(57)【要約】      （修正有）【課題】高輝度高効率の発光が得られ、耐久性にも優れた発光素子を提供する。【解決手段】一般式［Ｉ］で示されるフェナントロリン化合物と炭酸塩を含有する有機化合物層を備えた発光素子。2004335143.tif 000015（式中、Ｒ１〜６は水素原子、アルキル基、置換あるいは無置換のアラルキル基、アリール基等を表す。Ａｒ１、Ａｒ２は、置換あるいは無置換の縮合多環芳香族基または縮合多環複素環基を表す。）【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
陽極及び陰極からなる一対の電極と、該一対の電極間に挟持された一または複数の有機化合物からなる層を少なくとも有する発光素子において、前記陰極電極と電気的に実質接している有機化合物層が下記一般式［Ｉ］で示されるフェナントロリン化合物の少なくとも一種と炭酸塩を含有することを特徴とする発光素子。
【外１】
2004335143.tif 000014
一般式［Ｉ］
（式中、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５およびＲ６は、水素原子、アルキル基、置換あるいは無置換のアラルキル基、置換あるいは無置換のアリール基，置換あるいは無置換の複素環基またはハロゲン原子を表わす。Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５およびＲ６は、同じであっても異なっていてもよい。Ａｒ１およびＡｒ２は、置換あるいは無置換の縮合多環芳香族基または縮合多環複素環基を表す。Ａｒ１およびＡｒ２は、同じであっても異なっていてもよい。）
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、陽極と陰極間に少なくとも一層の有機化合物層を備える発光素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
発光素子とは、陰極と陽極との間に流れる電流によって、両電極間に在る有機化合物が発光する、いわゆる有機エレクトロルミネッセンス素子のことである。
【０００３】
発光素子の一般的な断面構造を、図１に示す。図中、１は透明基板、２は透明電極、３は正孔輸送層、４は発光層、５は電子輸送層、６は電子注入層、７は陰極をそれぞれ表している。
【０００４】
この発光素子においては、陰極７から、電子注入・輸送層５、６、を通して、発光層４に注入された電子と、透明電極２から正孔輸送層３を通して発光層４へ注入された正孔との再結合によって励起子が生成される。この励起子が基底状態にもどる際に放射される光を利用する素子である。
【０００５】
このような発光素子の陰極７には、比較的仕事関数が小さく、電子注入特性が良好な材料、例えば、マグネシウム（Ｍｇ）のような単体金属や、Ａｇ−Ｍｇ、Ａｌ−Ｌｉ等の金属合金が用いられる。
【０００６】
また、特許文献１では、ドナー（電子供与性）ドーパントとして機能する金属を有する有機層が、陰極に接してい設けられている構成が開示されている。そしてこのドナー（電子供与性）ドーパントとして用いられる金属としては、アルカリ金属、アルカリ土類金属、希土類を含む遷移金属等が該特許文献１に開示されている。
【０００７】
また、特許文献２では、金属酸化物あるいは金属塩をドーパントとして有する有機層が、陰極に接して設けられている構成が開示されている。
【０００８】
これらの有機層に用いられる有機化合物としては、良好な電子輸送性を備えるバソフェナントロリン等が用いられる。
【０００９】
【特許文献１】
特開平１０−２７０１７１号公報（２頁、９−１３行、第１図）
【特許文献２】
特開平１０−２７０１７２号公報（２頁、２−７行、第１図）
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
このような発光素子における最も大きな課題は、素子を連続駆動する際の寿命である。特に、上記のバソフェナントロリンは、ガラス転移温度（Ｔｇ）が、約７５℃前後と低い。そのため、バソフェナントロリンのような材料を有機層に用いた発光素子では、駆動時の発熱により、有機層を構成する薄膜形状が変化する。この薄膜形状の変化は、電極からのキャリア注入を阻害し、駆動電圧の上昇や、ダークスポット呼ばれる非発光部分を生じさせる一因となる。このような理由から、バソフェナントロリンを用いた発光素子は、発光輝度、発光効率等の面で良好な初期特性を示すが、連続駆動時の素子寿命は、短かった。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、極めて高効率で高輝度な、そして耐久性のある発光素子を提供する。
【００１２】
具体的に本発明は、陽極及び陰極からなる一対の電極と、前記一対の電極間に備えられている有機化合物層とから少なくとも構成されている発光素子であって、上記陰極電極と電気的に実質接している前記有機化合物層が少なくとも下記一般式［Ｉ］で示されるフェナントロリン化合物の少なくとも一種と、炭酸塩とから構成されていることを特徴とする発光素子を提供する。
【００１３】
【外２】
2004335143.tif 000002
一般式［Ｉ］
（式中、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５およびＲ６は、水素原子、アルキル基、置換あるいは無置換のアラルキル基、置換あるいは無置換のアリール基，置換あるいは無置換の複素環基またはハロゲン原子を表わす。Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５およびＲ６は、同じであっても異なっていてもよい。Ａｒ１およびＡｒ２は、置換あるいは無置換のフルオレニル基、置換あるいは無置換のフルオランテニル基、置換あるいは無置換のペリレニル基または置換あるいは無置換のカルバゾリル基を表わし、Ａｒ１およびＡｒ２は、同じであっても異なっていてもよい。）
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明は、
（１）陽極及び陰極からなる一対の電極と、該一対の電極間に挟持された一または複数の有機化合物からなる層を少なくとも有する発光素子において、前記陰極電極と電気的に実質接している有機化合物層が下記一般式［Ｉ］で示されるフェナントロリン化合物の少なくとも一種と炭酸塩を含有することを特徴とする発光素子である。
【００１５】
【外３】
2004335143.tif 000003
一般式［Ｉ］
（式中、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５およびＲ６は、水素原子、アルキル基、置換あるいは無置換のアラルキル基、置換あるいは無置換のアリール基，置換あるいは無置換の複素環基またはハロゲン原子を表わす。Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５およびＲ６は、同じであっても異なっていてもよい。Ａｒ１およびＡｒ２は、置換あるいは無置換の縮合多環芳香族基または縮合多環複素環基を表す。Ａｒ１およびＡｒ２は、同じであっても異なっていてもよい。）
【００１６】
また
（２）一般式［Ｉ］のＡｒ１およびＡｒ２が、置換あるいは無置換のフルオレニル基、置換あるいは無置換のフルオランテニル基または置換あるいは無置換のペリレニル基から選ばれる（１）に記載の発光素子も好ましい。
【００１７】
また
（３）一般式［Ｉ］のＡｒ１およびＡｒ２が、下記一般式［ＩＩ］で示されるフルオレニル基である（１）あるいは（２）のいずれかに記載の発光素子も好ましい。
【外４】
2004335143.tif 000004
一般式［ＩＩ］
（式中、Ｒ７は、水素原子、アルキル基、置換あるいは無置換のアラルキル基、置換あるいは無置換のアリール基、置換あるいは無置換の複素環基、置換アミノ基、シアノ基またはハロゲン原子を表わす。Ｒ８およびＲ９は、水素原子、アルキル基、置換あるいは無置換のアラルキル基、置換あるいは無置換のアリール基または置換あるいは無置換の複素環基を表わし、Ｒ８およびＲ９は、同じであっても異なっていてもよい。）
【００１８】
また
（４）前記炭酸塩が、アルカリ金属塩あるいはアルカリ土類金属塩であることを特徴とする（１）ないし（３）のいずれかに記載の発光素子も好ましい。
【００１９】
また
（５）前記陰極が、可視光に透明であることを特徴とする（１）ないし（４）のいずれかに記載の発光素子も好ましい。
【００２０】
また
（６）前記陰極が、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）電極であることを特徴とする（５）に記載の発光素子も好ましい。
【００２１】
また
（７）前記陰極が、金あるいは銀あるいはアルミニウムの少なくともいずれかの電極であることを特徴とする（１）ないし（４）のいずれかに記載の発光素子も好ましい。
【００２２】
また
（８）前記陰極側から光を取り出すことを特徴とする（１）ないし（７）のいずれかに記載の発光素子も好ましい。
【００２３】
また
（９）前記陽極が、光を反射する機能を有する電極であることを特徴とする（１）ないし（８）のいずれかに記載の発光素子も好ましい。
【００２４】
また
（１０）前記陽極が、クロム（Ｃｒ）を含む電極であることを特徴とする（９）に記載の発光素子も好ましい。
【００２５】
また
（１１）前記陽極が、銀（Ａｇ）を含む電極であることを特徴とする（９）に記載の発光素子も好ましい。
【００２６】
また
（１２）前記陽極が反射性電極、前記陰極が透明電極であることを特徴とする（１）ないし（１１）のいずれかに記載の発光素子も好ましい。
【００２７】
また
（１３）前記陽極がクロム、前記陰極がインジウム錫酸化物（ＩＴＯ）からなる電極であることを特徴とする（１２）に記載の発光素子も好ましい。
【００２８】
また
（１４）前記陰極電極と電気的に実質接している有機化合物層と陽極との間に、前記有機化合物層とは別の発光層を有することを特徴とする（１）ないし（１３）のいずれかに記載の発光素子も好ましい。
【００２９】
また
（１５）前記陰極電極と電気的に実質接している有機化合物層と発光層の間に別の有機化合物層を有することを特徴とする（１４）に記載の発光素子も好ましい。
【００３０】
（第１の実施の形態）
本発明の第一の実施の形態に係る発光素子は、陽極及び陰極とからなる一対の電極と、該一対の電極の間に配置された発光層とを少なくとも有する発光素子において、前記陰極に実質的に接している有機化合物層が、一般式［Ｉ］で示されるフェナントロリン化合物の少なくとも一種と炭酸塩を含有していることを特徴とする。
【００３１】
本発明で用いられるフェナントロリン化合物の代表例を以下に挙げるが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００３２】
［化合物例］
【外５】
2004335143.tif 000005
一般式［Ｉ］
【００３３】
【外６】
2004335143.tif 000006
【００３４】
【外７】
2004335143.tif 000007
【００３５】
これらのフェナントロリン化合物は、従来の化合物に比べ電子輸送性および耐久性の優れた化合物である。
【００３６】
また、本発明の発光素子における有機化合物層は、上記のフェナントロリン化合物の他に、炭酸塩が含有されている。本発明で用いられる炭酸塩としては、アルカリ金属、アルカリ土類金属の炭酸塩であることが好ましい。その中でも、特に好ましく用いることができる炭酸塩としては、炭酸セシウム（Ｃｓ２ＣＯ３）あるいは、炭酸リチウム（Ｌｉ２ＣＯ３）の少なくともいずれか一方である。もちろんこの有機化合物層中には、それぞれの炭酸塩（アルカリ金属、アルカリ土類金属）を共に存在させてもよい。
【００３７】
炭酸塩が好ましい理由として、得られる素子の耐久性が向上することを挙げてもよい。耐久性とは素子寿命のことである。炭酸塩は、分子量が比較的大きいため、素子駆動時に有機化合物層中を移動し難いと考えられるからである。さらに有機化合物層を構成する有機化合物、すなわちフェナントロリン化合物との親和性がよいことも炭酸塩を好ましく用いる理由としてよいかもしれない。
【００３８】
このようなフェナントロリン化合物と炭酸塩を含有する、上記有機化合物層により、陰極から発光層へ電子が効率よく供給される。その結果、本実施形態では、陰極に用いる材料を選択する場合、材料の仕事関数を考慮して制限されることなく、すなわち比較的仕事関数が高い材料を陰極に用いることができる。具体的には、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）、金、銀や、それら合金を選択した場合でも、発光素子への良好な電子注入が可能となる。
【００３９】
特に、陰極をインジウム錫酸化物（ＩＴＯ）に、そして該インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）電極と、電気的に実質接する有機化合物層が、上記フェナントロリン化合物と炭酸塩を含有している発光素子では、陰極及び有機化合物層が光学的に良好な透過率を備えていることから、陰極から光を取り出すことが出来、いわゆるトップエミッション型発光素子に好適である。もちろん本発明の発光素子は、陽極から光を取り出す形態の発光素子であってもよい。
【００４０】
また、フェナントロリン化合物と炭酸塩を含む有機化合物層の膜厚は、０．１〜１０００ｎｍ（０．１ｎｍ以上１０００ｎｍ以下という意味、以下同様）の範囲、好ましくは１〜５００ｎｍの範囲である。なお、発光層の膜厚はいくらでも良い。高い発光効率を得るためには、発光層の膜厚方向に十分な再結合領域があることが望ましい。
【００４１】
また、陰極とこの有機化合物層の間に別な層を設けてもよい。この別な層とは有機層あるいは無機層あるいは、有機・無機の混合層でもよい。更に具体的には、ＬｉＦ層であってもよい。なお、そのような別の層を設けることで、電子注入が更に改善される。そして、この別な層が設けられていても陰極とこの有機化合物層は、実質電気的に接していると言える。
【００４２】
ところで、フェナントロリン化合物と炭酸塩とからなる有機化合物層を形成する場合、両者を共蒸着することが好ましい。特に炭酸塩を加熱した状態で、有機化合物層が形成されることが好ましい。炭酸塩が加熱された状態で有機化合物層が形成されることで、発光素子の電流密度が実用に好ましいレベルに至る。加熱して用いる場合もやはり、炭酸セシウム、炭酸リチウムのような炭酸塩がおよそ１５０℃以上７００℃以下で加熱できる。この温度範囲は比較的低温の温度範囲である。この温度領域（範囲）は、炭酸塩の融点、分解点、分解開始点のいずれかの温度領域であってもよい。
【００４３】
炭酸塩を加熱することが好ましい理由は、今のところ断言できないが、フェナントロリン化合物と炭酸塩が相互に作用し、電子が効率よく陰極から発光層へと供給できるのかもしれない。
【００４４】
あるいは、炭酸塩は加熱されると共に、フェナントロリン化合物を還元するのかもしれない。そして、安定な金属である金（Ａｕ）や、銀（Ａｇ）や、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）を用いても、陰極からの電子注入障壁を小さくさせることができ、素子の駆動電圧を下げることができるのかもしれない。
【００４５】
また金属単体（例えばセシウム金属単体）に比べても炭酸塩（Ｃｓ２ＣＯ３）は好ましい。これは炭酸塩のほうが金属単体に比べ分子量が大きく（即ち重たく）、セシウム元素が移動しにくいからではないかと考える。
【００４６】
有機化合物層の成膜方法は、いかなる薄膜形成方法であってよい。例えば蒸着法やスパッタ法が使用できる。これらの方法は炭酸塩を加熱できるので好ましい方法である。
【００４７】
また、本実施形態の発光素子は、複数の発光素子を有する発光素子アレイ、ディスプレイ（モノカラーフルカラー問わず）等の表示素子、および電子写真方式（例えばレーザービームプリンタや複写機）の感光体への露光光源として適用できる。
【００４８】
又、本発明の実施形態の発光素子において、陰極電極に用いる材料として、アルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）、あるいはそれら１種を少なくとも含む合金等を挙げることが出来る。他にもマグネシウム（Ｍｇ）、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、セレン（Ｓｅ）、イリジウム（Ｉｒ）、酸化錫、そしてヨウ化銅あるいはそれらを少なくとも１つ含む混合金属（例えば合金）を用いることが出来る。
【００４９】
本発明の実施形態の発光素子は、陰極電極と、それに接する有機化合物層を成膜する順序に限定を受けず、該成膜順序を自在に選択できる。
【００５０】
（第２の実施形態）
図２は、本発明の第２の実施形態を示す模式図である。本実施形態は第１の実施形態である発光素子の一部を陽極まで含めた層構成にまで説明を広げたものである。同図において、本発明の発光素子は、基板１０上に、陽極となる電極１１、正孔輸送性を有する正孔輸送層１２、発光層１３、フェナントロリン化合物と炭酸塩から構成される有機化合物層１４、陰極となる電極１５を積層して構成されている。
【００５１】
この他、上記有機化合物層の構成としては、電極（陽極）／発光層／有機化合物層／電極（陰極）、電極（陽極）／正孔輸送層／発光層／電子輸送層／有機化合物層／電極（陰極）、電極（陽極）／正孔注入層／発光層／有機化合物層／電極（陰極）、電極（陽極）／正孔注入層／正孔輸送層／発光層／有機化合物層／電極（陰極）、電極（陽極）／正孔注入層／正孔輸送層／発光層／電子輸送層／有機化合物層／電極（陰極）等が挙げられるが、本発明による発光素子は、有機化合物層１４を陰極１５との界面に備える構成であれば、いかなる素子構成であっても良い。更に、具体的には層の構成が、陰極、有機化合物層、電子輸送層の順であることがよい（もちろん製造の順番から言えば電子輸送層の次に有機化合物層そしてそのあとに陰極といった順に各層を製造することもある）。特にこの層構成の場合、本発明の有機化合物層に含有されるフェナントロリン化合物を、電子輸送層として好ましく用いることができる。また、Ａｌｑ３及びＰＢＯ等の金属錯体化合物、オキサゾール、トリアゾール、キノキサリン、トリアジン、トリアゾール、シロール等のヘテロ環化合物、ヘテロ縮合環化合物の少なくともいずれか一つを電子輸送層として用いてもよい。
【００５２】
このような電子輸送層を更に設けることで、陰極から発光層へ電子を供給する効率が更に改善される。その場合電子輸送層の材料と有機化合物層を構成する主たる有機化合物は別々の化合物であってもよいが、同じ化合物であることが好ましい。
【００５３】
正孔輸送層１２及び正孔注入層として使用できる有機化合物としては、特に限定はないが、例えばトリフェニルジアミン誘導体、オキサジアゾール誘導体、ポリフィリル誘導体、スチルベン誘導体等を用いることができるが、これに限られるものではない。
【００５４】
発光層１３の材料として使用できる有機化合物としては、トリアリールアミン誘導体、スチルベン誘導体、ポリアリーレン、芳香族縮合多環化合物、芳香族複素環化合物、芳香族複素縮合環化合物、金属錯体化合物等及びこれらの単独オリゴ体あるいは複合オリゴ体等から採用できる。またこれらの発光材料の一種以上を正孔注入層や、正孔輸送層又は、電子輸送層にドーピングして用いることもできる。これら材料、構成は、いずれもこれに限定されない。
【００５５】
陽極となる電極１１としては、仕事関数の大きなものが望ましく、例えばインジウム錫酸化物（ＩＴＯ）、酸化錫、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）クロム（Ｃｒ）、パラジウム（Ｐｄ）、セレン（Ｓｅ）、イリジウム（Ｉｒ）、ヨウ化銅等や、合金等を用いることができる。
【００５６】
上記、正孔注入層、正孔輸送層１２、発光層１３、電子輸送層の成膜は、いかなる薄膜形成方法であってもよく、例えば蒸着法やスパッタ法、ＣＶＤ法、分子線蒸着法（ＭＢＥ法）、ディッピング法、スピン塗布法、キャスティング法、バーコート法、ロールコート法、インクジェット法等が使用できる。
【００５７】
また、本発明の本実施形態で述べた発光素子において、有機材料や無機材料からなる保護層を設け、素子を酸素や湿気から守る構成を取ることも可能であり、何ら本発明の特徴を阻害するものとはならない。また、不活性ガスで素子を封入する等により、素子の耐環境性の向上を図ることも可能である。
【００５８】
（第３の実施の形態）
本発明の第３の実施の形態に係る発光素子は、有機化合物層と発光層との間に別の層を設ける形態である。それ以外は第２の実施の形態と同じである。本実施形態は、第２の実施の形態において説明した層構成のうち電極（陽極）／正孔輸送層／発光層／電子輸送層／有機化合物層／電極（陰極）、電極（陽極）／正孔注入層／正孔輸送層／発光層／電子輸送層／有機化合物層／電極（陰極）等の層構成が本実施の形態にの範疇に含まれるが、その他に発光層と有機化合物層との間にブロック層、より具体的にはホールブロッキング層としての機能を有する層を設けても良い。なおこのホールブロッキング層は、先の電子輸送層と同一であってもよいし、別に設けても良い。
【００５９】
このホールブロック層を用いることで、素子発光層に、各電子や正孔（ホール）、励起子を有効に閉じ込め、素子の発光効率が向上する。
【００６０】
本発明の有機化合物層に備えるフェナントロリン化合物から構成される層を、発光層と有機化合物層の間に形成すると、ホールブロック層兼、電子輸送層として好適に用いることができ、このような発光素子は、良好な発光効率を得ることができる。
【００６１】
また有機化合物層を構成する有機化合物とは、別な有機化合物をホールブロック層として用いることも可能であり、その場合Ａｌｑ３及びＰＢＯ等の金属錯体化合物、オキサゾール、トリアゾール、キノキサリン、トリアジン、トリアゾール、シロール等のヘテロ環化合物、ヘテロ縮合環化合物の少なくともいずれか一つをホールブロッキング層として用いてもよい。
【００６２】
（第４の実施の形態）
本発明の第４の実施の形態に係る発光素子は、基板と反対側に設ける電極から光を取り出す、いわゆるトップエミッション型発光素子の形態である。
【００６３】
本実施形態では、基板側に備えられる下面電極を、発光が反射する反射電極、基板と反対側に設けられる上面電極を、発光を外部へ取り出す透明電極とした。それ以外は、本発明の第１、第２もしくは、第３の実施形態と同一である。本実施形態においては、下面電極が陽極、上面電極が陰極である。
【００６４】
本発明の実施の形態の発光素子において、陽極となる電極１１としては、反射率が高く、かつ仕事関数が大きなものが望ましく、例えばクロム（Ｃｒ）や金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）や、それらの合金等を用いることができる。
【００６５】
また、本発明の実施の形態の発光素子において、陰極となる電極１５に用いる材料としては、透過率が高いものが望ましく、例えば、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）、酸化インジウム・酸化亜鉛系アモルファス透明導電膜（ＩＺＯ）等や、それらの複合物が用いられる。
【００６６】
本発明のフェナントロリン化合物と炭酸塩を含有した有機化合物層は、光学的に良好な透過率を備えていることから、該有機化合物層に接して備えられる透明な陰極から発光の取り出しの妨げとならず、前記陰極から良好に発光を取り出すことができる。
【００６７】
さらに、本発明の前記有機化合物層は、陰極に用いる材料の仕事関数に制限されない、したがって、ＩＴＯやＩＺＯ等の比較的仕事関数が高い材料を陰極に用いた場合でも、発光素子への良好な電子注入が可能である。
【００６８】
このような理由から、本発明の一般式［Ｉ］で示されるフェナントロリン化合物と炭酸塩を含有する有機化合物層は、トップエミッション型の発光素子でも好ましく用いることができる。
【００６９】
なお、本実施形態では、下面電極が陽極、上面電極が陰極の場合を示したが、発光素子の積層構成を適宜対応させることで、下面電極が反射機能を有する陰極、上面電極が、光透過性の陽極であるトップエミッション型発光素子を提供することも可能である。
【００７０】
【実施例】
以下に、本発明の好適な実施例を図面に基づいて説明する。なお、本実施例では、炭酸塩として炭酸セシウムを例示して説明するが、炭酸リチウムも適用可能であり即ち本発明は本実施形態に限られない。
【００７１】
（実施例１）
図２、第一の実施例を示す。図中、１０は陽極側の透明基板であり、１１は正孔注入用の陽極電極としてのＩＴＯ層を示し、１２は正孔輸送層、１３は発光層、１４は有機化合物層、１５は陰極電極である。
【００７２】
透明基板１０上に酸化錫インジウム（ＩＴＯ）をスパッタ法にて１２０ｎｍの膜厚で成膜し、透明な陽極電極１１を得た。その後、該基板をアセトン、イソプロピルアルコール（ＩＰＡ）で順次超音波洗浄し、次いでＩＰＡで煮沸洗浄後乾燥した。さらに、ＵＶ／オゾン洗浄した。
【００７３】
次いで、真空蒸着装置［真空機工社製］を用いて、洗浄後の該基板を上に正孔輸送性を有する下記化学式１：
【外８】
2004335143.tif 000008
で表されるαＮＰＤを真空蒸着法により３５ｎｍの膜厚で成膜し正孔輸送層１２を形成した。蒸着時の真空度は、１．０×１０−６Ｔｏｒｒ、成膜速度は、成膜速度は０．２〜０．３ｎｍ／ｓｅｃの条件で成膜した。次に、前記正孔輸送層１２の上に、下記化学式２：
【外９】
2004335143.tif 000009
で表される、アルミキレート錯体（以下Ａｌｑ３という）を真空着法により１５ｎｍの膜厚で成膜し発光層１３を、正孔輸送層１２を成膜するときと同じ条件で形成した。次に、前記発光層１３の上に、有機化合物層１４として、下記化学式３：
【外１０】
2004335143.tif 000010
で表される、フェナントロリン化合物と炭酸セシウム（Ｃｓ２ＣＯ３）を膜厚比９：１の割合で混合されるよう、各々の蒸着速度を調整して３５ｎｍの厚さに成膜した。最後に、前記有機化合物層１４の上に陰極電極１５として、アルミニウム（Ａｌ）を蒸着速度１ｎｍ／ｓｅｃの条件で１５０ｎｍ蒸着した。
【００７４】
このようにして、透明基板１０上に、陽極電極１１、正孔輸送層１２、発光層１３、有機化合物層１４、および陰極電極１５を設け、発光素子を得た。続いて、この発光素子において、ＩＴＯを陽極電極１１、アルミニウムを陰極電極１５として、直流電圧を印加し、素子の発光特性を調べた。
【００７５】
その結果この素子は、印加電圧８Ｖにて最高輝度１３６６５ｃｄ／ｍ２、電流密度１４９４ｍＡ／ｃｍ２を示した。また、印加電圧５Ｖにて、１．０１ｌｍ／ｗの発光効率を示した。この時の電圧―輝度特性を図３に示す。
【００７６】
さらに、素子を流れる電流を電流密度１００ｍＡ／ｃｍ２になるように保ち、初期輝度の減衰変化と経過時間の関係を調べた。結果を表１に示す、表１は、初期輝度が所定割合減衰するまでに要した経過時間を示している。表１より、本実施例１の発光素子の初期輝度が半減するまでに要した時間は、２０６時間であった。
【００７７】
【表１】
2004335143.tif 000011
【００７８】
（比較例１）
本比較例は、有機化合物層に用いる有機化合物を、本発明のフェナントロリン化合物から、従来例で用いられていたバソフェナントロリンと変更し、比較検討した例である。
【００７９】
実施例１と同様な条件にて、陽極電極１１であるＩＴＯ上にまず正孔輸送層１２として
α―ＮＰＤを３５ｎｍの膜厚で成膜し、その上に、発光層１３としてＡｌｑ３を１５ｎｍの膜厚で成膜した。次に、有機化合物層１４として下記化学式４：
【外１１】
2004335143.tif 000012
で表される、フェナントロリン化合物と炭酸セシウム（Ｃｓ２ＣＯ３）を膜厚比９：１の割合で混合されるよう、各々の蒸着速度を調整して３５ｎｍの厚さに成膜した。最後に、前記有機化合物層１４の上に陰極電極１５として、アルミニウム（Ａｌ）を蒸着速度１ｎｍ／ｓｅｃの条件で１５０ｎｍ蒸着した。
【００８０】
このようにして、透明基板１０上に、陽極電極１１、正孔輸送層１２、発光層１３、有機化合物層１４、および陰極電極１５を設け、発光素子を得た。続いて、この発光素子において、ＩＴＯを陽極電極１１、アルミニウムを陰極電極１５として、直流電圧を印加し、素子の発光特性を調べた。
【００８１】
その結果この素子は、印加電圧８Ｖにて最高輝度９８３３ｃｄ／ｍ２、電流密度１４２８ｍＡ／ｃｍ２を示した。この時の電圧―輝度特性を図３に示す。また、印加電圧５Ｖの時、０．７７ｌｍ／ｗの発光効率を示した。
【００８２】
さらに、素子を流れる電流を電流密度１００ｍＡ／ｃｍ２になるように保ち、初期輝度の減衰変化と経過時間の関係を調べた。結果を表１に示す。表より、本比較例１の発光素子の初期輝度が半減するまでに要した時間は、１２８時間であった。
【００８３】
（比較例２）
本比較例は、陰極に接する層を、本発明の有機化合物層から、従来広く一般的に用いられているＡｌ−Ｌｉに、電子輸送層をバソフェナントロリンとして、比較検討した例である。
【００８４】
実施例１と同様な条件にて、陽極電極１１であるＩＴＯ上にまず正孔輸送層１２としてα―ＮＰＤを３５ｎｍの膜厚で成膜し、その上に、発光層１３としてＡｌｑ３を１５ｎｍの膜厚で成膜した。続いて、フェナントロリン化合物を３５ｎｍの厚さに成膜した。その上に、Ａｌ−Ｌｉを１２ｎｍの膜厚で成膜した。最後に、前記Ａｌ−Ｌｉの上に陰極電極１５として、アルミニウム（Ａｌ）を蒸着速度１ｎｍ／ｓｅｃの条件で１５０ｎｍ蒸着した。
【００８５】
このようにして得た、発光素子において、ＩＴＯを陽極電極１１、アルミニウムを陰極電極１５として、直流電圧を印加し、素子の発光特性を調べた。
【００８６】
その結果この素子は、印加電圧１４Ｖにて最高輝度６４３７ｃｄ／ｍ２、電流密度４２３ｍＡ／ｃｍ２を示した。この時の電圧―輝度特性を図３に示す。また、印加電圧１１Ｖの時、０．４２ｌｍ／ｗの発光効率を示した。
【００８７】
さらに、素子を流れる電流を電流密度１００ｍＡ／ｃｍ２になるように保ち、初期輝度の減衰変化と経過時間の関係を調べた。結果を表１に示す。表より、本比較例２の発光素子の初期輝度が半減するまでに要した時間は、５５時間であった。
【００８８】
図３に示した実施例１および比較例２の電圧―輝度特性の比較より、実施例１に示した本発明の有機化合物層にフェナントロリン化合物と炭酸塩を含有する発光素子は、比較例１の素子と同等以上で、比較例２の素子に比して良好な発光特性を有していることが判る。また、一定電流を素子に流し、初期輝度の減衰に要する経過時間の比較（表１）より、本発明の有機化合物層を備えた素子は、バソフェナントロリンを素子中に備えた比較例１及び比較例２の発光素子に比して、一定条件下で、輝度減衰に要する時間が長くなっており、素子の耐久性能（寿命）も改善されていることが判る。実施例１で用いたフェナントロリン化合物のガラス転移温度（Ｔｇ）は、１４０℃前後であり、また比較例２及び比較例３で用いたバソフェナントロリンのガラス転移温度（Ｔｇ）７５℃前後である。
【００８９】
このような有機化合物層に用いる化合物のガラス転移温度の向上が、素子耐久性能の改善へ少なからず影響しているものと本発明者らは、推察している。
【００９０】
その結果、従来の技術による発光素子と同等以上な発光特性を備えながら、良好な耐久性能を合わせ持つ発光素子を提供することが可能になる。
【００９１】
（実施例２）
本実施例は、陽極に、反射電極として機能するクロム（Ｃｒ）、陰極に、透明な発光取り出し電極として機能するインジウム錫酸化物（ＩＴＯ）を用いた発光素子、すなわちトップエミッション型素子への適用例を示す。
【００９２】
図４に第二の実施例を示す。図中、２０は陽極側の基板であり、２１は正孔注入用の陽極であり、反射電極であるクロム（Ｃｒ）を示し、２２は正孔輸送層、２３は発光層、２４は、電子輸送層、２５は、有機化合物層、２６は、発光取り出し用の透明電極であるＩＴＯを示している。
【００９３】
基板２０上にクロム（Ｃｒ）をスパッタ法にて２００ｎｍの膜厚で成膜し、陽極電極２１を得た。その後、該基板にＵＶ／オゾン洗浄を施した。続いて、実施例１と同様な条件にて、陽極電極２１であるクロム（Ｃｒ）の上にまず正孔輸送層２２としてα―ＮＰＤを５０ｎｍの膜厚で成膜し、その上に発光層２３として、下記化学式５：
【外１２】
2004335143.tif 000013
で表されるクマリン６（１．０ｗｔ％）とＡｌｑ３の共蒸着膜を３０ｎｍの膜厚で成膜した。次に、電子輸送層２４として、化学式３で表されるフェナントロリン化合物を１０ｎｍ成膜した。そして、有機化合物層２５として、化学式３で表されるフェナントロリン化合物と炭酸セシウム（Ｃｓ２ＣＯ３）を膜厚比９：１の割合で混合されるよう、各々の蒸着速度を調整して４０ｎｍの厚さに成膜した。続いて、有機化合物層２５まで成膜した基板を、別のスパッタ装置［大阪真空製］へ移動させ、前記有機化合物層２５上にインジウム錫酸化物（ＩＴＯ）をスパッタ法にて１５０ｎｍ成膜し、透明な発光取り出し陰極電極２６を得た。
【００９４】
このようにして、基板２０上に、陽極電極２１、正孔輸送層２２、発光層２３、電子輸送層２４、有機化合物層２５、および陰極電極２６を設け、発光素子を得た。本実施例において、電子注入層２４は、ホールブロッキング層としての機能も兼ね備えている。
【００９５】
続いて、この発光素子において、クロムを陽極電極２１、ＩＴＯを陰極電極２６として、直流電圧を印加し、素子の発光特性を調べた。その結果この素子は、印加電圧８Ｖにて８５９１ｃｄ／ｍ２、電流密度１１２ｍＡ／ｃｍ２を示した。また、印加電圧３Ｖにて、７．４ｌｍ／ｗの発光効率を示した。この時の電圧―輝度特性を図５に示す。
【００９６】
この素子の耐久特性を調べたところ、同一の膜厚構成で、従来のバソフェナントロリンを電子輸送層２４、有機化合物層２５に用いた素子に比して、良好な耐久特性を有することを確認した。これらは、化合物の備えるガラス転移温度の違いに起因すると考えている。またこの時、電圧−輝度や、効率等の発光特性には、大きな差異は無かった。
【００９７】
以上のように、本発明の一般式［Ｉ］で示されるフェナントロリン化合物と炭酸塩を含有する有機化合物層は、トップエミッション型素子へも好適に用いることができる。さらに、このトップエミッション型素子は、従来のバソフェナントロリンを用いた素子に比して、同等以上の発光特性、良好な耐久特性を合わせ持つ。その結果、良好な発光特性と高い信頼性を兼ね備えたトップエミッション型素子を提供することが可能となる。
【００９８】
【発明の効果】
以上の説明のように、本発明の一般式［Ｉ］で示されるフェナントロリン化合物と炭酸塩を含有する有機化合物層を備えた発光素子は、高輝度、高効率の発光が得られ、耐久性にも優れている。これにより、良好な発光特性と高い信頼性を兼ね備えたボトムエミッション、またはトップエミッションの発光素子を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の発光素子の積層構造例を示す模式図である。
【図２】本発明の発光素子の積層構造例を示す模式図である。
【図３】本発明の実施例１、比較例１及び比較例２の電圧―輝度特性を示す図である。
【図４】本発明における第２の実施例における発光素子の積層構造例を示す模式図である。
【図５】本発明の実施例２の電圧―輝度特性を示す図である。
【符号の説明】
１  透明基板
２  透明電極
３  正孔輸送層
４  発光層
５  電子輸送層
６  電子注入層
７  陰極
１０  基板
１１  陽極電極
１２  正孔輸送層
１３  発光層
１４  有機化合物層
１５  陰極電極
２０  基板
２１  陽極電極（クロム）
２２  正孔輸送層
２３  発光層
２４  電子輸送層
２５  有機化合物層
２６  透明電極（ＩＴＯ）
【図１】
2004335143.tif 000016
【図２】
2004335143.tif 000017
【図３】
2004335143.tif 000018
【図４】
2004335143.tif 000019
【図５】
2004335143.tif 000020
【手続補正書】
【提出日】平成16年3月4日(2004.3.4)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
陽極及び陰極からなる一対の電極と、該一対の電極間に挟持された有機化合物層とから少なくとも構成されている発光素子において、前記陰極電極と電気的に実質接している前記有機化合物層が下記一般式［Ｉ］で示されるフェナントロリン化合物の少なくとも一種と炭酸塩を含有することを特徴とする発光素子。
【化１】
2004335143.tif 000021
一般式［Ｉ］
（式中、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５およびＲ６は、水素原子、アルキル基、置換あるいは無置換のアラルキル基、置換あるいは無置換のアリール基，置換あるいは無置換の複素環基またはハロゲン原子を表わす。Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５およびＲ６は、同じであっても異なっていてもよい。Ａｒ１およびＡｒ２は、置換あるいは無置換の縮合多環芳香族基または縮合多環複素環基を表す。Ａｒ１およびＡｒ２は、同じであっても異なっていてもよい。）
【請求項２】
前記一般式［Ｉ］のＡｒ１およびＡｒ２が、置換あるいは無置換のフルオレニル基、置換あるいは無置換のフルオランテニル基または置換あるいは無置換のペリレニル基から選ばれる請求項１に記載の発光素子。
【請求項３】
前記一般式［Ｉ］のＡｒ１およびＡｒ２が、下記一般式［ＩＩ］で示されるフルオレニル基である請求項１ないし請求項２のいずれか一項に記載の発光素子。
【化２】
2004335143.tif 000022
一般式［ＩＩ］
（式中、Ｒ７は、水素原子、アルキル基、置換あるいは無置換のアラルキル基、置換あるいは無置換のアリール基、置換あるいは無置換の複素環基、置換アミノ基、シアノ基またはハロゲン原子を表わす。Ｒ８およびＲ９は、水素原子、アルキル基、置換あるいは無置換のアラルキル基、置換あるいは無置換のアリール基または置換あるいは無置換の複素環基を表わし、Ｒ８およびＲ９は、同じであっても異なっていてもよい。）
【請求項４】
前記炭酸塩が、アルカリ金属塩あるいはアルカリ土類金属塩であることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の発光素子。
【請求項５】
前記陰極が、可視光に透明であることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の発光素子。
【請求項６】
前記陰極が、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）電極であることを特徴とする請求項５に記載の発光素子。
【請求項７】
前記陰極が、金あるいは銀あるいはアルミニウムの少なくともいずれかの電極であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一項に記載の発光素子。
【請求項８】
前記陰極側から光を取り出すことを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか一項に記載の発光素子。
【請求項９】
前記陽極が、光を反射する機能を有する電極であることを特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれか一項に記載の発光素子。
【請求項１０】
前記陽極が、クロム（Ｃｒ）を含む電極であることを特徴とする請求項９に記載の発光素子
【請求項１１】
前記陽極が、銀（Ａｇ）を含む電極であることを特徴とする請求項９に記載の発光素子。
【請求項１２】
前記陽極が反射性電極、前記陰極が透明電極であることを特徴とする請求項１ないし請求項１１のいずれか一項に記載の発光素子。
【請求項１３】
前記陽極がクロム、前記陰極がインジウム錫酸化物（ＩＴＯ）からなる電極であることを特徴とする請求項１２に記載の発光素子。
【請求項１４】
前記陰極電極と電気的に実質接している有機化合物層と陽極との間に、前記有機化合物層とは別の発光層を有することを特徴とする請求項１ないし請求項１３のいずれか一項に記載の発光素子。
【請求項１５】
前記陰極電極と電気的に実質接している有機化合物層と発光層の間に別の有機化合物層を有することを特徴とする請求項１４に記載の発光素子。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明は、
（１）陽極及び陰極からなる一対の電極と、該一対の電極間に挟持された有機化合物層とから少なくとも構成されている発光素子において、前記陰極電極と電気的に実質接している前記有機化合物層が下記一般式［Ｉ］で示されるフェナントロリン化合物の少なくとも一種と炭酸塩を含有することを特徴とする発光素子である。