JPH11260563A

JPH11260563A - 有機ｅｌ素子

Info

Publication number: JPH11260563A
Application number: JP10061255A
Authority: JP
Inventors: Hitoshi Ikeda; 等池田; Hiroo Miyamoto; 裕生宮本; Shinko Kamikawa; 真弘上川
Original assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Current assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Priority date: 1998-03-12
Filing date: 1998-03-12
Publication date: 1999-09-24

Abstract

(57)【要約】【課題】有機層と陰極との密着性を向上させること。【解決手段】少なくとも陽極１３と、有機層１５と、
陰極１７とを具える有機ＥＬ素子２０において、有機層
と陰極との間にＡｇ密着層１９が介在していて、このＡ
ｇ密着層は、陰極から有機層へ注入される電子の注入効
率を低下させない程度の厚さを有する層である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、有機エレクトロ
ルミネッセンス（以下、単に有機ＥＬという。）素子
の、特に陰極に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、有機ＥＬ素子の研究が進められて
いる（例えば、文献１：「有機ＥＬ素子開発戦略」、次
世代表示デバイス研究会編集、（株）サイエンスフォー
ラム、１９９２、ｐｐ．９５−１３３）。

【０００３】基本的な有機ＥＬ素子の構造は、文献１に
も開示されているように、有機層を構成する層の数か
ら、２層型の素子と３層型の素子とに大別される。２層
型の素子として、陽極、有機正孔輸送性発光層、有機電
子輸送層および陰極を具えた型のものと、陽極、有機正
孔輸送層、有機電子輸送性発光層および陰極を具えた型
のものとがあり、また、３層型の素子として、陽極、有
機正孔輸送層、有機発光層、有機電子輸送層および陰極
を具えた型のものなどがある。

【０００４】いずれの型の素子も、陽極と陰極との間に
電圧を印加させることによって、両電極に挟まれた部分
の有機発光層から発光が生じる。

【０００５】典型的な有機ＥＬ素子の例として、有機層
が有機正孔輸送層と有機電子輸送性発光層とからなる２
層型の素子につき、簡単に説明する。

【０００６】陽極材料として、例えば、仕事関数の大き
な（概ね４．０ｅＶ以上）金属や電気伝導材料が用いら
れる。一般には、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）が用い
られる。

【０００７】有機正孔輸送層の材料として、例えば、
Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−Ｎ，Ｎ’−（３−メチルフェニ
ル）−１，１’−ビフェニル−４，４’−ジアミン（以
下、ＴＰＤ）が用いられる。

【０００８】有機電子輸送性発光層の材料として、例え
ば、文献１に開示のトリス（８−キノリノール）アルミ
ニウム（以下、Ａｌｑと略称する。）が、よく用いられ
ている。

【０００９】陰極材料には、素子の発光特性を向上させ
るために、より低い仕事関数を有する、例えばＭｇ、Ｃ
ａ、Ｌｉ等の金属を用いる。しかしながら、これらの仕
事関数の低い金属は非常に不安定で、大気中の酸素や水
分によって酸化しやすい。その中でも比較的安定である
Ｍｇが有機ＥＬ素子用の陰極材料としてよく用いられて
いる。なお、陰極は、有機発光層（若しくは有機電子輸
送層）等の有機層上に陰極材料を蒸着させることによっ
て形成される。また、このＭｇの安定性をさらに向上さ
せ、かつ有機層との密着性を向上させるためにＡｇやＩ
ｎ等の金属をＭｇと同時に蒸着させて、Ｍｇ中にこれら
の金属が微量に混合されて合金化した金属層も陰極とし
て用いられる（例えば、文献２：特開平２−１５５９５
号公報）。有機層と陰極との密着性が低いと、有機ＥＬ
素子に長時間定電流を流して駆動させた場合に、有機層
から陰極が剥離してしまう原因の一つとなる。その結
果、電圧の上昇やダークスポットの発生等を引き起こし
て素子を劣化させてしまうおそれがある。したがって、
有機層と陰極との密着性を向上させることによって、有
機ＥＬ素子の耐久性等の信頼性を向上させることができ
る。

【００１０】例えば、文献２においては、ＭｇおよびＡ
ｇを、蒸着前の組成が原子比で１０：１となるように調
整して合金化されたＭｇＡｇを陰極材料として用いてい
る。これにより、陰極と有機層との密着性を陰極中にＡ
ｇを添加することによって向上させている。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】ここで、有機ＥＬ素子
の発光効率の向上を図るためには、発光層に効率よく電
子を注入させる必要があり、また、有機ＥＬ素子の信頼
性を考慮すると、有機層と陰極との密着性は高くする必
要がある。

【００１２】発光層への電子の注入効率を向上させるた
めには、仕事関数の低いＭｇを単体で用いた陰極を用い
るのが望ましい。一方、有機層と陰極との密着性を向上
させるためには、Ａｇ単体を用いて陰極を構成するほう
が好ましい。

【００１３】上記文献２において用いられているよう
な、ＭｇＡｇは、有機ＥＬ素子としての総合的な特性が
最適となるように組成比（原子比）を１０：１に調整し
てある。しかしながら、このＭｇＡｇを陰極として用い
た素子において、素子の電子注入効率若しくは密着性
は、Ｍｇ若しくはＡｇを単体で用いた場合に得られる各
特性ほど、優れた特性は得られない。

【００１４】また、密着性が改善されたＭｇＡｇの陰極
を用いても、その密着性は基本的には弱く、有機層の種
類によっては、この有機層上へＭｇＡｇ電極を形成する
ことができない。例えば、オキサジアゾール誘導体やト
リフェニル誘導体からなる有機層上にＭｇＡｇが付着し
にくく、良質な陰極を成膜することができない。

【００１５】さらに、ＭｇとＡｇとの合金で構成された
陰極は、２つの別々の材料源から、ＭｇとＡｇとを共に
蒸発させる同時二元蒸着法を用いて形成される。この方
法は、ＭｇとＡｇの組成を膜中で均一に制御することが
非常に困難である。そして、組成が膜中で変化すること
によって偏析が生じるおそれがある。しかもこの陰極
は、１００〜２００ｎｍという薄い膜として形成される
ため、偏析の影響をより受けやすい。偏析部分は素子の
発光のムラやダークスポットの発生する原因となる。ま
た、偏析部分は、大気中の水分や酸素によって腐食され
やすい部分となって、Ｍｇ単体を用いた陰極よりも安定
性に乏しい電極となるおそれがある。

【００１６】このため、陰極から有機層への電子の注入
効率を低下させずに有機層と陰極との密着性を向上させ
る有機ＥＬ素子の出現が望まれていた。

【００１７】

【課題を解決するための手段】このため、この発明によ
れば、少なくとも陽極と、有機層と、陰極とを具える有
機ＥＬ素子において、有機層と陰極との間に直接介在さ
せたＡｇ密着層を具えている。

【００１８】このＡｇ密着層は、密着性に優れた層であ
るため、このＡｇ密着層を密着性の低い陰極と有機層と
の間に介在させれば、これらの陰極と有機層との密着性
を向上させることができる。また、このＡｇ密着層は陰
極から有機層への電子の注入効率に影響を及ぼさない程
度の厚さの層としている。このため、陰極の材料に仕事
関数の低い金属を用いれば、陰極から有機層への電子注
入効率に影響を与えずに密着性を向上させることができ
る。したがって発光効率がよく、しかも信頼性に優れた
有機ＥＬ素子が得られる。

【００１９】また、好ましくは、Ａｇ密着層の厚さは、
厚くても４ｎｍであるのがよい。

【００２０】陰極から有機層への電子の注入効率を低下
させないようにするには、Ａｇ密着層を４ｎｍ以下の厚
さの層にするのがよい。

【００２１】また、後述する実験の結果から、Ａｇ密着
層の厚さは１．８ｎｍ以上で４．０ｎｍ以下の厚さにす
るのが望ましい。この範囲内の膜厚にＡｇ密着層を形成
しておくと、発光効率のよい有機ＥＬ素子が得られる。

【００２２】また、Ａｇ密着層は、少なくとも、陰極と
陽極とが重なる領域内にある層であるのが好ましい。

【００２３】例えば、基板上に陽極が帯状に形成されて
いて、この陽極を覆うように有機層が設けられてあり、
この有機層上に帯状の陰極が陽極と直交するように形成
されている有機ＥＬ素子であった場合、この発明のＡｇ
密着層は、素子を上から見て陽極と陰極とが交わってい
る（重なっている）領域内の、有機層と陰極との間に設
けられているのがよい。このような素子においては、陰
極と陽極が重なっている領域に電流が流れるため、少な
くともこの領域内の有機層と陰極とがＡｇ密着層によっ
て密着されていれば、陰極から有機層へ好ましく電子を
注入することができる。また、従来よりも素子の耐久性
を向上させることができる。

【００２４】また、好ましくは、陰極を構成する材料
を、Ｍｇ、若しくはＭｇを主成分とする合金、若しくは
ＡｌおよびＬｉの合金とするのがよい。

【００２５】陰極を、低い仕事関数（約３．６ｅＶ）を
有し、かつ大気中の水分や酸素に対して安定しているＭ
ｇの単体で構成すれば、有機層へ電子を効率よく注入す
ることができる。その結果、発光効率の高い有機ＥＬ素
子が得られる。また、Ｍｇの陰極と有機層との間に薄い
Ａｇ層を介することで、Ｍｇと有機層とを直接結合させ
るよりも強い力で陰極と有機層とを結合させることがで
きるために、素子の耐久性を向上させることができる。
そして、これにより有機ＥＬ素子の信頼性を向上させる
ことができる。また、陰極の材料には、Ｍｇを主成分と
する合金や、有機膜との密着性が比較的良好であるＡｌ
と仕事関数の低いＬｉとの合金を用いてもよい。Ｍｇを
主成分とする合金としては、例えばＭｇとＡｇとの合金
やＭｇとＩｎとの合金を用いるのがよい。

【００２６】

【発明の実施の形態】以下、図を参照してこの発明の有
機ＥＬ素子の実施の形態につき説明する。なお、各図は
発明を理解できる程度に各構成成分の形状、大きさ、配
置関係を概略的に示してあるに過ぎず、したがってこの
発明を図示例に限定するものではない。

【００２７】図１は、基板１１上に、陽極１３、有機層
１５および陰極１７をこの順に具える有機ＥＬ素子２０
に、この発明を適用した例を示した図であり、この有機
ＥＬ素子２０の構造を説明するための概略的な断面図で
ある。有機層１５と陰極１７との間にＡｇ層１９が設け
られている。

【００２８】ここでは、有機層１５を有機正孔輸送層２
１および有機電子輸送性発光層２３とする。よって、有
機電子輸送性発光層２３と陰極１７との間にＡｇ層１９
が存在している。

【００２９】基板１１は、典型的には透明基板で構成す
る。例えばガラス基板や透明フィルムで構成することが
できる。

【００３０】陽極１３、有機層１５および陰極１７のそ
れぞれは、例えば、従来技術で示した材料により構成で
きる。

【００３１】有機層１５は、有機発光層のみとしてもよ
いし、または有機正孔輸送性発光層および有機電子輸送
層で構成してあってもよいし、有機正孔輸送層および有
機電子輸送性発光層で構成してあってもよい。或いは有
機層１５は、有機正孔輸送層と有機発光層と有機電子輸
送層とで構成してあってもよい。有機層の材料としては
種々の有機化合物を用いることができ、その積層構造を
構成する各層の材料の組み合わせ等に関しては文献１に
詳細に記載されている。また、この有機層１５には電流
ブロック層やバッファ層、電荷注入層などの層がさらに
加えられてあってもよい。

【００３２】基板１１上に陽極１３としてＩＴＯ（酸化
インジウム錫）膜を蒸着やスパッタリングによって形成
する。その後この陽極１３上に有機層１５を形成する。
この有機層１５は、真空蒸着法、有機分子線蒸着（ＯＭ
ＢＤ）法およびプラズマ重合法などのドライな方法や、
スピンコート法、ディップコート法、ラングミュア・ブ
ロジェット（ＬＢ）法、ミセル分解法等のウェットな方
法を用いて形成することができる。

【００３３】その後、この有機層１５上にＡｇ密着層１
９を形成し、続いてＡｇ密着層１９上に陰極１７を形成
する。この発明では、有機層１５への電子注入効率の高
いＭｇ等の陰極材料を用いて陰極１７を形成し、この陰
極１７と有機層１５との密着性を向上させるために、有
機層１５と密着性の高いＡｇ密着層１９を、陰極１７と
有機層１５との間に介在させる。また、このＡｇ密着層
１９の厚さは陰極１７から有機層１５への電子注入効率
を低下させないような厚さに形成する。

【００３４】従来のように、電子注入効率の良好な金属
と有機層との密着性に優れた金属との合金で以て陰極を
構成したのでは、ある程度の発光効率特性および有機Ｅ
Ｌ素子の信頼性は得られる。しかしながら、この合金を
用いた場合には、２種類の金属のもつ特性を有しながら
も、ひとつの特性についてみると、各金属を単体で用い
て得られる各特性には及ばない。また、この合金の最適
な組成を維持して陰極を形成するのは困難であるため、
形成された陰極と有機層との界面付近にはダークスポッ
トの原因のひとつとなる偏析が生じるおそれがある。と
ころが、この発明のように、電子注入効率の高い金属を
例えば単体で陰極材料として用いて陰極を形成し、この
陰極と有機層との間に、陰極と有機層との密着性を向上
させるＡｇ密着層を、陰極の電子注入効率を低下させな
い厚さで介在させれば、Ａｇ密着層のもつ密着性と、陰
極として用いた金属の電子注入効率特性とを、どちらの
特性も低下させずにもたせることができる。また、これ
らの層の形成は容易である。なお、陰極は、陰極の安定
性等の他の特性を向上させるために、他の金属との合金
で構成されていてもよい。この場合においても、有機層
と陰極との間にＡｇ密着層を介在させれば、有機ＥＬ素
子の耐久性等の信頼性を従来よりも向上させることがで
きる。

【００３５】また、この発明の有機ＥＬ素子において、
陰極の表面の酸化等を防止するために、耐酸化性および
耐腐蝕性を有する貴金属を陰極上に設けてもよい。ま
た、陰極や有機層を封止して、大気中の水分や酸素から
遮蔽してもよい。例えば陰極および有機層を覆うよう
に、酸化ゲルマニウムやシリコン酸化物等の絶縁膜を蒸
着したり、紫外線硬化樹脂で封止してもよい。また、陰
極および有機層を密閉性の筺体中に入れ、この筐体内に
不活性のガスを導入するような封止構造を採用してもよ
いし、あるいは筐体内を真空にするような封止構造を採
用してもよい。

【００３６】

【実施例】次に、実施例により、この発明の発光材料お
よび有機ＥＬ素子について、さらに具体的に説明する。
ただし、以下の説明中の薬品等の使用量、処理温度、処
理時間等の数値的条件、使用薬品等は、この発明の範囲
内の一例に過ぎない。

【００３７】＜第１の実施例＞第１の実施例として、こ
の発明の有機ＥＬ素子の一好適例について、図２を参照
して説明する。図２は、第１の実施例の有機ＥＬ素子の
構造を説明するための概略的な斜視図である。

【００３８】この例では、２層型の有機ＥＬ素子を次の
ように作製する。

【００３９】まず、石英ガラス基板１１に、陽極として
ＩＴＯをスパッタリング法を用いて成膜する。このＩＴ
Ｏ膜の膜厚は１８０ｎｍで、シート抵抗は１０Ω／ｓｑ
以下であった。ＩＴＯ膜に対してフォトリソグラフィお
よびこれにつづくエッチング処理を行って２ｍｍ幅の帯
状の陽極１３を形成する。この陽極１３を形成した石英
ガラス基板１１を、アセトンおよびＩＰＡ（２−プロパ
ノール）を用いて各溶液で１０分ずつ超音波洗浄した
後、乾燥させる。

【００４０】次に、陽極１３が形成された基板１１を有
機膜形成用の真空蒸着装置内に設置して、陽極１３を含
む基板１１上に、有機正孔輸送層２１として、上記した
ＴＰＤを真空蒸着法を用いて、０．５ｎｍ／秒の蒸着速
度で５０ｎｍの厚さに形成する（図２参照。）。

【００４１】続いて、有機電子輸送性発光層２３とし
て、上記したＡｌｑを、有機正孔輸送層２１上に真空蒸
着法を用いて０．５ｎｍ／秒の蒸着速度で５０ｎｍの厚
さに形成する。

【００４２】この後、有機電子輸送性発光層２３、有機
正孔輸送層２１および陽極１３が形成された基板１１を
電極膜形成用の真空蒸着装置に移動して、装置内に設置
した後、有機電子輸送性発光層２３上にＡｇ密着層１９
を真空蒸着法を用いて形成する。この例では、Ａｇ密着
層をステンレス製の金属マスクを用いて、上から見た平
面的な形状が２ｍｍ幅の帯状となるように、陽極と直角
に交わるようにして設ける（図２参照。）。

【００４３】ここでは、Ａｇ密着層の材料であるＡｇを
Ｔａ製のボートに入れてあり、このボートを加熱してＡ
ｇを蒸発させる。その際、水晶振動子式膜厚計を用いて
蒸着するＡｇ密着層の厚さをモニターしながら、ボート
と基板との間にあるシャッターを開閉することによって
層の厚さを調節する。この例では、Ａｇ密着層の好適な
厚さを調べるために、膜厚の異なる３種類のサンプルを
形成する。そのため、膜厚計の表示で、１．８ｎｍ、
４．０ｎｍ、および１１．０ｎｍの膜厚を有する３種類
のサンプルを作成した。これらの膜厚のＡｇ密着層の蒸
着速度はいずれも０．４ｎｍ／秒とする。

【００４４】その後、これらのサンプルのＡｇ密着層１
９上に陰極１７としてのＭｇ膜を１．０ｎｍ／秒の蒸着
速度で、２００ｎｍの厚さで形成する。

【００４５】これにより、少なくとも陽極１３と、有機
層１５と、陰極１７とを具える有機ＥＬ素子２０であっ
て、この有機層１５の陰極側の層２３と陰極１７との間
にＡｇ密着層１９が介在している素子が得られる。な
お、Ａｇ密着層１９の膜厚を１．８ｎｍにした素子をサ
ンプルＡとし、Ａｇ密着層１９の厚さを４．０ｎｍとし
た素子をサンプルＢとし、Ａｇ密着層１９の厚さを１
１．０ｎｍとした素子をサンプルＣとする。

【００４６】ここで、第１の実施例で得られる３種類の
素子（サンプルＡ、サンプルＢおよびサンプルＣ）の、
それぞれの陽極と陰極との間に電圧を印加して発光輝度
を測定してみると、３種類のサンプルＡ〜Ｃはいずれも
６Ｖの印加電圧で、黄緑色の発光を示した。また、１５
Ｖの電圧を印加したときに最大輝度９０００ｃｄ／ｍ²
が得られた。

【００４７】また、４．０ｎｍの厚さのＡｇ密着層を有
するサンプルＢを、大気中で５０ｍＡ／ｃｍ² の定電流
で駆動させて、輝度半減寿命を測定したところ、輝度半
減寿命は６０時間であり、このとき、電圧は１０．７Ｖ
から１２．３Ｖまで変化した。よってこのサンプルにお
いては、輝度が半減する間に１．６Ｖの電圧上昇が見ら
れた。

【００４８】（第１の比較例）ここで、第１の実施例の
素子と同様の工程で形成される陽極および有機層を有
し、この有機層上に直接単体のＭｇの陰極を設けたサン
プルＸと、前記有機層上に直接ＭｇＡｇ合金（Ｍｇ：Ａ
ｇ＝１０：１（原子比））の陰極を設けたサンプルＹを
用意する。

【００４９】まず、第１の実施例と同様にして、石英ガ
ラス基板上にＩＴＯ膜を陽極として形成し、その後、こ
の陽極を覆うよう基板上に、有機層としてＴＰＤからな
る有機正孔輸送層と、Ａｌｑからなる有機電子輸送性発
光層とを真空蒸着法を用いて形成する。

【００５０】その後、この有機電子輸送性発光層上に真
空蒸着法を用いて、Ｍｇを１．０ｎｍ／秒の蒸着速度で
２００ｎｍの厚さに蒸着する。これにより、サンプルＸ
が形成される。

【００５１】また、サンプルＹは、サンプルＸと同様
に、石英ガラス基板上に陽極および有機層を形成した
後、この有機層のうちの一番上側の層である有機電子輸
送性発光層上に真空蒸着法を用いて、Ｍｇを１．０ｎｍ
／秒の蒸着速度で、また、Ａｇを０．１ｎｍ／秒の蒸着
速度で以て共蒸着させる。これにより、約２００ｎｍの
厚さのＭｇＡｇ合金からなる陰極を有するサンプルＹが
形成される。

【００５２】サンプルＸの最大輝度は、印加電圧が１７
Ｖのときに得られる４０００ｃｄ／ｍ² 程度であった。
サンプルＹにおいては、１５Ｖの電圧を印加して８００
０ｃｄ／ｍ² 程度の最大輝度が得られた。

【００５３】また、サンプルＹを、大気中で、５０ｍＡ
／ｃｍ² の定電流で駆動させて、輝度半減寿命を測定し
たところ、輝度半減寿命は５５時間であり、このとき、
電圧は１０．９Ｖから１３．５Ｖまで変化した。よっ
て、このサンプルＹにおいては、輝度が半減する間に
２．６Ｖの電圧上昇が見られた。

【００５４】また、輝度が半減した時点でのサンプルＹ
に発生しているダークスポットは、第１の実施例のサン
プルＢと比較して４０％程度多かった。

【００５５】よって、まず、サンプルＸとサンプルＹと
を比較すると、陰極をＭｇとＡｇとの合金で構成してい
るサンプルＹのほうが、陰極と有機層との密着性が改善
されているため、サンプルＸよりも低い印加電圧で最大
輝度が得られる。また、サンプルＹと第１の実施例のサ
ンプルＢとを比較すると、陰極にはＭｇの単体を用い、
この陰極と有機層とを密着させるためにＡｇの単体の層
を介在させているサンプルＢの方が、輝度の半減時にお
ける電圧上昇の度合いが小さい。これはサンプルＢの耐
久性がサンプルＹよりも向上していることを意味する。
さらに、輝度半減時でのダークスポットの数はサンプル
Ｙの方が多いことからも、第１の実施例で得られる素子
の耐久性が向上していることが裏付けられる。

【００５６】次に、第１の実施例の３つのサンプルの、
電圧−発光効率特性を調べる。図３は、３つのサンプル
の電圧−発光効率特性を示す特性図である。発光効率の
値は、ある単位電力（電圧×電流密度）あたりの発光輝
度（任意単位）で示されている。また、図３にはＡｇ密
着層を設けずに、有機層に直接Ｍｇの陰極を形成した素
子（第１の比較例のサンプルＸ。）の電圧−発光効率特
性も合わせて示してある。なお、この図３には、横軸に
印加電圧（Ｖ）をとり、縦軸に発光効率（任意単位）を
とって示してある、また、サンプルＸの特性曲線を黒丸
の曲線で示し、サンプルＡの特性曲線を黒四角の曲線で
示し、サンプルＢの特性曲線を黒三角の曲線で示し、サ
ンプルＣの特性曲線を白丸の曲線で示してある。

【００５７】どの素子においても、印加電圧が６Ｖのと
きに発光が始まり、印加電圧が８Ｖ（サンプルＡ）ある
いは９Ｖ（サンプルＢ、ＣおよびＸ）まで、発光効率は
急激に高くなる。そして、最大発光効率が得られる８Ｖ
あるいは９Ｖからさらに印加電圧を上げていくと、徐々
に発光効率は低下していく。

【００５８】また、サンプルＢ、サンプルＣおよびサン
プルＸにおいては、９Ｖの電圧を印加したときに最大発
光効率が得られている。その中でも、Ａｇ密着層の厚さ
を４．０ｎｍにしたサンプルＢは、他の２つのサンプル
と比べて、明らかに高い発光効率が得られている。ま
た、サンプルＡは、より低い印加電圧である８Ｖにおい
てサンプルＢとほとんど同じくらいの最大発光効率が得
られている。

【００５９】図３によれば、サンプルＣとサンプルＸ
は、ほとんど同じ特性曲線が得られている。サンプルＸ
は、Ａｇ密着層がまったくない素子である。よって有機
層への陰極の密着性がよくないためにサンプルＡおよび
Ｂよりも全体的に発光効率が低くなっていると考えられ
る。一方サンプルＣは、有機層と陰極との間にＡｇ密着
層が介在しているために密着性は向上しているが、Ａｇ
自体は、陰極から有機層への電子注入効率を低下させる
材料であるため、１１．０ｎｍという厚さにＡｇ密着層
を設けると、電子注入効率が低下するためサンプルＸと
同じ程度の発光効率しか得られないということが示唆さ
れる。このため、有機ＥＬ素子としての発光効率を得る
ためにはＡｇ密着層の厚さを１１ｎｍよりも薄くする必
要があることが分かる。よって、Ａｇ密着層の優れた密
着性という利点と電子注入効率を低下させるという欠点
とを考慮すると、Ａｇ密着層の厚さは４．０ｎｍ以下に
するのがよい。また、Ａｇ層の厚さを１．８ｎｍとした
場合においては、より低電圧で最大発光効率が得られて
いるため、有機ＥＬ素子として使用するには好適である
と考えられる。

【００６０】（第２の比較例）また、陰極と有機層との
密着性を向上させるために用いるＡｇ密着層の代わり
に、Ｎｉ層、Ｃｒ層、Ｚｒ層を用いたサンプルを容易す
る。

【００６１】これらのサンプルの形成は、Ａｇ密着層を
設ける工程以外は第１の実施例と同様にして行う。Ｎｉ
層を用いるサンプルでは、有機層上に真空蒸着法を用い
て、０．５ｎｍ／秒の蒸着速度で４．０ｎｍの厚さのＮ
ｉ層を形成する。また、Ａｇ密着層の代わりにＣｒ層を
用いるサンプルでは、有機層上に真空蒸着法を用いて、
０．２ｎｍ／秒の蒸着速度で４．０ｎｍの厚さのＣｒ層
を形成する。また、Ｚｒ層を用いるサンプルでは、有機
層上に真空蒸着法を用いて、０．６ｎｍ／秒の蒸着速度
で、４．０ｎｍの厚さのＺｒ層を形成する。これらの層
の上に、それぞれＭｇを陰極として形成して、これらの
サンプルが得られる。

【００６２】ここで、これらのサンプル、第１の実施例
のサンプルＢ（４．０ｎｍの厚さのＡｇ密着層を有する
サンプル）およびＡｇ密着層を設けずに有機層上に直接
Ｍｇの陰極を形成したサンプルＸの電圧−輝度特性を調
べる。

【００６３】図４は、有機層と陰極との間に介在させる
層（以下、密着層と称する場合もある。）の材料を変え
た５種類のサンプルにそれぞれ印加させる電圧の増加に
伴う輝度の変化を示す特性曲線を示す図である。なお、
これらの曲線は、横軸に印加電圧（Ｖ）をとり、縦軸に
輝度（ｃｄ／ｍ² ）をとって示している。また、密着層
をＡｇ層としたサンプル（サンプルＢ）の特性曲線を黒
丸の曲線とし、密着層をＮｉ層としたサンプルの特性曲
線を白三角の曲線で示し、密着層をＣｒ層としたサンプ
ルの特性曲線を黒四角の曲線で示し、密着層をＺｒ層と
したサンプルの特性曲線を白丸の曲線で示し、密着層を
設けていないサンプルＸの特性曲線を黒三角の曲線で示
してある。

【００６４】図４によれば、密着層としてＡｇ層を用い
たサンプルＢにおいて、他のサンプルよりも明らかに低
い印加電圧で発光が始まり、しかも高い輝度が得られて
いることが分かる。他の３種類の材料を用いて形成した
密着層を有するサンプルはどれも１５Ｖ以上の電圧を印
加しないと発光せず、また２０Ｖ以上の電圧を印加して
も十分な輝度を得ることができない。また、これら３つ
の材料（Ｎｉ、ＣｒおよびＺｒ）を用いた密着層を有す
るサンプルにおいては、密着層を設けていないサンプル
Ｘよりも輝度特性が著しく低いため、これらの材料を用
いて密着層を構成することはできない。よって、有機Ｅ
Ｌ素子としての発光輝度が十分得られ、かつ信頼性に優
れた素子を形成するためには、Ａｇ密着層を有機層と陰
極との間に設けるのがよい。

【００６５】＜第２の実施例＞第２の実施例として、有
機層として有機正孔輸送層と有機発光層と有機電子輸送
層とを含む３層型で、ＭｇＡｇ合金電極を形成しにく
い、オキサジアゾール誘導体を含んだ有機電子輸送層を
有する有機ＥＬ素子に、この発明を適用した例につき説
明する。

【００６６】この例では、第１の実施例と同様にして、
石英ガラス基板上にＩＴＯ膜で２ｍｍ幅の帯状の陽極を
形成した後、この陽極を覆うように基板上に有機正孔輸
送層としてＴＰＤを真空蒸着法を用いて、０．５ｎｍ／
秒の蒸着速度で５０ｎｍの厚さに形成する。

【００６７】この後、有機正孔輸送層上に有機発光層と
して、オキサジアゾール誘導体（１，３，４−オキサジ
アゾール：以下、ＰＢＤと称する。）にユーロピウム錯
体（トリス（１，３−ジフェニル−１，３−プロパンジ
オノ）（モノフェナントロリン）ユーロピウム（III
）：以下、Ｅｕ（ＤＢＭ）₃ （Ｐｈｅｎ）と称す
る。）をドーピングさせた層を真空蒸着法を用いて３０
０ｎｍの膜厚で形成する。このとき、ＰＢＤの蒸着速度
は０．７ｎｍ／秒とし、Ｅｕ（ＤＢＭ）₃ （Ｐｈｅｎ）
の蒸着速度は０．１ｎｍ／秒とした。

【００６８】その後、この有機発光層上に有機電子輸送
層として、上記ＰＢＤの層を、真空蒸着法を用いて蒸着
速度０．７ｎｍ／秒で２００ｎｍの厚さで形成する。

【００６９】次に、第１の実施例と同様にして、この有
機電子輸送層上にＡｇ密着層を４．０ｎｍの厚さで設け
た後、Ｍｇからなる陰極を２００ｎｍの厚さで設けて、
第２の実施例の有機ＥＬ素子を形成する。

【００７０】この有機ＥＬ素子の陽極と陰極との間に電
圧を印加して発光輝度を測定したところ、１５Ｖの電圧
を印加して１００ｃｄ／ｍ² の赤色発光が得られた。

【００７１】この例においては、このＰＢＤの有機電子
輸送層とＭｇの陰極との間に密着性に優れたＡｇ密着層
を介在させることによって、良好な膜質の陰極を形成す
ることができる。

【００７２】（第３の比較例）ここで、第３の比較例と
して、ＰＢＤの有機電子輸送層上にＡｇ密着層を設けず
にＭｇの陰極を形成する例につき、説明する。ここで
は、Ａｇ密着層を形成する工程以外の工程を第２の実施
例と同様にして行う。

【００７３】この結果、このＰＢＤの有機電子輸送層上
にはＭｇの陰極を形成することができなかった。

【００７４】よって、この発明のように、有機電子輸送
層と陰極との間にＡｇ密着層を介することによって、Ｐ
ＢＤのように上に電極を形成しにくい材料からなる層の
上にも、Ｍｇの陰極のような金属の膜を密着性よく形成
することができる。

【００７５】（第４の比較例）また、第４の比較例とし
て、ＰＢＤの有機電子輸送層上にＡｇ密着層を設けずに
ＭｇＡｇ合金からなる陰極を形成する例につき、説明す
る。ここでは、第２の実施例と同様にして、陽極が形成
された基板上に、ＴＰＤの有機正孔輸送層と、ＰＢＤに
Ｅｕ（ＤＢＭ）₃ （Ｐｈｅｎ）がドーピングされた有機
発光層と、ＰＢＤの有機電子輸送層とを順次積層した
後、真空蒸着法を用いて、Ｍｇを１．０ｎｍ／秒の蒸着
速度で、またＡｇを０．１ｎｍ／秒の蒸着速度で有機電
子輸送層上に共蒸着させて、ＭｇＡｇ合金からなる陰極
を形成する。

【００７６】この結果、水晶振動子式膜厚計の測定値に
よれば、２００ｎｍの厚さのＭｇＡｇ合金層が形成され
ている。しかしながら、実際に形成されたＭｇＡｇ合金
層の厚さは１００ｎｍ程度であった。しかも、形成され
たＭｇＡｇ合金の陰極の表面は、白っぽく、金属光沢が
なくなっていた。これは、ＭｇＡｇ合金の膜質の劣化を
意味する。

【００７７】また、この例で形成された有機ＥＬ素子か
ら発光は観察されなかった。

【００７８】したがって、ＰＢＤの有機電子輸送層上に
は、Ｍｇよりも密着性が向上しているＭｇＡｇ合金の陰
極も形成することができない。たとえ、形成することが
できたとしても有機ＥＬ素子として用いることができる
ような陰極は得られない。

【００７９】よって、この発明のように、陰極と有機層
との間にＡｇ密着層を設ければ、上に金属膜を成膜しに
くい材料の上にも、膜質よく陰極等の金属膜を形成する
ことができる。また、このＡｇ密着層の厚さを４．０ｎ
ｍ以下にすれば、陰極から有機層への電子注入効率を低
下させずに陰極を設けることができる。このため、発光
効率が良好で信頼性に優れた有機ＥＬ素子が得られる。

【００８０】＜第３の実施例＞第３の実施例として、陰
極の材料としてＡｌＬｉ合金を用いた例につき、説明す
る。

【００８１】この例では、第１の実施例と同様にして、
石英ガラス基板上に陽極、正孔輸送層、有機電子輸送性
発光層および４．０ｎｍの厚さのＡｇ密着層を形成す
る。この後、Ａｌ中ににＬｉを２重量％の濃度で含有さ
せたＡｌＬｉ合金を蒸発源として用いて、真空蒸着法に
より、１．０ｎｍ／秒の蒸着速度でＡｇ密着層上に１２
０ｎｍの厚さのＡｌＬｉの陰極を形成する。これによ
り、第３の実施例の有機ＥＬ素子が得られる。陰極の材
料として用いたＡｌＬｉ合金は、有機層との密着性に優
れているＡｌに低い仕事関数（２．４ｅＶ）を有するＬ
ｉを添加したものである。

【００８２】この有機ＥＬ素子の陽極と陰極との間に電
圧を印加して発光輝度を測定したところ、１８Ｖの電圧
を印加したときに最大輝度１１９４０ｃｄ／ｍ² が得ら
れた。

【００８３】また、この素子を大気中で５０ｍＡ／ｃｍ
² の定電流で駆動させて、輝度半減寿命を測定したとこ
ろ、輝度半減寿命は７２時間であった。また、このと
き、電圧は１３．５Ｖから１５．２Ｖまで変化した。よ
って、第３の実施例の有機ＥＬ素子においては、輝度が
半減する間に１．７Ｖの電圧上昇が見られた。

【００８４】（第５の比較例）ここで、第５の比較例と
して、Ａｇ密着層を設けずに有機電子輸送性発光層上に
直接ＡｌＬｉの陰極を形成したこと以外は、第３の実施
例の有機ＥＬ素子と同様にして形成した有機ＥＬ素子を
用意する。

【００８５】この有機ＥＬ素子に電圧を印加して発光輝
度を測定した結果、１８Ｖの印加電圧で最大輝度１１０
７０ｃｄ／ｍ² が得られた。

【００８６】また、第３の実施例と同様にして測定した
輝度半減寿命は、６８時間であった。また、輝度が半減
する間に電圧は、１３．８Ｖから１５．７Ｖまで２．１
Ｖ上昇していた。

【００８７】第３の実施例と第５の比較例とを比較する
と、ＡｌＬｉ合金の陰極と有機層との間にＡｇ密着層を
介在させた第３の実施例の素子においては、得られる最
大輝度が、Ａｇ密着層を挿入しない第５の比較例の素子
とほとんど同じであったことから、Ａｇ密着層を陰極と
有機層との間に設けても、陰極から有機層への電子注入
効率は低下しないことが示唆された。

【００８８】また、輝度が半減する間の電圧上昇の度合
いは、第３の実施例の素子のほうが抑えられているため
に、素子の耐久性を向上させることができたと考えられ
る。

【００８９】したがって、陰極をＭｇ以外の材料で構成
した場合においても、この発明のように、陰極と有機層
との間に４．０ｎｍ以下の厚さのＡｇ密着層を介在させ
ることにより、発光効率の良好な、信頼性にも優れた有
機ＥＬ素子を得ることができる。

【００９０】

【発明の効果】上述した説明から明らかなように、この
発明の有機ＥＬ素子は、少なくとも陽極と、有機層と、
陰極とを具える有機ＥＬ素子であって、有機層と陰極と
の間に直接介在させたＡｇ密着層を具えている。さら
に、このＡｇ密着層は、陰極から有機層へ注入される電
子の注入効率を低下させない程度の厚さを有する層であ
る。

【００９１】このＡｇ密着層によって、陰極と有機層と
の密着性を向上させることができる。また、このＡｇ密
着層は陰極から有機層への電子の注入効率に影響を及ぼ
さない程度の厚さの層であるため、陰極の材料に仕事関
数の低い金属を用いれば、陰極から有機層へ電子を効率
よく注入することができる。これにより、発光効率がよ
く、しかも信頼性に優れた有機ＥＬ素子が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施の形態の説明に供する、有機Ｅ
Ｌ素子の概略的な断面図である。

【図２】第１の実施例の説明に供する、有機ＥＬ素子の
概略的な斜視図である。

【図３】第１の実施例の説明に供する、有機ＥＬ素子の
電圧−発光効率特性を示した図である。

【図４】第１の実施例の説明に供する、有機ＥＬ素子の
電圧−発光輝度特性を示した図である。

【符号の説明】

１１：石英ガラス基板、基板１３：陽極（ＩＴＯ膜）１５：有機層１７：陰極（Ｍｇ膜）１９：Ａｇ密着層２０：有機ＥＬ素子２１：有機正孔輸送層２３：有機電子輸送性発光層

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも陽極と、単数或いは複数の層
からなる有機層と、陰極とを具える有機ＥＬ素子におい
て、前記有機層と前記陰極との間に直接介在させたＡｇ密着
層を具え、該Ａｇ密着層は、前記陰極から前記有機層へ注入される
電子の注入効率に影響を与えない程度の厚さを有する層
であることを特徴とする有機ＥＬ素子。
【請求項２】請求項１に記載の有機ＥＬ素子におい
て、前記Ａｇ密着層の厚さは、最大でも４ｎｍであることを
特徴とする有機ＥＬ素子。
【請求項３】請求項１に記載の有機ＥＬ素子におい
て、前記Ａｇ密着層の厚さを、１．８ｎｍ以上でかつ４．０
ｎｍ以下の厚さとすることを特徴とする有機ＥＬ素子。
【請求項４】請求項１〜３のいずれか一項に記載の有
機ＥＬ素子において、前記Ａｇ密着層は、少なくとも、前記陰極と陽極とが重
なる領域内にある層とすることを特徴とする有機ＥＬ素
子。
【請求項５】請求項１〜４のいずれか一項に記載の有
機ＥＬ素子において、前記陰極を構成する材料を、Ｍｇ、若しくはＭｇを主成
分とする合金、若しくはＡｌおよびＬｉの合金とするこ
とを特徴とする有機ＥＬ素子。
【請求項６】請求項５に記載の有機ＥＬ素子におい
て、前記Ｍｇを主成分とする合金を、ＭｇとＡｇとの合金と
することを特徴とする有機ＥＬ素子。