JPH10302966A

JPH10302966A - 有機ｅｌ素子

Info

Publication number: JPH10302966A
Application number: JP9120159A
Authority: JP
Inventors: Masami Mori; 匡見森
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 1997-04-23
Filing date: 1997-04-23
Publication date: 1998-11-13

Abstract

(57)【要約】【課題】有機層界面での密着性、電子注入効率が良好
で、発光特性を向上させ、有機層へのダメージも少な
く、ダークスポットの発生を抑制し、性能劣化の少ない
陰電極を有する有機ＥＬ素子を実現する。【解決手段】有機ＥＬ素子の陰電極を、スパッタ法で
成膜し、かつアルミニウムと１種または２種以上のＳｃ
およびＹを含む希土類金属元素とを含有するものとし
た。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、有機化合物を用い
た有機ＥＬ発光素子（以下、有機ＥＬ素子という）に関
し、さらに詳細には、発光層に電子を供給する陰電極に
関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、有機ＥＬ素子が盛んに研究されて
いる。これは、錫ドープ酸化インジウム（ＩＴＯ）など
の透明電極（陽電極）上にテトラフェニルジアミン（Ｔ
ＰＤ）などのホール輸送材料を蒸着により薄膜とし、さ
らにアルミキノリノール錯体（Ａｌｑ３）などの蛍光物
質を発光層として積層し、さらにＭｇなどの仕事関数の
小さな金属電極（陰電極）を形成した基本構成を有する
素子で、１０Ｖ前後の電圧で数１００から１０００cd/c
m²ときわめて高い輝度が得られることで注目されてい
る。

【０００３】このような有機ＥＬ素子の陰電極として用
いられる材料は、発光層へ電子を多く注入するものが有
効であると考えられている。換言すれば、仕事関数の小
さい材料ほど陰電極として適していると言える。仕事関
数の小さい材料としては種々のものがあるが、ＥＬ発光
素子の陰極として用いられるものとしては、例えば特開
平４−２３３１９４号公報に記載されているＭｇＡｇ、
ＡｌＬｉが一般的である。この理由として、有機ＥＬ発
光素子の製造プロセスが、抵抗加熱を用いた蒸着を主と
しているため、蒸着源は低温で蒸気圧の高いものに自ず
と制限されてしまうという事情がある。また、このよう
な抵抗加熱を用いた蒸着プロセスを用いているため、膜
界面での密着性が悪い。この結果、画素上にダークスポ
ットと呼ばれる非画像部が製造直後から生じたり、これ
が駆動に従い拡大し、これが素子寿命を律する要因とも
なっていた。

【０００４】さらに、前記特開平４−２３３１９４号公
報には、低仕事関数の金属として、希土類金属を陰電極
に用いる点について記載されている。しかし、この陰電
極は、前記希土類金属元素を含むキャップ層より仕事関
数の高い金属を有する電子注入層と組み合わされて使用
され、アルミニウムとの合金として用いられる点につい
ての記載もない。しかも、実施例はＭｇＡｌからなる電
子注入層と、Ａｌキャップ層についての記載のみであ
り、希土類金属元素を具体的に成膜するための方法につ
いての記載はない。また、この公報に記載されている有
機ＥＬ素子は、その構成膜を全て蒸着法により製膜して
おり、上記課題を解決するに至っていない。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、有機
層界面での密着性、電子注入効率が良好で、発光特性を
向上させ、有機層へのダメージも少なく、ダークスポッ
トの発生を抑制し、性能劣化の少ない陰電極を有する有
機ＥＬ素子を実現することである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】以上のような目的は、以
下の（１）〜（７）の構成により達成される。（１）スパッタ法にて成膜され、かつアルミニウムと
Ｓｃ、Ｙおよび希土類金属元素のうちの１種以上とを含
有する陰電極を有する有機ＥＬ素子。（２）前記陰電極は、膜厚方向の濃度勾配を有し、こ
の濃度勾配は、有機層に接する界面側に希土類金属元素
が多くなる勾配である上記（１）の有機ＥＬ素子。（３）前記陰電極は、さらに、有機層に接する界面側
と反対側にアルミニウムを積層した上記（１）または
（２）の有機ＥＬ素子。（４）前記希土類元素は、Ｓｃ，ＹならびにＳｍ，Ｃ
ｅ，Ｅｒ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｌａ，ＮｄおよびＹｂのランタ
ノイド系元素のいずれかである上記（１）〜（３）のい
ずれかの有機ＥＬ素子。（５）前記スパッタ法は、成膜ガス圧力と基板ターゲ
ット間距離の積が２０〜６５Ｐａ・cmを満たす成膜条件
で陰電極を成膜する上記（１）〜（４）のいずれかの有
機ＥＬ素子。（６）前記成膜ガスにＡｒ、ＫｒおよびＸｅの１種以
上を用いた上記（１）〜（５）のいずれかの有機ＥＬ素
子。（７）前記スパッタ法がＤＣスパッタ法である上記
（１）〜（６）のいずれかの有機ＥＬ素子。

【０００７】

【作用】本発明で得られた陰電極を用いると、電子注入
効率が向上し、有機ＥＬ発光素子の初期発光輝度が高
く、輝度の半減期も長い。また、電極間で電流リークが
全く生じず、初期のダークスポットも極めて少なく、か
つ駆動後の発生も少ない。前述のとおり、電子注入効率
の向上、さらにはダークスポットの抑制は、有機ＥＬ素
子の重要な問題であったが、本発明によればこれが解消
し、発光特性が格段に向上する。後述の実施例からわか
るように、本発明の範囲外ではこのような効果は生じな
い。これは本発明に従い、電子注入効率が良好で、しか
も安定性のよい膜が成膜されたからであると考えられ
る。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の具体的構成につい
て詳細に説明する。

【０００９】本発明の有機ＥＬ発光素子は、スパッタ法
にて成膜され、かつアルミニウムと１種または２種以上
のＳｃおよびＹを含む希土類金属元素類とを含有する陰
電極を有する。

【００１０】スパッタ法を用いることにより、成膜され
た陰電極膜は、蒸着の場合と比較して、スパッタされる
原子や原子団が比較的高い運動エネルギーを有するた
め、表面マイグレーション効果が働き、有機層界面での
密着性が向上する。また、プレスパッタを行うことで、
真空中で表面酸化物層を除去したり、逆スパッタにより
有機層界面に吸着した水分や酸素を除去できるので、ク
リーンな電極−有機層界面や電極を形成でき、その結果
安定した有機ＥＬ素子ができる。さらに、蒸気圧の大き
く異なる材料の混合物をターゲットとして用いても、生
成する膜とターゲットとの組成のズレは少なく、蒸着法
のように蒸気圧等による使用材料の制限もない。また、
蒸着法に比較して材料を長時間供給する必要がなく、膜
厚や膜質の均一性に優れ、生産性の点で有利である。

【００１１】陰電極を構成するＳｃ、Ｙおよび希土類金
属元素（ランタノイド系元素とアクチノイド系元素とを
含む。）の含有量は、組み合わされる安定な金属によ
り、最適な含有量を選択すればよく、特に限定されるも
のではないが、好ましくは、０．１〜９９at％、特に１
〜６０at％の範囲が好ましい。ＳｃおよびＹを含む希土
類金属元素の量が多いと成膜された陰電極の安定性が低
下し、少なすぎると本発明の効果が得られない。希土類
金属のみで陰電極を形成することができれば、仕事関数
が最も低くなるが、前述のように希土類金属元素は非常
に反応活性で不安定な材料であるため、比較的安定な金
属、例えば、アルミニウム等を混合することにより安定
化する。混合する安定な金属はアルミニウムに限定され
るものではなく、その他、Ａｕ，Ａｇ，Ｃｕ，Ｃｏ，Ｃ
ｒ，Ｆｅ，Ｇａ，Ｉｎ，Ｉｒ，Ｍｏ，Ｎｉ，Ｐｄ，Ｐ
ｔ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｓｉ，Ｓｎ，Ｔａ，Ｔｈ，Ｗ，Ｚｎ
等、仕事関数が比較的低く、電気伝導性の良好な金属、
およびこれらの合金を用いてもよい。これらの合金を用
いる場合の混合比は任意である。また、電気伝導性が、
金属と同等であれば、安定な化合物を用いてもよい。安
定な化合物としては、例えばＩｒＯ₂、ＭｏＯ₂、Ｎｂ
Ｏ、ＯｓＯ₂、ＲｅＯ₂、ＲｅＯ₃，ＲｕＯ₂等が挙げられ
る。

【００１２】形成される陰電極は、有機層に接する界面
に希土類金属元素が多く、その反対側の面に安定な金属
が多くなるように、膜厚方向に希土類金属の濃度が変化
する濃度勾配を有する構造が好ましい。このような濃度
勾配を持たせることで、電子注入機能が必要な有機層界
面に、高濃度で低仕事関数の希土類金属元素を存在さ
せ、外気等との接触の恐れの多い反対側の面に反応活性
の高い希土類元素を低濃度で存在させることができ、高
い電子注入効率を保持しつつ、安定性を高めた陰電極を
実現できる。

【００１３】陰電極中に希土類元素の濃度勾配を持たせ
るには、例えば、安定な金属と希土類金属元素の混合ス
パッタターゲットと、安定な金属ターゲットとを同時に
使用し、それぞれの成膜レートをコントロールすること
により、容易に実現できる。また、このような連続的な
濃度勾配を持たせる以外、例えば非連続的（段階的）
に、希土類金属元素の混合比を変えた膜を製膜したり、
混合層の上に安定な金属層を製膜してもよい。この場合
の混合層の厚さは、好ましくは５〜８０nm、安定な金属
層の厚さは１００〜３００nm程度が好ましい。このよう
に非連続的に成膜された陰電極は、電気抵抗を容易に低
くすることができる。

【００１４】本発明に用いられる希土類元素類は、好ま
しくは、Ｓｃ、Ｙおよびランタノイド系元素を含み、よ
り好ましくは仕事関数が４eV以下である、Ｓｃ，Ｙ，Ｃ
ｅ，Ｎｄ，Ｌａ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，ＥｒおよびＹｂ等
が好ましい。仕事関数が小さい程、発光層に多く電子を
注入することができ、発光特性が向上する。中でも、特
に融点が１０００℃以上である、Ｓｃ，Ｙ，Ｎｄ，Ｓ
ｍ，ＧｄおよびＥｒ等が好ましい。融点が１０００℃以
上ある材料を用いることにより、薄膜が結晶化して異常
成長することが抑制され、陰電極の有機層界面での平滑
性が保たれて、ダークスポットやリークの発生が防止で
きる。

【００１５】スパッタ法を用いて陰電極を成膜する際、
スパッタガスにＡｒ、Ｋｒ、Ｘｅのいずれか、あるいは
これらの少なくとも１種以上のガスを含む混合ガスを用
い、特にＤＣスパッタ法にて電極を成膜し、成膜ガス圧
力と基板ターゲット間距離の積が２０〜６５Ｐａ・cmを
満たす成膜条件にすることが好ましい。

【００１６】スパッタガスは、通常のスパッタ装置に使
用される不活性ガスや、反応性スパッタではこれに加え
てＮ₂、Ｈ₂、Ｏ₂、Ｃ₂Ｈ₄、ＮＨ₃等の反応性ガスが使用
可能であるが、好ましくはＡｒ、Ｋｒ、Ｘｅのいずれ
か、あるいはこれらの少なくとも１種以上のガスを含む
混合ガスを用いることが好ましい。これらは不活性ガス
であり、かつ、比較的原子量が大きいため好ましく、特
にＡｒ、Ｋｒ、Ｘｅ単体が好ましい。Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅ
ガスを用いることにより、スパッタされた原子が基板ま
で到達する途中、上記ガスと衝突を繰り返し、運動エネ
ルギーを減少させて、基板に到着する。この事からスパ
ッタされた原子の持つ運動エネルギーが有機ＥＬ構造体
に与える物理的ダメージが少なくなる。また、Ａｒ、Ｋ
ｒ、Ｘｅの少なくとも１種以上のガスを含む混合ガスを
用いても良く、この様な混合ガスを用いる場合、Ａｒ、
Ｋｒ、Ｘｅの分圧の合計は５０％以上として主スパッタ
ガスとして用いる。このようにＡｒ、Ｋｒ、Ｘｅの少な
くとも１種と任意のガスを組み合わせた混合ガスを用い
ることにより、上記の効果を維持したまま、反応性スパ
ッタを行うこともできる。

【００１７】スパッタガスにＡｒ、Ｋｒ、Ｘｅのいずれ
かを主スパッタガスとして用いる場合、好ましくは上記
基板ターゲット間距離の積は、それぞれ、Ａｒを用いた場合：２５〜５５Ｐａ・cm、特に３０〜５
０Ｐａ・cm、Ｋｒを用いた場合：２０〜５０Ｐａ・cm、特に２５〜４
５Ｐａ・cm、Ｘｅを用いた場合：２０〜５０Ｐａ・cm、特に２０〜４
０Ｐａ・cm の範囲が好ましく、これらの条件であればいずれかのス
パッタガスを用いても好ましい結果を得ることができる
が、特にＡｒを用いることが好ましい。

【００１８】スパッタ法としてはＲＦ電源を用いた高周
波スパッタ法等も可能であるが、有機ＥＬ素子構造体へ
のダメージを少なくするためにはＤＣスパッタ法を用い
ることが好ましい。ＤＣスパッタ装置の電力としては、
好ましくは０．１〜４Ｗ／cm²、特に０．５〜１Ｗ／cm²
の範囲である。また、成膜レートは５〜１００nm／分、
特に１０〜５０nm／分の範囲が好ましい。

【００１９】陰電極薄膜の厚さは、電子注入を十分行え
る一定以上の厚さとすれば良く、５０nm以上、好ましく
は１００nm以上とすればよい。また、その上限値には特
に制限はないが、通常膜厚は１００〜５００nm程度とす
ればよい。

【００２０】本発明の有機ＥＬ素子は、前述のような反
応性スパッタを利用して、保護膜として陰電極の構成材
料の酸化物、窒化物あるいは炭化物の１種以上を設けて
もよい。この場合、保護膜の原材料は、通常は陰電極材
料と同一組成とするが、それと組成比の異なるものであ
っても、あるいはその材料成分中の１種以上を欠くもの
であっても良い。このように、陰電極と同一材料等を用
いることにより、陰電極との連続成膜が可能となる。

【００２１】このような酸化物のＯ量、窒化物のＮ量あ
るいは炭化物のＣ量は、この化学量論組成から偏倚して
いても良く、それらの組成の０．５〜２倍の範囲であれ
ばよい。

【００２２】ターゲットとしては好ましくは陰電極と同
一材料の焼結体を用い、反応性ガスとしては、酸化物を
形成する場合、Ｏ₂、ＣＯ等が挙げられ、窒化物を形成
する場合、Ｎ₂、ＮＨ₃、ＮＯ、ＮＯ₂、Ｎ₂Ｏ等が挙
げられ、炭化物を形成する場合、ＣＨ₄、Ｃ₂Ｈ₂、Ｃ
₂Ｈ₄等が挙げられる。これらの反応性ガスは単独で用
いても、２種以上を混合して用いても良い。

【００２３】保護膜の厚さは、水分や酸素あるいは有機
溶媒の進入を防止するため、一定以上の厚さとすればよ
く、好ましくは５０nm以上、さらに１００nm以上、特に
１００〜１０００nmの範囲が好ましい。

【００２４】陰電極と保護膜とを併せた全体の厚さとし
ては、特に制限はないが、通常１００〜１０００nm程度
とすればよい。

【００２５】このような保護膜を設けることにより、陰
電極の酸化等がさらに防止され、有機ＥＬ素子を長期間
安定に駆動することができる。

【００２６】本発明で製造される有機ＥＬ発光素子は、
基板上に陽電極と、その上に陰電極を有するこれらの電
極に挟まれて、それぞれ少なくとも１層の電荷輸送層お
よび発光層を有し、さらに最上層として保護層を有す
る。なお、電荷輸送層は省略可能である。そして、陰電
極は、前述のとおり、スパッタ法で成膜される仕事関数
の小さい金属、化合物または合金で構成され、陽電極
は、錫ドープ酸化インジウム（ＩＴＯ）、亜鉛ドープ酸
化インジウム（ＩＺＯ）、ＺｎＯ、ＳｎＯ₂、Ｉｎ₂Ｏ₃
等をスパッタ法で成膜した構成からなる。

【００２７】本発明により製造される有機ＥＬ発光素子
の構成例を図１に示す。図１に示されるＥＬ素子は、基
板２１上に、陽電極２２、正孔注入・輸送層２３、発光
および電子注入輸送層２４、陰電極２５、保護層２６を
順次有する。

【００２８】本発明の有機ＥＬ素子は、図示例に限ら
ず、種々の構成とすることができ、例えば発光層を単独
で設け、この発光層と陰電極との間に電子注入輸送層を
介在させた構造とすることもできる。また、必要に応
じ、正孔注入・輸送層２３と発光層とを混合しても良
い。

【００２９】陰電極は前述のように成膜し、発光層等の
有機物層は真空蒸着等により、陽電極は蒸着やスパッタ
等により成膜することができるが、これらの膜のそれぞ
れは、必要に応じてマスク蒸着または膜形成後にエッチ
ングなどの方法によってパターニングでき、これによっ
て、所望の発光パターンを得ることができる。さらに
は、基板が薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）であって、その
パターンに応じて各膜を形成することでそのまま表示お
よび駆動パターンとすることもできる。

【００３０】電極成膜後に、前記保護膜あるいは／およ
びＡｌ等の金属材料、ＳｉＯ_X 等の無機材料、テフロン
等の有機材料等を用いた他の保護膜を形成すればよい。
この保護膜は、透明でも不透明であってもよい。一般
に、他の保護膜の厚さは５０〜１２００nm程度とする。
保護膜は前記した反応性スパッタ法の他に、一般的なス
パッタ法、蒸着法等により形成すればよい。

【００３１】さらに、素子の有機層や電極の酸化を防ぐ
ために素子上に封止層を形成することが好ましい。封止
層は、湿気の侵入を防ぐために市販の低吸湿性の光硬化
性接着剤、エポキシ系接着剤、シリコーン系接着剤、架
橋エチレン−酢酸ビニル共重合体接着剤シート等の接着
性樹脂層を用いて、ガラス板等の封止板を接着し密封す
る。ガラス板以外にも金属板、プラスチック板等を用い
ることもできる。

【００３２】次に、本発明のＥＬ素子に設けられる有機
物質層について述べる。

【００３３】発光層は、正孔（ホール）および電子の注
入機能、それらの輸送機能、正孔と電子の再結合により
励起子を生成させる機能を有する。発光層には比較的電
子的にニュートラルな化合物を用いることが好ましい。

【００３４】電荷輸送層は、陽電極からの正孔の注入を
容易にする機能、正孔を輸送する機能および電子を妨げ
る機能を有し、正孔注入輸送層とも称される。

【００３５】このほか、必要に応じ、例えば発光層に用
いる化合物の電子注入輸送機能がさほど高くないときな
ど、前述のように、発光層と陰電極との間に、陰電極か
らの電子の注入を容易にする機能、電子を輸送する機能
および正孔を妨げる機能を有する電子注入輸送層を設け
てもよい。

【００３６】正孔注入輸送層および電子注入輸送層は、
発光層へ注入される正孔や電子を増大・閉じ込めさせ、
再結合領域を最適化させ、発光効率を改善する。

【００３７】なお、正孔注入輸送層および電子注入輸送
層は、それぞれにおいて、注入機能を持つ層と輸送機能
を持つ層とに別個に設けてもよい。

【００３８】発光層の厚さ、正孔注入輸送層の厚さおよ
び電子注入輸送層の厚さは特に限定されず、形成方法に
よっても異なるが、通常、５〜５００nm程度、特に１０
〜３００nmとすることが好ましい。

【００３９】正孔注入輸送層の厚さおよび電子注入輸送
層の厚さは、再結合・発光領域の設定にもよるが、発光
層の厚さと同程度もしくは１／１０〜１０倍程度とすれ
ばよい。電子もしくは正孔の、各々の注入層と輸送層を
分ける場合は、注入層は１nm以上、輸送層は２０nm以上
とするのが好ましい。このときの注入層、輸送層の厚さ
の上限は、通常、注入層で５００nm程度、輸送層で５０
０nm程度である。このような膜厚については注入輸送層
を２層設けるときも同じである。

【００４０】また、組み合せる発光層や電子注入輸送層
や正孔注入輸送層のキャリア移動度やキャリア密度（イ
オン化ポテンシャル・電子親和力により決まる）を考慮
しながら、膜厚をコントロールすることで、再結合領域
・発光領域を自由に設計することが可能であり、発光色
の設計や、両電極の干渉効果による発光輝度・発光スペ
クトルの制御や、発光の空間分布の制御を可能にでき
る。

【００４１】本発明のＥＬ素子の発光層には発光機能を
有する化合物である蛍光性物質を含有させる。この蛍光
性物質としては、例えば、特開昭６３−２６４６９２号
公報等に開示されているようなトリス（８−キノリノラ
ト）アルミニウム〔Ａｌｑ３〕等の金属錯体色素が挙げ
られる。この他、これに加え、あるいは単体で、キナク
リドン、クマリン、ルブレン、スチリル系色素、その他
テトラフェニルブタジエン、アントラセン、ベリレン、
コロネン、１２−フタロベリノン誘導体等を用いること
もできる。発光層は電子注入輸送層を兼ねたものであっ
てもよく、このような場合はトリス（８−キノリノラ
ト）アルミニウム等を使用することが好ましい。これら
の蛍光性物質を蒸着すればよい。

【００４２】また、必要に応じて設けられる電子注入輸
送層には、トリス（８−キノリノラト）アルミニウム等
の有機金属錯体、オキサジアゾール誘導体、ベリレン誘
導体、ピリジン誘導体、ピリミジン誘導体、キノリン誘
導体、キノキサリン誘導体、ジフェニルキノン誘導体、
ニトロ置換フルオレン誘導体等を用いることができる。
上述のように、電子注入輸送層は発光層を兼ね備えたも
のであってもよく、このような場合はトリス（８−キノ
リノラト）アルミニウム等を使用することが好ましい。
電子注入輸送層の形成も発光層と同様に蒸着等によれば
よい。

【００４３】なお、電子注入輸送層を電子注入層と電子
輸送層とに分けて積層する場合は、電子注入輸送層用の
化合物の中から好ましい組合せを選択して用いることが
できる。このとき、陰電極側から電子親和力の値の大き
い化合物の層の順に積層することが好ましい。このよう
な積層順については電子注入輸送層を２層以上設けると
きも同様である。

【００４４】また、正孔注入輸送層には、例えば、特開
昭６３−２９５６９５号公報、特開平２−１９１６９４
号公報、特開平３−７９２号公報、特開平５−２３４６
８１号公報、特開平５−２３９４５５号公報、特開平５
−２９９１７４号公報、特開平７−１２６２２５号公
報、特開平７−１２６２２６号公報、特開平８−１００
１７２号公報、ＥＰ０６５０９５５Ａ１等に記載されて
いる各種有機化合物を用いることができる。例えば、テ
トラアリールベンジシン化合物（テトラアリールジアミ
ンないしテトラフェニルジアミン：ＴＰＤ）、芳香族三
級アミン、ヒドラゾン誘導体、カルバゾール誘導体、ト
リアゾール誘導体、イミダゾール誘導体、アミノ基を有
するオキサジアジール誘導体、ポリチオフェン等であ
る。これらの化合物は２種以上を併用してもよく、併用
するときは別層にして積層したり、混合したりすればよ
い。

【００４５】正孔注入輸送層を正孔注入層と正孔輸送層
とに分けて積層する場合は、正孔注入輸送層用の化合物
のなかから好ましい組合せを選択して用いることができ
る。このとき、陽電極（ＩＴＯ等）側からイオン化ポテ
ンシャルの小さい化合物の層の順に積層することが好ま
しい。また陽電極表面には薄膜性の良好な化合物を用い
ることが好ましい。このような積層順については、正孔
注入輸送層を２層以上設けるときも同様である。このよ
うな積層順にすることによって、駆動電圧が低下し、電
流リークの発生やダークスポットの発生・成長を防ぐこ
とができる。また、素子化する場合、蒸着を用いている
ので１〜１０nm程度の薄い膜も、均一かつピンホールフ
リーとすることができるため、正孔注入層にイオン化ポ
テンシャルが小さく、可視部に吸収をもつような化合物
を用いても、発光色の色調変化や再吸収による効率の低
下を防ぐことができる。

【００４６】正孔注入輸送層は、発光層等と同様に上記
の化合物を蒸着すればよい。

【００４７】本発明において、陽電極として用いられる
透明電極は、好ましくは発光した光の透過率が８０％以
上となるように陽電極の材料および厚さを決定すること
が好ましい。具体的には、例えば、錫ドープ酸化インジ
ウム（ＩＴＯ）、亜鉛ドープ酸化インジウム（ＩＺ
Ｏ）、ＺｎＯ、ＳｎＯ₂、Ｉｎ₂Ｏ₃などを陽電極に用い
ることが好ましい。また、陽電極の厚さは１０〜５００
nm程度とすることが好ましい。素子の信頼性を向上させ
るために駆動電圧が低いことが必要であるが、好ましい
ものとして、１０〜３０Ω／□（膜厚５０〜３００nm）
のＩＴＯが挙げられる。実際に使用する場合には、ＩＴ
Ｏ等の陽電極界面での反射による干渉効果が、光取り出
し効率や色純度を十分に満足するように、電極の膜厚や
光学定数を設定すればよい。

【００４８】ディスプレイのような大きなデバイスにお
いては、ＩＴＯ等の陽電極の抵抗が大きく、電圧降下が
起きるので、Ａｌなどのメタル配線をしてもよい。

【００４９】基板材料としては、基板側から発光した光
を取り出す構成の場合、ガラスや石英、樹脂等の透明な
いし半透明材料を用いる。また、基板に色フィルター膜
や蛍光性物質を含む色変換膜、あるいは誘電体反射膜を
用いて発光色をコントロールしてもよい。また、前記逆
積層の場合には、基板は透明でも不透明であってもよ
く、不透明である場合にはセラミックス等を使用しても
よい。

【００５０】色フィルター膜には、液晶ディスプレイ等
で用いられているカラーフィルターを用いれば良いが、
有機ＥＬの発光する光に合わせてカラーフィルターの特
性を調整し、取り出し効率・色純度を最適化すればよ
い。

【００５１】また、ＥＬ素子材料や蛍光変換層が光吸収
するような短波長の外光をカットできるカラーフィルタ
ーを用いれば、素子の耐光性・表示のコントラストも向
上する。

【００５２】また、誘電体多層膜のような光学薄膜を用
いてカラーフィルターの代わりにしても良い。

【００５３】蛍光変換フィルター膜は、ＥＬ発光の光を
吸収し、蛍光変換膜中の蛍光体から光を放出させること
で、発光色の色変換を行うものであるが、組成として
は、バインダー、蛍光材料、光吸収材料の三つから形成
される。

【００５４】蛍光材料は、基本的には蛍光量子収率が高
いものを用いれば良く、ＥＬ発光波長域に吸収が強いこ
とが望ましい。実際には、レーザー色素などが適してお
り、ローダミン系化合物・ペリレン系化合物・シアニン
系化合物・フタロシアニン系化合物（サブフタロ等も含
む）ナフタロイミド系化合物・縮合環炭化水素系化合物
・縮合複素環系化合物・スチリル系化合物・クマリン系
化合物等を用いればよい。

【００５５】バインダーは基本的に蛍光を消光しないよ
うな材料を選べば良く、フォトリソグラフィー・印刷等
で微細なパターニングが出来るようなものが好ましい。
また、ＩＴＯの成膜時にダメージを受けないような材料
が好ましい。

【００５６】光吸収材料は、蛍光材料の光吸収が足りな
い場合に用いるが、必要の無い場合は用いなくても良
い。また、光吸収材料は、蛍光性材料の蛍光を消光しな
いような材料を選べば良い。

【００５７】正孔注入輸送層、発光層および電子注入輸
送層の形成には、均質な薄膜が形成できることから真空
蒸着法を用いることが好ましい。真空蒸着法を用いた場
合、アモルファス状態または結晶粒径が０．１μm 以下
の均質な薄膜が得られる。結晶粒径が０．１μm を超え
ていると、不均一な発光となり、素子の駆動電圧を高く
しなければならなくなり、電荷の注入効率も著しく低下
する。

【００５８】真空蒸着の条件は特に限定されないが、１
０^-4Pa以下の真空度とし、蒸着速度は０．０１〜１nm／
sec 程度とすることが好ましい。また、真空中で連続し
て各層を形成することが好ましい。真空中で連続して形
成すれば、各層の界面に不純物が吸着することを防げる
ため、高特性が得られる。また、素子の駆動電圧を低く
したり、ダークスポットの成長・発生を抑えたりするこ
とができる。

【００５９】これら各層の形成に真空蒸着法を用いる場
合において、１層に複数の化合物を含有させる場合、化
合物を入れた各ボートを個別に温度制御して共蒸着する
ことが好ましい。

【００６０】本発明の有機ＥＬ素子は、通常、直流駆動
型のＥＬ素子として用いられるが、交流駆動またはパル
ス駆動とすることもできる。印加電圧は、通常、２〜２
０V程度とされる。

【００６１】

【実施例】以下、本発明の具体的実施例を比較例ととも
に示し、本発明をさらに詳細に説明する。

【００６２】〈実施例１〉ガラス基板上に透明電極とし
て厚さ２００nmのＩＴＯをスパッタ法にて形成した後パ
ターニングし、中性洗剤、アセトン、エタノールを用い
て超音波洗浄し、次いで煮沸エタノール中から引き上げ
乾燥した。この透明電極表面をＵＶ／Ｏ₃洗浄した後、
真空蒸着装置の基板ホルダーにて固定して、槽内を１×
１０^-4Ｐａ以下まで減圧した。

【００６３】次いで減圧状態を保ったまま、Ｎ，Ｎ’−
ジフェニル−ｍ−トリル−４，４’−ジアミン−１，
１’−ビフェニル（ＴＰＤ）を蒸着速度０．２nm/secで
５５nmの厚さに蒸着し、正孔注入輸送層とした。

【００６４】さらに、減圧を保ったまま、Ａｌｑ３：ト
リス（８−キノリノラト）アルミニウムを蒸着速度０．
２nm/secで５０nmの厚さに蒸着して、電子注入輸送・発
光層とした。

【００６５】次いで、真空蒸着装置からスパッタ装置に
移し、ＤＣスパッタ法にてＡｌ・Ｓｍ（Ｓｍ：２０at
％）をターゲットとして陰電極を２００nmの厚さに成膜
した。このときのスパッタガスにはＡｒを用い、ガス圧
４．５Ｐａ、ターゲットと基板間距離（Ｔｓ）９．０cm
とした。また、投入電力は１００Ｗであった。

【００６６】最後にＳｉＯ₂を２００nmの厚さにスパッ
タして保護層として、有機ＥＬ素子を得た。この有機Ｅ
Ｌ発光素子は、それぞれ２本ずつの平行ストライプ状陰
電極と、８本の平行ストライプ状陽電極を互いに直交さ
せ、２×２mm縦横の素子単体（画素）を互いに２mmの間
隔で配置し、８×２の１６画素の素子としたものであ
る。

【００６７】この有機薄膜発光素子にＮ₂雰囲気で直流
電圧を印加し、１０mA/cm²の一定電流密度で連続駆動さ
せた。初期には、９Ｖ、３５０cd/cm²の緑色（発光極大
波長λmax ＝５２０nm）の発光が確認できた。輝度の半
減時間は８００時間で、その間の駆動電圧の上昇は２Ｖ
であった。

【００６８】得られた有機ＥＬ素子について、１６０画
素（１０素子分）の初期発光輝を調べ、その平均輝度を
求め、発光半減期、ダークスポットの発生有無（発光開
始から２００時間経過後）について評価し、結果を表１
に示した。ダークスポットの発生の有無については、以
下の基準により評価した。 ◎：ダークスポット全くなし ○：発光面の１０mm角領域に２個以下確認できる。 ×：発光面の１０mm角領域に３個以上確認できる。

【００６９】〈実施例２〉実施例１の有機ＥＬ発光素子
の形成において、実施例１と同様なＡｌ・Ｓｍターゲッ
トおよび純Ａｌターゲットの２元スパッタターゲットと
し、投入電力をＡｌ・ＳｍターゲットはＤＣ１００〜０
ｗ、純Ａｌターゲットは０〜５００ｗへと時間と共に変
化させ、その他は実施例１と同様にして膜厚２００nmの
陰電極を成膜し、有機ＥＬ素子を得た。

【００７０】成膜された陰電極の組成を調べたところ、
有機層に接する界面にＳｍが多く、その反対側に向かっ
て、膜厚方向に順次Ｓｍの濃度が減少していることが確
認された。また、この有機ＥＬ素子について実施例１と
同様にして評価したところ、発光半減期が１０００時間
に増加し、希土類金属の濃度勾配有することで、陰電極
の劣化を防止できることがわかった。結果を表１に示
す。

【００７１】〈実施例３〉実施例１の有機ＥＬ発光素子
の形成において、実施例１と同様なＡｌ・Ｓｍターゲッ
トおよび純Ａｌターゲットをそれぞれ用い、先ず実施例
１と同様にしてＡｌ・Ｓｍターゲットを用いて陰電極を
５０nm成膜し、さらに純Ａｌターゲットを用いてＡｌ薄
膜を１５０nm積層した。その他は実施例１と同様にして
有機ＥＬ素子を得た。

【００７２】この有機ＥＬ素子について実施例１と同様
にして評価したところ、初期駆動電圧が８．５V と低下
し、発光半減期が１０００時間に増加していることが確
認された。結果を表１に示す。

【００７３】〈実施例４〉実施例１の有機ＥＬ発光素子
の形成において、スパッタガスをＫｒにかえ、ガス圧
３．５Ｐａ、ターゲットと基板間距離（Ｔｓ）９．０cm
とした。他は同様にして有機ＥＬ素子を成膜した。得ら
れた有機ＥＬ素子について実施例１と同様にして評価し
た。その結果を表１に示す。

【００７４】〈実施例５〉実施例１の有機ＥＬ発光素子
の形成において、スパッタガスをＸｅにかえ、成膜ガス
圧を２．５Ｐａ、ターゲットと基板間距離Ｔｓ=９．０c
mとした他は同様にして有機ＥＬ素子を成膜した。得ら
れた有機ＥＬ素子について実施例１と同様にして評価し
た。その結果を表１に示す。

【００７５】〈実施例６〉実施例１の有機ＥＬ発光素子
の形成において、成膜ガス圧を２．５Ｐａ、Ｔｓ=９．
０cmとした他は同様にして有機ＥＬ素子を成膜した。得
られた有機ＥＬ素子について実施例１と同様にして評価
した。その結果を表１に示す。

【００７６】〈実施例７〉実施例１の有機ＥＬ発光素子
の形成において、成膜ガス圧を６．０Ｐａ、Ｔｓ=９．
０cmとした他は同様にして有機ＥＬ素子を成膜した。得
られた有機ＥＬ素子について実施例１と同様にして評価
した。その結果を表１に示す。

【００７７】〈実施例８〉実施例１の有機ＥＬ発光素子
の形成において、成膜ガス圧を８．０Ｐａ、Ｔｓ=５．
０cmにかえた他は同様にして有機ＥＬ素子を成膜した。
得られた有機ＥＬ素子について実施例１と同様にして評
価した。その結果を表１に示す。

【００７８】〈実施例９〉実施例１の有機ＥＬ発光素子
の形成において、成膜ガス圧を１２Ｐａ、Ｔｓ=５．０c
mにかえた他は同様にして有機ＥＬ素子を成膜した。得
られた有機ＥＬ素子について実施例１と同様にして評価
した。その結果を表１に示す。

【００７９】〈実施例１０〉実施例１の有機ＥＬ発光素
子の形成において、成膜ガス圧を８．０Ｐａ、Ｔｓ=
７．５cmにかえた他は同様にして有機ＥＬ素子を成膜し
た。得られた有機ＥＬ素子について実施例１と同様にし
て評価した。その結果を表１に示す。

【００８０】〈実施例１１〉実施例１の有機ＥＬ発光素
子の形成において、成膜ガス圧を２．５Ｐａ、Ｔｓ=１
５cmにかえた他は同様にして有機ＥＬ素子を成膜した。
得られた有機ＥＬ素子について実施例１と同様にして評
価した。その結果を表１に示す。

【００８１】〈実施例１２〉実施例１において、ターゲ
ットとしてＡｌ・Ｓｍ（Ｓｍ：２０at％）の代わりに、
Ａｌ・Ｃｅ（Ｃｅ：５at％）、Ａｌ・Ｅｒ（Ｅｒ：１０
at％）、Ａｌ・Ｅｕ（Ｅｕ：１０at％）、Ａｌ・Ｇｄ
（Ｇｄ：１０at％）、Ａｌ・Ｌａ（Ｌａ：１０at％）、
Ａｌ・Ｎｄ（Ｎｄ：１０at％）、Ａｌ・Ｓｃ（Ｓｃ：１
０at％）、Ａｌ・Ｙ（Ｙ：１０at％）、Ａｌ・Ｙｂ（Ｙ
ｂ：５at％）をそれぞれ用い、その他は実施例１と同様
にして有機ＥＬ発光素子を作製した。

【００８２】得られた有機ＥＬ素子について、実施例１
と同様にに評価したところ、それぞれの有機ＥＬ素子に
ついて実施例１と同様の結果を得ることができた。

【００８３】〈比較例１〉実施例１の有機ＥＬ発光素子
の形成において、Ａｌ・Ｓｍターゲットに代えて純Ａｌ
ターゲットを用い、その他は実施例１と同様にして有機
ＥＬ素子を得た。

【００８４】得られた有機ＥＬ素子に、Ｎ₂雰囲気で直
流電圧を印加し、１０mA/cm²の一定電流密度で連続駆動
させた。初期には、９Ｖ、２００cd/cm²の緑色（発光極
大波長λmax ＝５２０nm）の発光が確認でき、実施例１
より初期の発光輝度が低下していた。また、ダークスポ
ットの発生は少ないものの輝度の半減時間は６００時
間、その間の駆動電圧の上昇は２Ｖで、輝度の半減時間
も低下していた。

【００８５】この有機ＥＬ素子について実施例１と同様
にして評価した。結果を表１に示す。

【００８６】〈比較例２〉実施例１の有機ＥＬ発光素子
の形成において、ガス圧を１．０Ｐａにかえた他は同様
にして有機ＥＬ素子を成膜した。得られた有機ＥＬ素子
について実施例１と同様にして評価したところ、初期発
光輝度の平均値、発光半減期共に低下していた。また、
ダークスポットの発生も顕著であった。結果を表１に示
す。

【００８７】〈比較例３〉実施例１の有機ＥＬ発光素子
の形成において、ガス圧を１２Ｐａにかえた他は同様に
して有機ＥＬ素子を成膜した。得られた有機ＥＬ素子に
ついて実施例１と同様にして評価したところ、初期発光
輝度の平均値、発光半減期共に低下していた。また、ダ
ークスポットの発生も顕著であった。結果を表１に示
す。

【００８８】〈比較例４〉実施例１の有機ＥＬ素子の製
造法において、ガス圧１．０Ｐａ、Ｔｓ＝５．０cmにか
えた他は同様にして有機ＥＬ素子を成膜した。得られた
有機ＥＬ素子について実施例１と同様にして評価したと
ころ、初期発光輝度の平均値、発光半減期共に低下して
いた。また、ダークスポットの発生も顕著であった。結
果を表１に示す。

【００８９】

【表１】

【００９０】

【発明の効果】有機層界面での密着性、電子注入効率が
良好で、発光特性を向上させ、有機層へのダメージも少
なく、ダークスポットの発生を抑制し、性能劣化の少な
い陰電極を有する有機ＥＬ素子を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】有機ＥＬ素子の構成例を示す概念図である。

【符号の説明】

２１基板２２陽電極２３正孔注入・輸送層２４発光層２５陰電極２６保護層

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】スパッタ法にて成膜され、かつアルミニ
ウムとＳｃ、Ｙおよび希土類金属元素のうちの１種以上
とを含有する陰電極を有する有機ＥＬ素子。
【請求項２】前記陰電極は、膜厚方向の濃度勾配を有
し、この濃度勾配は、有機層に接する界面側に希土類金属元
素が多くなる勾配である請求項１の有機ＥＬ素子。
【請求項３】前記陰電極は、さらに、有機層に接する
界面側と反対側にアルミニウムを積層した請求項１また
は２の有機ＥＬ素子。
【請求項４】前記希土類元素は、Ｓｃ，ＹならびにＳ
ｍ，Ｃｅ，Ｅｒ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｌａ，ＮｄおよびＹｂの
ランタノイド系元素のいずれかである請求項１〜３のい
ずれかの有機ＥＬ素子。
【請求項５】前記スパッタ法は、成膜ガス圧力と基板
ターゲット間距離の積が２０〜６５Ｐａ・cmを満たす成
膜条件で陰電極を成膜する請求項１〜４のいずれかの有
機ＥＬ素子。
【請求項６】前記成膜ガスにＡｒ、ＫｒおよびＸｅの
１種以上を用いた請求項１〜５のいずれかの有機ＥＬ素
子。
【請求項７】前記スパッタ法がＤＣスパッタ法である
請求項１〜６のいずれかの有機ＥＬ素子。