JPH11312589A

JPH11312589A - 有機ｅｌ素子

Info

Publication number: JPH11312589A
Application number: JP10134630A
Authority: JP
Inventors: Michio Arai; 三千男荒井; Kenji Nakatani; 賢司中谷; Mitsufumi Kodama; 光文小玉; Hiroshi Yamamoto; 洋山本; Tetsuji Inoue; 鉄司井上; Osamu Onizuka; 理鬼塚
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 1998-04-28
Filing date: 1998-04-28
Publication date: 1999-11-09

Abstract

(57)【要約】【課題】十分な輝度の発光、特に長波長における発光
が得られ、かつ良好な発光性能が長期にわたって持続す
る耐久性に優れた有機ＥＬ素子を提供する。【解決手段】ホール注入電極と、電子注入電極と、こ
れらの電極間に少なくとも発光層を含有する有機層を有
し、前記電子注入電極は、イオン化ポテンシャルが４．
５〜５．４eVであり、この電子注入電極と発光層との間
には、イオン化ポテンシャルが４．５〜６．５eVであっ
て、バンドギャップが２．４eV以下である電子注入層を
有する有機ＥＬ素子とした。

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ＥＬ（電界発
光）素子に関し、詳しくは、有機化合物からなる薄膜に
電界を印加して光を放出する素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】有機ＥＬ素子は、蛍光性有機化合物を含
む薄膜を、電子注入電極とホール注入電極とで挟んだ構
成を有し、前記薄膜に電子およびホールを注入して再結
合させることにより励起子（エキシトン）を生成させ、
このエキシトンが失活する際の光の放出（蛍光・燐光）
を利用して発光する素子である。

【０００３】有機ＥＬ素子の特徴は、１０Ｖ前後の電圧
で数１００から数１００００cd/m₂ときわめて高い輝度
の面発光が可能であり、また蛍光物質の種類を選択する
ことにより青色から赤色までの発光が可能なことであ
る。

【０００４】有機ＥＬ素子を用い、カラーディスプレイ
を実現するために、種々の方法が検討されている。例え
ば、発光体自体の発光色を複数用意したり、カラーフィ
ルターを用いて青、緑、赤の３元色を得たりする方法が
一般的である。

【０００５】発光体自体の発光色を変化させる試みとし
て、 SID 96 DIGEST・185 14.2:Novel Transparent Org
anic Electroluminescent Devices G.Gu,V.BBulovic,P.
E.Burrows,S.RForrest,M.E.Tompsonに記載されたカラー
発光素子として、Ａｇ・Ｍｇ薄膜を電子注入電極に、Ｉ
ＴＯをホール注入電極に用いたものが知られている。こ
こに記載されているカラー発光素子（heterostructure
organic light emitting devices）は、図４に示すよう
に、Ｒ，Ｇ，Ｂ各々に対応した発光層（Red EL,Green E
L,Blue EL）３５，３９，４３を有する多層構造であ
り、各発光層３５，３９，４３毎に電子注入電極３６，
４０，４４、ホール輸送層３３，３８，４２およびホー
ル注入電極３４，３７，４１が同一積層順に配置され、
これらが３原色に対応した積層体として、基板３１上に
３層に積層されている。

【０００６】これらの積層体を駆動するには、図示例の
ように各電子注入電極３６，４０，４４と、ホール注入
電極３４，３７，４１との間に、所定の電源Ｅ1 、Ｅ2
、Ｅ3 を接続しそれぞれの層を発光させる。この場
合、各積層体はいずれも順積層であるため、各電源Ｅ1
、Ｅ2 、Ｅ3 も同じ方向に直列に接続された状態とな
る。

【０００７】しかし、このような構造では各積層体毎に
一対のホール注入電極と電子注入電極とを用いているた
め、積層数が多くなる。例えば、単純マトリクス、アク
ティブマトリクス方式等でのフルカラーディスプレイを
考えると、多数の画素に対応した３原色分の配線構造を
必要とする。従って、これらの電極構造を、画素の大き
さを最大限に確保しながら構築しなければならず、１層
でも電極の数が少なくなれば、パターニングや、成膜時
の制約のみならず、各画素の大きさ、ひいては表示面当
たりの輝度の向上等を図ることができる。

【０００８】なお、３原色に対応した各積層体を平面的
に配置し、カラー化する方法も検討されているが、各色
の画素が占める面積が制限され、十分な輝度を得ること
が困難である。また、自発光性の薄膜素子である有機Ｅ
Ｌ素子の特長を生かそうとする場合には、各発光色の積
層体をさらに積層する方式が優れている。

【０００９】一方、単一の発光層とカラーフィルターと
を組み合わせてカラーディスプレイとすることとして
も、有機ＥＬ素子の発光の波長領域は狭く、しかもその
中心波長が偏在しているため、白色発光を行わせること
は困難であり、カラーフィルターだけを使用したので
は、赤色等一部の波長領域の光源が不足してしまう。ま
た、フィルターを使用した分輝度の低下が生じるが、こ
れに全体の輝度を合わせるため、全体として輝度が低下
してしまう。さらに、フィルター層の塗布工程、パター
ニング工程等を要し、上記多層型の素子に比べたメリッ
トは少ない。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、カラ
ーディスプレイ等の複雑な積層構成とする場合でも、積
層数が少なく、成膜工程が簡単になり、しかも高輝度が
得られる有機ＥＬ素子を実現することである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的は、以下の構成
により達成される。（１）ホール注入電極と、電子注入電極と、これらの
電極間に少なくとも発光層を含有する有機層を有し、前
記電子注入電極は、イオン化ポテンシャルが４．５〜
５．４eVであり、この電子注入電極と発光層との間に
は、イオン化ポテンシャルが４．５〜６．５eVであっ
て、バンドギャップが２．４eV以下である電子注入層を
有する有機ＥＬ素子。（２）前記電子注入電極は、透明電極である上記
（１）の有機ＥＬ素子。（３）前記発光層は、８−キノリノールまたはその誘
導体の配位子を有する金属錯体を含有する上記（１）ま
たは（２）の有機ＥＬ素子。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明の有機ＥＬ素子は、ホール
注入電極と、電子注入電極と、これらの電極間に少なく
とも発光層を含有する有機層を有し、前記電子注入電極
は、イオン化ポテンシャルが４．５〜５．４eVであり、
この電子注入電極と発光層との間には、イオン化ポテン
シャルが４．５〜６．５eVであって、バンドギャップが
２．４eV以下である電子注入層を有する。

【００１３】このように、電子注入層のイオン化ポテン
シャルを４．５〜６．５eV、バンドギャップ２．４eV以
下とすることにより、発光層ないし電子輸送層への電子
注入効率が良好となり、有機ＥＬ素子の発光特性が改善
される。すなわち、通常、発光層ないし電子輸送層のイ
オン化ポテンシャルは５．０〜６．２であり、バンドギ
ャップを考慮した電子親和力が、これに近いイオン化ポ
テンシャルを有することが必要である。また、バンドギ
ャップが２．４eVより大きくなると、エネルギー障壁が
大きくなり電子注入効率が低下する。なお、バンドギャ
ップの下限値としては、特に限定されるものではない
が、通常１eV程度である。

【００１４】また、電子注入層のイオン化ポテンシャル
を４．５〜６．５eVとしたことにより、これに電子を注
入する電子注入電極のイオン化ポテンシャルも４．５〜
５．４eVの範囲とする。なお、イオン化ポテンシャル、
およびバンドギャップの値は（ultraviolet photo elec
tron spectroscopy ：紫外光電子分光法）、薄膜構造と
薄膜を構成する物質で決められる。イオン化ポテンシャ
ルはＵＰＳ法等により、バンドギャップの値は分光法等
により測定することができる。

【００１５】イオン化ポテンシャルが４．５〜６．５eV
であって、バンドギャップが２．４eV以下の電子注入層
用材料としては、オリゴチオフェン等のポリチオフェン
や、銅−フタロシアニン等を挙げることができる。

【００１６】電子注入層は、電子注入電極からの電子の
注入を容易にする機能、電子を安定に輸送する機能およ
びホールを妨げる機能を有するものである。この層は、
発光層に注入される電子を増大・閉じこめさせ、再結合
領域を最適化させ、発光効率を改善する。なお、電子注
入層に加え電子輸送層を発光層との間に設けてもよい
し、発光層を電子輸送発光層としてもよい。

【００１７】電子注入層の厚さは特に限定されず、形成
方法によっても異なるが、通常、５〜５００nm程度、特
に１０〜３００nmとすることが好ましい。

【００１８】電子注入層は、蒸着法により形成すること
ができる。

【００１９】イオン化ポテンシャルが４．５〜５．４eV
の電子注入電極用材料としては、例えば、錫ドープ酸化
インジウム（ＩＴＯ）、亜鉛ドープ酸化インジウム（Ｉ
ＺＯ）、酸化インジウム（Ｉｎ₂Ｏ₃ ）、酸化スズ（Ｓ
ｎＯ₂ ）および酸化亜鉛（ＺｎＯ）のいずれかを主組成
としたものが好ましい。これらの酸化物はその化学量論
組成から多少偏倚していてもよい。Ｉｎ₂Ｏ₃に対しＳ
ｎＯ₂ の混合比は、１〜２０wt％が好ましく、さらには
５〜１２wt％が好ましい。Ｉｎ₂Ｏ₃に対しＺｎＯ₂ の
混合比は、１２〜３２wt％が好ましい。

【００２０】このように、ホール注入電極としても使用
することのできる透明電極材料を使用することにより、
ホール注入電極と、電子注入電極とを共通に使用するこ
とができ、構成膜を少なくすることができる。

【００２１】このような電子注入電極の厚さは、電子注
入を十分行える一定以上の厚さとすればよく、好ましく
は１nm以上、より好ましくは１０nm以上とすればよい。
また、その上限値には特に制限はないが、通常膜厚は１
０〜５００nm程度とすればよい。

【００２２】電子注入電極は、光取り出し側にある場
合、発光波長帯域、通常３５０〜８００nm、特に各発光
光に対する光透過率が７０％以上、特に８０％以上、さ
らには９０％以上であることが好ましい。その透過率が
低くなると、発光層からの発光自体が減衰され、発光素
子として必要な輝度が得られなくなる傾向がある。

【００２３】上記電子注入電極、電子注入層を蒸着法で
形成する場合、真空蒸着の条件は特に限定されないが、
１０^-4Pa以下の真空度とし、蒸着速度は０．０１〜１nm
／sec 程度とすることが好ましい。また、真空中で連続
して各層を形成することが好ましい。真空中で連続して
形成すれば、各層の界面に不純物が吸着することを防げ
るため、高特性が得られる。

【００２４】電子注入電極等をスパッタ法で形成する場
合、スパッタ時のスパッタガスの圧力は、０．１〜１Pa
の範囲が好ましい。スパッタガスは、通常のスパッタ装
置に使用される不活性ガスが使用できる。

【００２５】スパッタ法としてはＲＦ電源を用いた高周
波スパッタ法や、ＤＣスパッタ法等の中から好適なスパ
ッタ法を用いて成膜すればよいが、好ましくはＤＣスパ
ッタあるいはパルススパッタが好ましい。スパッタ装置
の電力としては、好ましくはＤＣスパッタで０．１〜１
０Ｗ／cm² 、ＲＦスパッタで、ＲＦ（１３．５６MH
z）：１００〜５００Ｗ程度である。また、成膜レート
は５〜１００nm／min 、特に１０〜５０nm／min の範囲
が好ましい。

【００２６】本発明の有機ＥＬ素子を用いてカラーディ
スプレイとする場合、例えば図１に示すように基板１上
にＩＴＯ等の第１のホール注入電極２と、発光機能に関
与するホール注入輸送層、発光層、電子注入輸送層等の
１種以上を有する第１の有機層３と、第１の電子注入電
極４と、第１の引き出し電極５とを順次有する。また、
その上に第２の電子注入電極６と、第２の有機層７と、
第２のホール注入電極８とを順次有する。さらにその上
に、第３の有機層９と、第３の電子注入電極１０と、第
２の引き出し電極１１とを順次有する構成が好ましい。

【００２７】あるいは、例えば図２に示すように基板１
上に第１の引き出し電極５と、第１の電子注入電極４
と、発光機能に関与する第１の有機層３と、第１のホー
ル注入電極２とを順次有する。また、その上に第２の有
機層７と、第２の電子注入電極６と、第２の引き出し電
極１１とを有する。さらにその上に、第３の電子注入電
極１０と、第３の有機層９と、第２のホール注入電極８
を有する構成が好ましい。この場合、第２のホール注入
電極８側が光取り出し側でない場合には、第２のホール
注入電極を薄く成膜し、さらにその上に引き出し電極を
形成してもよい。これにより、電極抵抗が減少し、発光
効率が向上する。

【００２８】なお、必要に応じて、各ホール注入電極と
発光層との間にホール注入輸送層、あるいはホール注入
層とホール輸送層を設けてもよい。

【００２９】これらの図示例では、１つの発光単位とな
る積層体を３層積層して、３原色発光によるフルカラー
ディスプレイ、あるいは３原色を同時に発光させ、ブロ
ードな白色光源として機能させることができる構成とな
っている。また、電子注入電極は、引き出し電極を有す
る構造となっているため、図１における第１の電子注入
電極４と、第１の引き出し電極５と、第２の電子注入電
極６や、図２における第２の電子注入電極６と、第２の
引き出し電極１１と、第３の電子注入電極１０のよう
に、１つの引き出し電極を挟んで電子注入電極が上下に
配置される構成となっている。

【００３０】また、各積層体には所定の電源E1，E2，E3
が、それぞれ同一極性同士を共通にして接続される。こ
のため、単一の電源を共通に使用することができ、ま
た、いずれか一方の側の配線を共通にすることもでき
る。

【００３１】本発明の有機ＥＬ素子をディスプレイとし
て駆動する場合、好ましくは図３に示すように、積層体
Ｄ１〜Ｄ３それぞれを専用の配線により駆動するとよ
い。図３は、単純マトリクスディスプレイの一構成例を
示す部分概念図である。すなわち、第１の積層体Ｄ１
は、第１の走査線（コモンライン）ｍ１と、第１のデー
タ線（セグメントライン）ｎ１とで駆動され、第２の積
層体Ｄ１は、第２の走査線（コモンライン）ｍ２と、第
２のデータ線（セグメントライン）ｎ２とで駆動され、
第３の積層体Ｄ３は、第３の走査線（コモンライン）ｍ
３と、第３のデータ線（セグメントライン）ｎ３とで駆
動される。このように、個々の積層体それぞれを、専用
の配線により駆動することにより、駆動回路や制御回路
が簡単になり、制御しやすくなる。従って、色度、彩
度、明度等の制御をより正確に行うことができ、高品
質、高精細のディスプレイを得ることができる。なお、
コスト面から、より簡単な構造を求める場合には、前述
のように各積層体の駆動線を共通にしてもよい。

【００３２】ホール注入電極は、発光した光を取り出す
側である場合には、透明ないし半透明な電極が好まし
い。透明電極としては、上記電子注入電極と同様、ＩＴ
Ｏ（錫ドープ酸化インジウム）、ＩＺＯ（亜鉛ドープ酸
化インジウム）、ＺｎＯ、ＳｎＯ₂ 、Ｉｎ₂ Ｏ₃ 等が挙
げられ、ＩＴＯ（錫ドープ酸化インジウム）、ＩＺＯ
（亜鉛ドープ酸化インジウム）が好ましい。。ホール注
入電極は、透明性が必要でないときは、不透明の公知の
金属材質であってもよい。

【００３３】ホール注入電極の厚さは、ホール注入を十
分行える一定以上の厚さを有すれば良く、好ましくは５
０〜５００nm、さらには５０〜３００nmの範囲が好まし
い。また、その上限は特に制限はないが、あまり厚いと
剥離などの心配が生じる。厚さが薄すぎると、製造時の
膜強度やホール輸送能力、抵抗値の点で問題がある。

【００３４】ホール注入電極は、透明性を必要とする場
合、発光波長帯域、通常３５０〜８００nm、特に各発光
光に対する光透過率が８０％以上、特に９０％以上であ
ることが好ましい。通常、発光光はホール注入電極を通
って取り出されるため、その透過率が低くなると、発光
層からの発光自体が減衰され、発光素子として必要な輝
度が得られなくなる傾向がある。ただし、一方のみから
発光光を取り出すときには、取り出す側が発光光に対し
８０％以上であればよい。

【００３５】このホール注入電極層は蒸着法等によって
も形成できるが、好ましくはスパッタ法、特にＤＣスパ
ッタあるいはパルススパッタ法により形成することが好
ましい。

【００３６】有機層は、以下のような構成とすることが
できる。発光層は、ホール（正孔）および電子の注入機
能、それらの輸送機能、ホールと電子の再結合により励
起子を生成させる機能を有する。発光層には、比較的電
子的にニュートラルな化合物を用いることで、電子とホ
ールを容易かつバランス良く注入・輸送することができ
る。

【００３７】ホール注入輸送層は、ホール注入電極から
のホールの注入を容易にする機能、ホールを安定に輸送
する機能および電子を妨げる機能を有するものである。
この層は、発光層に注入されるホールを増大・閉じこめ
させ、再結合領域を最適化させ、発光効率を改善する。

【００３８】発光層の厚さ、ホール注入輸送層の厚さお
よび電子注入輸送層の厚さは、特に制限されるものでは
なく、形成方法によっても異なるが、通常５〜５００nm
程度、特に１０〜３００nmとすることが好ましい。

【００３９】ホール注入輸送層の厚さは、再結合・発光
領域の設計によるが、発光層の厚さと同程度または１／
１０〜１０倍程度とすればよい。ホールの各々の注入層
と輸送層とを分ける場合は、注入層は１nm以上、輸送層
は１nm以上とするのが好ましい。このときの注入層、輸
送層の厚さの上限は、通常、注入層で５００nm程度、輸
送層で５００nm程度である。このような膜厚について
は、注入輸送層を２層設けるときも同じである。

【００４０】有機ＥＬ素子の発光層には、発光機能を有
する化合物である蛍光性物質を含有させる。このような
蛍光性物質としては、例えば、特開昭６３−２６４６９
２号公報に開示されているような化合物、例えばキナク
リドン、ルブレン、スチリル系色素等の化合物から選択
される少なくとも１種が挙げられる。また、トリス（８
−キノリノラト）アルミニウム等の８−キノリノールま
たはその誘導体を配位子とする金属錯体色素などのキノ
リン誘導体、テトラフェニルブタジエン、アントラセ
ン、ペリレン、コロネン、１２−フタロペリノン誘導体
等が挙げられる。さらには、特願平６−１１０５６９号
のフェニルアントラセン誘導体、特願平６−１１４４５
６号のテトラアリールエテン誘導体等を用いることがで
きる。

【００４１】また、それ自体で発光が可能なホスト物質
と組み合わせて使用することが好ましく、ドーパントと
しての使用が好ましい。このような場合の発光層におけ
る化合物の含有量は０．０１〜２０wt% 、さらには０．
１〜１５wt% であることが好ましい。ホスト物質と組み
合わせて使用することによって、ホスト物質の発光波長
特性を変化させることができ、長波長に移行した発光が
可能になるとともに、素子の発光効率や安定性が向上す
る。

【００４２】ホスト物質としては、キノリノラト錯体が
好ましく、さらには８−キノリノールまたはその誘導体
を配位子とするアルミニウム錯体が好ましい。このよう
なアルミニウム錯体としては、特開昭６３−２６４６９
２号、特開平３−２５５１９０号、特開平５−７０７３
３号、特開平５−２５８８５９号、特開平６−２１５８
７４号等に開示されているものを挙げることができる。

【００４３】具体的には、まず、トリス（８−キノリノ
ラト）アルミニウム、ビス（８−キノリノラト）マグネ
シウム、ビス（ベンゾ｛ｆ｝−８−キノリノラト）亜
鉛、ビス（２−メチル−８−キノリノラト）アルミニウ
ムオキシド、トリス（８−キノリノラト）インジウム、
トリス（５−メチル−８−キノリノラト）アルミニウ
ム、８−キノリノラトリチウム、トリス（５−クロロ−
８−キノリノラト）ガリウム、ビス（５−クロロ−８−
キノリノラト）カルシウム、５，７−ジクロル−８−キ
ノリノラトアルミニウム、トリス（５，７−ジブロモ−
８−ヒドロキシキノリノラト）アルミニウム、ポリ［亜
鉛（II）−ビス（８−ヒドロキシ−５−キノリニル）メ
タン］等がある。

【００４４】また、８−キノリノールまたはその誘導体
のほかに他の配位子を有するアルミニウム錯体であって
もよく、このようなものとしては、ビス（２−メチル−
８−キノリノラト）（フェノラト）アルミニウム(III)
、ビス（２−メチル−８−キノリノラト）（オルト−
クレゾラト）アルミニウム(III) 、ビス（２−メチル−
８−キノリノラト）（メタークレゾラト）アルミニウム
(III) 、ビス（２−メチル−８−キノリノラト）（パラ
−クレゾラト）アルミニウム(III) 、ビス（２−メチル
−８−キノリノラト）（オルト−フェニルフェノラト）
アルミニウム(III) 、ビス（２−メチル−８−キノリノ
ラト）（メタ−フェニルフェノラト）アルミニウム(II
I) 、ビス（２−メチル−８−キノリノラト）（パラ−
フェニルフェノラト）アルミニウム(III) 、ビス（２−
メチル−８−キノリノラト）（２，３−ジメチルフェノ
ラト）アルミニウム(III) 、ビス（２−メチル−８−キ
ノリノラト）（２，６−ジメチルフェノラト）アルミニ
ウム(III) 、ビス（２−メチル−８−キノリノラト）
（３，４−ジメチルフェノラト）アルミニウム(III) 、
ビス（２−メチル−８−キノリノラト）（３，５−ジメ
チルフェノラト）アルミニウム(III) 、ビス（２−メチ
ル−８−キノリノラト）（３，５−ジ−tert−ブチルフ
ェノラト）アルミニウム(III) 、ビス（２−メチル−８
−キノリノラト）（２，６−ジフェニルフェノラト）ア
ルミニウム(III) 、ビス（２−メチル−８−キノリノラ
ト）（２，４，６−トリフェニルフェノラト）アルミニ
ウム(III) 、ビス（２−メチル−８−キノリノラト）
（２，３，６−トリメチルフェノラト）アルミニウム(I
II) 、ビス（２−メチル−８−キノリノラト）（２，
３，５，６−テトラメチルフェノラト）アルミニウム(I
II) 、ビス（２−メチル−８−キノリノラト）（１−ナ
フトラト）アルミニウム(III) 、ビス（２−メチル−８
−キノリノラト）（２−ナフトラト）アルミニウム(II
I) 、ビス（２，４−ジメチル−８−キノリノラト）
（オルト−フェニルフェノラト）アルミニウム(III) 、
ビス（２，４−ジメチル−８−キノリノラト）（パラ−
フェニルフェノラト）アルミニウム(III) 、ビス（２，
４−ジメチル−８−キノリノラト）（メタ−フェニルフ
ェノラト）アルミニウム(III) 、ビス（２，４−ジメチ
ル−８−キノリノラト）（３，５−ジメチルフェノラ
ト）アルミニウム(III) 、ビス（２，４−ジメチル−８
−キノリノラト）（３，５−ジ−tert−ブチルフェノラ
ト）アルミニウム(III) 、ビス（２−メチル−４−エチ
ル−８−キノリノラト）（パラ−クレゾラト）アルミニ
ウム(III) 、ビス（２−メチル−４−メトキシ−８−キ
ノリノラト）（パラ−フェニルフェノラト）アルミニウ
ム(III) 、ビス（２−メチル−５−シアノ−８−キノリ
ノラト）（オルト−クレゾラト）アルミニウム(III) 、
ビス（２−メチル−６−トリフルオロメチル−８−キノ
リノラト）（２−ナフトラト）アルミニウム(III) 等が
ある。

【００４５】このほか、ビス（２−メチル−８−キノリ
ノラト）アルミニウム(III) −μ−オキソ−ビス（２−
メチル−８−キノリノラト）アルミニウム(III) 、ビス
（２，４−ジメチル−８−キノリノラト）アルミニウム
(III) −μ−オキソ−ビス（２，４−ジメチル−８−キ
ノリノラト）アルミニウム(III) 、ビス（４−エチル−
２−メチル−８−キノリノラト）アルミニウム(III) −
μ−オキソ−ビス（４−エチル−２−メチル−８−キノ
リノラト）アルミニウム(III) 、ビス（２−メチル−４
−メトキシキノリノラト）アルミニウム(III) −μ−オ
キソ−ビス（２−メチル−４−メトキシキノリノラト）
アルミニウム(III) 、ビス（５−シアノ−２−メチル−
８−キノリノラト）アルミニウム(III) −μ−オキソ−
ビス（５−シアノ−２−メチル−８−キノリノラト）ア
ルミニウム(III) 、ビス（２−メチル−５−トリフルオ
ロメチル−８−キノリノラト）アルミニウム(III) −μ
−オキソ−ビス（２−メチル−５−トリフルオロメチル
−８−キノリノラト）アルミニウム(III) 等であっても
よい。

【００４６】このほかのホスト物質としては、特願平６
−１１０５６９号に記載のフェニルアントラセン誘導体
や特願平６−１１４４５６号に記載のテトラアリールエ
テン誘導体なども好ましい。

【００４７】発光層は電子注入輸送層、電子輸送層を兼
ねたものであってもよく、このような場合はトリス（８
−キノリノラト）アルミニウム等を使用することが好ま
しい。これらの蛍光性物質を蒸着すればよい。

【００４８】また、発光層は、必要に応じて、少なくと
も１種のホール注入輸送性化合物と少なくとも１種の電
子注入輸送性化合物との混合層とすることも好ましく、
さらにはこの混合層中にドーパントを含有させることが
好ましい。このような混合層における化合物の含有量
は、０．０１〜２０wt% 、さらには０．１〜１５wt% と
することが好ましい。

【００４９】混合層では、キャリアのホッピング伝導パ
スができるため、各キャリアは極性的に有利な物質中を
移動し、逆の極性のキャリア注入は起こりにくくなるた
め、有機化合物がダメージを受けにくくなり、素子寿命
がのびるという利点がある。また、前述のドーパントを
このような混合層に含有させることにより、混合層自体
のもつ発光波長特性を変化させることができ、発光波長
を長波長に移行させることができるとともに、発光強度
を高め、素子の安定性を向上させることもできる。

【００５０】混合層に用いられるホール注入輸送性化合
物および電子注入輸送性化合物は、各々、後述のホール
注入輸送層用の化合物および電子注入輸送層用の化合物
の中から選択すればよい。なかでも、ホール注入輸送層
用の化合物としては、強い蛍光を持ったアミン誘導体、
例えばホール輸送材料であるトリフェニルジアミン誘導
体、さらにはスチリルアミン誘導体、芳香族縮合環を持
つアミン誘導体を用いるのが好ましい。

【００５１】電子注入輸送性の化合物としては、キノリ
ン誘導体、さらには８−キノリノールないしその誘導体
を配位子とする金属錯体、特にトリス（８−キノリノラ
ト）アルミニウム（Ａｌｑ³ ）を用いることが好まし
い。また、上記のフェニルアントラセン誘導体、テトラ
アリールエテン誘導体を用いるのも好ましい。

【００５２】ホール注入輸送層用の化合物としては、強
い蛍光を持ったアミン誘導体、例えば上記のホール輸送
材料であるトリフェニルジアミン誘導体、さらにはスチ
リルアミン誘導体、芳香族縮合環を持つアミン誘導体を
用いるのが好ましい。

【００５３】この場合の混合比は、それぞれのキャリア
移動度とキャリア濃度によるが、一般的には、ホール注
入輸送性化合物の化合物／電子注入輸送機能を有する化
合物の重量比が、１／９９〜９９／１、さらに好ましく
は１０／９０〜９０／１０、特に好ましくは２０／８０
〜８０／２０程度となるようにすることが好ましい。

【００５４】また、混合層の厚さは、分子層一層に相当
する厚み以上で、有機化合物層の膜厚未満とすることが
好ましい。具体的には１〜８５nmとすることが好まし
く、さらには５〜６０nm、特には５〜５０nmとすること
が好ましい。

【００５５】また、混合層の形成方法としては、異なる
蒸着源より蒸発させる共蒸着が好ましいが、蒸気圧（蒸
発温度）が同程度あるいは非常に近い場合には、予め同
じ蒸着ボード内で混合させておき、蒸着することもでき
る。混合層は化合物同士が均一に混合している方が好ま
しいが、場合によっては、化合物が島状に存在するもの
であってもよい。発光層は、一般的には、有機蛍光物質
を蒸着するか、あるいは、樹脂バインダー中に分散させ
てコーティングすることにより、発光層を所定の厚さに
形成する。

【００５６】また、ホール注入輸送層には、例えば、特
開昭６３−２９５６９５号公報、特開平２−１９１６９
４号公報、特開平３−７９２号公報、特開平５−２３４
６８１号公報、特開平５−２３９４５５号公報、特開平
５−２９９１７４号公報、特開平７−１２６２２５号公
報、特開平７−１２６２２６号公報、特開平８−１００
１７２号公報、ＥＰ０６５０９５５Ａ１等に記載されて
いる各種有機化合物を用いることができる。例えば、テ
トラアリールベンジシン化合物（トリアリールジアミン
ないしトリフェニルジアミン：ＴＰＤ）、芳香族三級ア
ミン、ヒドラゾン誘導体、カルバゾール誘導体、トリア
ゾール誘導体、イミダゾール誘導体、アミノ基を有する
オキサジアゾール誘導体、ポリチオフェン等である。こ
れらの化合物は、１種のみを用いても、２種以上を併用
してもよい。２種以上を併用するときは、別層にして積
層したり、混合したりすればよい。

【００５７】ホール注入輸送層をホール注入層とホール
輸送層とに分けて設層する場合は、ホール注入輸送層用
の化合物のなかから好ましい組合せを選択して用いるこ
とができる。このとき、ホール注入電極（ＩＴＯ等）側
からイオン化ポテンシャルの小さい化合物の順に積層す
ることが好ましい。また、ホール注入電極表面には薄膜
性の良好な化合物を用いることが好ましい。このような
積層順については、ホール注入輸送層を２層以上設ける
ときも同様である。このような積層順とすることによっ
て、駆動電圧が低下し、電流リークの発生やダークスポ
ットの発生・成長を防ぐことができる。また、素子化す
る場合、蒸着を用いているので１〜１０nm程度の薄い膜
も均一かつピンホールフリーとすることができるため、
ホール注入層にイオン化ポテンシャルが小さく、可視部
に吸収をもつような化合物を用いても、発光色の色調変
化や再吸収による効率の低下を防ぐことができる。ホー
ル注入輸送層は、発光層等と同様に上記の化合物を蒸着
することにより形成することができる。

【００５８】また、上記電子注入層以外に必要に応じて
設けられる電子輸送層には、トリス（８−キノリノラ
ト）アルミニウム（Ａｌｑ³ ）等の８−キノリノールま
たはその誘導体を配位子とする有機金属錯体などのキノ
リン誘導体、オキサジアゾール誘導体、ペリレン誘導
体、ピリジン誘導体、ピリミジン誘導体、キノキサリン
誘導体、ジフェニルキノン誘導体、ニトロ置換フルオレ
ン誘導体等を用いることができる。電子輸送層は発光層
を兼ねたものであってもよく、このような場合はトリス
（８−キノリノラト）アルミニウム等を使用することが
好ましい。電子輸送層の形成は、発光層と同様に、蒸着
等によればよい。

【００５９】ホール注入輸送層、発光層および電子注入
輸送層の形成には、均質な薄膜が形成できることから、
真空蒸着法を用いることが好ましい。真空蒸着法を用い
た場合、アモルファス状態または結晶粒径が０．１μm
以下の均質な薄膜が得られる。結晶粒径が０．１μm を
超えていると、不均一な発光となり、素子の駆動電圧を
高くしなければならなくなり、ホールの注入効率も著し
く低下する。

【００６０】真空蒸着の条件は特に限定されないが、１
０^-4Pa以下の真空度とし、蒸着速度は０．０１〜１nm／
sec 程度とすることが好ましい。また、真空中で連続し
て各層を形成することが好ましい。真空中で連続して形
成すれば、各層の界面に不純物が吸着することを防げる
ため、高特性が得られる。また、素子の駆動電圧を低く
したり、ダークスポットの発生・成長を抑制したりする
ことができる。

【００６１】これら各層の形成に真空蒸着法を用いる場
合において、１層に複数の化合物を含有させる場合、化
合物を入れた各ボートを個別に温度制御して共蒸着する
ことが好ましい。

【００６２】有機ＥＬ構造体各層を成膜した後に、Ｓｉ
Ｏ_X 等の無機材料、テフロン、塩素を含むフッ化炭素重
合体等の有機材料等を用いた保護膜を形成してもよい。
保護膜は透明でも不透明であってもよく、保護膜の厚さ
は５０〜１２００nm程度とする。保護膜は、前記の反応
性スパッタ法の他に、一般的なスパッタ法、蒸着法、Ｐ
ＥＣＶＤ法等により形成すればよい。

【００６３】さらに、素子の有機層や電極の酸化を防い
だり、機械的ダメージから保護するために、素子上に封
止板を設けることが好ましい。封止板は、湿気の侵入を
防ぐために、接着性樹脂等を用いて接着し密封する。封
止ガスは、Ａｒ、Ｈｅ、Ｎ₂等の不活性ガス等が好まし
い。また、この封止ガスの水分含有量は、１００ppm以
下、より好ましくは１０ppm 以下、特には１ppm 以下で
あることが好ましい。この水分含有量に下限値は特にな
いが、通常０．１ppm 程度である。

【００６４】封止板の材料としては、好ましくは平板状
であって、ガラスや石英、樹脂等の透明ないし半透明材
料が挙げられるが、特にガラスが好ましい。ガラス板以
外にも、金属板、プラスチック板等を用いることもでき
る。

【００６５】封止板は、スペーサーを用いて高さを調整
し、所望の高さに保持してもよい。スペーサーの材料と
しては、樹脂ビーズ、シリカビーズ、ガラスビーズ、ガ
ラスファイバー等が挙げられ、特にガラスビーズ等が好
ましい。スペーサーは、通常、粒径の揃った粒状物であ
るが、その形状は特に限定されるものではなく、スペー
サーとしての機能に支障のないものであれば種々の形状
であってもよい。その大きさとしては、円換算の直径が
１〜２０μm 、より好ましくは１〜１０μm 、特に２〜
８μm が好ましい。このような直径のものは、粒長１０
０μm 以下程度であることが好ましく、その下限は特に
規制されるものではないが、通常１μm程度である。

【００６６】なお、封止板に凹部を形成した場合には、
スペーサーは使用しても、使用しなくてもよい。使用す
る場合の好ましい大きさとしては、前記範囲でよいが、
特に２〜８μm の範囲が好ましい。

【００６７】スペーサーは、予め封止用接着剤中に混入
されていても、接着時に混入してもよい。封止用接着剤
中におけるスペーサーの含有量は、好ましくは０．０１
〜３０wt％、より好ましくは０．１〜５wt％である。

【００６８】接着剤としては、安定した接着強度が保
て、気密性が良好なものであれば特に限定されるもので
はないが、カチオン硬化タイプの紫外線硬化型エポキシ
樹脂接着剤を用いることが好ましい。

【００６９】基板材料としては特に限定するものではな
く、積層する有機ＥＬ構造体の電極の材質等により適宜
決めることができ、例えば、Ａｌ等の金属材料や、ガラ
ス、石英や樹脂等の透明ないし半透明材料、あるいは不
透明であってもよく、この場合はガラス等のほか、アル
ミナ等のセラミックス、ステンレス等の金属シートに表
面酸化などの絶縁処理を施したもの、フェノール樹脂等
の熱硬化性樹脂、ポリカーボネート等の熱可塑性樹脂な
どを用いることができる。

【００７０】基板に色フィルター膜や蛍光性物質を含む
色変換膜、あるいは誘電体反射膜を用いて発光色をコン
トロールしてもよい。

【００７１】色フィルター膜には、液晶ディスプレイ等
で用いられているカラーフィルターを用いれば良いが、
有機ＥＬ素子の発光する光に合わせてカラーフィルター
の特性を調整し、取り出し効率・色純度を最適化すれば
よい。

【００７２】また、ＥＬ素子材料や蛍光変換層が光吸収
するような短波長の外光をカットできるカラーフィルタ
ーを用いれば、素子の耐光性・表示のコントラストも向
上する。

【００７３】また、誘電体多層膜のような光学薄膜を用
いてカラーフィルターの代わりにしても良い。

【００７４】蛍光変換フィルター膜は、ＥＬ発光の光を
吸収し、蛍光変換膜中の蛍光体から光を放出させること
で、発光色の色変換を行うものであるが、組成として
は、バインダー、蛍光材料、光吸収材料の三つから形成
される。

【００７５】蛍光材料は、基本的には蛍光量子収率が高
いものを用いれば良く、ＥＬ発光波長域に吸収が強いこ
とが望ましい。実際には、レーザー色素などが適してお
り、ローダミン系化合物・ペリレン系化合物・シアニン
系化合物・フタロシアニン系化合物（サブフタロシアニ
ン等も含む）ナフタロイミド系化合物・縮合環炭化水素
系化合物・縮合複素環系化合物・スチリル系化合物・ク
マリン系化合物等を用いればよい。

【００７６】バインダーは、基本的に蛍光を消光しない
ような材料を選べば良く、フォトリソグラフィー・印刷
等で微細なパターニングが出来るようなものが好まし
い。また、ＩＴＯ、ＩＺＯの成膜時にダメージを受けな
いような材料が好ましい。

【００７７】光吸収材料は、蛍光材料の光吸収が足りな
い場合に用いるが、必要のない場合は用いなくても良
い。また、光吸収材料は、蛍光性材料の蛍光を消光しな
いような材料を選べば良い。

【００７８】有機ＥＬ素子は、直流駆動やパルス駆動等
され、交流駆動することもできる。印加電圧は、通常、
２〜３０V 程度である。

【００７９】

【実施例】以下、本発明の具体的実施例を比較例ととも
に示し、本発明をさらに詳細に説明する。＜実施例１＞ガラス基板上にＤＣスパッタ法で、ＩＴＯ
透明電極薄膜を１２０nmの厚さに成膜してパターニング
した。これを、中性洗剤、アセトン、エタノールを用い
て超音波洗浄し、次いで煮沸エタノール中から引き上げ
て乾燥した。この透明電極表面をＵＶ／Ｏ₃ 洗浄した
後、真空蒸着装置の基板ホルダーに固定して、槽内を１
×１０^-4Pa以下まで減圧した。

【００８０】４’，４”−トリス（−Ｎ−（３−メチル
フェニル）−Ｎ−フェニルアミノ）トリフェニルアミン
（以下、ｍ−ＭＴＤＡＴＡ）を蒸着速度０.２nm／sec.
で４０nmの厚さに蒸着し、ホール注入層とし、次いで減
圧状態を保ったまま、Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−Ｎ，Ｎ’
−ｍ−トリル−４，４’−ジアミノ−１，１’−ビフェ
ニル（以下、ＴＰＤ）を蒸着速度０．２nm／sec で３５
nmの厚さに蒸着し、ホール輸送層とした。

【００８１】さらに、減圧を保ったまま、下記構造のト
リス（８−キノリノラト）アルミニウム（以下、Ａｌｑ
³ ）を蒸着速度０．２nm／sec で５０nmの厚さに蒸着し
て、発光層とした。この層のイオン化ポテンシャルは
５．７eVであった。

【００８２】

【化１】

【００８３】さらに、下記構造のポリチオフェンを蒸着
速度０．２nm／sec で１０nmの厚さに蒸着して、電子注
入層とした。この層のイオン化ポテンシャルは５．０e
V、バンドギャップは２．４eVであった。

【００８４】

【化２】

【００８５】次いで減圧を保ったまま、このＥＬ素子構
造体が成膜された基板を真空蒸着装置からスパッタ装置
に移し、スパッタ圧力０．６Paにて、ＩＴＯ電子注入電
極を１００nmの厚さに成膜した。この層のイオン化ポテ
ンシャルは４．８eVであった。その際スパッタガスには
Ａｒを用い、投入電力は０．５ｋＷ以下、ターゲットの
大きさは４インチ径、基板とターゲットの距離は１００
mm以上とした。

【００８６】最後にガラス封止板を貼り合わせ、有機Ｅ
Ｌ素子とした。また比較サンプルとして、前記ＴＰＤ上
に、トリス（８−キノリノラト）アルミニウム（Ａｌｑ
³ ）を蒸着速度０．２nm／sec で５０nmの厚さに蒸着し
て、電子注入輸送・発光層とし、スパッタ圧力１．０Pa
にてＡｌＬｉ電子注入電極（Ｌｉ濃度：７．２at％）を
５０nmの厚さに成膜したサンプルを作製した。

【００８７】各有機ＥＬ素子に直流電圧を印加し、１０
mA/cm² の定電流駆動を行ったところ、従来の比較サン
プルと同等の発光が確認できた。

【００８８】＜実施例２＞実施例１において、発光層成
膜後、下記構造の銅−フタロシアニンを蒸着速度０．２
nm／sec で１０nmの厚さに蒸着して、電子注入層とし
た。この層のイオン化ポテンシャルは４．９eV、バンド
ギャップは２．０eVであった。その他は実施例１と同様
にして有機ＥＬ素子を得た。

【００８９】

【化３】

【００９０】得られた有機ＥＬ素子を実施例１と同様に
して評価したところ、実施例１と同様な結果が得られ
た。

【００９１】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、十分な輝
度の発光、特に長波長における発光が得られ、かつ良好
な発光性能が長期にわたって持続する耐久性に優れた有
機ＥＬ素子を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の有機ＥＬ素子の一構成例を模式的に表
した図である。

【図２】本発明の有機ＥＬ素子の他の構成例を模式的に
表した図である。

【図３】本発明の有機ＥＬ素子をマトリクスディスプレ
イに応用した場合の配線例を示した図である。

【図４】従来の有機ＥＬ素子を模式的に表した図であ
る。

【符号の説明】

１基板２第１のホール注入電極３第１の有機層４第１の電子注入電極５第１の引き出し電極６第２の電子注入電極７第２の有機層８第２のホール注入電極９第３の有機層１０第３の電子注入層１１第２の引き出し電極

フロントページの続き (72)発明者山本洋東京都中央区日本橋一丁目13番１号ティーディーケイ株式会社内 (72)発明者井上鉄司東京都中央区日本橋一丁目13番１号ティーディーケイ株式会社内 (72)発明者鬼塚理東京都中央区日本橋一丁目13番１号ティーディーケイ株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ホール注入電極と、電子注入電極と、こ
れらの電極間に少なくとも発光層を含有する有機層を有
し、前記電子注入電極は、イオン化ポテンシャルが４．５〜
５．４eVであり、この電子注入電極と発光層との間には、イオン化ポテン
シャルが４．５〜６．５eVであって、バンドギャップが
２．４eV以下である電子注入層を有する有機ＥＬ素子。
【請求項２】前記電子注入電極は、透明電極である請
求項１の有機ＥＬ素子。
【請求項３】前記発光層は、８−キノリノールまたは
その誘導体の配位子を有する金属錯体を含有する請求項
１または２の有機ＥＬ素子。