JP2001332387A

JP2001332387A - 有機電界発光素子

Info

Publication number: JP2001332387A
Application number: JP2000155108A
Authority: JP
Inventors: Masamichi Fujihira; 正道藤平; Ganzorikku Chimiddo; ガンゾリックチミッド; Yoshiharu Sato; 佳晴佐藤
Original assignee: Mitsubishi Chemical Corp
Current assignee: Mitsubishi Chemical Corp
Priority date: 2000-05-25
Filing date: 2000-05-25
Publication date: 2001-11-30

Abstract

(57)【要約】【課題】低電圧、高発光効率で駆動させることがで
き、かつ長期間に亙って安定な発光特性を維持できる有
機電界発光素子を提供する。【解決手段】基板１上に、陽極２及び陰極５により挟
持された発光層３を有する有機電界発光素子。陰極５と
発光層３との間に、陰極５に接して、下記一般式（Ｉ）
で表わされる化合物を含有する陰極界面層４が設けられ
ている。【化７】（式中、Ａｒは置換基を有していてもよい芳香族複素環
基又は置換基を有していてもよい縮合多環芳香族環を表
し、Ｍはアルカリ金属原子を示す。）

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は有機電界発光素子に
関するものであり、詳しくは、有機化合物から成る発光
層に電界をかけて光を放出する薄膜型デバイスに関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、薄膜型の電界発光（ＥＬ）素子と
しては、無機材料のII−VI族化合物半導体であるＺｎ
Ｓ、ＣａＳ、ＳｒＳ等に、発光中心であるＭｎや希土類
元素（Ｅｕ、Ｃｅ、Ｔｂ、Ｓｍ等）をドープしたものが
一般的であるが、上記の無機材料から作製したＥＬ素子
は、１）交流駆動が必要（50〜1000Ｈｚ）、２）駆動電圧が高い（〜200Ｖ）、３）フルカラー化が困難（特に青色）、４）周辺駆動回路のコストが高い、という問題点を有している。

【０００３】しかし、近年、上記問題点の改良のため、
有機薄膜を用いたＥＬ素子の開発が行われるようになっ
た。特に、発光効率を高めるため、電極からのキャリア
ー注入の効率向上を目的として電極の種類の最適化を行
い、芳香族ジアミンから成る正孔輸送層と８−ヒドロキ
シキノリンのアルミニウム錯体から成る発光層とを設け
た有機電界発光素子の開発（Appl. Phys. Lett., 51巻,
913頁，1987年）により、従来のアントラセン等の単結
晶を用いたＥＬ素子と比較して発光効率の大幅な改善が
なされ、実用特性に近づいている。

【０００４】上記の様な低分子材料を用いた電界発光素
子の他にも、発光層の材料として、ポリ（ｐ−フェニレ
ンビニレン）、ポリ［2-メトキシ-5-(2-エチルヘキシル
オキシ)-1,4-フェニレンビニレン］、ポリ（3-アルキル
チオフェン）等の高分子材料を用いた電界発光素子の開
発や、ポリビニルカルバゾール等の高分子に低分子の発
光材料と電子移動材料を混合した素子の開発も行われて
いる。

【０００５】このような状況において、有機電界発光素
子の課題としては、駆動安定性の向上と低駆動電圧化の
二点が挙げられる。

【０００６】即ち、有機電界発光素子の駆動時における
電圧が高く、耐熱性を含めた駆動安定性が低いことは、
ファクシミリ、複写機、液晶ディスプレイのバックライ
ト等の光源としては大きな問題であり、特にフルカラー
フラットパネル・ディスプレイ等の表示素子としても望
ましくない。

【０００７】有機電界発光素子の駆動時の不安定性とし
ては、発光輝度の低下、定電流駆動時の電圧上昇、非発
光部分（ダークスポット）の発生等が挙げられる。これ
らの不安定性の原因はいくつか存在するが、主として、
陰極材料、特に、陰極の発光層側の界面の劣化が大きな
要因となっていると考えられる。即ち、有機電界発光素
子の場合、陰極から有機層側への電子注入を容易に行う
ために、通常、陰極材料としてはマグネシウム合金やカ
ルシウム等の低仕事関数金属が用いられるが、これらの
金属は空気中の水分により酸化されやすく、駆動時の不
安定性の大きな要因となっている。低仕事関数金属を用
いた陰極は、素子の駆動電圧を低くするためには有効で
あるが、上述の不安定性のために改善が望まれている。

【０００８】一方、アルミニウムにリチウム金属を0.01
〜0.1 重量部含有させた合金よりなる陰極が開示されて
いる（特開平5−121172号公報）。この陰極の形成のた
めには、リチウム金属の含有量を厳密に制御する必要が
あるが、真空蒸着法においてアルミニウムとリチウム金
属をそれぞれ独立に蒸着源として用いる２元蒸着によ
り、所望の組成比のアルミニウム・リチウム合金の陰極
層を形成するのはプロセス上困難である。アルミニウム
とリチウムの所望の組成比の合金を予めペレットやター
ゲットの形で作製しておき、電子ビーム蒸着法やスパッ
タ法で陰極を形成することも考えられてはいるが、この
方法では、リチウムとアルミニウムの蒸気圧及びスパッ
タ効率の違いにより、成膜を重ねると蒸着源であるアル
ミニウム・リチウム合金の組成比の変動を起こすとい
う、実用上の問題が存在する。また、金属リチウム原子
は拡散しやすく、隣接する有機層に拡散して発光を消光
すること、更には、水分には非常に敏感であるため、リ
チウム原子を含む陰極が形成された素子では、封止精度
に対する要求が甚だ厳しいものとなるといった不具合も
ある。

【０００９】一方、リチウムを６モル％以上含むアルミ
ニウム合金よりなる陰極も開示されているが（特開平4
−212287号公報）、このような素子でも既述したリチウ
ム金属原子の不安定性のために厳重な保護膜を必要と
し、また、リチウム原子に由来する拡散不安定性を回避
することはできない。

【００１０】陰極の有機発光層側に接する界面に、フッ
化リチウム、酸化リチウム等の極薄膜無機絶縁層（0.3
〜10nm）を挿入することも検討されているが（Appl. Ph
ys.Lett., 70巻，152頁，1997年；IEEE Trans. Electro
n. Devices，44巻，1245頁，1997年）、有機層との付着
力に難があり、陰極の剥離等によるダークスポット発生
の問題がある。

【００１１】また、安息香酸のリチウム塩の層を同様に
陰極界面に挿入することも報告されているが（Jpn. J.
Appl. Phys.，38巻，L1348頁，1999年）、発光性能が十
分とは言えない。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】上述の如く、従来、有
機電界発光素子の陰極材料としては、アルミニウム金属
にリチウムを合金化させたものやリチウム化合物を混合
したものなどが提案されているが、駆動安定性の向上と
低駆動電圧化に有効なものは提供されておらず、更には
製造プロセスにおいても実用上の問題を有するものであ
った。

【００１３】また、陰極界面に別途界面層を形成するこ
とも提案されているが、発光性能等において、十分な特
性が得られていない。

【００１４】本発明は上記従来の問題点を解決し、低電
圧、高発光効率で駆動させることができ、かつ長期間に
亙って安定な発光特性を維持できる有機電界発光素子を
提供することを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明の有機電界発光素
子は、基板上に、陽極及び陰極により挟持された発光層
を有する有機電界発光素子において、前記陰極と発光層
との間に、該陰極に接して、下記一般式（Ｉ）で表わさ
れる化合物を含有する陰極界面層が設けられていること
を特徴とする。

【００１６】

【化２】

【００１７】（式中、Ａｒは置換基を有していてもよい
芳香族複素環基又は置換基を有していてもよい縮合多環
芳香族環を表し、Ｍはアルカリ金属原子を示す。）

【００１８】即ち、本発明者は、低電圧で高輝度に発光
し、かつ、駆動時においても安定な発光特性を維持で
き、更には、素子作製時に選択し得るプロセス条件の範
囲が広い有機電界発光素子を提供すべく鋭意検討した結
果、基板上に、陽極及び陰極により挟持された発光層を
有する有機電界発光素子において、陰極と発光層との間
に陰極に接して、特定のカルボン酸アルカリ金属塩を含
有する陰極界面層を設けることにより、上記課題を解決
することができることを見出し、本発明を完成するに至
った。

【００１９】本発明の有機電界発光素子にあっては、陰
極金属と陰極界面層を構成する上記一般式（Ｉ）で表さ
れる有機化合物とで蒸着時に反応が起こり、結果として
電子注入が容易になる反応生成物が陰極界面に形成され
る。この反応生成物の詳細については明らかではない
が、陰極界面層を形成する有機化合物に含まれるアルカ
リ金属が部分的に遊離することが想定される。

【００２０】前記一般式（Ｉ）において、芳香族複素環
としては、ピリジン、ピラジン、キノリン、フラン又は
チオフェンが挙げられる。また、縮合多環芳香族環とし
ては、ナフタレン、アントラセン、フェナントレン、ピ
レン又はペリレンが挙げられる。

【００２１】本発明において、この陰極界面層の膜厚は
0.3〜10nmの範囲内にあることが好ましい。

【００２２】また、陰極を形成する金属は、アルミニウ
ム、インジウム、マグネシウム、カルシウム、亜鉛、バ
ナジウム、クロム及びスズよりなる群から選ばれる１種
又は２種以上であることが好ましい。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下に図面を参照して本発明の実
施の形態を詳細に説明する。

【００２４】図１〜３は本発明の有機電界発光素子の構
造例を模式的に示す断面図であり、１は基板、２は陽
極、３は有機発光層、３ａは陽極バッファ層、３ｂは正
孔輸送層、３ｃは電子輸送層、４は陰極界面層、５は陰
極を各々表す。

【００２５】基板１は有機電界発光素子の支持体となる
ものであり、石英やガラスの板、金属板や金属箔、プラ
スチックフィルムやシートなどが用いられる。特にガラ
ス板や、ポリエステル、ポリメタクリレート、ポリカー
ボネート、ポリスルホンなどの透明な合成樹脂の板が好
ましい。合成樹脂基板を使用する場合にはガスバリア性
に留意する必要がある。基板のガスバリヤ性が低すぎる
と、基板を通過する外気により有機電界発光素子が劣化
することがあるので好ましくない。このため、合成樹脂
基板を用いる場合には、いずれか一方の面又は両面に緻
密なシリコン酸化膜等を設けてガスバリア性を確保する
のが好ましい。

【００２６】基板１上には陽極２が設けられる。陽極２
は有機発光層３への正孔注入の役割を果たすものであ
る。この陽極２は、通常、アルミニウム、金、銀、ニッ
ケル、パラジウム、白金等の金属、インジウム及び／又
はスズの酸化物などの金属酸化物、ヨウ化銅などのハロ
ゲン化金属、カーボンブラック、あるいは、ポリ（3-メ
チルチオフェン）、ポリピロール、ポリアニリン等の導
電性高分子などにより構成される。陽極２の形成は通
常、スパッタリング法、真空蒸着法などにより行われる
ことが多い。また、銀などの金属微粒子、ヨウ化銅など
の微粒子、カーボンブラック、導電性の金属酸化物微粒
子、導電性高分子微粉末などの場合には、適当なバイン
ダー樹脂溶液に分散し、基板１上に塗布することにより
陽極２を形成することもできる。更に、導電性高分子の
場合は電解重合により直接基板１上に薄膜を形成した
り、基板１上に導電性高分子を塗布したりすることによ
り、陽極２を形成することもできる（Appl. Phys. Let
t., 60巻，2711頁，1992年）。陽極２は異なる物質で積
層して形成することも可能である。陽極２の厚みは、必
要とする透明性により異なる。透明性が必要とされる場
合は、可視光の透過率を、通常60％以上、好ましくは80
％以上とすることが望ましく、この場合、厚みは、通常
5〜1000nm、好ましくは10〜500nm程度である。不透明で
よい場合は陽極２は基板１と同一でもよい。また、更に
は上記の陽極２の上に異なる導電材料を積層することも
可能である。

【００２７】図１の有機電界発光素子では、陽極２の上
には有機発光層３が設けられている。有機発光層３は、
電界を与えられた電極間において、陽極２から注入され
た正孔と陰極４から注入された電子を効率良く輸送して
再結合させ、かつ、再結合により効率良く発光する材料
から形成される。通常、この有機発光層３は発光効率の
向上のために、図２に示す様に、正孔輸送層３ｂと電子
輸送層３ｃに分割して機能分離型にすることが行われる
（Appl.Phys.Lett.,51巻，913頁，1987年）。

【００２８】上記の機能分離型素子において、正孔輸送
層３ｂの材料としては、陽極２からの正孔注入効率が高
く、かつ、注入された正孔を効率よく輸送することがで
きる材料であることが必要である。そのためには、イオ
ン化ポテンシャルが小さく、しかも正孔移動度が大き
く、更に安定性に優れ、トラップとなる不純物が製造時
や使用時に発生しにくいことが要求される。

【００２９】このような正孔輸送材料としては、例え
ば、4,4'-ビス［N-（1-ナフチル）-N-フェニルアミノ］
ビフェニルで代表される２個以上の３級アミンを含み、
２個以上の縮合芳香族環が窒素原子に置換した芳香族ジ
アミン（特開平5−234681号公報）、4,4',4"-トリス(1-
ナフチルフェニルアミノ)トリフェニルアミン等のスタ
ーバースト構造を有する芳香族アミン化合物（J. Lumi
n.,72-74巻、985頁、1997年）、トリフェニルアミンの
四量体から成る芳香族アミン化合物（Chem.Commun.,217
5頁、1996年）、2,2',7,7'-テトラキス-(ジフェニルア
ミノ)-9,9'-スピロビフルオレン等のスピロ化合物（Syn
th.Metals,91巻、209頁、1997年）等が挙げられる。こ
れらの化合物は、単独で用いてもよいし、必要に応じて
２種以上を混合して用いてもよい。

【００３０】正孔輸送層３ｂの材料としては、上記の化
合物以外に、ポリビニルカルバゾール、ポリビニルトリ
フェニルアミン（特開平7−53953号公報）、テトラフェ
ニルベンジジンを含有するポリアリーレンエーテルサル
ホン（Polym.Adv.Tech.,7巻、33頁、1996年）等の高分
子材料も挙げられる。

【００３１】正孔輸送層３ｂは、上記の正孔輸送材料を
塗布法あるいは真空蒸着法により、前記陽極２上に積層
することにより形成される。

【００３２】塗布法の場合は、正孔輸送材料の１種又は
２種以上に、必要により正孔のトラップにならないバイ
ンダー樹脂や塗布性改良剤などの添加剤を添加し、溶解
して塗布溶液を調製し、スピンコート法などの方法によ
り陽極２上に塗布し、乾燥して正孔輸送層３ｂを形成す
る。この場合、バインダー樹脂としては、ポリカーボネ
ート、ポリアリレート、ポリエステル等を用いることが
できる。バインダー樹脂はその添加量が多いと正孔移動
度を低下させるので、少ない方が望ましく、通常、５０
重量％以下が好ましい。

【００３３】真空蒸着法の場合には、正孔輸送材料を真
空容器内に設置されたルツボに入れ、真空容器内を適当
な真空ポンプで10^−４Pa程度にまで排気した後、ルツボ
を加熱して、正孔輸送材料を蒸発させ、ルツボと向き合
って置かれた基板１上の陽極２上に正孔輸送層３ｂを形
成させる。

【００３４】正孔輸送層３ｂの膜厚は、通常10〜300n
m、好ましくは30〜100nmである。この様に薄い膜を一様
に形成するためには、一般に真空蒸着法がよく用いられ
る。

【００３５】なお、正孔注入の効率を更に向上させ、か
つ、有機層全体の陽極への付着力を改善させる目的で、
図３に示す如く、正孔輸送層３ｂと陽極２との間に陽極
バッファ層３ａを形成することも行われている。このよ
うな陽極バッファ層３ａを形成することにより、初期の
素子の駆動電圧が下がると同時に、素子を定電流で連続
駆動した時の電圧上昇も抑制できる効果がある。陽極バ
ッファ層に用いられる材料に要求される条件としては、
陽極とのコンタクトがよく均一な薄膜が形成でき、熱的
に安定であること、即ち、融点及びガラス転移温度が高
く、融点としては 300℃以上、ガラス転移温度としては
100℃以上が要求される。更に、イオン化ポテンシャル
が低く、陽極からの正孔注入が容易なこと、正孔移動度
が大きいことが要求される。

【００３６】このような材料としては、従来、銅フタロ
シアニン等のフタロシアニン化合物（特開昭63−295695
号公報）、ポリアニリン（Appl.Phys.Lett.,64巻、1245
頁,1994年）、ポリチオフェン（Optical Materials,9
巻、125頁、1998年）等の有機化合物や、スパッタ・カ
ーボン膜（Synth.Met.,91巻、73頁、1997年）や、バナ
ジウム酸化物、ルテニウム酸化物、モリブデン酸化物等
の金属酸化物（J.Phys.D,29巻、2750頁、1996年）が報
告されている。

【００３７】陽極バッファ層３ａも、正孔輸送層３ｂと
同様にして薄膜形成可能であるが、無機物の場合には、
更に、スパッタ法や電子ビーム蒸着法、プラズマＣＶＤ
法を用いることができる。

【００３８】この様にして形成される陽極バッファ層３
ａの膜厚は、通常3〜100nm、好ましくは10〜50nmであ
る。

【００３９】正孔輸送層３ｂの上には電子輸送層３ｃが
設けられる。電子輸送層３ｃは、電界を与えられた電極
間において陰極からの電子を効率よく正孔輸送層３ｂの
方向に輸送するために形成され、従って、電子輸送層３
ｃに用いられる電子輸送性化合物としては、陰極４から
の電子注入効率が高く、かつ、注入された電子を効率よ
く輸送することができる化合物であることが必要であ
る。そのためには、電子親和力が大きく、しかも電子移
動度が大きく、更に安定性に優れ、トラップとなる不純
物が製造時や使用時に発生しにくい化合物であることが
要求される。

【００４０】このような条件を満たす材料としては、８
−ヒドロキシキノリンのアルミニウム錯体などの金属錯
体（特開昭59−194393号公報）、10-ヒドロキシベンゾ
[h]キノリンの金属錯体（特開平6−322362号公報）、ビ
ススチリルベンゼン誘導体（特開平1−245087号公報、
同2−222484号公報）などが挙げられる。

【００４１】これらの化合物を用いた電子輸送層３ｃ
は、一般に、電子を輸送する役割と、正孔と電子の再結
合の際に発光をもたらす役割を同時に果たすことができ
る。ただし、正孔輸送層３ｂが発光機能を有する場合
は、電子輸送層３ｃは電子を輸送する役割だけを果たす
場合もある。

【００４２】電子輸送層３ｃの膜厚は、通常10〜200n
m、好ましくは30〜100nmである。

【００４３】電子輸送層３ｃも正孔輸送層３ｂと同様の
方法で形成することができるが、通常は真空蒸着法が用
いられる。

【００４４】なお、素子の発光効率を向上させるととも
に発光色を変える目的で、例えば、８−ヒドロキシキノ
リンのアルミニウム錯体をホスト材料として、クマリン
等のレーザ用蛍光色素をドープすること（J.Appl.Phy
s.,65巻,3610頁,1989年）等が行われている。この方法
の利点は、１）高効率の蛍光色素により発光効率が向上、２）蛍光色素の選択により発光波長が可変、３）濃度消光を起こす蛍光色素も使用可能、４）薄膜性のわるい蛍光色素も使用可能、等が挙げられる。

【００４５】素子の駆動寿命を改善する目的において
も、前記発光層材料をホスト材料として、蛍光色素をド
ープすることは有効である。例えば、８−ヒドロキシキ
ノリンのアルミニウム錯体などの金属錯体をホスト材料
として、ルブレンに代表されるナフタセン誘導体（Jpn.
J.Appl.Phys.,7A巻、L824頁、1995年）、キナクリドン
誘導体（Appl.Phys.Lett.,70巻、1665頁、1997年）をホ
スト材料に対して 0.1〜10重量％ドープすることによ
り、素子の発光特性、特に駆動安定性を大きく向上させ
ることができる。発光層ホスト材料に上記ナフタセン誘
導体、キナクリドン誘導体等の蛍光色素をドープする方
法としては、共蒸着による方法と蒸着源を予め所定の濃
度で混合しておく方法がある。

【００４６】機能分離を行わない単層型の有機発光層３
としては、先に挙げたポリ（p-フェニレンビニレン）
（Nature，347巻，539頁，1990年他）、ポリ［2-メトキ
シ-5-（2-エチルヘキシルオキシ）-1,4-フェニレンビニ
レン］（Appl．Phys．Lett.,58巻，1982頁，1991年
他）、ポリ（3-アルキルチオフェン）（Jpn．J．Appl．
Phys.，30巻，L1938頁，1991年他）等の高分子材料や、
ポリビニルカルバゾール等の高分子に発光材料と電子移
動材料を混合した系（応用物理，61巻，1044頁，1992
年）等が挙げられる。

【００４７】有機電界発光素子の発光効率を更に向上さ
せる方法として、このような有機発光層３の上に更に電
子注入層を積層することもできる。この電子注入層に用
いられる化合物には、陰極からの電子注入が容易で、電
子の輸送能力が更に大きいことが要求される。この様な
電子輸送材料としては、既に発光層材料として挙げた８
−ヒドロキシキノリンのアルミ錯体、オキサジアゾール
誘導体（Appl.Phys.Lett.,55巻,1489頁,1989年他）やそ
れらをポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）等の樹脂に
分散した系（Appl.Phys.Lett.，61巻，2793頁, 1992
年）、フェナントロリン誘導体（特開平5−331459号公
報）等が挙げられる。この場合、電子注入層の膜厚は、
通常5〜200nm、好ましくは10〜100nmである。

【００４８】陰極界面層４は有機発光層３、電子輸送層
３ｃ、又は電子注入層の上に積層される。本発明におい
ては、陰極界面層４の形成材料として、前記一般式
（Ｉ）で示される有機化合物を用いることを特徴とす
る。

【００４９】前記一般式（Ｉ）において、Ａｒは置換基
を有していてもよい芳香族複素環又は置換基を有してい
てもよい縮合多環芳香族環を示す。

【００５０】芳香族複素環としては、好ましくはピリジ
ン、ピラジン、キノリン、フラン、チオフェンが挙げら
れる。

【００５１】縮合多環芳香族環としては、好ましくは、
ナフタレン、アントラセン、フェナントレン、ピレン、
ペリレンが挙げられる。

【００５２】これらの芳香族複素環又は縮合多環芳香族
環に置換する置換基としてはメチル基、エチル基等の炭
素数１〜６のアルキル基；メトキシ基等の炭素数１〜６
のアルコキシ基；フェノキシ基等のアリールオキシ基；
ベンジルオキシ基等のアリールアルコキシ基；フェニル
基、ナフチル基等のアリール基；ジメチルアミノ基等の
置換アミノ基等が挙げられる。特に好ましくは、水素原
子、炭素数１〜６のアルキル基、炭素数１〜６のアルコ
キシ基、フェニル基、ナフチル基等のアリール基が挙げ
られる。

【００５３】Ｍはリチウム、ナトリウム、カリウム、ル
ビジウム、セシウムのいずれかのアルカリ金属原子を示
す。

【００５４】前記一般式（Ｉ）で表わされる化合物の好
ましい具体例を以下の構造式に示すが、これらに限定す
るものではない。

【００５５】

【化３】

【００５６】

【化４】

【００５７】上記化合物は、薄膜化した後でも、安定な
薄膜形状を有し、素子の安定化にも寄与する。本発明の
陰極界面層は、前記一般式（Ｉ）で表される化合物の特
色を損わない範囲で、他の成分を含んでいても良い。

【００５８】陰極界面層４の膜厚は、好ましくは0.3〜1
0nm、特に好ましくは0.5〜5nmである。このような薄い
薄膜を形成するには、一般的には、真空蒸着法が用いら
れる。

【００５９】陰極５は、陰極界面層４を介して、有機発
光層３に電子を注入する役割を果たす。本発明におい
て、陰極を形成する金属としては、アルミニウム、イン
ジウム、マグネシウム、カルシウム、亜鉛、バナジウ
ム、クロム、スズ、銅が挙げられ、特に好ましくはアル
ミニウムが挙げられる。

【００６０】本発明の有機電界発光素子では、前述の如
く、これらの陰極金属と陰極界面層を構成する有機化合
物とで蒸着時に反応が起こり、結果として電子注入が容
易になる反応生成物が陰極界面に形成される。

【００６１】陰極４の膜厚は通常、陽極２と同様であ
る。

【００６２】陰極４を保護する目的で、この上にさら
に、仕事関数が高く大気に対して安定な金属材料からな
る、保護層を積層することは素子の安定性を増すため好
ましい。この目的のために、アルミニウム、銅、クロ
ム、金、銀の金属が使われる。保護層に使用される金属
材料は、陰極４に使用される金属材料と同じものであっ
ても異なるものであってもよい。

【００６３】なお、図１〜３は、本発明の有機電界発光
素子の実施の形態の一例を示すものであって、何ら本発
明の有機電界発光素子の構成を限定するものではない。
例えば、図１とは逆の構造、即ち、基板１上に陰極５、
陰極界面層４、有機発光層３、陽極２の順に積層するこ
とも可能であり、既述したように少なくとも一方が透明
性の高い２枚の基板の間に本発明の有機電界発光素子を
設けることも可能である。同様に、図２及び図３に示し
た有機電界発光素子についても、前記各層構成とは逆の
構造に積層することも可能である。

【００６４】

【実施例】次に、実施例及び比較例を挙げて本発明を更
に具体的に説明するが、本発明はその要旨を超えない限
り、以下の実施例により限定されるものではない。

【００６５】実施例１図２に示す構造を有する有機電界発光素子を以下の方法
で作製した。

【００６６】ガラス基板１上にインジウム・スズ酸化物
（ＩＴＯ）透明導電膜を150nm堆積したもの（三容真空
社製；シート抵抗15Ω）を通常のフォトリソグラフィ技
術と塩酸エッチングを用いて３mm幅のストライプにパタ
ーニングして陽極２を形成した。パターン形成したＩＴ
Ｏ基板を、アセトンによる超音波洗浄、純水による水
洗、イソプロピルアルコールによる超音波洗浄の順で洗
浄後、窒素ブローで乾燥させ、最後に紫外線オゾン洗浄
を行って、真空蒸着装置内に設置した。

【００６７】上記装置の粗排気を油回転ポンプにより行
った後、装置内の真空度が2×10⁻ ^６Torr（約2.7×10
^−４Pa）以下になるまで液体窒素トラップを備えた油拡
散ポンプを用いて排気し、その後、この装置内に配置さ
れたタンタルボートに入れた以下に示す4,4'-ビス［N-
（m-トリル）-N-フェニルアミノ］ビフェニルをタンタ
ルボートを通電加熱して蒸着を行った。蒸着時の真空度
は3×10^−６Torr（約4.0×10^−４Ｐａ）で、蒸着速度0.
2nm／秒で膜厚75nmの正孔輸送層３ｂを形成した。

【００６８】

【化５】

【００６９】引き続き、発光機能を有する電子輸送層３
ｃの材料として、以下の構造式に示すアルミニウムの８
−ヒドロキシキノリン錯体、Al(C_９H_６NO)_３を正孔輸送
層３ｂと同様にして蒸着した。蒸着時の真空度は3×10
^−６Torr（約4.0×10^−４Pa）で、蒸着速度0.25nm／秒
で、膜厚75nmの電子輸送層３ｃを形成した。

【００７０】

【化６】

【００７１】続いて、電子輸送層３ｃの上に、前記化合
物（Ｈ−３）を、同様にして蒸着速度0.04nm／秒で蒸着
して膜厚2nmの陰極界面層４を形成した。蒸着時の真空
度は3.5×10^−６Torr（約4.7×10^−４Pa）であった。

【００７２】上記の正孔輸送層３ｂ、電子輸送層３ｃ及
び陰極界面層４を真空蒸着する時の基板温度は室温に保
持した。

【００７３】ここで、陰極界面層４までの蒸着を行った
素子に、陰極蒸着用のマスクとして3mm幅のストライプ
状シャドーマスクを、陽極２のＩＴＯストライプとは直
交するように素子に密着させた。このマスク交換作業は
真空をやぶらずに行った。

【００７４】続いて、陰極５として、アルミニウムを蒸
着速度1nm/秒で陰極界面層４上に膜厚90nmで形成した。
蒸着時の真空度は1.0×10^−５Torr（約1.3×10^−４Pa）
であった。陰極蒸着時の基板温度は室温に保持した。

【００７５】以上の様にして、3mm×3mmのサイズの有機
電界発光素子が得られた。

【００７６】この素子を陰極蒸着装置から取り出した
後、大気中において陽極と陰極間とに順方向の電圧を印
加して発光特性を測定した。この素子の輝度−電圧特性
を図４のグラフに示す。グラフから明らかなように、低
電圧で高輝度が得られた。

【００７７】比較例１陰極界面層の構成材料として安息香酸のリチウム塩を用
いた他は、実施例１と同様にして素子を作製し、得られ
た素子の発光特性を測定した。この素子の輝度−電圧特
性を図４のグラフに示す。グラフから明らかなように、
実施例１と比較すると高電圧化した特性であった。

【００７８】比較例２陰極界面層の構成材料としてアセチルアセトナートのリ
チウム塩を用いた他は、実施例１と同様にして素子を作
製し、得られた素子の発光特性を測定した。この素子の
輝度−電圧特性を図４のグラフに示す。グラフから明ら
かなように、実施例１と比較すると高電圧化した特性で
あった。

【００７９】比較例３陰極界面層としてフッ化リチウム層を膜厚0.8nmで形成
した他は、実施例１と同様にして素子を作製し、得られ
た素子の発光特性を測定した。この素子の輝度−電圧特
性を図４のグラフに示す。グラフから明らかなように、
実施例１と比較すると高電圧化した特性であった。

【００８０】比較例４陰極界面層を設けない他は実施例１と同様にして素子を
作製し、得られた素子の発光特性を測定した。この素子
の輝度−電圧特性を図４のグラフに示す。グラフから明
らかなように、低輝度かつ高電圧の素子であった。

【００８１】実施例１及び比較例１〜４にて作製した各
素子の輝光−電圧特性から明らかなように、本発明の有
機電界発光素子は、従来公知の材料による陰極界面層を
有する素子に比べて、発光効率が優れることがわかる。

【００８２】

【発明の効果】以上詳述した通り、本発明に係る陰極界
面層を形成することにより、低電圧において高輝度、高
効率で発光させることが可能となり、更には高電流密度
の駆動においても安定であり、保存時の劣化の少ない素
子を得ることができる。

【００８３】従って、本発明による有機電界発光素子は
フラットパネル・ディスプレイ（例えばＯＡコンピュー
タ用や壁掛けテレビ）、車載表示素子、携帯電話表示や
面発光体としての特徴を生かした光源（例えば、複写機
の光源、液晶ディスプレイや計器類のバックライト光
源）、表示板、標識灯への応用が考えられ、その技術的
価値は大きいものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の有機電界発光素子の実施の形態を示す
模式断面図である。

【図２】本発明の有機電界発光素子の他の実施の形態を
示す模式断面図である。

【図３】本発明の有機電界発光素子の別の実施の形態を
示す模式断面図である。

【図４】実施例１及び比較例１〜４における輝度−電圧
特性を表すグラフである。

【符号の説明】

１基板２陽極３有機発光層３ａ陽極バッファ層３ｂ正孔輸送層３ｃ電子輸送層４陰極界面層５陰極

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上に、陽極及び陰極により挟持され
た発光層を有する有機電界発光素子において、前記陰極
と発光層との間に、該陰極に接して、下記一般式（Ｉ）
で表わされる化合物を含有する陰極界面層が設けられて
いることを特徴とする有機電界発光素子。【化１】（式中、Ａｒは置換基を有していてもよい芳香族複素環
基又は置換基を有していてもよい縮合多環芳香族環を表
し、Ｍはアルカリ金属原子を示す。）
【請求項２】前記一般式（Ｉ）における芳香族複素環
が、ピリジン、ピラジン、キノリン、フラン又はチオフ
ェンであることを特徴とする請求項１に記載の有機電界
発光素子。
【請求項３】前記一般式（Ｉ）における縮合多環芳香
族環が、ナフタレン、アントラセン、フェナントレン、
ピレン又はペリレンであることを特徴とする請求項１に
記載の有機電界発光素子。
【請求項４】前記陰極界面層の膜厚が0.3〜10nmの範
囲内にあることを特徴とする請求項１ないし３のいずれ
か１項に記載の有機電界発光素子。
【請求項５】前記陰極を形成する金属がアルミニウ
ム、インジウム、マグネシウム、カルシウム、亜鉛、バ
ナジウム、クロム及びスズよりなる群から選ばれる１種
又は２種以上であることを特徴とする請求項１ないし４
のいずれか１項に記載の有機電界発光素子。