JP2002289360A - 有機電界発光素子 - Google Patents

有機電界発光素子

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JP2002289360A
JP2002289360A JP2001089412A JP2001089412A JP2002289360A JP 2002289360 A JP2002289360 A JP 2002289360A JP 2001089412 A JP2001089412 A JP 2001089412A JP 2001089412 A JP2001089412 A JP 2001089412A JP 2002289360 A JP2002289360 A JP 2002289360A
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Hiroyuki Okada
裕之 岡田
Shigeru Tabata
茂 田畠
Shigeki Naka
茂樹 中
Hiroyoshi Mekawa
博義 女川
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University of Toyama NUC
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 低電圧で動作し同一条件での発光強度が均一
な発光面を有する高品位の表示が可能な電界発光素子を
提供する。 【解決手段】 可視域で透明な性質を有する基板（１）
と、該基板上に形成された可視域で透明な性質を有する
第１の電極（２）と、該第１の電極上に形成され、そこ
に注入された正孔および電子対よりなる励起子の再結合
により光を生成する層（３，４）と、該光を生成する層
上に形成されたエルビウム元素を含む第２の電極（３）
を有することを特徴とする電界発光素子。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、有機電界発光素子
の陰極材料とその構造形成に関する。より詳細には、有
機薄膜に対して電子注入効率を向上させるための低仕事
関数の性質を有するエルビウム電極とその配線抵抗を低
減する構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年の情報社会のマンマシンインターフ
ェイスとして、軽量かつコンパクトなフラットパネルデ
ィスプレイが脚光を浴びている。その主要なデバイスと
しては現在は主に液晶ディスプレイが用いられており、
従来主力であったＣＲＴを越える大きな市場を形成して
いる。しかしながら液晶ディスプレイは、外部光なしに
見ることができない受光形ディスプレイである。このこ
とから、自発光型でかつシステム全体の消費電力がバッ
クライト付き液晶ディスプレイより小さい新しいディス
プレイが望まれている。
【０００３】従来の液晶ディスプレイの欠点である受光
型デバイスである点を補完する、あるいは凌駕する可能
性を有しているデバイスとしては、有機エレクトロルミ
ネッセンス素子（有機電界発光素子）が興味深い。
【０００４】その報告例１として、ＴａｎｇとＶａｎＳ
ｌｙｋｅは、１９８７年に高輝度、低電圧駆動、小型、
高効率などの特徴を有する有機電界発光素子を、アプラ
イドフィジックスレター誌（C.W.Tang and S.A.VanSlyk
e:Applied Physics Letters,51(12),PP.913-915(198
7)）に発表した。本デバイスは、非晶質膜が得やすい有
機色素を真空蒸着により成膜し、極薄膜化することによ
って、従来の有機電界発光素子の効率を１桁向上させた
画期的な報告であり、外部量子効率１％、視感発光効率
１．５１ｍ／Ｗ、輝度１０００ｃｄ／ｍ2 が、駆動電圧
１０Ｖ以下で実現されている。また、陰極としても比較
的仕事関数の小さいマグネシウム・銀合金を用いること
で低電圧化を図っている。報告例１より１０年以上経過
した現在では、より高効率化、長寿命化されるととも
に、マトリクスパネルの市販も行われている。
【０００５】報告例２として、Ｔａｎｇらは発光層内に
クマリン色素やピラン誘導体など蛍光量子効率の高い色
素を微量混合することによる発光効率の向上を報告して
いる（C.W.Tang S.A.VanSlyke,and C.H.Chen:Journal o
f Applied Physics, 65(9),PP.3610-3616(1989)）。
【０００６】報告例３として、仲田と當摩は高効率有機
電界発光素子を報告している。発光層中に蛍光量子効率
の高いキナクリドン誘導体を混合すること、および陰極
として仕事関数の小さいリチウムを含んだアルミニウム
合金を用いることで、発光効率１２１ｍ／Ｗ、１０００
００ｃｄ／ｍ2 を越える発光輝度を報告している（H.Na
kada and T.Tohma:Inorganic and Organic Electrolumi
nescence(EL96 Berlin),(Edited by R.H.Mauch and H.-
E. Gumlich)PP.385-390(1996)）。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】ここで、有機電界発光
素子は電子とホールを注入することで、有機膜内に電子
とホールの対である励起子を生成し、電子−ホール対の
再結合により発光するデバイスであり、その発光強度は
電子およびホールの注入量に比例する。従って、高効率
の有機電界発光素子の実現には、低電圧で大きな電流を
注入する必要がある。そのためには陰極材料に低電圧で
電子を放出しやすい低仕事関数金属を使用することが非
常に効果的である。
【０００８】しかしながら、例えばリチウムを含んだア
ルミニウム合金などの低仕事関数金属は一般に大気中に
おいて不安定であり、酸化されやすく、このため有機電
界発光素子の劣化が速いという問題があり、より安定し
たの陰極材料および構造の開発が望まれていた。
【０００９】脇本らはこの問題を解決するために、有機
層上に陰極材料としてリチウムやセシウムなどの低仕事
関数金属の酸化物からなる１ｎｍ以下の極薄い膜を形成
し、その上にアルミニウム電極を形成することで安定な
有機電界発光素子の作製に成功している（T.Wakimoto,
Y.Fukuda,K.Nagayama,A.Yokoi,H.Nakada,and M.Tsuchid
a:IEEE Transaction on Electron Devices,44(8),PP.12
45/1248(1997)）。かかる構造により、再現性の良い高
効率の有機電界発光素子の作製が可能であるとしてい
る。
【００１０】またＨｕｎｇらは、陰極材料として有機層
とアルミニウム陰極層の間に１ｎｍ以下の極薄い膜リチ
ウムのフッ化物層を形成した、高効率有機電界発光素子
を報告している。（L.S.Hung,C.W.Tang,and M.G.Mason:
Applied Physics Letter,70(2),PP.153-154(1997)）。
【００１１】しかしながら、上記報告例のデバイスにお
いては、酸化物層およびフッ化物層といった絶縁物層が
極めて薄く、この絶縁物層の僅かな厚さの変化で駆動電
圧が増加したり非発光部が増加するなどの問題が生じて
いる。このように絶縁物層の厚さの変化により有機電界
発光素子の特性が劇的に変化するため、大基板上での有
機電界発光素子作製においては、絶縁物層厚さの均一性
が極めて重要であり、より一層の作製工程上での解決が
必要であるとされている。
【００１２】この発明は、従来用いられてきたかかる陰
極材料の問題点を克服し、上記のように極めて薄い酸化
物層およびフッ化物層といった絶縁物中間層を用いるこ
となく、低電圧で均一な発光面を有する、高品位の表示
が可能な有機電界発光素子用電極構造を提供することを
目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】この発明は、ガラスや石
英、樹脂等の可視域で透明な性質を有する基板上に、可
視域で透明な性質を有する第１の電極を形成し、その上
に正孔輸送性を有する第１の有機層を積層し、続いて電
子輸送と発光の性質を有する第２の有機層を形成し、そ
の上層にエルビウム元素による第２の電極である陰極を
形成した有機電界発光素子である。
【００１４】またこの発明は、ガラスや石英、樹脂等の
可視域で透明な性質を有する基板上に、可視域で透明な
性質を有する第１の電極を形成し、その上に正孔輸送性
を有する第１の有機層を積層し、続いて電子輸送と発光
の性質を有する第２の有機層を形成し、その上層にエル
ビウム元素による第２の電極と第３の導電性電極の二層
構造の陰極を形成した有機電界発光素子である。
【００１５】またこの発明は、ガラスや石英、樹脂等の
可視域で透明な性質を有する基板上に、可視域で透明な
性質を有する第１の電極を形成し、その上に正孔輸送性
を有する第１の有機層を積層し、続いて電子輸送と発光
の性質を有する第２の有機層を形成し、その上層にエル
ビウム元素による第２の電極と第３の拡散障壁電極と第
４の導電性電極の三層構造の陰極を形成した有機電界発
光素子である。
【００１６】またこの発明は、ガラスや石英、樹脂等の
可視域で透明な性質を有する基板上に、可視域で透明な
性質を有する第１の電極を形成し、その上に正孔輸送性
を有する第１の有機層を積層し、続いて電子輸送と発光
の性質を有する第２の有機層を形成し、その上層に０．
１乃至２ｎｍの超薄層の絶縁性薄膜を形成し、最後にエ
ルビウム元素による第２の電極である陰極、またはエル
ビウム元素による第２の電極と第３の導電性電極の二層
構造の陰極、ないしはエルビウム元素による第２の電極
と第３の拡散障壁電極と第４の導電性電極の三層構造の
陰極を形成した有機電界発光素子である。
【００１７】またこの発明は、ガラスや石英、樹脂等の
可視域で透明な性質を有する基板上に、可視域で透明な
性質を有する第１電極を形成し、その上に正孔輸送性を
有する第１の有機層を積層し、続いて電子輸送と発光の
性質を有する第２の有機層を形成し、第２の有機層の一
部はエルビウム元素を混合した層とし、その上層に第２
の電極である陰極を形成した有機電界発光素子である。
【００１８】またこの発明は、可視域で透明な性質を有
する基板と、この基板上に形成された可視域で透明な性
質を有する第１の電極と、この第１の電極上に形成さ
れ、そこに注入された正孔および電子対よりなる励起子
の再結合により光を生成する層とこの層上に形成された
エルビウム元素を含む第２の電極を有することを特徴と
する有機電界発光素子である。
【００１９】またこの発明は、上記有機電界発光素子を
複数個配列し、これらの有機電界発光素子の発光をそれ
ぞれ制御するようにした有機電界発光素子フラットパネ
ルディスプレイである。
【００２０】
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態につ
いて図面を基にして説明する。以下の説明は本発明に関
する一実施の形態であり、本発明の一般的原理を図解す
ることを目的とするものである。したがって、本発明を
この実施の形態の欄および添付図面に具体的に記載され
た構成のみに限定するものではない。
【００２１】図１はこの発明の有機電界発光素子の第一
実施形態を示すもので、この実施形態の有機電界発光素
子は、図１に示すように、ガラスや石英、樹脂等の透明
な基板１の一方の側にＩＴＯ（Indium Tin Oxide）等の
可視領域において透明な電極材料による第１電極２が形
成されている。この第１電極２は、例えば１００ｎｍ程
度の厚さで、この形状に限定されるわけではないが例え
ば所定のピッチでストライプ状（図示せず）に、例えば
数十〜数百μｍピッチで、形成されている。
【００２２】第１電極２の表面には、５０ｎｍ程度の正
孔輸送薄膜材料からなる正孔輸送薄膜３、及び５０ｎｍ
程度の電子輸送性発光薄膜材料からなる電子輸送性発光
薄膜４が積層されている。そして、電子輸送性発光薄膜
４の表面には、３価の金属希土類元素であるエルビウム
元素からなる第２電極５が、適宜５０ｎｍ〜２００ｎｍ
程度の厚さで、第１電極２と対面し直交する方向に、所
定ピッチのストライプ（図示せず）状に形成されてい
る。重金属であるエルビウム元素はその仕事関数（３．
２ｅＶ）が、従来有機電界発光素子の電子注入電極材料
として主に研究、開発されてきた軽金属の低仕事関数材
料であるリチウム（２．９ｅＶ）やセシウム（２．２ｅ
Ｖ）と比較して高いにもかかわらず、リチウムやセシウ
ムの適用に匹敵する実用上十分な電気特性（図６参照）
および発光特性（図７参照）が得られることを見出し
た。しかもエルビウムはリチウムやセシウムと比較し大
気中で安定であり取扱いが容易である。なお、以下に記
載する他の実施の態様を含め、第２電極はエルビウム元
素単体のみの使用のみならず、必要な場合エルビウム元
素と他の元素、例えばアルミニウム、銀等との合金とす
ることも可能である。
【００２３】ここで、正孔輸送薄膜材料３としては、例
えばトリフェニルアミン誘導体（例えばＴＰＤ）、ヒド
ラゾン誘導体、またはアリールアミン誘導体などを用い
ることができる。また、電子輸送性発光薄膜材料として
は、例えばアルミキノリノール錯体（Ａｌｑ3 ）、オキ
サジアゾール誘導体、ベンゾオキサゾールチオフェン誘
導体、ペリレン誘導体、またはフェナントロリン誘導体
等を用いることができる。その他、正孔輸送薄膜材料及
び電子輸送性発光薄膜材料として選択可能な材料として
千種を越える材料が知られている。
【００２４】また、必要とされる発光材料の機能に関し
ては、結果としてそこに注入された正孔および電子対よ
りなる励起子の再結合により光を生成することが可能で
あれば良く、より具体的には、例えば、正孔輸送機能、
電子輸送機能、発光機能とその組み合わせである双極
（正孔および電子）輸送機能、発光および電子輸送機
能、発光および正孔輸送機能、双極輸送能および発光機
能などを有する材料を必要に応じて用いることができ、
また一種類の材料で上記種々の性能を併せ持つものなど
の多種多様性を有したものが存在するので、適宜選択す
ることができる。
【００２５】この実施形態の技術により提供される有機
電界発光素子の作製例を以下に示す。まず、綺麗に洗浄
された第１電極材料２が形成された基板１上に正孔輸送
薄膜材料及び電子輸送性発光薄膜材料を積層する。この
正孔輸送薄膜３及び電子輸送性発光薄膜４は、積層した
薄膜として記述したが、実際上は正孔輸送機能、電子輸
送機能、発光機能のいずれか、あるいは２種類以上の積
層構造の場合もこの発明の範囲に含まれる。
【００２６】正孔輸送薄膜材料及び電子輸送性発光薄膜
材料の薄膜形成については、例えば低分子有機材料を中
心とした真空蒸着法、高分子材料を中心としたスピンコ
ート法、キャスト法など様々な方法を用いることができ
る。いずれの手法にせよ、本発明の有機電界発光素子の
製造工程に適用が可能である。
【００２７】発光層の形成に続いて、エルビウム元素か
らなる第２電極４を形成する。第２電極４の厚さは５０
ｎｍ〜２００ｎｍ程度が好ましい。第２電極４はこのパ
ターンに限定されるわけではないが例えば第１電極２と
対面し直交する方向に、所定ピッチのストライプ状（図
示せず）に形成する。第２電極４の形成では、一般的に
マスク蒸着を用い、電極不要部を覆った形で垂直方向よ
り蒸着を行うことができる。また微細構造を形成する必
要がある場合には、リソグラフィ法を用いて所望のパタ
ーンを形成することもできる。
【００２８】第２電極形成の後適宜保護層（図示せず）
を積層する。この保護層はフェノール、エポキシ等の樹
脂等で形成することができ、正孔輸送膜３、電子輸送性
発光薄膜４及び第２電極５を外気から遮断する。また、
有機電界発光素子を外気から遮断する方法については、
基板１と封止缶、ガラスあるいは樹脂を貼り合わせ、窒
素やアルゴンなどの不活性ガスを封入することでも可能
である。
【００２９】ここで蒸着工程の例としては、例えば、真
空度が１×１０-5Ｔｏｒｒで、正孔輸送薄膜３、電子輸
送性発光薄膜４及び第２電極５を１ｎｍ／秒の蒸着速度
で成膜する。正孔輸送薄膜３及び電子輸送性発光薄膜４
の形成は、蒸着以外のスピンコート法などその他の薄膜
形成技術により形成しても良い。また、第２電極５の形
成は、蒸着以外のスパッタリングやその他の真空薄膜形
成技術により形成しても良い。
【００３０】図２はこの発明による有機電界発光素子の
第二実施形態を示すもので、第一実施形態の第２電極に
関しエルビウム元素を含む層の上にさらに例えばエルビ
ウムより高い導電性を有する導電層を追加形成するもの
である。この実施形態の有機電界発光素子は、図２に示
すように、ガラスや石英、樹脂等の透明な基板１の一方
の側にＩＴＯ等の可視領域において透明な電極材料によ
る第１電極２が形成されている。第１電極２は、例えば
１００ｎｍ程度の厚さで、所定のピッチでストライプ状
（図示せず）、例えば数十〜数百μｍピッチで、形成さ
れている。第１電極２の表面には、５０ｎｍ程度の正孔
輸送薄膜材料からなる正孔輸送薄膜３、及び５０ｎｍ程
度の電子輸送性発光薄膜材料からなる電子輸送性発光薄
膜４が積層されている。そして、電子輸送性発光薄膜４
の表面には、エルビウム元素からなる電極５が、望まし
くは１ｎｍ〜２００ｎｍ程度の厚さで、第１電極２と対
面し直交する方向に、所定ピッチのストライプ状（図示
せず）に形成されている。エルビウム元素からなる電極
５の表面には、高い導電性を有する電極６が積層されて
いる。
【００３１】この実施形態の技術により提供される有機
電界発光素子の作製例を以下に示す。正孔輸送薄膜３及
び電子輸送性発光薄膜４を第一実施形態と同様作製し、
エルビウム元素からなる電極５を形成する。この電極４
を望ましくは１ｎｍ〜２００ｎｍ程度の厚さで、第１電
極２と対面し直交する方向に、所定ピッチのストライプ
状（図示せず）に形成する。エルビウム元素からなる電
極５の形成では、一般的にマスク蒸着を用い、電極不要
部を覆った形で垂直方向より蒸着を行うことができる。
【００３２】次にエルビウム元素からなる電極５の表面
に、高い導電性を有する電極６を形成する。この電極材
料としては、アルミニウム、金、銅、クロム等の導電性
金属あるいはポリアニリン、ポリピロール等の導電性高
分子が利用可能である。導電性を有する電極６を設ける
ことにより陰極側の電気抵抗を減少させ発光特性を改善
することができる。そして、必要に応じ保護層（図示せ
ず）を積層する。保護層はフェノール、エポキシ等の樹
脂等で形成され、正孔輸送薄膜３、電子輸送性発光薄膜
４、エルビウム元素からなる電極５及び導電性電極６を
外気から遮断する。また、有機電界発光素子を外気から
遮断する方法については、基板１と封止缶、ガラスある
いは樹脂を貼り合わせ、窒素やアルゴンガスなどの不活
性ガスを封入することでも可能である。
【００３３】蒸着法を用いて形成する場合は、例えば、
真空度を１×１０-5Ｔｏｒｒ程度とし、正孔輸送薄膜
３、電子輸送性発光薄膜４及びエルビウム元素からなる
電極５をそれぞれ１ｎｍ／秒の蒸着速度で成膜すること
ができる。正孔輸送薄膜３及び電子輸送性発光薄膜４の
形成は、蒸着以外のスピンコート法などその他の薄膜形
成技術により形成しても良い。また、エルビウム元素か
らなる電極５及び導電性電極６の形成は、蒸着以外のス
パッタリングやその他の真空薄膜形成技術により形成し
ても良い。
【００３４】図３は、この発明による有機電界発光素子
の第三実施形態を示すもので、第一実施形態の第２電極
に関し、エルビウム元素を含む層の上にさらに拡散障壁
層と導電層を追加形成するものである。この実施形態の
有機電界発光素子は、図３に示すように、ガラスや石
英、樹脂等の透明な基板１の一方の側にＩＴＯ等の可視
領域において透明な電極材料による第１電極２が形成さ
れている。第１電極２は、例えば１００ｎｍ程度の厚さ
で、所定のピッチでストライプ状（図示せず）、例えば
数十〜数百μｍピッチで、形成されている。
【００３５】第１電極２の表面には、５０ｎｍ程度の厚
さの正孔輸送薄膜材料からなる正孔輸送薄膜３、及び５
０ｎｍ程度の厚さの電子輸送性発光薄膜材料からなる電
子輸送性発光薄膜４が積層されている。そして、電子輸
送性発光薄膜４の表面には、エルビウム元素からなる電
極５を、望ましくは１ｎｍ〜２００ｎｍ程度の厚さで、
第１電極２と対面し直交する方向に、所定ピッチのスト
ライプ状（図示せず）に形成されている。エルビウム元
素からなる電極５の表面には、拡散障壁層として、図３
において表面の高導電層６を構成する物質がエルビウム
元素からなる電極５へそして電子輸送性発光薄膜４へと
拡散するのを防止するための機能を有する拡散障壁層か
らなる電極７が積層されている。また、拡散障壁電極７
の表面には、上記高い導電性を有する層６が積層されて
いる。
【００３６】この実施形態の技術により提供される有機
電界発光素子の作製例を以下に示す。正孔輸送薄膜３及
び電子輸送性発光薄膜４を第一実施形態及び第二実施形
態と同様作製し、エルビウム元素からなる電極５を形成
する。この電極は望ましくは１ｎｍ〜２００ｎｍ程度の
厚さで、第１電極２と対面し直交する方向に、所定ピッ
チのストライプ状（図示せず）に形成する。エルビウム
元素からなる電極５の形成は、一般的にマスク蒸着を用
い、電極不要部を覆った形で垂直方向より蒸着を行う。
次にこの電極５表面に、拡散障壁電極７を形成する。拡
散障壁電極材料としては、チタン、ジルコニウム等の窒
化物、炭化物、あるいは、ホウ化物が利用可能である。
拡散障壁電極の厚さは望ましくは５〜１００ｎｍであ
り、さらに望ましくは１５〜２５ｎｍである。
【００３７】次に拡散障壁電極７の表面に、導電性を有
する電極６を形成する。この電極材料としては、アルミ
ニウム、金、銅、クロム等の導電性金属あるいはポリア
ニリン、ポリピロール等の導電性高分子が利用可能であ
る。そして、必要に応じ保護層（図示せず）を積層す
る。保護層はフェノール、エポキシ等の樹脂等で形成さ
れ、正孔輸送薄膜３、電子輸送性発光薄膜４、第２電極
を構成するエルビウム元素からなる電極５、拡散障壁電
極７及び導電性を有する電極６を外気から遮断する。
【００３８】また、有機電界発光素子全体を外気から遮
断する方法については、基板１と封止缶、ガラスあるい
は樹脂を貼り合わせ、窒素やアルゴンガスなどの不活性
ガスを封入することでも可能である。
【００３９】ここで蒸着法により成膜する場合、例え
ば、真空度が１×１０-5Ｔｏｒｒとし、正孔輸送薄膜
３、電子輸送性発光薄膜４及びエルビウム元素からなる
電極５を１ｎｍ／秒の蒸着速度で成膜することができ
る。正孔輸送薄膜３及び電子輸送性発光薄膜４の形成
は、蒸着以外のスピンコート法などその他の薄膜形成技
術により形成しても良い。また、第２電極を構成するエ
ルビウム元素からなる電極５、拡散遮蔽電極７及び導電
性電極６の形成は、蒸着以外のスパッタリングやその他
の真空薄膜形成技術により形成しても良い。
【００４０】図４はこの発明の有機電界発光素子の第四
実施形態を示すもので、第一〜第三実施形態の構造にお
いて、電子輸送と発光の性質を有する有機層上にさらに
極薄の絶縁性薄膜を追加形成するものである。この実施
形態の有機電界発光素子は、図４に示すように、ガラス
や石英、樹脂等の透明な基板１の一方の側にＩＴＯ等の
可視領域において透明な電極材料による第１電極２が形
成されている。第１電極２は、例えば１００ｎｍ程度の
厚さで、所定のピッチでストライプ状（図示せず）、例
えば数十〜数百μｍピッチで、形成されている。
【００４１】第１電極２の表面には、５０ｎｍ程度の正
孔輸送薄膜材料からなる正孔輸送薄膜３、及び５０ｎｍ
程度の電子輸送性発光薄膜材料からなる電子輸送性発光
薄膜４が積層されている。そして、電子輸送性発光薄膜
４の表面には、電子注入緩衝層としての機能を有する例
えばその厚さが０．１〜２ｎｍのさらに望ましくは０．
１〜１ｎｍの超薄層の絶縁性薄膜が積層されている。エ
ルビウム元素からなる第２電極５を、望ましくは１ｎｍ
〜２００ｎｍ程度の厚さで、第１電極２と対面し直交す
る方向に、所定ピッチのストライプ状（図示せず）に形
成されている。また、エルビウム元素からなる電極５表
面には、導電性を有する電極を積層してもよい。あるい
は、エルビウム元素からなる電極５表面に、拡散障壁電
極を積層し、さらのいこの拡散障壁電極の表面に導電性
を有する電極を積層してもよい。
【００４２】この実施形態の技術により提供される有機
電界発光素子の作製例を以下に示す。正孔輸送薄膜３及
び電子輸送性発光薄膜４を第一実施形態及び第二実施形
態と同様作製し、その上層に超薄層の絶縁性薄膜を例え
ば蒸着により形成する。絶縁性薄膜材料として、エルビ
ウム、リチウム、セシウムの酸化物、あるいはフッ化物
が利用可能である。
【００４３】次にエルビウム元素からなる電極５を形成
する。この電極５を望ましくは１ｎｍ〜２００ｎｍ程度
の厚さで、第１電極２と対面し直交する方向に、所定ピ
ッチのストライプ状（図示せず）に形成する。エルビウ
ム元素からなる電極５の形成では、一般的にマスク蒸着
を用い、電極不要部を覆った形で垂直方向より蒸着を行
う。
【００４４】また、エルビウム元素からなる電極５表面
に、導電性を有する電極を形成してもよい。導電性を有
する電極材料としては、アルミニウム、金、銅、クロム
等の導電性金属あるいはポリアニリン、ポリピロール等
の導電性高分子が利用可能である。
【００４５】あるいは、エルビウム元素からなる電極５
の表面に、拡散障壁電極を形成してもよい。拡散障壁電
極材料としては、チタン、ジルコニウム等の窒化物、炭
化物、あるいは、ホウ化物が利用可能である。その場合
拡散障壁電極表面に、導電性を有する電極をさらに形成
する。導電性を有する電極材利用としては、アルミニウ
ム、金、銅、クロム等の導電性金属あるいはポリアニリ
ン、ポリピロール等の導電性高分子が利用可能である。
【００４６】そして、適宜保護層（図示せず）を積層す
る。保護層はフェノール、エポキシ等の樹脂等で形成さ
れ、正孔輸送薄膜３、電子輸送性発光薄膜４、エルビウ
ム元素からなる電極、拡散障壁電極及び導電性を有する
電極を外気から遮断する。また、有機電界発光素子を外
気から遮断する方法については、基板１と封止缶、ガラ
スあるいは樹脂を貼り合わせ、窒素やアルゴンガスなど
の不活性ガスを封入することでも可能である。
【００４７】ここで膜形成の蒸着条件は、例えば、真空
度が１×１０-5Ｔｏｒｒで、正孔輸送薄膜３、電子輸送
性発光薄膜４及びエルビウム元素からなる電極５を１ｎ
ｍ／秒の蒸着速度で成膜する。正孔輸送薄膜３及び電子
輸送性発光薄膜４の形成は、蒸着以外のスピンコート法
などその他の薄膜形成技術により形成しても良い。ま
た、エルビウム元素からなる電極、拡散障壁電極、及び
導電性を有する電極の形成は、蒸着以外のスパッタリン
グやその他の真空薄膜形成技術により形成しても良い。
【００４８】図５はこの発明による有機電界発光素子の
第五実施形態を示すもので、この実施形態の有機電界発
光素子は、図５に示すように、ガラスや石英、樹脂等の
透明な基板１の一方の側にＩＴＯ等の可視領域において
透明な電極材料による第１電極２が形成されている。第
１電極２は、例えば１００ｎｍ程度の厚さで、所定のピ
ッチでストライプ状（図示せず）、例えば数十〜数百μ
ｍピッチで、形成されている。第１電極２の表面には、
５０ｎｍ程度の正孔輸送薄膜材料からなる正孔輸送薄膜
３、及び５０ｎｍ程度の電子輸送性発光薄膜材料からな
る電子輸送性発光薄膜４’が積層されている。電子輸送
性発光薄膜４’の上層部分、望ましくは１０ｎｍ〜４９
ｎｍの範囲でエルビウム元素が混合されている。そし
て、電子輸送性発光薄膜４’の表面には第２電極が、望
ましくは５０ｎｍ〜２００ｎｍ程度の厚さで、第１電極
２と対面し直交する方向に、所定ピッチのストライプ状
（図示せず）に形成されている。
【００４９】この実施形態の技術により提供される有機
電界発光素子の作製例を以下に示す。正孔輸送薄膜３を
第一実施形態と同様に作製し、その上に電子輸送性発光
薄膜４’を５０ｎｍ程度形成するが、望ましくは１０ｎ
ｍ〜４９ｎｍ程度成膜後、エルビウム元素と混合した層
を形成する。電子輸送性発光薄膜材料とエルビウム元素
との比は１０：９０乃至９０：１０の範囲で適宜変更可
能である。
【００５０】次に第２有機層の表面に導電性を有する第
２電極５を形成する。第２電極材料５としては、アルミ
ニウム、金、銅、クロム等の導電性金属あるいはポリア
ニリン、ポリピロール等の導電性高分子が利用可能であ
る。第２電極５を望ましくは５０ｎｍ〜２００ｎｍ程度
の厚さで、第１電極２と対面し直交する方向に、所定ピ
ッチのストライプ状（図示せず）に形成する。第２電極
５の形成では、一般的にマスク蒸着を用い、電極不要部
を覆った形で垂直方向より蒸着を行う。
【００５１】そして、必要に応じ保護層（図示せず）を
積層する。保護層はフェノール、エポキシ等の樹脂等で
形成され、正孔輸送薄膜３、電子輸送性発光薄膜４’及
び第２電極５を外気から遮断する。また、有機電界発光
素子を外気から遮断する方法については、基板１と封止
缶、ガラスあるいは樹脂を貼り合わせ、窒素やアルゴン
などの不活性ガスを封入することでも可能である。
【００５２】蒸着法を用いて形成する場合は、例えば真
空度が１×１０-5Ｔｏｒｒ程度とし、正孔輸送薄膜３、
電子輸送性発光薄膜４’及び第２電極５を１ｎｍ／秒の
蒸着速度で成膜することができる。電子輸送性発光薄膜
成膜時には、望ましくは１０ｎｍ〜４９ｎｍ程度成膜
後、エルビウム元素と混合した層を形成するが、この場
合、２源の蒸着源から共蒸着によって混合が可能であ
る。正孔輸送薄膜３及び電子輸送性発光薄膜４’の形成
は、蒸着以外のスピンコート法などその他の薄膜形成技
術により形成しても良い。また、第２電極５の形成は、
蒸着以外のスパッタリングやその他の真空薄膜形成技術
により形成しても良い。
【００５３】次に、実際に試作した有機電界発光素子の
特性を図６および図７に示す。試作した構造は（ＩＴＯ
／ＴＰＤ（５０ｎｍ）／Ａｌｑ3 （５０ｎｍ）／Ｅｒ
（２ｎｍ）Ａｌである。図６は電流密度−印加電圧特
性、図７は発光輝度−電流密度特性を示す。図６から明
らかなように２Ｖ程度の低電圧より電流が立ち上がるこ
とが観測された。また、発光は２．８Ｖと低電圧から開
始されることがわかった。そして、１０Ｖ以下の電圧で
１００００ｃｄ／ｍ2 という極めて高い発光輝度を得ら
れ、しかもかかる高輝度にもかかわらず発光パネル全面
に渡って発光輝度は均一であった。また、発光素子の継
時的な特性劣化も極めて小さいことがわかった。
【００５４】図８に本発明によるフラットパネルディス
プレイの構造の一例を示す。このディスプレイは、第一
実施形態〜第五実施形態に記載の電界発光素子による画
素を平面的に多数配列し、これらの各電界発光素子の発
光をそれぞれ制御するようにして電界発光素子フラット
パネルディスプレイを形成するものである。各電界発光
素子の発光をそれぞれ制御する方法は、従来のフラット
パネルディスプレイと同様の従来知られた方法を用いる
ことができる。例えば、図８に示すように電界発光素子
による画素を実質的にマトリクス状に配列し、これらに
印加する電圧を例えばストライプ状に形成された第１電
極２およびこれと直交するストライプ状の第２電極５を
それぞれ順次走査して、直交する電極の交差する部分の
各電界発光素子による画素の発光強度を順次制御する方
法などである。また、再結合エネルギ準位の異なる発光
層を有する電界発光素子を適宜配列してカラーディスプ
レイを形成することも可能である。
【００５５】以上、本発明のいくつかの実施例について
図示しまた説明したが、本願発明は上記実施形態に限定
されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しな
い範囲で種々に変形することが可能である。更に、上記
実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示さ
れる複数の構成要件における適宜な組合わせにより種々
の発明が抽出され得る。例えば実施形態に示される全構
成要件から幾つかの構成要件が削除されても、発明が解
決しようとする課題の欄で述べた課題の少なくとも１つ
が解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果の少
なくとも１つが得られる場合には、この構成要件が削除
された効果が発明として抽出され得る。
【００５６】
【発明の効果】以上説明したように、この発明により、
継時的な特性劣化がほとんど生ぜず、低電圧で動作し、
しかも同一条件での発光強度が表示パネル全面において
均一な発光面を有する、高品位の表示が可能な有機電界
発光素子を提供することが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第一実施例の有機電界発光素子用電
極構造の断面図である。
【図２】この発明の第二実施例の有機電界発光素子用電
極構造の断面図である。
【図３】この発明の第三実施例の有機電界発光素子用電
極構造の断面図である。
【図４】この発明の第四実施例の有機電界発光素子用電
極構造の断面図である。
【図５】この発明の第五実施例の有機電界発光素子用電
極構造の断面図である。
【図６】この発明の第一実施例の発光素子の電流密度と
印加電圧の特性を示すグラフである。
【図７】この発明の第一実施例の発光素子の発光輝度と
電流密度の特性を示すグラフである。
【図８】この発明による電界発光素子フラットパネルデ
ィスプレイの内部構造の概略を示す斜視図である。
【符号の説明】
１…基板、２…第１電極、３…正孔輸送薄膜、４、４’
…電子輸送性発光薄膜、５…エルビウム元素を含む電
極、６…導電性電極、７…拡散障壁層、８…絶縁性薄
膜。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 女川 博義 富山県富山市有沢77−２ Ｆターム(参考） 3K007 AB02 AB03 AB06 AB11 AB18 BA06 CA01 CB01 CC00 DA01 DB03 EB00

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 可視域で透明な性質を有する基板と、 前記基板上に形成された可視域で透明な性質を有する第
    １の電極と、 前記第１の電極上に形成された正孔輸送性を有する第１
    の有機層と、 前記第１の有機層上に形成された電子輸送と発光の性質
    を有する第２の有機層と、 前記第２の有機層上に形成されたエルビウム元素を含む
    第２の電極を有することを特徴とする有機電界発光素
    子。
  2. 【請求項２】 可視域で透明な性質を有する基板と、 前記基板上に形成された可視域で透明な性質を有する第
    １の電極と、 前記第１の電極上に形成された正孔輸送性を有する第１
    の有機層と、 前記第１の有機層上に形成された電子輸送と発光の性質
    を有する第２の有機層と、 前記第２の有機層上に形成された第２の電極とを有し、 前記第２の電極はエルビウム元素を含む層と前記エルビ
    ウム元素を含む層の上に形成された導電層による二層構
    造の電極であることを特徴とする有機電界発光素子。
  3. 【請求項３】 可視域で透明な性質を有する基板と、 前記基板上に形成された可視域で透明な性質を有する第
    １の電極と、 前記第１の電極上に形成された正孔輸送性を有する第１
    の有機層と、 前記第１の有機層上に形成された電子輸送と発光の性質
    を有する第２の有機層と、 前記第２の有機層上に形成された第２の電極とを有し、 前記第２の電極はエルビウム元素を含む層と拡散障壁層
    と導電層とが順次形成された三層構造の電極であること
    を特徴とする有機電界発光素子。
  4. 【請求項４】 可視域で透明な性質を有する第１の基板
    と、 前記基板上に形成された可視域で透明な性質を有する第
    １の電極と、 前記第１の電極上に形成された正孔輸送性を有する第１
    の有機層と、 前記第１の有機層上に形成された電子輸送と発光の性質
    を有する第２の有機層と、 前記第２の有機層上に形成されたその厚さが０．１乃至
    ２ｎｍの超薄層の絶縁性薄膜と、 前記超薄層の絶縁性薄膜上に形成された第２の電極とを
    有し、 前記第２の電極は、エルビウム元素を含む電極、エルビ
    ウム元素を含む層と導電層とからなる二層構造の電極、
    またはエルビウム元素を含む層と拡散障壁層と導電層が
    順次形成された三層構造の電極のいずれかである有機電
    界発光素子。
  5. 【請求項５】 可視域で透明な性質を有する基板と、 前記基板上に形成された可視域で透明な性質を有する第
    １電極と前記第１の電極上に形成された正孔輸送性を有
    する第１の有機層と、 前記第１の有機層上に形成された電子輸送と発光の性質
    を有する第２の有機層と、前記第２の有機層上に形成さ
    れた第２の電極とを有し、 ここで、前記第２の有機層はエルビウム元素を含む層で
    あることを特徴とする有機電界発光素子。
  6. 【請求項６】 可視域で透明な性質を有する基板と、 前記基板上に形成された可視域で透明な性質を有する第
    １の電極と、 前記第１の電極上に形成され、そこに注入された正孔お
    よび電子対よりなる励起子の再結合により光を生成する
    層と、 前記層上に形成されたエルビウム元素を含む第２の電極
    を有することを特徴とする有機電界発光素子。
  7. 【請求項７】 請求項１〜請求項６のいずれか１項に記
    載の有機電界発光素子を複数個配列し、これらの有機電
    界発光素子の発光をそれぞれ制御するようにしたことを
    特徴とする有機電界発光素子フラットパネルディスプレ
    イ。
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