(57)【要約】【課題】高効率かつ長寿命の有機電界発光素子及びその製造方法を提供する。【解決手段】陽極２と陰極６と、陽極２と陰極６との間に挟持され少なくとも無機化合物層３と有機発光層４とを順次積層してなる積層体と、から構成され、無機化合物層３がホール輸送能を有し、無機化合物層３の仕事関数が膜厚方向において連続的に変化することを特徴とする、有機電界発光素子１０。【選択図】図１
2009060012.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
陽極と陰極と、
該陽極と該陰極との間に挟持され少なくとも無機化合物層と有機発光層とを順次積層してなる積層体と、から構成され、
該無機化合物層がホール輸送能を有し、
該無機化合物層の仕事関数が膜厚方向において連続的に変化することを特徴とする、有機電界発光素子。
【請求項２】
前記無機化合物層の組成が膜厚方向において連続的に変化することを特徴とする、請求項１に記載の有機電界発光素子。
【請求項３】
前記無機化合物層が金属酸化物と構成材料とし、該金属酸化物を構成する金属元素と酸素原子との組成が膜厚方向に連続的に変化することを特徴とする、請求項１又は２に記載の有機電界発光素子。
【請求項４】
前記無機化合物層の前記陽極側の仕事関数が、前記無機化合物層を挟持する二つの層の仕事関数又はイオン化ポテンシャルの中間準位よりも浅く、
前記無機化合物層の前記有機発光層側の仕事関数が、前記無機化合物層を挟持する二つの層の仕事関数又はイオン化ポテンシャルの中間準位よりも深いことを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の有機電界発光素子。
【請求項５】
前記無機化合物層と前記有機発光層との間にさらに電子ブロック層を設けることを特徴とする、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の有機電界発光素子。
【請求項６】
前記有機発光層が塗布法によって形成されることを特徴とする、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の有機電界発光素子の製造方法。
【請求項７】
請求項１乃至５のいずれか一項に記載の有機電界発光素子を具備した表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機電界発光素子及びその製造方法、並びに表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電界発光素子（ＥＬ素子）は自発光型のため、視認性が高く、表示性能に優れ、高速応答が可能であり、さらには薄型化が可能であるため、フラットパネルディスプレイ等の表示素子として注目を集めている。
【０００３】
電界発光素子の中でも、有機化合物を発光体とする有機電界発光素子は、無機電界発光素子と比較して低電圧駆動が可能なこと、大面積化が容易なこと、適当な発光材料を選択して所望の発光色が容易に得られること等の特徴を有している。このため有機電界発光素子は次世代デイスプレイとして活発に開発が行われている。
【０００４】
ところで有機電界発光素子は、真空蒸着法等により成膜するドライプロセス法、又はスピンコート法、キャスト法、インクジェット法等により成膜するいわゆる塗布成膜法を用いて作製される。またドライプロセス法と塗布成膜法とを組み合わせて素子を作製する場合もある。
【０００５】
ここで、塗布成膜法で作製される有機電界発光素子（以下、塗布型有機電界発光素子という）は、ドライプロセス法で作製される有機電界発光素子と比較して、以下の利点を有する。
（ｉ）低コストである
（ｉｉ）大面積が容易である
（ｉｉｉ）微量なドーピングの制御性に優れる
【０００６】
図７は、塗布型有機電界発光素子の一般的な構成を示す図である。図７の有機電界発光素子１１０は、基板１００上に、陽極１０１、ホール注入層１０２、発光層１０３、電子注入層１０４及び陰極１０５が順次設けられている。
【０００７】
図７の有機電界発光素子１１０において、ホール注入層１０２は、一般的に下記式に示すポリチオフェンとポリスチレンスルホン酸の混合物（ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ）を使用して、スピンコート等によって成膜される。
【０００８】
【化１】
2009060012.tif 000003
【０００９】
ここでＰＥＤＯＴ：ＰＳＳは水に可溶であり、無極性溶媒には不溶である。このため、発光層１０３の構成材料を無極性溶媒に溶解して調製した溶液をホール注入層１０２（ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ膜）上に滴下し、塗布プロセスによって発光層１０３を形成してもＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ膜が溶出しない。従って、ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳは塗布型有機電界発光素子において好適なホール注入材料とされている。
【００１０】
塗布成膜法で発光層１０３を形成する場合は、上記のＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ膜上にポリフェニレンビニレン、ポリフルオレン、ポリビニルカルパゾール、又はそれらの誘導体を使用して、スピンコート法等によって成膜される。次いで発光層１０３上に真空蒸着法によってフッ化リチウム等の電子注入層１０４、陰極１０５としての金属電極が順次形成されて有機電界発光素子１１０が完成する。
【００１１】
このように塗布型有機電界発光素子は、簡易なプロセスで作製することができるという優れた特徴を持っており、様々な用途への応用が期待されている。しかし塗布型有機電界発光素子は、十分に大きな発光強度を得ることができない点、及び寿命が十分でない点という改善すべき二つの課題を有している。
【００１２】
十分に大きな発光強度を得ることができない原因については様々な推測がなされているが、ホール輸送層１０２の構成材料であるＰＥＤＯＴ：ＰＳＳの劣化がその主な一つとして考えられている。これは、素子を通電する際に、スルホン基に由来する硫黄原子及び水素原子、並びに不純物として含まれるナトリウム等のイオン性の成分が、発光層１０３へと拡散し発光層１０３内で望ましくない作用を起こしているためと考えられる。
【００１３】
上述した問題を顧みて、ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳの代わりとなるホール輸送層の構成材料として、特許文献１に開示されている無機酸化物が提案されている。特許文献１ではバナジウムやモリブデン等の金属酸化物をＩＴＯ電極上に形成し、さらにバッファ層（電子ブロッキング層）、発光層、電極（陰極）を順次積層した素子を作製している。特許文献１によれば、ホール輸送層の構成材料として無機酸化物を使用した素子は、ホール輸送層の構成材料としてＰＥＤＯＴ：ＰＳＳを使用した素子と比較して、発光効率及び寿命において優れていることが示されている。
【００１４】
また、蒸着型有機電界発光素子においても、同様の報告がある。例えば、特許文献２，３等では、正孔注入層（正孔輸送層）の構成材料として無機化合物を使用することにより駆動電圧の低減及び耐久性の向上が図られることが示されている。
【００１５】
また、有機電界発光素子において、各層の界面においてエネルギー障壁が大きい場合、駆動電圧が高くなったり、界面部分にチャージが蓄積されたりすることで、素子の寿命が短くなる場合がある。このため有機電界発光素子は、できるだけ界面のエネルギー障壁を小さくする方が好ましい。ここで、エネルギー障壁の問題を解決するために、特許文献４では、隣り合う二つの有機層を構成する有機化合物を混合させた層を当該二つの有機層の界面部分に挿入するという提案がなされている。これにより、二つの有機層の界面におけるエネルギー障壁を減少させる試みがなされている。
【００１６】
【特許文献１】特開２００６−１１４７５９号公報
【特許文献２】特開平１−３１２８７３号公報
【特許文献３】特開平９−６３７７１号公報
【特許文献４】特開２００２−３２４６８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
特許文献１乃至３において、有機電界発光素子に含まれるホール注入層の構成材料として無機化合物を使用すると、確かに素子の特性は向上した。しかし、同時にホール注入層と他の層との界面障壁の発生、及びホール注入層自体の抵抗値の増加という問題点があり、素子のさらなる特性の向上には不十分な構成であった。
【００１８】
また、特許文献４では、混合層を形成することで、確かに界面障壁を減少させることができた。しかし、無極性溶媒に溶解する有機化合物同士の接合であるため、塗布型有機電界発光素子への応用は困難である。
【００１９】
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、高効率かつ長寿命の有機電界発光素子及びその製造方法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】
【００２０】
本発明の有機電界発光素子は、陽極と陰極と、該陽極と該陰極との間に挟持され少なくとも無機化合物層と有機発光層とを順次積層してなる積層体と、から構成され、該無機化合物層がホール輸送能を有し、該無機化合物層の仕事関数が膜厚方向において連続的に変化することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、高効率かつ長寿命の有機電界発光素子及びその製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
まず本発明の有機電界発光素子について説明する。本発明の有機電界発光素子は、陽極と陰極と、該陽極と該陰極との間に挟持され少なくとも無機化合物層と有機発光層とを順次積層してなる積層体と、から構成される。
【００２３】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態を詳細に説明するが、これによって本発明は限定されない。
【００２４】
図１は、本発明の有機電界発光素子における第一の実施形態を示す断面図である。図１に示す有機電界素子１０は、基板１上に、陽極２、無機化合物層３、有機発光層４、電子注入層５及び陰極６が順次設けられている。
【００２５】
ただし、本発明の有機電界発光素子の実施形態はこれに限定されるものではない。例えば、図１の実施形態において、電子輸送層及びホール輸送層のいずれかを介在層としてさらに設けてもよい。また、図１の実施形態において、後述する電子ブロック層をさらに設けてもよい。
【００２６】
また、無機化合物層３と他の有機化合物層とを組み合わせてホール注入層を形成している構成であってもよいし、電子注入層を具備していない構成であってもよい。
【００２７】
本発明の有機電界発光素子において、無機化合物層３はホール輸送能を有し、この無機化合物層３の仕事関数は膜厚方向において連続的に変化する。
【００２８】
ここで連続的に変化するとは、無機化合物層３の仕事関数が膜厚方向に進むに従い連続関数的に変化することをいう。また連続関数的に変化する形式としては、例えば、直線状、放物線状、指数関数的形状等が挙げられる。
【００２９】
特に、本発明の有機電界発光素子は、無機化合物層３の仕事関数を膜厚方向において連続的に変化させることによって、無機化合物層３内で仕事関数が変化しない場合と比較して、駆動電圧の低電圧化、発光効率の向上、長寿命化が可能となる。また、無機化合物層３をその仕事関数が膜厚方向において連続的に変化させることによって、無機化合物層３を多層構造にして層ごとに仕事関数を変化させていく場合に比べて、各層の界面障壁を減少させることができる。従って、本発明の有機電界発光素子は、駆動電圧の低電圧化、発光効率の向上、長寿命化が可能となる。
【００３０】
図２は、図１の有機電界発光素子を構成する各層のエネルギーレベルを示す図である。図２では、陽極２から有機発光層４にかけて無機化合物層３の仕事関数が連続的に減少（連続関数的に減少）している場合を示している。図２に示すように、陽極の仕事関数より発光層のイオン化ポテンシャルが深い場合は、無機化合物層３の仕事関数を陽極２から有機発光層４にかけて連続的に減少させるのが好ましい。これにより、陽極２と無機化合物層３の陽極側とのエネルギー差、及び有機発光層４と無機化合物３の有機発光層側とのエネルギー差はそれぞれ小さくなる。このように無機化合物層３の仕事関数は、好ましくは、無機化合物層３と隣り合うそれぞれの層の仕事関数との差が小さくなるように連続的に変化させる。こうすることで、有機発光層４へのホールの注入性が向上する。
【００３１】
無機化合物層３の構成材料として使用される無機化合物としては、例えば、酸化モリブデン、酸化バナジウム、酸化銀、酸化銅、酸化ニッケル、酸化クロム、酸化タングステン、酸化ニオブ、酸化タンタル、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化ハフニウム、酸化スカンジウム、酸化イットリウム、酸化タンタル、酸化マンガン、酸化鉄、酸化ルテニウム、酸化オスミウム、酸化コバルト、酸化亜鉛、酸化カドミウム、酸化アルミニウム、酸化ガリウム、酸化インジウム、酸化シリコン、酸化ゲルマニウム、酸化スズ、酸化鉛、酸化アンチモン、酸化ビスマス、あるいは希土類酸化物等の各種金属酸化物、及びＣｕＡｌＯ2、ＳｒＣｕ2Ｏ2等の複合金属酸化物が挙げられる。また、ＣｕＩ、ＡｇＩ、ＰｂＢｒ等のハロゲン化物、ＣｕＳ、ＺｎＳ等の硫化物、ＧａＡｓ、ＣｄＴｅ、ＣｄＳｅ、ＺｎＴｅ、ＧａＮ、ＡｌＮ等のＩＩ−ＶＩ族、ＩＩＩ−Ｖ族の化合物、Ｓｉ、Ｇｅ等のＶＩ族化合物、ＳｉＣ等の炭化物等も使用できる。
【００３２】
上述した無機化合物の中で、好ましくは、金属酸化物である。金属酸化物は安定性が高く、また金属種を逐一変化させると、これに対応して仕事関数を変化させることが可能である。また、金属元素と酸素原子との組成を変化させることにより、化合物の仕事関数を多彩に変化させることが可能である。また、これらの金属化合物はホール注入性を示す。さらにこれらの金属化合物は、安定性が高いので素子安定性を高めることが可能となる。以上より、金属酸化物を無機化合物層３の構成材料として使用すると、高効率かつ長寿命の有機電界発光素子が提供できる。
【００３３】
無機化合物層３の仕事関数を連続的に変化させる方法として、好ましくは、無機化合物層３の構成材料の組成を連続的に変化させる。ここで無機化合物は、不定比の材料が多く存在し、その組成の変化によって仕事関数も変化する。このため、本発明の有機電界発光素子は、無機化合物層３の組成を変化させることで仕事関数を連続的に変化させることが可能である。組成を連続的に変化させるためには、成膜時の環境を連続的に変化させることによって達成される。このため、本発明の有機電界発光素子は、無機化合物層３内の仕事関数を連続的に変化させることが容易である。
【００３４】
構成材料として、例えば、酸化物を使用する場合は、徐々に酸素の含有量を増加させたり、減少させたりすることで、仕事関数を連続的に変化させることができる。また、酸化物以外にも、例えば硫化物等カルコゲン化合物、沃化物等のハロゲン化合物、窒化物、炭化物も同様に対応する元素（硫黄原子、ハロゲン原子、窒素原子、炭素原子）を加減することにより仕事関数を連続的に変化させることができる。即ち、上記酸化物の場合と同様に、金属元素と対になる元素の含有量を変化させて仕事関数を変化させることができる。
【００３５】
また、本発明ではこれ以外にも、例えば酸化物から窒化物へ、酸化物からハロゲン化合物へ、といったように、異なる化合物へ連続的に組成を変化させることで仕事関数を連続的に変化させることも可能である。また、ＡxＢyＣz（Ａ及びＢは金属元素）のような複合化合物の場合においてもｘ，ｙ及びｚの値をそれぞれ変化させて所望の仕事関数に変化させることが可能である。
【００３６】
また、無機化合物層の組成比を連続的に変化させることにより、無機化合物層の仕事関数を連続的に変化させる場合、成膜後の熱処理工程や駆動時の温度上昇により構成元素の一部が拡散することにより連続的な組成分布が消失してしまう場合も考えられる。この問題を解決するためには所望の場所に、窒化物や炭化物等の共有結合性の高い層を設ければよい。これにより、上記構成元素の拡散を防ぐことが可能である。
【００３７】
一方、有機電界発光素子において、有機発光層のイオン化ポテンシャルは、一般的に５．０乃至６．５ｅＶ程度であり、一般的に陽極として用いられるＩＴＯ等の仕事関数（５．０ｅＶ程度）と比較して、エネルギー準位が深いことが多い。このため、本発明の有機電界発光素子において、好ましくは、無機化合物層は後述する要件を満たす。即ち、図２に示すように、無機化合物層３の陽極２側の仕事関数は、無機化合物層３を挟持する二つの層の仕事関数もしくはイオン化ポテンシャルの中間準位よりも浅い。また、無機化合物層３の有機発光層４側の仕事関数は、無機化合物層３を挟持する二つの層の仕事関数もしくはイオン化ポテンシャルの中間準位よりも深い。尚、ここでいう中間準位とは、陽極２の仕事関数と有機発光層４のイオン化ポテンシャルとのちょうど中間に位置するエネルギーレベルをいう。
【００３８】
上述したように、有機発光層のイオン化ポテンシャルは陽極の仕事関数よりも深いエネルギーレベルである。このため、陽極２と有機発光層４との間に設けられる層は、単層、複数層の如何に関わらず、陽極から有機発光層にかけて仕事関数もしくはイオン化ポテンシャルを徐々に深い準位にしていくことが好ましい。本発明の有機電界発光素子では無機化合物層３の各界面の仕事関数を適宜設定することで、ホールを陽極から有機発光層へより効率的に注入することが可能となる。
【００３９】
また、無機化合物層において、陽極側の仕事関数を陽極もしくは陽極側で隣り合う層と近い値にし、有機発光層側の仕事関数を、発光層もしくは発光層側で隣り合う層と近い値にする。こうすることで、各界面のエネルギー障壁をさらに減少させることができる。
【００４０】
また、本発明の有機電界発光素子において、図１に示されるように、無機化合物層３が陽極２と直接接している場合は、陽極２と接している側を例えば金属等の高導電性を有する組成にしてもよい。こうすることにより、陽極２と無機化合物層３との接合をオーミック接合にすることが可能となり、ホールの注入性を向上させることができる。
【００４１】
また、本発明の有機電界発光素子において、無機化合物層を構成する材料の組成が所望の仕事関数となるが導電性が低い場合であっても、他に導電性の高い組成を層中に設けることで、層全体の抵抗を低減するように調整することが可能となる。このため、本発明の有機電界発光素子は駆動電圧の低電圧化が可能となる。特に所望の仕事関数となるが導電性が著しく低い組成である場合は、例えば、低誘電性の層（低導電組成層）を薄くする一方で、高誘電性の層（高導電組成層）を厚くする。
【００４２】
低誘電組成層及び高誘電組成層を設ける例を、図面を参照しながら以下に説明する。図３は、低誘電組成層及び高誘電組成層を設ける第一の例をエネルギーレベルで示す図である。この第一の例では、陽極２側が高誘電組成層７であり、有機発光層４側が低誘電組成層８である。この第一の例において、導電性を高くするには、低誘電組成層８の膜厚を薄くすればよい。図４は、低誘電組成層及び高誘電組成層を設ける第二の例をエネルギーレベルで示す図である。この第二の例では、陽極２側が低誘電組成層８であり、有機発光層４側が低誘電組成層９である。この第二の例において、導電性を高くするには、低誘電組成層８と低誘電組成層９との間に高誘電組成層７を設けると共に低誘電組成層８及び９の膜厚を薄くする。これにより有機電界発光素子の低抵抗化が図られる。
【００４３】
また、本発明の有機電界発光素子は、図２に示すように、無機化合物層３のエネルギーギャップを陽極２から有機発光層４に向かうに従い連続的に広くなるような組成（ワイドバンドギャップ）にする。このような組成にすることで、電子が有機発光層４から無機化合物層３へ移動することを防ぐ電子ブロック能を発現することが可能となるため、電子とホールとをより効率よく再結合させることが可能となる。
【００４４】
図５は、本発明の有機電界発光素子における第二の実施形態をエネルギーレベルにて示す図である。図５の有機電界発光素子２０は、無機化合物層３と有機発光層４との間に電子ブロック層１０が設けられている。無機化合物層３は、結晶粒界や欠陥に起因するトラップ準位が存在する場合がある。このため、無機化合物層３のバンドギャップを有機発光層４よりも大きくしても、トラップ準位の存在によって電子が無機化合物層３内で捕捉される。その結果、電子が有機発光層４を通り抜けてしまう場合がある。この問題を解決するために、好ましくは、図５に示すように無機化合物層３と有機発光層４との間に電子ブロック層１０を設ける。これにより無機化合物層３へ電子がすり抜けるのを防ぐことが可能となる。
【００４５】
無機化合物層３が多結晶体の場合、結晶粒界や欠陥由来のトラップ準位により有機発光層４からのリーク電流が生じる場合がある。本発明の有機電界発光素子において、無機化合物層３と有機発光層４の間に電子ブロック層１１を設けることにより、無機化合物層３への電子の洩れを低減することができ、より高効率かつ長寿命の有機電界発光素子を提供することができる。
【００４６】
尚、電子ブロック層１１は、有機発光層４よりも電子親和力が小さい値で、かつｐ型の化合物であることが好ましい。例えばフタロシアニン誘導体、ナフタロシアニン誘導体、ポルフィリン誘導体、オキサゾール、オキサジアゾール、トリアゾール、イミダゾール、イミダゾロン、ピラゾリン、テトラヒドロイミダゾール、ポリアリールアルカン、ブタジエン、ベンジジン型トリフェニルアミン、スチリルアミン型トリフェニルアミン、ジアミン型トリフェニルアミン等とそれらの誘導体、ポリビニルカルバゾール、ポリシラン、導電性高分子等の高分子材料が挙げられるが、これらに限定されるものではない。また上記の化合物以外にも、絶縁性を有する材料として、ＳｉＮやＳｉＯ2、シロキサン化合物等を例示することもできる。
【００４７】
次に、本発明の有機電界発光素子を構成する他の部材について説明する。
【００４８】
基板１として使用される材料としては、ガラス、セラミック、化合物、金属、プラスチック等特に制限されることはない。素子の構成がボトムエミッションタイプである場合は、ガラス等の透明な基板が使用される。一方、トップエミッションタイプである場合は、基板下部への光の漏れを防ぐ為に金属基板を使用したり、ガラス基板等にＡｇ等の陰極材料を形成してミラー構造を形成したりする。また、基板にカラーフィルター膜、蛍光色変換フィルター膜、誘電体反射膜等を付加して発色光をコントロールすることも可能である。また、基板上に薄膜トランジスタを作成し、それに接続して素子を作成することも可能である。
【００４９】
陽極２の構成材料としては、仕事関数がなるべく大きなものがよい。例えば、金、白金、銀、銅、ニッケル、パラジウム、コバルト、セレン、バナジウム、タングステン、クロム等の金属単体あるいはこれらを組み合わせた合金、酸化錫、酸化亜鉛、酸化インジウム、酸化錫インジウム，酸化亜鉛インジウム等の金属酸化物、さらには、ＣｕＩ等のハロゲン化物が使用できる。また、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリフェニレンスルフィド等の導電性ポリマーも使用できる。これらの電極物質は一種類を単独で使用してもよいし、複数の種類を併用して使用してもよい。また、陽極は一層で構成されていてもよいし、複数の層で構成されていてもよい。
【００５０】
有機発光層４は、電界を加えると発光する有機化合物であれば何でもよい。例えば、低分子化合物系であれば、アントラセン、ナフタレン、ピレン、テトラセン、コロネン、ペリレン、フタロペリレン、ナフタロペリレン、ジフェニルブタジエン、テトラフェニルブタジエン、クマリン、オキサジアゾール、ビスベンゾキサゾリン、ビススチリル、シクロペンタジエン、キノリン金属錯体、アミノキノリン金属錯体、ベンゾキノリン金属錯体、ピラン、キナクリドン、ルブレン及びそれらの誘導体、イリジウム−フェニルピリジン錯体に代表される燐光性金属錯体が例示される。また、高分子化合物系であれば、ポリビニルカルバゾールやポリフェニレンビニレン、ポリフルオレン及びそれらの誘導体を例示することができる。
【００５１】
また有機発光層４は、単一の有機化合物で構成されていてもよく、ホスト−ゲスト系であってもよい。ホスト−ゲスト系である場合、その組み合わせは、低分子化合物同士の組み合わせ、高分子化合物と低分子化合物との組み合わせ、高分子化合物同士の組み合わせのいずれでもよい。
【００５２】
電子注入層５を構成する材料は、電子伝導性を有していれば何でもよい。例えばＬｉＦ、Ｃｓ2ＣＯ3、ＣａＯ等に例示されるように、アルカリ金属やアルカリ土類金属のフッ化物、炭酸化合物、酸化物等を挙げることができる。また、上記材料以外にも電子伝導性を有する有機化合物も好適に使用される。例えば、アルミニウムキノリン錯体（Ａｌｑ）等のキノリン誘導体、オキサジアゾール誘導体、トリアゾール誘導体、フェナントロリン誘導体、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が挙げられる。
【００５３】
陰極６を構成する材料は、仕事関数の小さなものがよい。例えば、リチウム、ナトリウム、カリウム、カルシウム、マグネシウム、アルミニウム、インジウム、ルテニウム、チタニウム、マンガン、イットリウム、銀、鉛、錫、クロム等の金属単体が挙げられる。またこれらの金属単体を組み合わせた合金も使用することができる。例えば、リチウム−インジウム、ナトリウム−カリウム、マグネシウム−銀、アルミニウム−リチウム、アルミニウム−マグネシウム、マグネシウム−インジウム等が挙げられる。酸化錫インジウム等の金属酸化物の利用も可能である。これらの電極物質は一種類を単独で使用してもよいし、複数の種類を併用して使用してもよい。また、陰極は一層で構成されていてもよく、複数の層で構成されていてもよい。
【００５４】
陽極２及び陰極６は、少なくともいずれか一方は透明又は半透明であることが望ましい。
【００５５】
電子輸送層は、電子を輸送する材料であれば何でもよい。例えば電子注入層５で例示したような電子輸送性材料を用いることが可能である。
【００５６】
またホール輸送層は、ホールを輸送する材料であれば何でもよい。例えばフタロシアニン誘導体、ナフタロシアニン誘導体、ポルフィリン誘導体、オキサゾール、オキサジアゾール、トリアゾール、イミダゾール、イミダゾロン、ピラゾリン、テトラヒドロイミダゾール、ポリアリールアルカン、ブタジエン、ベンジジン型トリフェニルアミン、スチリルアミン型トリフェニルアミン、ジアミン型トリフェニルアミン等とそれらの誘導体、ポリビニルカルバゾール、ポリシラン、導電性高分子等の高分子材料が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【００５７】
尚、本発明の有機電界発光素子において、作製した素子に対して、酸素や水分等との接触を防止する目的で保護層あるいは封止層を設けることもできる。保護層としては、ダイヤモンド薄膜、金属酸化物、金属窒化物等の無機材料膜、フッソ樹脂、ポリパラキシレン、ポリエチレン、シリコーン樹脂、ポリスチレン樹脂等の高分子膜又は光硬化性樹脂等が挙げられる。また、ガラス、気体不透過性フィルム、金属等をカバーし、適当な封止樹脂により素子自体をパッケージングすることもできる。
【００５８】
次に、本発明の有機電界発光素子の製造方法について説明する。本発明の有機電界発光素子は、有機発光層が塗布法によって形成されることを特徴とする。一般的に塗布プロセスで作製される有機電界発光素子はホール注入層として下記式で示されるＰＥＤＯＴ：ＰＳＳが使用される。
【００５９】
【化２】
2009060012.tif 000004
【００６０】
これは、ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳが水溶性であるが、有機化合物を溶解する無極性溶媒に対して不溶である性質に基づく。このためＰＥＤＯＴ：ＰＳＳを形成した後、無極性溶媒に溶解される有機化合物からなる層を形成することにより、積層化が可能となる。しかし、上述したようにＰＥＤＯＴ：ＰＳＳはスルホン基由来の硫黄原子や水素原子、さらには不純物として含まれるナトリウム等のイオン性成分が、素子を通電するときに有機発光層へと拡散する。このため、素子の長寿命化が困難である。
【００６１】
一方で、本発明の有機電界発光素子に含まれる無機化合物層を構成する無機化合物は、ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳと比較して化合物自体の安定性が高い。このためＰＥＤＯＴ：ＰＳＳが抱える問題である、ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳの劣化によって発生する成分が有機発光層へ拡散して、これにより素子の発光特性に影響を与える問題は生じない。また、無機化合物層を構成する無機化合物は、ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳと同様に有機溶剤に対して耐性を有している。このため、有機発光層を形成するときに使用する塗布液を無機化合物層上に塗布しても無機化合物層の構成材料が溶出する恐れがない。従って、本発明の有機電界発光素子は、塗布型有機電界発光素子として長寿命な素子を提供することが可能となる。
【００６２】
ところで無機化合物層を形成する方法としては、蒸着法、スパッタ法等が挙げられる。  また、層内の仕事関数を連続的に変化させる方法として、具体的には組成勾配をつけることが挙げられる。組成勾配をつける方法としては、例えば反応性スパッタ法を用いて反応ガスの分圧を変化させて方法、多元蒸着で蒸着レートを変化させる方法、有機金属気相成長法を用いて有機金属の種類やガス圧を変化させる方法等が例示される。また、これらの他に、無機化合物層の成膜手法としては、ゾルゲル法や塗布法も挙げることができる。ここで、無機化合物層が金属酸化物で構成される場合、金属膜を成膜した後で熱酸化によって酸化物膜を成膜する方法を用いることも可能である。
【００６３】
本発明の有機電界発光素子を、同一面内に複数配置し画素を形成することにより、表示装置を構成することができる。尚、本発明の表示装置の駆動方法は、パッシブマトリクス方式であっても、アクティブマトリクス方式であってもよい。パッシブマトリクス方式とは、電極をＸ方向とＹ方向の格子状に張り巡らせ、これらの電極にそれぞれタイミングを合わせて電圧をかけることによって、交差する場所の画素を点灯させる方式をいう。一方、アクティブマトリクス方式とは、電極をＸ方向とＹ方向の格子状に張り巡らせ、さらにそれぞれの交点（画素）にスイッチの役割をするトランジスタを配置することで、１つ１つの画素を独立に制御し画素を点灯させる方式をいう。ここで本発明の有機電界発光素子を具備することにより、高効率かつ長寿命の表示装置を提供することが可能となる。
【実施例】
【００６４】
以下、本発明の実施例について説明する。
【００６５】
＜無機化合物層となる薄膜の評価＞
後述する実施例において、無機化合物層３の構成部材として使用するＭｏＯxは、Ｍｏ（４Ｎ）ターゲットをアルゴンと酸素との混合ガス雰囲気下でＤＣスパッタすることにより得られる。尚、ＤＣスパッタをするときの混合ガスの全圧は約０．３Ｐａであり、パワーは４００Ｗである。この条件下で酸素分圧を変えながらＭｏＯx薄膜をＤＣスパッタで形成し、形成した薄膜の仕事関数を大気中光電子分光装置により測定した。
【００６６】
図６は、ＭｏＯx薄膜における仕事関数の酸素分圧依存性を示す図である。ここで酸素分圧が２５％以下の場合、ＭｏＯx薄膜は室温で約１．０×１０5Ｓ／ｃｍと非常に高い導電性を有している。また図６より、酸素分圧が２５％以下の条件化で形成された薄膜は、Ｍｏ金属の仕事関数（４．２ｅＶ乃至４．４ｅＶ）と同程度であることが示されている。このことから酸素分圧が２５％以下の場合、ＭｏＯx薄膜はＭｏ金属膜（ｘ＝０）であると考えられる。
【００６７】
一方、酸素分圧が２５％乃至３５％の場合は、ＭｏＯx薄膜は室温で１．０×１０-6Ｓ／ｃｍ乃至１．０×１０7Ｓ／ｃｍの導電性を有している。また図６より、酸素分圧が２５％乃至３５％の条件化で形成された薄膜は、酸素分圧が増加すれば仕事関数が４．５ｅＶから６．０ｅＶまで急激に上昇することが示されている。このことから酸素分圧が２５％乃至３５％の場合は、ＭｏＯx薄膜中にＭｏの酸化数が３価や４価のＭｏＯ2（ｘ＝２）やＭｏ2Ｏ3（ｘ＝１．５）等の組成が存在し、これらの組成がＭｏＯx薄膜の導電性に寄与している。
【００６８】
他方、酸素分圧が３５％を超える場合は、ＭｏＯx薄膜は絶縁性を有しており、仕事関数は一定の値をとる。このことから酸素分圧が３５％を超える場合は、ＭｏＯx薄膜中にＭｏの酸化数が６価でかつ絶縁性のＭｏＯ3（ｘ＝３）の組成が支配的である。
【００６９】
また本実施例において、ＩＴＯの仕事関数は約４．８ｅＶであり、オリゴフルオレン化合物のイオン化ポテンシャルが約６．０ｅＶである。そのため、無機化合物層３を形成するときは、はじめに酸素濃度を低くしてＩＴＯと接する面がＭｏ金属になるように成膜する。こうすることで、陽極２と無機化合物層３との接触抵抗を小さくすることができる。一方で、そこからさらに薄膜を形成するに従い連続的に酸素分圧を高くしていく。こうすることで、膜厚方向で連続的に仕事関数が変化するようになり、有機発光層４側の仕事関数が約６．０ｅＶとなる。こうすることで、無機化合物層３と有機発光層４とのエネルギー障壁を減少することができる。従って、ＩＴＯとＭｏＯx膜との間及びＭｏＯx膜と有機発光層との間の界面のエネルギー障壁がいずれも小さくなり、有機発光層へより効率的にホールが注入される。また、連続的に酸素分圧を上昇させながらＭｏＯx薄膜を形成することにより、絶縁部分の領域を薄くすることができるため、ＭｏＯx薄膜全体の抵抗値を低下させることができる。
【００７０】
＜実施例１＞
図１に示される素子構成である有機電界発光素子を作製した。この有機電界発光素子を作製する際に、構成部材として以下の化合物等を使用した。
基板１：ガラス基板
陽極２：酸化錫インジウム（ＩＴＯ）
無機化合物層３：ＭｏＯx（酸素含有量（ｘ値）は連続的に変化させた。）
有機発光層４：下記に示すオリゴフルオレン化合物（ホスト）及び下記に示すＩｒ（Ｃ8−ｐｉｑ）3（ゲスト）
【００７１】
【化３】
2009060012.tif 000005
電子注入層５：Ｃｓ2ＣＯ3
陰極６：Ａｌ
【００７２】
次に、有機電界発光素子の具体的な製造工程を示す。まず、ガラス基板（基板１）上にＩＴＯをスパッタ法により成膜し陽極２を形成した。このとき陽極の膜厚を１００ｎｍとした。
【００７３】
次に、Ｍｏ金属をターゲットとして、ＤＣスパッタによりＭｏＯx薄膜を成膜して無機化合物層３を形成した。まずＭｏＯx薄膜の成膜にあたり装置内を０．２Ｐａ乃至０．３ＰａのＡｒガス雰囲気下にした。次いで、装置内のガスの圧力を０．２Ｐａ乃至０．３Ｐａで維持しながらＯ2の添加を開始した。Ｏ2を添加する際に、Ｏ2の分圧が５％／分の割合で増加するように行い、Ｏ2の分圧が混合ガスの全体に対して５０％となるまでＯ2の添加を行った。また成膜時においてＤＣスパッタのパワーは２０Ｗで行った。上記の方法でＭｏＯxからなる無機化合物層３を成膜した。このとき無機化合物層３の膜厚は約３０ｎｍであった。
【００７４】
次に、ホストであるオリゴフルオレン化合物と、ゲストであるＩｒ（Ｃ8−ｐｉｑ）3とを、１，２−ジクロロプロパン溶媒に溶解させ塗布液を調製した。このときホストとゲストとの重量混合比は、９９：１であり、溶質（ホスト及びゲスト）と溶媒との混合比は、１：９９であった。次いで、調製した塗布液を上記の無機化合物層３上に１０００ｒｐｍでスピン塗布して有機発光層４を成膜した。このとき有機発光層４の膜厚は約８０ｎｍであった。
【００７５】
次に、ＣｓＣＯ3を抵抗加熱蒸着により成膜し、電子注入層６を形成した。このとき電子注入層６の膜厚は２．４ｎｍであった。次に、Ａｌを抵抗加熱蒸着により成膜し陰極７を形成した。このとき陰極の膜厚を８０ｎｍとした。最後に、窒素雰囲気下で保護用ガラス板をかぶせ、アクリル樹脂系接着材で封止を行った。以上のようにして有機電界発光素子を得た。
【００７６】
得られた素子について、ＩＴＯ電極を正極、Ａｌ電極を負極にして、１０Ｖの直流電圧を印加すると素子に電流が流れた。このときの電流密度は１００ｍＡ／ｃｍ2であり、輝度１２ｃｄ／ｍ2の赤色の発光が観測された。
【００７７】
＜実施例２＞
実施例１において有機発光層と無機化合物層との間に、後述する方法で電子ブロック層をさらに設けた以外は、実施例１と同様に素子を作製した。
【００７８】
本実施例において電子ブロック層の構成材料をポリビニルカルバゾール（ＰＶＫ）とした。本実施例において、電子ブロック層は、ＰＶＫの１．０重量％クロロベンゼン溶液を調製して、この溶液を１０００ｒｐｍでスピン塗布し成膜することにより形成した。このとき電子ブロック層の膜厚は約３０ｎｍであった。
【００７９】
得られた素子について、実施例１と同様に評価したところ、１０Ｖの直流電圧を印加したときに素子に電流が流れた。このときの電流密度は３２ｍＡ／ｃｍ2であり、輝度４００ｃｄ／ｍ2の赤色の発光が観測された。
【００８０】
本実施例と実施例１とを比較すると、電子ブロック層（ＰＶＫ層）を挿入したことにより素子の高抵抗化が見られたものの、発光効率については本実施例の方が良好であった。またＰＶＫはＬＵＭＯ（Ｌｏｗｅｓｔ  Ｕｎｏｃｃｕｐｉｅｄ  Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｏｒｂｉｔａｌ）レベルが、約２ｅＶとオリゴフルオレン化合物の約３ｅＶに比べて低い。このため、ＰＶＫ層は電子ブロック層として働き素子の高効率化につながることが分かった。
【００８１】
＜比較例１＞
実施例２において、無機化合物層３を設けない以外は実施例２と同様の方法で素子を作製した。得られた素子について実施例２と同様に測定・評価を行った。結果を表１に示す。
【００８２】
＜比較例２＞
実施例２において、スパッタリングによって無機化合物層３を形成する際に、装置内のＯ2の分圧を５０％と一定にした以外は実施例２と同様の方法で素子を作製した。得られた素子について実施例２と同様に測定・評価を行った。結果を表１に示す。
【００８３】
【表１】
2009060012.tif 000006
【００８４】
表１から、実施例２で作製した有機電界発光素子は、比較例１及び比較例２と比べて高効率かつ低電圧であることが分かる。実施例２で無機化合物層３の構成部材として使用したＭｏＯxは、ＩＴＯとの接触界面部分はＭｏ金属であるので、陽極２と無機化合物層３との接触抵抗は非常に小さいと考えられる。一方、ＭｏＯxの電子ブロック層側あるいは有機発光層側の仕事関数は約６．０ｅＶであり、ＰＶＫもしくは有機発光層４の構成材料のＨＯＭＯレベルと近い値である。このため無機化合物層３と、電子ブロック層１１又は有機発光層４との界面のエネルギー障壁が小さいと考えられる。また、図６で示したようにＯ2濃度を調整することにより、ＭｏＯxの組成は連続的に変化しているため、陽極側の仕事関数の値からスムーズにホールのポテンシャルを有機発光層側の仕事関数の値に移動させることができる。上記理由から、ＩＴＯから有機発光層へより効率的にホールが注入され高効率になったと考えられる。以上より、実施例２から、無機化合物層の組成を連続的に変化させ、無機化合物層と隣り合う層との仕事関数の差を小さくすることで高効率かつ長寿命な有機電界発光素子を提供することが可能であることが分かる。
【産業上の利用可能性】
【００８５】
以上より、本発明の有機電界発光素子は、高効率かつ長寿命な素子であることが示される。従って、本発明の有機電界発光素子は、デイスプレイパネル又は表示装置の構成デバイスとして利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８６】
【図１】本発明の有機電界発光素子における第一の実施形態を示す断面図である。
【図２】図１の有機電界発光素子を構成する各層のエネルギーレベルを示す図である。
【図３】低誘電組成層及び高誘電組成層を設ける第一の例をエネルギーレベルで示す図である。
【図４】低誘電組成層及び高誘電組成層を設ける第二の例をエネルギーレベルで示す図である。
【図５】本発明の有機電界発光素子における第二の実施形態をエネルギーレベルにて示す図である。
【図６】ＭｏＯx薄膜における仕事関数の酸素分圧依存性を示す図である。
【図７】塗布型有機電界発光素子の一般的な構成を示す図である。
【符号の説明】
【００８７】
１  基板
２  陽極
３  無機化合物層
４  有機発光層
５  電子注入層
６  陰極
７  高導電組成層
８  低導電組成層
９  低導電組成層
１０，２０，１１０  有機電界発光素子
１１  電子ブロック層
１００  基板
１０１  陽極
１０２  ホール注入層
１０３  発光層
１０４  電子注入層
１０５  陰極
【図１】
2009060012.tif 000007
【図２】
2009060012.tif 000008
【図３】
2009060012.tif 000009
【図４】
2009060012.tif 000010
【図５】
2009060012.tif 000011
【図６】
2009060012.tif 000012
【図７】
2009060012.tif 000013