JP2001035667A

JP2001035667A - 有機ｅｌ素子

Info

Publication number: JP2001035667A
Application number: JP11212037A
Authority: JP
Inventors: Isamu Kobori; 勇小堀
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 1999-07-27
Filing date: 1999-07-27
Publication date: 2001-02-09

Abstract

(57)【要約】【課題】電流リークを防止し、長寿命、高輝度、高効
率、高表示品質の有機ＥＬ素子を実現する。【解決手段】基板と、基板上に第１の電極と、第２の
電極と、これらの間に設けられた少なくとも発光機能に
関与する１層または２層以上の有機層とを有し、前記有
機層と第１の電極との間には、高抵抗のホール注入性無
機材料を含有する緩衝層を有する構成の有機ＥＬ素子と
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素子に関し、さらに詳細には、リーク電流の
発生を防止する有機層の構造に関する。

【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、ホール注入電極上にトリフェニルジアミ
ン（ＴＰＤ）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（電子注入電極）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
数１０，０００cd/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素子を用いたディスプ
レイを製造する場合、量産工程においては、不良品率を
いかに少なくするかが重要な課題である。すなわち、製
造工程において有機層が不均一に積層されたり、電子注
入電極等の機能性薄膜を積層する際に有機層にダメージ
を与えたり、逆に電子注入電極自体に不純物が混入した
り、酸化したりして、いわゆる輝度ムラ、ドット欠陥等
の不良や品質のバラツキを生じる場合がある。特に、電
流リークの発生は重要な問題であり、逆方向への電流
（リーク電流）があると、クロストロークや、輝度ムラ
等の表示品質の低下を招き、さらには不要な素子の発熱
などの発光に寄与しないエネルギー消費が起こり、発光
効率が低下してしまう。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、電流
リークを防止し、長寿命、高輝度、高効率、高表示品質
の有機ＥＬ素子を実現することである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】すなわち、上記目的は、
以下の（１）〜（１１）の構成により達成される。（１）基板と、基板上に第１の電極と、第２の電極
と、これらの間に設けられた少なくとも発光機能に関与
する１層または２層以上の有機層とを有し、前記有機層
と第１の電極との間には、高抵抗のホール注入性無機材
料を含有する緩衝層を有する有機ＥＬ素子。（２）前記高抵抗の緩衝層の抵抗率は、１〜１×１０
¹¹Ω・cmである上記（１）の有機ＥＬ素子。（３）前記緩衝層は、スパッタ法により成膜されてい
る上記（１）または（２）の有機ＥＬ素子。（４）前記緩衝層は、高抵抗の酸化インジウム、酸化
インジウム−酸化スズ複合酸化物または酸化インジウム
−酸化亜鉛複合酸化物を含有する上記（１）〜（４）の
いずれかの有機ＥＬ素子。（５）基板上に第１の電極を成膜し、次いでこの第１
の電極構成材料を用いて第１の電極より高い抵抗値を有
する高抵抗の緩衝層を成膜し、さらに、有機層、第２の
電極を順次成膜して有機ＥＬ素子を得る有機ＥＬ素子の
製造方法。（６）前記高抵抗の緩衝層を成膜する際の酸素分圧を
５×１０^-2〜１０Paとする上記（５）の有機ＥＬ素子の
製造方法。（７）前記高抵抗の緩衝層をスパッタ法で成膜する上
記（５）または（６）の有機ＥＬ素子の製造方法。（８）前記高抵抗の緩衝層を成膜する際の圧力を０．
０１〜１０Paとする上記（８）の有機ＥＬ素子の製造方
法。（９）前記高抵抗の緩衝層を蒸着法で成膜する上記
（５）または（６）の有機ＥＬ素子の製造方法。（１０）前記高抵抗の緩衝層を成膜する際の圧力を
０．０１〜１０Paとする上記（９）の有機ＥＬ素子の製
造方法。

【０００６】

【作用】本発明者等は、電流リークの発生のメカニズム
について研究を重ねた結果、主な原因の１つは、ゴミ
（微細な塵）の存在が大きく関与していることを突き止
めた。

【０００７】従来の有機ＥＬ素子は、ホール注入電極を
除き有機層と電子注入電極の膜厚が１００〜２００nm程
度である。このように薄い膜厚で発光するということ
は、ディスプレイとしては極めて優れた性能を発揮する
ことができるが、有機層の成膜時にゴミ（微細な塵）が
存在する場合、容易にリークを生じてしまう。すなわ
ち、図３に示すように、ホール注入電極１成膜後に、ゴ
ミ２が画素の表面に付着した場合、有機層３を圧力１０
^-4 Pa以下の通常の蒸着法により成膜するとシャドーイ
ング（shadowing ）現象により、平均自由行程が長く直
進性のよい蒸着粒子はゴミの影の部分には付着せず、成
膜された有機層３とゴミ２との間には、有機層３の成膜
されない影の部分に隙間が生じる。

【０００８】そして、図４に示すように、電子注入電極
を、圧力０．０１〜１．０Pa程度の通常のスパッタ法で
成膜すると、スパッタされた粒子４ａは、平均自由行程
が短く、回り込み（throwing power）が良好であるため
影の部分にも回り込み、この部分にも電子注入電極４を
形成してしまう。このため、ホール注入電極１と電子注
入電極４とが、ゴミ２の影の部分では有機層３を介する
ことなく直接接続され、リーク電流（短絡電流）が流れ
ることになる。

【０００９】そこで、例えば図２のように、第１の電極
上に高抵抗の緩衝層を形成することにより、スパッタさ
れた粒子４ａが前記影の部分に入り込んでも高抵抗の緩
衝層を介して第１の電極と第２の電極とが接続されるの
で、リーク電流（短絡電流）の発生を防止できる。

【００１０】

【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。本発明の有機ＥＬ素子は、基板と、
基板上に第１の電極と、第２の電極と、これらの間に設
けられた少なくとも発光機能に関与する１層または２層
以上の有機層とを有し、前記有機層と第１の電極との間
には、高抵抗のホール注入性無機材料を含有する緩衝層
を有する。

【００１１】緩衝層を形成することにより、少なくとも
第１の電極と第２の電極との間に緩衝層が介在すること
となり、リーク電流の発生を防止できる。

【００１２】さらに緩衝層は、好ましくは酸化インジウ
ム系化合物を用いているので、成膜条件により、任意に
抵抗値を制御することができる。また、ホール注入電極
となる第１の電極は抵抗値を低くする条件で形成し、緩
衝層は抵抗値が高くなる条件で成膜することにより、第
１の電極から連続形成することもでき、生産効率が向上
する。

【００１３】緩衝層は、リーク電流ないし短絡電流を防
止しうる程度の抵抗値を有し、かつ電極から有機層への
ホールの注入性を確保しうる程度のホール注入性を有し
ていればよい。緩衝層の抵抗率としては、好ましくは１
〜１×１０¹¹Ω・cm、特に１×１０³〜１×１０⁸Ω・
cmである。この緩衝層は、ホール注入電極としての機能
も有する。

【００１４】ホール注入性の材料としては、好ましくは
透明なＩＴＯ（錫ドープ酸化インジウム）、ＩＺＯ（亜
鉛ドープ酸化インジウム）、ＺｎＯ、ＳｎＯ₂、Ｉｎ₂
Ｏ₃等が挙げられるが、好ましくはＩＴＯ（錫ドープ酸
化インジウム）、ＩＺＯ（亜鉛ドープ酸化インジウム）
である。

【００１５】上記ホール注入電極材料を用いて高抵抗の
緩衝層を形成するには、酸素欠損を少なくすればよい。
これらのホール注入性無機材料、ＩＴＯは、通常Ｉｎ₂
Ｏ₃とＳｎＯ₂とを、ＩＺＯは、通常Ｉｎ₂Ｏ₃とＺｎＯ
とを化学量論組成で含有するように成膜すると絶縁物と
なってしまう。このため、透明導電膜（電極）として機
能させるためにはある程度酸素欠損状態となるように成
膜する。そこで、本発明では十分な量の酸素を供給しな
がらＩＴＯ，ＩＺＯ等を成膜することにより化学量論組
成または酸素過剰状態として高抵抗の緩衝層とする。ま
た、酸素欠損とすることで光の透過率が低下する場合が
あり、好ましくない。本発明の緩衝層は、有機層の発光
光の透過率が好ましくは６０％以上、より好ましくは７
０％以上、さらには８０％以上であることが好ましい。

【００１６】このような高抵抗の緩衝層の厚さは、電荷
注入を十分行える一定以上の厚さを有すれば良く、好ま
しくは１〜１０００nm、さらには５〜５０nmの範囲が好
ましい。また、その上限は特に制限はないが、あまり厚
いと剥離などの心配が生じる。厚さが薄すぎると、トン
ネル電流が多くなりすぎ、リーク防止層としての効果が
低下する。

【００１７】この高抵抗の緩衝層の製造方法としては、
スパッタ法（反応性スパッタ）、イオンプレーティング
法、蒸着法などの各種の物理的または化学的な薄膜形成
方法などが考えられるが、反応性スパッタ法が好まし
い。また、第１成分と第２成分のターゲットを別個にス
パッタする多元スパッタを用いてもよい。多元スパッタ
にすることで、それぞれのターゲットに好適なスパッタ
法を用いることができる。

【００１８】緩衝層をスパッタ法で形成する場合、スパ
ッタ時のスパッタガスの圧力は、通常より高め、好まし
くは０．１〜１０Pa、特に０．１〜１．０Paの範囲が好
ましい。成膜時の圧力を高めにすることで、スパッタ粒
子の平均自由行程が減少し、ゴミの影の部分にもスパッ
タ粒子が回り込みやすくなる。ターゲットに導電性のＩ
ＴＯ、ＩＺＯ等を用いる場合、反応性スパッタが好まし
い。スパッタガスにはＡｒ、Ｋｒ等を用い、酸素
（Ｏ₂）を導入することで膜中の酸素含有量をコントロ
ールする。

【００１９】第１の電極と緩衝層とを連続成膜する場
合、ターゲットに導電性の（ＩＴＯ、ＩＺＯ）酸化物材
料を用い、成膜条件をコントロールすることにより両者
を連続的に形成することができる。

【００２０】この場合、スパッタ法は、ＤＣ、ＲＦのい
ずれでもよく、スパッタガスにはＡｒ，Ｋｒ等の不活性
ガスを用いる。そして、適量のＯ₂ガスを導入すること
により膜中の酸素欠損を制御する。

【００２１】また、成膜時の酸素分圧により、膜の抵抗
値を任意にコントロールすることができる。成膜速度に
もよるが、酸素分圧５〜３０×１０^-2 Paでは、１０^-3
Ωcm以下の抵抗率の膜、５０×１０^-2 Pa以上では、１
０³Ωcm以上の高い抵抗率の膜となる。

【００２２】成膜速度が速くなるほど、高抵抗化にはよ
り多くの酸素が必要となる。すなわち、スパッタパワー
を上げるとき、それに見合うように酸素分圧を上げてや
る必要がある。

【００２３】また、膜の結晶化による凹凸の発生を抑制
するため、Ｈ₂、Ｈ₂Ｏの導入も有効である。

【００２４】ターゲットが、高抵抗の材料である場合に
は、ＲＦスパッタを用いることが好ましい。

【００２５】スパッタ装置の電力としては、ＲＦスパッ
タで０．１〜１０Ｗ／cm²の範囲が好ましく、成膜レー
トは０．５〜１０nm／min 、特に１〜５nm／min の範囲
が好ましい。

【００２６】成膜時の基板温度としては、室温（２５
℃）〜１５０℃程度である。

【００２７】本発明の緩衝層を蒸着法で形成する場合、
その条件として成膜時の圧力を通常より高め、好ましく
は０．０１〜１０Pa、特に０．１〜０．５Paの範囲とす
るとよい。成膜時の圧力を高めにすることで、蒸発粒子
の平均自由行程が減少し、ゴミの影の部分にも蒸着粒子
が回り込みやすくなる。

【００２８】有機層は、少なくとも発光機能に関与する
１種類、または２種類以上の有機化合物薄膜の積層膜か
らなる。

【００２９】有機層は、ホール（正孔）および電子の注
入機能、それらの輸送機能、ホール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で、電子
とホールを容易かつバランスよく注入・輸送することが
できる。

【００３０】発光層の厚さ、電子注入輸送層、ホール注
入輸送層の厚さは、特に制限されるものではなく、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。

【００３１】有機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。このような
蛍光性物質としては、例えば、特開昭６３−２６４６９
２号公報に開示されているような化合物、例えばキナク
リドン、ルブレン、スチリル系色素等の化合物から選択
される少なくとも１種が挙げられる。また、トリス（８
−キノリノラト）アルミニウム等の８−キノリノールま
たはその誘導体を配位子とする金属錯体色素などのキノ
リン誘導体、テトラフェニルブタジエン、アントラセ
ン、ペリレン、コロネン、１２−フタロペリノン誘導体
等が挙げられる。さらには、特開平８−１２６００号公
報（特願平６−１１０５６９号）に記載のフェニルアン
トラセン誘導体、特開平８−１２９６９号公報（特願平
６−１１４４５６号）に記載のテトラアリールエテン誘
導体等を用いることができる。

【００３２】また、それ自体で発光が可能なホスト物質
と組み合わせて使用することが好ましく、ドーパントと
しての使用が好ましい。このような場合の発光層におけ
る化合物の含有量は０．０１〜１０wt% 、さらには０．
１〜５wt% であることが好ましい。ホスト物質と組み合
わせて使用することによって、ホスト物質の発光波長特
性を変化させることができ、長波長に移行した発光が可
能になるとともに、素子の発光効率や安定性が向上す
る。

【００３３】ホスト物質としては、キノリノラト錯体が
好ましく、さらには８−キノリノールまたはその誘導体
を配位子とするアルミニウム錯体が好ましい。このよう
なアルミニウム錯体としては、特開昭６３−２６４６９
２号、特開平３−２５５１９０号、特開平５−７０７３
３号、特開平５−２５８８５９号、特開平６−２１５８
７４号等に開示されているものを挙げることができる。

【００３４】具体的には、まず、トリス（８−キノリノ
ラト）アルミニウム、ビス（８−キノリノラト）マグネ
シウム、ビス（ベンゾ｛ｆ｝−８−キノリノラト）亜
鉛、ビス（２−メチル−８−キノリノラト）アルミニウ
ムオキシド、トリス（８−キノリノラト）インジウム、
トリス（５−メチル−８−キノリノラト）アルミニウ
ム、８−キノリノラトリチウム、トリス（５−クロロ−
８−キノリノラト）ガリウム、ビス（５−クロロ−８−
キノリノラト）カルシウム、５，７−ジクロル−８−キ
ノリノラトアルミニウム、トリス（５，７−ジブロモ−
８−ヒドロキシキノリノラト）アルミニウム、ポリ［亜
鉛（II）−ビス（８−ヒドロキシ−５−キノリニル）メ
タン］等がある。

【００３５】また、８−キノリノールまたはその誘導体
のほかに他の配位子を有するアルミニウム錯体であって
もよく、このようなものとしては、ビス（２−メチル−
８−キノリノラト）（フェノラト）アルミニウム(III)
、ビス（２−メチル−８−キノリノラト）（オルト−
クレゾラト）アルミニウム(III) 、ビス（２−メチル−
８−キノリノラト）（メタークレゾラト）アルミニウム
(III) 、ビス（２−メチル−８−キノリノラト）（パラ
−クレゾラト）アルミニウム(III) 、ビス（２−メチル
−８−キノリノラト）（オルト−フェニルフェノラト）
アルミニウム(III) 、ビス（２−メチル−８−キノリノ
ラト）（メタ−フェニルフェノラト）アルミニウム(II
I) 、ビス（２−メチル−８−キノリノラト）（パラ−
フェニルフェノラト）アルミニウム(III) 、ビス（２−
メチル−８−キノリノラト）（２，３−ジメチルフェノ
ラト）アルミニウム(III) 、ビス（２−メチル−８−キ
ノリノラト）（２，６−ジメチルフェノラト）アルミニ
ウム(III) 、ビス（２−メチル−８−キノリノラト）
（３，４−ジメチルフェノラト）アルミニウム(III) 、
ビス（２−メチル−８−キノリノラト）（３，５−ジメ
チルフェノラト）アルミニウム(III) 、ビス（２−メチ
ル−８−キノリノラト）（３，５−ジ−tert−ブチルフ
ェノラト）アルミニウム(III) 、ビス（２−メチル−８
−キノリノラト）（２，６−ジフェニルフェノラト）ア
ルミニウム(III) 、ビス（２−メチル−８−キノリノラ
ト）（２，４，６−トリフェニルフェノラト）アルミニ
ウム(III) 、ビス（２−メチル−８−キノリノラト）
（２，３，６−トリメチルフェノラト）アルミニウム(I
II) 、ビス（２−メチル−８−キノリノラト）（２，
３，５，６−テトラメチルフェノラト）アルミニウム(I
II) 、ビス（２−メチル−８−キノリノラト）（１−ナ
フトラト）アルミニウム(III) 、ビス（２−メチル−８
−キノリノラト）（２−ナフトラト）アルミニウム(II
I) 、ビス（２，４−ジメチル−８−キノリノラト）
（オルト−フェニルフェノラト）アルミニウム(III) 、
ビス（２，４−ジメチル−８−キノリノラト）（パラ−
フェニルフェノラト）アルミニウム(III) 、ビス（２，
４−ジメチル−８−キノリノラト）（メタ−フェニルフ
ェノラト）アルミニウム(III) 、ビス（２，４−ジメチ
ル−８−キノリノラト）（３，５−ジメチルフェノラ
ト）アルミニウム(III) 、ビス（２，４−ジメチル−８
−キノリノラト）（３，５−ジ−tert−ブチルフェノラ
ト）アルミニウム(III) 、ビス（２−メチル−４−エチ
ル−８−キノリノラト）（パラ−クレゾラト）アルミニ
ウム(III) 、ビス（２−メチル−４−メトキシ−８−キ
ノリノラト）（パラ−フェニルフェノラト）アルミニウ
ム(III) 、ビス（２−メチル−５−シアノ−８−キノリ
ノラト）（オルト−クレゾラト）アルミニウム(III) 、
ビス（２−メチル−６−トリフルオロメチル−８−キノ
リノラト）（２−ナフトラト）アルミニウム(III) 等が
ある。

【００３６】このほか、ビス（２−メチル−８−キノリ
ノラト）アルミニウム(III) −μ−オキソ−ビス（２−
メチル−８−キノリノラト）アルミニウム(III) 、ビス
（２，４−ジメチル−８−キノリノラト）アルミニウム
(III) −μ−オキソ−ビス（２，４−ジメチル−８−キ
ノリノラト）アルミニウム(III) 、ビス（４−エチル−
２−メチル−８−キノリノラト）アルミニウム(III) −
μ−オキソ−ビス（４−エチル−２−メチル−８−キノ
リノラト）アルミニウム(III) 、ビス（２−メチル−４
−メトキシキノリノラト）アルミニウム(III) −μ−オ
キソ−ビス（２−メチル−４−メトキシキノリノラト）
アルミニウム(III) 、ビス（５−シアノ−２−メチル−
８−キノリノラト）アルミニウム(III) −μ−オキソ−
ビス（５−シアノ−２−メチル−８−キノリノラト）ア
ルミニウム(III) 、ビス（２−メチル−５−トリフルオ
ロメチル−８−キノリノラト）アルミニウム(III) −μ
−オキソ−ビス（２−メチル−５−トリフルオロメチル
−８−キノリノラト）アルミニウム(III) 等であっても
よい。

【００３７】このほかのホスト物質としては、特開平８
−１２６００号公報（特願平６−１１０５６９号）に記
載のフェニルアントラセン誘導体や特開平８−１２９６
９号公報（特願平６−１１４４５６号）に記載のテトラ
アリールエテン誘導体なども好ましい。

【００３８】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。

【００３９】また、発光層は、必要に応じて、少なくと
も１種のホール注入輸送性化合物と少なくとも１種の電
子注入輸送性化合物との混合層とすることも好ましく、
さらにはこの混合層中にドーパントを含有させることが
好ましい。

【００４０】電子注入輸送性の化合物としては、キノリ
ン誘導体、さらには８−キノリノールないしその誘導体
を配位子とする金属錯体、特にトリス（８−キノリノラ
ト）アルミニウム（Ａｌｑ3 ）を用いることが好まし
い。また、上記のフェニルアントラセン誘導体、テトラ
アリールエテン誘導体を用いるのも好ましい。

【００４１】ホール注入輸送性の化合物としては、強い
蛍光を持ったアミン誘導体、例えば上記のホール注入輸
送性材料であるトリフェニルジアミン誘導体、さらには
スチリルアミン誘導体、芳香族縮合環を持つアミン誘導
体を用いるのが好ましい。

【００４２】この場合の混合比は、それぞれのキャリア
移動度とキャリア濃度によるが、一般的には、ホール注
入輸送性の化合物／電子注入輸送性の化合物の重量比
が、１／９９〜９９／１、さらに好ましくは１０／９０
〜９０／１０、特に好ましくは２０／８０〜８０／２０
程度となるようにすることが好ましい。

【００４３】ホール注入輸送層には、例えば、特開昭６
３−２９５６９５号公報、特開平２−１９１６９４号公
報、特開平３−７９２号公報、特開平５−２３４６８１
号公報、特開平５−２３９４５５号公報、特開平５−２
９９１７４号公報、特開平７−１２６２２５号公報、特
開平７−１２６２２６号公報、特開平８−１００１７２
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（トリアリールジアミンないし
トリフェニルジアミン：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
ジアゾール誘導体、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。

【００４４】ホール注入輸送層をホール注入層とホール
輸送層とに分けて設層する場合は、ホール注入輸送層用
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、ホール注入輸送層を２層以上設けるときも同様であ
る。このような積層順とすることによって、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、ホール注入層
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。ホール注入輸送層
は、発光層等と同様に上記の化合物を蒸着することによ
り形成することができる。

【００４５】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（Ａｌｑ3 ）等の８−キノリノー
ルまたはその誘導体を配位子とする有機金属錯体などの
キノリン誘導体、オキサジアゾール誘導体、ペリレン誘
導体、ピリジン誘導体、ピリミジン誘導体、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。電子注入輸送層は
発光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。電子注入輸送層の形成は、発光層と同
様に、蒸着等によればよい。

【００４６】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には、電子注入輸送層用の化合
物の中から好ましい組み合わせを選択して用いることが
できる。このとき、電子注入電極側から電子親和力の値
の大きい化合物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。

【００４７】ホール注入輸送層、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０．２μm
以下の均質な薄膜が得られる。結晶粒径が０．２μm 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、ホールの注入効率も著し
く低下する。また、前記高抵抗の緩衝層と連続成膜する
ことにより、成膜面の清浄性を保ったまま各層を形成す
ることができる。

【００４８】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、ダークスポットの発生・成長を抑制したりする
ことができる。

【００４９】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。

【００５０】さらに、素子の有機層や電極の酸化を防ぐ
ために、素子を封止板等により封止することが好まし
い。封止板は、湿気の侵入を防ぐために、接着性樹脂層
を用いて、基板に接着し、密封する。封止ガスは、Ａ
ｒ、Ｈｅ、Ｎ₂等の不活性ガス等が好ましい。また、こ
の封止ガスの水分含有量は、１００ppm 以下、より好ま
しくは１０ppm 以下、特に１ppm 以下であることが好ま
しい。この水分含有量に下限値は特にないが、通常０．
１ppm 程度である。

【００５１】本発明において、有機ＥＬ構造体を形成す
る基板としては、例えばガラス、石英等の非晶質基板、
例えばＳｉ、ＧａＡｓ、ＺｎＳｅ、ＺｎＳ、ＧａＰ、Ｉ
ｎＰ等の結晶基板が挙げられ、また、これらの結晶基板
に結晶質、非晶質あるいは金属のバッファ層を形成した
基板も用いることができる。また、金属基板としては、
Ｍｏ、Ａｌ、Ｐｔ、Ｉｒ、Ａｕ、Ｐｄ等を用いることが
でき、好ましくはガラス基板が用いられる。基板は、通
常光取り出し側となるため、上記電極と同様な光透過性
を有することが好ましい。

【００５２】さらに、本発明素子を、平面上に多数並べ
てもよい。平面上に並べられたそれぞれの素子の発光色
を変えて、カラーのディスプレーにすることができる。

【００５３】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。

【００５４】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素子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。

【００５５】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。

【００５６】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。

【００５７】本発明の有機ＥＬ素子は、通常、直流駆動
型、パルス駆動型のＥＬ素子として用いられる。印加電
圧は、通常、２〜３０V 程度とされる。

【００５８】本発明の有機ＥＬ素子は、ディスプレイと
しての応用の他、例えばメモり読み出し／書き込み等に
利用される光ピックアップ、光通信の伝送路中における
中継装置、フォトカプラ等、種々の光応用デバイスに用
いることができる。

【００５９】また、有機層、高抵抗の緩衝層、陽電極の
膜厚を調整して、光の干渉効果を利用してもよい。

【００６０】陽電極（ホール注入補助電極）は、通常基
板側から発光した光を取り出す構成であるため、透明な
いし半透明な電極が好ましい。この陽電極は、前記高抵
抗の緩衝層と同じ材質を用いることで、効率よく製造す
ることができる。透明電極としては、ＩＴＯ（錫ドープ
酸化インジウム）、ＩＺＯ（亜鉛ドープ酸化インジウ
ム）、ＺｎＯ、ＳｎＯ₂、Ｉｎ₂Ｏ₃等が挙げられる
が、好ましくはＩＴＯ（錫ドープ酸化インジウム）、Ｉ
ＺＯ（亜鉛ドープ酸化インジウム）が好ましい。Ｉｎ₂
Ｏ₃に対しＳｎＯ₂の混合比は、１〜２０mol％が好ま
しく、さらには５〜１２mol％が好ましい。Ｉｎ₂Ｏ₃
に対しＺｎＯの混合比は、１〜２０mol％が好ましく、
さらには５〜１２mol％が好ましい。その他にＳｎ、Ｔ
ｉ、Ｐｂ等が酸化物の形で、酸化物換算にして１ mol％
以下含まれていてもよい。

【００６１】陽電極の厚さは、抵抗値により適切な膜厚
に調整すればよい。通常、５０〜５００nm、さらには５
０〜３００nmの範囲が好ましい。また、その上限は特に
制限はないが、あまり厚いと剥離などの心配が生じる。
厚さが薄すぎると、製造時の膜強度や電子輸送能力の点
で問題がある。

【００６２】このホール注入電極層は蒸着法等によって
も形成できるが、好ましくはスパッタ法により形成する
ことが好ましい。

【００６３】電子注入電極（陰電極）は、電子注入層と
の組み合わせによって低仕事関数で電子注入性を有さな
いものも用いることができる。この場合、通常の金属を
用いることができ、なかでも、導電率や扱い安さの点
で、Ａｌ，Ａｇ，Ｉｎ，Ｔｉ，Ｃｕ，Ａｕ，Ｍｏ，Ｗ，
Ｐｔ，ＰｄおよびＮｉ、特にＡｌ，Ａｇから選択される
１種または２種等の金属元素が好ましい。

【００６４】これら陰電極薄膜の厚さは、電子を無機電
子注入輸送層に与えることのでき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５０〜５００nm程度とすればよい。

【００６５】また、電子注入電極として必要に応じて下
記のものを用いてもよい。例えば、Ｋ、Ｌｉ、Ｎａ、Ｍ
ｇ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｚｒ
等の金属元素単体、または安定性を向上させるためにそ
れらを含む２成分、３成分の合金系、例えばＡｇ・Ｍｇ
（Ａｇ：０．１〜５０at％）、Ａｌ・Ｌｉ（Ｌｉ：０．
０１〜１４at％）、Ｉｎ・Ｍｇ（Ｍｇ：５０〜８０at
％）、Ａｌ・Ｃａ（Ｃａ：０．０１〜２０at％）等が挙
げられる。

【００６６】上記電子注入電極薄膜の厚さは、電子注入
を十分行える一定以上の厚さとすれば良く、０．１nm以
上、好ましくは０．５nm以上、特に１nm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１〜５００nm程度とすればよい。電子注入電極の上に
は、さらに補助電極（保護電極）を設けてもよい。

【００６７】補助電極の厚さは、電子注入効率を確保
し、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、さらには１００nm以上、特に１００〜５００nmの範
囲が好ましい。補助電極層が薄すぎると、その効果が得
られず、また、補助電極層の段差被覆性が低くなってし
まい、端子電極との接続が十分ではなくなる。一方、補
助電極層が厚すぎると、補助電極層の応力が大きくなる
ため、ダークスポットの成長速度が速くなってしまう等
といった弊害が生じてくる。

【００６８】補助電極は、組み合わせる電子注入電極の
材質により最適な材質を選択して用いればよい。例え
ば、電子注入効率を確保することを重視するのであれば
Ａｌ等の低抵抗の金属を用いればよく、封止性を重視す
る場合には、ＴｉＮ等の金属化合物を用いてもよい。

【００６９】電子注入電極と補助電極とを併せた全体の
厚さとしては、特に制限はないが、通常５０〜５００nm
程度とすればよい。

【００７０】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（ホール注入電極）２２、高抵抗の
ホール注入性緩衝層２３、ホール注入・輸送層２４、発
光および電子注入輸送層２５、電子注入電極２６、保護
電極２７を順次有する。

【００７１】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、この発光層と電子注入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、ホール注入・輸送層と発光層とを混合しても良
い。

【００７２】ホール注入電極、電子注入電極、発光層等
の有機物層のそれぞれは、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（ＴＦ
Ｔ）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。

【００７３】電極成膜後に、前記保護電極に加えて、Ｓ
ｉＯ_X等の無機材料、テフロン、塩素を含むフッ化炭素
重合体等の有機材料等を用いた保護膜を形成してもよ
い。保護膜は透明でも不透明であってもよく、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。

【００７４】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。

【００７５】基板材料としては、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。

【００７６】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。

【００７７】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。

【００７８】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。

【００７９】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。

【００８０】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。

【００８１】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。

【００８２】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。

【００８３】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。

【００８４】

【実施例】以下、実験例および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。＜実験例＞成膜時の圧力を０．１Pa、０．３Pa、１．０
Paとし、酸素分圧を変化させてＩＺＯ薄膜を形成した。
成膜時の条件としては、ターゲット：ＩＺＯ（ＺｎＯ：
１０wt％）：４インチ、ターゲット−基板間距離＝９０
mm、投入電力：２００ＷＤＣ、スパッタガス：Ｏ₂／Ａ
ｒとした。

【００８５】得られたＩＺＯ薄膜の膜抵抗を測定した。
結果を図５に示す。図５から明らかなように、酸素分圧
５×１０^-2以上の時に高抵抗膜が得られることがわか
る。

【００８６】＜実施例１＞ガラス基板上に、ＩＴＯ透明
電極（ホール注入電極）を膜厚８５nmで６４ドット×７
ラインの画素（一画素当たり２８０×２８０μm ）を構
成するよう成膜、パターニングした。次いで、パターニ
ングされたホール注入電極が形成された基板を、中性洗
剤、アセトン、エタノールを用いて超音波洗浄し、煮沸
エタノール中から引き上げて乾燥した。次いで、表面を
ＵＶ／Ｏ₃洗浄した後、スパッタ装置の基板ホルダーに
固定して、スパッタ法により高抵抗の緩衝層を１０nm成
膜した。このときの成膜条件としては、成膜時の圧力：０．５Pa 酸素分圧：０．５Pa ターゲット：４インチＩＴＯ（酸化スズ：１０wt％）投入電力：２００ＷＤＣ成膜速度：０．２nm／sec とした。得られた高抵抗ＩＴＯ層（緩衝層）の抵抗率：
１０⁸Ω・cm以上であった。

【００８７】次いで表面をＵＶ／Ｏ₃洗浄した後、真空
蒸着装置の基板ホルダーに固定して、槽内を１×１０^-4
Pa以下まで減圧した。Ｎ，Ｎ−ジフェニル−Ｎ，Ｎ’−
ｍ−トリル４，４’４，４’，４”−トリス（−Ｎ−
（３−メチルフェニル）−Ｎ−フェニルアミノ）トリフ
ェニルアミン（ｍ−ＭＴＤＡＴＡ）を蒸着速度０．２nm
／sec で５０nmの厚さに蒸着してホール注入層とし、
Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−Ｎ，Ｎ’−ｍ−トリル−４，
４’−ジアミノ−１，１’−ビフェニル（ＴＰＤ）を蒸
着速度０．２nm／sec で２０nmの厚さに蒸着し、ホール
輸送層とした。

【００８８】さらに、減圧を保ったまま、トリス（８−
キノリノラト）アルミニウム（Ａｌｑ3 ）を蒸着速度
０．２nm／sec で7０nmの厚さに蒸着して、電子注入輸
送・発光層とした。

【００８９】次いで減圧を保ったまま、スパッタ装置に
移し、スパッタ法にてＡｌを圧力：０．５Pa、成膜速
度：０．２nm／sec で２００nmに成膜した。

【００９０】このようにして得られた有機ＥＬ素子サン
プルの各ドット間、ライン間について絶縁抵抗を測定
し、リーク箇所の有無を調べた。なお、２００ＭΩ以下
をリーク発生とした。その結果、リークの生じた画素は
６４×７×１０＝４４８０個中、０箇所であった。ま
た、この有機ＥＬ素子を空気中で、１０mA／cm²の定電
流密度で駆動したところ、初期輝度は４２０cd／m²、
駆動電圧９．５V であった。

【００９１】＜比較例１＞実施例１において、緩衝層を
形成しない以外は実施例１と同様にして有機ＥＬ素子を
得た。

【００９２】得られた有機ＥＬ素子について、実施例１
と同様にしてリーク箇所の有無を確認したところ、リー
クの生じた画素は６４×７×１０＝４４８０個中、３８
０２箇所であった。また、この有機ＥＬ素子を空気中
で、１０mA／cm²の定電流密度で駆動したところ、初期
輝度は４００cd／m²、駆動電圧９．９V であった。

【００９３】＜比較例２＞実施例１において、緩衝層を
形成する際の条件を下記の条件とした以外は実施例１と
同様にして有機ＥＬ素子を得た。

【００９４】成膜時の圧力：０．５Pa 酸素分圧：０．０１Pa （その他の条件は実施例１と同様）得られた高抵抗ＩＴ
Ｏ層（緩衝層）の抵抗率：５×１０ー³Ω・cm以下であ
った。

【００９５】得られた有機ＥＬ素子について、実施例１
と同様にしてリーク箇所の有無を確認したところ、リー
クの生じた画素は６４×７×１０＝４４８０個中、２９
１０箇所であった。

【００９６】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、電流リー
クを防止し、長寿命、高輝度、高効率、高表示品質の有
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。

【図２】有機層とゴミおよびその上に成膜される、有機
層、電子注入電極との関係を示した概念図で、ホール注
入電極上に高抵抗の緩衝層を形成した状態を示した図で
ある。

【図３】有機層とゴミおよびその上に成膜される電子注
入電極との関係を示した概念図で、有機層成膜後に電子
注入電極材料粒子を蒸着している状態を示した図であ
る。

【図４】図３の状態から電子注入電極を形成した状態を
示した図である。

【図５】ＩＺＯの成膜時の酸素分圧を変えたときの抵抗
率を測定したグラフである。

【符号の説明】

１基板２第１の電極（ホール注入電極）３高抵抗の緩衝層４有機層５第２の電極（電子注入電極）６ゴミ２１基板２２ホール注入電極２３高抵抗の緩衝層２４ホール注入・輸送層２５発光層２６電子注入電極２７保護電極

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板と、基板上に第１の電極と、第２の
電極と、これらの間に設けられた少なくとも発光機能に
関与する１層または２層以上の有機層とを有し、前記有機層と第１の電極との間には、高抵抗のホール注
入性無機材料を含有する緩衝層を有する有機ＥＬ素子。
【請求項２】前記高抵抗の緩衝層の抵抗率は、１〜１
×１０¹¹Ω・cmである請求項１の有機ＥＬ素子。
【請求項３】前記緩衝層は、スパッタ法により成膜さ
れている請求項１または２の有機ＥＬ素子。
【請求項４】前記緩衝層は、高抵抗の酸化インジウ
ム、酸化インジウム−酸化スズ複合酸化物または酸化イ
ンジウム−酸化亜鉛複合酸化物を含有する請求項１〜４
のいずれかの有機ＥＬ素子。
【請求項５】基板上に第１の電極を成膜し、次いでこ
の第１の電極構成材料を用いて第１の電極より高い抵抗
値を有する高抵抗の緩衝層を成膜し、さらに、有機層、第２の電極を順次成膜して有機ＥＬ素
子を得る有機ＥＬ素子の製造方法。
【請求項６】前記高抵抗の緩衝層を成膜する際の酸素
分圧を５×１０^-2〜１０Paとする請求項５の有機ＥＬ素
子の製造方法。
【請求項７】前記高抵抗の緩衝層をスパッタ法で成膜
する請求項５または６の有機ＥＬ素子の製造方法。
【請求項８】前記高抵抗の緩衝層を成膜する際の圧力
を０．０１〜１０Paとする請求項８の有機ＥＬ素子の製
造方法。
【請求項９】前記高抵抗の緩衝層を蒸着法で成膜する
請求項５または６の有機ＥＬ素子の製造方法。
【請求項１０】前記高抵抗の緩衝層を成膜する際の圧
力を０．０１〜１０Paとする請求項９の有機ＥＬ素子の
製造方法。