(57)【要約】【課題】有機発光層への電子注入性に優れ、かつ放置劣化の改善された有機発光素子を提供する。【解決手段】陽極１１と陰極１６とからなる一対の電極と、該一対の電極間に配置されている有機発光層１３とを少なくとも有する有機発光素子において、前記有機発光層１３と前記陰極１６との間で且つ前記陰極１６側に、無機塩、有機塩の少なくとも一方を含有する塩層１５を有し、前記有機発光層１３と前記陰極１６との間で且つ前記陽極１１側に、前記塩が前記有機発光層１３へ侵入することを防ぐ侵入防止層１４を有する有機発光素子。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
陽極と陰極とからなる一対の電極と、該一対の電極間に配置されている有機発光層とを少なくとも有する有機発光素子において、前記有機発光層と前記陰極との間で且つ前記陰極側に、無機塩、有機塩の少なくとも一方を含有する塩層を有し、前記有機発光層と前記陰極との間で且つ前記陽極側に、前記塩が前記有機発光層へ侵入することを防ぐ侵入防止層を有することを特徴とする有機発光素子。
【請求項２】
前記塩層は、塩のみからなる層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】
前記無機塩は炭酸塩であることを特徴とする請求項１または２に記載の有機発光素子。
【請求項４】
前記陰極が光取り出し電極であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の有機発光素子。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の有機発光素子を画像表示部に複数有することを特徴とする画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は有機発光素子およびそれを有する画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
有機発光素子（有機ＥＬ、有機エレクトロルミネッセンス素子）が現在盛んに研究開発されている。
【０００３】
特許文献１にはドナー（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、陰極に接して設けられている構成が開示されている。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開示されている。
【０００４】
また、特許文献２に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。
【０００５】
また、これらドーパントを含む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開示されている。
【０００６】
【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）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、これらの技術では、ドーパントが発光層へ拡散してしまい、本来期待される機能を発現しなくなるという問題がある。より具体的には放置劣化（発光駆動させないで時間的に放置した後に発光特性が低下すること）が顕著になる。
【０００８】
そこで、本発明は、有機発光層への電子注入性に優れ、かつ放置劣化の改善された有機発光素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
即ち、本発明の有機発光素子は、陽極と陰極とからなる一対の電極と、該一対の電極間に配置されている有機発光層とを少なくとも有する有機発光素子において、前記有機発光層と前記陰極との間で且つ前記陰極側に、無機塩、有機塩の少なくとも一方を含有する塩層を有し、前記有機発光層と前記陰極との間で且つ前記陽極側に、前記塩が前記有機発光層へ侵入することを防ぐ侵入防止層を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の有機発光素子は、塩層により有機発光層への電子注入性を向上できるのみならず、塩が発光層へ拡散することを防止し、放置劣化を軽減することができる。これにより、良好な発光特性と、高い信頼性を兼ね備えた有機発光素子を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図１は、本発明の有機発光素子の一例を示す図である。図１において、１０は透明基板、１１陽極、１２は正孔輸送層、１３は有機発光層、１４は進入防止層、１５は塩層、１６は陰極である。
【００１２】
本発明の有機発光素子は、陰極１６と有機発光層１３との間に機能的あるいは物理的に少なくとも２層が設けられており、陰極１６に近い層が、無機塩、有機塩の少なくとも一方を含有する塩層１５であり、有機発光層１３に近い層が、塩が有機発光層１３に侵入することを防ぐ侵入防止層１４であることを特徴とする。
【００１３】
塩層１５を有する有機発光素子は、電子注入性が向上し、取り扱いが安全かつ容易で、寿命も長い。
【００１４】
塩層１５は、塩のみからなる塩単体の層であってもよいし、有機物と塩との混合層であってもよい。混合層である場合の塩の存在量は、有機物と塩との重量比が９９．９：０．１〜５：９５の範囲である。そして重量比が５：９５を超えるものは塩単体の層と呼ぶことが出来る。
【００１５】
塩と混合される有機物は、電子輸送性を備えたものであればよく、具体的にはフェナントロリン系化合物を好適に用いることができる。
【００１６】
塩単体の層の場合、成膜方法はいずれの製膜方法でもよく、好ましくは蒸着法である。混合層の場合は共蒸着法でよい。
【００１７】
塩は、無機塩、有機塩の少なくとも一方であり、もちろん両方でもよい。本発明においてアルミリチウムのような合金あるいは金属単体は塩ではないので用いない。
【００１８】
無機塩としては、例えば炭酸塩、重炭酸塩、フッ化物塩、酸化物塩等が挙げられ、これらの内でも炭酸塩が好ましい。
【００１９】
炭酸塩としては、例えば炭酸リチウム、炭酸セシウム、炭酸ルビジウム、炭酸ナトリウム、炭酸カルシウム、炭酸ストロンチウム、炭酸バリウム等が挙げられ、このうち炭酸セシウムは電子供与性が強いという点で好ましく用いることが出来る。
【００２０】
フッ化物塩や酸化物塩としては、例えばフッ化リチウム、酸化リチウム、酸化セシウム等を挙げることができ、中でもフッ化リチウムは吸湿性や潮解性や発火性といった化学的あるいは物理的な状態変化を考慮しなくてもよいので取り扱いが容易で好ましく用いることができる。
【００２１】
有機塩としては、アルカリ金属、アルカリ土類金属を有する塩であればいずれもよく好適に用いることができる。
【００２２】
侵入防止層１４は、塩が有機発光層１３に侵入することを防ぐ層である。塩は製造時あるいは使用時に拡散し、有機発光層１３に侵入することがあり、また本発明者は放置後（つまり有機発光素子を発光駆動せず長時間放置した後）でも有機発光層１３に侵入していることを確認した（放置劣化の確認をした）。
【００２３】
そもそも塩は陰極１６から有機発光層１３へ電子を効率よく注入するために用いられる材料であり、塩を陰極１６近くから有機発光層１３側へ移動することを防ぐことが電子注入効率を維持するという点で必要である。つまり放置劣化の改善には塩の有機発光層１３への侵入を防ぐ必要がある。
【００２４】
侵入防止層１４へ一部の塩が侵入することは、塩が更に有機発光層１３にまで侵入しない限り許容される。
【００２５】
塩の移動は拡散が原因と現時点で考えられる。従って進入防止層１４の層厚を所定以上厚くすることが好ましい。より具体的には１２０Å以上１０００Å以下の範囲である。１０００Åより厚いと素子駆動電圧の上昇という別の理由で好ましくない。なお侵入防止層１４の材料の性質により、塩が有機発光層１３へ侵入することを防ぐことが出来る場合には、層厚は関係ない。
【００２６】
侵入防止層１４は、陰極１６側で、塩層１５において塩と混合される塩以外の材料と同じ材料であってもよい。その場合、塩層１５と侵入防止層１４の界面が物理的に不明瞭であっても機能的に分離されているということができるのでよい。機能的に分離されているかどうかについては塩の濃度分布を見ればよい。より具体的には塩が陰極１６側で濃く、有機発光層１６側で全く無い、あるいは有機発光層１３に侵入していない程度にほとんど存在していないことが分かればよい。成膜時には塩層１５と侵入防止層１４を連続的に成膜してもよい。
【００２７】
このように本発明の有機発光素子は、陰極１６側に配置されている無機塩、有機塩の少なくとも一方が、進入防止層１４があるために有機発光層１３に全く侵入してこない。
【００２８】
有機発光層１３の材料としては、従来公知のいずれの有機発光層用材料も好適に用いることができる。また、有機発光層１３は、その層を構成する主成分が発光分子であってもよい。また、主成分がホストであり、副成分がゲストであって且つ発光分子であってもよい。ここでいう発光分子とは有機発光素子から素子外部へ出る光（素子として利用される光）を発する発光分子のことである。ホストとなる主成分の分子がそれ単体で発光性能を有するものであって、この分子に起因する光が出るとしても、素子外へ出る光のうち主たる光がゲストによる光である場合、この有機発光素子はゲストによる発光であるということができる。
【００２９】
侵入防止層１４はホスト材料と同一の材料であってもよい。もちろんその場合には侵入防止層１４中にゲスト分子は存在しない。そして侵入防止層１４と有機発光層１３との界面が仮に観察できなくても機能的に両層は分離されているということができる。成膜時には両層を連続的に成膜してもよい。
【００３０】
本発明の有機発光素子は、陽極１１と有機発光層１３の間に、正孔注入層等の正孔輸送層１２以外の層を設けてもよく、あるいは正孔輸送層１２を設けずに両者が直接接触していてもよい。また、有機発光層が、正孔輸送層や正孔注入層を兼務していてもよい。
【００３１】
陽極１１として、ＩＴＯやクロム、白金、金等の材料を挙げることが出来る。
【００３２】
陰極１６は、ＩＴＯ、ＩＺＯ等の材料からなる透明電極であってもよい。陰極１６を透明電極とした場合、光取り出し側の電極として陰極１６を用いることが出来る。この構成はいわゆるトップエミッション構造の有機発光素子として好ましい構成である。トップエミッション構造にすることで有機発光素子の発光非発光を制御するスイッチング素子（より具体的にはＴＦＴ）やそのほか配線を有する基板に有機発光素子を設けても基板側から光を取り出す必要が無く、即ち基板側の電極が陽極であり基板から遠い側の電極が透明電極である陰極である構成を実現できるので基板に配置されるスイッチング素子や配線に起因する光取り出し開口率の減少を防ぐことが出来る。
【００３３】
本発明の有機発光素子は、複数が基板に配置されている有機発光素子アレイに適用されてもよい。その場合、各有機発光素子が個別に発光点として機能する構成にしてもよい。各有機発光素子の発光非発光はそれぞれの有機発光素子に対応する上記スイッチング素子により制御されてもよい。この場合いわゆるアクティブマトリクス駆動による制御が可能である。もちろんパッシブマトリクス駆動により制御してもよい。また、有機発光素子アレイは１次元に配列してもよく、２次元に配列してもよい。また、隣り合う有機発光素子の間に隔壁を設けてもよく、その場合、塩層は、隔壁上面をまたがって両有機発光素子上に配置されていてもよい。また、陰極は隣り合う有機発光素子の間をまたいで両有機発光素子上に配置されていてもよい。
【００３４】
本発明の有機発光素子は、照明やディスプレイや電子写真方式の画像形成装置の露光光源としても利用できる。照明に用いる場合は有機発光素子は１つで用いてもよい。ディスプレイや電子写真方式の画像形成装置の露光光源には複数の有機発光素子を利用することが好ましい。ディスプレイとはテレビジョンやパソコンの表示部や電子機器に搭載される表示部といった画像表示装置のことである。電子機器に搭載される表示部として好ましくは車内の表示部であったり、デジタルカメラの画像表示部であったり、あるいは複写機やレーザービームプリンタといった事務機器の操作パネルをあげることが出来る。
【実施例】
【００３５】
以下に実施例をあげて、本発明をさらに詳細に説明する。
【００３６】
＜実施例１＞
図１に示す素子を作製した。
【００３７】
まず、透明基板１０上に酸化錫インジウム（ＩＴＯ）をスパッタ法にて１２００Åの膜厚で成膜し、透明な陽極１１を得た。その後、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。
【００３８】
次いで、真空蒸着装置（真空機工社製）を用いて、洗浄後の基板上に正孔輸送性を有する下記化学式で表されるαＮＰＤを真空蒸着法により３５０Å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１．３×１０-4Ｐａ（１．０×１０-6Ｔｏｒｒ）、成膜速度は０．２〜０．３ｎｍ／ｓｅｃの条件で成膜した。
【００３９】
【化１】
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【００４０】
次に、正孔輸送層１２の上に、下記化学式で表されるアルミキレート錯体（Ａｌｑ３）とクマリン６（１．０ｗｔ％）の共蒸着膜を、正孔輸送層１２を成膜するときと同じ条件の真空蒸着法により３００Åの膜厚で成膜し、有機発光層１３を形成した。
【００４１】
【化２】
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【００４２】
次に、有機発光層１３の上に、進入防止層１４として、下記化学式で表されるバソフェナントロリン化合物を２００Åの膜厚で成膜した。
【００４３】
【化３】
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【００４４】
続いて、進入防止層１４の上に、塩層１５として、バソ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４００Åの厚さに成膜した。
【００４５】
最後に、塩層１５の上に、陰極１６として、アルミニウム（Ａｌ）を蒸着速度１ｎｍ／ｓｅｃの条件で１５００Å蒸着し、有機発光素子を得た。
【００４６】
この有機発光素子の陽極１１と陰極１６間に直流電圧を印加し、素子の発光特性を調べた結果、印加電圧３．０Ｖにて輝度１１５ｃｄ／ｍ2、電流密度１．３８ｍＡ／ｃｍ2、発光効率８．７３ｌｍ／Ｗの発光効率を示した。この時の電圧−輝度特性を図２に示す。
【００４７】
この素子を２５℃の標準環境下にて２ヶ月間放置し、同様な素子発光特性を調べた結果、印加電圧３．０Ｖにて輝度１０８ｃｄ／ｍ2、電流密度１．４０ｍＡ／ｃｍ2、発光効率８．０８ｌｍ／Ｗの発光効率を示した。即ち、素子作成から２ヶ月経過後において、初期発光効率の９３％を示した。
【００４８】
この２ヶ月間放置後素子の断面ＥＤＸ分析により、塩の拡散状況を調べた結果、図３に示す様に、塩の拡散は進入防止層１４までであり、発光層１３に塩が拡散することが防止されていることを確認した。
【００４９】
＜実施例２＞
進入防止層１４を５００Åの膜厚で成膜し、進入防止層１４の上に、塩層１５として、炭酸セシウムを１０Åの厚さで成膜した以外は、実施例１と同様にして有機発光素子を得た。
【００５０】
実施例１と同様にして素子の発光特性を調べた結果、印加電圧３．０Ｖにて輝度５６ｃｄ／ｍ2、電流密度０．８２ｍＡ／ｃｍ2、発光効率７．１６ｌｍ／Ｗの発光効率を示した。
【００５１】
この素子を２５℃の標準環境下にて２ヶ月間放置し、同様な素子発光特性を調べた結果、印加電圧３．０Ｖにて輝度５５ｃｄ／ｍ2、電流密度０．８３ｍＡ／ｃｍ2、発光効率６．９５ｌｍ／Ｗの発光効率を示した。即ち、素子作成から２ヶ月経過後において、初期発光効率の９７％を示した。
【００５２】
この２ヶ月間放置後素子の断面ＥＤＸ分析により、塩の拡散状況を調べた結果、図４に示す様に、塩の拡散は進入防止層１４までであり、発光層１３に塩が拡散することが防止されていることを確認した。
【００５３】
＜比較例１＞
進入防止層１４を形成しない以外は、実施例１と同様にして有機発光素子を得た。
【００５４】
実施例１と同様にして素子の発光特性を調べた結果、印加電圧３．０Ｖにて輝度１９０ｃｄ／ｍ2、電流密度２．２３ｍＡ／ｃｍ2、発光効率８．９２ｌｍ／Ｗの発光効率を示した。
【００５５】
この素子を２５℃の標準環境下にて２ヶ月間放置し、同様な素子発光特性を調べた結果、印加電圧３．０Ｖにて輝度８５ｃｄ／ｍ2、電流密度２．１０ｍＡ／ｃｍ2、発光効率４．２４ｌｍ／Ｗの発光効率を示した。即ち、素子作成から２ヶ月経過後において、初期発光効率の４８％を示し、実施例１及び２の有機発光素子の効率変化に比べ、素子作成後の経過時間による大幅な発光効率の低下が確認された。
【００５６】
この２ヶ月間放置後素子の断面ＥＤＸ分析により、塩の拡散状況を調べた結果、図６に示す様に、塩は発光層１３まで拡散していることを確認した。
【００５７】
以上の結果より、素子作成後の経過時間による発光効率変化の主要因は、塩の発光層への拡散と考えられ、本発明の塩層及び進入防止層の２層を備える有機発光素子は、塩の発光層への拡散侵入を防止されるため、素子作成後の経過時間による放置劣化の進行が抑制される。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明の有機発光素子の層構成を示す模式図である。
【図２】実施例１の有機発光素子の電圧−輝度特性を示す図である。
【図３】実施例１の有機発光素子の断面ＥＤＸ分析結果を示す図である。
【図４】実施例２の有機発光素子の断面ＥＤＸ分析結果を示す図である。
【図５】比較例１の有機発光素子の断面ＥＤＸ分析結果を示す図である。
【符号の説明】
【００５９】
１０：透明基板
１１：陽極
１２：正孔輸送層
１３：有機発光層
１４：侵入防止層
１５：塩層
１６：陰極
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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