(57)【要約】【課題】  透過率が高くかつ電子注入性の高い陰極を有する有機発光素子を提供する。【解決手段】  透明導電材料を主成分とし、かつ副成分としてアルカリ金属あるいはアルカリ土類金属を少なくとも一種類は含有する陰極を有する有機発光素子を提供する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
陽極及び陰極とを有し、前記陽極と前記陰極間に挟持された有機化合物からなる層を少なくとも有する有機発光素子において、前記陰極は透明導電材料を主成分とし、かつ副成分としてアルカリ金属あるいはアルカリ土類金属を少なくとも一種類は含有することを特徴とする有機発光素子。
【請求項２】
陽極及び陰極とを有し、前記陽極と前記陰極間に挟持された有機化合物からなる層を少なくとも有する有機発光素子において、前記陰極は透明導電材料を主成分とし、かつ副成分としてアルカリ金属化合物あるいはアルカリ土類金属化合物を少なくとも一種類は含有することを特徴とする有機発光素子。
【請求項３】
前記化合物がアルカリ金属のフッ化物あるいはアルカリ土類金属のフッ化物であることを特徴とする請求項２に記載の有機発光素子。
【請求項４】
前記化合物がアルカリ金属の酸化物あるいはアルカリ土類金属の酸化物であることを特徴とする請求項２に記載の有機発光素子。
【請求項５】
前記陰極の主成分がＩＴＯであることを特徴とする請求項１および２に記載の有機発光素子。
【請求項６】
前記発光素子は発光が前記陰極側から放出されることを特徴とする特許請求項１および２の有機発光素子。
【請求項７】
透明導電材料にアルカリ金属あるいはアルカリ土類金属あるいはこれらの化合物を少なくとも一種類は含有することを特徴とするスパッタリング用ターゲット。
【請求項８】
前記透明導電材料がＩＴＯであることを特徴とする請求項７に記載のスパッタリング用ターゲット。
【請求項９】
前記スパッタリング用ターゲットを用いて陰極を形成したことを特徴とする有機発光素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機発光素子に関し、詳しくは有機化合物からなる薄膜に電界を印加することにより光を放出する素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
有機発光素子は、陽極と陰極間に蛍光性有機化合物を含む薄膜を挟持させて、各電極から電子およびホール（正孔）を注入することにより、蛍光性化合物の励起子を生成させ、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（特許文献１）。
【０００３】
有機発光素子は、ガラス基板／陽極／有機層／陰極の構成が一般的であり、陽極としてＩＴＯなどの透明導電膜を、また陰極を反射電極として用いて、基板側から発光を取り出している。
【０００４】
しかし、最近は陽極を反射電極として用い、陰極を透明にして発光を陰極側から取り出す検討も行われている。この場合、陰極は金属薄膜＋透明導電膜の積層構造が用いられている。
【特許文献１】特開２００２−１５１２５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、金属薄膜を有機層と透明導電膜の界面に形成した場合、金属薄膜は透過率があまり高くないために、有機層で発光した発光を効率よく外部に取り出すことができなくなってしまう。また、陰極を形成する際に金属薄膜、透明導電膜の２層を成膜する必要がある。
【０００６】
本発明者はこのような先行技術に対して、陰極側から発光を取り出す構成の発光素子において、効率的に発光を取り出すために陰極材料に求められる条件として、可視域での透過率が高いことだけでなく有機層への電子注入性がよいことにも注目をした。というのも、陰極として用いられてきた材料は有機層への電子注入性をあげるため、仕事関数の低い材料が用いられてきたが、透過率が７０％以上のものはこれまでほとんどなかった。一方、透過率が高いＩＴＯなどは仕事関数が低くはないので、有機層への電子注入性が悪く、陰極には適さない。つまり、透過率及び電子注入性の両方を満足できる陰極材料を用いた有機発光素子の開発が行われていなかった。
【０００７】
本発明は、このような従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、陰極として透明導電膜にアルカリ金属あるいはアルカリ金属、あるいはそれらの化合物が少なくとも一種類は含まれている電極を用いることで、極めて高効率で高輝度の光出力を有する有機発光素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述の課題を解決するために鋭意検討した結果、本発明を完成するに至った。すなわち本発明は、陽極及び陰極とを有し、前記陽極と前記陰極間に挟持された有機化合物からなる層を少なくとも有する有機発光素子において、前記陰極は透明導電材料を主成分とし、かつ副成分としてアルカリ金属あるいはアルカリ土類金属あるいはそれらの化合物を少なくとも一種類は含有することを特徴とする有機発光素子である。本発明における透過率とは、波長が４５０〜６５０ｎｍの光に対する透過率のことをいう。
【発明の効果】
【０００９】
本発明により、透過率が高くかつ電子注入性の高い陰極が開発でき、有機発光素子の素子特性を飛躍的に向上させることが可能となった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明について説明する。
【００１１】
図１に本発明における有機発光素子の構成の一例を示す。
【００１２】
基材１上に陽極２、有機層３、陰極４が形成されている。基材１は本実施形態においては、ガラス等の非フレキシブルな基板である。有機層３はホール輸送層３１、発光層３２、電子輸送層３３から構成されている。有機層の構成はこれに限られるものではなく、発光層を兼ねた輸送層を用いることで有機層を２層構成にしたり、あるいはホール注入層や電子注入層を設けることで、有機層の構成を４層、５層構成にするなど目的に応じて層構成を決める必要がある。
【００１３】
陽極２は、仕事関数が４．５ｅＶ以上で、反射率ができるたけ高い金属が望ましい。
【００１４】
ホール輸送層に関しては、表１と５に表される有機材料を用いることができる。
【００１５】
また、有機材料だけではなく、無機材料を用いてもよい。用いられる無機材料としては、ａ−Ｓｉ、ａ−ＳｉＣなどがあげられる。
【００１６】
電子輸送層、発光層としては、表２に表される材料を用いることができる。
【００１７】
また、表３に示されているようなドーパント色素を電子輸送層やホール輸送層にドーピングすることもできる。あるいは発光層として、これらの材料を例えば表４に示されるような電子輸送性材料、あるいはホール輸送性材料にドーピングした層を電子輸送層とホール輸送層の間に設けても良い。また、表６で示されているようなポリマー系材料を用いることもできる。
【００１８】
以上に挙げた、ホール輸送材料、電子輸送材料、発光性材料はあくまで代表的なものであり、もちろんこれらに限定されるものではない。
【００１９】
また、有機層の厚みは１０μｍより薄く、好ましくは０．５μｍ以下、より好ましくは０．０１〜０．５μｍの厚みに薄膜化することが好ましい。
【００２０】
【化１】
2005183200.tif 000003
【００２１】
【化２】
2005183200.tif 000004
【００２２】
【化３】
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【００２３】
【化４】
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【００２４】
【化５】
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【００２５】
【化６】
2005183200.tif 000008
【００２６】
陰極４は透明導電膜にアルカリ金属あるいはアルカリ土類金属あるいはそれらの化合物が少なくとも含まれている層である。
【００２７】
ここで、透過率の測定方法について説明する。６０×２５のガラス基板上に陽極材料の成膜を行い、日立製の分光光度計Ｕ−３０１０を用いて透過率の測定を行う。
【００２８】
この発光素子にＤＣ電圧を印加することにより、陰極を通して有機発光素子からの良好な発光を確認することができる。
【００２９】
このように、本発明は陽極を反射電極として用いることで、陰極側から発光を取り出す素子において、より具体的には陰極に透明導電材料を主成分にし、アルカリ金属あるいはアルカリ土類金属あるいはそれらの化合物を含む層で形成することで、高い透過率が維持できるため、有機層での発光を効率よく取り出せると同時に有機層への電子注入性も向上し、有機発光素子の素子特性を飛躍的に向上させることが可能となった。
【００３０】
更に、本実施形態の有機発光素子を表示装置（例えばディスプレイ）として用いる場合、光取出し側に例えば円偏向版等の視認性向上部材を設けるとしても、陰極の透過率が非常に高いために、明るさを損なわないという効果もある。
【００３１】
なお、上述基材とは非フレキシブルな部材の他に、フレキシブルな基材例えばＰＥＴ等を用いてもよい。
【００３２】
（実施例１）
以下に、図面に沿って本発明を更に詳細に説明する。
【００３３】
図２は本発明の有機発光素子の一例を示す断面図である。図２は基材上にＣｒを陽極２として、ＤＣスパッタリングにより成膜する。陽極の膜厚は１５０ｎｍである。また、この膜の反射率を測定したところ波長４５０ｎｍにおいて６６％であった。次に、フォトリソグラフィー技術により、陽極をパターニングする。今回はウェットエッチングにより所望の形状に加工した。陽極のパターニングにはドライエッチングを用いてもよい。
【００３４】
次に、図２に示すように、陽極と陰極のショートを防止するための絶縁層を設ける。本実施例では、絶縁層の材料としてＳｉＯ２を用いた。陽極上にスパッタリング法により１５０ｎｍ成膜する。絶縁層の材料、膜厚および成膜方法はこれらに限定されるものではない。陽極上の発光領域に相当する部分のＳｉＯ２をフォトリソグラフィー法により加工する。今回はフッ酸系のエッチャントによりウェットエッチングを行った。ＳｉＯ２の加工はこの他ドライエッチングやリフトオフ法などを用いてもよい。本実施例では絶縁層を設けたが必ずしも必要な層というわけではない。
【００３５】
次に、ホール輸送層３１として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）を、発光層兼電子輸送層３２としてトリス（８−キノリノール）アルミニウム（以下Ａｌｑ３）を順次真空蒸着法により先程加工し陽極が露出した部分を完全に覆うように蒸着マスクを介して基材に蒸着する。ここで、ＴＰＤ、Ａｌｑ３の膜厚はそれぞれ５０ｎｍである。なお、蒸着時の真空度は２×１０−６Ｔｏｒｒであり、成膜速度は０．２〜０．３ｎｍ／ｓとした。
【００３６】
次に、陰極として透明導電膜であるＩｎ２Ｏ３−ＳｎＯ２（以後ＩＴＯ）にＣｓ２Ｏをドープしたターゲットを用いてＤＣスパッタリングにより１５０ｎｍ成膜する。この透明導電膜の材料比率は、Ｉｎ２Ｏ３：ＳｎＯ２：Ｃｓ２Ｏ＝９０：８：２である。ただし、透明導電膜の材料構成、膜厚および成膜方法はこれに限るものではない。また、陰極単膜の透過率を測定したところ、波長４５０ｎｍにおいて８１％であった。
【００３７】
ここで、比較例１として陰極にＩＴＯ（Ｉｎ２Ｏ３：ＳｎＯ２＝９０：１０）を用いた素子を作成した。陰極にＩＴＯを用いた以外は実施例１と同じプロセス条件で素子を作成した。ここで、今回用いたＩＴＯの透過率は波長４５０ｎｍで９１％であった。
【００３８】
実施例１及び比較例１の素子の特性を表１に示す。
【００３９】
【表１】
2005183200.tif 000009
【００４０】
実施例１の素子は比較例１の素子と比べると明からに素子特性が向上していることが確認できた。
【００４１】
このように、陰極としてＩＴＯにアルカリ金属酸化物であるＣｓ２Ｏを適量ドープすることで、有機層への電子注入効率を高めると共に、透過率が高いため有機層からの発光を効率よく取り出すことができるようになり、有機発光素子の特性を飛躍的に向上させることが可能となった。
【００４２】
（実施例２−７）
陰極材料のみ以下の材料に変えて、同様に有機発光素子を作成し評価したところ表２のような結果となった。
【００４３】
【表２】
2005183200.tif 000010
【００４４】
ｉ、Ｃｕ等の１０族、１１族の金属あるいは仕事関数が４．５ｅＶ以上の金属を含有することで可視域における反射率を７０％以上と高くでき、発光の取り出し効率が向上すると同時に有機層へのホールの注入性が良いため発光効率の高い素子を作成することが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明における有機発光素子の一例を示す断面図である。
【図２】実施例１における有機発光素子の断面図である。
【符号の説明】
【００４６】
１  基材
２  陽極
３  有機層
４  陰極
５  絶縁層
３１  ホール輸送層
３２  発光層
３３  電子輸送層
【図１】
2005183200.tif 000011
【図２】
2005183200.tif 000012