(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
厚さが０．１〜３０ｎｍであり、光波長５５０ｎｍにおける消衰係数が５．０以下の金属を含有する第１の層と、
標準電極電位が−３Ｖｖｓ．ＳＨＥよりも貴であるアルカリ金属もしくは該アルカリ金属化合物、またはアルカリ土類金属もしくは該アルカリ土類金属化合物からなる第２の層と、
標準電極電位が−３Ｖｖｓ．ＳＨＥよりも貴であるアルカリ金属もしくは該アルカリ金属化合物、またはアルカリ土類金属もしくはアルカリ土類金属化合物を含有する有機電子輸送材料からなる第３の層と、
有機電子輸送材料のみからなる第４の層と、がこの順で積層されたユニットを有し、
前記第１の層の前記第２の層と接する面と反対側の面の表面粗さＲａが、１ｎｍ以上１０ｎｍ以下であ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】
前記第１の層の前記第２の層と反対側の面に、補助電極が積層されてい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】
前記第１の層の前記第２の層と反対側の面に、有機材料からなる有機層または無機材料からなる無機層が積層され、
前記有機層又は無機層の前記第２の層と反対側の面に透明導電性層が積層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。
【請求項４】
前記有機層及び前記無機層が、一定のパターン形状を有していることを特徴とする請求項３に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項５】
前記透明導電性層の前記有機層又は無機層との反対側の面に、補助電極が積層されていることを特徴とする請求項３又は４に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項６】
前記第２の層のアルカリ金属もしくはアルカリ金属化合物、またはアルカリ土類金属もしくはアルカリ土類金属化合物と、前記第３の層に含有されるアルカリ金属もしくはアルカリ金属化合物、またはアルカリ土類金属もしくはアルカリ土類金属化合物とが同一であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項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、各種ディスプレイ、表示装置および照明等に適用され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。
【背景技術】
【０００２】
各種ディスプレイのバックライト、看板や非常灯等の表示板、照明等の光源として用いられる面発光体は、高輝度、高発光効率、薄型、軽量といった多くの優れた特徴を有することから、近年注目されている。このような面発光体の中でも、有機材料を用いて正負の各電極からの電気エネルギーによって発光させる有機エレクトロルミネッセンス素子（以下、有機ＥＬ素子ともいう）は、数Ｖ〜数十Ｖ程度の低電圧で発光が可能であり、薄膜型の完全固体素子であり、省スペースである等の理由から、特に近年注目されている。
さらに、薄型の面発光という特性を利用した、様々なデザイン性に富んだ照明器具の提案もなされている。通常、電極の一方は反射型電極が用いられることが一般的だが、近年、両方の電極に透過性の材料を用いたものが提案され始めている。
【０００３】
酸化インジウム錫（ＩＴＯ）に代表される金属酸化物は、その高い仕事関数のために正孔注入側の陽極としては好適に用いられるが、電子注入としての特性は極めて低い。したがって金属酸化物を陰極として用いる場合は電子注入性を高くする必要がある。また、通常陰極として用いられるアルミニウムなどの金属を薄膜化する方法もあるが、その光吸収性の抑制と電子注入性の両立が困難であり、透過性の高い素子とすると、駆動電圧の大幅な上昇を伴うものであった。これは、金属層を光の吸収を少なくするために薄膜化すると、金属原子が島状に点在する形となり、結果面での導電性が確保できなくなることと、島状に点在することで電子注入層として機能する面積が減少するためと考えられる。
光と物質の相互作用を扱う場合、光の電磁場の振動１回あたりの吸収量が基準となる。このため、物質の光の吸収を定義する量として、消衰係数κが定義されている。一般にκの値が大きいほど光の吸収は大きくなるため、κの値の小さい材料を選択することは、光吸収性の少ない有機エレクトロルミネッセンス素子を作製する上で重要である。
【０００４】
特許文献１には、マグネシウムが５０％以上含まれ、４ｅＶ以上の仕事関数を有する金属を０．１％以上含むカソードが提案されている。一定の膜厚以上であればシート抵抗に優れるものの、透過率がシースルー性の高い発光素子としては十分ではなく、素子の安定性に問題があることがわかった。
特許文献２には、アルカリ金属またはアルカリ土類金属の第一陰極と、アルカリ金属もしくはアルカリ土類金属を含有する電子輸送性保護層と、無機酸化物または無機窒化物の第二陰極を積層することで光透過性を有し、かつ電子注入性、輸送性に優れる陰極構造が提案されている。しかしながらこの技術は、第二陰極に使用されるアルカリ金属もしくはアルカリ土類金属が、時間経過と共に有機発光層へ拡散し、素子の効率や寿命を低下させる問題があった。
また、特許文献３では、陰極とアルカリ金属もしくはアルカリ土類金属からなる電子注入層の間に、膜厚が５〜１０ｎｍの電子輸送性有機物質からなる陰極バッファ層を設けることで、たとえばＩＴＯからのトンネンル注入効果を発現させる技術が開示されている。
しかしながら特許文献３の技術は、たとえばスパッタリング方式によるＩＴＯの成膜時に、陰極バッファ層がスパッタリングによるダメージを緩和しきれず、陰極と陽極がショートするなどの問題から、駆動寿命を著しく低下させるものであった。
また、リチウムからなる電子注入層と有機発光層の間に、リチウムと結合して金属錯体を形成しうる配位子を有する層を設けることで、リチウムの拡散を抑制させる技術が、特許文献４に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第２７２３２４２号公報
【特許文献２】特開２００４−１２７７４０号公報
【特許文献３】特開２００９−２９５８２２号公報
【特許文献４】特開２０１０−１０３３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら特許文献４の方法では、膜中での配位子とアルカリ金属もしくはアルカリ土類金属との反応がほとんど行われず、電子注入性の低下を抑制することがほとんどできないことが明らかとなった。結果として時間経過とともに駆動電圧が上昇し、発光効率の低下、および寿命の低下を抑制することができていないことがわかった。
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、駆動電圧と発光効率が改良された、陰極側から発光する、もしくは陽極側、陰極側の両面から発光する有機エレクトロルミネッセンス素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、請求項１の発明は、厚さが０．１〜３０ｎｍであり、光波長５５０ｎｍにおける消衰係数が５．０以下の金属を含有する第１の層と、
標準電極電位が−３Ｖｖｓ．ＳＨＥよりも貴であるアルカリ金属もしくは該アルカリ金属化合物、またはアルカリ土類金属もしくは該アルカリ土類金属化合物からなる第２の層と、
標準電極電位が−３Ｖｖｓ．ＳＨＥよりも貴であるアルカリ金属もしくは該アルカリ金属化合物、またはアルカリ土類金属もしくはアルカリ土類金属化合物を含有する有機電子輸送材料からなる第３の層と、
有機電子輸送材料のみからなる第４の層と、がこの順で積層されたユニットを有し、
前記第１の層の前記第２の層と接する面と反対側の面の表面粗さＲａが、１ｎｍ以上１０ｎｍ以下であることを特徴とする。
【０００９】
請求項２の発明は、前記請求項１に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子において、
前記第１の層の前記第２の層と反対側の面に、補助電極が積層されていることを特徴とする。
【００１０】
請求項３の発明は、請求項１に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子において、
前記第１の層の前記第２の層と反対側の面に、有機材料からなる有機層または無機材料からなる無機層が積層され、
前記有機層又は無機層の前記第２の層と反対側の面に透明導電性層が積層されることを特徴とする。
請求項４の発明は、請求項３に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子において、
前記有機層及び前記無機層が、一定のパターン形状を有していることを特徴とする。
【００１１】
請求項５の発明は、請求項３又は４に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子において、
前記透明導電性層の前記有機層又は無機層との反対側の面に、補助電極が積層されていることを特徴とする。
【００１２】
請求項６の発明は、前記請求項１〜５のいずれか一項に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子において、
前記第２の層のアルカリ金属もしくはアルカリ金属化合物、またはアルカリ土類金属もしくはアルカリ土類金属化合物と、前記第３の層に含有されるアルカリ金属もしくはアルカリ金属化合物、またはアルカリ土類金属もしくはアルカリ土類金属化合物とが同一であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、駆動電圧と発光効率が改良された、陰極側から発光する、もしくは陽極側、陰極側の両面から発光する両面発光の有機エレクトロルミネッセンス素子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の有機エレクトロルミネッセンス素子の層構成の一部を示した概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明を実施するための最良の形態について詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
図１は、本発明の有機エレクトロルミネッセンス素子の層構成の一部を示した概略断面図である。
図１に示すように、本発明の有機エレクトロルミネッセンス素子（以下、単に有機ＥＬ素子と言う）は、厚さが０．１〜３０ｎｍであり、光波長５５０ｎｍにおける消衰係数が５．０以下の金属を含有する第１の層（以下、金属層１１という）と、標準電極電位が−３Ｖｖｓ．ＳＨＥよりも貴であるアルカリ金属もしくは該アルカリ金属化合物、またはアルカリ土類金属もしくは該アルカリ土類金属化合物からなる第２の層１２と、標準電極電位が−３Ｖｖｓ．ＳＨＥよりも貴であるアルカリ金属もしくは該アルカリ金属化合物、またはアルカリ土類金属もしくはアルカリ土類金属化合物を含有する有機電子輸送材料からなる第３の層１３と、有機子輸送材料のみからなる第４の層１４と、がこの順で積層されたユニット１０を有することを特徴とする。
さらには、金属層１１の第２の層と接する面と反対側の面の表面粗さが１ｎｍ以上１０ｎｍ以下であること、金属層１１の第２の層１２と反対側の面に、有機材料からなる有機層または無機材料からなる無機層１５が積層され、さらに有機層または無機層１５の第２の層１２と反対側の面に透明導電性層１６が積層されていること、該有機層及び無機層１５が一定のパターンを有していること、該透明導電性層１６の有機層または無機層１５と反対側の面に補助電極１７が積層されていること、を特徴とする。
【００１６】
以下、本発明の有機ＥＬ素子について説明する。
［有機ＥＬ素子］
まず、面発光体の一例である本発明の有機ＥＬ素子の実施形態を詳細に説明するが、以下に記載する内容は、本発明の実施態様の代表例であり、本発明はその要旨を超えない限り、これらの内容に限定されない。
はじめに、有機ＥＬ素子の層構成の好ましい具体例を以下に示す。
（ｉ）陽極／発光層／電子輸送層（第４の層）／アルカリ金属、アルカリ金属化合物、アルカリ土類金属、アルカリ土類金属を含有する電子輸送層（第３の層）／アルカリ金属、アルカリ金属化合物、アルカリ土類金属、アルカリ土類金属のいずれかからなる電子注入層（第２の層）／消衰係数５．０以下の厚さ０．１〜３０ｎｍの金属層（第１の層）。
（ii）陽極／正孔輸送層／発光層／電子輸送層（第４の層）／アルカリ金属、アルカリ金属化合物、アルカリ土類金属、アルカリ土類金属を含有する電子輸送層（第２の層）／アルカリ金属、アルカリ金属化合物、アルカリ土類金属、アルカリ土類金属のいずれかからなる電子注入層（第３の層）／消衰係数５．０以下の厚さ０．１〜３０ｎｍの金属層（第４の層）。
（iii）陽極／正孔輸送層／発光層／電子輸送層（第４の層）／アルカリ金属、アルカリ金属化合物、アルカリ土類金属、アルカリ土類金属を含有する電子輸送層（第３の層）／アルカリ金属、アルカリ金属化合物、アルカリ土類金属、アルカリ土類金属のいずれかからなる電子注入層（第２の層）／消衰係数５．０以下の厚さ０．１〜３０ｎｍの金属層（第１の層）／有機層／透明導電性層
（iv）陽極／正孔輸送層／発光層／電子輸送層（第４の層）／アルカリ金属、アルカリ金属化合物、アルカリ土類金属、アルカリ土類金属を含有する電子輸送層（第３の層）／アルカリ金属、アルカリ金属化合物、アルカリ土類金属、アルカリ土類金属のいずれかからなる電子注入層（第２の層）／消衰係数５．０以下の厚さ０．１〜３０ｎｍの金属層（第１の層）／無機層／透明導電性層
（v）陽極／正孔輸送層／発光層／電子輸送層（第４の層）／アルカリ金属、アルカリ金属化合物、アルカリ土類金属、アルカリ土類金属を含有する電子輸送層（第３の層）／アルカリ金属、アルカリ金属化合物、アルカリ土類金属、アルカリ土類金属のいずれかからなる電子注入層（第２の層）／消衰係数５．０以下の厚さ０．１〜３０ｎｍの金属層（第１の層）／有機層／透明導電性層／補助電極
（vi）陽極／正孔輸送層／発光層／電子輸送層（第４の層）／アルカリ金属、アルカリ金属化合物、アルカリ土類金属、アルカリ土類金属を含有する電子輸送層（第３の層）／アルカリ金属、アルカリ金属化合物、アルカリ土類金属、アルカリ土類金属のいずれかからなる電子注入層（第２の層）／消衰係数５．０以下の厚さ０．１〜３０ｎｍの金属層（第１の層）／無機層／透明導電性層／補助電極
【００１７】
本発明の有機ＥＬ素子は陰極が透明であることを特徴とし、対向する電極はアプリケーションによって透明、不透明のどちらも選択することができる。
本発明の有機ＥＬ素子はトップエミッション型または両面エミッション型の構成を取ることが好ましい。
発光層は、少なくとも発光色の異なる２種以上の発光材料を含有していることが好ましく、単層でも複数の発光層からなる発光層ユニットを形成していてもよい。また、正孔輸送層には正孔注入層、電子阻止層も含まれる。
【００１８】
《電子注入陰極》
本発明の電子注入陰極は、光波長５５０ｎｍにおける消衰係数５．０以下で厚さ０．１〜３０ｎｍの金属層である。
さらには、発光層からみて反対側に、有機材料からなる有機層または無機材料からなる無機層、さらに透明導電性層、さらに補助電極までで陰極として機能させる場合もある。
【００１９】
以下、各層について説明する。
《金属層（第１の層１１）》
本発明の金属層を構成する材料としては、光波長５５０ｎｍにおける消衰係数κの値が５．０以下である。
光波長５５０ｎｍにおける消衰係数が５．０以下の金属材料としては、以下のものが挙げられる。例えば、銀（Ａｇ：消衰係数３．３２）、金（Ａｕ：消衰係数２．３２）、銅（Ｃｕ：消衰係数２．８６）、パラジウム（Ｐｄ：消衰係数３．８５）、ニッケル（Ｎｉ：消衰係数３．３２）、ロジウム（Ｒｈ：消衰係数５．０２）、白金（Ｐｔ：消衰係数３．７１）、タンタル（Ｔａ：消衰係数１．８３）、チタン（Ｔｉ：消衰係数３．３４）、鉄（Ｆｅ：消衰係数３．３５）、クロム（Ｃｒ：消衰係数４．４２）、タングステン（Ｗ：消衰係数２．４９）、モリブデン（Ｍｏ：消衰係数３．５１）等、または、これらの混合物が挙げられる。
光波長５５０ｎｍにおける消衰係数としてより好ましくは、４．０以下であり、さらに好ましくは３．５以下であり、金、銀、銅などが好ましい。
金属層には、仕事関数を調整するなどの目的で、必要に応じて異種の金属もしくは金属酸化物を混合して用いることもできる。例えば銀の場合、マグネシウム、カルシウム、バリウム、ストロンチウム、インジウム、亜鉛、錫、酸化モリブデン、酸化亜鉛、酸化イットリウム、酸化タングステン、三酸化インジウム、などを混合することは好ましい。
【００２０】
本発明の金属層は、発光層で発光した光が金属層を通過する際に吸収せずに効果的に外へ取り出すためには、より薄い方が好ましい。金属層の膜厚として好ましくは、０．１〜３０ｎｍであり、より好ましくは０．１〜１０ｎｍである。
金属は薄膜になると、膜ではなく粒の集合体として観察されることがある。成膜方法や条件により、粒が密ではなく疎となると、金属膜表面は粗く観察され、導電性、電子注入性も大幅に低下する。そのため、本発明の金属層の第２の層と接する面と反対側の面の表面粗さＲａは、１ｎｍ以上１０ｎｍ以下であることが好ましく、より好ましくは６ｎｍ以下である。金属層の表面粗さＲａを１ｎｍ以上１０ｎｍ以下としたのは、１ｎｍ未満であると、金属薄膜を構成する粒子同士の距離が接近もしくはその表面が接する状態を形成し易くなり、１０ｎｍを超えると個々の粒子が単独で存在するいわゆる島状の構造をとり易くなるためである。
ここで、表面粗さ（算術平均粗さ）Ｒａは、原子間力顕微鏡で測定される。微細な探針で試料表面を走査し、ナノスケールの凹凸形状を三次元的に計測し、粗さ曲線から、基準長さ内の値を抜き、この値の平均値から実際の曲線までの距離の絶対値を合計して平均した値として定義される。
【００２１】
《標準電極電位が−３Ｖｖｓ．ＳＨＥより貴であるアルカリ金属もしくはアルカリ土類金属、もしくはこれらの化合物からなる層：電子注入層（第２の層１２）》
本発明に係るアルカリ金属またはアルカリ土類金属は、金属イオン（Ｍｎ＋）／金属（Ｍ）系の標準電極電位が−３Ｖｖｓ．ＳＨＥよりも貴なアルカリ金属またはアルカリ土類金属もしくはこれらの化合物であることを特徴とする。
ここで、本発明に係るＭｎ＋／Ｍ系の標準電極電位Ｅ°は、温度２５℃、溶質の活量がすべて１の水溶液中における、標準水素電極に対する電極電位であり、例えば「改定第３版 化学便覧 基礎編II」（日本化学会編）のII−４７４ページ、表１２・４６の値を参考にできる。
本発明に係る、アルカリ金属もしくはアルカリ土類金属の金属イオン（Ｍｎ＋）／金属（Ｍ）系の標準電極電位が−３Ｖｖｓ．ＳＨＥよりも貴なアルカリ金属もしくはアルカリ土類金属、またはこれらの化合物を構成する金属としては、具体的には、カリウム（−２．９２５（Ｖ））、カルシウム（−２．８４０（Ｖ））、ナトリウム（−２．７１４（Ｖ））、マグネシウム（−２．３５６（Ｖ））、ルビジウム（−２．９２４（Ｖ））、バリウム（−２．９２（Ｖ））、ストロンチウム（−２．８９（Ｖ））等を挙げることができる。
本発明のアルカリ金属もしくはアルカリ土類金属、またはこれらの化合物を構成する金属として好ましくはカリウムである。標準電極電位が−３Ｖよりも卑な元素、例えば、セシウム（−３．０２７（Ｖ））やリチウム（−３．０４５（Ｖ））などは電子注入性を高める効果は有するものの、そのもの自身が酸化され易いため、生産適合性が低い欠点を有している。
【００２２】
《標準電極電位が−３Ｖｖｓ．ＳＨＥより貴であるアルカリ金属もしくはアルカリ土類金属、もしくはこれらの化合物を含有する有機電子輸送層：電子輸送層（第３の層１３）》
本発明に係る、標準電極電位が−３Ｖｖｓ．ＳＨＥより貴であるアルカリ金属もしくはアルカリ土類金属、もしくはこれらの化合物を含有する有機電子輸送層を構成する有機電子輸送材料としては、陰極より注入された電子を発光層に伝達する機能を有していればよく、その材料としては従来公知の化合物の中から任意のものを選択して用いることができる。例えば、ニトロ置換フルオレン誘導体、ジフェニルキノン誘導体、チオピランジオキシド誘導体、カルボジイミド、フレオレニリデンメタン誘導体、アントラキノジメタンおよびアントロン誘導体、オキサジアゾール誘導体、フェニルピリジン誘導体等が挙げられる。
更に、上記オキサジアゾール誘導体において、オキサジアゾール環の酸素原子を硫黄原子に置換したチアジアゾール誘導体、電子吸引基として知られているキノキサリン環を有するキノキサリン誘導体も、電子輸送材料として用いることができる。更にこれらの材料を高分子鎖に導入した、またはこれらの材料を高分子の主鎖とした高分子材料を用いることもできる。
【００２３】
また、８−キノリノール誘導体の金属錯体、例えば、トリス（８−キノリノール）アルミニウム（Ａｌｑ３）、トリス（５，７−ジクロロ−８−キノリノール）アルミニウム、トリス（５，７−ジブロモ−８−キノリノール）アルミニウム、トリス（２−メチル−８−キノリノール）アルミニウム、トリス（５−メチル−８−キノリノール）アルミニウム、ビス（８−キノリノール）亜鉛（Ｚｎｑ）等、およびこれらの金属錯体の中心金属がＩｎ、Ｃｕ、Ｓｎ、ＧａまたはＰｂに置き替わった金属錯体も、電子輸送材料として用いることができる。その他、メタルフリーもしくはメタルフタロシアニン、またはそれらの末端がアルキル基やスルホン酸基等で置換されているものも、電子輸送材料として好ましく用いることができる。また、発光層の材料として例示したジスチリルピラジン誘導体も電子輸送材料として用いることができるし、正孔注入層、正孔輸送層と同様にｎ型−Ｓｉ、ｎ型−ＳｉＣ等の無機半導体も電子輸送材料として用いることができる。
【００２４】
電子輸送層は、上記電子輸送材料を、例えば、真空蒸着法、スピンコート法、キャスト法、インクジェット法を含む印刷法、ＬＢ法等の公知の方法により、薄膜化することにより形成することができる。電子輸送層の膜厚については特に制限はないが、通常は５ｎｍ〜５μｍ程度、好ましくは５〜２００ｎｍである。電子輸送層は上記材料の１種または２種以上からなる一層構造であってもよい。
該有機電子輸送性材料として好ましくは、フェニルピリジン誘導体を挙げることができる。
該有機電子輸送層に含有される標準電極電位が−３Ｖｖｓ．ＳＨＥより貴であるアルカリ金属もしくはアルカリ土類金属、もしくはこれらの化合物の添加量は、該有機電子輸送層全体の５〜５０体積％であることが好ましく、特に好ましくは１０〜３０体積％であることが好ましい。
【００２５】
《有機電子輸送材料のみからなる有機電子輸送層（第４の層１４）》
該有機電子輸送材料のみからなる該有機電子輸送層は、前記標準電極電位が−３Ｖｖｓ．ＳＨＥより貴であるアルカリ金属もしくはアルカリ土類金属、もしくはこれらの化合物を含有する有機電子輸送層を構成する有機電子輸送材料と同様のものを用いることができる。
該有機電子輸送材料のみからなる該有機電子輸送層材料は、ＳＨＥより貴であるアルカリ金属もしくはアルカリ土類金属、もしくはこれらの化合物を含有する有機電子輸送層を構成する有機電子輸送材料と同一であることがより好ましい。
また、有機電子輸送材料のみからなる有機電子輸送層の膜厚は、正孔と電子の再結合が発光層で効率よく行われるために、必要に応じて調整することができる。
【００２６】
《金属層からみて有機電子輸送層とは反対側に積層される有機層または無機層１５》
本発明に係り、必要に応じて金属層の外側（電子輸送層の反対側）に積層される、有機材料からなる有機層または無機材料からなる無機層は、さらにその外側に積層される透明導電性層の成膜時に発生する、金属層から発光層へのダメージを緩和することができる材料、および膜厚であれば、特に制限はない。
特に、ＩＴＯをスパッタリング方式により成膜する場合、特にＩＴＯ粒子のターゲットからの打ち込みを吸収し、金属層から内側に入りこむのを抑制する機能を有する、という点で金属酸化物が好ましい。また、トリス（８−キノリノール）アルミニウム（Ａｌｑ３）に代表される金属錯体や、有機電子輸送性モノマー、ポリマーなども用いることができる。
また、該有機層、無機層は、金属層の電子注入性、導電性に応じ、一定のパターンを設けて成膜することもできる。発光面積に応じ、金属層の面方向の導電性が不足する場合は、非常に微細なスルーホールを該有機層、または無機層に設け、後述する透明導電性層から直接コンタクトすることで、導電性を確保し、かつ成膜時のダメージも実質的にないものとすることができる。
上記一定のパターンとしては、ストライプ状、格子状、ドットパターン等が挙げられる。
【００２７】
《透明導電性層１６》
本発明の金属層は極めて薄いために、基材として硬いガラスなどではなくフレキシブル性のあるプラスチックなどを用いる場合など、様々な外的要因によって化学的、物理的破壊がなされる場合がある。
また前述のように、必要な発光面積を確保する場合、金属層の導電性を補う必要性が生じる。このような場合、透明導電性層をさらに成膜し、金属層に直接コンタクトすることで導電性を担保し、かつ、さらに強固な膜を薄膜金属層の外側へ積層することで、物理的強度も増加するため好ましい。
透明導電性層としては、例えばスパッタリング方式で成膜されたＩＴＯが好ましく用いられる。
【００２８】
《補助電極１７》
本発明の有機ＥＬ素子は、金属層上、もしくは透明導電性層上に該金属層もしくは透明導電膜のシート抵抗を下げる目的で補助電極を設けることができる。
補助電極を形成する材料としては、金、白金、銀、銅、アルミ等の抵抗が低い金属が好ましい。
補助電極の形成方法としては、蒸着法、スパッタリング法、印刷法、インクジェット法、エアロゾルジェット法などが挙げられる。
パターンとしては格子状、ストライプ状、ハニカム状など特に制限はなく、本発明の補助電極の線幅は透明導電性層の開口率の観点から５０μｍ以下であることが好ましく、ピッチは５００μｍ以上であることが好ましく、補助電極の厚さは導電性の観点から、１μ以上であることが好ましい。
【００２９】
《発光層》
本発明の発光層は、発光材料として燐光発光化合物が含有されていることを特徴とする。
発光層は、電極または電子輸送層、正孔輸送層から注入されてくる電子および正孔が再結合して発光する層であり、発光する部分は発光層の層内であっても発光層と隣接層との界面であってもよい。
発光層としては、含まれる発光材料が発光要件を満たしていれば、その構成には特に制限はない。また、同一の発光スペクトルや発光極大波長を有する層が複数層あってもよい。また、各発光層間には非発光性の中間層を有していることが好ましい。
【００３０】
発光層の膜厚の総和は１〜１００ｎｍの範囲にあることが好ましく、更に好ましくは、より低い駆動電圧を得ることができることから１ｎｍ以上、３０ｎｍ以下である。なお、発光層の膜厚の総和とは、発光層間に非発光性の中間層が存在する場合には、当該中間層も含む膜厚である。
個々の発光層の膜厚としては、１〜５０ｎｍの範囲に調整することが好ましく、更に好ましくは１〜２０ｎｍの範囲に調整することである。青、緑、赤の各発光層の膜厚の関係については、特に制限はない。
【００３１】
発光層の作製には、後述する発光材料やホスト化合物を、例えば、真空蒸着法、スピンコート法、キャスト法、ＬＢ法、インクジェット法等の公知の薄膜形成方法により製膜して形成することができる。
各発光層は複数の発光材料を混合してもよく、また燐光発光材料と蛍光発光材料を同一発光層中に混合して用いてもよい。
発光層の構成として、ホスト化合物、発光材料（発光ドーパント化合物ともいう）を含有し、発光材料より発光させることが好ましい。
【００３２】
〈ホスト化合物〉
有機ＥＬ素子の発光層に含有されるホスト化合物としては、室温（２５℃）における燐光発光の燐光量子収率が０．１未満の化合物が好ましい。更に好ましくは燐光量子収率が０．０１未満である。また、発光層に含有される化合物の中で、その層中での体積比が５０％以上であることが好ましい。
ホスト化合物としては、公知のホスト化合物を単独で用いてもよく、または複数種併用して用いてもよい。ホスト化合物を複数種用いることで、電荷の移動を調整することが可能であり、有機ＥＬ素子を高効率化することができる。また、後述する発光材料を複数種用いることで、異なる発光を混ぜることが可能となり、これにより任意の発光色を得ることができる。
用いられるホスト化合物としては、従来公知の低分子化合物でも、繰り返し単位をもつ高分子化合物でもよく、ビニル基やエポキシ基のような重合性基を有する低分子化合物（蒸着重合性発光ホスト）でもいい。
公知のホスト化合物としては、正孔輸送能、電子輸送能を有しつつ、発光の長波長化を防ぎ、かつ高Ｔｇ（ガラス転移温度）化合物が好ましい。ここでいうガラス転移点（Ｔｇ）とは、ＤＳＣ（Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ  Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｃｏｌｏｒｉｍｅｔｒｙ：示差走査熱量法）を用いて、ＪＩＳ−Ｋ−７１２１に準拠した方法により求められる値である。
【００３３】
公知のホスト化合物の具体例としては、以下の文献に記載されている化合物が挙げられる。例えば、特開２００１−２５７０７６号公報、同２００２−３０８８５５号公報、同２００１−３１３１７９号公報、同２００２−３１９４９１号公報、同２００１−３５７９７７号公報、同２００２−３３４７８６号公報、同２００２−８８６０号公報、同２００２−３３４７８７号公報、同２００２−１５８７１号公報、同２００２−３３４７８８号公報、同２００２−４３０５６号公報、同２００２−３３４７８９号公報、同２００２−７５６４５号公報、同２００２−３３８５７９号公報、同２００２−１０５４４５号公報、同２００２−３４３５６８号公報、同２００２−１４１１７３号公報、同２００２−３５２９５７号公報、同２００２−２０３６８３号公報、同２００２−３６３２２７号公報、同２００２−２３１４５３号公報、同２００３−３１６５号公報、同２００２−２３４８８８号公報、同２００３−２７０４８号公報、同２００２−２５５９３４号公報、同２００２−２６０８６１号公報、同２００２−２８０１８３号公報、同２００２−２９９０６０号公報、同２００２−３０２５１６号公報、同２００２−３０５０８３号公報、同２００２−３０５０８４号公報、同２００２−３０８８３７号公報等が挙げられる。
【００３４】
〈発光材料〉
次に、発光材料について説明する。
発光材料としては、燐光発光材料（燐光性化合物、燐光発光性化合物等ともいう）を用いることができる。
燐光発光材料とは、励起三重項からの発光が観測される化合物であり、具体的には室温（２５℃）にて燐光発光する化合物であり、燐光量子収率が２５℃において０．０１以上の化合物であると定義されるが、好ましい燐光量子収率は０．１以上である。
上記燐光量子収率は、第４版実験化学講座７の分光IIの３９８頁（１９９２年版、丸善）に記載の方法により測定できる。溶液中での燐光量子収率は種々の溶媒を用いて測定できるが、本発明において燐光発光材料を用いる場合、任意の溶媒のいずれかにおいて上記燐光量子収率（０．０１以上）が達成されればよい。
燐光発光材料の発光の原理としては２種挙げられ、一つはキャリアが輸送されるホスト化合物上でキャリアの再結合が起こってホスト化合物の励起状態が生成し、このエネルギーを燐光発光材料に移動させることで燐光発光材料からの発光を得るというエネルギー移動型であり、もう一つは燐光発光材料がキャリアトラップとなり、燐光発光材料上でキャリアの再結合が起こり燐光発光材料からの発光が得られるというキャリアトラップ型であるが、いずれの場合においても、燐光発光材料の励起状態のエネルギーはホスト化合物の励起状態のエネルギーよりも低いことが条件である。
燐光発光材料は、有機ＥＬ素子の発光層に使用される公知のものの中から適宜選択して用いることができるが、好ましくは元素の周期表で８〜１０族の金属を含有する錯体系化合物であり、更に好ましくはイリジウム化合物、オスミウム化合物、または白金化合物（白金錯体系化合物）、希土類錯体であり、中でも最も好ましいのはイリジウム化合物である。
【００３５】
《正孔注入層》
正孔注入層は、特開平９−４５４７９号公報、同９−２６００６２号公報、同８−２８８０６９号公報等にもその詳細が記載されており、具体例として、銅フタロシアニンに代表されるフタロシアニン層、酸化バナジウムに代表される酸化物層、アモルファスカーボン層、ポリアニリン（エメラルディン）やポリチオフェン等の導電性高分子を用いた高分子層等が挙げられる。
【００３６】
《阻止層：正孔阻止層、電子阻止層》
阻止層は、上記の如く有機化合物薄膜の基本構成層の他に必要に応じて設けられるものである。例えば、特開平１１−２０４２５８号公報、同１１−２０４３５９号公報、および「有機ＥＬ素子とその工業化最前線（１９９８年１１月３０日エヌ・ティー・エス社発行）」の２３７頁等に記載されている正孔阻止（ホールブロック）層がある。
正孔阻止層とは、広い意味では、電子輸送層の機能を有し、電子を輸送する機能を有しつつ正孔を輸送する能力が著しく小さい正孔阻止材料からなり、電子を輸送しつつ正孔を阻止することで電子と正孔の再結合確率を向上させることができる。また、後述する電子輸送層の構成を必要に応じて、本発明に係る正孔阻止層として用いることができる。正孔阻止層は、発光層に隣接して設けられていることが好ましい。
一方、電子阻止層とは、広い意味では、正孔輸送層の機能を有し、正孔を輸送する機能を有しつつ電子を輸送する能力が著しく小さい材料からなり、正孔を輸送しつつ電子を阻止することで電子と正孔の再結合確率を向上させることができる。また、後述する正孔輸送層の構成を必要に応じて電子阻止層として用いることができる。本発明に係る正孔阻止層の膜厚としては好ましくは３〜１００ｎｍであり、更に好ましくは５〜３０ｎｍである。
【００３７】
《正孔輸送層》
正孔輸送層とは、正孔を輸送する機能を有する正孔輸送材料からなり、広い意味で正孔注入層、電子阻止層も正孔輸送層に含まれる。正孔輸送層は単層または複数層設けることができる。
正孔輸送材料としては、正孔の注入または輸送、電子の障壁性のいずれかを有するものであり、有機物、無機物のいずれであってもよい。例えば、トリアゾール誘導体、オキサジアゾール誘導体、イミダゾール誘導体、ポリアリールアルカン誘導体、ピラゾリン誘導体およびピラゾロン誘導体、フェニレンジアミン誘導体、アリールアミン誘導体、アミノ置換カルコン誘導体、オキサゾール誘導体、スチリルアントラセン誘導体、フルオレノン誘導体、ヒドラゾン誘導体、スチルベン誘導体、シラザン誘導体、アニリン系共重合体、また導電性高分子オリゴマー、特にチオフェンオリゴマー等が挙げられる。
正孔輸送材料としては上記のものを使用することができるが、ポルフィリン化合物、芳香族第３級アミン化合物およびスチリルアミン化合物、特に芳香族第３級アミン化合物を用いることが好ましい。
【００３８】
芳香族第３級アミン化合物およびスチリルアミン化合物の代表例としては、Ｎ，Ｎ，Ｎ′，Ｎ′−テトラフェニル−４，４′−ジアミノフェニル；Ｎ，Ｎ′−ジフェニル−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）；２，２−ビス（４−ジ−ｐ−トリルアミノフェニル）プロパン；１，１−ビス（４−ジ−ｐ−トリルアミノフェニル）シクロヘキサン；Ｎ，Ｎ，Ｎ′，Ｎ′−テトラ−ｐ−トリル−４，４′−ジアミノビフェニル；１，１−ビス（４−ジ−ｐ−トリルアミノフェニル）−４−フェニルシクロヘキサン；ビス（４−ジメチルアミノ−２−メチルフェニル）フェニルメタン；ビス（４−ジ−ｐ−トリルアミノフェニル）フェニルメタン；Ｎ，Ｎ′−ジフェニル−Ｎ，Ｎ′−ジ（４−メトキシフェニル）−４，４′−ジアミノビフェニル；Ｎ，Ｎ，Ｎ′，Ｎ′−テトラフェニル−４，４′−ジアミノジフェニルエーテル；４，４′−ビス（ジフェニルアミノ）クオードリフェニル；Ｎ，Ｎ，Ｎ−トリ（ｐ−トリル）アミン；４−（ジ−ｐ−トリルアミノ）−４′−〔４−（ジ−ｐ−トリルアミノ）スチリル〕スチルベン；４−Ｎ，Ｎ−ジフェニルアミノ−（２−ジフェニルビニル）ベンゼン；３−メトキシ−４′−Ｎ，Ｎ−ジフェニルアミノスチルベンゼン；Ｎ−フェニルカルバゾール、更には米国特許第５，０６１，５６９号明細書に記載されている２個の縮合芳香族環を分子内に有するもの、例えば、４，４′−ビス〔Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニルアミノ〕ビフェニル（ＮＰＤ）、特開平４−３０８６８８号公報に記載されているトリフェニルアミンユニットが３つスターバースト型に連結された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）等が挙げられる。
【００３９】
更にこれらの材料を高分子鎖に導入した、またはこれらの材料を高分子の主鎖とした高分子材料を用いることもできる。また、ｐ型−Ｓｉ、ｐ型−ＳｉＣ等の無機化合物も正孔注入材料、正孔輸送材料として使用することができる。
また、特開平１１−２５１０６７号公報、Ｊ．Ｈｕａｎｇ  ｅｔ．ａｌ．著文献（Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ  ８０（２００２），ｐ．１３９）に記載されているような所謂、ｐ型正孔輸送材料を用いることもできる。本発明においては、より高効率の発光素子が得られることから、これらの材料を用いることが好ましい。
【００４０】
正孔輸送層は、上記正孔輸送材料を、例えば、真空蒸着法、スピンコート法、キャスト法、インクジェット法を含む印刷法、ＬＢ法等の公知の方法により、薄膜化することにより形成することができる。正孔輸送層の膜厚については特に制限はないが、通常は５ｎｍ〜５μｍ程度、好ましくは５〜２００ｎｍである。この正孔輸送層は上記材料の１種または２種以上からなる一層構造であってもよい。
また、不純物をドープしたｐ性の高い正孔輸送層を用いることもできる。その例としては、特開平４−２９７０７６号公報、特開２０００−１９６１４０号公報、同２００１−１０２１７５号公報、Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，９５，５７７３（２００４）等に記載されたものが挙げられる。
このようなｐ性の高い正孔輸送層を用いることが、より低消費電力の素子を作製することができるため好ましい。
【００４１】
《陽極》
陽極としては、前述の透明導電性を構成する材料を用いても良いし、金属、合金、電気伝導性化合物およびこれらの混合物を電極物質とするものが用いることもできる。
このような電極物質の具体例としては、ナトリウム、ナトリウム−カリウム合金、マグネシウム、リチウム、マグネシウム／銅混合物、マグネシウム／銀混合物、マグネシウム／アルミニウム混合物、マグネシウム／インジウム混合物、アルミニウム／酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）混合物、インジウム、リチウム／アルミニウム混合物、希土類金属等が挙げられる。
陽極はこれらの電極物質を蒸着やスパッタリング等の方法により薄膜を形成させることにより、作製することができる。
また、陽極としてのシート抵抗は数百Ω／□以下が好ましく、膜厚は通常１０ｎｍ〜５μｍ、好ましくは５０ｎｍ〜２００ｎｍの範囲で選ばれる。
【００４２】
［用途］
本発明の有機ＥＬ素子は、表示デバイス、ディスプレイ、各種発光光源として用いることができる。発光光源として、例えば、家庭用照明、車内照明、時計や液晶用のバックライト、看板広告、信号機、光記憶媒体の光源、電子写真複写機の光源、光通信処理機の光源、光センサーの光源等が挙げられるがこれに限定するものではないが、特にカラーフィルターと組み合わせた液晶表示装置のバックライト、照明用光源としての用途に有効に用いることができる。
【実施例】
【００４３】
以下、実施例を挙げて本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。なお、実施例において「％」の表示を用いるが、特に断りがない限り「体積％」を表す。
【００４４】
実施例１
［ボトムエミッション型有機ＥＬ素子の作製］
有機ＥＬ素子１０１〜１１１は発光面積が５ｃｍ×５ｃｍとなるように作製した。
＜有機ＥＬ素子１０１の作製＞
（陽極の形成）
透明なガラス基板の上に厚さ１００ｎｍとなる条件でＩＴＯをスパッタ法で成膜、パターニングして、ＩＴＯ層から成る陽極を形成した。次いで、ＩＴＯ層を設けた基板を、イソプロピルアルコールで超音波洗浄し、乾燥窒素ガスで乾燥し、ＵＶオゾン洗浄を５分間行った。
（正孔注入層〜電子輸送層の形成）
このＩＴＯ層を設けた基板を市販の真空蒸着装置の基板ホルダーに固定し、タンタル製抵抗加熱ボードにα−ＮＰＤ(Bis[N-(1-naphthyl)-N-pheny]benzidine)、下記に示すホスト化合物Ｈ４、下記に示すドーパント化合物Ｉｒ−４、ＢＡｌｑ（Bis(2-methyl-8-quinolinolato-N1,O8)-(1,1'-Biphenyl-4-olato)aluminum）、Ａｌｑ３、フッ化カリウムをそれぞれ入れ、真空蒸着装置の第１真空槽に取り付けた。
【００４５】
【化１】
0005673335.tif 000002
更に、タングステン製抵抗加熱ボードにアルミニウム、銀を入れ、真空蒸着装置の第２真空槽に取り付けた。
まず、第１真空槽を４×１０−４Ｐａまで減圧した後、α−ＮＰＤの入った前記加熱ボードに通電して加熱し、蒸着速度０．１ｎｍ／秒〜０．２ｎｍ／秒でＩＴＯ層上に膜厚２０ｎｍの正孔注入／正孔輸送層を設けた。
更に、前記ホスト化合物Ｈ４の入った前記加熱ボードとＩｒ−４の入ったボードをそれぞれ独立に通電して、発光ホストであるＨ４と発光ドーパントであるＩｒ−４の蒸着速度が１００：６になるように調節し、膜厚３０ｎｍの発光層を設けた。
次いで、ＢＡｌｑの入った前記加熱ボードに通電して加熱し、蒸着速度０．１ｎｍ／秒〜０．２ｎｍ／秒で膜厚１０ｎｍの正孔阻止層を設けた。更に、Ａｌｑ３の入った前記加熱ボードを通電して加熱し蒸着速度０．１ｎｍ／秒〜０．２ｎｍ／秒で膜厚３５ｎｍの電子輸送層（第４の層）を設けた。
（電子注入層の形成）
次に、フッ化カリウムの入った前記加熱ボードに通電して加熱し、蒸着速度０．０１ｎｍ／秒〜０．０２ｎｍ／秒で膜厚１ｎｍのフッ化カリウム層を形成し、電子注入層（第２の層）を設けた。
（陰極の形成）
次いで、基板を５×１０−５Ｐａまで減圧した第２真空糟に移動し、アルミニウムを蒸着速度０．２〜０．４ｎｍ／秒で１００ｎｍの膜厚となるまで蒸着した。
（素子の封止）
〈保護層（無機防湿膜）の形成〉
作製された有機ＥＬ素子を使用し、蒸着法で、５×１０−１Ｐａの真空下にて、保護層（無機防湿膜）形成材料として窒化ケイ素を使用し、陽極の取り出し電極及び陰極の取り出し電極の一部を除いて、陰極の上に陽極の取り出し電極を除いた部分の水平投影面積に対して４５％（有機化合物層である発光層の水平投影面積に対しては１２９％）になるようにして厚さ１００ｎｍの保護層（無機防湿膜）をパターン成膜で形成した。
〈絶縁層（接着剤の塗設）の形成〉
引き続き、保護層の水平投影面積に合わせ保護層上に厚さ４０μｍの絶縁層（接着剤層）を陽極及び陰極の取り出し電極の部分を除き塗設した。尚、接着剤として、大日本インキ株式会社製エポキシ樹脂ＥＰＩＣＬＯＮ８５０と、日本化成株式会社製接着付与剤ヒッタイトＳ、及び日本油脂株式会社製有機過酸化物パークミルＨを、この順で１００／３／１（重量部）で混合したものを用いた。
〈ガラス封止部材の保護層（無機防湿膜）への固定〉
引き続き、ガラス封止部材として厚さ０．７ｍｍのガラスを使用し、保護層（無機防湿膜）の上に塗設した絶縁層（接着剤）の上にガラス封止部材を、０．９×１０−０Ｐａで真空引きしながら、押圧０．１ＭＰａで貼合した後、大気圧８０℃環境下にて３時間放置して貼着し固定した。
【００４６】
＜有機ＥＬ素子１０２の作製＞
（陽極〜電子注入層の形成）
陽極〜電子注入層までは有機ＥＬ素子１０１と同様な方法で成膜した。
（陰極の形成）
次いで、基板を５×１０−５Ｐａまで減圧した第２真空糟に移動し、アルミニウムを蒸着速度０．２〜０．４ｎｍ／秒で３５ｎｍの膜厚となるまで蒸着した。
（素子の封止）
封止は有機ＥＬ素子１０１と同様にして、有機ＥＬ素子１０２を封止した。
【００４７】
＜有機ＥＬ素子１０３の作製＞
（陽極〜電子注入層の形成）
陽極〜電子注入層までは有機ＥＬ素子１０１と同様な方法で成膜した。
（陰極の形成）
次いで、基板を５×１０−５Ｐａまで減圧した第２真空糟に移動し、アルミニウムを蒸着速度０．２〜０．４ｎｍ／秒で２５ｎｍの膜厚となるまで蒸着した。
（素子の封止）
封止は有機ＥＬ素子１０１と同様にして、有機ＥＬ素子１０３を封止した。
【００４８】
＜有機ＥＬ素子１０４の作製＞
（陽極〜電子注入層の形成）
陽極〜電子注入層までは有機ＥＬ素子１０１と同様な方法で成膜した。
（陰極の形成）
次いで、基板を５×１０−５Ｐａまで減圧した第２真空糟に移動し、アルミニウムを蒸着速度０．２〜０．４ｎｍ／秒で１５ｎｍの膜厚となるまで蒸着した。
（素子の封止）
封止は有機ＥＬ素子１０１と同様にして、有機ＥＬ素子１０４を封止した。
【００４９】
＜有機ＥＬ素子１０５の作製＞
（陽極〜電子注入層の形成）
陽極〜電子注入層までは有機ＥＬ素子１０５１と同様な方法で成膜した。
（陰極の形成）
次いで、基板を５×１０−５Ｐａまで減圧した第２真空糟に移動し、アルミニウムを蒸着速度０．２〜０．４ｎｍ／秒で１０ｎｍの膜厚となるまで蒸着した。
（素子の封止）
封止は有機ＥＬ素子１０１と同様にして、有機ＥＬ素子１０５を封止した。
【００５０】
＜有機ＥＬ素子１０６の作製＞
（陽極〜電子注入層の形成）
陽極〜電子注入層までは有機ＥＬ素子１０１と同様な方法で成膜した。
（陰極の形成）
次いで、基板を５×１０−５Ｐａまで減圧した第２真空糟に移動し、銀を蒸着速度０．２〜０．４ｎｍ／秒で１００ｎｍの膜厚となるまで蒸着した。
（素子の封止）
封止は有機ＥＬ素子１０１と同様にして、有機ＥＬ素子１０６を封止した。
【００５１】
＜有機ＥＬ素子１０７の作製＞
（陽極〜発光層の形成）
陽極〜発光層までは有機ＥＬ素子１０１と同様の方法で成膜した。
（電子輸送層（第４の層）の形成）
Ａｌｑ３の入った前記加熱ボードを通電して加熱し蒸着速度０．１ｎｍ／秒〜０．２ｎｍ／秒で膜厚５ｎｍの電子輸送層を設けた。
（アルカリ金属含有電子輸送層（第３の層）の形成）
Ａｌｑ３の入った前記加熱ボードを通電して加熱し、また同時にフッ化カリウムの入った前記加熱ボードに通電して加熱し、蒸着速度の比がＡｌｑ３：フッ化カリウム＝１：０．２になるように調整し、フッ化カリウムの成膜速度０．１ｎｍ／秒で、膜厚３０ｎｍのアルカリ金属を２０体積％ドープした電子輸送層を設けた。
（電子注入層の形成）
次に、フッ化カリウムの入った前記加熱ボードに通電して加熱し、蒸着速度０．０１ｎｍ／秒〜０．０２ｎｍ／秒で膜厚１ｎｍのフッ化カリウム層を形成し、電子注入層を設けた。
（陰極の形成〕
次いで、基板を５×１０−５Ｐａまで減圧した第２真空糟に移動し、銀を蒸着速度０．０２〜０．０３ｎｍ／秒で３３ｎｍの膜厚となるまで蒸着した。
（素子の封止）
封止は有機ＥＬ素子１０１と同様にして、有機ＥＬ素子１０７を封止した。
【００５２】
＜有機ＥＬ素子１０８の作製＞
（陽極〜電子注入層の形成）
陽極〜電子注入層までは有機ＥＬ素子１０７と同様の方法で成膜した。
（陰極の形成）
次いで、基板を５×１０−５Ｐａまで減圧した第２真空糟に移動し、銀を蒸着速度０．０２〜０．０３ｎｍ／秒で２５ｎｍの膜厚となるまで蒸着した。
（素子の封止）
封止は有機ＥＬ素子１０１同様にして、有機ＥＬ素子１０８を封止した。
【００５３】
＜有機ＥＬ素子１０９の作製＞
（陽極〜電子注入層の形成）
陽極〜電子注入層までは有機ＥＬ素子１０７と同様の方法で成膜した。
（陰極の形成）
次いで、基板を５×１０−５Ｐａまで減圧した第２真空糟に移動し、銀を蒸着速度０．０２〜０．０３ｎｍ／秒で１５ｎｍの膜厚となるまで蒸着した。
（素子の封止）
封止は有機ＥＬ素子１０１と同様にして、有機ＥＬ素子１０９を封止した。
【００５４】
＜有機ＥＬ素子１１０の作製＞
（陽極〜電子注入層の形成）
陽極〜電子注入層までは有機ＥＬ素子１０７と同様の方法で成膜した。
（陰極の形成）
次いで、基板を５×１０−５Ｐａまで減圧した第２真空糟に移動し、銀を蒸着速度０．０２〜０．０３ｎｍ／秒で１０ｎｍの膜厚となるまで蒸着した。
（素子の封止）
封止は有機ＥＬ素子１０１と同様にして、有機ＥＬ素子１１０を封止した。
【００５５】
＜有機ＥＬ素子１１１の作製＞
（陽極〜電子輸送層の形成）
陽極〜電子輸送層までは有機ＥＬ素子１０７と同様の方法で成膜した。
（アルカリ金属含有電子輸送層（第３の層）の形成）
Ａｌｑ３の入った前記加熱ボードを通電して加熱し、また同時にフッ化リチウムの入った前記加熱ボードに通電して加熱し、蒸着速度の比がＡｌｑ３：リチウム＝１：０．２になるように調整し、フッ化カリウムの成膜速度０．１ｎｍ／秒で、膜厚３０ｎｍのアルカリ金属を２０体積％ドープした電子輸送層を設けた。
（電子注入層の形成）
次に、フッ化リチウムの入った前記加熱ボードに通電して加熱し、蒸着速度０．０１ｎｍ／秒〜０．０２ｎｍ／秒で膜厚１ｎｍのフッ化カリウム層を形成し、電子注入層を設けた。
（陰極の形成）
次いで、基板を５×１０−５Ｐａまで減圧した第２真空糟に移動し、銀を蒸着速度０．０２〜０．０３ｎｍ／秒で３３ｎｍの膜厚となるまで蒸着した。
（素子の封止）
封止は有機ＥＬ素子１０１と同様にして、有機ＥＬ素子１０７を封止した。
【００５６】
［有機ＥＬ素子の評価］
上記作製した各有機ＥＬ素子について、下記の方法に従って評価を行った。
（電圧の測定）
上記で作製した各有機ＥＬ素子に対し、陽極側と陰極側の両側の正面輝度の和が１０００ｃｄ／ｍ２となるときの電圧を各有機ＥＬ素子の電圧を測定し、比較となる有機ＥＬ素子１０１の駆動電圧を１００とした時の相対値を求めた。
なお、輝度の測定には分光放射輝度計ＣＳ−１０００（コニカミノルタセンシング製）を用いた。得られた電圧の相対値１００に近いほど、また１００より小さいほど、好ましい結果であることを表わす。
また、両側の正面輝度の和が１０００ｃｄ／ｍ２となるときの両側の輝度の比を求めた。
【００５７】
（発光効率の測定）
上記作製した各有機ＥＬ素子に対し、２．５ｍＡ／ｃｍ２定電流を流したときの外部取り出し量子効率（％）を測定した。
なお、測定には分光放射輝度計ＣＳ−１０００（コニカミノルタセンシング製）を用いた。このとき、外部取り出し量子効率は有機ＥＬ素子の両側から測定した輝度（両面合計輝度[Cd/m２]）の合計値から算出した。
得られた外部取り出し量子効率（％）の測定結果を基に、有機ＥＬ素子１０１の外部取り出し量子効率（％）を１００としたときの相対値を求め、これを発光効率の尺度とした。尚、外部量子効率の相対値が大きいほど発光効率が高く、好ましい結果であることを表す。
以上により得られた結果を、表１に示す。
【００５８】
【表１】
0005673335.tif 000003
【００５９】
表１に記載の結果より明らかなように、本発明に係る有機ＥＬ素子は、光波長５５０ｎｍにおける消衰係数が５．０以下の金属を用いることと、電子輸送層や電子注入層に標準電極電位が−３．０Ｖ（ｖｓ．ＳＨＥ）よりも貴であるアルカリ金属を用いているので、陰極側からの発光効率及び駆動電圧に優れていることが認められる。特に両面発光素子としたときの発光効率及び駆動電圧に優れ、両面での発光のバランスにも優れていることがわかる。
【００６０】
実施例２
実施例１に記載の有機ＥＬ素子１０６に関し、陰極の構成を表２に示すものに変更した以外は、有機ＥＬ素子１０１と同様にして有機ＥＬ素子２０１〜２１１を作製した。さらに、陰極の構成のみを、前記有機ＥＬ素子とは別に、石英ガラス上に加熱蒸着成膜した単膜試料を用意した。
作製した有機ＥＬ素子を、実施例１と同様の評価を行った。また、石英ガラス単膜試料に関して、原子間力顕微鏡による表面粗さＲａの評価を行った。結果を表２に示す。
【００６１】
【表２】
0005673335.tif 000004
【００６２】
表２に記載の結果より明らかなように、本発明に係る有機ＥＬ素子は、異種の金属を混合した場合でも、光波長５５０ｎｍにおける消衰係数が５．０以下の金属を用いることと、電子輸送層や電子注入層に標準電極電位が−３．０Ｖ（ｖｓ．ＳＨＥ）よりも貴であるアルカリ金属を用いているので、陰極側からの発光効率及び駆動電圧に優れていることが認められる。特に両面発光素子としたときの発光効率及び駆動電圧に優れ、両面での発光のバランスにも優れていることがわかる。
また、当該陰極層の表面粗さＲａが１０ｎｍ以下の場合に特に優れていることもわかる。
さらに、有機ＥＬ素子１０１、１０６、２０５、２１１について、７０℃の恒温糟で５００時間保存した後、有機ＥＬ素子の駆動電圧、輝度、発光画素の目視評価を行ったところ、駆動電圧はいずれも保存前に対し＋７％以内、かつ輝度は±３％以内と電気特性の変化は極めて小さかった。また発光画素のエッジ部分が暗くなったり、黒点の発生はいずれも確認できなかった。
【００６３】
実施例３
実施例１で作製した有機ＥＬ素子１０５、１１０、及び実施例２で作製した有機ＥＬ素子２０５、２１１と各々電子注入層まで同一の条件で素子を作製し、陰極層の形成後、線幅１００μｍ、２ｍｍピッチのストライプ状（これは、蒸着後に１００μｍ幅で２ｍｍ間隔の補助電極ができるということ）の蒸着用マスクを用い、アルミニウムを膜厚１００ｎｍとなるように蒸着した以外は同様に有機ＥＬ素子を作製し、各々の有機ＥＬ素子を順に３０１、３０２、３０３、３０４とした。さらにこれらの有機ＥＬ素子から、陰極層の膜厚を５ｎｍとした以外は同様の有機ＥＬ素子を作製し、各々の有機ＥＬ素子を順に、３１１、３１２，３１３，３１４とした。
作製した有機ＥＬ素子の駆動電圧、及び発光効率を実施例１と同様に測定した。また、有機ＥＬ素子の透過率も測定した。透過率の測定は、日本電色工業株式会社製、ＮＤＨ−５０００型ヘーズメーターによって行った。結果を表３に示す。
【００６４】
【表３】
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【００６５】
表３に記載の結果より明らかなように、補助電極を薄膜異種金属混合陰極の表面に設けた場合に、さらに駆動電圧が低下し、該薄膜異種金属混合陰極をさらに薄膜化した場合でも低い駆動電圧を維持し、かつ有機ＥＬ素子の透過率が向上し、より透明性が高くなっていると共に、両面の発光効率が向上していることがわかる。
【００６６】
実施例４
実施例１で作製した有機ＥＬ素子１０５，１１０、及び実施例２で作製した有機ＥＬ素子２０５，２１１と各々電子注入層まで同一の条件で有機ＥＬ素子を作製し、陰極層を形成した後、各々の有機ＥＬ素子を第１真空糟へ移動し、三酸化モリブデン（ＭｏＯ３）の入った前記加熱ボードに通電して加熱し、蒸着速度０．１ｎｍ／秒〜０．１３ｎｍ／秒で膜厚３０ｎｍのＭｏＯ３層を形成し、スパッタ緩衝層（無機層）を設けた。
次いで、各有機ＥＬ素子を高周波（ＲＦ）スパッタ装置のチャンバー内へ搬送し、ＩＴＯをターゲットとして酸素とアルゴンの混合気体（酸素比率２．２体積％）を導入しながら、ＲＦ出力３００Ｗ、基板とＩＴＯターゲット間の距離１７．８ｍｍの条件で、２．２×１０−１Ｐａの圧力のもと、発光エリア部電極取り出し部までパターン化されたマスクを用いて、１８０秒間スパッタリングを行い膜厚１３５ｎｍのパターン化されたＩＴＯ薄膜（透明導電性層）を前記ＭｏＯ３層（無機層）上に成膜した。有機ＥＬ素子１０５に前記変更を加えた有機ＥＬ素子を４０１、有機ＥＬ素子１１０に前記変更を加えた有機ＥＬ素子を４０２、有機ＥＬ素子２０５に前記変更を加えた有機ＥＬ素子を４０３、有機ＥＬ素子２１１に前記変更を加えた有機ＥＬ素子を４０４、とした。
さらに、有機ＥＬ素子４０１〜４０４に対し、各々の陰極層の膜厚を５ｎｍとした以外は同様の有機ＥＬ素子を作製し、各々の有機ＥＬ素子を順に、４１１、４１２，４１３，４１４とした。
作製した有機ＥＬ素子の駆動電圧、及び発光効率、有機ＥＬ素子の透過率を実施例３と同様に測定した、結果を表４に示す。
【００６７】
【表４】
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【００６８】
表４に記載の結果より明らかなように、透明導電性層としてＩＴＯ膜を形成し、その膜形成にＲＦスパッタ法を用いるためにＭｏＯ３によるスパッタ緩衝層（無機層）を設けた場合でも、低い駆動電圧で発光し、発光効率も比較の消衰係数が高いアルミニウムを用いた場合よりも高く、透明性の極めて高い素子となっていることがわかる。
【００６９】
実施例５
実施例１で作製した有機ＥＬ素子１０５，１１０、及び実施例２で作製した有機ＥＬ素子２０５，２１１と各々電子注入層まで同一の条件で有機ＥＬ素子を作製し、陰極層は、各々使用材料は表５に示す通り同一で膜厚を３ｍｍとなるように成膜した。
次に各々の有機ＥＬ素子を第１真空糟へ移動した後、線幅２ｍｍ、２００μｍピッチのストライプ状（これは、幅が２ｍｍの膜が、２００μｍの間隔をおいて成膜される、ということ）の蒸着用マスクを用い、加熱ボートに充填したＡｌｑ３を膜厚１５０ｎｍとなるように蒸着し、スパッタ緩衝層（無機層）を成膜した。その後、実施例４と同様に、ＲＦスパッタ装置のチャンバー内へ搬送し、ＩＴＯをスパッタリングにより１３５ｎｍの膜厚となるよう成膜を行い、透明導電性層を設けた。有機ＥＬ素子１０５に前記変更を加えた有機ＥＬ素子を５０１、有機ＥＬ素子１１０に前記変更を加えた有機ＥＬ素子を５０２、有機ＥＬ素子２０５に前記変更を加えた有機ＥＬ素子を５０３、有機ＥＬ素子２１１に前記変更を加えた有機ＥＬ素子を５０４、とした。
作製した有機ＥＬ素子の駆動電圧、及び発光効率、有機ＥＬ素子の透過率を実施例１と同様に測定した、結果を表５に示す。
【００７０】
【表５】
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【００７１】
表５に記載の結果より明らかなように、Ａｌｑ３のスパッタ緩衝層（無機層）をパターン化し、スパッタされたＩＴＯ（透明導電性層）が極わずかな領域で、さらに膜厚を薄くした直接薄膜金属陰極層と接触することにより、駆動電圧が下がることがわかる。また薄膜金属陰極層の膜厚をより薄くしたことで、有機ＥＬ素子の透過率が向上し、シースルー性に優れたより好ましい有機ＥＬ素子となっていることがわかる。
【００７２】
実施例６
実施例４で作製した有機ＥＬ素子４１１、４１２，４１３，４１４に関し、金属薄膜陰極層を３ｎｍとなるようにし、かつＭｏＯ３層（無機層）の上層に、実施例３と同様にして線幅１００μｍ、２ｍｍピッチのストライプ状（これは、蒸着後に１００μｍ幅で２ｍｍ間隔の補助電極ができるということ）の蒸着用マスクを用い、アルミニウムを膜厚１００ｎｍとなるように蒸着して補助電極を形成した以外は同様に有機ＥＬ素子を作製した。有機ＥＬ素子４１１に前記変更を加えた有機ＥＬ素子を６０１、有機ＥＬ素子４１２に前記変更を加えた有機ＥＬ素子を６０２、有機ＥＬ素子４１３に前記変更を加えた有機ＥＬ素子を６０３、有機ＥＬ素子４１４に前記変更を加えた有機ＥＬ素子を６０４、とした。
作製した有機ＥＬ素子の駆動電圧、及び発光効率、有機ＥＬ素子の透過率を実施例１と同様に測定した。結果を表６に示す。
【００７３】
【表６】
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【００７４】
表６に記載の結果より明らかなように、薄膜金属陰極層をさらに薄くし、ＭｏＯ３層（無機層）の上層にアルミニウムの補助電極を作製した有機ＥＬ素子は、より駆動電圧が低下し、かつ、有機ＥＬ素子の透過率も向上していることがわかる。
【００７５】
実施例７
実施例１で作製した有機ＥＬ素子１１０に関し、アルカリ金属もしくは該アルカリ金属化合物、またはアルカリ土類金属もしくは該アルカリ土類金属化合物からなる層（第２の層）と、アルカリ金属もしくは該アルカリ金属化合物、またはアルカリ土類金属もしくはアルカリ土類金属化合物を含有する有機電子輸送材料からなる層（第３の層）の、アルカリ金属もしくは該アルカリ金属化合物、またはアルカリ土類金属もしくは該アルカリ土類金属化合物を、表７に示す化合物に入れ替えた以外は同様にして有機ＥＬ素子７０１〜７０３を作製した。
作製した有機ＥＬ素子の駆動電圧、及び発光効率、有機ＥＬ素子の透過率を実施例３と同様に測定した。また、両面の正面の初期輝度の和が１００００ｃｄとなる時の、両面の輝度の比を求めた。さらに、正面側の初期輝度が１０００ｃｄとなる時の電流値に継続して有機ＥＬ素子を駆動し続け、輝度が５００ｃｄとなるまでの時間を測定した。結果を表７に示す。
【００７６】
【表７】
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【００７７】
表７に記載の結果より明らかなように、本発明の構成である、電子輸送層（第３の層）中にドープした材料と、電子注入層（第２の層）を構成する材料が同一である場合に、特に素子の駆動寿命に優れていることわかる。
【符号の説明】
【００７８】
１０  ユニット
１１  第１の層（金属層、陰極）
１２  第２の層（電子注入層）
１３  第３の層（電子輸送層）
１４  第４の層（電子輸送層）
１５  有機層または無機層
１６  透明導電性層
１７  補助電極
【図１】
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