(57)【要約】【課題】有機層に発生する結晶成長の凹凸をなくし、ダークスポットの発生を防止した有機ＥＬ素子を提供する。【解決手段】ガラス基板１上に正電極２、正孔注入層３、正孔輸送層４、発光層５、電子輸送層６、負電極７が積層されている。正孔注入層３は、本来、正孔注入層３に用いられるべき材料で構成された第１有機材料層と、第１有機材料層よりも成膜時の平坦性の良い材料で構成された第２有機材料層との積層構造により形成されている。第１有機材料層と第２有機材料層とが交互に適切な数だけ積層されることで、最終的な正孔注入層３の膜の平坦性が向上する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光層を含む有機層を備えた有機ＥＬ素子において、
前記有機層の一部が第１有機材料層の上に第２有機材料層が形成されるように交互に積層された多層膜構造で構成され、
前記第２有機材料層は、成膜時の平坦性が前記第１有機材料層よりも良い有機材料で構成されていることを特徴とする有機ＥＬ素子。
【請求項２】
前記第２有機材料層の膜厚は、前記第１有機材料層の膜厚よりも小さいことを特徴とする請求項１記載の有機ＥＬ素子。
【請求項３】
前記第１有機材料層と第２有機材料層とで正孔注入層を形成していることを特徴とする請求項１又は請求項２のいずれか１項に記載の有機ＥＬ素子。
【請求項４】
前記第１有機材料層はＣｕＰｃ又はＴｉＯＰｃのいずれかで構成され、前記第２有機材料層はＴＰＤ又はＮＰＤのいずれかで構成されていること特徴とする請求項３記載の有機ＥＬ素子。
【請求項５】
前記第１有機材料層の成膜時の凹凸の段差が５０Å以下で形成されていることを特徴とする請求項４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、膜質を改善し、ダークスポットの発生を抑えた有機ＥＬ素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、有機ＥＬ素子（有機エレクトロルミネセンス素子）は、発光層を挟むように電子や正孔のキャリアを発光層に注入しやすくするための有機層が設けられ、さらにその外側に電極が形成されている。
【０００３】
図６は、有機ＥＬ素子構造の一例を示すもので、ガラス基板２１上に、正電極２２、正孔注入層２３、正孔輸送層２４、発光層２５、電子輸送層２６、負電極２７が順に形成されている。正電極２２は、透明電極で構成されており、発光層２５で発生した光は図６の矢印方向に取り出される。
【０００４】
電子輸送層２６は、電子を円滑に発光層２５に移動させ、発光層２５に入った正孔が電子輸送層２６に移動してくることを阻止するために用いられる。逆に、正孔輸送層２４は、正孔を円滑に発光層２５に移動させ、発光層２５に入った電子が正孔輸送層２４に移動してくることを阻止するために用いられる。
【０００５】
また、正孔注入層２３は、正電極２２との電位障壁を大きくして正孔を発光層２５側へ注入しやすくするために設けられており、正孔注入層２３に用いる材料としては、ＣｕＰｃ（銅フタロシアニン）が良く知られている（例えば、特許文献１参照）。図６に示された有機ＥＬ素子の各層は、真空蒸着法によって形成される。
【特許文献１】特許第３７２８３０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記従来の有機ＥＬ素子では、有機層の成膜には、有機材料の成膜条件に依存する部分があるものの、本来成膜性の悪い有機材料があるために、真空蒸着法で成膜すると、凹凸が発生するものがある。例えば、上述した正孔注入層の材料であるＣｕＰｃ（銅フタロシアニン）は、真空蒸着法で成膜すると凹凸が発生し、平坦な膜にならないことが知られている。
【０００７】
この状態を模式的に描いたのが、図７である。正電極２２上に正孔注入層２３が蒸着により成長していくが、成膜時の平坦性が悪いために、図のような先の尖った円錐形状の結晶が並ぶ形となって、平坦な膜とはならない。
【０００８】
そして、このような状態で結晶成長を続けていくと、正孔注入層２３の上に形成される各有機層の結晶の平坦性にも影響を及ぼすだけでなく、完成した素子に電圧を印加した場合、図のような円錐形状の結晶の先端部分に電荷集中が発生し、先端部分が焼けて黒くなり、これがダークスポットとなって出現していた。これらのダークスポットは、１辺が５０μｍの正方形領域において、直径１μｍ程度の斑点となって３０〜５０個の割合で発生していた。
【０００９】
本発明は、上述した課題を解決するために創案されたものであり、有機層に発生する結晶成長の凹凸をなくし、ダークスポットの発生を防止した有機ＥＬ素子を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、発光層を含む有機層を備えた有機ＥＬ素子において、前記有機層の一部が第１有機材料層の上に第２有機材料層が形成されるように交互に積層された多層膜構造で構成され、前記第２有機材料層は、成膜時の平坦性が前記第１有機材料層よりも良い有機材料で構成されていることを特徴とする有機ＥＬ素子である。
【００１１】
また、請求項２記載の発明は、前記第２有機材料層の膜厚は、前記第１有機材料層の膜厚よりも小さいことを特徴とする請求項１記載の有機ＥＬ素子である。
【００１２】
また、請求項３記載の発明は、前記第１有機材料層と第２有機材料層とで正孔注入層を形成していることを特徴とする請求項１又は請求項２のいずれか１項に記載の有機ＥＬ素子である。
【００１３】
また、請求項４記載の発明は、前記第１有機材料層はＣｕＰｃ又はＴｉＯＰｃのいずれかで構成され、前記第２有機材料層はＴＰＤ又はＮＰＤのいずれかで構成されていること特徴とする請求項３記載の有機ＥＬ素子である。
【００１４】
また、請求項５記載の発明は、前記第１有機材料層の成膜時の凹凸の段差が５０Å以下で形成されていることを特徴とする請求項４記載の有機ＥＬ素子である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、有機層の一部を多層膜構造とし、有機材料で形成する最初の第１有機材料層と第１有機材料層上に異なる有機材料で形成する第２有機材料層とを積層し、第１有機材料層よりも第２有機材料層の方が成膜時の平坦性が良く、また、膜厚を小さく形成するようにしているので、成長した結晶の平坦性を保持することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、図面を参照して本発明の一実施形態を説明する。図１は本発明による有機ＥＬ素子の断面構造を示す。
【００１７】
ガラス基板１上に正電極２、正孔注入層３、正孔輸送層４、発光層５、電子輸送層６、負電極７が積層されている。正孔注入層３、正孔輸送層４、発光層５、電子輸送層６は、有機材料によって形成されており、有機層１０を構成する。
【００１８】
発光層５は例えば発光材料（ホスト材料）に蛍光色素をドーピングする等により可視光領域（４００ｎｍ〜７５０ｎｍ）において特定の色を発光するように構成されている。例えば、青色を発光させるためには、発光層５としてDPVBi に、BCzVBi をドープした発光材料等を用いられ、また、緑色を発光させるためには、発光層５としてアルミニウム錯体に、クマリンC545Tまたはキナクリドンをドープした発光材料等が用いられる。
【００１９】
電子輸送層６にはアルミニウム錯体やオキサジアゾール類等が用いられ、負電極７は、アルミニウム等の金属で構成される。正孔輸送層４はナフテル・フェニル・ベンチジン（ＮＰＢ）、ＴＰＤ（トリフェルアミン誘導体）やＮＰＤ等により構成される。正孔注入層４はフタロシアニン類等で構成される。
【００２０】
また、正電極２は、図の矢印方向に光を取り出す場合には、ＩＴＯ等の透明電極で構成される。さらに、必要であれば、電子輸送層６と負電極７との間に電子注入層を挿入することもできる。
【００２１】
正孔注入層３は、図１に示すように多層膜構造となっている。正孔注入層３部分の拡大図を図２に示す。正孔注入層３は、正電極２側から、まず第１有機材料層として正孔注入材料層３１が積層され、この正孔注入材料層３１の上に第２有機材料層として有機材料層３２が積層されており、この正孔注入材料層３１と有機材料層３２が交互に繰り返して積層されている。正孔注入層３の最後の層、すなわち正孔注入層３が正孔輸送層４と接する有機層は、有機材料層３２で終わるようになっている。
【００２２】
正孔注入材料層３１（第１有機材料層）は、本来、正孔注入層３に用いられるべき材料で構成されており、例えばＣｕＰｃ（銅フタロシアニン）やＴｉＯＰｃ（チタニルフタロシアニン）が用いられ、一方、有機材料層３２（第２有機材料層）には、正孔注入材料層３１よりも成膜時の平坦性の良い材料、例えば、正孔輸送層材料としても有効なＴＰＤ（トリフェルアミン誘導体）やＮＰＤが用いられる。
【００２３】
以上のよう正孔注入層３が構成されるが、正孔注入材料層３１と有機材料層３２との積層構造を薄くしすぎると膜の平坦性の改善が望めず、あまり積層しすぎて正孔注入層３の厚さを厚くしてしまうと、駆動電圧が高くなるので、有機材料層３２は３〜２０層が望ましく、有機材料層３２を６層形成するのが最も好ましい。有機材料層３２の膜厚は、１０〜３００Åとすることが望ましい。成膜時の平坦性に優れている材料を用いると１０Åの膜厚でも問題がない。
【００２４】
上記のような構成の有機ＥＬ素子は、ガラス基板１上の正電極２をパターニング、エッチング、絶縁膜形成等の前処理を経て、真空蒸着装置で、正孔注入層３、正孔輸送層４、発光層５、電子輸送層６、負電極７を順に成膜するという既知の工程により製造される。
【００２５】
このとき、正孔注入層３については、図３に示すように成膜する。まず、正孔注入材料層３１を正電極２の上に蒸着していくが、図のように、成膜性が悪く、平坦な結晶とならずに、凹凸が生じる。これをそのまま結晶成長させていくと、図の破線のように、円錐形状の結晶となって、ダークスポットの原因となるので、凹凸の段差ｈが所定の高さになったところで、正孔注入材料層３１の蒸着を停止して、次の有機材料層３２の蒸着を行うようにする。そしてこの過程を繰り返すことにより、最終的に平坦な膜を得るようにするものである。ｈは５０Å以下になるように正孔注入材料層３１の蒸着を停止することが望ましい。
【００２６】
図４、５は、正孔注入層３の形成過程を示す。上述したように、正孔注入材料層３１の凹凸の段差が所定の高さｈに達すると蒸着を停止して、有機材料層３２の蒸着を開始する。有機材料層３２の蒸着は、有機材料層３２の膜厚が正孔注入材料層３１の膜厚よりも小さくなるように形成する。
【００２７】
図４に示すように、正孔注入材料層３１の膜厚をＡ、有機材料層３２の膜厚をＢとすると、Ａ＞Ｂの関係を維持しながら、積層構造が形成される。なお、図３、４ともに、模式的に描いているので、正孔注入材料層３１の凹凸の段差ｈと膜厚Aが同じ大きさのように見えるが、実際の正孔注入材料層３１の結晶成長においては、下地となる層（例えば正電極２）から完全に円錐形状に分離されるのではなく、下地層から所定の高さの底部までは、結晶が繋がった状態で成長するので、A＞ｈとなる。
【００２８】
上記のように積層すると、図４に示すように、有機材料層３２の結晶表面は、正孔注入材料層３１の凹凸が伝播せずに、かなり平坦なものとなる。例えば、正孔注入材料層３１にＣｕＰｃを用い、有機材料層３２にＮＰＤを用いた場合、正孔注入材料層３１は３５０Å（膜厚Ａ）、有機材料層３２は４０Å（膜厚Ｂ）の膜厚で構成される。
【００２９】
次に、第１層目の有機材料層３２の上に、再び正孔注入材料層３１の蒸着を行い、図４と同様、凹凸の段差がｈに達したところで、正孔注入材料層３１の蒸着を停止して、第２層目の正孔注入材料層３１の上に、第２層目の有機材料層３２を膜厚Ｂの厚さで蒸着するようにする。このときも、膜厚Ａ＞膜厚Ｂになるように成膜される。このようにして、第２層目の正孔注入材料層３１の凹凸が次の層に伝播しないようにする。
【００３０】
以上の工程を、所定の多層膜構造になるまで繰り返して行い、最終的に正孔注入層３が形成される。
【００３１】
上記のように、成膜時の平坦性の悪い有機材料の結晶成長を厚みの小さいところで中断させ、その上に成膜時の平坦性の良い有機材料を成長させて、凹凸を平坦化させ、この繰り返しによって、凹凸を助長させずに、一定の膜厚と平坦性を有する目的の有機層を得るようにしている。
【００３２】
上記実施例では、正孔注入層３について説明したが、正孔輸送層４や電子輸送層６等の他の有機層についても適用することができ、上記同様、第１有機材料層よりも成膜時の平坦性が良い第２有機材料層を用いて、これらの積層構造により正孔輸送層や電子輸送層等を形成することで、平坦性の良い有機層を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の有機ＥＬ素子の断面構造を示す図である。
【図２】図１の有機ＥＬ素子の正孔注入層付近の断面構造を示す拡大図である。
【図３】多層膜構造により膜質が改善される作用を示す模式図である。
【図４】多層膜構造を有する正孔注入層の一成膜過程を示す模式図である。
【図５】多層膜構造を有する正孔注入層の一成膜過程を示す模式図である。
【図６】従来の有機ＥＬ素子の断面構造を示す図である。
【図７】平坦な結晶が形成されない状態を模式的に示す図である。
【符号の説明】
【００３４】
１    ガラス基板
２    正電極
３    正孔注入層
４    正孔輸送層
５    発光層
６    電子輸送層
７    負電極
【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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【図６】
2007180301.tif 000008
【図７】
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