JP4076769B2 - 発光装置及び電気器具 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する分野】
本発明は、陽極と、陰極と、電界を加えることで発光が得られる有機化合物を含む膜（以下、「有機化合物層」と記す）と、を有する有機発光素子を用いた発光装置に関する。本発明では特に、従来よりも駆動電圧が低く、なおかつ素子の寿命が長い有機発光素子を用いた発光装置に関する。なお、本明細書中における発光装置とは、発光素子として有機発光素子を用いた画像表示デバイスもしくは発光デバイスを指す。また、有機発光素子にコネクター、例えば異方導電性フィルム（FPC：Flexible printed circuit）もしくはTAB（Tape Automated Bonding）テープもしくはTCP（Tape Carrier Package）が取り付けられたモジュール、TABテープやTCPの先にプリント配線板が設けられたモジュール、または有機発光素子にCOG（Chip On Glass）方式によりIC（集積回路）が直接実装されたモジュールも全て発光装置に含むものとする。
【０００２】
【従来の技術】
有機発光素子は、電界を加えることにより発光する素子である。その発光機構は、電極間に有機化合物層を挟んで電圧を印加することにより、陰極から注入された電子および陽極から注入された正孔が有機化合物層中の発光中心で再結合して励起状態の分子（以下、「分子励起子」と記す）を形成し、その分子励起子が基底状態に戻る際にエネルギーを放出して発光すると言われている。
【０００３】
なお、有機化合物が形成する分子励起子の種類としては、一重項励起状態と三重項励起状態が可能であるが、本明細書中ではどちらの励起状態が発光に寄与する場合も含むこととする。
【０００４】
このような有機発光素子において、通常、有機化合物層は1μmを下回るほどの薄膜で形成される。また、有機発光素子は、有機化合物層そのものが光を放出する自発光型の素子であるため、従来の液晶ディスプレイに用いられているようなバックライトも必要ない。したがって、有機発光素子は極めて薄型軽量に作製できることが大きな利点である。
【０００５】
また、例えば100〜200nm程度の有機化合物層において、キャリアを注入してから再結合に至るまでの時間は、有機化合物層のキャリア移動度を考えると数十ナノ秒程度であり、キャリアの再結合から発光までの過程を含めてもマイクロ秒以内のオーダーで発光に至る。したがって、非常に応答速度が速いことも特長の一つである。
【０００６】
さらに、有機発光素子はキャリア注入型の発光素子であるため、直流電圧での駆動が可能であり、ノイズが生じにくい。駆動電圧に関しては、まず有機化合物層の厚みを100nm程度の均一な超薄膜とし、また、有機化合物層に対するキャリア注入障壁を小さくするような電極材料を選択し、さらにはシングルヘテロ構造（二層構造）を導入することによって、5.5Vで100cd/m2の十分な輝度が達成された（文献１：C. W. Tang and S. A. VanSlyke, "Organic electroluminescent diodes", Applied Physics Letters, vol. 51, No.12, 913-915 (1987)）。
【０００７】
こういった薄型軽量・高速応答性・直流低電圧駆動などの特性から、有機発光素子は次世代のフラットパネルディスプレイ素子として注目されている。また、自発光型であり視野角が広いことから、視認性も比較的良好であり、携帯機器の表示画面に用いる素子として有効と考えられている。
【０００８】
ところで、文献１において示された有機発光素子の構成であるが、まず、有機化合物層に対するキャリア注入障壁を小さくする方法として、仕事関数が低い上に比較的安定なMg:Ag合金を陰極に用い、電子の注入性を高めている。このことにより、有機化合物層に大量のキャリアを注入することを可能としている。
【０００９】
さらに有機化合物層として、ジアミン化合物からなる正孔輸送層とトリス（８−キノリノラト）アルミニウム（略称；Alq3）からなる電子輸送性発光層とを積層するという、シングルヘテロ構造を適用することにより、キャリアの再結合効率を飛躍的に向上させている。このことは、以下のように説明される。
【００１０】
例えば、Alq3単層のみを有する有機発光素子の場合では、Alq3が電子輸送性であるため、陰極から注入された電子のほとんどは正孔と再結合せずに陽極に達してしまい、発光の効率は極めて悪い。すなわち、単層の有機発光素子を効率よく発光させる（あるいは低電圧で駆動する）ためには、電子および正孔の両方をバランスよく輸送できる材料（以下、「バイポーラー材料」と記す）を用いる必要があり、Alq3はその条件を満たしていない。
【００１１】
しかし、文献１のようなシングルへテロ構造を適用すれば、陰極から注入された電子は正孔輸送層と電子輸送性発光層との界面でブロックされ、電子輸送性発光層中へ閉じこめられる。したがって、キャリアの再結合が効率よく電子輸送性発光層で行われ、効率のよい発光に至るのである。
【００１２】
このようなキャリアのブロッキング機能の概念を発展させると、キャリアの再結合領域を制御することも可能となる。その例として、正孔をブロックできる層（正孔ブロッキング層）を正孔輸送層と電子輸送層との間に挿入することにより、正孔を正孔輸送層内に閉じこめ、正孔輸送層の方を発光させることに成功した報告がある。（文献２：Yasunori KIJIMA, Nobutoshi ASAI and Shin-ichiro TAMURA, "A Blue Organic Light Emitting Diode", Japanese Journal of Applied Physics, Vol. 38, 5274-5277(1999)）。
【００１３】
また、文献１における有機発光素子は、いわば正孔の輸送は正孔輸送層が行い、電子の輸送および発光は電子輸送性発光層が行うという、機能分離の発想であるとも言える。この機能分離の概念はさらに、正孔輸送層と電子輸送層の間に発光層を挟むというダブルへテロ構造（三層構造）の構想へと発展した（文献３：Chihaya ADACHI, Shizuo TOKITO, Tetsuo TSUTSUI and Shogo SAITO, "Electroluminescence in Organic Films with Three-Layered Structure", Japanese Journal of Applied Physics, Vol. 27, No. 2, L269-L271(1988)）。
【００１４】
こういった機能分離の利点としては、機能分離することによって一種類の有機材料に様々な機能（発光性、キャリア輸送性、電極からのキャリア注入性など）を同時に持たせる必要がなくなり、分子設計等に幅広い自由度を持たせることができる点にある（例えば、無理にバイポーラー材料を探索する必要がなくなる）。つまり、発光特性のいい材料、キャリア輸送性が優れる材料などを、各々組み合わせることで、容易に高発光効率が達成できるということである。
【００１５】
これらの利点から、文献１で述べられた積層構造の概念（キャリアブロッキング機能あるいは機能分離）自体は、現在に至るまで広く利用されている。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、以上で述べたような積層構造は異種物質間の（特に絶縁体同士の）接合であるため、その界面には必ずエネルギー障壁が生じることになる。エネルギー障壁が存在すれば、その界面においてキャリアの移動は妨げられるため、以下に述べるような二つの問題点が提起される。
【００１７】
まず一つは、駆動電圧のさらなる低減へ向けての障害になるという点である。実際、現在の有機発光素子において、駆動電圧に関しては共役ポリマーを用いた単層構造の素子の方が優れており、パワー効率（単位：[lm/W]）でのトップデータ（ただし、一重項励起状態からの発光を比較）を保持していると報告されている（文献４：筒井哲夫、「応用物理学会有機分子・バイオエレクトロニクス分科会会誌」、Vol. 11、No. 1、P.8（2000））。
【００１８】
なお、文献４で述べられている共役ポリマーはバイポーラー材料であり、キャリアの再結合効率に関しては積層構造と同等なレベルが達成できる。したがって、バイポーラー材料を用いるなどの方法で、積層構造を用いることなくキャリアの再結合効率さえ同等にできるのであれば、界面の少ない単層構造の方が実際は駆動電圧が低くなることを示している。
【００１９】
このことは、有機化合物層内における各層間の界面（例えば正孔輸送層と発光層との間のことであり、以下、「有機界面」と記す）においてキャリアの移動が妨げられ、より高い駆動電圧が必要になってしまったと説明できる。
【００２０】
例えば電極と有機化合物層との界面においては、エネルギー障壁を緩和するような材料を挿入し、キャリアの注入性を高めて駆動電圧を低減する方法がある（文献５：Takeo Wakimoto, Yoshinori Fukuda, Kenichi Nagayama, Akira Yokoi, Hitoshi Nakada, and Masami Tsuchida, "Organic EL Cells Using Alkaline Metal Compounds as Electron Injection Materials", IEEE TRANSACTIONS ON ELECTRON DEVICES, VOL. 44, NO. 8, 1245-1248(1997)）。文献５では、電子注入層としてLi2Oを用いることにより、駆動電圧の低減に成功している。
【００２１】
しかしながら、有機界面のキャリア移動性に関してはいまだ未解決の分野であり、バイポーラー材料を用いた単層構造の低駆動電圧に追いつくための重要なポイントであると考えられる。
【００２２】
さらに、エネルギー障壁に起因するもう一つの問題点として、有機発光素子の素子寿命に対する影響が考えられる。すなわち、キャリアの移動が妨げられ、チャージが蓄積することによる輝度の低下である。
【００２３】
この劣化機構に関してははっきりした理論は確立されていないが、陽極と正孔輸送層との間に正孔注入層を挿入し、さらにdc駆動ではなく矩形波のac駆動にすることによって、輝度の低下を抑えることができるという報告がある（文献６：S. A. VanSlyke, C. H. Chen, and C. W. Tang, "Organic electroluminescent devices with improved stability", Applied Physics Letters, Vol. 69, No. 15, 2160-2162(1996)）。このことは、正孔注入層の挿入およびac駆動によって、チャージの蓄積を排除することにより、輝度の低下を抑えることができたという実験的な裏付けと言える。
【００２４】
以上のことから、積層構造は容易にキャリアの再結合効率を高めることができ、なおかつ機能分離の観点から材料の選択幅を広くできるというメリットを持つ一方で、有機界面を多数作り出すことによって（特にキャリアをブロックしてキャリアを再結合させるための有機界面を作り出すことによって）キャリアの移動を妨げ、駆動電圧や輝度の低下に影響を及ぼしていると言える。
【００２５】
そこで本発明では、従来用いられている積層構造の利点（機能分離）を活かしつつ、なおかつ有機化合物層中に存在するエネルギー障壁を緩和することによってキャリアの移動性を高め、従来よりも駆動電圧が低い上に素子の寿命が長い有機発光素子を提供することを課題とする。
【００２６】
特に、発光層においてキャリアをブロックしてキャリアを再結合させるという従来用いられている積層構造とは、異なる概念の素子を作製することにより、有機化合物層中に存在する有機界面を削除してキャリアの移動性を高めると同時に、なおかつ積層構造の機能分離と同様に各種複数の材料の機能を発現させる（以下、「機能発現」と記す）ことを課題とする。それにより、従来よりも駆動電圧が低い上に素子の寿命が長い有機発光素子を提供することを課題とする。
【００２７】
さらに、このような有機発光素子を用いることにより、従来よりも駆動電圧が低く、なおかつ寿命の長い発光装置を提供することを課題とする。さらに、前記発光装置を用いて電気器具を作製することにより、従来よりも低消費電力で、なおかつ長保ちする電気器具を提供することを課題とする。
【００２８】
【課題を解決するための手段】
積層構造におけるエネルギー障壁の緩和に関しては、文献５に見られるようなキャリア注入層の挿入という技術に顕著に見られる。正孔注入層を例として、エネルギーバンドダイアグラムを用いた説明を図１に示す。
【００２９】
図１(a)では陽極101と正孔輸送層102を直接接合しているが、この場合、陽極101と正孔輸送層102のエネルギー障壁104は大きい。しかしながら、陽極のイオン化ポテンシャル（金属の場合、仕事関数と同義である）と正孔輸送層の最高被占分子軌道（以下、「HOMO」と記す）準位との中間に位置するHOMO準位を有する材料を、正孔注入層103として挿入することにより、エネルギー障壁を階段状に設計することができる（図１(b)）。
【００３０】
図１(b)のような階段状のエネルギー障壁を設計することにより、電極からのキャリア注入性を高め、確かに駆動電圧をある程度までは下げることができる。しかしながら問題点は、層の数を増やすことによって、有機界面の数は逆に増加することである。このことが、文献４で示されているように、単層構造の方が駆動電圧・パワー効率のトップデータを保持している原因であると考えられる。
【００３１】
逆に言えば、この点を克服することにより、積層構造のメリット（様々な材料を組み合わせることができ、複雑な分子設計が必要ない）を活かしつつ、なおかつ単層構造の駆動電圧・パワー効率に追いつくことができる。
【００３２】
その根本的な構想としては、有機界面の数を増やすことなく、有機化合物層中のエネルギー障壁を緩和し、キャリアの移動を妨げないようにすることができればよい。本発明者は、以下に示すような方法でこの構想を実現できる素子構造を考案した。
【００３３】
まず、正孔に対するエネルギー障壁を緩和する手法であるが、HOMO準位の高い（イオン化ポテンシャルの小さい）正孔注入材料と、正孔移動度の高い正孔輸送材料とを混合した層（以下、「正孔輸送性混合層」と記す）を設ければよい。この手法によって、陽極側からの正孔の受け取りを正孔注入材料が、正孔の輸送を正孔輸送材料が、それぞれ正孔輸送性混合層内で役割を果たし、従来の正孔注入層と正孔輸送層という二層の機能を一層で実現できる。
【００３４】
また、上で述べた正孔輸送性混合層に、濃度勾配を形成することが好ましい。すなわち、図２に示すように、陽極に近い側は正孔注入材料の割合が多く、陽極から離れるにしたがって正孔輸送材料の割合が多くなっていくものである。このような濃度勾配を形成することによって、陽極側からの正孔の受け取りから輸送までが、大きなエネルギー障壁を形成することなく潤滑に行われ、駆動電圧の低下および長寿命化に貢献する。
【００３５】
なお、図２における濃度勾配は、便宜上直線を用いて図示したが、必ずしも直線となる必要はなく、増加ないしは減少の勾配が形成されていればよいものとする。実際、制御する際には曲線となる場合が多いと考えられる。本明細書で述べる他の濃度勾配についても、同様とする。
【００３６】
次に、電子に対するエネルギー障壁を緩和する手法であるが、最低空分子軌道（以下、「LUMO」と記す）準位の低い（電子親和力の大きい）電子注入材料と、電子移動度の高い電子輸送材料とを混合した層（以下、「電子輸送性混合層」と記す）を設ければよい。この手法によって、陰極側からの電子の受け取りを電子注入材料が、電子の輸送を電子輸送材料が、それぞれ電子輸送性混合層内で役割を果たし、従来の電子注入層と電子輸送層という二層の機能を一層で実現できる。
【００３７】
また、上で述べた電子輸送性混合層に、濃度勾配を形成することが好ましい。すなわち、図３に示すように、陰極に近い側は電子注入材料の割合が多く、陰極から離れるにしたがって電子輸送材料の割合が多くなっていくものである。このような濃度勾配を形成することによって、陰極側からの電子の受け取りから輸送までが、大きなエネルギー障壁を形成することなく潤滑に行われ、駆動電圧の低下および長寿命化に貢献する。
【００３８】
さらに、発光層におけるエネルギー障壁を緩和する手法もある。すなわち、正孔移動度の高い正孔輸送材料と、電子移動度の高い電子輸送材料とを混合してバイポーラー性とした層（以下、「バイポーラー性混合層」と記す）を、発光層として設ければよい。この場合、発光層の両端の界面におけるキャリアブロッキング機能は小さくなるが、電子輸送層−バイポーラ性混合層間のキャリア移動度差、および正孔輸送層−バイポーラ性混合層間のキャリア移動度差によって、キャリアはバイポーラ性混合層で再結合しやすくなる。
【００３９】
また、上で述べたバイポーラー性混合層に、濃度勾配を形成することが好ましい。すなわち、図４に示すように、陽極に近い側は正孔輸送材料の割合が多く、陰極に近づくにしたがって電子輸送材料の割合が多くなっていくものである。このような濃度勾配を形成することによって、正孔および電子の輸送から再結合に到るまでが、大きなエネルギー障壁を形成することなく潤滑に行われ、駆動電圧の低下および長寿命化に貢献する。
【００４０】
なお、バイポーラー性混合層は、励起エネルギーの低い材料の方が発光すると考えられる。本明細書中における励起エネルギーとは、HOMOとLUMOとのエネルギー差のことを指す。HOMOに関しては、光電子分光法により測定可能であり、イオン化ポテンシャルと同義と考えてよい。また、励起エネルギーを便宜的に吸収スペクトル末端と定義することで、その励起エネルギーとHOMO準位の値からLUMOを算出できる。
【００４１】
さらに、上で述べたバイポーラー性混合層に、発光材料をドープして発光させる手法もある。この場合ドーパントである発光材料は、バイポーラー性混合層に含まれる正孔輸送材料および電子輸送材料よりも、低い励起エネルギーを有する必要がある。特に、キャリアトラップ型のドーパント（例；ルブレン）を用いると、キャリアの再結合効率がさらに高まるため好ましい。
【００４２】
また、文献２では正孔ブロッキング層が示されたが、このような層は一般にブロッキング材料で構成される。ブロッキング材料とは、発光層の材料よりも大きな励起エネルギーを有するものが一般的であり（すなわち、分子励起子の拡散を防ぐことができ）、さらにキャリアもブロックできる材料のことである。主に正孔をブロックする場合が多い。
【００４３】
本発明者は、ブロッキング材料と、発光層の材料（あるいは発光層のホスト材料）とを混合した層（以下、「ブロッキング性混合層」と記す）を形成する手法についても考案した。この場合、ブロッキング性混合層は発光層としても機能することもでき、層内部で効率よくキャリアおよび分子励起子をブロックできる発光層という見方もできる。
【００４４】
ブロッキング性混合層に関しては、特に濃度勾配を形成することが好ましい。なぜならば、発光層から離れるに従い徐々にブロッキング材料の濃度を高くすることにより、ブロッキングしない方のキャリア（正孔ブロッキング材料であれば電子）の移動を潤滑にできるからである。
【００４５】
ところで近年、三重項励起状態から基底状態に戻る際に放出されるエネルギー（以下、「三重項励起エネルギー」と記す）を発光に変換できる有機発光素子が相次いで発表され、その発光効率の高さが注目されている（文献７：D. F. O'Brien, M. A. Baldo, M. E. Thompson and S. R. Forrest, "Improved energy transfer in electrophosphorescent devices", Applied Physics Letters, vol. 74, No. 3, 442-444 (1999)）（文献８：Tetsuo TSUTSUI, Moon-Jae YANG, Masayuki YAHIRO, Kenji NAKAMURA, Teruichi WATANABE, Taishi TSUJI, Yoshinori FUKUDA, Takeo WAKIMOTO and Satoshi MIYAGUCHI, "High Quantum Efficiency in Organic Light-Emitting Devices with Iridium-Complex as a Triplet Emissive Center", Japanese Journal of Applied Physics, Vol. 38, L1502-L1504 (1999)）。
【００４６】
文献７では白金を中心金属とする金属錯体を、文献８ではイリジウムを中心金属とする金属錯体を用いている。これらの三重項励起エネルギーを発光に変換できる有機発光素子（以下、「三重項発光素子」と記す）は、従来よりも高輝度発光・高発光効率を達成することができる。
【００４７】
しかしながら、文献８の報告例によると、初期輝度を500cd/m2に設定した場合の輝度の半減期は170時間程度であり、素子寿命に問題がある。そこで、本発明を三重項発光素子に適用することにより、三重項励起状態からの発光による高輝度発光・高発光効率に加え、素子の寿命も長いという非常に高機能な発光素子が可能となる。
【００４８】
したがって、以上に述べたように、キャリア輸送層や発光層を混合層とすることによって界面の数を減少させ（あるいはエネルギー障壁を緩和させ）、キャリアの移動を潤滑にするという本発明の概念を、三重項発光素子に適用したものも本発明に含めるものとする。
【００４９】
ところで、有機界面の形成によりキャリアの移動が妨げられるモデルとして、本発明者は以下に述べるような二つの機構を考えている。
【００５０】
まず一つの機構として、有機界面のモルフォロジーから生じるものが考えられる。有機発光素子における有機化合物層は通常、アモルファス状態の膜であり、これは有機化合物の分子同士が、双極子相互作用を主とした分子間力で凝集することにより形成されている。ところが、このような分子の凝集体を用いてヘテロ構造（積層構造）を形成すると、分子のサイズや形状の違いがヘテロ構造の界面（すなわち有機界面）に大きな影響を及ぼす可能性がある。
【００５１】
特に、分子のサイズが大きく異なる材料を用いてヘテロ構造を形成した場合、その有機界面における接合の整合性が悪くなると考えられる。その概念図を図２１に示す。図２１では、小さい分子2101からなる第一の層2111と、大きい分子2102からなる第二の層2112を積層している。この場合、形成される有機界面2113において、整合性の悪い領域2114が発生してしまう。
【００５２】
図２１で示した整合性の悪い領域2114は、キャリアの移動を妨げるバリア（あるいはエネルギー障壁）となる可能性があるため、駆動電圧のさらなる低減へ向けての障害になることが示唆される。また、エネルギー障壁を越えられないキャリアはチャージとして蓄積してしまい、先に述べたような輝度の低下を誘起してしまう可能性がある。
【００５３】
もう一つの機構として、積層構造を形成する（すなわち有機界面を形成する）工程から生じるものが考えられる。積層構造の有機発光素子は、キャリアのブロッキングおよび機能分離の観点から、各層を形成する際のコンタミネーションを避けるため、通常、図２２に示すようなマルチチャンバー方式（インライン方式）の蒸着装置を用いて作製する。
【００５４】
図２２に示した例は、正孔輸送層・発光層・電子輸送層の三層構造（ダブルへテロ構造）を形成するための蒸着装置の概念図である。まず、搬入室に陽極（インジウム錫酸化物（以下、「ITO」と記す）など）を有する基板を搬入し、まず紫外線照射室において真空雰囲気中で紫外線を照射することにより、陽極表面をクリーニングする。特に陽極がITOのような酸化物である場合、前処理室にて酸化処理を行う。さらに、積層構造の各層を形成するため、蒸着室2201で正孔輸送層を、蒸着室2202〜2204で発光層（図２２では、赤、緑、青の三色）を、蒸着室2205で電子輸送層を成膜し、蒸着室2206で陰極を蒸着する。最後に、封止室にて封止を行い、搬出室から取り出して有機発光素子を得る。
【００５５】
このようなインライン方式の蒸着装置の特色としては、各層の蒸着を、それぞれ異なる蒸着室2201〜2205において蒸着していることである。つまり、各層の材料がほとんど互いに混入しないような装置構成となっている。
【００５６】
ところが、蒸着装置の内部は通常１０-4〜１０-5パスカル程度に減圧されているものの、極微量の気体成分（酸素や水など）は存在している。そして、この程度の真空度の場合、それら極微量の気体成分でも、数秒もあれば容易に単分子レイヤー程度の吸着層を形成してしまうと言われている。
【００５７】
したがって、図２２のような装置を用いて積層構造の有機発光素子を作製する場合、各層を形成する間に大きなインターバルが生じてしまうことが問題なのである。つまり、各層を形成する間のインターバル、特に第二搬送室を経由して搬送する際などに、極微量の気体成分による吸着層（以下、「不純物層」と記す）を形成してしまう懸念がある。
【００５８】
その概念図を図２３に示す。図２３は、第一の有機化合物2301からなる第一の層2311と、第二の有機化合物2302からなる第二の層2312とを積層する際に、その層間に微量の不純物2303（水や酸素など）からなる不純物層2313が形成されている様子である。
【００５９】
このようにして各層間（すなわち有機界面）に形成されてしまう不純物層は、有機発光素子の完成後、キャリアをトラップする不純物領域となってキャリアの移動を妨げるため、やはり駆動電圧を上昇させてしまう。さらに、キャリアをトラップする不純物領域が存在すると、そこにはチャージが蓄積することになるため、先に述べたような輝度の低下を誘起してしまう可能性がある。
【００６０】
このような機構から考えると、以上で述べたような有機界面で生じる問題点（有機界面のモルフォロジー悪化および不純物層の形成）を克服するためには、素子構造・作製工程共に、従来の積層構造素子から脱する必要がある。例えば、有機界面を完全に排除した有機発光素子の例として、正孔輸送材料と電子輸送材料とを混合しただけの単層（以下、「混合単層」と記す）のみを、両電極間に設けた有機発光素子の報告がある（文献９：Shigeki NAKA, Kazuhisa SHINNO, Hiroyuki OKADA, Hiroshi ONNAGAWA and Kazuo MIYASHITA, "Organic Electroluminescent Devices Using a Mixed Single Layer", Japanese Journal of Applied Physics, Vol. 33, No. 12B, L1772-L1774(1994)）。
【００６１】
文献９では、正孔輸送性である４，４'−ビス［Ｎ−（３−メチルフェニル）−N−フェニル−アミノ］−ビフェニル（以下、「TPD」と記す）と、電子輸送性であるAlq3とを、１：４の割合で混合することによって単層構造を形成している。しかしながら、積層構造（すなわち、TPDおよびAlq3からなる有機界面を形成するヘテロ構造）との比較をすると、発光効率の点では積層構造に比べて劣っていることが示されている。
【００６２】
その原因として、混合単層の場合、陽極から注入された正孔および陰極から注入された電子が、再結合することなくそのまま対極へ抜けてしまうことが多くなるためと考えられる。積層構造はキャリアのブロッキング機能があるので、そのような問題は生じていないのである。
【００６３】
このことは、文献９の混合単層においては、機能発現が行われていないことが原因と言い換えることができる。すなわち、有機化合物層内において、陽極に近い領域は正孔輸送という機能を示し、陰極に近い領域は電子輸送という機能を示し、両電極から離れた部分に発光領域（すなわちキャリアが再結合する領域）を設けるという、各機能を発現できる領域を設けなければ、たとえ有機界面をなくしたとしても効率のよい発光には至らないのである。また、有機化合物層内が全て発光層として機能するので、実際はキャリアの再結合が電極の近くで行われる可能性があり、電極材料にエネルギー移動して消光することがある。
【００６４】
このように混合単層では十分な性能を発揮できないことを考慮し、本発明者は特に、図４におけるバイポーラー性混合層を発光領域として形成する際に、有機界面を排除し、なおかつ文献７とは異なり機能発現が可能な有機発光素子を実現する手法を考案した。その概念図を図２４に示す。
【００６５】
図２４では、正孔輸送材料および電子輸送材料の２種類からなる有機化合物層2403において、正孔輸送材料からなる正孔輸送領域2405、電子輸送材料からなる電子輸送領域2406、および正孔輸送材料と電子輸送材料とが混合された混合領域2407を設けてある。ここでは基板2401上に陽極2402を設けてあるが、陰極2404の方を基板上に設ける逆の構造をとってもよい。なお、このような素子の場合、正孔輸送層などの明確な層構造は形成していないので、各機能を示す「領域」という表現を用いている。
【００６６】
このような素子を形成した場合、陽極側では正孔輸送材料が正孔を受け取り輸送し、一方陰極側では電子輸送材料が電子を受け取り輸送することができる。さらに、混合領域2407はバイポーラー性であるため、正孔および電子は双方とも混合領域2407を移動することができ、この混合領域2407においてキャリアは再結合し発光に至る。すなわち、文献９の混合単層とは異なり、各機能を発現できる領域が有機化合物層2403内に存在していることになる。
【００６７】
さらに、図２４のような素子の場合、機能発現を可能にしながら、なおかつ従来の積層構造のような有機界面は存在しない。したがって、上述の有機界面で生じる問題点（有機界面のモルフォロジー悪化および不純物層の形成）を解決することができる。なお、発光に至る混合領域が両電極から離れることにより、電極にエネルギー移動することによる消光を防ぐこともできる。
【００６８】
まず、有機界面のモルフォロジー悪化の解決について、図２５を用いて説明する。図２５は、小さい分子2501からなる領域2511と、大きい分子2502からなる領域2512と、小さい分子2501および大きい分子2502の両方を含む混合領域2513と、からなる、図２４に代表される有機発光素子である。図２５から明らかなように、図２１で存在していたような有機界面2113は存在せず、整合性の悪い領域2114も存在しない。
【００６９】
また、不純物層の形成の解決であるが、これは単純明快である。図２４のような有機発光素子を作製する場合、陽極上に正孔輸送材料を蒸着し、途中からそれに加えて電子輸送材料を共蒸着の形で蒸着することで混合領域を形成し、混合領域を形成後は正孔輸送材料の蒸着を止めることで電子輸送材料を蒸着すればよい。したがって、図２２のような蒸着装置を用いて有機発光素子を作製する際に生じる、インターバルが存在しない。つまり、不純物層を形成する隙を与えることがないのである。
【００７０】
このように、本発明の有機発光素子は、有機界面を形成することがないためキャリアの移動が潤滑であり、駆動電圧および素子の寿命に悪影響を及ぼすことがなくなる。さらに、積層構造と同様に機能分離されているため、発光効率の点でも問題はない。
【００７１】
また、従来の積層構造が異種物質間の単なる接合（hetero-junction）であるのに対し、本発明の構造はいわば混合接合（mixed-junction）であり、新しい概念に基づく有機発光素子であると言える。
【００７２】
したがって本発明では、陽極と、陰極と、前記陽極および前記陰極の間に設けられた有機化合物層と、からなる有機発光素子を含む発光装置において、前記有機化合物層は、電子移動度よりも正孔移動度の高い正孔輸送材料からなる正孔輸送領域と、正孔移動度よりも電子移動度の高い電子輸送材料からなる電子輸送領域と、を含み、かつ、前記正孔輸送領域は前記電子輸送領域よりも前記陽極側に位置し、なおかつ、前記正孔輸送領域と前記電子輸送領域との間に、前記正孔輸送材料および前記電子輸送材料の両方を含む混合領域が設けられていることを特徴とする。
【００７３】
なお、図２４において、陽極と有機化合物層との間に、正孔の注入性を高める材料（以下、「正孔注入材料」と記す）からなる正孔注入領域を挿入してもよい。また、陰極と有機化合物層との間に、電子の注入性を高める材料（以下、「電子注入材料」と記す）からなる電子注入領域を挿入してもよい。さらに、正孔注入領域と電子注入領域の両方を組み込んでもよい。
【００７４】
この場合、正孔注入材料または電子注入材料は、電極から有機化合物層へのキャリア注入障壁を小さくするための材料であるため、電極から有機化合物層へのキャリアの移動を潤滑にし、チャージの蓄積を排除できる効果がある。ただし、先に述べたような不純物層の形成を避ける観点から、各注入材料と有機化合物層との間は、インターバルをおかずに成膜することが好ましい。
【００７５】
ところで、正孔輸送材料および電子輸送材料の両方を含む混合領域内において、陽極から陰極への方向に対し、正孔輸送材料の濃度は徐々に減少し、かつ、電子輸送材料の濃度は徐々に増加するような濃度勾配を形成することが、キャリアバランス制御の観点から好ましい。また、本発明において、混合領域はキャリアの再結合領域でもあるため、10nm以上の厚みがあることが望ましい。
【００７６】
また、図２６(a)に示すように、有機化合物層2603において、正孔輸送材料からなる正孔輸送領域2605、電子輸送材料からなる電子輸送領域2606、および正孔輸送材料と電子輸送材料とが混合された混合領域2607を設け、さらに混合領域2607に対し、ドーパントとして発光を呈する発光材料2608を添加する構造も本発明に含むこととする。なお、ここでは基板2601上に陽極2602を設けてあるが、陰極2604の方を基板上に設ける逆の構造をとってもよい。また、正孔注入領域や電子注入領域を、電極と有機化合物層との間に設けていてもよい。
【００７７】
発光材料2608を混合領域2607にドープすると、発光材料2608がキャリアをトラップするため再結合率が向上し、高い発光効率が期待できる。発光色を発光材料2608により制御できることも利点の一つと言える。ただしこの場合、発光材料2608における励起エネルギーは、混合領域2607に含まれる化合物の中で最も小さいことが好ましい。
【００７８】
また、発光領域は両電極からなるべく離すことで、電極材料にエネルギー移動することによる消光（以下、「クエンチ」と記す）を防ぐことができる。したがって、発光材料をドープする領域は、混合領域内の全域ではなく、一部（特に中央部）であってもよい。
【００７９】
さらに、図２６(b)に示すように、有機化合物層2603において、正孔輸送材料からなる正孔輸送領域2605、電子輸送材料からなる電子輸送領域2606、および正孔輸送材料と電子輸送材料とが混合された混合領域2607を設け、さらに混合領域2607に対し、ブロッキング材料2609を添加する構造も本発明に含むこととする。なお、ここでは基板2601上に陽極2602を設けてあるが、陰極2604の方を基板上に設ける逆の構造をとってもよい。また、正孔注入領域や電子注入領域を、電極と有機化合物層との間に設けていてもよい。
【００８０】
ブロッキング材料2609を混合領域2607にドープすると、混合領域2607におけるキャリアの再結合率が向上し、分子励起子の拡散も防げるため、高い発光効率が期待できる。ただしこの場合、ブロッキング材料における励起エネルギーレベルは、混合領域2607に含まれる材料の中で最も大きいことが好ましい。
【００８１】
また、ブロッキング材料は、正孔ないしは電子の片方をブロックする機能を有する場合が多いため、混合領域内全域にドープしてしまうと、混合領域内のキャリアバランスを崩すこともある。したがって、ブロッキング材料をドープする領域は、混合領域内の全域ではなく、一部（特に端部）であってもよい。
【００８２】
なお、図２６(b)においては、さらに好ましい例として、発光材料2608も添加している。すなわち、図２６(a)と併合した形態である。ブロッキング材料2609が正孔ブロッキング性を有する場合は、図２６(b)のように、発光材料2608を添加している領域よりも陰極側に正孔ブロッキング材料を添加すれば、発光材料が効率よく発光することになる。
【００８３】
また、本発明を三重項発光素子に適用することにより、三重項励起状態からの発光による高輝度発光・高発光効率に加え、文献８に比べて素子の寿命も長いという非常に高機能な発光素子が可能となる。
【００８４】
なお、三重項の分子励起子は、拡散長が一重項の分子励起子に比べて大きいため、ブロッキング材料が混合領域に含まれていることが好ましい。すなわち、図２６(b)を用いて説明すると、発光材料2608として三重項励起エネルギーを発光に変換できる材料（以下、「三重項発光材料」と記す）を用い、ブロッキング材料2609も同時に添加することが望ましい。
【００８５】
以下ではさらに、図２６で示したような発光材料を添加する形態において、より作製に適したな例を述べる。その素子構造を図２７に示す。
【００８６】
図２７の素子では、正孔輸送材料および電子輸送材料を含む有機化合物層2703において、正孔輸送材料からなる正孔輸送領域2705、電子輸送材料からなる電子輸送領域2706、および正孔輸送材料と電子輸送材料とが一定の割合にて混合された混合領域2707を設けており、さらに混合領域2707には、発光を呈する発光材料2708を添加することにより発光領域を形成してある。ここでは基板2701上に陽極2702を設けてあるが、陰極2704の方を基板上に設ける逆の構造をとってもよい。
【００８７】
なお、混合領域における正孔輸送材料と電子輸送材料との濃度比をｘ：ｙとした場合の濃度プロファイルは、図２８のようになる。
【００８８】
このような素子を形成した場合、陽極側では正孔輸送材料が正孔を受け取り輸送し、一方陰極側では電子輸送材料が電子を受け取り輸送することができる。さらに、混合領域2707はバイポーラー性であるため、正孔および電子は双方とも混合領域2707を移動することができる。また、混合領域2707は一定の割合x：yとしているため、作製が容易である。
【００８９】
ここで重要なことは、混合領域2707において、発光材料を含む発光領域が形成されていることである。つまり、発光材料を混合領域2707に添加することで、混合領域内をキャリアが再結合せずに素通りしてしまうことを防ぐと同時に、発光領域を電極から遠ざけ、電極による消光（以下、「クエンチ」と記す）をも防止しているのである。
【００９０】
したがって本発明では、陽極と、陰極と、前記陽極および前記陰極の間に設けられた有機化合物層と、からなる有機発光素子を含む発光装置において、前記有機化合物層は、正孔輸送材料からなる正孔輸送領域と、電子輸送材料からなる電子輸送領域と、を含み、かつ、前記正孔輸送領域と前記電子輸送領域との間に、前記正孔輸送材料および前記電子輸送材料を一定の割合にて含む混合領域が形成されており、なおかつ、前記混合領域内に、発光を呈する発光材料が添加された発光領域を設けたことを特徴とする。
【００９１】
なお、発光材料は、正孔輸送材料および電子輸送材料に比べて、励起エネルギーが小さいことが好ましい。これは、分子励起子のエネルギー移動を防ぐためである。
【００９２】
また、図２７において、陽極と有機化合物層との間に、正孔の注入性を高める材料（以下、「正孔注入材料」と記す）からなる正孔注入領域を挿入してもよい。また、陰極と有機化合物層との間に、電子の注入性を高める材料（以下、「電子注入材料」と記す）からなる電子注入領域を挿入してもよい。さらに、正孔注入領域と電子注入領域の両方を組み込んでもよい。
【００９３】
この場合、正孔注入材料または電子注入材料は、電極から有機化合物層へのキャリア注入障壁を小さくするための材料であるため、電極から有機化合物層へのキャリアの移動を潤滑にし、チャージの蓄積を排除できる効果がある。ただし、先に述べたような不純物層の形成を避ける観点から、各注入材料と有機化合物層との間は、インターバルをおかずに成膜することが好ましい。
【００９４】
また、混合領域においては、その混合比によってキャリアの再結合部はほぼ決まってくる（バイポーラー性になればなるほど、ほぼ中央になる）。したがって、発光材料を混合領域内の全域に添加してもよい（図２９(a)）が、一部に添加してもよい（図２９(b)）。なお、図２９では、図２７の符号を引用している。
【００９５】
さらに、図３０(a)に示すように、有機化合物層2703において、正孔輸送材料からなる正孔輸送領域2705、電子輸送材料からなる電子輸送領域2706、および正孔輸送材料と電子輸送材料とが混合され、発光材料も添加された混合領域2707を設け、さらに混合領域2707に対し、ブロッキング材料2709を添加する構造も本発明に含むこととする。なお、ここでは基板2701上に陽極2702を設けてあるが、陰極2704の方を基板上に設ける逆の構造をとってもよい。また、正孔注入領域や電子注入領域を、電極と有機化合物層との間に設けていてもよい。
【００９６】
なお、この場合のブロッキング材料とは、励起エネルギーレベルが混合領域2707に含まれる材料の中で最も大きく、キャリアをブロックする機能ないしは分子励起子の拡散を防ぐ機能を有する材料が好ましい。ブロッキング材料2709を混合領域2707に添加すると、混合領域2707におけるキャリアの再結合率が向上し、分子励起子の拡散も防げるため、高い発光効率が期待できる。ただし、ブロッキング材料は、正孔ないしは電子の片方をブロックする機能を有する場合が多いため、混合領域内全域に添加してしまうと、混合領域内のキャリアバランスを崩すこともある。したがって、ブロッキング材料を添加する領域は、混合領域内の全域ではなく、一部とする。
【００９７】
また、ブロッキング材料は通常、HOMO準位が低い、すなわち正孔をブロッキングできる材料が有効である。したがって図３０(b)に示すように、発光材料2708を添加している領域よりも陰極側にブロッキング材料を添加する手法が有用である。
【００９８】
さらに、このような素子構造に添加する発光材料としてを三重項発光材料を適用することにより、三重項励起状態からの発光による高輝度発光・高発光効率に加え、素子の寿命も長いという非常に高機能な発光素子が可能となる。なお、三重項の分子励起子は、拡散長が一重項の分子励起子に比べて大きいため、ブロッキング材料が混合領域に含まれていることが好ましい。
【００９９】
ところで、以上で述べたような正孔輸送材料および電子輸送材料からなる混合領域は、バイポーラー性である必要があるため、混合領域において、正孔輸送材料と電子輸送材料との合計質量に対する正孔輸送材料の質量の百分率は、１０パーセント以上９０パーセント以下であることが好ましい。ただし、この比率は材料の組み合わせによって大きく変動すると考えられる。
【０１００】
また、正孔輸送材料および電子輸送材料からなる混合領域は発光領域、すなわちキャリアの再結合領域を含んでいるため、キャリアが素通りしないようある程度の厚みが必要となる。したがって前記混合領域は、10nm以上の厚みがあることが望ましい。また、バイポーラーになる領域の抵抗が高いことを考えると、100nm以下が望ましい。
【０１０１】
以上のような発明を実施することにより、従来よりも駆動電圧が低く、なおかつ寿命の長い発光装置を提供することができる。さらに、前記発光装置を用いて電気器具を作製することにより、従来よりも低消費電力で、なおかつ長保ちする電気器具を提供することができる。
【０１０２】
【発明の実施の形態】
以下では、本発明を実施する際の形態について述べる。なお、有機発光素子は、発光を取り出すために少なくとも陽極または陰極の一方が透明であればよいが、本実施の形態では、基板上に透明な陽極を形成し、陽極から光を取り出す素子構造で記述する。実際は、陰極から光を取り出す構造や、基板とは逆側から光を取り出す構造も適用可能である。
【０１０３】
まず、正孔輸送性混合層を形成した有機発光素子の実施の形態を、図５を用いて説明する。図５では、陽極502を有する基板501上に、正孔輸送性混合層503、発光層504、電子輸送層505、陰極506を積層した構造を示した。なお、発光層504を挿入せず、正孔輸送性混合層503ないしは電子輸送層505に発光を担わせることも可能である。正孔輸送性混合層503は、正孔注入材料および正孔輸送材料の両方が混合されて形成されている。
【０１０４】
なお、正孔輸送性混合層503は、図２に示したように、正孔注入材料と正孔輸送材料からなる濃度勾配が形成されていてもよい。この場合、正孔注入材料として酸化アルミニウムのような絶縁性が高い材料を用いる時は、正孔注入材料の濃度勾配は急峻である（陽極から離れるにつれてすぐに減衰する）ことが好ましい。
【０１０５】
次に、電子輸送性混合層を形成した有機発光素子の実施の形態を、図６を用いて説明する。図６では、陽極602を有する基板601上に、正孔輸送層603、発光層604、電子輸送性混合層605、陰極606を積層した構造を示した。なお、発光層604を挿入せず、電子輸送性混合層605ないしは正孔輸送層603に発光を担わせることも可能である。電子輸送性混合層605は、電子注入材料および電子輸送材料の両方が混合されて形成されている。
【０１０６】
なお、電子輸送性混合層605は、図３に示したように、電子注入材料と電子輸送材料からなる濃度勾配が形成されていてもよい。この場合、電子注入材料としてフッ化リチウムのような絶縁性が高い材料を用いる時は、電子注入材料の濃度勾配は急峻である（すぐに減衰する）ことが好ましい。
【０１０７】
次に、バイポーラー性混合層を形成した有機発光素子の実施の形態を、図７を用いて説明する。図７では、陽極702を有する基板701上に、正孔注入層703、バイポーラー性混合層704、電子注入層705、陰極706を積層した構造を示した。バイポーラー性混合層704は、正孔輸送材料および電子輸送材料の両方が混合されて形成されている。
【０１０８】
なお、バイポーラー性混合層704は、図４に示したように、正孔輸送材料と電子輸送材料とからなる濃度勾配が形成されていてもよい。
【０１０９】
また、図２４に示すように、混合領域2407に含まれる正孔輸送材料として正孔輸送領域2405の構成材料を用い、混合領域2407に含まれる電子輸送材料として電子輸送領域2406の構成材料を用いることによって、混合領域2407と、正孔輸送領域2405および電子輸送領域2406とを、連続的に接合してもよい。この場合、２種類の化合物（正孔輸送材料および電子輸送材料）で、正孔輸送領域、発光領域、電子輸送領域という、従来であれば３層の役割を果たすことができる利点がある。なお、図２４では示していないが、陽極2402と正孔輸送領域2405との間に正孔注入層を、陰極2404と電子輸送領域2406との間に電子注入層を挿入してもよい。
【０１１０】
このような素子構造を実施することによって、不純物層の形成を防ぐことができるが、この場合、有機発光素子を作製する製造工程が重要になる。そこで、このような素子構造の製造方法について適した例を述べる。
【０１１１】
蒸着装置の概念図を、図３１に示す。図３１(a)はその上面図であるが、蒸着室として一つの真空槽3110を設置し、その真空槽内に複数の蒸着源を設けてある、シングルチャンバー方式である。そして、正孔注入材料、正孔輸送材料、電子輸送材料、電子注入材料、ブロッキング材料、発光材料、陰極の構成材料など、各種機能の異なる材料が、それぞれ前記複数の蒸着源に別々に収納されている。
【０１１２】
このような蒸着室を有する蒸着装置においては、まず、搬入室に陽極（ITOなど）を有する基板を搬入し、陽極がITOのような酸化物である場合、前処理室にて酸化処理を行う（なお、図３１(a)では図示していないが、陽極表面をクリーニングするために紫外線照射室を設置することも可能である）。さらに、有機発光素子を形成する全ての材料は、真空槽3110内において蒸着される。ただし陰極は、この真空槽3110内で形成してもよいし、別に蒸着室を設けてそこで陰極を形成してもよい。要は、陰極を形成するまでの間を、一つの真空槽3110内で蒸着すればよい。最後に、封止室にて封止を行い、搬送室を経由して搬出室から取り出して有機発光素子を得る。
【０１１３】
このようなシングルチャンバー方式の蒸着装置を用いて本発明の有機発光素子を作製する手順を、図３１(b)（真空槽3110の断面図）を用いて説明する。図３１(b)では、図面簡略化のため、二つの蒸着源（有機化合物蒸着源a3118および有機化合物蒸着源b3119）を有する真空槽3110を用い、正孔輸送材料3116および電子輸送材料3117からなる有機化合物層を形成する過程を示す。
【０１１４】
まず、真空槽3110内に、陽極3102を有する基板3101を搬入し、固定台3111にて固定する（蒸着時には通常、基板は回転させる）。次に、真空槽3110内を減圧（１０-4パスカル以下が好ましい）した後、容器a3112を加熱し、正孔輸送材料3116を蒸発させ、所定の蒸着レート（単位：[Å/s]）に達してからシャッターa3114を開け、蒸着を開始する。この時、シャッターb3115を閉じたまま、容器b3113も加熱しておく。
【０１１５】
その後、シャッターa3114を開いたまま、シャッターb3115を開けることによって、電子輸送材料3117を共蒸着し（図３１(b)で示した状態）、正孔輸送領域3103の後に混合領域3104を形成する。この操作により、正孔輸送領域3103と混合領域3104との間には、不純物層が混入しない。
【０１１６】
さらに電子輸送領域を形成するため、シャッターb3115を開けたままシャッターa3114を閉じ、容器a3112の加熱を終了する。この操作により、混合領域3104と電子輸送領域との間には、不純物層が形成されない。
【０１１７】
さらに、図２６(a)に示した混合領域2607に、発光材料をドープして発光させる手法もある。この場合ドーパントである発光材料は、混合領域2607に含まれる正孔輸送材料および電子輸送材料よりも、低い励起エネルギーを有する必要がある。
【０１１８】
このように発光材料をドープする場合も、不純物層の形成を防ぐため、有機発光素子を作製する製造工程が重要になる。以下では、その製造方法について述べる。
【０１１９】
図３２(a)は、蒸着装置の上面図であるが、蒸着室として一つの真空槽3210を設置し、その真空槽内に複数の蒸着源を設けてある、シングルチャンバー方式である。そして、正孔注入材料、正孔輸送材料、電子輸送材料、電子注入材料、ブロッキング材料、発光材料、陰極の構成材料など、各種機能の異なる材料が、それぞれ前記複数の蒸着源に別々に収納されている。
【０１２０】
このような蒸着室を有する蒸着装置においては、まず、搬入室に陽極（ITOなど）を有する基板を搬入し、陽極がITOのような酸化物である場合、前処理室にて酸化処理を行う（なお、図３２(a)では図示していないが、陽極表面をクリーニングするために紫外線照射室を設置することも可能である）。さらに、有機発光素子を形成する全ての材料は、真空槽3210内において蒸着される。ただし陰極は、この真空槽3210内で形成してもよいし、別に蒸着室を設けてそこで陰極を形成してもよい。要は、陰極を形成するまでの間を、一つの真空槽3210内で蒸着すればよい。最後に、封止室にて封止を行い、搬送室を経由して搬出室から取り出して有機発光素子を得る。
【０１２１】
このようなシングルチャンバー方式の蒸着装置を用いて本発明の有機発光素子を作製する手順を、図３２(b)（真空槽3210の断面図）を用いて説明する。図３２(b)では、最も簡単な例として、三つの蒸着源（有機化合物蒸着源a3216、有機化合物蒸着源b3217および有機化合物蒸着源c3218）を有する真空槽3210を用い、正孔輸送材料3221、電子輸送材料3222および発光材料3223を含む有機化合物層を形成する過程を示す。
【０１２２】
まず、真空槽3210内に、陽極3202を有する基板3201を搬入し、固定台3211にて固定する（蒸着時には通常、基板は回転させる）。次に、真空槽3210内を減圧（１０-4パスカル以下が好ましい）した後、容器a3212を加熱し、正孔輸送材料3221を蒸発させ、所定の蒸着レート（単位：[nm/s]）に達してからシャッターa3214を開け、蒸着を開始する。この時、シャッターb3215を閉じたまま、容器b3213も加熱しておく。
【０１２３】
その後、シャッターa3214を開いたまま、シャッターb3215を開けることによって、電子輸送材料3222を共蒸着し、正孔輸送領域3203の後に混合領域3204を形成する。この操作により、正孔輸送領域3203と混合領域3204との間には、不純物層が混入しない。ここで、この混合領域904形成の際、微量の発光材料3223も途中で添加しておく（図３２(b)で示した状態）。
【０１２４】
さらに電子輸送領域を形成するため、シャッターb3215を開けたままシャッターa3214を閉じ、容器a3212の加熱を終了する。この操作により、混合領域3204と電子輸送領域との間には、不純物層が形成されない。
【０１２５】
この方法を応用すれば、課題を解決するための手段で述べた有機発光素子は、全て作製可能である。例えば、混合領域3204にブロッキング材料を添加する場合は、図３２(b)にそのブロッキング材料を蒸着するための蒸着源を設置し、混合領域の形成中に蒸発させればよい。
【０１２６】
また、正孔注入領域または電子注入領域を形成する場合でも、各注入材料の蒸着源を同一の真空槽3210内に設置すればよい。例えば図３２(b)において、陽極3202と正孔輸送領域3203との間に正孔注入領域を蒸着にて設ける場合は、陽極3202上に正孔注入材料を蒸着した後、インターバルをおかずにすぐ正孔輸送材料3221を蒸発させることで、不純物層の形成を避けることができる。
【０１２７】
なお、以上で述べた混合領域には濃度勾配を形成することもできるので、ここで濃度勾配の形成手法の例について言及しておく。ここでは、抵抗加熱による真空蒸着で成膜できる場合について述べる。濃度勾配の形成手法に関しては、材料の蒸発温度と蒸着レート（通常、単位はnm／s）との相関がとれている場合、温度制御により蒸着レートを制御することも可能である。しかしながら、特に通常粉末形状で用いる有機材料の熱伝導性は悪く、温度による制御はむらを生じやすい。したがって、濃度勾配を形成する２種類の材料をそれぞれ別の蒸着源に用意し、シャッターを利用した蒸着レート制御（膜厚は水晶振動子によってモニターする）で行うことが好ましい。その形態を図１１に示す。
【０１２８】
図１１では、図２４で示した素子構造を例に、濃度勾配の形成手法を説明する。したがって、図１１中では図２４で用いた符号を引用する。まず、成膜室1110内に、陽極1102を有する基板1101を搬入し、固定台1111にて固定する（蒸着時には通常、基板は回転させる）。
【０１２９】
次に、正孔輸送材料1116を設置した試料室a1112を加熱し、シャッターa1114を開けることにより、正孔輸送材料1116からなる正孔輸送領域2405を成膜する。この時、電子輸送材料1117を設置した試料室b1113も同時に加熱しておくが、シャッターb1115は閉じておく。
【０１３０】
正孔輸送領域2405が所定の膜厚に達したあと、シャッターa1114を徐々に閉じると同時に、シャッターb1115を徐々に開いていく。この時の開閉速度により、混合領域2407の濃度勾配を形成する。その開閉速度は、シャッターa1114が完全に閉じる頃に、混合領域2407が所定の膜厚に達するように、かつ、電子輸送材料1117が所定の蒸着レート（電子輸送領域2406を蒸着する際のレート）に達するように、設定すればよい。その後は、シャッターb1115を開けたまま電子輸送領域2406を形成して、図２４の素子構造において濃度勾配を形成した素子が可能になる。
【０１３１】
なお、この方法は図２４以外の素子構造において、濃度勾配を形成する場合も全て適用可能である。また、バイポーラー性混合層あるいは混合領域に発光材料をドープするような場合は、図１１の蒸着源をさらに一つ増やし、ドープする時間帯のみドーパントの蒸着源のシャッターを開ければよい。
【０１３２】
ただし、濃度勾配を形成する手段は、この手法のみに限らない。
【０１３３】
ところで、上で述べたようないくつかの実施の形態は、複合して用いることも可能である。例えば、正孔輸送性混合層、電子輸送性混合層、バイポーラー性混合層を組み合わせて適用する手法である。その一例を図８に示す。
【０１３４】
図８に示す素子構造は、陽極802を有する基板801上に、正孔注入材料811および正孔輸送材料812からなる正孔輸送性混合層803、正孔輸送材料812および電子輸送材料813からなるバイポーラー性混合層804、電子輸送材料813および電子注入材料814からなる電子輸送性混合層805、そして陰極806を積層したものである。
【０１３５】
なお、本実施の形態においては、バイポーラー性混合層804内部に、発光材料815を少量ドープした発光領域807が設けてある。また、各層においては、グラフ810に示したような濃度勾配を形成した。なお、このような濃度勾配を形成した場合の、予想されるバンドダイアグラムの模式図を図１９に示す。
【０１３６】
本素子構造によって、従来ならば正孔注入層・正孔輸送層・電子輸送層・電子注入層という四層構造（図１９(a)）が、三層構造（図１９(b)）に収まることになる。しかも、図１９(b)に示されるとおり、各混合層内はなだらかなエネルギー障壁しかなく、また、各混合層間は正孔輸送材料812および電子輸送材料813によって連続的に接合されており、キャリアの移動に有利である。
【０１３７】
次に、上記のように各混合層を組み合わせるという素子を、三重項発光素子に適用した場合の実施の形態を説明する。通常、三重項発光素子の基本構造は、文献８に示されるとおり図９のような素子構造である。すなわち、基板901、陽極902、正孔輸送層903、ホスト材料に三重項発光材料をドープして形成される発光層904、ブロッキング層905、電子輸送層906、そして陰極907である。ブロッキング層905はブロッキング材料からなり、正孔をブロックして発光層904におけるキャリアの再結合効率を高めると同時に、発光層904において発生した分子励起子の拡散を防ぐ役割も果たす。また、電子輸送性の材料でもある。
【０１３８】
図９の素子構造に対し、正孔注入層や電子注入層を設けることにより、さらに発光効率を高めることができる。しかしながら、ただでさえ図９に示すような５層構造である上に、さらに層を増やすことによって、界面の数はさらに増加してしまう。そこで、本発明を適用する。
【０１３９】
すなわち、図９において、正孔輸送層903を正孔注入材料と正孔輸送材料とからなる正孔輸送性混合層とする、発光層904を正孔輸送材料と発光層のホスト材料とからなるバイポーラー性混合層とする、電子輸送層906を電子輸送材料と電子注入材料とからなる電子輸送性混合層とする、などの手法である。三重項発光材料は、発光層のホスト材料が存在する部分にドープすればよい。また、図２〜図４に示したように、各混合層に濃度勾配を形成することも有効である。
【０１４０】
なお、図９においては、ブロッキング層905は単独の層として用いているが、本発明を実施する場合、発光層のホスト材料と混合してもよい（すなわち、ブロッキング性混合層を形成してもよい）。ただし、分子励起子の拡散を防ぐ観点から、陰極側においてブロッキング材料が高濃度となるように、濃度勾配を形成することが好ましい。
【０１４１】
以上をふまえ、各混合層を組み合わせるという素子を三重項発光素子に適用した実施の形態の一例を図１０に示す。すなわち、陽極1002を有する基板1001上に、正孔注入材料1011および正孔輸送材料1012からなる正孔輸送性混合層1003、正孔輸送材料1012およびホスト材料1013からなるバイポーラー性混合層1004、ホスト材料1013およびブロッキング材料1014からなるブロッキング性混合層1005、ブロッキング材料1014（この場合、電子輸送材料も兼ねている）および電子注入材料1015からなる電子輸送性混合層1006、そして陰極1007を積層したものである。各層には、グラフ1010に示すような濃度勾配を形成した。
【０１４２】
なお、本実施の形態は三重項発光素子であるため、三重項発光材料1016を少量ドープした発光領域1008が設けてある。発光領域1008は、図１０で示されているようにホスト材料1013の濃度が高い領域に設置することが好ましい。また、グラフ1010に示したような濃度勾配を形成した場合の、予想されるバンドダイアグラムの模式図を図２０(b)に示す。
【０１４３】
本素子構造によって、従来ならば正孔注入層・正孔輸送層・発光層・ブロッキング層（電子輸送層を兼ねる）・電子注入層という五層構造（図２０(a)）が、四層構造（図２０(b)）に収まることになる。しかも、図２０(b)に示されるとおり、各混合層内はなだらかなエネルギー障壁しかなく、また、各混合層間は正孔輸送材料1012、ホスト材料1013、およびブロッキング材料1014（電子輸送材料を兼ねている）によって連続的に接合されており、キャリアの移動に有利である。
【０１４４】
最後に、正孔注入材料、正孔輸送材料、電子輸送材料、電子注入材料、ブロッキング材料、発光材料、陰極の構成材料などに好適な材料を以下に列挙する。ただし、本発明の有機発光素子に用いる材料は、これらに限定されない。
【０１４５】
正孔注入材料としては、有機化合物であればポルフィリン系の化合物が有効であり、フタロシアニン（略称；H2Pc）、銅フタロシアニン（略称；CuPc）などがある。導電性高分子化合物に化学ドーピングを施した材料もあり、ポリスチレンスルホン酸（略称；PSS）をドープしたポリエチレンジオキシチオフェン（略称；PEDOT）や、ポリアニリン（略称；PAni）、ポリビニルカルバゾール（略称；PVK）などが挙げられる。また、絶縁体の高分子化合物も陽極の平坦化の点で有効であり、ポリイミド（略称；PI）がよく用いられる。さらに、無機化合物も用いられ、金や白金などの金属薄膜の他、酸化アルミニウム（アルミナ）の超薄膜などがある。
【０１４６】
正孔輸送材料として最も広く用いられているのは、芳香族アミン系（すなわち、ベンゼン環−窒素の結合を有するもの）の化合物である。広く用いられている材料として、先に述べたTPDの他、その誘導体である４，４'−ビス［Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニル−アミノ］−ビフェニル（略称；α−NPD）や、４，４'，４''−トリス（Ｎ，Ｎ−ジフェニル−アミノ）−トリフェニルアミン（略称；TDATA）、４，４'，４''−トリス［Ｎ−（３−メチルフェニル）−Ｎ−フェニル−アミノ］−トリフェニルアミン（略称；MTDATA）などのスターバースト型芳香族アミン化合物が挙げられる。
【０１４７】
電子輸送材料としては、金属錯体がよく用いられ、先に述べたAlq3の他、トリス（４−メチル−８−キノリノラト）アルミニウム（略称；Al(mq3)）、ビス（１０−ヒドロキシベンゾ［h］−キノリナト）ベリリウム（略称；Be(Bq)2）などのキノリン骨格またはベンゾキノリン骨格を有する金属錯体や、混合配位子錯体であるビス（２−メチル−８−キノリノラト）−（４−フェニルフェノラト）−アルミニウム（略称；BAlq）などがある。また、ビス［２−（２−ヒドロキシフェニル）−ベンゾオキサゾラト］亜鉛（略称；Zn(BOX)2）、ビス［２−（２−ヒドロキシフェニル）−ベンゾチアゾラト］亜鉛（略称；Zn(BTZ)2）などのオキサゾール系、チアゾール系配位子を有する金属錯体もある。さらに、金属錯体以外にも、２−（４−ビフェニリル）−５−（４−tert−ブチルフェニル）−１，３，４−オキサジアゾール（略称；PBD）、１，３−ビス［５−（p−tert−ブチルフェニル）−１，３，４−オキサジアゾール−２−イル］ベンゼン（略称；OXD−7）などのオキサジアゾール誘導体、５−（４−ビフェニリル）−３−（４−tert−ブチルフェニル）−４−フェニル−１，２，４−トリアゾール（略称；TAZ）、５−（４−ビフェニリル）−３−（４−tert−ブチルフェニル）−４−（４−エチルフェニル）−１，２，４−トリアゾール（略称；p-EtTAZ）などのトリアゾール誘導体、バソフェナントロリン（略称；BPhen）・バソキュプロイン（略称；BCP」と記す）などのフェナントロリン誘導体が電子輸送性を有する。
【０１４８】
電子注入材料としては、上で述べた電子輸送材料を用いることができる。その他に、フッ化リチウムなどのアルカリ金属ハロゲン化物や、酸化リチウムなどのアルカリ金属酸化物のような絶縁体の、超薄膜がよく用いられる。また、リチウムアセチルアセトネート（略称；Li(acac)）や８−キノリノラト−リチウム（略称；Liq）などのアルカリ金属錯体も有効である。
【０１４９】
ブロッキング材料としては、上で述べたBAlq、OXD−7、TAZ、p-EtTAZ、BPhen、BCPなどが、励起エネルギーレベルが高いため有効である。
【０１５０】
発光材料（ドーパントとして用いるものも含む）としては、先に述べたAlq3、Al(mq)3、Be(Bq)2、BAlq、Zn(BOX)2、Zn(BTZ)2などの金属錯体の他、各種蛍光色素が有効である。また、三重項発光材料も可能であり、白金ないしはイリジウムを中心金属とする錯体が主体である。三重項発光材料としては、トリス（２−フェニルピリジン）イリジウム（略称；Ir(ppy)3）、２，３，７，８，１２，１３，１７，１８−オクタエチル−２１Ｈ，２３Ｈ−ポルフィリン−白金（略称；PtOEP）などが知られている。
【０１５１】
以上で述べたような各機能を有する材料を、各々組み合わせ、本発明の有機発光素子に適用することにより、従来よりも駆動電圧が低い上に素子の寿命が長い有機発光素子を作製することができる。
【０１５２】
【実施例】
［実施例１］
本実施例では、発明の実施の形態において図５で示したような、正孔輸送性混合層を適用した素子を具体的に例示する。
【０１５３】
まず、ガラス基板501上にインジウム錫酸化物（以下、「ITO」と記す）をスパッタリングによって100nm程度成膜し、陽極502とする。次に、正孔注入材料であるCuPcと正孔輸送材料であるα−NPDを１：１の蒸着レート比で共蒸着することにより、正孔輸送性混合層503を形成する。膜厚は50nmとする。
【０１５４】
さらに発光層504として、Alq3にルブレンを5wt%ドープした層を10nm積層する。最後に、電子輸送層505としてAlq3を40nm、陰極506としてAl:Li合金（Liは質量比で0.5wt%）を150nm程度成膜することにより、ルブレンに由来する黄色発光の有機発光素子を作製できる。
【０１５５】
［実施例２］
本実施例では、発明の実施の形態において図６で示したような、電子輸送性混合層を適用した素子を具体的に例示する。
【０１５６】
まず、ガラス基板601上にITOをスパッタリングによって100nm程度成膜し、陽極602とする。次に、正孔輸送材料であるα−NPDを50nm成膜することにより、正孔輸送層603を形成する。
【０１５７】
さらに、発光層604としてペリレンを10nm積層したあと、電子輸送材料であるBPhenと電子注入材料であるAlq3を１：１の蒸着レート比で共蒸着することにより、電子輸送性混合層605を形成する。膜厚は40nmとする。最後に、陰極606としてAl:Li合金（Liは重量比で0.5wt%）を150nm程度成膜することにより、ペリレンに由来する青色発光の有機発光素子を作製できる。
【０１５８】
［実施例３］
本実施例では、図２４で示した有機発光素子において、陽極2402と有機化合物層2403との間に正孔注入材料からなる正孔注入領域を挿入した有機発光素子を、具体的に例示する。
【０１５９】
まず、ITOをスパッタリングによって100nm程度成膜し、陽極2402を形成したガラス基板2401を用意する。この陽極2402を有するガラス基板2401を、図３１において示したような真空槽内に搬入する。本実施例では、４種類の材料（３種類は有機化合物であり、１種類は陰極となる金属）を蒸着するため、４つの蒸着源が必要となる。
【０１６０】
まず、正孔注入材料であるCuPcを20nm蒸着するが、20nmに達してCuPcの蒸着を終えると同時に、インターバルをおかずに、正孔輸送材料であるα−NPDの蒸着を0.3nm/sの蒸着レートで開始する。インターバルをおかない理由は、先に述べたように、不純物層の形成を防ぐためである。
【０１６１】
α−NPDのみからなる正孔輸送領域2405を30nm形成した後、α−NPDの蒸着レートは0.3nm/sに固定したまま、電子輸送材料であるAlq3の蒸着も0.3nm/sにて開始する。すなわち、α−NPDと Alq3のレート比率が１：１となるような混合領域2407を、共蒸着にて形成することになる。
【０１６２】
混合領域2407が30nmに達した後、α−NPDの方は蒸着を終了し、Alq3のみ引き続き蒸着し続けることで、電子輸送領域2406を形成する。厚さは40nmとする。最後に、陰極としてAl:Li合金を150nm程度蒸着することにより、Alq3に由来する緑色発光の有機発光素子を得る。
【０１６３】
［実施例４］
本実施例では、図２９(a)で示した有機発光素子において、陽極2702と有機化合物層2703との間に正孔注入材料からなる正孔注入領域を挿入した有機発光素子を、具体的に例示する。
【０１６４】
まず、ITOをスパッタリングによって100nm程度成膜し、陽極2702を形成したガラス基板2701を用意する。この陽極2702を有するガラス基板2701を、図３２において示したような真空槽内に搬入する。本実施例では、５種類の材料（４種類は有機化合物であり、１種類は陰極となる金属）を蒸着するため、５つの蒸着源が必要となる。
【０１６５】
まず、正孔注入材料であるCuPcを20nm蒸着するが、20nmに達してCuPcの蒸着を終えると同時に、インターバルをおかずに、正孔輸送材料であるα−NPDの蒸着を0.3nm/sの蒸着レートで開始する。インターバルをおかない理由は、先に述べたように、不純物層の形成を防ぐためである。
【０１６６】
α−NPDのみからなる正孔輸送領域2705を30nm形成した後、α−NPDの蒸着レートは0.3nm/sに固定したまま、電子輸送材料であるAlq3の蒸着も0.3nm/sにて開始する。すなわち、α−NPDと Alq3のレート比率が１：１となるような混合領域2707を、共蒸着にて形成することになる。同時に、蛍光色素である４−（ジシアノメチレン）−２−メチル−６−（p−ジメチルアミノスチリル）−４Ｈ−ピラン（略称；DCM）を、発光材料2708として添加しておく。割合は、重量比率にして、Alq3：DCM＝５０：１となるように蒸着レートを制御する。
【０１６７】
混合領域2707が30nmに達した後、α−NPDおよびDCMは蒸着を終了し、Alq3のみ引き続き蒸着し続けることで、電子輸送領域2706を形成する。厚さは40nmとする。最後に、陰極としてAl:Li合金を150nm程度蒸着することにより、DCMに由来する赤色発光の有機発光素子を得る。
【０１６８】
［実施例５］
本実施例では、図２９(b)で示した有機発光素子を、具体的に例示する。
【０１６９】
まず、ITOをスパッタリングによって100nm程度成膜し、陽極2702を形成したガラス基板2701を用意する。この陽極2702を有するガラス基板2701を、図３２において示したような真空槽内に搬入する。本実施例では、４種類の材料（３種類は有機化合物であり、１種類は陰極となる金属）を蒸着するため、４つの蒸着源が必要となる。
【０１７０】
まず、正孔輸送材料であるα−NPDのみからなる正孔輸送領域2705を40nm形成した後、α−NPDの蒸着レートは0.3nm/sに固定したまま、電子輸送材料であるAlq3の蒸着も0.3nm/sにて開始する。すなわち、α−NPDと Alq3のレート比率が１：１となるような混合領域2707を、共蒸着にて形成することになる。
【０１７１】
混合領域2707は30nm形成するが、この時、混合領域2707における中間の10nm（つまり、混合領域30nmのうち、10nm〜20nmの間）は、蛍光色素である４−（ジシアノメチレン）−２−メチル−６−（p−ジメチルアミノスチリル）−４Ｈ−ピラン（以下、「DCM」と記す）を、発光材料2708として約1wt%程度の割合でドープしておく。
【０１７２】
混合領域が30nmに達した後、α−NPDの方は蒸着を終了し、Alq3のみ引き続き蒸着し続けることで、電子輸送領域2706を形成する。厚さは40nmとする。最後に、陰極としてAl:Li合金を150nm程度蒸着することにより、DCMに由来する赤色発光の有機発光素子を得る。
【０１７３】
［実施例６］
本実施例では、発明の実施の形態において図２６(a)で示したような混合領域を適用した素子に対し、濃度勾配を施したものを具体的に例示する。なお、濃度勾配を形成するため、図１１で示したような装置を用いて素子を作製する。本実施例の場合は、正孔輸送材料、電子輸送材料、および発光材料の３種類の蒸着源を必要とする。
【０１７４】
まず、ガラス基板2601上にITOをスパッタリングによって100nm程度成膜し、陽極2602とする。次に、正孔輸送材料であるα−NPDを40nm成膜することにより、正孔輸送領域2605を形成する。
【０１７５】
さらに、発明の実施の形態において説明したように、正孔輸送材料（α−NPD）の蒸着源のシャッターを徐々に閉じると同時に、電子輸送材料（本実施例ではAlq3を用いる）の蒸着源のシャッターを徐々に開けていくことにより、α−NPD とAlq3とからなる濃度勾配を有する混合領域2607を20nm成膜する。この時、混合領域2607の厚み20nmの中間に位置する10nmの領域に、発光材料2608としてルブレンを約5wt%程度の割合でドープする。
【０１７６】
混合領域が20nmに達したあと、電子輸送材料（Alq3）の蒸着源のシャッターのみを開けた状態で、Alq3で構成される電子輸送領域2606を形成する。最後に、陰極2604としてAl:Li合金（Liは重量比で0.5wt%）を150nm程度成膜することにより、ルブレンに由来する黄色発光の有機発光素子を作製できる。
【０１７７】
［実施例７］
本実施例では、図２６(b)で示した有機発光素子において、陽極2602と有機化合物層2603との間に正孔注入材料からなる正孔注入領域を挿入し、陰極2604と有機化合物層2603との間に電子注入材料からなる電子注入領域を挿入した有機発光素子を、具体的に例示する。
【０１７８】
まず、ITOをスパッタリングによって100nm程度成膜し、陽極2602を形成したガラス基板2601を用意する。この陽極2602を有するガラス基板2601を、図３１において示したような真空槽内に搬入する。本実施例では、７種類の材料（６種類は有機化合物であり、１種類は陰極となる金属）を蒸着するため、７つの蒸着源が必要となる。
【０１７９】
まず、正孔注入材料であるCuPcを20nm蒸着するが、20nmに達してCuPcの蒸着を終えると同時に、インターバルをおかずに、正孔輸送材料であるTPDの蒸着を0.2nm/sの蒸着レートで開始する。インターバルをおかない理由は、先に述べたように、不純物層の形成を防ぐためである。
【０１８０】
TPDのみからなる正孔輸送領域2605を30nm形成した後、TPDの蒸着レートは0.2nm/sに固定したまま、電子輸送材料であるBeBq2の蒸着も0.8nm/sにて開始する。すなわち、TPDとBeBq2のレート比率が１：４となるような混合領域2607を、共蒸着にて形成することになる。
【０１８１】
混合領域2607は30nm形成するが、この時、混合領域2607における中間の10nm（つまり、混合領域30nmのうち、10nm〜20nmの間）は、蛍光色素であるルブレンを、発光材料2608として約5wt%の割合でドープしておく。また、混合領域2607における最後の10nm（つまり、混合領域30nmのうち、20nm〜30nmの間）は、ブロッキング材料2609として、BCPをドープしておく。BCPドープ時の各材料の蒸着レート比は、TPD：BeBq2：BCP＝１：４：３とする。
【０１８２】
混合領域2607が30nmに達した後、TPDおよびBCPの方は蒸着を終了し、BeBq2のみ引き続き蒸着し続けることで、電子輸送領域2606を形成する。厚さは40nmとする。BeBq2の蒸着を終了すると同時に、インターバルをおかずに、電子注入材料であるLi(acac)の蒸着を開始して2nm程度蒸着する。インターバルをおかない理由は、先に述べたように、不純物層の形成を防ぐためである。
【０１８３】
最後に、陰極としてアルミニウムを150nm程度蒸着することにより、ルブレンに由来する黄色発光の有機発光素子を得る。
【０１８４】
［実施例８］
本実施例では、図３０(b)で示した有機発光素子を、具体的に例示する。
【０１８５】
まず、ITOをスパッタリングによって100nm程度成膜し、陽極2702を形成したガラス基板2701を用意する。この陽極2702を有するガラス基板2701を、図３２において示したような真空槽内に搬入する。本実施例では、５種類の材料（４種類は有機化合物であり、１種類は陰極となる金属）を蒸着するため、５つの蒸着源が必要となる。
【０１８６】
まず、正孔輸送材料であるMTDATAのみからなる正孔輸送領域2705を40nm形成した後、MTDATAの蒸着レートは0.3nm/sに固定したまま、電子輸送材料であるPBDの蒸着も0.3nm/sにて開始する。すなわち、MTDATAと PBDの比率が１：１となるような混合領域2707を、共蒸着にて形成することになる。
【０１８７】
混合領域2707は30nm形成するが、この時、混合領域2707における中間の10nm（つまり、混合領域30nmのうち、10nm〜20nmの間）は、蛍光色素であるペリレンを発光材料2708として添加するが、その割合は、MTDATA：PBD：ペリレン＝４：１６：１となるように蒸着レートを制御する。また、混合領域2707における最後の10nm（つまり、混合領域30nmのうち、20nm〜30nmの間）は、ブロッキング材料2709としてBCPを添加するが、そのレート比率は、MTDATA：PBD：BCP＝１：４：５とする。
【０１８８】
混合領域が30nmに達した後、MTDATAおよびBCPの方は蒸着を終了し、PBDのみ引き続き蒸着し続けることで、電子輸送領域2706を形成する。厚さは40nmとする。最後に、陰極としてAl:Li合金を150nm程度蒸着することにより、ペリレンに由来する青色発光の有機発光素子を得る。
【０１８９】
［実施例９］
本実施例では、発明の実施の形態において図８で示したような、正孔輸送性混合層・バイポーラー性混合層・電子輸送性混合層を複合して適用した素子を具体的に例示する。なお、本実施例では濃度勾配（図８中のグラフ810）を形成するため、実施例３と同様、図１１にて示したようなシャッター付きの蒸着源を用いる。
【０１９０】
まず、ガラス基板801上にITOをスパッタリングによって100nm程度成膜し、陽極802とする。次に、正孔注入材料811であるCuPcと正孔輸送材料812であるα−NPDとからなる正孔輸送性混合層803を、40nm成膜する。この時、シャッターの開閉によりグラフ810のような濃度勾配を形成する。
【０１９１】
今度は、α−NPDの蒸着源のシャッターを徐々に閉じると同時に、電子輸送材料813であるAlq3の蒸着源のシャッターを徐々に開けていくことにより、濃度勾配を有するバイポーラー性混合層804を20nm成膜する。この時、バイポーラー性混合層804の厚み20nmの中間に位置する10nmの領域807は、発光材料815である4−（ジシアノメチレン）−2−メチル−6−（p−ジメチルアミノスチリル）−4H−ピラン（以下、「DCM」と記す）を1wt%の割合でドープする。
【０１９２】
バイポーラー性混合層804が20nmに達したあと、Alq3のシャッターのみを開けた状態でAlq3を35nm蒸着する。最後の5nmの領域において、Alq3の蒸着源のシャッターを徐々に閉じると同時に、電子注入材料814であるLi(acac)の蒸着源のシャッターを徐々に開けていくことにより、合計40nmの電子輸送性混合層805を形成する。すなわち、Li(acac)の濃度勾配を急峻に設定することになる（グラフ810では電子注入材料814の傾きが一定であるような図示であるが、本実施例では最後の方だけ急激に立ち上がることになる）。
【０１９３】
最後に、陰極806としてAlを150nm程度成膜することにより、DCMに由来する赤色発光の有機発光素子を作製できる。
【０１９４】
［実施例１０］
本実施例では、図２９(b)で示した有機発光素子において、陽極2702と有機化合物層2703との間に正孔注入材料からなる正孔注入領域を、陰極2704と有機化合物層との間に電子注入材料からなる電子注入領域を、それぞれ挿入し、かつ、発光材料として三重項発光材料を適用した有機発光素子の例を、具体的に例示する。その素子構造を図３３に示す。
【０１９５】
まず、ITOをスパッタリングによって100nm程度成膜し、ITO（陽極）を形成したガラス基板を用意する。このITOを有するガラス基板を、図３２において示したような真空槽内に搬入する。本実施例では、７種類の材料（５種類は有機化合物であり、２種類は陰極となる無機材料）を蒸着するため、７つの蒸着源が必要となる。
【０１９６】
まず、正孔注入材料であるCuPcを20nm蒸着するが、20nmに達してCuPcの蒸着を終えると同時に、インターバルをおかずに、正孔輸送材料であるα−NPDの蒸着を0.3nm/sの蒸着レートで開始する。インターバルをおかない理由は、先に述べたように、不純物層の形成を防ぐためである。
【０１９７】
α−NPDのみからなる正孔輸送領域を30nm形成した後、α−NPDの蒸着レートは0.3nm/sに固定したまま、電子輸送材料であるBAlqの蒸着も0.3nm/sにて開始する。すなわち、α−NPDとBAlqのレート比率が１：１となるような混合領域（α−NPD＋BAlq）を、共蒸着にて形成することになる。
【０１９８】
混合領域は20nm形成するが、この時、混合領域における中間の10nm（つまり、混合領域20nmのうち、5nm〜15nmの間）は、三重項発光材料であるIr(ppy)3を、発光材料として添加しておく。その割合は、重量比率にして、BAlq：Ir(ppy)3＝５０：７とする。
【０１９９】
混合領域が20nmに達した後、α−NPDおよびIr(ppy)3の方は蒸着を終了し、BAlqのみ引き続き蒸着し続けることで、電子輸送領域を形成する。厚さは20nmとする。BAlqの蒸着を終了すると同時に、インターバルをおかずに、電子注入材料であるAlq3の蒸着を開始して30nm程度蒸着する。インターバルをおかない理由は、先に述べたように、不純物層の形成を防ぐためである。
【０２００】
最後に、LiFを1nm程度、アルミニウムを150nm程度蒸着することにより、陰極を形成し、Ir(ppy)3に由来する緑色発光の三重項発光素子を得る。
【０２０１】
［実施例１１］
本実施例では、発明の実施の形態において図９で示したような三重項発光素子に、本発明を適用した素子を具体的に例示する。その素子構造を図１０に示す。なお、本実施例では濃度勾配（図１０中のグラフ1010）を形成するため、図１１にて示したようなシャッター付きの蒸着源を用いる。
【０２０２】
まず、ガラス基板1001上にITOをスパッタリングによって100nm程度成膜し、陽極1002とする。次に、正孔注入材料1011であるCuPcと正孔輸送材料1012であるα−NPDとからなる正孔輸送性混合層1003を、40nm成膜する。この時、シャッターの開閉によりグラフ1010のような濃度勾配を形成する。
【０２０３】
引き続き、α−NPDの蒸着レートを徐々に減少しつつ、三重項発光材料のホスト材料1013である4, 4'−N, N'−ジカルバゾール−ビフェニル（以下、「CBP」と記す）の蒸着レートを上げていくことにより、α−NPDとCBPとからなる濃度勾配を有するバイポーラー性混合層1004を20nm形成する。今度は、CBPの蒸着レートを減少させつつ、ブロッキング材料1014であるBCPの蒸着レートを上げていくことにより、CBPとBCPとからなる濃度勾配を有するブロッキング性混合層1005を形成する。膜厚は10nmとする。
【０２０４】
本実施例は三重項発光素子であるため、バイポーラー性混合層1004およびブロッキング性混合層1005を形成する間に、三重項発光材料1016であるトリス（2−フェニルピリジン）イリジウム（以下、「Ir(ppy)3」と記す）をドープする。そのドープ領域1008は、ホスト材料であるCBPの濃度が高い領域、すなわち、バイポーラー性混合層1004とブロッキング性混合層1005との境界付近が最も適している。本実施例では、前記境界の±5nm、合計10nmをドープ領域1008とし、6wt%ドープする。
【０２０５】
さらに、電子輸送性混合層1006は、電子輸送能力の高いBCPおよびAlq3から構成する。BCPの濃度は陽極から離れるに従い小さくなり、Alq3の濃度は逆に大きくなるように濃度勾配を形成する。すなわちこの場合、BCPはブロッキング材料かつ電子輸送材料、Alq3は電子注入材料1015の役割を果たしている。電子輸送性混合層1006の膜厚は40nmとする。
【０２０６】
最後に、陰極1007としてAl:Li合金（Liは重量比で0.5wt%）を150nm程度成膜することにより、Ir(ppy)3に由来する緑色の三重項発光を呈する有機発光素子を作製できる。
【０２０７】
［実施例１２］
本実施例では、本発明で開示した有機発光素子を含む発光装置について説明する。図１２(a)は本発明の有機発光素子を用いたアクティブマトリクス型発光装置の断面図である。なお、能動素子としてここでは薄膜トランジスタ（以下、「TFT」と記す）を用いているが、MOSトランジスタを用いてもよい。
【０２０８】
また、TFTとしてトップゲート型TFT（具体的にはプレーナ型TFT）を例示するが、ボトムゲート型TFT（典型的には逆スタガ型TFT）を用いることもできる。
【０２０９】
図１２(a)において、1201は基板であり、ここでは可視光を透過する基板を用いる。具体的には、ガラス基板、石英基板、結晶化ガラス基板もしくはプラスチック基板（プラスチックフィルムを含む）を用いればよい。なお、基板1201とは、表面に設けた絶縁膜も含めるものとする。
【０２１０】
基板1201の上には画素部1211および駆動回路1212が設けられている。まず、画素部1211について説明する。
【０２１１】
画素部1211は画像表示を行う領域である。基板上には複数の画素が存在し、各画素には有機発光素子に流れる電流を制御するためのTFT（以下、「電流制御TFT」と記す）1202、画素電極（陽極）1203、有機化合物層1204および陰極1205が設けられている。なお、図１２(a)では電流制御TFTしか図示していないが、電流制御TFTのゲートに加わる電圧を制御するためのTFT（以下、「スイッチングTFT」と記す）を設けている。
【０２１２】
電流制御TFT1202は、ここではpチャネル型TFTを用いることが好ましい。nチャネル型TFTとすることも可能であるが、図１２(a)のように有機発光素子の陽極に電流制御TFTを接続する場合は、pチャネル型TFTの方が消費電力を押さえることができる。ただし、スイッチングTFTはnチャネル型TFTでもpチャネル型TFTでもよい。
【０２１３】
また、電流制御TFT1202のドレインには画素電極1203が電気的に接続されている。本実施例では、画素電極1203の材料として仕事関数が4.5〜5.5eVの導電性材料を用いるため、画素電極1203は有機発光素子の陽極として機能する。画素電極1203として代表的には、酸化インジウム、酸化錫、酸化亜鉛もしくはこれらの化合物（ITOなど）を用いればよい。画素電極1203の上には有機化合物層1204が設けられている。
【０２１４】
さらに、有機化合物層1204の上には陰極1205が設けられている。陰極1205の材料としては、仕事関数が2.5〜3.5eVの導電性材料を用いることが望ましい。陰極1205として代表的には、アルカリ金属元素もしくはアルカリ度類金属元素を含む導電膜、アルミニウムを含む導電膜、あるいはその導電膜にアルミニウムや銀などを積層したもの、を用いればよい。
【０２１５】
また、画素電極1203、有機化合物層1204、および陰極1205からなる層は、保護膜1206で覆われている。保護膜1206は、有機発光素子を酸素および水から保護するために設けられている。保護膜1206の材料としては、窒化珪素、窒化酸化珪素、酸化アルミニウム、酸化タンタル、もしくは炭素（具体的にはダイヤモンドライクカーボン）を用いる。
【０２１６】
次に、駆動回路1212について説明する。駆動回路1212は画素部1211に伝送される信号（ゲート信号およびデータ信号）のタイミングを制御する領域であり、シフトレジスタ、バッファ、ラッチ、アナログスイッチ（トランスファゲート）もしくはレベルシフタが設けられている。図１２(a)では、これらの回路の基本単位としてnチャネル型TFT1207およびpチャネル型TFT1208からなるCMOS回路を示している。
【０２１７】
なお、シフトレジスタ、バッファ、ラッチ、アナログスイッチ（トランスファゲート）もしくはレベルシフタの回路構成は、公知のものでよい。また図１２(a)では、同一の基板上に画素部1211および駆動回路1212を設けているが、駆動回路1212を設けずにICやLSIを電気的に接続することもできる。
【０２１８】
また、図１２(a)では電流制御TFT1202に画素電極（陽極）1203が電気的に接続されているが、陰極が電流制御TFTに接続された構造をとることもできる。その場合、画素電極を陰極1205と同様の材料で形成し、陰極を画素電極（陽極）1203と同様の材料で形成すればよい。その場合、電流制御TFTはnチャネル型TFTとすることが好ましい。
【０２１９】
ところで、図１２(a)に示した発光装置は、画素電極1203を形成した後に配線1209を形成する工程で作製されたものを示してあるが、この場合、画素電極1203が表面荒れを起こす可能性がある。有機発光素子は電流駆動型の素子であるため、画素電極1203の表面荒れにより、特性が悪くなることも考えられる。
【０２２０】
そこで、図１２(b)に示すように、配線1209を形成した後に画素電極1203を形成する発光装置も考えられる。この場合、図１２(a)の構造に比べて、画素電極1203からの電流の注入性が向上すると考えられる。
【０２２１】
また、図１２においては、正テーパー型の土手状構造1210によって、画素部1211に設置されている各画素を分離している。この土手状構造を、例えば逆テーパー型のような構造にすることにより、土手状構造が画素電極に接しない構造をとることもできる。その一例を図３４に示す。
【０２２２】
図３４では、配線を利用して分離部を兼ねた、配線および分離部3410を設けた。図３４で示されるような配線および分離部3410の形状（ひさしのある構造）は、配線を構成する金属と、前記金属よりもエッチレートの低い材料（例えば金属窒化物）とを積層し、エッチングすることにより形成することができる。この形状により、画素電極3403や配線と、陰極3405とが、ショートすることを防ぐことができる。なお、図３４においては、通常のアクティブマトリクス型の発光装置と異なり、画素上の陰極3405をストライプ状（パッシブマトリクスの陰極と同様）にする構造になる。
【０２２３】
ここで、図１２(b)に示したアクティブマトリクス型発光装置の外観を図１３に示す。なお、図１３(a)には上面図を示し、図１３(b)には図１３(a)をP−P'で切断した時の断面図を示す。また、図１２の符号を引用する。
【０２２４】
図１３(a)において、1301は画素部、1302はゲート信号側駆動回路、1303はデータ信号側駆動回路である。また、ゲート信号側駆動回路1302およびデータ信号側駆動回路1303に伝送される信号は、入力配線1304を介してTAB（Tape Automated Bonding）テープ1305から入力される。なお、図示しないが、TABテープ1305の代わりに、TABテープにIC（集積回路）を設けたTCP（Tape Carrier Package）を接続してもよい。
【０２２５】
このとき、1306は図１２(b)に示した有機発光素子の上方に設けられるカバー材であり、樹脂からなるシール材1307により接着されている。カバー材1306は酸素および水を透過しない材質であれば、いかなるものを用いてもよい。本実施例では、カバー材1306は図１３(b)に示すように、プラスチック材1306aと、前記プラスチック材1306aの表面および裏面に設けられた炭素膜（具体的にはダイヤモンドライクカーボン膜）1306b、1306cからなる。
【０２２６】
さらに、図１３(b)に示すように、シール材1307は樹脂からなる封止材1308で覆われ、有機発光素子を完全に密閉空間1309に封入するようになっている。密閉空間1309は不活性ガス（代表的には窒素ガスや希ガス）、樹脂または不活性液体（例えばパーフルオロアルカンに代表される液状のフッ素化炭素）を充填しておけばよい。さらに、吸湿剤や脱酸素剤を設けることも有効である。
【０２２７】
また、本実施例に示した発光装置の表示面（画像を観測する面）に偏光板をもうけてもよい。この偏光板は、外部から入射した光の反射を押さえ、観測者が表示面に映り込むことを防ぐ効果がある。一般的には、円偏光板が用いられている。ただし、有機化合物層から発した光が偏光板により反射されて内部に戻ることを防ぐため、屈折率を調節して内部反射の少ない構造とすることが好ましい。
【０２２８】
なお、本実施例の発光装置に含まれる有機発光素子には、本発明で開示した有機発光素子のいずれを用いてもよい。
【０２２９】
［実施例１３］
本実施例では、本発明で開示した有機発光素子を含む発光装置の例として、アクティブマトリクス型発光装置を例示するが、実施例１２とは異なり、能動素子が形成されている基板とは反対側から光を取り出す構造（以下、「上方出射」と記す）の発光装置を示す。図３５にその断面図を示す。
【０２３０】
なお、能動素子としてここでは薄膜トランジスタ（以下、「TFT」と記す）を用いているが、MOSトランジスタを用いてもよい。また、TFTとしてトップゲート型TFT（具体的にはプレーナ型TFT）を例示するが、ボトムゲート型TFT（典型的には逆スタガ型TFT）を用いることもできる。
【０２３１】
本実施例において、基板3501、画素部に形成された電流制御TFT3502、および駆動回路3512に関しては、実施例１２と同様の構成でよい。
【０２３２】
電流制御TFT3502のドレインに接続されている第一電極3503であるが、本実施例では陽極として用いるため、仕事関数がより大きい導電性材料を用いることが好ましい。その代表例として、ニッケル、パラジウム、タングステン、金、銀などの金属が挙げられる。本実施例では、第一電極3503は光を透過しないことが好ましいが、それに加えて、光の反射性の高い材料を用いることがさらに好ましい。
【０２３３】
第一電極3503の上には有機化合物層3504が設けられている。さらに、有機化合物層3504の上には第二電極3505が設けられており、本実施例では陰極とする。その場合、第二電極3505の材料としては、仕事関数が2.5〜3.5eVの導電性材料を用いることが望ましい。代表的には、アルカリ金属元素もしくはアルカリ度類金属元素を含む導電膜、アルミニウムを含む導電膜、あるいはその導電膜にアルミニウムや銀などを積層したもの、を用いればよい。ただし、本実施例は上方出射であるため、第二電極3505が光透過性であることが大前提である。したがって、これらの金属を用いる場合は、20nm程度の超薄膜であることが好ましい。
【０２３４】
また、第一電極3503、有機化合物層3504、および第二電極3505からなる層は、保護膜3506で覆われている。保護膜3506は、有機発光素子を酸素および水から保護するために設けられている。本実施例では、光を透過するものであればいかなるものを用いてもよい。
【０２３５】
なお、図３５では電流制御TFT3502に第一電極（陽極）3503が電気的に接続されているが、陰極が電流制御TFTに接続された構造をとることもできる。その場合、第一電極を陰極の材料で形成し、第二電極を陽極の材料で形成すればよい。このとき、電流制御TFTはnチャネル型TFTとすることが好ましい。
【０２３６】
さらに、3507はカバー材であり、樹脂からなるシール材3508により接着されている。カバー材3507は酸素および水を透過しない材質で、かつ、光を透過する材質であればいかなるものを用いてもよい。本実施例ではガラスを用いる。密閉空間3509は不活性ガス（代表的には窒素ガスや希ガス）、樹脂または不活性液体（例えばパーフルオロアルカンに代表される液状のフッ素化炭素）を充填しておけばよい。さらに、吸湿剤や脱酸素剤を設けることも有効である。
【０２３７】
なお、ゲート信号側駆動回路およびデータ信号側駆動回路に伝送される信号は、入力配線3513を介してTAB（Tape Automated Bonding）テープ3514から入力される。なお、図示しないが、TABテープ3514の代わりに、TABテープにIC（集積回路）を設けたTCP（Tape Carrier Package）を接続してもよい。
【０２３８】
また、本実施例に示した発光装置の表示面（画像を観測する面）に偏光板をもうけてもよい。この偏光板は、外部から入射した光の反射を押さえ、観測者が表示面に映り込むことを防ぐ効果がある。一般的には、円偏光板が用いられている。ただし、有機化合物層から発した光が偏光板により反射されて内部に戻ることを防ぐため、屈折率を調節して内部反射の少ない構造とすることが好ましい。
【０２３９】
なお、本実施例の発光装置に含まれる有機発光素子には、本発明で開示した有機発光素子のいずれを用いてもよい。
［実施例１４］
【０２４０】
本実施例では、本発明で開示した有機発光素子を含む発光装置の例として、パッシブマトリクス型発光装置を例示する。図１４(a)にはその上面図を示し、図１４(b)には図１４(a)をP−P'で切断した時の断面図を示す。
【０２４１】
図１４(a)において、1401は基板であり、ここではプラスチック材を用いる。プラスチック材としては、ポリイミド、ポリアミド、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、PES（ポリエチレンサルファイル）、PC（ポリカーボネート）、PET（ポリエチレンテレフタレート）もしくはPEN（ポリエチレンナフタレート）を板状、もしくはフィルム上にしたものが使用できる。
【０２４２】
1402は酸化導電膜からなる走査線（陽極）であり、本実施例では酸化亜鉛に酸化ガリウムを添加した酸化物導電膜を用いる。また、1403は金属膜からなるデータ線（陰極）であり、本実施例ではビスマス膜を用いる。また、1404はアクリル樹脂からなるバンクであり、データ線1403を分断するための隔壁として機能する。走査線1402とデータ線1403は両方とも、ストライプ状に複数形成されており、互いに直交するように設けられている。なお、図１４(a)では図示していないが、走査線1402とデータ線1403の間には有機化合物層が挟まれており、交差部1405が画素となる。
【０２４３】
そして、走査線1402およびデータ線1403はTABテープ1407を介して外部の駆動回路に接続される。なお、1408は走査線1402が集合してなる配線群を表しており、1409はデータ線1403に接続された接続配線1406の集合からなる配線群を表す。また、図示していないが、TABテープ1407の代わりに、TABテープにICを設けたTCPを接続してもよい。
【０２４４】
また、図１４(b)において、1410はシール材、1411はシール材1410によりプラスチック材1401に貼り合わされたカバー材である。シール材1410としては光硬化樹脂を用いていればよく、脱ガスが少なく、吸湿性の低い材料が望ましい。カバー材としては基板1401と同一の材料が好ましく、ガラス（石英ガラスを含む）もしくはプラスチックを用いることができる。ここではプラスチック材を用いる。
【０２４５】
次に、画素領域の構造の拡大図を図１４(c)に示す。1413は有機化合物層である。なお、図１４(c)に示すように、バンク1404は下層の幅が上層の幅よりも狭い形状になっており、データ線1403を物理的に分断できる。また、シール材1410で囲まれた画素部1414は、樹脂からなる封止材1415により外気から遮断され、有機化合物層の劣化を防ぐ構造となっている。
【０２４６】
以上のような構成からなる本発明の発光装置は、画素部1414が走査線1402、データ線1403、バンク1404および有機化合物層1413で形成されるため、非常に簡単なプロセスで作製することができる。
【０２４７】
また、本実施例に示した発光装置の表示面（画像を観測する面）に偏光板をもうけてもよい。この偏光板は、外部から入射した光の反射を押さえ、観測者が表示面に映り込むことを防ぐ効果がある。一般的には、円偏光板が用いられている。ただし、有機化合物層から発した光が偏光板により反射されて内部に戻ることを防ぐため、屈折率を調節して内部反射の少ない構造とすることが好ましい。
【０２４８】
なお、本実施例の発光装置に含まれる有機発光素子には、本発明で開示した有機発光素子のいずれを用いてもよい。
【０２４９】
［実施例１５］
本実施例では、実施例１４で示した発光装置にプリント配線板を設けてモジュール化した例を示す。
【０２５０】
図１５(a)に示すモジュールは、基板1501（ここでは、画素部1502、配線1503a、 1503bを含む）にTABテープ1504が取り付けられ、前記TABテープ1504を介してプリント配線板1505が取り付けられている。
【０２５１】
ここで、プリント配線板1505の機能ブロック図を図１５(b)に示す。プリント配線板1505の内部には少なくともI/Oポート（入力もしくは出力部）1506、 1509、データ信号側駆動回路1507およびゲート信号側回路1508として機能するICが設けられている。
【０２５２】
このように、基板面に画素部が形成された基板にTABテープが取り付けられ、そのTABテープを介して駆動回路としての機能を有するプリント配線版が取り付けられた構成のモジュールを、本明細書では特に駆動回路外付け型モジュールと呼ぶことにする。
【０２５３】
なお、本実施例の発光装置に含まれる有機発光素子には、本発明で開示した有機発光素子のいずれを用いてもよい。
【０２５４】
［実施例１６］
本実施例では、実施例１２もしくは実施例１３もしくは実施例１４に示した発光装置にプリント配線板を設けてモジュール化した例を示す。
【０２５５】
図１６(a)に示すモジュールは、基板1601（ここでは、画素部1602、データ信号側駆動回路1603、ゲート信号側駆動回路1604、配線1603a、 1604aを含む）にTABテープ1605が取り付けられ、そのTABテープ1605を介してプリント配線板1606が取り付けられている。プリント配線板1606の機能ブロック図を図１６(b)に示す。
【０２５６】
図１６(b)に示すように、プリント配線板1606の内部には少なくともI/Oポート1607、 1610、コントロール部1608として機能するICが設けられている。なお、ここではメモリ部1609を設けてあるが、必ずしも必要ではない。またコントロール部1608は、駆動回路の制御、映像データの補正などをコントロールするための機能を有した部位である。
【０２５７】
このように、有機発光素子の形成された基板にコントローラーとしての機能を有するプリント配線板が取り付けられた構成のモジュールを、本明細書では特にコントローラー外付け型モジュールと呼ぶことにする。
【０２５８】
なお、本実施例の発光装置に含まれる有機発光素子には、本発明で開示した有機発光素子のいずれを用いてもよい。
【０２５９】
［実施例１７］
本実施例では、実施例１０および１１で示したような三重項発光素子を、デジタル時間階調表示により駆動する発光装置の例を示す。本実施例の発光装置は、三重項励起状態からの発光を利用することによって高い発光効率を達成できると同時に、デジタル時間階調表示により均一な像を得ることができ、非常に有用である。
【０２６０】
有機発光素子を用いた画素の、回路構成を図３６(a)に示す。Trはトランジスタ、Csはストレージキャパシタを表す。図３６(a)中の回路構成では、ソース線はトランジスタTr1のソース側に、ゲート線はトランジスタTr1のゲートに接続されている。また、電源供給線はストレージキャパシタCs、およびトランジスタTr2のソース側に接続されている。トランジスタTr2のドレイン側には本発明の有機発光素子の陽極が接続されているため、有機発光素子を挟んでトランジスタTr2の反対側は、陰極となっている。
【０２６１】
この回路においては、ゲート線が選択されると、電流がソース線からTr1に流れ、その信号に対応する電圧がCsに蓄積される。そして、Tr2のゲートおよびソース間の電圧（Vgs）により制御される電流が、Tr2および有機発光素子に流れることになる。
【０２６２】
Tr1が選択されたあとは、Tr1はオフ状態となり、Csの電圧（Vgs）が保持される。したがって、Vgsに依存するだけの電流を流し続けることができる。
【０２６３】
このような回路を、デジタル時間階調表示により駆動するチャートを図３６(b)に示す。すなわち、１フレームを複数のサブフレームに分割するわけだが、図３６(b)では、１フレームを６つのサブフレーム（SF1〜SF6）に分割する６ビット階調とした。TAは書き込み時間である。この場合、それぞれのサブフレーム発光期間の割合は、図に示したように３２：１６：８：４：２：１となる。
【０２６４】
本実施例におけるTFT基板の駆動回路の概要を図３６(c)に示す。図３６(c)中の基板構成では、本発明の有機発光素子を各画素とした画素部に対し、図３６(a)で示したような電源供給線および陰極が接続されている。また、シフトレジスタは、シフトレジスタ→ラッチ１→ラッチ２→画素部の順で、画素部に接続されている。ラッチ１にはデジタル信号が入力され、ラッチ２に入力されるラッチパルスによって画像データを画素部に送り込むことができる。
【０２６５】
ゲートドライバおよびソースドライバは同じ基板上に設けられている。本実施例では、画素回路およびドライバは、デジタル駆動するように設計されているため、TFT特性のばらつきの影響を受けることなく、均一な像を得ることができる。
【０２６６】
［実施例１８］
本実施例では、本発明で開示した有機発光素子に一定の電流を流すことにより駆動する、アクティブマトリクス型の定電流駆動回路の例を示す。その回路構成を図３７に示す。
【０２６７】
図３７に示す画素３７１０は、信号線Ｓｉ、第１走査線Ｇｊ、第２走査線Ｐｊおよび電源線Ｖｉを有している。また画素３７１０は、Ｔｒ１、Ｔｒ２、Ｔｒ３、Ｔｒ４、混合接合型の有機発光素子３７１１、および保持容量３７１２を有している。
【０２６８】
Ｔｒ３とＴｒ４のゲートは、共に第１走査線Ｇｊに接続されている。Ｔｒ３のソースとドレインは、一方は信号線Ｓｉに、もう一方はＴｒ２のソースに接続されている。またＴｒ４のソースとドレインは、一方はＴｒ２のソースに、もう一方はＴｒ１のゲートに接続されている。つまり、Ｔｒ３のソースとドレインのいずれか一方と、Ｔｒ４のソースとドレインのいずれか一方とは、接続されている。
【０２６９】
Ｔｒ１のソースは電源線Ｖｉに、ドレインはＴｒ２のソースに接続されている。Ｔｒ２のゲートは第２走査線Ｐｊに接続されている。そしてＴｒ２のドレインは有機発光素子３７１１が有する画素電極に接続されている。有機発光素子３７１１は、画素電極と、対向電極と、画素電極と対向電極の間に設けられた有機化合物層とを有している。有機発光素子３７１１の対向電極は発光パネルの外部に設けられた電源によって一定の電圧が与えられている。
【０２７０】
なお、Ｔｒ３とＴｒ４は、ｎチャネル型ＴＦＴとｐチャネル型ＴＦＴのどちらでも良い。ただし、Ｔｒ３とＴｒ４の極性は同じである。また、Ｔｒ１はｎチャネル型ＴＦＴとｐチャネル型ＴＦＴのどちらでも良い。Ｔｒ２は、ｎチャネル型ＴＦＴとｐチャネル型ＴＦＴのどちらでも良い。有機発光素子の画素電極と対向電極は、一方が陽極であり、他方が陰極である。Ｔｒ２がｐチャネル型ＴＦＴの場合、陽極を画素電極として用い、陰極を対向電極として用いるのが望ましい。逆に、Ｔｒ２がｎチャネル型ＴＦＴの場合、陰極を画素電極として用い、陽極を対向電極として用いるのが望ましい。
【０２７１】
保持容量３７１２はＴｒ１のゲートとソースとの間に形成されている。保持容量３７１２はＴｒ１のゲートとソースの間の電圧（Vgs）をより確実に維持するために設けられているが、必ずしも設ける必要はない。
【０２７２】
図３７に示した画素では、信号線Ｓｉに供給される電流を信号線駆動回路が有する電流源において制御されている。
【０２７３】
以上のような回路構成を適用することにより、有機発光素子に一定の電流を流して輝度を一定に保とうとする定電流駆動が可能となる。本発明で開示した混合領域を有する有機発光素子は従来の有機発光素子に比べて寿命が長いが、上記のような定電流駆動を実施することでさらに長寿命化を図ることができるため、有効である。
【０２７４】
[実施例１９]
上記実施例で述べた本発明の発光装置は、低消費電力で寿命が長いという利点を有する。したがって、前記発光装置が表示部等として含まれる電気器具は、従来よりも低い消費電力で動作可能であり、なおかつ長保ちする電気器具となる。特に電源としてバッテリーを使用する携帯機器のような電気器具に関しては、低消費電力化が便利さに直結する（電池切れが起こりにくい）ため、極めて有用である。
【０２７５】
また、前記発光装置は、自発光型であることから液晶表示装置のようなバックライトは必要なく、有機化合物層の厚みも１μmに満たないため、薄型軽量化が可能である。したがって、前記発光装置が表示部等として含まれる電気器具は、従来よりも薄型軽量な電気器具となる。このことも、特に携帯機器のような電気器具に関して、便利さ（持ち運びの際の軽さやコンパクトさ）に直結するため、極めて有用である。さらに、電気器具全般においても、薄型である（かさばらない）ことは運送面（大量輸送が可能）、設置面（部屋などのスペース確保）からみても有用であることは疑いない。
【０２７６】
なお、前記発光装置は自発光型であるために、液晶表示装置に比べて明るい場所での視認性に優れ、しかも視野角が広いという特徴を持つ。したがって、前記発光装置を表示部として有する電気器具は、表示の見やすさの点でも大きなメリットがある。
【０２７７】
すなわち、本発明の発光装置を用いた電気器具は、薄型軽量・高視認性といった従来の有機発光素子の長所に加え、低消費電力・長寿命という特長も保有しており、極めて有用である。
【０２７８】
本実施例では、本発明の発光装置を表示部として含む電気器具を例示する。その具体例を図１７および図１８に示す。なお、本実施例の電気器具に含まれる有機発光素子には、本発明で開示した金属錯体のいずれを用いても良い。また、本実施例の電気器具に含まれる発光装置の形態は、図１２〜図１６および図３４〜図３７のいずれの形態を用いても良い。
【０２７９】
図１７(a)は有機発光素子を用いたディスプレイ装置であり、筐体1701a、支持台1702a、表示部1703aを含む。本発明の発光装置を表示部1703aとして用いたディスプレイを作製することにより、薄く軽量で、長保ちするディスプレイを実現できる。よって、輸送が簡便になり、設置の際の省スペースが可能となる上に、寿命も長い。
【０２８０】
図１７(b)はビデオカメラであり、本体1701b、表示部1702b、音声入力部1703b、操作スイッチ1704b、バッテリー1705b、受像部1706bを含む。本発明の発光装置を表示部1702bとして用いたビデオカメラを作製することにより、消費電力が少なく、軽量なビデオカメラを実現できる。よって、電池の消費量が少なくなり、持ち運びも簡便になる。
【０２８１】
図１７(c)はデジタルカメラであり、本体1701c、表示部1702c、接眼部1703c、操作スイッチ1704cを含む。本発明の発光装置を表示部1702cとして用いたデジタルカメラを作製することにより、消費電力が少なく、軽量なデジタルカメラを実現できる。よって、電池の消費量が少なくなり、持ち運びも簡便になる。
【０２８２】
図１７(d)は記録媒体を備えた画像再生装置であり、本体1701d、記録媒体（CD、LD、またはDVDなど）1702d、操作スイッチ1703d、表示部(A)1704d、表示部(B)1705dを含む。表示部(A)1704dは主として画像情報を表示し、表示部(B)1705dは主として文字情報を表示する。本発明の発光装置をこれら表示部(A)1704dや表示部(B)1705dとして用いた前記画像再生装置を作製することにより、消費電力が少なく軽量な上に、長保ちする前記画像再生装置を実現できる。なお、この記録媒体を備えた画像再生装置には、CD再生装置、ゲーム機器なども含む。
【０２８３】
図１７(e)は携帯型（モバイル）コンピュータであり、本体1701e、表示部1702e、受像部1703e、操作スイッチ1704e、メモリスロット1705eを含む。本発明の発光装置を表示部1702eとして用いた携帯型コンピュータを作製することにより、消費電力が少なく、薄型軽量な携帯型コンピュータを実現できる。よって、電池の消費量が少なくなり、持ち運びも簡便になる。なお、この携帯型コンピュータはフラッシュメモリや不揮発性メモリを集積化した記録媒体に情報を記録したり、それを再生したりすることができる。
【０２８４】
図１７(f)はパーソナルコンピュータであり、本体1701f、筐体1702f、表示部1703f、キーボード1704fを含む。本発明の発光装置を表示部1703fとして用いたパーソナルコンピュータを作製することにより、消費電力が少なく、薄型軽量なパーソナルコンピュータを実現できる。特に、ノートパソコンのように持ち歩く用途が必要な場合、電池の消費量や軽さの点で大きなメリットとなる。
【０２８５】
なお、上記電気器具はインターネットなどの電子通信回線や電波などの無線通信を通じて配信される情報を表示することが多くなってきており、特に動画情報を表示する機会が増えている。有機発光素子の応答速度は非常に速く、そのような動画表示に好適である。
【０２８６】
次に、図１８(a)は携帯電話であり、本体1801a、音声出力部1802a、音声入力部1803a、表示部1804a、操作スイッチ1805a、アンテナ1806aを含む。本発明の発光装置を表示部1804aとして用いた携帯電話を作製することにより、消費電力が少なく、薄型軽量な携帯電話を実現できる。よって、電池の消費量が少なくなり、持ち運びも楽になる上にコンパクトな本体にできる。
【０２８７】
図１８(b)は音響機器（具体的には車載用オーディオ）であり、本体1801b、表示部1802b、操作スイッチ1803b、1804bを含む。本発明の発光装置を表示部1802bとして用いた音響機器を作製することにより、消費電力が少なく、軽量な音響機器を実現できる。また、本実施例では車載用オーディオを例として示すが、家庭用オーディオに用いても良い。
【０２８８】
なお、図１７〜図１８で示したような電気器具において、さらに光センサを内蔵させ、使用環境の明るさを検知する手段を設けることで、使用環境の明るさに応じて発光輝度を変調させるような機能を持たせることは有効である。使用者は、使用環境の明るさに比べてコントラスト比で100〜150の明るさを確保できれば、問題なく画像もしくは文字情報を認識できる。すなわち、使用環境が明るい場合は画像の輝度を上げて見やすくし、使用環境が暗い場合は画像の輝度を抑えて消費電力を抑えるといったことが可能となる。
【０２８９】
また、本発明の発光装置を光源として用いた様々な電気器具も、低消費電力での動作や薄型軽量化が可能であるため、非常に有用と言える。代表的には、液晶表示装置のバックライトもしくはフロントライトといった光源、または照明機器の光源として本発明の発光装置を含む電気器具は、低消費電力の実現や薄型軽量化が可能である。
【０２９０】
したがって、本実施例に示した図１７〜図１８の電気器具の表示部を、全て液晶ディスプレイにする場合においても、その液晶ディスプレイのバックライトもしくはフロントライトとして本発明の発光装置を用いた電気器具を作製することにより、消費電力が少なく、薄くて軽量な電気器具が達成できる。
【０２９１】
【発明の効果】
本発明を実施することで、消費電力が少ない上に、寿命も優れた発光装置を得ることができる。さらに、そのような発光装置を光源もしくは表示部に用いることで、明るく消費電力が少ない上に、長保ちする電気器具を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】正孔注入層の役割を示す図。
【図２】濃度勾配を示す図。
【図３】濃度勾配を示す図。
【図４】濃度勾配を示す図。
【図５】有機発光素子の構造を示す図。
【図６】有機発光素子の構造を示す図。
【図７】有機発光素子の構造を示す図。
【図８】有機発光素子の構造を示す図。
【図９】有機発光素子の構造を示す図。
【図１０】有機発光素子の構造を示す図。
【図１１】蒸着装置を示す図。
【図１２】発光装置の断面構造を示す図。
【図１３】発光装置の上面構造および断面構造を示す図。
【図１４】発光装置の上面構造および断面構造を示す図。
【図１５】発光装置の構成を示す図。
【図１６】発光装置の構成を示す図。
【図１７】電気器具の具体例を示す図。
【図１８】電気器具の具体例を示す図。
【図１９】エネルギーバンドダイアグラムを示す図。
【図２０】エネルギーバンドダイアグラムを示す図。
【図２１】有機化合物層の状態を表す図。
【図２２】蒸着装置を示す図。
【図２３】不純物層の形成を示す図。
【図２４】有機発光素子の構造を示す図。
【図２５】有機化合物層の状態を表す図。
【図２６】有機発光素子の構造を示す図。
【図２７】有機発光素子の構造を示す図。
【図２８】濃度プロファイルを示す図。
【図２９】有機発光素子の構造を示す図。
【図３０】有機発光素子の構造を示す図。
【図３１】蒸着装置を示す図。
【図３２】蒸着装置を示す図。
【図３３】有機発光素子の構造を示す図。
【図３４】発光装置の断面構造を示す図。
【図３５】発光装置の断面構造を示す図。
【図３６】発光装置の構成を示す図。
【図３７】発光装置の構成を示す図。
【発明の属する分野】
本発明は、陽極と、陰極と、電界を加えることで発光が得られる有機化合物を含む膜（以下、「有機化合物層」と記す）と、を有する有機発光素子を用いた発光装置に関する。本発明では特に、従来よりも駆動電圧が低く、なおかつ素子の寿命が長い有機発光素子を用いた発光装置に関する。なお、本明細書中における発光装置とは、発光素子として有機発光素子を用いた画像表示デバイスもしくは発光デバイスを指す。また、有機発光素子にコネクター、例えば異方導電性フィルム（FPC：Flexible printed circuit）もしくはTAB（Tape Automated Bonding）テープもしくはTCP（Tape Carrier Package）が取り付けられたモジュール、TABテープやTCPの先にプリント配線板が設けられたモジュール、または有機発光素子にCOG（Chip On Glass）方式によりIC（集積回路）が直接実装されたモジュールも全て発光装置に含むものとする。
【０００２】
【従来の技術】
有機発光素子は、電界を加えることにより発光する素子である。その発光機構は、電極間に有機化合物層を挟んで電圧を印加することにより、陰極から注入された電子および陽極から注入された正孔が有機化合物層中の発光中心で再結合して励起状態の分子（以下、「分子励起子」と記す）を形成し、その分子励起子が基底状態に戻る際にエネルギーを放出して発光すると言われている。
【０００３】
なお、有機化合物が形成する分子励起子の種類としては、一重項励起状態と三重項励起状態が可能であるが、本明細書中ではどちらの励起状態が発光に寄与する場合も含むこととする。
【０００４】
このような有機発光素子において、通常、有機化合物層は1μmを下回るほどの薄膜で形成される。また、有機発光素子は、有機化合物層そのものが光を放出する自発光型の素子であるため、従来の液晶ディスプレイに用いられているようなバックライトも必要ない。したがって、有機発光素子は極めて薄型軽量に作製できることが大きな利点である。
【０００５】
また、例えば100〜200nm程度の有機化合物層において、キャリアを注入してから再結合に至るまでの時間は、有機化合物層のキャリア移動度を考えると数十ナノ秒程度であり、キャリアの再結合から発光までの過程を含めてもマイクロ秒以内のオーダーで発光に至る。したがって、非常に応答速度が速いことも特長の一つである。
【０００６】
さらに、有機発光素子はキャリア注入型の発光素子であるため、直流電圧での駆動が可能であり、ノイズが生じにくい。駆動電圧に関しては、まず有機化合物層の厚みを100nm程度の均一な超薄膜とし、また、有機化合物層に対するキャリア注入障壁を小さくするような電極材料を選択し、さらにはシングルヘテロ構造（二層構造）を導入することによって、5.5Vで100cd/m2の十分な輝度が達成された（文献１：C. W. Tang and S. A. VanSlyke, "Organic electroluminescent diodes", Applied Physics Letters, vol. 51, No.12, 913-915 (1987)）。
【０００７】
こういった薄型軽量・高速応答性・直流低電圧駆動などの特性から、有機発光素子は次世代のフラットパネルディスプレイ素子として注目されている。また、自発光型であり視野角が広いことから、視認性も比較的良好であり、携帯機器の表示画面に用いる素子として有効と考えられている。
【０００８】
ところで、文献１において示された有機発光素子の構成であるが、まず、有機化合物層に対するキャリア注入障壁を小さくする方法として、仕事関数が低い上に比較的安定なMg:Ag合金を陰極に用い、電子の注入性を高めている。このことにより、有機化合物層に大量のキャリアを注入することを可能としている。
【０００９】
さらに有機化合物層として、ジアミン化合物からなる正孔輸送層とトリス（８−キノリノラト）アルミニウム（略称；Alq3）からなる電子輸送性発光層とを積層するという、シングルヘテロ構造を適用することにより、キャリアの再結合効率を飛躍的に向上させている。このことは、以下のように説明される。
【００１０】
例えば、Alq3単層のみを有する有機発光素子の場合では、Alq3が電子輸送性であるため、陰極から注入された電子のほとんどは正孔と再結合せずに陽極に達してしまい、発光の効率は極めて悪い。すなわち、単層の有機発光素子を効率よく発光させる（あるいは低電圧で駆動する）ためには、電子および正孔の両方をバランスよく輸送できる材料（以下、「バイポーラー材料」と記す）を用いる必要があり、Alq3はその条件を満たしていない。
【００１１】
しかし、文献１のようなシングルへテロ構造を適用すれば、陰極から注入された電子は正孔輸送層と電子輸送性発光層との界面でブロックされ、電子輸送性発光層中へ閉じこめられる。したがって、キャリアの再結合が効率よく電子輸送性発光層で行われ、効率のよい発光に至るのである。
【００１２】
このようなキャリアのブロッキング機能の概念を発展させると、キャリアの再結合領域を制御することも可能となる。その例として、正孔をブロックできる層（正孔ブロッキング層）を正孔輸送層と電子輸送層との間に挿入することにより、正孔を正孔輸送層内に閉じこめ、正孔輸送層の方を発光させることに成功した報告がある。（文献２：Yasunori KIJIMA, Nobutoshi ASAI and Shin-ichiro TAMURA, "A Blue Organic Light Emitting Diode", Japanese Journal of Applied Physics, Vol. 38, 5274-5277(1999)）。
【００１３】
また、文献１における有機発光素子は、いわば正孔の輸送は正孔輸送層が行い、電子の輸送および発光は電子輸送性発光層が行うという、機能分離の発想であるとも言える。この機能分離の概念はさらに、正孔輸送層と電子輸送層の間に発光層を挟むというダブルへテロ構造（三層構造）の構想へと発展した（文献３：Chihaya ADACHI, Shizuo TOKITO, Tetsuo TSUTSUI and Shogo SAITO, "Electroluminescence in Organic Films with Three-Layered Structure", Japanese Journal of Applied Physics, Vol. 27, No. 2, L269-L271(1988)）。
【００１４】
こういった機能分離の利点としては、機能分離することによって一種類の有機材料に様々な機能（発光性、キャリア輸送性、電極からのキャリア注入性など）を同時に持たせる必要がなくなり、分子設計等に幅広い自由度を持たせることができる点にある（例えば、無理にバイポーラー材料を探索する必要がなくなる）。つまり、発光特性のいい材料、キャリア輸送性が優れる材料などを、各々組み合わせることで、容易に高発光効率が達成できるということである。
【００１５】
これらの利点から、文献１で述べられた積層構造の概念（キャリアブロッキング機能あるいは機能分離）自体は、現在に至るまで広く利用されている。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、以上で述べたような積層構造は異種物質間の（特に絶縁体同士の）接合であるため、その界面には必ずエネルギー障壁が生じることになる。エネルギー障壁が存在すれば、その界面においてキャリアの移動は妨げられるため、以下に述べるような二つの問題点が提起される。
【００１７】
まず一つは、駆動電圧のさらなる低減へ向けての障害になるという点である。実際、現在の有機発光素子において、駆動電圧に関しては共役ポリマーを用いた単層構造の素子の方が優れており、パワー効率（単位：[lm/W]）でのトップデータ（ただし、一重項励起状態からの発光を比較）を保持していると報告されている（文献４：筒井哲夫、「応用物理学会有機分子・バイオエレクトロニクス分科会会誌」、Vol. 11、No. 1、P.8（2000））。
【００１８】
なお、文献４で述べられている共役ポリマーはバイポーラー材料であり、キャリアの再結合効率に関しては積層構造と同等なレベルが達成できる。したがって、バイポーラー材料を用いるなどの方法で、積層構造を用いることなくキャリアの再結合効率さえ同等にできるのであれば、界面の少ない単層構造の方が実際は駆動電圧が低くなることを示している。
【００１９】
このことは、有機化合物層内における各層間の界面（例えば正孔輸送層と発光層との間のことであり、以下、「有機界面」と記す）においてキャリアの移動が妨げられ、より高い駆動電圧が必要になってしまったと説明できる。
【００２０】
例えば電極と有機化合物層との界面においては、エネルギー障壁を緩和するような材料を挿入し、キャリアの注入性を高めて駆動電圧を低減する方法がある（文献５：Takeo Wakimoto, Yoshinori Fukuda, Kenichi Nagayama, Akira Yokoi, Hitoshi Nakada, and Masami Tsuchida, "Organic EL Cells Using Alkaline Metal Compounds as Electron Injection Materials", IEEE TRANSACTIONS ON ELECTRON DEVICES, VOL. 44, NO. 8, 1245-1248(1997)）。文献５では、電子注入層としてLi2Oを用いることにより、駆動電圧の低減に成功している。
【００２１】
しかしながら、有機界面のキャリア移動性に関してはいまだ未解決の分野であり、バイポーラー材料を用いた単層構造の低駆動電圧に追いつくための重要なポイントであると考えられる。
【００２２】
さらに、エネルギー障壁に起因するもう一つの問題点として、有機発光素子の素子寿命に対する影響が考えられる。すなわち、キャリアの移動が妨げられ、チャージが蓄積することによる輝度の低下である。
【００２３】
この劣化機構に関してははっきりした理論は確立されていないが、陽極と正孔輸送層との間に正孔注入層を挿入し、さらにdc駆動ではなく矩形波のac駆動にすることによって、輝度の低下を抑えることができるという報告がある（文献６：S. A. VanSlyke, C. H. Chen, and C. W. Tang, "Organic electroluminescent devices with improved stability", Applied Physics Letters, Vol. 69, No. 15, 2160-2162(1996)）。このことは、正孔注入層の挿入およびac駆動によって、チャージの蓄積を排除することにより、輝度の低下を抑えることができたという実験的な裏付けと言える。
【００２４】
以上のことから、積層構造は容易にキャリアの再結合効率を高めることができ、なおかつ機能分離の観点から材料の選択幅を広くできるというメリットを持つ一方で、有機界面を多数作り出すことによって（特にキャリアをブロックしてキャリアを再結合させるための有機界面を作り出すことによって）キャリアの移動を妨げ、駆動電圧や輝度の低下に影響を及ぼしていると言える。
【００２５】
そこで本発明では、従来用いられている積層構造の利点（機能分離）を活かしつつ、なおかつ有機化合物層中に存在するエネルギー障壁を緩和することによってキャリアの移動性を高め、従来よりも駆動電圧が低い上に素子の寿命が長い有機発光素子を提供することを課題とする。
【００２６】
特に、発光層においてキャリアをブロックしてキャリアを再結合させるという従来用いられている積層構造とは、異なる概念の素子を作製することにより、有機化合物層中に存在する有機界面を削除してキャリアの移動性を高めると同時に、なおかつ積層構造の機能分離と同様に各種複数の材料の機能を発現させる（以下、「機能発現」と記す）ことを課題とする。それにより、従来よりも駆動電圧が低い上に素子の寿命が長い有機発光素子を提供することを課題とする。
【００２７】
さらに、このような有機発光素子を用いることにより、従来よりも駆動電圧が低く、なおかつ寿命の長い発光装置を提供することを課題とする。さらに、前記発光装置を用いて電気器具を作製することにより、従来よりも低消費電力で、なおかつ長保ちする電気器具を提供することを課題とする。
【００２８】
【課題を解決するための手段】
積層構造におけるエネルギー障壁の緩和に関しては、文献５に見られるようなキャリア注入層の挿入という技術に顕著に見られる。正孔注入層を例として、エネルギーバンドダイアグラムを用いた説明を図１に示す。
【００２９】
図１(a)では陽極101と正孔輸送層102を直接接合しているが、この場合、陽極101と正孔輸送層102のエネルギー障壁104は大きい。しかしながら、陽極のイオン化ポテンシャル（金属の場合、仕事関数と同義である）と正孔輸送層の最高被占分子軌道（以下、「HOMO」と記す）準位との中間に位置するHOMO準位を有する材料を、正孔注入層103として挿入することにより、エネルギー障壁を階段状に設計することができる（図１(b)）。
【００３０】
図１(b)のような階段状のエネルギー障壁を設計することにより、電極からのキャリア注入性を高め、確かに駆動電圧をある程度までは下げることができる。しかしながら問題点は、層の数を増やすことによって、有機界面の数は逆に増加することである。このことが、文献４で示されているように、単層構造の方が駆動電圧・パワー効率のトップデータを保持している原因であると考えられる。
【００３１】
逆に言えば、この点を克服することにより、積層構造のメリット（様々な材料を組み合わせることができ、複雑な分子設計が必要ない）を活かしつつ、なおかつ単層構造の駆動電圧・パワー効率に追いつくことができる。
【００３２】
その根本的な構想としては、有機界面の数を増やすことなく、有機化合物層中のエネルギー障壁を緩和し、キャリアの移動を妨げないようにすることができればよい。本発明者は、以下に示すような方法でこの構想を実現できる素子構造を考案した。
【００３３】
まず、正孔に対するエネルギー障壁を緩和する手法であるが、HOMO準位の高い（イオン化ポテンシャルの小さい）正孔注入材料と、正孔移動度の高い正孔輸送材料とを混合した層（以下、「正孔輸送性混合層」と記す）を設ければよい。この手法によって、陽極側からの正孔の受け取りを正孔注入材料が、正孔の輸送を正孔輸送材料が、それぞれ正孔輸送性混合層内で役割を果たし、従来の正孔注入層と正孔輸送層という二層の機能を一層で実現できる。
【００３４】
また、上で述べた正孔輸送性混合層に、濃度勾配を形成することが好ましい。すなわち、図２に示すように、陽極に近い側は正孔注入材料の割合が多く、陽極から離れるにしたがって正孔輸送材料の割合が多くなっていくものである。このような濃度勾配を形成することによって、陽極側からの正孔の受け取りから輸送までが、大きなエネルギー障壁を形成することなく潤滑に行われ、駆動電圧の低下および長寿命化に貢献する。
【００３５】
なお、図２における濃度勾配は、便宜上直線を用いて図示したが、必ずしも直線となる必要はなく、増加ないしは減少の勾配が形成されていればよいものとする。実際、制御する際には曲線となる場合が多いと考えられる。本明細書で述べる他の濃度勾配についても、同様とする。
【００３６】
次に、電子に対するエネルギー障壁を緩和する手法であるが、最低空分子軌道（以下、「LUMO」と記す）準位の低い（電子親和力の大きい）電子注入材料と、電子移動度の高い電子輸送材料とを混合した層（以下、「電子輸送性混合層」と記す）を設ければよい。この手法によって、陰極側からの電子の受け取りを電子注入材料が、電子の輸送を電子輸送材料が、それぞれ電子輸送性混合層内で役割を果たし、従来の電子注入層と電子輸送層という二層の機能を一層で実現できる。
【００３７】
また、上で述べた電子輸送性混合層に、濃度勾配を形成することが好ましい。すなわち、図３に示すように、陰極に近い側は電子注入材料の割合が多く、陰極から離れるにしたがって電子輸送材料の割合が多くなっていくものである。このような濃度勾配を形成することによって、陰極側からの電子の受け取りから輸送までが、大きなエネルギー障壁を形成することなく潤滑に行われ、駆動電圧の低下および長寿命化に貢献する。
【００３８】
さらに、発光層におけるエネルギー障壁を緩和する手法もある。すなわち、正孔移動度の高い正孔輸送材料と、電子移動度の高い電子輸送材料とを混合してバイポーラー性とした層（以下、「バイポーラー性混合層」と記す）を、発光層として設ければよい。この場合、発光層の両端の界面におけるキャリアブロッキング機能は小さくなるが、電子輸送層−バイポーラ性混合層間のキャリア移動度差、および正孔輸送層−バイポーラ性混合層間のキャリア移動度差によって、キャリアはバイポーラ性混合層で再結合しやすくなる。
【００３９】
また、上で述べたバイポーラー性混合層に、濃度勾配を形成することが好ましい。すなわち、図４に示すように、陽極に近い側は正孔輸送材料の割合が多く、陰極に近づくにしたがって電子輸送材料の割合が多くなっていくものである。このような濃度勾配を形成することによって、正孔および電子の輸送から再結合に到るまでが、大きなエネルギー障壁を形成することなく潤滑に行われ、駆動電圧の低下および長寿命化に貢献する。
【００４０】
なお、バイポーラー性混合層は、励起エネルギーの低い材料の方が発光すると考えられる。本明細書中における励起エネルギーとは、HOMOとLUMOとのエネルギー差のことを指す。HOMOに関しては、光電子分光法により測定可能であり、イオン化ポテンシャルと同義と考えてよい。また、励起エネルギーを便宜的に吸収スペクトル末端と定義することで、その励起エネルギーとHOMO準位の値からLUMOを算出できる。
【００４１】
さらに、上で述べたバイポーラー性混合層に、発光材料をドープして発光させる手法もある。この場合ドーパントである発光材料は、バイポーラー性混合層に含まれる正孔輸送材料および電子輸送材料よりも、低い励起エネルギーを有する必要がある。特に、キャリアトラップ型のドーパント（例；ルブレン）を用いると、キャリアの再結合効率がさらに高まるため好ましい。
【００４２】
また、文献２では正孔ブロッキング層が示されたが、このような層は一般にブロッキング材料で構成される。ブロッキング材料とは、発光層の材料よりも大きな励起エネルギーを有するものが一般的であり（すなわち、分子励起子の拡散を防ぐことができ）、さらにキャリアもブロックできる材料のことである。主に正孔をブロックする場合が多い。
【００４３】
本発明者は、ブロッキング材料と、発光層の材料（あるいは発光層のホスト材料）とを混合した層（以下、「ブロッキング性混合層」と記す）を形成する手法についても考案した。この場合、ブロッキング性混合層は発光層としても機能することもでき、層内部で効率よくキャリアおよび分子励起子をブロックできる発光層という見方もできる。
【００４４】
ブロッキング性混合層に関しては、特に濃度勾配を形成することが好ましい。なぜならば、発光層から離れるに従い徐々にブロッキング材料の濃度を高くすることにより、ブロッキングしない方のキャリア（正孔ブロッキング材料であれば電子）の移動を潤滑にできるからである。
【００４５】
ところで近年、三重項励起状態から基底状態に戻る際に放出されるエネルギー（以下、「三重項励起エネルギー」と記す）を発光に変換できる有機発光素子が相次いで発表され、その発光効率の高さが注目されている（文献７：D. F. O'Brien, M. A. Baldo, M. E. Thompson and S. R. Forrest, "Improved energy transfer in electrophosphorescent devices", Applied Physics Letters, vol. 74, No. 3, 442-444 (1999)）（文献８：Tetsuo TSUTSUI, Moon-Jae YANG, Masayuki YAHIRO, Kenji NAKAMURA, Teruichi WATANABE, Taishi TSUJI, Yoshinori FUKUDA, Takeo WAKIMOTO and Satoshi MIYAGUCHI, "High Quantum Efficiency in Organic Light-Emitting Devices with Iridium-Complex as a Triplet Emissive Center", Japanese Journal of Applied Physics, Vol. 38, L1502-L1504 (1999)）。
【００４６】
文献７では白金を中心金属とする金属錯体を、文献８ではイリジウムを中心金属とする金属錯体を用いている。これらの三重項励起エネルギーを発光に変換できる有機発光素子（以下、「三重項発光素子」と記す）は、従来よりも高輝度発光・高発光効率を達成することができる。
【００４７】
しかしながら、文献８の報告例によると、初期輝度を500cd/m2に設定した場合の輝度の半減期は170時間程度であり、素子寿命に問題がある。そこで、本発明を三重項発光素子に適用することにより、三重項励起状態からの発光による高輝度発光・高発光効率に加え、素子の寿命も長いという非常に高機能な発光素子が可能となる。
【００４８】
したがって、以上に述べたように、キャリア輸送層や発光層を混合層とすることによって界面の数を減少させ（あるいはエネルギー障壁を緩和させ）、キャリアの移動を潤滑にするという本発明の概念を、三重項発光素子に適用したものも本発明に含めるものとする。
【００４９】
ところで、有機界面の形成によりキャリアの移動が妨げられるモデルとして、本発明者は以下に述べるような二つの機構を考えている。
【００５０】
まず一つの機構として、有機界面のモルフォロジーから生じるものが考えられる。有機発光素子における有機化合物層は通常、アモルファス状態の膜であり、これは有機化合物の分子同士が、双極子相互作用を主とした分子間力で凝集することにより形成されている。ところが、このような分子の凝集体を用いてヘテロ構造（積層構造）を形成すると、分子のサイズや形状の違いがヘテロ構造の界面（すなわち有機界面）に大きな影響を及ぼす可能性がある。
【００５１】
特に、分子のサイズが大きく異なる材料を用いてヘテロ構造を形成した場合、その有機界面における接合の整合性が悪くなると考えられる。その概念図を図２１に示す。図２１では、小さい分子2101からなる第一の層2111と、大きい分子2102からなる第二の層2112を積層している。この場合、形成される有機界面2113において、整合性の悪い領域2114が発生してしまう。
【００５２】
図２１で示した整合性の悪い領域2114は、キャリアの移動を妨げるバリア（あるいはエネルギー障壁）となる可能性があるため、駆動電圧のさらなる低減へ向けての障害になることが示唆される。また、エネルギー障壁を越えられないキャリアはチャージとして蓄積してしまい、先に述べたような輝度の低下を誘起してしまう可能性がある。
【００５３】
もう一つの機構として、積層構造を形成する（すなわち有機界面を形成する）工程から生じるものが考えられる。積層構造の有機発光素子は、キャリアのブロッキングおよび機能分離の観点から、各層を形成する際のコンタミネーションを避けるため、通常、図２２に示すようなマルチチャンバー方式（インライン方式）の蒸着装置を用いて作製する。
【００５４】
図２２に示した例は、正孔輸送層・発光層・電子輸送層の三層構造（ダブルへテロ構造）を形成するための蒸着装置の概念図である。まず、搬入室に陽極（インジウム錫酸化物（以下、「ITO」と記す）など）を有する基板を搬入し、まず紫外線照射室において真空雰囲気中で紫外線を照射することにより、陽極表面をクリーニングする。特に陽極がITOのような酸化物である場合、前処理室にて酸化処理を行う。さらに、積層構造の各層を形成するため、蒸着室2201で正孔輸送層を、蒸着室2202〜2204で発光層（図２２では、赤、緑、青の三色）を、蒸着室2205で電子輸送層を成膜し、蒸着室2206で陰極を蒸着する。最後に、封止室にて封止を行い、搬出室から取り出して有機発光素子を得る。
【００５５】
このようなインライン方式の蒸着装置の特色としては、各層の蒸着を、それぞれ異なる蒸着室2201〜2205において蒸着していることである。つまり、各層の材料がほとんど互いに混入しないような装置構成となっている。
【００５６】
ところが、蒸着装置の内部は通常１０-4〜１０-5パスカル程度に減圧されているものの、極微量の気体成分（酸素や水など）は存在している。そして、この程度の真空度の場合、それら極微量の気体成分でも、数秒もあれば容易に単分子レイヤー程度の吸着層を形成してしまうと言われている。
【００５７】
したがって、図２２のような装置を用いて積層構造の有機発光素子を作製する場合、各層を形成する間に大きなインターバルが生じてしまうことが問題なのである。つまり、各層を形成する間のインターバル、特に第二搬送室を経由して搬送する際などに、極微量の気体成分による吸着層（以下、「不純物層」と記す）を形成してしまう懸念がある。
【００５８】
その概念図を図２３に示す。図２３は、第一の有機化合物2301からなる第一の層2311と、第二の有機化合物2302からなる第二の層2312とを積層する際に、その層間に微量の不純物2303（水や酸素など）からなる不純物層2313が形成されている様子である。
【００５９】
このようにして各層間（すなわち有機界面）に形成されてしまう不純物層は、有機発光素子の完成後、キャリアをトラップする不純物領域となってキャリアの移動を妨げるため、やはり駆動電圧を上昇させてしまう。さらに、キャリアをトラップする不純物領域が存在すると、そこにはチャージが蓄積することになるため、先に述べたような輝度の低下を誘起してしまう可能性がある。
【００６０】
このような機構から考えると、以上で述べたような有機界面で生じる問題点（有機界面のモルフォロジー悪化および不純物層の形成）を克服するためには、素子構造・作製工程共に、従来の積層構造素子から脱する必要がある。例えば、有機界面を完全に排除した有機発光素子の例として、正孔輸送材料と電子輸送材料とを混合しただけの単層（以下、「混合単層」と記す）のみを、両電極間に設けた有機発光素子の報告がある（文献９：Shigeki NAKA, Kazuhisa SHINNO, Hiroyuki OKADA, Hiroshi ONNAGAWA and Kazuo MIYASHITA, "Organic Electroluminescent Devices Using a Mixed Single Layer", Japanese Journal of Applied Physics, Vol. 33, No. 12B, L1772-L1774(1994)）。
【００６１】
文献９では、正孔輸送性である４，４'−ビス［Ｎ−（３−メチルフェニル）−N−フェニル−アミノ］−ビフェニル（以下、「TPD」と記す）と、電子輸送性であるAlq3とを、１：４の割合で混合することによって単層構造を形成している。しかしながら、積層構造（すなわち、TPDおよびAlq3からなる有機界面を形成するヘテロ構造）との比較をすると、発光効率の点では積層構造に比べて劣っていることが示されている。
【００６２】
その原因として、混合単層の場合、陽極から注入された正孔および陰極から注入された電子が、再結合することなくそのまま対極へ抜けてしまうことが多くなるためと考えられる。積層構造はキャリアのブロッキング機能があるので、そのような問題は生じていないのである。
【００６３】
このことは、文献９の混合単層においては、機能発現が行われていないことが原因と言い換えることができる。すなわち、有機化合物層内において、陽極に近い領域は正孔輸送という機能を示し、陰極に近い領域は電子輸送という機能を示し、両電極から離れた部分に発光領域（すなわちキャリアが再結合する領域）を設けるという、各機能を発現できる領域を設けなければ、たとえ有機界面をなくしたとしても効率のよい発光には至らないのである。また、有機化合物層内が全て発光層として機能するので、実際はキャリアの再結合が電極の近くで行われる可能性があり、電極材料にエネルギー移動して消光することがある。
【００６４】
このように混合単層では十分な性能を発揮できないことを考慮し、本発明者は特に、図４におけるバイポーラー性混合層を発光領域として形成する際に、有機界面を排除し、なおかつ文献７とは異なり機能発現が可能な有機発光素子を実現する手法を考案した。その概念図を図２４に示す。
【００６５】
図２４では、正孔輸送材料および電子輸送材料の２種類からなる有機化合物層2403において、正孔輸送材料からなる正孔輸送領域2405、電子輸送材料からなる電子輸送領域2406、および正孔輸送材料と電子輸送材料とが混合された混合領域2407を設けてある。ここでは基板2401上に陽極2402を設けてあるが、陰極2404の方を基板上に設ける逆の構造をとってもよい。なお、このような素子の場合、正孔輸送層などの明確な層構造は形成していないので、各機能を示す「領域」という表現を用いている。
【００６６】
このような素子を形成した場合、陽極側では正孔輸送材料が正孔を受け取り輸送し、一方陰極側では電子輸送材料が電子を受け取り輸送することができる。さらに、混合領域2407はバイポーラー性であるため、正孔および電子は双方とも混合領域2407を移動することができ、この混合領域2407においてキャリアは再結合し発光に至る。すなわち、文献９の混合単層とは異なり、各機能を発現できる領域が有機化合物層2403内に存在していることになる。
【００６７】
さらに、図２４のような素子の場合、機能発現を可能にしながら、なおかつ従来の積層構造のような有機界面は存在しない。したがって、上述の有機界面で生じる問題点（有機界面のモルフォロジー悪化および不純物層の形成）を解決することができる。なお、発光に至る混合領域が両電極から離れることにより、電極にエネルギー移動することによる消光を防ぐこともできる。
【００６８】
まず、有機界面のモルフォロジー悪化の解決について、図２５を用いて説明する。図２５は、小さい分子2501からなる領域2511と、大きい分子2502からなる領域2512と、小さい分子2501および大きい分子2502の両方を含む混合領域2513と、からなる、図２４に代表される有機発光素子である。図２５から明らかなように、図２１で存在していたような有機界面2113は存在せず、整合性の悪い領域2114も存在しない。
【００６９】
また、不純物層の形成の解決であるが、これは単純明快である。図２４のような有機発光素子を作製する場合、陽極上に正孔輸送材料を蒸着し、途中からそれに加えて電子輸送材料を共蒸着の形で蒸着することで混合領域を形成し、混合領域を形成後は正孔輸送材料の蒸着を止めることで電子輸送材料を蒸着すればよい。したがって、図２２のような蒸着装置を用いて有機発光素子を作製する際に生じる、インターバルが存在しない。つまり、不純物層を形成する隙を与えることがないのである。
【００７０】
このように、本発明の有機発光素子は、有機界面を形成することがないためキャリアの移動が潤滑であり、駆動電圧および素子の寿命に悪影響を及ぼすことがなくなる。さらに、積層構造と同様に機能分離されているため、発光効率の点でも問題はない。
【００７１】
また、従来の積層構造が異種物質間の単なる接合（hetero-junction）であるのに対し、本発明の構造はいわば混合接合（mixed-junction）であり、新しい概念に基づく有機発光素子であると言える。
【００７２】
したがって本発明では、陽極と、陰極と、前記陽極および前記陰極の間に設けられた有機化合物層と、からなる有機発光素子を含む発光装置において、前記有機化合物層は、電子移動度よりも正孔移動度の高い正孔輸送材料からなる正孔輸送領域と、正孔移動度よりも電子移動度の高い電子輸送材料からなる電子輸送領域と、を含み、かつ、前記正孔輸送領域は前記電子輸送領域よりも前記陽極側に位置し、なおかつ、前記正孔輸送領域と前記電子輸送領域との間に、前記正孔輸送材料および前記電子輸送材料の両方を含む混合領域が設けられていることを特徴とする。
【００７３】
なお、図２４において、陽極と有機化合物層との間に、正孔の注入性を高める材料（以下、「正孔注入材料」と記す）からなる正孔注入領域を挿入してもよい。また、陰極と有機化合物層との間に、電子の注入性を高める材料（以下、「電子注入材料」と記す）からなる電子注入領域を挿入してもよい。さらに、正孔注入領域と電子注入領域の両方を組み込んでもよい。
【００７４】
この場合、正孔注入材料または電子注入材料は、電極から有機化合物層へのキャリア注入障壁を小さくするための材料であるため、電極から有機化合物層へのキャリアの移動を潤滑にし、チャージの蓄積を排除できる効果がある。ただし、先に述べたような不純物層の形成を避ける観点から、各注入材料と有機化合物層との間は、インターバルをおかずに成膜することが好ましい。
【００７５】
ところで、正孔輸送材料および電子輸送材料の両方を含む混合領域内において、陽極から陰極への方向に対し、正孔輸送材料の濃度は徐々に減少し、かつ、電子輸送材料の濃度は徐々に増加するような濃度勾配を形成することが、キャリアバランス制御の観点から好ましい。また、本発明において、混合領域はキャリアの再結合領域でもあるため、10nm以上の厚みがあることが望ましい。
【００７６】
また、図２６(a)に示すように、有機化合物層2603において、正孔輸送材料からなる正孔輸送領域2605、電子輸送材料からなる電子輸送領域2606、および正孔輸送材料と電子輸送材料とが混合された混合領域2607を設け、さらに混合領域2607に対し、ドーパントとして発光を呈する発光材料2608を添加する構造も本発明に含むこととする。なお、ここでは基板2601上に陽極2602を設けてあるが、陰極2604の方を基板上に設ける逆の構造をとってもよい。また、正孔注入領域や電子注入領域を、電極と有機化合物層との間に設けていてもよい。
【００７７】
発光材料2608を混合領域2607にドープすると、発光材料2608がキャリアをトラップするため再結合率が向上し、高い発光効率が期待できる。発光色を発光材料2608により制御できることも利点の一つと言える。ただしこの場合、発光材料2608における励起エネルギーは、混合領域2607に含まれる化合物の中で最も小さいことが好ましい。
【００７８】
また、発光領域は両電極からなるべく離すことで、電極材料にエネルギー移動することによる消光（以下、「クエンチ」と記す）を防ぐことができる。したがって、発光材料をドープする領域は、混合領域内の全域ではなく、一部（特に中央部）であってもよい。
【００７９】
さらに、図２６(b)に示すように、有機化合物層2603において、正孔輸送材料からなる正孔輸送領域2605、電子輸送材料からなる電子輸送領域2606、および正孔輸送材料と電子輸送材料とが混合された混合領域2607を設け、さらに混合領域2607に対し、ブロッキング材料2609を添加する構造も本発明に含むこととする。なお、ここでは基板2601上に陽極2602を設けてあるが、陰極2604の方を基板上に設ける逆の構造をとってもよい。また、正孔注入領域や電子注入領域を、電極と有機化合物層との間に設けていてもよい。
【００８０】
ブロッキング材料2609を混合領域2607にドープすると、混合領域2607におけるキャリアの再結合率が向上し、分子励起子の拡散も防げるため、高い発光効率が期待できる。ただしこの場合、ブロッキング材料における励起エネルギーレベルは、混合領域2607に含まれる材料の中で最も大きいことが好ましい。
【００８１】
また、ブロッキング材料は、正孔ないしは電子の片方をブロックする機能を有する場合が多いため、混合領域内全域にドープしてしまうと、混合領域内のキャリアバランスを崩すこともある。したがって、ブロッキング材料をドープする領域は、混合領域内の全域ではなく、一部（特に端部）であってもよい。
【００８２】
なお、図２６(b)においては、さらに好ましい例として、発光材料2608も添加している。すなわち、図２６(a)と併合した形態である。ブロッキング材料2609が正孔ブロッキング性を有する場合は、図２６(b)のように、発光材料2608を添加している領域よりも陰極側に正孔ブロッキング材料を添加すれば、発光材料が効率よく発光することになる。
【００８３】
また、本発明を三重項発光素子に適用することにより、三重項励起状態からの発光による高輝度発光・高発光効率に加え、文献８に比べて素子の寿命も長いという非常に高機能な発光素子が可能となる。
【００８４】
なお、三重項の分子励起子は、拡散長が一重項の分子励起子に比べて大きいため、ブロッキング材料が混合領域に含まれていることが好ましい。すなわち、図２６(b)を用いて説明すると、発光材料2608として三重項励起エネルギーを発光に変換できる材料（以下、「三重項発光材料」と記す）を用い、ブロッキング材料2609も同時に添加することが望ましい。
【００８５】
以下ではさらに、図２６で示したような発光材料を添加する形態において、より作製に適したな例を述べる。その素子構造を図２７に示す。
【００８６】
図２７の素子では、正孔輸送材料および電子輸送材料を含む有機化合物層2703において、正孔輸送材料からなる正孔輸送領域2705、電子輸送材料からなる電子輸送領域2706、および正孔輸送材料と電子輸送材料とが一定の割合にて混合された混合領域2707を設けており、さらに混合領域2707には、発光を呈する発光材料2708を添加することにより発光領域を形成してある。ここでは基板2701上に陽極2702を設けてあるが、陰極2704の方を基板上に設ける逆の構造をとってもよい。
【００８７】
なお、混合領域における正孔輸送材料と電子輸送材料との濃度比をｘ：ｙとした場合の濃度プロファイルは、図２８のようになる。
【００８８】
このような素子を形成した場合、陽極側では正孔輸送材料が正孔を受け取り輸送し、一方陰極側では電子輸送材料が電子を受け取り輸送することができる。さらに、混合領域2707はバイポーラー性であるため、正孔および電子は双方とも混合領域2707を移動することができる。また、混合領域2707は一定の割合x：yとしているため、作製が容易である。
【００８９】
ここで重要なことは、混合領域2707において、発光材料を含む発光領域が形成されていることである。つまり、発光材料を混合領域2707に添加することで、混合領域内をキャリアが再結合せずに素通りしてしまうことを防ぐと同時に、発光領域を電極から遠ざけ、電極による消光（以下、「クエンチ」と記す）をも防止しているのである。
【００９０】
したがって本発明では、陽極と、陰極と、前記陽極および前記陰極の間に設けられた有機化合物層と、からなる有機発光素子を含む発光装置において、前記有機化合物層は、正孔輸送材料からなる正孔輸送領域と、電子輸送材料からなる電子輸送領域と、を含み、かつ、前記正孔輸送領域と前記電子輸送領域との間に、前記正孔輸送材料および前記電子輸送材料を一定の割合にて含む混合領域が形成されており、なおかつ、前記混合領域内に、発光を呈する発光材料が添加された発光領域を設けたことを特徴とする。
【００９１】
なお、発光材料は、正孔輸送材料および電子輸送材料に比べて、励起エネルギーが小さいことが好ましい。これは、分子励起子のエネルギー移動を防ぐためである。
【００９２】
また、図２７において、陽極と有機化合物層との間に、正孔の注入性を高める材料（以下、「正孔注入材料」と記す）からなる正孔注入領域を挿入してもよい。また、陰極と有機化合物層との間に、電子の注入性を高める材料（以下、「電子注入材料」と記す）からなる電子注入領域を挿入してもよい。さらに、正孔注入領域と電子注入領域の両方を組み込んでもよい。
【００９３】
この場合、正孔注入材料または電子注入材料は、電極から有機化合物層へのキャリア注入障壁を小さくするための材料であるため、電極から有機化合物層へのキャリアの移動を潤滑にし、チャージの蓄積を排除できる効果がある。ただし、先に述べたような不純物層の形成を避ける観点から、各注入材料と有機化合物層との間は、インターバルをおかずに成膜することが好ましい。
【００９４】
また、混合領域においては、その混合比によってキャリアの再結合部はほぼ決まってくる（バイポーラー性になればなるほど、ほぼ中央になる）。したがって、発光材料を混合領域内の全域に添加してもよい（図２９(a)）が、一部に添加してもよい（図２９(b)）。なお、図２９では、図２７の符号を引用している。
【００９５】
さらに、図３０(a)に示すように、有機化合物層2703において、正孔輸送材料からなる正孔輸送領域2705、電子輸送材料からなる電子輸送領域2706、および正孔輸送材料と電子輸送材料とが混合され、発光材料も添加された混合領域2707を設け、さらに混合領域2707に対し、ブロッキング材料2709を添加する構造も本発明に含むこととする。なお、ここでは基板2701上に陽極2702を設けてあるが、陰極2704の方を基板上に設ける逆の構造をとってもよい。また、正孔注入領域や電子注入領域を、電極と有機化合物層との間に設けていてもよい。
【００９６】
なお、この場合のブロッキング材料とは、励起エネルギーレベルが混合領域2707に含まれる材料の中で最も大きく、キャリアをブロックする機能ないしは分子励起子の拡散を防ぐ機能を有する材料が好ましい。ブロッキング材料2709を混合領域2707に添加すると、混合領域2707におけるキャリアの再結合率が向上し、分子励起子の拡散も防げるため、高い発光効率が期待できる。ただし、ブロッキング材料は、正孔ないしは電子の片方をブロックする機能を有する場合が多いため、混合領域内全域に添加してしまうと、混合領域内のキャリアバランスを崩すこともある。したがって、ブロッキング材料を添加する領域は、混合領域内の全域ではなく、一部とする。
【００９７】
また、ブロッキング材料は通常、HOMO準位が低い、すなわち正孔をブロッキングできる材料が有効である。したがって図３０(b)に示すように、発光材料2708を添加している領域よりも陰極側にブロッキング材料を添加する手法が有用である。
【００９８】
さらに、このような素子構造に添加する発光材料としてを三重項発光材料を適用することにより、三重項励起状態からの発光による高輝度発光・高発光効率に加え、素子の寿命も長いという非常に高機能な発光素子が可能となる。なお、三重項の分子励起子は、拡散長が一重項の分子励起子に比べて大きいため、ブロッキング材料が混合領域に含まれていることが好ましい。
【００９９】
ところで、以上で述べたような正孔輸送材料および電子輸送材料からなる混合領域は、バイポーラー性である必要があるため、混合領域において、正孔輸送材料と電子輸送材料との合計質量に対する正孔輸送材料の質量の百分率は、１０パーセント以上９０パーセント以下であることが好ましい。ただし、この比率は材料の組み合わせによって大きく変動すると考えられる。
【０１００】
また、正孔輸送材料および電子輸送材料からなる混合領域は発光領域、すなわちキャリアの再結合領域を含んでいるため、キャリアが素通りしないようある程度の厚みが必要となる。したがって前記混合領域は、10nm以上の厚みがあることが望ましい。また、バイポーラーになる領域の抵抗が高いことを考えると、100nm以下が望ましい。
【０１０１】
以上のような発明を実施することにより、従来よりも駆動電圧が低く、なおかつ寿命の長い発光装置を提供することができる。さらに、前記発光装置を用いて電気器具を作製することにより、従来よりも低消費電力で、なおかつ長保ちする電気器具を提供することができる。
【０１０２】
【発明の実施の形態】
以下では、本発明を実施する際の形態について述べる。なお、有機発光素子は、発光を取り出すために少なくとも陽極または陰極の一方が透明であればよいが、本実施の形態では、基板上に透明な陽極を形成し、陽極から光を取り出す素子構造で記述する。実際は、陰極から光を取り出す構造や、基板とは逆側から光を取り出す構造も適用可能である。
【０１０３】
まず、正孔輸送性混合層を形成した有機発光素子の実施の形態を、図５を用いて説明する。図５では、陽極502を有する基板501上に、正孔輸送性混合層503、発光層504、電子輸送層505、陰極506を積層した構造を示した。なお、発光層504を挿入せず、正孔輸送性混合層503ないしは電子輸送層505に発光を担わせることも可能である。正孔輸送性混合層503は、正孔注入材料および正孔輸送材料の両方が混合されて形成されている。
【０１０４】
なお、正孔輸送性混合層503は、図２に示したように、正孔注入材料と正孔輸送材料からなる濃度勾配が形成されていてもよい。この場合、正孔注入材料として酸化アルミニウムのような絶縁性が高い材料を用いる時は、正孔注入材料の濃度勾配は急峻である（陽極から離れるにつれてすぐに減衰する）ことが好ましい。
【０１０５】
次に、電子輸送性混合層を形成した有機発光素子の実施の形態を、図６を用いて説明する。図６では、陽極602を有する基板601上に、正孔輸送層603、発光層604、電子輸送性混合層605、陰極606を積層した構造を示した。なお、発光層604を挿入せず、電子輸送性混合層605ないしは正孔輸送層603に発光を担わせることも可能である。電子輸送性混合層605は、電子注入材料および電子輸送材料の両方が混合されて形成されている。
【０１０６】
なお、電子輸送性混合層605は、図３に示したように、電子注入材料と電子輸送材料からなる濃度勾配が形成されていてもよい。この場合、電子注入材料としてフッ化リチウムのような絶縁性が高い材料を用いる時は、電子注入材料の濃度勾配は急峻である（すぐに減衰する）ことが好ましい。
【０１０７】
次に、バイポーラー性混合層を形成した有機発光素子の実施の形態を、図７を用いて説明する。図７では、陽極702を有する基板701上に、正孔注入層703、バイポーラー性混合層704、電子注入層705、陰極706を積層した構造を示した。バイポーラー性混合層704は、正孔輸送材料および電子輸送材料の両方が混合されて形成されている。
【０１０８】
なお、バイポーラー性混合層704は、図４に示したように、正孔輸送材料と電子輸送材料とからなる濃度勾配が形成されていてもよい。
【０１０９】
また、図２４に示すように、混合領域2407に含まれる正孔輸送材料として正孔輸送領域2405の構成材料を用い、混合領域2407に含まれる電子輸送材料として電子輸送領域2406の構成材料を用いることによって、混合領域2407と、正孔輸送領域2405および電子輸送領域2406とを、連続的に接合してもよい。この場合、２種類の化合物（正孔輸送材料および電子輸送材料）で、正孔輸送領域、発光領域、電子輸送領域という、従来であれば３層の役割を果たすことができる利点がある。なお、図２４では示していないが、陽極2402と正孔輸送領域2405との間に正孔注入層を、陰極2404と電子輸送領域2406との間に電子注入層を挿入してもよい。
【０１１０】
このような素子構造を実施することによって、不純物層の形成を防ぐことができるが、この場合、有機発光素子を作製する製造工程が重要になる。そこで、このような素子構造の製造方法について適した例を述べる。
【０１１１】
蒸着装置の概念図を、図３１に示す。図３１(a)はその上面図であるが、蒸着室として一つの真空槽3110を設置し、その真空槽内に複数の蒸着源を設けてある、シングルチャンバー方式である。そして、正孔注入材料、正孔輸送材料、電子輸送材料、電子注入材料、ブロッキング材料、発光材料、陰極の構成材料など、各種機能の異なる材料が、それぞれ前記複数の蒸着源に別々に収納されている。
【０１１２】
このような蒸着室を有する蒸着装置においては、まず、搬入室に陽極（ITOなど）を有する基板を搬入し、陽極がITOのような酸化物である場合、前処理室にて酸化処理を行う（なお、図３１(a)では図示していないが、陽極表面をクリーニングするために紫外線照射室を設置することも可能である）。さらに、有機発光素子を形成する全ての材料は、真空槽3110内において蒸着される。ただし陰極は、この真空槽3110内で形成してもよいし、別に蒸着室を設けてそこで陰極を形成してもよい。要は、陰極を形成するまでの間を、一つの真空槽3110内で蒸着すればよい。最後に、封止室にて封止を行い、搬送室を経由して搬出室から取り出して有機発光素子を得る。
【０１１３】
このようなシングルチャンバー方式の蒸着装置を用いて本発明の有機発光素子を作製する手順を、図３１(b)（真空槽3110の断面図）を用いて説明する。図３１(b)では、図面簡略化のため、二つの蒸着源（有機化合物蒸着源a3118および有機化合物蒸着源b3119）を有する真空槽3110を用い、正孔輸送材料3116および電子輸送材料3117からなる有機化合物層を形成する過程を示す。
【０１１４】
まず、真空槽3110内に、陽極3102を有する基板3101を搬入し、固定台3111にて固定する（蒸着時には通常、基板は回転させる）。次に、真空槽3110内を減圧（１０-4パスカル以下が好ましい）した後、容器a3112を加熱し、正孔輸送材料3116を蒸発させ、所定の蒸着レート（単位：[Å/s]）に達してからシャッターa3114を開け、蒸着を開始する。この時、シャッターb3115を閉じたまま、容器b3113も加熱しておく。
【０１１５】
その後、シャッターa3114を開いたまま、シャッターb3115を開けることによって、電子輸送材料3117を共蒸着し（図３１(b)で示した状態）、正孔輸送領域3103の後に混合領域3104を形成する。この操作により、正孔輸送領域3103と混合領域3104との間には、不純物層が混入しない。
【０１１６】
さらに電子輸送領域を形成するため、シャッターb3115を開けたままシャッターa3114を閉じ、容器a3112の加熱を終了する。この操作により、混合領域3104と電子輸送領域との間には、不純物層が形成されない。
【０１１７】
さらに、図２６(a)に示した混合領域2607に、発光材料をドープして発光させる手法もある。この場合ドーパントである発光材料は、混合領域2607に含まれる正孔輸送材料および電子輸送材料よりも、低い励起エネルギーを有する必要がある。
【０１１８】
このように発光材料をドープする場合も、不純物層の形成を防ぐため、有機発光素子を作製する製造工程が重要になる。以下では、その製造方法について述べる。
【０１１９】
図３２(a)は、蒸着装置の上面図であるが、蒸着室として一つの真空槽3210を設置し、その真空槽内に複数の蒸着源を設けてある、シングルチャンバー方式である。そして、正孔注入材料、正孔輸送材料、電子輸送材料、電子注入材料、ブロッキング材料、発光材料、陰極の構成材料など、各種機能の異なる材料が、それぞれ前記複数の蒸着源に別々に収納されている。
【０１２０】
このような蒸着室を有する蒸着装置においては、まず、搬入室に陽極（ITOなど）を有する基板を搬入し、陽極がITOのような酸化物である場合、前処理室にて酸化処理を行う（なお、図３２(a)では図示していないが、陽極表面をクリーニングするために紫外線照射室を設置することも可能である）。さらに、有機発光素子を形成する全ての材料は、真空槽3210内において蒸着される。ただし陰極は、この真空槽3210内で形成してもよいし、別に蒸着室を設けてそこで陰極を形成してもよい。要は、陰極を形成するまでの間を、一つの真空槽3210内で蒸着すればよい。最後に、封止室にて封止を行い、搬送室を経由して搬出室から取り出して有機発光素子を得る。
【０１２１】
このようなシングルチャンバー方式の蒸着装置を用いて本発明の有機発光素子を作製する手順を、図３２(b)（真空槽3210の断面図）を用いて説明する。図３２(b)では、最も簡単な例として、三つの蒸着源（有機化合物蒸着源a3216、有機化合物蒸着源b3217および有機化合物蒸着源c3218）を有する真空槽3210を用い、正孔輸送材料3221、電子輸送材料3222および発光材料3223を含む有機化合物層を形成する過程を示す。
【０１２２】
まず、真空槽3210内に、陽極3202を有する基板3201を搬入し、固定台3211にて固定する（蒸着時には通常、基板は回転させる）。次に、真空槽3210内を減圧（１０-4パスカル以下が好ましい）した後、容器a3212を加熱し、正孔輸送材料3221を蒸発させ、所定の蒸着レート（単位：[nm/s]）に達してからシャッターa3214を開け、蒸着を開始する。この時、シャッターb3215を閉じたまま、容器b3213も加熱しておく。
【０１２３】
その後、シャッターa3214を開いたまま、シャッターb3215を開けることによって、電子輸送材料3222を共蒸着し、正孔輸送領域3203の後に混合領域3204を形成する。この操作により、正孔輸送領域3203と混合領域3204との間には、不純物層が混入しない。ここで、この混合領域904形成の際、微量の発光材料3223も途中で添加しておく（図３２(b)で示した状態）。
【０１２４】
さらに電子輸送領域を形成するため、シャッターb3215を開けたままシャッターa3214を閉じ、容器a3212の加熱を終了する。この操作により、混合領域3204と電子輸送領域との間には、不純物層が形成されない。
【０１２５】
この方法を応用すれば、課題を解決するための手段で述べた有機発光素子は、全て作製可能である。例えば、混合領域3204にブロッキング材料を添加する場合は、図３２(b)にそのブロッキング材料を蒸着するための蒸着源を設置し、混合領域の形成中に蒸発させればよい。
【０１２６】
また、正孔注入領域または電子注入領域を形成する場合でも、各注入材料の蒸着源を同一の真空槽3210内に設置すればよい。例えば図３２(b)において、陽極3202と正孔輸送領域3203との間に正孔注入領域を蒸着にて設ける場合は、陽極3202上に正孔注入材料を蒸着した後、インターバルをおかずにすぐ正孔輸送材料3221を蒸発させることで、不純物層の形成を避けることができる。
【０１２７】
なお、以上で述べた混合領域には濃度勾配を形成することもできるので、ここで濃度勾配の形成手法の例について言及しておく。ここでは、抵抗加熱による真空蒸着で成膜できる場合について述べる。濃度勾配の形成手法に関しては、材料の蒸発温度と蒸着レート（通常、単位はnm／s）との相関がとれている場合、温度制御により蒸着レートを制御することも可能である。しかしながら、特に通常粉末形状で用いる有機材料の熱伝導性は悪く、温度による制御はむらを生じやすい。したがって、濃度勾配を形成する２種類の材料をそれぞれ別の蒸着源に用意し、シャッターを利用した蒸着レート制御（膜厚は水晶振動子によってモニターする）で行うことが好ましい。その形態を図１１に示す。
【０１２８】
図１１では、図２４で示した素子構造を例に、濃度勾配の形成手法を説明する。したがって、図１１中では図２４で用いた符号を引用する。まず、成膜室1110内に、陽極1102を有する基板1101を搬入し、固定台1111にて固定する（蒸着時には通常、基板は回転させる）。
【０１２９】
次に、正孔輸送材料1116を設置した試料室a1112を加熱し、シャッターa1114を開けることにより、正孔輸送材料1116からなる正孔輸送領域2405を成膜する。この時、電子輸送材料1117を設置した試料室b1113も同時に加熱しておくが、シャッターb1115は閉じておく。
【０１３０】
正孔輸送領域2405が所定の膜厚に達したあと、シャッターa1114を徐々に閉じると同時に、シャッターb1115を徐々に開いていく。この時の開閉速度により、混合領域2407の濃度勾配を形成する。その開閉速度は、シャッターa1114が完全に閉じる頃に、混合領域2407が所定の膜厚に達するように、かつ、電子輸送材料1117が所定の蒸着レート（電子輸送領域2406を蒸着する際のレート）に達するように、設定すればよい。その後は、シャッターb1115を開けたまま電子輸送領域2406を形成して、図２４の素子構造において濃度勾配を形成した素子が可能になる。
【０１３１】
なお、この方法は図２４以外の素子構造において、濃度勾配を形成する場合も全て適用可能である。また、バイポーラー性混合層あるいは混合領域に発光材料をドープするような場合は、図１１の蒸着源をさらに一つ増やし、ドープする時間帯のみドーパントの蒸着源のシャッターを開ければよい。
【０１３２】
ただし、濃度勾配を形成する手段は、この手法のみに限らない。
【０１３３】
ところで、上で述べたようないくつかの実施の形態は、複合して用いることも可能である。例えば、正孔輸送性混合層、電子輸送性混合層、バイポーラー性混合層を組み合わせて適用する手法である。その一例を図８に示す。
【０１３４】
図８に示す素子構造は、陽極802を有する基板801上に、正孔注入材料811および正孔輸送材料812からなる正孔輸送性混合層803、正孔輸送材料812および電子輸送材料813からなるバイポーラー性混合層804、電子輸送材料813および電子注入材料814からなる電子輸送性混合層805、そして陰極806を積層したものである。
【０１３５】
なお、本実施の形態においては、バイポーラー性混合層804内部に、発光材料815を少量ドープした発光領域807が設けてある。また、各層においては、グラフ810に示したような濃度勾配を形成した。なお、このような濃度勾配を形成した場合の、予想されるバンドダイアグラムの模式図を図１９に示す。
【０１３６】
本素子構造によって、従来ならば正孔注入層・正孔輸送層・電子輸送層・電子注入層という四層構造（図１９(a)）が、三層構造（図１９(b)）に収まることになる。しかも、図１９(b)に示されるとおり、各混合層内はなだらかなエネルギー障壁しかなく、また、各混合層間は正孔輸送材料812および電子輸送材料813によって連続的に接合されており、キャリアの移動に有利である。
【０１３７】
次に、上記のように各混合層を組み合わせるという素子を、三重項発光素子に適用した場合の実施の形態を説明する。通常、三重項発光素子の基本構造は、文献８に示されるとおり図９のような素子構造である。すなわち、基板901、陽極902、正孔輸送層903、ホスト材料に三重項発光材料をドープして形成される発光層904、ブロッキング層905、電子輸送層906、そして陰極907である。ブロッキング層905はブロッキング材料からなり、正孔をブロックして発光層904におけるキャリアの再結合効率を高めると同時に、発光層904において発生した分子励起子の拡散を防ぐ役割も果たす。また、電子輸送性の材料でもある。
【０１３８】
図９の素子構造に対し、正孔注入層や電子注入層を設けることにより、さらに発光効率を高めることができる。しかしながら、ただでさえ図９に示すような５層構造である上に、さらに層を増やすことによって、界面の数はさらに増加してしまう。そこで、本発明を適用する。
【０１３９】
すなわち、図９において、正孔輸送層903を正孔注入材料と正孔輸送材料とからなる正孔輸送性混合層とする、発光層904を正孔輸送材料と発光層のホスト材料とからなるバイポーラー性混合層とする、電子輸送層906を電子輸送材料と電子注入材料とからなる電子輸送性混合層とする、などの手法である。三重項発光材料は、発光層のホスト材料が存在する部分にドープすればよい。また、図２〜図４に示したように、各混合層に濃度勾配を形成することも有効である。
【０１４０】
なお、図９においては、ブロッキング層905は単独の層として用いているが、本発明を実施する場合、発光層のホスト材料と混合してもよい（すなわち、ブロッキング性混合層を形成してもよい）。ただし、分子励起子の拡散を防ぐ観点から、陰極側においてブロッキング材料が高濃度となるように、濃度勾配を形成することが好ましい。
【０１４１】
以上をふまえ、各混合層を組み合わせるという素子を三重項発光素子に適用した実施の形態の一例を図１０に示す。すなわち、陽極1002を有する基板1001上に、正孔注入材料1011および正孔輸送材料1012からなる正孔輸送性混合層1003、正孔輸送材料1012およびホスト材料1013からなるバイポーラー性混合層1004、ホスト材料1013およびブロッキング材料1014からなるブロッキング性混合層1005、ブロッキング材料1014（この場合、電子輸送材料も兼ねている）および電子注入材料1015からなる電子輸送性混合層1006、そして陰極1007を積層したものである。各層には、グラフ1010に示すような濃度勾配を形成した。
【０１４２】
なお、本実施の形態は三重項発光素子であるため、三重項発光材料1016を少量ドープした発光領域1008が設けてある。発光領域1008は、図１０で示されているようにホスト材料1013の濃度が高い領域に設置することが好ましい。また、グラフ1010に示したような濃度勾配を形成した場合の、予想されるバンドダイアグラムの模式図を図２０(b)に示す。
【０１４３】
本素子構造によって、従来ならば正孔注入層・正孔輸送層・発光層・ブロッキング層（電子輸送層を兼ねる）・電子注入層という五層構造（図２０(a)）が、四層構造（図２０(b)）に収まることになる。しかも、図２０(b)に示されるとおり、各混合層内はなだらかなエネルギー障壁しかなく、また、各混合層間は正孔輸送材料1012、ホスト材料1013、およびブロッキング材料1014（電子輸送材料を兼ねている）によって連続的に接合されており、キャリアの移動に有利である。
【０１４４】
最後に、正孔注入材料、正孔輸送材料、電子輸送材料、電子注入材料、ブロッキング材料、発光材料、陰極の構成材料などに好適な材料を以下に列挙する。ただし、本発明の有機発光素子に用いる材料は、これらに限定されない。
【０１４５】
正孔注入材料としては、有機化合物であればポルフィリン系の化合物が有効であり、フタロシアニン（略称；H2Pc）、銅フタロシアニン（略称；CuPc）などがある。導電性高分子化合物に化学ドーピングを施した材料もあり、ポリスチレンスルホン酸（略称；PSS）をドープしたポリエチレンジオキシチオフェン（略称；PEDOT）や、ポリアニリン（略称；PAni）、ポリビニルカルバゾール（略称；PVK）などが挙げられる。また、絶縁体の高分子化合物も陽極の平坦化の点で有効であり、ポリイミド（略称；PI）がよく用いられる。さらに、無機化合物も用いられ、金や白金などの金属薄膜の他、酸化アルミニウム（アルミナ）の超薄膜などがある。
【０１４６】
正孔輸送材料として最も広く用いられているのは、芳香族アミン系（すなわち、ベンゼン環−窒素の結合を有するもの）の化合物である。広く用いられている材料として、先に述べたTPDの他、その誘導体である４，４'−ビス［Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニル−アミノ］−ビフェニル（略称；α−NPD）や、４，４'，４''−トリス（Ｎ，Ｎ−ジフェニル−アミノ）−トリフェニルアミン（略称；TDATA）、４，４'，４''−トリス［Ｎ−（３−メチルフェニル）−Ｎ−フェニル−アミノ］−トリフェニルアミン（略称；MTDATA）などのスターバースト型芳香族アミン化合物が挙げられる。
【０１４７】
電子輸送材料としては、金属錯体がよく用いられ、先に述べたAlq3の他、トリス（４−メチル−８−キノリノラト）アルミニウム（略称；Al(mq3)）、ビス（１０−ヒドロキシベンゾ［h］−キノリナト）ベリリウム（略称；Be(Bq)2）などのキノリン骨格またはベンゾキノリン骨格を有する金属錯体や、混合配位子錯体であるビス（２−メチル−８−キノリノラト）−（４−フェニルフェノラト）−アルミニウム（略称；BAlq）などがある。また、ビス［２−（２−ヒドロキシフェニル）−ベンゾオキサゾラト］亜鉛（略称；Zn(BOX)2）、ビス［２−（２−ヒドロキシフェニル）−ベンゾチアゾラト］亜鉛（略称；Zn(BTZ)2）などのオキサゾール系、チアゾール系配位子を有する金属錯体もある。さらに、金属錯体以外にも、２−（４−ビフェニリル）−５−（４−tert−ブチルフェニル）−１，３，４−オキサジアゾール（略称；PBD）、１，３−ビス［５−（p−tert−ブチルフェニル）−１，３，４−オキサジアゾール−２−イル］ベンゼン（略称；OXD−7）などのオキサジアゾール誘導体、５−（４−ビフェニリル）−３−（４−tert−ブチルフェニル）−４−フェニル−１，２，４−トリアゾール（略称；TAZ）、５−（４−ビフェニリル）−３−（４−tert−ブチルフェニル）−４−（４−エチルフェニル）−１，２，４−トリアゾール（略称；p-EtTAZ）などのトリアゾール誘導体、バソフェナントロリン（略称；BPhen）・バソキュプロイン（略称；BCP」と記す）などのフェナントロリン誘導体が電子輸送性を有する。
【０１４８】
電子注入材料としては、上で述べた電子輸送材料を用いることができる。その他に、フッ化リチウムなどのアルカリ金属ハロゲン化物や、酸化リチウムなどのアルカリ金属酸化物のような絶縁体の、超薄膜がよく用いられる。また、リチウムアセチルアセトネート（略称；Li(acac)）や８−キノリノラト−リチウム（略称；Liq）などのアルカリ金属錯体も有効である。
【０１４９】
ブロッキング材料としては、上で述べたBAlq、OXD−7、TAZ、p-EtTAZ、BPhen、BCPなどが、励起エネルギーレベルが高いため有効である。
【０１５０】
発光材料（ドーパントとして用いるものも含む）としては、先に述べたAlq3、Al(mq)3、Be(Bq)2、BAlq、Zn(BOX)2、Zn(BTZ)2などの金属錯体の他、各種蛍光色素が有効である。また、三重項発光材料も可能であり、白金ないしはイリジウムを中心金属とする錯体が主体である。三重項発光材料としては、トリス（２−フェニルピリジン）イリジウム（略称；Ir(ppy)3）、２，３，７，８，１２，１３，１７，１８−オクタエチル−２１Ｈ，２３Ｈ−ポルフィリン−白金（略称；PtOEP）などが知られている。
【０１５１】
以上で述べたような各機能を有する材料を、各々組み合わせ、本発明の有機発光素子に適用することにより、従来よりも駆動電圧が低い上に素子の寿命が長い有機発光素子を作製することができる。
【０１５２】
【実施例】
［実施例１］
本実施例では、発明の実施の形態において図５で示したような、正孔輸送性混合層を適用した素子を具体的に例示する。
【０１５３】
まず、ガラス基板501上にインジウム錫酸化物（以下、「ITO」と記す）をスパッタリングによって100nm程度成膜し、陽極502とする。次に、正孔注入材料であるCuPcと正孔輸送材料であるα−NPDを１：１の蒸着レート比で共蒸着することにより、正孔輸送性混合層503を形成する。膜厚は50nmとする。
【０１５４】
さらに発光層504として、Alq3にルブレンを5wt%ドープした層を10nm積層する。最後に、電子輸送層505としてAlq3を40nm、陰極506としてAl:Li合金（Liは質量比で0.5wt%）を150nm程度成膜することにより、ルブレンに由来する黄色発光の有機発光素子を作製できる。
【０１５５】
［実施例２］
本実施例では、発明の実施の形態において図６で示したような、電子輸送性混合層を適用した素子を具体的に例示する。
【０１５６】
まず、ガラス基板601上にITOをスパッタリングによって100nm程度成膜し、陽極602とする。次に、正孔輸送材料であるα−NPDを50nm成膜することにより、正孔輸送層603を形成する。
【０１５７】
さらに、発光層604としてペリレンを10nm積層したあと、電子輸送材料であるBPhenと電子注入材料であるAlq3を１：１の蒸着レート比で共蒸着することにより、電子輸送性混合層605を形成する。膜厚は40nmとする。最後に、陰極606としてAl:Li合金（Liは重量比で0.5wt%）を150nm程度成膜することにより、ペリレンに由来する青色発光の有機発光素子を作製できる。
【０１５８】
［実施例３］
本実施例では、図２４で示した有機発光素子において、陽極2402と有機化合物層2403との間に正孔注入材料からなる正孔注入領域を挿入した有機発光素子を、具体的に例示する。
【０１５９】
まず、ITOをスパッタリングによって100nm程度成膜し、陽極2402を形成したガラス基板2401を用意する。この陽極2402を有するガラス基板2401を、図３１において示したような真空槽内に搬入する。本実施例では、４種類の材料（３種類は有機化合物であり、１種類は陰極となる金属）を蒸着するため、４つの蒸着源が必要となる。
【０１６０】
まず、正孔注入材料であるCuPcを20nm蒸着するが、20nmに達してCuPcの蒸着を終えると同時に、インターバルをおかずに、正孔輸送材料であるα−NPDの蒸着を0.3nm/sの蒸着レートで開始する。インターバルをおかない理由は、先に述べたように、不純物層の形成を防ぐためである。
【０１６１】
α−NPDのみからなる正孔輸送領域2405を30nm形成した後、α−NPDの蒸着レートは0.3nm/sに固定したまま、電子輸送材料であるAlq3の蒸着も0.3nm/sにて開始する。すなわち、α−NPDと Alq3のレート比率が１：１となるような混合領域2407を、共蒸着にて形成することになる。
【０１６２】
混合領域2407が30nmに達した後、α−NPDの方は蒸着を終了し、Alq3のみ引き続き蒸着し続けることで、電子輸送領域2406を形成する。厚さは40nmとする。最後に、陰極としてAl:Li合金を150nm程度蒸着することにより、Alq3に由来する緑色発光の有機発光素子を得る。
【０１６３】
［実施例４］
本実施例では、図２９(a)で示した有機発光素子において、陽極2702と有機化合物層2703との間に正孔注入材料からなる正孔注入領域を挿入した有機発光素子を、具体的に例示する。
【０１６４】
まず、ITOをスパッタリングによって100nm程度成膜し、陽極2702を形成したガラス基板2701を用意する。この陽極2702を有するガラス基板2701を、図３２において示したような真空槽内に搬入する。本実施例では、５種類の材料（４種類は有機化合物であり、１種類は陰極となる金属）を蒸着するため、５つの蒸着源が必要となる。
【０１６５】
まず、正孔注入材料であるCuPcを20nm蒸着するが、20nmに達してCuPcの蒸着を終えると同時に、インターバルをおかずに、正孔輸送材料であるα−NPDの蒸着を0.3nm/sの蒸着レートで開始する。インターバルをおかない理由は、先に述べたように、不純物層の形成を防ぐためである。
【０１６６】
α−NPDのみからなる正孔輸送領域2705を30nm形成した後、α−NPDの蒸着レートは0.3nm/sに固定したまま、電子輸送材料であるAlq3の蒸着も0.3nm/sにて開始する。すなわち、α−NPDと Alq3のレート比率が１：１となるような混合領域2707を、共蒸着にて形成することになる。同時に、蛍光色素である４−（ジシアノメチレン）−２−メチル−６−（p−ジメチルアミノスチリル）−４Ｈ−ピラン（略称；DCM）を、発光材料2708として添加しておく。割合は、重量比率にして、Alq3：DCM＝５０：１となるように蒸着レートを制御する。
【０１６７】
混合領域2707が30nmに達した後、α−NPDおよびDCMは蒸着を終了し、Alq3のみ引き続き蒸着し続けることで、電子輸送領域2706を形成する。厚さは40nmとする。最後に、陰極としてAl:Li合金を150nm程度蒸着することにより、DCMに由来する赤色発光の有機発光素子を得る。
【０１６８】
［実施例５］
本実施例では、図２９(b)で示した有機発光素子を、具体的に例示する。
【０１６９】
まず、ITOをスパッタリングによって100nm程度成膜し、陽極2702を形成したガラス基板2701を用意する。この陽極2702を有するガラス基板2701を、図３２において示したような真空槽内に搬入する。本実施例では、４種類の材料（３種類は有機化合物であり、１種類は陰極となる金属）を蒸着するため、４つの蒸着源が必要となる。
【０１７０】
まず、正孔輸送材料であるα−NPDのみからなる正孔輸送領域2705を40nm形成した後、α−NPDの蒸着レートは0.3nm/sに固定したまま、電子輸送材料であるAlq3の蒸着も0.3nm/sにて開始する。すなわち、α−NPDと Alq3のレート比率が１：１となるような混合領域2707を、共蒸着にて形成することになる。
【０１７１】
混合領域2707は30nm形成するが、この時、混合領域2707における中間の10nm（つまり、混合領域30nmのうち、10nm〜20nmの間）は、蛍光色素である４−（ジシアノメチレン）−２−メチル−６−（p−ジメチルアミノスチリル）−４Ｈ−ピラン（以下、「DCM」と記す）を、発光材料2708として約1wt%程度の割合でドープしておく。
【０１７２】
混合領域が30nmに達した後、α−NPDの方は蒸着を終了し、Alq3のみ引き続き蒸着し続けることで、電子輸送領域2706を形成する。厚さは40nmとする。最後に、陰極としてAl:Li合金を150nm程度蒸着することにより、DCMに由来する赤色発光の有機発光素子を得る。
【０１７３】
［実施例６］
本実施例では、発明の実施の形態において図２６(a)で示したような混合領域を適用した素子に対し、濃度勾配を施したものを具体的に例示する。なお、濃度勾配を形成するため、図１１で示したような装置を用いて素子を作製する。本実施例の場合は、正孔輸送材料、電子輸送材料、および発光材料の３種類の蒸着源を必要とする。
【０１７４】
まず、ガラス基板2601上にITOをスパッタリングによって100nm程度成膜し、陽極2602とする。次に、正孔輸送材料であるα−NPDを40nm成膜することにより、正孔輸送領域2605を形成する。
【０１７５】
さらに、発明の実施の形態において説明したように、正孔輸送材料（α−NPD）の蒸着源のシャッターを徐々に閉じると同時に、電子輸送材料（本実施例ではAlq3を用いる）の蒸着源のシャッターを徐々に開けていくことにより、α−NPD とAlq3とからなる濃度勾配を有する混合領域2607を20nm成膜する。この時、混合領域2607の厚み20nmの中間に位置する10nmの領域に、発光材料2608としてルブレンを約5wt%程度の割合でドープする。
【０１７６】
混合領域が20nmに達したあと、電子輸送材料（Alq3）の蒸着源のシャッターのみを開けた状態で、Alq3で構成される電子輸送領域2606を形成する。最後に、陰極2604としてAl:Li合金（Liは重量比で0.5wt%）を150nm程度成膜することにより、ルブレンに由来する黄色発光の有機発光素子を作製できる。
【０１７７】
［実施例７］
本実施例では、図２６(b)で示した有機発光素子において、陽極2602と有機化合物層2603との間に正孔注入材料からなる正孔注入領域を挿入し、陰極2604と有機化合物層2603との間に電子注入材料からなる電子注入領域を挿入した有機発光素子を、具体的に例示する。
【０１７８】
まず、ITOをスパッタリングによって100nm程度成膜し、陽極2602を形成したガラス基板2601を用意する。この陽極2602を有するガラス基板2601を、図３１において示したような真空槽内に搬入する。本実施例では、７種類の材料（６種類は有機化合物であり、１種類は陰極となる金属）を蒸着するため、７つの蒸着源が必要となる。
【０１７９】
まず、正孔注入材料であるCuPcを20nm蒸着するが、20nmに達してCuPcの蒸着を終えると同時に、インターバルをおかずに、正孔輸送材料であるTPDの蒸着を0.2nm/sの蒸着レートで開始する。インターバルをおかない理由は、先に述べたように、不純物層の形成を防ぐためである。
【０１８０】
TPDのみからなる正孔輸送領域2605を30nm形成した後、TPDの蒸着レートは0.2nm/sに固定したまま、電子輸送材料であるBeBq2の蒸着も0.8nm/sにて開始する。すなわち、TPDとBeBq2のレート比率が１：４となるような混合領域2607を、共蒸着にて形成することになる。
【０１８１】
混合領域2607は30nm形成するが、この時、混合領域2607における中間の10nm（つまり、混合領域30nmのうち、10nm〜20nmの間）は、蛍光色素であるルブレンを、発光材料2608として約5wt%の割合でドープしておく。また、混合領域2607における最後の10nm（つまり、混合領域30nmのうち、20nm〜30nmの間）は、ブロッキング材料2609として、BCPをドープしておく。BCPドープ時の各材料の蒸着レート比は、TPD：BeBq2：BCP＝１：４：３とする。
【０１８２】
混合領域2607が30nmに達した後、TPDおよびBCPの方は蒸着を終了し、BeBq2のみ引き続き蒸着し続けることで、電子輸送領域2606を形成する。厚さは40nmとする。BeBq2の蒸着を終了すると同時に、インターバルをおかずに、電子注入材料であるLi(acac)の蒸着を開始して2nm程度蒸着する。インターバルをおかない理由は、先に述べたように、不純物層の形成を防ぐためである。
【０１８３】
最後に、陰極としてアルミニウムを150nm程度蒸着することにより、ルブレンに由来する黄色発光の有機発光素子を得る。
【０１８４】
［実施例８］
本実施例では、図３０(b)で示した有機発光素子を、具体的に例示する。
【０１８５】
まず、ITOをスパッタリングによって100nm程度成膜し、陽極2702を形成したガラス基板2701を用意する。この陽極2702を有するガラス基板2701を、図３２において示したような真空槽内に搬入する。本実施例では、５種類の材料（４種類は有機化合物であり、１種類は陰極となる金属）を蒸着するため、５つの蒸着源が必要となる。
【０１８６】
まず、正孔輸送材料であるMTDATAのみからなる正孔輸送領域2705を40nm形成した後、MTDATAの蒸着レートは0.3nm/sに固定したまま、電子輸送材料であるPBDの蒸着も0.3nm/sにて開始する。すなわち、MTDATAと PBDの比率が１：１となるような混合領域2707を、共蒸着にて形成することになる。
【０１８７】
混合領域2707は30nm形成するが、この時、混合領域2707における中間の10nm（つまり、混合領域30nmのうち、10nm〜20nmの間）は、蛍光色素であるペリレンを発光材料2708として添加するが、その割合は、MTDATA：PBD：ペリレン＝４：１６：１となるように蒸着レートを制御する。また、混合領域2707における最後の10nm（つまり、混合領域30nmのうち、20nm〜30nmの間）は、ブロッキング材料2709としてBCPを添加するが、そのレート比率は、MTDATA：PBD：BCP＝１：４：５とする。
【０１８８】
混合領域が30nmに達した後、MTDATAおよびBCPの方は蒸着を終了し、PBDのみ引き続き蒸着し続けることで、電子輸送領域2706を形成する。厚さは40nmとする。最後に、陰極としてAl:Li合金を150nm程度蒸着することにより、ペリレンに由来する青色発光の有機発光素子を得る。
【０１８９】
［実施例９］
本実施例では、発明の実施の形態において図８で示したような、正孔輸送性混合層・バイポーラー性混合層・電子輸送性混合層を複合して適用した素子を具体的に例示する。なお、本実施例では濃度勾配（図８中のグラフ810）を形成するため、実施例３と同様、図１１にて示したようなシャッター付きの蒸着源を用いる。
【０１９０】
まず、ガラス基板801上にITOをスパッタリングによって100nm程度成膜し、陽極802とする。次に、正孔注入材料811であるCuPcと正孔輸送材料812であるα−NPDとからなる正孔輸送性混合層803を、40nm成膜する。この時、シャッターの開閉によりグラフ810のような濃度勾配を形成する。
【０１９１】
今度は、α−NPDの蒸着源のシャッターを徐々に閉じると同時に、電子輸送材料813であるAlq3の蒸着源のシャッターを徐々に開けていくことにより、濃度勾配を有するバイポーラー性混合層804を20nm成膜する。この時、バイポーラー性混合層804の厚み20nmの中間に位置する10nmの領域807は、発光材料815である4−（ジシアノメチレン）−2−メチル−6−（p−ジメチルアミノスチリル）−4H−ピラン（以下、「DCM」と記す）を1wt%の割合でドープする。
【０１９２】
バイポーラー性混合層804が20nmに達したあと、Alq3のシャッターのみを開けた状態でAlq3を35nm蒸着する。最後の5nmの領域において、Alq3の蒸着源のシャッターを徐々に閉じると同時に、電子注入材料814であるLi(acac)の蒸着源のシャッターを徐々に開けていくことにより、合計40nmの電子輸送性混合層805を形成する。すなわち、Li(acac)の濃度勾配を急峻に設定することになる（グラフ810では電子注入材料814の傾きが一定であるような図示であるが、本実施例では最後の方だけ急激に立ち上がることになる）。
【０１９３】
最後に、陰極806としてAlを150nm程度成膜することにより、DCMに由来する赤色発光の有機発光素子を作製できる。
【０１９４】
［実施例１０］
本実施例では、図２９(b)で示した有機発光素子において、陽極2702と有機化合物層2703との間に正孔注入材料からなる正孔注入領域を、陰極2704と有機化合物層との間に電子注入材料からなる電子注入領域を、それぞれ挿入し、かつ、発光材料として三重項発光材料を適用した有機発光素子の例を、具体的に例示する。その素子構造を図３３に示す。
【０１９５】
まず、ITOをスパッタリングによって100nm程度成膜し、ITO（陽極）を形成したガラス基板を用意する。このITOを有するガラス基板を、図３２において示したような真空槽内に搬入する。本実施例では、７種類の材料（５種類は有機化合物であり、２種類は陰極となる無機材料）を蒸着するため、７つの蒸着源が必要となる。
【０１９６】
まず、正孔注入材料であるCuPcを20nm蒸着するが、20nmに達してCuPcの蒸着を終えると同時に、インターバルをおかずに、正孔輸送材料であるα−NPDの蒸着を0.3nm/sの蒸着レートで開始する。インターバルをおかない理由は、先に述べたように、不純物層の形成を防ぐためである。
【０１９７】
α−NPDのみからなる正孔輸送領域を30nm形成した後、α−NPDの蒸着レートは0.3nm/sに固定したまま、電子輸送材料であるBAlqの蒸着も0.3nm/sにて開始する。すなわち、α−NPDとBAlqのレート比率が１：１となるような混合領域（α−NPD＋BAlq）を、共蒸着にて形成することになる。
【０１９８】
混合領域は20nm形成するが、この時、混合領域における中間の10nm（つまり、混合領域20nmのうち、5nm〜15nmの間）は、三重項発光材料であるIr(ppy)3を、発光材料として添加しておく。その割合は、重量比率にして、BAlq：Ir(ppy)3＝５０：７とする。
【０１９９】
混合領域が20nmに達した後、α−NPDおよびIr(ppy)3の方は蒸着を終了し、BAlqのみ引き続き蒸着し続けることで、電子輸送領域を形成する。厚さは20nmとする。BAlqの蒸着を終了すると同時に、インターバルをおかずに、電子注入材料であるAlq3の蒸着を開始して30nm程度蒸着する。インターバルをおかない理由は、先に述べたように、不純物層の形成を防ぐためである。
【０２００】
最後に、LiFを1nm程度、アルミニウムを150nm程度蒸着することにより、陰極を形成し、Ir(ppy)3に由来する緑色発光の三重項発光素子を得る。
【０２０１】
［実施例１１］
本実施例では、発明の実施の形態において図９で示したような三重項発光素子に、本発明を適用した素子を具体的に例示する。その素子構造を図１０に示す。なお、本実施例では濃度勾配（図１０中のグラフ1010）を形成するため、図１１にて示したようなシャッター付きの蒸着源を用いる。
【０２０２】
まず、ガラス基板1001上にITOをスパッタリングによって100nm程度成膜し、陽極1002とする。次に、正孔注入材料1011であるCuPcと正孔輸送材料1012であるα−NPDとからなる正孔輸送性混合層1003を、40nm成膜する。この時、シャッターの開閉によりグラフ1010のような濃度勾配を形成する。
【０２０３】
引き続き、α−NPDの蒸着レートを徐々に減少しつつ、三重項発光材料のホスト材料1013である4, 4'−N, N'−ジカルバゾール−ビフェニル（以下、「CBP」と記す）の蒸着レートを上げていくことにより、α−NPDとCBPとからなる濃度勾配を有するバイポーラー性混合層1004を20nm形成する。今度は、CBPの蒸着レートを減少させつつ、ブロッキング材料1014であるBCPの蒸着レートを上げていくことにより、CBPとBCPとからなる濃度勾配を有するブロッキング性混合層1005を形成する。膜厚は10nmとする。
【０２０４】
本実施例は三重項発光素子であるため、バイポーラー性混合層1004およびブロッキング性混合層1005を形成する間に、三重項発光材料1016であるトリス（2−フェニルピリジン）イリジウム（以下、「Ir(ppy)3」と記す）をドープする。そのドープ領域1008は、ホスト材料であるCBPの濃度が高い領域、すなわち、バイポーラー性混合層1004とブロッキング性混合層1005との境界付近が最も適している。本実施例では、前記境界の±5nm、合計10nmをドープ領域1008とし、6wt%ドープする。
【０２０５】
さらに、電子輸送性混合層1006は、電子輸送能力の高いBCPおよびAlq3から構成する。BCPの濃度は陽極から離れるに従い小さくなり、Alq3の濃度は逆に大きくなるように濃度勾配を形成する。すなわちこの場合、BCPはブロッキング材料かつ電子輸送材料、Alq3は電子注入材料1015の役割を果たしている。電子輸送性混合層1006の膜厚は40nmとする。
【０２０６】
最後に、陰極1007としてAl:Li合金（Liは重量比で0.5wt%）を150nm程度成膜することにより、Ir(ppy)3に由来する緑色の三重項発光を呈する有機発光素子を作製できる。
【０２０７】
［実施例１２］
本実施例では、本発明で開示した有機発光素子を含む発光装置について説明する。図１２(a)は本発明の有機発光素子を用いたアクティブマトリクス型発光装置の断面図である。なお、能動素子としてここでは薄膜トランジスタ（以下、「TFT」と記す）を用いているが、MOSトランジスタを用いてもよい。
【０２０８】
また、TFTとしてトップゲート型TFT（具体的にはプレーナ型TFT）を例示するが、ボトムゲート型TFT（典型的には逆スタガ型TFT）を用いることもできる。
【０２０９】
図１２(a)において、1201は基板であり、ここでは可視光を透過する基板を用いる。具体的には、ガラス基板、石英基板、結晶化ガラス基板もしくはプラスチック基板（プラスチックフィルムを含む）を用いればよい。なお、基板1201とは、表面に設けた絶縁膜も含めるものとする。
【０２１０】
基板1201の上には画素部1211および駆動回路1212が設けられている。まず、画素部1211について説明する。
【０２１１】
画素部1211は画像表示を行う領域である。基板上には複数の画素が存在し、各画素には有機発光素子に流れる電流を制御するためのTFT（以下、「電流制御TFT」と記す）1202、画素電極（陽極）1203、有機化合物層1204および陰極1205が設けられている。なお、図１２(a)では電流制御TFTしか図示していないが、電流制御TFTのゲートに加わる電圧を制御するためのTFT（以下、「スイッチングTFT」と記す）を設けている。
【０２１２】
電流制御TFT1202は、ここではpチャネル型TFTを用いることが好ましい。nチャネル型TFTとすることも可能であるが、図１２(a)のように有機発光素子の陽極に電流制御TFTを接続する場合は、pチャネル型TFTの方が消費電力を押さえることができる。ただし、スイッチングTFTはnチャネル型TFTでもpチャネル型TFTでもよい。
【０２１３】
また、電流制御TFT1202のドレインには画素電極1203が電気的に接続されている。本実施例では、画素電極1203の材料として仕事関数が4.5〜5.5eVの導電性材料を用いるため、画素電極1203は有機発光素子の陽極として機能する。画素電極1203として代表的には、酸化インジウム、酸化錫、酸化亜鉛もしくはこれらの化合物（ITOなど）を用いればよい。画素電極1203の上には有機化合物層1204が設けられている。
【０２１４】
さらに、有機化合物層1204の上には陰極1205が設けられている。陰極1205の材料としては、仕事関数が2.5〜3.5eVの導電性材料を用いることが望ましい。陰極1205として代表的には、アルカリ金属元素もしくはアルカリ度類金属元素を含む導電膜、アルミニウムを含む導電膜、あるいはその導電膜にアルミニウムや銀などを積層したもの、を用いればよい。
【０２１５】
また、画素電極1203、有機化合物層1204、および陰極1205からなる層は、保護膜1206で覆われている。保護膜1206は、有機発光素子を酸素および水から保護するために設けられている。保護膜1206の材料としては、窒化珪素、窒化酸化珪素、酸化アルミニウム、酸化タンタル、もしくは炭素（具体的にはダイヤモンドライクカーボン）を用いる。
【０２１６】
次に、駆動回路1212について説明する。駆動回路1212は画素部1211に伝送される信号（ゲート信号およびデータ信号）のタイミングを制御する領域であり、シフトレジスタ、バッファ、ラッチ、アナログスイッチ（トランスファゲート）もしくはレベルシフタが設けられている。図１２(a)では、これらの回路の基本単位としてnチャネル型TFT1207およびpチャネル型TFT1208からなるCMOS回路を示している。
【０２１７】
なお、シフトレジスタ、バッファ、ラッチ、アナログスイッチ（トランスファゲート）もしくはレベルシフタの回路構成は、公知のものでよい。また図１２(a)では、同一の基板上に画素部1211および駆動回路1212を設けているが、駆動回路1212を設けずにICやLSIを電気的に接続することもできる。
【０２１８】
また、図１２(a)では電流制御TFT1202に画素電極（陽極）1203が電気的に接続されているが、陰極が電流制御TFTに接続された構造をとることもできる。その場合、画素電極を陰極1205と同様の材料で形成し、陰極を画素電極（陽極）1203と同様の材料で形成すればよい。その場合、電流制御TFTはnチャネル型TFTとすることが好ましい。
【０２１９】
ところで、図１２(a)に示した発光装置は、画素電極1203を形成した後に配線1209を形成する工程で作製されたものを示してあるが、この場合、画素電極1203が表面荒れを起こす可能性がある。有機発光素子は電流駆動型の素子であるため、画素電極1203の表面荒れにより、特性が悪くなることも考えられる。
【０２２０】
そこで、図１２(b)に示すように、配線1209を形成した後に画素電極1203を形成する発光装置も考えられる。この場合、図１２(a)の構造に比べて、画素電極1203からの電流の注入性が向上すると考えられる。
【０２２１】
また、図１２においては、正テーパー型の土手状構造1210によって、画素部1211に設置されている各画素を分離している。この土手状構造を、例えば逆テーパー型のような構造にすることにより、土手状構造が画素電極に接しない構造をとることもできる。その一例を図３４に示す。
【０２２２】
図３４では、配線を利用して分離部を兼ねた、配線および分離部3410を設けた。図３４で示されるような配線および分離部3410の形状（ひさしのある構造）は、配線を構成する金属と、前記金属よりもエッチレートの低い材料（例えば金属窒化物）とを積層し、エッチングすることにより形成することができる。この形状により、画素電極3403や配線と、陰極3405とが、ショートすることを防ぐことができる。なお、図３４においては、通常のアクティブマトリクス型の発光装置と異なり、画素上の陰極3405をストライプ状（パッシブマトリクスの陰極と同様）にする構造になる。
【０２２３】
ここで、図１２(b)に示したアクティブマトリクス型発光装置の外観を図１３に示す。なお、図１３(a)には上面図を示し、図１３(b)には図１３(a)をP−P'で切断した時の断面図を示す。また、図１２の符号を引用する。
【０２２４】
図１３(a)において、1301は画素部、1302はゲート信号側駆動回路、1303はデータ信号側駆動回路である。また、ゲート信号側駆動回路1302およびデータ信号側駆動回路1303に伝送される信号は、入力配線1304を介してTAB（Tape Automated Bonding）テープ1305から入力される。なお、図示しないが、TABテープ1305の代わりに、TABテープにIC（集積回路）を設けたTCP（Tape Carrier Package）を接続してもよい。
【０２２５】
このとき、1306は図１２(b)に示した有機発光素子の上方に設けられるカバー材であり、樹脂からなるシール材1307により接着されている。カバー材1306は酸素および水を透過しない材質であれば、いかなるものを用いてもよい。本実施例では、カバー材1306は図１３(b)に示すように、プラスチック材1306aと、前記プラスチック材1306aの表面および裏面に設けられた炭素膜（具体的にはダイヤモンドライクカーボン膜）1306b、1306cからなる。
【０２２６】
さらに、図１３(b)に示すように、シール材1307は樹脂からなる封止材1308で覆われ、有機発光素子を完全に密閉空間1309に封入するようになっている。密閉空間1309は不活性ガス（代表的には窒素ガスや希ガス）、樹脂または不活性液体（例えばパーフルオロアルカンに代表される液状のフッ素化炭素）を充填しておけばよい。さらに、吸湿剤や脱酸素剤を設けることも有効である。
【０２２７】
また、本実施例に示した発光装置の表示面（画像を観測する面）に偏光板をもうけてもよい。この偏光板は、外部から入射した光の反射を押さえ、観測者が表示面に映り込むことを防ぐ効果がある。一般的には、円偏光板が用いられている。ただし、有機化合物層から発した光が偏光板により反射されて内部に戻ることを防ぐため、屈折率を調節して内部反射の少ない構造とすることが好ましい。
【０２２８】
なお、本実施例の発光装置に含まれる有機発光素子には、本発明で開示した有機発光素子のいずれを用いてもよい。
【０２２９】
［実施例１３］
本実施例では、本発明で開示した有機発光素子を含む発光装置の例として、アクティブマトリクス型発光装置を例示するが、実施例１２とは異なり、能動素子が形成されている基板とは反対側から光を取り出す構造（以下、「上方出射」と記す）の発光装置を示す。図３５にその断面図を示す。
【０２３０】
なお、能動素子としてここでは薄膜トランジスタ（以下、「TFT」と記す）を用いているが、MOSトランジスタを用いてもよい。また、TFTとしてトップゲート型TFT（具体的にはプレーナ型TFT）を例示するが、ボトムゲート型TFT（典型的には逆スタガ型TFT）を用いることもできる。
【０２３１】
本実施例において、基板3501、画素部に形成された電流制御TFT3502、および駆動回路3512に関しては、実施例１２と同様の構成でよい。
【０２３２】
電流制御TFT3502のドレインに接続されている第一電極3503であるが、本実施例では陽極として用いるため、仕事関数がより大きい導電性材料を用いることが好ましい。その代表例として、ニッケル、パラジウム、タングステン、金、銀などの金属が挙げられる。本実施例では、第一電極3503は光を透過しないことが好ましいが、それに加えて、光の反射性の高い材料を用いることがさらに好ましい。
【０２３３】
第一電極3503の上には有機化合物層3504が設けられている。さらに、有機化合物層3504の上には第二電極3505が設けられており、本実施例では陰極とする。その場合、第二電極3505の材料としては、仕事関数が2.5〜3.5eVの導電性材料を用いることが望ましい。代表的には、アルカリ金属元素もしくはアルカリ度類金属元素を含む導電膜、アルミニウムを含む導電膜、あるいはその導電膜にアルミニウムや銀などを積層したもの、を用いればよい。ただし、本実施例は上方出射であるため、第二電極3505が光透過性であることが大前提である。したがって、これらの金属を用いる場合は、20nm程度の超薄膜であることが好ましい。
【０２３４】
また、第一電極3503、有機化合物層3504、および第二電極3505からなる層は、保護膜3506で覆われている。保護膜3506は、有機発光素子を酸素および水から保護するために設けられている。本実施例では、光を透過するものであればいかなるものを用いてもよい。
【０２３５】
なお、図３５では電流制御TFT3502に第一電極（陽極）3503が電気的に接続されているが、陰極が電流制御TFTに接続された構造をとることもできる。その場合、第一電極を陰極の材料で形成し、第二電極を陽極の材料で形成すればよい。このとき、電流制御TFTはnチャネル型TFTとすることが好ましい。
【０２３６】
さらに、3507はカバー材であり、樹脂からなるシール材3508により接着されている。カバー材3507は酸素および水を透過しない材質で、かつ、光を透過する材質であればいかなるものを用いてもよい。本実施例ではガラスを用いる。密閉空間3509は不活性ガス（代表的には窒素ガスや希ガス）、樹脂または不活性液体（例えばパーフルオロアルカンに代表される液状のフッ素化炭素）を充填しておけばよい。さらに、吸湿剤や脱酸素剤を設けることも有効である。
【０２３７】
なお、ゲート信号側駆動回路およびデータ信号側駆動回路に伝送される信号は、入力配線3513を介してTAB（Tape Automated Bonding）テープ3514から入力される。なお、図示しないが、TABテープ3514の代わりに、TABテープにIC（集積回路）を設けたTCP（Tape Carrier Package）を接続してもよい。
【０２３８】
また、本実施例に示した発光装置の表示面（画像を観測する面）に偏光板をもうけてもよい。この偏光板は、外部から入射した光の反射を押さえ、観測者が表示面に映り込むことを防ぐ効果がある。一般的には、円偏光板が用いられている。ただし、有機化合物層から発した光が偏光板により反射されて内部に戻ることを防ぐため、屈折率を調節して内部反射の少ない構造とすることが好ましい。
【０２３９】
なお、本実施例の発光装置に含まれる有機発光素子には、本発明で開示した有機発光素子のいずれを用いてもよい。
［実施例１４］
【０２４０】
本実施例では、本発明で開示した有機発光素子を含む発光装置の例として、パッシブマトリクス型発光装置を例示する。図１４(a)にはその上面図を示し、図１４(b)には図１４(a)をP−P'で切断した時の断面図を示す。
【０２４１】
図１４(a)において、1401は基板であり、ここではプラスチック材を用いる。プラスチック材としては、ポリイミド、ポリアミド、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、PES（ポリエチレンサルファイル）、PC（ポリカーボネート）、PET（ポリエチレンテレフタレート）もしくはPEN（ポリエチレンナフタレート）を板状、もしくはフィルム上にしたものが使用できる。
【０２４２】
1402は酸化導電膜からなる走査線（陽極）であり、本実施例では酸化亜鉛に酸化ガリウムを添加した酸化物導電膜を用いる。また、1403は金属膜からなるデータ線（陰極）であり、本実施例ではビスマス膜を用いる。また、1404はアクリル樹脂からなるバンクであり、データ線1403を分断するための隔壁として機能する。走査線1402とデータ線1403は両方とも、ストライプ状に複数形成されており、互いに直交するように設けられている。なお、図１４(a)では図示していないが、走査線1402とデータ線1403の間には有機化合物層が挟まれており、交差部1405が画素となる。
【０２４３】
そして、走査線1402およびデータ線1403はTABテープ1407を介して外部の駆動回路に接続される。なお、1408は走査線1402が集合してなる配線群を表しており、1409はデータ線1403に接続された接続配線1406の集合からなる配線群を表す。また、図示していないが、TABテープ1407の代わりに、TABテープにICを設けたTCPを接続してもよい。
【０２４４】
また、図１４(b)において、1410はシール材、1411はシール材1410によりプラスチック材1401に貼り合わされたカバー材である。シール材1410としては光硬化樹脂を用いていればよく、脱ガスが少なく、吸湿性の低い材料が望ましい。カバー材としては基板1401と同一の材料が好ましく、ガラス（石英ガラスを含む）もしくはプラスチックを用いることができる。ここではプラスチック材を用いる。
【０２４５】
次に、画素領域の構造の拡大図を図１４(c)に示す。1413は有機化合物層である。なお、図１４(c)に示すように、バンク1404は下層の幅が上層の幅よりも狭い形状になっており、データ線1403を物理的に分断できる。また、シール材1410で囲まれた画素部1414は、樹脂からなる封止材1415により外気から遮断され、有機化合物層の劣化を防ぐ構造となっている。
【０２４６】
以上のような構成からなる本発明の発光装置は、画素部1414が走査線1402、データ線1403、バンク1404および有機化合物層1413で形成されるため、非常に簡単なプロセスで作製することができる。
【０２４７】
また、本実施例に示した発光装置の表示面（画像を観測する面）に偏光板をもうけてもよい。この偏光板は、外部から入射した光の反射を押さえ、観測者が表示面に映り込むことを防ぐ効果がある。一般的には、円偏光板が用いられている。ただし、有機化合物層から発した光が偏光板により反射されて内部に戻ることを防ぐため、屈折率を調節して内部反射の少ない構造とすることが好ましい。
【０２４８】
なお、本実施例の発光装置に含まれる有機発光素子には、本発明で開示した有機発光素子のいずれを用いてもよい。
【０２４９】
［実施例１５］
本実施例では、実施例１４で示した発光装置にプリント配線板を設けてモジュール化した例を示す。
【０２５０】
図１５(a)に示すモジュールは、基板1501（ここでは、画素部1502、配線1503a、 1503bを含む）にTABテープ1504が取り付けられ、前記TABテープ1504を介してプリント配線板1505が取り付けられている。
【０２５１】
ここで、プリント配線板1505の機能ブロック図を図１５(b)に示す。プリント配線板1505の内部には少なくともI/Oポート（入力もしくは出力部）1506、 1509、データ信号側駆動回路1507およびゲート信号側回路1508として機能するICが設けられている。
【０２５２】
このように、基板面に画素部が形成された基板にTABテープが取り付けられ、そのTABテープを介して駆動回路としての機能を有するプリント配線版が取り付けられた構成のモジュールを、本明細書では特に駆動回路外付け型モジュールと呼ぶことにする。
【０２５３】
なお、本実施例の発光装置に含まれる有機発光素子には、本発明で開示した有機発光素子のいずれを用いてもよい。
【０２５４】
［実施例１６］
本実施例では、実施例１２もしくは実施例１３もしくは実施例１４に示した発光装置にプリント配線板を設けてモジュール化した例を示す。
【０２５５】
図１６(a)に示すモジュールは、基板1601（ここでは、画素部1602、データ信号側駆動回路1603、ゲート信号側駆動回路1604、配線1603a、 1604aを含む）にTABテープ1605が取り付けられ、そのTABテープ1605を介してプリント配線板1606が取り付けられている。プリント配線板1606の機能ブロック図を図１６(b)に示す。
【０２５６】
図１６(b)に示すように、プリント配線板1606の内部には少なくともI/Oポート1607、 1610、コントロール部1608として機能するICが設けられている。なお、ここではメモリ部1609を設けてあるが、必ずしも必要ではない。またコントロール部1608は、駆動回路の制御、映像データの補正などをコントロールするための機能を有した部位である。
【０２５７】
このように、有機発光素子の形成された基板にコントローラーとしての機能を有するプリント配線板が取り付けられた構成のモジュールを、本明細書では特にコントローラー外付け型モジュールと呼ぶことにする。
【０２５８】
なお、本実施例の発光装置に含まれる有機発光素子には、本発明で開示した有機発光素子のいずれを用いてもよい。
【０２５９】
［実施例１７］
本実施例では、実施例１０および１１で示したような三重項発光素子を、デジタル時間階調表示により駆動する発光装置の例を示す。本実施例の発光装置は、三重項励起状態からの発光を利用することによって高い発光効率を達成できると同時に、デジタル時間階調表示により均一な像を得ることができ、非常に有用である。
【０２６０】
有機発光素子を用いた画素の、回路構成を図３６(a)に示す。Trはトランジスタ、Csはストレージキャパシタを表す。図３６(a)中の回路構成では、ソース線はトランジスタTr1のソース側に、ゲート線はトランジスタTr1のゲートに接続されている。また、電源供給線はストレージキャパシタCs、およびトランジスタTr2のソース側に接続されている。トランジスタTr2のドレイン側には本発明の有機発光素子の陽極が接続されているため、有機発光素子を挟んでトランジスタTr2の反対側は、陰極となっている。
【０２６１】
この回路においては、ゲート線が選択されると、電流がソース線からTr1に流れ、その信号に対応する電圧がCsに蓄積される。そして、Tr2のゲートおよびソース間の電圧（Vgs）により制御される電流が、Tr2および有機発光素子に流れることになる。
【０２６２】
Tr1が選択されたあとは、Tr1はオフ状態となり、Csの電圧（Vgs）が保持される。したがって、Vgsに依存するだけの電流を流し続けることができる。
【０２６３】
このような回路を、デジタル時間階調表示により駆動するチャートを図３６(b)に示す。すなわち、１フレームを複数のサブフレームに分割するわけだが、図３６(b)では、１フレームを６つのサブフレーム（SF1〜SF6）に分割する６ビット階調とした。TAは書き込み時間である。この場合、それぞれのサブフレーム発光期間の割合は、図に示したように３２：１６：８：４：２：１となる。
【０２６４】
本実施例におけるTFT基板の駆動回路の概要を図３６(c)に示す。図３６(c)中の基板構成では、本発明の有機発光素子を各画素とした画素部に対し、図３６(a)で示したような電源供給線および陰極が接続されている。また、シフトレジスタは、シフトレジスタ→ラッチ１→ラッチ２→画素部の順で、画素部に接続されている。ラッチ１にはデジタル信号が入力され、ラッチ２に入力されるラッチパルスによって画像データを画素部に送り込むことができる。
【０２６５】
ゲートドライバおよびソースドライバは同じ基板上に設けられている。本実施例では、画素回路およびドライバは、デジタル駆動するように設計されているため、TFT特性のばらつきの影響を受けることなく、均一な像を得ることができる。
【０２６６】
［実施例１８］
本実施例では、本発明で開示した有機発光素子に一定の電流を流すことにより駆動する、アクティブマトリクス型の定電流駆動回路の例を示す。その回路構成を図３７に示す。
【０２６７】
図３７に示す画素３７１０は、信号線Ｓｉ、第１走査線Ｇｊ、第２走査線Ｐｊおよび電源線Ｖｉを有している。また画素３７１０は、Ｔｒ１、Ｔｒ２、Ｔｒ３、Ｔｒ４、混合接合型の有機発光素子３７１１、および保持容量３７１２を有している。
【０２６８】
Ｔｒ３とＴｒ４のゲートは、共に第１走査線Ｇｊに接続されている。Ｔｒ３のソースとドレインは、一方は信号線Ｓｉに、もう一方はＴｒ２のソースに接続されている。またＴｒ４のソースとドレインは、一方はＴｒ２のソースに、もう一方はＴｒ１のゲートに接続されている。つまり、Ｔｒ３のソースとドレインのいずれか一方と、Ｔｒ４のソースとドレインのいずれか一方とは、接続されている。
【０２６９】
Ｔｒ１のソースは電源線Ｖｉに、ドレインはＴｒ２のソースに接続されている。Ｔｒ２のゲートは第２走査線Ｐｊに接続されている。そしてＴｒ２のドレインは有機発光素子３７１１が有する画素電極に接続されている。有機発光素子３７１１は、画素電極と、対向電極と、画素電極と対向電極の間に設けられた有機化合物層とを有している。有機発光素子３７１１の対向電極は発光パネルの外部に設けられた電源によって一定の電圧が与えられている。
【０２７０】
なお、Ｔｒ３とＴｒ４は、ｎチャネル型ＴＦＴとｐチャネル型ＴＦＴのどちらでも良い。ただし、Ｔｒ３とＴｒ４の極性は同じである。また、Ｔｒ１はｎチャネル型ＴＦＴとｐチャネル型ＴＦＴのどちらでも良い。Ｔｒ２は、ｎチャネル型ＴＦＴとｐチャネル型ＴＦＴのどちらでも良い。有機発光素子の画素電極と対向電極は、一方が陽極であり、他方が陰極である。Ｔｒ２がｐチャネル型ＴＦＴの場合、陽極を画素電極として用い、陰極を対向電極として用いるのが望ましい。逆に、Ｔｒ２がｎチャネル型ＴＦＴの場合、陰極を画素電極として用い、陽極を対向電極として用いるのが望ましい。
【０２７１】
保持容量３７１２はＴｒ１のゲートとソースとの間に形成されている。保持容量３７１２はＴｒ１のゲートとソースの間の電圧（Vgs）をより確実に維持するために設けられているが、必ずしも設ける必要はない。
【０２７２】
図３７に示した画素では、信号線Ｓｉに供給される電流を信号線駆動回路が有する電流源において制御されている。
【０２７３】
以上のような回路構成を適用することにより、有機発光素子に一定の電流を流して輝度を一定に保とうとする定電流駆動が可能となる。本発明で開示した混合領域を有する有機発光素子は従来の有機発光素子に比べて寿命が長いが、上記のような定電流駆動を実施することでさらに長寿命化を図ることができるため、有効である。
【０２７４】
[実施例１９]
上記実施例で述べた本発明の発光装置は、低消費電力で寿命が長いという利点を有する。したがって、前記発光装置が表示部等として含まれる電気器具は、従来よりも低い消費電力で動作可能であり、なおかつ長保ちする電気器具となる。特に電源としてバッテリーを使用する携帯機器のような電気器具に関しては、低消費電力化が便利さに直結する（電池切れが起こりにくい）ため、極めて有用である。
【０２７５】
また、前記発光装置は、自発光型であることから液晶表示装置のようなバックライトは必要なく、有機化合物層の厚みも１μmに満たないため、薄型軽量化が可能である。したがって、前記発光装置が表示部等として含まれる電気器具は、従来よりも薄型軽量な電気器具となる。このことも、特に携帯機器のような電気器具に関して、便利さ（持ち運びの際の軽さやコンパクトさ）に直結するため、極めて有用である。さらに、電気器具全般においても、薄型である（かさばらない）ことは運送面（大量輸送が可能）、設置面（部屋などのスペース確保）からみても有用であることは疑いない。
【０２７６】
なお、前記発光装置は自発光型であるために、液晶表示装置に比べて明るい場所での視認性に優れ、しかも視野角が広いという特徴を持つ。したがって、前記発光装置を表示部として有する電気器具は、表示の見やすさの点でも大きなメリットがある。
【０２７７】
すなわち、本発明の発光装置を用いた電気器具は、薄型軽量・高視認性といった従来の有機発光素子の長所に加え、低消費電力・長寿命という特長も保有しており、極めて有用である。
【０２７８】
本実施例では、本発明の発光装置を表示部として含む電気器具を例示する。その具体例を図１７および図１８に示す。なお、本実施例の電気器具に含まれる有機発光素子には、本発明で開示した金属錯体のいずれを用いても良い。また、本実施例の電気器具に含まれる発光装置の形態は、図１２〜図１６および図３４〜図３７のいずれの形態を用いても良い。
【０２７９】
図１７(a)は有機発光素子を用いたディスプレイ装置であり、筐体1701a、支持台1702a、表示部1703aを含む。本発明の発光装置を表示部1703aとして用いたディスプレイを作製することにより、薄く軽量で、長保ちするディスプレイを実現できる。よって、輸送が簡便になり、設置の際の省スペースが可能となる上に、寿命も長い。
【０２８０】
図１７(b)はビデオカメラであり、本体1701b、表示部1702b、音声入力部1703b、操作スイッチ1704b、バッテリー1705b、受像部1706bを含む。本発明の発光装置を表示部1702bとして用いたビデオカメラを作製することにより、消費電力が少なく、軽量なビデオカメラを実現できる。よって、電池の消費量が少なくなり、持ち運びも簡便になる。
【０２８１】
図１７(c)はデジタルカメラであり、本体1701c、表示部1702c、接眼部1703c、操作スイッチ1704cを含む。本発明の発光装置を表示部1702cとして用いたデジタルカメラを作製することにより、消費電力が少なく、軽量なデジタルカメラを実現できる。よって、電池の消費量が少なくなり、持ち運びも簡便になる。
【０２８２】
図１７(d)は記録媒体を備えた画像再生装置であり、本体1701d、記録媒体（CD、LD、またはDVDなど）1702d、操作スイッチ1703d、表示部(A)1704d、表示部(B)1705dを含む。表示部(A)1704dは主として画像情報を表示し、表示部(B)1705dは主として文字情報を表示する。本発明の発光装置をこれら表示部(A)1704dや表示部(B)1705dとして用いた前記画像再生装置を作製することにより、消費電力が少なく軽量な上に、長保ちする前記画像再生装置を実現できる。なお、この記録媒体を備えた画像再生装置には、CD再生装置、ゲーム機器なども含む。
【０２８３】
図１７(e)は携帯型（モバイル）コンピュータであり、本体1701e、表示部1702e、受像部1703e、操作スイッチ1704e、メモリスロット1705eを含む。本発明の発光装置を表示部1702eとして用いた携帯型コンピュータを作製することにより、消費電力が少なく、薄型軽量な携帯型コンピュータを実現できる。よって、電池の消費量が少なくなり、持ち運びも簡便になる。なお、この携帯型コンピュータはフラッシュメモリや不揮発性メモリを集積化した記録媒体に情報を記録したり、それを再生したりすることができる。
【０２８４】
図１７(f)はパーソナルコンピュータであり、本体1701f、筐体1702f、表示部1703f、キーボード1704fを含む。本発明の発光装置を表示部1703fとして用いたパーソナルコンピュータを作製することにより、消費電力が少なく、薄型軽量なパーソナルコンピュータを実現できる。特に、ノートパソコンのように持ち歩く用途が必要な場合、電池の消費量や軽さの点で大きなメリットとなる。
【０２８５】
なお、上記電気器具はインターネットなどの電子通信回線や電波などの無線通信を通じて配信される情報を表示することが多くなってきており、特に動画情報を表示する機会が増えている。有機発光素子の応答速度は非常に速く、そのような動画表示に好適である。
【０２８６】
次に、図１８(a)は携帯電話であり、本体1801a、音声出力部1802a、音声入力部1803a、表示部1804a、操作スイッチ1805a、アンテナ1806aを含む。本発明の発光装置を表示部1804aとして用いた携帯電話を作製することにより、消費電力が少なく、薄型軽量な携帯電話を実現できる。よって、電池の消費量が少なくなり、持ち運びも楽になる上にコンパクトな本体にできる。
【０２８７】
図１８(b)は音響機器（具体的には車載用オーディオ）であり、本体1801b、表示部1802b、操作スイッチ1803b、1804bを含む。本発明の発光装置を表示部1802bとして用いた音響機器を作製することにより、消費電力が少なく、軽量な音響機器を実現できる。また、本実施例では車載用オーディオを例として示すが、家庭用オーディオに用いても良い。
【０２８８】
なお、図１７〜図１８で示したような電気器具において、さらに光センサを内蔵させ、使用環境の明るさを検知する手段を設けることで、使用環境の明るさに応じて発光輝度を変調させるような機能を持たせることは有効である。使用者は、使用環境の明るさに比べてコントラスト比で100〜150の明るさを確保できれば、問題なく画像もしくは文字情報を認識できる。すなわち、使用環境が明るい場合は画像の輝度を上げて見やすくし、使用環境が暗い場合は画像の輝度を抑えて消費電力を抑えるといったことが可能となる。
【０２８９】
また、本発明の発光装置を光源として用いた様々な電気器具も、低消費電力での動作や薄型軽量化が可能であるため、非常に有用と言える。代表的には、液晶表示装置のバックライトもしくはフロントライトといった光源、または照明機器の光源として本発明の発光装置を含む電気器具は、低消費電力の実現や薄型軽量化が可能である。
【０２９０】
したがって、本実施例に示した図１７〜図１８の電気器具の表示部を、全て液晶ディスプレイにする場合においても、その液晶ディスプレイのバックライトもしくはフロントライトとして本発明の発光装置を用いた電気器具を作製することにより、消費電力が少なく、薄くて軽量な電気器具が達成できる。
【０２９１】
【発明の効果】
本発明を実施することで、消費電力が少ない上に、寿命も優れた発光装置を得ることができる。さらに、そのような発光装置を光源もしくは表示部に用いることで、明るく消費電力が少ない上に、長保ちする電気器具を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】正孔注入層の役割を示す図。
【図２】濃度勾配を示す図。
【図３】濃度勾配を示す図。
【図４】濃度勾配を示す図。
【図５】有機発光素子の構造を示す図。
【図６】有機発光素子の構造を示す図。
【図７】有機発光素子の構造を示す図。
【図８】有機発光素子の構造を示す図。
【図９】有機発光素子の構造を示す図。
【図１０】有機発光素子の構造を示す図。
【図１１】蒸着装置を示す図。
【図１２】発光装置の断面構造を示す図。
【図１３】発光装置の上面構造および断面構造を示す図。
【図１４】発光装置の上面構造および断面構造を示す図。
【図１５】発光装置の構成を示す図。
【図１６】発光装置の構成を示す図。
【図１７】電気器具の具体例を示す図。
【図１８】電気器具の具体例を示す図。
【図１９】エネルギーバンドダイアグラムを示す図。
【図２０】エネルギーバンドダイアグラムを示す図。
【図２１】有機化合物層の状態を表す図。
【図２２】蒸着装置を示す図。
【図２３】不純物層の形成を示す図。
【図２４】有機発光素子の構造を示す図。
【図２５】有機化合物層の状態を表す図。
【図２６】有機発光素子の構造を示す図。
【図２７】有機発光素子の構造を示す図。
【図２８】濃度プロファイルを示す図。
【図２９】有機発光素子の構造を示す図。
【図３０】有機発光素子の構造を示す図。
【図３１】蒸着装置を示す図。
【図３２】蒸着装置を示す図。
【図３３】有機発光素子の構造を示す図。
【図３４】発光装置の断面構造を示す図。
【図３５】発光装置の断面構造を示す図。
【図３６】発光装置の構成を示す図。
【図３７】発光装置の構成を示す図。
Claims (14)
- 陽極と、陰極と、前記陽極および前記陰極の間に設けられた有機化合物層と、からなる有機発光素子を含む発光装置において、前記有機化合物層は、正孔輸送材料からなる正孔輸送領域と、電子輸送材料からなる電子輸送領域と、を含み、かつ、前記正孔輸送領域は前記電子輸送領域よりも前記陽極側に位置し、なおかつ、前記正孔輸送領域と前記電子輸送領域との間に、前記正孔輸送材料および前記電子輸送材料の両方を含む混合領域が設けられ、前記混合領域内の中心のみに発光を呈する発光材料が添加された発光領域を設け、
前記正孔輸送材料および前記電子輸送材料に比べて最高被占分子軌道と最低空分子軌道とのエネルギー差が大きいブロッキング材料が、前記混合領域内の一部に添加されており、かつ、前記発光領域は、前記ブロッキング材料が添加されている領域よりも前記陽極側に位置することを特徴とする発光装置。 - 陽極と、陰極と、前記陽極に接して設けられた正孔注入領域と、前記正孔注入領域および前記陰極の間に設けられた有機化合物層と、からなる有機発光素子を含む発光装置において、前記有機化合物層は、正孔輸送材料からなる正孔輸送領域と、電子輸送材料からなる電子輸送領域と、を含み、かつ、前記正孔輸送領域は前記電子輸送領域よりも前記陽極側に位置し、なおかつ、前記正孔輸送領域と前記電子輸送領域との間に、前記正孔輸送材料および前記電子輸送材料の両方を含む混合領域が設けられ、前記混合領域内の中心のみに発光を呈する発光材料が添加された発光領域を設け、
前記正孔輸送材料および前記電子輸送材料に比べて最高被占分子軌道と最低空分子軌道とのエネルギー差が大きいブロッキング材料が、前記混合領域内の一部に添加されており、かつ、前記発光領域は、前記ブロッキング材料が添加されている領域よりも前記陽極側に位置することを特徴とする発光装置。 - 陽極と、陰極と、前記陰極に接して設けられた電子注入領域と、前記陽極および前記電子注入領域の間に設けられた有機化合物層と、からなる有機発光素子を含む発光装置において、前記有機化合物層は、正孔輸送材料からなる正孔輸送領域と、電子輸送材料からなる電子輸送領域と、を含み、かつ、前記正孔輸送領域は前記電子輸送領域よりも前記陽極側に位置し、なおかつ、前記正孔輸送領域と前記電子輸送領域との間に、前記正孔輸送材料および前記電子輸送材料の両方を含む混合領域が設けられ、前記混合領域内の中心のみに発光を呈する発光材料が添加された発光領域を設け、
前記正孔輸送材料および前記電子輸送材料に比べて最高被占分子軌道と最低空分子軌道とのエネルギー差が大きいブロッキング材料が、前記混合領域内の一部に添加されており、かつ、前記発光領域は、前記ブロッキング材料が添加されている領域よりも前記陽極側に位置することを特徴とする発光装置。 - 陽極と、陰極と、前記陽極に接して設けられた正孔注入領域と、前記陰極に接して設けられた電子注入領域と、前記正孔注入領域および前記電子注入領域の間に設けられた有機化合物層と、からなる有機発光素子を含む発光装置において、前記有機化合物層は、正孔輸送材料からなる正孔輸送領域と、電子輸送材料からなる電子輸送領域と、を含み、かつ、前記正孔輸送領域は前記電子輸送領域よりも前記陽極側に位置し、なおかつ、前記正孔輸送領域と前記電子輸送領域との間に、前記正孔輸送材料および前記電子輸送材料の両方を含む混合領域が設けられ、前記混合領域内の中心のみに発光を呈する発光材料が添加された発光領域を設け、
前記正孔輸送材料および前記電子輸送材料に比べて最高被占分子軌道と最低空分子軌道とのエネルギー差が大きいブロッキング材料が、前記混合領域内の一部に添加されており、かつ、前記発光領域は、前記ブロッキング材料が添加されている領域よりも前記陽極側に位置することを特徴とする発光装置。 - 請求項１乃至請求項４のいずれか一に記載の発光装置において、前記陽極から前記陰極への方向に対し、前記混合領域内の前記正孔輸送材料の濃度は減少し、前記混合領域内の前記電子輸送材料の濃度は増加していることを特徴とする発光装置。
- 陽極と、陰極と、前記陽極および前記陰極の間に設けられた有機化合物層と、からなる有機発光素子を含む発光装置において、前記有機化合物層は、正孔輸送材料からなる正孔輸送領域と、電子輸送材料からなる電子輸送領域と、を含み、かつ、前記正孔輸送領域と前記電子輸送領域との間に、前記正孔輸送材料および前記電子輸送材料を一定の割合にて含む混合領域が形成されており、なおかつ、前記混合領域内の中心のみに、発光を呈する発光材料が添加された発光領域を設け、
前記正孔輸送材料および前記電子輸送材料に比べて最高被占分子軌道と最低空分子軌道とのエネルギー差が大きいブロッキング材料が、前記混合領域内の一部に添加されており、かつ、前記発光領域は、前記ブロッキング材料が添加されている領域よりも前記陽極側に位置することを特徴とする発光装置。 - 陽極と、陰極と、前記陽極に接して設けられた正孔注入領域と、前記正孔注入領域および前記陰極の間に設けられた有機化合物層と、からなる有機発光素子を含む発光装置において、前記有機化合物層は、正孔輸送材料からなる正孔輸送領域と、電子輸送材料からなる電子輸送領域と、を含み、かつ、前記正孔輸送領域と前記電子輸送領域との間に、前記正孔輸送材料および前記電子輸送材料を一定の割合にて含む混合領域が形成されており、なおかつ、前記混合領域内の中心のみに、発光を呈する発光材料が添加された発光領域を設け、
前記正孔輸送材料および前記電子輸送材料に比べて最高被占分子軌道と最低空分子軌道とのエネルギー差が大きいブロッキング材料が、前記混合領域内の一部に添加されており、かつ、前記発光領域は、前記ブロッキング材料が添加されている領域よりも前記陽極側に位置することを特徴とする発光装置。 - 陽極と、陰極と、前記陰極に接して設けられた電子注入領域と、前記陽極および前記電子注入領域の間に設けられた有機化合物層と、からなる有機発光素子を含む発光装置において、前記有機化合物層は、正孔輸送材料からなる正孔輸送領域と、電子輸送材料からなる電子輸送領域と、を含み、かつ、前記正孔輸送領域と前記電子輸送領域との間に、前記正孔輸送材料および前記電子輸送材料を一定の割合にて含む混合領域が形成されており、なおかつ、前記混合領域内の中心のみに、発光を呈する発光材料が添加された発光領域を設け、
前記正孔輸送材料および前記電子輸送材料に比べて最高被占分子軌道と最低空分子軌道とのエネルギー差が大きいブロッキング材料が、前記混合領域内の一部に添加されており、かつ、前記発光領域は、前記ブロッキング材料が添加されている領域よりも前記陽極側に位置することを特徴とする発光装置。 - 陽極と、陰極と、前記陽極に接して設けられた正孔注入領域と、前記陰極に接して設けられた電子注入領域と、前記正孔注入領域および前記電子注入領域の間に設けられた有機化合物層と、からなる有機発光素子を含む発光装置において、前記有機化合物層は、正孔輸送材料からなる正孔輸送領域と、電子輸送材料からなる電子輸送領域と、を含み、かつ、前記正孔輸送領域と前記電子輸送領域との間に、前記正孔輸送材料および前記電子輸送材料を一定の割合にて含む混合領域が形成されており、なおかつ、前記混合領域内の中心のみに、発光を呈する発光材料が添加された発光領域を設け、
前記正孔輸送材料および前記電子輸送材料に比べて最高被占分子軌道と最低空分子軌道とのエネルギー差が大きいブロッキング材料が、前記混合領域内の一部に添加されており、かつ、前記発光領域は、前記ブロッキング材料が添加されている領域よりも前記陽極側に位置することを特徴とする発光装置。 - 請求項１乃至請求項９のいずれか一項に記載の発光装置において、前記混合領域内に関し、前記正孔輸送材料と前記電子輸送材料との合計質量に対する前記正孔輸送材料の質量の百分率は、１０パーセント以上９０パーセント以下であることを特徴とする発光装置。
- 請求項１乃至請求項１０のいずれか一項に記載の発光装置において、前記混合領域は、１０ナノメートル以上、１００ナノメートル以下の厚さであることを特徴とする発光装置。
- 請求項１乃至請求項１１のいずれか一に記載の発光装置において、前記発光材料は、三重項励起状態からの発光を呈することを特徴とする発光装置。
- 請求項１乃至請求項１２のいずれか一に記載の発光装置において、前記発光材料は、イリジウムを中心金属とする錯体であることを特徴とする発光装置。
- 請求項１乃至請求項１３のいずれか一項に記載の発光装置を用いたことを特徴とする電気器具。
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