(57)【要約】【課題】幅広い種類の電極材料を使用することができ、しかも大面積の有機ＥＬ素子を提供する。【解決手段】陽極と、半導体層と、有機発光媒体と、陰極とを含む有機エレクトロルミネッセンス素子において、陽極または陰極のいずれか一方の電極を第１の電極とし、もう一方の電極を第２の電極としたときに、非発光領域に第２の電極を設け、第１の電極と非単結晶材料からなる半導体層との間に有機発光媒体が設けてあるとともに、発光領域の前記半導体層が、第２の電極と同一の面にあり、非発光領域の第２の電極が半導体層に全面的に覆われ、半導体層に対して第２の電極が電気接続してい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。【選択図】図１
2010157524.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
陽極と、半導体層と、有機発光媒体と、陰極とを含む有機エレクトロルミネッセンス素子において、
陽極または陰極のいずれか一方の電極を第１の電極とし、もう一方の電極を第２の電極としたときに、
非発光領域に第２の電極を設け、
第１の電極と非単結晶材料からなる半導体層との間に有機発光媒体が設けてあるとともに、
発光領域の前記半導体層が、第２の電極と同一の面にあり、
非発光領域の第２の電極が半導体層に全面的に覆われ、半導体層に対して第２の電極が電気接続してい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】
前記非単結晶材料が、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＣｄＳ、ＣｄＴｅ、ＺｎＴｅ、ＭｇＳ、ＭｇＳｅ、ＺｎＳＳｅ、ＺｎＭｇＳＳｅ、ＺｎＣｄＳＳｅ、およびＺｎＴｅＳｅからなる群から選択される少なくとも一つのカルコゲナイド材料であ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３】
前記非単結晶材料が、Ａｌ、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｉｎ、Ｃｄ、Ｍｇ、Ｓｉからなる群から選択される少なくとも一つの金属酸化物の非縮退半導体であ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４】
前記非単結晶材料が、非晶質カーボンまたはダイアモンドライクカーボンであ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５】
前記非単結晶材料が、導電性共役ポリマー、酸化剤添加ポリマー、還元剤添加ポリマー、酸化剤添加低分子化合物、または還元剤添加低分子化合物であ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６】
前記半導体層のバンドギャップを２．７ｅＶ以上の値とすることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項７】
前記半導体層の厚さを１〜７００ｎｍの範囲内の値とすることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項８】
前記半導体層の比抵抗を１×１０−３〜１×１０４Ω・ｃｍの範囲内の値とすることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項９】
前記半導体層の電荷濃度を１×１０１２〜１×１０２０ｃｍ−３の範囲内の値とすることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項１０】
前記半導体層の光透過率を１０％以上の値とすることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項１１】
前記第２の電極と、前記有機発光媒体との間に、電気絶縁部が設けてあることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項１２】
前記第２の電極と、前記半導体層との間に、導電層が設けてあることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか一項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項１３】
前記半導体層からＥＬ発光を外部に取り出す構成としてあることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか一項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項１４】
前記第２の電極に対し、補助電極が設けてあることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか一項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、有機エレクトロルミネッセンス素子（以下、有機ＥＬ素子と称する場合がある。）およびその製造方法に関する。
さらに詳しくは、民生用および工業用の表示機器（ディスプレイ等）に好適な発光面積が大きく、しかも種々の電極材料を使用することができる有機ＥＬ素子およびそのような有機ＥＬ素子が効率的に得られる製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の有機ＥＬ素子の一例が、例えば、特許文献１に開示されている。第１３図を参照しながら構成を説明すると、有機層２０２が第１の電極２０１と、第２の電極２０３とに挟まれて設けてあり、かつ、少なくとも第１の電極２０１が、無機半導体、例えば、ＧａＰ、ＧａＡｌＡｓ、ＧａＡｓＰ、ＺｎＳ等の単結晶半導体材料から構成されている。
そして、第１の電極２０１がｎ型半導体である場合、当該第１の電極２０１と有機層２０２の接合面を、第１の電極２０１から有機層２０２への電子注入接合としてあり、すなわち、トンネル効果により電子注入を図っている。
また、第１の電極２０１が、ｐ型半導体である場合、当該第１の電極２０１と有機層２０２の接合面を、第１の電極２０１から有機層２０２への正孔注入接合としてあり、トンネル効果により正孔注入を図っている。
なお、第１３図中、第１の電極２０１を記号Ｐ、有機層２０２を記号Ｏ、第２の電極２０３を記号Ｍで表している。
【０００３】
しかしながら、特許文献１に開示された有機ＥＬ素子は、第１３図に示すように第１の電極２０１と、第２の電極２０３とを対向させ、いずれかの電極２０１、２０３からＥＬ発光を取り出していた。そのため、光透過率の関係で、電極材料として透明材料、例えばインジウムチンオキサイド（ＩＴＯ）等に制限されたり、青色光を効果的に取り出すことが困難であるという問題が見られた。
また、かかる有機ＥＬ素子においては、電極２０１、２０３を単結晶半導体材料から構成しているため、製造上の制約が大きく、そのため大面積の有機ＥＬ素子を作製することが困難であった。
【０００４】
そこで特許文献２、特許文献３、あるいは特許文献４には、第１４図に示すように、電極２１２の一部に補助電極２１３を設けて、電極全体としての低抵抗化を図っている。
しかしながら、いずれの無機ＥＬ素子あるいは有機ＥＬ素子も、電極同士は対向しており、そのため、依然として、電極自体にはＩＴＯ等の透明材料を使用する必要があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平３−２６２１７０号公報
【特許文献２】特開平８−１８０９７４号公報
【特許文献３】特開平１１−３１５９０号公報
【特許文献４】ＷＯ９７／３４４４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そこで、本発明の発明者らは上記問題を鋭意検討したところ、陽極または陰極のいずれか一方の電極（第１の電極）と、非単結晶材料からなる半導体層との間に有機発光媒体を設けるとともに、半導体層の縁部に対して、他方の電極（第２の電極）を電気接続することにより、従来の問題を解決できることを見出した。
よって、本発明は、幅広い種類の電極材料を使用することができ、しかも大面積の有機ＥＬ素子を提供すること、およびこのような有機ＥＬ素子が効率的に得られる製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
［１］  本発明の一つの態様は、陽極と、半導体層と、有機発光媒体と、陰極とを含む有機ＥＬ素子において、陽極または陰極のいずれか一方の電極を第１の電極とし、もう一方の電極を第２の電極としたときに、第１の電極と非単結晶材料からなる半導体層との間に有機発光媒体が設けてあるとともに、半導体層の縁部に対して第２の電極が電気接続してあることを特徴としている。
このように構成することにより、第１の電極および第２の電極が実質的に対向していないため、外部に取り出す光量等との関係で、これらの電極に使用可能な材料が制限されることがない。したがって、いずれの電極にも低抵抗の不透明材料を用いることができる。
また、電極を非単結晶材料から構成してあるため、大面積の有機ＥＬ素子とすることが可能である。
さらに、半導体層から光を外部に取り出した場合であっても、第２の電極が遮蔽材とならないため、外部に取り出せる光量を多くすることができる。
［２］  また、本発明の有機ＥＬ素子を構成するにあたり、第２の電極が、半導体層の縁部から水平方向に延設された延長部に対して電気接続してあることが好ましい。
このように構成することにより、第２の電極と半導体層との間の電気接続箇所を大面積とし、接続抵抗を安定化することができ、また、第２の電極と、有機発光媒体との間のショートを防止することができる。
なお、後述するように、半導体層の水平延長部において、第２の電極は、有機発光媒体と同一平面となる位置に形成しても良く、あるいは、水平延長部に凹部を設け、そこに形成しても良い。
［３］  また、本発明の有機ＥＬ素子を構成するにあたり、第２の電極が、半導体層の２箇所以上の縁部に電気接続してあることが好ましい。
このように構成することにより、第２の電極と半導体層との間の電気接続箇所を大面積とすることができ、１箇所の電気接続箇所が不良となっても、他の電気接続箇所により導通を確保することができる。
［４］  また、本発明の有機ＥＬ素子を構成するにあたり、第２の電極が、格子状またはくし型状にパターン化してあることが好ましい。
このように構成することにより、有機発光媒体を均一に発光させることができるとともに、外部に取り出すことができる光量を多くすることができる。
［５］  また、本発明の有機ＥＬ素子を構成するにあたり、非単結晶材料が、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＣｄＳ、ＣｄＴｅ、ＺｎＴｅ、ＭｇＳ、ＭｇＳｅ、ＺｎＳＳｅ、ＺｎＭｇＳＳｅ、ＺｎＣｄＳＳｅ、およびＺｎＴｅＳｅからなる群から選択される少なくとも一つのカルコゲナイド材料であることが好ましい。
このような非単結晶材料から半導体層を構成することにより、大面積化を容易に図ることができる。また、これらの非単結晶材料から構成された半導体層であれば、外部に取り出す光量を多くすることができる。
［６］  また、本発明の有機ＥＬ素子を構成するにあたり、非単結晶材料が、Ａｌ、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｉｎ、Ｃｄ、Ｍｇ、Ｓｉからなる群から選択される少なくとも一つの金属酸化物の非縮退半導体であることが好ましい。
このような非単結晶材料から半導体層を構成することにより、大面積化を容易に図ことができる。また、これらの非単結晶材料から構成された半導体層であれば、外部に取り出す光量を多くすることができる。
［７］  また、本発明の有機ＥＬ素子を構成するにあたり、非単結晶材料が、非晶質カーボンまたはダイアモンドライクカーボンであることが好ましい。
このような非単結晶材料から半導体層を構成することにより、大面積化を容易に図ことができる。
［８］  また、本発明の有機ＥＬ素子を構成するにあたり、非単結晶材料が、導電性共役ポリマー、酸化剤添加ポリマー、還元剤添加ポリマー、酸化剤添加低分子化合物、または還元剤添加低分子化合物であることが好ましい。
このように構成することにより、大面積化が容易となる上、表面平滑性に優れた半導体層を構成することができ、素子欠陥を少なくすることができる。
［９］  また、本発明の有機ＥＬ素子を構成するにあたり、半導体層のバンドギャップを２．７ｅＶ以上の値とすることが好ましい。
このように構成することにより、半導体層の透明性を高めることができるため、外部に取り出させるＥＬ光量を多くすることができる。
［１０］  また、本発明の有機ＥＬ素子を構成するにあたり、半導体層の厚さを１〜７００ｎｍの範囲内の値とすることが好ましい。
このように構成することにより、所定の強度が得られるとともに、半導体層の透明性を高めることができ、外部に取り出させるＥＬ光量を多くすることができる。
［１１］  また、本発明の有機ＥＬ素子を構成するにあたり、半導体層の比抵抗を１×１０−３〜１×１０４Ω・ｃｍの範囲内の値とすることが好ましい。
このように構成することにより、有機ＥＬ素子の駆動電圧をより低下させることができるとともに、発光面における輝度を均一化することができる。
［１２］  また、本発明の有機ＥＬ素子を構成するにあたり、半導体層の電荷濃度を１×１０１２〜１×１０２０ｃｍ−３の範囲内の値とすることが好ましい。
このように構成することにより、有機ＥＬ素子の駆動電圧を低下させることができるとともに、有機発光媒体における励起状態の消光を防止することができる。
［１３］  また、本発明の有機ＥＬ素子を構成するにあたり、半導体層の光透過率を１０％以上の値とすることが好ましい。
このように構成することにより、外部に取り出させるＥＬ光量を多くすることができる。
なお、半導体層の光透過率は、透過する光の波長にも影響しており、通常、光透過率が１０％程度であっても、半導体層のバンドギャップよりも小さいエネルギー（波長）の光であれば、例えば、８０％以上の光透過率が容易に得られることが知られている。
［１４］  また、本発明の有機ＥＬ素子を構成するにあたり、第２の電極と、有機発光媒体との間に、電気絶縁部が設けてあることが好ましい。
このように構成することにより、第２の電極と、有機発光媒体との間のショートや表示画面のクロストークを確実に防止することができる。
［１５］  また、本発明の有機ＥＬ素子を構成するにあたり、半導体層からＥＬ発光を外部に取り出す構成とすることが好ましい。
このように構成すると、第１の電極において、種々の電極材料を使用することが可能となる。
［１６］  また、本発明の有機ＥＬ素子を構成するにあたり、第２の電極と、半導体層との間に、導電層が設けてあることが好ましい。
このように構成すると、第２の電極と、半導体層との間の接続抵抗を低下させることができ、さらに容易に電子や正孔の注入が可能となる。
［１７］  また、本発明の有機ＥＬ素子を構成するにあたり、第２の電極に対し、補助電極が設けてあることが好ましい。
このように構成すると、第２の電極についてのさらなる低抵抗化が可能となり、有機ＥＬ素子の低電圧駆動が可能となる。
［１８］  また、本発明の別の態様は、陽極と、半導体層と、有機発光媒体と、陰極とを含む有機ＥＬ素子の製造方法であって、
陽極または陰極のいずれか一方の電極を第１の電極とし、もう一方の電極を第２の電極としたときに、
第２の電極を形成する工程と、
非単結晶材料を用いて第２の電極が半導体層の縁部に電気接続できる位置に、半導体層を形成する工程と、
有機発光媒体を形成する工程と、
第１の電極を形成する工程と、
を含むことを特徴とする。
このように実施することにより、各種態様を有する有機ＥＬ素子の製造が容易となる。また、非単結晶材料を用いて半導体層を形成しているため、製造上の制約が少なく、大面積の有機ＥＬ素子を作製することが可能である。
［１９］  また、本発明の有機ＥＬ素子の製造方法を実施するにあたり、第２の電極を形成する工程において、パターン化する工程を含むことが好ましい。
このように実施することにより、有機ＥＬ素子を所定のパターン形状で発光させることができるし、また、複数のパターンを有する場合、電気的に独立して発光させることができる。さらに、このように実施することにより、第２の電極と、半導体層との接触面積を増大させることもでき、有機ＥＬ素子の低電圧駆動が可能となる。
［２０］  また、本発明の有機ＥＬ素子の製造方法を実施するにあたり、第２の電極を被覆するための電気絶縁膜、または非注入性の半導体層もしくは金属層を形成する工程を含むことが好ましい。
このように構成することにより、第２の電極を機械的、化学的に保護することができ、さらには、ショートの発生を防止したり、第２の電極からの正孔や電子の注入を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第１図は、第１の実施形態における有機ＥＬ素子の構造を説明するための断面図である。
【図２】第２図は、第１の実施形態の変形例における有機ＥＬ素子の構造を説明するための断面図である（その１）。
【図３】第３図は、第１の実施形態の変形例における有機ＥＬ素子の構造を説明するための断面図である（その２）。
【図４】第４図は、第１の実施形態の変形例における有機ＥＬ素子の構造を説明するための断面図である（その３）。
【図５】第５図は、第１の実施形態の変形例における有機ＥＬ素子の構造を説明するための断面図である（その４）。
【図６】第６図は、第１の実施形態の変形例における有機ＥＬ素子の構造を説明するための断面図である（その５）。
【図７】第７図は、第１の実施形態の変形例における有機ＥＬ素子の構造を説明するための断面図である（その６）。
【図８】第８図は、第１の実施形態の変形例における有機ＥＬ素子の構造を説明するための断面図である（その７）。
【図９】第９図は、第２の電極と、半導体層との接続構造を説明するための図である（その１）。
【図１０】第１０図は、第２の電極と、半導体層との接続構造を説明するための図である（その２）。
【図１１】第１１図は、第２の電極と、半導体層との接続構造を説明するための図である（その３）。
【図１２】第１２図は、第２の実施形態にかかる製造方法を説明するための断面図である。
【図１３】第１３図は、従来の有機ＥＬ素子の構造を説明するための断面図である（その１）。
【図１４】第１４図は、従来の有機ＥＬ素子の構造を説明するための断面図である（その２）。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について具体的に説明する。なお、参照する図面は、この発明が理解できる程度に各構成成分の大きさ、形状および配置関係を概略的に示してあるに過ぎない。したがって、この発明は図示例にのみ限定されるものではない。また、図面では、断面を表すハッチングを省略する場合がある。
【００１０】
［第１の実施形態］
まず、第１図を参照して、本発明の有機ＥＬ素子における第１の実施形態について説明する。第１図は、第１の実施形態における有機ＥＬ素子１００の断面図であり、支持基板１５上に、非単結晶材料からなる半導体層１４と、有機発光媒体１２と、陰極（第１の電極）１０とが順次に形成してある。そして、半導体層１４の縁部１７から水平方向に延設された延長部１８に対して、陽極（第２の電極）１６を電気接続してある。
したがって、このように構成してあることにより、半導体層１４から光を外部に取り出すことができるため、光量を多くすることができる。また、陽極（第２の電極）１６と陰極（第１の電極）１０とが実質的に対向していないために、幅広い種類の電極材料を使用することができ、外部との電気接続も容易となる。さらに、半導体層１４を非単結晶材料から構成してあるため、大面積の半導体層１４を形成することができる。したがって、その上に有機発光媒体１２等が形成できるため、結果として大面積の有機ＥＬ素子１００の構成とすることが可能である。
【００１１】
（１）有機発光媒体
１．構成材料
有機発光層の構成材料として使用する有機発光材料は、以下の３つの機能を併せ持つことが好ましい。
（ａ）電荷の注入機能：電界印加時に陽極あるいは正孔注入層から正孔を注入することができる一方、陰極あるいは電子注入層から電子を注入することができる機能。
（ｂ）輸送機能：注入された正孔および電子を電界の力で移動させる機能。
（ｃ）発光機能：電子と正孔の再結合の場を提供し、これらを発光につなげる機能。
ただし、上記（ａ）〜（ｃ）の各機能全てを併せ持つことは、必ずしも必要ではなく、例えば正孔の注入輸送性が電子の注入輸送性より大きく優れているものの中にも有機発光材料として好適なものがある。したがって、有機発光層における電子の移動が促進されて、有機発光層の中央付近で正孔と再結合可能な材料であれば好適に使用することができる。
【００１２】
ここで、有機発光層における再結合性を向上させるために、有機発光材料の電子移動度を、１×１０−７ｃｍ２／Ｖ・ｓ以上の値とするのが好ましい。この理由は、１×１０−７ｃｍ２／Ｖ・ｓ未満の値となると、有機ＥＬ素子における高速応答が困難となったり、発光輝度が低下する場合があるためである。
したがって、有機発光材料の電子移動度を、１．１×１０−７〜２×１０−３ｃｍ２／Ｖ・ｓの範囲内の値とするのがより好ましく、１．２×１０−７〜１×１０−３ｃｍ２／Ｖ・ｓの範囲内の値とするのがさらに好ましい。
【００１３】
また、有機発光層における有機発光材料の正孔移動度よりも、電子移動度を小さい値とすることが好ましい。この理由は、電子移動度がこの逆となると、有機発光層に使用可能な有機発光材料が過度に制限される場合があり、また、発光輝度が低下する場合があるためである。
一方、有機発光材料の電子移動度は、正孔移動度の１／１，０００倍よりも大きい値が好ましいが、その理由は、電子移動度が過度に小さくなると、有機発光層の中央付近で正孔と再結合することが困難となり、やはり発光輝度が低下する場合があるためである。
【００１４】
したがって、有機発光層における有機発光材料の正孔移動度（μｈ）と電子移動度（μｅ）とが、μｈ／２＞μｅ＞μｈ／５００の関係を満足するのがより好ましく、μｈ／３＞μｅ＞μｈ／１００の関係を満足するのがさらに好ましい。
また、第１の実施形態において、有機発光層に、下記式（１）〜（３）で表されるスチリル基を有する芳香族環化合物を使用することが好ましい。
このようなスチリル基を有する芳香族環化合物を使用することにより、上述した有機発光層における有機発光材料の電子移動度および正孔移動度の条件を容易に満足することができる。
【００１５】
【化１】
2010157524.tif 000003
［一般式（１）中、Ａｒ１は、炭素数が６〜５０の芳香族基であり、Ａｒ２、Ａｒ３、およびＡｒ４は、それぞれ水素原子または炭素数が６〜５０の芳香族基であり、Ａｒ１、Ａｒ２、Ａｒ３、およびＡｒ４の少なくとも一つは芳香族基であり、縮合数ｎは、１〜６の整数である。］
【００１６】
【化２】
2010157524.tif 000004
［一般式（２）中、Ａｒ５は、炭素数が６〜５０の芳香族基であり、Ａｒ６およびＡｒ７は、それぞれ水素原子または炭素数が６〜５０の置換しても良い芳香族基であり、縮合数ｍは、１〜６の整数である。］
【００１７】
【化３】
2010157524.tif 000005
［一般式（３）中、Ａｒ８およびＡｒ１４は、炭素数が６〜５０の芳香族基であり、Ａｒ９〜Ａｒ１３は、それぞれ水素原子または炭素数が６〜５０の芳香族基であり、縮合数ｐ、ｑ、ｒ、ｓは、それぞれ０または１である。］
ここで、前記芳香族基は、好ましくは、核原子数５〜４０のアリール基としては、フェニル、ナフチル、アントラニル、フェナンスリル、ピレニル、コロニル、ビフェニル、ターフェニル、ピローリル、フラニル、チオフェニル、ベンゾチオフェニル、オキサジアゾリル、ジフェニルアントラニル、インドリル、カルバゾリル、ピリジル、ベンゾキノリル、ジベンゾクリセニル等が挙げられる。
【００１８】
また、同様に好ましい核原子数５〜４０のアリーレン基としては、フェニレン、ナフチレン、アントラニレン、フェナンスリレン、ピレニレン、コロニレン、ビフェニレン、ターフェニレン、ピローリレン、フラニレン、チオフェニレン、ベンゾチオフェニレン、オキサジアゾリレン、ジフェニルアントラニレン、インドリレン、カルバゾリレン、ピリジレン、ベンゾキノリレン、ジベンゾクリセニレン等が挙げられる。
なお、このような芳香族基は、さらに別の置換基により置換されていても良い。好ましい置換基として、炭素数１〜６のアルキル基（エチル基、メチル基、ｉ−プロピル基、ｎ−プロピル基、ｓ−ブチル基、ｔ−ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基等）、炭素数１〜６のアルコキシ基（エトキシ基、メトキシ基、ｉ−プロポキシ基、ｎ−プロポキシ基、ｓ−ブトキシ基、ｔ−ブトキシ基、ペントキシ基、ヘキシルオキシ基、シクロペントキシ基、シクロヘキシルオキシ基等）、核原子数５〜４０のアリール基、核原子数５〜４０のアリール基で置換されたアミノ基、核原子数５〜４０のアリール基を有するエステル基、炭素数１〜６のアルキル基を有するエステル基、シアノ基、ニトロ基、ハロゲン原子が挙げられる。
【００１９】
また、有機発光層に、ベンゾチアゾール系、ベンゾイミダゾール系、ベンゾオキサゾール系等の蛍光増白剤や、スチリルベンゼン系化合物、８−キノリノール誘導体を配位子とする金属錯体を併用することも好ましい。
また、ジスチリルアリーレン骨格の有機発光材料、例えば４，４’−ビス（２，２−ジフェニルビニル）ビフェニル等をホストとし、当該ホストに青色から赤色までの強い蛍光色素、例えばクマリン系あるいはホストと同様の蛍光色素をドープした材料を併用することも好適である。
【００２０】
２．形成方法
次に、有機発光層を形成する方法について説明する。かかる形成方法は特に制限されるものではないが、例えば、真空蒸着法、スピンコート法、キャスト法、ＬＢ法（Ｌａｎｇｍｕｉｒ−Ｂｌｏｄｇｅｔｔ法）、スパッタリング法等の方法を採ることができる。例えば、真空蒸着法により形成する場合、蒸着温度５０〜４５０℃、不活性ガス中、真空度１×１０−７〜１×１０−３Ｐａ、成膜速度０．０１〜５０ｎｍ／秒、基板温度−５０〜３００℃の条件を採ることが好ましい。
また、結着剤と有機発光材料とを溶剤に溶かして溶液状態とした後、これをスピンコート法等により薄膜化することによっても、有機発光層を形成することができる。ここで、好ましい結着剤は、透明樹脂であり、特に好ましい結着剤としては、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリオレフィン、ポリイミド、ポリサルホン等が挙げられる。
【００２１】
３．膜厚
有機発光層の膜厚については特に制限はなく、状況に応じて適宜選択することができるが、具体的に５ｎｍ〜５μｍの範囲内の値であることが好ましい。この理由は、有機発光層の膜厚が５ｎｍ未満となると、発光輝度や耐久性が低下する場合があり、一方、有機発光層の膜厚が５μｍを超えると、印加電圧の値が高くなる場合があるためである。
したがって、発光輝度や印加電圧の値等とのバランスがより良好となることから、有機発光層の膜厚を１０ｎｍ〜３μｍの範囲内の値とすることがより好ましく、２０ｎｍ〜１μｍの範囲内の値とすることがさらに好ましい。
【００２２】
（２）半導体層
１．構成材料
半導体層の構成材料としては、単結晶材料でなければ使用可能であるが、大別して、下記のカルコゲナイド材料、金属酸化物の非縮退半導体および有機半導体材料が好ましい。このような有機半導体材料から半導体層を構成することにより、大面積化を容易に図ることができる。また、これらの非単結晶材料から構成された半導体層であれば、透明性が高く、半導体層から外部に光を取り出した場合に光量を多くすることができる。
より具体的に言えば、カルコゲナイド材料としては、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＣｄＳ、ＣｄＴｅ、ＺｎＴｅ、ＭｇＳ、ＭｇＳｅ、ＺｎＳＳｅ、ＺｎＭｇＳＳｅ、ＺｎＣｄＳＳｅ、およびＺｎＴｅＳｅからなる群から選択される少なくとも一つが挙げられる。
【００２３】
これらのカルコゲナイド材料が、ＺｎＳＳｅの三元系カルコゲナイド材料である場合、ＺｎＳｘＳｅｙ（ｘ＋ｙ＝１、０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１）で表される範囲で、混晶化が可能である。また、ＺｎＭｇＳＳｅの四元系カルコゲナイド材料の場合、ＺｎｐＭｇｇＳｘＳｅｙ（ｐ＋ｇ＝１、０＜ｐ＜１、０＜ｇ＜１、ｘ＋ｙ＝１、０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１）で表される範囲で、混晶化が可能である。
【００２４】
さらに、カルコゲナイド材料に、アクセプター材料やドナー材料をドーピングして、半導体層を低抵抗化することも好ましい。ここで、アクセプター材料は、半導体層において正孔を作り出すために添加される化合物であり、一方、ドナー材料は、半導体層において電子を作り出すために添加される化合物である。より具体的には、アクセプター材料またはドナー材料として、Ｌｉ、Ｃｕ、Ｎａ、Ａｇ、Ｎ、Ｆ等をドーピングすることが好ましい。
【００２５】
なお、このようなアクセプター材料やドナー材料の添加量については、特に制限されるものではないが、具体的に、０．０１〜５モル％の範囲内の値とすることが好ましい。この理由は、かかる添加量が０．０１モル％未満となると、添加効果が発現しない場合があるためであり、一方、かかる添加量が５モル％を超えると、凝集してしまい、均質な半導体層を形成することが困難となる場合があるためである。したがって、アクセプター材料やドナー材料の添加量を０．１〜２モル％の範囲内の値とすることがより好ましい。
【００２６】
また、金属酸化物の非縮退半導体としては、Ａｌ、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｉｎ、Ｃｄ、Ｍｇ、Ｓｉからなる群から選択される少なくとも一つが挙げられる。
これらの金属酸化物の非縮退半導体（電荷濃度１×１０２０ｃｍ−３未満）は、通常、三元系や四元系で用いられるが、ドーパント量や酸素空孔量を制御したり、あるいは組成比を制御することにより、好ましい電荷濃度や比抵抗値の範囲内の値とすることができる。例えば、ＳｎＯ２およびＡｌの組み合わせは、通常、縮退半導体として用いられているが、Ａｌをドナー不純物として３〜１０原子％添加することにより、非縮退半導体とすることができる。さらに、ＩｎＺｎＯは、通常、縮退半導体として用いられているが、Ｓｉ、Ｍｇ、Ａｌをドナー不純物として１〜２０原子％添加することにより、非縮退半導体とすることができる。
【００２７】
また、有機半導体材料の好ましいものの一つは、非晶質カーボンやダイアモンドカーボンが挙げられる。
これらの有機半導体材料は、水素原子をさらに含有しても良いし、あるいは、ボロン、リンなどのアクセプター性材料またはドナー性材料を添加して、ｐ型あるいはｎ型の半導体材料とすることも好ましい。
【００２８】
また、本発明の有機ＥＬ素子を構成するにあたり、非単結晶材料が、導電性共役ポリマー、酸化剤添加ポリマー、還元剤添加ポリマー、酸化剤添加低分子化合物、または還元剤添加低分子化合物であることも好ましい。
このような導電性共役ポリマーとしては、ポリアニリンおよびその誘導体、ポリチオフェンおよびその誘導体（特開平８−４８８５８号公報および特開平７−９００６０号公報参照）、酸化剤を添加するポリマーまたは低分子化合物としては、アリールアミンまたは含チオフェンオリゴマーを主鎖または側鎖に含有するポリマーなどを用いることができる。また、還元剤を添加されるポリマーまたは低分子化合物としては、含窒素複素環を有する化合物がある。
なお、ポリマーや低分子化合物に添加する酸化剤としては、ルイス酸、例えば、塩化鉄、塩化アンチモン、塩化アルミニウム等が挙げられる。同様に、ポリマーや低分子化合物に添加する還元剤としては、アルカリ土類金属、希土類金属、アルカリ化合物、アルカリ土類化合物、または希土類化合物等が挙げられる。さらに、これらの化合物には、前記したアルカリ金属、またはアルカリ土類金属の有機錯体（配位子が有機物）も含まれる。
【００２９】
２．半導体層の特性
また、半導体層から外部に光を効果的に取り出せることから、半導体層の光透過率を１０％以上の値とすることが好ましく、５０％以上の値とすることがより好ましく、７０％以上の値とすることがさらに好ましい。
また、半導体層の発光輝度の値を大きくすることができることから、バンドギャップ（エネルギ−ギャップ）を２．７ｅＶ以上の値とすることが好ましい。
この理由は、バンドギャップを２．７ｅＶより大きな値とすることにより、優れた電子障壁効果または正孔障壁効果が得られることより、電子または正孔が有機発光媒体を超えて半導体層へ移動することが少なくなる。そのため、正孔と電子との再結合の効率が向上し、有機ＥＬ素子の発光輝度を高めることができる。
【００３０】
また、半導体層における電荷濃度を１×１０１２〜１×１０２０ｃｍ−３の範囲内の値とするのが好ましい。
この理由は、半導体層の電荷濃度が１×１０１２ｃｍ−３未満となると、駆動電圧が著しく高くなり、発光が不均一となる場合があるためであり、一方、半導体層の電荷濃度が１×１０２０ｃｍ−３を超えると、金属として作用する場合が生じ、有機発光媒体で生じる励起状態が失活しやすくなる場合があるためである。
したがって、半導体層の電荷濃度を１×１０１３〜１×１０１９ｃｍ−３の範囲内の値とするのがより好ましく、１×１０１４〜１×１０１８ｃｍ−３の範囲内の値とするのがさらに好ましい。
【００３１】
また、半導体層の比抵抗値を１×１０−３〜１×１０９Ω・ｃｍの範囲内の値とするのが好ましい。この理由は、半導体層の比抵抗値が１×１０−３Ω・ｃｍ未満となると、金属として作用する場合が生じ、有機発光媒体で生じる励起状態が失活しやすくなる場合があるためであり、一方、半導体層の比抵抗値が１×１０９ｃｍを超えると、駆動電圧が著しく高くなる場合があるためである。
【００３２】
ただし、典型的な大きさの有機ＥＬ素子の画素（例えば３００μｍ×３００μｍ）を形成し、直流駆動（ＤＣ駆動）させる場合には、半導体層の比抵抗値を１×１０−３〜１×１０５Ω・ｃｍの範囲内の値とするのがより好ましい。半導体層の比抵抗値をこのような範囲内の値とすることにより、より均一な発光を得ることができる。
【００３３】
また、典型的な大きさの有機ＥＬ素子の画素を形成し、パルス駆動させる場合には、半導体層の比抵抗値を１×１０−３〜１×１０４Ω・ｃｍの範囲内の値とするのがより好ましい。半導体層の比抵抗値をこのような範囲内の値とすることにより、デューティ比に応じて、所定時間内に大電流を流すことができる。
【００３４】
３．膜厚
半導体層の膜厚を１〜７００ｎｍの範囲内の値とするのが好ましい。この理由は、半導体層の膜厚が１ｎｍ未満となると、連続膜でなくなる場合があるためであり、一方、半導体層の膜厚が７００ｎｍを超えると、光取り出しの効率が低下する場合があるためである。
したがって、半導体層の膜厚を５〜５００ｎｍの範囲内の値とするのがより好ましく、１０〜３００ｎｍの範囲内の値とするのがさらに好ましい。
【００３５】
（３）電極
本発明によれば、陽極と陰極とが実質的に対向しておらず、半導体層から外部に光を取り出すことができるため、光透過率等の観点からの種類制限を著しく低減させることができる。なお、本発明においては、これら陽極および陰極のいずれか一方を第１の電極とし、もう一方を第２の電極とするものとする。したがって、第１の電極を陽極とし、第２の電極を陰極とすることもでき、あるいは、第１の電極を陰極とし、第２の電極を陽極とすることもできる。
以下、電極に用いる材料の例を挙げるが、第２の電極は前述の半導体層への注入を良好にできるならば各種金属または電気伝導性化合物が用いられることができる。
ただし、第２の電極としての陽極または陰極より、正孔や電子が注入されると、これらの電荷は、半導体層の縁部である電気接続箇所を通過して、面積が大きい半導体層へと移動するのであり、そのため、当該電気接続箇所の接続抵抗を考慮して、第２の電極の構成材料を選定することが好ましい。
【００３６】
１．陽極
陽極としては、仕事関数の大きい（例えば、４．０ｅＶ以上）金属、合金、電気伝導性化合物またはこれらの混合物を使用することが好ましい。具体的には、インジウムチンオキサイド（ＩＴＯ、Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ）、インジウム亜鉛オキサイド（ＩＺＯ、Ｉｎｄｉｕｍ  Ｚｉｎｃ  Ｏｘｉｄｅ）、酸化亜鉛、金、白金、パラジウム等の１種を単独で、または２種以上を組み合わせて使用することができる。
また、陽極の膜厚も特に制限されるものではないが、１０〜１，０００ｎｍの範囲内の値とするのが好ましく、１０〜２００ｎｍの範囲内の値とするのがより好ましい。
【００３７】
２．陰極
一方、陰極には、仕事関数の小さい（例えば、４．０ｅＶ未満）金属、合金、電気伝導性化合物またはこれらの混合物を使用することが好ましい。具体的には、マグネシウム、アルミニウム、インジウム、リチウム、ナトリウム、銀、タングステン、タンタル−タングステン合金、チタン、クロム、アルミニウム−タングステン合金、アルミニウム−チタン合金等の１種を単独で、または２種以上を組み合わせて使用することができる。
また陰極の膜厚も特に制限されるものではないが、１０〜１，０００ｎｍの範囲内の値とするのが好ましく、１０〜２００ｎｍの範囲内の値とするのがより好ましい。
【００３８】
３．電極位置
陽極または陰極を、半導体層の縁部と電気接続する第２の電極とした場合の、この第２の電極の位置や接続構造について、第１図〜第１１図を参照しながら説明する。ここで、電気接続とは、陽極または陰極を半導体層に連結または接触することにより、通電が可能な状態となる接続のことである。そのため、接続抵抗を１ｋΩ以下の値とすることが好ましく、１００Ω以下の値とすることがより好ましい。
【００３９】
ただし、本発明における第２の電極の位置や接続構造は、第１図〜第１１図に示す位置に限られるものではなく、これらの構造等を適宜組み合わせたものであっても良く、さらに半導体層の縁部と電気接続可能な位置であれば、図示した以外の位置であっても良い。
【００４０】
第１図は、一部上述したように、第１の実施形態の有機ＥＬ素子１００における第２の電極１６の位置を示しており、半導体層１４の縁部１７から水平方向に延設された延長部１８に凹部２０が設けてあり、この凹部２０内に陽極（第２の電極）１６が形成されている。
このような位置に第２の電極１６を形成すると、第２の電極１６と半導体層１４との間の電気接続箇所を大面積としたり、ショートの発生を防止したり、さらには、外部との電気接続が容易となる。また、このような位置に第２の電極１６を形成すると、第２の電極１６の上面と、半導体層１４の上面とが一致して平坦となるため、絶縁性等の処理が容易となる。
【００４１】
第２図は、第１の実施形態の変形例（その１）の有機ＥＬ素子１０２における第２の電極１６の位置を示しており、半導体層１４の縁部１７から水平方向に延設された延長部１８の表面に、陽極（第２の電極）１６が形成されている。このような位置に第２の電極１６を形成すると、第２の電極１６と半導体層１４との間の電気接続箇所を大面積とすることができる。また、第２の電極１６と、有機発光媒体１２との間の距離を長くすることができるため、ショートの発生を有効に防止することができる。さらに、第１の電極１０と、第２の電極１６とは、それぞれ同一方向であって、この第２図では上面方向が露出しているため、これを利用して外部との電気接続が容易となる。
【００４２】
第３図は、第１の実施形態の変形例（その２）の有機ＥＬ素子１０４における第２の電極１６の位置を示しており、半導体層１４の縁部１７から水平方向に延設された延長部１８であって、有機発光媒体１２が設けられた側と反対側に第２の電極１６が形成されていることを示している。
このような位置に第２の電極１６を形成すると、第２の電極１６と半導体層１４との間の電気接続箇所を大面積とすることができ、また、電気絶縁性処理を施すことなく第２の電極１６と、有機発光媒体１２との間のショート発生を有効に防止することができる。なお、この例でも、第１図に示されたものと同様の理由により、延長部１８に凹部２２が設けられており、この中に第２の電極１６が形成されている。
【００４３】
第４図は、第１の実施形態の変形例（その３）の有機ＥＬ素子１０６における第２の電極１６の位置を示しており、第２の電極１６が、半導体層の縁部（側端）１７に対し、直接的に形成されていることを示している。
このような位置に第２の電極１６を形成すると、横方向の有機ＥＬ素子１０６の構成をコンパクトにすることができる。
【００４４】
第５図は、第１の実施形態の変形例（その４）であって、有機ＥＬ素子１１２において２箇所に第２の電極１６、２３が設けられた例を示している。すなわち、第２の電極１６、２３が、半導体層１４の両側における縁部（側端）１７に対し、延設部１８を介して形成されていることを示している。
このように複数の第２の電極１６、２３を形成すると、これら第２の電極１６、２３と、半導体層１４における延設部１８との接触面積が大きくなり、電子や正孔の注入が容易となる。また、いずれか一方の第２の電極１６、２３と、半導体層１４における延設部１８との間で、導通不良が発生したとしても、もう一方の第２の電極１６、２３により、半導体層１４におけるもう一方の延設部１８との間の導通を維持することができる。
【００４５】
第６図は、第１の実施形態の変形例（その５）であって、半導体層１４の縁部にテーパ２４が設けられており、そのテーパ２４上に、第２の電極１６が形成されていることを示している。
このようにテーパ状に半導体層１４および第２の電極１６を形成すると、接触面積が大きくなり、電子や正孔の注入が容易となる。
なお、この第１の実施形態の変形例（その５）においては、第６図上、テーパ２４が右下がりに形成されていることを示しているが、この逆に、テーパが右上がりに形成されていても良い。また、この第１の実施形態の変形例（その５）においては、第６図上、テーパ２４における断面形状が三角形に形成されていることを示しているが、この断面形状が台形であっても良い。
【００４６】
第７図は、第１の実施形態の変形例（その６）であって、第１の電極１０側にも半導体層９が設けられた例を示している。すなわち、第１の電極１０が、半導体層９の側端における縁部に対して、形成されていることを示している。
このように第１の電極１０を形成すると、第１の電極に対する種類制限がなくなる一方、不透明の低抵抗材料が使用できるため、電子や正孔の注入が容易となる。
【００４７】
第８図は、第１の実施形態の変形例（その７）であって、半導体層１４の縁部に階段が設けられており、その階段上に、導電層２５が形成されており、その導電層２５上に第２の電極１６が形成されていることを示している。
このように半導体層１４および第２の電極１６を階段状に接触させるとともに、さらに導電層２５を形成することにより、接触面積が大きくなるとともに、低抵抗化が容易となる。
【００４８】
第９図は、半導体層１４と第２の電極１６との接続状態および接続位置を示している。第９図（ａ）および（ｂ）が平面図を示しており、第９図（ｃ）および（ｄ）が断面図を示している。
このような形態を採ることにより接触面積が大きくなることから好ましく、あるいは、優れた接続信頼性が得られることから、第９図（ａ）に示すように半導体層１４の先端部を分割構造としたり、第９図（ｂ）に示すように半導体層１４の先端部を穴開き構造としたりすることが好ましい。
また、同様の理由から、第９図（ｃ）に示すように半導体層１４の先端部に凹部を設けたり、第９図（ｄ）に示すように半導体層１４の先端部に山型を形成することも好ましい。
【００４９】
また、第１０図は、第１の実施形態の変形例（その８）の有機ＥＬ素子１０８における第２の電極３４の位置を示しており、有機発光媒体および第１の電極等を省略した状態で示している。この例では、第２の電極３４が、パターン化されてレール状に複数本設けてある。また、半導体層３２も第２の電極３４に沿って、パターン化されてレール状に複数本設けてある。そして、第２の電極３４が、半導体層３２の縁部（側端）３６に沿って電気接続されている。
よって、このような位置に第２の電極３４を形成すると、第１の電極（図示せず。）と、第２の電極３４との間に電圧を印加することにより、半導体層３２（図示せず。）での抵抗による電圧減少（電圧降下）を効果的に防ぐことができる。
また、このような位置に第２の電極３４を形成した場合、例えば第２の電極３４に垂直に第１の電極を配置した場合に、有機ＥＬ素子（画素）１０８をマトリクス状に配置することができる。したがって、大面積の半導体層３２の発光面から多くの光量を取り出すことができ、しかも薄型の表示装置を提供することができる。
【００５０】
第１１図は、第１の実施形態の変形例（その９）の有機ＥＬ素子１１０における第２の電極４０の位置を示しており、第１１図（ａ）は、第２の電極４０が、格子状にパターン化されて支持基板４２上に形成されていることを平面的に示しており、また、第１１図（ｂ）は、この第２の電極４０および一部露出した支持基板４２を全面的に覆うように半導体層４４が設けられていることを断面的に示している。さらに、第１１図（ｃ）は、第１１図（ｂ）に示す半導体層４４上に、全面的に有機発光媒体４６が形成され、その上に、パターン化された第１の電極４８が形成された有機ＥＬ素子１１０において、記号Ｔで示される箇所から外部に光が取り出されることを断面的に示している。
したがって、このような位置に第２の電極４０を形成すると、第２の電極４０と半導体層４４との間の電気接続箇所を大面積とすることができ、半導体層での抵抗による電圧減少（電圧降下）を効果的に防ぐことができる。また、このような位置に第２の電極４０を形成すると、第１の電極（図示せず。）との配置関係で、有機ＥＬ素子（画素）１１０をマトリクス状に配置することができる。そして、大面積の半導体層４４の発光面から多くの光を取り出すことができる。
なお、一画素の中に第２の電極と半導体層とに上記構成を含んでも良い。さらに、第１１図に示す構成体をドット（画素の一部分）として２次元配列しマトリックス構造としても良い。
【００５１】
（４）支持基板
次に、有機ＥＬ素子における支持基板１５について説明する。かかる支持基板は、機械的強度に優れ、水分や酸素の透過性が少ないものであれば、この種の有機ＥＬ素子に常用されているものをそのまま用いることができる。具体的には、例えば、厚さ１００〜２，０００μｍのガラス基板やセラミックス基板等を挙げることができる。
また、支持基板上に形成してある半導体層を介して外部に光を取り出す場合には、当該支持基板の光透過率を９０％以上の値とすることが好ましく、９３％以上の値とすることがより好ましく、９８％以上の値とすることがさらに好ましい。
【００５２】
（５）構成例
第１の実施形態の有機ＥＬ素子は、陽極を第２の電極とし、陰極を第１の電極として、実質的に［１］の構成としてあるが、他の構成要素、例えば正孔注入層や電子注入層と組み合わせて［２］〜［４］の有機ＥＬ素子の構成を採ることも好ましい。
また、陽極を第１の電極とし、陰極を第２の電極とした［５］〜［８］の有機ＥＬ素子の構成を採ることも好ましい。
以下に、好ましい有機ＥＬ素子の構成例［１］〜［８］を具体的に例示する。
［１］基板／半導体層（＋陽極（第２の電極））／有機発光層／陰極（第１の電極）
［２］基板／半導体層（＋陽極）／正孔注入層／有機発光層／陰極
［３］基板／半導体層（＋陽極）／有機発光層／電子注入層／陰極
［４］基板／半導体層（＋陽極）／正孔注入層／有機発光層／電子注入層／陰極
［５］基板／半導体層（＋陰極（第２の電極））／有機発光層／陽極（第１の電極）
［６］基板／半導体層（＋陰極）／電子注入層／有機発光層／陽極
［７］基板／半導体層（＋陰極）／有機発光層／正孔注入層／陽極
［８］基板／半導体層（＋陰極）／電子注入層／有機発光層／正孔注入層／陽極
【００５３】
［第２の実施形態］
次に、本発明の第２の実施形態である有機ＥＬ素子の製造方法について第１２図（ａ）〜（ｄ）を参照しながら説明する。
第１２図（ａ）〜（ｄ）は、第２の実施形態にかかる製造方法の各工程における有機ＥＬ素子を模式的に示す説明図である。なお、以下の説明では、有機ＥＬ素子の製造方法を中心に説明するものとし、構成材料等については、第１の実施形態で説明した内容と同様とすることができる。
【００５４】
１．陽極（第２の電極）の形成
第１２図（ａ）は、支持基板１５上に、陽極（第２の電極）１６を設けた状態を示している。
この陽極１６の形成方法は特に制限されるものでないが、例えば、スパッタリング法（蒸着法）と、フォトリソグラフィ法とを組み合わせて所定位置に形成することができる。具体的には、支持基板１５上に、スパッタリング法を用いて全面的に陽極層を形成し、次いで、フォトリソグラフィ法によりパターン化して、将来的に半導体層１４の縁部１７と電気接続される位置に、正確に陽極１６を形成することができる。
なお、支持基板上の陽極形成位置に凹部を設けておき、そこに陽極を形成することにより、支持基板の上面位置と、陽極表面位置とを一致させて、平坦とすることができる。したがって、このように陽極を形成すると、後工程で半導体層を形成した場合に、半導体層の縁部と確実に電気接続することができる。また、このように陽極を形成すると、陽極が電気絶縁性の支持基板内に埋設されることになり、電気絶縁性材料を用いることなく、後工程で形成される有機発光媒体との電気絶縁性を確実に保持することができる。
【００５５】
２．半導体層の形成
第１２図（ｂ）は、支持基板１５上であって、陽極（第２の電極）１６に隣接させて半導体層１４を設けた状態を示している。すなわち、陽極１６を、端部１７において電気接続可能な状態に半導体層１４を設けた状態を示している。
この半導体層１４の形成方法についても特に制限されるものでないが、例えば、前工程に続いて、スパッタリング法（蒸着法）を実施することにより、所定位置に形成することができる。すなわち、前工程で陽極層をエッチングした後に、レジストを剥離して、さらに半導体層１４を全面的に形成し、フォトリソグラフィ法によりパターニングすることにより、半導体層１４を所定位置に容易かつ短時間に形成することができる。
なお、陽極１６と半導体層１４を一部重ねた状態、例えば、第３図に示すように凹部２２を設けて半導体層１４を形成する場合には、さらにフォトリソグラフィ法を用いて、半導体層１４を所定位置に形成することも好ましい。
【００５６】
３．有機発光媒体の形成
第１２図（ｃ）は、半導体層１４上に有機発光媒体１２を設けた状態を示している。この有機発光媒体１２の形成方法も特に制限されるものでないが、例えば、蒸着時に、穴開きマスクを用いることにより所定位置に形成することができる。また、有機発光媒体１２を、発光層、正孔輸送層、正孔注入層、中間界面層等から構成する場合には、各層の形成につき、それぞれ蒸着工程を繰り返すことにより正確に形成することができる。
また、有機発光媒体１２を形成する際に、陽極１６上に、電気絶縁性層（図示せず）を設けて、陽極を被覆しておくことが好ましい。このように電気絶縁性層を形成することにより、陽極と有機発光媒体との間の電気絶縁性を確実に確保することができる。したがって、有機ＥＬ素子を構成した場合のショートやクロストークの発生を有効に防止することができる。
なお、このような電気絶縁性層は、例えば、光硬化性のエポキシ系樹脂、アクリル系樹脂、およびシロキサン系樹脂等から構成するのが好ましい。また、電気絶縁層に代るものとして、例えば、非電荷注入性の半導体層や、金属層が挙げられる。
【００５７】
４．陰極（第１の電極）の形成
第１２図（ｄ）は、有機発光媒体１２上に陰極（第１の電極）１０を設け、有機ＥＬ素子１０６を構成した状態を示している。この陰極（第１の電極）１０についても、上述したように、例えば、スパッタリング法（蒸着法）と、フォトリソグラフィ法とを組み合わせて所定位置に形成することができる。
以上説明したように、第２の実施形態では、半導体層１４の形成を、陽極１６の形成後に行っているが、この逆の順序で実施することも好ましい。すなわち、先に半導体層１４を形成し、次いで陽極１６を形成することにより、例えば、第１図、第２図および第１０図に示すような有機ＥＬ素子１００、１０２、１０８を容易に作製することができる。また、基板上に第２の電極を形成する場合の他、第１の電極を基板上に設け、さらに有機発光媒体半導体層を設けた後、半導体層の縁部に第２の電極を設けても良い。
【実施例】
【００５８】
以下、本発明を実施例によってさらに詳細に説明する。
［実施例１］
（１）有機ＥＬ素子の作製
１．陰極（第２の電極）の形成
厚さ１．１ｍｍ、縦２００ｍｍ、横２００ｍｍの透明なガラス基板をイソプロピルアルコールで超音波洗浄し、さらに、Ｎ２（窒素ガス）雰囲気中で乾燥させた後、ＵＶ（紫外線）およびオゾンを用いてさらに１０分間洗浄した。次いで、洗浄したガラス基板上に、スパッタリング装置（日本真空技術（株）製）を用いて、Ａｌ／Ｓｉ合金（Ｓｉ濃度：１原子％）からなる薄膜（膜厚１００ｎｍ）を形成した。このＡｌ／Ｓｉ合金薄膜を、フォトリソグラフィを用いて、第１１図（ａ）に示すように格子状にパターン化（線幅：２０μｍ、格子ピッチ：３２０μｍ）した。したがって、陰極（第２の電極）を、半導体層の縁部にて、電気接続した構成とすることができる。
【００５９】
２．半導体層の形成
陰極が形成されたガラス基板に対し、アルゴンプラズマ洗浄を施した後、このガラス基板上に、真空蒸着装置（日本真空技術（株）製）を用いて、膜厚１５０ｎｍのＺｎＳｅとＺｎＣｌ２を同時蒸着してｎ型半導体層を形成した。また、ＺｎＳｅの蒸着は、真空度１×１０−６Ｔｏｒｒ（１．３３×１０−４Ｐａ）、加熱温度７６０〜７８０℃の条件で行い、ＺｎＣｌ２の蒸着は、半導体層の比抵抗値が３×１０３Ω・ｃｍとなるように行った。
なお、４端子法にて半導体層の電荷濃度を測定し、５×１０１５ｃｍ−３であることを確認した。
【００６０】
３．有機発光媒体の形成
次いで、以下の構成材料を各膜厚となるように順次に蒸着し、有機発光媒体を形成した。なお、Ａｌｑは発光層、ＮＰＤは正孔輸送層、ＴＰＤ７４は正孔注入層、ＣｕＰｃは中間界面層としてそれぞれ機能する。
Ａｌｑ（８−ヒドロキシキノリンのＡｌ錯体）：６０ｎｍ
ＮＰＤ（Ｎ，Ｎ’−ジ−（１−ナフチル）−Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−４，４’−ベンジジン）                                      ：２０ｎｍ
ＴＰＤ７４（４，４’−ビス−（Ｎ，Ｎ−ジ−（ｍ−トリル）アミノ）−４”−フェニル−トリフェニルアミン）                    ：２０ｎｍ
ＣｕＰｃ（銅フタロシアニン）              ：２０ｎｍ
【００６１】
４．陽極（第１の電極）の形成
最後に、陽極（第１の電極）として、Ａｕを２０ｎｍ、Ａｌを１００ｎｍの膜厚に蒸着し、実施例１の有機ＥＬ素子を得た。
【００６２】
（２）有機ＥＬ素子の評価
得られた有機ＥＬ素子において、陽極（第１の電極）と陰極（第２の電極）との間に、ＤＣ７Ｖの電圧を印加したところ、半導体層を介して、緑色発光が得られた。そして、３ｍＡ／ｃｍ２の電流が流れ、その際の発光輝度は５４ｃｄ／ｍ２であった。さらに、初期発光輝度を１００ｃｄ／ｍ２として定電流駆動したところ、４８０時間の半減寿命が得られた。
【００６３】
［実施例２］
（１）有機ＥＬ素子の作製
１．陽極（第２の電極）の形成
実施例１と同様に、格子状にパターン化（線幅：２０μｍ、格子ピッチ：３２０μｍ）されたＡｌ／Ｓｉ合金薄膜を形成して、陽極（第２の電極）とした。
【００６４】
２．半導体層の形成
陽極が形成されたガラス基板をアルゴンプラズマ洗浄した後、この基板上に、真空蒸着装置（日本真空技術（株）製）を用いて、膜厚が３０ｎｍとなるようにＣｄＳとＣｕとを同時蒸着してｐ型半導体層を形成した。また、かかる蒸着は、真空度１×１０−６Ｔｏｒｒ（１．３３×１０−４Ｐａ）、基板温度１６０℃の条件で行い、Ｃｕの蒸着は、半導体層の比抵抗値が２×１０Ω・ｃｍとなるように行った。また、４端子法にて半導体層の電荷濃度を測定し、４×１０１７ｃｍ−３であることを確認した。
なお、応用物理，３１，１７７０（１９９２年）に記載されているように、別途、得られたＣｄＳおよびＣｕの組み合わせからなる半導体層は、ｐ型半導体としての特性を示すことを確認した。
【００６５】
３．有機発光媒体の形成
次いで、実施例１で使用したＴＰＤ７４、ＮＰＤおよびＡｌｑを順次に蒸着して、それぞれの膜厚を２００ｎｍ、２０ｎｍ、および６０ｎｍとした有機発光媒体を形成した。なお、ＴＰＤ７４は、正孔注入層、ＮＰＤは、正孔輸送層、Ａｌｑは、発光層としてそれぞれ機能する。
【００６６】
４．陰極（第１の電極）の形成
最後に、陰極（第１の電極）として、ＬｉＦ（０．５ｎｍ）を蒸着し、次いで、Ａｌを２００ｎｍの膜厚に蒸着し、実施例２の有機ＥＬ素子を得た。
【００６７】
（２）有機ＥＬ素子の評価
得られた有機ＥＬ素子において、陰極（第１の電極）と陽極（第２の電極）との間に、ＤＣ７Ｖの電圧を印加したところ、半導体層を介して、緑色発光が得られた。そして、２．７ｍＡ／ｃｍ２の電流が流れ、その際の発光輝度は３２ｃｄ／ｍ２であった。さらに、初期発光輝度を１００ｃｄ／ｍ２として定電流駆動したところ、６２０時間の半減寿命が得られた。
【００６８】
［実施例３］
（１）有機ＥＬ素子の作製
実施例３では、有機半導体層の効果を検討した。すなわち、実施例２におけるＣｄＳとＣｕの組み合わせからなる半導体層の代りに、半導性を示す高分子であるＰＥＤＯＴ（３，４−ポリエチレンジオキシチオフェン、バイエル社製）からなる膜厚７０ｎｍ半導体層を、水溶液の状態でスピンコートした後、１２０℃で、真空乾燥して形成したほかは、実施例２と同様に有機ＥＬ素子を作製した。
【００６９】
（２）有機ＥＬ素子の評価
陰極（第１の電極）と陽極（第２の電極）との間に、ＤＣ７Ｖの電圧を印加したところ、５．２ｍＡ／ｃｍ２の電流が流れ、半導体層を介して、発光輝度が１８０ｃｄ／ｍ２の緑色発光が得られた。そして、初期発光輝度を１００ｃｄ／ｍ２として定電流駆動したところ、７９０時間の半減寿命が得られた。得られた結果を表１に示す。
なお、半導体層の面抵抗を測定したところ、１．６ｋΩであり、比抵抗は１．１×１０２Ω・ｃｍであった。
【００７０】
［比較例１］
（１）有機ＥＬ素子の作製
実施例１における格子状にパターン化（線幅：２０μｍ、格子ピッチ：３２０μｍ）されたＡｌ／Ｓｉ合金薄膜（陰極）を形成しなかったほかは、実施例１と同様に有機ＥＬ素子を作製した。
【００７１】
（２）有機ＥＬ素子の評価
得られた有機ＥＬ素子において、半導体層と陽極（第１の電極）との間に、ＤＣ７Ｖの電圧を印加したところ、半導体層に給電した付近にて、直径５ｍｍ程度のスポット的な発光しか得られなかった。
すなわち、陰極を設けず、３×１０３Ω・ｃｍと高抵抗の半導体層に電圧を直接印加しても、ほとんど発光せず、有機ＥＬ素子として機能しないことを確認した。
【００７２】
［比較例２］
（１）有機ＥＬ素子の作製
実施例１におけるＡｌ／Ｓｉ合金薄膜（陰極）を格子状にパターン化せずに、全面的に形成したほかは、実施例１と同様に有機ＥＬ素子を作製した。
【００７３】
（２）有機ＥＬ素子の評価
得られた有機ＥＬ素子において、Ａｌ／Ｓｉ合金薄膜とＡｕ／Ａｌ（陰極）との間に、ＤＣ７Ｖの電圧を印加したところ、３．６ｍＡ／ｃｍ２の電流が流れ、発光輝度は、０．６ｃｄ／ｍ２であった。すなわち、外部に取り出せる光量が、実施例１と比較すると、１／５０程度に低下したが、全面的に形成した陰極および半導体層を介して外部に光を取り出すと、陰極および半導体層にＥＬ発光が吸収されるためと思われる。
したがって、実施例１のようにＡｌ／Ｓｉ合金薄膜（陰極）をパターン化して、半導体層の縁部に対して電気接続することの優位性が確認された。
【００７４】
【表１】
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【産業上の利用可能性】
【００７５】
本発明の有機ＥＬ素子によれば、第１の電極（陽極または陰極）と非単結晶材料からなる半導体層との間に有機発光媒体を設け、かつ、半導体層の縁部に第２の電極（陰極または陽極）を電気接続することにより、第１の電極と第２の電極とを実質的に対向させる必要がなくなった。したがって、以下のような効果が得られるようになった。
【００７６】
１．第１の電極と、第２の電極とが実質的に対向しておらず、半導体層からＥＬ発光を外部に取り出すことができるようになった。
したがって、従来、光透過率等の関係で使用することができなかった電極材料を使用することができ、選択範囲が著しく広くなった。例えば、低抵抗の金属材料を使用することができるようになり、したがって、低電圧駆動が可能であり、消費電力が低く、しかも、応答速度が速い有機ＥＬ素子を提供することができるようになった。
また、半導体層からＥＬ発光を取り出した場合であっても、第２の電極が半導体層の縁部に設けてあるため、第２の電極が遮光部材とならず、効率的にＥＬ発光を外部に取り出すことができるようになった。
さらに、光透過率等の関係で、従来、半導体単結晶において吸収され、取り出しが困難であった青色発光についても、効率的に外部に取り出すことができるようになった。
【００７７】
２．非単結晶材料から半導体層を形成しているため、大面積の半導体層を効率的に形成することができるようになった。したがって、このような半導体層上に有機発光媒体等を形成することにより、均一な特性を有し、かつ大面積の有機ＥＬ素子を提供することができるようになった。
【００７８】
３．第２の電極の位置が有機発光媒体の横方向に設けてあるため、第２の電極と第１の電極の短絡が防げるようになった。すなわち短絡は素子の表示欠陥となるので、本発明の構成によりこのような表示欠陥を有効に取り除くことができるようになった。
【００７９】
４．半導体層に無機半導体材料を用いた場合には、耐熱性や耐久性に優れており、例えば、１０００時間以上の長時間駆動をさせても、半導体層と第２電極とが剥離することなく、しかも、発光輝度の劣化が少ない有機ＥＬ素子を提供することができるようになった。
【００８０】
また、本発明の有機ＥＬ素子の製造方法によれば、陽極または陰極のいずれか一方の電極を第１の電極とし、もう一方の電極を第２の電極としたときに、第２の電極を形成する工程と、非単結晶材料を用いて第２の電極の縁部に接続可能な位置に、半導体層を形成する工程と、有機発光媒体を形成する工程と、第１の電極を形成する工程と、を含むことにより、各形成工程順序の選択性が広くなった。また、非単結晶材料を半導体層に使用することから、均一な特性を有し、かつ大面積の有機ＥＬ素子を容易に製造することができるようになった。さらに、第１の電極と第２の電極とを対向させて形成する必要がなくないため、取り出し光量を多くすることができるとともに、幅広い電極材料を使用することができるようになった。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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