(57)【要約】【課題】  本発明は、電子注入効率に優れるとともに、さらに、発光素子の起動電圧が低く、輝度と効率が高い等のうちの少なくともいずれかの優れた性能を有する有機ＥＬ素子を提供することを課題とする。【解決手段】  陰極と有機層との間に、少なくとも電子注入層を備え、該電子注入層が式ＡxＢyＯz（但し、Ａはアルカリ金属またはアルカリ土類金属元素のいずれか一種であり、Ｂは第ＶＩＩＩ族金属元素のうちのいずれか一種であり、０＜ｘ≦２、０＜ｙ≦３、０＜ｚ≦６である）で示される材料を含有す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。【選択図】  図１
2006196861.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
陰極と有機層との間に、少なくとも電子注入層を備え、該電子注入層が式ＡxＢyＯz（但し、Ａはアルカリ金属またはアルカリ土類金属元素のいずれか一種であり、Ｂは第ＶＩＩＩ族金属元素のうちのいずれか一種であり、０＜ｘ≦２、０＜ｙ≦３、０＜ｚ≦６である）で示される材料を含有す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。
【請求項２】
電子注入層の厚さが、０．５〜２０ｎｍであることを特徴とする請求項１に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項３】
前記のＡが、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓ、Ｂｅ、Ｍｇ、Ｃａ、ＳｒまたはＢａの中の１種の材料を採用することを特徴とする請求項１に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項４】
前記のＢが、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｏｓ、ＩｒまたはＰｔの中の１種の材料を採用することを特徴とする請求項１に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項５】
前記の式ＡxＢyＯzが、ＬｉＮｉＯ2であることを特徴とする請求項１に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項６】
前記の式ＡxＢyＯzが、ＬｉＣｏＯ2であることを特徴とする請求項１に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項７】
前記電子注入層は、アルミニウムと式ＡxＢyＯzの材料で構成されることを特徴とする請求項１に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）素子に関し、特に有機ＥＬ素子中の電子注入層に特徴を有する有機ＥＬ素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
有機ＥＬ素子において、駆動電圧の低下と、正孔と電子の注入能力をバランスさせるためには、電子の注入能力と輸送効率を高めることを必要とする。
【０００３】
有機ＥＬ素子において、低仕事関数の金属を陰極とすれば、効率的に電子注入を行なえるようになる。しかし、低仕事関数の金属はあまりにも活性で、水や酸素と反応しやすい。また一方で、陰極と有機層との間に、無機化合物からなる電子注入層（例えば、ＬｉＦ／Ａｌは電子注入能力の優良な陰極構造の一種である）を設けることによって駆動電圧を改善することは、ＯＬＥＤ製品に広く応用される。しかし、ハロゲン族元素に属する原子が存在するため、素子の発光につき消光がおきる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
そこで、本発明は、電子注入性能のより良い電子注入材料を備えた有機ＥＬ素子を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の有機ＥＬ素子は、陰極と有機層の間に少なくとも一つの電子注入層を備え、該電子注入層は式ＡxＢyＯzで示される材料を含有することを特徴とする。ここで、Ａはアルカリ金属またはアルカリ土類金属元素のいずれか一種であり、Ｂは第ＶＩＩＩ族金属元素のうちのいずれか一種であり、０＜ｘ≦２、０＜ｙ≦３、０＜ｚ≦６である。
【０００６】
電子注入層の好ましい厚さは０．５〜２０ｎｍであり、アルカリ金属またはアルカリ土類金属元素としては、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓ、Ｂｅ、Ｍｇ、Ｃａ、ＳｒまたはＢａの中の１種の材料を採用できる。また、第ＶＩＩＩ族金属元素としては、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｏｓ、ＩｒまたはＰｔの中の１種の材料を採用できる。
【０００７】
電子注入層材料としては、ＬｉＮｉＯ2やＬｉＣｏＯ2が好ましい。
【０００８】
電子注入層は、好ましくはアルミニウムおよび式ＡxＢyＯzの材料で構成できる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の有機ＥＬ素子は、陰極から有機層への電子注入効率が高く、さらに低い起動電圧、発光素子の高輝度、高発光効率、長寿命のうち少なくともいずれかの優れた効果を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
１．まず、本発明の好ましい実施態様の一つを示す図１を用いて、本発明の有機ＥＬ素子の好ましい態様における各層の構成と作用について説明する。
【００１１】
有機ＥＬ素子の基板（１０１）は、他の各層を支持する。
【００１２】
有機ＥＬ素子に電圧を印加すると、陽極（１０２）から正孔が発生する。
【００１３】
正孔注入層（１０３）は、正孔を陽極から有機層へ注入する効率を高める作用を有する。
【００１４】
正孔輸送層（１０４）は、正孔を陽極から発光層へ輸送する作用を有する。
【００１５】
発光層（１０５）は、正孔と電子とが再結合する場を提供する。
【００１６】
電子輸送層（１０６）は、電子を陰極から有機層に輸送する作用を有する。
【００１７】
有機ＥＬ素子に電圧を印加すると、電子が陰極（１０８）から発生する。
【００１８】
図１の実施態様では、電子注入層１０７は、電子輸送層（１０６）の上に形成され、電子を、陰極から有機層へ注入する効率を高める作用を有する。
【００１９】
なお、有機ＥＬ素子の前記各層の機能、材料及び作製のプロセスについては、当業者に周知の事項であるため、それらの詳細は省略する。
【００２０】
２．本発明において、電子注入層は式ＡxＢyＯzで示される材料を含有する。ここで、Ａはアルカリ金属またはアルカリ土類金属元素のいずれか一種であり、Ｂは第ＶＩＩＩ族金属元素のうちのいずれか一種であり、０＜ｘ≦２、０＜ｙ≦３、０＜ｚ≦６である。
【００２１】
該電子注入層は、発光層（１０５）または電子輸送層（１０６）の上に前記材料を蒸着することで構成され、その好ましい厚みは０．５〜２０ｎｍである。電子注入層の形成し易さの観点から０．５ｎｍ以上であることが好ましく、電子を注ぎ込む効果の観点から２０ｎｍ以下が好ましい。しかし、この範囲以外の厚みでも依然として用いることができることは理解すべきである。
【００２２】
前記式ＡxＢyＯzで示される材料中のＢは、第ＶＩＩＩ族金属元素のうちのいずれか一種である。該第ＶＩＩＩ族金属元素は、極めて重要な遷移金属元素であり、その電子配列は、最外殻ｓ電子の数と内殻のｄ電子の数をあわせると８より大きいという特殊性がある。該第ＶＩＩＩ族金属元素は、価数が変化するという特徴を持つことから、該第ＶＩＩＩ族金属元素とアルカリ金属またはアルカリ土類金属元素との複合酸化物は、高い電子注入能力をもつことができる。
【００２３】
また、図１に示したＯＬＥＤ積層構造は、好ましい実施態様の一例を示したものにすぎず、正孔注入層（１０３）、正孔輸送層（１０４）および電子輸送層（１０６）は用いなくても、有機発光素子を作製することができる。本発明で重要なのは、陰極と有機層の間に式ＡxＢyＯzで示される材料を含有する電子注入層を備えることである。
【００２４】
ここで、有機層とは有機化合物からなる層をいい、好ましくは有機発光層をいい、これには発光層のみならず、正孔輸送層や電子輸送層等も含めた多層とすることができる（実施例１参照）。
【００２５】
以下に、好ましい実施例を示して、本発明の内容をより詳細に説明する。
【００２６】
もっとも、本発明はこれらの実施例や図に示される態様に限定されるものではなく、例えば、光を基板の上側に送る有機発光素子にも適用できる。
【００２７】
本発明の技術分野における当業者に容易に行なうことのできる本発明の構成の各種改変も、本発明の請求項の範囲に含まれる。
【実施例】
【００２８】
まず、以下の実施例、比較例で使用される材料（Ａｌｑ3、ＮＰＢ、ＣｕＰｃ、ＤＮＴＰＤ、ＴＡＤＮ、Ｃ５４５Ｔ）の構造を以下に示す。
【００２９】
【表１−１】
2006196861.tif 000003
【００３０】
【表１−２】
2006196861.tif 000004
【００３１】
（実施例１）
ＩＴＯ／ＣｕＰｃ（１５ｎｍ）／ＮＰＢ（６０ｎｍ）／ＴＡＤＮ（４０ｎｍ）／Ａｌｑ3（１０ｎｍ）／ＬｉＣｏＯ2（０．７ｎｍ）／Ａｌ（１５０ｎｍ）の作製
ａ）ＩＴＯ基板の洗浄
ＩＴＯ（インジウム錫酸化物）被覆ガラス基板の光透過性陽極を、熱い洗浄剤または脱イオン水で超音波洗浄した後、それを赤外線で乾かす。該洗浄後、ＩＴＯ表面の有機汚染物質を除去するために、ＵＶオゾン及び低エネルギー酸素イオンビーム処理を行い、基板上のＩＴＯ膜を陽極層とした。ＩＴＯ膜の表面抵抗値は５０（Ω／□）、膜の厚さが１５０ｎｍである。  
ｂ）有機発光層の作製
前記の洗浄、乾燥及び前処理を施したＩＴＯ基板を真空チャンバー内に置き、真空度を１×１０-3Ｐａ以下に設定した。基板の上に正孔注入層として銅フタロシアニン（ＣｕＰｃ）を１５ｎｍの厚みに蒸着し、蒸着速度は０．０５ｎｍ／ｓであった。得られた薄膜の上にＮＰＢを蒸着し正孔輸送層とした。該正孔輸送層の膜厚は６０ｎｍ、蒸着速度は０．３ｎｍ／ｓであった。その後、該正孔輸送層の上に発光層としてＴＡＤＮを４０ｎｍの膜厚に蒸着、続いて電子輸送層とするＡｌｑ3を１０ｎｍの厚みに蒸着した。  
ｃ）電子注入層の作製
電子輸送層を蒸着後、電子注入層とするＬｉＣｏＯ2を厚み０．７ｎｍに蒸着した。蒸着速度は、０．０４ｎｍ／ｓであった。  
ｄ）陰極の作製
本発明の有機発光素子の陰極は、１５０ｎｍ膜厚にＡｌを蒸着して構成し、Ａｌ層の蒸着速度は０．２ｎｍ／ｓであった。  
ｅ）封止
陰極作製後、常法により封止して、本実施例１の有機ＥＬ発光素子を作製した。
【００３２】
（比較例１）
ＩＴＯ／ＣｕＰｃ（１５ｎｍ）／ＮＰＢ（６０ｎｍ）／ＴＡＤＮ（４０ｎｍ）／Ａｌｑ3（１０ｎｍ）／ＬｉＦ（０．７ｎｍ）／Ａｌ（１５０ｎｍ）の作製
上記実施例１と同様の方法により、本比較例１の有機ＥＬ発光素子を作製した。
【００３３】
もっとも、電子輸送層を蒸着後、ＬｉＣｏＯ2ではなく、ＬｉＦを０．７ｎｍの膜厚に蒸着させる点で異なる。
【００３４】
（実施例２）
ＩＴＯ／ＣｕＰｃ（１５ｎｍ）／ＮＰＢ（６０ｎｍ）／Ａｌｑ3（３０ｎｍ）：Ｃ５４５Ｔ［１％］／Ａｌｑ3（２０ｎｍ）／ＬｉＮｉＯ2（０．５ｎｍ）／Ａｌ（１５０ｎｍ）の作製
上記実施例１と同様な方法で本実施例２の有機ＥＬ発光素子を作製した。
【００３５】
もっとも、発光層の材料としてとしてＡｌｑ3（３０ｎｍ）：Ｃ５４５Ｔ［１％］を採用し、電子注入層の材料としてＬｉＮｉＯ2（０．５ｎｍ）を採用している点等が異なる。
【００３６】
（比較例２）
ＩＴＯ／ＣｕＰｃ（１５ｎｍ）／ＮＰＢ（６０ｎｍ）／Ａｌｑ3（３０ｎｍ）：Ｃ５４５Ｔ［１％］／Ａｌｑ3（２０ｎｍ）／ＬｉＦ（０．５ｎｍ）／Ａｌ（１５０ｎｍ）の作製
上記実施例２と同様な方法で本比較例２の有機ＥＬ発光素子を作製した。
【００３７】
もっとも、電子注入層の材料としてＬｉＦを採用している点で異なる。
【００３８】
（実施例３）
ＩＴＯ／ＣｕＰｃ（１５ｎｍ）／ＮＰＢ（６０ｎｍ）／Ａｌｑ3（４０ｎｍ）／Ａｌ（２０ｎｍ）：ＬｉＣｏＯ2（１０％）／Ａｌ（１２０ｎｍ）の作製
上記実施例１と同様な方法で本実施例３の有機ＥＬ発光素子を作製した。
【００３９】
もっとも、作製方法としては、電子注入層としてのＡｌ（２０ｎｍ）：ＬｉＣｏＯ2（１０％）につき、２つの蒸着源で蒸着され、膜厚が２０ｎｍ、蒸着速度が０．１ｎｍ／ｓ、ＬｉＣｏＯ2のドーパント密度１０％で作製した点で異なる。
【００４０】
上記実施例１及び比較例１の有機ＥＬ素子を用いた評価結果は、図２〜５に示される。
【００４１】
図２によれば、比較例１（ＬｉＦ含有）と実施例１（ＬｉＣｏＯ2含有）の有機ＥＬ素子では、発光輝度が１ｃｄ／ｍ2のとき、それぞれの駆動電圧は２．６７Ｖと２．５５Ｖであり、本実施例１の方が駆動電圧が低い。
【００４２】
図３によれば、同じ電圧を印加する際、実施例１（ＬｉＣｏＯ2含有）の有機ＥＬ素子の輝度は、比較例１（ＬｉＦ含有）の輝度より高い。
【００４３】
図４によれば、実施例１（ＬｉＣｏＯ2含有）の有機ＥＬ素子の発光効率は、比較例１（ＬｉＦ含有）の発光効率より高い。
【００４４】
図５によれば、実施例１（ＬｉＣｏＯ2含有）の有機ＥＬ素子の寿命は、比較例１（ＬｉＦ含有）の寿命より長い。
【００４５】
上記実施例２，３及び比較例２の評価結果についても下記の表２に示す。
【００４６】
【表２】
2006196861.tif 000005
【００４７】
上記表２によれば、比較例２（ＬｉＦ含有）に対し、実施例２（ＬｉＮｉＯ2含有）の有機ＥＬ素子の方が長い寿命と同等の高い効率を得ることができることがわかる。
【００４８】
もっとも、実施例２（ＬｉＮｉＯ2含有）に対し実施例３（ＬｉＣｏＯ2：Ａｌ含有）の有機ＥＬ素子の方がより長い寿命とより高い効率を得ることができることがわかる。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本発明の有機ＥＬ素子は、電子注入性能のよい電子注入層を備えるため、低い起動電圧、輝度、発光効率、寿命等のうち少なくともいずれかの点でよりよい性能を要求される用途に好適に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】一般的な発光素子の積層構造例を示す模式図である。
【図２】実施例１及び比較例１の発光素子起動電圧を示す図である。
【図３】実施例１及び比較例１の発光素子の発光輝度−印加電圧を示す図である。
【図４】実施例１及び比較例１の発光素子の効率−電流密度を示す図である。
【図５】実施例１及び比較例１の発光素子の寿命を比較する図である。
【符号の説明】
【００５１】
１００  有機ＥＬ素子
１０１  基板
１０２  陽極
１０３  正孔注入層
１０４  正孔輸送層
１０５  発光層
１０６  電子輸送層
１０７  電子注入層
１０８  陰極
【図１】
2006196861.tif 000006
【図２】
2006196861.tif 000007
【図３】
2006196861.tif 000008
【図４】
2006196861.tif 000009
【図５】
2006196861.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】平成17年12月28日(2005.12.28)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００３】
有機ＥＬ素子において、低仕事関数の金属を陰極とすれば、効率的に電子注入を行なえるようになる。しかし、低仕事関数の金属はあまりにも活性で、水や酸素と反応しやすい。また一方で、陰極と有機層との間に、無機化合物からなる電子注入層（例えば、ＬｉＦ／Ａｌは電子注入能力の優良な陰極構造の一種である）を設けることによって駆動電圧を改善することは、ＯＬＥＤ製品に広く応用される。しかし、ハロゲン族元素に属する原子が存在するため、素子の発光につき消光がおきる。
【特許文献１】米国特許第５，７７６，６２２号明細書
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４１】
図２によれば、比較例１（ＬｉＦ含有）と実施例１（ＬｉＣｏＯ２含有）の有機ＥＬ素子では、発光輝度が１ｃｄ／ｍ２のとき、本実施例１の方が駆動電圧が低い。
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図２】
2006196861.tif 000011