(57)【要約】【課題】有機電界発光素子において、中間ユニットを構成する層の成膜に伴う発光ユニットのダメージを抑制し、素子を長寿命化させることができる。【解決手段】有機ＥＬ素子１は、陽極２と陰極３との間に中間ユニット４を介して複数の発光ユニット５ａ、５ｂが形成されて成る。中間ユニット４は、ｎ型半導体材料を含む層４１と、導電性金属酸化物を含む層４２と、アルカリ金属又はアルカリ土類金属を含む層４３と、を備える。有機ＥＬ素子１は、ｎ型半導体材料を含む層４１が第１の発光ユニット５ａを保護するので、導電性金属酸化物を含む層４２の成膜に係る第１の発光ユニット５ａへのダメージが低減されると共に、導電性金属酸化物を含む層４２が第２の発光ユニット５ｂ中にアルカリ金属又はアルカリ土類金属が拡散することを抑制するために、素子を長寿命化させることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
陽極と陰極との間に中間ユニットを介して複数の発光ユニットが形成されて成る有機電界発光素子において、
前記中間ユニットは、ｎ型半導体材料を含む層と、
前記ｎ型半導体材料を含む層の陰極側に設けられる導電性金属酸化物を含む層と、
前記ｎ型半導体材料を含む層の陽極側に設けられるアルカリ金属又はアルカリ土類金属を含む層と、を備えることを特徴とする有機電界発光素子。
【請求項２】
前記ｎ型半導体材料を含む層とアルカリ金属又はアルカリ土類金属を含む層との間に、還元性金属を含む層をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の有機電界発光素子。
【請求項３】
前記導電性金属酸化物を含む層の厚みは、１０〜５０ｎｍであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の有機電界発光素子。
【請求項４】
前記ｎ型半導体材料を含む層とアルカリ金属又はアルカリ土類金属を含む層の間に、電荷輸送性有機材料を含む層を備えることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の有機電界発光素子。
【請求項５】
前記ｎ型半導体材料は、ＨＡＴ（ＣＮ）６である請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の有機電界発光素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、照明光源、バックライト、フラットパネルディスプレイ等に用いられる有機電界発光素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
有機エレクトロルミネッセンス素子と称される有機電界発光素子（以下、有機ＥＬ素子という）は、自発光であること、比較的高効率の発光特性を示すこと、及び各種の色調で発光可能であること等の特徴を有している。これらの特徴に鑑み、有機ＥＬ素子は、表示装置や、フラットパネルディスプレイ等の発光体として、又は液晶表示機用バックライトや照明などの光源としての利用が期待されており、その一部が既に実用化されている。
【０００３】
有機ＥＬ素子の一般的な構成は、陽極となる電極、正孔輸送層、有機発光層、電子注入層、陰極となる電極を、この順で基板上に積層したものである。そして、陽極と陰極の間に電圧を印加することにより、電子注入層を介して発光層に注入された電子と、正孔輸送層を介して発光層に注入された正孔（ホール）とが、発光層内で再結合して発光が起こる。発光層で発光した光は、電極及び基板などを通って有機ＥＬ素子の外に取り出される。
【０００４】
ところで、有機ＥＬ素子は、その輝度と寿命とがトレードオフの関係にあり、より鮮明な画像及び明るい照明光を得るために輝度を増大させると、素子の寿命が短くなるという問題がある。この問題を解決するものとして、近年、陽極と陰極の間に複数の発光層を備え、これらの発光層間に、導電層や電荷発生層といった各発光層をつなぐ機能を持った層（以下、中間ユニットという）が設けられた有機ＥＬ素子が知られている（例えば、特許文献１、２参照）。
【０００５】
この有機ＥＬ素子は、複数の発光層を中間ユニットで仕切ることにより、陽極と陰極の間に電圧が印加されたとき、各発光層が直列的に接続された状態となって同時に発光する。その結果、各発光層からの光が合算されるので、一定電流通電時には、発光層が単層である有機ＥＬ素子よりも高輝度で発光することができ、しかも素子の寿命が短くなることを回避することができる。
【０００６】
しかし、特許文献１に記載の有機ＥＬ素子は、中間ユニットにＩＴＯ（インジウム−スズ酸化物）、ＩＺＯ（インジウム−亜鉛酸化物）といった金属酸化物を主成分とする層がスパッタリング法を用いて成膜される場合、スパッタされた粒子及びスパッタ工程における電子や反跳粒子などの影響により、発光層がダメージを受けて素子の寿命が低下する。また、特許文献２に記載の有機ＥＬ素子は、中間ユニットを構成する材料としてアルカリ金属が用いられ、このアルカリ金属が発光層中に拡散してしまうので、素子の寿命が低下する。
【０００７】
そこで、内部電極（中間ユニット）を構成する導電層の主成分に、比較的仕事関数の低い材料を用いた有機ＥＬ素子が知られている（例えば、特許文献３参照）。この有機ＥＬ素子は、その製造工程においてスパッタリング法ではなく熱蒸発法を用いて内部電極を成膜することができるので、発光層にダメージを与えない。しかし、この有機ＥＬ素子の構成は、アルカリ金属などを含まないために駆動電圧が高くなる傾向があり、その結果、効率の低下や寿命の低下につながる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００５−１３５６００号公報
【特許文献２】特開２００６−４９３９３号公報
【特許文献３】特表２００７−５３３０７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、中間ユニットを構成する層の成膜に伴う発光ユニットのダメージを抑制し、素子を長寿命化させることができる有機電界発光素子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】
【００１０】
上記目的を達成するために請求項１の発明は、陽極と陰極との間に中間ユニットを介して複数の発光ユニットが形成されて成る有機電界発光素子において、前記中間ユニットは、ｎ型半導体材料を含む層と、前記ｎ型半導体材料を含む層の陰極側に設けられる導電性金属酸化物を含む層と、前記ｎ型半導体材料を含む層の陽極側に設けられるアルカリ金属又はアルカリ土類金属を含む層と、を備えるものである。
【００１１】
請求項２の発明は、請求項１に記載の有機電界発光素子において、前記ｎ型半導体材料を含む層とアルカリ金属又はアルカリ土類金属を含む層との間に、還元性金属を含む層をさらに備えるものである。
【００１２】
請求項３の発明は、請求項１又は請求項２に記載の有機電界発光素子において、前記導電性金属酸化物を含む層の厚みは、１０〜５０ｎｍであるものである。
【００１３】
請求項４の発明は、請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の有機電界発光素子において、前記ｎ型半導体材料を含む層とアルカリ金属又はアルカリ土類金属を含む層の間に、電荷輸送性有機材料を含む層を備えるものである。
【００１４】
請求項５の発明は、請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の有機電界発光素子において、前記ｎ型半導体材料は、ＨＡＴ（ＣＮ）６であるものである。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１の発明によれば、ｎ型半導体材料を含む層が中間ユニットの陽極側に形成される発光ユニットを保護するので、導電性金属酸化物を含む層の成膜に係る発光ユニットへのダメージが低減される。また、導電性金属酸化物を含む層が中間ユニットの陰極側に形成される発光ユニット中にアルカリ金属又はアルカリ土類金属が拡散することを抑制する。そのため、素子を長寿命化させることができる。
【００１６】
請求項２の発明によれば、還元性金属を含む層が、ｎ型半導体材料を含む層と、アルカリ金属又はアルカリ土類金属を含む層との間の電気的接続状態を向上させるので、素子をより長寿命化させることができる。
【００１７】
請求項３の発明によれば、導電性金属酸化物を含む層の厚みが１０ｎｍ以上であるので、導電性金属酸化物から成る層を連続的で安定的に成膜することができる。また、導電性金属酸化物を含む層の厚みが５０ｎｍ以下となっており薄いので、導電性金属酸化物を含む層の成膜に係る発光ユニットへのダメージがより低減され、素子をより長寿命化させることができる。
【００１８】
請求項４の発明によれば、電荷輸送性有機材料を含む層が、ｎ型半導体材料とアルカリ金属又はアルカリ土類金属の副反応を抑制するので、素子をより長寿命化させることができる。
【００１９】
請求項５の発明によれば、ｎ型半導体材料であるＨＡＴ（ＣＮ）６が平面性の高い分子構造を持つことから発光ユニットを保護しやすくなるので、導電性金属酸化物を含む層の成膜に係る発光ユニットへのダメージがより低減され、素子をより長寿命化させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施形態に係る有機電界発光素子の層構成を示す側断面図。
【図２】同有機電界発光素子の変形例における層構成を示す側断面図。
【図３】同有機電界発光素子の他の変形例における層構成を示す側断面図。
【図４】参考例における有機電界発光素子の層構成を示す断面図。
【図５】同有機電界発光素子のＩＴＯ膜厚と相対寿命の関係を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明の一実施形態に係る有機電界発光素子（以下、有機ＥＬ素子という）について、図１を参照して説明する。有機ＥＬ素子１は、陽極２となる電極と、陰極３となる電極との間に、中間ユニット４を介して２層の発光ユニット５ａ、５ｂ（以下、第１の発光ユニット５ａ、第２の発光ユニット５ｂという）が基板６上に形成される。
【００２２】
中間ユニット４は、ｎ型半導体材料を含む層４１と、ｎ型半導体材料を含む層４１の陰極３側に設けられる導電性金属酸化物を含む層４２と、ｎ型半導体材料を含む層４１の陽極２側に設けられるアルカリ金属又はアルカリ土類金属を含む層４３とが積層して成る。なお、有機ＥＬ素子１は、３層以上の発光ユニット５がそれぞれ中間ユニット４を介して積層する構成であってもよい。
【００２３】
発光ユニット５ａ、５ｂは、それぞれ電子輸送層（ＥＴＬ（electron transport layer））５１ａ、５１ｂ、発光層５２ａ、５２ｂ、正孔輸送層（ＨＴＬ（hole transport layer））５３ａ、５３ｂがこの順で積層して成る。なお、陽極２又は陰極３の特性などに応じて、正孔輸送層５３ａの陽極２側に正孔注入層や、電子輸送層５１ｂの陰極３側に電子注入層が適宜に形成されてもよい。
【００２４】
次に、中間ユニット４を構成する各層について詳説する。ｎ型半導体材料を含む層４１の材料は、例えば、下記に示す構造が挙げられる。ｎ型半導体材料を含む層４１の材料は、下記の構造式からも明らかなように、平面安定性に優れ、均質で化学的にも安定な膜を形成することができる。ｎ型半導体材料を含む層４１の材料は、特に、ＨＡＴ（ＣＮ）６が好ましい。ＨＡＴ（ＣＮ）６は、平面性の高い分子構造を持つことから第１の発光ユニット５ａを保護しやすくなる。そのため、有機ＥＬ素子１は、スパッタリング法を用いた導電性金属酸化物を含む層４２の成膜に係る第１の発光ユニット５ａの発光層５２ａへの、スパッタされた粒子及びスパッタ工程における電子や反跳粒子などの影響によるダメージ（以下、スパッタダメージという）がより低減され、素子をより長寿命化させることができる。
【００２５】
【化１】
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【００２６】
【化２】
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【００２７】
【化３】
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【００２８】
【化４】
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【００２９】
【化５】
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【００３０】
【化６】
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【００３１】
導電性金属酸化物を含む層４２の主成分は、例えば、バナジウム、モリブデン、レニウム、タングステン、ニッケル、亜鉛、銅、インジウム、ストロンチウム、スズ、ニオブ、タンタルの群から選ばれる金属酸化物、好ましくは、透明伝導性材料であるＩＴＯ（インジウム−スズ酸化物）、ＩＺＯ（インジウム−亜鉛酸化物）、ＡＺＯ（アルミニウム−亜鉛酸化物）などが用いられる。導電性金属酸化物を含む層４２の厚みは、１０〜５０ｎｍである。導電性金属酸化物を含む層４２の厚みが１０ｎｍ以上であるので、導電性金属酸化物から成る層４２を連続的で安定的に成膜することができる。また、導電性金属酸化物を含む層４２がスパッタリング法を用いて成膜されるとき、導電性金属酸化物を含む層４２の厚みが５０ｎｍ以下となっており薄いので、スパッタリングを行う時間が短くなって第１の発光ユニット５ａの発光層５２ａに対するスパッタダメージが少なくなり、素子をより長寿命化させることができる。
【００３２】
アルカリ金属又はアルカリ土類金属を含む層４３の主成分は、例えば、リチウム、ナトリウム、カリウム、セシウム、ベリリウム、マグネシウム、カルシウム等が用いられるが、これらの具体例は特に限定されるものではない。
【００３３】
次に、発光ユニット５ａ、５ｂを構成する各層について詳説する。電子輸送層５１ａ、５１ｂは、陰極３からの電子注入効果を有すると共に、発光層５２ａ、５２ｂに対して優れた電子輸送効果を有し、また、ホール（正孔）の電子輸送層５１ａ、５１ｂへの移動を防止する。電子輸送層５１ａ、５１ｂの材料は、薄膜形成能力の優れた化合物が用いられ、例えば、バソフェナントロリン、バソクプロイン（ＢＣＰ）、オキサゾール、オキサジアゾール、トリアゾール、イミダゾール、ピリジン、フラン、フェナントロリン等、複素環を有する化合物、及びそれらの誘導体が挙げられる。
【００３４】
発光層５２ａ、５２ｂは、有機ＥＬ素子用材料として知られる汎用の材料が用いられる。このような材料としては、例えば、アントラセン、ナフタレン、ピレン、テトラセン、コロネン、ペリレン、フタロペリレン、ナフタロペリレン、ジフェニルブタジエン、テトラフェニルブタジエン、クマリン、オキサジアゾール、ビスベンゾキサゾリン、ビススチリル、シクロペンタジエン、キノリン金属錯体、トリス（８−ヒドロキシキノリナート）アルミニウム錯体、トリス（４−メチル−８−キノリナート）アルミニウム錯体、トリス（５−フェニル−８−キノリナート）アルミニウム錯体、アミノキノリン金属錯体、ベンゾキノリン金属錯体、トリ−（ｐ−ターフェニル−４−イル）アミン、１−アリール−２，５−ジ（２−チエニル）ピロール誘導体、ピラン、キナクリドン、ルブレン、ジスチリルベンゼン誘導体、ジスチリルアリーレン誘導体、ジスチリルアミン誘導体及び各種蛍光色素などが挙げられる。また、これらの化合物を適宜に混合して用いてもよい。
【００３５】
正孔輸送層５３ａ、５３ｂは、陽極２からの正孔注入効果を有すると共に、発光層５２ａ、５２ｂに対して優れた正孔輸送効果を有し、また、電子の正孔輸送層５３ａ、５３ｂへの移動を防止する。正孔輸送層５３ａ、５３ｂの材料は、薄膜形成能力の優れた化合物が用いられ、例えば、４，４’−ビス［Ｎ−（ナフチル）−Ｎ−フェニル−アミノ］ビフェニル（α−ＮＰＢ又はα−ＮＰＤ）、Ｎ，Ｎ’−ビス（３−メチルフェニル）−（１，１’−ビフェニル）−４，４’−ジアミン（ＴＰＤ）、スピロ−ＮＰＤ、スピロ−ＴＰＤ、スピロ−ＴＡＤ、ＴＮＢ（α−ＮＰＤのフェニル基がナフチル基であるもの）、ＴＰＢＤ（α−ＮＰＤのフェニル基、ナフチル基がビフェニル基であるもの）が挙げられる。
【００３６】
陽極２は、発光ユニット５に正孔を注入するための電極であり、仕事関数の大きい金属、合金、電気伝導性化合物、又はこれらの混合物から成る電極材料が適宜に用いられ、好ましくは、仕事関数が４ｅＶ以上のものが用いられる。陽極２の材料は、例えば、金などの金属、ＣｕＩ、ＩＴＯ、ＳｎＯ２、ＺｎＯ、ＩＺＯ、ＰＥＤＯＴ、ポリアニリン等の導電性高分子及び任意のアクセプタ等でドープした導電性高分子、カーボンナノチューブ等の導電性光透過性材料などが挙げられる。
【００３７】
陽極２は、上記の電極材料を真空蒸着法やスパッタリング法又は塗布などの方法により、基板６の表面に薄膜状で形成される。また、陽極２の光透過率は、発光層５２ａ、５２ｂから照射された光が陽極２を透過して外部に取り出されるために、７０％以上であることが好ましい。陽極２のシート抵抗は、数百Ω／□以下であることが好ましく、１００Ω／□以下であることがより好ましい。陽極２の膜厚は、陽極２の光透過率、シート抵抗などの特性を上記のように制御するために、材料により異なるが、５００ｎｍ以下、好ましくは１０〜２００ｎｍの範囲に設定するのがよい。
【００３８】
陰極３は、発光ユニット５ａ、５ｂに電子を注入するための電極であり、仕事関数の小さい金属、合金、電気伝導性化合物及びこれらの混合物から成る電極材料が適宜に用いられ、好ましくは仕事関数が５ｅＶ以下のものが用いられる。陰極３の電極材料は、アルカリ金属、アルカリ金属のハロゲン化物、アルカリ金属の酸化物、アルカリ土類金属など、及びこれらと他の金属との合金、例えば、ナトリウム、ナトリウム−カリウム合金、リチウム、マグネシウム、マグネシウム−銀混合物、マグネシウム−インジウム混合物、アルミニウム−リチウム合金、Ａｌ／ＬｉＦ混合物、アルミニウム、Ａｌ／Ａｌ２Ｏ３混合物などが挙げられる。
【００３９】
なお、陰極３は、アルカリ金属の酸化物、アルカリ金属のハロゲン化物、又は金属酸化物を下地とし、その上に金属などの導電材料を１層以上積層して形成されてもよい。このような陰極３としては、アルカリ金属／Ａｌの積層、アルカリ金属のハロゲン化物／アルカリ土類金属／Ａｌの積層、アルカリ金属の酸化物／Ａｌの積層などの組み合わせが挙げられる。また、陰極３は、ＩＴＯ、ＩＺＯ等の透明電極を用い、陰極３側から光を取り出す構成としてもよい。また、陰極３の界面の有機物層にリチウム、ナトリウム、セシウム、カルシウム等のアルカリ金属、アルカリ土類金属をドープしてもよい。
【００４０】
陰極３は、上記の電極材料を真空蒸着法やスパッタリング法などの方法によって薄膜状に形成される。陰極３の光透過率は、発光層５２ａ、５２ｂからの光を陽極２側から取り出す場合、１０％以下であることが好ましい。なお、陰極３の光透過率は、陰極３を透明電極として陰極３側から光を取り出す場合（陽極２と陰極３の両電極から光を取り出す場合も含む）、７０％以上であることが好ましい。陰極３の膜厚は、陰極３の光透過率などの特性を制御するために、材料により異なるが、５００ｎｍ以下、好ましくは１０〜２００ｎｍの範囲に設定するのがよい。
【００４１】
基板６は、発光ユニット５ａ、５ｂ及び中間ユニット４を保持でき、光透過性を有していればよく、無色透明であってもよいし、素子の用途に応じて着色されていてもよいし、すりガラス状であってもよい。基板６の材料は、例えば、ソーダライムガラスや無アルカリガラス等の透明ガラス板、ポリエステル、ポリオレフィン、ポリアミド、エポキシ等の樹脂、フッ素系樹脂などから任意の方法によって作製されたプラスチックフィルムやプラスチック板などが用いられる。また、基板６内に基板母剤と屈折率の異なる粒子、粉体、泡などが含有されるか、又は表面に形状を付与することによって、光拡散効果を有してもよい。なお、基板６の材料は、基板６を通さずに光を取り出す場合、必ずしも光透過性を有するものでなくてもよく、素子の発光特性、寿命特性などを損なわない限り、任意のものが用いられる。特に、通電時の有機ＥＬ素子１の発熱による温度上昇を軽減するために、好ましくは熱伝導性の高い材料が用いられる。
【００４２】
有機ＥＬ素子１は、ＩＴＯやＩＺＯといった比較的仕事関数が高い導電性金属酸化物がスパッタリング法を用いて成膜されるとき、ｎ型半導体材料を含む層４１が第１の発光ユニット５ａを保護するので、第１の発光ユニット５ａの発光層５２ａへのスパッタダメージが低減される。また、導電性金属酸化物を含む層４２が、第２の発光ユニット５ｂの発光層５２ｂ中にアルカリ金属又はアルカリ土類金属が拡散することを抑制する。そのため、有機ＥＬ素子１は、長寿命化を達成することができる。
【００４３】
本実施形態の第１の変形例について、図２を参照して説明する。この変形例に係る有機ＥＬ素子１は、ｎ型半導体材料を含む層４１とアルカリ金属又はアルカリ土類金属を含む層４３との間に、還元性金属を含む層４４をさらに備える。還元性金属を含む層４４の材料は、例えば、アルミニウム、チタン、タングステン、白金、パラジウム、ジルコニウム、ハフニウム等が用いられる。また、還元性金属を含む層４４の厚みは、光透過性を損なわない程度の厚みであれば特に限定されないが、例えば、１ｎｍ〜５０ｎｍの範囲が好ましく、５ｎｍ〜３０ｎｍの範囲がより好ましい。
【００４４】
このような第１の変形例に係る有機ＥＬ素子１は、還元性金属を含む層４４が、ｎ型半導体材料を含む層４１と、アルカリ金属又はアルカリ土類金属を含む層４３との間の電気的接続状態を向上させるので、素子をより長寿命化させることができる。
【００４５】
本実施形態の第２の変形例について、図３を参照して説明する。この変形例に係る有機ＥＬ素子１は、還元性金属を含む層４４を備え、ｎ型半導体材料を含む層４１と還元性金属を含む層４４との間に、電荷輸送性有機材料を含む層４５をさらに備える。電荷輸送性有機材料を含む層４５の材料は、例えば、トリス（８−キノリノラト）アルミニウム（Ａｌｑ３）が用いられる。このような第２の変形例に係る有機ＥＬ素子１は、電荷輸送性有機材料を含む層４５が、ｎ型半導体材料とアルカリ金属又はアルカリ土類金属の副反応を抑制するので、素子をより長寿命化させることができる。なお、有機ＥＬ素子１は、還元性金属を含む層４４を有していなくてもよい。また、ｎ型半導体材料を含む層４１と還元性金属を含む層４４との間ではなく、アルカリ金属又はアルカリ土類金属を含む層４３と還元性金属を含む層４４との間に、電荷輸送性有機材料を含む層４５が配置されてもよい。
【００４６】
以下、本発明の実施例について、参考例及び比較例と対比して、より具体的に説明する（なお、光学素子１については図１乃至図３を参照）。
【００４７】
＜参考例＞
ここで、複数の発光ユニット５ａ、５ｂを備える実施例及び比較例の有機ＥＬ素子と対比するため、図４に示すような単層の発光ユニット５を備える参考例の有機ＥＬ素子について説明する。この参考例の有機ＥＬ素子を作製するにあたって、まず、０．７ｍｍ厚のガラス板である基板６に、陽極２として厚み１１０ｎｍのＩＴＯがパターニングされたものを用意した。陽極２のシート抵抗は、１２Ω／□である。陽極２付き基板６を洗剤、イオン交換水、アセトンで各１０分間ずつ超音波洗浄をした後、ＩＰＡ（イソプロピルアルコール）で蒸気洗浄して乾燥し、さらにＵＶ／Ｏ３処理した。
【００４８】
次に、この陽極２付き基板６を真空蒸着装置にセットし、１×１０−４Ｐａ以下の減圧雰囲気下で、正孔輸送層５３として４，４’−ビス［Ｎ−（ナフチル）−Ｎ−フェニル−アミノ］ビフェニル（α−ＮＰＤ）（構造式を下記［化７］に示す）を６０ｎｍの膜厚で陽極２の上に成膜した。
【００４９】
【化７】
2010034042.tif 000009
【００５０】
成膜した正孔輸送層５３の上に、発光層５２としてＴＢＡＤＮ（構造式を下記［化８］に示す）とｓｔｙ−ＮＰＤ（構造式を下記［化９］に示す）の混合膜（質量比；ＴＢＡＤＮ：ｓｔｙ−ＮＰＤ＝９６：４、（ドープ濃度４％））を４０ｎｍの膜厚で成膜した。この上に電子輸送層５１としてバソクプロイン（ＢＣＰ）（構造式を下記［化１０］に示す）を２０ｎｍの膜厚で成膜した。この上に、ＬｉＦを１ｎｍの膜厚で成膜し、さらにアルミニウム（Ａｌ）を８０ｎｍの膜厚で成膜して、ＬｉＦとＡｌの膜を陰極３とすることにより、発光層５２が１層構成である参考例の有機ＥＬ素子を得た。すなわち、参考例の構成は、陽極２側から順にＩＴＯ／α−ＮＰＤ／（ＴＢＡＤＮ：ｓｔｙ−ＮＰＤ）／ＢＣＰ／（ＬｉＦ／Ａｌ）である。
【００５１】
【化８】
2010034042.tif 000010
【００５２】
【化９】
2010034042.tif 000011
【００５３】
【化１０】
2010034042.tif 000012
【００５４】
＜実施例１＞  〜ＥＴＬ／Ｌｉ２Ｏ／ＨＡＴ（ＣＮ）６／ＩＴＯ／ＨＴＬ〜
上記参考例と同じく、陽極２であるＩＴＯ付きの基板６を用い、この上に第１の発光ユニット５ａを形成した。第１の発光ユニット５ａは、上記参考例と同様の方法で、α−ＮＰＤを６０ｎｍの膜厚で成膜して正孔輸送層５３ａを形成し、この上に１段目の発光層５２ａとしてＴＢＡＤＮとｓｔｙ−ＮＰＤの混合膜（質量比；ＴＢＡＤＮ：ｓｔｙ−ＮＰＤ＝９６：４）を４０ｎｍの膜厚で成膜し、さらに電子輸送層５１ａとしてＢＣＰを２０ｎｍの膜厚で成膜した。
【００５５】
次に、第１の発光ユニット５ａ上に中間ユニット４を形成した。中間ユニット４は、電子輸送層５１ａ上に、アルカリ金属又はアルカリ土類金属を含む層４３としてＬｉ２Ｏを１ｎｍの膜厚で成膜した後、ｎ型半導体材料を含む層４１としてＨＡＴ（ＣＮ）６を３０ｎｍの膜厚で成膜し、さらに導電性金属酸化物を含む層４２としてＩＴＯを１０ｎｍの膜厚でスパッタリング法を用いて成膜することによって形成された。
【００５６】
形成した中間ユニット４上に上記と同様の方法で第２の発光ユニット５ｂを形成した。第２の発光ユニット５ｂは、正孔輸送層５３ｂとしてα−ＮＰＤを４０ｎｍの膜厚で成膜した後、この上に２段目の発光層５２ｂとしてＴＢＡＤＮとｓｔｙ−ＮＰＤの混合膜（質量比；ＴＢＡＤＮ：ｓｔｙ−ＮＰＤ＝９６：４）を４０ｎｍの膜厚で形成し、さらに電子輸送層５１ｂとしてＢＣＰを２０ｎｍの膜厚で成膜した。この上に、ＬｉＦを１ｎｍの膜厚で成膜し、さらにＡｌを８０ｎｍの膜厚で成膜して、これを陰極３とすることにより、発光ユニット５ａ、５ｂが２層構成である実施例１の有機ＥＬ素子１を得た。すなわち、実施例１の構成は、陽極２側から順にＩＴＯ／α−ＮＰＤ／（ＴＢＡＤＮ：ｓｔｙ−ＮＰＤ）／ＢＣＰ／Ｌｉ２Ｏ／ＨＡＴ（ＣＮ）６／ＩＴＯ／α−ＮＰＤ／（ＴＢＡＤＮ：ｓｔｙ−ＮＰＤ）／ＢＣＰ／（ＬｉＦ／Ａｌ）である。
【００５７】
＜実施例２＞  〜ＥＴＬ／Ｌｉ２Ｏ／Ａｌ／ＨＡＴ（ＣＮ）６／ＩＴＯ／ＨＴＬ〜
実施例２は、上記実施例１の中間ユニット４において、Ｌｉ２ＯとＨＡＴ（ＣＮ）６の間に、還元性金属より成る層４４としてアルミニウム（Ａｌ）を５ｎｍの膜厚で成膜した層をさらに積層させた以外は、実施例１と同様にして有機ＥＬ素子１を得た。すなわち、実施例１の構成は、陽極２側からＩＴＯ／α−ＮＰＤ／（ＴＢＡＤＮ：ｓｔｙ−ＮＰＤ）／ＢＣＰ／Ｌｉ２Ｏ／Ａｌ／ＨＡＴ（ＣＮ）６／ＩＴＯ／α−ＮＰＤ／（ＴＢＡＤＮ：ｓｔｙ−ＮＰＤ）／ＢＣＰ／（ＬｉＦ／Ａｌ）である。
【００５８】
＜実施例３＞  〜ＥＴＬ／ＢＣＰ：Ｃｓ／ＨＡＴ（ＣＮ）６／ＩＴＯ／ＨＴＬ〜
実施例３は、上記実施例１の中間ユニット４において、アルカリ金属又はアルカリ土類金属を含む層４３として、Ｌｉ２Ｏに替えてＢＣＰ及びＣＳから成る混合膜を５ｎｍの膜厚で成膜した以外は、実施例１と同様にして有機ＥＬ素子１を得た。すなわち、実施例３の構成は、陽極２側から順にＩＴＯ／α−ＮＰＤ／（ＴＢＡＤＮ：ｓｔｙ−ＮＰＤ）／ＢＣＰ／（ＢＣＰ：Ｃｓ）／ＨＡＴ（ＣＮ）６／ＩＴＯ／α−ＮＰＤ／（ＴＢＡＤＮ：ｓｔｙ−ＮＰＤ）／ＢＣＰ／（ＬｉＦ／Ａｌ）である。
【００５９】
＜実施例４＞  〜ＥＴＬ／Ｌｉ２Ｏ／ＮＴＣＤＩ／ＩＴＯ／ＨＴＬ〜
実施例４は、上記実施例１の中間ユニット４において、ＨＡＴ（ＣＮ）６に替えてＮＴＣＤＩを１０ｎｍの膜厚で成膜した以外は、実施例１と同様にして有機ＥＬ素子１を得た。すなわち、実施例４の構成は、陽極２側から順にＩＴＯ／α−ＮＰＤ／（ＴＢＡＤＮ：ｓｔｙ−ＮＰＤ）／ＢＣＰ／Ｌｉ２Ｏ／ＮＴＣＤＩ／ＩＴＯ／α−ＮＰＤ／（ＴＢＡＤＮ：ｓｔｙ−ＮＰＤ）／ＢＣＰ／（ＬｉＦ／Ａｌ）である。
【００６０】
＜実施例５＞  〜ＥＴＬ／Ｌｉ２Ｏ／ＰＴＣＤＡ／ＩＴＯ／ＨＴＬ〜
実施例４は、上記実施例１の中間ユニット４において、ＨＡＴ（ＣＮ）６に替えてＰＴＣＤＡを１０ｎｍの膜厚で成膜した以外は、実施例１と同様にして有機ＥＬ素子１を得た。すなわち、実施例５の構成は、陽極２側から順にＩＴＯ／α−ＮＰＤ／（ＴＢＡＤＮ：ｓｔｙ−ＮＰＤ）／ＢＣＰ／Ｌｉ２Ｏ／ＰＴＣＤＡ／ＩＴＯ／α−ＮＰＤ／（ＴＢＡＤＮ：ｓｔｙ−ＮＰＤ）／ＢＣＰ／（ＬｉＦ／Ａｌ）である。
【００６１】
＜実施例６＞  〜ＥＴＬ／Ｌｉ２Ｏ／Ａｌ／Ａｌｑ３／ＨＡＴ（ＣＮ）６／ＩＴＯ／ＨＴＬ〜
実施例６は、上記実施例２の中間ユニット４において、ＡｌとＨＡＴ（ＣＮ）６の間に電荷輸送性有機材料を含む層４５の材料としてＡｌｑ３を５ｎｍの膜厚で成膜した以外は、実施例２と同様にして有機ＥＬ素子１を得た。すなわち、実施例６の構成は、陽極２側から順にＩＴＯ／α−ＮＰＤ／（ＴＢＡＤＮ：ｓｔｙ−ＮＰＤ）／ＢＣＰ／Ｌｉ２Ｏ／Ａｌ／Ａｌｑ３／ＨＡＴ（ＣＮ）６／ＩＴＯ／α−ＮＰＤ／（ＴＢＡＤＮ：ｓｔｙ−ＮＰＤ）／ＢＣＰ／（ＬｉＦ／Ａｌ）である。
【００６２】
＜比較例１＞  〜ＥＴＬ／（Ａｌｑ３：Ｌｉ）／ＩＴＯ／ＨＴＬ〜
比較例１は、第１の発光ユニット５ａ上に、Ａｌｑ３とＬｉの混合膜（モル比；Ａｌｑ３：Ｌｉ＝１：１）を１０ｎｍの膜厚で成膜した後、ＩＴＯを１０ｎｍの膜厚で成膜した以外は、実施例１と同様にして有機ＥＬ素子を得た。すなわち、比較例１は、アルカリ金属又はアルカリ土類金属を含む層４３の材料が異なると共に、ｎ型半導体材料を含む層４１を有していないことが実施例１と異なる。比較例１の構成は、陽極２側から順にＩＴＯ／α−ＮＰＤ／（ＴＢＡＤＮ：ｓｔｙ−ＮＰＤ）／ＢＣＰ／（Ａｌｑ３：Ｌｉ）／ＩＴＯ／α−ＮＰＤ／（ＴＢＡＤＮ：ｓｔｙ−ＮＰＤ）／ＢＣＰ／（ＬｉＦ／Ａｌ）である。
【００６３】
＜比較例２＞  〜ＥＴＬ／Ｌｉ２Ｏ／ＨＡＴ（ＣＮ）６／ＨＴＬ〜
比較例２は、第１の発光ユニット５ａ上に、Ｌｉ２Ｏを１ｎｍの膜厚で成膜した後、ＨＡＴ（ＣＮ）６を３０ｎｍの膜厚で成膜した以外は、実施例１と同様にして有機ＥＬ素子を得た。すなわち、比較例２は、導電性金属酸化物を含む層４２を有していないことが実施例１と異なる。比較例２の構成は、陽極２側から順にＩＴＯ／α−ＮＰＤ／（ＴＢＡＤＮ：ｓｔｙ−ＮＰＤ）／ＢＣＰ／Ｌｉ２Ｏ／ＨＡＴ（ＣＮ）６／α−ＮＰＤ／（ＴＢＡＤＮ：ｓｔｙ−ＮＰＤ）／ＢＣＰ／（ＬｉＦ／Ａｌ）である。
【００６４】
＜比較例３＞  〜ＥＴＬ／Ａｌ／ＨＡＴ（ＣＮ）６／ＨＴＬ〜
比較例３は、第１の発光ユニット５ａ上に、Ａｌを６ｎｍの膜厚で成膜した後、ＨＡＴ（ＣＮ）６を３０ｎｍの膜厚で成膜した以外は、実施例２と同様にして有機ＥＬ素子を得た。すなわち、比較例２は、導電性金属酸化物を含む層４２及びアルカリ金属又はアルカリ土類金属を含む層４３を有していないことが実施例２と異なる。比較例３の構成は、陽極２側から順にＩＴＯ／α−ＮＰＤ／（ＴＢＡＤＮ：ｓｔｙ−ＮＰＤ）／ＢＣＰ／Ａｌ／ＨＡＴ（ＣＮ）６／α−ＮＰＤ／（ＴＢＡＤＮ：ｓｔｙ−ＮＰＤ）／ＢＣＰ／（ＬｉＦ／Ａｌ）である。
【００６５】
上述した方法により作製された参考例、実施例１乃至実施例６及び比較例１乃至比較例３の有機ＥＬ素子を電源（ＫＥＹＴＨＬＥＹ２４００）に接続し、１０ｍＡ／ｃｍ２で通電させたときの電流効率と、駆動電圧と、初期発光輝度を１０００（ｃｄ／ｍ２）とした場合の発光輝度半減寿命の相対値とを測定した。発光輝度は、商品名がＢＭ−９（株式会社トプコンテクノハウス製）である輝度計を使用して測定した。これらの評価は、参考例の測定結果を「１」とし、この参考例と、実施例１乃至実施例６及び比較例１乃至比較例３とを対比することにより評価した。その結果を表１に示す。
【００６６】
【表１】
2010034042.tif 000013
【００６７】
実施例１乃至実施例６の有機ＥＬ素子１は、いずれも比較例１乃至比較例３の有機ＥＬ素子よりも輝度半減寿命において優れていた。また、比較例１は、特に輝度半減寿命が短かった。この原因は、ｎ型半導体材料を含む層４１を成膜せずにＩＴＯを成膜したことによる発光層のスパッタダメージが考えられる。また、ＩＴＯを成膜していない比較例２、３の輝度半減寿命も短かった。従って、表１の結果は、本実施形態の光学素子１が、アルカリ金属又はアルカリ土類金属を含む層４３、ｎ型半導体材料を含む層４１、及び導電性金属酸化物を含む層４２がこの順で積層された中間ユニット４を有することにより、長寿命化を実現できることを示す。
【００６８】
また、ｎ型半導体材料を含む層４１とアルカリ金属又はアルカリ土類金属を含む層４３との間に還元性金属を含む層４４をさらに備えた実施例２、アルカリ金属又はアルカリ土類金属を含む層４３としてＢＣＰ：Ｃｓを用いた実施例３及びｎ型半導体材料を含む層４１と還元性金属を含む層４４との間に電荷輸送性有機材料を含む層４５をさらに備えた実施例６の光学素子１は、他の本実施形態の光学素子１に比べ、駆動電圧が少なくなり、より長寿命化する。
【００６９】
次に、上述した実施例１の有機ＥＬ素子１における導電性金属酸化物を含む層４２の厚み（ＩＴＯ層１０ｎｍ厚）を基準とし、導電性金属酸化物を含む層４２の厚みを変化させた各有機ＥＬ素子１の相対寿命について試験を行った。その結果を図５に示す。
【００７０】
図５に示される結果から明らかなように、導電性金属酸化物を含む層４２の厚みは、１０〜５０ｎｍであることが望ましい。これは、導電性金属酸化物を含む層４２の厚みが１０ｎｍより薄いと、連続した膜状の層が形成されず実質的には島状に形成されるため、素子の十分な寿命が得られないものと考えられる。また、導電性金属酸化物を含む層４２の厚みが５０ｎｍより厚いと、成膜時の発光層５２ａに対するスパッタダメージが大きくなり、また、物理的な膜ストレスの影響を受けて素子の十分な寿命が得られないものと考えられる。すなわち、導電性金属酸化物を含む層４２の厚みを１０〜５０ｎｍとすることにより、連続的で安定な膜状の層を成膜することができ、しかも、発光層５２ａに対するスパッタダメージや、膜ストレスが小さくなるので、長寿命の有機ＥＬ素子１を得ることができる。
【００７１】
なお、本発明は、上記の実施形態の構成に限られず、発明の要旨を変更しない範囲で種々の変形が可能である。例えば、中間ユニット４を介して複数の発光ユニット５ａ、５ｂを積層させた有機ＥＬ素子１において、ｎ型半導体材料を含む層４１の陰極３側に導電性金属酸化物を含む層４２が、ｎ型半導体材料を含む層の陽極２側にアルカリ金属又はアルカリ土類金属を含む層４３が形成されたものであれば、これらの層間に上述した材料とは異なる材料から成る層が積層されていても構わない。
【符号の説明】
【００７２】
１  有機ＥＬ素子（有機電界発光素子）
２  陽極
３  陰極
４  中間ユニット
４１  ｎ型半導体材料を含む層
４２  導電性金属酸化物を含む層
４３  アルカリ金属又はアルカリ土類金属を含む層
４４  還元性金属を含む層
４５  電荷輸送性有機材料を含む層
５ａ  第１の発光ユニット
５１ａ  電子輸送層
５２ａ  発光層
５３ａ  正孔輸送層
５ｂ  第２の発光ユニット
５１ｂ  電子輸送層
５２ｂ  発光層
５３ｂ  正孔輸送層
【図１】
2010034042.tif 000014
【図２】
2010034042.tif 000015
【図３】
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【図４】
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【図５】
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