WO2005125284A1

WO2005125284A1 - 有機ｅｌ素子

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Publication number: WO2005125284A1
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Abstract

　電子放出能の大きい陰極を有していて有機ＥＬ層を流れる電流密度を大きくすることができる発光効率の高い有機ＥＬ素子を開示している。有機ＥＬ素子の陰極は、有機ＥＬ層に形成された絶縁性電子注入層と、絶縁性電子注入層上に蒸着された傾斜組成を持った複合蒸着膜とからなっている。複合蒸着膜は４．０ｅＶ未満の仕事関数を持った低仕事関数金属と、３．０Ｘ１０－６Ω・ｃｍ未満の比抵抗を持った低比抵抗金属とから実質的になる。複合蒸着膜は、電子注入層との境界近傍に低仕事関数金属を７０ａｔ．％以上の濃度に含有し、反対面近傍に低比抵抗金属を７０ａｔ．％以上の濃度に含有し、それらの間では傾斜組成となっている。

Description

明細書

有機 EL素子

技術分野

[0001] 本発明は、例えば自発光の平面型ディスプレイに用いるのに好適な有機 EL (エレタトロルミネッセンス）素子に関する。

背景技術

[0002] ブラウン管（CRT)は、輝度が高く色再現性が良いことと安価であるため、現在ディスプレイとして多く使われている。しかし、奥行きが大きぐ重ぐまた消費電力も大きいという問題があるため、軽量で高効率のフラットパネルディスプレイが盛んに研究、開発されて、る。既にアクティブマトリックス駆動などの液晶ディスプレイが商品化されているが、それは視野角が狭ぐまた、自発光でないため周囲が暗い環境下ではバックライトが必要であり、その消費電力が大きいことや、今後実用化が期待されている高精細度の高速ビデオ信号に対して十分な応答性能を有して、な、等の問題がある。

[0003] これらの諸課題を解決する可能性のあるフラットパネルディスプレイとして、最近、有機発光材料を用いた有機電界発光素子 (以下、有機 EL素子もしくは単に有機 ELと称する。）が注目されている。即ち、発光材料として有機 EL層を用いることにより、自発光で、応答速度が速ぐ視野角依存性のないフラットパネルディスプレイの実現が期待される。

[0004] 有機 EL素子は透明基板 (例えばガラス基板)上に、 ITO (Indium Tin Oxide) 等の透明電極 (陽極)と、有機 EL層と、低仕事関数の膜からなる電子注入層と、アルミニゥム陰極とを例えば真空蒸着法で順次成膜した構造を持つ。そして、陽極である透明電極と陰極との間に直流電圧を選択的に印加することによって、透明電極から注入されたキャリアとしてのホールと、陰極カゝら注入された電子とが電子注入層を経て移動し、電子とホールとの再結合が生じて、所定波長の発光が生じ、透明基板の側から観察できる。

[0005] 電子注入電極材料つまり陰極材料に求められる特性としては、電子が出易いことである。電子の出易さを示す物理特性として仕事関数があり、アルミニウム (A1)の仕事関数 4. 20-4. 28eVよりも小さな値をした材料が求められる。仕事関数の小さな金属は、アルカリ金属とアルカリ土類金属であり、それらの仕事関数は 4eV未満である。しかし、アルカリ金属とアルカリ土類金属は、活性度が高く空気中では直ぐに酸ィ匕ゃ窒化されるため油中保管が必要である等、取り扱、が面倒である。

[0006] 特許文献 1に、陰極材料に低仕事関数のリチウム (Li)を用いることが開示されて!ヽる。 Liの仕事関数は約 2. 9である。インジウム (In)とリチウムとの合金母材を抵抗力口熱蒸着あるいは電子ビーム法で蒸発させて陰極膜を形成する。陰極膜と有機層との界面からの厚さ OAから 10000Aの範囲にある In— Li合金陰極膜に含まれる Liの濃度を 0. 01wt%力 0. lwt%にすることが好ましいと示されている。

[0007] 特許文献 2に、陰極材料として、アルカリ金属またはアルカリ土類金属の酸ィ匕物あるいはアルカリ金属またはアルカリ土類金属の弗化物を用いること、具体的にはこれらの化合物は、酸化リチウム、フッ化リチウム、フッ化マグネシウムであることが示されている。これらの化合物は絶縁性であるため、 0. 5〜： LOnmの厚さに形成する必要があると開示されている。

[0008] 非常に薄いアルカリ金属、アルカリ土類金属もしくはこれらの化合物の膜と、アルミ二ゥムとを順に真空蒸着して、陰極を形成している。特に、フッ化リチウム (LiF)電子注入層とアルミニウム陰極との組合せが用いられることが多い。絶縁材であるフッ化リチウムを厚く製膜すると電流が流れなくなるため、数 _nmと非常に薄くする必要がある

[0009] 特許文献 3は本発明の発明者が出願したものであり、金属の蒸気圧の差を利用して 1回の蒸着作業で、蒸着初期は 4. 5eVよりも仕事関数が小さくしかも高い蒸気圧の金属で、蒸着終期が電気抵抗が低くしかも低!、蒸気圧の金属からなる傾斜組成の膜およびその膜の蒸着に用いる蒸着材が開示されている。傾斜組成であるため、蒸着終期に用いる金属としてアルミニウム以外に銅、銀、金なども用いることができる。

[0010] 上で述べた特許文献 1と特許文献 2とに記載されている有機 EL素子は、その陰極ある、は陰極と有機 EL層との間に設けられた電子注入層に仕事関数の小さ!/、Liを含有している。しかし、リチウム化合物やリチウム合金の電気抵抗が大きいので電子注入層を薄くするとともに含有する Li量を少なくしているために、有機 EL層へ注入する電子数が少なくなつて有機 EL素子を流れる電流が少なくなるという問題があった。

[0011] 特許文献 3に記載されている有機 EL素子では、有機 EL層の上に直接金属を蒸着しているので、金属の蒸着時に有機 EL層が過熱されて有機 EL層の陰極金属と接する部分が分解するおそれがある。更に、有機 EL層に蒸着した高蒸気圧金属の仕事関数力よりも大きいことが多ぐ LiF電子注入層を陰極とした場合に比して、有機 E L素子を流れる電流が小さくなることがあった。

特許文献 1：特開平 5— 198380号公報

特許文献 2：特開 2001— 203080号公報

特許文献 3 :特開 2004— 010918号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0012] そこで本発明の目的とするところは、電子放出能の大きい陰極を有していて有機 E L層を流れる電流密度を大きくすることができ、発光効率の高い有機 EL素子を提供することである。

[0013] 本発明の他の目的は、陰極素材の一部に製造途中や使用時の取扱いによって酸化や窒化を受けやす、活性の高、金属を用いて、るにもかかわらず、製造や取扱

V、の容易な有機 EL素子を提供することである。

[0014] 本発明の更なる目的は、低い光反射率を持った陰極を有し、映像コントラストの高

V、有機 EL素子を提供することである。

課題を解決するための手段

[0015] 本発明の有機 EL素子は、陽極と、陰極と、それらの間に介装している有機 EL層とを持っている。その陰極は実質的に、有機 EL層に一方の面が接して形成された絶縁性電子注入層と、その絶縁性電子注入層の他の面に蒸着され、 4. OeV未満の仕事関数を持った低仕事関数金属と、 3. ΟΧ10^_6 Ω ·«η未満の比抵抗を持った低比抵抗金属とからなる傾斜組成を持った複合蒸着膜とからなる。絶縁性電子注入層は 0. 5〜5nm厚で、アルカリ金属あるいはアルカリ土類金属の酸化物あるいはフッ化物から構成されている。傾斜組成を持った複合蒸着膜は、絶縁性電子注入層の前記他の面との境界近傍に、低仕事関数金属を 70at. %以上の濃度に含有し、複合蒸着膜の境界の反対面近傍に、低比抵抗金属を 70at. %以上の濃度に含有し、複合蒸着膜の境界近傍力反対面近傍に向力、低仕事関数金属の濃度が次第に低くなつているとともに、低比抵抗金属の濃度が次第に高くなつている。

[0016] 絶縁性電子注入層を構成するアルカリ金属あるいはアルカリ土類金属の酸ィ匕物あるいはフッ化物として、仕事関数が 3. OeV未満のリチウム (Li) ,ナトリウム (Na) ,カリゥム（K) ,セシウム（Cs) ,カルシウム（Ca) ,ストロンチウム（Sr)およびバリウム（Ba)からなる群力選ばれた少なくとも 1種の元素の酸ィ匕物あるいはフッ化物が用いられることが好まし、。アルカリ金属ある、はアルカリ土類金属の酸化物あるいはフッ化物は電気抵抗が極めて大きいので、電子注入層を厚く形成すると有機 EL層を通って流れる電流が小さくなり有機 EL素子の発光効率が低くなるので、 5nm未満の厚さにする必要がある。電子注入層の厚さが 0. 5nm以下となると、電子注入層に含まれているアルカリ金属 Zアルカリ土類金属の原子数が少なくなつて電子放出能が小さくなるので、電子注入層の厚さを 0. 5〜5nmとする。

[0017] 傾斜組成を持った複合蒸着膜が絶縁性電子注入層の上に直接蒸着されており、複合蒸着膜の絶縁性電子注入層との境界近傍に 70at.%以上の濃度の低仕事関数金属を含有している。低仕事関数金属から放出された電子が、電子注入層から放出された電子とともに有機 EL層内に入って、発光に寄与する。

[0018] 複合蒸着膜は、絶縁性電子注入層との境界と反対面近傍には、低比抵抗金属を 7 Oat.%以上の濃度で含んでヽるので、リード線を接続する個所では電気抵抗が低くなっている。そして、複合蒸着膜は、絶縁性電子注入層との境界近傍カゝらその反対面に向かい低仕事関数金属の濃度が次第に低くなり、低比抵抗金属の濃度が次第に高くなつて、るので、次第に電気抵抗が低くなつて、る。

[0019] 本発明の有機 EL素子において、低仕事関数金属はリチウム (Li) ,ナトリウム (Na) ,マグネシウム（Mg) ,カルシウム（Ca) ,ストロンチウム（Sr) , ノリウム（Ba)およびマンガン (Mn)力なる群力選ばれた少なくとも 1種の元素であり、低比抵抗金属は金 (Au) ,銀 (Ag) ,銅 (Cu)およびアルミニウム (A1)からなる群力も選ばれた少なくとも 1種の元素であることが好まし、。 [0020] 複合蒸着膜に含まれている低仕事関数金属が多くなると電子放出能が大となり有機 EL素子に多くの電流が流れるので、低仕事関数金属の量が多!、ことは好ま、。しかし、低仕事関数金属は比較的比抵抗が高ぐ低仕事関数金属が増えると複合蒸着膜の残部として含まれる低比抵抗金属が少なくなつて複合蒸着膜の抵抗が増すので、低仕事関数金属の種類ごとに上限量を設けることが好ましい。低仕事関数金属のうちでも Li, Na, Mgおよび Caは比抵抗が比較的低い元素なので、複合蒸着膜全体の中の平均含有量で 5at.%まで含むことができる。比抵抗の高い Sr、 Baおよび M nは複合蒸着膜全体の中の平均含有量で 0. 8at.%まで含む場合に純アルミニウム膜を用いた場合と比べて多くの電流密度を得ることができる。 Mnは、複合蒸着膜と電子注入層との間に低反射率を持つ界面を形成するので、それを利用する場合は 3 at. %まで含むことができる。これらの低仕事関数金属は複合蒸着膜全体の中に 0. lat.%を超えた量を含有することで、それらの金属を添加した効果が出てくる。

[0021] 本発明の有機 EL素子において、低仕事関数金属が低比抵抗金属よりも高い蒸気圧を持つように選択されて、ることが好ま、。

[0022] この明細書では、低い温度で蒸発する金属を「高蒸気圧」金属、高い温度で蒸発する金属を「低蒸気圧」金属と呼ぶ。低仕事関数金属が低比抵抗金属よりも高い蒸気圧を持っている場合、絶縁性電子注入層の上にこれらの金属を蒸着させるために低仕事関数金属と低比抵抗金属とを同時に加熱すると、低仕事関数金属がより高い蒸気圧を持っているために低仕事関数金属が低比抵抗金属よりも先に気化して電子注入層の上に低仕事関数金属を主に含んでいる層を形成する。より低い蒸気圧を持つて、る低比抵抗金属が続、て気化して、低仕事関数金属を主に含んで、る層の上に、低仕事関数金属と低比抵抗金属との混合物あるいは合金の層が形成される。蒸着層の厚さが厚くなるに従い、蒸着層中の低仕事関数金属の濃度が低くなり、低比抵抗金属の濃度が高くなる。最終的には低比抵抗金属の濃度が 70at. %以上、 1 OOat. %近くになる。このように、低仕事関数金属が低比抵抗金属よりも高い蒸気圧を持っていると、傾斜組成を持った複合蒸着膜を一体的に一度の蒸着作業で形成することができる。

発明の効果 [0023] 本発明の有機 EL素子は、有機 EL層に隣接した陰極として薄、絶縁性電子注入層と傾斜組成を持った複合蒸着膜とからなつており、複合蒸着膜の絶縁性電子注入層との境界近傍に 70at.%以上の濃度に低仕事関数金属を持っているので、低仕事関数金属から放出された電子が電子注入層から放出された電子とともに有機 EL層内に入り有機 EL素子を流れる電流の電流密度を、従来の絶縁性電子注入層だけからなる陰極あるいは低仕事関数金属を有機 EL層に隣接させた陰極を持つ有機 EL 素子よりも大きくすることができて、大きな発光効率を得ることができる。

[0024] また、本発明の有機 EL素子は、酸化や窒化を受けやすい低仕事関数金属が安定な低比抵抗金属層によって覆われて!/、るので、製造途中や使用時の取扱いによって低仕事関数金属が損傷を受けることがな、。

[0025] さらに、低仕事関数金属として Mnを用いている本発明の有機 EL素子においては、絶縁性電子放出層に隣接して傾斜組成を持った複合蒸着膜の Mnリッチ層を有しており、 Mnリッチ層は低い光反射率を持つので、映像コントラストを良くすることができる。

図面の簡単な説明

[0026] [図 1]図 1は、本発明の有機 EL素子を説明するための断面図である。

[図 2]図 2は、実施例 1の有機 EL素子に用いている 1. 66at.%Mg—残部 A1傾斜組成を持った複合蒸着膜の膜厚方向の Mgと A1との組成分布を示すグラフである。

[図 3]図 3は、実施例 1の有機 EL素子、従来例の有機 EL素子 (LiF絶縁性電子注入層と純アルミニウムとを陰極として用いたものと、傾斜組成を持った複合蒸着膜のみを陰極として用いたもの）および比較例の有機 EL素子について、電流密度 (mAZc m²)を印加電圧 (V)との関係で示すグラフである。

[図 4]図 4は、実施例 2の有機 EL素子について、電流密度 (mAZcm²)を印加電圧（ V)との関係で示すグラフである。

[図 5]図 5は、実施例 4の有機 EL素子について、複合蒸着膜中の Mn量をパラメータとして、電流密度 (mAZcm²)を印加電圧 (V)との関係で示すグラフである。

[図 6]図 6は、 Mnをそれぞれ 0. 5at. %、 3. Oat. %、 10. 95at. %含み残部 Alの膜の光反射率を波長との関係で示すグラフである。符号の説明

[0027] 1 陰極

2 絶縁性電子注入層

3 傾斜組成を持った複合蒸着膜

4 有機 EL層

5 陽極

6 透明基板

7 直流電圧

10 有機 EL素子

発明を実施するための最良の形態

[0028] 以下、図面を参照しながら本発明の有機 EL素子を実施例に基づいて詳細に説明する。図 1は有機 EL素子 10の構造模式を示す断面図である。ガラス等の透明基板 6 の上に ITO等の陽極 5、有機 EL層 4、絶縁性電子注入層 2と傾斜組成を持った複合蒸着膜 3とからなる陰極 1の順に積層されている。陽極 5と陰極 1の間に直流電圧 7を印加し、有機 EL層 4を発光させる。

[0029] 以下の実施例の有機 EL素子では、基板 6は 0. 5mm厚のガラス、陽極 5は 300nm 厚の ITO膜、有機 EL層 4は 40nm厚の Alq (8—ヒドロキンキノリンのアルミ錯体）である。

[0030] 絶縁性電子注入層 2は、 0. 5〜5nm厚で、アルカリ金属あるいはアルカリ土類金属の酸ィ匕物ある、はフッ化物力も構成されて、る。アルカリ金属ある、はアルカリ土類金属として、仕事関数が 3. OeV未満の Li, Na, K, Cs, Ca, Srおよび Baの少なくとも 1種を用いるのが好ましぐこれらの酸化物あるいはフッ化物として、 LiFあるいは Cs Oを用いるのがよい。有機 EL層 4上に絶縁性電子注入層 2を真空蒸着で形成する

2

ことができる。以下の実施例では、 2nm厚の LiF層を絶縁性電子注入層 2として用いた。

[0031] 傾斜組成を持った複合蒸着膜 3が絶縁性電子注入層 2の上に蒸着されている。複合蒸着膜 3は、 4. OeV未満の仕事関数を持った低仕事関数金属と、 3. ΟΧ10"⁶ Ω · cm未満の比抵抗を持った低比抵抗金属とから実質的にできている。傾斜組成を持つた複合蒸着膜 3の絶縁性電子注入層 2との境界近傍に低仕事関数金属を 70at. %以上の濃度に含有している。複合蒸着膜 3の反対面すなわち図 1では上面近傍には低比抵抗金属を 70at. %以上の濃度に含有している。それらの間では、複合蒸着膜 3の中で、電子注入層 2から上に向かうにしたがって低仕事関数金属の濃度が次第に低くなつているとともに、低比抵抗金属の濃度が次第に高くなつている。

[0032] 以下の実施例では、傾斜組成を持った複合蒸着膜 3は、低仕事関数金属からなる芯材と、その外周を覆っている低比抵抗金属スリーブとからなる円柱状複合蒸着材を真空中で加熱して、低仕事関数金属と低比抵抗金属とを蒸着して形成した。円柱状複合蒸着材を適当な長さに切断した切断片は、その切断面に低仕事関数金属が見える。低仕事関数金属として低比抵抗金属よりも高い蒸気圧を持つ金属を用いると、低仕事関数金属が低比抵抗金属よりも先に蒸発するので、電子注入層の上に低仕事関数金属の濃度が 70at. %以上となった層が形成される。そして、低い蒸気圧を持つ低比抵抗金属が次に蒸発するので、低仕事関数金属の濃度が次第に低下し、低比抵抗金属の濃度が次第に高くなる。蒸着の終期には低仕事関数金属の蒸気がなくなるので、低比抵抗金属が主になつた組成膜となる。

[0033] 以下に説明する実施例を理解する上で、各金属元素の比抵抗、仕事関数、蒸気圧を参照する必要があると思われるので、それらを表 1に示す。なお、仕事関数の値は光電子仕事関数と熱電子仕事関数との間に差があり、また不純物を含むと変わってくるが、本明細書では平均値的な値を用いる。蒸気圧は、金属材料データ'シート蒸発速度と蒸気圧との関係（出典： Honig, R. E. ： RCA Review, 23, 567 (196 2) )より 10^_4Torrにおける温度を読み取ってヽる。

[0034] [表 1] 金属元素比抵抗仕事関数蒸気圧

xlO- ⁶Ω ι e V °C 低比抵抗金属 Au 2.2 5 1130

Ag 1.62 4.4 830

Cu 1.72 4.3 1030

Al 2.65 4.2 980 低仕事関数アルカリ金 Li 9.4 1.91 360 金属属 a 4.6 2.34 160

アルカリ土 Mg 4.46 3.63 360 類金属 Ca 3.43 2.75 440

Sr 30.7 2.61 370

Ba 15.3 2.71 510 他 Mn 43.1 3.83 720 実施例 1

[0035] 実施例 1の有機 EL素子は上に説明した図 1に示す構造をしており、絶縁性電子注入層として 2nm厚の LiF層を、傾斜組成を持った複合蒸着膜として実質的に 1.66a t. %Mgと残部 Al力なる平均組成膜を用いた。ここで Mgが低仕事関数金属で、 A1 が低比抵抗金属である。膜の平均組成は、蒸着に用いた蒸着材の組成で表している

[0036] ここで形成した傾斜組成を持った複合蒸着膜を蒸着終期面 (上面)から蒸着初期面

(LiF層との境界)まで膜厚方向にオージュで分析した結果を図 2に示す。図 2から、 LiF層との境界近傍 (膜厚 0.2 m近く）では Mgが 70at. %以上の濃度となっており、上面近傍 (膜厚 Ojum近く）では A1が 70at. %以上の濃度となっていることがわかる。またその間では上面に向かうにしたがって Mg濃度が低下し、 A1濃度が上昇している。図 2では、オージュ分析で検出された Mgと A1以外の酸素や窒素等の元素は省いて図示しているので、 Mgと A1との濃度を合計しても lOOat. %にはならない。

[0037] LiF電子注入層上に 1.66at. %Mg—残部 Alの傾斜組成を持った複合蒸着膜を形成した陰極を持つ本発明の有機 EL素子について、有機 EL層の電流密度と陽極と陰極との間に印加した直流電圧との関係を測定して、その結果を図 3に示す。図 3 には、 LiF電子注入層上に純アルミニウム膜を形成した従来の有機 EL素子、 LiF電子注入層を付けずに有機 EL層上に直接 1. 66at. %Mg 残部 A1の傾斜組成を持つた複合蒸着膜を形成した従来の有機 EL素子、および LiF電子注入層上に 6. 62a t. %Mg 残部 A1の傾斜組成を持った複合蒸着膜を形成した比較例の有機 EL素子についても電流密度と印加電圧との関係を併せて示す。

[0038] 本発明の有機 EL素子 (LiF上に 1. 66at. %Mg—残部 A1)では印加電圧が約 5V 力も電流が流れ始めて、従来の有機 EL素子や比較例の有機 EL素子よりも電流密度が大きくなつて、る。 LiF電子注入層を持たな、従来の有機 EL素子では印加電圧が 6V以上になってはじめて電流が流れ始めている。比較例の有機 EL素子では傾斜組成を持った複合蒸着膜のなかに比抵抗の高い Mgを 6. 62at. %と多量に含むことによる抵抗が高くなつたことのために Mgの低仕事関数の効果が失われて、るものと考えられる。 LiF絶縁性電子注入層上に形成した 5. Oat. %Mg 残部 A1の傾斜組成を持った複合蒸着膜の例は図 3に示していないが、その場合は Mgの低仕事関数の効果と Mgの比抵抗の高、ことによる逆効果とが相殺されて、 LiF電子注入層上に純アルミニウム膜を形成した有機 EL素子の特性とほぼ同じとなった。 0. lat. % Mg 残部 A1の傾斜組成を持った複合蒸着膜を有する有機 EL素子の電流密度を別途調べたところ、 LiF絶縁性電子注入層上に純アルミニウム膜を形成した有機 EL 素子の特性を少し超えた程度であった。 0. lat. %Mg 残部 A1の傾斜組成を持つた複合蒸着膜のように Mg含有量の低、場合は、 Mgの比抵抗の高、こと〖こよる影響はほとんどないが、 Mgの低仕事関数の効果もほとんど現れない。そこで Mgは 0. la t. %を超えて含む必要がある。

実施例 2

[0039] 図 1に示す有機 EL素子で、 LiF絶縁性電子注入層の上に形成した傾斜組成を持つた複合蒸着膜を、実施例 1の 1. 66at. %Mg—残部 A1に代えて、 1. 75at. %Mg 残部 Ag、 1. 30at. %Mg 残部 Cu、 1. 60at. %Mg 残部 Auそれぞれとして、それぞれの有機 EL素子について、電流密度と印加電圧との関係を測定した。その結果を図 4のグラフに示している。なお、図 4には 1. 66at. %Mg—残部 A1の場合も比較のために併せて示している。 Ag, Cu, Auを複合蒸着膜の残部成分に用いた場合、 Alを複合蒸着膜の残部成分に用いた場合と同じ傾向の電流密度が得られているので、 Ag, Cu, Auは Alと互換可能であることがわかる。

実施例 3

[0040] 図 1に示す有機 EL素子で、 LiF絶縁性電子注入層の上に形成した傾斜組成を持つた複合蒸着膜を、実施例 1の 1. 66at. %Mg—残部 Alに代えて、 0. 7at. %Li— 残部 Al、 0. 7at. %Na—残部 Al、 0. 7at. %Ca—残部 Al、 0. 7at. %Sr—残部 Al 、 0. 75at. %Ba—残部 Alそれぞれとして、それぞれの有機 EL素子について、陽極と陰極との間に DC10Vの直流電圧を印加して電流密度を測定した。電流密度の測定結果を表 2に示す。

[0041] [表 2]

表 2の電流密度から明らかなように、アルミニウム中に Li, Na, Ca, Sr, Baをそれぞれ約 0. 7at. %含む傾斜組成を持った複合蒸着膜を LiF絶縁性電子注入層の上に設けた有機 EL素子は何れも、図 3のグラフに示す LiF絶縁性電子注入層の上に純アルミニウム膜をつけた陰極をもった従来の有機 EL素子での印加電圧 DC10Vにおける電流密度約 225mAZcm² (図 3のグラフ参照）よりも大きな電流密度を持っている。 Li, Na, Ca, Sr, Baはいずれも仕事関数は 2. 34〜2. 91という低い値なので、比抵抗の違!ヽが電流密度の違レヽとなって現れてレヽるものと考えられる。 Srは比抵抗が A1の比抵抗の約 12倍なので、 0. 7at. %Sr—残部 Alの場合は、 0. 7at. %Li— 残部 Al、 0. 7at. %Na—残部 Alおよび 0. 7at. %Ca—残部 Alそれぞれの傾斜組成を持った複合蒸着膜を LiF絶縁性電子注入層上に持っているものに比して電流密度が小さくなつている。 0. 75at. %Ba—残部 A1の傾斜組成を持った複合蒸着膜では Ba量が上限の 0. 8at. %に近い量含んでいるのと、 Baの比抵抗が大きいので、純アルミニウムの場合の約 225mAZcm²よりも少しだけ高い 250mAZcm²の電流密度となっている。

[0043] この結果力 Li, Na, Ca, Srあるいは Baを含む傾斜組成を持った複合蒸着膜は本発明の有機 EL素子に用いることができることが明らかとなった。なお、複合蒸着膜の中に Li, Na, Ca, Srあるいは Baが 0. lat. %を超えて含まれることで、純アルミ- ゥム膜の場合よりも電流密度が大きくなり低仕事関数の効果が発揮できる。

実施例 4

[0044] 図 1に示す有機 EL素子で、 LiF絶縁性電子注入層の上に形成した傾斜組成を持つた複合蒸着膜を、実施例 1の 1. 66at. %Mg—残部 A1に代えて、 Mn—残部 A1とした。複合蒸着膜の Mn含有量を Oat. %から 10. 95at. %まで変化させたそれぞれの有機 EL素子について、有機 EL層の電流密度と印加した直流電圧との関係を測定して、その結果を図 5に示している。 Mn含有量が 0. 8at. %では電流密度が純ァルミ-ゥム膜 (Mn含有量: Oat. %)の電流密度とほぼ同じとなり、 0. 8at. %を超えた Mn含有量では純アルミニウム膜の場合の電流密度よりも低くなつて、る。 Mn含有量が 3. Oat. %となると電流密度が更に低くなる力 0. 5at. %Mn—残部 A1の傾斜組成を持った複合蒸着膜を LiF絶縁性電子注入層上に設けた有機 EL素子の電流密度の約 1Z2となっており、 LiFを用いていない場合よりもはるかに大きな電流密度となっている。 Mnは 4. OeV未満の仕事関数を持っているので本発明の有機 EL素子の陰極に含むことで電流密度を上げることができる力 Mnの比抵抗が大きいので Mnの持つ低仕事関数効果を有効にするには傾斜組成をもった複合蒸着膜中の M n含有量を 0. 1〜0. 8at. %にする必要がある。 Mnの比抵抗が大きいので、 0. 8at . %を超えて Mnを添加すると Mnの持つ低仕事関数効果はなくなつてしまう。

[0045] しかし、多量の Mnを含有する膜では可視光に対する光反射率が低くなる。膜平均組成で 0. 5at. %—残部 A1, 3. Oat. %—残部 Al、 10. 95at. %—残部 A1それぞれの成分を持つ傾斜組成を持った複合蒸着膜では、蒸着初期に形成された膜部分をォージェ分析した結果それぞれ約 70at. %、約 85at. %、約 90at. %の Mn含有量を持つことが判明した。これらの複合蒸着膜を 400ηπ！〜 700nmの波長について光反射率を測定した結果を図 6に示している。純アルミニウム膜の光反射率を基準として各複合蒸着膜の光反射率を百分率で表している。図 6から、 0. 5at. %—残部 A 1, 3. Oat. %—残部 Al、 10. 95at. %—残部 A1のいずれの場合も可視光領域において低い反射率を持つことがわかる。しかし、 3. Oat. %を超えて Mnを含む傾斜組成を持った複合蒸着膜は図 5に示したように低い電流密度となるので、 3. Oat. %以下の Mnを含むことが好まし!/、。

産業上の利用可能性

以上説明したように、本発明の有機 EL素子は、有機 EL層に隣接した陰極として薄い絶縁性電子注入層と傾斜組成を持った複合蒸着膜とを有するので、有機 EL素子を流れる電流密度を従来のものよりも大きくすることができて、大きな発光効率を得ることができ、応答速度が速ぐ視野角依存性のないフラットパネルディスプレイに用いることが期待される。

Claims

請求の範囲

[1] 陽極と、陰極と、それらの間に介装している有機 EL層とを持っている有機 EL素子において、

前記陰極は、

前記有機 EL層に一方の面が接して形成された絶縁性電子注入層と、

その絶縁性電子注入層の他の面に蒸着され、 4. OeV未満の仕事関数を持った低仕事関数金属と、 3. ΟΧ10^_6 Ω 'cm未満の比抵抗を持った低比抵抗金属とから実質的になる傾斜組成を持った複合蒸着膜とからなり、

前記絶縁性電子注入層は 0. 5〜5nm厚で、アルカリ金属あるいはアルカリ土類金属の酸ィ匕物あるいはフッ化物力構成されており、

傾斜組成を持った前記複合蒸着膜は、

絶縁性電子注入層の前記他の面との境界近傍に、前記低仕事関数金属を 70at. % 以上の濃度に含有し、

複合蒸着膜の前記境界と反対面近傍に、前記低比抵抗金属を 70at. %以上の濃度に含有し、

複合蒸着膜の前記境界近傍から前記反対面近傍に向かい前記低仕事関数金属の濃度が次第に低くなつているとともに、前記低比抵抗金属の濃度が次第に高くなつている

ことを特徴とする有機 EL素子。

[2] 前記低仕事関数金属は Li, Na, Mg, Ca, Sr, Baおよび Mnからなる群力選ばれた少なくとも 1種の元素であり、前記低比抵抗金属は Au, Ag, Cuおよび A1からなる群力選ばれた少なくとも 1種の元素である

請求項 1記載の有機 EL素子。

[3] 前記低仕事関数金属が前記低比抵抗金属よりも高! ゝ蒸気圧を持つ請求項 2記載の有機 EL素子。