WO2011074633A1 - 有機エレクトロルミネッセンス素子 - Google Patents

Abstract

　有機エレクトロルミネッセンス素子は、陽極と、陰極と、アルカリ金属を用いて前記陽極と前記陰極との間に形成される第１の電子注入層と、前記第１の電子注入層と前記陽極との間に形成される電子輸送層と、前記電子輸送層と前記陽極との間に形成される発光層と、を備え、前記第１の電子注入層と前記電子輸送層との間には、第２の電子注入層が形成され、前記第２の電子注入層は、非結晶性無機材料により形成される。

Description

有機エレクトロルミネッセンス素子

　本発明は、例えば、照明光源や液晶表示器用バックライト、フラットパネルディスプレイなどに用いることができる有機エレクトロルミネッセンス素子に関するものである。

　有機エレクトロルミネッセンス素子と称される有機発光素子としては、例えば、透明基板の一表面側に、陽極となる透明電極、ホール輸送層、発光層（有機発光層）、電子注入層、陰極となる電極との積層構造を備えたものが知られている。このような積層構造を有する有機エレクトロルミネッセンス素子では、陽極と陰極との間に電圧を印加することによって、電子注入層を介して発光層に注入された電子と、ホール輸送層を介して発光層に注入されたホールとが、発光層内で再結合して発光が起こり、発光層で発光した光が、透明電極および透明基板を通して取り出される。

　有機エレクトロルミネッセンス素子は、自発光型の発光素子であること、比較的高効率の発光特性を示すこと、各種の色調で発光可能であること、などの特徴を有するものであり、表示装置（例えばフラットパネルディスプレイなどの発光体など）や、光源（例えば液晶表示機器バックライトや照明光源など）としての適用が期待されており、一部では既に実用化されている。

　ここで、有機エレクトロルミネッセンス素子の基本的な積層構造は、陽極／発光層／陰極の積層構造であるが、その他、陽極／ホール輸送層／発光層／電子輸送層／陰極の積層構造、陽極／ホール注入層／ホール輸送層／発光層／電子輸送層／陰極の積層構造、陽極／ホール注入層／発光層／電子輸送層／電子注入層／陰極の積層構造、陽極／ホール注入層／発光層／電子注入層／陰極の積層構造など、種々の積層構造が提案されている。

　ところで、有機エレクトロルミネッセンス素子の発光効率の向上とともに駆動電圧の低減を目的として、上述の積層構造における各層の膜厚や材料を最適化する研究が各所で行われている。この種の研究結果の一例として、有機エレクトロルミネッセンス素子において、発光効率が低く、駆動電圧が高い原因の一つとして、陰極側から発光層への電子注入能力が低いということが挙げられている。つまり、発光層への電子の注入性能を向上させることが、発光効率を高めるとともに駆動電圧を低減する一つの手段であることが知られている。

　そこで、陰極に接触する電子注入層として、仕事関数の小さなアルカリ金属を含む層を設けることによって、発光層への電子注入性能を向上させた有機エレクトロルミネッセンス素子が提案されている（例えば、日本国公開特許公報３５２９５４３，３６９４６５３参照）。

　しかしながら、上記日本国公開特許公報３５２９５４３，３６９４６５３に開示された有機エレクトロルミネッセンス素子のように、陰極に接触する電子注入層としてアルカリ金属を含む層を設けたものにおいても、電子注入性能が必ずしも十分ではなく、より一層の発光効率の向上および駆動電圧の低電圧化が望まれている。

　また、有機エレクトロルミネッセンス素子において、陰極に接触する電子注入層としてアルカリ金属を含む層を設けた構造では、電子注入材料であるアルカリ金属が発光層側へ拡散し、発光効率が低下する問題があることが知られている（宮本隆志、石橋喜代志，「〔特集〕ディスプレイ　（２）有機ＥＬの分析技術」，東レリサーチセンター，ＴＨＥ　ＴＲＣ　ＮＥＷＳ，Ｎｏ．９８，ｐ．１４－１８，２００７年１月参照）。

　本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、発光効率の向上を図れるとともに駆動電圧の低電圧化を図れる有機エレクトロルミネッセンス素子を提供することを目的とするものである。

　本発明に係る有機エレクトロルミネッセンス素子は、陽極と、陰極と、アルカリ金属を用いて前記陽極と前記陰極との間に形成される第１の電子注入層と、前記第１の電子注入層と前記陽極との間に形成される電子輸送層と、前記電子輸送層と前記陽極との間に形成される発光層と、を備え、前記第１の電子注入層と前記電子輸送層との間には、第２の電子注入層が形成され、前記第２の電子注入層は、非結晶性無機材料により形成される。

　好ましくは、前記非結晶性無機材料は、絶縁性無機材料であり、前記第２の電子注入層の平均膜厚は０．３ｎｍ以上３０ｎｍ以下である。

　より好ましくは、前記第２の電子注入層の平均膜厚は０．３ｎｍ以上１０ｎｍ以下である。

　好ましくは、前記非結晶性無機材料は、比抵抗が１×１０⁵Ωｃｍ以上の絶縁性無機材料である。

　あるいは、好ましくは、前記非結晶性無機材料は、比抵抗が１×１０⁵Ωｃｍ未満の導電性無機材料である。

　好ましくは、前記アルカリ金属はリチウムであり、前記非結晶性無機材料はＩＺＯである。

　好ましくは、前記アルカリ金属はセシウムであり、前記非結晶性無機材料はＬｉＦである。

　好ましくは、前記アルカリ金属はリチウムであり、前記非結晶性無機材料はアルミニウムである。

　好ましくは、前記アルカリ金属はルビジウムであり、前記非結晶性無機材料は酸化モリブデンである。

　好ましくは、前記アルカリ金属はリチウムであり、前記非結晶性無機材料はマグネシウムである。

実施形態の有機エレクトロルミネッセンス素子の概略断面図である。 同上の有機エレクトロルミネッセンス素子の他の構成例を示す概略断面図である。 実施例および比較例それぞれの有機エレクトロルミネッセンス素子を駆動した後の分析によるＬｉの深さプロファイル図である。

　本実施形態の有機エレクトロルミネッセンス素子は、図１に示すように、陽極１と陰極２との間に、陰極２側から順に、第１の電子注入層５ａ、第２の電子注入層５ｂ、電子輸送層４、発光層３を備えている。

　本実施形態の有機エレクトロルミネッセンス素子は、陽極１を基板６の一表面側に積層してあり、陽極１における基板６側とは反対側で陰極２が陽極１に対向している。ここにおいて、本実施形態の有機エレクトロルミネッセンス素子では、基板６を透明な基板（透光性基板）により構成し、陽極１を透明電極により構成するとともに陰極２を発光層３からの光を反射する電極により構成してあり、基板６の他表面を光出射面として用いる。

　なお、図１に示した例では、陽極１上に発光層３を形成してあるが、一般的な有機エレクトロルミネッセンス素子と同様、陽極１と発光層３との間に、必要に応じて、ホール注入層、ホール輸送層などを設けてもよい。

　基板６を構成する透光性基板は、無色透明な基板に限らず、多少の着色がなされたものでもよい。ここにおいて、基板６を構成する透光性基板としては、ソーダライムガラス基板や無アルカリガラス基板などのガラス基板を用いているが、ガラス基板に限らず、例えば、ポリエステル、ポリオレフィン、ポリアミド樹脂、エポキシ樹脂、フッ素系樹脂などにより形成されたプラスチックフィルムやプラスチック基板などを用いればよい。ここで、ガラス基板は、すりガラス状のものでもよい。また、基板６は、当該基板６内に当該基板６の母材とは屈折率の異なる粒子、粉体、泡などを含有させることによって、光拡散性を付与したものでもよい。また、基板６を通さずに光を射出させる場合、基板６は、必ずしも光透過性を有するものでなくてもかまわず、有機エレクトロルミネッセンス素子の発光特性、寿命特性などを損なわない限り、任意の材料により形成されたものを使用することができる。特に、通電時の有機エレクトロルミネッセンス素子の発熱による温度上昇を軽減するために、基板６として、熱伝導性の高い材料により形成されたもの（例えば、金属基板、ホーロー基板、ＡｌＮ基板など）を使用すれば、放熱性の向上による高輝度化および長寿命化を図れる。

　ここで、陽極１は、発光層３中にホールを注入するための電極であり、仕事関数の大きい金属、合金、電気伝導性化合物、あるいはこれらの混合物からなる電極材料を用いることが好ましく、陽極１のエネルギー準位とＨＯＭＯ（Highest Occupied Molecular Orbital）準位との差が大きくなりすぎないように仕事関数が４ｅＶ以上６ｅＶ以下のものを用いるのが好ましい。このような陽極１の電極材料としては、例えば、ＣｕＩ、ＩＴＯ、ＳｎＯ₂、ＺｎＯ、ＩＺＯなど、ＰＥＤＯＴ、ポリアニリンなどの導電性高分子および任意のアクセプタなどでドープした導電性高分子、カーボンナノチューブなどの導電性光透過性材料を挙げることができる。ここにおいて、陽極１は、基板６の上記一表面側に、真空蒸着法、スパッタ法、塗布法などによって薄膜として形成すればよい。また、陽極１としてＩＴＯ基板などの導電性を有する透光性基板を用いれば、上述の基板６は特に設ける必要はない。

　また、発光層３において発光した光を陽極１を透過させて外部に放射させるためには、陽極１の光透過率を７０％以上にすることが好ましい。さらに、陽極１のシート抵抗は数百Ω／□以下とすることが好ましく、特に好ましくは１００Ω／□以下とするものである。ここで、陽極１の膜厚は、陽極１の光透過率、シート抵抗などの特性を上記のように制御するために材料により異なるが、５００ｎｍ以下、好ましくは１０～２００ｎｍの範囲で設定するのがよい。

　また、陰極２は、発光層３中に電子を注入するための電極であり、仕事関数の小さい金属、合金、電気伝導性化合物およびこれらの混合物からなる電極材料を用いることが好ましく、陰極２のエネルギー準位とＬＵＭＯ(Lowest Unoccupied Molecular Orbital)準位との差が大きくなりすぎないように仕事関数が１．９ｅＶ以上５ｅＶ以下のものを用いるのが好ましい。このような陰極２の電極材料としては、例えば、アルミニウム、銀、マグネシウムなど、およびこれらと他の金属との合金、例えばマグネシウム－銀混合物、マグネシウム－インジウム混合物、アルミニウム－リチウム合金を例として挙げることができる。また、金属の導電材料、金属酸化物など、およびこれらと他の金属との混合物、例えば、Ａｌ₂Ｏ₃からなる極薄膜（ここでは、トンネル注入により電子を流すことが可能な１ｎｍ以下の薄膜）とＡｌからなる薄膜との積層膜なども使用可能である。また、ＩＴＯ、ＩＺＯなどに代表される透明電極を用い、陰極２側から光を取りだす構成としてもよい。

　上述の陰極２は、例えば、真空蒸着法やスパッタ法などにより薄膜として形成することができる。また、発光層３おいて発光した光を陽極１側から取り出す場合には、陰極２の光透過率を１０％以下にすることが好ましい。これに対し、陰極２を透明電極として陰極２側から光を取りだす場合（陽極１と陰極２との両方から光を取り出す場合も含む）には、陰極２の光透過率を７０％以上にすることが好ましい。この場合の陰極２の膜厚は、陰極２の光透過率などの特性を制御するために材料により異なるが、５００ｎｍ以下、好ましくは１００～２００ｎｍの範囲で設定するのがよい。

　発光層３の材料としては、有機エレクトロルミネッセンス素子用の材料として知られる任意の材料が使用可能である。例えばアントラセン、ナフタレン、ピレン、テトラセン、コロネン、ペリレン、フタロペリレン、ナフタロペリレン、ジフェニルブタジエン、テトラフェニルブタジエン、クマリン、オキサジアゾール、ビスベンゾキサゾリン、ビススチリル、シクロペンタジエン、キノリン金属錯体、トリス（８－ヒドロキシキノリナート）アルミニウム錯体、トリス（４－メチル－８－キノリナート）アルミニウム錯体、トリス（５－フェニル－８－キノリナート）アルミニウム錯体、アミノキノリン金属錯体、ベンゾキノリン金属錯体、トリ－（ｐ－ターフェニル－４－イル）アミン、１－アリール－２，５－ジ（２－チエニル）ピロール誘導体、ピラン、キナクリドン、ルブレン、ジスチリルベンゼン誘導体、ジスチリルアリーレン誘導体、ジスチリルアミン誘導体および各種蛍光色素など、上述の材料系およびその誘導体を始めとするものが挙げられるが、これらに限定するものではない。また、これらの化合物のうちから選択される発光材料を適宜混合して用いることも好ましい。また、上記化合物に代表される蛍光発光を生じる化合物のみならず、スピン多重項からの発光を示す材料系、例えば燐光発光を生じる燐光発光材料、およびそれらからなる部位を分子内の一部に有する化合物も好適に用いることができる。また、これらの材料からなる発光層は、蒸着法、転写法などの乾式プロセスによって成膜しても良いし、スピンコート法、スプレーコート法、ダイコート法、グラビア印刷法など、湿式プロセスによって成膜するものであってもよい。

　上述のホール注入層に用いられる材料は、ホール注入性の有機材料、金属酸化物、いわゆるアクセプタ系の有機材料あるいは無機材料、ｐ－ドープ層などを用いて形成することができる。ホール注入性の有機材料とは、ホール輸送性を有し、また仕事関数が５．０～６．０ｅＶ程度であり、陽極１との強固な密着性を示す材料などがその例であり、例えば、ＣｕＰｃ、スターバーストアミンなどがその例である。また、ホール注入性の金属酸化物とは、例えば、モリブデン、レニウム、タングステン、バナジウム、亜鉛、インジウム、スズ、ガリウム、チタン、アルミニウムのいずれかを含有する金属酸化物である。また、１種の金属のみの酸化物ではなく、例えばインジウムとスズ、インジウムと亜鉛、アルミニウムとガリウム、ガリウムと亜鉛、チタンとニオブなど、上記のいずれかの金属を含有する複数の金属の酸化物であっても良い。また、これらの材料からなるホール注入層は、蒸着法、転写法などの乾式プロセスによって成膜しても良いし、スピンコート法、スプレーコート法、ダイコート法、グラビア印刷法などの湿式プロセスによって成膜するものであってもよい。

　また、ホール輸送層に用いる材料は、例えば、ホール輸送性を有する化合物の群から選定することができる。この種の化合物としては、例えば、４，４’－ビス［Ｎ－（ナフチル）－Ｎ－フェニル－アミノ］ビフェニル（α－ＮＰＤ）、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（ＴＰＤ）、２－ＴＮＡＴＡ、４，４’，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（ＭＴＤＡＴＡ）、４，４’－Ｎ，Ｎ’－ジカルバゾールビフェニル（ＣＢＰ）、スピロ－ＮＰＤ、スピロ－ＴＰＤ、スピロ－ＴＡＤ、ＴＮＢなどを代表例とする、アリールアミン系化合物、カルバゾール基を含むアミン化合物、フルオレン誘導体を含むアミン化合物などを挙げることができるが、一般に知られる任意のホール輸送材料を用いることが可能である。

　また、電子輸送層４に用いる材料は、電子輸送性を有する化合物の群から選定することができる。この種の化合物としては、Ａｌｑ₃等の電子輸送性材料として知られる金属錯体や、フェナントロリン誘導体、ピリジン誘導体、テトラジン誘導体、オキサジアゾール誘導体などのヘテロ環を有する化合物などが挙げられるが、この限りではなく、一般に知られる任意の電子輸送材料を用いることが可能である。

　ところで、上述の第１の電子注入層５ａおよび第２の電子注入層５ｂは、陰極２から発光層３への電子の注入を容易にするための層である。

　ここにおいて、第１の電子注入層５ａの材料は、リチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、セシウムなどのアルカリ金属に限定される。

　一方、第２の電子注入層５ｂは、絶縁性無機材料を用いて形成することができる。絶縁性無機材料としては、比抵抗が１×１０⁵Ωｃｍ以上であれば、特に限定されないが、例えば、フッ化リチウムやフッ化マグネシウムなどの金属フッ化物、塩化ナトリウム、塩化マグネシウムなどに代表される金属塩化物などの金属ハロゲン化物や、アルミニウム、コバルト、ジルコニウム、チタン、バナジウム、ニオブ、クロム、タンタル、タングステン、マンガン、モリブデン、ルテニウム、鉄、ニッケル、銅、ガリウム、亜鉛、Ｓｉなどの各種金属の酸化物、窒化物、炭化物、酸化窒化物など、例えばＡｌ₂Ｏ₃、ＭｇＯ、酸化鉄、ＡｌＮ、ＳｉＮ、ＳｉＣ、ＳｉＯＮ、ＢＮなどの絶縁物となるものや、ＳｉＯ₂やＳｉＯなどをはじめとする珪素化合物、炭素化合物などから任意に選択して用いることができる。これらの材料は、真空蒸着法やスパッタ法などにより形成することで薄膜状に形成することができる。

　第２の電子注入層５ｂの材料として絶縁性無機材料を採用する場合、第２の電子注入層５ｂの成膜時の膜厚は、０．３ｎｍ～３０ｎｍで設定すればよいが、より好ましくは１０ｎｍ以下である。第２の電子注入層５ｂの成膜時の膜厚を１０ｎｍ以下にすることにより、第２の電子注入層５ｂの電気抵抗を無視できるレベルまで小さくすることができ、駆動電圧を低下させることができる。なお、第２の電子注入層５ｂの成膜時の膜厚は、例えば、蒸着装置を用いて第２の電子注入層５ｂを成膜するような場合には、水晶振動子にて計測される値であって、平均膜厚である。要するに、第２の電子注入層５ｂは、成膜時の膜厚が小さい場合（例えば、０．５ｎｍ以下の場合）、連続膜状とならずに島状となる可能性もあるが、必ずしも連続膜状となる必要はない。

　また、第２の電子注入層５ｂは、絶縁性無機材料に限らず、導電性無機材料を用いて形成してもよい。導電性無機材料としては、比抵抗が１×１０⁵Ωｃｍ未満であれば、特に限定されないが、例えば、金属、電気伝導性化合物などから適宜選定して形成することができる。このような導電性無機材料としては、例えば、アルミニウム、コバルト、ジルコニウム、チタン、バナジウム、ニオブ、クロム、タンタル、タングステン、マンガン、モリブデン、ルテニウム、鉄、ニッケル、銅、ガリウム、亜鉛、マグネシウムなどの各種金属、ＩＴＯ、ＳｎＯ₂、ＺｎＯ、ＩＺＯなどを挙げることができる。

　第２の電子注入層５ｂの材料として導電性無機材料を採用する場合、第２の電子注入層５ｂの成膜時の膜厚は、０．３ｎｍ～５０ｎｍで設定すればよい。また、第２の電子注入層５ｂの電気抵抗に起因して有機エレクトロルミネッセンス素子の発光特性等が損なわれなければ、第２の電子注入層５ｂの膜厚を５０ｎｍよりも大きな値としてもよい。

　第２の電子注入層５ｂの材料として絶縁性無機材料と導電性無機材料とのいずれを採用する場合にも、重要なのは、第２の電子注入層５ｂが非結晶性無機材料から構成される点である。このような第２の電子注入層５ｂは、上述の絶縁性無機材料や導電性無機材料をアモルファス状の薄膜（連続膜に限定するものではない）が形成されるような成膜条件で成膜することにより形成すればよい。また、第２の電子注入層５ｂの材料としては、上述の材料以外に、アモルファスＳｉ、アモルファスＧｅなど、アモルファス金属も採用可能である。

　以上説明した本実施形態の有機エレクトロルミネッセンス素子では、陽極１と陰極２との間に、少なくとも、陽極１側から順に、発光層３、電子輸送層４、第２の電子注入層５ｂ、第１の電子注入層５ａを備え、陰極２側の第１の電子注入層５ａが、アルカリ金属からなり、電子輸送層４側の第２の電子注入層５ｂが、非結晶性無機材料からなる。

　すなわち、本実施形態の有機エレクトロルミネッセンス素子は、陽極１と、陰極２と、アルカリ金属を用いて陽極１と陰極２との間に形成される第１の電子注入層５ａと、第１の電子注入層５ａと陽極１との間に形成される電子輸送層４と、電子輸送層４と陽極１との間に形成される発光層３と、を備える。第１の電子注入層５ａと電子輸送層４との間には第２の電子注入層５ｂが形成され、第２の電子注入層５ｂは非結晶性無機材料により形成される。

　以上述べた本実施形態の有機エレクトロルミネッセンス素子によれば、電子注入性能を向上させつつ第１の電子注入層５ａから陽極１側（図１に示した例では、発光層３側）へのアルカリ金属の拡散を抑制することができ、発光効率の向上を図れるとともに駆動電圧の低電圧化を図れる。しかも、本実施形態の有機エレクトロルミネッセンス素子によれば、第２の電子注入層５ｂが非結晶性無機材料からなるので、第２の電子注入層５ｂを蒸着法により形成することが可能であり、製造が容易になるとともに製造コストの低減を図れる。ここにおいて、本実施形態の有機エレクトロルミネッセンス素子では、上述のように第２の電子注入層５ｂの材料として非結晶性無機材料を用いているので、結晶性無機材料に比べて蒸着が容易であるという利点や、第２の電子注入層５ｂとして形成した膜の導電率の異方性がなく、第２の電子注入層５ｂの面内で導電率のばらつきが発生するのを防止でき、発光むらの発生を抑制できるという利点や、第２の電子注入層５ｂの膜応力が小さく、第１の電子注入層５ａおよび電子輸送層４との密着性が向上して剥れにくくなり、長期信頼性が向上する（特に、基板６としてフレキシブル基板のような可撓性の基板６を用いている場合に効果が大きい）とともに、駆動電圧の低電圧化を図れる。

　また、第２の電子注入層５ｂの非結晶性無機材料として、絶縁性無機材料を採用する場合、第２の電子注入層５ｂの平均膜厚を０．３ｎｍ以上３０ｎｍ以下にすれば、第２の電子注入層５ｂの電気抵抗に起因した駆動電圧の上昇を防止することができる。

　ところで、本発明の有機エレクトロルミネッセンス素子の積層構造などは、本発明の技術思想に反しない限り適宜変更可能であり、上述のように、図１の積層構造に限らず、ホール注入層やホール輸送層を必要に応じて適宜設けてもよい。また、陽極１と陰極２の間に、複数の発光層３を備えていてもよい（例えば、複数の発光層３として、青色正孔輸送性発光層と、緑色電子輸送性発光層と、赤色電子輸送性発光層との積層構造を備えてもよいし、青色電子輸送性発光層と緑色電子輸送性発光層と赤色電子輸送性発光層との積層構造を備えてもよい）し、基板６以外の積層構造を複数積層した構成であってもよい。

　また、図２に示す他の構成例のように、陽極１と陰極２との間において厚み方向において離間して２つの発光層３ａ，３ｂを備えるようにし、陽極１に近い側の発光層３ａと陰極２に近い側の発光層３ｂとの間で、陰極２に近い側から順に、第１の電子注入層５ａ、第２の電子注入層５ｂを備えるようにしてもよい。なお、各発光層３ａ，３ｂの材料としては、上述の発光層３として適用可能な材料から適宜選択すればよい。

　図２の構成例の有機エレクトロルミネッセンス素子によれば、陽極１に近い側の発光層３ａへの電子注入性を向上させることができ、発光効率を向上できるとともに、駆動電圧の低電圧化を図れる。なお、図２の構成例においても、必要に応じてホール注入層、ホール輸送層などを設けてもよい。

　（実施例１）
　本実施例の有機エレクトロルミネッセンス素子は、図１に示した構成において、陽極１と発光層３との間にホール注入層（図示せず）とホール輸送層（図示せず）との積層構造を有している。

　本実施例の有機エレクトロルミネッセンス素子の製造にあたっては、陽極１として、厚み：１５０ｎｍ、平面サイズ：５ｍｍ×５ｍｍ、シート抵抗：約１０Ω／□のＩＴＯ膜が成膜された、０．７ｍｍ厚のガラス製の基板６を用意した。そして、まず、この基板６を、洗剤、イオン交換水、アセトンで各１０分間ずつ超音波洗浄し、その後、ＩＰＡ（イソプロピルアルコール）で蒸気洗浄して乾燥し、さらにＵＶとＯ₃とによる表面清浄化処理を施した。

　次に、この基板６を真空蒸着装置のチャンバ内に配置し、１×１０^-4Ｐａ以下の減圧雰囲気下で、陽極１上に、４，４’－ビス［Ｎ－（ナフチル）－Ｎ－フェニル－アミノ］ビフェニル（α－ＮＰＤ）と酸化モリブデン（ＭｏＯ３）の共蒸着体（モル比１：１）を３０ｎｍの膜厚でホール注入層として成膜した。続いて、ホール注入層上に、α－ＮＰＤを３０ｎｍの膜厚でホール輸送層として成膜した。次いで、このホール輸送層上に、Ａｌｑ₃に対するキナクリドンの割合を３質量％として共蒸着することで３０ｎｍの膜厚の発光層３を成膜した。続いて、この発光層３上に、ＢＣＰを６０ｎｍの膜厚で電子輸送層４として成膜した。その後、電子輸送層４上に、ＩＺＯを４０ｎｍの膜厚で第２の電子注入層５ｂとして成膜し、次に、第２の電子注入層５ｂ上にリチウムを１ｎｍの膜厚で第１の電子注入層５ａとして成膜した。次に、第１の電子注入層５ａ上にアルミニウムを１００ｎｍの膜厚で陰極２として成膜した。なお、陰極２の蒸着速度は、０．４ｎｍ／ｓとした。

　（実施例２）
　本実施例の有機エレクトロルミネッセンス素子は、実施例１の有機エレクトロルミネッセンス素子と基本構成は同じであり、第２の電子注入層５ｂおよび第１の電子注入層５ａの材料や膜厚が相違する。

　本実施例の有機エレクトロルミネッセンス素子の製造にあたっては、発光層３上の電子輸送層４上に、抵抗加熱蒸着法により、ＬｉＦを１ｎｍの膜厚で第２の電子注入層５ｂとして成膜し、次に、第２の電子注入層５ｂ上にセシウムを１ｎｍの膜厚で第１の電子注入層５ａとして成膜した点のみが実施例１と相違するだけである。

　（実施例３）
　本実施例の有機エレクトロルミネッセンス素子は、実施例１の有機エレクトロルミネッセンス素子と基本構成は同じであり、第２の電子注入層５ｂおよび第１の電子注入層５ａの材料や膜厚が相違する。

　本実施例の有機エレクトロルミネッセンス素子の製造にあたっては、発光層３上の電子輸送層４上に、抵抗加熱蒸着法により、アルミニウムを２ｎｍの膜厚で第２の電子注入層５ｂとして成膜し、次に、第２の電子注入層５ｂ上にカリウムを３ｎｍの膜厚で第１の電子注入層５ａとして成膜した点のみが実施例１と相違するだけである。

　（実施例４）
　本実施例の有機エレクトロルミネッセンス素子は、図２に示した構成に加えて、第１の電子注入層５ａと陰極２に近い側の発光層３ｂとの間にホール輸送層（図示せず）と、当該発光層３ｂと陰極２との間に電子輸送層と電子注入層との積層構造とを有している。

　本実施例の有機エレクトロルミネッセンス素子の製造にあたっては、実施例１と同様、陽極１として、厚み：１５０ｎｍ、平面サイズ：５ｍｍ×５ｍｍ、シート抵抗：約１０Ω／□のＩＴＯ膜が成膜された、０．７ｍｍ厚のガラス製の基板６を用意した。そして、まず、この基板６を、洗剤、イオン交換水、アセトンで各１０分間ずつ超音波洗浄し、その後、ＩＰＡ（イソプロピルアルコール）で蒸気洗浄して乾燥し、さらにＵＶとＯ₃とによる表面清浄化処理を施した。

　次に、この基板６を真空蒸着装置のチャンバ内に配置し、１×１０^-4Ｐａ以下の減圧雰囲気下で、陽極１上に、４，４’－ビス［Ｎ－（ナフチル）－Ｎ－フェニル－アミノ］ビフェニル（α－ＮＰＤ）と酸化モリブデン（ＭｏＯ₃）の共蒸着体（モル比１：１）を３０ｎｍの膜厚でホール注入層として成膜した。続いて、第１のホール注入層上に、α－ＮＰＤを３０ｎｍの膜厚でホール輸送層（以下、第１のホール輸送層と称する）として成膜した。次いで、この第１のホール輸送層上に、Ａｌｑ₃に対するキナクリドンの割合を３質量％として共蒸着することで３０ｎｍの膜厚の発光層３ａ（以下、第１の発光層３ａと称する）を成膜した。続いて、この第１の発光層３ａ上に、ＢＣＰを６０ｎｍの膜厚で電子輸送層４として成膜した。その後、電子輸送層４の上に、酸化モリブデンを２ｎｍの膜厚で第２の電子注入層５ｂとして成膜し、次に、第２の電子注入層５ｂ上にルビジウムを１ｎｍの膜厚で第１の電子注入層５ａとして成膜した。次に、第１の電子注入層５ａ上に、α－ＮＰＤを４０ｎｍの膜厚でホール輸送層（以下、第２のホール輸送層と称する）として成膜し、第２のホール輸送層上にＡｌｑ₃に対するキナクリドンの割合を７質量％として共蒸着することで３０ｎｍの膜厚の発光層３ｂ（以下、第２の発光層３ｂと称する）を成膜した。その後、第２の発光層３ｂ上に、ＢＣＰを４０ｎｍの膜厚で電子輸送層として成膜し、続いて、ＬｉＦを０．５ｎｍの膜厚で電子注入層として成膜した。更にその後、アルミニウムを１００ｎｍの膜厚で陰極２として成膜した。なお、陰極２の蒸着速度は、０．４ｎｍ／ｓとした。

　（実施例５）
　本実施例の有機エレクトロルミネッセンス素子は、実施例１の有機エレクトロルミネッセンス素子と基本構成は同じであり、第２の電子注入層５ｂおよび第１の電子注入層５ａの材料や膜厚が相違する。

　本実施例の有機エレクトロルミネッセンス素子の製造にあたっては、発光層３上の電子輸送層４上に、抵抗加熱蒸着法により、アルミニウムを２ｎｍの膜厚で第２の電子注入層５ｂとして成膜し、次に、第２の電子注入層５ｂ上にリチウムを１ｎｍの膜厚で第１の電子注入層５ａとして成膜した点のみが実施例１と相違するだけである。

　（実施例６）
　本実施例の有機エレクトロルミネッセンス素子は、実施例１の有機エレクトロルミネッセンス素子と基本構成は同じであり、第２の電子注入層５ｂおよび第１の電子注入層５ａの材料や膜厚が相違する。

　本実施例の有機エレクトロルミネッセンス素子の製造にあたっては、発光層３上の電子輸送層４上に、抵抗加熱蒸着法により、マグネシウムを２ｎｍの膜厚で第２の電子注入層５ｂとして成膜し、次に、第２の電子注入層５ｂ上にリチウムを１ｎｍの膜厚で第１の電子注入層５ａとして成膜した点のみが実施例１と相違するだけである。

　（比較例１）
　実施例１と略同じ構成で、第２の電子注入層５ｂを備えていない点のみが相違する有機エレクトロルミネッセンス素子を比較例１として製造した。

　上述の実施例１および比較例１それぞれの有機エレクトロルミネッセンス素子に電流密度が１０ｍＡ／ｃｍ²の電流を流したときの駆動電圧および発光効率を測定した結果を下記表１に示す。

　表１から、比較例１と比較して、実施例１の方が、駆動電圧が低下し、発光効率が向上していることが分かる。

　また、実施例１および比較例１それぞれの有機エレクトロルミネッセンス素子中のＬｉ元素の深さプロファイルをＳＩＭＳ（Secondary Ion Mass Spectroscopy）により分析した結果を図３に示す。ここで、図３の縦軸は相対強度（Relative　Intensity）、横軸は、陽極１における陰極２との対向面からの相対深さ（Normalized　Position）であって、相対深さが０の位置が陽極１と上記ホール注入層との界面の位置に相当し、相対深さが１．１の位置が第１の電子注入層５ａと陰極２との界面の位置に相当しており、同図中に実線で示す「Ｘ」が実施例１の深さプロファイル、破線で示す「Ｙ」が比較例１の深さプロファイルである。図３から、比較例１と比較して、実施例１では陽極１側へのＬｉの拡散が抑制されていることが確認された。

　以上のように、実施例１の有機エレクトロルミネッセンス素子によれば、比較例１の有機エレクトロルミネッセンス素子に比べて、発光層３への電子注入性能を向上させつつ、アルカリ金属の拡散を抑制することにより、発光効率を高めるとともに駆動電圧を低下させることが実現されることが確認された。

Claims (10)

1. 　陽極と、
   　陰極と、
   　アルカリ金属を用いて前記陽極と前記陰極との間に形成される第１の電子注入層と、
   　前記第１の電子注入層と前記陽極との間に形成される電子輸送層と、
   　前記電子輸送層と前記陽極との間に形成される発光層と、を備え、
   　前記第１の電子注入層と前記電子輸送層との間には、第２の電子注入層が形成され、
   　前記第２の電子注入層は、非結晶性無機材料により形成される
   　ことを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子。
2. 　前記非結晶性無機材料は、絶縁性無機材料であり、
   　前記第２の電子注入層の平均膜厚は０．３ｎｍ以上３０ｎｍ以下である
   　ことを特徴とする請求項１記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
3. 　前記第２の電子注入層の平均膜厚は０．３ｎｍ以上１０ｎｍ以下である
   　ことを特徴とする請求項２記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
4. 　前記非結晶性無機材料は、比抵抗が１×１０⁵Ωｃｍ以上の絶縁性無機材料である
   　ことを特徴とする請求項１記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
5. 　前記非結晶性無機材料は、比抵抗が１×１０⁵Ωｃｍ未満の導電性無機材料である
   　ことを特徴とする請求項１記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
6. 　前記アルカリ金属はリチウムであり、
   　前記非結晶性無機材料はＩＺＯである
   　ことを特徴とする請求項１または５記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
7. 　前記アルカリ金属はセシウムであり、
   　前記非結晶性無機材料はＬｉＦである
   　ことを特徴とする請求項１～４のうちいずれか１項記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
8. 　前記アルカリ金属はリチウムであり、
   　前記非結晶性無機材料はアルミニウムである
   　ことを特徴とする請求項１または５記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
9. 　前記アルカリ金属はルビジウムであり、
   　前記非結晶性無機材料は酸化モリブデンである
   　ことを特徴とする請求項１～４のうちいずれか１項記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
10. 　前記アルカリ金属はリチウムであり、
    　前記非結晶性無機材料はマグネシウムである
    　ことを特徴とする請求項１または５記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。

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