JP2003272868A

JP2003272868A - 有機ｅｌ素子

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Publication number: JP2003272868A
Application number: JP2002078475A
Authority: JP
Inventors: Tetsuya Kato; 哲弥加藤; Toshiki Ito; 伊藤　　俊樹; Masahiko Ishii; 昌彦石井; Tomohiko Mori; 朋彦森
Original assignee: Denso Corp; Toyota Central R&D Labs Inc
Current assignee: Denso Corp; Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date: 2002-03-20
Filing date: 2002-03-20
Publication date: 2003-09-26
Anticipated expiration: 2022-03-20
Also published as: JP3915565B2

Abstract

(57)【要約】【課題】発光時間に伴う輝度劣化および駆動電圧上昇
を抑制可能な有機ＥＬ素子を提供する。【解決手段】陽極２０の上に、正孔注入層３０、正孔
輸送層４０、発光層５０電子輸送層６０、電子注入層８
０、陰極９０が順次積層されてなる有機ＥＬ素子におい
て、電子輸送層６０内に、電子注入性材料からなる拡散
層７０が設けられている。この拡散層７０を構成する電
子注入性材料が、発光時間とともに有機層３０〜６０内
を陽極２０側へ拡散するため、該有機層内における電子
注入材料の濃度勾配が小さくなり、電子注入層８０の電
子注入性材料の陽極２０側への拡散を大幅に抑制するこ
とができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子注入性材料か
らなる電子注入層を有する有機ＥＬ（エレクトロルミネ
ッセンス）素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】有機ＥＬ素子は、陽極の上に、有機ＥＬ
材料からなる発光層を含む有機層、電子注入層、陰極が
順次積層されてなる。ここで、有機層は一般に、陽極側
から正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電子輸送層が積
層されたものからなる。

【０００３】そして、陽極と陰極との間に電界を印加
し、陽極からは正孔が、陰極からは電子がそれぞれ発光
層へ向かって注入・輸送され、これら正孔と電子が発光
層にて再結合し、その再結合時のエネルギーにより発光
層が発光するようになっている。

【０００４】このような有機ＥＬ素子は、自己発光のた
め、視認性に優れ、かつ数Ｖ〜数十Ｖの低電圧駆動が可
能なため駆動回路を含めた軽量化が可能である。そこ
で、有機ＥＬ素子は、薄膜型ディスプレイ、照明、バッ
クライトとしての活用が期待されている。また、自発光
ゆえの視認性の高さから車載用ディスプレイとしての期
待も非常に大きい。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、有機Ｅ
Ｌ素子は発光時間とともに輝度が低下する問題すなわち
輝度劣化という問題や、発光時間とともに駆動電圧が上
昇するという問題を有している。

【０００６】例えば車載条件においては輝度劣化に対す
る規格が厳しく、さらなる輝度劣化特性の改善が要望さ
れている。また、駆動電圧の上昇については駆動回路の
設計において、電圧上昇を見越した設計を採ることが必
要となり、コストアップにつながってしまう。

【０００７】本発明は上記問題に鑑み、発光時間に伴う
輝度劣化および駆動電圧上昇を抑制可能な有機ＥＬ素子
を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明者等は鋭意検討を行った。まず、輝度劣化お
よび駆動電圧上昇の原因を把握するために、輝度低下前
後での有機ＥＬ素子の組成分析を、ＴＯＦ−ＳＩＭＳ分
析法（時間飛行型２次イオン質量分析法）により行っ
た。

【０００９】有機ＥＬ素子の作製プロセスとしては、ガ
ラス等からなる透光性基板上にインジウム−スズの酸化
物（ＩＴＯ）等からなる陽極を形成し、その上に有機層
を形成する。有機層を形成する各有機薄膜が低分子系の
場合には真空蒸着で形成し、高分子系の場合にはスピン
キャスト法で形成する。

【００１０】その後、アルカリ金属化合物やアルカリ土
類金属化合物等の電子注入性材料からなる電子注入層
を、真空蒸着やスパッタ法で形成した後、陰極を真空蒸
着やスパッタ法で形成する。陰極としては、Ａｌおよび
Ａｌ合金、ＭｇおよびＭｇ合金、Ｃａ等が挙げられる。

【００１１】この分析に用いた有機ＥＬ素子は従来構造
のもので、その一例としては、ガラス基板上に、ＩＴＯ
からなる陽極、銅フタロシアニンからなる正孔注入層、
トリフェニルアミン４量体からなる正孔輸送層、ジメチ
ルキナクリドンが添加された８−ヒドロキシキノリンア
ルミニウム錯体（Ａｌｑ３）からなる発光層、Ａｌｑ３
からなる電子輸送層、ＬｉＦからなる電子注入層、Ａｌ
からなる陰極を順次積層したものである。以下、これを
検討品という。

【００１２】この検討品について、８５℃環境下で４０
０ｃｄ／ｍ²、１／６４デューティ駆動で定電流駆動に
よる耐久試験を行った。そして、試験前のものと、この
試験によって輝度が半減した後のものについて組成分析
を行い、両者を比較検討した。その分析結果を図１１
（ａ）、（ｂ）に示す。

【００１３】図１１では横軸に時間がとってあるが、こ
れは図中に示したように、陰極からガラス基板へ向かう
深さに相当するものである。また、縦軸の「Ｃｏｕｎｔ
ｓ」は検出されたイオン種の数である。なお、図１１で
はＬｉのピークを太線にて示し、他のＣおよびＩｎのピ
ークと区別している。

【００１４】図１１（ａ）に示す試験前の場合では、有
機層と陰極との間に位置する電子注入層のＬｉＦに起因
するＬｉのピーク、有機層（電子輸送層〜正孔注入層）
に起因するＣのピーク、および陽極のＩＴＯに起因する
Ｉｎのピークが見られる。そして、各ピークは、各層が
位置する深さに対応して現れている。

【００１５】一方、図１１（ｂ）に示す輝度半減後の場
合では、陽極であるＩＴＯ付近にまでＬｉの析出が見ら
れる。このＩＴＯ付近のＬｉは、図１１（ａ）では見ら
れなかった。また、図示しないが、ＬｉＦにおけるＦの
ピークもＬｉと同様の結果であった。このＬｉの陽極付
近での析出と輝度劣化との関係について、以下のように
考えた。

【００１６】すなわち、ＬｉＦが耐久試験中において、
有機層内に拡散することにより、陰極と有機層との界面
に存在する電子注入層としてのＬｉＦの濃度が低下す
る、つまり、電子注入層が減少していく。その結果、電
子注入効率も低下していき、耐久試験時間すなわち発光
時間とともに駆動電圧が上昇する。

【００１７】また、電子の注入量が低下することから、
電荷（正孔、電子）の再結合分布が発光層から陰極側に
広がるため、発光効率が低下し、それによって輝度劣化
が促進されると考えられる。

【００１８】以上の分析結果および考察から、輝度劣化
抑制のためには、電子注入層を構成する電子注入材料
が、発光時間の経過とともに陽極側へ拡散するのを抑制
することが効果的であると考えた。本発明は、このよう
な検討結果に基づいて創出されたものである。

【００１９】すなわち、請求項１に記載の発明では、陽
極（２０）の上に、有機ＥＬ材料からなる発光層（５
０）を含む有機層（３０〜６０）、電子注入層（８
０）、陰極（９０）が順次積層されてなる有機ＥＬ素子
において、有機層内に、電子注入性材料からなる拡散層
（７０）が設けられていることを特徴とする。

【００２０】それによれば、電子注入性材料からなる層
としては、電子注入層以外に、この電子注入層よりも陽
極側に位置する拡散層が存在する。そして、この拡散層
を構成する電子注入性材料が、発光時間とともに有機層
内を陽極側へ拡散するため、有機層内における電子注入
材料の濃度勾配が小さくなる。

【００２１】そのため、拡散層よりも陽極から遠い位置
にある電子注入層の電子注入性材料は、拡散層が存在し
ない場合に比べて、その陽極側への拡散を大幅に抑制さ
れ、結果、発光時間に伴う電子注入層の減少を抑制でき
る。

【００２２】よって、本発明によれば、発光時間に伴う
輝度劣化および駆動電圧上昇を抑制可能な有機ＥＬ素子
を提供することができる。

【００２３】なお、拡散層は、陽極側だけでなく陰極側
にも拡散するので、もし、拡散層が電子注入性材料でな
い場合には、陰極近傍に拡散した拡散層の成分によって
電子注入効率が低下してしまう。そのため、拡散層は電
子注入性材料であることが必要である。

【００２４】ここで、請求項２に記載の発明のように、
拡散層（７０）を構成する電子注入性材料は、電子注入
層（８０）を構成する電子注入性材料と同一材料である
ことが好ましい。

【００２５】また、請求項３に記載の発明では、拡散層
（７０）は、有機層（３０〜６０）における電子注入層
（８０）に接する層（６０）内に設けられていることを
特徴とする。

【００２６】それによれば、電子注入層の電子注入性材
料の拡散を、より陰極に近いところで抑制できるため、
好ましい。

【００２７】また、請求項４に記載の発明では、拡散層
（７０）の膜厚は２ｎｍ以下であることを特徴とする。

【００２８】拡散層を構成する材料は絶縁体である場合
が多いため、あまり厚く形成すると駆動電圧の上昇を引
き起こすことから、２ｎｍ以下が好ましい。

【００２９】また、請求項５に記載の発明では、陽極
（２０）の上に、有機ＥＬ材料からなる発光層（５０）
を含む有機層（３０〜６０）、電子注入層（８０）、陰
極（９０）が順次積層されてなる有機ＥＬ素子におい
て、有機層内には、電子注入性材料が添加されているこ
とを特徴とする。

【００３０】本発明では、上記請求項１における拡散層
を構成する電子注入性材料を、層の形ではなく、有機層
内に添加した形で設けたものである。つまり、有機層の
うちの或る層は、本来の構成材料に加えて電子注入材料
が混合された材料からなる層となるものである。そし
て、本発明によっても、請求項１と同様の効果が発揮さ
れる。

【００３１】ここで、請求項６に記載の発明のように、
有機層（３０〜６０）内に添加される電子注入性材料
は、電子注入層（８０）を構成する電子注入性材料と同
一材料であることが好ましい。

【００３２】また、請求項７に記載の発明では、有機層
（３０〜６０）内に添加される電子注入性材料は、有機
層における電子注入層（８０）に接する層（６０）に添
加されていることを特徴とする。

【００３３】これも、上記請求項３の発明と同様に、電
子注入層の電子注入性材料の拡散を、より陰極に近いと
ころで抑制できるという理由から、好ましい。

【００３４】また、請求項８に記載の発明では、電子注
入性材料は、アルカリ金属化合物またはアルカリ土類金
属化合物であることを特徴とする。請求項１〜請求項７
に記載の電子注入性材料としては、このようなものを採
用できる。

【００３５】さらに、検討を進めたところ、陽極近傍ま
で電子注入性材料が拡散した場合、駆動電圧はその上昇
が抑制されるばかりか、かえって低下する現象がみられ
ることが実験的に見出された。請求項９に記載の発明
は、この現象を利用したものである。

【００３６】すなわち、請求項９に記載の発明では、陽
極（２０）の上に、有機ＥＬ材料からなる発光層（５
０）を含む有機層（３０〜６０）、電子注入層（８
０）、陰極（９０）が順次積層されてなる有機ＥＬ素子
において、有機層のうち電子注入層と発光層との間に、
電子注入性材料からなる第１の拡散層（７０）が設けら
れており、有機層のうち陽極と発光層との間に、電子注
入性材料からなる第２の拡散層（７１）が設けられてい
ることを特徴とする。

【００３７】それによれば、発光時間に伴い第１の拡散
層が拡散することによって、請求項１に記載の発明と同
様、電子注入層の電子注入性材料の陽極側への拡散を大
幅に抑制し、結果、発光時間に伴う電子注入層の減少を
抑制できる。よって、本発明によれば、発光時間に伴う
輝度劣化および駆動電圧上昇を抑制可能な有機ＥＬ素子
を提供することができる。

【００３８】また、第１の拡散層に比べて陽極に近い第
２の拡散層が、発光時間に伴い拡散することによって、
陽極近傍に電子注入性材料を存在させることが容易とな
ることから、駆動電圧を低下させることができる。その
ため、結果的に発光効率が向上し、発光時間に伴う輝度
劣化および駆動電圧上昇の抑制が、より高レベルにて実
現される。

【００３９】ここで、請求項１０に記載の発明のよう
に、第１および第２の拡散層（７０、７１）を構成する
電子注入性材料としても、アルカリ金属化合物またはア
ルカリ土類金属化合物を採用することができる。

【００４０】なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述
する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一
例である。

【００４１】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図に示す実施形態
について説明する。以下、各実施形態相互において、互
いに同一部分には、図中、同一符号を付してある。

【００４２】（第１実施形態）図１は本発明の第１実施
形態に係る有機ＥＬ素子Ｓ１の一例を示す概略断面図で
ある。ガラス基板等からなる透明な基板１０の一面上に
は、インジウム−スズの酸化物（ＩＴＯ）やインジウム
−亜鉛の酸化物等からなる陽極２０が形成されている。
本例では、陽極２０はＩＴＯからなるものとしている。

【００４３】陽極２０の上には、正孔注入性材料からな
る正孔注入層３０が形成されている。本例では、銅フタ
ロシアニン（ＣｕＰｃ）からなる厚さ１５ｎｍの正孔注
入層３０としている。この正孔注入層３０の上には、正
孔輸送性材料からなる正孔輸送層４０が形成されてい
る。本例では、トリフェニルアミン４量体からなる厚さ
４０ｎｍの正孔輸送層４０としている。

【００４４】正孔輸送層４０の上には、有機ＥＬ材料か
らなる発光層５０が形成されている。本例では、ホスト
材料としての８−ヒドロキシキノリンアルミニウム錯体
（Ａｌｑ３）にゲスト材料としてのジメチルキナクリド
ンが添加されたものからなる厚さ４０ｎｍの発光層５０
としている。

【００４５】発光層５０の上には、電子輸送性材料から
なる電子輸送層６０が形成されている。本例では、Ａｌ
ｑ３からなる電子輸送層６０としている。ここで、電子
輸送層６０の内部には、電子注入性材料からなる拡散層
７０が設けられている。

【００４６】本例では、電子輸送層６０を、発光層５０
側の厚さ１０ｎｍの下側電子輸送層６１と電子注入層８
０側の厚さ１０ｎｍの上側電子輸送層６２とに分け、そ
の間にＬｉＦからなる厚さ１ｎｍの拡散層７０を介在さ
せている。

【００４７】この拡散層７０を構成する電子注入性材料
は、アルカリ金属化合物またはアルカリ土類金属化合物
を用いることができる。具体的には、アルカリ金属また
はアルカリ土類金属のフッ化物、酸化物、塩化物、窒化
物等の絶縁体材料を用いることができる。

【００４８】電子輸送層６１、６２の上には、電子注入
性材料からなる電子注入層８０が設けられており、本例
ではＬｉＦからなる厚さ０．５ｎｍの電子注入層８０と
している。ここで、拡散層７０を構成する電子注入性材
料は、電子注入層８０を構成する電子注入性材料と同一
材料であることが好ましい。そして、電子注入層８０の
上には、Ａｌ等の金属等からなる陰極９０が形成されて
いる。

【００４９】このような有機ＥＬ素子Ｓ１は、基板１０
の上に、スパッタ法等にて陽極２０を形成し、その上
に、真空蒸着法等により、有機層３０〜６０および拡散
層７０を順次成膜し、さらに電子注入層８０、陰極９０
を成膜することにより製造することができる。

【００５０】そして、有機ＥＬ素子Ｓ１においては、陽
極２０と陰極９０との間に電界を印加し、陽極２０から
正孔を、陰極９０から電子をそれぞれ発光層５０へ輸送
し、これら正孔と電子とを発光層５０にて再結合させ
る。そして、この再結合のエネルギーにより発光層５０
が発光し、基板１０側から光が取り出されるようになっ
ている。

【００５１】ところで、本有機ＥＬ素子Ｓ１において
は、有機層３０〜６０内、特に本例では電子輸送層６０
内に、電子注入性材料からなる拡散層７０を設けた独自
の構成を採用している。

【００５２】それによれば、電子注入性材料からなる層
としては、電子注入層８０以外に、この電子注入層８０
よりも陽極２０側に位置する拡散層７０が存在する。そ
して、この拡散層７０を構成する電子注入性材料が、発
光時間とともに有機層３０〜６０内を陽極２０側へ拡散
するため、有機層３０〜６０内における電子注入材料の
濃度勾配が小さくなる。

【００５３】そのため、拡散層７０よりも陽極２０から
遠い位置にある電子注入層８０の電子注入性材料は、発
光中に陽極２０側へ拡散しようとするけれども、拡散層
７０が存在しない場合に比べて、その陽極２０側への拡
散を大幅に抑制される。その結果、発光時間の経過に伴
う電子注入層８０の減少を抑制することができる。

【００５４】よって、本実施形態によれば、発光時間に
伴う輝度劣化および駆動電圧上昇を抑制可能な有機ＥＬ
素子Ｓ１を提供することができる。

【００５５】なお、拡散層７０は、陽極２０側だけでな
く陰極９０側にも拡散する。そのことから、もし、拡散
層７０が電子注入性材料でない場合には、陰極９０近傍
に拡散した拡散層７０の成分によって電子注入効率が低
下してしまう。そのため、拡散層７０は電子注入性材料
であることが必要である。

【００５６】特に、本例では、拡散層７０は、有機層３
０〜６０のうち電子注入層８０に接する層すなわち電子
輸送層６０内に設けられている。このことは、電子注入
層８０の電子注入性材料の拡散を、より陰極９０に近い
ところで抑制できるため、好ましい。

【００５７】また、拡散層７０を構成する材料は、上述
のように絶縁体である場合が多いため、あまり厚く形成
すると駆動電圧の上昇を引き起こす。このことから、拡
散層７０の膜厚は２ｎｍ以下であることが好ましく、よ
り好ましくは１ｎｍ以下であることが望ましい。

【００５８】次に、本実施形態による発光時間に伴う輝
度劣化および駆動電圧上昇の抑制効果について、限定す
るものではないが、本例の有機ＥＬ素子Ｓ１について具
体的に検証した例を示す。

【００５９】用いた有機ＥＬ素子Ｓ１は、ＩＴＯからな
る陽極２０が形成されたガラス基板１０の上に、ＣｕＰ
ｃからなる厚さ１５ｎｍの正孔注入層３０、トリフェニ
ルアミン４量体からなる厚さ４０ｎｍの正孔輸送層４
０、Ａｌｑ３にジメチルキナクリドンが添加された厚さ
４０ｎｍの発光層５０、Ａｌｑ３からなる厚さ１０ｎｍ
の下側電子輸送層６１、ＬｉＦからなる厚さ１ｎｍの拡
散層７０、Ａｌｑ３からなる厚さ１０ｎｍの上側電子輸
送層６２、ＬｉＦからなる厚さ０．５ｎｍの電子注入層
８０、Ａｌからなる陰極９０を順次成膜し、封止缶（図
示せず）で密封したものとした。

【００６０】この有機ＥＬ素子Ｓ１を、８５℃環境下で
４００ｃｄ／ｍ²、１／６４デューティ駆動で定電流駆
動による耐久試験を行った。この耐久試験における耐久
試験時間すなわち発光時間に対する輝度劣化特性の変
化、駆動電圧の変化を、それぞれ図２、図３に示す。

【００６１】図２では横軸に発光時間としての時間（ｈ
ｒ）、縦軸に規格輝度をとり、図３では横軸に時間（ｈ
ｒ）、縦軸に駆動電圧の変化値（Ｖ）をとってある。こ
こで、規格輝度は初期の輝度を１と規格化したものであ
り、駆動電圧の変化値は初期の駆動電圧に対する変化値
である。

【００６２】また、図１において拡散層７０を無くした
従来品すなわち解決手段の欄に示した検討品と同じもの
を、比較例として、同様に耐久試験を行った。この比較
例としての有機ＥＬ素子の概略断面構成を図４に示す。
そして、図２、図３中、黒丸プロットが比較例、黒四角
プロットが本実施形態の有機ＥＬ素子Ｓ１として示し
た。

【００６３】図２、図３からわかるように、本実施形態
の有機ＥＬ素子Ｓ１では、拡散層７０を持たない比較例
に比べて、輝度劣化が抑制されており、駆動電圧の上昇
も抑制されている。

【００６４】ここで、発光時間に伴う駆動電圧上昇の抑
制については、図３に示すように、電圧の上昇度合が少
なくなるかもしくは電圧が変化しないだろうという予想
に反して、駆動電圧が発光時間とともにかえって低下す
るという現象が見られた。

【００６５】そこで、この現象を理解するために、上記
耐久試験後における本実施形態の有機ＥＬ素子Ｓ１と上
記比較例とについて、ＴＯＦ−ＳＩＭＳ法（時間飛行型
２次イオン質量分析法）により分析を行った。

【００６６】図５において（ａ）は上記比較例について
の分析結果を示し、（ｂ）は本実施形態の有機ＥＬ素子
Ｓ１についての分析結果を示す。図５において、横軸と
縦軸は上記図１１と同様であり、横軸は、陰極９０から
ガラス基板１０へ向かう深さとしての時間（秒）であ
り、縦軸の「Ｃｏｕｎｔｓ］は検出されたイオン種の数
である。

【００６７】図５（ａ）は、上記図１１（ｂ）と同じも
のであり、試験前の初期（上記図１１（ａ）参照）に比
べて、電子輸送層６０と陰極９０との間に位置する電子
注入層８０のＬｉＦに起因するＬｉのピークが減少し、
陽極であるＩＴＯ付近にまでＬｉの析出が見られる。

【００６８】つまり、従来品である比較例では、発光時
間に伴い、電子注入層８０のＬｉＦが本来の位置から陽
極２０側へ拡散し、本来の電子注入層８０の位置におけ
るＬｉＦが減少している。

【００６９】一方、図５（ｂ）では、陰極９０近傍すな
わち本来の電子注入層８０の位置におけるＬｉＦの濃度
低下が抑制されていることが確認された。加えて、Ｌｉ
Ｆが陽極２０であるＩＴＯの表面付近に多く析出してい
る（図中のピークＰ１）ことが確認された。これは、拡
散層７０のＬｉＦ（図中のピークＰ２）の拡散によるも
のと考えられる。

【００７０】この結果を検証するため、さらに、図６に
示すように、上記図５に示した比較例（従来品）構造に
おいてＩＴＯ表面にＬｉＦ層９００を形成した有機ＥＬ
素子、すなわちＬｉＦ付き素子を作製した。そして、こ
のＬｉＦ付素子と上記比較例とについて、電圧電流特性
を調べた。その結果を図７に示す。

【００７１】図７では、横軸に電圧（Ｖ）、縦軸に電流
密度（ｍＡ／ｃｍ²）をとってあり、黒丸プロットがＬ
ｉＦ付き素子、白丸プロットが上記比較例すなわち従来
構造を示してある。この電圧電流特性から、陽極２０の
表面にＬｉＦが存在すると、従来構造よりも低電圧化さ
れることが判明した。

【００７２】なお、図６に示すＬｉＦ付き素子では、Ｌ
ｉＦ層９００は、有機層内に設けられているのではな
く、陽極２０であるＩＴＯに接して設けられている。そ
のため、上記拡散層７０のように、自身が有機層内に拡
散して有機層内の電子注入材料の濃度勾配を小さくする
という効果はほとんどない。そのため、ＬｉＦ付き素子
では、図７に示すように、初期的に駆動電圧の低下は実
現できるが、発光時間に伴う輝度劣化および駆動電圧上
昇の抑制という効果は無い。

【００７３】これら図５および図７に示す分析結果か
ら、本実施形態の有機ＥＬ素子Ｓ１において、有機層３
０〜６０内に拡散層７０を導入した場合には、ＬｉＦの
拡散による電子注入層８０の濃度低下を抑制するだけで
なく、拡散層７０のＬｉＦが陽極２０であるＩＴＯ表面
まで拡散することによって、低電圧化が図れることがわ
かる。

【００７４】そして、このような拡散層７０は、有機層
３０〜６０内にあれば良く、例えば、発光層５０と電子
輸送層６０との間、発光層５０内、発光層５０と正孔輸
送層４０との間、正孔輸送層４０内、正孔輸送層４０と
正孔注入層３０との間、正孔注入層３０内の各位置から
選択した位置に設けることができる。

【００７５】しかし、上述したように、電子注入層８０
の電子注入性材料の拡散をより陰極９０に近いところで
抑制するという観点からは、有機層３０〜６０のなかで
もより電子注入層８０に近い部位に拡散層７０を設ける
ことが好ましい。

【００７６】一方、駆動電圧の低電圧化という観点から
すれば、有機層３０〜６０のなかでもより陽極２０に近
い部位に、拡散層７０を設けることが好ましいと考えら
れる。この考えに基づいてなされた形態が、次の第２実
施形態である。

【００７７】（第２実施形態）図８は本発明の第２実施
形態に係る有機ＥＬ素子Ｓ２の一例を示す概略断面図で
ある。本実施形態は、陽極２０の上に、有機ＥＬ材料か
らなる発光層５０を含む有機層３０〜６０、電子注入層
８０、陰極９０が順次積層されてなる有機ＥＬ素子にお
いて、有機層３０〜６０のうち電子注入層８０と発光層
５０との間に、電子注入性材料からなる第１の拡散層７
０が設けられており、陽極２０と発光層５０との間に、
電子注入性材料からなる第２の拡散層７１が設けられて
いるものである。

【００７８】これら第１および第２の拡散層７０、７１
は、上記第１実施形態の拡散層と同様の材質、厚さとす
ることができる。図８に示す例では、第１の拡散層７０
は上記第１実施形態における拡散層と同様、電子輸送層
６０内に設けられており、第２の拡散層７１は正孔注入
層３０と正孔輸送層４０との間に設けられている。

【００７９】具体例を挙げると、ＩＴＯからなる陽極２
０が形成されたガラス基板１０の上に、ＣｕＰｃからな
る厚さ１５ｎｍの正孔注入層３０、ＬｉＦからなる厚さ
１ｎｍの第２の拡散層７１、トリフェニルアミン４量体
からなる厚さ４０ｎｍの正孔輸送層４０、Ａｌｑ３にジ
メチルキナクリドンが添加された厚さ４０ｎｍの発光層
５０、Ａｌｑ３からなる厚さ１０ｎｍの下側電子輸送層
６１、ＬｉＦからなる厚さ１ｎｍの拡散層７０、Ａｌｑ
３からなる厚さ１０ｎｍの上側電子輸送層６２、ＬｉＦ
からなる厚さ０．５ｎｍの電子注入層８０、Ａｌからな
る陰極９０を順次成膜し、封止缶（図示せず）で密封し
たものとすることができる。

【００８０】このような本実施形態の有機ＥＬ素子Ｓ２
によれば、発光時間に伴い第１の拡散層７０が陽極２０
側へ拡散することによって、上記第１実施形態と同様、
電子注入層８０の電子注入性材料の陽極２０側への拡散
を大幅に抑制し、結果、発光時間に伴う電子注入層８０
の減少を抑制できる。

【００８１】よって、本実施形態によれば、発光時間に
伴う輝度劣化および駆動電圧上昇を抑制可能な有機ＥＬ
素子Ｓ２を提供することができる。

【００８２】また、第１の拡散層７０に比べて陽極２０
に近い第２の拡散層７１が、発光時間に伴い陽極２０側
へ拡散することによって、陽極２０近傍に電子注入性材
料を存在させることが容易となることから、駆動電圧を
低下させることができる。そのため、結果的に発光効率
が向上し、発光時間に伴う輝度劣化および駆動電圧上昇
の抑制を、より高レベルにて実現することができる。

【００８３】次に、本実施形態による発光時間に伴う輝
度劣化および駆動電圧上昇の抑制効果について、限定す
るものではないが、上記具体例として挙げた有機ＥＬ素
子Ｓ２について具体的に検証した例を示す。

【００８４】本第２実施形態の具体例としての有機ＥＬ
素子Ｓ２と、上記図４に示した比較例とについて、８５
℃環境下で４００ｃｄ／ｍ²、１／６４デューティ駆動
で定電流駆動による耐久試験を行った。

【００８５】この耐久試験における耐久試験時間すなわ
ち発光時間に対する輝度劣化特性の変化、駆動電圧の変
化について上記第１実施形態と同様に調べた結果を、そ
れぞれ図９、図１０に示す。図９、図１０中、黒丸プロ
ットが比較例、黒四角プロットが本実施形態の有機ＥＬ
素子Ｓ２として示している。

【００８６】これら図９、図１０からわかるように、本
実施形態の有機ＥＬ素子Ｓ２では、拡散層を持たない比
較例に比べて、輝度劣化が抑制されており、駆動電圧の
上昇も抑制されている。

【００８７】また、図９、図１０と上記図２、図３とを
比較してわかるように、本第２実施形態では、上記第１
実施形態に比べて、駆動電圧を大きく低下させることが
できるため、結果的に発光効率が向上し、発光時間に伴
う輝度劣化および駆動電圧上昇の抑制を、より高レベル
にて実現できている。

【００８８】（他の実施形態）なお、陽極２０の上に、
有機ＥＬ材料からなる発光層５０を含む有機層３０〜６
０、電子注入層８０、陰極９０が順次積層されてなる有
機ＥＬ素子において、有機層３０〜６０内には、電子注
入性材料が添加されているものであっても良い。

【００８９】つまり、上記第１実施形態における拡散層
７０を構成する電子注入性材料を、層の形ではなく、有
機層３０〜６０内に添加した形で設けたものとしても良
い。それによって、有機層３０〜６０のうちの或る層
は、本来の構成材料に加えて電子注入材料が混合された
材料からなる層となるものである。この場合でも、上記
第１実施形態と同様の効果が発揮されることはあきらか
である。

【００９０】そして、この場合も、有機層３０〜６０内
に添加される電子注入性材料は、電子注入層８０を構成
する電子注入性材料と同一材料であることが好ましい。

【００９１】また、この場合も、有機層３０〜６０内に
添加される電子注入性材料は、有機層３０〜６０におけ
る電子注入層８０に接する層、例えば電子輸送層６０に
添加されているものにすれば、電子注入層８０の電子注
入性材料の拡散を、より陰極９０に近いところで抑制で
きるため、好ましい。

【００９２】また、上記実施形態において、基板１０、
陽極２０、正孔注入層３０、正孔輸送層４０、発光層５
０、電子輸送層６０、電子注入層８０および陰極９０
は、有機ＥＬ素子にすでに用いられているか、あるいは
用いることの可能な材料に置き換えても良い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態に係る有機ＥＬ素子の一
例を示す概略断面図である。

【図２】第１実施形態における発光時間に対する輝度劣
化特性の変化を示す図である。

【図３】第１実施形態における発光時間に対する駆動電
圧の変化を示す図である。

【図４】比較例としての従来構造を有する有機ＥＬ素子
の概略断面図である。

【図５】耐久試験後の第１実施形態の有機ＥＬ素子Ｓ１
と比較例とについてＴＯＦ−ＳＩＭＳ法により分析を行
った結果を示す図である。

【図６】従来構造においてＩＴＯ表面にＬｉＦ層を形成
した有機ＥＬ素子であるＬｉＦ付き素子の概略断面図で
ある。

【図７】図６に示すＬｉＦ付き素子の電圧電流特性を示
す図である。

【図８】本発明の第２実施形態に係る有機ＥＬ素子の一
例を示す概略断面図である。

【図９】第２実施形態における発光時間に対する輝度劣
化特性の変化を示す図である。

【図１０】第２実施形態における発光時間に対する駆動
電圧の変化を示す図である。

【図１１】本発明者等が試作し検討に用いた検討品とし
ての有機ＥＬ素子の耐久試験前後でのＴＯＦ−ＳＩＭＳ
法による分析結果を示す図である。

【符号の説明】

２０…陽極、３０…正孔注入層、４０…正孔輸送層、５
０…発光層、６０…電子輸送層、６１…下側電子輸送
層、６２…上側電子輸送層、７０…拡散層（第１の拡散
層）、７１…第２の拡散層、８０…電子注入層、９０…
陰極。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者伊藤俊樹愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地株式会社デンソー内 (72)発明者石井昌彦愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番地の１株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者森朋彦愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番地の１株式会社豊田中央研究所内Ｆターム(参考） 3K007 AB06 AB11 CC00 DB03

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】陽極（２０）の上に、有機ＥＬ材料から
なる発光層（５０）を含む有機層（３０〜６０）、電子
注入層（８０）、陰極（９０）が順次積層されてなる有
機ＥＬ素子において、前記有機層内に、電子注入性材料からなる拡散層（７
０）が設けられていることを特徴とする有機ＥＬ素子。
【請求項２】前記拡散層（７０）を構成する電子注入
性材料は、前記電子注入層（８０）を構成する電子注入
性材料と同一材料であることを特徴とする請求項１に記
載の有機ＥＬ素子。
【請求項３】前記拡散層（７０）は、前記有機層（３
０〜６０）における前記電子注入層（８０）に接する層
（６０）内に設けられていることを特徴とする請求項１
または２に記載の有機ＥＬ素子。
【請求項４】前記拡散層（７０）の膜厚は２ｎｍ以下
であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一
つに記載の有機ＥＬ素子。
【請求項５】陽極（２０）の上に、有機ＥＬ材料から
なる発光層（５０）を含む有機層（３０〜６０）、電子
注入層（８０）、陰極（９０）が順次積層されてなる有
機ＥＬ素子において、前記有機層内には、電子注入性材料が添加されているこ
とを特徴とする有機ＥＬ素子。
【請求項６】前記有機層（３０〜６０）内に添加され
る電子注入性材料は、前記電子注入層（８０）を構成す
る電子注入性材料と同一材料であることを特徴とする請
求項５に記載の有機ＥＬ素子。
【請求項７】前記有機層（３０〜６０）内に添加され
る電子注入性材料は、前記有機層における前記電子注入
層（８０）に接する層（６０）に添加されていることを
特徴とする請求項５または６に記載の有機ＥＬ素子。
【請求項８】前記電子注入性材料は、アルカリ金属化
合物またはアルカリ土類金属化合物であることを特徴と
する請求項１ないし７のいずれか一つに記載の有機ＥＬ
素子。
【請求項９】陽極（２０）の上に、有機ＥＬ材料から
なる発光層（５０）を含む有機層（３０〜６０）、電子
注入層（８０）、陰極（９０）が順次積層されてなる有
機ＥＬ素子において、前記有機層のうち前記電子注入層と前記発光層との間
に、電子注入性材料からなる第１の拡散層（７０）が設
けられており、前記有機層のうち前記陽極と前記発光層との間に、電子
注入性材料からなる第２の拡散層（７１）が設けられて
いることを特徴とする有機ＥＬ素子。
【請求項１０】前記第１および第２の拡散層（７０、
７１）を構成する電子注入性材料は、アルカリ金属化合
物またはアルカリ土類金属化合物であることを特徴とす
る請求項９に記載の有機ＥＬ素子。