(57)【要約】【課題】発光効率を高めて寿命を長期化した有機ＥＬ素子を提供する。【解決手段】有機ＥＬ素子１０１においては、透明電極（陽極）１２０と金属電極（陰極）１７０との間に直流電圧を印加することにより、電子が金属電極１７０から電子輸送層１６０および電子移動制御層１５０を経て発光層１４０に注入され、発光層１４０で正孔と結合し、発光層１４０内の蛍光分子を励起し、発光現象が生じる。この時、電子輸送層１６０より最低空準位が低く極薄く形成された電子移動制御層１５０により、電子輸送層１６０から発光層１４０へ注入される電子の量が抑制され、発光に寄与する電子のみが電子輸送層１６０から発光層１４０に注入される。その結果、発光効率の向上をもたらし、消費電力を抑えて素子の寿命を長期化することができる。【選択図】  図１
2004273163.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一方が透明電極により形成された電極層間に、発光層を含む有機層が１層以上形成された有機ＥＬ素子であって、
前記発光層への電子の流れを抑制する電子移動制御層が前記電極層間に形成されていることを特徴とする
有機ＥＬ素子。
【請求項２】
陰極としての前記電極層と前記発光層との間に電子輸送層が形成され、
前記電子移動制御層は、前記電子輸送層と前記発光層との間に形成され、
前記電子移動制御層の最低空準位のエネルギーレベルは、前記電子輸送層の最低空準位のエネルギーレベルより低いことを特徴とする
請求項１に記載の有機ＥＬ素子。
【請求項３】
前記電子移動制御層と前記電子輸送層の最低空準位のエネルギーレベルの差は、０ｅＶより大きく１ｅＶ以下であることを特徴とする
請求項２に記載の有機ＥＬ素子。
【請求項４】
前記発光層を複数有し、前記発光層各々の前記電極層側に、前記電子移動制御層が形成されていることを特徴とする
請求項２または３に記載の有機ＥＬ素子。
【請求項５】
前記電子移動制御層の厚さは、０．１〜２０ｎｍであることを特徴とする
請求項１〜４のいずれかに記載の有機ＥＬ素子。
【請求項６】
前記電子移動制御層は、α−ＮＰＤ、ＴＰＤ、ｍ−ＴＰＤ、１−ＴＮＡＴＡ、ｐ−ＰＭＴＤＡＴＡ、ＴＦＡＴＡ、ＴＣＡＴＡ、ｐ−ＤＰＡ−ＴＤＡＢ、ＭＴＤＡＰＢ、ｐ−ＢＰＤ、ＰＦＦＡまたはＦＦＤのいずれかである
請求項１〜５のいずれかに記載の有機ＥＬ素子。
【請求項７】
少なくとも一方が透明電極により形成された電極層間に、発光層を含む１層以上の有機層と、電子の流れを抑制する電子移動制御層が配置されるように、前記電極層、前記有機層および前記電子移動制御層を形成することを特徴とする
有機ＥＬ素子の製造方法。
【請求項８】
陰極としての前記電極層と前記発光層との間に、前記発光層に電子を供給する電子輸送層を形成し、
前記電子移動制御層を、前記電子輸送層と前記発光層との間に配置し、当該電子移動制御層の最低空準位のエネルギーレベルが、前記電子輸送層の最低空準位のエネルギーレベルより低くなるように形成することを特徴とする
請求項７に記載の有機ＥＬ素子の製造方法。
【請求項９】
前記発光層を複数形成し、当該発光層各々の前記陰極としての前記電極層側に、前記電子移動制御層を形成することを特徴とする
請求項８に記載の有機ＥＬ素子の製造方法。
【請求項１０】
前記電子移動制御層を、０．１〜２０ｎｍの厚さで形成することを特徴とする
請求項７〜９いずれかに記載の有機ＥＬ素子。
【請求項１１】
少なくとも一方が透明電極により形成された電極層間に、発光層を含む１層以上の有機層と電子の流れを抑制する電子移動制御層とが形成された有機ＥＬ素子が、基体上に複数配置された
有機ＥＬパネル。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、有機電界発光素子（有機エレクトロルミネッセンス素子：以下、「有機ＥＬ素子」と言う）とその製造方法および有機ＥＬパネルに関し、特に、発光効率を向上させることのできる有機ＥＬ素子とその製造方法および有機ＥＬパネルに関する。
【０００２】
【従来の技術】
発光素子として電界発光を利用した有機ＥＬ素子を用いた有機ＥＬパネルが注目を集めている。有機ＥＬパネルは、バックライトが不要な自己発光型のフラットパネルであり、視野角が広く視認性の高いディスプレイを実現できる。また、必要な画素のみを発光させればよいため、液晶ディスプレイなどのバックライト型のディスプレイに比べて消費電力を少なくすることができる。また、応答性能を、今後実用化が期待されている高精細度の高速のビデオ信号にも十分対応可能な程度に高くすることもできる。
有機ＥＬパネルに用いられる有機ＥＬ素子は、たとえば透明電極膜により形成されるアノード（陽極層）、発光層である有機層、および、たとえば金属電極膜により形成されるカソード（陰極層）が積層されて形成される。すなわち、有機材料を上下から電極（陽極および陰極）で挟み込んだ構造を有する。そして、有機層に上下の電極層から電圧を印加することにより、陽極層から正孔が、陰極層から電子がそれぞれ有機層に注入され、有機層にて正孔と電子が再結合し発光が生じる。
【０００３】
このような有機ＥＬ素子においては、従来より、寿命が不十分であるという問題がある。発光のために素子に電圧を印加する有機ＥＬ素子においては、消費電力が大きいと、素子内部が発熱し、材料劣化が促進し、寿命が低下する。したがって、なるべく少ない消費電力で高い輝度で発光する素子が求められている。
そのため、たとえば発光層と正孔輸送層の間に電子ブロック層を挿入することにより、発光層から正孔輸送層への電子の移動を防止するようにした構造の提案がなされている（たとえば、特許文献１参照）。また、発光層と電子輸送層との間に正孔ブロック層を形成し、発光効率を増加させる方法も提案されている（たとえば、特許文献２参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−１７５８８７号公報
【特許文献２】
特開２０００−３０６６７６号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述した電子ブロック層を挿入する方法においては、発光材料に対応して、その発光層の最低空準位より高いエネルギーを有する材料を用いて電子ブロック層を形成する必要がある。すなわち、発光色が異なるために異なる発光材料を用いる場合には、挿入する電子ブロック層の材料をも変える必要がある。そのため、フルカラーで発光する表示パネルにこの方法を適用する場合には、各色の素子に対応して電子ブロック層の材料も変える必要があり、プロセス工程が長く、複雑になるという問題が生じる。
また、いずれの方法においても、未だ有機ＥＬ素子の寿命は十分とは言えず、より高い発光効率で発光し、消費電力を低く抑え、これにより寿命が十分に長い有機ＥＬ素子が望まれている。
【０００６】
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであって、本発明の目的は、プロセス工程を大幅に複雑化することなく発光効率を高め、消費電力が少なくし寿命を長期化した有機ＥＬ素子とその製造方法を提供することにある。
また本発明の他の目的は、フルカラー表示が可能で発光効率が高く消費電力が少なく寿命の長い有機ＥＬパネルを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、本発明の有機ＥＬ素子は、
少なくとも一方が透明電極により形成された電極層間に、発光層を含む有機層が１層以上形成された有機ＥＬ素子であって、
前記発光層への電子の流れを抑制する電子移動制御層が前記電極層間に形成されていることを特徴とする。
【０００８】
このような構成によれば、電子移動制御層により、発光に寄与しない余剰な電子の発光層への流れが抑制される。したがって、発光に寄与する有効な電子のみが発光層に注入されることとなり、素子を流れる電流が効率よく発光に供されることとなり、発光効率が向上する。その結果、発光量が同じまま消費電力を少なくすることができ、素子寿命を長期化することができる。
【０００９】
好適には、本発明の有機ＥＬ素子は、陰極としての前記電極層と前記発光層との間に電子輸送層が形成され、前記電子移動制御層は、前記電子輸送層と前記発光層との間に形成され、前記電子移動制御層の最低空準位のエネルギーレベルが、前記電子輸送層の最低空準位のエネルギーレベルより低いことを特徴とする。
より好適には、前記電子移動制御層と前記電子輸送層の最低空準位のエネルギーレベルの差は、０ｅＶより大きく１ｅＶ以下である。
【００１０】
このような構成によれば、内部電界により電子輸送層から発光層方向に移動する電子の量が、間に介在された電子移動制御層により制御される。したがって、発光層に注入する電子の量が適切に制御される。また、この構成においては、電子輸送層と電子移動制御層との間の最低空準位の差に基づいて、電子の移動量の制御が行われる。したがって、発光層の材料に依存せずに電子の注入量を制御することができ、有機ＥＬ素子の種類に依存しない共通的な材料により電子移動制御層を形成することができる。
【００１１】
好適な一例としては、本発明の有機ＥＬ素子は、前記発光層を複数有し、当該発光層各々の前記陰極としての前記電極層側に、前記電子移動制御層が形成されている。
好適な一例としては、前記電子移動制御層の厚さは、０．１〜２０ｎｍである。
また好適な一例としては、前記電子移動制御層は、α−ＮＰＤ（α−ナフチルフェニルジアミン）、ＴＰＤ（Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−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）、ｍ−ＴＰＤ（Ｎ’、Ｎ’−ビス（３−メチルフェニル）−Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−［１，１’−ビフェニル］−４，４’−ジアミン）、１−ＴＮＡＴＡ（４，４’，４”−トリス（１−ナフチルフェニルフェニルアミノ）トリフェニルアミン）、ｐ−ＰＭＴＤＡＴＡ（４，４’，４”−トリス［ビフェニル−４−イル−（３−メチルフェニル（フェニル）アミノ）トリフェニルアミン］、ＴＦＡＴＡ（４，４’，４”−トリス［９，９−ジメチル−２  −フルオレニル（フェニル）アミノ］  トリフェニルアミン）、ＴＣＡＴＡ（４，４’，４”−トリス（カルバゾール−９−イル）トリフェニルアミン）、ｐ−ＤＰＡ−ＴＤＡＢ（１，３，５−トリス（ジフェニルアミノ）ベンゼン）、ＭＴＤＡＰＢ（１，３，５−トリス｛４−メチルフェニル（フェニル）アミノ］フェニル｝ベンゼン）、ｐ−ＢＰＤ（Ｎ，Ｎ’−ジ（ビフェニル−４−イル）−Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−［１，１’−ビフェニル）−４，４’−ジアミン）、ＰＦＦＡ（Ｎ  ，Ｎ  ’−ビス（９  ，９  −ジメチル−２  −フルオレニル）−Ｎ  ，Ｎ  ’−ジフェニル−９  ，９  −ジメチルフルオレン−２  ，７  −ジアミン）またはＦＦＤ（Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラキス（９，９−ジメチル−２−フルオレニル）−［１，１’−ビフェニル］−４，４’−ジアミン）のいずれかである。
【００１２】
また、本発明の有機ＥＬ素子の製造方法は、少なくとも一方が透明電極により形成された電極層間に、発光層を含む１層以上の有機層と、電子の流れを抑制する電子移動制御層が配置されるように、前記電極層、前記有機層および前記電子移動制御層を形成することを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の有機ＥＬパネルは、少なくとも一方が透明電極により形成された電極層間に、発光層を含む１層以上の有機層と電子の流れを抑制する電子移動制御層とが形成された有機ＥＬ素子が、基体上に複数配置された構成である。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を、図１〜図９を参照して説明する。
図１は本発明の第１実施形態に係る有機ＥＬ素子の構造を示す部分断面図、図２はその有機ＥＬ素子の製造工程を示すフローチャート、図３（Ａ）は実施例１に係る緑色の有機ＥＬ素子の各層のエネルギーを示す模式図、図３（Ｂ）は比較のための従来の緑色の有機ＥＬ素子の各層のエネルギーを示す模式図、図４は実施例１に係る緑色の有機ＥＬ素子の素子を流れる電流に対する発光効率を示す図、図５は実施例１に係る緑色の有機ＥＬ素子の印加電圧に対する発光効率を示す図、図６（Ａ）は実施例２に係る青色の有機ＥＬ素子の各層のエネルギーを示す模式図、図６（Ｂ）は比較のための従来の青色の有機ＥＬ素子の各層のエネルギーを示す模式図、図７（Ａ）は実施例３に係る赤色の有機ＥＬ素子の各層のエネルギーを示す模式図、図７（Ｂ）は比較のための従来の赤色の有機ＥＬ素子の各層のエネルギーを示す模式図、図８は本発明の第２実施形態に係る有機ＥＬ素子の構造を示す部分断面図、図９は本発明の第３実施形態に係る有機ＥＬ素子の構造を示す部分断面図である。
【００１５】
第１実施形態
本発明に係る第１実施形態の有機ＥＬ素子について、図１〜図７を参照して説明する。
第１実施形態の有機ＥＬ素子１０１は、図１に示す積層構造を有する。すなわち、有機ＥＬ素子１０１は、透明基板１１０上に、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ：酸化インジウム錫）透明電極１２０、第１および第２のホール輸送層１３１，１３２、発光層１４０、電子移動制御層１５０、電子輸送層１６０および金属電極１７０が順次積層されて構成される。
【００１６】
ＩＴＯ透明電極１２０は、陽極であり、たとえばスパッタリング法によりＩＴＯ膜を成膜することにより形成される。ＩＴＯ透明電極１２０の厚さは、好適には１０〜１０００ｎｍであり、本実施形態においては２００ｎｍである。
第１のホール輸送層１３１および第２のホール輸送層１３２は、正孔（ホール）を発光層１４０に輸送する層である。第１のホール輸送層１３１は、ｍ−ＴＤＡＴＡの薄膜を真空蒸着法により成膜することにより形成される。第１のホール輸送層１３１の厚さは、好適には１０〜５００ｎｍであり、本実施形態においては１００ｎｍである。また、第２のホール輸送層１３２は、α−ＮＰＤの薄膜であり、同じく真空蒸着法により形成される。第２のホール輸送層１３２の厚さは、好適には１〜１００ｎｍであり、本実施形態においては２５ｎｍである。
【００１７】
発光層１４０は、発光材料の薄膜層であり、発光材料を真空蒸着法により成膜することにより形成される。発光層１４０を形成する発光材料は、その有機ＥＬ素子１０１の発光色に応じて選択される。たとえば緑色に発光する有機ＥＬ素子を形成する場合には、発光材料としてたとえばＡｌｑ３（ｔｒｉｓ（８−ｈｙｄｒｏｘｙｑｕｉｎｏｌｉｎｅ）ａｌｕｍｉｎｕｍ：トリス（８−キノリノラト）アルミニウム錯体）を、青色に発光する素子を形成する場合には、発光材料としてたとえばＺｎ（ｏｘｚ）２を用いる。また、赤色に発光する素子を形成する場合には、発光材料としてたとえばＡｌｑ３にＤＣＭ１という赤色の蛍光色素をドーピングした材料を用いる。発光層１４０の厚さは、好適には１０〜１００ｎｍであり、本実施形態においては２５ｎｍである。
【００１８】
電子移動制御層１５０は、発光層１４０への電子の注入量を制御するための層である。電子移動制御層１５０は、最低空準位（ＬＵＭＯ：Ｌｏｗｅｓｔ  Ｕｎ−ｏｃｃｕｐｉｅｄ  Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｏｒｂｉｔａｌ）のエネルギーが電子輸送層１６０の最低空準位のエネルギーより低い材料を極薄い所定の厚さで堆積させることにより形成し、これにより発光層１４０への電子の移動量を制御する。
電子移動制御層１５０と電子輸送層１６０との最低空準位の差は、０ｅＶより大きく１ｅＶ以下であるのが好ましく、電子移動制御層１５０の材料としてはそのような材料を選択すればよい。具体的には、前記電子移動制御層としては、α−ＮＰＤ、ＴＰＤ、ｍ−ＴＰＤ、１−ＴＮＡＴＡ、ｐ−ＰＭＴＤＡＴＡ、ＴＦＡＴＡ、ＴＣＡＴＡ、ｐ−ＤＰＡ−ＴＤＡＢ、ＭＴＤＡＰＢ、ｐ−ＢＰＤ、ＰＦＦＡまたはＦＦＤなどの材料を用いるのが好ましい。本実施形態においては、電子移動制御層１５０としては正孔輸送性材料であるα−ＮＰＤを用いる。
【００１９】
また、電子移動制御層１５０の厚さは、電子移動制御層１５０により適切な量の電子が発光層１４０に注入されるように適切な値に決められる。一般的には、電子移動制御層１５０の厚さは、０．１〜２０ｎｍが好適であり、より好ましくは０．１〜２０ｎｍである。本実施形態においては、１ｎｍである。
電子移動制御層１５０が薄過ぎると硬化が少なく、厚過ぎると、発光層１４０への電子の注入量が少なくなり、発光層１４０での発光量が減少すると共に、発光層１４０における発光領域が電子移動制御層１５０側にずれ、発光の特性を悪化させる傾向にある。したがって、電子移動制御層１５０の厚さは、電子移動制御層１５０と電子輸送層１６０との最低空準位の差に基づいて適切な値に決められることが好ましい。すなわち、電子移動制御層１５０と電子輸送層１６０との最低空準位の差が小さければ電子移動制御層１５０の厚さは厚くし、その差が大きければ電子移動制御層１５０の厚さは薄くすることが好ましい。
【００２０】
電子輸送層１６０は、電子を電子移動制御層１５０を介して発光層１４０に輸送する層であり、Ａｌｑ３の薄膜を真空蒸着法により成膜することにより形成される。電子輸送層１６０の厚さは、好適には１〜１００ｎｍであり、本実施形態においては２５ｎｍである。
金属電極１７０は、陰極であり、Ａｌを真空蒸着法により堆積させることにより形成される。Ａｌ電極１７０の厚さは、任意でよいが、好適には１０ｎｍ以上であり、本実施形態においては２００ｎｍである。
【００２１】
このような構造の有機ＥＬ素子１０１においては、透明電極（陽極）１２０とＡｌ電極（陰極）１７０との間に直流電圧を印加することにより、正孔は透明電極１２０から第１および第２のホール輸送層１３１，１３２を経て発光層１４０に注入される。また、電子は金属電極１７０から電子輸送層１６０および電子移動制御層１５０を経て発光層１４０に注入される。その結果、注入された正孔および電子が発光層１４０で結合することにより、発光層１４０内の蛍光分子が励起され発光現象が生じる。
この時、発光層１４０への電子の注入量は、電子移動制御層１５０により制御される。すなわち、電子輸送層１６０から発光層１４０へ注入される電子の量が抑制され、発光層１４０における発光に寄与しない電子の移動が防止される。
【００２２】
これまでの有機ＥＬ素子では、発光層での正孔との再結合により消費される電子より過剰な電子が発光層に注入されると、その余剰電子は、駆動電圧により発生する内部電界によりホール輸送層へ移動する。その結果、発光に必要な電子以上の電子を注入することとなり、結果的に発光効率の低下を招いていた。本実施形態の有機ＥＬ素子１０１においては、前述したように電子移動制御層１５０の作用により発光に寄与する電子のみが電子輸送層１６０から発光層１４０に注入されるため、結果的に発光効率の向上をもたらす。そしてその結果、消費電力を少なく抑えることができ、素子の寿命を長期化することができる。
【００２３】
また、この時の電子移動制御層１５０の材料は、電子輸送層１６０の材料に対して最低空準位が低くなるように選択される。すなわち、発光層１４０の材料には依存しない。したがって、発光層１４０の材料が何であろうと、換言すれば、発光色が緑、青あるいは赤などと異なる種類の異なる有機ＥＬ素子１０１に対して、電子移動制御層１５０として同一の材料を用いることができる。そのため、発光層１４０の材料に応じて電子移動制御層１５０の材料を選定しなければならない場合と比較して、プロセス工程の複雑化を防ぐことができる。
【００２４】
なお、本発明に係る有機ＥＬパネルは、このような有機ＥＬ素子１０１であって、赤、緑および青に発色する有機ＥＬ素子を、所定のパターンで２次元マトリクス状に配置することにより形成される。パネルを構成する各有機ＥＬ素子の発光効率の向上、消費電力の低下および寿命の長期化により、パネル全体としても発光効率が向上し、消費電力が抑制され、寿命が長期化することは明白である。
【００２５】
次に、有機ＥＬ素子１０１の製造工程について図２を参照して説明する。
まず、透明基板１１０上にＩＴＯ膜をスパッタリング法により成膜しＩＴＯ透明電極１２０を形成する（ステップＳ２０１）。
次に、ＩＴＯ透明電極１２０上にｍ−ＴＤＡＴＡ膜を真空蒸着法により成膜し、第１のホール輸送層１３１を形成する（ステップＳ２０２）。
次に、第１のホール輸送層１３１上にα−ＮＰＤ膜を真空蒸着法により成膜し、第２のホール輸送層１３２を形成する（ステップＳ２０３）。
次に、第２のホール輸送層１３２上に発光材料の薄膜を真空蒸着法により成膜し、発光層１４０を形成する（ステップＳ２０４）。
次に、発光層１４０上にα−ＮＰＤの薄膜を真空蒸着法により成膜し、電子移動制御層１５０を形成する（ステップＳ２０５）。
次に、電子移動制御層１５０上にＡｌｑ３の薄膜を真空蒸着法により成膜し、電子輸送層１６０を形成する（ステップＳ２０６）。
そして、電子移動制御層１５０上にＡｌを真空蒸着法により堆積させることにより、金属電極１７０を形成する（ステップＳ２０７）。
【００２６】
第２実施形態
本発明に係る第２実施形態の有機ＥＬ素子について、図８を参照して説明する。
第２実施形態の有機ＥＬ素子１０２は、発光取り出し面を、第１実施形態のような基板１１０側ではなく、成膜面側とした有機ＥＬ素子である。
図８に示すように、有機ＥＬ素子１０２は、基板１１２上に、金属電極１７２、電子輸送層１６０、電子移動制御層１５０、発光層１４０、第２のホール輸送層１３２、第１のホール輸送層１３１および透明電極１２０を積層した構造である。
基板１１２は、光取り出し面ではないので透明である必要はない。
金属電極１７１は、低仕事関数を有するたとえばマグネシウム（Ｍｇ）と銀（Ａｇ）の混合材料などの金属を、真空蒸着法などにより、たとえば５ｎｍ程度に薄く成膜して形成する。
【００２７】
それ以外の各構成は、前述した第１実施形態と同じであり、また、このような構成による有機ＥＬ素子１０２の動作も第１実施形態と同じである。すなわち、このような構成においても、電子移動制御層１５０の作用により電子輸送層１６０から発光層１４０への電子の注入量が制御され、発光効率を向上させることができる。またこれにより、消費電力を抑え、素子の寿命を長期化することができる。
このように、成膜面側を光取り出し面とするような有機ＥＬ素子においても、電子輸送層１６０と発光層１４０の間に電子移動制御層１５０を介在させることが可能であり、本発明はこのような形態で実施してもよい。
【００２８】
第３実施形態
本発明に係る第３実施形態の有機ＥＬ素子について、図９を参照して説明する。
第３実施形態の有機ＥＬ素子１０３は、発光層を複数有する構成の有機ＥＬ素子である。
図９に示すように、有機ＥＬ素子１０３は、透明基板１１０上に、ＩＴＯ透明電極１２０、第１のホール輸送層１３１、第２のホール輸送層１３２、第１の発光層１４１、第１の電子移動制御層１５１、第２の発光層１４２、第２の電子移動制御層１５２、電子輸送層１６０および金属電極１７０を順次積層した構造である。
すなわち、有機ＥＬ素子１０２は、２つの発光層１４１，１４２を有し、その各々に対して陰極側に電子移動制御層１５１，１５２が配置された構造である。
【００２９】
複数の発光層を有する有機ＥＬ素子においては、このように各発光層に対して電子移動制御層を配置してよい。各電子移動制御層について、陰極側の材料より最低空準位が低い材料を選択することにより、対応する発光層への電子の注入量を適切に抑制し制御することができ、各発光層における発光効率を向上させることができる。またこれにより、消費電力を抑え、素子の寿命を長期化することができる。
このように、複数の発光層を有する有機ＥＬ素子においても、各発光層に対して電子移動制御層を介在させることが可能であり、本発明はこのような形態で実施してもよい。
【００３０】
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々に改変してよい。
前述した各実施形態の有機ＥＬ素子は、表示パネルにのみ適用されるものではない。液晶装置などのバックライトとしての照明装置など、任意の装置に適用してよい。
【００３１】
【実施例】
以下、本発明を、さらに詳細な実施例に基づき説明するが、本発明は、これら実施例に限定されない。
【００３２】
実施例１
発光層１４０の発光材料としてＡｌｑ３を用い、緑色に発光する有機ＥＬ素子１０１を形成した。すなわち、図１に示した構成において、第２のホール輸送層１３２と電子移動制御層１５０との間に、厚さ２５ｎｍのＡｌｑ３層を発光層１４０として配置した。
なお、この場合の有機ＥＬ素子の各層のエネルギーは、図３（Ａ）に示す状態となる。すなわち、最低空準位（ＬＵＭＯ）が２．６ｅＶの電子輸送層（Ａｌｑ３層）と、同じく最低空準位が２．６ｅＶの発光層（Ａｌｑ３層）との間に、最低空準位が２．３ｅＶの電子移動制御層（α−ＮＰＤ層）が配置された構成となる。また、電子移動制御層を具備しない従来の緑色の有機ＥＬ素子は、図３（Ｂ）に示すように、電子輸送層と発光層（ともにＡｌｑ３層）とが隣接して配置された構成である。
【００３３】
この緑色の有機ＥＬ素子、および、比較のための電子移動制御層を具備しない従来の緑色の有機ＥＬ素子における、素子を流れる電流に対する発光効率を求めた。結果を図４に示す。図４において、横軸は有機ＥＬ素子に流れる電流を素子の面積で除した電流密度であり、縦軸は有機ＥＬ素子を流れる電流当たりの発光光量で示す発光効率である。図４に示すように、同じ電流が流れた場合には、電子移動制御層（α−ＮＰＤ層）を有する本発明に係る有機ＥＬ素子の方が、電子移動制御層を具備しない従来の有機ＥＬ素子に比べて、発光輝度が高くなり発光効率が向上した。
【００３４】
また、この緑色の有機ＥＬ素子、および、比較のための電子移動制御層を具備しない従来の緑色の有機ＥＬ素子における、印加電圧に対する発光効率を求めた結果を図５に示す。図５において、横軸は有機ＥＬ素子に印加した電圧であり、縦軸は有機ＥＬ素子に流れる電流当たりの発光光量で示すところの発光効率である。図５に示すように、同じ電圧を印加した場合には、電子移動制御層（α−ＮＰＤ層）を有する本発明に係る有機ＥＬ素子の方が、電子移動制御層を具備しない従来の有機ＥＬ素子に比べて発光効率が向上した。この場合、両者の間で輝度はほとんど変わらず、有機ＥＬ素子に流れる電流が電子移動制御層を有する有機ＥＬ素子の方が少なくなることにより発光効率が向上した。
いずれにしても、電子移動制御層としてのα−ＮＰＤ層を挿入することにより、発光効率が向上することが確認できた。
【００３５】
実施例２
発光層１４０の発光材料としてＺｎ（ｏｘｚ）２を用い、青色に発光する有機ＥＬ素子を形成した。すなわち、図１に示した構成において、第２のホール輸送層１３２と電子移動制御層１５０との間に、厚さ２５ｎｍのＺｎ（ｏｘｚ）２層を発光層１４０として配置した。
なお、この場合の有機ＥＬ素子の各層のエネルギーは、図６（Ａ）に示す状態となる。すなわち、最低空準位（ＬＵＭＯ）が２．６ｅＶの電子輸送層（Ａｌｑ３層）と、同じく最低空準位が２．９１ｅＶの発光層（Ｚｎ（ｏｘｚ）２層）との間に、最低空準位が２．３ｅＶの電子移動制御層（α−ＮＰＤ層）が配置された構成である。
【００３６】
この青色の有機ＥＬ素子、および、比較のための電子移動制御層を具備しない従来の青色の有機ＥＬ素子に対して、有機ＥＬ素子を流れる電流に対する発光効率、および、印加電圧に対する発光効率を求めた。その結果、図示しないが、図４および図５に示した緑色の有機ＥＬ素子の場合と同様の結果が得られた。すなわち、いずれの場合も、電子移動制御層としてのα−ＮＰＤ層を挿入することにより、発光効率が向上することが確認できた。
【００３７】
実施例３
発光層１４０の発光材料としてＡｌｑ３にＤＣＭ１という赤色の蛍光色素をドーピングした材料を用い、赤色に発光する有機ＥＬ素子を形成した。すなわち、図１に示した構成において、第２のホール輸送層１３２と電子移動制御層１５０との間に、厚さ２５ｎｍの赤色発光材料の層を発光層１４０として配置した。
この場合の有機ＥＬ素子の各層のエネルギーは、図７（Ａ）に示す状態となる。すなわち、発光層１４０のエネルギー状態は、主要材料で最低空準位が２．６ｅＶのＡｌｑ３と、最低空準位が２．０８ｅＶのＤＣＭ１の両特性を備える状態となる。そしてこの発光層と最低空準位（ＬＵＭＯ）が２．６ｅＶの電子輸送層（Ａｌｑ３層）との間に、最低空準位が２．３ｅＶの電子移動制御層（α−ＮＰＤ層）が配置された構成となる。
【００３８】
この赤色の有機ＥＬ素子、および、比較のための電子移動制御層を具備しない従来の赤色の有機ＥＬ素子に対して、有機ＥＬ素子を流れる電流に対する発光効率、および、印加電圧に対する発光効率を求めた。その結果、図示しないが、図４および図５に示した緑色の有機ＥＬ素子の場合と同様の結果が得られた。すなわち、いずれの場合も、電子移動制御層としてのα−ＮＰＤ層を挿入することにより、発光効率が向上することが確認できた。
【００３９】
【発明の効果】
このように、本発明によれば、プロセス工程を大幅に複雑化することなく発光効率を高めて消費電力を抑えて寿命を長期化した有機ＥＬ素子とその製造方法を提供することができる。
また、フルカラー表示が可能で発光効率が高く消費電力を抑えて寿命の長い有機ＥＬパネルを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の第１実施形態に係る有機ＥＬ素子の構造を示す部分断面図である。
【図２】図２は、図１に示した有機ＥＬ素子の製造工程を示すフローチャートである。
【図３】図３は、図１に示した有機ＥＬ素子の実施例１に係る緑色の有機ＥＬ素子の各層のエネルギー状態を示す図であり、図３（Ａ）はその緑色の有機ＥＬ素子の各層のエネルギーを示す模式図であり、図３（Ｂ）は比較のための従来の緑色の有機ＥＬ素子の各層のエネルギーを示す模式図である。
【図４】図４は、図３に係る緑色の有機ＥＬ素子の素子を流れる電流に対する発光効率を示す図である。
【図５】図５は、図３に係る緑色の有機ＥＬ素子の印加電圧に対する発光効率を示す図である。
【図６】図６は、図１に示した有機ＥＬ素子の実施例２に係る青色の有機ＥＬ素子の各層のエネルギー状態を示す図であり、図６（Ａ）はその青色の有機ＥＬ素子の各層のエネルギーを示す模式図であり、図６（Ｂ）は比較のための従来の青色の有機ＥＬ素子の各層のエネルギーを示す模式図である。
【図７】図７は、図１に示した有機ＥＬ素子の実施例１に係る赤色の有機ＥＬ素子の各層のエネルギー状態を示す図であり、図７（Ａ）はその赤色の有機ＥＬ素子の各層のエネルギーを示す模式図であり、図７（Ｂ）は比較のための従来の赤色の有機ＥＬ素子の各層のエネルギーを示す模式図である。
【図８】図８は、本発明の第２実施形態に係る有機ＥＬ素子の構造を示す部分断面図である。
【図９】図９は、本発明の第３実施形態に係る有機ＥＬ素子の構造を示す部分断面図である。
【符号の説明】
１０１，１０２，１０３…有機ＥＬ素子、１１０，１１１…基板、１２０…透明電極、１３１，１３２…ホール輸送層、１４０，１４１，１４２…発光層、１５０，１５１，１５２…電子移動制御層、１６０…電子輸送層、１７０，１７１…金属電極
【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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