(57)【要約】【課題】  長寿命で、且つ、高周波を発生させる装置を用いず、蛍光灯や白熱灯のように照明に使えるような発光を得ることができる有機エレクトロルミネッセント素子を提供すること。【解決手段】  陽極電極と、陰極電極と、陽極電極と陰極電極との間にある有機化合物層と、陽極電極及び陰極電極に接続された直流電源と、有機化合物層に含まれ電子またはホールの少なくとも一方を有機化合物層中に供給するキャリア供給物質とを備え、陽極電極を構成する陽極材料の仕事関数の値が陰極電極を構成する陰極材料の仕事関数の値よりも小さい。【選択図】  図１
2005332646.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
陽極電極と、陰極電極と、前記陽極電極と前記陰極電極との間にある有機化合物層と、前記陽極電極及び前記陰極電極に接続された直流電源と、前記有機化合物層に含まれ電子またはホールの少なくとも一方を前記有機化合物層中に供給するキャリア供給物質とを備え、前記陽極電極を構成する陽極材料の仕事関数の値が前記陰極電極を構成する陰極材料の仕事関数の値よりも小さいことを特徴とする有機エレクトロルミネッセント素子。
【請求項２】
前記陰極材料の仕事関数の値と前記陰極電極が接する層または前記有機化合物層において電子の移動を担う物質の電子親和力の値との差が、前記キャリア供給物質のイオン化ポテンシャルの値と前記有機化合物層中において電子の移動を担う物質の電子親和力の値との差よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の有機エレクトロルミネッセント素子。
【請求項３】
前記陽極材料の仕事関数の値と前記陽極電極が接する層または前記有機化合物層においてホールの移動を担う物質のイオン化ポテンシャルの値との差が、前記キャリア供給物質の電子親和力の値と前記有機化合物層中においてホールの移動を担う物質のイオン化ポテンシャルの値との差よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の有機エレクトロルミネッセント素子。
【請求項４】
陽極電極と、陰極電極と、前記陽極電極と前記陰極電極との間にある有機化合物層と、前記陽極電極及び前記陰極電極に接続された直流電源と、前記有機化合物層に含まれ電子またはホールの少なくとも一方を前記有機化合物層中に供給するキャリア供給物質と、前記陽極電極と前記有機化合物層との間にあり前記陽極電極から前記有機化合物層へのホールの移動は阻止するが電子の移動は阻止しないホールブロッキング層と、前記陰極電極と前記有機化合物層との間にあり前記陰極電極から前記有機化合物層への電子の移動は阻止するがホールの移動は阻止しない電子ブロッキング層とを備えることを特徴とする有機エレクトロルミネッセント素子。
【請求項５】
前記陽極材料の仕事関数の値が前記陰極材料の仕事関数の値よりも小さいことを特徴とする請求項４に記載の有機エレクトロルミネッセント素子。
【請求項６】
前記電子ブロッキング層のイオン化ポテンシャルの値が、前記電子ブロッキング層に接する層中または前記有機化合物層中においてホールの移動を担う物質のイオン化ポテンシャルの値より小さく、かつ前記陰極材料の仕事関数の値よりも大きいことを特徴とする請求項４または５に記載の有機エレクトロルミネッセント素子。
【請求項７】
前記電子ブロッキング層の電子親和力の値が、前記電子ブロッキング層が接する層中または前記有機化合物層中において電子の移動を担う物質の電子親和力の値より小さいことを特徴とする請求項４または５に記載の有機エレクトロルミネッセント素子。
【請求項８】
前記陰極材料の仕事関数の値と前記陰極電極が接する層または前記電子ブロッキング層において電子の移動を担う物質の電子親和力の値との差が、前記キャリア供給物質のイオン化ポテンシャルの値と前記有機化合物層において電子の移動を担う物質の電子親和力の値との差よりも大きいことを特徴とする請求項４または５に記載の有機エレクトロルミネッセント素子。
【請求項９】
前記ホールブロッキング層の電子親和力の値が、前記ホールブロッキング層に接する層中または前記有機化合物層中において電子の移動を担う物質の電子親和力の値より大きく、かつ前記陽極材料の仕事関数の値よりも小さいことを特徴とする請求項４または５に記載の有機エレクトロルミネッセント素子。
【請求項１０】
前記ホールブロッキング層のイオン化ポテンシャルの値が、前記ホールブロッキング層が接する層中または前記有機化合物層中においてホールの移動を担う物質のイオン化ポテンシャルの値より大きいことを特徴とする請求項４または５に記載の有機エレクトロルミネッセント素子。
【請求項１１】
前記陽極材料の仕事関数の値と前記陽極電極が接する層または前記ホールブロッキング層においてホールの移動を担う物質のイオン化ポテンシャルの値との差が、前記キャリア供給物質の電子親和力の値と前記有機化合物層においてホールの移動を担う物質のイオン化ポテンシャルの値との差よりも大きいことを特徴とする請求項４または５に記載の有機エレクトロルミネッセント素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ディスプレイのような表示素子、または蛍光灯のような照明装置に用いられる光源としての、有機エレクトロルミネッセント素子（以下、有機ＥＬ素子と略す）に関する。
【背景技術】
【０００２】
固体の有機化合物からの電界発光を利用した有機ＥＬ素子は、低電圧で高輝度に光る発光素子として、近年ディスプレイの分野ばかりでなく、照明用途としても非常に注目されている。
有機ＥＬ素子に関する研究は古くから行われてきたが、発光効率が非常に悪く、寿命も短かったことから、本格的な実用化研究にはなかなか至らなかった。しかしながら、図６に示すように、１９８７年のＣ．Ｗ．Ｔａｎｇらによるキャリア輸送層（ホール注入輸送層１１、電子注入輸送層１２）と発光層３を分離した積層構造を有する有機ＥＬ素子の提案により、１０Ｖ以下の低電圧にもかかわらず、１０００ｃｄ／ｍ２以上の高輝度発光が得られるようになった（例えば、非特許文献１参照）。この報告を皮切りに、実用化へ向けた有機ＥＬ素子の研究が加速したといえる。
【０００３】
このような有機ＥＬ素子においては、電子とホールの再結合確率を向上させるために素子構造を最適化した結果、ホールと電子の再結合による発光が発光層３の内部全体では起こらず、どちらかの電極（陽極電極２または陰極電極５）側の異なった層との界面近傍に局在化する傾向が強い。従って、その界面近傍ではチャージや再結合によって生じる励起状態が集中し、そのため発光領域の劣化が加速され、発光強度が低下していく。従って、再結合発光の領域を発光層３の内部の広い範囲に拡大することができれば素子の高輝度化が可能なばかりでなく、素子の劣化領域を分散させることができ、その結果、素子をより長寿命化することが可能となるはずである。
そのような観点で、発光領域の拡大を図った発明も報告されている（例えば、特許文献１参照）。そのような素子の中で、発光層３に導電性微粒子１５が分散した交流駆動型の素子を図７に示す。この素子は、印加する電界の向きを交流電源１６を用いて反転させながら発光を継続させるものである。
【０００４】
しかしながら、絶縁層１４を用いて電界の向きを反転させながら駆動する素子においては、キャリアの移動速度等から考えると発光過程は電界を反転させた直後、数ナノ秒から、長くても１マイクロ秒以下の極めて短い時間に起こって終了し、次に電界が反転するまで発光は起こらない。従って、時間平均した場合に発光強度を得ようとすると、非常に高い周波数で電界の向きを反転し続けなければならない。仮に一回の電界反転による発光時間を５０ナノ秒と仮定した場合、駆動時間に対する発光している時間の割合を５０％にまで向上させるには、１０ＭＨｚという高周波数で素子を駆動しなければならないことになる。現在の技術では比較的高い数十ボルトの変動電界をそのような高周波数で供給することは難しく、たとえ可能でも非常に高価な電源装置を必要とし、結果、照明やディスプレイ等の用途に用いるのは難しいとも考えられる。また仮に一回の電界反転による発光時間を５０ナノ秒と同様に仮定し、その間は１００万ｃｄ／ｍ２という既存の有機ＥＬ素子では達成不可能に近い非常に高い輝度で発光させたとしても、一般の交流電源である５０Ｈｚで駆動した場合、時間平均された輝度は２．５ｃｄ／ｍ２という微弱な発光になってしまう。従って、高周波を発生させる装置を用いず、蛍光灯や白熱灯のように一般の交流電源で照明に使えるような発光を得ることは、電界の向きを反転させて駆動する図７のような素子では困難である。
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−９５５４９号公報
【非特許文献１】Ａｐｐｌ．  Ｐｈｙｓ．  Ｌｅｔｔ．，  ５１，  ９１３  （１９８７）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は有機エレクトロルミネッセント素子において、長寿命で、且つ、高周波を発生させる装置を用いず、ディスプレイ、および蛍光灯や白熱灯のように照明にも使える発光を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者は前記課題を解決するため鋭意検討を重ねた結果、電極と有機化合物層を有する有機エレクトロルミネッセント素子において、電子またはホールの少なくとも一方を有機化合物層中に供給する物質を有機化合物層中に有し、公知の有機ＥＬ素子と反対に電極材料の仕事関数の値を陽極電極のほうを陰極電極より小さくした素子に直流電界を印加すること、もしくは、電極から有機化合物層への電子またはホールの少なくとも一方の注入を阻止する層を有する素子に直流電界を印加することで、本発明をなすに至った。
すなわち、本願発明は、陽極電極と、陰極電極と、前記陽極電極と前記陰極電極との間にある有機化合物層と、前記陽極電極及び前記陰極電極に接続された直流電源と、前記有機化合物層に含まれ電子またはホールの少なくとも一方を前記有機化合物層中に供給するキャリア供給物質とを備え、前記陽極電極を構成する陽極材料の仕事関数の値が前記陰極電極を構成する陰極材料の仕事関数の値よりも小さいことを特徴とする有機エレクトロルミネッセント素子である。
【０００８】
また、本願発明は、陽極電極と、陰極電極と、前記陽極電極と前記陰極電極との間にある有機化合物層と、前記陽極電極及び前記陰極電極に接続された直流電源と、前記有機化合物層に含まれ電子またはホールの少なくとも一方を前記有機化合物層中に供給するキャリア供給物質と、前記陽極電極と前記有機化合物層との間にあり前記陽極電極から前記有機化合物層へのホールの移動は阻止するが電子の移動は阻止しないホールブロッキング層と、前記陰極電極と前記有機化合物層との間にあり前記陰極電極から前記有機化合物層への電子の移動は阻止するがホールの移動は阻止しない電子ブロッキング層とを備えることを特徴とする有機エレクトロルミネッセント素子である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の有機エレクトロルミネッセント素子は、発光領域の拡大による輝度向上と阻止劣化抑制等の効果を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明について、以下具体的に説明する。以下、特に断りの無い限り、キャリアとは電子とホールのことを指す。また、電界の印加により電子またはホールの少なくとも一方を有機化合物層中に供給する物質はＣａｒｒｉｅｒ  Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ物質ということで、ＣＧ物質と以降略す。また以下に示す例では、電界の印加により電子およびホールの両方を有機化合物層中に供給するＣＧ物質１種類を有する、本発明における素子を示す。
図１に、本発明における有機ＥＬ素子の構造の例を示す。基板１の片側に陽極電極２があり、その上に少なくとも発光層を含むキャリア輸送性の有機化合物層を１層以上積層するが、本発明において最低限必要な有機化合物層はＣＧ物質４を有する発光層のみで良いため、この例ではＣＧ物質４を有する発光層３のみが積層された素子を示す。発光層３の上には陰極電極５が形成されている。陽極電極２と陰極電極５には直流電源６が接続されている。
上記の例では、公知の有機ＥＬ素子と異なり、陽極電極２に仕事関数の小さい導電性材料を、陰極電極５に仕事関数の大きい導電性材料を用いて、陽極材料２の仕事関数の値を陰極材料５の仕事関数の値より小さくするのが良い。その理由を、本発明における発光のメカニズムとともに、図１の素子構造の場合における素子のエネルギー準位を模式的に示した図２で説明する。
【００１１】
本発明の素子においては電極からキャリアを注入する公知の有機ＥＬ素子と全く反対に、電極からのキャリア注入を抑制してＣＧ物質４のある発光層３に電界を効率よく印加し、ＣＧ物質４からのキャリアの放出を為し得る必要がある。そのためには、陰極電極５から電子７を注入する際のエネルギー障壁に相当する陰極電極５の仕事関数の値（図２、ａ１）と陰極電極５が接する層の電子親和力の値（図２、ａ２）との差（図２の矢印の幅ａ）が、ＣＧ物質４から発光層３において電子７の移動を担う物質の電子移動準位に電子７を注入する際のエネルギー障壁に相当するＣＧ物質４のイオン化ポテンシャルの値（図２、ａ３）とＣＧ物質４を有する発光層３において電子７の移動を担う物質の電子親和力の値（図２、ａ２）との差（図２の矢印の幅ｂ）以上あり、かつ、陽極電極２からホール８を注入する際のエネルギー障壁に相当する陽極電極２の仕事関数の値（図２、ａ５）と陽極電極２が接する層のイオン化ポテンシャルの値（図２、ａ６）との差（図２の矢印の幅ｄ）が、ＣＧ物質４から発光層３においてホール８の移動を担う物質のホール移動準位にホール８を注入する際のエネルギー障壁に相当するＣＧ物質４の電子親和力の値（図２、ａ４）とＣＧ物質４を有する発光層３においてホール８の移動を担う物質のイオン化ポテンシャルの値（図２、ａ６）との差（図２の矢印の幅ｃ）以上あることが望ましい。このことにより、電極からのキャリア注入に要するエネルギーより有機化合物層中のキャリア供給物質からキャリアを供給するのに要するエネルギーのほうが小さくなり、電極からキャリアを注入せず、有機化合物層中のキャリア供給物質から有機化合物層中にキャリアが供給されるようになる。
【００１２】
上記のような条件を満足するため、すなわち図２の矢印の幅ａとｄを大きくするために、公知の有機ＥＬ素子とは反対に、陽極電極に仕事関数の小さい導電性材料を、陰極電極に仕事関数の大きい導電性材料を用いて、陽極材料の仕事関数の値を陰極材料の仕事関数の値より小さくすることが望ましい。そのような公知の有機ＥＬ素子と反対の電極の組み合わせとしては、例えば陽極電極には銀、アルカリ金属、アルカリ土類金属、希土類金属、およびそれらの塩、およびアルミニウム等を、それ単独もしくは複数組み合わせてもしくは合金にして用いることができ、陰極にはタングステン、チタン、ＩＴＯ、ＩＺＯ、およびＺｎＯ等を用いることができる。
【００１３】
電界の印加によってＣＧ物質４から発生し発光層３へ供給された電子７とホール８は、電界によって電子７は陽極電極２側へ、ホール８は陰極電極５側へ移動し、移動中に起きた再結合によって、発光層３内の幅広い領域で発光が起こる。このことにより、発光領域の拡大による高輝度化、および励起状態の局所集中の回避による長寿命化の効果が得られる。また、同じ輝度で従来の素子と比較した場合、発光層３中における単位体積あたりの再結合頻度を押さえられるため、長寿命化の効果が得られる。直流電源により駆動しているため、電極との界面に到達した電子７とホール８は電極内に注入され、結果、回路には電流が流れつづけ、発光は発光層３内の広い範囲に渡って途切れることなく継続する。この方法は駆動時間のうち１００％を発光させることができ、かつ発光層の広い範囲に渡る発光を可能とするため、素子の高輝度化と長寿命化に対して極めて有利である。また、高周波を発生させる装置を用いる必要がない。
【００１４】
図１に示した素子では、陽極電極材料の仕事関数の値を陰極電極材料の仕事関数の値より小さくすることで図２の矢印の幅ａとｄが示すエネルギー障壁を大きくし、電極からのキャリア注入を抑制した例を示した。しかし前記手法以外にも、電極からのキャリア注入を抑制し有機化合物層中のキャリア供給物質からのキャリア供給を誘発する方法がある。
すなわち、電極材料は公知の有機ＥＬ素子と同様、陽極電極に仕事関数の大きい導電性材料を、陰極電極に仕事関数の小さい導電性材料を用い、かつ、陽極電極と有機化合物層との間に陽極電極から有機化合物層へのホールの注入を阻止するが電子の移動は阻止しないホールブロッキング層と、陰極電極と有機化合物層との間に陰極電極から有機化合物層への電子の注入を阻止するがホールの移動は阻止しない電子ブロッキング層とを備えることによっても、同様の効果を得ることが可能である。そのような素子の構造の例を図３に示す。
【００１５】
基板１の片側に陽極電極２があり、その上に陽極電極２から有機化合物層へのホール８の注入を阻止するホールブロッキング層９が設けられている。ホールブロッキング層９の上には発光層を含むキャリア輸送性の有機化合物層を少なくとも１層以上積層するが、この例では図１の例と同様、ＣＧ物質４を有する発光層３のみが積層された素子を示す。発光層３の上にはさらに陰極電極５から有機化合物層へ電子７の注入を阻止する電子ブロッキング層１０を設け、その上に陰極電極５が形成されている。陽極電極２と陰極電極５には直流電源６が接続されている。
図３の素子構造の場合における発光のメカニズムを、素子のエネルギー準位を模式的に示した図４で説明する。発光のメカニズムは図１の素子の場合と基本的に同じであり、キャリアブロッキング層（電子ブロッキング層１０およびホールブロッキング層９）を有する目的は、電極からのキャリア注入に要するエネルギーより有機化合物層中のキャリア供給物質からのキャリア供給に要するエネルギーのほうを小さくして、電極からキャリアを注入せず、有機化合物層中のキャリア供給物質から有機化合物層中にキャリアを供給するためである。
【００１６】
さらに詳細に述べると、電極からキャリアを注入させずにＣＧ物質４のある発光層３に電界を効率よく印加してＣＧ物質４からのキャリアの放出を為し得るために、陰極電極５から電子７を電極が接する層内に注入する際のエネルギー障壁に相当する陰極電極５の仕事関数の値（図４、ｂ１）と陰極電極５が接する層の電子親和力の値（図４、ｂ２）との差（図４の矢印の幅ｅ）が、ＣＧ物質４から発光層３において電子７の移動を担う物質の電子移動準位に電子７を注入する際のエネルギー障壁に相当するＣＧ物質４のイオン化ポテンシャルの値（図４、ｂ３）とＣＧ物質４を有する発光層３において電子７の移動を担う物質の電子親和力の値（図４、ｂ７）との差（図４の矢印の幅ｆ）以上あり、かつ、陽極電極２からホール８を電極が接する層内に注入する際のエネルギー障壁に相当する陽極電極２の仕事関数の値（図４、ｂ５）と陽極電極２が接する層のイオン化ポテンシャルの値（図４、ｂ６）との差（図４の矢印の幅ｈ）が、ＣＧ物質４から発光層３においてホール８の移動を担う物質のホール移動準位にホール８を注入する際のエネルギー障壁に相当するＣＧ物質４の電子親和力の値（図４、ｂ４）とＣＧ物質４を有する発光層３においてホール８の移動を担う物質のイオン化ポテンシャルの値（図４、ｂ８）との差（図４の矢印の幅ｇ）以上あることが望ましい。この条件が満たされる場合、電極からのキャリア注入に要するエネルギーより有機化合物層中のキャリア供給物質からのキャリア供給に要するエネルギーのほうを小さくなり、有機化合物層中のキャリア供給物質から有機化合物層中にキャリアを供給することができる。
【００１７】
陽極電極２および陰極電極５に直流電圧を印加しても、電子ブロッキング層１０およびホールブロッキング層９によって発光層３内へのキャリアの注入は阻止されることで、発光層３内には電界が効率よく印加される。電界の印加により発光層３内のＣＧ物質４から電子７とホール８が発生し、電界によって電子７は陽極電極側へ、ホール８は陰極側へ移動し、移動中に電子７とホール８が再結合することによって、ＣＧ物質４が存在する発光層３内の幅広い領域で発光が起こる。この過程は図１の素子の場合と同じである。ホールブロッキング層９および電子ブロッキング層１０との界面近傍に到達した電子７とホール８は界面に蓄積されるのではなく、それぞれキャリアブロッキング層を通過し電極内に注入される。結果、図１の例と同様に回路には電流が流れつづけ、発光が継続する。
【００１８】
電子７がホールブロッキング層９をスムーズに通過して陽極電極２に注入されるためには、その過程でエネルギー障壁が無いことが理想である。従って、電子７がよりエネルギー準位の深い方向（図４ではイオン化ポテンシャルの値が大きくなる準位の方向）に移動していけるようにエネルギー準位の大小関係がなっていることが望ましい。そのような形態とは、ホールブロッキング層９中における電子移動準位が、ホールブロッキング層が接する有機化合物層において電子の移動を担う物質の電子移動準位（図４では発光層３において電子７の移動を担う物質の電子移動準位）と、電子７が注入される陽極電極２の仕事関数に相当する準位との間にあることである。また、上記を表現を変えて説明すれば、ホールブロッキング層９の電子親和力の値（図４、ｂ９）がホールブロッキング層９に接する有機化合物層中において電子の移動を担う物質の電子親和力の値（図４、ｂ７）以上かつ陽極電極２の仕事関数の値（図４、ｂ５）以下であることである。この条件が満たされる場合、電子７はホールブロッキング層９をエネルギー障壁無しに通過して、陽極電極２に注入されるので理想的である。
【００１９】
ホール８の電子ブロッキング層１０の通過に関しても上記と同様である。すなわち、ホール８が電子ブロッキング層１０をスムーズに通過して陰極電極５に注入されるためにも、その過程でエネルギー障壁が無いことが理想である。従って、ホール８がよりエネルギー準位の浅い方向（図４ではイオン化ポテンシャルの値が小さくなる準位の方向）に移動していけるようにエネルギー準位の大小関係がなっていることが望ましい。そのような形態とは、電子ブロッキング層１０中におけるホール移動準位が、電子ブロッキング層１０が接する有機化合物層においてホールの移動を担う物質のホール移動準位（図４では発光層３においてホール８の移動を担う物質のホール移動準位）と、ホール８が注入される陰極電極５の仕事関数に相当する準位との間にあることである。また、上記を表現を変えて説明すれば、電子ブロッキング層１０のイオン化ポテンシャルの値（図４、ｂ１０）が電子ブロッキング層１０に接する有機化合物層中においてホールの移動を担う物質のイオン化ポテンシャルの値（図４、ｂ８）以下かつ陰極電極５の仕事関数の値（図４、ｂ１）以上であることである。この条件が満たされる場合、ホール８は電子ブロッキング層１０をエネルギー障壁無しに通過して、陰極電極５に注入されるので理想的である。
【００２０】
電子ブロッキング層の材質としては、ホールを輸送する能力を有し、電子の移動を阻止する働きを有する化合物であれば特に限定されない。図４の矢印の幅ｅに相当する電子注入障壁が大きくなるよう、その電子親和力の値が電子ブロッキング層が接する有機化合物層中において電子の移動を担う物質の電子親和力の値よりできる限り小さいものが望ましい。そのような化合物としては、一般的にはホール注入層やホール輸送層に用いられる化合物を挙げることができ、例えばホール輸送性材料とルイス酸との反応によって得られるＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ（ポリチオフェン／ポリスチレンスルホン酸混合系）、トリフェニルアミン含有高分子／塩化アンチモン酸誘導体混合系、ポリピロール／パラジウム混合系、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）や４，４’−ビス［Ｎ−（ナフチル）−Ｎ−フェニル−アミノ］ビフェニル（α−ＮＰＤ）等のアリールアミン化合物、フタロシアニン系の錯体アニリン系共重合体、ポリフィリン化合物、イミダゾール誘導体、トリアゾール誘導体、フタロシアニン誘導体、ピラゾリン誘導体、オキサゾール誘導体、オキサジアゾール誘導体、スチルベン誘導体、ポリアリールアルカン誘導体、４，４’，４”−トリス（Ｎ−（３−メチルフェニル）Ｎ−フェニルアミノ）トリフェニルアミン（ｍ−ＭＴＤＡＴＡ）といったスターバースト分子群、ポリシラン、導電性高分子オリゴマーなどである。
【００２１】
ホールブロッキング層の材質としては、電子を輸送する能力を有し、ホールの移動を阻止する働きを有する化合物であれば特に限定されない。図４の矢印の幅ｈに相当するホール注入障壁が大きくなるよう、そのイオン化ポテンシャルの値がホールブロッキング層が接する有機化合物層中においてホールの移動を担う物質のイオン化ポテンシャルの値より大きいものが望ましい。そのような化合物としては、バソクプロイン、１，３，５−トリス（Ｎ−フェニル−ベンズイミダゾール−２−イル）ベンゼン、フッ素化スターバースト分子等が挙げられる。もしくは、一般的に電子輸送層に用いられる化合物でも良く、例えば、トリス（８−キノリナート）アルミニウム、トリス（５−クロロ−８−キノリナート）ガリウム、ビス（８−キノリナート）カルシウム、ビス（２−メチル−８−キノリナート）アルミニウム等の、８−キノリナートあるいはその誘導体を配位子の一部に有する金属錯体化合物が候補となる。また、ナフタレン、ピレン、コロネン、アントラセンといった縮合多環芳香族炭化水素およびそれらの誘導体、バソフェナントロリン、フルオレン、ジフェノキノン、トリアジン、イミダゾール、オキサジアゾール等やそれらの誘導体、ジオレフィン誘導体、ジスチリルベンゼン誘導体、ジスチリルピラジン誘導体、ジメチリディン誘導体等も挙げることができる。
【００２２】
これまでに２つの本発明の例を示したが、本発明はそれらの例に限定されるものではない。すなわち、最初に記載した陽極材料の仕事関数の値が陰極材料の仕事関数の値より小さい組み合わせを有する素子構造と、次に記載したキャリアブロッキング層を有する素子構造とを組み合わせて用いても良い。その場合における素子のエネルギー準位を模式的に図５に示す。陽極電極２に仕事関数の小さい導電性材料を、陰極電極５に仕事関数の大きい導電性材料を用いて、陽極材料の仕事関数の値を陰極材料の仕事関数の値より小さくしたことで、陰極電極５から電子７を電子ブロッキング層内に注入する際のエネルギー障壁に相当する陰極電極５の仕事関数の値（図５、ｃ１）と陰極電極５が接する層の電子親和力の値（図５、ｃ２）との差（図５の矢印の幅ｉ）が、図４の場合に相当する矢印の幅ｅと比べ大きくなり、また、陽極電極２からホール８をホールブロッキング層内に注入する際のエネルギー障壁に相当する陽極電極２の仕事関数の値（図５、ｃ３）と陽極電極２が接する層のイオン化ポテンシャルの値（図５、ｃ４）との差（図５の矢印の幅ｌ）が、図４の場合に相当する矢印の幅ｈと比べ大きくなり、より電極からのキャリア注入を抑制することができる。結果、有機化合物層に高電界を効率よく印加でき、有機化合物層中のキャリア供給物質から有機化合物層中にキャリアを供給する過程が優先して起こる。
【００２３】
基板１には一般的なガラスを利用することができ、他にもポリエステル、ポリアミド、エポキシ等の樹脂からなる、基板、フィルム、あるいはシート等を用いることができる。基板側から光を取り出す場合には、基板１の材質は可視光に対して透明である必要がある。対して、基板と反対方向から光を取り出すのであれば基板１は必ずしも透明である必要性はなく、この場合には基板１に金属のような導電性のものを用いて、基板１に電極２の役割を持たせることも可能である。なお、基板１は必ずしも平坦である必要性はなく、曲面や曲げられる材質のものでも良い。
発光層３は公知の有機ＥＬ素子に用いられているキャリア輸送性発光材料を幅広く使用することができ、特に材料的な制限はない。従って、Ａｌｑ３（アルミキノリン）およびそれらの誘導体、ＰＰＶ（ポリフェニレンビニレン）およびそれらの誘導体、もしくはＰＶＣｚ（ポリビニルカルバゾール）等の代表的な材料を含め、様々なキャリア輸送性発光材料を用いることができる。発光層３は電子とホール両方のキャリアが移動するためバイポーラー性を有していることが望ましいが、都合の良いことに、塗工法で作成が可能な高分子系のキャリア輸送性材料の多くはバイポーラー性を有している。さらに、少なくとも１種類以上の蛍光もしくは燐光発光材料を混合することで、発色を任意に制御することも可能である。複数の蛍光もしくは燐光発光材料からの異なった色の発光を重ねることで、素子全体としての発光色を白色とすることもできる。なお、公知の有機ＥＬ素子と同様、蛍光もしくは燐光発光材料を混合した場合には、発光層３を形成する有機材料は必ずしも発光性を有している必要はなく、再結合によって生じた励起エネルギーが蛍光もしくは燐光発光材料に移動可能である材料であれば良い。
【００２４】
発光層３の形成方法としては、発光層の材料とＣＧ物質４とが共蒸着できるのならば、真空蒸着法を用いて作成することができる。また、発光層の材料が溶媒に可溶である場合には塗工法によって作成することが可能である。この場合、発光層材料とＣＧ物質４とを溶媒に混合し、スピンコート法、インクジェット法、ディップコート法、もしくはスプレー法といった方法、もしくはスクリーン印刷のような印刷法で形成することができる。塗工法は真空蒸着法と比較し簡便で、真空装置の大きさによる素子面積の制限が無く、設備投資金額を押さえられるため、低コストで且つ高スループットで大面積の素子を製造できるメリットがある。本発明における有機ＥＬ素子においては電極からのキャリアの注入や輸送を必要としないため、公知の有機ＥＬ素子で用いられているキャリア注入層やキャリア輸送層といった有機化合物層は基本的には不要であり、必要な有機化合物層は本質的にはＣＧ物質を有する発光層のみで良い。
【００２５】
発光層３の有するＣＧ物質４としては、金属やＩＴＯなどの導電性微粒子、有機化合物層中のキャリア輸送性有機化合物と電荷移動錯体を形成しうる電子受容性または電子供与性の化合物、電子受容性化合物と電子供与性化合物とが結合した電荷移動錯体、もしくは半導体の微粒子等を挙げることができる。
導電性微粒子としては、ＩＴＯやＩＺＯ等の透明なもの、または金、銀、銅、白金、アルミニウム、アルカリ金属、アルカリ土類金属、希土類金属、もしくはそれらの合金や硫化物、酸化物等、もしくはカーボンナノチューブ等の有機伝導体を挙げることができる。また、これら導電性微粒子から有機化合物層中へのキャリア注入障壁を低下させるために、アルカリ金属、アルカリ土類金属、希土類金属、およびそれらの塩、もしくは有機化合物層中のキャリア輸送性有機化合物と電荷移動錯体を形成しうる電子受容性、もしくは電子供与性の物質を導電性微粒子に付着させて用いても良い。さらには、ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳのような、有機化合物層中へのキャリア注入障壁を低下させる有機物をコートして用いても良い。
【００２６】
電子受容性もしくは電子供与性物質としては、例えば電子受容性物質として、五酸化バナジウム、ＴＣＮＱ（テトラシアノキノジメタン）、金属ジチオレン化合物、ベンゾキノン、およびそれらの誘導体を挙げることができる。また、電子供与性物質としては、ＴＴＦ（テトラチアフルバレン）、ＴＳＦ（テトラセレナフルバレン）、テトラキス（ジメチルアミノ）ピレン、テトラキス（ジメチルアミノ）エチレン、およびそれらの誘導体等を挙げることができる。また上記したような、電子受容性化合物と電子供与性化合物が結合した電荷移動錯体を発光層３に分散させて用いても良い。
半導体微粒子としては、珪素、アルミニウム、ガリウム、砒素、アンチモン、カドミウム、亜鉛、錫、鉛、水銀、インジウム、およびビスマスの、硫化物、窒化物、砒素化物、炭化物、塩化物、臭化物、ヨウ化物、アンチモン化物、セレン化物、テルル化物等を挙げることができる。
ＣＧ物質４の形状としては、針状、球状、多面体形状、その他任意の形状で良い。有機化合物層中におけるそれらの存在形態としては、層内に均一に分散しているのが望ましいが、いくつかの粒子同士が融合して島状に点在していても良い。
【産業上の利用可能性】
【００２７】
本発明は、有機ＥＬ素子の高輝度かつ長寿命化に寄与し、かつ塗工法での素子の製造に適することから、ディスプレイのような表示装置、および照明装置の光源の安価な製造方法として好適である。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の有機エレクトロルミネッセント素子の構造を示す図および発光メカニズムを示す図である。
【図２】本発明の有機エレクトロルミネッセント素子の発光メカニズムを示す図である。
【図３】本発明の有機エレクトロルミネッセント素子の構造を示す図および発光メカニズムを示す図である。
【図４】本発明の有機エレクトロルミネッセント素子の発光メカニズムを示す図である。
【図５】本発明の有機エレクトロルミネッセント素子の発光メカニズムを示す図である。
【図６】従来の有機エレクトロルミネッセント素子の構造を示す図である。
【図７】従来の有機エレクトロルミネッセント素子の構造を示す図である。
【符号の説明】
【００２９】
１  基板
２  陽極電極
３  発光層
４  ＣＧ物質
５  陰極電極
６  直流電源
７  電子
８  ホール
９  ホールブロッキング層
１０  電子ブロッキング層
１１  ホール注入・輸送層
１２  電子注入・輸送層
１３  電極
１４  絶縁層
１５  導電性微粒子
１６  交流電源
【図１】
2005332646.tif 000003
【図２】
2005332646.tif 000004
【図３】
2005332646.tif 000005
【図４】
2005332646.tif 000006
【図５】
2005332646.tif 000007
【図６】
2005332646.tif 000008
【図７】
2005332646.tif 000009