JP3945123B2 - 有機電界発光素子 - Google Patents
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Description
【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ＺｎＳ、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】
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。
すなわち、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。
【０００６】
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、発光層に接する界面の劣化に起因すると考えられる。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、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、これらの金属は雰囲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必要とされるが、上述の不安定性のために改善が望まれている。
【０００７】
これまでに、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による陰極が開示されているが（特開平５−121172号公報）、このような陰極ではリチウム金属の含有量を厳密に制御する必要がある。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制御して２元蒸着によりアルミニウム・リチウム合金を形成するのはプロセス上困難である。また、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、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とリチウム合金の組成比の変動を起こし、実用上の問題が存在する。更に、金属リチウム原子は拡散しやすく有機層に拡散して発光を消光したり、さらには、水分には非常に敏感で素子の封止に対する要求が甚だ厳しいものとなる。
【０００８】
アルカリ金属元素を６モル％以上含む合金を用いた陰極も開示されているが（特開平４−212287号公報）、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は回避できない。
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絶縁層（ 0.3〜10nm）を挿入することも、検討されているが（Appl. Phys.
Lett., 70巻，152頁，1997年；IEEE Trans. Electron. Devices，44巻，1245頁，1997年）、有機層との付着力に難があり、陰極の剥離等のダークスポット発生の問題がある。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上述のごとく、従来の有機電界発光素子の陰極や、これと接する有機層における改善では、効果が不充分であったり、プロセス上制御が非常に困難であるという問題があった。
本発明者は上記実状に鑑み、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、さらには、作製時のプロセス条件の範囲が広い有機電界発光素子を提供することを目的として鋭意検討した結果、陰極の有機発光層側の界面に接して、特定の有機化合物から成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い出し、本発明を完成するに至った。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明の要旨は、基板上に、陽極、有機発光層、及び陰極が順次積層されてなる有機電界発光素子であって、前記陰極の有機発光層側の界面に接して、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を有することを特徴とする有機電界発光素子に存する。
【００１１】
【化２】
【００１２】
（式中、Ｒ1 〜Ｒ8 は、各々、独立して水素原子、ハロゲン原子、アルキル基、アラルキル基、アルケニル基、シアノ基、アミノ基、アシル基、アルコキシカルボニル基、カルボキシル基、アルコキシ基、ハロアルキル基、水酸基、置換基を有していてもよい芳香族炭化水素環基または置換基を有していてもよい芳香族複素環基を表し、Ｒ1 〜Ｒ4 、Ｒ5 〜Ｒ8 はそれぞれ隣接する置換基同士で環を形成してもよい。Ｘは酸素原子、硫黄原子、またはＮＲ9 基を表し、Ｒ9 は水素原子、アルキル基、置換基を有していてもよい芳香族炭化水素環基を示し、Ｍはアルカリ金属原子を示す。）
【００１３】
【発明の実施の態様】
本発明の有機電界発光素子は、前記一般式（Ｉ）で表されるアルカリ金属錯体を含んだ陰極界面層を有することを特徴とする。上記化合物は薄膜化時の安定性に優れ、素子の安定化への寄与が大きい。
前記一般式において、Ｒ1 〜Ｒ8 としては、好ましくは、各々、独立して水素原子；塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子等のハロゲン原子；メチル基、エチル基等の炭素数１〜６のアルキル基；ベンジル基、フェネチル基等のアラルキル基；ビニル基等の炭素数２〜６のアルケニル基；シアノ基；アミノ基；ジメチルアミノ基、ジエチルアミノ基等のジアルキルアミノ基；ジフェニルアミノ基；アセチル基等のアシル基；メトキシカルボニル基、エトキシカルボニル基等の炭素数２〜６のアルコキシカルボニル基；カルボキシル基；メトキシ基、エトキシ基等の炭素数１〜６のアルコキシ基；トリフルオロメチル基等のハロアルキル基；水酸基；フェニル基、ナフチル基、アセナフチル基、アントリル基等の芳香族炭化水素基；ピリジル基、キノリル基、チエニル基、カルバゾリル基、インドリル基、フリル基等の芳香族複素環基等が挙げられる。
【００１４】
これらの芳香族炭化水素基または芳香族複素環基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；メトキシ基等の低級アルコキシ基；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。
【００１５】
Ｒ1 〜Ｒ8 として特に好ましくは、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。尚、Ｒ1 〜Ｒ4 、あるいはＲ5 〜Ｒ8 はそれぞれ隣接する置換基同士で環を形成してもよい。この場合、形成される環としては、ベンゼン環、ナフタレン環が挙げられる。
【００１６】
Ｘは酸素原子、硫黄原子、またはＮＲ9 基を表し、Ｒ9 としては、好ましくは、水素原子；メチル基、エチル基等の炭素数１から６アルキル基；置換基を有していてもよいフェニル基、ナフチル基、ビフェニル基等の芳香族炭化水素環基を示し、この場合、置換基としては炭素数１〜６のアルキル基、炭素数１〜６のアルコキシ基が挙げられる。Ｍはアルカリ金属原子を示す。
【００１７】
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表１に示すが、これらに限定するものではない。
【００１８】
【表１】
【００１９】
尚、表中、Ｒ1 〜Ｒ8 で特に示していないもの、および「−」は水素原子を表わす。
以下、本発明の有機電界発光素子について、図面を参照しながら説明する。
図１は本発明に用いられる一般的な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、４は陰極界面層、５は陰極を各々表わす。
【００２０】
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、合成樹脂基板のどちらか片側もしくは両側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方法も好ましい方法の一つである。
【００２１】
基板１上には陽極２が設けられるが、陽極２は有機発光層への正孔注入の役割を果たすものである。この陽極は、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／また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。さらに、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て陽極２を形成することもできる（Appl. Phys. Lett., 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、さらには上記の陽極２の上に異なる導電材料を積層することも可能である。
【００２２】
陽極２の上には有機発光層３が設けられる。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よく輸送して再結合させ、かつ、再結合により効率よく発光する材料から形成される。
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。
【００２３】
通常、有機発光層３の発光効率向上ために、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素子とすることが多い（Appl. Phys. Lett., 51巻，913頁，1987年）。正孔輸送層３ｂおよび電子輸送層３ｃのうち、どの層、どの領域が発光するかは、正孔輸送層３ｂ中の正孔輸送材料、および電子輸送層３ｃ中の電子輸送材料として各々どのような材料を選択するか、さらに両材料の組み合わせによって決まる。以下、このような機能分離型素子の場合、正孔輸送層３ｂおよび電子輸送層３ｃのうち、発光する領域を含む層を「発光層」と称することがある。
【００２４】
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、さらに安定性に優れ、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。
【００２５】
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. Lumin., 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., 2175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（Synth. 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、各々、混合して用いてもよい。
【００２６】
上記の化合物以外に、正孔輸送材料としては、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）等の高分子材料が挙げられる。
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正孔輸送層3bを形成する。
【００２７】
塗布法の場合は、正孔輸送材料を１種または２種以上と、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とを添加し、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。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、ポリエステル等が挙げられる。バインダー樹脂は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。
【００２８】
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。
正孔輸送層3bの膜厚は、通常、10〜300nm、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。
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の方向に輸送することができる材料より形成される。
【００２９】
電子輸送層3cに用いられる電子輸送性材料としては、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、さら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材料であることが要求される。
【００３０】
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。
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。
【００３１】
なお、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。
電子輸送層3cの膜厚は、通常、10〜200nm、好ましくは30〜100nmである。
電子輸送層も正孔輸送層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。
【００３２】
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、発光層として働く層中の正孔輸送材料や電子輸送材料をホスト材料とし、蛍光色素をドープしてもよい。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. Phys., 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。
【００３３】
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。
【００３４】
なお、蛍光色素がドープされる領域は、正孔輸送層３ｂ及び／又は電子輸送層３ｃの、層全体であってもその一部分であってもよく、各層の膜厚方向において均一にドープされても、膜厚方向において濃度分布があっても構わない。例えば電子輸送層３ｃ中の、正孔輸送層３ｂとの界面近傍にのみドープしたり、逆に陰極側の界面近傍にドープしてもよい。蛍光色素のドープされる量は、ホスト材料に対して、通常１０-3〜１０重量％が好ましい。
【００３５】
陰極界面層４は有機発光層３、（機能分離型素子の場合は電子輸送層3c）の上に積層される。本発明は、陰極界面層として、前記一般式（Ｉ）で示される有機化合物を含む層を用いることを特徴とする。
陰極界面層の膜厚は、好ましくは、 0.3〜10nm、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のには、一般的には、真空蒸着法が用いられる。
【００３６】
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。本発明においては、陰極として用いられる金属は、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、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。陰極金属と陰極界面層を構成する有機化合物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。また、前記一般式（Ｉ）で表わされる有機化合物は、真空準位を下げるとともに発光層のＬＵＭＯ準位を下げる効果を有し、結果として電子注入障壁を下げて駆動電圧を下げる働きを有する。
【００３７】
陰極４の膜厚は通常、陽極２と同様である。陰極を保護する目的で、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。
【００３８】
本発明の有機電界発光素子は、陰極−陰極界面層間以外の任意の層間に、以上述べてきたような各層以外にも、層を有していてよい。
【００３９】
例えば、正孔注入の効率をさらに向上させ、かつ、有機層全体の陽極への付着力を改善させる目的で、正孔輸送層3bと陽極２との間に陽極バッファ層3aを挿入してもよい（図３）。陽極バッファ層3aを挿入することで、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される効果がある。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、すなわち、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。さらに、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挙げられる。
【００４０】
この目的のために、これまでに銅フタロシアニン等の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。
【００４１】
陽極バッファ層の場合も、正孔輸送層と同様にして薄膜形成可能であるが、無機物の場合には、さらに、スパッタ法や電子ビーム蒸着法、プラズマＣＶＤ法が用いられる。
以上の様にして形成される陽極バッファ層3aの膜厚は、通常、3〜100nm、好ましくは10〜50nmである。
【００４２】
また、有機電界発光素子の発光効率をさらに向上させる方法として、有機発光層３の上にさら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、電子の輸送能力がさら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。電子注入層の膜厚は、通常、5〜200nm、好ましくは10〜100 nmである。
【００４３】
尚、図１とは逆の構造、すなわち、基板上に陰極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、図３に示した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。
【００４４】
【実施例】
次に、本発明を実施例によって更に具体的に説明するが、本発明はその要旨を越えない限り、以下の実施例の記載に限定されるものではない。
実施例１
図３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。
【００４５】
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 120nm堆積したもの（ジオマテック社製；電子ビーム成膜品；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 2mm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ＩＴＯ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。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2x10-6Torr（約2,7x10-4Pa）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た。
【００４６】
上記装置内に配置されたモリブデンボートに入れた以下に示す銅フタロシアニン（結晶形はβ型）
【００４７】
【化３】
【００４８】
を加熱して蒸着を行った。真空度2x10-6Torr（約2.7x10-4Pa）、蒸着時間１分で蒸着を行ない、膜厚10nmの陽極バッファ層3aを得た。
次に、前記装置内に配置されたセラミックるつぼに入れた、以下に示す、4,4'-ビス［N-（1-ナフチル）-N-フェニルアミノ］ビフェニル
【００４９】
【化４】
【００５０】
をるつぼの周囲のタンタル線ヒーターで加熱して蒸着を行った。この時のるつぼの温度は、280〜270℃の範囲で制御した。蒸着時の真空度1.5x10-6Torr（約2.0x10-4Pa）、蒸着時間３分で膜厚60nmの正孔輸送層3bを得た。
引続き、発光機能を有する電子輸送層3c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(C9H6NO)3
【００５１】
【化５】
【００５２】
を正孔輸送層3bと同様にして蒸着した。この時のアルミニウムの８−ヒドロキシキノリン錯体のるつぼ温度は 290〜 300℃の範囲で制御し、蒸着時の真空度は1.6x10-6Torr（約2.1x10-4Pa）、蒸着時間は３分で、蒸着された電子輸送層３ｃの膜厚は75nmであった。
上記の陽極バッファ層3a、正孔輸送層3b及び電子輸送層3cを真空蒸着する時の基板温度は室温に保持した。
【００５３】
ここで、電子輸送層3cまでの蒸着を行った素子を一度前記真空蒸着装置内より大気中に取り出して、陰極蒸着用のマスクとして 2mm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て、別の真空蒸着装置内に設置して有機層と同様にして装置内の真空度が2x10-6Torr（約2.7x10-4Pa）以下になるまで排気した。
【００５４】
電子輸送層3cの上に、引き続き、表１の化合物（16）を、同様にしてセラミックるつぼを用いて、 350℃に加熱して蒸着時間５分で 0.8nm陰極界面層４を形成した。蒸着時の真空度は3.5x10-6Torr（約4.7x10-4Pa）であった。
続いて、陰極５として、アルミニウムを蒸着速度0.4nm/秒で陰極界面層４上に膜厚80nmで形成した。蒸着時の真空度は1.0x10-5Torr（約1.3x10-3Pa）であった。以上の陰極界面層及び陰極の蒸着時の基板温度は室温に保持した。
【００５５】
以上の様にして、 2mm× 2mmのサイズの有機電界発光素子が得られた。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。この素子の発光特性を表−２に示す。
表−２において、発光輝度は250mA／cm2の電流密度での値、発光効率は 100cd／m2での値、輝度／電流は輝度−電流密度特性の傾きを、電圧は 100cd／m2での値を各々示す。また、この素子の電圧−輝度特性を図４のグラフに示す。この素子では10Ｖ以下の低い電圧で1000〜10000 cd／m2でという高輝度が得られた。
【００５６】
さらに、250 mA/cm2という高い電流密度で駆動した時の輝度低下で評価した、素子の耐熱性試験の結果を図５のグラフに示す。輝度低下の少ない極めて安定した特性が得られた。
比較例１
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た。この素子の実施例１に準じて求めた発光特性を表−２と図４のグラフに、高電流密度での駆動特性を図５に示す。陰極界面層を有するものと比較して、素子が高電圧化し、また耐久性の極めて低い結果となった。
【００５７】
【表２】
【００５８】
【発明の効果】
本発明の有機電界発光素子の陰極によれば、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、さら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。
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】有機電界発光素子の一例を示した模式断面図。
【図２】有機電界発光素子の別の例を示した模式断面図。
【図３】有機電界発光素子の更に別の例を示した模式断面図。
【図４】実施例１及び比較例１における電圧−輝度特性を表したグラフ。
【図５】実施例１及び比較例１における素子の耐熱性試験結果を表したグラフ。
【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
【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ＺｎＳ、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】
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。
すなわち、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。
【０００６】
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、発光層に接する界面の劣化に起因すると考えられる。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、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、これらの金属は雰囲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必要とされるが、上述の不安定性のために改善が望まれている。
【０００７】
これまでに、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による陰極が開示されているが（特開平５−121172号公報）、このような陰極ではリチウム金属の含有量を厳密に制御する必要がある。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制御して２元蒸着によりアルミニウム・リチウム合金を形成するのはプロセス上困難である。また、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、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とリチウム合金の組成比の変動を起こし、実用上の問題が存在する。更に、金属リチウム原子は拡散しやすく有機層に拡散して発光を消光したり、さらには、水分には非常に敏感で素子の封止に対する要求が甚だ厳しいものとなる。
【０００８】
アルカリ金属元素を６モル％以上含む合金を用いた陰極も開示されているが（特開平４−212287号公報）、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は回避できない。
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絶縁層（ 0.3〜10nm）を挿入することも、検討されているが（Appl. Phys.
Lett., 70巻，152頁，1997年；IEEE Trans. Electron. Devices，44巻，1245頁，1997年）、有機層との付着力に難があり、陰極の剥離等のダークスポット発生の問題がある。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上述のごとく、従来の有機電界発光素子の陰極や、これと接する有機層における改善では、効果が不充分であったり、プロセス上制御が非常に困難であるという問題があった。
本発明者は上記実状に鑑み、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、さらには、作製時のプロセス条件の範囲が広い有機電界発光素子を提供することを目的として鋭意検討した結果、陰極の有機発光層側の界面に接して、特定の有機化合物から成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い出し、本発明を完成するに至った。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明の要旨は、基板上に、陽極、有機発光層、及び陰極が順次積層されてなる有機電界発光素子であって、前記陰極の有機発光層側の界面に接して、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を有することを特徴とする有機電界発光素子に存する。
【００１１】
【化２】
（式中、Ｒ1 〜Ｒ8 は、各々、独立して水素原子、ハロゲン原子、アルキル基、アラルキル基、アルケニル基、シアノ基、アミノ基、アシル基、アルコキシカルボニル基、カルボキシル基、アルコキシ基、ハロアルキル基、水酸基、置換基を有していてもよい芳香族炭化水素環基または置換基を有していてもよい芳香族複素環基を表し、Ｒ1 〜Ｒ4 、Ｒ5 〜Ｒ8 はそれぞれ隣接する置換基同士で環を形成してもよい。Ｘは酸素原子、硫黄原子、またはＮＲ9 基を表し、Ｒ9 は水素原子、アルキル基、置換基を有していてもよい芳香族炭化水素環基を示し、Ｍはアルカリ金属原子を示す。）
【００１３】
【発明の実施の態様】
本発明の有機電界発光素子は、前記一般式（Ｉ）で表されるアルカリ金属錯体を含んだ陰極界面層を有することを特徴とする。上記化合物は薄膜化時の安定性に優れ、素子の安定化への寄与が大きい。
前記一般式において、Ｒ1 〜Ｒ8 としては、好ましくは、各々、独立して水素原子；塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子等のハロゲン原子；メチル基、エチル基等の炭素数１〜６のアルキル基；ベンジル基、フェネチル基等のアラルキル基；ビニル基等の炭素数２〜６のアルケニル基；シアノ基；アミノ基；ジメチルアミノ基、ジエチルアミノ基等のジアルキルアミノ基；ジフェニルアミノ基；アセチル基等のアシル基；メトキシカルボニル基、エトキシカルボニル基等の炭素数２〜６のアルコキシカルボニル基；カルボキシル基；メトキシ基、エトキシ基等の炭素数１〜６のアルコキシ基；トリフルオロメチル基等のハロアルキル基；水酸基；フェニル基、ナフチル基、アセナフチル基、アントリル基等の芳香族炭化水素基；ピリジル基、キノリル基、チエニル基、カルバゾリル基、インドリル基、フリル基等の芳香族複素環基等が挙げられる。
【００１４】
これらの芳香族炭化水素基または芳香族複素環基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；メトキシ基等の低級アルコキシ基；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。
【００１５】
Ｒ1 〜Ｒ8 として特に好ましくは、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。尚、Ｒ1 〜Ｒ4 、あるいはＲ5 〜Ｒ8 はそれぞれ隣接する置換基同士で環を形成してもよい。この場合、形成される環としては、ベンゼン環、ナフタレン環が挙げられる。
【００１６】
Ｘは酸素原子、硫黄原子、またはＮＲ9 基を表し、Ｒ9 としては、好ましくは、水素原子；メチル基、エチル基等の炭素数１から６アルキル基；置換基を有していてもよいフェニル基、ナフチル基、ビフェニル基等の芳香族炭化水素環基を示し、この場合、置換基としては炭素数１〜６のアルキル基、炭素数１〜６のアルコキシ基が挙げられる。Ｍはアルカリ金属原子を示す。
【００１７】
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表１に示すが、これらに限定するものではない。
【００１８】
【表１】
尚、表中、Ｒ1 〜Ｒ8 で特に示していないもの、および「−」は水素原子を表わす。
以下、本発明の有機電界発光素子について、図面を参照しながら説明する。
図１は本発明に用いられる一般的な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、４は陰極界面層、５は陰極を各々表わす。
【００２０】
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、合成樹脂基板のどちらか片側もしくは両側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方法も好ましい方法の一つである。
【００２１】
基板１上には陽極２が設けられるが、陽極２は有機発光層への正孔注入の役割を果たすものである。この陽極は、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／また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。さらに、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て陽極２を形成することもできる（Appl. Phys. Lett., 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、さらには上記の陽極２の上に異なる導電材料を積層することも可能である。
【００２２】
陽極２の上には有機発光層３が設けられる。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よく輸送して再結合させ、かつ、再結合により効率よく発光する材料から形成される。
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。
【００２３】
通常、有機発光層３の発光効率向上ために、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素子とすることが多い（Appl. Phys. Lett., 51巻，913頁，1987年）。正孔輸送層３ｂおよび電子輸送層３ｃのうち、どの層、どの領域が発光するかは、正孔輸送層３ｂ中の正孔輸送材料、および電子輸送層３ｃ中の電子輸送材料として各々どのような材料を選択するか、さらに両材料の組み合わせによって決まる。以下、このような機能分離型素子の場合、正孔輸送層３ｂおよび電子輸送層３ｃのうち、発光する領域を含む層を「発光層」と称することがある。
【００２４】
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、さらに安定性に優れ、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。
【００２５】
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. Lumin., 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., 2175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（Synth. 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、各々、混合して用いてもよい。
【００２６】
上記の化合物以外に、正孔輸送材料としては、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）等の高分子材料が挙げられる。
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正孔輸送層3bを形成する。
【００２７】
塗布法の場合は、正孔輸送材料を１種または２種以上と、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とを添加し、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。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、ポリエステル等が挙げられる。バインダー樹脂は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。
【００２８】
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。
正孔輸送層3bの膜厚は、通常、10〜300nm、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。
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の方向に輸送することができる材料より形成される。
【００２９】
電子輸送層3cに用いられる電子輸送性材料としては、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、さら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材料であることが要求される。
【００３０】
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。
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。
【００３１】
なお、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。
電子輸送層3cの膜厚は、通常、10〜200nm、好ましくは30〜100nmである。
電子輸送層も正孔輸送層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。
【００３２】
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、発光層として働く層中の正孔輸送材料や電子輸送材料をホスト材料とし、蛍光色素をドープしてもよい。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. Phys., 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。
【００３３】
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。
【００３４】
なお、蛍光色素がドープされる領域は、正孔輸送層３ｂ及び／又は電子輸送層３ｃの、層全体であってもその一部分であってもよく、各層の膜厚方向において均一にドープされても、膜厚方向において濃度分布があっても構わない。例えば電子輸送層３ｃ中の、正孔輸送層３ｂとの界面近傍にのみドープしたり、逆に陰極側の界面近傍にドープしてもよい。蛍光色素のドープされる量は、ホスト材料に対して、通常１０-3〜１０重量％が好ましい。
【００３５】
陰極界面層４は有機発光層３、（機能分離型素子の場合は電子輸送層3c）の上に積層される。本発明は、陰極界面層として、前記一般式（Ｉ）で示される有機化合物を含む層を用いることを特徴とする。
陰極界面層の膜厚は、好ましくは、 0.3〜10nm、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のには、一般的には、真空蒸着法が用いられる。
【００３６】
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。本発明においては、陰極として用いられる金属は、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、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。陰極金属と陰極界面層を構成する有機化合物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。また、前記一般式（Ｉ）で表わされる有機化合物は、真空準位を下げるとともに発光層のＬＵＭＯ準位を下げる効果を有し、結果として電子注入障壁を下げて駆動電圧を下げる働きを有する。
【００３７】
陰極４の膜厚は通常、陽極２と同様である。陰極を保護する目的で、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。
【００３８】
本発明の有機電界発光素子は、陰極−陰極界面層間以外の任意の層間に、以上述べてきたような各層以外にも、層を有していてよい。
【００３９】
例えば、正孔注入の効率をさらに向上させ、かつ、有機層全体の陽極への付着力を改善させる目的で、正孔輸送層3bと陽極２との間に陽極バッファ層3aを挿入してもよい（図３）。陽極バッファ層3aを挿入することで、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される効果がある。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、すなわち、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。さらに、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挙げられる。
【００４０】
この目的のために、これまでに銅フタロシアニン等の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。
【００４１】
陽極バッファ層の場合も、正孔輸送層と同様にして薄膜形成可能であるが、無機物の場合には、さらに、スパッタ法や電子ビーム蒸着法、プラズマＣＶＤ法が用いられる。
以上の様にして形成される陽極バッファ層3aの膜厚は、通常、3〜100nm、好ましくは10〜50nmである。
【００４２】
また、有機電界発光素子の発光効率をさらに向上させる方法として、有機発光層３の上にさら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、電子の輸送能力がさら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。電子注入層の膜厚は、通常、5〜200nm、好ましくは10〜100 nmである。
【００４３】
尚、図１とは逆の構造、すなわち、基板上に陰極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、図３に示した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。
【００４４】
【実施例】
次に、本発明を実施例によって更に具体的に説明するが、本発明はその要旨を越えない限り、以下の実施例の記載に限定されるものではない。
実施例１
図３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。
【００４５】
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 120nm堆積したもの（ジオマテック社製；電子ビーム成膜品；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 2mm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ＩＴＯ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。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2x10-6Torr（約2,7x10-4Pa）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た。
【００４６】
上記装置内に配置されたモリブデンボートに入れた以下に示す銅フタロシアニン（結晶形はβ型）
【００４７】
【化３】
を加熱して蒸着を行った。真空度2x10-6Torr（約2.7x10-4Pa）、蒸着時間１分で蒸着を行ない、膜厚10nmの陽極バッファ層3aを得た。
次に、前記装置内に配置されたセラミックるつぼに入れた、以下に示す、4,4'-ビス［N-（1-ナフチル）-N-フェニルアミノ］ビフェニル
【００４９】
【化４】
をるつぼの周囲のタンタル線ヒーターで加熱して蒸着を行った。この時のるつぼの温度は、280〜270℃の範囲で制御した。蒸着時の真空度1.5x10-6Torr（約2.0x10-4Pa）、蒸着時間３分で膜厚60nmの正孔輸送層3bを得た。
引続き、発光機能を有する電子輸送層3c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(C9H6NO)3
【００５１】
【化５】
を正孔輸送層3bと同様にして蒸着した。この時のアルミニウムの８−ヒドロキシキノリン錯体のるつぼ温度は 290〜 300℃の範囲で制御し、蒸着時の真空度は1.6x10-6Torr（約2.1x10-4Pa）、蒸着時間は３分で、蒸着された電子輸送層３ｃの膜厚は75nmであった。
上記の陽極バッファ層3a、正孔輸送層3b及び電子輸送層3cを真空蒸着する時の基板温度は室温に保持した。
【００５３】
ここで、電子輸送層3cまでの蒸着を行った素子を一度前記真空蒸着装置内より大気中に取り出して、陰極蒸着用のマスクとして 2mm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て、別の真空蒸着装置内に設置して有機層と同様にして装置内の真空度が2x10-6Torr（約2.7x10-4Pa）以下になるまで排気した。
【００５４】
電子輸送層3cの上に、引き続き、表１の化合物（16）を、同様にしてセラミックるつぼを用いて、 350℃に加熱して蒸着時間５分で 0.8nm陰極界面層４を形成した。蒸着時の真空度は3.5x10-6Torr（約4.7x10-4Pa）であった。
続いて、陰極５として、アルミニウムを蒸着速度0.4nm/秒で陰極界面層４上に膜厚80nmで形成した。蒸着時の真空度は1.0x10-5Torr（約1.3x10-3Pa）であった。以上の陰極界面層及び陰極の蒸着時の基板温度は室温に保持した。
【００５５】
以上の様にして、 2mm× 2mmのサイズの有機電界発光素子が得られた。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。この素子の発光特性を表−２に示す。
表−２において、発光輝度は250mA／cm2の電流密度での値、発光効率は 100cd／m2での値、輝度／電流は輝度−電流密度特性の傾きを、電圧は 100cd／m2での値を各々示す。また、この素子の電圧−輝度特性を図４のグラフに示す。この素子では10Ｖ以下の低い電圧で1000〜10000 cd／m2でという高輝度が得られた。
【００５６】
さらに、250 mA/cm2という高い電流密度で駆動した時の輝度低下で評価した、素子の耐熱性試験の結果を図５のグラフに示す。輝度低下の少ない極めて安定した特性が得られた。
比較例１
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た。この素子の実施例１に準じて求めた発光特性を表−２と図４のグラフに、高電流密度での駆動特性を図５に示す。陰極界面層を有するものと比較して、素子が高電圧化し、また耐久性の極めて低い結果となった。
【００５７】
【表２】
【発明の効果】
本発明の有機電界発光素子の陰極によれば、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、さら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。
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】有機電界発光素子の一例を示した模式断面図。
【図２】有機電界発光素子の別の例を示した模式断面図。
【図３】有機電界発光素子の更に別の例を示した模式断面図。
【図４】実施例１及び比較例１における電圧−輝度特性を表したグラフ。
【図５】実施例１及び比較例１における素子の耐熱性試験結果を表したグラフ。
【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 (3)
- 基板上に、陽極、有機発光層、及び陰極が順次積層されてなる有機電界発光素子であって、前記陰極の有機発光層側の界面に接して、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を有することを特徴とする有機電界発光素子。
- 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記載の有機電界発光素子。
- 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、およびスズから選ばれることを特徴とする、請求項１または２に記載の有機電界発光素子。
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