(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
陽極（２０）と有機ＥＬ材料からなる発光層（６０）との間に正孔輸送性材料からなる層（３０、４０、５０）が挟まれており、前記発光層と陰極（８０）との間に電子輸送性材料からなる層（７０）が挟まれてなる有機ＥＬ素子において、
前記正孔輸送性材料からなる層は、前記発光層とは独立して形成され、少なくとも２種類以上の正孔輸送性材料が混合されてなる混合層（４０）を含むものであり、
前記混合層における前記２種類以上の正孔輸送性材料の一つの材料が他の正孔輸送性材料よりも正孔輸送能力が高い材料となっており、
前記正孔輸送性材料からなる層は複数層からなり、これら複数層のうち前記混合層が最も厚い層であることを特徴とする有機ＥＬ素子。
【請求項２】
前記正孔輸送能力が高い材料は、その価電子帯最高準位が当該材料を含む前記混合層（４０）に相接する前記陽極側の層（２０、３０）の価電子帯最高準位に対して±０．２ｅＶ以内となっているものである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】
前記正孔輸送能力が高い材料は、正孔の移動度が１×１０-3ｃｍ2／Ｖ・ｓｅｃ以上の材料であることを特徴とする請求項１または２に記載の有機ＥＬ素子。
【請求項４】
前記正孔輸送能力が高い材料は、ポルフィリン系材料、スターバーストアミン系材料、ペンタセン系材料のいずれか一つであることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一つに記載の有機ＥＬ素子。
【請求項５】
前記混合層（４０）において、前記正孔輸送能力が高い材料に混合される正孔輸送性材料が三級アミン系材料であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一つに記載の有機ＥＬ素子。
【請求項６】
前記正孔輸送性材料からなる層（４０、５０）は、前記陽極（２０）に接する正孔注入層（４０）とこの正孔注入層よりも前記発光層（６０）側に位置する正孔輸送層（５０）とからなり、
前記混合層（４０）は前記正孔注入層として構成されていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一つに記載の有機ＥＬ素子。
【請求項７】
前記正孔輸送性材料からなる層（３０、４０、５０）は、前記陽極（２０）に接する正孔注入層（３０）とこの正孔注入層よりも前記発光層（６０）側に位置する正孔輸送層（４０、５０）とからなり、
前記混合層（４０）は、前記正孔輸送層として構成されていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一つに記載の有機ＥＬ素子。
【請求項８】
前記正孔注入層（３０）はポルフィリン系材料からなることを特徴とする請求項７に記載の有機ＥＬ素子。
【請求項９】
前記正孔輸送性材料からなる層（３０、４０、５０）全体の厚さが、前記陽極（２０）の厚さ以上であることを特徴とする請求項１ないし８のいずれか一つに記載の有機ＥＬ素子。
【請求項１０】
前記正孔輸送性材料からなる層（３０、４０、５０）は３層以上の層からなることを特徴とする請求項１ないし９のいずれか一つに記載の有機ＥＬ素子。
【請求項１１】
陽極（２０）と有機ＥＬ材料からなる発光層（６０）との間に正孔輸送性材料からなる層（３０、５０）が挟まれており、前記発光層と陰極（８０）との間に電子輸送性材料からなる層（７２）が挟まれてなる有機ＥＬ素子において、
前記電子輸送性材料からなる層は、前記発光層とは独立して形成され、少なくとも２種類以上の電子輸送性材料が混合されてなる混合層（７２）を含むものであり、
前記混合層における前記２種類以上の電子輸送性材料の一つの材料が他の電子輸送性材料よりも電子輸送能力が高い材料となっており、
前記電子輸送性材料からなる層は複数層からなり、これら複数層のうち前記混合層が最も厚い層であることを特徴とする有機ＥＬ素子。
【請求項１２】
前記電子輸送能力が高い材料は、その伝導帯最低準位が、当該材料を含む前記混合層（７２）に相接する前記陰極側の層（８０）の伝導帯最低準位に対して±０．２ｅＶ以内となっているものであることを特徴とする請求項１１に記載の有機ＥＬ素子。
【請求項１３】
前記電子輸送能力が高い材料は、電子の移動度が１×１０-5ｃｍ2／Ｖ・ｓｅｃ以上の材料であることを特徴とする請求項１１または１２に記載の有機ＥＬ素子。
【請求項１４】
前記電子輸送能力が高い材料は、ピレン化合物、ジフェニルアントラセン、ジスチリルベンゼン誘導体、スピロ化合物、オキサジアゾール骨格を有する材料のいずれか一つであることを特徴とする請求項１１ないし１３のいずれか一つに記載の有機ＥＬ素子。
【請求項１５】
前記混合層（７２）において、前記電子輸送能力が高い材料に混合される電子輸送性材料がアルミキレート系材料であることを特徴とする請求項１１ないし１４のいずれか一つに記載の有機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（エレクトロルミネッセンス）素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
有機ＥＬ素子は、陽極と有機ＥＬ材料からなる発光層との間に正孔輸送性材料からなる層が挟まれており、発光層と陰極との間に電子輸送性材料からなる層が挟まれてなるものである。ここで、陽極と陰極との間の層は有機化合物からなる有機層となっている。
【０００３】
そして、電極間すなわち陽極と陰極との間に電界を印加することにより、陽極からは正孔輸送性材料からなる層を介して正孔が発光層に注入され、陰極からは電子が電子輸送性材料からなる層を介して電子が発光層に注入される。そして、発光層にて正孔と電子とが再結合し、そのとき生じるエネルギーによって発光層が発光するようになっている。
【０００４】
このような有機ＥＬ素子は自己発光のため、視認性に優れ、かつ数Ｖ〜数十Ｖの低電圧駆動が可能なため駆動回路を含めた軽量化が可能である。そこで、有機ＥＬ素子は、薄膜型ディスプレイ、照明、バックライトとしての活用が期待されている。
【０００５】
また、有機ＥＬ素子は色バリエーションが豊富であることも特徴である。また、複数の発光色を組み合わせる混色によってさまざまな発光が可能となることも特徴である。
【０００６】
有機ＥＬ素子には上記利点もあるが、有機層の厚さが薄いため、微小な異物や、経時的な有機膜および電極の形態変化による電極間の短絡が起きやすいといった問題がある。
【０００７】
これに対して、例えば、一般に２層以上の正孔輸送性材料のうち導電性が高く且つ厚くしても正孔輸送性の落ちにくい材料を、厚くする手法を採ることが考えられる。導電性が高く且つ厚くしても正孔輸送性の落ちにくい材料としては、銅フタロシアニンに代表されるポルフィリン系材料やスターバーストアミン系材料などが用いられる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、本発明者等の検討によれば、これらポルフィリン系材料やスターバーストアミン系材料を、正孔輸送性材料からなる層のうち陽極と接する正孔注入層として用いた場合、次のような問題が生じることがわかった。
【０００９】
まず、ポルフィリン系材料では、結晶性が高いため、厚くしすぎる（例えば３０ｎｍ以上）と逆に凹凸を増加させ、電極間（陽極と陰極との間）の短絡が起きやすくなる。さらに、陽極までもが覆いきれないために、ダークスポットが多くなることもわかった。
【００１０】
一方、スターバーストアミン系材料などは、室温レベルでは厚くしても問題ないが、もともと形態変化が大きいため、厚くするほど高温における形態変化が大きくなる。すると、下地である陽極との密着性が悪化し、剥離を発生するなどによって短絡にいたらなくとも正孔の注入特性が低下し、輝度低下にいたる。
【００１１】
また、導電性が高く厚くしても正孔輸送性の落ちにくい材料を、発光層と接する正孔輸送層として用いた場合でも、当該正孔輸送層を厚くしていくと、正孔の移動距離が長くなったり、単位長あたりの電界強度が低下する。そのために、発光効率が落ちるという問題が生じる。
【００１２】
そこで、本発明は上記問題に鑑み、有機層を厚くして電極間の短絡を抑制しつつ、適切な発光を確保することの可能な有機ＥＬ素子を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、陽極（２０）と有機ＥＬ材料からなる発光層（６０）との間に正孔輸送性材料からなる層（３０、４０、５０）が挟まれており、発光層と陰極（８０）との間に電子輸送性材料からなる層（７０）が挟まれてなる有機ＥＬ素子において、正孔輸送性材料からなる層は、発光層とは独立して形成され、少なくとも２種類以上の正孔輸送性材料が混合されてなる混合層（４０）を含むものであり、混合層における２種類以上の正孔輸送性材料の一つの材料が他の正孔輸送性材料よりも正孔輸送能力が高い材料となっており、正孔輸送性材料からなる層は複数層からなり、これら複数層のうち混合層が最も厚い層であることを特徴とする。
【００１４】
それによれば、上記混合層においては、混合層としたがゆえに当該混合層を厚くしたときの結晶度合や形態変化を小さくできるので、厚くしても凹凸の増加等を生じにくくできる。また、混合層を構成する一つの正孔輸送性材料を他よりも正孔輸送能力が高い材料とすることによって、混合層を厚くしても正孔輸送機能を確保することができる。
【００１５】
したがって、本発明によれば、正孔輸送機能を落とすことなく、正孔輸送性材料からなる層を厚くすることができる。その結果、有機層を厚くして電極間の短絡を抑制しつつ、適切な発光を確保することの可能な有機ＥＬ素子を提供することができる。
【００１６】
また、請求項２に記載の発明では、正孔輸送能力が高い材料は、その価電子帯最高準位が当該材料を含む混合層（４０）に相接する陽極側の層（２０、３０）の価電子帯最高準位に対して±０．２ｅＶ以内となっているものであることを特徴とする。
【００１７】
ここで、混合層（４０）に相接する陽極側の層とは、陽極（２０）でも良いし、陽極と混合層との間の正孔輸送性材料からなる層（３０）でも良い。
【００１８】
混合層における正孔輸送能力が高い材料の価電子帯最高準位と混合層に相接する陽極側の層の価電子帯最高準位との差が大きすぎると、エネルギー障壁が大きく当該相接する陽極側の層から混合層へ正孔が注入されにくくなる。そのため、上記価電子帯最高準位の差は±０．２ｅＶ以内であることが好ましい。
【００１９】
また、正孔輸送機能を落とすことなく正孔輸送性材料からなる層（３０、４０、５０）を厚くするためには、請求項３に記載の発明のように、混合層（４０）における正孔輸送能力が高い材料として、正孔の移動度が１×１０-3ｃｍ2／Ｖ・ｓｅｃ以上の材料を採用することが好ましい。
【００２０】
具体的に、混合層（４０）における正孔輸送能力が高い材料としては、請求項４に記載の発明のように、ポルフィリン系材料、スターバーストアミン系材料、ペンタセン系材料のいずれか一つを採用することができる。
【００２１】
また、請求項５に記載の発明のように、混合層（４０）において、正孔輸送能力が高い材料に混合される正孔輸送性材料としては、三級アミン系材料を採用することができる。
【００２２】
特に、正孔輸送能力が高い材料として、ポルフィリン系材料やペンタセン系材料を用いた場合、これらの材料はその結晶性の高さから着色していることが多い。そのような場合、第三級アミン系材料を混合させれば、混合層として結晶性を下げることができるために、着色度合を低減でき、また、凹凸に関しても低減することができる。
【００２５】
また、請求項６に記載の発明では、正孔輸送性材料からなる層（４０、５０）は、陽極（２０）に接する正孔注入層（４０）とこの正孔注入層よりも発光層（６０）側に位置する正孔輸送層（５０）とからなり、混合層（４０）は正孔注入層として構成されていることを特徴とする。
【００２６】
また、請求項７に記載の発明では、正孔輸送性材料からなる層（３０、４０、５０）は、陽極（２０）に接する正孔注入層（３０）とこの正孔注入層よりも発光層（６０）側に位置する正孔輸送層（４０、５０）とからなり、混合層（４０）は正孔輸送層として構成されていることを特徴とする。
【００２７】
このように、混合層（４０）は正孔注入層や正孔輸送層として用いることができる。
【００２８】
特に、請求項７に記載の有機ＥＬ素子のように、混合層（４０）を正孔輸送層として用いた場合には、請求項８に記載の発明のように、正孔注入層（３０）として結晶性が高いポルフィリン系材料を採用することが好ましい。これは、このポルフィリン系材料からなる正孔注入層と陽極との密着性を高いものにできるためである。
【００２９】
また、請求項９に記載の発明では、正孔輸送性材料からなる層（３０、４０、５０）全体の厚さが、陽極（２０）の厚さ以上であることを特徴とする。
【００３０】
陽極は通常パターニングされるので、陽極の非形成部では陽極の端面に段差が生じる。有機層は陽極の上およびこの段差部分の上にも形成されるが、当該段差部分にて有機層の厚さが薄くなりやすく、その薄くなった部分にて電極間の短絡が生じやすくなる。
【００３１】
そこで、本発明のように、正孔輸送性材料からなる層全体の厚さを陽極の厚さ以上と厚くすることで、上記段差部分における有機層の厚さを確保することができるため、好ましい。
【００３２】
さらに言うならば、正孔輸送性材料からなる層の方を電子輸送性材料からなる層よりも厚くすることが好ましい。これは、一般に電子輸送性材料が正孔の移動度も有しており、逆バイアスに対して電流が流れるのに対し、正孔輸送性材料が逆バイアスに対して電流がほとんど流れない性質を持っているため、正孔輸送性材料からなる層の方をより厚くすれば、逆バイアスによる電流のリークを適切に防止できることによる。
【００３３】
また、請求項１０に記載の発明のように、正孔輸送性材料からなる層（３０、４０、５０）は３層以上の層からなるものにできる。
【００３４】
また、上記各手段では、正孔輸送機能を落とすことなく、正孔輸送性材料からなる層を厚くすることにより、有機層を厚くして電極間の短絡を抑制しつつ、適切な発光を確保することを可能とした。
【００３５】
さらに、検討を進めた結果、上下電極間の短絡を防止するために、電子輸送性材料からなる層を厚くしつつ、電子輸送機能を落とさないようにした場合でも、同様の効果があることを見出した。請求項１１〜請求項１５の発明はこの知見に基づいて創出されたものである。
【００３６】
すなわち、請求項１１に記載の発明では、陽極（２０）と有機ＥＬ材料からなる発光層（６０）との間に正孔輸送性材料からなる層（３０、５０）が挟まれており、発光層と陰極（８０）との間に電子輸送性材料からなる層（７２）が挟まれてなる有機ＥＬ素子において、電子輸送性材料からなる層は、発光層とは独立して形成され、少なくとも２種類以上の電子輸送性材料が混合されてなる混合層（７２）を含むものであり、混合層における２種類以上の電子輸送性材料の一つの材料が他の電子輸送性材料よりも電子輸送能力が高い材料となっており、電子輸送性材料からなる層は複数層からなり、これら複数層のうち混合層が最も厚い層であることを特徴とする。
【００３７】
それによれば、上記混合層においては、混合層としたがゆえに当該混合層を厚くしたときの結晶度合や形態変化を小さくできるので、厚くしても凹凸の増加等を生じにくくできる。また、混合層を構成する一つの電子輸送性材料を他よりも電子輸送能力が高い材料とすることによって、混合層を厚くしても電子輸送機能を確保することができる。
【００３８】
したがって、本発明によれば、電子輸送機能を落とすことなく、電子輸送性材料からなる層を厚くすることができる。その結果、有機層を厚くして電極間の短絡を抑制しつつ、適切な発光を確保することの可能な有機ＥＬ素子を提供することができる。
【００３９】
また、請求項１２に記載の発明では、電子輸送能力が高い材料は、その伝導帯最低準位が、当該材料を含む混合層（７２）に相接する陰極側の層（８０）の伝導帯最低準位に対して±０．２ｅＶ以内となっているものであることを特徴とする。
【００４０】
ここで、混合層（７２）に相接する陰極側の層とは、陰極（８０）でも良いし、陰極と混合層との間の電子輸送性材料からなる層でも良い。
【００４１】
混合層における電子輸送能力が高い材料の伝導帯最低準位と混合層に相接する陰極側の層の伝導帯最低準位との差が大きすぎると、エネルギー障壁が大きく当該相接する陰極側の層から混合層へ電子が注入されにくくなる。そのため、上記伝導帯最低準位の差は±０．２ｅＶ以内であることが好ましい。
【００４２】
また、電子輸送機能を落とすことなく電子輸送性材料からなる層（７２）を厚くするためには、請求項１３に記載の発明のように、混合層（７２）における電子輸送能力が高い材料として、電子の移動度が１×１０-5ｃｍ2／Ｖ・ｓｅｃ以上の材料を採用することが好ましい。
【００４３】
具体的に、混合層（７２）における電子輸送能力が高い材料としては、請求項１４に記載の発明のように、ピレン化合物、ジフェニルアントラセン、ジスチリルベンゼン誘導体、スピロ化合物、オキサジアゾール骨格を有する材料のいずれか一つを採用できる。
【００４４】
また、請求項１５に記載の発明のように、混合層（７２）において、電子輸送能力が高い材料に混合される電子輸送性材料としては、アルミキレート系材料を採用することができる。
【００４５】
このアルミキレート系材料は、上記したピレン化合物、ジフェニルアントラセン、ジスチリルベンゼン誘導体、スピロ化合物、オキサジアゾール骨格を有する材料よりも伝導帯最低準位が低い。そのため、混合層とすることにより、陰極側の層と混合層とのエネルギー障壁を小さくして陰極側から混合層への電子の注入性を向上させる。
【００４８】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【００４９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図に示す実施形態について説明する。なお、以下の各実施形態相互において同一部分には、図中、同一符号を付してある。
【００５０】
（第１実施形態）
図１は本発明の第１実施形態に係る有機ＥＬ素子Ｓ１の概略断面構成を示す図である。基板１０は、ガラスなどの可視光に対して透明性を有する基板である。この基板１０の一面上には、陽極２０、正孔輸送性材料からなる層３０、４０、５０、発光層６０、電子輸送性材料からなる層７０、陰極８０が順次積層されている。
【００５１】
陽極２０は透明電極として構成され、透明導電膜であるＩＴＯ（インジウム−錫の酸化物）やインジウム−亜鉛の酸化物よりなり、スパッタリング法等により形成されている。陽極２０の膜厚は１００ｎｍ〜１μｍ程度にできる。本例では、陽極２０はＩＴＯよりなり、その膜厚は１００ｎｍ程度としている。
【００５２】
正孔輸送性材料からなる層３０〜５０は、陽極２０側から順に形成された正孔注入層３０、正孔輸送性混合層４０、正孔輸送層５０から構成されている。陽極２０に接する正孔注入層３０は、ポルフィリン系材料等からなり、本例では、真空蒸着法により成膜された厚さ１０ｎｍのポルフィリン系材料である銅フタロシアニンの膜としている。
【００５３】
正孔輸送性混合層４０はその上の正孔輸送層５０とともに、正孔注入層３０よりも発光層６０側に位置する正孔輸送層を構成しており、特に、本例では、正孔輸送性混合層４０は、正孔注入層３０に接する正孔輸送層として構成されている。
【００５４】
正孔輸送性混合層４０は、少なくとも２種類以上の正孔輸送性材料が混合されてなる混合層であり、この正孔輸送性混合層４０における２種類以上の正孔輸送性材料の一つの材料が他の正孔輸送性材料よりも正孔輸送能力が高い材料となっている。
【００５５】
本例では、正孔輸送性混合層４０は、正孔輸送能力が比較的高い材料である銅フタロシアニンと正孔輸送能力が比較的低い材料であるトリフェニルアミン４量体とを真空蒸着法を用いて共蒸着することにより成膜された厚さ６０ｎｍの膜である。
【００５６】
この混合層４０における正孔輸送能力の高い材料と低い材料との混合比は、限定するものではないが、１：１０〜１０：１を選ぶことが可能である。正孔輸送能力の高い材料の性質によるが、発光効率を高める場合は、正孔輸送能力の高い材料の比を多くした方がよい。ただし、正孔輸送能力の高い材料の結晶性が高い場合は、その比を高くすると、混合層４０を厚くした場合に凹凸が大きくなり電極の短絡が発生しやすくなる傾向にあるので、注意を要する。
【００５７】
また、正孔輸送性混合層４０の上に形成された正孔輸送層５０は、三級アミン系材料等からなり、本例では、真空蒸着法により成膜された厚さ２０ｎｍの三級アミン系材料であるトリフェニルアミン４量体の膜としている。
【００５８】
ここで、正孔輸送性混合層４０における正孔輸送能力が高い材料は、その価電子帯最高準位が当該材料を含む混合層４０に相接する陽極２０側の層の価電子帯最高準位に対して±０．２ｅＶ以内となっているものであることが好ましい。本例では、混合層４０に相接する陽極２０側の層は、銅フタロシアニンからなる正孔注入層３０である。
【００５９】
このような価電子帯最高準位の関係が好ましいのは、正孔輸送性混合層４０における正孔輸送能力が高い材料の価電子帯最高準位と該混合層４０に相接する陽極２０側の層３０の価電子帯最高準位との差が±０．２ｅＶよりも大きいと、エネルギー障壁が大きく当該陽極２０側の層３０から混合層４０へ正孔が注入されにくくなることによる。
【００６０】
ここで、本例において、陽極２０を構成するＩＴＯ膜の価電子帯最高準位（ＨＯＭＯレベル）は５．０ｅＶである。また、銅フタロシアニンについては、価電子帯最高準位が５．２ｅＶ、伝導帯最低準位（ＬＵＭＯレベル）が３．５ｅＶであり、エネルギーギャップは１．７ｅＶである。なお、トリフェニルアミン４量体については、価電子帯最高準位が５．４ｅＶ、伝導帯最低準位が２．４ｅＶであり、エネルギーギャップは３．０ｅＶである。
【００６１】
そして、本例では、上記正孔輸送能力が高い材料と混合層４０に相接する陽極２０側の層（正孔注入層）３０とは共に銅フタロシアニンであるため、これら両者の価電子帯最高準位の差は０ｅＶとなっている。
【００６２】
また、正孔輸送性混合層４０における正孔輸送能力が高い材料は、正孔輸送性混合層４０における正孔輸送機能を確保するためのもので、正孔の移動度が高い方が好ましい。具体的には、正孔の移動度が１×１０-3ｃｍ2／Ｖ・ｓｅｃ以上の材料であることが好ましい。ちなみに、トリフェニルアミン４量体に代表される三級アミン系材料の正孔の移動度は１×１０-3ｃｍ2／Ｖ・ｓｅｃよりも小さい。
【００６３】
このような１×１０-3ｃｍ2／Ｖ・ｓｅｃ以上の正孔の移動度を有する正孔輸送性材料としては、上記した銅フタロシアニンに代表されるポルフィリン系材料、ｍ−ＭＴＢＡＴＡ（価電子帯最高準位：５．０ｅＶ、伝導帯最低準位：１．９ｅＶ、エネルギーギャップ：３．１ｅＶ）に代表されるスターバーストアミン系材料、ペンタセン（価電子帯最高準位：５．２ｅＶ）に代表されるペンタセン系材料等を使用することができる。
【００６４】
つまり、正孔輸送性混合層４０における正孔輸送能力が高い材料としては、これらポルフィリン系材料、スターバーストアミン系材料、ペンタセン系材料等から選択された材料を採用することができる。
【００６５】
また、正孔輸送性混合層４０において、正孔輸送能力が高い材料に混合される正孔輸送性材料としては、トリフェニルアミン４量体に代表される三級アミン系材料等を採用することができる。
【００６６】
特に、正孔輸送能力が高い材料として、ポルフィリン系材料やペンタセン系材料を用いた場合、これらの材料はその結晶性の高さから着色していることが多い。そのような場合、第三級アミン系材料を混合させれば、混合層として結晶性を下げることができるために、着色度合を低減でき、また、凹凸に関しても低減することができる。
【００６７】
例えば、ポルフィリン系材料である銅フタロシアニンの場合、それ自体が青く赤色の吸収特性を有している。そのため、銅フタロシアニンを例えば正孔輸送層として用いると、赤色系の発光層を有する有機ＥＬ素子では発光効率を低下させるという問題がある。
【００６８】
これに対して、銅フタロシアニンと三級アミン系材料と混合させた混合層４０では、銅フタロシアニンの単独層と比較して結晶性を下げることができるため、赤色の吸収特性を抑制できる。また、膜の凹凸に関しても低減することができ、電極２０、８０間の短絡を効果的に抑制することができる。
【００６９】
また、本実施形態において、上記のポルフィリン系材料、スターバーストアミン系材料、ペンタセン系材料等は、正孔注入層３０にも採用することができる。本実施形態のように、正孔輸送性混合層４０を正孔輸送層として用いた場合、本例のように、正孔注入層３０として結晶性が高いポルフィリン系材料を採用すれば、このポルフィリン系材料からなる正孔注入層３０と陽極２０との密着性を高いものにでき、好ましい。
【００７０】
そして、図１に示すように、このように構成された正孔輸送性材料からなる層３０〜５０の上には、有機ＥＬ材料からなる発光層６０が形成されている。本例では、発光層６０は、蛍光色素としてのジメチルキナクリドンを１ｗｔ％添加したトリスアルミキノリノール（Ａｌｑ３）を真空蒸着法によって成膜した厚さ４０ｎｍの膜としている。
【００７１】
さらに、発光層６０の上の電子輸送層７０は、電子輸送性材料からなる層であり、本例では、真空蒸着法により成膜された厚さ２０ｎｍのＡｌｑ３の膜としている。なお、Ａｌｑ３については、価電子帯最高準位が５．８ｅＶ、伝導帯最低準位が３．０ｅＶ、エネルギーギャップが２．８ｅＶである。
【００７２】
電子輸送層７０の上に形成された陰極８０は、電子輸送層７０へ電子を注入するための電極であり、金属等を真空蒸着法等により成膜することで得られる。本例では、陰極８０は、電子輸送層７０側から厚さ０．５ｎｍのＬｉＦの膜を形成し、その上に厚さ１００ｎｍのＡｌからなる膜を形成した２層構造をなすものである。
【００７３】
このような有機ＥＬ素子Ｓ１においては、陽極２０と陰極８０との間に電界を印加することにより、陽極２０からは正孔輸送性材料からなる層３０〜５０を介して発光層６０に正孔が注入され、陰極８０からは電子輸送層７０を介して電子が発光層６０に注入され、発光層６０にて正孔と電子とが再結合し、そのとき生じるエネルギーによって発光層６０が発光する。本例では、発光層６０中のジメチルキナクリドンによる緑色発光が得られる。
【００７４】
ところで、本実施形態では、正孔輸送性材料からなる層３０〜５０を、少なくとも２種類以上の正孔輸送性材料が混合されてなる正孔輸送性混合層４０を含むものとし、該混合層４０における２種類以上の正孔輸送性材料の一つの材料を他の正孔輸送性材料よりも正孔輸送能力が高い材料とした独自の構成を採用している。
【００７５】
それによれば、正孔輸送性混合層４０においては、２種以上の材料を混合した混合層としたがゆえに、当該混合層４０を厚くしたときの結晶度合や形態変化を小さくすることができる。そのため、該混合層４０を厚くしても膜表面の凹凸の増加や陽極２０からの剥離等を生じにくくできる。
【００７６】
また、正孔輸送性混合層４０を構成する一つの正孔輸送性材料を他よりも正孔輸送能力が高い材料とすることによって、当該混合層４０を厚くしても正孔輸送機能を確保することができる。
【００７７】
そのため、上述した本例では、正孔輸送性材料からなる複数の層３０〜５０において、正孔注入層３０を１０ｎｍ、正孔輸送性混合層４０を６０ｎｍ、正孔輸送層５０を２０ｎｍというように、正孔輸送性混合層４０を最も厚い層としている。
【００７８】
このように、本実施形態によれば、正孔輸送機能を落とすことなく、正孔輸送性材料からなる層３０〜５０を厚くすることができる。その結果、有機層３０、４０、５０、６０、７０全体の厚さを厚くして電極２０、８０間の短絡を抑制しつつ、適切な発光を確保することの可能な有機ＥＬ素子Ｓ１を提供することができる。
【００７９】
このような本実施形態の効果について、具体的に検証した例を示す。本実施形態の有機ＥＬ素子Ｓ１としては、上記例に示した各材料および各膜厚を有するものを用いた。ここで、正孔輸送性混合層４０における銅フタロシアニン（ＣｕＰｃ）とトリフェニルアミン４量体（ＴＰＴＥ）との混合比は、ＣｕＰｃ：ＴＰＴＥ＝２：１とした。
【００８０】
また、比較例として図２に示すような有機ＥＬ素子を作製した。このものは、図１に示す有機ＥＬ素子Ｓ１において正孔輸送性混合層４０を無くしたものである。つまり、正孔輸送性材料からなる層を、銅フタロシアニンからなる厚さ１０ｎｍの正孔注入層３０とトリフェニルアミン４量体からなる正孔輸送層５０とから構成したものである。
【００８１】
この図２に示す有機ＥＬ素子において、正孔輸送層５０の厚さを４０ｎｍと比較的薄くした場合を比較例１、正孔輸送層５０の厚さを８０ｎｍと比較的厚くした場合を比較例２とする。つまり、比較例１は、本実施形態の有機ＥＬ素子Ｓ１から単純に混合層４０を無くしたものであり、比較例２は、混合層４０を無くした分を補うように、正孔輸送層５０を厚くしたものである。
【００８２】
これら本実施形態および両比較例１、２について、初期の電流と輝度の特性を示すものが図３であり、８５℃環境で高温作動試験を行った時の輝度劣化特性を示すものが図４である。
【００８３】
図３、図４に示すように、比較例１と比べると、本実施形態の構造の方が有機層が厚いため、発光効率は多少低くなるものの、電極２０、８０間の短絡を防止する効果が大きいことがわかる。図４に示すように、有機層３０〜７０が薄い比較例１では、１２００時間程度で短絡が発生し、発光しなくなった。
【００８４】
また、単に正孔輸送層５０を厚くしただけの比較例２と比べると、本実施形態の構造の方が、電流に対する発光効率が高く、寿命が長いことがわかる。これは、本実施形態では、正孔輸送性混合層４０によって、正孔輸送機能を落とさず且つ膜の凹凸や剥離等を抑制しつつ有機層３０〜７０を厚くすることができるためである。
【００８５】
次に、本第１実施形態の変形例について述べる。上記例では、正孔注入層３０を１０ｎｍ、正孔輸送性混合層４０を６０ｎｍ、正孔輸送層５０を２０ｎｍとして正孔輸送性材料からなる層３０〜５０全体の厚さを９０ｎｍとしている。また、ＩＴＯからなる陽極２０の厚さは１００ｎｍとしている。
【００８６】
ここにおいて、第１の変形例として、正孔輸送性混合層４０をさらに厚くして、正孔輸送性材料からなる層３０〜５０全体の厚さを陽極２０の厚さ以上としても良い。例えば正孔輸送性混合層４０の厚さを８０ｎｍとした場合、正孔輸送性材料からなる層３０〜５０全体の厚さは１１０ｎｍとなり、陽極２０の厚さ以上となる。これにより次のような利点がある。
【００８７】
陽極は、通常、複数個の画素を構成するためにパターニングされるので、陽極の非形成部では陽極の端面と基板との間に段差が生じる。有機層は陽極の上およびこの段差部分の上にも形成されるが、当該段差部分にて有機層の厚さが薄くなりやすく、その薄くなった部分にて電極間の短絡が生じやすくなる。
【００８８】
その点、正孔輸送性材料からなる層３０〜５０全体の厚さを陽極２０の厚さ以上と厚くすることで、上記段差部分における有機層３０〜７０の厚さを確保することができるため、好ましい。
【００８９】
さらに言うならば、正孔輸送性材料からなる層３０〜５０の方を電子輸送性材料からなる層７０よりも厚くすることが好ましい。これは、一般に電子輸送性材料が正孔の移動度も有しており、逆バイアスに対して電流が流れるのに対し、正孔輸送性材料が逆バイアスに対して電流がほとんど流れない性質を持っているため、正孔輸送性材料からなる層３０〜５０の方をより厚くすれば、逆バイアスによる電流のリークを適切に防止できることによる。
【００９０】
また、図５は、第２の変形例としての有機ＥＬ素子Ｓ１１の概略断面構成を示す図である。本変形例は、上記図１に示す有機ＥＬ素子Ｓ１において、正孔注入層３０を無くしたところが相違するものである。
【００９１】
つまり、正孔輸送性材料からなる層が、陽極２０に接する正孔注入層とこの正孔注入層よりも発光層６０側に位置する正孔輸送層とからなる場合、上記図１では正孔輸送性混合層４０は正孔輸送層として使用されているのに対し、本図５では正孔輸送性混合層４０は正孔注入層として使用されるものである。
【００９２】
正孔輸送性混合層４０は、正孔注入層として使用しても良いが、その場合、混合層４０における結晶性化合物である銅フタロシアニンの混合比率を多くして、陽極２０であるＩＴＯとの密着性を高めることが好ましい。
【００９３】
なお、この図５においても、正孔輸送性混合層４０における正孔輸送能力が高い材料は、その価電子帯最高準位が当該材料を含む混合層４０に相接する陽極２０側の層の価電子帯最高準位に対して±０．２ｅＶ以内となっていることが好ましいが、ここでは、混合層４０に相接する陽極２０側の層とは、陽極２０そのものである。
【００９４】
また、本第１実施形態において、正孔輸送性材料からなる層は３層よりも多く、例えば４層以上でも良い。また、正孔輸送性材料からなる層は複数層のものでなくとも良く、正孔輸送性混合層４０の１層のみからなるものであっても良い。
【００９５】
以上述べてきたように、本第１実施形態では、正孔輸送性材料からなる層３０〜５０が、少なくとも２種類以上の正孔輸送性材料が混合されてなる混合層４０を含むものであり、混合層４０における２種類以上の正孔輸送性材料の一つの材料を他の正孔輸送性材料よりも正孔輸送能力が高い材料とすることで、有機層３０〜７０を厚くして電極２０、８０間の短絡を抑制しつつ、適切な発光を確保することの可能な有機ＥＬ素子Ｓ１を提供できる。
【００９６】
ちなみに、発光効率を向上させるという目的で、発光層と陰極との間に正孔ブロック層を設けた有機ＥＬ素子が、特開２００１−２３７０７９号公報に記載されている。この従来公報では、さらに、発光層と陽極との間に正孔輸送能を持つ複数の材料からなる混合層を１層以上設けた構成が記載されているが、この混合層の目的は明確に記載されていない。
【００９７】
この従来公報に記載されている主たる目的すなわち正孔と電子も再結合確率を高めるという目的から類推すると、当該混合層は、正孔を輸送しつつ、電子をブロックする機能を高めるためのものであると考えられる。
【００９８】
そのため、本実施形態のように、正孔輸送性混合層４０において、正孔輸送能力の高い材料を含ませて正孔輸送機能を確保したり、結晶度合や形態変化を小さくして厚くすることを可能としたものとは相違する。ましてや、正孔輸送性材料からなる層３０〜５０が複数層ある場合に、そのなかで正孔輸送性混合層４０を最も厚い層とすることは、当該従来公報には何ら記載および示唆が無く、本実施形態とは相違するものである。
【００９９】
（第２実施形態）
上記第１実施形態では、正孔輸送機能を落とすことなく、正孔輸送性材料からなる層３０〜５０を厚くすることにより、結果、有機層３０〜７０を厚くして電極２０、８０間の短絡を抑制しつつ、適切な発光を確保することを可能とした。
【０１００】
本発明の第２実施形態は、上下電極２０、８０間の短絡を防止するために、電子輸送性材料からなる層を厚くしつつ、電子輸送機能を落とさないようにしたものである。図６は、本第２実施形態に係る有機ＥＬ素子Ｓ２の概略断面構成を示す図である。以下、第１実施形態との相違点を中心に述べる。
【０１０１】
図６に示す有機ＥＬ素子Ｓ２では、上記図１に示す有機ＥＬ素子Ｓ１において、正孔輸送性混合層４０を無くし、さらに、電子輸送層７０に代えて電子輸送性混合層７２を用いた構成となっている。
【０１０２】
つまり、陽極２０と発光層６０との間に正孔輸送性材料からなる層として正孔注入層３０および正孔輸送層５０が挟まれており、発光層６０と陰極８０との間に電子輸送性材料からなる層として電子輸送性混合層７２が挟まれている。
【０１０３】
電子輸送性混合層７２は、少なくとも２種類以上の電子輸送性材料が混合されてなる混合層であり、この電子輸送性混合層７２における２種類以上の電子輸送性材料の一つの材料が他の電子輸送性材料よりも電子輸送能力が高い材料となっている。
【０１０４】
上記第１実施形態と同様、基板１０の上に、陽極２０、正孔注入層３０、正孔輸送層５０、発光層６０を形成した後、電子輸送性混合層７２を成膜する。本例では、電子輸送能力が比較的高い材料であるピレン化合物（例えば、アダマンタン誘導体）と電子輸送能力が比較的低い材料であるＡｌｑ３とを真空蒸着法を用いて共蒸着することにより成膜された厚さ４０ｎｍの膜である。
【０１０５】
また、本例の混合層７２における材料の混合比は、限定するものではないが、１：１０〜１０：１を選ぶことが可能である。この電子輸送性混合層７２の上には、上記同様、陰極８０が形成される。本例の陰極８０も、電子輸送性混合層７２側から厚さ０．５ｎｍのＬｉＦ膜、厚さ１００ｎｍのＡｌ膜を順次形成した２層構造をなすものである。
【０１０６】
ここで、電子輸送性混合層７２における電子輸送能力が高い材料は、その伝導帯最低準位が、当該材料を含む混合層７２に相接する陰極８０側の層の伝導帯最低準位に対して±０．２ｅＶ以内となっているものであることが好ましい。本例では、混合層７２に相接する陰極８０側の層は、陰極８０におけるＬｉＦ膜である。
【０１０７】
このような伝導帯最低準位の関係が好ましいのは、電子輸送性混合層７２における電子輸送能力が高い材料の伝導帯最低準位と該混合層７２に相接する陰極８０側の層の伝導帯最低準位との差が±０．２ｅＶよりも大きいと、エネルギー障壁が大きく当該陰極８０側の層から混合層７２へ電子が注入されにくくなることによる。
【０１０８】
ここで、本例において、陰極８０を構成するＬｉＦおよびＡｌの伝導帯最低準位はそれぞれ２．９ｅＶ、３．７ｅＶである。また、ピレン化合物であるアダマンタン誘導体については、価電子帯最高準位が５．７ｅＶ、伝導帯最低準位が２．７ｅＶであり、エネルギーギャップは３．０ｅＶである。
【０１０９】
そして、本例では、上記電子輸送能力が高い材料はアダマンタン誘導体であり、混合層７２に相接する陰極８０側の層はＬｉＦであるため、これら両者の伝導帯最低準位の差は０．２ｅＶとなっている。
【０１１０】
また、電子輸送性混合層７２における電子輸送能力が高い材料は、電子輸送性混合層７２における電子輸送機能を確保するためのもので、電子の移動度が高い方が好ましい。具体的には、電子の移動度が１×１０-5ｃｍ2／Ｖ・ｓｅｃ以上の材料であることが好ましい。
【０１１１】
このような、１×１０-5ｃｍ2／Ｖ・ｓｅｃ以上の電子の移動度を有する電子輸送性材料としては、上記したアダマンタン誘導体に代表されるピレン化合物、ジフェニルアントラセン（価電子帯最高準位：６．０ｅＶ、伝導帯最低準位：３．１ｅＶ、エネルギーギャップ：２．９ｅＶ）、ジスチリルベンゼン誘導体や、その他スピロ化合物、オキサジアゾール骨格を有する材料等を使用することができる。
【０１１２】
つまり、電子輸送性混合層７２における電子輸送能力が高い材料としては、ピレン化合物、ジフェニルアントラセン、ジスチリルベンゼン誘導体、スピロ化合物、オキサジアゾール骨格を有する材料等から選択された材料を採用することができる。
【０１１３】
また、電子輸送性混合層７２において、電子輸送能力が高い材料に混合される電子輸送性材料としては、上記Ａｌｑ３に代表されるアルミキレート系材料を採用することができる。
【０１１４】
このアルミキレート系材料は、上記したピレン化合物、ジフェニルアントラセン、ジスチリルベンゼン誘導体、スピロ化合物、オキサジアゾール骨格を有する材料よりも伝導帯最低準位が低い。そのため、これらと混合した混合層７２とすることにより、陰極８０側の層と混合層７２とのエネルギー障壁を小さくして陰極８０側から混合層７２への電子の注入性を向上させる。
【０１１５】
このように、本第２実施形態では、電子輸送性材料からなる層を、少なくとも２種類以上の電子輸送性材料が混合されてなる電子輸送性混合層７２から構成し、該混合層７２における２種類以上の電子輸送性材料の一つの材料を他の電子輸送性材料よりも電子輸送能力が高い材料とした独自の構成を採用している。
【０１１６】
それによれば、電子輸送性混合層７２においては、２種以上の材料を混合した混合層としたがゆえに、当該混合層７２を厚くしたときの結晶度合や形態変化を小さくすることができる。そのため、該混合層７２を厚くしても膜表面の凹凸の増加等を生じにくくできる。
【０１１７】
また、電子輸送性混合層７２を構成する一つの電子輸送性材料を他よりも電子輸送能力が高い材料とすることによって、当該混合層７２を厚くしても電子輸送機能を確保することができる。
【０１１８】
そのため、本第２実施形態によれば、電子輸送機能を落とすことなく、電子輸送性材料からなる層７２を厚くすることができる結果、有機層３０、５０、６０、７２を厚くして電極２０、８０間の短絡を抑制しつつ、適切な発光を確保することの可能な有機ＥＬ素子Ｓ２を提供することができる。
【０１１９】
なお、上記図６では、電子輸送性材料からなる層は電子輸送性混合層７２の１層のみであったが、電子輸送性材料からなる層は、電子輸送性混合層７２以外にも電子輸送層を有する複数層のものであっても良い。
【０１２０】
この場合、上述したように、混合層７２を厚くしても電子輸送機能を確保することができることから、複数の電子輸送性材料からなる層のうち混合層７２を最も厚い層にすることができる。
【０１２１】
また、電子輸送性材料からなる層を複数層とすると、電子輸送性混合層７２と陰極８０との間に別の電子輸送性材料からなる層が介在する場合があるが、この場合、混合層７２に相接する陰極８０側の層とは、陰極８０と混合層７２との間に位置する電子輸送性材料からなる層となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る有機ＥＬ素子の概略断面図である。
【図２】比較例としての有機ＥＬ素子の概略断面図である。
【図３】上記第１実施形態の有機ＥＬ素子および比較例の有機ＥＬ素子について初期の電流と輝度の特性を示す図である。
【図４】上記第１実施形態の有機ＥＬ素子および比較例の有機ＥＬ素子について輝度劣化特性を示す図である。
【図５】第１実施形態における第２の変形例としての有機ＥＬ素子の概略断面図である。
【図６】本発明の第２実施形態に係る有機ＥＬ素子の概略断面図である。
【符号の説明】
２０…陽極、３０…正孔注入層、４０…正孔輸送性混合層、
５０…正孔輸送層、６０…発光層、７０…電子輸送層、
７２…電子輸送性混合層、８０…陰極。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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