JP2002246184A

JP2002246184A - 発光素子

Info

Publication number: JP2002246184A
Application number: JP2001037500A
Authority: JP
Inventors: Masayuki Mishima; 雅之三島
Original assignee: Fuji Photo Film Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Holdings Corp
Priority date: 2001-02-14
Filing date: 2001-02-14
Publication date: 2002-08-30

Abstract

(57)【要約】【課題】発光輝度及び発光効率に優れ、かつ製造コス
トが低く大面積化が可能な発光素子を提供する。【解決手段】基材、金属薄膜からなる透明電極、有機
化合物層及び背面電極を有し、有機化合物層が少なくと
も正孔注入層及び発光層を含むことを特徴とする発光素
子。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、フルカラーディス
プレイ、バックライト、照明光源等の面光源、プリンタ
ー等の光源アレイ等に有効に利用できる発光素子に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】有機物質を使用した有機発光素子は、固
体発光型の安価な大面積フルカラー表示素子や書き込み
光源アレイとしての用途が有望視されており、近年活発
な研究開発が進められている。一般に有機発光素子は発
光層を含む有機化合物層及び該有機化合物層を挟んだ一
対の対向電極から構成される。このような有機発光素子
に電圧を印加すると、有機化合物層に陰極から電子が注
入され陽極から正孔が注入される。この電子と正孔が発
光層において再結合し、エネルギー準位が伝導帯から価
電子帯に戻る際にエネルギーを光として放出することに
より発光が得られる。

【０００３】従来の有機発光素子は、駆動電圧が高く発
光輝度及び発光効率が低いという問題を有している。近
年、この問題を解決するための技術が種々報告されてお
り、例えば有機化合物の蒸着により形成した有機薄膜を
有する有機発光素子が知られている（アプライドフィ
ジクスレターズ, 51巻, 913頁, 1987年）。この有機
発光素子は電子輸送材料からなる電子輸送層と正孔輸送
材料からなる正孔輸送層の積層二層構造を有し、従来の
単層型素子に比べて大幅に向上した発光特性を示す。正
孔輸送材料としては低分子アミン化合物、電子輸送材料
兼発光材料としては8-キノリノールのアルミニウム錯体
（Alq）を用いており、発光色は緑色である。蒸着有機
薄膜を有する有機発光素子はその後も数多く報告されて
いる（マクロモレキュラリーシンポジウム, 125巻,
１頁, 1997年に記載の参考文献参照）。

【０００４】一方、有機発光素子の有機化合物層を形成
する際には、蒸着法、スパッタ法、CVD法、PVD法、溶剤
を用いた塗布法等の様々な方法が使用できるが、これら
の方法の中で、製造工程の簡略化、製造コストの低減、
加工性の改善、バックライトや照明光源等のフレキシブ
ルな大面積素子への応用等の観点からは塗布法等の湿式
製膜法が有利である。高分子化合物を湿式製膜法により
製膜した有機発光素子は既に幾つか報告されており、該
高分子化合物としては緑色発光を示すポリパラフェニレ
ンビニレン（ネイチャー, 347巻, 539頁, 1990年）、赤
橙色発光を示すポリ(3-アルキルチオフェン)（ジャパニ
ーズジャーナルオブアプライドフィジクス, 30
巻, L1938頁, 1991年）、青色発光を示すポリアルキル
フルオレン（ジャパニーズジャーナルオブアプラ
イドフィジクス、30巻, L1941頁, 1991年）等が提案
されている。また、特開平2-223188号は低分子化合物を
バインダー樹脂に分散させ、湿式塗布により製膜する方
法を報告している。

【０００５】上記のような乾式法又は湿式法による発光
素子は、いずれもITO（インジウム−スズ酸化物）等の
半導体金属酸化物からなる透明導電膜を陽極として用い
ている。このような透明導電膜はスパッタ法等で製膜さ
れるため非常に高価であり、抵抗も金属等に比べて大き
く、また大面積化を試みた場合には発熱等の問題が生じ
るため、実用化が困難である。

【０００６】金や白金等の仕事関数が大きい金属からな
る薄膜も従来から陽極として用いられてきたが、この金
属薄膜も上記ITO等からなる透明導電膜と同様に高価で
あり、実用化には問題がある。安価な金属薄膜としては
アルミニウム薄膜が挙げられるが、アルミニウムの仕事
関数は4.3eVと金や白金に比べて小さいため正孔の注入
に問題があり、アルミニウム薄膜を陽極に用いた発光素
子では輝度、発光効率ともに非常に低いものであった。
このように、製造コストが低く大面積化が可能な有機発
光素子は未だ提供されておらず、その提供が強く望まれ
ているのが現状である。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、発光
輝度及び発光効率に優れ、かつ製造コストが低く大面積
化が可能な発光素子を提供することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題に鑑み鋭意研究
の結果、本発明者は、金属薄膜を電極として用い、該電
極の上に適当な正孔注入層を設けることによって、発光
輝度及び発光効率に優れ、かつ製造コストが低く大面積
化が可能な発光素子が得られることを発見し、本発明に
想到した。

【０００９】即ち、本発明の発光素子は基材、透明電
極、有機化合物層及び背面電極を有し、透明電極が金属
薄膜からなり、かつ有機化合物層が少なくとも正孔注入
層及び発光層を含むことを特徴とする。本発明の発光素
子はフルカラーディスプレイ、バックライト、照明光源
等の面光源、プリンター等の光源アレイ等に有効に利用
できる。

【００１０】本発明の発光素子において、透明電極の仕
事関数（Wf(A)）、及び正孔注入層のイオン化ポテンシ
ャル（Ip(H)）は下記式を満たすのが好ましい。 Wf(A) ≧ 4.0 (eV) かつ Ip(H) − Wf(A) ≦ 1.0 (eV)

【００１１】また、上記透明電極は安定で安価である点
でアルミニウム薄膜からなるのが特に好ましく、正孔注
入層は容易に薄膜化できる点でポリ(エチレンジオキシ
チオフェン)・ポリスチレンスルホン酸塩からなるのが
特に好ましい。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明の発光素子は基材上に透明
電極、有機化合物層及び背面電極を積層してなる。透明
電極は金属薄膜からなり、かつ有機化合物層は少なくと
も正孔注入層及び発光層を含む。必要に応じて正孔注入
層及び発光層以外の有機化合物層や保護層等を有してい
てもよい。

【００１３】本発明の発光素子の構成は、基材上に透明
電極／正孔注入層／発光層／背面電極、透明電極／正孔
注入層／発光層／電子輸送層／背面電極、透明電極／正
孔注入層／正孔輸送層／発光層／電子輸送層／背面電
極、透明電極／正孔注入層／正孔輸送層／発光層／背面
電極、透明電極／正孔注入層／正孔輸送層／発光層／電
子輸送層／電子注入層／背面電極等をこの順に積層した
構成、これらを逆に積層した構成等であってよい。各層
に用いる化合物の具体例については、例えば「月刊ディ
スプレイ」1998年10月号別冊の「有機ELディスプレイ」
（テクノタイムズ社）等に記載されている。

【００１４】有機化合物層は乾式製膜法又は湿式製膜法
により製膜してよいが、湿式製膜法を用いると有機化合
物層を容易に大面積化することができ、高輝度で発光効
率に優れた発光素子が低コストで効率よく得られ、好ま
しい。乾式製膜法としては蒸着法、スパッタ法等が使用
でき、湿式製膜法としてはディッピング法、スピンコー
ト法、ディップコート法、キャスト法、ダイコート法、
ロールコート法、バーコート法、グラビアコート法等が
使用可能である。これらの製膜法は有機化合物層の材料
に応じて適宜選択できる。湿式製膜法により製膜した場
合は製膜した後に乾燥してよい。乾燥は塗布層が損傷し
ないように温度、圧力等の条件を選択して行う。

【００１５】有機化合物層を湿式製膜法で塗布形成する
場合、有機化合物層にはバインダー樹脂を添加すること
ができる。該バインダー樹脂の具体例としては、ポリ塩
化ビニル、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリメチ
ルメタクリレート、ポリブチルメタクリレート、ポリエ
ステル、ポリスルホン、ポリフェニレンオキシド、ポリ
ブタジエン、炭化水素樹脂、ケトン樹脂、フェノキシ樹
脂、ポリアミド、エチルセルロース、酢酸ビニル、ABS
樹脂、ポリウレタン、メラミン樹脂、不飽和ポリエステ
ル、アルキド樹脂、エポキシ樹脂、シリコン樹脂、ポリ
ビニルブチラール、ポリビニルアセタール等が挙げられ
る。これらは１種単独で使用してもよいし、２種以上を
併用してもよい。

【００１６】本発明の発光素子は通常、その透明電極と
背面電極との間に２〜40ボルト程度の直流電圧（交流成
分を含んでもよい）又は直流電流を印加すると発光す
る。また、本発明の発光素子を駆動する際には、特開平
2-148687号、同6-301355号、同5-29080号、同7-134558
号、同8-234685号、同8-241047号、米国特許5828429
号、同6023308号、日本特許第2784615号等に記載の駆動
方法を利用することができる。以下、本発明の発光素子
をなす各構成成分について詳述するが、本発明はそれら
により限定されない。

【００１７】(A)基材本発明で使用する基材は、水分を透過させない材料又は
水分透過率が極めて低い材料からなるのが好ましい。該
材料は有機化合物層から発せられる光を散乱又は減衰さ
せないことが望ましい。その具体例としては、ジルコニ
ア安定化イットリウム（YSZ）、ガラス等の無機材料、
ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレ
ート、ポリエチレンナフタレート等のポリエステルやポ
リスチレン、ポリカーボネート、ポリエーテルスルホ
ン、ポリアリレート、アリルジグリコールカーボネー
ト、ポリイミド、ポリシクロオレフィン、ノルボルネン
樹脂、ポリ(クロロトリフルオロエチレン)等の有機材料
等が挙げられる。有機材料の場合、耐熱性、寸法安定
性、耐溶剤性、電気絶縁性及び加工性に優れ、且つ低通
気性及び低吸湿性であることが好ましい。

【００１８】基材の形状、構造、大きさ等は発光素子の
用途及び目的に応じて適宜選択することができる。形状
は板状とするのが一般的である。構造は単層構造であっ
ても積層構造であってもよい。基材は単一の部材で形成
しても、２以上の部材で形成してもよい。また、基材は
無色透明であっても有色透明であってもよいが、発光層
から発せられる光を散乱又は減衰させることがない点で
無色透明であるのが好ましい。

【００１９】基材の電極側の面、電極と反対側の面又は
その両方に透湿防止層（ガスバリア層）を設けてもよ
い。透湿防止層を構成する材料としては窒化ケイ素、酸
化ケイ素等の無機物を用いるのが好ましい。透湿防止層
は高周波スパッタリング法等により成膜できる。また、
基材には必要に応じてハードコート層やアンダーコート
層を設けてもよい。

【００２０】(B)透明電極本発明で用いる透明電極は金属薄膜からなる。透明電極
は有機化合物層に正孔を供給する陽極としての機能を有
していればよく、その形状、構造、大きさ等は特に制限
されず、発光素子の用途及び目的に応じて適宜選択する
ことができる。

【００２１】透明電極の仕事関数（Wf(A)）及び正孔注
入層のイオン化ポテンシャル（Ip(H)）が下記式を満た
すと、透明電極から正孔注入層に効率よく正孔を移動さ
せることができ、好ましい。 Wf(A) ≧ 4.0 (eV) かつ Ip(H) − Wf(A) ≦ 1.0 (eV) この式を満足するために好ましく使用できる透明電極材
料としては、銀、アルミニウム、金、ベリリウム、ビス
マス、カドミウム、コバルト、クロム、銅、鉄、ガリウ
ム、水銀、インジウム、イリジウム、モリブデン、マン
ガン、ニオブ、ニッケル、オスミウム、鉛、パラジウ
ム、白金、レニウム、ルビジウム、アンチモン、スズ、
タリウム、チタン、バナジウム、タングステン、ジルコ
ニウム等が挙げられる。中でも製膜性や安全性の点か
ら、銀、アルミニウム、金及び白金がより好ましく、コ
スト低減の点からアルミニウムが特に好ましい。透明電
極の仕事関数（Wf(A)）は4.0eV以上であるのが好まし
く、4.3〜5.0eVであるのがより好ましい。

【００２２】透明電極は印刷法、コーティング法等の湿
式方法、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレー
ティング法等の物理的方法、CVD法、プラズマCVD法等の
化学的方法等によって基材上に形成することができる。
形成方法は透明電極材料との適性を考慮して適宜選択す
ればよい。

【００２３】透明電極のパターニングはフォトリソグラ
フィー等による化学的エッチング、レーザー等を用いた
物理的エッチング等により行うことができる。また、マ
スクを用いた真空蒸着やスパッタリング、リフトオフ
法、印刷法等によりパターニングしてもよい。

【００２４】透明電極の形成位置は発光素子の用途及び
目的に応じて適宜選択してよいが、基材上に形成するの
が好ましい。このとき透明電極は基材の表面全体に形成
しても一部のみに形成してもよい。

【００２５】透明電極の厚みはその材料に応じて適宜選
択すればよいが、通常５nm〜50μmであり、好ましくは1
0nm〜１μmである。特に透明電極がアルミニウム薄膜か
らなる場合、透明性を確保するためには、アルミニウム
薄膜の膜厚は１〜50nmとするのが好ましく、１〜30nmと
するのがより好ましい。

【００２６】透明電極の抵抗値は10³Ω／□以下とする
のが好ましく、10²Ω／□以下とするのがより好まし
い。透明電極は無色透明であっても有色透明であっても
よい。透明電極側から発光を取り出すためには、その透
過率は60％以上とするのが好ましく、70％以上とするの
がより好ましい。透過率は分光光度計を用いた公知の方
法に従って測定することができる。

【００２７】(C)背面電極通常、背面電極は有機化合物層に電子を注入する陰極と
しての機能を有するが、陽極として機能させることもで
き、この場合上記透明電極を陰極として機能させる。以
下、背面電極を陰極とする場合について説明する。

【００２８】背面電極の形状、構造、大きさ等は特に制
限されず、発光素子の用途及び目的に応じて適宜選択す
ることができる。背面電極を形成する材料としては、金
属、合金、金属酸化物、電気伝導性化合物、これらの混
合物等を用いることができ、好ましくは仕事関数が4.5e
V以下の材料を用いる。具体例としては、アルカリ金属
（Li、Na、K、Cs等）、アルカリ土類金属（Mg、Ca
等）、金、銀、鉛、アルミニウム、ナトリウム−カリウ
ム合金、リチウム−アルミニウム合金、マグネシウム−
銀合金、インジウム、希土類金属（イッテルビウム等）
等が挙げられる。これらは単独で使用してもよいが、安
定性と電子注入性とを両立させるためには２種以上を併
用するのが好ましい。これら材料の中で、電子注入性の
観点からはアルカリ金属及びアルカリ土類金属が好まし
く、保存安定性の観点からはアルミニウムを主体とする
材料が好ましい。ここでアルミニウムを主体とする材料
とは、アルミニウム単独、アルミニウムと0.01〜10質量
％のアルカリ金属又はアルカリ土類金属との合金又は混
合物（リチウム−アルミニウム合金、マグネシウム−ア
ルミニウム合金等）を指す。背面電極の材料としては、
特開平2-15595号、特開平5-121172号等に詳述されてい
るものも使用できる。

【００２９】背面電極は印刷法、コーティング法等の湿
式方法、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレー
ティング法等の物理的方法、CVD法、プラズマCVD法等の
化学的方法等によって形成することができる。形成方法
は背面電極材料との適性を考慮して適宜選択すればよ
い。例えば、背面電極の材料として２種以上の金属等を
用いる場合には、その材料を同時又は順次にスパッタし
て形成できる。

【００３０】背面電極のパターニングはフォトリソグラ
フィー等による化学的エッチング、レーザー等を用いた
物理的エッチング等により行うことができる。また、マ
スクを用いた真空蒸着やスパッタリング、リフトオフ
法、印刷法等によりパターニングしてもよい。

【００３１】背面電極の形成位置は発光素子の用途及び
目的に応じて適宜選択してよいが、有機化合物層上に形
成するのが好ましい。このとき背面電極は有機化合物層
の表面全体に形成しても一部のみに形成してもよい。ま
た、背面電極と有機化合物層との間にアルカリ金属又は
アルカリ土類金属のフッ化物等からなる誘電体層を0.1
〜５nmの厚みで設置してもよい。誘電体層は真空蒸着
法、スパッタリング法、イオンプレーティング法等によ
り形成することができる。

【００３２】背面電極の厚みはその材料に応じて適宜選
択すればよいが、通常10nm〜５μmであり、好ましくは5
0nm〜１μmである。背面電極は透明であっても不透明で
あってもよい。透明背面電極は、上述した材料の層を１
〜10nmの厚みに薄く製膜し、更にITOやIZO等の透明な導
電性材料を積層して形成してよい。

【００３３】(D)正孔注入層本発明の発光素子においては、上記金属薄膜からなる透
明電極上に正孔注入層を設ける。正孔注入層は透明電極
から有機化合物層への正孔注入を容易にするために設け
る。

【００３４】正孔注入層をなす正孔注入材料の例として
は、カルバゾール誘導体、トリアゾール誘導体、オキサ
ゾール誘導体、オキサジアゾール誘導体、イミダゾール
誘導体、ポリアリールアルカン誘導体、ピラゾリン誘導
体、ピラゾロン誘導体、フェニレンジアミン誘導体、ア
リールアミン誘導体、アミノ置換カルコン誘導体、スチ
リルアントラセン誘導体、フルオレノン誘導体、ヒドラ
ゾン誘導体、スチルベン誘導体、シラザン誘導体、芳香
族第三級アミン化合物、スチリルアミン化合物、芳香族
ジメチリデン化合物、ポルフィリン化合物、ポリシラン
化合物、ポリ(N-ビニルカルバゾール)誘導体、アニリン
共重合体、チオフェンオリゴマー、ポリチオフェン等の
導電性高分子、ポリチオフェン誘導体、ポリフェニレン
誘導体、ポリフェニレンビニレン誘導体、ポリフルオレ
ン誘導体等が挙げられる。これらは単独で使用しても２
種以上を混合して使用してもよい。

【００３５】上述したように、本発明では透明電極の仕
事関数（Wf(A)）及び正孔注入層のイオン化ポテンシャ
ル（Ip(H)）は下記式を満たすのが好ましい。 Wf(A) ≧ 4.0 (eV) かつ Ip(H) − Wf(A) ≦ 1.0 (eV) この式を満足するために好ましく使用できる正孔注入材
料の例としては、フェニレンジアミン誘導体、アリ−ル
アミン誘導体、ポルフィリン化合物、ポリチオフェン誘
導体等が挙げられる。中でもポルフィリン化合物及びポ
リチオフェン誘導体がより好ましく、ポリチオフェン誘
導体が特に好ましく、ポリ(エチレンジオキシチオフェ
ン)・ポリスチレンスルホン酸塩が最も好ましい。

【００３６】本発明における仕事関数及びイオン化ポテ
ンシャルは公知の方法で測定することができ、それらの
値は材料により一義的に決まる。仕事関数を測定する方
法としては、一般的な方法として既知の仕事関数を有す
る材料に対して接触電位差を測定する方法や、大気雰囲
気型紫外線光電子分析装置（理研計器製AC-1）を用いて
測定する方法等が挙げられる。また、イオン化ポテンシ
ャルを測定する方法としては、上記の大気雰囲気型紫外
線光電子分析装置を用いる方法や、真空紫外分光法（UP
S）による方法等が挙げられる。

【００３７】正孔注入層の厚みは10〜1000nmとするのが
好ましく、30〜500nmとするのがより好ましい。厚みが1
000nmを超えると抵抗が大きくなり駆動電圧が上昇し、1
0nm未満であると注入層の効果が見られないため好まし
くない。

【００３８】(E)発光層本発明の発光素子において、発光層は少なくとも一種の
発光材料を含有する。本発明で用いる発光材料は特に限
定されず、蛍光発光性化合物であっても燐光発光性化合
物であってもよい。また蛍光発光性化合物及び燐光発光
性化合物を同時に用いてもよい。本発明においては、発
光輝度及び発光効率の点から燐光発光性化合物を用いる
ことが好ましい。

【００３９】蛍光発光性化合物としては、ベンゾオキサ
ゾール誘導体、ベンゾイミダゾール誘導体、ベンゾチア
ゾール誘導体、スチリルベンゼン誘導体、ポリフェニル
誘導体、ジフェニルブタジエン誘導体、テトラフェニル
ブタジエン誘導体、ナフタルイミド誘導体、クマリン誘
導体、ペリレン誘導体、ペリノン誘導体、オキサジアゾ
ール誘導体、アルダジン誘導体、ピラリジン誘導体、シ
クロペンタジエン誘導体、ビススチリルアントラセン誘
導体、キナクリドン誘導体、ピロロピリジン誘導体、チ
アジアゾロピリジン誘導体、スチリルアミン誘導体、芳
香族ジメチリデン化合物、金属錯体（8-キノリノール誘
導体の金属錯体、希土類錯体等）、高分子発光材料（ポ
リチオフェン誘導体、ポリフェニレン誘導体、ポリフェ
ニレンビニレン誘導体、ポリフルオレン誘導体等）等が
使用できる。これらは単独で用いても二種以上を混合し
て用いてもよい。

【００４０】本発明で用いる燐光発光性化合物はオルト
メタル化錯体又はポルフィリン錯体であるのが好まし
い。オルトメタル化錯体の中でも三重項励起子から発光
するものが、発光効率向上の観点から特に好ましい。ポ
ルフィリン錯体の中ではポルフィリン白金錯体が好まし
い。燐光発光性化合物は単独で使用しても２種以上を併
用してもよい。

【００４１】本発明でいうオルトメタル化錯体とは、山
本明夫著「有機金属化学基礎と応用」, 150頁及び232
頁, 裳華房社（1982年）、H. Yersin著「Photochemistr
y and Photophysics of Coordination Compounds」, 71
〜77頁及び135〜146頁, Springer-Verlag社（1987年）
等に記載されている化合物群の総称である。オルトメタ
ル化錯体を形成する配位子は特に限定されないが、2-フ
ェニルピリジン誘導体、7,8-ベンゾキノリン誘導体、2-
(2-チエニル)ピリジン誘導体、2-(1-ナフチル)ピリジン
誘導体又は2-フェニルキノリン誘導体であるのが好まし
い。これら誘導体は置換基を有してもよい。また、これ
らのオルトメタル化錯体形成に必須の配位子以外に他の
配位子を有していてもよい。オルトメタル化錯体を形成
する中心金属としては、遷移金属であればいずれも使用
可能であり、本発明ではロジウム、白金、金、イリジウ
ム、ルテニウム、パラジウム等を好ましく用いることが
できる。このようなオルトメタル化錯体を含む有機化合
物層は、発光輝度及び発光効率に優れている。オルトメ
タル化錯体については、特願2000-254171号の段落番号0
152〜0180にもその具体例が記載されている。

【００４２】本発明で用いるオルトメタル化錯体は、In
org. Chem., 30, 1685, 1991、Inorg. Chem., 27, 346
4, 1988、Inorg. Chem., 33, 545, 1994、Inorg. Chim.
Acta, 181, 245, 1991、J. Organomet. Chem., 335, 2
93, 1987、J. Am. Chem. Soc., 107, 1431, 1985 等に
記載の公知の手法で合成することができる。

【００４３】発光層中の発光材料の含有量は特に制限さ
れないが、例えば0.1〜70質量％であり、１〜20質量％
であるのが好ましい。発光材料の含有量が0.1質量％未
満であるか、又は70質量％を超えると、その効果が十分
に発揮されない場合がある。

【００４４】本発明において、発光層は必要に応じてホ
スト化合物、正孔輸送材料、電子輸送材料、電気的に不
活性なポリマーバインダー等を含有してもよい。

【００４５】上記ホスト化合物とは、その励起状態から
蛍光発光性化合物又は燐光発光性化合物へエネルギー移
動が起こり、その結果、該化合物を発光させる化合物で
ある。その具体例としては、カルバゾール誘導体、トリ
アゾール誘導体、オキサゾール誘導体、オキサジアゾー
ル誘導体、イミダゾール誘導体、ポリアリールアルカン
誘導体、ピラゾリン誘導体、ピラゾロン誘導体、フェニ
レンジアミン誘導体、アリールアミン誘導体、アミノ置
換カルコン誘導体、スチリルアントラセン誘導体、フル
オレノン誘導体、ヒドラゾン誘導体、スチルベン誘導
体、シラザン誘導体、芳香族第三級アミン化合物、スチ
リルアミン化合物、芳香族ジメチリデン化合物、ポルフ
ィリン化合物、アントラキノジメタン誘導体、アントロ
ン誘導体、ジフェニルキノン誘導体、チオピランジオキ
シド誘導体、カルボジイミド誘導体、フルオレニリデン
メタン誘導体、ジスチリルピラジン誘導体、ナフタレン
ペリレン等の複素環テトラカルボン酸無水物、フタロシ
アニン誘導体、8-キノリノール誘導体の金属錯体、メタ
ルフタロシアニン、ベンゾオキサゾールやベンゾチアゾ
ール等を配位子とする金属錯体、ポリシラン化合物、ポ
リ(N-ビニルカルバゾール)誘導体、アニリン共重合体、
チオフェンオリゴマー、ポリチオフェン等の導電性高分
子、ポリチオフェン誘導体、ポリフェニレン誘導体、ポ
リフェニレンビニレン誘導体、ポリフルオレン誘導体等
が挙げられる。ホスト化合物は１種単独で使用しても２
種以上を併用してもよい。発光層におけるホスト化合物
の含量は０〜99.9質量％が好ましく、０〜99.0質量％が
より好ましい。

【００４６】発光層に用いる正孔輸送材料の例として
は、上述した正孔注入材料の例と同様のものが挙げられ
る。発光層における正孔輸送材料の含量は０〜99.9質量
％が好ましく、０〜80質量％がより好ましい。

【００４７】電子輸送材料は陰極から電子を注入する機
能、電子を輸送する機能、及び陽極から注入された正孔
を障壁する機能のいずれかを有しているものであれば特
に限定されず、例えばトリアゾール誘導体、オキサゾー
ル誘導体、オキサジアゾール誘導体、フルオレノン誘導
体、アントラキノジメタン誘導体、アントロン誘導体、
ジフェニルキノン誘導体、チオピランジオキシド誘導
体、カルボジイミド誘導体、フルオレニリデンメタン誘
導体、ジスチリルピラジン誘導体、ナフタレンペリレン
等の複素環テトラカルボン酸無水物、フタロシアニン誘
導体、8-キノリノール誘導体の金属錯体、メタロフタロ
シアニン、ベンゾオキサゾールやベンゾチアゾール等を
配位子とする金属錯体、アニリン共重合体、チオフェン
オリゴマー、ポリチオフェン等の導電性高分子、ポリチ
オフェン誘導体、ポリフェニレン誘導体、ポリフェニレ
ンビニレン誘導体、ポリフルオレン誘導体等が使用可能
である。発光層における電子輸送材料の含量は０〜99.9
質量％が好ましく、０〜80質量％がより好ましい。

【００４８】ポリマーバインダーとしては、ポリ塩化ビ
ニル、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリメチルメ
タクリレート、ポリブチルメタクリレート、ポリエステ
ル、ポリスルホン、ポリフェニレンオキシド、ポリブタ
ジエン、炭化水素樹脂、ケトン樹脂、フェノキシ樹脂、
ポリアミド、エチルセルロース、酢酸ビニル、ABS樹
脂、ポリウレタン、メラミン樹脂、不飽和ポリエステ
ル、アルキド樹脂、エポキシ樹脂、シリコン樹脂、ポリ
ビニルブチラール、ポリビニルアセタール等が使用可能
である。ポリマーバインダーを含有する発光層は、湿式
製膜法によって、容易に且つ大面積に塗布形成すること
ができる。

【００４９】発光層の厚みは５〜200nmとするのが好ま
しく、10〜80nmとするのがより好ましい。厚みが200nm
を超えると駆動電圧が上昇する場合があり、５nm未満で
あると発光素子が短絡する場合がある。

【００５０】(F)その他本発明の発光素子は、特開平7-85974号、同7-192866
号、同8-22891号、同10-275682号、同10-106746号等に
記載の保護層を有していてもよい。保護層は発光素子の
最上面に形成する。ここで最上面とは、基材、透明電
極、有機化合物層及び背面電極をこの順に積層する場合
には背面電極の外側表面を指し、基材、背面電極、有機
化合物層及び透明電極をこの順に積層する場合には透明
電極の外側表面を指す。保護層の形状、大きさ、厚み等
は特に限定されない。保護層をなす材料は、水分や酸素
等の発光素子を劣化させ得るものが素子内に侵入又は透
過するのを抑制する機能を有しているものであれば特に
限定されず、酸化ケイ素、二酸化ケイ素、酸化ゲルマニ
ウム、二酸化ゲルマニウム等が使用できる。

【００５１】保護層の形成方法は特に限定はなく、例え
ば真空蒸着法、スパッタリング法、反応性スパッタリン
グ法、分子線エピタキシ法、クラスターイオンビーム
法、イオンプレーティング法、プラズマ重合法、プラズ
マCVD法、レーザーCVD法、熱CVD法、コーティング法等
が適用できる。

【００５２】また、発光素子には水分や酸素の侵入を防
止するための封止層を設けるのが好ましい。封止層を形
成する材料としては、テトラフルオロエチレンと少なく
とも１種のコモノマーとの共重合体、共重合主鎖に環状
構造を有する含フッ素共重合体、ポリエチレン、ポリプ
ロピレン、ポリメチルメタクリレート、ポリイミド、ポ
リユリア、ポリテトラフルオロエチレン、ポリクロロト
リフルオロエチレン、ポリジクロロジフルオロエチレ
ン、クロロトリフルオロエチレン又はジクロロジフルオ
ロエチレンと他のコモノマーとの共重合体、吸水率１％
以上の吸水性物質、吸水率0.1％以下の防湿性物質、金
属（In、Sn、Pb、Au、Cu、Ag、Al、Tl、Ni等）、金属酸
化物（MgO、SiO、SiO₂、Al₂O₃、GeO、NiO、CaO、BaO、F
e₂O₃、Y₂O₃、TiO₂等）、金属フッ化物（MgF₂、LiF、AlF
₃、CaF₂等）、液状フッ素化炭素（パーフルオロアルカ
ン、パーフルオロアミン、パーフルオロエーテル等）、
該液状フッ素化炭素に水分や酸素の吸着剤を分散させた
もの等が使用可能である。

【００５３】外部からの水分や酸素を遮断する目的で、
発光素子を封止板、封止容器等の封止部材により、封止
剤を用いて封止するのが好ましい。封止部材に用いる材
料としては、ガラス、ステンレス、金属（アルミ等）、
プラスチック（ポリ(クロロトリフルオロエチレン)、ポ
リエステル、ポリカーボネート等）、セラミック等が使
用できる。封止剤としては紫外線硬化樹脂、熱硬化樹
脂、二液型硬化樹脂等が使用可能である。

【００５４】さらに本発明においては、封止部材と発光
素子の間の空間に水分吸収剤又は不活性液体を挿入して
もよい。水分吸収剤は特に限定されず、具体例としては
酸化バリウム、酸化ナトリウム、酸化カリウム、酸化カ
ルシウム、硫酸ナトリウム、硫酸カルシウム、硫酸マグ
ネシウム、五酸化リン、塩化カルシウム、塩化マグネシ
ウム、塩化銅、フッ化セシウム、フッ化ニオブ、臭化カ
ルシウム、臭化バナジウム、モレキュラーシーブ、ゼオ
ライト、酸化マグネシウム等が挙げられる。不活性液体
としてはパラフィン類、流動パラフィン類、フッ素系溶
剤（パーフルオロアルカン、パーフルオロアミン、パー
フルオロエーテル等）、塩素系溶剤、シリコーンオイル
類等が使用可能である。

【００５５】

【実施例】以下、実施例により本発明をさらに詳細に説
明するが、本発明はそれらに限定されるものではない。

【００５６】実施例１基材として厚み0.5mm、2.5cm角のガラス板を用い、これ
を真空チャンバー内に導入し、アルミニウムターゲット
を用いてDCマグネトロンスパッタ（条件：基材温度250
℃、酸素圧１×10^-3Pa）により、アルミニウム薄膜から
なる透明電極を形成した。この透明電極の仕事関数Wf
(A)は4.3eVであった。また透明電極の透明度は85％、厚
みは0.02μm、表面抵抗は25Ω／□であった。

【００５７】透明電極を形成したガラス基材を洗浄容器
に入れIPA洗浄した後、酸素プラズマ処理を施した。続
いてこの透明電極上にポリ(エチレンジオキシチオフェ
ン)・ポリスチレンスルホン酸水分散物（BAYER社製、Ba
ytron P：固形分1.3％）をスピンコートし、150℃で２
時間真空乾燥して厚み100nmの正孔注入層を形成した
（イオン化ポテンシャルIp(H)＝5.0eV）。イオン化ポテ
ンシャルは紫外線光電子分析装置AC-1（理研計器製）に
より測定した。

【００５８】次に、ポリビニルカルバゾール（Mw＝6300
0、アルドリッチ製、正孔輸送材料兼ホスト材料）、ト
リス(2-フェニルピリジン)イリジウム錯体（燐光発光材
料）、及び2-(4-ビフェニリル)-5-(4-t-ブチルフェニ
ル)-1,3,4-オキサジアゾール（PBD、電子輸送材料）を4
0：１：12の質量比でジクロロエタンに溶解し、塗布液
を調製した。

【００５９】得られた塗布液をスピンコーターを用いて
上記正孔注入層の上に塗布し、室温で乾燥して厚み100n
mの発光層を形成した。続いてこの発光層上にパターニ
ングしたマスク（発光面積が５mm×５mmとなるマスク）
を設置し、蒸着装置内でマグネシウム及び銀（マグネシ
ウム：銀＝10：１（モル比））を0.25μm蒸着し、銀を
0.3μm蒸着して背面電極を形成した。透明電極及び背面
電極からアルミニウムのリード線を結線し、これを窒素
ガスで置換したグローブボックス内に入れ、ガラス製の
封止部材で、紫外線硬化型接着剤（長瀬チバ製「XNR549
3」）を用いて封止した。以上により、実施例１の発光
素子を作成した。

【００６０】実施例２実施例１と同様にガラス基材上に透明電極及び正孔注入
層を形成した。この正孔注入層の上に、N,N'-ジフェニ
ル-N,N'-ジ(m-トリル)ベンジジンを蒸着して厚み40nmの
正孔輸送層を形成した。次にこの正孔輸送層上に4,4'-
ビス(カルバゾール-9-イル)ビフェニル（ホスト材料）
及びトリス(2-フェニルピリジン)イリジウム錯体（燐光
発光材料）をそれぞれ0.4nm／秒、0.025nm／秒の速度で
共蒸着して厚み30nmの発光層を形成した。更に得られた
発光層上に2,2',2''-(1,3,5-ベンゼントリイル)トリス
[3-(2-メチルフェニル)-3H-イミダゾ[4,5-b]ピリジン]
を蒸着して厚み30nmの電子輸送層を設けた。続いて実施
例１と同様に電子輸送層上に背面電極を形成し、リード
線を結線し、ガラス製の封止部材で封止して実施例２の
発光素子を作成した。

【００６１】比較例１正孔注入層を形成せずに、透明電極上に発光層及び背面
電極を設置したこと以外は実施例１と同様に、比較例１
の発光素子を作成した。なお、正孔輸送材料として用い
たポリビニルカルバゾールのイオン化ポテンシャルIp
(H)は5.7eVであった。

【００６２】比較例２正孔注入層を形成せずに、透明電極上に正孔輸送層、発
光層、電子輸送層及び背面電極を設置したこと以外は実
施例２と同様に、比較例２の発光素子を作成した。な
お、正孔輸送材料として用いたN,N'-ジフェニル-N,N'-
ジ(m-トリル)ベンジジンのイオン化ポテンシャルIp(H)
は5.5eVであった。

【００６３】発光輝度及び発光効率の評価東洋テクニカ製ソースメジャーユニット2400型を用い
て、上記のように得られた各発光素子に直流電圧を印加
して発光させ、その発光輝度を測定し、各発光素子の最
高輝度L_max、最高輝度L_maxが得られるときの電圧V_max、
輝度200cd/m²で発光させたときの発光効率η₂₀₀、及び
輝度2000cd/m²で発光させたときの発光効率η₂₀₀₀（外
部量子効率）を求めた。結果を表１に示す。

【００６４】

【表１】

【００６５】表１に示すように、比較例１及び２の発光
素子と比較して、実施例１及び２の本発明の発光素子は
極めて優れた発光輝度及び発光効率を示し、さらにより
低電圧でも駆動した。このように、本発明の発光素子に
おいては安価なアルミニウムからなる透明電極を用いて
も優れた発光輝度及び発光効率が得られるので、素子の
製造コストを低く抑えることが可能である。

【００６６】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明の発光素子
は発光輝度及び発光効率に優れているとともに、低コス
トで容易に製造可能であり、フルカラーディスプレイ、
バックライト等の面光源、プリンター等の光源アレイ等
に有効に利用できる。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基材、透明電極、有機化合物層及び背面
電極を有する発光素子において、前記透明電極が金属薄
膜からなり、かつ前記有機化合物層が少なくとも正孔注
入層及び発光層を含むことを特徴とする発光素子。
【請求項２】請求項１に記載の発光素子において、前
記透明電極の仕事関数（Wf(A)）、及び前記正孔注入層
のイオン化ポテンシャル（Ip(H)）が下記式を満たすこ
とを特徴とする発光素子。 Wf(A) ≧ 4.0 (eV) かつ Ip(H) − Wf(A) ≦ 1.0 (eV)
【請求項３】請求項１又は２に記載の発光素子におい
て、前記透明電極がアルミニウム薄膜からなることを特
徴とする発光素子。
【請求項４】請求項１〜３のいずれかに記載の発光素
子において、前記正孔注入層がポリ(エチレンジオキシ
チオフェン)・ポリスチレンスルホン酸塩からなること
を特徴とする発光素子。