(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ホール注入電極と、電子注入電極と、これらの電極間に設けられた１種以上の有機層とを有し、
前記ホール注入電極と前記有機層との間には無機絶縁性ホール注入輸送層を有し、
前記無機絶縁性ホール注入輸送層は、シリコンおよび／またはゲルマニウムの酸化物を主成分とし、この主成分を（Ｓｉ1-xＧｅx）Ｏyと表したとき
0004142779.tif 000004
である有機ＥＬ素子。
【請求項２】
前記無機絶縁性ホール注入輸送層の膜厚が０．１〜３nmである請求項１の有機ＥＬ素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、有機ＥＬ（電界発光）素子に関し、詳しくは、有機化合物の薄膜に電界を印加して光を放出する素子に用いられる無機／有機接合構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に有機ＥＬ素子は、ガラス基板上にＩＴＯなどの透明電極を形成し、その上に有機アミン系のホール輸送層、電子導電性を示しかつ強い発光を示す、例えばＡｌｑ3 材からなる有機発光層を積層し、さらに、ＭｇＡｇなどの仕事関数の小さい電極を形成した構造の基本素子としている。
【０００３】
これまでに報告されている素子構造としては、ホール注入電極及び電子注入電極の間に１層または複数層の有機化合物層が挟まれた構造となっており、有機化合物層としては、２層構造あるいは３層構造がある。
【０００４】
２層構造の例としては、ホール注入電極と電子注入電極の間にホール輸送層と発光層が形成された構造、または、ホール注入電極と電子注入電極の間に発光層と電子輸送層が形成された構造がある。３層構造の例としては、ホール注入電極と電子注入電極の間にホール輸送層と発光層と電子輸送層とが形成された構造がある。また、単一層に全ての役割を持たせた単層構造も高分子や混合系で報告されている。
【０００５】
図３および図４に、有機ＥＬ素子の代表的な構造を示す。
【０００６】
図３では、基板１１上に設けられたホール注入電極１２と電子注入電極１３の間に有機化合物であるホール輸送層１４と発光層１５が形成されている。この場合、発光層１５は、電子輸送層の機能も果たしている。
【０００７】
図４では、基板１１上に設けられたホール注入電極１２と電子注入電極１３の間に有機化合物であるホール輸送層１４と発光層１５と電子輸送層１６が形成されている。
【０００８】
これら有機ＥＬ素子においては、共通して、信頼性が問題となっている。すなわち、有機ＥＬ素子は、原理的にホール注入電極と電子注入電極とを有し、これら電極間から効率よくホール・電子を注入輸送するための有機層を必要とする。しかしながら、これらの材料は、製造時にダメージを受けやすく、電極との親和性にも問題がある。また、有機薄膜の劣化もＬＥＤ、ＬＤに比べると著しく大きいという問題を有している。
【０００９】
また、有機材料は比較的高価なものが多く、低コストの有機ＥＬ素子応用製品を提供するために、その一部の構成膜を安価な無機材料で置き換えることのメリットは大きい。
【００１０】
また、今まで以上に発光効率を改善し、低駆動電圧で、より消費電流の少ない素子の開発も望まれる。
【００１１】
このような問題を解決するために、有機材料と無機半導体材料のそれぞれのメリットを利用する方法が考えられている。すなわち、有機ホール輸送層を無機ｐ型半導体に置き換えた有機／無機半導体接合である。このような検討は、特許第２６３６３４１号、特開平２−１３９８９３号公報、特開平２−２０７４８８号公報、特開平６−１１９９７３号公報で検討されているが、発光特性や基本素子の信頼性の点で従来の有機ＥＬ素子を越える特性を得ることが不可能であった。
【００１２】
特に、有機ＥＬ素子を多数個マトリクス状に配置したディスプレイ装置などでは、時分割駆動方式を採用する場合が多い。ところが、この時分割駆動方式で駆動すると、１画素あたりの発光輝度が、時分割数が多くなるに従い相対的に低下してしまう。このため、画素数の多い比較的面積の大きいディスプレイや、高精細のディスプレイを時分割駆動した場合、表示画面として必要とされる輝度を確保することが困難になったり、多階調制御を行うことが困難になったりして、高い表示品質のディスプレイが得られないといった問題を有していた。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、有機材料と無機材料の有するメリットを併せ持ち、長寿命で、効率が改善され、動作電圧が低く、低コストな有機ＥＬ素子を提供することである。
【００１４】
また、特に時分割駆動方式のディスプレイに応用した場合にも、高い発光輝度が得られ、大画面、高精細のディスプレイを実現可能な有機ＥＬ素子を提供することである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
このような目的は、下記の本発明により達成される。
（１）  ホール注入電極と、電子注入電極と、これらの電極間に設けられた１種以上の有機層とを有し、
前記ホール注入電極と前記有機層との間には無機絶縁性ホール注入輸送層を有し、
前記無機絶縁性ホール注入輸送層は、シリコンおよび／またはゲルマニウムの酸化物を主成分とし、この主成分を（Ｓｉ1-xＧｅx）Ｏyと表したとき
0004142779.tif 000002
である有機ＥＬ素子。
（２）  前記無機絶縁性ホール注入輸送層の膜厚が０．１〜３nmである上記（１）の有機ＥＬ素子。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明の有機ＥＬ素子は、基板上に、ホール注入電極と電子注入電極とを有し、これらの電極間に少なくとも発光機能に関与する有機層を有する。そして、前記ホール注入電極と前記有機層との間には無機絶縁性ホール注入輸送層を有し、このホール注入層は、シリコンおよび／またはゲルマニウムの酸化物を含有する。この酸化物は、（Ｓｉ1-xＧｅx）Ｏyと表したとき
0004142779.tif 000003
である。
【００１７】
このように、無機絶縁性ホール注入輸送層の主成分である酸化物を酸素過剰とすることにより、ホール注入電極から発光層側の有機層へ効率よくホールを注入することができる。しかも、有機層からホール注入電極への電子の移動を抑制することができ、発光層でのホールと電子との再結合を効率よく行わせることができる。また、ホール注入輸送を目的としているため、逆バイアスを加えると発光しない。特に、時分割駆動方式など、高い発光輝度が要求されるディスプレイに効果的に応用でき、無機材料の有するメリットと、有機材料の有するメリットとを併せもった有機ＥＬ素子とすることができる。本発明の有機ＥＬ素子は、従来の有機ホール注入層を有する素子と同等の輝度が得られ、しかも、耐熱性、耐候性が高いので従来のものよりも寿命が長く、リークやダークスポットの発生も少ない。また、比較的高価な有機物質ではなく、安価で入手しやすい無機材料を用いているので、製造が容易となり、製造コストを低減することができる。
【００１８】
酸素の含有量を表すｙは、化学量論組成からわずかに過剰となっていればよく、２．０を超えるものであればよい。また、その上限としては２．４以下である。ｙがこれより大きくても、ｙがこれより小さくてもホール注入能が低下し、輝度が低下してくる。また、好ましくは、
ｙは２．４以下、より好ましくは２．３以下、特に２．２以下であり、
ｙは２．０１以上、より好ましくは２．０２以上、特に２．０５以上である。
【００１９】
無機絶縁性ホール注入輸送層は、酸化ケイ素でも酸化ゲルマニウムでもよく、それらの混合薄膜でもよい。これらの組成比を表すｘは、０≦ｘ≦１である。また、好ましくはｘは０．４以下、より好ましくは０．３以下、特に０．２以下であることが好ましい。
【００２０】
あるいは、ｘは好ましくは０．６以上、より好ましくは０．７以上、特に０．８以上であってもよい。
【００２１】
ｘを０．５より多い値とするか、小さい値とするかは素子の構成、有機層との相性等により最適な組成に調整すればよい。
【００２２】
なお、ホール注入層全体の平均値としてこのような組成であれば、均一でなくてもよく、膜厚方向に濃度勾配を有する構造としてもよい。この場合は、有機層（発光層）界面側が酸素過剰であることが好ましい。
【００２３】
無機絶縁性ホール注入輸送層は、通常、非晶質状態である。
【００２４】
無機絶縁性ホール注入輸送層の膜厚としては、好ましくは０．１〜３nm、より好ましくは０．３〜０．９nm程度が好ましい。無機絶縁性ホール注入輸送層がこれより薄くても厚くても、ホール注入を十分には行えなくなってくる。
【００２５】
上記の無機絶縁性ホール注入輸送層の製造方法としては、スパッタ法、ＥＢ蒸着法などの各種の物理的または化学的な薄膜形成方法などが可能であるが、スパッタ法が好ましい。
【００２６】
無機絶縁性ホール注入輸送層をスパッタ法で形成する場合、スパッタ時のスパッタガスの圧力は、０．１〜５Paの範囲が好ましい。スパッタガスは、通常のスパッタ装置に使用される不活性ガス、例えばＡｒ，Ｎｅ，Ｘｅ，Ｋｒ等が使用できる。また、必要によりＮ2 、Ｈ2 を用いてもよい。スパッタ時の雰囲気としては、上記スパッタガスに加えＯ2 を０．１〜９０％、特に１〜５０％程度混合して反応性スパッタを行ってもよい。ターゲットとしては上記酸化物を用い、１元または多元スパッタとすればよい。
【００２７】
スパッタ法としてはＲＦ電源を用いた高周波スパッタ法や、ＤＣ反応性スパッタ法等が使用できるが、特にＲＦスパッタ法が好ましい。スパッタ装置の電力としては、好ましくはＲＦスパッタで０．１〜１０Ｗ／cm2 の範囲が好ましく、成膜レートは０．１〜５０nm／min 、より好ましくは０．５〜１０nm／min 、さらには１〜１０nm／min 、特に１〜５nm／min の範囲が好ましい。成膜時の基板温度としては、室温（２５℃）〜１５０℃程度である。
【００２８】
本発明の有機ＥＬ素子は、例えば図１に示すように、基板１／ホール注入電極２／無機絶縁性ホール注入輸送層３／発光層４／電子注入電極６とが順次積層された構成とすることができる。また、例えば図２に示すように、基板１／ホール注入電極２／無機絶縁性ホール注入輸送層３／発光層４／電子注入層５／電子注入電極（陰電極）６としてもよい。また、これらの積層順を逆にした逆積層としてもよい。逆積層とすることにより、基板と反対側からの光取り出しが容易になる。なお、この場合、無機絶縁性ホール注入輸送層を積層する際、有機層等がアッシングされ、ダメージを受ける恐れがあるので、最初に酸素を加えることなく薄く積層し、さらに酸素を加えて厚く積層してもよい。この場合、酸素を加えないときの膜厚は全体の１／５〜１／２程度とする。図１、２において、ホール注入電極２と電子注入電極６の間には、駆動電源Ｅが接続されている。なお、上記発光層４は、広義の発光層を表し、ホール輸送層、狭義の発光層、電子輸送層、およびこれらの混合層等を含む。
【００２９】
また、上記発明の素子は、電極層／無機物層（無機絶縁性ホール注入輸送層）および発光層／電極層／無機物層および発光層／電極層／無機物層および発光層／電極層・・・と多段に重ねてもよい。このような素子構造により、発光色の色調調整や多色化を行うことができる。
【００３０】
ホール注入電極材料は、ホール注入層へホールを効率よく注入することのできるものが好ましく、具体的には、錫ドープ酸化インジウム（ＩＴＯ）、亜鉛ドープ酸化インジウム（ＩＺＯ）、酸化インジウム（Ｉｎ2Ｏ3 ）、酸化スズ（ＳｎＯ2 ）および酸化亜鉛（ＺｎＯ）のいずれかを主組成としたものが好ましい。これらの酸化物はその化学量論組成から多少偏倚していてもよい。ＩＴＯでのＩｎ2 Ｏ3 に対するＳｎＯ2 の混合比は、１〜２０wt％、さらには５〜１２wt％が好ましい。また、ＩＺＯでのＩｎ2 Ｏ3 に対するＺｎＯ2 の混合比は、通常、１２〜３２wt％程度である。ホール注入電極は、酸化シリコン（ＳｉＯ2 ）を含有していてもよい。酸化シリコン（ＳｉＯ2 ）の含有量は、ＩＴＯに対するＳｉＯ2 の mol比で０．５〜１０％程度が好ましい。
【００３１】
光を取り出す側の電極は、発光波長帯域、通常４００〜７００nm、特に各発光光に対する光透過率が５０％以上、より好ましくは６０％以上、特に８０％以上、さらには９０％以上であることが好ましい。透過率が低くなると、発光層からの発光自体が減衰され、発光素子として必要な輝度を得難くなってくる。なお、コントラスト比を向上させたりして視認性を向上させる目的等のため、比較的低い透過率とする場合もある。
【００３２】
電極の厚さは、５０〜５００nm、特に５０〜３００nmの範囲が好ましい。また、その上限は特に制限はないが、あまり厚いと透過率の低下や剥離などの心配が生じる。厚さが薄すぎると、十分な効果が得られず、製造時の膜強度等の点でも問題がある。
【００３３】
電子注入電極材料は、低仕事関数の物質が好ましく、例えば、Ｋ、Ｌｉ、Ｎａ、Ｍｇ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ａｌ、Ａｇ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｚｒ等の金属元素単体、または安定性を向上させるためにそれらを含む２成分、３成分の合金系を用いることが好ましい。合金系としては、例えばＡｇ・Ｍｇ（Ａｇ：０．１〜５０at％）、Ａｌ・Ｌｉ（Ｌｉ：０．０１〜１４at％、特に０．０１〜１２at％）、Ｉｎ・Ｍｇ（Ｍｇ：５０〜８０at％）、Ａｌ・Ｃａ（Ｃａ：０．０１〜２０at％）等が挙げられる。電子注入電極層にはこれらの材料からなる薄膜、それらの２種類以上の多層薄膜が用いられる。
【００３４】
電子注入電極薄膜の厚さは、電子注入を十分行える一定以上の厚さとすれば良く、０．１nm以上、好ましくは０．２nm以上、より好ましくは０．５nm以上、特に好ましくは１nm以上とすればよい。また、その上限値には特に制限はないが、通常膜厚は１〜５００nm程度とすればよい。電子注入電極の上には、さらに補助電極（保護電極）を設けてもよい。
【００３５】
補助電極の厚さは、電子注入効率を確保し、水分や酸素あるいは有機溶媒の進入を防止するため、一定以上の厚さとすればよく、好ましくは５０nm以上、さらには１００nm以上、特に１００〜５００nmの範囲が好ましい。補助電極層が薄すぎると、その効果が得られず、また、補助電極層の段差被覆性が低くなってしまい、端子電極との接続が十分ではなくなる。一方、補助電極層が厚すぎると、補助電極層の応力が大きくなるため、ダークスポットの成長速度が速くなってしまう。
【００３６】
補助電極は、組み合わせる電子注入電極の材質により最適な材質を選択して用いればよい。例えば、電子注入効率を確保することを重視するのであればＡｌ等の低抵抗の金属を用いればよく、封止性を重視する場合には、ＴｉＮ等の金属化合物を用いてもよい。
【００３７】
電子注入電極と補助電極とを併せた全体の厚さとしては、特に制限はないが、通常５０〜５００nm程度とすればよい。
【００３８】
発光層は、少なくとも発光機能に関与する１種類、または２種類以上の有機化合物薄膜の積層膜からなる。
【００３９】
発光層は、ホール（正孔）および電子の注入機能、それらの輸送機能、ホールと電子の再結合により励起子を生成させる機能を有する。発光層には、比較的電子的にニュートラルな化合物を用いることで、電子とホールを容易かつバランスよく注入・輸送することができる。
【００４０】
発光層は、必要により、狭義の発光層の他、さらに有機材料のホール輸送層を設けたり、電子注入輸送層等を有していても良い。
【００４１】
必要により設けられるホール輸送層は、無機絶縁性ホール注入輸送層からのホールの注入を容易にする機能、ホールを安定に輸送する機能および電子を妨げる機能を有するものであり、電子注入輸送層は、電子注入電極からの電子の注入を容易にする機能、電子を安定に輸送する機能およびホールを妨げる機能を有するものである。これらの層は、発光層に注入されるホールや電子を増大・閉じこめさせ、再結合領域を最適化させ、発光効率を改善する。
【００４２】
発光層の厚さ、ホール輸送層の厚さおよび電子注入輸送層の厚さは、特に制限されるものではなく、形成方法によっても異なるが、通常５〜５００nm程度、特に１０〜３００nmとすることが好ましい。
【００４３】
ホール輸送層の厚さおよび電子注入輸送層の厚さは、再結合・発光領域の設計によるが、発光層の厚さと同程度または１／１０〜１０倍程度とすればよい。電子の注入層と輸送層とを分ける場合は、注入層は１nm以上、輸送層は１nm以上とするのが好ましい。このときの注入層、輸送層の厚さの上限は、通常、注入層で５００nm程度、輸送層で５００nm程度である。このような膜厚については、注入輸送層を２層設けるときも同じである。
【００４４】
有機ＥＬ素子の発光層には、発光機能を有する化合物である蛍光性物質を含有させる。このような蛍光性物質としては、例えば、特開昭６３−２６４６９２号公報に開示されているような化合物、例えばキナクリドン、ルブレン、スチリル系色素等の化合物から選択される少なくとも１種が挙げられる。また、トリス（８−キノリノラト）アルミニウム等の８−キノリノールまたはその誘導体を配位子とする金属錯体色素などのキノリン誘導体、テトラフェニルブタジエン、アントラセン、ペリレン、コロネン、１２−フタロペリノン誘導体等が挙げられる。さらには、特開平８−１２６００号のフェニルアントラセン誘導体、特開平８−１２９６９号のテトラアリールエテン誘導体等を用いることができる。
【００４５】
また、それ自体で発光が可能なホスト物質と組み合わせて使用することが好ましく、ドーパントとしての使用が好ましい。このような場合の発光層における化合物の含有量は０．０１〜１０wt% 、さらには０．１〜５wt% であることが好ましい。ホスト物質と組み合わせて使用することによって、ホスト物質の発光波長特性を変化させることができ、長波長に移行した発光が可能になるとともに、素子の発光効率や安定性が向上する。
【００４６】
ホスト物質としては、キノリノラト錯体が好ましく、さらには８−キノリノールまたはその誘導体を配位子とするアルミニウム錯体が好ましい。このようなアルミニウム錯体としては、特開昭６３−２６４６９２号、特開平３−２５５１９０号、特開平５−７０７３３号、特開平５−２５８８５９号、特開平６−２１５８７４号等に開示されているものを挙げることができる。
【００４７】
具体的には、まず、トリス（８−キノリノラト）アルミニウム、ビス（８−キノリノラト）マグネシウム、ビス（ベンゾ｛ｆ｝−８−キノリノラト）亜鉛、ビス（２−メチル−８−キノリノラト）アルミニウムオキシド、トリス（８−キノリノラト）インジウム、トリス（５−メチル−８−キノリノラト）アルミニウム、８−キノリノラトリチウム、トリス（５−クロロ−８−キノリノラト）ガリウム、ビス（５−クロロ−８−キノリノラト）カルシウム、５，７−ジクロル−８−キノリノラトアルミニウム、トリス（５，７−ジブロモ−８−ヒドロキシキノリノラト）アルミニウム、ポリ［亜鉛（II）−ビス（８−ヒドロキシ−５−キノリニル）メタン］等がある。
【００４８】
また、８−キノリノールまたはその誘導体のほかに他の配位子を有するアルミニウム錯体であってもよく、このようなものとしては、ビス（２−メチル−８−キノリノラト）（フェノラト）アルミニウム(III) 、ビス（２−メチル−８−キノリノラト）（オルト−クレゾラト）アルミニウム(III) 、ビス（２−メチル−８−キノリノラト）（メタークレゾラト）アルミニウム(III) 、ビス（２−メチル−８−キノリノラト）（パラ−クレゾラト）アルミニウム(III) 、ビス（２−メチル−８−キノリノラト）（オルト−フェニルフェノラト）アルミニウム(III) 、ビス（２−メチル−８−キノリノラト）（メタ−フェニルフェノラト）アルミニウム(III) 、ビス（２−メチル−８−キノリノラト）（パラ−フェニルフェノラト）アルミニウム(III) 、ビス（２−メチル−８−キノリノラト）（２，３−ジメチルフェノラト）アルミニウム(III) 、ビス（２−メチル−８−キノリノラト）（２，６−ジメチルフェノラト）アルミニウム(III) 、ビス（２−メチル−８−キノリノラト）（３，４−ジメチルフェノラト）アルミニウム(III) 、ビス（２−メチル−８−キノリノラト）（３，５−ジメチルフェノラト）アルミニウム(III) 、ビス（２−メチル−８−キノリノラト）（３，５−ジ−tert−ブチルフェノラト）アルミニウム(III) 、ビス（２−メチル−８−キノリノラト）（２，６−ジフェニルフェノラト）アルミニウム(III) 、ビス（２−メチル−８−キノリノラト）（２，４，６−トリフェニルフェノラト）アルミニウム(III) 、ビス（２−メチル−８−キノリノラト）（２，３，６−トリメチルフェノラト）アルミニウム(III) 、ビス（２−メチル−８−キノリノラト）（２，３，５，６−テトラメチルフェノラト）アルミニウム(III) 、ビス（２−メチル−８−キノリノラト）（１−ナフトラト）アルミニウム(III) 、ビス（２−メチル−８−キノリノラト）（２−ナフトラト）アルミニウム(III) 、ビス（２，４−ジメチル−８−キノリノラト）（オルト−フェニルフェノラト）アルミニウム(III) 、ビス（２，４−ジメチル−８−キノリノラト）（パラ−フェニルフェノラト）アルミニウム(III) 、ビス（２，４−ジメチル−８−キノリノラト）（メタ−フェニルフェノラト）アルミニウム(III) 、ビス（２，４−ジメチル−８−キノリノラト）（３，５−ジメチルフェノラト）アルミニウム(III) 、ビス（２，４−ジメチル−８−キノリノラト）（３，５−ジ−tert−ブチルフェノラト）アルミニウム(III) 、ビス（２−メチル−４−エチル−８−キノリノラト）（パラ−クレゾラト）アルミニウム(III) 、ビス（２−メチル−４−メトキシ−８−キノリノラト）（パラ−フェニルフェノラト）アルミニウム(III) 、ビス（２−メチル−５−シアノ−８−キノリノラト）（オルト−クレゾラト）アルミニウム(III) 、ビス（２−メチル−６−トリフルオロメチル−８−キノリノラト）（２−ナフトラト）アルミニウム(III) 等がある。
【００４９】
このほか、ビス（２−メチル−８−キノリノラト）アルミニウム(III) −μ−オキソ−ビス（２−メチル−８−キノリノラト）アルミニウム(III) 、ビス（２，４−ジメチル−８−キノリノラト）アルミニウム(III) −μ−オキソ−ビス（２，４−ジメチル−８−キノリノラト）アルミニウム(III) 、ビス（４−エチル−２−メチル−８−キノリノラト）アルミニウム(III) −μ−オキソ−ビス（４−エチル−２−メチル−８−キノリノラト）アルミニウム(III) 、ビス（２−メチル−４−メトキシキノリノラト）アルミニウム(III) −μ−オキソ−ビス（２−メチル−４−メトキシキノリノラト）アルミニウム(III) 、ビス（５−シアノ−２−メチル−８−キノリノラト）アルミニウム(III) −μ−オキソ−ビス（５−シアノ−２−メチル−８−キノリノラト）アルミニウム(III) 、ビス（２−メチル−５−トリフルオロメチル−８−キノリノラト）アルミニウム(III) −μ−オキソ−ビス（２−メチル−５−トリフルオロメチル−８−キノリノラト）アルミニウム(III) 等であってもよい。
【００５０】
このほかのホスト物質としては、特開平８−１２６００号のフェニルアントラセン誘導体、特開平８−１２９６９号のテトラアリールエテン誘導体なども好ましい。
【００５１】
発光層は電子注入輸送層を兼ねたものであってもよく、このような場合はトリス（８−キノリノラト）アルミニウム等を使用することが好ましい。これらの蛍光性物質を蒸着すればよい。
【００５２】
また、発光層は、必要に応じて、少なくとも１種のホール注入輸送性化合物と少なくとも１種の電子注入輸送性化合物との混合層とすることも好ましく、さらにはこの混合層中にドーパントを含有させることが好ましい。このような混合層における化合物の含有量は、０．０１〜２０wt% 、さらには０．１〜１５wt% とすることが好ましい。
【００５３】
混合層では、キャリアのホッピング伝導パスができるため、各キャリアは極性的に有利な物質中を移動し、逆の極性のキャリア注入は起こりにくくなるため、有機化合物がダメージを受けにくくなり、素子寿命がのびるという利点がある。また、前述のドーパントをこのような混合層に含有させることにより、混合層自体のもつ発光波長特性を変化させることができ、発光波長を長波長に移行させることができるとともに、発光強度を高め、素子の安定性を向上させることもできる。
【００５４】
混合層に用いられるホール注入輸送性化合物および電子注入輸送性化合物は、各々、後述のホール輸送層用の化合物および電子注入輸送層用の化合物の中から選択すればよい。なかでも、ホール輸送層用の化合物としては、強い蛍光を持ったアミン誘導体、例えばホール輸送材料であるトリフェニルジアミン誘導体、さらにはスチリルアミン誘導体、芳香族縮合環を持つアミン誘導体を用いるのが好ましい。
【００５５】
電子注入輸送性の化合物としては、キノリン誘導体、さらには８−キノリノールないしその誘導体を配位子とする金属錯体、特にトリス（８−キノリノラト）アルミニウム（Ａｌｑ3 ）を用いることが好ましい。また、上記のフェニルアントラセン誘導体、テトラアリールエテン誘導体を用いるのも好ましい。
【００５６】
ホール輸送層用の化合物としては、強い蛍光を持ったアミン誘導体、例えば上記のホール輸送材料であるトリフェニルジアミン誘導体、さらにはスチリルアミン誘導体、芳香族縮合環を持つアミン誘導体を用いるのが好ましい。
【００５７】
この場合の混合比は、それぞれのキャリア移動度とキャリア濃度によるが、一般的には、ホール注入輸送性化合物の化合物／電子注入輸送機能を有する化合物の重量比が、１／９９〜９９／１、さらに好ましくは１０／９０〜９０／１０、特に好ましくは２０／８０〜８０／２０程度となるようにすることが好ましい。
【００５８】
また、混合層の厚さは、分子層一層に相当する厚み以上で、有機化合物層の膜厚未満とすることが好ましい。具体的には１〜８５nmとすることが好ましく、さらには５〜６０nm、特には５〜５０nmとすることが好ましい。
【００５９】
また、混合層の形成方法としては、異なる蒸着源より蒸発させる共蒸着が好ましいが、蒸気圧（蒸発温度）が同程度あるいは非常に近い場合には、予め同じ蒸着ボード内で混合させておき、蒸着することもできる。混合層は化合物同士が均一に混合している方が好ましいが、場合によっては、化合物が島状に存在するものであってもよい。発光層は、一般的には、有機蛍光物質を蒸着するか、あるいは、樹脂バインダー中に分散させてコーティングすることにより、発光層を所定の厚さに形成する。
【００６０】
また、必要により設けられるホール輸送層には、例えば、特開昭６３−２９５６９５号公報、特開平２−１９１６９４号公報、特開平３−７９２号公報、特開平５−２３４６８１号公報、特開平５−２３９４５５号公報、特開平５−２９９１７４号公報、特開平７−１２６２２５号公報、特開平７−１２６２２６号公報、特開平８−１００１７２号公報、ＥＰ０６５０９５５Ａ１等に記載されている各種有機化合物を用いることができる。例えば、テトラアリールベンジシン化合物（トリアリールジアミンないしトリフェニルジアミン：ＴＰＤ）、芳香族三級アミン、ヒドラゾン誘導体、カルバゾール誘導体、トリアゾール誘導体、イミダゾール誘導体、アミノ基を有するオキサジアゾール誘導体、ポリチオフェン等である。これらの化合物は、１種のみを用いても、２種以上を併用してもよい。２種以上を併用するときは、別層にして積層したり、混合したりすればよい。なお、有機のホール輸送層は、必要により設けてもよいが、ない方が好ましい。
【００６１】
必要に応じて設けられる電子注入輸送層には、トリス（８−キノリノラト）アルミニウム（Ａｌｑ3 ）等の８−キノリノールまたはその誘導体を配位子とする有機金属錯体などのキノリン誘導体、オキサジアゾール誘導体、ペリレン誘導体、ピリジン誘導体、ピリミジン誘導体、キノキサリン誘導体、ジフェニルキノン誘導体、ニトロ置換フルオレン誘導体等を用いることができる。電子注入輸送層は発光層を兼ねたものであってもよく、このような場合はトリス（８−キノリノラト）アルミニウム等を使用することが好ましい。電子注入輸送層の形成は、発光層と同様に、蒸着等によればよい。
【００６２】
電子注入輸送層を電子注入層と電子輸送層とに分けて積層する場合には、電子注入輸送層用の化合物の中から好ましい組み合わせを選択して用いることができる。このとき、電子注入電極側から電子親和力の値の大きい化合物の順に積層することが好ましい。このような積層順については、電子注入輸送層を２層以上設けるときも同様である。
【００６３】
ホール輸送層、発光層および電子注入輸送層の形成には、均質な薄膜が形成できることから、真空蒸着法を用いることが好ましい。真空蒸着法を用いた場合、アモルファス状態または結晶粒径が０．２μm 以下の均質な薄膜が得られる。結晶粒径が０．２μm を超えていると、不均一な発光となり、素子の駆動電圧を高くしなければならなくなり、ホールの注入効率も著しく低下する。
【００６４】
真空蒸着の条件は特に限定されないが、１０-4Pa以下の真空度とし、蒸着速度は０．０１〜１nm／sec 程度とすることが好ましい。また、真空中で連続して各層を形成することが好ましい。真空中で連続して形成すれば、各層の界面に不純物が吸着することを防げるため、高特性が得られる。また、素子の駆動電圧を低くしたり、ダークスポットの発生・成長を抑制したりすることができる。
【００６５】
これら各層の形成に真空蒸着法を用いる場合において、１層に複数の化合物を含有させる場合、化合物を入れた各ボートを個別に温度制御して共蒸着することが好ましい。
【００６６】
さらに、素子の有機層や電極の酸化を防ぐために、素子を封止板等により封止することが好ましい。封止板は、湿気の侵入を防ぐために、接着性樹脂層を用いて、基板に接着し、密封する。封止ガスは、Ａｒ、Ｈｅ、Ｎ2 等の不活性ガス等が好ましい。また、この封止ガスの水分含有量は、１００ppm 以下、より好ましくは１０ppm 以下、特に１ppm 以下であることが好ましい。この水分含有量に下限値は特にないが、通常０．１ppm 程度である。
【００６７】
封止板の材料としては、好ましくは平板状であって、ガラスや石英、樹脂等の透明ないし半透明材料が挙げられるが、特にガラスが好ましい。このようなガラス材として、コストの面からアルカリガラスが好ましいが、この他、ソーダ石灰ガラス、鉛アルカリガラス、ホウケイ酸ガラス、アルミノケイ酸ガラス、シリカガラス等のガラス組成のものも好ましい。特に、ソーダガラスで、表面処理の無いガラス材が安価に使用でき、好ましい。封止板としては、ガラス板以外にも、金属板、プラスチック板等を用いることもできる。
【００６８】
封止板は、スペーサーを用いて高さを調整し、所望の高さに保持してもよい。スペーサーの材料としては、樹脂ビーズ、シリカビーズ、ガラスビーズ、ガラスファイバー等が挙げられ、特にガラスビーズ等が好ましい。スペーサーは、通常、粒径の揃った粒状物であるが、その形状は特に限定されるものではなく、スペーサーとしての機能に支障のないものであれば種々の形状であってもよい。その大きさとしては、円換算の直径が１〜２０μm 、より好ましくは１〜１０μm 、特に２〜８μm が好ましい。このような直径のものは、粒長１００μm 以下程度であることが好ましく、その下限は特に規制されるものではないが、通常直径と同程度以上である。
【００６９】
なお、封止板に凹部を形成した場合には、スペーサーは使用しても、使用しなくてもよい。使用する場合の好ましい大きさとしては、前記範囲でよいが、特に２〜８μm の範囲が好ましい。
【００７０】
スペーサーは、予め封止用接着剤中に混入されていても、接着時に混入してもよい。封止用接着剤中におけるスペーサーの含有量は、好ましくは０．０１〜３０wt％、より好ましくは０．１〜５wt％である。
【００７１】
接着剤としては、安定した接着強度が保て、気密性が良好なものであれば特に限定されるものではないが、カチオン硬化タイプの紫外線硬化型エポキシ樹脂接着剤を用いることが好ましい。
【００７２】
本発明において、有機ＥＬ構造体を形成する基板としては、例えばガラス、石英等の非晶質基板、例えばＳｉ、ＧａＡｓ、ＺｎＳｅ、ＺｎＳ、ＧａＰ、ＩｎＰ等の結晶基板が挙げられ、また、これらの結晶基板に結晶質、非晶質あるいは金属のバッファ層を形成した基板も用いることができる。また、金属基板としては、Ｍｏ、Ａｌ、Ｐｔ、Ｉｒ、Ａｕ、Ｐｄ等を用いることができ、好ましくはガラス基板が用いられる。基板は、通常光取り出し側となるため、上記電極と同様な光透過性を有することが好ましい。
【００７３】
さらに、本発明素子を、平面上に多数並べてもよい。平面上に並べられたそれぞれの素子の発光色を変えて、カラーのディスプレイにすることができる。
【００７４】
基板に色フィルター膜や蛍光性物質を含む色変換膜、あるいは誘電体反射膜を用いて発光色をコントロールしてもよい。
【００７５】
色フィルター膜には、液晶ディスプレイ等で用いられているカラーフィルターを用いれば良いが、有機ＥＬ素子の発光する光に合わせてカラーフィルターの特性を調整し、取り出し効率・色純度を最適化すればよい。
【００７６】
また、ＥＬ素子材料や蛍光変換層が光吸収するような短波長の外光をカットできるカラーフィルターを用いれば、素子の耐光性・表示のコントラストも向上する。
【００７７】
また、誘電体多層膜のような光学薄膜を用いてカラーフィルターの代わりにしても良い。
【００７８】
蛍光変換フィルター膜は、ＥＬ発光の光を吸収し、蛍光変換膜中の蛍光体から光を放出させることで、発光色の色変換を行うものであるが、組成としては、バインダー、蛍光材料、光吸収材料の三つから形成される。
【００７９】
蛍光材料は、基本的には蛍光量子収率が高いものを用いれば良く、ＥＬ発光波長域に吸収が強いことが望ましい。実際には、レーザー色素などが適しており、ローダミン系化合物・ペリレン系化合物・シアニン系化合物・フタロシアニン系化合物（サブフタロシアニン等も含む）ナフタロイミド系化合物・縮合環炭化水素系化合物・縮合複素環系化合物・スチリル系化合物・クマリン系化合物等を用いればよい。
【００８０】
バインダーは、基本的に蛍光を消光しないような材料を選べば良く、フォトリソグラフィー・印刷等で微細なパターニングが出来るようなものが好ましい。また、基板上にホール注入電極と接する状態で形成される場合、ホール注入電極（ＩＴＯ、ＩＺＯ）の成膜時にダメージを受けないような材料が好ましい。
【００８１】
光吸収材料は、蛍光材料の光吸収が足りない場合に用いるが、必要のない場合は用いなくても良い。また、光吸収材料は、蛍光性材料の蛍光を消光しないような材料を選べば良い。
【００８２】
本発明の有機ＥＬ素子は、通常、直流駆動型、パルス駆動型のＥＬ素子として用いられる。印加電圧は、通常、２〜３０V 程度とされる。
【００８３】
【実施例】
以下、本発明の具体的実施例を示し、本発明をさらに詳細に説明する。
＜実施例１＞
ガラス基板としてコーニング社製商品名７０５９基板を中性洗剤を用いてスクラブ洗浄した。
【００８４】
この基板上にＩＴＯ酸化物ターゲットを用いＲＦマグネトロンスパッタリング法により、基板温度２５０℃で、膜厚２００nmのＩＴＯホール注入電極層を形成した。
【００８５】
ＩＴＯ電極層等が形成された基板の表面をＵＶ／Ｏ3 洗浄した後、真空蒸着装置の基板ホルダーに固定して、槽内を１×１０-4Pa以下まで減圧した。
【００８６】
次いで、ターゲットにＳｉＯ2 を用い、無機絶縁性ホール注入輸送層を０．９nmの膜厚に成膜した。このときのスパッタガスはＡｒ：１００sccm、Ｏ2 ：２sccmで、基板温度２５℃、成膜レート１nm／min 、動作圧力０．５Pa、投入電力５Ｗ／cm2 とした。成膜したホール注入層の組成は、ＳｉＯ2.06 であった。
【００８７】
さらに、減圧を保ったまま、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラキス（ｍ−ビフェニル）−１，１’−ビフェニル−４，４’−ジアミン（ＴＰＤ）と、トリス（８−キノリノラト）アルミニウム（Ａｌｑ3 ）と、ルブレンとを、全体の蒸着速度０．２nm/secとして１００nmの厚さに蒸着し、発光層とした。ＴＰＤ：Ａｌｑ3 ＝１：１（重量比）、この混合物に対してルブレンを１０体積％ドープした。
【００８８】
さらに、減圧を保ったまま、トリス（８−キノリノラト）アルミニウム（Ａｌｑ3 ）を蒸着速度０．２nm/secとして３０nmの厚さに蒸着し、電子注入輸送層とした。
【００８９】
次いで、減圧を保ったまま、ＡｌＬｉ（Ｌｉ：７at%）を１nmの厚さに蒸着し、続けてＡｌを２００nmの厚さに蒸着し、電子注入電極および補助電極とし、最後にガラス封止して有機ＥＬ素子を得た。
【００９０】
得られた有機ＥＬ素子に空気中で、電界を印加したところ、ダイオード特性を示し、ＩＴＯ側をプラス、ＡｌＬｉ側をマイナスにバイアスした場合、電流は、電圧の増加とともに増加し、通常の室内ではっきりとした発光が観察された。また、繰り返し発光動作をさせても、輝度の低下はみられなかった。
【００９１】
次に、加速試験として、室温（２５℃）中、１００mA／cm2 の一定電流で発光輝度、寿命特性を調べた。この有機ＥＬ素子の初期の輝度は５０００cd／m2 であり、時分割駆動した場合にも十分な発光輝度が得られ、多階調駆動も可能であることがわかった。また、連続駆動３００時間後でも初期の輝度の6０％以上の輝度を保っていた。また、本発明の有機ＥＬ素子は、リークの発生も、ダークスポットの発生も見られなかった。
【００９２】
＜実施例２＞
上記実施例１において、無機絶縁性ホール注入輸送層を成膜する際にスパッタガスのＯ2流量を変えてその組成をＳｉＯ2.08 、ＳｉＯ2.1 、ＳｉＯ2.2 とした他は実施例１と同様にして有機ＥＬ素子を作製し、発光輝度、寿命特性を評価したところほぼ同様の結果が得られた。
【００９３】
また、実施例１において、無機絶縁性ホール注入輸送層の組成を、ＳｉＯ2.08から、ＧｅＯ2.08、Ｓｉ0.5Ｇｅ0.5Ｏ2.08に代えても、実施例１と同等の結果が得られ、また、無機絶縁性ホール注入輸送層の組成を、ＧｅＯ2.1、Ｓｉ0.5Ｇｅ0.5Ｏ2.1に代えても、実施例１と同等の結果が得られた。
【００９４】
＜比較例１＞
無機絶縁性ホール注入輸送層を成膜する代わりに、ポリチオフェンを蒸着速度０．１nm／secで１０nmの厚さに蒸着してホール注入層とし、ＴＰＤを蒸着速度０．１nm／secで２０nmの厚さに蒸着してホール輸送層とした他は実施例１と同様にして有機ＥＬ素子を作製し、発光輝度、寿命特性を評価した。
【００９５】
この有機ＥＬ素子は、３００時間で初期の輝度の５０％以下まで劣化した。また、この有機ＥＬ素子はリークやダークスポットが発生した。
【００９６】
＜比較例２＞
無機絶縁性ホール注入輸送層の組成をＳｉＯ2とした他は実施例１と同様にして有機ＥＬ素子を作製し、発光輝度、寿命特性を評価した。
【００９７】
この有機ＥＬ素子を実施例１と同様に駆動したところ、３００時間経過後では、初期の輝度の５０％以下の輝度しか保てなかった。
【００９８】
＜比較例３＞
無機絶縁性ホール注入輸送層の組成をＳｉＯ2.6とした他は実施例１と同様にして有機ＥＬ素子を作製し、発光輝度、寿命特性を評価した。
【００９９】
この有機ＥＬ素子の初期の輝度は５００cd／m2 しか得られず、実用レベルに達しなかった。
【０１００】
＜比較例４＞
実施例１と同様にして、基板上にＩＴＯホール注入電極層を形成した。
【０１０１】
ＩＴＯ電極層等が形成された基板の表面をＵＶ／Ｏ3 洗浄した後、真空蒸着装置の基板ホルダーに固定して、槽内を１×１０-4Pa以下まで減圧した。
【０１０２】
次いで、減圧を保ったまま、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラキス（ｍ−ビフェニル）−１，１’−ビフェニル−４，４’−ジアミン（ＴＰＤ）と、トリス（８−キノリノラト）アルミニウム（Ａｌｑ3 ）と、ルブレンとを、全体の蒸着速度０．２nm/secとして１００nmの厚さに蒸着し、発光層とした。ＴＰＤ：Ａｌｑ3 ＝１：１（重量比）、この混合物に対してルブレンを１０体積％ドープした。
【０１０３】
次いで、減圧を保ったまま、ＡｌＬｉ（Ｌｉ：７at%）を１nmの厚さに蒸着し、続けてＡｌを２００nmの厚さに蒸着し、電子注入電極および補助電極とし、最後にガラス封止して発光層単独の有機ＥＬ素子を得た。
【０１０４】
得られた有機ＥＬ素子を実施例１と同様にして評価したところ、１００mA／cm2 の一定電流での初期の輝度は３０００cd／m2 であったが、輝度半減時間が５分以下であった。
【０１０５】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、有機材料と無機材料の有するメリットを併せ持ち、長寿命で、効率が改善され、動作電圧が低く、低コストな有機ＥＬ素子を提供することができる。
【０１０６】
また、特に時分割駆動方式のディスプレイに応用した場合にも、高い発光輝度が得られ、大画面、高精細のディスプレイを実現可能な有機ＥＬ素子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の有機ＥＬ素子の構成例を示した概略断面図である。
【図２】本発明の有機ＥＬ素子の他の構成例を示した概略断面図である。
【図３】ホール輸送層を有する２層構造の有機ＥＬ素子の概略断面図である。
【図４】ホール輸送層と電子輸送層とを有する３層構造の有機ＥＬ素子の概略断面図である。
【符号の説明】
１    基板
２    ホール注入電極
３    無機絶縁性ホール注入輸送層
４    発光層
５    電子注入輸送層
６    電子注入電極（陰電極）
１１    基板
１２    ホール注入電極
１３    電子注入電極
１４    ホール輸送層
１５    発光層
１６    電子輸送層
Ｅ    駆動電源
【図１】
0004142779.tif 000005
【図２】
0004142779.tif 000006
【図３】
0004142779.tif 000007
【図４】
0004142779.tif 000008