(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、前記基板上に順次形成された陰極と、電子輸送層と、発光層と、ホール輸送層と、陽極とを有する有機エレクトロルミネッセンス素子において、
前記電子輸送層と前記発光層との間にホールブロック層を設け、且つ前記ホール輸送層と前記陽極との間にフッ化リチウムと硫化銅を設けたことを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、有機エレクトロルミネセンス素子に係り、特に発光光を不透明な基板の有機エレクトロルミネセンス膜の形成側より取り出す方式の有機エレクトロルミネセンス素子に好適な有機エレクトロルミネセンス膜構造を有する有機エレクトロルミネセンス素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
有機エレクトロルミネセンス素子（以下、単に有機ＥＬ素子ともいう）については、強い蛍光を発すアントラセン等の単結晶において、キャリア注入によりエレクトロルミネセンス（以下、単にＥＬともいう）発光する現象の発見より研究が始まった。
【０００３】
有機ＥＬ素子は、コントラストが高い、高速応答、視野角依存性のない、などの特徴を有した表示素子として、携帯端末機器やパーソナルコンピューターのディスプレイ等に応用することが検討されており、車載オーディオ用表示パネルにはモノカラーを部分的に組み合わせたエリアカラーの表示素子として実用化されている。
【０００４】
有機ＥＬ素子の赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）に対応した表示素子を組み合わせれば、フルカラー表示も可能であることから、低電圧駆動で高輝度発光する高性能の有機ＥＬ素子についての検討が種々なされている。
【０００５】
図１は、有機ＥＬ素子の基本構成を示す概略断面図である。
有機ＥＬ素子１０は、透明基板１上に順次、陽極２、有機エレクトロルミネセンス層（以下、単に有機ＥＬ層ともいう）８、陰極５を積層したものより構成される。
ガラスなどの透明基板１上に形成される陽極２は、大きい仕事関数を有するインジウム−スズ酸化物（以下、単にＩＴＯともいう）等より構成される透明電極である。
【０００６】
有機ＥＬ層８は、例えば、ホール輸送層３及び発光層４から構成されるが、単一の層からなる単層型や、電荷注入性、電荷輸送性、発光性の機能に応じた層からなる積層型など、いろいろの構成がある。
ホール輸送層３としては、例えばアリールジアミン化合物が用いられる。
【０００７】
発光層４としては、蛍光性を有する高分子材料から低分子材料、金属錯体まで幅広く使用され、その形成法としては、材料により溶液からの塗布等の湿式法か真空蒸着などの乾式法が選択される。ここで、電子輸送性の発光層４の例として、トリス（８−キノリノール）アルミニウム有機金属錯体（以下、単にＡｌｑ３ともいう）がある。
【０００８】
陰極５としては、小さい仕事関数を有する、例えばアルミニウム（Ａｌ）膜が形成される。
陽極２と陰極５の間に電源６より電圧を印加すると、ＩＴＯ膜の陽極２よりホールが注入されて、電子輸送性の発光層４に注入され、電子は、アルミニウム膜の陰極５より注入される。電子とホールは発光層４の海面近傍で再結合し発光する。
【０００９】
この発光層４から発せられた光は、透明な陽極２及び透明基板１を通して、外部に取り出される。このときの発光色は、発光層４の発光色に依存し、単色発光であり、Ａｌｑ３の場合には、緑色発光である。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
このような有機ＥＬ素子を用いて、画像表示を行う方法として、パッシブ（単純）マトリクス方式（例えば、特開平２−３７３８５号公報に開示）と、アクティブマトリクス方式（例えば、特開平５−１０７５６１号公報に開示）が考えられている。
【００１１】
パッシブマトリクス方式では、表示エリアの陽極は例えば水平方向に互いに平行に伸びる複数のＩＴＯ膜のストライプラインよりなり、陰極は例えば垂直方向に互いに平行に伸びるアルミニウム膜のストライプラインよりなり、各ストライイプラインの交差点が１画素に対応し、各ストライプラインに接続する外付けの駆動用のドライバＩＣにより動作させるものであり、現在実用化されているものである。しかし、この方式の場合、原理的に線順次駆動となるので、走査線数が増えるに従い、必要な発光の輝度も比例して増すことになり、消費電力の増加、電流増加による素子劣化、などの問題があり、高精細の画像表示には不適である。
【００１２】
これに対して、アクティブマトリクス方式では、表示エリアの各画素に対応して基板上にスイッチング用素子（薄膜トランジスタ）と駆動用素子を配置した構造を有し、各画素をフレーム時間中点灯できるため、必要輝度は実用輝度と同等でよい。しかし、発光光は基板の有機ＥＬ素子の形成された側の反対側（すなわち基板側）に取出す方式であるので、より多くの発光光を取出すためには、スイッチング用素子と駆動用素子の大きさをできるだけ小さくして光の開口率を上げることが必要となるが、各素子の高集積化にも限界があるので、有機ＥＬ素子の形成された側の反対側の基板から発光光をとり出す方式では、十分な輝度を得るのが困難である。
【００１３】
これに対して、基板として単結晶シリコンを用いて、アクティブマトリクス駆動素子として基板にＭＯＳトランジスタを形成し、この基板上に陰極と、有機ＥＬ層と、陽極をこの順序で形成し、基板の有機ＥＬ層側から発光光を取出す方式が、特開平１１−５４２６８号公報に開示されている。
これは、従来の基板上に陽極と、有機ＥＬ層と、陰極とをこの順序で形成したものとは、逆の構成を有するものであリ、発光光の開口率は最大となるが、単純にこの構成としても、最適化された構造とはなっていないため、十分な発光光の輝度を得ることが困難であるという課題があった。
【００１４】
また、この場合において、有機ＥＬ層上に形成される陽極は、透明導電膜で構成する必要があるが、高い光透過率と低抵抗値を有する透明導電膜を形成する条件では、有機ＥＬ層の特性を損なう可能性があるという課題があった。
【００１５】
そこで本発明は、上記課題を解決して、有機エレクトロルミネセンス素子において、基板上に形成された有機エレクトロルミネセンス層側から高い発光効率で発光光を取出すことのできる有機エレクトロルミネセンス素子を提供することを目的とするものである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための手段として、本発明は、基板と、前記基板上に順次形成された陰極と、電子輸送層と、発光層と、ホール輸送層と、陽極とを有する有機エレクトロルミネッセンス素子において、前記電子輸送層と前記発光層との間にホールブロック層を設け、且つ前記ホール輸送層と前記陽極との間にフッ化リチウムと硫化銅を設けたことを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子を提供する。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態につき、好ましい実施例により、図面を参照して説明する。
【００１９】
＜実施例＞
図２は、本発明の有機ＥＬ素子の実施例を示す概略部分断面図であり、図３は、本発明の有機ＥＬ素子の実施例及び比較例における素子形状を示す上面図である。
まず本実施例の有機ＥＬ素子２０の概略形状を説明する。
図３に示すように、基板１１上に、縦の長さが５ｍｍ、横の長さが３０ｍｍの陰極１２と、後述する積層構造を有して、縦、横の長さがともに１５ｍｍの有機ＥＬ層１９及び保護層１７と、縦の長さが３０ｍｍで横の長さが５ｍｍの陽極１８とを、この順序で積層して、有機ＥＬ素子２０を得た。
【００２０】
次に、具体的な有機ＥＬ素子２０の構成について説明する。
図２に示すように、まず、２インチサイズの単結晶シリコン基板１１上に、ＣＶＤ法により厚さ４２０ｎｍのＳｉＯ2からなる図示しない絶縁膜を形成した。
この絶縁膜の上に、マスク蒸着法により、５ｍｍ×３０ｍｍの長方形状に厚さ８０ｎｍのＡｌと、厚さ１ｎｍのＬｉＦ（フッ化リチウム）を成膜して、陰極１２を形成した。続いて、陰極１２の中心に、１５ｍｍ×１５ｍｍの正方形状の有機ＥＬ層１９を形成した。
【００２１】
有機ＥＬ層１９は、電子輸送層１３、ホールブロック層１４、電子輸送性発光層（以下、単に発光層ともいう）１５、ホール輸送層１６をこの順序で積層したものから構成される。これらの各層はいずれもマスク蒸着法で形成される。
【００２２】
電子輸送層１３として厚さ２０ｎｍのＡｌｑ３を形成し、その上にホールブロック層１４として厚さ１５ｎｍのバソキュプロフィン（以下、単にＢＣＰともいう）を形成し、更にその上に電子輸送性発光層１５として厚さ２０ｎｍのＡｌｑ３を形成し、更にその上にホール輸送層１６として厚さ５０ｎｍの４，４’−ビス[Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニル−アニノ]ビフェニル（以下、単にα−ＮＰＤともいう）を形成した。
【００２３】
この有機ＥＬ層１９上に、イオンプラズマによる熱や高エネルギ−粒子衝撃によるダメ−ジから有機ＥＬ層１９を守るための保護層１７を形成した。保護層１７として、厚さ１．５ｎｍのＬｉＦとその上に厚さ２ｎｍのＣｕ2Ｓ（硫化銅）を形成した。
この保護層１７上に、ＩＢＳ（イオンビ−ムスパッタ）法により、陰極１２と直交するように、５ｍｍ×３０ｍｍの長方形状で厚さ８０ｎｍのＩＺＯ（Ｉｎ2Ｏ3が９０ｗｔ％、ＺｎＯが１０ｗｔ％である膜）膜を形成し、有機ＥＬ素子２０を作製した。
【００２４】
この実施例の有機ＥＬ素子２０について、電圧、電流密度、発光輝度の関係をしらべ、発光効率（電流効率）を求めた。発光効率は、２．６２ｃｄ／Ａであった（以下の表１に示す）。
【００２５】
＜比較例１＞
実施例において、ホールブロック層１４を形成せず、電子輸送層１３及び電子輸送性発光層１５として厚さ５０ｎｍのＡｌｑ３を形成した以外は、実施例と同様にして有機ＥＬ素子２０Ａを作製した。有機ＥＬ層１９Ａは電子輸送性発光層１５（電子輸送層１３を含む）とホール輸送層１６から構成される。
この比較例１の有機ＥＬ素子の発光効率を測定し、１．３６ｃｄ／Ａの値を得た（以下の表１に示す）。
【００２６】
【表１】
0003740989.tif 000002
【００２７】
＜比較例２＞
実施例において、保護層１７を形成しない以外は、実施例と同様にして、比較例２の有機ＥＬ素子２０Ｂを作製した。
比較例２の有機ＥＬ素子に電圧を印加して、発光を調べたが、２０Ｖを印加しても発光が認められなかった。
【００２８】
実施例及び比較例１，２の結果を検討すると以下の通りである。
まず、保護層１７に付いては、これを形成していない比較例２においては、発光が認められず、これは、陽極１８としてＩＺＯ膜を形成した際に、ＩＢＳ法を用いたが、熱や高エネルギ−粒子衝撃によリ有機ＥＬ層がダメージを受けたためと考えられる。実施例と比較例１においては、保護層１７を形成してあるので、有機ＥＬ膜にはダメージが少なく発光することができる。
【００２９】
表１によれば、実施例の発光効率は２．６２ｃｄ／Ａであり、比較例１の１．３６ｃｄ／Ａに対し約２倍の高い値である。これは、実施例の有機ＥＬ層において、ＢＣＰからなるホールブロック層を電子輸送層と電子輸送性発光層との間に設けたことにより、発光層に注入される電子とホ−ルのバランスが良くなり、これらの結合が増加したために発光効率が増加したものと考えられる。
【００３０】
これらの結果より、基板の有機ＥＬ層が形成されている側の方向に発光光を取り出す有機エレクトロルミネッセンス素子では、基板上に陰極と有機ＥＬ層と有保護層と陽極とをこの順に形成し、更に有機ＥＬ層は電子輸送層とホ−ルブロック層と電子輸送性発光層とにより形成されることにより、有機ＥＬ素子の発光効率を高くすることできることがわかる。
【００３１】
なお、陰極、電子輸送層、ホ−ルブロック層、電子輸送性発光層、ホ−ル輸送層、陽極をそれぞれ構成する材料は、実施例の材料に限定されるものではない。例えば、陰極を構成する材料としては、電子輸送層に電子を注入し、電子輸送性発光層より放出された発光光を高い反射率で反射させるもので、且つ仕事関数の小さな銀（Ａｇ）、スズ（Ｓｎ）、鉛（Ｐｂ）、マグネシウム（Ｍｇ）、マンガン（Ｍｎ）等の金属やこれらの合金でも良い。
【００３２】
また、電子輸送層を構成する材料としては、ペリレン誘導体、ビススチリル誘導体、ピラジン誘導体等を用いても良い。
ホ−ル輸送層を構成する材料としては、ジアミン誘導体、ベンジジン誘導体、スチルアミン誘導体、トリフェニルメタン誘導体、ヒドラゾン誘導体等を用いても良い。
ホ−ルブロック層は電子を通し、ホ−ルをブロックするのもであればＢＣＰに限定されるものではなく、ビス（２−メチル−８−ヒドロキシキノリノラト）ｐ−フェニルフェノキシアルミニウム（ＢＡｌｑ）や３−（４−ビフェニルイル）−４−フェニル−５−ｔ−ブチルフェニル−[１，２，４]−トリアゾール（ＴＡＺ）等を用いても良い。
【００３３】
陽極に使用できる透明導電性膜としては、ホ−ル輸送層にホ−ルを注入し、かつ発光層で放出される発光光を効率よく透過するものであれば良く、実施例で示したＩＺＯに限定されるものではなく、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ−Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ：Ｉｎ2Ｏ3−ＳｎＯ2）、二酸化スズ（ＳｎＯ2）、二酸化スズ−アンチモン混合物（ＳｎＯ2＋Ｓｂ）、酸化インジウム（Ｉｎ2Ｏ3）、酸化亜鉛−アルミニウム混合物（ＺｎＯ＋Ａｌ）やこれらに微量の添加物を含んだもの、ニッケル（Ｎｉ）、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）等の金属を極薄く成膜したもの、あるいはこれらに微量の添加物が入ったもの、または混合物でも良い。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の有機エレクトロルミネッセンス素子は、電子輸送層と発光層との間にホールブロック層を設け、且つ前記ホール輸送層と前記陽極との間にフッ化リチウムと硫化銅を設けたので、電子輸送層、ホールブロック層、発光層及びホール輸送層からなる有機エレクトロルミネッセンス層側から高い発光効率で発光光を取り出すことができる有機エレクトロルミネッセンス素子を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】有機ＥＬ素子の基本構成を示す概略部分断面図である。
【図２】本発明の有機ＥＬ素子の実施例を示す概略部分断面図である。
【図３】本発明の有機ＥＬ素子の実施例及び比較例における素子形状を示す上面図である。
【符号の説明】
１…（透明）基板、２…陽極、３…ホール輸送層、４…発光層、５…陰極、６…電源、７…発光光、８…有機ＥＬ層、１０…有機ＥＬ素子、１１…シリコン基板、１２…陰極、１３…電子輸送層、１４…ホールブロック層、１５…電子輸送性発光層、１６…ホール輸送層、１７…保護層、１８…陽極、１９，１９Ａ…有機ＥＬ層、２０，２０Ａ，２０Ｂ…有機ＥＬ素子、２１…発光光。
【図１】
0003740989.tif 000003
【図２】
0003740989.tif 000004
【図３】
0003740989.tif 000005