(57)【要約】【課題】  ＩＴＯ電極の上にＣｕＰｃを含む正孔注入層が形成されてなる有機ＥＬ素子において、アルカリ金属を用いることなく、正孔注入層のイオン化ポテンシャルを増大させ駆動電圧を低減する。【解決手段】  有機ＥＬ素子Ｓ１は、ＩＴＯ電極としての陽極２０の上に、ＣｕＰｃを含む正孔注入層４０、正孔輸送層５０、発光層６０、電子輸送層７０、電子注入層８０、金属電極９０が積層されてなるとともに、陽極２０と正孔注入層４０との間に、厚さが０．２５ｎｍよりも大きく１．０ｎｍよりも小さいＬｉＦまたはＬｉ2Ｏなどのアルカリ金属化合物からなる層３０が介在されている。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＩＴＯ電極（２０）の上にＣｕＰｃを含む正孔注入層（４０）が形成され、この正孔注入層（４０）の上に１種類以上の有機層（５０、６０、７０）が形成されてなる有機ＥＬ素子において、
前記ＩＴＯ電極（２０）と前記正孔注入層（４０）との間に、厚さが０．２５ｎｍよりも大きく１．０ｎｍよりも小さいアルカリ金属化合物からなる層（３０）が介在されていることを特徴とする有機ＥＬ素子。
【請求項２】
前記アルカリ金属化合物（３０）は、アルカリ金属のフッ化物または酸化物であることを特徴とする請求項１に記載の有機ＥＬ素子。
【請求項３】
アルカリ金属化合物（３０）は、ＬｉＦまたはＬｉ2Ｏであることを特徴とする請求項２に記載の有機ＥＬ素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＩＴＯ（インジウムチンオキサイド）電極の上にＣｕＰｃ（銅フタロシアニン）を含む正孔注入層が形成され、この正孔注入層の上に１種類以上の有機層が形成されてなる有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）素子に関し、特に駆動電圧の低減に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の有機ＥＬ素子は、一般に、ＩＴＯからなるＩＴＯ電極の上に、ＣｕＰｃを含む正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電子輸送層、電子注入層、金属電極が積層され、上下電極への電圧印加により発光層が発光するように構成されている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００３】
このような有機ＥＬ素子は、自己発光のため視認性に優れ、低電圧駆動が可能なため駆動回路を含めた軽量化が可能であることから、薄膜型ディスプレイ、照明、バックライトなどとしての活用が期待できるが、有機ＥＬ素子を駆動させるための周辺回路のコストダウンを図るべく、さらなる低駆動電圧化や低消費電流化が望まれている。
【０００４】
ここで、有機ＥＬ素子の駆動電圧を支配する因子としては、ＩＴＯ電極／有機層界面及び有機層／有機層界面での電荷注入や有機層内での電荷輸送が挙げられる。この中でＩＴＯ電極／有機層界面のエネルギー障壁は大きく、駆動電圧に多大な影響を及ぼす因子である。
【０００５】
この種の有機ＥＬ素子のエネルギ−ダイアグラムを図４に示す。この中で正孔注入における電極／有機層界面はＩＴＯ／正孔注入層が相当し、正孔注入層を構成する主材料はＣｕＰｃである。
【０００６】
図４に示されるように、ＣｕＰｃを正孔注入層として適用した有機ＥＬ素子の場合には、正孔注入障壁の低減のためには、正孔注入層／正孔輸送層界面のエネルギ−障壁Ｂの低減が重要である。
【０００７】
そこで、正孔注入層／正孔輸送層界面のエネルギ−障壁Ｂを低減し、駆動電圧を低減するためには、図４中の破線矢印に示されるように、正孔注入層のイオン化ポテンシャルＩｐを下方向に広げる、すなわちＩｐを大きくすることが必要になる。
【０００８】
ここで、従来より、駆動電圧を低減するべくＣｕＰｃよりなる正孔注入層のイオン化ポテンシャルを大きくする方法としては、ＣｕＰｃ中にアルカリ金属を添加する方法が提案されている（非特許文献１参照）。
【特許文献１】特許第３４７５９５７号公報
【非特許文献１】Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ、３８０（２００３）ｐ４５１−４５５
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上記したようなＣｕＰｃ中にアルカリ金属を添加することでＣｕＰｃのイオン化ポテンシャルを増大させ駆動電圧を低減する方法では、たとえば、アルカリ金属は大気中で不安定であり、その取り扱いが難しいことや、コストがかさむなどの問題が生じる。
【００１０】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、ＩＴＯ電極の上にＣｕＰｃを含む正孔注入層が形成されてなる有機ＥＬ素子において、アルカリ金属を用いることなく、正孔注入層のイオン化ポテンシャルを増大させ駆動電圧を低減することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するため、本発明者は鋭意検討を行った。その結果、アルカリ金属よりも大気中で安定なアルカリ金属化合物を用いて、このアルカリ金属化合物からなる層をＩＴＯ電極とＣｕＰｃを含む正孔注入層との間に介在してやれば、当該正孔注入層のイオン化ポテンシャルを増大できることを実験的に見出した（図３参照）。なお、その詳細は後述する。
【００１２】
また、さらに検討を進めた結果、このようにアルカリ金属化合物からなる層を介在させた場合、駆動電圧を低減するためには、当該層の厚さが０．２５ｎｍよりも大きく１．０ｎｍよりも小さいものであればよいことを実験的に見出した（図２参照）。なお、その詳細は後述する。
【００１３】
本発明は、上記したような実験検討の結果、創出されたものであり、ＩＴＯ電極（２０）の上にＣｕＰｃを含む正孔注入層（４０）が形成され、この正孔注入層（４０）の上に１種類以上の有機層（５０〜７０）が形成されてなる有機ＥＬ素子において、ＩＴＯ電極（２０）と正孔注入層（４０）との間に、厚さが０．２５ｎｍよりも大きく１．０ｎｍよりも小さいアルカリ金属化合物からなる層（３０）が介在されていることを特徴とする。
【００１４】
それによれば、ＩＴＯ電極（２０）と正孔注入層（４０）との間に、上記範囲の厚さを有するアルカリ金属化合物からなる層（３０）が介在しているから、アルカリ金属を用いることなく、正孔注入層（４０）のイオン化ポテンシャルを増大させ駆動電圧を低減することができる。
【００１５】
ここで、アルカリ金属化合物（３０）としては、アルカリ金属のフッ化物または酸化物、より具体的には、ＬｉＦまたはＬｉ2Ｏを採用することができる。
【００１６】
なお、特許請求の範囲およびこの欄で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。図１は、本発明の実施形態に係る有機ＥＬ素子Ｓ１の概略断面構成を示す図である。
【００１８】
透明なガラス等からなる基板１０の上に、透明導電膜であるＩＴＯからなるＩＴＯ電極としての陽極２０が形成されている。この陽極２０は、ＩＴＯをスパッタ法などにより成膜して形成されている。
【００１９】
この陽極２０の上には、アルカリ金属化合物からなるアルカリ金属化合物層３０が形成されている。このアルカリ金属化合物層３０は、アルカリ金属すなわちＬｉ、Ｎａ、Ｃｓなどのフッ化物や酸化物を、真空蒸着法にて成膜したものである。
【００２０】
具体的には、アルカリ金属化合物層３０としては、ＬｉＦまたはＬｉ2Ｏ、あるいはＣｓＦなどを用いることができる。また、このアルカリ金属化合物層３０の厚さは、０．２５ｎｍよりも大きく１．０ｎｍよりも小さいものとしている。
【００２１】
このアルカリ金属化合物層３０の上には、銅フタロシアニン（以下、ＣｕＰｃという）を含む正孔注入層４０が形成されている。この正孔注入層４０は、ＣｕＰｃ単体でもよいが、たとえばＣｕＰｃに対して数十％程度のフタロシアニンが混合されたものであってもよい。
【００２２】
そして、正孔注入層４０の上には、３級アミン化合物等のホール輸送性材料からなる正孔輸送層５０が形成されている。この正孔輸送層５０の上には、トリス（８−キノリノラト）アルミニウム（以下、Ａｌｑ３という）等の電子輸送性材料とをホスト材料とし、これにドーパントとしてルブレンやクマリン等の発光添加材料を混合してなる発光層６０が形成されている。
【００２３】
この発光層６０の上には、Ａｌｑ３等の電子輸送性材料からなる電子輸送層７０が形成されている。さらに、電子輸送層７０の上には、ＬｉＦ等からなる電子注入層８０が形成され、その上には、Ａｌ等の金属等からなる陰極９０が形成されている。
【００２４】
こうして、一対の電極２０、９０の間には、アルカリ金属化合物層３０、正孔注入層４０、正孔輸送層５０、発光層６０、電子輸送層７０および電子注入層８０が積層されて挟まれており、有機ＥＬ素子Ｓ１が形成されている。
【００２５】
この有機ＥＬ素子Ｓ１においては、陽極２０と陰極９０との間に電界を印加し、陽極２０からホールが、一方、陰極９０から電子がそれぞれ発光層６０へ注入、輸送され、発光層６０にて電子とホールとが再結合し、そのときのエネルギーによって発光層６０が発光するものである。そして、その発光は、たとえば基板１０側から取り出され視認されるようになっている。
【００２６】
また、この有機ＥＬ素子Ｓ１は、基板１０の上にスパッタ法や蒸着法等により各層２０〜８０を順次成膜することにより製造することができる。ここで、正孔注入層４０、正孔輸送層５０、発光層６０、電子輸送層７０といった有機層は蒸着法により成膜することができる。
【００２７】
ところで、本実施形態では、独自の構成として、ＩＴＯ電極である陽極２０とＣｕＰｃを含む正孔注入層４０との間に、厚さが０．２５ｎｍよりも大きく１．０ｎｍよりも小さいアルカリ金属化合物層３０を介在させている。このような構成を採用した根拠について、次の検討例および比較例を参照して述べる。
【００２８】
（検討例１）
ガラス基板１０上に陽極２０としてＩＴＯ電極を形成し、その表面を研磨して、Ｒａを約１ｎｍ、Ｒｚを約１０ｎｍとした。
【００２９】
この陽極２０の上に、アルカリ金属化合物層３０としてのＬｉＦ層を、室温、５．０×１０-5パスカル、０．０１ｎｍ／ｓｅｃの蒸着速度で、０．２５ｎｍ形成した。続いて、このアルカリ金属化合物層３０の上にＣｕＰｃからなる正孔注入層４０を１５ｎｍ形成した。
【００３０】
そして、この正孔注入層４０の上に、正孔輸送層５０として、次の化学式１に示される３級アミン化合物を４０ｎｍ形成した。
【００３１】
【化１】
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その上に、発光層６０として、電子輸送性材料であるＡｌｑ３と発光添加材料であるルブレンとを、それぞれ１００：１の重量比により４０ｎｍ形成した。
【００３２】
その上に、電子輸送層７０としてＡｌｑ３を２０ｎｍ、電子注入層８０としてＬｉＦ、陰極９０としてＡｌを順次成膜し、乾燥窒素雰囲気内で封止缶で密封し、有機ＥＬ素子を得た。
【００３３】
この素子を室温環境下で１／１６デューティー駆動により駆動させたところ、１００ｍＡ／ｃｍ2での駆動電圧は１０．５Ｖであった。
【００３４】
（検討例２）
上記検討例１の素子構造および素子形成条件において、アルカリ金属化合物層３０の膜厚を０．５ｎｍに替えたこと以外は、上記検討例１と同様にして、有機ＥＬ素子を作製した。
【００３５】
この素子を室温環境下で１／１６デューティー駆動により駆動させたところ、１００ｍＡ／ｃｍ2での駆動電圧は８．４Ｖであった。
【００３６】
（検討例３）
上記検討例１の素子構造および素子形成条件において、アルカリ金属化合物層３０の膜厚を０．７５ｎｍに替えたこと以外は、上記検討例１と同様にして、有機ＥＬ素子を作製した。
【００３７】
この素子を室温環境下で１／１６デューティー駆動により駆動させたところ、１００ｍＡ／ｃｍ2での駆動電圧は８．５Ｖであった。
【００３８】
（検討例４）
上記検討例１の素子構造および素子形成条件において、アルカリ金属化合物層３０の膜厚を１．０ｎｍに替えたこと以外は、上記検討例１と同様にして、有機ＥＬ素子を作製した。
【００３９】
この素子を室温環境下で１／１６デューティー駆動により駆動させたところ、１００ｍＡ／ｃｍ2での駆動電圧は１０．６Ｖであった。
【００４０】
（検討例５）
上記検討例１の素子構造および素子形成条件において、アルカリ金属化合物層３０の膜厚を１．５ｎｍに替えたこと以外は、上記検討例１と同様にして、有機ＥＬ素子を作製した。
【００４１】
この素子を室温環境下で１／１６デューティー駆動により駆動させたところ、１００ｍＡ／ｃｍ2での駆動電圧は２０Ｖであった。
【００４２】
（比較例１）
上記検討例１の素子構造および素子形成条件において、アルカリ金属化合物層３０を形成せずに陽極２０の上に直接正孔注入層４０を形成したこと以外は、上記検討例１と同様にして、有機ＥＬ素子を作製した。
【００４３】
この素子を室温環境下で１／１６デューティー駆動により駆動させたところ、１００ｍＡ／ｃｍ2での駆動電圧は１０．６Ｖであった。
【００４４】
上記検討例１〜５及び比較例１の結果を、図２のグラフにまとめて示す。図２は、アルカリ金属化合物層３０の膜厚（単位：ｎｍ）と駆動電圧（単位：Ｖ）との関係を示すグラフである。
【００４５】
この図２に示される結果からわかるように、比較例１に対して駆動電圧の低減効果が見られるのは、アルカリ金属化合物層３０の厚さが０．２５ｎｍよりも大きく１．０ｎｍよりも小さい範囲である。
【００４６】
また、上記検討例１〜５及び比較例１における正孔注入層４０のイオン化ポテンシャルをグラフにまとめたものを図３に示す。図３は、アルカリ金属化合物層３０の膜厚（単位：ｎｍ）と正孔注入層４０のイオン化ポテンシャル（単位：ｅＶ）との関係を示すグラフである。
【００４７】
なお、各イオン化ポテンシャルの測定については、検討例１〜５及び比較例１の中で、正孔注入層３０の形成が終了した段階にて基板１０を成膜装置から取り出し、（株）理研計器製の光電子測定装置（装置名：ＡＣ−２）を用いて行った。
【００４８】
この図３に示される結果からわかるように、アルカリ金属化合物層３０の厚さが０．２５ｎｍよりも大きい範囲において、正孔注入層４０のイオン化ポテンシャルが大きくなっていることがわかる。
【００４９】
これは、アルカリ金属化合物層３０が０．２５ｎｍよりも大きい膜厚である場合において、正孔注入層／正孔輸送層界面のエネルギ−障壁の低減がなされ、駆動電圧の低減効果が見られることを裏付けるものである。
【００５０】
しかしながら、膜厚が１．０ｎｍ以上では、その効果がなくなり、むしろ悪化している。この原因としては、アルカリ金属化合物層３０はそもそも絶縁体であるため、その絶縁特性の影響が増大するためと考えられる。
【００５１】
こうして、上記検討例１〜５および比較例１による実験検討の結果に基づいて、本実施形態では、ＩＴＯ電極である陽極２０と正孔注入層４０との間に、上記範囲の厚さを有するアルカリ金属化合物からなる層３０を介在させた構成を採用しており、それによって、アルカリ金属を用いることなく、正孔注入層４０のイオン化ポテンシャルを増大させ駆動電圧を低減することができる。
【００５２】
なお、上記検討例に基づけば、より駆動電圧の低減効果が顕著なのは、アルカリ金属化合物層３０の厚さが、０．５ｎｍ以上０．７５ｎｍ以下の場合である。
【００５３】
また、有機ＥＬ素子では、上述したように、陰極９０の直下の電子注入層８０としてＬｉＦが一般的に用いられるが、上記検討例１〜５のように、アルカリ金属化合物層３０としてＬｉＦを用いた場合には、電子注入層８０とアルカリ金属化合物層３０とを同一の材料にて形成することができ、材料の使い回しが行えるという利点がある。
【００５４】
（検討例６）
上記検討例２の素子構造および素子形成条件において、アルカリ金属化合物層３０としてＬｉ2Ｏ（膜厚：０．５ｎｍ）を形成したこと以外は、上記検討例２と同様にして、有機ＥＬ素子を作製した。
【００５５】
この素子を室温環境下で１／１６デューティー駆動により駆動させたところ、１００ｍＡ／ｃｍ2での駆動電圧は８．５Ｖであった。上記検討例２及び本検討例６の結果から、アルカリ金属化合物層３０を酸化物に置き換えてもフッ化物と同様の効果を発現することが確認された。そして、Ｌｉ2Ｏにおいても、ＬｉＦと同様の膜厚範囲で、同様の傾向が得られることを実験的に確認した。
【００５６】
（比較例２）
上記検討例４の素子構造および素子形成条件において、アルカリ金属化合物層３０の成膜において蒸着速度を０．１ｎｍ／ｓｅｃに変更し、アルカリ金属化合物層３０を形成したこと以外は、上記検討例４と同様にして、有機ＥＬ素子を作製した。
【００５７】
この素子を室温環境下で１／１６デューティー駆動により駆動させたところ、１００ｍＡ／ｃｍ2での駆動電圧は２２Ｖであった。
【００５８】
上記検討例４および比較例２のアルカリ金属化合物層３０の形態を、走査電子顕微鏡により観察したところ、ともに島状形態であった。しかしながら、検討例４においては粒子サイズすなわち島のサイズは、数ｎｍ〜４０ｎｍ程度であったのに対し、比較例２では５０ｎｍを超えていた。
【００５９】
これは、蒸着速度を高めることにより粒子のエネルギ−が増大し、基板表面でのマイグレーションが活発化することによって結晶成長を助長したためと考えられる。この検討から、詳細は不明であるが、アルカリ金属化合物層３０の形成においては、大きな結晶粒を形成する条件では、駆動電圧の低減効果を妨げる可能性があると考えられる。
【００６０】
検討例４では、上記図２に示されるように、駆動電圧の低減効果がちょうど打ち消されるところであるから、アルカリ金属化合物層３０としては、少なくとも５０ｎｍ未満の大きさの島状形態であれば駆動電圧の低減効果が発現すると考えられる。
【００６１】
なお、上記実施形態および検討例にて述べた各有機層５０〜７０および電子注入層８０、陰極９０の材質や膜厚は、一実施形態を示すものであり、これに限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明の実施形態に係る有機ＥＬ素子の概略断面図である。
【図２】アルカリ金属化合物層の膜厚と駆動電圧との関係を示すグラフである。
【図３】アルカリ金属化合物層の膜厚と正孔注入層のイオン化ポテンシャルとの関係を示すグラフである。
【図４】ＩＴＯ電極の上にＣｕＰｃを含む正孔注入層が形成された有機ＥＬ素子におけるエネルギ−ダイアグラムを示す図である。
【符号の説明】
【００６３】
２０…ＩＴＯ電極としての陽極、３０…アルカリ金属化合物層、４０…正孔注入層、
５０…正孔輸送層、６０…発光層、７０…電子輸送層。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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