JP3492535B2 - 有機薄膜el素子とその製造方法 - Google Patents

有機薄膜el素子とその製造方法

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JP3492535B2 JP36418398A JP36418398A JP3492535B2 JP 3492535 B2 JP3492535 B2 JP 3492535B2 JP 36418398 A JP36418398 A JP 36418398A JP 36418398 A JP36418398 A JP 36418398A JP 3492535 B2 JP3492535 B2 JP 3492535B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、有機薄膜EL(エ
レクトロルミネッセンス)素子とその製造方法に係わ
り、特に、整流特性に優れた有機薄膜EL素子とその製
造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】有機電界発光素子(有機EL)は陽極か
ら注入された正孔と陰極から注入された電子が、蛍光能
を有する発光層内で再結合し、励起状態から失括する際
に光を放射する現象を利用するものである。このように
有機ELは電気エネルギーを光エネルギーに変換する自
発光型の表示デバイスとしての可能性を秘めているに止
まらず、有機層の膜厚が1μm以下という特徴を生かし
た、従来にない薄型表示装置としての可能性をも秘めて
おり、近年活発な研究開発が進められている。
【0003】このような性質を持つ有機EL素子を複数
個集合させ、それぞれを画素とするマトリクス型ディス
プレイとしては、平行な電極を直交させてなる、パッシ
ブマトリクス型や、平行な画素に薄膜トランジスタ(T
FT)などを設けてなるアクティブマトリクス型を挙げ
ることができる。図1は、有機EL素子が単純マトリク
スの場合の概略平面図である。図のように同一基板上に
ライン電極とコラム電極とが互いに垂直に交差してお
り、この交差部が1画素を形成していることになる。こ
のようなパネルに制御回路、駆動回路を配することによ
ってディスプレイやその他表示装置として使用可能とな
る。さらに、各交差部を赤、青、緑と各色毎に塗り分け
ると、フルカラーディスプレイやマルチカラーディスプ
レイ用として構成することもできる。有機EL素子は上
述のように、陽極より注入された正孔と、陰極から注入
された電子との再結合によって発光する現象を利用する
ものである。図2はこの発光過程を模式的に示したエネ
ルギーダイアグラム図である。陽極から正孔注入層、並
びに陰極から電子輸送層へそれぞれ正孔、電子が注入さ
れる過程において、その注入障壁は小さく、数ボルトの
電圧印加で容易に注入されるように分子構造の設計がな
されている。一方、逆バイアス印加時、即ち、陽極側を
低電位に、陰極側を高電位になるよう極性を反転させた
場合、陽極からの電子注入、陰極からの正孔注入は図2
からも分かるように高い障壁となり、注入は理論的に困
難となり、このような理由から、有機ELは一般にダイ
オード特性を持つと考えられてきた。しかし、実際に
は、素子に逆バイアスを印加すると漏れ電流が観測さ
れ、その詳細な原因については未だ判明していない。こ
こで、ダイオード特性を持つ素子をマトリクス化した場
合の電流パスを示したのが図3である。この場合、図の
ように、順方向を通るただ一回だけのパスが存在し、選
択画素のみを発光させることができる。しかし、素子が
完全なダイオード特性を持たない場合、図4に示したよ
うな、逆方向を流れる電流パスが本来通るべき順方向電
流以外にも流れることになる。従って、選択画素以外に
も周辺部で発光してしまうことになり、コントラスト低
下の要因、画素欠陥の要因となりうる。このような不具
合に対して、特開平9−102395号公報では、陰極
材料にアルミニウムを主体とする材料を用いることで解
決する方法が示されている。しかし、この方法では十分
再現性よく整流性を改善することができない。また、ア
ルミニウムのみで構成される陰極の順方向特性は従来の
マグネシウム−銀電極や、アルミニウム−リチウム電極
よりも劣っていることから実用的であるとは言えない。
本発明者は、このような整流特性の不具合を解決する
為、鋭意検討を行った結果、整流性と陰極材料、特に原
子半径の小さいリチウムやナトリウムおよび銀などとの
相関性を見いだした。このような材料は特にバイアス時
にイオン化しやすい物質であり、陰極/電子輸送層界面
での移動が整流特性に影響する。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、上記
した従来技術の欠点を改良し、特に、イオン化に伴う物
質移動を抑制し、整流特性に優れた新規な有機薄膜EL
素子とその製造方法を提供するものである。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明は上記した目的を
達成するため、基本的には、以下に記載されたような技
術構成を採用するものである。即ち、本発明に係わる有
機薄膜EL素子の第1態様は、対向する陽極と陰極との
間に少なくとも1層以上の有機薄膜層を有する電荷注入
型の有機薄膜EL素子であって、前記陰極が、アルミニ
ウムを主成分とし、且つ0.05〜1.5重量%の酸化
リチウムを含有し、前記陰極と接する有機薄膜層が下記
一般式(I)で示される有機化合物を含有することを特
徴とするものである。
【0006】
【化7】
【0007】(式中、R1 〜R6 はそれぞれ独立に水素
原子、ハロゲン原子、アルキル基、アルコキシ基、シア
ノ基、Lは−OR7 (R7 はアルキル基、シクロアルキ
ル基、窒素原子を含んでもよい芳香族環基、金属原子や
酸素原子からなる連結基を有する芳香族環基、又は前記
連結基を有するオキシノイド化合物の配位子を示す)、
Mは金属原子を表し、nは1又は2の整数である。)
【0008】又、本発明の有機薄膜EL素子の第態様
は、対向する陽極と陰極との間に少なくとも1層以上の
有機薄膜層を有する電荷注入型の有機薄膜EL素子であ
って、前記陰極が、マグネシウムを主成分とし、且つ
0.03〜1.8重量%の酸化リチウムを含有し、前記
陰極と接する有機薄膜層が上記一般式(I)で示される
有機化合物を含有することを特徴とするものである。
【0009】又、第態様は、前記特定構造を有する有
機化合物の膜厚が5nm以上100nm以下であること
を特徴とするものである。
【0010】又、本発明の有機薄膜EL素子の製造方法
の第態様は、対向する陽極と陰極との間に少なくとも
1層以上の有機薄膜層を有する電荷注入型の有機薄膜E
L素子であって、前記陰極が、アルミニウムを主成分と
し、且つ0.05〜1.5重量%の酸化リチウムを含有
し、前記陰極と接する有機薄膜層が上記一般式(I)で
示される有機化合物を含有し、前記陰極の成膜速度が2
nm/sec以上20nm/sec以下であることを特
徴とするものである。
【0011】又、本発明の有機薄膜EL素子の製造方法
の第態様は、対向する陽極と陰極との間に少なくとも
1層以上の有機薄膜層を有する電荷注入型の有機薄膜E
L素子であって、前記陰極が、マグネシウムを主成分と
し、且つ0.03〜1.8重量%の酸化リチウムを含有
し、前記陰極と接する有機薄膜層が上記一般式(I)で
示される有機化合物を含有し、前記陰極の成膜速度が2
nm/sec以上20nm/sec以下であることを特
徴とするものである。
【0012】
【発明の実施の形態】本発明に係わる有機薄膜EL素子
とその製造方法は、図5、図6に示すように、特定構造
を有する有機化合物の薄膜上に酸化リチウムを10Å以
上100Å以下形成することからなる陰極を持つことを
特徴とするもの、もしくは、特定構造を有する有機化合
物の薄膜上に酸化リチウムを含有したアルミニウム又は
マグネシウムからなる陰極を持つことを特徴とするもの
である。
【0013】更に、特定構造を有する有機化合物の膜厚
が5nm以上100nm以下であることを特徴とするも
のである。又、前記アルミニウムもしくはマグネシウム
の成膜速度を2nm/sec以上20nm/sec以下
であることを特徴とするものである。
【0014】
【実施例】以下に、本発明に係わる有機薄膜EL素子と
その製造方法の具体例を図面を参照しながら詳細に説明
する。本発明は、有機薄膜EL素子において、酸化リチ
ウムもしくはこれを含有したアルミニウムまたはマグネ
シウムを特定構造の有機化合物の薄膜上に積層するもの
である。本実施例では、これらの内容に関し、具体的な
構造、膜厚、成膜速度をもって列記するものとする。な
お、本発明に係る有機EL素子の構造については、以下
の4構造を挙げることができる。 (1)陽極/発光層/陰極 (2)陽極/正孔輸送層/発光層/電子輸送層/陰極 (3)陽極/発光層/電子輸送層/陰極 (4)陽極/正孔輸送層/発光層/陰極 また、本発明に係る有機薄膜EL素子に用いられる正孔
輸送材料は特に限定されず、通常正孔輸送材料として使
用される化合物であればいかなる化合物でも使用可能で
ある。例えば、ビス(ジ(p−トリル)アミノフェニ
ル)−1,1−シクロヘキサン、N,N’−ジフェニル
−N,N’−ビス(3−メチルフェニル)−1,1’−
ビフェニル−4,4’−ジアミン、N,N’−ジフェニ
ル−N−N−ビス(1−ナフチル)−(1,1’−ビフ
ェニル)−4,4’−ジアミン、スターバースト型分子
等が挙げられる。
【0015】また、本発明に係る有機薄膜EL素子に用
いられる発光材料としては、構造(2)並びに構造
(3)に関しては、陰極と直接接していない為に、固体
状態で蛍光を示すものならば、各種のものを、もしくは
それらを混合したものを使用することができる。例え
ば、クマリン系、フタロペリノン系、ベンゾオキサゾリ
ル系またはベンゾチアゾール系、金属キレート化オキシ
ノイド化合物、スチルベン系化合物、ペリレン系化合物
を挙げることができるがこの限りではない。しかし、構
造(1)、構造(4)について又は電子輸送材料につい
ては請求項1記載のような特定構造を有する必要があ
る。以下、具体例を表1〜表18に示したがこの限りで
はない。
【0016】
【表1】
【0017】
【表2】
【0018】
【表3】
【0019】
【表4】
【0020】
【表5】
【0021】
【表6】
【0022】
【表7】
【0023】
【表8】
【0024】
【表9】
【0025】
【表10】
【0026】
【表11】
【0027】
【表12】
【0028】
【表13】
【0029】
【表14】
【0030】
【表15】
【0031】
【表16】
【0032】
【表17】
【0033】
【表18】
【0034】(実施例1) 透明ガラス基板上にITO(indium tin o
xide)を1000Åとなるようスパッタ法により成
膜した。このときのシート抵抗は10Ω/□であった。
次に、所定のパターンとなるようにITOをエッチング
し、ITOパターン付ガラスを用意した。この基板を純
水、IPAで洗浄したあと、UVオゾン洗浄を行い、表
面を十分に洗浄した。次に、正孔輸送材料として、α−
NPD(N,N’−ジフェニル−N−N−ビス(1−ナ
フチル)−(1,1’−ビフェニル)−4,4’−ジア
ミン)をタンタル製のボートに100mg、また発光材
料としてAlq3をタンタル製のボートに100mgそ
れぞれ別々に用意し、別の蒸発源となるように真空蒸着
装置内にセットした。先に用意した基板を同一の真空蒸
着装置内にセットした後、装置内を2×10-4Paの真
空度となるまで排気し、到達した時点でα−NPDが入
ったボートを加熱していった。α−NPDが蒸発速度3
Å/Secの一定速度になるまで温度をコントロールし
た後、上部に設けられたシャッターを開放し、成膜を開
始し、500Å成膜した時点でシャッターを閉じ蒸着を
終了した。同様の要領でAlq3を成膜速度3Å/Se
c、膜厚550Å成膜し、有機層形成を終了した。次
に、この有機層が成膜された基板を真空を破らずに別の
真空層へ待避させ、成膜した真空層内を大気雰囲気まで
戻した後、先ほど成膜した有機成膜用ボートを取り除
き、アルミニウムおよび酸化リチウムを別のタングステ
ン製ボートにそれぞれ1g入れ、再度真空排気した。4
×10-4Paまで排気した時点で、酸化リチウムが入っ
たボートを加熱し、蒸発速度0.2Å/Secで安定す
るように加熱条件を設定した。安定したところで上部シ
ャッターを開放し、10Åの膜厚となるまで成膜した。
次に、アルミニウムが入ったボートを加熱していき、成
膜速度40Å/Secとなるよう温度を設定し、安定し
たところで再度、上部シャッターを開放した。膜厚30
00Åになったところで蒸着を終了し、ITO/α−N
PD/Alq3/Li2 O/Al構造、発光エリア4m
2 の素子を作製した。この素子にITOを正極、アル
ミニウムを負極として15Vの電圧を印加すると、11
00μAの電流が流れた。また、ITOを陰極、アルミ
ニウムを陽極として15Vの電圧を印加すると30nA
の電流が流れた。15V印加時の整流比を計算すると、
3.8×104 であった。 (実施例2) 透明ガラス基板上にITOを1000Åとなるようスパ
ッタ法により成膜した。このときのシート抵抗は10Ω
/□であった。次に、所定のパターンとなるようにIT
Oをエッチングし、ITOパターン付ガラスを用意し
た。この基板を純水、IPAで洗浄したあと、UVオゾ
ン洗浄を行い、表面を十分に洗浄した。次に、正孔輸送
材料として、α−NPD(N,N’−ジフェニル−N−
N−ビス(1−ナフチル)−(1,1’−ビフェニル)
−4,4’−ジアミン)をタンタル製のボートに100
mg、また発光材料としてAlq3をタンタル製のボー
トに100mgそれぞれ別々に用意し、別の蒸発源とな
るように真空蒸着装置内にセットした。先に用意した基
板を同一の真空蒸着装置内にセットした後、装置内を2
×10-4Paの真空度となるまで排気し、到達した時点
でα−NPDが入ったボートを加熱していった。α−N
PDが蒸発速度3Å/Secの一定速度になるまで温度
をコントロールした後、上部に設けられたシャッターを
開放し、成膜を開始し、500Å成膜した時点でシャッ
ターを閉じ蒸着を終了した。同様の要領でAlq3を成
膜速度3Å/Sec、膜厚550Å成膜し、有機層形成
を終了した。次に、この有機層が成膜された基板を真空
を破らずに別の真空層へ待避させ、成膜した真空層内を
大気雰囲気まで戻した後、先ほど成膜した有機成膜用ボ
ートを取り除き、マグネシウムおよび酸化リチウムを別
のタングステン製ボートにそれぞれ1g入れ、再度真空
排気した。4×10-4Paまで排気した時点で、酸化
チウムが入ったボートを加熱し、蒸発速度0.2Å/S
ecで安定するように加熱条件を設定した。安定したと
ころで上部シャッターを開放し、10Åの膜厚となるま
で成膜した。次に、マグネシウムが入ったボートを加熱
していき、成膜速度40Å/Secとなるよう温度を設
定し、安定したところで再度、上部シャッターを開放し
た。膜厚3000Åになったところで蒸着を終了し、I
TO/α−NPD/Alq3/Li2 O/Mg構造、発
光エリア4mm2 の素子を作製した。この素子にITO
を陽極、アルミニウムを陰極として15Vの電圧を印加
すると、900μAの電流が流れた。また、ITOを
、アルミニウムを負極として15Vの電圧を印加する
と32nAの電流が流れた。15V印加時の整流比を計
算すると、2.8×104 であった。 (実施例3) 透明ガラス基板上にITOを1000Åとなるようスパ
ッタ法により成膜した。このときのシート抵抗は10Ω
/□であった。次に、所定のパターンとなるようにIT
Oをエッチングし、ITOパターン付ガラスを用意し
た。この基板を純水、IPAで洗浄したあと、UVオゾ
ン洗浄を行い、表面を十分に洗浄した。次に、正孔輸送
材料として、α−NPD(N,N’−ジフェニル−N−
N−ビス(1−ナフチル)−(1,1’−ビフェニル)
−4,4’−ジアミン)をタンタル製のボートに100
mg、また発光材料としてAlq3をタンタル製のボー
トに100mgそれぞれ別々に用意し、別の蒸発源とな
るように真空蒸着装置内にセットした。先に用意した基
板を同一の真空蒸着装置内にセットした後、装置内を2
×10-4Paの真空度となるまで排気し、到達した時点
でα−NPDが入ったボートを加熱していった。α−N
PDが蒸発速度3Å/Secの一定速度になるまで温度
をコントロールした後、上部に設けられたシャッターを
開放し、成膜を開始し、500Å成膜した時点でシャッ
ターを閉じ蒸着を終了した。同様の要領でAlq3を成
膜速度3Å/Sec、膜厚550Å成膜し、有機層形成
を終了した。次に、この有機層が成膜された基板を真空
を破らずに別の真空層へ待避させ、成膜した真空層内を
大気雰囲気まで戻した後、先ほど成膜した有機成膜用ボ
ートを取り除き、インジウムおよび酸化リチウムを別の
タングステン製ボートにそれぞれ1g入れ、再度真空排
気した。4×10-4Paまで排気した時点で、酸化リチ
ウムが入ったボートを加熱し、蒸発速度0.2Å/Se
cで安定するように加熱条件を設定した。安定したとこ
ろで上部シャッターを開放し、10Åの膜厚となるまで
成膜した。次に、インジウムが入ったボートを加熱して
いき、成膜速度40Å/Secとなるよう温度を設定
し、安定したところで再度、上部シャッターを開放し
た。膜厚3000Åになったところで蒸着を終了し、I
TO/α−NPD/Alq3/Li2 O/In構造、発
光エリア4mm2 の素子を作製した。この素子にITO
を陽極、アルミニウムを陰極として15Vの電圧を印加
すると、850μAの電流が流れた。また、ITOを
、アルミニウムを負極として15Vの電圧を印加する
と29nAの電流が流れた。15V印加時の整流比を計
算すると、2.9×104 であった。 (実施例4) 透明ガラス基板上にITOを1000Åとなるようスパ
ッタ法により成膜した。このときのシート抵抗は10Ω
/□であった。次に、所定のパターンとなるようにIT
Oをエッチングし、ITOパターン付ガラスを用意し
た。この基板を純水、IPAで洗浄したあと、UVオゾ
ン洗浄を行い、表面を十分に洗浄した。次に、正孔輸送
材料として、α−NPD(N,N’−ジフェニル−N−
N−ビス(1−ナフチル)−(1,1’−ビフェニル)
−4,4’−ジアミン)をタンタル製のボートに100
mg、また発光材料としてAlq3をタンタル製のボー
トに100mgそれぞれ別々に用意し、別の蒸発源とな
るように真空蒸着装置内にセットした。先に用意した基
板を同一の真空蒸着装置内にセットした後、装置内を2
×10-4Paの真空度となるまで排気し、到達した時点
でα−NPDが入ったボートを加熱していった。α−N
PDが蒸発速度3Å/Secの一定速度になるまで温度
をコントロールした後、上部に設けられたシャッターを
開放し、成膜を開始し、500Å成膜した時点でシャッ
ターを閉じ蒸着を終了した。同様の要領でAlq3を成
膜速度3Å/Sec、膜厚550Å成膜し、有機層形成
を終了した。次に、この有機層が成膜された基板を真空
を破らずに別の真空層へ待避させ、成膜した真空層内を
大気雰囲気まで戻した後、先ほど成膜した有機成膜用ボ
ートを取り除き、アルミニウムおよび酸化リチウムを別
のタングステン製ボートにそれぞれ1g入れ、再度真空
排気した。4×10-4Paまで排気した時点で、酸化
チウムが入ったボートを加熱し、蒸発速度0.2Å/S
ecで安定するように加熱条件を設定した。それと同時
に、アルミニウムが入ったボートを加熱していき、成膜
速度40Å/Secとなるよう温度を設定し、この両者
が安定したところで、上部シャッターを開放した。酸化
アルミニウムとアルミニウムの総厚が3000Åになっ
たところで蒸着を終了し、ITO/α−NPD/Alq
3/Li2 O:Al構造、発光エリア4mm2 の素子を
作製した。この素子にITOを正極、アルミニウムと酸
化リチウムの混合層を負極として15Vの電圧を印加す
ると、1100μAの電流が流れた。また、ITOを陰
極、アルミニウムと酸化リチウムの混合層を陽極として
15Vの電圧を印加すると30nAの電流が流れた。1
5V印加時の整流比を計算すると、3.8×104 であ
った。 (実施例5) アルミニウムをマグネシウムとする以外は実施例4と同
様な手法で作製した素子にITOを正極、マグネシウム
と酸化リチウム混合層を負極として15Vの電圧を印加
すると1000μAの電流が流れた。また、ITOを陰
極、アルミニウムと酸化リチウムの混合層を陽極として
15Vの電圧を印加すると40nAの電流が流れた。こ
の時の整流比を計算すると、2.5×104 であった。 (実施例6) アルミニウムをインジウムとする以外は実施例4と同様
な手法で作製した素子にITOを正極、インジウムと酸
化リチウム混合層を負極として15Vの電圧を印加する
と1000μAの電流が流れた。また、ITOを陰極、
インジウムと酸化リチウムの混合層を陽極として15V
の電圧を印加すると40nAの電流が流れた。この時の
整流比を計算すると、2.5×104 であった。
【0035】次に、上記実施例の動作について説明す
る。実施例1〜6までいずれの場合においても、有機層
と電子注入電極との界面に酸化物を挿入する点で同様で
ある。従来、有機EL素子の電子注入電極は特開平5−
251185号公報や特開平4−230997号公報に
記載のようにLiやCaもしくはMgなどの低仕事関数
材料と、Al、In、Agなどの金属との混合物や合金
からなっている。しかし、これらの材料は有機物と比較
して、沸点が高く真空中での成膜とはいうものの、50
0℃以上の温度を必要とする場合がほとんどである。し
たがって、有機層形成後に陰極を成膜する場合、少なく
とも蒸発源からの輻射熱と蒸発粒のエネルギーの双方に
晒されることになる。特に、蒸発粒が基板上で凝結する
際のエネルギーは有機層にダメージを与えるだけでな
く、陰極材料そのものの有機層内拡散へのエネルギーに
転化される場合があり、図2のようなバンド構造をとる
ことができなくなってしまう。このような傾向は上記金
属すべてに共通に発生するが、特にアルカリ金属では顕
著である。このような蒸着に伴う拡散を防ぎ、素子の整
流特性を向上、安定化するため、本発明者は酸化層が有
効であり、特に酸化リチウムが優れていることを見いだ
した。また、断熱効果をもたらす有効な酸化層の厚みは
100Å以下程度で発現し、これ以下であればよいが、
酸化層が厚すぎると有機EL素子自体の順方向での発光
特性が悪化するため好適には20Å以下とすることが望
ましい。しかし、10Å未満の厚みでは薄膜の均一性が
失われ、充分な効果が得られない為これ以下の膜厚とす
ることは望ましくない。また、酸化リチウムをアルミニ
ウムやマグネシウムに混入して使用する場合には、特に
その濃度が発光特性に大きな影響を与える。これは酸化
リチウムと金属が混合された薄膜では金属の仕事関数と
酸化リチウムの仕事関数とは全く異なる仕事関数が発現
し、酸化リチウムの濃度に仕事関数を最も小さくするよ
うな最適濃度が存在する。アルミニウムの場合、酸化リ
チウムの最適混入量は0.05〜1.5重量%でありマ
グネシウムの場合は0.03〜1.8重量%の場合に発
光特性が最も優れたものとなる。
【0036】さらに、この酸化層と接する有機化合物は
陰極材料の拡散を抑制する為に、薄膜状態での成膜性を
向上させる必要がある。具体的には膜表面の凹凸や異物
を可能な限り低減させることが不可欠であるがこれらの
条件は有機化合物自体の構造に起因する。本発明者らは
鋭意検討を重ねた結果、請求項1記載の一般式(1)で
表される構造の有機材料が成膜性に優れ、且つ陰極材料
の拡散を最も抑制することを見いだした。これらの有機
材料の膜厚は凹凸がない薄膜状態を形成できる膜厚すな
わち、5nm以上あれば有効であるが、100nm以上
形成すると駆動電圧が高くなってしまうのでこれ以下が
好ましい。陰極構成材料の内、主成分となるアルミニウ
ムやマグネシウムの成膜速度は速い方が好ましく、20
Å/Sec以上200Å/Sec以下が望まれる。これ
は、下地となる有機材料への輻射熱の影響を避ける為
と、表面の微細な空隙に対する金属材料の侵入を防止す
る為である。なお、200Å/Sec以上の速度は真空
中の成膜中著しい真空度の上昇を招き表面の空隙が逆に
大きくなる為に好ましくない。以上説明したような酸化
リチウム層の導入、下地有機化合物の最適構造並びに陰
極成膜速度はそれぞれ独立に用いることでも有効である
が、これらを組み合わせることでさらなる効果を期待す
ることができる。 (実施例6)−実施例1の他の実施例− Alq3を表1中の(8)とする以外は実施例1と同様
な方法で作製した素子にITOを正極、アルミニウムを
負極として15Vの電圧を印加すると、1300μAの
電流が流れた。また、ITOを陰極、アルミニウムを陽
極として15Vの電圧を印加すると20nAの電流が流
れた。15Vの印加時の整流比を計算すると、3.8×
104 であった。 (実施例7)−実施例1の他の実施例− Alq3を表1中の(12)とする以外は実施例1と同
様な方法で作製した素子にITOを正極、アルミニウム
負極として15Vの電圧を印加すると、1500μA
の電流が流れた。また、ITOを陰極、アルミニウムを
陽極として15Vの電圧を印加すると3nAの電流が流
れた。15V印加時の整流比を計算すると、5.0×1
5 であった。 (実施例8)−実施例1の他の実施例− Alq3を表2中の(14)とする以外は実施例1と同
様な方法で作製した素子にITOを正極、アルミニウム
負極として15Vの電圧を印加すると、1200μA
の電流が流れた。また、ITOを陰極、アルミニウムを
陽極として15Vの電圧を印加すると6nAの電流が流
れた。15V印加時の整流比を計算すると、2.0×1
5 であった。 (実施例9)−実施例1の他の実施例− Alq3を表2中の(20)とする以外は実施例1と同
様な方法で作製した素子にITOを正極、アルミニウム
負極として15Vの電圧を印加すると、1100μA
の電流が流れた。また、ITOを陰極、アルミニウムを
陽極として15Vの電圧を印加すると40nAの電流が
流れた。15V印加時の整流比を計算すると、2.75
×104 であった。 (実施例10)−実施例1の他の実施例− Alq3を表3中の(31)とする以外は実施例1と同
様な方法で作製した素子にITOを正極、アルミニウム
リチウム合金層を負極として15Vの電圧を印加する
と、1mAの電流が流れた。また、ITOを陰極、アル
ミニウムを陽極として15Vの電圧を印加すると100
pAの電流が流れた。15V印加時の整流比を計算する
と、1.0×107 であった。 (実施例11)−実施例1の他の実施例− Alq3を表4中の(42)とする以外は実施例1と同
様な方法で作製した素子にITOを正極、マグネシウム
銀電極を負極として15Vの電圧を印加すると、110
0μAの電流が流れた。また、ITOを陰極、アルミニ
ウムを陽極として15Vの電圧を印加すると130pA
の電流が流れた。15V印加時の整流比を計算すると、
8.5×105 であった。 (実施例12)−実施例1の他の実施例− 透明ガラス基板上にITOを1000Åとなるようスパ
ッタ法により成膜した。このときのシート抵抗は10Ω
/□であった。次に、所定のパターンとなるようにIT
Oをエッチングし、ITOパターン付ガラスを用意し
た。この基板を純水、IPAで洗浄したあと、UVオゾ
ン洗浄を行い、表面を十分に洗浄した。次に、正孔輸送
材料として、α−NPD(N,N’−ジフェニル−N−
N−ビス(1−ナフチル)−(1,1’−ビフェニル)
−4,4’−ジアミン)をタンタル製のボートに100
mg、また発光材料としてAlq3をタンタル製のボー
トに100mg、さらに表14中の化合物(150)を
100mgそれぞれ別々に用意し、別の蒸発源となるよ
うに真空蒸着装置内にセットした。先に用意した基板を
同一の真空蒸着装置内にセットした後、装置内を2×1
-4Paの真空度となるまで排気し、到達した時点でα
−NPDが入ったボートを加熱していった。α−NPD
が蒸発速度3Å/Secの一定速度になるまで温度をコ
ントロールした後、上部に設けられたシャッターを開放
し、成膜を開始し、500Å成膜した時点でシャッター
を閉じ蒸着を終了した。同様の要領でAlq3を成膜速
度3Å/Sec、膜厚400Å成膜し、最後に化合物
(150)が入ったボートを加熱し蒸着速度3Å/Se
cの一定速度で300Å成膜し、有機層形成を終了し
た。次に、この有機層が成膜された基板を真空を破らず
に別の真空層へ待避させ、成膜した真空層内を大気雰囲
気まで戻した後、先ほど成膜した有機成膜用ボートを取
り除き、アルミニウムおよび酸化リチウムを別のタング
ステン製ボートにそれぞれ1g入れ、再度真空排気し
た。4×10-4Paまで排気した時点で、酸化リチウム
が入ったボートを加熱し、蒸発速度0.2Å/Secで
安定するように加熱条件を設定した。安定したところで
上部シャッターを開放し、10Åの膜厚となるまで成膜
した。次に、アルミニウムが入ったボートを加熱してい
き、成膜速度40Å/Secとなるよう温度を設定し、
安定したところで再度、上部シャッターを開放した。膜
厚3000Åになったところで蒸着を終了し、ITO/
α−NPD/Alq3/化合物(150)/Li2 O/
Al構造、発光エリア4mm2の素子を作製した。この
素子にITOを正極、アルミニウムを負極として15V
の電圧を印加すると、10mAの電流が流れた。また、
ITOを陰極、アルミニウムを陽極として15Vの電圧
を印加すると1nAの電流が流れた。15V印加時の整
流比を計算すると、1.0×107 であった。 (実施例13)−実施例2の他の実施例− Alq3を表12中の(130)とする以外は実施例2
と同様な方法で作製した素子にITOを正極、アルミニ
ウムリチウム合金層を負極として15Vの電圧を印加す
ると、1mAの電流が流れた。また、ITOを陰極、マ
グネシウムを陽極として15Vの電圧を印加すると60
pAの電流が流れた。15V印加時の整流比を計算する
と、3.3×108 であった。 (実施例14)−実施例2の他の実施例− Alq3を表16中の(177)とする以外は実施例3
と同様な方法で作製した素子にITOを正極、アルミニ
ウムリチウム合金層を負極として15Vの電圧を印加す
ると、1200μAの電流が流れた。また、ITOを陰
極、マグネシウムを陽極として15Vの電圧を印加する
と300pAの電流が流れた。15V印加時の整流比を
計算すると、4.0×106 であった。 (比較例1)−実施例1に対する比較例− 酸化リチウムを成膜しない以外は実施例1と同様な方法
で作製した素子にITOを正極、アルミニウムを負極
して15Vの電圧を印加すると、2080μAの電流が
流れた。また、ITOを陰極、マグネシウムを陽極とし
て15Vの電圧を印加すると800nAを中心として不
安定な電流が観測された。15V印加時の整流比を計算
すると、2.6×102 であった。
【0037】
【発明の効果】本発明に係わる有機薄膜EL素子とその
製造方法は、上述のように構成したので、以下のような
効果を奏する。第一の効果は、従来と比較しても約2桁
程度の整流特性の改善が見られることにある。これは、
陰極材料が有機層内へ拡散することなく界面に集約して
いるために理想的なショットキー障壁が形成され、その
結果、リーク電流を抑制することができることを要因と
している。
【0038】また、第二の効果として、この理想的ショ
ットキー障壁形成にともない、順方向電圧約3V付近に
見られる異常電流をも抑制することができる。これらの
効果により、単純マトリクス型の表示装置を作製した場
合に、非選択画素の点灯は無く、コントラストの向上に
繋がる。
【図面の簡単な説明】
【図1】有機薄膜EL素子が単純マトリクスの概略の平
面図である。
【図2】発光過程を模式的に示したエネルギーダイアグ
ラム図である。
【図3】ダイオード特性を持つ素子をマトリクス化した
場合の電流パスを示す図である。
【図4】素子が完全なダイオード特性を持たない場合の
電流パスを示す図である。
【図5】本発明の有機薄膜EL素子の構造を示す図であ
る。
【図6】本発明の有機薄膜EL素子の他の構造を示す図
である。
【符号の説明】
1 陽極付き基板 2 有機層 3 化合物 4 陰極Li2 O 5 Al層又はMg層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平10−125474(JP,A) 特開 平5−198378(JP,A) 特開 平6−172751(JP,A) 特表 平10−503878(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H05B 33/00 - 33/28

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 対向する陽極と陰極との間に少なくとも
    1層以上の有機薄膜層を有する電荷注入型の有機薄膜E
    L素子であって、前記陰極が、アルミニウムを主成分と
    し、且つ0.05〜1.5重量%の酸化リチウムを含有
    し、前記陰極と接する有機薄膜層が下記一般式(I)で
    示される有機化合物を含有することを特徴とする有機薄
    膜EL素子。 【化2】 (式中、R1〜R6はそれぞれ独立に水素原子、ハロゲン
    原子、アルキル基、アルコキシ基、シアノ基、Lは−O
    R7(R7はアルキル基、シクロアルキル基、窒素原子を
    含んでもよい芳香族環基、金属原子や酸素原子からなる
    連結基を有する芳香族環基、又は前記連結基を有するオ
    キシノイド化合物の配位子を示す)、Mは金属原子を表
    し、nは1又は2の整数である。)
  2. 【請求項2】 対向する陽極と陰極との間に少なくとも
    1層以上の有機薄膜層を有する電荷注入型の有機薄膜E
    L素子であって、前記陰極が、マグネシウムを主成分と
    し、且つ0.03〜1.8重量%の酸化リチウムを含有
    し、前記陰極と接する有機薄膜層が下記一般式(I)で
    示される有機化合物を含有することを特徴とする有機薄
    膜EL素子。 【化3】 (式中、R1〜R6はそれぞれ独立に水素原子、ハロゲン
    原子、アルキル基、アルコキシ基、シアノ基、Lは−O
    R7(R7はアルキル基、シクロアルキル基、窒素原子を
    含んでもよい芳香族環基、金属原子や酸素原子からなる
    連結基を有する芳香族環基、又は前記連結基を有するオ
    キシノイド化合物の配位子を示す)、Mは金属原子を表
    し、nは1又は2の整数である。)
  3. 【請求項3】 前記特定構造を有する有機化合物の膜厚
    が5nm以上100nm以下であることを特徴とする請
    求項1または2の何れかに記載の有機薄膜EL素子。
  4. 【請求項4】 対向する陽極と陰極との間に少なくとも
    1層以上の有機薄膜層を有する電荷注入型の有機薄膜E
    L素子であって、前記陰極が、アルミニウムを主成分と
    し、且つ0.05〜1.5重量%の酸化リチウムを含有
    し、前記陰極と接する有機薄膜層が下記一般式(I)で
    示される有機化合物を含有し、前記陰極の成膜速度が2
    nm/sec以上20nm/sec以下であることを特
    徴とする有機薄膜EL素子の製造方法。 【化5】 (式中、R1〜R6はそれぞれ独立に水素原子、ハロゲン
    原子、アルキル基、アルコキシ基、シアノ基、Lは−O
    R7(R7はアルキル基、シクロアルキル基、窒素原子を
    含んでもよい芳香族環基、金属原子や酸素原子からなる
    連結基を有する芳香族環基、又は前記連結基を有するオ
    キシノイド化合物の配位子を示す)、Mは金属原子を表
    し、nは1又は2の整数である。)
  5. 【請求項5】 対向する陽極と陰極との間に少なくとも
    1層以上の有機薄膜層を有する電荷注入型の有機薄膜E
    L素子であって、前記陰極が、マグネシウムを主成分と
    し、且つ0.03〜1.8重量%の酸化リチウムを含有
    し、前記陰極と接する有機薄膜層が下記一般式(I)で
    示される有機化合物を含有し、前記陰極の成膜速度が2
    nm/sec以上20nm/sec以下であることを特
    徴とする有機薄膜EL素子の製造方法。 【化6】 (式中、R1〜R6はそれぞれ独立に水素原子、ハロゲン
    原子、アルキル基、アルコキシ基、シアノ基、Lは−O
    R7(R7はアルキル基、シクロアルキル基、窒素原子を
    含んでもよい芳香族環基、金属原子や酸素原子からなる
    連結基を有する芳香族環基、又は前記連結基を有するオ
    キシノイド化合物の配位子を示す)、Mは金属原子を表
    し、nは1又は2の整数である。)
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