具体的にはデジ
タルビデオディスク（ＤＶＤ）等の記録媒体を再生し、その画像を表示しうる表示装置を
備えた装置）などが挙げられる。これらの電気器具の具体例を第８図に示す。
【０１１７】
第８図（Ａ）は表示装置であり、筐体８１０１、支持台８１０２、表示部８１０３、ス
ピーカー部８１０４、ビデオ入力端子８１０５等を含む。本発明の有機発光素子を有する
発光装置をその表示部８１０３に用いることにより作製される。なお、表示装置は、パソ
コン用、ＴＶ放送受信用、広告表示用などの全ての情報表示用装置が含まれる。
【０１１８】
第８図（Ｂ）はノート型パーソナルコンピュータであり、本体８２０１、筐体８２０２
、表示部８２０３、キーボード８２０４、外部接続ポート８２０５、ポインティングマウ
ス８２０６等を含む。本発明の有機発光素子を有する発光装置をその表示部８２０３に用
いることにより作製される。
【０１１９】
第８図（Ｃ）はモバイルコンピュータであり、本体８３０１、表示部８３０２、スイッ
チ８３０３、操作キー８３０４、赤外線ポート８３０５等を含む。本発明の有機発光素子
を有する発光装置をその表示部８３０２に用いることにより作製される。
【０１２０】
第８図（Ｄ）は記録媒体を備えた携帯型の画像再生装置（具体的にはＤＶＤ再生装置）
であり、本体８４０１、筐体８４０２、表示部Ａ８４０３、表示部Ｂ８４０４、記録媒体
（ＤＶＤ等）読み込み部８４０５、操作キー８４０６、スピーカー部８４０７等を含む。
表示部Ａ８４０３は主として画像情報を表示し、表示部Ｂ８４０４は主として文字情報を
表示するが、本発明の有機発光素子を有する発光装置をこれら表示部Ａ８４０３、表示部
Ｂ８４０４に用いることにより作製される。なお、記録媒体を備えた画像再生装置には家
庭用ゲーム機器なども含まれる。
【０１２１】
第８図（Ｅ）はゴーグル型ディスプレイ（ヘッドマウントディスプレイ）であり、本体
８５０１、表示部８５０２、アーム部８５０３を含む。本発明の有機発光素子を有する発
光装置をその表示部８５０２に用いることにより作製される。
【０１２２】
第８図（Ｆ）はビデオカメラであり、本体８６０１、表示部８６０２、筐体８６０３、
外部接続ポート８６０４、リモコン受信部８６０５、受像部８６０６、バッテリー８６０
７、音声入力部８６０８、操作キー８６０９、接眼部８６１０等を含む。本発明の有機発
光素子を有する発光装置をその表示部８６０２に用いることにより作製される。
【０１２３】
ここで、第８図（Ｇ）は携帯電話であり、本体８７０１、筐体８７０２、表示部８７０
３、音声入力部８７０４、音声出力部８７０５、操作キー８７０６、外部接続ポート８７
０７、アンテナ８７０８等を含む。本発明の有機発光素子を有する発光装置をその表示部
８７０３に用いることにより作製される。なお、表示部８７０３は黒色の背景に白色の文
字を表示することで携帯電話の消費電力を抑えることができる。
【産業上の利用可能性】
【０１２４】
以上のように、本発明の有機発光素子を有する発光装置の適用範囲は極めて広く、この
発光装置をあらゆる分野の電気器具に適用することが可能である。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電界を加えると発光が得られる有機化合物を有する有機エレクトロルミネッ
センス素子（以下、「有機発光素子」と記す）に関する。
【背景技術】
【０００２】
有機発光素子は、自発光による視認性のよさ、面発光薄型化、軽量性、低電圧駆動、及
び多色・フルカラー表示が可能である、といった特徴を有しており、次世代の表示素子と
して注目を浴び、フラットパネルディスプレイへの応用が期待されている。
【０００３】
現在の有機発光素子における基本構造は、１９８７年にコダック社のＴａｎｇらによっ
て報告されている（非特許文献１参照）。
【０００４】
非特許文献１では、有機薄膜の厚みを１００ｎｍ程度の均一な超薄膜とし、また、有機
薄膜に対するキャリヤ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／ｍ２ の十分な輝度が
達成された。
【０００５】
また、非特許文献１における有機発光素子は、いわば正孔の輸送は正孔輸送層が行い、
電子の輸送及び発光は電子輸送性発光層が行うという、層の機能分離という発想の原点で
ある。この機能分離の概念はさらに、正孔輸送層と電子輸送層の間に発光層を挟むという
ダブルへテロ構造（三層構造）の構想へと発展した（非特許文献２参照）。
【０００６】
層の機能分離の利点は、一種類の有機材料に様々な機能（発光性、キャリヤ輸送性、電
極からのキャリヤ注入性など）を同時に持たせる必要がなくなり、そのため素子に使用す
る材料の分子設計等に、幅広い自由度を持たせることができることである（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）。そして、発光特性のよい材料、キャリ
ヤ輸送性が優れる材料、キャリヤ注入性の優れる材料、などを各々組み合わせることで、
材料の利点を有効に利用し、容易に発光効率の向上が可能となる。こうして、現在の有機
発光素子は多層型の構造をとるものが多い。
【０００７】
この層の機能分離を利用した多層型有機発光素子の中でも、イオン化ポテンシャルが大
きいためにホールが注入されづらい電子輸送性材料、すなわちホールブロック性を有する
電子輸送材料（以下、「ホールブロック材料」と記す）をホールブロック層として用いる
構造をとるものがある。
【０００８】
上記のように、ホールブロック層のイオン化ポテンシャルは大きく、ホールブロック層
にホールを注入することは非常に困難である。そのため、発光層に注入されたホールキャ
リヤは、隣接するホールブロック層に入り込むことができずに、発光層内に閉じ込められ
る。こうして発光層内では、ホール・電子キャリヤの密度が高くなり、キャリヤの再結合
が効率よく行なわれ、この効率よいキャリヤの再結合によって有機発光素子の高効率化が
図れる。
【０００９】
また、このホールブロック機能によって、キャリヤの再結合領域を制御することができ
るため、有機発光素子の発光色の制御も行うことができる。
【００１０】
例えば、ホールブロック層をホール輸送層と電子輸送層との間に挿入することにより、
ホール輸送層を発光させることに成功した報告がある（非特許文献３参照）。
【００１１】
ここでは、ホールブロック層導入によって、ホールをホール輸送層内に閉じこめ、ホー
ル輸送層内でキャリヤの再結合が行なわれる機構となっている。
【００１２】
他に、ホールブロック層の適用例としては、三重項発光素子に適用した例がある（非特
許文献４参照）。
【００１３】
三重項発光素子は有機発光素子の高効率化に有効な技術であるが、ホールブロック層を
用いないと効率よく発光できないため、ホールブロック材料が重要な鍵となる。
【００１４】
このように、ホールブロック材料は非常に有効利用できる材料ではあるのだが、電子輸
送性が高く、なおかつホールブロック性も良好である材料となると、かなり限定されてし
まうのが現状である。その少数例として、例えば非特許文献３、非特許文献４でも用いら
れている２，９−ジメチル−４，７−ジフェニル−１，１０−フェナントロリン（以下、
「ＢＣＰ」と記す）、他に１，３−ビス［（４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−１，３，
４−オキサジアゾール］フェニレン（以下、「ＯＸＤ−７」と記す）、３−フェニル−４
−（１’−ナフチル）−５−フェニル−１，２，４−トリアゾール（以下、「ＴＡＺ」と
記す）などが挙げられるが、どの材料も蒸着薄膜の結晶化が激しく、実際のデバイスに適
用する場合には信頼性に大きな悪影響を及ぼす。例えば、ＢＣＰを用いた三重項発光素子
の素子寿命（輝度の半減期）は、初期輝度５００ｃｄ／ｍ２ 時で１７０時間であり、と
ても実用化のレベルとは言い難い（非特許文献５参照）。
【００１５】
一方、この点を克服するため、結晶化しづらい材料であるビス（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、「ＢＡｌｑ」と
記す）をホールブロック層に適用して三重項発光素子を作製した例がある（非特許文献６
参照）。
【００１６】
非特許文献６では、ホールブロック層としてＢＣＰを使用した場合、輝度の半減期（初
期輝度６００−１２００ｃｄ／ｍ２ ）が７００時間以下であったのに対し、ＢＡｌｑを
使用した場合、輝度の半減期（初期輝度５７０ｃｄ／ｍ２）が約４０００時間まで飛躍的
に伸びることが報告されている。
【００１７】
しかしながら、ＢＣＰを使用した素子に比べてＢＡｌｑを使用した素子では、逆に効率
がかなり低下してしまう。これは、ＢＡｌｑはＢＣＰに比べて、結晶化はしにくい（膜質
が安定）もののホールブロック性には劣るということを意味している。
【００１８】
また、三重項発光素子において、様々なホールブロッキング性の材料を使用し、それぞ
れの素子における輝度の半減期を比較したデータが報告されている（非特許文献７参照）
。
【００１９】
非特許文献７では、ホールブロック性が非常に高いＴＰＢＩを使用し、素子の発光効率
が非常に高い素子の輝度半減期は、ＢＡｌｑを使用した素子の輝度半減期に比べ、桁違い
に低いことが示された。
【００２０】
これらの報告のように、ホールブロック性の高い材料をホールブロック層に適用した素
子において、輝度半減期が長く、高信頼性が得られた、という報告は今までにない。この
原因としては、ＢＣＰの例でも挙げたように、ホールブロック層に使用される材料の結晶
化が激しいという点にある。つまり、薄膜状態の膜質の安定さに欠け、そのため高い信頼
性を得ることができない。
【００２１】
以上のことから、ホールブロック性の高さと、かつ膜質の安定さを同時に併せ持つホー
ルブロック層が望まれている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００２２】
【非特許文献１】Ｃ．Ｗ．Ｔａｎｇ ａｎｄ Ｓ．Ａ．Ｖａｎｓｌｙｋｅ， ”Ｏｒｇａｎｉｃ ｅｌｅｃｔｒｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ ｄｉｏｄｅｓ”， Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ，Ｖｏｌ．５１， Ｎｏ．１２，９１３−９１５ （１９８７）
【非特許文献２】Ｃｈｉｈａｙａ ＡＤＡＣＨＩ， Ｓｈｏｚｕｏ ＴＯＫＩＴＯ， Ｔｅｔｓｕｏ ＴＳＵＴＳＵＩ ａｎｄ Ｓｈｏｇｏ ＳＡＩＴＯ， ”Ｅｌｅｃｔｒｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ ｉｎ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｆｉｌｍｓ ｗｉｔｈ Ｔｈｒｅｅ−Ｌａｙｅｒｅｄ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ”， Ｊａｐａｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ， Ｖｏｌ．２７， Ｎｏ．２， Ｌ２６９−Ｌ２７１（１９８８）
【非特許文献３】Ｙａｓｕｎｏｒｉ ＫＩＪＩＭＡ， Ｎｏｂｕｔｏｓｈｉ ＡＳＡＩ ａｎｄ Ｓｈｉｎ−ｉｃｈｉｒｏ ＴＡＭＵＲＡ， ”Ａ Ｂｌｕｅ ｏｒｇａｎｉｃ Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ”， Ｊａｐａｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ， Ｖｏｌ．３８， ５２７４−５２７７ （１９９９）
【非特許文献４】Ｍ．Ａ．Ｂａｌｄｏ， Ｓ．Ｌａｍａｎｓｋｙ， Ｐ．Ｅ．Ｂｕｒｒｏｗｓ， Ｍ．Ｅ．Ｔｈｏｍｐｓｏｎ ａｎｄ Ｓ．Ｒ．Ｆｏｒｒｅｓｔ， ”Ｖｅｒｙ ｈｉｇｈ−ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｇｒｅｅｎ ｏｒｇａｎｉｃ ｌｉｇｈｔ−ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｄｅｖｉｃｅｓ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｅｌｅｃｔｒｏｐｈｏｓｐｈｏｒｅｓｃｅｎｃｅ”， Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ， Ｖｏｌ．７５， Ｎｏ．１， ４−６ （１９９９）
【非特許文献５】Ｔｅｔｓｕｏ ＴＳＵＴＳＵＩ， Ｍｏｏｎ−Ｊａｅ ＹＡＮＧ， Ｍａｓａｙｕｋｉ ＹＡＨＩＲＯ， Ｋｅｎｊｉ ＮＡＫＡＭＵＲＡ， Ｔｅｒｕｉｃｈｉ ＷＡＴＡＮＡＢＥ， Ｔａｉｓｈｉ ＴＳＵＪＩ， Ｙｏｓｈｉｎｏｒｉ ＦＵＫＵＤＡ， Ｔａｋｅｏ ＷＡＫＩＭＯＴＯ ａｎｄ Ｓａｔｏｓｈｉ ＭＩＹＡＧＵＣＨＩ， ”Ｈｉｇｈ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｉｎｏｒｇａｎｉｃ Ｌｉｇｈｔ−Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｅｖｉｃｅｓ ｗｉｔｈ Ｉｒｉｄｉｕｍ−Ｃｏｍｐｌｅｘ ａｓ ａ Ｔｒｉｐｌｅｔ Ｅｍｉｓｓｉｖｅ Ｃｅｎｔｅｒ”， Ｊａｐａｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ， Ｖｏｌ．３８， Ｎｏ．１２Ｂ， Ｌ１５０２−Ｌ１５０４ （１９９９）
【非特許文献６】Ｔｅｒｕｉｃｈｉ ＷＡＴＡＮＡＢＥ， Ｋｅｎｊｉ ＮＡＫＡＭＵＲＡ， Ｓｈｉｎ ＫＡＷＡＭＩ， Ｙｏｓｈｉｎｏｒｉ ＦＵＫＵＤＡ， Ｔａｉｓｈｉ ＴＵＪＩ， Ｔａｋｅｏ ＷＡＫＩＭＯＴＯ ａｎｄ Ｓａｔｏｓｈｉ ＭＩＹＡＨＵＣＨＩ， ”Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｄｒｉｖｉｎｇ ｌｉｆｅｔｉｍｅ ｄｕｒａｂｉｌｉｔｙ ｉｎ ｏｒｇａｎｉｃ ＬＥＤ ｄｅｖｉｃｅｓ ｕｓｉｎｇ Ｉｒ ｃｏｍｐｌｅｘ ”， Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇ ＳＰＩＥ， Ｖｏｌ．４１０５， １７５ （２０００）
【非特許文献７】Ｒａｙｍｏｎｄ Ｃ．ＫＷＯＮＧ， Ｍａｔｔｈｅｗ Ｒ．ＮＵＧＥＮＴ， Ｌｅｃｈ ＭＩＣＨＡＬＳＫＩ， Ｔａｎ ＮＧＯ， Ｋａｍａｌａ ＲＡＪＡＮ， Ｙｅｈ−Ｊｉｕｎ ＴＵＮＧ， Ｍｉｃｈａｅｌ Ｓ．ＷＥＡＶＥＲ， Ｔｈｅｏｄｏｒｅ Ｘ．ＺＨＯＵ， Ｍｉｃｈａｅｌ ＨＡＣＫ， Ｍａｒｋ Ｅ．ＴＨＯＭＰＳＯＮ， Ｓｔｅｐｈｅｎ Ｒ．ＦＯＲＲＥＳＴ ａｎｄ Ｊｕｌｉｅ Ｊ．ＢＲＯＷＮ， ”Ｈｉｇｈ ｏｐｅｒａｔｉｏｎａｌ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｅｌｅｃｔｒｏｐｈｏｓｐｈｏｒｅｓｃｅｎｔ ｄｅｖｉｃｅｓ”， Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ， Ｖｏｌ．８１， Ｎｏ．１， １６２−１６４ （２００２）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２３】
したがって本発明では、優れたホールブロック性を有する上に、膜質も良好であるホー
ルブロック層を提供することを課題とする。また、それを用いることにより、高効率で駆
動安定性の高い有機発光素子を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
本発明は、従来の結晶化しやすいホールブロック材料を用いたホールブロック層であっ
ても、前記ホールブロック材料とは異なる材料を添加することによって、ホールブロック
性能を落とすことなく、ホールブロック層を適用した素子の信頼性を向上させるものであ
る。
【００２５】
従って本発明では、少なくとも陽極と、陰極と、前記陽極と前記陰極との間に設けられ
た発光層と、前記発光層の陰極側に接して設けられたホールブロック層と、を有する有機
発光素子において、前記ホールブロック層は、前記発光層のイオン化ポテンシャルよりも
大きいイオン化ポテンシャルを有するホールブロック材料と、前記ホールブロック材料と
は異なる一種類、または複数種類の材料と、からなることを特徴とする。
【００２６】
なお、本明細書でいう「有機発光素子」とは、電界を加えると発光が得られる有機化合
物を有する有機エレクトロルミネッセンス素子のことをいう。例えば、複数の有機化合物
のみからなるものでもよいし、少なくとも一種類以上の有機化合物と無機化合物とが混合
されたものでもよい。
【００２７】
この場合、ホールブロック材料に添加する材料は、発光層に電子キャリヤを効率よく輸
送することを妨げてはならない。そのため、添加する材料は電子キャリヤを輸送できるｎ
型無機半導体やｎ型有機半導体であることが好ましい。
【００２８】
したがって本発明では、少なくとも陽極と、陰極と、前記陽極と前記陰極との間に設け
られた発光層と、前記発光層の陰極側に接して設けられたホールブロック層と、を有する
有機発光素子において、前記ホールブロック層は、前記発光層のイオン化ポテンシャルよ
りも大きいイオン化ポテンシャルを有するホールブロック材料と、前記ホールブロック材
料とは異なるｎ型有機半導体と、からなることを特徴とする。
【００２９】
または、少なくとも陽極と、陰極と、前記陽極と前記陰極との間に設けられた発光層と
、前記発光層の陰極側に接して設けられたホールブロック層と、を有する有機発光素子に
おいて、前記ホールブロック層は、前記発光層のイオン化ポテンシャルよりも大きいイオ
ン化ポテンシャルを有するホールブロック材料と、ｎ型無機半導体と、からなることを特
徴とする。
【００３０】
ここで、ホールブロック材料にｎ型有機半導体やｎ型無機半導体を添加した際に、ホー
ルブロック層のホールブロック性能を低下させ、素子の発光効率が低下することを防ぐた
めにも、ホールブロック材料に添加する材料を選択することも、重要な手段となる。
【００３１】
そのため、ｎ型有機半導体を添加する場合、添加するｎ型有機半導体が、前記発光層の
イオン化ポテンシャルよりも大きいイオン化ポテンシャルを有するか、または発光層のエ
ネルギーギャップ値よりも大きいエネルギーギャップ値を有することが好ましい。
【００３２】
なお、本明細書において、エネルギーギャップ値とは、薄膜における吸収スペクトルの
吸収端のエネルギー値をさす。
【００３３】
また、ｎ型無機半導体を添加する場合は、前記ｎ型無機半導体の価電子帯の上端が、前
記発光層のイオン化ポテンシャルよりも大きい値を示すか、または、前記ｎ型無機半導体
のエネルギーギャップ値が、前記発光層のエネルギーギャップ値よりも大きいことが好ま
しい。
【００３４】
従って本発明では、少なくとも陽極と、陰極と、前記陽極と前記陰極との間に設けられ
た発光層と、前記発光層の陰極側に接して設けられたホールブロック層と、を有する有機
発光素子において、前記ホールブロック層は、前記発光層よりも大きいイオン化ポテンシ
ャルを有するホールブロック材料と、前記発光層よりも大きいイオン化ポテンシャルを有
するｎ型有機半導体と、からなることを特徴とする。
【００３５】
また、他の手段として、少なくとも陽極と、陰極と、前記陽極と前記陰極との間に設け
られた発光層と、前記発光層の陰極側に接して設けられたホールブロック層と、を有する
有機発光素子において、前記ホールブロック層は、前記発光層よりも大きいイオン化ポテ
ンシャルを有するホールブロック材料と、前記発光層のエネルギーギャップ値よりも大き
いエネルギーギャップ値を有するｎ型有機半導体と、からなることを特徴とする。
【００３６】
また本発明では、少なくとも陽極と、陰極と、前記陽極と前記陰極との間に設けられた
発光層と、前記発光層の陰極側に接して設けられたホールブロック層と、を有する有機発
光素子において、前記ホールブロック層は、前記発光層よりも大きいイオン化ポテンシャ
ルを有するホールブロック材料と、価電子帯の上端が前記発光層のイオン化ポテンシャル
より大きい値を有するｎ型無機半導体と、からなることを特徴とする。
【００３７】
また、他の手段として、少なくとも陽極と、陰極と、前記陽極と前記陰極との間に設け
られた発光層と、前記発光層の陰極側に接して設けられたホールブロック層と、を有する
有機発光素子において、前記ホールブロック層は、前記発光層よりも大きいイオン化ポテ
ンシャルを有するホールブロック材料と、前記発光層のエネルギーギャップ値よりも大き
いエネルギーバンドギャップの値を有するｎ型無機半導体と、からなることを特徴とする
。
【００３８】
さらに他の手段として、少なくとも陽極と、陰極と、前記陽極と前記陰極との間に設け
られた発光層と、前記発光層の陰極側に接して設けられたホールブロック層と、を有する
有機発光素子において、前記ホールブロック層は、前記発光層よりも大きいイオン化ポテ
ンシャルを有するホールブロック材料と、前記ホールブロック材料とは異なるｎ型有機半
導体と、からなり、前記ホールブロック層のイオン化ポテンシャルの値が前記発光層のイ
オン化ポテンシャルの値よりも０．４ｅＶ以上大きいことを特徴とする。
【００３９】
また、少なくとも陽極と、陰極と、前記陽極と前記陰極との間に設けられた発光層と、
前記発光層の陰極側に接して設けられたホールブロック層と、を有する有機発光素子にお
いて、前記ホールブロック層は、前記発光層よりも大きいイオン化ポテンシャルを有する
ホールブロック材料と、前記ホールブロック材料とは異なるｎ型有機半導体と、からなり
、前記ホールブロック層のイオン化ポテンシャルの値が５．８ｅＶ以上であることを特徴
とする。
【００４０】
また本発明では、少なくとも陽極と、陰極と、前記陽極と前記陰極との間に設けられた
発光層と、前記発光層の陰極側に接して設けられたホールブロック層と、を有する有機発
光素子において、前記ホールブロック層は、前記発光層よりも大きいイオン化ポテンシャ
ルを有するホールブロック材料と、ｎ型無機半導体と、からなり、前記ホールブロック層
のイオン化ポテンシャルの値が前記発光層のイオン化ポテンシャルの値よりも０．４ｅＶ
以上大きいことを特徴とする。
【００４１】
また、他の手段として、少なくとも陽極と、陰極と、前記陽極と前記陰極との間に設け
られた発光層と、前記発光層の陰極側に接して設けられたホールブロック層と、を有する
有機発光素子において、前記ホールブロック層は、前記発光層よりも大きいイオン化ポテ
ンシャルを有するホールブロック材料と、ｎ型無機半導体と、からなり、前記ホールブロ
ック層のイオン化ポテンシャルの値が５．８ｅＶ以上であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００４２】
本発明を実施することで、優れたホールブロック性を有する上に、成膜性も良好である
ホールブロック層を提供することができるため、高効率で駆動安定性の高い有機発光素子
を作製することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の基本的構成の一例を示す図である。
【図２】ホールブロック層に使用する材料のエネルギーポテンシャルの一例を示す図である。
【図３】ホールブロック層に使用する材料のエネルギーダイヤグラムの一例を示す図である。
【図４】実施例１の初期特性を示す図である。
【図５】比較例１の初期特性を示す図である。
【図６】実施例２、比較例２の信頼性特性を示す図である。
【図７】発光装置を説明する図の一例である。
【図８】電気器具の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４４】
以下では、本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、有機発光素子は、発光を
取り出すために少なくとも陽極、または陰極の一方が透明であればよいが、本実施例の形
態では、基板上に透明な陽極を形成し、陽極側から光を取り出す素子構造を記述する。実
際は陰極を基板上に形成して陰極側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、電極の両側から光を取り出す構造にも適用可能である。
【００４５】
本発明では、ホールブロック層を適用した素子において、素子のホールブロック層がホ
ールブロック材料と、それ以外の材料からなることを特徴としている。
【００４６】
信頼性の高い有機発光素子を構想する上で、必要不可欠なものとなるものは、素子に使
用する材料の安定なアモルファス薄膜形態である。有機発光素子における有機層はアモル
ファス薄膜から成り、その薄膜の厚みはわずかに数十ｎｍ、各層の合計でも１００ｎｍ程
度である。駆動時には、これに１０Ｖ近い電圧が印加されるため、高電界に耐えて安定し
た素子特性を発現させるためには、ピンホールのない均一で緻密なアモルファス薄膜形態
が要求される。
【００４７】
この均一で緻密なアモルファス薄膜を保たせることが有機発光素子の信頼性向上につな
がり、これは如何にアモルファス薄膜の凝集・結晶化を抑えることができるかという課題
となる。
【００４８】
アモルファス薄膜の凝集・結晶化の激しい材料として、ガラス転移が低くかつ分子間の
相互作用が強い材料が挙げられる。これらの材料を薄膜にした場合、無秩序に並んだアモ
ルファス状態から、秩序のある結晶状態へと分子の並び替えが起こりやすく、そのため膜
中に部分的に結晶が形成されてしまう。そしてこの結晶部分へ集中的に電流が流れ込み、
素子の破壊へとつながる。
【００４９】
薄膜の凝集・結晶化を抑えるためには、結晶化しづらい材料を使用する、ということが
一番の解決方法ではあるが、それでは材料の優れた特性を生かすことができない場合もあ
る。例えば、電子輸送性には大変優れているものの、薄膜の結晶化が激しい材料、という
ものは多く存在し、これらの材料は現在、有機発光素子に適用しづらい材料として素子へ
の適用は避けられている。
【００５０】
ここでドーピング技術による信頼性の向上、という点に着目する。従来有機発光素子に
おいて、発光層への色素ドープ技術による素子の信頼性向上が報告されている。適用する
ドーパント分子によって信頼性向上の要因は様々であるが、共通要因としては薄膜形状の
均一化・非晶質化が挙げられる。Ａｌｑ３薄膜のモルフォロジーがルブレンをドープする
ことにより、よりスムーズな膜になることが観測されており、膜質の向上によってその上
に積層される陰極とのコンタクトが改善、それが素子の信頼性向上につながる、と報告さ
れている。
【００５１】
このように、単一分子で構成された薄膜に異なった材料をドーピングすることで、薄膜
の膜質向上が図れる。この技術は、発光層だけでなく他の層に適用することも可能であり
、今まで有機発光素子に適用されなかった結晶化の激しい材料であっても、素子に使用す
ることが可能になると考えられる。
【００５２】
そこで、本発明の素子構造では、このドーピング技術による膜質形状の均一化・非晶質
化をホールブロッキング層に応用することで、キャリヤ輸送性、ホールブロック性、とい
った優れた物性を持つにもかかわらず結晶化の激しいホールブロック材料を使用した際で
も、素子の信頼性の向上を図ることができる。
【００５３】
このとき、ホールブロック材料に添加するドーピング材料を選択する必要がある。
【００５４】
まず、ホールブロック層は、隣接する発光層に効率よく電子キャリヤを輸送する必要が
ある。すなわち、ホールブロック層は電子輸送性を有してなくてはならない。このため、
本発明の素子のように、ホールブロック材料に他の材料を添加したホールブロック層であ
っても、電子輸送性を必要とする。元来、ホールブロック材料単体のホールブロック層に
おいては、ホールブロック材料自身、電子輸送性を有する材料であるため電子キャリヤを
輸送できる。これに他の材料を添加する事で、この本来の電子輸送性を低下させてはなら
ない。
【００５５】
このため、ホールブロック層に添加する材料は、電子キャリヤを輸送する能力を有した
、ｎ型有機半導体、もしくはｎ型無機半導体であることが好ましい。
【００５６】
ところで、ホールブロック層本来の機能は、ホールを発光層内に閉じ込める効果を狙う
ものである。この効果の大きさは、発光層のイオン化ポテンシャルとホールブロック層の
イオン化ポテンシャルとの差の大小によって決定される。
【００５７】
そこで、本発明で適用されるホールブロック層においても、ホールを十分にブロックし
、発光層内にホールキャリヤを閉じ込めることができる程大きいイオン化ポテンシャルを
有することが望まれる。
【００５８】
そのためには、ホールブロック材料に添加する材料自身のホールブロック性能を考慮す
る必要がある。このため、ホールブロック材料に添加する材料は、例えば、添加する材料
がｎ型有機半導体であれば、ホールブロック材料同様、発光層よりも大きいイオン化ポテ
ンシャルを有する材料が好ましく、また、添加する材料がｎ型無機半導体であれば、その
ｎ型無機半導体の価電子帯の上端の値が、発光層のイオン化ポテンシャルの値より大きい
ことが好ましい。
【００５９】
第２図は、本発明の素子に使用する、材料のポテンシャルエネルギーの位置状態を記し
た図である。（ａ）はｎ型有機半導体を添加した場合、（ｂ）はｎ型無機半導体を添加し
た場合の図である。この図のようなエネルギーの位置関係になるように、添加する材料を
選択すればよい。つまり、ｎ型有機半導体を添加した（ａ）の場合、ＩｐＡ＜ＩｐＢ＜Ｉ
ｐＣ、またはＩｐＡ＜ＩｐＣ＜ＩｐＢとなるように、そしてｎ型無機半導体を添加した（
ｂ）の場合は、ＩｐＡ＜ＩｐＢ＜ＥｖＣ、またはＩｐＡ＜ＥｖＣ＜ＩｐＢとなるように添
加する材料を選択すればよい。なお、上記のＩｐＡは発光層のイオン化ポテンシャル、Ｉ
ｐＢはホールブロック材料のイオン化ポテンシャル、ＩｐＣは添加するｎ型有機半導体の
イオン化ポテンシャル、ＥｖＣは添加するｎ型無機半導体のイオン化ポテンシャル（すな
わち、ここでは価電子帯の上端の値と真空準位とのエネルギー差に相当する。）を表して
いる。
【００６０】
このような条件で選択したｎ型有機半導体やｎ型無機半導体が添加されたホールブロッ
ク層のイオン化ポテンシャルは、ホールをブロックするのに十分な大きさを持つことが可
能となる。なお、ホールを十分にブロックするために、発光層のイオン化ポテンシャルと
、このホールブロック層のイオン化ポテンシャルとの差は０．４ｅＶ以上であることが好
ましい。
【００６１】
ところで、ホールブロック層のイオン化ポテンシャルが大きければ、確かにホールをブ
ロックし、発光層でのキャリヤの再結合を行わせることは可能となるが、このキャリヤの
再結合による励起子が発光層からホールブロック層へ移動してしまうことを避けなければ
ならない。つまり、ホールブロック層は励起子を発光層内に閉じ込める効果も有していな
くてはならない。
【００６２】
このためには、ホールブロック層の、エネルギーギャップの値が、発光層のエネルギー
ギャップの値よりも大きいことが好ましい。
【００６３】
そこで、本発明の素子において、ホールブロック材料に添加する材料は、例えば、添加
する材料がｎ型有機半導体であれば、発光層のエネルギーギャップ値よりも大きいエネル
ギーギャップ値を有する材料が好ましく、また、添加する材料がｎ型無機半導体であれば
、そのｎ型無機半導体のエネルギーギャップの値が発光層のエネルギーギャップ値より大
きいことが望まれる。
【００６４】
第３図は、本発明の素子に使用する材料の、エネルギーダイヤグラムを記した図である
。（ａ）はｎ型有機半導体を添加した場合、（ｂ）はｎ型無機半導体を添加した場合を示
している。この図のエネルギーダイヤグラムになるように添加する材料を選択すればよい
。すなわち、発光層、ホールブロック材料、添加するｎ型有機半導体の、各々の最高被占
分子軌道準位（ＨＯＭＯ準位）と最低空分子軌道準位（ＬＵＭＯ準位）とのエネルギーギ
ャップの値を、それぞれＡ、Ｂ、ＣＯと表すとすると、エネルギーギャップ値Ａ、Ｂ、Ｃ
Ｏの大小関係が、Ａ＜Ｂ＜ＣＯ、またはＡ＜ＣＯ＜Ｂとなるように添加する材料を選択す
ればよい。また、添加するｎ型無機半導体の価電子帯の上端の値と伝導帯の底の値とのエ
ネルギーギャップ（バンドギャップともいう。）の値をＣｉと表すとすると、エネルギー
ギャップ値Ａ、Ｂ、Ｃｉの大小関係が、Ａ＜Ｂ＜Ｃｉ、またはＡ＜Ｃｉ＜Ｂとなるように
添加する材料を選択すればよい。なお、上述した各エネルギーギャップ値は、吸収スペク
トルの吸収端のエネルギーの値に相当する。
【００６５】
このような条件で選択したｎ型有機半導体やｎ型無機半導体が添加されたホールブロッ
ク層は、発光層に励起子を閉じ込める効果を十分に発揮する。また、励起子を発光層に閉
じ込めるためには、このホールブロック層のエネルギーギャップ値は５．８ｅＶ以上であ
ることが好ましい。
【００６６】
次に、本発明の素子構造、素子の作製方法、及び用いる材料について、より具体的に例
示する。
【００６７】
第１図は、本発明の基本的な素子構造の一例を示したものであり、基板１０１の上に陽
極１０２、その上に正孔注入材料からなる正孔注入層１０３、正孔輸送材料からなる正孔
輸送層１０４、発光層１０５、ホールブロック材料とそれとは異なる材料からなるホール
ブロック層１０６、電子輸送材料からなる電子輸送層１０７、電子注入材料からなる電子
注入層１０８、そして陰極１０９を積層させた素子構造である。ここで、発光層１０５は
、一種類の発光材料のみから形成されることもあるが、２種類以上の材料から形成されて
もよい。また、本発明の素子の構造は、この構造に限定されるものではない。
【００６８】
このように、素子構造としては、一般的に利用されているホールブロック層を適用した
有機発光素子において利用できる。また、第１図で示した各機能層を積層した積層構造の
他、高分子化合物を用いた素子、文献４で述べられているような発光層に三重項励起状態
から発光する三重項発光材料を利用した高効率素子など、バリエーションは多岐にわたる
。ホールブロック層によってキャリヤの再結合領域を制御し、発光領域を二つの領域にわ
けることによって得られる白色発光素子などにも応用可能である。
【００６９】
第１図に示す本発明の素子作製方法は、まず、陽極１０２（ＩＴＯ）を有する基板１０
１に正孔注入材料、正孔輸送材料、発光材料を順に蒸着し、次にホールブロック材料とそ
れとは異なった一種類、または複数種類の材料を共蒸着する。次に電子輸送材料、電子注
入材料を蒸着し、最後に陰極１０９を蒸着で形成する。ホールブロック材料と添加する材
料を共蒸着する際の濃度比は、形成されたホールブロック層１０６が上記で記した条件を
満たしていれば、ホールブロック材料と添加する材料の濃度比が反転しても構わない。最
後に封止を行い、本発明の有機発光素子を得る。
【００７０】
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、ホール
ブロック材料、ホールブロック材料に添加する材料、陰極の材料に公的な材料を以下に列
挙する。
【００７１】
正孔注入材料としては、有機化合物でればポルフィリン系の化合物や、フタロシアニン
（以下「Ｈ２Ｐｃ」と記す）、銅フタロシアニン（以下「ＣｕＰｃ」と記す）などが有効
である。また、使用する正孔輸送材料よりもイオン化ポテンシャルの値が小さく、かつ、
正孔輸送機能をもつ材料であれば、これも正孔注入材料として使用できる。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（以下「ＰＳＳ」
と記す）をドープしたポリエチレンジオキシチオフェン（以下「ＰＥＤＯＴ」と記す）や
、ポリアニリンなどが挙げられる。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（以下「ＰＩ」と記す）がよく用いられる。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（以下「アルミナ」と記す）
の超薄膜などがある。
【００７２】
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（以下、「ＴＡＤ」と記す）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（以下、「ＴＰＤ」と記す）、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（以下、「ＴＤＡＴＡ」と
記す）、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（以下、「ＭＴＤＡＴＡ」と記す）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。
【００７３】
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Ａｌｑ、ＢＡｌｑ、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（ＢＯ
Ｘ）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（ＢＴＺ）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（以下、「ＰＢＤ」と記す
）、ＯＸＤ−７などのオキサジアゾール誘導体、ＴＡＺ、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（以下、「ｐ−ＥｔＴＡＺ」と記す）などのトリアゾール誘導体、バソフェナン
トロリン（以下、「ＢＰｈｅｎ」と記す）、ＢＣＰなどのフェナントロリン誘導体が電子
輸送性を有する。
【００７４】
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
ッ化カルシウム、フッ化リチウム、フッ化セシウムなどの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（以下、「Ｌｉ（ａｃａｃ）」と記す）や８−キノリノラト−
リチウム（以下、「Ｌｉｑ」と記す）などのアルカリ金属錯体も有効である。
【００７５】
発光材料としては、先に述べたＡｌｑ、Ａｌｍｑ、ＢｅＢｑ、ＢＡｌｑ、Ｚｎ（ＢＯＸ
）２、Ｚｎ（ＢＴＺ）２などの金属錯体の他、各種蛍光色素が有効である。蛍光色素とし
ては、青色の４，４’−ビス（２，２−ジフェニル−ビニル）−ビフェニルや、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、ビス（２−（４’−トリル）ピリジナト−Ｎ，Ｃ２’）アセチルアセトナト
イリジウム（以下「ａｃａｃＩｒ（ｔｐｙ）２」と記す）、 ２，３，７，８，１２，１
３，１７，１８−オクタエチル−２１Ｈ，２３Ｈポルフィリン−白金などが知られている
。
【００７６】
ホールブロック材料としては、上で述べたＢＡｌｑ、ＯＸＤ−７、ＴＡＺ、ｐ−ＥｔＴ
ＡＺ、ＢＰｈｅｎ、ＢＣＰなどが、イオン化ポテンシャルが大きいため有効である。
【００７７】
ホールブロック材料に添加する材料は、ｎ型有機半導体としては、上で述べた電子輸送
材料が当てはまる。ｎ型無機半導体としては、酸化亜鉛、硫化亜鉛、酸化錫、酸化インジ
ウムなどが挙げられる。
【００７８】
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、本発明の有機発光素子に
適用することにより、ホールブロック層を適用した素子においても、高信頼性の有機発光
素子を作製することができる。
【実施例１】
【００７９】
本実施例では、第１図に示す本発明の有機発光素子を具体的に例示する。
【００８０】
まず、陽極１０２であるＩＴＯが１００ｎｍ程度成膜されたガラス基板１０１に、正孔
注入材料であるＣｕＰｃを２０ｎｍ蒸着し正孔注入層１０３とする。その後、正孔輸送材
料であるα−ＮＰＤを３０ｎｍ蒸着し、正孔輸送層１０４とする。
【００８１】
正孔輸送層が作製された後、三重項発光材料であるＩｒ（ｔｐｙ）２ａｃａｃとホスト
材料である４，４’−Ｎ，Ｎ’−ジカルバゾール−ビフェニル（以下「ＣＢＰ」と記す）
をおよそ２：２３の比率（重量比）になるように共蒸着を行う。つまりＣＢＰに約８ｗｔ
％の濃度でＩｒ（ｔｐｙ）２ａｃａｃが分散されていることになる。この共蒸着膜を３０
ｎｍ成膜する。これが発光層１０５である。
【００８２】
発光層を形成した後、ホールブロック材料であるＢＣＰとｎ型有機半導体であるＰＢＤ
を９３：７の比率（重量比）になるように共蒸着を行う。つまり、ＢＣＰに約７．０ｗｔ
％の濃度でＰＢＤが分散されていることになる。この共蒸着膜を２０ｎｍ成膜する。これ
がホールブロック層１０６である。
【００８３】
次に、電子輸送材料Ａｌｑを電子輸送層１０７として２０ｎｍ成膜し、電子注入層１０
８として、フッ化カルシウム（略称：ＣａＦ）を２ｎｍ蒸着、最後に陰極１０９としてＡ
ｌを１５０ｎｍ成膜する。これにより、本発明の有機発光素子が得られる。
【００８４】
第４図はこの素子における初期特性のグラフを示す。
【００８５】
（比較例１）
本比較例は実施例１の比較例である。従来のホールブロック層を適用した有機発光素子
を作製し、その際の特性を本発明の素子と比較した。
【００８６】
まず、陽極１０２であるＩＴＯが１００ｎｍ程度成膜されたガラス基板１０１に、正孔
注入材料であるＣｕＰｃを２０ｎｍ蒸着し正孔注入層１０３とする。その後、正孔輸送材
料であるα−ＮＰＤを３０ｎｍ蒸着し、正孔輸送層１０４とする。
【００８７】
正孔輸送層が作製された後、三重項発光材料であるＩｒ（ｔｐｙ）２ａｃａｃとホスト
材料であるＣＢＰをおよそ２：２３の比率（重量比）になるように共蒸着を行う。つまり
ＣＢＰに約８ｗｔ％の濃度でＩｒ（ｔｐｙ）２ａｃａｃが分散されていることになる。こ
の共蒸着膜を３０ｎｍ成膜する。これが発光層１０５である。
【００８８】
その後、ホールブロック材料であるＢＣＰのみを２０ｎｍ成膜する。これがホールブロ
ック層１０６である。
【００８９】
次に、電子輸送材料Ａｌｑを電子輸送層１０７として２０ｎｍ成膜し、電子注入層１０
８として、フッ化カルシウム（略称：ＣａＦ）を２ｎｍ蒸着、最後に陰極１０９としてＡ
ｌを１５０ｎｍ成膜する。
【００９０】
第５図はこの素子における初期特性のグラフを示す。
【００９１】
第４図と第５図を比較してみると、実施例１、比較例１の素子は、共に１０００ｃｄ／
ｍ２時の駆動電圧は約８Ｖ、電流効率は約２５ｃｄ／Ａであり、ほぼ同様の初期特性を示
した。したがって、実施例１の本発明の素子は、従来のホールブロック層ＢＣＰに、ｎ型
有機半導体であるＰＢＤを添加しているにもかかわらず、ホールブロック性などの特性は
全く悪化していないことがわかる。
【実施例２】
【００９２】
次に、実施例１とは異なった材料、素子構造の本発明の有機発光素子を作製した。
【００９３】
まず、陽極１０２であるＩＴＯが１００ｎｍ程度成膜されたガラス基板１０１に、正孔
注入材料であるＣｕＰｃを２０ｎｍ蒸着し正孔注入層１０３とする。その後、正孔輸送材
料であるα−ＮＰＤを３０ｎｍ蒸着し、正孔輸送層１０４とする。次に、電子輸送性発光
材料であるトリス（８−キノリノラト）アルミニウム（略称：Ａｌｑ）を５０ｎｍ蒸着し
、発光層１０５とする。
【００９４】
その後、ホールブロック材料であるＢＣＰとｎ型有機半導体であるＰＢＤを４９：１の
比率（重量比）になるように共蒸着を行う。つまり、ＢＣＰに約２ｗｔ ％の濃度でＰＢ
Ｄが分散されていることになる。この共蒸着膜を２０ｎｍ成膜する。これがホールブロッ
ク層１０６である。この場合、このホールブロック層１０６は電子輸送機能ももちあわせ
ているため、電子輸送層１０７も兼ねている。
【００９５】
次に電子注入層１０８として、フッ化カルシウム（略称：ＣａＦ）を２ｎｍ蒸着し、最
後に陰極１０９としてＡｌを１５０ｎｍ成膜する。これにより、本発明の有機発光素子が
得られる。
【００９６】
（比較例２）
本比較例は実施例２の比較例である。従来のホールブロック層を適用した有機発光素子
を作製し、その際の特性を実施例２の有機発光素子の特性と比較した。
【００９７】
まず、陽極１０２であるＩＴＯが１００ｎｍ程度成膜されたガラス基板１０１に、正孔
注入材料であるＣｕＰｃを２０ｎｍ蒸着し正孔注入層１０３とする。その後、正孔輸送材
料であるα−ＮＰＤを３０ｎｍ蒸着し、正孔輸送層１０４とする。次に、電子輸送性発光
材料であるＡｌｑを５０ｎｍ蒸着し、発光層１０５とする。
【００９８】
その後、ホールブロック材料であるＢＣＰのみを２０ｎｍ成膜する。これがホールブロ
ック層１０６兼電子輸送層１０７である。
【００９９】
次に電子注入層１０８として、フッ化カルシウム（略称：ＣａＦ）を２ｎｍ蒸着し、最
後に陰極１０９としてＡｌを１５０ ｎｍ成膜する。
【０１００】
実施例２、比較例２の素子は、共に１０００ｃｄ／ｍ２時の駆動電圧は約１０Ｖ、電流
効率は約４．４ｃｄ／Ａであり、ほぼ同様の初期特性を示した。したがって、実施例２の
本発明の素子は、従来のホールブロック層ＢＣＰに、ｎ型有機半導体であるＰＢＤを添加
しているにもかかわらず、ホールブロック性などの特性は全く悪化していない。
【０１０１】
次に、実施例２の素子の信頼性試験結果を第６図の （ａ） に、比較例２の素子の試
験結果を第６図の（ｂ）に示す。いずれの素子も初期輝度は約１０００ｃｄ／ｍ２に設定
し、直流定電流を流し続け、駆動電圧の上昇及び輝度の低下をモニターした。
【０１０２】
第６図に示す通り、比較例２の素子は駆動直後から駆動電圧が大きく上昇していくと同
時に輝度も劣化していき、約１２時間で初期輝度の７０％まで低下した。また、約１５時
間経過後に急激に駆動電圧が上昇し、素子は突然破壊を迎えた。一方、実施例２の素子は
比較例２の素子に比べると駆動電圧の上昇・輝度の低下共にゆるやかであり、初期輝度の
７０％まで低下したのは約５０時間後であった。これは、比較例２の素子の４倍以上であ
る。また、１００時間経過しても素子が突然破壊されるような現象は見られなかった。
【実施例３】
【０１０３】
本実施例では、画素部に本発明の有機発光素子を有する発光装置について、第７図を用
いて説明する。なお、第７図（Ａ）は、発光装置を示す上面図、第７図（Ｂ）は第７図（
Ａ）をＡ−Ａ’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。
【０１０４】
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ＦＰＣ（フレキシブルプリントサーキ
ット）７０９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（Ｐ
ＷＢ）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、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。
【０１０５】
次に、断面構造について第７図（Ｂ）を用いて説明する。基板４１０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。
【０１０６】
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ＴＦＴ７２
４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。
【０１０７】
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。
【０１０８】
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。
【０１０９】
第１の電極７１３上には、電界発光膜７１６、及び第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（インジウムスズ酸化物）膜、
インジウム亜鉛酸化物（ＩＺＯ）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。
【０１１０】
また、電界発光膜７１６は、蒸着マスクを用いた蒸着法、またはインクジェット法によ
って形成される。電界発光膜７１６には、燐光性化合物をその一部に用いることとし、そ
の他、組み合わせて用いることのできる材料として、低分子系材料であってもよいし、高
分子系材料であってもよい。また、電界発光膜に用いる材料としては、通常、有機化合物
を単層もしくは積層で用いる場合が多いが、本発明においては、有機化合物からなる膜の
一部に無機化合物を用いる構成も含めることとする。
【０１１１】
さらに、電界発光膜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、ＣａＦ２、またはＣａＮ）を用いればよい。なお、電界発光膜７１
６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スズ合金）、
酸化インジウム酸化亜鉛合金（Ｉｎ２Ｏ３−ＺｎＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）等）との積層
を用いるのが良い。
【０１１２】
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、及びシール剤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
。
【０１１３】
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、ＦＲＰ（Ｆｉｂｅｒｇｌａｓｓ−Ｒｅｉ
ｎｆｏｒｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃｓ）、ＰＶＦ（ポリビニルフロライド）、マイラー、ポ
リエステルまたはアクリル等からなるプラスチック基板を用いることができる。
【０１１４】
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。
【実施例４】
【０１１５】
本実施例では、本発明の有機発光素子を有する発光装置を用いて完成させた様々な電気
器具について説明する。
【０１１６】
本発明の有機発光素子を有する発光装置を用いて作製された電気器具として、ビデオカ
メラ、デジタルカメラ、ゴーグル型ディスプレイ（ヘッドマウントディスプレイ）、ナビ
ゲーションシステム、音響再生装置（カーオーディオ、オーディオコンポ等）、ノート型
パーソナルコンピュータ、ゲーム機器、携帯情報端末（モバイルコンピュータ、携帯電話
、携帯型ゲーム機または電子書籍等）、記録媒体を備えた画像再生装置（具体的にはデジ
タルビデオディスク（ＤＶＤ）等の記録媒体を再生し、その画像を表示しうる表示装置を
備えた装置）などが挙げられる。これらの電気器具の具体例を第８図に示す。
【０１１７】
第８図（Ａ）は表示装置であり、筐体８１０１、支持台８１０２、表示部８１０３、ス
ピーカー部８１０４、ビデオ入力端子８１０５等を含む。本発明の有機発光素子を有する
発光装置をその表示部８１０３に用いることにより作製される。なお、表示装置は、パソ
コン用、ＴＶ放送受信用、広告表示用などの全ての情報表示用装置が含まれる。
【０１１８】
第８図（Ｂ）はノート型パーソナルコンピュータであり、本体８２０１、筐体８２０２
、表示部８２０３、キーボード８２０４、外部接続ポート８２０５、ポインティングマウ
ス８２０６等を含む。本発明の有機発光素子を有する発光装置をその表示部８２０３に用
いることにより作製される。
【０１１９】
第８図（Ｃ）はモバイルコンピュータであり、本体８３０１、表示部８３０２、スイッ
チ８３０３、操作キー８３０４、赤外線ポート８３０５等を含む。本発明の有機発光素子
を有する発光装置をその表示部８３０２に用いることにより作製される。
【０１２０】
第８図（Ｄ）は記録媒体を備えた携帯型の画像再生装置（具体的にはＤＶＤ再生装置）
であり、本体８４０１、筐体８４０２、表示部Ａ８４０３、表示部Ｂ８４０４、記録媒体
（ＤＶＤ等）読み込み部８４０５、操作キー８４０６、スピーカー部８４０７等を含む。
表示部Ａ８４０３は主として画像情報を表示し、表示部Ｂ８４０４は主として文字情報を
表示するが、本発明の有機発光素子を有する発光装置をこれら表示部Ａ８４０３、表示部
Ｂ８４０４に用いることにより作製される。なお、記録媒体を備えた画像再生装置には家
庭用ゲーム機器なども含まれる。
【０１２１】
第８図（Ｅ）はゴーグル型ディスプレイ（ヘッドマウントディスプレイ）であり、本体
８５０１、表示部８５０２、アーム部８５０３を含む。本発明の有機発光素子を有する発
光装置をその表示部８５０２に用いることにより作製される。
【０１２２】
第８図（Ｆ）はビデオカメラであり、本体８６０１、表示部８６０２、筐体８６０３、
外部接続ポート８６０４、リモコン受信部８６０５、受像部８６０６、バッテリー８６０
７、音声入力部８６０８、操作キー８６０９、接眼部８６１０等を含む。本発明の有機発
光素子を有する発光装置をその表示部８６０２に用いることにより作製される。
【０１２３】
ここで、第８図（Ｇ）は携帯電話であり、本体８７０１、筐体８７０２、表示部８７０
３、音声入力部８７０４、音声出力部８７０５、操作キー８７０６、外部接続ポート８７
０７、アンテナ８７０８等を含む。本発明の有機発光素子を有する発光装置をその表示部
８７０３に用いることにより作製される。なお、表示部８７０３は黒色の背景に白色の文
字を表示することで携帯電話の消費電力を抑えることができる。
【産業上の利用可能性】
【０１２４】
以上のように、本発明の有機発光素子を有する発光装置の適用範囲は極めて広く、この
発光装置をあらゆる分野の電気器具に適用することが可能である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
陽極と、陰極と、前記陽極と前記陰極との間に設けられた発光層と、前記発光層の陰極側に接して設けられたホールブロック層と、を有し、
前記ホールブロック層は、前記発光層を構成する材料のうち最もイオン化ポテンシャルが大きい材料のイオン化ポテンシャルより大きいイオン化ポテンシャルを有するホールブロック材料と、前記ホールブロック材料とは異なる材料と、を含み、
前記ホールブロック材料とは異なる前記材料の最高被占分子軌道準位と最低空分子軌道準位とのエネルギーギャップの値が、前記発光層を構成する材料のうち最も最高被占分子軌道準位と最低空分子軌道準位とのエネルギーギャップの値が大きい材料のエネルギーギャップの値よりも大きいことを特徴とする発光装置。
【請求項１】
陽極と、陰極と、前記陽極と前記陰極との間に設けられた発光層と、前記発光層の陰極側に接して設けられたホールブロック層と、を有し、
前記ホールブロック層は、前記発光層を構成する材料のうち最もイオン化ポテンシャルが大きい材料のイオン化ポテンシャルより大きいイオン化ポテンシャルを有するホールブロック材料と、前記ホールブロック材料とは異なる材料と、を含み、
前記ホールブロック材料とは異なる前記材料の最高被占分子軌道準位と最低空分子軌道準位とのエネルギーギャップの値が、前記発光層を構成する材料のうち最も最高被占分子軌道準位と最低空分子軌道準位とのエネルギーギャップの値が大きい材料のエネルギーギャップの値よりも大きいことを特徴とする発光装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１３−５５３５１（Ｐ２０１３−５５３５１Ａ）
【公開日】平成２５年３月２１日（２０１３．３．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−２４９１６７（Ｐ２０１２−２４９１６７）
【出願日】平成２４年１１月１３日（２０１２．１１．１３）
【分割の表示】特願２０１０−９９４５１（Ｐ２０１０−９９４５１）の分割
【原出願日】平成１５年１２月１５日（２００３．１２．１５）
【出願人】（０００１５３８７８）株式会社半導体エネルギー研究所 (5,264)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年３月２１日（２０１３．３．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年１１月１３日（２０１２．１１．１３）
【分割の表示】特願２０１０−９９４５１（Ｐ２０１０−９９４５１）の分割
【原出願日】平成１５年１２月１５日（２００３．１２．１５）
【出願人】（０００１５３８７８）株式会社半導体エネルギー研究所 (5,264)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]