(57)【要約】【課題】本発明は、有機エレクトロルミネセンス半導体素子の発光層内における電荷再結合バランスを取り、電流分布の片寄りをなくして、ホール注入層が電子により劣化することを防ぎ、ホスト層のホール移動度を改善し、ホスト層の酸化を防止して高出力で、長寿命で、高輝度な有機エレクトロルミネセンス半導体素子を提供することにある。【解決手段】積層された２層１０５，１０６の内１層１０６が他層１０５よりもバンドギャップエネルギーが低く、電流密度が  低い層よりなる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
積層された２層の内１層が他層よりもバンドギャップエネルギーが低く、電流密度が低い層よりなることを特徴とする有機エレクトロルミネセンス半導体素子。
【請求項２】
積層された２層の内１層が他層よりもバンドギャップエネルギーが低く、電流密度が低い層よりなり、２層の内バンドギャップエネルギーが低い層が電流層で他層が発光層であることを特徴とする有機エレクトロルミネセンス半導体素子。
【請求項３】
積層された２層の内１層が他層よりもバンドギャップエネルギーが高く、電流密度が低い層よりなることを特徴とする有機エレクトロルミネセンス半導体素子。
【請求項４】
積層された２層の内１層が他層よりもバンドギャップエネルギーが高く、電流密度が低い層よりなり、２層の内バンドギャップエネルギーが高い層が電流層で他層が発光層であること特徴とする有機エレクトロルミネセンス半導体素子。
【請求項５】
積層された３層の内、間の層が他層よりもバンドギャップエネルギーが低く、両側の層が真中の層より電流密度が低い層よりなることを特徴とする有機エレクトロルミネセンス半導体素子。
【請求項６】
積層された３層の内、間の層が他層よりもバンドギャップエネルギーが低く、両側の層が真中の層より電流密度が低い層よりなり、両側の層が電流層で間の層が発光層であることを特徴とする有機エレクトロルミネセンス半導体素子。
【請求項７】
積層された３層の内、間の層が他層よりもバンドギャップエネルギーが高く、両側の層が間の層より電流密度が低い層よりなることを特徴とする有機エレクトロルミネセンス半導体素子。
【請求項８】
積層された３層の内、間の層が他層よりもバンドギャップエネルギーが高く、両側の層が間の層より電流密度が低い層よりなり、両側の層が電流層で間の層が発光層であることを特徴とする有機エレクトロルミネセンス半導体素子。
【請求項９】
積層された３層の内、陽極から陰極に向かってバンドギャップエネルギーが順に低くなつており、両側の層が間の層より電流密度が低い層よりなることを特徴とする有機エレクトロルミネセンス半導体素子。
【請求項１０】
積層された３層の内、陽極から陰極に向かってバンドギャップエネルギーが順に低くなつており、両側の層が間の層より電流密度が低い層よりなり、両側の層が電流層で間の層が発光層であることを特徴とする有機エレクトロルミネセンス半導体素子。
【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センス半導体素子に関する。特に発光層内における電荷再結合バランスを改善し、電流分布の片寄りをなくして高出力な有機エレクトロルミネセンス半導体素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、イーストマン・コダック社のＣ．Ｗ．Ｔａｎｇらにより、電極間に二層の薄膜を積層した構成の有機エレクトロルミネセンス素子が開発された。非常に薄い面発光として使用可能なことなどから産業界で注目され、素子構成に改良を加えた種々の構成の有機エレクトロルミネセンス発光素子が検討されている。
【０００３】
特許文献１に示されている構造を図４に示す。厚み０．７ｍｍの透明ガラス基板１０の上にＩＴＯ（インジウム―スズ酸化物）をスパッタにより陽極１を形成し、真空蒸着装置により、ＩＴＯ陽極１の上にホール輸送層１１を形成する。このホール輸送層１１の上にホスト層「Ａｌｑ３」にドーパント「ＤＣＪＴＢ」を１質量％ドープしたものを蒸着して赤色発光材料３ｃを形成する。その上に「Ａｌｑ３」を蒸着して電子輸送層１２を形成し、陰極２を形成した。
【特許文献１】特開２００２−１６４１７０
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし上記有機エレクトロルミネセンス発光素子においては、白色光として期待が大きいにもかかわらず寿命の面で問題があり普及にいたっていない。寿命の点での問題点は（Ａ）ホール注入層が発光層からの電子により劣化する。（Ｂ）ホスト層として使用されるＡｌｑ３はホール移動度が電子移動度より３桁以上低く、ホール輸送側でホールの蓄積が起こると考えられている。（Ｃ）更にホスト層として使用されるＡｌｑ３の酸化不安定性が１つの劣化原因となっている等がある。
【０００５】
本発明の課題は、上記に示された寿命を短くしている発光層内における電荷再結合のバランスを改善し、高出力タイプで長寿命な有機エレクトロルミネセンス半導体素子構造を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、請求項１の本発明では、積層された２層の内１層が他層よりもバンドギャップエネルギーが低く、電流密度が低い層よりなる。
【０００７】
請求項２の本発明では、積層された２層の内１層が他層よりもバンドギャップエネルギーが低く、電流密度が低い層よりなり、２層の内バンドギャップエネルギーが低い層が電流層で他層が発光層である。
【０００８】
請求項３の本発明では、積層された２層の内１層が他層よりもバンドギャップエネルギーが高く、電流密度が低い層よりなる。
【０００９】
請求項４の本発明では、積層された２層の内バンドギャップエネルギーが高い層が他層よりもバンドギャップエネルギーが高く、電流密度が低い層よりなり、２層の内バンドギャップエネルギーが高い層が電流層で他層が発光層である。
【００１０】
請求項５の本発明では、積層された３層の内、間の層が他層よりもバンドギャップエネルギーが低く、両側の電流密度が低い層よりなる。
【００１１】
請求項６の本発明では、積層された３層の内、間の層が他層よりもバンドギャップエネルギーが低く、両側の電流密度が低い層よりなり、両側の層が電流層で間の層が発光層である。
【００１２】
請求項７の本発明では、積層された３層の内、間の層が他層よりもバンドギャップエネルギーが高く、両側の層が間の層より電流密度が低い層よりなる。
【００１３】
請求項８の本発明では、積層された３層の内、間の層が他層よりもバンドギャップエネルギーが高く、両側の層が間の層より電流密度が低い層よりなり、両側の層が電流層で間の層が発光層である。
【００１４】
請求項９の本発明では、積層された３層の内、陽極から陰極に向かってバンドギャップエネルギーが順に低くなつており、両側の層が間の層より電流密度が低い層よりなる。
【００１５】
請求項１０の本発明では、積層された３層の内、陽極から陰極に向かってバンドギャップエネルギーが順に低くなつており、両側の層が間の層より電流密度が低い層よりなり、両側の層が電流層で間の層が発光層である。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の有機エレクトロルミネセンス半導体素子によると、発光層内における電荷の再結合バランスを取り、電流分布の片寄りをなくして、ホール注入層が電子により劣化することを防止し、発光層のホスト層のホール移動度を改善し、発光層のホスト層の酸化を防止する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、図１の断面図に従い、本発明を実施するための最良の形態１に係る有機エレクトロルミネセンス（ＥＬ）半導体素子１００を説明する。図１においてガラス基板１０１、ガラス基板１０１の上に陰極１０２としてＡｌを蒸着し、陰極１０２の上にフッ化リチウム「ＬｉＦ」を厚さ５Å蒸着し電流注入層を形成する。（図示せず）フッ化リチウムの上にＬＵＭＯ２．６ｅＶ，ＨＯＭＯ６．３ｅＶエネルギーバンドギャップ３．７ｅＶの「ＰＢＤ」を２００ｎｍ蒸着して電子輸送層１０３が形成される。ついで、この電子輸送層１０３の上にホスト層「Ａｌｑ３」にＬＵＭＯ３．２ｅＶ，ＨＯＭＯ５．３ｅＶエネルギーバンドギャップ２．１ｅＶの赤色ドーパント「ＤＣＪＴＢ」を１．５重量％ドープしたものを厚さ５０ｎｍ蒸着して電流層１（１０４）が形成される。電流層１（１０４）の上にホスト層「Ａｌｑ３」にＬＵＭＯ３．１１ｅＶ，ＨＯＭＯ５．２６ｅＶエネルギーバンドギャップ２．１５ｅＶ「ＤＣＭ２」を２重量％ドープしたものを図１に示すように５０ｎｍ厚に蒸着して発光層１０５を形成する。発光層１０５の上にホスト層「Ａｌｑ３」にＬＵＭＯ３．２ｅＶ，ＨＯＭＯ５．３ｅＶエネルギーバンドギャップ２．１ｅＶの赤色ドーパント「ＤＣＪＴＢ」を１．５重量％ドープしたものを厚さ５０ｎｍ蒸着して電流層２（１０６）が形成される。電流層２（１０６）の上にＬＵＭＯ２．４５ｅＶ，ＨＯＭＯ５．４６ｅＶ，エネルギーバンドギャップ３．０ｅＶ「ＮＰＢ」を５０ｎｍ蒸着してホール輸送層１０７を形成する。ホール輸送層１０７の上には「ＣｕＰｃ」を厚さ２０ｎｍ蒸着しホール注入層形成する。（図示せず）「ＣｕＰｃ」の上に陽極１０８が形成される。陽極１０８は真空蒸着によりＳｎＯ２が１０％のＩＴＯを電子銃で加熱蒸発させて膜厚約０．４μｍに形成される。このＩＴＯ膜の上にスパッタ装置によりＩＴＯが３００ｎｍ成膜される。
【００１８】
本発明の実施例において陽極１０８が「ＩＴＯ」、陰極１０２が「Ａｌ」と従来と同一の材料で形成されるため特殊な電極材料を使う必要もない。また陽極１０８を通って発光層からの光が外部に取り出されるため、光の外部取り出し効率が高くなる。ここで陽極１０８に正電圧、陰極１０２に負電圧を印加すると電子輸送層１０３を介して電流層１（１０４）、発光層１０５，電流層２（１０６）に輸送された電子とホール輸送層１０７を介して輸送されたホールが赤色発光層１０５内にて再結合して赤色発光を行なう。
【００１９】
本発明の有機エレクトロルミネセンス発光素子１００においては３層に形成された電流層１（１０４），発光層１０５，電流層２（１０６）において電流層１（１０４），電流層２（１０６）が電流集中層として作用する点に特徴がある。
【００２０】
発光層１０５のホスト層とドーパントのＬＵＭＯバンドギャップエネルギー差は０．３ｅＶ以上となるためドーパント層が発光する。陰極１０２、陽極１０８に電流層１（１０４），電流層２（１０６）のバンドギャップエネルギーである２．０ｅＶに相当する電圧が印加されており、発光層１０５のバンドギャップエネルギーである２．１５ｅＶに相当する電圧が印加されていないが、電流層１（１０４），電流層２（１０６）はバンドギャップエネルギーが最も小さい層であるため、陽極１０８から注入された電流が電流層１（１０４）、電流層２（１０６）に流れるようになるため、当該電流層１（１０４），電流層２（１０６）に接して形成されている発光層１０５の電流密度が増加することになる。従って、しきい値電流が低減されることになり、駆動電圧を発光層１０５のバンドギャップエネルギーである２．１５ｅＶよりも低減することができるようになる。
【００２１】
電流層２（１０６）に流れ込んだ正孔は、陰極１０２の方へと引っ張られるが、電流層２（１０６）の下に形成された発光層１（１０５）のバンドギャップエネルギーは２．１５ｅＶであり電流層２（１０６）のバンドギャップエネルギーである２．０ｅＶよりも０．１５ｅＶしか大きくないため発光層１０５は電流層２（１０６）のキャリア（ここでは正孔）閉じ込め層として作用することができず、その結果、発光層１０５に流れ込んだ正孔はバンドギャップエネルギー２．０ｅＶである電流層１（１０４）に流れ込む。電流層１（１０４）の下部に形成された電子輸送層１０３のバンドギャップエネルギーは３．７ｅＶであり、発光層１０５、電流層１（１０４）のバンドギャップエネルギーより大きいため、当該電子輸送層１０３がキャリア（ここでは正孔）閉じ込め層として作用し、その結果、正孔は発光層１０５、及び電流層１（１０４）に閉じ込められることになる。
【００２２】
一方、電流層１（１０４）に流れ込んだ電子は、陽極１０８の方へと引っ張られるが、図１より明らかなように、電流層１（１０４）の上部に形成された発光層１０５のバンドギャップエネルギーは２．１５ｅＶであり電流層１（１０４）のバンドギャップエネルギーである２．０ｅＶよりも０．１５ｅＶしか大きくないため発光層１０５は電流層１（１０４）のキャリア（ここでは電子）閉じ込め層として作用することができず、その結果、発光層１０５に流れ込んだ電子は、バンドギャップエネルギーが２．０ｅＶである電流層２（１０６）に流れ込む。電流層２（１０６）の上部に形成されたホール輸送層１０７のバンドギャップエネルギーは３．７ｅＶであり、発光層１０５、電流層２（１０６）のバンドギャップエネルギーより大きいため、当該ホール輸送層１０７がキャリア（ここでは電子）閉じ込め層として作用し、その結果、電子は発光層１０５、及び電流層２（１０６）に閉じ込められることになる。
【００２３】
即ち、電流層１（１０４）には電子が閉じ込められていないため、電流層１（１０４）内では電子と正孔の有効な再結合はおこなわれず、電流層１（１０４）においては発光が起こらないが、発光層１０５には電子と正孔が閉じ込められるため、発光層１０５内では電子と正孔の有効な再結合が行なわれ、赤色の発光が起こることになる。電流層２（１０６）には正孔が閉じ込められていないため、電流層２（１０６）内では電子と正孔の有効な再結合はおこなわれず、電流層２（１０６）においては発光が起こらない。
【００２４】
以上、説明したように、本実施形態によれば、電流層１（１０４）、電流層２（１０６）は、バンドギャップエネルギーが、発光層１０５より低いため、陽極１０８から注入された電流は、発光層１０５に接する電流層１（１０４），電流層２（１０６）に集中して流れようとする。（電流集中作用）更に、電流層１（１０４）、電流層２（１０６）のドーパント「ＤＣＪＴＢ」の濃度を発光層１０５より下げることにより電流密度を低くすることができる。このため陽極１０８から注入された電流が電流層２（１０６），電流層１（１０４）に沿って流れるようになるため、当該電流層２（１０６）、電流１（１０４）に接して形成されている発光層１０５へ流れる電流の均一性をコントロールできるようになる。ホール注入層が発光層からの電子により劣化することをバンドギャップエネルギーが低く電流密度の低い電流層２（１０６）を発光層１０５とホール輸送層１０７との間に入れることにより防止する。電流層２（１０６）とホール輸送層１０７とのＬＵＭＯバンドギャップ差を０．６６ｅＶ→０．７５ｅＶと広げることにより電子の移動を抑えホール移動とのバランスをとり、更に電流層２（１０６）のドーパント濃度を下げて電流層２（１０６）の電流密度を下げるため電流を分散させて通電による寿命低下を防止する。
【００２５】
電流層２（１０６）を発光層１０５とホール輸送層１０７との間に入れることにより電流層２（１０６）とホール輸送層１０７とのＨＯＭＯバンドギャップ差を階段状としてホールの移動を           改善しホール輸送層１０７側でのホール蓄積を防止する。
【００２６】
電流層２（１０６）を発光層１０５とホール輸送層１０７との間に入れることにより発光層のホスト層であるＡｌｑ３の酸化を防止して寿命を改善する。
【００２７】
図２の断面図に従い、本発明を実施するための最良の形態２に係る有機エレクトロルミ
ネセンス半導体素子２００を説明する。電子輸送層１０３より下の部分は図１と同一である。電子輸送層１０３の上にＬＵＭＯ２．８５ｅＶ，ＨＯＭＯ５．６２ｅＶエネルギーバンドギャップ２．７７ｅＶのホスト層「Ａｌｑ３」にＬＵＭＯ３．１５，ＨＯＭＯ５．３６ｅＶエネルギーバンドギャップ２．２１ｅＶのドーパント「ルブラン」を１重量％５０ｎｍ蒸着して電流層３（２０４）形成する、電流層３（２０４）の上にＬＵＭＯ２．８５ｅＶ，ＨＯＭＯ５．６２ｅＶエネルギーバンドギャップ２．７７ｅＶのホスト層「Ａｌｑ３」にＬＵＭＯ３．１１，ＨＯＭＯ５．２６ｅＶエネルギーバンドギャップ２．１５ｅＶのドーパント「ＤＣＭ２」を２重量％５０ｎｍ蒸着して発光層１０５を形成する。発光層１０５の上にホスト層「Ａｌｑ３」にＬＵＭＯ３．１５，ＨＯＭＯ５．３６ｅＶエネルギーバンドギャップ２．２１ｅＶのドーパント「ルブラン」を１重量％５０ｎｍ蒸着して電流層４（２０６）を形成する。電流層４（２０６）の上にＬＵＭＯ２．４５ｅＶ，ＨＯＭＯ５．４６ｅＶ，エネルギーバンドギャップ３．０ｅＶの「ＮＰＢ」ホール輸送層１０７を５０ｎｍ形成する。ホール輸送層１０７の上には「ＣｕＰｃ」を厚さ２０ｎｍ蒸着しホール注入層を形成する。（図示せず）「ＣｕＰｃ」の上に陽極１０８が形成される。陽極１０８は真空蒸着によりＳｎＯ２が１０％のＩＴＯを電子銃で加熱蒸発させて膜厚約０．４μｍに形成される。このＩＴＯ膜の上にスパッタ装置によりＩＴＯが３００ｎｍ成膜される。
【００２８】
本発明の実施例において陽極１０８が「ＩＴＯ」、陰極１０２が「Ａｌ」と従来と同一の材料で形成されるため特殊な電極材料を使う必要もない。また陽極１０８を通って発光層からの光が外部に取り出されるため、光の外部取り出し効率が高くなる。
ここで陽極１０８に正電圧、陰極１０２に負電圧を印加すると電子輸送層１０３を介して電流層３（２０４）、発光層１０５，電流層４（２０６）に輸送された電子とホール輸送層１０７を介して輸送されたホールが赤色発光層１０５内にて再結合して赤色発光を行なう。
【００２９】
本発明の有機エレクトロルミネセンス発光素子２００においては３層に形成された電流層３（２０４），発光層１０５，電流層４（２０６）において電流層３（２０４），電流層４（２０６）が電流拡散層として作用する点に特徴がある。
【００３０】
ホール輸送層１０７から電流層４（２０６）に流れ込んだ正孔は電流層４（２０６）よりバンドギャップエネルギーの低い発光層１０５へ流れるため電流層４（２０６）へは正孔は閉じ込められない。発光層１０５に流れ込んだ正孔は、陰極１０２の方へと引っ張られるが、発光層１０５の下に形成された電流層３（２０４）のバンドギャップエネルギーは２．２１ｅＶであり発光層１０５のバンドギャップエネルギーである２．１５ｅＶよりも０．０６ｅＶしか大きくないため電流層３（２０４）は発光層１０５のキャリア（ここでは正孔）閉じ込め層として作用することができず、その結果、発光層１０５に流れ込んだ正孔は、電流層３（２０４）にも流れ込む。電流層３（２０４）に流れ込んだ正孔は、陰極１０２の方へと引っ張られるが、図２より明らかなように、電流層３（２０４）の下部に形成された電子輸送層１０３により正孔は止められるため当該電子輸送層１０３はキャリア（ここでは正孔）閉じ込め層として作用し、その結果、正孔は発光層１０５、及び電流層３（２０４）に閉じ込められることになる。
【００３１】
一方、電子輸送層１０３より電流層３（２０４）に流れ込んだ電子は電流層３（２０４）よりバンドギャップエネルギーの低い発光層１０５へ流れるため電流層３（２０４）には電子が閉じ込められない。電流層３（２０４）より発光層１０５流れ込んだ電子は、陽極１０８の方へと引っ張られるが、図２より明らかなように、発光層１０５の上部に形成された電流層４（２０６）のバンドギャップエネルギーは２．２１ｅＶであり発光層１０５のバンドギャップエネルギーである２．１５ｅＶよりも０．０６ｅＶしか大きくないため電流層４（２０６）は発光層１０５のキャリア（ここでは電子）閉じ込め層として作用することができず、その結果、発光層１０５に流れ込んだ電子は、電流層４（２０６）にも流れ込む。電流層４（２０６）の上部に形成されたホール輸送層１０７のバンドギャップエネルギーは３．７ｅＶであり、発光層１０５、電流層４（２０６）のバンドギャップエネルギーより大きいため、当該ホール輸送層１０７がキャリア（ここでは電子）閉じ込め層として作用し、その結果、電子は発光層１０５、及び電流層４（２０６）に閉じ込められることになる。
【００３２】
即ち、電流層３（２０４）には電子が閉じ込められていないため、電流層３（２０４）内では電子と正孔の有効な再結合はおこなわれず、電流層３（２０４）においては発光が起こらないが、発光層１０５には電子と正孔が閉じ込められるため、発光層１０５内では電子と正孔の有効な再結合が行なわれ、赤色の発光が起こることになる。電流層４（２０６）には正孔が閉じ込められていないため、電流層４（２０６）内では電子と正孔の有効な再結合はおこなわれず、電流層４（２０６）においては発光が起こらない。
【００３３】
ホスト層として使用されるＡｌｑ３はホール移動度が電子移動度より３桁以上低く、ホール輸送側でホールの蓄積が起こると考えられている。発光層２０５とホール輸送層１０７の間にバンドギャップエネルギーが発光層１０５よりも大きい電流層４（２０６）を入れることによりバンドギャップ差を階段状として発光層１０５へのホールの移動を改善する。
【００３４】
更に図３の断面図に従い、本発明を実施するための最良の形態３に係る有機エレクトロ
ルミネセンス半導体素子３００を説明する。電子輸送層１０３より下の部分は図１と同一である。電子輸送層１０３の上にホスト層「Ａｌｑ３」にＬＵＭＯ３．２，ＨＯＭＯ５．３ｅＶエネルギーバンドギャップ２．１ｅＶのドーパント「ＤＣＪＴＢ」を１．５重量％５０ｎｍ蒸着して電流層１（１０４）形成する。電流層１（１０４）の上にＬＵＭＯ２．８５ｅＶ，ＨＯＭＯ５．６２ｅＶエネルギーバンドギャップ２．７７ｅＶのホスト層「Ａｌｑ３」にＬＵＭＯ３．１１，ＨＯＭＯ５．２６ｅＶエネルギーバンドギャップ２．１５ｅＶのドーパント「ＤＣＭ２」を２重量％５０ｎｍ蒸着して発光層１０５を形成する。発光層１０５の上にＬＵＭＯ２．８５ｅＶ，ＨＯＭＯ５．６２ｅＶエネルギーバンドギャップ２．７７ｅＶのホスト層「Ａｌｑ３」にＬＵＭＯ３．１５，ＨＯＭＯ５．３６ｅＶエネルギーバンドギャップ２．２１ｅＶのドーパント「ルブラン」を１重量％５０ｎｍ蒸着して電流層４（２０６）を形成する、電流層４（２０６）の上にＬＵＭＯ２．６ｅＶ，ＨＯＭＯ６．３ｅＶ，エネルギーバンドギャップ３．７ｅＶの「ＮＰＢ」によりホール輸送層１０７を５０ｎｍ形成する。ホール輸送層１０７の上には「ＣｕＰｃ」を厚さ２０ｎｍ蒸着しホール注入層を形成する。（図示せず）「ＣｕＰｃ」の上に陽極１０８が形成される。陽極１０８は真空蒸着によりＳｎＯ２が１０％のＩＴＯを電子銃で加熱蒸発させて膜厚約０．４μｍに形成される。このＩＴＯ膜の上にスパッタ装置によりＩＴＯが３００ｎｍ成膜される。本発明の実施例において陽極１０８が「ＩＴＯ」、陰極１０２が「Ａｌ」と従来と同一の材料で形成されるため特殊な電極材料を使う必要もない。
【００３５】
また陽極１０８を通って発光層からの光が外部に取り出されるため、光の外部取り出し効率が高くなる。ここで陽極１０８に正電圧、陰極１０２に負電圧を印加すると電子輸送層１０３を介して電流層１（１０４）、発光層１０５，電流層４（２０６）に輸送された電子とホール輸送層１０７を介して輸送されたホールが赤色発光層１０５内にて再結合して赤色発光を行なう。ここで本発明の有機エレクトロルミネセンス発光素子３００においては３層に形成された電流層１（１０４），発光層１０５，電流層４（２０６）において電流層１（１０４）が電流集中層、電流層４（２０６）が電流拡散層として作用する点に特徴がある。
【００３６】
電流層１（１０４）に流れ込んだ電子は、陽極１０８の方へと引っ張られるが、図３より明らかなように、電流層１（１０４）の上部に形成された発光層１０５のバンドギャップエネルギーは２．１５ｅＶであり電流層１（１０４）のバンドギャップエネルギーである２．０ｅＶよりも０．１５ｅＶしか大きくないため発光層１０５は電流層１（１０４）のキャリア（ここでは電子）閉じ込め層として作用することができず、その結果、電子は発光層１０５に流れ込む。発光層１０５の上部に位置する電流層４（２０６）はエネルギーバンドギャップが２．２１ｅＶであり発光層１０５よりも０．０６２１ｅＶしか大きくないため電流層４（２０６）はキャリア閉じこめ層（ここでは電子）として作用することができないため電子は電流層４（２０６）にも流れ込む。電流層４（２０６）の上部に形成されたホール輸送層１０７のバンドギャップエネルギーは３．７ｅＶであり、発光層１０５、電流層４（２０６）のバンドギャップエネルギーより大きいため、当該ホール輸送層１０７がキャリア（ここでは電子）閉じ込め層として作用し、その結果、電子は発光層１０５、及び電流層４（２０６）に閉じ込められることになる。
【００３７】
一方、電流層４（２０６）に流れ込んだ正孔は電流層４（２０６）よりバンドギャップエネルギーの小さい発光層１０５へ流れ込むため電流層４（２０６）には正孔は閉じ込められない。電流層４（２０６）より発光層１０５に流れ込んだ正孔は、陰極１０２の方へと引っ張られるが、発光層１０５の下に形成された電流層１（１０４）のバンドギャップエネルギーは２．０ｅＶであり発光層１０５のバンドギャップエネルギーである２．１５ｅＶよりも０．１５ｅＶ小さいため発光層１０５に流れ込んだ正孔は、電流層１（１０４）に流れも込む。電流層１（１０４）に流れ込んだ正孔は、陰極１０２の方へと引っ張られるが、図３より明らかなように、電流層１（１０４）の下部に形成された電子輸送層１０３のバンドギャップエネルギーは３．７ｅＶであり、発光層１０５、電流層１（１０４）のバンドギャップエネルギーより大きいため、当該電子輸送層１０３はキャリア（ここでは正孔）閉じ込め層として作用し、その結果、正孔は発光層１０５、及び電流層１（１０４）に閉じ込められることになる。
【００３８】
即ち、電流層１（１０４）には電子が閉じ込められていないため、電流層１（１０４）内では電子と正孔の有効な再結合はおこなわれず、電流層１（１０４）においては発光が起こらないが、発光層１０５には電子と正孔が閉じ込められため、発光層１０５内では電子と正孔の有効な再結合が行なわれ、赤色の発光が起こることになる。電流層４（２０６）には正孔が閉じ込められていないため、電流層４（２０６）内では電子と正孔の有効な再結合はおこなわれず、電流層４（２０６）においては発光が起こらない。
【００３９】
電流層１（１０４）はバンドギャップエネルギーが、発光層１０５より低いため、陽極１０８から注入された電流は、発光層１０５に接する電流層１（１０４）に集中して流れようとする。（電流集中作用）更に、電流層１（１０４）のドーパント「ＤＣＪＴＢ」の濃度を発光層１０５より下げることにより電流密度を低くすることができる。このため陽極１０８から注入された電流が電流層１（１０４）に沿って流れるようになるため、当該電流層１（１０４）に接して形成されている発光層１０５へ流れる電流の均一性をコントロールできるようになる。
【００４０】
又、ホール注入層が発光層からの電子により劣化することをバンドギャップエネルギーが高く、電流密度の低い電流層４（２０６）を発光層１０５とホール輸送層１０７との間に入れることにより防止し、電流層４（２０６）とホール輸送層１０７とのＬＵＭＯバンドギャップ差を０．６６ｅＶ→０．７ｅＶと広げることにより電子の移動を抑え、更に電流層４（２０６）のドーパント濃度を発光層１０５より下げて電流層４（２０６）の電流密度を下げるため電流を分散させて寿命低下を防止する。
【００４１】
また、化学的に安定した「ルブラン」による電流層４（２０６）を発光層１０５とホール輸送層１０７との間に入れることにより発光層のホスト層であるＡｌｑ３の酸化を防止する。
【００４２】
発光層１０５のＨＯＭＯバンドギャップエネルギーを５．２６ｅＶとして発光層１０５が電流層４（２０６）  ５．３６ｅＶ、電流層１（１０４）  ５．３ｅＶよりも一番小さくなるようにしてホール移動を早くしてホール輸送層１０７側でのホールの蓄積を防止し電流層４（２０６）により電子の移動を抑えて発光層１０５での電荷の再結合が効率良く行なわれる構造とする。
【００４３】
図１〜図３において示した有機エレクトロルミネセンス半導体素子はいずれもトップオープンタイプの構造となるため高出力、高輝度となる。
【００４４】
電流層１（１０４）、電流層４（２０６）は発光しないため、電流層１（１０４）、電流層４（２０６）の経時変化があつたとしても発光層１０５のカラーシフトに対する影響は少なく長寿命となる。
又、有機エレクトロルミネセンス半導体素子３００は電流層１（１０４）、電流層４（２０６）によりドーパント濃度を下げ抵抗値を上げるため低消費電力となり長寿命化が実現される。
【００４５】
尚、ここにおいて上記呼称にて記載材料の正式名称は以下の通りである。
・「ＰＢＤ」・・２−（４−ビフェニルイル）−５−（４−ｔｅｒｔ−ブチフェニル）  −１，３，４−オキサジアゾール
・「ＮＢＰ」・・Ｎ，Ｎ’−Ｄｉ（（ｎａｐｈｔｈａｌｅｎｅ−１−ｙｌ）−Ｎ，Ｎ’−ｄｉｐｈｅｎｙｌ−ｂｅｎｚｉｄｉｎｅ）
・「Ａｌｑ３」・・Ｔｒｉｓ（８−ｈｙｄｒｏｘｙｑｕｉｎｏｌｉｎａｔｏ）ａｌｕｍｉｎｕｍ//
・「ＤＣＪＴＢ」・・（２−（１，１−Ｄｉｍｅｔｈｙｌｅｔｈｙｌ）−６−（２−２，３，６，７−ｔｅｔｒａｈｙｄｒｏ−１，１，７，７−ｔｅｒｔｒａｍｅｔｈｙｌ−１Ｈ，５Ｈ−ｂｅｎｚｏ［ｉｊ］ｑｕｉｎｏｌｉｚｉｎ−９−ｙｌ）ｅｔｈｅｎｙｌ）−４Ｈ−ｐｙｒａｎ−４−ｙｌｉｄｅｎｅ）ｐｒｏｐａｎｅｄｉｎｉｔｒｉｌｅ．
【００４６】
尚、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨にもとづいて種々の変形をすることが可能であり、それらは本発明の範囲から除外するものではない。
【００４７】
又、本発明は蛍光発光による有機エレクトロルミネセンス半導体素子について説明を行ったが、燐光発光を行なう有機エレクトロルミネセンス半導体素子についても適用行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明を実施するための最良の形態１に係わる有機エレクトロルミネセンス半導体素子１００の断面図である。
【図２】本発明を実施するための最良の形態２に係わる有機エレクトロルミネセンス半導体素子２００の断面図である。
【図３】本発明を実施するための最良の形態３に係わるの有機エレクトロルミネセンス半導体素子３００の断面図である。
【図４】従来の有機エレクトロルミネセンス半導体素子の基本的な構成を示す概略図である。
【符号の説明】
【００４９】
１００，２００、３００：素子
１０１：基板
１０２：陰極
１０３：電子輸送層
１０４：電流層１、２０４：電流層３
１０５：発光層
１０６：電流層２、２０６：電流層４
１０７：ホール輸送層
１０８：陽極
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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