(57)【要約】【課題】駆動電圧を低下させ、リークの発生を抑制し、かつ高い逆耐圧を維持することができる有機ＥＬ素子の提供。【解決手段】基板上に、第１電極、有機ＥＬ層および第２電極を含む有機ＥＬ素子であって、有機ＥＬ層が隣接して配置される第１および第２ドーピング層を含み、第１および第２ドーピング層は有機ホスト材料とドーパントとを含み、第１ドーピング層におけるドーパントのドーピング濃度は、第２ドーピング層におけるドーパントのドーピング濃度とは異なることを特徴とする有機ＥＬ素子。【選択図】図２
2007243044.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に、第１電極、有機ＥＬ層および第２電極を含む有機ＥＬ素子であって、前記有機ＥＬ層が隣接して配置される第１および第２ドーピング層を含み、第１および第２ドーピング層は有機ホスト材料とドーパントとを含み、第１ドーピング層における前記ドーパントのドーピング濃度は、第２ドーピング層における前記ドーパントのドーピング濃度とは異なることを特徴とする有機ＥＬ素子。
【請求項２】
前記第１ドーピング層は、前記第１電極または第２電極のいずれか一方と接触して配置され、前記第１ドーピング層における前記ドーパントのドーピング濃度は、第２ドーピング層における前記ドーパントのドーピング濃度よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の有機ＥＬ素子。
【請求項３】
前記ドーパントはアクセプタ材料であり、前記第１および第２ドーピング層が正孔注入層であることを特徴とする請求項２に記載の有機ＥＬ素子。
【請求項４】
前記ドーパントはドナー材料であり、前記第１および第２ドーピング層が電子注入層であることを特徴とする請求項２に記載の有機ＥＬ素子。
【請求項５】
前記基板が透明基板であり、前記第１電極が透明電極であり、前記第２電極が反射電極であることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の有機ＥＬ素子。
【請求項６】
前記第１電極が反射電極であり、前記第２電極が透明電極であることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の有機ＥＬ素子。
【請求項７】
前記第１電極および前記第２電極のそれぞれは、均一に形成される一体型電極であることを特徴とする請求項５または６に記載の有機ＥＬ素子。
【請求項８】
前記第１電極が第１の方向に延びるストライプ形状の複数の部分電極から構成され、前記第２電極が第２の方向に延びるストライプ形状の複数の部分電極から構成され、前記第１の方向と前記第２の方向は交差する方向であることを特徴とする請求項５または６に記載の有機ＥＬ素子。
【請求項９】
前記第１電極が複数の部分電極から構成され、前記第１電極の複数の部分電極のそれぞれは複数のスイッチング素子と１対１に接続されており、前記第２電極が均一に形成される一体型電極であることを特徴とする請求項５または６に記載の有機ＥＬ素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機ＥＬ素子に関し、特に、低い駆動電圧および高い逆耐圧を有し、かつリークの発生がない有機ＥＬ素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
表示装置に適用される発光素子の一例として、有機化合物の薄膜積層構造を有する有機エレクトロルミネッセンス素子（以下、「有機ＥＬ素子」と称する）が知られている。有機ＥＬ素子は、２つの電極（アノードおよびカソード）の間に１つまたは複数の構成層からなる有機ＥＬ層を挟持した構造を有し、アノードからホールを注入し、カソードから電子を注入し、これらキャリアが再結合させるときのエネルギーを用いて有機色素を励起させて励起子を生成し、この励起子が基底順位に緩和するときの発光を外部に取り出す原理に基づいている。
【０００３】
そして、素子基板および有機ＥＬ層に接触している電極および有機ＥＬ層に接触している電極のいずれを透明電極とするかによって、素子基板側に発光を取り出すボトムエミッション方式、あるいは素子基板と反対側に発光を取り出すトップエミッション方式などの有機ＥＬ素子を得ることができる。また、２つの電極を複数のストライプ状部分電極から構成することによるパッシブマトリクス駆動、あるいはスイッチング素子（ＴＦＴなど）を用いたアクティブマトリクス駆動などによるディスプレイ用途への応用がなされている。さらに、このような有機ＥＬ素子をカラーフィルタ層などと組み合わせて、多色表示ディスプレイへの応用も検討されてきている。
【０００４】
このような有機ＥＬ素子においては、アノードおよびカソードから円滑にキャリア注入ができることが、素子の駆動電圧を低下させること、ひいては駆動電圧の低下に伴う素子の長寿命化に重要な要素である。
【０００５】
キャリアの一方であるホールの有機ＥＬ層に対する注入においては、主に２つの条件を考慮する必要がある。１つの条件は、アノードと有機ＥＬ層との間のエネルギー障壁が小さいことであり、この条件を満たすためにはアノードを構成する材料のイオン化ポテンシャルが十分に大きいことが重要である。もう１つの条件は、アノードと接する有機ＥＬ層（またはその構成層）のキャリアの状態密度が高いことである。
【０００６】
現状において、有機ＥＬ層のアノードに接触する正孔注入層としては、材料の単層膜を用いることが一般的である。最近になって、正孔注入層の単層膜に対して種々のドーパントを添加する技術の研究が盛んに行われており、この技術は有機ＥＬ素子駆動電圧の低電圧化の１つの技術として注目されてきている。たとえば、無機材料を用いた例ではあるが、アノードと有機ＥＬ層との間に、金属層と、酸化ケイ素、酸化ゲルマニウムなどからなる絶縁層または抵抗層との積層体を挿入して、低駆動電圧およびリーク発生防止を両立させる試みがなされている（特許文献１参照）。
【０００７】
【特許文献１】特開平８−２７９３９４号公報
【特許文献２】特開平６−２５６５９号公報
【特許文献３】特開平６−２０３９６３号公報
【特許文献４】特開平６−２１５８７４号公報
【特許文献５】特開平７−１４５１１６号公報
【特許文献６】特開平７−２２４０１２号公報
【特許文献７】特開平７−１５７４７３号公報
【特許文献８】特開平８−４８６５６号公報
【特許文献９】特開平７−１２６２２６号公報
【特許文献１０】特開平７−１８８１３０号公報
【特許文献１１】特開平８−４０９９５号公報
【特許文献１２】特開平８−４０９９６号公報
【特許文献１３】特開平８−４０９９７号公報
【特許文献１４】特開平７−１２６２２５号公報
【特許文献１５】特開平７−１０１９１１号公報
【特許文献１６】特開平７−９７３５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
有機ＥＬ素子においては、その駆動電圧を低下させると同時に、リーク（有機ＥＬ層の形成が不十分であることによるカソードとアノードとの短絡）などの故障の発生を防止することが重要である。リークは、有機ＥＬ層を形成する際の下地となる電極の表面に存在するパーティクル（微小粒子）または凹凸などによって電界集中が発生するためと考えられている。また、前述の無機材料積層体を挿入する場合には、酸化ケイ素、酸化ゲルマニウムなどから絶縁層または抵抗層を形成する工程においてパーティクルが発生するおそれがあり、さらに絶縁層または抵抗層がキャリア移動を阻害するために、これらの層を厚膜化して電極表面のパーティクルおよび凹凸の影響を抑制することはできない。このような状況に鑑みて、電極表面のパーティクルおよび凹凸を排除して、平滑が電極表面を提供することが望まれている。
【０００９】
しかしながら、有機ＥＬ素子の発光部の大面積化を図る場合には、その全面にわたって電極表面のパーティクルおよび凹凸を排除することは事実上困難である。それゆえに、電極表面のパーティクルおよび凹凸の存在に敏感でない構造の有機ＥＬ層を提供することが望まれてきている。
【００１０】
たとえば、有機ＥＬ層において電極と接触する構成層である正孔注入層あるいは電子注入層を厚膜化することによって、電極表面のパーティクルおよび凹凸の影響を緩和して、電界集中によるリークの発生を防止することができる。しかしながら、これらの層を厚膜化すると、キャリアの移動すべき距離が長くなってキャリアの移動抵抗が増大し、有機ＥＬ素子の駆動電圧が上昇してしまうという問題が発生する。
【００１１】
さらに、正孔注入層あるいは電子注入層を単一の材料で形成するのではなく、ドーパントをドーピングすることによってキャリアの移動抵抗を減少させ、駆動電圧の低下と同時にリークの発生を抑制することが考えられる。しかしながら、所望されるキャリア移動抵抗の減少を実現するために必要な量のドーパントを単純にドーピングした場合、電荷キャリア（正孔注入層における電子、あるいは電子注入層におけるホール）の阻止能が低下し、阻止全体としての逆耐圧が低下してしまうという新たな問題点が発生することが分かってきた。
【００１２】
したがって、本発明の課題は、駆動電圧を低下させ、リークの発生を抑制し、かつ高い逆耐圧を維持することができる有機ＥＬ層、およびそれを用いた有機ＥＬ素子を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
前述の課題を解決するために、本発明の有機ＥＬ素子は、隣接して配置される第１および第２ドーピング層を有する有機ＥＬ層を含む。隣接して配置される第１および第２ドーピング層は、有機ホスト材料とドーパントとを含む層であり、アノードと接触する正孔注入層、またはカソードとして機能する電子注入層として機能する。第１ドーピング層は、電極と直接接触する層であり、高いドーピング濃度と、パーティクルおよび凹凸の影響を緩和するのに十分な膜厚を有する層である。一方、第２ドーピング層は、第１ドーピング層の電極とは反対側の面に接触し、第１ドーピング層よりも低いドーピング濃度を有する層であり、素子の逆耐圧を維持する機能を有する。
【発明の効果】
【００１４】
以上のように構成された有機ＥＬ層を有する本発明の有機ＥＬ素子は、有機ＥＬ層中の電極と接触する構成層を機能分離がなされた２つの層とすることによって、駆動電圧の低下、リークなどの故障発生の抑制、および逆耐圧の維持を同時に達成するという格別の作用効果を奏すものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明の有機ＥＬ素子は、図１に示すように、基板１０上に、第１電極２０、有機ＥＬ層３０、および第２電極４０とを含み、前記有機ＥＬ層３０が隣接して配置される第１および第２ドーピング層を含み、第１および第２ドーピング層は有機ホスト材料とドーパントとを含み、第１ドーピング層における前記ドーパントのドーピング濃度は、第２ドーピング層における前記ドーパントのドーピング濃度とは異なることを特徴とする。
【００１６】
基板１０は、透明であっても不透明であってもよく、積層される層の形成に用いられる条件（溶媒、温度等）に耐えるものであるべきであり、および寸法安定性に優れていることが好ましい。後述のように第１電極２０を透明電極としてボトムエミッション方式の有機ＥＬ素子を形成する場合、基板１０もまた透明であるべきである。透明であることが要求される場合、基板１０は可視光に対して８０％以上の透過率を有することが好ましく、８６％以上の透過率を有することがさらに好ましい。基板１０を形成するのに用いることができる透明材料は、ガラス、ジアセチルセルロース、トリアセチルセルロース（ＴＡＣ）、プロピオニルセルロース、ブチリルセルロース、アセチルプロピオニルセルロース、ニトロセルロース等のセルロースエステル；ポリアミド；ポリカーボネート；ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリ−１，４−シクロヘキサンジメチレンテレフタレート、ポリエチレン−１，２−ジフェノキシエタン−４，４’−ジカルボキシレート、ポリブチレンテレフタレート等のポリエステル；ポリスチレン；ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリメチルペンテン等のポリオレフィン；ポリメチルメタクリレート等のアクリル系樹脂；ポリカーボネート；ポリスルホン；ポリエーテルスルホン；ポリエーテルケトン；ポリエーテルイミド；ポリオキシエチレン；ノルボルネン樹脂などの高分子材料であってもよい。高分子材料を用いる場合、透明基板１０は剛直であっても可撓性であってもよい。あるいはまた、基板１０が透明であることを要求されない場合、金属またはセラミックを用いて基板１０を形成してもよい。
【００１７】
第１電極２０および第２電極４０は、透明電極であってもよいし、反射電極であってもよい。第１電極２０または第２電極４０のいずれか一方は透明電極である。ボトムエミッション方式を採用する場合には第１電極２０が透明電極であり、トップエミッション方式を採用する場合には第２電極が透明電極である。第１電極２０または第２電極４０の他方は透明電極または反射電極のいずれであってもよいが、望ましくは反射電極である。
【００１８】
透明電極は、光の取り出し側となるために可視光の領域である３８０〜７８０ｎｍの波長において８０％以上の透過率を有することが望ましい。透明電極は、ＩＺＯ（Ｉｎ−Ｚｎ酸化物）、ＩＴＯ（Ｉｎ−Ｓｎ酸化物）、Ｓｎ酸化物、Ｉｎ酸化物、Ｚｎ酸化物、Ｚｎ−Ａｌ酸化物、Ｚｎ−Ｇａ酸化物、またはこれらの酸化物に対してＦ、Ｓｂなどのドーパントを添加した導電性透明金属酸化物を用いて形成することができる。透明電極は、蒸着法（抵抗加熱または電子ビーム加熱）、スパッタ法または化学気相堆積（ＣＶＤ）法を用いて形成され、好ましくはスパッタ法を用いて形成される。透明電極を、アノードとして用いてもよいし、カソードとして用いてもよい。透明電極をカソードとして使用する場合、有機ＥＬ層３０との界面にバッファ層を設けて、電子注入効率を向上させることが望ましい。バッファ層の材料としては、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、またはＣｓなどのアルカリ金属、Ｂａ、Ｓｒなどのアルカリ土類金属またはそれらを含む合金、希土類金属、あるいはそれら金属のフッ化物などを用いることができるが、それらに限定されるものではない。バッファ層の膜厚は、駆動電圧および透明性等を考慮して適宜選択することができるが、通常の場合には１０ｎｍ以下であることが好ましい。
【００１９】
一方、反射電極は、高反射率の金属、アモルファス合金、微結晶性合金を用いて形成することができる。高反射率の金属は、Ａｌ、Ａｇ、Ｍｏ、Ｗ、Ｎｉ、Ｃｒなどを含む。高反射率のアモルファス合金は、ＮｉＰ、ＮｉＢ、ＣｒＰおよびＣｒＢなどを含む。高反射率の微結晶性合金は、ＮｉＡｌなどを含む。反射電極を、アノードとして用いてもよいし、カソードとして用いてもよい。反射電極をカソードとして用いる場合には、反射電極と有機ＥＬ層３０との界面に、前述のバッファ層を設けて有機ＥＬ層３０に対する電子注入の効率を向上させてもよい。あるいはまた、前述の高反射率金属、アモルファス合金または微結晶性合金に対して、仕事関数が小さい材料であるリチウム、ナトリウム、カリウム等のアルカリ金属、カルシウム、マグネシウム、ストロンチウムなどのアルカリ土類金属を添加して合金化し、電子注入効率を向上させることができる。一方、反射電極をアノードとして用いる場合には、反射電極と有機ＥＬ層３０との界面に、前述の導電性透明金属酸化物の層を設けて有機ＥＬ層３０に対する正孔注入の効率を向上させてもよい。反射電極は、用いる材料に依存して、蒸着法、スパッタ法、イオンプレーティング法、レーザーアブレーション法などの当該技術において知られている任意の手段を用いて形成することができる。
【００２０】
本発明の有機ＥＬ素子は、第１電極２０および／または第２電極４０のいずれか一方または両方を複数の部分電極に分割し複数の独立した発光部を形成することによって、ディスプレイ用途などに応用することが可能である。複数の独立した発光部を形成する１つの方法は、第１電極２０を第１の方向に延びる複数のストライプ形状の部分電極から形成し、第２電極４０を第２の方向に延びる複数のストライプ形状の部分電極から形成し、第１の方向と第２の方向とが交差、好ましくは直交するようにすることである。このような構造において、第１電極２０および第２電極４０の特定の部分電極に電圧を印加すると、それら部分電極の交差する位置で発光が起き、いわゆるパッシブマトリクス駆動が可能となる。あるいはまた、第１電極２０および第２電極４０の一方を複数の部分電極から形成し、それら複数の部分電極のそれぞれをスイッチング素子（たとえばＴＦＴなど）と１対１に接続し、第１電極２０および第２電極４０の他方を一体型の共通電極とすることで、いわゆるアクティブマトリクス駆動が可能となる。
【００２１】
複数の部分電極からなる第１電極２０を形成する場合には、第１電極を形成する材料の膜を全面にわたって均一に形成し、その後に所望のパターンを与えるようにエッチングを行って、複数の部分電極からなる第１電極２０を形成してもよい。あるいはまた、所望の形状を与えるマスクを用いる形成法によって、複数の部分電極からなる第１電極２０を形成してもよい。あるいはまた、リフトオフ法を適用してパターニングを行うことも可能である。
【００２２】
一方、複数の部分電極からなる第２電極４０を形成する場合には、所望の形状を与えるマスクを用いる形成法によって、複数の部分電極からなる第２電極４０を形成してもよい。あるいはまた、有機ＥＬ層３０の形成前に逆テーパー形状の断面を有する第２電極分離隔壁を設け、次いで有機ＥＬ層３０の形成および第２電極の形成を行い、複数の部分電極からなる第２電極４０を形成してもよい。
【００２３】
有機ＥＬ層３０は、隣接して配置される第１および第２ドーピング層を含む。有機ＥＬ層３０は、発光層と、正孔注入層または電子注入層のいずれか一方または両方とを含み、必要に応じて、正孔輸送層および／または電子輸送層を含んでもよい。隣接して配置される第１および第２ドーピング層は正孔注入層または電子注入層として機能する。
【００２４】
図２に、本発明の有機ＥＬ素子の有機ＥＬ層３０の構成例を示す。図２（ａ）は、第１ドーピング層３６ａ／第２ドーピング層３６ｂ／正孔輸送層３２／発光層３３／電子輸送層３４／電子注入層３５からなる６層構成の有機ＥＬ層３０を示す。この例においては、第１ドーピング層３６ａ／第２ドーピング層３６ｂが正孔注入層として機能する。図２（ｂ）は、正孔注入層３１／正孔輸送層３２／発光層３３／電子輸送層３４／第２ドーピング層３７ｂ／第１ドーピング層３７ａからなる６層構成の有機ＥＬ層３０を示す。この例においては、第２ドーピング層３７ｂ／第１ドーピング層３７ａが電子注入層として機能する。図２に示した構成以外にも、有機ＥＬ層３０は、たとえば以下のような構成を取ることができる。
（１）陽極／有機発光層／電子注入層／陰極
（２）陽極／正孔注入層／発光層／陰極
（３）陽極／正孔注入層／発光層／電子注入層／陰極
（４）陽極／正孔注入層／正孔輸送層／発光層／電子注入層／陰極
（５）陽極／正孔注入層／発光層／電子輸送層／電子注入層／陰極
（ここで、正孔注入層または電子注入層の少なくとも一方は第１および第２ドーピング層で形成される。また、陽極および陰極は、第１および第２電極のいずれであってもよい。）
【００２５】
以下に、有機ＥＬ層３０を構成する各層について述べる。第１ドーピング層および第２ドーピング層は、有機ホスト材料とドーパントとを含む層であり、望ましくは両層ともに同一の有機ホスト材料およびドーパントを含む。第１ドーピング層におけるドーパントのドーピング濃度は、第２ドーピング層におけるドーパントのドーピング濃度とは異なり、第１ドーピング層ドーピング濃度は、第２ドーピング層ドーピング濃度よりも高く設定される。本発明においては、第１ドーピング層は第１電極または第２電極のいずれかと接触する層であり、一方、第２ドーピング層は、第１ドーピング層の第１電極または第２電極とは反対側の面に接触する層である。
【００２６】
正孔注入層として用いられる第１ドーピング層３６ａおよび第２ドーピング層３６ｂを形成する際に用いられる有機ホスト材料は、金属フタロシアニン類（銅フタロシアニン（ＣｕＰｃ）など）、インダンスレン系化合物、またはアリールアミン系化合物を用いて形成することができる。用いることができるアリールアミン系化合物は、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラフェニル−４，４’−ジアミノフェニル、Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−Ｎ，Ｎ’−ジ（３−メチルフェニル）−４，４’−ジアミノフェニル、２，２−ビス（４−ジ−ｐ−トリルアミノフェニル）プロパン、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラ−ｐ−トリル−４，４’−ジアミノビフェニル、ビス（４−ジ−ｐ−トリルアミノフェニル）フェニルメタン、Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−Ｎ，Ｎ’−ジ（４−メトキシフェニル）−４，４’−ジアミノビフェニル、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラフェニル−４，４’−ジアミノジフェニルエーテル、４，４"'−ビス（ジフェニルアミノ）−ｐ−クォータフェニル、４−Ｎ，Ｎ−ジフェニルアミノ−（２−ジフェニルビニル）ベンゼン、３−メトキシ−４’−（ジフェニルアミノスチリル）ベンゼン、Ｎ−フェニルカルバゾール、１，１−ビス［４−ジ−ｐ−トリルアミノフェニル］シクロヘキサン、１，１−ビス［４−ジ−（ｐ−トリルアミノ）フェニル］−４−フェニルシクロヘキサン、ビス（４−ジメチルアミノ−２−メチルフェニル）−フェニルメタン、Ｎ，Ｎ，Ｎ−トリ（ｐ−トリル）アミン、４−（ジ−ｐ−トリルアミノ）−４’−［４−（ジ−ｐ−トリルアミノ）スチリル］スチルベン、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラ−ｐ−トリル−４，４’−ジアミノ−ビフェニル、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラフェニル−４，４’−ジアミノ−ビフェニル−Ｎ−フェニルカルバゾール、４，４’−ビス［Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニル、４，４”−ビス［Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニルアミノ］−ｐ−ターフェニル、４，４’−ビス［Ｎ−（２−ナフチル）−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニル、４，４’−ビス［Ｎ−（３−アセナフテニル）−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニル、１，５−ビス［Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニルアミノ］ナフタレン、４，４’−ビス［Ｎ−（９−アントリル）−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニル、４，４”−ビス［Ｎ−（１−アントリル）−Ｎ−フェニル−アミノ］−ｐ−ターフェニル、４，４’−ビス［Ｎ−（２−フェナントリル）−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニル、４，４’−ビス［Ｎ−（８−フルオランテニル）−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニル、４，４’−ビス［Ｎ−（２−ビレニル）−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニル、４，４’−ビス［Ｎ−（２−ペリレニル）−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニル、４，４’−ビス［Ｎ−（１−コロネニル）−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニル、２，６−（ジ−ｐ−トリルアミノ）ナフタレン、２，６−ビス［ジ−（１−ナフチル）アミノ］ナフタレン、２，６−ビス［Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−（２−ナフチル）アミノ］ナフタレン、４，４”−ビス［Ｎ，Ｎ−ジ（２−ナフチル）アミノ］−ｐ−ターフェニル、４，４’−ビス｛Ｎ−フェニル−Ｎ−［４−（１−ナフチル）フェニル］アミノ｝ビフェニル、４，４’���ビス［Ｎ−フェニル−Ｎ−（２−ピレニル）アミノ］ビフェニル、２，６−ビス［Ｎ，Ｎ−ジ（２−ナフチル）アミノ］フルオレン、４，４”−ビス（Ｎ，Ｎ−ジ−ｐ−トリルアミノ）−ｐ−ターフェニル、ビス（Ｎ，Ｎ−１−ナフチル）−２−ナフチルアミンなどを含む（特許文献２〜１６参照）。
【００２７】
正孔注入層として用いられる第１ドーピング層３６ａおよび第２ドーピング層３６ｂを形成する際に用いられるドーパント材料はアクセプタ材料であり、たとえばＦ４−ＴＣＮＱ（２，３，５，６−テトラフルオロ−７，７，８，８−テトラシアノキノジメタン）、Ｆ４ＤＣＮＱＩ（Ｎ，Ｎ’−ジシアノ−２，３，５，６−テトラフルオロ−１，４−キノンジイミン）、Ｃｌ２ＤＣＮＱＩ（Ｎ，Ｎ’−ジシアノ−２，５−ジクロロ−１，４−キノンジイミン）、Ｃｌ２Ｆ２ＤＣＮＱＩ（Ｎ，Ｎ’−ジシアノ−２，５−ジクロロ−３，６−ジフルオロ−１，４−キノンジイミン）、Ｆ６ＤＣＮＮＱＩ（Ｎ，Ｎ’−ジシアノ−２，３，５，６，７，８−ヘキサフルオロ−１，４−ナフトキノンジイミン）、ＣＮ４ＴＴＡＱ（１，４，５，８−テトラヒドロ−１，４，５，８−テトラチア−２，３，６，７−テトラシアノアントラキノン）などを含む。
【００２８】
正孔注入層の一部をなす第１ドーピング層３６ａは、第１電極２０／有機ＥＬ層３０界面のパーティクルまたは凹凸による電界集中に起因するリークの発生を防止すると同時に、高いドーピング濃度を有して厚膜化による駆動電圧の上昇を防止するための層である。第１ドーピング層３６ａは、１００ｎｍ以上、好ましくは１００〜４００ｎｍの膜厚を有する。また、第１ドーピング層３６ａのドーピング濃度は、有機ホスト材料の体積を基準として１〜５％、好ましくは２〜４％である。この範囲内の膜厚およびドーピング濃度を用いることによって、駆動電圧を上昇させずに、リークの発生を防止することが可能となる。
【００２９】
正孔注入層の一部をなす第２ドーピング層３６ｂは、低いドーピング濃度を有して厚膜化による逆耐圧の低下を防止するための層である。第２ドーピング層３６ｂは、１０〜１００ｎｍ、好ましくは２０〜８０ｎｍの膜厚を有する。また、第２ドーピング層３６ｂのドーピング濃度は、第１ドーピング層３６ａのドーピング濃度の１／２以下、好ましくは１／３以下である。この範囲内の膜厚およびドーピング濃度を用いることによって、逆耐圧を低下させることなしに、駆動電圧の上昇を防止することが可能となる。
【００３０】
電子注入層として用いられる第１ドーピング層３７ａおよび第２ドーピング層３７ｂを形成する際に用いられる有機ホスト材料は、２−（４−ビフェニル）−５−（ｐ−ｔ−ブチルフェニル）−１，３，４−オキサジアゾール（ＰＢＤ）のようなオキサジアゾール誘導体、トリアゾール誘導体、トリアジン誘導体、フェニルキノキサリン類、アルミニウムのキノリノール錯体（例えばＡｌｑ３）などを含む。
【００３１】
電子注入層として用いられる第１ドーピング層３７ａおよび第２ドーピング層３７ｂを形成する際に用いられるドーパント材料はドナー材料であり、たとえばＬｉ、Ｎａ、Ｋａ等のアルカリ金属などを含む。
【００３２】
電子注入層の一部をなす第１ドーピング層３７ａは、有機ＥＬ層３０／第２電極４０界面のパーティクルまたは凹凸による電界集中に起因するリークの発生を防止すると同時に、高いドーピング濃度を有して厚膜化による駆動電圧の上昇を防止するための層である。第１ドーピング層３７ａは、１００ｎｍ以上、好ましくは１００〜４００ｎｍの膜厚を有する。また、第１ドーピング層３７ａのドーピング濃度は、有機ホスト材料の体積を基準として１〜５％、好ましくは２〜４％である。この範囲内の膜厚およびドーピング濃度を用いることによって、駆動電圧を上昇させずに、リークの発生を防止することが可能となる。
【００３３】
電子注入層の一部をなす第２ドーピング層３７ｂは、低いドーピング濃度を有して厚膜化による逆耐圧の低下を防止するための層である。第２ドーピング層３７ｂは、１０〜１００ｎｍ、好ましくは２０〜８０ｎｍの膜厚を有する。また、第２ドーピング層３７ｂのドーピング濃度は、第１ドーピング層３７ａのドーピング濃度の１／２以下、好ましくは１／３以下である。この範囲内の膜厚およびドーピング濃度を用いることによって、逆耐圧を低下させることなしに、駆動電圧の上昇を防止することが可能となる。
【００３４】
発光層３３は、第１電極２０および第２電極４０に電圧が印加されることによって注入されるキャリア（正孔および電子）が再結合することで発光が生じる層である。発光層３３の材料は、所望の色調に応じて選択することが可能である。例えば青色から青緑色の発光を得るためには、ベンゾチアゾール系、ベンゾイミダゾール系、ベンソオキサゾール系などの蛍光増白剤、金属キレート化オキソニウム化合物、スチリルベンゼン系化合物、芳香族ジメチリディン系化合物などを使用することができる。より具体的には、４，４’−ビス（２，２−ジフェニルビニル）ビフェニル（ＤＰＶＢｉ）が挙げられる。また、種々の波長域の発光を得るために、ホスト化合物（ジスチリルアリーレン化合物、４，４’−ビス［Ｎ−（３−トリル）−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニル（ＴＰＤ）、アルミニウム錯体（たとえばトリス（８−ヒドロキシキノリナト）アルミニウム錯体（Ａｌｑ３）など）にドーパント（ペリレン、キナクリドン類、ルブレンなど）を添加したものを使用することもできる。
【００３５】
正孔輸送層３２および正孔注入層３１（第１および第２ドーピング層の積層体を用いない場合）の材料は特に限定されることなく、公知の材料を用いてそれら正孔注入層３１および正孔輸送層３２を形成することができる。たとえば、正孔注入層３１は、フタロシアニン類（銅フタロシアニン（ＣｕＰｃ）など）またはインダンスレン系化合物を使用して形成することができる。また、正孔輸送層３２は、例えば、前述のアリールアミン系化合物を使用して形成することができる。
【００３６】
電子輸送層３４および電子注入層３５（第１および第２ドーピング層の積層体を用いない場合）の場合、その材料は特に限定されることなく、公知の材料を用いてそれら層を形成することができる。たとえば、２−（４−ビフェニル）−５−（ｐ−ｔ−ブチルフェニル）−１，３，４−オキサジアゾール（ＰＢＤ）のようなオキサジアゾール誘導体、トリアゾール誘導体、トリアジン誘導体、フェニルキノキサリン類、アルミニウムのキノリノール錯体（例えばＡｌｑ３）などを使用して、電子輸送層３４および電子輸送層３５を形成することができる。
【００３７】
有機ＥＬ層３０は、所望の構成に応じて、各構成層の材料を蒸着法ないしは共蒸着法によって堆積させることで実施される。抵抗加熱蒸着法または電子ビーム加熱蒸着法のいずれを用いてもよい。共蒸着法を用いる場合、２つ以上の成膜材料を所定の比率で予め混合したものを加熱蒸着源として用いてもよいし、あるいはまた、独立した２つ以上の加熱蒸着源からそれぞれの成膜材料を蒸着させてもよい。
【００３８】
さらに、複数の独立した発光部を有する有機ＥＬ素子をディスプレイ用途に応用する場合、特定の波長域の光を透過させる１種または複数種のカラーフィルタ層、特定の波長域の光を吸収してより長波長の光を発する１種または複数種の色変換層、複数種のカラーフィルタ層／色変換層によってもたらされる段差を解消するための平坦化層、水分ないし酸素の透過を遮断して有機ＥＬ素子の劣化を防止するパッシベーション層などの層を必要に応じて設けることができる。たとえば、透明である基板１０と第１電極２０との間に、カラーフィルタ層（および／または色変換層）／平坦化層／パッシベーション層の積層構造を設けてもよい。あるいはまた、透明である基板１０の第１電極２０とは反対側の表面上に、カラーフィルタ層および／または色変換層を設けてもよい。あるいはまた、有機ＥＬ素子の基板１０とは別の透明基板上にカラーフィルタ層（および／または色変換層）／パッシベーション層の積層体を設けたフィルタ基板を作製し、有機ＥＬ素子とフィルタ基板を貼り合わせてディスプレイを形成してもよい。カラーフィルタ層、色変換層、平坦化層およびパッシベーション層は、既知の任意の材料を用いて形成してもよい。
【実施例】
【００３９】
［実施例１］
基板上に、ドーピング濃度を０％、１％および２％としたＦ４−ＴＣＮＱ／ＣｕＰｃ膜（膜厚２００ｎｍ）を形成し、その比抵抗を測定した。なお、ドーピング濃度はＣｕＰｃの体積を基準とする体積％で示した。結果を第１表に示す。
【００４０】
【表１】
2007243044.tif 000003
【００４１】
この測定結果から、ドーピング濃度２％のＦ４−ＴＣＮＱ／ＣｕＰｃ膜は、駆動電圧を上昇させずに厚膜化が可能である十分に低い比抵抗を有することが分かる。また、ドーピング濃度１％のＦ４−ＴＣＮＱ／ＣｕＰｃ膜は、逆耐圧を向上させるのに十分な高い比抵抗を有することが分かる。
【００４２】
［実施例２］
本実施例は、正孔注入層（第１および第２ドーピング層）／正孔輸送層／発光層／電子注入層の５層構造の有機ＥＬ層３０を有するボトムエミッション方式の有機ＥＬ素子を作製した。
【００４３】
クリーニングを施した透明ガラス基板の上面に、スパッタ法にて膜厚２００ｎｍの無定型ＩＺＯ膜（Ｉｎ２Ｏ３：ＺｎＯ、ＺｎＯはモル比で５％）を全面成膜した。次いでフォトリソグラフィー法にてパターニングを行い、幅２ｍｍ、間隙０．５ｍｍ、膜厚１００ｎｍの第１の方向に延びる複数のストライプ形状の部分電極を形成した。複数の部分電極を、室温において酸素プラズマによるクリーニングを行い、透明電極（第１電極、陽極）を得た。
【００４４】
次いで、透明電極を形成した基板を抵抗加熱蒸着装置内に装着し、正孔注入層、正孔輸送層、発光層および電子注入層からなる有機ＥＬ層３０を真空を破らずに順次成膜した。第１ドーピング層として膜厚１００ｎｍの２体積％のＦ４−ＴＣＮＱをドープしたＣｕＰｃ膜を成膜し、第２ドーピング層として膜厚５０ｎｍの１体積％のＦ４−ＴＣＮＱをドープしたＣｕＰｃ膜を成膜して正孔注入層とした。正孔輸送層として、膜厚２０ｎｍの４，４’−ビス［Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニル（α−ＮＰＤ）を積層した。発光層として膜厚３０ｎｍのＤＰＶＢｉを積層した。電子注入層として膜厚２０ｎｍのＡｌｑ３を積層した。
【００４５】
ここで、水晶振動子膜厚モニタの出力と、触針式表面形状測定器（ＤＥＫＴＡＫ）および原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）で求めた実際の膜厚との関係をまとめたマスターカーブを予め作成し、該マスターカーブに基づいて各層の蒸着材料単体の蒸着速度を決定した。第１および第２ドーピング層のドーピング濃度は、有機ホスト材料であるＣｕＰｃの体積を基準とした体積％で示した。
【００４６】
以上のようにして得られた有機ＥＬ層の上に、第１の方向と直交する第２の方向に延びるストライプ形状が得られるマスクを用いて、膜厚０．５ｎｍのＬｉＦからなるバッファ層を形成し、さらに膜厚２００ｎｍのＡｌを積層して、幅２ｍｍ、間隙０．５ｍｍの第２の方向に延びるストライプ形状の複数の部分電極からなる反射電極（第２電極、陰極）を得た。
【００４７】
以上の手順で得られた有機ＥＬ素子に関して、駆動電圧、逆耐圧およびリーク発生密度を評価した。その結果を第２表に示す。
【００４８】
［比較例１］
第１および第２ドーピング層からなる正孔注入層に代えて、膜厚５０ｎｍの非ドープＣｕＰｃ膜を積層して正孔注入層としたことを除いて、実施例２の手順を繰り返して、有機ＥＬ素子を得た。得られた有機ＥＬ素子の評価結果を第２表に示す。
【００４９】
［比較例２］
非ドープＣｕＰｃ膜の膜厚を２００ｎｍに変更したことを除いて、比較例１の手順を繰り返して、有機ＥＬ素子を得た。得られた有機ＥＬ素子の評価結果を第２表に示す。
【００５０】
［比較例３］
第２ドーピング層を形成せず、正孔注入層を第１ドーピング層のみから形成したことを除いて、実施例２の手順を繰り返して、有機ＥＬ素子を得た。得られた有機ＥＬ素子の評価結果を第２表に示す。
【００５１】
【表２】
2007243044.tif 000004
【００５２】
［評価］
実施例２および比較例１〜３で得られた有機ＥＬ素子について、駆動電圧（１００ｃｄ／ｍ２の輝度を得るのに必要な電圧）、逆耐圧（有機ＥＬ素子に対して逆方向に電圧を印加した場合に、素子が破壊される電圧）、リーク発生密度（単位面積（１ｃｍ２）当たりのリーク発生個数）について評価を行った。
【００５３】
第２表から分かるように膜厚５０ｎｍの非ドープのＣｕＰｃを正孔注入層とした比較例１においては、十分に低い駆動電圧および十分に高い逆耐圧が得られるものの、リーク発生密度が高いことが分かる。また、膜厚を２００ｎｍに増大させた非ドープＣｕＰｃ正孔注入層を有する比較例２においては、リーク発生を抑制することができたものの、駆動電圧が上昇してしまったことが分かる。さらに、膜厚２００ｎｍのドーピング濃度２％のＦ４−ＴＣＮＱ／ＣｕＰｃの単一層を正孔注入層とした比較例３においては、リーク発生の抑制および駆動電圧の低下を実現できたものの、逆耐圧が低下してしまったことが分かる。以上のように、本発明の隣接する２種のドーパント層を正孔注入層として用いない比較例１〜３の素子においては、何らかの特性上の問題点が発生していることが分かる。これに対して、本発明に従う実施例２においては、何らの特性上の問題点も発生せず、低い駆動電圧、十分に高い逆耐圧が得られ、リークがほとんど発生していない（１個／ｃｍ２未満）ことが分かる。
【００５４】
［実施例３］
本実施例は、電子注入層（第１および第２ドーピング層）／発光層／正孔輸送層／正孔注入層の５層構造の有機ＥＬ層３０を有するトップエミッション方式の有機ＥＬ素子を作製した。
【００５５】
スイッチング素子として複数のＴＦＴが配置された基板にクリーニング処理を施し、該基板の上面に、マスクを用いる蒸着法を用いてＡｌを積層して、寸法２×２ｍｍ、間隙０．５ｍｍ、膜厚２００ｎｍの複数の部分電極からなる反射電極（第２電極、陰極）を形成した。さらに、同一のマスクを用いて、膜厚０．５ｎｍのＬｉＦ膜を積層して、反射電極を構成する複数の部分電極上にバッファ層を形成した。
【００５６】
次いで、反射電極を形成した基板を抵抗加熱蒸着装置内に装着し、電子注入層、発光層、正孔輸送層および正孔注入層からなる有機ＥＬ層３０を真空を破らずに順次成膜した。第１ドーピング層として膜厚２００ｎｍの５体積％のＬｉをドープしたＡｌｑ３膜を成膜し、第２ドーピング層として膜厚５０ｎｍの１体積％のＬｉをドープしたＡｌｑ３膜を成膜して電子注入層とした。発光層として膜厚３０ｎｍのＤＰＶＢｉを積層した。正孔輸送層として、膜厚２０ｎｍのα−ＮＰＤを積層した。正孔注入層として膜厚２００ｎｍのＣｕＰｃを積層した。
【００５７】
最後に、得られた有機ＥＬ層の上面全面にわたって、膜厚１００ｎｍの均一な無定型ＩＺＯ膜を積層して、透明電極（第１電極、陽極）を得た。
【００５８】
以上のようにして得られた有機ＥＬ素子は、１２Ｖの駆動電圧（＠１００ｃｄ／ｍ２）、〜２０Ｖの逆耐圧、および１個／ｃｍ２未満のリーク発生密度を有した。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明の有機ＥＬ素子の一例を示す模式的断面図である。
【図２】本発明の有機ＥＬ層の構成の一例を示す模式的断面図であり、（ａ）は第１および第２ドーピング層を正孔注入層として用いた場合を示し、（ｂ）は第１および第２ドーピング層を電子注入層として用いた場合を示す図である。
【符号の説明】
【００６０】
１０  基板
２０  第１電極
３０  有機ＥＬ層
３１  正孔注入層
３２  正孔輸送層
３３  発光層
３４  電子輸送層
３５  電子注入層
３６ａ、３７ａ  第１ドーピング層
３６ｂ、３７ｂ  第２ドーピング層
４０  第２電極
【図１】
2007243044.tif 000005
【図２】
2007243044.tif 000006