(57)【要約】有機ＥＬ素子は、透明な基板（３１）と、基板（３１）上に、陽極（３２）、正孔注入層（３３）、正孔輸送層（３４）、発光層（３５）、電子輸送積層体（３６）、陰極側電子輸送層（３７）、陰極（３８）が順次形成された構成を有し、電子輸送積層体（３６）は電子親和力の互いに異なる２種の電子輸送層（３６Ａ，３６Ｂ）が交互に積層された構成を有する。陰極（３８）から注入される電子電流量を増加させて正孔電流量と均衡をとり、発光効率を高める。
2004082338.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
陽極と、陽極上に形成された発光層と、発光層上に形成されたキャリア輸送積層体と、キャリア輸送積層体上に形成された陰極とを有し、
前記キャリア輸送積層体は、第１のキャリア輸送層と第２のキャリア輸送層とが交互に積層されてなり、
前記第１のキャリア輸送層と第２のキャリア輸送層は互いに電子輸送性が異なることを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項２】
前記第１のキャリア輸送層と第２のキャリア輸送層は互いに電子親和力が異なることを特徴とする請求項１記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項３】
前記キャリア輸送積層体は、第１のキャリア輸送層と第２のキャリア輸送層との繰り返し数が２〜１０の範囲で交互に積層されてなることを特徴とする請求項１記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項４】
第１のキャリア輸送層及び第２のキャリア輸送層は各々が所定の膜厚よりなることを特徴とする請求項１記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項５】
前記第１のキャリア輸送層は、電子親和力が第２のキャリア輸送層より小さく、かつ膜厚が前記第２のキャリア輸送層と同等又は小さいことを特徴とする請求項１記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項６】
前記第１のキャリア輸送層及び第２のキャリア輸送層のうちいずれか一方が発光層と同一材料よりなることを特徴とする請求項１記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項７】
前記キャリア輸送積層体と陰極との間に電子輸送層を更に有し、
前記電子輸送層は、エネルギーギャップが第１のキャリア輸送層及び第２のキャリア輸送層のうちいずれか大きい方と同等又は大きいことを特徴とする請求項１記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項８】
前記キャリア輸送積層体は、第３のキャリア輸送層を更に有し、
第１のキャリア輸送層、第２のキャリア輸送層及び第３のキャリア層が順次繰り返して積層されてなることを特徴とする請求項１記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項９】
前記陽極と発光層との間に正孔輸送層を更に有し、
前記正孔輸送層は、電子親和力が発光層より大きいことを特徴とする請求項１記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項１０】
前記陽極と発光層との間に他の正孔輸送層を更に有し、
前記正孔輸送層と前記他の正孔輸送層とが交互に積層されてなり、
前記正孔輸送層と前記他の正孔輸送層は、互いにイオン化ポテンシャルが異なることを特徴とする請求項９記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項１１】
前記請求項１〜１０記載の有機エレクトロルミネッセンス素子を備えた有機エレクトロルミネッセンスディスプレイ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】  本発明は、一般に光電子素子および光電子素子を用いたフラットパネルディスプレイに関し、特に有機エレクトロルミネッセンス素子及び有機エレクトロルミネッセンスディスプレイに関する。
近年、従来の大型・重量のあるＣＲＴ（ブラウン管）ディスプレイから、薄型・軽量のフラットディスプレイに次第に市場ニーズが移行している。フラットディスプレイとしては、液晶ディスプレイ、プラズマディスプレイが実用化され、家庭用テレビ受像機、パソコン用モニター等として、実用化されている。
最近、次世代のフラットディスプレイとして、エレクトロルミネッセンスディスプレイ（以下「ＥＬディスプレイ」と称する。）、特に有機ＥＬディスプレイが注目されている。有機ＥＬディスプレイを構成する有機ＥＬ素子は、正孔輸送性と電子輸送性のそれぞれの有機薄膜を積層した積層型素子の報告（Ｃ．Ｗ．Ｔａｎｇ  ａｎｄ  Ｓ．Ａ．ＶａｎＳｌｙｋｅ，Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ  ｖｏｌ．５１，９１３（１９８７））以来、１０Ｖ以下の低電圧で発光する大面積発光素子として関心を集め、盛んに研究がなされている。有機ＥＬディスプレイは、液晶ディスプレイと比較して、自然発光型であるのでバックライトを必要とせず薄型化が可能であり、構造がシンプルで可撓性のあるディスプレイが作成可能であるので、応用範囲が拡大されることが期待されている。一方、実用化にあたっては有機ＥＬディスプレイは長寿命化に課題を残している。
【背景技術】  図１は、従来の有機ＥＬ素子の概略断面図である。図１に示すように、有機ＥＬ素子１０は、透明性絶縁基板１１上に透明陽極１２、正孔注入層１３、正孔輸送層１４、発光層１５、電子輸送層１６、陰極１８が順次形成された構成となっている。有機ＥＬ素子１０は、正孔が透明陽極１１から正孔注入層１３に注入され、一方陰極１９から電子が注入され、正孔及び電子が発光層１５において再結合して放出されたエネルギーにより、発光層１５に含まれる有機蛍光体等が励起され発光する。輝度は再結合する正孔及び電子の時間当たりの再結合量で決定され、また、発光効率は消費電流に対する輝度で表されるので、発光に寄与する電子量及び正孔量の均衡が良好な程、発光効率は高くなる。
有機ＥＬ素子１０は、透明陽極１２はＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ）により形成されており、そのＩＴＯの表面をＵＶオゾンや酸素プラズマ等により酸化処理を施すことによって、仕事関数を正孔注入層のイオン化ポテンシャルと整合させることにより、透明陽極１２から正孔注入層１３への正孔注入障壁を低減し、正孔電流量を増加させている。
一方、陰極１８には、電子輸送層１６への電子注入障壁が小さい低仕事関数を有する金属のＬｉ、Ｍｇまたそれらの合金Ａｌ−Ｌｉ、Ｍｇ−Ａｇ等が用いられている。最近になり、ＬｉＦ／Ａｌのような金属フッ化物を電子注入層として導入することにより、単体Ａｌを陰極１８に用いても、Ｌｉ、Ｍｇ等の低仕事関数金属の単体あるいはそれらの合金を陰極として用いた素子と同等の有機膜への電子注入能力を示し、発光効率等の素子特性も低仕事関数金属を陰極として用いたものと同等あるいはそれ以上の値を示すことが知られている（Ｌ．Ｓ．Ｈｕｎｇ，Ｃ．Ｗ．Ｔａｎｇ  Ｔａｎｇ，ａｎｄ  Ｍ．Ｇ．Ｍａｓｏｎ，Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ  ｖｏｌ．７０（２），１５２（１９９７））。
しかし、陰極１８にこれらの低仕事関数金属の単体または合金、あるいはＬｉＦ等の電子注入層を導入しても、発光層１５に到達する電子電流量は、正孔電流量に比較して少なく、電子電流量と正孔電流量との不均衡により、発光に寄与しない正孔電流が浪費されてしまい、発光効率を十分に向上することができないという問題がある。
さらに、発光効率が低い場合充分な輝度を得るためには印加する電圧を増してより多くの電流量を流す必要があるが、電圧を過度に印加すると陽極１２と正孔注入層１３、及び陰極１８と電子輸送層１６との界面において化学反応が生じ易くなり、正孔注入層１３、電子輸送層１６が変質して機能が低下し、ひいては素子破壊につながり易い。したがって、素子寿命を十分に確保することができないという問題がある。
また、特開２００２−４３０６３号公報には、多層電子輸送領域を設けることによりキャリアの発光層への注入の向上や動作電圧を低下させたりすることが開示されている。しかしながら、本公報では多層電子輸送領域の構成については具体的な構成は開示されていない。
特許文献１      特開２００２−４３０６３号公報
特許文献２      特開２００１−３５７９７５号公報
【発明の開示】
そこで、本発明は上記の課題を解決した新規かつ有用な有機エレクトロルミネッセンス素子および有機エレクトロルミネッセンスディスプレイを提供することを概括課題とする。
本発明のより具体的な課題は、発光効率が優れ、長寿命化が可能な有機エレクトロルミネッセンス素子を提供することである。
本発明の一観点によれば、
陽極と、陽極上に形成された発光層と、発光層上に形成されたキャリア輸送積層体と、キャリア輸送積層体上に形成された陰極とを有し、
前記キャリア輸送積層体は、第１のキャリア輸送層と第２のキャリア輸送層とが交互に積層されてなり、
前記第１のキャリア輸送層と第２のキャリア輸送層は互いに電子輸送性が異なることを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子が提供される。
ここで、電子輸送性は、第１のキャリア輸送層及び第２のキャリア輸送層を形成する有機材料の電子親和力、イオン化ポテンシャル、エネルギーギャップ等により決定される。
本発明によれば、発光層と陰極との間に、互いに電子輸送性が異なる第１のキャリア輸送層と第２のキャリア輸送層とが交互に積層されたキャリア輸送積層体が設けられることにより、発光層に注入される電子電流量を増加することができる。その結果、本発明の有機エレクトロルミネッセンス素子は、電子電流量と正孔電流量とが均衡することにより、高い発光効率を有し、また長い寿命を有する。
上記第１のキャリア輸送層と第２のキャリア輸送層は互いに電子親和力が異なる。第１のキャリア輸送層と第２のキャリア輸送層の電子親和力が互いに異なることにより、多重量子井戸が形成され、電子電流量を増加することができる。なお、電子親和力は、キャリア輸送層等を構成する材料の伝導体の下端のエネルギーと真空準位とのエネルギー差で表され、正値で示される。
本発明の他の観点によれば、上記いずれかの有機エレクトロルミネッセンス素子を備えた有機エレクトロルミネッセンスディスプレイが提供される。
本発明によれば、高い発光効率と長い寿命を有する有機エレクトロルミネッセンスディスプレイを実現することができる。
【図面の簡単な説明】  図１は、従来の有機ＥＬ素子の断面図である。
図２は、本発明に係る素子構造体の断面図である。
図３は、図２に示す素子構造体のＩ−Ｖ特性図である。
図４は、本発明の第１の実施の形態の有機ＥＬ素子の断面図である。
図５は、第１の実施の形態の有機ＥＬ素子のエネルギーダイヤグラムである。
図６は、エネルギーギャップを求める方法を説明するための図である。
図７は、イオン化ポテンシャルを求める方法を説明するための図である。
図８は、実施例及び比較例に係る有機ＥＬ素子に使用した電子輸送層及び正孔輸送層の特性値を示す図である。
図９は、第１〜第３実施例及び第１〜第２比較例に係る有機ＥＬ素子の層構成と評価結果を示す図である。
図１０は、第４〜第５実施例及び第３〜第４比較例に係る有機ＥＬ素子の層構成と評価結果を示す図である。
図１１は、本発明の第２の実施の形態の有機ＥＬディスプレイの分解斜視図である。
【符号の説明】
３１…基板、３２…陽極、３３…正孔注入層、３４…正孔輸送層、
３５…発光層、３６…電子輸送積層体、３７…陰極側電子輸送層、３８…陰極、
３６Ａ１・３６Ａ２…第１電子輸送層、３６Ｂ１・３６Ｂ２…第２電子輸送層、
５０…有機ＥＬディスプレイ
発明を実施するための最良の態様
始めに本願発明者が本発明をするに至った経緯について説明する。本願発明者は以下に示す実験を行い、本願の特徴である発光層と陰極との間に異なる電子輸送性を有する電子輸送層を交互に積層した電子輸送積層体を設けることにより、注入可能な電流密度を増加することができるとの知見を得た。
図２は、本実験に使用した本発明に係る素子構造体の断面図である。図２を参照するに、素子構造体２０は、基板２１と、基板２１上に形成された陽極２２と、陽極２２上に２つの異なる電子輸送層２６Ａ、２６Ｂが交互に積層された電子輸送積層体２５と、電子輸送積層体２６上に積層された陰極側電子輸送層２７と、陰極側電子輸送層２７上に形成された陰極２８より構成されている。陽極２２にはＡｌを、陰極２８にはＬｉＦ／Ａｌを用いている。また、陰極側電子輸送層２７にはＴＹＥ７０４（東洋インキ社製商品名）を用いている。電子輸送積層体２６は陽極側より第１電子輸送層２６Ａ１、第２電子輸送層２６Ｂ１、更にこの順に交互に第１電子輸送層２６Ａ２、第２電子輸送層２６Ｂ２が積層されている。ここでは第１電子輸送層２６ＡにはＴＹＥ７０４、第２電子輸送層２６ＢにはＴＹＧ２０１（東洋インキ社製商品名）を用いている。ＴＹＧ２０１（東洋インキ社製商品名）は緑色発光材料として知られているが、電子輸送層としても使用できる。積層の繰り返し数をＮ＝１、３、４の素子構造体、比較のために電子輸送積層体を除いた以外は同様の素子、すなわち繰り返し数Ｎ＝０の素子構造体を作製した。電子輸送積層体２６（｛｝内に示す）及び陰極側電子輸送層２７の厚さを以下に示す。なお、陰極側電子輸送層２６は、それぞれの素子構造体において、陰極からの電子注入障壁を同じ条件にするために設けてある。
Ｎ＝０：ＴＹＧ２０１（８０ｎｍ）
Ｎ＝１：｛［ＴＹＧ２０１（３０ｎｍ）／ＴＹＥ７０４（３０ｎｍ）］１｝／ＴＹＧ２０１（２０ｎｍ）
Ｎ＝３：｛［ＴＹＧ２０１（１０ｎｍ）／ＴＹＥ７０４（１０ｎｍ）］３｝／ＴＹＧ２０１（２０ｎｍ）
Ｎ＝４：｛［ＴＹＧ２０１（７．５ｎｍ）／ＴＹＥ７０４（７．５ｎｍ）］４｝／ＴＹＧ２０１（２０ｎｍ）
電子輸送積層体２５に流れる電流量を測定するために、陽極２２と陰極２８との間に直流０〜１０Ｖを０．５Ｖ刻みで印加して、電流計により素子に流れる電流量を測定した。
図３は、図２に示す素子構造体のＩ−Ｖ特性を示す図である。図３を参照するに、Ｎ＝０及びＮ＝１の素子を比較するとほぼ同等の電流量か、Ｎ＝１がやや小さい。一方Ｎ＝３、及びＮ＝４では電流量が大幅に増加し、繰り返し数が多いほど増加していることがわかる。したがって、互いに異なる電子輸送性を有する２つの電子輸送層２５Ａ、２５Ｂを繰り返し積層することにより電子電流量を増加することができ、積層数を多くすることにより正孔電流量とバランスをとだけの充分な電子電流量を流すことができる。これは、電子親和力の異なる、電子輸送層を交互に積層することによって多重量子井戸が形成され、多重量子井戸効果により電子電流量が増加したものと推察される。なお、Ｎ＝１の場合に電流量が増加しなかった理由は、Ｎ＝１では多重量子井戸が形成されていないためであると推察される。
以上により、本願発明者は異なる電子輸送層を積層した電子輸送積層体を備えた有機ＥＬ素子の発明に至ったものである。
（第１の実施の形態）
以下、図を参照しながら本発明による実施の形態の有機ＥＬ素子について説明する。
図４は、本発明の実施の形態に係る有機ＥＬ素子の断面図である。図５は、図４に示す本実施の形態の有機ＥＬ素子のエネルギーダイヤグラムの一例である。図５中、Ｅａは電子親和力を、Ｅｇはエネルギーギャップを、Ｉｐはイオン化ポテンシャルを表す。図４及び図５を参照するに、本実施の形態の有機ＥＬ素子３０は、透明な基板３１と、基板３１上に、陽極３２、正孔注入層３３、正孔輸送層３４、発光層３５、電子輸送積層体３６、陰極側電子輸送層３７、陰極３８が順次形成された構成となっている。
基板３１には、例えば、ガラス、石英等の透明性絶縁基板、Ｓｉ等の半導体基板、ＰＥＴやＰＥＮなどのフィルム、ＰＶＡなどの樹脂基板等を用いることができる。またはこれらの基板上に有機ＥＬ素子のオンオフを制御するＴＦＴ（薄膜トランジスタ）がマトリクス状に形成されていてもよい。基板３１の厚さは、これらの基板の材料により適宜選択されるが、おおよそ２００μｍ〜１０００μｍである。
陽極３２は、基板３１上に蒸着法やスパッタ法によりＡｌ等の導電材料により形成され、正孔注入性の観点からは、仕事関数の大なるＡｕ、Ｃｒ、Ｍｏ等が好適である。ただし、陽極側より光が放射される場合は、ＩＴＯや酸化インジウム等の透明材料により形成される。
正孔注入層３３及び正孔輸送層３４は、ＨＯＭＯが高い、すなわちイオン化ポテンシャルが小さい材料が用いられる。代表的なものとして、銅フタロシアニン（ＣｕＰｃ）、スターバースト型アミンのｍ−ＭＴＤＡＴＡ、２−ＴＮＡＴＡ、ＴＰＤ、α−ＮＰＤ等が挙げられる。なお、陽極と正孔輸送層との間により多くの正孔注入を行うために、正孔注入層を設けてもよい。正孔注入層には、上述した銅フタロシアニン（ＣｕＰｃ）、スターバースト型アミンのｍ−ＭＴＤＡＴＡ、２−ＴＮＡＴＡを用いることができる。
また、正孔輸送層３４は発光層３５に対して電子親和力が小さい方が好ましい。発光層に電子を蓄積することができ、発光層における空間電子密度を増加することができる。具体的には、図５に示すように、正孔輸送層３４の電子親和力Ｅａ３４と発光層の電子親和力Ｅａ３５との関係をＥａ３４＜Ｅａ３５とし、高さＢＲ３４（＝Ｅａ３５−Ｅａ３４）のエネルギーバリアを形成する。
なお、イオン化ポテンシャルの異なる正孔輸送層を交互に積層して設けてもよい。正孔に対してエネルギーバリアを形成することにより正孔電流量を抑制し、電子電流量との均衡を図ることができる。
発光層３５には、Ａｌｑ３（ｔｒｉｓ（８−ｈｙｄｒｏｘｙｑｕｉｎｏｌｉｏ）ａｌｕｍｉｎｉｕｍ）、Ｚｎｑ２、Ｂａｌｑ２等の金属錯体系材料、ＰＺ１０、ＥＭ２等の色素系材料等が使用される。また、ルブレン、ＴＰＢ等の色素をＡｌｑ３等のホスト材にドーピングしたものを用いることができる。
陰極側電子輸送層３７は、後述する電子輸送積層体３６を構成する電子輸送層と同様の材料により構成される。特に、陰極側電子輸送層３７は、電子輸送積層体３６を構成する電子輸送層と比較して、エネルギーギャップの大きさが同等かより大きい方が好ましい。陰極側電子輸送層３７における発光を防止することができる。
陰極３８には、仕事関数が小さい、Ｌｉ等の金属やその合金Ｍｇ−Ａｇ、Ａｌ−Ｌｉ等を用いられる。また、ＬｉＦ／Ａｌのように金属フッ化物等の電子注入層を導入した陰極を用いてもよい。
電子輸送積層体３６は、異なる電子輸送性を有する第１電子輸送層３６Ａ及び第２電子輸送層３６Ｂが交互に積層された構成となっている。ここで、異なる電子輸送性とは、例えばＨＯＭＯやＬＵＭＯ（最低空分子オービタル）、導電性等が異なることをいう。本実施の形態では以下第１電子輸送層３６Ａ及び第２電子輸送層３６Ｂは電子親和力が互いに異なるものについて説明する。
第１電子輸送層３６Ａ及び第２電子輸送層３６Ｂには、８−ヒドロキシキノリンの金属キレート、金属チオキシノイド化合物、オキサジアゾール金属キレート、トリアジン、４，４’−ビス（２，２−ジフェニルビニル）ビフェニル等を用いることができる。８−ヒドロキシキノリンの金属キレートのうちで好適なものは、Ａｌｑ３（トリス（８−ヒドロキシキノリネート）アルミニウム、Ｂａｌｑ（ビス（８−ヒドロキシキノラート）−（４−フェニルフェノラート）アルミニウム、ビスＰＢＤ等が挙げられる。また、金属チオキシノイド化合物のうちで好適なものは、ビス（８−キノリンチオラート）亜鉛、ビス（８−キノリンチオラート）カドミウム、トリス（８−キノリンチオラート）ガリウム、トリス（８−キノリンチオラート）インジウム等が挙げられる。また、オキサジアゾール金属キレートのうちで好適なものは、ビス［２−（２−ヒドロキシフェニル）−５−フェニル−１，３，４−オキサジアゾラート］亜鉛、ビス［２−（２−ヒドロキシフェニル）−５−フェニル−１，３，４−オキサジアゾラート］ベリリウム、ビス［２−（２−ヒドロキシフェニル）−５−（１−ナフチル）−１，３，４−オキサジアゾラート］亜鉛、ビス［２−（２−ヒドロキシフェニル）−５−（１−ナフチル）−１，３，４−オキサジアゾラート］ベリリウム等が挙げられる。
第１電子輸送層３６Ａと第２電子輸送層３６Ｂは、上述した電子輸送層の材料より第１電子輸送層３６Ａの電子親和力をＥａＡ、第２電子輸送層３６Ｂの電子親和力をＥａＢとしたとき、電子親和力の関係がＥａＡ＜ＥａＢとなるように選択する。かかる関係を有する材料の選択にあたっては後述する測定法を用いて、電子親和力を求めればよい。
電子は、陰極３８から発光層３５に向かって流通するが、電子輸送積層体３６には、例えば第２電子輸送層３６Ｂ２から第１電子輸送層３６Ａ２の界面においてこれらの２つの層の電子親和力の差ＥＢ２−ＥＡ２によりエネルギーバリアＢＲ２が形成され、井戸型ポテンシャルが形成されている。第２電子輸送層３６Ｂ１から第１電子輸送層３６Ａ１にも同様に、エネルギーバリアＢＲ１が形成され、井戸型ポテンシャルが形成されている。したがって、多重量子井戸が形成され電子電流量が増加すると推察される。
第１電子輸送層３６Ａ及び第２電子輸送層３６Ｂの膜厚は、第１電子輸送層３６Ａ及び第２電子輸送層３６Ｂの繰り返し数に応じて適宜選択されるが、２ｎｍ〜５０ｎｍ（好ましくは５ｎｍ〜２０ｎｍ）の範囲に設定される。５０ｎｍより厚くなると有機ＥＬ素子全体の厚さが過度となり、適切な印加電圧が過度に大となり、陽極又は陰極とこれらに接する正孔注入層または陰極側電子輸送層との界面において電気化学反応が生じやすくなり、有機ＥＬ素子の寿命に悪影響を及ぼす。また２ｎｍより薄いと連続膜が形成されにくくなり、井戸型ポテンシャルの周期性が乱れてしまう。
第１電子輸送層３６Ａ及び第２電子輸送層３６Ｂの膜厚は上記の範囲の所定の膜厚にそれぞれ設定される。多重量子井戸の周期性が良好となる。なお、第１電子輸送層３６Ａ及び第２電子輸送層３６Ｂの膜厚は同一の膜厚でもよく、異なっていてもよい。
さらに、第１電子輸送層３６Ａは、薄膜が第２電子輸送層３６Ｂより薄くても良い。第１電子輸送層３６Ａは電子親和力が小さいのでバリア層として機能しているが、バリア層を薄層化することにより、さらに電子電流量を増すことができる。
また、第１電子輸送層３６Ａ及び第２電子輸送層３６Ｂの繰り返し数は２〜１０（好ましくは２〜４）に設定される。１０より大きいと有機ＥＬ素子の厚さが過度となり、２より小さいと多重量子井戸を形成することができない。
なお、電子輸送層、正孔輸送層等のエネルギーギャップ、イオン化ポテンシャル、及び電気親和力を以下の測定条件及び測定方法により求めた。
エネルギーギャップＥｇは、光吸収スペクトルを測定し、光吸収スペクトルの長波長端のエネルギーをエネルギーギャップＥｇとした。具体的には、上記有機ＥＬ素子の各層を形成する条件と同様の条件で、測定対象の電子輸送層等を単独に厚さ５０ｎｍ程度の薄膜に形成した。光吸収スペクトルを測定可能な分光光度計装置（日立製作所社製、商品名：スペクトロフォトメーターＵ−４１００）を用いて大気中において紫外から可視領域の光を厚膜に照射し、光吸収スペクトル（波長依存性）を測定した。
図６は、光吸収スペクトルを示す特性図である。図６を参照するに、光吸収スペクトルの長波長側の裾野の直線部分ＬＮ１を長波長側に直線近似により外挿した直線と、バックグランドの直線部分ＢＧ１を短波長側に直線近似により外挿した直線との交点ＣＰ１の波長をエネルギーに換算してエネルギーギャップＥｇとした。
イオン化ポテンシャルＩｐは、紫外線光電子分析法により測定した光電子放出の閾値エネルギーをイオン化ポテンシャルＩｐとした。具体的には、エネルギーギャップＥｇの測定に用いた厚膜と同様に形成された厚膜を使用して、大気雰囲気型紫外線光電子分析装置（理研計器社製、商品名：ＡＣ−１）を用いて、大気中において紫外線を薄膜に照射し、放出される光電子数を測定して、入射紫外線のエネルギーと光電子数との関係から求めた。測定条件は、入射紫外線のエネルギー範囲が３．８〜６．２ｅＶ、紫外線強度が２０ｎＷである。
図７は、光電子数の平方根と入射紫外線のエネルギーとの関係の一例を示す特性図である。図７を参照するに、特性線の立ち上がりの直線部分ＬＮ２を低エネルギー側に直線近似により外挿した直線と、また、バックグランドの直線部分より高エネルギー側に直線近似により外挿した直線との交点ＣＰ２のエネルギーをイオン化ポテンシャルＩｐとした。
さらに、電子親和力Ｅａは、上記により求めたイオン化ポテンシャルＩｐとエネルギーギャップＥｇとの差（Ｅａ＝Ｉｐ−Ｅｇ）により求めた。
これらの方法を用いて、エネルギーギャップ、イオン化ポテンシャル、及び電気親和力を個々の電子輸送材料について測定し、電子輸送積層体を構成する電子輸送層の組み合わせを選択することができる。
図８は以下に説明する本発明による実施例及び本発明によらない比較例の有機ＥＬ素子を構成する電子輸送層及び正孔輸送層のエネルギーギャップ、イオン化ポテンシャル、及び電気親和力の測定値を示す図である。図８に示す測定値に基づいて行った実施例及び比較例を以下に示す。
［第１実施例］
ガラス基板上に、ＩＴＯを用いてスパッタ法により厚さ１５０ｎｍの陽極の形成し、陽極表面を酸素雰囲気中でＵＶ光を２０分間照射してＵＶオゾン処理を行った。次いで正孔注入層として２−ＴＮＡＴＡ（厚さ４０ｎｍ）、正孔輸送層としてα−ＮＰＤ（厚さ１０ｎｍ）、発光層としてＴＹＧ２０１（厚さ２０ｎｍ）を順次形成した。
次いで電子輸送積層体として、ＴＹＥ７０４（厚さ１５ｎｍ）とＴＹＧ２０１（厚さ１５ｎｍ）の組を、ＴＹＥ７０４から始めて２回繰り返して形成した。さらに電子輸送積層体上にＴＹＥ７０４（厚さ２０ｎｍ）を一層形成し、最後にＬｉＦ／Ａｌからなる陰極を形成した。
本実施例の有機ＥＬ素子は、電圧３Ｖ以上で緑色発光が観測された。電圧１０Ｖ印加時において輝度９１３ｃｄ／ｍ２、発光効率８．４０ｃｄ／Ａが得られた。
［第２実施例］
本実施例の有機ＥＬ素子は、電子輸送積層体として、ＴＹＥ７０４（厚さ１０ｎｍ）とＴＹＧ２０１（厚さ１０ｎｍ）の組を３回繰り返した以外は、第１実施例と同様である。
本実施例の有機ＥＬ素子は、電圧３Ｖ以上で緑色発光が観測された。電圧１０Ｖ印加時は輝度１０７５ｃｄ／ｍ２、発光効率９．７０ｃｄ／Ａが得られた。
［第３実施例］
本実施例の有機ＥＬ素子は、電子輸送積層体として、ＴＹＥ７０４（厚さ７．５ｎｍ）とＴＹＧ２０１（厚さ７．５ｎｍ）の組を４回繰り返した以外は、第１実施例と同様である。
本実施例の有機ＥＬ素子は、電圧３Ｖ以上で緑色発光が観測された。電圧１０Ｖ印加時は輝度１０１７ｃｄ／ｍ２、発光効率８．８９ｃｄ／Ａが得られた。
［第１比較例］
本比較例の有機ＥＬ素子は、発光層としてＴＹＧ２０１（厚さ５０ｎｍ）を形成し、電子輸送積層体の替わりに電子輸送層をＴＹＧ２０１（厚さ５０ｎｍ）による１層とした以外は第１実施例と同様である。
本比較例の有機ＥＬ素子は、電圧３Ｖ以上で緑色発光が観測された。電圧１０Ｖ印加時において輝度９６７ｃｄ／ｍ２、発光効率８．２５ｃｄ／Ａが得られた。
［第２比較例］
本比較例の有機ＥＬ素子は、電子輸送積層体として、ＴＹＥ７０４（厚さ３０ｎｍ）とＴＹＧ２０１（厚さ３０ｎｍ）の組を１組設けた以外は、第１実施例と同様である。
本比較例の有機ＥＬ素子は、電圧４Ｖ以上で緑色発光が観測された。電圧１０Ｖ印加時は輝度７５０ｃｄ／ｍ２、発光効率７．４８ｃｄ／Ａが得られた。
図９は、第１〜第３実施例、及び第１〜第２比較例の層構成と評価結果を示すである。図９を参照するに、電子輸送積層体であるＴＹＥ７０４及びＴＹＧ２０１の積層の繰り返し数を２以上とすることで、第１比較例のように電子輸送積層体が電子輸送層１層の場合や、第２比較例のように繰り返し数が１の場合と比較して、発光効率が増加していることが分かる。また、第２実施例の有機ＥＬ素子は発光効率が最大となっており、電子電流量と正孔電流量が均衡したためと推察される。発光輝度の観点からも第２実施例の有機ＥＬ素子が最大となっていることが分かる。
次に、電子輸送積層体を構成するＴＹＥ７０４とＴＹＧ２０１のうち、ＴＹＧ２０１をＡｌｑ３に置換した実施例及び比較例について説明する。
［第４実施例］
本実施例の有機ＥＬ素子は、電子輸送積層体として、ＴＹＧ２０１（厚さ１０ｎｍ）の替わりにＡｌｑ３（厚さ１０ｎｍ）を用いた以外は第２実施例と同様であり、繰り返し数は３である。
本実施例の有機ＥＬ素子は、電圧５Ｖ以上で緑色発光が観測された。電圧１０Ｖ印加時は輝度９９４ｃｄ／ｍ２、発光効率７．５２ｃｄ／Ａが得られた。
［第５実施例］
本比較例の有機ＥＬ素子は、電子輸送積層体の各層の厚さを７．５ｎｍとし、繰り返し数を４とした以外は第４実施例と同様である。
本実施例の有機ＥＬ素子は、電圧５Ｖ以上で緑色発光が観測された。電圧１０Ｖ印加時は輝度１０２１ｃｄ／ｍ２、発光効率７．４４ｃｄ／Ａが得られた。
［第３比較例］
本比較例の有機ＥＬ素子は、電子輸送積層体の替わりに電子輸送層をＡｌｑ３（厚さ３０ｎｍ）による１層とし、陰極に接する電子輸送層をＴＹＧ２０１（厚さ５０ｎｍ）とした以外は、第４実施例と同様である。
本比較例の有機ＥＬ素子は、電圧５Ｖ以上で緑色発光が観測された。電圧１０Ｖ印加時は輝度１０５８ｃｄ／ｍ２、発光効率６．６８ｃｄ／Ａが得られた。
［第４比較例］
本比較例の有機ＥＬ素子は、電子輸送積層体の各層の厚さを３０ｎｍとし、繰り返し数を１とした以外は第４実施例と同様である。
本比較例の有機ＥＬ素子は、電圧５Ｖ以上で緑色発光が観測された。電圧１０Ｖ印加時は輝度１００５ｃｄ／ｍ２、発光効率６．７５ｃｄ／Ａが得られた。
図１０は、第４〜第５実施例、及び第３〜第４比較例の層構成と評価結果を示す図である。図１０を参照するに、電子輸送積層体であるＴＹＥ７０４及びＡｌｑ３の積層の繰り返し数を３以上とすることで、第３比較例のように電子輸送積層体が電子輸送層１層の場合や、第４比較例のように繰り返し数が１の場合と比較して、発光効率が増加していることが分かる。
さらに第２〜第３実施例と第４〜第５実施例の有機ＥＬ素子の同じ繰り返し数の実施例同士を比較すると、ＴＹＧ２０１層とＴＹＥ７０４層とを積層した第２〜第３実施例の有機ＥＬ素子の方が、Ａｌｑ３層とＴＹＥ７０４層とを積層した第４〜第５実施例に係る有機ＥＬ素子と比較して、繰り返し数が１の比較例（それぞれ第２比較例、第４比較例）に対する発光効率の向上率が高いことが分かる。この理由としては、図８に示すように、Ａｌｑ３層とＴＹＥ７０４層との電子親和力の差は０．１０ｅＶであるのに対して、ＴＹＧ２０１層とＴＹＥ７０４層との電子親和力の差は０．２３ｅＶあり、ＴＹＧ２０１層とＴＹＥ７０４層と組み合わせの方が、多重量子井戸がより十分に形成され、その結果、より顕著な多重量子井戸効果が生じたものと推察される。
（第２の実施の形態）
図１１は、本発明の第２の実施の形態の有機ＥＬディスプレイの分解斜視図である。図１１を参照するに、有機ＥＬディスプレイ５０は、ガラス基板５１と、ガラス基板上にストライプ状に形成された陰極５１と、陰極５１に対向して垂直にストライプ状に形成された陽極５４と、陰極５２と陽極５４との間に形成された積層体５３等より構成されている。さらに、有機ＥＬディスプレイ５０は、図示されていないが、陰極及び陽極間に印加する電圧を駆動する駆動回路、水蒸気や酸素への曝露を防止する封止材料等より構成されている。
有機ＥＬディスプレイ５０は、所望の領域の陰極５２及び陽極５４に電圧を印加することにより、所望の領域を発光させることができる。有機ＥＬディスプレイ５０の特徴は、陰極５２、積層体５３、及び陽極５４が上述した本発明の有機ＥＬ素子により構成されていることである。したがって、発光効率が優れ、長寿命化が可能な有機ＥＬディスプレイを実現することができる。
以上本発明の好ましい実施例について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
例えば、本実施の形態において、有機ＥＬ素子を基板上に陽極側より順次堆積して形成してもよく、陰極側より形成してもよい。
【産業上の利用可能性】  本発明によれば、有機エレクトロルミネッセンス素子において、電子輸送性の異なる電子輸送層を交互に積層した電子輸送積層体を発光層の陰極側に設けることにより、発光効率が優れ、長寿命化が可能な有機エレクトロルミネッセンス素子を提供することができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【国際調査報告】
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