(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一方が透明なアノードとカソードの間に、発光層を含む有機層を備え、前記アノードと前記有機層の間の少なくとも一部分に、前記アノードからのホールの移動を阻止するホールブロッキング層を設けた有機ＥＬ素子において、
前記アノードがＩＴＯであり、前記ホールブロッキング層が化学式（化１）に示すＡｌ2 Ｏ（ＯＸＺ）4 であることを特徴とする有機ＥＬ素子。
【化１】
0003952616.tif 000005
【請求項２】
少なくとも一方が透明なアノードとカソードの間に、発光層を含む有機層を備え、前記有機層が、前記アノードの上に所定のパターンで形成され前記アノードからのホールの移動を阻止するホールブロッキング層と、前記ホールブロッキング層及び前記ホールブロッキング層に覆われていない前記アノードの上に形成されたホール注入層と、前記ホール注入層の上に形成されたホール輸送層と、前記ホール輸送層と前記カソードの間に形成された電子輸送層兼発光層を有している有機ＥＬ素子において、
前記アノードがＩＴＯであり、前記ホールブロッキング層が化学式（化１）に示すＡｌ2 Ｏ（ＯＸＺ）4 であることを特徴とする有機ＥＬ素子。
【化５】
0003952616.tif 000006
【請求項３】
前記ホールブロッキング層のイオン化ポテンシャルは、前記アノードのイオン化ポテンシャルよりも０．６ｅＶ以上大きい請求項１又は２記載の有機ＥＬ素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、少なくとも一方が透明である一対の電極間に、有機化合物からなる正孔輸送層や発光層等が積層された有機エレクトロルミネッセンス素子（以下、有機ＥＬ素子と呼ぶ）に関する。
【０００２】
【従来の技術】
有機ＥＬ素子は、蛍光性有機化合物を含む薄膜を陰極と陽極の間に挟んだ構造を有し、前記薄膜に電子および正孔を注入して再結合させることにより励起子（エキシトン）を生成させ、このエキシトンが失活する際の光の放出（蛍光・燐光）を利用して表示を行う表示素子である。
【０００３】
前記有機ＥＬ素子の基本構成の一つを図５に示した。この有機ＥＬ素子は、基板１００の上にＩＴＯからなるアノード１０１を有している。アノード１０１の上には、Diamine からなるホール輸送層１０２がある。ホール輸送層１０２の上には、Ａｌｑ3 からなる発光層１０３がある。発光層１０３の上には、Ｍｇ，Ａｇ合金からなるカソード１０４が設けられている。各有機層の厚みは５０ｎｍ程度である。各層の成膜は真空蒸着で行っている。この有機ＥＬ素子に直流１０Ｖを加えると、発光層１０３から１０００ｃｄ／ｍ2 程度の緑色の発光が得られる。この発光は、ＩＴＯのアノード１０１と基板１００を通して観察される。
【０００４】
前記有機ＥＬ素子の構造によれば、発光層１０３の内、アノード１０１とカソード１０４に挟まれた領域が発光する。そこで、有機ＥＬ素子において簡単な図形や文字等の固定パターンを表示したい場合には、図６及び図７に示すように絶縁層１１２で発光パターンを区画する構造が用いられる。即ち、基板１１０の上にはアノード１１１が設けられ、アノード１１１の上には所定のパターン（図では星形の開口部１１２ａ）で絶縁層１１２が形成される。絶縁層１１２の上と絶縁層１１２に覆われていないアノード１１１の上には、有機層１１３が形成される。この有機層１１３の上にカソード１１４が形成される。アノード１１１とカソード１１４の間に直流を加えると、絶縁層１１２に接していない発光層、即ち発光層の内のアノード１１１とカソード１１４に直接挟まれた部分が発光する。この発光は、透明なカソード１１１側又はアノード１１４側から絶縁層１１２の開口部１１２ａを介して所定のパターンで観察される。なお、従来の有機ＥＬ素子においては、前記絶縁層１１２はポリイミド等のポリマーやＳｉＯ2 で構成されていた。
【０００５】
さて、前述したように、従来の有機ＥＬ素子においては発光層としてＡｌｑ3 が用いられているが、Ａｌｑ3 はホールも輸送するので、ホール輸送層から注入されたホールが発光層内で電子と再結合せず、発光層を突き抜けてカソードにまで達してしまい、発光に寄与しない電流となることが考えられる。
【０００６】
そこで、有機ＥＬ素子の無効電流を減らして発光効率を向上させるために、図８に示すようにホールブロッキング層を用いてホールと電子が再結合する位置を規制する構造が提案されている。即ち、基板２００の上には、アノード２０１、ホール注入層２０２、ホール輸送層２０３、発光層２０４があり、発光層２０４の上には電子輸送層２０５がある。電子輸送層２０５の上にはカソード２０６がある。ここで、発光層２０４と電子輸送層２０５の間に、ホールブロッキング層２０７を設けるのである。このホールブロッキング層２０７のイオン化ポテンシャルは、発光層２０４のイオン化ポテンシャルよりも大きいので、アノード２０１側から輸送されてくるホールはホールブロッキング層２０７を突き抜けて電子輸送層２０５へ移動することができない。よって、電子輸送層２０５から輸送されてくる電子と、ホール輸送層２０３からのホールは、カソード２０６側をホールブロッキング層２０７で遮蔽されている発光層２０４において再結合することとなる。このように、ホールブロッキング層２０７は、ホールが発光層２０４を突き抜けるのを防止し、発光層２０４で発光が得られるようにするために用いられていた。即ち、電子とホールが再結合して発光する場所を規定するために用いられていた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従来の有機ＥＬ素子において、表示パターン区画用の絶縁層をポリイミドで構成するには、次のような問題がある。まず、成膜を湿式で行う場合には、フォトリソ工程があるのでランニングコストが高くなる。また、成膜を乾式で行う場合には、重合蒸着法を用いるが、これによれば成膜に時間がかかるのでやはりランニングコストが高くなる。次に、従来の有機ＥＬ素子において絶縁層をＳｉＯ2 で構成すると、次のような問題がある。即ちＳｉＯ2 は親水性で水を吸着しやすく、製造工程で物理吸着した水を素子を形成した後で徐々に放出するので、素子の表示性能を徐々に劣化させてしまう。
【０００８】
そこで、本発明は、製造コストが低く、水分の吸着も少ない有機ＥＬ素子に適した表示パターン区画用の新規な構造を提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載された有機ＥＬ素子（１）は、少なくとも一方が透明なアノード（３）とカソード（１１）の間に、発光層（電子輸送層兼発光層８）を含む有機層を備え、前記アノードと前記有機層の間の少なくとも一部分に、前記アノードからのホールの移動を阻止するホールブロッキング層（４）を設けた有機ＥＬ素子において、
前記アノード（３）がＩＴＯであり、前記ホールブロッキング層（４）が前記化学式（化１）に示すＡｌ2 Ｏ（ＯＸＺ）4 であることを特徴としている。
【００１０】
請求項２に記載された有機ＥＬ素子（１）は、少なくとも一方が透明なアノード（３）とカソード（１１）の間に、発光層（電子輸送層兼発光層８）を含む有機層を備え、前記有機層が、前記アノードの上に所定のパターン（開口部５）で形成され前記アノードからのホールの移動を阻止するホールブロッキング層（４）と、前記ホールブロッキング層及び前記ホールブロッキング層に覆われていない前記アノードの上に形成されたホール注入層（６）と、前記ホール注入層の上に形成されたホール輸送層（７）と、前記ホール輸送層と前記カソードの間に形成された電子輸送層兼発光層（８）を有している有機ＥＬ素子において、
前記アノード（３）がＩＴＯであり、前記ホールブロッキング層（４）が前記化学式（化１）に示すＡｌ2 Ｏ（ＯＸＺ）4 であることを特徴としている。
【００１１】
請求項３に記載された有機ＥＬ素子は、請求項１又は２記載の有機ＥＬ素子（１）において、前記ホールブロッキング層（４）のイオン化ポテンシャルが、前記アノード（３）のイオン化ポテンシャルよりも０．６ｅＶ以上大きいことを特徴としている。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態の一例である有機ＥＬ素子１を図１〜図４を参照して説明する。
図１は本例の有機ＥＬ素子１の積層構造を示す断面図である。この図１に示すように、ガラス製の基板２の上には透光性のＩＴＯからなるアノード３が形成されている。本例のアノード３は、所定間隔をおいて配置された多数本の帯状の電極からなる。基板２とこれらアノード３の上には、前記化学式（化１）に示すキレート錯体Ａｌ2 Ｏ（ＯＸＺ）4 からなるホールブロッキング層４が形成されている。このホールブロッキング層４は、その真下にあるアノード３から供給されるホールを阻止する機能を有する。図２は、図１の切断線（イ）における横断面の構造を含む模式的な図であり、主としてアノード３とホールブロッキング層４の形状及び位置関係を示している。この図２に示すように、ホールブロッキング層４は、帯状の各アノード３に対応する部分に正方形状の開口部５を有している。開口部５は複数個あり、所定間隔をおいて配置されている。
【００１４】
このホールブロッキング層４は、その真下にあるアノード３から、その真上にある後述する有機層にホールが入り込まないように阻止する。また、方形の開口部５の部分においては、ホールの移動を許容して有機層が開口部５の形状で発光するようにする。即ち、発光パターンを区画するための従来の絶縁層に相当する部分である。
【００１５】
このホールブロッキング層４は、アノード３からホールが入り込まないように阻止するためのものであるから、イオン化ポテンシャルの値がアノード３よりも高くなければならない。本例のアノード３であるＩＴＯのイオン化ポテンシャルは４．５〜５．０ｅＶである。本例のホールブロッキング層４のイオン化ポテンシャルは、これよりも０．６ｅＶ以上高いことが必要であり、０．８ｅＶ以上高ければさらに好ましい。即ち、本例で使用されるＡｌ2 Ｏ（ＯＸＺ）4 のイオン化ポテンシャルは、５．８〜６．０ｅＶ以上となる。
【００１６】
なお、前記イオン化ポテンシャルとは固体表面の電子状態を表す物性値であり、真空準位を基準とした価電子帯最上端のエネルギーのことである。換言すれば、固体から電子を真空中に取り出すに要する最小のエネルギーのことである。
【００１７】
本例における上述したイオン化ポテンシャルの数値は、任意のガス雰囲気内で電子を計数できるオープンカウンターを利用した大気中紫外線光電子分析装置を用いて測定したものである。この種の装置としては、例えば理研計器株式会社製のＡＣ−１等が知られている。この装置は、紫外線放出光源から出た２００〜３６０ｎｍの光を分光器で任意の波長に分光し、サンプル表面に照射する。この光子１個のエネルギーＥを、Ｅ＝ｈｃ／λ（ｈ：プランク定数、ｃ：光速、λ：波長）から換算すると、６．２〜３．４ｅＶになる。この照射光をエネルギーの低い方から高い方へ掃引していくと、あるエネルギー値から光電効果による電子放出が始まる。このエネルギーをイオン化ポテンシャルと呼ぶ。
【００１８】
有機ＥＬ素子に使われる有機物質のイオン化ポテンシャルを前記装置によって測定した例を比較のために挙げれば、ＰＶＫが５．８、ＢＢＯＴが５．９、ＰＢＤが５．９、ＴＰＢが６．０、ＤＣＭ１が５．６である。
【００１９】
図１に示すように、ホールブロッキング層４の上には、化学式（化２）に示すＣｕＰｃからなるホール注入層６が形成されている。ホール注入層６は、ホールブロッキング層４の上面に接するとともに、ホールブロッキング層４の開口部５の中に入り込んでアノード３にも接している。
【００２０】
【化２】
0003952616.tif 000002
【００２１】
このホール注入層６の上には、化学式（化３）に示すα−ＮＰＤからなるホール輸送層７が形成されている。
【００２２】
【化３】
0003952616.tif 000003
【００２３】
ホール輸送層７の上には、化学式（化４）に示すＡｌｑ3 からなる電子輸送層兼発光層８が形成されている。
【００２４】
【化４】
0003952616.tif 000004
【００２５】
電子輸送層兼発光層８の上には、ＬｉＦ層９とＡｌ層１０からなるカソード１１が形成されている。
【００２６】
上記の積層構造は次のような工程で得られる。ＩＴＯのアノード３が形成された基板２を洗浄・乾燥後、真空蒸着装置内に入れて１０-5Torrの真空度とする。Ａｌ2 Ｏ（ＯＸＺ）4 を５０ｎｍ、ＣｕＰｃを２０ｎｍ、α−ＮＰＤを３０ｎｍ、Ａｌｑ3 を５０ｎｍ蒸着する。一旦真空を解除し、最後に陰極として、ＬｉＦを０．５ｎｍ、Ａｌを１２０ｎｍ蒸着する。これらの蒸着工程は、前記真空状態とした真空蒸着装置内において一連の工程として行うことができる。Ａｌ2 Ｏ（ＯＸＺ）4 の蒸着は、所定パターンの開口を備えたメタルマスクを用いて行うことができる。
【００２７】
この有機ＥＬ素子１のアノード３にプラス、カソード１１にマイナスの直流電圧を印加した。有機層とアノード３の間にホールブロッキング層４がある部分では、有機層の電子輸送層兼発光層８（Ａｌｑ3 ）は発光しない。これは、アノード３から供給されるホールがホールブロッキング層４で阻止され、これよりも上の有機層に到達せず、カソード１１からきた電子と電子輸送層兼発光層８内で再結合することができないからである。これに対し、ホールブロッキング層４の開口部５の部分では、ホール輸送層７はアノード３と直接接しており、このためホールはホール注入層６からホール輸送層７を経て電子輸送層兼発光層８内に入ることができ、ここで電子と再結合して発光する。従って、本例ではホールブロッキング層４の開口部５の形状に相当するパターンの発光が得られる。このように、本例のホールブロッキング層４は、ホールと電子の結合を阻止する電気的な絶縁層として機能しており、ホールと電子の結合を許容して所定のパターンに発光させる領域を区画するために所定パターンの開口部５を有しているのである。
【００２８】
このように本例のホールブロッキング層４は、有機ＥＬ素子１の積層構造中の設置位置がアノード３とホール注入層６の間であり、所定パターンの開口部５を有する構造を有し、そしてホールと電子の再結合を阻止する絶縁層的な機能を有するという各点において、従来のホールブロッキング層４とは全く異なるものとなっている。即ち、従来のホールブロッキング層４は、発光層とカソードの間に設けられ、特別な開口パターンのない単なる層状であり、ホールが発光層を突き抜けるのを防止して発光層で発光するように制御するためのものである。
【００２９】
次に、本例の有機ＥＬ素子１の構造において、ホールブロッキング層４の絶縁性について実験結果を参照して説明する。前述した積層構造において開口部５のないホールブロッキング層４を有する素子Ａと、前述した積層構造においてホールブロッキング層４を設けない素子Ｂを、それぞれ作成する。前者Ａは、本例の有機ＥＬ素子１においてホールブロッキング層４の絶縁部分（開口部５のない部分）に相当し、後者Ｂは、本例の有機ＥＬ素子１においてホールブロッキング層４の開口部５の部分に相当する。これらの素子Ａ，Ｂに直流電圧を印加し、電流と発光輝度を測定し、それぞれ図３及び図４に示した。
【００３０】
図３及び図４に示すように、素子Ａは、２０Ｖ以上の電圧をかけても電流が流れず、発光しなかった。即ち、電気的な絶縁性が確実であることが確認された。また、素子Ｂは、約５Ｖで電流が流れはじめ、図示のように発光は電圧の上昇に伴って急速に増加し、約１０Ｖで約２５００ｃｄ／ｍ2 の輝度が得られた。これらの結果から分かるように、本例の有機ＥＬ素子１によれば、ホールブロッキング層４を適当な位置に所定のパターンで配置することにより絶縁層としての機能を発揮させ、発光層を所定のパターンで発光させることができる。
【００３１】
このように、本例によれば、アノード３上に蒸着によって所定パターンの開口部５を有するホールブロッキング層４を形成することにより、発光層のアノード配線に対応する部分等が発光する等の不都合を避けて、任意の発光パターンの任意の部分のみを選択的に発光させるように構成できる。また、ホールブロッキング層４はＡｌ2 Ｏ（ＯＸＺ）4 の蒸着によって形成するので、他の有機層と共に真空装置内の一貫した連続工程で製造できるので、水分の混入を避けられ、製造費用も安くなる。また、本例のホールブロッキング層４は従来の絶縁層に比べて薄く形成できるので開口部における段差が軽減される。
【００３２】
従来絶縁層として使用されていたＳｉＯ2 は水分を含有しやすく、有機ＥＬ素子として使用した際に水分によって表示に悪影響がでていた。しかし、本例のＡｌ2 Ｏ（ＯＸＺ）4 等の有機のホールブロッキング層４は水を吸いにくいので、このような問題が生じない。また、従来絶縁層として使用されていたＳｉＮはＣＶＤ法で被着しており、他の有機層の製造方法と異なる。しかし、本例のＡｌ2 Ｏ（ＯＸＺ）4 等の有機のホールブロッキング層４は、他の有機層と共に真空装置内における一貫した連続工程で蒸着により製造できるので、水分の混入を避けられ、また製造費用が安くなる。
【００３３】
【発明の効果】
本例の有機ＥＬ素子によれば、アノードと有機層の間の少なくとも一部分に、アノードからのホールの移動を阻止するホールブロッキング層を設けたので、次のような効果が得られる。
【００３４】
ホールブロッキング層の形状（パターン）に応じて発光する領域が区画され、任意の発光パターンの任意の部分のみを選択的に発光させるように構成できる。
【００３５】
また、ホールブロッキング層を例えばＡｌ2 Ｏ（ＯＸＺ）4 等の有機物質の蒸着によって形成することとすれば、他の有機層と共に真空装置内の一貫した連続工程で製造できることとなり、水分の混入を避けられ、また製造費用が安くなる。さらに、従来の無機の絶縁層に比べて薄く形成できるので、パターンの開口部における段差が軽減される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の一例である有機ＥＬ素子の模式的な断面図である。
【図２】図１の切断線（イ）−（イ）における模式的な断面図である。
【図３】本例の有機ＥＬ素子におけるホールブロッキング層の絶縁層としての効果を示すグラフである。
【図４】本例の有機ＥＬ素子におけるホールブロッキング層の絶縁層としての効果を示すグラフである。
【図５】従来の有機ＥＬ素子の一般的な構造を示す模式的な断面図である。
【図６】発光パターンを区画する絶縁層を備えた従来の有機ＥＬ素子を示す図であって、図７の切断線（ハ）−（ハ）における横断面図である。
【図７】発光パターンを区画する絶縁層を備えた従来の有機ＥＬ素子を示す図であって、図６の切断線（ロ）−（ロ）における縦断面図である。
【図８】ホールブロッキング層を備えた従来の有機ＥＬ素子の断面図である。
【符号の説明】
１  有機ＥＬ素子
２  基板
３  アノード
４  ホールブロッキング層
５  開口部
６  ホール注入層
７  ホール輸送層
８  電子輸送層兼発光層
１１  カソード
【図１】
0003952616.tif 000007
【図２】
0003952616.tif 000008
【図３】
0003952616.tif 000009
【図４】
0003952616.tif 000010
【図５】
0003952616.tif 000011
【図６】
0003952616.tif 000012
【図７】
0003952616.tif 000013
【図８】
0003952616.tif 000014