(57)【要約】      （修正有）【課題】従来型有機素子の持つ欠点を克服した有機素子の提供。【解決手段】  仕事関数が４．０ｅＶ以下の低仕事関数金属のイオンのうち少なくとも１種を含む有機金属錯体化合物と、有機金属錯体化合物中に含まれる金属イオンを真空中で金属状態に還元しうる熱還元性金属と、を積層もしくは共蒸着による混合により接触させて引き起こされたその場熱還元反応によって還元された低仕事関数金属と電子受容性有機物とが酸化還元反応によって電荷移動錯体を形成して、電子受容性有機物がラジカルアニオン状態にある電子輸送部、及び、イオン化ポテンシャルが５．７ｅＶより小さく電子供与性を有する有機化合物と、有機化合物と酸化還元反応によって電荷移動錯体を形成しうる無機物質又は有機物質と、が積層または混合されて接触しており、電子供与性を有する有機物がラジカルカチオン状態にあるホール輸送部、が積層されてなるホール電流−電子電流変換層を含む。【選択図】  図１
2005166637.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
仕事関数が４．０ｅＶ以下の低仕事関数金属のイオンのうち少なくとも１種を含む有機金属錯体化合物と、前記有機金属錯体化合物中に含まれる金属イオンを真空中で金属状態に還元しうる熱還元性金属と、を積層もしくは共蒸着による混合により接触させて引き起こされたその場熱還元反応によって還元された低仕事関数金属と電子受容性有機物とが酸化還元反応によって電荷移動錯体を形成して、前記電子受容性有機物がラジカルアニオン状態にある電子輸送部、及び
イオン化ポテンシャルが５．７ｅＶより小さく電子供与性を有する有機化合物と、前記有機化合物と酸化還元反応によって電荷移動錯体を形成しうる無機物質又は有機物質と、が積層または混合されて接触しており、前記電子供与性を有する有機物がラジカルカチオン状態にあるホール輸送部、
が積層されてなるホール電流−電子電流変換層を含むことを特徴とする有機素子。
【請求項２】
仕事関数が４．０ｅＶ以下の低仕事関数金属のイオンのうち、少なくとも１種を含む無機化合物と、前記無機化合物中に含まれる金属イオンを真空中で金属状態に還元しうる熱還元性金属と、を積層もしくは共蒸着による混合により接触させて引き起こされたその場熱還元反応によって還元された低仕事関数金属と電子受容性有機物とが、酸化還元反応によって電荷移動錯体を形成して、前記電子受容性有機物がラジカルアニオン状態にある電子輸送部（熱還元反応生成部）、及び
イオン化ポテンシャルが５．７ｅＶより小さく電子供与性を有する有機化合物と、前記有機化合物と酸化還元反応によって電荷移動錯体を形成しうる無機物質又は有機物質とが、積層または混合されて接触しており、前記電子供与性を有する有機物がラジカルカチオン状態にあるホール輸送部、が積層されてなるホール電流−電子電流変換層を含むことを特徴とする有機素子。
【請求項３】
電子輸送部と、ホール輸送部と、を積層してなる ホール電流−電子電流変換層を含み、
前記電子輸送部は、
仕事関数が４．０ｅＶ以下の低仕事関数金属のイオンのうち少なくとも１種を含む有機金属錯体化合物と、
前記有機金属錯体化合物に対して積層もしくは共蒸着による混合により接触し、前記有機金属錯体中に含まれる金属イオンを真空中で金属状態に還元しうる熱還元性金属と、を有し、
前記接触により引き起こされたその場熱還元反応によって還元された低仕事関数金属と電子受容性有機物とが酸化還元反応によって電荷移動錯体を形成して、前記電子受容性有機物がラジカルアニオン状態にあり、
前記ホール輸送層は、イオン化ポテンシャルが５．７ｅＶより小さく電子供与性を有する有機化合物と、前記有機化合物に対して積層または混合されて接触し、前記有機化合物と酸化還元反応によって電荷移動錯体を形成しうる無機物質又は有機物質と、を有し、
前記電子供与性を有する有機物がラジカルカチオン状態にあることを特徴とする有機素子。
【請求項４】
電子輸送部と、ホール輸送部と、を積層してなるホール電流−電子電流変換層を含み、
前記電子輸送部は、
仕事関数が４．０ｅＶ以下の低仕事関数金属のイオンのうち少なくとも１種を含む無機化合物と、
前記無機化合物に対して積層もしくは共蒸着による混合により接触し、前記有機金属錯体中に含まれる金属イオンを真空中で金属状態に還元しうる熱還元性金属と、を有し、
前記接触により引き起こされたその場熱還元反応によって還元された低仕事関数金属と電子受容性有機物とが酸化還元反応によって電荷移動錯体を形成して、前記電子受容性有機物がラジカルアニオン状態にあり、
前記ホール輸送層は、
イオン化ポテンシャルが５．７ｅＶより小さく電子供与性を有する有機化合物と、
前記有機化合物に対して積層または混合されて接触し、前記有機化合物と酸化還元反応によって電荷移動錯体を形成しうる無機物質又は有機物質と、を有し、
前記電子供与性を有する有機物がラジカルカチオン状態にあることを特徴とする有機素子。
【請求項５】
請求項１または請求項３に記載の有機素子において、前記有機金属錯体化合物と前記電子受容性有機物が積層、または混合されて接触している有機素子。
【請求項６】
請求項２または請求項４に記載の有機素子において、前記無機化合物と前記電子受容性有機物が積層、または混合されて接触している有機素子。
【請求項７】
請求項１または請求項３に記載の有機素子において、前記有機金属錯体化合物中で金属イオンに配位もしくは結合している有機分子部分が前記電子受容性有機物として機能する有機素子。
【請求項８】
請求項１または請求項３に記載の有機素子において前記有機金属錯体化合物と前記電子受容性有機物が同一である有機素子。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか１項に記載の有機素子において、前記熱還元性金属が、アルミニウム、ジルコニウム、シリコン、チタン及びタングステンから選択される少なくとも１種を含む有機素子。
【請求項１０】
請求項１から８のいずれか１項に記載の有機素子において、前記熱還元性金属が、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、及びバリウムのアルカリ土類金属から選択される少なくとも１種を含み、かつ、前記有機金属錯体または前記無機化合物中に含有される４．０eＶ以下の低仕事関数金属のイオンがアルカリ金属イオンである有機素子。
【請求項１１】
請求項１から１０のいずれか１項に記載の有機素子において、前記電子供与性を有する有機化合物がアリールアミン化合物であり、一般式（Ｉ）：
【化１】
2005166637.tif 000015
（式中、Ａｒ1、Ａｒ2及びＡｒ3は、それぞれ独立に置換基を有してよい芳香族炭化水素基を表わす。）
で示されるアリールアミン化合物である有機素子。
【請求項１２】
請求項１から１０のいずれか１項記載の有機素子において、前記電子供与性を有する有機化合物が顔料型有機物である有機素子。
【請求項１３】
請求項１２記載の有機素子において、前記電子供与性を有する有機化合物がポルフィリン化合物、または、その誘導体である有機素子。
【請求項１４】
請求項１２記載の有機素子において、前記電子供与性を有する有機化合物がキナクリドン化合物、またはその誘導体である有機素子。
【請求項１５】
請求項１２記載の有機素子において、前記電子供与性を有する有機化合物がインダンスレン化合物、またはその誘導体である有機素子。
【請求項１６】
請求項１１記載の有機素子において、前記電子供与性を有する有機化合物が、ガラス転移点が９０℃以上であるアリールアミン化合物である有機素子。
【請求項１７】
請求項１から４のいずれか１項記載の有機素子において、前記電子供与性を有する有機化合物と酸化還元反応によって電荷移動錯体を形成しうる無機物質が金属酸化物である有機素子。
【請求項１８】
請求項１から４のいずれか１項記載の有機素子において、前記電子供与性を有する有機化合物と酸化還元反応によって電荷移動錯体を形成しうる無機物質が金属ハロゲン化物である有機素子。
【請求項１９】
請求項１６記載の有機素子において、前記金属酸化物が５酸化バナジウム、７酸化２レニウム、３酸化モリブデン、又は３酸化タングステンである有機素子。
【請求項２０】
請求項１から４のいずれか１項記載の有機素子において、前記電子供与性を有する有機化合物と酸化還元反応によって電荷移動錯体を形成しうる有機物質が少なくとも１個のフッ素を置換基として有する有機素子。
【請求項２１】
請求項１から４のいずれか１項記載の有機素子において、前記電子供与性を有する有機化合物と酸化還元反応によって電荷移動錯体を形成しうる有機物質が少なくとも１個のシアノ基を置換基として有する有機素子。
【請求項２２】
請求項２０または請求項２１記載の有機素子において、前記電子供与性を有する有機化合物と酸化還元反応によって電荷移動錯体を形成しうる有機物質が少なくとも１個のシアノ基と、少なくとも１個のフッ素を置換基として同時に有する有機素子。
【請求項２３】
請求項２２記載の有機素子において、前記電子供与性を有する有機化合物と酸化還元反応によって電荷移動錯体を形成しうる有機物質がテトラフルオロ−テトラシアノキノジメタンである有機素子。
【請求項２４】
請求項１から４のいずれか１項記載の有機素子において、前記電子供与性を有する有機化合物と酸化還元反応によって電荷移動錯体を形成しうる有機物質が少なくとも１個のホウ素原子を有している有機素子。
【請求項２５】
請求項１から４のいずれか１項記載の有機素子において、前記電子供与性を有する有機化合物と酸化還元反応によって電荷移動錯体を形成しうる有機物質が少なくとも１個のホウ素原子と、少なくとも１個のフッ素を同時に有している有機素子。
【請求項２６】
請求項２５記載の有機素子において、前記電子供与性を有する有機化合物と酸化還元反応によって電荷移動錯体を形成しうる有機物質が、トリスβ−（ペンタフルオロナフチル）ボランである有機素子。
【請求項２７】
請求項１から２６のいずれか１項の有機素子において、有機ＥＬ素子を含む有機素子。
【請求項２８】
請求項１から２６のいずれか１項の有機素子において、有機太陽電池を含む有機素子。
【請求項２９】
請求項１から２６のいずれか１項の有機素子において、有機ＦＥＴ構造を含む有機素子。
【請求項３０】
請求項１から２６のいずれか１項の有機素子を含むことを特徴とする有機ＥＬ素子。
【請求項３１】
請求項１から２６のいずれか１項の有機素子を含むことを特徴とする有機太陽電池。
【請求項３２】
請求項１から２６のいずれか１項の有機素子を含むことを特徴とする有機ＦＥＴ構造。
【請求項３３】
仕事関数が４．０ｅＶ以下の低仕事関数金属のイオンのうち少なくとも１種を含む有機金属錯体化合物と、前記有機金属錯体化合物中に含まれる金属イオンを真空中で金属状態に還元しうる熱還元性金属と、を積層もしくは共蒸着による混合により接触させてその場熱還元反応を起こし、
前記その場熱還元反応によって還元された低仕事関数金属と電子受容性有機物とを酸化還元反応によって電荷移動錯体を形成して、前記電子受容性有機物がラジカルアニオン状態にある電子輸送部を形成する工程と、
イオン化ポテンシャルが５．７ｅＶより小さく電子供与性を有する有機化合物と、前記有機化合物と酸化還元反応によって電荷移動錯体を形成しうる無機物質又は有機物質と、を積層または混合により接触させ、
前記電子供与性を有する有機物がラジカルカチオン状態にあるホール輸送部を形成する工程と、
を備えることを特徴とする有機素子の製造方法。
【請求項３４】
仕事関数が４．０ｅＶ以下の低仕事関数金属のイオンのうち少なくとも１種を含む無機化合物と、前記無機化合物中に含まれる金属イオンを真空中で金属状態に還元しうる熱還元性金属と、を積層もしくは共蒸着による混合により接触させてその場熱還元反応を起こし、
前記その場熱還元反応によって還元された低仕事関数金属と電子受容性有機物とを酸化還元反応によって電荷移動錯体を形成して、前記電子受容性有機物がラジカルアニオン状態にある電子輸送部を形成する工程と、
イオン化ポテンシャルが５．７ｅＶより小さく電子供与性を有する有機化合物と、前記有機化合物と酸化還元反応によって電荷移動錯体を形成しうる無機物質又は有機物質と、を積層または混合により接触させ、
前記電子供与性を有する有機物がラジカルカチオン状態にあるホール輸送部を形成する工程と、
を備えることを特徴とする有機素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機エレクトロルミネッセント素子（以下、「有機ＥＬ素子」と略記することがある）、有機太陽電池、有機半導体（有機ＦＥＴ等）等、電荷輸送性有機物を使用する有機素子及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、有機半導体や有機導電体の研究が盛んに行われており、中でも有機半導体を使用する発光体である有機ＥＬ素子の進展がめざましい。
【０００３】
有機ＥＬ素子において、Ｔａｎｇらは、素子の高効率化のため、キャリア輸送性の異なる有機化合物（ホール輸送性有機物と電子輸送性有機物）を積層し、ホールと電子がそれぞれ陽極、陰極よりバランスよく注入される構造とし、しかも該陰極と陽極に挟まれた有機層の層厚を２０００Å以下とすることで、１０Ｖ以下の印加電圧で１０００ｃｄ／ｍ2と外部量子効率１％の実用化に十分な高輝度、高効率を得ることに成功した（Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，５１，９１３（１９８７）、特開昭５９−１９４３９３号公報、特開昭６３−２６４６９２号公報、特開平２−１５５９５号公報、米国特許第４，５３９，５０７号明細書、同第４，７６９，２９２号明細書、同第４，８８５，２１１号明細書参照）。
【０００４】
Ｔａｎｇらは、有機太陽電池においても、キャリア輸送性の異なる有機化合物（ホール輸送性有機物であるＣｕＰｃと電子輸送性有機物であるＰＶ）を積層して、１％に近いパワー変換効率を実現している（Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．、４８，１８３（１９８６））。
【０００５】
最近では、これら有機デバイスの電極に挟まれた部分を複数積層して、回路的には直列に接続することで、素子の高効率化を図るアイディアが論文、及び特許文献中に散見されるに至っている（Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．、８０，１６６７（２００２）、Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ  Ｌｅｔｔｅｒｓ，  ｐｐ．３２７−３３０（１９９０）、特開平１１−３２９７４８号公報、米国特許第６３３７４９２号明細書、特開２００３−４５６７６号公報、特開２００３−２６４０８５号公報、等参照）。
【０００６】
特に本発明者は特開２００３−２７２８６０号公報において、１０2Ωｃｍ以上の比抵抗を有する電気絶縁性の電荷発生層を用いて複数の有機ＥＬ発光ユニットを回路的に直列に接続する手法を開示し、ＭＰＥ（Ｍｕｌｔｉ−Ｐｈｏｔｏｎ  Ｅｍｉｓｓｉｏｎ）有機ＥＬ素子と名付けて、学会、展示会等の機会を利用して発表、展示を行い高い評価を得てきた（第４９回応用物理学会関係連合講演会、講演予稿集２７ｐ−ＹＬ−３，ｐ．１３０８、第６３回応用物理学会学術講演会、講演予稿集２７ａ−ＺＬ−１２，ｐ．１１６５、Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ  ｏｆ  ＥＬ２００２  （Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ  ｏｎ  ｔｈｅ  Ｓｃｉｅｎｃｅ  ａｎｄ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  ｏｆ  Ｅｍｉｓｓｉｖｅ  Ｄｉｓｐｌａｙ  ａｎｄ  Ｌｉｇｈｔｉｎｇ）    ｐ．５３９、Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ  ｏｆ  ＩＤＭＣ’０３  （Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｄｉｓｐｌａｙ  Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ）  Ｆｒ−２１−０１  ｐ．４１３、ＳＩＤ０３  ＤＩＧＥＳＴ，  ｖｏｌ．ＸＸＸＩＶ，  ＢＯＯＫＩＩ，  ｐ．９６４、ＳＩＤ０３  ＤＩＧＥＳＴ，  ｖｏｌ．ＸＸＸＩＶ，  ＢＯＯＫＩＩ，  ｐ．９７９、第１３回フラットパネルディスプレオ製造技術展での講演会Ｄ−４（２００３）、ＬＣＤ／ＰＤＰ  ＩＮＴＥＲＮＡＴＩＯＮＡＬ２００２での（株）アイメスの白色発光体の展示及び配布資料、ＥＥｘｐｒｅｓｓ（２００２年１１月１５日号）等参照）。
【０００７】
この電荷発生層の構造は、本発明者がこれまで蓄積してきた有機ＥＬ素子の電極に接する電荷（電子やホール）注入層の組成を、順次、積層したものと類似している。具体的には、特開平１０−２７０１７１号公報（米国特許第６０１３３８４号明細書）や特開２００１−１０２１７５号公報（米国特許第６５８９６７３号明細書）で開示した、電子受容性（電子輸送性）有機物をアルカリ金属等の還元性（電子供与性）物質で還元して生成する該電子受容性有機物のラジカルアニオン分子を含有する層と、特開平１１−２５１０６７号公報（米国特許第６４２３４２９号明細書）や特開２００１−２４４０７９号公報（米国特許第６５８９６７３号明細書）や特開２００３−２７２８６０号公報、特願２００３−３５８４０２号、特願２００４−２０２２６６号明細書等で開示した、電子供与性（ホール輸送性）有機物をＶ2Ｏ5やＭｏＯ3やＷＯ3や、
【化９】
2005166637.tif 000003
で示される４Ｆ−ＴＣＮＱや、
【化１０】
2005166637.tif 000004
で示されるＰＮＢ等の酸化性（電子受容性）物質で酸化して生成する該電子供与性有機物のラジカルカチオン分子を含有する層を順次積層した組成を有している（参照文献：  Ｋ．Ｌ．Ｔ．Ｄａｏ  ａｎｄ  Ｊ．Ｋｉｄｏ，  Ｊ．  Ｐｈｏｔｏｐｏｌｙｍ．  Ｓｃｉ．  Ｔｅｃｈｎｏｌ．，  １５，  ２６１  （２００２））（参照資料：  ＩＤＷ‘０４  Ａｄｖａｎｃｅ  Ｐｒｏｇｒａｍ，ｐ．６０，ＯＬＥＤ２−４，Ｎｏｖｅｌ  Ｍｇ：Ａｌｑ3／ＷＯ3  Ｃｏｎｎｅｃｔｉｎｇ  Ｌａｙｅｒ  ｆｏｒ  Ｔａｎｄｅｍ  Ｗｈｉｔｅ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅｓ（ＷＯＬＥＤｓ）、Ｃ．−Ｃ．Ｃｈａｎｇ，Ｓ．−Ｗ．Ｈｗａｎｇ，Ｈ．−Ｈ．Ｃｈｅｎ，Ｃ．Ｈ．Ｃｈｅｎ，Ｊ．−Ｆ．Ｃｈｅｎ（２００４））。
【０００８】
この電荷発生層を介して従来型有機ＥＬ素子の陰極、陽極に挟まれた部分（発光ユニット）を積層すると、電圧印加時において、該電荷発生層から、陰極方向にホールが移動し、陽極方向に電子が移動するので、複数の発光ユニット中でホールと電子の再結合が生じ光子が発生する。結果として単位注入電流密度当たりの発光強度（例えば量子効率や電流効率）が略（ｎ＋１）倍になることが証明された（ｎは電荷発生層の層数）。
【０００９】
この場合、駆動電圧も略（ｎ＋１）倍となるので、原理的には、電力変換効率はほとんど改善しない（変化しない）と予測された。
【００１０】
しかしながら、厳密かつ詳細に検討すると、最適化された条件で作成されたＭＰＥ有機ＥＬ素子構造は、電力変換効率においても相応の改善効果を実現できる。有機半導体は無機半導体に比べ電荷移動度が桁違いに低いため、所望の電流値を得るには「付加的な電圧」を要することは周知である。ここで言う「付加的な電圧」とは、例えば、２ｅＶの光子を放出するのに最低限必要な２Ｖのデバイス電圧を超えて、単位時間当たり、所望の、多量の光子を放出するために必要な電流密度を得るために‘付加的に’必要とされる電圧（つまり、この場合は（駆動電圧−２Ｖ）＝（付加的電圧））を言う。したがって、一般的に、輝度が電流密度のみに比例する有機ＥＬ素子を例にとれば、輝度の高い領域での電力変換効率は輝度の低い領域での電力変換効率よりも低下する（図２４参照）。
【００１１】
しかしながら、ＭＰＥ有機ＥＬ素子と従来の有機ＥＬ素子を同輝度において比較すれば、ＭＰＥ素子の場合は所要電流密度が略１／（ｎ＋１）、（ｎは電荷発生層の層数）となり、そのとき各（単位）発光ユニット当たり、消費される電位は、従来の有機ＥＬ素子で消費される電位よりも低下するので、実際には全消費電力は低下することになる（つまり電力変換効率は上昇する）。図２４に従来の有機ＥＬ素子構造を電荷発生層を介して２段（ｎ＝１）、５段（ｎ＝４）、１０段（ｎ＝９）、と重ねた場合に、電力変換効率（ｌｍ／Ｗ）が各輝度ごとにどのように変化するかをシミュレートしたものを示した。ここでは電流効率（ｃｄ／Ａ）がきっちり（ｎ＋１）倍となり、駆動電圧も、（同一輝度の時ではなく）同一電流密度の時に、きっちり（ｎ＋１）倍（ｎは電荷発生層の層数）となる場合を示している。因みに従来構造の有機ＥＬ素子のデータ（１段、ｎ＝０の場合）は実際に作製した素子のデータである。
【００１２】
このような良好な状態のＭＰＥ素子は簡単に実現されるわけではない。例えば、所望の電流値を得るための電圧が従来構造の有機ＥＬ素子の（ｎ＋１）倍以上となる場合、つまり、発光ユニットを電荷発生層を介して重ねるたびに、望ましくない「過剰電圧（ΔＶ）」が加えられる事態が生じた場合は、当然のことながら電力変換効率も発光ユニットを重ねるたびに低下していくことになる。    
【００１３】
図２５、図２６に、発光ユニットを２個有するＭＰＥ有機ＥＬ素子のバンド図を示した。望ましくない「過剰電圧（ΔＶ）」は電荷発生層部分内部（本発明における「ホール−電子変換層」内部）で発生する。そもそも有機ＥＬ素子におけるホールの発生（または、注入）とは電子供与性分子（ホール輸送性分子）のＨＯＭＯ（最高占有軌道）準位の電子が引き抜かれた状態の生成、つまりラジカルカチオン分子の生成と同義である。したがってＭＰＥ素子における電荷発生層の役割とは、電圧印加時に、該ラジカルアニオン分子の生成に伴って引き抜かれた電子を別の（陽極側の）発光ユニットの電子受容性分子（電子輸送性分子）のＬＵＭＯ（最低非占有軌道）準位に注入することである。したがって前述の「過剰電圧（ΔＶ）」は、該ＨＯＭＯ準位の電子が該ＬＵＭＯ準位に移動する際に存在する（「ホール−電子変換層」内部の）「エネルギー障壁」によって発生するものである。この「ＨＯＭＯ準位の電子がＬＵＭＯ準位に移動する」ことを別言すれば、「ホール電流を電子電流に変換する」と、表わすことができる。
【００１４】
したがって、（「ホール−電子変換層」内部の）該エネルギー障壁を限りなく０にすることで、（結果的に）「過剰電圧（ΔＶ）」を限りなく０にすることが出来たときに、前述の良好な状態のＭＰＥ有機ＥＬ素子を初めて実現出来ることになる（図２６）。
【００１５】
本発明者は鋭意検討の結果、該エネルギー障壁を限りなく０にして、理想的な「ホール電流−電子電流変換」を実現するに至った。
具体的には、特開平１１−２３３２６２号公報や特開２０００−１８２７７４号公報（米国特許第６３９６２０９号明細書）（Ｊ．Ｅｎｄｏ，Ｔ．Ｍａｔｓｕｍｏｔｏ，ａｎｄ  Ｊ．Ｋｉｄｏ，Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｖｏｌ．４１（２００２）ｐｐ．Ｌ８００−Ｌ８０３参照）で詳説されている手法を用いて、熱還元反応によって電子受容性有機物のラジカルアニオン分子が生成して存在している熱還元反応生成層と、特開平１１−２５１０６７号公報や特開２００１−２４４０７９号公報や特開２００３−２７２８６０号等で詳説されている手法を用いて形成した層（遠藤ら、Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｖｏｌ．４１（２００２）Ｌ３５８、第４７回高分子学会予稿集、４７巻９号、ｐ１９４０（１９９８）、Ｌｅｏら、Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．、ｖｏｌ．７８，Ｎｏ．４，（２００１）参照）、つまり、酸化性分子によって、電子供与性有機物のラジカルカチオン分子が生成している層と、を順次重ねることによって、（ＨＯＭＯ準位を流れる）ホール電流が（ＬＵＭＯ準位を流れる）電子電流に障壁なく‘変換’されることが判明した。
【００１６】
しかしながら、本発明者らが開示した、特開平１０−２７０１７１号公報（米国特許第６０１３３８４号明細書）、特開２００１−１０２１７５号公報（米国特許第６５８９６７３号明細書）、Ｊ．Ｋｉｄｏ  ａｎｄ  Ｔ．Ｍａｔｓｕｍｏｔｏ，Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，７３，ｐ．２８６６（１９９８）、等で詳説されている手法、すなわち、アルカリ金属等の電子ドナー（還元性ドーパント）をドーピングすることで、電子受容性有機物のラジカルアニオン分子を生成した場合は、該電子ドナー（還元性ドーパント）と電子アクセプター（該酸化性分子）が直接に反応したり、前記電子受容性有機物と前記酸化性分子の間や、前記電子供与性分子（ホール輸送性分子）と前記電子ドナー（還元性ドーパント）の間にも、意図せずして、望ましくない反応が引き起こされ、結果として電子の移動を妨げることが懸念され、実際に本発明者の検討によれば該ＭＰＥ有機ＥＬ素子の駆動電圧が段数（ｎ＋１）倍以上となってしまい、上記「過剰電圧（ΔＶ）」を０に出来ないことが判明した。ここで、「駆動電圧が発光ユニットの重ね段数倍以上となってしまい．．」というのは、同電流密度（または、同輝度）を達成するための駆動電圧が発光ユニットの重ね段数倍以上となることを意味し、特に高電流密度（または、高輝度）領域になるにしたがってその傾向が顕著となる（つまりΔＶの値には電流密度依存性がある）。このような望ましくない状態のＭＰＥ有機ＥＬ素子の実施例は、本発明者らによる特開２００３−４５６７６号公報や、特開２００３−２７２８６０号公報に開示されている。
【００１７】
【特許文献１】特開昭５９−１９４３９３号公報
【特許文献２】特開昭６３−２６４６９２号公報
【特許文献３】特開平２−１５５９５号公報
【特許文献４】特開平１０−２７０１７１号公報
【特許文献５】特開平１１−２３３２６２号公報
【特許文献６】特開平１１−２５１０６７号公報
【特許文献７】特開平１１−３２９７４８号公報
【特許文献８】特開２０００−１８２７７４号公報
【特許文献９】特開２００１−１０２１７５号公報
【特許文献１０】特開２００１−２４４０７９号公報
【特許文献１１】特開２００３−４５６７６号公報
【特許文献１２】特開２００３−２６４０８５号公報
【特許文献１３】特開２００３−２７２８６０号公報
【特許文献１４】米国特許第４，５３９，５０７号明細書
【特許文献１５】米国特許第４，７６９，２９２号明細書
【特許文献１６】米国特許第４，８８５，２１１号明細書
【特許文献１７】米国特許第６，３３７，４９２号明細書
【非特許文献１】Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，５１，９１３（１９８７）
【非特許文献２】Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，４８，１８３（１９８６）
【非特許文献３】Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ  Ｌｅｔｔｅｒｓ，  ｐｐ．３２７−３３０（１９９０）
【非特許文献４】Ｊ．Ｋｉｄｏ  ａｎｄ  Ｔ．Ｍａｔｓｕｍｏｔｏ，Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，７３，ｐ．２８６６（１９９８）
【非特許文献５】第４７回高分子学会予稿集、４７巻９号、ｐ１９４０（１９９８）
【非特許文献６】Ｌｅｏら、Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，ｖｏｌ．７８，Ｎｏ．４（２００１）
【非特許文献７】Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，８０，１６６７（２００２）
【非特許文献８】Ｋ．Ｌ．Ｔ．Ｄａｏ  ａｎｄ  Ｊ．Ｋｉｄｏ，  Ｊ．  Ｐｈｏｔｏｐｏｌｙｍ．  Ｓｃｉ．  Ｔｅｃｈｎｏｌ．，  １５，  ２６１  （２００２）
【非特許文献９】Ｊ．Ｅｎｄｏ，Ｔ．Ｍａｔｓｕｍｏｔｏ，ａｎｄ  Ｊ．Ｋｉｄｏ，Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｖｏｌ．４１（２００２）ｐｐ．Ｌ８００−Ｌ８０３
【非特許文献１０】遠藤ら、Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｖｏｌ．４１（２００２）Ｌ３５８
【非特許文献１１】第４９回応用物理学会関係連合講演会、講演予稿集２７ｐ−ＹＬ−３，ｐ．１３０８
【非特許文献１２】第６３回応用物理学会学術講演会、講演予稿集２７ａ−ＺＬ−１２，ｐ．１１６５
【非特許文献１３】Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ  ｏｆ  ＥＬ２００２  （Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ  ｏｎ  ｔｈｅ  Ｓｃｉｅｎｃｅ  ａｎｄ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  ｏｆ  Ｅｍｉｓｓｉｖｅ  Ｄｉｓｐｌａｙ  ａｎｄ  Ｌｉｇｈｔｉｎｇ）    ｐ．５３９
【非特許文献１４】Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ  ｏｆ  ＩＤＭＣ’０３  （Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｄｉｓｐｌａｙ  Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ）  Ｆｒ−２１−０１  ｐ．４１３、ＳＩＤ０３  ＤＩＧＥＳＴ，  ｖｏｌ．ＸＸＸＩＶ，  ＢＯＯＫＩＩ，  ｐ．９６４
【非特許文献１５】ＳＩＤ０３  ＤＩＧＥＳＴ，  ｖｏｌ．ＸＸＸＩＶ，  ＢＯＯＫＩＩ，  ｐ．９７９
【非特許文献１６】ＩＤＷ‘０４  Ａｄｖａｎｃｅ  Ｐｒｏｇｒａｍ，ｐ．６０，ＯＬＥＤ２−４，Ｎｏｖｅｌ  Ｍｇ：Ａｌｑ３／ＷＯ３  Ｃｏｎｎｅｃｔｉｎｇ  Ｌａｙｅｒ  ｆｏｒ  Ｔａｎｄｅｍ  Ｗｈｉｔｅ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅｓ（ＷＯＬＥＤｓ）、Ｃ．−Ｃ．Ｃｈａｎｇ，Ｓ．−Ｗ．Ｈｗａｎｇ，Ｈ．−Ｈ．Ｃｈｅｎ，Ｃ．Ｈ．Ｃｈｅｎ，Ｊ．−Ｆ．Ｃｈｅｎ（２００４）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
本発明の目的は、下記に記載する電子輸送部としての層とホール輸送部としての層の２つの層を連続して積層させた「ホール電流−電子電流変換層」（「ホール−電子変換層」）を、ＭＰＥ有機ＥＬ素子の電荷発生層のみならず、従来型有機太陽電池を複数個、直列につなぐ「接続層」として用いたり、さらには一般的な有機素子の電極形成時のバッファー層として用いたりと、この層（が持つ利点）を一般化して広範囲に使用することで、従来型有機素子の持つ欠点を克服することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
電子受容性有機物をラジカルアニオン分子とするために、
（１）「アルカリ金属イオン、アルカリ土類金属イオン、希土類金属イオン、及び一部の遷移金属イオンを代表とする、仕事関数が４．０ｅＶ以下の低仕事関数金属のイオンのうち、少なくとも１種を含む化合物（有機物でも無機物でもよい）」と、「（アルミニウムのように）該化合物に含まれる金属イオンを真空中（例えば蒸着チャンバー内の雰囲気）で金属状態に還元しうる熱還元性金属」とを、（真空蒸着による）積層、もしくは、共蒸着による混合により接触させて反応させ、該熱還元反応によって還元された低仕事関数金属と、その近傍に存在する電子受容性有機物とを（電子の授受による）酸化還元反応によって電荷移動錯体を形成させて、該電子受容性有機物がラジカルアニオン状態にある電子輸送部（熱還元反応生成部）と、
（２）（ａ）イオン化ポテンシャルが５．７ｅＶより小さく、電子供与性すなわちホール輸送性を有する有機化合物と、（ｂ）（ａ）の有機化合物と、（電子の授受による）酸化還元反応によって電荷移動錯体を形成しうる無機物質又は有機物質とが、積層、または混合されて接触しており、（ａ）の電子供与性有機物がラジカルカチオン状態にあるホール輸送部、とが積層されてなる「ホール電流−電子電流変換層」（「ホール−電子変換層」）を有していればよく、この層の使用法は特に限定されない。
【００２０】
本発明の有機素子は、仕事関数が４．０ｅＶ以下の低仕事関数金属のイオンのうち少なくとも１種を含む有機金属錯体化合物と、有機金属錯体化合物中に含まれる金属イオンを真空中で金属状態に還元しうる熱還元性金属と、を積層もしくは共蒸着による混合により接触させて引き起こされたその場熱還元反応によって還元された低仕事関数金属と電子受容性有機物とが酸化還元反応によって電荷移動錯体を形成して、電子受容性有機物がラジカルアニオン状態にある電子輸送部、及び、イオン化ポテンシャルが５．７ｅＶより小さく電子供与性を有する有機化合物と、有機化合物と酸化還元反応によって電荷移動錯体を形成しうる無機物質又は有機物質と、が積層または混合されて接触しており、電子供与性を有する有機物がラジカルカチオン状態にあるホール輸送部、
が積層されてなるホール電流−電子電流変換層を含むことを特徴としている。
【００２１】
本発明の有機素子は、仕事関数が４．０ｅＶ以下の低仕事関数金属のイオンのうち、少なくとも１種を含む無機化合物と、無機化合物中に含まれる金属イオンを真空中で金属状態に還元しうる熱還元性金属と、を積層もしくは共蒸着による混合により接触させて引き起こされたその場熱還元反応によって還元された低仕事関数金属と電子受容性有機物とが酸化還元反応によって電荷移動錯体を形成して、電子受容性有機物がラジカルアニオン状態にある電子輸送部（熱還元反応生成部）、及び、イオン化ポテンシャルが５．７ｅＶより小さく電子供与性を有する有機化合物と、有機化合物と酸化還元反応によって電荷移動錯体を形成しうる無機物質又は有機物質とが、積層または混合されて接触しており、電子供与性を有する有機物がラジカルカチオン状態にあるホール輸送部、が積層されてなるホール電流−電子電流変換層を含むことを特徴としている。
【００２２】
本発明の有機素子は、電子輸送部と、ホール輸送部と、を積層してなるホール電流−電子電流変換層を含み、電子輸送部は、仕事関数が４．０ｅＶ以下の低仕事関数金属のイオンのうち少なくとも１種を含む有機金属錯体化合物と、有機金属錯体化合物に対して積層もしくは共蒸着による混合により接触し、有機金属錯体中に含まれる金属イオンを真空中で金属状態に還元しうる熱還元性金属と、を有し、接触により引き起こされたその場熱還元反応によって還元された低仕事関数金属と電子受容性有機物とが酸化還元反応によって電荷移動錯体を形成して、電子受容性有機物がラジカルアニオン状態にあり、ホール輸送層は、イオン化ポテンシャルが５．７ｅＶより小さく電子供与性を有する有機化合物と、有機化合物に対して積層または混合されて接触し、有機化合物と酸化還元反応によって電荷移動錯体を形成しうる無機物質又は有機物質と、を有し、電子供与性を有する有機物がラジカルカチオン状態にあることを特徴としている。
【００２３】
本発明の有機素子は、電子輸送部と、ホール輸送部と、を積層してなるホール電流−電子電流変換層を含み、電子輸送部は、仕事関数が４．０ｅＶ以下の低仕事関数金属のイオンのうち少なくとも１種を含む無機化合物と、無機化合物に対して積層もしくは共蒸着による混合により接触し、有機金属錯体中に含まれる金属イオンを真空中で金属状態に還元しうる熱還元性金属と、を有し、接触により引き起こされたその場熱還元反応によって還元された低仕事関数金属と電子受容性有機物とが酸化還元反応によって電荷移動錯体を形成して、電子受容性有機物がラジカルアニオン状態にあり、ホール輸送層は、イオン化ポテンシャルが５．７ｅＶより小さく電子供与性を有する有機化合物と、有機化合物に対して積層または混合されて接触し、有機化合物と酸化還元反応によって電荷移動錯体を形成しうる無機物質又は有機物質と、を有し、電子供与性を有する有機物がラジカルカチオン状態にあることを特徴としている。
【００２４】
上記有機金属錯体化合物と電子受容性有機物は積層または混合されて接触していることが好ましい。
【００２５】
上記無機化合物と電子受容性有機物も積層または混合されて接触していることが好ましい。
【００２６】
上記有機金属錯体化合物中で金属イオンに配位もしくは結合している有機分子部分（部位）は電子受容性有機物として機能していても良い。
【００２７】
上記有機金属錯体化合物と電子受容性有機物は、同一であっても良い。
【００２８】
上記熱還元性金属は、アルミニウム、ジルコニウム、シリコン、チタン及びタングステンから選択される少なくとも１種を含むことが望ましい。
【００２９】
上記金属錯体化合物または上記無機化合物に含まれる低仕事関数金属のイオンがアルカリ金属イオンである場合は、上記熱還元性金属は、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、及びバリウムのアルカリ土類金属から選択される少なくとも１種を含む金属であっても良い。
【００３０】
上記電子供与性有機化合物は、アリールアミン化合物であり、一般式（Ｉ）：
【化１】
2005166637.tif 000005
（式中、Ａｒ1、Ａｒ2及びＡｒ3は、それぞれ独立に置換基を有してよい芳香族炭化水素基を表わす。）
で示されるアリールアミン化合物であるとよい。
【００３１】
上記電子供与性有機化合物は顔料型有機物であることが好ましい。
【００３２】
上記電子供与性有機化合物は、ポルフィリン化合物またはその誘導体であるとよい。
【００３３】
上記電子供与性有機化合物は、キナクリドン化合物またはその誘導体であることが好ましい。
【００３４】
上記電子供与性有機化合物は、インダンスレン化合物またはその誘導体であることが好ましい。
【００３５】
上記電子供与性有機化合物は、ガラス転移点が９０℃以上であるアリールアミン化合物であるとよい。
【００３６】
上記、電子供与性を有する有機化合物と酸化還元反応によって電荷移動錯体を形成しうる無機物質は、金属酸化物であることが好ましい。
【００３７】
上記、電子供与性を有する有機化合物と酸化還元反応によって電荷移動錯体を形成しうる無機物質は、金属ハロゲン化物であることが好ましい。
【００３８】
上記、電子供与性を有する有機化合物と酸化還元反応によって電荷移動錯体を形成しうる金属酸化物は、Ｖ2Ｏ5（５酸化バナジウム）、７酸化２レニウム、ＭｏＯ3（３酸化モリブデン）、又はＷＯ3（３酸化タングステン）であることが好ましい。
【００３９】
上記電子供与性を有する有機化合物と酸化還元反応によって電荷移動錯体を形成しうる金属ハロゲン化物は、塩化第２鉄、臭化第２鉄、等の鉄ハロゲン化物や、アルミニウムハロゲン化物、ガリウムハロゲン化物、インジウムハロゲン化物、アンチモンハロゲン化物、又は、ヒ素ハロゲン化物から適宜選択されることが好ましい。
【００４０】
上記、電子供与性を有する有機化合物と酸化還元反応によって電荷移動錯体を形成しうる有機物質は、少なくとも１個のフッ素を置換基として有するとよい。
【００４１】
上記、電子供与性を有する有機化合物と酸化還元反応によって電荷移動錯体を形成しうる有機物質は、少なくとも１個のシアノ基を置換基として有することが好ましい。
【００４２】
上記、電子供与性を有する有機化合物と酸化還元反応によって電荷移動錯体を形成しうる有機物質は、少なくとも１個のシアノ基と、少なくとも１個のフッ素を置換基として同時に有することが好ましい。
【００４３】
上記、電子供与性を有する有機化合物と酸化還元反応によって電荷移動錯体を形成しうる有機物質は、テトラフルオロ−テトラシアノキノジメタンであることが好ましい。
【００４４】
上記、電子供与性を有する有機化合物と酸化還元反応によって電荷移動錯体を形成しうる有機物質は、少なくとも１個のホウ素原子を有していることが好ましい。
【００４５】
上記、電子供与性を有する有機化合物と酸化還元反応によって電荷移動錯体を形成しうる有機物質は、少なくとも１個のホウ素原子と、少なくとも１個のフッ素を同時に有しているとよい。
【００４６】
上記、電子供与性を有する有機化合物と酸化還元反応によって電荷移動錯体を形成しうる有機物質は、トリスβ−（ペンタフルオロナフチル）ボランであるであることが好ましい。
【００４７】
本発明の有機素子は、有機ＥＬ素子を含むことを特徴としている。
【００４８】
本発明の有機素子は、有機太陽電池を含むことを特徴としている。
【００４９】
本発明の有機素子は、有機ＦＥＴ構造を含むことを特徴としている。
【００５０】
本発明の有機ＥＬ素子は、上記有機素子を含むことを特徴としている。
【００５１】
本発明の有機太陽電池は、上記有機素子を含むことを特徴としている。
【００５２】
本発明の有機ＦＥＴ構造は、上記有機素子を含むことを特徴としている。
【００５３】
本発明の有機素子の製造方法は、仕事関数が４．０ｅＶ以下の低仕事関数金属のイオンのうち少なくとも１種を含む有機金属錯体化合物と、有機金属錯体化合物中に含まれる金属イオンを真空中で金属状態に還元しうる熱還元性金属と、を積層もしくは共蒸着による混合により接触させてその場熱還元反応を起こし、その場還元反応によって還元された低仕事関数金属と電子受容性有機物とを酸化還元反応によって電荷移動錯体を形成して、電子受容性有機物がラジカルアニオン状態にある電子輸送部を形成する工程と、イオン化ポテンシャルが５．７ｅＶより小さく電子供与性を有する有機化合物と、有機化合物と酸化還元反応によって電荷移動錯体を形成しうる無機物質又は有機物質と、を積層または混合により接触させ、電子供与性を有する有機物がラジカルカチオン状態にあるホール輸送部を形成する工程と、を備えることを特徴としている。
【００５４】
本発明の有機素子の製造方法は、仕事関数が４．０ｅＶ以下の低仕事関数金属のイオンのうち少なくとも１種を含む無機化合物と、無機化合物中に含まれる金属イオンを真空中で金属状態に還元しうる熱還元性金属と、を積層もしくは共蒸着による混合により接触させてその場熱還元反応を起こし、その場還元反応によって還元された低仕事関数金属と電子受容性有機物とを酸化還元反応によって電荷移動錯体を形成して、電子受容性有機物がラジカルアニオン状態にある電子輸送部を形成する工程と、イオン化ポテンシャルが５．７ｅＶより小さく電子供与性を有する有機化合物と、有機化合物と酸化還元反応によって電荷移動錯体を形成しうる無機物質又は有機物質と、を積層または混合により接触させ、電子供与性を有する有機物がラジカルカチオン状態にあるホール輸送部を形成する工程と、を備えることを特徴としている。
【発明の効果】
【００５５】
電子輸送部としての層とホール輸送部としての層を連続して積層させた「ホール電流−電子電流変換層」（「ホール−電子変換層」）を、ＭＰＥ有機ＥＬ素子の電荷発生層のみならず、従来型有機太陽電池を複数個、直列につなぐ「接続層」として用いたり、さらには一般的な有機素子の電極形成時のバッファー層として用いたりと、この層（が持つ利点）を一般化して広範囲に使用することで、従来型有機素子の持つ欠点を克服することができる。
【００５６】
熱還元反応生成層（電子輸送部）中では、アルミニウムやマグネシウム等の熱還元性金属はすでに金属原子として存在しておらず、イオン状態（酸化状態）として存在しているため、下記の実施例に見られるように良好な透明性を付与することができる。
【００５７】
アルカリ金属を代表とする還元性ドーパントは大気中で発火するほど反応活性なものがほとんどなので、本発明の手法はそのような金属のハンドリングが不要になる、という工程上の優位点がある。
【００５８】
透明性が高く、かつ、発明者らが特開平１０−２７０１７１号公報や特開２００１−１０２１７５号公報等で開示した、還元性ドーパントがドーピングされた電子輸送層と略同等の比抵抗を有する膜を得ることが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５９】
＜第１実施形態＞
第１実施形態においては、電子輸送部（熱還元反応生成部）の構成物質として、アルカリ金属イオン、アルカリ土類金属イオン、希土類金属イオン及び一部の遷移金属イオンを代表とする仕事関数が４．０ｅＶ以下の低仕事関数金属（アルカリ金属）のイオン含有有機物として、
【化２】
2005166637.tif 000006
で示される、（８−キノリノラト）リチウム錯体（以下、Ｌｉｑと略記することがある）を使用し、
さらに、電子受容性（輸送性）有機物として、
【化３】
2005166637.tif 000007
で表されるトリス（８−キノリノラト）アルミニウム錯体（以下、Ａｌｑと略記することがある）、もしくは
【化４】
2005166637.tif 000008
で示されるバソクプロイン（以下、ＢＣＰと略記することがある）の様な有機物を、あらかじめ共蒸着の手法により混合層として形成しておき、さらにその混合層上に代表的熱還元性金属であるアルミニウムを適量真空蒸着するのが好適な形成方法の一つである。この時、アルミニウム金属はアルカリ金属イオン（ＬｉｑではＬｉ+）を還元（その場（ｉｎ−ｓｉｔｕ）還元反応）するので自らは、当然、酸化状態に変化する（アルミニウムイオン含有化合物となる）。さらに還元されて生成したＬｉ金属は近傍に存在する電子受容性（ホール輸送性）有機物（例えばＡｌｑ）と電子の授受による酸化還元反応によって（（Ｌｉ＋Ａｌｑ  →）Ｌｉ+  ＋  Ａｌｑ-（ラジカルアニオン））の電荷移動錯体を形成する。ここで、生成したラジカルアニオンが電子電流の担い手（内部電荷）として振る舞える分けである。
【００６０】
このようにして生成した、熱還元反応生成層は（純粋な有機物と比べても）一般に、透明性が高く、さらに純粋な有機物と比べ比抵抗が低下する（つまり、導電性が上昇する）特徴がある。このような導電性の上昇は、該プロセスが「アルミニウムの様な金属を混入するプロセスであるから」、とする誤解を生ずることがあるが、上記のように、該熱還元反応生成層中では、既にアルミニウムは金属原子として存在しておらず、イオン状態（酸化状態）として存在している。したがって良好な透明性が付与される分けである。導電性の向上の要因は、上記Ａｌｑ-（ラジカルアニオン）の生成に起因している（実施例４，５参照）。
【００６１】
アルミニウム等の熱還元性金属の量はアルカリ金属イオン含有化合物中のイオンを金属に還元するための「過不足のない量」が好ましく、この量が少ないと十分に該熱還元反応を起こすことが出来ずに、結果として電子受容性（輸送性）有機物がラジカルアニオンとなることが出来ないし、過剰であると該熱還元反応に寄与出来ない（つまり酸化状態に変化出来ない）金属アルミニウムが残存するため、膜の透明性を低下させるので所望の効果が期待出来なくなる。このような現象を示す例を下記実施例４に示した。
【００６２】
＜第２実施形態＞
第２実施形態においては、電子輸送部（熱還元反応生成部）の構成物質として、第１実施形態と同様に低仕事関数金属（アルカリ金属）イオン含有化合物として、Ｌｉｑの様なアルカリ金属イオン含有有機金属錯体と、Ａｌｑの様な電子受容性（輸送性）有機物と、さらにアルミニウムのような熱還元性金属を同時に蒸着して混合させて（３元共蒸着）、上記と同様の機能を持つ電子輸送部を作成することも可能である。この場合該３つの物質の蒸着比率を適正に制御することで、透明性が高く、かつ本発明者が特開平１０−２７０１７１号公報や特開２００１−１０２１７５号公報等で開示した還元性ドーパントがドーピングされた電子輸送層と略同等の比抵抗を有する膜を得ることが可能である（実施例５参照）。言うまでもなく、アルカリ金属を代表とする該還元性ドーパントは大気中で発火するほど反応活性なものがほとんどなので、本発明の手法はそのような金属のハンドリングが不要になる、という工程上の優位点がある。
【００６３】
＜第３実施形態＞
第３実施形態においては、電子輸送部（熱還元反応生成部）の構成物質として、
【化５】
2005166637.tif 000009
で、示されるトリ（１，３−フェニル−１，３−プロパンジオナト）モノ（バソフェナントロリン）ユウロピウム錯体（以下、「Ｅｕ（ＤＢＭ）３・ＢＰＥＨＥＮ」と略記することがある）の様な希土類金属イオン含有有機金属錯体であって、配位子の一つに
【化６】
2005166637.tif 000010
で示されるバソフェナントロリン（以下、ＢＰＨＥＮ）の様な、それ自身に電子受容性（輸送性）を有する化合物を有している場合は、
Ｅｕ（ＤＢＭ）３・ＢＰＥＨＥＮの化合物と熱還元性金属であるアルミニウムを同時に蒸着して混合させ（２元共蒸着）、上記と同様の機能を持つ電子輸送部を作成することも可能である。この場合も、該２つの物質の蒸着比率を適正に制御することで、透明性が高く、かつ本発明者が特開平１０−２７０１７１号公報や特開２００１−１０２１７５号公報等で開示した、還元性ドーパントがドーピングされた電子輸送層と略同等の比抵抗を有する膜を得ることが可能である（Ｅｕの酸化によるＢＰＨＥＮ-（ラジカルアニオン）の生成）。
【００６４】
＜第４実施形態＞
第４実施形態においては、上記Ｌｉｑの様に、アルカリ金属イオンを含有して、かつ、それ自身が電子受容性（輸送性）を併せ持つ化合物である場合は、熱還元性金属であるアルミニウムと適当な比率で同時に蒸着して混合させ（２元共蒸着）、上記と同様の機能を持つ電子輸送部を作成することも可能である。この場合は、アルミニウムによって熱還元されないＬｉｑが残存していることが想定されており、酸化還元反応によって（Ｌｉ+  ＋  Ｌｉｑ-（ラジカルアニオン））の電荷移動錯体を形成する。
もちろん、上記のアルカリ金属イオンや、希土類金属イオンのような低仕事関数金属のイオン含有化合物であれば、上記有機金属錯体に代えて無機化合物を使用してもよい。
【００６５】
上記の実施形態１〜４に示される電子輸送部に隣接して形成される本発明のホール輸送部は、既にこれまで有機ＥＬ素子のホール注入層やホール輸送層中で広く使用されている、イオン化ポテンシャルが５．７ｅＶより小さく電子供与性を有する有機化合物と、前記有機化合物と酸化還元反応によって電荷移動錯体を形成しうる無機物質又は有機物質と、が積層または混合されて接触しており、前記電子供与性を有する有機化合物がラジカルカチオン状態にあるホール輸送部となっている。
【００６６】
なお、有機化合物、金属、及び「ホール電流−電子電流変換層」の成膜には、日本ビーテック製真空蒸着機を使用した。蒸着物質の成膜速度の制御や膜厚の制御は該蒸着機に取付けられている、水晶振動子を使用した成膜モニターＣＲＴＭ−８０００（ＵＬＶＡＣ（日本真空技術社）製）を使用した。また、成膜後の実質膜厚の測定には、テンコール（Ｔｅｎｃｏｒ）社製Ｐ１０触針式段差計を用いた。素子の特性評価には、ケースレー（ＫＥＩＴＨＬＥＹ）社ソースメータ２４００、トプコンＢＭ−８輝度計を使用した。また、吸収スペクトルの測定は、パーキンエルマー製：ラムダ１９を使用して測定した。
【００６７】
以下に実施例を挙げて本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれにより限定されるものではない。
【実施例１】
【００６８】
実施例１は、陰極に接する層に、本発明の「ホール電流−電子電流変換層」を有しており、結果的に、ホール電流の流れる層が陰極に接している有機ＥＬ素子の例である。
この例では、図１に示すように、ガラス基板１０上にパターニングされたＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ）陽極１１上に、下記式
【化７】
2005166637.tif 000011
で表わされる４，４’−ビス［Ｎ−（２−ナフチル）−Ｎ−フェニル−アミノ］ビフェニル（以下、αＮＰＤ、または、ＮＰＢとも略記することがある。）を６００Åの厚さで真空蒸着によりホール輸送層１２として積層し、ついで発光層１３として、Ａｌｑを６００Åの厚さで積層した。
【００６９】
次に、上記Ａｌｑ（低仕事関数金属イオン含有化合物）とＬｉｑを、モル比率１：１で５０Åの厚さに成膜した（層１４）。さらにその上から熱還元性金属であるアルミニウムを１５Å（に相当する量）蒸着した（層１５）。次に上記αＮＰＤと５酸化バナジウム（Ｖ2Ｏ5）をモル比率１：１で１００Åの厚さで成膜した（層１６）（ホール輸送部）。最後に陰極金属１７としてアルミニウムを１０００Åの厚さで成膜した。
【００７０】
この有機ＥＬ素子２１０の構造を簡便に表記すると、
ＩＴＯ／αＮＰＤ（６００Å）／Ａｌｑ（６００Å）／Ａｌｑ：Ｌｉｑ（１：１）（５０Å）／Ａｌ（１５Å）／Ｖ2Ｏ5：αＮＰＤ（１：１）（１００Å）／Ａｌ  （図１）
となる。以下の説明ではこのような（簡便な）表記法を用いることとする。
【００７１】
この有機ＥＬ素子２１０において、陽極電極であるＩＴＯと陰極電極であるＡｌとの間に、直流電圧を印加して、諸特性を測定した結果を図３に示す。図３の○プロットは、この素子の電圧（Ｖ）−電流密度（ｍＡ／ｃｍ２）−輝度（ｃｄ／ｍ２）特性を示す。また、この素子の動作概念を示した図２に示すように、層１４及び層１５は、電子輸送部（熱還元反応生成層）１８として、層１６と層１８はホール電流−電子電流変換層１９として機能する。
【００７２】
＜比較例１＞
比較例１は、実施例１と比較するため、本発明の電子輸送部である熱還元反応生成層１８を用いない構造、すなわち、実施例１の層１４のＬｉｑに代えて金属Ｌｉを層１０４に使用した例であり、その素子３００の構造は
ＩＴＯ／αＮＰＤ（６００Å）／Ａｌｑ（６００Å）／Ａｌｑ：Ｌｉ（１：１）（５０Å）／Ｖ2Ｏ5：αＮＰＤ（１：１）（１００Å）／Ａｌ  （図４）
となっている。この有機ＥＬ素子３００の諸特性を測定した結果を図３の●プロットで示す。
【実施例２】
【００７３】
実施例２においては、実施例１の層１４のＬｉｑに代えて、
【化８】
2005166637.tif 000012
で示される、モノ（２，２，６，６−テトラメチル−３，５−ヘプタンジオナト）ルビジウム錯体（以下、Ｒｂ（ｄｐｍ）と略記することがある）を層２４に使用しており、
ＩＴＯ／αＮＰＤ（６００Å）／Ａｌｑ（６００Å）／Ａｌｑ：Ｒｂ（ｄｐｍ）（１：１）（５０Å）／Ａｌ（１５Å）／Ｖ2Ｏ5：αＮＰＤ（１：１）（１００Å）／Ａｌ  （図５）
なる構造の素子２２０を作成した。この有機ＥＬ素子２２０の諸特性を測定した結果を図３の▼プロットで示す。
【実施例３】
【００７４】
実施例３においては、実施例１の層１４のＬｉｑに代えてアルカリ金属の無機化合物であるＬｉＦ（フッ化リチウム）を層３４に使用して、
ＩＴＯ／αＮＰＤ（６００Å）／Ａｌｑ（６００Å）／ＬｉＦ（１０Å）／Ａｌ（１５Å）／Ｖ2Ｏ5：αＮＰＤ、（１００Å）／Ａｌ    （図６）
なる構造の素子２３０を作成した。この構造は電子受容性化合物であるＡｌｑ（層１３）とアルカリ金属化合物のＬｉＦ（層３４）が、（混合ではなく）積層されて接触している。この有機ＥＬ素子２３０の諸特性を測定した結果を図３の△プロットで示す。
【００７５】
＜参考例１＞  （従来型の有機ＥＬ素子の例）
参考例１として、本発明の「ホール電流−電子電流変換層」の構成を有していない、すなわち実施例１の層１４〜１６を有さない素子３１０を作成した。この素子は、実施例１の層１４〜１６に代えて、Ａｌｑ：Ｌｉ（１：１）からなる層１１４を備えており、
ＩＴＯ／αＮＰＤ（６００Å）／Ａｌｑ（６００Å）／Ａｌｑ：Ｌｉ（１：１）（５０Å）／Ａｌ
なる構造となっている（図７）。この有機ＥＬ素子の諸特性を測定した結果を図３の◆プロットで示す。
【００７６】
実施例１〜３、比較例１、参考例１の結果を比較すると、本発明の「ホール電流−電子電流変換層」を有する有機ＥＬ素子は従来型の素子と比べても遜色なく機能し、むしろ、より低電圧で駆動出来ることが分かった。また、アルカリ金属のような還元性ドーパントを使用すると、ホール電流−電子電流変換層内部に、エネルギー障壁が生成してしまうため、同電流密度、または同輝度を達成するために必要な電圧が高くなることが示された。
【実施例４】
【００７７】
実施例４として、熱還元性金属の役割を確認し、かつ、その最適蒸着量（もしくは最適膜厚）を確認する実験を行った。
実施例１の構造を基準にして、熱還元性金属であるアルミニウムの蒸着量を変化させて、有機ＥＬ素子としての特性の変化を調べた。すなわち
ＩＴＯ／αＮＰＤ（６００Å）／Ａｌｑ（６００Å）／Ａｌｑ：Ｌｉｑ（１：１）（５０Å）／Ａｌ（ＸÅ）／Ｖ2Ｏ5：αＮＰＤ（１：１）（１００Å）／Ａｌ
の構造で、Ａｌの層１５の膜厚（ＸÅ）を変化させた。
【００７８】
図８、図９の▽プロットはＸ＝０（つまりアルミニウムを蒸着しない場合）のとき、◆プロットはｘ＝３Åのとき、×プロットはＸ＝１０Åのとき、○プロットはＸ＝１５Åのとき、△プロットはＸ＝２０Åのときの各素子の、電圧（Ｖ）−電流密度（ｍＡ／ｃｍ2）−輝度（ｃｄ／ｍ2）特性（図８）、電流密度（ｍＡ／ｃｍ2）−電流効率（ｃｄ／Ａ）（図９）を示す。
【００７９】
この結果から、熱還元性金属の蒸着量が所定量より少ないと、発光が観測されないことが示された（ｘ＝０Å，もしくは３Åの場合に対応）。これは、熱還元反応生成層内で電子受容性有機物のラジカルアニオン分子が生成されなかったため、発光層内に電子が注入されなかったためである。したがって、この時観測された電流はホール電流のみの電流である（２．２Ｖ近辺に発光開始電圧を示唆する‘キンク（Ｋｉｎｋ）’が観測されないという事実からも、そのことが裏付けられる。）。
【００８０】
また、図８、図９のグラフに示される結果から、この実験の範囲内ではアルミニウムを１５Åの膜厚に相当する量に制御すると、輝度や効率が最も高い値を示すことが分かった。それ以上にアルミニウムの蒸着量を増やすと、熱還元反応に寄与しない（つまり酸化状態に変化出来ない）金属アルミニウムが残存して素子特性を低下させることが示された。
【実施例５】
【００８１】
実施例５は、低仕事関数金属のイオン含有化合物と、電子受容性有機物と、熱還元性金属を同時に蒸着（３元共蒸着）して「透明性」と「導電性」を付与させた例である。
Ａｌがパターニングされたガラス基板５０と、吸光度測定用の石英基板５６をそれぞれ用意して、以下の手順で蒸着成膜を行った。
【００８２】
まず、低仕事関数有機金属錯体であるＬｉｑと、電子受容性有機物であるＡｌｑと、熱還元性金属であるＡｌ（アルミニウム）を、Ａｌ電極５１上に、膜厚速度比で、（Ｌｉｑ：Ａｌｑ：Ａｌ＝１Å／ｓ（Ｌｉｑ）：３Å／ｓ（Ａｌｑ）：０．３Å／ｓ（Ａｌ））となるように共蒸着して層５２を形成し、さらにＡｌ電極５３を生成し、
Ａｌ／Ｌｉｑ：Ａｌｑ：Ａｌ／Ａｌ  （図１０）
の構造の素子２５０を作成した。
【００８３】
また、比較用素子として、上記層５２に代えて、アルカリ金属としてＬｉを直接電子受容性有機物（Ａｌｑ）と混合して層５４を生成した、
Ａｌ／Ａｌｑ：Ｌｉ（１：１，モル比率）／Ａｌ（図１１）
の構造の素子２５１を作成した。
また、上記層５２に代えて、Ａｌｑ単独膜５５を電極５１、５３で挟んだ、
Ａｌ／Ａｌｑ／Ａｌ  （図１２）
の構造の素子２５２を作成して、それぞれ、電場（Ｖ／ｃｍ）−電流密度（Ａ／ｃｍ2）特性を測定した（図１５）。
【００８４】
図１５のグラフに示される通り、（Ａｌ／Ｌｉｑ：Ａｌｑ：Ａｌ／Ａｌ）（図１０）の構造の素子と、（Ａｌ／Ａｌｑ：Ｌｉ（１：１，モル比率）／Ａｌ）（図１１）の構造の素子は、略同等の特性を示し、〜１０9Ωｃｍの比抵抗を示すことが分かった。これはＡｌによってＬｉｑ中のＬｉイオンが熱還元反応によって金属に還元され、ついで還元されたＬｉ金属が電子受容性有機物である、Ａｌｑと電子の授受（酸化還元反応）によって電荷移動錯体（Ｌｉ+＋Ａｌｑ-（ラジカルアニオン））を形成したことを示している。
【００８５】
また、吸光度（及び、透過率）測定用素子として、石英基板５６上にＬｉｑ：Ａｌｑ：Ａｌを共蒸着して
石英基板／Ｌｉｑ：Ａｌｑ：Ａｌ、（図１３）
なる構造の素子２５５を作成した。この素子２５５は、石英基板５６上に、膜厚速度比で、（Ｌｉｑ：Ａｌｑ：Ａｌ＝１Å／ｓ（Ｌｉｑ）：３Å／ｓ（Ａｌｑ）：０．３Å／ｓ（Ａｌ））となるように共蒸着して層５２を形成した。
また、比較用素子２５６として、熱還元性金属であるＡｌを混入させずに、石英基板５６上にＬｉｑ：Ａｌｑ（層５７）を共蒸着して
石英基板／Ｌｉｑ：Ａｌｑ  の素子を作成した。（図１４）
【００８６】
図１６は、上記吸光度測定用素子（図１３）と比較用素子（図１４）について、層５２（Ｌｉｑ：Ａｌｑ：Ａｌ）及び層５７（Ｌｉｑ：Ａｌｑ）を１０００Åとしたときの波長（ｎｍ）−透過率（％）特性を測定した結果を示している。図１６に示されるとおり、本発明の電子輸送部である（Ｌｉｑ：Ａｌｑ：Ａｌ）（層５２）からなる混合膜は、有機物のみからなる（Ｌｉｑ：Ａｌｑ）（層５７）と比べて、同じ膜厚（１０００Å）当たりの透過率が大きく上昇することが確かめられた。また、本発明者は、前出の論文誌Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．、７３、ｐ．２８６６（１９９８）中でリチウム金属ドーピング膜の吸収スペクトルの変化を示しているが、図１７に示されるとおり、本発明の、（石英基板／Ｌｉｑ：Ａｌｑ：Ａｌ）（吸光度測定用素子（図１３））の吸収スペクトルと（石英基板／Ｌｉｑ：Ａｌｑ）（比較用素子（図１４））の吸収スペクトルの変化は、該論文中に示されている吸収スペクトルの変化と酷似しており、さらに、成膜時に金属アルミニウムを混入しているにもかかわらず、透明性が増してることからも、上記の熱還元反応と、引き続いて起こっている酸化還元反応による電荷移動錯体の形成をしめすことが分かる。
【実施例６】
【００８７】
実施例６は、本発明の有機素子を無反射膜へ適用した例である。
着色顔料であって、かつ、ホール輸送能力を有することが知られている、
【化１１】
2005166637.tif 000013
の銅フタロシアニン（以下、ＣｕＰｃと略記することがある）やキナクリドン顔料は、それぞれ赤色領域、青色領域の可視領域に強い吸収を持つため、本発明の「ホール電流−電子電流変換層」を用いて無反射層を形成して、高いコントラスト比を有する有機ＥＬ素子を作成することが出来る。
【００８８】
図１８に示すように、ガラス基板６０上にＩＴＯ層６１、αＮＰＤ層６２、赤色発光層６３（ＤＣＪＴＢ：Ａｌｑ）の順に形成した有機ＥＬ素子構造の上に、Ａｌｑ：Ｌｉｑ（１：１）からなる層６４、Ａｌからなる層６５、Ｖ2Ｏ5：ＣｕＰｃからなる層６６を順に積層してなる本発明の「ホール電流−電子電流変換層」を形成し、さらにその上にＣｕＰｃの層６７を積層する。また、このＣｕＰｃの層６７の上に、ＣｕＰｃ：Ｖ2Ｏ5の層６８及びＡｌの層（陰極）６９を形成して
ＩＴＯ／αＮＰＤ／ＤＣＪＴＢ：Ａｌｑ／Ａｌｑ：Ｌｉｑ（１：１）（５０Å）／Ａｌ（１５Å）／Ｖ2Ｏ5：ＣｕＰｃ／ＣｕＰｃ／Ｖ2Ｏ5：ＣｕＰｃ／Ａｌ  （図１８）
の構造の素子２６０を生成する。
【００８９】
ここで（ＤＣＪＴＢ：Ａｌｑ）の発光層６３で発生した赤色光のうち、陰極６９であるＡｌ方向に進行する光は（ＣｕＰｃ／Ｖ2Ｏ5：ＣｕＰｃ）の膜厚を調整して吸収させることが出来るので、コントラスト比の高い素子２６０を作成することが出来る。
【００９０】
また、「第３９回応用物理学関係連合講演会講演予稿集、２８ｐ−Ｑ−９，ｐ．１０３６（１９９２）」に記載されているキナクリドン顔料とその誘導体や、特開２０００−５８２６７号公報に記載されているインダンスレン顔料等、ホール輸送性を有して、かつ、特有の波長域に光吸収能を有する場合は、本発明の構造を利用して、単独、もしくは積層や混合の方法で、適宜、光反射陰極に接するホール電流層として利用出来る。
【００９１】
このような顔料タイプの有機分子はホール輸送性である場合がほとんどなので、通常の有機ＥＬ素子の様に陰極に接する層に電子輸送性物質が必須である場合は、（言うまでもないが）このような顔料タイプのホール輸送性有機物を使用出来ない。
【実施例７】
【００９２】
実施例７は、本発明の有機素子を高エネルギー成膜時のダメージ低減層へ適用した例である。
有機ＥＬ素子の陰極形成法として電子ビーム蒸着やスパッタリング蒸着等の高エネルギー粒子堆積法を用いるアイディアが知られている。本発明者は、前出の金属ドーピング層を電子注入層として用いれば、高仕事関数を有するＩＴＯでも容易に電子注入出来ることを、特開２００２−３３２５６７号公報（特願２００１−１４２６７２号明細書）に記載した。この時用いられたスパッタリング装置は有機膜に損傷のない工夫が施されているが、厳密には依然、若干のダメージが観測されていた。
【００９３】
また、特開２０００−５８２６５号公報や特開２０００−６８０６３号公報には発光層上に銅フタロシアニン（ＣｕＰｃ）層をスパッタバッファー層として形成するアイディアが記されている。そこではＬｉ等のアルカリ金属を、薄く形成されたＣｕＰｃ上に蒸着すると、該Ｌｉ金属はＣｕＰｃ層中に拡散して発光層方向に横切ることが記されており、この場合は、結果的に、ＣｕＰｃは（ホール輸送性分子としてではなく）電子輸送性分子としても作用できることが開示されている。
【００９４】
しかし、本来ＣｕＰｃはホール輸送性分子であり、このように電子輸送層として使用する方法には素子の劣化を早める要因となる懸念が生じる。
【００９５】
一方、本発明の「ホール電流−電子電流変換層」を用いれば、スパッタ等の高エネルギー粒子堆積時のバッファー層としてのＣｕＰｃは従来通り、（本来の性質である）ホール輸送層として機能させることが出来る。例えば、ガラス基板７０上に、ＩＴＯの層７１、αＮＰＤの層７２、Ａｌｑの層７３、Ａｌｑ：Ｌｉｑ（１：１）の層７４、Ａｌ層７５、Ｖ2Ｏ5：ＣｕＰｃの層７６、ＣｕＰｃの層７７及びＡｌ、ＩＴＯまたはその他の材料からなる陰極７８を積層して
ＩＴＯ／αＮＰＤ／Ａｌｑ／Ａｌｑ：Ｌｉｑ（１：１）（５０Å）／Ａｌ（１５Å）／Ｖ2Ｏ5：ＣｕＰｃ／ＣｕＰｃ／陰極（Ａｌ，ＩＴＯ，ｅｔｃ）  （図１９）
の構造の素子２７０を生成できる。
また、図１９に示す上記素子の層７７の上に、Ｖ2Ｏ5：ＣｕＰｃの層７９を形成して
ＩＴＯ／αＮＰＤ／Ａｌｑ／Ａｌｑ：Ｌｉｑ（１：１）、５０Å／Ａｌ、１５Å／Ｖ2Ｏ5：ＣｕＰｃ／ＣｕＰｃ／Ｖ2Ｏ5：ＣｕＰｃ／陰極（Ａｌ，ＩＴＯ，ｅｔｃ）  （図２０）
の様な構造を有する素子２７１を生成できる。これらの素子２７０、２７１によって、本来のホール輸送層としての機能と高エネルギー粒子によるダメージ低減層としての機能を併せ持つことが出来る。
【実施例８】
【００９６】
実施例８は、本発明の有機素子を有機太陽電池への適用例である。
有機太陽電池素子は有機ＥＬ素子と似た構造を有しており、特に二層型タイプは、（ホール輸送性分子／電子輸送性分子）の界面で、光によって電荷発生することが知られている。
【００９７】
例えば、
１）Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．、４８，１８３（１９８６）
２）Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ  Ｌｅｔｔｅｒｓ，  ｐｐ．３２７−３３０（１９９０）
３）Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．、７６，２６５０（２０００）
４）Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．、７９，１２６（２００１）
５）Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．、８０，１６６７（２００２）
に記載されている、典型的な構造が知られている。
【００９８】
特に、上記の、２）や５）の文献では、従来の有機太陽電池の両電極に挟まれた部分（電荷発生ユニット）が複数個、直列に接続された構造が記載されており、例えば、５）の文献中では、
ＩＴＯ／ＣｕＰｃ／ＰＴＣＢＩ／Ａｇ／ＣｕＰｃ／ＰＴＣＢＩ／Ａｇ
という、極薄（５Å）のＡｇ（銀）を使用して、電荷発生ユニット（ＣｕＰｃ／ＰＴＣＢＩ）を２個直列に連結する構造がしめされている。
【００９９】
この極薄のＡｇの代わりに、本発明の「ホール電流−電子電流変換層」を使用することが出来る。つまり、例えば
ＩＴＯ／ＣｕＰｃ／ＰＴＣＢＩ／ＰＴＣＢＩ：Ｒｂ（ＤＰＭ）：Ａｌの共蒸着層／Ｖ2Ｏ5：ＣｕＰｃの共蒸着層／ＣｕＰｃ／ＰＴＣＢＩ／Ａｇ
という構造によって、透明性が高く、かつ純粋な有機膜と比べても低抵抗化した膜であって、かつ、２個の電荷発生ユニットを、あたかも直列に接続できて、開放端電圧を略２倍とすることが出来る。上記の「ＰＴＣＢＩ：Ｒｂ（ＤＰＭ）：Ａｌの共蒸着層／Ｖ2Ｏ5：ＣｕＰｃの共蒸着層」が本発明の「ホール電流−電子電流変換層」として作用する。
【０１００】
そのほか、
ＩＴＯ／（（アリールアミン化合物等の）電子供与性（ホール輸送性）有機物）：（Ｖ2Ｏ5や、４Ｆ−ＴＣＮＱ等）／ＣｕＰｃ／ＰＴＣＢＩ／（（電子受容性（輸送性）有機物：低仕事関数金属のイオン含有化合物：熱還元性金属）の反応生成層）／（（アリールアミン化合物等の）電子供与性（ホール輸送性）有機物）：（Ｖ2Ｏ5や、４Ｆ−ＴＣＮＱ等）の共蒸着膜／ＣｕＰｃ／ＰＴＣＢＩ／（（電子受容性（輸送性）有機物：低仕事関数金属のイオン含有化合物：熱還元性金属）の反応生成層）／金属
の様に、従来から知られている、「電荷発生ユニット」の構成をそのまま使用して、該「電荷発生ユニット」を複数個、直列に接続できる。
ここで、アミールアミンは、
【化１】
2005166637.tif 000014
で示される。
【０１０１】
「電荷発生ユニット」の構成自体は、本発明の要素ではなく、既知のものや、新規に発見された好適な構成であれば、適宜用いることが出来る。なお、例えば、特開２００３−２６４０８５号公報には、本発明と類似の構造で、上記文献１）に記載されている「電荷発生ユニット」の構成を用いて、
ＩＴＯ／ＣｕＰｃ／ＰＶ／ＣｕＰｃ：ＰＶの共蒸着膜／ＣｕＰｃ／ＰＶ／Ａｕ
という構造が、開示されており、このような構造でも、あたかも、開放端電圧を２倍にすることが可能であるかのように記載されているが、本発明者の検討では、２倍はおろか、「電荷発生ユニット」が１個の素子よりも発生電圧が低下することが明らかになった。
【０１０２】
これは、同一の物質の組み合わせを使用しても、積層膜構造（ＣｕＰｃ／ＰＶ）と混合膜構造（ＣｕＰｃ：ＰＶの共蒸着膜）の相違の様な、態様の相違によって、「光電荷の発生機能」や「（電荷移動錯体の形成による）導電性の発現」という互いに別事象の機能が起こりうる、という「間違った期待」から記載されている。しかし、実際には、本発明の「ホール電流−電子電流変換層」のような機能がなければ、期待される機能を得ることは出来ない。
【実施例９】
【０１０３】
実施例９は、本発明の有機素子を有機ＥＬトランジスタへ適用した例である。
ＳＩＴ（Ｓｔａｔｉｃ  Ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）と呼ばれている、縦型ＦＥＴ（Ｆｉｅｌｄ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）構造を有する有機ＥＬトランジスタが知られている。（第４７回応用物理学関係連合講演会  講演予稿集３０ａ−Ｈ−２，ｐ．１２９７、第６３回応用物理学関係連合講演会  講演予稿集２９ｐ−ＺＨ−１５，ｐ．１１６１）
【０１０４】
このような有機ＥＬトランジスタの例として、図２１に示すような素子３２０があり、基板９０上に、順に、透明電極（ソース）９１、ホール注入層９２、ホール輸送層９３、発光層９４、陰極（ドレイン）９５を形成してなる有機ＥＬ素子のホール輸送層９３部分にスリット状のゲート電極（Ｇ）９６が埋め込まれた形状を有しており、ゲート電極に印加される可変電圧値によって、発光閾値電圧や、発光強度を制御できる。しかし、（図２１に示される通り）この構造によると、光の進行が妨げられたり、該ゲート電極のスリット間隔を自由に最適化することが難しくなる。
【０１０５】
これに対して、本発明の「ホール電流−電子電流変換層」を用いることで、従来の有機ＥＬトランジスタ構造では実現できなかった構造も実現可能となる。例えば陰極９５に接する層として、ホール輸送層９７を配置することが出来る（図２２）。このとき、陰極９５とホール輸送層９７との間には、例えばＶ2Ｏ5（電子受容性化合物）とＮＰＢ（電子供与性有機物）からなるホール輸送部９８を生成することができ、発光層９４とホール輸送層９７との間に本発明のホール電流−電子電流変換層１２０を形成するホール輸送部９９と電子輸送部１００を生成することができる。このような構成の有機ＥＬトランジスタ２９０においては、該ホール輸送層９７部分にスリット状ゲート電極９６を埋め込んで、従来の有機ＥＬ素子部分の構造を変えることなく、トランジスタ特性を付与出来る。
【０１０６】
また、例えば、陽極９１に接する層として、電子輸送層１２１を配置することが出来る（図２３）。このとき、陽極９１と電子輸送層１２１との間には、電子輸送部１２２を生成することができ、電子輸送層１２１とホール輸送層９３との間に本発明のホール電流−電子電流変換層１２０を形成するホール輸送部９９と電子輸送部１００を生成することができる。また、透明陰極９５と発光層９４との間には電子注入層１２３を生成してある。このような構成の有機ＥＬトランジスタ２９１においては、該電子輸送層１２１にスリット状ゲート電極９６を埋め込んで、従来の有機ＥＬ素子部分の構造を変えることなく、トランジスタ特性を付与出来る。もちろん、陰極に接する層として、ホール輸送層を配置して、かつ、陽極に接する層として、電子輸送層を配置して、該ホール輸送層と該電子輸送層の両方にゲート電極を埋め込んで、従来、実現不可能であった特性を付与する構造も作成可能である。
【０１０７】
本発明について上記実施形態を参照しつつ説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、改良の目的または本発明の思想の範囲内において改良または変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１０８】
【図１】本発明の実施例１に係る有機ＥＬ素子の構造を示す図である。
【図２】本発明の実施例１に係る有機ＥＬ素子の動作概念を示す図である。
【図３】実施例１〜３、比較例１及び参考例１に係る素子の電圧（Ｖ）−電流密度（ｍＡ／ｃｍ２）−輝度（ｃｄ／ｍ２）特性を示す図である。
【図４】比較例１に係る有機ＥＬ素子の構造を示す図である。
【図５】本発明の実施例２に係る有機ＥＬ素子の構造を示す図である。
【図６】本発明の実施例３に係る有機ＥＬ素子の構造を示す図である。
【図７】参考例１に係る有機ＥＬ素子の構造を示す図である。
【図８】本発明の実施例１の構造を基準にして、アルミニウムの層の膜厚Ｘ（Å）を変化させたときの電圧（Ｖ）−電流密度（ｍＡ／ｃｍ2）−輝度（ｃｄ／ｍ2）特性を示す図である。
【図９】本発明の実施例１の構造を基準にして、アルミニウムの層の膜厚Ｘ（Å）を変化させたときの電流密度（ｍＡ／ｃｍ2）−電流効率（ｃｄ／Ａ）特性を示す図である。
【図１０】本発明の実施例５に係る有機ＥＬ素子の構造を示す図である。
【図１１】本発明の実施例５に対する比較用素子に係る有機ＥＬ素子の構造を示す図である。
【図１２】本発明の実施例５に対する比較用素子に係る有機ＥＬ素子の構造を示す図である。
【図１３】吸光度測定用素子の構造を示す図である。
【図１４】吸光度測定用素子に対する比較用素子の構造を示す図である。
【図１５】本発明の実施例５に係る素子及び比較用素子の電場（Ｖ／ｃｍ）−電流密度（Ａ／ｃｍ2）特性を示す図である。
【図１６】吸光度測定用素子と比較用素子の波長（ｎｍ）−透過率（％）特性を示す図である。
【図１７】吸光度測定用素子と比較用素子の波長（ｎｍ）−吸光度特性を示す図である。
【図１８】本発明の実施例６に係る素子の構造を示す図である。
【図１９】本発明の実施例７に係る素子の構造を示す図である。
【図２０】本発明の実施例７に係る素子の構造を示す図である。
【図２１】従来のＦＥＴ構造を有する有機ＥＬ素子の構造を示す図である。
【図２２】本発明の実施例９に係るＦＥＴ構造を有する有機ＥＬ素子の構造を示す図である。
【図２３】本発明の実施例９に係るＦＥＴ構造を有する有機ＥＬ素子の構造を示す図である。
【図２４】従来の有機ＥＬ素子構造を電荷発生層を介して２段（ｎ＝１）、５段（ｎ＝４）、１０段（ｎ＝９）、と重ねた場合に、電力変換効率（ｌｍ／Ｗ）が各輝度ごとにどのように変化するかをシミュレートした図である。
【図２５】駆動電圧をＶ1＋Ｖ2＋ΔＶとし、陰極や陽極からの注入障壁を無視した場合における発光ユニットを２個有するＭＰＥ有機ＥＬ素子のバンド図である。
【図２６】駆動電圧をＶ1＋Ｖ2とし、陰極や陽極からの注入障壁を無視した場合における発光ユニットを２個有するＭＰＥ有機ＥＬ素子のバンド図である。
【符号の説明】
【０１０９】
１０  基板
１１  陽極
１２  ホール輸送層
１３  発光層
１６  ホール輸送部
１７  陰極
１８  電子輸送部
１９  ホール電流ー電子電流変換層
【図１】
2005166637.tif 000016
【図２】
2005166637.tif 000017
【図３】
2005166637.tif 000018
【図４】
2005166637.tif 000019
【図５】
2005166637.tif 000020
【図６】
2005166637.tif 000021
【図７】
2005166637.tif 000022
【図８】
2005166637.tif 000023
【図９】
2005166637.tif 000024
【図１０】
2005166637.tif 000025
【図１１】
2005166637.tif 000026
【図１２】
2005166637.tif 000027
【図１３】
2005166637.tif 000028
【図１４】
2005166637.tif 000029
【図１５】
2005166637.tif 000030
【図１６】
2005166637.tif 000031
【図１７】
2005166637.tif 000032
【図１８】
2005166637.tif 000033
【図１９】
2005166637.tif 000034
【図２０】
2005166637.tif 000035
【図２１】
2005166637.tif 000036
【図２２】
2005166637.tif 000037
【図２３】
2005166637.tif 000038
【図２４】
2005166637.tif 000039
【図２５】
2005166637.tif 000040
【図２６】
2005166637.tif 000041
【手続補正書】
【提出日】平成16年10月25日(2004.10.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
仕事関数が４．０ｅＶ以下の低仕事関数金属のイオンのうち少なくとも１種を含む有機金属錯体化合物と、前記有機金属錯体化合物中に含まれる金属イオンを真空中で金属状態に還元しうる熱還元性金属と、を積層もしくは共蒸着による混合により接触させて引き起こされたその場熱還元反応によって還元された低仕事関数金属と電子受容性有機物とが酸化還元反応によって電荷移動錯体を形成して、前記電子受容性有機物がラジカルアニオン状態にある電子輸送部、及び
イオン化ポテンシャルが５．７ｅＶより小さく電子供与性を有する有機化合物と、前記有機化合物と酸化還元反応によって電荷移動錯体を形成しうる無機物質又は有機物質と、が積層または混合されて接触しており、前記電子供与性を有する有機物がラジカルカチオン状態にあるホール輸送部、
が積層されてなるホール電流−電子電流変換層を含むことを特徴とする有機素子。
【請求項２】
仕事関数が４．０ｅＶ以下の低仕事関数金属のイオンのうち、少なくとも１種を含む無機化合物と、前記無機化合物中に含まれる金属イオンを真空中で金属状態に還元しうる熱還元性金属と、を積層もしくは共蒸着による混合により接触させて引き起こされたその場熱還元反応によって還元された低仕事関数金属と電子受容性有機物とが、酸化還元反応によって電荷移動錯体を形成して、前記電子受容性有機物がラジカルアニオン状態にある電子輸送部（熱還元反応生成部）、及び
イオン化ポテンシャルが５．７ｅＶより小さく電子供与性を有する有機化合物と、前記有機化合物と酸化還元反応によって電荷移動錯体を形成しうる無機物質又は有機物質とが、積層または混合されて接触しており、前記電子供与性を有する有機物がラジカルカチオン状態にあるホール輸送部、
が積層されてなるホール電流−電子電流変換層を含むことを特徴とする有機素子。
【請求項３】
電子輸送部と、ホール輸送部と、を積層してなるホール電流−電子電流変換層を含み、
前記電子輸送部は、
仕事関数が４．０ｅＶ以下の低仕事関数金属のイオンのうち少なくとも１種を含む有機金属錯体化合物と、
前記有機金属錯体化合物に対して積層もしくは共蒸着による混合により接触し、前記有機金属錯体中に含まれる金属イオンを真空中で金属状態に還元しうる熱還元性金属と、を有し、
前記接触により引き起こされたその場熱還元反応によって還元された低仕事関数金属と電子受容性有機物とが酸化還元反応によって電荷移動錯体を形成して、前記電子受容性有機物がラジカルアニオン状態にあり、
前記ホール輸送層は、イオン化ポテンシャルが５．７ｅＶより小さく電子供与性を有する有機化合物と、前記有機化合物に対して積層または混合されて接触し、前記有機化合物と酸化還元反応によって電荷移動錯体を形成しうる無機物質又は有機物質と、を有し、前記電子供与性を有する有機物がラジカルカチオン状態にあることを特徴とする有機素子。
【請求項４】
電子輸送部と、ホール輸送部と、を積層してなるホール電流−電子電流変換層を含み、
前記電子輸送部は、
仕事関数が４．０ｅＶ以下の低仕事関数金属のイオンのうち少なくとも１種を含む無機化合物と、
前記無機化合物に対して積層もしくは共蒸着による混合により接触し、前記無機化合物中に含まれる金属イオンを真空中で金属状態に還元しうる熱還元性金属と、を有し、
前記接触により引き起こされたその場熱還元反応によって還元された低仕事関数金属と電子受容性有機物とが酸化還元反応によって電荷移動錯体を形成して、前記電子受容性有機物がラジカルアニオン状態にあり、
前記ホール輸送層は、
イオン化ポテンシャルが５．７ｅＶより小さく電子供与性を有する有機化合物と、
前記有機化合物に対して積層または混合されて接触し、前記有機化合物と酸化還元反応によって電荷移動錯体を形成しうる無機物質又は有機物質と、を有し、
前記電子供与性を有する有機物がラジカルカチオン状態にあることを特徴とする有機素子。
【請求項５】
請求項１または請求項３に記載の有機素子において、前記有機金属錯体化合物と前記電子受容性有機物が積層、または混合されて接触している有機素子。
【請求項６】
請求項２または請求項４に記載の有機素子において、前記無機化合物と前記電子受容性有機物が積層、または混合されて接触している有機素子。
【請求項７】
請求項１または請求項３に記載の有機素子において、前記有機金属錯体化合物中で金属イオンに配位もしくは結合している有機分子部分が前記電子受容性有機物として機能する有機素子。
【請求項８】
請求項１または請求項３に記載の有機素子において前記有機金属錯体化合物と前記電子受容性有機物が同一である有機素子。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか１項に記載の有機素子において、前記熱還元性金属が、アルミニウム、ジルコニウム、シリコン、チタン及びタングステンから選択される少なくとも１種を含む有機素子。
【請求項１０】
請求項１から８のいずれか１項に記載の有機素子において、前記熱還元性金属が、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、及びバリウムのアルカリ土類金属から選択される少なくとも１種を含み、かつ、前記有機金属錯体または前記無機化合物中に含有される４．０ｅＶ以下の低仕事関数金属のイオンがアルカリ金属イオンである有機素子。
【請求項１１】
請求項１から１０のいずれか１項に記載の有機素子において、前記電子供与性を有する有機化合物がアリールアミン化合物であり、一般式（Ｉ）：
【化１】
2005166637.tif 000042
（式中、Ａｒ1、Ａｒ2及びＡｒ3は、それぞれ独立に置換基を有してよい芳香族炭化水素基を表わす。）
で示されるアリールアミン化合物である有機素子。
【請求項１２】
請求項１から１０のいずれか１項記載の有機素子において、前記電子供与性を有する有機化合物が顔料型有機物である有機素子。
【請求項１３】
請求項１２記載の有機素子において、前記電子供与性を有する有機化合物がポルフィリン化合物、または、その誘導体である有機素子。
【請求項１４】
請求項１２記載の有機素子において、前記電子供与性を有する有機化合物がキナクリドン化合物、またはその誘導体である有機素子。
【請求項１５】
請求項１２記載の有機素子において、前記電子供与性を有する有機化合物がインダンスレン化合物、またはその誘導体である有機素子。
【請求項１６】
請求項１１記載の有機素子において、前記電子供与性を有する有機化合物が、ガラス転移点が９０℃以上であるアリールアミン化合物である有機素子。
【請求項１７】
請求項１から４のいずれか１項記載の有機素子において、前記電子供与性を有する有機化合物と酸化還元反応によって電荷移動錯体を形成しうる無機物質が金属酸化物である有機素子。
【請求項１８】
請求項１から４のいずれか１項記載の有機素子において、前記電子供与性を有する有機化合物と酸化還元反応によって電荷移動錯体を形成しうる無機物質が金属ハロゲン化物である有機素子。
【請求項１９】
請求項１６記載の有機素子において、前記金属酸化物が５酸化バナジウム、７酸化２レニウム、３酸化モリブデン、又は３酸化タングステンである有機素子。
【請求項２０】
請求項１から４のいずれか１項記載の有機素子において、前記電子供与性を有する有機化合物と酸化還元反応によって電荷移動錯体を形成しうる有機物質が少なくとも１個のフッ素を置換基として有する有機素子。
【請求項２１】
請求項１から４のいずれか１項記載の有機素子において、前記電子供与性を有する有機化合物と酸化還元反応によって電荷移動錯体を形成しうる有機物質が少なくとも１個のシアノ基を置換基として有する有機素子。
【請求項２２】
請求項２０または請求項２１記載の有機素子において、前記電子供与性を有する有機化合物と酸化還元反応によって電荷移動錯体を形成しうる有機物質が少なくとも１個のシアノ基と、少なくとも１個のフッ素を置換基として同時に有する有機素子。
【請求項２３】
請求項２２記載の有機素子において、前記電子供与性を有する有機化合物と酸化還元反応によって電荷移動錯体を形成しうる有機物質がテトラフルオロ−テトラシアノキノジメタンである有機素子。
【請求項２４】
請求項１から４のいずれか１項記載の有機素子において、前記電子供与性を有する有機化合物と酸化還元反応によって電荷移動錯体を形成しうる有機物質が少なくとも１個のホウ素原子を有している有機素子。
【請求項２５】
請求項１から４のいずれか１項記載の有機素子において、前記電子供与性を有する有機化合物と酸化還元反応によって電荷移動錯体を形成しうる有機物質が少なくとも１個のホウ素原子と、少なくとも１個のフッ素を同時に有している有機素子。
【請求項２６】
請求項２５記載の有機素子において、前記電子供与性を有する有機化合物と酸化還元反応によって電荷移動錯体を形成しうる有機物質が、トリスβ−（ペンタフルオロナフチル）ボランである有機素子。
【請求項２７】
請求項１から２６のいずれか１項の有機素子において、有機ＥＬ素子を含む有機素子。
【請求項２８】
請求項１から２６のいずれか１項の有機素子において、有機太陽電池を含む有機素子。
【請求項２９】
請求項１から２６のいずれか１項の有機素子において、有機ＦＥＴ構造を含む有機素子。
【請求項３０】
請求項１から２６のいずれか１項の有機素子を含むことを特徴とする有機ＥＬ素子。
【請求項３１】
請求項１から２６のいずれか１項の有機素子を含むことを特徴とする有機太陽電池。
【請求項３２】
請求項１から２６のいずれか１項の有機素子を含むことを特徴とする有機ＦＥＴ構造。
【請求項３３】
仕事関数が４．０ｅＶ以下の低仕事関数金属のイオンのうち少なくとも１種を含む有機金属錯体化合物と、前記有機金属錯体化合物中に含まれる金属イオンを真空中で金属状態に還元しうる熱還元性金属と、を積層もしくは共蒸着による混合により接触させてその場熱還元反応を起こし、前記その場熱還元反応によって還元された低仕事関数金属と電子受容性有機物とを酸化還元反応によって電荷移動錯体を形成して、前記電子受容性有機物がラジカルアニオン状態にある電子輸送部を形成する工程と、イオン化ポテンシャルが５．７ｅＶより小さく電子供与性を有する有機化合物と、前記有機化合物と酸化還元反応によって電荷移動錯体を形成しうる無機物質又は有機物質と、を積層または混合により接触させ、前記電子供与性を有する有機物がラジカルカチオン状態にあるホール輸送部を形成する工程と、
を備えることを特徴とする有機素子の製造方法。
【請求項３４】
仕事関数が４．０ｅＶ以下の低仕事関数金属のイオンのうち少なくとも１種を含む無機化合物と、前記無機化合物中に含まれる金属イオンを真空中で金属状態に還元しうる熱還元性金属と、を積層もしくは共蒸着による混合により接触させてその場熱還元反応を起こし、前記その場熱還元反応によって還元された低仕事関数金属と電子受容性有機物とを酸化還元反応によって電荷移動錯体を形成して、前記電子受容性有機物がラジカルアニオン状態にある電子輸送部を形成する工程と、イオン化ポテンシャルが５．７ｅＶより小さく電子供与性を有する有機化合物と、前記有機化合物と酸化還元反応によって電荷移動錯体を形成しうる無機物質又は有機物質と、を積層または混合により接触させ、前記電子供与性を有する有機物がラジカルカチオン状態にあるホール輸送部を形成する工程と、を備えることを特徴とする有機素子の製造方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機エレクトロルミネッセント素子（以下、「有機ＥＬ素子」と略記することがある）、有機太陽電池、有機半導体（有機ＦＥＴ等）等、電荷輸送性有機物を使用する有機素子及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、有機半導体や有機導電体の研究が盛んに行われており、中でも有機半導体を使用する発光体である有機ＥＬ素子の進展がめざましい。
【０００３】
有機ＥＬ素子において、Ｔａｎｇらは、素子の高効率化のため、キャリア輸送性の異なる有機化合物（ホール輸送性有機物と電子輸送性有機物）を積層し、ホールと電子がそれぞれ陽極、陰極よりバランスよく注入される構造とし、しかも該陰極と陽極に挟まれた有機層の層厚を２０００Å以下とすることで、１０Ｖ以下の印加電圧で１０００ｃｄ／ｍ2と外部量子効率１％の実用化に十分な高輝度、高効率を得ることに成功した（Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，５１，９１３（１９８７）、特開昭５９−１９４３９３号公報、特開昭６３−２６４６９２号公報、特開平２−１５５９５号公報、米国特許第４，５３９，５０７号明細書、同第４，７６９，２９２号明細書、同第４，８８５，２１１号明細書参照）。
【０００４】
Ｔａｎｇらは、有機太陽電池においても、キャリア輸送性の異なる有機化合物（ホール輸送性有機物であるＣｕＰｃと電子輸送性有機物であるＰＶ）を積層して、１％に近いパワー変換効率を実現している（Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．、４８，１８３（１９８６））。
【０００５】
最近では、これら有機デバイスの電極に挟まれた部分を複数積層して、回路的には直列に接続することで、素子の高効率化を図るアイディアが論文、及び特許文献中に散見されるに至っている（Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．、８０，１６６７（２００２）、Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ  Ｌｅｔｔｅｒｓ，  ｐｐ．３２７−３３０（１９９０）、特開平１１−３２９７４８号公報、米国特許第６３３７４９２号明細書、特開２００３−４５６７６号公報、特開２００３−２６４０８５号公報、等参照）。
【０００６】
特に本発明者は特開２００３−２７２８６０号公報において、１０2Ωｃｍ以上の比抵抗を有する電気絶縁性の電荷発生層を用いて複数の有機ＥＬ発光ユニットを回路的に直列に接続する手法を開示し、ＭＰＥ（Ｍｕｌｔｉ−Ｐｈｏｔｏｎ  Ｅｍｉｓｓｉｏｎ）有機ＥＬ素子と名付けて、学会、展示会等の機会を利用して発表、展示を行い高い評価を得てきた（第４９回応用物理学会関係連合講演会、講演予稿集２７ｐ−ＹＬ−３，ｐ．１３０８、第６３回応用物理学会学術講演会、講演予稿集２７ａ−ＺＬ−１２，ｐ．１１６５、Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ  ｏｆ  ＥＬ２００２  （Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ  ｏｎ  ｔｈｅ  Ｓｃｉｅｎｃｅ  ａｎｄ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  ｏｆ  Ｅｍｉｓｓｉｖｅ  Ｄｉｓｐｌａｙ  ａｎｄ  Ｌｉｇｈｔｉｎｇ）    ｐ．５３９、Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ  ｏｆ  ＩＤＭＣ’０３  （Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｄｉｓｐｌａｙ  Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ）  Ｆｒ−２１−０１  ｐ．４１３、ＳＩＤ０３  ＤＩＧＥＳＴ，  ｖｏｌ．ＸＸＸＩＶ，  ＢＯＯＫＩＩ，  ｐ．９６４、ＳＩＤ０３  ＤＩＧＥＳＴ，  ｖｏｌ．ＸＸＸＩＶ，  ＢＯＯＫＩＩ，  ｐ．９７９、第１３回フラットパネルディスプレオ製造技術展での講演会Ｄ−４（２００３）、ＬＣＤ／ＰＤＰ  ＩＮＴＥＲＮＡＴＩＯＮＡＬ２００２での（株）アイメスの白色発光体の展示及び配布資料、ＥＥｘｐｒｅｓｓ（２００２年１１月１５日号）等参照）。
【０００７】
この電荷発生層の構造は、本発明者がこれまで蓄積してきた有機ＥＬ素子の電極に接する電荷（電子やホール）注入層の組成を、順次、積層したものと類似している。具体的には、特開平１０−２７０１７１号公報（米国特許第６０１３３８４号明細書）や特開２００１−１０２１７５号公報（米国特許第６５８９６７３号明細書）で開示した、電子受容性（電子輸送性）有機物をアルカリ金属等の還元性（電子供与性）物質で還元して生成する該電子受容性有機物のラジカルアニオン分子を含有する層と、特開平１１−２５１０６７号公報（米国特許第６４２３４２９号明細書）や特開２００１−２４４０７９号公報（米国特許第６５８９６７３号明細書）や特開２００３−２７２８６０号公報、特願２００３−３５８４０２号、特願２００４−２０２２６６号明細書等で開示した、電子供与性（ホール輸送性）有機物をＶ2Ｏ5やＭｏＯ3やＷＯ3や、
【０００８】
【化９】
2005166637.tif 000043
で示される４Ｆ−ＴＣＮＱや、
【０００９】
【化１０】
2005166637.tif 000044
で示されるＰＮＢ等の酸化性（電子受容性）物質で酸化して生成する該電子供与性有機物のラジカルカチオン分子を含有する層を順次積層した組成を有している（参照文献：Ｋ．Ｌ．Ｔ．Ｄａｏ  ａｎｄ  Ｊ．Ｋｉｄｏ，  Ｊ．  Ｐｈｏｔｏｐｏｌｙｍ．  Ｓｃｉ．  Ｔｅｃｈｎｏｌ．，  １５，  ２６１  （２００２））（参照資料：ＩＤＷ‘０４  Ａｄｖａｎｃｅ  Ｐｒｏｇｒａｍ，ｐ．６０，ＯＬＥＤ２−４，Ｎｏｖｅｌ  Ｍｇ：Ａｌｑ3／ＷＯ3  Ｃｏｎｎｅｃｔｉｎｇ  Ｌａｙｅｒ  ｆｏｒ  Ｔａｎｄｅｍ  Ｗｈｉｔｅ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅｓ（ＷＯＬＥＤｓ）、Ｃ．−Ｃ．Ｃｈａｎｇ，Ｓ．−Ｗ．Ｈｗａｎｇ，Ｈ．−Ｈ．Ｃｈｅｎ，Ｃ．Ｈ．Ｃｈｅｎ，Ｊ．−Ｆ．Ｃｈｅｎ（２００４））。
この電荷発生層を介して従来型有機ＥＬ素子の陰極、陽極に挟まれた部分（発光ユニット）を積層すると、電圧印加時において、該電荷発生層から、陰極方向にホールが移動し、陽極方向に電子が移動するので、複数の発光ユニット中でホールと電子の再結合が生じ光子が発生する。結果として単位注入電流密度当たりの発光強度（例えば量子効率や電流効率）が略（ｎ＋１）倍になることが証明された（ｎは電荷発生層の層数）。
この場合、駆動電圧も略（ｎ＋１）倍となるので、原理的には、電力変換効率はほとんど改善しない（変化しない）と予測された。
【００１０】
しかしながら、厳密かつ詳細に検討すると、最適化された条件で作成されたＭＰＥ有機ＥＬ素子構造は、電力変換効率においても相応の改善効果を実現できる。有機半導体は無機半導体に比べ電荷移動度が桁違いに低いため、所望の電流値を得るには「付加的な電圧」を要することは周知である。ここで言う「付加的な電圧」とは、例えば、２ｅＶの光子を放出するのに最低限必要な２Ｖのデバイス電圧を超えて、単位時間当たり、所望の、多量の光子を放出するために必要な電流密度を得るために‘付加的に’必要とされる電圧（つまり、この場合は（駆動電圧−２Ｖ）＝（付加的電圧））を言う。したがって、一般的に、輝度が電流密度のみに比例する有機ＥＬ素子を例にとれば、輝度の高い領域での電力変換効率は輝度の低い領域での電力変換効率よりも低下する（図２４参照）。
しかしながら、ＭＰＥ有機ＥＬ素子と従来の有機ＥＬ素子を同輝度において比較すれば、ＭＰＥ素子の場合は所要電流密度が略１／（ｎ＋１）、（ｎは電荷発生層の層数）となり、そのとき各（単位）発光ユニット当たり、消費される電位は、従来の有機ＥＬ素子で消費される電位よりも低下するので、実際には全消費電力は低下することになる（つまり電力変換効率は上昇する）。図２４に従来の有機ＥＬ素子構造を電荷発生層を介して２段（ｎ＝１）、５段（ｎ＝４）、１０段（ｎ＝９）、と重ねた場合に、電力変換効率（ｌｍ／Ｗ）が各輝度ごとにどのように変化するかをシミュレートしたものを示した。ここでは電流効率（ｃｄ／Ａ）がきっちり（ｎ＋１）倍となり、駆動電圧も、（同一輝度の時ではなく）同一電流密度の時に、きっちり（ｎ＋１）倍（ｎは電荷発生層の層数）となる場合を示している。因みに従来構造の有機ＥＬ素子のデータ（１段、ｎ＝０の場合）は実際に作製した素子のデータである。
このような良好な状態のＭＰＥ素子は簡単に実現されるわけではない。例えば、所望の電流値を得るための電圧が従来構造の有機ＥＬ素子の（ｎ＋１）倍以上となる場合、つまり、発光ユニットを電荷発生層を介して重ねるたびに、望ましくない「過剰電圧（ΔＶ）」が加えられる事態が生じた場合は、当然のことながら電力変換効率も発光ユニットを重ねるたびに低下していくことになる。
【００１１】
図２５、図２６に、発光ユニットを２個有するＭＰＥ有機ＥＬ素子のバンド図を示した。望ましくない「過剰電圧（ΔＶ）」は電荷発生層部分内部（本発明における「ホール−電子変換層」内部）で発生する。そもそも有機ＥＬ素子におけるホールの発生（または、注入）とは電子供与性分子（ホール輸送性分子）のＨＯＭＯ（最高占有軌道）準位の電子が引き抜かれた状態の生成、つまりラジカルカチオン分子の生成と同義である。したがってＭＰＥ素子における電荷発生層の役割とは、電圧印加時に、該ラジカルアニオン分子の生成に伴って引き抜かれた電子を別の（陽極側の）発光ユニットの電子受容性分子（電子輸送性分子）のＬＵＭＯ（最低非占有軌道）準位に注入することである。したがって前述の「過剰電圧（ΔＶ）」は、該ＨＯＭＯ準位の電子が該ＬＵＭＯ準位に移動する際に存在する（「ホール−電子変換層」内部の）「エネルギー障壁」によって発生するものである。この「ＨＯＭＯ準位の電子がＬＵＭＯ準位に移動する」ことを別言すれば、「ホール電流を電子電流に変換する」と、表わすことができる。
したがって、（「ホール−電子変換層」内部の）該エネルギー障壁を限りなく０にすることで、（結果的に）「過剰電圧（ΔＶ）」を限りなく０にすることが出来たときに、前述の良好な状態のＭＰＥ有機ＥＬ素子を初めて実現出来ることになる（図２６）。
【００１２】
本発明者は鋭意検討の結果、該エネルギー障壁を限りなく０にして、理想的な「ホール電流−電子電流変換」を実現するに至った。具体的には、特開平１１−２３３２６２号公報や特開２０００−１８２７７４号公報（米国特許第６３９６２０９号明細書）（Ｊ．Ｅｎｄｏ，Ｔ．Ｍａｔｓｕｍｏｔｏ，ａｎｄ  Ｊ．Ｋｉｄｏ，Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｖｏｌ．４１（２００２）ｐｐ．Ｌ８００−Ｌ８０３参照）で詳説されている手法を用いて、熱還元反応によって電子受容性有機物のラジカルアニオン分子が生成して存在している熱還元反応生成層と、特開平１１−２５１０６７号公報や特開２００１−２４４０７９号公報や特開２００３−２７２８６０号等で詳説されている手法を用いて形成した層（遠藤ら、Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｖｏｌ．４１（２００２）Ｌ３５８、第４７回高分子学会予稿集、４７巻９号、ｐ１９４０（１９９８）、Ｌｅｏら、Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．、ｖｏｌ．７８，Ｎｏ．４，（２００１）参照）、つまり、酸化性分子によって、電子供与性有機物のラジカルカチオン分子が生成している層と、を順次重ねることによって、（ＨＯＭＯ準位を流れる）ホール電流が（ＬＵＭＯ準位を流れる）電子電流に障壁なく‘変換’されることが判明した。
【００１３】
しかしながら、本発明者らが開示した、特開平１０−２７０１７１号公報（米国特許第６０１３３８４号明細書）、特開２００１−１０２１７５号公報（米国特許第６５８９６７３号明細書）、Ｊ．Ｋｉｄｏ  ａｎｄ  Ｔ．Ｍａｔｓｕｍｏｔｏ，Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，７３，ｐ．２８６６（１９９８）、等で詳説されている手法、すなわち、アルカリ金属等の電子ドナー（還元性ドーパント）をドーピングすることで、電子受容性有機物のラジカルアニオン分子を生成した場合は、該電子ドナー（還元性ドーパント）と電子アクセプター（該酸化性分子）が直接に反応したり、前記電子受容性有機物と前記酸化性分子の間や、前記電子供与性分子（ホール輸送性分子）と前記電子ドナー（還元性ドーパント）の間にも、意図せずして、望ましくない反応が引き起こされ、結果として電子の移動を妨げることが懸念され、実際に本発明者の検討によれば該ＭＰＥ有機ＥＬ素子の駆動電圧が段数（ｎ＋１）倍以上となってしまい、上記「過剰電圧（ΔＶ）」を０に出来ないことが判明した。ここで、「駆動電圧が発光ユニットの重ね段数倍以上となってしまい．．」というのは、同電流密度（または、同輝度）を達成するための駆動電圧が発光ユニットの重ね段数倍以上となることを意味し、特に高電流密度（または、高輝度）領域になるにしたがってその傾向が顕著となる（つまりΔＶの値には電流密度依存性がある）。このような望ましくない状態のＭＰＥ有機ＥＬ素子の実施例は、本発明者らによる特開２００３−４５６７６号公報や、特開２００３−２７２８６０号公報に開示されている。
【特許文献１】特開昭５９−１９４３９３号公報
【特許文献２】特開昭６３−２６４６９２号公報
【特許文献３】特開平２−１５５９５号公報
【特許文献４】特開平１０−２７０１７１号公報
【特許文献５】特開平１１−２３３２６２号公報
【特許文献６】特開平１１−２５１０６７号公報
【特許文献７】特開平１１−３２９７４８号公報
【特許文献８】特開２０００−１８２７７４号公報
【特許文献９】特開２００１−１０２１７５号公報
【特許文献１０】特開２００１−２４４０７９号公報
【特許文献１１】特開２００３−４５６７６号公報
【特許文献１２】特開２００３−２６４０８５号公報
【特許文献１３】特開２００３−２７２８６０号公報
【特許文献１４】米国特許第４，５３９，５０７号明細書
【特許文献１５】米国特許第４，７６９，２９２号明細書
【特許文献１６】米国特許第４，８８５，２１１号明細書
【特許文献１７】米国特許第６，３３７，４９２号明細書
【非特許文献１】Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，５１，９１３（１９８７）
【非特許文献２】Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，４８，１８３（１９８６）
【非特許文献３】Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ  Ｌｅｔｔｅｒｓ，  ｐｐ．３２７−３３０（１９９０）
【非特許文献４】Ｊ．Ｋｉｄｏ  ａｎｄ  Ｔ．Ｍａｔｓｕｍｏｔｏ，Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，７３，ｐ．２８６６（１９９８）
【非特許文献５】第４７回高分子学会予稿集、４７巻９号、ｐ１９４０（１９９８）
【非特許文献６】Ｌｅｏら、Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，ｖｏｌ．７８，Ｎｏ．４（２００１）
【非特許文献７】Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，８０，１６６７（２００２）
【非特許文献８】Ｋ．Ｌ．Ｔ．Ｄａｏ  ａｎｄ  Ｊ．Ｋｉｄｏ，  Ｊ．  Ｐｈｏｔｏｐｏｌｙｍ．  Ｓｃｉ．  Ｔｅｃｈｎｏｌ．，  １５，  ２６１  （２００２）
【非特許文献９】Ｊ．Ｅｎｄｏ，Ｔ．Ｍａｔｓｕｍｏｔｏ，ａｎｄ  Ｊ．Ｋｉｄｏ，Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｖｏｌ．４１（２００２）ｐｐ．Ｌ８００−Ｌ８０３
【非特許文献１０】遠藤ら、Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｖｏｌ．４１（２００２）Ｌ３５８
【非特許文献１１】第４９回応用物理学会関係連合講演会、講演予稿集２７ｐ−ＹＬ−３，ｐ．１３０８
【非特許文献１２】第６３回応用物理学会学術講演会、講演予稿集２７ａ−ＺＬ−１２，ｐ．１１６５
【非特許文献１３】Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ  ｏｆ  ＥＬ２００２  （Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ  ｏｎ  ｔｈｅ  Ｓｃｉｅｎｃｅ  ａｎｄ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  ｏｆ  Ｅｍｉｓｓｉｖｅ  Ｄｉｓｐｌａｙ  ａｎｄ  Ｌｉｇｈｔｉｎｇ）    ｐ．５３９
【非特許文献１４】Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ  ｏｆ  ＩＤＭＣ’０３  （Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｄｉｓｐｌａｙ  Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ）  Ｆｒ−２１−０１  ｐ．４１３、ＳＩＤ０３  ＤＩＧＥＳＴ，  ｖｏｌ．ＸＸＸＩＶ，  ＢＯＯＫＩＩ，  ｐ．９６４
【非特許文献１５】ＳＩＤ０３  ＤＩＧＥＳＴ，  ｖｏｌ．ＸＸＸＩＶ，  ＢＯＯＫＩＩ，  ｐ．９７９
【非特許文献１６】ＩＤＷ‘０４  Ａｄｖａｎｃｅ  Ｐｒｏｇｒａｍ，ｐ．６０，ＯＬＥＤ２−４，Ｎｏｖｅｌ  Ｍｇ：Ａｌｑ３／ＷＯ３  Ｃｏｎｎｅｃｔｉｎｇ  Ｌａｙｅｒ  ｆｏｒ  Ｔａｎｄｅｍ  Ｗｈｉｔｅ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅｓ（ＷＯＬＥＤｓ）、Ｃ．−Ｃ．Ｃｈａｎｇ，Ｓ．−Ｗ．Ｈｗａｎｇ，Ｈ．−Ｈ．Ｃｈｅｎ，Ｃ．Ｈ．Ｃｈｅｎ，Ｊ．−Ｆ．Ｃｈｅｎ（２００４）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明の目的は、下記に記載する電子輸送部としての層とホール輸送部としての層の２つの層を連続して積層させた「ホール電流−電子電流変換層」（「ホール−電子変換層」）を、ＭＰＥ有機ＥＬ素子の電荷発生層のみならず、従来型有機太陽電池を複数個、直列につなぐ「接続層」として用いたり、さらには一般的な有機素子の電極形成時のバッファー層として用いたりと、この層（が持つ利点）を一般化して広範囲に使用することで、従来型有機素子の持つ欠点を克服することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
電子受容性有機物をラジカルアニオン分子とするために、（１）「アルカリ金属イオン、アルカリ土類金属イオン、希土類金属イオン、及び一部の遷移金属イオンを代表とする、仕事関数が４．０ｅＶ以下の低仕事関数金属のイオンのうち、少なくとも１種を含む化合物（有機物でも無機物でもよい）」と、「（アルミニウムのように）該化合物に含まれる金属イオンを真空中（例えば蒸着チャンバー内の雰囲気）で金属状態に還元しうる熱還元性金属」とを、（真空蒸着による）積層、もしくは、共蒸着による混合により接触させて反応させ、該熱還元反応によって還元された低仕事関数金属と、その近傍に存在する電子受容性有機物とを（電子の授受による）酸化還元反応によって電荷移動錯体を形成させて、該電子受容性有機物がラジカルアニオン状態にある電子輸送部（熱還元反応生成部）と、
（２）（ａ）イオン化ポテンシャルが５．７ｅＶより小さく、電子供与性すなわちホール輸送性を有する有機化合物と、（ｂ）（ａ）の有機化合物と、（電子の授受による）酸化還元反応によって電荷移動錯体を形成しうる無機物質又は有機物質とが、積層、または混合されて接触しており、（ａ）の電子供与性有機物がラジカルカチオン状態にあるホール輸送部、とが積層されてなる「ホール電流−電子電流変換層」（「ホール−電子変換層」）を有していればよく、この層の使用法は特に限定されない。
【００１６】
本発明の有機素子は、仕事関数が４．０ｅＶ以下の低仕事関数金属のイオンのうち少なくとも１種を含む有機金属錯体化合物と、有機金属錯体化合物中に含まれる金属イオンを真空中で金属状態に還元しうる熱還元性金属と、を積層もしくは共蒸着による混合により接触させて引き起こされたその場熱還元反応によって還元された低仕事関数金属と電子受容性有機物とが酸化還元反応によって電荷移動錯体を形成して、電子受容性有機物がラジカルアニオン状態にある電子輸送部、及び、イオン化ポテンシャルが５．７ｅＶより小さく電子供与性を有する有機化合物と、有機化合物と酸化還元反応によって電荷移動錯体を形成しうる無機物質又は有機物質と、が積層または混合されて接触しており、電子供与性を有する有機物がラジカルカチオン状態にあるホール輸送部、が積層されてなるホール電流−電子電流変換層を含むことを特徴としている。
【００１７】
本発明の有機素子は、仕事関数が４．０ｅＶ以下の低仕事関数金属のイオンのうち、少なくとも１種を含む無機化合物と、無機化合物中に含まれる金属イオンを真空中で金属状態に還元しうる熱還元性金属と、を積層もしくは共蒸着による混合により接触させて引き起こされたその場熱還元反応によって還元された低仕事関数金属と電子受容性有機物とが酸化還元反応によって電荷移動錯体を形成して、電子受容性有機物がラジカルアニオン状態にある電子輸送部（熱還元反応生成部）、及び、イオン化ポテンシャルが５．７ｅＶより小さく電子供与性を有する有機化合物と、有機化合物と酸化還元反応によって電荷移動錯体を形成しうる無機物質又は有機物質とが、積層または混合されて接触しており、電子供与性を有する有機物がラジカルカチオン状態にあるホール輸送部、が積層されてなるホール電流−電子電流変換層を含むことを特徴としている。
【００１８】
本発明の有機素子は、電子輸送部と、ホール輸送部と、を積層してなるホール電流−電子電流変換層を含み、電子輸送部は、仕事関数が４．０ｅＶ以下の低仕事関数金属のイオンのうち少なくとも１種を含む有機金属錯体化合物と、有機金属錯体化合物に対して積層もしくは共蒸着による混合により接触し、有機金属錯体中に含まれる金属イオンを真空中で金属状態に還元しうる熱還元性金属と、を有し、接触により引き起こされたその場熱還元反応によって還元された低仕事関数金属と電子受容性有機物とが酸化還元反応によって電荷移動錯体を形成して、電子受容性有機物がラジカルアニオン状態にあり、ホール輸送層は、イオン化ポテンシャルが５．７ｅＶより小さく電子供与性を有する有機化合物と、有機化合物に対して積層または混合されて接触し、有機化合物と酸化還元反応によって電荷移動錯体を形成しうる無機物質又は有機物質と、を有し、電子供与性を有する有機物がラジカルカチオン状態にあることを特徴としている。
【００１９】
本発明の有機素子は、電子輸送部と、ホール輸送部と、を積層してなるホール電流−電子電流変換層を含み、電子輸送部は、仕事関数が４．０ｅＶ以下の低仕事関数金属のイオンのうち少なくとも１種を含む無機化合物と、無機化合物に対して積層もしくは共蒸着による混合により接触し、無機化合物中に含まれる金属イオンを真空中で金属状態に還元しうる熱還元性金属と、を有し、接触により引き起こされたその場熱還元反応によって還元された低仕事関数金属と電子受容性有機物とが酸化還元反応によって電荷移動錯体を形成して、電子受容性有機物がラジカルアニオン状態にあり、ホール輸送層は、イオン化ポテンシャルが５．７ｅＶより小さく電子供与性を有する有機化合物と、有機化合物に対して積層または混合されて接触し、有機化合物と酸化還元反応によって電荷移動錯体を形成しうる無機物質又は有機物質と、を有し、電子供与性を有する有機物がラジカルカチオン状態にあることを特徴としている。
【００２０】
上記有機金属錯体化合物と電子受容性有機物は積層または混合されて接触していることが好ましい。
【００２１】
上記無機化合物と電子受容性有機物も積層または混合されて接触していることが好ましい。
【００２２】
上記有機金属錯体化合物中で金属イオンに配位もしくは結合している有機分子部分（部位）は電子受容性有機物として機能していても良い。
【００２３】
上記有機金属錯体化合物と電子受容性有機物は、同一であっても良い。
【００２４】
上記熱還元性金属は、アルミニウム、ジルコニウム、シリコン、チタン及びタングステンから選択される少なくとも１種を含むことが望ましい。
【００２５】
上記金属錯体化合物または上記無機化合物に含まれる低仕事関数金属のイオンがアルカリ金属イオンである場合は、上記熱還元性金属は、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、及びバリウムのアルカリ土類金属から選択される少なくとも１種を含む金属であっても良い。
【００２６】
上記電子供与性有機化合物は、アリールアミン化合物であり、一般式（Ｉ）：
【００２７】
【化１】
2005166637.tif 000045
（式中、Ａｒ1、Ａｒ2及びＡｒ3は、それぞれ独立に置換基を有してよい芳香族炭化水素基を表わす。）で示されるアリールアミン化合物であるとよい。
【００２８】
上記電子供与性有機化合物は顔料型有機物であることが好ましい。
【００２９】
上記電子供与性有機化合物は、ポルフィリン化合物またはその誘導体であるとよい。
【００３０】
上記電子供与性有機化合物は、キナクリドン化合物またはその誘導体であることが好ましい。
【００３１】
上記電子供与性有機化合物は、インダンスレン化合物またはその誘導体であることが好ましい。
【００３２】
上記電子供与性有機化合物は、ガラス転移点が９０℃以上であるアリールアミン化合物であるとよい。
【００３３】
上記、電子供与性を有する有機化合物と酸化還元反応によって電荷移動錯体を形成しうる無機物質は、金属酸化物であることが好ましい。
【００３４】
上記、電子供与性を有する有機化合物と酸化還元反応によって電荷移動錯体を形成しうる無機物質は、金属ハロゲン化物であることが好ましい。
【００３５】
上記、電子供与性を有する有機化合物と酸化還元反応によって電荷移動錯体を形成しうる金属酸化物は、Ｖ2Ｏ5（５酸化バナジウム）、７酸化２レニウム、ＭｏＯ3（３酸化モリブデン）、又はＷＯ3（３酸化タングステン）であることが好ましい。
【００３６】
上記電子供与性を有する有機化合物と酸化還元反応によって電荷移動錯体を形成しうる金属ハロゲン化物は、塩化第２鉄、臭化第２鉄、等の鉄ハロゲン化物や、アルミニウムハロゲン化物、ガリウムハロゲン化物、インジウムハロゲン化物、アンチモンハロゲン化物、又は、ヒ素ハロゲン化物から適宜選択されることが好ましい。
【００３７】
上記、電子供与性を有する有機化合物と酸化還元反応によって電荷移動錯体を形成しうる有機物質は、少なくとも１個のフッ素を置換基として有するとよい。
【００３８】
上記、電子供与性を有する有機化合物と酸化還元反応によって電荷移動錯体を形成しうる有機物質は、少なくとも１個のシアノ基を置換基として有することが好ましい。
【００３９】
上記、電子供与性を有する有機化合物と酸化還元反応によって電荷移動錯体を形成しうる有機物質は、少なくとも１個のシアノ基と、少なくとも１個のフッ素を置換基として同時に有することが好ましい。
【００４０】
上記、電子供与性を有する有機化合物と酸化還元反応によって電荷移動錯体を形成しうる有機物質は、テトラフルオロ−テトラシアノキノジメタンであることが好ましい。
【００４１】
上記、電子供与性を有する有機化合物と酸化還元反応によって電荷移動錯体を形成しうる有機物質は、少なくとも１個のホウ素原子を有していることが好ましい。
【００４２】
上記、電子供与性を有する有機化合物と酸化還元反応によって電荷移動錯体を形成しうる有機物質は、少なくとも１個のホウ素原子と、少なくとも１個のフッ素を同時に有しているとよい。
【００４３】
上記、電子供与性を有する有機化合物と酸化還元反応によって電荷移動錯体を形成しうる有機物質は、トリスβ−（ペンタフルオロナフチル）ボランであるであることが好ましい。
【００４４】
本発明の有機素子は、有機ＥＬ素子を含むことを特徴としている。
【００４５】
本発明の有機素子は、有機太陽電池を含むことを特徴としている。
【００４６】
本発明の有機素子は、有機ＦＥＴ構造を含むことを特徴としている。
【００４７】
本発明の有機ＥＬ素子は、上記有機素子を含むことを特徴としている。
【００４８】
本発明の有機太陽電池は、上記有機素子を含むことを特徴としている。
【００４９】
本発明の有機ＦＥＴ構造は、上記有機素子を含むことを特徴としている。
【００５０】
本発明の有機素子の製造方法は、仕事関数が４．０ｅＶ以下の低仕事関数金属のイオンのうち少なくとも１種を含む有機金属錯体化合物と、有機金属錯体化合物中に含まれる金属イオンを真空中で金属状態に還元しうる熱還元性金属と、を積層もしくは共蒸着による混合により接触させてその場熱還元反応を起こし、その場還元反応によって還元された低仕事関数金属と電子受容性有機物とを酸化還元反応によって電荷移動錯体を形成して、電子受容性有機物がラジカルアニオン状態にある電子輸送部を形成する工程と、イオン化ポテンシャルが５．７ｅＶより小さく電子供与性を有する有機化合物と、有機化合物と酸化還元反応によって電荷移動錯体を形成しうる無機物質又は有機物質と、を積層または混合により接触させ、電子供与性を有する有機物がラジカルカチオン状態にあるホール輸送部を形成する工程と、を備えることを特徴としている。
本発明の有機素子の製造方法は、仕事関数が４．０ｅＶ以下の低仕事関数金属のイオンのうち少なくとも１種を含む無機化合物と、無機化合物中に含まれる金属イオンを真空中で金属状態に還元しうる熱還元性金属と、を積層もしくは共蒸着による混合により接触させてその場熱還元反応を起こし、その場還元反応によって還元された低仕事関数金属と電子受容性有機物とを酸化還元反応によって電荷移動錯体を形成して、電子受容性有機物がラジカルアニオン状態にある電子輸送部を形成する工程と、イオン化ポテンシャルが５．７ｅＶより小さく電子供与性を有する有機化合物と、有機化合物と酸化還元反応によって電荷移動錯体を形成しうる無機物質又は有機物質と、を積層または混合により接触させ、電子供与性を有する有機物がラジカルカチオン状態にあるホール輸送部を形成する工程と、を備えることを特徴としている。
【発明の効果】
【００５１】
電子輸送部としての層とホール輸送部としての層を連続して積層させた「ホール電流−電子電流変換層」（「ホール−電子変換層」）を、ＭＰＥ有機ＥＬ素子の電荷発生層のみならず、従来型有機太陽電池を複数個、直列につなぐ「接続層」として用いたり、さらには一般的な有機素子の電極形成時のバッファー層として用いたりと、この層（が持つ利点）を一般化して広範囲に使用することで、従来型有機素子の持つ欠点を克服することができる。
【００５２】
熱還元反応生成層（電子輸送部）中では、アルミニウムやマグネシウム等の熱還元性金属はすでに金属原子として存在しておらず、イオン状態（酸化状態）として存在しているため、下記の実施例に見られるように良好な透明性を付与することができる。
アルカリ金属を代表とする還元性ドーパントは大気中で発火するほど反応活性なものがほとんどなので、本発明の手法はそのような金属のハンドリングが不要になる、という工程上の優位点がある。
透明性が高く、かつ、発明者らが特開平１０−２７０１７１号公報や特開２００１−１０２１７５号公報等で開示した、還元性ドーパントがドーピングされた電子輸送層と略同等の比抵抗を有する膜を得ることが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５３】
＜第１実施形態＞
第１実施形態においては、電子輸送部（熱還元反応生成部）の構成物質として、アルカリ金属イオン、アルカリ土類金属イオン、希土類金属イオン及び一部の遷移金属イオンを代表とする仕事関数が４．０ｅＶ以下の低仕事関数金属（アルカリ金属）のイオン含有有機物として、
【００５４】
【化２】
2005166637.tif 000046
で示される、（８−キノリノラト）リチウム錯体（以下、Ｌｉｑと略記することがある）を使用し、
さらに、電子受容性（輸送性）有機物として、
【００５５】
【化３】
2005166637.tif 000047
で表されるトリス（８−キノリノラト）アルミニウム錯体（以下、Ａｌｑと略記することがある）、もしくは
【００５６】
【化４】
2005166637.tif 000048
で示されるバソクプロイン（以下、ＢＣＰと略記することがある）の様な有機物を、あらかじめ共蒸着の手法により混合層として形成しておき、さらにその混合層上に代表的熱還元性金属であるアルミニウムを適量真空蒸着するのが好適な形成方法の一つである。この時、アルミニウム金属はアルカリ金属イオン（ＬｉｑではＬｉ+）を還元（その場（ｉｎ−ｓｉｔｕ）還元反応）するので自らは、当然、酸化状態に変化する（アルミニウムイオン含有化合物となる）。さらに還元されて生成したＬｉ金属は近傍に存在する電子受容性（電子輸送性）有機物（例えばＡｌｑ）と電子の授受による酸化還元反応によって（（Ｌｉ＋Ａｌｑ  →）Ｌｉ+  ＋  Ａｌｑ-（ラジカルアニオン））の電荷移動錯体を形成する。ここで、生成したラジカルアニオンが電子電流の担い手（内部電荷）として振る舞える分けである。
【００５７】
このようにして生成した、熱還元反応生成層は（純粋な有機物と比べても）一般に、透明性が高く、さらに純粋な有機物と比べ比抵抗が低下する（つまり、導電性が上昇する）特徴がある。このような導電性の上昇は、該プロセスが「アルミニウムの様な金属を混入するプロセスであるから」、とする誤解を生ずることがあるが、上記のように、該熱還元反応生成層中では、既にアルミニウムは金属原子として存在しておらず、イオン状態（酸化状態）として存在している。したがって良好な透明性が付与される分けである。導電性の向上の要因は、上記Ａｌｑ-（ラジカルアニオン）の生成に起因している（実施例４，５参照）。
【００５８】
アルミニウム等の熱還元性金属の量はアルカリ金属イオン含有化合物中のイオンを金属に還元するための「過不足のない量」が好ましく、この量が少ないと十分に該熱還元反応を起こすことが出来ずに、結果として電子受容性（輸送性）有機物がラジカルアニオンとなることが出来ないし、過剰であると該熱還元反応に寄与出来ない（つまり酸化状態に変化出来ない）金属アルミニウムが残存するため、膜の透明性を低下させるので所望の効果が期待出来なくなる。このような現象を示す例を下記実施例４に示した。
【００５９】
＜第２実施形態＞
第２実施形態においては、電子輸送部（熱還元反応生成部）の構成物質として、第１実施形態と同様に低仕事関数金属（アルカリ金属）イオン含有化合物として、Ｌｉｑの様なアルカリ金属イオン含有有機金属錯体と、Ａｌｑの様な電子受容性（輸送性）有機物と、さらにアルミニウムのような熱還元性金属を同時に蒸着して混合させて（３元共蒸着）、上記と同様の機能を持つ電子輸送部を作成することも可能である。この場合該３つの物質の蒸着比率を適正に制御することで、透明性が高く、かつ本発明者が特開平１０−２７０１７１号公報や特開２００１−１０２１７５号公報等で開示した還元性ドーパントがドーピングされた電子輸送層と略同等の比抵抗を有する膜を得ることが可能である（実施例５参照）。言うまでもなく、アルカリ金属を代表とする該還元性ドーパントは大気中で発火するほど反応活性なものがほとんどなので、本発明の手法はそのような金属のハンドリングが不要になる、という工程上の優位点がある。
【００６０】
＜第３実施形態＞
第３実施形態においては、電子輸送部（熱還元反応生成部）の構成物質として、
【００６１】
【化５】
2005166637.tif 000049
で、示されるトリ（１，３−フェニル−１，３−プロパンジオナト）モノ（バソフェナントロリン）ユウロピウム錯体（以下、「Ｅｕ（ＤＢＭ）３・ＢＰＥＨＥＮ」と略記することがある）の様な希土類金属イオン含有有機金属錯体であって、配位子の一つに
【００６２】
【化６】
2005166637.tif 000050
で示されるバソフェナントロリン（以下、ＢＰＨＥＮ）の様な、それ自身に電子受容性（輸送性）を有する化合物を有している場合は、Ｅｕ（ＤＢＭ）３・ＢＰＥＨＥＮの化合物と熱還元性金属であるアルミニウムを同時に蒸着して混合させ（２元共蒸着）、上記と同様の機能を持つ電子輸送部を作成することも可能である。この場合も、該２つの物質の蒸着比率を適正に制御することで、透明性が高く、かつ本発明者が特開平１０−２７０１７１号公報や特開２００１−１０２１７５号公報等で開示した、還元性ドーパントがドーピングされた電子輸送層と略同等の比抵抗を有する膜を得ることが可能である（Ｅｕの酸化によるＢＰＨＥＮ-（ラジカルアニオン）の生成）。
【００６３】
＜第４実施形態＞
第４実施形態においては、上記Ｌｉｑの様に、アルカリ金属イオンを含有して、かつ、それ自身が電子受容性（輸送性）を併せ持つ化合物である場合は、熱還元性金属であるアルミニウムと適当な比率で同時に蒸着して混合させ（２元共蒸着）、上記と同様の機能を持つ電子輸送部を作成することも可能である。この場合は、アルミニウムによって熱還元されないＬｉｑが残存していることが想定されており、酸化還元反応によって（Ｌｉ+  ＋  Ｌｉｑ-（ラジカルアニオン））の電荷移動錯体を形成する。もちろん、上記のアルカリ金属イオンや、希土類金属イオンのような低仕事関数金属のイオン含有化合物であれば、上記有機金属錯体に代えて無機化合物を使用してもよい。
【００６４】
上記の実施形態１〜４に示される電子輸送部に隣接して形成される本発明のホール輸送部は、既にこれまで有機ＥＬ素子のホール注入層やホール輸送層中で広く使用されている、イオン化ポテンシャルが５．７ｅＶより小さく電子供与性を有する有機化合物と、前記有機化合物と酸化還元反応によって電荷移動錯体を形成しうる無機物質又は有機物質と、が積層または混合されて接触しており、前記電子供与性を有する有機化合物がラジカルカチオン状態にあるホール輸送部となっている。
【００６５】
なお、有機化合物、金属、及び「ホール電流−電子電流変換層」の成膜には、日本ビーテック製真空蒸着機を使用した。蒸着物質の成膜速度の制御や膜厚の制御は該蒸着機に取付けられている、水晶振動子を使用した成膜モニターＣＲＴＭ−８０００（ＵＬＶＡＣ（日本真空技術社）製）を使用した。また、成膜後の実質膜厚の測定には、テンコール（Ｔｅｎｃｏｒ）社製Ｐ１０触針式段差計を用いた。素子の特性評価には、ケースレー（ＫＥＩＴＨＬＥＹ）社ソースメータ２４００、トプコンＢＭ−８輝度計を使用した。また、吸収スペクトルの測定は、パーキンエルマー製：ラムダ１９を使用して測定した。
【００６６】
以下に実施例を挙げて本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれにより限定されるものではない。
【実施例１】
【００６７】
実施例１は、陰極に接する層に、本発明の「ホール電流−電子電流変換層」を有しており、結果的に、ホール電流の流れる層が陰極に接している有機ＥＬ素子の例である。この例では、図１に示すように、ガラス基板１０上にパターニングされたＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ）陽極１１上に、下記式
【化７】
2005166637.tif 000051
で表わされる４，４’−ビス［Ｎ−（２−ナフチル）−Ｎ−フェニル−アミノ］ビフェニル（以下、αＮＰＤ、または、ＮＰＢとも略記することがある。）を６００Åの厚さで真空蒸着によりホール輸送層１２として積層し、ついで発光層１３として、Ａｌｑを６００Åの厚さで積層した。
【００６８】
次に、上記ＡｌｑとＬｉｑ（低仕事関数金属イオン含有化合物）を、モル比率１：１で５０Åの厚さに成膜した（層１４）。さらにその上から熱還元性金属であるアルミニウムを１５Å（に相当する量）蒸着した（層１５）。次に上記αＮＰＤと５酸化バナジウム（Ｖ2Ｏ5）をモル比率１：１で１００Åの厚さで成膜した（層１６）（ホール輸送部）。最後に陰極金属１７としてアルミニウムを１０００Åの厚さで成膜した。
この有機ＥＬ素子２１０の構造を簡便に表記すると、ＩＴＯ／αＮＰＤ（６００Å）／Ａｌｑ（６００Å）／Ａｌｑ：Ｌｉｑ（１：１）（５０Å）／Ａｌ（１５Å）／Ｖ2Ｏ5：αＮＰＤ（１：１）（１００Å）／Ａｌ  （図１）となる。以下の説明ではこのような（簡便な）表記法を用いることとする。
この有機ＥＬ素子２１０において、陽極電極であるＩＴＯと陰極電極であるＡｌとの間に、直流電圧を印加して、諸特性を測定した結果を図３に示す。図３の○プロットは、この素子の電圧（Ｖ）−電流密度（ｍＡ／ｃｍ２）−輝度（ｃｄ／ｍ２）特性を示す。また、この素子の動作概念を示した図２に示すように、層１４及び層１５は、電子輸送部（熱還元反応生成層）１８として、層１６と層１８はホール電流−電子電流変換層１９として機能する。
＜比較例１＞
比較例１は、実施例１と比較するため、本発明の電子輸送部である熱還元反応生成層１８を用いない構造、すなわち、実施例１の層１４のＬｉｑに代えて金属Ｌｉを層１０４に使用した例であり、その素子３００の構造は
ＩＴＯ／αＮＰＤ（６００Å）／Ａｌｑ（６００Å）／Ａｌｑ：Ｌｉ（１：１）（５０Å）／Ｖ2Ｏ5：αＮＰＤ（１：１）（１００Å）／Ａｌ  （図４）
となっている。この有機ＥＬ素子３００の諸特性を測定した結果を図３の●プロットで示す。
【実施例２】
【００６９】
実施例２においては、実施例１の層１４のＬｉｑに代えて、
【化８】
2005166637.tif 000052
で示される、モノ（２，２，６，６−テトラメチル−３，５−ヘプタンジオナト）ルビジウム錯体（以下、Ｒｂ（ｄｐｍ）と略記することがある）を層２４に使用しており、ＩＴＯ／αＮＰＤ（６００Å）／Ａｌｑ（６００Å）／Ａｌｑ：Ｒｂ（ｄｐｍ）（１：１）（５０Å）／Ａｌ（１５Å）／Ｖ2Ｏ5：αＮＰＤ（１：１）（１００Å）／Ａｌ  （図５）なる構造の素子２２０を作成した。この有機ＥＬ素子２２０の諸特性を測定した結果を図３の▼プロットで示す。
【実施例３】
【００７０】
実施例３においては、実施例１の層１４のＬｉｑに代えてアルカリ金属の無機化合物であるＬｉＦ（フッ化リチウム）を層３４に使用して、
ＩＴＯ／αＮＰＤ（６００Å）／Ａｌｑ（６００Å）／ＬｉＦ（１０Å）／Ａｌ（１５Å）／Ｖ2Ｏ5：αＮＰＤ、（１００Å）／Ａｌ    （図６）
なる構造の素子２３０を作成した。この構造は電子受容性化合物であるＡｌｑ（層１３）とアルカリ金属化合物のＬｉＦ（層３４）が、（混合ではなく）積層されて接触している。この有機ＥＬ素子２３０の諸特性を測定した結果を図３の△プロットで示す。
＜参考例１＞  （従来型の有機ＥＬ素子の例）
参考例１として、本発明の「ホール電流−電子電流変換層」の構成を有していない、すなわち実施例１の層１４〜１６を有さない素子３１０を作成した。この素子は、実施例１の層１４〜１６に代えて、Ａｌｑ：Ｌｉ（１：１）からなる層１１４を備えており、
ＩＴＯ／αＮＰＤ（６００Å）／Ａｌｑ（６００Å）／Ａｌｑ：Ｌｉ（１：１）（５０Å
）／Ａｌ
なる構造となっている（図７）。この有機ＥＬ素子の諸特性を測定した結果を図３の◆プロットで示す。
実施例１〜３、比較例１、参考例１の結果を比較すると、本発明の「ホール電流−電子電流変換層」を有する有機ＥＬ素子は従来型の素子と比べても遜色なく機能し、むしろ、より低電圧で駆動出来ることが分かった。また、アルカリ金属のような還元性ドーパントを使用すると、ホール電流−電子電流変換層内部に、エネルギー障壁が生成してしまうため、同電流密度、または同輝度を達成するために必要な電圧が高くなることが示された。
【実施例４】
【００７１】
実施例４として、熱還元性金属の役割を確認し、かつ、その最適蒸着量（もしくは最適膜厚）を確認する実験を行った。実施例１の構造を基準にして、熱還元性金属であるアルミニウムの蒸着量を変化させて、有機ＥＬ素子としての特性の変化を調べた。すなわち
ＩＴＯ／αＮＰＤ（６００Å）／Ａｌｑ（６００Å）／Ａｌｑ：Ｌｉｑ（１：１）（５０
Å）／Ａｌ（ＸÅ）／Ｖ2Ｏ5：αＮＰＤ（１：１）（１００Å）／Ａｌ
の構造で、Ａｌの層１５の膜厚（ＸÅ）を変化させた。
【００７２】
図８、図９の▽プロットはＸ＝０（つまりアルミニウムを蒸着しない場合）のとき、◆プロットはｘ＝３Åのとき、×プロットはＸ＝１０Åのとき、○プロットはＸ＝１５Åのとき、△プロットはＸ＝２０Åのときの各素子の、電圧（Ｖ）−電流密度（ｍＡ／ｃｍ2）−輝度（ｃｄ／ｍ2）特性（図８）、電流密度（ｍＡ／ｃｍ2）−電流効率（ｃｄ／Ａ）（図９）を示す。
この結果から、熱還元性金属の蒸着量が所定量より少ないと、発光が観測されないことが示された（ｘ＝０Å，もしくは３Åの場合に対応）。これは、熱還元反応生成層内で電子受容性有機物のラジカルアニオン分子が生成されなかったため、発光層内に電子が注入されなかったためである。したがって、この時観測された電流はホール電流のみの電流である（２．２Ｖ近辺に発光開始電圧を示唆する‘キンク（Ｋｉｎｋ）’が観測されないという事実からも、そのことが裏付けられる。）。
また、図８、図９のグラフに示される結果から、この実験の範囲内ではアルミニウムを１５Åの膜厚に相当する量に制御すると、輝度や効率が最も高い値を示すことが分かった。それ以上にアルミニウムの蒸着量を増やすと、熱還元反応に寄与しない（つまり酸化状態に変化出来ない）金属アルミニウムが残存して素子特性を低下させることが示された。
【実施例５】
【００７３】
実施例５は、低仕事関数金属のイオン含有化合物と、電子受容性有機物と、熱還元性金属を同時に蒸着（３元共蒸着）して「透明性」と「導電性」を付与させた例である。Ａｌがパターニングされたガラス基板５０と、吸光度測定用の石英基板５６をそれぞれ用意して、以下の手順で蒸着成膜を行った。
【００７４】
まず、低仕事関数有機金属錯体であるＬｉｑと、電子受容性有機物であるＡｌｑと、熱還元性金属であるＡｌ（アルミニウム）を、Ａｌ電極５１上に、膜厚速度比で、（Ｌｉｑ：Ａｌｑ：Ａｌ＝１Å／ｓ（Ｌｉｑ）：３Å／ｓ（Ａｌｑ）：０．３Å／ｓ（Ａｌ））となるように共蒸着して層５２を形成し、さらにＡｌ電極５３を生成し、Ａｌ／Ｌｉｑ：Ａｌｑ：Ａｌ／Ａｌ  （図１０）の構造の素子２５０を作成した。
【００７５】
また、比較用素子として、上記層５２に代えて、アルカリ金属としてＬｉを直接電子受容性有機物（Ａｌｑ）と混合して層５４を生成した、Ａｌ／Ａｌｑ：Ｌｉ（１：１，モル比率）／Ａｌ（図１１）の構造の素子２５１を作成した。
【００７６】
また、上記層５２に代えて、Ａｌｑ単独膜５５を電極５１、５３で挟んだ、Ａｌ／Ａｌｑ／Ａｌ  （図１２）の構造の素子２５２を作成して、それぞれ、電場（Ｖ／ｃｍ）−電流密度（Ａ／ｃｍ2）特性を測定した（図１５）。
【００７７】
図１５のグラフに示される通り、（Ａｌ／Ｌｉｑ：Ａｌｑ：Ａｌ／Ａｌ）（図１０）の構造の素子と、（Ａｌ／Ａｌｑ：Ｌｉ（１：１，モル比率）／Ａｌ）（図１１）の構造の素子は、略同等の特性を示し、〜１０9Ωｃｍの比抵抗を示すことが分かった。これはＡｌによってＬｉｑ中のＬｉイオンが熱還元反応によって金属に還元され、ついで還元されたＬｉ金属が電子受容性有機物である、Ａｌｑと電子の授受（酸化還元反応）によって電荷移動錯体（Ｌｉ+＋Ａｌｑ-（ラジカルアニオン））を形成したことを示している。
【００７８】
また、吸光度（及び、透過率）測定用素子として、石英基板５６上にＬｉｑ：Ａｌｑ：Ａｌを共蒸着して
石英基板／Ｌｉｑ：Ａｌｑ：Ａｌ、（図１３）
なる構造の素子２５５を作成した。この素子２５５は、石英基板５６上に、膜厚速度比で、（Ｌｉｑ：Ａｌｑ：Ａｌ＝１Å／ｓ（Ｌｉｑ）：３Å／ｓ（Ａｌｑ）：０．３Å／ｓ（Ａｌ））となるように共蒸着して層５２を形成した。また、比較用素子２５６として、熱還元性金属であるＡｌを混入させずに、石英基板５６上にＬｉｑ：Ａｌｑ（層５７）を共蒸着して石英基板／Ｌｉｑ：Ａｌｑ  の素子を作成した。（図１４）
図１６は、上記吸光度測定用素子（図１３）と比較用素子（図１４）について、層５２（Ｌｉｑ：Ａｌｑ：Ａｌ）及び層５７（Ｌｉｑ：Ａｌｑ）を１０００Åとしたときの波長（ｎｍ）−透過率（％）特性を測定した結果を示している。図１６に示されるとおり、本発明の電子輸送部である（Ｌｉｑ：Ａｌｑ：Ａｌ）（層５２）からなる混合膜は、有機物のみからなる（Ｌｉｑ：Ａｌｑ）（層５７）と比べて、同じ膜厚（１０００Å）当たりの透過率が大きく上昇することが確かめられた。また、本発明者は、前出の論文誌Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．、７３、ｐ．２８６６（１９９８）中でリチウム金属ドーピング膜の吸収スペクトルの変化を示しているが、図１７に示されるとおり、本発明の、（石英基板／Ｌｉｑ：Ａｌｑ：Ａｌ）（吸光度測定用素子（図１３））の吸収スペクトルと（石英基板／Ｌｉｑ：Ａｌｑ）（比較用素子（図１４））の吸収スペクトルの変化は、該論文中に示されている吸収スペクトルの変化と酷似しており、さらに、成膜時に金属アルミニウムを混入しているにもかかわらず、透明性が増してることからも、上記の熱還元反応と、引き続いて起こっている酸化還元反応による電荷移動錯体の形成をしめすことが分かる。
【実施例６】
【００７９】
実施例６は、本発明の有機素子を無反射膜へ適用した例である。
着色顔料であって、かつ、ホール輸送能力を有することが知られている、
【化１１】
2005166637.tif 000053
の銅フタロシアニン（以下、ＣｕＰｃと略記することがある）やキナクリドン顔料は、それぞれ赤色領域、青色領域の可視領域に強い吸収を持つため、本発明の「ホール電流−電子電流変換層」を用いて無反射層を形成して、高いコントラスト比を有する有機ＥＬ素子を作成することが出来る。
【００８０】
図１８に示すように、ガラス基板６０上にＩＴＯ層６１、αＮＰＤ層６２、赤色発光層６３（ＤＣＪＴＢ：Ａｌｑ）の順に形成した有機ＥＬ素子構造の上に、Ａｌｑ：Ｌｉｑ（１：１）からなる層６４、Ａｌからなる層６５、Ｖ2Ｏ5：ＣｕＰｃからなる層６６を順に積層してなる本発明の「ホール電流−電子電流変換層」を形成し、さらにその上にＣｕＰｃの層６７を積層する。また、このＣｕＰｃの層６７の上に、ＣｕＰｃ：Ｖ2Ｏ5の層６８及びＡｌの層（陰極）６９を形成してＩＴＯ／αＮＰＤ／ＤＣＪＴＢ：Ａｌｑ／Ａｌｑ：Ｌｉｑ（１：１）（５０Å）／Ａｌ（１５Å）／Ｖ2Ｏ5：ＣｕＰｃ／ＣｕＰｃ／Ｖ2Ｏ5：ＣｕＰｃ／Ａｌ  （図１８）の構造の素子２６０を生成する。
【００８１】
ここで（ＤＣＪＴＢ：Ａｌｑ）の発光層６３で発生した赤色光のうち、陰極６９であるＡｌ方向に進行する光は（ＣｕＰｃ／Ｖ2Ｏ5：ＣｕＰｃ）の膜厚を調整して吸収させることが出来るので、コントラスト比の高い素子２６０を作成することが出来る。
また、「第３９回応用物理学関係連合講演会講演予稿集、２８ｐ−Ｑ−９，ｐ．１０３６（１９９２）」に記載されているキナクリドン顔料とその誘導体や、特開２０００−５８２６７号公報に記載されているインダンスレン顔料等、ホール輸送性を有して、かつ、特有の波長域に光吸収能を有する場合は、本発明の構造を利用して、単独、もしくは積層や混合の方法で、適宜、光反射陰極に接するホール電流層として利用出来る。
このような顔料タイプの有機分子はホール輸送性である場合がほとんどなので、通常の有機ＥＬ素子の様に陰極に接する層に電子輸送性物質が必須である場合は、（言うまでもないが）このような顔料タイプのホール輸送性有機物を使用出来ない。
【実施例７】
【００８２】
実施例７は、本発明の有機素子を高エネルギー成膜時のダメージ低減層へ適用した例である。
【００８３】
有機ＥＬ素子の陰極形成法として電子ビーム蒸着やスパッタリング蒸着等の高エネルギー粒子堆積法を用いるアイディアが知られている。本発明者は、前出の金属ドーピング層を電子注入層として用いれば、高仕事関数を有するＩＴＯでも容易に電子注入出来ることを、特開２００２−３３２５６７号公報（特願２００１−１４２６７２号明細書）に記載した。この時用いられたスパッタリング装置は有機膜に損傷のない工夫が施されているが、厳密には依然、若干のダメージが観測されていた。
また、特開２０００−５８２６５号公報や特開２０００−６８０６３号公報には発光層上に銅フタロシアニン（ＣｕＰｃ）層をスパッタバッファー層として形成するアイディアが記されている。そこではＬｉ等のアルカリ金属を、薄く形成されたＣｕＰｃ上に蒸着すると、該Ｌｉ金属はＣｕＰｃ層中に拡散して発光層方向に横切ることが記されており、この場合は、結果的に、ＣｕＰｃは（ホール輸送性分子としてではなく）電子輸送性分子としても作用できることが開示されている。
しかし、本来ＣｕＰｃはホール輸送性分子であり、このように電子輸送層として使用する方法には素子の劣化を早める要因となる懸念が生じる。
【００８４】
一方、本発明の「ホール電流−電子電流変換層」を用いれば、スパッタ等の高エネルギー粒子堆積時のバッファー層としてのＣｕＰｃは従来通り、（本来の性質である）ホール輸送層として機能させることが出来る。例えば、ガラス基板７０上に、ＩＴＯの層７１、αＮＰＤの層７２、Ａｌｑの層７３、Ａｌｑ：Ｌｉｑ（１：１）の層７４、Ａｌ層７５、Ｖ2Ｏ5：ＣｕＰｃの層７６、ＣｕＰｃの層７７及びＡｌ、ＩＴＯまたはその他の材料からなる陰極７８を積層して
ＩＴＯ／αＮＰＤ／Ａｌｑ／Ａｌｑ：Ｌｉｑ（１：１）（５０Å）／Ａｌ（１５Å）／Ｖ2Ｏ5：ＣｕＰｃ／ＣｕＰｃ／陰極（Ａｌ，ＩＴＯ，ｅｔｃ）  （図１９）
の構造の素子２７０を生成できる。
【００８５】
また、図１９に示す上記素子の層７７の上に、Ｖ2Ｏ5：ＣｕＰｃの層７９を形成して
ＩＴＯ／αＮＰＤ／Ａｌｑ／Ａｌｑ：Ｌｉｑ（１：１）、５０Å／Ａｌ、１５Å／Ｖ2Ｏ5：ＣｕＰｃ／ＣｕＰｃ／Ｖ2Ｏ5：ＣｕＰｃ／陰極（Ａｌ，ＩＴＯ，ｅｔｃ）  （図２０）
の様な構造を有する素子２７１を生成できる。これらの素子２７０、２７１によって、本来のホール輸送層としての機能と高エネルギー粒子によるダメージ低減層としての機能を併せ持つことが出来る。
【実施例８】
【００８６】
実施例８は、本発明の有機素子を有機太陽電池への適用例である。
有機太陽電池素子は有機ＥＬ素子と似た構造を有しており、特に二層型タイプは、（ホール輸送性分子／電子輸送性分子）の界面で、光によって電荷発生することが知られている。
例えば、
１）Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．、４８，１８３（１９８６）
２）Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ  Ｌｅｔｔｅｒｓ，  ｐｐ．３２７−３３０（１９９０）
３）Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．、７６，２６５０（２０００）
４）Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．、７９，１２６（２００１）
５）Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．、８０，１６６７（２００２）
に記載されている、典型的な構造が知られている。
特に、上記の、２）や５）の文献では、従来の有機太陽電池の両電極に挟まれた部分（電荷発生ユニット）が複数個、直列に接続された構造が記載されており、例えば、５）の文献中では、
ＩＴＯ／ＣｕＰｃ／ＰＴＣＢＩ／Ａｇ／ＣｕＰｃ／ＰＴＣＢＩ／Ａｇ
という、極薄（５Å）のＡｇ（銀）を使用して、電荷発生ユニット（ＣｕＰｃ／ＰＴＣＢＩ）を２個直列に連結する構造がしめされている。
この極薄のＡｇの代わりに、本発明の「ホール電流−電子電流変換層」を使用することが出来る。つまり、例えば
ＩＴＯ／ＣｕＰｃ／ＰＴＣＢＩ／ＰＴＣＢＩ：Ｒｂ（ＤＰＭ）：Ａｌの共蒸着層／Ｖ2Ｏ5：ＣｕＰｃの共蒸着層／ＣｕＰｃ／ＰＴＣＢＩ／Ａｇ
という構造によって、透明性が高く、かつ純粋な有機膜と比べても低抵抗化した膜であって、かつ、２個の電荷発生ユニットを、あたかも直列に接続できて、開放端電圧を略２倍とすることが出来る。上記の「ＰＴＣＢＩ：Ｒｂ（ＤＰＭ）：Ａｌの共蒸着層／Ｖ2Ｏ5：ＣｕＰｃの共蒸着層」が本発明の「ホール電流−電子電流変換層」として作用する。
そのほか、ＩＴＯ／（（アリールアミン化合物等の）電子供与性（ホール輸送性）有機物）：（Ｖ2Ｏ5や、４Ｆ−ＴＣＮＱ等）／ＣｕＰｃ／ＰＴＣＢＩ／（（電子受容性（輸送性）有機物：低仕事関数金属のイオン含有化合物：熱還元性金属）の反応生成層）／（（アリールアミン化合物等の）電子供与性（ホール輸送性）有機物）：（Ｖ2Ｏ5や、４Ｆ−ＴＣＮＱ等）の共蒸着膜／ＣｕＰｃ／ＰＴＣＢＩ／（（電子受容性（輸送性）有機物：低仕事関数金属のイオン含有化合物：熱還元性金属）の反応生成層）／金属の様に、従来から知られている、「電荷発生ユニット」の構成をそのまま使用して、該「電荷発生ユニット」を複数個、直列に接続できる。ここで、アミールアミンは、
【００８７】
【化１】
2005166637.tif 000054
で示される。
「電荷発生ユニット」の構成自体は、本発明の要素ではなく、既知のものや、新規に発見された好適な構成であれば、適宜用いることが出来る。なお、例えば、特開２００３−２６４０８５号公報には、本発明と類似の構造で、上記文献１）に記載されている「電荷発生ユニット」の構成を用いて、
ＩＴＯ／ＣｕＰｃ／ＰＶ／ＣｕＰｃ：ＰＶの共蒸着膜／ＣｕＰｃ／ＰＶ／Ａｕ
という構造が、開示されており、このような構造でも、あたかも、開放端電圧を２倍にすることが可能であるかのように記載されているが、本発明者の検討では、２倍はおろか、「電荷発生ユニット」が１個の素子よりも発生電圧が低下することが明らかになった。
これは、同一の物質の組み合わせを使用しても、積層膜構造（ＣｕＰｃ／ＰＶ）と混合膜構造（ＣｕＰｃ：ＰＶの共蒸着膜）の相違の様な、態様の相違によって、「光電荷の発生機能」や「（電荷移動錯体の形成による）導電性の発現」という互いに別事象の機能が起こりうる、という「間違った期待」から記載されている。しかし、実際には、本発明の「ホール電流−電子電流変換層」のような機能がなければ、期待される機能を得ることは出来ない。
【実施例９】
【００８８】
実施例９は、本発明の有機素子を有機ＥＬトランジスタへ適用した例である。
ＳＩＴ（Ｓｔａｔｉｃ  Ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）と呼ばれている、縦型ＦＥＴ（Ｆｉｅｌｄ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）構造を有する有機ＥＬトランジスタが知られている。（第４７回応用物理学関係連合講演会  講演予稿集３０ａ−Ｈ−２，ｐ．１２９７、第６３回応用物理学関係連合講演会  講演予稿集２９ｐ−ＺＨ−１５，ｐ．１１６１）
このような有機ＥＬトランジスタの例として、図２１に示すような素子３２０があり、基板９０上に、順に、透明電極（ソース）９１、ホール注入層９２、ホール輸送層９３、発光層９４、陰極（ドレイン）９５を形成してなる有機ＥＬ素子のホール輸送層９３部分にスリット状のゲート電極（Ｇ）９６が埋め込まれた形状を有しており、ゲート電極に印加される可変電圧値によって、発光閾値電圧や、発光強度を制御できる。しかし、（図２１に示される通り）この構造によると、光の進行が妨げられたり、該ゲート電極のスリット間隔を自由に最適化することが難しくなる。
これに対して、本発明の「ホール電流−電子電流変換層」を用いることで、従来の有機ＥＬトランジスタ構造では実現できなかった構造も実現可能となる。例えば陰極９５に接する層として、ホール輸送層９７を配置することが出来る（図２２）。このとき、陰極９５とホール輸送層９７との間には、例えばＶ2Ｏ5（電子受容性化合物）とＮＰＢ（電子供与性有機物）からなるホール輸送部９８を生成することができ、発光層９４とホール輸送層９７との間に本発明のホール電流−電子電流変換層１２０を形成するホール輸送部９９と電子輸送部１００を生成することができる。このような構成の有機ＥＬトランジスタ２９０においては、該ホール輸送層９７部分にスリット状ゲート電極９６を埋め込んで、従来の有機ＥＬ素子部分の構造を変えることなく、トランジスタ特性を付与出来る。
また、例えば、陽極９１に接する層として、電子輸送層１２１を配置することが出来る（図２３）。このとき、陽極９１と電子輸送層１２１との間には、電子輸送部１２２を生成することができ、電子輸送層１２１とホール輸送層９３との間に本発明のホール電流−電子電流変換層１２０を形成するホール輸送部９９と電子輸送部１００を生成することができる。また、透明陰極９５と発光層９４との間には電子注入層１２３を生成してある。このような構成の有機ＥＬトランジスタ２９１においては、該電子輸送層１２１にスリット状ゲート電極９６を埋め込んで、従来の有機ＥＬ素子部分の構造を変えることなく、トランジスタ特性を付与出来る。もちろん、陰極に接する層として、ホール輸送層を配置して、かつ、陽極に接する層として、電子輸送層を配置して、該ホール輸送層と該電子輸送層の両方にゲート電極を埋め込んで、従来、実現不可能であった特性を付与する構造も作成可能である。
【００８９】
本発明について上記実施形態を参照しつつ説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、改良の目的または本発明の思想の範囲内において改良または変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００９０】
【図１】本発明の実施例１に係る有機ＥＬ素子の構造を示す図である。
【図２】本発明の実施例１に係る有機ＥＬ素子の動作概念を示す図である。
【図３】実施例１〜３、比較例１及び参考例１に係る素子の電圧（Ｖ）−電流密度（ｍＡ／ｃｍ２）−輝度（ｃｄ／ｍ２）特性を示す図である。
【図４】比較例１に係る有機ＥＬ素子の構造を示す図である。
【図５】本発明の実施例２に係る有機ＥＬ素子の構造を示す図である。
【図６】本発明の実施例３に係る有機ＥＬ素子の構造を示す図である。
【図７】参考例１に係る有機ＥＬ素子の構造を示す図である。
【図８】本発明の実施例１の構造を基準にして、アルミニウムの層の膜厚Ｘ（Å）を変化させたときの電圧（Ｖ）−電流密度（ｍＡ／ｃｍ2）−輝度（ｃｄ／ｍ2）特性を示す図である。
【図９】本発明の実施例１の構造を基準にして、アルミニウムの層の膜厚Ｘ（Å）を変化させたときの電流密度（ｍＡ／ｃｍ2）−電流効率（ｃｄ／Ａ）特性を示す図である。
【図１０】本発明の実施例５に係る有機ＥＬ素子の構造を示す図である。
【図１１】本発明の実施例５に対する比較用素子に係る有機ＥＬ素子の構造を示す図である。
【図１２】本発明の実施例５に対する比較用素子に係る有機ＥＬ素子の構造を示す図である。
【図１３】吸光度測定用素子の構造を示す図である。
【図１４】吸光度測定用素子に対する比較用素子の構造を示す図である。
【図１５】本発明の実施例５に係る素子及び比較用素子の電場（Ｖ／ｃｍ）−電流密度（Ａ／ｃｍ2）特性を示す図である。
【図１６】吸光度測定用素子と比較用素子の波長（ｎｍ）−透過率（％）特性を示す図である。
【図１７】吸光度測定用素子と比較用素子の波長（ｎｍ）−吸光度特性を示す図である。
【図１８】本発明の実施例６に係る素子の構造を示す図である。
【図１９】本発明の実施例７に係る素子の構造を示す図である。
【図２０】本発明の実施例７に係る素子の構造を示す図である。
【図２１】従来のＦＥＴ構造を有する有機ＥＬ素子の構造を示す図である。
【図２２】本発明の実施例９に係るＦＥＴ構造を有する有機ＥＬ素子の構造を示す図である。
【図２３】本発明の実施例９に係るＦＥＴ構造を有する有機ＥＬ素子の構造を示す図である。
【図２４】従来の有機ＥＬ素子構造を電荷発生層を介して２段（ｎ＝１）、５段（ｎ＝４）、１０段（ｎ＝９）、と重ねた場合に、電力変換効率（ｌｍ／Ｗ）が各輝度ごとにどのように変化するかをシミュレートした図である。
【図２５】駆動電圧をＶ1＋Ｖ2＋ΔＶとし、陰極や陽極からの注入障壁を無視した場合における発光ユニットを２個有するＭＰＥ有機ＥＬ素子のバンド図である。
【図２６】駆動電圧をＶ1＋Ｖ2とし、陰極や陽極からの注入障壁を無視した場合における発光ユニットを２個有するＭＰＥ有機ＥＬ素子のバンド図である。
【符号の説明】
【００９１】
１０  基板
１１  陽極
１２  ホール輸送層
１３  発光層
１６  ホール輸送部
１７  陰極
１８  電子輸送部
１９  ホール電流−電子電流変換