(57)【要約】【課題】外部からの入射光の反射を防ぐ光吸収性の層を電極間に設けた有機発光素子において、さらなるコントラスト向上が可能となる有機発光素子を提供すること。【解決手段】透明基板上に、少なくとも、透明な陽極電極と、有機化合物からなる発光材料を含む有機膜と、電子注入層と、導電性光吸収層と、陰極電極とが順次積層されており、前記電子注入層はＬｉの弗化物または酸化物からなり、該電子注入層の膜厚は１〜５００Åであることを特徴とする有機発光素子。【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明基板上に、少なくとも、透明な陽極電極と、有機化合物からなる発光材料を含む有機膜と、前記有機膜に接する電子注入層と、導電性光吸収層と、陰極電極とが順次積層されており、前記電子注入層はＬｉの弗化物または酸化物からなり、該電子注入層の膜厚は１〜１００Åであることを特徴とする有機発光素子。
【請求項２】
前記電子注入層の膜厚が、５〜５０Åであることを特徴とする請求項１に記載の有機発光素子。
【請求項３】
前記導電性光吸収層は、膜厚が１００〜３０００Åのカーボン膜であることを特徴とする請求項１又は２に記載の有機発光素子。
【請求項４】
基板上に、少なくとも、陰極電極と、導電性光吸収層と、電子注入層と、有機化合物からなる発光材料を含む有機膜と、透明な陽極電極とが順次積層されており、前記電子注入層はＬｉの弗化物または酸化物からなり、該電子注入層の膜厚は１〜１００Åであることを特徴とする有機発光素子。
【請求項５】
前記電子注入層の膜厚が、５〜５０Åであることを特徴とする請求項４に記載の有機発光素子。
【請求項６】
前記導電性光吸収層は、膜厚が１００〜３０００Åのカーボン膜であることを特徴とする請求項４又は５に記載の有機発光素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電流の注入によって発光する有機化合物のエレクトロルミネッセンスを利用して、かかる物質を層状に形成した有機膜を備えた有機発光素子に関し、さらに詳しくは外部からの入射光の反射防止に関する。
【０００２】
【従来の技術】
有機発光素子は、自己発光性を有するため液晶とバックライトを組合せた、いわゆる液晶表示（ＬＣＤ）モジュールに比較して薄く、広視野角、応答スピードが早いなどの優位性がある。特にここ数年種々の有機発光素子が提案され実用化が急速に進んでいる。特に表示パネルへの実用化は著しく、複数の有機発光素子を同一平面上に二次元配列することで表示パネルを構成（たとえば、Ｘ−Ｙマトリックス型）し、これらの素子を独立に駆動させる表示パネルが市場に出てきている。今後は携帯電話をはじめとする携帯端末機器への搭載が期待される。
【０００３】
図２に従来の有機発光素子の構成断面図を示す。有機発光素子の典型的な基本構成は、透明基板上に陽極電極２、有機化合物からなる発光材料を含む有機膜４、陰極電極７が順次積層された構成である。また適宜、陽極電極と有機膜との間に正孔輸送層３を設けたり、陰極電極と有機膜との間に電子注入層５を設けたりする場合もある。
【０００４】
また、有機発光素子を構成する一対の電極（陽極および陰極）のうち、透明基板上に発光素子としての光取出し面（発光面）側に位置する電極は透明である。一方、光取出し面側とは反対側に位置する電極（以下、対向電極という）は、金属薄膜からなる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来より対向電極として用いられている金属薄膜は可視光の反射率が高く、有機発光素子の発光時および非発光時に拘わらず、外部から当該有機発光素子に入射した光の一部が対向電極によって反射される。このため、従来の有機発光素子、およびこの素子を同一平面上に二次元配列することによって構成した従来の有機発光素子パネルはコントラストが低いという課題を有していた。
【０００６】
そこで、例えば特開平８−２２２３７４号公報には、電極間に光吸収拡散層を設け、外部からの入射光の反射を防ぎ、コントラストを向上させるといった技術が開示されている。
【０００７】
ところが、従来の特開平８−２２２３７４号公報に開示されたような技術においては、光吸収拡散層の具体的な材料や膜厚、あるいは光吸収拡散層よりも光取出し面側に配置される層の構成についての吟味が十分とは言えず、さらなるコントラスト改善の余地が残されていた。
【０００８】
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、外部からの入射光の反射を防ぐ光吸収性の層を電極間に設けた有機発光素子において、さらなるコントラスト向上が可能となる有機発光素子を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための第１の発明は、
透明基板上に、少なくとも、透明な陽極電極と、有機化合物からなる発光材料を含む有機膜と、前記有機膜に接する電子注入層と、導電性光吸収層と、陰極電極とが順次積層されており、前記電子注入層はＬｉの弗化物または酸化物からなり、該電子注入層の膜厚は１〜１００Åであることを特徴とする有機発光素子である。
【００１０】
本発明は、上記第１の発明において、
「前記電子注入層の膜厚が、５〜５０Åであること」、
「前記導電性光吸収層は、膜厚が１００〜３０００Åのカーボン膜であること」、
をその好ましい態様として含むものである。
【００１１】
上記課題を解決するための第２の発明は、
基板上に、少なくとも、陰極電極と、導電性光吸収層と、電子注入層と、有機化合物からなる発光材料を含む有機膜と、透明な陽極電極とが順次積層されており、前記電子注入層はＬｉの弗化物または酸化物からなり、該電子注入層の膜厚は１〜１００Åであることを特徴とする有機発光素子である。
【００１２】
本発明は、上記第２の発明において、
「前記電子注入層の膜厚が、５〜５０Åであること」、
「前記導電性光吸収層は、膜厚が１００〜３０００Åのカーボン膜であること」、
をその好ましい態様として含むものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明は、透明基板上に、少なくとも、透明な陽極電極と、有機化合物からなる発光材料を含む有機膜と、電子注入層と、導電性光吸収層と、陰極電極とが順次積層されており、前記電子注入層はＬｉの弗化物または酸化物からなり、該電子注入層の膜厚は１〜１００Åであることを特徴とする有機発光素子である。
【００１４】
外光の反射防止のために導電性光吸収層を設けても、これより光取り出し面側にある層による反射があると、外光の反射防止効果が十分に発揮されない。そのため、有機発光素子の発光効率向上のために電子注入層を設ける場合に、その電子注入層は透明であることが好ましい。しかし本発明者らは、同じ透明な電子注入層であっても、材料、膜厚の選択により有機発光素子の発光時、非発光時の輝度の比であるコントラストが異なることを確認した。このような本発明の構成によれば、後述の測定結果から分かるようにコントラスト向上の効果が得られることとなる。
【００１５】
なお、光取り出し面側を基板側に設定する場合には、基板には透明基板を使用して上記のような構成とする必要があるが、光取り出し面側を基板と反対側に設定する場合には、基板の透明性は特に制限が無く、光取り出し面側の電極を透明電極とすれば良い。
【００１６】
好ましくは電子注入層の膜厚が５〜５０Åであることである。これにより、より高いコントラストを得ることも可能となる。
【００１７】
さらに、導電性光吸収層は外光反射率を効果的に低減させるために、可視光線領域（３６０ｎｍ〜７２０ｎｍ）全体の光透過率が３０％未満となるような構成とすることが好ましく、導電性光吸収層としてカーボン膜を用いる場合には、膜厚を１００〜３０００Åとすることが好ましい。
【００１８】
図１は本発明の有機発光素子の一例を示す構成断面図である。
【００１９】
図１において、１は透明基板、２は透明な陽極電極、３は正孔輸送層、４は電子輸送層を兼ねる発光層、５は電子注入層、６は導電性光吸収層、７は陰極電極である。本発明の有機膜は、図１に示す形態においては、正孔輸送層３と電子輸送層を兼ねる発光層４とからなる積層構造体に対応する。
【００２０】
ここで、本発明の構成の効果を示すコントラストのデータである表１〜表２を用いて本発明を詳しく説明する。尚、本明細書中でのコントラストとは、
〔コントラスト〕＝〔電圧印加時（発光時）の輝度〕／〔電圧を印加していない時（非発光時）の輝度〕
で定義したものを意味する。
【００２１】
以下の表１〜表２のデータは、後述の実施例１に示した製造方法にて作製した有機発光素子を想定した数値計算により得られたものである。表１のデータを得るための計算時の有機発光素子の膜厚データにおいては、電子注入層としてのＬｉＦ膜の膜厚のみを変化させた。表２のデータを得るための計算時の有機発光素子の膜厚データにおいては、導電性光吸収層としてのカーボン膜の膜厚のみを変化させた。
【００２２】
表１は電子注入層としてのＬｉＦ膜の膜厚データを変化させたそれぞれの場合についてのコントラストのデータである。この場合、導電性光吸収層の厚みを実施例１と同じ５００Åとした。表１より、７０を超える高いコントラストを得るためのＬｉＦ膜は、膜厚１Å以上、１００Å以下であることが好ましいことが分かる。なお、ＬｉＦは基本的には絶縁体であるため、膜厚が１００Åを越えると電流が注入しにくくなる。さらに、８０を超える高いコントラストを得るためには、膜厚５Å以上、５０Å以下であることが好ましいことも分かった。
【００２３】
【表１】
2004031065.tif 000003
【００２４】
通常、電子注入層としては、ＢａＯ、ＢａＳ、ＣａＯ、ＴｉＳｉ、ＷＳｉ、ＴｉＮ、ＺｒＮ、ＬａＢ６、ＲｅＴｉ合金、Ｅｕ、Ｍｇ、Ｌｉ、等の仕事関数が４．０ｅＶ以下の化合物もしくは金属、それらの複合物、またはそれらとＡｌ、Ａｇ、Ａｕ等の仕事関数４．０ｅＶ以上の金属との合金などを使用することが出来る。しかしながら、上記のように本発明らは、陰極電極の外光反射率を効果的に低減させるために設けた導電性光吸収層が透けて見えるように、有機膜と導電性光吸収層との間に設ける透明な電子注入層としてＬｉの弗化物または酸化物を採用した。また、Ｌｉの酸化物の場合も、表１に結果が示されている弗化物と同様に、膜厚１〜１００Åが好ましいこと、さらに好ましくは膜厚５〜５０Åが好ましいことも見出した。
【００２５】
表２は導電性光吸収層として形成したカーボン膜の膜厚を変化させたそれぞれの場合についてのコントラスト及びカーボン膜の光透過率のデータである。この場合、実施例１と同様にＬｉＦの膜厚を１０Åとした。表２より、カーボン膜厚が１００Å未満であるとコントラストの値が７０を下回ってしまうが、１００Å以上になると８０を超える高いコントラストを示すことがわかる。また、カーボン膜の光透過率とコントラストの関係をみると、光透過率が３０％以上であるとコントラストの値が５０を下回ってしまうが、３０％未満であると７０を超える高いコントラストを示すことが分かる。基本的にはカーボン膜の膜厚が１００Å以上であれば、厚いほどコントラストは高い状態で一定になるが、厚すぎると電子注入性が悪くなってきたり、膜剥がれが生じやすくなる。そのため３０００Åまでが上限と思われる。
【００２６】
【表２】
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【００２７】
以上より７０を超える高いコントラストで、かつ膜剥がれなどがない安定した成膜ができるカーボン膜は、膜厚が１００Å以上、３０００Å以下、光透過率３０％未満であることがわかった。
【００２８】
本発明の有機発光素子においては、基板上に形成される透明な陽極電極、陰極電極は、従来より有機発光素子用の陽極材料および陰極材料がそのまま利用できる。そして、陽極電極と陰極電極との間に電位差を設けることにより発光材料を発光させる。このような、電子注入層と導電性光吸収層以外の層構成や発光のさせ方は公知のものである。
【００２９】
透明基板はガラス、プラスチック等、光透過性の従来と同様のものでよい。
【００３０】
透明な陽極電極としては、無機材料では金属、合金、酸化物などの光透過性があり、かつ、仕事関数が大きい（４ｅＶ以上）材料、具体的にはＣｕＩ、ＩＴＯ、ＳｎＯ２、ＺｎＯなどが挙げられる。また、有機材料では、ポリアニリンなどが挙げられる。
【００３１】
また、陰極電極としては、仕事関数の小さい（４ｅＶ以下）金属、金属合金、などで、具体的にはマグネシウム、マグネシウムと銀との合金、ナトリウム、ナトリウムとカリウムとの合金、アルミニウムとリチウムとの合金、インジウムや希土類金属などが挙げられる。
【００３２】
相対的に陽極の仕事関数の方が陰極の仕事関数よりも大きくなるように選択すれば良く仕事関数の大きさは４ｅＶに限定されるものではない。また、両電極のシート抵抗値は共に数百Ω以下／□以下であることが望ましい。
【００３３】
また、陽極電極は、可視光波長（４００〜７００ｎｍ程度）での透過率が大きいほど良く、例えば、ＩＴＯの場合５０００Å以下であれば透過率は８０％以上で充分と言える。透過率が低いと実用上充分な輝度が得られない。
【００３４】
また、陰極電極として、上記のような陰極としての電子注入性にすぐれている材料が良いが、屋外では太陽光が、また、室内では蛍光灯の光などの外光を反射しやすい。そのため、本発明の構成が有効となる。
【００３５】
本発明の有機膜とは、有機単層薄膜、有機多層薄膜の両方を含むものである。有機単層薄膜とは、実質的に１種類または多種類の有機発光材料のみからなる薄膜や、１種類または多種類の有機発光材料と正孔輸送材料、電子輸送材料との混合物からなる薄膜など有機ＥＬ素子の発光層として機能する単層構造を意味する。有機多層薄膜とは、発光層以外に正孔輸送材料、電子輸送材料を個別に２層以上積層した積層構造体を意味する。有機単層薄膜および有機多層薄膜の構成材料は、従来より有機ＥＬ素子で用いられている正孔輸送材料、有機発光材料、電子輸送材料をそのまま使用できる。
【００３６】
正孔輸送材料としては、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、フェニレンジアミン誘導体、アリールアミン誘導体、ピラゾリン誘導体、ピラゾロン誘導体、アニリン系共重合体、ポリアリールアルカン誘導体、スチルベン誘導体、ヒドラゾン誘導体、アミノ置換カルコン誘導体、オキサゾール誘導体、スチリルアントランセン誘導体、フルオレノン誘導体、シラザン誘導体、ポリシラン系化合物などが挙げられる。
【００３７】
有機化合物からなる発光材料としては、ベンゾチアゾール系、金属キレート化オキシノイド化合物、スチルベンゼン系化合物、芳香族ジメチルリジン化合物、ジスチルピラジン誘導体ベンゾイミダゾール系、ベンゾオイサゾール系などが挙げられる。
【００３８】
【実施例】
（実施例１）
以下に、本発明の有機発光素子の製造方法の一例を図１を参照して詳細に説明する。
【００３９】
まずガラスからなる透明基板１上に光透過性を有する陽極電極２として膜厚１２００ÅのＩＴＯ膜を蒸着により成膜した。
【００４０】
この基板をＩＰＡ溶液で５分間、純水中で５分間それぞれ超音波洗浄し、その後ＵＶオゾン洗浄機で１０分間洗浄した。
【００４１】
その後、この陽極電極２が形成された透明基板１を、蒸着機の基板ホルダーに固定し、１×１０−４Ｐａの真空中で、陽極電極が形成された側に、正孔輸送材料であるＮ，Ｎ’−ビス（３−メチルフェニル）−Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−（１，１’−ビフェニル）−４，４’−ジアミン（以下、ＴＰＤと言う）を１１０Å蒸着した。
【００４２】
次に発光層としてトリス（８−キノリノール）アルミニウム（以下Ａｌｑ３）にキナクリドンを共蒸着により約０．６％ドープした層を膜厚２００Åで設けた。
【００４３】
次に電子輸送材料としてＡｌｑ３を４００Å蒸着した。
【００４４】
次に１×１０−４Ｐａの真空中で、電子注入層であるＬｉＦ（Ｌｉ含有量１．５ｗｔ％）を１０Å蒸着した。
【００４５】
次に導電性光吸収層６としてカーボン膜厚を５００Å蒸着した。
【００４６】
次いで陰極電極７としてＡｌを１５００Å蒸着した。
【００４７】
このようにして作製した有機発光素子のコントラストを以下のようにして測定した。
【００４８】
まず、通常の実験室内の蛍光灯点灯下で、所定の台上に光取り出し面側を上にして有機発光素子を置くとともに、この素子の斜め上方約５０ｃｍの距離に白熱電球（１００Ｗ）を配置する。そして、白熱電球を点灯しながら、素子に所定電圧（ＤＣ１０Ｖ）を印加して当該素子を発光させたときの輝度と素子に電圧を印加していないときの輝度とをそれぞれ輝度計により測定した。そして、これらの測定結果から上記式にてコントラストを算出した。その結果を下記の表３に示す。
【００４９】
（実施例２）
電子注入層をＬｉ２Ｏにした以外は実施例１と同様にして、有機発光素子を得た。なお電子注入層Ｌｉ２Ｏの膜厚は１０Åとした。
【００５０】
そして、実施例１と同様にしてコントラストのデータを得た。その結果を下記の表３に示す。
【００５１】
（比較例）
黒色層のカーボン膜を設けなかったこと以外は実施例１と同様にして、有機発光素子を得た。
【００５２】
そして、実施例１と同様にしてコントラストのデータを得た。その結果を下記の表３に示す。
【００５３】
【表３】
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【００５４】
表３から明らかなように、実施例１、２で作製した各有機発光素子のコントラストは、比較例の有機発光素子のコントラストより遥かに高いことがわかる。
【００５５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、コントラストの向上が可能となる電子注入層の材料、膜厚の条件、及び導電性光吸収層の同様な条件が明確化され、コントラストの高い有機発光素子を得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の有機発光素子の一例を示す構成断面図である。
【図２】従来例の有機発光素子の構成断面図である。
【符号の説明】
１　透明基板
２　陽極電極
３　正孔輸送層
４　発光層
５　電子注入層
６　導電性光吸収層
７　陰極電極
【図１】
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【図２】
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